JP2667741B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、空気を熱源とするヒートポンプ
式空気調和機に関するもので、特に低外気温時に室外熱
交換器に付着した霜を蓄熱材に蓄えられた熱を利用して
暖房運転を持続しながら融解する空気調和機に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】空気熱源ヒ−トポンプ式空気調和機では、
外気低温時暖房運転をすると室外熱交換器表面に霜が付
着し暖房能力の低下をきたす。このため、適宜霜の除去
（除霜）を行う必要がある。この除霜は、四方弁を切り
換えて行う逆サイクル除霜方式から、最近では、除霜運
転時の快適性向上のために、四方弁を切り換えず暖房運
転を維持したまま除霜を行う暖房継続除霜方式が主流と
なりつつある。更に、蓄熱機構を利用して除霜時間を短
縮すると同時に除霜中の暖房能力を増加させる方法があ
る。

【０００３】以下に図を参照しながら、上述の従来のヒ
ートポンプ式空気調和機について説明する。

【０００４】図３は従来のヒートポンプ式空気調和機の
冷媒回路図である。

【０００５】同図において、１は圧縮機、２は蓄熱器、
３は蓄熱用熱交換器、４は放熱用熱交換器、５は四方
弁、６は室内熱交換器、７は膨張弁、８は第１のバイパ
ス電磁弁、９は室外熱交換器、１０は第２のバイパス電
磁弁、１１は減圧用キャピラリチューブ、１２は蓄熱材
を収容した蓄熱槽であって、この蓄熱槽１２に上記蓄熱
用熱交換器３及び放熱用熱交換器４が収納されている。
動作について説明すると、暖房運転中は第１のバイパス
電磁弁８は閉じ、第２のバイパス電磁弁１０は開いてい
る。従って、圧縮機１から吐出された高温冷媒が蓄熱用
熱交換器３を通過することによって蓄熱材１２が加熱さ
れ蓄熱が行われる。蓄熱槽１２を通過した冷媒は、四方
弁５、室内熱交換器６、膨張弁７、室外熱交換器９、四
方弁５、第２のバイパス電磁弁１０、圧縮機１吸入側の
順に流れ、室内を暖房する。

【０００６】除霜運転時には、第１のバイパス電磁弁８
が開き、第２のバイパス電磁弁は閉じると共に、四方切
換弁５は暖房回路の状態を維持する。従って、圧縮機１
から吐出された冷媒は、蓄熱用熱交換器３、四方弁５、
室内熱交換器６、第１のバイパス電磁弁８、室外熱交換
器９、四方弁５を通り、第２のバイパス電磁弁１０が閉
成されているため減圧用キャピラリチューブ１１、放熱
用熱交換器４、圧縮機１の順に流れる。このとき冷媒は
室内熱交換器６及び室外熱交換器９で凝縮するから室内
を暖房しながら室外側熱交換器を除霜する。放熱用熱交
換器４では上記蓄熱された蓄熱材１２から吸熱して蒸発
し、蓄熱材１２に蓄えられた熱を回収する。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】上記のような構成の
空気調和機では以下のような問題があった。

【０００８】すなわち、暖房運転時に室外側熱交換器９
に着霜が生じると、該室外側熱交換器９には０℃以下の
霜が付着しているため、室外側熱交換器９において冷媒
が凝縮する時の圧力（凝縮圧力）は霜の温度に相当する
飽和圧力となる。

【０００９】したがって、第１のバイパス電磁弁８での
冷媒圧力損失が十分小さいものであれば室内熱交換器６
内部の冷媒も同じ圧力となる。このため除霜時の暖房能
力は極めて小さいものしか得られない。

【００１０】また、暖房能力を増すため、第１のバイパ
ス電磁弁８での圧力損失を増加させて室内熱交換器６内
部の圧力を上げた設定にすると、冷媒は室内熱交換器６
ですべて凝縮し、室外熱交換器熱交換器９には液割合の
多い気液２相状態の冷媒が流入する。したがって、冷媒
の凝縮に依存するところの除霜能力は極めて小さいもの
となり、除霜時間が長引くことは避けられない。

【００１１】このように、従来の構成では除霜中の暖房
能力と除霜能力を調和させた運転が困難であった。

【００１２】

【問題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明に係るヒートポンプ式空気調和機では、圧縮機
の吐出側に第１の熱交換器を接続し、この第１の熱交換
器の吐出側を分岐して、一方を上記四方切換弁を介して
上記室内側熱交換器に接続し、他方を所定の減圧値に設
定された第１の減圧装置及び通路を開閉する開閉弁を介
して室外側熱交換器に接続し、上記室内側熱交換器は、
吐出側を上記膨張弁を介して上記室外側熱交換器に接続
し、上記室外側熱交換器は、吐出側を上記四方切換弁を
介して上記圧縮機の吸入側に接続し、上記膨張弁は、吐
出側を上記開閉弁の吐出側と上記室外側熱交換器との間
に接続し、上記室内側熱交換器と上記膨張弁との間の通
路と、上記第１の減圧装置と上記開閉弁との間の通路と
の間に、所定の減圧値に設定された第２の減圧装置と第
２の熱交換器と第２の熱交換器側からの冷媒の流通を可
能とする逆止弁とを直列に接続した回路を設け、第１の
熱交換器及び第２の熱交換器を蓄熱材を収容した蓄熱槽
に収納し、上記開閉弁を暖房運転時に閉成し除霜運転時
に開成する開閉弁制御手段を設けると共に、上記膨張弁
を暖房運転時に適宜開度にて制御し除霜運転時に全閉す
る膨張弁制御手段を設けている。

【００１３】

【作用】本発明は上記のような構成であるから、暖房運
転時には、開閉弁が閉鎖されると共に、膨張弁が適宜開
度に制御される。

【００１４】この状態で暖房運転を行えば、圧縮機から
吐出された高温高圧冷媒は、第１の熱交換器を通過する
ことによって蓄熱槽の蓄熱材に蓄熱した後、すべての冷
媒が四方切換弁を介して室内側熱交換器に流入する。こ
れによって暖房が行われる。室内側熱交換器を通過した
冷媒は凝縮し、膨張弁を通過することによって適宜減圧
される。減圧された冷媒は室外側熱交換器を通過するこ
とによって蒸発し、四方切換弁を介して圧縮機の吸入側
に流入する。

【００１５】このように暖房運転を行って、室外側熱交
換器に着霜が生じたことが検知されると、除霜運転が行
われることになる。

【００１６】この除霜運転時には上記開閉弁が開成す
る。従って、この状態で除霜運転を行えば、圧縮機から
吐出された高温高圧冷媒は第１の熱交換器を通過した
後、分岐して、一方は四方切換弁を介して室内側熱交換
器に流入する。他方は、第１の減圧装置で減圧されて開
閉弁を通って室外側熱交換器に流入する。これによっ
て、室内側熱交換器では暖房が行われながら、室外側熱
交換器に圧縮機の吐出冷媒が流入することによって除霜
が行われる。

【００１７】分岐した一方の室内側熱交換器を通過した
冷媒は、膨張弁が全閉されているため、第２の減圧装置
を介して第２の熱交換器を通過し、上記第１の減圧装置
を通過する冷媒と合流する。この冷媒は第２の熱交換器
を通過する際に、蓄熱材の熱を吸収して高温となり上記
冷媒と合流することになる。合流した高温の冷媒は上記
のように室外側熱交換器に流入することによって、効率
良く除霜が行われる。暖房用の冷媒と、除霜用の冷媒と
の比率は、第１の減圧装置と第２の減圧装置との減圧比
によって適宜決定される。

【００１８】以上のようにして、暖房運転時に蓄熱材に
蓄えた熱を利用して、圧縮機の吐出冷媒を室内側熱交換
器と室外側熱交換器とに分岐してそれぞれ流入させるこ
とによって、暖房運転を維持しながら除霜を行う。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明に係るヒートポンプ式空気調
和機の一実施例について図を参照して詳述する。

【００２０】図１は本発明に係るヒートポンプ式空気調
和機の一実施例を表す冷媒回路である。同図において、
１３は圧縮機、１４は第１の熱交換器であって、この圧
縮機１３の吐出側に上記第１の熱交換器１４が接続され
ている。この第１の熱交換器１４の吐出側は二方に分岐
されている。分岐された一方は、四方切換弁１５を介し
て室内側熱交換器１６に接続されている。また分岐され
た他方は、所定の減圧値に設定された第１の減圧装置１
７及び通路を開閉する開閉弁１８を介して室外側熱交換
器１９に接続されている。

【００２１】上記室内側熱交換器１６は、吐出側を膨張
弁２０を介して上記室外側熱交換器１９に接続してい
る。上記室外側熱交換器１９は、吐出側を上記四方切換
弁１５を介して上記圧縮機１３の吸入側に接続してい
る。上記膨張弁２０は、吐出側を上記開閉弁１８の吐出
側と上記室外側熱交換器１９との間に接続している。

【００２２】上記室内側熱交換器１６と上記膨張弁２０
との間の通路と、上記第１の減圧装置１７と上記開閉弁
１８との間の通路との間には、所定の減圧値に設定され
た第２の減圧装置２１と第２の熱交換器２２と第２の熱
交換器２２側からの冷媒の流通を可能とする逆止弁２３
とを直列に接続した回路２４を設けている。

【００２３】上記第１の熱交換器１４及び第２の熱交換
器２２は蓄熱材を収容した蓄熱槽２５に収納されてい
る。この蓄熱槽に収容される蓄熱材としては、ポリエチ
レングリコール、パラフィン、酢酸ナトリウム３水塩な
どを用いることができる。上記第１の熱交換器１４及び
第２の熱交換器２２は蓄熱槽２５内でそれぞれ熱交換で
きるように設置されている。

【００２４】また、図示しないが、上記開閉弁１８に
は、該開閉弁１８を暖房運転時に閉成し除霜運転時に開
成する開閉弁制御手段が設けられている。また上記膨張
弁２０には、該膨張弁２０を暖房運転時に適宜開度にて
制御し除霜運転時に全閉する膨張弁制御手段が設けられ
ている。

【００２５】上記構成の空気調和機の動作について説明
する。

【００２６】まず、暖房運転時には開閉弁１８は閉じて
いる。したがって、圧縮機１３から吐出された高温の冷
媒は第１の熱交換器１４で蓄熱材を加熱した後、すべて
が四方弁１５を介して室内熱交換器２４を通過し、放熱
によって暖房を行う。室内熱交換器２４を通過した冷媒
は、膨張弁２０を通過して室外側熱交換器１９に流入
し、該室外側熱交換器１９にて蒸発し、外気より吸熱す
る。蒸発した冷媒は、四方切換弁１５を介して圧縮機１
３の吸入側に流入する。外気を吸熱した冷媒は、再度圧
縮機１３にて圧縮されて、吸熱した一部を蓄熱材に蓄熱
する。

【００２７】尚、この暖房運転時においては、開閉弁１
８は閉じているので上記回路２４には冷媒は流れない。

【００２８】このようにして、暖房運転を行っていると
きに、室外側熱交換器１９に着霜したことが検知される
と、あるいは時間的に除霜を行う時になると、除霜運転
に切り換えられる。

【００２９】除霜運転時には、四方切換弁１５は暖房運
転の状態を維持し、膨張弁２０が全閉となると共に開閉
弁１８が開放する。

【００３０】したがって、圧縮機１３から吐出された冷
媒は、第１の熱交換器１４を通って暖房運転時に蓄熱さ
れている蓄熱材から吸熱して高温となった後、第１の減
圧装置１７を通る第１の流れと、四方切換弁１５を通る
第２の流れに分かれる。

【００３１】第２の流れは、四方切換弁１５を通って室
内熱交換器１６で放熱，凝縮した後、第２の減圧装置２
１を通って第２の熱交換器２２で蓄熱材３２から吸熱し
高温となる。この高温となった冷媒は、逆止弁２９を通
り第１の減圧装置１７を通ってきた上記第１の流れと合
流して開閉弁１８を通過し室外熱交換器１９に流入す
る。この高温冷媒の室外側熱交換器１９への流入により
室外側熱交換器１９に着霜した霜は融解し除霜が行われ
ることになる。

【００３２】室外側熱交換器１９を通過した冷媒は、四
方切換弁１５を通って圧縮機２１に戻ることになる。こ
のようにして、圧縮機１３を吐出した冷媒を、暖房用と
除霜用に分岐して流すことにより、暖房運転を継続しな
がら除霜を行う。

【００３３】なお、この暖房用の冷媒と除霜用の冷媒と
の比率は、上記第１の減圧装置１７と第２の減圧装置２
１との減圧比によって決定され、この比率はその空気調
和機に応じて適宜設計的に選択される。

【００３４】また、逆止弁２３は暖房運転時に圧縮機１
３から吐出された冷媒が第１の減圧装置１７を通って第
２の熱交換器２２に流入するのを阻止するために設けら
れているものである。

【００３５】図２は本実施例の除霜運転時の冷媒の状態
をモリエル線図で表したものであり、同図中符号Ａ〜Ｈ
は、第１図に示した同符号の位置に対応させている。圧
縮機１３から吐出された冷媒（Ａ）は第１の熱交換器１
４で加熱されＢの状態となり、上記第１の減圧装置１
７，開閉弁１８を介して室外側熱交換器１９に流入する
除霜用の第１の流れと、四方切換弁１５を介して室内側
熱交換器１６に流入する暖房用の第２の流れに分岐す
る。

【００３６】当該除霜用の第１の流れＱは第１の減圧装
置１７を通ってＣの状態となる。

【００３７】当該暖房用の第２の流れｑは室内熱交換器
１６を通って凝縮放熱しＤの状態となった後、第２の減
圧装置２１を通って状態Ｅとなり、第２の熱交換器２２
で加熱されて逆止弁２３を通りＦの状態となる。逆止弁
２３を通過した状態Ｆの冷媒は、上記状態Ｃの第１の流
れＱと混合されてさらにエンタルピを増しＧの状態とな
る。この状態Ｇとなった冷媒は、開閉弁１８を通って室
外熱交換器１９に流入し、一部が凝縮放熱することによ
って霜を融解しＨの状態となって圧縮機１３へ戻る。

【００３８】この時の第１の流れＱと第２の流れｑの比
率は、第１の減圧装置１７と第２の減圧装置２１との流
路抵抗の比率で決定される。したがって、全体の流量
（Ｑ＋ｑ）は両者の流路抵抗の値で決まるから、除霜能
力を大きくする場合は第１の減圧装置１７の流路抵抗の
方をを小さくし、暖房能力を大きくする場合には第２の
減圧装置２１の流路抵抗の方をを小さく設定すれば良
い。また全体の冷媒流量を調節するには、第１、第２の
減圧装置１７，２１の流路抵抗の設定の他、開閉弁１８
の流路抵抗を所要の値とすることもできる。

【００３９】上記のような回路構成であれば、低圧側が
４Kg/cm²Ｇ以上となる上、圧縮機１３が吸入する冷媒は
湿り状態となるため密度が大きく、したがって冷媒循環
量も大きい。このため、高圧側圧力は１３〜１５Kg/cm²
Ｇとなり、室内側熱交換器１６へ流入する冷媒は温度も
高く（３５〜３８℃）、冷媒循環量も多いため大きな暖
房能力が得られる。また、第１の熱交換器１４及び第２
の熱交換器２２での蓄熱材からの吸熱も、冷媒循環量が
多いため、単位時間当たりの吸熱量が多く、短時間で大
きな吸熱が可能である。室外側熱交換器１９に流入する
冷媒は、第１の熱交換器１４から流入するものがあるた
め、従来よりもエンタルピが高く、かつ循環量が多いた
め、除霜能力も大きなものが得られる。

【００４０】以上のように、本実施例によれば大きな能
力で暖房運転を維持しながら短時間で除霜できるよう、
暖房能力と除霜能力の調和を図ることが可能である。

【００４１】なお、上記実施例では第１の熱交換器１４
に常に圧縮機１３からの吐出冷媒を流す構成で説明した
が、これに限定されるものではなく、例えば第１の熱交
換器１４と並列に第２の開閉弁を設け、この第２の開閉
弁を適宜切り換えて吐出冷媒による蓄熱を制御するよう
にしても良い。また上記実施例では除霜時、膨張弁２０
を全閉としたが、これに代えてキャピラリチューブと電
磁弁の組み合わせとしても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
式空気調和機によれば、暖房運転と除霜運転とを相互に
調和しながら両者の運転を同時に行うことができる。こ
の場合、暖房運転時に蓄熱材に蓄えた熱を利用して圧縮
機を吐出された冷媒を加熱しながら室外側熱交換器と室
内側熱交換器とにそれぞれ冷媒を流入させるようにした
ので、大きな能力で暖房運転ができると共に、短時間で
除霜を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のの冷媒回路図、

【図２】本実施例での除霜時の冷媒状態を表すモリエル
線図、

【図３】従来の冷媒回路図。

【符号の説明】

１３ 圧縮機、 １４ 第１の熱交換器、 １５ 四方切換弁、 １６ 室内熱交換器、 ２０ 膨張弁、 １９ 室外熱交換器 １７ 第１の減圧装置、 ２２ 第２の熱交換器 ２３ 逆止弁、 １８ 開閉弁、 ２１ 第２の減圧装置、 ２５ 蓄熱槽、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、室外側熱交換器、室内側熱交換
   器、膨張弁、四方切換弁を備えたヒートポンプ式サイク
   ルを具備するものにおいて、圧縮機の吐出側に第１の熱
   交換器を接続し、この第１の熱交換器の吐出側を分岐し
   て、一方を上記四方切換弁を介して上記室内側熱交換器
   に接続し、他方を所定の減圧値に設定された第１の減圧
   装置及び通路を開閉する開閉弁を介して室外側熱交換器
   に接続し、上記室内側熱交換器は、吐出側を上記膨張弁
   を介して上記室外側熱交換器に接続し、上記室外側熱交
   換器は、吐出側を上記四方切換弁を介して上記圧縮機の
   吸入側に接続し、上記膨張弁は、吐出側を上記開閉弁の
   吐出側と上記室外側熱交換器との間に接続し、上記室内
   側熱交換器と上記膨張弁との間の通路と、上記第１の減
   圧装置と上記開閉弁との間の通路との間に、所定の減圧
   値に設定された第２の減圧装置と第２の熱交換器と第２
   の熱交換器側からの冷媒の流通を可能とする逆止弁とを
   直列に接続した回路を設け、第１の熱交換器及び第２の
   熱交換器を蓄熱材を収容した蓄熱槽に収納し、上記開閉
   弁を暖房運転時に閉成し除霜運転時に開成する開閉弁制
   御手段を設けると共に、上記膨張弁を暖房運転時に適宜
   開度にて制御し除霜運転時に全閉する膨張弁制御手段を
   設けたことを特徴とする空気調和機。