(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２シリンダーを有する圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を順次連通させて冷凍サイクルを構成し、上記四方弁からの冷媒を各シリンダーに導く各吸込み配管を備えた、冷暖可能な空気調和機において、上記室内熱交換器と上記減圧装置との間と上記吸込み配管の一方とを連通させるバイパス路と、このバイパス路に順次介設される二方弁および蓄熱材が充填された蓄熱槽内に配置された吸熱熱交換器と、暖房運転の除霜時、上記減圧装置である開度が可変可能な電子式膨張弁の開度を大きく開き、上記室内熱交換器を出た冷媒をほとんど減圧せずに上記室外熱交換器に導くと同時に、上記室内熱交換器からの冷媒の一部を上記吸熱熱交換器に導くように上記二方弁を開く制御装置と、を有することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
制御装置は、除霜運転時に、室内熱交換器に具備された室内ファンを運転させる一方、室外熱交換器に具備された室外ファンを停止させる手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
制御装置は、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に除霜運転を開始させると共に、その除霜運転開始の所定時間前に、上記バイパス路の二方弁を開く手段を具備していることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２シリンダーを有する圧縮機を具備したヒートポンプ式空気調和機に係り、特に、暖房運転時の除霜方式を改良した空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のヒートポンプ式空気調和機の除霜方式の一例としては、冷凍サイクルの吸熱側と放熱側とを切り換えて高温高圧の吐出冷媒を室外熱交換器に導いて除霜するリバース方式や膨張弁を全開させて室内熱交換器からの冷媒を減圧せずに室外熱交換器に導いて除霜する膨張弁全開方式などがある。
【０００３】
また、これに加えて、除霜時の吸熱源として蓄熱源を用い、除霜に必要な全ての熱量を蓄熱源のみで賄う除霜方式もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなリバース除霜方式や膨張弁全開除霜方式のみによる除霜では、除霜に使用する熱量が冷凍サイクル、特に圧縮機が運転中に保有した熱量のみを利用するしかないので、この熱量の減少に伴って除霜能力が次第に低下してしまうという課題がある。
【０００５】
また、除霜時の吸熱源として蓄熱源を用いる空気調和機では、除霜に必要な全ての熱量を蓄熱源のみで賄うために、運転効率を考えた場合、多量の熱量を蓄熱しておくために蓄熱槽の大型重量化を招くという課題がある。
【０００６】
そこで本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、蓄熱吸熱と外気吸熱とを併用することにより、除霜時間が従来方式の場合よりも短く、しかも、蓄熱槽の小型軽量化とを共に図ることができる空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の空気調和機は、２シリンダーを有する圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を順次連通させて冷凍サイクルを構成し、上記四方弁からの冷媒を各シリンダーに導く各吸込み配管を備えた、冷暖可能な空気調和機において、上記室内熱交換器と上記減圧装置との間と上記吸込み配管の一方とを連通させるバイパス路と、このバイパス路に順次介設される二方弁および蓄熱材が充填された蓄熱槽内に配置された吸熱熱交換器と、暖房運転の除霜時、上記減圧装置である開度が可変可能な電子式膨張弁の開度を大きく開き、上記室内熱交換器を出た冷媒をほとんど減圧せずに上記室外熱交換器に導くと同時に、上記室内熱交換器からの冷媒の一部を上記吸熱熱交換器に導くように上記二方弁を開く制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、暖房運転の除霜時、制御装置により電子式膨張弁の開度が大きく開かれるので、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器を経由してから、その殆どが電子式膨張弁により殆ど減圧されずに室外熱交換器内に大量に流入し、ここでさらに放熱して室外熱交換器の着霜を除霜する。このために、暖房を続行しつつ除霜することができるので、暖房効率を向上させることができるうえに、除霜時間を短縮することができる。
【０００９】
また、この除霜時、室内熱交換器で放熱する一方で液化した液冷媒は、制御装置により開かれた二方弁とバイパス路により案内されて吸熱熱交換器内に導入され、ここで蓄熱材より吸熱して気化して昇温してから再び圧縮機の吸込み側に戻され、圧縮機に熱を供給する。このために、圧縮機の保有熱の減少を抑制できる。
【００１０】
したがって、この発明によれば、高温高圧のガス冷媒により室外熱交換器を除霜する外気吸熱サイクルと、液冷媒の一部が蓄熱材から吸熱して気化し、昇温する蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、圧縮機の保有熱の減少を抑制でき、いわゆる膨張弁全開除霜方式のみによる場合よりも除霜時間を短縮させることができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【００１１】
請求項２の発明の空気調和機は、制御装置は、除霜運転時に、室内熱交換器に具備された室内ファンを運転させる一方、室外熱交換器に具備された室外ファンを停止させる手段を具備していることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、その除霜時、室内ファンを運転するので、室内熱交換器で放熱する高温高圧のガス冷媒の放熱により室内空気を加熱して室内へ送風するので、暖房運転を継続することができる。
【００１３】
また、この除霜時、室外ファンの運転を停止するので、室外熱交換器の放熱を室外ファンの運転により温風として外気へ送風させずに、専ら除霜に利用することができるので、除霜効率を向上させることができる。
【００１４】
請求項３の発明の空気調和機は、制御装置は、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に除霜運転を開始させると共に、その除霜運転開始の所定時間前に、二方弁を開く手段を具備していることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、請求項１の発明の作用効果に加えて、制御装置は、除霜運転を、暖房運転開始時もしくは前回除霜終了時から所定時間経過後に開始させるが、これらの除霜運転開始の所定時間前の暖房運転時にはバイパス路の二方弁を予め開くので、室内熱交換器からの液冷媒の一部は開弁中の二方弁により案内されて、バイパス路を通って吸熱熱交換器に流入し、ここで蓄熱材から吸熱してガス化すると共に昇温して圧縮機の吸込み側に戻され、圧縮機に熱を供給する。このために、圧縮機の保有熱の減少を除霜開始の前から抑制しておくことができるので、除霜開始前に圧縮機の保有熱を一定量増加させることができ、除霜時の保有熱の急激な減少を抑制することができる。したがって、除霜時間を一段と短縮させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。なお、これらの図中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００１７】
図１は本発明の第１の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図であり、空気調和機１は冷媒をそれぞれ個別に圧縮する２シリンダー２ａ，２ｂを内蔵している圧縮機２に、四方弁３、室内ファン４を具備している室内熱交換器５、減圧装置である電子式膨張弁６、室外ファン８を具備している室外熱交換器９、上記各シリンダー２ａ，２ｂの吸込み側に各吸込み配管１０，１１を介してそれぞれ接続された第１のサクションカップ１２を、冷媒配管１３により順次接続して冷媒を循環させる閉ループを構成している。
【００１８】
そして、室内熱交換器５と電子式膨張弁６との間の冷媒配管１３の途中と、一方の吸込み配管１１の逆止弁１３の下流側とを、バイパス路をなすバイパス管１５により連結している。
【００１９】
バイパス管１５の途中には、図中実線矢印で示す除霜運転時の冷媒の流れ方向上流側から下流側に向けて、二方弁１６、キャピラリチューブ１７、蓄熱材１８を充填した蓄熱槽である蓄熱タンク１９内に配設された吸熱熱交換器２０、第２のサクションカップ２１を順次介装している。
【００２０】
なお、一方の吸込み配管１１にはバイパス管１５から第１のサクションカップ１２への冷媒の逆流を阻止する逆止弁１４が介装されている。
【００２１】
そして、制御装置２２は、四方弁３、電子式膨張弁６、二方弁１６にそれぞれ電気的に接続されており、四方弁３を切換制御して冷媒を、図中点線矢印方向に循環させることにより通常の暖房運転を行なう一方、暖房運転と逆方向に冷媒を循環させることにより冷房運転を行ない、さらに、暖房時の除霜運転を冷房運転と同じサイクルで図中実線矢印方向に冷媒を循環させて行なう運転モード切換手段を有する。
【００２２】
また、制御装置２２は暖房運転開始時、もしくは暖房運転中前回除霜終了時から一定時間経過後に除霜運転を開始させるようになっている。
【００２３】
さらに、制御装置２２は、電子式膨張弁６の開度を制御することにより冷媒流量を制御すると共に、二方弁１６を開弁させる二方弁制御手段を有する。
【００２４】
つまり、制御装置２２は次の表１に示すように運転モードに従って各アクチュエータを制御するようになっている。
【００２５】
【表１】
0003809875.tif 000002
【００２６】
したがって、図示しないリモコン等により暖房運転モードが選択操作されると、制御装置２２により四方弁３がオン（通電）されると共に、二方弁１６が閉弁され、室内ファン４と室外ファン８が運転される。このために、冷媒は冷凍サイクルを図中破線矢印方向に循環する。つまり、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁３により案内されて室内熱交換器５内に導入され、ここで放熱して外気と熱交換して温風が室内ファン４により室内へ送風されて暖房を行なう。
【００２７】
そして、室内熱交換器５内で放熱する一方で凝縮して液化した液冷媒は電子式膨張弁６とキャピラリチューブ並列回路７とでそれぞれ減圧されてから室内熱交換器９内に流入し、ここで蒸発して外気から吸熱してガス化し、室外ファン８の送風により、その熱交換が促進され、さらに、第１のサクションカップ１２で気液分離されてからガス冷媒が圧縮機２の各シリンダー２ａ，２ｂへ吸い込まれる。
【００２８】
このような暖房運転中、室外熱交換器９は液冷媒の蒸発潜熱と外気とにより冷却されるので、その外面に着霜が発生する。
【００２９】
そこで、暖房運転開始時および前回除霜運転終了時から暖房運転が所定時間継続したとき、もしくは図示しないセンサーにより除霜開始が検知されたときに、四方弁３がオフに切り換えられると共に、二方弁１６が開弁され、室内，外ファン４，８の運転が共に停止される。
【００３０】
したがって、圧縮機２の２シリンダー２ａ，２ｂにより圧縮された高温高圧のガス冷媒は冷凍サイクルを図１中実線矢印方向に循環し、いわゆる外気吸熱サイクルであるリバース除霜運転が開始される。
【００３１】
このために、圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒が四方弁３により案内されて室外熱交換器９内に導入され、ここで放熱して室外熱交換器９の着霜を除霜する。このとき、室外ファン８の運転は停止しているので、室外熱交換器９の放熱を専ら除霜に利用することができる。
【００３２】
そして、室外熱交換器９に導入されたガス冷媒は放熱して液化し、この液冷媒は電子式膨張弁６により減圧されると共に流量が制御されてから、開弁中の二方弁１６側と室内熱交換器５側とに分流される。
【００３３】
室内熱交換器５内に流入した液冷媒は室内熱交換器５内で蒸発して気化し、外気から吸熱するが、室内ファン４の運転は停止しているので、冷風が室内へ送風されることはない。
【００３４】
そして、室内熱交換器５内で気化したガス状冷媒は四方弁３に案内されて、第１のサクションカップ１２で気液分離されてから、２本の吸込み管１０，１１を通って再び圧縮機２の各シリンダー２ａ，２ｂの吸込み側へ戻され、圧縮機２の保有熱を吸熱する。
【００３５】
一方、開弁中の二方弁１６側へ分流した液冷媒の一部はバイパス管１５に案内されてキャピラリチューブ１５内に流入し、ここで減圧されてから吸熱熱交換器２０内に導入される。ここで、液冷媒は蓄熱タンク１９内に充填されている蓄熱材１８から吸熱して気化すると共に昇温し、さらに、第２のサクションカップ２１で気液分離されてから再び圧縮機２の一方のシリンダー，例えば２ｂの吸込み側へ戻され、圧縮機２に熱を供給する。
【００３６】
したがって、除霜による圧縮機２の保有熱の急激な減少を抑制することができると共に、液冷媒の一部を蓄熱材１９から吸熱させるので、外気温が低い場合でも除霜することができる。
【００３７】
また、この除霜運転によれば、外気吸熱サイクルであるいわゆるリバース除霜サイクルと、液冷媒の一部が蓄熱材１８から吸熱して気化し、昇温する蓄熱吸熱サイクルとを同時に使用するので、従来のリバース除霜サイクルのみを使用する場合に比して除霜を早く終了させることができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみにより除霜する従来例に比して蓄熱タンク１９の小型軽量化を図ることができる。
【００３８】
さらに、液冷媒の一部が蓄熱材１８より吸熱して気化してから圧縮機２の吸込み側へ戻されるので、液バックを防止ないし低減することができる。
【００３９】
次の表２は図示しないタイマーにより暖房運転の継続の経過を計時したときに、上記リバース除霜運転を開始させる場合に、その除霜開始の所定時間前から二方弁１６を予め開弁させておく場合の制御装置２２による制御例の一例を示す。
【００４０】
【表２】
0003809875.tif 000003
【００４１】
この制御方法によれば、除霜開始の所定時間前から二方弁１６を予め開弁させておくので、この二方弁１６の開弁により蓄熱タンク１９の吸熱熱交換器２０に導入される冷媒に蓄熱材１８からの吸熱を前もって所定時間行なうことにより、この蓄熱を圧縮機２に供給し、除霜開始前に圧縮機２の保有熱を一定量増加させることができる。このために、除霜による圧縮機２の保有熱の急激に減少を抑制することができるので、除霜時間をさらに短縮することができる。
【００４２】
図２は本発明の第２の参考例に係る空気調和機１Ａの冷凍サイクル図であり、この空気調和機１Ａは、図１で示す空気調和機１に、放熱バイパス路２３を設けると共に、上記制御装置２２を制御装置２２Ａに置換した点に特徴がある。
【００４３】
すなわち、放熱バイパス路２３は圧縮機２の吐出側と四方弁３の入力側を接続する冷媒配管１３の途中に介装された電磁弁よりなる第１の開閉弁２４と、この第１の開閉弁２４の前後に連結された放熱バイパス管２５と、この放熱バイパス管２５の途中に介装されて蓄熱タンク１９内に配設される放熱熱交換器２６と、この放熱熱交換器２６の上流側にて放熱バイパス管２５の途中に介装された電磁弁よりなる第２の開閉弁２７とを有する。第１，第２の開閉弁２４，２７には制御装置２２Ａを電気的に接続し、さらに制御装置２２Ａには四方弁３、電子式膨張弁６、二方弁１６を電気的に接続している。
【００４４】
そして、制御装置２２Ａは予め冷媒の保有熱を蓄熱タンク１９の蓄熱材１８に蓄熱するために、第１，第２の開閉弁２４，２７の開閉を制御する蓄熱制御手段を上記制御装置２２に追加した点に特徴がある。すなわち、この蓄熱制御手段は第１の開閉弁２４を閉じる一方、第２の開閉弁２７を開き、圧縮機２から吐出される高温高圧のガス冷媒を放熱バイパス管２５を経て放熱熱交換器２６に導入し、ここで放熱させることにより蓄熱タンク１９内の蓄熱材１８に蓄熱させることができる。したがって、蓄熱材１８に蓄熱する電気ヒータ等の加熱手段を別途設ける必要がなく、その分、空気調和機１の全体の小型軽量化を図ることができる。
【００４５】
そして、制御装置２２Ａはこのような蓄熱を終了したときは、第２の開閉弁２７を閉じる一方、第１の開閉弁２４を開いて暖房ないし除霜運転に備える。
【００４６】
図３は本発明の第１の実施形態に係る空気調和機１Ｂの冷凍サイクル図であり、この空気調和機１Ｂは上記リバース除霜に代えて、いわゆる膨張弁全開方式の連続暖房除霜を行なう点に特徴がある。この連続暖房除霜は図３で示す空気調和機１の電子式膨張弁６の開度を、制御装置２２Ｂにより除霜時にほぼ全開させると共に、四方弁３を、オン状態で保持することにより圧縮機２からの高温高圧のガス冷媒を、室内熱交換器５を経由して電子式膨張弁６では殆ど減圧せずに室外熱交換器９に大量に導入し、ここで放熱させることにより除霜する方式である。
【００４７】
次の表３はこの除霜方式による制御装置２２Ｂによる制御の一例を示す。
【００４８】
【表３】
0003809875.tif 000004
【００４９】
したがって、この連続暖房除霜方式によれば、除霜時の冷媒の循環方向が暖房運転時と同じであり、しかも、室内ファン４を運転するので、除霜中でも暖房を続行させることができる。このために暖房効率を向上させることができる。
【００５０】
また、除霜時、開弁中の二方弁１６により蓄熱タンク１９の吸熱熱交換器２０内に案内された冷媒の一部はここで蓄熱材１８から吸熱して気化して昇温し、さらに第２のサクションカップ２１で気液分離されてから一方の吸込み管１１を通って圧縮機２内の一方のシリンダー２ｂに戻される。このために、蓄熱材１８から吸熱した冷媒ガスと、外気から吸熱した冷媒ガスとを圧縮機２の手前で合流混合させないので、蓄熱を圧縮機２に確実に供給することができる。
【００５１】
したがって、除霜により圧縮機２の保有熱が急激に減少するのを抑制することができるので、この圧縮機保有熱を吸熱した高温冷媒により室外熱交換器９の着霜を除霜する除霜時間を短縮することができる。
【００５２】
次の表４は上記空気調和機１Ｂにおいて、図示しないタイマーにより暖房運転の継続の経過を計時したときに、上記連続暖房除霜運転を開始させる場合に、その除霜開始の所定時間前から二方弁１６を予め開弁させておく場合の制御装置２２Ｂによる制御例の一例を示す。
【００５３】
【表４】
0003809875.tif 000005
【００５４】
この制御方法によれば、除霜開始の所定時間前から二方弁１６を予め開弁させておくので、この二方弁１６の開弁により蓄熱タンク１９の吸熱熱交換器２０に導入される冷媒に蓄熱材１８からの吸熱を前もって所定時間行なうことにより圧縮機２に蓄熱を供給し、除霜開始前に圧縮機２の保有熱を一定量増加させることができる。このために、除霜による圧縮機２の保有熱の急激に減少を抑制することができるので、除霜時間をさらに短縮することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、リバース除霜の外気吸熱サイクルと、蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、いわゆる従来のリバース除霜方式のみによる場合よりも除霜時間を短縮することができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【００５６】
また、この発明によれば、膨張弁全開方式の連続暖房除霜と、蓄熱吸熱サイクルとを同時に併用するので、いわゆる従来の膨張弁全開方式のみによる場合よりも、暖房を継続しながらの除霜時間を短縮することができる。また、蓄熱吸熱サイクルのみによる従来の除霜方式に比して蓄熱槽の小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図２】  本発明の第２の参考例に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【図３】  本発明の第１の実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクル図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ  空気調和機
２  圧縮機
２ａ，２ｂ  シリンダー
３  四方弁
４  室内ファン
５  室内熱交換器
６  電子式膨張弁
８  室外ファン
９  室外熱交換器
１０，１１  吸込み管
１３  冷媒配管
１５  バイパス管
１６  二方弁
１８  蓄熱材
１９  蓄熱タンク
２０  吸熱熱交換器
２２，２２Ａ，２２Ｂ  制御装置
【図１】
0003809875.tif 000006
【図２】
0003809875.tif 000007
【図３】
0003809875.tif 000008