JPS62162853A

JPS62162853A - 冷凍サイクル

Info

Publication number: JPS62162853A
Application number: JP201486A
Authority: JP
Inventors: 弘章松嶋; 弘勝香曽我部; 博樹吉川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1987-07-18
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPH0665944B2

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〕本発明は混合冷媒を用いた冷凍サイクルに関する。

〔発明の背景〕

冷凍サイクルに用いられている冷媒は、通常は単一成分
であるが、この場合、ヒートポンプ式空気調和機に用い
た場合、低外気温度の能力低下の問題がある。外気温度
が低下すると蒸発器内の冷媒圧力が低下し、圧縮機入口
の冷媒の比容積が大きくなり、能力が低下する。低外気
温度の能力増加する手段として圧縮機回転数を制御する
手段があるが、外気温度が著しく低下Ｔると第２図に示
すように、回転数を増加させても、圧力損失が大きくな
り、能力の増加が少なくなるという欠点がある。一方、
低外気温度でも能力低下の少ない低沸点冷媒を用いた場
合、高能力時には、吐出圧力が高くなるとともに、効率
の低下が生じる欠点がある。また、除霜運転時には、圧
癲失が大きく、冷媒循環量が少ない。このため、圧縮器
入力が小さく、圧縮機から流出する冷媒の熱エネルギが
小さくなり、除霜時間か長くかかる欠点がある。このた
め、高沸点冷媒と低沸点冷媒からなる混合冷媒を用い、
冷房運転時及び外気温度が高い場合の暖房運転時には高
沸点冷媒で運転し、低外気温時及び除霜運転時は低沸点
冷媒を加えた冷凍サイクルが知られている。

高沸点冷媒と低沸点冷媒を分離する方法としては、分溜
器による方法が知られている（特開昭５９−１９７７６
１号公報、特開昭５９−１９７７６５号公報、特開昭５
４−２５６１号公報）。

しかし、分溜器で行う方法では、装置が複雑になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した問題点？なくし、簡単な構造
で、外気温度及び運転条件によって、低沸点冷媒の濃度
を変え、低温度での能力低下が少なく除霜時間の短かい
冷凍サイクルを提供するごとにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、蒸発器出口と圧縮機入口
の任意の点に、低沸点冷媒のみを選択吸着できる吸着材
を入れた容器をバイパスさせ、通常運転時は吸着材に低
沸点冷媒を吸着させ、高沸点冷媒のみで運転し、低外気
温時及び除霜運転時には、吸着材を加熱し、低沸点冷媒
を放出させて混合冷媒で運転を行う。吸着材として、た
とえばゼオライトを用いた場合、ゼオライトの孔径以上
の分子径の物質を吸着しないという性質を利用して、高
沸点冷媒としてたとえばＲ１１５、低沸点冷媒としてた
とえばＲ１３Ｂ１を用いることにより、分子径の小さい
Ｒ１３Ｂ１のみを選択吸着が可能となる。また、吸着材
を加熱することにより、吸着した冷媒な再放出すること
ができる。

第３図に、外気温度が変化した場合の暖房能力の変化を
示す。Ｒ１１５単独の場合には、外気温の低下とともに
、能力も低下し特に低外気温時には、能力低下、効率低
下が著しい。しかし、低沸点冷媒に１０Ｘ加えたもので
は、低外気温時の能力低下が少なく、また効率も高い。

しかし、外気温度が高くなると、蒸発潜熱が小さくなり
効率が低下するとともに、圧縮機吐出圧力が高くなり、
冷凍サイクルの信頼性が低下する。したがって、低外気
温時には混合冷媒、それ以外は高沸点冷媒で運転するこ
とにより、効率よく運転することができる。

また、除霜運転時に混合冷媒で運転することにより、冷
媒循環量が多くなり、圧縮機入力が増加し、短時間で除
霜が終了する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

第１図は第１の実施例を示す冷凍サイクルの概略図であ
る。第１図において、１は圧縮機、２は冷房、暖房運転
時で冷媒の流れを切換える四方切換え弁、３は室内側熱
交換器、４は冷房用減圧器、５は暖房用逆上弁、６は暖
房用減圧器、７は冷房用逆上弁、８は室外側熱交換器、
９は余分な冷媒？溜める受液器、ＩＱはメツシュ１１に
より外部に流出しないようにした１吸着材（たとえばゼ
オライト）１２を入れる容器、１３は吸着材ご加熱する
ヒータ、１４は制御弁としての二方弁Ａ１１５は制御弁
としての二方弁Ｂ１１６は外気温度を測定するサーミス
タＡｌ２Ｏは暖房運転時の室外側熱交換器８の出口温度
を測定するサーミスタＢである。冷凍サイクル内には高
沸点冷媒（たとえばＲ１１５）と低沸点冷媒（たとえば
Ｒ１５Ｂ　１　）が封入されている。

次に第１の実施例の制御図をブロックダイヤグラムで第
４図に示す。第１図と同一符号は圏一部品を表わ丁。２
１は外気温度判定部、２２は論理和演算部、２５は論理
和演算ｇ２２の出力が１になったＴ１時間後に出力を１
にするタイマＡ１２４は二方弁Ａ１４及び二方弁Ｂ１５
を開閉する駆動部Ａ、２５は論理和演算部２２の出力が
論理　１′になった後６１時間だけ出力を　１″にする
タイマＢ１２６はヒータ１３に通電する駆動部Ｂ２９は
室外側熱交換器温度判定部、３０は一定時間ｔ２除霜に
入るのを防止するタイマＣ１３１は論理種演算部、３２
は論理積演算部３１出力が　１′になった６１時間後に
出力を　１′にするタイマＤ　Ｓ３３はインバータ、３
４は四方切換弁２を冷房運転側と暖房運転側に切換える
駆動部Ｃ１３６は論理和換器温度判定部２９の設定基準
を変える帰還部、３ノはインバータ３３の出力にかかわ
らず、駆動部Ｃ３４の出力を　０′にして四方切換弁２
３冷房運転側にする冷房切換えスイッチである。以上の
ように構成したブロックダイヤグラムの動作について第
５図、第６図のタイムチャートご用いて説明する。第５
図は暖房運転時、第６図は除霜運転時のタイムチャート
である。冷房運転時は、冷房切換えスイッチ３７を冷房
側にすることにより、駆動部３４の出力は　０１となり
四方切換え弁２は冷房運転側になる。また、冷房運転時
は、外気温度、室外側交換器８の温度が高いため、サー
ミスタＡ１６、サーミスタＢ２０で検出される温度が高
く、外気温度判定部２１及び室外側熱交換器温度判定部
２９の出力はともに　０１となり論理和演算部２２の出
力が０となり、駆動部Ａ２４、駆動部Ｂ２６の出力は　
０　となり、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５は開、ヒータ
１３はオフとなる。

次に暖房運転時について説明する。サーミスタＡＩ６で
検出される温度が外気温度判定１１ｉ１５２１の基準温
度Ｔ１よりも高い場合には、外気温度判定部２１の出力
は　０′、一方、サーミスタＢ２０の温度が室外側熱交
換器温度判定部２９で設定されている基準温度Ｔ２より
も高い場合には、室外側熱交換器温度判定部２９の出力
は　ｏ’となり、論理和演算部２２の出力は　０１とな
り、二方弁Ａ１４・二方弁Ａ１５は開、ヒータ１６はオ
フとなる。また、コンパレータ３３出力が１になり、駆
動部Ｃ３４によって四方切換弁２が暖房運転側になる。

次に外気温度が低下し、外気温度判定部２１の基準温度
Ｔ１よりもサーミスタＡ１６の検出温度が低下すると、
外気温度判定部２１の出力が　１　となり、論理和演算
部２２の出力が１になる０したがってタイマＢ２５の出
力は６１時間だけ　１　になり、この開にヒータ１３に
通電される。一方、タイマＡ２３の出力は４１時間後に
　１　になり、二方弁１４、二方弁Ｂ１５は閉になる。

この状態で外気温度が上昇し、外気温度判定部２１の基
準温度Ｔ１よりも高くなると外気温度判定部２１の出力
が　０′になり、論理和演算部２２出力が　０′となり
、タイマＡ２３の出力が　Ｏ′、二方弁Ａ１４、二方弁
Ｂ１５は開になる。

除霜運転時について説明する。室外熱交換器８に霜が付
着すると熱交換能力が低下し、室外側熱交換器８の温度
が下り、サーミスタＢで検出される温度が低下する。サ
ーミスタＢで検出される温度が室外側熱交換器温度判定
器２９の基準温度Ｔ１よりも低くなると、室外側熱交換
器温度判定器２９の出力は　１″になる０一方、前回の
除霜が終了した後、一定時間ｔ２になるとタイマ（ｊＯ
の出力が　１″になり、論理積演算部６１の出力が　１
′になり、除霜に入る。まず、論理和演算部２２出力が
　１′となり、ｔ１時間ヒータ１３に通電された後、二
方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５を閉になる。一方、論理積演
算部３１出力が　１′になったｔ１時開俵タイマＣ３２
出力が　１′となり、コンパレータ５３出力が０となり
、四方切換え弁２は除霜運転（冷房運転と同一方向）に
なる。また、論理積演算部３１の出力が１になると帰還
部３６によって室外側熱交換器温度判定器２９の基準温
度がＴ２からＴ３に変る。したがりて除霜が終了して室
外側熱交換器８の温度が上昇すると、サーミスタＢ２０
の温度が上昇し、室外側熱交換器温度判定器２９の基準
温度Ｔ３より高くなると、室外側熱交換器温度判定器２
９の出力は一″になり、論理和演算部２２の出力は　０
１、フンパレータ３３の出力は　１′となり、二方弁Ａ
１４、二方弁Ｂ１５は開四方切換え弁２は暖房側に戻る
。また、タイマＣ３０もリセットされる。

以上の制御モードでの冷凍サイクルの動作を説明する。

冷房運転時は、四方切換え弁２は冷房側、二方弁１４、
二方弁Ｂ１５は開になり吸着材１３は低沸点冷媒を吸着
状態になる。圧縮機１で高温、高圧になった冷媒ガスは
四方切換え弁２を通って室外側熱交換器８で放熱し高圧
の液冷媒となった後、冷房用逆止弁７、受液器９を通り
冷房用減圧器４で減圧される。低圧になった冷媒は室内
側熱交換器５で吸熱しガス冷媒となった後四方切換え弁
２を通り圧縮機１に戻るサイクルを繰り返す。このとき
、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５は開になっているため、
四方切換え弁２から圧縮機１へ戻るガス冷媒の部は容器
１０Ｔｉ：流れ、冷凍サイクル内に低沸点冷媒が混じっ
ている場合吸着材１６で吸着されるため、冷凍サイクル
内は通常高沸点冷媒のみで運転される。

次に暖房運転について説明する。サーミスタ１６で検出
される温度がＴ１より高い場合には、四方切換え弁２は
暖房側、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５は開にする。圧縮
機１で高温、高圧になった冷媒ガスは四方切換え弁２を
通って室内側熱交換器３で放熱し、高圧の液冷媒となっ
た後、暖房用逆止弁５、受液器９を通り暖房用減圧器６
で減圧される。低圧になった冷媒は室外側熱交換器８で
吸熱しガス冷媒となった後四方切換え弁２を通り圧縮機
１に戻るサイクルを繰り返す。

このとき、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５は開になってい
るため、冷房運転と同様に高沸点冷媒のみで運転される
。外気温度が低下し、サーミスタ１６で検出される温度
がＴ１以下になると、ヒータ１３に通電して、吸着材１
２を加熱する。したがって、吸着材１２に吸着されてい
た低沸点冷媒は放出し二方弁１３１５を通り冷凍サイク
ル内に入る。

放出に必要な時間ｔ１が経過すると三方弁Ａ１４、二方
弁Ｂ１５Ｔｒ：閉にし、ヒータ１３の通１を停止する。

したがって、冷凍サイクルは高沸点冷媒と低沸点冷媒の
混合冷媒で運転され、電外熱交換器８の蒸発温度が低下
しても、圧力の低下はなく、容積流量が小さくなり、圧
力損失が小さく、高効率で能力を大きくすることができ
る。本実施例は、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５が開のと
き容器１０内を冷媒が流れるように容器１０前後に制御
弁を設けているが、吸着に要する時間が長くてもよい場
合には一方の二方弁のみで同様の効果を得る。

次に除霜運転について説明する。外気温度が低下し室外
側熱交換器８に霜が付着すると熱交換能力が低下、蒸発
温度が下がる。サーミスタＢで検出される温度がＴ２以
下になると除霜運転に入る。まず、ヒータ１３に通電し
て、吸着材１２を加熱し、吸着材１２に吸着していた低
沸点冷媒を放出させた後、二方弁Ａ１４、二方弁Ｂ１５
を閉にしヒータ１６の通電を停止する。その時、四方切
換え弁２も冷房運転側になり除霜に入る。したかって、
除霜中は混合冷媒で運転され、圧縮機１を出た高温高圧
ガスは室外側熱交換器８で放熱し、付着した霜を融解し
、冷房用逆止弁７、冷房用減圧器４、室内側熱交換器３
、四方切換え弁２を通り圧縮機１に戻るサイクルを行う
。

サーミスタ２０で検出される温度が１３以上になると通
常の暖房運転に戻る。このとき混合冷媒で運転されるた
めに、サイクル内の圧力が高沸点冷媒で運転を行うより
高く、容積流量が小さいため圧力損失が少なく冷媒循環
量が多くなる。

このため、圧縮機の入力が大きくなり・除霜時間が短縮
できる。

本発明の第２の実施例を第７図に示す。第７図は第２の
実施例の冷凍サイクル概略図である。

第７図において第１図と同一符号は同一部品を表わ丁。

第１の実施例と異なる点は二方弁Ｂ１５の代わりに圧縮
機１への冷媒流れを四方切換え弁２と容器１０に切換え
る三方弁１７（ＯＦＦ状態で四方切換え弁２側になる）
にした点である。

第二の実施例のブロックダイヤグラムを第８図論理和演
算部２２以降のタイムチャートを第９図に示す。第一の
実施例と異なる点は、論理和演算部２２の出力が　１１
のとき、二方弁Ａを閉にする駆動部Ｄ５８、論理和演算
部２２の出力が　１　になったとき１＋時間だけ出力を
　１″にするタイマＥ３９、タイマＥ５９の出力が　１
　のとき三方弁１７２容器１０に切換える駆動部Ｅであ
る。以上のように構成した動作について説明する。冷房
運転および、サーミスタ１６の温度が基準温度Ｔ１より
高い場合には、二方弁Ａ１４を開、三方弁１７コ四万切
換え弁２側になり、第１の実施例と同一の動作を行う。

低外気温時及び除霜時に、論理和演算部２２の出力が１
になると、二方弁Ａ１４は閉、ｔ１時間だけ三方弁１７
は容器１０側、ヒータ１ろはＯＮになり、吸着材１２に
吸着されていた低沸点冷媒を放出する。このことにより
、吸着材１２の温度は高温になるとともに、容器１０内
の圧力は真空近くまで低下する。したがって、第１０図
に示すように、吸着材１２の低沸点冷媒の吸着量は温度
のみを変えた場合よりも大幅に変えることができ、吸着
材１２を少なくすることができる。また、吸着材１２を
少なくするかわりに、時間ｔ１を短かくもできる。低沸
点冷媒の放出が終る６１時間後は二方弁Ａ１４が閉、三
方弁１７が四方切換え弁２側になり、ヒータ１６の通電
がオフになり第１の実施例と同一の動作を行う。

本発明の第３の実施例を第１１図第１２図に示す。

第１１図第１２図において第１図と同一符号は同一部品
を表わす。第１の実施例と異なる点は、ヒータ１３の代
りに圧縮機１出口に三方弁Ｂ１８を設は三方弁Ｂ１８の
一方の出口から容器１０内の放熱器１９を通り再び冷凍
サイクルの接続管に戻る配管を設けたことである。三方
弁Ｂ１８は、タイマＢ２５の出力が１になると駆動部Ｂ
２６で、容器１０側になる。このように構成することに
より、吸着材１２より低沸点冷媒を放出する際は、三方
弁７３１Ｂを容器１０側にすることにより、圧縮ｌ１ｌ
Ａ１Ｔｉ：出た高温高圧のガス冷媒は三方弁８１Ｂを通
り・放熱器１９で放熱し、吸着材１２を加熱し再び冷凍
サイクルに戻る。したがって、ヒータを設ける必要がな
くなり、電力消費量を少なくできる。

低沸点冷媒の放出時以外は、三方弁３３１８を四方切換
え弁２側にすることで第１の実施例と同機の効果ご得る
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単な構造で低温時及び除霜運転時の
冷凍サイクル内の低沸点冷媒の濃度を増加でき、圧力損
失が少なく高効率で能力を増加できる０また、低温時以
外は高沸点冷媒のみで冷凍サイクルを運転するため、こ
のときの効率の低下もない。また、除霜運転時の圧縮機
入力が増加し、除霜時間が短かくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す冷凍サイクル図、
第２図は圧縮機回転数が変化した場合の能力変化、第３
図は冷媒の種類による能力、効率変化、＠４図は本発明
の第１の実施例のブロックダイヤグラム、第５図は暖房
運転時のタイムチャート、第６図は除霜運転時のタイム
チャート、第７図は本発明の第２の実施例を示す冷凍サ
イクル図、第８図は第２の実施例のブロックダイヤグラ
ム、第９図はタイムチャート、第１０図はゼオライトの
Ｒ１５Ｂ１の吸着量を示す線ズ、第１１図は本発明の第
３の実施例ご示す冷凍サイクル図、第１２図は本発明の
第３の実施例のブロック図である。１０・・・容器１１・・・メツシュ１２・・・吸着材１３・・・ヒータ１４・・・二方弁Ａ１５・・・二方弁Ｂ１６・・・サーミスタＡ１７・・・三方弁１日・・・三方弁Ｂ１９・・・放熱器２０・・・サーミスタＢ −＼１、代理人弁理士　小　川　、勝　−男第２図ｙＦ胤ｉＬ皮第３図外気Ａ皮第　４−　図第５図ｑ間栴　６　図第８図第　ｔｏ　　ｐ瀉　１１　　図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

１、少なくとも圧縮機、四方切換え弁、室内側熱交換器
、減圧器、室外側熱交換器を配管により接続して高沸点
冷媒と低沸点冷媒を封入した冷凍サイクルにおいて、前
記四方切換え弁と圧縮機入口の配管の任意の位置から前
記低沸点冷媒を選択吸着できる吸着材を封入した容器が
分岐配管により接続され、分岐配管には分岐配管を開閉
できる制御弁が設けられるとともに、前記容器には吸着
材を加熱できるヒータが設けられ、除霜運転開始時及び
低外気温時には、一定時間前記制御弁が開かれ、ヒータ
を加熱し、前記吸着材に吸着されていた低沸点冷媒を放
出した後、前記制御弁を閉にして低沸点冷媒と高沸点冷
媒の混合冷媒で運転することを特徴とする冷凍サイクル
。