(57)【要約】【課題】  零度以下の低外気温時、あるいは寒冷地で暖房運転において室外熱交換器での着霜を防止して除霜運転を不要にできるとともに、暖房運転の能力を向上させた暖房強化型の空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】  第一圧縮機３と、第一四方弁４と、室外熱交換器５の第一熱交換部５ａと、第一膨張弁７と、室内熱交換器８とを順次接続してメインサイクル１を構成し、第二圧縮機１０と、前記室外熱交換器５の第二熱交換５ｂと、第二四方弁１１と、第一補助熱交換器１２と第二膨張弁１５と第二補助熱交換器１６とを順次接続するとともに、前記第一補助熱交換器１２をバイパスする、第一逆止弁１４を備えた第一バイパス路１３を備え、前記第二補助熱交換器１６をバイパスする、第二逆止弁１８を備えた第二バイパス路１７を設けてサブサイクル２を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外熱交換器を第一熱交換部と第二熱交換部とで構成するとともに、第一圧縮機と、第一流路切換手段と、前記室外熱交換器の第一熱交換部と、第一減圧手段と、室内熱交換器とを順次接続してメインサイクルを構成し、第二圧縮機と、前記室外熱交換器の第二熱交換部と、第二流路切換手段と、第一補助熱交換器と、第二減圧手段と、第二補助熱交換器とを順次接続してサブサイクルを構成してなり、
前記第二流路切換手段を切換えることにより、前記第一補助熱交換器と前記第二補助熱交換器とを蒸発器として交互に切換えられるようにしてなることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記サブサイクルに、前記第一補助熱交換器をバイパスする、第一逆止弁を備えた第一バイパス路を設けるとともに、前記第二補助熱交換器をバイパスする、第二逆止弁を備えた第二バイパス路を設けてなることを特徴とした請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記第二流路切換手段が、前記第一補助熱交換器あるいは前記第二補助熱交換器の温度に基づいて切換えられるようにしてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気調和機に関わり、より詳細には寒冷地においても暖房能力が低下しないようにした暖房強化型の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器を順次接続して冷媒回路を構成し、冷房運転時には、圧縮機から吐出された冷媒を、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器に順次循環させ、暖房運転時には、圧縮機から吐出された冷媒を、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器に順次循環させるようになっている。しかるに暖房運転開始時、室外熱交換器が冷却されるため同室外熱交換器に着霜が生じ、除霜運転が必要となるとともに、低外気温時においては暖房能力が低下するという問題があった。
【０００３】
これらの現象を防止するため、例えば図４で示すように、圧縮機４０と第一四方弁４１と室内熱交換器４２と冷房用膨張弁４３と第二四方弁４４と第三四方弁４５と暖房用膨張弁４６と室外熱交換器４７とアキュームレータ５１とを順次接続するとともに、前記室外熱交換器４７の一側から分岐し、開閉弁４８と前記第三四方弁４５と前記第二四方弁４４とを経て前記室外熱交換器４７内に補助熱交換器５０を形成したバイパス路４９を設けた事例がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
上記した構成は、冷房運転時、前記室外熱交換器４７で凝縮した冷媒を前記バイパス路４９により前記補助熱交換器５０に導びき、同室外熱交換器４７を流れる冷媒を過冷却して前記室内熱交換器４２での蒸発能力を高める一方、暖房運転時においては、前記補助熱交換器５０により加熱して除霜を行なった後、蒸発器として作用し暖房能力を高めるようになっている。
【０００５】
しかしながら、前記開閉弁４８と前記第二四方弁４４と前記第三四方弁４５とを備えたバイパス路４９を設けることにより冷媒回路の構成が複雑となる一方、冷媒回路を流れる冷媒の一部を前記補助熱交換器５０に供給して加熱あるいは冷却を行うことにより、その能力に限界があり、例えば零度以下の低外気温時、あるいは寒冷地で暖房運転を行う際、前記室外熱交換器４７での着霜発生を完全に防止できないばかりでなく、暖房運転そのものに支障を生じる虞があった。
【０００６】
他の従来例として、例えば図５で示すように、圧縮機６０と、四方弁６１と、送風ファン６３ａを備えた室外熱交換器６３と、膨張弁６４と、送風ファン６５ａを備えた室内熱交換器６５と、アキュームレータ６６とを順次接続してメイン回路を構成する一方、放熱器６８と開閉弁６９と温水ポンプ７０と、バーナー７２を備えた補助熱交換器７１とを順次接続して温水回路６７を構成した例がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
前記メイン回路で暖房運転を行なうと、前記室外熱交換器６３が冷却され同室外熱交換器６３に着霜が発生する虞があるため、前記温水回路６７に設けられた前記バーナー７２を燃焼させ、前記補助熱交換器７１を加熱させて温水を生成する。生成された温水は前記温水ポンプ７０により前記放熱器３８に供給され、同放熱器３８は熱風を発生させて前記室外熱交換器６３を加熱するようになっている。これにより前記室外熱交換器６３での着霜が防止され、暖房運転が円滑に起動するようになっている。
【０００８】
しかしながら、前記バーナー７２のような他の熱源を用い温水を生成することは、所謂エネルギ変換効率が低く、これにより冷媒回路全体での成績係数（ＣＯＰ）も低下することから、省エネルギの観点からみて改善が求められていた。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−２２９１４９号公報（２頁、図３）
【特許文献２】特開２００１−１２８２９号公報（３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、零度以下の低外気温時、あるいは寒冷地で暖房運転において前記室外熱交換器での着霜を防止して除霜運転を不要にできるとともに、暖房運転の能力を向上させ、暖房運転の能力を向上させ、更に冷媒回路の成績係数所謂ＣＯＰを向上させた暖房強化型の空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、室外熱交換器を第一熱交換部と第二熱交換部とで構成するとともに、第一圧縮機と、第一流路切換手段と、前記室外熱交換器の第一熱交換部と、第一減圧手段と、室内熱交換器とを順次接続してメインサイクルを構成し、第二圧縮機と、前記室外熱交換器の第二熱交換部と、第二流路切換手段と、第一補助熱交換器と第二減圧手段と第二補助熱交換器とを順次接続してサブサイクルを構成してなり、前記第二流路切換手段を切換えることにより、前記第一補助熱交換器と前記第二補助熱交換器とを蒸発器として交互に切換えられるようにした構成となっている。又、前記サブサイクルに、前記第一補助熱交換器をバイパスする、第一逆止弁を備えた第一バイパス路を設けるとともに、前記第二補助熱交換器をバイパスする、第二逆止弁を備えた第二バイパス路を設けた構成となっている。又、前記第二流路切換手段が、前記第一補助熱交換器あるいは前記第二補助熱交換器の温度に基づいて切換えられるようにした構成となっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、第一圧縮機と、第一流路切換手段としての第一四方弁と、室外熱交換器の第一熱交換部と、第一減圧手段としての第一膨張弁と、室内熱交換器とを順次接続してメインサイクルを構成し、第二圧縮機と、前記室外熱交換器の第二熱交換と、第二流路切換手段としての第二四方弁と、第一補助熱交換器と、第二流路切換手段としての第二膨張弁と第二補助熱交換器とを順次接続するとともに、前記第一補助熱交換器をバイパスする、第一逆止弁を備えた第一バイパス路を備え、前記第二補助熱交換器をバイパスする、第二逆止弁を備えた第二バイパス路を設けてサブサイクルを構成することにより、暖房運転時に、前記サブサイクルを循環する冷媒により前記室外熱交換器を加熱して、フィンあるいは伝熱管の表面に着霜が発生することを防止し、暖房運転を一時中断して行う除霜運転を不要とするとともに、加熱により同室外熱交換器での冷媒の蒸発量を増加させ、前記室内熱交換器での冷媒凝縮量と熱の放出量とを増大させて低外気温あるいは寒冷地でも能力の低下を招くことなく暖房運転を継続することができるようになっている。又、暖房運転を継続すると、低温低圧の冷媒により前記第二補助熱交換器に着霜が生じるが、前記サブサイクルに設けられた前記第二四方弁を切換えることにより、前記第二圧縮機からの高温高圧の冷媒が前記第二補助熱交換器に流入することとなり、付着した霜を除去するようになっている。これにより、極低温下の状態であっても、前記メインサイクルでの暖房運転を支障なく継続することができるようになっている。又、バーナーあるいはヒータ等の別熱源を用いることなく、温水を生成することによりエネルギ変換効率が高くなり、成績係数（ＣＯＰ）が上昇して、所謂省エネ運転を行うことのできる暖房強化型空気調和機となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（Ａ）は本発明による暖房強化型空気調和機の冷媒回路図であり、図１（Ｂ）は室外熱交換器の断面図である。図２は冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図であり、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【００１５】
本発明による暖房強化型空気調和機は、図１（Ａ）で示すように、第一圧縮機３と、第一流路切換手段としての第一四方弁４と、送風ファン６を備えた室外熱交換器５と、第一減圧手段としての第一膨張弁７と、送風ファン９を備えた室内熱交換器８とを順次接続してメインサイクル１を構成している。更に、第二圧縮機１０と、前記室外熱交換器５と、第二流路切換手段としての第二四方弁１１と、第一補助熱交換器１２と第二膨張弁１５と第二補助熱交換器１６とを順次接続するとともに、前記第一補助熱交換器１２をバイパスする、第一逆止弁１４を備えた第一バイパス路１３を設け、前記第二補助熱交換器１６をバイパスする、第二逆止弁１８を備えた第二バイパス路１７を設けてサブサイクル２を構成している。尚、前記第一逆止弁１４は前記第二四方弁１１から前記第一補助熱交換器１２を介して前記第二膨張弁１５側に向かう流れを順方向として前記第一バイパス路１３に接続され、前記第二逆止弁１８は前記第二四方弁１１から第二補助熱交換器１６を介して前記第二膨張弁１５側に向かう流れを順方向として前記第二バイパス路１７に接続されている。
【００１６】
前記室外熱交換器５は、平行して並べられた多数のフィンと、同フィンに直交するように蛇行状に配設された伝熱管とからなり、図１（Ｂ）で示すように、一側を前記メインサイクル１に接続された伝熱管が配設される第一熱交換部５ａとし、他側を前記サブサイクル２に接続された伝熱管が配設される第二熱交換部５ｂとしている。
【００１７】
又、前記メインサイクル１にはＨＦＣ系冷媒もしくはＨＣＦＣ系冷媒が循環し、前記サブサイクル２には同様にＨＦＣ系冷媒もしくはＨＣＦＣ系冷媒か、あるいは低温度状態での熱交換効率が高いＨＣ系冷媒のプロパン等が循環するようになっている。
【００１８】
次に、動作について説明する。冷房運転時、前記第二圧縮機１０は停止状態となり、前記サブサイクル２には冷媒が循環しないようになっている。前記第一圧縮機３の吐出側から吐出された高温高圧の冷媒は、図２の矢印で示すように、前記第一四方弁４を介して前記室外熱交換器５の第一熱交換部５ａに流入し、同第一熱交換部５ａで熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は続いて前記第一膨張弁７により断熱膨張して低温低圧となり、前記室内熱交換器９に流入して、同室内熱交換器８で熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記第一四方弁４を介して前記圧縮機３の吸込側に還流するようになっている。又、前記室内熱交換器８にて冷却された周囲を流れる空気は前記送風ファン９により室内に送出され、これを冷房するようになっている。
【００１９】
次に、暖房運転について説明する。暖房運転時、前記第二圧縮機１０が駆動され、前記サブサイクル２を冷媒が循環するようになっている。又、前記第一四方弁４が切換えられるようになっている。前記メインサイクル１においては、前記第一圧縮機３の吐出側から吐出された高温高圧の冷媒は、図３（Ａ）の矢印で示すように、前記四方弁４を介して前記室内熱交換器８に流入し、同室内熱交換器８で熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、続いて前記第一膨張弁７により断熱膨張して低温低圧となり、前記室外熱交換器５の第一熱交換部５ａに流入し熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒は前記第一四方弁４を介して前記第一圧縮機３の吸込側に還流するようになっている。又、前記室内熱交換器８から放出された熱により加熱された周囲を流れる空気は前記送風ファン９により室内に送出され、これを暖房するようになっている。
【００２０】
前記サブサイクル２の前記第二圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は前記室外熱交換器５の第二熱交換部５ｂに流入し、同第二熱交換部５ｂで熱を放出して凝縮し、凝縮した冷媒は続いて前記第二四方弁１１を介して、前記第一補助熱交換器１２と前記第一バイパス路１３に流入する。同第一補助熱交換器１２に流入した冷媒は、これを加熱しながら、前記第一バイパス路１３を通る冷媒と混合して、前記第二膨張弁１５により断熱膨張して低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は前記第二補助熱交換器１６に流入し、同第二補助熱交換器１６で熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記第二四方弁１１を介して前記第二圧縮機１０に還流するようになっている。
【００２１】
湿度が高い低外気温時に暖房運転を開始すると、前記室外熱交換器５の第一熱交換部５ａに流れ込んだ前記メインサイクル１の低温低圧の冷媒により同室外熱交換器５が冷却され、これを構成するフィンあるいは伝熱管の周囲に着霜が発生する虞がある。又、外気から充分に熱を吸収できず、低温低圧の液相冷媒が充分に蒸発できないため、前記室内熱交換器９での凝縮量も減少し、暖房能力が低下してしまう虞がある。
【００２２】
しかしながら、暖房運転開始時に、前記サブサイクル２を循環する冷媒により前記室外熱交換器５を加熱して、フィンあるいは伝熱管の表面に着霜が発生することを防止することにより、暖房運転を一時中断して行う除霜運転を不要とするとともに、加熱により同室外熱交換器５での冷媒の蒸発量を増加させ、これにより前記室内熱交換器９での冷媒凝縮量と熱の放出量とを増大させることにより、低外気温あるいは寒冷地でも能力の低下を招くことなく暖房運転を継続することができるようになっている。
【００２３】
又、前記室外熱交換器５を加熱する熱源としてヒータあるいはバーナーを用いた場合は、電気的エネルギあるいは燃焼のエネルギを、熱エネルギに変換することになるが、これらは変換の際、エネルギ損失が大きく、消費電力あるいは消費エネルギが増大してしまう。このため、冷房能力あるいは暖房能力と消費電力（消費エネルギ）との比率である成績係数（ＣＯＰ）が小さくなり、例えば成績係数が１以下の値となってしまう場合は、省エネルギの観点から見て好ましくないこととなる。本願においては、前記サブサイクル２に設けられた圧縮機１３により高圧の冷媒を生成し、同冷媒が凝縮、蒸発の過程で空気と熱交換を行うことにより、冷媒能力あるいは暖房能力の指標であるエンタルピ差を、消費電力より大きく取ることができ、例えば成績係数（ＣＯＰ）を２．５〜３の範囲にすることができる。これによって所謂省エネルギ運転を行うことができるようになっている。
【００２４】
上記した状態で暖房運転を継続すると、前記第二膨張弁１５を経て低温低圧の冷媒が前記第二補助熱交換器１６に流入するため、同第二補助熱交換器１６に着霜が生じ、熱交換効率が低下してくる。熱交換効率が低下すると前記室外熱交換器５の第二熱交換部５ｂでの加熱能力も低下してくるため、前記メインサイクル１での暖房能力もこれに併せて低下してしまう。これを防止するため、前記第二補助熱交換器１６のフィンあるいは伝熱管の温度が所定値以下になると、前記サブサイクル２に設けられた前記第二四方弁１１が切換えられるようになっている。尚、流入する冷媒温度を基にして切換えてもよい。
【００２５】
前記第二四方弁１１が切換えられると、前記第二圧縮機１０から吐出された高温高圧の冷媒は、図３（Ｂ）の矢印で示すように、前記室外熱交換器５の第二熱交換部５ｂに流入し、同第二熱交換部５ｂで熱を放出して凝縮し、凝縮した冷媒は続いて前記第二四方弁１１を介して、前記第二補助熱交換器１６と前記第二バイパス路１７に流入する。同第二補助熱交換器１６に流入した冷媒は、これを加熱しながら前記第二バイパス路１７を通る冷媒と混合して、前記第二膨張弁１５により断熱膨張して低温低圧となる。この際、放出した熱により前記第二補助熱交換器１６に付着した霜を除去するようになっている。低温低圧となった冷媒は前記第一補助熱交換器１２に流入し、同第一補助熱交換器１２で熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は前記第二四方弁１１を介して前記第二圧縮機１０に還流するようになっている。この状態で運転が継続されると再度前記第二四方弁１１が切換えられるようになっている。これにより、極低温下の状態であっても、前記メインサイクル１での暖房運転を支障なく継続することができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）は本発明の冷媒回路図である。  （Ｂ）は室外熱交換器の断面図である。
【図２】冷房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図３】（Ａ）は暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。  （Ｂ）は第二四方弁を切換えた状態での暖房運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図４】従来例での一例を示す冷媒回路図である。
【図５】従来での他の例を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  メインサイクル
２  サブサイクル
３  第一圧縮機
４  四方弁
５  室外熱交換器
５ａ  熱交換部
５ｂ  加熱部
６  送風ファン
７  第一膨張弁
８  室内熱交換器
９  送風ファン
１０  第二圧縮機
１１  第二四方弁
１２  第一補助熱交換器
１３  第一バイパス路
１４  第一逆止弁
１５  第二膨張弁
１６  第二補助熱交換器
１７  第二バイパス路
１８  第二逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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