JPH0120344B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮冷凍サイクルによる冷房運転と自
然循環冷媒サイクルによる暖房運転とを行わせる
省エネルギー形冷暖房機に係り、特に暖房運転の
際、外気低温時を含めて広い外気温度範囲内で安
定した運転を行わせ得る冷暖房機の構成に関す
る。

冷凍サイクルによる冷房運転と、灯油、ガスな
どの燃焼熱で得られた温水による暖房運転との併
用になる冷暖房機は、それぞれの能力を十分に発
揮し得る特徴がある反面、冷房用蒸発器と温水コ
イルとを室内ユニツト側に設ける必要があつて、
該ユニツトが複雑かつ大形化するし、連絡配管が
４本要るなど実用上の欠点がある。

そこで、冷房運転に用いられる冷媒を加熱装置
によつて加熱し、冷媒加熱コイルと室内コイルと
の間に重力差利用による自然循環を気・液相変化
の下で行わせる自然循環暖房サイクルによつて暖
房運転させる方式のものがすでに提案されてい
る。

かかる方式の冷暖房機においては冷房と暖房時
とで異る冷媒量の差、負荷変動に起因する循環冷
媒量の差、両ユニツト間の配管長さの長短に起因
する必要冷媒量の差などを調整する必要から系統
内に冷媒量調節器を配設するのが必要であつて、
この冷媒量調節器は冷房運転、暖房運転の何れの
場合にも液冷媒が流れる管路に関連して設けるも
のであり、しかも外気に接する個所に設置される
ものである。

従つて、外気温度の影響を受けて特に暖房運転
時外気温度の変動により器内の冷媒溜り量が変
り、冷媒量調節機能を最適な状態に保つことが難
しくなる。

また、外気温度が大巾に低下した場合には、調
節器内に冷媒が多量に溜り、循環冷媒量が不足し
て暖房能力が低下する問題もあり、このように外
気温度の広範な変動に対して安定した能力で暖房
運転が行えないのが欠点とされていた。

このような実状に鑑みて本発明は外気温度の変
動の影響を少くして、本来の冷媒量調節機能が果
され、安定した運転が可能な冷暖房機を提供しよ
うとして成されたものであつて、特に冷媒系統中
に設けた冷媒量調節器に電気ヒータを取着して、
暖房時期の外気温度が設定値以下になつた際、こ
の電気ヒータに通電して外気温度の影響を可及的
に少くする如くした構成を特徴とする。

以下に、本発明の内容について添付図面を参照
しつつ詳細に説明する。

第１図は本発明に係る分離形冷暖房機の配管系
統を展開示したものであつて、この冷暖房機は室
外ユニツト１と、室内ユニツト２と、両ユニツト
１，２の冷媒回路相互を接続する２本の冷媒配管
１１，１２とから構成される。

室外ユニツト１には、圧縮機３、凝縮器４、減
圧機５例えばキヤピラリーチユーブ、冷媒量調節
器６、ドライヤフイルタ７、加熱装置８、冷媒加
熱コイル９および冷媒回路切換装置を備えてお
り、一方、室内ユニツト２には室内コイル１０、
図示しない室内フアンを備えている。

室外ユニツト１は、戸外の地上または外気の流
通可能な機械室の床面などの低所に据置く一方、
室内ユニツト２は、室内の壁面上部など室外ユニ
ツト１よりも高所の適当位置に配設する。

室外ユニツト１において、冷媒加熱コイル９は
伝熱管の両管端間に上下レベル差が存して、高位
置側端部９ａと低位置側端部９ｂとの間で重力方
向に順じた経路を辿るよう設けると共に、灯油、
ガスなどを燃料とした燃焼器からなる加熱装置８
に関連させて配設し、暖房運転時には加熱装置８
の燃焼熱と、冷媒加熱コイル９内冷媒とが熱交換
し得るようになつている。

なお、第１図々示例は温水ボイラを用いたもの
であつて、加熱装置８の燃焼熱が温水ボイラ内の
水を介して冷媒加熱コイル９内の冷媒に作用する
形態をとつている。

一方、室内ユニツト２における室内コイル１０
は伝熱管の両管端間に上下レベル差が存して、高
位置側端部１０ａと低位置側端部１０ｂとの間で
重力方向に応じた経路を辿るよう設けている。

次に、前記冷媒回路切換装置は電磁弁、逆止弁
の組合わせになる種々の形態のものが考えられる
が、図示例は冷媒加熱コイル９と圧縮機３の吸入
側とを接続する配管中に電磁弁１３を介設すると
共に、凝縮器４と減圧器５とを接続する液管中に
逆止弁１４を介設してなる構造を有している。こ
の切換装置は、電磁弁１３を閉止せしめて、圧縮
機３、凝縮器４、ドライヤフイルタ７、逆止弁１
４、減圧器５、冷媒配管１２、室内コイル１０、
冷媒配管１１、冷媒量調節器６のアキユムレータ
６ｂおよび圧縮機３からなる閉回路に冷媒を強制
循環する圧縮冷凍サイクルによる冷房運転を可能
とする一方、電磁弁１３を開放せしめて、冷媒加
熱コイル９、該コイル９の高位置側端部９ａ、電
磁弁１３、前記アキユムレータ６ｂ、冷媒配管１
１、室内コイル１０の高位置側端部１０ａ、室内
コイル１０、該コイル１０の低位置側端部１０
ｂ、冷媒配管１２、冷媒加熱コイル９の低位置側
端部９ｂからなる閉回路に冷媒を自然循環暖房サ
イクルによる暖房運転を可能とする切換機能を有
するものである。

勿論、冷房運転の場合は、圧縮機３と凝縮器４
用の室外フアン（図示せず）を運転し、暖房運転
の場合は加熱装置８を運転させることは言うまで
もない。

次に、冷媒量調節器６は、第２図、第３図に示
される如く縦長丸胴形の密封容器を外気に接し得
る配置となして、円筒状の仕切１７により２室６
ａ，６ｂに区分し、かつ両室６ａ，６ｂ間での熱
交換が仕切１７を介して行われるようにしたもの
であつて、外気の影響を受ける方の外側の室６ａ
を液溜め容器に、内側の室６ｂをアキユムレータ
に形成した構造となしている。

そして液溜め容器６ａを、冷房運転時に室内コ
イル１０に送らせる低圧液冷媒が、暖房運転時に
室内コイル１０で熱交換を行つた後の凝縮液冷媒
が夫々流通する冷媒管路２０に連通し得る如く分
岐管２１により分岐接続し、アキユムレータ６ｂ
を冷房運転時に室内コイル１０で熱交換を行つた
後の低圧ガス冷媒が、暖房運転時に室内コイル１
０に送らせる気化冷媒が夫々流通する冷媒管路中
に介在させて設ける。

なお、アキユムレータ６ｂは気液分離機能を有
する構造とするために連絡管１８，１９を器内で
立上らせて各開口端部が上層部分において開口す
るよう設けると共に、連絡管１８には器内の下層
部分に連通する暖房時の液流入用小孔１８ａを、
また連絡管１９には器内の下層部分に連通する冷
房時の油戻し用小孔１９ａを夫々開口させてい
て、アキユムレータ６ｂに溜められる冷媒液の量
を調節し得るようになつている。

しかして前記冷媒量調節器６は冷媒調節機能を
十分に発揮するために、液溜め容器６ａとアキユ
ムレータ６ｂとを仕切る仕切り１７の表面積を比
較的大きくとらざるを得ないので熱交換面積が全
体的に大となること、また、室外ユニツト１内で
外気の影響を受ける個所に設置されることから、
特に暖房運転時期に外気により冷却されて器内に
冷媒液が必要以上に溜ることがある。

このように、冷媒液が溜りやすい部分となる冷
媒量調節器６に対して第２図に例示する如く、電
気ヒータ２３を熱交換的に配設せしめて、この電
気ヒータ２３を外気温度が特に低い時期に通電す
ることによつて、外気温度の影響をできるだけ少
くなるようにしている。

上記電気ヒータ２３は上述の如く冷媒量調節器
６内の冷媒液に熱付与するためのものであるか
ら、該調節器６との熱交換可能な個所に設けるこ
とが望ましく、例えば冷媒量調節器６本体の側壁
下部、すなわち器内液相部の側方に位置する側壁
部分に巻装し、あるいは底壁の前記液相部に対し
直下となる部分に添着するなど各種の装着形態を
とることが可能である。

しかして、前記電気ヒータ２３に関連するヒー
タ制御回路を設けており、この制御回路は外気温
度検知サーモ等、外気温度の検知可能に設けた温
度検知器と、暖房時期に前記温度検知器が設定値
よりも低下した外気温度を検知して発生する信号
によつて電気ヒータ２３に通電させる電気回路と
により形成されている。

なお、第１図中、１５は加熱装置８の運転開始
後、冷媒ガスの循環力がつくまで液管側を封止
し、冷媒ガスが液管側に逆流するのを防いで暖房
運転の起動を円滑に行わせるための開閉弁であ
り、また、１６はアキユムレータ６ｂと、開閉弁
１５の出口と冷媒加熱コイル９の入口側との間を
接続する液管とを連絡する配管２２中に介設せし
めた高圧制御弁であつて、暖房運転時や、起動直
後において循環冷媒量が多く、冷媒加熱コイル９
出口の冷媒圧力、温度が異常上昇することによ
り、系内圧力が上昇すると開放し液冷媒をアキユ
ムレータ６ｂ内に送り込み系統内の循環冷媒量を
減じせしめて、圧力を設定圧以上に上昇しないよ
う制御する機能を有している。また２４，２５は
開閉弁である。

上述の構造になる冷暖房機の暖房運転は圧縮機
３、室外フアンを停止した状態で、加熱装置８、
室内フアンを運転し、かつ電磁弁１３を開放操作
して行われる。

暖房起動時の開閉弁１５閉止により起動を安定
させること、また運転中の圧力異常上昇は高圧制
御弁１６の開放制御によつて防止されることは前
述の通りである。

暖房運転中において、外気温度が設定値例えば
５℃よりも低下してくると、負荷の増大により循
環冷媒量をやや増加する必要がある反面、冷媒量
調節器６は外気に冷やされる結果、器内に冷媒が
必要以上に溜つてくる。

このような場合には、外気温度検知サーモの指
令によつて電気ヒータ２３が通電により発熱し冷
媒量調節器６に熱を付与して該器６内に溜つてい
る冷媒液の一部を蒸発気化させる。

従つて、外気温度が低いにもかかわらず冷媒量
調節器内の冷媒液量は適正量に保たれ、かくして
循環・冷媒量が不足することがなく、十分な能力
の下で暖房運転が成される。

なお、暖房運転の際の冷媒流れは第１図におい
て実線矢示の通りであり、高温ガス冷媒は高位置
側端部９ａから電磁弁１３、アキユムレータ６
ｂ、冷媒配管１１を順に流通して高位置側端部１
０ａから室内コイル１０に流れ込み、室内フアン
により送り込まれた室内空気と顕熱、凝縮潜熱を
熱交換して室内を暖房するとともに、冷媒自体は
凝縮液化し、室内コイル１０内を重力に応じて流
下した後、低位置側端部１０ｂ、冷媒配管１２を
経て、低位置側端部９ｂから冷媒加熱コイル９内
に流れ込み、加熱装置８で再加熱され、蒸発気化
する。

このように、気・液相変化を伴う冷媒の自然循
環が第１図中の実線矢示の如く行われて室内の暖
房が効率良く行われる。

アキユムレータ６ｂ内は過熱ガス領域であるの
で殆ど液の状態で存在することはなく、かつ仕切
１７はこの過熱ガスと接している。

従つて、凝縮冷媒が流通する冷媒管路に連通し
ている液溜め容器６ａ内は仕切１７を介して過熱
ガスにより加熱される。

一方、液溜め容器６ａ内は周壁を介して外気に
より冷却される。

その結果、外気による冷却と過熱ガスによる加
熱との差に見合つて、液溜め容器６ａ内には冷媒
液が液量調節可能に溜められることになる。

このように冷媒量調節器６は、本来の冷媒調節
機能を発揮するが、特に外気温度低下時において
は前述するように低外気温度による冷却作用を電
気ヒータ２３による加熱作用で緩和することによ
つて、調節器６内の溜り過ぎを防止するものであ
つて、第４図によりその運転態様が実測示されて
いるように、外気温度が５℃よりも低いときには
前記電気ヒータ２３が通電によつて加熱運転を行
う結果、電気ヒータ２３を有しない場合の破線で
示す動態に対して実線示の如く冷媒調節器６内の
冷媒貯溜量は減少し、このことは冷媒系統内にお
ける循環冷媒量をその減量分に対応して増加せし
めることを意味するものであつて、十分な熱移動
量が確保されるところから、暖房能力が大きくな
り、暖房負荷に十分対処し得ることを明らかにし
ている。

次に冷房運転については、加熱装置８を停止
し、電磁弁１３を閉止操作した状態で圧縮機３、
室外フアンおよび室内フアンを運転することによ
り成され、圧縮機３から吐出された高温高圧の冷
媒ガスは凝縮器４に至り、ここで室外フアンで冷
却されて凝縮液化した後、逆止弁１４を通り、減
圧器５で減圧され低圧液冷媒となつて冷媒配管１
２を経由し室内コイル１０に至り、ここで室内空
気と熱交換して室内を冷房する一方、冷媒自体は
蒸発気化して冷媒配管１１、アキユムレータ６ｂ
を経て圧縮機３の吸入側に至る。

このときの冷媒流れは第１図中破線矢示の通り
であり、圧縮冷凍サイクルによる冷房運転が成さ
れる。

アキユムレータ６ｂ内は低圧の過熱ガス領域で
あるので、液溜め容器６ａは仕切胴１７を介し冷
却される。また該容器６ａは周壁を介し外気によ
り加熱されて暖房運転時と逆になる。

室温の上昇による高冷戻負荷時には室内コイル
１０での熱交換量が大きいので吸入ガスの過熱度
が大となり、従つて減圧器５出口部と略同じ状態
に存する液溜め容器６ａ内に低圧冷媒液が溜つて
いると、この冷媒は加熱蒸発されるので、容器６
ａ内にはガス冷媒のみが存在して液となつて溜る
ことがなく、高負荷に適応した所要量の冷媒が冷
媒回路内を循環する。

一方、室温低下による低冷房負荷時には、室内
コイル１０での熱交換量が少くて吸入ガスの過熱
度が小さくなると、減圧器５の後流側における配
管による圧力損失のため、減圧器５出口の冷媒温
度に比し吸入ガス温度がむしろ低くなる結果、液
溜め容器６ａ内では、仕切胴１７による冷却と周
壁による加熱との差に応じた量の冷媒液が溜めら
れることとなり、かくして低冷房負荷に適応した
所要量の冷媒が系統内を循環する。

以上述べたように暖房、冷房共に液溜め容器６
ａが、所要冷媒量に対応した余剰冷媒の調節を行
なうものである。

本発明は以上述べたところから明らかなよう
に、圧縮機での圧縮冷凍サイクルによる冷房運転
と冷媒加熱コイル９と室内コイル１０との間での
自然循環暖房サイクルによる暖房運転とを行わせ
る冷暖房機であるから、室外・内ユニツト１，２
相互を連絡する冷媒配管が２本で済み、現地での
設置工事が簡略化される。

特に、暖房運転は圧縮機３を用いず自然循環方
式によつて成されるので、電力消費は低廉で済
み、省エネルギー装置として頗る有用である。

さらに、本発明は外気に接して配置する冷媒量
調節器６の外壁に電気ヒータ２３を取着して、暖
房時期の外気温度が設定値以下になつた際に、前
記ヒータ制御回路によつてこの電気ヒータ２３に
通電する如くしたから、冷媒量調節器６における
冷媒溜まり量は外気温の変動に対する変動の割合
が少ないので、広範囲の外気温度でも安定した暖
房運転が可能となる。

このことは、冷媒の変動量が多いのを予測して
冷媒系統内に冷媒を多い目に充填していたのに較
べて冷媒の絶対量を少なくすることが可能である
ので、コスト的にも有利であるし、調節器自体の
容積もこれに見合つて小さくすることができるの
でコンパクトかつ低コストに形成し得る利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷暖房機の例に係る装置回路
図、第２図は第１図における冷媒量調節器の略示
構造図、第３図は第２図における−線矢示断
面図、第４図は冷媒量調節器の外気温度に対する
冷媒貯溜量の関係を示す線図である。 １……室外ユニツト、２……室内ユニツト、３
……圧縮機、４……凝縮器、５……減圧器、６…
…冷媒量調節器、６ａ……液溜め容器、６ｂ……
アキユムレータ、８……加熱装置、９……冷媒加
熱コイル、１０……室内コイル、１１，１２……
冷媒配管、２３……電気ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機３、凝縮器４、減圧器５、冷媒加熱コ
   イル９、該冷媒加熱コイル９と熱交換可能に設け
   た加熱装置８、および冷媒量調節器６を備えた室
   外ユニツト１、この室外ユニツト１よりも高所に
   配設した室内コイル１０を備えた室内ユニツト
   ２、それ等両ユニツト１，２の冷媒回路相互を連
   絡する２本の冷媒配管１１，１２からなり、圧縮
   機３を付勢して前記両ユニツト１，２間に冷媒を
   強制循環する圧縮冷凍サイクルによる冷房運転
   と、冷媒加熱コイル９と室内コイル１０との間に
   加熱装置８により加熱した前記冷媒を自然循環す
   る自然循環暖房サイクルによる暖房運転を行わせ
   る冷暖房機であつて、外気に接して配置する前記
   冷媒量調節器６を仕切１７により相互間の熱交換
   可能な液溜め容器６ａとアキユムレータ６ｂとの
   ２室に区画して、液溜め容器６ａを冷房運転時に
   低圧液冷媒が、暖房運転時に凝縮液冷媒が流通す
   る冷媒管路２０に分岐接続するとともに、アキユ
   ムレータ６ｂを冷房運転時に低圧ガス冷媒が、暖
   房運転時に気化冷媒が流通する冷媒管路中に介在
   させ、さらに、冷媒量調節器６の外気と接する外
   壁に電気ヒータ２３を取着するとともに、外気温
   度の検知可能に設けた温度検知器と、暖房時期に
   前記温度検知器が設定値よりも低下した外気温度
   を検知して発生する信号によつて前記電気ヒータ
   ２３に通電させる電気回路とによりヒータ制御回
   路を形成したことを特徴とする冷暖房機。