JPS61256156A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発８Ａはヒートポンプ式空気調和機に係り、特に、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。

〔発明の背景〕

ヒートポンプ式空気調和機は、低外気温度で暖房運転す
ると室外側熱交換器に霜が付着し、この室外側熱交換器
の能力が低下する。これを防止するため、一定板上に霜
が付着すると除霜する必要があり、除霜方法の一つとし
てホットガスバイパス方式が知られている（特開昭５７
−１９８９６３号公報、実開昭５８−２０１７３号公報
）。

ホットガスバイパス方式は、圧縮機から出た高温ガス冷
媒を室内側熱交換器をバイパスさせて。

直接、室外側熱交換器へ流す方法であり、室内のコール
ドドリフトがなく、暖房運転と除霜運転との切換え時の
冷媒音が少ないという利点がある。

ところで５通常のヒートポンプ式空気調和機では、冷房
能力が暖房能力に比べて小さく、また、室外側熱交換器
は、蒸発器として作用する暖房運転時よりも、凝縮器と
して作用する冷房運転時の方が、液冷媒のトラップを生
じやすい。このことを考慮して、従来、室外側熱交換器
への冷媒の流し方は、次のようになっていた。

第１０図は、室外側熱交換器への、従来の冷媒の流し方
を示す斜視図、第１１図は、第１０図に係る室外側熱交
換器の温度分布図である。

第１０図に示すように、冷房運転時には室外側熱交換器
１の上から下へ冷媒が流れ、暖房運転時には逆に下から
上へ冷媒が流れるようになっている。したがって、ホッ
トガスバイパス方式の場合、除霜運転時は冷媒が下から
上へ流れ、このときの室外側熱交換器１の温度分布は、
第１１図に示すようになり、熱交換器下部の方が上部よ
り温度が高くなる。このため、霜は熱交換器下部から解
け。

始め、融解した除霜水は落下し、熱交換器下部の高温の
冷媒から吸熱し、当該部分の冷媒温度近くまで加熱され
て排出する。したがって、除霜に必要な熱量は、霜を融
解するのに必要な熱量と、排出する除霜水を熱交換器下
部の温度まで加熱するのに必要な熱量とが必要となり、
除霜に必要な時間が長くなるという問題点があった。ま
た除霜に必要な熱量は、主に除霜運転中の圧縮機入力と
圧縮機の熱容量であり、短時間で該圧縮機から室外側熱
交換器へ熱量を運ぶ必要があるが、室外側熱交換器の下
から上へ冷媒が流れる場合には抵抗が大きく、冷媒循環
量が少なくなって、これも除霜に長時間かかる原因であ
った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決して、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、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係るヒートポンプ式空気調和機の構成は、少な
くとも、圧縮機、室内側熱交換器、減圧装置、室外側熱
交換器、冷媒を圧縮機入口へ戻す戻り配管を順次接続し
、暖房運転時に、前記室外側熱交換器の着霜を検知した
とき、暖房運転から除霜運転へ切換えることができるよ
うにしたヒートポンプ式空気調和機において、除霜運転
時に、圧縮機出口から出た冷媒を室外側熱交換器の上部
口へ流し、この室外側熱交換器の下部口から出た冷媒を
圧縮機入口へ戻す冷媒回路を形成せしめることができる
切換え装置を具備せしめるようにしたものである。

さらに詳しくは、除霜運転時に室外側熱交換器内の冷媒
が、上から下へ流れるようにし、融解した除霜水の不必
要な加熱をなくシ、除霜に必要な熱量を小さくするとと
もに、除霜運転時の室外側熱交換器の冷媒の抵抗を小さ
くし冷媒循環量を多くしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例によって説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図、第２図は、第１図におけ
る室外側熱交換器の除霜運転時の温度分布図である。

１け、上部口１ａと下部口１ｂとを有する室外側熱交換
器、２は圧縮機、３け、冷房運転時と暖房運転時とで冷
媒の流れ方向を切換える四方切換え弁、４５ば、冷媒を
圧縮機２の入口へ戻す戻り配管、５け、暖房運転時に、
圧縮機２０入口の冷媒状態で絞り開度を制御できる膨張
弁、６は、冷媒の脈動を防止するためのアキュームレー
タ、７け、途中に冷房用逆上弁８．減圧装置に係る冷房
用キャビラリイチューブ９金持ち、冷房運転時に膨張弁
５をバイパスする冷房用バイパス路、１０け、圧縮機２
の出口と室外側熱交換器１の上部口１ａとの間を接続し
、圧縮機２の出口から室外側熱交換器１と四方切換え弁
３との間へバイパスする除霜用バイパス路Ａであり、こ
の除霜用バイパス路ＡＩＯの途中には、除霜運転時に開
になる二方弁Ａｌｌが設けられている。１２ば、室外側
熱交換器１の下部口１ｂと圧縮機２の入口との間を接続
し、室外側熱交換器１と膨張弁５との間から圧縮機２の
入口へバイパスする除霜用バイパス路Ｂであり、この除
霜用バイパス路Ｂ１２の途中にけ、除霜運転時に開にな
る二方弁Ｂ１３が設けられている。１４け、戻り配管４
５上に設けられた、除霜運転時に閉になる二方弁Ｃであ
る。前記二方弁Ａ１１．二方弁Ｂ１３および二方弁Ｃ１
４によって、除霜運転時に、圧縮機２の出口から出た冷
媒を室外側熱交換器１の上部口１ａへ流し、この室外側
熱交換器１の下部口１ｂから出た冷媒を圧縮機２の入口
へ戻す冷媒回路を形成せしめることができる切換え装置
を構成している。〕５け、室外側熱交換器１と膨張弁５
との間に設けた冷媒温度測定用のサーミスタである。

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。

冷房運転時には、四方切換弁３は冷房側、二方弁Ａｌｌ
は閉、二方弁Ｂ１３け閉、二方弁Ｃ１４は開にする。し
たがって、圧縮機゛２で高温高圧になったガス冷媒は、
四方切換え弁３により室外側熱交換器１の上部口１ａへ
送られ、この室外側熱交換器１で放熱、凝縮し高圧液冷
媒となる。次にこの液冷媒は、室外側熱交換器１の下部
口１ｂから出て、冷房用バイパス路７の冷房用逆止弁８
を通り、冷房用キャピラリイチューブ９で減圧され、室
内側熱交換器４で吸熱、蒸発し、四方切換え弁３から戻
り配管４５を経てアキュームレータ６を通り圧縮機２へ
戻るサイクルを繰返す。

暖房運転時には、四方切換え弁３け暖房側、二方弁Ａｌ
ｌは閉、二方弁Ｂ１３は閉、二方弁Ｃ１４け開にする。

圧縮機２で高温高圧になったガス冷媒は、四方切換え弁
３により、室内側熱交換器４へ送られ、この室内側熱交
換器４で放熱、凝縮し、高圧液冷媒となる。次にこの液
冷媒は、膨張弁５で圧縮機２の入口のスーパーヒートが
適正になるように減圧され室外側熱交換器１の下部口１
ｂから入って吸熱、蒸発し、四方切換え弁３から戻り配
管４５を経てアキュームレータ６を通り、圧縮機２へ戻
るサイクルを繰返す。

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１に着霜が生じた場合、室外側熱交換器１内の冷媒温
度が低下する。着霜が進み、サーミスタ１５で検出され
る温度が一定温度以下になると、二方弁Ａｌｌは開、二
方弁Ｂ１３は開、二方弁Ｃ１４け閉になり、除霜運転に
入る。したがって、圧縮機２を出た冷媒の大部分は除霜
用バイパス路ＡＩＯを通り、上部口１ａから室外側熱交
換器１へ入りここで放熱し、室外側熱交換器１に付着し
た霜を解かし、下部口１ｂから出て、除霜用バイパス路
Ｂ１２を通り、アキュームレータ６から圧縮機２へ戻る
。そして、サーミスタ１５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。

除霜運転時の室外側熱交換器１の温度分布け、第２図に
示すようになる。すなわち、圧縮機２から出た高温のガ
ス冷媒は除霜用バイパス路ＡＩＯを通り、室外側熱交換
器１の上部口１ａから入るため、室外側熱交換器１の上
端はど温度上昇が早くなる。したがって、付着した霜も
上端から下端へと解け、融解した除霜水は下部の未融解
の霜と熱交換しながら落下するため、排出される除霜水
は常にＯＣとなり、除霜水の不要な加熱がなくなる。ま
た、二相になった冷媒も上から下へ流れる念め抵抗が小
さくなり、サイクル内を流れる冷媒循環量が多くなる。

このため、除霜に必要な熱量を短時間で送ることができ
、また、圧縮機２０入力が増加する。

以上説明した実施例によれば、除霜運転時に、冷媒は室
外側熱交換器１の上部口１ａから入り。

この冷媒が上から下へ流れるので、除霜に必要な熱量が
少なくなり、圧縮機２からの熱移動が早くなるため、除
霜時間を短かくすることができるという効果がある。

また、圧縮機２から出た高温の冷媒ガスの一部は、四方
切換え弁３を通り、室内側熱交換器４へ送られるため、
室内側の温度低下が防止できる。

第３図は、本発明の第２の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図である。この第３図におい
て、第１図と同一番号を付したものは同一部分である。

そして、１６は、アキュームレータ６への冷媒を切換え
る三方弁Ａ、１７は、室外側熱交換器１と膨張弁５との
間から三方弁Ａ１６ヘバイパスする除霜用バイパス路Ｃ
である。

このように構成したので、冷房運転時、暖房運転時は、
三方弁Ａ１６を、四方切換え弁３から戻り配管４５を経
てアキュームレータ６へ冷媒が流れる方に、また、除霜
運転時には、除霜用バイパス路Ｃ１７からアキュームレ
ータ６へ流れる方に、それぞれ切換えることにより、前
記第１の実施例と同一の動作を行なう。

この第２の実施例によれば、除霜時間を短縮することが
できるという効果があるとともに、前記第１の実施例よ
りも弁の数が少ないので、構造が簡単になり、ユニット
を小形化することができるという利点がある。

第４図は、本発明の第３の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図である。この第４図におい
て、第１図と同一番号を付したものは同一部分である。

そして１８け、一方を圧縮機２の出口へ、他方を室内側
熱交換器側もしくけ室外側熱交換器側へ切換えることが
できる三方弁Ｂ、１９は、一方を戻り配管４５へ、他方
を室外側熱交換器側もしくは室内側熱交換器側へ切換え
ることができる三方弁Ｃｌ２Ｏけ、一方を三方弁Ｃ１９
の室外側熱交換器側へ、他方を室外側熱交換器１の上部
口１ａ、　　もしくは除霜用バイパス路Ｄ２１を介して
室外側熱交換器１の下部口１ｂへ切換えることができる
三方弁りである。上記した三方弁Ｂ１８．三方弁Ｃ１９
，三方弁Ｄ２０によって、除霜運転時の冷媒回路を形成
せしめることができる切換え装置を構成している。

このように構成したので、冷房運転時には、三方弁８１
８を室外側熱交換器１側、三方弁Ｃ１９を室内側熱交換
器４側にする。三方弁Ｄ２０は、どちら側でもよい。ま
た、暖房運転時には、三方弁８１８を室内側熱交換器４
側、三方弁Ｃ１９を三方弁Ｄ２０側、三方弁Ｄ２０を室
外側熱交換器１の上部口１ａ側にする。このようにする
ことにより、冷房運転時および暖房運転時には、前記第
１の実施例と同一の動作を行なう。

除霜運転時には、三方弁８１８を室外側熱交換器１側、
三方弁Ｃ１９を三方弁Ｄ２０側、三方弁Ｄ２０をバイパ
ス路Ｄ２１側にする。このように制御することにより、
圧縮機２から出た高温のガス冷媒は、三方弁８１８によ
り室外側熱交換器１へ送られ放熱後、バイパス路Ｄ２１
．三方弁Ｄ２０゜三方弁Ｃ１９を通り、戻り配管４５を
経てアキュームレータ６から圧縮機２へ戻り、前記第１
の実施例と同様の除霜を行なう。室内側熱交換器４へは
冷媒は流れないが、これによる室内温度の低下はわずか
である。

以上説明した第３の実施例によれば、除霜時間を短縮す
ることができるという効果がある。また、四方切換え弁
を廃止したので、この四方切換え弁での高圧側冷媒と低
圧側冷媒との熱交換がなくなり、冷凍サイクルの効率が
向上し、省電力になるという利点もある。

第５図は、本発明の第４の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図、第６図は。

第５図における三方切換え弁の詳細を示す平面断面図、
第７図は、第６図の■−■断面図、第８゜９図は、それ
ぞれ、第６図に係る三方切換え弁の冷房運転時の状態、
除霜運転時の状態を示す平面図である。

第５図において、第１図と同一番号を付したものは同一
部分である。そして、２２は、除霜運転時に、圧縮機２
の出口を室外側熱交換器１の上部口１ａおよび室内側熱
交換器４側へ、戻り配管４５を、除霜用逆止弁２４を途
中に有するバイパス路Ｅ２３を介して室外側熱交換器１
の下部口１ｂへ接続することができる、切換え装置に係
る三方切換え弁（詳細後述）である。

この立方切換え弁２２の詳細を、第６，７図を用いて説
明する。２５は、室内側熱交換器４へ通じるボー）Ａ、
２６は、室外側熱交換器１の上部口１ａへ通じるボート
８．２７は、バイパス路Ｅ２３へ通じるボートＣ１２８
は、戻り配管４５へ通じるボートＤ、２９は、圧縮機２
の出口へ通じるボートＥ、３０はボデー、３１は、バラ
ンス用ボート３２金持ち、ボー）Ｄ２８を中心として回
転する主弁、３３は、バランス用ボート３２を閉じるこ
とができる補助弁、３４は、補助弁３３をささえるばね
Ａ、３５は、グランジャＡ３６゜コイルＡ３７．ばねＢ
３８からなるソレノイドＡ、３９け、プランンヤＢ４０
．コイルＢ４１．ばねＣ４２からなるソレノイドＢ、４
３け、プランジャＡ３６で補助弁３３を動かすレバーＡ
、４４け。

プランジャＢ４０で補助弁３３を動かすレバーＢである
。

このように構成したヒートポンプ式空気調和機の動作を
説明する。

冷房運転時は、ソレノイドＢ３９のコイルＢ４１に通電
され、プランジャＢ４０がばねＣ４２の力に打ちかつて
、第６図において左方向に動き、レバーＢ４４．補助弁
３３を介して主弁３１が左方向に回転し、ボートＡ２５
とボートＤ２８とがつながった位置で止まる（第８図）
。したがって。

圧縮機２と室外側熱交換器１の上部口１ａとが、また室
内側熱交換器４と戻り配管゛４５とがつながる。バイパ
ス路Ｅ２３には除霜用逆止弁２４によって冷媒が流れな
い。したがって、前記第１の実施例における冷房運転時
と同一の動作を行なう。

暖房運転時には、コイルＢ４１への通電が解除されて、
ばねＢ３８とばねＣ４２とによって１主弁３１け中立状
態（第６図）になる。したがって。

ボートＢ２６とボートＤ２８とがつながる。圧縮機２と
室内側熱交換器４とが１また室外側熱交換器１の上部口
１ａと戻り配管４５とがつながる。

バ＋ｆパス路Ｅ２３には除霜用逆止弁２４によって冷媒
が流れないため、前記第１の実施例における暖房運転時
と同一の動作を行なう。

除Ｗｉ運転時は、ソレノイドＡ３５のコイルＡ３７−・
通電され、主弁３１が右方向に回転し、ボートＣ２７と
ボートＤ２８とがつながった位置で止まる（第９図）。

この切換え動作の詳細を説明すると、次の通りである。

暖房運転から除霜運転へ切換わるとき、ボデー３０内の
圧力は、ボー）Ｅ２９を介して圧縮機２につながってい
るために、高圧になっている。一方主弁３１内の圧力は
、ボー）Ｄ２８を介してアキュームレータ６につながっ
ているために、低圧となっており、ボデー３０内との圧
力差で主弁３１はボデ−３０下面に強く押されている。

この状態で、コイルＡ３７へ通電されると、プランジャ
Ａ３Ｂが第６図の右方向に動き、レバーＡ４３を介して
補助弁３３が右方向に回転しバランス用ボート３２が開
く。そして、ボデー３０内の圧力と主弁３１内の圧力差
がなくなると、主弁３１が右方に回転し、補助弁３３け
ばねＡ３４によって再びバランスボート３２を閉じて、
第９図の状態になる。したがって、圧縮機２の出口と室
外側熱交換器ｌの上部口１ａ、室内側熱交換器４とが、
また、バイパス路Ｅ２３と戻り配管４５とがつながり、
前記第１の実施例と同一の除祁動作が行なわれる。

一方、除霜運転から暖房運転へ切換わるときは、三方切
換え升２２は、前述と逆方向に動作し、暖房運転に復帰
する。

以上説明した第４の実施例によれば、前記第１の実施例
と同様に、除霜時間を短縮することができるという効果
がある。また１切換え装置が立方切換え弁２２のみとな
るので、冷凍サイクルが簡酪化された安価なヒートポン
プ式空気調和機を提供できるという利点がある。加えて
、三方切換え弁２２の動作時に、ボデー３０と主弁３１
との圧力差をなくしてから主弁３１を回動させるように
したので、ソレノイド消費電力が少ない。

なお、本実施例においては、主弁３１を２個のソレノイ
ドＡ３５．Ｂ３９で制御するようにしたが、ソレノイド
の代りに、モータなどの駆動力を利用して制御しても、
同様の動作を行なわせることができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、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を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第１の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図、第２図は。 第１図における室外側熱交換器の除霜運転時の温度分布
図、第３，４図は、それぞれ、本発明の第２．３の実施
例に係るヒートポンプ式空気調和機のサイクル構成図、
第５図は、本発明の第４の実施例に係るヒートポンプ式
空気調和機のサイクル構成図、第６図は、第５図におけ
る三方切換え弁の詳細を示す平面断面図、第７図は、第
６図の■−■断面図、第８，９図は、それぞれ、第６図
に係る三方切換え弁の冷房運転時の状態、除霜運転時の
状態を示す平面図、第１０図は、室外側熱交換器への、
従来の冷媒の流れ方を示す斜視図１第１１図は、第１０
図に係る室外側熱交換器の温度分布図である。 １・・・室外側熱交換器、１ａ・・・上部口、１ｂ・・
・下部口、２・・・圧縮機、４・・・室内側熱交換器、
５・・・膨張弁、１０・・・除霜用バイパス路Ａ、１１
・・・二方弁Ａ、１２・・・除霜用バイパス路Ｂ、１３
・・・二方弁Ｂ、１４・・・二方弁Ｃ５１５・・・サー
ミスタ、１８・・・三方弁Ｂ、１９・・・三方弁Ｃｌ２
Ｏ・・・三方弁Ｄ、２１・・・除霜用バイパス路Ｄ、２
２・・・三方切換え弁、２３・・・バイパス路Ｅ、２４
・・・除霜用逆止弁、４５・・・戻第　７ｉ ｌ 第２２ 温度Ｃり 第　３　同 第　４　口 第　５　口 １　。 第　７　凹 第　８　口 第　ｑ　コ 第　７０　口 第　／ｌ　凹 ｆｊＬ斐（゛す

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも、圧縮機、室内側熱交換器、減圧装置、
   室外側熱交換器、冷媒を圧縮機入口へ戻す戻り配管を順
   次接続し、暖房運転時に、前記室外側熱交換器の着霜を
   検知したとき、暖房運転から除霜運転へ切換えることが
   できるようにしたヒートポンプ式空気調和機において、
   除霜運転時に、圧縮機出口から出た冷媒を室外側熱交換
   器の上部口へ流し、この室外側熱交換器の下部口から出
   た冷媒を圧縮機入口へ戻す冷媒回路を形成せしめること
   ができる切換え装置を具備したことを特徴とするヒート
   ポンプ式空気調和機。
2. ２．切換え装置を、圧縮機出口と室外側熱交換器の上部
   口との間を接続する除霜用バイパス路Ａの途中に設けた
   、除霜運転時に開になる二方弁Ａと、前記室外側熱交換
   器の下部口と圧縮機入口との間を接続する除霜用バイパ
   ス路Ｂの途中に設けた、除霜運転時に開になる二方弁Ｂ
   と、戻り配管上にあつて、除霜運転時に閉になる二方弁
   Ｃとから構成したものである特許請求の範囲第１項記載
   のヒートポンプ式空気調和機。
3. ３．切換え装置を、一方を圧縮機出口へ他方を室内側熱
   交換器側もしくは室外側熱交換器側へ切換えることがで
   きる三方弁Ｂと、一方を戻り配管へ他方を室外側熱交換
   器側もしくけ室内側熱交換器側へ切換えることができる
   三方弁Ｃと、一方を前記三方弁Ｃの室外側熱交換器側へ
   他方を室外側熱交換器の上部口、もしくは除霜用バイパ
   ス路Ｄを介して該室外側熱交換器の下部口へ切換えるこ
   とができる三方弁Ｄとから構成したものである特許請求
   の範囲第１項記載のヒートポンプ式空気調和機。
4. ４．切換え装置を、除霜運転時に、圧縮機出口を室外側
   熱交換器の上部口および室内側熱交換器側へ、戻り配管
   を、除霜用逆止弁を途中に有するバイパス路Ｅを介して
   前記室外側熱交換器の下部口へ接続することができる五
   方切換え弁にしたものである特許請求の範囲第１項記載
   のヒートポンプ式空気調和機。