JPS63251770A - 冷凍サイクル - 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〕 本発明は冷暖房用２９？Ｃ調和愼の除霜運転に係り、待
にホットガスバイパス除霜方式を用い、室内１こ温風を
吹き出し乍ら除霜を行う空気調和機及び低錫になり除霜
＋ｆｉｌｌｌの心安な冷凍応用製品のホットカスバイパ
ス方式に関するものである。

（従来の技術〕 空気調和機の従来の除霜方式は特開昭５９−１４５４０
１こ記載されているよう１こ、除霜運転は冷凍サイクル
を暖房運転から冷房運転に切換え、冷凍サイクルを冷房
運転の伏態にして除霜を行う為、室内へ冷風が吹出され
ること１こなり、この冷風吹出しをなるべく減少するた
め、蒸発温度を上昇させ着霜量を少なくする等の対策が
とられていたまた他の除霜方法としては、＊開閉５９−
２１９６６８あるいは実開昭６０−１０１７８に記載さ
れているよう蚤こ、暖房運転モードのまま除霜を行うホ
ットガスバイパス除霜方式も提案されているが、除霜後
の冷媒は直接圧縮機に吸入され、除＠後の冷媒に蒸発作
用を行わしめる蒸発器が設けらｎぞいない為、圧縮機へ
の液戻りが多く、圧縮愼円の油の粘度が低下し信頼性が
低下する。

また時分昭６１−６４５７８に記載されている装［Ｕ、
ホットガスバイパス方式であるが、圧縮機吸入部へのバ
イパス管を圧縮機吐出部の圧力で開閉するもので、上記
圧力が尚い場合はバイパス管を閉路し、上記圧力が低い
場合に開路し、上記圧力を制御するものであり、圧縮機
への液戻りとは直接関係なく、慈父換器を二つに分割し
一方を除霜中、他方で液冷媒を蒸発させ、圧縮機への液
戻りを低減している。

また時分５８−５２１４５に記載されている装＆はホッ
トガスバイパス方式で、圧ａ機吸入の冷媒過熱度を膨張
弁を用いて制御しており、管サイズの大きい吸入ガス管
に開閉弁及び膨張弁が取り付けられており高価となる。

また吸入側の過熱度を制御しており液戻り壜の制ＮＵで
きない。

（発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、除霜中の室内での快適性あるいは圧縮
機への冷媒液戻りによる圧縮機の信頼性あるいは価格に
ついて考慮されてυらず、除霜中には室内の快適性が損
われ、また圧縮機への液冷媒戻り量が多く圧４１１慎の
信頼性が低下し、また吸入側で過熱度を制御するため過
度蚤こ液戻り量を低減させ除霜時間が多大となる等の問
題があった。

本発明の目的は除霜時の快適性を維持するため、室内に
ハ風を吐出す暖房運転を行いながら除霜を行い、且つ圧
縮機への液戻りが少なく、冷凍サイクルの信頼性を損う
ことのないホットガスバイパス錦風除霜方式を備えた仝
気調和愼等の冷凍す上記目的は、圧縮機の吐出側から分
岐管を設け、この分岐管は、膨張弁を室外慈父換器を結
ぶ管路に接続されるバイパス管と、圧縮機の吸入側管路
に接続されるバイパス管を設け、上記両パイパス管には
夫々開閉弁を設け、除霧運転は、暖房運転を継続し乍ら
室外熱交換器へ吐出ガスを流通させるように開略し、室
外熱交換器へのバイパス管の除霜用開閉弁を開路故、吸
入側へ吐出ガスを流通させるバイパス開閉弁を吐出？′
４媒ガスの過熱度蚤こ応じ選択的に開閉し、吐出ガスの
過熱度が低いとき吐出ガスを吸入側へ流通させる手段と
を設けること薔こよりｆｌＥさｎる。

（作用〕 上記手段は、暖房運転のまま、除Ａ＊を行なうため、除
霜中も編織を吹出すことができる。ホットガス除霜を行
った後の液冷媒が圧縮機へ吸込まれないよう１こ、圧縮
機吐出側から室外熱交換器へのホットガスバイパス量を
従来のホットガスバイパス除ｍｔこ比べ少なめｉこ設定
する。その結果、室外熱交換器でのホットガスの凝縮が
少なくなり、液戻りが少なくなる。この状態では熱交換
器圧力が低く霜の取り残しが生ずるが、圧ｍ機成入側へ
のバイパス管を開路し、室外熱交換器の圧力を上昇させ
残りの霜を解かすと共に、ホットガスを圧縮機吸入側へ
導びくことにより、液戻りの割合を低下させ、圧縮愼の
信碩性を向上させる。

（実施例〕 本発明の一実施例を図１ｆｌｔこ基ずき説明する。

第１図は冷凍サイクルを示し、圧縮愼ｌ、四万弁２．室
内熱交換器８．’ｄ（動膨張弁４．室外熱交換器５を図
示の如く配・ｇ接続し、冷媒回路が形成さｎている０上
起案内熱交換器３］こはモータ１１を連結したファン１
２が、また室外熱交換器５）こけモータ１８を連結した
７７ン１４が取付けられている。また圧縮機１の吐出管
１ａから２本のバイパス管６．７が分岐され、第１のバ
イパス管６は吐出ガスを室外熱交換器５へ流す第１の′
電磁弁８を介在し、他端ａｔ励膨張弁４から室外熱ＡＪ
、換器５に至る配・ｇ路４ｂに接続され、また第２のバ
イパス管７は吐出ガスを牧人管１ｂへ流す第２の電磁弁
９を介在し、他端は圧縮機１の吸入管１ｂに接続されて
いる。

なお、室外熱交換器５の出入口側に接続された複数の管
路ｓａ＋ｓｂｈ、該熱交換器５の各伝熱管（図示せず）
に接続された分配管を示す。

図中、実線矢印は暖房運転時の冷媒の流通方向、破線矢
印は冷房運転時の冷媒の流通方向を示すま九、谷愼器ｆ
こは温度センサ２１〜２７が設けられている。即ち、室
内熱交換器３には吸込仝気崗度を検出す心センサ２１及
び吹員仝気臨度を検出するセンサ２２が設けられ、圧縮
＠ｌの吐出管ｌａｆこは吐出冷媒聾度を検出するセンナ
２３が設けられ、室外熱交換器５には暖房時の流出冷媒
温度を検出するセンサ２４及び流出冷媒温度を検出する
センサ２５が設けられ、更に室外熱交換器５）こ流入す
る仝気錦度（外気温度）を検出するセンサ２６が設けら
れ、また、吐出管１ａから枝管ＩＣを突出し、この枝管
に吐出ガスの飽和温度を検出するセンｔ２７が夫々設け
られている。第２図に示すように、上記各センサの検出
温度の信号はマイクロコンピュータ２０１こ取り込まれ
、バイパス用電磁弁８，９の開閉制御電動膨張弁４０開
度制郭、室内外送風機用電動機ｔｔ、ｔａの制御及び圧
Ｓ機１の回転数制御が行われる。この制ｉｆこついては
詳細蚤こ後述する。

次に、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの各運転時の作
用１こつき説明する。

先ず冷房４転時は、四方９Ｐ２を実線表示のように切換
えることにより、冷媒ハ実線矢印のように、圧縮憬１−
四方升２−室外熱交換器５−゛域動膨張升４−室内熱交
換姦３−四力弁２−ＥＥｍ慎ｌと流れ、至外熱交換器５
が凝縮器に、室内熱交換器８が蒸発器となり室内熱交換
器８で循＠仝気を冷却し冷房の用に供する。

次に、暖房運転時の作用ｌこついて説明する。

四方弁２を破線表示のようをこ切換えることにより、冷
媒は破線矢印のように、圧縮機１−四方弁２−室内熱交
換器ａ−を励膨張升４−蚕外熱交換器５−四方弁２−圧
縮機１と流れ、室内熱交換器８が凝縮器として作用し、
循環仝気に放熱し、核仝気を加熱し暖房の用に供し、冷
媒自身は上記熱父換ζこ上り冷却され凝縮し高圧の液冷
媒となり。

次いで膨張弁４に流人する。膨張弁４で減圧された低圧
の液冷媒は室外熱交換器５に流入し、室外熱交換器５が
蒸発器として作用し、該熱交換５５を流通する外気の熱
で蒸発し低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経て圧縮９
１　ｆこ戻る。この暖房運私時１こは４ｄ升８及び電磁
弁９は無通電で閉路している。

外気温が低く湿度が尚い場合１こ暖房運転を硯けている
と、室外熱交換器５の蒸発重度が０°Ｃ以下１こなると
該熱交換器５の表面１こ着霜が生じてくる。層重状態が
進行すると、室外熱交換器５の通風量は低下し、増々絹
量が増加し、その結果、暖房能力が低下し、室内温度が
低下して、快適性が損なわれる。その為、適当な時期に
霜量を溶かす除霜運転が必要となる。この除霜運転のフ
ローを第３図を参照し乍ら以下説明する。

室外熱交換器５に着輔すると、熱交換回能が低下し、室
外熱交換器（蒸発器として作用）５１１ｔ１口側での冷
媒の過熱収が小さくなる。その為、膨張弁の開度を絞り
、流通冷媒量を減じ所定過熱度を保持したいが、上記流
通冷媒量の減少により室外熱交換器５０人口側圧力は低
下し、その対応冷媒湯度（センサー２４の検出温度ｉｔ
低下する。

また上記室外熱交換器５の人口側冷媒温度は該熱交換器
５を流通する空気温度（外気温度）でも便化する。その
ため、着霜量の変化は、嵐外熱交換器５を流通する外気
温Ｔａ（センサ２６検田湛度）と室外熱交換器５０人口
側圧力臨度２４の差で第４図のような関係となる。第４
図は横軸ｆこ着霜量、縦軸Ｇこ室外熱交換器５に流入す
る外気温２６と、室外熱交換器５の人口側冷媒温度２４
との差を示す。両者の間蚤こけ図示のように、温度差が
多ければ着霜量が多くなり、温度差が少なければ着霜量
は少ない関係にある。

従って、室外熱交換器５に流入する空気温度Ｔａ（外気
温度］と室外熱交換器５の人口側冷媒温度Ｔｒをセンサ
２６及び２４で検出し、この検出温度をマイコン２０に
取り込み、その差が設定値ＸあるいはＸ以上になったと
き除霜を必要とする態勢に入る。

除霜運転になると、後述のように、圧縮機の蓄熱量も除
霜熱源）こ利用するため、圧縮機１の温度を設定温度ｙ
よりも高くする必要がある。そこで圧縮機の温度を吐出
ガス温度Ｔｄで置き換え、この温度Ｔ（Ｌで置き換え、
この温度Ｔ（Ｌをセンサ２８で検出し、検出温度が設定
値ｙ以下でろれば、第２を磁弁９に通電し、該電磁弁を
開略し、圧縮様の吐出ガスの一部を第２バイパス管７を
介し吸入側にバイパスさせる。同時に圧縮機回転数ＣＨ
を設定回転数２とする。即ち、圧縮機の吸込み冷媒の過
熱度を大とすると共ｆこ、圧縮機の人力も大として、早
急に圧縮機の吐出ガス温度Ｔｄを設定温度Ｔｒ迄上昇さ
せる。吐出ガスｉｌｆ、Ｔ（Ｌが設定温１斐Ｔｒ迄上昇
すれば第２電磁弁９は消電し閉路される。

除霜運転は、第１電磁弁８に通電し圧縮機の吐出側の高
渦高圧の冷媒ガスを室外熱交換器５にバイパスさせ除霜
を行う、同時）こ室内熱交換器８用の送風機１２を設定
風量ａとし、室外送風機１４は停止し、膨張弁４の開度
は設定開度すとする。

即ち、冷凍サイクルは、固定絞り膨張弁での暖房運転サ
イクルに、高温の吐出ガスを室外熱交換器５の人口にバ
イパスさせたサイクルとなる。その結果吐出圧力が低く
なり、凝縮湯度も低下して縦縞能力が低下するが、室内
熱交換器８の送風機１２の風量も設定量已に低下させる
ため室内熱交換器３の出入口生気温度Δ’Ｄａ（センサ
２２検出編匿とセンサ２１検出編度の走）は送風機１２
の設定風量及び膨張ｆｆ４開朋でＶ＠節可能であり、上
記温度差ΔＴａを一定に保つことができる。従って、室
内の快適性は保持される。

また膨張弁４の開度は、圧縮機吐出ガスの過熱度ΔＢ）
１ｄが設定過熱ｌｌｆ、Ｃｌ上。場合は開く方向番こ、
また設定過熱度以下では閉じる方向）こ作動し、圧縮機
の吐出ガスの過熱度を制御する。

本除謂サイクルでは、室内熱交換′ａ８で一部凝縮した
液冷媒と、室外熱交換器５で霜層を解かし凝縮した液冷
媒が圧ｌｊａ機に吸込まれる。この吸込液量が多いと圧
縮機を損傷する恐れもあり信頼性が低下することｆこな
る。従って、この液戻り量と関係の深い田ａ機吐出ガス
の過熱度を制御する必要がある。また、室内熱交換器８
の送風機１２の風蝋は、室内熱父換５８の出入口空気湯
度の温度差ΔＴａ（＠−＠）が設定値ｄとなるように調
節することも可能である。

上記のような劃−を行い霜層を解かし、この除霜時間を
短縮するため、除霜開始後からの時間ｔが設定時間ｅよ
り長くなり、しかも、吐出ガスの過熱度ΔＳＨｄが増大
傾向昏こある場合番こ、または、室外熱交換器５の温度
上昇が小さくなったとき、第２バイパス弁９を開く。こ
の弁９の開路により、吐出ガスの一部が圧縮機の吸入配
管ｔｂ＋こ流入圧力を上昇させ、室外熱交換器５の凝縮
圧力も上昇させるため、該熱交換器５の高度が上昇し霜
が早く解け、除霜時間は短縮される。しかしながら、も
し、吐出ガスの過熱度△ＳＨｄが減少しているときに第
２バイパス弁９を開くと、Δ５Ｈ（１が益々小となり、
霜を解かした液冷媒が多ｔ１こ圧ａ機に戻るため、圧縮
機１の蓄熱量では蒸発し切′　れず、液圧縮を生じるこ
とになり、前述のように信頼性が低下する。また、第１
バイパス弁８と同時に第２バイパス弁９を開けば吐出ガ
ス温度ｆ″ｉ急激に低下し、上記と同様１こ圧縮機の液
冷媒が多量に戻り信頼性が低下する。この吐出ガスの過
熱度ΔＳＨｄの変化の状況と第２開閉弁９の開路の時間
との関係を第５図に示す。

第５図は椛軸蚤こ吐出冷媒ガスの過熱度△５ｌ（ａ、横
軸に時間ｔを示す。第１゛延鰍９ｆ８、第２゛ぼ磁升９
を同時］こ開くと、一点鎖線で示すように吐出ガスの過
熱度Δ８Ｈｄは急激に低下し、上記過熱度上昇ｉこ時間
がかかる。また、第１電磁弁８開路ｔ１時間後警こ第２
′亀磁弁９を開路すれば吐出冷媒ガスの過熱度ΔＳＨｄ
時間と共に破線で示すよう１こ変化する。更蚤こ、第１
ｔ磁弁８開路ｔ２時間後でＴｄがｈをこ回復したときを
こ第２″ｒｌＬ磁弁９を開路すれば、吐出冷媒ガスの過
熱度△ＳＨａは実線で示すよう番こ変化する。即ち、第
１隠磁弁８開路ｔ２時間後に第２成磁弁９を開路するよ
う）こすれば。

吐出冷媒のガスの過熱度ΔＳＨａの低下は少ない次いで
、霜が溶けると、室外熱交換器５の出口冷媒温度Ｔｒｏ
（センサ２５の検出温度）が上昇して来る。このＴｒＯ
が設定値ｆになったとき、両バイパス弁８，９を閉じる
と共に室内送風機１２ｒｉ通常運転ｇ＋こ、室外送風機
１４は再運転し、通常の暖房運転に戻る。

即ち、除霜用バイパス開閉弁を流れるホットガス量を、
従来のホットガス除霜方式より少なくし、−力、それを
補うため、吸入側のバイパス管を設け、ホットガス除霜
で箱を解かした後、吸入側へホットガスをバイパスさせ
て完全蚤こ霜を解かす２段方式とし、吐出ガスの過熱度
を膨張弁で制御している。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、除霜運転中も暖房
運転を維持し、室内熱交換器から室内蚤こ風を吹田すた
め、除４運転中も快適性を維持できる。

また、除霜運転中ｉこ吐出冷媒ガスの過熱度を制御して
いるため、従来のホットガスバイパス除絹力式に較べ圧
縮機への液戻りが少なく信頼性が大巾１こ向上される効
果を有する。

またバイパス管２本とその間に小口径で安価な開閉弁が
利用でさるため安価な冷凍サイクルで上に項目が達成で
きる効果を呵する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの構成図
、第２図は各一度センサの検知１ｇ号をマイコンに取込
み設定暗との比較を行ない、出力信号にて谷制御弁を制
御する関係を示す説明図、第３図は除霜運転時のフロー
チャート図、第４図は外気と室外熱交換器の流入冷媒温
度との差と、着霜歌との関係を示す線図、第５図は除霜
運転中に第２電磁弁を開路する時間と吐出ガスの過熱と
の関係を示す線図である。 １・・・圧縮機　２・・・四方弁　８・・・室内熱交換
器　４・・・膨張弁　５・・・室外熱交換器　６，７．
１０＆・・・バイパス管（分岐管）　　８，９．１０・
・・電磁弁１２・・・室内送風機　１４・・・室外送風
機　２１．２代理人　弁理士　小　川　勝　男　　　−
！：゛−：：７隼１団 察２図 草３ｍ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 　１．圧縮機、第１熱交換器、膨脹機構、第２熱交換器
   を順次配管接続して冷凍サイクルを形成し、圧縮機の吐
   出側配管から分岐管を設け、この分岐管は膨脹機構と第
   ２熱交換器を結ぶ管路に接続されるバイパス管と、圧縮
   機の吸入側管路に接続されるバイパス管を形成し、上記
   バイパス管には夫々開閉弁を設け、除霜運転は第２熱交
   換器へ吐出ガスを流通させるよう開閉弁を開路する冷凍
   サイクルにおいて、上記第２熱交換器へのバイパス管用
   の除霜用開閉弁を開路後、吸入側へ吐出ガスを流通させ
   るバイパス開閉弁を吐出冷媒ガスの過熱度に応じ選択的
   に開閉させることを特徴とする冷凍サイクル。
2. 　２．除霜用のバイパス開閉弁を開路してから、適宜時
   間は吸入側バイパス管の開閉弁を閉路し、吐出ガスの過
   熱度が上昇したら、この開閉弁を開路する特許請求の範
   囲第１項記載の冷凍サイクル。
3. 　３．除霜用のバイパス開閉弁を開路してから、設定時
   間後に強制的に吸入側バイパス管の開閉弁を開路する特
   許請求の範囲第１墳記載の冷凍サイクル。
4. 　４．除霜用のバイパス開閉弁の開路と同時に吸入側バ
   イパス管の開閉弁も開路する特許請求の範囲第１項記載
   の冷凍サイクル。
5. 　５．第２熱交換器の単位時間当りの温度上昇が設定値
   以下になったとき吸入側バイパス管の開閉弁を開路する
   特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイクル。
6. 　６．室外熱交換器へのバイパス管の通路抵抗を、吸入
   側バイパス管の通路抵抗より小さくしてなる特許請求の
   範囲第１項乃至第５項のいずれか一つに記載の冷凍サイ
   クル。
7. 　７．吸入側へ吐出ガスを流す開閉弁を選択的に開閉す
   る手段が、除霜中に除霜運転が除霜設定時間を超過し、
   且つ、圧縮機の吐出ガス冷媒の過熱度と設定値とを比較
   し、設定値より高ければ上記開閉弁を開路し、第２熱交
   換器流出冷媒温度を検出するセンサーを備え、上記セン
   サーで検出した冷媒温度と設定値とを比較し、設定値よ
   り高ければ、上記開閉弁を開路する信号を出力するもの
   である特許請求の範囲第１項記載の冷凍サイクル。
8. 　８．吸入側へ吐出ガスを流す開閉升を選択的に開閉す
   る手段が、圧縮機の吐出ガス温度を検出するセンサー吐
   出ガスの飽和温度を検出するセンサーを備え、除霜前に
   、このセンサーで検出した吐出冷媒の過熱度と設定値を
   比較し、設定値より低ければ閉路し、設定値に上昇すれ
   ば開路する信号を出力するものである特許請求の範囲第
   １項記載の冷凍サイクル。
9. 　９．膨脹弁が、除霜中は設定開度を維持する手段に加
   え、圧縮機吐出冷媒の過熱度と設定値を比較し、上記過
   熱度が設定値より低ければ閉方向に、高ければ開方向に
   開度制御する手段を備えてなる特許請求の範囲第１項乃
   至第８項のいずれか一つに記載の冷凍サイクル。
10. 　１０．開閉弁が電磁弁である特許請求の範囲第１項乃
    至第８項のいずれか一つに記載の冷凍サイクル。