JPH07294053A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低負荷時及び外気温度が高い時には、ヒート
ポンプ暖房、外気温度が低い時には、冷媒加熱暖房がで
きるようにして、この２つの暖房を円滑に切り替えるこ
とができ、除湿運転時には室外機での冷媒の凝縮放熱量
を極力抑えて、高い温度の冷媒を室内機に搬送して、広
範囲の温度で除湿運転をすることができる空気調和機を
提供する。 【構成】 室外熱交換器５と冷媒加熱器１０を同一経路
に配置し、閉止機能付きの流量調整弁９を設けた室外熱
交換器１８のバイパス経路４０と、冷媒加熱器１０のバ
イパス経路４１と、を備える。これにより、ヒートポン
プ暖房と冷媒加熱暖房、そして除湿運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に関し、特
に、冷媒加熱器を用いた空気調和機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】冷媒加熱器を備える空気調和機は、例え
ば実公平２−４３０１４号公報に開示されているよう
に、凝縮器、圧縮機、流量制御弁、蒸発器とから構成さ
れる冷媒回路を備えており、かかる冷媒回路に冷媒を循
環させて、蒸発器において冷媒液を蒸発させ、その蒸発
潜熱により室内送風空気から熱を奪い室内に冷風を供給
している。

【０００３】一方、室外熱交換器では冷媒が潜熱を外気
に放熱して液化し、再び、流量制御弁を介して蒸発器に
供給されている。

【０００４】また、暖房運転時には、冷房運転とは逆に
屋外熱交換器５で外気から潜熱を奪って蒸発した冷媒が
室内熱交換器で凝縮放熱するヒートポンプ暖房運転、ま
た冷媒加熱器により冷媒を直接加熱することにより冷媒
加熱暖房運転をするようになっている。

【０００５】ヒートポンプ暖房と冷媒加熱器による暖房
の切り替えは、暖房運転を経済的に行うようになってい
る。

【０００６】しかしながら、ヒートポンプ方式の空気調
和機の暖房運転では、外気温度が低い場合には、暖房能
力が低下してしまう。

【０００７】これに対して、冷媒加熱方式の空気調和機
の暖房運転では、低負荷時には室外熱交換器５に流れる
冷媒量が少ないため、高負荷時と同じ用に送風機６によ
り高送風量を送ると、室外熱交換器５内でほとんど全冷
媒が液化し室外熱交換器に溜まってしまうことがある。
このように暖房時に室外熱交換器に滞留している冷媒量
により、冷媒サイクル中に流れる冷媒の流量が変動し、
圧縮機の吸い込み状態が冷媒の過熱を起こすなど、安定
した空気調和機の運転を継続できなくなるという問題が
ある。

【０００８】また、除湿運転において全量の冷媒が室外
熱交換器を通る構造の空気調和機では、外気温度が低い
時に、室外熱交換器で凝縮した冷媒を冷媒加熱器で再加
熱して、室内熱交換器で放熱していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したヒートポンプ
方式の空気調和機の暖房運転では、外気温度が低い場合
には、ヒートポンプ暖房運転において、室外熱交換器に
霜が付くという問題がある。

【００１０】また、冷媒が室外熱交換器の後に冷媒加熱
器を通る構造の空気調和機では、室外熱交換器で気化し
きれなかった冷媒が冷媒加熱器で更に蒸発するので、冷
媒加熱器にも霜が付く欠点を生じていた。

【００１１】従って、本発明は、上記課題を解決するた
めになされたものであり、外気温度に左右される事なく
安定した暖房能力を得ることができるとともに広範囲な
温度の除湿運転ができる空気調和機を提供することを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の空気調和機は、
圧縮機、冷媒加熱器、室外熱交換器及び室内熱交換器に
冷媒を循環する冷媒サイクルを備え、前記室外熱交換器
と前記冷媒加熱器を同一経路に配置した空気調和機であ
って、閉止機能付きの流量調整弁を設けた室外熱交換器
のバイパス通路と、冷媒加熱器のバイパス通路を備える
ことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の空気調和機は、圧縮機、冷
媒加熱器、室外熱交換器、及び蒸発器と再熱器とを有す
る室内熱交換器に冷媒を循環する冷媒サイクルを備え、
前記室外熱交換器と前記冷媒加熱器を同一経路に配置し
た空気調和機であって、閉止機能付きの流量調整弁を設
けた室外熱交換器のバイパス通路と、前記冷媒加熱器の
バイパス通路とを備えることを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の空気調和機は、圧縮機、
冷媒加熱器、室外熱交換器、及び蒸発器と再熱器とを有
する室内熱交換器に冷媒を循環する冷媒サイクルを備
え、前記室外熱交換器と前記冷媒加熱器を同一経路に配
置する空気調和機であって、閉止機能付きの流量調整弁
を設けた室外熱交換器のバイパス通路と、この冷媒加熱
器のバイパス経路と、冷媒加熱器のバイパス経路に設け
られた逆止弁を備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は、低負荷時及び外気が高い時にはヒー
トポンプ暖房、外気が低い時には冷媒加熱暖房を行な
い、ヒートポンプ暖房から冷媒加熱暖房への切り替え時
には、室外熱交換器からの冷媒回収、冷媒加熱暖房から
ヒートポンプ暖房への切り替え時には、室外熱交換器へ
の冷媒回収を運転中に行うことにより、２つの暖房の円
滑な切り替えを行う。

【００１６】室内熱交換器として蒸発器と再熱器及び前
記蒸発器とを前記再熱器の間に流量調節弁を有する構成
とすることにより、冷房気味除湿や暖房気味除湿を行っ
て、きめ細かな除湿運転ができる。

【００１７】バイパス経路の流量調整弁により、冷媒の
一部は室外熱交換器をバイパスし、室外熱交換器で冷媒
の凝縮放熱量を極力抑えて、冷媒を高い温度のまま室内
熱交換器に搬送し、冷媒を再加熱することなく広範囲な
吹き出し温度で除湿運転ができる。

【００１８】冷媒加熱器のバイパス経路に逆止弁を設け
ることにより、冷房時には冷媒加熱器のバイパス経路に
冷媒を通し、暖房時には冷媒加熱器のバイパス経路に冷
媒を通さないようにすることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を、図１に基づ
いて詳細に説明する。

【００２０】図１において、空気調和器は、室外ユニッ
ト（室外機）１８と、室内ユニット（室内機）１９を有
している。

【００２１】まず、室外ユニット１８について説明す
る。

【００２２】室外ユニット１８内には、概略的に圧縮機
１、四方弁２、冷媒加熱器１０、燃焼器１１、室外熱交
換器５、膨張弁１２等が配置されている。

【００２３】圧縮機１は、四方弁２とアキュムレータ１
７に接続されており、この四方弁２の配管２ｂは、経路
３０の逆止弁４と冷媒加熱器１０とに接続され、かつバ
イパス経路４１の逆止弁２２に接続されている。冷媒加
熱器１０と室外熱交換器５の間には、二方弁３が配置さ
れている。

【００２４】二方弁３と逆止弁４は、室外熱交換器５を
介して、逆止性のある二方弁７と逆止弁８に接続されて
いる。この室外熱交換器５には、室外熱交換器用のファ
ン６が設けられており、送風空気により冷媒を冷却する
ようになっている。二方弁７と逆止弁８は、流量調整弁
ともいう膨張弁１２と、マフラー１３を経て、配管２１
に接続されている。また、二方弁と逆止弁８は１つの双
方向弁に置き換えても良い。

【００２５】配管２ｂと二方弁３の間には、冷媒加熱器
１０をバイパスするバイパス経路４１が設けられてお
り、このバイパス経路４１には逆止弁２２が設けられて
いる。

【００２６】二方弁３、室外熱交換器５、逆止弁８、そ
して膨張弁１２はこの順で直列に配置され、かつこの二
方弁３から膨張弁１２までのの直列回路に対して、並列
にバイパス経路４０が配置されている。このバイパス経
路４０には、流量制御弁９が設けられていて、バイパス
経路４０は膨張弁９によりバイパス経路４０に流れる冷
媒が制御されている。

【００２７】また、逆止弁４は、バイパス経路３０に配
置されている。このバイパス経路３０は、配管２ｂと室
外熱交換器５の間に配置され、かつ冷媒加熱器１０と二
方弁３に並列である。

【００２８】冷媒加熱器１０を流れる冷媒は、室外熱交
換器５にほどんど冷媒を流さないときに暖房能力が不足
すると、燃焼器１１により加熱される。これにより、冷
媒の再加熱量を更に多くして強力な暖房が可能である。

【００２９】四方弁２は、アキュムレータ１７と、圧縮
機１と、配管２ｂと、そして配管２０に接続されてい
る。

【００３０】次に、室内ユニット１９について説明す
る。

【００３１】室内熱交換器１４は、再熱器１４ａと蒸発
器１４ｂを有している。これらの再熱器１４ａと蒸発器
１４ｂの間には、マフラー１６と膨張弁１５が配置され
ている。すなわち、配管２１から、順に再熱器１４ａ、
膨脹弁１５、そして蒸発器１４ｂが直列に接続されてお
り、蒸発器１４ｂは配管２０に接続されている。

【００３２】次に、上述した空気調和機の作用を説明す
る。

【００３３】以下、通常の冷房運転と、除湿を伴う冷房
運転と、暖房運転時の冷媒の流れについて、説明する。

【００３４】通常の冷房運転では、流量調整弁９を閉
じ、膨張弁１５を全開とする。

【００３５】通常の冷房運転では、図１の破線の矢印で
示す方向に冷媒が流れる。つまり、冷房運転時には、燃
焼器１１は作動せず、圧縮機１によって圧縮された冷媒
は、四方弁２を通過して、バイパス経路４１の逆止弁２
２及び二方弁３を通り、室外熱交換器５で凝縮して空気
に放熱して、逆止弁８を通り膨張弁１２によって減圧さ
れ、配管２１を通って室内放熱器１４で蒸発する。つま
り、再熱器１４ａで冷媒の一部が潜熱を奪って冷却した
後、膨張弁１５を通過した残りの冷媒液が蒸発器１４ｂ
で潜熱を奪って冷却する。従って、蒸発器１４ｂ及び再
熱器１４ａの両方で風を冷却後、室内に向けて送風す
る。

【００３６】次に、冷房ぎみ除湿運転では、流量調整弁
９と膨張弁１２の開度を相互関連で制御し、また膨張弁
１５も開度制御する。これにより、上述した通常の冷房
運転と同様にして冷媒は循環するが、室外熱交換器５と
バイパス経路４０，４１を通る冷媒がある。圧縮機１か
らの冷媒の一部をバイパス経路４０，４１を介して室外
熱交換器５をバイパスさせることにより、再熱器１４ａ
での放熱量の調整ができ且つ熱的ロスを低減できる。そ
して、冷媒は再熱器１４ａで放熱し、蒸発器１４ｂで吸
熱（冷却）する。

【００３７】つまり冷房ぎみ除湿運転時には、圧縮機１
によって圧縮された冷媒は、四方弁２を通過して、その
冷媒の一部は冷媒加熱器１０及び二方弁３を通り、室外
熱交換器５で空気に放熱するが、残りの冷媒は、バイパ
ス経路４１の逆止弁２２及びバイパス経路４０の流量調
整弁９を通り、配管２１を通って室内再熱器１４ａで放
熱して、膨張弁１５によって減圧されて室内蒸発器１４
ｂで蒸発する。

【００３８】冷房ぎみ除湿運転時には、蒸発器１４ｂの
蒸発熱量と圧縮機１が冷媒に投入した熱量（仕事）を加
えた熱量を、室外ユニット１８の室外熱交換器５で熱量
の一部を放熱し、残りの冷媒蒸気は室内ユニット１９の
再熱器１４ａに移って凝縮し、放熱する。従って、室内
ユニット１９の蒸発器１４ｂで除湿冷却された空気を、
再熱器１４ａにおいて加熱し、室内に吹き出して、除湿
冷房する。

【００３９】この時、室外ユニット１８の室外熱交換器
５で放熱する熱量は、流量調整弁９の開度を調整するこ
とにより、室外熱交換器５を流れる冷媒量と、室外熱交
換器５を流れないでバイパス経路４１の逆止弁２２とバ
イパス経路４０を流れる冷媒量を制御して行なう。この
ようにして再熱器１４ａに流れ込む冷媒循環量を調整す
ることにより、室外熱交換器５での放熱量を調整するこ
とができ、きめ細かな湿度と温度との制御が可能とな
る。

【００４０】したがって、流量調整弁９の開度を変える
ことによって、室内ユニット１９の再熱器１４ａでの放
熱量と、室外ユニット１８の室外熱交換器５での放熱量
の割合を大きく変えることができる。即ち、流量調整弁
９の開度を小さくして、冷媒のバイパス経路４０に通る
流量を少なくすることにより（室外熱交換器５を流れる
冷媒流量を多くすることにより）、室外放熱量を大きく
することで、再熱器１４ａにより加熱に利用される熱量
が少なくなる。したがって、室内空気吹き出し温度は低
くなり、冷房気味除湿となる。

【００４１】また、室内温度が設定温度より高い時に
は、流量調整弁９を流れる冷媒循環量を減らして（室外
熱交換器５を流れる冷媒循環量を多くして）、再熱器１
４ａによる室内での再加熱量を少なくして、冷房気味除
湿運転をする。

【００４２】次に、暖房気味除湿運転の場合について説
明する。

【００４３】この場合の冷媒の流れは、図１の破線で示
すように冷房運転時と同じ流れであるが、流量調整弁９
の開度を大きくして、流量調整弁９を通る冷媒のバイパ
ス４０の流量を多くすることにより（室外熱交換器５を
流れる冷媒流量を少なくすることにより）、室外放熱量
を小さくし、再熱器１４ａによる室内再加熱に利用され
る熱量が多くなる。したがって、室内空気吹き出し温度
は高くなり、暖房気味除湿となる。

【００４４】つまり、室内温度が設定温度より低い時に
は、流量調整弁９を流れる冷媒循環量を増やして（室外
熱交換器５を流れる冷媒循環量を少なくして）、再熱器
１４ａによる室内での再加熱量を多くして、暖房気味除
湿運転をする。

【００４５】このようにして、除湿しながら、室温を設
定温度に調整することができる。

【００４６】次に、通常の暖房運転については説明す
る。通常の暖房運転では、図１の冷房時と逆の実線の矢
印で示す冷媒の流れである。

【００４７】つまり、冷媒は、蒸発器１４ｂ、再熱器１
４ａ、流量調整弁１２、室外熱交換器５、冷媒加熱器１
０を通って、四方弁２を介して圧縮機１に戻る。

【００４８】ところで、上述した暖房気味除湿運転状態
から強力な暖房運転を行う際に、室外熱交換器５に冷媒
を少し流す場合で暖房能力が不足なときには、燃焼器１
１を着火動作して冷媒加熱器１０を流れる冷媒を加熱し
て、冷媒の再加熱量をさらに多くして、暖房することが
ある。（暖房強力除湿） この暖房運転を行ったときに、室外熱交換器５用のファ
ン６により送風すると、室外熱交換器５に少ししか冷媒
が流れていないので、室外熱交換器５内の冷媒がほとん
ど液化してしまい、冷媒が室外熱交換器５に溜まってし
まうことがある。このように暖房時に室外熱交換器５に
滞留している冷媒量により、冷媒サイクル中に流れる冷
媒の流量が変動し、圧縮機１の吸い込み状態が冷媒の過
熱を起こすなど、安定した空調機の運転を継続できなく
なる。

【００４９】そこで、暖房を開始する際には、冷媒回収
を行う。この冷媒回収の場合には、膨張弁９，１２と二
方弁３を閉止した状態にする。これにより、室外熱交換
器５に溜まった冷媒は、逆止弁４を通り四方弁２を通過
してアキュムレータ１７に溜まり、圧縮機１によって四
方弁２を再び通過して室内熱交換器１４側に送られる。

【００５０】低負荷時及び外気温が高い時にはヒートポ
ンプ暖房を行う。このヒートポンプ暖房時には、冷媒
は、膨張弁１２（膨脹弁９は閉、膨脹弁１５は開）によ
って減圧され二方弁７を通り、室外熱交換器５で蒸発
し、逆止弁４と経路３０を通り、四方弁２を通過して、
圧縮機１によって配管２０を通って室内熱交換器１４で
放熱する。

【００５１】一方、外気が低い時には冷媒加熱暖房を行
う。この冷媒加熱暖房時には、室内放熱器１４からバイ
パス経路４０の流量調整弁９（膨脹弁１２は閉、膨脹弁
１５は開）を通過した冷媒は、冷媒加熱器１０で加熱さ
れて蒸発し、四方弁２を通過して圧縮機１によって配管
２０を通って、室内放熱器１４で放熱する。

【００５２】ヒートポンプ暖房運転から冷媒加熱暖房運
転への切り替えは、次のようにして行う。すなわち、室
外熱交換器ファン６を止めた状態で、かつ二方弁３、二
方弁７、及びバイパス４０の流量調整弁９を閉じた状態
で、圧縮機１を運転し、室外熱交換器５に溜まった冷媒
が回収されたところで、バイパス４０の流量調整弁９を
開いて、燃焼器１１の着火動作に入る。

【００５３】逆に、冷媒加熱暖房運転からヒートポンプ
暖房運転への切り替えは、次のようにして行う。二方弁
３を閉じた状態で燃焼器１１の燃焼を止めて、室外熱交
換器ファン６を回転させた状態で、膨張弁１２及び二方
弁７を開き、バイパス経路４０の流量調整弁９を閉じ
て、冷媒の圧力を低下させて、その後膨張弁１２を絞
る。

【００５４】このように、本実施例では、冷房から、冷
房気味除湿、暖房気味除湿、暖房強力除湿運転まで広範
囲に運転が行え、更に、ヒートポンプ暖房運転から冷媒
加熱暖房運転への切り替えや、冷媒加熱暖房運転からヒ
ートポンプ暖房運転への切り替えを円滑に行える。

【００５５】また、バイパス経路４０，４１を設けるこ
とにより、除湿運転時には、室外機１８での冷媒の凝縮
放熱量を極力抑え、高い温度の冷媒を室内機に搬送し
て、広範囲の吹き出し温度での除湿運転が可能である。

【００５６】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々
変形可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、閉
止機能付きの流量調整弁を設けた室外熱交換器のバイパ
ス通路と、冷媒加熱器のバイパス経路とを備えるヒート
ポンプ暖房から冷媒加熱暖房への切り替え時には、室外
熱交換器からの冷媒回収、冷媒加熱暖房からヒートポン
プ暖房への切り替え時には、室外熱交換器への冷媒回収
を運転中に行うことができ、これにより２つの暖房運転
の円滑な切り替えが行える。

【００５８】また、本発明によれば、冷房気味除湿や暖
房気味除湿を行って、きめ細かな除湿運転ができる。

【００５９】さらに、本発明によれば、室外熱交換器の
バイパス経路の流量調整弁により、冷媒の一部を室外熱
交換器にバイパスさせ、室外熱交換器で冷媒の凝縮放熱
量を極力抑えて、冷媒を高い温度のまま室内熱交換器に
搬送することができ、再加熱することなく広範囲な吹き
出し温度で除湿運転ができる。

【００６０】さらに、本発明によれば、冷媒加熱器のバ
イパス経路に設けられた逆止弁により、冷房時には冷媒
加熱器のバイパス経路に冷媒を通し、暖房時には冷媒加
熱器のバイパス経路に冷媒を通さないようにすることが
できるので、熱的ロスを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和器の好適な実施例の冷媒サイ
クルを示す回路図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ５ 室外熱交換器（室外熱交換器） ８ 逆止弁 ９ 流量調整弁 １０ 冷媒加熱器 １４ 室内放熱器 １４ａ 再熱器 １４ｂ 蒸発器 ４０ 室外熱交換器のバイパス経路 ４１ 冷媒加熱器のバイパス経路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、冷媒加熱器、室外熱交換器及び
   室内熱交換器に冷媒を循環する冷媒サイクルを備え、前
   記室外熱交換器と前記冷媒加熱器を同一経路に配置した
   空気調和機であって、 閉止機能付きの流量調整弁を設けた室外熱交換器のバイ
   パス通路と、冷媒加熱器のバイパス経路とを備えること
   を特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、冷媒加熱器、室外熱交換器、及
   び蒸発器と再熱器とを有する室内熱交換器に冷媒を循環
   する冷媒サイクルを備え、前記室外熱交換器と前記冷媒
   加熱器を同一経路に配置した空気調和機であって、 閉止機能付きの流量調整弁を設けた室外熱交換器のバイ
   パス通路と、前記冷媒加熱器のバイパス通路とを備える
   ことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、冷媒加熱器、室外熱交換器、及
   び蒸発器と再熱器とを有する室内熱交換器に冷媒を循環
   する冷媒サイクルを備え、前記室外熱交換器と前記冷媒
   加熱器を同一経路に配置する空気調和機であって、 閉止機能付きの流量調整弁を設けた室外熱交換器のバイ
   パス通路と、冷媒加熱器のバイパス経路と、この冷媒加
   熱器のバイパス経路に設けられた逆止弁とを備えること
   を特徴とする空気調和機。