JPH04194556A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、冷凍サイクルと冷媒加熱器とを組み合わせ
た冷暖房装置に関する。

（従来の技術） 一般に、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、膨脹弁
なとより冷凍サイクルを構成したヒートポンプ式の冷暖
房装置は、暖房時には室内熱交換器にて放熱後の冷媒を
膨脹弁にて減圧した後、室外熱交換器にて大気の熱を吸
収させて気化させ、圧縮機に送られる。このようなヒー
トポンプ式における冷媒は、室外熱交換器で大気から受
熱して気化させるため、外気温度か低いと、本来は暖房
能力を大きくする必要があるにも拘らず暖房能力が低下
する欠点かある。

このため従来では、上記ヒートポンプ式の冷凍サイクル
に冷媒加熱器を付加して暖房能力を向上させた冷媒加熱
式冷暖房装置がある。この冷媒加熱式冷暖房装置では、
暖房時には、室外熱交換器を使用せず、冷媒を直接燃焼
熱によって加熱蒸発させ、その蒸発潜熱を室内熱交換器
に運んで暖房する。また、冷房時には通常のヒートポン
プ式冷暖房装置と同じ冷房モードで運転される。したが
って、暖房時にはヒートポンプ式のように冷媒は大気か
ら受熱しないので、膨張弁を使ってサイクル内で減圧す
る必要がない。

第５図は従来の代表的な冷媒加熱式冷暖房装置の冷凍サ
イクル構成を示しており、主要な構成要素としては、圧
縮機１．四方弁３．室内熱交換器５、膨張弁７．チエツ
ク弁９．室外熱交換器１１゜冷媒加熱器１３．二方弁１
５などがあり、これらは配管によって接続されている。

上記構成において、暖房時には冷媒は、圧縮機１−四方
弁３−室内熱交換器５−膨張弁７−二方弁１５−冷媒加
熱器１３−圧縮機１の順に流れ循環する。このとき膨張
弁７は大きく開いており、実質的に圧力損失がほとんど
ない。また、室外熱交換器１１には冷媒は循環しない。

一方、冷房時には冷媒は、圧縮機１−四方弁３−室外熱
交換器１１−チエツク弁９−膨脹弁７−室内熱交換器５
−四方弁３−圧縮機１の順に流れ循環する。このとき三
方弁１５は閉じられ、冷媒加熱器１３には冷媒は流れな
い。

（発明が解決しようとする課８） ところで、以上の構成による冷媒加熱式冷暖房装置では
、冷媒加熱器のバーナの燃焼量に冷媒加熱器の熱効率を
かけた値がそのまま暖房能力につながるため、冷媒加熱
器の能力以上または能力以下には暖房の能力を＋１１節
することはできない。

通常バーナの能力可変幅は１：３、すなわち最低値を１
とした場合、最高値か３程度であり、当然暖房能力の可
変幅も１：３となる。

しかしながら、この程度の能力可変幅では暖房負荷が小
さい場合、弱燃焼時のオン・オフ運転か避けられず、快
適な暖房感を得ることか難しいとともに、ランニングコ
ストも連続運転に比べて不利となる。また、オン・オフ
運転はバーナの耐久性にも悪影響を与える。特に、オン
・オフ運転をすると、燃焼ガスか冷媒加熱器１３の熱交
換器内で凝縮しゃすく１その酸性度の高さがら熱交換器
を腐蝕させるという大きな問題がある。上記オン・オフ
運転を避け、連続運転による暖房を可能とするためには
、通常１：１０程度の能力可変幅が必要とされている。

上記冷媒加熱式冷暖房装置の他の例としては、第６図に
示すようにニジリンダ式の圧縮機１７を使用し、冷媒加
熱とヒートポンプとを同時運転するようにしたものがあ
る。ここでは、前記第５図と同一の構成要素には同一符
号を付し、である。この圧縮機１７は第１シリンダ１９
及び第２シリンタ’２１を備え、各シリンダ’１９．２
１は一つのモータ２３によって同時に作動する。２５は
、冷媒加熱器１３へ流れる冷媒の流量を調整する流量調
整弁である。

このような構成においては、三方弁１５を開き冷媒加熱
器１３が動作状態にあるときは、圧縮機１７における冷
媒加熱器１３側の吸い込みラインか高圧となり、第２シ
リンダ２１が冷媒加熱器１３用に、第１シリンダ１９が
室外熱交換器１１用に用いられる。また、二方弁１５を
閉止し冷媒加熱器１３を動作させない場合には、冷媒加
熱器１３側の吸い込みラインが室外熱交換器】−１側よ
りも低圧となるため、室外熱交換器１１を出た冷媒かチ
エツク弁９を通過するようになる。すなわち、通常のヒ
ートポンプ運転時には、２つのシリンダ１９．２１を用
いて運転していることになる。

ところが、このような構成では、大きな暖房能力を必要
としている場合には、冷媒加熱器１゛うと室外熱交換器
１１とを同時に用いて対応できるが、小さな暖房能力を
必要としている場合には、室外熱交換器１１を利用する
ヒートポンプ運転たけになっである程度有効となるもの
の、このヒートポンプ運転時には、圧縮機１７は２つの
シリンダ１９．２１が同時に作動し、これら２つのシリ
ンダ１９．２１により冷媒を吸引することになるため、
暖房能力の下限はどうしても限界がある。

しかも、冷媒加熱とヒートポンプ運転とを同時に行うと
、使用する燃料によってはランニングコストか不利にな
る場合がある。例えば、灯油のように電気と比べて圧倒
的に安い燃料を冷媒加熱に用いると、冷媒加熱のみの運
転に比べてランニングコストが高いものとなる。

そこでこの発明は、暖房時において冷媒加熱方式とヒー
トポンプ式とを組合わせて低暖房能力の領域を充分にカ
バーできる広い能力可変幅をもたらすことを目的として
いる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するためにこの発明は、圧縮機と、室内
に設置される室内熱交換器と、室外に設置される室外熱
交換器と、室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けら
れる膨張弁と、室内熱交換器の一端及び室外熱交換器の
一端と前記圧縮機の吐出口及び吸入口とを接続する切換
弁と、前記圧縮機の吸入口に一端が接続されて他端が室
内熱交換器の他端と室外熱交換器の他端とを接続する配
管に接続される冷媒加熱器と、前記冷媒加熱器の他端と
前記配管とを接続する配管に設けた第１の開閉弁と、前
記室外熱交換器と前記二つの配管同志の接続部との間の
配管に設けた第２の開閉弁とを有する構成とした。

（作用） 高い暖房能力を必要とするときには、第１の開閉弁を開
いて第２の開閉弁を閉し、このとき冷媒は冷媒加熱器を
流れて室外熱交換器には流れず、冷媒加熱運転のみ行う
。一方、低い暖房能力で済む場合には、第１の開閉弁を
閉じて第２の各開閉弁を開き、このとき冷媒は冷媒加熱
器には流れず室外熱交換器に流れ、ヒートポンプ運転の
み行う。

これにより、低暖房能力を充分にカバーでき、極めて広
い能力可変幅か得られる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図はこの発明の第１実施例による冷暖房装置の冷凍
サイクル構成図である。暖房時に冷媒が流れる順に構成
要素を述べると、圧縮機２７．切換弁としての四方弁２
９．室内熱交換器３１である。圧縮機２７の吐出口３３
と四方弁２９とは配管３５で接続され、四方弁２つと室
内熱交換器３１とは配管３７て接続されている。室内熱
交換器３１を出た冷媒は配管３９を流れた後、接続部と
しての分岐部４１．にて二系統に分岐し、一方は配管４
３により冷媒加熱器４５側へ、他方は配管４７により室
外熱交換器４９側へと流れる。冷媒加熱器４５は、冷媒
加熱熱交換器５１とバーナ部５３とから構成されている
。配管３９には膨張弁４０が設けられ、この膨張弁４０
はヒートポンプ運転時に大気から熱を吸収できる蒸発圧
力まで冷媒の圧力を下げる働きをする。

冷媒加熱器４５の上流側の配管４３には第１の開閉弁と
しての二方弁５５が設けられている。二の二方弁５５は
、暖房時に室外熱交換器４つを利用してヒートポンプ運
転のみで冷媒加熱器４５を用いない場合や、冷房時に冷
媒加熱器４５を用いない場合に流路を閉じ、冷媒加熱器
４５を用いる場合に開く。室外熱交換器４９と、前記分
岐部４１との間の配管４７には、第２の開閉弁としての
二方弁５７が設けられている。この二方弁５７は、暖房
時に冷媒加熱器４５を用いる場合に流路を閉し、暖房時
にヒートポンプ運転のみで冷媒加熱器４５を用いない場
合や、冷房時に冷媒加熱器４５を用いない場合に流路を
開く。

冷媒加熱器４５を出た冷媒は配管５９に流れ、この配管
５９は圧縮機２７の吸入口６１に接続されている。室外
熱交換器５７と四方弁２９とは配管６３により接続され
、四方弁２９と配管５９とは配管６５により接続され、
この配管６５には配管５９側への流通を許容するチエツ
ク弁６７が設けられている。

以上の構成において、大きな暖房能力を必要とする運転
時には、冷媒加熱運転となるか、その場合冷媒加熱器４
５上流側の二方弁５５は開き、室外熱交換器４９上流の
二方弁５７は閉した状態にある。一方、暖房能力か小さ
くてよい場合には、冷媒加熱器４５の動作は停止してヒ
ートポンプ運転となり、冷媒加熱器４５上流側の二方弁
５５を閉し、室外熱交換器４つ上流側の二方弁５７は開
いた状態にある。ヒートポツプ運転ては、冷媒加熱器４
５におけるような燃焼ガスの凝縮による加熱能力の下限
といった問題がすしないため、一般に暖房能力を冷媒加
熱運転より絞ることか可能であり、しかも圧縮機２７に
よる冷媒の吸引は１っの吸入口６１からなされるので、
低暖房能力を充分にカバーできることとなり、全体とし
ての暖房能力可変幅を大きくとることができる。

低暖房能力側の能力可変幅が広がるので、暖房負荷が小
さい場合、弱燃焼時における冷媒加熱器４５のオン・オ
フ運転を避けることができ、快適な暖房感が得られると
ともに、連続運転ができるのてランニングコストもオ〉
・オフ運転に比べて有利となる。また、連続運転は、オ
ン・オフ運転におけるようなバーナ部５３の耐久性に悪
影響を与えたり、燃焼ガスが冷媒加熱器４５の熱交換器
５１内で凝縮してその酸性度の高さから熱交換器５１を
腐蝕させるという不具合を防止する。

また、この場合冷媒加熱とヒートポンプとをそれぞれ単
独で運転するため、冷媒加熱器４５の熱源として、例え
ば灯油のように電気と比較して圧倒的に安い燃料を用い
る場合には、冷媒加熱とヒートポンプとを同時運転する
よりランニングコストが低くなる。

第２図は上記暖房運転時での制御例を示すフローチャー
トである。暖房運転か開始されるとともに、要求暖房能
力Ｑが室内ユニットから送られると、Ｑがあらかしめ設
定された暖房能力Ｑ１と比較され（ステップ２０１）、
Ｑ＞Ｑ＋の場合は冷媒加熱運転を行い（ステップ２０３
）、Ｑ≦Ｑ。

の場合はヒートポンプ運転を行う（ステップ２Ｃ１５）
。

暖房能力Ｑ１の値は、必要暖房能力の時間に対する傾き
の方向によってヒステリシスを持たせると、冷媒加熱と
ヒートポンプ運転との開繁な切り換え動作を避けること
ができ、さらに好ましい制御形態となる。第３図は、ヒ
ステリシスを持たせた制御形態の切り換えタイミングを
示した動作説明図である。これによれば、直線Ａて示す
ような必要暖房能力か減少している場合にはＱｌて切り
換えを行い、逆に直線Ｂて示すように増加している場合
にはＱ、より高い暖房能力Ｑ２て切り換えを行う。これ
により、必要暖房能力がＱ、に近い場合にて僅かな状態
変化かあっても、顛繁な切り換えが避けられ、冷媒加熱
器４５や二方弁５５゜５７への悪影響か防止される。

冷房時には冷凍サイクル内での冷媒の通過方向が破線矢
印のように変わる。このとき、冷媒加熱器４５上流の三
方弁５５は閉し、室外熱交換器４９上流の二方弁５７は
開いており、冷媒は四方弁２９を出た後、室外熱交換器
４つ、二方弁５７゜膨張弁４０．室内熱交換器３１．四
方弁２９．チエツク弁６７を順次通って圧縮機２７へと
循環する。

第４図はこの発明の第２実施例を示している。

なお、ここでは前記第１図の第１実施例と同一部分には
同一符号を付し、要部のみについて説明する。この実施
例では、第１実施例で用いた圧縮機２７に代えてニジリ
ンダ式の圧縮機６７を用いている。ニジリンダ式圧縮機
６７は、二つの吸入口６９．７１と一つの吐出ロア３と
を備え、各吸入口６９．７１にそれぞれ対応して第１シ
リンダ７５、第２シリンダ７７が設けられている。第１
シリンダ７５及び第２／す〉ダ７７は、それぞれ単独で
は駆動せず同時に駆動するもので、それぞれの容積は第
１図の圧縮機２７の一つのシリンダ容積より小さいもの
とする。ニジリンダ式圧縮機６７の一方の吸入口６９は
冷媒加熱器４５に接続された配管５９に接続され、他方
の吸入ロア１は配管７９により四方弁２９に接続されて
いる。

この実施例においても、冷媒加熱運転時には冷媒加熱器
４５上流側の三方弁５５は開き、室外熱交換器４９上流
の三方弁５７は閉じた状態とし、ヒートポンプ運転時に
は冷媒加熱器４５上流側の二方弁５５を閉し、室外熱交
換器４つ上流側の二方弁５７は開いた状態とする。この
場合のヒートポンプ運転では、冷媒は配管６３．７９を
流れ、前記第１図における圧縮機２７のシリンダ容積よ
り小さい容積の第２シリンダ７７のみの運転により吸引
されるので、暖房能力の下限をさらに低くすることかで
きる。

さらに、それぞれの熱交換器４５．４９からの冷媒を独
立したシリンダ７５．７７から吸引するため、使用して
いない熱交換器内は絶えず吸引されＣいる状態となり、
使用していない熱交換器内に冷媒か溜まる二とがなくな
る。これにより、動作サイクル内の冷媒の量か減少する
ことによるガス欠の虞はなく、また、冷媒を回収する必
要がないので、冷媒回収による暖房運転の停止という不
具合は防止でき、また、スタート時にも冷媒を回収する
必要がないため、暖房の立ち上がり時間が冷媒を回収し
ている時間たけ長くなるという欠点は解消される。

冷房時には四方弁２９内での冷媒の通過方向か破線矢印
のように変わる。このとき、冷媒加熱器４５上流の二方
弁５５は閉じ、室外熱交換器４９上流の二方弁５７は開
いており、冷媒は四方弁２９を出た後、室外熱交換器４
９．三方弁５７．膨脂弁４０．室内熱交換器３１．四方
弁２９を順次通ってニジリンダ式圧縮機６７の第２シリ
ンダ７７へと循環する。

［発明の効果］ 以上説明してきたようにこの発明によれば、高い暖房能
力を必要とするときには冷媒加熱運転のみを行い、低い
暖房能力でよい場合にはヒートポンプのみの運転とし、
しかも圧縮機による冷媒の吸引は１つの吸入口からなさ
れるので、より低い暖房能力を確保でき、これにより極
めて広い能力可変幅を得ることがてき、快適な冷房感を
使用者に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例による冷媒加熱式冷暖房
装置における冷凍サイクル構成図、第２図はその制御例
を示すフローチャート、第３図は切り換えタイミングに
ヒステリシスを持たせた制御例を示す動作説明図、第４
図は第２実施例による冷凍サイクル構成図、第５図は従
来例を示す冷暖房装置の冷凍サイクル構成図、第６図は
他の従来例を示す冷凍サイクル構成図である。 ２７．６７・・・圧縮機 ２９・・・四方弁（切換弁） ３１・・・室内熱交換器　　３３．７３・・・吐出口４
０・・・膨脂弁　　３９，４３．４７・・・配管４５・
・・冷媒加熱器　　４９・・・室外熱交換器５５・・・
二方弁（第１の開閉弁） ５７・・・二方弁（第２の開閉弁） ６１．６９．７１・・・吸入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、室内に設置される室内熱交換器と、室外に設
   置される室外熱交換器と、室内熱交換器と室外熱交換器
   との間に設けられる膨脹弁と、室内熱交換器の一端及び
   室外熱交換器の一端と前記圧縮機の吐出口及び吸入口と
   を接続する切換弁と、前記圧縮機の吸入口に一端が接続
   されて他端が室内熱交換器の他端と室外熱交換器の他端
   とを接続する配管に接続される冷媒加熱器と、前記冷媒
   加熱器の他端と前記配管とを接続する配管に設けた第１
   の開閉弁と、前記室外熱交換器と前記二つの配管同志の
   接続部との間の配管に設けた第２の開閉弁とを有するこ
   とを特徴とする冷暖房装置。