JPH0252785B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は補助熱源により高圧液冷媒を加熱する
冷媒加熱器を有し、その熱エネルギを暖房時の低
圧蒸発器で得られた主熱源からの暖房出力に加え
る事でヒートポンプ暖房能力の増加をはかる多室
冷暖房装置において、冷媒加熱器内を流れる冷媒
の流量制御手段に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、空気熱源ヒートポンプ式の多室冷暖房装
置では低外気温時の暖房能力不足や暖房運転開始
時の暖房効果の立ち上り特性の改善を図るため、
例えば第２図で示されるような冷媒加熱器を有し
た冷暖房装置が提案されている。第３図はその動
作を表わしたモリエル線図である。

第２図において、１は屋外ユニツト部分、２お
よび２′は屋内ユニツト部分で、これらのユニツ
トはそれぞれ２本の冷媒配管３，４および３′，
４′により接続されている。屋外ユニツト部分１
において、５は圧縮機、６は四方弁、７は屋外熱
交換器、８は減圧器である。９は暖房時に高圧冷
媒液の回路となる配管４および４′から減圧器８
への系路に設けられた受液器であり、受液器９か
らは冷媒ポンプ１０、冷媒加熱器１１および逆止
弁１２を直列に介して圧縮器５の吐出冷媒ガス配
管１３と接続される冷媒回路１４が設けられてい
る。１５および１６は屋内ユニツト２を使用する
時に開動作する電磁弁、１５′および１６′は屋内
ユニツト２′を使用する時に開動作する電磁弁で
ある。電磁弁１５，１５′は分岐回路１７を介し
て四方弁６と、電磁弁１６，１６′は分岐回路１
８を介して受液器９とそれぞれ接続されている。

冷媒加熱器１１に設けられる補助熱源としては
例えば圧縮機５をエンジンで駆動する場合に得ら
れるエンジン排熱や、電気ヒータなど何でもよい
が第２図の従来例では２個の電気ヒータ１９およ
び１９′を用いた例を示している。各電気ヒータ
は電源２０に対して並列に接続され、それぞれス
イツチ２１および２１′を有している。各スイツ
チは屋内ユニツト２を暖房運転している時にスイ
ツチ２１がONし、屋内ユニツト２′を暖房運転
している時にスイツチ２１′がONとなるよう構
成されている。

以上の従来の構成において、暖房２室運転時の
動作を第３図を併用して説明する。屋内熱交換器
２２および２２′で凝縮した高圧冷媒液は受液器
９へ流入し（第３図ｄ点）、二方向に分岐される。
一方は減圧器８で減圧され屋外熱交換器７へ流入
し（第３図ｅ点）、外気より吸熱気化し圧縮機５
に吸入後（第３図ａ点）圧縮され、高圧冷媒ガス
として吐出される。他方は、冷媒ポンプ１０によ
り冷媒加熱器１１に流入し（第３図ｆ点）、電気
ヒータ１９および１９′により加熱気化された後、
逆止弁１２を経て、圧縮機５から出た吐出冷媒ガ
スと混合し（第３図ｃ点）四方弁６を経て再び屋
内熱交換器２２および２２′で凝縮液化される。

以上の説明でわかるように、 G_M；圧縮機５の冷媒流量 G_P；冷媒ポンプ１０の冷媒流量 G_C；屋内熱交換器２２および２２′を流れる合計
の冷媒流量 Q_H；暖房能力 とすれば G_C＝G_M＋G_C となり、Q_Hは Q_H＝G_C（i_c−i_d） ＝G_M（i_c−i_d）＋G_P（i_c−i_d） すなわち、冷媒加熱器１１の加熱能力Q_RH Q_RH＝G_P（i_c−i_d） ぶんだけ暖房能力が増加する事になり、低外気温
時の暖房能力不足や暖房運転開始時の暖房効果の
立ち上り特性の改善を図る手段として用いられて
いた。しかしこのような従来の冷暖房装置で暖房
１室運転を行なうため冷媒加熱器１１の電気ヒー
タ１９又は１９′のいずれかOFFして加熱量Q_RH
を半減させようとした場合には次のような欠点が
あつた。

冷媒ポンプ１０の冷媒流量G_Pは所要の最大能
力、すなわち暖房２室運転時の冷媒加熱能力Q_RH
に合わせて設計されており、電気ヒータ１９，１
９′が共にONになつた時に冷媒加熱器１１を出
た冷媒の状態が適性な過熱ガス域となるように設
計される。その理由は、圧縮機５から出た吐出ガ
スと合流して（第２図ｃ点）、四方弁６、冷媒配
管３を経て屋内熱交換器２２および２２′の入口
に至る経路中の冷媒ガス状態を過熱ガス状態に保
つためである。もし冷媒加熱器１１の出口冷媒状
態が飽和状態に近いと、圧縮機５との合流点（第
３図ｃ点）は飽和ガス領域に近ずく事になり、屋
内熱交換器２２およびび２２′の入口に至る前に、
経路中での放熱により飽和域に達してしまい、本
来は暖房能力に100％利用すべき凝縮潜熱の一部
が失われてしまい、暖房効率の低下を招く事にな
る。

しかしながら、暖房１室運転時は電気ヒータ１
９，１９′の一方をOFFにする事は、屋内熱交換
器の台数減少による冷媒回路の高圧異常上昇を防
ぐ点からは必要不可欠である。したがつて冷媒加
熱能力Q_RHを半減させた場合は、冷媒ポンプ１０
の冷媒流量G_Pが暖房２室時と同一であれば冷媒
加熱器１１の出口冷媒状態は飽和域に入つてしま
い（第３図ｇ点）、前述の暖房効率の低下を招く
という欠点を生じてくる。これを防止するために
冷媒ポンプ１０の流量G_Pを加熱量Q_RHの変化に合
わせて変化させ、冷媒加熱器１１の出口冷媒状態
を一定の過熱ガス状態に保つ必要があつた。この
ため冷媒ポンプ１０の流量可変手段を設ける必要
がある。具体的には冷媒ポンプ１０の回転数を変
化させる方法や冷媒ポンプ１０の出口または入口
側に流量調整弁を設ける方法があつたが、前者は
電気的な制御回路が必要であり、後者は弁を駆動
する可動部分が必要であるなど、共にコストアツ
プや複雑化の要因となつていた。

発明の目的 本発明は、複数の高圧冷媒凝縮熱交換器にそれ
ぞれ第１次減圧器を設け、冷媒ポンプの吸い込み
側を第１次減圧器の出口側に接続するという安価
で簡単な構成で冷媒ポンプの流量制御を行ない、
冷媒加熱器の加熱量が暖房２室時から暖房１室時
へと大きく変化しても、冷媒加熱器出口の冷媒状
態を過熱ガス状態に保つ冷媒流量制御手段を提供
する事を目的とするものである。

発明の効果 この日的を達成するため本発明は、複数の高圧
冷媒凝縮熱交換器と、各高圧冷媒凝縮熱交換器か
ら出た高圧液冷媒を独立に減圧する複数の第１次
減圧器と、前記複数の第１次減圧器を出た冷媒を
減圧する第２次減圧器と、１台の低圧蒸発熱交換
器および圧縮機により構成されるヒートポンプ暖
房サイクルに、前記第１次減圧器を出た冷媒を冷
媒ポンプ、冷媒加熱器および逆止弁を介して圧縮
機吐出冷媒回路へ導く冷媒回路を設けたものであ
る。

この構成により暖房２室運転から１室運転に移
行し冷媒加熱器の加熱量が変化しても冷媒ポンプ
の流量が減少し冷媒加熱器出口の冷媒状態を過熱
ガス状態に保つことができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について添付図面の第
１図を参考に説明する。

同図において、第２図の従来例と同一部品は同
一番号にて示してある。従来例と異なる構成部分
は、屋内熱交換器２２および２２′から分岐回路
１８に至る冷媒回路中に第１次減圧器２３および
２３′を設け、分岐回路１８から屋外熱交換器７
に至る冷媒回路中に第２次減圧器２４を設け、前
記第１次減圧器２３，２３′と第２次減圧器２４
とを結ぶ冷媒回路に冷媒ポンプ１０の吸込側を接
続し、前記第１次減圧器２３，２３′を出た冷媒
ポンプ１０、冷媒加熱器１１および逆止弁１２を
介して圧縮機吐出冷媒回路１３へ導いている点で
ある。以上の構成であるため、冷媒ポンプ１０の
吸い込み側冷媒の圧力は常に凝縮圧力より低く、
蒸発圧力より高い圧力となる。

次に本発明の動作を説明する。第４図はその動
作を表わしたモリエル線図である。暖房２室運転
時、冷媒加熱器１１の加熱能力Q_RHは電気ヒータ
１９，１９′が共にONされている。屋内熱交換
器２２，２２′で凝縮した液冷媒（第４図ｄ点）
は第１次減圧器２３および２３′で若干減圧され
圧力P_M2となり、受液器９に流入し（第４図f₂点）
二方向に分岐される。一方は第２次減圧器２４で
減圧され屋外熱交換器７へ流入し（第４図ｅ点）、
外気より吸熱気化し圧縮機５に吸入後（第４図ａ
点）圧縮され、高圧冷媒ガスとして吐出される。
他方は冷媒ポンプ１０に流入し、電気ヒータ１９
および１９′により加熱気化された後、逆止弁１
２を経て、圧縮機５から出た吐出ガス冷媒と混合
し（第４図ｃ点）四方弁６を経て再び屋内熱交換
器２２および２２′で凝縮液化される。

この時、冷媒ポンプ１０の吸い込み側の冷媒圧
力P_M2は絞り抵抗２３および２３′のため凝縮圧
力P_C2より若干低く、蒸発圧力P_E2よりは高い中間
圧力となつている。

第５図は冷媒ポンプ１０の流量特性図であり、
横軸は冷媒流量G_P、縦軸は冷媒ポンプ１０の吐
出揚程ΔPである。暖房２室運転時、実線２４で
示す流量特性を有する冷媒ポンプ１０はΔP₂＝
P_C2−P_M2の吐出揚程で運転され冷媒流量G_P2を流
し、冷媒加熱器１１の出口冷媒状態が適性な過熱
ガス状態を維持している。

次に暖房１室時の動作について説明する。暖房
１室時一方の屋内ユニツト、例えば２′は停止さ
れるから、冷媒加熱器１１内の電気ヒータ１９′
もOFFとなり冷媒加熱能力Q_RHは減少する。この
時の冷媒ポンプ１０にかかる吐出揚程ΔP₁はΔP₁
＝P_C1−P_M1であり暖房２室時の吐出揚程ΔP₂に比
較しΔP₁＞ΔP₂となつている。

これは、暖房１室時は屋内熱交換器の台数が減
少し凝縮圧力P_C1を上昇させると同時に、屋内熱
交換器２２に比較し相対的に大きくなる屋外熱交
換器７のため蒸発圧力P_e1が上昇し、圧縮機５の
冷媒流量が増加するため、暖房２室運転時に比較
し暖房１室運転時の方が１室あたりの冷媒流量が
増加するためである。

この結果第５図に示すように、冷媒ポンプ１０
の吐出揚程はΔP₁へ増加し、冷媒ポンプ１０の流
量はG_P1へと減少する。

すなわち、前記第１次減圧器の絞り抵抗を適切
に設定すれば、暖房２室運転時と暖房１室時の冷
媒ポンプ流量を冷媒加熱器１１の加熱能力の大小
に応じて切換える事ができる。

この結果、圧縮機５からでた吐出冷媒ガスとの
流点（第１図ｃ点）の過熱度は適切に保たれ、四
方弁６、冷媒配管３を経て屋内熱交換器２の入口
に至る経路中の冷媒ガス状態を過熱ガス状態に保
つ事ができ、その経路中では放熱による冷媒の凝
縮を防止でき、屋内熱交換器２内で凝縮潜熱を有
効に使用でき、暖房効率の低下を防止できる。

発明の効果 以上述べたように本発明は、複数の高圧冷媒凝
縮熱交換器と、各高圧冷媒凝縮熱交換器から出た
高圧液冷媒を独立に減圧する複数の第１次減圧器
と、前記複数の第１次減圧器を出た冷媒を減圧す
る第２次減圧器と、１台の低圧蒸発熱交換器およ
び圧縮機により構成されるヒートポンプ暖房サイ
クルにおいて、前記第１次減圧器を出た冷媒を冷
媒ポンプ、冷媒加熱器および逆止弁を介して圧縮
機吐出冷媒回路へ導く冷媒回路を設けるという安
価で簡単な構成により、暖房２室運転時と暖房１
室運転時とで冷媒ポンプに作用する吐出揚程を変
化させ、その冷媒流量を制御する事ができる。そ
の結果、冷媒加熱器出口の冷媒の状態を最過熱ガ
ス状態に保つ事ができ、屋内熱交換器入口前で冷
媒ガスが凝縮してしまい、暖房効率が低下するの
を防止する事ができる。なお、本発明の実施例で
は２室冷暖房装置について述べたが、屋内外ユニ
ツトが各１台の１室冷暖房装置で本発明を実施し
ても、冷媒加熱能力の変化に対して同様の効果を
有する事は言うまでもない。

また、第１図の実施例では第１次減圧器をキヤ
ピラリチユーブで構成しているが、自動膨張弁な
どで構成しても同様の効果を得る事ができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多室冷暖房装置の一実施例を
示す冷媒回路図、第２図は従来の多室冷暖房装置
の冷媒回路図、第３図は第２図の多室冷暖房装置
の動作を表わすモリエル線図、第４図は第１図の
多室冷暖房装置の動作を表わすモリエル線図、第
５図は冷媒ポンプの流量特性図である。 ５……圧縮機、７……屋外熱交換器、１０……
冷媒ポンプ、１１……冷媒加熱器、１２……逆止
弁、２２，２２′……屋内熱交換器、２３，２
３′……第１次減圧器、２４……第２次減圧器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の高圧冷媒凝縮熱交換器と、各高圧冷媒
   凝縮熱交換器から出た高圧液冷媒を独立して減圧
   する複数の第１次減圧器と、前記複数の第１次減
   圧器を出た冷媒を減圧する第２次減圧器と、１台
   の低圧蒸発熱交換器および圧縮機により構成され
   るヒートポンプ暖房サイクルに、前記第１次減圧
   器を出た冷媒を冷媒ポンプ、冷媒加熱器および逆
   止弁を介して圧縮機吐出冷媒回路へ導く冷媒回路
   を設けた多室冷暖房装置。