(57)【要約】【課題】空気調和機は省エネルギー化が求められており、更なる効率向上が必要である。【解決手段】圧縮機５、四方弁６、室内熱交換器３、減圧器９、室外熱交換器７を連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、第１の二方弁１１と冷媒加熱器１３を有し、室内熱交換器３と減圧器９の間と圧縮機５の吸入側とを連結する第１のバイパス回路１０と、第２の二方弁１５を備える。さらに、減圧器９と室外熱交換器７の間と圧縮機５の吐出側とを連結する第２のバイパス回路１４と、流量調整弁１９を有し、減圧器９から室外熱交換器７までの間と、第１の二方弁１１と冷媒加熱器１３の間を連結する第３のバイパス回路１８とを備える。これによって、暖房運転時、一部の冷媒を第３のバイパス回路１８にバイパスさせることにより、室外熱交換器７の圧力損失を低減することで暖房効率を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、減圧器、室外熱交換器、室内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、
冷房運転時には前記ヒートポンプ式冷凍サイクルに流れる冷媒の流れ方向を、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器、前記減圧器、前記室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第１方向に、暖房運転時には前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室内熱交換器、前記減圧器、前記室外熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第２方向との間で切り換える切換手段と、
第１の二方弁と冷媒加熱器を有し、前記室内熱交換器と前記減圧器の間と前記圧縮機の吸入側とを連結する第１のバイパス回路と、
第２の二方弁を有し、前記減圧器と前記室外熱交換器の間と前記圧縮機の吐出側とを連結する第２のバイパス回路と、
前記減圧器から前記室外熱交換器と接続する切換手段の間に設けた第１接続部と、前記第１接続部から圧縮機の吸入側の間に設けた第２接続部とを連結する第３のバイパス回路を有し、
前記第３のバイパス回路を流れる冷媒を前記冷媒加熱器で加熱する、空気調和機。
【請求項２】
流量調整弁をさらに有し、
前記第３のバイパス回路は、前記減圧器から前記室外熱交換器までの間と、前記第１の二方弁と前記冷媒加熱器との間を連結する、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記減圧器は、第１の減圧器と第２の減圧器から構成され、
前記第１方向は、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記室外熱交換器、前記第２の減圧器、前記第１の減圧器、前記室内熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第１方向であり、
前記第２方向は、前記室内熱交換器、前記第１の減圧器、前記第２の減圧器、前記室外熱交換器をこの順に通過して前記圧縮機に戻る第２方向であり、
気液分離器と前記圧縮機の吸入側とを連結するガスインジェクション経路と、流量調整弁をさらに有し、
前記第３のバイパス回路は、前記気液分離器から前記第２の減圧器までの間から、前記冷媒加熱器を経由して前記ガスインジェクション経路に接続した、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項４】
暖房運転時において、除霜運転を行わない場合には、前記第１の二方弁と前記第２の二方弁を閉じ、かつＣＯＰが最適になるように前記流量調整弁の開度を制御する、請求項２または３に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記第３のバイパス回路は、前記減圧器から前記室外熱交換器までの間の一端と、前記冷媒加熱器を経由して前記室外熱交換器の前記減圧器側に他端を連結し、
前記第３のバイパス回路の前記一端と前記他端の間に第３の二方弁をさらに備えた、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記第３のバイパス回路は、前記室外熱交換器から前記圧縮機の吸入側までの間の一端と、前記冷媒加熱器を経由して前記一端と前記圧縮機の吸入側までの間に他端を連結し、
前記第３のバイパス回路の前記一端と前記他端の間に第３の二方弁をさらに備えた、請求項１に記載の空気調和機。
【請求項７】
暖房運転時において、除霜運転を行わない場合には、前記第１の二方弁と前記第２の二方弁と前記第３の二方弁を閉じる制御を行う、請求項５または６に記載の空気調和機。
【請求項８】
前記冷媒加熱器は前記圧縮機の排熱を回収して蓄熱する蓄熱手段である、請求項１から７のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項９】
暖房負荷の大きさを検知する暖房負荷検知手段をさらに備え、暖房運転時、前記暖房負荷検知手段が検知した暖房負荷が所定値より大きい場合は前記流量調整弁を閉じる制御を行い、前記暖房負荷検知手段が検知した暖房負荷が所定値以下の場合は前記流量調整弁を開く制御を行う請求項１から７のいずれかに記載の空気調和機。
【請求項１０】
前記暖房負荷検知手段は、冷媒回路に接続された前記流量調整弁の前後の管内圧力差を検知する差圧検知手段であり、前記差圧検知手段が検知した差圧が所定値より大きい場合は、前記流量調整弁を閉じる制御を行い、前記差圧検知手段が検知した差圧が所定値以下の場合は、前記流量調整弁を開く制御を行う請求項９に記載の空気調和機。
【請求項１１】
前記冷媒加熱器は圧縮機の排熱を回収して蓄熱する蓄熱手段であり、暖房負荷の大きさを検知する暖房負荷検知手段をさらに備え、暖房運転時、前記暖房負荷検知手段が検知した暖房負荷が所定値より大きい場合は前記第３の二方弁を開く制御を行い、前記暖房負荷検知手段が検知した暖房負荷が所定値以下の場合は前記第３の二方弁を閉じる制御を行う請求項５から７のいずれか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、主に室内の冷房および暖房を行う空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のホットバイパス除霜を行うためのヒートポンプ式冷凍サイクルについて、図１１を用いて説明する。
【０００３】
図１１は、従来の空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【０００４】
図１１に示すように、室内熱交換器１０１および減圧器１０２の間と、四方弁１０３および圧縮機１０４の吸入側とを連結する第１のバイパス回路１０５を設け、第１のバイパス回路１０５に第１の二方弁１０６と冷媒加熱器１０７を設けたエネチャージシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４７３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
空気調和機は省エネルギー化することが求められており、更なる効率向上が課題となっている。本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、暖房運転時、除霜工程以外で、冷媒加熱器の熱量を有効に利用することで暖房効率を向上させることができる空気調和機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空気調和機は、上記課題を解決するため、圧縮機、減圧器、室外熱交換器、室内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、冷房運転時にはヒートポンプ式冷凍サイクルに流れる冷媒の流れ方向を、圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器をこの順に通過して圧縮機に戻る第１方向に、暖房運転時には圧縮機から吐出された冷媒が室内熱交換器、減圧器、室外熱交換器をこの順に通過して圧縮機に戻る第２方向との間で切り換える切換手段と、第１の二方弁と冷媒加熱器を有する。さらに、室内熱交換器と減圧器の間の一端と圧縮機の吸入側とを連結する第１のバイパス回路と、第２の二方弁を有し、減圧器と室外熱交換器の間の一端と圧縮機の吐出側とを連結する第２のバイパス回路と、減圧器から室外熱交換器と接続する切換手段の間に設けた第１接続部と、第１接続部から圧縮機の吸入側の間に設けた第２接続部とを連結する第３のバイパス回路を有し、第３のバイパス回路を流れる冷媒を冷媒加熱器で加熱するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、暖房効率を向上させることにより消費電力を低減できるため、省エネルギー化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける切替手段の一例を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける運転状態と弁動作の関係を示すマトリクス図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける流量調整弁の開度制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける暖房運転から除霜運転への切替制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける冷媒加熱器の熱量と暖房効率（ＣＯＰ）向上率の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける運転状態と弁動作の関係を示すマトリクス図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける空気調和機の冷凍サイクルの別の一例を示す構成図である。
【図１１】従来の空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【００１２】
図１に示すように、空気調和機は、室内機１と室外機２を接続している。室内機１は、室内熱交換器３および室内熱交換器３に室内空気を当てて熱交換させる室内送風機４を備えている。一方、室外機２は、冷媒を圧縮する圧縮機５と、圧縮機５により圧縮された冷媒の向きを暖房運転および冷房運転によって切り換える切換手段としての四方弁６と、四方弁６と接続した室外熱交換器７と、室外熱交換器７に外気を当てて熱交換させる室外送風機８と、室外熱交換器７と室内熱交換器３の間に設けた減圧器９とを備えている。
【００１３】
さらに室外機２は、減圧器９と室内熱交換器３の間から分岐して圧縮機５吸入に接続する第１のバイパス回路１０と、第１のバイパス回路１０の開閉を制御する第１の二方弁１１と、圧縮機５の排熱を利用して蓄熱する蓄熱手段１２（一例としてブライン）を備え、第１のバイパス回路１０を流れる冷媒を蓄熱手段１２に蓄えた熱量によって加熱する冷媒加熱器１３と、室内熱交換器３と圧縮機５の間から分岐して減圧器９と室外熱交換器７の間に接続する第２のバイパス回路１４と、第２のバイパス回路１４の開閉を制御する第２の二方弁１５を備えている。
【００１４】
圧縮機５の吸入にはアキュームレータ１６を備え、液冷媒を一時的に貯留することで圧縮機５への液戻りを防止している。ここで、切換手段として四方弁６を適用しているが、本発明の切換手段はこれに限られるものではない。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける切替手段の一例を示す構成図である。例えば、切換手段は、図２（ａ）に示すような、２つの三方弁１７が一対の配管によってループ状に接続した回路であっても良い。あるいは、切換手段は、図２（ｂ）に示すような、いわゆるブリッジ回路であっても良い。冷媒加熱器１３の熱源については特に蓄熱手段１２に限定するものではなく、別の一例としてヒーターを用いても良いし、環境配慮の観点から太陽熱などの自然エネルギーを用いても良い。
【００１６】
室外機２はさらに、減圧器９から室外熱交換器７と接続する切替手段（ここでは四方弁６）の間に設けた第１接続部Ａと、第１接続部Ａから圧縮機５の吸入側の間に設けた第２接続部Ｂとを直結する第３のバイパス回路を備えている。
【００１７】
すなわち、本発明の実施の形態１では、室外機２はさらに減圧器９から室外熱交換器７までの間から分岐して第１の二方弁１１と冷媒加熱器１３の間に接続する第３のバイパス回路１８と、第３のバイパス回路１８を流れる冷媒流量を調整する流量調整弁１９を備えている。
【００１８】
流量調整弁１９の一例として、全閉可能な膨張弁とし、全閉状態から全開状態までを０〜４８０ｐｌｓで開度調整できるものを用いることができる。室外機２はさらに、暖房運転時に暖房負荷の大小を検知する暖房負荷検知手段２０を備えている。暖房負荷検知手段２０の一例として、暖房負荷の大きい場合は冷媒流量が多いため、室外熱交換器７の圧力損失が増加し、流量調整弁１９の前後の圧力差が大きくなり、逆に暖房負荷が小さい場合は冷媒流量が少なくなるため、室外熱交換器７の圧力損失が減少し、流量調整弁１９の前後の圧力差も小さくなることから、流量調整弁１９の前後の差圧を検知する差圧検知手段２１（一例として差圧計）を適用することができる（図１では、暖房負荷検知手段２０の一例としての差圧検知手段２１を図示している。）。また、暖房負荷検知手段２０は差圧検知手段２１のみに限定するものではなく、別の一例として暖房負荷の増減と共に圧縮機５の回転数や圧縮機５への入力も増減するため、圧縮機５の回転数や圧縮機５への入力を検知する方法でも良い。
【００１９】
また、室外機２には外気温度を検知する外気温度検知手段２２と、室外熱交温度を検知する室外熱交温度検知手段２３と、室外熱交換器７に着霜が発生していることを検知する着霜発生検知手段２４と、冷媒加熱器１３の温度を検知する冷媒加熱器温度検知手段２５と、減圧器と流量調整弁１９の間の配管温度を検知する流量調整弁前温度検知手段２６と、冷媒加熱器１３出口の配管温度を検知する冷媒加熱器出口温度検知手段２７とを備える。
【００２０】
室外機２はさらに、各検知手段の検知情報を受けて第１の二方弁１１および第２の二方弁１５の開閉および流量調整弁１９の開度を制御する制御手段２８（図示せず）、および時間を計測できる時間計測手段２９（図示せず）を備えている。温度検知手段の一例として、例えばサーミスタを用いることができる。着霜発生検知手段２４の検知方法の一例として、室外熱交換器７温度が０℃以下で且つ室外熱交換器７温度が外気温度より９℃以上低い場合は着霜発生していると検知することができる。制御手段２８の一例として、マイコンを搭載した制御基板を用いることができ、時間計測手段２９の一例としてタイマーを用いることができる。
【００２１】
次に運転状態とそれぞれの弁動作について説明する。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける運転状態と弁動作の関係を示すマトリクス図である。
【００２３】
図３に示すように、冷房運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、流量調整弁１９も閉塞する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温の冷媒は冷房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室外熱交換器７に流れ、外気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は減圧器９により減圧されて低温となり、室内熱交換器３で室内空気と熱交換して蒸発気化した後、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５、および流量調整弁１９は閉塞しているため、各バイパス回路に冷媒は流れない。
【００２４】
次に暖房運転時において、特に外気温度が低い場合など、室外熱交換器７に着霜が発生した場合の除霜運転について説明する。
【００２５】
図３に示すように、除霜運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を開放し、流量調整弁１９は閉塞する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された一部の高温冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第１のバイパス回路１０に流れて冷媒加熱器１３で加熱され、蒸発気化して圧縮機５に吸入される第１のバイパス運転と、圧縮機５から吐出された残りの高温冷媒は第２のバイパス回路１４に流れ、室外熱交換器７で熱交換して除霜し、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される第２のバイパス運転を同時に行うことで、暖房運転を行いつつ室外熱交換器７の除霜を行うことができる。このとき、流量調整弁１９は閉塞しているため、第３のバイパス回路１８に冷媒は流れない。
【００２６】
次に暖房運転について説明する。
【００２７】
図３に示すように、暖房運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、流量調整弁１９は開いて開度を調整する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温の冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は減圧器９により減圧されて低温となった後、流量調整弁１９により一部の冷媒は第３のバイパス回路１８に流れ、冷媒加熱器１３で加熱され、蒸発気化して圧縮機５に吸入される回路と、第３のバイパス回路１８に流れなかった残りの冷媒は室外熱交換器７に流れ、外気と熱交換して蒸発気化した後、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５は閉塞しているため、第１および第２のバイパス回路１４に冷媒は流れない。
【００２８】
暖房運転時に第３のバイパス回路１８へ一部の冷媒を流すことで、室外熱交換器７に流れる冷媒量が減少して圧力損失を低減することができ、圧縮機５の吸入圧力を上昇させることができる。これにより圧縮機５の入力が低減し、暖房効率を向上させ、省エネルギー化できる。
【００２９】
また、本発明の実施の形態１では、冷媒加熱器１３の熱源として圧縮機５の排熱を蓄熱手段１２により蓄熱して利用するため、暖房運転時に第３のバイパス回路１８に冷媒を流して蓄熱手段１２の熱量を奪うと、除霜運転に切り替えた場合に、第１のバイパス回路１０に冷媒を流す第１のバイパス運転において、蓄熱手段１２の熱量が不足するという懸念がある。したがって、暖房負荷検知手段２０としての差圧検知手段２１により、暖房負荷が大きい場合は除霜運転に切り替える可能性が高いため、流量調整弁１９を閉塞することで第３のバイパス回路１８に冷媒を流れないようにして蓄熱手段１２の熱量を奪わないようにし、暖房負荷が小さい場合は除霜運転に切り替える可能性が低いため、流量調整弁１９を開いて第３のバイパス回路１８に冷媒を流すように制御することが有効である。ここで、差圧検知手段２１による暖房負荷の大小の閾値については、あらかじめ暖房負荷が大きく、除霜が必要な暖房低温条件にて流量調整弁１９の前後の差圧を確認して決定しても良いし、実使用環境下で除霜運転に切り替わる直前の差圧を制御手段２８に記憶させ、その差圧を閾値にするようにしても良い。
【００３０】
次に、暖房運転時の流量調整弁１９の開度制御について図４を用いて説明する。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける流量調整弁の開度制御方法を示すフローチャートである。
【００３２】
図４に示すように、暖房運転開始（Ｓ０）後、例えば差圧検知手段２１で測定した暖房負荷が、所定値以下である場合（Ｓ１）は、冷媒加熱器１３温度と流量調整弁１９前温度の温度を比較（Ｓ２）し、冷媒加熱器１３温度が流量調整弁１９前温度より高い、すなわち流量調整弁１９前の冷媒を加熱させることができる場合は次のステップ（Ｓ３）に進み、低い場合は流量調整弁１９の開度を下げる（Ｓ４）。次に、流量調整弁１９前温度と冷媒加熱器１３出口温度の温度を比較（Ｓ３）し、冷媒加熱器１３出口温度が高い、すなわち冷媒加熱器１３出口で冷媒が蒸発気化している場合は流量調整弁１９の開度を上げ（Ｓ５）、低い場合は流量調整弁１９の開度を下げる（Ｓ４）。次に時間計測手段２９にて一定の検知間隔時間（一例として１０秒）を計測（Ｓ６）し、再度温度比較（Ｓ２）のフローに戻るようにしている。
【００３３】
なお、暖房運転開始（Ｓ０）後、例えば差圧検知手段２１で測定した暖房負荷が、所定値よりも大きい場合（Ｓ１）は、流量調整弁の開度を下げる（Ｓ４）。
【００３４】
ここで、温度検知手段の検知バラつきを考慮すると、かかる温度の比較については、３℃以上の差を検知した場合に判断するようにし、３℃以内の場合は流量調整弁１９の開度を変更しないようにすると良い。
【００３５】
また、流量調整弁１９の開度調整については、より細かく開度調整するため、１ｐｌｓずつ変更していくことが望ましい。
【００３６】
次に、暖房運転から除霜運転への切替制御について、図５を用いて説明する。
【００３７】
図５は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける暖房運転から除霜運転への切替制御を示すフローチャートである。
【００３８】
図５に示すように、暖房運転開始（Ｓ１１）後、室外熱交換器７に着霜が発生しているかを着霜発生検知手段２４により検知し、着霜の発生の有無を判定する着霜発生判定（Ｓ１２）を行い、着霜が発生していないと判定した場合は、時間計測手段２９にて次回の着霜検知まで所定の時間（一例として５分）を検知間隔時間（Ｓ１４）として待機し、再度着霜発生判定（Ｓ１２）に戻す。着霜が発生していると判定した場合は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を開放し、流量調整弁１９を閉塞して除霜運転を開始（Ｓ１３）する。時間計測手段２９にて所定時間（一例として５分）経過（Ｓ１５）した後に再度第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、流量調整弁１９を開いて除霜運転終了（Ｓ１６）し、時間計測手段２９により次回の着霜検知まで検知間隔時間計測（Ｓ１４）した後に着霜発生判定（Ｓ１２）に戻すように制御している。
【００３９】
以上の構成により、暖房運転時において、第３のバイパス回路１８に冷媒の一部をバイパスすることにより、室外熱交換器７に流入する冷媒量を低減し、圧力損失を低減することにより、圧縮機５の吸入圧力を上昇させて暖房効率を向上できる。第３のバイパス回路１８に流すことができる冷媒流量については、冷媒加熱器１３で冷媒を蒸発させるために必要な熱量により決定される。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける冷媒加熱器の熱量と暖房効率（ＣＯＰ）向上率の関係を示すグラフである。
【００４１】
図６に示すように、冷媒加熱器１３の熱量が１００Ｗ増加する毎に０．５％の暖房効率向上効果がある。
【００４２】
（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【００４４】
図７に示すように、圧縮機５、四方弁６、室内熱交換器３、第１の減圧器３０、第２の減圧器３１、室外熱交換器７を連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、第１の減圧器３０と第２の減圧器３１の間に気液分離器３３を備え、気液分離器３３によって分離されたガス冷媒のみを圧縮機５の吸入にインジェクションするガスインジェクション経路３４を備えている。また、室内熱交換器３と第１の減圧器３０の間から分岐して圧縮機５吸入に接続する第１のバイパス回路１０、第１のバイパス回路１０の開閉を制御する第１の二方弁１１、第１のバイパス回路１０中の冷媒を加熱する蓄熱手段１２を備えた冷媒加熱器１３、室内熱交換器３と圧縮機５の間から分岐して第２の減圧器３１と室外熱交換器７の間に接続する第２のバイパス回路１４、第２のバイパス回路１４の開閉を制御する第２の二方弁１５を備えている。
【００４５】
本発明の実施の形態２では、さらに気液分離器と第２の減圧器３１の間から分岐し、冷媒加熱器１３を介してガスインジェクション経路３４に合流する第３のバイパス回路１８と、第３のバイパス回路１８を流れる冷媒流量を調整する流量調整弁１９を備えている。さらに暖房運転時に暖房負荷の大小を検知する暖房負荷検知手段２０として、流量調整弁１９の前後の差圧を検知する差圧検知手段２１を備えている。
【００４６】
次に各運転状態における弁動作については、本発明の実施の形態１と同一であり、図３を参照して説明する。
【００４７】
図３に示すように、冷房運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、流量調整弁１９も閉塞する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒は冷房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室外熱交換器７に流れ、外気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第２の減圧器３１により一旦中間圧まで減圧されて気液二相状態となり、気液分離器でガス冷媒と液冷媒に分離される。ガス冷媒はガスインジェクション経路３４を通過して圧縮機５の吸入に戻され、液冷媒は第１の減圧器でさらに低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室内熱交換器３で室内空気と熱交換器して蒸発気化した後、四方弁６を経由し、ガスインジェクション経路３４から流れるガス冷媒と合流して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５、および流量調整弁１９は閉塞しているため、各バイパス回路に冷媒は流れない。
【００４８】
次に暖房運転時において、特に外気温度が低い場合など、室外熱交換器７に着霜が発生した場合の除霜運転について説明する。
【００４９】
図３に示すように、除霜運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を開放し、流量調整弁１９は閉塞する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された一部の高温冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第１のバイパス回路１０に流れ、冷媒加熱器１３で加熱され、蒸発気化して圧縮機５に吸入される第１のバイパス運転と、圧縮機５から吐出された残りの高温冷媒は第２のバイパス回路１４に流れ、室外熱交換器７で熱交換して除霜し、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される第２のバイパス運転を同時に行うことで、暖房運転を行いつつ室外熱交換器７の除霜を行うことができる。このとき、流量調整弁１９は閉塞しているため、第３のバイパス回路１８に冷媒は流れない。
【００５０】
次に暖房運転について説明する。
【００５１】
図３に示すように、暖房運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、流量調整弁１９は開いて開度を調整する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第１の減圧器３０により一旦中間圧まで減圧されて気液二相状態となり、気液分離器でガス冷媒と液冷媒に分離される。ガス冷媒はガスインジェクション経路３４に流れ、液冷媒の一部は流量調整弁１９により第３のバイパス回路１８に流れて冷媒加熱器１３で加熱され、ガスインジェクション経路３４に合流した後、圧縮機５の吸入に戻される。残りの液冷媒は第２の減圧器でさらに低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器７で外気と熱交換器して蒸発気化した後、四方弁６を経由し、ガスインジェクション経路３４から流れるガス冷媒と合流して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５は閉塞しているため、第１および第２のバイパス回路１４に冷媒は流れない。また、暖房負荷検知手段２０としての差圧検知手段２１により、暖房負荷の大きさによって流量調整弁１９の開閉を制御することにより、除霜運転時に必要な蓄熱手段１２の熱量を確保することができる。
【００５２】
上記記載の様に暖房運転時に第３のバイパス回路１８に一部の冷媒を流すことで、室外熱交換器７に流れる冷媒量が減少して圧力損失を低減することができ、圧縮機５の吸入圧力を上昇させることができる。これにより圧縮機５の入力が低減し、暖房効率を向上させて省エネルギー化できる。
【００５３】
暖房運転時の流量調整弁１９の開度制御、および暖房運転から除霜運転への切替制御については、実施の形態１に記載の方法を適用することができる。
【００５４】
以上の構成により、暖房運転時において、第３のバイパス回路１８に冷媒の一部をバイパスすることにより、室外熱交換器７に流入する冷媒量を低減し、圧力損失を低減することにより、圧縮機５の吸入圧力を上昇させて暖房効率を向上させて省エネルギー化できる。
【００５５】
（実施の形態３）
実施の形態３において、実施の形態１および実施の形態２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図８は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルを示す構成図である。
【００５７】
図８に示すように、圧縮機５、四方弁６、室内熱交換器３、減圧器９、室外熱交換器７を連結したヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、室内熱交換器３と減圧器９の間から分岐して圧縮機５吸入に接続する第１のバイパス回路１０、第１のバイパス回路１０の開閉を制御する第１の二方弁１１、第１のバイパス回路１０中の冷媒を加熱する蓄熱手段１２を備えた冷媒加熱器１３、室内熱交換器３と圧縮機５の間から分岐して減圧器９と室外熱交換器７の間に接続する第２のバイパス回路１４、第２のバイパス回路１４の開閉を制御する第２の二方弁１５を備えている。
【００５８】
本発明の実施の形態３では、さらに減圧器９と室外熱交換器７の間を一端とし、冷媒加熱器１３を経由して室外熱交換器７の減圧器９側に他端を連結する第３のバイパス回路１８と、第３のバイパス回路１８の一端と他端の間に第３の二方弁３２とを備えている。さらに暖房運転時に暖房負荷の大小を検知する暖房負荷検知手段２０を備えている。
【００５９】
次に運転状態とそれぞれの弁動作について説明する。
【００６０】
図９は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける運転状態と弁動作の関係を示すマトリクス図である。
【００６１】
図９に示すように、冷房運転時は第１の二方弁１１および第２の二方弁１５を閉塞し、第３の二方弁３２は開放する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒は冷房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室外熱交換器７に流れ、外気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第３の二方弁３２を通過し、減圧器９により減圧される。このとき、第３のバイパス回路１８に冷媒が流れる際の流路損失に対して、第３の二方弁３２を冷媒が流れる際の流路損失の方が小さいため、ほとんどの冷媒は第３の二方弁３２側に流れ、第３のバイパス回路１８には流れない。減圧された冷媒は室内熱交換器３で室内空気と熱交換器して蒸発気化した後、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５は閉塞しているため、第１のバイパス回路１０および第２のバイパス回路１４に冷媒は流れない。
【００６２】
次に暖房運転時において、特に外気温度が低い場合など、室外熱交換器７に着霜が発生した場合の除霜運転について説明する。
【００６３】
図９に示すように、除霜運転時は第１の二方弁１１、第２の二方弁１５、第３の二方弁３２をすべて開放する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された一部の高温冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は第１のバイパス回路１０に流れ、冷媒加熱器１３で加熱され、蒸発気化して圧縮機５に吸入される第１のバイパス運転と、圧縮機５から吐出された残りの高温冷媒は第２のバイパス回路１４に流れ、第３の二方弁３２を通過し、室外熱交換器７で熱交換して除霜し、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される第２のバイパス運転を同時に行うことで、暖房運転を行いつつ室外熱交換器７の除霜を行うことができる。このとき、第３のバイパス回路１８には、冷房運転時と同様に流路損失の関係から、第３のバイパス回路１８に冷媒は流れない。
【００６４】
次に暖房運転について説明する。
【００６５】
図９に示すように、暖房運転時は第１の二方弁１１、第２の二方弁１５、第３の二方弁３２すべてを閉塞する。かかる弁動作により、圧縮機５から吐出された高温高圧の冷媒は暖房運転状態に切り換えられた四方弁６を経由して室内熱交換器３に流れ、室内空気と熱交換して凝縮液化する。液化した冷媒は減圧器９により減圧されて気液二相状態となり、第３の二方弁３２が閉塞しているため、全冷媒が第３のバイパス回路１８に流入し、冷媒加熱器１３に備えた蓄熱手段１２により加熱されて乾き度が上昇した気液二相状態となって室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７で外気と熱交換器して蒸発気化した後、四方弁６を経由して圧縮機５に吸入される。このとき、第１の二方弁１１、第２の二方弁１５は閉塞しているため、第１および第２のバイパス回路１４に冷媒は流れない。また、暖房負荷検知手段２０により、暖房負荷の大きさによって第３の二方弁３２の開閉を制御することにより、除霜運転時に必要な蓄熱手段１２の熱量を確保することができる。
【００６６】
上記記載の様に暖房運転時に第３のバイパス回路１８に全冷媒を流すことで、室外熱交換器７に流入させる気液二相状態の冷媒の乾き度を上げることができるため、室外熱交換器７で冷媒を蒸発させるために必要な熱量を低減し、圧縮機５の吸入圧力を上昇させることで暖房効率を向上させて省エネルギー化できる。
【００６７】
また、本発明の実施の形態３の別の構成の一例として、図１０を示す。
【００６８】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の冷凍サイクルにおける空気調和機の冷凍サイクルの別の一例を示す構成図である。
【００６９】
図１０に示すように、室外熱交換器７と四方弁６の間を一端とし、冷媒加熱器１３を経由して室外熱交換器７の四方弁６側に他端を連結する第３のバイパス回路１８と、第３のバイパス回路１８の一端と他端の間に第３の二方弁３２とを備えた構成としても良い。これにより、暖房運転時、室外熱交換器７出口冷媒を完全にガス化させる必要が無いため、室外熱交換器７で冷媒を蒸発させるために必要な熱量を低減し、圧縮機５の吸入圧力を上昇させることで同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明にかかる空気調和機は、ヒートポンプ冷凍サイクルを用いた給湯器等にも適用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１    室内機
２    室外機
３    室内熱交換器
４    室内送風機
５    圧縮機
６    四方弁
７    室外熱交換器
８    室外送風機
９    減圧器
１０    第１のバイパス回路
１１    第１の二方弁
１２    蓄熱手段
１３    冷媒加熱器
１４    第２のバイパス回路
１５    第２の二方弁
１６    アキュームレータ
１７    三方弁
１８    第３のバイパス回路
１９    流量調整弁
２０    暖房負荷検知手段
２１    差圧検知手段
２２    外気温度検知手段
２３    室外熱交温度検知手段
２４    着霜発生検知手段
２５    冷媒加熱器温度検知手段
２６    流量調整弁前温度検知手段
２７    冷媒加熱器出口温度検知手段
２８    制御手段
２９    時間計測手段
３０    第１の減圧器
３１    第２の減圧器
３２    第３の二方弁
３３    気液分離器
３４    ガスインジェクション経路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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