JPH0313502B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、低外気温時にも効果的な暖房運転を
行なうヒートポンプ式空気調和機に関するもので
ある。

従来の技術 ヒートポンプ式空気調和機で暖房運転を行なう
場合、外気の湿り空気のエンタルピが低下すると
室外熱交換器に着霜現象が生じ、霜層の断熱作用
と空気通過面積の縮少によつて、運転時間と共に
前記熱交換器の吸熱量が減少し、暖房能力が著し
く低下する。そして、この着霜時には一問的に冷
媒サイクルを逆転させ除霜を行なつた後、正常な
冷媒サイクルに戻すといつた動作のくり返しを行
なわせていたが、除霜中は冷房運転となるために
室内熱交換器から冷風が吹き出したり室内温度が
低下したり等、快適性を損なうという問題があつ
た。したがつて暖房運転をできるだけ長く継続し
て除霜回数を極力減らすために従来、以下に示す
構成が用いられていた。

第４図は従来のヒートポンプ式空気調和機の冷
媒回路の一例を示すものである。

同図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は
室内熱交換器、４は減圧器、５は室外熱交換器で
ある。６は前記圧縮機１の吐出側と、減圧器４と
室外熱交換５の間とを結ぶバイパス回路、７はバ
イパス回路６に設けられた開閉弁、８は同じくバ
イパス回路６に設けられた補助減圧器である。ま
た９は、室外熱交換器５の配管温度を検出するサ
ーミスタ等の温度検出素子、１０はこの温度検出
素子９の温度信号を受けてその値が設定値になる
と信号を発する制御回路、１１は制御回路１０の
発する信号を受けて開閉弁７の開閉を行なう制御
リレーである。

この冷媒回路において、通常暖房運転時には冷
媒は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、減
圧器４、室外熱交換器５、四方弁２の順で流れ圧
縮機１に戻る。この時、開閉弁７は閉じており冷
媒はバイパス回路６には流れない。この暖房運転
中に外気温が低下して室外熱交換器５の冷媒蒸発
温度が低下した場合、温度検出素子９の温度信号
の値が該定値になると制御回路１０が信号を発
し、この信号を受けた制御リレー１１にて開閉弁
７を開く。

したがつて、それにより圧縮機１より吐出され
た高温、高圧のガス冷媒の一部がバイパス回路６
を流れ、補助減圧器８で減圧されて比較的高温の
ガス冷媒となつて室内熱交換器３、減圧器４を流
れてきた冷媒と合流して室外熱交換器５へと流れ
る。これにより室外熱交換器５での冷媒の蒸発温
度を上昇させることができるので室外熱交換器５
に着霜しにくくなり、バイパスを行わない場合に
比べて暖房運転を長時間継続させることができる
（例えば実公昭51−5074号公報）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、圧縮機１
より吐出されたガス冷媒の一部がバイパス回路６
を通つて室外熱交換器５へと流れるため減圧器４
を流れる冷媒の流量が減少し、減圧器４の前後の
圧力差が小さくなる。すなわち電圧側の冷媒圧力
が低下する。

第５図は、上記従来のバイパスを行なつた場合
の冷凍サイクルとバイパスを行なわない場合の冷
凍サイクルをモリエル線図上に示す（室外熱交換
器が着霜していない時）。同図において、Ａのサ
イクルがバイパスを行なわない場合、Ｂのサイク
ルがバイパスを行なつた場合をそれぞれあらわ
す。Ｂのサイクルにおいて、バイパス回路６の補
助減圧器８を通過した冷媒は点ａより減圧されて
点ｂの状態となる。一方、室内熱交換器３通過後
の冷媒は減圧器４を通過するため点ｃより減圧さ
れて点ｄの状態となり、バイパス回路６を流れて
点ｂの状態となつた冷媒と合流して点ｅの状態と
なつて室外熱交換器５へと流れる。

Ａのサイクルにおける△i₁は、バイパスを行な
わない場合の室内熱交換器の出入口のエンタルピ
差をあらわし、Ｂのサイクルにおける△i₂はバイ
パスを行なつた場合の室内熱交換器の出入口のエ
ンタルピ差をあらわす。

同図より明らかなように、バイパスを行なつた
場合、バイパスを行なわない場合よりも室内熱交
換器内の冷媒循環量が減少する上に高圧側圧力が
低下するために室内熱交換器出入口のエンタルピ
差が△i₁−△i₂だけ小さくなるので暖房能力が大
幅に低下する。したがつて、暖房運転を長く継続
することができても暖房能力が大幅に低下するた
めに室温の低下等を招き、快適性を損なうという
問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、低外気温時に暖房
能力の低下を押さえながら暖房運転を長く継続し
て除霜回数を減らし、快適性の向上をはかること
ができるヒートポンプ式空気調和機を提供するも
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
ンプ式空気調和機は、電磁力を駆動源として弁開
度を可変とした電動膨張弁を用いた第１、第２減
圧機を備えた冷媒回路を構成し、圧縮機の吐出側
とこの第１、第２減圧器間とを結ぶバイパス回路
を設け、このバイパス回路に補助減圧器を備え外
気温や冷媒温度、圧力等を検知して前記第１、第
２減圧器の弁開度を変化させる制御回路を有する
ものである。

作 用 本発明は上記した構成によつて、低外気温時に
圧縮機より吐出された冷媒の一部を２つの減圧機
の間へバイパスさせることで高圧側圧力の低下を
押さえながら室外熱交換器での冷媒の蒸発温度を
上昇させることができるので、暖房能力の低下を
押さえながら暖房運転を長く継続して除霜回数を
減らし、快適性の向上をはかることができる。

実施例 以下、本発明をその一実施例を示す添付図面の
第１図〜第３図を参考に説明する。なお本実施例
を説明するに当り、第４図に示す従来のものと同
一の機能をもつものには同一の番号を付して説明
を省略する。

第１図は本発明のヒートポンプ式空気調和機の
例媒回路の一例を示す。同図において、４ａは電
磁力を駆動源として弁開度を可変とした電動膨張
弁を用いた第１減圧器であり、４ｂは４ａと同じ
く電動膨張弁を用いた第２減圧器である。６ａは
第１減圧器４ａと第２減圧器４ｂとの間と、圧縮
機１の吐出側とを結ぶバイパス回路であり、この
バイパス回路６ａに補助減圧器８を設けている。

第１、第２減圧器に用いられる電動膨張弁は一
般に公知のように駆動源にパルスモータを用い、
このモータコイルへの通電順序のスイツチング操
作を制御回路１０ａのパルス信号で行なつて弁開
度を変化させる。

この冷媒回路において、通常暖房運転時には冷
媒は圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、第１
減圧器４ａ、第２減圧器４ｂ、室外熱交換器５、
四方弁２の順で流れ圧縮機１に戻る。この時、制
御回路１０ａより第１減圧器４ａおよび第２減圧
器４ｂに信号を送つて第１減圧器４ａの電動膨張
弁の弁開度をほぼ全開とし、第２減圧器４ｂのみ
で冷媒の適正な減圧作用を行なうような電動膨張
弁の弁開度とする。したがつて、第１減圧器４ａ
と第２減圧器４ｂの間の冷媒圧力も高圧となり、
圧縮機１から吐出された冷媒との圧力差はわずか
であり、冷媒はバイパス回路６ａをほとんど流れ
ない。この暖房運転中に外気温が低下して室外熱
交換器５の冷媒蒸発温度が低下した場合、温度検
出素子９の温度信号の値が設定値になると制御回
路１０ａより第１減圧器４ａおよび第２減圧器４
ｂに信号を送り、第１減圧器４ａでも減圧作用を
行なうようにこの電動膨張弁の開度を小さくし、
一方第２減圧器４ｂの電動膨張弁の開度をそれに
あわせて変更して冷媒に適正な減圧作用を行なわ
せる。これにより、第１減圧器４ａと第２減圧器
４ｂの間の冷媒圧力がいわゆる中間圧となるため
に圧縮機１から吐出された冷媒との圧力差が大き
くなり、圧縮機１より吐出された高温、高圧のガ
ス冷媒の一部がバイパス回路６ａを流れ、補助減
圧器８で減圧されて比較的高温のガス冷媒となつ
て室内熱交換器３、第１減圧器４ａを流れてきた
冷媒と合流して第２減圧器４ｂ、室外熱交換器５
へと流れる。これにより室外熱交換器５での冷媒
の蒸発温度を上昇させることができるので室外熱
交換器５に着霜しにくくなり、バイパスを行なわ
ない場合に比べて暖房運転を長時間継続させるこ
とができる。また、高圧側圧力の低下を押さえる
ことができるので暖房能力の低下を押さえること
ができ、したがつて快適性を損なうことなく暖房
運転を継続させることができる。

このように高圧側圧力の低下を押さえ、暖房能
力の低下を押さえることができる理由を第２図、
第３図を用いて説明する。

第２図は、本発明の一実施例のヒートポンプ式
空気調和機の暖房バイパス運転時の第１減圧器と
第２減圧器付近の冷媒の圧力変化を示す図であ
り、第３図はこのヒートポンプ式空気調和機と従
来の技術の項で述べたヒートポンプ式空気調和機
の暖房バイパス運転時の冷凍サイクルをモリエル
線図上にあらわしたものである。

第２図において、Ｄは本発明の一実施例のヒー
トポンプ式空気調和機の圧力変化線を示し、Ｅは
従来の技術の項で述べたヒートポンプ式空気調和
機の圧力変化線を示し、またＦはバイパス回路を
設けないヒートポンプ式空気調和機の圧力変化線
をそれぞれ示す（比較のためにＥ，Ｆの圧力変化
線も第１減圧器４ａ、第２減圧器４ｂを用いて冷
媒の減圧を行う場合を示し、簡単のため第１減圧
器４ａ、第２減圧器４ｂとも固定絞り（キヤピラ
リチユーブ）とする）。

従来の技術で説明した理由によりＥの圧力変化
線はＦの圧力変化線より低圧側では高いが高圧側
ではかなり低くなつてしまう。一方、Ｄの圧力変
化線は室内熱交換器３、第１減圧器４ａを通過し
た冷媒と圧縮機の吐出側から一部分岐してバイパ
ス回路６ａを流れてきた冷媒とが合流するため第
２減圧器４ｂ入口の冷媒の乾き度は上昇し、した
がつて第２減圧器４ｂの出入口の圧力差が大きく
なければ冷媒の流量が減少してしまうため第１減
圧器４ａの出口と第２減圧器４ｂの入口の間の圧
力は上昇する。もし第１減圧器４ａ入口の冷媒の
過冷却度がＤ，Ｅのそれぞれの場合において等し
いならば第１減圧器４ａの出入口の圧力差はＤ，
Ｅの圧力線において等しくなるはずであり、Ｄの
圧力線はD′で示す破線のようになるはずである
が、Ｄの場合のほうが過冷却度が大きいため前記
圧力差はＥの場合より小さくなり、結局第１減圧
器４ａ入口の圧力はＦの場合よりわずかに低い圧
力となる。

第３図のモリエル線図で上述した冷媒の状態変
化を説明すると、本発明の一実施例におけるヒー
トポンプ式空気調和機の冷凍サイクルを示すＦの
サイクルにおいてバイパス回路の補助減圧器を通
過した冷媒は点ｆより減圧されて点ｇの状態とな
る。一方、室内熱交換器通過後の冷媒は第１減圧
器を通過するので点ｈより減圧されて点ｉの状態
となり、バイパス回路を流て点ｇの状態となつた
冷媒と合流して点ｉの状態となつて第２減圧器を
流れて減圧され、点ｋの状態となつて室外熱交換
器へと流れる。このＦのサイクルは前述したよう
にバイパスを行なわない場合と比べて高圧側圧力
の低下がわずかであるので同図に示す従来の技術
の項で説明したヒートポンプ式空気調和機の冷凍
サイクルＢと比較する室内熱交換器の出入口のエ
ンタルピ差が△i₃−△i₂だけ大きい。したがつて
より大きな暖房能力を得ることができる。またバ
イパスを行なわない場合と比べると、高圧側圧力
はわずかに低下するだけであるので暖房能力の低
下はほとんどバイパス回路に冷媒を流すことによ
る室内熱交換器内の冷媒流量の減少分であるので
従来の技術と比較して暖房能力の低下を押さえる
ことができる。

なお、本実施例においては開閉弁７の開閉は室
外熱交換器５の配管温度を検出することで行なつ
たが、室外熱交換器５の冷媒圧力または外気温と
室外熱交換器５の配管温度との温度差を検出する
ことで行なつてもよい。

また、本実施例においては冷房運転時の説明を
省略したが、冷房運転時は四方弁２を切り換えて
冷媒は圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器５、第
２減圧器４ｂ、第１減圧器４ａ、四方弁２の順に
流れ圧縮機１へ戻る。この時、制御回路１０より
第１減圧器４ａおよび第２減圧器４ｂに信号を送
つて第２減圧器４ｂの電動膨張弁の弁開度をほぼ
全開とし、第１減圧器４ａのみで冷媒の適正な減
圧作用を行なうような電動膨張弁の弁開度とす
る。したがつて、第１減圧器４ａと第２減圧器４
ｂの間の冷媒圧力も高圧となり、圧縮機１から吐
出された冷媒との圧力差はわずかであり、冷媒は
バイパス回路６ａをほとんど流れない。

なお、本発明は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を用いた
が、第１減圧器４ａ、第２減圧器４ｂをそれぞれ
複数個の減圧器で構成し、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。

発明の効果 以上のように本発明のヒートポンプ式空気調和
機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室内熱交
換器、電磁力を駆動源として弁開度を可変とした
電動膨張弁を用いた第１、第２の２つの減圧器等
を連結して冷媒回路を構成し、前記圧縮機の吐出
側と第１、第２減圧器間とを結ぶバイパス回路を
設け、このバイパス回路に補助減圧器を備え外気
温や冷媒温度、圧力等を検知して前記第１、第２
減圧器の弁開度を変化させる制御装置を有するも
ので、低外気温時に圧縮機より吐出された冷媒の
一部を２つの減圧器の間へバイパスさせることで
高圧側圧力の低下を押さえながら室外熱交換器で
の冷媒の蒸発温度を上昇させることができるの
で、暖房能力の低下を押さえながら暖房運転を長
く継続して除霜回数を減らし、快適性の向上をは
かることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポン
プ式空気調和機の冷媒回路図、第２図は本発明の
一実施例におけるヒートポンプ式空気調和機の暖
房バイパス運転時の第１減圧器と第２減圧器付近
の冷媒の圧力変化を示す説明図、第３図は本発明
の一実施例におけるヒートポンプ式空気調和機と
従来のヒートポンプ式空気調和機の暖房バイパス
運転時の冷凍サイクルをモリエル線図上にあらわ
した図、第４図は従来のヒートポンプ式空気調和
機の冷媒回路図、第５図は従来のヒートポンプ式
空気調和機の暖房運転時、バイパスを行なつた場
合と行なわない場合の冷凍サイクルをモリエル線
図上にあらわした図である。 １……圧縮機、２……四方弁、３……室内熱交
換器、４ａ……第１減圧器、４ｂ……第２減圧
器、５……室外熱交換器、６ａ……バイパス回
路、７……開閉弁、８……補助減圧器、９……温
度検出素子（制御装置）、１０……制御回路（制
御装置）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室内熱交換
   器、電磁力を駆動源として弁開度を可変とした電
   動膨張弁を用いた第１、第２の２つの減圧器を連
   結して冷媒回路を構成し、一端を前記圧縮機の冷
   媒吐出部から前記四方弁を介して前記室内熱交換
   器に至る管路に接続し、他端を前記第１減圧器と
   前記第２減圧器とを結ぶ管路に接続したバイパス
   回路を設け、このバイパス回路に補助減圧器を備
   え、外気温若しくは前記室外熱交換器の冷媒温度
   若しくは前記室外熱交換器の冷媒圧力を検出して
   前記室外熱交換器に着霜が生じる着霜運転時と通
   常運転時とで前記第１減圧器及び前記第２減圧器
   の弁開度を変化させる制御装置を有するヒートポ
   ンプ式空気調和機。