JP7398617B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、四方弁と圧縮機の吸入口との間に冷媒の流路切り替え装置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冷房運転時、室内温度が目標温度を下回った状態を所定時間継続すると、圧縮機の運転を停止し（以下、サーモオフ運転と呼ぶ）室内温度が下がりすぎるのを防止していた。

ＷＯ２０１３／０６５２３３

本開示は、冷房運転時において室内温度が目標温度を下回った状態を所定時間継続すると、圧縮機を停止させずに冷房運転を継続させつつ、快適な温度を維持する運転を行うことができ、サーモオフ時間の短縮を可能とし、冷房運転時における快適性を向上させる空気調和機を提供することを目的としている。

本開示における空気調和機は、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とを配管で接続して冷凍サイクルを構成した空気調和機であって、前記四方弁と前記圧縮機の冷媒吸入側の配管との間をバイパスするバイパス回路を具備し、前記バイパス回路中には減圧部を有し、前記バイパス回路の前記四方弁側の端部側は流路切り替え装置を介して前記冷凍サイクルと接続され、前記空気調和機は室内温度を検出する室内温度検出手段と目標温度を設定する目標温度設定手段とを有し、冷房運転時に前記室内温度検出手段が検出した温度が第１の目標温度を下回った状態を所定の時間継続すると、冷媒がバイパス回路に流れるように前記流路切り替え装置を動作させるように冷媒の流れを切り替える制御を行う。

本開示における空気調和機は、流路切り替え装置で冷媒の流れを切り替えるようにし、バイパス回路に冷媒を流すことで、室内熱交換器の熱交換量を減少させることができ、サーモオフ時間に短縮ができるので、快適性を損なうことなく効率の良い運転を継続させることができる。

実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル構成図 実施の形態１における通常の冷房動作時の冷媒の流れを示す図 実施の形態１における冷房運転時に流路切り替え装置を動作し、冷媒の流れを切り替えた際の冷媒の流れを示す図 実施の形態１における冷房運転時に流路切り替え装置を動作した際の冷房能力の変化を示す図

第１の発明は、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とを配管で接続して冷凍サイクルを構成した空気調和機であって、前記四方弁と前記圧縮機の冷媒吸入側の配管との間をバイパスするバイパス回路を具備し、前記バイパス回路中には減圧部を有し
、前記バイパス回路の前記四方弁側の端部側は流路切り替え装置を介して前記冷凍サイクルと接続され、前記空気調和機は室内温度を検出する室内温度検出手段と目標温度を設定する目標温度設定手段とを有し、冷房運転時に前記室内温度検出手段が検出した温度が第１の目標温度を下回った状態を所定の時間継続すると、冷媒がバイパス回路に流れるように前記流路切り替え装置を動作させるように冷媒の流れを切り替える制御を行うようにしている。

このように構成された空気調和機は、流路切り替え装置で冷媒の流れを切り替えるようにしたので、バイパス回路に冷媒を流すことで、室内熱交換器での熱交換量を減少させることができ、冷房能力を低減させることでサーモオフを少なくし、快適性を損なうことなく効率の良い運転を継続させることができる。

第２の発明は、冷房運転時に前記室内温度検出手段が検出した温度が第２の目標温度（例えば、目標温度＋１．５℃）を上回った際に、前記流路切り替え装置を動作させないよう構成されている。

第３の発明は、前記流路切り替え装置を動作する制御が行われた後、前記流路切り替え装置の切替え動作を所定の時間（例えば、１０分間）行わないことで、過度に流路切り替え装置が動作することなく流路切り替え装置の耐久性を確保できる。

第４の発明は、前記バイパス回路内に補助熱交換器を有することを特徴とする。

第５の発明は、前記補助熱交換器の熱源は、前記圧縮機を囲むように配置され、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材であることを特徴とする。

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態にかかる冷凍サイクル装置を備えた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と膨張弁１０と室外熱交換器１２とを有し、室内機４の内部には、室内熱交換器１４を有し、これらは冷媒配管を介して環状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と室外熱交換器１２は、四方弁８が設けられた第１配管１６を介して接続され、室外熱交換器１２と膨張弁１０は、第２配管１８を介して接続されている。また、膨張弁１０と室内熱交換器１４は第３配管２０を介して接続され、室内熱交換器１４と圧縮機６は第４配管２２および第５配管２４を介して接続される。室内熱交換器１４と圧縮機６を接続する第４配管２２および第５配管２４の間には四方弁８が配置されている。また、四方弁８と圧縮機６の間には第５配管２４を介して流路切り替え装置２６（例えば、三方弁）が接続されており、圧縮機６と第５配管２４の間には、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２８が設けられている。また、流路切り替え装置２６とアキュームレータ２８を接続するバイパス回路である第６配管３０には減圧部３２が配置されている。

室内機４の内部には、室内熱交換器１４に加えて、送風ファン（図示せず）と上下羽根（図示せず）と左右羽根（図示せず）とが設けられている。室内熱交換器１４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１４の内部を流れる冷媒
との間で熱交換を行う。室内熱交換器１４における室内空気と冷媒との熱交換により、冷房時には熱交換により冷却された空気が室内に吹き出される一方、暖房時には熱交換により暖められた空気が室内に吹き出される。

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１０、流路切り替え装置２６等は制御装置（例えばマイコン）に電気的に接続され、制御装置により制御されて動作を行う。

上記構成の本実施の形態にかか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を冷房運転時を例にとり、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、四方弁８から第１配管１６を通って室外熱交換器１２へと至る。室外熱交換器１２で室外空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室外熱交換器１２を出て第２配管１８を通り、膨張弁１０に至る。膨張弁１０で減圧した冷媒は、第３配管２０を通って室内熱交換器１４に至る。室内熱交換器１４で室内空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２２、四方弁８、流路切り替え装置２６を通った後、第５配管２４からアキュームレータ２８を通って、圧縮機６の吸入口を介して圧縮機６へと戻る。

流路切り替え装置２６は、一方が四方弁８の吸入配管と接続され、もう一方が第５配管２４に接続され、さらにもう一方が第６配管３０に接続されている。前述した制御装置を用いて流路切り替え装置２６の開閉を制御することにより、四方弁８から第５配管２４を通じて圧縮機６の吸入口へ流れる冷媒の経路と、四方 弁８から第６配管３０を通じて減圧部３２を経て圧縮機６の吸入口へ流れる冷媒の経路とを、相互に切り替えることができる。

次に、空気調和機の通常冷房時の動作及び冷媒の流れを、図２の模式図を参照しながら説明する。図中、実線矢印は暖房に供する冷媒の流れを示している。

通常冷房運転時には、四方弁８および流路切り替え装置２６は第４配管２２と第５配管２４を連通させるように開閉制御される。この制御によれば、第６配管３０や、減圧部３２には冷媒が流れない。

圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、上述したように四方弁８から第１配管１６を通って室外熱交換器１２に至る。室外熱交換器１２で室外空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室外熱交換器１２を出て、第２配管１８を通り膨張弁１０に至る。膨張弁１０で減圧した冷媒は、第３配管２０を通って室内熱交換器１４に至る。室内熱交換器１４で室内空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２２を通って四方弁８に至った後、流路切り替え装置２６を通り、第５配管２４を介して圧縮機６の吸入口へと戻る。

次に、空気調和機の冷房時に流路切り替え装置２６を動作した場合の動作及び冷媒の流れを、図３の模式図を参照しながら説明する。図中、実線矢印は冷房に供する冷媒の流れを示している。

上述した通常冷房運転中には、室内温度検出手段によって検出された温度が目標設定温度近傍になると、圧縮機６の回転数を低下させ、室内熱交換器１４での熱交換量を減少させることで室内温度を均一に保つように制御が行われる。しかしながら、従来の機種では、熱交換量の下限値が圧縮機６の容積や許容回転数、室内熱交換器１４のサイズに依存しており、熱交換量の下限値が室内の負荷よりも高い場合 があった。このような場合、従来の機種では、冷房運転を継続できず、サーモオフ運転に移行し、室内温度が下がりすぎるのを防止していた。

そこで、上述した通常冷房運転時において室内温度が第１の目標温度を下回った状態を所定の時間継続すると、圧縮機６を停止させずに、流路切り替え装置２６を動作させ、冷媒の流路の切り替えを行う。

流路切り替え運転時には、四方弁８および流路切り替え装置２６は第４配管２２と第６配管３０を連通させるように開閉制御される。この制御時には第５配管２４には冷媒が流れない。

すなわち、圧縮機６の吐出口から吐出された冷媒は、四方弁８を通り第１配管１６を通って室外熱交換器１２に至る。
室外熱交換器１２で室外空気と熱交換して凝縮した冷媒は、室外熱交換器１２を出て、第２配管１８を通り膨張弁１０に至る。
膨張弁１０で減圧した冷媒は、第３配管２０を通って室内熱交換器１４に至る。
室内熱交換器１４で室内空気と熱交換して蒸発した冷媒は、第４配管２２を通って四方弁８に至った後、流路切り替え装置２６を通り、第６配管３０および減圧部３２を通り、圧縮機６の吸入口へと戻る。

このように減圧部３２を冷媒が通ることで、従来に対し、同一の圧縮機６の容積、回転数であっても室内熱交換器１４の温度を上昇させることができ、室内熱交換器１４での熱交換量を減少させることができる。

熱交換量を減少させることができるので、従来ではサーモオフ運転をしていた負荷の領域であっても、サーモオフ運転に入ることなく、冷房運転を継続させることによって、快適な温度を維持する運転を行うことができる。

本発明は、室内機が１つのシングル型の空気調和機にとどまらず、室内機が複数設けられたマルチ型の空気調和機等にも適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
１０ 膨張弁
１２ 室外熱交換器
１４ 室内熱交換器
１６ 第１配管
１８ 第２配管
２０ 第３配管
２２ 第４配管
２４ 第５配管
２６ 流路切り替え装置
２８ アキュームレータ
３０ 第６配管
３２ 減圧部

Claims (5)

1. 圧縮機と四方弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とを配管で接続して冷凍サイクルを構成した空気調和機であって、前記四方弁と前記圧縮機の冷媒吸入側の配管との間をバイパスするバイパス回路を具備し、前記バイパス回路中には減圧部を有し、前記バイパス回路の前記四方弁側の端部側は流路切り替え装置を介して前記冷凍サイクルと接続され、前記空気調和機は室内温度を検出する室内温度検出手段と目標温度を設定する目標温度設定手段とを有し、冷房運転時に前記室内温度検出手段が検出した温度が第１の目標温度を下回った状態を所定の時間継続すると、冷媒がバイパス回路に流れるように前記流路切り替え装置を動作させるように冷媒の流れを切り替える制御を行うことを特徴とする空気調和機。
2. 前記室内温度検出手段が検出した温度が第２の目標温度を上回った場合には、前記切り替え装置を動作させないことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記流路切り替え装置を動作する制御が行われた後、前記流路切り替え装置を所定の時間動作させないことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記バイパス回路中には補助熱交換器を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。
5. 前記補助熱交換器は、前記圧縮機を囲むように配置され、前記圧縮機で発生した熱を蓄熱する蓄熱材と熱交換するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。