(57)【要約】【課題】暖房運転を継続して除霜運転を行う空気調和装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式冷凍サイクルの室内熱交換器３と減圧器４の間と圧縮機１の吸い込み側を連結する第１のバイパス回路６を設け、第１のバイパス回路６に二方弁７、冷媒加熱器８を設け、さらに冷凍サイクルに連結された四方弁２と室内熱交換器３の間と減圧器４と室外熱交換器５の間を連結する第２のバイパス回路９を設け、第２のバイパス回路９に二方弁１０を設け、室外熱交換器５の除霜を行う際、第１のバイパス回路６の二方弁７と第２のバイパス回路９の二方弁１０を開放し暖房および除霜運転を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外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と、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路を設け、前記第１のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路を設け、前記第２のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して冷媒加熱器で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第１のバイパス運転と、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して前記室外熱交換器に冷媒を通過させる第２のバイパス運転を行うことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
減圧器は電磁膨張弁であり、第１のバイパス回路と第２のバイパス回路それぞれの一端の冷凍サイクルへの接続箇所は前記膨張弁の前後に設け、除霜運転時に閉弁または閉塞に近い絞り運転をすることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
減圧器を二方弁として、第１のバイパス回路と第２のバイパス回路それぞれの一端の冷凍サイクルへの接続箇所は前記二方弁の前後に設け、除霜運転時に前記ニ方弁を閉弁することを特徴とする、請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項４】
第２のバイパス回路に減圧器、または電磁膨張弁を接続して冷媒の流れを調整できるようにしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
冷媒加熱器と室内熱交換器の間に減圧器を設け、前記冷媒加熱器を蒸発器として稼働させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項６】
第１のバイパス回路の接続箇所と室外熱交換器の間に逆止弁を設け、前記逆止弁は前記圧縮機の吸入口へ冷媒が流れる方向を順方向とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項７】
第１のバイパス回路と圧縮機の吸入側の接続箇所を、前記圧縮機の吸入管径の４倍以上に接続することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項８】
冷媒加熱器はヒータ部、冷媒通過管部、およびヒータ部と冷媒通過管部を蓄熱材で包む蓄熱部で構成するようにしたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか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、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。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ式空気調和器の除霜方式は、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る。
【０００３】
即ち、除霜運転は冷房時と同じ冷媒の流動方向とし、室外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る。
【０００４】
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、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。
【０００５】
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。
【０００６】
図６は従来の空気調和装置の冷凍サイクルの構成図である。
【０００７】
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。
【０００８】
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が決まれば可能である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８２９９４号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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を一端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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
さらに、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。
【００１８】
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安定した除霜運転を、暖房運転を継続しながら実施できる空気調和装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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、室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器を冷媒回路で連結されたヒートポンプ式冷凍サイクルと、この冷凍サイクルに連結された室内熱交換器と減圧器の間と四方弁と室外熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路を設け、第１のバイパス回路に二方弁、冷媒加熱器を設け、さらに前記四方弁と前記室内熱交換器の間と減圧器と室外熱交換器の間、または前記圧縮機と四方弁の間と、減圧器と室外熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路を設け、第２のバイパス回路に二方弁を設け、室外熱交換器の除霜を行う際、第１のバイパス回路の二方弁を開放して冷媒加熱器で加熱された冷媒を圧縮機の吸入側に流す第１のバイパス運転と、第２のバイパス回路の二方弁を開放して室外熱交換器に冷媒を通過させる第２のバイパス運転を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１の発明は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧器、室外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と、この冷凍サイクルに連結された前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外熱交換器の間を連結する第１のバイパス回路を設け、前記第１のバイパス回路に二方弁及び冷媒加熱器を設け、さらに前記冷凍サイクルに連結された前記四方弁と前記室内熱交換器の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間、または前記冷凍サイクルに連結された前記圧縮機と前記四方弁の間と、前記減圧器と前記室外熱交換器の間を連結する第２のバイパス回路を設け、前記第２のバイパス回路に二方弁を設け、前記室外熱交換器の除霜を行う際、前記第１のバイパス回路の二方弁を開放して冷媒加熱器で加熱された冷媒を前記圧縮機の吸入側に流す第１のバイパス運転と、前記第２のバイパス回路の二方弁を開放して前記室外熱交換器に冷媒を通過させる第２のバイパス運転を行うことを特徴とするものでこの構成をなすことにより、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
また全体冷媒の一部を除霜用に利用するため、冷媒加熱部に極端に多くの冷媒が流れないことからコンパクトな冷媒加熱器で構成できる。
【００２６】
また冷房運転を行った場合でも、冷媒加熱器に高温高圧の冷媒ガスが滞留して、冷媒加熱器は常に雰囲気の露点温度以上に保たれるため、冷媒加熱器に結露が発生することもない。
【００２７】
第２の発明は、特に第１の発明の減圧器を電磁膨張弁とし、第１のバイパス回路と第２のバイパス回路それぞれの一端の冷凍サイクルへの接続箇所は前記膨張弁の前後に設け、除霜運転時に閉弁または閉塞に近い絞り運転をするもので、この構成をなすことにより、通常のヒートポンプ冷凍サイクルの冷房および暖房運転に利用している電磁膨張弁を除霜用に利用して冷媒加熱による暖房の冷媒流れと除霜用の冷媒の流れを分断する機能があり、二方弁２個で暖房と除霜回路を構成することから室外の配管構造を簡単にできかつ安価にできる。
【００２８】
第３の発明は、特に第１の発明の、減圧器を二方弁とし、第１のバイパス回路と第２のバイパス回路それぞれの一端の冷凍サイクルへの接続箇所は前記二方弁の前後に設け、除霜運転時に前記ニ方弁を閉弁するもので、この構成をなすことにより、暖房を継続しつつ除霜を行うことが減圧器として二方弁でもできるため、さらに安価にできる。
【００２９】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれかの発明の、第２のバイパス回路に減圧器、または電磁膨張弁を接続して冷媒の流れを調整できるようにしたもので、この構成をなすことにより、着霜量に応じて除霜熱量を調整することもできる。
【００３０】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれかの発明の、冷媒加熱器と室内熱交換器の間に減圧器を設け、前記冷媒加熱器を蒸発器として稼働させるもので、この構成をなすことにより、冷媒が減圧器を通過し、減圧された後に加熱器で加熱することができるので、冷媒の吸熱効率が向上し、効率の良いヒートポンプ冷凍サイクルが形成できる。
【００３１】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれかの発明の、第１のバイパス回路の接続箇所と室外熱交換器の間に逆止弁を設け、前記逆止弁は前記圧縮機の吸入口へ冷媒が流れる方向を順方向とするもので、この構成をなすことにより、冷媒が室外熱交換器に冷媒が流れることを防ぐことができ、効率の良い冷媒加熱暖房ができる。
【００３２】
第７の発明は、特に第１〜６のいずれかの発明の、第１のバイパス回路と圧縮機の吸入側の接続箇所を、前記圧縮機の吸入管径の４倍以上に接続するもので、この構成をなすことにより、極端な冷媒挙動変化を圧縮機の吸入側に発生させることなく、圧縮機を安定的に運転させる事ができて圧縮機信頼性の高い運転ができる。
【００３３】
第８の発明は、特に第１〜７のいずれかの発明の、冷媒加熱器はヒータ部、冷媒通過管部、およびヒータ部と冷媒通過管部を蓄熱材で包む蓄熱部で構成するようにしたもので、この構成をなすことにより、コンパクトに冷媒加熱器を構成でき、現行の室外機のスペースで配置できることから、他の機種との室外機共用化が図れ、安価でかつ簡単な構成で上記効果を得ることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
（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、減圧器４、室外熱交換器５、第１のバイパス回路６、冷媒加熱用二方弁７、冷媒加熱器８、第２のバイパス回路９、除霜用二方弁１０、第２のバイパス回路の二方弁１１、第１のバイパス回路の二方弁１２、冷媒加熱ヒータ１３、冷媒通過管部１４、蓄熱部１５、逆止弁１６、室外送風機１９で配設されている。室内機１８には、室内熱交換器３、室内送風機１７が配設されている。ここでの減圧器４は、電磁膨張弁でもよい。
【００３６】
次に図４は、本願発明にかかる実施の形態１を示す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。
【００３７】
このとき室外機２０から除霜開始信号を室内機１８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１７を制御する。
【００３８】
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をＯＮして開方向に制御する。
【００３９】
また加熱器ヒータをＯＮして冷媒加熱運転を行う。このとき膨張弁は閉塞運転かまたは閉塞に近い運転を行う。
【００４０】
また外ファンは除霜中停止する。四方弁は、暖房を継続するため、暖房回路のままで除霜中も切り替えしない。
【００４１】
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。
【００４２】
次にステップ３で、除霜を行うために除霜用二方弁をＯＮして開方向に制御する。また圧縮機は、除霜用の運転周波数で運転する。
【００４３】
次にステップ４で除霜終了と共に除霜する前の動作に戻る。
【００４４】
次にステップ５以降で通常のヒートポンプ暖房運転に復帰する。
【００４５】
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。
【００４６】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について図２を用いて説明する。
【００４７】
本実施の形態において実施の形態１と異なる点は減圧器４を減圧機能なしで冷媒の開閉動作のみの二方弁４ａとして構成している。この場合でも暖房を継続して除霜することができる。
【００４８】
二方弁４ａの動作は、冷媒加熱用二方弁７が開放に制御されたと同時または少し遅れて二方弁４ａの閉弁制御を行う。
【００４９】
（実施の形態３）
次に実施の形態３について図３を用いて説明する。
【００５０】
本実施の形態において実施の形態１と異なる点は、冷媒加熱用二方弁７と加熱器８の間に減圧器４を配置せず、室内熱交換器３、と減圧器４の間に減圧器１２を設ける。
【００５１】
この配置により、第１バイパス回路６の引き回しを簡単に出来てコンパクトでかつ安価に構成できる。
【００５２】
また圧縮機１の吸入側に気液分離器２１（アキュームレータ）を配置している。
【００５３】
圧縮機１の様式により、液戻りに弱い圧縮機１がありその場合は、この気液分離器２１を配置する。
【００５４】
特に除霜運転は液戻りが多く発生するため、液戻りによる圧縮機信頼性に配慮する必要がある。
【００５５】
また第２のバイパス回路９の減圧器を電磁膨張弁２２にすることで、着霜量に応じた除霜循環量を変化することができる。
【００５６】
なお、このヒートポンプ式冷凍サイクルにおいては、圧縮機の様式によって、圧縮機の吸い込み側に気液分離器のアキュームを接続する場合も考えられる。
【００５７】
また圧縮機は、容量可変方式の圧縮機においても、同じ効果が得られるので、ここでは圧縮機と表現とした。
【００５８】
電磁膨張弁は、絞り機構が可変するものでも、さらに二方弁のように完全に流量を閉鎖せず一部のみ絞りがあるものでもよい。
【００５９】
第２のバイパス回路に連結する減圧器、または電磁膨張弁の位置は、除霜用二方弁の
連結位置より圧縮機吐出側でも室外熱交換器側でもどちらでも良い。
【００６０】
できれば室外熱交換器に近い方で減圧器、膨張弁を配置した方が、冷房運転時のバイパス回路に溜まる液冷媒が少なくできるので冷媒量が少なくでき、オイル溜まりも少なくできる。
【００６１】
この冷媒加熱器と室内熱交換器の間の減圧器は、冷媒加熱器側に配置すると除霜運転のみで絞り構成できる。
【００６２】
また基本のヒートポンプ回路の室内熱交換器側に減圧器を配置すると冷暖房運転に影響する減圧器となり除霜専用に利用できないが絞りの選定次第では、冷媒加熱器の絞りを新たに追加する必要がなくなるという利点がある。
【００６３】
また第２のバイパス回路の接続箇所と室外熱交換器の間に冷媒調整用の絞り機構があるものでも除霜性能に大きく影響を与えないため、一部の絞りがあるものでも良い。
【００６４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本願発明にかかる実施の形態１の空気調和装置の構成図
【図２】本願発明にかかる実施の形態２の空気調和装置の構成図
【図３】本願発明にかかる実施の形態３の空気調和装置の構成図
【図４】本願発明にかかる制御ブロック図
【図５】本願発明にかかる実施の形態１のタイムチャート
【図６】従来例の空気調和装置の構成図
【符号の説明】
【００６７】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室内熱交換器
４  減圧器
５  室外熱交換器
６  第１のバイパス回路
７  冷媒加熱用二方弁
８  加熱器
９  第２のバイパス回路
１０  除霜用二方弁
１１  除霜用減圧器
１２  冷媒加熱用減圧器
１３  加熱器ヒータ
１４  冷媒通過管部
１５  蓄熱部
１６  逆止弁
１７  室内送風機
１８  室内機
１９  室外送風機
２０  室外機
【図１】
2006132797.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006132797.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006132797.tif 000007
【図６】
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