JPH0799291B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は空気調和機等に適用される冷凍サイクルに係
り、特に蓄熱材を応用した二元冷凍サイクルに関する。

（従来の技術） 一般的に、室内を冷暖房する空気調和機には、コンプレ
ッサからの冷媒を循環させる冷凍サイクルが組み込まれ
ており、この冷凍サイクルとしては、各サイクル毎にコ
ンプレッサを備えた二元冷凍サイクルである。

従来の二元冷凍サイクルは第４図に示すように構成され
る。この冷凍サイクルは第１段の上段側冷凍サイクル10
Aと第２段の下段側冷凍サイクル11Aを熱交換可能に配設
したものである。上段側冷凍サイクル10Aはコンプレッ
サ24、四方弁25、室内側熱交換器26、膨張弁やキャピラ
リーチューブ等の減圧機構26a、上段側熱交換器27を順
次接続して閉じた冷媒循環回路を構成する。

一方、下段側冷凍サイクル11Aはコンプレッサ28、四方
弁29、下段側熱交換器30、膨張弁等の減圧機構31、下段
側蒸発器等の室外熱交換器32を順次接続して閉じた冷媒
循環回路を構成している。

そして、上段側熱交換器27の熱交換パイプ27aと下段側
熱交換器30の熱交換パイプ30aとは蓄熱槽20に充填され
た蓄熱材21内に熱交換可能に配設される。このヒートポ
ンプ式二元冷凍サイクルにおいては、下段側冷凍サイク
ル11Bの運転によって蓄熱材21に蓄熱される蓄熱量を利
用して、上段側冷凍サイクル10Aの室内側熱交換器26に
より、室内を冷暖房することができる。暖房運転は実線
矢印ａで、冷房運転は破線矢印ｂでそれぞれ示すように
冷媒は流れる。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の二元冷凍サイクルにおいては、暖房運
転の継続により、下段側冷凍サイクル11Aの室外熱交換
器32に着霜が生じ、この付着した霜を更なる暖房運転の
継続により次第に成長し、室外熱交換器32での熱交換性
能が損なわれてしまう。

このため、下段側冷凍サイクル11Aの四方弁29を逆転
し、冷房運転サイクルで運転させることによって、コン
プレッサ28からの高温・高圧冷媒で室外熱交換器32の着
霜を融解させる除霜運転が行われる。

しかしながら、このような二元冷凍サイクルにおいは、
下段側冷凍サイクル11Aが冷房運転サイクルとなって除
霜運転を行うため、下段側熱交換器30によって蓄熱槽20
に蓄熱された熱量を消費してしまう。

すると、除霜に消費されただけ上段側冷凍サイクル10A
の熱源が不足し、場合によっては除霜終了後の上段側冷
凍サイクル10Aでの暖房運転が接続できないといった問
題が生じる。

この発明は、上述した事情を考慮してなされたものであ
り、下段側冷凍サイクルが除霜を行っても、蓄熱槽の熱
量を消費することなく、上段側冷凍サイクルの暖房運転
を確実に継続することのできる冷凍サイクルを提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係る冷凍サイクルは、コンプレッサ及び四方
弁を備えた第１段冷凍サイクルと、コンプレッサ及び四
方弁を備えた第２段冷凍サイクルとを有し、上記第１段
冷凍サイクルの熱交換パイプと上記第２段冷凍サイクル
の熱交換パイプとを蓄熱材を介して熱交換可能に配設し
た冷凍サイクルにおいて、四方弁逆転による第２段冷凍
サイクルの除霜運転時、上記第２段冷凍サイクルの熱交
換パイプにこれをバイパスするバイパス除霜回路を並設
したものである。

（作用） このように、四方弁逆転による第２段冷凍サイクルの除
霜運転時、上記第２段冷凍サイクルの熱交換パイプに、
これをバイパスするバイパス除霜回路を並設したことに
よって、第２段冷凍サイクルの除霜運転に際して、蓄熱
槽に蓄熱された蓄熱が消費されることがなくなるので、
除霜終了後の上段側冷凍サイクルの熱源不足が生じるこ
ともなくなる。

（実施例） この発明に係る冷凍サイクルの実施例について添付図面
を参照して説明する。

第１図は空気調和機等に適用されるこの発明の冷凍サイ
クルを示す。

この冷凍サイクルは第１段の上段側冷凍サイクル10Aと
第２段の冷凍サイクル11Bを熱交換可能に配設した二元
冷凍サイクルである。上記側冷凍サイクル10Aはコンプ
レッサ24、四方弁25、室内側熱交換器26、減圧機構であ
る膨張弁26a、上段側熱交換器27を順次接続して閉じた
冷媒循環回路を構成する。

一方、下段側冷凍サイクル11Bはコンプレッサ28、四方
弁29、下段側熱交換器30、減圧機構である膨張弁31、下
段側蒸発器等の室外熱交換器32を順次接続して閉じた冷
媒循環回路を構成している。

加えて、下段側冷凍サイクル11Bの下段側熱交換器30に
は、この下段側熱交換器30をバイパスするバイパス除霜
回路35が設けられている。このバイパス除霜回路35には
除霜用電磁弁36が設けられる一方、この電磁弁36に連動
する電磁弁37、38が下段側熱交換器30の熱交換パイプ30
aの両側に備えられる。

そして、上段側熱交換器27の熱交換パイプ27aと下段側
熱交換器30の熱交換パイプ30aとは蓄熱槽20に充填され
た蓄熱材21内に熱交換可能に配設される。

次に、この冷凍サイクルの作用を暖房運転の場合につい
て説明する。

この二元冷凍サイクルは下段側冷凍サイクル11Bを運転
させることにより、蓄熱槽20の蓄熱材21に一旦熱量を蓄
える。すなわち、四方弁29を蓄熱側にセットし、バイパ
ス除霜回路35の除霜用電磁弁36を閉じると共に、電磁弁
37、38を開き、コンプレッサ28の運転により吐出された
高温・高圧冷媒を下段側熱交換器30の熱交換パイプ30a
内に案内し、この熱交換パイプ30aを通して吐出冷媒の
熱量を蓄熱材21に放熱し、吐出冷媒は凝縮される。凝縮
された冷媒は膨張弁31で膨張し、減圧された後、室外熱
交換器32に案内され、ここで周囲から熱を吸収して蒸発
させられて、コンプレッサ28に還流される。

この下段側冷凍サイクル11Bの運転継続により、蓄熱材2
1に熱量が次第に蓄えられていき、蓄えられた蓄熱量
は、上段側冷凍サイクル10Aに伝達される。

上段側冷凍サイクル10Aでは上段側熱交換器27の熱交換
パイプ27a内を通る冷媒が、蓄熱材21から熱を奪って蒸
発されて、コンプレッサ24に吸い込まれ、このコンプレ
ッサ24で圧縮される。コンプレッサ24からの吐出冷媒は
室内側熱交換器26に送られ、ここで放熱される。この放
熱により、室内が暖房されたり、給湯に供されるように
なっている。

室内側熱交換器26で放熱することにより凝縮された冷媒
は、膨張弁26aを通る際に膨張して減圧され、続いて上
段側熱交換器27の熱交換パイプ27aに案内され、上段側
冷凍サイクル10Aの１つのサイクルが終了する。

このような連続暖房運転の継続により、下段側冷凍サイ
クル11Bの室外熱交換器32に着霜が生じ、この付した霜
は暖房運転の継続により次第に成長し、熱交換性能が損
なわれるので、下段側冷凍サイクル11Bは周期的に反転
除霜される。

この除霜運転時には下段側冷凍サイクル11Bの四方弁29
は冷房側に切り換えられると共に、除霜用電磁弁36を
開、両電磁弁37、38を閉とする。そして、コンプレッサ
28から吐出された高温、高圧冷媒を一点鎖線Ｃで示すよ
うに室外熱交換器32に直接導き、室外熱交換器32のフィ
ンに付着した霜を取り除く。除霜することによって室外
熱交換器32で凝縮された冷媒は、減圧装置31を通って減
圧された後、バイパス除霜回路35に案内され、続いて四
方弁29を経てコンプレッサ28に戻される。

このようにして付着した霜か取り除かれると、四方弁29
は再び暖房側に切り換えられ、除霜運転が終了する。

このような構成の二元冷凍サイクルによれば、下段側冷
凍サイクル11Bが反転除霜運転を行っても、下段側熱交
換器30が蓄熱槽20の熱量を消費することがななり、上段
側冷凍サイクル10Aの熱源が不足することもなく、除霜
終了後においても蓄熱槽20の蓄熱材21に蓄えられた蓄熱
量を利用して上段側冷凍サイクル10Aは暖房運転を確実
に続けることができるので、運転効率を向上させること
ができる。

なお、この二元冷凍サイクルは上段側冷凍サイクル10A
と下段側冷凍サイクル11Bとが蓄熱槽20内で蓄熱材21を
介して熱交換可能に設けられているので、上段側冷凍サ
イクル10Aと下段側冷凍サイクル11Bとは、第２図及び第
３図に示すように、必ずしも同期的に運転させる必要は
ない。下段側冷凍サイクル11Bが停止していても、上段
側冷凍サイクル10Aは蓄熱材に貯えられた熱量を利用し
て運転を継続させることができる。

第２図及び第３図は二元冷凍サイクルの運転状態を模式
化したもので、上段側冷凍サイクル10AがOFFで下段側冷
凍サイクル11BがON状態の時は、いわゆる蓄熱運転を示
し、この状態の時は運転継続によって蓄熱槽20の蓄熱材
21に熱量が順次蓄熱されていく。放熱運転は、上段側冷
凍サイクル10AがONで下段側冷凍サイクル11BがOFFの状
態であり、熱バランス的には、供給熱量と放熱熱量とが
時間的にバランスしていればよい。

このため、上段側冷凍サイクル10Aや下段側冷凍サイク
ル11Bに時間差や運転パターンの変化を持たせることが
できる。

二元冷凍サイクルの上段側と下段側との間で生じる時間
差や運転パターンは、蓄熱材21の蓄熱量や各コンプレッ
サ24、28のコンプレッサ容量を変化させることにより、
変えることができる。例えば、上段側冷凍サイクル10A
のコンプレッサ24の容量を固定して考えた場合、下段側
冷凍サイクル11Bのコンプレッサ容量を大きくすれば、
下段側冷凍サイクル11Bの運転率を減少させることがで
きる。加えて、蓄熱材21の蓄熱容量を大きくすれば、下
段側冷凍サイクル11BのON/OFF運転の周期を長くするこ
とができ、運転パターンを自由に設計することができ
る。

また、第１図に示される二元冷凍サイクルを用いること
により、下段側冷凍サイクル11Bの運転ON/OFF回数を減
少させることができ、その分、省エネルギ化を図ること
ができる。さらに、上段側冷凍サイクル10Aと下段側冷
凍サイクル11Bとの運転を完全に分離させたり、偏位さ
せることにより、第３図に示すように二元冷凍サイクル
全体の電力入力を時間的に平均化させることができる。
例えば深夜電力を利用して下段側冷凍サイクル11Bを運
転して蓄熱槽20に熱量を蓄え、蓄えられた蓄熱量を利用
して昼間の間に上段側冷凍サイクル10Aを運転しても良
い。その際、上段側冷凍サイクル10Aのみをインバータ
駆動運転としても良い。

さらに、蓄熱槽20の蓄熱材21に下段側冷凍サイクル11B
の運転により予熱あるいは蓄熱させておくことにより、
上段側冷凍サイクル10Aの暖房立上りを改善することが
できる。その際、上段側冷凍サイクル10はON/OFF時の運
転ロスを減少させることができるので、省エネルギ化を
図ることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明に係る冷凍サイクルにおい
ては、四方弁逆転による第２段冷凍サイクルの除霜運転
時、第２段冷凍サイクルの熱交換パイプにこれをバイパ
スするバイパス除霜回路を並設したことにより、第２段
冷凍サイクルが反転除霜運転を行っても、蓄熱槽の熱量
を消費することがなくなり、第１段冷凍サイクルの熱源
が不足することもなく、除霜終了後においても蓄熱槽の
蓄熱材に蓄えられた蓄熱量を利用して第１段冷凍サイク
ルは暖房運転を確実に続けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る冷凍サイクルの一実施例を示す
二元冷凍サイクル図、第２図及び第３図は上記冷凍サイ
クルの運転パターンを示す図、第４図は従来の二元冷凍
サイクルの一例を示す図である。 10A……上段側（第１段）冷凍サイクル、11A,11B……下
段側（第２段）冷凍サイクル、24,28……コンプレッ
サ、26……室内側熱交換器、26a,31……減圧機構、27…
…蒸発器、27a,30a……熱交換パイプ、20……蓄熱槽、2
1……蓄熱材、25,29……四方弁、30……凝縮器、32……
室外側熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンプレッサ及び四方弁を備えた第１段冷
   凍サイクルと、コンプレッサ及び四方弁を備えた第２段
   冷凍サイクルとを有し、上記第１段冷凍サイクルの熱交
   換パイプと上記第２段冷凍サイクルの熱交換パイプとを
   蓄熱材を介して熱交換可能に配設した冷凍サイクルにお
   いて、四方弁逆転による第２段冷凍サイクルの除霜運転
   時、上記第２段冷凍サイクルの熱交換パイプにこれをバ
   イパスするバイパス除霜回路を並設したことを特徴とす
   る冷凍サイクル。