JP2835196B2 - 冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は、冷凍サイクルと冷媒
加熱器とを組み合わせた冷暖房装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、圧縮機，室内熱交換器，室外熱
交換器，膨脹弁などより冷凍サイクルを構成したヒート
ポンプ式の冷暖房装置は、暖房時には室内熱交換器にて
放熱後の冷媒を、膨脹弁にて減圧した後、室外熱交換器
にて大気の熱を吸収させて気化させ、圧縮機に送る構成
となっている。このようなヒートポンプ式における冷媒
は、室外熱交換器で大気から受熱して気化させるため、
外気温度が低いと、本来は暖房能力を大きくする必要が
あるにも拘らず暖房能力が低下する欠点がある。このた
め従来では、上記ヒートポンプ式の冷凍サイクルに冷媒
加熱器を付加して暖房能力を向上させた冷媒加熱式冷暖
房装置がある。冷媒加熱とヒートポンプとを同時に運転
する冷暖房機では、図３にその冷凍サイクル構成を示す
ように、二シリンダ式の圧縮機１を使用した例がある。
この冷暖房機の主要な構成要素としては、二シリンダ式
圧縮機１，四方弁３，室内熱交換器５，室外熱交換器
７，冷媒加熱器９，そして各種バルブとして膨張弁１
１，二方弁１３，流量制御弁１５，チェック弁１７等で
ある。この圧縮機１は第１シリンダ１９及び第２シリン
ダ２１を備え、各シリンダ１９，２１は互いに同じ容積
であって一つのモータ２３によって同時に作動する。

【０００４】このような構成の冷暖房装置においては、
暖房時には、冷媒加熱とヒートポンプとの同時運転を行
っているとき、冷媒は圧縮機１→四方弁３→室内熱交換
器５と流れ、室内熱交換器５を出た後は二つに分岐し、
一方は冷媒加熱器９を通って圧縮機１の第１シリンダ１
９へ、他方は膨張弁１１，室外熱交換器７を通って第２
シリンダ２１へと流れる。このとき二方弁１３は開いた
状態、流量制御弁１５は大きく開いた状態で、実質的に
圧損がほとんどない。また冷媒加熱器９を動作させずヒ
ートポンプ運転だけのときには二方弁１３を閉止する。
このとき冷媒加熱器９には冷媒は循環しない。冷房時に
は、冷媒は圧縮機１→四方弁３→室外熱交換器７→膨張
弁１１→室内熱交換器５→四方弁３→圧縮機１の順に流
れる。このときも二方弁１３は閉じられており、冷媒加
熱器９に冷媒は流れない。

【０００５】このような構成では、冷媒加熱器９が動作
状態にあるときは、冷媒加熱器９側の吸い込みラインが
高圧となるので、第１シリンダ１９は冷媒加熱器９用
に、第２シリンダ２１は室外熱交換器７用つまりヒート
ポンプ運転用に、それぞれ用いられる。また、二方弁１
３を閉止し冷媒加熱器９を動作させない場合には、冷媒
加熱器９側の吸い込みラインの圧力が室外熱交換器７側
よりも低くなるため、チェック弁１７を冷媒が通過する
ようになる。すなわち、ヒートポンプ運転を２つのシリ
ンダ１９，２１を用いて行っていることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な構成では、冷媒加熱とヒートポンプとを同時運転する
ことで高い暖房能力を確保できるものの、低暖房能力を
確保するためのヒートポンプのみの運転時には、２つの
シリンダ１９，２１を用いることから低暖房能力側の下
限には限界があり、冷媒加熱とヒートポンプとの同時運
転における暖房能力可変域とオーバラップする部分があ
って効率のよい運転法ではない。

【０００７】そこで、ヒートポンプ運転では、シリンダ
を１つだけ用いるサイクル構成とすれば、暖房能力の小
さい領域を確保できて、しかも逆止弁１７と、逆止弁１
７が設けられた配管が不要となって構造も簡単となる。

【０００８】ところで、図４に示す冷凍サイクルにおけ
るモリエル線図でもわかるように、冷媒加熱側のシリン
ダは冷媒をそれほど圧縮せずに送り出すのに対し（実線
Ａ参照）、ヒートポンプ側のシリンダによる冷媒の圧縮
比は極めて大きいものとなっている（破線Ｂ参照）。つ
まり、圧縮機１の吸入側の冷媒についてみると、冷媒加
熱側の方が圧力が高く比体積は小さくなる。このため、
圧縮機１の２つのシリンダ１９，２１の容積が同じであ
ると、冷媒流量がほぼ比体積比の割合で冷媒加熱側の方
が増えることになる。通常、この冷媒流量の割合はヒー
トポンプ側を１とすると冷媒加熱側が３〜１０程度であ
る。

【０００９】このように、２つのシリンダ１９，２１で
冷媒流量が大きく異なると、次のような不都合が生じ
る。暖房能力は２つのシリンダからの冷媒流量の和にほ
ぼ比例するので、２つのシリンダの容積が同じでは、能
力のほとんどが冷媒流量の多い冷媒加熱によって賄われ
ることになり、圧縮機の回転数，シリンダの容積も冷媒
加熱側を基準に決定され、ヒートポンプ側のシリンダは
同条件ではほとんど能力が出せないことになる。これで
は、冷媒加熱器を停止して暖房能力が低い領域をヒート
ポンプでカバーしようとしても、ほとんどできなくなっ
てしまう。また、逆にヒートポンプ側に合わせてシリン
ダ容積を大きめに設定すると、冷媒加熱側の暖房能力を
考慮すれば圧縮機の回転数を大きく落とさなければなら
ず、この場合には低回転に伴う圧縮機の振動が顕著とな
り、騒音や配管の亀裂などを引き起こす原因となる。

【００１０】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、低暖房能力から高暖房
能力にわたり連続的な広い能力可変幅を得ることを目的
としている。

【００１１】［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
にこの発明は、吸入口を２つ吐出口を１つそれぞれ備え
各吸入口に対応して同時に動作するシリンダ部が２つ設
けられた圧縮機と、室内に設置される室内熱交換器と、
室外に設置される室外熱交換器と、この各室内熱交換器
及び室外熱交換器と前記圧縮機の吐出口及び一方の吸入
口とを接続する切換弁と、前記室内熱交換器と室外熱交
換器とを接続する配管に設けた膨脹弁と、前記配管と前
記圧縮機の他方の吸入口との間に設けた冷媒加熱器とを
備えた冷暖房装置であって、前記圧縮機の２つのシリン
ダ部の容積を互いに異なるものとし、容積の大きいシリ
ンダ部を前記一方の吸入口を介して前記室外熱交換器側
に接続し、容積の小さいシリンダ部を前記他方の吸入口
を介して前記冷媒加熱器に接続したものである。

【００１３】

【作用】このように、圧縮比の小さい冷媒加熱器側に接
続されるシリンダの容積を小さく、一方圧縮比の大きい
室外熱交換器側に接続されるシリンダの容積を大きくす
ることで、冷媒加熱器と室外熱交換器との冷媒流量をほ
ぼ同じとすることができ、低暖房能力を確保するために
室外熱交換器のみの運転としても、低暖房能力側が充分
にカバーされ、低暖房能力から高暖房能力にわたり連続
的な広い能力可変幅が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１５】図１は、この発明の一実施例を示す冷暖房
装置の冷凍サイクル構成を示している。暖房時に冷媒が
流れる順番に構成要素を述べると、二シリンダ式の圧縮
機２５，切換弁としての四方弁２６，室内熱交換器２７
である。圧縮機２５は、図２に示すように、圧縮機ケー
ス２８内にシリンダ容積の大きい第１シリンダ２９、及
びシリンダ容積の小さい第２シリンダ３０が収納され、
一つの吐出口３１と二つの吸入口３３，３５とを備えて
いる。３４はサクションカップであり、図１では省略し
てある。これら両シリンダ２９，３０はモータ３７によ
って同時に作動するものとする。第１シリンダ２９と第
２シリンダ３０とのシリンダ容積比は、圧縮機２５の吸
入側における冷媒の比体積の、ヒートポンプ側と冷媒加
熱側との比にほぼ等しくしてある。符号３９はモータ
軸、４１は主軸受である。

【００１６】圧縮機２５の吐出口３１と四方弁２６とは
配管４３で接続され、四方弁２６と室内熱交換器２７と
は配管４５で接続されている。室内熱交換器２７を出た
冷媒は配管４７を流れた後、分岐部４９にて二系統に分
岐し、一方は配管５１により冷媒加熱器５３側へ、他方
は配管５５により室外熱交換器５７側へと流れる。冷媒
加熱器５３は、冷媒加熱熱交換器５９とバ―ナ部６１と
から構成されている。配管５５には膨脹弁６３が設けら
れ、この膨脹弁６３はヒートポンプ運転時に大気から熱
を吸収できる蒸発圧力まで冷媒の圧力を下げる働きをす
る。

【００１７】冷媒加熱器５３の上流側の配管５１には二
方弁６５が設けられ、この二方弁６５は、暖房時ヒート
ポンプ運転のみで冷媒加熱器５３を用いない場合や、冷
房時に冷媒加熱器５３を用いない場合に流路を閉じる。
冷媒加熱器５３を出た冷媒は配管６７に流れ、この配管
６７は圧縮機２５の吸入口３５に接続されている。室外
熱交換器５７と四方弁２６とは配管６９により接続さ
れ、四方弁２６と吸入口３３とは配管７１により接続さ
れている。

【００１８】以上の構成において、暖房能力が大きいと
きは冷媒加熱とヒートポンプとの同時運転となるが、そ
の場合二方弁６５は開いた状態である。冷媒加熱器５３
を出た冷媒は絞られていないために高圧となっており、
そのまま配管６７を経て容積の小さい第２シリンダ３０
へ送り込まれる。一方、室外熱交換器５７を出た冷媒は
低圧の蒸気となっており、配管６９，四方弁２６，配管
７１を経て容積の大きい第１シリンダ２９に送り込まれ
る。第２シリンダ３０内に送り込まれる冷媒蒸気は、高
圧のため僅かな圧縮がなされた後、圧縮機ケース２８内
に吐出される。また、第１シリンダ２９内に送り込まれ
る低圧の冷媒蒸気は、高圧の状態まで圧縮されて圧縮機
ケース２８内に吐出される。

【００１９】ここで、圧縮機２５の吸入側の圧力が高く
て比体積が小さい冷媒が流入する冷媒加熱側の第２シリ
ンダ３０の容積は、同圧力が低くて比体積が大きい冷媒
が流入するヒートポンプ側の第１シリンダ２９の容積よ
り、圧縮機２５の吸入側における両者の冷媒相互の比体
積比に対応して大きくしてあるので、各シリンダ２９，
３０から吐出される冷媒の量はほぼ等しくなり、この冷
媒流量を考慮すれば暖房能力としては両者ほぼ等しいも
のとなって、同時運転時での高暖房能力は充分に得られ
る。この状態から、上記冷媒加熱器５３を停止すると、
第１シリンダ２９の作動による室外熱交換器５７を利用
したヒートポンプのみの運転になるが、上記したように
第１シリンダ２９の容積が大きく暖房能力が充分あるの
で、ヒートポンプ運転のみとしても、低暖房能力側にお
いて広い能力可変幅が得られ、冷媒加熱とヒートポンプ
との同時運転とを合わせ、これら両者を暖房能力に応じ
て使い分けることで、低暖房能力から高暖房能力まで連
続的で広い能力可変幅が得られることになる。

【００２０】また、冷媒加熱側の第２シリンダ３０の容
積を小さくしてあるので、ヒートポンプ側の第１シリン
ダ２９に合わせ、圧縮機２５の回転数を低くすることな
く所望に維持できるので、圧縮機２５の振動が防止で
き、騒音の発生，配管の亀裂などは防止される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、圧縮機を２つの異なるシリンダ容積を有する二シリ
ンダ式圧縮機とし、圧縮機吸入側の冷媒の圧力が高く比
体積が小さい冷媒加熱側に接続されるシリンダの容積を
小さく、一方同冷媒の圧力が低く比体積が大きい室外熱
交換器側に接続されるシリンダの容積を大きくしたた
め、冷媒加熱とヒートポンプとの同時運転時に、２つの
シリンダから吐出される冷媒流量をほぼ等しくすること
ができ、ヒートポンプ側も冷媒加熱側とほぼ同程度の暖
房能力を発揮することができ、これにより低暖房能力
時、冷媒加熱器を停止させてヒートポンプだけの運転と
しても、低暖房能力側を充分カバーでき、低暖房能力か
ら高暖房能力まで連続的で広い能力可変幅を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す冷凍サイクル構成図
である。

【図２】図１の冷凍サイクルに使用される圧縮機の要部
を示す部分断面図である。

【図３】従来例を示す冷凍サイクル構成図である。

【図４】冷凍サイクルにおけるモリエル線図である。

【符号の説明】

２５ 二シリンダ式圧縮機 ２６ 四方弁（切換弁） ２７ 室内熱交換器 ２９ 第１シリンダ（シリンダ部） ３０ 第２シリンダ（シリンダ部） ３１ 吐出口３１ ３３，３５ 吸入口 ４７，５５ 配管 ５３ 冷媒加熱器 ５７ 室外熱交換器 ６１ 膨脹弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 哲夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８ 株式 会社東芝 横浜事業所 家電技術研究所 内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 13/00 F25B 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入口を２つ吐出口を１つそれぞれ備え
   各吸入口に対応して同時に動作するシリンダ部が２つ設
   けられた圧縮機と、室内に設置される室内熱交換器と、
   室外に設置される室外熱交換器と、この各室内熱交換器
   及び室外熱交換器と前記圧縮機の吐出口及び一方の吸入
   口とを接続する切換弁と、前記室内熱交換器と室外熱交
   換器とを接続する配管に設けた膨脹弁と、前記配管と前
   記圧縮機の他方の吸入口との間に設けた冷媒加熱器とを
   備えた冷暖房装置であって、前記圧縮機の２つのシリン
   ダ部の容積を互いに異なるものとし、容積の大きいシリ
   ンダ部を前記一方の吸入口を介して前記室外熱交換器側
   に接続し、容積の小さいシリンダ部を前記他方の吸入口
   を介して前記冷媒加熱器に接続したことを特徴とする冷
   暖房装置。