JPS63108173A - ヒ−トポンプ式空調機の除霜方法 - 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、詳しくは低外気温時に室外熱交換器に付着
する霜を融解する除霜方法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
除霜方法は、大半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
逆サイクル除霜方法で、この時コールドドラフト防止の
ために室内ファンを停止していた。

この方法では、基本的に冷凍サイクル中の冷媒循環量が
少なく圧縮機入力の増大がそれほど期待できないので、
除霜時間が長くなること、並びに除霜中の数分間は室内
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、四方弁を切換えて暖
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法にか
わって、バイパス回路等を設けることで、除霜運転時に
も四方弁を暖房サイクルのままとし、室内熱交換器およ
び室外熱交換器の両方を凝縮器として作用させ、若干の
暖房能力を維持しながら除霜を行なう暖房継続除霜方法
が提案されている（例えば実開昭６０−５９０４２号公
報）。

以下、図面を参照しながら上記従来のヒートポンプ式空
調機について説明する。

第３図は、従来のヒートポンプ式空調機の第１の例にお
ける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式の圧縮
機（以下単に圧縮機と称す）、２は四方弁、３は室内熱
交換器、４はキャピラリ、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、８はバイパスキャピ
ラリである。また、９は室外熱交換器温度センサ、１０
はこのセンサ９からの信号を受けて圧縮機１、三方弁７
、室内外ファン（図示ぜず）等を制御して室外熱交換器
５の除霜運転を行なう除霜制御コントローラである。

ホットガスバイパス回路６は、圧縮機１の吐出管と室外
熱交換器５の暖房運転時に入口側１となる配管とを連結
し途中に三方弁７とバイパスキャピラリ８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、低外気温時に室外熱交換器温度セン
サ９からの信号により室外熱交換器５の着霜を検知する
と、除霜制御コントローラ１ｏより指令を発して圧縮機
１の周波数を高め、圧縮機１の本体温度を上昇させて蓄
熱する。

そして、所定時間経過後、除霜制御コントローラ１０よ
り指令を発して、圧縮機１を最大周波数とし、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、キャピラリ４と流して若干の暖房運転を
継続して行ない、室外熱交換器５の入口でホットガスバ
イパス回路６を通過した冷媒と合流させる。この合流後
の冷媒は、自身のもつ凝縮熱で室外熱交換器５を除霜し
た後、四方弁２を経て圧縮機１に戻り、除霜サイクルを
完結する。

このように、暖房サイクルのままで除霜を行なうことが
できるので、除霜時の快適性の改善を図ることが可能と
なった。

また、第４図は従来のヒートポンプ式空調機の第２の例
における冷凍サイクル図を示す。

この例においては、ホットガスバイパス回路６のかわり
にキャピラリ４をバイパスするバイパス回路１１を設け
ている。そして、バイパス回路１１には二方弁１２、逆
止弁１３を備えている。

除霜時には、二方弁１２を開いてほとんどの冷媒をバイ
パス回路１１を通過させることで、室外熱交換器５の冷
媒圧力を上昇させ、室内熱交換器３および室外熱交換器
５の両方を凝縮器として作用させることで、第１の例で
説明した効果と同様の効果を得ることが可能である。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記方法では以下のような問題点があっ
た。

第５図は、第３図に示す従来のヒートポンプ式空調機の
第１の例におけるバイパスキャピラリの絞り量と除霜時
間および除霜運転時の暖房能力との関係を示すものであ
る。

同図より明らかなように、バイパスキャピラリ８の絞り
量を大きくすれば、除霜運転時に室内熱交換器３を通過
する冷媒の循環量が増加し、圧力も上昇するので暖房能
力は増加するが、室外熱交換器５を通過する冷媒の圧力
が低下して凝縮能力が減少し、除霜時間が長くなってし
まう。　　　　′したがって、短時間に除霜を終えるた
めには、暖房能力を大きくすることはできなかった。例
えば、１馬力クラスのヒートポンプ式空調機では、通常
総合電流を２０Ａ以下に押えるような制御装置を設けて
おり、この場合、圧縮機入力のうち冷媒に与えられる熱
量は、発明者らの実験の結果、最大でも１３００にｃａ
ｌ／ｈ　　である。

除霜を５分間で終えるとすると、この間圧縮機入力より
冷媒に与えられた熱量は１０８にｃａｌである。そして
圧縮機重量が１０に９、比熱が０．１で、圧縮機本体温
度が除霜運転中に３０°Ｃ降下したとすると、３０Ｋｃ
ａｌの熱量が冷媒に与えられる。主に、これら２つの熱
量の合計１３８にｃａｌの熱が冷媒に与えられる。

これに対して、着霜量が９００ｇであるとすると、除霜
に７２にｃａｌの熱が用いられ、残りの（１３８−７２
）にｃａｌの熱が暖房に利用可能である。これは単位時
間当り７９２にｃａ　Ｉ　／ｈであり、この程度の暖房
能力では、除霜運転時の快適性の低下を十分に押えるこ
とができなかった。また、圧縮機本体を蓄熱体として利
用し、乾き度の低い冷媒を吸入して圧縮機本体の熱を奪
っているため、圧縮機信頼性も低かった。

第４図に示す第２の例の場合も、除霜運転時の暖房能力
は低く、第１の例で示したのと同様の問題点を有してい
た。さらに、第２の例において室内機と室外機とを接続
配管で結ぶセパレートタイプのヒートポンプ式空調機の
場合、圧縮機１の周波数を上昇させて冷媒の循環量を増
加させたり、接続配管を長くしたりすると全冷媒が通過
するため室内熱交換器３の出口とバイパス回路１１の入
口とを結ぶ接続配管での圧力損失が増加し、室外熱交換
器５を通過する冷媒の圧力が低下し、凝縮能力が低下し
て除霜時間が長くなってしまったり、あるいは除霜でき
なくなってしまうという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、暖房運転時に潜熱蓄熱材を
充填した蓄熱槽に蓄熱し、除霜運転時にこの熱を利用す
ることで、高い暖房能力を保ちながら除霜を行ない、か
つ圧縮機信頼性の高い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
調機の除霜方法は、能力可変形の圧縮機、四方弁、室外
熱交換器、減圧器、室内熱交換器等を連結し、前記圧縮
機の吐出管と暖房運転時に低圧側となる配管とを結ぶ第
１バイパス回路と、前記圧縮機の吐出管の一部をバイパ
スする第２バイパス回路と、前記減圧器をバイパスする
第３バイパス回路を配設し、前記第１バイパス回路に開
閉弁および補助減圧器を備え、前記吐出管と第２バイパ
ス回路および前記減圧器と第３バイパス回路とをそれぞ
れ検知手段を有する流路切換手段により冷媒流路を切換
可能とし、内部に潜熱蓄熱材を充填した蓄熱槽を設け、
この蓄熱槽と前記第２バイパス回路および第３バイパス
回路とを熱交換的に接続した冷媒回路を構成し、前記室
外熱交換器の除霜を行なう除霜運転時に、前記圧縮機を
高能力運転し、少なくとも前記第１バイパス回路と第３
バイパス回路のどちらか一方に冷媒を流すものである。

作　　用 本発明は、上記手段により次のような作用を有する。

すなわち、除霜運転時に圧縮機を高能力運転し、第３バ
イパス回路に冷媒を流して蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交
換を行なうことで、高い暖房能力を保ちながら除霜運転
を行なうことが可能であり、また圧縮機吸入冷媒の乾き
度を高く保つことができるので、圧縮機信頼性も高い。

また、セパレートタイプのヒートポンプ式空調機の場合
で接続配管での圧力損失が大きく、室外熱交換器を通過
する冷媒の圧力が低くても、過熱域にある冷媒を利用で
きるので除霜可能である。さらに、蓄熱材に十分蓄熱か
行なわれていない状態でも、第１バイパス回路に冷媒を
流すことで室外熱交換器を通過する冷媒の圧力を上昇さ
せ、除霜を行なうことができる。

実施例 以下、本発明をその一実施例を示す添付図面の第１図お
よび第２図を参考に説明する。なお、本実施例を説明す
るに当り、第３図および第４図に示す従来のものと同一
の機能をもつものには同一の番号を付して説明を省略す
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である。

同図において、１４は圧縮機１の吐出管と吸入管とを接
続する第１バイパス回路、１５．１６はこの第１バイパ
ス回路上に設けられた開閉弁および補助キャピラリであ
る。１７は、圧縮機１の吐出管の温度を検知する吐出管
温度センサ、１８および１９は冷媒の流路を切換える三
方弁である。

２０は、圧縮機１の吐出管をバイパスする第２バイパス
回路で、この第２バイパス回路には、第１熱交換器２１
および逆止弁２２が備えられている。

２３はキャピラリ４をバイパスする第３バイパス回路で
、この第３バイパス回路には第２熱交換器２４および逆
止弁２５が備えられている。また、２６は蓄熱槽で、内
部に潜熱蓄熱材（例えばＮａＣ８３ＣＯＯ・３Ｈ２０）
２７が充填されており、この蓄熱材２７と熱交換可能な
ように前記第１熱交換器２１および第２熱交換器２４が
配設されている。また、１０ａは除霜制御コントローラ
であり、従来例で説明した機能に加えて暖房運転時に吐
出管温度センサ１７からの信号を受けて、三方弁１８の
流路を切換えたり、除霜運転時に開閉弁１５の開閉や三
方弁１８．１９の流路を切換える機能を有する。

この冷媒回路において、暖房運転開始時から圧縮機１の
吐出管温度が所定温度に達するまでの間は、圧縮機１か
ら吐出された冷媒は、三方弁１８、四方弁２、室内熱交
換器３、三方弁１９、キャピラリ４、室外熱交換器５、
四方弁２と流れ、圧縮機１に吸入される。

圧縮機１の吐出管温度が所定値に達すると、吐出管温度
センサ１７からの信号を受けて除霜制御コントローラ１
０ａより指令を発して三方弁１８の流路を切換える。し
たがって、圧縮機１より吐出された冷媒は、三方弁１８
より第２バイパス回路２０へと流れ、第１熱交換器２１
より蓄熱材２７に熱を与え、逆止弁２２、四方弁２、室
内熱交換器３、三方弁１９、キャピラリ４、室外熱交換
器５、四方弁２と流れて圧縮機１に吸入される。

室外熱交換器温度センサ９からの信号により室外熱交換
器５の着霜を検知すると、除霜制御コントローラ１０ａ
より指令を発して圧縮機１の周波数を最大とし、三方弁
１８・１９の流路を切換えて除霜運転を行なう。

すなわち、圧縮機１から吐出された冷媒は、三方弁１８
、四方弁２、室内熱交換器３へと流れ、暖房に利用され
た後三方弁１９より第３バイパス回路２３へ流れ、第３
熱交換器２４にて蓄熱材より熱を奪って逆止弁２５、室
外熱交換器５へと流れ、ここで除霜に利用された後四方
弁２より圧縮機１に吸入される。この時、開閉弁１５は
閉じたままである。

除霜運転を行なっている場合は、除霜制御コント第２図
は、第１図に示したヒートポンプ式空調機の除霜運転時
で開閉弁１５が閉の時の冷凍サイクルをモリエル線図上
に示した図である。同図におけるａ〜９の記号は、第１
図におけるａ〜９の位置における冷媒の状態を示す。

まず、圧縮機１で圧縮された冷媒は（ａ−”ｂ）、室内
熱交換器３で暖房に利用されて凝縮しくＣ−ｄ）、接続
配管等を通過の際の圧力損失で圧力が低下しくｄ−ｅ）
、第３バイパス回路２３の第２熱交換器２４で蓄熱材２
ｓより熱を奪い（ｅ−”ｆ）、室外熱交換器５で除霜に
利用されて凝縮しく　ｆ−ａ　）、四方弁２より圧縮機
１に吸入されるＣｑ−”＝）。

このように、暖房に用いられて凝縮した冷媒（ｄ）は、
蓄熱材２７より熱を奪うことで再び（ｆ）までエンタル
ピが引き上げられるので、暖房能力を大きくとっても短
時間に除霜を終えることか可能である。

例えば蓄熱材（例えばＮａＣ８３ＣＯ０・３Ｈ２０）２
７を２に９蓄熱槽に充填したとすると、潜熱は、６０に
ｃａｔ／Ｋｇであるからこれを全部利用できたとすると
、冷媒に与えられる熱量は従来例で説明した圧縮投入力
１０８にｃａｌに潜熱１２０Ｋｃ孕１を加えて２２８に
ｃａｌである。

一方、除霜に用いられる熱量は７２にｃａｌであるから
残りの１５６Ｋｃａｌの熱量が暖房に利用可能である。

これは、単位時間当り１８７０Ｋｃａｌ／ｈであるので
、十分に室内の快適性を保つことができる。また、潜熱
蓄熱材２７を用いているので潜熱を利用しきってしまう
まで蓄熱材２７の温度はほぼ一定であり（本実施例の場
合は５８℃）、第２熱交換器２４を通過する冷媒と一定
の温度差を保ちなから熱交換できるので、第２熱交換器
２４をコンパクトに設計できる。

また、室外熱交換器５で除霜に利用される冷媒は、はと
んど過熱ガスの状態であるので（ｆ”ｇ）、圧縮機周波
数を上昇させて冷媒循環量を増加させたり、接続配管を
長くすることでｄ−ｅの圧力損失が増加し、ｆ−９の冷
媒の圧力が低下しても、除霜を行なうことが可能である
。さらに、圧縮機吸入冷媒（ａｌの乾き度を高く保つこ
とができるので、圧縮機信頼性の高い除霜運転を行なう
ことができる。

また、外気温が非常に低くて、室外熱交換器５からの吸
熱が十分ではない場合等で、蓄熱材２７に十分蓄熱され
ない状態で除霜運転を開始すると、除霜運転途中で蓄熱
された熱を利用しきってしまい、その後布を融かすこと
ができない場合も考えられる。このため、除霜運転開始
後、所定時間経過しても除霜運転を終了しない場合は、
開閉弁１５を開いて第１バイパス回路１４に冷媒の一部
を流して室外熱交換器５を流れる冷媒の圧力を上昇させ
て凝縮能力を高めることで、蓄熱材２７から熱を奪うこ
となく除霜できる。この時、暖房能力は低下するものの
、暖房継続可能であるので室内快適性の低下を防ぐこと
ができる。

なお、本実施例ではバイパス回路１４は蓄熱材２７に蓄
熱された熱を使いきってしまった場合に利用したが、こ
れに限定されるものではなく、除霜運転開始と同時に開
閉弁１５を開いて第１バイパス回路に冷媒の一部を流し
、暖房能力を低下させて除霜能力を高める等、他の用途
に利用することも可能である。

また、バイパスの位置も吐出管と吸入管に限定されるも
のではなく、吐出管と暖房運転時低圧側となる配管を結
ぶことで上記効果を得ることができる。

また、本実施例においては暖房運転の立上りを遅らせる
ことがないよう、吐出管温度が所定値に達するまで蓄熱
運転を行なわないような制御を行なっだが、タイマーを
用いて運転開始後、所定時間蓄熱運転を行なわないよう
な制御を行なってもよい。あるいは、立上りの遅れが問
題にならないならばこの制御はなくてもよい。

また、除霜運転時に圧縮機１の吐出管温度が所定値以下
になると三方弁１８を切換えて第２バイパス回路２０に
冷媒を流して、第１熱交換器２１からも蓄熱材２７より
熱を奪う制御を加えると、さらに潜熱蓄熱を有効に利用
できる。

また流路切換手段は本実施例では三方弁を用いて説明し
たが、これに限定されるものではなく、他の手段を用い
てもよい。

さらに、潜熱蓄熱材は本実施例で用いたＮａＣＨ３ＣＯ
Ｏ・３Ｈ２０以外のものを用いてもよい。

発明の効果 以上のように本発明のヒートポンプ式空調機の除霜方法
は、除霜運転時に圧縮機を高能力運転し、第３バイパス
回路に冷媒を流して蓄熱槽内の潜熱蓄熱材と熱交換を行
なうことで、高い暖房能力を保ちながら除霜運転を行な
うことが可能であり、さらに圧縮機吸入冷媒の乾き度を
高く保つことができるので、圧縮機信頼性も高い。また
、セパレートタイプのヒートポンプ式空調機の場合で接
続配管での圧力損失が大きく、室外熱交換器を通過する
冷媒の圧力が低くても、過熱域にある冷媒を利用できる
ので除霜可能である。さらに、蓄熱材に十分蓄熱が行な
われていない状態でも、第１バイパス回路に冷媒を流す
ことで室外熱交換器を通過する冷媒の圧力を上昇させ、
除霜を行なうことができる等の効果を有する。

【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図は同ヒートポンプ式空調機
における除霜運転時の冷凍サイクルのモリエル線図、第
３図は従来のヒートポンプ式空調機の第１の例における
冷凍サイクル図、第４図は従来のヒートポンプ式空調機
の第２の例における冷凍サイクル図、第５図は同ヒート
ポンプ式空調機のバイパスキャピラリの絞り量と除霜時
間、暖房能力の関係を示す図である。 １・・・・・・圧縮機（能力可変形圧縮機）、２・・・
・・・四方弁、３・・・・・・室内熱交換器、４・・・
・・・キャピラリ（減圧器）、５・・・・・・室外熱交
換器、１０ａ・・・・・・除霜制御コントローラ、１４
・・・・・・第１バイパス回路、１５・・・・・・開閉
弁、１６・・・・・・補助キャピラリ（補助減圧器）、
１７・・・・・・吐出管温度センサ（検知手段）、１８
．１９・・・・・・三方弁（流路切換手段）、２０・・
・２６・・・・・・蓄熱槽、２７・・・・・・蓄熱材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｌ−
・−圧Ｊ（１機 第　２　図 工ンダルヒ０　→犬

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）能力可変形の圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減
   圧器、室内熱交換器等を連結し、前記圧縮機の吐出管と
   暖房運転時に低圧側となる配管とを結ぶ第１バイパス回
   路と、前記圧縮機の吐出管の一部をバイパスする第２バ
   イパス回路と、前記減圧器をバイパスする第３バイパス
   回路を配設し、前記第１バイパス回路に開閉弁および補
   助減圧器を備え、前記吐出管と第２バイパス回路および
   前記減圧器と第３バイパス回路とをそれぞれ検知手段を
   有する流路切換手段により切換可能とし、さらに内部に
   潜熱蓄熱材を充填した蓄熱槽を設け、この蓄熱槽と前記
   第２バイパス回路および第３バイパス回路とを熱交換的
   に接続した冷媒回路を構成し、前記室外熱交換器の除霜
   を行なう除霜運転時に、前記圧縮機を高能力運転し、少
   なくとも前記第１バイパス回路と第３バイパス回路のど
   ちらか一方に冷媒を流すヒートポンプ式空調機の除霜方
   法。
2. （２）検知手段を圧縮機の吐出管の温度を検知する温度
   検知手段とし、暖房運転時にこの温度検知手段により所
   定温度以上を検知すると流路切換手段によって第２バイ
   パス回路に冷媒を流すように構成した特許請求の範囲第
   １項記載のヒートポンプ式空調機の除霜方法。
3. （３）流路切換手段により、暖房運転開始後所定時間、
   吐出管に冷媒を流し、その後第２バイパス回路側に冷媒
   を流すように構成した特許請求の範囲第１項または第２
   項記載のヒートポンプ式空調機の除霜方法。
4. （４）圧縮機の吐出管の温度を検知する検知手段を有し
   、流路切換手段により除霜運転時に検知温度が所定値以
   上の時は吐出管側に冷媒を流し、所定値以下の時は第２
   バイパス回路側に冷媒を流すように構成した特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記載のヒートポンプ式
   空調機の除霜方法。