JPS63243648A - 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】 産業上の利用分舒 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制御装置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
霜方式は、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
方弁か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霜方式に代わ
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霜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」、５ｓｓ−ｔｔ、Ｐ５３）。

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３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
は電磁力で弁開度を可変できる電動膨張弁、５は室外熱
交換器、６はバイパス回Ｆｌｌｒ、７はバイパス回路に
設けられた開閉弁である。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に着霜が生じ、暖房能力が低下して除霜
運転が必要になると二方弁７を開くと同時に圧縮機１の
運転周波数を最大運転周波数まで一気に上げ高温の吐出
ガスの一部をホットガスバイパス回路を経て室外熱交換
器５の出口側へ導く。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、電磁膨張
弁４と流し暖房運転を継続して行ない、室外熱交換器５
の出口側にて高圧側で分岐した冷媒と合流させる。上記
構成により、冷媒は室外熱交換器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４図は除霜運転直前、除霜運転中、除霜終了後の圧
縮機１の運転周波数を示したものである。同図に示すよ
うに、除霜運転が開始されると同時に圧縮機１の運転周
波数は除霜運転開始直前の運転周波数から一気に最大運
転周波数まで上がる。同時に二方弁７が開き高温の吐出
ガスの一部がホットガスバイパス回路を経て室外熱交換
器５の出口側へバイパスされるため、第５図に示すよう
に一瞬に高低圧差がなくなり、その結果冷媒が低圧発泡
し圧縮機オイルが冷媒とともに圧縮機１の外へ吐出され
オイル面が急激に低下するが、それと同時に圧縮機１の
周波数も一気に最大周波数まで上がるためさらにオイル
レベルが減少し、圧縮機の寿命及び信頼性が著しく低下
する欠点を有している。さらに、除霜運転終了間ぎわに
除霜運転終了を早めるため圧縮機１の周波数が最大周波
数から定格周波数（通常６０　Ｈｚ付近）まで落ちる際
高低圧差が縮まるため、前記と同様冷媒が低圧発泡し圧
縮機オイルが冷媒とともに圧縮機１の外へ吐出されオイ
ル面が急激に低下するが、それと同時に除霜運転終了後
、再び圧縮機１の運転周波数を最大周波数付近まで上げ
るためさらにオイルレベルが減少し圧縮機の寿命及び信
頼性が著しく低下する欠点を有していた。

本発明は上記問題に鑑み、空気調和機の除霜時の圧縮機
オイルレベルを確保し圧縮機信頼性の向上を目的とする
ものである。

問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明のヒートポンプ式空気
調和機は、圧縮機、西方弁、室内熱交換器、絞り量を可
変とした絞り装置、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、暖房運転時に高圧とな
る前記圧縮機より前記室内熱交換器に至る配管と、同じ
く暖房運転時に低圧となる前記室外熱交換器より圧縮機
に至る配管とを結ぶバイパス回路を形成し、前記バイパ
ス回路に１閉弁を設けて、前記室外熱交換器の除霜運転
開始時には前記絞り装置の絞り量を暖房運転時の絞り量
よりも小さくし、さらに前記開閉弁を開とし、除霜時の
圧縮機の周波数を段階的に上昇せしめ、また除霜運転終
了時に一定時間圧縮機を停止後再び暖房運転をするよう
にしたものである。

作　　用 本発明は上記構成により、除霜運転開始時圧縮機運転周
波数を一気に最高周波数まで上げず段階的に上げて行く
ため、除霜開始直後の急激なオイル飛び出しを防ぐこと
ができ、かつ圧縮機内の液レベルも確保できる。さらに
、除霜運転終了と同時に圧縮機運転周波数を最大周波数
付近まで上げずに一端一定時間圧縮機を停止後再び暖房
運転を行なうため、除霜運転終了後の急激なオイル飛び
出しを防ぐことができ、圧縮機寿命及び信頼性の向上を
因ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例のヒートポンプ式空気調和機につ
いて図面を参照しながら説明する。ここで冷凍サイクル
については従来例と同じであるため第３図にて説明する
。同図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室内熱
交換器、４は電磁力で弁開度を可変できる電動膨張弁５
は室外熱交換器、６はバイパス回路、７はバイパス回路
に設けられた開閉弁８は室内熱交換器３と熱交換した空
気を室内に吹き出す室内ファン、９はこの室内ファンを
駆動するトランジスタモータ等の速度可変の駆動モータ
である。また、１０は室内熱交換器５の温度を検知する
室内温度検出素子、１１は室外熱交換器５の温度を検知
する室外温度検出素子であり、１２はこの室内温度検出
素子１０．室外温度検出素子１１の温度記号を受けて電
動膨張弁４、開閉弁７、駆動モータ９を制御する制御回
路である。そして、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器
３、電動膨張弁４、室外熱交換器５を順次環状に連結し
、さらに圧縮機１の吐出側と、室外熱交換器５の暖房運
転時の出口側とを結び、その途中に開閉弁７を備えたバ
イパス回路６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。

通常の暖房運転時には開閉弁子は閉の状態となっており
、冷媒は圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、電動膨
張弁４、室外熱交換器５、四方弁２と流れて圧縮機１に
戻り暖房サイクルを形成し、バイパス回路６には冷媒は
流れない。

ところが低外気温時には、室外熱交換器５に着霜が生じ
、室外温度検出素子１１の温度信号が設定値まで下がる
と制御回路１２が除霜開始指令を発し、四方弁２はその
ままの状態で開閉弁７を開とし、高温の吐出ガスを点ａ
′で分岐させ、一部はそのまま室内熱交換器３へ流し、
残りは室外熱交換器５の出口側へ導くとともに、電動膨
張弁４の弁開度を全開気味にすることで絞り量をほぼゼ
ロとし、駆動モータ９の回転数すなわち室内ファン８の
回転数を暖房運転時より低下させて室内へ吹き出す風量
を低下させて除霜を開始する。

第１図は、第３図に示すヒートポンプ式空調機の一実施
例の除霜運転時におけるサイクルをモリエル線図に示し
たものである。

同図に示す記号暑′〜ｅ′は第３図に示したものと対応
する。すなわち除霜運転時に点ａ′からそのまま室内熱
交換器３へ流した高温の吐出ガスは、電動膨張弁４の弁
開度が全開気味になっているので比較的低い温度（約３
０〜４０°Ｃ）で凝縮放熱し点ｂ′に移り室内ファンを
低速回転させて暖房運転継続可能となる。途中の配管や
電動膨張弁４の若干の絞りで減圧して点Ｃ′となり室外
熱交換器５に流入して、さらに霜の融解温度である約０
’Ｃで凝縮放熱して除霜し点♂に至る。この時の除霜に
利用する冷媒のエンタルピ差はΔＩｄｅｆ＝　Ｉｃ’　
−１ｄ’となり、室外熱交換器５への流入冷媒状態は点
Ｃ′に示すように既に二相となっている。ちなみに室内
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１ｍ’　−ｌｂ’となる。

一方残りの高温の吐出ガスは室外熱交換器５の出口側に
導かれるのではマ　エンタルピ変化後、主回路を流れて
きた液分の多い冷媒と合流し混合して点ｅ′となり、圧
縮機１に吸入される。この点ｅ′は二相状態にあるもの
の冷媒乾き度ｘ／ｅ、が大きく液分が少ないので液戻り
や液圧縮を軽減または実質的に回避することができる。

さらにまた除霜運転時に室外熱交換器５へ流入している
冷媒は基本的に二相状態であるため冷媒温度つまり室外
熱交換器５の表面温度も一定になり、同表面温度にむら
がないため均一除霜が実現できる。

第２図に除霜運転直前、除霜運転中、除霜終了後の圧縮
機１の運転周波数を示す。同図に示すように、除霜開始
と同時に圧縮機１の周波数を除霜開始直前の運転周波数
から一気に最大運転周波数まで上げずに段階的に上昇せ
しめている。その結果除霜開始直後に二方弁７が開き一
瞬に高低圧差がなくなり冷媒が低圧発泡し、圧縮機オイ
ルが冷媒とともに圧縮機１の外へ吐出されオイル面が急
激に低下するが、それと同時に圧縮機１の周波数は一気
に最大周波数まで上がらず段階的に上昇するためオイル
面のそれ以上の減少を防ぐことができ、圧縮機の信頼性
を著しく向上することができる。なお、第２図に示した
Δ１０及びΔｆは実験結果ではΔ１０≠２０〜３０秒、
Δｆ≠５Ｈχが望ましい。さらに、除霜運転終了と同時
に圧縮機１の運転周波数を最大周波数付近まで上げずに
一端一定時間圧縮機１を停止後再び暖房運転を行なうた
め、除霜運転終了後の急激なオイ・ル飛び出しを防ぐこ
とができ、圧縮機寿命及び信頼性の向上を図ることがで
きる。なお第２図に示したΔｔ、は実験結果では最少３
０秒程度である。また、本発明は絞り装置の最良の形態
として電磁力を駆動源として弁一度を可変とした電動膨
張弁４を用いて説明したが、キャピラリ等の絞りを複数
個用いて構成し、適宜切換により制御してもよく、ざら
に弁開度を可変する手段としてバイメタル若しくは形状
記憶合金等を用いてもよい。

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、四方弁、室内熱交換器、絞り量を可変とした第１
の絞り装置、室外熱交換器等を順次環状に配管で連結し
て冷凍サイクルを溝成し、暖房運転時に高圧となる前記
圧縮機より前記室内熱交換器に至る配管と、同じく暖房
運転時に低圧となる前記室外熱交換器より圧縮機に至る
配管とを結ぶバイパス回路を形成し、前記バイパス回路
に開閉弁を設けて前記室外熱交換器の除霜運転開始時に
は前記絞り装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小
さくし、さらに前記開閉弁を開とし、また除霜運転終了
時に一定時間圧縮機を停止後再び暖房運転を行なうよう
にしたもので、除霜運転時にも室内熱交換器に高温の吐
出ガスの一部を流して暖房運転継続可能とし、圧縮機へ
の多量の液戻りや液圧縮を軽減し、かつ圧縮機内のオイ
ルレベルを確保でき、長期にわたって信頼性が高い除霜
運転を行なうことができる等、種々の利点を育するもの
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気
調和機の除霜運転時のサイクルをモリエル線図上にあら
れした特性図、第２図は同空気調和機の除霜運転時の周
波数変化を示す説明図、第３図は冷凍サイクル図、第４
図は従来の除霜運転時の周波数変化を示す説明図、第５
図は除霜運転時の高低圧圧力変化を示す説明図である。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・四方弁、３・・
・・・・室内熱交換器、４・・・・・電動膨張弁、５・
・・・・・室外熱交換器、６・・・・・バイパス回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ｉｅＬ’　　ｊＤ’ 第２図 １１、、、　　　Ｚ； 一一一一 第３図 何　５　図 埒開

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）周波数可変形圧縮機、四方弁、室内熱交換器、暖
   房運転時と除霜運転時に絞り量の異なる絞り装置、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、暖房運転時に高圧となる前記圧縮機より前記
   室内熱交換器に至る配管と、同じく暖房運転時に低圧と
   なる前記室外熱交換器より圧縮機に至る配管とを結ぶバ
   イパス回路を形成し、前記バイパス回路に開閉弁を設け
   て、前記室外熱交換器の除霜運転開始時には、前記絞り
   装置の絞り量を暖房運転時の絞り量よりも小さくして、
   前記開閉弁を開とし、さらに室内ファンの風量を暖房運
   転時より低下させ、除霜運転時には前記室内ファンの風
   量を変化させるヒートポンプ式空気調和機。
2. （２）除霜運転時、周波数可変圧縮機の周波数を段階的
   に上昇せしめ、除霜運転終了時に一定時間圧縮機を停止
   後再び暖房運転を行なうようにした周波数可変圧縮機を
   使用した特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式空
   気調和機。