JPH0233103Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、冷暖房装置に係り、更に詳しくは、
圧縮機、四路切換弁、室内側熱交換器、膨張機構
及び室外側熱交換器等からなる冷暖房装置の改良
に関するものである。 この種の空気熱源ヒートポンプ式冷暖房装置に
おいては、暖房運転開始時の立ち上がりが悪く、
速暖効果が得られないとともに、外気温度が低下
した際には暖房能力が低下して十分な暖房効果が
得られないうえ、デフロスト時間が長い等の問題
があつた。 この問題を解決するものとして、第１図図示の
如く、高圧冷媒液を加熱する冷媒加熱器を付設し
た冷暖房装置が提案されている（時願昭56−
152420号）。この冷暖房装置は、圧縮比の異なる
２台の圧縮機（例えば高圧縮比のマルチベーン式
圧縮機１及び低圧縮比の冷媒ガスポンプ２）、四
路切換弁３、室内側熱交換器４、膨張機構５，
６、室外側熱交換器７、冷媒加熱器８、気液分離
器９及びアキユムレータ１０からなつており、暖
房時に高圧冷媒液を冷媒加熱器８で加熱した後、
気液分離器９で気液分離した冷媒ガスを冷媒ガス
ポンプ２によつて圧縮機１吐出側の高圧冷媒ガス
回路１１に合流させて暖房能力を向上させようと
している。 一般に、冷房時あるいは低負荷暖房時には、冷
媒加熱は不要なので、冷媒加熱器８及び冷媒ガス
ポンプ２を休止する必要がある。その場合、冷媒
加熱器８の休止は、熱源からの熱供給停止あるい
は冷媒加熱器８への高圧冷媒液の流路遮断によつ
て比較的簡単に行なえるが、冷媒ガスポンプ２の
停止は、冷媒ガスポンプ２と圧縮機１とを同一駆
動源で駆動する一体型のものでは不可能であり、
又、別体型のものであつても暖房時負荷の変動に
対応して冷媒ガスポンプ２を発停させることは技
術的な困難を伴なう。 ところが、冷媒加熱器８を休止した状態で、冷
媒ガスポンプ２の運転を継続していると、次のよ
うな問題が生ずる。 (1) 冷媒ガスポンプ２の吐出冷媒が常に圧縮機１
の吐出冷媒と合流して凝縮器として作用してい
る熱交換器（冷房時室外側熱交換器７、暖房時
室内側熱交換器４）へ循環し、熱交換器７ある
いは４での圧力損失が増大することとなり、高
圧が上昇する結果、圧縮機１の動力が増大す
る。 (2) 凝縮器として作用する熱交換器７あるいは４
での圧力損失が大きいため、冷媒ガスポンプ２
の圧縮比が大となりその動力が増大する。 (3) 気液分離器９の冷媒ガスが冷媒ガスポンプ２
によつて継続的に吸入される結果、気液分離器
９内で冷媒の沸騰がおこり膨張機構５あるいは
６がフラツシユし、冷房能力あるいは吸熱能力
が低下する。 以上のことより、冷暖房能力が低下し、駆動動
力が増大することとなり、成積係数が悪化すると
いう問題が生じる。 又、高圧ドームを有する２台の圧縮比の異なる
圧縮機を備えた冷暖房装置としては、特開昭57−
70364号公報記載のものがある。この冷暖房装置
においては、第２図図示の如く、内底部に潤滑油
溜４４を有する高圧ドームタイプのケーシング４
５内に、高圧縮比の圧縮機１と低圧縮比の圧縮機
として作用する冷媒ガスポンプ２とを同一駆動源
であるモータ２５で駆動可能なように配設してお
り、各圧縮機１，２の各部への給油は、合流吐出
圧と吸入圧との差圧を利用して行なわれている。
ところが、この場合、高圧縮比の圧縮機１への給
油は、差圧が大なるため容易に行なえるが、吸入
圧が吐出圧に近い中間圧である冷媒ガスポンプ２
への給油が差圧不足で不十分になることが多く、
該冷媒ガスポンプ２の効率低下及び焼損事故をま
ねくおそれがあつた。 更に、潤滑を十分に行うために初期の潤滑油充
填量を増やし、システムに循環する冷媒に含まれ
る油量を多くし、それで圧縮機各部の潤滑をまか
なう方法があるが、これでは各熱交換器に潤滑油
が付着して熱交換器の能力を低下させてしまうお
それがある。 本考案は、上記問題点に鑑みてなされたもの
で、上記のような冷暖房装置において、２台の圧
縮比の異なる圧縮機のうち、低圧縮比の圧縮機各
部への給油量の確保と、冷媒加熱器休止時におけ
る圧縮機の駆動動力の増大と冷暖房能力の低下と
を防止することを目的とするものである。 本考案の構成は、高圧ドーム内にて準滑油を共
用し且つそれぞれの吐出ガスが吐出合流される２
台の圧縮比の異なる圧縮機、四路切換弁、室内側
熱交換器、膨張機構、室外側熱交換器及び高圧冷
媒液を加熱する冷媒加熱器を備え、該冷媒加熱器
にて加熱気化した冷媒ガスを前記低圧縮比の圧縮
機によつて前記高圧縮比の圧縮機吐出側の高圧冷
媒ガス回路に導びくようにした冷暖房装置おい
て、前記高圧冷媒ガス回路には、吐出ガス中に含
まれる潤滑油を分離する油分離器が設けられ、且
つ該油分離器と前記低圧縮比の圧縮機の吸入回路
とが油分離器内の分離準滑油を前記吸入回路へ戻
すための流量制御機構をもつインジエクシヨン回
路で連結されており、一方前記高圧冷媒液回路と
低圧縮比の圧縮機の吸入回路との間には、冷房時
及び低負荷暖房時に開成する開閉弁をもつバイパ
ス回路が設けられ、且つ前記吸入回路には、前記
バイパス回路から冷媒加圧器もしくは高圧冷媒液
回路への高圧冷媒ガスの逆流を防止する逆流防止
機構が設けられていることを特徴とする。 以下第３図ないし第５図に示す実施例い基づい
て、本考案の冷暖房装置を説明する。 この冷暖房装置は、ヒートポンプ式冷暖房装置
に給湯システムを付加して構成されている。 この冷暖房装置においては、高圧縮比の圧縮機
（例えばマルチベーン式の圧縮機）１、四路切換
弁３、室内側熱交換器４、逆止弁１２を併設した
冷房専用の膨張機構（例えば膨張弁）５、気液分
離器９、逆止弁１３を併設した暖房専用の膨張機
構（例えば膨張弁）６、室外側熱交換器７及びア
キユムレータ１０を循環状に配設して冷暖房回路
Ａを形成している。 前記逆止弁１３は、室外側熱交換器７と暖房専
用の膨張弁６との間における冷媒配管１４（つま
り冷房運転時において高圧液冷媒域となる冷媒配
管）と気液分離器９との間に介設された第１高圧
冷媒液管１５に設けられており、該第１高圧冷媒
液管１５において逆止弁１３の下流側には冷房時
及び低負荷暖房時に開成する開閉弁１６が設けら
れている。暖房時前記冷房専用の膨張弁５の下流
側となる第２高圧冷媒液管１７には逆止弁１８が
介設され、その端部は前記第１高圧冷媒液管１５
における開閉弁１６の上流側の点Ｐに接続されて
いる。又気液分離器９と暖房専用の膨張弁６との
間の高圧冷媒液回路となる第３高圧冷媒液管１９
は前記第２高圧冷媒液管１７における逆止弁１８
の上流側に逆止弁２０を介して接続されている。 前記点Ｐには、高圧冷媒液導出管２１が接続さ
れ、該高圧冷媒液導出管２１の他端には、高圧冷
媒液を加熱する冷媒加熱器８が設けられている。
前記高圧冷媒液導出管２１には、前記開閉弁１６
と反対の開閉作動をする（つまり高負荷暖房時及
びヂフロスト時に開成する）開閉弁２２が介設さ
れている。前記冷媒加熱器８は逆止弁２３を介し
て気液分離器９に接続されている。 該気液分離器９の上部における冷媒ガス域に
は、冷媒ガス配管からなる吸入回路２４が接続さ
れ、該吸入回路２４は低圧縮比の圧縮機（例えば
冷媒ガスポンプ）２の吸入側に接続されている。
本実施例では、冷媒加熱器８と気液分離器９とを
別個に設けているが、一体型としてもよい。本実
施例においては前記冷媒ガスポンプ２は、圧縮機
１と一体に構成され、同一の駆動源であるエンジ
ン２５によつて一体的に回転せしめられ且つ両者
の吐出冷媒は合流するようになされている。 そして、本考案の特徴として、圧縮機１及び冷
媒ガスポンプ２の合流吐出ガス通路である高圧冷
媒ガス回路１１の途中には、吐出ガス中に含まれ
る潤滑油を分離する油分離器４１が設けられてお
り、該油分離器４１内底部の油相部４７と冷媒ガ
スポンプ２への吸入回路２４との間には、流量制
御機構（例えばキヤピラリチユーブ）４２をもつ
インジエクシヨン回路４３が介設されている。該
インジエクシヨン回路４３は、油分離器４１の潤
滑油を吸入回路２４へ戻す作用をなし、又、前記
流量制御機構４２は潤滑油のインジエクシヨン量
を制御するものであり、キヤピラリチユーブのほ
か、膨張弁、バツクレスババルブ、電磁弁等を採
用することができるばかりでなく、インジエクシ
ヨン回路４３を構成する管路の径を適当に選択す
ることにより対処することも可能である。 又、前記インジエクシヨン回路４３には、冷房
時及び低負荷暖房時に開成する開閉弁２６をもつ
バイパス回路２７が前記キヤピラリチユーブ４２
と並列に設けられている。 尚、このバイパス回路２７の高圧冷媒ガス回路
１１側の接続点は、油分離器４１の上流又は下流
とすることも可能であるが、インジエクシヨン回
路４３にはキヤピラリチユーブ４２等の抵抗が設
けられているため、開閉弁２６を開成した場合に
油分離器４１で分離した潤滑油が吸入回路２４に
インジエクシヨンされにくくなる。その点、本実
施例の如く、インジエクシヨン回路４３において
キヤピラリチユーブ４２と並列にバイパス回路２
７を設けるとバイパスする吐出ガスとともに、分
離された潤滑油も冷媒ガスポンプ２へ吸入される
こととなり潤滑が良好となる。 更に、前記パイパス回路２７において、開閉弁
２６と直列に冷媒ガス冷却器４０を設ければ、バ
イパスする吐出ガス及び潤滑油が冷却されて冷媒
ガスポンプ２に吸入されることとなり、高圧ドー
ム内の潤滑油温が低下し、圧縮機１及び冷媒ガス
ポンプ２の焼付事故を一層防止することができ
る。前記吸入回路２４には、前記バイパス回路２
７から気液分離器９へ高圧冷媒ガスの逆流を防止
する逆流防止機構（例えば逆止弁）２８が設けら
れている。尚、該逆流防止機構２８としては、逆
止弁に代えて開閉弁２６と逆の開閉作動を行う開
閉弁を用いてもよい。 図示の実施例では、逆流防止機構２８は気液分
離器９への逆流防止を行なうようにしているが、
要するに気液分離器９を介しての冷媒加熱器８あ
るいは高圧冷媒液回路である第３高圧冷媒液管１
９への逆流を防止するのである。 前記開閉弁２６は前記の如く暖房時負荷の変動
に対応して開閉制御されるが、その開閉制御因子
としては、高圧圧力、凝縮温度、室内温度及び室
外温度の少なくとも一つが用いられる。 前記冷媒加熱器８の熱源としては圧縮機の駆動
源であるエンジン２５の排熱が利用されている。
つまり、エンジン２５の排気ガスの熱を排ガス熱
交換器２９にて循環水に回収して、冷媒加熱器８
の加熱源として供給している。尚、冷媒加熱器８
の加熱源としては、電気ヒータ、温水、燃焼排ガ
ス等も利用できる。 本実施例の場合、冷暖房装置に給湯システムが
付設されている。即ち、貯湯槽３０内に冷媒給湯
熱交換器３１と排熱給湯交換器３２とを併設して
給湯システムが構成されている。 前記冷媒給湯熱交換器３１は、圧縮機吐出側の
高圧冷媒ガス回路１１と気液分離器９との間に冷
暖房回路Ａと並列に介設されている。符号３３は
給湯運転時開成する開閉弁、３４は逆止弁であ
る。 前記排熱給湯熱交換器３２は、エンジン２５の
冷却水ジヤケツト３５、排ガス熱交換器２９、冷
媒加熱器８とともに循環水回路を構成し、冷媒加
熱器８休止時に給湯用熱源として作用する。符号
３６は循環水用ポンプ、３７はラジエータ、３８
は膨張タンク、３９はマフラー、４８は圧縮機１
の吸入管である。 次に第４図及び第５図を参照して、本実施例に
使用される圧縮機を詳述する。 第４図には、マルチベーンタイプの圧縮機１と
冷媒ガスポンプ２とを、横方向に一体的に連結し
潤滑油溜４４を有する密封構造の高圧ドームのケ
ーシング４５内に収納して、単一の駆動源である
エンジン２５の回転軸４６にともに連結すること
により、前記圧縮機１及び冷媒ガスポンプ２が一
体に回転し得るように成したものが示されてい
る。 前記ケーシング４５内の潤滑油溜４４潤滑油
は、ケーシング４５内の圧力と圧縮機１及び冷媒
ガスポンプ２の吸入圧との圧力差を利用して圧縮
機１及び冷媒ガスポンプ２の軸受部及びフエイス
に給油可能とされている。 又、第５図には、圧縮比の異なる２台の圧縮機
１及び２を、高圧ドームのケーシング４５内にお
いて、縦方向に一体的に連結し、単一の駆動源で
あるモータ２５で一体的に回転せしめられるよう
に成したものが示されている。又、油分離器４１
と低圧縮比側の吸入回路２４との間を連結するイ
ンジエクシヨン回路４３には、特別な流量制御機
構を設けることなく、管自体に制御機能を保有し
ている。 尚、これらの場合、バィパス回路２７は油分離
器４１の下流側と吸入回路２４とを連結してい
る。 第３図図示の冷暖房装置は次のように作用す
る。 (1) 冷房運転時 冷媒は、第３図において細実線矢印で示す方向
に循環して、室内側熱交換器４にて室内空気から
吸熱し（室内空気を冷却）、その熱を室外側熱交
換器７にて放熱する冷房作用を行なう。 該運転中、開閉弁１６は開成され、開閉弁２２
は閉成されて冷媒加熱器８は休止状態にある。
尚、給湯運転を併用するときには、開閉弁３３を
開成して圧縮機の吐出冷媒を冷媒給湯熱交換器３
１へ供給するようにすればよい。 同時に、開閉弁２６も開成され、圧縮機吐出側
の高圧冷媒ガス回路１１と冷媒ガスポンプ２の吸
入回路２４とがバイパス回路２７を介して短絡状
態とされている。そのため、冷媒ガスポンプ２か
らの吐出冷媒分が冷媒ガスポンプ２の吸入側にシ
ヨートサーキツトすることになる。従つて、室内
あるいは室外側熱交換器４あるいは７への冷媒循
環量が圧縮機１の吐出量のみとなり、熱交換器で
の圧力損失が従来の全吐出冷媒循環のものに比べ
て大巾に減少する。又、気液分離器９から冷媒ガ
スポンプ２への冷媒ガスの吸入もなくなり、気液
分離器９内での冷媒の沸騰が防止される。 従つて、冷房能力の低下はなく、しかも圧縮機
駆動動力を低減できることとなり、成積係数が向
上する。 参考として第１表に開閉弁２６を閉成した場合
と開成した場合とを比較したものを示す。

【表】 又、開閉弁２６の開成によつて油分離器４１内
の分離潤滑油が吐出ガスとともにバイパス回路２
２７を介して冷媒ガスポンプ２に吸入されるた
め、潤滑不足になりがちな冷媒ガスポンプ２の各
部への潤滑を十分に確保できるのである。 (2) 給湯運転 冷媒は、第２図において太実線矢印で示す方向
に循環して、室外側熱交換器７にて室外空気から
吸熱した熱を冷媒給湯熱交換器３１にて放熱する
給湯作用をする。 該運転中においては、開閉弁３３，２６は開成
され、開閉弁２２は閉成されて冷媒加熱器８は休
止状態にある。開閉弁２６の開成による作用は冷
房運転時と同様である。 (3) 暖房運転時 冷媒は、第２図において点線矢印で示す方向に
循環して、室外側熱交換器７にて室外空気から吸
熱した熱を室内側熱交換器４にて放熱（室内空気
を加熱）する暖房作用を行なう。 該運転中において、低負荷時には、開閉弁１６
は開成され、開閉弁２２は閉成されると同時に開
閉弁２６が開成される。即ち、冷媒加熱器８は休
止状態とされる。開閉弁２６の開成による作用は
冷房運転時と同様である。一方高負荷時には、開
閉弁１６は閉成され、開閉弁２２は開成され、同
時に開閉弁２６が閉成される。即ち、冷媒加熱器
８は作動状態となり、該冷媒加熱器８で加熱され
た高圧冷媒液から分離した冷媒ガスは冷媒ガスポ
ンプ２を介して圧縮機吐出側の高圧冷媒ガスと合
流せしめられ暖房能力向上に寄与する。 この時には、バイパス回路２７の開閉弁２６が
閉成されているので、油分離器４１内の分離潤滑
油はキヤピラリチユーブ４２にて流量制御されつ
つ、冷媒ガスポンプ２へ吸入されることとなり、
冷媒ガスポンプ２の各部への潤滑を十分に確保で
きるのである。 上記せる如く、本実施例においては、冷房運転
時、給湯運転時及び低負荷暖房運転時、即ち冷媒
加熱器休止時に、冷媒ガスポンプ２の吐出冷媒分
をバイパス回路２７を介して冷媒ガスポンプ２の
吸入側にシヨートサーキツトさせる如くして、熱
交換器４，７，３１への冷媒循環量を減少せし
め、以つて圧力損失の低減を図るとともに、油分
離器４１内の分離潤滑油を吸入回路２４を介して
冷媒ガスポンプ２へ吸入せしめて、冷媒ガスポン
プ２の潤滑不足を補填するようにしているのであ
る。 尚、低負荷暖房運転の検知は、高圧圧力、凝縮
温度、室内温度及び室外温度の少なくとも一つが
設定値以上になることによつて判断される。 上記実施例においては、室内側熱交換器４が一
台の場合を例にあげて説明したが、該室内側熱交
換器４の台数はこの実施例に限定されるものでは
なく、二台以上であつてもよいことは勿論であ
る。 又、上記実施例では、凝縮器として作用する室
内側熱交換器４出口の冷媒液全量を冷媒加熱器８
へ導入するようにしているが、１部の冷媒液を導
入するようにしてもよい。 続いて、本考案の冷暖房装置の効果を以下に列
記する。 (1) 本考案は叙上の如く構成したので、熱交換器
の能力を低下させることなく、従来潤滑不足に
なりがちであつた低圧縮比の圧縮機２への給油
を十分に確保できることとなり、圧縮機の効率
低下及び焼損事故を効果的に防止できる。 (2) 冷媒加熱器８の休止時における熱交換器４，
７への冷媒循環量を高圧縮比の圧縮機１の吐出
量のみとすることができるので、熱交換器４，
７での圧力損失が従来の吐出冷媒全量循環方式
のものに比べて大巾に減少し、且つ低圧縮比の
圧縮機２の圧縮比も小さくなり、圧縮機１，２
のための駆動動力の低減を図ることができる。 (3) 冷媒加熱器８を休止しているとき、気液分離
器９から低圧縮比の圧縮機２への冷媒ガスの吸
入が遮断されるので、気液分離器９での冷媒の
沸騰が起こらない。従つて膨張機構のフラツシ
ユもなくなり、能力低下が防止され、圧縮機駆
動動力の低減と相俟つて成積係数が大巾に向上
する。 又、第４図の如く、インジエクシヨン回路４
３において流量制御機構４２と並列にバイパス
回路２７を設けたときには、バイパス回路２７
の開閉弁２６が開成されているとき、油分離器
４１の潤滑油が吐出ガスとともにバイパス回路
２７を介して吸入回路２４側へ戻されることと
なり、低圧縮比の圧縮機２が潤滑不足におちい
るおそれがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷暖房装置の系統図、第２図は
第１図の要部拡大詳細図、第３図は本考案の実施
例にかかる冷暖房装置の系統図、第４図及び第５
図は第３図の冷暖房装置における２種の圧縮機部
分の拡大詳細図である。 １……高圧縮比の圧縮機、２……低圧縮比の圧
縮機、３……四路切換弁、４……室内側熱交換
器、５，６……膨張機構、７……室外側熱交換
器、８……冷媒加熱器、１１……高圧冷媒ガス回
路、１９……高圧冷媒液回路、２４……吸入回
路、２６……開閉弁、２７……バイパス回路、２
８……逆流防止機構、４１……油分離器、４２…
…流量制御機構、４３……インジエクシヨン回
路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 高圧ドーム内にて潤滑油を共用し且つそれぞ
   れの吐出ガスが吐出合流される２台の圧縮比の
   異なる圧縮機１，２、四路切換弁３、室内側熱
   交換器４、膨張機構５，６、室外側熱交換器７
   および高圧冷媒液を加熱する冷媒加熱器８を備
   え、該冷媒加熱器８にて加熱気化した冷媒ガス
   を前記低圧縮比の圧縮機２によつて前記高圧縮
   比の圧縮機１吐出側の高圧冷媒ガス回路１１に
   導びくようにした冷暖房装置において、前記高
   圧冷媒ガス回路１１には、吐出ガス中に含まれ
   る潤滑油を分離する油分離器４１が設けられ、
   且つ該油分離器４１と前記低圧縮比の圧縮機２
   の吸入回路２４とが油分離器４１内の分離潤滑
   油を前記吸入回路２４へ戻すための流量制御機
   構４２をもつインジエクシヨン回路４３で連結
   されており、一方前記高圧冷媒液回路１１と低
   圧縮比の圧縮機２の吸入回路２４との間には、
   冷房時及び低負荷暖房時に開成する開閉弁２６
   をもつパイパス回路２７が設けられ、且つ前記
   吸入回路２４には、前記バイパス回路２７から
   冷媒加熱器８もしくは高圧冷媒液回路１９への
   高圧冷媒ガスの逆流を防止する逆流防止機構２
   ８が設けられていることを特徴とする冷暖房装
   置。 ２ 暖房時における前記開閉弁２６の開閉制御因
   子が高圧圧力、凝縮温度、室内温度及び室外温
   度の少なくとも１つである前記実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の冷暖房装置。