JPS63153378A - 冷凍装置 - 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） この発明は冷凍装置に関するものであり、特にデフロス
ト運転時間の短縮を図ることが可能な冷凍装置に係る。

（従来の技術） 例工ばセパレート形の空気調和機として構成された冷凍
装置において、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器
の除霜を行う手段としては、例えば社団法人日本冷凍協
会発行（昭ｍ５６年７月３０日）の［密閉形冷凍機Ｊ　
Ｐ、２７７に記載されているように、ホットガスデフロ
スト方式が多く採用さている。このホットガスデフロス
ト方式には二種のものがあるが、その第１の方式は第１
図のように、室外熱交換器１と室内熱交換器２とが液管
５．６及びガス管７．８により接続されると共に、上記
ガス管７．８に介設された四路切換弁１ｏに圧縮機１１
の吐出配管１２と吸込配管１３とを接続して冷媒循環回
路を構成した装置において、図中実線矢印方向に冷媒を
循環させていた暖房運転時に、室内熱交換器２に蓄熱さ
れていた熱量を、四路切換弁１０の切換作動により図中
破線矢印で示す逆サイクルの冷媒循環とすることによっ
て室外熱交換器１へと転送し、これにより上記室外熱交
換器１に付着している霜を取除こうとするものである（
以下、このような冷媒循環によるデフロスト方式を逆サ
イクルデフロストという）。

一方、第２のホットガスデフロスト方式は、上記構成の
冷媒循環回路に、さらに液管６と吐出配管１２とをバイ
パス管１９で接続し、上記圧縮機１１から吐出される高
温冷媒を上記バイパス管１９を通して直接室外熱交換器
１に供給することとして上記室外熱交換器１における除
霜を行おうとするものである（以下、正サイクルデフロ
ストという）。

そして従来は上記した逆サイクルデフロスト及び正サイ
クルデフロストの何れかの方式が採用されて、室外熱交
換器の除霜が行われていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記した逆サイクルデフロストを採用した装置
においては、室外熱交換器に付着している霜を除くため
の熱源は、それまでの暖房運転中に室内熱交換器に蓄熱
された熱量であり、デフロスト運転開始直後には上記室
内熱交換器の温度も高く、したがってこれを流通する冷
媒への熱量の移動も効率よく行われて、初期には除霜が
速やかに行われる。しかしながら時間経過と共に室内熱
交換器の温度は下がり、したがって蒸発温度が低下して
冷媒流通量が減少してくることとなり、このため単位時
間当りの転送熱量は次第に低下してくる。その結果、除
霜の速度が次第に低下することとなって、除霜が終了す
るまでに長時間を必要とし、この間は室内への温風吹出
しがなされないので、暖房感が損なわれ、空調快適性が
低下するという問題があった。

一方、上記した正サイクルデフロストを採用した装置に
おいては、圧縮機により循環冷媒に与えられる圧縮仕事
量が除霜のための熱源として作用するものであるが、こ
の圧縮仕事は正サイクルデフロスト運転開始初期には小
さく、運転の継続によって室外熱交換器の温度上昇と共
に次第に大きくなる傾向を示すものであった。それは、
上記のような正サイクルデフロストにおける冷媒循環サ
イクルでは、室外熱交換器は圧縮機から吐出される高温
ガス冷媒を液化する凝縮器としての作用を有するが、こ
のときに液化した冷媒は、上記圧縮機へと返流されるま
での間に再蒸発がなされず、したがって例えば圧縮機の
吸込配管に介設されるアキュームレータでガス冷媒より
分離される。このため上記室外熱交換器で液化される成
分が多い程、圧縮機に返流されるガス冷媒は少なくなり
、したがって圧縮機から冷媒に加えられる圧縮仕事量も
低下する。このことからデフロスト運転開始初期の室外
熱交換器が低温にある間は液化される量が多（、このた
め圧縮仕事量は小さく、そして室外熱交換器の温度上昇
と共に次第に大きくなるのである。このように正サイク
ルデフロストにおいてはデフロスト運転の開始初期に除
霜のための充分な熱源が得られず、したがうて除霜に長
時間を必要とするという問題があった。

さらに上記の各デフロスト方式のいずれにおいても、室
外熱交換器へのホットガス冷媒の流入、流出方向は一定
であり、このため流入側では除霜が速やかに進むが、出
口側では除霜が進まず、この結果完全に除霜を終了する
までにはさらに時間を必要とし、このことからも室内に
おける暖房感が損なわれ、空調快適性が低下するという
問題があった。

この発明は上記した従来の問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、除霜に必要な熱量を除
霜運転の経過と共に好適に与えることができ、そのため
除霜終了までの時間の短縮が可能であって、その結果、
例えば空気調和機として構成される冷凍装置においては
室内における居住者の空調快適性を向上し得る冷凍装置
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の冷凍装置においては、凝縮器２と蒸発
器１とを液管５．６とガス管７．８とによって接続し、
上記ガス管７．８に四路切換弁１０を介設すると共に、
この四路切換弁１０に圧縮機１１の吐出配管１２と吸込
配管１３とをそれぞれ接続して成る冷凍装置であって、
開閉手段１８を介設したバイパス管１９を上記圧縮機１
１の吐出側と上記液管６との間に接続し、さらにデフロ
スト運転時に、上記圧縮機１１からの吐出冷媒を上記蒸
発器１から凝縮器２へと流通させるべく上記四路切換弁
１０を切換作動して第１のデフロスト冷媒循環を行い、
次いで上記吐出冷媒を上記凝縮器２から蒸発器１へと流
通させるべく上記四路切換弁１０の復帰作動を行うと共
に、上記開閉手段１８を開作動状態として第２のデフロ
スト冷媒循環を行うためのデフロスト切換制御手段２０
を有している。

（作用） 上記構成の冷凍装置においては、デフロスト運転は、デ
フコスト切換制御手段２０によって、まず圧縮ａｌｌか
らの吐出冷媒が蒸発器１から凝縮器２へと流通する第１
のデフロスト冷媒循環のサイクル（すなわち、前記した
逆サイクルデフロスト）で行われ、次いで、上記圧縮機
１１からの吐出冷媒がバイパス管１９を通して蒸発器１
に直接供給されて上記圧縮機１１に返流するような第２
のデフロスト冷媒循環のサイクル（すなわち、前記した
正サイクルデフロスト）で行われる。したがってデフロ
スト運転期間の前半では、前記したように、それまでの
暖房運転で蓄熱された凝縮器２における熱量を蒸発器ｌ
に転送して蒸発器ｌの除霜がなされ、その後凝縮器２０
における蓄熱量が低下して上記のような熱量の転送が効
率よく行われなくなった後半には、新たに圧縮機１１で
の圧縮仕事量を熱源として除霜を行うのである。このと
き、上記した前半のデフロスト運転ですでに蒸発器１も
ある程度の温度上昇を伴っているので、切換え当初より
冷媒へは圧縮機１１によって大きな圧縮仕事量を付与す
ることができ、したがって蒸発器１における除霜は後半
においても速やかに進むこととなる。このように逆サイ
クルデフロスト及び正サイクルデフロストのそれぞれに
おける除霜のための熱源量の低下、及び上昇の各変化傾
向に応じた上記のような切換えを行うことにより、それ
ぞれ熱量の効率的な転送を伴った除霜がなされるので、
従来装置に比べて除霜終了までの時間を短縮することが
できる。さらにデフロスト運転の前半の逆サイクルデフ
コスト時には、蒸発器１にはガス管８側からホットガス
が流入し、一方後半の正サイクルデフロスト時には、蒸
発器１には液管６側からホットガスが流入することとな
り、蒸発器１内の冷媒流通方向が自動的に反転するので
、蒸発器１に転送された熱量がより好適に除霜のために
消費されることともなり、このことによっても除霜時間
の短縮を図ることが可能である。

（実施例） 次にこの発明の冷凍装置の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図はこの発明の冷凍装置をセパレート形空気調和機
として構成した装置の冷媒回路図である。

同図のように、この装置は室外ユニットＸと室内ユニッ
トＹとから構成されており、室外ユニットＸには、室内
暖房運転時に蒸発器として作用する室外熱交換器１が、
褒だ室内ユニットＹには、暖房運転時に凝縮器として作
用する室内熱交換器２がそれぞれ配置されている。上記
室外熱交換器１と室内熱交換器２とには、それぞれプロ
ペラファン、及びクロスフローファンより成る送風ファ
ン３．４が付設されている。そして上記室外熱交換器１
と室内熱交換器２とは、第１液管５及び第２液管６から
構成される液管と、第１ガス管７及び第２ガス管８から
構成されるガス管とによって接続されている。上記第１
液管５と第２液管６との間には、キャピラリチューブよ
り成る減圧機構９が、また第１ガス管７と第２ガス管８
との間には四路切換弁１０がそれぞれ介設されている。

さらに上記四路切換弁ｌＯに圧縮機１１の吐出配管１２
と吸込配管１３とをそれぞれ接続して、上記圧縮機１１
作動時における吐出ガス冷媒が、上記四路切換弁１０の
切換位置に応じた循環方向で上記室外熱交換器１と室内
熱交換器２とを循環して圧縮機１１に返流するような冷
媒循環回路を構成している。なお上記吸込配管１３には
アキュームレータ１４を介設している。

そして上記装置には、さらに上記減圧機構９と室外熱交
換器１とを接続している第２液管６と、上記吐出配管１
２とを、開閉手段となるデフロスト用電磁弁１８の介設
されたバイパス管１９で接続すると共に、後述するよう
に、デフロスト運転期間中に、上記冷媒循環回路におけ
る冷媒の流通方向を変更するための上記四路切換弁１０
の切換作動と、上記デフロスト用電磁弁１８の開作動と
を行うデフロスト切換制御手段となる切換制御装置２０
を設けている。

以上のように構成された装置の作動状態について次に説
明する。まず暖房運転時には、デフロスト用電磁弁１８
を閉とし、室内送風ファン４及び室外送風ファン３を共
にＯＮ作動し、四路切換弁１０を、第１図実線矢印方向
に冷媒が循環することとなる暖房サイクル位置にして圧
縮機１を駆動する。このとき、室内熱交換器２は凝縮器
として機能し、外部に放熱する。この放熱によって室内
暖房が行われる。一方、室外熱交換器１は蒸発器として
機能し、外部より熱を吸収する。このとき室外熱交換器
１は外気温より低くなり、したがって大気温度が低いと
きに暖房運転を継続すると大気中の水分が結露し、さら
にこれが霜となって室外熱交換器１に付着してくる。こ
の着霜量が増大してくると、室外熱交換器１の蒸発器と
しての機能が低下し、上記暖房運転サイクルが正常に機
能しなくなるので、例えば、室外熱交換器１における冷
媒の蒸発温度の低下等の検出により、暖房運転を停止し
てデフロスト運転に移行する。このとき上記装置におい
ては、切換制御装置２０によって、第２図の制御タイミ
ングチャートで示すように、室内送風ファン４と室外送
風ファン３とが停止されると共に、四路切換弁１０は、
まず、第１図の破線矢印方向に冷媒が循環することとな
る第１のデフロスト冷媒循環、すなわち前記した逆サイ
クルデフロストの循環サイクルを与えるように切換作動
される。このとき、バイパス管１９に介設されているデ
フロスト用電磁弁１８は閉作動状態で維持される。

このような逆サイクルデフロストの運転を、予め除霜が
完了するまでに要する予測時間の約半分の時間が経過す
るまで継続し、次いで例えばタイマー等により、第２図
に示すように四路切換弁１０の復帰作動と、そしてデフ
コスト用電磁弁１８の開作動とを行う。このときには、
第１図中、一点鎖線で示す冷媒循環がなされることとな
る。すなわち圧縮機１１からの吐出冷媒はバイパス管１
９を通して室外熱交換器１に直接流入した後、上記圧縮
機１１に返流する第２のデフロスト冷媒循環、つまり前
記した正サイクルデフロストが行われることとなる。な
お、このとき圧縮機１１からの吐出冷媒の一部は室内熱
交換器２を通しても循環することとなるが、流通抵抗の
差によって、殆どの冷媒はバイパス管１９側を循環する
こととなる。しかしながら、一部の高温吐出ガス冷媒が
室外熱交換器２を循環することによって、第２図の室内
熱交換器温度に示しているように、前記逆サイクルデフ
ロスト運転時に生じた室内熱交換器の温度低下が、上記
正サイクルデフロスト運転時に回復され、除霜完了後の
暖房運転の開始時期を早めることが可能となる。

上記正サイクルデフロスト運転を継続して除霜の終了、
すなわち室外熱交換器１に付設されている温度検知器等
によって、除霜完了に応する温度信号が発生された場合
には、切換制御装置２０によって、第２回に示すように
暖房運転への切換作動がなされ、暖房運転が再開される
。なお室内送風ファン４のＯＮ作動は室内熱交換器２の
温度上昇を待って行い、暖房再開時の冷風吹出しを抑え
て、居住者に不快感を与えることのないようにしている
。

第３図には上記のようなデフロスト運転期間中における
圧縮機１１の吐出圧力と吸込圧力、及びこの圧縮機１１
における消費電力の時間変化を示している。また第４図
には従来装置における圧縮機での吐出圧力、吸込圧力、
消費電力の変化を、逆サイクルデフロストのみの装置に
ついては実線で、正サイクルデフロストのみの装置につ
いては破線でそれぞれ示している。第４図のように、逆
サイクルデフロストのみで除霜を行う場合には、前記し
たように室内熱交換器２の温度変化により蒸発温度の低
下、したがって流通冷媒量の低下が生じて、吸込圧力は
時間経過と共に減少し、これと略比例する関係で圧縮機
１１における消費電力も低下している。このことから、
デフロスト運転の後半においては、室内熱交換器２の温
度低下による室外熱交換器１への熱量転送量の減少と共
に、圧縮機１１における圧縮仕事量も低下するので、室
外熱交換器１には除霜のための熱量の供給が低下し、し
たがって除霜の速度が遅くなることとなる。一方正サイ
クルデフロストのみで除霜を行う場合には、同図のよう
に時間経過と共に圧縮機１１の消費電力は増加していく
傾向を示し、したがってデフロスト運転期間の後半にお
いて、圧縮機１１による圧縮仕事量が室外熱交換器１へ
とより有効に転送されることとなる。そこで、デフロス
ト運転期間を二分して前半で逆サイクルデフロストを、
そして後半で正サイクルデフロストを行う上記実施例に
おいては、第３図に示すような変化となり、前半では室
内熱交換器２の蓄熱量が、また後半では増大してくる圧
縮機１１の圧縮仕事量が室外熱交換器１にそれぞれ転送
されることとなり、室外熱交換器１における除霜が前半
、及び後半ともに速やかに進行することとなる。

第５図には、上記のようなデフロスト運転期間中におけ
る室外熱交換器１内部の冷媒流通位置と、冷媒の温度と
の関係を示している。同図（ａ）は上記実施例の場合を
示しているが、正サイクルデフコストのみの場合（ｂ）
、逆サイクルデフロストのみの場合（Ｃ）も併せて付記
している。低温状態の室外熱交換器１へと流入する高温
の冷媒は、内部を流通する際の熱交換によって、当然に
出口側へ向かう程その温度が低下する。そしてデフロス
ト運転期間中に流通方向が一定の場合の正サイクルデフ
コスト（ｂ）及び逆サイクルデフロスト（Ｃ）は、時間
経過と共に流通冷媒温度は全体としては上昇するが、局
部的に見れば室外熱交換器１の出口側は常に温度低下し
た冷媒が流通することとなり、このため室外熱交換器１
の出口側の除霜は進まず除霜残りを生ずる結果となった
り、或いは完全に除霜を終了するまでに長時間を要する
結果となっていた。

そこで上記実施例のようにデフロスト運転期間の前半で
逆サイクルデフロストを、そして後半で正サイクルデフ
ロストを行うようにした場合（ａ）には、前半には第２
ガス管８側から第２液管６側に温度低下を生ずる温度勾
配となり、第２ガス管８側の除霜は速やかに進むが、第
２液管６例の除霜速度は遅れることとなる。そしてこの
状態は上記サイクルの切換り時に、同図破線で示すよう
な温度勾配の反転が自動的に生ずるため、次には残存量
の多い第２液管６側から高温の冷媒が流入することとな
り、除霜を必要とする箇所へとより効率的な熱量の供給
がなされることとなる。したがって除霜残りを生じるこ
となく、また除霜終了までの時間が短縮される。

以上の説明のように上記実施例における空気調和機とし
て構成した冷凍装置においては、室外熱交換器１での除
霜のために必要な熱源が好適に変更され、室外熱交換器
１へより増大した効率的な熱量の転送がなされると共に
、上記室外熱交換器１における冷媒の流通方向が自動的
に変更されるので、除霜残りを生ずることな（、除霜時
間の短縮を図ることができ、このためデフロスト運転期
間中の室内温度の低下が小さくなると共に、早期の暖房
再開が可能となるので、居住者の空調快適性が向上され
る。さらに上記実施例においては、後半に、すなわち暖
房再開前に正サイクルデフロストを行うようにしている
。この間に圧縮機１１からの高温吐出ガス冷媒の一部は
、室内熱交換器２へも循環し、これによって室内熱交換
器２の温度上昇が図られる。したがって例えば従来の逆
サイクルデフロストのみにより除霜運転をしていた場合
には、除霜終了時、室内熱交換器２の温度が低温状態に
あるので、すぐには温風吹き出しがなし得ず、室内熱交
換器２の温度の回復を待つことが必要であったが、上記
実施例においては除霜終了時には室内熱交換器２の温度
回復がすでになされているので、暖房再開をすぐに行う
ことができ、このことによっても居住者の空調快適性が
向上される。

なお上記実施例はこの発明を限定するものではなく、こ
の発明の範囲内で種々の変更が可能であり°、例えば上
記実施例においてはバイパス管１９を液管と吐出配管１
２との間に接続した構成を示したが、このバイパス管は
、四路切換弁１０と室内熱交換器２とを接続する第１ガ
ス管７と液管との間に接続する構成とすることもできる
。また上記実施例はセパレート形空気調和機に適用した
例を示したが、その他の冷凍装置にもこの発明を適用す
ることができる。

（発明の効果） 上記のようにこの発明の冷凍装置においては、除霜のた
めの熱源が好適に変更され、蒸発器への効率的な熱量の
転送がなされると共に、蒸発器への冷媒の流通方向が自
動的に変更されることによって、除霜時間の短縮を図る
ことができるので、例えば空気調和機においては上記除
霜運転期間中の室内温度の低下が小さくなり、また早期
に暖房運転の再開が可能となって、居住者の空調快適性
が向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の冷凍装置を空気調和機として構成し
た実施例における全体構成を示す冷媒回路図、第２図は
第１図の装置のデフロスト運転制御時のタイミングチャ
ート、第３図は第１図の装置の圧縮機における吐出圧力
と吸込圧力、消費電力の時間変化を示すグラフ、第４図
は従来装置における第３図と同様なグラフ、第５図は室
外熱交換器流通時の冷媒の温度変化を示すグラフである
。 １・・・室外熱交換器（蒸発器）、２・・・室内熱交換
器（凝縮器）、５・・・第１液管、６・・・第２液管、
７・・・第１ガス管、８・・・第２ガス管、１０・・・
四路切換弁、１１・・・圧縮機、１２・・・吐出配管、
１３・・・吸込配管、１８・・・デフロスト用電磁弁（
開閉手段）、１９・・・バイパス管、２０・・・切換制
御装置（デフロスト切換制御手段）。 第２図 第５図 １　　　　　　　　　　　： ■ 室外熱交換器内部Ｊし九イ立置 司　　よ　　　轡　朶 １）　　は　　　−々

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　凝縮器（２）と蒸発器（１）とを液管（５）（６
   ）とガス管（７）（８）とによって接続し、上記ガス管
   （７）（８）に四路切換弁（１０）を介設すると共に、
   この四路切換弁（１０）に圧縮機（１１）の吐出配管（
   １２）と吸込配管（１３）とをそれぞれ接続して成る冷
   凍装置であって、開閉手段（１８）を介設したバイパス
   管（１９）を上記圧縮機（１１）の吐出側と上記液管（
   ６）との間に接続し、さらにデフロスト運転時に、上記
   圧縮機（１１）からの吐出冷媒を上記蒸発器（１）から
   凝縮器（２）へと流通させるべく上記四路切換弁（１０
   ）を切換作動して第１のデフロスト冷媒循環を行い、次
   いで上記吐出冷媒を上記凝縮器（２）から蒸発器（１）
   へと流通させるべく上記四路切換弁（１０）の復帰作動
   を行うと共に、上記開閉手段（１８）を開作動状態とし
   て第２のデフロスト冷媒循環を行うためのデフロスト切
   換制御手段（２０）を有していることを特徴とする冷凍
   装置。