JP3242217B2

JP3242217B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3242217B2
Application number: JP17043893A
Authority: JP
Inventors: 将人堀; 貴士太田; 小林　　隆; 武佐藤
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH0727437A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷媒加熱器を備えた空
気調和機に係わり、特に、暖房運転から冷房運転への切
換え時における異常音抑制構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルを用いた空気調和機におい
ては、インバータ制御技術の開発などにより、ヒートポ
ンプエアコンとしての性能向上が顕著である。しかしな
がら、性能向上は冷房能力に対して著しく、暖房能力に
ついては、さほどでもない。これは、暖房作用が外気温
に影響されるためであり、外気温が低くなるほど暖房能
力が低下する問題が解消されていない。

【０００３】そこで、暖房能力が外気温に左右されず、
しかも通常のヒートポンプエアコンと同程度の省スペー
スと、容易な施工性および安全性を持つ冷媒加熱式の空
気調和機が注目されている。

【０００４】この種の空気調和機の冷凍サイクルは、圧
縮機、四方弁、室外熱交換器、逆止弁、冷媒加熱器、絞
り装置、室内熱交換器、圧縮機へと順次接続される冷房
用循環回路と、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装
置、冷媒加熱器、バイパス管、圧縮機へと順次接続され
る暖房用循環回路を備えている。

【０００５】前記バイパス管は、逆止弁と冷媒加熱器と
の間から分岐し、圧縮機の吸込み側に接続されていて、
ここに開閉弁が介設される。この開閉弁は、暖房運転モ
ード時には開放し、冷房運転モード時には閉止するよう
制御される。

【０００６】したがって、逆止弁と開閉弁の開閉設定と
の関係で、冷房運転モードでは、〜室外熱交換器−逆止
弁−冷媒加熱器〜へと冷媒が導かれ、暖房運転モード
では、〜冷媒加熱器−バイパス管−圧縮機へと導かれ
ることとなる。

【０００７】上記冷媒加熱器は、燃焼ガスが導通する加
熱器本体周面に沿って、熱交換パイプである冷媒管が設
けられる。この冷媒加熱器と対向して、ガスバーナや比
例制御弁などから構成される燃焼ユニットが配置され
る。

【０００８】暖房運転時に、燃焼ユニットは制御回路か
らの信号にもとづいて、上記冷媒加熱器を燃焼制御をな
した状態で加熱する。したがって、ここでガス燃焼した
熱を冷媒に加えた状態で、その冷媒が室内熱交換器に熱
を運んで暖房作用を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の空
気調和機では、特に、暖房運転モードから冷房運転モー
ドに切換えた際に、問題がある。すなわち、暖房運転モ
ードで冷媒加熱器は燃焼ユニットにより加熱され、高温
状態にある。圧縮機から室外熱交換器に導かれて凝縮液
化した冷媒は、室内熱交換器に導かれる以前に冷媒加熱
器に導通され、ここの余熱を吸収する。

【００１０】冷媒は蒸発し、膨張した状態で冷媒加熱器
を導出され、高圧化する。加熱器と室外熱交換器との間
の逆止弁の前後では、高圧の状態で特に圧力差がなくな
り、弁内のストッパが踊り（異常振動）、異常音が発生
する。

【００１１】それに加えて、たとえば外気温が低下し、
その影響で室外熱交換器の凝縮圧力が低くなると、逆止
弁に弁を閉じる方向の圧力が生じて、ここを導通する冷
媒の流通状態が不安定となり、さらに異常音が発生す
る。

【００１２】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、冷媒加熱器を備えた
冷凍サイクルで、暖房運転から冷房運転に切換えた直後
の、冷媒の流通を円滑にして、異常音の発生を抑制し、
快適空調をなす空気調和機を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外
熱交換器、逆止弁、冷媒加熱器、絞り装置、室内熱交換
器を順次接続するとともに、前記逆止弁と冷媒加熱器と
の間から分岐し圧縮機の吸込み側配管に連通するバイパ
ス管と、このバイパス管に介設され暖房運転モード時に
は開放し、冷房運転モード時には閉止する開閉弁を備え
た冷凍サイクルを、前記四方弁の切換えにより、圧縮機
の吐出側から、四方弁、室外熱交換器、逆止弁、冷媒加
熱器、絞り装置、室内熱交換器、圧縮機の吸込み側へと
順次接続される冷房用循環回路と、前記圧縮機の吐出側
から、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、冷媒加熱器、
バイパス管、圧縮機の吸込み側へと順次接続される暖房
用循環回路を構成し、前記冷媒加熱器の入口側または出
口側配管から分岐して圧縮機の吐出側配管に連通し、逆
止弁を介在させたバイパス回路を備えた。

【００１４】第２の発明の空気調和機は、第１の発明に
おけるバイパス回路を、冷媒加熱器と絞り装置との間の
配管から分岐して、圧縮機の吐出側配管に連通し、逆止
弁を介在させた。

【００１５】第３の発明の空気調和機は、圧縮機、四方
弁、室外熱交換器、逆止弁、冷媒加熱器、絞り装置、室
内熱交換器を順次接続するとともに、前記逆止弁と冷媒
加熱器との間から分岐し圧縮機の吸込み側配管に連通す
るバイパス管と、このバイパス管に介設され暖房運転モ
ード時には開放し、冷房運転モード時には閉止する開閉
弁を備えた冷凍サイクルを、前記四方弁の切換えによ
り、圧縮機の吐出側から、四方弁、室外熱交換器、逆止
弁、冷媒加熱器、絞り装置、室内熱交換器、圧縮機の吸
込み側へと順次接続される冷房用循環回路と、前記圧縮
機の吐出側から、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、冷
媒加熱器、バイパス管、圧縮機の吸込み側へと順次接続
される暖房用循環回路を構成し、前記開閉弁を暖房運転
モード時に開放し、冷房運転モード時に閉止する制御手
段と、暖房運転モードから冷房運転モードに切換えの
際、冷房運転開始から所定時間、前記開閉弁を開放する
制御手段を備えた。

【００１６】

【作用】第１の発明では、暖房運転から冷房運転に切換
えた直後の逆止弁前後に発生する高圧の冷媒を、冷媒加
熱器の入口側または出口側配管から分岐したバイパス回
路を介して圧縮機の吐出側配管に逃がし、圧力を低下さ
せて、冷媒流通を円滑化し、逆止弁の異常音発生を抑制
する。上記バイパス回路には、逆止弁が設けられてい
て、圧縮機から直接冷媒加熱器側へ冷媒が導かれること
はない。

【００１７】第２の発明では、暖房運転から冷房運転に
切換えた直後の逆止弁前後に発生する高圧の冷媒を、冷
媒加熱器と絞り装置との間の配管から分岐したバイパス
回路を介して圧縮機の吐出側配管に逃がし、圧力を低下
させて、冷媒流通を円滑化し、逆止弁の異常音発生を抑
制する。上記バイパス回路には、逆止弁が設けられてい
て、圧縮機から直接冷媒加熱器側へ冷媒が導かれること
はない。

【００１８】第３の発明では、逆止弁と冷媒加熱器との
間から分岐して、圧縮機の吸込み側配管に連通するバイ
パス管に介設される開閉弁を、暖房運転モード時に開放
し、冷房運転モード時に閉止し、かつ暖房運転モードか
ら冷房運転モードに切換えの際、冷房運転開始から所定
時間、開閉弁を開放する。

【００１９】このことにより、逆止弁と、二方弁および
冷媒加熱器の冷媒は圧縮機に戻され、これらの間の冷媒
圧力が低下する。すなわち、逆止弁にかかる逆圧が低下
して、室外熱交換器から出た冷媒は冷媒加熱器に円滑に
流れ、逆止弁から異常音が発生しない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて
説明する。図１は、空気調和機の冷凍サイクル回路を示
す。図中１は圧縮機であり、この圧縮機１の吐出側に
は、四方弁２、室外熱交換器３、逆止弁４、冷媒加熱器
５、絞り装置である電子膨張弁６、接続用弁７を介して
室内熱交換器８が順次、冷媒管Ｐを介して接続される。

【００２１】上記逆止弁４は、室外熱交換器３から冷媒
加熱器５側へ冷媒を流通させ、反方向への流れを阻止す
る。上記室内熱交換器８は、再熱器８ａと冷却器８ｂと
が相対向して配置され、これらの間には補助電子膨張弁
９が介設される。

【００２２】さらに、室内熱交換器８の冷却器８ｂか
ら、接続弁１０、四方弁２、逆止弁１１から圧縮機１の
吸込み側に冷媒管Ｐを介して接続される。上記逆止弁１
１は、四方弁２から圧縮機１側へ冷媒を流通させ、反方
向への流れを阻止するよう設けられる。

【００２３】上記各接続弁７，１０は、室外側と室内側
との配管接続用であって、据付完了後に作業員によって
開放操作される。また、上記逆止弁４と冷媒加熱器５と
の間に一端が、かつ逆止弁１１と圧縮機１吸込み側との
間に他端が接続される第１のバイパス管１２が設けられ
ていて、ここには開閉弁１３が介設される。

【００２４】さらに、冷媒加熱器５と電子膨張弁６との
間に一端が、かつ圧縮機１吐出側と四方弁２との間に他
端が接続される第２のバイパス管１４が設けられてい
て、ここには一端から他端側へ冷媒を流通させ、反方向
は閉止する逆止弁１５が介設される。これら第２のバイ
パス管１４と逆止弁１５とで、バイパス回路１４Ａが構
成される。

【００２５】上記接続弁１０と四方弁２との間に一端
が、かつ第２のバイパス管１４の一端接続部と電子膨張
弁６との間に他端部が接続される第３のバイパス管１６
が設けられていて、ここには一端から他端側へ冷媒を流
通させる逆止弁１７と補助キャピラリーチューブ１８が
直列に介設される。

【００２６】上記冷媒加熱器５には、ガスバーナ１９を
備え、このガスバーナが比例制御弁２０を介してガス供
給源に連通する燃焼ユニット２１が対向して配置され
る。このような冷凍サイクルには、圧縮機１の吐出側か
ら、四方弁２、室外熱交換器３、逆止弁４、冷媒加熱器
５、電子膨張弁６、室内熱交換器８の再熱器８ａ、補助
電子膨張弁９、冷却器８ｂ、四方弁２、逆止弁１１、圧
縮機１の吸込み側へと順次接続される冷房用循環回路Ｃ
が構成される。

【００２７】また、圧縮機１の吐出側から、四方弁２、
室内熱交換器８の冷却器８ｂ、補助電子膨張弁９、再熱
器８ａ、電子膨張弁６、冷媒加熱器５、第１のバイパス
管１２の開閉弁１３、圧縮機１の吸込み側を順次接続さ
れる暖房用循環回路Ｈが構成される。

【００２８】冷凍サイクル構成は以上述べた通りである
が、上記室外熱交換器３と室内熱交換器８にそれぞれ対
向して、ここでは図示しない室外送風機と、室内送風機
が配設される。

【００２９】先に説明した、圧縮機１、四方弁２、電子
膨張弁６、補助電子膨張弁９、開閉弁１３、燃焼ユニッ
ト２１の比例制御弁２０および、先に説明した室内送風
機と室外送風機は、全て制御回路２２に電気的に接続さ
れ、この制御回路に検知信号を送り、もしくは制御回路
から制御信号を受けるようになっている。

【００３０】制御回路２２は、マイクロコンピュータお
よびその周辺回路から構成されていて、次の機能手段を
備える。（１）圧縮機１の運転オン、四方弁２の非切換え、燃
焼ユニット２１の運転オフを設定し、かつ二方弁１３を
閉成して、圧縮機から吐出される冷媒を四方弁２、室外
熱交換器３、逆止弁４、冷媒加熱器５、電子膨張弁６、
室内熱交換器８の再熱器８ａ、補助電子膨張弁９、冷却
器８ｂ、四方弁２、逆止弁１１、圧縮機１の吸込み側へ
と、順次導き、冷房用循環回路Ｃを循環させる、冷房運
転を実行する手段。

【００３１】（２）圧縮機１の運転オン、四方弁２の
切換え、燃焼ユニット２１の運転オン（ガスバーナ１９
の燃焼作用）を設定し、かつ開閉弁１３を開放して、圧
縮機１から吐出される冷媒を、四方弁２、室内熱交換器
８の冷却器８ｂ、補助電子膨張弁９、再熱器８ａ、電子
膨張弁６、冷媒加熱器５、第１のバイパス管１２の開閉
弁１３、圧縮機１の吸込み側を順次導き、暖房用循環回
路Ｈを循環させる暖房運転を実行する手段。

【００３２】つぎに、上記構成における作用について説
明する。冷房運転モードが設定されると、開閉弁１３は
閉成し、燃焼ユニット２１は停止状態で圧縮機１が駆動
され、冷媒は図に実線矢印に示すように、冷房用循環回
路Ｃを循環する。

【００３３】冷媒は室内熱交換器５で蒸発し、ここに導
かれる被空調室空気は蒸発潜熱を奪われて低温化する。
そのまま吹出されて、被空調室の冷房作用をなす。暖房
運転モードが設定されると、四方弁２が暖房運転用に切
換えられるとともに、開閉弁１３は開放される。同時
に、燃焼ユニット２１が燃焼を開始して、冷媒加熱器５
が加熱される。

【００３４】室内熱交換器８で冷媒は凝縮熱を放出し、
被空調室内の暖房作用をなしてから、冷媒加熱器５で加
熱されて圧縮機１に導かれる。このとき冷媒加熱器５で
得られた熱が冷媒に加えられ、その冷媒が室内熱交換器
８に熱を運んで、極めて効果的な暖房作用が行われる。

【００３５】特に、暖房運転時に、圧縮機１から吐出さ
れる冷媒の一部が第３のバイパス管１６を通って冷媒加
熱器５側に導かれるが、その冷媒の量は補助キャピラリ
ーチューブ１８の抵抗によって極く少量に抑えられ、運
転に支障はきたさない。

【００３６】なお、暖房運転を停止して、その直後、あ
まり時間が経過していない状態で冷房運転への切換えを
設定する場合がある。すなわち、暖房運転時には燃焼ユ
ニット２１が冷媒加熱器５に対する加熱作用をなし、こ
の加熱器は余熱をもっていて、比較的高温となってい
る。

【００３７】それにも係わらず、運転モードの切換えに
よって、圧縮機１から室外熱交換器３に導かれて凝縮液
化した冷媒は、室内熱交換器８に導かれる以前に、冷媒
加熱器５を導通して、ここの余熱を吸収する。

【００３８】冷媒は蒸発し、膨張した状態で冷媒加熱器
５を導出される。すなわち、高圧化するが、この導出側
に設けられる第２のバイパス管１４から、逆止弁１５を
介して圧縮機１の吐出側に、自然的に逃がされる。

【００３９】したがって、冷媒加熱器５と室外熱交換器
３との間の逆止弁４の前後で圧力差が生じ、冷媒が円滑
に導かれる。従来のような、逆止弁４での異常音発生が
なく、快適空調が行われる。

【００４０】ある程度の時間が経過すれば、冷媒加熱器
５が冷却され、液冷媒がそのまま電子膨張弁６に導かれ
る通常の冷房サイクルとなり、上記第１のバイパス管１
４から圧縮機１吐出側への冷媒の逃げがなくなる。

【００４１】なお、冷媒加熱器５に液状の冷媒が集溜し
た状態で、暖房運転を開始し、燃焼ユニット２１の燃焼
をなすと、冷媒が極く短時間で加熱され、蒸発して、加
熱器の圧力が早急に上昇する。

【００４２】このようなときにも、第２のバイパス管１
４から逆止弁１５を介して高圧の冷媒ガスが圧縮機１の
吐出側に逃げるので、冷媒加熱器５内の圧力降下に効果
がある。すなわち、冷媒加熱器５の液封防止作用をな
す。

【００４３】なお、上記実施例においては、第２のバイ
パス管１４の一端を、冷媒加熱器５の上流側である電子
膨張弁６との間に接続したが、これに限定されるもので
はなく、この一端を冷媒加熱器の下流側に接続するよう
にしても、上記実施例と同様の作用効果を奏する。

【００４４】さらに、図２に示すような冷凍サイクルを
構成し、制御をなしてもよい。先に説明した、第１の実
施例と同一部品に同番号を付して、新たな説明を省略す
る。なお、この実施例においては、特に、先に説明した
第２のバイパス管１４が不要である。（第３のバイパス
管１６は、備えてあっても支障がない）制御回路２２Ａ
は、先に説明した、冷媒を冷房用循環回路Ｃに沿って循
環させて冷房運転を実行する手段と、冷媒を暖房用循環
回路Ｈに沿って循環させて暖房運転を実行する手段の他
に、暖房運転から冷房運転に切換えた際、図３に示すよ
うに、冷房運転開始から所定時間Ｔ₁ は、第１のバイパ
ス管１２の開閉弁１３を継続して開放し、しかる後閉成
する手段を備える。

【００４５】なお、上記所定時間Ｔ₁ は、冷媒加熱器５
の温度（余熱度）や、外気温度等の条件によって設定さ
れる。しかして、暖房運転から冷房運転に切換えた直後
は、冷媒が冷媒加熱器５の余熱を吸収して蒸発し、膨張
するが、暖房運転時と同様、開閉弁１３が開放制御され
るので、逆止弁４、開閉弁１３および冷媒加熱器５間か
ら圧縮機１吸込み側へ戻される。

【００４６】したがって、所定時間Ｔ₁ の間に逆止弁４
への逆圧が低下する。この時間中に冷媒加熱器５は温度
低下し、時間経過後に開閉弁１３を閉止して、通常の冷
房運転状態に戻れば、室外熱交換器３から導出される冷
媒が逆止弁４を介して円滑に冷媒加熱器５へ導かれる。
上記実施例と同様、逆止弁４からは全く異常音の発生が
みられない。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、冷媒
加熱器の入口側または出口側配管から分岐して圧縮機の
吐出側配管に連通され、逆止弁を介在させたバイパス回
路を備えたから、第２の発明は、冷媒加熱器と絞り装置
との間の配管から分岐して圧縮機の吐出側配管に連通さ
れ、逆止弁を介在させたバイパス回路を備えたから、第
３の発明は、開閉弁を暖房運転モード時に開放し、冷房
運転モード時に閉止する制御手段と、暖房運転モードか
ら冷房運転モードに切換えの際、冷房運転開始から所定
時間、前記開閉弁を開放する制御手段を備えたから、冷
媒加熱器を備えた冷凍サイクルで、暖房運転から冷房運
転に切換えた直後における冷媒の円滑な流通化を図り、
異常音の発生を抑制して、快適空調をなす効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、空気調和機の冷凍サ
イクル構成および制御回路構成図。

【図２】他の実施例を示す、空気調和機の冷凍サイクル
構成および制御回路構成図。

【図３】同実施例の、制御タイムチャート図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…逆止
弁、５…冷媒加熱器、６…絞り装置（電子膨張弁）、８
…室内熱交換器、１２…（第１の）バイパス管、１３…
開閉弁、Ｃ…冷房用循環回路、Ｈ…暖房用循環回路、１
４Ａ…バイパス回路、１５…逆止弁。

フロントページの続き (72)発明者佐藤武静岡県富士市蓼原336番地株式会社東芝富士工場内 (56)参考文献特開平５−18630（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 13/00 341

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、四方弁、室外熱交換器、逆止弁、
冷媒加熱器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続すると
ともに、前記逆止弁と冷媒加熱器との間から分岐し圧縮
機の吸込み側配管に連通するバイパス管と、このバイパ
ス管に介設され暖房運転モード時には開放し、冷房運転
モード時には閉止する開閉弁を備えた冷凍サイクルを、
前記四方弁の切換えにより、圧縮機の吐出側から、四方
弁、室外熱交換器、逆止弁、冷媒加熱器、絞り装置、室
内熱交換器、圧縮機の吸込み側へと順次接続される冷房
用循環回路と、前記圧縮機の吐出側から、四方弁、室内
熱交換器、絞り装置、冷媒加熱器、バイパス管、圧縮機
の吸込み側へと順次接続される暖房用循環回路を構成さ
せた空気調和機において、前記冷媒加熱器の入口側または出口側配管から分岐して
前記圧縮機の吐出側配管に連通され、逆止弁を介在させ
たバイパス回路を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】前記バイパス回路は、冷媒加熱器と絞り装
置との間の配管から分岐して前記圧縮機の吐出側配管に
連通され、逆止弁を介在させたことを特徴とする請求項
１記載の空気調和機。
【請求項３】圧縮機、四方弁、室外熱交換器、逆止弁、
冷媒加熱器、絞り装置、室内熱交換器を順次接続すると
ともに、前記逆止弁と冷媒加熱器との間から分岐し圧縮
機の吸込み側配管に連通するバイパス管と、このバイパ
ス管に介設され暖房運転モード時には開放し、冷房運転
モード時には閉止する開閉弁を備えた冷凍サイクルを、
前記四方弁の切換えにより、圧縮機の吐出側から、四方
弁、室外熱交換器、逆止弁、冷媒加熱器、絞り装置、室
内熱交換器、圧縮機の吸込み側へと順次接続される冷房
用循環回路と、前記圧縮機の吐出側から、四方弁、室内
熱交換器、絞り装置、冷媒加熱器、バイパス管、圧縮機
の吸込み側へと順次接続される暖房用循環回路を構成さ
せた空気調和機において、前記開閉弁を暖房運転モード時に開放し、冷房運転モー
ド時に閉止する制御手段と、暖房運転モードから冷房運
転モードに切換えの際、冷房運転開始から所定時間、前
記開閉弁を開放する制御手段を備えたことを特徴とする
空気調和機。