JP2684814B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒回路中に配置される２台の凝縮器に対
して、各々圧縮機を直列に接続したものに関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特公昭58−48823号公報に開示され
る如く、一台の圧縮機に対して、２台の空気熱交換器及
び２台の水熱交換器を並列に、かつその接続関係を可変
に接続してなる冷媒回路を備え、空調負荷に応じて各空
気熱交換器及び水熱交換器の凝縮器、蒸発器機能を可変
に切換えて、水熱交換器と空気熱交換器とにおける同時
蒸発運転や、同時凝縮運転を行うことにより、冷温水へ
の蓄熱や蓄熱の利用を図り、もって、空気調和装置の電
力コストの低減を図ろうとするものは公知の技術であ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のもので、例えば空気熱交換
器と水熱交換器で同時凝縮運転を行い凝縮熱源として大
気及び冷水双方を利用しようとする場合、その熱源温度
が大きく隔っているときには、高い方の温度に凝縮温度
を合わせる必要があり、そのため、凝縮温度が低い水熱
交換器では一部に液冷媒が溜まった状態で運転せざるを
得ず、結局、装置の有する能力を充分有効に使用するこ
とができないという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、２台の凝縮器にそれぞれ圧縮機を直列に接続す
ることにより、各凝縮器で異なる凝縮温度による同時凝
縮運転を行い、もって、能力の利用効率の向上を図るこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図
に示すように、空気調和装置として、第１圧縮機（11）
と空気を熱交換媒体とする第１凝縮器（12）とを直列に
接続してなる第１管路（14）と、第２圧縮機（21）と水
を熱交換媒体とする第２凝縮器（22）とを直列に接続し
てなる第２管路（24）とを、減圧弁（33）と利用側熱交
換器である蒸発器（32）とを直列に接続してなる第３管
路（34）に対して並列に循環接続してなる冷媒回路
（１）を設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、第２図に示すように、上記第１の
解決手段における蒸発器（32）を利用側熱交換器とし、
さらに、第１凝縮器（12）を蒸発器に蒸発器（32）を凝
縮器にするよう冷媒回路（１）の冷媒循環サイクルを切
換えるサイクル切換機構（２）を設けたものである。

第３の解決手段は、第３図に示すように、上記第１又
は第２の解決手段における第２凝縮器（22）を蓄熱熱交
換器とする。

加えて、第２圧縮機（21）の吸入管と蓄熱熱交換器
（22）のガス管とをバイパス接続する分岐路（25）と、
蓄熱熱交換器（22）のガス管を第２圧縮機（21）の吐出
管と上記分岐路（25）とに選択的に連通させるよう切換
える蓄熱切換機構（26）とを設けるものとする。

さらに、上記第1,第２圧縮機（11），（21）の吐出管
同士を接続するバイパス路（３）と、該バイパス路
（３）に介設され、一方から他方への冷媒の流通のみを
許容する逆止弁（４）とを設ける構成としたものであ
る。

第４の解決手段は、第４図に示すように、上記第３の
解決手段において、氷蓄熱槽（５）と、該氷蓄熱槽
（５）と蓄熱熱交換器（22）との間で液を循環させる循
環手段（50）とを設けたものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では空気調和
装置の運転時、室内側の要求能力の大小に応じて、第1,
第２圧縮機（11），（21）を同時又は単独に運転するこ
とで全体の能力が調節される。

その場合、各凝縮器（12），（22）にそれぞれ直列に
圧縮機（11），（21）が接続されているので、空気と水
という異なる熱交換能力を有する媒体を凝縮熱源として
同時に利用する場合、各凝縮器（12），（22）の凝縮温
度が異なる。したがって、各管路（14），（24）におけ
る凝縮温度をそれぞれの熱源温度に見合った異なる温度
で運転することが可能になるので、利用側熱交換器であ
る蒸発器（32）において各凝縮器（12,22）の能力が余
すことなく利用されることになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明の
作用に加えて、サイクル切換機構（２）の切換えによ
り、利用側熱交換器である蒸発器（32）が凝縮器に、第
１凝縮器（12）が蒸発器になるように切換え可能となっ
ているので、第２凝縮器（22）で冷水の冷熱を回収しな
がら、或いは温水を生ぜしめながら、利用側熱交換器側
で冷房運転と暖房運転とを切換えて行うことが可能にな
る。

請求項（３）の発明では、第２凝縮器（22）が蓄熱熱
交換器になり、かつ蓄熱切換機構（26）の切換えにより
凝縮器又は蒸発器として機能しうるので、蒸発器として
機能するときには蓄熱槽の蓄熱媒体に冷熱を付与する一
方、凝縮器として機能するときには蓄熱槽に蓄えられた
冷熱を利用して冷媒の凝縮を行うことが可能となる。ま
た、逆に蓄熱槽に暖熱を蓄える場合には、蓄暖熱と暖熱
取出し用に利用することも可能となる。

その場合、各圧縮機（11），（21）の吐出管同士を接
続するバイパス路（３）が設けられ、該バイパス路
（３）に一方から他方への冷媒の流通のみを許容する逆
止弁（４）が介設されているので、通常凝縮温度又は蒸
発温度が高くなる方から低くなる方への冷媒流通を阻止
しながら、熱源の変化に応じて放熱量又は吸熱量が調節
され、蓄熱の利用性が向上することになる。

請求項（４）の発明では、夜間に氷蓄熱槽（５）に冷
熱を蓄熱する一方、昼間に蓄熱熱交換器（22）における
蓄冷熱と室外側における大気への放熱とを利用して冷媒
の凝縮作用を行わせることで、圧縮機（11），（21）の
容量を最小値に調節しながら夜間電力を積極的に利用し
ながら、トータルの電力コストが低減されることにな
る。

（実施例） 以下、本発明の各実施例について、図面に基づき説明
する。

第１図は第１実施例の空気調和装置を示し、（11）は
第１圧縮機、（12）は該第１圧縮機（11）の吐出側に配
置され、冷媒と室外空気との熱交換を行う室外熱交換
器、（13）は該室外熱交換器（12）の冷媒流量を調節す
る室外電動膨張弁であって、上記各機器（11）〜（13）
は第１管路（14）中で直列に接続されている。

また、（21）は第２圧縮機、（22）は該第２圧縮機
（21）の吐出側に配置され、冷水源に接続される第２凝
縮器としての水熱交換器、（23）は該水熱交換器（22）
の冷媒流量を調節する冷水側電動膨張弁であって、上記
各機器（21）〜（23）は第２管路（24）中で直列に接続
されている。

さらに、（32）は蒸発器として機能する室内熱交換
器、（33）は冷媒を減圧する減圧弁としての室内電動膨
張弁であって、上記各機器（32）〜（33）は第３管路
（34）中で直列に接続されている。

そして、上記第１管路（14）及び第２管路（24）は第
３管路（34）に対して並列に、かつ閉回路を形成するよ
うに接続されていて、冷媒が循環する冷媒回路（１）が
構成されている。

したがって、第１実施例では、空気調和装置の運転
時、室内側の要求能力が大きいときには、第1,第２管路
（14），（24）において第1,第２圧縮機（11），（21）
をそれぞれ運転し、各圧縮機（11），（21）からの吐出
冷媒を室外熱交換器（12）及び水熱交換器（22）で凝縮
した後、第３管路（34）に合流させて室内電動膨張弁
（33）で減圧して室内熱交換器（32）で蒸発させること
により、大きな要求能力に対応させる一方、室内側の要
求能力が小さいときには、各圧縮機（11），（21）のう
ちいずれか一台のみ運転することにより、室内側の要求
能力及び水熱交換器（22）の冷水源の熱量に応じた能力
の調節を行いうる。

その場合、各熱交換器（12），（22）にそれぞれ直列
に圧縮機（11），（21）が接続されているので、大気と
冷水という異なる温度を有する凝縮熱源を同時に利用す
る場合、各管路（14），（24）における凝縮温度を異な
らせて運転することが可能になる。例えば大気の温度が
30℃で冷水の温度が０℃の場合、従来のように、一台の
圧縮機に対して２台の凝縮器を並列に接続したものを同
時に利用するには、凝縮温度を同じにする必要があるた
めに、高いほうの温度に合わせて運転する必要があっ
た。したがって、温度の低い方の熱交換器（上記実施例
では水熱交換器（22））に一部に液冷媒が溜まった状態
で運転することになり、装置の有する能力を充分発揮す
ることができなかった。

それに対して、本実施例では、各管路（14），（24）
における凝縮温度をそれぞれの熱源温度に見合った温度
で運転することができるので、その能力を余すことなく
利用することができる。特に、凝縮温度の低い方の圧縮
機（本実施例）では第２圧縮機（21））の消費電力の低
減を図ることができるのである。

なお、上記実施例では、第１管路（14）に室外熱交換
器（12）を配置し、第３管路（34）に室内熱交換器（3
2）を配置したが、本発明は斯かる実施例に限定される
ものではなく、第１凝縮器（12）が室内熱交換器で蒸発
器（32）が室外熱交換器であってもよい。その場合、室
内側で暖房運転（例えば室内温度25℃）をしながら、水
熱交換器（22）で給湯のための温水（例えば湯温60℃）
を生ぜしめるような利用が可能になる利点がある。

次に、第２実施例について、説明する。第２図は第２
実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系統を示し、本実
施例では、上記第１図に示す第１実施例の構成に加え
て、室外熱交換器（12）のガス管と室内熱交換器（32）
のガス管とを圧縮機（11），（21）の吐出側又は吸入側
に交互に切換えるサイクル切換機構としての四路切換弁
（２）が設けられている。つまり、該四路切換弁（２）
の切換えにより冷媒の循環サイクルが切換えられ、四路
切換弁（２）が図中実線側に切換わったときには室外熱
交換器（12）が凝縮器、室内熱交換器（32）が蒸発器と
して機能する一方、四路切換弁（２）が図中破線側に切
換わったときには室外熱交換器（12）が蒸発器、室内熱
交換器（32）が凝縮器として機能するようになされてい
る。

したがって、第２実施例では、上記第１実施例の効果
に加え、室外熱交換器（12）が蒸発器としても機能しう
るので、水熱交換器（22）を冷水との熱交換による熱源
側として、或いは温水を製造する利用側として利用しな
がら、室内で冷房運転と暖房運転とを切換えて行うこと
ができる利点がある。

次に、第３実施例について説明する。

第３図は第３実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系
統を示し、上記第２図に示す第２実施例の空気調和装置
の構成において、水熱交換器として蓄熱槽（図示せず）
の蓄熱媒体との熱交換を行う蓄熱熱交換器（22）が配置
されている。さらに、該蓄熱熱交換器（22）のガス管と
第２圧縮機（21）の吸入管とをバイパス接続する分岐路
（25）と、蓄熱熱交換器（22）のガス管を上記第２圧縮
機（21）の吐出管と分岐路（25）とに交互に連通させる
蓄熱切換機構としての蓄熱切換弁（26）とが設けられて
いる。該蓄熱切換弁（26）は四路切換弁のうちの３つの
ポートを利用しており、蓄熱切換弁（26）が図中実線側
に切換わったときには蓄熱熱交換器（22）のガス管が分
岐路（25）側つまり第１圧縮機（11）の吸入側に連通
し、蓄熱熱交換器（22）が蒸発器として機能する一方、
蓄熱切換弁（26）が図中破線側に切換わったときには蓄
熱熱交換器（22）のガス管が第２圧縮機の吐出管に連通
し、蓄熱熱交換器（22）が凝縮器として機能するように
なされている。なお、（Ｃ）は蓄熱切換弁（26）のデッ
ドポート側の配管に介設されたキャピラリチューブであ
る。

また、第１圧縮機（11）及び第２圧縮機（21）の吐出
管同士を接続するバイパス路（３）が設けられていて、
該バイパス路（３）には第２圧縮機（21）の吐出管側か
ら第１圧縮機（11）の吐出管側への冷媒流通のみを許容
する逆止弁（４）が介設されている。

すなわち、室外熱交換器（12）及び蓄熱熱交換器（2
2）が凝縮器として機能する際、蓄熱熱交換器（22）に
おける凝縮温度が高く圧力が高くなった場合、第２圧縮
機（21）の吐出ガスを室外熱交換器（12）側に逃がすこ
とにより、放熱量を分配しうるようになされている。

なお、上記実施例では逆止弁（４）を第２圧縮機（2
1）の吐出管側から第１圧縮機（11）の吐出管側への冷
媒流通のみを許容するように設けたが、本発明は係る実
施例に限定されるものではなく、例えば蓄熱熱交換器
（22）が給湯用に利用される場合には、蓄熱熱交換器
（22）側で常に凝縮温度が高くなるので、逆止弁（４）
の向きは上記実施例とは逆向きになる。

したがって、第３実施例では、蓄熱切換弁（26）の切
換えにより、蓄熱熱交換器（22）が凝縮器又は蒸発器と
して機能しうるので、蒸発器として機能するときには蓄
熱槽の蓄熱媒体（例えば水）に冷熱を付与する一方、蓄
熱熱交換器（22）が凝縮器として機能するときには蓄熱
槽に蓄えられた冷熱を利用して冷媒の凝縮を行うことが
可能となる。また、逆に蓄熱槽に暖熱を蓄える場合に
は、蓄暖熱と暖熱取出し用に利用することもできる。

その場合、各圧縮機（11），（21）の吐出管同士を接
続するバイパス路（３）が設けられ、該バイパス路
（３）に、一方から他方への冷媒の流通のみを許容する
逆止弁（４）が介設されているので、通常凝縮温度又は
蒸発温度が高くなる方から低くなる方への冷媒流通を阻
止しながら、熱源の変化に応じて放熱量又は吸熱量を調
節しうる利点がある。

次に、第４実施例について説明する。

第４図は第４実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系
統を示し、上記第３図に示す第３実施例の空気調和装置
の構成に加えて、複数の室内熱交換器（32），（32）が
設けられ、さらに、蓄熱媒体としての水又は水溶液を貯
留する氷蓄熱槽（５）が配置されている。そして、該氷
蓄熱槽（５）と蓄熱熱交換器（22）との間は水配管
（６）により水の循環可能に接続されており、該水配管
（６）には水の循環を駆動するポンプ（７）が介設され
ている。該水配管（６）及びポンプ（７）により、氷蓄
熱槽（５）と蓄熱熱交換器（22）との間で液を循環させ
る循環手段（50）が構成されている。

すなわち、蓄熱熱交換器（22）は氷蓄熱槽（５）の冷
水（蓄熱媒体）と冷媒との熱交換を行うことにより、氷
蓄熱槽（５）で製氷し、或いは製氷により蓄えた冷熱を
利用して冷媒の凝縮を行わせることにより、室内側の要
求能力に対応しうるようになされている。

したがって、第４実施例では、第５図に示すように、
夜間に氷蓄熱槽（５）に冷熱を蓄熱する（図中、破線ハ
ッチング領域）一方、昼間に蓄熱熱交換器（22）にお
ける蓄冷熱の利用（図中、横線ハッチング領域）と室
外熱交換器（12）における大気への放熱（図中、未ハッ
チング領域）とを利用して冷媒の凝縮作用を行わせる
ことで、圧縮機（11），（21）の容量を低減しながら、
夜間電力を積極的に利用することができる。

すなわち、第６図に示すように、昼間の圧縮機（1
1），（21）の運転容量は蓄冷熱利用率の増大に対して
リニアに減少する（図中の実線l₁参照）が、一方、夜間
の圧縮機（11），（21）の運転容量は蓄冷熱の回収効率
を考慮すると、蓄冷熱利用率の増大に対してリニアに増
大し（図中の破線l₂参照）、その増大率は昼間の減少率
よりも逆に増大する（図中、Ａ点とＢ点との差）。その
場合、夜間電力が安価なことをも考慮すると、結局、電
力のコストは上記実線l₁と破線l₂との交点Ｃにおいて最
小となる。

したがって、氷蓄熱槽（５）に蓄えられた冷熱を回収
する際、室外熱交換器（12）と蓄熱熱交換器（22）とで
異なる凝縮温度で運転することにより、上記のような電
力コストが最小となる点Ｃでの同時凝縮運転が可能にな
り、夜間電力の利用効率の向上を図ることができるので
ある。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、
第１管路に第１圧縮機と空気を熱交換媒体とする第１凝
縮器とを直列に接続し、第２管路に第２圧縮機と水を熱
交換媒体とする第２凝縮器とを直列に接続する一方、第
３管路に減圧弁と利用側熱交換器である蒸発器とを直列
に接続して、第１管路と第２管路とを第３管路に対して
並列に接続したので、各凝縮器で熱交換媒体の相違によ
り凝縮温度が異なっても、各凝縮器における同時凝縮運
転が可能になり、よって、利用熱源の有効利用或いは放
熱源への放熱効率の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発
明に加えて、空気との熱交換を行なう第１凝縮器と利用
側熱交換器である蒸発器との機能を切換えるようにした
ので、第２凝縮器で放熱源への放熱或いは吸熱源からの
吸熱を行いながら、冷房運転及び暖房運転を切換えて行
うことができる利点がある。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）又は
（２）の発明において、第２凝縮器を蓄熱槽の蓄熱媒体
との熱交換を行う蓄熱熱交換器とし、蓄熱熱交換器を蒸
発器及び凝縮器に切換え可能にするとともに、各圧縮機
の吐出管同士を接続するバイパス路を設け、該バイパス
路に一方から他方への冷媒の流通のみを許容する逆止弁
を設けたので、バイパス路における凝縮温度又は蒸発温
度の高い側から低い側への冷媒流通を阻止しながら、両
者の高低が運転するときには冷媒が流通することによ
り、放熱量又は吸熱量を分配することができ、よって、
能力の利用効率の向上を図ることができる。

請求項（４）の発明によれば、上記請求項（３）の発
明において、氷蓄熱槽を配置し、さらに氷蓄熱槽と蓄熱
熱交換器との間で液を循環させる循環手段を設けたの
で、昼間に室外側と蓄熱熱交換器との同時凝縮運転を行
って夜間の蓄冷熱を利用することにより、圧縮機の運転
容量を最小に制御することができ、よって、電力使用効
率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は第１実施例の空
気調和装置の構成を示す冷媒配管系統図、第２図は第２
実施例の空気調和装置の構成を示す冷媒配管系統図、第
３図は第３実施例の空気調和装置の構成を示す冷媒配管
系統図、第４図は第４実施例の空気調和装置の構成を示
す冷媒配管系統図、第５図は夜間と昼間における空気調
和装置の運転モードの変更を示す説明図、第６図は蓄熱
利用率の変化に対する圧縮機の運転容量の変化を示す特
性図である。 １……冷媒回路 ２……四路切換弁（サイクル切換機構） ３……バイパス路 ４……逆止弁 ５……氷蓄熱槽 11……第１圧縮機 12……室外熱交換器（第１凝縮器） 14……第１管路 21……第２圧縮機 22……蓄熱熱交換器（第２凝縮器） 24……第２管路 25……分岐路 26……蓄熱切換弁（蓄熱切換機構） 32……室内熱交換器（蒸発器） 33……室内電動膨張弁（減圧弁） 34……第３管路 50……循環手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工 業株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献 特開 昭59−84061（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−248957（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−77735（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１圧縮機（11）と空気を熱交換媒体とす
   る第１凝縮器（12）とを直列に接続してなる第１管路
   （14）と、第２圧縮機（21）と水を熱交換媒体とする第
   ２凝縮器（22）とを直列に接続してなる第２管路（24）
   とを、減圧弁（33）と蒸発器（32）とを直列に接続して
   なる第３管路（34）に対して並列に循環接続してなる冷
   媒回路（１）を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】蒸発器（32）は利用側熱交換器であり、第
   １凝縮器（12）を蒸発器に、蒸発器（32）を凝縮器にす
   るよう冷媒回路（１）の冷媒循環サイクルを切換えるサ
   イクル切換機構（２）を備えた請求項（１）記載の空気
   調和装置。
3. 【請求項３】第２凝縮器（22）は蓄熱熱交換器であり、
   第２圧縮機（21）の吸入管と蓄熱熱交換器（22）のガス
   管とをバイパス接続する分岐路（25）と、蓄熱熱交換器
   （22）のガス管を第２圧縮機（21）の吐出管と上記分岐
   路（25）とに選択的に連通させるよう切換える蓄熱切換
   機構（26）とを備えるとともに、 上記第1,第２圧縮機（11），（21）の吐出管同士を接続
   するバイパス路（３）と、該バイパス路（３）に介設さ
   れ、一方から他方への冷媒の流通のみを許容する逆止弁
   （４）とを備えた請求項（１）又は（２）記載の空気調
   和装置。
4. 【請求項４】氷蓄熱槽（５）と、該氷蓄熱槽（５）と蓄
   熱熱交換器（22）との間で液を循環させる循環手段（5
   0）とを備えた請求項（３）記載の空気調和装置。