JP2924954B2 - 冷・暖房兼用ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷・暖房兼用ヒー
トポンプシステムに係わるもので、更に具体的には、シ
ステムの運転時には冷媒が正常的に循環され、非運転時
には高圧側の冷媒と低圧側の冷媒が相互遮断されるべく
成された冷・暖房兼用ヒートポンプシステムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、従来のヒ
ートポンプシステムの冷媒回路図を示したもので、図４
（ａ）は冷房サイクルにて運転される場合の冷媒循環過
程を示し、図４（ｂ）は、暖房サイクルにて運転される
場合の冷媒循環過程を示す。

【０００３】一般的に冷房と暖房を選択的に遂行するこ
とができるヒートポンプシステムは、冷媒を高温、高圧
にて圧縮せしめる圧縮機１と、冷媒と熱交換する室外側
及び室内側熱交換器２，３、冷媒を低温、低圧にて膨脹
せしめる第１及び第２絞り手段４，５、システムが冷房
サイクル又は暖房サイクルにて選択的に運転されるべく
冷媒の流れ方向を転換せしめる四方バルブ６、更に、冷
媒を１方向にだけ循環するように成すチェックバルブ７
にて構成される。

【０００４】前記の部品等は冷媒管等によって相互連結
される。即ち、圧縮機１、四方バルブ６、室外側熱交換
器２、第１絞り手段４、第２絞り手段５、及び、室内側
熱交換器３が順次的に冷媒管等によって連結され閉回路
を形成するものである。チェックバルブ７は、第１絞り
手段４と室内側熱交換器３間において第２絞り手段５と
並列に成されて配置される。

【０００５】前記のように構成されたヒートポンプシス
テムが、冷房サイクルにて運転される場合には、冷媒は
図４（ａ）に矢印等にて表示したところのように循環す
るようになる。即ち、圧縮機１によって高温、高圧にて
吐出された気体冷媒は、四方バルブ６を通じて凝縮器と
して機能する室外側熱交換器２に送られて、室外空気と
熱交換され液体状態に凝縮される。該液体冷媒は第１絞
り手段４とチェックバルブ７を経て、低温、低圧にて成
され、蒸発器として機能する室内側熱交換器３に送られ
る。ここで、冷媒が第２絞り手段５を通過しない理由
は、冷媒が流動抵抗が大きい第２絞り手段５を通過する
よりは相対的に流動抵抗が小さいチェックバルブ７を通
過する方が更に容易なるためである。

【０００６】前記冷媒は、室内側熱交換器３を通過しな
がら、室内空気より熱を吸収して気体状に変化するよう
になる。該気体冷媒は再び四方バルブ６を通じて圧縮機
１に流入され、前記の過程を繰り返すことによって、室
内を冷房せしめるようになる。

【０００７】図４（ｂ）は、従来のヒートポンプシステ
ムが暖房サイクルにて運転される場合の冷媒の流れ方向
を図示したものである。これに対して説明すれば、圧縮
機１によって高温、高圧にて吐出された気体冷媒は、四
方バルブ６を通じて凝縮器にて機能する室内側熱交換器
３に送られて、室内に熱を放出して液体状態に凝縮され
る。該液体冷媒はチェックバルブ７によって逆方向への
流れは遮断されるために、第２絞り手段５と第１絞り手
段４を通過しながら低温、低圧にて膨脹される。該低
温、低圧の冷媒は蒸発器にて機能する室外側熱交換器２
に送られる。冷媒は該室外側熱交換器２を通過しながら
室外空気より熱を吸収して気体にて相変化するようにな
る。該気体冷媒は再び四方バルブ６を通じて圧縮機１に
流入され、前記の過程を繰り返すことによって室内を暖
房せしめるようになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、冷媒は
冷房運転時には第１絞り手段４のみを通過して低温、低
圧にて膨脹するようになり、暖房運転時には第２絞り手
段５と第１絞り手段４を順次に通過するようになる。こ
れは、暖房運転時には冷媒が相対的にもっと大きく圧力
降下されなければならないためである。これに従って、
従来のヒートポンプシステムにおいてはチェックバルブ
７が必ず必要となるものである。

【０００９】更に、このような従来の冷・暖房兼用ヒー
トポンプシステムが、冷房サイクルにて運転される時に
は、圧縮機１の出口より室外側熱交換器２の出口に至る
区域は高圧にて維持され（以下においては“高圧側”と
称する）、室内側熱交換器３の入口より圧縮機１の入口
に至る区域は低圧にて維持される（以下においては“低
圧側”と称する）。

【００１０】しかし、これら高圧側と低圧側は第１及び
第２絞り手段４，５を通じて相互連通されているため
に、設定温度に従って、断続運転する圧縮機１が一時停
止されれば、前記高圧側と低圧側の冷媒が相互混合さ
れ、両側の冷媒圧力と温度が平衡状態に成る。従って、
相対的に低圧にて維持されるべき低圧側の冷媒の圧力と
温度は上昇される反面に、高圧にて維持されるべき高圧
側の冷媒の圧力と温度は下降されるものである。

【００１１】このような状態において圧縮機１が再稼働
するようになれば、高圧側の冷媒は再び元来の高圧状態
まで圧力上昇されなければならない反面に、低圧側の冷
媒は低温、低圧状態に変えなければならないために、圧
縮機１の稼働時間が長引くようになり、これに従って電
力消耗が増大される欠点がある。

【００１２】更に、冷媒の正常的なる熱交換作用がそれ
だけ遅延されるために冷・暖房効率が低下される欠点が
生ずるようになる。

【００１３】一方、ヒートポンプシステムが暖房サイク
ルにて運転される場合には、冷房運転時の前述の高圧側
は低圧側にて成り、前述の低圧側は高圧側にて変わるよ
うに成る。しかしながら、前述の欠点等は同様に作用し
てしまう。

【００１４】本発明は従来の冷・暖房兼用ヒートポンプ
システムのこのような問題点等を解決するためのもので
あって、その目的は、圧縮機の運転停止時、高圧側の冷
媒と低圧側の冷媒が相互混合されないように遮断せしめ
ることにより、圧縮機の稼働時間を減らすことができる
のみならず、システムを効率的に運用することができる
冷・暖房兼用ヒートポンプシステムを提供することにあ
る。

【００１５】本発明の他の目的は、従来のヒートポンプ
システムにおいて要求されるチェックバルブを除去せし
めることにより、より簡単に構成された冷・暖房兼用ヒ
ートポンプシステムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に伴う冷・暖房兼
用ヒートポンプシステムは、圧縮機と、室内側熱交換器
と、室外側熱交換器と、第１及び第２絞り手段と、四方
バルブとを備えた冷・暖房兼用ヒートポンプシステムに
おいて、前記圧縮機の運転時には冷媒が正常的な流れ方
向に循環されるべく案内し、前記圧縮機の運転停止時に
は、高圧側冷媒と低圧側冷媒が相互混合され、平衡圧力
と温度になるのを防止するための冷媒遮断手段を更に設
けて成される。

【００１７】前記冷媒遮断手段は、一つのハウジング
と、該ハウジングの内部を第１及び第２隔室にて両分せ
しめる移動分離板と、各々前記第１及び第２隔室に設置
され、前記移動分離板に相互対向する弾性力を加える第
１及び第２弾性部材、とにより構成され、前記第１絞り
手段と第２絞り手段との間に設置される。

【００１８】前記第１隔室の外観を成す前記ハウジング
の一端部と、その側面には各々前記室外側熱交換器と連
結された第１連結管と、該第１連結管より分岐される第
１枝管と、が結合され、更に、これと同一なる方式にて
前記第２隔室の外観を成すハウジングの他端部とその側
面には、各々前記室内側熱交換器と連結された第２連結
管と、該第２連結管より分岐される第２枝管が結合され
る。そして、前記第１枝管と第２枝管には各々前記第１
絞り手段と第２絞り手段が配置される。

【００１９】（作用）上述の構成において、冷房運転時
圧縮機によって圧縮された冷媒は、室外側熱交換器を通
過した後、第１連結管を経て第１隔室に流入される。該
冷媒の圧力が第１及び第２弾性部材の弾性力よりも強く
なれば、移動分離板が第２隔室側に移動するようにな
る。該移動分離板が第２隔室の側面に位置された第２枝
管の連結部を越えてしまえば、冷媒は該第２枝管に配置
された第２絞り手段を通過して、室内側熱交換器に送ら
れるように成る。該冷媒は再び圧縮機によって吸入され
継続的に循環されることにより、冷房サイクルを成すも
のである。

【００２０】一方、冷房運転時室内温度が設定温度以下
に下がるようになれば、圧縮機の運転が一時停止されな
がら冷媒の循環も止まるようになる。この時、高圧側
（圧縮機の出口より室外側熱交換器の出口まで）の冷媒
圧力が減少され、移動分離板が再び第１隔室側に移動す
るようになり、該移動分離板が第２枝管の連結部をそっ
と越えてしまえば、低圧側（室内側熱交換器の入口より
圧縮機の入口まで）への冷媒流動が止まるようになる。
これによって高圧側の冷媒と低圧側の冷媒が隔離される
ものである。

【００２１】暖房運転時には冷媒が前記の過程とは反対
に循環するようになる。即ち、暖房運転時圧縮機によっ
て圧縮された冷媒は四方バルブによって流路が転換さ
れ、室内側熱交換器を通過した後、第２連結管を経て第
２隔室に流入される。該冷媒の圧力が第１及び第２弾性
部材の弾性力よりも強くなれば、移動分離板が第１隔室
側に移動するようになる。該移動分離板が第１隔室の側
面に位置された第１枝管の連結部を越えてしまえば、冷
媒は該第１枝管に配置された第１絞り手段を通過して室
外側熱交換器に送られるようになる。該冷媒は再び圧縮
機によって吸入され、継続的に循環されることにより、
暖房サイクルを成すものである。

【００２２】一方、暖房運転時室内温度が設定温度以上
に上昇するようになれば、圧縮機の運転が一時停止され
ながら、冷媒の循環も止まるようになる。この時、高圧
側（圧縮機の出口より室内側熱交換器の出口まで）の冷
媒の圧力が減少され、移動分離板が再び第２隔室側に移
動するようになり、該移動分離板が第１枝管の連結部を
そっと越えてしまえば、低圧側（室外側熱交換器の入口
より圧縮機の入口まで）への冷媒の流動が止まるように
成る。

【００２３】これによって、高圧側の冷媒と低圧側の冷
媒が隔離されるものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下においては、本発明の実施の
形態を添付した図面を参照して説明する。なお、図４の
従来技術と同一の部分は同一符号を付与して説明を省略
する。

【００２５】図１は、本発明に伴う冷・暖房兼用ヒート
ポンプシステムを図示したものである。ここに図示され
たところのように、本発明のヒートポンプシステムは、
圧縮機１、室外側熱交換器２、室内側熱交換器３、第１
絞り手段４、第２絞り手段５、四方バルブ６、更に、本
発明の特徴部を成す冷媒遮断手段１０にて構成される。

【００２６】前記冷媒遮断手段１０はシリンダ形状のハ
ウジング１１と、該ハウジング１１の内部を両分すべく
設置される移動分離板１２と、該移動分離板１２の両側
に形成される第１及び第２隔室１３，１４と、各々前記
第１及び第２隔室１３，１４に内蔵され、前記移動分離
板１２に弾性力を加える第１及び第２弾性部材１５，１
６を設ける。

【００２７】前記第１隔室１３の端部には、冷媒遮断手
段１０と室外側熱交換器２を連結する第１連結管２１が
結合され、これと同様に前記第２隔室１４の端部には冷
媒遮断手段１０と、室内側熱交換器３を連結する第２連
結管２３が結合される。

【００２８】圧縮機１の出口には四方バルブ６が設置さ
れ、圧縮機１より吐出される冷媒が選択的に室外側熱交
換器２、又は、室内側熱交換器３に送られるべく方向転
換せしめる。

【００２９】更に、第１枝管２２が前記第１連結管２１
より分枝され、第１隔室１３の側面に結合され、第２枝
管２４が前記第２連結管２３より分岐され、第２隔室１
４の側面に結合される。第１及び第２絞り手段４，５は
各々前記の第１枝管２２と第２枝管２４上に配置され
る。非運転状態において前記移動分離板１２は、第１及
び第２弾性部材１５，１６によって支持されたまま、第
１枝管２２と第２枝管２４の結合部分の間に位置される
ものである。

【００３０】図２（ａ）は、前記のように成されたヒー
トポンプシステムが冷房サイクルにて運転される場合の
冷媒の流れを図示したものである。矢印にて表示された
ところのように、冷房サイクルにおいて、圧縮機１が動
作されれば高温、高圧にて圧縮された冷媒は、四方バル
ブ６を経て凝縮器にて機能する室外側熱交換器２に流入
される。該冷媒は室外側熱交換器２において室外空気と
熱交換されて凝縮された後、第１連結管２１を経て冷媒
遮断手段１０の第１隔室１３に流入される。

【００３１】この時、冷媒が第１絞り手段４が配置され
た第１枝管２２を通じては流れなくなるが、これは第１
絞り手段４を通過する時には、多くの流動抵抗を受ける
ようになるためである。第１隔室１３に流入された冷媒
の圧力が、第１及び第２弾性部材１５，１６の弾性力よ
りも強くなれば、第１弾性部材１５は伸張され、第２弾
性部材１６は圧縮されながら移動分離板１２が第２隔室
１４側に移動するようになる。これに従って、第２枝管
２４が連通されて冷媒は該第２枝管２４と第２絞り手段
５を通過しながら、低温、低圧にて膨脹するようにな
る。該膨脹された冷媒は蒸発器にて機能する室内側熱交
換器３を通過しながら、室内空気と熱交換され気体にて
相変化する。該気体冷媒は四方バルブ６を経て再び圧縮
機１に流入され再循環するようになる。

【００３２】前記の過程が一定時間持続され室内温度が
設定温度以下に下がるようになれば、圧縮機１の運転が
一時停止するようになる。

【００３３】図２（ｂ）は、冷房サイクルにおける圧縮
機１の運転停止時冷媒遮断手段１０の作用を図示したも
のである。

【００３４】圧縮機１が停止するようになれば、圧縮機
１の出口より室外側熱交換器２の出口に至る高圧側部分
の冷媒（即ち、高圧側冷媒）の圧力が減少されながら、
移動分離板１２は弾性力によって第１隔室１３側に移動
するようになる。移動分離板１２が第２枝管２４の連結
位置をそっと越えてしまえば第２枝管２４を通じた冷媒
の流動が遮断される。

【００３５】これに従って、高圧側冷媒と低圧側冷媒
（室内側熱交換器３の入口より圧縮機１の入口まで）は
相互混合しないように遮断されるものである。

【００３６】この時、移動分離板１２は、第１及び第２
弾性部材１５，１６の弾性力と冷媒の圧力が均衡を成す
地点に位置されるが、該位置は移動分離板１２が中央よ
り第２隔室１４側に偏った地点になるのである。

【００３７】前記のように高圧側の冷媒は高温、高圧
に、低圧側の冷媒は低温、低圧にて維持された状態にお
いて圧縮機１が再稼働されれば、システムは即時に正常
的なる冷房サイクルにて運転されるものである。

【００３８】図３（ａ）は、本発明に伴うヒートポンプ
システムが暖房サイクルにて運転される場合の冷媒の流
れを図示したものである。矢印にて表示されたところの
ように、該暖房サイクルにおける冷媒の流れは四方バル
ブ６によって方向転換され、冷房サイクルにおける冷媒
の流れとは反対に循環するようになる。即ち、圧縮機１
により高温、高圧にて圧縮された冷媒は四方バルブ６を
経て凝縮器にて機能する室内側熱交換器３に流入され
る。室内側熱交換器３において冷媒は室内に熱を放出し
て凝縮された後、第２連結管２３を経て冷媒遮断手段１
０の第２隔室１４に流入される。第２隔室１４に流入さ
れた冷媒の圧力によって移動分離板１２が第１隔室１３
側に移動するようになり、第１枝管２２が連通されれ
ば、冷媒は該第１枝管２２と第１絞り手段４を通過しな
がら、低温、低圧にて膨脹するようになる。該膨脹され
た冷媒は蒸発器として機能する室外側熱交換器２を通過
しながら室外空気と熱交換され、気体に変化する。前記
気体冷媒は四方バルブ６を経て、再び圧縮機１に流入さ
れ再循環するようになる。ここで、暖房サイクルにおい
ては、冷房サイクルと比較して通常的に冷媒のもっと大
きい圧力降下が要求されるので、第１絞り手段４におけ
る流動抵抗が第２絞り手段５よりもっと大きくなるべく
設計するのが好ましい。

【００３９】前記の過程が一定時間持続され室内温度が
設定温度以上に上昇するようになれば、圧縮機１の運転
が一時停止するようになる。

【００４０】図３（ｂ）は、暖房サイクルにおける圧縮
機１の運転停止時冷媒遮断手段１０の作用を図示したも
のである。

【００４１】圧縮機１が停止するようになれば、圧縮機
１の出口より室内側熱交換器３の出口に至る高圧側の冷
媒圧力が減少されながら、移動分離板１２は弾性力によ
って第２隔室１４側に移動するようになる。移動分離板
１２が第１枝管２２の連結位置をそっと越えてしまえ
ば、第１枝管２２を通じた冷媒の流動が遮断される。こ
れに従って、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒（室外側熱交
換器２の入口より圧縮機１の入口まで）は相互遮断され
るものである。この時、移動分離板１２は中央より第１
隔室１３側に偏った地点に位置するようになる。

【００４２】前記のように高圧側の冷媒は高温、高圧に
て、低圧側の冷媒は低温、低圧にて維持された状態にお
いて、圧縮機１が再稼働されればシステムは、即時、正
常的なる暖房サイクルにて運転されるものである。

【００４３】本発明においては、圧縮機の停止時高圧側
の冷媒と低圧側の冷媒を隔離せしめる冷媒遮断手段をヒ
ートポンプシステムに適用した場合のみを詳細に説明し
たけれども、これに限定されるものではない。即ち、本
発明の冷媒遮断手段を通常的な冷凍サイクルに適用して
も同一な作用、効果を得ることができるものである。

【００４４】

【発明の効果】上述したように、本発明のヒートポンプ
システムによれば、圧縮機の運転が停止されても高圧側
の冷媒と低圧側の冷媒が相互に混合されるのを防止する
ことができるため、圧縮機が再稼働される時、冷房運転
又は暖房運転が即時に遂行されるものである。従って、
圧縮機の稼働時間が短縮され得るため、電力消耗が減少
される一方、システムが効率的に運転される効果があ
る。

【００４５】また、本発明による冷媒遮断手段は、従来
の技術におけるチェックバルブの機能を含むため、シス
テムを簡便に構成することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に伴う冷・暖房兼用ヒートポンプシステ
ムを示した図。

【図２】冷房サイクルにおける図１のヒートポンプシス
テムの冷媒の流れを図示したもので、図２（ａ）は冷媒
の正常なる流れ状態を、図２（ｂ）は圧縮機の運転が停
止された状態を示した図。

【図３】暖房サイクルにおける図１のヒートポンプシス
テムの冷媒の流れを図示したもので、図３（ａ）は冷媒
の正常なる流れ状態を、図３（ｂ）は圧縮機の運転が停
止された状態を示した図。

【図４】従来の技術に伴うヒートポンプシステムを図示
したもので、図４（ａ）は冷房サイクルにおける冷媒の
流れを、図４（ｂ）は暖房サイクルにおける冷媒の流れ
を示した図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２，３ 室外側及び室内側熱交換器 ４，５ 第１及び第２絞り手段 １０ 冷媒遮断手段 １１ ハウジング １２ 移動分離板 １３，１４ 第１及び第２隔室 １５，１６ 第１及び第２弾性部材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）と、室内側熱交換器（３）
   と、室外側熱交換器（２）と、第１及び第２絞り手段
   （４），（５）と、四方バルブ（６）と、前記圧縮機
   （１）の運転時には冷媒が正常的な流れ方向に循環され
   るべく案内し、前記圧縮機（１）の運転停止時には、高
   圧側冷媒と低圧側冷媒が相互混合され、平衡圧力と温度
   にて成されることを防止するための、冷媒遮断手段（１
   ０）とを備えた冷・暖房兼用ヒートポンプシステムであ
   って、 前記冷媒遮断手段（１０）は、一つのハウジング（１
   １）と、該ハウジング（１１）の内部を第１及び第２隔
   室（１３），（１４）にて両分せしめる移動分離板（１
   ２）と、各々前記第１及び第２隔室（１３），（１４）
   に設置され、前記移動分離板（１２）に相互対向する弾
   性力を加える第１及び第２弾性部材（１５），（１６）
   とにより構成され、 前記第１隔室（１３）の外観を成す前記ハウジング（１
   １）の一端部と、その側面には前記室外側熱交換器
   （２）と連結された第１連結管（２１）と、該第１連結
   管（２１）より分岐される第１枝管（２２）とが、それ
   ぞれ結合され、 前記第２隔室（１４）の外観を成す前記ハウジング（１
   １）の他端部と、その側面には各々前記室内側熱交換器
   （３）と連結された第２連結管（２３）と、該第２連結
   管（２３）より分岐される第２枝管（２４）とが、それ
   ぞれ結合され、 さらに、前記第１枝管（２２）及び第２枝管（２４）に
   は、前記第１絞り手段（４）及び第２絞り手段（５）が
   各々配置されており、 冷房運転時には第１連結管（２１）より第１隔室（１
   ３）に流入する冷媒の圧力により前記移動分離板（１
   ２）が移動して、第１連結管（２１）と前記第２枝管
   （２４）とが連通し、冷媒が前記第１隔室（１３）を経
   由して室外側熱交換器（２）から室内側熱交換器（３）
   に流れ、暖房運転時には第２連結管（２３）より第２隔
   室（１４）に流入する冷媒の圧力により前記移動分離板
   （１２）が移動して、第２連結管（２３）と前記第１枝
   管（２２）とが連通し、冷媒が前記第２隔室（１４）を
   経由して室内側熱交換器（３）から室外側熱交換器
   （２）に流れ、運転停止時には前記移動板（１２）が第
   １枝管（２２）のハウジング（１１）との結合部と、第
   ２枝管（２４）のハウジング（１１）との結合部との間
   に位置し冷媒の流れを遮断することを特徴とする冷・暖
   房兼用ヒートポンプシステム。