(57)【要約】【課題】冷媒加熱器を搭載し、この冷媒加熱器を熱源として利用することで暖房能力の向上及びデフロスト運転時の室内環境快適性の改善を図るとともに、冷房運転時の冷房能力改善も図ることを可能にした空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１００は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器７と、熱源側絞り装置６と、過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａと、利用側絞り装置４と、室内熱交換器３とを冷媒配管で順次接続した主冷媒回路と、過冷却熱交換器５と利用側絞り装置４との間から分岐し、バイパス用絞り装置８と、過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂと、冷媒加熱器９とを介して、圧縮機１の吸入側に接続したバイパス冷媒回路と、を形成していることを特徴とする。【選択図】図１
2009228979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、流路切替弁、室外熱交換器、熱源側絞り装置、過冷却熱交換器、バイパス用絞り装置、冷媒加熱器、室内熱交換器及び利用側絞り装置を搭載し、
前記圧縮機と、前記流路切替弁と、前記室外熱交換器と、前記熱源側絞り装置と、前記過冷却熱交換器の高圧側と、前記利用側絞り装置と、前記室内熱交換器とを冷媒配管で順次接続した主冷媒回路と、
前記過冷却熱交換器と前記利用側絞り装置との間から分岐し、前記バイパス用絞り装置と、前記過冷却熱交換器の低圧側と、前記冷媒加熱器とを介して、前記圧縮機の吸入側に接続したバイパス冷媒回路と、を形成している
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記冷媒加熱器を着脱自在に構成している
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】
前記圧縮機の吐出側配管を分岐し、開閉弁を介して前記熱源側絞り装置と前記室外熱交換器との間に接続したデフロスト冷媒回路を形成している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
冷媒の流通を一方方向のみに許容する第１逆止弁、第２逆止弁、第３逆止弁及び第４逆止弁を有し、
前記第２逆止弁と前記第３逆止弁との間における冷媒配管を前記熱源側絞り装置に接続させ、前記第１逆止弁と前記第２逆止弁との間における冷媒配管を前記過冷却熱交換器の入口側と接続させ、前記第３逆止弁と前記第４逆止弁との間における冷媒配管を前記過冷却熱交換器の出口側と接続させ、前記第１逆止弁と前記第４逆止弁との間における冷媒配管を前記利用側絞り装置に接続させている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記圧縮機及び前記冷媒加熱器が電気で駆動するものにおいて、
前記圧縮機と前記冷媒加熱器との合計電源入力値が予め定められている所定値以下となるように前記圧縮機及び前記冷媒加熱器の運転容量を調整している
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項６】
暖房運転時に、
前記冷媒加熱器を駆動させるとともに、前記バイパス用絞り装置の開度を前記圧縮機の吐出側過熱度又は吸入側過熱度が所定の値になるように制御する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか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、冷凍サイクルを利用してデフロスト運転が実行できる空気調和装置に関し、特に暖房運転時において冷凍サイクルを循環する冷媒の一部を冷媒加熱器を介して圧縮機の吸入側に供給するように構成した空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、室外熱交換器（熱源側熱交換器）に付着した霜を溶解するデフロスト運転（除霜運転）が実行できる空気調和装置が存在する。このような空気調和装置は、圧縮機と、負荷側熱交換器（室内熱交換器）と、熱源側絞り装置（減圧弁）と、室外熱交換器とを順次冷媒配管で接続した冷凍サイクルを有し、圧縮機に接続されている吐出側配管を分岐させて熱源側絞り装置と熱源側熱交換器との間に接続させたバイパス管を介して圧縮機からの吐出冷媒（ホットガス）を熱源側熱交換器に導くことでデフロスト運転を行なうようにしていることが多い。
【０００３】
しかしながら、上記のような空気調和装置では、熱源を空気に依存しているために、外気温度がマイナス１０℃以下（以下、低外気という）となるような寒冷地域での暖房運転時においてデフロスト運転を実行すると、暖房能力が不足がちとなってしまっていた。そこで、冷媒加熱器を搭載し、冷凍サイクルを循環する冷媒の一部を冷媒加熱器で気化させた後、圧縮機の吸入側へ供給することにより暖房能力の向上を図りつつ、冷媒加熱器を熱源として利用することでデフロスト運転を実行できるようにした冷媒加熱式の空気調和装置が提案されている。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４２４４３号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の空気調和装置は、冷媒加熱器を熱源として利用することによって、暖房能力及びデフロスト能力の向上を図るようにしたものである。しかしながら、複数台の室内機が接続されるような多室型の空気調和装置として利用される場合では、室内機と室外機とを接続する冷媒配管の長さが一般的に長くなってしまうため、冷房運転を実行する場合、室外機の出口での過冷却度が大きく取れず、冷房性能が低下してしまうという恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒加熱器を搭載し、この冷媒加熱器を熱源として利用することで暖房能力の向上及びデフロスト運転時の室内環境快適性の改善を図るとともに、冷房運転時の冷房能力改善も図ることを可能にした空気調和装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、流路切替弁、室外熱交換器、熱源側絞り装置、過冷却熱交換器、バイパス用絞り装置、冷媒加熱器、室内熱交換器及び利用側絞り装置を搭載し、前記圧縮機と、前記流路切替弁と、前記室外熱交換器と、前記熱源側絞り装置と、前記過冷却熱交換器の高圧側と、前記利用側絞り装置と、前記室内熱交換器とを冷媒配管で順次接続した主冷媒回路と、前記過冷却熱交換器と前記利用側絞り装置との間から分岐し、前記バイパス用絞り装置と、前記過冷却熱交換器の低圧側と、前記冷媒加熱器とを介して、前記圧縮機の吸入側に接続したバイパス冷媒回路と、を形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る空気調和装置によれば、冷房運転時においては過冷却熱交換器の作用で、冷媒を利用側絞り装置の前の段階まで液状態に保つことができ、安定した冷房運転が可能であり、冷房能力を確保することができるとともに、暖房運転時においては室外熱交換器側の冷媒循環量を減らすことができ、低外気時等のような室外熱交換器に着霜しやすい地域であっても暖房能力を確保することができる。また、デフロスト運転時においては冷媒加熱器でデフロストに必要な熱源をアシストするようになっているので、デフロスト運転の終了時間を短縮でき、かつ室内機側での寒さ感を低減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷房運転、暖房運転またはデフロスト運転を実行できるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００１０】
空気調和装置１００は、大きく分けて室外機（室外ユニットや熱源側ユニットと称される場合もある）９０と、室内機（室内ユニットや負荷側ユニットと称される場合もある）９１とで構成されている。この図１では、２台の室内機９１（室内機９１ａ及び室内機９１ｂ）が、室外機９０に並列に接続されている状態を例に示している。そして、室外機９０と室内機９１とは、冷媒配管である液配管１５と冷媒配管であるガス配管１６とで接続されて連絡している。なお、以下の説明において、室内機９１ａ及び室内機９１ｂをまとめて室内機９１と称する場合がある。
【００１１】
空気調和装置１００には、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器７と、熱源側絞り装置６と、過冷却熱交換器５の高圧側（高圧側配管５ａ）と、利用側絞り装置４（利用側絞り装置４ａ及び利用側絞り装置４ｂ）と、室内熱交換器３（室内熱交換器３ａ及び室内熱交換器３ｂ）とが搭載されており、これらを冷媒配管（液配管１５及びガス配管１６）で直列に順次接続して主冷媒回路が形成されている。この主冷媒回路を冷媒が循環することによって、空気調和装置１００は冷房運転（破線矢印）及び暖房運転（実線矢印）することができるようになっているのである。
【００１２】
また、空気調和装置１００には、バイパス用絞り装置８と、冷媒加熱器９とが搭載されており、バイパス用絞り装置８と、過冷却熱交換器５の低圧側（低圧側配管５ｂ）と、冷媒加熱器９とを、過冷却熱交換器５と利用側絞り装置４とを接続している液配管１５を分岐させ、圧縮機１の吸入側における吸入側配管に接続させた第１バイパス管２１で直列に順次接続したバイパス冷媒回路が形成されている。そして、室外機９０には、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器７、熱源側絞り装置６、過冷却熱交換器５、バイパス用絞り装置８及び冷媒加熱器９が搭載されており、室内機９１には、利用側絞り装置４及び室内熱交換器３が搭載されているものとする。
【００１３】
上述した各構成機器の機能について説明する。圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。四方弁２は、流路切替弁として機能し、冷房運転、暖房運転及びデフロスト運転を実行する際に冷媒の流れを切り替えるものである。図１では、暖房運転時には実線矢印で示す方向に冷媒を循環させ、冷房運転時及びデフロスト運転時には破線矢印で示す方向に冷媒を循環させるようになっている。
【００１４】
室外熱交換器７は、冷房運転時には凝縮器、暖房運転時には蒸発器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。熱源側絞り装置６は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この熱源側絞り装置６は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。過冷却熱交換器５は、冷媒同士で熱交換を行なうようになっている。バイパス用絞り装置８は、第１バイパス管２１に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。このバイパス用絞り装置８は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
【００１５】
つまり、主冷媒回路を流れる冷媒の一部を第１バイパス管２１を介してバイパス冷媒回路に流入させることによって、過冷却熱交換器５において、その内部に設けられている高圧側配管５ａを流れる冷媒（主冷媒回路を流れている冷媒）と、第１バイパス管２１の一部を構成している低圧側配管５ｂを流れる冷媒（主冷媒回路からバイパス冷媒回路に流入し、バイパス用絞り装置８で減圧され低温となった一部の冷媒）と、で熱交換を実行するようになっているのである。冷媒加熱器９は、過冷却熱交換器５の下流側に配置されており、第１バイパス管２１を導通している冷媒を加熱する機能を有している。なお、冷媒加熱器９は、冷媒を加熱できるもの、たとえばヒータや蒸気、温水、排熱ガス等を利用して冷媒を加熱できるもので構成するとよい。
【００１６】
室内熱交換器３は、冷房運転時には蒸発器、暖房運転時には凝縮器として機能し、図示省略の送風手段から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。利用側絞り装置４は、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この利用側絞り装置４は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。また、空気調和装置１００には、システム全体を統括制御する図示省略の制御手段が搭載されている。この制御手段は、圧縮機１の駆動周波数や、各絞り装置（熱源側絞り装置６、バイパス用絞り装置８及び利用側絞り装置４）の開度、四方弁２の切り替え等を制御するようになっている。
【００１７】
ここで、空気調和装置１００の動作について、冷媒の流れに対応させて説明する。
［冷房運転］
空気調和装置１００が冷房運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器７に流入する。この室外熱交換器７では、ガス冷媒が空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、室外熱交換器７から流出し、熱源側絞り装置６を経由して被冷却側配管として機能する過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する。つまり、高圧側配管５ａを導通する冷媒は、低圧側配管５ｂを流れる冷媒（バイパス用絞り装置８で減圧された低温・低圧の冷媒）によって過冷却度がつけられるようになっている。
【００１８】
過冷却度がつけられ、過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、主冷媒回路を循環するように室内機９１の利用側絞り装置４に流入する。利用側絞り装置４に流入した冷媒は、減圧されて低温・低圧の冷媒となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化する。つまり、冷媒が室内熱交換器３で空気から吸熱することで冷房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内機９１から流出し、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００１９】
一方、過冷却度がつけられ、過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように第１バイパス管２１に導かれてバイパス用絞り装置８に流入する。この冷媒は、バイパス用絞り装置８で若干減圧されてから冷却側配管として機能する過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する。低圧側配管５ｂを導通する冷媒は、高圧側配管５ａを流れる冷媒によって加熱されて蒸発する。この冷媒は、冷媒加熱器９を通過し、室内機９１から流出した冷媒と合流して圧縮機１に再度吸入されることになる。以上のように、冷房運転が行なわれる。
【００２０】
このように、空気調和装置１００では、過冷却熱交換器５において室内機９１に流入させる冷媒の過冷却度を確保でき、利用側絞り装置４に流入する前の段階においても冷媒を液状態のままで運転することができるようになっている。したがって、室内機９１と室外機９０とを接続している冷媒配管の長さが長くとも安定した冷房運転が実現でき、冷房能力を確保することができる。なお、冷房運転では、冷媒加熱器９を停止状態としておき、冷媒を加熱せずに単に通過するようなっているものとする。また、デフロスト運転時における冷媒の流れは、冷房運転時における冷媒の流れと基本的に同様である。
【００２１】
［暖房運転］
空気調和装置１００が暖房運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外機９０から流出し、ガス配管１６を流れて室内機９１内の室内熱交換器３に流入する。この室内熱交換器３では、ガス冷媒は、空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を利用側の空気に与えることで暖房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内熱交換器３から流出し、利用側絞り装置４で若干減圧される。
【００２２】
そして、この冷媒は、室内機９１から流出し、液配管１５を流れて室外機９０に流入する。室外機９０に流入した冷媒の一部は、主冷媒回路を循環するように気相の割合が多くなった状態で過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通し、過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する冷房によって過冷却度がつけられる。過冷却熱交換器５で過冷却度がつけられた冷媒は、熱源側絞り装置６で減圧されて低圧・低温の冷媒となり、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化してガス冷媒となり、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００２３】
一方、室外機９０に流入した冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように気相の割合が多くなった状態で第１バイパス管２１に導かれ、バイパス用絞り装置８で減圧されてから過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する。低圧側配管５ｂを導通する冷媒は、高圧側配管５ａを流れる冷媒によって加熱されて蒸発する。この冷媒は、冷媒加熱器９を通過する際に更に加熱されて蒸発し、室外熱交換器７から流出した冷媒と合流して圧縮機１に再度吸入されることになる。以上のように、暖房運転が行なわれる。このときの制御は、図示していないが、圧縮機１の吐出側過熱度（＝吐出温度−凝縮温度）又は圧縮機１の吸入側過熱度（＝吸入温度−蒸発温度）を検知し、所定の値、たとえば吐出側加熱度１０〜２０℃、吸入側過熱度２〜１５℃になるようにバイパス用絞り装置８の開度を可変させる。この所定の値は、圧縮機１の特性ごとに異なるので、ここで示した値に限定するものではない。
【００２４】
このように、空気調和装置１００では、過冷却熱交換器５に流入する上流側で冷媒を主冷媒回路側とバイパス冷媒回路側とに分離し、室外熱交換器７に流入する冷媒量を減少させることができるようになっている。したがって、低外気となるような寒冷地域（つまり、室外熱交換器７に霜が付着しやすい地域）での暖房運転時においても、安定した暖房運転が実現でき、暖房能力を確保することができる。なお、暖房運転では、冷媒加熱器９を駆動させ、冷媒加熱器９を通過する冷媒を加熱するようなっているものとする。  
【００２５】
図２は、暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。図２に基づいて、空気調和装置１００の暖房運転について詳細に説明する。図２では、縦軸が絶対圧力（Ｐ）を、横軸が比エンタルピ（Ｈ）をそれぞれ示している。また、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。なお、冷媒の種類は、図２のモリエル線図で示す冷媒に限定するものではない。たとえば、二酸化炭素や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、４１０Ａや４０７Ｃ、４０４Ａ、Ｒ３２、Ｒ１２５などの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
【００２６】
室内機９１の室内熱交換器３を流出した液冷媒は、利用側絞り装置４がほぼ全開の状態で若干減圧される（点ａ）。この冷媒の一部は、主冷媒回路を循環するように過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通し、過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する冷房によって冷却される（点ｂ）。過冷却度がつけられた冷媒は、熱源側絞り装置６に流入して減圧される（点ｆ）。熱源側絞り装置６から流出した冷媒は、室外熱交換器７に流入し、空気と熱交換することで蒸発する（点ｅ）。
【００２７】
一方、利用側絞り装置４で若干減圧された冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように第１バイパス管２１に導かれ、バイパス用絞り装置８に流入する。この冷媒は、バイパス用絞り装置８で中間圧の状態にまで減圧される（点ｃ）。減圧された冷媒は、過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通し、高圧側配管５ａを流れる冷媒によって加熱されて蒸発する（点ｄ）。この冷媒は、冷媒加熱器９で更に加熱されて蒸発する（点ｅ）。ここで、室外熱交換器７を流出した冷媒と、第１バイパス管２１を導通し冷媒加熱器９を流出した冷媒と、が合流し（点ｅ）、圧縮機１に再度吸入される。この冷媒は、圧縮機１で圧縮されて高温・高圧の状態となり、圧縮機１から吐出される（点ｇ）。
【００２８】
［デフロスト運転］
図３は、デフロスト運転時における冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。図３に基づいて、空気調和装置１００のデフロスト運転について詳細に説明する。図３では、縦軸が絶対圧力（Ｐ）を、横軸が比エンタルピ（Ｈ）をそれぞれ示している。また、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。なお、冷媒の種類は、図３のモリエル線図で示す冷媒に限定するものではない。
【００２９】
空気調和装置１００がデフロスト運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒（点ｇ）は、四方弁２を経由して室外熱交換器７に流入する。この室外熱交換器７では、ガス冷媒が空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる（点ａ）。このとき、室外熱交換器７に付着した霜を溶解している。この液冷媒は、室外熱交換器７から流出し、熱源側絞り装置６を経由して被冷却側配管として機能する過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する。つまり、高圧側配管５ａを導通する冷媒は、低圧側配管５ｂを流れる冷媒（バイパス用絞り装置８で減圧された低温・低圧の冷媒）によって冷却される（点ｂ）。
【００３０】
過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、主冷媒回路を循環するように室内機９１の利用側絞り装置４に流入する。利用側絞り装置４に流入した冷媒は、減圧されて低温・低圧の冷媒（点ｆ）となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化する（点ｅ）。この冷媒は、室内機９１から流出し、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。この冷媒は、圧縮機１で圧縮されて高温・高圧の状態となり、圧縮機１から吐出される（点ｇ）。
【００３１】
一方、過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように第１バイパス管２１に導かれてバイパス用絞り装置８に流入する。この冷媒は、バイパス用絞り装置８で中間圧の状態にまで減圧される（点ｃ）。減圧された冷媒は、過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通し、高圧側配管５ａを流れる冷媒によって加熱されて蒸発する（点ｄ）。この冷媒は、冷媒加熱器９で更に加熱されて蒸発する（点ｅ）。ここで、室外熱交換器７を流出した冷媒と、第１バイパス管２１を導通し冷媒加熱器９を流出した冷媒と、が合流し（点ｅ）、圧縮機１に再度吸入される。この冷媒は、圧縮機１で圧縮されて高温・高圧の状態となり、圧縮機１から吐出される（点ｇ）。以上のように、デフロスト運転が行なわれる。
【００３２】
このように、空気調和装置１００では、過冷却熱交換器５において室内機９１に流入させる冷媒の過冷却度を確保でき、利用側絞り装置４に流入する前の段階においても冷媒を液状態のままで運転することができるようになっている。したがって、室内機９１と室外機９０とを接続している冷媒配管の長さが長くとも安定した冷房運転が実現でき、冷房能力を確保することができる。なお、冷房運転では、冷媒加熱器９を停止状態としておき、冷媒を加熱せずに単に通過するようなっているものとする。また、デフロスト運転時における冷媒の流れは、冷房運転時における冷媒の流れと基本的に同様である。
【００３３】
以上のように空気調和装置１００が構成されているので、冷房運転時においては過冷却熱交換器５の作用で、冷媒を利用側絞り装置４の前の段階まで液状態に保つことができ、安定した冷房運転が可能であり、冷房能力を確保することができるとともに、暖房運転時においては室外熱交換器７側の冷媒循環量を減らすことができ、低外気時等のような室外熱交換器７に着霜しやすい地域であっても暖房能力を確保することができる。また、デフロスト運転時においては冷媒加熱器９でデフロストに必要な熱源をアシストするようになっているので、デフロスト運転の終了時間を短縮でき、かつ室内機９１側での寒さ感を低減することもできる。
【００３４】
図１では、冷媒加熱器９が第１バイパス管２１に取り付けられている場合を例に説明したが、着脱自在に第１バイパス管２１に取り付けられるように構成することもできる。ここで、冷媒加熱器９を取り付けていない場合の空気調和装置１００の動作について説明する。冷媒加熱器９が取り付けられていない場合の空気調和装置１００が実行する冷房運転は、上述した冷媒加熱器９を動作させない場合と同様に実行される。そこで、冷媒加熱器９が取り付けられていない場合の空気調和装置１００が実行する暖房運転及びデフロスト運転を中心に説明する。
【００３５】
［暖房運転］
空気調和装置１００が暖房運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外機９０から流出し、ガス配管１６を流れて室内機９１内の室内熱交換器３に流入する。この室内熱交換器３では、ガス冷媒は、空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を利用側の空気に与えることで暖房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内熱交換器３から流出し、利用側絞り装置４で若干減圧される。
【００３６】
そして、この冷媒は、室内機９１から流出し、液配管１５を流れて室外機９０に流入する。室外機９０に流入した冷媒は、主冷媒回路を循環するように気相の割合が多くなった状態で過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを通過する。このとき、バイパス用絞り装置８を閉状態とし、第１バイパス管２１に冷媒を導通させないようにしている。したがって、室外機９０に流入した冷媒の全量が過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通するようになっている。過冷却熱交換器５を通過した冷媒は、熱源側絞り装置６で減圧されて低圧・低温の冷媒となり、室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化してガス冷媒となり、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００３７】
［デフロスト運転］
デフロスト運転は、冷房運転の場合と基本的に同様である。空気調和装置１００がデフロスト運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器７に流入する。この室外熱交換器７では、ガス冷媒が空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。このとき、室外熱交換器７に付着した霜を溶解している。この液冷媒は、室外熱交換器７から流出し、熱源側絞り装置６を経由して被冷却側配管として機能する過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する。
【００３８】
この場合も、バイパス用絞り装置８を閉状態とし、第１バイパス管２１に冷媒を導通させないようにしている。過冷却熱交換器５から流出した冷媒は、主冷媒回路を循環するように室内機９１の利用側絞り装置４に流入する。利用側絞り装置４に流入した冷媒は、減圧されて低温・低圧の冷媒となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化する。この冷媒は、室内機９１から流出し、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００３９】
以上のように、冷媒加熱器９を着脱自在としておけば、温暖地域等のようにデフロスト運転を頻繁に実行しないような地域（つまり、室外熱交換器７に霜が付着しにくい地域）では、冷媒加熱器９を取り外しておくことができ、寒冷地域等のようにデフロスト運転を頻繁に実行する地域では、冷媒加熱器９を取り付けることができるので、空気調和装置１００が設置される地域の特性を生かした暖房性能を確保することができる。また、当初、冷媒加熱器９がない状態で導入した既設物件であっても、冷媒加熱器９を容易に追加することができる。つまり、デフロスト運転を頻繁に実行する必要性が生じたときに、冷媒加熱器９を容易に後付可能なので、ユーザニーズに対応できるともに、快適性の改善もできる。
【００４０】
実施の形態２.
図４は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置２００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図４に基づいて、空気調和装置２００の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置２００は、空気調和装置１００と同様に冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転、暖房運転またはデフロスト運転を実行できるものである。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００４１】
この空気調和装置２００の基本的な冷媒回路構成は、実施の形態１に係る空気調和装置１００と同様であるが、空気調和装置２００に搭載される室外機９０ａには、室外機９０の各構成機器に加えてデフロスト冷媒回路が設けられている点で相違している。このデフロスト冷媒回路は、圧縮機１に接続されている吐出側配管を分岐し、熱源側絞り装置６と室外熱交換器７との間における冷媒配管に接続させる第２バイパス管２２を設けることで形成されている。また、第２バイパス管２２には、開閉制御されて冷媒を導通したりしなかったりする開閉弁１２を設置している。
【００４２】
ここで、空気調和装置２００の動作について、冷媒の流れに対応させて説明する。なお、空気調和装置２００が実行する冷房運転及び暖房運転は、上述した実施の形態１と同様に実行される。ただし、空気調和装置２００が冷房運転または暖房運転を実行する際には、デフロスト冷媒回路に冷媒が流入しないように、第２バイパス管２２に設置されている開閉弁１２を閉状態に制御しておくものとする。そこで、空気調和装置２００が実行するデフロスト運転（図４に示す実線矢印）を中心に説明する。
【００４３】
［デフロスト運転］
空気調和装置２００がデフロスト運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒の一部は、デフロスト冷媒回路を循環するように吐出側配管から分岐されている第２バイパス管２２を導通する。このとき、開閉弁１２が開状態に、熱源側絞り装置６が閉状態にそれぞれ制御されているために、第２バイパス管２２を導通する冷媒は、開閉弁１２を経由して室外熱交換器７に流入する。この室外熱交換器７では、ガス冷媒が空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。このとき、室外熱交換器７に付着した霜を溶解している。この液冷媒は、室外熱交換器７から流出し、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００４４】
一方、圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒の一部は、四方弁２を経由して室外機９０ａから流出し、ガス配管１６を流れて室内機９１内の室内熱交換器３に流入する。この室内熱交換器３では、ガス冷媒は、空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を利用側の空気に与えることで暖房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内熱交換器３から流出し、利用側絞り装置４で減圧される。利用側絞り装置４で減圧された冷媒は、熱源側絞り装置６が閉状態に制御されているために、第１バイパス管２１を導通することになる。
【００４５】
つまり、主冷媒回路を導通していた冷媒の全量が、第１バイパス管２１を介してバイパス冷媒回路を導通することになるのである。第１バイパス管２１を導通する冷媒は、バイパス用絞り装置８及び過冷却熱交換器５を通過し、冷媒加熱器９に流入する。冷媒加熱器９に流入した冷媒は、冷媒加熱器９を通過する際に加熱されて蒸発し、室外熱交換器７から流出した冷媒と合流して圧縮機１に再度吸入されることになる。以上のように、デフロスト運転が行なわれる。
【００４６】
以上のように空気調和装置２００が構成されているので、暖房運転または冷房運転では実施の形態１と同様の効果を得ることができ、デフロスト運転では室外熱交換器７の除霜を行うと同時に室内機９１での暖房運転が可能となる。したがって、空気調和装置２００では、室内機９１の設置されている室内の温度を低下させずに、デフロスト運転が実行できるので、快適性を更に向上させたものとなっている。なお、冷媒加熱器９を着脱自在としておけば、空気調和装置２００が設置される地域の特性を生かした暖房性能を確保することができ、ユーザニーズに対応できるともに、快適性の改善もできる。
【００４７】
実施の形態３.
図５は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置３００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図５に基づいて、空気調和装置３００の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置３００は、空気調和装置１００及び空気調和装置２００と同様に冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して、冷房運転、暖房運転またはデフロスト運転を実行できるものである。なお、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
【００４８】
この空気調和装置３００の冷媒回路構成は、室外機９０ｂにブリッジ回路１４が設けられている点で実施の形態１に係る空気調和装置１００の室外機９０と相違し、デフロスト冷媒回路が設けられていない点で実施の形態２に係る空気調和装置２００の室外機９０ａと相違している。このブリッジ回路１４には、４つの逆止弁（第１逆止弁１３ａ、第２逆止弁１３ｂ、第３逆止弁１３ｃ及び第４逆止弁１３ｄ）が冷媒配管で接続されて設けられている。各逆止弁は、冷媒の流通を一方方向のみに許容する機能を有している。
【００４９】
このブリッジ回路１４は、第２逆止弁１３ｂと第３逆止弁１３ｃとの間における冷媒配管で熱源側絞り装置６と接続し、第１逆止弁１３ａと第２逆止弁１３ｂとの間における冷媒配管及び第３逆止弁１３ｃと第４逆止弁１３ｄとの間における冷媒配管で過冷却熱交換器５と接続し、第１逆止弁１３ａと第４逆止弁１３ｄとの間における冷媒配管で利用側絞り装置４と接続している。すなわち、ブリッジ回路１４は、冷房運転時及び暖房運転時における過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する冷房を一方方向のみに流通するようにしているのである。
【００５０】
ここで、空気調和装置３００の動作について、冷媒の流れに対応させて説明する。なお、空気調和装置３００が実行するデフロスト運転は、上述した実施の形態１及び実施の形態２と同様に実行される。そこで、空気調和装置３００が実行する冷房運転及び暖房運転を中心に説明する。空気調和装置３００は、ブリッジ回路１４を設けることで、高圧側配管５ａを導通する冷媒と、低圧側配管５ｂを導通する冷媒とが冷房運転または暖房運転のいずれでも対向流となるようになっている。つまり、実施の形態１及び実施の形態２の過冷却熱交換器５では、暖房運転時には対向流となるが、冷房運転時には並向流となっているため、実施の形態３の過冷却熱交換器５では、冷房運転または暖房運転にかかわらず対向流として熱交換効率を向上させるようになっている。
【００５１】
［冷房運転］
空気調和装置３００が冷房運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外熱交換器７に流入する。この室外熱交換器７では、ガス冷媒が空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、室外熱交換器７から流出し、熱源側絞り装置６を経由してブリッジ回路１４に流入する。ブリッジ回路１４に流入した冷媒は、第２逆止弁１３ｂを通過し、過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する。高圧側配管５ａを導通する冷媒は、低圧側配管５ｂを流れる冷媒と対向流となっており、その冷媒によって過冷却度がつけられるようになっている。
【００５２】
過冷却度がつけられ、過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、ブリッジ回路１４に再度流入し、第４逆止弁１３ｄを通過してから主冷媒回路を循環するように室内機９１の利用側絞り装置４に流入する。利用側絞り装置４に流入した冷媒は、減圧されて低温・低圧の冷媒となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３に流入した冷媒は、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化する。つまり、冷媒が室内熱交換器３で空気から吸熱することで冷房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内機９１から流出し、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００５３】
一方、過冷却度がつけられ、過冷却熱交換器５から流出した冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように第１バイパス管２１に導かれてバイパス用絞り装置８に流入する。この冷媒は、バイパス用絞り装置８で若干減圧されてから過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する。低圧側配管５ｂを導通する冷媒は、高圧側配管５ａを流れる冷媒と対向流となっており、その冷媒によって加熱されて蒸発する。この冷媒は、冷媒加熱器９を通過し、室内機９１から流出した冷媒と合流して圧縮機１に再度吸入されることになる。以上のように、冷房運転が行なわれる。
【００５４】
［暖房運転］
空気調和装置３００が暖房運転を開始すると、まず圧縮機１が駆動される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して室外機９０から流出し、ガス配管１６を流れて室内機９１内の室内熱交換器３に流入する。この室内熱交換器３では、ガス冷媒は、空気に放熱しながら凝縮液化し、低温・高圧の液冷媒となる。つまり、冷媒に蓄えられていた熱を利用側の空気に与えることで暖房運転を行なうようになっている。この冷媒は、室内熱交換器３から流出し、利用側絞り装置４で若干減圧される。
【００５５】
そして、この冷媒は、室内機９１から流出し、液配管１５を流れて室外機９０ｂに流入する。室外機９０ｂに流入した冷媒は、ブリッジ回路１４に流入する。ブリッジ回路１４に流入した冷媒は、第１逆止弁１３ａを通過し、過冷却熱交換器５の高圧側配管５ａを導通する。高圧側配管５ａを導通する冷媒は、低圧側配管５ｂを流れる冷媒と対向流となっており、その冷媒によって過冷却度がつけられるようになっている。過冷却熱交換器５で過冷却度がつけられた冷媒の一部は、ブリッジ回路１４に再度流入し、第３逆止弁１３ｃを通過してから主冷媒回路を循環するように熱源側絞り装置６で減圧されてから室外熱交換器７に流入し、空気と熱交換することによって、蒸発ガス化してガス冷媒となり、四方弁２を経由した後、圧縮機１に再度吸入されることになる。
【００５６】
一方、過冷却熱交換器５で過冷却度がつけられた冷媒の一部は、バイパス冷媒回路を循環するように気相の割合が多くなった状態で第１バイパス管２１に導かれ、バイパス用絞り装置８で減圧されてから過冷却熱交換器５の低圧側配管５ｂを導通する。低圧側配管５ｂを導通する冷媒は、高圧側配管５ａを流れる冷媒と対向流となっており、その冷媒によって加熱されて蒸発する。この冷媒は、冷媒加熱器９を通過する際に更に加熱されて蒸発し、室外熱交換器７から流出した冷媒と合流して圧縮機１に再度吸入されることになる。以上のように、暖房運転が行なわれる。
【００５７】
以上のように空気調和装置３００が構成されているので、暖房運転または冷房運転では実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果を得ることができる。また、暖房運転または冷房運転のどちらにおいても過冷却熱交換器５内を導通する冷媒を対向流とすることができるので、熱交換効率を向上させることができ、省エネに寄与することにもなる。なお、冷媒加熱器９を着脱自在としておけば、空気調和装置３００が設置される地域の特性を生かした暖房性能を確保することができ、ユーザニーズに対応できるともに、快適性の改善もできる。また、実施の形態２のようにデフロスト冷媒回路を設けるようにしてもよい。
【００５８】
ここで、実施の形態１に係る空気調和装置１００、実施の形態２に係る空気調和装置２００及び実施の形態３に係る空気調和装置３００の制御方法の一例について説明する。なお、以下の説明において、空気調和装置１００、空気調和装置２００及び空気調和装置３００を空気調和装置と称するものとする。暖房運転を実行している際やデフロスト運転を実行している際、圧縮機１と冷媒加熱器９とが同時に駆動する場合がある。このとき、冷媒加熱器９が電気ヒータ等の入力が電気式であるとすると、通常、空気調和装置への供給電源容量の上限が定められ、上限を超えた場合にはブレーカーやヒューズ等の遮断機で供給電源が遮断されることになる。
【００５９】
したがって、冷媒加熱器９への電源入力値を単に増加してしまうと遮断機が作動する可能性が高くなる。そこで、空気調和装置では、圧縮機１と冷媒加熱器９との合計入力値が予め定められている所定の値以下となるように圧縮機１及び冷媒加熱器９の運転容量を調整、つまり圧縮機１の回転数及び冷媒加熱器９の入力値を制御することにしている。このように制御すれば、電源容量を加味して合計入力を所定の値以下に制御することによって、遮断機等で供給電源が遮断されることなく、空気調和装置の連続運転が可能となる。圧縮機１の回転数と、室内、室外温度から推定される圧縮機電流値又は圧縮機１の入力を電流センサで計測した圧縮機電流値と、現地最大電流容量とから上記圧縮機電流値を引いた値が冷媒加熱器９の許容電流値となり、この値を越えないようにサイリスタ制御器等のヒータ電流容量可変手段を調節すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
【図２】暖房運転時における冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。
【図３】デフロスト運転時における冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。
【図４】実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
【図５】実施の形態３に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  圧縮機、２  四方弁、３  室内熱交換器、３ａ  室内熱交換器、３ｂ  室内熱交換器、４  利用側絞り装置、４ａ  利用側絞り装置、４ｂ  利用側絞り装置、５  過冷却熱交換器、５ａ  高圧側配管、５ｂ  低圧側配管、６  熱源側絞り装置、７  室外熱交換器、８  バイパス用絞り装置、９  冷媒加熱器、１２  開閉弁、１３ａ  第１逆止弁、１３ｂ  第２逆止弁、１３ｃ  第３逆止弁、１３ｄ  第４逆止弁、１４  ブリッジ回路、１５  液配管、１６  ガス配管、２１  第１バイパス管、２２  第２バイパス管、９０  室外機、９０ａ  室外機、９０ｂ  室外機、９１  室内機、９１ａ  室内機、９１ｂ  室内機、１００  空気調和装置、２００  空気調和装置、３００  空気調和装置。
【図１】
2009228979.tif 000003
【図２】
2009228979.tif 000004
【図３】
2009228979.tif 000005
【図４】
2009228979.tif 000006
【図５】
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