JPH10238910A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正サイクルデフロストからリバースサイクル
デフロストへの切換ロスを減少させ、デフロストを効率
的に行うこと。 【解決手段】 圧縮機１の吐出側と室外熱交換器５の暖
房運転時の入口側とに接続され、第１の開閉弁７を有す
る第１のバイパス回路６と、室外熱交換器５に取り付け
たデフロスト条件検出器１１と、暖房運転時、圧縮機１
の吐出冷媒ガスの一部を第１のバイパス回路６を経て、
室外熱交換器５の暖房運転時の入口側に導く正サイクル
デフロスト運転を行う手段と、デフロスト条件検出器１
１の検出温度があるしきい値を越えた場合に、四方弁２
を切り換えて圧縮機１の吐出冷媒ガスを第１のバイパス
路６及び室外熱交換器５へ導くリバースデフロスト運転
を行う手段と、リバースデフロスト運転を所定時間行っ
た後、第１の開閉弁７を閉じる手段とを備えたものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプ式
空気調和機の暖房運転時のデフロスト方式に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１０図及び図１１は、例えば特開平６
−２０１２３３号公報に示された従来のヒートポンプ式
空気調和機の冷媒回路図及び制御フローチャート図であ
る。図において、１は冷媒を圧縮する圧縮機、２は冷房
運転と暖房運転を切り替える四方弁、３は室内熱交換
器、４は絞り機構、５は室外熱交換器、６は上記圧縮機
１の吐出冷媒ガスを開閉弁を経て上記室外熱交換器５の
暖房時の冷媒入口側に、冷媒配管により接続された開閉
弁７を有するバイパス回路であり、これらは冷媒配管８
により連結されて冷媒を通す冷媒回路が構成されてい
る。９は室内熱交換器に強制通風を行う室内ファン、１
０は室外熱交換器５に強制通風を行う室外ファン、１１
は室外熱交換器５に取り付けた温度センサー、２０は暖
房運転時、デフロストを制御するデフロスト制御装置で
ある。

【０００３】暖房運転時、四方弁２が暖房サイクル側に
設定され、これにより圧縮機１から吐出された高温高圧
ガスは四方弁２を通り、室内熱交換器３に入る。室内熱
交換器３は室内ファン９により強制通風されるので、室
内に温風が吹き出される。一方、強制通風により冷却さ
れたガス冷媒は凝縮液となり、絞り機構４で断熱膨張し
て低圧冷媒となる。そして、室外熱交換器５で室外ファ
ン１０の強制通風により加熱されて蒸発し、低圧ガスと
なって四方弁２を通り、圧縮機１に吸入される。

【０００４】外気温が低下するに従い、室外熱交換器５
から冷媒回路への吸い上げ熱量が減少し、蒸発温度が低
下して零点温度以下になると、室外熱交換器５に着霜が
始まる。これにより熱を吸い上げる能力が減少し、更に
蒸発温度は低下し、室外熱交換器５の配管部に取り付け
られている温度センサー１１の検出温度が所定温度以下
になると、デフロスト開始指令がデフロスト制御装置２
０へ入力され、このデフロスト制御装置２０からの出力
信号は四方弁２及び、バイパス回路上の開閉弁７に入力
される。

【０００５】暖房運転時、デフロスト開始指令がデフロ
スト制御装置２０に入力されると、デフロスト運転が開
始される。すると、図１１のフローチャートに示すよう
に、ステップＳ１１１で開閉弁７が開となり、圧縮機１
から吐出された高温高圧ガス冷媒の一部がバイパス回路
６を経て室外熱交換器５に導入され、正サイクルデフロ
スト運転が行われる。これにより室外熱交換器５に付着
した霜は室外熱交換器５の下部から上方に向かって溶融
が進行する。霜の溶融が進行してステップＳ１１２で室
外熱交換器内の一部に取り付けた温度センサー１１の検
出温度（ｔｈ）があるしきい値（ｔｓ１）を越えた時
に、ステップＳ１１３で開閉弁７が閉となり、それと同
時にステップＳ１１４で四方弁２の切換を行い、リバー
スサイクルに切り換えられる。

【０００６】こうして、圧縮機１から吐出された冷媒は
四方弁２、室外熱交換器５、絞り機構４、室内熱交換器
３、四方弁２を経て圧縮機１に循環し、いわゆるリバー
スサイクルデフロスト運転が行われる。このリバースサ
イクルデフロスト運転によって、高温高圧ガス冷媒が室
外熱交換器５に導入され、冷媒が有する熱で室外熱交換
器５に付着した霜を融解する。ステップＳ１１５で温度
センサー１１の検出温度（ｔｈ）があるしきい値（ｔｓ
２）を越えた場合に、デフロスト終了と判断され、ステ
ップＳ１１６で再度、四方弁２を暖房回路に切り換えて
暖房運転に戻る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のヒートポンプ式
空気調和機は、以上のように構成されているので、正サ
イクルデフロスト中に冷媒が圧縮機１のアキュムレータ
部と室外熱交換器５内に溜まり込んでおり、開閉弁７を
閉じると同時にリバースサイクルデフロスト運転に切り
換えを行うと、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２
を通って、更に室外熱交換器５へ入り、そこで凝縮し液
化した状態となるため、リバースサイクルデフロスト運
転時の開始初期では冷媒の分布が室外熱交換器５に偏っ
てある状態となる。それにより、圧縮機１に戻される冷
媒がしばらくの間不足することとなり、圧縮機１から冷
媒に加えられる圧縮仕事量も低下するので、その間デフ
ロストに十分な熱量の供給ができないという問題点があ
った。

【０００８】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたもので、正サイクルデフロストからリバース
サイクルデフロストへの切換ロスを減少させ、デフロス
トが効率的に実施できるヒートポンプ式空気調和機のデ
フロスト回路を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る空
気調和機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り機構
及び室外熱交換器を冷媒配管により環状に連結した冷凍
サイクルと、圧縮機の吐出側と室外熱交換器の暖房運転
時の入口側とに接続され、第１の開閉弁を有する第１の
バイパス回路と、室外熱交換器に取り付けたデフロスト
条件検出器と、暖房運転時、室外熱交換器の霜を取り除
くデフロスト運転が開始されると、第１の開閉弁を開と
して圧縮機の吐出冷媒ガスの一部を第１のバイパス回路
を経て、室外熱交換器の暖房運転時の入口側に導く正サ
イクルデフロスト運転を行う手段と、正サイクルデフロ
スト運転時、デフロスト条件検出器の検出温度があるし
きい値を越えた場合に、四方弁を切り換えて圧縮機の吐
出冷媒ガスを第１のバイパス路及び室外熱交換器へ導
き、その後合流させて絞り機構、室内熱交換器の順に循
環させるリバースデフロスト運転を行う手段と、リバー
スデフロスト運転を所定時間行った後、第１の開閉弁を
閉じる手段とを備えたものである。

【００１０】請求項２の発明に係る空気調和機は、圧縮
機、四方弁、室内熱交換器、絞り機構及び室外熱交換器
を冷媒配管により環状に連結した冷凍サイクルと、圧縮
機の吐出側と室外熱交換器の暖房運転時に着霜して最も
氷密度が大きくなる部位とに接続され、開閉弁を有する
バイパス回路と、暖房運転時、室外熱交換器の霜を取り
除くデフロスト運転が開始されると、開閉弁を開として
圧縮機の吐出冷媒ガスの一部をバイパス回路を経て、室
外熱交換器の暖房運転時に最も氷密度が大きくなる部位
に導く正サイクルデフロスト運転を行う手段とを備えた
ものである。

【００１１】請求項３の発明に係る空気調和機は、請求
項１記載の空気調和機において、室外熱交換器と絞り機
構の間から圧縮機の吸入管部に接続され、第２の開閉弁
を有する第２のバイパス回路を備え、リバースデフロス
ト運転の際に、第１の開閉弁を閉じるのとほぼ同じタイ
ミングで、第２の開閉弁を開くものである。

【００１２】請求項４の発明に係る空気調和機は、圧縮
機、四方弁、室内熱交換器、第１の絞り機構及び室外熱
交換器を冷媒配管により環状に連結した冷凍サイクル
と、四方弁と室内熱交換器との間から室外熱交換器と第
１の絞り機構との間に接続され、第２の絞り機構を有す
るバイパス回路と、室外熱交換器に取り付けたデフロス
ト条件検出器と、暖房運転時、室外熱交換器の霜を取り
除くデフロスト運転が開始されると、バイパス回路を経
て、室外熱交換器の暖房運転時の入口側に導く正サイク
ルデフロスト運転を行う手段と、正サイクルデフロスト
運転時、デフロスト条件検出器の検出温度があるしきい
値を越えた場合に、四方弁を切り換えて圧縮機の吐出冷
媒ガスを室外熱交換器へ導き、その後バイパス回路、及
び第１の絞り機構と室内熱交換器の直列回路に分流させ
るリバースデフロスト運転を行う手段とを備えたもので
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による空
気調和機の冷媒回路図、図２は同空気調和機のデフロス
ト制御装置のブロック図、図３は同デフロスト制御装置
のブロック回路図、図４は同デフロスト制御のフローチ
ャートである。図１に示す冷媒回路図は、従来の冷媒回
路図と同様のものである。図２の全体構成図に示すよう
に、この実施の形態は絞り機構部の流量特性をマイコン
で、制御できる電子膨張弁を使用した場合であり、デフ
ロスト条件検出器（温度センサー）１１の出力を入力と
する開閉弁開閉手段７ａにより第１の開閉弁である開閉
弁７を開閉でき、また、上記出力により四方弁２の切換
動作を制御する四方弁切換制御手段２ａにより四方弁２
が切り換わり、また、それに合わせて電子膨張弁制御手
段４ａによって、電子膨張弁４の弁開度を制御できるよ
うに構成されている。

【００１４】図３において、２０はデフロスト制御装置
で、マイクロコンピュータ（以下マイコンという）で構
成され、ＣＰＵ２０ａ、メモリー２０ｂ、入力回路２０
ｃ及び出力回路２０ｄを有している。入力回路２０ｃの
入力端子にはデフロスト条件検出器１１が接続されてい
る。出力回路２０ｄの出力端子には四方弁２、電子膨張
弁４、開閉弁７がそれぞれ接続されている。

【００１５】次にこの実施の形態１の動作を図４を参照
しながら説明する。図４はデフロスト制御装置２０のメ
モリー２０ｂに記憶された動作プログラムを示すフロー
チャートである。暖房運転時、デフロスト条件検出器１
１からの情報によりデフロスト開始指令が、デフロスト
制御装置２０により発せられると、デフロスト運転が開
始する。すると、ステップＳ４１で開閉弁７が開とな
り、圧縮機１から吐出された高温高圧ガス冷媒の一部が
第１のバイパス回路であるバイパス回路６を経て室外熱
交換器５に導入され、正サイクルデフロスト運転が行わ
れる。これにより室外熱交換器５に付着した霜は、室外
熱交換器５の暖房時の入口部から出口部に向かって溶融
が進行する。

【００１６】霜の溶融が進行してステップＳ４２で室外
熱交換器５内の一部に取り付けたデフロスト条件検出器
１１の検出温度（ｔｈ）があるしきい値（ｔｓ１）を越
えた場合に、ステップＳ４３で四方弁２の切換を行い、
リバースサイクルに切り換える。ここでは、開閉弁７が
開となっているので、圧縮機１から吐出された高温高圧
ガス冷媒は、一部室外機をバイパスすることとなる。

【００１７】次ぎにステップＳ４４でタイマーにより所
定の時間が経過後に開閉弁７を閉とする。あるいはサイ
クル特性上変化がわかるポイントにセンサーを持たせる
ことで、開閉弁７を閉とする。

【００１８】こうして、圧縮機１から吐出された冷媒は
四方弁２、室外熱交換器５、絞り機構４、室内熱交換器
３、四方弁２を経て圧縮機１に循環し、いわゆるリバー
スサイクルデフロスト運転が行われる。このリバースサ
イクルデフロスト運転によって、すべての高温高圧ガス
冷媒が室外熱交換器５に導入され、冷媒が有する熱で室
外熱交換器５に付着した霜を融解する。

【００１９】ステップＳ４５で温度センサー１１の検出
温度（ｔｈ）があるしきい値（ｔｓ２）を越えた場合
に、デフロスト終了と判断され、ステップＳ４６で再
度、四方弁２を暖房回路に切り換えて暖房運転に戻るよ
うになる。

【００２０】かくして、デフロスト運転初期の正サイク
ルデフロスト運転によって、吐出ガス冷媒を室外熱交換
器５の暖房入口部から流入して霜を溶かし、次にリバー
スサイクルデフロスト運転によって、前者とは逆方向と
なる室外熱交換器５の暖房出口部から吐出ガス冷媒を流
入させることで、溶融熱量を外気に無駄に放熱してしま
うのを防止できる。

【００２１】また、リバースサイクルデフロスト運転切
換時に開閉弁７を開いた状態にすることで、リバースサ
イクル切換時に起こる、室外熱交換器部の溜まり込みに
よる冷凍サイクル中の冷媒循環量不足の発生する時間を
短くすることができ、これまでロスしていたリバースサ
イクルデフロスト切換後のデフロスト特性の向上が図ら
れき、デフロスト時間の短縮が可能となる。なお、室外
熱交換器の温度を検出検出器を複数取り付け、例えばス
テップＳ４２の時は室外熱交換器の暖房出口側、ステッ
プＳ４５の時は室外熱交換器の暖房入口側に取り付けて
も構わない。

【００２２】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図について説明する。図５はこの発明の実施の形
態２による空気調和機に係わる室外熱交換器の冷媒配管
経路（以下パスと呼ぶ）を示す図、図６は同空気調和機
の冷媒回路図である。室外熱交換器５についた霜をデフ
ロスト（除霜）した時、霜は解かされて重力に引かれ、
溶融水は室外熱交換器５の下部へと移動する。室外熱交
換器５のフィンとフィンとの間（以下フィンピッチと呼
ぶ）がある程度の距離を取っている場合は、更にフィン
の最下部から溶融水は落下し、室外熱交換器５外部へ排
水される。

【００２３】ところが、フィンピッチが狭く、溶融水と
室外熱交換器５のフィンとの間に発生する表面張力が重
力より上回った場合、室外熱交換器５の最下部で溶融水
は保持され、デフロスト運転中に排水しきれずに再度暖
房運転モードとなり、最冷却されるため、結果的に室外
熱交換器５の最下部はデフロスト時の氷密度が最も大き
くなる。

【００２４】室外熱交換器５は、様々なパスが考えられ
るが、例えば、図５に示したパス形態の室外熱交換器５
の場合、図１の冷媒回路中のバイパス回路６だと、実施
の形態１で示した動作フローチャートのステップＳ４１
で開閉弁７が開かれ、室外熱交換器５の暖房入口部へ吐
出冷媒ガスが導かれる。そして、室外熱交換器５上下に
冷媒が分配されるが、室外熱交換器５のフィン間の間隔
が狭いとき、室外熱交換器５の氷密度が大きく、室外熱
交換器５下部はなかなか解けずに、その間室外熱交換器
５上部で放熱ロスが発生することが考えられる。

【００２５】上記のロスを削減するために、図５に示す
如く室外熱交換器５の最も氷密度が大きくなるポイント
に、圧縮機１から吐出された冷媒を開閉弁７を有するバ
イパス回路から直接送り込み、ある程度溶かしたところ
で、リバースサイクルデフロスト回路に切り替えること
が考えられる。

【００２６】上述の実施の形態２では、室外熱交換器５
のフィンピッチが狭い場合に、着霜密度分布が一様にな
らないことがあるが、密度の高い部分に正サイクルデフ
ロスト時の高温冷媒を直接注ぎ込めば、無駄のないデフ
ロストサイクルが実現できる。

【００２７】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図について説明する。図７はこの発明の実施の形
態３による空気調和機の冷媒回路図、図８は同デフロス
ト制御のフローチャートである。図７の冷媒回路では、
図１に対して、室外熱交換器５と絞り機構４の間から圧
縮機１の吸入管部に冷媒配管１２により接続された第２
の開閉弁である開閉弁１３を有する第２のバイパス回路
であるバイパス回路を形成している。図８は、デフロス
ト制御装置２０のメモリー２０ｂに記憶された動作プロ
グラムを示すフローチャートである。ステップＳ８３ま
では、実施の形態１、２で示したものと同じだが、ステ
ップＳ８４、Ｓ８５で正サイクルデフロスト用の開閉弁
７を閉するのとほぼ同じタイミングで、吸入管部へバイ
パスする開閉弁１３を開とし、圧縮機１へ戻る冷媒を液
バックしない程度に増やすことで、圧縮機から冷媒に加
えられる圧縮仕事量をより増やすことが可能となる。

【００２８】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を図について説明する。図９はこの発明の実施の形
態４による空気調和機の冷媒回路図である。図９の冷媒
回路図では、四方弁２と室内熱交換器５との間と、室外
熱交換器５と絞り機構４との間とを冷媒配管１４により
接続された絞り機構１５を有するバイパス回路で結び、
図７に示した２つのバイパス回路と同一機能を持たせる
ことで、構造の簡素化・コスト低減を図ることが可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果を奏する。リバースデフロスト運転を所
定時間行った後、第１のバイパス回路の第１の開閉弁を
閉じることで、リパースサイクルデフロスト運転に切り
替わる時に発生する冷媒不足運転時間を短縮化でき、効
率的なデフロスト運転が可能となる。

【００３０】また、室外熱交換器の氷密度の高い部分に
正サイクルデフロスト時の高温冷媒を直接注ぎ込むこと
により、無駄のないデフロストサイクルが実現できる。

【００３１】また、室外熱交換器と絞り機構の間から圧
縮機の吸入管部に接続され、第２の開閉弁を有する第２
のバイパス回路を設けて、リバースデフロスト時に第２
の開閉弁を開くことで圧縮機から冷媒に加えられる圧縮
仕事量を増やしことが可能となり、より効率的なデフロ
ストを実現できる。

【００３２】さらに、四方弁と室内熱交換器との間から
室外熱交換器と第１の絞り機構との間に接続され、第２
の絞り機構を有するバイパス回路を設けることで、リバ
ースデフロスト時に、圧縮機から冷媒に加えられる圧縮
仕事量を増やす制御をバイパス回路１つで可能となり、
構成の簡素化とコスト低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による空気調和機の
冷媒回路図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による空気調和機の
デフロスト制御装置のブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による空気調和機の
デフロスト制御装置のブロック回路図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による空気調和機の
デフロスト制御のフローチャート図である。

【図５】 この発明の実施の形態２による空気調和機の
室外熱交換器のパス図である。

【図６】 この発明の実施の形態２による空気調和機の
冷媒回路図である。

【図７】 この発明の実施の形態３による空気調和機の
冷媒回路図である。

【図８】 この発明の実施の形態３による空気調和機の
デフロスト制御のフローチャート図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による空気調和機の
冷媒回路図である。

【図１０】 従来の空気調和機の冷媒回路図である。

【図１１】 従来の空気調和機の動作フローチャート図
である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室内熱交換器、４ 絞り
機構、５ 室外熱交換器、６ バイパス回路、７ 開閉
弁、８は冷媒配管、９ 室内ファン、１０ 室外ファ
ン、１１ デフロスト条件検出。、１２ バイパス回
路、１３ 開閉弁、１４ バイパス回路、１５ 絞り機
構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 隅田 嘉裕 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中山 雅弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り機
   構及び室外熱交換器を冷媒配管により環状に連結した冷
   凍サイクルと、 前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時の
   入口側とに接続され、第１の開閉弁を有する第１のバイ
   パス回路と、 前記室外熱交換器に取り付けたデフロスト条件検出器
   と、 前記暖房運転時、前記室外熱交換器の霜を取り除くデフ
   ロスト運転が開始されると、前記第１の開閉弁を開とし
   て前記圧縮機の吐出冷媒ガスの一部を前記第１のバイパ
   ス回路を経て、前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側
   に導く正サイクルデフロスト運転を行う手段と、 前記正サイクルデフロスト運転時、前記デフロスト条件
   検出器の検出温度があるしきい値を越えた場合に、前記
   四方弁を切り換えて前記圧縮機の前記吐出冷媒ガスを前
   記第１のバイパス路及び前記室外熱交換器へ導き、その
   後合流させて前記絞り機構、前記室内熱交換器の順に循
   環させるリバースデフロスト運転を行う手段と、 前記リバースデフロスト運転を所定時間行った後、前記
   第１の開閉弁を閉じる手段と、を備えたことを特徴とす
   る空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り機
   構及び室外熱交換器を冷媒配管により環状に連結した冷
   凍サイクルと、 前記圧縮機の吐出側と前記室外熱交換器の暖房運転時に
   着霜して最も氷密度が大きくなる部位とに接続され、開
   閉弁を有するバイパス回路と、 前記暖房運転時、前記室外熱交換器の霜を取り除くデフ
   ロスト運転が開始されると、前記開閉弁を開として前記
   圧縮機の吐出冷媒ガスの一部を前記バイパス回路を経
   て、前記室外熱交換器の暖房運転時に最も氷密度が大き
   くなる部位に導く正サイクルデフロスト運転を行う手段
   と、を備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 前記室外熱交換器と前記絞り機構の間か
   ら前記圧縮機の吸入管部に接続され、第２の開閉弁を有
   する第２のバイパス回路を備え、前記リバースデフロス
   ト運転の際に、前記第１の開閉弁を閉じるのとほぼ同じ
   タイミングで、前記第２の開閉弁を開くことを特徴とす
   る請求項１記載の空気調和機。
4. 【請求項４】 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、第１の
   絞り機構及び室外熱交換器を冷媒配管により環状に連結
   した冷凍サイクルと、 前記四方弁と前記室内熱交換器との間から前記室外熱交
   換器と前記第１の絞り機構との間に接続され、第２の絞
   り機構を有するバイパス回路と、 前記室外熱交換器に取り付けたデフロスト条件検出器
   と、 前記暖房運転時、前記室外熱交換器の霜を取り除くデフ
   ロスト運転が開始されると、前記バイパス回路を経て、
   前記室外熱交換器の暖房運転時の入口側に導く正サイク
   ルデフロスト運転を行う手段と、 前記正サイクルデフロスト運転時、前記デフロスト条件
   検出器の検出温度があるしきい値を越えた場合に、前記
   四方弁を切り換えて前記圧縮機の前記吐出冷媒ガスを前
   記室外熱交換器へ導き、その後前記バイパス回路、及び
   前記第１の絞り機構と前記室内熱交換器の直列回路に分
   流させるリバースデフロスト運転を行う手段と、を備え
   たことを特徴とする空気調和機。