JPH0579901B2 - - 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制御に関す
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
交換器の除霜方式は、大半が四方弁を切り換えて
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
を停止させるようにしていた。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の四
方弁が切り換わつ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、着霜検知手段によつて室外熱交
換器の着霜を検知すると、膨張弁の絞りを強くし
て強制スーパーヒート運転を行ない、圧縮機本体
の温度を上昇させてこの圧縮機本体に蓄熱した後
に、四方弁は暖房運転時のままとし、圧縮機から
の吐出ガスの一部を室内熱交換器に流して若干の
暖房能力を継持しながら、吐出ガスの残りを室外
熱交換器の入口に導き除霜を行なうホツトガスバ
イパス除霜方式が提案されている（例えば「日本
冷凍協会学術講演会講演論文集」、昭和59年11月、
P53）。

以下図面を参照しながら上記従来のヒートポン
プ式空調機の一例について説明する。

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
は電磁力を駆動源として弁開度を可変できる電動
膨張弁、５は室外熱交換器、６はホツトガスバイ
パス回路、７は二方弁である。また、８は室外熱
交換器温度センサ、９は吐出管温度センサで、１
０はこのセンサ８，９からの信号を受けて圧縮機
１、電動膨張弁４、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
を行なう除霜制御手段である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の吐出側と室外熱交換器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８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１
０より指令を発して、電動膨張弁４の弁開度を小
さくし、圧縮機１の周波数を最大にして強制スー
パーヒート運転を行ない、圧縮機１から吐出され
る吐出ガスの温度を高めて圧縮機１に蓄熱する。
そして、前記吐出ガスの温度が設定値に達する
と、吐出管温度センサ９からの信号により除霜制
御コントローラ１０より指令を発して、二方弁７
を開とし、電動膨張弁４を全開とし、室外フアン
（図示せず）を停止させて除霜運転を開始する。

除霜運転時は、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、電動膨張弁４と流し、若干の暖房運
転を継続して行ない、室外熱交換器５の入口側で
ある点Ｃにて高圧側で分岐した大部分の冷媒と合
流させる。この合流後の冷媒は自身の持つ凝縮熱
で室外熱交換器５を除霜した後、四方弁２を経て
圧縮機１に戻つて除霜サイクルを完結する。

第４図の実線は、圧縮機への蓄熱時および除霜
時の圧縮機から吐出された冷媒ガス温度（以下吐
出温度と称す）の変化を示す。時刻t₁で室外熱交
換器５の着霜を検知して蓄熱運転を開始し、吐出
温度は次第に上昇して時刻t₂で吐出温度が所定温
度に達して除霜運転を開始し、吐出温度は次第に
低下する。そして、時刻t₃で室外熱交換器温度セ
ンサ８からの信号を受けて除霜制御コントローラ
１０が除霜終了の指令を発して暖房運転に復帰す
る。時刻t₂から時刻t₃までの除霜運転中に吐出温
度はΔT₁だけ低下するので、圧縮機１の本体温度
もほぼΔT₁だけ低下し、圧縮機１の本体に蓄えら
れた熱エネルギーのうち、（圧縮機１の熱容量）×
ΔT₁の熱エネルギーが冷媒に与えられて除霜に利
用される。一方、第４図の破線は前述の蓄熱運転
を行なわなかつた場合の吐出温度の変化を示す
が、この場合は（圧縮機１の熱容量）×ΔT₂の熱
エネルギーしか除霜に利用できず、したがつて除
霜運転が時刻t₄までかかる。このように、蓄熱運
転を行なうことで除霜時間の短縮を計ることが可
能である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成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
ンプ式空調機の蓄熱運転を行なつた後の除霜運転
時における冷凍サイクルをモリエル線図上に示し
たものである。同図において、実線で示したもの
は除霜運転初期の冷凍サイクルを示し、破線で示
したものは除霜運転後期の冷凍サイクルを示した
もので、除霜運転中の冷凍サイクルは全体的に矢
印Ａの方向に次第に移動している。また同図のａ
〜ｅおよびa′〜e′は第３図に示すａ〜ｅの位置に
おける冷媒の状態を示す。第５図より明らかなよ
うに、圧縮機１に吸入される直前の冷媒の状態は
除霜運転初期は点ｅの位置であるが、除霜運転後
期では点e′の位置となり、除霜運転初期よりも乾
き度が小さくなつており、圧縮機１が液圧縮を起
こす可能性が高くなり、圧縮機信頼性上好ましい
除霜ではなかつた。また、室外熱交換器５の着霜
量がさらに増加した状態で除霜運転を行なうと、
除霜運転時間も長くなり、除霜運転後期の冷凍サ
イクルも第５図の破線で示すサイクルよりもさら
に矢印Ａの方向に進み、圧縮機１の吸入直前の冷
媒の乾き度は点e′の位置よりさらに小さくなるた
め、液圧縮を起こす恐れがさらに大きくなる。し
たがつて、上記従来のヒートポンプ式空調機で
は、着霜量が比較的少ない時期に除霜運転を行な
う必要があり、この除霜運転時にも液圧縮の恐れ
があるなど、除霜運転回数が多く圧縮機の信頼性
も低かつた。

本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転直前の蓄
熱運転時にバイパス回路に設けた冷媒貯溜器に冷
媒液を貯溜して蓄熱し、この熱エネルギーも除霜
に利用することで除霜運転中の圧縮機信頼性を高
め、かつ除霜運転時間を短縮するヒートポンプ式
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に本発明のヒートポ
ンプ式空調機は、能力可変形圧縮機、四方弁、室
外熱交換器、第１の減圧器、室内熱交換器等を連
結し、前記第１の減圧器と並列に、この第１の減
圧器をバイパスするバイパス回路を設け、このバ
イパス回路に暖房運転時の上流側より順に、冷媒
貯留器、第２の減圧器を接続して冷媒回路を構成
し、前記室外熱交換器に着霜を検出する検知手段
を有し、暖房運転時に前記検知手段からの着霜の
検知信号を受けて、所定時間が経過した状態およ
び圧縮機の本体温度または吐出管温度が所定温度
に達した状態のいずれかの状態が発生するまで、
前記圧縮機を高能力運転させ、かつ前記第１の減
圧器の絞り量を増加させ、あるいは全閉させるこ
とにより、前記バイパス回路に流れる冷媒の流量
を少なくとも前記第１の減圧器に流れる冷媒の流
量より大きくするとともに、前記所定時間が経過
した状態および圧縮機の本体温度または吐出管温
度が所定温度に達した状態のいずれかの状態が発
生したことにより、前記第１の減圧器を全開とし
て除霜運転を開始させる除霜制御手段を設けるも
のである。

作 用 本発明は上記構成により、次のような作用を有
する。

すなわち、着霜を検知すると圧縮機を高能力運
転し、かつバイパス回路を流れる冷媒の流量を第
１の減圧器を流れる冷媒の流量より大とするか若
しくは全冷媒をバイパス回路に流すことで、圧縮
機を強制スーパーヒート運転させて圧縮機本体の
温度を高めて蓄熱すると共に、バイパス回路に設
けた冷媒貯溜器に高温の冷媒液を貯溜して蓄熱
し、この蓄熱された熱を除霜に利用して除霜運転
中の圧縮機信頼性を高め、かつ除霜運転時間を短
縮できる。

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。

同図において、１１は電動膨張弁４と並列に設
けられたバイパス回路であり、このバイパス回路
１１に冷媒貯溜器１２およびキヤピラリ１３が設
けられている。

通常の暖房運転時には圧縮機１より吐出された
冷媒は、四方弁２、室内熱交換器３へと流れ、一
部の冷媒は電動膨張弁４で減圧され、残りの冷媒
はバイパス回路１１へと流れて冷媒貯溜器１２を
通過し、キヤピラリ１３で減圧された後、電動膨
張弁４で減圧された冷媒と合流して室外熱交換器
５、四方弁２へと流れ、圧縮機１へ戻る。この
時、冷媒貯溜器１２内には多少冷媒液が貯溜され
る。

低外気温時に室外熱交換器温度センサ８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より指令を発して電動
膨張弁４を全閉とし、圧縮機１の周波数を最大に
する。これにより、強制スーパーヒート運転をさ
せて圧縮機１から吐出される吐出ガスの温度を高
めて圧縮機１の本体の温度も高め、圧縮機１に蓄
熱すると共に、室内熱交換器３を出た冷媒は全部
がバイパス回路へ流入するため、冷媒貯溜器１２
に多量の高温冷媒液を貯溜することができ、冷媒
貯溜器１２も高温となるので冷媒自身が持つ熱エ
ネルギーと冷媒貯溜器１２が持つ熱エネルギーと
が蓄熱される。そして、前記吐出ガスの温度が設
定値に達すると、吐出管温度センサ９からの信号
により除霜制御コントローラ１０より指令を発し
て二方弁７を開とし、電動膨張弁４を全開とし、
室外フアン（図示せず）を停止させて除霜運転を
開始する。また吐出ガスの温度が設定値に達しな
くても、所定時間経過すると除霜制御コントロー
ラ１０により除霜運転を開始する。

除霜運転時は、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と流して若干の暖房運転を継続して行
なつた後、一部は電動膨張弁４へ流し、残りをバ
イパス回路１１の冷媒貯溜器１２、キヤピラリ１
３と流してふたたび合流させ、室外熱交換器５の
入口側で、ホツトガスバイパス回路６を流れた大
部分の冷媒と合流させる。この合流後の冷媒は自
身の持つ凝縮熱で室外熱交換器５を除霜した後、
四方弁２を経て圧縮機１に戻つて除霜サイクルを
完結する。

この除霜運転時は、従来の技術の項で説明し、
第４図に示したのと同様に圧縮機１の本体に蓄え
られた熱エネルギーを除霜に利用することがで
き、さらに冷媒貯溜器１２に蓄えられた熱エネル
ギーも除霜に利用することができる。

第２図は蓄熱運転時および除霜運転時の冷媒貯
溜器１２の温度変化を示す。同図に示すように、
時刻t₂から時刻t₃までの除霜運転中に冷媒貯溜器
１２の温度はΔT₃だけ低下するので、冷媒貯溜器
１２およびその中に貯溜された冷媒に蓄えられた
熱エネルギーのうち、（冷媒貯溜器１２の熱容量
＋貯溜された冷媒の熱容量）×ΔT₃の熱エネルギ
ーを除霜に利用することができる。このように、
圧縮機１に蓄えられた熱エネルギーに加えて、冷
媒貯溜器１２およびこれに貯溜された冷媒に蓄え
られた熱エネルギーも除霜に利用することができ
るため、従来のヒートポンプ式空調機と同量の着
霜量である場合は除霜時間を短縮することができ
る。

本実施例の除霜運転時の冷凍サイクルを第５図
を用いて説明すると、除霜運転初期は実線で示し
た冷凍サイクルとなり、次第に矢印Ａの方向に全
体的に移動するが除霜時間が従来より短縮される
ので、破線で示す冷凍サイクルまで移動する前に
除霜を完了する。したがつて除霜運転後期の圧縮
機１に吸入される直前の冷媒の状態は同図の点ｅ
と点e′の間の位置となり、従来のヒートポンプ式
空調機の場合より乾き度が高く圧縮機信頼性を高
めることがきる。また、室外熱交換器５の着霜量
をさらに増加させて除霜運転時間が長くなつても
従来のヒートポンプ式空調機よりも圧縮機１に吸
入される直前の冷媒の乾き度は大きく、圧縮機信
頼性を高めることが可能となるので除霜回数を減
少させることができる。

さらに、冷媒貯溜器１２の一部に蓄熱材を配設
し、除霜運転直前の蓄熱運転時に蓄熱する熱エネ
ルギーをさらに増加させると前記効果はさらに大
きなものとなる。

なお、本実施例では第１の減圧器として電磁力
を駆動源として弁開度を可変できる電動膨張弁を
用いて説明したが、弁開度を可変する手段として
バイメタル若しくは形状記憶合金等を用いてもよ
い。また第１の減圧器がキヤピラリ等の固定絞り
であつても室内熱交換器と第１の減圧器との間の
バイパス回路との分岐部と、第１の減圧器との間
に開閉弁を設け、蓄熱運転時にこの開閉弁を閉と
し、除霜運転時に開とすることで前記の本発明の
実施例と同様の効果を得ることができる。

また、本発明では圧縮機の吐出側と室外熱交換
器の入口側を結ぶホツトガスバイパス回路を用い
る除霜方式の場合について説明したが、これに限
定されるものでなく、他の除霜方式にも利用可能
である。例えば、除霜運転時により高い暖房能力
が要求される場合、除霜運転時には第１図におい
て、二方弁７は閉のままで電動膨張弁４を全開と
し、室外フアンを停止させることで、圧縮機１か
ら吐出された高温の吐出ガスの全部を暖房運転時
と同様に、四方弁２、室内熱交換器３と流して若
干の暖房運転を継続して行なつた後、一部は電動
膨張弁４へ流し、残りをバイパス回路１１の冷媒
貯溜器１２、キヤピラリ１３と流してふたたび合
流させ、室外熱交換器５に流入させる。ここで、
冷媒は自身の持つ凝縮熱で室外熱交換器５を除霜
した後、四方弁２を経て圧縮機１に戻つて除霜サ
イクルを完結する。

この除霜運転時は、ホツトガスバイパス回路６
を利用しないため、本実施例の場合と比較して冷
媒の圧力は室内熱交換器３ではより高く、室外熱
交換器５ではより低くなる。したがつて、本実施
例の場合よりも除霜能力は低下して除霜時間は長
くなるが、暖房能力は増加する。この除霜方式
も、本実施例と同様に、（冷媒貯溜器１２の熱容
量＋貯溜された冷媒の熱容量）×ΔT₃の熱エネル
ギーを除霜に利用することができるので、従来の
冷媒貯溜器１２を用いない除霜方式よりも除霜時
間を短縮することができる。

除霜運転時に暖房を行なう必要がない場合は、
二方弁７は閉のままで電動膨張弁４を全開とし、
四方弁２を冷房サイクルに切換えて室外フアンを
停止させる逆サイクル除霜方式を行うことで、
（冷媒貯溜器１２の熱容量＋貯溜された冷媒の熱
容量）×ΔT₃の熱容量を除霜に利用することがで
き、また暖房に熱エネルギを用いる必要がないた
め、本実施例よりもさらに短時間で除霜を終える
ことができる。

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
は、能力可変形圧縮機、四方弁、室外熱交換器、
第１の減圧器、室内熱交換器等を連結し、前記第
１の減圧器と並列に、この第１の減圧器をバイパ
スするバイパス回路を設け、このバイパス回路に
冷媒貯溜器、第２の減圧器等を設けた冷媒回路を
構成し、前記室外熱交換器の着霜を検知する検知
手段を用し、この検知手段により着霜を検知する
と、所定時間、若しくは圧縮機の本体温度または
圧縮機の吐出配管温度が所定温度に達するまで圧
縮機を高能力運転し、かつ前記バイパス回路に流
れる冷媒の流量を前記第１の減圧器を流れる冷媒
の流量より大とするか若しくは全冷媒を前記バイ
パス回路に流し、その後、前記室外熱交換器の除
霜を行なうもので、着霜を検知すると圧縮機を強
制スーパーヒート運転させて圧縮機本体の温度を
高めて蓄熱すると共に、バイパス回路に設けた冷
媒貯溜器に高温の冷媒液を貯溜して蓄熱し、これ
ら蓄熱された熱を除霜に利用して除霜運転中の圧
縮機信頼性を高め、かつ除霜運転時間を短縮でき
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
ポンプ式空調機の蓄熱時および除霜時の冷媒貯溜
器の温度変化を示す図、第３図は従来のヒートポ
ンプ式空調機の冷凍サイクル図、第４図は同ヒー
トポンプ式空調機の蓄熱時および除霜時の吐出温
度の変化を示す図、第５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
上に示した図である。 １……圧縮機（能力可変形圧縮機）、２……四
方弁、３……室内熱交換器、４……電動膨張弁
（第１の減圧器）、５……室外熱交換器、８……室
外熱交換器温度センサ（着霜検知手段）、９……
吐出管温度センサ、１０……除霜制御コントロー
ラ、１１……バイパス回路、１２……冷媒貯溜
器、１３……キヤピラリ（第２の減圧器）。

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、
   第１の減圧器、室内熱交換器等を連結し、前記第
   １の減圧器と並列に、この第１の減圧器をバイパ
   スするバイパス回路を設け、このバイパス回路に
   暖房運転時の上流側より順に、冷媒貯留器、第２
   の減圧器を接続して冷媒回路を構成し、前記室外
   熱交換器に着霜を検出する検知手段を有し、暖房
   運転時に前記検知手段からの着霜の検知信号を受
   けて、所定時間が経過した状態および圧縮機の本
   体温度または吐出管温度が所定温度に達した状態
   のいずれかの状態が発生するまで、前記圧縮機を
   高能力運転させ、かつ前記第１の減圧器の絞り量
   を増加させ、あるいは全閉させることにより、前
   記バイパス回路に流れる冷媒の流量を少なくとも
   前記第１の減圧器に流れる冷媒の流量より大きく
   するとともに、前記所定時間が経過した状態およ
   び圧縮機の本体温度または吐出管温度が所定温度
   に達した状態のいずれかの状態が発生したことに
   より、前記第１の減圧器を全開として除霜運転を
   開始させる除霜制御手段を設けたヒートポンプ式
   空調機。 ２ 冷媒貯留器の一部に蓄熱材に配設した特許請
   求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空調機。