JP2993180B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正サイクルデフロスト
回路を備えた空気調和装置に係り、特に除霜運転中にお
ける暖房能力の向上対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開昭６４―３３４８
０号公報に開示される如く、圧縮機、室内熱交換器、減
圧機構及び室外熱交換器を順次接続してなる冷媒回路を
備えた空気調和装置において、吐出管から室外熱交換器
の液管にホットガスをバイパスするホットガスバイパス
路を開閉弁を介して設けるとともに、減圧機構の減圧抵
抗値をホットガスバイパス路の開閉弁の開閉に連動して
可変に構成しておき、暖房運転中のデフロスト指令時、
上記開閉弁を開いて、吐出冷媒を室内熱交換器側とホッ
トガスバイパス路側とに分岐して流通させることによ
り、室内の暖房を行いながら室外熱交換器の着霜を融解
しようとするものは公知の技術である。

【０００３】また、例えば特開平１―２０８６７８号公
報に開示される如く、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁及
び室外熱交換器を順次接続してなる冷媒回路を備えた空
気調和装置において、吐出管から室外熱交換器の液管に
ホットガスをバイパスするホットガスバイパス路を開閉
弁を介して設けるとともに、室内熱交換器−膨張弁間の
液管と吸入管とを接続する暖房用バイパス路を設けてお
き、室外熱交換器の着霜時にはホットガスバイパス路の
開閉弁を開いて除霜運転を行う一方で、暖房用バイパス
路の開閉弁を開いて膨張弁を閉じることにより、室内熱
交換器に冷媒を流通させて室内の暖房を行うようにした
ものも公知の技術である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のもののうち前者では、室外熱交換器の除霜運転を行
うときには常に室内熱交換器側にも冷媒を流通させなけ
ればならない構造となっており、減圧機構によって除霜
能力と暖房能力との比が一定に決定されるために、除霜
に要する時間が長く掛かる虞れがある一方、室内側の暖
房要求も十分満たされない虞れがある。

【０００５】一方、上記従来のもののうち後者では、除
霜運転だけを行うことが可能であるが、除霜運転と暖房
運転とを同時に行うときに除霜能力と暖房能力との比は
除霜用バイパス路と暖房用バイパス路の管路抵抗の比で
定まり、実際の必要能力に応じて調節しうる構成になっ
ていないという問題があった。

【０００６】本発明は、一般に除霜運転の開始直後には
室内側では予熱があるためにそれほど冷媒量を必要とし
ない一方、室外熱交換器側の温度がある程度上昇してい
ったん融解されるとその後はそれほど除霜能力を要求さ
れないように、除霜の進行に応じて室外熱交換器と室内
熱交換器とで必要な能力が変化することに鑑み、除霜能
力と暖房能力との比を調節しうる構造とすることによ
り、除霜運転時間を過大にすることなく空調の快適性の
向上を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の講じた手段は、図１に示すよう
に、圧縮機（１）と、室外熱交換器（３）と、電動膨張
弁（４）と、室内ファン（５ａ）を付設した室内熱交換
器（５）とを順次接続してなる主冷媒回路（７）を備え
た空気調和装置を前提とする。

【０００８】そして、上記主冷媒回路（７）の吐出管
（６ａ）の一部位（Ｐ）と室外熱交換器（３）−膨張弁
（４）間の液管の一部位（Ｑ）とをバイパス接続する第
１バイパス路（１０）と、該第１バイパス路（１０）の
管路を開閉する開閉弁（１１）とが設けられている。

【０００９】更に、上記主冷媒回路（７）の第１バイパ
ス路（１０）の接続部（Ｑ）−電動膨張弁（４）間の液
管と圧縮機（１）の吸入管（６ｂ）とをバイパス接続す
る第２バイパス路（２０）と、上記電動膨張弁（４）下
流側の冷媒の流れを室外熱交換器（３）側と第２バイパ
ス路（２０）側とに切換える切換手段（２１）とが設け
られている。

【００１０】一方、室内熱交換器（５）の吹出空気の温
度を検出する吹出温度検出手段（Ｔhu）が設けられてい
る。

【００１１】暖房運転時、上記第１バイパス路（１０）
の開閉弁（１１）を閉じ、切換手段（２１）により室内
熱交換器（５）からの冷媒を室外熱交換器（３）に流通
させるように制御する暖房運転制御手段（３１）と、暖
房運転中の除霜運転指令時、上記第１バイパス路（１
０）の開閉弁（１１）を開き、電動膨張弁（４）を閉じ
て、室内ファン（５ａ）の風量を低風量に制御する開始
制御手段（３２）とが設けられている。

【００１２】加えて、上記吹出温度検出手段（Ｔhu）の
出力を受け、上記開始制御手段（３２）による除霜運転
の開始後、室内熱交換器（５）の吹出空気の温度が第１
設定温度以下になると、上記圧縮機（１）の吐出冷媒を
室外熱交換器（３）に導入すると共に、該圧縮機（１）
の吐出冷媒の一部が室内熱交換器（５）に流れるように
電動膨張弁（４）を一定開度に開く第１暖房能力増大手
段（３３）が設けられている。

【００１３】その上、該第１暖房能力増大手段（３３）
による暖房能力の増大後、上記吹出温度検出手段（Ｔh
u）で検出される室内熱交換器（５）の吹出空気の温度
が上記第１設定温度よりも低い第２設定温度以下になる
と、上記切換手段（２１）により電動膨張弁（４）下流
側の冷媒の流れを第２バイパス路（２０）側に切換え
て、電動膨張弁（４）の開度を負荷に応じて調節する第
２暖房能力増大手段（３４）が設けられている。

【００１４】

【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、暖房
運転中における室外熱交換器（３）の着霜時、開閉弁
（１１）を開くことにより室外熱交換器（３）に吐出冷
媒を導入して室外熱交換器（３）の着霜を融解するいわ
ゆる正サイクルによる除霜運転が可能であるとともに、
切換手段（２１）の切換えにより電動膨張弁（４）下流
側の冷媒を第２バイパス路（２０）側にバイパスさせる
ことにより、圧縮機（１）からの吐出冷媒が点（Ｐ）で
第１バイパス路（１０）−室外熱交換器（３）を経由す
るサイクルと、室内熱交換器（５）−第２バイパス路
（２０）を経由するサイクルとの独立した２つのサイク
ルに分離され、除霜と暖房とを同時に行うことが可能に
なる。

【００１５】そのとき、電動膨張弁（４）の下流側から
第２バイパス路（２０）が分岐しているので、電動膨張
弁（４）の開度調節により、除霜能力と暖房能力との比
の調節が可能となり、暖房運転中の室内の予熱の状態や
室外熱交換器（３）の着霜の融解の進行に応じて、適切
な能力分配を行うことが可能となる。

【００１６】つまり、暖房制御手段（３１）による暖房
運転中、除霜指令に応じて除霜運転を開始する時には、
開始制御手段（３２）により、電動膨張弁（４）を閉じ
開閉弁（１１）が開かれるので、圧縮機（１）からの吐
出冷媒がすべて室外熱交換器（３）に導入され、室外熱
交換器（３）の着霜が速やかに融解される。このとき、
室内ファン（５ａ）が低風量で運転されるので、室内熱
交換器（５）の予熱により室内の暖房が継続され、空調
の快適性が維持される。

【００１７】そして、吹出温度検出手段（Ｔhu）で検出
される室内熱交換器（５）の吹出空気温度が第１設定温
度以下になると、第１暖房能力増大手段（３３）によ
り、電動膨張弁（４）が一定開度まで開かれるので、室
内熱交換器（５）側に吐出冷媒が流れて室内の暖房が行
われて、吹出空気温度の低下が抑制され、空調の快適性
が維持される。

【００１８】さらに、その後、吹出空気温度が第１設定
温度よりも低い第２設定温度以下になると、第２暖房能
力増大手段（３４）により、切換手段（２１）が第２バ
イパス路（２０）側に切換えられるとともに、電動膨張
弁（４）の開度が負荷に応じて調節され、室内熱交換器
（５）への冷媒流量が増大して、室内の暖房が確保され
る。すなわち、吐出冷媒が第１バイパス路（１０）−室
外熱交換器（３）を経由するサイクルと室内熱交換器
（５）−第２バイパス路（２０）を経由するサイクルの
２つの独立したサイクルで運転が行われ、室外熱交換器
（３）の除霜が停止することなく進行すると同時に室内
熱交換器（５）の暖房能力が増大し、除霜運転時間が過
大になることなく、空調の快適性が向上することにな
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図２以下の
図面に基づき説明する。

【００２０】図２は本発明の実施例に係る空気調和装置
の冷媒配管系統を示し、空気調和装置には、インバ―タ
（図示せず）により運転周波数が可変に調節される圧縮
機（１）と、暖房運転時には図中実線のごとく冷房運転
時には図中破線のごとく切換わる四路切換弁（２）と、
室外ファン（３ａ）を付設し、暖房運転時には蒸発器と
して冷房運転時には凝縮器として機能する室外熱交換器
（３）と、電動膨張弁（４）と、室内ファン（５ａ）を
付設し、暖房運転時には凝縮器として冷房運転時には蒸
発器として機能する室内熱交換器（５）とを冷媒配管
（６）で順次接続してなる主冷媒回路（７）が設けられ
ている。

【００２１】そして、上記主冷媒回路（７）の吐出管
（６ａ）の一部位（Ｐ）と室外熱交換器（３）−電動膨
張弁（４）間の液管の一部位（Ｑ）との間には、吐出冷
媒を直接室外熱交換器（３）に導入するための第１バイ
パス路（１０）が常閉の開閉弁（１１）を介して設けら
れていて、室外熱交換器（３）の着霜時には開閉弁（１
１）を開いて吐出冷媒を直接室外熱交換器（３）に導入
することにより、室外熱交換器（３）の着霜を融解しう
るようになされている。

【００２２】さらに、上記第１バイパス路（１０）と主
冷媒回路（７）との合流部位（Ｑ）−電動膨張弁（４）
間の液管と吸入管（６ｂ）とをバイパス接続する第２バ
イパス路（２０）が設けられており、該第２バイパス路
（２０）と主冷媒回路（７）との接続部には、電動膨張
弁（４）下流側の冷媒の流れを室外熱交換器（３）側と
第２バイパス路（２０）側とに切換える切換手段として
の三方弁（２１）が設けられている。

【００２３】すなわち、通常暖房運転時には、三方弁
（２１）を室外熱交換器（３）側に切換えて電動膨張弁
（４）下流側の冷媒を室外熱交換器（３）に流通させる
一方、必要に応じて三方弁（２１）の接続を第２バイパ
ス路（２０）側に切換えることにより、室内熱交換器
（５）から電動膨張弁（４）−第２バイパス路（２０）
を経て圧縮機（１）に戻るサイクルを生ぜしめるように
している。

【００２４】また、（Ｔhu）は室内熱交換器（５）の吹
出空気の温度Ｔｕを検出する吹出温度検出手段としての
吹出温度センサであって、該吹出温度センサ（Ｔhu）は
信号線で空気調和装置の運転を制御するためのコントロ
―ラ（３０）に接続されている。そして、該コントロ―
ラ（３０）により、吹出温度センサ（Ｔhu）等の信号に
応じて、上記圧縮機（１）の運転周波数、室内ファン
（５ａ）の風量、第１バイパス路（１０）の開閉弁（１
１）の開閉、電動膨張弁（４）の開度、三方弁（２１）
の切換え等を制御するようにしている。

【００２５】暖房運転時、四路切換弁（２）が図中実線
側に切換わり、第１バイパス路（１０）の開閉弁（１
１）は閉じ、かつ三方弁（２１）は室外熱交換器（３）
側に切換わっており、圧縮機（１）から吐出された冷媒
が室内熱交換器（５）で凝縮，液化され、電動膨張弁
（４）で膨張された後、室外熱交換器（３）で蒸発して
圧縮機（１）に戻るように循環する。なお、冷房運転時
には、四路切換弁（２）が図中破線側に切換わり、上記
とは逆の流れとなる。

【００２６】ここで、上記暖房運転時におけるコントロ
―ラ（３０）の制御内容について、図３のタイムチャ―
トに基づき説明する。

【００２７】ここで、図３の（ａ）は圧縮機（１）の運
転周波数、同図（ｂ）は電動膨張弁（４）の開度、同図
（ｃ）は開閉弁（１１）の開閉、同図（ｄ）は三方弁
（２１）の切換え、同図（ｅ）は室内ファン（５ａ）の
風量、同図（ｆ）は室内熱交換器（５）の吹出空気の温
度Ｔｕの時間変化を示す。

【００２８】上述のように、第１バイパス路（１０）の
開閉弁（１１）を閉じ、三方弁（２１）を室外熱交換器
（３）側に切換えて、暖房運転を行う。この制御によ
り、請求項１の発明にいう暖房運転制御手段（３１）が
構成されている。そして、暖房運転中に、蒸発器として
機能する室外熱交換器（３）が着霜すると、除霜指令が
出力され、第１バイパス路（１０）の開閉弁（１１）を
開き、電動膨張弁（４）を閉じて、室内ファン（５ａ）
の風量を低風量に制御する（図中の時刻ｔ１参照）。こ
の制御により、請求項１の発明にいう開始制御手段（３
２）が構成されている。

【００２９】次に、上記開始制御手段（３２）による除
霜運転の開始後、室内熱交換器（５）の吹出空気の温度
が第１設定温度Ｔ１以下になると、他の機器の作動はそ
のままで電動膨張弁（４）の開度を所定開度に開くよう
に制御する（図中の時刻ｔ２参照）。この制御により、
請求項１の発明にいう第１暖房暖房能力増大手段（３
３）が構成されている。

【００３０】また、上記第１暖房能力増大手段（３３）
による暖房能力の増大後、上記吹出温度センサ（Ｔhu）
で検出される室内熱交換器（５）の吹出空気の温度Ｔｕ
が上記第１設定温度Ｔ１りも低い第２設定温度Ｔ２以下
になると、他の機器の作動はそのままで、上記三方弁
（２１）により室内熱交換器（５）下流側の冷媒の流通
路を第１バイパス路（２０）側に切換えて、電動膨張弁
（４）の開度を負荷に応じて調節するように制御する
（図中時刻ｔ３参照）。この制御により、請求項１の発
明にいう第２暖房能力増大手段（３４）が構成されてい
る。

【００３１】その後、室外熱交換器（３）の除霜が完了
すると、除霜運転の終了指令が出力され、各機器の状態
をすべて上記通常暖房運転時の状態に戻して、暖房運転
に復帰する（図中の時刻ｔ４参照）。

【００３２】したがって、上記実施例では、空気調和装
置に、吐出管（６ａ）から室外熱交換器（３）に直接ホ
ットガスを導入する第１バイパス路（１０）が開閉弁
（１１）を介して設けられ、さらに、主冷媒回路（７）
の電動膨張弁（４）下流側に室外熱交換器（３）をバイ
パスして冷媒を吸入管（６ｂ）に流通させる第２バイパ
ス路（２０）が設けられているので、暖房運転中におけ
る室外熱交換器（３）の着霜時、開閉弁（１１）を開く
ことにより室外熱交換器（３）に吐出冷媒を導入して室
外熱交換器（３）の着霜を融解するいわゆる正サイクル
による除霜運転が可能であるとともに、三方弁（２１）
の切換えにより電動膨張弁（４）下流側の冷媒を第２バ
イパス路（２０）側にバイパスさせることにより、室内
熱交換器（５）に冷媒を流通させて室内の暖房運転を行
うことが可能となる。

【００３３】すなわち、図４のモリエル線図に示すよう
に、圧縮機（１）からの吐出冷媒が点（Ｐ）で第１バイ
パス路（１０）−室外熱交換器（３）を経由するサイク
ル（Ａ）と、室内熱交換器（５）−第２バイパス路（２
０）を経由するサイクル（Ｂ）との独立した２つのサイ
クルに分離され、除霜と暖房とを同時に行うことが可能
になる。そのとき、電動膨張弁（４）の下流側から第２
バイパス路（２０）が分岐しているので、電動膨張弁
（４）の開度調節により、第１バイパス路（１０）−室
外熱交換器（３）を経由して流れる冷媒の流量と、室内
熱交換器（５）−第２バイパス路（２０）を経由して流
れる冷媒の流量との比つまり除霜能力と暖房能力との比
の調節が可能となり、暖房運転中の室内の予熱の状態や
室外熱交換器（３）の着霜の融解の進行に応じて、適切
な能力分配を行うことができる。よって、除霜運転時間
を過大にすることなく、空調の快適性の向上を図ること
ができるのである。

【００３４】また、上記実施例のように、コントロ―ラ
（３０）により除霜の進行に応じた具体的な制御を行っ
た場合、その効果が顕著となる。すなわち、暖房運転制
御手段（３１）による暖房運転中、除霜指令に応じて除
霜運転を開始する時には、開始制御手段（３２）によ
り、電動膨張弁（４）を閉じ開閉弁（１１）を開くこと
で、圧縮機（１）からの吐出冷媒をすべて室外熱交換器
（３）に導入し、室外熱交換器（３）の着霜を速やかに
融解する。このとき、室内ファン（５ａ）が低風量で運
転されるので、室内熱交換器（５）の予熱により室内の
暖房が継続され、空調の快適性が維持される。

【００３５】そして、吹出温度センサ（Ｔhu）で検出さ
れる室内熱交換器（５）の吹出空気温度Ｔｕが第１設定
温度Ｔ１以下になると、第１暖房能力増大手段（３３）
により、電動膨張弁（４）が一定開度まで開かれるの
で、室内熱交換器（５）側に吐出冷媒が流れて室内の暖
房が行われ、吹出空気温度Ｔｕの低下が抑制される。

【００３６】さらに、その後、吹出空気温度Ｔｕが第１
設定温度Ｔ１よりも低い第２設定温度Ｔ２以下になる
と、第２暖房能力増大手段（３４）により、三方弁（２
１）が第２バイパス路（２０）側に切換えられるととも
に、電動膨張弁（４）の開度が負荷に応じて調節され、
室内熱交換器（５）への冷媒流量が増大して、室内の暖
房が確保される。すなわち、図４のモリエル線図に示す
ように、圧縮機（１）からの吐出冷媒が点（Ｐ）で第１
バイパス路（１０）−室外熱交換器（３）を経由するサ
イクル（Ａ）と、室内熱交換器（５）−第２バイパス路
（２０）を経由するサイクル（Ｂ）との独立した２つの
サイクルに分離されるとともに、電動膨張弁（４）の開
度調節によって、両者の能力分配比を適度に調節するこ
とにより、室内熱交換器（５）の暖房能力を増大させる
ことができる。

【００３７】すなわち、以上のように、除霜の進行に応
じて三方弁（２１）を切換え、除霜能力と暖房能力とを
調節することにより、除霜運転時間を過大にすることな
く、空調の快適性の向上を図ることができるのである。

【００３８】なお、上記実施例では、空気調和装置に四
路切換弁（２）を配設し、冷暖房サイクルを切換え可能
としたが、本発明は斯かる実施例に限定されるものでは
なく、暖房専用の空気調和装置についても適用すること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、圧縮機、室外熱交換器、電動膨張弁及び室外熱
交換器を順次接続して空気調和装置の主冷媒回路を構成
し、吐出管から室外熱交換器の入口側液管にホットガス
をバイパスさせる第１バイパス路を開閉弁を介して設け
るとともに、電動膨張弁直下流から吸入管に室外熱交換
器をバイパスする第２バイパス路を設けて、冷媒の流れ
を室外熱交換器側とバイパス路側とに切換えるようにし
たので、暖房運転中における除霜運転時、第１バイパス
路−室外熱交換器を経由して冷媒が循環するサイクルと
室内熱交換器−第２バイパス路を経由するサイクルの２
つの独立したサイクルに分離することができ、正サイク
ルによる除霜運転を行いながら室内の暖房運転を行うこ
とができるとともに、電動膨張弁の開度調節により、除
霜能力と暖房能力との比の調節を行うことができる。

【００４０】また、暖房運転中、除霜指令に応じて除霜
運転を開始する時には、電動膨張弁を閉じ開閉弁を開い
て室内ファンを低風量で運転し、その後、室内熱交換器
の吹出空気温度が第１設定温度以下になると、電動膨張
弁を一定開度まで開いて、さらに、その後、吹出空気温
度が第１設定温度よりも低い第２設定温度以下になる
と、電動膨張弁直下流の冷媒の流れを第２バイパス路側
に切換え、電動膨張弁の開度を負荷に応じて調節するよ
うにしたので、除霜の進行に応じて冷媒の流れの切換と
電動膨張弁の開度調節とにより除霜能力と暖房能力とを
適度に調節することができ、除霜運転時間を過大にする
ことなく、空調の快適性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の構成を示すブロック図である。

【図２】発明の実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系
統図である。

【図３】除霜運転時における各機器の作動変化を示すタ
イムチャ―ト図である。

【図４】除霜及び暖房同時運転時における冷凍サイクル
の状態を示すモリエル線図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 室外熱交換器 ４ 電動膨張弁 ５ 室内熱交換器 ５ａ 室内ファン ６ａ 吐出管 ６ｂ 吸入管 ７ 主冷媒回路 １０ 第１バイパス路 ２０ 第２バイパス路 ２１ 三方弁（切換手段） ３１ 暖房運転制御手段 ３２ 開始制御手段 ３３ 第１暖房能力増大手段 ３４ 第２暖房能力増大手段 Ｔhu 吹出温度センサ（吹出温度検出手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）と、室外熱交換器（３）
   と、電動膨張弁（４）と、室内ファン（５ａ）を付設し
   た室内熱交換器（５）とを順次接続してなる主冷媒回路
   （７）を備えた空気調和装置において、 上記主冷媒回路（７）の吐出管（６ａ）の一部位（Ｐ）
   と室外熱交換器（３）−膨張弁（４）間の液管の一部位
   （Ｑ）とをバイパス接続する第１バイパス路（１０）
   と、 該第１バイパス路（１０）の管路を開閉する開閉弁（１
   １）と、 上記主冷媒回路（７）の第１バイパス路（１０）の接続
   部（Ｑ）−電動膨張弁（４）間の液管と圧縮機（１）の
   吸入管（６ｂ）とをバイパス接続する第２バイパス路
   （２０）と、 上記電動膨張弁（４）下流側の冷媒の流れを室外熱交換
   器（３）側と第２バイパス路（２０）側とに切換える切
   換手段（２１）と、 上記室内熱交換器（５）の吹出空気の温度を検出する吹
   出温度検出手段（Ｔhu）と、 暖房運転時、上記第１バイパス路（１０）の開閉弁（１
   １）を閉じ、切換手段（２１）により室内熱交換器
   （５）からの冷媒を室外熱交換器（３）に流通させるよ
   うに制御する暖房運転制御手段（３１）と、 暖房運転中の除霜運転指令時、上記第１バイパス路（１
   ０）の開閉弁（１１）を開き、電動膨張弁（４）を閉じ
   て、室内ファン（５ａ）の風量を低風量に制御する開始
   制御手段（３２）と、 上記吹出温度検出手段（Ｔhu）の出力を受け、上記開始
   制御手段（３２）による除霜運転の開始後、室内熱交換
   器（５）の吹出空気の温度が第１設定温度以下になる
   と、上記圧縮機（１）の吐出冷媒を室外熱交換器（３）
   に導入すると共に、該圧縮機（１）の吐出冷媒の一部が
   室内熱交換器（５）に流れるように電動膨張弁（４）を
   一定開度に開く第１暖房能力増大手段（３３）と、 該第１暖房能力増大手段（３３）による暖房能力の増大
   後、上記吹出温度検 出手段（Ｔhu）で検出される室内熱
   交換器（５）の吹出空気の温度が上記第１設定温度より
   も低い第２設定温度以下になると、上記切換手段（２
   １）により電動膨張弁（４）下流側の冷媒の流れを第２
   バイパス路（２０）側に切換えて、電動膨張弁（４）の
   開度を負荷に応じて調節する第２暖房能力増大手段（３
   ４）と を備えたことを特徴とする空気調和装置。