JPH02161269A - エンジンヒートポンプの除霜装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、エンジンにより冷暖房用のコンプレッサーを
駆動すると共に、該エンジンの排熱をも暖房用に利用す
るエンジンヒートポンプにおいて、暖房時において室外
熱交換器に付着する霜の除霜機構に関するものである。

（ロ）従来技術 エンジンヒートポンプにおいて、暖房運転時に運転を停
止せずに除霜を行う機構については、特開昭６２−２９
８７１号公報に記載の技術が公知とされているのである
。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明においては、暖房用の通常の回路以外に、コンプ
レッサーから分岐した除霜用バイパス回路Ａを設けて、
コンプレッサー２より吐出される高温・高圧の過熱蒸気
の一部を、室内熱交換器を通過せずに短絡回路を通過し
て、暖房用膨張弁２２を通過した後の低温・低圧の蒸気
状態の冷媒と合流させ冷媒の温度圧力を上昇し、該温度
上昇した冷媒が室外熱交換器を通過する際において、熱
を室外熱交換器に放出して霜を溶かし、該冷媒は次に排
熱回収器を通過する際において、熱を奪って過熱状態の
蒸気となって、コンプレッサーに戻るように構成したも
のである。

これにより、室内熱交換器へもコンプレッサー２により
圧縮された高温・高圧の過熱蒸気が提供されるので、暖
房作用は継続することができ、かつ除霜作業も平行して
行うことが出来るように構成したものである。

また、１台のコンプレッサーにより２台の室内熱交換器
に冷媒を送る構成において、２台の室内熱交換器中の１
台を急に停止した場合には、コンプレッサー２からの吐
出冷媒の量が瞬間的に１台に集中し過大となるので、残
る１台の室内熱交換器に過負荷が掛かるのである。

このように、１台の室内熱交換器４０が停止された場合
、過剰の冷媒を逃がすことの出来るバイパス回路を、除
霜用バイパス回路Ａに兼用して設けたものである。

またエンジンヒートポンプの除霜装置においては排熱回
収器１０がある為に冷媒の蒸発温度ｔｅが下がらず、温
度差Δｔが大きく成らないので、実際には室外熱交換器
１８に霜が付着していても検出出来ないという不具合い
があったものである。

即ち、室内熱交換器４０が１台の場合には、コンプレッ
サー２から吐出する冷媒の半分を除霜用バイパス回路Ａ
から電磁弁５を通過して４方切換弁６からコンプレッサ
ー２に戻すので、室外熱交換器１８への冷媒の量か少な
いので温度差Δｔが大きくならないのである。

故に霜がついているかどうかを正確に検出することが出
来ないのである。

この場合に室外熱交換器１８に霜が付着すると、室外熱
交換器１８に併置したラジェータも冷却風が通過しない
ので、エンジンの冷却水温度が上昇するのである。本発
明は、この冷却水温度の上昇を検出して霜の付着を感知
すべく制御設定したものである。

（ニ）問題を解決するための一手段 本発明の目的は以上の如くであり、次に該目的を達成す
る為の構成を説明すると。

コンプレッサー２の吐出側から分岐して除霜用バイパス
回路Ａを設け、主暖房回路の冷媒と混合して室外熱交換
器１８への冷媒を昇温昇圧し除霜を行うと共に、室外熱
交換器１８からの冷媒を排熱回収器１０を通過させ過熱
状態の蒸気としてコンプレッサー２に吸引させたもので
ある。

また、コンプレッサー２の吐出側から分岐して除霜用バ
イパス回路Ａを設け、室内熱交換器４０の稼動台数が急
に減少した時に除霜用バイパス回路Ａを開放して、冷媒
の一部を室内熱交換器４０を通過せずに除霜用バイパス
回路Ａを通過させてコンプレッサー２に戻すべく構成し
たものである。

また、室外熱交換器１８への霜の付着状態を検出し除霜
を行う構成において、外気温度ｔａと蒸発温度ｔｅとの
温度差Δｔが設定値以上でかつ蒸発温度ｔｅが設定値以
下、または室内熱交換器４０の台数を減少した時にエン
ジン冷却水温度Ｔが設定値以上でかつ外気温度ｔａが設
定値以下と成った場合に除霜を開始すべく構成したもの
である。

（ホ）実施例 本発明の目的・構成は以上の如くであり、次に添付の図
面に示した実施例の構成を説明すると。

第１図は、１台のコンプレッサーにより２台の室内熱交
換器に冷媒を送るエンジンヒートポンプの冷媒回路図で
ある。

第１図において、冷房時の冷媒の流れを説明すると。

エンジン１によりコンプレッサー２を駆動し、冷媒を高
温・高圧の過熱蒸気とし、オイルセパレータ４を通過し
油分を分離する。

該油分を分離後の高温・高圧の過熱蒸気状態の冷媒を４
方切換弁６に案内し、該４方切換弁６から、排熱回収器
１０内を通過するバイブを経て、室外熱交換器１８内を
通過させる。

該室外熱交換器１８を通過する間に冷媒が、高温・高圧
の過熱蒸気状態から、熱を放出して高圧液体状態に変換
され、該蒸気から液体への恐縮に際して冷媒から熱を大
気中に放出する。

該室外熱交換器１８を通過した高圧液体状態の冷媒は、
暖房用腫脹弁２２を通過せずに、逆止弁３２を通過し、
リキッドレシーバ−２０に入る。

該リキッドレシーバ−２０において気体相の冷媒を分離
し、高圧液体状態の冷媒のみが冷房用腫脹弁２４ａ・２
４ｂに供給される。該冷房用腫脹弁２４ａ・２４ｂにお
いて冷媒は急激に膨脹し、高圧液体状態の冷媒は、低温
・低圧の蒸気状態となり、室内熱交換器４０ａ・４０ｂ
を通過する間に室内の熱を冷媒が吸収し、低温・低圧の
冷媒は過熱状態の蒸気となり、２台設けた室内熱交換器
４０ａ・４０ｂの切換用の電磁弁１３ａ・１３ｂを経て
４方切換弁６に戻る。

該４方切換弁６よりアキュムレータ８に入り、完全に冷
媒を気相状態とした後に、コンプレッサー２に戻してい
る。このサイクルを繰り返して、室内の冷房を行うもの
である。

次に暖房時の冷媒の流れを説明すると。

この場合には４方切換弁６が冷房から暖房へと切換られ
るのである。

エンジン１により駆動されるコンプレッサー２からは同
じく高温・高圧の過熱蒸気状態の冷媒が吐出されて、オ
イルセパレータ４により油分を分離された高温・高圧の
過熱蒸気状態の冷媒が４方切換弁６から電磁弁１３ａ・
１３ｂを通過し、室内熱交換器４０ａ・４０ｂに至るの
である。該室内熱交換器４０ａ・４０ｂにおいて、高温
・高圧の過熱蒸気状態の冷媒から室内空気に対して熱が
放出されて、冷媒は高圧液体状態となる。該放出熱によ
り室内の暖房を行うものである。

該高圧液体状態の冷媒は、冷房用腫脹弁２４ａ・２４ｂ
を通過せずに、逆止弁３４ａ・３４ｂを通過してリキッ
ドレシーバ−２０に入す、リキッドレシーバ−２０によ
り気体相の冷媒を分離し、液体相の冷媒のみが暖房用腫
脹弁２２を通過するのである。

該暖房用腫脹弁２２において高圧液体状態の冷媒が急激
に膨脹し、低温・低圧の蒸気状態となり、室外熱交換器
１８を通過する間に外気より熱を得て過熱状態の蒸気と
なるのである。

この時において、外気の温度が低くて充分に低温・低圧
の蒸気状態が過熱状態の蒸気になるだけの熱を得ること
が出来ない場合には、排熱回収器１０内を通過すること
により、完全に過熱状態の蒸気に戻るのである。

該過熱状態の蒸気は４方切換弁６からアキュムレータ８
に入り、アキュムレータ８において完全に蒸気相となっ
た後にコンプレッサー２に戻るのである。

そして暖房回路ではこの冷媒のサイクルを繰り返すので
ある。

該排熱回収器１０は冷房回路の場合には、熱を与える役
目を果たさないようにサーモスタット弁を切換えている
のである。

第１図において冷媒回路図に示した矢印は暖房衣の冷媒
の流れを示している。

本発明は、コンプレッサー２の出口において分岐して、
４方切換弁６や室内熱交換器４０ａ・４０ｂを通過しな
い除霜用バイパス回路Ａを構成したものである。

そして一定の除霜の条件である、冷媒コイルの温度であ
る蒸発温度ｔｅが一３℃以下で、外気温度−蒸発温度ｔ
ｅの温度差Δｔが７℃以上の場合に、除霜運転を開始す
べく構成しているのである。

除霜運転を行う場合には、まず第１図の電磁弁４４を開
放状態とするのである。

これにより、コンプレッサー２から吐出された高温・高
圧の過熱蒸気の冷媒の一部が除霜用バイパス回路Ａから
電磁弁４４の回路に流れ、室内熱交換器４０ａ・４０ｂ
を経て暖房用腫脹弁２２を通過した後の低温・低圧の蒸
気状態の冷媒と合流するのである。これにより、室外熱
交換器１８を通過する低温・低圧の蒸気状態の冷媒が、
高温・高圧の過熱蒸気により温度上昇されるので、室外
熱交換器１８に付着した霜を取るものである。

除霜運転が終了後には、電磁弁４４が閉鎖し、冷媒は除
霜用バイパス回路Ａを通過しなくなるのである。

また電磁弁４４の回路に逆止弁９が介装されており、該
電磁弁４４の回路が構成された為に、冷房運転時におい
て、室外熱交換器１８を通過した冷媒が、該電磁弁４４
から除霜用バイパス回路Ａを通過してアキュムレータ８
に戻ることのないように逆止しているのである。

次に、室内熱交換器４０ａ・４０ｂが２台の使用状態か
ら、１台に急に減少した場合の運転について説明すると
。

この場合には、除霜用バイパス回路Ａに設けた電磁弁′
５と電磁弁４４の両方を同時に開くのである。しかし電
磁弁４４の回路は逆止弁９のみであり、電磁弁５０回路
は逆止弁７・１２とキャピラリーチューブ１５・４５が
介装されているので、最初は電磁弁４４から逆止弁９の
方向に主として流れるが、約３０ｓｅｃで電磁弁４４が
閉鎖し、その後は後から逆止弁７を介してキャピラリー
チューブ１５からアキュムレータ８に戻るのである。

これにより、コンプレッサー２から吐出される高温・高
圧の過熱蒸気冷媒の一部を短絡回路により循環させるこ
ととなり、１台だけ使用中の室内熱交換器４０に大量の
冷媒が通過することによって、過冷房・過暖房状態が発
生し、不安定な冷房・暖房制御状態が発生するのを押さ
えることが出来たものである。

冷房の場合には、除霜用バイパス回路Ａから電磁弁５を
通過した冷媒は逆止弁１２からキャピラリーチューブ４
５を経て、アキュムレータ８に戻るのである。

第２図は、ラジエークエ７の温度の上昇を示す図面、第
３図は特殊の状態の除霜運転条件を示すフローチャート
である。

通常の除霜運転を開始する条件である冷媒コイルの温度
即ち蒸発温度ｔｅが一３℃以下で、外気温度ｔａ−蒸発
温度ｔｅ＝温度差Δｔが７℃以上という条件の場合の他
に、１台のコンプレッサー２からの冷媒を２台の室内熱
交換器４０に供給する場合には、霜の付着状態が判断出
来ない場合があるので、次のような場合にも除霜運転を
開始すべく制御しているのである。

即ち、室内熱交換器４０の台数を減少させた場合で、エ
ンジン冷却水温度Ｔが設定値である約９４℃以上に上昇
し、かつ外気温度ｔａが設定値である１℃以下と成った
場合である。

別に特殊の除霜条件とし上記の場合を設けたのは、エン
ジンヒートポンプの除霜装置においては排熱回収器１０
がある為に、冷媒コイル温度である蒸発温度ｔｅが一３
℃以下に下がらず、温度差Δｔが７℃以上にならない場
合でも霜が付着することがあるのである。

また１台のコンプレッサー２により２台の室内熱交換器
４０に冷媒を供給する機構において、室内熱交換器４０
を１台にした場合には、前記の如く電磁弁５を開放して
冷媒の一部をコンプレッサー２に戻しているので冷装置
が半減し、蒸発温度ｔｅが一３℃以下にならず、温度差
Δｔも７℃以上にならないでも、霜が付着することがあ
るのである。

このような、除霜条件に蒸発温度ｔｅと温度差Δｔが合
致しないで霜が付着した場合には、室外熱交換器１８の
フィンが霜で間隙を閉鎖されるので、ファン１６が吐出
する冷却風が、室外熱交換器１８に重複併置したラジェ
ータ１７を通過しなくなるので、ラジェータの冷却水温
度が上昇するのである。

該ラジェータの冷却水温度を一定値即ち９４℃と定めて
、それ以上に上昇した場合には除霜運転を開始すべく構
成したものである。

第２図において、２１・２５は電磁弁・２３・２６は逆
止弁であり、外気の温度により排熱回収器１０を通過さ
せたり、通過させなかったりする場合に切換えるもので
ある。また４５は排気熱回収装置である。

第４図は室外熱交換器１８と排熱回収器１０を平行に配
置して、コンプレッサー２から室外熱交換器１８に直接
に高温・高圧の過熱蒸気を流して、除霜運転をし排熱回
収器ｌＯにより過熱状態の蒸気にする構成の、除霜運転
状態を示した冷媒回路図、第５図は同じく第４図の回路
の暖房運転状態を示す冷媒回路図、第６図は同じ（第４
図の回路の冷房運転状態を示す冷媒回路図である。

まず第６図の冷房運転においては、平行に配置した室外
熱交換器１８と排熱回収器１０のうち、排熱回収器１０
の回路には逆止弁３９・電磁弁２９を介装し、冷媒が通
過しないように構成しているのである。

その他の回路については、第１図と同じである。

次に第５図の暖房運転においては、リキッドレシーバ−
２０からの冷媒がフィルター２８と電磁弁２９を経て、
暖房用膨張弁２２と、排熱回収器用膨張弁２７の両方に
分岐するのである。そして室外熱交換器１８と排熱回収
器１０の両方で、低温・低圧の蒸気状態になり、コンプ
レッサー２に戻るのである。故にこの場合には、室外熱
交換器１８と、排熱回収器１０を並列に配置しているが
、どちらも熱源として作用するのである。

次に第４図の除霜運転状態において説明すると。この場
合には、室外熱交換器１８において熱を放出して除霜を
行い、除霜に排熱回収器用膨張弁２７により低温・低圧
の蒸気状態になり、排熱回収器ｌＯにおいて熱を吸収し
て過熱状態の蒸気となるという除霜回路を特別に構成し
ているのである。

電磁弁３１・逆止弁３３・３８・キャピラリーチューブ
３７・３５が構成する回路は、室内熱交換器４０ａ・４
０ｂの中の１台を停止した場合の、高温・高圧の過熱蒸
気の一部を戻す回路である。

！［弁１１と膨張弁３０の回路は、室内熱交換器４０の
台数が減った場合に、コンプレッサー２の吸入冷媒の過
熱状態を適正に保つ為に使用する冷媒回路である。

（へ）発明の効果 本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏
するものである。

請求項（１）の如く構成したので、除霜運転をする場合
にも、室内熱交換器４０からの温風の吹出しを停止する
必要がないのである。

また、除霜運転に入ると、冷媒が除霜用バイパス回路Ａ
を通過して流れるので負荷が軽くなり、エンジンの回転
数が上昇し、これにより排熱回収器１０の温度も上昇す
るので、システム全体の過熱容量が増大し、暖房能力が
大きくなり、更に除霜作用を素早く行うことか出来るも
のである。

またこの過熱容量の増加により冷媒のガス化も完全に行
われるので、液状態の冷媒がコンプレッサー２内に流入
することにより発生するコンプレッサー２の損傷を防止
することが出来るものである。

請求項（２）の如く構成したので、１台のコンプレッサ
ー２により２台の室内熱交換器４０を運転する構成の場
合において、急に１台の室内熱交換器４０を停止した場
合に、多量の冷媒が、残った１台の室内熱交換器４０に
集中することにより、過剰暖房や過剰冷房状態が発生し
、温度制御が不安定となるという不具合いを、冷媒の一
部を短絡してコンプレッサー２に戻すことにより、解消
することが出来たものである。

また、暖房時において電磁弁５から逆止弁７・１２の回
路のみでは、停止直後の冷媒の短絡回路には不足なので
あるが、電磁弁４４から逆止弁９の除霜回路を短絡回路
の一部として、短時間のみ使用することにより、余剰の
冷媒の短絡回路を除霜用バイパス回路Ａにて兼用するこ
とが出来たものである。

請求項（３）の如く構成したので、エンジンヒートポン
プである為に、排熱回収器１０が存在するので、蒸発温
度ｔｅが下がらず、また室内熱交換器４０を１台停止し
ているので、除霜用バイパス回路Ａや電磁弁５の短絡回
路を使って冷媒の一部をコンプレッサー２に戻している
ので、室外熱交換器１８の部分で蒸発温度ｔｅの温度が
下がらず、温度差Δｔが設定値以上に下がらないが、そ
れでも室外熱交換器１８に霜が付着しているという状態
が発生するが、この場合にも、外気温度ｔａを一定に設
定しラジェータの冷却水温度の上昇を設定することによ
り、霜の付着を感知することが出来るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１台のコンプレッサーにより２台の室内熱交換
器に冷媒を送るエンジンヒートポンプの冷媒回路図、第
２図はラジェータ１７の温度の上昇を示す図面、第３図
は特殊の状態の除霜運転条件を示すフローチャート、第
４図は室外熱交換器１８と排熱回収器１０を平行に配置
して、コンプレッサー２から室外熱交換器１８に直接に
高温・高圧の過熱蒸気を流して、除霜運転をし排熱回収
器１０により過熱状態の蒸気にする構成の、除霜運転状
態を示した冷媒回路図、第５図は同じく第４図の回路の
暖房運転状態を示す冷媒回路図、第６図は同じく第４図
の回路の冷房運転状態を示す冷媒回路図である。 Ａ・・・・除霜用バイパス回路 １・・・・エンジン ２・・・・コンプレッサー １０・・・排熱回収器 １７・・・ラジェータ １８・・・室外熱交換器 ４０ａ・４０ｂ・・・室内熱交換器 出願人　ヤンマーディーゼル株式会社 代理人　弁理士　矢　野　寿　一部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、コンプレッサー２の吐出側から分岐して除霜用
   バイパス回路Ａを設け、主暖房回路の冷媒と混合して室
   外熱交換器１８への冷媒を昇温昇圧し除霜を行うと共に
   、室外熱交換器１８からの冷媒を排熱回収器１０を通過
   させ過熱状態の蒸気としてコンプレッサー２に吸引させ
   たことを特徴とするエンジンヒートポンプの除霜装置。
2. （２）、コンプレッサー２の吐出側から分岐して除霜用
   バイパス回路Ａを設け、室内熱交換器４０の稼動台数が
   急に減少した時に除霜用バイパス回路Ａを開放して、冷
   媒の一部を室内熱交換器４０を通過せずに除霜用バイパ
   ス回路Ａを通過させてコンプレッサー２に戻すべく構成
   したことを特徴とするエンジンヒートポンプの除霜装置
   。
3. （３）、室外熱交換器１８への霜の付着状態を検出し除
   霜を行う構成において、外気温度ｔａと蒸発温度ｔｅと
   の温度差Δｔが設定値以上でかつ蒸発温度ｔｅが設定値
   以下、または室内熱交換器４０の台数を減少した時にエ
   ンジン冷却水温度Ｔが設定値以上でかつ外気温度ｔａが
   設定値以下と成った場合に除霜を開始すべく構成したこ
   とを特徴とするエンジンヒートポンプの除霜装置。