(57)【要約】【課題】空気調和装置の冷媒として可燃性冷媒を用いた空気調和装置の快適性及び信頼性を向上させ、且つランニングコストを安く抑えた空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器から成る空気調和装置に可燃性冷媒を封入し、前記空気調和装置の運転時に余剰となる冷媒を貯留するための貯留器を室外熱交換器と減圧装置の間に設け、前記空気調和装置に封入した可燃性冷媒を燃料として燃焼させて空気を暖めるための空気用燃焼器を室外熱交換器の空気流入側に設け、前記貯留器に可燃性冷媒を封入するための冷媒供給用電磁弁と、前記貯留器のガス部と前記空気用燃焼器を燃焼用電磁弁を介して接続した構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続されて構成される空気調和装置において、
前記室外熱交換器を暖める燃焼器を備え、
前記冷媒配管には可燃性冷媒が封入され、該可燃性冷媒が循環することで冷凍サイクルが形成され、
前記燃焼器には前記可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に前記燃焼器により前記可燃性冷媒を用いて前記室外熱交換器を暖め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、
前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に余剰となる冷媒を貯留するための貯留器を備え、
前記燃焼器と前記貯留器とを接続する冷媒配管に設けられた燃焼用電磁弁が開かれることにより、前記貯留器から前記燃焼器に前記可燃性冷媒が供給されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の空気調和装置において、
前記貯留器と接続された冷媒配管には冷媒供給用電磁弁が設けられ、該冷媒供給用電磁弁が開かれることにより、前記貯留器に前記可燃性冷媒が供給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又は２に記載の空気調和装置において、
暖房運転時に外気温度が設定温度以下であった場合に、前記燃焼器による前記室外熱交換器を暖める運転を行い、一方で、
外気温度が前記設定温度より高い場合には、前記燃焼器による前記室外熱交換器を暖める運転を行わないことを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の空気調和装置において、
前記燃焼器は前記室外熱交換器の空気流入側に設けられたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項６】
請求項３に記載の空気調和装置において、
前記冷媒配管内の冷媒量判断手段と、
該冷媒量判断手段により前記冷媒配管内の冷媒量が設定以下と判断した場合に、前記冷媒供給用電磁弁が開かれ、前記貯留器に対して可燃性冷媒を供給するためのボンベとを備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項７】
圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続されて構成される空気調和装置において、
前記室外熱交換器が設置される冷媒配管と並列に接続される冷媒配管と、
該冷媒配管には前記冷媒を暖める燃焼器と、を備え、
前記冷媒配管には可燃性冷媒が封入され、該可燃性冷媒が循環することで冷凍サイクルが形成され、
前記燃焼器には前記可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に前記室内熱交換器からの冷媒が前記減圧装置を介して前記室外熱交換器に流れる一方で、前記燃焼器に流れることにより該燃焼器により暖められることを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】
圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続されて構成される空気調和装置において、
前記室外熱交換器と四方弁との間の冷媒配管に冷媒を暖める燃焼器を備え、
前記冷媒配管には可燃性冷媒が封入され、該可燃性冷媒が循環することで冷凍サイクルが形成され、
前記燃焼器には前記可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に前記室内熱交換器からの冷媒が前記燃焼器に流れ、該燃焼器により暖められたうえで前記圧縮機に流れ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、空気調和装置について、特に空気調和装置に用いる冷媒として可燃性冷媒を用い、前記可燃性冷媒を燃料とする燃焼装置を備えた空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒートポンプ式を主体とする空気調和装置は、冷房運転時及び暖房運転時の運転可能空気温度範囲の拡大化が一層進んだ機種が数多く発売されるようになっている。特に、暖房運転時の外気温度については、−２０℃〜−２５℃の寒冷地においても暖房運転が可能となっている。
【０００３】
このような空気調和装置において、更に高暖房能力化及び信頼性向上に関して、石油あるいはガスなどの燃焼熱源で冷媒を加熱、蒸発して暖房運転を行う冷媒加熱式の空気調和装置が知られており、例えば特許文献１がある。
【０００４】
この空気調和装置は、石油を燃焼して冷媒を加熱する石油冷媒加熱機と、室外空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒を循環させる圧縮機と、冷媒の循環路を前記室外熱交換器または石油冷媒加熱機のいずれかに切り替える切替弁と、外気温度を検出する外気温度センサと、この外気温度センサからの外気温度信号に応じて前記切替弁を切り替えることによって、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運転とを切り替える運転制御手段とを備えた構成となっている。該空気調和装置は、外気温度センサからの外気温度信号に応じて、外気温度が高い場合はヒートポンプ運転を行い、外気温度が低い場合は冷媒加熱運転を行う様に切り替えるため、外気温度が低い場合でも空気調和装置の蒸発温度を高く保つことができるため、低外気温時の高暖房能力の実現および暖房時のランニングコストを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０４６８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した空気調和装置では、冷媒加熱機の燃料として石油を用いているため、空気調和装置内もしくは空気調和装置外に冷媒加熱機の燃料として用いる石油を貯留する貯留器及び冷媒加熱機に燃料である石油を供給するための供給器が必要であり、且つ燃料である石油も別途必要となる。このため、空気調和装置としての設備が大きくなり製造コストが高騰するばかりか、燃料である石油費用も必要であり、ランニングコストも高騰する問題がある。
【０００７】
また、上記従来技術では、冷房運転時において石油を燃料とする冷媒加熱機を利用するように構成されていないため、冷房運転時は従来のヒートポンプ運転のみで運転することになり、低外気温度時の起動の際は、圧縮機に液冷媒が戻りやすく、圧縮機への負担が増大し、空気調和装置の信頼性を低下させていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、空気調和装置の冷媒として可燃性冷媒を用いた空気調和装置の快適性及び信頼性を向上させ、且つランニングコストを安く抑えた空気調和装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機と、室外熱交換器と、減圧装置と、室内熱交換器とが冷媒配管を介して接続されて構成される空気調和装置において、前記室外熱交換器を暖める燃焼器を備え、前記冷媒配管には可燃性冷媒が封入され、該可燃性冷媒が循環することで冷凍サイクルが形成され、前記燃焼器には前記可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に前記燃焼器により前記可燃性冷媒を用いて前記室外熱交換器を暖めるものである。
【００１０】
また、前記室外熱交換器と前記減圧装置との間に余剰となる冷媒を貯留するための貯留器を備え、前記燃焼器と前記貯留器とを接続する冷媒配管に設けられた燃焼用電磁弁が開かれることにより、前記貯留器から前記燃焼器に前記可燃性冷媒が供給されることが望ましい。
【００１１】
また、前記貯留器と接続された冷媒配管には冷媒供給用電磁弁が設けられ、該冷媒供給用電磁弁が開かれることにより、前記貯留器に前記可燃性冷媒が供給されることが望ましい。
【００１２】
また、暖房運転時に外気温度が設定温度以下であった場合に、前記燃焼器による前記室外熱交換器を暖める運転を行い、一方で、外気温度が前記設定温度より高い場合には、前記燃焼器による前記室外熱交換器を暖める運転を行わないことが望ましい。
【００１３】
また、前記燃焼器は前記室外熱交換器の空気流入側に設けられたことが望ましい。
【００１４】
また、前記冷媒配管内の冷媒量判断手段と、該冷媒量判断手段により前記冷媒配管内の冷媒量が設定以下と判断した場合に、前記冷媒供給用電磁弁が開かれ、前記貯留器に対して可燃性冷媒を供給するためのボンベとを備えたことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、暖房運転時において蒸発器として作用する室外熱交換器に流入する空気温度を該空気用燃焼器により高くすることができるため、空気調和装置の起動時における圧縮機への液戻りを防止し空気調和装置の信頼性を向上できると共に、低外気温度時における室外熱交換器の着霜防止はもとより空気調和装置の効率を低下させることなく暖房運転が可能となる。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】
【００１６】
【図１】実施例１における空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。
【図２】実施例１における空気調和装置の暖房運転の一例を示す運転フローチャート図である。
【図３】実施例２における空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。
【図４】実施例２における空気調和装置の暖房運転の一例を示す運転フローチャート図である。
【図５】実施例２における他の空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。
【図６】実施例２における更に他の空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。
【図７】実施例２における更に他の空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図１ないし図７を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態における空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。本実施例の空気調和装置は、圧縮機１、冷房運転と暖房運転を切替可能とする四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、室内膨張弁６、室内熱交換器７を順次配管接続することにより冷媒回路が形成され、該空気調和装置内には可燃性冷媒（例えば、プロパン）が封入されている。室外熱交換器３及び室内熱交換器７には、各熱交換器に流入する冷媒と熱交換可能の如く空気を流すように、それぞれ室外ファン８及び室内ファン９が設けられている。
【００１９】
室外熱交換器３に流入する空気２２の上流側には、前記流入空気２２を加熱するために空気調和装置内に封入されている可燃性冷媒を燃料として使用する空気用燃焼器１０が設けられている。また、室外膨張弁４と室内膨張弁６の間には、気液を分離して空気調和装置の運転に不要な余剰冷媒を貯留するための貯留器５が設けられ、該貯留器５には、空気調和装置内に封入される冷媒を供給できるように冷媒供給用電磁弁１２と、前記空気用燃焼器１０に燃料を供給できるように前記貯留器５の頭頂部のガス空間部と連結するように配管接続され、前記空気用燃焼器１０への燃料供給及び遮断のための燃焼用電磁弁１１が設けられている。また、圧縮機１、四方弁２、室外膨張弁４、室内膨張弁６、室外ファン８、室内ファン９、空気用燃焼器１０、燃焼用電磁弁１１、冷媒供給用電磁弁１２は、運転制御装置２０と通信可能の如く信号線により接続され、室外熱交換器３に流入する空気の温度を検出する外気温度検出手段２１（例えば、サーミスタ）の出力信号が、運転制御装置２０に入力されている。
【００２０】
次に、前記空気調和装置を暖房モードで運転する場合の運転方法について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態における空気調和装置の暖房運転の一例を示す運転フローチャート図である。室内機のリモコン等により暖房運転開始の信号を出力し、該暖房運転開始信号を運転制御装置２０が受信すると、室外ファン８及び室内ファン９が所定の回転数で運転を開始し、燃焼用電磁弁１１を開状態にして空気用燃焼器１０に燃料である冷媒回路内に封入されている可燃性冷媒のガスを導入して、空気用燃焼器１０の運転が開始される。前記空気用燃焼器１０の運転が開始されると、室外熱交換器３に流入する空気２２は、前記空気用燃焼器１０を通過する際に暖められ室外熱交換器３に流入される。
【００２１】
なお、ここでは空気用燃焼器１０を通過する空気が暖められるものとして説明したが、これに限られず後で説明するように室外熱交換器３を直接暖めるように設置してもよい。また図２の運転フローチャート図においては、暖房運転信号を受信すると、燃焼用電磁弁１１を開くことで、空気用燃焼器１０を運転開始するものとしているが、暖房運転時に外気温度が設定温度以下であった場合に、空気用燃焼器１０による室外熱交換器３を暖める運転を行い、一方で、外気温度が前記設定温度より大きい場合には、空気用燃焼器１０による室外熱交換器３を暖める運転を行わないようにしてもよい。
【００２２】
次に、冷媒回路内の冷媒を循環させるために圧縮機１が所定の回転数で運転され、四方弁２が暖房モードに切り替わり暖房運転が開始される。次に、所定時間経過後に、空気用燃焼器１０に流入される外気温度を所定の値α℃（例えば、５℃）と比較して、外気温度が所定の値α℃よりも高い場合は空気用燃焼器１０の運転を停止し、且つ燃焼用電磁弁１１を閉状態にして通常暖房運転の制御により暖房運転を継続し、外気温度が所定の値α℃以下の場合は空気用燃焼器１０の運転を継続したまま通常暖房運転の制御により暖房運転を継続する。
【００２３】
以上説明したように、本発明の空気調和装置では、暖房運転の起動時に蒸発器として作用する室外熱交換器３に流入する空気２２の温度を空気用燃焼器１０を用いて高くするため、蒸発器での熱交換量が増大し、暖房運転起動時の液戻りを防止することが可能となり、圧縮機１の信頼性を向上することができる。また、外気温度が低い暖房運転時に発生しやすい室外熱交換器３への着霜現象に対しても、蒸発器として作用する室外熱交換器３に流入する空気温度を、空気用燃焼器１０により着霜が発生する温度以上に高くすることで防止することができるため、空気調和装置の快適性も向上することができる。更に、空気用燃焼器１０の燃料として、冷媒回路内に封入されている可燃性冷媒を用いているため、石油やガス等の燃焼器と比較して燃焼用燃料を貯留する構造を必要とせず、燃料代も必要ないため、安価なシステムを構築することができる。
【００２４】
ここで、本発明の空気調和装置では、冷媒回路内に封入される可燃性冷媒を空気用燃焼器１０の燃料に用いているため、空気用燃焼器１０を使い続けると冷媒回路内の可燃性冷媒が減少して冷凍サイクルの効率が低下する問題が発生する。そこで、貯留器５内の液冷媒を検出する等の冷媒量検出を行い、冷媒量が減少した場合、すなわち、貯留器５に付設する冷媒供給用電磁弁１２の接続部に可燃性冷媒が封入されているボンベ等を接続しておけば、前記冷媒供給用電磁弁１２の開閉を制御することで、自動で冷媒回路内に冷媒を充填することが可能となり、冷媒不足による冷凍サイクルの効率低下を防止することができる。つまり、冷媒量判断手段により前記冷媒配管内の冷媒量が設定以下と判断した場合に、冷媒供給用電磁弁１２が開かれ、貯留器５に対してボンベから可燃性冷媒が供給されるものである。
【実施例２】
【００２５】
図３は、本発明の第２の実施形態における空気調和装置の構成を表す冷媒回路図である。本図において、図１と同符号のものは同一のものである。本発明の空気調和装置では、圧縮機１、冷房運転と暖房運転を切替可能とする四方弁２、室外熱交換器３、室外膨張弁４、貯留器５、室内膨張弁６、室内熱交換器７を順次配管接続することにより構成される冷媒回路に可燃性冷媒（例えば、プロパン）が封入され、室外膨張弁４と貯留器５を接続する配管の途中と、室外熱交換器３と四方弁２を接続する配管の途中を接続するようにバイパス回路が設けられ、このバイパス回路に冷媒を加熱するために空気調和装置内に封入されている可燃性冷媒を燃料として使用する冷媒用燃焼器１３と、前記冷媒用燃焼器１３内に導入される冷媒量を調整するための燃焼用膨張弁１４が設けられている。それ以外は、図１に示す冷媒回路と同様であり、説明は省略する。すなわち、図３においては、室外熱交換器３が設置される冷媒配管と並列に接続される冷媒配管（バイパス回路）を備え、冷媒配管（バイパス回路）には冷媒を暖める冷媒用燃焼器１３が設置され、冷媒用燃焼器１３に可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に室内熱交換器３からの冷媒が減圧装置（室外膨張弁４）を介して室外熱交換器３に流れる一方で、冷媒用燃焼器１３に流れることにより該冷媒用燃焼器１３により暖められるように構成されたものである。
【００２６】
次に、前記空気調和装置を暖房モードで運転する場合の運転方法について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態における空気調和装置の暖房運転の一例を示す運転フローチャート図である。室内機のリモコン等により暖房運転開始の信号を出力し、該暖房運転開始信号を運転制御装置２０が受信すると、室外ファン８及び室内ファン９が所定の回転数で運転を開始し、燃焼用電磁弁１１を開状態にして冷媒用燃焼器１３に燃料である冷媒回路内に封入されている可燃性冷媒のガスを導入して、冷媒用燃焼器１３の運転が開始される。次に、冷媒回路内の冷媒を循環させるために圧縮機１が所定の回転数で運転され、四方弁２が暖房モードに切り替わり暖房運転が開始される。ここで、室外膨張弁４と燃焼用膨張弁１４の開度は、暖房運転の起動直後は、燃焼用膨張弁１４に殆どの冷媒が流れるように室外膨張弁４の開度を閉もしくは閉に近い状態とし、暖房運転の時間経過と共に圧縮機吸入側に過渡な液冷媒が戻らないように少しずつ室外膨張弁４の開度を開ける制御が行われる。次に、所定時間経過後に、室外熱交換器３に流入される外気温度を所定の値α℃（例えば、５℃）と比較して、外気温度が所定の値α℃よりも高い場合は冷媒用燃焼器１３の運転を停止し、且つ燃焼用電磁弁１１を閉状態にして通常暖房運転の制御により暖房運転を継続し、外気温度が所定の値α℃以下の場合は冷媒用燃焼器１３の運転を継続したまま通常暖房運転の制御により暖房運転を継続する。また、この時の燃焼用膨張弁１４は、冷媒用燃焼器１３出口の冷媒過熱度もしくは圧縮機１吐出側の冷媒過熱度を制御するようにその開度が制御される。
【００２７】
以上説明したように、本発明の空気調和装置では、暖房運転の起動時に蒸発器として作用する室外熱交換器３に流入する冷媒量を抑制して蒸発器での熱交換量を低く抑えると共に、冷媒用燃焼器１３により確実に冷媒を蒸発させるため、低外気温度時の暖房運転起動時に多く発生し易い圧縮機への液戻りを防止することが可能となり、圧縮機１の信頼性を向上することができる。また、外気温度が低い暖房運転時に発生し易い室外熱交換器３への着霜現象に対しても、蒸発器での熱交換量を低く抑えるため、室外熱交換器３への着霜量も大幅に低減され、空気調和装置の快適性も向上することができる。更に、冷媒用燃焼器１３の燃料として、冷媒回路内に封入されている可燃性冷媒を用いているため、石油やガス等の燃焼器と比較して燃焼用燃料を貯留する構造を必要とせず、燃料代も必要ないため、安価なシステムを構築することができる。
【００２８】
ここで、冷媒用燃焼器１３を図５に示す如く、室外熱交換器３と四方弁２を接続する配管の途中に直列に接続した場合においても、上記実施例２と同様の効果があり、本発明の域を脱するものではない。つまり、冷媒用燃焼器１３には可燃性冷媒が供給され、暖房運転時に室内熱交換器３からの冷媒が冷媒用燃焼器１３に流れ、該冷媒用燃焼器１３により暖められたうえで圧縮機１に流れるものである。
【００２９】
また、図６に示すように、冷媒用燃焼器１３を四方弁２と室内熱交換器７を接続する配管の途中に直列に接続した場合、暖房運転時の場合は、圧縮機１で吐出されるガス冷媒の温度を冷媒用燃焼器１３で一気に高くすることができるため、暖房立ち上がり速度を早くすることができ、強いては空気調和装置の快適性の向上が可能であり、冷房運転の場合は、起動時等に室内熱交換器７から蒸発しきれずに戻ってくる液冷媒を冷媒用燃焼器１３で加熱して蒸発させることができるため、起動時における圧縮機１への液戻りを防止することが可能となり、圧縮機１の信頼性を向上することができる。
【００３０】
更に、図７に示すように、冷媒用燃焼器１３を四方弁２と圧縮機１を接続する配管の途中に直列に接続した場合は、冷房運転及び暖房運転共に起動時等に蒸発器から蒸発しきれずに戻ってくる液冷媒を冷媒用燃焼器１３で加熱して蒸発させることができるため、起動時における圧縮機１への液戻りを防止することが可能となり、圧縮機１の信頼性を向上することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室外熱交換器
４  室外膨張弁
５  貯留器
６  室内膨張弁
７  室内熱交換器
８  室外ファン
９  室内ファン
１０  空気用燃焼器
１１  燃焼用電磁弁
１２  冷媒供給用電磁弁
１３  冷媒用燃焼器
１４  燃焼用膨張弁
２０  運転制御装置
２１  外気温度検出手段
【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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