JPH0578744B2 - - Google Patents

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方法に関す
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
交換器の除霜方法は、大半が四方弁を切換えて冷
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アンを
停止していた。この方式では、基本的に冷凍サイ
クル中の冷媒循環量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、並びに除霜中の数分間は室内フアンが停止
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、四方弁を切換えて
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つた。

近年このような欠点を有する逆サイクル除霜方
式にかわつて、バイパス回路等を設けることで、
除霜運転時にも四方弁を暖房サイクルのままと
し、室内熱交換器および室外熱交換器の両方を凝
縮器として作用させ、若干の暖房能力を維持しな
がら除霜を行なう暖房継続除霜方法が提案されて
いる（例えば実開昭60−59042号公報）。

以下、図面を参照しながら上記従来のヒートポ
ンプ式空調機について説明する。

第３図は、従来のヒートポンプ式空調機の第１
の例における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（以下単に圧縮機と称す）、２は四方弁、３
は室内熱交換器、４はキヤピラリ、５は室外熱交
換器、６はホツトガスバイパス回路、７は二方
弁、８はバイパスキヤピラリである。また、９は
室外熱交換器温度センサ、１０はこのセンサ９か
らの信号を受けて圧縮機１、二方弁７、室内外フ
アン（図示せず）等を制御して室外熱交換器５の
除霜運転を行なう除霜制御コントローラである。
ホツトガスバイパス回路６は、圧縮機１の吐出管
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とバイパスキヤピラ
リ８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
交換器温度センサ９からの信号により室外熱交換
器５の着霜を検知すると、除霜制御コントローラ
１０より指令を発して圧縮機１の周波数を高め、
圧縮機１の本体温度を上昇させて蓄熱する。そし
て、所定時間経過後、除霜制御コントローラ１０
より指令を発して、圧縮機１を最大周波数とし、
二方弁７を開いて高温の吐出ガスの大部分をホツ
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りを暖房
運転時と同様に四方弁２、室内熱交換器３、キヤ
ピラリ４と流して若干の暖房運転を継続して行な
い、室外熱交換器５の入口でホツトガスバイパス
回路６を通過した冷媒と合流させる。この合流後
の冷媒は、自身のもつ凝縮熱で室外熱交換器５を
除霜した後、四方弁４を経て圧縮機１に戻り、除
霜サイクルを完結する。

このように、暖房サイクルのままで除霜を行な
うことができるので、除霜時の快適性の改善を図
ることが可能となつた。

また、第４図は従来のヒートポンプ式空調機の
第２の例における冷凍サイクル図を示す。この例
においては、ホツトガスバイパス回路６のかわり
にキヤピラリ４をバイパスするバイパス回路１１
を設けている。そして、バイパス回路１１には二
方弁１２、逆止弁１３を備えている。

除霜時には、二方弁１２を開いてほとんどの冷
媒をバイパス回路１１を通過させることで、室外
熱交換器５の冷媒圧力を上昇させ、室内熱交換器
３および室外熱交換器５の両方を凝縮器として作
用させることで、第１の例で説明した効果と同様
の効果を得ることが可能である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記方法では以下のような問題
点があつた。第５図は、第３図に示す従来のヒー
トポンプ式空調機の第１の例におけるバイパスキ
ヤピラリの絞り量と除霜時間および除霜運転時の
暖房能力との関係を示すものである。同図より明
らかなように、バイパスキヤピラリ８の絞り量を
大きくすれば、除霜運転時に室内熱交換器３を通
過する冷媒の循環量が増加し、圧力も上昇するの
で暖房能力は増加するが、室外熱交換器５を通過
する冷媒の圧力が低下して凝縮能力が減少するの
で、除霜時間が長くなつてしまう。したがつて、
短時間に除霜を終えるためには、暖房能力を大き
くすることはできなかつた。例えば、１馬力クラ
スのヒートポンプ式空調機では、ほとんどのメー
カーが総合電流を20A以下に押えるような制御装
置を設けており、この場合、圧縮機入力のうち冷
媒に与えられる熱量は、発明者らの実験の結果、
最大でも1300Kcal／ｈである。除霜を５分間で
終えるとすると、この間圧縮機入力より冷媒に与
えられた熱量は108Kcalである。圧縮機重量が10
Kg、比熱が0.1で、圧縮機本体温度が除霜運転中
に30℃降下したとすると、30Kcalの熱量が冷媒
に与えられる。主に、これら２つの熱量の合計
138Kcalの熱が冷媒に与えられる。これに対し
て、着霜量が900ｇであるとすると、除霜に
72Kcalの熱が用いられ、残りの（138−72）Kcal
の熱が暖房に利用可能である。これは単位時間当
り792Kcal／ｈであり、この程度の暖房能力で
は、除霜運転時の快適性の低下を十分に押えるこ
とができなかつた。また、圧縮機本体を蓄熱体と
して利用し、乾き度の低い冷媒を吸入して圧縮機
本体の熱を奪つているため、圧縮機信頼性も低か
つた。

第４図に示す第２の例の場合も、除霜運転時の
暖房能力は低く、第１の例で示したのと同様の問
題点を有していた。さらに第２の例において室内
機と室外機とを接続配管で結ぶセパレートタイプ
のヒートポンプ式空調機の場合、圧縮機１の周波
数を上昇させて冷媒の循環量を増加させたり、接
続配管を長くしたりすると全冷媒が通過するため
室内熱交換器３の出口とバイパス回路１１の入口
とを結ぶ接続配管での圧力損失が増加し、室外熱
交換器５を通過する冷媒の圧力が低下し、凝縮能
力が低下して除霜時間が長くなつてしまつたり、
あるいは除霜できなくなつてしまうという問題点
があつた。

本発明は上記問題点に鑑み、暖房運転時に潜熱
蓄熱材を充填した蓄熱槽に蓄熱し、除霜運転時に
この熱を利用することで、高い暖房能力を保ちな
がら除霜を行ない、かつ圧縮機信頼性の高いヒー
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の本発明のヒートポ
ンプ式空調機の除霜方法は、能力可変形圧縮機、
四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器等
を連結し、前記圧縮機の吐出管をバイパスする第
１バイパス回路と、前記減圧器をバイパスする第
２バイパス回路と、前記吐出管と第１バイパス回
路および前記減圧器と第２バイパス回路とをそれ
ぞれ切換える流路切換手段と、内部に潜熱蓄熱材
を充填した蓄熱槽とを設け、この蓄熱槽と前記第
１バイパス回路および第２バイパス回路とを熱交
換的に接続した冷媒回路を構成し、前記蓄熱槽内
の潜熱蓄熱材への蓄熱可否を判断する蓄熱判断手
段を有し、暖房運転時には前記蓄熱判断手段にて
蓄熱可能と判断した時のみ前記流路切換手段によ
り前記第１バイパス回路に冷媒を流して前記蓄熱
槽内の潜熱蓄熱材へ蓄熱を行ない、前記室外熱交
換器の除霜運転時には、前記四方弁の流路を暖房
運転時のままとし、前記圧縮機を高能力運転し、
前記第２バイパス回路に冷媒を流して暖房運転を
継続しながら前記蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交換
を行なうものである。

作 用 本発明は、上記手段により次のような作用を有
する。すなわち、蓄熱判断手段を有し、暖房運転
時にはこの蓄熱判断手段にて蓄熱可能と判断した
時のみ第１バイパス回路に冷媒を流して蓄熱を行
なうので、運転開始時等の凝縮能力が小さい時に
蓄熱のみを熱を奪われて暖房運転の立上りが遅れ
るということを防止する。また、除霜運転時に圧
縮機を高能力運転し、第２バイパス回路に冷媒を
流して蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交換を行なうこ
とで、高い暖房能力を保ちながら除霜運転を行な
うことが可能であり、また圧縮機吸入冷媒の乾き
度を高く保つことができるので、圧縮機信頼性も
高い。さらに、セパレートタイプのヒートポンプ
式空調機の場合で接続配管での圧力損失が大き
く、室外熱交換器を通過する冷媒の圧力が低くて
も、過熱域にある冷媒を利用できるので除霜可能
である。

実施例 以下、本発明をその一実施例を示す添付図面の
第１図および第２図を参考に説明する。なお、本
実施例を説明するに当り、第３図および第４図に
示す従来のものと同一の機能をもつものには同一
の番号を付して説明を省略する。

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である。

同図において、１４は圧縮機１の吐出管の温度
を検知する吐出管温度センサ、１５および１６は
冷媒の流路を切換える三方弁である。１７は、圧
縮機１の吐出管をバイパスする第１バイパス回路
で、この第１バイパス回路には、第１熱交換器１
８および逆止弁１９が備えられている。２０はキ
ヤピラリ４をバイパスする第２バイパス回路で、
この第２バイパス回路には第２熱交換器２１およ
び逆止弁２２が備えられている。また、２３は蓄
熱槽で、内部に潜熱蓄熱材（NaCH₃COO・
3H₂O）２４が充填されており、この蓄熱材２４
と熱交換可能なように前記第１熱交換器１８およ
び第２熱交換器２１が配設されている。また、１
０ａは除霜制御コントローラであり、従来例で説
明した機能に加えて暖房運転時に吐出管温度セン
サ１４からの信号を受けて、三方弁１５の流路を
切換えたり、除霜運転時に三方弁１５，１６の流
路を切換える機能を有する。

この冷媒回路において、暖房運転開始時から圧
縮機１の吐出管温度が所定温度に達するまでの間
は、圧縮機１から吐出された冷媒は、三方弁１
５、四方弁２、室内熱交換器３、三方弁１６、キ
ヤピラリ４、室外熱交換器５、四方弁２と流れ、
圧縮機１に吸入される。

圧縮機１の吐出管温度が所定値に達すると、吐
出管温度センサ１４からの信号を受けて除霜制御
コントローラ１０ａより指令を発して三方弁１５
の流路を切換える。すなわち、この吐出管温度セ
ンサ１４と、除霜制御コントローラ１０ａとで、
蓄熱判断手段を構成している。したがつて、圧縮
機１より吐出された冷媒は、三方弁１５より第１
バイパス回路１７へと流れ、第１熱交換器１８よ
り蓄熱材２４に熱を与え、逆止弁１９、四方弁
２、室内熱交換器３、三方弁１６、キヤピラリ
４、室外熱交換器５、四方弁２と流れて圧縮機１
に吸入される。

室外熱交換器温度センサ９からの信号により室
外熱交換器５の着霜を検知すると、除霜制御コン
トローラ１０ａより指令を発して圧縮機１の周波
数を最大とし、三方弁１５，１６の流路を切換え
て除霜運転を行なう。すなわち、圧縮機１から吐
出された冷媒は、三方弁１５、四方弁２、室内熱
交換器３へと流れ、暖房に利用された後三方弁１
６より第２バイパス回路２０へ流れ、第２熱交換
器２１にて蓄熱材より熱を奪つて逆止弁２２、室
外熱交換器５へと流れ、ここで除霜に利用された
後四方弁２より圧縮機１に吸入される。

第２図は、第１図に示したヒートポンプ式空調
機の除霜運転時の冷凍サイクルをモリエル線図上
に示した図である。同図におけるａ〜ｇの記号
は、第１図におけるａ〜ｇの位置における冷媒の
状態を示す。まず、圧縮機１で圧縮された冷媒は
（ａ→ｂ）、室内熱交換器３で暖房に利用されて凝
縮し（ｃ→ｄ）、接続配管等を通過の際の圧力損
失で圧力が低下し（ｄ→ｅ）、第２バイパス回路
２０の第２熱交換器２１で蓄熱材２４より熱を奪
い（ｅ→ｆ）、室外熱交換器５で除霜に利用され
て凝縮し（ｆ→ｇ）、四方弁２より圧縮機１に吸
入される（ｇ→ａ）。このように、暖房に用いら
れて凝縮した冷媒ｄは、蓄熱材２４より熱を奪う
ことで再びｆまでエンタルピが引き上げられるの
で、暖房能力を大きくとつても短時間に除霜を終
えることが可能である。

例えば蓄熱材（NaCH₃COO・3H₂O）２４を
２Kg蓄熱槽に充填したとすると、潜熱は、
60Kcal／Kgであるからこれを全部利用できたと
すると、冷媒に与えられる熱量は従来例で説明し
た圧縮機入力108Kcalに潜熱120Kcalを加えて
228Kcalである。一方、除霜に用いられる熱量は
72Kcalであるから残りの156Kcalの熱量が暖房に
利用可能である。これは、単位時間当り
1870Kcal／ｈであるので、十分に室内の快適性
を保つことができる。また、潜熱蓄熱材２４を用
いているので潜熱を利用しきつてしまうまで蓄熱
材２４の温度はほぼ一定であり（本実施例の場合
は58℃）、第２熱交換器を通過する冷媒と一定の
温度差を保ちながら熱交換できるので、第２熱交
換器２１をコンパクトに設計できる。また、室外
熱交換器５で除霜に利用される冷媒は、ほとんど
過熱ガスの状態であるので（ｆ→ｇ）、圧縮機周
波数を上昇させて冷媒循環量を増加させたり、接
続配管を長くすることでｄ→ｅの圧力損失が増加
し、ｆ→ｇの冷媒の圧力が低下しても、除霜を行
なうことが可能である。さらに、圧縮機吸入冷媒
ａの乾き度を高く保つことができるので、圧縮機
信頼性の高い除霜運転を行なうことができる。

なお、本実施例においては暖房運転の立上りを
遅らせることがないよう、吐出管温度が所定値に
達するまで蓄熱運転を行なわないような制御を行
なつたが、タイマーを用いて運転開始後、所定時
間蓄熱運転を行なわないような制御を行なつても
よい。また、除霜運転時に圧縮機１の吐出管温度
が所定値以下になると三方弁１５を切換えて第１
バイパス回路１７に冷媒を流して、第１熱交換器
１８からも蓄熱材２４より熱を奪う制御を加える
と、さらに潜熱蓄熱を有効に利用できる。

また流路切換手段は本実施例では三方弁を用い
て説明したが、これに限定されるものではなく、
他の手段を用いてもよい。

さらに、潜熱蓄熱材は本実施例で用いた
NaCH₃COO・3H₂O以外のものを用いてもよい。

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の
除霜方法は、暖房運転時に蓄熱判断手段にて蓄熱
可能と判断した時のみ第１バイパス回路に冷媒を
流して蓄熱を行なうので立上りを遅らせることが
ない。また、除霜運転時には、四方弁の流路を暖
房運転時のままとし、圧縮機を高能力運転し、第
２バイパス回路に冷媒を流して暖房運転を継続し
ながら蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交換を行なうこ
とで、高い暖房能力を保ちながら除霜運転を行な
うことが可能であり、また圧縮機吸入冷媒の乾き
度を高く保つことができるので、圧縮機信頼性も
高い。さらに、セパレータイプのヒートポンプ式
空調機の場合で接続配管での圧力損失が大きく、
室外熱交換器を通過する冷媒の圧力が低くても、
過熱域にある冷媒を利用できるので除霜可能であ
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冷凍サイクルをモ
リエル線図に示した特性図、第３図は従来のヒー
トポンプ式空調機の第１の例における冷凍サイク
ル図、第４図は従来のヒートポンプ式空調機の第
２の例における冷凍サイクル図、第５図は同ヒー
トポンプ式空調機のバイパスキヤピラリの絞り量
と除霜時間、暖房能力の関係を示す図である。 １……周波数可変圧縮機（能力可変形圧縮機）、
２……四方弁、３……室内熱交換器、４……減圧
器、５……室外熱交換器、１０ａ……除霜制御コ
ントローラ、１４……吐出管温度センサ（検知手
段）、１５，１６……三方弁（流路切換手段）、１
７……第１バイパス回路、１８……第１熱交換
器、２０……第２バイパス回路、２１……第２熱
交換器、２３……蓄熱槽、２４……蓄熱材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 能力可変形圧縮機、四方弁、室外熱交換器、
   減圧器、室内熱交換器を連結し、前記圧縮機の吐
   出管をバイパスする第１バイパス回路と、前記減
   圧器をバイパスする第２バイパス回路と、前記吐
   出管と第１バイパス回路および前記減圧器と第２
   バイパス回路とをそれぞれ切換える流路切換手段
   と、内部に潜熱蓄熱材を充填した蓄熱槽とを設
   け、この蓄熱槽と前記第１バイパス回路および第
   ２バイパス回路とを熱交換的に接続した冷媒回路
   を構成し、前記蓄熱槽内の潜熱蓄熱材への蓄熱可
   否を判断する蓄熱判断手段を有し、暖房運転時に
   は前記蓄熱判断手段にて蓄熱可能と判断した時の
   み前記流路切換手段により前記第１バイパス回路
   に冷媒を流して前記蓄熱槽内の潜熱蓄熱材へ蓄熱
   を行ない、前記室外熱交換器の除霜を行なう除霜
   運転時には、前記四方弁の流路を暖房運転時のま
   まとし、前記圧縮機を高能力運転し、前記第２バ
   イパス回路に冷媒を流して暖房運転を継続しなが
   ら前記蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交換を行なうヒ
   ートポンプ式空調機の除霜方法。 ２ 圧縮機の吐出管の温度を検知する検知手段を
   有し、暖房運転時にこの検知手段により所定温度
   以上を検知すると流路切換手段により第１バイパ
   ス回路に冷媒を流すように構成した蓄熱判断手段
   を有する特許請求の範囲第１項記載のヒートポン
   プ式空調機の除霜方法。 ３ 流路切換手段により、暖房運転開始後所定時
   間、吐出管側に冷媒を流し、その後第１バイパス
   回路側に冷媒を流すよう構成した蓄熱判断手段を
   有する特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ
   式空気調和機の除霜方法。 ４ 圧縮機の吐出管の温度を検知する検知手段を
   有し、流路切換手段により除霜運転時に検知温度
   が所定値以上の時は吐出管側に冷媒を流し、所定
   値以下の時は第１バイパス回路側に冷媒を流すよ
   うに構成した特許請求の範囲第１項記載のヒート
   ポンプ式空調機の除霜方法。