JPH0412385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は空気熱源ヒートポンプの着霜、着氷防
止装置に関する。

各種空気調和用熱源機器の中で、ヒートポンプ
の省エネルギー性が再確認されつつある。

圧縮式ヒートポンプの中では、無限にある空気
を熱源とした空気熱源ヒートポンプが製品として
販売されているが、厳冬期などには空気からの取
熱部に着氷、着霜が生じ、能力の低下、動力の上
昇が生じるため、各種デフロスト法が開発されて
いる。

然し、此のデフロスト期間中は暖房能力の中
断、低下が生じ、また一般にはデフロストに要す
る無駄エネルギーの投入があるのために、総合的
な効率は低いのが一般である。

此の欠点をとり除く手段として、外気側空気熱
交換器部分に不凍液を散布し、着霜、着氷を生じ
させない手法が考案されているが、単に不凍液を
散布するだけでは次第に不凍液が空気中の水分を
吸収して濃度低下が生じ、やがては着氷を生じる
欠点があつた。不凍液濃度の低下に応じ、濃い不
凍液を補充する事はその一つの解決策で此れは既
存の技術という事が出来る。然し単に不凍液を補
充するだけでは空気熱交換器部分の不凍液槽の液
位は上昇する一方であり、場合によつては不凍液
がオーバフローし、不凍液が損耗するのみならず
環境に悪影響を与える。

本発明は空気熱源ヒートポンプにおける上記従
来例の欠点を除去した効率のよい外気側空気熱交
換器の結霜、着氷を防止する装置を提供すること
を目的とする。

本願発明は外気側熱交換要素に不凍液を散布す
る手段を備えた空気熱源ヒートポンプにおいての
ものであり、 本願第１発明は外気側熱交換器の熱交換要素に
不凍液を散布する手段を備えた空気熱源ヒートポ
ンプにおいて、該不凍液を加熱して不凍液中の水
分を蒸発させる加熱手段を設けると共に外気側熱
交換器の不凍液液位を検知して不凍液の加熱手段
を制御する液位コントローラを備え、該液位コン
トローラは不凍液の液位の上昇を検知して不凍液
の加熱手段を附勢し、不凍液の液位が低下したと
きは不凍液の加熱手段を消勢する事を特徴とする
空気熱源ヒートポンプである。

本願第２発明は外気側熱交換器の熱交換要素に
不凍液を散布する手段を備えた空気熱源ヒートポ
ンプにおいて、該不凍液を加熱して不凍液中の水
分を蒸発させる加熱手段を設けると共に不凍液補
充手段、不凍液の濃度検出器、外気側熱交換器の
不凍液の液位検出器を備え、不凍液の液位検出器
が液位低下を検知し且つ不凍液の濃度検出器が不
凍液濃度が薄くなつたことを検知した場合に不凍
液補充用タンクから不凍液を外気側熱交換器の不
凍液に加える制御装置を備えた空気熱源ヒートポ
ンプである。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１図はフローシートで空気熱源ヒートポンプの
外気側熱交換器の周辺を示すものである。

ヒートポンプの外気側熱交換器１はヒートポン
プの冷媒配管２が減圧弁３を介して容器状の外皮
４内部に導かれており、冷媒配管２は熱交換要素
６に連通している。外皮４の上部開口にはフアン
７を備え、フアン７は雨除け８により蔽われてい
る。フアン７は雨除け８と外皮４上部の開口間か
ら外気を吸込み熱交換要素６を介して内部冷媒を
冬期は加熱するものである。そして外気は図示矢
印イのように外皮４に設けたルーパ９を通じて外
気側に戻るようになつている。外皮４の底部は不
凍液１１の溜りとなつており、該不凍液は主とし
て配管２４、吸込管１０をとおり不凍液散布用ポ
ンプ（以下ポンプと称する）１２より吸引される
が一部は配管１３、制止弁１４を通じて加温器１
５中に入る。

尚、不凍液の溜りは、外皮４の底部のみと限ら
ず、別に並設されるタンクであつても良い。

加温器１５は密閉容器中に電気ヒータ１６を備
えるものでこゝで不凍液は加温され、且つ含有水
分は蒸発し上部の排気管１７から水蒸気となつて
排出される。加温器１５で加温された不凍液は加
温器１５から配管１８に出て加温器１５中に不凍
液を充満させるようにオリフイス１９で絞られ、
ついで制止弁２０を介して配管２４を流れる不凍
液の本流に合流して吸込管１０をとおりポンプ１
２に吸込まれる。

ポンプ１２で吐出された不凍液は吐出管２１を
とおり、外皮４内の上部に配した散布器２２によ
り熱交換要素６に散布され、熱交換要素６の表面
に附着して結霜、着氷を防止して下部の溜部にた
まるようになつている。

外皮４下部の溜部の不凍液１１の規定液面は液
位コントローラ３０により検出され、その信号に
より電気ヒータのスイツチ１６ａの入切、濃度コ
ントローラ２８を介して自動弁３１を制御するよ
うになつている。

吐出管２１から分岐した配管２３は外皮４の底
とポンプ１２の吸込管１０もしくは配管２４につ
ながる。そして配管２３中に制止弁２５、濃度検
出器２６を備える。不凍液の濃度を検出するとき
は制止弁２５をあけるとポンプ１２から吐出した
不凍液の一部は配管２３から配管２４へ流れ、配
管２４から吸込管１０へと流れ、ポンプ１２に吸
込まれて吐出管２１から配管２３へ分流する。

かくて濃度検出器２６をとおる不凍液の濃度は
検出され、その信号は変換器２７にて電圧に変換
され電圧増幅、電力制御されてコントロール２８
に送られると共に濃度指示計２９に送られ表示さ
れる。コントローラ２８が入力した濃度が設定値
以下で且つ液位コントローラ３０が不凍液１１の
水位が規定以下である信号を出力している場合は
コントローラ２８は自動弁３１を開くようになつ
ている。不凍液補充用タンク３２から制止弁２
３、自動弁３１を介して配管３４にて外皮４の不
凍液１１の溜り中に速通するように配管３４がさ
れている。

電気ヒータ１６の制御はコントローラ３０によ
り検出された外皮４の溜り中の不凍液１１の水位
が規定水位以上に上昇した場合液位コントーラ３
０により電気ヒータのスイツチ１６ａを入れる
か、濃度検出器２６の検出信号が不凍液濃度の低
下であることを知らせる信号によつてコントロー
ラ２８を介して電気ヒータのスイツチ１６ａを入
れ、外皮４の溜り中の不凍液の液位低下により電
気ヒータのスイツチ１６ａを切り、もしくは不凍
液濃度上昇にもとずく濃度検出器２６の検出信号
によつてコントローラ２８を介して電気ヒータの
スイツチ１６ａを切るようになつている。

次に本発明の作用をのべる。

ポンプ１２により外皮４の溜り中の不凍液のう
ち配管１３に出て行く分は配管１３→制止弁１４
→加温器１５→配管１８→オリフイス１９→制止
弁２０→と流れ、外皮４の溜り中の不凍液１１を
吸出す配管２４からの不凍液の主流と合流して、
吸込管１０→ポンプ１２→吐出管２１→散布器２
２→熱交換要素６→外皮４の不凍液１１の溜りと
循環する。そして空気中の水分は散布器２２→熱
交換要素６→外皮４の不凍液１１の溜りと流れる
間に不凍液は散布器２２に附着している水分及び
空気中の水分によりうすめられる。そして不凍液
の容積は増加する。

液位コントローラ３０が液位上昇を検知すると
液位コントローラ３０は電気ヒータのスイツチ１
６ａを入れ、加温器１５にて不凍液と水との蒸発
温度の差を利用して水分を蒸発させ水分は排気管
１７から排出され、濃度上昇し容積の減少した不
凍液が加温器１５の出口側配管１８に送り出され
る。従つて配管２４から流入する不凍液と配管１
８から流入する濃度の濃くなつた不凍液は吸込管
１０では外皮４の溜りの不凍液１１よりは濃度の
濃い不凍液となつており、ポンプ１２に吸込まれ
吐出されるので散布器２２からは濃度を回復され
た不凍液が散布される。

外皮４の溜りの不凍液１１の液位はかくして次
第に液位が低下し、該液位の低下を液位コントロ
ーラが検知して電気ヒータのスイツチ１６ａを切
る。

液位コントローラ３０が検知する外皮４の溜り
中の不凍液１１の液位の上下は不凍液の濃度の淡
濃に照応している。そこで濃度検出器２６が不凍
液が低濃度であることを検知した場合は変換器２
７、コントローラ２８を介して電気ヒータのスイ
ツチ１６ａを入れ、濃度検出器２６が不凍液濃度
が正常に回復したことを検知した場合は同様にし
て電気ヒータのスイツチ１６ａを切るようにす
る。

不凍液も運転につれね蒸発分があり、次第に減
少する。そこで液位コントローラ３０が不凍液の
最高液位を検知する前に、不凍液濃度が濃度コン
トローラ２８の設定値以下になつたことを濃度検
出器２６により検知すると濃度コントローラ２８
は電気ヒータのスイツチ１６ａを投入すると共に
自動弁３１を開いて不凍液補充用タンク３２の濃
度の高い不凍液を制止弁３３、自動弁３１を介し
て配管３４により外皮４の溜りに送り込む。

外皮４の溜り中の不凍液１１の液面は上昇し、
ポンプ１２により、外皮４の溜りから散布器２２
へ送られる配管中の不凍液濃度は更に電気ヒータ
１６による水分除去も加えて次第に上昇する。そ
して吐出管２１から分流する配管２３中の不凍液
は濃度検出器２６により検出され、濃度コントロ
ーラ２８に送られ、検出した不凍液濃度が設定値
となるとコントローラ２８は自動弁３１を閉じ、
電気ヒータ１６を断電する。

そしてかゝる不凍液の補充により、不凍液の液
位が上昇して液位コントローラ３０が高液位を検
出したときにおいてその信号はコントローラ２８
に送られ、一方濃度検出器２６が規定濃度以下で
ある信号と併せて、コントローラ２８は自動弁３
１を閉じる。そして電気ヒータ１６のみは附勢さ
れるので不凍液中の水分は除去される。そして外
皮４中の不凍液の液位が下り、不凍液濃度が尚設
定値に達しないときは同様の作用により濃度検出
器２６を信号を受けてコントローラ２８は自動弁
３１を開いて不凍液の補充を行う。

以上にのべた実施例の制御装置についてのべ
る。液位コントローラ３０、濃度のコントローラ
２８の何れか単独によるスイツチ１６ａの制御は
夫々独立の制御装置であるから特に説明はしない
が液位コントローラ３０と濃度検出器２６を併用
した場合の動作説明図を第２図に示す。

液位検出は上限液位を検知したときにＨレベル
に信号を出力し、上限液位から下ると該信号が消
滅するものとする。濃度検出器２６は光透過形検
出器で透過光を光電変換して濃度を検出するもの
とする。液位コントローラ３０は液位検出器と増
幅器を含み制御装置を構成するものである。

第２図において液位コントローラ３０が高液位
を検出するとリレーコイル３５は附勢され、接点
３５−１は閉じ、電気ヒータ１６は附勢され、不
凍液は濃縮される。液位コントローラ３０が高液
位よりも低下したことを検知するとリレーコイル
３５は消勢され、接点３５−１は消勢し、電気ヒ
ータ１６は切れる。

濃度検出器２６が低濃度を検知するとリレーコ
イル３６は附勢され、接点３６−１は閉じ、電気
ヒータ１６は通電される。濃度検出器３６が不凍
液濃度の上昇を検知するとリレーコイル３６は消
勢され、接点３６−１は開き電気ヒータ１６は切
れる。

濃度検出器２６が低濃度を検知し、且つ液位コ
ントローラ３０が液位が下つていることを検知す
ると、リレーコイル３６は附勢され、接点３６−
１は閉じ電気ヒータ１６は附勢され、同時に接点
３６−２は閉じ、常閉接点３５−２は閉じたまま
であるから、濃液補充用の制止弁３３は開き濃縮
不凍液が補充される。そして高液位を液位コント
ロール３０が検知するとリレーコイル３５は附勢
され、接点３５−２は開き制止弁３３は閉じる。
電気ヒータ１６は通電されており、不凍液の濃縮
による液位低下によりリレーコイル３５は切れ、
接点３５−２は閉じ、濃液補充用の制止弁３３は
開き濃縮不凍液が補充される。不凍液濃度が高液
位に達するまでに規定濃度に達するような場合は
リレーコイル３６は消勢され、接点３６−１，３
６−２は開き、電気ヒータ１６は切れ、制止弁３
３は閉じる。

上記制御において、不凍液は水溶液であり溶質
の量は減少が一般に少ないから、通常液位コント
ローラ３０による制御がくり返し行われ液位が保
たれ、液位コントローラ３０に比較して長い周期
で濃度制御系が動作するものである。

以上の説明において電気ヒータの投入は、一見
電気代が膨大にかかるように思えるが、試算の一
例として、一冬で仮に10トンという多量の水分が
侵入する中形空気熱源ヒートポンプに於いて、水
分を此の電気ヒータだけで追い出すと仮定しても
その費用はそれ程でなく、水分の侵入が一般には
ずつと少ないと思われる事を考えると、此の費用
はより小さく、ブライン散液による有効性を減殺
するものとはならない。尚、実施例は電気ヒータ
１６を用いた。加熱手段としては多くのものが考
えられるが、安全で取扱いが簡便であり、又、設
備費用の大きくならない電熱ヒータが最も好まし
い。電熱ヒータは濃度検出又は不凍液槽の液位検
出のいずれかもしくは併せて動作させても良く、
自動的に運転される事が最も良いが勿論人為的に
ヒータを投入する方法も可能である。又、この加
熱源は電気ヒータ１６に限られるものではなく、
ガス燃焼等一般に加熱源であればよいのである。

実施例は外気側熱交換器に用いる不凍液の濃度
の検出器を設けて不凍液の加熱手段を制御するよ
うにしたから、不凍液の濃度が自動で調節され、
不凍液の濃度の希薄化による熱交換要素への着
氷、結霜という現象は生じない。又、加熱装置に
より不凍液が過濃縮されるということがない。

以上のように本発明はヒートポンプ装置で外気
側熱交換器に不凍液散布装置を備えたものにおい
て散布する不凍液を加熱して不凍液中の水分を除
くように不凍液の加熱手段を備えると共に外気側
熱交換器中の不凍液の液位を検出して加熱手段を
制御する液位コントローラを備えたから、不凍液
は一定範囲に保たれると共に不凍液濃度が希薄化
するのが防止され、従つて熱交換要素への着氷、
結霜が防止される。不凍液の加熱手段に不凍液の
温度検出器、外気側熱交換器の不凍液の液位検出
器を備え、更に不凍液の補充手段を備えて不凍液
の低液位と濃度の希薄化を併せて検出して不凍液
の補充手段を制御する制御装置を備えたから長期
にわたり不凍液不足、不凍液希薄化過濃縮等が生
じない。以上の結果不凍液濃度はほぼ一定に保つ
ことができるので不凍液の循環量を少くし装置を
小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフローシート、第２
図は制御回路図である。 １……熱交換器、２……冷媒配管、３……減圧
弁、４……外皮、６……熱交換要素、７……フア
ン、８……雨除け、９……ルーパ、１１……不凍
液、１２……ポンプ、１３……配管、１４……制
止弁、１５……加温器、１６……電気ヒータ、１
６ａ……スイツチ、１７……排気管、１８……配
管、１９……オリフイス、２０……制止弁、２１
……吐出管、２２……散布管、２３，２４……配
管、２５……制止弁、２６……濃度検出器、２７
……変換器、２８……コントローラ、２９……濃
度指示計、３０……液位コントローラ、３１……
自動弁、３２……タンク、３３……制止弁、３４
……配管、３５，３６……リレーコイル、３５−
１，３５−２，３６−１，３６−２……接点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外気側熱交換器の熱交換要素に不凍液を散布
   する手段を備えた空気熱源ヒートポンプにおい
   て、該不凍液を加熱して不凍液中の水分を蒸発さ
   せる加熱手段を設けると共に外気側熱交換器の不
   凍液液位を検知して不凍液の加熱手段を制御する
   液位コントローラを備え、該液位コントローラは
   不凍液の液位の上昇を検知して不凍液の加熱手段
   を附勢し、不凍液の液位が低下したときは不凍液
   の加熱手段を消勢する事を特徴とする空気熱源ヒ
   ートポンプ。 ２ 外気側熱交換器の熱交換要素に不凍液を散布
   する手段を備えた空気熱源ヒートポンプにおい
   て、該不凍液を加熱して不凍液中の水分を蒸発さ
   せる加熱手段を設けると共に不凍液補充手段、不
   凍液の濃度検出器、外気側熱交換器の不凍液の液
   位検出器を備え、不凍液の液位検出器が液位低下
   を検知し且つ不凍液の濃度検出器が不凍液濃度が
   薄くなつたことを検知した場合に不凍液補充用タ
   ンクから不凍液を外気側熱交換器の不凍液に加え
   る制御装置を備えた空気熱源ヒートポンプ。