(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともコンプレッサ、室外コンデンサ、室内コンデンサ、減圧手段および室内エバポレータがこの順序で冷媒配管により接続され、
前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記室外コンデンサを迂回させて前記室内コンデンサへ導くバイパス管と、
前記コンプレッサから吐出された冷媒を冷房運転時は前記室外コンデンサ側へ導き、暖房運転時は前記バイパス管へ導く冷媒流路切替手段と、
前記室外コンデンサに滞留している冷媒を前記コンプレッサの吸入側へ戻すための冷媒回収管とを備えたヒートポンプ式空気調和装置において、
前記コンプレッサの吸入側の前記冷媒回収管の一端と、前記室内エバポレータの出口側との間に、暖房運転の起動時に所定時間だけ閉じる開閉弁が設けられていることを特徴とするヒートポンプ式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒を利用して冷暖房を行うヒートポンプ式空気調和装置に関し、特に暖房運転に切り替えたときの冷媒回収率を高めたヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式空気調和装置は、図３に示すように空調ユニット１３内にサブコンデンサと呼ばれる室内熱交換器（室内コンデンサ）３を設け、コンプレッサ１によって圧縮された高温高圧の冷媒を暖房熱源として利用するようにしたシステムである。つまり、冷房、暖房ともに冷媒を用いた熱サイクル運転を行って室内を冷暖房するものである。
【０００３】
空調ユニット１３外にはメインコンデンサと呼ばれる室外熱交換器（室外コンデンサ）２が設けられ、２つの電磁弁８，９により暖房運転時と冷房運転時とで機能させるコンデンサ２，３を切り替えることによって運転モードが切り替えられる。つまり、冷房運転時においては、コンプレッサ１から吐出した冷媒はメインコンデンサ２に導入され、暖房運転時にはバイパス管７によりメインコンデンサ２を迂回して直接サブコンデンサ３に導入される。便宜的に以下の説明では、冷房運転時に形成される冷凍サイクルを冷房サイクル、暖房運転時に形成される冷凍サイクルを暖房サイクルと呼ぶ。
【０００４】
こうしたヒートポンプ式空気調和装置において、暖房運転時にはメインコンデンサ２を迂回させる暖房サイクルが形成されるため、メインコンデンサ２に冷媒が過剰に滞留すると暖房サイクル内を循環する冷媒量が不足するおそれがある。
【０００５】
そこで本願出願人は、暖房運転の起動時において、メインコンデンサ２に滞留している、いわゆる寝込み冷媒をコンプレッサ１の吸入側へ戻すべく、メインコンデンサ２とコンプレッサ１の吸入側との間に冷媒回収管１０および電磁弁１２を設けることを先に提案した。
【０００６】
ちなみに、ヒートポンプ式空気調和装置には、暖房性能を向上させるため冷媒を熱源として利用するヒートポンプシステムに加え、エンジン冷却水を熱源として利用するヒータコアシステムを併用したものもある。また、除湿機能を織り込んで除湿暖房を実現し、フロントガラスの曇りを防止して安全運転を確保するものが一般的である。さらに、そもそもエンジン冷却水を利用できない電気自動車や鉄道車両のエアコンとしても有用である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のヒートポンプ式空気調和装置では、暖房運転の起動時に、電磁弁１２を開くことで冷媒回収管１０を介してメインコンデンサ２の寝込み冷媒をコンプレッサ１の吸入側へ引き込むが、冬期の日射が強い日のように室内温度が室外温度よりも高くなると、サブコンデンサ３における熱交換量が少なくなるので、コンプレッサ１の吸入側の冷媒圧が充分に低下しない。このため、冷媒回収管１０を設けたとしてもメインコンデンサ２の寝込み冷媒の回収率には一定の限界があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、暖房運転に切り替えたときの冷媒回収率を高めたヒートポンプ式空気調和装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のヒートポンプ式空気調和装置は、少なくともコンプレッサ（１）、室外コンデンサ（２）、室内コンデンサ（３）、減圧手段（４）および室内エバポレータ（５）がこの順序で冷媒配管（６）により接続され、前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記室外コンデンサを迂回させて前記室内コンデンサへ導くバイパス管（７）と、前記コンプレッサから吐出された冷媒を冷房運転時は前記室外コンデンサ側へ導き、暖房運転時は前記バイパス管へ導く冷媒流路切替手段（８，９）と、前記室外コンデンサに滞留している冷媒を前記コンプレッサの吸入側へ戻すための冷媒回収管（１０）とを備えたヒートポンプ式空気調和装置において、前記コンプレッサの吸入側の前記冷媒回収管の一端と、前記室内エバポレータの出口側との間に、開閉弁（１１）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このとき前記開閉弁は、暖房運転の起動時に所定時間だけ閉じることを特徴とする。
【００１１】
本発明のヒートポンプ式空気調和装置では、コンプレッサの吸入側の冷媒回収管の一端と室内エバポレータの出口側との間に開閉弁が設けられているので、暖房運転の起動時にこれを所定時間だけ閉じると、室内の温度条件に拘わらず、室内コンデンサおよび室内エバポレータ側からコンプレッサの吸入側へ流れる冷媒が遮断される。
【００１２】
したがって、コンプレッサの駆動にともない当該コンプレッサの吸入側の冷媒圧が低下するので、室外コンデンサに寝込んだ冷媒が冷媒回収管を通ってコンプレッサに吸入される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明のヒートポンプ式空気調和装置の実施形態を示すブロック図であり、図１は定常運転時、図２は暖房運転起動時をそれぞれ示す。
【００１４】
この空気調和装置は、室内外の空気（内外気）を選択的に取り入れて空気調和した後、室内の所定の場所へ向かって吹き出す空調ユニット１３を有している。
【００１５】
この空調ユニット１３は、取り入れた空気を室内に向かって送るためのダクト１４を有し、このダクト１４内に、白抜き矢印で示す空気流れ方向の上流側から順に、内気取入口および外気取入口を選択的に開閉するインテークドアと、インテークドアにより選択された内外気をダクト１４内に導入して下流側に向かって圧送するブロアファンと（何れも図示を省略する）、冷媒を蒸発させて空気を冷却する室内エバポレータ５（以下、単に「エバポレータ」ともいう。）と、主として暖房運転時に働き、ガス冷媒を凝縮液化させて空気を加熱する室内コンデンサとしてのサブコンデンサ３とを有している。
【００１６】
図示はしないが、サブコンデンサ３の前面には、このサブコンデンサ３を通過する空気とこれを迂回する空気との割合を調節するためのエアミックスドアが回動自在に設けられ、またサブコンデンサ３の下流側には、温度調節された空気を室内の所定の場所に向かつて吹き出すための各種吹出口が形成されている。
【００１７】
このヒートポンプ式空気調和装置は、冷房、暖房ともに冷媒を用いた熱サイクル運転を行うことによって室内の冷房と除湿暖房とを行うものであって、従来と同様な冷凍サイクルを有している。
【００１８】
すなわち、空調ユニット１３の外部には、図外のエンジンにより回転駆動されるコンプレッサ１と、主に冷房運転時に働く室外コンデンサとしてのメインコンデンサ２とが設けられている。冷凍サイクルは、コンプレツサ１、メインコンデンサ２、サブコンデンサ３、リキッドタンク１５、減圧手段としての膨張弁４、エバポレータ５、サブエバポレータ１９およびアキュムレータ１６をこの順に冷媒配管６で接続し、その中に冷媒を封入して構成されている。
【００１９】
リキッドタンク１５は、気液を分離して液冷媒を一度蓄え、液冷媒のみを膨張弁４へ送り出すものであり、通常、エアの分離や水分・異物の除去を行う機能も備えている。
【００２０】
膨張弁４は、液冷媒を減圧膨張させて蒸発しやすい低温低圧の霧状冷媒にするとともに、エバポレータ５の出口温度を感知して冷媒流量を自動調節する（温度作動式の場合）機能を備えている。
【００２１】
また、アキュムレータ１６は、余剰冷媒の貯留と気液の分離を行い、ガス冷媒のみをコンプレツサ１へ戻すためのものであり、比較的容量のある容器であるため、仮に冷媒が液状態で帰還してきても、これを気化してコンプレツサ１へ戻すことができ、液圧縮によるコンプレツサ１の破損を防止することができるようになっている。
【００２２】
ここで、リキッドタンク１５とアキュムレータ１６は、一般的に機能が一部共通しているため、必ずしも常に両方設ける必要はないが、本発明では、後述するようにメインコンデンサ２の出口から液冷媒として冷媒回収を行うため、少なくともアキュムレータ１６は省略しないのが望ましい。したがって、例えば、本実施形態のように、減圧手段として温度作動式膨張弁４を用いる場合には、リキッドタンク１５とアキュムレータ１６を両方設け、また、減圧手段として温度作動式膨張弁４に代えて、いわゆるオリフィス付き電磁弁（弁位置が全開状態と絞り状態の二段階に切替え可能な流量切替電磁弁）を用いる場合には、アキュムレータ１６のみを設けて、リキッドタンク１５を省略してもよい。
【００２３】
ちなみに、エバポレータ５とアキュムレータ１６との間に設けられたサブエバポレータ１９は、シーズヒータ２０に接続されて冷媒を加温するための熱交換器の一種であって、冬期などのように外気温度が低い場合には冷媒温度も低下し、コンプレッサ１の起動時において当該コンプレッサ１へガス状冷媒を供給するための予熱手段である。ただし、本発明のヒートポンプ式空気調和装置には必ずしも必須のものではなく、これを省略することもできる。
【００２４】
また、図中の符号１７は、反対方向の流れを阻止するための逆止弁であり、１８はメインコンデンサ２へ空気を送り、これを冷却するためのコンデンサファンである。
【００２５】
本実施形態では、暖房運転時と冷房運転時とで機能させるコンデンサを切り替えるため、コンプレツサ１の吐出口とメインコンデンサ２の入口との間およびバイパス管７に冷媒流路切替手段としての電磁弁８，９が設けられている。これらの電磁弁８，９を選択的に切り替えることで、コンプレツサ１から吐出された冷媒をメインコンデンサ２導く冷房サイクルと、コンプレッサ１から吐出された冷媒をバイパス管７を介して直接サブコンデンサ３へ導く暖房サイクルとが切り替えられる。
【００２６】
すなわち、冷房運転時には電磁弁８を開き電磁弁９を閉じ、コンプレツサ１かち吐出された冷媒を電磁弁８→メインコンデンサ２→サブコンデンサ３→リキッドタンク１５→膨張弁４→エバポレータ５→サブエバポレータ１９→アキュムレータ１６と流してコンプレッサ１へ帰還する冷房サイクルを形成する。これにより、エバポレータ５においては、霧状冷媒と取入れ空気との熱交換が行われ、霧状冷媒が蒸発しながら冷媒通路の周囲を通過する取入れ空気が冷却され、室内が冷房される。また、メインコンデンサ２においては、エバポレータ５で奪った熱を外気との熱交換により外部に放出して、ガス冷媒を冷却し凝縮液化させる。なお、このとき、サブコンデンサ３は熱交換器としてはほとんど機能しない。
【００２７】
これに対し、暖房運転時には、電磁弁８を閉じ電磁弁９を開き、コンプレツサ１から吐出された冷媒をバイパス管７を介して直接サブコンデンサ３に導入する。つまり、メインコンデンサ２を使用せず、コンプレツサ１から出た冷媒が、電磁弁９→バイパス管７→サブコンデンサ３→リキッドタンク１５→膨張弁４→エバポレータ５→サブエバポレータ１９→アキュムレータ１６と流れてコンプレツサ１に帰還する暖房サイクルを形成する。これにより、コンプレツサ１から吐出されメインコンデンサ２をバイパスした高温高圧のガス冷媒は、サブコンデンサ３で凝縮液化されて放熱を行い、エバポレータ５で冷却された空気は加熱されて室内に吹き出されもって室内が暖房される。その際、エバポレータ５は取入れ空気を冷却して除湿を行うので、除湿暖房が実現される。
【００２８】
なお、図中の符号２１は、反対方向の流れを阻止するための逆止弁であり、メインコンデンサ２から流出した冷媒が電磁弁９へ逆流するのを防止する。
【００２９】
本実施形態では、暖房運転の起動時においてメインコンデンサ２に滞留している冷媒をコンプレッサ１の吸入側に戻す冷媒回収システムとして、メインコンデンサ２の出口から冷媒を回収するようにしている。すなわち、メインコンデンサ２の出口配管に三方コネクタを介して冷媒回収管１０を接統することにより、冷媒回収ラインを分岐形成し、この冷媒回収管１０（冷媒回収ライン）に電磁弁１２および逆止弁２２を設け、冷媒回収管１０の他端をアキュムレータ１６の入口側に三方コネクタを介して接続して冷媒を戻すシステムとしている。電磁弁１２を設けるのは、冷房運転時にメインコンデンサ２から流出した冷媒が冷媒回収ライン１０に流れるのを防止するためである。
【００３０】
このように、メインコンデンサ２の出口から冷媒の回収を行うようにすれば、メインコンデンサ２内では下部に液冷媒が溜まっているため、冷媒を液状態で回収することができる。そのため、ガス状態で回収する場合に比べて冷媒回収時間と回収量とが大幅に改善される。
【００３１】
特に本実施形態では、サブエバポレータ１９と、冷媒回収管１０の一端との間に電磁弁（本発明の開閉弁に相当する）１１を設け、暖房運転の起動時の所定時間だけこの電磁弁１１を閉じることとしている。この電磁弁１１の開閉操作は、マイクロコンピュータ２３から送出される指令信号によって行われ、同様に他の電磁弁８，９，１１の開閉操作もこのマイクロコンピュータ２３からの指令信号によって行われる。
【００３２】
次に動作を説明する。冷房運転を行う場合には、図１に示すように電磁弁９，１２を閉じ、電磁弁８，１１を開いてコンプレッサ１を駆動する。またシーズヒータ２０は作動しない。
【００３３】
これにより、コンプレッサ１から吐出された冷媒は、電磁弁８→メインコンデンサ２→逆止弁１７→サブコンデンサ３→リキッドタンク１５→膨張弁４→エバポレータ５→サブエバポレータ１９→電磁弁１１→アキュムレータ１６を通ってコンプレッサ１へ帰還する。これが冷房時に形成される冷房サイクルであり、エバポレータ５にて取り入れ空気が冷却され、この冷風が室内へ供給されることになる。
【００３４】
これに対して、暖房運転を行う場合には、図２に示すように電磁弁９，１２を開き、電磁弁８を閉じてコンプレッサ１を駆動するが、その起動時において電磁弁１１を閉じておく。これにより、コンプレッサ１の駆動にともなって当該コンプレッサ１の吸入側の冷媒圧が低下するので、メインコンデンサ２に寝込んでいたガス状および液状冷媒は、そのほとんどが冷媒回収管１０を通ってコンプレッサ１に吸引される。この冷媒回収を所定時間だけ行ったのち、電磁弁１１を開くと、コンプレッサ１から吐出された冷媒は、電磁弁９→逆止弁２１→サブコンデンサ３→リキッドタンク１５→膨張弁４→エバポレータ５→サブエバポレータ１９→電磁弁１１→アキュムレータ１６を通ってコンプレッサ１へ帰還する。これが暖房時に形成される暖房サイクルであり、エバポレータ５にて取り入れ空気が冷却されたのち、サブコンデンサ３にてこの冷風が加熱されるので、除湿暖房された低湿高温の空気が室内へ供給されることになる。
【００３５】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、コンプレッサの駆動にともない当該コンプレッサの吸入側の冷媒圧が低下し、室外コンデンサに寝込んだ冷媒が冷媒回収管を通ってコンプレッサに吸入されるので、暖房運転時における暖房サイクルの冷媒量を充分に確保することができ、暖房性能が高まることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートポンプ式空気調和装置の実施形態を示すブロック図（定常運転時）である。
【図２】本発明のヒートポンプ式空気調和装置の実施形態を示すブロック図（暖房運転起動時）である。
【図３】従来のヒートポンプ式空気調和装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…メインコンデンサ（室外コンデンサ）
３…サブコンデンサ（室内コンデンサ）
４…膨張弁（減圧手段）
５…室内エバポレータ
６…冷媒配管
７…バイパス管
８，９…電磁弁（冷媒流路切替手段）
１０…冷媒回収管
１１…電磁弁（開閉弁）
【図１】
0004056151.tif 000002
【図２】
0004056151.tif 000003
【図３】
0004056151.tif 000004