JPH0448170A - 分離形ヒートポンプ式空気調和機 - 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】 〔産業上の利用分野〕　この発明は、ヒートポンプ式空
気調和機、特に、その室内機と室外機との冷媒配管長を
検出し、運転の安定性を向上した分離形ヒートポンプ式
空気調和機に関するものである。

〔従来の技術〕

第１１図は、例えば特開昭６２−１５８９５８号公報に
開示された従来のこの種の空気調和機の例の冷媒回路図
であり、同図において、８は室外ユニット、９は室内ユ
ニットを示す。また、１は圧縮機、２は四方弁、３は室
外熱交換器、４ａｌは減圧装置としての冷房用毛細管、
４ｂｌは同上暖房用毛細管てあり、それぞれに並列に整
流用の各逆止弁７ａ、７ｂか配設されている。

５は室内熱交換器、６はアキュムレータてあり、これら
は順次冷媒配管で接続され、ヒートポンプ式冷凍サイク
ルを構成している。１０ａ、１０ｂは、室外ユニット８
と室内ユニット９とを接続するための冷媒配管であり、
特に、室内外ユニット接続配管と呼ぶ。

次に、その動作について説明する。

冷房時は、四方弁２は第１１図の実線の位置にあり、圧
縮機１により吐出された高温、高圧のガス冷媒は四方弁
２を経て室外熱交換器３て室外空気と熱交換することに
より、冷却され、凝縮し、高圧のまま過冷却液冷媒状態
となって、室外ユニット８内の冷房時減圧用毛細管４ａ
ｌにより低圧の２相状態冷媒となる。

この低圧の２相状態の冷媒は、室内外ユニット接続配管
１０ａから室内ユニット９に至り、逆止弁７ｂを軽て室
内熱交換器５に達し、室内空気と熱交換することにより
、低圧のまま加転されて基発し、乾き度の大きな２相冷
媒または過熱ガス冷媒となって、室内外ユニット接続配
管１０ｂ、四方弁２．アキュムレータ６を紅て圧縮機１
に戻るというサイクルを綬返す。

方、暖房時は、四方弁２は第１１図の破線の位置にあり
、圧縮機１により吐出された高温、高圧のガス冷媒は四
方弁２．室内外ユニット接続配管１０ｂ、凝縮器として
動作する室内熱交換器５て熱交換し、高圧の過冷却液冷
媒となり、室内ユニット９内の暖房時減圧用毛細管４ｂ
ｌにより減圧され、低圧の２相状態冷媒となり、室内外
ユニット接続配管１０ａから室外ユニット８に至り、逆
止弁７ａから蒸発器として動作する室外熱交換器３て熱
交換し、乾き度の大きな２相状態の冷媒または補熱ガス
となり、四方弁２．アキュムレータ６を経て圧縮機１に
戻るというサイクルを縁返す。

したかって、冷房時および暖房時とも、室内外ユニット
接続配管１０ａには低圧の２相状態の冷媒か流わ、その
平均比重量はほぼ同一の値（約０．６〜０．７ｇ／ｃｍ
３）を示す。

また、室内外ユニット接続配管１０ｂには、カス状態ま
たは乾き度の大きな２相状態の冷媒か流れる。したかっ
て、冷房時および暖房時とも、必要冷媒充填量はほぼ同
一の値を示し、室内外ユニット接続配管１０ａ、１０ｂ
の長さか長くなっても、必要冷媒充填量に差異を生じな
い。

従って、接続配管長に応した適正な冷媒量か充填されれ
ば、余剰冷媒の発生は少ない。この従来例では、余剰冷
媒の発生か少ないことにより、あらかしめ最大配管長に
必要な冷媒を充填し、余剰冷媒をアキュムレータ６に貯
溜するよう構成している。

〔発明か解決しようとする。Ｊ　Ｂ　）しかしなから、
従来の分離形ビートポンプ式空気調和機は、以上のよう
に減圧装置として固定絞っである毛細管４ａｌ、４ｂｌ
をそれぞれ用いているため、室内外ユニット接続配管１
０ａ１０ｂの長さかある稈度長くなると、絞り具合か不
適切となり、安定した運転かてきなくなるか、あるいは
室内外ユニット接続配管の最大長さか比較的短く制限さ
れるなとの第１の問題点かあった。

また、前記のように、室内／外ユニットの最大接続配管
長時に必要な冷媒量をあらかしめ充填しているため、接
続配管長か比較的短い場合には、余剰冷媒かアキュムレ
ータ６内に多く貯溜されることになり、アキュムレータ
６の８稜を大きくしなければならす、コストか増すか、
あるいは室外ユニットの外形寸法か大形化するなとの第
２の問題点かあった。

この発明は、以上のような従来例の各問題点を解消する
ためになされたもので、前記室内／外ユニット接続配管
か比較的長い場合、その長さを検出し得るとともに、そ
の配管長さの制限を拡大し得る第１の解決手段を提供す
る一方、また、前記室内／外ユニット接続配管が逆に比
較的短い場合、アキュムレータ容積や室外ユニット外形
寸法か大形化することを防止するための第２の解決手段
を提供することにより、小形／安価で運転信頼性の高い
この種の分離形ヒートポンプ式空気調和機を得ることを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

このため、この発明においては、この種の分離形ヒート
ポンプ式空気調和機に、減圧装置として、例えば、電子
Ｅ％弁等を用いるとともに、減圧直後の２相冷媒の温度
を検出するための第１の温度検出器と、減圧後、室内外
ユニット接続配管を通過した後の２相冷媒の温度を検出
するための第２の温度検出器とを配設し、これら第１お
よび第２の温度検出器により、検出した温度差から前記
電子膨張弁等の開度を決定するように構成することによ
り、前言己第１の問題の解決手段を提供すると共に、ま
た、例えば、前記電子膨張弁等の減圧装置を配設すると
ともに、室内外ユニット接続配管長入力装置を設け、そ
の出力に応じて、主たる減圧効果を示す減圧装置を選択
制御するよう構成することにより、前記第２の間腫の解
決手段を提供して、前記目的を達成しようとするもので
ある。

〔作用〕

以上のような構成により、この発明による分離形ビート
ポンプ式空気調和機は、前記第１の解決手段により、減
圧装置直後の２相冷媒の温度と、減圧後、室内外ユニッ
ト接続配管を通過する間に圧力損失によって低下した２
相冷媒の温度とを検出することにより、その温度差から
室内外ユニット接続配管長さを算出し、その接続配管長
さに応して電子膨張弁等の開度を変化させて、適正な絞
りとすることかできる。

また、前記接続配管長か比較的短い場合は、室内／外ユ
ニットの前記２つの電子膨張弁等の開度を変化させるこ
により減圧効果を変化させ、入力した配管長に応して線
側冷媒配管内の状態をそれぞれ高圧の液、中間圧の２相
、低圧の２相と変化させて、配管長に対する必要冷媒星
の変化を少なくし、アキュムレータに貯溜する余剰冷媒
量を減少させて大形化を防止することかできる。

（実施例〕 以下に、本発明を実施例に基ついて説明する。

（構成） 第１図に、本発明に係るこの種の空気調和機の前記第１
解決手段を提供するための一実施例の構成図を示し、前
記従来例第１１図におけると同一（相当）構成要素は同
一符号で表わす。一部重複を含めて説明すると、１は圧
縮機、２は四方弁、３は室外熱交換器、４ａ、４ｂは減
圧装置としての各電子膨張弁てあり、そわそわ冷房時及
び暖房時に作用し、整流作用はそれぞれの電子膨張弁に
並列に配設された各逆止弁７ａ、７ｂにより行われる。

５は室内熱交換器、６はアキュムレータであり、順次冷
媒配管により接続される。特に、室外ユニット８と室内
ユニット９とは、室内外ユニット接続配管１０ａ、１０
ｂにより連結さゎている。

１１ａは、室外ユニット８内の冷媒配管上で、電子膨張
弁４ａ及び４ｂを結ぶ配管上に、また、ｆｌｂは室内ユ
ニット９内の冷媒配管上て、電子膨張弁４ａ及び４ｂを
結ぶ配管上に、それぞれ配設された第１及び第２の温度
検出器である。１２は第１／第２の温度検出器１１ａ／
ｌｌｂからの温度テークより温度差を演算する温度差演
算装置てあり、この温度差データは電子膨張弁開度決定
装置１３に送られ、ここて電子膨張弁４ａ及び４ｂの開
度か演算され決定される。１４は、決定された電子膨張
弁４ａ及び４ｂの開度に設定されるよう出力する電子膨
張弁開度出力装置である。

上記１２，１３．１４は合わせて電子膨張弁制御器１５
を構成している。

（動作） 次に、本実施例の動作について説明する。

基本的なヒートポンプサイクルの動作については、減圧
装置か各毛細管４ａｌ、４ｂｌから各電子１張弁４ａ、
４ｂに変更された点を除いて従来例と変わらないため、
同様であるものとして重複説明を省略し、本実施例によ
る特徴的な動作について説明する。

第２図は、第１図における冷房時の動作をモリエル線図
上に示した図である。横軸りは冷媒のコンタルビ、縦軸
は圧力Ｐを示す。ここてＴｈ、／Ｔｈ２は、それぞれ第
１／第２の温度検出器１１ａ、１１ｂにより検出される
各温度を意味する。このとき、Ｔｈ、は電圧装置である
電子膨張弁４ａの直後の２相冷媒の飽和温度を、またＴ
ｈ２は減圧後の２相冷媒が室内外ユニット接続配管１０
ａを通過する間に、その管摩擦圧力損失によって圧力か
下かり、はぼ蒸発器入口付近の２相冷媒の飽和温度をそ
れぞわ示す。この時の温度差 ΔＴ＝　　　Ｔｈ、　　−Ｔｈ２ は、室内外ユニット接続配管１０ａ、１０ｂ長りにより
変化する。第３図は、電子膨張弁４ａの開度を所定値Ｓ
０に保った時の前記温度差ΔＴと室内外ユニット接続配
管長しとの関係を示す図である。

電子膨張弁４ａの所定開度Ｓ。とは、基準となる室内外
ユニット接続配管長し。の時の温度差ΔＴｏを示す開度
のことである。従って、第３図を用いわば電子膨張弁４
ａの開度を所定値Ｓ。に保持した時に、温度差ΔＴを検
出することにより、室内外ユニット接続配管長しか推定
可能となる。

第４図は、検出された温度差ΔＴに対し、電子膨張弁開
度ＳＪを決定するための線図てあり、電子膨張弁開度決
定装置１３（第１図）に内蔵されたデータである。

以上の概略動作を、さらに第５図のシーケンスフローチ
ャートを用いて説明する。

上記の動作は、試運転時になされるものてあり、ます、
ステップＳ１において、運転モードか冷房か暖房かを判
定し、冷房時てあれば、ステップＳ２で電子膨張弁４ａ
の開度Ｓ７を所定開度Ｓｏにセットし、ステップＳ３で
電子膨張弁４ｂの開度Ｓ、を最大開度Ｓ。ａ８にセット
する。

ステップＳ１において、暖房時てあれば、ステップＳ４
へ行き、電子膨張弁４ｂの開度Ｓ、を所定開度Ｓ。にセ
ットし、さらに、ステップＳ５て電子膨張弁４ａの開度
Ｓａを最大開度Ｓ　＋ｍａｙにセットする。次に、ステ
ップｓ６では、第１／第２の温度検出器１１　ａ　／　
１１　ｂにより検出された温度から温度差演算装置１２
により温度差の絶対値ΔＴ　（＝ｌ　Ｔｂ＋　　Ｔｈ２
　ｌ　）を算出し、さらに、第３図に示された線図より
、室内外ユニット接続配管長りを求める。ステップＳ７
はタイマであり、正しく温度差６丁か検出されるまでの
連続運転時間（この場合３０分）を意味する。このタイ
マかカウント終了するとステップＳ８へ行き、検出され
た温度差ΔＴから第４図に示す線図により、電子膨張弁
の開度ＳＪを電子膨張弁開度決定装置１３により演算す
る。さらに、ステップＳ９て運転モートの判定を行い、
冷房てあればステップ５１０において電子膨張弁４ａの
開度ＳｌｌをＳＪにセットし、暖房てあ゛ればステップ
Ｓｌｌにおいて電子膨張弁４ｂの開度ＳゎをＳ、にセッ
トする。

つきに、ステップ５１２ｉいて、ステップＳ６て求めた
配管長さＬを、例えば、発光タイオートなとて表示した
のち、ステップ５１３て試運転終了となる。このｔ麦は
、ステップＳ１４へ移り、このまま通常運転へ移行する
。

なお、上記実施例においては、減圧装置である各電子膨
張弁４ａ、４ｂと並列に各逆止弁７ａ７ｂを配設したか
、絞りてない方の電子膨張弁は最大開度Ｓ　ＩＩＩａＸ
に保持しているため、最大開度Ｓ　＋ｂａｘての流量か
十分足りれば、逆止弁７ａ。

７ｂは除去しても上記実施例と同様の効果を奏する。

（他の実施例） 構成） 第６図に、本発明に係る前記第２解決手段を提供するた
めの第２の実施例の構成図を示し、前記第１実施例第１
図におけると同一構成要素は同符号で表わし、重複説明
は省略する。

なお、４ａ、４ｂ４′ｉ減圧装置としての各電子庇強弁
てあり、それぞれ所定の開度に調節することにより減圧
度を制御する。

また、１２Ａは冷媒配管長入力装置、１３は電子膨張弁
開度決定装置であり、冷媒配管長入力装＠１２Ａからの
データにより各電子膨張弁４ａ。

４ｂの開度を決定する。１４は電子膨張弁開度決定装置
１３により決定された開度を出力するための電子膨張弁
開度出力装置であり、上記１２Ａ。

１３．１４は合わせて電子膨張弁制御器１５Ａを構成し
ている。

動作〉 次に、本実施例の動作について説明する。

基本的なビートポンプサイクルの動作については、前記
第１実施例におけると同様、減圧装置が従来例の毛細管
から電子膨張弁に変更された点及び第１実施例における
各逆止弁７ａ、７ｂか本実施例では省略されている点を
除いては、前記第１実施例と同様であるため、重複説明
を省略し、本実施例の特徴的な動作について説明する。

第６図において、ます、冷房運転の場合について説明す
る。室内外ユニット接続配管１０ａ。

１０ｂの最大長さに必要な冷媒を充填し、最大長さ以下
の配管長で運転すると、かならずその配管長差に応し配
管内に存在する冷媒！たけ余剰冷媒かアキュムレータ６
内に貯溜される。これら配管内に存在する冷媒は、室内
外ユニット接続配管１０ａ及び１０ｂ内に存在する冷媒
量の和であるか、配管ｔａｂは主としてカス冷媒か存在
し、配管１０ａ内の冷媒量に比へて小さく、また、減圧
装置にも影響されない。しかしなから、配管１０ａ内の
冷媒は主として液冷媒または２相冷媒（液とガスの混合
状態）てあり、特に、減圧装置である電子ｆ強弁４ａ及
び４ｂの各開度により配管１０ａ内の冷媒量は大きく変
化する。例えば、減圧装置として電子膨張弁４ｂを所定
の開度に設定して減圧効果を持たせ、電子膨張弁４ａは
全開として減圧効果を生じさせない場合は、配管１０ａ
内の冷媒は減圧前の室外熱交換器３て凝縮か完了した高
圧の液冷媒であり、冷媒量か最も大きい状態となる（こ
の減圧方式を“Ａ”と呼ぶ）。

逆に、主たる減圧装置として、電子膨張弁４ａを所定の
開度に設定し、電子膨張弁４ｂは全開とした場合は、配
管１０ａ内の冷媒は減圧後の低圧の２相冷媒となり、前
記主たる減圧装置を電子膨張弁４ｂとした場合の約４０
％程度に減少する（この減圧方式を“Ｃ”と呼ぶ）。

さらに、前記２種類の減圧方法Ａ、Ｃの中間的な減圧方
法として、電子膨張弁４ａ、４ｂの各開度を、所定の冷
房用開度の５０％ずつに設定した場合は、配管１０ａ内
の冷媒は中間圧の２相状態となり、前記高圧の液冷媒の
約７０％程度の埴となる（この減圧方式を“Ｂ”と呼ぶ
）。

以上、３種の減圧方法Ａ、Ｂ、Ｃにより必要冷媒量と室
内外ユニット接続配管長との関係を示すと第７図のよう
になる。これらの減圧方式Ａ。

Ｂ、Ｃを比較すると、最大配管長では必要な冷媒か最も
小さくなる減圧方式Ｃか優れている（あらかしめ封入す
る冷媒量はできる限り少なくしたいため）。また、この
最大配管長で、減圧方式Ｃで必要な冷媒を封入した時、
アキュムレータ６に貯溜する冷媒量か最大となるのは、
冷媒配管長か最小配管となった峙てあり、封入量と最小
配管長て必要な冷媒量との差がアキュムレータ６に貯溜
される。第７図に示すように、アキュムレータ６内の貯
溜量か最小なのは、減圧方式Ａであり、アキュムレータ
内容積を小さくてきる点で優れている。

すなわち、室内外ユニット接続配管１０ａ。

１０ｂの長さか長い時は、減圧方式〇とし、全体の封入
冷媒量を減少させ、反対に短い時は、減圧方式Ａとし、
アキコムレーク６内貯ＩＳ！量を減少させる。また、中
間の配管長さの時は、減圧方式Ａての必要冷媒量かユニ
ット封入量に等しくなる第７図中の点■の配管長までは
、減圧方式Ａとし、それを越える配管長■′からは減圧
方式Ｂとする。さらに、減圧方式Ｂての必要冷媒量かユ
ニット封入量−に等しくなる第７図中の点■の配管長ま
では、減圧方式Ｂとし、そわを越える配管長■′から最
大配管長まては減圧方式〇とする。

以上の減圧方式Ａ、Ｂ、Ｃの区分をあらためて必要冷媒
量と室内外ユニット接続配管長の関係として示すと第８
図のようになる。第８図中の斜線を施した部分は、アキ
ュムレータ６に貯溜される冷媒量である。また、Ｌ、、
Ｌ２はそれぞれ点■、■に相当する配管長を示す。

さらに、アキュムレータ６に貯溜される冷媒量と室内外
ユニット接続配管長との関係を第９図に示す。同図では
、減圧方式を前記Ａ、Ｂ、Ｃのように変化させた場合と
減圧方式Ｃに固定した場合（破線で示す）の比較を示し
ているか、実線で示したように、減圧方式を変化させた
方かアキュムレータ内貯溜量か減少していることかわか
る。

以上の動作を再び第６図に基ついて説明する。

冷媒配管長さは、冷媒配管長入力装置１２Ａにより第８
．９図に示すように３通りに設定し、電子膨張弁開度決
定装置１３により、そわぞわの場合に応した各電子膨張
弁４ａ、４ｂの開度を決定し、電子膨張弁開度出力装置
１４によりそれぞれの開度に設定する。

さらに、この動作説明のまとめとして、第１０図のシー
ケンスフローチャートに基ついて説明する。

ます、ステップＳ１において、配管長入力装置１２Ａの
情報を判定し、配管長しがＬ≦Ｌ１のときは、ステップ
Ｓ２において、電子Ｅ’Ａ弁（以下、ＬＥＶと呼ぶ）４
ａを全開、ＬＥＶ４ｂを所定の減圧用開度Ｓ０に設定す
る。また、ステップＳ１において、Ｌ、＜Ｌ≦Ｌ２の場
合は、ステップＳ３において、ＬＥＶ４ａ、ＬＥＶ４ｂ
共に所定の減圧用開度１／２Ｓｏに設定する。さらに、
ステップＳ１において、Ｌ　＞　Ｌ　２のときは、ステ
ップＳ４において、ＬＥＶ４ａを所定の減圧用開度Ｓ。

、ＬＥＶ４ｂを全開とする。

なお、以上の動作は、冷房について説明したか、暖房の
場合も同様な考え方で説明されるものである。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によりば、室内ユニット、
室外ユニットそれぞれに配設した温度検出器の温度差情
報から室内外ユニット接続配管長を算出し、その配管長
に応して減圧装置の絞り具合を適正に設定できるよう構
成したため、室内外ユニット接続配管長か比較的長くな
っても安定な運転か可能な運転範囲の広い空気調和機か
得られる。

また、算出した配管長を表示することにより、実際の配
管施工状況を見なくとも配管長が分かるため、サービス
時の作業が進めやすいなとの効果も得られる。

また、室内ユニット、室外ユニットにそれぞれ配設され
た電子膨張弁の開度を室内外ユニット接続配管の長さに
応して変化させ、室内外ユニット接続配管内の冷媒の状
態を変化させるよう構成したため、その冷媒量を変化さ
せ、最大配管長に必要な冷媒量を充填しても、短配管時
にアキュムレータに貯溜する冷媒が少なくなり、アキュ
ムレータ容積か小さくて済み、小形て゛安価な、また、
冷媒量に対する運転の信頼性の高い分離形ヒートポンプ
式空気凋和機か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る分離形ヒートポンプ式空気調
和機の一実施例の構成図、第２図は、その第１．第２の
温度検出器か検出する温度のモリエル線図解説図、第３
図は、温度差と室内外ユニット接続配管長の関係を示す
図、第４図は、温度差と電子膨張弁開度の関係を示す図
、第５図は、運転シーケンスフローチャート、第６図は
、他の実施例の第１図相当図、第７図及び第８図は、そ
の必要冷媒量を示す各説明図、第９図は、そのアキュム
レータ貯溜量説明図、第１０図は、減圧方式を変化させ
るときの動作シーケンスフローチャート、第１１区は従
来の分離形ヒートポンプ式空気調和機の一例の構成図で
ある。 工は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱交換器、４ａ、４
ｂは各電子膨張弁、５は室内熱交換器、６はアキュムレ
ータ、８は室外ユニット、１０ａ、１０ｂは室内外ユニ
ット接続配管、１１ａ、ｌｌｂは第１／第２の温度検出
器、１２は温度差演算装置、１２Ａは冷媒配管長入力装
置、１３は電子膨張弁開度決定装置、１４は電子膨張弁
開度出力装置、１５，１５Ａは電子膨張弁制御器である
。 なお、各図中、同一符号は同一または相当構成要素を示
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内
   熱交換器、アキュムレータ等を順次冷媒配管で接続した
   冷媒回路により構成した分離形ヒートポンプ式空気調和
   機において、冷房用減圧装置を前記圧縮機、四方弁、室
   外熱交換器により構成された室外ユニットに備え、かつ
   、暖房用減圧装置を前記室内熱交換器により構成された
   室内ユニットに備えるとともに、第１および第２の温度
   検出器をそれぞれ前記室外ユニット内および室内ユニッ
   ト内の冷媒配管上で、それぞれ前記冷房用減圧装置と暖
   房用減圧装置とを連結する配管上に備え、前記第１およ
   び第２の温度検出器により検出される温度差により、前
   記減圧装置の減圧効果を変化させるよう構成したことを
   特徴とする分離形ビートポンプ式空気調和機。
2. （２）圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内
   熱交換器、アキュムレータ等を順次冷媒配管で接続した
   冷媒回路により構成した分離形ヒートポンプ式空気調和
   機において、第１の減圧装置を前記圧縮機、四方弁、室
   外熱交換器により構成された室外ユニットに備え、かつ
   、第２の減圧装置を室内熱交換器により構成された室内
   ユニットに備えるとともに、前記室内外ユニットの接続
   配管長入力手段を備え、その出力に応じて、主たる減圧
   効果を行う前記減圧装置を選択的に変化させるよう構成
   したことを特徴とする分離形ヒートポンプ式空気調和機
   。