JP5445570B2 - 空気調和機 - Google Patents
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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、ヒートポンプ式空気調和機による暖房運転時、室外熱交換器に着霜した場合には、暖房サイクルから冷房サイクルに四方弁を切り替えて除霜を行っている。この除霜方式では、室内ファンは停止するものの、室内機から冷気が徐々に放出されることから暖房感が失われるという欠点がある。
そこで、室外機に設けられた圧縮機に蓄熱装置を設け、暖房運転中に蓄熱槽に蓄えられた圧縮機の廃熱を利用して除霜するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の技術では、圧縮機の排熱を蓄えて利用しているが、まだ、無駄な熱源を有効的に利用するという観点からは未だ改善の余地があった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる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、本発明の空気調和機は、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を有する空気調和機であって、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、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器とを備え、蓄熱熱交換器と直列にリアクタ加熱器を配置したことにより、リアクタの排熱も有効的に利用することができ、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。
本発明は、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる空気調和機を提供することができる。
第1の発明の空気調和機は、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を有する空気調和機であって、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、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器と、蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、リアクタ加熱器に冷媒を流す流路を開閉するリアクタ加熱二方弁と、蓄熱熱交換器の出口と圧縮機の吸入側とをバイパスするリアクタ加熱バイパス回路とを備え、蓄熱熱交換器と直列にリアクタ加熱器を配置し、リアクタ加熱バイパス回路にリアクタ加熱二方弁と、リアクタ加熱器とを
配置し、蓄熱槽温度検出手段で所定の温度よりも下側の温度を検出した場合は、リアクタ加熱二方弁を開くようにしたことにより、リアクタの排熱も有効的に利用することができ、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。また、暖房運転をしながら除霜運転が可能な時間を延ばすことができるため、確実に除霜運転を行うことができる。
配置し、蓄熱槽温度検出手段で所定の温度よりも下側の温度を検出した場合は、リアクタ加熱二方弁を開くようにしたことにより、リアクタの排熱も有効的に利用することができ、暖房運転を継続しながら除霜運転を実施することができる。また、暖房運転をしながら除霜運転が可能な時間を延ばすことができるため、確実に除霜運転を行うことができる。
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。
さらに詳述すると、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。
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、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、外気温度検出手段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40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、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。
32の内部に収容された蓄熱材36に蓄積される。
次に、除霜運転を行いながら暖房運転を行う除霜・暖房時の動作を説明する。
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、冷媒配管40にバイパスするようにリアクタ加熱バイパス回路60を備え、リアクタ加熱バイパス回路60に、リアクタから放熱された熱を蓄え冷媒に放熱するリアクタ加熱器61と、リアクタ加熱バイパス回路60に冷媒を流すために開閉を行うリアクタ加熱二方弁62とを備える。
そして、除霜・暖房運転時に、蓄熱槽温度検出手段50で検出する温度が所定の温度よりも下回った場合には、リアクタ加熱二方弁62を開き、冷媒を流す。このように構成す
ることによって、リアクタの排熱を冷媒に与えることができるため、蓄熱槽の温度が低下しても、さらに除霜運転を継続しながら暖房運転を実施することができる。
ることによって、リアクタの排熱を冷媒に与えることができるため、蓄熱槽の温度が低下しても、さらに除霜運転を継続しながら暖房運転を実施することができる。
以上のように、本実施の形態の空気調和機は、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ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にも有効利用することができる。
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
32 蓄熱槽
60 リアクタ加熱バイパス回路
61 リアクタ加熱器
62 リアクタ加熱二方弁
8 四方弁
12 膨張弁
14 室外熱交換器
16 室内熱交換器
32 蓄熱槽
60 リアクタ加熱バイパス回路
61 リアクタ加熱器
62 リアクタ加熱二方弁
Claims (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を有する空気調和機であって、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、リアクタの排熱を蓄積して放熱するリアクタ加熱器と、前記蓄熱槽の温度を検出する蓄熱槽温度検出手段と、前記リアクタ加熱器に冷媒を流す流路を開閉するリアクタ加熱二方弁と、前記蓄熱熱交換器の出口と前記圧縮機の吸入側とをバイパスするリアクタ加熱バイパス回路とを備え、前記蓄熱熱交換器と直列に前記リアクタ加熱器を配置し、前記リアクタ加熱バイパス回路に前記リアクタ加熱二方弁と、前記リアクタ加熱器とを配置し、前記蓄熱槽温度検出手段で所定の温度よりも下側の温度を検出した場合は、前記リアクタ加熱二方弁を開くことを特徴とする空気調和機。
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