(57)【要約】【課題】暖房時に補助熱交換器が引き起こす暖房性能低下を最小限に抑えることを可能とする空気調和装置を提供する。【解決手段】熱源側ユニットは、外気温度を検出する外気温度検出手段と、冷媒を圧縮する圧縮機と、熱源側送風機からの空気と冷媒との熱交換を行う熱源側熱交換器と、熱源側送風機から少なくとも一部の空気が送風され、該空気により冷媒との熱交換を行う補助熱交換器と、を備えた空気調和装置において、暖房運転を行う場合に、利用側ユニットから送られる液冷媒が流れ、該液冷媒と流量調整手段により減圧された冷媒との熱交換器を行う内部熱交換器を備え、該内部熱交換器により熱交換された冷媒は前記補助熱交換器に流れるように構成され、該補助熱交換器に流れる冷媒温度と前記外気温度検出手段により検出される外気温度とを近づけるように前記流量調整手段を制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源側ユニットと、利用側ユニットと、を備えて構成され、
前記熱源側ユニットは、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
熱源側送風機からの空気と冷媒との熱交換を行う熱源側熱交換器と、
前記熱源側送風機から少なくとも一部の空気が送風され、該空気により冷媒との熱交換を行う補助熱交換器と、
を備えた空気調和装置において、
暖房運転を行う場合に、
前記利用側ユニットから送られる液冷媒が流れ、該液冷媒と流量調整手段により減圧された冷媒との熱交換器を行う内部熱交換器を備え、
該内部熱交換器により熱交換された冷媒は前記補助熱交換器に流れるように構成され、  該補助熱交換器に流れる冷媒温度と前記外気温度検出手段により検出される外気温度とを近づけるように前記流量調整手段を制御することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和装置において、
暖房運転を行う場合に、
前記内部熱交換器により熱交換された冷媒のうち、高圧側の冷媒が前記補助熱交換器に流れるとともに、低圧側の冷媒が前記圧縮機に流れるように構成されたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記外気温度検出手段は、前記熱源側熱交換器の吸込空気の温度を検出し、
前記補助熱交換器の入口側又は出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段を備え、  前記流量調整手段は、前記外気温度検出手段の検出温度と前記冷媒温度検出手段の検出温度との温度差がなくなるように制御されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記補助熱交換器は前記熱源側熱交換器に対し流入する外気の上流側に配設され、前記補助熱交換器は前記熱源側熱交換器と一体型または個別に構成される特徴をもつ空気調和装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の空気調和装置において、前記流量調整手段の制御は前記圧縮機の起動後、所定時間経過後に開始することを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れかに記載の空気調和装置において、
前記補助熱交換器は前記熱源側熱交換器に対し流入する外気の上流側に配設されるとともに、
暖房運転時において前記補助熱交換器により熱交換された冷媒は熱源側熱交換器用流量調整弁により減圧された後に、前記補助熱交換器の前記外気の下流側に配設された前記熱源側熱交換器に流入することを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源側ユニット（室外機）に１つまたは複数の利用側ユニット（室内機）を接続し、特に熱源側ユニットに熱源側熱交換器に加え補助熱交換器を備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術分野の背景技術として、特許文献１では、補助熱交換器について以下のような効果があるとしている。複数台の利用側ユニットと熱源側ユニットにより構成され、本空気調和装置は圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張弁、補助熱交換器、レシーバ、アキュームレータを有する空気調和装置で、熱交換器に外気を流入させるファンが室外熱交換器の上方向に設置されている場合、室外熱交換器に流入する風速分布は鉛直上方側の方が大きいことより室外熱交換器の効率低下を引き起こしているが、補助熱交換器を室外熱交換器の前列かつ鉛直方向上側に位置させることで、室外熱交換器鉛直方向上側の風速分布による効率低下を解消することができ、室外熱交換器の性能を改善することができるとしている。また、暖房運転時に、利用側ユニットからの凝縮しきった高温高圧液をさらに、補助熱交換器によって過冷却をとることにより、補助熱交換器後列にある室外熱交換器に流入する外気が暖まり、その熱を室外熱交換器にて吸熱することで従来無駄にしてきた熱を利用できるとしている。
【０００３】
特許文献２では補助熱交換器を用いることで以下に示すような効果が見込めるとしている。圧縮機、室内熱交換器、補助熱交換器、流量調整弁、受液器、室外熱交換器とが配管接続され、室外熱交換器鉛直方向下側と補助熱交換器の鉛直方向上側とが接触し、かつ室外熱交換器の前列に補助熱交換器が配設された場合において、冷房運転時には、補助熱交換器にて放熱した熱量分だけ冷房性能を向上させ、また補助熱交換器と室外熱交換器との接触によるフィン間の熱移動が、室外熱交換器の下部冷媒通路の長さを短くでき、冷媒量を減少させることで冷媒分配が改善され、室外熱交換器を有効に使うことができるとしている。また暖房運転時においては、補助熱交換器にて冷媒の熱量を放熱してしまうことで熱損失が生じるが、補助熱交換器の後方の室外熱交換器にてその熱を回収するために、暖房性能においては変化はないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６６００７号公報
【特許文献２】特開２００２−０２２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１又は２の室外熱交換器の前列に補助熱交換器を備えた熱源側ユニットにおいては、冷房運転の際、補助熱交換器にて放熱する熱量分だけ冷房性能を増加させ、また暖房運転の際、補助熱交換器にて放熱した熱量を補助熱交換器の後列にある室外熱交換器にて吸熱するため、暖房性能は同等以上の性能を発揮できるとしている。
【０００６】
しかしながら、本発明者等の今回新たに得た知見によれば、暖房運転の際に、補助熱交換器が室外熱交換器に対して悪影響を与えていることが分かったため、そのことを下記に示す。
【０００７】
暖房運転時に、利用側ユニットから熱源側ユニットへと流れ込む冷媒は流量調整弁を通ることなく補助熱交換器に流れ込むので、比較的温度の高い状態の冷媒が補助熱交換器へと流入する。そして、補助熱交換器へと流れ込んだ冷媒は、低温の外気と熱交換するので、外気に大きな熱量を奪われ、またそのことによって暖まった外気が、補助熱交換器の後方にある室外熱交換器に通風する。
【０００８】
ここで熱源側熱交換器の前列に補助熱交換器とそれ以外の補助熱交換器を持たない部分の熱交換状態について以下に説明する。まず前列に補助熱交換器をもつ部分では、補助熱交換器後方部の熱源側熱交換器２列目以降の冷媒通路は、補助熱交換器のない２列目以降の冷媒通路と比べ、比較的温度の高い外気が通風するために、流れる冷媒が過熱を引き起こしやすくなる。一方で補助熱交換器を前列に持たない冷媒通路については、風速分布の影響は少なからずあるが、極端に過熱することはない。この差により、過熱した冷媒が流れる冷媒通路は圧力損失が増加し、補助熱交換器を持たない部分の冷媒通路と圧力バランスのとれない流れ（偏流）を引き起こす。
以上のことから、最も圧力損失の高い冷媒通路によって熱源側熱交換器全体の圧力損失が大きくなり、蒸発温度が低下することで循環量が下がり、暖房性能を低下させる要因となっている。またさらにこのことは、着霜を引き起こしやすくすることを助長させている。
【０００９】
結局、補助熱交換器を前列に配設することで、放熱分の熱量を後方の熱源側熱交換器で回収するが、そのことが偏流を招き圧力損失を増大させるために、暖房運転時には熱源側熱交換器の性能を低下させるという問題が生じていた。
【００１０】
そこで本発明は、熱源側熱交換器に加えて補助熱交換器を熱源側ユニットに備えた空気調和装置において、暖房時に補助熱交換器が引き起こす暖房性能低下を最小限に抑えることを可能とす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】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。  
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「熱源側ユニットと、利用側ユニットと、を備えて構成され、前記熱源側ユニットは、外気温度を検出する外気温度検出手段と、冷媒を圧縮する圧縮機と、熱源側送風機からの空気と冷媒との熱交換を行う熱源側熱交換器と、前記熱源側送風機から少なくとも一部の空気が送風され、該空気により冷媒との熱交換を行う補助熱交換器と、を備えた空気調和装置において、暖房運転を行う場合に、前記利用側ユニットから送られる液冷媒が流れ、該液冷媒と流量調整手段により減圧された冷媒との熱交換器を行う内部熱交換器を備え、該内部熱交換器により熱交換された冷媒は前記補助熱交換器に流れるように構成され、該補助熱交換器に流れる冷媒温度と前記外気温度検出手段により検出される外気温度とを近づけるように前記流量調整手段を制御すること」を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱源側熱交換器に加えて補助熱交換器を熱源側ユニットに備えた空気調和装置において、暖房時に補助熱交換器が引き起こす暖房性能低下を最小限に抑えることを可能とする空気調和装置を提供することができる。
【００１３】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例の空気調和装置１００の冷凍サイクル系統図を説明するための図である。
【図２】本実施例の空気調和装置１００の暖房運転における冷媒の流れを示す図である。
【図３】補助熱交換器９と熱源側熱交換器６との構成を拡大して示した図である。
【図４】本実施例の制御を導入することによって得られる効果を説明するためのモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【実施例】
【００１６】
本実施例は、熱源側ユニットに１つまたは複数の利用側ユニットを接続し、該熱源側ユニットの熱源側熱交換器の前列下部に補助熱交換器を備え、該熱源側ユニットと該利用側ユニットとの間には内部熱交換器を備えた空気調和装置において、暖房時に、補助熱交換器に流入する冷媒温度をコントロールすることで暖房性能を向上させる運転制御方法に関する。
【００１７】
図１は、本実施例の空気調和装置１００の冷凍サイクル系統図を説明するための図である。本実施形態における空気調和装置１００は、熱源側ユニット１３（室外機）と、複数台の利用側ユニット１７Ａ、１７Ｂ、１７ｃ（室内機）とから構成されている。なお、図１には、３台の利用側ユニットの設置となっているが、本来は、熱源側ユニットの容量にもよるが、さらに多くの利用側ユニットが接続可能である。また、アルファベットの添え字に関しては、基本的には各利用側ユニットの個々の部品であるという意味で用いているが、各部品を代表的に取り扱う場合においては、省略する場合がある。
【００１８】
熱源側ユニット１３は、圧縮機１、四方弁５、熱源側熱交換器６、補助熱交換器９、熱源側熱交換器用流量調整弁８、内部熱交換器１０（過冷却熱交換器）、内部熱交換器用流量調整弁１１から構成されており、四方弁５により、暖房・冷房運転を切り替え可能である。また、熱源側ユニット１３と利用側ユニット１７とは、ガス配管１８、液配管１９の接続配管にて接続されている。利用側ユニット１７は、利用側流量制御弁１６、利用側熱交換器１４（室内熱交換器）、利用側送風機１５（室内送風機）から構成されており、各利用側ユニット１７は、利用側流量制御弁１６の開度を制御することで、各部屋の室内温度を個別に制御している。
【００１９】
図２は本実施例の空気調和装置１００の暖房運転における冷媒の流れを示す図である。
冷媒は矢印方向に流れ、圧縮機１から圧縮されたガス冷媒は、オイルセパレータ２にてガス冷媒中の油を分離し、油はキャピラリ３を介して圧縮機１の吸入側へと送られ、一方ガス冷媒は逆止弁４を抜けて、ガス阻止弁２０を介してガス配管１８より各利用側ユニット１７Ａ、１７Ｂ、１７ｃへと送られる。利用側ユニット１７では、複数の冷媒通路から構成する利用側熱交換器１４にて凝縮し、その後所定の過冷却度を確保すべく、各利用側流量制御弁１６にて絞り量を任意に調整する。このとき、利用側ユニット１７における利用側熱交換器１４にて冷媒の凝縮潜熱が放出されることで、温風が各部屋に送られ、暖房運転が行われる。
【００２０】
利用側熱交換器１４にて凝縮された液冷媒は、熱源側ユニット１３と利用側ユニット１７とを接続する液配管１９を通り、液阻止弁２１を介して内部熱交換器１０を通過し、補助熱交換器９に入る。補助熱交換器９にて放熱した後、熱源側熱交換器用流量調整弁８にて任意の絞り量に調整し、熱源側熱交換器用流量調整弁８にて減圧された液冷媒は、多数の冷媒通路から構成される熱源側熱交換器６にて蒸発する。蒸発したガス冷媒は、四方弁５を経由し、アキュームレータ１２にて適切な吸入かわき度に調整され圧縮機１の吸入側へと戻る。通常、本実施形態の空気調和装置１００としては、各利用側ユニットの吸込温度あるいは冷媒温度と各部屋の設定温度との差より、利用側ユニット流量制御弁開度あるいは圧縮機周波数を制御して、任意の冷媒量を熱源側ユニットから各利用側ユニットに循環させることで、温度コントロールを行っている。
【００２１】
図３は補助熱交換器９と熱源側熱交換器６との構成を拡大して示した図である。図に示す通り熱源側熱交換器６と補助熱交換器９は外気の流れ方向に対して直行するように、しかも補助熱交換器９が熱源側熱交換器６との関係で空気の流れに対して上流側となるように配設されている。すなわち、熱源側送風機７からの空気と冷媒との熱交換を行う熱源側熱交換器６に対して、補助熱交換器９は熱源側送風機７から少なくとも一部の空気が送風され、該空気により冷媒との熱交換を行う。また補助熱交換器９は、熱源側熱交換器６の最前列の下部に配設されており、まず暖房運転時において冷媒は補助熱交換器９に流れて熱交換が行われ、暖まった外気が図３のハッチング部に示す後方側熱交換器２６に流入する。
【００２２】
詳細は省略しているが、暖房運転時の冷媒の流れとしては補助熱交換器９を流れて熱交換され、熱源側熱交換器用流量調整弁８にて減圧された後に、ハッチング部の熱源側熱交換器６を流れて熱交換され、さらに上部の熱源側熱交換器６を流れて熱交換された後に圧縮機１に流れる。なお、この補助熱交換器９は冷房時には過冷却度を稼ぐことができ、冷房能力を向上させるものである一方で、暖房時には、後列（図３の左端）に設置した場合には空気に熱を捨ててしまうので暖房能力の低下を招く。しかしながら本実施例では補助熱交換器９を後方側熱交換器２６（熱源側熱交換器６の一部）の前列に設置しているため、外気に放熱した熱量を後方側熱交換器２６にて回収するので、暖房能力を向上させることができる。
【００２３】
しかしながら、図３のハッチング部に示す外気下流側の後方側熱交換器２６（熱源側熱交換器６の一部）に流れる冷媒は、過熱がつきやすい状態となり、そのことによって、その過熱した冷媒が流れる冷媒通路は圧力損失が増加し、他の冷媒通路と圧力バランスのとれない流れ（偏流）を引き起こす。以上のことから、最も圧力損失の高い冷媒通路によって熱源側熱交換器全体の圧力損失が大きくなり、蒸発温度が低下することで循環量が下がり、暖房性能を低下させている。そこで本実施例においては、以下に説明する制御を組み込むことにより、この問題を解決するものである。なお、本実施例では図３に示すように補助熱交換器９を熱源側熱交換器６と一体として構成しており、その後方側に後方側熱交換器２６（熱源側熱交換器６の一部）が配置されているが、熱源側熱交換器６と補助熱交換器９とを別体として、熱源側熱交換器６の前方側（図３の右側）に補助熱交換器９を配置するようにしても同様の問題が生じる。
【００２４】
ここで図２に戻り、熱源側ユニット１３には熱源側熱交換器６の吸込み温度を計測している外気サーミスタ２２（外気温度検出手段）、補助熱交換器９の入口側配管に設置され、入口側の冷媒温度を検出する補助熱交換器入口側サーミスタ２３、内部熱交換器１０によって膨張したガス冷媒を圧縮機１の吸入側にバイパスさせるバイパス配管２７の温度を計測しているバイパス管サーミスタ２４がそれぞれ設置されている。いま、補助熱交換器９の入口側冷媒温度が外気温度がよりも高い場合においては、温度差によって空気側に冷媒の熱を放熱してしまう。
【００２５】
そこで本実施例では、補助熱交換器９の入口側冷媒温度と外気温度との差がなくなるように、内部熱交換器１０の内部熱交換器用流量調整弁１１を調整するものである。具体的に説明すると、暖房運転を行う場合に、内部熱交換器１０は利用側ユニット１７から送られる液冷媒が流れ、該液冷媒と内部熱交換器用流量調整弁１１により減圧された冷媒との熱交換器を行い、該熱交換された冷媒は補助熱交換器９に流れるように構成されている。
なお、内部熱交換器１０では、内部熱交換器１０から流れ出た冷媒が内部熱交換用配管２８を流れ内部熱交換器用流量調整弁１１により減圧され、該減圧された冷媒と内部熱交換器１０に流れる冷媒との熱交換が行われ、高圧側冷媒は補助熱交換器９に流れるとともに、低圧側冷媒がバイパス配管２７を通って圧縮機１に流れるように構成されている。
【００２６】
また外気温度検出手段（外気サーミスタ２２）は、熱源側熱交換器６の吸込空気の温度を検出し、内部熱交換器用流量調整弁１１は、外気温度検出手段（外気サーミスタ２２）の検出温度と補助熱交換器入口側サーミスタ２３の検出温度との温度差がなくなるように制御される。たとえば、内部熱交換器用流量調整弁１１の開度を開くように制御することで、内部熱交換器１０での熱交換器量を多くし、補助熱交換器９側に流れる冷媒の温度を下げることができるため、外気温度との温度差を小さくすることができる。なお、ここでは補助熱交換器入口側サーミスタ２３の検出温度を用いたが、これの代わりに補助熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段の検出温度を用いてもよい。つまり、本実施例では補助熱交換器９に流れる冷媒の目標温度を外気温度をもとに決定し、この目標温度に近づけるように内部熱交換器用流量調整弁１１の開度を調整するといってもよい。
【００２７】
またこの際に、内部熱交換器１０の内部熱交換器用流量調整弁１１は、バイパス管の温度と低圧側圧力センサ２５によって計測している吸入圧力によって求まるバイパス管の過熱度を０℃以上に制御することで、内部熱交換器１０の熱交換能力を最大限に発揮させることができる。逆に内部熱交換器用流量調整弁１１の開度を開き過ぎてバイパス管の過熱度が０未満となると、液冷媒が圧縮機１に戻ることになるため、圧縮機の信頼性低下を招くため好ましくない。よって内部熱交換器用流量調整弁１１の開度の上限値として過熱度が０以上を維持できるものを採用する。
【００２８】
図４は本実施例の制御を導入することによって得られる効果を説明するためのモリエル線図である。この図は、本実施例の制御を導入していないモリエル線図を点線で表し、本実施例の制御を導入したモリエル線図を実線で表している。本実施例の制御を導入していないものに関しては、補助熱交換器９にて熱損失が生じる（Ａ４→Ａ５）。また、補助熱交換器の後方部の過熱による圧力損失増大によりＡ６からＡ１にまで蒸発圧力低下が生じる。一方、本実施例の制御を導入したモリエル線図は、まず内部熱交換器１０にて冷媒は過冷却状態になり（Ｂ４→Ｂ４′）補助熱交換器９へと流入する。補助熱交換器９では外気温度相当にまで冷媒温度が下がっているため、熱損失は生じない（Ｂ４′→Ｂ５）。また、熱源側熱交換器６では余計な過熱が生じなくなるため、圧力損失は軽減される（Ｂ６→Ｂ１）。
【００２９】
したがって、本実施例の制御を導入した場合は、蒸発圧力が上昇し、圧縮機への吸入密度が増加することで、サイクル全体の循環量が大きくなり、制御導入前と比較しても、少ない圧縮機回転数で同じ循環量を稼ぐことができるので、暖房性能が向上することが分かる。
【００３０】
以上に説明したように、本実施例によれば、補助熱交換器９に流入する冷媒温度を外気温度付近にまで近づけることにより、補助熱交換器９と外気との熱交換量が極めて少なくなり、補助熱交換器９での熱損失を低減することができる。このことは、補助熱交換器９の位置や大きさに関係なく、熱損失を軽減することができる。
【００３１】
また、補助熱交換器９が熱源側熱交換器６の外気流入方向に対して前列にある場合において、偏流改善が可能となる。補助熱交換器９の入口冷媒温度を外気温度相当にまで低下させることで、補助熱交換器９の後列にある熱源側熱交換器６に通風する外気温度が下がり、後列の熱源側熱交換器６の冷媒通路における過熱度が小さくなる。よって、前列に補助熱交換器９をもたない２列目以降の熱源側熱交換器６における冷媒通路に流れる冷媒温度と極端に大きな差は生じなくなるので、熱源側熱交換器６全体の冷媒通路内圧力損失は低下し、蒸発圧力が上昇することになり、暖房性能を向上させることができる。
【００３２】
なお、補助熱交換器９における冷媒目標温度に達成させるための手段として、内部熱交換器１０の低圧側の内部熱交換器用流量調整弁１１だけでなく、利用側ユニット１７の利用側流量制御弁１６でも目標温度に近づけることが可能であるし、両者を併用してもよい。また、以上に説明した内部熱交換器用流量調整弁１１又は利用側流量制御弁１６の制御により、補助熱交換器９に流入する冷媒温度を外気温度付近に近づける制御は圧縮機１の起動後、所定時間経過後に開始することが望ましい。これにより、圧縮機１の起動後の暖房の立ち上がりが悪くなることを防止し、冷凍サイクルが安定した後に行うことになるので圧縮機の信頼性低下を抑制するものである。
【００３３】
以上のことより、補助熱交換器を熱源側熱交換器の前列に配設した熱原器をもつ空気調和装置において、冷房運転時には補助熱交換器による放熱量分だけ冷房性能が増加し、暖房時には、補助熱交換器の放熱を最小限に抑え、補助熱交換器が熱源側熱交換器の前列に配設されている場合においては偏流改善でき圧力損失を軽減することで、暖房性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  圧縮機
２  オイルセパレータ
３  キャピラリ
４  逆止弁
５  四方弁
６  熱源側熱交換器
７  熱源側送風機
８  熱源側熱交換器用流量調整弁
９  補助熱交換器
１０  内部熱交換器
１１  内部熱交換器用流量調整弁
１２  アキュームレータ
１３  熱源側ユニット
１４Ａ、１４Ｂ、１４ｃ  利用側熱交換器
１５Ａ、１５Ｂ、１５ｃ  利用側送風機
１６Ａ、１６Ｂ、１６ｃ  利用側流量制御弁
１７Ａ、１７Ｂ、１７ｃ  利用側ユニット
１８  ガス配管
１９  液配管
２０  ガス阻止弁
２１  液阻止弁
２２  外気サーミスタ
２３  補助熱交換器入口側サーミスタ
２４  バイパス管サーミスタ
２５  低圧側圧力センサ
２６  後方側熱交換器
２７  バイパス配管
２８  内部熱交換用配管
１００  空気調和装置
【図１】
2013204949.tif 000003
【図２】
2013204949.tif 000004
【図３】
2013204949.tif 000005
【図４】
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