JP2005083711A

JP2005083711A - ヒートポンプ式空気調和機のデフロスト装置、及び、デフロスト方法。

Info

Publication number: JP2005083711A
Application number: JP2003318956A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Takada; 啓介高田; Yoshio Hirose; 宣雄廣瀬
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Sinko Industries Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd; Sinko Industries Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】
ヒートポンプ式空気調和機において、従来のデフロスト手段のように、室内への冷房運転をすることなく、複雑な弁操作も必要なく、また、格別の動力源を必要としなくても、冬季の室内の暖房運転時において、熱交換器のコイルやフィン等に結露や着霜が生じ難くすることを可能とし、従来のデフロスト運転を極力減らすことを可能とする。
【解決手段】
ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転時において、圧縮機の周囲に圧縮機の排熱により加熱される排熱熱交換器を配置し、前記空気調和機の室外熱交換器の風上にデフロスト熱交換器に配置し、該排熱熱交換器と前記デフロスト熱交換器とを接続し、該デフロスト熱交換器の冷媒は飽和圧力の低い単一冷媒で高温ではガスであり低温では液体であって、圧縮機を前記デフロスト熱交換器よりも下方に配置して前記冷媒の比重差により冷媒が循環するようにしたデフロスト装置、及び、デフロスト方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機において、結露や着霜がしにくいデフロストの技術分野に関する。

近時、空気調和機において、コンパクトな構造で冷房と暖房とを行うことが出来るため、例えば、特許文献１(特開平９−６８３３０号公報)等に開示されているように、ヒートポンプ方式の空気調和機が開発されている。
従来の空気調和機のヒートポンプ回路は、熱媒体が圧縮機から室外機（これは夏季の冷房運転時は凝縮器となり、冬季の暖房運転時は蒸発器となる）に至り、次いで室内機（これは夏季の冷房運転時は蒸発器となり、冬季の暖房運転時は凝縮器となる）に至り、これから、再び圧縮機に戻るループを形成する。

ところで、ヒートポンプ式空気調和機は、冬季の暖房運転時には室外機が通常零度以下になることが予想され、熱交換器のフィンに結露や着霜が生じるので、霜取り手段を設けて霜取りを行わなければならなかった。この霜取り手段のデフロスト運転としては、短時間だけ夏季の冷房運転、即ち室外機を凝縮器として熱交換コイルの温度を上昇させて霜取りする方法、また、特許文献２の特許第２６４６７０４号公報に開示されているように、暖房運転時を一時停止して熱媒体自体を圧縮機のモータの熱を利用して加熱して循環させ、熱交換コイルの温度を上昇させて霜取りする方法が知られている。

特開平９−６８３３０号公報特許第２６４６７０４号公報

前述したヒートポンプ式空気調和機は、デフロスト運転である短時間の冷房運転は、一時的にせよ冬季の室内は室温が下がるという問題点があり、暖房運転を一時停止して熱媒体自体を圧縮機のモータの熱を利用して加熱して循環させる方法も複雑な弁操作が必要であるという問題点があった。
本発明が解決しようとする問題点は、ヒートポンプ式空気調和機において、従来のデフロスト手段のように、室内への冷房運転をすることなく、複雑な弁操作も必要なく、また、格別の動力源を必要としなくても、冬季の室内の暖房運転時において、熱交換器のコイルやフィン等に結露・着霜が生じ難くすることを可能し、従来のデフロスト運転を極力減らすデフロスト手段を提供しようとするものである。

本件発明は、ヒートポンプ式空気調和機において、冬季の暖房運転時に、圧縮機が稼働することにより圧縮機自体が加熱するが、この加熱された圧縮機の排熱を利用し冷媒をガス化させ冬季の室外機の蒸発器を暖めて着霜を防ぎ、更に、冷媒が液化することによる比重差により自然循環システムを構成させて、格別の駆動源を用いることなしに付随的熱交換サイクルを構成させたことを特徴とするものである。
すなわち、請求項１の発明は、ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転時において、圧縮機の周囲に圧縮機の排熱により加熱される排熱熱交換器を配置し、前記空気調和機の室外熱交換器の風上にデフロスト熱交換器を配置し、該排熱熱交換器と前記デフロスト熱交換器とを接続し、該デフロスト熱交換器の冷媒は飽和圧力の低い単一冷媒でガスであり低温では液体であって、前記圧縮機を前記デフロスト熱交換器よりも下方に配置して前記冷媒の比重差により冷媒が循環するようにしたことを特徴とするデフロスト装置である。
請求項２の発明は、前記請求項１のデフロスト装置において、前記排熱熱交換器の上端開口部と前記デフロスト熱交換器の上端開口部とをガス用配管で接続し、前記排熱熱交換器の下端開口部と前記デフロスト熱交換器の下端開口部とを液用配管で接続し、該液用配管の途中には受液部を設けたことを特徴とするデフロスト装置である。
請求項３の発明は、ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転時において、圧縮機の周囲に圧縮機の排熱により加熱される排熱熱交換器を配置し、前記空気調和機の室外熱交換器の風上にデフロスト熱交換器に配置し、該排熱熱交換器と前記デフロスト熱交換器とを接続し、該デフロスト熱交換器の冷媒は飽和圧力の低い単一冷媒で高温ではガスであり低温では液体であって、前記圧縮機を前記デフロスト熱交換器よりも下方に配置して前記冷媒の比重差により冷媒が循環するようにしたことを特徴とするデフロスト方法である。

本発明によれば、ヒートポンプ式空気調和機の室外熱交換器が吸い込む外気温度を暖めることにより、冬季の暖房運転時において、常時、結露や着霜しずらいデフロスト処置を講じることができ、かつ、従来のデフロスト手段のように室内を一時的に冷房運転したり、別途にデフロスト装置を駆動する駆動源を用いる必要がないので、安定した運転が可能であり保守も簡単になる。
また、外気温度を暖めることになるので、蒸発器の冷房効率が高まり、圧縮機の表面温度・吐出ガス温度を下げることになるので圧縮機や四方弁の寿命を長くし、冷凍機油の劣化を防ぐことができるという効果が得られる。

ここで、本発明の好適な熱交換器の実施例を図面に沿って説明する。
図１は、第１の熱交換器を室外熱交換器１として用い、第２の熱交換機を室内熱交換器２として稼働させたヒートポンプ回路の全体の概略を示したもので、第１室外熱交換器１と室内熱交換器２との一端は膨張弁３が接続され、他端には四方弁４と圧縮機５とが接続されており、四方弁４によって冷媒の流れ方向を切り替る。
そして、夏季の室内の冷房運転時には、冷媒は実線の方向に流れ、室外熱交換器１は凝縮器として稼働し、室内熱交換器２は蒸発器として稼働する。これとは逆に、冬季の室内の暖房時には、四方弁４が切り替わり、冷媒は点線の方向に流れ、室外熱交換器１は蒸発機として稼働し、室内熱交換器２は凝縮器として稼働する。
本発明の実施例は、冬季の暖房運転において、室外熱交換器１が蒸発器として稼働し、室内熱交換器２は凝縮器として稼働する場合を前提としたものである。
この場合に、室外熱交換器１は零度以下に冷却され、その結果として室外熱交換器１のコイルやフィン等に結露や着霜が生じ、室外熱交換器１の効率が著しく低下するが、次に説明する構成により、室外熱交換器１のコイルやフィン等に結露や着霜が生じ難くしている。

[デフロスト手段]
次に、本実施例の特徴部分であるデフロスト装置６とその運転方法を説明するが、図１及び図２において、デフロスト装置６は圧縮機５の排熱を利用するもので、冷媒としては飽和圧力の低い単一冷媒で室温などの高温ではガスとなり戸外などの低温では液化する、例えば、フロンＲ−１３４ａの冷媒が用いられている。
具体的にその構成を説明すると、圧縮機５は室外熱交換器１やデフロスト熱交換器６３よりも下方に配置されており、前記圧縮機５は暖房運転時の稼働により加熱するが、この圧縮機５の周りには排熱熱交換器である排熱熱交換パイプ６１が下から上へと巻き付けられており、下から供給される液体の冷媒は熱交換パイプ６１が暖められているため、熱交換パイプ６１内の冷媒はガスとなり管内を上昇する。
次に、ガスとなった熱い冷媒は排熱熱交換パイプ６１を上昇し、熱交換パイプ６１の上端開口部６１１はガス用配管６２に接続され、ガス用配管６２により室外熱交換器１の外気側に位置するデフロスト熱交換器６３に送られる。この熱い冷媒が供給されるデフロスト熱交換器６３は着霜しやすい室外熱交換器１の箇所を重点的に暖めるように設計されている。
そして、室外熱交換器１やデフロスト熱交換器６３では零度あるいは低温であるので、デフロスト熱交換器６３中の冷媒であるガスが次第に液体になり、低温によりデフロスト熱交換器６３の下方に移動していく。このように、冷媒の比重差を利用して移動させるので、ガス用配管６２はデフロスト熱交換器６３の上端開口部６３１に供給され、下端開口部６３２から排出されるように配置され、デフロスト熱交換器６３のコイル６３３も冷媒が下方に移動できるように勾配を付ける必要がある。

そして、デフロスト熱交換器６３の下端開口部６３２は、熱交換を終え冷却されて液体となった冷媒を排出する液用配管６４に接続され、途中の受液部６５に円滑に冷媒が循環すべく貯留されて、再び、熱交換パイプ６１の下端開口部６１２に接続される。
こうして、冷媒が圧縮機５の排熱によりガス化し、室外熱交換器１を暖め、すなわち、その前方に位置するデフロスト熱交換器６３の冷却により液化させ、液化した冷媒の比重差により落下して排熱熱交換器である排熱熱交換パイプ６１に至り、一方向の自然循環システムを構成させている。
なお、夏季はデフロスト手段を必要としないので、液用配管６4の途中に設けた開閉弁６６を閉状態として自然循環システムを停止させ、デフロスト手段を稼働させないようにしている。

以上説明したように、本実施例では、ヒートポンプ式空気調和機の室外熱交換器が吸い込む外気温度を暖めることにより、冬季の暖房運転時において、常時、結露や着霜しずらくなり、安定した運転が可能となり、外気温度を予め暖めることにより、蒸発圧力を引き上げることができ圧縮比も下がり、ＣＯＰ(成績係数)が良くなり、更に、圧縮機の表面温度や吐出ガスの温度を下げることになるので、圧縮機や四方弁の寿命を長くし、冷凍機油の劣化を防ぐことができる。

なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、前述した実施例に限定されないことは勿論であり、例えば、本実施例で排熱熱交換器である排熱熱交換パイプ６１は圧縮機５の周囲に巻き付けたが、圧縮機５の外壁に接してジグザグに配管してもよい。

前述したように、本発明のデフロスト装置は、空気調和機に限らず、熱交換器を必須とする冷凍庫等の用途にも適用できる。

図１は、本発明の実施例におけるヒートポンプ式空気調和機にデフロスト装置を組み込んだ全体を説明する概略図である。図２は、図１のデフロスト装置の概略の斜視図である。

符号の説明

ＯＡ・・・外気
１・・・室外熱交換器、２・・・室内熱交換器、３・・・膨張弁、
４・・・四方弁、５・・・圧縮機、
６・・・デフロスト装置、６１・・・排熱熱交換パイプ（排熱熱交換器）、
６１１・・・上端開口部、６１２・・・下端開口部、６２・・・ガス用配管、
６３・・・デフロスト熱交換器、６３１・・・上端開口部、
６３２・・・下端開口部、
６４・・・液用配管、６５・・・受液部、６６・・・開閉弁

Claims

ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転時において、圧縮機の周囲に圧縮機の排熱により加熱される排熱熱交換器を配置し、前記空気調和機の室外熱交換器の風上にデフロスト熱交換器を配置し、該排熱熱交換器と前記デフロスト熱交換器とを接続し、該デフロスト熱交換器の冷媒は飽和圧力の低い単一冷媒で高温ではガスであり低温では液体であって、前記圧縮機を前記デフロスト熱交換器よりも下方に配置して前記冷媒の比重差により冷媒が循環するようにしたことを特徴とするデフロスト装置。
前記請求項１のデフロスト装置において、前記排熱熱交換器の上端開口部と前記デフロスト熱交換器の上端開口部とをガス用配管で接続し、前記排熱熱交換器の下端開口部と前記デフロスト熱交換器の下端開口部とを液用配管で接続し、該液用配管の途中には受液部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のデフロスト装置。
ヒートポンプ式空気調和機の暖房運転時において、圧縮機の周囲に圧縮機の排熱により加熱される排熱熱交換器を配置し、前記空気調和機の室外熱交換器の風上にデフロスト熱交換器を配置し、該排熱熱交換器と前記デフロスト熱交換器とを接続し、該デフロスト熱交換器の冷媒は飽和圧力の低い単一冷媒で高温ではガスであり低温では液体であって、前記圧縮機を前記デフロスト熱交換器よりも下方に配置して前記冷媒の比重差により冷媒が循環するようにしたことを特徴とするデフロスト方法。