JPS63129238A - ヒ−トポンプ式空気調和機の除霜制御装置 - 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制御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、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
為に、室内ファンを停止していた。

この方法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、除霜時間が長くなるこ
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四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Ｏ 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霜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
論文剰。

５５９−１１．　　第５３ページ）。

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５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５０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時に四方
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Ｃにて高圧側で分岐した大部分の？４７？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６図は第５図に示すと一トボンブ式空調機の従来の
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−ｅは第４図に示したものと対応する
。

即ち、除霜運転時に圧縮機吐出側の点ａＴ分岐した冷媒
は室外熱交換器５の入口側の点Ｃで合流し、この点Ｃは
温度の高い過熱域に存在する。

ここで、冷媒はｉｃなるエンタルピを持つ。そして、凝
縮後、つまり除霜後の冷媒状忠は二相域の液分の多い点
ｄまで変化して圧力拍失後の点ｅとなり、この液分の多
い乾き度ｘｅなる冷媒をそのまま周波数可変圧縮機１に
吸入されるので相当の液圧縮を行なっていることになる
。これは年間のヒートポンプシーズンの除霜回数を考慮
すると圧縮機信頼性上大きな問題となる。

さらに、除霜時の冷媒の利用状況（点Ｃ→点ｄ）からす
ると、冷媒の顕熱（過熱域）と潜熱（二相ｗ、）を利用
しており、霜が融解しドレン水が滴下し始める除霜後期
には、室外熱交換器５の表面に温度分布を生じるので、
室外熱交換器５の表面の高温部からは周囲の大気に対流
放熱し除霜性能を落としていることにもなる。

また７図は、前記従来のヒートポンプ式空調機の除霜運
転時の暖房能力の変化を示し、第７図は同じく除霜運転
時の高圧側圧力と低圧側圧力の変化を示す。

第８図においてＡは高圧側圧力、Ｂは低圧側圧力を示す
。

同図より明らかなように除霜が進むにつれて高圧側圧力
Ａと低圧側圧力Ｂの比に即ち圧縮比が小さくなり、また
低圧側圧力Ｂは上昇するので前記周波数可変圧縮機１の
吸入側の冷媒の比容積が小さくなって冷凍サイクル内の
冷媒の循環量は増加し、従って暖房能力は除霜開始時一
旦大きく低下した後徐々に増加する。

この為、除霜開始時、暖房能力が大きく低下して室内へ
吹き出す空気の温度も低下し、居住者に不快感を与える
恐れがあり、また除霜終了時近くになると暖房能力は除
霜開始時に比べて太きくなりすぎ、それだけ除霜時間も
長くなっていた＠本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転
時にも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て、圧縮機への多量の液戻りや液圧
縮を軽減し、かつ圧縮機本体内の液レベルを確保し、室
外熱交換器表面の温度分布を改善して一様温度とする均
一除霜を実現し、除霜運転開始時に室内ファンの風量を
暖房運転時より低下させ、除霜運転時に室内ファンの風
量を変化させて、長期にわたって信頼性の高い、しかも
居住者に不快感を与えることなく除霜効率を改善したと
一トボンブ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、西方弁、室内熱交換器、絞り量を可変
とした絞り装置、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、暖房運転時に、高圧とな
る前記圧縮機より前記室内熱交換器に至る配管と同じく
暖房運転時に低圧となる前記室外熱交換器より圧縮機に
至る配管とを結ぶバイパス回路を形成し、前記バイパス
回路に開閉弁を設けて、前記室外熱交換器の除霜運転開
始時には前記絞り装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よ
りも小さくし、さらに前記開閉弁を開とし、室内ファン
の風量を暖房運転時より低下させ、除霜運転時に前記室
内ファンの風量を変化させ、除霜終了後、一定時間一定
周波数で圧Ｍ機を運転するようにしたものである。

作　　用 本発明は上記構成により、除霜運転時にも高温の吐出ガ
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
、第１の絞り装置の絞りを小さくして、高温の吐出ガス
の残りを室外熱交換器出口である圧縮機吸入側へ直接戻
すので冷媒循環もよく圧縮機入力を維持した状態で、圧
縮機吸入冷媒も二相ではあるが乾き度を大きくでき、液
戻りゃ液圧縮を軽減でき、かつ圧縮機内の液レベルも確
保できる。

また室外熱交換器への流入冷媒も二相となり、除霜初期
、中期はもちろん融解後のドレン水滴下中の後期から乾
燥期まで室外熱交換器表面は温度むらなく一様に温度上
昇するので、暖房運転に戻る復帰温度までに一部分がど
んどん温度上昇することがなくなり、それだけ周囲への
対流放熱損失が押さえられて除霜効率も改善できる。

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は四方弁、１３は室
内熱交換器、１４は電磁力で弁開度を可変できる電動膨
張弁、１５は室外熱交換器、１６はバイパス回路、１７
はバイパス回路１６に設けられた開閉弁、１８は室内熱
交換器１３と熱交換した空気を室内に吹き出す室内ファ
ン、１９はこの室内ファンを駆動するトランジスタモー
タ等の速度可変の駆動モータである。また２０は室内熱
交換器１５の温度を検知する室内温度検出素子、２１は
室外熱交換器１５の温度を検知する室外温度検出素子で
あり、２２はこの室内温度検出素子２０、室外温度検出
素子２１の温度信号を受けて電動膨張弁１４、開閉弁１
７、駆動モータ１９を制御する制御回路である。そして
、圧ＲｒＡ機１１、四方弁１２、室内熱交換器１３、電
動膨張弁１４、室外熱交換器１５を順次環状に連結し、
さらに圧Ｎ機１１の吐出側と、室外熱交換器１５の暖房
運転時の出口側とを結び、その途中に開閉弁１７を備え
たバイパス回路１６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。

通常の暖房運転時には開閉弁１７は閉の状態となってお
り、冷媒は圧縮機１１、四方弁１２、室内熱交換器１３
、電動膨張弁１４、室外熱交換器１５、四方弁１２と流
れて圧縮機１１に戻り暖房サイクルを形成し、バイパス
回路１６には冷媒は流れない。

ところが低外気温時には、室外熱交換器１５に着霜が生
じ、室外温度検出素子２１の温度信号が設定値まで下が
ると制御回路２２が除霜開始指令を発し、四方弁１２は
そのｉまの状態で開閉弁１７を開とし、高温の吐出ガス
を点ａ′で分岐させ、一部はそのまま室内熱交換器１３
へ流し、残りは室外熱交換器１５の出口側へ導くととも
に、電動膨張弁１４の弁開度を全開気味にすることで絞
り量をほぼゼロとし、駆動モータ１９の回転数すなわち
室内ファン１８の回転数を暖房運転時より低下させて室
内へ吹き出す風量を低下させて除霜を開始する。

第２図は、第１図に示すヒートポンプ式空調機の一実施
例の除霜運転時におけるサイクルをモリエル線図に示し
たものである。

同図に示す記号ａ′〜ｅ′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′からそのまま室内熱
交換器１３へ流した高温の吐出ガスは、電動膨張弁１４
の弁開度が全開気味になっているので比較的低い温度（
約３０〜４０°Ｃ）で凝縮放熱し点ｂ′に移り室内ファ
ンを低速回転させて暖房運転継続可能となる。途中の配
管や電動膨張弁１４の若干の絞りで減圧して点Ｃ′とな
り室外熱交換器１５に流入して、さらに霜の融解温度で
ある約０°Ｃで凝縮放熱して除霜し点ｄ′に至る。この
時の除霜に利用する冷媒のエンタルピ差はΔ’ｄｅｆ”
ｉｃ／−ｉ　、／となり、室外熱交換器１５への流入冷
媒状態は点Ｃ′に示すように既に二相となっている。

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ｉ；−１／となる。

一方残りの高温の吐出ガスは室外熱交換器１５の出口側
に導かれるのではソ等エンタルピ変化後、主回路を流れ
てきた液分の多い冷媒と合流し混合して点ｅ′となり、
圧縮機１１に吸入される。この点ｅ′は二相状態にある
ものの冷媒乾き度ｘ′ｅが大きく液分が少ないので液戻
りや液圧縮を軽減または実質的に回避することができる
。さらにまた除霜運転時に室外熱交換器１５へ流入して
いる冷媒は基本的に二相状態であるため、冷媒温度つま
り室外熱交換器１５の表面温度も一定となり、同表面温
度にむらがないため均一除霜が実現できる。

また、除霜運転開始時、開閉弁１７を開くことで高圧側
圧力が大きく低下して暖房能力が急激に低下するが、室
内ファン１８の回転数を暖房運転時より低下させるので
、室内側熱交換器１３と熱交換して室内に吹き出す空気
の温度の低下を少なくすることができ、居住者に不快感
を与えない。

さらに、除霜が進行するにしたがって従来例で示したの
と同様に、次第に高圧側圧力が高くなって暖房能力が大
きくなるが、室内温度検出素子２１の温度信号が設定ｉ
ｉＩまで上昇すると制御回路２２により駆動モータ１９
の回転数すなわち室内ファン１８の回転数を低下させ、
暖房能力の増加を押さえることで室外熱交換器１５の除
霜能力を増加させ、したがってさらに除霜効率の改善が
可能となる。

第４図の実線は、本発明の一実施例におけるヒートポン
プ穴空ａｍの除霜運転時の暖房能力の変化を示すもので
、前記のように室内ファン１８の回転数を変化させるこ
とで破線で示す従来例のヒートポンプ式空調機の除霜時
の暖房能力の変化と比較して除霜終了時近くで不必要な
暖房を行なうことがない。

なお、本発明は絞り装置の最良の形態として電磁力を駆
動源として弁開度を可変とした電動膨張弁１４を用いて
説明したが、キャピラリ等の絞りを複数個用いて構成し
、適宜切換により制御してもよく、さらに弁開度を可変
する手段としてバイメタル若しくは形状記憶合金等を用
いてもよい。

また、暖房能力の増加を室内熱交換器１３の温度を用い
て検知したが、本発明はそれに限定されるものではなく
、暖房能力の増加を検知できるものであれば、検出する
圧力、温度等の位置およびその手段は任意である。また
、除霜開始時期の決定についても同様である。

第４図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の除霜運転時の周波数と時間の関係を示す。

同図のように除霜終了後一定時間一定周波数で制御する
ことで、圧縮機の信頼性が増す。

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は、圧縮機
、四方弁、着肉熱交換器、絞り量を可変とした第１の絞
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、暖房運転時に高圧となる前記圧縮
機より前記室内熱交換器に至る配管と、同じく暖房運転
時に低圧となる前記室外熱交換器より圧縮機に至る配管
とを結ぶバイパス回路を形成し、前記バイパス回路に開
閉弁を設けて、前記室外熱交換器の除霜運転開始時には
前記絞り装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小さ
くして前記開閉弁を開とし、室内ファンの風量を暖房運
転時より低下させ、除霜運転時に前記室内ファンの風量
を変化させたもので、除霜運転時にも室内熱交換器に高
温の吐出ガスの一部を流して暖房運転継続可能として、
圧縮機への多量の液戻りや液圧縮を軽減し、かつ圧８ｍ
内の液レベルを確保でき室外熱交換器表面の温度分布を
改善して一様温度とする均一除霜を実現し、さらに室内
ファンの風量を可変として、長期にわたって信頼性が高
く、しかも居住者に不快感を与えることなく除霜効率を
改善できる等の種々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけると一トポンプ式空調
機の冷凍サイクル図、第２図は同ヒートポンプ式空調機
の除霜運転時のサイレルをモリエル線図上にあられした
図、第３図は同ヒートポンプ式空調機の除霜運転時の暖
房能力の変化を示す説明図、第４図は同空調機における
除霜運転時の周波数の変化を示す説明図、第５図は従来
のヒートポンプ式空調機の冷凍サイクル図、第６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の
サイクルをモリエル線図上にあられした図、第７図は同
じ〈従来のと一トポンプ式空調機の除霜運転時の暖房能
力の変化を示す説明図、第８図は同じ〈従来のヒートポ
ンプ式空調機の除霜運転時の高圧側圧力と低圧側圧力の
変化を示す説明図である。 １１・・・・・・圧縮機、１２・由・・四方弁、１３・
・・・・・室内熱交換器、１４・・・・・・電動膨張弁
（絞り装置）、１５・・・・・・室外熱交換器、１６・
・・・・・バイパス回路、１７・・・・・・開閉弁、１
８・・・・・・室内ファン。 第３図 第４図 Ｆｔ開 ／　−Ｊｌス枚町ジシ客懺 ３−１！！ｌ’（纂交秩各 ６−ホット刀スバイパス１ｊ］賂・ 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数可変形の圧縮機、四方弁、室内熱交換器、
   暖房運転時と除霜運転時に絞り量の異なる絞り装置、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、暖房運転時に高圧となる前記圧縮機より前記
   室内熱交換器に至る配管と、同じく暖房運転時に低圧と
   なる前記室外熱交換器より圧縮機に至る配管とを結ぶバ
   イパス回路を形成し、前記バイパス回路に開閉弁を設け
   て、前記室外熱交換器の除霜運転開始時には、前記絞り
   装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小さくしかつ
   前記開閉弁を開とし、さらに室内ファンの風量を暖房運
   転時より低下させ、除霜運転時に前記室内ファンの風量
   を変化させるようにしたヒートポンプ式空気調和機の除
   霜制御装置。
2. （２）除霜運転時、周波数可変圧縮機の周波数を上昇せ
   しめ、除霜運転終了時に、一定時間除霜運転終了時の運
   転周波数か、もしくはそれ以下の運転周波数で運転する
   ようにした特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式
   空気調和機の除霜制御装置。