JPH02298771A - ヒートポンプ式冷凍サイクル装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば空気調和機などのヒートポンプ式冷
凍サイクル装置に係り、特に室外側熱交換器である熱源
側熱交換器に付着する霜を除去するための除霜制御構造
に関する。

（従来の技術） ヒートポンプ式の冷凍サイクルを備えた。たとえば空気
調和機が多用される。この空気調和機は、利用側熱交換
器である室内側熱交換器にて冷媒の凝縮熱を被空調室に
放出し、暖房作用が可能となる。このとき、熱源側熱交
換器である室外側熱交換器において冷媒が蒸発する関係
上、外気に含まれる水分が室外側熱交換器に付着する。

外気温度が低いとき、ト紀水分が凍結して霜に変り。

そのまま放置すると霜が厚くなって、室外側熱交換器の
熱交換作用を阻害する。

したがって、定期的もしくは着霜があったことを検知し
てから、除霜しなければならない。従来における除霜運
転としては、それまでの暖房運転から逆サイクルである
冷房運転に切換えて圧縮機で圧縮された高温のホットガ
スを直接室外側熱交換器に導き、この熱で霜を溶融する
手段。あるいは、上記室内側熱交換器にバイパス回路を
並設し、暖房運転サイクルを継続したまま上記バイパス
回路に吐出ガスを導いて室内側熱交換器をバイパスさせ
、これを直接室外側熱交換器に導いて凝縮作用を行わせ
、このとき放出する凝縮熱で付着する霜を溶融する手段
などがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来における除霜運転では。

熱源として圧縮機の保持熱量と投入電力が主となるので
、上記熱源の熱量が不足した場合に除霜が未完全な状態
で終了してしまう。このような熱源の熱量不足を解消す
るために、専用の蓄熱器を備えることが考慮されるが、
その反面、装置自体が大型化してイニシャルコストの増
大化に繋がる。

特に、除霜運転時に逆サイクルに切換える手段では、暖
房作用が中断して快適性に欠けるという不具合がある。

本発明は、上述した事情に着目してなされたものであり
、その目的とするところは、比較的簡単な構成でありな
がら、熱源側熱交換器に対する除霜運転時の熱源熱量を
確保して、極めて効率のよい除霜作用を可能化したヒー
トポンプ式冷凍サイクル装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、圧縮機・四方弁・利用側熱交換器・
減圧装置・熱源側熱交換器を冷媒管を介してヒートポン
プ式の冷凍サイクルを構成するよう連通したものにおい
て、利用側熱交換器と減圧装置との間に蓄熱装置を介設
し、利用側熱交換器における凝縮熱放出運転時に利用側
熱交換器の導出液冷媒から蓄熱するとともに、熱源側熱
交換器に対する除霜運転時には液冷媒を減圧してから加
熱し、上記減圧装置と並列に除霜用バイパス回路を設け
、除霜運転時にのみ開放して上記蓄熱装置から導出され
る高温ガス冷媒を熱源側熱交換器に直接導くことを特徴
とするヒートポンプ式冷凍サイクル装置である。

また本発明は、圧縮機・四方弁・利用側熱交換器・減圧
装置・熱源側熱交換器を冷媒管を介してヒートポンプ式
の冷凍サイクルを構成するよう連通したものにおいて、
上記四方弁は熱源側熱交換器に対する除霜運転時に利用
側熱交換器に対する凝縮熱放出運転時とは逆サイクルに
切換えホットガスを熱源側熱交換器に導いて除霜作用を
なし。

利用側熱交換器と減圧装置との間に第１の蓄熱部を介設
して凝縮熱放出運転時に利用側熱交換器で熱交換した液
冷媒から蓄熱するとともに除霜運転時に減圧装置で断熱
膨張した液冷媒を加熱し、この第１の蓄熱部と並列にバ
イパス回路を設けて凝縮熱放出運転時に上記第１の蓄熱
部が充分な蓄熱をなした後でのみ開放してバイパスさせ
、利用側熱交換器と四方弁との間に第２の蓄熱部を介設
して凝縮熱放出運転時にホットガスから蓄熱するととも
に除霜運転時に利用側熱交換器から導出する凝縮冷媒に
放熱して過熱ガス化をなすことを特徴とするヒートポン
プ式冷凍サイクル装置である。

（作用） すなわち本発明は、除霜運転時においてもサイクルを切
換えることなくそのまま継続し、利用側熱交換器で凝縮
液化させ暖房作用を継続する。

ここから導出される液冷媒は蓄熱装置で減圧してから蓄
熱材の熱を吸熱させて高温ガス冷媒に変える。そしてこ
の高温ガス冷媒を除霜用バイパス回路を介して熱源側熱
交換器に直接導き、放熱による霜の溶融化、すなわち除
霜作用をなす。

また本発明は、除霜運転時にはそれまでの凝縮熱放出運
転とは逆サイクルに切換え、圧縮機から吐出されるホッ
トガスを熱源側熱交換器に導いて除霜作用をなす。ここ
で凝縮した液冷媒を減圧装置で断熱膨張した後、第１の
蓄熱部から吸熱させて高温ガス化し、そのまま利用側熱
交換器で凝縮液化させ凝縮熱放出による暖房作用を継続
する。

さらに第２の蓄熱部で吸熱させ、過熱ガス化した状態で
圧縮機に吸込ませる。

（実施例） 以下１本発明の一実施例をヒートポンプ式空気調和機に
適用し１図面にもとづいて説明する。

第１図に示す、１は圧縮機、２は四方弁、３は利用側熱
交換器である室内側熱交換器、４は減圧装置である膨張
弁１５は熱源側熱交換器である室外側熱交換器であり、
これらは冷媒管Ｐを介してヒートポンプ式冷凍サイクル
を構成するよう連通される。また、上記室内側熱交換器
３と膨張弁４との間に後述する蓄熱装置６が介設される
。この蓄熱装置６は、除霜用毛細管７と蓄熱熱交換器８
とを直列に接続するとともに上記除霜用毛細管７と並列
に第１のバイパス回路９が設けられ、かつ除霜用毛細管
７と蓄熱熱交換器８との直列回路と−１に行に第２のバ
イパス回路１０が設けられてなる。

上記蓄熱熱交換器８は、冷媒管Ｐを導通する液冷媒ｌ！
１１度よりも低い温度で相変化を行う放熱ロスが少ない
潜熱蓄熱材６ａを収容する容器６ｂ内の。

上記蓄熱材６ａ中に浸漬される。第１のバイパス回路９
には第１の開閉弁１１が設けられ、上記第２のバイパス
回路１０には、第２の開閉弁１２が設けられ、このよう
にして上記蓄熱部ｇ１６が構成される。一方、上記膨張
弁４と並列に除霜用バイパス回路１３が接続されていて
、ここには第３の開閉弁１４が設けられる。

特に、室内側熱交換器３両側部の接続冷媒管Ｐと、蓄熱
装置６両側部の接続冷媒管Ｐは２図示しない配管接続具
を介して連結される。第２図に示すように、この空気調
和機は、室内側熱交換器３を収容する室内ユニット１５
と、蓄熱装置６を収容する蓄熱ユニット１６およびその
他の冷凍サイクル構成部品を収容する室外ユニット１７
とを冷媒管Ｐを介して連結してなる。そのため、たとえ
ば蓄熱装置６の蓄熱容量を変えたい場合など。

必要に応じて蓄熱ユニット１６ごと交換可能なようにな
っている。すなわち上記蓄熱装置６は、後述するように
除霜作用の熱源として備えられる。

このような熱源は、常に、必要な熱量を確保しなければ
ならないが、空気調和機自体は種々の異なる地域に配備
されるため、熱負荷も異なる。したがって、配備地域に
最適な熱量を確保する蓄熱装置６を用意しなければなら
ず、そのためにも蓄熱ユニット１６が容易に交換可能で
あることが望ましいこととなる。

つぎに、このようにして構成されるヒートポンプ式空気
調和機の作用について説明する。凝縮熱放出運転である
暖房運転は、特に始動時に、蓄熱装置６における第１の
開閉弁１１を開放し、かつ第２の開閉弁１２を閉成して
行う。また、除霜用バイパス回路１３の第３の開閉弁１
４は、暖房運転中は常に閉成する。圧縮機１で圧縮され
たガス冷媒は１図中実線矢印に示す方向に導かれる。

すなわち、四方弁２を介して室内側熱交換器３に導かれ
、ここで冷媒は凝縮熱を放出して暖房作用をなす。凝縮
液化した冷媒は３０〜４０℃となり。

蓄熱装置６の第１の開閉弁１１を介して直接蓄熱熱交換
器８に導かれ、ここで蓄熱材６ａに放熱する。したがっ
て５時間の経過とともに蓄熱材６ａには充分な蓄熱がな
される。蓄熱装置６を出た液冷媒は膨張弁４で断熱膨張
し、室外側熱交換器５において蒸発してから圧縮機１に
吸込まれ、再び上述の冷凍サイクルを循環する。

上記蓄熱装置６において充分な熱量を蓄熱すると、第１
の開閉弁１１を閉成し、換って第２の開閉弁１２を開放
して液冷媒を除霜用毛細管７と蓄熱熱交換器８とをバイ
パスさせ、直接膨張弁４に導く。すなわち、上記蓄熱材
６ａの蓄熱作用を停止し、蓄熱熱交換器８における液冷
媒の過度の滞留および液冷媒の再蒸発を防止する。

つぎに、」１記室外側熱交換器５に付着する霜を除去す
る除霜運転について説明する。この除霜運転時において
も、四方弁２の切換え方向はそれまでの暖房運転時のサ
イクルと同一である。ただし、蓄熱装置６における第１
の開閉弁１１と第２の開閉弁１２は閉成し、除霜用バイ
パス回路１３の第３の開閉弁１４を開放する。したがっ
て、室内側熱交換器３においてはそれまでと全く同様の
暖房作用が継続される。ここで凝縮した液冷媒は除霜用
毛細管７で断熱膨張して低温になった後。

蓄熱熱交換器８に導かれて蓄熱した高温の蓄熱材６ａと
熱交換する。液冷媒は蓄熱材６ａから吸熱して高温ガス
化し、さらに除霜用バイパス回路１３を介して室外側熱
交換器５に直接導かれ、ここで放熱して付着する霜を溶
融する。すなわち。

極めて迅速な除霜作用を完了する。

この除霜運転時における冷凍サイクルを、第３図のモリ
エル線図に示す。図の符号と、第１図の冷凍サイクルの
位置とは対応する。すなわち。

符号（ａ）で圧縮機ｌに冷媒が吸込まれ、（ｂ）に至る
間で圧縮する。（ｂ）から（Ｃ）の間で室内側熱交換器
３による暖房作用をなし、（Ｃ）から（ｄ）の間で除霜
用毛細管７による減圧作用をなす。（ｄ）から（ｅ）の
間で蓄熱熱交換器８を導通する液冷媒は蓄熱材６ａから
吸熱してガス化し、（ｅ）から（ａ）の間で室外側熱交
換器５の除霜作用をなす。

なお本発明は、第４図に示すようにして構成してもよい
。すなわち、１は圧縮機、２は四方弁。

３は利用側熱交換器である室内側熱交換器、４は減圧装
置である膨張弁、５は熱源側熱交換器である室外側熱交
換器であり、これらは冷媒管Ｐを介してヒートポンプ式
冷凍サイクルを構成するよう連通する。上記室内側熱交
換器３と膨張弁４との間および四方弁２と室内側熱交換
器３との間に亘って、後述する蓄熱装置６０が介設され
る。この蓄熱装置６０は、第１の蓄熱部６１と第２の蓄
熱部６２とからなる。上記第１の蓄熱部６１は室内側熱
交換器３と膨張弁４との間に介設されていて。

開閉弁６３と第１の蓄熱熱交換器６４とが直列に接続さ
れるとともに、これらの直列回路とは並列にバイパス用
開閉弁６５を備えたバイパス回路６６が設けられる。上
記第２の蓄熱部６２は、四方弁２と室内側熱交換器３と
の間に介設されていて、第２の蓄熱熱交換器６７を何す
る。そして上記第１．第２の蓄熱熱交換器６１．６７は
、上記実施例と同様の潜熱蓄熱材６ａを収容する容器６
０ｂ内に浸漬される。

このようにして構成される冷凍サイクルのうち、特に室
内側熱交換器３両側部の接続冷媒管Ｐと蓄熱装置６０両
側部の接続冷媒管Ｐは２図示しない配管接続具を介して
連結される。したがって先に第２図に示した状態と同様
、この空気調和機は、室内側熱交換器３を収容する室内
ユニット１５と、蓄熱装置６０を収容する蓄熱ユニット
１６およびその他の冷凍サイクル構成部品を収容する室
外ユニット１７とを冷媒管Ｐを介して連結してなり、た
とえば蓄熱装置６０の蓄熱容量を変えたい場合など、必
要に応じて蓄熱ユニット１６ごと交換可能なようになっ
ている。

つぎに、このヒートポンプ式空気調和機の作用について
説明する。暖房運転時は、特に始動時に、蓄熱部＠６０
の第１の蓄熱部６１における開閉弁６３を開放し、かつ
バイパス用開閉弁６５を閉成して行う。圧縮機１で圧縮
されたガス冷媒は。

図中実線矢印に示す方向に導かれる。すなわち。

四方弁２を介して第２の蓄熱部６２に導かれ、第２の蓄
熱熱交換器６７で蓄熱材６ａに放熱して蓄熱作用をなす
。このガス冷媒は室内側熱交換器３において凝縮熱を放
出し、暖房作用を行う。凝縮した冷媒は、第１の蓄熱部
６１の開閉弁６３を介して第１の蓄熱熱交換器６４に導
かれ、ここで今度は液冷媒による蓄熱材６ａへの放熱を
なす。したがって、蓄熱材６ａは異なる部位で蓄熱作用
を−なし１時間の経過とともに充分な蓄熱がなされるこ
ととなる。第１の蓄熱熱交換器６４を出た液冷媒は膨張
弁４で断熱膨張し、室外側熱交換器５で蒸発して圧縮機
１に吸込まれ、再び上述の冷凍サイクルを構成するよう
循環する。

上記蓄熱装置６０が充分な熱量の蓄熱をなすと、開閉弁
６３を閉成し、換ってバイパス用開閉弁６５を開放する
。液冷媒は、第１の蓄熱熱交換部６１をバイパスして直
接膨張弁４に導かれる。

すなわち、蓄熱材６ａの蓄熱作用を停止し、第１の蓄熱
熱交換器６４における液冷媒の過度の滞留および液冷媒
の再蒸発を防止することは、上記実施例と同様である。

つぎに、上記室外側熱交換器５に付着する霜を除去する
除霜運転について説明する。すなわち除霜運転時は、上
記四方弁２は、それまでの暖房運転時のサイクルとは逆
サイクルに切換える。また、第１の蓄熱部６１における
開閉弁６３は常に開放し、バイパス用開閉弁６５は常に
閉成する。

上記圧縮機１から吐出される冷媒は２図中一点鎖線矢印
に示すように導かれる。すなわち、ホットガスは四方弁
２を介して室外側熱交換器５に直接導かれ、ここで放熱
して籾着する霜を溶融する。

ホットガスは極めて高温であるところから、迅速な除霜
作用を完了する。凝縮した液冷媒／は膨張弁４で断熱膨
張した後、第１の蓄熱部６１における第１の蓄熱熱交換
器６４に導かれ、蓄熱材６ａから吸熱して高温ガス化す
る。こめガス冷媒は、室内側熱交換器３において凝縮熱
を放出し、暖房作用を継続する。再び凝縮液化した冷媒
は、第２の蓄熱熱交換器６７において蓄熱材６ａから再
び吸熱して過熱ガス化する。したが；て、圧縮機１は過
熱ガス化した冷媒を吸込むこととなり、圧縮効率がよく
、液圧縮がないから信頼性が高い。

このような除霜運転時にお“ける冷凍サイクルを、第５
図のモリエル線図に示す。図の符号と。

第４図の冷凍サイクルの位置とは対応する。すなわち、
符号（ａ）で圧縮機１は吸込まれ、（ｂ）に至る間で圧
縮する。（ｂ）から（ｃ）の間で室外側熱交換器３に対
する除霜作用をなし、（Ｃ）から（ｄ）の間で膨張弁４
は減圧作用をなす。

（ｄ）から（ｅ）の間で第１の蓄熱熱交換器６４は蓄熱
材６ａから吸熱し、（ｅ）からＣｔ＞の間で室内側熱交
換器５は暖房作用をなす。（ｆ）から（ａ）の間は第２
の蓄熱熱交換器６７が吸熱作用をなし、再び（ａ）に至
る。

なお上記実施例においては１本装置を空気調和機に適用
して説明したが、これに限定されるものではなく、他の
冷凍サイクル装置にも適用可能なことは勿論である。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、利用側熱交換器に
おける凝縮熱放出運転を継続した状態で熱源側熱交換器
に対する除霜作用が可能となり。

熱交換効率の向上化を得るとともに、除霜に要する熱源
に対して充分な熱量を確保するので、除霜時間の大幅短
縮化を図れるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し、′Ｍ１
図はヒートポンプ式冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構
成図、第２図はそのヒートポンプ式空気調和機の概略構
成図、第３図はモリエル線図、第４図および第５図は本
発明の他の実施例を示し、第４図はヒートポンプ式冷凍
サイクル装置の冷凍サイクル構成図、第５図はそのモリ
エル線である。 １・・・圧縮機、２・・・四方弁、３・・・利用側熱交
換器（室内側熱交換器）、４・・・減圧装置（膨張弁）
。 ５・・・熱源側熱交換器（室内側熱交換器）、Ｐ・・・
冷媒管、６ａ・・・蓄熱材、６・・・蓄熱装置、１３・
・・除霜用バイパス回路、６１・・・第１の蓄熱部、６
６・・・バイパス回路、６２・・・第２の蓄熱部。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 エンフルし°（ｒ） 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機・四方弁・利用側熱交換器・減圧装置・熱
   源側熱交換器を冷媒管を介してヒートポンプ式の冷凍サ
   イクルを構成するよう連通したものにおいて、利用側熱
   交換器と減圧装置との間に介設され利用側熱交換器にお
   ける凝縮熱放出運転時に利用側熱交換器の導出液冷媒か
   ら蓄熱する蓄熱材を備え、かつ熱源側熱交換器に対する
   除霜運転時に液冷媒を減圧してから上記蓄熱材の熱を放
   出する蓄熱装置と、上記減圧装置と並列に設けられ除霜
   運転時にのみ開放して上記蓄熱装置から導出される高温
   ガス冷媒を熱源側熱交換器に直接導く除霜用バイパス回
   路とを具備したことを特徴とするヒートポンプ式冷凍サ
   イクル装置。
2. （２）圧縮機・四方弁、利用側熱交換器、減圧装置・熱
   源側熱交換器を冷媒管を介してヒートポンプ式の冷凍サ
   イクルを構成するよう連通したものにおいて、熱源側熱
   交換器に対する除霜運転時は利用側熱交換器における凝
   縮熱放出運転時とは逆サイクルに切換えてホットガスを
   熱源側熱交換器に導き除霜作用をなす四方弁と、利用側
   熱交換器と減圧装置との間に介設され凝縮熱放出運転時
   は利用側熱交換器で熱交換した液冷媒から蓄熱し、かつ
   除霜運転時は減圧装置で断熱膨張した液冷媒に蓄熱した
   熱を放出する第１の蓄熱部と、この第１の蓄熱部と並列
   に設けられ凝縮熱放出運転時に上記第１の蓄熱部が充分
   な蓄熱をなした後でのみ開放するバイパス回路と、利用
   側熱交換器と四方弁との間に介設され凝縮熱放出運転時
   にホットガスから蓄熱し、かつ除霜運転時に利用側熱交
   換器から導出する凝縮冷媒に放熱して過熱ガス化をなす
   第２の蓄熱部とを具備したことを特徴とするヒートポン
   プ式冷凍サイクル装置。