JPH0718620B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧縮機からの発熱を蓄熱するデフロスト運転
用の蓄熱装置を備えて成るヒートポンプシステムに関す
るものである。

（従来の技術） この種のヒートポンプシステムにおいて、従来から第６
図に示すシステムが知られている（例えば、特開昭63−
169457号公報）。このシステムは、圧縮機１、四路切換
弁２、室外熱交換器３、膨張弁（減圧機構）４、室内熱
交換器５を冷媒配管６で順次に接続すると共に、除霜運
転（デフロスト）用の蓄熱装置７を有している。この蓄
熱装置７は、圧縮機１の周囲を蓄熱熱交換器８で囲み、
蓄熱熱交換器８の流出配管９を、上記室外熱交換器１と
膨張弁４との間の冷媒配管６に接続し、蓄熱熱交換器８
の流入配管10を、膨張弁４より室内熱交換器５側の冷媒
配管６に接続し、上記流出配管９には逆止弁11を介装
し、流入配管10には第１開閉弁12を介装して構成されて
いる。

この従来システムでは、四路切換弁２を図示の状態に切
り換えた暖房状態では冷媒は図中の破線矢印に沿って暖
房サイクルを循環し、一方四路切換弁２を逆に切り換え
る冷房状態では、冷媒は実線矢印に沿って冷房サイクル
を循環するようになされている。

ところで、上記従来のシステムでは例えば冷房運転時に
逆止弁11に漏れが生じると、冷媒中に混入している圧縮
機１の潤滑油が上記蓄熱熱交換器８内に入ってしまい、
潤滑油が蓄熱熱交換器８内に滞留し、圧縮機１の潤滑油
が不足してしまうという不具合が生じる。また暖房時に
第１開閉弁12に漏れが発生した場合にも同様の不具合が
発生する。

そこで、以上の不具合を解決すべく本件出願人は特願平
１−211932号のシステムを提案している。このシステム
について、本願実施例である第１図を参考に説明する
と、これは上記流出配管９と圧縮機１の戻り配管30との
間をバイパス配管31で接続し、このバイパス配管31に逆
止弁と第２開閉弁33とを介設した構成を有するものであ
る。そしてこのシステムでは、冷房運転中には第２開閉
弁33の開弁状態を維持すると共に、第１開閉弁12を間欠
点に開弁させ、また通常の暖房運転中には第２開閉弁33
の開弁状態を維持すると共に、圧縮機１の起動直後に一
時的に第１開閉弁12を開弁させるような制御を行い、こ
れにより蓄熱熱交換器８内に滞留している冷媒や潤滑油
を圧縮機１の戻り配管30に還流させるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記従来のシステムでは、上記第１開閉弁12の
開閉を伴う回収動作は、蓄熱熱交換器８内に貯留してい
る潤滑油や冷媒の多少に拘らず、圧縮機１の起動に合わ
せて強制的に行われることになる。この結果、無駄な回
収動作が行われる事態が生じ、騒音の発生、第１開閉弁
12の寿命低下という不具合が生じるばかりでなく、冷房
運転や暖房運転の開始時には、無駄な動作に起因する冷
房能力や速暖性の低下という欠点が生じる。

この発明は上記従来の欠点を解消するためになされたも
のであって、その目的は、潤滑油や冷媒の回収動作を、
タイミングよく行うことが可能なヒートポンプシステム
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで第１請求項によるヒートポンプシステムは、室内
熱交換器５、室外熱交換器３、四路切換弁２、減圧機構
４及び圧縮機１を冷媒配管６で接続すると共に、上記圧
縮機１からの発熱を蓄熱するデフロスト運転用の蓄熱熱
交換器８を圧縮機１の周囲に配置し、上記室外熱交換器
３と減圧機構４との間の冷媒配管６と蓄熱熱交換器８と
を接続する流出配管９を設けると共に、上記室内熱交換
器５と減圧機構４との間の冷媒配管６と蓄熱熱交換器８
とを接続する流入配管10を設け、この流入配管10に開閉
弁12を介装する一方、上記流出配管９には蓄熱熱交換器
８から冷媒配管６への一方向にだけ冷媒を流す逆止弁11
を介装すると共に、上記逆止弁11より蓄熱熱交換器８側
の流出配管９と上記圧縮機１の戻り配管30との間を流れ
抵抗20、30の介設されたバイパス配管31で接続して成る
ヒートポンプシステムであって、さらに上記蓄熱熱交換
器８の温度を検出する第１温度センサー34と、上記室外
熱交換器３の温度を検出する第２温度センサー35と、上
記室内熱交換器５の温度を検出する第３温度センサー36
と、上記第１〜第３温度センサー34、35、36のうち上記
第１温度センサー34での検出温度が最も低いときに圧縮
機１の起動後に一時的に上記開閉弁12を開弁する開閉弁
制御手段37とを設けている。

また第２請求項によるヒートポンプシステムでは、上記
流れ抵抗がキャピラリチューブ20又は電磁開閉弁33で構
成されている。

（作用） 圧縮機１の停止中において、冷媒は回路中、最も温度の
低い部分に貯留され易いという性格を有している訳であ
るが、潤滑油も同様に最も温度の低い部分に貯留される
ことになる。一方、回路中において冷媒や潤滑油の不足
が問題になるのは、蓄熱熱交換器８内に冷媒や潤滑油が
多量に滞留して回路内を循環し得ない状態となっている
場合であるから、このような場合には特に冷媒や潤滑油
の回収動作を行う必要性が高いことになる。

したがって第１請求項記載のヒートポンプシステムで
は、蓄熱熱交換器８の温度が他の熱交換器３、５の温度
よりも低いときに、つまり蓄熱熱交換器８内に冷媒や潤
滑油が滞留している可能性の高いときに、開閉弁12を開
弁することによって、流入配管10に作用する冷媒の圧力
で、蓄熱熱交換器８内に滞留している潤滑油や冷媒を、
流出配管９から低圧損のバイパス配管31を通って圧縮機
１へと回収する。

なお第１請求項における流れ抵抗としては、第２請求項
に記載したようにキャピラリチューブ20や電磁開閉弁3
3、あるいは他の構造のものの使用が可能である。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプシステムの具体的な実施例
について、第１図ないし第３図を参照しつつ詳細に説明
する。

このシステムは、圧縮機１、四路切換弁２、室外熱交換
器３、膨張弁（減圧機構）４、室内熱交換器５を冷媒配
管６で順次に接続すると共に、除霜運転（デフロスト）
用の蓄熱装置７を有している。この蓄熱装置７は、圧縮
機１の周囲を蓄熱熱交換器８で囲み、蓄熱熱交換器８の
流出配管９を、上記室外熱交換器１と膨張弁４との間の
冷媒配管６に接続する一方、蓄熱熱交換器８の流入配管
10を、膨張弁４より室内熱交換器５側の冷媒配管６に接
続し、上記流出配管９には逆止弁11を、また上記流入配
管10には第１開閉弁12をそれぞれ介装して構成されてい
る。

第１図中で、上記流出配管９の逆止弁11より蓄熱熱交換
器８側の部分と圧縮機１への戻り配管30との間は、バイ
パス配管31で接続されている。このバイパス配管31の途
中には、第２開閉弁33が介設されており、上記バイパス
配管31を通じて蓄熱熱交換器８内に滞留している冷媒や
潤滑油を戻り配管30へ還流させるようになされている。
なお図示しないが、上記バイパス配管31の戻り配管30側
の位置には、戻り配管30側から流出配管９への冷媒の流
通や圧力の伝達を阻止するような向きに配置された逆止
弁を介設することもある。

さらに上記圧縮機１には、圧縮機１底部の温度Tcomp、
つまり蓄熱熱交換器８の温度を検出するための第１温度
センサー34が取着されており、さらに室外熱交換器３と
室内熱交換器５とには、該熱交換器３、５の温度TC、TE
を検出するための第２及び第３温度センサー35、36がそ
れぞれ取着されている。各温度センサー34、35、36の出
力はそれぞれ、第１開閉弁制御部（開閉弁制御手段）37
に入力されているが、この制御部37では、次のような制
御が行われる。

第２図にはそのフローチャート図を示しているが、まず
運転スイッチ（図示せず）の操作による圧縮機１の起動
時に、第２開閉弁33を開弁すると共に（ステップS1）、
第１温度センサー34の温度Tcompを他の温度センサー3
5、36の温度TC、TEと比較する（ステップS2）。そして
第１温度センサー34の温度Tcompが最も低い場合には、
第１開閉弁12を一定時間Ｔだけ開動作させる一方（ステ
ップS3）、そうでない場合には第１開閉弁12の閉弁状態
を維持するのである（ステップS4）。

次に上記ヒートポンプシステムの作動状態すなわち運転
制御方法を説明する。まず四路切換弁２を第１図とは逆
に切り換え、かつ第１開閉弁12を閉弁する冷房運転で
は、圧縮機１で圧縮されたガス状の冷媒が、実線矢印に
沿って冷媒配管６を図中右回りに流れ、室外熱交換器３
で凝縮し、膨張弁４で減圧された後、室内熱交換器５で
蒸発する。室内熱交換器５からの冷媒ガスは四路切換弁
２を経て、圧縮機１に還流する。

以上の冷房サイクルにおいて、膨張弁４の上流側には高
圧冷媒が流れており、上記蓄熱装置７の流出配管９にも
圧力が作用する。このとき、もし仮に流出配管９の逆止
弁11に漏れが発生すると、冷媒が流出配管９を逆流して
蓄熱熱交換器８内に流れ込んでしまうことになる。とこ
ろで、冷媒には圧縮機１の潤滑油が含まれており、蓄熱
熱交換器８に冷媒と一緒に流れ込んでしまった潤滑油は
蓄熱熱交換器８内に滞留してしまうことになる。

そこで蓄熱熱交換器８内に滞留した潤滑油を、次のよう
にバイパス配管31を通じて圧縮機１の戻り配管30へ還流
させて圧縮機１へと回収し、蓄熱熱交換器８内に潤滑油
が滞留することを防止する。つまり、この冷房運転時に
は第３図のタイムチャートに示すように、圧縮機１の運
転中は常にバイパス配管31の第２開閉弁33を開弁（ON）
しておき（なお圧縮機１が停止している間は、第２開閉
弁33は閉弁する）、この状態で、蓄熱熱交換器８の温度
が最も低いときに、上記流入配管10の第１開閉弁12を、
圧縮機１の起動直後に所定時間Ｔだけ開弁し、この第１
開閉弁12の開弁時にだけ流入配管10から冷媒を上記蓄熱
熱交換器８へ導入する。そうすると、この冷媒の圧力で
蓄熱熱交換器８内に滞留している潤滑油が押し出され
て、上記流出配管９からバイパス配管31を通り、戻り配
管30から圧縮機１へと回収されることになる。

なお上記冷房運転状態で空気調和機の運転を停止した際
に、上記四路切換弁２が暖房運転位置に自然復帰してし
まうような構成の四路切換弁２を使用する場合には、室
外熱交換器３からの高圧冷媒がバイパス配管31を介して
第２開閉弁33に逆圧として作用し、異音の発生や潤滑油
の蓄熱熱交換器８への浸入を招くおそれがあるが、上記
バイパス配管31に逆止弁を介設したときには、上記のよ
うな異音の発生や潤滑油の蓄熱熱交換器８への浸入を防
止し得ることになる。ただし、この実施例においては、
冷房運転が停止して四路切換弁２が復帰した後、バイパ
ス配管31が均圧した後の段階で第２開閉弁33を閉弁する
ような制御を行うことで、上記逆止弁を省略している。

一方第１図の状態に上記四路切換弁２を切り換える暖房
運転では、圧縮機１からの高圧ガス冷媒が破線矢印に沿
って冷媒配管６を流れ、室内熱交換器５で凝縮した冷媒
は、上記膨張弁４を通過して減圧された後に、室外熱交
換器３で蒸発し、再び四路切換弁２を通過して圧縮機１
へ還流する。そして上記第１開閉弁12に漏れが存在する
場合には、冷媒の一部が流入配管10を通って蓄熱熱交換
器８内に滞留し、冷媒に含まれている圧縮機１の潤滑油
が冷房時と同様に滞留する。

以上の暖房サイクルを継続すると、圧縮機１からの発熱
が上記蓄熱熱交換器８に蓄積され、蓄熱装置７にデフロ
スト運転用の熱量が蓄えられることになる。このデフロ
スト運転は上記室外熱交換器３に着霜が発生した時に行
われるもので、圧縮機１の運転を続けながら、上記膨張
弁４を閉弁し、流入配管10の第１開閉弁12を開弁操作す
ると共に、第２開閉弁33を閉弁しておく（第３図参
照）。この状態では、室内熱交換器５を出た冷媒は流入
配管10を通って上記蓄熱熱交換器８に流れ込み、上記蓄
熱されたデフロスト運転用の熱を吸収して加熱された後
に、流出配管９から逆止弁11を経て、室外熱交換器３近
傍の冷媒配管６に戻り、室外熱交換器３に流れ込み、上
記着霜を除去する。このデフロスト運転中に蓄熱熱交換
器８内に滞留している潤滑油が回収されることになる。

そして、オフシーズン等に空気調和機を長期間にわたっ
て停止し続けていると、冷媒や潤滑油が上記蓄熱熱交換
器８内に滞留してしまうことになるが、これによる冷媒
不足や潤滑油不足を防止するために、上記同様に蓄熱熱
交換器８の温度Tcompが最も低いときに、第３図のよう
に圧縮機１の運転開始直後に第２開閉弁12を一時的に開
弁（第２開閉弁33は開弁状態）して冷媒や潤滑油を回収
するのである。

上記したようにこの実施例においては、もし仮に、逆止
弁11や第１開閉弁12に漏れが発生して蓄熱熱交換器８内
に冷媒や潤滑油が滞留してしまった場合でも、低圧損の
バイパス配管31を通じて戻り配管30から上記潤滑油を圧
縮機１へと回収することが可能になり、冷媒や潤滑油が
不足するおそれがなくなる。しかも、長時間放置した寝
込み後の起動のように、圧縮機１における検出温度Tcom
p、つまり蓄熱熱交換器８の温度が最も低い状態であっ
て、蓄熱熱交換器８内に冷媒や潤滑油の滞留が生じ易い
状態において回収動作を行うようにしてあるので、従来
のような無駄な回収動作が防止でき、そのため第１開閉
弁12の作動による騒音の発生、第１開閉弁12の寿命低
下、冷房運転や暖房運転開始時の余分な冷媒バイパスに
よる冷房能力低下、速暖性の低下といった不具合を解消
し得ることになる。

第４図には第２実施例を示すが、これは第１実施例にお
ける第２開閉弁33に代えてキャピラリチューブ20を使用
した構造のものである。この場合、キャピラリチューブ
20としては、デフロスト時の能力に影響を及ぼさず、な
おかつ油回収の機能を果し得るようなサイズのものを選
択するものとする。そしてこのキャピラリチューブ20
は、第５図に示すような取付構造にするのが好ましく、
このように蓄熱熱交換器８の出口部分を圧縮機１の戻り
配管30に接続しておけば、蓄熱熱交換器８の底部から冷
媒や潤滑油を回収する構造を採用する場合よりも、その
構成を簡素にし得ることになる。なおこの実施例におけ
る他の構造、制御方式等は第１実施例と同様であるの
で、同一部分を同一符号で示してその説明を省略する。

（発明の効果） 上記したように上記第１請求項のヒートポンプシステム
においては、蓄熱熱交換器内に冷媒や潤滑油の滞留が生
じ易いときに開閉弁を一時的に開弁して回収動作を行う
ような構成を採用しているので、従来のような無駄な回
収動作を防止でき、そのため開閉弁の無駄な動作による
騒音の発生、開閉弁の寿命低下、余分な冷媒バイパスに
よる冷房能力の低下、速暖性の低下といった不具合を解
消し得ることになる。

なお上記において使用する流れ抵抗は、第２請求項に記
載のように、キャピラリチューブや電磁開閉弁のような
要素で安価に構成可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のヒートポンプシステムの一実施例の
配管系統図、第２図はその制御例を示すフローチャート
図、第３図は両開閉弁の開閉作動を示すタイムチャー
ト、第４図は第２実施例を示す配管系統図、第５図はそ
の要部の構造略図、第６図は従来例を示す配管系統図で
ある。 １……圧縮機、２……四路切換弁、３……室外熱交換
器、５……室内熱交換器、６……冷媒配管、８……蓄熱
熱交換器、11……逆止弁、12……第１開閉弁、31……バ
イパス配管、33……第２開閉弁、34……第１温度センサ
ー、35……第２温度センサー、36……第３温度センサ
ー、37……第１開閉弁制御部（開閉弁制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 隆 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ ダイキン工業株式会社滋賀製作所内 (72)発明者 野村 英男 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ ダイキン工業株式会社滋賀製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室内熱交換器（５）、室外熱交換器
   （３）、四路切換弁（２）、減圧機構（４）及び圧縮機
   （１）を冷媒配管（６）で接続すると共に、上記圧縮機
   （１）からの発熱を蓄熱するデフロスト運転用の蓄熱熱
   交換器（８）を圧縮機（１）の周囲に配置し、上記室外
   熱交換器（３）と減圧機構（４）との間の冷媒配管
   （６）と蓄熱熱交換器（８）とを接続する流出配管
   （９）を設けると共に、上記室内熱交換器（５）と減圧
   機構（４）との間の冷媒配管（６）と蓄熱熱交換器
   （８）とを接続する流入配管（10）を設け、この流入配
   管（10）に開閉弁（12）を介装する一方、上記流出配管
   （９）には蓄熱熱交換器（８）から冷媒配管（６）への
   一方向にだけ冷媒を流す逆止弁（11）を介装すると共
   に、上記逆止弁（11）より蓄熱熱交換器（８）側の流出
   配管（９）と上記圧縮機（１）の戻り配管（30）との間
   を流れ抵抗（20）（33）の介設されたバイパス配管（3
   1）で接続して成るヒートポンプシステムであって、さ
   らに上記蓄熱熱交換器（８）の温度を検出する第１温度
   センサー（34）と、上記室外熱交換器（３）の温度を検
   出する第２温度センサー（35）と、上記室内熱交換器
   （５）の温度を検出する第３温度センサー（36）と、上
   記第１〜第３温度センサー（34）（35）（36）のうち上
   記第１温度センサー（34）での検出温度が最も低いとき
   に圧縮機（１）の起動後に一時的に上記開閉弁（12）を
   開弁する開閉弁制御手段（37）とを設けたことを特徴と
   するヒートポンプシステム。
2. 【請求項２】上記流れ抵抗がキャピラリチューブ（20）
   又は電磁開閉弁（33）であることを特徴とする第１請求
   項記載のヒートポンプシステム。