JPH0289970A - ヒートポンプ式冷暖房装置 - 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、車両用及び家庭用に用いられるエンジン又は
電動モータの駆動によるヒートポンプ式冷暖房装置の除
霜に関するものである。

〔従来の技術〕

エンジンで駆動されるヒートポンプ式冷暖房装置に於い
て、室内熱交換器による室内の暖房に加えて、エンジン
廃熱による温水ヒータによって室内の暖房を行うものが
ある。

この装置は、第３図に示すように、エンジン１０で駆動
される圧縮機１．冷媒の流れ方向を切替える四方弁２．
室外熱交換器３．膨張弁４．室内熱交換器５及びアキュ
ムレータ６が順次接続され冷媒回路が構成されていて、
一方、これとは別にエンジン１０の冷却水を循環させる
ウォータポンプ１１．排気熱交換器１２．温水ヒータエ
４及びセパレータ１５で温水回路が構成されている。な
お、１３はラジェータで、Ｉ６とＩ７は温水の流路を開
閉する開閉弁である。

ここで、暖房運転に於いては、室外熱交換器３は蒸発器
として働き吸熱作用を行うので、外気温の低い場合には
蒸発チューブやフィンの表面に霜が発生するが、この霜
を取除くために、従来は一旦、冷房運転に切替えて室外
熱交換器３を凝縮器として働かせ、その放熱作用により
霜を取除く除霜運転を行っていた。

（発明が解決しようとする課題〕 併しながら、上記の除霜運転に於いては、室外熱交換器
の４１縮熱量は小さいので、除霜に長い時間を要すると
云う問題があり、更に、除′ｒ１運転中は、室内熱交換
器は吸熱作用を行うため室内は冷却されるので、たとえ
温水ヒータで室内の暖房が行われても冷やされる方が強
く、室内は暖房されにくいと云う問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、暖房シ
ーズンの除霜に於いて、除霜が速くでき、且つ室内を十
分に暖房することのできるヒートポンプ式冷暖房装置を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するため、エンジン又は電
動モータにより駆動される圧縮機、室外熱交換器、滅圧
装置、室内熱交換器、アキュムレータ及び冷媒の流通方
向を切替える切替装置を有し、この切替装置の切替によ
り室内の冷房と暖房とを行う冷凍サイクルを備えたヒー
トポンプ式冷暖房装置に於いて、 前記滅圧装置をバイパスするバイパス回路と、このバイ
パス回路を開閉するバイパスバルブと、前記エンジン又
は電動モータの回転数を可変する回転数可変機と、 前記室外熱交換器での霜の発生を検出するフロストセン
サと、 前記室内熱交換器に流れる冷媒の温度を検出する温度セ
ンサとを備え、 前記冷凍サイクルの暖房運転時に前記フロストセンサが
霜を検出した場合、前記回転数可変機により前記エンジ
ン又は電動モータの回転数を上げて運転し、その後、前
記温度センサが設定値に到達した場合、前記バイパスバ
ルブを開いて前記滅圧装置をバイパスさせ前記室内熱交
換器より前記室外熱交換器へ冷媒を送るようにする技術
手段を用いるものである。

〔作用〕

上記の手段によれば、暖房運転中に室外熱交換器に霜が
発生すると、暖房運転の状態でエンジン又は電動モータ
の回転数を上げて室内熱交換器の冷媒及び室内熱交換器
自体の温度を上昇させる蓄熱運転が行われ、この蓄熱運
転で高温になった室内熱交換器の液冷媒が、次の除霜運
転で滅圧装置をバイパスして室外熱交換器へ送られるの
で、この高温の液冷媒の熱によって室外熱交換器に発生
した霜は短時間で解かされる。

なお、除霜運転は暖房運転の状態で行われるため、室内
熱交換器は凝縮器として働き放熱作用を行い、また二蓄
熱運転時に貯められた熱を放熱するので、除霜運転中も
室内は暖められる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は、エンジン駆動による本発明のヒートポンプ式
冷暖房装置の一実施例を示す温水回路を併記した冷媒回
路図である。

図に於いて、１は補助エンジン１０によって駆動回転さ
れる圧縮機で、圧縮機Ｉの高圧側より冷媒の流れの方向
を切替える電磁四方弁２を経て送風ファン３ａを有する
室外熱交換器３に接続される。この室外熱交換器３は、
冷房運転では凝縮器として働き、暖房運転では蒸発器と
して働く、室外熱交換器３より冷媒を断熱膨張させる膨
張弁等からなる滅圧装置４を介して、送風ファン５ａを
存する室内熱交換器５に接続される。この室内熱交換器
５は、冷房運転では蒸発器として働き、暖房運転では凝
縮器として働く、なお、この室内熱交換器５から滅圧装
置４をバイパスして室外熱交換器３に接続されるバイパ
ス回路２０があり、このバイパス回路２０を開閉するバ
イパスバルブ７が設けられている。室内熱交換器５より
再び四方弁２を経て冷媒を気液に分離するアキュムレー
タ６を介して圧縮機１の低圧側に接続され冷媒回路が構
成される。

一方、１１は補助エンジン１０を冷却する冷却水を循環
するウォータポンプで、ウォータポンプ１１より補助エ
ンジン１０を経てエンジン廃熱により冷却水が熱交換さ
れる排気熱交換器１２に接続され、排気熱交換器１２よ
り分岐して片方は開閉弁１６を介してラジェータ１３に
、他方は開閉弁１７を介して室内に配設される温水ヒー
タ１４に接続され、ラジェータ１３と温水ヒータ１４か
らセパレータ１５に合流して、その先はウォータポンプ
１１に接続され温水回路が構成される。

なお、室外熱交換器３の蒸発チューブの表面には、表面
温度によって間接的に霜の発生と霜の消失を検知す′る
フロストセンサ８が取付けられていて、一方、室内熱交
換器５の冷媒配管の内部又は表面には、配管中を流れる
冷媒の温度を直接又は間接に検出する温度センサ９が取
付けられている。

また、補助エンジン１０には、補助エンジン１０の回転
数を可変する、例えばステップモータよりなる回転数可
変機１８が取付けられている。

後述のように、上記のフロストセンサ８が霜の発生を検
出すると、回転数可変機１８が作動して補助エンジン１
０の回転数を上げ、その後置の消失を検出するき、回転
数可変機１日が作動して補助エンジン１０を定常の回転
数に戻すと共にバイパスバルブ７を閉じるようになって
いて、また、上記の温度センサ９が設定値以上の温度を
検出すると、バイパスバルブ７を開くようになっている
。

ここで、冷媒回路に於ける冷媒の流れは、冷房運転の場
合には、圧縮機１より四方弁２の流路口２ａと２ｂを通
って室外熱交換器３．滅圧装置４゜室内熱交換器５へと
流れ、再び四方弁２の流路口２ｄと２ｃを通ってアキュ
ムレータ６を経て圧縮ＩＩに戻る流れとなり、一方、暖
房運転の場合は圧縮機１より四方弁２の流路口２ａと２
ｄを通って室内熱交換器５．滅圧装置４．室外熱交換器
３へと冷房運転の場合とは逆に流れ、再び四方弁２の流
路口２ｂと２０を通ってアキュムレータ６を経て圧縮機
１に戻る流れ（図の矢印で示す）となる。

また、温水回路に於ける温水の流れは、冷房運転の場合
には、ウォータポンプ１１より排気熱交換器！２を経て
ラジェータ１３を通りセパレータ１５に入ってウォータ
ポンプ１１に戻る流れ（図の→で示す）となり、一方、
暖房運転の場合にはウォータポンプ１１より排気熱交換
器１２を経て温水ヒータ１４を通りセパレータ１５に入
ってウォータポンプ１１に戻る流れ（図の→で示す）と
なる。

次に、上記の実施例に於ける装置の作動を第１図に基づ
いて説明する。

暖房運転に於いて、冷媒の流れは前述のように冷房運転
の場合とは逆となり、圧縮機ｌより圧縮された高；ｉσ
ガス冷媒が四方弁２の流路口２ａと２ｄを通って室内熱
交換器５に送られ、室内熱交換器５で冷媒が凝縮液化す
る際に放熱して室内が暖められる。室内熱交換器５で凝
縮液化した冷媒は滅圧装置４で断熱膨張し霧状の冷媒と
なって室外熱交換器３に送られ、室外熱交換器３で蒸発
する際に吸熱する。そのため、室外の温度が低い場合は
、吸熱作用によって空気中の水分が氷結して室外熱交換
器３の主として蒸発チューブの表面に霜が発生する。

この場合、室外熱交換器３の蒸発チューブの表面に取付
けられたフロストセンサ８によって霜の発生が検出され
、その検出信号により制御回路（図示せず）から指示が
出され、補助エンジン１０に取付けられた回転数可変機
が作動して補助エンジン１０の回転数を上げ、ヒートポ
ンプシステムの最大回転数近くまで上げて運転を行う。

そのため、圧縮機１の回転数の上昇により冷媒の吐出圧
力が上昇し、それによって室内熱交換器５を流れる冷媒
の温度も上昇する蓄熱運転が行われる。

同時に、補助エンジン１００回転数の上昇により補助エ
ンジン１０の排気熱量が増大するため、排気熱交換器１
２の熱交換量が増えてエンジン冷却水はより加温され、
この高温の温水が温水ヒータ１４に送られて室内は暖め
られる。

ここで、室内熱交換器５の冷媒配管に取付けられ冷媒温
度を検出する温度センサ９の検出温度が設定値以上にな
ると、制御回路（図示せず）から指示が出されバイパス
バルブ７が開いて、室内熱交換器５から高温の液冷媒が
滅圧装置４をバイパスして室外熱交換器３に送られるの
で、室外熱交換器３に発生した霜は、この高温の冷媒の
熱により短時間で解けて除霜される。室外熱交換器５を
通過した液冷媒は、再び四方弁２の流路口２ｂと２Ｃを
通ってアキュムレータ６で気液に分離されガス冷媒が導
出されて圧縮機１に戻る。

なお、上記の除霜運転中は室外熱交換器３の送風ファン
３ａは除霜の効率を１げるため停止される。また、室内
熱交換器５の放熱に加えて高温の温水ヒータ１４の放熱
により、除霜運転中でも室内は十分に暖められる。

室外熱交換器３に取付けられたフロストセンサ８が蒸発
チューブの表面の除霜を検出すると、制御回路（図示せ
ず）から指示が出され回転数可変機１８が作動して補助
エンジン１ｏを定常の回転数に戻し、送風ファン３ａが
作動を始め、同時にバイパスバルブ７が閉じて冷媒は滅
圧装置４を通り通常の冷媒の流れとなり、除霜運転は終
了して当初の暖房運転に戻る。

第２図は以上の作動をまとめて示す作動フローチャート
図で、作動の流れを図で説明すると、ステップ１０１で
暖房運転を行い、ステップ１０２で霜発生の有無を判定
し、有の場合はステップ１０３でエンジン回転数をアッ
プして蓄熱運転を行い、無の場合はステップ１０１の暖
房運転を継続する０次いで、ステップ１０４で冷媒温度
を判定し、設定値以上の場合はステップ１０５でバイパ
スバルブを開いて除霜運転を行い、設定値以下の場合は
ステップ１０３の蓄熱運転を継続する。その後、ステッ
プ１０６で除霜の有無を判定し、有の場合はステップ１
０７でバイパスバルブを閉じ且つエンジン回転数を定常
に戻して除霜運転を終了し、無の場合はステップ１０５
の除霜運転を継続する。

次に、本実施例では室内熱交換器５の蓄熱運転の終了は
、室内熱交換器５に流れる冷媒の温度によって決めたが
、この冷媒温度の上昇特性を同様の特性を有する圧縮機
ｌの冷媒の吐出圧力によって決めても良い。

なお、本実施例では蓄熱運転と除霜運転に於いて室内熱
交換器５の送風ファン５ａの風量を変えないで行ったが
、風量を適合レベルまで低下させることにより、蓄熱量
の増加と除霜時間の短縮ができる。

また、本実施例では冷媒の流路の切替に電磁四方弁２を
用いたが、電磁四方弁２に代えて複数個の電磁開閉弁を
用いても良く、要は冷房と暖房との冷媒の流路に切替え
ることのできる切替装置ならば良い。

さらに、本実施例では圧縮機ｌの駆動が補助エンジン１
０によって行われるものについて述べたが、電動モータ
によって行われるものに対しても勿論適用できるもので
ある。但し、電動モータによる場合は、エンジン廃熱に
よる温水回路の併用は無くなる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載するような効果を奏する。

（イ）室外熱交換器に発生した霜は、室内熱交換器より
滅圧装置をバイパスして室外熱交換器に送られる高温の
液冷媒によって短時間で解かされるので、除霜は速く終
了する。

（ロ）除霜は、暖房運転の状態で行われるので、室内熱
交換器からの放熱により、除霜運転中に於いても室内は
暖房される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヒートポンプ式冷暖房装置の一実施例
を示す温水回路を併記した冷媒回路図、第２図は同装置
の作動フローチャート図、第３図は従来装置の温水回路
を併記した冷媒回路図である。 ■・・・圧縮機、２・・・切替装置、３・・・室外熱交
換器４・・・滅圧装置、５・・・室内熱交換器、６・・
・アキュムレータ、７・・・バイパスパルプ、８・・・
フロストセンサ、９・・・温度センサ、１０・・・補助
エンジン、１日・・・回転数可変機、２０・・・バイパ
ス回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジン又は電動モータにより駆動される圧縮機，室外
   熱交換器，減圧装置，室内熱交換器，アキュムレータ及
   び冷媒の流通方向を切替える切替装置を有し、この切替
   装置の切替により室内の冷房と暖房とを行う冷凍サイク
   ルを備えたヒートポンプ式冷暖房装置に於いて、 前記滅圧装置をバイパスするバイパス回路と、このバイ
   パス回路を開閉するバイパスバルブと、前記エンジン又
   は電動モータの回転数を可変する回転数可変機と、 前記室外熱交換器での霜の発生を検出するフロストセン
   サと、 前記室内熱交換器に流れる冷媒の温度を検出する温度セ
   ンサとを備え、 前記冷凍サイクルの暖房運転時に前記フロストセンサが
   霜を検出した場合、前記回転数可変機により前記エンジ
   ン又は電動モータの回転数を上げて運転し、その後、前
   記温度センサが設定値に到達した場合、前記バイパスバ
   ルブを開いて前記減圧装置をバイパスさせ前記室内熱交
   換器より前記室外熱交換器へ冷媒を送るようにしたこと
   を特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。