JP4774858B2

JP4774858B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4774858B2
Application number: JP2005235746A
Authority: JP
Inventors: 義和西原; 紀史吉椿
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-08-16
Also published as: JP2007051795A

Description

本発明は、ヒートポンプ運転による暖房運転時において、暖房を継続しながら室外熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転を行うことができる空気調和装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ式マルチ型空気調和装置の除霜方式は、一般的に四方弁を切り換え、冷凍サイクルの冷媒を逆方向に流す除霜方式をとっていた。

即ち、除霜運転は冷房時と同じ冷媒の流動方向とし、室外側熱交換器に高温高圧の冷媒を流して、熱交換器に付着した霜を融解するものであった。

この除霜方式では、除霜時は室内側の熱交換器が蒸発器となるため、暖房が停止することから室内の部屋の温度が低下して冷風感を感じるという基本的課題があった。

この基本的課題への対策として、暖房継続しながら除霜運転する発明が考えられてきた。

図８は従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。

同図に示すように、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張機構および室外熱交換器を冷媒回路で連結してなるヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、この冷凍サイクルにおける前記膨張機構と前記室外熱交換器の間と、前記圧縮機の吸入側の間を連結し、冷媒加熱器を有する冷媒加熱回路と、前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器と前記四方弁の間を連結する除霜用回路とを備え、前記冷凍サイクルのヒートポンプ運転時において前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記冷媒加熱器によって加熱された冷媒が、前記圧縮機を通った後、前記室内熱交換器を通る流れと前記除霜用回路から前記室外熱交換器を通る流れとに分岐され、これらの分岐した冷媒の流れが前記冷媒加熱回路の入口で合流し、再び前記冷媒加熱器によって加熱されるように構成されている発明が開示されている。

上記発明で課題として取り上げられているように、ヒートポンプ運転を行った際の室外機の除霜運転を行うときに、暖房を継続しながら、除霜運転を行うことは条件を限定すれば可能である（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１８２９９４号公報

しかしながら、この冷凍サイクルの方式では、次のような課題が発生する。

この冷凍サイクルの構成は、除霜運転を行う際に、二方弁１０９ａを開放にして、室外熱交換器１０３と四方弁１０２との間に圧縮機１０１の吐出冷媒が流れることになるため、圧縮機吸入側に除霜するホットガス冷媒が流れないように二方弁１０６が必要となる。

二方弁１０６は圧縮機１０１の吸入側に連結され、冷房および暖房運転の圧損を低減するためには口径の大きな二方弁１０６を採用することとなり、非常に高価な二方弁となってしまう。

またヒートポンプ運転から二方弁１０８を開放させて冷媒加熱運転に切り換え、除霜運転を行う方式で室外熱交換器１０３の冷媒の流れが逆転するため、除霜運転を行う前に二方弁１０７を一旦閉運転とする必要があり、この室外熱交換器１０３の入口に二方弁１０７が必要となる。

したがって、この冷凍サイクルでは４個もの二方弁が必要となり、複雑で高価な方式となる。

また除霜に供された後の冷媒と室内熱交換器１１０で放熱した後の冷媒が合流するため、合流箇所における冷媒圧力が除霜に供された後の冷媒の圧力よりも高ければ、室外熱交換器に冷媒が流れ、逆であれば室内側に冷媒が流れることになり、暖房しながら除霜運転を行うことが出来ない場合が発生する。

また、除霜に供された後の冷媒と室内熱交換器１１０で放熱した後の冷媒が合流するため、冷媒音が発生しやすく、前記の圧力バランスの課題と冷媒音課題を解決するために冷媒合流器を必要とする場合が考えられる。

また、前記合流箇所では冷媒循環量が多くなり圧力損失が増加するため、その対策として配管の管径を大きくすることが必要となり、加熱器が大型になってしまうという構造的課題もある。

また、冷房回路で運転すると冷媒加熱器１０４の配管内部は、低圧冷媒で冷媒加熱器１０４の温度が低下するのが常態となることから、冷媒加熱器１０４には結露が発生し易く、また二方弁１０８が故障で冷媒漏れを発生した場合でも冷媒加熱器に結露が発生し、特に冷媒加熱器に伝熱ヒータを用いる場合などは、冷媒加熱器の信頼性、安全性に大きな問題がある。

さらに、この技術をマルチ型空気調和装置に応用した場合、室内機が複数あるため、放熱量が大きく、液冷媒が多量に室外機へ戻る現象が発生したり、封入冷媒が多いことから、上記、課題の冷媒合流しにくいことや冷媒音、加熱器の大型化がさらに悪化する傾向となることから、除霜しながら室内側を暖房することが困難になり、なお且つ室内機が複数の部屋に設置されているため、除霜時には冷媒の分流制御ができず、これら複数の部屋の暖房をすることができないことで住環境が極めて悪化する。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルが簡単なバイパス回路で構成でき、冷媒音、圧力バランスの問題も発生しないような、暖房運転を継続しながら除霜運転できるマルチ型の空気調和装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の空気調和装置は、圧縮機、四方弁、第１の分流器、複数の室内側熱交換器、第２の分流器、開閉弁、室外側熱交換器を冷媒回路で連結したヒ
ートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、前記複数の室内側熱交換器はそれぞれの配管で前記室外機と接続され、前記それぞれの配管が室外機内の第１、第２の分流器で単配管に接続された空気調和装置において、第２の分流器の室内機側にはそれぞれの配管に膨張弁を具備し、前記第２の分流器と前記開閉弁の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に設けられた二方弁及び冷媒加熱ヒータと、前記四方弁と第１の分流器の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間、または、前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路と、前記第２のバイパス回路に設けられた二方弁とを備え、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱ヒータで加熱した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流した後、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して、前記圧縮機の吐出冷媒を、前記室外熱交換器に流す除霜運転を行なうことを特徴とするものである。

本発明の空気調和装置は、暖房運転を継続しながら、除霜を実施することができる。

第１の発明は、圧縮機、四方弁、第１の分流器、複数の室内側熱交換器、第２の分流器、開閉弁、室外側熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、前記複数の室内側熱交換器はそれぞれの配管で前記室外機と接続され、前記それぞれの配管が室外機内の第１、第２の分流器で単配管に接続された空気調和装置において、第２の分流器の室内機側にはそれぞれの配管に膨張弁を具備し、前記第２の分流器と前記開閉弁の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に設けられた二方弁及び冷媒加熱ヒータと、前記四方弁と第１の分流器の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間、または、前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路と、前記第２のバイパス回路に設けられた二方弁とを備え、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱ヒータで加熱した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流した後、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して、前記圧縮機の吐出冷媒を、前記室外熱交換器に流す除霜運転を行なうもので、この構成をなすことにより、室内側熱交換器に高温の冷媒を流しながら、室外側熱交換器にも高温の冷媒を流すことができるので、暖房運転を行ないながら除霜運転を実施することができる。

また暖房を継続しながら、除霜運転を行うため、四方弁を切り換える時の冷媒音は発生しない。

また除霜時に四方弁を切り換えないため、圧力変動が小さく、圧縮機のオイル変動も小さいことから圧縮機の信頼性の高い運転ができる。

また接続配管長が長くなる場合でも除霜回路が室外で行うため、配管長による除霜運転での圧縮機オイルレベルが下がることはなく長配管商品でも圧縮機の信頼性の高い運転ができる。

第２の発明は、圧縮機、四方弁、第１の分流器、複数の室内側熱交換器、第２の分流器、室外側熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、前記複数の室内側熱交換器はそれぞれの配管で前記室外機と接続され、前記それぞれの配管が室外機内の第１・第２の分流器で単配管に接続された空気調和装置において、第２の分流器の室内機側にはそれぞれの配管に膨張弁を具備し、第２の分流器と前記複数の室内側熱交換器の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間を第３の分流器を介して連結する第１のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に設けられた二方弁及び冷媒加熱ヒータと、前記四方弁と第１の分流器の間と、第２の分流器と前記室外側熱交換器の間、または、前記圧
縮機と前記四方弁の間と、第２の分流器と前記室外側熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路と、前記第２のバイパス回路に設けられた二方弁とを備え、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱ヒータで加熱した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流した後、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して、前記圧縮機の吐出冷媒を、前記室外熱交換器に流す除霜運転を行なうもので、この構成をなすことにより、冷媒分流用の膨張弁を利用して、室内側熱交換器に高温の冷媒を流しながら、室外側熱交換器にも高温の冷媒を流すことができるので、新しい弁を追加することなく暖房運転を行ないながら除霜運転を実施することができる。

第３の発明は、特に第２の発明の第１のバイパス回路を、前記複数の室内側熱交換器と第２の分流器の間の複数の回路のそれぞれに１系統づつ設け、前記それぞれの系統のバイパス回路に、二方弁および冷媒加熱ヒータを設けたもので、この構成をなすことにより、複数の室内側熱交換器にそれぞれの冷媒加熱器で冷媒加熱して暖房ができるので、室内側熱交換器に高温の冷媒を流しながら、室外側熱交換器にも高温の冷媒を流すことができ、暖房運転を行ないながら除霜運転を実施することができる。

しかも、冷媒加熱器を設けた第１のバイパス回路を複数の室内機用に別個に搭載しているため、室内機側に応じて暖房能力を十分に行なうことができ、それぞれの部屋の負荷に応じた最適な加熱器の運転ができる。

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、本願発明にかかる空気調和装置の構成図である。同図において、室外機２０には、圧縮機１、四方弁２、第１の分流器３、膨張弁６および７、第２の分流器８、開閉弁９、室外側熱交換器１０、第１のバイパス回路３０、冷媒加熱用二方弁１１、冷媒加熱器１２、第２のバイパス回路４０、第２のバイパス回路の二方弁１３、室外側送風機（図示せず）が搭載されている。

また室内機２１および２２には、室内側熱交換器４および５、室内側送風機（図示せず）が配設されている。

次に図４は、本願発明にかかる制御ブロック図であり、図５は同制御が動作したときの挙動を示すタイムチャートである。

図４では室外機側２０で除霜開始判断が除霜開始判断手段５０でなされ、除霜開始と判断された時に圧縮機運転手段５１、冷媒加熱用二方弁開閉手段５２、除霜用二方弁開閉手段５３、膨張弁開度可変手段５４、室外送風機運転手段５５、四方弁切り換え手段５６、加熱器ヒータ運転停止手段５７が図５に示す動作をすることにより除霜運転が行われる。

このとき室外機２０から除霜開始信号を室内機２１および２２で除霜開始信号受信手段５８で受信して、除霜運転の判断より室内送風機運転手段５９で室内送風機（図示せず）を制御する。

具体的には図５に示すように、除霜開始の判断をすると、ステップ１のヒートポンプによる暖房運転からステップ２の冷媒加熱運転による暖房運転に移行する。このときに冷媒加熱用二方弁１１をＯＮして開方向に制御する。

また除霜用二方弁１３は閉塞したままにし、また加熱器ヒータ１２をＯＮして冷媒加熱
運転を行う。このとき開閉弁９は開のままとし、膨張弁６および７は暖房運転の通常の開度を保つ。四方弁２は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切換えしない。

また、内ファンは暖房を継続するので、停止することはない。外ファンは運転継続する。

次にステップ３で、圧縮機運転周波数を除霜用の値に変更し、冷媒加熱用二方弁１１は開のままとする。

また除霜用二方弁１３を開とし、加熱器ヒータ１２は継続してＯＮして冷媒加熱運転および除霜運転を行う。

また開閉弁９を閉とし、膨張弁６および７は除霜用開度へ移行する。

また、外ファンは運転停止する。

そして、ステップ４で除霜終了と共に除霜する前の動作に戻る。

さらに、ステップ５以降で通常のヒートポンプ暖房運転に復帰する。

なお、上記実施の形態１では圧縮機の運転周波数を変化させているが、一定速の圧縮機でも暖房を継続して除霜運転を行うことができる。

また、室内側ファンの回転数は固定しても変動しても構わない。

また、本実施の形態１では第１のバイパス回路の一端を、四方弁と室外側熱交換器の間に連結するものとしたが、四方弁と圧縮機の吸入側の間に連結するものとしてもよい。

また、第２のバイパス回路の一端を、四方弁と第１の分流器の間に連結するものとしたが、第１の分流器と室内側熱交換器の間としても同様の効果が得られる。
（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図２および図６を用いて説明する。

図２において、除霜開始の判断をすると、図６に記載のように、ステップ１のヒートポンプによる暖房運転からステップ２の冷媒加熱運転による除霜運転に移行する。このときに冷媒加熱用二方弁１１をＯＮして開方向に制御する。

また除霜用二方弁１３は閉塞したままにし、また加熱器ヒータ１２をＯＮして冷媒加熱運転を行う。このとき、膨張弁６および７は閉とする。四方弁２は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切換えしない。

次にステップ３で、圧縮機の運転周波数を除霜用の値へ変化させ、冷媒加熱用二方弁１１は開のままとする。

また除霜用二方弁１３を開とし、加熱器ヒータ１２は継続してＯＮして冷媒加熱運転お
よび除霜運転を行う。また膨張弁６および７は閉とする。また、外ファンは運転停止する。

なお、冷媒加熱器のヒータ部は、発熱体であれば形、方式は問わない。

また、本実施の形態２では第１のバイパス回路の一端を、四方弁と室外側熱交換器の間に連結するものとしたが、四方弁と圧縮機の吸入側の間に連結するものとしてもよい。

また、第２のバイパス回路の一端を、四方弁と第１の分流器の間に連結するものとしたが、第１の分流器と室内側熱交換器の間としても同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
次に実施の形態３について、図３および図７を用いて説明する。

図３において、除霜開始の判断をすると、図７のタイムチャートに記載のように、ステップ１のヒートポンプによる暖房運転からステップ２の冷媒加熱運転による除霜運転に移行する。このときに冷媒加熱用二方弁１５および１６をＯＮして開方向に制御する。

また除霜用二方弁１３は閉塞したままにし、また加熱器ヒータ１７および１８をＯＮして冷媒加熱運転を行う。このとき、膨張弁６および７は閉とする。四方弁２は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切換えしない。

次にステップ３で、圧縮機の運転周波数を除霜用の値へ変化させ、冷媒加熱用二方弁１５および１６は開のままとする。

また除霜用二方弁１３を開とし、加熱器ヒータ１７および１８は継続してＯＮして冷媒加熱運転を行う。また膨張弁６および７は閉とする。また、外ファンは運転停止する。

また、本実施の形態３では第１のバイパス回路の一端を、四方弁と室外側熱交換器の間
に連結するものとしたが、四方弁と圧縮機の吸入側の間に連結するものとしてもよい。

以上のように本発明の空気調和装置は暖房運転しながら、除霜運転を実施できるので、マルチ型空気調和装置の複数の室内の住環境性を高レベルに保持しながら、室外温度が非常に低温の寒冷地での空気調和装置にも適用できる。

本願発明の実施の形態１の空気調和装置の構成図本願発明の実施の形態２の空気調和装置の構成図本願発明の実施の形態３の空気調和装置の構成図本願発明の制御ブロック図本願発明の実施の形態１のタイムチャート本願発明の実施の形態２のタイムチャート本願発明の実施の形態３のタイムチャート従来例の空気調和装置の構成図

１圧縮機
２四方弁
３第１の分流器
４室内側熱交換器
５室内側熱交換器
６膨張弁
７膨張弁
８第２の分流器
９開閉弁
１０室外側熱交換器
１１冷媒加熱用二方弁
１２加熱器
１３除霜用二方弁
１４第３の分流器
１５冷媒加熱用二方弁
１６冷媒加熱用二方弁
１７加熱器
１８加熱器
２０室外機
２１室内機
２２室内機
３０第１のバイパス回路
４０第２のバイパス回路

Claims

圧縮機、四方弁、第１の分流器、複数の室内側熱交換器、第２の分流器、開閉弁、室外側熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、前記複数の室内側熱交換器はそれぞれの配管で前記室外機と接続され、前記それぞれの配管が室外機内の第１、第２の分流器で単配管に接続された空気調和装置において、第２の分流器の室内機側にはそれぞれの配管に膨張弁を具備し、前記第２の分流器と前記開閉弁の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に設けられた二方弁及び冷媒加熱ヒータと、前記四方弁と第１の分流器の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間、または、前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記開閉弁と前記室外側熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路と、前記第２のバイパス回路に設けられた二方弁とを備え、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱ヒータで加熱した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流した後、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して、前記圧縮機の吐出冷媒を、前記室外熱交換器に流す除霜運転を行なうことを特徴とする空気調和装置。
圧縮機、四方弁、第１の分流器、複数の室内側熱交換器、第２の分流器、室外側熱交換器を冷媒回路で連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを搭載し、前記複数の室内側熱交換器はそれぞれの配管で前記室外機と接続され、前記それぞれの配管が室外機内の第１・第２の分流器で単配管に接続された空気調和装置において、第２の分流器の室内機側にはそれぞれの配管に膨張弁を具備し、第２の分流器と前記複数の室内側熱交換器の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間を第３の分流器を介して連結する第１のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に設けられた二方弁及び冷媒加熱ヒータと、前記四方弁と第１の分流器の間と、第２の分流器と前記室外側熱交換器の間、または、前記圧縮機と前記四方弁の間と、第２の分流器と前記室外側熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路と、前記第２のバイパス回路に設けられた二方弁とを備え、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して、前記冷媒加熱ヒータで加熱した冷媒を前記圧縮機の吸入側に流した後、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して、前記圧縮機の吐出冷媒を、前記室外熱交換器に流す除霜運転を行なうことを特徴とする空気調和装置。
第１のバイパス回路を、前記複数の室内側熱交換器と第２の分流器の間の複数の回路のそ
れぞれに１系統づつ設け、前記それぞれの系統のバイパス回路に、二方弁および冷媒加熱ヒータを設けたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。