| 【発明の名称】 |
冷媒加熱式空気調和機 |
| 【発明者】 |
【氏名】井崎 博和
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| 【要約】 |
【課題】冷媒加熱式空気調和機において、暖房運転時の運転効率改善を図る。
【解決手段】冷媒加熱式空気調和機１は、圧縮機１１から吐出された冷媒を、四方弁１２・室外側熱交換器１３・キャピラリチューブ１８・室内側熱交換器４を経由して循環させる冷房運転と、四方弁１２・室内側熱交換器４・バーナー３１により加熱される冷媒加熱器１４を経由して循環させる暖房運転とを実行可能とされたものであって、圧縮機１１から吐出された冷媒を、四方弁１２・室内側熱交換器４・キャピラリチューブ１９・室外側熱交換器１３・冷媒加熱器１４を経由して循環させる暖房運転を実行可能としたものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室外側熱交換器・減圧装置・室内側熱交換器を経由して循環させる冷房運転と、前記流路切換手段・前記室内側熱交換器・加熱手段により加熱される冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転とを実行可能とされた冷媒加熱式空気調和機において、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記流路切換手段・前記室内側熱交換器・減圧装置・前記室外側熱交換器・前記冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転を実行可能としたことを特徴とする冷媒加熱式空気調和機。
【請求項２】 暖房運転において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段による前記冷媒加熱器の加熱を停止したヒートポンプ暖房モードと、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記流路切換手段・前記室内側熱交換器・前記減圧装置・前記室外側熱交換器・前記冷媒加熱器を経由して循環させ、前記加熱手段により前記冷媒加熱器を加熱する複合暖房モードと、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記流路切換手段・前記室内側熱交換器・前記冷媒加熱器を経由して循環させ、前記加熱手段により前記冷媒加熱器を加熱する冷媒加熱暖房モードとを選択的に実行可能としたことを特徴とする請求項１の冷媒加熱式空気調和機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、暖房運転時に加熱手段によって冷媒を加熱することが可能とされた冷媒加熱式空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種冷媒加熱式の空気調和機は、例えば特開昭５８−６３７２号公報に示されている。即ち、この種の空気調和機では、四方切換弁を切り換えることにより、冷房運転時は圧縮機から吐出された冷媒を、四方切換弁・室外側熱交換器・開閉弁（或いは逆止弁）・減圧器・室内側熱交換器・四方切換弁・逆止弁を通って圧縮機に戻すと共に、暖房運転時には圧縮機から吐出された冷媒を、四方切換弁・室内側熱交換器・もう一つの開閉弁・バーナーにて加熱される冷媒加熱器を通って圧縮機に戻すように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】係る冷媒加熱式の暖房によれば、所謂ヒートポンプ式の暖房に比較して、特に低外気温時に高い暖房能力を得られるものであるが、秋口や春先など外気温が低くならない季節には、冷媒加熱時の燃料消費とヒートポンプ運転時の消費電力との比較において、却ってヒートポンプ式の暖房の方が熱効率が良くなる場合があった。
【０００４】本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、冷媒加熱式空気調和機において、暖房運転時の運転効率改善を図ることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の冷媒加熱式空気調和機は、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室外側熱交換器・減圧装置・室内側熱交換器を経由して循環させる冷房運転と、流路切換手段・室内側熱交換器・加熱手段により加熱される冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転とを実行可能とされたものであって、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転を実行可能としたものである。
【０００６】本発明によれば、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室外側熱交換器・減圧装置・室内側熱交換器を経由して循環させる冷房運転と、流路切換手段・室内側熱交換器・加熱手段により加熱される冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転とを実行可能とされた冷媒加熱式空気調和機において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転を実行可能としたので、秋口や春先などの外気温が下がらない状況で暖房を行う際、加熱手段による加熱を停止した状態で、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させることにより、所謂ヒートポンプによる暖房運転を行うことが可能となる。
【０００７】これにより、冷媒加熱式の暖房能力を維持しながら、係る状況における暖房運転時の熱効率を著しく改善することができるようになる。特に、従来の所謂ヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路を略利用することが可能となるので、汎用性にも富んだものとなる。
【０００８】請求項２の発明の冷媒加熱式空気調和機は、上記暖房運転において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段による冷媒加熱器の加熱を停止したヒートポンプ暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する複合暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する冷媒加熱暖房モードとを選択的に実行可能としたものである。
【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１の暖房運転において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段による冷媒加熱器の加熱を停止したヒートポンプ暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する複合暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する冷媒加熱暖房モードとを選択的に実行可能としたので、外気温度や室外側熱交換器における冷媒の蒸発温度などに応じて、暖房能力と熱効率の最適なモードを選択し、円滑な暖房運転を実現することが可能となるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の冷媒加熱式の空気調和機１の冷媒回路図、図２、図３は暖房運転における各モードの切換を説明する図である。
【００１１】図１において、空気調和機１は、空調される室内に設置された図示しない室内機と、屋外に設置された図示しない室外機とから成る。室内機にはスリットフィン式の室内側熱交換器４とファン６が内蔵されており、また、９は室温を検出する室温センサー、８は室内側熱交換器４の温度を検出する熱交温度センサーである。
【００１２】一方、室外機には冷媒を循環させる手段としての圧縮機１１、流路切換手段としての四方弁１２、室外側熱交換器１３、減圧装置としてのキャピラリチューブ１８、１９、冷媒加熱器（冷媒加熱熱交換器）１４及びバーナー３１（加熱手段）、ファン３３などが設置されている。また、２３は外気温度を検出する外気温度センサー、２４は室外側熱交換器１３の温度を検出する熱交温度センサー、３２は冷媒加熱器１４の出口温度を検出する加熱器温度センサーである。
【００１３】即ち、圧縮機１１の吐出側は四方弁１２を介して冷媒加熱器１４に配管接続され、冷媒加熱器１４は室外側熱交換器１３に配管接続される。そして、室外側熱交換器１３は前記キャピラリチューブ１８、１９を介して室内側熱交換器４に接続される。そして、室内側熱交換器４は、四方弁１２及びアキュムレータ２２を介して圧縮機１１の吸込側に接続される。
【００１４】尚、上記キャピラリチューブ１８には逆止弁２６が並設接続されると共に、キャピラリチューブ１９にも逆止弁２７が並列接続されている。そして、逆止弁２６は室外側熱交換器１３側を順方向とされ、逆止弁２７は室内側熱交換器４側を順方向とされている。
【００１５】更に、逆止弁１９の下流側（順方向側）と冷媒加熱器１４及び室外側熱交換器１３との接続点間には室外側熱交換器１３を迂回するバイパス配管２８が接続されると共に、このバイパス配管２８には電磁弁２９が介設されている。
【００１６】以上の構成で、図示しない制御装置は、冷房運転時、四方弁１２を図１中破線の如く切り換える。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は図中破線矢印で示す如く四方弁１２から冷媒加熱器１４、室外側熱交換器１３に順次流入し、室外側熱交換器１３内で凝縮液化した後、逆止弁２７を経てキャピラリチューブ１８に至り、そこで減圧される。そして、室内側熱交換器４に流入し、そこで蒸発することにより周囲から熱を奪って冷却作用を発揮する。
【００１７】尚、この場合制御装置はバーナー３１の燃焼を停止しており、バイパス配管２８の電磁弁２９は閉じている。
【００１８】室内側熱交換器４により冷却された冷気はファン６にて室内に吹き出されて冷房が行われる。また、室内側熱交換器４を出た冷媒は、四方弁１２を経てアキュムレータ２２に入り、そこで気液分離され、ガス冷媒のみが圧縮機１１に帰還する。制御装置は室温センサー９が出力する室内空気温度Ｔｒと室温の要求温度Ｔｓとに基づいて圧縮機１１の運転を制御し、室内空気温度Ｔｒを要求温度Ｔｓに制御するものである。
【００１９】一方、暖房運転時においては、制御装置は■ヒートポンプ暖房モード（ヒーポン）、■複合暖房モード（燃焼＋ヒーポン）及び■冷媒加熱暖房モード（燃焼）の三つのモードを切り換えて実行する。
【００２０】上記ヒートポンプ暖房モードでは、前記制御装置は四方弁１２を図１中実線の如く切り換えると共に、バーナー３１の燃焼は停止し、電磁弁２９は閉じる。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は図中実線矢印で示す如く四方弁１２から室内側熱交換器４に流入し、室内側熱交換器４内で放熱（凝縮液化）した後、逆止弁２６を経てキャピラリチューブ１９に至り、そこで減圧される。そして、室外側熱交換器１３に流入し、そこで蒸発することにより周囲から熱を奪う。
【００２１】室内側熱交換器４により加熱された暖気はファン６にて室内に吹き出されて暖房が行われる。また、室外側熱交換器１３を出た冷媒は、冷媒加熱器１４、四方弁１２を順次経てアキュムレータ２２に入り、そこで気液分離され、ガス冷媒のみが圧縮機１１に帰還する。制御装置は室温センサー９が出力する室内空気温度Ｔｒと室温の要求温度Ｔｓとに基づいて圧縮機１１の運転を制御し、室内空気温度Ｔｒを要求温度Ｔｓに制御するものである。
【００２２】次に、前記複合暖房モードでは、前記制御装置は同様に四方弁１２を図１中実線の如く切り換えると共に、バーナー３１を燃焼させ、電磁弁２９は閉じる。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は図中実線矢印で示す如く四方弁１２から室内側熱交換器４に流入し、室内側熱交換器４内で放熱（凝縮液化）した後、逆止弁２６を経てキャピラリチューブ１９に至り、そこで減圧される。そして、室外側熱交換器１３に流入し、そこで蒸発することにより周囲から熱を奪う。
【００２３】また、室外側熱交換器１３を出た冷媒は、冷媒加熱器１４に流入してそこでバーナー３１から加熱され、次に四方弁１２、アキュムレータ２２を順次経て圧縮機１１に吸引され、再び吐出されて室内側熱交換器４に至る。この室内側熱交換器４により加熱された暖気はファン６にて室内に吹き出されて暖房が行われる。制御装置は室温センサー９が出力する室内空気温度Ｔｒと室温の要求温度Ｔｓとに基づいて圧縮機１１とバーナー３１をＯＮ−ＯＦＦすると共に、加熱器温度センサー３２の出力に基づいて冷媒加熱器１４の出口温度を例えば＋４７℃に維持するようにバーナー３１の燃焼量を制御する。これらによって、室内空気温度Ｔｒを要求温度Ｔｓに制御するものである。
【００２４】次に、前記冷媒加熱暖房モードでは、前記制御装置は同様に四方弁１２を図１中実線の如く切り換えると共に、バーナー３１を燃焼させ、電磁弁２９を開く。これにより、圧縮機１１から吐出された冷媒は図中実線矢印で示す如く四方弁１２から室内側熱交換器４に流入し、室内側熱交換器４内で放熱した後、逆止弁２６を経て殆どがバイパス配管２８に流入し（キャピラリチューブ１９の抵抗）、次に冷媒加熱器１４に流入してそこでバーナー３１から加熱される。
【００２５】そして、四方弁１２、アキュムレータ２２を順次経て圧縮機１１に吸引され、再び吐出されて室内側熱交換器４に至る。室内側熱交換器４は冷媒加熱器１４で加熱された冷媒により加熱されると共に、この室内側熱交換器４により加熱された暖気はファン６にて室内に吹き出されて暖房が行われる。
【００２６】制御装置は室温センサー９が出力する室内空気温度Ｔｒと室温の要求温度Ｔｓとに基づいて圧縮機１１とバーナー３１をＯＮ−ＯＦＦすると共に、加熱器温度センサー３２の出力に基づいて冷媒加熱器１４の出口温度を例えば＋４７℃に維持するようにバーナー３１の燃焼量を制御する。これらによって、室内空気温度Ｔｒを要求温度Ｔｓに制御するものである。
【００２７】ここで、制御装置は上記各モードの切り換えを行う場合、先ず優先順位は■→■→■の順とする。次に、外気温度センサー２３が検出する外気温度Ｔｏ、前記室内空気温度Ｔｒ及び要求温度Ｔｓに基づいて必要な暖房能力Ｑｈを推定する。そして、■ヒートポンプ暖房モードでの暖房能力Ｑｈ１、室外側熱交換器１３内の冷媒の蒸発温度Ｔｅ１、圧縮比を推定し、推定した暖房能力Ｑｈ１、蒸発温度Ｔｅ１、圧縮比が所定の条件を満たす場合はヒートポンプ暖房モードとする。
【００２８】また、条件を満たさない場合は■複合暖房モードで運転を開始する（蒸発温度Ｔｅ２はＴｅ１＜Ｔｅ２＜Ｔｏ）。この複合暖房モードにおいても所定の条件を満たさない場合には、■冷媒加熱暖房モードとするものである。
【００２９】尚、係るモード切り換えは外気温度のみに基づいて行っても良い。即ち、その場合、制御装置は図２に示す如く外気温度Ｔｏが例えば＋５℃以上の場合には■ヒートポンプ暖房モード、＋２℃以上＋５℃未満の場合は■複合暖房モード、＋２℃未満の場合は■冷媒加熱暖房モードとする。
【００３０】また、蒸発温度Ｔｅのみに基づいて行うこともできる。即ち、その場合は図３に示す如く熱交温度センサー２４が検出する室外側熱交換器１３内の冷媒の蒸発温度Ｔｅが例えば０℃以上の場合には■ヒートポンプ暖房モード、−３℃以上０℃未満の場合は■複合暖房モード、−３℃未満の場合は■冷媒加熱暖房モードとする。
【００３１】これらのモード切り換え制御により、秋口や春先などの外気温が下がらない状況で暖房を行う際、ヒートポンプによる暖房運転を行うことが可能となり、暖房運転時の熱効率を改善することができるようになる。また、外気温度によって各モードを切り換えるので、冷媒加熱式の暖房能力も損なわれず、円滑な暖房運転を実現することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室外側熱交換器・減圧装置・室内側熱交換器を経由して循環させる冷房運転と、流路切換手段・室内側熱交換器・加熱手段により加熱される冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転とを実行可能とされた冷媒加熱式空気調和機において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させる暖房運転を実行可能としたので、秋口や春先などの外気温が下がらない状況で暖房を行う際、加熱手段による加熱を停止した状態で、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させることにより、所謂ヒートポンプによる暖房運転を行うことが可能となる。
【００３３】これにより、冷媒加熱式の暖房能力を維持しながら、係る状況における暖房運転時の熱効率を著しく改善することができるようになる。特に、従来の所謂ヒートポンプ式空気調和機の冷媒回路を略利用することが可能となるので、汎用性にも富んだものとなる。
【００３４】請求項２の発明によれば、請求項１の暖房運転において、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段による冷媒加熱器の加熱を停止したヒートポンプ暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・減圧装置・室外側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する複合暖房モードと、圧縮機から吐出された冷媒を、流路切換手段・室内側熱交換器・冷媒加熱器を経由して循環させ、加熱手段により冷媒加熱器を加熱する冷媒加熱暖房モードとを選択的に実行可能としたので、外気温度や室外側熱交換器における冷媒の蒸発温度などに応じて、暖房能力と熱効率の最適なモードを選択し、円滑な暖房運転を実現することが可能となるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】雨笠 敬
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１７３６９９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３６２２４０ |
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