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課題

暖房サイクルによる除湿運転以外の空調能力を損なうことなく、暖房サイクルにより強力に暖房しながら除湿できる空気調和機を提案する。

解決手段

空気調和機は、冷媒循環する冷媒回路(RC)と、冷媒回路(RC)を制御する制御部(100)とを備える。室内熱交換器(11)は、冷媒が流れる冷媒経路と、冷媒経路の途中に設けられた制御弁(13)とを有する。制御部(100)は、暖房サイクルによる除湿運転をするとき、制御弁(13)を制御して、室内熱交換器(11)において制御弁(13)よりも上流側の部分(11a,11b,11c,11e)が凝縮域となる一方、室内熱交換器(11)において制御弁(13)よりも下流側の部分(11d)が蒸発域となるように、制御弁(13)により冷媒を減圧し、蒸発域の略全部は、凝縮域の風上側の一部に設ける。

概要

背景

従来、空気調和機としては、暖房サイクル除湿運転を行うものがある(例えば、特開2003−214723号公報(特許文献1)参照)。

上記空気調和機では、室内熱交換器前面熱交換器背面熱交換器とに二分割して除湿弁を介して接続し、圧縮機から出た冷媒を前面熱交換器に導いてこの前面熱交換器を凝縮器とし、前面熱交換器の上流側に配置した補助熱交換器および背面熱交換器を蒸発器とする暖房サイクルで除湿運転を行う。

概要

暖房サイクルによる除湿運転以外の空調能力を損なうことなく、暖房サイクルにより強力に暖房しながら除湿できる空気調和機を提案する。空気調和機は、冷媒が循環する冷媒回路(RC)と、冷媒回路(RC)を制御する制御部(100)とを備える。室内熱交換器(11)は、冷媒が流れる冷媒経路と、冷媒経路の途中に設けられた制御弁(13)とを有する。制御部(100)は、暖房サイクルによる除湿運転をするとき、制御弁(13)を制御して、室内熱交換器(11)において制御弁(13)よりも上流側の部分(11a,11b,11c,11e)が凝縮域となる一方、室内熱交換器(11)において制御弁(13)よりも下流側の部分(11d)が蒸発域となるように、制御弁(13)により冷媒を減圧し、蒸発域の略全部は、凝縮域の風上側の一部に設ける。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

圧縮機(21)、室外熱交換器(23)、膨張機構(24)および室内熱交換器(11)が環状に接続され、冷媒循環する冷媒回路(RC)と、上記冷媒回路(RC)を制御する制御部(100)とを備え、上記室内熱交換器(11)は、冷媒が流れる冷媒経路と、上記冷媒経路の途中に設けられた制御弁(13)とを有し、上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記制御弁(13)を制御して、上記室内熱交換器(11)において上記制御弁(13)よりも上流側の部分(11a,11b,11c,11e)が凝縮域となる一方、上記室内熱交換器(11)において上記制御弁(13)よりも下流側の部分(11d)が蒸発域となるように、上記制御弁(13)により冷媒を減圧し、上記蒸発域の略全部は、上記室内熱交換器(11)の上記凝縮域の風上側の一部に設けられていることを特徴とする空気調和機

請求項2

請求項1に記載の空気調和機において、上記室内熱交換器(11)の上記凝縮域の部分(11a,11b,11c,11e)を、上記蒸発域の部分(11d)とドレンパン(16)との間に設けないことを特徴とする空気調和機。

請求項3

請求項1または2に記載の空気調和機において、上記室内熱交換器(11)に送風する室内ファン(12)と、上記室内熱交換器(11)および上記室内ファン(12)を収容すると共に、上記室内ファン(12)からの空気が吹き出す吹出口(10a)を有するケーシング(10)とを備え、上記室内ファン(12)は、上記ケーシング(10)内に配置され、上記室内熱交換器(11)は、前面側熱交換部(11a,11b,11d,11e)と背面側熱交換部(11c)とを有し、上記室内熱交換器(11)の上記蒸発域の部分(11d)は、上記室内熱交換器(11)の上記前面側熱交換部(11a,11b,11d,11e)側に設けられていることを特徴とする空気調和機。

請求項4

請求項1から3までのいずれか一項に記載の空気調和機において、上記室内熱交換器(11)は、上記蒸発域の部分(11d)と上記凝縮域の部分(11a,11b,11c,11e)とを熱的に分離する手段を有することを特徴とする空気調和機。

請求項5

請求項1から4までのいずれか一項に記載の空気調和機において、上記制御部(100)は、上記制御弁(13)により冷媒を減圧して暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構(24)でも冷媒が減圧されるように、上記膨張機構(24)を制御することを特徴とする空気調和機。

請求項6

請求項1から5までのいずれか一項に記載の空気調和機において、上記制御弁(13)と上記膨張機構(24)との間を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ(56)を備えることを特徴とする空気調和機。

技術分野

0001

本開示は、空気調和機に関する。

背景技術

0002

従来、空気調和機としては、暖房サイクル除湿運転を行うものがある(例えば、特開2003−214723号公報(特許文献1)参照)。

0003

上記空気調和機では、室内熱交換器前面熱交換器背面熱交換器とに二分割して除湿弁を介して接続し、圧縮機から出た冷媒を前面熱交換器に導いてこの前面熱交換器を凝縮器とし、前面熱交換器の上流側に配置した補助熱交換器および背面熱交換器を蒸発器とする暖房サイクルで除湿運転を行う。

先行技術

0004

特開2003−214723号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記従来の空気調和機では、冷房運転時および暖房運転時に、気液2相流状態の冷媒が除湿弁を通過し、除湿弁が圧損となるので、冷房運転および暖房運転の能力が低下するという問題がある。
また、上記空気調和機では、室内熱交換器の風下側から風上側に冷媒を流す暖房カウンターパスを、暖房運転時に室内熱交換器の略全域にわたって取ることができないため、暖房能力が低下する。
また、上記空気調和機では、寒い冬場に暖房サイクルにより除湿運転を行うと、膨張弁全開にしているので、室内熱交換器の蒸発域温度は、室外熱交換器の温度(室外温度以下)近くまで低下してしまい、室内熱交換器の蒸発域が凍結したり低温になり過ぎたりして、暖房能力が低下する。

0006

本開示では、暖房サイクルによる除湿運転以外の空調能力を損なうことなく、暖房サイクルにより強力に暖房しながら除湿できる空気調和機を提案する。

課題を解決するための手段

0007

本開示の空気調和機は、
圧縮機、室外熱交換器、膨張機構および室内熱交換器が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
上記冷媒回路を制御する制御部と
を備え、
上記室内熱交換器は、冷媒が流れる冷媒経路と、上記冷媒経路の途中に設けられた制御弁とを有し、
上記制御部は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記制御弁(13)を制御して、上記室内熱交換器において上記制御弁よりも上流側の部分が凝縮域となる一方、上記室内熱交換器において上記制御弁よりも下流側の部分が蒸発域となるように、上記制御弁により冷媒を減圧し、
上記蒸発域の略全部は、上記室内熱交換器の上記凝縮域の風上側の一部に設けられていることを特徴とする。

0008

本開示によれば、暖房サイクルによる除湿運転において、室内熱交換器の蒸発域の略全部が、室内熱交換器の凝縮域の風上側の一部に設けられている。このため、暖房サイクルによる除湿運転を行う際の室内熱交換器の蒸発域の熱交換能力は、暖房サイクルによる除湿運転を行う際の室内熱交換器の凝縮域の熱交換能力よりも大幅に低くなっており、冷房運転や暖房運転では、制御弁に湿り度が高い冷媒が流れるので、制御弁による圧損低下を抑えられ、冷房能力や暖房能力の低下を抑える。
また、暖房サイクルによる除湿運転を行う際、室内熱交換器の蒸発域の熱交換能力は室内熱交換器の凝縮域の熱交換能力よりも大幅に低いため、暖房サイクルによる除湿運転時に暖房能力の低下を抑えつつ除湿することができる。
また、室内熱交換器の風下側から風上側に冷媒を流す暖房カウンターパスを、暖房運転時に室内熱交換器の略全域にわたって取ることが可能になる。したがって、暖房サイクルによる除湿運転以外の空調能力を損なうことなく、暖房サイクルにより強力に暖房しながら高い暖房性能を得ることができる。

0009

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記室内熱交換器の上記凝縮域の部分を、上記蒸発域の部分とドレンパンとの間に設けない。

0010

室内熱交換器の凝縮域の部分を蒸発域の部分とドレンパンとの間に設けると、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、蒸発域の部分で発生した結露水が凝縮域の部分で再蒸発してしまうが、本開示によれば、室内熱交換器の凝縮域の部分を蒸発域の部分とドレンパンとの間に設けないことによって、結露水が再蒸発するのを抑制できる。

0011

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記室内熱交換器に送風する室内ファンと、
上記室内熱交換器および上記室内ファンを収容すると共に、上記室内ファンからの空気が吹き出す吹出口に有するケーシング
を備え、
上記室内ファンは、上記ケーシング内に配置され、
上記室内熱交換器は、前面側熱交換部と背面側熱交換部とを有し、
上記室内熱交換器の上記蒸発域の部分は、上記室内熱交換器の上記前面側熱交換部側に設けられている。

0012

本開示によれば、暖房サイクルで除湿運転をするとき、室内熱交換器の前面側熱交換部の蒸発域と凝縮域を通過した若干温度が低い空気が、吹出口の上側から吹き出し、背面側熱交換部の凝縮域を通過した高温の空気が、吹出口の下側から吹き出すので、吹出口の上側から吹き出す若干温度の低い暖気で、吹出口の下側から吹き出した高温の暖気を抑え込むことにより、暖気の舞い上がりを抑制できる。

0013

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記室内熱交換器は、上記蒸発域の部分と上記凝縮域の部分とを熱的に分離する手段を有する。

0014

本開示によれば、高温の凝縮域の熱が、低温の蒸発域に伝わるのを抑制できるので、蒸発域が凝縮域により加熱されて除湿量が低下するのを抑制できる。

0015

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部は、上記制御弁により冷媒を減圧して暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構でも冷媒が減圧されるように、上記膨張機構を制御する。

0016

従来のように膨張機構を全開にすると共に制御弁で減圧して暖房サイクルにより除湿運転をするとき、室内熱交換器の蒸発域の温度は、室外熱交換器と略同じ温度まで低下する。このため、寒い冬場に暖房サイクルにより除湿運転を行うと、室内熱交換器の蒸発域温度は、室外温度以下まで低下してしまい、室内熱交換器の蒸発域が凍結したり、室内熱交換器の蒸発域が低温になり過ぎたりするため、除湿性能や暖房能力が低下してしまうという不具合があった。本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をする場合、制御弁で減圧した冷媒を膨張機構でも減圧するので、
室内熱交換器の蒸発域温度 ≫ 室外熱交換器の温度
となるように制御できる。したがって、室外環境によらず、暖房能力を確保しつつ、室内熱交換器の蒸発域温度を除湿に適当な温度に調節して、効率よく除湿を行うことができる。

0017

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御弁と上記膨張機構との間を流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサを備える。

0018

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、冷媒温度センサによって検出された冷媒の温度を用いて、制御部により膨張機構を制御して膨張機構でも冷媒を減圧することによって、室内熱交換器の蒸発域の温度を除湿に適した温度に調節できる。

図面の簡単な説明

0019

本開示の第1実施形態の空気調和機の冷媒回路の回路図である。
上記空気調和機の室内機断面模式図である。
上記空気調和機の制御ブロック図である。
上記空気調和機の室内熱交換器の構成を示す模式図である。
上記空気調和機の冷房除湿運転を説明するための模式図である。
上記空気調和機の過絞り除湿運転を説明するための模式図である。
上記空気調和機の暖房サイクルによる除湿運転を説明するための模式図である。
上記空気調和機の冷房除湿運転時、過絞り除湿運転時および暖房サイクルによる除湿運転時のモリエル線図である。
本開示の第2実施形態の空気調和機の冷房除湿運転時、過絞り除湿運転時および暖房サイクルによる除湿運転時のモリエル線図である。

実施例

0020

以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。

0021

〔第1実施形態〕
図1は、本開示の第1実施形態の空気調和機の冷媒回路の回路図である。上記空気調和機は、空調対象である室内に設置される室内機1と、室外に設置される室外機2とを備える。

0022

<室内機1の構成>
上記空気調和機の室内機1は、例えば、室内の壁面に取り付けられる壁掛け式室内ユニットである。この室内機1は、室内熱交換器11と、この室内熱交換器11に空気を送る室内ファン12と、室内熱交換器11の温度を検出する室内熱交換器温度センサ51と、室内温度を検出する室内温度センサ52と、室内湿度を検出する室内湿度センサ53とを有する。

0023

室内熱交換器11は、室内ファン12による空気流に関して、室内ファン12よりも上流側に位置している。この室内熱交換器11は、室内機1の前面側に位置する第1主熱交換部11aと、室内機1の前面側に位置する第2主熱交換部11bと、室内機1の背面側に位置する第3主熱交換部11cと、第1主熱交換部11aの風上側に位置する第1補助熱交換部11dと、第2主熱交換部11bの風上側に位置する第2補助熱交換部11eと、制御弁の一例としての(冷媒減圧手段を備えた)電磁弁13とを有する。電磁弁13は、室内熱交換器11の冷媒が流れる冷媒経路の途中(第1補助熱交換部11dと第2補助熱交換部11eの間)に設けられている。第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第1補助熱交換部11dと第2補助熱交換部11eとで前面側熱交換部を構成している。また、第3主熱交換部11cは、背面側熱交換部の一例である。

0024

第1補助熱交換部11dは、2列熱交など複数列の熱交換部でもよいが、図4に示すように、1列の熱交換部を使用すれば、同等の熱交換能力を有した複数列の熱交換器と比べて、より多くの空気が通過するように構成できるので、暖房サイクルにより除湿運転をする場合、蒸発能力が小さくて暖房能力への影響が小さい第1補助熱交換部11dを使用して、高い除湿性能を得ることができる。なお、室内熱交換器11の他の部分については、あまり容積比は必要ないが、第2補助熱交換部11eも1列の熱交換部であることが望ましい。

0025

第1補助熱交換部11dの一端に冷媒配管L4(連絡配管)の一端が接続されている。第1補助熱交換部11dの一端と第2補助熱交換部11eの一端とが、冷媒配管L21,電磁弁13および冷媒配管L22を介して接続されている。

0026

第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第3主熱交換部11cは、並列接続されている。並列接続された第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第3主熱交換部11cの一端に、第2補助熱交換部11eの他端が冷媒配管L23を介して接続されている。一方、並列接続された第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第3主熱交換部11cの他端に、冷媒配管L5(連絡配管)の一端が接続されている。

0027

電磁弁13は、暖房サイクルによる除湿運転時に減圧絞りとして作用する。冷房運転時や暖房運転時は、電磁弁13を全開にして減圧絞りとして作用しないように制御する。暖房サイクルにより除湿運転を行うときは、暖房サイクルでの運転中に、電磁弁13を閉じて減圧絞りとして作用するように制御することで、電磁弁13の下流側が蒸発域になるように制御する。なお、電磁弁13のかわりに電動膨張弁を使用してもよいが、電磁弁の方が全開時の開度を大きくとり易く、全開時の圧損を小さくできるので、冷房運転時や暖房運転時の性能低下を抑えることができる。

0028

室内ファン12としては、例えば、クロスフローファンが採用される。このクロスフローファンは、室内熱交換器11で温度などが調整された空気を室内に向けて吹き出す。

0029

<室外機2の構成>
上記空気調和機の室外機2は、圧縮機21と、四路切換弁22と、室外熱交換器23と、膨張機構の一例としての膨張弁24と、アキュムレータ25と、室外熱交換器23に空気を送る室外ファン26とを有する。

0030

上記圧縮機21の吐出側が冷媒配管L1を介して四路切換弁22の第1ポート22aに接続されている。四路切換弁22の第2ポート22bが冷媒配管L2を介して室外熱交換器23の一端に接続されている。室外熱交換器23の他端が冷媒配管L3を介して膨張弁24の一端に接続され、膨張弁24の他端が冷媒配管L4(連絡配管)の一端に接続されている。冷媒配管L5(連絡配管)の一端が四路切換弁22の第3ポート22cが接続されている。四路切換弁22の第4ポート22dが、冷媒配管L6,アキュムレータ25,冷媒配管L7を介して圧縮機21の吸入側に接続されている。

0031

さらに、室外機2は、室外熱交換器23の温度を検出する室外熱交換器温度センサ54と、外気温度を検出する外気温度センサ55と、膨張弁24と電磁弁13との間の冷媒温度を検知する冷媒温度センサ56とを有する。この冷媒温度センサ56は、暖房サイクルによる除湿運転時に電磁弁13で減圧された冷媒温度を検出する。なお、冷媒温度センサ56の設置位置は室外機2に限られることなく室内機1側に設けてもよい。

0032

室外熱交換器23は、室外ファン26による空気流に関して、室外ファン26よりも上流側に位置している。室外熱交換器23内を流れる冷媒は、室外ファン26により吸い込まれる空気と熱交換する。

0033

膨張弁24は、開度を調整可能な例えば電動弁であって、制御装置100(図3に示す)からの信号に応じて開度が変化する。

0034

<冷媒回路RCの構成>
また、上記空気調和機の冷媒回路RCは、室内熱交換器11、圧縮機21、四路切換弁22、室外熱交換器23、膨張弁24、アキュムレータ25および冷媒配管L1〜L7から成っている。これにより、環状の冷媒回路RCが構成されている。この冷媒回路RCにおいて、圧縮機21を駆動時することにより冷媒が循環する。

0035

また、上記空気調和機は、図示しないリモートコントローラ(以下、「リモコン」と言う)を備える。ユーザーは、リモコンを操作して、自動運転、冷房運転、暖房運転、除湿運転などを開始させたり、停止させたりすることができる。

0036

図2は、上記空気調和機の室内機1の断面模式図である。図2に示すように、室内機1は、室内熱交換器11が風通路内に配置されたケーシング10と、ケーシング10の風通路内かつ室内熱交換器11よりも下流側に配置された室内ファン12とを有する。ケーシング10は、室内熱交換器11および室内ファン12を収容している。ケーシング10の下側に吹出口10aを設け、ケーシング10の吹出口10aに水平フラップ31を上下方向に回動可能に設けている。また、ケーシング10の風通路は、図2において太い実線の矢印で示されている空気流の通路である。また、図2において16はドレンパンである。

0037

図3は、上記空気調和機の制御ブロック図である。

0038

上記空気調和機は、図3に示すように、冷媒回路RC(図1に示す)を制御する制御部の一例としての制御装置100を備える。制御装置100は、マイクロコンピュータおよび入出力回路などからなる。この制御装置100は、室内熱交換器温度センサ51、室内温度センサ52、室内湿度センサ53、室外熱交換器温度センサ54、外気温度センサ55、冷媒温度センサ56などからの信号に基づいて、圧縮機21、四路切換弁22、膨張弁24、室外ファン26、室内ファン12、電磁弁13および水平フラップ用駆動モータ32などを制御する。

0039

また、制御装置100は、室内熱交換器11の実質的に全部が蒸発域となる冷房除湿運転を行う第1運転制御部100aと、第1,第2主熱交換部11a,11bの風上側に配置した第1,第2補助熱交換部11d,11eの上流側の一部だけを蒸発域にする一方、第1,第2補助熱交換部11d,11eの蒸発域の下流側および第1,第2,第3主熱交換部11a,11b,11cを過熱域にし、蒸発域の範囲を負荷に応じて変化するように圧縮機21および膨張弁24を制御する過絞り除湿運転を行う第2運転制御部100bと、第1主熱交換部11aの風上側に配置した第1補助熱交換部11dだけを蒸発域にする一方、第2補助熱交換部11eおよび第1,第2,第3主熱交換部11a,11b,11cを凝縮域にする暖房サイクルによる除湿運転を行う第3運転制御部100cとを有する。この第1運転制御部100a、第2運転制御部100bおよび第3運転制御部100cは、それぞれ、ソフトウェアにより構成されている。

0040

上記冷房除湿運転、過絞り除湿運転、暖房サイクルによる除湿運転は、室内熱交換器11の蒸発域の面積が異なる除湿モードの運転である。なお、冷房除湿運転および過絞り除湿運転は、冷房サイクルで行われる一方、暖房サイクルによる除湿運転は、暖房サイクルで行われる。

0041

なお、制御装置100は、室内機1に備えられた室内制御部(図示せず)と室外機2に備えられた室外制御部(図示せず)とで構成されている。制御装置100の室内制御部と室外制御部とは、通信線(図示せず)を介して互いに通信を行って協調動作することにより、空気調和機が動作する。

0042

図4は、上記空気調和機の室内熱交換器11の構成を示している。図4において、14,15は冷媒分流器などの分岐部である。

0043

冷房除湿運転および過絞り除湿運転では、第1補助熱交換部11dの下端から冷媒が流入して分岐部14から流出する。

0044

また、暖房サイクルによる除湿運転では、分岐部14から冷媒が流入して第1補助熱交換部11dの下端から流出する。図4に示す室内熱交換器11のパス構成では、暖房運転において、室内熱交換器の風下側から風上側に冷媒を流す暖房カウンターパスを室内熱交換器の全域にわたって取れるので、高い暖房性能を得ることができる。

0045

上記冷房除湿運転、過絞り除湿運転および暖房サイクルによる除湿運転は、リモコンの除湿運転のボタンの押下に応じて開始するようになっている。

0046

[冷房除湿運転]
冷房除湿運転は、図1に示すように、四路切換弁22を実線の切換え位置切り換えると共に、圧縮機21を起動することで、冷房サイクルで運転が開始される。この冷房除湿運転中、圧縮機21から吐出された高温高圧の冷媒が四路切換弁22を介して室外熱交換器23に流入する。そして、室外熱交換器23で凝縮した冷媒は、膨張弁24で減圧された後、室内熱交換器11の第1補助熱交換部11dと第2補助熱交換部11eの順で流入する。次に、並列接続された第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第3主熱交換部11cに流入し、室内熱交換器11で蒸発した冷媒が四路切換弁22およびアキュムレータ25を介して圧縮機21の吸入側に戻る。

0047

このように、冷媒が冷媒回路RCを循環するとき、第1運転制御部100aが、圧縮機21の周波数と膨張弁24の開度とを調整すると共に、電磁弁13を全開にすることで、図5に示すように、室内熱交換器11の全部を実質的に蒸発域(図5に示す斜線領域)とする。これにより、冷房除湿運転は、室内温度を変化させるための能力である顕熱能力が高くなる。

0048

ここで、室内熱交換器11の全部を実質的に蒸発域にするとは、室内熱交換器11の全部を蒸発域にするときだけでなく、所定条件下で室内熱交換器11において一部を除いた部分だけを蒸発域にするときも含む。この一部(例えば、室内熱交換器11の全容積の1/3以下の部分)だけが蒸発域とならない所定条件としては、例えば、冷房(顕熱)負荷が小さくなり圧縮機21の周波数が低下するなどによって、室内熱交換器11の冷媒出口近傍の部分が過熱域となるときなどがある。

0049

[過絞り除湿運転]
過絞り除湿運転は、冷房除湿運転のときと同じ方向に冷媒を流す。このとき、第2運転制御部100bが、圧縮機21の周波数を冷房除湿運転時よりも低く、膨張弁24の開度を冷房除湿運転時よりも小さく調整すると共に、電磁弁13を全開にすることで、室内熱交換器11の上流側の一部を蒸発域とする一方、室内熱交換器11の残りの部分を過熱域とする。

0050

例えば、第2運転制御部100bは、図6に示すように、第1補助熱交換部11dと第2補助熱交換部11eとを蒸発域(斜線のハッチングを付した領域)を蒸発域にする一方、第1主熱交換部11aと第2主熱交換部11bと第3主熱交換部11cとを過熱域(点のハッチングを付した領域)にする。これにより、過絞り除湿運転は、冷房除湿運転よりも顕熱能力が低くなるので、室内の熱負荷が高くも低くもないとき、室温の低下を抑制しつつ、室内の除湿を行える。なお、図6では、第2補助熱交換部11eおよび第1補助熱交換部11dの全部が蒸発域となるように描かれているが、周波数を制御することで第2補助熱交換部11eおよび第1補助熱交換部11dの冷媒流れ方向に対して上流側の一部だけを蒸発域にすることも可能である。すなわち、上記蒸発域は、容積を変更することが可能な可変領域である。

0051

また、上記圧縮機21および膨張弁24は、過絞り除湿運転中、室内熱交換器11の蒸発域の容積が環境負荷に応じて変化するように制御される。

0052

第2運転制御部100bの制御は、負荷に応じて圧縮機21の周波数を調整することで室内熱交換器11の蒸発域の大きさを制御することができる。膨張弁24の開度は、冷媒温度センサ56で検知した室内熱交換器11の蒸発域の温度が除湿に好適な温度になるように制御する。

0053

[暖房サイクルによる除湿運転]
暖房サイクルによる除湿運転は、図1に示すように、四路切換弁22を点線の切換え位置に切り換えると共に、圧縮機21を起動することで、暖房サイクルで運転が開始される。このとき、第3運転制御部100cが、圧縮機21の周波数を調整すると共に、膨張弁24を全開にすると共に、電磁弁13を閉じることで、室内熱交換器11において電磁弁13よりも上流側の第2補助熱交換部11e,第3主熱交換部11c,第2主熱交換部11b,第1主熱交換部11aを凝縮域にする一方、室内熱交換器11において電磁弁13より下流側の第1補助熱交換部11dを蒸発域とする。

0054

例えば、第3運転制御部100cは、図7に示すように、第1〜第3主熱交換部11a,11b,11cと第2補助熱交換部11eを凝縮域(図7に示す格子のハッチングを付した領域)にする一方、第1補助熱交換部11dを蒸発域(図7に示す斜線領域)にする。これにより、暖房サイクルによる除湿運転は、高い暖房能力を保ちつつ、室内の除湿を行える。

0055

このように、制御装置100は、暖房サイクルによる除湿運転時、室内熱交換器11において電磁弁13よりも上流側の部分が凝縮域となる一方、室内熱交換器11において電磁弁13よりも下流側の部分が蒸発域となるように、冷媒回路RCを制御する。そうして、室内熱交換器11の風上側の一部に蒸発域が設けられる。

0056

図8は、上記空気調和機の冷房除湿運転時、過絞り除湿運転時および暖房サイクルによる除湿運転時のモリエル線図である。図8において、縦軸は圧力[MPa]を表し、横軸エンタルピー[kJ/kg]を表す。

0057

図8に示す曲線の内側が湿り蒸気であり、曲線で囲まれた領域の左側が過冷却液であり、曲線で囲まれた領域の右側が過熱蒸気である。ここで、図8に示す暖房サイクルによる除湿運転では、DからAが圧縮行程、AからBが凝縮行程、BからCが膨張行程、CからDが蒸発行程である。

0058

また、凝縮行程のA−B間において、曲線上の点P1は露点であり、曲線上の点P2は沸点である。凝縮行程のBでは、過冷却液になった状態である。

0059

上記構成の空気調和機によれば、暖房サイクルによる除湿運転において、室内熱交換器11の蒸発域の略全部が、室内熱交換器11の凝縮域の風上側の一部に設けられている。このため、暖房サイクルによる除湿運転を行う際の室内熱交換器11の蒸発域の熱交換能力は、暖房サイクルによる除湿運転を行う際の室内熱交換器11の凝縮域の熱交換能力よりも大幅に低くなっており、冷房運転や暖房運転では、電磁弁13(制御弁)に湿り度が高い冷媒が流れるので、電磁弁13による圧損低下を抑えられ、冷房能力や暖房能力の低下を抑える。
また、暖房サイクルによる除湿運転を行う際、室内熱交換器11の蒸発域の熱交換能力は室内熱交換器11の凝縮域の熱交換能力よりも大幅に低くいが、室内熱交換器11の蒸発域を通過する風量と室内熱交換器11の凝縮域を通過する風量との比は、室内熱交換器11の蒸発域の熱交換能力と室内熱交換器11の凝縮域の熱交換能力との比よりも大幅大きい。このため、暖房サイクルにより除湿運転する際の暖房能力の低下を抑えつつ、高い除湿量を得ることができる。
また、室内熱交換器11の風下側から風上側に冷媒を流す暖房カウンターパスを、暖房運転時に室内熱交換器11の略全域にわたって取ることが可能になる。したがって、暖房サイクルによる除湿運転以外の空調能力を損なうことなく、暖房サイクルにより強力に暖房しながら高い除湿性能を得ることができる。

0060

これにより、この第1実施形態の空気調和機は、真でも強力に暖房しながら除湿を行うことができ、冬場に室内に洗濯物を干しても、室内が湿気ることなく早く乾かすことができる。また、冷房時から暖房時までの熱負荷の全てのエリアで除湿が可能になる。

0061

また、室内熱交換器11の凝縮域の部分を、蒸発域の部分とドレンパン16との間に設けると、暖房サイクルによる除湿運転時、蒸発域の結露水が凝縮域で再蒸発してしまうが、第1実施形態では、暖房サイクルによる除湿運転時に室内熱交換器11の凝縮域の部分(第1〜第3主熱交換部11a,11b,11cと第2補助熱交換部11e)を、蒸発域の部分(第1補助熱交換部11d)とドレンパン16との間に設けないので、結露水が再蒸発して室内に戻る湿度戻りを抑制できる。

0062

また、暖房サイクルによる除湿運転時、ケーシング10内の風通路の前面側かつ下側に配置された第1補助熱交換部11dが蒸発域となるので、室内熱交換器11の第1補助熱交換部11d(蒸発域)と第1主熱交換部11a(凝縮域)を通過した若干温度が低い空気が、吹出口10aの上側から吹き出し、第3主熱交換部11cの凝縮域を通過した高温の空気が、吹出口10aの下側から吹き出すので、吹出口10aの上側から吹き出す若干温度の低い暖気で、吹出口10aの下側から吹き出した高温の暖気を抑え込むことにより、暖気の舞い上がりを抑制できる。

0063

また、室内熱交換器11の蒸発域の部分(第1補助熱交換部11d)と凝縮域の部分(第1〜第3主熱交換部11a,11b,11cと第2補助熱交換部11e)とが熱的に分離している。ここで、熱的に分離する手段としては、第1主熱交換部11aと第1補助熱交換部11dとを間隔をあけて配置することなどがある。これにより、室内熱交換器11の高温の第1主熱交換部11a(凝縮域)の熱が、低温の第1補助熱交換部11d(蒸発域)に伝わるのを抑制でき、第1補助熱交換部11d(蒸発域)が第1主熱交換部11a(凝縮域)により加熱されて除湿量が低下するのを抑制できる。

0064

〔第2実施形態〕
本開示の第2実施形態の空気調和機は、制御装置100の動作を除いて第1実施形態の空気調和機と同一の構成をしており、図1図3を援用する。

0065

この第2実施形態の空気調和機では、第3運転制御部100cは、暖房サイクルによる除湿運転の開始後、冷媒温度センサ56によって検出された蒸発温度を用いて、膨張弁24の開度を調整する。より具体的に説明すると、上記第1補助熱交換部11dの蒸発温度が除湿に好適な温度(例えば10℃前後)となるように、膨張弁24(膨張機構)の開度が調整される。

0066

暖房サイクルにより除湿運転を行うときは、電磁弁13および膨張弁24の2段階で減圧することで、室内熱交換器11の蒸発域が低温になり過ぎないようにする。なお、暖房サイクルにより除湿運転を行うときの膨張弁24での減圧量は、圧縮機21の運転周波数が同じ条件の暖房運転時の減圧量より小さいことが望ましい。室外温度が低いときに暖房サイクルによる除湿運転を行うときには、特に、室内熱交換器11の蒸発域温度が低くなり過ぎないようにするために膨張弁24での減圧は必要だが、電磁弁13でも減圧しているため、減圧量が大きくなりすぎて室外熱交換器23が必要以上に低温となり、デフロスト頻度が増えるなどの不具合を生じるおそれを低減するためである。

0067

このように、上記空気調和機では、暖房サイクルによる除湿運転時、膨張弁24の開度を制御して、第1補助熱交換部11dの蒸発温度が室外熱交換器23の温度よりも高くなるようにする。これにより、室内熱交換器11の第1補助熱交換部11dの蒸発温度を除湿に適した温度にでき、不必要に低温にしないので、室内が暖まりにくかったり、室内熱交換器11の第1補助熱交換部11dが凍結したりするのを防ぐことができる。

0068

図9は、上記空気調和機の冷房除湿運転時、過絞り除湿運転時および暖房サイクルによる除湿運転時のモリエル線図である。図9において、縦軸は圧力[MPa]を表し、横軸はエンタルピー[kJ/kg]を表す。

0069

図9に示す曲線の内側が湿り蒸気であり、曲線で囲まれた領域の左側が過冷却液であり、曲線で囲まれた領域の右側が過熱蒸気である。ここで、図9に示す暖房サイクルによる除湿運転では、DからAが圧縮行程、AからB1が第1〜第3主熱交換部11a,11b,11cと第2補助熱交換部11eでの凝縮行程、B1からB2が電磁弁13(制御弁)による第1膨張行程、B2からC1が第1補助熱交換部11dでの蒸発行程、C1からC2が膨張弁24(膨張機構)による第2膨張行程、C2からDが室外熱交換器23での蒸発行程である。

0070

また、凝縮行程のA−B1間において、曲線上の点P1は露点であり、曲線上の点P2は沸点である。凝縮行程のB1では、過冷却液になった状態である。

0071

上記第2実施形態の空気調和機は、第1実施形態の空気調和機と同様の効果を有する。

0072

上記第1実施形態では、膨張弁24(膨張機構)を全開にした暖房サイクルによる除湿運転時に、室内熱交換器11の蒸発域の温度は室外熱交換器23の温度近くまで低下するため、室外温度が低い場合は室内熱交換器11の蒸発域の温度が低くなり過ぎる場合がある。これに対して、この第2実施形態の空気調和機では、暖房サイクルによる除湿運転時に、電磁弁13(制御弁)で減圧した冷媒を膨張弁24(膨張機構)でも減圧するので、
室内熱交換器11の蒸発域温度 ≫ 室外熱交換器23の温度
となるように制御できる。したがって、室外環境によらず、暖房能力を確保しつつ、室内熱交換器11の蒸発域温度を除湿に適当な温度に調節して、効率よく除湿を行うことができる。これにより、室内熱交換器11の蒸発域である第1補助熱交換部11dの温度が低くなり過ぎるのを抑えて、第1補助熱交換部11dの凍結を抑制できる。

0073

また、暖房サイクルによる除湿運転時に、冷媒温度センサ56によって検出された冷媒の温度を用いて、制御装置100により膨張弁24を制御して膨張弁24で冷媒を減圧するので、室内熱交換器11の蒸発域の温度を除湿に適した温度にできる。
なお、室外熱交換器23の温度が低くなり過ぎるのを防止するため、膨張弁24の開度は、圧縮機21の周波数が同じ暖房運転時よりも減圧量が小さくなるように制御することが望ましい。

0074

〔第3実施形態〕
本開示の第3実施形態の空気調和機は、制御装置100の動作を除いて第2実施形態の空気調和機と同一の構成をしており、図1図3を援用する。

0075

上記第3実施形態の空気調和機は、第2実施形態の空気調和機と同様の効果を有する。

0076

上記空気調和機では、暖房サイクルによる除湿運転時に、制御装置100(制御部)により膨脹弁24(膨張機構)の開度を制御して、室内熱交換器11の蒸発域の温度を−1℃以上(願わくば0℃以上)にする。これにより、室内熱交換器11の凍結を確実に防ぐことができる。

0077

また、暖房サイクルによる除湿運転時に、制御装置100により膨脹弁24の開度を制御して、目標湿度における露点温度をT1とするとき、上記室内熱交換器11の蒸発域の温度を(T1−10℃)以上かつT1以下とする。これにより、効率のよい除湿が行える。

0078

また、暖房サイクルによる除湿運転時に、制御装置100により膨脹弁24の開度を制御して、室外熱交換器23の温度を室外温度よりも低くする。これにより、暖房能力を確保できる。

0079

また、暖房サイクルによる除湿運転時に、制御装置100により膨脹弁24の開度を制御して、室外温度が0℃以上の場合、室外熱交換器23の温度が−1℃前後以上になるようにする。これにより、室外熱交換器23が凍結することがなく、効率のよい暖房サイクルによる除湿運転が行える。

0080

また、暖房サイクルによる除湿運転時に、室外温度が0℃以下(願わくば−1℃以下)の場合、暖房サイクルによる除湿運転を行う時間を制限する。
除湿運転を行う時間を制限する方法としては、
・室外温度が0℃以下(願わくば−1℃以下)の場合、暖房サイクルによる除湿運転を停止する。
・室外温度が0℃以下(願わくば−1℃以下)の状態が一定時間以上続く場合、暖房サイクルによる除湿運転を停止する。
などが考えられる。
ここで、室外温度が0℃以下(願わくば−1℃以下)の状態が一定時間以上続く場合の一定時間とは、特定の決められた時間に限られることなく、室外温度や、想定される除湿量などで変化する時間であってもよい。

0081

これにより、暖房サイクルによる除湿運転で除湿した結露水をドレインホース屋外に排水する際に、結露水が凍結してドレインホースを閉塞してしまうのを防ぐことができる。

0082

また、制御装置100は、室内熱交換器11の略全部を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、圧縮機21の運転周波数を最大周波数にしない。これにより、冷媒回路RC内の低圧下がり過ぎを抑制できる。

0083

または、制御装置100は、室内熱交換器11の略全部を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、上記運転モードに変更する前の運転周波数よりも圧縮機21の運転周波数を低くした後、電磁弁13(制御弁)の開度を絞るようにしてもよい。これにより、冷媒回路RC内の低圧の下がり過ぎを抑制できる。

0084

または、制御装置100は、室内熱交換器11の略全部を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、上記運転モードに変更する前の膨脹弁24の開度よりも膨脹弁24の開度を開いた後、電磁弁13の開度を絞るようにしてもよい。これにより、冷媒回路RC内の低圧の下がり過ぎを抑制できる。

0085

また、制御装置100は、室内熱交換器11を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、環境負荷に応じて、圧縮機21の運転周波数と室外ファン26の回転数と膨脹弁24の開度のうちの少なくとも1つを制御する。

0086

ここで、環境負荷とは、室内温度、室内湿度、室外温度、顕熱比床面温度壁面温度などの躯体温度の少なくとも1つを用いた空調負荷である。

0087

上記第1〜第3実施形態では、室内機が1つの空気調和機について説明したが、2以上の室内機を備えたマルチ型空気調和機にこの発明を適用してもよい。

0088

上記第1〜第3実施形態では、壁掛け式の室内機1を備えた空気調和機について説明したが、天井埋込型などの室内機を備えた空気調和機にこの発明を適用してもよい。

0089

上記第1〜第3実施形態では、制御弁として電磁弁13を用いたが、制御弁はこれに限らず、例えば膨張弁などを用いてもよい。

0090

本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第1〜第3実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。

0091

また、本開示の空気調和機は、
圧縮機(21)、室外熱交換器(23)、膨張機構(24)および室内熱交換器(11)が環状に接続され、冷媒が循環する冷媒回路(RC)と、
上記冷媒回路(RC)を制御する制御部(100)と
を備え、
上記室内熱交換器(11)は、冷媒が流れる冷媒経路と、上記冷媒経路の途中に設けられた制御弁(13) とを有し、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記室内熱交換器(11)において上記制御弁(13)よりも上流側の部分が凝縮域となる一方、上記室内熱交換器(11)において上記制御弁(13)よりも下流側の部分が蒸発域となるように、上記圧縮機(21)と上記制御弁(13)とを制御すると共に、上記膨張機構(24)で冷媒が減圧されるように、上記膨張機構(24)を制御することを特徴とする。

0092

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、制御部(100)により制御された膨張機構(24)で冷媒を減圧するので、室内熱交換器(11)の蒸発域の温度が低くなり過ぎるのを抑えて、室内熱交換器(11)の凍結を抑制できる。

0093

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御弁(13)と上記膨張機構(24)との間の冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ(56)を備え、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記冷媒温度センサ(56)によって検出された冷媒の温度を用いて、上記膨張機構(24)の開度を制御する。

0094

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、冷媒温度センサ(56)によって検出された冷媒の温度を用いて、制御部(100)により膨張機構(24)を制御して膨張機構(24)で冷媒を減圧するので、室内熱交換器(11)の蒸発域の温度を除湿に適した温度にできる。

0095

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構(24)の開度を制御して、上記室内熱交換器(11)の蒸発域の温度を−1℃以上(願わくば0℃以上)にする。

0096

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするときに室内熱交換器(11)の凍結を確実に抑制できる。

0097

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構(24)の開度を制御して、目標湿度における露点温度をT1とするとき、上記室内熱交換器(11)の蒸発域の温度を(T1−10℃)以上かつT1以下とする。

0098

本開示によれば、効率のよい除湿が行える。

0099

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構(24)の開度を制御して、上記室外熱交換器(23)の温度を室外温度よりも低くする。

0100

本開示によれば、暖房能力を確保できる。

0101

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、暖房サイクルにより除湿運転をするとき、上記膨張機構(24)の開度を制御して、室外温度が0℃以上の場合、室外熱交換器(23)の温度が−1℃前後以上になるようにする。

0102

本開示によれば、室外熱交換器(23)が凍結することがなく、暖房サイクルによる効率のよい暖房サイクルによる除湿運転が行える。

0103

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、暖房サイクルによる除湿運転時に、室外温度が0℃以下(願わくば−1℃以下)の場合、暖房サイクルによる除湿運転を行う時間を制限して、暖房サイクルによる除湿運転で除湿した結露水をドレインホースで屋外に排水する際に、結露水が凍結してドレインホースを閉塞してしまうのを防ぐようにする。

0104

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、上記室内熱交換器(11)の略全部を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、上記圧縮機(21)の運転周波数を最大周波数にしないか、または、上記運転モードに変更する前の運転周波数よりも上記圧縮機(21)の運転周波数を低くした後、上記制御弁(13)の開度を絞る。

0105

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするときに冷媒回路(RC)内の低圧の下がり過ぎを抑制できる。

0106

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記制御部(100)は、上記室内熱交換器(11)の略全部を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、上記圧縮機(21)の運転周波数を最大周波数にしないか、または、上記運転モードに変更する前の上記膨張機構(24)の開度よりも上記膨張機構(24)の開度を開いた後、上記制御弁(13)の開度を絞る。

0107

本開示によれば、暖房サイクルにより除湿運転をするときに冷媒回路(RC)内の低圧の下がり過ぎを抑制できる。

0108

また、本開示の1つの態様に係る空気調和機では、
上記室外熱交換器(23)に送風する室外ファン(26)と、
上記制御部(100)は、上記室内熱交換器(11)を凝縮域とする暖房運転から暖房サイクルにより除湿運転をする運転モードに変更する場合、環境負荷に応じて、上記圧縮機(21)の運転周波数と上記室外ファン(26)の回転数と上記膨張機構(24)の開度のうちの少なくとも1つを制御する。

0109

ここで、環境負荷とは、室内温度、室内湿度、室外温度、顕熱比、床面温度や壁面温度などの躯体温度の少なくとも1つを用いた空調負荷である。

0110

1…室内機
2…室外機
10…ケーシング
10a…吹出口
11…室内熱交換器
11a…第1主熱交換部
11b…第2主熱交換部
11c…第3主熱交換部
11d…第1補助熱交換部
11e…第2補助熱交換部
12…室内ファン
13…電磁弁(制御弁)
14,15…分岐部
16…ドレンパン
21…圧縮機
22…四路切換弁
23…室外熱交換器
24…膨張弁(膨張機構)
25…アキュムレータ
26…室外ファン
51…室内熱交換器温度センサ
52…室内温度センサ
53…室内湿度センサ
54…室外熱交換器温度センサ
55…外気温度センサ
56…冷媒温度センサ
100…制御装置(制御部)
100a…第1運転制御部
100b…第2運転制御部
100c…第3運転制御部
L1〜L7,L21,L22,L23…冷媒配管

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