JP2013072621A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】低外気温時の再熱除湿運転において室温を保った状態での除湿を可能にした空気調和機を提供すること。
【解決手段】本発明は、室内熱交換器１６と膨張弁１２との間と、四方弁８と圧縮機６の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、膨張弁１２と室外熱交換器１４との間と、圧縮機６の吐出口と四方弁８との間を接続する除霜バイパス回路と、蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁４２と、除霜バイパス回路に除霜二方弁３０とを有する空気調和機であって、室内熱交換器１６は、第１の室内熱交換器１６ｂと第２の室内熱交換器１６ｄとの間に絞り装置１６ｃを設けて構成され、再熱除湿運転時には、除霜バイパス回路への冷媒流れを調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材を収容する蓄熱槽と、蓄熱材の蓄熱で熱交換を行う蓄熱熱交換器とを備えた空気調和機に関する。

従来から、室内熱交換器に絞りを設けて除湿運転を行う再熱除湿機能を有する空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１０５６７２号公報

しかしながら、従来の空気調和機においては、低外気温時の再熱除湿運転において室温を保った状態での除湿が困難であるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低外気温時の再熱除湿運転において室温を保った状態での除湿を可能にした空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、室内熱交換器と膨張弁との間と、四方弁と圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、膨張弁と室外熱交換器との間と、圧縮機の吐出口と四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、除霜バイパス回路に除霜二方弁とを有する空気調和機であって、室内熱交換器は、第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に絞り装置を設けて構成され、再熱除湿運転時には、除霜バイパス回路への冷媒流れを調整することにより、室外熱交換器での放熱量を調整することができるため、室内温度設定を保ちながら再熱除湿運転を可能にすることができる。

本発明は、低外気温時の再熱除湿運転において室温を保った状態での除湿を可能にした空気調和機を提供することができる。

本発明に係る蓄熱装置を備えた空気調和機の配管系統図 図１の空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 図１の空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式図 図１の空気調和機の再熱除湿時の動作及び冷媒の流れを示す模式図

第１の発明は、暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、室内熱交換器と膨張弁との間と、四方弁と圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、膨張弁と室外熱交換器との間と
、圧縮機の吐出口と四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、除霜バイパス回路に除霜二方弁とを有する空気調和機であって、室内熱交換器は、第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に絞り装置を設けて構成され、再熱除湿運転時には、除霜バイパス回路への冷媒流れを調整することにより、室外熱交換器での放熱量を調整することができるため、室内温度設定を保ちながら再熱除湿運転を可能にすることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、再熱除湿運転時における設定温度よりも室内温度が低い場合には、除霜二方弁を開くことにより、暖気味の除湿運転を行うことができるため、設定温度に室内温度を近づけることができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、再熱除湿運転時における設定温度よりも室内温度が高い場合には、除霜二方弁を閉じることにより、冷気味の除湿運転を行うことができるため、設定温度に室内温度を近づけることができる。

第４の発明は、特に第１から第３の発明において、外気温度を検出する外気温度センサを備え、外気温度が所定の温度を下回る場合の再熱除湿運転時にのみ除霜バイパス回路への冷媒流れを調整することにより、必要以上に除霜二方弁の開閉を行わないことで耐久性を損なうことを抑制する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機の構成を示しており、空気調和機は、冷媒配管で互いに接続された室外機２と室内機４とで構成されている。

図１に示されるように、室外機２の内部には、圧縮機６と四方弁８とストレーナ１０と膨張弁１２と室外熱交換器１４とが設けられ、室内機４の内部には、室内熱交換器１６が設けられ、これらは冷媒配管を介して互いに接続されることで冷凍サイクルを構成している。本実施の形態における室内熱交換器１６は、第１の室内熱交換器１６ｂと第２の室内熱交換器１６ｄが絞り装置１６ｃを介して接続されて構成される。これによって、絞り装置１６ｃの流路を可変することによって、一方を凝縮器として作用させ、もう一方を蒸発器として作用させることによって、再熱除湿運転を可能にしている。

さらに、圧縮機６と室内熱交換器１６は、四方弁８が設けられた冷媒配管１８を介して接続され、室内熱交換器１６と膨張弁１２は、ストレーナ１０が設けられた冷媒配管２０を介して接続されている。また、膨張弁１２と室外熱交換器１４は冷媒配管２２を介して接続され、室外熱交換器１４と圧縮機６は冷媒配管２４を介して接続されている。

冷媒配管２４の中間部には四方弁８が配置されており、圧縮機６の冷媒吸入側における冷媒配管２４には、液相冷媒と気相冷媒を分離するためのアキュームレータ２６が設けられている。また、圧縮機６と冷媒配管２２は、冷媒配管２８を介して接続されており、冷媒配管２８には除霜二方弁（例えば、電磁弁）３０が設けられている。

さらに、圧縮機６の周囲には蓄熱槽３２が設けられ、蓄熱槽３２の内部には、蓄熱熱交換器３４が設けられるとともに、蓄熱熱交換器３４と熱交換するための蓄熱材（例えば、エチレングリコール水溶液）３６が充填されており、蓄熱槽３２と蓄熱熱交換器３４と蓄熱材３６とで蓄熱装置を構成している。

また、冷媒配管２０と蓄熱熱交換器３４は冷媒配管３８を介して接続され、蓄熱熱交換器３４と冷媒配管２４は冷媒配管４０を介して接続されており、冷媒配管３８には蓄熱二方弁（例えば、電磁弁）４２が設けられている。

室内機４の内部には、室内熱交換器１６に加えて、室内送風ファン１６ａと上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられており、室内熱交換器１６は、送風ファンにより室内機４の内部に吸込まれた室内空気と、室内熱交換器１６の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に吹き出す一方、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に吹き出す。上下羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて上下に変更し、左右羽根は、室内機４から吹き出される空気の方向を必要に応じて左右に変更する。

また、室外熱交換器１４には、暖房運転時の冷媒入口温度及び冷媒出口温度をそれぞれ検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４と室外熱交換器出口温度検出手段４６が設けられ、室内熱交換器１６には、室内熱交換器１６の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段４８が設けられている。さらに、室内機４には室内の温度を検出する室内温度検出手段６０を備える。

さらに、蓄熱槽３２には、蓄熱槽３２の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段５０が設けられており、室外機２には、外気温度を検出する外気温度検出手段である外気温度センサ５２が設けられている。

なお、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２、除霜二方弁３０、蓄熱二方弁４２、室外熱交換器入口温度検出手段４４、室外熱交換器出口温度検出手段４６、室内熱交換器温度検出手段４８、蓄熱槽温度検出手段５０、外気温度センサ５２等はコントローラ５４（例えば、マイコン）に電気的に接続され、圧縮機６、送風ファン、上下羽根、左右羽根、四方弁８、膨張弁１２の運転あるいは動作は、コントローラ５４からの制御信号に基づいて制御されるとともに、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２はコントローラ５４からの制御信号に基づいて開閉制御される。

上記構成の本発明に係る冷凍サイクル装置において、各部品の相互の接続関係と機能とを、暖房運転時の場合を例にとり冷媒の流れとともに説明する。

圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６へと至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て冷媒配管２０を通り、膨張弁１２への異物侵入を防止するストレーナ１０を通って、膨張弁１２に至る。

膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４と四方弁８とアキュームレータ２６を通って圧縮機６の吸入口へと戻る。

また、冷媒配管１８の圧縮機６吐出口と四方弁８の間から分岐した冷媒配管２８は、除霜二方弁３０を介して冷媒配管２２の膨張弁１２と室外熱交換器１４の間に合流している。

さらに、内部に蓄熱材３６と蓄熱熱交換器３４を収納した蓄熱槽３２は、圧縮機６に接して取り囲むように配置され、圧縮機６で発生した熱を蓄熱材３６に蓄積し、冷媒配管２０から室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分岐した冷媒配管３８は、蓄熱二方弁４２を経て蓄熱熱交換器３４の入口へと至り、蓄熱熱交換器３４の出口から出た冷媒配管４
０は、冷媒配管２４における四方弁８とアキュームレータ２６の間に合流する。

次に、図１に示される空気調和機の通常暖房時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図２を参照しながら通常暖房時の動作を説明する。

通常暖房運転時、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は閉弁しており、上述したように圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、冷媒配管１８を通って四方弁８から室内熱交換器１６に至る。室内熱交換器１６で室内空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室内熱交換器１６を出て、冷媒配管２０を通り膨張弁１２に至り、膨張弁１２で減圧した冷媒は、冷媒配管２２を通って室外熱交換器１４に至る。室外熱交換器１４で室外空気と熱交換して蒸発した冷媒は、冷媒配管２４を通って四方弁８から圧縮機６の吸入口へと戻る。

また、圧縮機６で発生した熱は、圧縮機６の外壁から蓄熱槽３２の外壁を介して蓄熱槽３２の内部に収容された蓄熱材３６に蓄積される。

次に、図１に示される空気調和機の除霜・暖房時の動作及び冷媒の流れを示す模式的に示す図３を参照しながら除霜・暖房時の動作を説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示しており、破線矢印は除霜に供する冷媒の流れを示している。

上述した通常暖房運転中に室外熱交換器１４に着霜し、着霜した霜が成長すると、室外熱交換器１４の通風抵抗が増加して風量が減少し、室外熱交換器１４内の蒸発温度が低下する。本発明に係る冷凍サイクル装置である空気調和機には、図１に示されるように、暖房運転時における室外熱交換器１４の冷媒入口温度を検出する室外熱交換器入口温度検出手段４４が設けられており、非着霜時に比べて、蒸発温度が低下したことを室外熱交換器入口温度検出手段４４で検出すると、コントローラ５４から通常暖房運転から除霜・暖房運転への指示が出力される。

通常暖房運転から除霜・暖房運転に移行すると、除霜二方弁３０と蓄熱二方弁４２は開制御され、上述した通常暖房運転時の冷媒の流れに加え、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒の一部は冷媒配管２８と除霜二方弁３０を通り、冷媒配管２２を通る冷媒に合流して、室外熱交換器１４を加熱し、凝縮して液相化した後、冷媒配管２４を通って四方弁８とアキュームレータ２６を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。

なお、膨張弁１２と室外熱交換器１４との間と、圧縮機６の吐出口と四方弁８との間を接続する冷媒配管２８は、室外熱交換器１４を加熱して除霜を行うための気相冷媒が通過することから、除霜バイパス回路ということもできる。

また、冷媒配管２０における室内熱交換器１６とストレーナ１０の間で分流した液相冷媒の一部は、冷媒配管３８と蓄熱二方弁４２を経て、蓄熱熱交換器３４で蓄熱材３６から吸熱し蒸発、気相化して、冷媒配管４０を通って冷媒配管２４を通る冷媒に合流し、アキュームレータ２６から圧縮機６の吸入口へと戻る。

なお、室内熱交換器１６と膨張弁１２との間と、四方弁８と圧縮機６の吸入口との間を接続する冷媒配管３８及び冷媒配管４０は、蓄熱熱交換器３４を通過して蓄熱材３６から吸熱することから、これら二つの冷媒配管３８，４０を蓄熱バイパス回路ということもできる。

アキュームレータ２６に戻る冷媒には、室外熱交換器１４から戻ってくる液相冷媒が含まれているが、これに蓄熱熱交換器３４から戻ってくる高温の気相冷媒を混合することで、液相冷媒の蒸発が促され、アキュームレータ２６を通過して液相冷媒が圧縮機６に戻る
ことがなくなり、圧縮機６の信頼性の向上を図ることができる。

除霜・暖房開始時に霜の付着により氷点下となった室外熱交換器１４の温度は、圧縮機６の吐出口から出た気相冷媒によって加熱されて、零度付近で霜が融解し、霜の融解が終わると、室外熱交換器１４の温度は再び上昇し始める。この室外熱交換器１４の温度上昇を室外熱交換器出口温度検出手段４６で検出すると、除霜が完了したと判断し、コントローラ５４から除霜・暖房運転から通常暖房運転への指示が出力される。

また、本実施の形態では、再熱除湿運転を実施する形態を有している。室内機４の熱交換器に絞り装置１６ｃである再熱除湿弁が設置されており、再熱除湿運転指示がなされた場合、この再熱除湿弁が作動し絞り機構として動作、再熱除湿運転モードが開始される。

図１に示される空気調和機の再熱除湿運転時の動作及び冷媒の流れを模式的に示す図４を参照しながら再熱除湿運転時の動作を説明する。図中、実線矢印は室外熱交換器１４をバイパスさせない場合の冷媒の流れを示しており、破線矢印は室外熱交換器１４をバイパスさせる冷媒の流れを示している。なお、再熱除湿運転時は、四方弁８を切り換えて冷房運転と同様の冷凍サイクルとなるように冷媒流路を切り換える。

まず、通常の再熱除湿運転時には、圧縮機６から吐出された高温のガスは室外熱交換器１４を通過し室内機４に入り、室内熱交換器１６の再熱除湿弁の手前の再熱部（第１の室内熱交換器１６ｂ）で熱を放出、残りの蒸発部（第２の室内熱交換器１６ｄ）で吸熱、除湿を行い室温の低下を抑えつつ除湿を行うことができる。

しかし、低外気温時（例えば、ゼロ℃以下）など室外熱交換器１４での放熱量が大きい場合には室内に放出できる熱量が減少し必要な熱量が足りなくなり、設定温度のコントロールができなくなる。

これは、再熱除湿運転を行う場合、室外熱交換器１４での放熱量が大きくなり、再熱部（第１の室内熱交換器１６ｂ）による室内再加熱に利用される熱量が少なくなるためであり、室内空気吹き出し温度は低くなり、例えば冷房気味除湿となってしまう。

そこで本実施の形態では、外気温度センサ５２が所定の温度を下回っている場合は、室外熱交換器１４での放熱量が大きくなると判断し、除霜二方弁３０を開くように制御している。除霜二方弁３０を開いた場合には、圧縮機６から吐出されたガスは室外熱交換器１４をバイパスするように除霜バイパス回路を経由して室外熱交換器１４を経由してきた冷媒と合流する。このように除霜バイパス回路を経由させることによって、室外熱交換器１４で放熱される放熱量を抑制することができる。

また、本実施の形態では、再熱除湿運転時の室内温度を設定することができ、設定された室内温度よりも、室内温度検出手段６０で検出される現在の室内温度が高い場合には、室内温度を下げる冷気味除湿運転をする必要があり、第１の室内熱交換器１６ｂでの放熱量を抑える必要があるため、除霜二方弁４０は閉じたまま再熱除湿運転を行う。

一方、設定された室内温度よりも、室内温度検出手段６０で検出される現在の室内温度が低い場合には、室内温度を上げる暖気味除湿運転をする必要があり、第１の室内熱交換器１６ｂでの放熱量を高める必要があるため、除霜二方弁４０をあけて再熱除湿運転を行う。

このように、本実施の形態における再熱除湿運転の制御は、低外気温であっても室内温度を所定の温度にすることができるため、快適性を損なうことなく除湿運転を実現するこ
とができる。

本発明に係る空気調和機は、蓄熱装置内の有限の蓄熱量を用いて効率的な除霜運転を行うことができるので、冬季に着霜のおそれがある他の冷凍サイクル装置で再熱除湿運転を行う装置にも有効利用することができる。

２ 室外機
４ 室内機
６ 圧縮機
８ 四方弁
１２ 膨張弁
１４ 室外熱交換器
１６ 室内熱交換器
１６ｂ 第１の室内熱交換器
１６ｃ 絞り装置
１６ｄ 第２の室内熱交換器
５２ 外気温度センサ
６０ 室内温度検出手段

Claims (4)

1. 暖房運転時に、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁の順に冷媒が流れるように接続した冷凍サイクルと、前記圧縮機で発生した熱を蓄積する蓄熱材と蓄熱熱交換器を内蔵する蓄熱槽と、前記室内熱交換器と前記膨張弁との間と、前記四方弁と前記圧縮機の吸入口との間を接続する蓄熱バイパス回路と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と、前記圧縮機の吐出口と前記四方弁との間を接続する除霜バイパス回路と、前記蓄熱バイパス回路に蓄熱二方弁と、前記除霜バイパス回路に除霜二方弁とを有する空気調和機であって、前記室内熱交換器は、第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に絞り装置を設けて構成され、再熱除湿運転時には、前記除霜バイパス回路への冷媒流れを調整することを特徴とする空気調和機。
2. 再熱除湿運転時における設定温度よりも室内温度が低い場合には、前記除霜二方弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 再熱除湿運転時における設定温度よりも室内温度が高い場合には、前記除霜二方弁を閉じることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 外気温度を検出する外気温度センサを備え、前記外気温度が所定の温度を下回る場合の再熱除湿運転時にのみ前記除霜バイパス回路への冷媒流れを調整することを特徴とする請求項１から３に記載の空気調和機。