JPH03117866A - ヒートポンプ式冷凍サイクル - 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） この発明は室内の冷暖房等を行なう空気調和機に組み込
まれるヒートポンプ式冷凍サイクルに係り、特に室外側
熱交換器の除霜を行ないながら吸熱も可能なヒートポン
プ式冷凍サイクルに関する。

（従来の技術） 室内の冷暖房や除湿等の空気調和を行なう空気調和機に
はヒートポンプ式冷凍サイクルが組み込まれており、こ
の冷凍サイクルはコンプレッサ、四方弁、室内側熱交換
器、減圧装置および室外側熱交換器等を順次接続して冷
媒を循環させる回路を構成している。

このヒートポンプ式冷凍サイクルにて、冬期のように外
気温の低い時期に、暖房運転を着霜条件下で行なうと、
エバポレータとして機能する室外側熱交換器の熱交換°
フィンに着霜が生じる。付着した霜が次第に成長すると
室外側熱交換器は熱交換機能が損われるために、定期的
に除霜運転が行なわれる。

この除霜運転は、四方弁を切り換える反転除霜や、除霜
回路を作動させることにより行なっている。

（発明が解決しようとする課題） 従来のヒートポンプ式冷凍サイクルは、四方弁を切り換
える反転除霜や吐出冷媒を室外側熱交換器に案内する除
霜回路の作動により、室外側熱交換器に付着した霜を除
去する除霜運転を行なっているが、この除霜運転時には
室外側熱交換器はコンデンサとして機能し、エバポレー
タとして機能させることができない。このため除霜運転
時には、暖房運転を停止せざるを得ない等の問題があっ
た。

この発明は上述した事情を考慮してなされたもので、除
霜運転時、室外側熱交換器の除霜を行ないながら吸熱も
行ない、効率的に暖房運転を行ない得るようにしたヒー
トポンプ式冷凍サイクルを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルは、上述し
た課題を解決するためにコンプレッサ、室内側熱交換器
、減圧装置および室外側熱交換器等を順次接続したヒー
トポンプ式冷凍サイクルにおいて、前記室外側熱交換器
を風上側の第１熱交換器と風下側の第２熱交換器とに分
割し、除霜運転時、前記コンプレッサの吐出側を第１熱
交換器に接続し、この第１熱交換器の出口側を第２熱交
換器に接続したものである。

また、従来技術が有する課題を解決するるために、この
発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルは、コンプレッ
サ、室内側熱交換器、減圧装置および室外側熱交換器等
を順次接続したヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、
前記室外側熱交換器を風上側の第１熱交換器と風下側の
第２熱交換器とに分割し、除霜運転時、前記室内側熱交
換器の吐出側を減圧装置をバイパスさせて前記第１熱交
換器に接続し、この第１熱交換器の出口側を除霜用減圧
装置を介して第２熱交換器に接続したものである。

（作用） このヒートポンプ式冷凍サイクルは、室外側熱交換器を
風上側の第１熱交換器と風下側の第２熱交換器とに分割
し、除霜運転時には第１熱交換器に、コンプレッサから
の高温吐出冷媒あるいは室内側熱交換器からの高温出口
冷媒を案内してコンデンサとして機能させ、さらに、上
記第１熱交換器からの出口冷媒を第２熱交換器に案内し
、この第２熱交換器で吸熱作用を行なわせたものである
。

その際、第１熱交換器は第２熱交換器の風上側に設置さ
れるので、第１熱交換器からの放熱を利用して第２熱交
換器の吸熱作用を向上させることができ、除霜運転中に
室外側熱交換器は除霜を行ないつつ吸熱を行なうことが
でき、暖房運転の運転効率を向上させることができる。

（実施例） 以下、この発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの一
実施例について添付図面を参照して説明する。

第１図はスプリット型空気調和機に組み込まれるヒート
ポンプ式冷凍サイクルの一例を示すもので、この冷凍サ
イクル１ｏは、コンプレッサ１１、四方弁１２、室内側
熱交換器１３、可逆式膨張弁等の減圧装置１４および室
外側熱交換器１５を順次接続し、四方弁１２からコンプ
レッサ１１へと戻る冷媒循環回路を構成している。

室外側熱交換器１５は、第２図に示すように室外ユニッ
ト１７内に収容され、風上側の第１熱交換器１８と風下
側の第２熱交換器１９とに分割される。すなわち、第１
熱交換器１８は第２熱交換器１９の風上側に設置され、
側熱交換器１８．１９にて熱交換された外気は室外ファ
ン２ｏにより外部に放出される。

一方、室外側熱交換器１５の第１熱交換器１８と第２熱
交換器１９とは、第１図に示すように、暖房運転時入口
側に逆止弁２２を、その出口側に開閉弁２３を介して相
互に接続され、並列接続される一方、暖房運転時に第１
熱交換器１８の出口側は、キャピラリチューブ等の除霜
用減圧装置２４を介して第２熱交換器１９の暖房運転時
入口側に接続される。

また、コンプレッサ１１の吐出側から除霜回路２５が分
岐されており、この除霜回路２５は途中に設けられた開
閉弁２６を介して第１熱交換器１８の入口側に接続され
る。しかして、除霜運転時には、コンプレッサ１１から
の高温吐出冷媒の少なくとも一部が室外側熱交換器１５
の第１熱交換器１８に直接案内され、この第１熱交換器
１８に高温吐出冷媒を流してコンデンサとして機能させ
る。第１熱交換器１８からの出口冷媒は除霜用減圧装置
２４を通って減圧された後、第２熱交換器１９に案内さ
れ、この第２熱交換器１９をエバポレータとして機能さ
せるようになっている。これにより、室外側熱交換器１
５は除霜運転時に除霜を行ないながら、吸熱を行なうこ
とができる。

次に、ヒートポンプ式冷凍サイクル１ｏの冷暖房、除霜
運転について説明する。

冷房運転時には、四方弁１２は冷房側にセットされ、各
開閉弁２３．２６は第３図に示すように閉塞される。こ
の状態でコンプレッサ１１を運転させると、コンプレッ
サ１１からの吐出冷媒は、破線矢印Ａで示すように四方
弁１２を経て室外側熱交換器１５の第２熱交換器１９に
案内され、ここで放熱して凝縮される。第２熱交換器１
９で凝縮された冷媒は可逆式減圧装置１４で減圧された
後、室内側熱交換器１３に案内され、この室内側熱交換
器１３で吸熱して室内を冷房する。室内側熱交換器１３
にて室内を冷房した冷媒は再び四方弁１２を経てコンプ
レッサ１１に還流され、次の冷房サイクルに備えられる
。

また、暖房運転時には、四方弁１２は暖房側に切換えら
れ、各開閉弁２３．２６は第３図の開閉状態にセットさ
れる。

この状態でコンプレッサ１１を運転させると、コンプレ
ッサ１１からの吐出冷媒は実線矢印Ｂで示すように、四
方弁１２を経て室内側熱交換器１３に案内され、この室
内側熱交換器１３にて放熱し、室内を暖房する。

室内を暖房することにより、室内側熱交換器１３で凝縮
された冷媒は、続いて減圧装置１４を通り減圧された後
、室外側熱交換器１５の第１熱交換器１８および第２熱
交換器１９に逆止弁２２を経であるいは直接案内される
。上記第１および第２熱交換器１８．１９はエバポレー
タとして機能して吸熱作用を行ない、液冷媒を蒸発させ
る。

室外側熱交換器１５にて熱交換されて蒸発した冷媒は、
続いて四方弁１２を経てコンプレッサ１１に還流され、
次の暖房サイクルに備えられる。

ところで、暖房運転を続けると、冬期のように外気温が
低かったり、寒冷地の場合には、室外側熱交換器１５に
着霜が生じることがあり、付着した霜が成長すると室外
側熱交換器１５の熱交換機能が損われるおそれがある。

このように、暖房運転を着霜条件下で行なった場合、霜
の成長は殆ど風上側の第１熱交換器１８に発生すること
が多い。

このため、風上側の第１熱交換器１８に着霜しても、着
霜が風下側の第２熱交換器１９に移行しないタイミング
を捕えて除霜運転を行なうようになっている。

この除霜運転時には、四方弁１２は暖房運転側にセット
され、各開閉弁２３．２６は第３図に示すようにセット
される。しかして、コンプレッサ１１からの高温の吐出
冷媒の少なくとも一部を除霜回路２５を経て室外側熱交
換器１５の第１熱交換器１８に直接案内させ、この第１
熱交換器１８をコンデンサとして機能させる。第１熱交
換器１８に高温吐出冷媒を流すことにより第１熱交換器
１８に付着した霜を取り除くことができ、室外側熱交換
器１５としての除霜が可能になる。

また、第１熱交換器１８を除霜することにより凝縮され
た冷媒は、続いて除霜用減圧装置１４を通り減圧された
後、室内側熱交換器１３からの冷媒と合流して第２熱交
換器１９に案内される。このとき、第２熱交換器１９は
エバポレータとして機能し、周囲から熱を奪うが、この
吸熱作用は第１熱交換器１８の放熱を有効的に吸収する
ので効果的に行なわれる。

したがって、除霜運転時に、室外側熱交換器１５は第１
熱交換器１８にて除霜を行ないながら、第２熱交換器１
９にて吸熱を行なうことができ、しかも、第２熱交換器
１９での吸熱作用は第１熱交換器１８からの放熱を有効
に利用することができる。したがって、除霜運転時に暖
房運転を停止させる必要がなく、除霜運転下の積分暖房
能力の向上を図ることができる。

第４図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの
第２実施例を示すものである。

この実施例に示されたヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯ
Ａは、除霜用減圧装置２７の配置関係を、第１図に示す
冷凍サイクルとは基本的に異にしたものであり、他の構
成は実質的に等しいので同一符号を付して説明を省略す
る。

第４図のヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＡは室外側熱
交換器１３の暖房運転時入口側にキャピラリチューブ等
の除霜用減圧装置２７を配設し、この減圧装置２７を逆
止弁２２に並列接続させたものである。除霜回路２５Ａ
は室外側熱交換器１５の第１熱交換器１８に、暖房運転
時出口側で接続される。

このヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＡにおいても、四
方弁１２を切換セットし、各開閉弁２３゜２６を第３図
に示すように開閉させることにより、冷暖房運転や除霜
運転を行なうことができる。この除霜運転時には、第１
熱交換器１８内を流れる冷媒の流れ方向が、第１実施例
で示したものとは逆になるが、第１熱交換器１８内の冷
媒流れ方向を異にすることは、着霜の状況に応じて自由
に選択設計可能となる。

第５図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの
第３実施例を示すものである。

この実施例に示されたヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯ
Ｂは除霜回路２８の配置関係が第１実施例で示したもの
と基本的に異なり、他の構成は実質的に異ならないので
、同一符号を付して説明を省略する。

第５図に示すヒートポンプ式冷凍サイクル１０Ｂでは、
除霜回路２８が室内側熱交換器１３の暖房運転時出口側
が分岐され、途中に設けられた開閉弁２６を介して室外
側熱交換器１５の第１熱交換器１８の人口側に接続され
る。この接続関係により、室外側熱交換器１５の第１熱
交換器１８は除霜運転時にコンデンサとして機能し、こ
の第１熱交換器１８からの出口冷媒は除霜用減圧装置２
４を介してエバポレータとして機能する第２熱交換器１
９に案内される。

このヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＢにおいては、除
霜運転時に室内側熱交換器１３で凝縮された冷媒は全て
除霜回路２６に案内され、減圧装置１４側には案内され
ない。

この場合にも、第１実施例で示すヒートポンプ式冷凍サ
イクル１０と同様の作用効果を奏する。

第６図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの
第４実施例を示すものである。

この実施例に示されたヒートポンプ式冷凍サイクル１０
Ｃは、第２実施例に示したヒートポンプ式冷凍サイクル
１０Ｃと除霜回路２８Ａを除いて異なるところがないの
で、同一符号を付して説明を省略する。

除霜回路２８Ａは、室内側熱交換器１３の暖房運転時出
口側から分岐され、途中に備えられた開閉弁２６を介し
て第１熱交換器１８の暖房運転時出口側に接続される。

このヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＣにおいても、除
霜運転時には、室内側熱交換器１３で凝縮された冷媒は
全て除霜回路２８Ａを経て室外側熱交換器１５の第１熱
交換器１８に案内され、この第１熱交換器１８をコンデ
ンサとして機能させ、第１熱交換器１８に付着した霜を
取り除く。第１熱交換器１８からの出口冷媒は除霜用減
圧装置２７で減圧された後、第２熱交換器１９に案内さ
れ、ここで吸熱作用を行なう。すなわち、第２熱交換器
１９はエバポレータとして機能し、室外側熱交換器１５
は除霜を行ないながら吸熱を行なうことができ、暖房運
転を続けることができる。

第７図はヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＤの第５実施
例を示すものである。

この実施例に示されたヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯ
Ｄは室外側熱交換器１５の第１熱交換器１８および第２
熱交換器１９の除霜パターンを選択させることができる
ようにしたものである。

第７図に示したヒートポンプ式冷凍サイクル１０Ｄは具
体的には第１実施例で示した室外側熱交換器１５の逆止
弁２２に代えて開閉弁３ｏを設けたものであり、他の構
成は第１実施例に示すものと異ならないので同一符号を
付して説明を省略する。

この場合、ヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＢに組み込
まれる各開閉弁２３，２６．３０を第８図に示すように
開閉させることにより、冷暖房、除霜運転を行なうこと
ができる。

そして、除霜運転時には、通常は風上側の第１熱交換器
１８にコンプレッサ１１からの高温吐出冷媒を流せば、
室外側熱交換器１５としての除霜が可能となり、風下側
の第２熱交換器１９をエバポレータとして機能させれば
除霜運転中の吸熱が可能となって、暖房運転を続けるこ
とができる。

ところで、ヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯＤを備えた
空気調和機を例えば寒冷地に設置した場合、室外側熱交
換器１５の風下側の第２熱交換器１９に絶対に着霜が生
じないという保証がないので、第２熱交換器１９の着霜
に対するバックアップ機能が必要となる。

第５実施例は、室外側熱交換器１５の暖房運転時入口側
に開閉弁３０を設け、この開閉弁３０を開閉させること
により、片側（第１熱交換器１８側）除霜、両側除霜を
切り換えて選択できるようにしたものである。第８図に
おいて除霜１のパターンは片側除霜運転を、除霜２のパ
ター°ンは両側除霜運転をそれぞれ表わし、このとき、
冷媒は一点鎖線Ｃ１二点鎖線りで示すように流される。

第９図はヒートポンプ式冷凍サイクルの第６実施例を示
しもたのである。

この実施例に示されたヒートポンプ式冷凍サイクルＩＯ
Ｅは、第３実施例で説明したヒートポンプ式冷凍サイク
ル（第５図参照）の逆止弁に代えて開閉弁を設置したも
のであり、この場合にも、第５実施例で示したヒートポ
ンプ式冷凍サイクルとほぼ同様な作用効果を奏すること
ができる。

なお、この発明のヒートポンプ式冷凍サイクルの各実施
例では、室外側熱交換器の除霜を行ないながら吸熱を行
なう例を示したが、これらは第１実施例〜第６実施例に
示すヒートポンプ式冷凍サイクルに限定されない。ヒー
トポンプ式冷凍サイクルは第４図に示す逆止弁に代えて
開閉弁を設置しても、第６図に示す逆止弁に代えて開閉
弁を設置しても、あるいは他の組み合せであってもよい
。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係るヒートポンプ式冷凍
サイクルにおいては、室外側熱交換器を風上側の第１熱
交換器と風下側の第２熱交換器とに分割し、除霜運転時
にコンプレッサからの高温吐出冷媒あるいは室内側熱交
換器の高温出口冷媒を第１熱交換器に案内し、この第１
熱交換器の出口冷媒を第２熱交換器に案内したがら、着
霜条件下での除霜運転時に風上側の第１熱交換器はコン
デンサとして機能し、その放熱作用で積極的に除霜する
一方、風下側の第２熱交換器はエバポレータとして機能
し、吸熱作用を行なうので、室外側熱交換器は除霜を行
ないつつ吸熱を行なうことができ、暖房運転の運転効率
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの
第１実施例を示す冷凍サイクル図、第２図は上記ヒート
ポンプ式冷凍サイクルの室外ユニットを簡略的に示す平
断面図、第３図は上記ヒートポンプ式冷凍サイクルに組
み込まれる各開閉弁の開閉状態を示す関係図、第４図は
この発明に係るヒートポンプ式冷凍サイクルの第２実施
例を示す図、第５図はこの発明のヒートポンプ式冷凍サ
イクルの第３実施例を示す図、第６図はこの発明のヒー
トポンプ式冷凍サイクルの第４実施例を示す図、第７図
はこの発明のヒートポンプ式冷凍サイクルの第５実施例
を示す図、第８図は第７図に示すヒートポンプ式冷凍サ
イクルに組み込まれる各開閉弁の開閉状態を示す関係図
、第９図はこの発明のヒートポンプ式冷凍サイクルの第
６実施例を示す図である。 １０、ＩＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯＣ，ＩＯＤ、１０Ｅ・・・
冷凍サイクル、１１・・・コンプレッサ、１２・・・四
方弁、１３・・・室内側熱交換器、１４・・・減圧装置
、１５・・・室外側熱交換器、１７・・・室外ユニット
、１８・・・第１熱交換器、１９・・・第２熱交換器、
２２・・・逆止弁、２３．２６．３０・・・開閉弁、２
４，２７・・・除霜用減圧装置、２５．２５Ａ、２８，
２８Ａ・・・除霜回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンプレッサ、室内側熱交換器、減圧装置および室
   外側熱交換器等を順次接続したヒートポンプ式冷凍サイ
   クルにおいて、前記室外側熱交換器を風上側の第１熱交
   換器と風下側の第２熱交換器とに分割し、除霜運転時、
   前記コンプレッサの吐出側を第１熱交換器に接続し、こ
   の第１熱交換器の出口側を第２熱交換器に接続したこと
   を特徴とするヒートポンプ式冷凍サイクル。 ２、コンプレッサ、室内側熱交換器、減圧装置および室
   外側熱交換器等を順次接続したヒートポンプ式冷凍サイ
   クルにおいて、前記室外側熱交換器を風上側の第１熱交
   換器と風下側の第２熱交換器とに分割し、除霜運転時、
   前記室内側熱交換器の吐出側を減圧装置をバイパスさせ
   て前記第１熱交換器に接続し、この第１熱交換器の出口
   側を除霜用減圧装置を介して第２熱交換器に接続したこ
   とを特徴とするヒートポンプ式冷凍サイクル。