JPH0648125B2 - ヒ−トポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に係り、特に、冷
房時のサブクールを配慮するとともに除霜時間の短縮に
好適なヒートポンプ式空気調和機に関するものである。

〔従来の技術〕 ヒートポンプ式空気調和機では、外気温度が特に低い状
態で暖房運転を行うと、室外側熱交換器に霜が付着し
て、室外側熱交換器の熱交換能力が低下し、室内側での
暖房能力も十分に機能を発揮できなくなる。このため、
一定以上に霜が付着すると除霜する必要がある。

除霜運転中の室外側熱交換器における冷媒の流れは、例
えば実公昭53-29566号公報に記載されているように、室
外側熱交換器下方からホットガスを入れるものが知られ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

実公昭53-29566号公報に記載のものによれば、室外側熱
交換器の下端が加熱されるために、融解して上から下へ
流れてきた除霜水はさらに加熱され、除霜水の再凍結は
完全に防止できる利点がある。しかし、除霜水が室外側
熱交換器入口のホットガス温度近くまで加熱され、除霜
に必要な熱量も霜を融解させる熱量の他に、除霜水をホ
ットガス温度まで加熱させる熱量が必要となることにつ
いて十分配慮されていなかった。又、冷房運転時の負荷
が小さいときにサブクールがとれるようにすることにつ
いては配慮されていなかった。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決し、冷房運転
時にサブクールがとれるようにするとともに、除霜に必
要な熱量を小さくでき、短時間で除霜ができる快適なヒ
ートポンプ式空気調和機の提供をすることを目的として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係るヒートポンプ
式空気調和機は、圧縮機，四方切換弁，室内側熱交換
器，冷媒減圧手段，室外側熱交換器を配管接続するとと
もに、前記圧縮機の吐出側配管と、前記冷媒減圧手段，
前記室外側熱交換器間を結ぶ配管とを連通するバイパス
管路を備え、このバイパス管路を開閉する制御弁を設け
てなるヒートポンプ式空気調和機において、除霜運転時
に、前記バイパス管路の制御弁を開いて前記バイパス管
路を介して前記圧縮機の吐出側のホットガスを導くよう
にした前記室外側熱交換器の入口部を当該室外側熱交換
器の高さの１／３以下の位置に設けるとともに、該入口
部から室外側熱交換器の最上部まで上部方向に冷媒を流
した後、室外側熱交換器最上部から前記入口部下部に冷
媒を導く配管を介し、室外側熱交換器の下部に冷媒を流
す冷媒経路を設け冷房運転時にサブクールがとれるよう
に構成したものである。

〔作用〕

本発明のヒートポンプ式空気調和機は上記のように構成
されているので、除霜運転時に、室外側熱交換器の下側
が冷媒出口となり、その上部に冷媒に係るホットガスが
導入される入口となり、融解した除霜水の不必要な加熱
をなくし、除霜に必要な熱量を小さくする。

さらに、冷房運転時に負荷が小さくなり、冷媒循環量を
小さくした場合でも、室外側熱交換器内に液溜りを生じ
ないように、冷媒のかわき度が大きい範囲で下部から上
部に流し、かわき度が小さくなると上部から下部に流れ
るので、サブクールをとることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

まず、第１図は本発明の一実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機の冷凍サイクルの系統図、第２図は、第１図
の室外側熱交換器の側面図、第３図は、その室外側熱交
換器の正面図である。

第１図において、１は圧縮機、２は冷房運転時と暖房運
転時で冷媒の流れ方向を切換える四方切換弁、３は室外
側熱交換器（詳細後述）、４は冷媒減圧手段に係る膨脹
弁、５は室内側熱交換器、６は圧縮機１の吐出側配管と
前記膨脹弁４、前記室外側熱交換器３間を結ぶ配管とを
連通するバイパス管路、７はそのバイパス管路６を開閉
する制御弁に係る二方弁、13は室外側熱交換器３の出口
に設けた冷媒温度測定用のサーミスタである。

室外側熱交換器３の詳細を第２図、第３図を参照して説
明する。

第２図、第３図において、８は室外側熱交換器３の中間
部に設けた分岐口で、この分岐口８は、暖房、除霜運転
時に冷媒入口（冷房運転時に冷媒出口）となるものであ
る。９は室外側熱交換器３の下部に設けた分岐口で、こ
の分岐口９は、暖房、除霜運転時に冷媒出口（冷房運転
時は冷媒入口）となるものである。10は第１の配管、11
は第２の配管を示す。

このように構成したヒートポンプ式空気調和機の動作に
ついて説明する。

まず、冷房運転時には、四方切換弁２は第１図に破線で
示すように冷房側に切換え、二方弁７は閉にする。

圧縮機１で高温高圧となったガス冷媒は、四方切換弁２
を経て室外側熱交換器（凝縮器として作用）３へ送ら
れ、この室外側熱交換器３で外気に放熱，凝縮して高圧
の液冷媒となる。この液冷媒は、膨脹弁４で減圧され、
室内側熱交換器（蒸発器として作用）５で室内空気から
吸熱して室内を冷房し、冷媒自らは蒸発する。低温低圧
となった冷媒ガスは、四方切換弁２から圧縮機１に戻
り、以下同じサイクルを繰返す。

ここで、室外側熱交換器３内の冷媒の流れは、まず、室
外側熱交換器３の下部に設けた冷房運転時に入口となる
分岐口９から２経路に分かれて熱交換器内に入り、一定
高さまで下部から上部に流れたのち第１の配管10、第２
の配管11で室外側熱交換器３の上部に導びかれ、経路の
前後を変えるクロス部12を通り、上部から下部へ流通
し、冷房運転時に出口となる分岐口８で合流して１経路
となって出ていく。

冷媒が、室外側熱交換器３の下部から上部に流れる高さ
が高く、冷媒配管の断面を単位時間に通過する冷媒量、
すなわち冷媒循環量が小さくなると、液溜りを生じてサ
ブクールが小さくなり、極端な場合にはサブクールがと
れなくなり、冷凍サイクル内の有効冷媒量が不足して効
率が著しく低下する。

第４図に、サブクールがとれなくなる冷媒循環量と、下
部から上部に冷媒が流れる高さの割合との関係を示す。
第４図は、横軸に冷媒循環量（kg／ｈ）、縦軸に下から
上の高さ割合をとり、図中の実線から下がサブクールの
とれる範囲、実線から上がサブクールのとれない範囲を
示すものである。図から明らかなように、冷媒が下部か
ら上部に流れる高さの割合いが室外側熱交換器全体の１
／３以下であればよいことがわかる。

換言すると、冷房運転時に負荷が小さくなり、冷媒循環
量を小さくする場合でも、室内側熱交換器３内に液溜り
が生じないように、冷媒のかわき度が大きい範囲で下部
から上部へ流し、かわき度が小さくなると上部から下部
へ流れるようにするためには、第２図に示す分岐口８の
位置を、分岐口９の位置を基準にして、室外側熱交換器
３の１／３以下の高さに設けることが好ましいのであ
る。

次に、暖房運転時には、四方切換弁２を暖房側に切換
え、二方弁７は閉にする。

圧縮機１で高温高圧となったガス冷媒は、四方切換弁２
を経て室内側熱交換器（凝縮器として作用）５へ送ら
れ、この室内側熱交換器５で室内に放熱して室内を暖房
し、冷媒自らは凝縮して高圧の液冷媒となる。この液冷
媒は、膨脹弁４で減圧され、室外側熱交換器（蒸発器と
して作用）３で外気から吸熱，蒸発し、低温低圧となっ
た冷媒ガスは、四方切換弁２から圧縮機１に戻り、以下
同じサイクルを繰返す。

ここで、室外側熱交換器３内の冷媒の流れは、冷房運転
時とは逆に、まず、室外側熱交換器３の中間部に設けた
暖房運転時に入口となる分岐口８から２経路に分かれて
熱交換器内に入り、上部に流れて室外側熱交換器３の最
上部から第１の配管10、第２の配管11を通り下部へ流
れ、分岐口９で合流して１経路となって出ていく。

したがって、下部から上部に流れる範囲は冷房運転のと
きよりも大きくなるが、暖房運転時の室外側熱交換器３
は蒸発器として作用しているものであり、液冷媒量が少
なく、また、低圧であるため、ガスの流速が大きく液溜
りにはならならない。

暖房運転時に、室外側の空気温度が低下し、室外側熱交
換器３に着霜が生じた場合、室外での熱交換が不充分に
なるため室内側での暖房能力が低下する。着霜が進みサ
ーミスタ13で検出される温度が一定温度以下になると除
霜運転に入る。

除霜運転時には、四方切換弁２は暖房側、二方弁７は開
にする。

圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒（いわゆる
ホットガス、以下ホットガスという）はバイパス管路６
から室外側熱交換器３へ流入する。ホットガスは、室外
側熱交換器３の中間部にある分岐口８から２経路に分か
れて熱交換器内に入り、上部に流れてその最上部から第
１の配管10、第２の配管11を通り下部へ流れ、分岐口９
で合流して１経路となって出ていく。この間、ホットガ
スは室外側熱交換器３で放熱して付着している霜を除霜
する。低温となった冷媒ガスは、四方切換弁２を経て圧
縮機１に戻る。そして、サーミスタ13で検出する温度が
一定以上になると再び暖房運転に復帰する。

第５図は、除霜運転中の室外側熱交換器３の温度分布を
示す線図であり、横軸に温度（℃）縦軸に室外側熱交換
器高さを示している。

図から明らかなように、室外側熱交換器３の除霜運転時
入口となる分岐口８付近が最も温度が高く、除霜運転時
出口となる分岐口９付近が最も温度が低くなっている。
このため、霜は分岐口８付近から上に向って溶け始め、
最後に分岐口９付近の霜が溶ける。この結果、上部で溶
けた水は下部に流れ、分岐口８付近でいったん加熱され
るが、この加熱によって得られた熱量は、さらに下部の
霜を溶かすのに用いられ、ほぼ０℃の水となって排出さ
れる。また、サーミスタ13で検出される復帰温度を適当
に選ぶことにより、霜を効率よく完全に溶かすことがで
きる。

なお、本実施例では、室外側熱交換器３における冷媒経
路が２経路のものについて説明したが、１経路あるいは
３経路以上のものでも同様の効果が得られる。

次に、第６図は、本発明の他の実施例に係るヒートポン
プ式空気調和機の室外側熱交換器における冷媒経路を示
す略示構成図である。

第１図に示した冷凍サイクルにおいて、膨脹弁４と室外
側熱交換器３とを結ぶ配管が長くなる場合には、第６図
に示すように、除霜運転時にホットガスを室外側熱交換
器入口から一端下方に流したのち、上方に流すようにす
ればホットガスによる除霜を効果的にし、かつ、冷媒配
管長を適正にすることができる。

また、第７図は本発明のさらに他の実施例に係るヒート
ポンプ式空気調和機の室外熱交換器における冷媒経路を
示す略示構成図である。

第１図に示した冷凍サイクルにおいて、四方切換弁２と
室外側熱交換器３とを結ぶ配管が長くなる場合には、第
７図に示すように、除霜運転時の出口を室外側熱交換器
の最下端より上部になるようにすれば、冷媒配管長の短
縮をはかることができ、かつ、ホットガスによる除霜を
先の実施例と同様に効果的に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、冷房運転時に負荷
が小さくてもサブクールがとれるとともに、除霜に必要
な熱量を小さくでき、短時間で除霜することによって快
適な空調をなしうるヒートポンプ式空気調和機を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係るヒートポンプ式空気調
和機の冷凍サイクルの系統図、第２図は第１図の室外側
熱交換器の側面図、第３図はその室外側熱交換器の正面
図、第４図はサブクールがとれなくなる冷媒循環量と下
部から上部に冷媒が流れる高さの割合との関係を示す線
図、第５図は除霜運転中の室外側熱交換器３の温度分布
を示す線図、第６図は本発明の他の実施例に係るヒート
ポンプ式空気調和機の室外側熱交換器における冷媒経路
を示す略示構成図、第７図は本発明のさらに他の実施例
に係るヒートポンプ式空気調和機の室外側熱交換器にお
ける冷媒経路を示す略示構成図である。 １……圧縮機、２……四方切換弁 ３……室外側熱交換器、４……膨脹弁 ５……室内側熱交換器、６……バイパス管路 ７……二方弁、8,9……分岐口 10……第１の配管、11……第２の配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，四方切換弁，室内側熱交換器，冷
   媒減圧手段，室外側熱交換器を配管接続するとともに、
   前記圧縮機の吐出側配管と、前記冷媒減圧手段，前記室
   外側熱交換器間を結ぶ配管とを連通するバイパス管路を
   備え、このバイパス管路を開閉する制御弁を設けてなる
   ヒートポンプ式空気調和機において、除霜運転時に、前
   記バイパス管路の制御弁を開いて前記バイパス管路を介
   して前記圧縮機の吐出側のホットガスを導くようにした
   前記室外側熱交換器の入口部を当該室外側熱交換器の高
   さの１／３以下の位置に設けるとともに、該入口部から
   室外側熱交換器の最上部まで上部方向に冷媒を流した
   後、室外側熱交換器最上部から前記入口部下部に冷媒を
   導く配管を介し、室外側熱交換器の下部に冷媒を流す冷
   媒経路を設け冷房運転時にサブクールがとれるように構
   成したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、前記入口部および出口部が分岐口で構成したもので
   あるヒートポンプ式空気調和機。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項，第２項記載のもの
   のいずれかにおいて、前記冷媒を流す配管が室外側熱交
   換器の入口部から冷媒を一端下方に流した後、上方に流
   すように構成したものであるヒートポンプ式空気調和
   機。