JPS6233268A - ヒ−トポンプ式空調機 - 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、空気を熱源とするヒートポンプ式空調機に関
するもので、詳しくは低外気時に室外熱交換器に付着す
る霜を融解する除霜方式に関するものである。

従来の技術 従来空気熱源ヒートポンプ式空調機の室外熱交換器の除
雪方式は、そのほとんどが四方弁を切換えて冷房サイク
ルとし、室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器
とする逆サイクル除霜方式で、この時コールドドラフト
防止の為に室内ファンを停止していた。この方式では基
本的に冷媒循環が少なく圧縮機入力の増大がそれほど期
待できないので、除霜時間が長くなること、並びに除霜
運転中の数分間は室内ファンが停止するので暖房感が欠
如し快適性が損なわれること、さらには除霜運転終了後
の四方弁が切換わって暖房運転に復帰してからも室内熱
交換器の温度が上昇するまでに時間を要するなど使用者
からすれば満足できるものではなかった。

近年このような欠点を有する逆サイクル除重方式に代わ
って、除霜運転時にも四方弁は暖房運転時のままとし、
圧縮機からの吐出ガスの一部を室内熱交換器に流して若
干の暖房能力を維持しながら、吐出ガスの残りを室外熱
交換器の入口に導き除雪を行なうホットガスバイパス除
霜方式が提案されている。（例えば［日本冷凍協会講演
論文集」。

５ｓ９−ｔｔ　、Ｐ、５３） 以下図面を参照しながら上述の従来のヒートポンプ式空
調機の一例について説明する。

第４図は従来のヒートポンプ式空調機の冷凍サイクル図
を示すものである。

同図において１は容量制御可能な周波数可変圧縮機、２
は四方弁、３は室内熱交換器、４は弁開度を可変できる
電動膨張弁、５は室外熱交換器、６はホットガスバイパ
ス回路、７は二方弁である。

ホットガスバイパス回路６は、周波数可変圧縮機１の吐
出側配管と室外熱交換器５の暖房運転時に入口側となる
配管とを連結し、途中に二方弁７を備えて構成されてい
る。

通常の暖房運転時には二方弁７は閉の状態で暖房サイク
ルを形成するが、低外気時に室外熱交換器５に着雪が生
じ、暖房能力が低下して除雪運転が必要になると、二方
弁７を開いて高温の吐出ガスの大部分をホットガスバイ
パス回路６を経て室外熱交換器５の入口側へ導く。同時
に高温の吐出ガスの残りを暖房運転時と同様に四方弁２
、室内熱交換器３、電動膨張弁４と流し、若干の暖房連
速を継続して行ない、室外熱交換器５の入口側である点
ゐにて高圧側で分岐した大部分の冷媒と合流させる。こ
の合流後の冷媒は自身の持つ凝縮熱で室外熱交換器５を
除霜した後、四方弁２を経て周波数可変圧縮機１に戻り
除霜サイクルを完結する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記構成では以下のような問題点があった
。第５図は第４図に示す従来のヒートポンプ式空調機の
除霜運転時におけるモリエル線図を示したものである。

同図に示す記号Ｆ１−ｇは第４図に示したものと対応す
る。

除雪運転時における室外熱交換器５の入口側での冷媒状
態に注目すると、圧縮機吐出側の点ａで分岐してホット
ガスバイパス回路６を経た冷媒はほぼ等エンタルピ変化
を受けて点ｄとなり温度はＴｄとなるが、他方の四方弁
２、室内熱交換器３、電動膨張弁４を経た冷媒は点すか
ら等エンタルピ変化を受けて二相状態の点Ｃとなり温度
はＴｃとなる。ところが点ｅで両者が合流する為に室外
熱交換器５に流入する冷媒温度ＴθはＴｃとＴｄの中間
温度（Ｔｃ＜Ｔｏ＜Ｔｄ　）になってしまってい・た。

除雪すべき室外熱交換器５には可能な限り高温の冷媒を
流入させることが、霜を融解し、その後熱交換器温度を
上昇させて水切りを行なう乾燥までのトータルの除霜時
間を短縮するのに大変有効であることを考えると、この
ような冷媒の利用状況は十分に満足すべきものではなく
、さらに除雪性能を向上できる余地があった。

本発明は上記問題点に鑑み、除霜運転時に室内熱交換器
に高温の吐出ガスの一部を探して暖房運転継続可能とし
、さらに除霜すべき室外熱交換器には高温の吐出ガスの
残りだけを流すことにより、冷媒の顕熱を十分に利用し
きって除霜時間を短縮したヒートポンプ式空調機を提供
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
調機は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、主絞り装置、
主開閉弁、室外熱交換器等を順次環状に配管で連結して
冷凍サイクルを構成し、さらに前記圧縮機から前記室内
熱交換器に至る暖房運転時に高圧となる配管の一部と前
記主開閉弁から前記室外熱交換器に至る配管の一部とを
連結する第１バイパス回路、及び前記室内熱交換器から
前記絞り装置を経て前記主開閉弁に至る配管の一部と前
記室外熱交換器から前記圧縮機に至る暖房運転時に低圧
となる配管の一部とを連結する第２バイパス回路とを設
け、さらに前記第１バイパス回路に第１開閉弁を、前記
第２バイパス回路に補助絞り装置を設けて、除雪運転時
に前記主開閉弁を閉とするとともに、前記第１開閉弁を
開とするものである。

作　　用 本発明は上記構成により、除霜運転時に高温の吐出ガス
の一部を室内熱交換器に流して暖房運転継続可能とした
うえで、この室内熱交換器を通過した二相の凝縮冷媒を
そのまま圧縮機吸入側へ戻すとともに、高温の吐出ガス
の残りだけを室外熱交換器に流入して除霜させた後圧縮
機に吸入させるようにしたので、圧縮機吐出側から室外
熱交換器へ高温の吐出ガスを流す冷媒回路途中に大きな
絞りがない為に冷媒循環もよく、除霜に利用する熱量の
主たる供給源である圧縮機入力を十分に発揮（維持）し
た状態で、除霜すべき室外熱交換器に流入する冷媒温度
をさらに高くすることができる。

この室外熱交換器へ流入する冷媒の高温化、すなわち冷
媒の顕熱の積櫃的利用は、除霜運転後期のいわゆる熱交
換器の水切りを目的とした乾燥期において重要な意味を
持ち、室外熱交換器を除霜終了となる復帰温度まで上昇
させるトータルの除霜時間を短縮することができる。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ式空調機について
、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるヒートポンプ式空調
機の冷凍サイクル図を示すものである。

同図において、１１は圧縮機、１２は四方弁、１３は室
内熱交換器、１４は主絞り装置、１５は主開閉弁、１６
は室外熱交換器、１７は第１バイパス回路、１８は第２
バイパス回路、１９は第１開閉弁、−２０は暖房運転時
における主絞り装置１４の絞り量よりも大きな絞り量を
持つ補助絞り装置である。

一般て冷房時と暖房時で最適な絞り量が異なる為、主絞
り装Ｍ１４は、第１キヤピラ！Ｊ　１４　ａと第２キヤ
ピラリ１４ｂとを直列に結び、さらに連室内熱交換器１
３、主絞り装置１４、主開閉弁１５、室外熱交換器１６
を順次環状に配管で連結し、さらに圧縮機１１の吐出側
の点ａ′と室外熱交換器１６の暖房運転時における入口
側の点ｄ′とを連結する第１バイパス回路１７を設け、
さらにまた主絞り装置１４の暖房運転時ておける入口側
の点ｂ′と室外熱交換器１６の暖房運転時における出口
側の点ｆ′とを連結する第２バイパス回路１８を設けて
、さらに第１バイパス回路１７に第１開閉弁１９を、第
２バイパス回路に補助絞り装置２０を設けたものである
。

次に、以上のように構成されたヒートポンプ式空調機に
ついてその動作を説明する。ここでは冷房運転について
は省略する。図中の実線矢印は暖房運転時の、破線矢印
は除霜運転時の冷媒の流れ方向を示している。

通常の暖房運転時には主開閉弁１５は開、及び第１開閉
弁１９は閉の状態であり、補助絞り装置２ｏの絞り量が
主絞り装置１４のそれよりも大きいために、圧縮機１１
から吐出された冷媒は、実線矢”印で示されるように四
方弁１２、室内熱交換器１３、主絞り装置１４内の第１
キャピラリ１４ａ、第２キヤピラ！Ｊ　１４ｂ、主開閉
弁１５、室外熱交換器１６、四方弁１２と流れて再び圧
縮機１１に戻る暖房サイクルを形成する。

低外気時になると室外熱交換器１６には着霜が生じ暖房
能力が低下してくるので除霜運転が必要となる。図示し
ない除霜創部装置が除霜開始指令を出すと、四方弁１２
はそのままの状態で、主開閉弁１５が閉じて第１開閉弁
１９が開き、高温の吐出ガスは点ａで分岐して一部は室
内熱交換器１３を通過して暖房を行なった後第２バイパ
ス回路１８を経て圧縮機１１の吸入側へ戻り、残りはそ
のまま室外熱交換器１６の入口側へ導かれる。

この状態は基本的には四方弁１２を暖房運転時の状態と
したままでも、第１バイパス回路１７に大きな絞りを持
たせないことで低圧を上げ、高温の冷媒の一部を直接室
外熱交換器１６へ導びくので、冷媒循環量が多くなり圧
縮機１１の仕事量（電気入力）が増大した状態で、室外
熱交換器１６へ流入し凝縮する冷媒温度が霜の融解温度
である０℃以上となって霜を融解できるのである。

除霜運転時における冷媒の流れや状態をさらに詳しく説
明する。

第２図は第１図に示すヒートポンプ式空調機の除霜運転
時におけるモリエル線図を示したものである。同図に示
す記号ａ−ｇは第１図に示したものと対応する。

すなわち除霜運転時に点ａから四方弁１２を介して室内
熱交換器１３へ流れた高温の冷媒は、室内熱交換器１３
以降の配管や第２バイパス回路１８での配管や補助絞り
装置２０等の絞り作用を受けて、約３０〜４０℃の比較
的低い温度で凝縮放熱し、点すに移行して図示しない室
内ファンの通電により暖房運転が継続可能となる。その
後この凝縮冷媒は前述した配管や補助絞り装置２０等で
減圧して、そのまま室外熱交換器１６の出口側へ戻され
る（点Ｃ）。

一方点ａで分岐した残りの高温の冷媒は第１バイパス回
路１７を経て室外熱交換器１６へ導びかれ、はぼ等エン
タルピ変化を受けて点ｄ′に移行した後、室外熱交換器
１６へ流入して、霜の融解温度である約ｏ℃またはそれ
以上で凝縮放熱して点ｅに至り除霜を行なう。この時の
除霜に利用する冷媒のエンタルピ差はΔｉｄ　ｅ　ｆ　
”　ｆ　ｄ’　　ｔ　ｏ’である。ちなみて室内暖房に
利用する冷媒のエンタルピ差は途中の熱ロスを無視すれ
ばｉ＆′−１ｂ′となる。

このようにして点ａで分岐した冷媒は室外熱交換器１６
の出口側で合流して点ｆの状態となり、その後四方弁１
２や配管等の圧力損失を受けて点ｇとなり圧縮機１１に
戻ってサイクルを完結する。

ところ−で除雪すべき室外熱交換器１６へ流入する冷媒
の状態に注目すると、室外熱交換器１６へは圧縮機１１
から吐出された高温の冷媒の一部のみを流すだけで、室
内熱交換器１３で放熱凝縮した顕熱（過熱）のない低温
の冷媒は流さないので、流入する冷媒温度を、高温の吐
出・冷媒の等エンタルピ変化による温度降下だけに押さ
えて、可能な限り高い温度Ｔｄ’に保つことができる。

今、従来例と本発明による一実施例とを比較するため、
そのモリエル線図である第５図と第２図に注目する。第
５図において室外熱交換器５を通過する冷媒循環量をＧ
ｒ、一方策２図において室外熱交換器１６を通過する冷
媒循環量をＧｒとする。付着した霜を０℃の水に変換す
るまでの除霜熱量をそれぞれ０ｄｅｆ　、０ｄｅｆとす
ると、以下の式で示せる。

従来例・・・・・・・・・・・・Ｑｄ　ｅ　ｆ　＝Ｇ　
ｒ・Δ’ｄｅｆ　　（１）本発明の一実施例・・・・・
’Ｑｄｅ　ｆ　”Ｇ　ｒ・Δ’　ｄ　ｅ　ｆ　　　　（
２１比較のために除霜熱量を同じとし、さらに本実施例
における冷媒循環量が点ａで２等分されるとしてＧｒ＝
旦Ｌ　とする。

Ｇｒ・Δ’ｄｅｆ”　””Δｉ′ ２　　　　　ｄｅｆ パ・Δ１ｄｅｆ＝２Δｉ　ａ　ｅ　ｓ　　−＋３１つま
り第４図、第５図に示す従来例に対して、本実施例では
室外熱交換器１６を通過する冷媒流量を１倍、利用する
冷媒エンタルピ差を２倍と１７ま たものと除霜熱量から見れば等価となる。

第３図は除霜運転時における室外熱交換器流入及び流出
冷媒温度の時間的変化を示したもので、図中の実線は本
実施例を、破線は従来例を示す。

室外熱交換器流入温度は今までに述べてきたように、従
来例ではＴｅ、本実施例ではより高温のＴｄである。

一般に除霜終了は室外熱交換器の流出側での配管温度又
は冷媒温度を検知して行なうので、流出冷媒温度が重要
になる。霜が全て０℃の水になるまでの除霜熱量を等し
くしたので、従来例及び本実施例ともに時間τ０で霜が
なくなる。

それ以後は融解水の水切りのために引き続き乾燥運転を
行なうが、本実施例では従来例に比べて図示の如く流出
冷媒温度の上昇が時間τ０を過ぎてからも大きく、した
がって除霜終了の目安となる復帰温度Ｔ　に早く到達で
きる。

すなわち、図示の如くトータルの除霜時間を従来の時間
τｄｅｆからτ’ｄｅｆに短縮することができるのであ
る。これは除霜開始時より室外熱交換器により高温の冷
媒を流すことによってもたらされるものである。

なお上記実施例では第２バイパス回路１日の−端を室内
熱交換器１３と主絞り装置１４とを連結する配管の一部
として説明したが、これを主絞り装置１４と室外熱交換
器１５とを連結する配管の一部としても同等の効果が得
られることは言うまでもない。

また上記実施例では第１バイパス回路１７に第１開閉弁
１９のみを設けて説明したが、さらにこれにバイパス流
量調整用としてキャピラリ等の若干の絞りを付加しても
同等の効果が得られることは言うまでもない。

さらに上記実施例では圧縮機を定容量型のものとして説
明したが、これを容量制御可能な圧縮機、特に大巾に容
量を可変できる周波数可変型の圧縮機とし、あわせて除
霜運転時に周波数を上げて高容量運転とすれば、継続す
る暖房能力を増大できるとともに除霜時間をさらに短縮
できて、快適性が向上し、より高い効果が得られる。

発明の効果 以上のように本発明によるヒートポンプ式空調機は、圧
縮機、四方弁、室内熱交換器、主絞り装置、主開閉弁、
室外熱交換器等を順次環状に配管で連結して冷凍サイク
ルを構成し、さらに前記圧縮機から前記室内熱交換器に
至る暖房運転時に高圧となる配管の一部と前記主開閉弁
から前記室外熱交換器に至る配管の一部とを連結する第
１バイパス回路、及び前記室内熱交換器から前記絞り装
置を経て前記主開閉弁に至る配管の一部と前記室外熱交
換器から前記圧縮機に至る暖房運転時に低圧となる配管
の一部とを連結する第２バイパス回路とを設け、さらに
前記第１バイパス回路に第１開閉弁を、前記第２バイパ
ス回路に補助絞り装置を設けて、除霜運転時に前記主開
閉弁を閉とするとともに、前記第１開閉弁を開とするこ
とにより、暖房運転継続可能とした状態で室外熱交換器
を除霜することができ、しかもこの時の冷媒循環をよく
し、除霜に利用する熱量の主たる供給源である圧縮機入
力を十分に発揮することができるのはもちろんのこと、
さらに大きな効果として除霜すべき室外熱交換器への流
入冷媒温度を、最も高温である吐出冷媒の等エンタルピ
変化による温度降下のみに押さえて可能な限り高い温度
とできるので、この冷媒の顕熱を最大限に利用しきって
除霜運転後期のいわゆる乾燥期において室外熱交換器の
温度上昇が速くなり、除霜終了となる復帰温度までのト
ータルの除霜時間を短縮することができる効果の高いも
のである。

【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調
機の冷凍サイクル図、第２図は第１図に示すヒートポン
プ式空調機の除霜運転時におけるモリエル線図、第３図
は除霜運転時における室外熱交換器流入及び流出冷媒温
度の時間的変化を示す説明図、第４図は従来のヒートポ
ンプ式空調機の冷凍サイクル図、第５図は第４図に示す
従来のヒートポンプ式空調機の除霜運転時におけるモリ
エル線図である。 １１・・・・・・圧縮機、１２・・・・・・四方弁、１
３・・・・・・室内熱交換機、１４・・・・・・主絞り
装置、１．５・・・・・・主開閉弁、１６・・・・・・
室外熱交換器、１７・・・・・・第１バイパス回路、１
８・・・・・・第２バイパス回１１９・川・・第１開閉
弁、２０・・・・・・補助絞り装置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名第２
図 エンタルヒ゛：を 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、主絞り装置、主開閉弁
   、室外熱交換器等を順次環状に配管で連結して冷凍サイ
   クルを構成し、さらに前記圧縮機から前記室内熱交換器
   に至る暖房運転時に高圧となる配管の一部と前記主開閉
   弁から前記室外熱交換器に至る配管の一部とを連結する
   第１バイパス回路、及び前記室内熱交換器から前記絞り
   装置を経て前記主開閉弁に至る配管の一部と前記室外熱
   交換器から前記圧縮機に至る暖房運転時に低圧となる配
   管の一部とを連結する第２バイパス回路とを設け、さら
   に前記第１バイパス回路に第１開閉弁を、前記第２バイ
   パス回路に補助絞り装置を設けて、除霜運転時に前記主
   開閉弁を閉とするとともに、前記第１開閉弁を開とする
   ヒートポンプ式空調機。