JP3738414B2

JP3738414B2 - ヒートポンプ式空気調和機

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Publication number: JP3738414B2
Application number: JP18466899A
Authority: JP
Inventors: 研作小国; 和幹浦田; 進中山; 寛竹中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP2001012786A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式空気調和機に係わり、特に定速型圧縮機を有するヒートポンプ式空気調和機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式空気調和機としては、インバータ制御装置により可変速駆動される可変速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路と、この主回路の高圧側の液冷媒を圧縮機の圧縮機構部にインジェクションする液インジェクション回路と、圧縮機の高圧力比を得るために圧縮機の吐出口に設けられた絞りとを備え、暖房運転時に、利用側熱交換器で凝縮した液冷媒の一部を圧縮機構部にインジェクションすると共に、圧縮機の回転数を室内温度の状況に応じてインバータ制御することにより、室外空気温度が低下しても、高効率運転で高い暖房能力を発揮でき、また、圧縮機を過度に高温にしないようにしたものがある。なお、これに関連するものとして、特開平０８−２１０７０９号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来のヒートポンプ式空気調和機は、インバータ制御装置により可変速駆動される可変速型圧縮機を用いているために、非常に高価なものとなっていた。また、圧縮機の高圧力比を得るために圧縮機の吐出口に設けられた単なる絞りは、暖房能力の増加を必要としない場合に圧縮機性能の低下を招き、効率低下の要因となっていた。
【０００４】
本発明は、安価な構成で、暖房能力を増加することが必要な時に吐出圧力制御装置及び液インジェクション制御装置を作動させることにより、暖房能力を増加して効率よく運転することができると共に、圧縮機を適切な温度に制御することができて信頼性に優れたものとすることができ、さらには暖房能力の増加を必要としない時に吐出圧力制御装置を作動させないことにより一層効率よく運転することができるヒートポンプ式空気調和機を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、電源で駆動される定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記定速型圧縮機の圧縮室にインジェクションする液インジェクション回路と、前記定速型圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路を制御する液インジェクション制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記定速型圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、この吐出圧力制御弁を制御する手段とを有し、暖房運転時、室外空気温度が所定値以下となった場合、前記吐出圧力制御弁の開度を絞ると共に、前記液インジェクション制御装置により液インジェクション回路を作動させる構成にしたことにある。
【０００８】
好ましくは、前記吐出圧力制御装置は、前記定速型圧縮機の吐出側に設けた弁部及び絞りの並列回路よりなる吐出圧力制御弁と、前記吐出圧力制御弁の弁部を制御する手段とを有する構成にしたことにある。
【０００９】
好ましくは、前記吐出圧力制御弁の弁部は電磁開閉弁とし、前記絞りは暖房能力を増加する絞り抵抗値に設定したことにある。
【００１０】
好ましくは、前記冷凍サイクルの主回路は、定速型圧縮機と可変速型圧縮機とを組合わせで構成される複数の圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有する構成にしたことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のヒートポンプ式空気調和機の各実施例を図を用いて説明する。各実施例の図において、同一符号は同一物または相当物を示し、重複する説明は省略する。
【００１２】
まず、本発明の第1実施例を図１から図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例のヒートポンプ式空気調和機の構成図、図２は図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時における吐出圧力制御弁及び液インジェクション制御弁の不作動状態のモリエル線図、図３は図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時における吐出圧力制御弁及び液インジェクション制御弁の作動状態のモリエル線図、図４は図１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。
【００１３】
図１に示すヒートポンプ式空気調和機は、定速型圧縮機１、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、熱源側熱交換器３、冷媒制御装置を構成する冷媒制御弁５、アキュームレータ６及び利用側熱交換器７を有する主回路と、この主回路の高圧側の液冷媒を圧縮機１の圧縮室にインジェクションする液インジェクション回路とからなる冷凍サイクルを備えている。この冷凍サイクルに用いられる冷媒は、例えば、Ｒ２２に代表されるＨＣＦＣ系冷媒あるいはＲ４０７Ｃに代表されるＨＦＣ冷媒である。
【００１４】
圧縮機１は、インバータ制御装置で可変速駆動されるものではなく、定速型としての所定の制御を行うための圧縮機制御演算機能を有する制御手段１Ｓにより制御され、商用電源で駆動される。吐出圧力制御弁２０は、圧縮機１の吐出側圧力を高めるように設けられ、暖房能力の増加を必要とする時に、弁開度を制御するための吐出圧力制御演算機能を有する制御手段２０Ｓにより制御される。吐出圧力制御装置は吐出圧力制御弁２０とその制御手段２０Ｓから構成される。この制御装置の具体的な制御方法は後述する。四方弁２は、圧縮機１から吐出された主回路の冷媒の流れを暖房運転と冷房運転で切換えるように設けられ、切換え制御するための四方弁制御演算機能を有する制御手段２Ｓにより制御される。熱源側熱交換器３は、室外送風機４により送風される室外空気と熱交換するように配置されている。室外送風機４は、回転数を制御するための送風機制御演算機能を有する制御手段４Ｓにより制御される。冷媒制御弁５は、冷凍サイクルにおける減圧機能を有し、適切な減圧機能を持たせるための冷媒制御弁制御演算機能を有する制御手段５Ｓにより制御される。
【００１５】
液インジェクション回路は、冷媒制御弁５と利用側熱交換器７との間から高圧の液冷媒を液インジェクション制御弁９を介して圧縮機１の圧縮室にインジェクションするように設けられている。液インジェクション制御弁９は、暖房能力の増加を必要とする時に、弁開度を制御するための液インジェクション制御演算機能を有する制御手段９Ｓにより制御される。液インジェクション制御装置は、液インジェクション制御弁９とその制御手段９Ｓから構成される。
【００１６】
ヒートポンプ空気調和機の運転状態あるいは運転条件を検出する代表的なセンサとして、圧縮機１の吐出温度を検出するサーミスタ３０、室外の空気温度を検出するサーミスタ３１、暖房運転時の熱源側熱交換器３の冷媒出口温度を検出するサーミスタ３２、室内空気温度を検出するサーミスタ３３及び圧縮機吐出圧力センサ３４等を備えている。
【００１７】
室外ユニット制御装置４０は、上述した各制御手段１Ｓ、２Ｓ、４Ｓ、５Ｓ、９Ｓ及び２０Ｓを有し、室外送風機４の発停、回転数制御機能、圧縮機１の発停制御機能、四方弁切り換え制御機能、吐出圧力演算制御機能、冷媒制御弁５の制御機能及び液インジェクション制御弁９の制御機能などを有するものである。また、圧縮機１、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、熱源側熱交換器３、室外送風機４、冷媒制御弁５、アキュームレータ６、液インジェクション制御弁２０及び室外ユニット制御装置４０は、室外ユニット内に配置されている。
【００１８】
利用側熱交換器７は、室内送風機８により送風される室内空気と熱交換するように配置されている。室内送風機８は、回転数を制御するための送風機制御演算機能を有する制御手段８Ｓにより制御される。室内ユニット制御装置８０は、制御手段８Ｓを備え、室外ユニット制御装置４０及びリモート制御装置８０Ｓに接続されている。リモート制御装置８０Ｓは、室内に置かれ、機能として冷房あるいは暖房などの運転モード設定、室内送風機８の風量設定、ヒートポンプ式空気調和機の発停、室内空気温度設定を入力できるようになっている。また、利用側熱交換器７、室内送風機８及び室内制御装置８０は室内ユニット内に配置されている。室内ユニット制御装置８０は、室内送風機８の発停や回転数制御などを行うとともに、室内空気温度と室内空気温度設定値との差の演算機能などを有する。
【００１９】
而して、暖房運転時には、四方弁２が図１に示す状態に制御され、圧縮機１から吐出された冷媒は、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、利用側熱交換器７、冷媒制御弁５、熱源側熱交換器３、四方弁２、アキュムレータ６の順に循環して圧縮機１に戻る。即ち、利用側熱交換器７が冷媒凝縮器となり室内の暖房を行う。この暖房運転中に、さらに室外空気温度が低下して暖房能力が低下し、暖房能力の増加が必要になった時、即ち、図４に示す室外温度がｔ１になった時に、吐出圧力制御手段２０Ｓにて吐出圧力制御弁２０を作動して吐出圧力を高めて、暖房能力を図４（ｂ）の点線（吐出圧力制御弁及びインジェクション制御弁を作動しない時の暖房能力の変化）よりも増加して暖房能力があまり低下しないように制御し、合わせて液インジェクション制御手段９Ｓにて液インジェクション制御弁９を作動して利用側熱交換器７で凝縮液化した冷媒の一部を圧縮機１の圧縮室に液インジェクションする。
【００２０】
この運転状態を、図２及び図３に示すモリエル線図、図４に示す室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化図を用いて説明する。
【００２１】
図２のモリエル線図において、Ａは圧縮機１の吸入部、Ｂは圧縮機１の吐出部、Ｃは利用側熱交換器７で凝縮液化した状態、Ｄは冷媒制御弁５の出口すなわち熱源側熱交換器３の入り口部を表わす。この暖房運転の状態で、例えば、室外空気温度が低下すると、ＤからＡに到る低圧側圧力が低下し、圧縮機１が吸入する冷媒の密度が小さくなって冷媒の流量が減少する。冷媒流量の低下にともないＢからＣに到る高圧側圧力も低下する。この結果、暖房能力が図４（ｂ）の室外空気温度ｔ１に至るように室外空気温度と共に低下する。
【００２２】
暖房能力の増加が必要となる室外空気温度がｔ１以下に低下した時には、吐出圧力制御手段２０Ｓにて吐出圧力制御弁２０を作動すると共に、合わせて液インジェクション制御手段９Ｓにて液インジェクション制御弁９を作動することにより、冷凍サイクルを図３のモリエル線図のように作動させる。図３で、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは図２と同じ部位の冷媒状態を表わし、Ｅは液インジェクション制御弁９の出口、Ｆは圧縮室内の液インジェクション冷媒との合流前、Ｇはその合流後、Ｈは吐出圧力制御弁２０出口部の冷媒状態を表わす。図３にて明らかなように、ＨからＣの高圧側には圧縮機１の吸入冷媒流量Ｇｓと液インジェクション流量Ｇｉの合計流量Ｇｓ＋Ｇｉが供給される。また、吐出圧力制御弁２０の作動によって圧縮機1の吐出圧力は高い圧力に維持される。これにより、圧縮機１の電気入力Ｗｈが増大し、暖房能力Ｑｈを増加することができる。この場合の成績係数ＣＯＰは、ＣＯＰ＝Ｑｈ／Ｗｈで表わされ、この成績係数ＣＯＰが冷凍サイクルの機能として１より大きくなり、補助電気ヒータを用いるものより高くなり、省電力とすることができる。
【００２３】
さらに室外空気温度が低下すると、図４（ａ）に示すように室外空気温度に比例して吐出圧力制御弁２０の弁開度を絞るように構成されているので、圧縮機１の吐出圧力がこれに比例して高くなり、暖房能力は、液インジェクションによる冷媒流量の増大と相俟って図４（ｂ）の実線に示すようにほとんど低下することなく一定とすることができる。
【００２４】
また、この場合に、液インジェクション制御弁９は、圧縮機１の吐出側温度あるいは吐出側の冷媒過熱度などを制御目標として液インジェクション制御手段９Ｓにて制御する。一方、冷媒制御弁５は、熱源側熱交換器３の出口から圧縮機１の吸入部に至る部位の冷媒過熱度を制御信号として冷媒制御弁制御手段５Ｓにて制御する。圧縮機１のモータ巻き線の温度は液インジェクション制御弁９による吐出側の温度制御によって過度に上昇することがなく、高い信頼性を確保できる。
【００２５】
なお、冷房運転時には、四方弁２を切り替え、暖房運転と逆に冷媒を循環させる。冷房運転時には液インジェクション制御弁９は閉状態に制御され、また吐出圧力制御弁２０は全開状態とする。
【００２６】
次に、本発明の第１実施例のヒートポンプ空気調和機における吐出圧力制御弁及び液インジェクション制御弁の異なる制御方法を図５及び図６を用いて説明する。図５は図１のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度、及び圧縮機の変化を示す図、図６は図１のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する液インジェクション制御弁の弁開度の変化を示す図である。
【００２７】
この実施例の制御方法は、暖房運転中に、室内空気温度が上昇して、検出室内空気温度と設定室内空気温度との偏差ΔＴｒがa℃より大きくなると、図５に示すように圧縮機１はオフされる。前記ΔTｒがa℃より小さくb℃より大きい状態で、圧縮機１がオンされる場合には、図５に示すように吐出圧力制御弁２０の弁開度は最大開度に制御され、暖房能力も一定である。暖房運転において、検出室内空気温度と設定室内空気温度との偏差ΔＴｒがｂ℃より小さい場合には、吐出圧力制御弁２０の弁開度が偏差ΔTｒに応じて制御され、この実施例では偏差ΔTｒが−側に小さくなると偏差ΔＴｒに比例して弁開度が小さくなるように設定されているので、暖房能力はこれに比例して増加する。なお、吐出圧力制御弁２０の開度の制御は、偏差ΔＴｒの情報をもとにＰＩＤなどのフィードバック制御を採用することにより、一層適切な制御を行うことができる。ＰＩＤ制御は、偏差ΔＴｒの値、偏差ΔＴｒの時間的微分値、偏差ΔＴｒの時間的積分値によって開度を補正する制御方法である。
【００２８】
また、異常に高い吐出圧力になるのを防ぐために、吐出圧力制御弁２０の開度は最小開度を設定してある。さらには、万一、吐出圧力が異常上昇した場合には、吐出圧力制御弁２０の開度を強制的に大きくするように設定してあり、最大開度の状態からは最大開度を全開に制御し、偏差ΔＴｒに応じた弁開度の状態からはその弁開度を大きくするように制御するようになっており、これにより吐出圧力の異常上昇を防止し、信頼性を確保することができる。
【００２９】
一方、液インジェクション制御弁９は、圧縮機１の吐出温度によって制御され、具体的には、図６に示すように、検出された吐出温度と設定された吐出温度との差ΔＴｏに応じて制御される。即ち、検出された吐出温度と設定された吐出温度の差ΔＴｏが大きくなると、弁開度が大きくなるように制御される。なお、この液インジェクション制御弁９の制御においても、検出された吐出温度と設定された吐出温度の差ΔＴｏを基にしたＰＩＤ制御などのフィードバック制御を採用することにより、一層適切な制御を行うことができる。
【００３０】
また、液インジェクション制御弁９の開度には、吐出温度の異常低下及び異常上昇を防止するために、最大開度及び最小開度を設けている。
【００３１】
なお、吐出圧力センサ３４の情報から冷媒の飽和温度演算し、吐出温度センサ３０の情報とから吐出側の過熱度を演算し、この過熱度を制御目標にすれば、一層適切な制御をすることができる。
【００３２】
本発明においては、圧縮機１の吐出側に設けた吐出圧力制御弁２０及びこの吐出圧力制御弁２０を制御する手段２０Ｓを有する吐出圧力制御装置と、液インジェクション回路に設けた液インジェクション制御弁９及びこの液インジェクション制御弁９を制御する手段９Ｓを有する液インジェクション制御装置とを備えているので、簡単な構成で、暖房能力の増加が必要な時に吐出圧力制御装置及び液インジェクション制御装置を作動させることにより、圧縮機の吐出圧力を高くすることができ、かつ液インジェクション回路からの液冷媒で圧縮機１の冷媒流量を増加することができると共に圧縮機１を冷却することができる。これにより、安価で、暖房能力の増加が必要な時に暖房能力が増加できてヒータを用いる場合より効率よく運転できると共に、圧縮機１を適切な温度に制御することができて信頼性に優れたものとすることができ、さらには暖房能力の増加を必要としない時に吐出圧力制御装置を作動させないことにより一層効率の良い運転を行うことができるヒートポンプ式空気調和機を得ることができる。
【００３３】
また、吐出圧力制御弁２０を制御する手段２０Ｓと液インジェクション制御弁９を制御する手段９Ｓとを連動したので、吐出圧力制御弁２０を作動させて暖房能力を増加する際に、インジェクション回路を介して圧縮機１に液冷媒を連動して供給することができ、圧縮機１を確実に冷却することができると共に、暖房能力を増加することができる。
【００３４】
さらには、室外空気温度が所定値以下に低下した時に吐出圧力制御弁２０を作動し、かつ室外空気温度に応じて吐出圧力制御弁２０の弁開度を制御する手段を有しているので、室外空気温度が所定値以下に低下した時に増加すべき暖房能力分を増加することができ、一層効率の良い運転を行うことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施例を図７及び図８を用いて説明する。図７は本発明のヒートポンプ式空気調和機の第２実施例の圧縮機周辺の構成図、図８は図７のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。
【００３６】
図７に示すように、吐出圧力制御弁２１は、弁部を形成する電磁開閉弁２２と、この電磁開閉弁２２に並列に設けた絞りを形成する細径パイプ２３より構成されている。暖房運転で暖房能力の増加が必要な場合には、即ち室外空気温度が図８に示すｔ１以下に低下した場合には、電磁開閉弁２２を閉じ、吐出された冷媒を抵抗の大きな細径パイプ２３側に流す。これにより圧縮機１の吐出圧力が上昇し、圧縮機１の電気入力を増大することができる。この時に液インジェクション制御弁９が開き、液インジェクションが行われる。このようにして、暖房能力を図８（ｂ）の実線に示すように増加することができる。
【００３７】
室外空気温度が高く、暖房能力の増加が不要の場合には、電磁開閉弁２２を開き、また液インジェクション制御弁９を閉じる。なお、冷房運転時にも同様である。
【００３８】
次に、本発明の第２実施例のヒートポンプ空気調和機における吐出圧力制御弁の異なる制御方法を図９を用いて説明する。図９は図７のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度及び圧縮機の変化を示す図である。
【００３９】
この実施例の制御方法は、暖房運転中に、室内空気温度が上昇して、検出室内空気温度と設定室内空気温度との偏差ΔＴｒがa℃より大きくなると、図９に示すように圧縮機１はオフされる。前記偏差ΔTｒがa℃より小さくb℃より大きい状態で、圧縮機１がオンされる場合には、図９に示すように吐出圧力制御弁２１の電磁開閉弁２２は通電され、暖房能力も一定である。暖房運転において、偏差ΔＴｒがｂ℃より小さい場合には、電磁開閉弁２２がオフされる。これによって、冷媒は細径パイプ１２に流れ、細径パイプ１２の抵抗が大きいために圧縮機１の吐出圧力が高くなる。なお、万一、吐出圧力が異常上昇した場合には、電磁開閉弁２２を開とするように設定してある。
【００４０】
この第２実施例において、吐出圧力制御弁２１は弁部２２と絞り２３との並列回路で構成しているので、弁部２２が故障して閉路したとしても絞り２３を通して圧縮冷媒を吐出することができ、運転を継続することができる。さらには、並列接続された弁部を電磁開閉弁２２とし、これに並列接続された絞り２３の絞り抵抗を暖房能力を増加する値に設定しているので、暖房能力の増加が必要な場合に、電磁開閉弁２２を閉じることにより圧縮機１から吐出された冷媒が絞り側を流れ、これにより圧縮機１の吐出圧力が上昇し、暖房能力を増加することができると共に、安価で簡単な制御とすることができる。
【００４１】
次に、本発明の第３実施例を図１０を用いて説明する。図１０は本発明のヒートポンプ式空気調和機の第３実施例の圧縮機周辺の構成図である。この図１０に示すものは、図７に示すものの細径パイプ２３の代わりにオリフィス２５を用いたものであり、その作用は図７に示すものと同様である。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明のヒートポンプ式空気調和機の第４実施例の圧縮機周辺の構成図、図１２は図１１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。２４は、吐出圧力制御弁を形成する電動弁であり、電気的に駆動される。暖房運転で暖房能力の増加が必要な場合には、即ち設定温度と室温との差が図１２に示すようにΔｔ１以下になった場合には、電動弁２４の弁開度を閉じ気味にし、吐出された冷媒を抵抗の大きな電動弁１３を通過させることで、吐出圧力を上昇させ、圧縮機１の電気入力を増大することができる。この時、液インジェクション制御弁９が開き、液インジェクションが行われる。こうして、暖房能力を増加することができる。
【００４３】
室外空気温度が高く、暖房能力の増加が不要の場合には、電動弁２４を開き、また液インジェクション制御弁９を閉じる。冷房運転時にも同様である。
【００４４】
次に、本発明の第５実施例を図１３を用いて説明する。図１３は本発明のヒートポンプ式空気調和機の第５実施例の構成図である。図１３に示すものは、図１に示すものと比較して、吐出圧力制御弁２０を四方弁２と室内熱交換器７の間に設けた点にて相違するものであり、暖房能力を増加させる作用は図１に示すものと同じである。この実施例に示すものは、室外ユニットの中の機器レイアウトによっては圧縮機１の吐出側直後に吐出圧力制御弁２０を設けづらい場合に用いられる。
【００４５】
次に、本発明の第６実施例を図１４を用いて説明する。図１４は本発明のヒートポンプ式空気調和機の第６実施例の構成図である。図１４に示すものは、圧縮機を複数台搭載し、少なくとも１台の利用側室内熱交換器を接続したヒートポンプ式空気調和機に本発明を適用した実施例を示す。図１４において、１１は商用電源で一定速駆動される定速型圧縮機、１２は可変速型圧縮機でありインバータによって駆動される。２は四方弁、３は室外空気と熱交換する室外熱交換器、４は室外送風機、５は冷媒制御弁、６は圧縮機吸入側に設けられたアキュムレータ、９１、９２は高圧液冷媒を圧縮機１の圧縮室にインジェクションするための液インジェクション制御弁、２０は圧縮機１１の吐出側に設けた吐出圧力制御弁である。また、これらの部品によって室外ユニットは構成される。一方、７１は室内空気と熱交換する利用側熱交換器、８１は室内送風機、１０１は冷媒制御弁であり、これらによって第1の室内ユニットを構成する。また、７２は利用側熱交換器、８２は室内送風機、１０２は冷媒制御弁であり、これらによって第２の室内ユニットが構成される。冷媒制御手段１０１、１０２は、冷媒制御弁制御演算機能を有する制御手段１００Ｓで制御される。用いられる冷媒は、例えばＲ２２2に代表されるＨＣＦＣ系冷媒あるいはＲ４０７Ｃに代表されるＨＦＣ冷媒である。
【００４６】
図１４に示すヒートポンプ式空気調和機において、暖房運転時には、圧縮機１１から吐出された冷媒は、吐出圧力制御弁２０を通り圧縮機１２から吐出された冷媒と合流し、四方弁２を通過して、一方は利用側熱交換器７１、冷媒制御弁１０１を通り、他方は利用側熱交換器７２、冷媒制御弁１０２を通る。冷媒は、合流した後、冷媒制御弁５、熱源側熱交換器３、四方弁２、アキュムレータ６の順に循環する。利用側熱交換器７１、７２が冷媒凝縮器となり室内の暖房を行う。室外空気温度が低下した場合には、圧縮機１１側の吐出圧力制御装置２０が作動して、圧縮機１１の吐出圧力を上昇させる。一方、インバータで駆動される圧縮機１２は高速運転される。合わせて圧縮機１１、１２には液インジェクション制御弁９１、９２を介して利用側熱交換器７１、７２で凝縮液化した冷媒の一部を圧縮機１１、１２の圧縮室に液インジェクションする。この作用によって、商用電源により駆動される定速型圧縮機１１の電気入力が増大し、またインバータで駆動される可変速型圧縮機１２を高速運転することで電気入力を増大することができる。さらに圧縮機１１、１２への液インジェクションにより室内ユニットに供給する冷媒流量が増大して暖房能力を増大させることができる。また、液インジェクションによって、吐出圧力が高い商用電源駆動の圧縮機１１の過度の温度上昇を防止でき、同様にインバータで駆動され高速運転される圧縮機１２の過度の温度上昇を防止できる。
【００４７】
このように、本発明の第６実施例によれば、商用電源駆動の定速型圧縮機１１とインバータで駆動する可変速型圧縮機１２を搭載したヒートポンプ式空気調和機でも、室外空気温度が低下した場合に高暖房能力を発揮することができる。これにより、複数台の圧縮機１１、１２すべてを可変速型圧縮機を用いる場合に比較して、安価な構成することができる。
【００４８】
なお、冷房運転時には、四方弁２を切り替え、暖房運転と逆に冷媒を循環させる。冷房運転時には液インジェクション制御弁９１、９２は閉じ、また吐出圧力制御弁２０は全開状態とする。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、安価な構成で、暖房能力高めることが必要な時に吐出圧力制御装置及び液インジェクション制御装置を作動させることにより、暖房能力を増加して効率よく運転することができると共に、圧縮機を適切な温度に制御することができて信頼性に優れたたものとすることができ、さらには暖房能力の増加を必要としない時に吐出圧力制御装置を作動させないことにより一層効率よく運転することができるヒートポンプ式空気調和機を得ることができる。
【００５０】
また、吐出圧力制御弁を作動させて暖房能力を増加する際に、連動してインジェクション回路を介して圧縮機に液冷媒を供給することができるので、圧縮機を確実に冷却することができる。
【００５１】
さらには、室外空気温度が所定値以下に低下した時に吐出圧力制御弁を作動し、かつ室外空気温度に応じて吐出圧力制御弁の弁開度を制御する手段を有しているので、室外空気温度が所定値以下に低下した時に増加すべき暖房能力分を増加することができ、一層効率の良い運転を行うことができる。
【００５２】
また、吐出圧力制御弁は弁部と絞りとの並列回路で構成しているので、弁部が故障して閉路したとしても絞りを通して圧縮冷媒を吐出することができ、運転を継続することができる。
【００５３】
さらには、並列接続された弁部を電磁開閉弁とし、これに並列接続された絞りの絞り抵抗を暖房能力を増加する値に設定しているので、暖房能力の増加が必要な場合に、電磁開閉弁を閉じることにより圧縮機から吐出された冷媒が絞り側を流れ、これにより圧縮機の吐出圧力が上昇し、暖房能力を増加することができると共に、安価で簡単な制御とすることができる。
【００５４】
また、複数台の圧縮機を用いるものにおいて、定速型圧縮機と可変速型圧縮機とを組合わせ、定速型圧縮機に液インジェクション回路及び吐出圧力制御装置を設けることにより、複数台の圧縮機すべてを可変速型圧縮機を用いるものに比較して、安価な構成で、暖房能力を増加できて、圧縮機の冷却をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のヒートポンプ式空気調和機の構成図である。
【図２】図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時における吐出圧力制御弁及びインジェクション制御弁の不作動状態のモリエル線図である。
【図３】図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時における吐出圧力制御弁及びインジェクション制御弁の作動状態のモリエル線図である。
【図４】図１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。
【図５】図１のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度及び圧縮機の変化を示す図である。
【図６】図１のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する液インジェクション制御弁の弁開度の変化を示す図である。
【図７】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第２実施例の圧縮機周辺の構成図である。
【図８】図７のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。
【図９】図７のヒートポンプ式空気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度及び圧縮機の変化を示す図である。
【図１０】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第３実施例の圧縮機周辺の構成図である。
【図１１】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第４実施例の圧縮機の周辺の構成図である。
【図１２】図１１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図である。
【図１３】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第５実施例の構成図である。
【図１４】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第６実施例の構成図である。
【符号の説明】
１、１１、１２…圧縮機、２…四方弁、３…熱源側熱交換器、４…室外送風機、５…冷媒制御弁、６…アキュームレータ、７…利用側熱交換器、８…室内送風機、９…液インジェクション制御弁、９Ｓ…液インジェクション制御手段、２０、２１、２４…吐出圧力制御弁、２０Ｓ…吐出圧力制御弁制御手段、２２…弁部（電磁開閉弁）、２３…絞り（細径パイプ）、２５…絞り（オリフィス）。

Claims

電源で駆動される定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記定速型圧縮機の圧縮室にインジェクションする液インジェクション回路と、前記定速型圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路を制御する液インジェクション制御装置とを備え、
前記吐出圧力制御装置は、前記定速型圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、この吐出圧力制御弁を制御する手段とを有し、
暖房運転時、室外空気温度が所定値以下となった場合、前記吐出圧力制御弁の開度を絞ると共に、前記液インジェクション制御装置により液インジェクション回路を作動させる
ことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
前記吐出圧力制御装置は、前記定速型圧縮機の吐出側に設けた弁部及び絞りの並列回路よりなる吐出圧力制御弁と、前記吐出圧力制御弁の弁部を制御する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和機。
前記吐出圧力制御弁の弁部は電磁開閉弁とし、前記絞りは暖房能力を増加する絞り抵抗値に設定したことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式空気調和機。
前記冷凍サイクルの主回路は、定速型圧縮機と可変速型圧縮機とを組合わせで構成される複数の圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式空気調和機。