JPH0333991B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプ式冷凍サイクルに関する
ものである。

従来のヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて
は、第１図に示すごとく圧縮機１、四方切換弁
３、室外側熱交換器４、膨張装置５および室内側
熱交換器６を順次環状に接続し、冷房運転時には
実線矢印で示すごとく圧縮機１からの高温高圧の
冷媒ガスを室外側熱交換器４に送り、ここで凝縮
した後膨張装置５を介して室内側熱交換器６で蒸
発させ、暖房運転時には破線矢印で示すごとく圧
縮機１からの高温高圧の冷媒ガスを逆循環させて
暖房を行うものである。

一般にこの種の冷凍サイクルにおいて、圧縮機
１が停止すると、サイクル内の冷媒は高圧側から
低圧側へと流れ、次第に圧力バランスするように
なるが、通常このバランスには２−３分の時間が
必要である。また、圧縮機１の再始動に関しては
吐出側と吸入側の圧力差が大きければ始動しにく
く過電流が流れてしまうという欠点がある。従つ
て従来では安全のために始動を３分間遅延させる
３分遅延方式を採用している。

しかし、このような冷凍サイクルにおいて３分
遅延に入れば負荷状態等により室温がサーモスタ
ツト（図示せず）の設定限度からはずれた場合で
も３分以内であれば再始動せず、このため３分の
遅延時間内に室温が設定温度より大きくはずれて
しまうという欠点があつた。

また、この種の冷凍サイクルにおいて、暖房運
転時除霜を行う場合、四方切換弁３を切換えるこ
とにより高温高圧の冷媒ガスを室外側熱交換器４
に流し、当熱交換器に付着した霜と熱交換させ、
霜を融解除去するようになつているが、当四方切
換弁３を切換える際、室内側熱交換器６中にあつ
た高圧の液冷媒が圧縮機１に逆流し、液圧縮防止
用のアキユムレーター２中に滞留してしまい、当
冷凍サイクル中を循環する冷媒量が不足するため
十分な除霜が行なえず、またこのために、除霜に
多大の時間を必要とし、その間暖房運転ができな
いことになり、室温の低下をまねき、快適生をそ
こなうという欠点があつた。

そこで、従来除霜運転に切り換える際に、室内
側熱交換器にある高圧、高温冷媒が圧縮機に逆流
しないように、特開昭56−77659号公報では、除
霜制御装置が除霜信号を出力した時に、減圧装置
をバイパスさせる通路を開閉する電磁弁を開動作
して、一定時間経過後、四方弁を暖房運転から除
霜運転に切り換えると同時に上記電磁弁を閉止す
るようにしたものが提案されている。

しかし、この従来のものは減圧装置をバイパス
させる通路を別途形成すると共にそのバイパス通
路に弁を設けているものであつた。従つて、その
分ヒートポンプ式冷凍サイクルが複雑になる欠点
があつた。またこの従来のものは、単に減圧装置
をバイパスして室内側熱交換器内の冷媒を室外側
熱交換器に流すだけであるので、室外側熱交換器
から更に四方切換弁を通つて圧縮機に冷媒が流れ
る可能性があり、室外側熱交換器に高温、高圧冷
媒を確実に保持できず、しかも圧縮機が液圧縮を
してしまう可能性があつた。

また一方で、圧縮機を停止すると、圧縮機の吸
入側と吐出側とで高低圧ができ、すぐに圧縮機を
駆動すると過負荷となるため、一旦圧縮機を停止
すると３分間は圧縮機を駆動しないようにしてい
た。しかし、除霜を行う場合のサイクル切り換え
時に、一旦圧縮機を停止させると３分間は圧縮機
を駆動できないため、その分除霜に時間がかかる
という問題があつた。この除霜の間、暖房運転が
停止するため、使用者は寒さを覚え、非常に不都
合であつた。

この対策として、圧縮機切り換え時に、圧縮機
の前後の高低圧をバランスさせ、再起動時の負荷
を軽減させたものが、実開昭55−73788号公報に
て提案されている。しかし、このものは、圧縮機
停止時に凝縮器に高圧冷媒を保持し、圧縮機への
液バツクが生じないようにするためだけに、圧縮
機の吐出側に逆止弁を設けているものであつた。

本発明は上記欠点を除去することを目的として
なしたものであり、圧縮機停止時における圧力バ
ランス時間の短縮化、および圧縮機の運転時の立
上り時間の短縮ならびに、除霜時の圧縮機への液
戻りを防止し、効果的な除霜を行い除霜時間の短
縮を図つたヒートポンプ式冷凍サイクルを提供す
るものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明す
る。

第２図は本発明に係るヒートポンプ式冷凍サイ
クルの冷媒回路図、第３図は同冷凍サイクルにお
ける圧縮機、四方切換弁、電動膨張弁、三方切換
弁の動作説明図である。

なお、実線矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示
し、また破線矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示
す。第２図において、１１は冷媒ガスを圧縮する
圧縮機、１２は液戻り防止用のアキユムレータ
ー、１３は冷房運転と暖房運転を切換える四方切
換弁、１４は冷房運転時には凝縮器、暖房運転時
には蒸発器として作用する室外側熱交換器、１５
は、電気信号により絞り度を可変できる電動膨張
弁、１６は冷房運転時には蒸発器、暖房運転時に
は凝縮器として作用する室内側熱交換器、１７は
圧縮機１１の吐出側と四方切換弁１３の間の流路
に設けた逆止弁、１８は圧縮機１１の吐出側と前
記逆止弁１７の間の流路と圧縮機１１の吸入側と
を短絡するバイパス流路、１９は圧縮機１１の吸
入側と四方切換弁１３の間の流路と前記バイパス
流路１８の交点に設けた三方切換弁である。第３
図、第４図および第５図は、それぞれ冷房運転
時、暖房運転時および除霜運転時の圧縮機１１四
方切換弁１３電動膨張弁１５および三方切換弁１
９の動作を示したものであり、各運転時、圧縮機
１１および各弁１３，１５，１９は第３図ないし
第５図に示した如く動作する。すなわち、冷房運
転時、四方切換弁１３は常時冷房側に、また通常
の暖房運転時には常時暖房側に切り換つている。
圧縮機１１が運転時、電動膨張弁１５はあらかじ
め設定された絞り量あるいは、蒸発器出口温度等
を感知して適当な絞り量になるよう制御される。
三方切換弁１９は圧縮機１１の吸入側と四方切換
弁１３との間が連通し圧縮機１１の吸入側とバイ
パス流路１８との間が連通しないよう切換えられ
る。また圧縮機１１が停止中は電動膨張弁１５が
全閉となるよう制御され、三方切換弁１９も圧縮
機１１の吸入側とバイパス流路１８との間が連通
し、圧縮機１１の吸入側と四方切換弁１３との間
が連通しないように切換えられる。

暖房運転時、除霜を行うためサイクルを切換え
る場合は、先ず電動膨張弁１５を全開し三方切換
弁１９が圧縮機１１の吸入側とバイパス流路１８
との間が連通し、圧縮機１１の吸入側で四方切換
弁１３との間が連通しないように切換えられる。
次に少し遅延して四方切換弁１３を切換えると共
に電動膨張弁１５を適当な絞り量になるよう制御
し、三方切換弁１９を圧縮機１１の吸入側とバイ
パス流路１８との間が連通し、圧縮機１１の吸入
側と四方切換弁１３との間が連通しないように切
換える。また除霜運転から暖房運転に復帰する場
合も同様である。なお、三方切換弁１９を圧縮機
１１の吸入側とバイパス流路１８との間が連通し
圧縮機１１の吸入側と四方切換弁１３との間が連
通しないように切換えている間、圧縮機１１は運
転を続けても良いし、また図面に示すように停止
させても良い。

次に上記冷凍サイクルの動作について説明す
る。

本冷凍サイクルにおいて通常運転時には、電動
膨張弁１５はあらかじめ設定した絞り量、あるい
は蒸発器出口温度等を感知して適当な絞り量にな
るよう制御され、また、三方切換弁１９は圧縮機
１１の吸入側と四方切換弁１３との間が連通し、
圧縮機１１の吸入側とバイパス流路１８との間が
連通しないように切換えられ、第１図に示した従
来サイクルの運転状態と全く同じ動作を行なう。

冷房運転の場合、室内温度が所定の温度に達す
るとサーモスタツト（図示せず）が動作して圧縮
機１１の運転を停止すると共に電動膨張弁１５が
全閉となり、三方切換弁１９が圧縮機１１の吸入
側とバイパス流路との間が連通し、圧縮機１１の
吸入側と四方切換弁１３との間が連通しないよう
切換えられる。これにより、高温・高圧の冷媒液
は逆止弁１７−四方切換弁１３−室外側熱交換器
１４−電動膨張弁１５の間の冷媒流路中に通常状
態に近い状態で保持されると共に、圧縮機１１の
吐出側の高圧ガスはバイパス流路１８を通つて均
圧され、圧縮機１１はいつでも再始動可能な状態
となる。また三方切換弁１９が圧縮機１１の吸入
側と四方切換弁１３との間が連通しないようにな
つているのでこの均圧した冷媒ガスにより室内側
熱交換器１６の圧力も低いまま保持される。

しかる後、室温が上昇し、これをサーミスタが
検知すると圧縮機１１が再始動すると共に電動膨
張弁１５があらかじめ設定した絞り量、あるいは
蒸発器出口温度等を検知して適当な絞り量になる
よう制御される。また三方切換弁１９が圧縮機１
１の吸入側と四方切換弁１３とが連通し、圧縮機
１１の吸入側とバイパス流路１８との間が連通し
ないように切換える。

こうすることによりただちに冷凍サイクルは定
常状態に近い冷房運転に入ることが可能となる。

次に暖房運転について説明する。

通常運転時は、四方切換弁１３を暖房運転側に
切換えて行うが、サーモスタツトによる圧縮機１
１の運転、停止時の電動膨張弁１５および三方切
換弁１９の動作は冷房運転と同様である。今、タ
イマーデイアイサーあるいは霜付検出装置等（図
示せず）の信号により除霜を開始するため、冷凍
サイクルを切換える場合、先ず、電動膨張弁１５
を全開し、これと同時もしくは少し遅延して三方
切換弁１９を圧縮機１１の吸入側とバイパス流路
１８との間が連通し、圧縮機１１の吸入側と四方
切換弁１３との間が連通しないよう切換える。こ
うすることにより、室内側熱交換器１６中にあつ
た高温高圧の液冷媒は電動膨張弁１５を介して室
外側熱交換器１４中に流れこむ。この流れこんだ
高温高圧の液冷媒のもつ熱により室外側熱交換器
１４の電動膨張弁１５に近い側に付着した霜は、
融解除去される。また、この時、三方切換弁１９
の圧縮機１１の吸入側と四方切換弁１３との間は
連通していないので、室外側熱交換器１４から液
冷媒が圧縮機１１に吸入される恐れはない。この
間圧縮機１１は運転を続けても良いし、運転を停
止しても良い。

しかる後、室内側熱交換器１６中の液冷媒が全
て室外側熱交換器１４に流れこんだ時、四方切換
弁１３を冷房運転側に切換えると共に電動膨張弁
１５を適当な絞り量になるよう制御し、三方切換
弁１９を圧縮機１１の吸入側と四方切換弁１３と
の間が連通し、圧縮機１１の吸入側とバイパス流
路１８との間が連通しないように切換える。こう
することにより圧縮機１１より吐出した高温高圧
のガスが室外側熱交換器１４に付着した霜を融解
除去する。

この四方切換弁１３を冷房側に切換える時期は
各熱交換器の圧力または温度等により検知しても
良いし、あるいは最初の電動膨張弁１５の全開時
から時間的に制御しても良い。

次に除霜が終了して再び暖房運転に復帰するた
め、冷凍サイクルを切換える場合同様に、先ず電
動膨張弁１５を全開し、これと同時もしくは少し
遅延して三方切換弁１９を圧縮機１１の吸入側と
バイパス流路１８との間が連通し、圧縮機１１の
吸入側と四方切換弁１３との間が連通しないよう
切換える。こうすることにより、室外側熱交換器
１４中にあつた高温高圧の液冷媒は電動膨張弁１
５を介して室内側熱交換器１６中に流れこむ。し
かる後、室外側熱交換器１４中の液冷媒が全て室
内側熱交換器１６中に流れこんだ時、四方切換弁
１３を暖房運転側に切換えると共に電動膨張弁１
５を適当な絞り量になるよう制御し、三方切換弁
１９を圧縮機１１の吸入側と四方切換弁１３との
間が連通し、圧縮機１１の吸入側とバイパス流路
１８との間が連通しないように切換える。こうす
ることにより、冷凍サイクルは完全に暖房運転に
切換つたことになりただちに定常状態に近い暖房
運転を行うことができる。

このようにすると除霜のために冷凍サイクルを
切換える際に、液冷媒が圧縮機１１の吸入側へ戻
りアキユムレーター１２中に滞留し、冷凍サイク
ル中を流れる冷媒が不足し、効率が低下するとい
うことがふせげるため冷凍サイクル切換え直後か
ら効率のよい運転が可能となる。

尚、第６図に本発明の他の実施例を示したが、
これは、三方切換弁１９にかえて電磁弁１９ａ，
１９ｂを用いたものであるが、この電磁弁１９
ａ，１９ｂを前述した三方切換弁１９の動作と同
様に制御すれば、前記実施例と同様の作用効果を
奏することができる。

以上本発明は、圧縮機、四方切換弁、室外側熱
交換器、電動膨張弁、室内側熱交換器を順次環状
に接続し、除霜は上記四方切換弁によつて暖房サ
イクルを冷房サイクルに切換えることによつて行
うヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、 上記圧縮機の吐出側と四方切換弁との間の流路
に、該吐出側から四方切換弁の方向にのみ流通を
可能とする逆止弁を設け、 上記圧縮機吐出側、逆止弁間の流路と圧縮機の
吸入側とを短絡するバイパス流路を設け、 このバイパス流路と圧縮機吸入側、四方切換弁
間の流路との接続点に、両通路を択一的に圧縮機
の吸入側に接続する三方切換弁を設け、 当該冷凍サイクルの運転を制御するとともに、
上記電動膨張弁、四方切換弁、三方切換弁の切り
換え動作を制御する制御部を設け、 上記制御部は、 冷房運転時または暖房運転時、上記電動膨張弁
を適度な絞り値に設定すると共に、四方切換弁を
冷房サイクルまたは暖房サイクルに切り換え、上
記三方切換弁を四方切換弁からの流路が圧縮機の
吸入側に接続される方向に切り換え、 圧縮機停止時、電動膨張弁を全閉すると共に、
上記三方切換弁をバイパス流路が圧縮機の吸入側
に接続される方向に切り換え、 除霜運転時、電動膨張弁を全開して、上記三方
切換弁をバイパス流路が圧縮機の吸入側に接続さ
れる方向に切り換えた後、遅延して、四方切換弁
を暖房サイクルから冷房サイクルに切り換えてか
ら、電動膨張弁を適度の絞り値に設定すると共
に、三方切換弁を四方切換弁から流路が圧縮機の
吸入側に接続される方向に切り換えることを特徴
とするヒートポンプ式冷凍サイクルである。

従つて、圧縮機停止時には、バイパス流路によ
つて、圧縮機の高低圧がバランスし、すぐに圧縮
機の駆動が可能である。故に、除霜運転切り換え
時に圧縮機を停止しても即座に除霜運転を開始
し、除霜運転の終了後は即座に暖房運転を開始す
ることができる。

一方で、暖房運転から除霜運転に切り換える際
に、室内側熱交換器の高温冷媒を、電動膨張弁を
全開にして室外側熱交換器に流すことによつて、
圧縮機への液バツクをなくして冷媒が寝込むのを
防止すると共に室外側熱交換器へ高温冷媒が流入
することによつて除霜の一部を冷媒の熱を利用し
て行うことができる。従つて、効率の良い除霜を
行うことができる。

この場合、四方切換弁の切り換え時に圧縮機を
一旦停止しても、上記の高低圧バランスにより即
座に切り換え運転を開始でき、除霜時間の短縮が
可能である。

また、除霜切り換え時に膨張弁を全開すること
によつて室内側熱交換器の冷媒を室内側熱交換器
へ流入させているので、減圧装置をバイパスさせ
るに当たつてバイパス通路や弁は必要なく、サイ
クルを簡単に構成することができる。

また上記三方切換弁は、上記バイパス流路の切
り換えのほか、除霜切り換え時に電動膨張弁を開
成して室内側熱交換器の冷媒を室外側熱交換器に
流入させる際に、室外側熱交換器に流入した冷媒
が圧縮機に流入しないようにするための封止弁の
役目をも成し、効率良く迅速に除霜を行うことの
できるヒートポンプ式冷凍サイクルを簡単な構成
にすることができる。

以上のように、構成が簡単でありながら、迅速
で効率の良い除霜を行うことのできるヒートポン
プ式冷凍サイクルを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートポンプ式冷凍サイクルの
冷媒回路図、第２図は本発明に係るヒートポンプ
式冷凍サイクルの冷媒回路図、第３図ないし第５
図は、同冷凍サイクルにおける冷房運転時、暖房
運転時および除霜運転時の圧縮機、四方切換弁、
電動膨張弁および三方切換弁の動作説明図、第６
図は本発明に係る他の実施例の冷媒回路図であ
る。 １１；圧縮機、１２；アキユムレーター、１
３；四方切換弁、１４；室外側熱交換器、１５；
電動膨張弁、１６；室内側熱交換器、１７；逆止
弁、１８；バイパス流路、１９；三方切換弁をそ
れぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機、四方切換弁、室外側熱交換器、電動
   膨張弁、室内側熱交換器を順次接続し、暖房時に
   おける除霜を四方切換弁によつて暖房サイクルか
   ら冷房サイクルに切り換えることによつて行うヒ
   ートポンプ式冷凍サイクルにおいて、 圧縮機の吐出側と四方切換弁との間の流路に、
   該吐出側から四方切換弁側への流通のみを可能と
   する逆止弁を設け、 上記圧縮機の吐出側と上記逆止弁との間の流路
   と、圧縮機の吸入側とを短絡するバイパス流路を
   設け、 このバイパス流路と、圧縮機の吸入側と四方切
   換弁との間の流路との接続点に、バイパス流路ま
   たは圧縮機の吸入側と四方切換弁との間の流路を
   択一的に圧縮機の吸入側に接続する三方切換弁を
   設け、 当該冷凍サイクルの運転を制御すると共に、上
   記電動膨張弁、四方切換弁、三方切換弁を制御す
   る制御部を設け、 上記制御部は、 上記電動膨張弁を、冷房運転時または暖房運転
   時に適度な絞り値に制御し、除霜切換え時に全開
   するよう制御し、圧縮機停止時に全閉するよう制
   御する膨張弁制御手段と、 上記四方切換弁を、冷房運転時または除霜運転
   時に冷房サイクル側に切換え暖房運転時に暖房サ
   イクル側に切換える四方切換弁制御手段と、 上記三方切換弁を、冷房運転時、除霜運転時ま
   たは暖房運転時に圧縮機の吸入側と四方切換弁と
   の間の流路を圧縮機の吸入側に接続する方向に切
   換え、除霜切換え時または圧縮機停止時にバイパ
   ス流路を圧縮機の吸入側に接続する方向に切り換
   えるよう制御する三方切換弁制御手段と、 除霜切換え時に、電動膨張弁を全開して、三方
   切換弁をバイパス流路が圧縮機の吸入側に接続す
   るよう切り換えた後、遅延して四方切換弁を暖房
   サイクルから冷房サイクルに切換えてから、電動
   膨張弁を適度な絞り値に設定すると共に三方切換
   弁を圧縮機の吸入側と四方切換弁との間の流路を
   圧縮機の吸入側に接続するよう制御する除霜制御
   手段と、から構成して成るヒートポンプ式冷凍サ
   イクル。