(57)【要約】【課題】電気ヒータを用いることなく、室外機底板上での氷の成長を抑制することができる空気調和装置を提供することにある。【解決手段】空気調和装置１は、除霜運転時の冷媒の循環方向が暖房運転時と逆になる空気調和装置であって、ホットガスバイパス１０ｈを備えている。ホットガスバイパス１０ｈの一端Ａ１は圧縮機２１の吐出管１０ａに接続され、他端Ｃ１は膨張弁２４と室内熱交換器４１とを結ぶ液管１０ｃに接続されている。また、ホットガスバイパス１０ｈは、室外機２の底板２ｂ上に配置されおり、排水口８６ａ〜８６ｅの近傍を通っている。除霜運転時、バイパス両端に圧力差が生じ吐出管１０ａ側からホットガスバイパス１０ｈに高圧冷媒が流入する。【選択図】図１
2010156490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）、室内熱交換器（４１）、膨張機構（２４）、及び室外熱交換器（２３）の順に冷媒を循環させて暖房運転を行い、除霜運転時の前記冷媒の循環方向が前記暖房運転時と逆になる暖房専用の空気調和装置であって、
前記除霜運転時に前記室外熱交換器（２３）に向う前記冷媒の一部を迂回させるバイパス（１０ｈ）と、
前記除霜運転時に前記冷媒によって加熱される前記室外熱交換器（２３）以外の加熱対象であり、前記バイパス（１０ｈ）を通る前記冷媒によって加熱される第２加熱対象部材（２ｂ）と、
を備え、
前記バイパス（１０ｈ）の一端が前記圧縮機（２１）の吐出管（１０ａ）に接続され、他端が前記膨張機構（２４）と前記室内熱交換器（４１）とを結ぶ配管（１０ｃ）に接続されている、
空気調和装置。
【請求項２】
前記第２加熱対象部材（２ｂ）は、前記室外熱交換器（２３）の下方に位置し、
前記バイパス（１０ｈ）は、前記第２加熱対象部材（２ｂ）上に配置されている、
請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記第２加熱対象部材（２ｂ）は、鉛直方向に貫通する排水口（８６ａ〜８６ｅ）を有しており、
前記バイパス（１０ｈ）は、前記排水口（８６ａ〜８６ｅ）の近傍を通っている、
請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記バイパス（１０ｈ）に、前記冷媒の流通路の断面積を減じる絞り部（２８）が設けられている、
請求項１に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置の室外熱交換器は、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能するので、屋外の空気に含まれる水分が室外熱交換器の表面で結露する。その状態で、室外熱交換器が低温環境下にさらされたとき、結露水が氷結し、室外熱交換器の表面は氷で覆われ熱交換性能が低下する。室外熱交換器の表面を覆った氷は、除霜運転時にホットガスを室外熱交換器に流すことによって融解するが、そのときに発生したドレン水が、室外熱交換器を支える底板に溜まり再び凍結する。それが繰り返されて成長した氷は、室外熱交換器を圧迫し、さらに室外熱交換器近傍に配置された室外ファンと接触して室外ファンの回転を阻害する。
【０００３】
そのような事態を回避するために、底板の上面側に電気ヒータを設置してドレン水の凍結を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る発明によれば、電気ヒータによって融けた水は、底板に設けられた水抜き孔を介して排水されるので、底板の上面での氷の成長は抑制される。しかしながら、上記のような空気調和装置では、新たに電気ヒータを備える必要があるので、部品点数が増加しコストが増大していた。
【特許文献１】特開２００８−９６０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、電気ヒータを用いることなく、室外機底板上での氷の成長を抑制することができる空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、膨張機構、及び室外熱交換器の順に冷媒を循環させて暖房運転を行い、除霜運転時の冷媒の循環方向が暖房運転時と逆になる暖房専用の空気調和装置であって、バイパスと第２加熱対象部材とを備えている。バイパスは、除霜運転時に室外熱交換器に向う冷媒の一部を迂回させる。第２加熱対象部材は、除霜運転時に冷媒によって加熱される室外熱交換器以外の加熱対象であり、バイパスを通る冷媒によって加熱される。バイパスの一端は圧縮機の吐出管に接続され、他端は膨張機構と室内熱交換器とを結ぶ配管に接続されている。
【０００６】
この空気調和装置では、暖房運転時、バイパス両端に圧力差がないのでバイパスに冷媒が流れず、除霜運転時、バイパス両端に圧力差が生じ吐出管側からバイパスに冷媒が流入する。その結果、第２加熱対象部材上で成長しかけた氷が、バイパス内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、その氷の成長が抑制される。また、除霜運転時、バイパス両端の圧力差によって冷媒が流れるので、バイパスに特定の弁を設ける必要がなく経済的である。
【０００７】
第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、第２加熱対象部材が、室外熱交換器の下方に位置している。バイパスは、第２加熱対象部材上に配置されている。
【０００８】
この空気調和装置では、除霜運転で生じた水が第２加熱対象部材に滞留し凍結した場合でも、除霜運転毎に氷を融解させるので、第２加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、第２加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【０００９】
第３発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、第２加熱対象部材が、鉛直方向に貫通する排水口を有している。バイパスは、排水口の近傍を通っている。
【００１０】
この空気調和装置では、排水口が水の凍結によって塞がれている場合でも、除霜運転毎に氷が融解して排水されるので、第２加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、第２加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【００１１】
第４発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、バイパスに、冷媒の流通路の断面積を減じる絞り部が設けられている。この空気調和装置では、除霜運転時、室外熱交換器を流通する冷媒とバイパスを流通する冷媒との割合が一定に保たれる。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明に係る空気調和装置では、第２加熱対象部材上で成長しかけた氷が、バイパス内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、その氷の成長が抑制される。また、バイパスに特定の弁を設ける必要がなく、経済的である。
【００１３】
第２発明または第３発明に係る空気調和装置では、第２加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、第２加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【００１４】
第４発明に係る空気調和装置では、除霜運転時、室外熱交換器を流通する冷媒とバイパスを流通する冷媒との割合が一定に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
＜空気調和装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空気調和装置の冷媒回路図である。図１において、空気調和装置１では、熱源側装置としての室外機２と、利用側装置としての室内機４とが冷媒配管によって接続され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路１０が形成されている。
【００１７】
室外機２は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、アキュームレータ２５、室外ファン２６、キャピラリチューブ２８および電磁誘導加熱ユニット６を収容している。室内機４は、室内熱交換器４１および室内ファン４２を収容している。
【００１８】
冷媒回路１０は、吐出管１０ａ、ガス管１０ｂ、液管１０ｃ、室外側液管１０ｄ、室外側ガス管１０ｅ、アキューム管１０ｆ、吸入管１０ｇ、及びホットガスバイパス１０ｈを有している。
【００１９】
吐出管１０ａは、圧縮機２１と四路切換弁２２とを接続している。ガス管１０ｂは、四路切換弁２２と室内熱交換器４１とを接続している。液管１０ｃは、室内熱交換器４１と膨張弁２４とを接続している。室外側液管１０ｄは、膨張弁２４と室外熱交換器２３とを接続している。室外側ガス管１０ｅは、室外熱交換器２３と四路切換弁２２とを接続している。
【００２０】
アキューム管１０ｆは、四路切換弁２２とアキュームレータ２５とを接続している。電磁誘導加熱ユニット６は、アキューム管１０ｆの一部分に取り付けられている。アキューム管１０ｆのうち、少なくとも電磁誘導加熱ユニット６によって覆われている被加熱部分では、銅管の周囲がステンレス鋼管で覆われている。冷媒回路１０を構成する配管のうち、そのステンレス鋼管以外の部分は銅管である。
【００２１】
吸入管１０ｇは、アキュームレータ２５と圧縮機２１の吸入側とを接続している。ホットガスバイパス１０ｈは、吐出管１０ａの途中に設けられた分岐点Ａ１と液管１０ｃの途中に設けられた分岐点Ｃ１とを接続している。
【００２２】
ホットガスバイパス１０ｈには、冷媒の流通路の断面積を減じるキャピラリチューブ２８が設けられており、除霜運転時、室外熱交換器２３を流通する冷媒とホットガスバイパス１０ｈを流通する冷媒との割合が一定に保たれている。
【００２３】
四路切換弁２２は、暖房運転サイクルと除霜運転サイクルとを切り換えることができる。図１では、暖房運転を行うための接続状態を実線で示し、除霜運転を行うための接続状態を点線で示している。暖房運転時、室内熱交換器４１は凝縮器として、室外熱交換器２３は蒸発器として機能する。除霜運転時、室外熱交換器２３は凝縮器として、室内熱交換器４１は蒸発器として機能する。
【００２４】
室外熱交換器２３の近傍には、室外熱交換器２３に室外空気を送る室外ファン２６が配置されている。室内熱交換器４１の近傍には、室内熱交換器４１に室内空気を送る室内ファン４２が配置されている。
【００２５】
制御部１１は、室外制御部１１ａと室内制御部１１ｂとを有している。室外制御部１１ａと室内制御部１１ｂとは通信線１１ｃによって接続されている。そして、室外制御部１１ａは室外機２内に配置される機器を制御し、室内制御部１１ｂは室内機４内に配置されている機器を制御する。
【００２６】
（室外機の外観）
図２は正面側から視た室外機の外観斜視図である。図２において、室外機２の外殻は、天板２ａ、天板２ａと対向する底板（不可視）、フロントパネル２ｃ、ファンガード２ｋ、右側面パネル２ｆ、右側面パネル２ｆと対向する左側面パネル（不可視）、フロントパネル２ｃ及びファンガード２ｋと対向する背面パネル（不可視）によって略直方体形状に形成されている。
【００２７】
（室外機の内部）
図３は、フロントパネル、右側面パネルおよび背面パネルを取り除いた室外機の斜視図である。図３において、室外機２は、仕切り板２ｈによって送風機室と機械室とに区分されている。送風機室には室外熱交換器２３及び室外ファン（不可視）が配置され、機械室には電磁誘導加熱ユニット６、圧縮機２１、及びアキュームレータ２５が配置されている。
【００２８】
図４は、底板、室外熱交換器および室外ファン以外の部材を取り除いた室外機の斜視図である。図４において、室外熱交換器２３は、Ｌ字形状に成形されているフィン・アンド・チューブ式熱交換器である。そして、２台の室外ファン２６が、ファンガード２ｋ（図３参照）と室外熱交換器２３との間に、支持台を介して鉛直方向に隣接するように配置されている。室外ファン２６が回転することによって、室外空気が左側面パネル及び背面パネルの通気口から吸い込まれ、室外熱交換器２３のフィン間を通過し、ファンガード２ｋから吹き出される。
【００２９】
（室外機の底板近傍の構造）
図５は、底板および機械室以外の部材を取り除いた室外機の平面図である。なお、図５には、室外熱交換器２３の位置が分かるように室外熱交換器２３が２点鎖線で描かれている。ホットガスバイパス１０ｈは底板２ｂ上に配置されており、圧縮機２１が位置する機械室側から送風機室側に延び、送風機室側底部を一周して機械室側に戻る。ホットガスバイパス１０ｈの全長の約半分は、室外熱交換器２３の下方に位置する。また、底板２ｂのうちの室外熱交換器２３の下方に位置する部分には、底板２ｂを板厚方向に貫通する排水口８６ａ〜８６ｅが形成されている。
【００３０】
（電磁誘導加熱ユニット）
図６は、電磁誘導加熱ユニットの断面図である。図６において、電磁誘導加熱ユニット６は、アキューム管１０ｆのうち被加熱部分を径方向外側から覆うように配置されており、電磁誘導加熱によって被加熱部分を加熱する。アキューム管１０ｆの被加熱部分は、内側の銅管と外側のステンレス鋼管１００ｆとによって二重管構造となっている。ステンレス鋼管１００ｆに使用されるステンレス材料は、クロムを１６〜１８％含むフェライト系ステンレス、或はニッケルを３〜５％、クロムを１５〜１７．５％、銅を３〜５％含む析出硬化系ステンレスが選択される。
【００３１】
電磁誘導加熱ユニット６は、先ずアキューム管１０ｆに位置決めされ、次に上端近傍が第１六角ナット６１によって固定され、最後に下端近傍が第２六角ナット６６によって固定される。
【００３２】
コイル６８は、ボビン本体６５の外側に螺旋状に巻き付けられている。コイル６８は、フェライトケース７１の内側に収容されている。フェライトケース７１は、第１フェライト部６９及び第２フェライト部７０をさらに収容している。
【００３３】
第１フェライト部６９は、透磁率の高いフェライトによって成形されており、コイル６８に電流を流した際に、ステンレス鋼管１００ｆと共に磁束の通り道を形成する。第１フェライト部６９は、フェライトケース７１の両端側に位置する。
【００３４】
第２フェライト部７０は、位置および形状は第１フェライト部６９と異なるが、その機能は第１フェライト部６９と同様であり、フェライトケース７１の収容部のうちボビン本体６５の外側近傍に配置される。
【００３５】
＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１は、四路切換弁２２によって、暖房運転および除霜運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。
【００３６】
（暖房運転）
暖房運転では、四路切換弁２２が、図１の実線で示された状態に設定される。この状態で圧縮機２１が運転されたとき、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３が蒸発器となり、室内熱交換器４１が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００３７】
圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、室内熱交換器４１で室内空気と熱交換して凝縮する。そして、冷媒との熱交換によって温度上昇した空気は、空調対象空間に吹き出される。凝縮した冷媒は、膨張弁２４を通過する際に減圧された後、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器２３を通過した冷媒は、圧縮機２１へ吸入されて圧縮される。
【００３８】
暖房運転の起動時、特に、圧縮機２１が十分に暖まっていないとき、電磁誘導加熱ユニット６がアキューム管１０ｆを加熱することによって、圧縮機２１は暖められた冷媒を圧縮することができる。その結果、圧縮機２１から吐出するガス冷媒の温度が上昇し、起動時の暖房能力不足が補われる。
【００３９】
（除霜運転）
暖房運転がおこなわれたとき、空気中に含まれる水分が室外熱交換器２３の表面で結露し、霜となり或は氷結して室外熱交換器２３の表面を覆い、熱交換性能を低下させる。このため、室外熱交換器２３に付着した霜、或は氷を融かすために除霜運転が行われる。
【００４０】
除霜運転では、四路切換弁２２が、図１の点線で示された状態に設定される。この状態で圧縮機２１が運転されたとき、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３が凝縮器となり、室内熱交換器４１が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００４１】
圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換して凝縮する。その冷媒からの放熱によって、室外熱交換器２３を覆う霜、或は氷が融かされる。放熱して凝縮した冷媒は、膨張弁２４を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器４１で室内空気と熱交換して蒸発する。このとき、室内ファン４２は停止している。なぜなら、室内ファン４２が稼動すると、空調対象空間に冷やされた空気が吹き出されて快適性を損なうからである。室内熱交換器４１を通過した冷媒は、圧縮機２１へ吸入されて圧縮される。
【００４２】
また、除霜運転時、電磁誘導加熱ユニット６がアキューム管１０ｆを加熱することによって、圧縮機２１は暖められた冷媒を圧縮することができる。その結果、圧縮機２１から吐出するガス冷媒の温度が上昇し、除霜能力が向上する。
【００４３】
また、除霜運転時、ホットガスバイパス１０ｈのＡ１点は高圧、Ｃ１点は低圧となって圧力差が生じるので、ホットガスバイパス１０ｈにも圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が流れる。室外機２の底板２ｂ上に氷が成長している場合でも、その氷はホットガスバイパス１０ｈを通る冷媒からの放熱によって融かされる。そのとき発生した水は、排水口８６ａ〜８６ｅから排水される。また、排水口８６ａ〜８６ｅもホットガスバイパス１０ｈによって加熱されるので、排水口８６ａ〜８６ｅが凍結によって塞がれることは防止される。
【００４４】
図７は、除霜運転前後の四路切換弁、および圧縮機の動作を示すタイムチャートである。図７において、除霜要求信号が発信されて所定時間が経過したとき、四路切換弁２２が図１の実線で示す状態（暖房側）から点線で示す状態（除霜側）へ切り換わる。圧縮機２１の運転周波数は、四路切換弁２２が切り換わった以降に予め設定されている周波数に変わる。また、空気調和装置１では、除霜要求信号を起点に四路切換弁２２が除霜側へ切り換わるまでの間、圧縮機２１の運転周波数を低減する制御が行なわれているので、冷媒の循環方向が逆になったときの衝撃が緩和される。
【００４５】
そして、除霜運転が終了したとき、四路切換弁２２は暖房側に切り換わる。また、空気調和装置１では、四路切換弁２２が暖房側に切り換わる前に、圧縮機２１の運転を停止する制御が行なわれているので、四路切換弁２２が暖房側に切り換わったときの衝撃が抑制される。
【００４６】
＜特徴＞
空気調和装置１は、除霜運転時の冷媒の循環方向が暖房運転時と逆になる暖房専用の空気調和装置であって、ホットガスバイパス１０ｈを備えている。ホットガスバイパス１０ｈの一端Ａ１は圧縮機２１の吐出管１０ａに接続され、他端Ｃ１は膨張弁２４と室内熱交換器４１とを結ぶ液管１０ｃに接続されている。また、ホットガスバイパス１０ｈは、室外機２の底板２ｂ上に配置されおり、排水口８６ａ〜８６ｅの近傍を通っている。除霜運転時、バイパス両端に圧力差が生じ吐出管１０ａ側からホットガスバイパス１０ｈに高圧冷媒が流入する。その結果、底板２ｂ上で成長しかけた氷は、ホットガスバイパス１０ｈ内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、氷が成長して底板２ｂの上方にある室外熱交換器２３及び室外ファン２６等を圧迫することは防止される。また、ホットガスバイパス１０ｈに特定の弁を設ける必要がないので経済的である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、寒冷地向け空気調和装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空気調和装置の冷媒回路図。
【図２】正面側から視た室外機の外観斜視図。
【図３】フロントパネル、右側面パネルと背面パネルを取り除いた室外機の斜視図。
【図４】底板、室外熱交換器および室外ファン以外の部材を取り除いた室外機の斜視図。
【図５】底板および機械室以外の部材を取り除いた室外機の平面図。
【図６】電磁誘導加熱ユニットの断面図。
【図７】除霜運転前後の四路切換弁、および圧縮機の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４９】
２ｂ  底板（第２加熱対象部材）
１０ｈ  ホットガスバイパス
２１  圧縮機
２３  室外熱交換器
２４  膨張弁
２８  キャピラリチューブ（絞り部）
４１  室内熱交換器
８６ａ〜８６ｅ  排水口
【図１】
2010156490.tif 000003
【図２】
2010156490.tif 000004
【図３】
2010156490.tif 000005
【図４】
2010156490.tif 000006
【図５】
2010156490.tif 000007
【図６】
2010156490.tif 000008
【図７】
2010156490.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月2日(2010.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）、室内熱交換器（４１）、膨張機構（２４）、及び室外熱交換器（２３）の順に冷媒を循環させて暖房運転を行い、除霜運転時の前記冷媒の循環方向が前記暖房運転時と逆になる空気調和装置であって、
前記除霜運転時に前記室外熱交換器（２３）に向う前記冷媒の一部を迂回させるバイパス（１０ｈ）と、
前記除霜運転時に前記冷媒によって加熱される前記室外熱交換器（２３）以外の加熱対象であり、前記バイパス（１０ｈ）を通る前記冷媒によって加熱される加熱対象部材（２ｂ）と、
を備え、
前記バイパス（１０ｈ）の一端が前記圧縮機（２１）の吐出管（１０ａ）に接続され、他端が前記膨張機構（２４）と前記室内熱交換器（４１）とを結ぶ配管（１０ｃ）に接続されている、
空気調和装置。
【請求項２】
前記加熱対象部材（２ｂ）は、前記室外熱交換器（２３）の下方に位置し、
前記バイパス（１０ｈ）は、前記加熱対象部材（２ｂ）上に配置されている、
請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記加熱対象部材（２ｂ）は、鉛直方向に貫通する排水口（８６ａ〜８６ｅ）を有しており、
前記バイパス（１０ｈ）は、前記排水口（８６ａ〜８６ｅ）の近傍を通っている、
請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記バイパス（１０ｈ）に、前記冷媒の流通路の断面積を減じる絞り部（２８）が設けられている、
請求項１に記載の空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用する空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置の室外熱交換器は、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能するので、屋外の空気に含まれる水分が室外熱交換器の表面で結露する。その状態で、室外熱交換器が低温環境下にさらされたとき、結露水が氷結し、室外熱交換器の表面は氷で覆われ熱交換性能が低下する。室外熱交換器の表面を覆った氷は、除霜運転時にホットガスを室外熱交換器に流すことによって融解するが、そのときに発生したドレン水が、室外熱交換器を支える底板に溜まり再び凍結する。それが繰り返されて成長した氷は、室外熱交換器を圧迫し、さらに室外熱交換器近傍に配置された室外ファンと接触して室外ファンの回転を阻害する。
【０００３】
そのような事態を回避するために、底板の上面側に電気ヒータを設置してドレン水の凍結を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る発明によれば、電気ヒータによって融けた水は、底板に設けられた水抜き孔を介して排水されるので、底板の上面での氷の成長は抑制される。しかしながら、上記のような空気調和装置では、新たに電気ヒータを備える必要があるので、部品点数が増加しコストが増大していた。
【特許文献１】特開２００８−９６０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、電気ヒータを用いることなく、室外機底板上での氷の成長を抑制することができる空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、膨張機構、及び室外熱交換器の順に冷媒を循環させて暖房運転を行い、除霜運転時の冷媒の循環方向が暖房運転時と逆になる空気調和装置であって、バイパスと加熱対象部材とを備えている。バイパスは、除霜運転時に室外熱交換器に向う冷媒の一部を迂回させる。加熱対象部材は、除霜運転時に冷媒によって加熱される室外熱交換器以外の加熱対象であり、バイパスを通る冷媒によって加熱される。バイパスの一端は圧縮機の吐出管に接続され、他端は膨張機構と室内熱交換器とを結ぶ配管に接続されている。
【０００６】
この空気調和装置では、暖房運転時、バイパス両端に圧力差がないのでバイパスに冷媒が流れず、除霜運転時、バイパス両端に圧力差が生じ吐出管側からバイパスに冷媒が流入する。その結果、加熱対象部材上で成長しかけた氷が、バイパス内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、その氷の成長が抑制される。また、除霜運転時、バイパス両端の圧力差によって冷媒が流れるので、バイパスに特定の弁を設ける必要がなく経済的である。
【０００７】
第２発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、加熱対象部材が、室外熱交換器の下方に位置している。バイパスは、加熱対象部材上に配置されている。
【０００８】
この空気調和装置では、除霜運転で生じた水が加熱対象部材に滞留し凍結した場合でも、除霜運転毎に氷を融解させるので、加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【０００９】
第３発明に係る空気調和装置は、第２発明に係る空気調和装置であって、加熱対象部材が、鉛直方向に貫通する排水口を有している。バイパスは、排水口の近傍を通っている。
【００１０】
この空気調和装置では、排水口が水の凍結によって塞がれている場合でも、除霜運転毎に氷が融解して排水されるので、加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【００１１】
第４発明に係る空気調和装置は、第１発明に係る空気調和装置であって、バイパスに、冷媒の流通路の断面積を減じる絞り部が設けられている。この空気調和装置では、除霜運転時、室外熱交換器を流通する冷媒とバイパスを流通する冷媒との割合が一定に保たれる。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明に係る空気調和装置では、加熱対象部材上で成長しかけた氷が、バイパス内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、その氷の成長が抑制される。また、バイパスに特定の弁を設ける必要がなく、経済的である。
【００１３】
第２発明または第３発明に係る空気調和装置では、加熱対象部材上に氷が堆積することが抑制され、加熱対象部材の上方にある室外熱交換器等を圧迫することが防止される。
【００１４】
第４発明に係る空気調和装置では、除霜運転時、室外熱交換器を流通する冷媒とバイパスを流通する冷媒との割合が一定に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
＜空気調和装置＞
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空気調和装置の冷媒回路図である。図１において、空気調和装置１では、熱源側装置としての室外機２と、利用側装置としての室内機４とが冷媒配管によって接続され、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路１０が形成されている。
【００１７】
室外機２は、圧縮機２１、四路切換弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、アキュームレータ２５、室外ファン２６、キャピラリチューブ２８および電磁誘導加熱ユニット６を収容している。室内機４は、室内熱交換器４１および室内ファン４２を収容している。
【００１８】
冷媒回路１０は、吐出管１０ａ、ガス管１０ｂ、液管１０ｃ、室外側液管１０ｄ、室外側ガス管１０ｅ、アキューム管１０ｆ、吸入管１０ｇ、及びホットガスバイパス１０ｈを有している。
【００１９】
吐出管１０ａは、圧縮機２１と四路切換弁２２とを接続している。ガス管１０ｂは、四路切換弁２２と室内熱交換器４１とを接続している。液管１０ｃは、室内熱交換器４１と膨張弁２４とを接続している。室外側液管１０ｄは、膨張弁２４と室外熱交換器２３とを接続している。室外側ガス管１０ｅは、室外熱交換器２３と四路切換弁２２とを接続している。
【００２０】
アキューム管１０ｆは、四路切換弁２２とアキュームレータ２５とを接続している。電磁誘導加熱ユニット６は、アキューム管１０ｆの一部分に取り付けられている。アキューム管１０ｆのうち、少なくとも電磁誘導加熱ユニット６によって覆われている被加熱部分では、銅管の周囲がステンレス鋼管で覆われている。冷媒回路１０を構成する配管のうち、そのステンレス鋼管以外の部分は銅管である。
【００２１】
吸入管１０ｇは、アキュームレータ２５と圧縮機２１の吸入側とを接続している。ホットガスバイパス１０ｈは、吐出管１０ａの途中に設けられた分岐点Ａ１と液管１０ｃの途中に設けられた分岐点Ｃ１とを接続している。
【００２２】
ホットガスバイパス１０ｈには、冷媒の流通路の断面積を減じるキャピラリチューブ２８が設けられており、除霜運転時、室外熱交換器２３を流通する冷媒とホットガスバイパス１０ｈを流通する冷媒との割合が一定に保たれている。
【００２３】
四路切換弁２２は、暖房運転サイクルと除霜運転サイクルとを切り換えることができる。図１では、暖房運転を行うための接続状態を実線で示し、除霜運転を行うための接続状態を点線で示している。暖房運転時、室内熱交換器４１は凝縮器として、室外熱交換器２３は蒸発器として機能する。除霜運転時、室外熱交換器２３は凝縮器として、室内熱交換器４１は蒸発器として機能する。
【００２４】
室外熱交換器２３の近傍には、室外熱交換器２３に室外空気を送る室外ファン２６が配置されている。室内熱交換器４１の近傍には、室内熱交換器４１に室内空気を送る室内ファン４２が配置されている。
【００２５】
制御部１１は、室外制御部１１ａと室内制御部１１ｂとを有している。室外制御部１１ａと室内制御部１１ｂとは通信線１１ｃによって接続されている。そして、室外制御部１１ａは室外機２内に配置される機器を制御し、室内制御部１１ｂは室内機４内に配置されている機器を制御する。
【００２６】
（室外機の外観）
図２は正面側から視た室外機の外観斜視図である。図２において、室外機２の外殻は、天板２ａ、天板２ａと対向する底板（不可視）、フロントパネル２ｃ、ファンガード２ｋ、右側面パネル２ｆ、右側面パネル２ｆと対向する左側面パネル（不可視）、フロントパネル２ｃ及びファンガード２ｋと対向する背面パネル（不可視）によって略直方体形状に形成されている。
【００２７】
（室外機の内部）
図３は、フロントパネル、右側面パネルおよび背面パネルを取り除いた室外機の斜視図である。図３において、室外機２は、仕切り板２ｈによって送風機室と機械室とに区分されている。送風機室には室外熱交換器２３及び室外ファン（不可視）が配置され、機械室には電磁誘導加熱ユニット６、圧縮機２１、及びアキュームレータ２５が配置されている。
【００２８】
図４は、底板、室外熱交換器および室外ファン以外の部材を取り除いた室外機の斜視図である。図４において、室外熱交換器２３は、Ｌ字形状に成形されているフィン・アンド・チューブ式熱交換器である。そして、２台の室外ファン２６が、ファンガード２ｋ（図３参照）と室外熱交換器２３との間に、支持台を介して鉛直方向に隣接するように配置されている。室外ファン２６が回転することによって、室外空気が左側面パネル及び背面パネルの通気口から吸い込まれ、室外熱交換器２３のフィン間を通過し、ファンガード２ｋから吹き出される。
【００２９】
（室外機の底板近傍の構造）
図５は、底板および機械室以外の部材を取り除いた室外機の平面図である。なお、図５には、室外熱交換器２３の位置が分かるように室外熱交換器２３が２点鎖線で描かれている。ホットガスバイパス１０ｈは底板２ｂ上に配置されており、圧縮機２１が位置する機械室側から送風機室側に延び、送風機室側底部を一周して機械室側に戻る。ホットガスバイパス１０ｈの全長の約半分は、室外熱交換器２３の下方に位置する。また、底板２ｂのうちの室外熱交換器２３の下方に位置する部分には、底板２ｂを板厚方向に貫通する排水口８６ａ〜８６ｅが形成されている。
【００３０】
（電磁誘導加熱ユニット）
図６は、電磁誘導加熱ユニットの断面図である。図６において、電磁誘導加熱ユニット６は、アキューム管１０ｆのうち被加熱部分を径方向外側から覆うように配置されており、電磁誘導加熱によって被加熱部分を加熱する。アキューム管１０ｆの被加熱部分は、内側の銅管と外側のステンレス鋼管１００ｆとによって二重管構造となっている。ステンレス鋼管１００ｆに使用されるステンレス材料は、クロムを１６〜１８％含むフェライト系ステンレス、或はニッケルを３〜５％、クロムを１５〜１７．５％、銅を３〜５％含む析出硬化系ステンレスが選択される。
【００３１】
電磁誘導加熱ユニット６は、先ずアキューム管１０ｆに位置決めされ、次に上端近傍が第１六角ナット６１によって固定され、最後に下端近傍が第２六角ナット６６によって固定される。
【００３２】
コイル６８は、ボビン本体６５の外側に螺旋状に巻き付けられている。コイル６８は、フェライトケース７１の内側に収容されている。フェライトケース７１は、第１フェライト部６９及び第２フェライト部７０をさらに収容している。
【００３３】
第１フェライト部６９は、透磁率の高いフェライトによって成形されており、コイル６８に電流を流した際に、ステンレス鋼管１００ｆと共に磁束の通り道を形成する。第１フェライト部６９は、フェライトケース７１の両端側に位置する。
【００３４】
第２フェライト部７０は、位置および形状は第１フェライト部６９と異なるが、その機能は第１フェライト部６９と同様であり、フェライトケース７１の収容部のうちボビン本体６５の外側近傍に配置される。
【００３５】
＜空気調和装置の動作＞
空気調和装置１は、四路切換弁２２によって、暖房運転および除霜運転のいずれか一方に切り換えることが可能である。
【００３６】
（暖房運転）
暖房運転では、四路切換弁２２が、図１の実線で示された状態に設定される。この状態で圧縮機２１が運転されたとき、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３が蒸発器となり、室内熱交換器４１が凝縮器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００３７】
圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、室内熱交換器４１で室内空気と熱交換して凝縮する。そして、冷媒との熱交換によって温度上昇した空気は、空調対象空間に吹き出される。凝縮した冷媒は、膨張弁２４を通過する際に減圧された後、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器２３を通過した冷媒は、圧縮機２１へ吸入されて圧縮される。
【００３８】
暖房運転の起動時、特に、圧縮機２１が十分に暖まっていないとき、電磁誘導加熱ユニット６がアキューム管１０ｆを加熱することによって、圧縮機２１は暖められた冷媒を圧縮することができる。その結果、圧縮機２１から吐出するガス冷媒の温度が上昇し、起動時の暖房能力不足が補われる。
【００３９】
（除霜運転）
暖房運転がおこなわれたとき、空気中に含まれる水分が室外熱交換器２３の表面で結露し、霜となり或は氷結して室外熱交換器２３の表面を覆い、熱交換性能を低下させる。このため、室外熱交換器２３に付着した霜、或は氷を融かすために除霜運転が行われる。
【００４０】
除霜運転では、四路切換弁２２が、図１の点線で示された状態に設定される。この状態で圧縮機２１が運転されたとき、冷媒回路１０では、室外熱交換器２３が凝縮器となり、室内熱交換器４１が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
【００４１】
圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、室外熱交換器２３で室外空気と熱交換して凝縮する。その冷媒からの放熱によって、室外熱交換器２３を覆う霜、或は氷が融かされる。放熱して凝縮した冷媒は、膨張弁２４を通過する際に減圧され、その後に室内熱交換器４１で室内空気と熱交換して蒸発する。このとき、室内ファン４２は停止している。なぜなら、室内ファン４２が稼動すると、空調対象空間に冷やされた空気が吹き出されて快適性を損なうからである。室内熱交換器４１を通過した冷媒は、圧縮機２１へ吸入されて圧縮される。
【００４２】
また、除霜運転時、電磁誘導加熱ユニット６がアキューム管１０ｆを加熱することによって、圧縮機２１は暖められた冷媒を圧縮することができる。その結果、圧縮機２１から吐出するガス冷媒の温度が上昇し、除霜能力が向上する。
【００４３】
また、除霜運転時、ホットガスバイパス１０ｈのＡ１点は高圧、Ｃ１点は低圧となって圧力差が生じるので、ホットガスバイパス１０ｈにも圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が流れる。室外機２の底板２ｂ上に氷が成長している場合でも、その氷はホットガスバイパス１０ｈを通る冷媒からの放熱によって融かされる。そのとき発生した水は、排水口８６ａ〜８６ｅから排水される。また、排水口８６ａ〜８６ｅもホットガスバイパス１０ｈによって加熱されるので、排水口８６ａ〜８６ｅが凍結によって塞がれることは防止される。
【００４４】
図７は、除霜運転前後の四路切換弁、および圧縮機の動作を示すタイムチャートである。図７において、除霜要求信号が発信されて所定時間が経過したとき、四路切換弁２２が図１の実線で示す状態（暖房側）から点線で示す状態（除霜側）へ切り換わる。圧縮機２１の運転周波数は、四路切換弁２２が切り換わった以降に予め設定されている周波数に変わる。また、空気調和装置１では、除霜要求信号を起点に四路切換弁２２が除霜側へ切り換わるまでの間、圧縮機２１の運転周波数を低減する制御が行なわれているので、冷媒の循環方向が逆になったときの衝撃が緩和される。
【００４５】
そして、除霜運転が終了したとき、四路切換弁２２は暖房側に切り換わる。また、空気調和装置１では、四路切換弁２２が暖房側に切り換わる前に、圧縮機２１の運転を停止する制御が行なわれているので、四路切換弁２２が暖房側に切り換わったときの衝撃が抑制される。
【００４６】
＜特徴＞
空気調和装置１は、除霜運転時の冷媒の循環方向が暖房運転時と逆になる暖房専用の空気調和装置であって、ホットガスバイパス１０ｈを備えている。ホットガスバイパス１０ｈの一端Ａ１は圧縮機２１の吐出管１０ａに接続され、他端Ｃ１は膨張弁２４と室内熱交換器４１とを結ぶ液管１０ｃに接続されている。また、ホットガスバイパス１０ｈは、室外機２の底板２ｂ上に配置されおり、排水口８６ａ〜８６ｅの近傍を通っている。除霜運転時、バイパス両端に圧力差が生じ吐出管１０ａ側からホットガスバイパス１０ｈに高圧冷媒が流入する。その結果、底板２ｂ上で成長しかけた氷は、ホットガスバイパス１０ｈ内を流通する高圧冷媒の放熱によって融解するので、氷が成長して底板２ｂの上方にある室外熱交換器２３及び室外ファン２６等を圧迫することは防止される。また、ホットガスバイパス１０ｈに特定の弁を設ける必要がないので経済的である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、寒冷地向け空気調和装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍装置を用いた空気調和装置の冷媒回路図。
【図２】正面側から視た室外機の外観斜視図。
【図３】フロントパネル、右側面パネルと背面パネルを取り除いた室外機の斜視図。
【図４】底板、室外熱交換器および室外ファン以外の部材を取り除いた室外機の斜視図。
【図５】底板および機械室以外の部材を取り除いた室外機の平面図。
【図６】電磁誘導加熱ユニットの断面図。
【図７】除霜運転前後の四路切換弁、および圧縮機の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４９】
２ｂ  底板（加熱対象部材）
１０ｈ  ホットガスバイパス
２１  圧縮機
２３  室外熱交換器
２４  膨張弁
２８  キャピラリチューブ（絞り部）
４１  室内熱交換器
８６ａ〜８６ｅ  排水口