(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、減圧器、室外側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に、前記室内側熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間とを連結する第１のバイパス回路と、前記四方弁と前記室内側熱交換器の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間、または前記圧縮機と前記四方弁の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間とを連結する第２のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に冷媒加熱用二方弁及び冷媒加熱器と、前記第２のバイパス回路に除霜用二方弁と、室外温度検知手段と、前記室内側熱交換器と室内側空気の熱交換を行う室内側ファンと、室外側熱交換器と室外側空気の熱交換を行う室外側ファンとを備え、除霜運転を開始する際に、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度以上の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁を開き、かつ除霜運転の初期と終期の所定期間に前記除霜用二方弁を開き、前記初期と終期の所定期間以外は前記除霜用二方弁を閉じ、前記除霜用二方弁を開いている所定期間は前記室外側ファンの運転を停止し、前記除霜用二方弁を開いている所定期間以外は前記室外側ファンを運転するとともに、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度未満の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁および前記除霜用二方弁を開くことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記第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に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記冷媒加熱器と前記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た。
【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った。
【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７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を限定すれば可能である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１８２９９４号公報
【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を一旦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、室内側熱交換器、減圧器、室外側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に、前記室内側熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間とを連結する第１のバイパス回路と、前記四方弁と前記室内側熱交換器の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間、または前記圧縮機と前記四方弁の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間とを連結する第２のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に冷媒加熱用二方弁及び冷媒加熱器と、前記第２のバイパス回路に除霜用二方弁と、室外温度検知手段と、前記室内側熱交換器と室内側空気の熱交換を行う室内側ファンと、室外側熱交換器と室外側空気の熱交換を行う室外側ファンとを備え、除霜運転を開始する際に、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度以上の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁を開き、かつ除霜運転の初期と終期の所定期間に前記除霜用二方弁を開き、前記初期と終期の所定期間以外は前記除霜用二方弁を閉じ、前記除霜用二方弁を開いている所定期間は前記室外側ファンの運転を停止し、前記除霜用二方弁を開いている所定期間以外は前記室外側ファンを運転するとともに、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度未満の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁および前記除霜用二方弁を開く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、室内側熱交換器、減圧器、室外側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に、前記室内側熱交換器と前記減圧器の間と前記四方弁と前記室外側熱交換器の間とを連結する第１のバイパス回路と、前記四方弁と前記室内側熱交換器の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間、または前記圧縮機と前記四方弁の間と前記減圧器と前記室外側熱交換器との間とを連結する第２のバイパス回路と、前記第１のバイパス回路に冷媒加熱用二方弁及び冷媒加熱器と、前記第２のバイパス回路に除霜用二方弁と、室外温度検知手段と、前記室内側熱交換器と室内側空気の熱交換を行う室内側ファンと、室外側熱交換器と室外側空気の熱交換を行う室外側ファンとを備え、除霜運転を開始する際に、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度以上の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁を開き、かつ除霜運転の初期と終期の所定期間に前記除霜用二方弁を開き、前記初期と終期の所定期間以外は前記除霜用二方弁を閉じ、前記除霜用二方弁を開いている所定期間は前記室外側ファンの運転を停止し、前記除霜用二方弁を開いている所定期間以外は前記室外側ファンを運転するとともに、前記室外温度検知手段で検知した温度が所定の温度未満の場合は、前記減圧器を略閉塞にし、かつ前記冷媒加熱器をＯＮにし、かつ前記冷媒加熱用二方弁および前記除霜用二方弁を開くもので、この構成をなすことにより、室内側の暖房サイクルと室外側の除霜サイクルを別個独立にし、室外側熱交換器に冷媒を流さず、室外側の空気の熱によって除霜することができるので、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、室外側の除霜サイクルに一部のホットガス冷媒を供給し、室外側熱交換器に付着した霜を剥離あるいは溶解させやすくすることができ、室外側の空気の熱によって短時間に除霜することができる。また、除霜期間の終期に室外側熱交換器にホットガス冷媒を供給することができるので、除霜を確実に完遂することができる。
【００２６】
第２の発明は、特に、第１の発明において、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に供する熱量を調整し、除霜に用いる熱量を最低限に抑え、室内側の暖房に最大限の能力を発揮することができる。
【００２７】
第３の発明は、特に、第１の発明において、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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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、室外側熱交換器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、第２のバイパス回路の除霜用二方弁１０、第２のバイパス回路の減圧器１１、第１のバイパス回路の二方弁７、第１のバイパス回路の減圧器１２、冷媒加熱ヒータ１３、冷媒通過管部１４、蓄熱部１５、室外側送風機１９で配設されている。
【００３０】
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。
【００３１】
図２は図１における減圧器４を二方弁４ａに置き換えたものである。
【００３２】
また、図３は図１における第２のバイパス回路９の除霜用二方弁１０、減圧器１１を減圧器２２に置き換え、且つ第１のバイパス回路６の減圧器１２をメイン回路へ移動したものである。
【００３３】
次に図４は、本願発明にかかる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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
ここで、室外側温度検出手段６０により室外温度を検出し、室外温度が所定の温度（例えば、１℃）以上であれば、減圧器４および除霜用二方弁１０を閉塞して室内側と室外側の冷凍サイクルを別個独立にし、室外側ファンを回転させ、室外空気と室外側熱交換器５との間の熱交換を行ない、室外空気の熱により、除霜を行なう。
【００３７】
具体的には図５（ａ）に示すように、室外温度が所定の温度（例えば、１℃）以上であれば、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。
【００３８】
このとき、除霜用二方弁１０は閉塞したままにし、また加熱器ヒータ８をＯＮして冷媒加熱運転を行う。このとき膨張弁４は閉塞かまたは閉塞に近い状態にする。
【００３９】
また室外側ファンは運転を継続する。
【００４０】
四方弁２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、除霜用二方弁１０を閉にしたままにし、且つ膨張弁４は閉塞かまたは閉塞に近い状態にする。圧縮機１は、所定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】
一方、図５（ｂ）に示すように、室外温度が所定の温度（例えば、１℃）未満であれば、ホットガス冷媒を室外側に供給して除霜を行なうため、前記ステップ２において、室外側ファン１９を停止し、同ステップ３で除霜用二方弁１０を開とし、室外側ファン１９も停止したままとする。
【００４６】
なお、上記実施の形態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。
【００４７】
また、室内側ファンの回転数および室外側ファンの回転数は固定しても変動しても構わない。
【００４８】
また、所定温度（この例では、１℃）は諸条件によって変動してもよい。
【００４９】
（実施の形態２）
次に実施の形態２について図６を用いて説明する。実施の形態１と同様の部分は省略する。
【００５０】
本実施の形態２において実施の形態１と異なる点は、ステップ３の期間の初期と終期の所定時間に除霜用二方弁１０を開とし、ホットガス冷媒を室外側熱交換器５に供給する点である。
【００５１】
除霜運転の初期の霜は熱交換器の表面に隙間なく付着しているのが常であるので、室外空気を熱交換器にあて、熱交換させて霜を溶解させようとしても、効率が悪い。
【００５２】
このため、ステップ３の初期に除霜用二方弁１０を開とし、室外側熱交換器に付着した霜を少し熱交換器表面から剥離あるいは溶解し、ファン１９による熱交換で霜が溶解しやすいようにする。
【００５３】
そして、ステップ３の終期の所定の期間では、溶け残りの霜をなくすため、ホットガス冷媒を室外側熱交換器に流通させる。
【００５４】
室外側ファン１９は除霜用二方弁１０が開となっている期間は停止し、それ以外の期間は動作する。これらの動作により、完全に除霜が完遂される。
【００５５】
なお、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。
【００５６】
また、本実施の形態においては、第１のバイパス回路の接続部の一端を四方弁と室外側熱交換器の間としたが、四方弁と圧縮機吸入側の間としてもよい。この場合は、冷媒加熱器から圧縮機へ環流する冷媒の圧損が減少するので、効率を向上することが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
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】
【００５８】
【図１】本願発明の実施の形態の空気調和装置の構成図
【図２】本願発明の実施の形態の空気調和装置の構成図
【図３】本願発明の実施の形態の空気調和装置の構成図
【図４】本願発明の制御ブロック図
【図５】（ａ）は本願発明の実施の形態１の室外気温が１℃以上の場合タイムチャート（ｂ）は同じく室外気温が１℃未満の場合タイムチャート
【図６】本願発明の実施の形態２の室外気温が１℃以上の場合タイムチャート
【図７】従来例の空気調和装置の構成図
【符号の説明】
【００５９】
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
６０  室外側温度検出手段
【図１】
0004802602.tif 000002
【図２】
0004802602.tif 000003
【図３】
0004802602.tif 000004
【図４】
0004802602.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004802602.tif 000007
【図７】
0004802602.tif 000008