JPS636368A - 空気調和機 - 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〕 本発明は冷暖房用空気調和機の除霜運転に係り、特にホ
ットガスバイパス除霜方式を用い、室内に温風を吹き出
し乍ら除霜を行う空気調和機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
に記載されているように、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
の状態にして除霜を行う為、室内へ冷風が吹出されるこ
とになり、この冷風吹出しをなるべ（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、特開昭５９−２１９６６８
あるいは実開昭６０−１０１７８に記載されているよう
に、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
１１機に吸入され、除霜後の冷媒に蒸発作用を行わしめ
る蒸発器が設けられていない為、圧縮機への液戻りが多
い。

また特公昭６１−５４５７８に記載されている装置は、
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
圧力が高い場合はバイパス管を閉路し、上記圧力が低い
場合に開路するものであり、圧ｗｉ機の液戻りとは直接
関係な（圧縮機の液戻りとはならず、熱交換器を二つに
分割し、−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。

〔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顛性について配慮が
なされておらず、除霜中には室内の快適性が損なわれ、
また圧縮機への冷媒液戻りが多く圧縮機の信頚性が低下
す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
に温度を吐出す暖房運転を行ない乍ら除霜を行い、且つ
、圧縮機への液戻りが少なく、冷凍サイクルの信顛性を
損なうことのない、ホットガスバイパス温風除霜方式を
備えた空気調和機を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

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
ス管を設け、上記両バイパス管には夫々開閉弁を設け、
除霜運転は、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路し、室外熱交換器へのバイ
パス管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により達成さ
れる。

〔作　用〕

上記手段は、暖房運転のまま、除霜を行なうため、除霜
中も温風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に、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霜に比べ少なめに設定する。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、圧縮機吸入側へのバイパ
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、ホー／　）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、圧縮機の信頼
性を向上させる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に基ずき説明する。

第１図は冷凍サイクルを示し、圧縮機１．四方弁２、室
内熱交換器３．電動膨張弁４．室外熱交換器５を図示の
如く配管接続し、冷媒回路が形成されている。上記室内
熱交換器３にはモータ１１を連結したファンエ２が、ま
た室外熱交換器５にはモータ１３を連結したファン１４
が取付けられている。また圧縮機１の吐出管１ａから２
木のバイパス管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、他端は電動膨張弁４から室外熱交換器５に至る配
管路４ｂに接続され、また第２のバイパス管７は吐出ガ
スを吸入管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５ａ、５ｂは、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。

また、各機器には温度センサ２１〜２７が設けられてい
る。即ち、室内熱交換器３には吸込空気温度を検出する
センサ２１及び吹出空気温度を検出するセンサ２２が設
けられ、圧縮機１の吐出管１ａには吐出冷媒温度を検出
するセンサ２３が設けられ、室外熱交換器５には暖房時
の流入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
に流入する空気温度（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１ｃ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サ２７が
夫々設けられている。第２図に示すように１．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２０に取
り込まれ、バイパス用電磁弁８，９の開閉制御電動膨張
弁４の開度制御、室内外送風機用電動機ＩＬ　１３の制
御及び圧縮機１の回転数制御が行われる。この制御につ
いては詳細に後述する。

次に、上記ヒートポンプ式冷凍サイクルの各運転時の作
用につき説明する。

先ず冷房運転時は、四方弁２を実線表示のように切換え
ることにより、冷媒は実線矢印のように、圧縮機１−四
方弁２−室外熱交換器５−電動膨張弁４−室内熱交換器
３−四方弁２−圧縮ｍ１と流れ、室外熱交換器５が凝縮
器に、室内熱交換器３が蒸発器となり室内熱交換器３で
循環空気を冷却し冷房の用に供する。

次に、暖房運転時の作用について説明する。

四方弁２を破線表示のように切換えることにより、冷媒
は破線矢印のように、圧縮ＩＩ−四方弁２−室内熱交換
器３−電動膨張弁４−室外熱交換器５−四方弁２−圧縮
機１と流れ、室内熱交換器３が凝縮器として作用し、循
環空気に放熱し、該空気を加熱し暖房の用に供し、冷媒
自身は上記熱交換により冷却され′ａ縮し高圧の液冷媒
となり、次いで膨張弁４に流入する。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、該熱交換器５を流通する
外気の熱で莫発し低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経
て圧縮機１に戻る。この暖房運転時には電磁弁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高い場合に暖房運転を続けていると
、室外熱交換器５の蒸発温度がＯ°以下になると核熱交
換器５の表面に着霜が生じて来る。

着霜状態が進行すると、室外熱交換器５の通風量は低下
し、増々霜量が増加し、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に着霜すると、熱交換性能が低下し、室
外熱交換器（蒸発器として作用）５出口側での冷媒の過
熱度が小さくなる。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５の人口側圧力は低下し、
その対応冷媒温度（センサー２４の検出温度）は低下す
る。

また上記室外熱交換器５の入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）でも変化する。その
ため、着霜量の変化は、室外熱交換器５を流通する外気
温Ｔａ　　（センサ２６検出温度）と室外熱交換器５の
入口側冷媒温度２４の差で第４図のような関係となる。

第４図は横軸に着霜量、縦軸に室外熱交換器５に流入す
る外気温２６と、室外熱交換器５の入口側冷媒温度２４
との着を示す。

両者の間には図示のように、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の入口側冷媒温度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
霜熱源に利用するため、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Ｔｄで置き換え、この
温度Ｔｄをセンサ２３で検出し、検出温度が設定値ｙ以
下であれば、第２電磁弁９に通電し、該電磁弁を開路し
、圧縮機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Ｚとする。即ち、圧縮機の吸込み冷媒の過熱度を
大とすると共に、圧縮機の入力も大として、早急に圧Ｉ
Ｉ機の吐出ガス温度Ｔｄを設定温度Ｔｒ迄上昇させる。

吐出ガス温度Ｔｄが設定温度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
高温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。同時に室内熱交換器３用の送風機１２を設定
風Ｎａ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の入口にバ
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、凝縮温度も低下して凝縮能力が低下するが、室内
熱交換器３の送風機１２の風量も設定量ａに低下させる
ため室内熱交換器３の出入口空気温度ΔＴａ　（センサ
２２検出温度とセンサ２１検出温度の差）は送風機１２
の設定風量及び膨張弁４開度で調節可能であり、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ΔＳＨ
ｄが設定過熱度Ｃ以上の場合は開（方向に、また設定過
熱度以下では閉じる方向に作動し、圧縮機の吐出ガスの
過熱度を制御する。

本除霜サイクルでは、室内熱交換器３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１１Ｍｍ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になる。

従って、この液戻り量と関係の深い圧縮機吐出ガスの過
熱度を制御する必要がある。また、室内熱交換器３の送
風機１２の風量は、室内熱交換器３の出入口空気温度の
温度差Δ′Ｉ’ａ（０−■）が設定値ｄとなるように調
節することも可能である。

上記のような制御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Ｃよ
り長くなり、しかも、吐出ガスの過熱度ΔＳＨｄが増大
傾向にある場合に、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、のこ弁
９の開路により、吐出ガスの一部が圧６機の吸入配管１
ｂに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の温度が上昇し霜が早く
解け、除霜時間は短縮される。しかし乍ら、もし、吐出
ガスの過熱度ΔＳＨｄが減少しているときに第２バイパ
ス弁９を開くと、ΔＳＨｄが益々小となり、霜を解かし
た液冷媒が多量に圧縮機に戻るため、圧縮機ｌ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は急激に低
下し、上記と同様に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図は縦軸に吐出冷媒ガスの過熱度ΔＳＨｄ、横軸に
時間ｔを示す、第１電磁弁８．第２電磁弁９を同時に開
くと、−点鎖線で示すように吐出ガスの過熱度ΔＳＨｄ
は急激に低下し、上記過熱度上昇に時間がかかる。また
、第１電磁弁８開路ｔ１時間後に第２ｔｍ弁９を開路す
れば吐出冷媒ガスの過熱度ΔＳＨｄは時間と共に破線で
示すように変化する。更に、第１ｔｍ弁８開路１２時間
後でＴｄがｈに回復したときに第２電磁弁９を開路すれ
ば、吐出冷媒ガスの過熱度ΔＳＨｄは実線で示すように
変化する。即ち、第１電磁弁８開路ｔ２時間後に第２を
磁弁９を開路するようにすれば、吐出冷媒のガスの過熱
度ΔＳＨｄの低下は少ない。

次いで、霜が解けると、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１２は通常運転ｇに、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、−方、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
で霜を解かした後、吸入側ヘホ７）ガスをバイパスさせ
て完全に霜を解−かす２−殿方式とし、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に風を吹出すため
、除霜運転中も快適性を維持できる。

また、除霜運転中に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霜方式に較べ圧縮
機への液戻りが少なく信頼性が大巾に向上される効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの構成図
、第２図は各温度センサの検知信号をマイコンに取込み
設定値との比較を行ない、出力信号にて各制御弁を制御
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、着霜量との関係を示す線図、第５図は除霜運
転中に第２を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、３・・・室内熱交換
器、４・・・膨張弁、５・・・室外熱交換器、６．　７
．１０ａ　−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、２１．２２．２３．２４゜２５、２６．２７・・・
センサー。 代理人　弁理士　　秋　本　　正　実 第　　　１　　　　し４ ５−’ｌ外熱’；ｆ、、１１！Ｂ−６ｔ７−ｔｓ−イハ
’ｌｖ　　　ｅ、９−＠ｐ、ｔＨ２１，２２，２３，２
４，２５，２６，２？−−−七ンす一第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機，四方弁，室内熱交換器，膨張弁，室外熱交
   換器を順次配管接続してヒートポンプ式冷凍サイクルを
   形成し、圧縮機の吐出側管路から分岐管を設け、この分
   岐管は、膨張弁と室外熱交換器を結ぶ管路と接続される
   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、上記両バイパス管には夫々開閉弁を設け
   、四方弁を切換えることによって暖房運転または冷房運
   転を行ない、除霜運転は、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開閉弁を開路する空
   気調和機において、上記室外熱交換器へのバイパス管の
   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てなることを特徴とする空気
   調和機。 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回路し、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項記載の空気調和機。 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項記載の空気調和機。 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
   空気調和機。 ５、室外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項記載の空気調和機。 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空気調和機
   。 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、室外熱交換
   器流出冷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、上記開閉弁を閉路する信号を出力するものであ
   る特許請求の範囲第１項記載の空気調和機。 ８、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、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開路し、設定値に上昇すれば
   閉路する信号を出力するものである特許請求の範囲第１
   項記載の空気調和機。 ９、膨張弁が、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空気調和機。 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空気調和機。