JPS6229868A - ヒ−トポンプ式空調機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空気を熱源とするヒートポンプ式空調機に関
するもので、詳しくは低外気温時に室外熱交換器に付着
する霜を融解する除霜制御に関するものである。

従来の技術 従来空気熱源ヒートポンプ式空調機の室外熱交換器の除
霜方式は、大半が四方弁を切り換えて冷房サイクルとし
、室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器とする
逆サイクル除霜方式で、この時コールドドラフト防止の
ために室内ファンを停止していた。この方式では基本的
に冷媒循環が少なく圧縮機入力の増大がそれほど期待で
きないので、除霜時間が長くなること、並びに除霜運転
中の数分間は室内ファンが停止するので暖房感が欠如し
快適性が損なわれること、さらには除霜運転終了後の四
方弁が切り換わって暖房運転に復帰してからも室内熱交
換器の温度が上昇するまでに時間を要するなど使用者か
らすれば満足できるものではなかった。

近年このような欠点を有する逆サイクル除霜方式に代わ
って、除霜運転時にも四方弁は暖房運転時のままとし、
圧縮機からの吐出ガスの一部を室内熱交換器に流して若
干の暖房能力を維持しながら、吐出ガスの残シを室外熱
交換器の入口に導き除霜を行なうホットガスバイパス除
霜方式が提案されている（例えば「日本冷凍協会講演論
文集」。

９５９−１１．　　Ｐ、５３　）。

以下図面を参照しながら上述の従来のヒートポンプ式空
調機の一例について説明する。

第４図は従来のヒートポンプ式空調機の冷凍サイクル図
を示すものである。

同図において１は容量制御可能な周波数可変圧縮機、２
は四方弁、３は室内熱交換器、４は弁開度を可変できる
電動膨張弁、５は室外熱交換器、６はホットガスバイパ
ス回路、７は二方弁である。

ホットガスバイパス回路６は、周波数可変圧縮機１の吐
出側と室外熱交換器５の暖房運転時に入口側となる配管
とを連結し、途中に二方弁７を備えて構成されている。

通常の暖房運転時には二方弁７は閉の状態で暖房サイク
ルを形成するが、低外気温時に室外熱交換器５に着霜が
生じ、暖房能力が低下して除霜運転が必要になると、二
方弁７を開いて高温の吐出ガスの大部分をホットガスバ
イパス回路６を経て室外熱交換器５の入口側へ導く。

同時に高温の吐出ガスの残シを暖房運転時と同様に四方
弁２、室内熱交換器３、電動膨張弁４と流し、若干の暖
房運転を継続して行ない、室外熱交換器５の入口側であ
る点Ｃにて高圧側で分岐した大部分の冷媒と合流させる
。この合流後の冷媒は自身の持つ凝縮熱で室外熱交換器
を除霜した後、四方弁２を経て周波数可変圧縮機１に戻
シ除霜サイクルを完結する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。

第５図は第４図に示すヒートポンプ式空調機の従来例の
除霜運転時におけるサイクルをモリエル線図上に示した
ものである。同図に示す記号ａ〜ｅは第４図に示したも
のと対応する。

すなわち除霜運転時に圧縮機吐出側の点ａで分岐した冷
媒は室外熱交換器５の入口側の点Ｃで合流し、この点Ｃ
は温度の高い過熱域に存在する。

ここで冷媒はｉｃなるエンタルピを持つ。そして凝縮後
、つまシ除霜後の冷媒状態は二相域の液分の多い点ｄま
で変化して圧力損失後の点ｅとなシ、この液分の多い乾
き度Ｘ。なる冷媒をそのまま周波数可変圧縮機１に吸入
されるので相当の液圧縮を行なっていること憂ζなる。

これは年間のヒートポンプシーズンの除霜回数を考慮す
ると圧縮機信頼性上大きな問題となる。さらに除霜時の
冷媒の利用状況（点Ｃ一点ｄ）からすると、冷媒の顕熱
（過熱域）と潜熱（二相域）を利用しており、霜が融解
しドレン水が滴下し始める除霜後期には室外熱交換器５
の表面に温度分布を生じるので、室外熱交換器５の表面
の高温部からは周囲の大気に対流放熱し除霜性能を落と
していることにもなる。

また第６図は前記従来のヒートポンプ式空調機の除霜運
転時の室内熱交換器３内の冷媒圧力と室外熱交換器５内
の冷媒圧力の変化を示す。

同図においてＡは室内熱交換器３内の冷媒圧力、Ｂは室
外熱交換器ｓ内の冷媒圧力を示しておシ、圧力Ｂは除霜
運転を開始すると約０℃の飽和圧力となシ、時刻ｔ、ま
でほぼその状態を保つ。時刻ｔ１　になるまでには室外
熱交換器５の表面に付着した霜はほとんど融解し、ドレ
ン水が滴下している。したがってそれ以降、圧力Ｂは徐
々に上昇するが、ドレン水を完全に滴下させ、室外熱交
換器５の表面を乾燥させるために室外熱交換器５が所定
の温度または圧力になるまで除霜運転を続ける。

しかし、この時室内熱交換器ａと電動膨張弁４を結ぶ配
管や電動膨張弁４と室外熱交換器５を結ぶ配管等を冷媒
が通る際の圧力損失のために圧力Ｂは常に圧力Ａより小
さく、したがって室外熱交換器５が所定の温度または圧
力になるまでにかなシの時間を要する。このために全体
の除霜時間が長くなシ、また室外熱交換器５の表面から
大気への自然放熱量も大きくなって除霜性能を低下させ
ている。

本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転時にも室内熱交換
器に高温の吐出ガスの一部を流して暖房運転継続可能と
して、圧縮機への多量の液戻シや液圧縮を軽減し、室外
熱交換器表面の温度分布を改善して一様温度とする均一
除霜を実現し、除霜運転終了前に室外熱交換器より圧縮
機に至る配管に設けた開閉弁を閉とすることで室外熱交
換器の温度、圧力を急速に上昇させて除霜時間を短縮し
、除霜効率を改善したヒートポンプ式空調機を提供する
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
調機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り量を可変
とした絞り装置、室外熱交換器等を順次環状に配管で連
結して冷凍サイクルを構成し、暖房運転時に低圧となる
前記室外熱交換器より圧縮機に至る配管に第１の開閉弁
を設け、さらに暖房運転時（こ高圧となる前記圧縮機よ
り前記室内熱交換器に至る配管と、同じく暖房運転時〔
こ低圧となる前記室外熱交換器より圧縮機（ζ至る配管
とを結ぶバイパス回路を形成し、前記バイパス回路に第
２の開閉弁を設けて、前記室外熱交換器の除霜運転開始
時には前記絞り装置の絞り量を暖房運転時の絞り凰より
も小さくして前記第２の開閉弁を開とし、除霜運転終了
前に前記第１の開閉弁を閉としたものである。

作　　用 本発明は上記構成により、除霜運転時にも高温の吐出ガ
スの一部を室内熱交換器に流して暖房運転継続可能とし
、絞り装置の絞りを小さくして、高温の吐出ガスの残シ
を室外熱交換器出口である圧縮機吸入側へ直接戻すので
、冷媒循環もよく圧縮機入力を維持した状態で、圧縮機
吸入冷媒も二相ではあるが乾き度を大きくでき、液戻シ
や液圧縮を軽減できる。

また室外熱交換器への流入冷媒も二相となシ、除霜初期
、中期はもちろん融解後のドレン水滴下中の後期から乾
燥期まで室外熱交換器表面は温度ムラなく一様に温度上
昇するので、暖房運転に戻る復帰温度までに一部分がど
んどん温度上昇することがなくなシ、それだけ周囲への
対流放熱損失が押さえられて除霜効率も改善できる。

さらに、除霜運転終了前に室外熱交換器より圧縮機に至
る配管に設けた開閉弁を閉とすることで室外熱交換器の
温度、圧力を急速に上昇させ、除霜時間が短縮できるの
で、除霜効率を大巾に改善することができる。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ式空調機について
、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の冷凍サイクル図を示すものである。

同図において、１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は室
内熱交換器、１４は電磁力で弁開度を可変できる電動膨
張弁、１５は室外熱交換器、１６は第１の開閉弁、１７
はバイパス回路、１８は第２の開閉弁である。また１９
は室外熱交換器ＩＳＯ温度を検知する室外温度検出素子
であシ、２０はこの室外温度検出素子１９の温度信号を
受けて電動膨張弁１４の弁開度および第１．第２の開閉
弁１８．１８の開閉を制御する制御回路である。

そして、圧縮機１１、四方弁１２、室内熱交換器１３、
電動膨張弁１４、室外熱交換器１６を順次環状に連結し
、室外熱交換器１５より圧縮機１１に至る配管に第１の
開閉弁１６を設け、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器
１５の暖房運転時の出口側とを結び、その途中に第２の
開閉弁１８を備えたバイパス回路１７を設けたものであ
る。

次に以上のように構成されたヒートポンプ式空調機につ
いてその動作を説明する。

通常の暖房運転時には第１の開閉弁１６は開、第２の開
閉弁１８は閉となっており、冷媒は圧縮機１１、四方弁
１２、室内交換器１３、電動膨張弁１４、室外熱交換器
１５、四方弁１２と流れて圧縮機１１ζこ戻シ暖房サイ
クルを形成し、〕寸イｔ＜’ス回路１７には冷媒は流れ
ない。

ところが、低外気温時には室外熱交換器１５に着霜が生
じ、室外温度検出素子１９が設定値まで下がると制御回
路２０が除霜開始指令を発し、四方弁１２はそのままの
状態で第２の開閉弁１８を開として高温の吐出ガスを点
ａ′で分岐させ、一部はそのまま室内熱交換器１３へ流
し、残シは室外熱交換器１５の出口側へ導くとともに、
電動脳張弁１４の弁開度を開方向にすることで絞り量を
小さくして除霜を開始する。

第２図は第１図に示すヒートポンプ式空調機の一実施例
の除霜運転時におけるサイクルをモリエル線図に示した
ものである。同図（こ示す記号ａ′〜ｅ′は第１図に示
したものと対応する。

すなわち除霜運転時に点ａ′からそのまま室内熱交換器
１３へ流した高温の吐出ガスは、電動膨張弁１４の弁開
度が全開気味になっているので比較的低い温度（約３０
〜４０°Ｃ）で凝縮放熱し、点ｂ’ｉこ移り図示しない
室内ファンのＯＮにより暖房運転継続可能となる。途中
の配管や電動膨張弁１４の若干の絞りで減圧して点ＣＩ
となり室外熱交換器１５（こ流入して、さらに霜の融解
温度である約０°Ｃで凝縮放熱して、除霜し点ｄ′に配
る。この時の除霜に利用する冷媒のエンタルピ差はΔ１
ｄｅｆ＝１ｏｔ−１ｄｌとなり、室外熱交換器１５への
流入冷媒状態は点Ｃ′に示すように既に二相となってい
る。ちなみに室内暖房に利用する冷媒のエンタルピ差は
途中の熱ロスを無視すればｉ　ａＩ　−ｉ　ｂ／となる
。

一方残シの高温の吐出ガスは室外熱交換器１５のムロ側
に導かれるのではゾ等エンタルピ変化後、主回路を流れ
てきた液分の多い冷媒と合流し混合して点ｅ′となり、
圧縮機１１に吸入される。この点ｅ′は二相状態にある
ものの冷媒乾き度Ｘ。Ｉが大きく液分が少ないので液戻
りや液圧縮を軽減または実質的に回避することができる
。さらにまた除１ｉ運転時に室外熱交換器１５へ流入し
ている冷媒は基本的に二相状態であるため冷媒温度つま
り室外熱交換器１５の表面温度も一定となシ、同表面温
度にムラがないため均一除霜が実現できる。

さて、除霜運転中は、室外熱交換器１５の表面に付着し
た箱がほとんど融解するまで室外熱交換器１５内の冷媒
圧力は約０°Ｃの飽和圧力を保つが、それ以降徐々に上
昇する。したがって室外熱交換器１５の温度も上昇し、
この温度上昇を室外温度　　　　゛検出素子１９で検知
し７て第１の開閉弁１６を閉とする。このため、室外熱
交換器１５内の冷媒圧力は高圧側の室内熱交換器１３内
の冷媒圧力と等しくなるまで急激）こ上昇し、室外熱交
換器１５の温度も急激（こ上昇し、設定温度になると室
外温度検出素子１９より信号を受けて制御回路は除霜終
了Ｉ旨令を発し、前述の通常の暖房運転に復帰する。

第３図は、本実施例の除霜運転中の室外熱交換器１５内
および室内熱交換器１３内の冷媒圧力変化を示す。

同図において圧力Ｃは室内熱交換器１３内の冷媒圧力を
示し、圧力りは室外熱交換器１５内の冷媒圧力を示し、
それぞれ実線が本実施例の場合、破線が従来の技術の項
で説明した実施例の場合を示す。

除霜運転中　室外熱交換器１５の温度上昇を室外温度検
出素子１９より検知して時刻ｔ２で第１の開閉弁を閉と
する。このため、圧力りは急激に上昇し、室外熱交換器
１５の温度も急激に上昇するので、同図に示すように暖
房復帰温度又は圧力に速やかに到達し、従来より短時間
で除霜を終了した後暖房運転に復帰する。したがって室
外熱交換器１５の表面から大気への自然放熱量も少なく
除霜効率の改善を計ることができる。

なお、本発明は絞り量を可変とした絞り装置の最良の形
態として電磁力を駆動源として弁開度を可変とした電動
膨張弁１４を用いて説明したが、キャピラリ等の絞りを
複数個用いて構成し、適宜切換により制御してもよく、
さらに弁開度を可変する手段としてバイメタル若しくは
形状記憶合金等を用いてもよい。また、室外温度検出素
子１９の温度信号により第１の開閉弁１６を閉としたが
、本発明はそれに限定されるものではなく、検出する圧
力、温度等の位置およびその手段は任意である。また除
霜開始時期、終了時期の決定についても同様である。

発明の効果 以上のように本発明のヒートポンプ式空調機は、圧縮機
、四方弁、室内熱交換器、絞り量を可変とした絞り装誼
、室外熱交換器等を順次環状に配管で連結して冷凍サイ
クルを構成し、暖房運転時警こ低圧となる前記室外熱交
換器より圧縮機に至る配管に第１の開閉弁を設け、さら
に暖房運転時に高圧となる前記圧縮機より前記室内熱交
換器に至る配管と、同じく暖房運転時に低圧となる前記
室外熱交換器より圧′縮機に至る配管とを結ぶバイパス
回路を形成し、前記バイパス回路に第２の開閉弁を設け
て前記室外熱交換器の徐開運転開始時には前記絞り装置
の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小さくして前記第
２の開閉弁を開とし、除霜運転終了前に前記第１の開閉
弁を開としたもので、除霜運転時にも室内熱交換器に高
温の吐出ガスの一部を流して暖房運転継続可能として、
圧縮機への多量の液戻シや液圧縮を軽減し、室外熱交換
器表面の温度分布を改善して一様温度とする均一除霜を
実現し、さらに除霜運転終了前に室外熱交換器より圧縮
機に至る配管に設けた開閉弁を閉とすることで室外熱交
換器の温度、圧力を急速に上昇させて除霜時間を短縮で
き、除霜効率を改善させる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の冷凍サイクル図、第２図は同ヒートポンプ式空調機
の除霜運転時のサイクルをモリエル線図上にあられした
説明図、第３図は同ヒートポンプ式空調機の除霜運転時
の室内熱交換器内冷媒圧力および室外熱交換器内冷媒圧
力の変化を示す説明図、第”４図は従来のヒートポンプ
式空調機の冷凍サイクル図、第５図は第４図に示す従来
のヒートポンプ式空調機の除霜運転時のサイクルをモリ
エル線図上にあられした説明図、第６図は同じ〈従来の
ヒートポンプ式空調機の除霜運転時の室内熱交換器内冷
媒圧力および室外熱交換器内冷媒圧力の変化を示す説明
図である。 １１・・・・・・圧縮機、１２・・・・・・四方弁、１
３・・・・・室内熱交換器、１４・・・・・・電動膨張
弁（絞り装置）、１５・・・・・・室外熱交換器、１６
・・・・・第１の開閉弁、１７・・・・・バイパス回路
、１８・・団・第２の開閉弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１２勾　
　　　　　　　　〇− 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り量を可変とした絞
   り装置、室外熱交換器等を順次環状に配管で連結して冷
   凍サイクルを構成し、暖房運転時に低圧となる前記室外
   熱交換器より圧縮機に至る配管に第１の開閉弁を設け、
   さらに暖房運転時に高圧となる前記圧縮機より前記室内
   熱交換器に至る配管と、同じく暖房運転時に低圧となる
   前記室外熱交換器より圧縮機に至る配管とを結ぶバイパ
   ス回路を形成し、前記バイパス回路に第２の開閉弁を設
   けて、前記室外熱交換器の除霜運転開始時には前記絞り
   装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小さくして前
   記第２の開閉弁を開とし、除霜運転終了前に前記第１の
   開閉弁を閉としたヒートポンプ式空調機。