JP3809875B2 - 空気調和機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2シリンダーを有する圧縮機を具備したヒートポンプ式空気調和機に係り、特に、暖房運転時の除霜方式を改良した空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ式空気調和機の除霜方式の一例としては、冷凍サイクルの吸熱側と放熱側とを切り換えて高温高圧の吐出冷媒を室外熱交換器に導いて除霜するリバース方式や膨張弁を全開させて室内熱交換器からの冷媒を減圧せずに室外熱交換器に導いて除霜する膨張弁全開方式などがある。
【0003】
また、これに加えて、除霜時の吸熱源として蓄熱源を用い、除霜に必要な全ての熱量を蓄熱源のみで賄う除霜方式もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなリバース除霜方式や膨張弁全開除霜方式のみによる除霜では、除霜に使用する熱量が冷凍サイクル、特に圧縮機が運転中に保有した熱量のみを利用するしかないので、この熱量の減少に伴って除霜能力が次第に低下してしまうという課題がある。
【0005】
また、除霜時の吸熱源として蓄熱源を用いる空気調和機では、除霜に必要な全ての熱量を蓄熱源のみで賄うために、運転効率を考えた場合、多量の熱量を蓄熱しておくために蓄熱槽の大型重量化を招くという課題がある。
【0006】
そこで本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、蓄熱吸熱と外気吸熱とを併用することにより、除霜時間が従来方式の場合よりも短く、しかも、蓄熱槽の小型軽量化とを共に図ることができる空気調和機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の空気調和機は、2シリンダーを有する圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を順次連通させて冷凍サイクルを構成し、上記四方弁からの冷媒を各シリンダーに導く各吸込み配管を備えた、冷暖可能な空気調和機において、上記室内熱交換器と上記減圧装置との間と上記吸込み配管の一方とを連通させるバイパス路と、このバイパス路に順次介設される二方弁および蓄熱材が充填された蓄熱槽内に配置された吸熱熱交換器と、暖房運転の除霜時、上記減圧装置である開度が可変可能な電子式膨張弁の開度を大きく開き、上記室内熱交換器を出た冷媒をほとんど減圧せずに上記室外熱交換器に導くと同時に、上記室内熱交換器からの冷媒の一部を上記吸熱熱交換器に導くように上記二方弁を開く制御装置と、を有することを特徴とする。
【0008】
この発明によれば、暖房運転の除霜時、制御装置により電子式膨張弁の開度が大きく開かれるので、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器を経由してから、その殆どが電子式膨張弁により殆ど減圧されずに室外熱交換器内に大量に流入し、ここでさらに放熱して室外熱交換器の着霜を除霜する。このために、暖房を続行しつつ除霜することができるので、暖房効率を向上させることができるうえに、除霜時間を短縮することができる。
【0009】
また、この除霜時、室内熱交換器で放熱する一方で液化した液冷媒は、制御装置により開かれた二方弁とバイパス路により案内されて吸熱熱交換器内に導入され、ここで蓄熱材より吸熱して気化して昇温してから再び圧縮機の吸込み側に戻され、圧縮機に熱を供給する。このために、圧縮機の保有熱の減少を抑制できる。
【0010】
したがって、この発明によれば、高温高圧のガス冷媒により室外熱交換器を除霜する外気吸熱サイクルと、液冷媒の一部が蓄熱材から吸熱して気化し、昇温する蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、圧縮機の保有熱の減少を抑制でき、いわゆる膨張弁全開除霜方式のみによる場合よりも除霜時間を短縮させることができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【0011】
請求項2の発明の空気調和機は、制御装置は、除霜運転時に、室内熱交換器に具備された室内ファンを運転させる一方、室外熱交換器に具備された室外ファンを停止させる手段を具備していることを特徴とする。
【0012】
この発明によれば、請求項1の発明の作用効果に加えて、その除霜時、室内ファンを運転するので、室内熱交換器で放熱する高温高圧のガス冷媒の放熱により室内空気を加熱して室内へ送風するので、暖房運転を継続することができる。
【0013】
また、この除霜時、室外ファンの運転を停止するので、室外熱交換器の放熱を室外ファンの運転により温風として外気へ送風させずに、専ら除霜に利用することができるので、除霜効率を向上させることができる。
【0014】
請求項3の発明の空気調和機は、制御装置は、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に除霜運転を開始させると共に、その除霜運転開始の所定時間前に、二方弁を開く手段を具備していることを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、請求項1の発明の作用効果に加えて、制御装置は、除霜運転を、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に開始させるが、これらの除霜運転開始の所定時間前の暖房運転時にはバイパス路の二方弁を予め開くので、室内熱交換器からの液冷媒の一部は開弁中の二方弁により案内されて、バイパス路を通って吸熱熱交換器に流入し、ここで蓄熱材から吸熱してガス化すると共に昇温して圧縮機の吸込み側に戻され、圧縮機に熱を供給する。このために、圧縮機の保有熱の減少を除霜開始の前から抑制しておくことができるので、除霜開始前に圧縮機の保有熱を一定量増加させることができ、除霜時の保有熱の急激な減少を抑制することができる。したがって、除霜時間を一段と短縮させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1〜図3を参照して説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【0017】
図1は本発明の第1の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図であり、空気調和機1は冷媒をそれぞれ個別に圧縮する2シリンダー2a,2bを内蔵している圧縮機2に、四方弁3、室内ファン4を具備している室内熱交換器5、減圧装置である電子式膨張弁6、室外ファン8を具備している室外熱交換器9、上記各シリンダー2a,2bの吸込み側に各吸込み配管10,11を介してそれぞれ接続された第1のサクションカップ12を、冷媒配管13により順次接続して冷媒を循環させる閉ループを構成している。
【0018】
そして、室内熱交換器5と電子式膨張弁6との間の冷媒配管13の途中と、一方の吸込み配管11の逆止弁13の下流側とを、バイパス路をなすバイパス管15により連結している。
【0019】
バイパス管15の途中には、図中実線矢印で示す除霜運転時の冷媒の流れ方向上流側から下流側に向けて、二方弁16、キャピラリチューブ17、蓄熱材18を充填した蓄熱槽である蓄熱タンク19内に配設された吸熱熱交換器20、第2のサクションカップ21を順次介装している。
【0020】
なお、一方の吸込み配管11にはバイパス管15から第1のサクションカップ12への冷媒の逆流を阻止する逆止弁14が介装されている。
【0021】
そして、制御装置22は、四方弁3、電子式膨張弁6、二方弁16にそれぞれ電気的に接続されており、四方弁3を切換制御して冷媒を、図中点線矢印方向に循環させることにより通常の暖房運転を行なう一方、暖房運転と逆方向に冷媒を循環させることにより冷房運転を行ない、さらに、暖房時の除霜運転を冷房運転と同じサイクルで図中実線矢印方向に冷媒を循環させて行なう運転モード切換手段を有する。
【0022】
また、制御装置22は暖房運転開始時、もしくは暖房運転中前回除霜終了時から一定時間経過後に除霜運転を開始させるようになっている。
【0023】
さらに、制御装置22は、電子式膨張弁6の開度を制御することにより冷媒流量を制御すると共に、二方弁16を開弁させる二方弁制御手段を有する。
【0024】
つまり、制御装置22は次の表1に示すように運転モードに従って各アクチュエータを制御するようになっている。
【0025】
【表1】
【0026】
したがって、図示しないリモコン等により暖房運転モードが選択操作されると、制御装置22により四方弁3がオン(通電)されると共に、二方弁16が閉弁され、室内ファン4と室外ファン8が運転される。このために、冷媒は冷凍サイクルを図中破線矢印方向に循環する。つまり、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁3により案内されて室内熱交換器5内に導入され、ここで放熱して外気と熱交換して温風が室内ファン4により室内へ送風されて暖房を行なう。
【0027】
そして、室内熱交換器5内で放熱する一方で凝縮して液化した液冷媒は電子式膨張弁6とキャピラリチューブ並列回路7とでそれぞれ減圧されてから室内熱交換器9内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱してガス化し、室外ファン8の送風により、その熱交換が促進され、さらに、第1のサクションカップ12で気液分離されてからガス冷媒が圧縮機2の各シリンダー2a,2bへ吸い込まれる。
【0028】
このような暖房運転中、室外熱交換器9は液冷媒の蒸発潜熱と外気とにより冷却されるので、その外面に着霜が発生する。
【0029】
そこで、暖房運転開始時および前回除霜運転終了時から暖房運転が所定時間継続したとき、もしくは図示しないセンサーにより除霜開始が検知されたときに、四方弁3がオフに切り換えられると共に、二方弁16が開弁され、室内,外ファン4,8の運転が共に停止される。
【0030】
したがって、圧縮機2の2シリンダー2a,2bにより圧縮された高温高圧のガス冷媒は冷凍サイクルを図1中実線矢印方向に循環し、いわゆる外気吸熱サイクルであるリバース除霜運転が開始される。
【0031】
このために、圧縮機2から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁3により案内されて室外熱交換器9内に導入され、ここで放熱して室外熱交換器9の着霜を除霜する。このとき、室外ファン8の運転は停止しているので、室外熱交換器9の放熱を専ら除霜に利用することができる。
【0032】
そして、室外熱交換器9に導入されたガス冷媒は放熱して液化し、この液冷媒は電子式膨張弁6により減圧されると共に流量が制御されてから、開弁中の二方弁16側と室内熱交換器5側とに分流される。
【0033】
室内熱交換器5内に流入した液冷媒は室内熱交換器5内で蒸発して気化し、外気から吸熱するが、室内ファン4の運転は停止しているので、冷風が室内へ送風されることはない。
【0034】
そして、室内熱交換器5内で気化したガス状冷媒は四方弁3に案内されて、第1のサクションカップ12で気液分離されてから、2本の吸込み管10,11を通って再び圧縮機2の各シリンダー2a,2bの吸込み側へ戻され、圧縮機2の保有熱を吸熱する。
【0035】
一方、開弁中の二方弁16側へ分流した液冷媒の一部はバイパス管15に案内されてキャピラリチューブ15内に流入し、ここで減圧されてから吸熱熱交換器20内に導入される。ここで、液冷媒は蓄熱タンク19内に充填されている蓄熱材18から吸熱して気化すると共に昇温し、さらに、第2のサクションカップ21で気液分離されてから再び圧縮機2の一方のシリンダー,例えば2bの吸込み側へ戻され、圧縮機2に熱を供給する。
【0036】
したがって、除霜による圧縮機2の保有熱の急激な減少を抑制することができると共に、液冷媒の一部を蓄熱材19から吸熱させるので、外気温が低い場合でも除霜することができる。
【0037】
また、この除霜運転によれば、外気吸熱サイクルであるいわゆるリバース除霜サイクルと、液冷媒の一部が蓄熱材18から吸熱して気化し、昇温する蓄熱吸熱サイクルとを同時に使用するので、従来のリバース除霜サイクルのみを使用する場合に比して除霜を早く終了させることができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみにより除霜する従来例に比して蓄熱タンク19の小型軽量化を図ることができる。
【0038】
さらに、液冷媒の一部が蓄熱材18より吸熱して気化してから圧縮機2の吸込み側へ戻されるので、液バックを防止ないし低減することができる。
【0039】
次の表2は図示しないタイマーにより暖房運転の継続の経過を計時したときに、上記リバース除霜運転を開始させる場合に、その除霜開始の所定時間前から二方弁16を予め開弁させておく場合の制御装置22による制御例の一例を示す。
【0040】
【表2】
【0041】
この制御方法によれば、除霜開始の所定時間前から二方弁16を予め開弁させておくので、この二方弁16の開弁により蓄熱タンク19の吸熱熱交換器20に導入される冷媒に蓄熱材18からの吸熱を前もって所定時間行なうことにより、この蓄熱を圧縮機2に供給し、除霜開始前に圧縮機2の保有熱を一定量増加させることができる。このために、除霜による圧縮機2の保有熱の急激に減少を抑制することができるので、除霜時間をさらに短縮することができる。
【0042】
図2は本発明の第2の参考例に係る空気調和機1Aの冷凍サイクル図であり、この空気調和機1Aは、図1で示す空気調和機1に、放熱バイパス路23を設けると共に、上記制御装置22を制御装置22Aに置換した点に特徴がある。
【0043】
すなわち、放熱バイパス路23は圧縮機2の吐出側と四方弁3の入力側を接続する冷媒配管13の途中に介装された電磁弁よりなる第1の開閉弁24と、この第1の開閉弁24の前後に連結された放熱バイパス管25と、この放熱バイパス管25の途中に介装されて蓄熱タンク19内に配設される放熱熱交換器26と、この放熱熱交換器26の上流側にて放熱バイパス管25の途中に介装された電磁弁よりなる第2の開閉弁27とを有する。第1,第2の開閉弁24,27には制御装置22Aを電気的に接続し、さらに制御装置22Aには四方弁3、電子式膨張弁6、二方弁16を電気的に接続している。
【0044】
そして、制御装置22Aは予め冷媒の保有熱を蓄熱タンク19の蓄熱材18に蓄熱するために、第1,第2の開閉弁24,27の開閉を制御する蓄熱制御手段を上記制御装置22に追加した点に特徴がある。すなわち、この蓄熱制御手段は第1の開閉弁24を閉じる一方、第2の開閉弁27を開き、圧縮機2から吐出される高温高圧のガス冷媒を放熱バイパス管25を経て放熱熱交換器26に導入し、ここで放熱させることにより蓄熱タンク19内の蓄熱材18に蓄熱させることができる。したがって、蓄熱材18に蓄熱する電気ヒータ等の加熱手段を別途設ける必要がなく、その分、空気調和機1の全体の小型軽量化を図ることができる。
【0045】
そして、制御装置22Aはこのような蓄熱を終了したときは、第2の開閉弁27を閉じる一方、第1の開閉弁24を開いて暖房ないし除霜運転に備える。
【0046】
図3は本発明の第1の実施形態に係る空気調和機1Bの冷凍サイクル図であり、この空気調和機1Bは上記リバース除霜に代えて、いわゆる膨張弁全開方式の連続暖房除霜を行なう点に特徴がある。この連続暖房除霜は図3で示す空気調和機1の電子式膨張弁6の開度を、制御装置22Bにより除霜時にほぼ全開させると共に、四方弁3を、オン状態で保持することにより圧縮機2からの高温高圧のガス冷媒を、室内熱交換器5を経由して電子式膨張弁6では殆ど減圧せずに室外熱交換器9に大量に導入し、ここで放熱させることにより除霜する方式である。
【0047】
次の表3はこの除霜方式による制御装置22Bによる制御の一例を示す。
【0048】
【表3】
【0049】
したがって、この連続暖房除霜方式によれば、除霜時の冷媒の循環方向が暖房運転時と同じであり、しかも、室内ファン4を運転するので、除霜中でも暖房を続行させることができる。このために暖房効率を向上させることができる。
【0050】
また、除霜時、開弁中の二方弁16により蓄熱タンク19の吸熱熱交換器20内に案内された冷媒の一部はここで蓄熱材18から吸熱して気化して昇温し、さらに第2のサクションカップ21で気液分離されてから一方の吸込み管11を通って圧縮機2内の一方のシリンダー2bに戻される。このために、蓄熱材18から吸熱した冷媒ガスと、外気から吸熱した冷媒ガスとを圧縮機2の手前で合流混合させないので、蓄熱を圧縮機2に確実に供給することができる。
【0051】
したがって、除霜により圧縮機2の保有熱が急激に減少するのを抑制することができるので、この圧縮機保有熱を吸熱した高温冷媒により室外熱交換器9の着霜を除霜する除霜時間を短縮することができる。
【0052】
次の表4は上記空気調和機1Bにおいて、図示しないタイマーにより暖房運転の継続の経過を計時したときに、上記連続暖房除霜運転を開始させる場合に、その除霜開始の所定時間前から二方弁16を予め開弁させておく場合の制御装置22Bによる制御例の一例を示す。
【0053】
【表4】
【0054】
この制御方法によれば、除霜開始の所定時間前から二方弁16を予め開弁させておくので、この二方弁16の開弁により蓄熱タンク19の吸熱熱交換器20に導入される冷媒に蓄熱材18からの吸熱を前もって所定時間行なうことにより圧縮機2に蓄熱を供給し、除霜開始前に圧縮機2の保有熱を一定量増加させることができる。このために、除霜による圧縮機2の保有熱の急激に減少を抑制することができるので、除霜時間をさらに短縮することができる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、リバース除霜の外気吸熱サイクルと、蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、いわゆる従来のリバース除霜方式のみによる場合よりも除霜時間を短縮することができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【0056】
また、この発明によれば、膨張弁全開方式の連続暖房除霜と、蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、いわゆる従来の膨張弁全開方式のみによる場合よりも、暖房を継続しながらの除霜時間を短縮することができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図2】 本発明の第2の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図3】 本発明の第1の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【符号の説明】
1,1A,1B 空気調和機
2 圧縮機
2a,2b シリンダー
3 四方弁
4 室内ファン
5 室内熱交換器
6 電子式膨張弁
8 室外ファン
9 室外熱交換器
10,11 吸込み管
13 冷媒配管
15 バイパス管
16 二方弁
18 蓄熱材
19 蓄熱タンク
20 吸熱熱交換器
22,22A,22B 制御装置
Claims (3)
- 2シリンダーを有する圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を順次連通させて冷凍サイクルを構成し、上記四方弁からの冷媒を各シリンダーに導く各吸込み配管を備えた、冷暖可能な空気調和機において、上記室内熱交換器と上記減圧装置との間と上記吸込み配管の一方とを連通させるバイパス路と、このバイパス路に順次介設される二方弁および蓄熱材が充填された蓄熱槽内に配置された吸熱熱交換器と、暖房運転の除霜時、上記減圧装置である開度が可変可能な電子式膨張弁の開度を大きく開き、上記室内熱交換器を出た冷媒をほとんど減圧せずに上記室外熱交換器に導くと同時に、上記室内熱交換器からの冷媒の一部を上記吸熱熱交換器に導くように上記二方弁を開く制御装置と、を有することを特徴とする空気調和機。
- 制御装置は、除霜運転時に、室内熱交換器に具備された室内ファンを運転させる一方、室外熱交換器に具備された室外ファンを停止させる手段を具備していることを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
- 制御装置は、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に除霜運転を開始させると共に、その除霜運転開始の所定時間前に、上記バイパス路の二方弁を開く手段を具備していることを特徴とする請求項1記載の空気調和機。
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