JPS63169457A - ヒ−トポンプ式空気調和機 - 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、蓄熱を利用した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 従来、空気熱源ヒートポンプ式空気調和機の室外熱交換
器の除霜方法は、大半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
止のために室内ファンを停止していた。この方式では、
基本的に冷凍サイクル中の冷媒循環量が少なく圧縮機入
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、四方弁を切換え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霜方式にか
わって、バイパス回路等を設けることで、除霜運転時に
も四方弁を暖房サイクルのままとし、室内熱交換器およ
び室外熱交換器の両方を凝縮器として作用させ、若干の
暖房能力を維持しながら除霜を行なう暖房継続除霜方法
が提案されている（例えば実開昭６０−５９０４２号公
報）。

以下、図面を参照しながら上記従来のヒートボンプ式空
気調和機について説明する。

第４図は、従来のヒートポンプ式空気調和機の第１の例
における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（以下単に圧
縮機と称す）、２は四方弁、３は室内熱交換器、４はキ
ャピラリ、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、８はバイパスキャピラリである。ま
た、９は室外熱交換器温度センサ、１ｏはこのセンサ９
からの信号を受けて圧縮機１、二方弁７、室内外ファン
（図示せず）等を制御して室外熱交換器５の除霜運転を
行なう除霜制御コントローラである。

ホットガスバイパス回路６は、圧縮機１の吐出管り８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、低外気温時に室外熱交換器温度センサ
９からの信号により室外熱交換器５の着霜を検知すると
、除霜制御コントローラ１０より指令を発して圧縮機１
の周波数を高め、圧縮機１の本体温度を上昇させて蓄熱
する。そして、所定時間経過後、除霜制御コントローラ
１０より指令を発して、圧縮機１を最大周波数とし、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、キャピラリ４と流して若干の暖房
運転を継続して行ない、室外熱交換器５の入口でホット
ガスバイパス回路６を通過した冷媒と合流させる。この
合流後の冷媒は、自身のもつ凝縮熱で室外熱交換器５を
除霜した後、四方弁２を経て圧縮機１に戻り、除霜サイ
クルを完結する。

このように、暖房サイクルのままで除霜を行なうことが
できるので、除霜時の快適性の改善を図ることが可能と
なった。

また、第５図は従来のヒートポンプ式空気調和機の第２
の例における冷凍サイクル図を示す。この例においては
、ホットガスバイパス回路６のかわりにキャピラリ４を
バイパスするバイパス回路１１を設けている。そして、
バイパス回路１１には二方弁１２、逆止弁１３を備えて
いる。

除霜時には、二方弁１２を開いてほとんどの冷媒をバイ
パス回路１１を通過させるこ゛とで、室外熱交換器５の
冷媒圧力を上昇させ、室内熱交換器３および室外熱交換
器５の両方を凝縮器として作用させることで、第１の例
で説明した効果と同様熱交換的に接続し、暖房運転時に
蓄熱槽に熱を蓄え、除霜運転時にその熱を利用して短時
間で霜を融かすことができる方式も提案されている（例
えば特公昭５４−３８７３７号公報）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記方法では以下のような問題点があっ
た。

第６図は、第４図に示す従来のヒートポンプ式空調機の
第１の例におけるバイパスキャピラリの絞り量と除霜時
間および除霜運転時の暖房能力との関係を示すものであ
る。

同図より明らかなように、バイパスキャピラリ８の絞り
量を大きくすれば、除霜運転時に室内熱交換器３を通過
する冷媒の循環量が増加し、圧力も上昇するので暖房能
力は増加するが、室外熱交換器５を通過する冷媒の圧力
が低下して凝縮能力が減少するので、除霜時間が長くな
ってしまう。

したがって、短時間に除霜を終えるためには、暖房能力
を大きくすることはできなかった。例えば、１馬力クラ
スのヒートポンプ式空気調和機では、はとんどのメーカ
ーが総合電流を２０Ａ以下に押えるような制御装置を設
けており、この場合、圧縮機入力のうち冷媒に与えられ
る熱量は、発明者らの実験の結果、最大でも１３００ｋ
ｃａｌ／ｈである。

除霜を５分間で終えるとすると、この間圧縮機入力より
冷媒に与えられた熱量は１０８ｋｃａｌである。圧縮機
重量がｔｏｈｇ、比熱が０．１で、圧縮機本体温度が除
霜運転中に３０℃降下したとすると、３０ｋｏａｌの熱
量が冷媒に与えられる。主に、これら２つの熱量の合計
１３８ｋｏａｌの熱が冷媒に与えられる。これに対して
、着霜量が９００ｇでるとすると、除霜に７２ｋｃａｌ
の熱が用いられ、残りの（１３８−７２）　ｋｃａｌの
熱が暖房に利用可能である。これは単位時間当り７９２
　ｋｃａｌ／ｈまた、圧縮機本体を蓄熱体として利用し
、乾き度の低い冷媒を吸入して圧縮機本体の熱を奪って
いるため、圧縮機信頼性も低かった。

第５図に示す第２の例の場合も、除霜運転時の暖房能力
は低く、第１の例で示したのと同様の問題点を有してい
た。さらに、第２の例において室内機と室外機とを接続
配管で結ぶセパレートタイプのヒートポンプ式空調機の
場合、圧縮機１の周波数を上昇させて冷媒の循環量を増
加させたり、接続配管を長くしたりすると全冷媒が通過
するため室内熱交換器３の出口とバイパス回路１１の入
口とを結ぶ接続配管での圧力損失が増加し、室外熱交換
器５を通過する冷媒の圧力が低下し、凝縮能力が低下し
て除霜時間が長くなってしまったり、あるいは除霜でき
なくなってしまうという問題点があった。

て作用させて室内より吸熱するかわりに蓄熱された熱を
取っていた。したがって、この方式では除霜時間の短縮
および除霜運転時の室内への冷風吹出しの防止は可能で
あるが、除霜運転時に室内を暖房することはできず、ま
た蓄熱槽に蓄熱するのに電気ヒータを用いているので、
暖房運転時のエネルギ効率が低下するという問題点があ
った。

除霜運転時にこの熱を利用することで、高い暖房能力を
保ちながら除霜を行ない、かつ圧縮機信頼性およびエネ
ルギ効率の高い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、室外熱交換器、減圧器、室内
熱交換器等を連結して冷媒回路を構交換的に配設し、前
記減圧器をバイパスするバイパス回路を設け、前記減圧
器と前記バイパス回路とを流路切換手段により冷媒流路
を切換可能とし、前記バイパス回路と前記蓄熱槽を熱交
換的に接続したものである。

作　　用 本発明は、上記手段により次のような作用を有する。

すなわち、圧縮機の周囲に蓄熱槽を熱交換的に配設する
ことで、暖房運転時に圧縮機の廃熱を回シ 収して蓄熱槽に蓄熱し、この熱を再び冷媒に与粍ること
ができるので、エネルギ効率を高めることができる。ま
た、減圧器をバイパスし、蓄熱槽と熱交換的に接続した
バイパス回路を設け、除霜運転時にバイパス回路に冷媒
を流して蓄熱槽内の蓄熱材と熱交換を行なうことで、高
い暖房能力を保ちながら除霜運転を行なうことが可能で
あり、かつ圧縮機吸入冷媒の乾き度を高く保つことがで
きるので、圧縮機信頼性も高い。さらに、セパレートタ
イ圧力損失が大きく、室外熱交換器を通過する冷媒の圧
力が低くても、過熱域にある冷媒を利用できるので、除
霜可能である。

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図および第５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。

に示す圧縮機１の周囲の概略横断面図である。

同図において１４はキャピラリ４をバイパスするバイパ
ス回路であり、このバイパス回路１４には二方弁１５、
逆止弁１６、熱交換器１７が備えられている。また、１
８は蓄熱槽で、この蓄熱槽１８は圧縮機１の周囲に、熱
交換可能なように接触させて配設され、内部に潜熱蓄熱
材（ＮａＣＨ３ＣＯ０・３Ｈ２０）１９が充填されてお
り、この蓄熱材１９と熱交換可能なように前記熱交換器
１７が配設されている。そして、さらにその周囲を断熱
材２０で囲んでいる。

この冷媒匝１路において、暖房運転時には、二方弁１５
は閉の状態であり、圧縮機１から吐出された冷媒は、四
方弁２、室内熱交換器３、キャピラリ４、室外熱交換器
５、四方弁２と流れ、圧縮機１に吸入される。この時、
前述の構造により、従来は圧縮機１から外気へ放熱され
ていた熱を蓄熱槽１８に蓄えることが可能である。

次に、除霜運転時は、二方弁１５を開とする。

これにより、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２
、室内熱交換器３へと流れ、暖房に利用された後わずか
の冷媒はキャピラリ４を通って室外熱交換器５へと流れ
、残りの大部分の冷媒はバイパス回路１４へ流入し、二
方弁１５を通って熱交換器１７へと流れて蓄熱材１９よ
り熱を奪って逆止弁１６を通り、キャピラリ４を通過し
た冷媒と合流して室外熱交換器５へと流れる。そして、
ここで除霜に利用された後、四方弁２を通過して圧縮機
１に吸入される。

第３図は、第１図に示したヒートポンプ式空調機の除霜
運転時の冷凍サイクルをモリエル線図上に示した図であ
る。同図におけるｇｍｇの記号は、第１図におけるａ　
−ｇの位置における冷媒の状態を示す。まず、圧縮機１
で圧縮された冷媒は（ａ−ｂ’）、室内熱交換器３で暖
房に利用されて凝縮しくＣ→ｄ）、接続配管等を通過の
際の圧力損失で圧力が低下しく　ｄ−、）、バイパス回
路１４の熱交換器１７で蓄熱材１９より熱を奪い（、−
ｆ）、室外熱交換器５で除霜に利用されて凝縮しくｆ−
ｇ）、四方弁２を通過して圧縮機１に吸入される（　ｇ
”ａ　）。このように、暖房に用いられて凝縮した冷媒
（ｄ）は、蓄熱材１９より熱を奪うことで再び（ｆｌま
でエンタルピが引き上げられるので、暖房能力を大きく
とっても短時間に除霜を終えることが可能である。

ここで、発明者らの実験結果の一例を示すと、暖房運転
時の圧縮機入力が１７００Ｗ（１４６２ｋｅａｔ／ｈ）
の場合、従来方式では１２５０ｋｃａｌ／ｈの熱が冷媒
に与えられ、２１２　ｋｅｅｌ／ｈの熱が外気に放熱さ
れていた。これに対して本実施例で示した構造とするこ
とで、２１２　ｋａａｌ／ｈのうちの約７０％の１５０
ｋｃａｌ／ｈの熱を回収して蓄熱槽１８に蓄熱すること
ができた。

内に２．５Ｊ充填しておけば、１時間で１５０ｋｃａｌ
の熱量を蓄熱することができる。これを全部除霜運転時
に利用できるとすれば、冷媒に与えられる熱量は従来例
で説明した圧縮機入力より与えられる熱量１０８ｋｃａ
ｌに１５０ｋｃａｌを加えて２５８ｋｅｅｌとなる。一
方、除霜に用いられる熱量は７２ｋｃａｌであるから残
りの１８６ｋｃａｌの熱量が暖房に利用可能である。こ
れは、単位時間当り２２３２ｋｃａｌ／ｈ　　であるの
で、十分に室内の快適性を保つことができる。

このように、従来圧縮機から外気に放熱していた熱を回
収して除霜に利用することができるので、エネルギ効率
を高めることができる。また、室外熱交換器５で除霜に
利用される冷媒は、はとんど過熱ガスの状態であるので
（ｆ−”ａ　）、圧縮機周波数を上昇させて冷媒循環量
を増加させたり、接ノに 続配管を長くすることでｄ−・の圧力損出が増加し、ｆ
　−ｅ　Ｈの冷媒の圧力が低下しても、除霜を行なうこ
とが可能である。さらに、圧縮機吸入冷媒（船の乾き度
を高く保つことができるので、圧縮機信頼性の高い除霜
運転を行なうことができる。

なお、本実施例において、流路切換手段はニガの回収量
を増加させているが、断熱材を配設しない場合も、回収
量は減少して除霜時間の増加、除霜時の暖房能力の減少
等を招くが、本発明の効果を得ることができる。

また、蓄熱材【さ本実施例で用いたＮａＣＨ３ＣＯＯ・
３Ｈ２０以外のものを用いてもよい。さらに、圧縮機に
能力可変形のものを用いなくても同様の効果を得ること
ができる。

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
縮機周囲に蓄熱槽を熱交換的に配設することで、エネル
ギ効率を高めることができる。また、減圧器をバイパス
し、蓄熱槽と熱交換的に接続したバイパス回路を設け、
除霜運転時にバイパス回路に冷媒を流して蓄熱槽内の蓄
熱材と熱交換を行なうことで、高い暖房能力を保ちなが
ら除霜運転を行なうことが可能であり、圧縮機信頼性も
室外熱交換器を通過する冷媒の圧力が低くても除霜可能
である等の効果を有する。

【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
調和機の冷凍サイクル図、第２図は第１図における圧縮
機周囲の概略横断面図、第３図は同ヒートポンプ式空気
調和機の冷凍サイクルをモリエル線図に示した特性図、
第４図は従来のヒートポンプ式空気調和機の第１の例に
おける冷凍サイクル図、第５図は同ヒートポンプ式空気
調和機り量と除霜時間、暖房能力の関係を示す特性図で
ある。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・四方弁、３・・
・・・・室内熱交換器、４・・・・・・キャピラリ（減
圧器）、５・・・・・・室外熱交換器、１４・・・・・
・バイパス回路、１５・・・・・・二方弁（流路切換手
段）、１７・・・・・・熱交換器、１８・・・・・・蓄
熱槽、１９・・・・・・蓄熱材、２０・・・・・・断熱
材。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名菓　
３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧器、室内熱交換器
   等を連結して冷媒回路を構成し、 内部に蓄熱材を充填した蓄熱槽を前記圧縮機の周囲に前
   記圧縮機と熱交換的に配設し、前記減圧器をバイパスす
   るバイパス回路を設け、前記減圧器と前記バイパス回路
   とを流路切換手段により冷媒流路を切換可能とし、前記
   バイパス回路と前記蓄熱槽を熱交換的に接続したヒート
   ポンプ式空気調和機。