JPH063334B2 - ヒートポンプ式冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヒートポンプ式冷却装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種のヒートポンプ冷却装置としてエンジン駆
動型のものが知られている。ここで、第４図を参照して
従来式のヒートポンプ式冷却装置について説明する。こ
の冷却装置は駆動源としてのエンジン１を有し、このエ
ンジン１により駆動伝達装置２を介して冷媒圧縮機３が
駆動されて、冷媒が圧縮される。冷媒圧縮機３の吐出冷
媒は四方切換弁４の冷媒吸入口に流入される。四方切換
弁４は、冷却サイクル運転と除霜サイクル運転とを切換
えるためのものである。四方切換弁４の第１の接続口
は、庫外熱交換器５の一方の冷媒口に接続されている。
庫外熱交換器５は、冷却サイクル運転時凝縮器として働
き、除霜サイクル運転時蒸発器として働く。四方切換弁
４の第２の接続口は、庫内熱交換器６の一方の冷媒口に
接続されている。庫内熱交換器６は、冷却サイクル運転
時蒸発器として働き、除霜サイクル運転時凝縮器として
働く。庫内熱交換器６は、冷蔵庫や冷凍ショーケース等
の庫内に設けられている。冷却サイクル運転時、庫外熱
交換器５により凝縮された冷媒は、その他方の冷媒口か
ら、逆止弁７を介して膨張弁８に流入し、膨張弁８で膨
張された後、庫内熱交換器６の他方の冷媒口に流入され
る。一方、除霜サイクル運転時、庫内熱交換器６により
凝縮された冷媒は、その他方の冷媒口から、逆止弁９を
介して膨張弁１０で膨張された後、庫外熱交換器５の他
方の冷媒口に流入する。尚、１１は庫外熱交換器５用の
コンデンサファンモータ、１２は庫内熱交換器６用のク
ーリングファンモータである。

上述の構成において、冷却サイクル運転時には、エンジ
ン１によって駆動される圧縮機３より吐出された高温高
圧のガス状冷媒は、図示の実線矢印で示される如く、四
方切換弁４を介し、庫外熱交換器５へ送出される。庫外
熱交換器５は、高温高圧のガス状冷媒を凝縮して高圧の
液状冷媒とする。この高圧の液状冷媒は、逆止弁７を介
し膨張弁８へ導かれ、ここで断熱膨張されて低圧の液状
冷媒となる。この低圧の液状冷媒は、庫内熱交換器６へ
導かれ、ここで蒸発してガス状冷媒となる。このガス状
冷媒は、四方切換弁４を介し、冷媒圧縮機３に吸入さ
れ、ここで圧縮されて再び高温高圧のガス状冷媒とな
る。以下、同様の作用を繰返す。

一方、除霜サイクル運転時には、エンジン１によって駆
動される圧縮機３より吐出された高温高圧のガス状冷媒
は、図示の破線矢印で示される如く、四方切換弁４を介
し、庫内熱交換器６へ送出される。庫内熱交換器６は、
高温高圧のガス状冷媒を凝縮して高圧の液状冷媒とす
る。このとき、庫内熱交換器６の外周についている霜を
溶かし、溶けた霜は庫内熱交換器６の下部に設けられて
いるドレンパン（図示せず）上に水となって溜る。この
溜った水は、ドレンパンにあけられたドレン穴（図示せ
ず）からドレンホース（図示せず）を介して庫外へ導か
れる。一方、庫内熱交換器６で凝縮された高圧の液状冷
媒は、逆止弁９を介し膨張弁１０へ導かれ、ここで断熱
膨張されて低圧の液状冷媒となる。このとき、逆止弁９
の後に、ドレンパンの除霜のための除霜パイプ（図示せ
ず）等の除霜装置を接続し、この除霜パイプを介して膨
張弁１０へ導くようにしても良い。この低圧の液状冷媒
は、庫外熱交換器５へ導かれ、ここで蒸発してガス状冷
媒となる。このガス状冷媒は、四方切換弁４を介し、冷
媒圧縮機３に吸収され、ここで圧縮されて再び高温高圧
のガス状冷媒となる。

以下、同様の作用を繰返す。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来のヒートポンプ式冷却装置では、外気温
度が高い場合にエンジン１の回転数が高くなると、冷媒
サイクル運転及び除霜サイクル運転時に、共に冷媒圧縮
機３の吐出ガス状冷媒の温度が著しく上昇する。そのた
め、過熱運転となり、冷媒圧縮機３や冷媒圧縮機３と四
方切換弁４とを接続するための冷媒ホース等が過熱のた
め破損するという問題点がある。ここで、冷媒圧縮機３
の吐出ガス状冷媒の温度が上昇する主な原因は、上述の
ようにエンジン１の回転数（冷媒圧縮機３の回転数）の
上昇と外気温度の上昇によるが、その他に、四方切換弁
４での吐出ガス状冷媒と吸入ガス状冷媒との熱交換や、
エンジン１に冷媒圧縮機３を取付け金具で取付けた場合
におけるエンジン１の発熱による影響もある。

また、除霜サイクル運転による庫内熱交換器６の除霜
は、上述したように、庫内熱交換器６へ高温高圧のガス
状冷媒（以下、ホットガスという）を流すことにより、
庫内熱交換器６の外周に付いている霜を溶かすことで行
っている。このようなホットガス除霜方法では、冷却運
転時に庫内熱交換器６で凝縮された低温の液状冷媒によ
り、逆止弁９の後ろに設けてある庫内熱交換器６のドレ
ンパン用除霜装置の除霜性能が低下したとき、ドレンパ
ン上に溜った水がドレンパンの底部やドレンパンにあけ
られたドレン穴周囲に氷結するという問題点がある。

それ故に、本発明の目的は、冷媒圧縮機の過熱運転を防
ぎ、冷媒圧縮機や冷媒ホース等の破損を防止することが
できるヒートポンプ式冷却装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、庫内熱交換器のドレンパン部の除
霜性能を大幅に改善することができるヒートポンプ式冷
却装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、冷却サイクル運転時にはエンジンによ
って駆動される圧縮機の吐出冷媒が、四方切換弁、庫外
熱交換器、第１の膨張手段、庫内熱交換器、及び前記四
方切換弁を介して前記圧縮機の冷媒吸入口に戻り、除霜
サイクル運転時には前記圧縮機からの吐出冷媒が、前記
四方切換弁、前記庫内熱交換器、第２の膨張手段、前記
庫外熱交換器、及び前記四方切換弁を介して前記圧縮機
の冷媒吸入口に戻るように構成され、前記庫内熱交換器
から溶けた霜を受けるドレンパンの除霜のための除霜手
段が配設されているヒートポンプ式冷却装置において、
前記圧縮機の吐出冷媒の温度を検出するための温度検出
手段と、前記庫外熱交換器をバイパスする第１のバイパ
ス路と、前記庫内熱交換器をバイパスする第２のバイパ
ス路とを有し、前記第１のバイパス路には、除霜サイク
ル運転時に冷媒の通過を許す第１の逆止弁手段が備えら
れ、前記第２のバイパス路には制御弁及び冷却サイクル
運転時に冷媒の通過を許す第２の逆止弁手段が備えられ
ており、さらに前記除霜手段は、第１の除霜パイプ及び
第２の除霜パイプを備え、該第１の除霜パイプは前記第
１及び前記第２の膨張手段の間に配設され、前記第２の
除霜パイプは前記第２の逆止弁手段をバイパスするよう
に配設されており、前記温度検出手段の検出温度に基づ
いて前記制御弁の開閉を制御するようにしたことを特徴
とするヒートポンプ式冷却装置が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。なお、第４図と同一の構成要素には同一の符号を付
し説明を省略する。

第１図を参照して、本実施例では、冷媒圧縮機３の冷媒
吐出口側に、吐出冷媒の温度を検出（感知）する為の温
度センサ２１が設けられている。庫外熱交換器５の冷媒
出入口には、庫外熱交換器５をバイパスする第１のバイ
パス路２６が接続されており、庫内熱交換器６の冷媒出
入口には、庫内熱交換器６をバイパスする第２のバイパ
ス路２７が接続されている。第１のバイパス路２６には
逆止弁２６ａが備えられており、第２のバイパス路２７
には逆止弁２７ａ及び制御弁（電磁弁）３１が備えられ
ている。

リレー４５ｂが四方切換弁４、冷媒圧縮機３のクラッチ
及び温度センサ２１に接続されており、さらにリレー４
５ｃには温度センサ２１が接続されている。このリレー
４５ｃは、リレー４５ｂと電磁弁３１とに接続されてい
る。

庫内熱交換器６からの溶けた霜を受けるドレンパン５１
には第１の除霜パイプ５１ａ及び第２の除霜パイプ５１
ｂが配設されている。第１の除霜パイプ５１ａは膨張弁
８と膨張弁１０との間に配設され、膨張弁８及び１０、
逆止弁９及び７に接続されている。また第２の除霜パイ
プ５１ｂは逆止弁２７ａをバイパスするように配設され
ている。即ち、第２の除霜パイプ５１ｂは逆止弁２７ａ
の入口側及び出口側に接続されている。

ここで、第２図も参照して、上述の実施例の動作につい
て説明する。

冷却サイクル時、まずクーリングファンモータ及びコン
デンサファンモータがオンとなる。例媒圧縮機３のクラ
ッチがオンとなると、温度センサ２１回路に電圧がかか
る。一方、四方切換弁４５ｂはオフ状態にあると、リレ
ー４５ｂのコイルには電流が流れず、この際、リレー４
５ｂはオフ状態となっている。エンジン回転数の変動や
外気温度の変化により冷媒圧縮機３の吐出冷媒温度が予
め設定された温度を超えると、温度センサ２１がオンと
なって、リレー４５ｃのコイルに電流が流れ、これによ
ってリレー４５ｃはオン状態となる。この結果、温度セ
ンサ２１と電磁弁３１が連結されて、電磁弁３１は開状
態となる。これにより、庫内熱交換器６の入口側と出口
側との圧力差に応じた量の冷媒が電磁弁３１及び逆止弁
２７ａを通り、即ち、バイパス路２７ａを通って、冷媒
圧縮機３の吸入側に供給する。その結果、冷媒圧縮機３
の吐出冷媒温度を下げることができる。

冷媒圧縮機３の吐出冷媒温度が設定温度よりも下がる
と、温度センサ２１はオフ状態となって、温度センサ２
１と電磁弁３１との連結が断たれる。その結果、電磁弁
３１は閉となり、バイパス路２７が遮断される。これに
よって、冷媒圧縮機３の吐出冷媒温度が上昇する。この
ようにして、温度センサ２１で冷媒圧縮機３の吐出冷媒
温度を検知して、電磁弁３１を開閉制御し、エンジン１
の回転数や外気温度の変化に応じて、庫内熱交換器６を
バイパスさせて冷媒を通すことによって、冷媒圧縮機３
の吐出冷媒温度を設定温度に保つことができる。

除霜サイクルの際には、クーリングファンモータがオフ
され、四方切換弁４がオン状態となる。四方切換弁４の
オンによりリレー４５ｂのコイルに電流が流れ、この結
果、リレー４５ｂはオン状態となっている。

除霜サイクルでは、通常、庫内熱交換器６を通過した冷
媒は、第１の除霜パイプ５１ａを等を通って庫外熱交換
器５に流入するとともにバイパス路２６を通過する。こ
の際、エンジン１の回転数、外気負荷変動（外気温度の
変化）等によって冷媒圧縮機３の吐出冷媒温度（吐出ガ
ス状冷媒温度）が設定値よりも上がると、温度センサ２
１がオン状態となる。その結果、リレー４５ｃはオン状
態となり、温度センサ２１と電磁弁３１との連結が断た
れる。これによって、電磁弁３１は閉状態となり、第２
の除霜パイプ５１ｂへの冷媒流入が遮断される。つま
り、第２の除霜パイプ５１ｂが閉じられることになる。

この結果、冷媒圧縮機３からの高温吐出ガス冷媒はすべ
て庫内熱交換器６を通過することになり、ここで凝縮さ
れて低温の液状冷媒となる。この冷媒は膨張弁８を介し
て第１の除霜パイプ５１ａを通過して膨張弁１０で断熱
膨張して気液混在冷媒となる。この気液混在冷媒はバイ
パス路２６にも導かれ、冷媒圧縮機３の吸入ガス冷媒温
度が低下し、吸収ガス冷媒の過熱度が小さくなる。

冷媒圧縮機３からの吐出冷媒の温度上昇については、冷
媒圧縮機３への吸入冷媒の温度及び吸入冷媒の過熱度が
大きく関係する。つまり、吸入冷媒の温度が高く、過熱
度が大であれば、吐出冷媒の温度は上昇することにな
る。従って、上述のように、吸入ガス冷媒温度が低下
し、吸入ガス冷媒の過熱度が小さくなると、冷媒圧縮機
３の吐出ガス状冷媒温度は下がることになる。

一方、冷媒圧縮機３の吐出ガス状冷媒の温度が設定温度
よりも低下すると、温度センサ２１がオフ状態となる。
その結果、リレー４５ｃはオフとなって、温度センサ２
１と電磁弁３１とが連結され、電磁弁３１は開状態とな
る。従って、第２の除霜パイプ５１ｂが開かれることに
なる。

これによって、冷媒圧縮機３からの高温吐出ガス冷媒は
庫内熱交換器６に流入するとともに庫内熱交換器６をバ
イパスして第２の除霜パイプ５１ｂに流入することにな
る。この結果、膨張弁１０流入前の冷媒温度は、前述の
場合（冷媒圧縮機３からの高温吐出ガス冷媒はすべて庫
内熱交換器６を通過する場合）に比べてその温度が高く
なりしかも過冷度が小さくなる。従って、庫外熱交換器
５及びバイパス路２６からの冷媒はその温度が高くしか
も過熱度が大きく、冷媒圧縮機３からの吐出ガス冷媒温
度は上昇することになる。

以上のようにして、冷媒圧縮機３からの高温吐出ガス冷
媒を第２の除霜パイプ５１ｂを通過させるか否かによっ
て膨張弁１０流入前の液状冷媒の温度及び過冷度を変え
て庫外熱交換器５出口以降における冷媒の温度及び過熱
度を変化させて、これによって、冷媒圧縮機３への吸入
冷媒の温度及び過熱度を変化させて吐出冷媒の温度を変
化させている。加えて、高温吐出ガス冷媒を第２の除霜
パイプ５１ｂに流入させてドレンパンの除霜性能を改善
させている。

このようにして、温度センサ２１で冷媒圧縮機３の吐出
冷媒温度を検知して、電磁弁３１を開閉制御し、エンジ
ン１の回転数等に応じて、冷媒を第２の除霜パイプに流
すようにしたから、冷媒圧縮機３の吐出冷媒温度を設定
温度に保つことができる。

第３図には、第１のバイパス路２６と第１の除霜チュー
ブ５１ａの一端とをキャピラリチューブ６１で接続した
例を示す。なお、他の構成は第１図と同様である。

この実施例では、除霜サイクルの際、冷媒の一部がキャ
ピラリチューブ６１を通って流れるから、第１のバイパ
ス路２６を流れる冷媒の量が第１図の場合よりも多くな
る。冷却サイクル及び除霜サイクルにおける動作は第１
図と同様であるので説明を省略する。

なお、このヒートポンプ式冷却装置はエンジン駆動型で
あるから、一般に冷蔵庫に用いられる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、圧縮機
の吐出冷媒の温度を検出し、この検出温度に基づいて、
庫内熱交換器をバイパスするバイパス路に設けた電磁弁
を開閉制御しているので、圧縮機の吐出冷媒温度をほぼ
所定値に制御できるから圧縮機や冷媒ホース等の破損を
防止することができる。また、除霜サイクル運転時に、
庫内熱交換器をバイパスするバイパス路に設けた電磁弁
を開閉制御して、ドレンパン用除霜パイプに庫内熱交換
器を介さずにホットガスを供給できるようにしているの
で、庫内熱交換器側の除霜性能の向上を計ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヒートポンプ式冷却装置の一実施
例を示す図、第２図は第１図の回路の動作を説明するた
めの図、第３図は本発明によるヒートポンプ式冷却装置
の他の実施例を示す図、第４図は従来のヒートポンプ式
冷却装置を示す図である。 １…エンジン、２…駆動伝達装置、３…冷媒圧縮機、４
…四方切換弁、５…庫外熱交換器、６…庫内熱交換器、
７，９…逆止弁、８，１０…膨張弁、１１…コンデンサ
ファン、１２…クーリングファン、２１…温度検出セン
サ、２６…第１のバイパス路、２７…第２のバイパス
路、３１…電磁弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却サイクル運転時にはエンジンによって
   駆動される圧縮機の吐出冷媒が、四方切換弁、庫外熱交
   換器、第１の膨脹手段、庫内熱交換器、及び前記四方切
   換弁を介して前記圧縮機の冷媒吸入口に戻り、除霜サイ
   クル運転時には前記圧縮機からの吐出冷媒が、前記四方
   切換弁、前記庫内熱交換器、第２の膨脹手段、前記庫外
   熱交換器、及び前記四方切換弁を介して前記圧縮機の冷
   媒吸入口に戻るように構成され、前記庫内熱交換器から
   溶けた霜を受けるドレンパンの除霜のための除霜手段が
   配設されているヒートポンプ式冷却装置において、前記
   圧縮機の吐出冷媒の温度を検出するための温度検出手段
   と、前記庫外熱交換器をバイパスする第１のバイパス路
   と、前記庫内熱交換器をバイパスする第２のバイパス路
   とを有し、前記第１のバイパス路には、除霜サイクル運
   転時に冷媒の通過を許す第１の逆止弁手段が備えられ、
   前記第２のバイパス路には、制御弁及び冷却サイクル運
   転時に冷媒の通過を許す第２の逆止弁手段が備えられて
   おり、さらに前記除霜手段は、第１の除霜パイプ及び第
   ２の除霜パイプを備え、該第１の除霜パイプは前記第１
   及び前記第２の膨脹手段の間に配設され、前記第２の除
   霜パイプは前記第２の逆止弁手段をバイパスするように
   配設されており、前記温度検出手段の検出温度に基づい
   て前記制御弁の開閉を制御するようにしたことを特徴と
   するヒートポンプ式冷却装置。