JP2923058B2 - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒートポンプ式空気調和
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のヒートポンプ式空気調和機
の一例を示す系統図であり、空気調和機は圧縮機１、四
方切換弁２、室外熱交換器３、室外ファン４、絞り装置
７、室内熱交換器８及び室内ファン９等から構成され
る。

【０００３】冷房運転時、四方切換弁２が実線で示すよ
うに切換えられる。すると圧縮機１から吐出された高温
・高圧の冷媒ガスは実線矢印で示すように四方切換弁２
を経て室外熱交換器３に入り、ここで室外ファン４によ
って送られる外気に放熱することにより凝縮・液化され
る。次いでこの冷媒液は並列管路の一方に介装された暖
房用絞り装置５による流路抵抗のためその大部分が並列
管路の他方へ流れて逆止弁６を経た後、絞り装置７に入
り、ここで絞られることによって減圧された後、室内熱
交換器８に流入する。そして冷媒はこの室内熱交換器８
を流過する過程で、室内ファン９によって送られる室内
空気と熱交換することによって、室内空気を冷却すると
ともに、自らは、蒸発気化されて冷媒ガスとなり、四方
切換弁２を経た後アキュムレータ１０に入り、ここで冷
媒ガスから冷媒液が分離され、しかる後圧縮機１に吸入
されてここで再び圧縮される。

【０００４】暖房運転時、四方切換弁２が破線で示すよ
うに切換えられる。すると圧縮機１から吐出された冷媒
ガスは破線矢印で示すように四方切換弁２を経て室内熱
交換器８に流入し、この室内熱交換器８を流過する過程
で室内ファン９によって送られる室内空気と熱交換する
ことによって室内空気を加熱するとともに自らは凝縮液
化される。次いでこの冷媒液は絞り装置７及び暖房用絞
り装置５を流過する過程で絞られることによって減圧さ
れた後、室外熱交換器３に入り、ここで室外ファン４に
よって送られる外気より吸熱することによって蒸発気化
される。次いでこの冷媒ガスは四方切換弁２を経た後ア
キュムレータ１０に入り、ここで冷媒ガスから冷媒液が
分離され、しかる後圧縮機１に吸引されてここで再び圧
縮される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のヒートポン
プ式空気調和機には解決すべき次の課題があった。

【０００６】即ち、従来のヒートポンプ式空気調和機に
おいてはその暖房運転時の冷媒の吸熱源は外気に因って
いるため外気温の低下に伴って暖房能力が低下するとい
う問題があった。これが対策として、外気温が低い場合
には室内空気を補助ヒータ等で加熱せしめることによっ
て暖房能力を補なうようにした空気調和機もあるが、電
力を直接、熱に変えることの高コスト化、局部的高熱化
等の経済性、安全性の面で好ましくない問題があった。
本発明は上記問題点に鑑み、冷媒の吸熱源として外気の
他に温水、燃焼ガス等の熱源を利用することによって暖
房能力を維持せしめるヒートポンプ式空気調和機を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、圧縮機、室外熱交換器、絞り装置及び室内
熱交換器が連結して冷媒回路が形成され暖房運転時外気
を前記室外熱交換器における冷媒の吸熱源としたヒート
ポンプ式空気調和機において、上記室外熱交換器と冷媒
の全量を流す上記絞り装置との間に介装され冷媒を加熱
媒体と熱交換することによって加熱する加熱器と、同加
熱器と上記室外熱交換器との間に一端を接続され他端を
上記圧縮機の吸入側に接続されたバイパス管と、同バイ
パス管又は上記室外熱交換器の何れかの方向へ冷媒の流
れを切換える切換手段と、暖房負荷の増大又は減少に伴
って上記圧縮機の吐出圧力の設定値を上昇又は降下させ
て上記加熱器への加熱媒体量を増加又は減少させる制御
手段とを具備してなることを特徴とするヒートポンプ式
空気調和機を提供しようとするものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記構成を具えているため次の作用を
有する。

【０００９】外気を吸熱源とする暖房運転時、切換手段
によって冷媒の流れが室外熱交換器の方向へ切換えら
れ、並びに加熱器への加熱媒体の通流は停止される。こ
れにより圧縮機から吐出された冷媒は室内熱交換器で室
内空気へ放熱することによって凝縮液化された後、絞り
装置で減圧され、次いで室外熱交換器に入り、ここで外
気より吸熱して蒸発気化され、しかる後圧縮機に戻り暖
房サイクルを完了する。

【００１０】一方加熱媒体を吸熱源とする暖房運転時、
切換手段によって冷媒の流れがバイパス管の方向へ切換
えられ、並びに加熱器へ加熱媒体が通流される。これに
より圧縮機から吐出された冷媒は室内熱交換器で室内空
気へ放熱することによって凝縮液化された後、その全量
が絞り装置で減圧され、次いで加熱器に入り、ここで加
熱媒体より吸熱して蒸発気化され、しかる後バイパス管
を経て圧縮機に戻り暖房サイクルを完了する。

【００１１】またこの暖房運転下、暖房負荷が増大する
と、圧縮機の吐出圧力（以下高圧圧力という）の設定値
が上昇され、この設定圧力を維持すべく加熱器における
冷媒の吸熱量が増加し、ひいては室内熱交換器における
冷媒の放熱量が増加される。一方暖房負荷が減少すると
高圧圧力の設定値が降下され、この設定圧力を維持すべ
く加熱器における冷媒の吸熱量が低下し、ひいては室内
熱交換器における冷媒の放熱量が低下される。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。な
お、従来例と同様の構成部材には同符号を付し、必要な
場合以外説明を省略する。

【００１３】図１は本実施例のヒートポンプ式空気調和
機の系統図で、図に示すように室外熱交換器３と絞り装
置７との間に加熱器２１が介装されている。加熱器２１
は冷媒を加熱媒体と熱交換することによって加熱せしめ
るもので、この冷媒の吸熱源たる加熱媒体には電気ヒー
タ、燃焼ガスなど種々のものがあるが、本実施例では温
水が用いられており、加熱器２１に温水が制御弁２２を
介して通流されるようになっている。

【００１４】また一端が室外熱交換器３と加熱器２１と
の間に接続されたバイパス管２３の他端が圧縮機１の吸
入側、本実施例ではアキュムレータ１０の入口管に接続
されている。このバイパス管２３には第１開閉弁２４が
及び室外熱交換器３とバイパス管２３の分岐点２５との
間には第２開閉弁２６がそれぞれ介装されており、第１
開閉弁２４及び第２開閉弁２６を開閉操作することによ
って冷媒の流れ方向が切換えられる。即ち室外熱交換器
３に対して並列にバイパス管２３が設けられており、室
外熱交換器３の方向又はこの室外熱交換器３を迂回して
バイパス管２３の方向へ択一に冷媒が通流されるように
なっている。ここに第２開閉弁２６にはこの弁２６の双
方向に冷媒が通流可能な可逆弁が用いられる。なお第１
開閉弁２４及び第２開閉弁２６に代えて三方切換弁をバ
イパス管２３の分岐点２５に介装し、冷媒の流れ方向を
切換えるようにすることもできる。バイパス管２３の他
端２９と四方切換弁２との間には逆止弁３０が介装さ
れ、冷媒はこの逆止弁３０によって圧縮機１の吸入側方
向へのみ通流される。また２７は暖房運転における圧縮
機１の吐出管１１内の圧力（以下高圧圧力という）を検
知する圧力センサ、２８は室温を検知する温度センサ
で、この圧力センサ２７及び温度センサ２８からの信号
を入力したコントローラ４０により高圧圧力の設定値が
上昇又は降下されるとともにコントローラ４０の指令に
基づいて制御弁２２の開度が増減変更されるようになっ
ている。

【００１５】他の構成は図２に示す従来のものと同様で
あり、対応する部材には上述の通り同じ符号が付されて
いる。しかして外気を吸熱源とする暖房運転時、四方切
換弁２が破線で示すように切換えられる他、第１開閉弁
２４は閉止及び第２開閉弁２６は開放される。また加熱
器２１への温水の通流は停止されている。すると圧縮機
１から吐出された高温・高圧の冷媒ガスは破線矢印で示
すように四方切換弁２を経て室内熱交換器８に入り、こ
こで室内空気を加熱することにより凝縮液化された後絞
り装置７で減圧され、さらに加熱器２１及び第２開閉弁
２６を流過した後、暖房用絞り装置５で減圧される。次
いでこの冷媒は室外熱交換器３に入り、ここで室外ファ
ン４によって送られる外気より吸熱して蒸発気化された
後、四方切換弁２、逆止弁３０及びアキュムレータ１０
を経て圧縮機１に戻り暖房サイクルを完了する。

【００１６】一方温水を吸熱源とする暖房運転時、四方
切換弁２が上記同様破線で示すように切換えられる他、
第１開閉弁２４は開放及び第２開閉弁２６は閉止され
る。また制御弁２２が開放されて温水が加熱器２１に通
流される。すると、圧縮機１から吐出された高温高圧の
冷媒ガスは一点鎖線で示すように四方切換弁２を経て吐
出管１１を通り、室内熱交換器８に至りここで室内空気
を加熱することにより凝縮液化された後その全量が絞り
装置７で減圧される。次いでこの冷媒は加熱器２１を流
過する過程で温水より吸熱して蒸発気化された後第１開
閉弁２４を経てバイパス管２３を通流しアキュムレータ
１０を経た後圧縮機１に戻り暖房サイクルを完了する。

【００１７】以上により暖房運転時、冷媒は室外熱交換
器３を介して外気より又は加熱器２１を介して加熱媒体
である温水よりそれぞれ吸熱できるので、外気温度に応
じて冷媒の吸熱源を適宜選択することにより空気調和機
の暖房能力を維持できる。

【００１８】また、温水を吸熱源とする暖房運転下、圧
縮機１の吐出圧力、即ち、高圧圧力は圧力センサ２７に
より検知されてコントローラ４０の比較手段４１に入力
される。比較手段４１において高圧圧力は設定手段４２
から入力される設定圧力と比較されることにより両者の
偏差が算出される。この偏差は開度決定手段４３に入力
され、ここで記憶手段４４から入力される制御ルールに
従って制御弁２２の開度が決定される。ここに記憶手段
４４には偏差及びその変化率に対応して制御弁２２の開
度を決定する制御ルール（例えばＰＩＤ制御、テーブル
対比制御等）が記憶されている。決定された開度は出力
手段４５を経て、制御弁２２に出力され、制御弁２２は
この決定された開度となる。かくして高圧圧力が設定圧
力を上回ると制御弁２２の開度が減少して加熱器２１に
おける冷媒の吸熱量が低下され、一方高圧圧力が設定圧
力を下回ると制御弁２２の開度が増大して加熱器２１に
おける冷媒の吸熱量が増加されることとなり、この結果
高圧圧力は常時設定圧力に維持調節される。

【００１９】さらにこの暖房運転下、室内の暖房負荷の
変動に伴い、室内熱交換器８における冷媒の放熱量が過
大又は不足して室温が変化すると、この室温は温度セン
サ２８により検知されてコントローラ４０の比較手段４
６に出力される。比較手段４６において室温は設定手段
４７から入力される設定温度と比較されることにより両
者の偏差が算出される。この偏差は高圧決定手段４８に
入力され、ここで記憶手段４９から入力される制御ルー
ルに従って高圧圧力の設定値が決定される。ここに記憶
手段４９には偏差、設定温度及び室内熱交換器８におけ
る冷媒の放熱量に対応した高圧圧力を決定する制御ルー
ルが記憶されている。決定された高圧圧力の設定値は設
定手段４２に出力され、設定手段４２の設定圧力が上記
設定値に変更される。これにより空気調和機は上述した
制御弁２２の開度を増減することによって変更後の設定
圧力を維持するように運転される。

【００２０】かくして暖房負荷が増大すると高圧決定手
段４８からの指令に基づいて設定手段４２の設定圧力が
上昇され、この設定圧力を維持すべく制御弁２２を介し
て加熱器２１における冷媒の吸熱量が増加し、ひいては
室内熱交換器８における冷媒の放熱量が増加して室温が
設定温度にまで上昇される。一方、これとは逆に暖房負
荷が減少すると高圧決定手段４８からの指令に基づいて
設定手段４２の設定圧力が降下され、この設定圧力を維
持すべく制御弁２２を介して加熱器２１における冷媒の
吸熱量が低下し、ひいては室内熱交換器８における冷媒
の放熱量が低下して室温が設定温度にまで降下される。
従って暖房負荷の増減に応じて高圧圧力の設定値が変更
されるので、この暖房負荷に合致するように空気調和機
の暖房能力を制御することができる。以上の通り、本実
施例によれば外気温が降下して、室外熱交換器３による
外気からの吸熱能率が低下しても、加熱器２１を介して
温水からの吸熱に切換わり、所望の暖房温度が維持され
るので、従来のヒートポンプ式空気調和機の欠点である
寒冷時に暖房能力が低下するという不具合が解消すると
いう利点がある。

【００２１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００２２】即ち、本発明によれば暖房運転時、冷媒は
室外熱交換器を介して外気より又は加熱器を介して加熱
媒体よりそれぞれ吸熱することができるので、外気温度
に応じて冷媒の吸熱源を適宜選択することにより空気調
和機の暖房能力を維持することができる。これにより、
寒冷時でも暖房能力の低下しないヒートポンプ式空気調
和機が得られる。

【００２３】また暖房負荷の増減に応じて、圧縮機の吐
出圧力の設定値が上昇又は降下されて加熱器における冷
媒の吸熱量が増減し、ひいては室内熱交換器における冷
媒の放熱量が増減されるので空気調和機の暖房能力を暖
房負荷に合致するよう制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るヒートポンプ式空気調
和機の系統図である。

【図２】従来のヒートポンプ式空気調和機の系統図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ３ 室外熱交換器 ４ 室外ファン ７ 絞り装置 ８ 室内熱交換器 ２１ 加熱器 ２２ 制御弁 ２３ バイパス管 ２４ 第１開閉弁 ２６ 第２開閉弁 ２７ 圧力センサ ２８ 温度センサ ４０ コントローラ ４２ 設定手段 ４８ 高圧決定手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−142452（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−269872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−110851（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−13932（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−31958（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器、絞り装置及び室
   内熱交換器が連結して冷媒回路が形成され暖房運転時外
   気を前記室外熱交換器における冷媒の吸熱源としたヒー
   トポンプ式空気調和機において、上記室外熱交換器と冷
   媒の全量を流す上記絞り装置との間に介装され冷媒を加
   熱媒体と熱交換することによって加熱する加熱器と、同
   加熱器と上記室外熱交換器との間に一端を接続され他端
   を上記圧縮機の吸入側に接続されたバイパス管と、同バ
   イパス管又は上記室外熱交換器の何れかの方向へ冷媒の
   流れを切換える切換手段と、暖房負荷の増大又は減少に
   伴って上記圧縮機の吐出圧力の設定値を上昇又は降下さ
   せて上記加熱器への加熱媒体量を増加又は減少させる制
   御手段とを具備してなることを特徴とするヒートポンプ
   式空気調和機。