(57)【要約】      （修正有）【課題】大型の圧縮機を用いることなく、速暖性能を向上させる。【解決手段】四方弁２１が、圧縮機の吐出側配管に接続される第１ポートＢ１と、室外熱交換器に接続される第２ポートＢ２と、圧縮機の吸入側配管に接続される第３ポートＢ３と、室内熱交換器に接続される第４ポートＢ４とを有する弁本体２１１と、各ポートＢ１〜Ｂ４を開閉する弁体２１２と、弁体２１２を移動させる駆動部２１３とを具備し、駆動部２１３により弁体２１２を移動させ、第１ポートＢ１と第３ポートＢ３とを連通するとともに第４ポートＢ４の一部又は第２ポートＢ２の一部を開き、圧縮機から吐出される冷媒を当該圧縮機に吸入させるとともに、前記冷媒を室内熱交換器又は室外熱交換器に流して、速暖運転を行うようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室内熱交換器を有する冷媒回路を備える空気調和機であって、
前記四方弁が、
前記圧縮機の吐出側配管に接続される第１ポートと、前記室外熱交換器に接続される第２ポートと、前記圧縮機の吸入側配管に接続される第３ポートと、前記室内熱交換器に接続される第４ポートとを有する弁本体と、
前記各ポートを開閉する弁体と、
前記弁体を移動させる駆動部とを具備し、
前記駆動部により前記弁体を移動させ、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通するとともに前記第４ポートの一部又は前記第２ポートの一部を開き、前記圧縮機から吐出される冷媒を当該圧縮機に吸入させるとともに、前記冷媒を前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器に流して、速暖運転を行うことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記駆動部を制御する制御部をさらに具備し、
前記制御部が、前記速暖運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力又は温度に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記弁体の位置を調整して、前記圧縮機から前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器への冷媒の流れに抵抗を与えることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
補助熱交換器が設けられ、冷媒を前記室内熱交換器から前記圧縮機に導くインジェクション配管と、
一端が前記圧縮機の前記吐出側配管に接続され、他端が前記インジェクション配管に接続される連結配管と、
前記連結配管に設けられた開閉弁とをさらに具備し、
前記速暖運転時に前記開閉弁を開き、前記圧縮機から前記四方弁に流れる冷媒の一部を前記連結配管に流して前記圧縮機に吸入させることを特徴とする請求項１又は２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、空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
暖房運転を起動してから短時間で暖かい空気を室内に供給したり、室外熱交換器の除霜運転を起動してから短時間で高温冷媒を当該室外熱交換器に供給したりする性能（以下、速暖性能とも言う。）を有する空気調和機が知られている。
【０００３】
空気調和機に上述した速暖性能を発揮させるためには、従来、大型の圧縮機を用いていたが、大型の圧縮機は、液戻りに対する信頼性が低いうえ、各運転の起動時に圧縮機そのものを暖めるために多くの熱エネルギーが必要になり、結局、速暖性能を発揮させることができない。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載された空気調和機は、各運転の起動時に四方弁を制御することにより、圧縮機の吐出側に接続されるポートと圧縮機の吸入側に接続されるポートとを連通して、圧縮機から吐出された冷媒を再び圧縮機に吸入させるように構成されている。これにより、大型の圧縮機を用いることなく、各運転を起動させてから短時間で冷媒の温度を上昇させることができる。
【０００５】
ところが、上述した構成では、冷媒の温度を上昇させている間は、冷媒が室内熱交換器や室外熱交換器に流れていかないため、この間は、暖房運転や除霜運転を起動しているにもかかわらず、冷媒の温度が上昇するだけに留まり、効果的な速暖性能を得ることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８５４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、大型の圧縮機を用いることなく、速暖性能を向上させることを主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室内熱交換器を有する冷媒回路を備える空気調和機であって、前記四方弁が、前記圧縮機の吐出側配管に接続される第１ポートと、前記室外熱交換器に接続される第２ポートと、前記圧縮機の吸入側配管に接続される第３ポートと、前記室内熱交換器に接続される第４ポートとを有する弁本体と、前記各ポートを開閉する弁体と、前記弁体を移動させる駆動部とを具備し、前記駆動部により前記弁体を移動させ、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通するとともに前記第４ポートの一部又は前記第２ポートの一部を開き、前記圧縮機から吐出される冷媒を当該圧縮機に吸入させるとともに、前記冷媒を前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器に流して、速暖運転を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
このような空気調和機であれば、圧縮機から吐出される冷媒を当該圧縮機に吸入させるとともに、この冷媒を室内熱交換器又は室外熱交換器に流して速暖運転を行うので、冷媒の温度を上昇させながら、暖房運転や除霜運転を行うことができ、大型の圧縮機を用いることなく速暖性能を向上させることができる。
【００１０】
前記駆動部を制御する制御部をさらに具備し、前記制御部が、前記速暖運転時に、前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力又は温度に基づいて前記駆動部を制御することにより、前記弁体の位置を調整して、前記圧縮機から前記室内熱交換器又は前記室外熱交換器への冷媒の流れに抵抗を与えるものが好ましい。
これならば、圧縮機から室内熱交換器又は室外熱交換器への冷媒の流れに抵抗を与えるので、圧縮機の圧力が上がり、当該圧縮機の消費電力を向上させることができ、冷媒の温度を短時間で上昇させて、速暖性能をより向上させることが可能になる。
また、制御部が駆動部を制御して、圧縮機から吐出された冷媒の圧力や温度を、例えば、圧縮機等の設計値に基づく所定の値以下になるようにすることで、圧縮機等が故障することを防ぐことができる。
【００１１】
補助熱交換器が設けられ、冷媒を前記室内熱交換器から前記圧縮機に導くインジェクション配管と、一端が前記圧縮機の前記吐出側配管に接続され、他端が前記インジェクション配管に接続される連結配管と、前記連結配管に設けられた開閉弁とをさらに具備し、前記速暖運転時に前記開閉弁を開き、前記圧縮機から前記四方弁に流れる冷媒の一部を前記連結配管に流して前記圧縮機に吸入させるものが好ましい。
これならば、圧縮機から吐出された冷媒を連結配管に流して当該圧縮機に吸入させることができるので、冷媒の温度をより短時間で上昇させ、速暖性能をより向上させることが可能になる。
また、連結配管は、一端が圧縮機の吐出側配管に接続され、他端がインジェクション配管に接続されており、既存の配管同士を連結すれば良い構成であるので、空気調和機全体の構成が複雑になることもない。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成した本発明によれば、大型の圧縮機を用いることなく、速暖性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態における空気調和機の概略構成図。
【図２】同実施形態における四方弁の概略構成図。
【図３】同実施形態における制御部の制御を示すフローチャート。
【図４】同実施形態における速暖性能を示す実験結果。
【図５】同実施形態における速暖性能を示す実験結果。
【図６】変形実施形態における制御部の制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明に係る空気調和機の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係る空気調和機１００は、図１に示すように、室内ユニット１０と、室外ユニット２０と、この室内ユニット１０及び室外ユニット２０に冷媒が流通できるように構成されたヒートポンプサイクル２００とを備える。
【００１６】
室内ユニット１０は、互いに並列接続された減圧手段１１Ａ、１１Ｂと、この減圧手段１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ直列に接続された室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂとを備えている。
【００１７】
室外ユニット２０は、四方弁２１と、アキュムレータ２２と、圧縮機２３と、室外熱交換器２４と、分配器２５と、膨張弁２６と、補助熱交換器２７とを備えている。
【００１８】
ヒートポンプサイクル２００は、減圧手段１１Ａ、１１Ｂ、室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、四方弁２１、室外熱交換器２４、分配器２５、膨張弁２６及び補助熱交換器２７をこの順に接続されたメイン回路２０１と、アキュムレータ２２、圧縮機２３及び四方弁２１をこの順に接続された圧縮回路２０２とを有している。
【００１９】
本実施形態のヒートポンプサイクル２００は、減圧手段１１Ａ、１１Ｂから膨張弁２６に流れる冷媒の一部を上述したメイン回路２０１から分岐させて、室外熱交換器２４に導くことなく圧縮機２３に導くインジェクション流路２０３を有している。具体的にこのインジェクション流路２０３は、一端が圧縮機２３に接続されて他端が膨張弁２６と減圧手段１１Ａ、１１Ｂとの間に接続されるインジェクション配管Ｌａと、前記インジェクション配管Ｌａに設けられた電磁弁ＥＶと、前記インジェクション配管Ｌａにおける圧縮機２３と電磁弁ＥＶとの間に設けられた補助熱交換器２７とから構成されている。
なお、前記補助熱交換器２７は、メイン回路２０１とインジェクション流路２０３とに跨って設けられている。
【００２０】
本実施形態では、上述した圧縮回路２０２とインジェクション流路２０３とを連結する連結配管Ｌｂが設けられており、具体的にこの連結配管Ｌｂは、一端が圧縮機２３の吐出側配管２３１に接続されるとともに他端がインジェクション配管Ｌａに接続されるものである。本実施形態の連結配管Ｌｂには開閉弁ＳＶが設けられている。
【００２１】
上述したヒートポンプサイクル２００は、四方弁２１における後述する４つのポートＢ１〜Ｂ４の開閉を制御することにより、メイン回路２０１における冷媒の流れを反転させ、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能に構成されている。より詳細には、冷房運転を行う場合は、圧縮機２３から吐出された冷媒を、室外熱交換器２４に導入するようにし、暖房運転を行う場合は、圧縮機２３から吐出された冷媒を、室内熱交換器１２Ａ及び１２Ｂに導入するように構成されている。
【００２２】
四方弁２１は、図２に示すように、４つのポートＢ１〜Ｂ４を有する弁本体２１１と、これらの各ポートＢ１〜Ｂ４を開閉する弁体２１２と、この弁体２１２を移動させる駆動部２１３とを有するものであり、本実施形態では、駆動部２１３により弁体２１２がリニアに動くように構成されたスライド式のものである。
【００２３】
弁本体２１１は、圧縮機２３の吐出側配管２３１に接続される第１ポートＢ１と、室外熱交換器２４に接続される第２ポートＢ２と、圧縮機２３の吸入側配管２３２に接続される第３ポートＢ３と、室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂに接続される第４ポートＢ４とを有するものである。
より詳細には、弁本体２１１の弁座面２１１ａに第２ポートＢ２、第３ポートＢ３及び第４ポートＢ４が形成されており、前記弁座面２１１ａに対向する対向面２１１ｂに第１ポートＢ１が形成されている。
【００２４】
弁体２１２は、少なくとも一部が弁座面２１１ａに接触しながらリニアに動くことにより、第２ポートＢ２、第３ポートＢ３及び第４ポートＢ４をそれぞれ開閉するものであり、本実施形態では、スライド方向に沿って直線状に進退するように構成されている。
なお、第１ポートＢ１は、弁体２１２の位置にかかわらず開口している。
【００２５】
駆動部２１３は、弁体２１２に駆動力を伝達して当該弁体２１２をリニアに動かすものであり、本実施形態では、リニアソレノイド等の電動式のものである。
【００２６】
本実施形態の空気調和機１００は、図１に示すように、上述の駆動部２１３を制御する制御部３０が設けられており、この制御部３０が、駆動部２１３を制御することにより弁体２１２を移動させて、冷媒の流れる方向、つまり、空気調和機１００の運転状態を切り替えるように構成されている。
【００２７】
より具体的に、この制御部３０は、暖房運転時には、図２の上段に示すように、第１ポートＢ１と第４ポートＢ４とを連通するとともに、第２ポートＢ２と第３ポートＢ３を連通する位置（以下、通常位置ともいう。）に弁体２１２を移動させるように構成されている。
【００２８】
弁体２１２がこの通常位置にある場合、冷媒は、圧縮機２３から吐出されて室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂに流れるとともに、室外熱交換器２４から排出されて圧縮機２３に吸入されることになる。
【００２９】
そして、本実施形態の制御部３０は、速暖運転時には、図２の下段に示すように、第１ポートＢ１と第３ポートＢ３とを連通するとともに第４ポートＢ４の一部又は第２ポートＢ２の一部を開く位置（以下、中間位置ともいう。）に弁体２１２を移動させるように構成されている。
【００３０】
より詳細には、この制御部３０は、暖房運転前の速暖運転時には、第４ポートＢ４の一部を開く位置に弁体２１２を移動させ、除霜運転前の速暖運転時には、第２ポートＢ２の一部を開く位置に弁体２１２を移動させる。
以下では、説明の便宜上、暖房運転前の速暖運転について説明する。
【００３１】
弁体２１２が上述した中間位置にある場合、第１ポートＢ１と第３ポートＢ３とが連通するので、冷媒は、圧縮機２３から吐出されて再び圧縮機２３に吸入される。また、第４ポートＢ４の一部が開いているので、圧縮機２３から吐出された冷媒の一部は、室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂに供給されるとともに、室外熱交換器２４から排出された冷媒が圧縮機２３に吸入されることになる。
【００３２】
上述した制御部３０は、圧縮機２３から吐出される冷媒の圧力に基づいて、駆動部２１３を制御するように構成されており、本実施形態では、図１に示すように圧縮機２３の吐出側配管２３１に設けられた圧力センサＰの測定圧力ＨＰに基づき弁体２１２の位置を調整するように構成されている。
【００３３】
また、本実施形態の制御部３０は、上述した連結配管Ｌｂの開閉弁ＳＶを制御するように構成されており、速暖運転時において、この開閉弁ＳＶを開くことにより、圧縮機２３から吐出された冷媒の一部が連結配管Ｌｂからインジェクション配管Ｌａに流れて当該圧縮機２３に吸入されるように構成されている。
【００３４】
続いて、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の制御部３０の制御動作の一例について説明する。
【００３５】
まず、圧縮機２３が起動すると（Ｓ１）、制御部３０によって、弁体２１２が、通常位置から中間位置にリニア移動して、高圧の絞り量を変化させる。
【００３６】
次に、上述した圧力センサＰにより得られる測定圧力ＨＰと、所定の第１圧力Ｐ１と、所定の第２圧力Ｐ２とを比較する（Ｓ２１、Ｓ２２）。
なお、これらの第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２は、例えば圧縮機２３の設計圧力等に基づき予め定められた値であり、本実施形態では第１圧力Ｐ１よりも第２圧力Ｐ２の方が大きい値に設定してある。
【００３７】
Ｓ２１において、測定圧力ＨＰが、第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２よりも小さい場合は、弁体２１２を上述した中間位置に留めて（Ｓ３）、連絡配管Ｌｂに設けられた開閉弁ＳＶを開いて速暖運転を開始する（Ｓ４）。
【００３８】
また、Ｓ２２において、測定圧力ＨＰが、第１圧力Ｐ１以上第２圧力Ｐ２未満である場合は、第４ポートＢ４をさらに開くように、制御部３０により弁体２１２の中間位置を調整する（Ｓ５）。これにより、測定圧力ＨＰは下がるので、弁体２１２を調整後の中間位置に留めて、連絡配管Ｌｂに設けられた開閉弁ＳＶを開いて速暖運転が開始される（Ｓ４）。
【００３９】
速暖運転が開始されると、この速暖運転を終了するかが判定され（Ｓ６）、速暖運転を終了する場合は、弁体２１２を通常位置に戻し（Ｓ７）、開閉弁ＳＶを閉じて暖房運転が開始される（Ｓ８、Ｓ９）。また、速暖運転が終了しない場合は、再びＳ２１、Ｓ２２に戻り、測定圧力ＨＰと、所定の第１圧力Ｐ１と、所定の第２圧力Ｐ２とを比較する。
なお、本実施形態では、弁体２１２をリニアに移動させて高圧の絞り量を変化させることで、高圧圧力を制御するため、圧縮機２３の起動後、室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂや室外熱交換器２４が通常の性能を発揮する頃には、通常の暖房運転の高圧になるので、リニアに変化させた弁体２１２は、通常位置となる。この時を速暖運転の終了とする（Ｓ６、Ｓ７）。
また、ユーザの希望等により、測定圧力ＨＰと設計圧力Ｐ１、Ｐ２に余裕があれば、当該測定圧力ＨＰをより高めにして速暖運転させることも可能である。
【００４０】
Ｓ２１及びＳ２２において、測定圧力ＨＰが上述した範囲に収まっていない場合、すなわち、測定圧力ＨＰが、第２圧力以上である場合は、弁体２１２を通常位置に戻して（Ｓ７）、連絡配管Ｌｂに設けられた開閉弁ＳＶを閉じたまま暖房運転させる（Ｓ８、Ｓ９）。
【００４１】
続いて、本実施形態における空気調和機１００の速暖性能を示す実験結果について、図４及び図５を参照して説明する。
なお、図４は暖房運転前の速暖性能を示す実験結果であり、図５は除霜運転前の速暖性能を示す実験結果である。
【００４２】
図４に示すように、圧縮機２３を起動させてから暖房運転が定常状態になるまでの時間（起動時間）が、本実施形態における空気調和機１００は、従来に比べて、半減していることが分かる。
【００４３】
また、図５に示すように、暖房運転から除霜運転に切り替える際に、本実施形態における空気調和機１００は、従来に比べて、圧縮機２３から室外熱交換器２４に供給される冷媒の温度を短時間で上昇させることにより、除霜時間が半減していることが分かる。
【００４４】
このように構成された本実施形態に係る空気調和機１００によれば、圧縮機２３から吐出される冷媒を当該圧縮機２３に吸入させるとともに、この冷媒を室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂ又は室外熱交換器２４に流して速暖運転を行うので、冷媒の温度を上昇させながら、暖房運転や除霜運転を行うことができ、大型の圧縮機２３を用いることなく速暖性能を向上させることができる。
これにより、暖房運転においては、圧縮機２３を起動してから定常運転になるまでの時間を従来に比べて短くすることができ、除霜運転においては、従来に比べて除霜時間を短くすることができる。
【００４５】
また、制御部３０が駆動部２１３を制御して、圧縮機２３から吐出された冷媒の圧力を、圧縮機２３の設計圧力等に基づき予め定められた値以下になるように弁体２１２の位置を調整しているので、圧縮機２３等が故障することを防ぐことができる。
【００４６】
さらに、圧縮機２３から室内熱交換器１２Ａ、１２Ｂ又は室外熱交換器２４への冷媒の流れに抵抗を与えるので、圧縮機２３の圧力が上がり、当該圧縮機２３の消費電力が向上することにより、冷媒の温度を短時間で上昇させることができ、速暖性能をより向上させることが可能になる。
【００４７】
加えて、圧縮機２３から吐出された冷媒を連結配管Ｌｂに流して当該圧縮機２３に吸入させることができるので、冷媒の温度をより短時間で上昇させ、速暖性能をより向上させることが可能になる。
【００４８】
さらに、連結配管Ｌｂは、一端が圧縮機２３の吐出側配管２３１に接続され、他端がインジェクション配管Ｌａに接続されており、既存の配管同士を連結すれば良い構成であるので、空気調和機１００全体の構成が複雑になることもない。
【００４９】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００５０】
例えば、前記実施形態では、制御部が、圧縮機から吐出される冷媒の圧力に基づいて、弁体の位置及び連結配管の開閉弁を制御するように構成されていたが、圧縮機の吐出側配管に温度センサを設け、上述した制御に加えて、前記温度センサにより得られる圧縮機から吐出された冷媒の温度に基づいて、弁体の位置、連結配管の開閉弁及びインジェクション配管の電磁弁を制御するように構成しても良い。
この制御部の制御動作について、図６のフローチャートを参照して、以下で説明する。
【００５１】
図６に示すように、まず、温度センサにより得られる測定温度Ｔｄと、所定の第１温度Ｔ１と、所定の第２温度Ｔ２とを比較する（Ｓ１０１、Ｓ１０２）。
なお、これらの第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２は、例えば圧縮機等の種々の部品や、冷媒、油等を保護できる温度に設定されており、本実施形態では第１温度Ｔ１よりも第２温度Ｔ２の方が低く設定されている
【００５２】
Ｓ１０１において、測定温度Ｔｄが、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２よりも小さい場合は、その後も上述した温度比較を続ける。
【００５３】
Ｓ１０２において、測定温度Ｔｄが、第２温度Ｔ２以上第１温度Ｔ１未満の場合は、連結配管に設けられている開閉弁を閉じて（Ｓ２００）、インジェクション配管に設けられている電磁弁を開き（Ｓ３００）、再びＳ１０１、Ｓ１０２に戻って上述した温度比較を続ける。
【００５４】
Ｓ１０１及びＳ１０２において、測定温度Ｔｄが、上述した範囲に収まっていない場合、すなわち、測定温度Ｔｄが、第１温度Ｔ１以上である場合は、弁体を通常位置に戻し（Ｓ４００）、連結配管に設けられている開閉弁を閉じて（Ｓ５００）、インジェクション配管に設けられている電磁弁を開き（Ｓ６００）、再びＳ１０１、Ｓ１０２に戻って上述した温度比較を続ける。
【００５５】
上述した構成により、速暖運転により冷媒の温度が上昇したとしても、当該冷媒の温度を圧縮機等の種々の機器、冷媒、油等を保護できる温度に保つことができるので、空気調和機に係る種々のトラブルを防ぐこができる。
【００５６】
また、前記実施形態の四方弁はスライド式ものであったが、スプール式のものであっても良い。
【００５７】
さらに、前記実施形態の室内ユニットは、並列に接続された２つの内熱交換器を備えていたが、３つ以上の室内熱交換器を備えていても良い。
【００５８】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１００・・・空気調和機
２１  ・・・四方弁
２３  ・・・圧縮機
２４  ・・・室外熱交換器
１２  ・・・室内熱交換器
２００・・・冷媒回路
２１１・・・弁本体
２１２・・・弁体
２１３・・・駆動部
３０  ・・・制御部
Ｂ１〜Ｂ４・・・ポート
【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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【図６】
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