JPH09318206A

JPH09318206A - ヒートポンプ式空気調和機

Info

Publication number: JPH09318206A
Application number: JP13380696A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Koo; 新平小尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】暖房運転を継続しながら徐霜を効率的に行う
ことができるとともに、簡単な構造で、低コスト化が実
現でき、また、空気調和機の設置条件に対しても柔軟に
対応することができるヒートポンプ式空気調和機を提供
する。【解決手段】室外熱交換器を上下方向に複数に分割
し、分割された各室外熱交換器８Ａ〜８Ｃを室内熱交換
器５に並列に配管接続するとともに、それぞれ二方弁１
０Ａ〜１０Ｂを介してコンプレッサ３の吸入口側に配管
接続し、かつ、コンプレッサ３の吐出口側を分岐させ
て、各室外熱交換器８Ａ〜８Ｂにそれぞれ二方弁１１Ａ
〜１１Ｃを介して配管接続し、暖房運転時に除霜を行う
ときは、コンプレッサからの吐出ガスの一部を前記分割
された各室外熱交換器に上部側から下部側に順次切り換
えながら流して暖房と徐霜を並行して行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式空
気調和機に係わり、特に暖房運転時に蒸発器となる室外
熱交換器の除霜技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、分離型のヒートポンプ式空気調
和機では、室内ユニットの室内熱交換器と室外ユニット
の室外熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒を循環するよ
うになっている。このような熱交換器では、冷媒を通す
熱交換管が蛇行する如く配列されるとともに、これらの
熱交換管が貫通する熱交換用フィンを有して、伝熱面積
を大きくし熱交換効率を高めるように構成されている。

【０００３】このようなヒートポンプ式空気調和機は、
周知のように、暖房運転時には、室外ユニットの熱交換
器が蒸発器となって、冷媒が室外空気の熱を奪って蒸発
し、この蒸発した冷媒ガスをコンプレッサで圧縮して室
内ユニットの熱交換器で放熱することにより、室内を暖
房することができる。また、冷房運転時には、上記の逆
サイクルとなって、室内ユニットの熱交換器が蒸発器と
なり、冷媒が室内空気の熱を奪って蒸発し、この蒸発し
た冷媒ガスをコンプレッサで圧縮して室外ユニットの熱
交換器で放熱することにより、室内を冷房することがで
きる。

【０００４】ところで、このような空気調和機において
は、特に寒冷地での使用に際して、暖房運転時、蒸発器
として作用する室外熱交換器の熱交換管やフィンに霜が
付着し、付着した霜は徐々に成長して氷塊になる。この
ように室外熱交換器に霜や氷が付着すると、熱交換効率
が低下して、暖房能力も低下する。そこで、やむを得
ず、タイマ等により一時的に、前述した冷房運転時と同
様の逆サイクルに切り換えてコンプレッサからの吐出ガ
ス（ホットガスと呼ばれる）を室外熱交換器の熱交換管
に通して霜や氷を溶かす除霜運転が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この除
霜運転時においては、暖房運転が停止することになる。
そればかりか、室内熱交換器が蒸発器として作用するの
で、室内の熱が奪われ、一時的にではあるが、室内の利
用者が寒さを感じるという不具合があった。

【０００６】これに対して、特公昭５９−２６２２５号
公報には、暖房運転を行いながら除霜を行うことができ
るようにした「ヒートポンプ式空気調和機」が開示され
ている。このヒートポンプ式空気調和機は、複数の熱源
側熱交換器を備え、一方の熱源側熱交換器の側面には仕
切板が近接して他方の熱源側熱交換器の熱交換効率より
も一方の熱源側熱交換器の熱交換効率の方が劣るように
構成され、除霜時はこれら熱源側熱交換器を除霜用減圧
素子を介して直列に接続して複数の熱源側熱交換器を交
互に除霜するようにするとともに、暖房時の高圧液部に
連通される冷媒調節容器を熱交換効率の劣る一方の熱源
側熱交換器の除霜時の高温冷媒流入側部分と熱接触して
設けたものである。これにより、暖房をある程度継続し
ながら徐霜を行うことができるようにしている。

【０００７】しかし、この特公昭５９−２６２２５号公
報に記載のものは、冷媒調整容器の他にも、構造複雑な
冷媒流路補助切換用五方弁が必要となり、コスト高とな
る問題点があった。また、その構造上、熱源側熱交換器
（室外熱交換器）は２個が妥当なところであり、除霜時
には暖房能力が半減する。２個以上にする場合にも４、
６、・・・と２個ずつ増やしていかなければならず、こ
の種の空気調和機の設置条件に対して柔軟に対応するこ
とができなかった。

【０００８】そこで、本発明はこのような問題点を解決
するためになされたものであり、暖房運転を継続しなが
ら徐霜を効率的に行うことができるとともに、簡単な構
造で、低コスト化が実現でき、また、空気調和機の設置
条件に対しても柔軟に対応することができるヒートポン
プ式空気調和機を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】さらに、積極的に徐霜を行いながら、暖房
能力の低下を抑えることができるヒートポンプ式空気調
和機を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本願の請求項１に記載の発明は、暖房運転時
には室外熱交換器が蒸発器となり、室内熱交換器が凝縮
器となって室内を暖房するヒートポンプ式空気調和機に
おいて、前記室外熱交換器を上下方向に複数に分割し、
分割された各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に配管
接続するとともに、それぞれ二方弁を介してコンプレッ
サの吸入口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの吐出
口側を分岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を
介して配管接続し、暖房運転時に除霜を行うときは、コ
ンプレッサからの吐出ガスの一部を前記分割された各室
外熱交換器に上部側から下部側に順次切り換えながら流
して暖房と徐霜を並行して行うようにしたものである。

【００１１】さらに、請求項２に記載の発明は、同じ
く、暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器となり、室内
熱交換器が凝縮器となって室内を暖房するヒートポンプ
式空気調和機において、前記室外熱交換器を複数に分割
し、分割された各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に
配管接続するとともに、それぞれ二方弁を介してコンプ
レッサの吸入口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの
吐出口側を分岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方
弁を介して配管接続し、暖房運転時には、コンプレッサ
からの吐出ガスの一部を前記分割された各室外熱交換器
に順次切り換えながら流して暖房と徐霜を常時並行して
行うようにしたものである。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、同様に、
暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器となり、室内熱交
換器が凝縮器となって室内を暖房するヒートポンプ式空
気調和機において、前記室外熱交換器を複数に分割し、
分割された各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に配管
接続するとともに、それぞれ二方弁を介してコンプレッ
サの吸入口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの吐出
口側を分岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を
介して配管接続するとともに、コンプレッサの能力を可
変とし、暖房運転時に除霜を行うときは、通常の暖房運
転時のコンプレッサの余力を利用してコンプレッサから
の吐出ガスの一部を前記分割された各室外熱交換器に順
次切り換えながら流して暖房と徐霜を並行して行うよう
にしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本願の各発明の実施形態を
図面を参照して説明する。

【００１４】図１は第１の実施形態によるヒートポンプ
式空気調和機を示す全体構成図である。図において、１
は室外ユニット、２は室内ユニットである。上記室外ユ
ニット１内の３は、冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させ
るコンプレッサ、４は上記コンプレッサ３の吐出口と吸
入口及び室内外ユニット１，２の冷媒配管に接続されて
冷房時と暖房時の冷媒の流路を切り換える冷暖流路切換
用四方弁である。

【００１５】一方、室内ユニット２内の５は、室外ユニ
ット１内の前記四方弁４に配管接続された室内熱交換器
であり、暖房時には凝縮器として作用し、冷房時には蒸
発器として作用する。また、６、７は室内ユニット２内
の送風ファンとそのファンモータである。

【００１６】また、室外ユニット１内の８Ａ，８Ｂ，８
Ｃは、従来のように一体的に構成された熱交換器の熱交
換管と熱交換用フィンを上下方向に３分割して成る室外
熱交換器であり、前記室内熱交換器５とはそれぞれ弁の
開度が調整可能な電動式の膨張弁９Ａ，９Ｂ，９Ｃを介
して並列に配管接続されている。また、これらの各室外
熱交換器８Ａ，８Ｂ，８Ｃの他方の冷媒口は、それぞれ
電磁弁からなる二方弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを介して
四方弁４に配管接続されるとともに、上記二方弁１０
Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと並列に設けられた二方弁１１Ａ，
１１Ｂ，１１Ｃを介して、コンプレッサ３の高圧吐出ガ
ス（ホットガス）が通る配管から分岐した除霜用のバイ
パス管路ａ（又はｂ）に接続されている。そして、これ
らの各室外熱交換器８Ａ，８Ｂ，８Ｃに外気を送る送風
ファン１２とファンモータ１３が設けられている。

【００１７】なお、上記バイパス管路ａ（又はｂ）は、
本来の配管との接続点ａ１（又はｂ１）においてコンプ
レッサ３からのホットガスの例えば８０％が暖房用とし
て室内ユニット２側に流れ、残りの２０％がバイパス管
路ａ（又はｂ）側に流れるように設定されている。ま
た、コンプレッサ３、四方弁４、ファンモータ７，１３
は従来同様、マイクロコンピュータ等から成る図示しな
い制御装置により制御されるとともに、新たに設けられ
た二方弁１０Ａ〜１０Ｃ及び１１Ａ〜１１Ｃも同じ制御
装置により開閉が制御されるものである。

【００１８】次に、以上のように構成された本実施形態
の動作について説明する。

【００１９】冷房運転時には、四方弁４を破線状態に設
定し、かつ二方弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは開放状態
に、徐霜用の二方弁１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは閉鎖状態
に設定して（バイパス管路が破線で示すｂの場合は開放
状態でよい）、コンプレッサ３を運転すると、冷媒は破
線矢印の如く流れる。すなわち、コンプレッサ３から吐
出された高温高圧の冷媒ガスは、四方弁４を介して配管
流路の点ｃ，ｄ，ｅからそれぞれ開放状態の二方弁１０
Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを通り、各室外熱交換器８Ａ，８
Ｂ，８Ｃに供給される。冷房運転時、各室外熱交換器８
Ａ，８Ｂ，８Ｃは凝縮器として作用するので、供給され
た冷媒ガスは、ファン１２からの送風による熱交換によ
って凝縮液化する。各室外熱交換器８Ａ，８Ｂ，８Ｃで
凝縮液化された冷媒は、それぞれ開放状態の膨張弁９
Ａ，９Ｂ，９Ｃを通り、蒸発しやすい圧力まで減圧され
た後、点ｆ，ｇ，ｈを経て合流する。合流した低圧冷媒
液は、室内ユニット２内の室内熱交換器５に供給され
る。冷房運転時、室内熱交換器５は蒸発器として作用
し、減圧されて供給される冷媒液を蒸発気化し、ファン
６から送られてくる空気から熱を奪って室内を冷房す
る。そして、蒸発気化された冷媒ガスは冷媒配管を通し
て室外ユニット１に送られ、四方弁４を介してコンプレ
ッサ３に吸入され、以上の冷媒サイクルが繰り返され
る。

【００２０】一方、暖房運転時には、四方弁４を実線状
態に設定し、かつ二方弁１０Ａ〜１０Ｃは先ず二方弁１
０Ａのみを閉鎖状態に、徐霜用の二方弁１１Ａ〜１１Ｃ
は先ず二方弁１１Ａのみを開放状態に設定してコンプレ
ッサ３を運転すると、冷媒は実線矢印及び一点鎖線矢印
の如く流れる。すなわち、コンプレッサ３から吐出され
た高温高圧の冷媒ガスは、四方弁４を介して、例えばそ
の８０％が室内ユニット２側の室内熱交換器５に供給さ
れ、その他の２０％が分岐点ａ１からバイパス管路ａ
（又は分岐点ｂ１からバイパス管路ｂ）を通してｉ点か
ら二方弁１１Ａを介して最上部の室外熱交換器８Ａに供
給される。

【００２１】暖房運転時、室内熱交換器５は凝縮器とし
て作用するので、供給された高温高圧の冷媒ガスは凝縮
液化し、この時の放熱が送風ファン６により吹き出され
て室内が暖房される。そして、この凝縮液化された冷媒
は室外ユニット１に送られ、膨張弁９Ｂ，９Ｃを介して
蒸発しやすい圧力まで減圧された後、二方弁１０Ｂ，１
０Ｃが開放状態の室外熱交換器８Ｂ，８Ｃに供給され
る。暖房運転時、これらの室外熱交換器８Ｂ，８Ｃは蒸
発器として作用し、供給された冷媒液がファン１２から
送風される外気から熱を奪って蒸発気化する。

【００２２】一方、最上部の室外熱交換器８Ａには、上
述したように、コンプレッサ３からのホットガスの一部
が分岐点ａ１からバイパス管路ａ（又は分岐点ｂ１から
バイパス管路ｂ）を通してｉ点から二方弁１１Ａを介し
て供給されるので、凝縮器として作用し、供給された高
圧のホットガスが凝縮液化して放熱する。凝縮液化した
高圧の冷媒液は膨張弁９Ａを通ってｆ点からｇ点方向に
送られる。ｇ点からは室内ユニット２側からの冷媒液が
送られてくるが、ｇ点で両方からの冷媒液が合流し、膨
張弁９Ｂを通って室外熱交換器８Ｂに供給される。この
ようにして、室外熱交換器８Ｂ，８Ｃで蒸発気化された
冷媒ガスは、それぞれ二方弁１０Ｃ，１０Ｂ及びｅ，ｄ
点を介してｃ点方向に送られ、四方弁４を介してコンプ
レッサ３に吸入され、以上の冷媒サイクルが繰り返され
る。この冷媒サイクルにおいて、最上部の室外熱交換器
８Ａは凝縮器として作用するので着霜は生ぜず、２番目
と３番目の室外熱交換器８Ｂ，８Ｃは蒸発器として作用
するので、徐々に着霜が生じてくる。

【００２３】ここで、蒸発器として作用する室外熱交換
器に着霜の生じる時間を基に、それ以下の範囲（２つあ
るので１／２）で、除霜を行う室外熱交換器の切り換え
時間を予め定めておく。これにより、前述した冷媒サイ
クルにおいて予め定められた切り換え時間に達すると、
図示しない制御装置は、今まで除霜を行っていた最上部
の室外熱交換器８Ａの二方弁１１Ａを閉鎖状態に設定す
る一方、二方弁１０Ａは開放状態に設定する。また、こ
れとほぼ同時に、すぐ下側の室外熱交換器８Ｂの二方弁
１０Ｂを閉鎖状態に設定する一方、二方弁１１Ｂを開放
状態に設定する。

【００２４】これにより、最上部の室外熱交換器８Ａと
最下部の室外熱交換器８Ｃが蒸発器となり、２番目の室
外熱交換器８Ｂが凝縮器となって、上述した動作と同様
にして、暖房運転に並行して除霜が行われる。最下部の
室外熱交換器８Ｃを除霜する場合も同様である。この
間、暖房能力は全く低下することなく、また、各室外熱
交換器８Ａ〜８Ｃに着霜が生じることはなく、熱交換効
率が低下することもない。

【００２５】このように、本実施形態では、従来、暖房
運転時に室外熱交換器に着霜が生じると、やむを得ず徐
霜を行っていたのに対して、発想を転換して暖房運転時
には必要に応じて常時徐霜を行うようにして着霜が生じ
ないようにしたので、室外熱交換器の熱交換効率を常に
最高の状態に保ちながら、除霜のために、暖房が一時停
止したり、暖房能力が低下したりすることがなくなる。
また、例え着霜が生じても、除霜を上部側の室外熱交換
器から下部側の室外熱交換器に順番に切り換えながら行
うので、上部側の室外熱交換器の除霜によって溶けた水
が下側の熱交換器に流れても、その下側の熱交換器が次
に除霜されるため、効率よく除霜を行うことができる。
また、二方弁という簡単な機構により、分割した室外熱
交換器の切り換えを行うので、低コスト化が図れるとと
もに、分割数も自由に設定することができ、空気調和機
の設置条件に対しても柔軟に対応することができる。

【００２６】図２は、第２の実施形態によるヒートポン
プ式空気調和機を示す全体構成図である。本実施形態の
前記実施形態との差異は、コンプレッサ３の回転数を可
変に制御するインバータ１４を備えたものである。他は
前記実施形態と同様である。本実施形態は、このような
インバータ１４を備えて、通常の暖房運転時には、コン
プレッサ３の最大能力の例えば８０％の回転数で運転
し、除霜時には回転数を１００％に上げて余力の２０％
を除霜のために用いるようにしたものである。

【００２７】これにより、通常の暖房運転時の暖房能力
を低下させることなく、除霜を並行して行うことができ
る。従って、暖房能力の低下を気にすることなく、積極
的に除霜を行うことができ、着霜を無くして、熱交換効
率を向上し、暖房能力も向上することができる。

【００２８】なお、上記各実施形態では、コンプレッサ
３の能力を可変にするためにインバータ１４を用いた
が、例えば、コンプレッサの圧縮途中の冷媒を吸込側に
戻す、いわゆるパワーセーブ機能や、コンプレッサモー
タの極数を可変にする極数変換機能を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本願の請求項１記載の発
明によれば、室外熱交換器を上下方向に複数に分割し、
分割された各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に配管
接続するとともに、それぞれ二方弁を介してコンプレッ
サの吸入口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの吐出
口側を分岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を
介して配管接続し、暖房運転時に除霜を行うときは、コ
ンプレッサからの吐出ガスの一部を前記分割された各室
外熱交換器に上部側から下部側に順次切り換えながら流
して暖房と徐霜を並行して行うようにしたので、暖房運
転を継続しながら徐霜を効率的に行うことができるとと
もに、簡単な構造で、低コスト化が実現でき、また、室
外熱交換器の分割数が比較的自由に設定できるため、空
気調和機の設置条件に対しても柔軟に対応することがで
きる効果がある。

【００３０】さらに、請求項２記載の発明によれば、室
外熱交換器を複数に分割し、分割された各室外熱交換器
を室内熱交換器に並列に配管接続するとともに、それぞ
れ二方弁を介してコンプレッサの吸入口側に配管接続
し、かつ、コンプレッサの吐出口側を分岐させて、各室
外熱交換器にそれぞれ二方弁を介して配管接続し、暖房
運転時には、コンプレッサからの吐出ガスの一部を前記
分割された各室外熱交換器に順次切り換えながら流して
暖房と徐霜を常時並行して行うようにしたので、上記請
求項１と同様な効果が得られるとともに、積極的に徐霜
を行いながら、暖房能力の低下を抑えることができる効
果がある。

【００３１】また、請求項３記載の発明によれば、室外
熱交換器を複数に分割し、分割された各室外熱交換器を
室内熱交換器に並列に配管接続するとともに、それぞれ
二方弁を介してコンプレッサの吸入口側に配管接続し、
かつ、コンプレッサの吐出口側を分岐させて、各室外熱
交換器にそれぞれ二方弁を介して配管接続するととも
に、コンプレッサの能力を可変とし、暖房運転時に除霜
を行うときは、通常の暖房運転時のコンプレッサの余力
を利用してコンプレッサからの吐出ガスの一部を前記分
割された各室外熱交換器に順次切り換えながら流して暖
房と徐霜を並行して行うようにしたので、上記請求項１
と同様な効果が得られるとともに、積極的に徐霜を行う
ことができ、暖房能力の低下を抑えることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態によるヒートポンプ式空気調和
機を示す全体構成図である。

【図２】第２の実施形態によるヒートポンプ式空気調和
機を示す全体構成図である。

【符号の説明】

１室外ユニット２室内ユニット３コンプレッサ４四方弁５室内熱交換器６、１２送風ファン７、１３ファンモータ８Ａ〜８Ｃ室外熱交換器１０Ａ〜１０Ｃ、１１Ａ〜１１Ｂ二方弁１４インバータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器と
なり、室内熱交換器が凝縮器となって室内を暖房するヒ
ートポンプ式空気調和機において、前記室外熱交換器を上下方向に複数に分割し、分割され
た各室外熱交換器を室内熱交換器に並列に配管接続する
とともに、それぞれ二方弁を介してコンプレッサの吸入
口側に配管接続し、かつ、コンプレッサの吐出口側を分
岐させて、各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を介して配
管接続し、暖房運転時に除霜を行うときは、コンプレッサからの吐
出ガスの一部を前記分割された各室外熱交換器に上部側
から下部側に順次切り換えながら流して暖房と徐霜を並
行して行うようにしたことを特徴とするヒートポンプ式
空気調和機。
【請求項２】暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器と
なり、室内熱交換器が凝縮器となって室内を暖房するヒ
ートポンプ式空気調和機において、前記室外熱交換器を複数に分割し、分割された各室外熱
交換器を室内熱交換器に並列に配管接続するとともに、
それぞれ二方弁を介してコンプレッサの吸入口側に配管
接続し、かつ、コンプレッサの吐出口側を分岐させて、
各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を介して配管接続し、暖房運転時には、コンプレッサからの吐出ガスの一部を
前記分割された各室外熱交換器に順次切り換えながら流
して暖房と徐霜を常時並行して行うようにしたことを特
徴とするヒートポンプ式空気調和機。
【請求項３】暖房運転時には室外熱交換器が蒸発器と
なり、室内熱交換器が凝縮器となって室内を暖房するヒ
ートポンプ式空気調和機において、前記室外熱交換器を複数に分割し、分割された各室外熱
交換器を室内熱交換器に並列に配管接続するとともに、
それぞれ二方弁を介してコンプレッサの吸入口側に配管
接続し、かつ、コンプレッサの吐出口側を分岐させて、
各室外熱交換器にそれぞれ二方弁を介して配管接続する
とともに、コンプレッサの能力を可変とし、暖房運転時に除霜を行うときは、通常の暖房運転時のコ
ンプレッサの余力を利用してコンプレッサからの吐出ガ
スの一部を前記分割された各室外熱交換器に順次切り換
えながら流して暖房と徐霜を並行して行うようにしたこ
とを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。