JPS6233266A - ヒ−トポンプ式空調機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、空気を熱源とするヒートポンプ式空調機に関
するもので、詳しくは低外気時に室外熱交換器に付着す
る霜を融解する除霜方式に関するものである。

従来の技術 従来空気熱源ヒートポンプ式空調機の室外熱交換器の除
霜方式は、はとんどが四方弁を切換えて冷房サイクルと
し、室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器とす
る逆サイクル除霜方式で、この時コールドドラフト防止
の為に室内ファンを停止していた。

この方式では基本的に冷媒循環が少なく圧縮機入力の増
大がそれほど期待できないので、除１時間が長くなるこ
と、並びに除霜運転中の数分間は室内ファンが停止する
ので暖房感が欠如し快適性が損なわれること、さらには
除霜運転終了後の西方弁が切換わって暖房運転に復帰し
てからも室内熱交換器の温度が上昇するまでに時間を要
するなど使用者からすれば満足できるものではなかった
。

近年このような欠点を有する逆サイクル除霜方式に代わ
って、除霜運転時にも四方弁は暖房運転時のままとし、
圧縮機からの吐出ガスの一部を室内熱交換器に流して若
干の暖房能力を維持しながら、吐出ガスの残りを室外熱
交換器の入口に導き除雪を行なうホットガスバイパス除
霜方式が提案されている。（例えば「日本冷凍協会講演
論文集Ｊ。

５５９−１１．ｐ、５３） 以下図面を参照しながら上述の従来のヒートポンプ式空
調機の一例について説明する。

第４図は従来のヒートポンプ式空調機の冷凍サイクル図
を示すものである。

同図において１は容量制御可能な周波数可変圧縮機、２
は四方弁、３は室内熱交換器、４は弁開度を可変できる
電動膨張弁、５は室外熱交換器、６はホットガスバイパ
ス回路、７は二方弁である。

ホットガスバイパス回路６は、周波数可変圧縮機１の吐
出側配管と室外熱交換器５の暖房運転時に入口側となる
配管とを連結し、途中に二方弁７を備えて構成されてい
る。

通常の暖房運転時には二方弁７は閉の状態で暖房サイク
ルを形成するが、低外気時に室外熱交換器５に着霜が生
じ、暖房能力が低下して除霜運転が必要になると、二方
弁７を開いて高温の吐出ガスの大部分をホットガスバイ
パス回路６を経て室外熱交換器５の入口側へ導く。同時
に高温の吐出ガスの残りを暖房運転時と同様に四方弁２
、室内熱交換器３、電動膨張弁４と流し、若干の暖房運
転を継続して行ない、室外熱交換器５の入口側である点
ｅにて高圧側で分岐した大部分の冷媒と合流させる。こ
の合流後の冷媒は自身の持つ凝縮熱で室外熱交換器５を
除霜した後、四方弁２を経て周波数、可変圧縮機１に戻
り除霜サイクルを完結する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。第５図は第４図に示す従来のヒートポンプ式空調機の
除霜運転時におけるモリエル線図を示したものである。

同図に示す記号＆　−ｗ　ｇは第４図に示したものと対
応する。

除霜運転時における室外熱交換器５の入口側での冷媒状
態に注目すると、圧縮機吐出側の点ａで分岐してホット
ガスバイパス回路６を経た冷媒ははゾ等エンタルピ変化
を受けて点ｄとなり温度はＴｄとなるが、他方の四方弁
２、室内熱交換器３、電動膨張弁４を経た冷媒は点すか
ら等エンタルピ変化を受けて二相状態の点Ｃとなり温度
はＴｃとなる。ところが点ｅで両者が合流する為に室外
熱交換器５に流入する冷媒温度ＴｏはＴｃとＴｄの中間
温度（Ｔｃ　＜　Ｔｏ　＜　Ｔｄ　）になってしまって
いた０ 除霜すべき室外熱交換器５には可能な限り高温の冷媒を
流入させることが、霜を融解し、その後熱交換器温度を
上昇させて水切りを行なう乾燥までのトータルの除霜時
間を短縮するのに大変有効であることを考えると、この
ような冷媒の利用状況は十分に満足すべきものではなく
、さらに除霜性能を向上できる余地があった。

本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転時に、室内熱交換
器に高温の吐出ガスの一部を流して暖房運転継続可能と
し、さらに除霜すべき室外熱交換器には高温の吐出ガス
の残りだけを流すことにより、冷媒の顕熱を十分に利用
しきって除霜時間を短縮したヒートポンプ式空調機を提
供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
調機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室
外熱交換器等を順次環状に配管で連結して冷凍サイクル
を構成し、さらに前記圧縮機から前記室内熱交換器に至
る暖房運転時に高圧となる配管の一部と前記絞り装置か
ら前記室外熱交換器に、至る配管の一部とを連結する第
１バイパス回路、及び前記室内熱交換器から前記絞り装
置に至る配管の一部と商品室外熱交換器から前記圧縮機
に至る暖房運転時に低圧となる配管の一部とを連結する
第２バイパス回路とを設け、さらに前記第１バイパス回
路に第１開閉弁を、前記第２バイパス回路に第２開閉弁
を設けて、除霜運転時に前記第１、第２開閉弁を開とす
るものである。

作　　用 本発明は上記構成により、除霜運転時に高温の吐出ガス
の一部を室内熱交換器に流して暖房運転継続可能とした
うえで、この室内熱交換器を通過した二相の凝縮冷媒を
そのまま圧縮機吸入側へ戻すとともに、高温の吐出ガス
の残りだけを室外熱交換器に流入して除霜させた後圧縮
機に吸入させるようにしたので、途中に大きな絞りがな
い為に冷媒循環もよく、除霜に利用する熱量の主たる供
給源である圧縮機入力を十分に発揮（維持）した状態で
、除霜すべき室外熱交換器に流入する冷媒温度をさらに
高くすることができる。この室外熱交換器へ流入する冷
媒の高温化、すなわち冷媒の顕熱の積極的利用は、除霜
運転後期のいわゆる熱交換器の水切りを目的とした乾燥
期において重要な意味を持ち、室外熱交換器を除霜終了
となる復帰温度まで上昇させるトータルの除霜時間を短
縮することができるのである。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ式空調機について
、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の冷凍サイクル図を示すものである。

同図において、１１は圧縮機、１２は西方弁、１３は室
内熱交換器、１４は絞り装置、１５は室外熱交換器、１
６は第１バイパス回路、１７は第２バイパス回路、１８
は第１開閉弁、１９は第２開閉弁である。一般に冷房時
と暖房時で最適な絞り量が異なる為、絞り装置１４は、
第１キヤピラリｆ４ａと第２キヤピラリ１４ｂとを直列
に結び、弁１２１．室内熱交換器１３、絞り装置１４、
室外熱交換器１５を順次環状に配管で連結し、さらに圧
縮機１１の吐出側の点ａ′と室外熱交換器１５の暖房運
転時における入口側の点ｄ′とを連結する第１バイパス
回路１６を設け、さらにまた絞り装置１４の暖房運転時
における入口側の点ｂ′と室外熱交換器１６の暖房運転
時における出口側の点ｆ′とを連結する第２バイパス回
路１７を設けて、これら第１バイパス回路１６、第２バ
イパス回路１７にはそれぞれ第１開閉弁１８、第２開閉
弁１９を設けたものである。

次に、以上のように構成されたヒートポンプ式空調機に
ついてその動作を説明する。ここでは冷房運転について
は省略する。図中の実線矢印は暖房運転時の、破線矢印
は除霜運転時の冷媒の流れ方向を示している。

通常の暖房運転時には第１開閉弁１８と第２開閉弁１９
はいずれも閉の状態で、圧縮機１１から吐出された冷媒
は、実線矢印で示されるように四方弁１２、室内熱交換
器１３、絞り装置１４内の第１キヤピラリ１４ａ１第２
キヤピラリ１４ｂ１室外熱交換器１５、四方弁１２と流
れて再び圧縮機１１に戻る暖房サイクルを形成する。低
外気時になると室外熱交換器１５には着霜が生じ暖房能
力が低下してくるので除霜運転が必要となる。

図示しない除霜制御装置が除霜開始指令を出すと、四方
弁１２はそのままの状態で、第１開閉弁１８と第２開閉
弁１９が開き、高温の吐出ガスは点ａ′で分岐して一部
は室内熱交換器１３を通過して暖房を行なった後第２バ
イパス回路１７を経て圧縮機１１の吸入側へ戻り、残り
はそのまま室外熱交換器１５の入口側へ導かれる。この
状態は基本的には四方弁１２を暖房運転時の状態とした
ままでも、第２バイパス回路１７に大きな絞りを持たせ
ないことで低圧を上げ、かつ第１バイパス回路１６によ
りさらに低圧を上げるとともに、高温の冷媒の一部を直
接室外熱交換器１５へ導びくので、冷媒循環量が多くな
り圧縮機１１の仕事量（電気入力）が増大した状態で、
室外熱交換器１５へ流入し凝縮する冷媒温度が霜の融解
温度である０°ｇ以上となって霜を融解できるのである
。

除霜運転時における冷媒の流れや状態をさらに詳しく説
明する。

第２図は第１図に示すヒートポンプ式空調機の除霜運転
時におけるモリエル線図を示したものである。同図に示
す記号ａ′〜ｇ′は第１図に示したものと対応する。

すなわち除霜運転時に点ａ′から四方弁１２を介して室
内熱交換器１３へ流れた高温の冷媒は、室内熱交換器１
３以降の配管や第２バイパス回路１７での配管等の、通
常暖房運転時の絞り装置１４の絞り量よりはずっと小さ
な絞り作用を受けて、約３０〜４０°Ｃの比較的低い温
度で凝縮放熱し、点ｂ′に移行して図示しない室内ファ
ンの通電により暖房運転が継続可能となる。その後この
凝縮冷媒は前述した配管等で減圧してそのまま室外熱交
換器１５の出口側へ戻される（点ｃ／　）。

一方点ａ′で分岐した残りの高温の冷媒は第１バイパス
回路１６を経て室外熱交換器１５へ導びかれ、はぼ等エ
ンタルピ変化を受けて点ｄ′に移行した後室外熱交換器
１５へ流入して、霜の融解温度である約０°Ｃまたはそ
れ以上で凝縮放熱して点ｅ′に至り除霜を行なう。

この時の除霜に利用する冷媒のエンタルピ差はΔｉ　ｄ
ｅ　ｆ　”’　ｉｄ’−ｉ　ｏ’である。ちなみに室内
暖房に利用する冷媒のエンタルピ差は途中の熱ロスを無
視すればｉａ’−ｉｂ’となる。

このようにして点ａ′で分岐した冷媒は室外熱交換器１
５の出口側で合流して点ｆ′の状態となり、その後四方
弁１２や配管等の圧力損失を受けて点ｇ′となり圧縮機
１１に戻ってサイクルを完結する。

ところで除霜すべき室外熱交換器１５へ流入する冷媒の
状態に注目すると、室外熱交換器１５へは圧縮機１１か
ら吐出された高温の冷媒の一部のみを流すだけで、室内
熱交換器１３で放熱凝縮しピ変化による温度降下だけに
押さえて、可能な限り高い温度Ｔｄ’に保つことができ
る。

今、従来例と本発明による一実施例とを比較するため、
−そのモリエル線図である第５図と第２図に注目する。

第５図において室外熱交換器上５を通過する冷媒循環量
をＧｒ、一方策２図において室外熱交換器１５を通過す
る冷媒循環量をＧ’ｒとする。

付着した霜を全てＯ’Ｃの水に変換するまでの除霜熱量
をそれぞれＱｄｅｆ、　Ｑ’ｄｅｆ　　とすると、以下
の式で示せる。

従来例・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・Ｑ
ｄｅｆ＝Ｇｒ・Δ１ｄｅｆ−（ＩＪ本発明の一実施例・
・・・・・Ｑｄ　ｅ　ｆ　＝Ｇｒ・Δｔ　ｄ　ｅ　ｆ　
　　（２）比較のために除霜熱量を同じとし、さらに本
実施例における冷媒循環量が点ａ′で２等分されるとし
Ｇｒ　　　　　ｔ Ｇｒ・Δ１ｄｅｆ＝＝Δ１ｄｅｆ つまり第４図、第５図に示す従来例に対して、本実施例
では室外熱交換器１５を通過する冷媒循環たものと除霜
熱量から見れば等価となる。

第３図は除霜運転時における室外熱交換器流入及び流出
冷媒温度の時間的変化を示したもので、図中の実線は本
実施例を、破線は従来例を示す。

室外熱交換器流入温度は今までに述べてきたように、従
来例ではＴｏ、本実施例ではより高温のＴｄ’である。

一般に除霜終了は室外熱交換器の流出側での配管温度又
は冷媒温＾知して行なうので、流出冷媒温度が重要にな
る。霜が全て０°Ｃの水になるまでの除霜熱量を等しく
したので、従来例及び本実施例ともに時間τ０で雷がな
くなる。それ以後は融解水の水切りのために引き続き乾
燥運転を行なうが、本実施例では従来例に比べて図示の
如く流出冷媒温度の上昇が時間τ０を過ぎてからち大き
く、したがって除霜終了の目安となる復帰温度殊に早く
到達できる。すなわち、図示の如くトータルの除霜時間
を従来の時間τｄｅｆからτｄｅｆに短縮することがで
きるのである。これは除霜開始時から室外熱交換器によ
り高温の冷媒を流すことによってもたらされるものであ
る。

なお上記実施例では第１バイパス回路１６、第２バイパ
ス回路１７にはそれぞれ第１開閉弁１８、第２開閉弁１
９のみを設けて説明したが、さらにこれら第１バイパス
回路１６、第２バイパス回路１７にバイパス流量調整用
としてキャピラリ等の若干の絞りを付加しても同等の効
果を得られることは言うまでもない。

また上記実施例では圧縮機を定容量型のものとして説明
したが、これを容量制御可能な圧縮機、特に大巾に容量
を可変できる周波数可変型の圧縮機とし、あわせて除霜
運転時に周波数を上げて高容量運転とすれば、継続する
暖房能力を増大できるとともに除霜時間をさらに短縮で
きて、快適性が向上し、より高い効果が得られる。

発明の効果 以上のように本発明によるヒートポンプ式空調機は、圧
縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外熱交換器
等を順次環状に配管で連結して冷凍サイクルを構成し、
さらに前記圧縮機から前記室内熱交換器に至る暖房運転
時に高圧となる配管の一部と前記絞り装置から前記室外
熱交換器に至る配管の一部とを連結する第１バイパス回
路、及び前記室内熱交換器から前記絞り装置に至る配管
の一部と前記室外熱交換器から前記圧縮機に至る暖房運
転時に低圧となる配管の一部とを連結する第２バイパス
回路とを設け、さらに前記第１バイパス回路に第１開閉
弁を、前記第２バイパス回路に第２開閉弁を設けて、除
霜運転時に前記第１、第２開閉弁を開とすることにより
、暖房運転継続可能とした状態で室外熱交換器を除霜す
ることができ、しかもこの時の冷媒循環をよくし、除霜
に利用する熱量の主たる供給源である圧縮機入力を十分
に発揮することができるのはもちろんのこと、エンタル
ピ変化による温度降下のみに押さえて可能な限り高い温
度とできるので、この冷媒の顕熱を最大限に利用しきっ
て除霜運転後期のいわゆる乾燥期において室外熱交換器
の温度上昇が速くなり、除電終了となる復帰温度までの
トータルの除霜時間を短縮することができる効果の高い
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の冷凍サイクル図、第２図は第１図に示すヒートポン
プ式空調機の除霜運転時におけるモリエル線図、第３図
は除霜運転時における室外熱交換器流入及び流出冷媒ｎ
、Ａ度の時間的変化を示す説明図、第４図は従来のヒー
トポンプ式空調機の冷凍サイクル図、第５図は第４図に
示す従来のヒートポンプ式空調機の除霜運転時における
モリエル線図である。 １１・・・・・・圧縮機、１２・・・・・・四方弁、１
３・・・・・・室内熱交換器、１４・・・・・・絞り装
置、１５・・・・・・室外熱交換器、′１６・・・・・
・第１バイパス回路、１７・・・・・・第２バイパス回
路、１８・・・・・・第１開閉弁、１９・・・・・第２
開閉弁。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 箱　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ネ目　柑
砿ｂ　参

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、絞り装置、室外熱交換
   器等を順次環状に配管で連結して冷凍サイクルを構成し
   、さらに前記圧縮機から前記室内熱交換器に至る暖房運
   転時に高圧となる配管の一部と前記絞り装置から前記室
   外熱交換器に至る配管の一部とを連結する第１バイパス
   回路、及び前記室内熱交換器から前記絞り装置に至る配
   管の一部と前記室外熱交換器から前記圧縮機に至る暖房
   運転時に低圧となる配管の一部とを連結する第２バイパ
   ス回路とを設け、さらに前記第１バイパス回路に第１開
   閉弁を、前記第２バイパス回路に第２開閉弁を設けて、
   除霜運転時に前記第１、第２開閉弁を開とするヒートポ
   ンプ式空調機。