JP2682730B2 - 冷媒加熱式空気調和機およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、室外熱交換側に燃焼バーナを有する冷媒加
熱器を備えた冷媒加熱式空気調和機に関するものであ
る。

従来の技術 従来より提案されている冷媒加熱式空気調和機（たと
えば特公昭60−37377号公報）は第５図に示すような構
成を有している。第５図において、81は圧縮機、82は四
方弁、83は室内熱交換器、84は第１の減圧機構、85は室
外熱交換器で、これらが環状に連結されて冷凍サイクル
が構成されている。86は冷媒加熱器で、サイクル経路中
の室内熱交換器83と第１の減圧機構84を結ぶ配管の途中
に設けられ、冷媒を加熱するためのバーナなどの加熱源
86aを備えている。87は第１の逆止弁、88は第２の逆止
弁で、冷凍サイクル中に設けられている。89は第１の電
磁弁で、冷媒加熱器86の出口側と圧縮機81の吸入側を結
ぶ配管の途中に設けられている。90は第２の電磁弁、91
は第２の減圧機構で、圧縮機81の吸入側と吐出側との間
に直列に介装され、吸入側と吐出側の連通を制御する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来より提案されている冷媒加熱式空
気調和機には以下のような問題があった。すなわち、通
常の冷房サイクルを反転して冷媒加熱器86を付加した状
態で冷媒加熱運転を行うと、消費電力が上昇して同一の
圧縮機81では不都合を生じるという欠点がある。また、
上記サイクルから減圧機構を省き、圧縮機81を小さくし
て圧縮機81の入力を下げるという方法をとっているもの
もあるが、暖房能力を得ようとすると圧縮比が小さくな
らず、圧縮機81の入力は下がらないことになる。そのた
め圧縮機81の吐出側と吸入側の間にバイパス回路を付設
し、冷媒加熱運転時にはこのバイパス回路を開通させ媒
体の一部をバイパスさせることにより圧縮機81の入力を
低下させる試みがなされている。しかし、冷媒の搬送に
圧縮機81を用いているので、消費電力の低下は十分では
ない。

また暖房起動時、冷媒ポンプを使用したとき、冷媒ポ
ンプ周辺に多量の冷媒ガスが存在するような場合、冷媒
ポンプの排除容積は小さいので、冷媒ポンプ単独で冷媒
をすみやかに循環させ始めることが難しいという問題が
あった。また、始動時に冷媒ポンプがいつも冷媒ガスを
酸い込むと、摺動部が摩耗してしまうという問題も生じ
ていた。

本発明は上記問題に鑑み、より良好な立上り特性を有
し、電気入力を低減できる冷媒加熱式空気調和機を提供
することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の冷媒加熱式空気
調和機は、少なくとも、圧縮機、四方弁、室外熱交換
機、減圧機構、室内熱交換器、冷媒ポンプ、冷媒加熱
器、サブクーラーを備え、前記冷媒ポンプと前記冷媒加
熱器と前記四方弁と前記室内熱交換器と前記サブクーラ
ーを順次環状に配管接続し、前記室内熱交換器と前記サ
ブクーラーの間に第１の電磁弁を設け、前記四方弁と前
記冷媒加熱器をつなぐ配管の一部に前記冷媒加熱器から
前記四方弁への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第２
の逆止弁を設け、前記第２の逆止弁の入口側と出口側を
それぞれ第２、第３の電磁弁を介して前記圧縮機の吸入
側と吐出側に接続し、前記圧縮機の吸入側を第４の電磁
弁、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記減圧機構を順
次経由し、前記室内熱交換器と前記第１の電磁弁とを結
ぶ配管に接続して冷房用回路を構成し、前記室外熱交換
器と前記減圧機構をつなぐ配管の一部に前記室外熱交換
器から前記減圧機構への方向にのみ冷媒の流通を可能に
する第１の逆止弁を設け、前記サブクーラーと前記室外
熱交換器とを同一の通風回路中に設置したものである。

さらに、本発明は上記構成において、第１の電磁弁と
サブクーラーを結ぶ配管の途中に気液分離器を設け、前
記気液分離器のガス側出口とサブクーラー、冷媒ポンプ
を順次接続し、さらに前記気液分離器の液側出口を第２
の減圧機構を介して前記サブクーラーと前記冷媒ポンプ
とを結ぶ配管に接続したものである。

さらに、本発明は上記それぞれの構成において、冷媒
ポンプと並列にサブクーラーから冷媒加熱器への方向に
のみ冷媒の流通を可能にする第３の逆止弁を設けたもの
である。

さらに、本発明の制御方法は、上記それぞれの冷媒加
熱式空気調和機において、冷媒加熱運転起動時にまず圧
縮機を用いて起動し、冷凍サイクルが安定した時点で冷
媒ポンプを起動し、両者を並行して運転する過程を経た
後、圧縮機の吸入側の第２の電磁弁を閉じ、圧縮機内部
の冷媒を排出させた後に、吐出側の第３の電磁弁を閉
じ、圧縮機を停止して冷媒ポンプ単独の運転に切り換え
るものである。

作用 本発明は上記の構成により、冷媒の搬送を起動時のみ
圧縮機で行って安定した起動を計り、安定後は低電気入
力の冷媒ポンプにより行うことができて、消費電力の低
下を十分に図れる。

また、気液分離器を使用することにより、液冷媒の冷
媒ポンプへの回収を良好に維持できて、少ない冷媒容量
で十分にまかなえるとともに、液冷媒が全部サブクーラ
ーを流れることによる圧力損もなくすことができ、ま
た、冷媒ポンプに逆止弁を介装することにより、始動時
に冷媒ポンプがいつも冷媒ガスを吸い込み、摺動部が摩
耗してしまうという問題も解消できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す冷媒加熱式空気
調和機の冷媒回路図である。第１図において、１は圧縮
機、２は四方弁、３は室内熱交換器、４は減圧機構、５
は室外熱交換器、６は冷媒加熱器、７は冷媒ポンプ、８
はサブクーラー、9,10はそれぞれ第１、第２の逆止弁、
12,13,14,15はそれぞれ第１、第２、第３、第４の電磁
弁であり、冷媒ポンプ７と冷媒加熱器６と四方弁２と室
内熱交換器３とサブクーラー８を順次環状に配管接続
し、さらに、室内熱交換器３とサブクーラー８の間に第
１の電磁弁12を設け、四方弁２と冷媒加熱器６をつなぐ
配管の一部に冷媒加熱器６から四方弁２への方向にのみ
冷媒の流通を可能にする第２の逆止弁10を設け、さら
に、第２の逆止弁10の入口側と出口側をそれぞれ第２の
電磁弁13、第３の電磁弁14を介して圧縮機１の吸入側と
吐出側に接続し、さらに圧縮機１の吸入側を第４の電磁
弁15、四方弁２、室外熱交換器５、第１の減圧機構４を
順次経由し、室内熱交換器３と第１の電磁弁12とを結ぶ
配管に接続して冷房用回路を構成し、室外熱交換器５と
第１の減圧機構４をつなぐ配管の一部に室外熱交換器５
から第１の減圧機構４への方向にのみ冷媒の流通を可能
にする第１の逆止弁９を設け、サブクーラー８と室外熱
交換器５とを同一の通風回路中に設置した構成となって
いる。

次にこの構成による冷媒加熱式空気調和機の動作につ
いて説明する、冷媒加熱暖房開始時，第１の電磁弁12は
閉，第２の電磁弁13は閉，第３の電磁弁14は開，第４の
電磁弁15は開となっているこの状態で圧縮機１を起動す
ると、圧縮機１より吐出された冷媒は第３の電磁弁14,
四方弁２、室内熱交換器３の部分に留まり、また、室外
熱交換器５の内部の冷媒も圧縮機１により第３の電磁弁
14,四方弁２、室内熱交換器３の部分に集められる。こ
のようにして冷媒加熱暖房を行う回路に所定量の冷媒を
回収するための冷媒回収運転をした後、第１の電磁弁12
を開，第２の電磁弁13を開，第４の電磁弁15を閉して冷
媒加熱暖房を開始する。このとき、冷媒は圧縮機１より
吐出され第３の電磁弁14,四方弁2,室内交換器３、第１
の電磁弁12、サブクーラー８、冷媒ポンプ7,冷媒加熱器
6,第２の電磁弁13を経て圧縮機１へもどる回路を循環す
る。この際冷媒ポンプ７はその内部を冷媒が通過できる
構成である。バーナーなどにより冷媒加熱器６内で加熱
された冷媒は室内熱交換器３で室内空気と熱交換（暖
房）し、大部分が凝縮する。凝縮しきれなかった冷媒が
サブクーラー８で凝縮し、冷媒加熱器６にもどってく
る。起動後数分でサイクルが安定したら、まず冷媒ポン
プ７を起動し、冷媒ポンプ７の回転数を調整し、圧縮機
１との併用運転を行い、次に圧縮機１の停止操作を行
う。つまり、圧縮機１の吸入側にある第２の電磁弁13を
閉じる。すると圧縮機１は運転を継続しているため圧縮
機内部の冷媒を吐出する。その後圧縮機１の吐出側にあ
る第３の電磁弁14を閉じ同時に圧縮機１も停止する。す
ると冷媒は、冷媒ポンプ７から、冷媒加熱器6,第２の逆
止弁10,四方弁２、室内熱交換器3,第１の電磁弁12,サブ
クーラー８を順次循環するようになる。これにより冷媒
回路が行われ、その後に冷媒ポンプ７による低電気入力
の冷媒加熱暖房回路が実現される。

冷房運転については第１の電磁弁12を閉，第２の電磁
弁13を開，第３の電磁弁14を開，第４の電磁弁15を開に
し四方弁２を切り換えるだけで通常の回路構成と同様で
あるので説明を省略する。

第２図は本発明の第２の実施例を示す冷媒加熱式空気
調和機の冷媒回路図である。第２図において、21は圧縮
機、22は四方弁、23は室内熱交換器、24は減圧機構,25
は室外熱交換器,26は冷媒加熱器,27は冷媒ポンプ、28は
サブクーラー、29,30,31はそれぞれ第１、第２、第３の
逆止弁、32,33,34,35はそれぞれ第１、第２、第３、第
４の電磁弁であり、冷媒ポンプ27と冷媒加熱器26と四方
弁22と室内熱交換器23とサブクーラー28を順次環状に配
管接続し、さらに、室内熱交換器23とサブクーラー28の
間に第１の電磁弁32を設け、四方弁22と冷媒加熱器26を
つなぐ配管の一部に冷媒加熱器26から四方弁22への方向
にのみ冷媒の流通を可能にする第２の逆止弁30を設け、
さらに、第２の逆止弁30の入口側と出口側をそれぞれ第
２の電磁弁33、第３の電磁弁34を介して圧縮機21の吸入
側と吐出側に接続し、さらに圧縮機21の吸入側を第４の
電磁弁35、四方弁22、室外熱交換器25、減圧機構24を順
次経由し、室内熱交換器23と第１の電磁弁32とを結ぶ配
管に接続して冷房用回路を構成し、室外熱交換器25と減
圧機構24をつなぐ配管の一部に室外熱交換器25から減圧
機構24への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第１の逆
止弁29を設け、さらに、サブクーラー28から冷媒加熱器
26への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第３の逆止弁
31を冷媒ポンプ27に並列に設け、サブクーラー28と室外
熱交換器25とを同一の通風回路中に設置した構成となっ
ている。動作については、冷媒ポンプ27が冷媒ガスを吸
い込まないこと以外は上記第１の実施例と同様であるの
で説明を省略する。

第３図は本発明の第３の実施例を示す冷媒加熱式空気
調和機の冷媒回路図である。第３図において、41は圧縮
機、42は四方弁、43は室内熱交換器、44は第１の減圧機
構、45は室外熱交換器、46は冷媒加熱器、47は冷媒ポン
プ、48はサブクーラー、49は気液分離器、50,51はそれ
ぞれ第１、第２の逆止弁、53,54,55,56はそれぞれ第
１、第２、第３、第４の電磁弁、57は第２の減圧機構で
あり、冷媒ポンプ47と冷媒加熱器46と四方弁42と室内熱
交換器43と気液分離器49と第２の減圧機構57を順次環状
に配管接続し、さらに、室内熱交換器43と気液分離器49
の間に第１の電磁弁53を設け、気液分離器49のガス側出
口を途中にサブクーラー48を備えた配管で第２の減圧機
構57と冷媒ポンプ47をつなぐ配管とに接続し、四方弁42
と冷媒加熱器46をつなぐ配管の一部に冷媒加熱器46から
四方弁42への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第２の
逆止弁51を設け、さらに、第２の逆止弁51の入口側と出
口側をそれぞれ第２の電磁弁54、第３の電磁弁55を介し
て圧縮機41の吸入側と吐出側に接続し、さらに圧縮機41
の吸入側を第４の電磁弁56、四方弁42、室外熱交換器4
5、第１の減圧機構44を順次経由し、室内熱交換器43と
第１の電磁弁53とを結ぶ配管の接続して冷房用回路を構
成し、室外熱交換器45と第１の減圧機構44をつなぐ配管
の一部に室外熱交換器45から第１の減圧機構44への方向
にのみ冷媒の流通を可能にする第１の逆止弁50を設け、
サブクーラー48と室外熱交換器45とを同一の通風回路中
に設置した構成となっている。

次にこの構成による冷媒加熱式空気調和機の動作につ
いて説明する。冷媒加熱暖房開始時，第１の電磁弁53は
閉，第２の電磁弁54は閉，第３の電磁弁55は開，第４の
電磁弁56は開となっている。この状態で圧縮機41を起動
すると、圧縮機41より吐出された冷媒は第３の電磁弁5
5,四方弁42、室内熱交換器43の部分に留まり、また、室
外熱交換器45内部の冷媒も圧縮機41により第３の電磁弁
55,四方弁42、室内熱交換器43の部分に集められる。こ
のようにして冷媒加熱暖房を行う回路に所定量の冷媒を
回収するための冷媒回収運転をした後、第１の電磁弁53
を開，第２の電磁弁54を開，第４の電磁弁56を閉して冷
媒加熱暖房を開始する。このとき、冷媒は圧縮機41より
吐出され、第３の電磁弁55,四方弁42、室内熱交換器43,
第１の電磁弁53、気液機分離器49を通り、ここで気体と
液体に分離され気体はサブクーラー48経由で、液体は第
２の減圧機構57経由で合流し、どちらも冷媒ポンプ47,
冷媒加熱器46,第２の電磁弁54を経て圧縮機41へもどる
回路を循環する。この際冷媒ポンプ47はその内部を冷媒
が通過できる構成である。バーナーなどにより冷媒加熱
器46内で加熱された冷媒は室内熱交換器43で室内空気と
熱交換（暖房）し、大部分が凝縮する。凝縮しきれなか
った冷媒（ガス）と凝縮した冷媒（液）との混合状態で
気液分離器49に入った冷媒はここで分離され、ガス部分
のみがサブクーラー48で凝縮し、すでに凝縮していた液
溶媒と合流して、冷媒ポンプ47を経由して冷媒加熱器46
にもどってくる。起動後数分でサイクルが安定したら、
まず冷媒ポンプ47を起動し、冷媒ポンプ47の回転数を調
整し圧縮機41との併用運動を行い、次に圧縮機41の停止
操作を行う。つまり、圧縮機41の吸入側にある第２の電
磁弁54を閉じる。すると圧縮機41は運転を継続している
ため圧縮機内部の冷媒を吐出する。その後圧縮機41の吐
出側にある第３の電磁弁55を閉じ同時に圧縮機41も停止
する。すると冷媒は冷媒ポンプ47から冷媒加熱器46、第
２の逆止弁51,四方弁42、室内熱交換器43,第１の電磁弁
53,サブクーラー48および第２の減圧機構57を順次循環
するようになる。これに冷媒回収が行われ、その後に冷
媒ポンプ47による低電気入力の冷媒加熱暖房回路が実現
される。また、気液分離器49により、液冷媒の冷媒ポン
プ47への回収を良好に維持でき、少ない冷媒容量で十分
にまかなえるとともに、液冷媒が全部サブクーラー48を
流れることによる圧力損も解消できる。

冷房運転については第１の電磁弁53を閉，第２の電磁
弁54を開，第３の電磁弁55を開，第４の電磁弁56を開に
し、四方弁42を切り換えるだけで通常の回路構成と同様
であるので説明を省略する。

第４図は本発明の第４の実施例を示す冷媒加熱式空気
調和機の冷媒回路図である。第４図において、61は圧縮
機,62は四方弁、63は室内熱交換器、64は第１の減圧機
構,65は室外熱交換器,66は冷媒加熱器,67は冷媒ポン
プ、68はサブクーラー、69は気液分離器、70、71、72は
それぞれ第１、第２、第３の逆止弁、73,74,75,76はそ
れぞれ第１、第２、第３、第４の電磁弁、77は第２の減
圧機構であり、冷媒ポンプ67と冷媒加熱器66と四方弁62
と室内熱交換器63と気液分離器69と第２の減圧機構77を
順次環状に配管接続し、さらに、室内熱交換器63と気液
分離器69の間に第１の電磁弁73を設け、気液分離器69の
ガス側出口を途中にサブクーラー68を備えた配管で第２
の減圧機構77と冷媒ポンプ67をつなぐ配管に接続し、四
方弁62と冷媒加熱器66をつなぐ配管の一部に冷媒加熱器
66から四方弁62への方向にのみ冷媒の流通を可能にする
第２の逆止弁71を設け、さらに、第２の逆止弁71の入口
側と出口側をそれぞれ第２の電磁弁74、第３の電磁弁75
を介して圧縮機61の吸入側と吐出側に接続し、さらに圧
縮機61の吸入側を第４の電磁弁76、四方弁62、室外熱交
換器65、第１の減圧機構64を順次経由し、室内熱交換器
63と第１の電磁弁73とを結ぶ配管に接続して冷房用回路
を構成し、室外熱交換器65と第１の減圧機構64をつなぐ
配管の一部に室外熱交換器65から第１の減圧機構64への
方向にのみ冷媒の流通を可能にする第１の逆止弁70を設
け、さらにサブクーラー68と第２の減圧機構77の交点か
ら冷媒加熱器66の方向へのみ冷媒を流通させる第３の逆
止弁72を冷媒ポンプ67と並列に設け、サブクーラー68と
室外熱交換器65とを同一の通風回路中に設置した構成と
なっている。動作については上記第３の実施例と同様で
あるので説明を省略する。

また、上記第１〜第４の実施例においては、サブクー
ラーと室外熱交換器をそれぞれ単独に構成して同一の風
回路内に設置したが、一体の熱交換器として構成し、室
外熱交換器の一部をバルブなどによる切り替えによりサ
ブクーラーとして使用可能な構成にしてもよい。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、冷媒の搬送を起動時
のみ圧縮機で行って安定した起動を計り、安定後は低電
気入力の冷媒ポンプにより行い消費電力を低下させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の第
１、第２、第３、第４の実施例を示す冷媒加熱式空気調
和機の冷媒回路図、第５図は従来例を示す冷媒加熱式空
気調和機の冷媒回路図である。 1,21,41,61……圧縮機、2,22,42,62……四方弁、3,23,4
3,63……室内熱交換器、4,24,44,64……減圧機構、5,2
5,45,65……室外熱交換器、6,26,46,66……冷媒加熱
器、7,27,47,67……冷媒ポンプ、8,28,48,68……サブク
ーラー。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、圧縮機、四方弁、室外熱交換
   器、減圧機構、室内熱交換器、冷媒ポンプ、冷媒加熱
   器、サブクーラーを備え、前記冷媒ポンプと前記冷媒加
   熱器と前記四方弁と前記室内熱交換器と前記サブクーラ
   ーを順次環状に配管接続し、前記室内熱交換器と前記サ
   ブクーラーの間に第１の電磁弁を設け、前記四方弁と前
   記冷媒加熱器をつなぐ配管の一部に前記冷媒加熱器から
   前記四方弁への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第２
   の逆止弁を設け、前記第２の逆止弁の入口側と出口側を
   それぞれ第２、第３の電磁弁を介して前記圧縮機の吸入
   側と吐出側に接続し、前記圧縮機の吸入側を第４の電磁
   弁、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記減圧機構を順
   次経由し、前記室内熱交換器と前記第１の電磁弁とを結
   ぶ配管に接続して冷房用回路を構成し、前記室外熱交換
   器と前記減圧機構をつなぐ配管の一部に前記室外熱交換
   器から前記減圧機構への方向にのみ冷媒の流通を可能に
   する第１の逆止弁を設け、前記サブクーラーと前記室外
   熱交換器とを同一の通風回路中に設置した冷媒加熱式空
   気調和機。
2. 【請求項２】第１の電磁弁とサブクーラーを結ぶ配管の
   途中に気液分離器を設け、前記気液分離器のガス側出口
   とサブクーラー、冷媒ポンプを順次接続し、さらに前記
   気液分離器の液側出口を第２の減圧機構を介して前記サ
   ブクーラーと前記冷媒ポンプとを結ぶ配管に接続した請
   求項１記載の冷媒加熱式空気調和機。
3. 【請求項３】冷媒ポンプと並列にサブクーラーから冷媒
   加熱器への方向にのみ冷媒の流通を可能にする第３の逆
   止弁を設けた請求項１または２記載の冷媒加熱式空気調
   和機。
4. 【請求項４】室外熱交換器の一部をバルブなどによる切
   り替えによりサブクーラーとして使用可能な構成とした
   請求項１ないし３のうちのいずれか１つに記載の冷媒加
   熱式空気調和機。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のうちのいずれか１つに
   記載の冷媒加熱式空気調和機において、その冷媒加熱運
   転起動時にまず圧縮機を用いて起動し、冷凍サイクルが
   安定した時点で冷媒ポンプを起動し、両者を並行して運
   転する過程を経た後、圧縮機の吸入側の第２の電磁弁を
   閉じ、圧縮機内部の冷媒を排出させた後に、吐出側の第
   ３の電磁弁を閉じ、圧縮機を停止して冷媒ポンプ単独の
   運転に切り換える冷媒加熱式空気調和機の制御方法。