JPH0674581A - 低頻度デフロスト屋外機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デフロスト頻度の低いヒートポンプの屋外機
を提供する。 【構成】 本発明によれば、屋外に設置される蒸発器が
前置蒸発器と後置蒸発器とから成り、外気は前記前置蒸
発器を通過した後に前記後置蒸発器に送られ、前記前置
蒸発器は外気に含まれる湿分を凝縮し凝縮された凝縮水
を過冷却域にまで冷却可能な過冷却器なので、外気の湿
分を除去可能であり、後置蒸発器の着霜量を軽減でき
る。また、前記凝縮器と前記前置蒸発器との間を第１の
膨張弁を選択的に介挿可能な第１の冷媒回路にて接続
し、前記前置蒸発器と前記後置蒸発器との間を第２の膨
張弁を選択的に介挿可能な第２の冷媒回路にて接続する
ので、着霜量に応じて除霜運転が可能となりヒートポン
プの効率が高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒートポンプの屋外機
に関し、特にデフロスト運転の頻度を低く抑えることが
可能な蒸発器などの屋外機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気熱源ヒートポンプにより室内の暖房
などを行うと、低外気温度（例えば、０℃以下）、高出
力（能力）運転時には、外気中に含まれる湿分が凝縮し
ヒートポンプの蒸発器などの屋外機に着霜し、能力が低
下し、さらには運転不能となるため、適宜、ヒートポン
プのデフロスト運転を行い、蒸発器に着霜した霜を除霜
する必要がある。

【０００３】特に厳寒期など、外気温が低くなれば低く
なるほど暖房負荷が高くなるが、その暖房負荷に応ずる
ためにヒートポンプの運転出力を高めると、それだけ一
層、蒸発器などの屋外機に対する着霜量も増加する。そ
のため、ヒートポンプのデフロスト運転を頻繁に行う必
要があり、その結果、ヒートポンプの運転出力を高めた
にもかかわらず、十分な熱量を供給できなくなる。

【０００４】また、従来より蒸発器に複数のフィンを設
けて、外気との接触面積を広げ、熱交換効率を高めるた
めの工夫がなされているが、かかる接触面積の拡大も着
霜量の増加と除霜効率の低下の一因となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような従来のヒートポンプの屋外機のもつ問題点に鑑
み、ヒートポンプのデフロスト運転の頻度を低く抑える
ことが可能であり、かつデフロスト運転の運転時間を短
く抑えることがことが可能な、新規かつ有用なヒートポ
ンプの蒸発器などの屋外機の構造を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、過冷却器を通常の蒸発器（以下、本明細
書においては後置蒸発器と称する。）の上流側に前置蒸
発器として設置することにより、外気の除湿を可能に
し、蒸発器への着霜量を大幅に減少させると共に、冷媒
回路に工夫を凝らすことにより、着霜量に応じたデフロ
スト運転を可能にした点を特徴としている。さらに、ま
た、前置蒸発器の構成を工夫することにより、除霜時間
の短縮を可能にしたことを特徴としている。

【０００７】すなわち、本発明によれば、 屋外に設置
されて凝縮器から膨張弁を介して送られた冷媒と外気と
の熱交換を実施した後に圧縮機に冷媒を戻すように構成
されたヒートポンプの蒸発器において、前記蒸発器が前
置蒸発器と後置蒸発器とから成り、外気は前記前置蒸発
器を通過した後に前記後置蒸発器に送られ、前記前置蒸
発器は外気に含まれる湿分を凝縮し凝縮された凝縮水を
過冷却域にまで冷却可能な過冷却器であり、前記凝縮器
と前記前置蒸発器との間を第１の膨張弁を選択的に介挿
可能な第１の冷媒回路にて接続し、前記前置蒸発器と前
記後置蒸発器との間を第２の膨張弁を選択的に介挿可能
な第２の冷媒回路にて接続する構成としたことを特徴と
する、低頻度デフロスト屋外機が提供される。

【０００８】さらに、本発明に基づいて構成されたヒー
トポンプは、通常運転時には、前記第１の冷媒回路に前
記第１の膨張弁が介挿され前記第２の冷媒回路は前記第
２の膨張弁を迂回するように切り換えられ、前記前置蒸
発器のみの除霜を行う場合には、前記第１の冷媒回路は
前記第１の膨張弁を迂回し前記第２の冷媒回路に前記第
２の膨張弁が介挿されるように切り換えられ、前記前置
蒸発器及び前記後置蒸発器双方の除霜を行う場合には、
前記第１及び第２の冷媒回路双方において前記第１及び
第２の膨張弁双方が迂回されるように切り換えられかつ
圧縮機側から凝縮器側に冷媒を逆に流通させる構成とす
ることが好ましい。

【０００９】さらに、本発明に基づいて構成された前置
蒸発器は、冷媒を導通させるための略垂直方向に設置さ
れた複数の伝熱管を含み、外気が前記伝熱管の間を上か
ら下に向かって通気され、過冷却された凝縮水が前記伝
熱管の壁面に沿って自重落下する構成とすることが好ま
しい。

【００１０】

【作用】上記のように、本発明に基づく蒸発器は、通常
の蒸発器である後置蒸発器と過冷却器である前置蒸発器
とから構成されており、前置蒸発器で、外気に含有され
る湿分が凝縮され、過冷却域まで冷却されて除去される
ので、前置蒸発器を通過した空気は低湿度となり、その
結果、通常の蒸発器である後置蒸発器での着霜量を減少
させることができる。

【００１１】本発明に基づいて構成されたヒートポンプ
は、通常運転モード、一部デフロスト運転モード及び逆
サイクルデフロスト運転モードで駆動可能である。

【００１２】通常運転モードでは、冷媒は、第１の冷媒
回路では膨張弁を通過し、第２の冷媒回路では膨張弁を
迂回するように切り換えられる。そのため、凝縮器から
送られた高温高圧の冷媒は、第１の膨張弁を通過するこ
とにより低温低圧となり、蒸発器に送られ外気と熱交換
された後、圧縮機に送られる。その際、上述の通り、前
置蒸発器で除湿が行われるので、後置蒸発器の着霜量が
減少する。

【００１３】通常運転の結果、前置蒸発器の着霜量が増
加した時には、一部デフロスト運転が行われる。その場
合には、冷媒は、第１の冷媒回路では膨張弁を迂回し、
第２の冷媒回路では膨張弁を通過するように切り換えら
れる。そのため、凝縮器から送られた高温高圧の冷媒
は、そのまま前置蒸発器に送られるので、前置蒸発器の
除霜が可能になる。

【００１４】外気温が低くヒートポンプの運転出力が高
くなったため、前置蒸発器のみならず後置蒸発器の着霜
量も増加した時には、逆サイクルデフロスト運転が行わ
れる。その場合には、第１及び第２の冷媒回路双方にお
いて第１及び第２の膨張弁双方が迂回されるように切り
換えられ、圧縮機側から凝縮器側に冷媒を逆に流通させ
ることにより前置及び後置蒸発器双方の除霜が可能にな
る。

【００１５】また、本発明に基づく前置蒸発器において
は、複数の伝熱管が縦型に配置され、その間を外気が上
から下に通気され、デフロスト運転時に氷が解けて落下
し易いので、デフロスト運転時間が短縮される。

【００１６】

【実施例】以下に添付図面を参照しながら、本発明の好
適な実施例について説明する。図１は、本発明に基づく
低頻度デフロスト屋外機を組み込んだヒートポンプであ
る。１は凝縮器、２は圧縮機、３及び４は蒸発器、６及
び１２は膨張弁であり、本発明によれば、蒸発器は、前
置蒸発器３及び後置蒸発器４から構成され、通常はヒー
トポンプの屋外機として屋外に設置される。前置蒸発器
３は、縦型に配置された複数の伝熱管１３から構成され
た過冷却器であり、伝熱管１３内を流通する冷媒によ
り、伝熱管表面の水分を零度℃以下の過冷却域にまで冷
却可能である。また、外気取入口から取り入れられた外
気は伝熱管１３の間の外気通路を上から下に向かって通
気可能である。後置蒸発器４は、通常の蒸発器であり、
冷媒が流通する伝熱管１９が外気と直交するように巡ら
され、ファン１６により前置蒸発器３を通過した外気と
の熱交換が行われる。また、伝熱管１９を横切るように
複数のフィンが配置されて、取り入れられた外気と伝熱
管１９との接触面積が拡大するように構成される。

【００１７】前置蒸発器と凝縮器とを接続する第１の冷
媒回路８には、分岐路が形成され、一方の分岐路には第
１の電磁弁５と第１の膨張弁６が直列に配置され、他方
の分岐路には第２の電磁弁７が配置されている。かかる
構成により、第１及び第２の電磁弁５，６の切換で、第
１の冷媒回路８への第１の膨張弁６の介挿を選択的に行
うことが可能になる。すなわち、第１の電磁弁を開放し
第２の電磁弁を閉止した場合には、冷媒は第１の膨張弁
６を介して前置蒸発器３に送られ、逆に、第１の電磁弁
を閉止し第２の電磁弁を開放した場合には、冷媒は第１
の膨張弁６を迂回して直接前置蒸発器３に送られる。

【００１８】同様に前置蒸発器と後置蒸発器とを接続す
る第２の冷媒回路９にも、分岐路が形成され、一方の分
岐路には第３の電磁弁１０が配置され、他方の分岐路に
は第４の電磁弁１１と第４の膨張弁１２が直列に配置さ
れている。かかる構成により、第３及び第４の電磁弁１
０，１１の切換で、第２の冷媒回路９への第２の膨張弁
１２の介挿を選択的に行うことが可能になる。すなわ
ち、第３の電磁弁を開放し第４の電磁弁を閉止した場合
には、冷媒は第２の膨張弁１２を迂回して直接後置蒸発
器４に送られ、逆に、第３の電磁弁を閉止し第４の電磁
弁を開放した場合には、冷媒は第２の膨張弁１２を介し
て後置蒸発器４に送られる。

【００１９】上記のように構成された本発明に基づく低
頻度デフロスト屋外機は、通常運転モード、一部デフロ
スト運転モード及び逆サイクルデフロスト運転モードの
３つのモードを適宜切り換えて運転される。以下、図１
及び図２を参照しながら、それぞれの運転モードに関連
して本発明に基づく低頻度デフロスト屋外機の機能につ
いて説明する。

【００２０】まず、ヒートポンプの通常運転モードにお
いては、図２に示すように、本発明によれば、第１の電
磁弁５及び第３の電磁弁１０が開放され、第２の電磁弁
７及び第４の電磁弁１１が閉止される。したがって、凝
縮器１で高温高圧にされた冷媒は、第１の冷媒回路８に
おいて、第１の電磁弁５を介して膨張弁６を通過するこ
とにより低温低圧に変換されて前置蒸発器３に送られ
る。さらに、冷媒は、前置蒸発器３の伝熱管１３内にて
外気から熱を奪った後に、第２の冷媒回路９に送られ
る。第２の冷媒回路９において、冷媒は第２の膨張弁１
２を迂回して第３の電磁弁１０を通過して、後置蒸発器
４に送られる。冷媒は、後置蒸発器４の伝熱管１９にお
いて外気から熱を奪った後に、圧縮機２に戻される。

【００２１】通常運転モード時には、前置蒸発器３は過
冷却器として機能する。外気取入口４から取り入れられ
た外気は、縦型に設置された複数の伝熱管の間に形成さ
れた外気通路を上から下に向かって流通するが、その際
に、伝熱管内を流通する低温低圧の冷媒により熱を奪わ
れ、外気に含まれる湿分が伝熱管の表面に凝縮する。伝
熱管の表面に凝縮した凝縮水は、さらに零度℃以下の過
冷却域にまで冷却されて、液体状態を保持するので、縦
型に配置された伝熱管の表面に沿って、自重で下方に落
下する。落下した過冷却水は図示しない容器で受け止め
られて、適宜排水される。

【００２２】かくして、外気は過冷却器である前置蒸発
器３にて低湿度にされた後、ファン１６によりフィン付
き蒸発器である後置蒸発器４に送られる。そのため、後
置蒸発器４においてさらに露点を下げられた場合であっ
ても、前置蒸発器にて除湿が行われない従来の装置に比
較すると、着霜量を大幅に減少することが可能であり、
そのため、ヒートポンプの効率を下げるデフロスト運転
の頻度を低く抑えることができる。

【００２３】しかし、ヒートポンプを外気温の低い中で
長時間駆動した場合には、蒸発器に着霜が生じることが
ある。かかる場合には、本発明に基づく構成によれば、
着霜量に応じてヒートポンプのデフロスト運転が実施さ
れる。すなわち、蒸発器への着霜が軽度であり、前置蒸
発器３の範囲に留まっている場合には、前置蒸発器３の
みのデフロスト運転を行い、フィン付き蒸発器である後
置蒸発器４は通常運転することが可能な一部デフロスト
運転モードに切り換えられる。また、蒸発器の着霜が重
度であり、前置蒸発器３のみならず後置蒸発器４にまで
及んだ場合には、ヒートポンプの逆サイクルデフロスト
運転が行われる。

【００２４】まず、一部デフロスト運転モードに入る
と、図２に示すように、第１の電磁弁５及び第３の電磁
弁１０が閉止され、第２の電磁弁７及び第４の電磁弁１
１が開放される。したがって、凝縮器１により高温高圧
にされた冷媒は、第１の膨張弁６により低温低圧にされ
ることなく、そのまま第２の電磁弁７を通って、前置蒸
発器３に送られる。そのため、前置蒸発器３の伝熱管の
表面に着霜した霜を落とすことが可能である。その際、
本発明によれば、伝熱管が縦型に配置されているので、
解かされた霜は自重により容易に落下可能なので、デフ
ロスト時間が従来の装置に比較して大幅に短縮される。

【００２５】前置蒸発器３において除霜を行った後、高
温高圧の冷媒は第２の冷媒回路９に送られる。第２の冷
媒回路９において、冷媒は第４の電磁弁１１を介して第
２の膨張弁１２に送られ、そこで低温低圧に変換された
後、後置蒸発器４に送られる。そのため、一部デフロス
ト運転モードにおいては、前置蒸発器３のデフロスト運
転をしているにもかかわらず、同時に後置蒸発器４は通
常運転が行われるので、除霜による供給熱量の減少を最
小限に抑えることが可能である。

【００２６】外気に非常に多くの湿分が含まれ、着霜が
前置蒸発器３の範囲に留まることなく、後置蒸発器４に
まで及んだ場合には、逆サイクルデフロスト運転が実施
される。逆サイクルデフロスト運転時には、図２に示す
ように、第１の電磁弁５及び第４の電磁弁１１が閉止さ
れ、第２の電磁弁７及び第３の電磁弁１０が開放され
る。さらに、ヒートポンプの冷媒の流通方向が逆転さ
れ、凝縮器１により高温高圧にされた冷媒は、圧縮機２
を介して、最初に後置蒸発器４に送られる。後置蒸発器
４にて除霜を行った後、冷媒は、第２の膨張弁１２によ
り低温低圧に変換されることなく、そのまま前置蒸発器
３に送られる。前置蒸発器４にて除霜を行った後、冷媒
は、第１の膨張弁６により低温低圧に変換されることな
く、凝縮器１に戻される。同様に、本発明に基づく伝熱
管は縦型に構成されているので、解かされた霜は容易に
自重落下するので、ヒートポンプの効率を落とす除霜時
間を最小限に抑えることが可能である。

【００２７】最後に本発明に基づく低頻度デフロスト屋
外機の運転モードの切換を図２を参照して説明する。室
内の暖房を行うためにヒートポンプが起動されると、最
初は通常運転が行われる（ステップＳ１）。本発明によ
れば、蒸発器３，４の着霜量を最小限に抑えることが可
能であるが、それにもかかわらず、着霜が生じた場合に
は、その着霜量に応じたデフロスト運転が行われる。前
置及び後置蒸発器３，４に着霜する霜の量は、図示しな
い適当なセンサで監視されている（ステップＳ２）。こ
こで、着霜が検出されない場合には、問題が生じないの
で、通常運転が継続される（ステップＳ１）。しかし、
前置蒸発器３に所定量以上の着霜が発見されると（ステ
ップＳ２）、次いで、後置蒸発器４の着霜状態が検査さ
れる（ステップＳ３）。後置蒸発器４には着霜が発見さ
れず、前置蒸発器３にのみ着霜が発見された場合には、
一部デフロスト運転が行われる（ステップＳ４）。これ
に対して、前置蒸発器３のみならず、後置蒸発器４に
も、所定の量以上の着霜が発見された場合には、一時的
に、ヒートポンプの運転が停止され、逆サイクルデフロ
スト運転が行われる（ステップＳ６）。一部デフロスト
運転又は逆サイクルデフロスト運転により除霜が完了し
た場合には（ステップＳ５又はＳ７）、ヒートポンプの
通常運転に戻り（ステップＳ８）、制御が終了する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
前置蒸発器として過冷却器を使用するので、前置蒸発器
を通過した外気が除湿され、通常の蒸発器である後置蒸
発器の着霜量が減少される。その際、凝縮水も過冷却域
にまで冷却されるので、伝熱管に付着せず排水可能であ
る。また、本発明に基づく冷媒回路によれば、着霜量に
応じたデフロスト運転が可能なので、着霜量が軽微な場
合には、一部デフロスト運転を行い、供給熱量の減少を
最小限に抑えることが可能である。さらにまた、本発明
によれば、前置蒸発器がデフロスト運転時に氷が解けて
落下し易い構造になっているので、デフロスト運転の時
間を短縮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づいて構成されたヒートポンプの低
頻度デフロスト屋外機の構成を示す説明図である。

【図２】図１に示すヒートポンプの冷媒回路における電
磁弁の開閉状態を示す表である。

【図３】本発明に基づいて構成された低頻度デフロスト
屋外機の運転モードを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 凝縮器 ２ 圧縮機 ３ 前置蒸発器（過冷却器） ４ 後置蒸発器 ５ 第１の電磁弁 ６ 第１の膨張器 ７ 第２の電磁弁 ８ 第１の冷媒回路 ９ 第２の冷媒回路 １０ 第３の電磁弁 １１ 第４の電磁弁 １２ 第２の膨張弁 １３ 伝熱管 １４ 外気取入口 １５ 外気通路 １６ ファン １７ フィン １８ 過冷却水 １９ 伝熱管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】屋外に設置されて凝縮器から膨張弁を介し
   て送られた冷媒と外気との熱交換を実施した後に圧縮機
   に冷媒を戻すように構成されたヒートポンプの蒸発器に
   おいて、前記蒸発器が前置蒸発器と後置蒸発器とから成
   り、外気は前記前置蒸発器を通過した後に前記後置蒸発
   器に送られ、前記前置蒸発器は外気に含まれる湿分を凝
   縮し凝縮された凝縮水を過冷却域にまで冷却可能な過冷
   却器であり、前記凝縮器と前記前置蒸発器との間を第１
   の膨張弁を選択的に介挿可能な第１の冷媒回路にて接続
   し、前記前置蒸発器と前記後置蒸発器との間を第２の膨
   張弁を選択的に介挿可能な第２の冷媒回路にて接続する
   構成としたことを特徴とする、低頻度デフロスト屋外
   機。
2. 【請求項２】通常運転時には、前記第１の冷媒回路に前
   記第１の膨張弁が介挿され前記第２の冷媒回路は前記第
   ２の膨張弁を迂回するように切り換えられ、前記前置蒸
   発器のみの除霜を行う場合には、前記第１の冷媒回路は
   前記第１の膨張弁を迂回し前記第２の冷媒回路に前記第
   ２の膨張弁が介挿されるように切り換えられ、前記前置
   蒸発器及び前記後置蒸発器双方の除霜を行う場合には、
   前記第１及び第２の冷媒回路双方において前記第１及び
   第２の膨張弁双方が迂回されるように切り換えられかつ
   圧縮機側から凝縮器側に冷媒を逆に流通させる構成とし
   たことを特徴とする、請求項１又は２に記載の低頻度デ
   フロスト屋外機。
3. 【請求項３】前記前置蒸発器が、冷媒を導通させるため
   の略垂直方向に設置された複数の伝熱管を含み、外気が
   前記伝熱管の間を上から下に向かって通気され、過冷却
   された凝縮水が前記伝熱管の壁面に沿って自重落下する
   構成としたことを特徴とする、請求項１に記載の低頻度
   デフロスト屋外機。