JPH07120117A - ヒートポンプの除霜装置 - Google Patents

ヒートポンプの除霜装置

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JPH07120117A
JPH07120117A JP5263269A JP26326993A JPH07120117A JP H07120117 A JPH07120117 A JP H07120117A JP 5263269 A JP5263269 A JP 5263269A JP 26326993 A JP26326993 A JP 26326993A JP H07120117 A JPH07120117 A JP H07120117A
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heat
hot water
defrosting
state
air
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JP5263269A
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Susumu Katou
駸 加藤
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 除霜用温水蓄熱手段の水加熱手段を外気の状
態が所定の着霜発生可能状態となったときに加熱動作を
開始させる構成のヒートポンプの除霜装置。 【構成】 吸熱対象空気の状態を検出する外気状態検出
手段3、解霜用の温水を貯留する温水蓄熱タンク1、そ
のタンク内の貯留水を加熱する加熱手段2が備えられ、
制御手段Hが空気状態検出手段3の検出情報に基づい
て、吸熱対象空気の状態が所定の着霜発生可能状態とな
ったときに初めて水加熱手段2の加熱動作を開始させ、
着霜に先駆けて予め温水を加熱し貯留させるので、大容
量の加熱手段で速やかに加熱したり、着霜に関係なく不
必要に温水を加熱貯留しておく必要がなく除霜動作の開
始にあたりヒートポンプ性能を著しく悪化させる不都合
や、ヒートポンプの本来の性能が定常的に低下する不都
合が解消され、消費エネルギーも極力低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸熱対象空気から吸熱
する冷媒蒸発器の着霜を検出する着霜検出手段と、着霜
した冷媒蒸発器を温水により解霜する除霜手段と、前記
除霜手段を制御する制御手段とが設けられ、前記制御手
段が、前記着霜検出手段により着霜が検出されるに伴っ
て、前記除霜手段の解霜動作を開始するように構成され
ているヒートポンプの除霜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のヒートポンプの除霜装置
において、冷媒蒸発器を温水により解霜する除霜手段
は、着霜検出手段により着霜が検出されるに伴って解霜
用の温水の加熱を開始するか、又は、解霜用の温水を貯
留する温水蓄熱タンクが備えられ、常時、タンク内の水
を加熱して温水を貯留するように構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、ヒートポンプの運転を停止させること
なく、速やかに冷媒蒸発器の除霜を行うためには、着霜
が検出されるに伴って温水の加熱を開始するタイプのも
のでは、短時間で大量の温水の加熱を行わなければなら
ず、従って、大容量の温水加熱手段が必要になってい
た。また、このタイプで温水加熱手段にヒートポンプの
ホットガスを利用する場合には、除霜動作を開始するに
伴って大量のホットガスを温水加熱に用いることとなる
ため、ヒートポンプの性能が著しく悪化することにな
り、例えば空調機などの暖房動作などにおいて支障を来
す不都合があった。
【0004】また、常時、温水蓄熱タンク内の水を加熱
して温水を貯留するタイプのものでは、貯留してある温
水を用いることで冷媒蒸発器の着霜に伴って速やかに除
霜が行えるものの、着霜に関係なく不必要に温水が加熱
される時間が甚大であり、タンクからの放熱などによ
り、消費エネルギーが増大する不都合があった。また、
この温水貯留タイプで温水加熱手段にヒートポンプのホ
ットガスを利用する場合には、常時、タンク内の水をホ
ットガスにより加熱することによって、ヒートポンプの
本来の性能が定常的に低下する不都合を生じていた。
【0005】本発明の目的は、上記従来欠点を解消する
点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によるヒートポン
プの除霜装置の第一の特徴構成は、吸熱対象空気の状態
を検出する空気状態検出手段が設けられ、前記除霜手段
に、解霜用の温水を貯留する温水蓄熱タンク、及び、そ
のタンク内の貯留水を加熱する加熱手段が備えられ、前
記制御手段が、前記空気状態検出手段の検出情報に基づ
いて、吸熱対象空気の状態が所定の着霜発生可能状態と
なったとき前記加熱手段の加熱動作を開始するように構
成されている点にある。
【0007】本発明によるヒートポンプの除霜装置の第
二及び第三の特徴構成は、第一の特徴構成を実施する際
の好適な具体構成を特定するもので、
【0008】第二の特徴構成は、前記空気状態検出手段
が、吸熱対象空気の温度、又は、湿度を検出するセンサ
で構成されている点にある。
【0009】第三の特徴構成は、前記吸熱対象空気が、
外気で構成され、前記空気状態検出手段が、天候を検出
する天候検出手段で構成されている点にある。
【0010】
【作用】本発明の第一の特徴構成によれば、吸熱対象空
気の状態を検出する空気状態検出手段が設けられ、温水
を貯留する温水蓄熱タンク及び加熱手段が備えられ、制
御手段が、吸熱対象空気の状態が所定の着霜発生可能状
態となったとき加熱手段の加熱動作を開始するように構
成されているから、除霜の必要に応じて、且つ、着霜に
先駆けて、予め温水を加熱し貯留しておくことができ
る。
【0011】第二の特徴構成によれば、空気状態検出手
段が、吸熱対象空気の温度、又は、湿度を検出するセン
サで構成されているから、吸熱対象空気の温度の低下又
は湿度の上昇、あるいは、それらの両方によって、吸熱
対象空気の状態が着霜が発生する状態に向かって変化し
ていることを検出することができ、将来的に着霜が発生
する可能性がある状態、すなわち、着霜発生可能状態を
検出することができる。
【0012】第三の特徴構成によれば、吸熱対象空気
が、外気で構成され、空気状態検出手段が、天候を検出
する天候検出手段で構成されているから、天候の状態
や、天候の移り変わりからも、吸熱対象空気である外気
状態が着霜が発生する状態に向かって変化することを予
測することができ、着霜発生可能状態を検出することが
できる。
【0013】
【発明の効果】本発明の第一の特徴構成によれば、除霜
の必要に応じて、且つ、着霜に先駆けて、予め温水を加
熱し貯留しておくことができるから、大容量の加熱手段
により速やかに温水を加熱したり、着霜に関係なく不必
要に温水を加熱し貯留しておく必要がなく、従って、加
熱手段に大容量のものが必要となる不都合や、除霜動作
の開始に伴ってヒートポンプの性能が著しく悪化し、例
えば空調機などの暖房動作などにおいて支障を来す不都
合や、ヒートポンプの本来の性能が定常的に低下する不
都合が解消され、また、消費エネルギーが極力低減され
たヒートポンプの除霜装置を提供することができる。
【0014】第二の特徴構成によれば、吸熱対象空気の
温度の低下又は湿度の上昇、あるいは、それらの両方に
よって、所定の着霜発生可能状態を検出することができ
るから、正確に着霜発生可能状態を検出することがで
き、従って、除霜の必要に応じて且つ着霜に先駆けて、
確実に、温水を加熱し貯留しておくことができるヒート
ポンプの除霜装置を提供することができる。
【0015】第三の特徴構成によれば、天候の状態や天
候の移り変わりからも、所定の着霜発生可能状態を検出
することができるから、正確に着霜発生可能状態を検出
することができ、従って、除霜の必要に応じて且つ着霜
に先駆けて、確実に、温水を加熱し貯留しておくことが
できるヒートポンプの除霜装置を提供することができ
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、セパレート型のヒートポンプ式空調装置
を示し、Uoは室外機、Uaは第一空調対象域Zaに対
する第一室内機、Ubは第二空調対象域Zbに対する第
二室内機、Ucは第三空調対象域Zcに対する第三室内
機である。
【0017】室外機Uoには、外気OAを吸放熱対象空
気とする2個の室外熱交換器No1及びNo2と、その
室外熱交換器No1及びNo2に対して外気OAを通風
する室外ファンF1及びF2と、圧縮機Cmpと、アキ
ュムレータAcと、オイルセパレータOsと、受液器R
と、室外熱交換器No1に対する第一膨張弁ex1、及
び、室外熱交換器No2に対する第二膨張弁ex2とが
装備されている。
【0018】v1〜v4は、運転モードに応じて冷媒回
路を切り換える切換弁である。切換弁v1及びv3は、
室外熱交換器No1又はNo2から低圧ガス冷媒Rcを
アキュムレータAcへ戻す経路を、夫々断続するように
構成されている。切換弁v2及びv4は、圧縮機Cmp
が吐出する高圧ガス冷媒Rhを室外熱交換器No1又は
No2に送る経路を、夫々断続するように構成されてい
る。
【0019】第一膨張弁ex1及び第二膨張弁ex2
は、室外熱交換器No1又はNo2と受液器Rとの間で
液冷媒Rwを通流させる経路に設けられており、液冷媒
Rwが室外熱交換器No1,No2に向かって通流する
場合には、本来の冷媒膨張手段として機能し、一方、液
冷媒Rwが受液器Rに向かって通流する場合には、流量
調整弁として機能するように、切り換え可能に構成され
ている。
【0020】roは、オイルセパレータOsで捕捉した
圧縮器油を、アキュムレータAcから圧縮機Cmpへ吸
入させる低圧ガス冷媒Rcに合流させて圧縮機Cmpへ
戻すオイル戻し管である。
【0021】室外機Uoからは、圧縮機Cmpが吐出す
る高圧ガス冷媒Rhを室内機側に送る高圧ガス主管Gh
と、室内機側からの低圧ガス冷媒Rcを室外機Uoのア
キュムレータAcへ戻す低圧ガス主管Gcと、各室内機
Ua,Ub及びUcと室外機Uoの受液器Rとの間で液
冷媒Rwを流通させる液主管Wとの3管が延出されてい
る。
【0022】第一、第二及び第三室内機Ua,Ub及び
Ucの夫々には、対応空調対象域Za,Zb及びZcへ
の供給空気SAa,SAb及びSAcを調整する室内熱
交換器Niと、それら室内熱交換器Niにより調整した
空気SAa,SAb及びSAcを対応の空調対象域Z
a,Zb及びZcへ送給する給気ファンF3と、室内熱
交換器Niに対する第三膨張弁ex3とが装備されてい
る。
【0023】v5及びv6は、運転モードに応じて冷媒
回路を切り換える切換弁である。切換弁v5は、高圧ガ
ス主管Ghからの高圧ガスRhを室内熱交換器Niに送
る高圧ガス分岐管rhを、夫々断続するように構成され
ている。切換弁v6は、室内熱交換器Niからの低圧ガ
スRcを低圧ガス主管Gcへ戻す低圧ガス還流管rc
を、夫々断続するように構成されている。
【0024】第三膨張弁ex3は、室内熱交換器Niと
液主管Wとの間で液冷媒Rwを通流液分岐還流管rwに
設けられており、液冷媒Rwが室内熱交換器Niに向か
って通流する場合には、本来の冷媒膨張手段として機能
し、一方、液冷媒Rwが液主管Wに向かって通流する場
合には、流量調整弁として機能するように、切り換え可
能に構成されている。
【0025】高圧ガス分岐管rhは、冷媒分流器Aを介
して高圧ガス主管Ghに接続されている。低圧ガス還流
管rcは、冷媒合流器Bを介して低圧ガス主管Gcに接
続されている。液分岐還流管rwは、冷媒分流合流器C
を介して液主管Wに接続されている。
【0026】なお、第四以降の室内機を設置する場合に
は、それら第四以降の室内機についても、上記と同様の
接続形態で、上記の3主管Gh,Gc及びWに対して接
続される。
【0027】また、室外機Uoには、本ヒートポンプ式
空調装置の制御部Hが設けられている。制御部Hは、マ
イクロコンピュータを主要部として構成され、内蔵させ
るソフト・ウェアによって、ヒートポンプ式空調装置の
各種動作を制御できるように構成されている。
【0028】同図1には、室外機Uoの室外熱交換器N
o1及びNo2を蒸発器Evとして機能させて、通風外
気OAから吸熱するとともに、これに対し室内機Ua,
Ub及びUcの室内熱交換器Niを凝縮器Cdとして機
能させて、通過空気SAa,SAb及びSAcを加熱温
調する「暖房モード」の運転状態が示されている。
【0029】つまり、具体的冷媒流れとしては、圧縮機
Cmpから吐出されオイルセパレータOsを通過した高
圧ガス冷媒Rh(図中、黒塗りの太線で示す)を、高圧
ガス主管Gh及び高圧ガス分岐管rhを介して各室内機
Ua,Ub及びUcの室内熱交換器Niに分配供給して
凝縮させ、加熱温調を行う。
【0030】凝縮器Cdとしての室内熱交換器Niから
送出される凝縮液冷媒Rw(図中、ハッチングを施した
太線で示す)は、流量調整弁として機能させる切換状態
の第三膨張弁ex3、液分岐還流管rw及び液主管Wを
介して室外器Uoの受液器Rに戻される。受液器Rに戻
された凝縮液冷媒Rwは、本来の冷媒膨張手段として機
能させる切換状態の第一及び第二膨張弁ex1,ex2
に分配供給されたのち、蒸発器Evとしての室外熱交換
器No1及びNo2にて蒸発する。
【0031】室外熱交換器No1及びNo2から送出さ
れる蒸発低圧ガス冷媒Rc(図中、白抜きの太線で示
す)は、切換弁v1又はv3及びアキュムレータAcを
介して、圧縮機Cmpに戻される。(なお、図中、黒塗
りの弁は、閉弁状態を示す。)以下、この循環が繰り返
され、ヒートポンプが構成されている。
【0032】そして、室外機Uoには、外気OAの状態
を検出する外気状態検出手段3と、外気OAから吸熱す
る冷媒蒸発器としての室外熱交換器No1又はNo2の
着霜を検出する着霜検出手段S1及びS2と、着霜した
室外熱交換器No1又はNo2を温水により解霜する除
霜手段Dfとが設けられている。
【0033】本実施例において、外気状態検出手段3
は、外気OAの温度Taを検出する外気温度センサS5
と、外気OAの湿度Maを検出する外気湿度センサS6
とで構成されている。外気温度センサS5及び外気湿度
センサS6は、前記制御部Hに接続されている。
【0034】本実施例において、着霜検出手段は、室外
熱交換器No1及びNo2の夫々の冷媒出口付近の冷媒
温度Trを検出する冷媒温度センサS1及びS2にて構
成されている。冷媒温度センサS1及びS2も、制御部
Hに接続されている。
【0035】除霜手段Dfは、室外熱交換器No1及び
No2の夫々に解霜用の温水を散水する温水ノズルn1
及びn2と、温水ノズルn1及びn2に対して温水を供
給する温水供給管に設けられた温水ポンプp1及びp2
と、解霜用の温水を貯留する温水蓄熱タンク1と、その
タンク1内の貯留水を加熱する加熱手段としての電気ヒ
ータ2とから構成されている。温水ポンプp1及びp2
は、制御部Hに接続されている。温水蓄熱タンク1に
は、水圧によりタンク内の水位を検出する水位センサS
3と、タンク内の温水の水温を検出する水温センサS4
とが設けられている。水位センサS3及び水温センサS
4も、制御部Hに接続されている。
【0036】制御部Hには、その機能として、外気温度
センサS5の検出外気温度Taが所定の温度になるに伴
って、又は、外気湿度センサS6の検出外気湿度Maが
所定の湿度になるに伴って、外気状態が所定の着霜発生
可能状態となったと判別する外気状態判別手段101が
構成されている。本実施例において、上記所定の温度
は、−3℃から+2℃程度の適当値に設定され、上記所
定の湿度は、60%から95%程度の適当値に設定され
ている。
【0037】また、制御部Hには、検出冷媒温度Trが
「暖房モード」の運転状態における通常値よりも低い所
定温度に低下するに伴って、室外熱交換器No1又はN
o2に着霜が発生していると判別する着霜判別手段10
2と、除霜手段Dfの解霜動作を制御する除霜制御手段
103とが構成されている。
【0038】除霜制御手段103は、外気状態判別手段
101にて着霜発生可能状態が判別されるに伴って、給
水バルブ4を開弁して温水蓄熱タンク1に注水を開始
し、電気ヒータ2により、そのタンク1内の貯留水の加
熱を開始する。そして、以後、水温センサS4の検出情
報に基づいて、温水の温度を所定の温度に維持する。本
実施例において、上記所定の温度は、15℃から20℃
程度の適当値にに設定されている。また、温水蓄熱タン
ク1の貯留水の水位は、水位センサS3の検出情報に基
づいて給水バルブ4を断続することによって、所定の水
位に維持される。
【0039】従って、制御部Hは、外気状態検出手段3
としての外気温度センサS5と外気湿度センサS6との
検出情報に基づいて、外気状態が所定の着霜発生可能状
態となったとき加熱手段としての電気ヒータ2の加熱動
作を開始する制御手段として構成されている。
【0040】また、除霜制御手段103は、着霜判別手
段102にて着霜が判別されるに伴って、温水ポンプp
1又はp2を駆動して温水ノズルn1又はn2から散水
を行い、室外熱交換器No1又はNo2の解霜を行う。
このとき、室外熱交換器No1の冷媒出口付近に備えら
れた冷媒温度センサS1にて前記所定温度以下の温度が
検出された場合には、温水ポンプp1が駆動され、室外
熱交換器No2の冷媒温度センサS2にて前記所定温度
以下の温度が検出された場合には、温水ポンプp2が駆
動される。
【0041】従って、制御部Hは、着霜検出手段として
の冷媒温度センサS1又はS2により着霜が検出される
に伴って、除霜手段Dfの解霜動作を開始する制御手段
として構成されている。
【0042】なお、制御部Hによるヒートポンプの運転
モードとしては、上記の「暖房モード」以外に、「冷房
モード」及び「冷暖同時モード」も実施できるように構
成されている。
【0043】「冷房モード」においては、室外機Uoの
切換弁v2及びv4を開弁し、且つ、切換弁v1及びv
3を閉弁し、室内機Ua,Ub及びUcの切換弁v6を
開弁し、且つ、切換弁v5を閉弁することによって、室
外熱交換器No1及びNo2を凝縮機Cdとして機能さ
せ、室内熱交換器Niを蒸発器Evとして機能させる。
【0044】「冷暖同時モード」は、室内機Ua,Ub
又はUcの夫々の切換弁v5及び切換弁v6の開閉操作
によって、凝縮機Cdとして機能する室内熱交換器Ni
及び蒸発器Evとして機能する室内熱交換器Niの両方
が存在する運転モードである。なお、「冷暖同時モー
ド」には、「室外熱交換器を蒸発器Evとして機能させ
る冷暖同時モード」と、「室外熱交換器を凝縮器Cdと
して機能させる冷暖同時モード」とがある。
【0045】〔別実施例〕外気状態検出手段3は、上述
の外気温度センサS5及び外気湿度センサS6に限ら
ず、適宜変更できる。例えば、外気OAの圧力を検出す
る圧力センサでも良いし、天候を検出する天候検出手段
で構成されても良い。天候検出手段としては、例えば、
降雪を検出する降雪検出手段、又は、降雨を検出する降
雨検出手段でも良いし、雨水の温度を検出することによ
って冷雨検出手段としても良い。また、気象情報のオン
ライン・サービスなどにより、外気状態の情報や、気象
情報、天気予報などが、制御部Hの外気状態判別手段1
01に対して直接入力されるものでも良い。
【0046】外気状態判別手段101は、外気温度Ta
と外気湿度Maとの両方が所定値になるに伴って着霜発
生可能状態を判別するように構成されても良いし、更
に、検出気圧などを加え、且つ、湿り空気線図を表すテ
ーブルなどと照合することによって、着霜発生可能状態
を判別するように構成されても良い。
【0047】着霜検出手段は、上述の冷媒温度センサS
1及びS2に限らず、適宜変更できる。例えば、室外熱
交換器No1又はNo2の冷媒出口付近の冷媒圧力を検
出する冷媒圧力センサでも良いし、着霜により導電する
導電端子でも良い。
【0048】除霜手段Dfの加熱手段は、上述の電気ヒ
ータ2に限らず適宜変更できる。例えば、ヒートポンプ
のホットガスと温水蓄熱タンク1の貯留水とを熱交換さ
せる熱交換器で加熱手段を構成し、その熱交換器に対す
るホットガスの供給を断続することで、加熱手段の加熱
動作の開始又は停止が行われるように構成されても良
い。
【0049】また、除霜手段Dfの除霜形態は、上述の
実施例のように、温水ノズルn1,n2にて温水の散水
を行うものに限らず、適宜変更できる。例えば、室外熱
交換器No1及びNo2の着霜部分に近接して、温水、
又は、ホットガスを通流する通流経路が設けられ、着霜
検出手段S1又はS2により着霜が検出されるに伴っ
て、温水又はホットガスの通流を開始するように構成さ
れても良い。
【0050】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヒートポンプ式空調装置の全体構成を示す構成
図
【符号の説明】
Df 除霜手段 Ma 湿度 No1 冷媒蒸発器 No2 冷媒蒸発器 OA 外気(吸熱対象空気) S1 着霜検出手段 S2 着霜検出手段 Ta 温度 1 温水蓄熱タンク 2 加熱手段 3 外気状態検出手段 103 制御手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸熱対象空気(OA)から吸熱する冷媒
    蒸発器(No1,No2)の着霜を検出する着霜検出手
    段(S1,S2)と、着霜した冷媒蒸発器(No1,N
    o2)を温水により解霜する除霜手段(Df)と、前記
    除霜手段(Df)を制御する制御手段(103)とが設
    けられ、 前記制御手段(103)が、前記着霜検出手段(S1,
    S2)により着霜が検出されるに伴って、前記除霜手段
    (Df)の解霜動作を開始するように構成されているヒ
    ートポンプの除霜装置であって、 吸熱対象空気(OA)の状態を検出する空気状態検出手
    段(3)が設けられ、前記除霜手段(Df)に、解霜用
    の温水を貯留する温水蓄熱タンク(1)、及び、そのタ
    ンク内の貯留水を加熱する加熱手段(2)が備えられ、 前記制御手段(103)が、前記空気状態検出手段
    (3)の検出情報に基づいて、吸熱対象空気の状態が所
    定の着霜発生可能状態となったとき前記加熱手段(2)
    の加熱動作を開始するように構成されているヒートポン
    プの除霜装置。
  2. 【請求項2】 前記空気状態検出手段(3)が、吸熱対
    象空気(OA)の温度(Ta)、又は、湿度(Ma)を
    検出するセンサ(S5,S6)で構成されている請求項
    1記載のヒートポンプの除霜装置。
  3. 【請求項3】 前記吸熱対象空気が、外気(OA)で構
    成され、前記空気状態検出手段(3)が、天候を検出す
    る天候検出手段で構成されている請求項1又は2記載の
    ヒートポンプの除霜装置。
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Cited By (4)

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JP2010002156A (ja) * 2008-06-23 2010-01-07 Toyo Eng Works Ltd ヒートポンプ式空気調和装置
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