JPH06159840A - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気調和機における冷媒量を削減できると共
に分岐部の構造を簡単化でき、さらには放熱性能を向上
する。 【構成】 冷房運転時は、コンプレッサ１１からの冷媒
は室外側熱交換器１３に送られてから分岐部１５ａを有
する冷媒流通管１５を通じて複数の室内側熱交換器１４
に送られる。冷媒流通管１５には分岐部１５ａを挟んで
第１，第２の可変絞り機構１８，１９が設けられている
と共に各可変絞り機構１８，１９の流入出側に温度セン
サ２０，２１，２２が設けられている。制御装置２３
は、温度センサ２０，２１，２２からの信号に基づいて
冷媒流通管１５内に位置する冷媒の乾き度が零から０．
１となるように第１，第２の可変絞り機構１８，１９を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、室外側熱交換器と複数
の室内側熱交換器とを分岐部を有する冷媒流通管により
接続したヒートポンプ式空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のヒートポンプ式空気調和機とし
て、室外側熱交換器と複数の室内側熱交換器とを間で冷
媒を流通すると共に、その流通方向に応じて室内を冷暖
房するように構成されたものが供されている。即ち、冷
房時は圧縮機から高温高圧の気化冷媒を各室外側熱交換
器に供給することにより液化すると共に、その液化冷媒
を冷媒流通管を通じて室内側熱交換器に供給することに
より吸熱作用により室内を冷却する。また、暖房時は圧
縮機からの高温高圧の気化冷媒を室内側熱交換器に供給
することにより放熱作用により室内を暖めると共に、液
化された冷媒を室外側熱交換器に供給して気化させるこ
とが行われている。

【０００３】ところで、上記構成のものでは、室外側熱
交換器と複数の室内側熱交換器との間で冷媒流通管を通
じて液化冷媒の授受を行う方式であるので、冷媒流通管
の配管長が長くなるに従って必要とする冷媒量が大幅に
増加する。このため、空気調和機の設置現場での冷媒追
加作業が必要となると共に、冷媒貯留用のアキュムレー
タが大形化してしまうという欠点がある。

【０００４】上述のような欠点を解決するものとして、
特開昭６３−１９７８５４３号公報に示すようなものが
あり、その構成を図８に示した。この図８において、圧
縮機１から供給される冷媒は、冷房運転時においては四
方弁２の切替動作により室外側熱交換器３から複数の室
内側熱交換器４に分岐部５ａを有する冷媒流通管５を通
じて供給され、暖房運転時においては複数の室内側熱交
換器４から冷媒流通管５を通じて室外側熱交換器３に供
給されるようになっている。

【０００５】さて、上記構成のものが特徴とする構成
は、冷房用絞り３ａと暖房用絞り４ａとの配置を入替え
ると共に逆止弁３ｂ，４ｂの方向を反転したことであ
り、斯様な構成の結果、絞り３ａ，４ａの入口の圧力が
減圧されて冷媒流通管５内の冷媒が気液二相状態とな
り、以て必要とされる冷媒量を削減することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成のものでは、室外側熱交換器３と複数の室内側熱
交換器４とを接続する冷媒流通管５を通過する冷媒は乾
き度が０．２（飽和液が８０％、飽和蒸気２０％）程度
に設定されるので、冷媒に含まれる気化冷媒の割合が比
較的多くなり、例えば冷房時において室外側熱交換器３
から複数の室内側熱交換器４へ冷媒を均等に分配するこ
とが困難となる。このため、冷媒流通管５の分岐部５ａ
としては、図９に示すような複雑な構成のマルチディス
トリビュータを用いて対応しているのが現状である。こ
のマルチディストリビュータは、冷媒を単に分配するの
ではなく、分配口が互い違いとなるように配設されるこ
とにより飽和液と飽和蒸気とを均等に混合した状態で分
配するようになっており、その構造が極めて複雑であ
る。

【０００７】また、冷媒流通管５内の冷媒の乾き度が
０．２に設定された状態では、冷媒の気化熱量が低下し
て熱交換器による吸熱性能が低いという欠点がある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、室外側熱交換器と複数の室内側熱交換
器とを分岐部を有する冷媒流通管により接続したものに
おいて、冷媒量を削減できると共に分岐部の構造を簡単
化することができ、さらには放熱性能を向上することが
できるヒートポンプ式空気調和機を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、室外側熱交換
器と複数の室内側熱交換器とを分岐部を有する冷媒流通
管により接続したヒートポンプ式空気調和機において、
前記冷媒流通管における所定位置に複数の可変絞り機構
を設け、これらの可変絞り機構を通過する冷媒の乾き度
を示す変動要素を検出する複数の検出手段を設け、これ
らの検出手段の検出結果に基づいて前記冷媒流通管内の
冷媒の乾き度が零よりも大きく且つ０．１以下となるよ
うに前記各可変絞り機構を制御する制御手段を設けたも
のである。

【００１０】

【作用】室外側熱交換器に高温高圧の気化冷媒が供給さ
れると、その気化冷媒は室外側熱交換器による放熱作用
により液化する。そして、液化冷媒は、分岐部を有する
冷媒流通管に設けられた複数の可変絞り機構を通じて室
外側熱交換器から室内側熱交換器に供給される。このと
き、冷媒の圧力は可変絞り機構を通過する毎に低下し、
それに応じて冷媒の乾き度が大きくなる。

【００１１】さて、検出手段は、可変絞り機構を通過す
る冷媒の乾き度を示す変動要素を検出している。そし
て、制御手段は、検出手段の検出結果に基づいて冷媒流
通管を通過する冷媒の乾き度が零よりも大きく且つ０．
１以下となるように可変絞り機構を制御する。この結
果、冷媒流通管内の冷媒は気液二相状態となり、冷媒流
通管内の冷媒量を減少させることができるので、簡単な
構造の分岐部により冷媒を均等に分岐することができ
る。また、冷媒の乾き度が零から０．１のものでは放熱
性能が低下することはない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図７を参
照して説明する。全体の概略図を示す図１において、圧
縮機１１の吐出口１１ａには四方弁１２の流入口が接続
され、その四方弁１２の流出入切替口に室外側熱交換器
１３の流入口が接続されている。室外側熱交換器１３の
流出口は複数の室内側熱交換器１４と分岐部１５ａ（図
２参照）を有する冷媒流通管１５により接続されてい
る。

【００１３】室内側熱交換器１４の流出口は四方弁１２
の流出入切替口と分岐部１６ａを有する冷媒流通管１６
により接続されている。四方弁１２の流出口にはアキュ
ムレータ１７の流入口が接続され、そのアキュムレータ
１７の吐出口は圧縮機１１の流入口と接続されている。

【００１４】ここで、冷媒流通管１５において分岐部１
５ａから室外側熱交換器１３に至る部位には第１の可変
絞り機構１８が設けられていると共に、分岐部１５ａか
ら各室内側熱交換器１４に至る部位には第２の可変絞り
機構１９が夫々設けられている。

【００１５】また、冷媒流通管１５において第１の可変
絞り機構１８の流入出側となる部位には検出手段たる温
度センサ２０，２１が設けられている共に、第２の可変
絞り機構１９と各室内側熱交換器１４との間となる部位
には検出手段たる温度センサ２２が設けられており、そ
れらの温度センサ２０，２１，２２からの温度信号は制
御手段たる制御装置２３に出力される。

【００１６】ここで、制御装置２３は、各温度センサ２
０，２１，２２からの温度信号に基づいて第１，第２の
可変絞り機構１８，１９の開口面積を適宜調整するよう
になっている。

【００１７】さて、冷房運転時においては圧縮機１１か
ら吐出された高温高圧の気化冷媒は、四方弁１２の切替
動作により室外側熱交換器１３に供給され、その室外側
熱交換器１３による放熱作用に凝縮して液化する。そし
て、液化冷媒は、冷媒流入管１５を通じて室外側熱交換
器１３から各室内側熱交換器１４に送られる。

【００１８】さて、冷媒流入管１５を流れる冷媒は、第
１の可変絞り機構１８を通過するときに減圧されて飽和
液状態から気液二相状態となるので、その温度が低下す
ると共に乾き度が上昇する。そして、第１の可変絞り機
構１８を通過した気液二相状態の冷媒は、分岐部１５ａ
により分岐されてから各第２の可変絞り機構１９を通過
する。このとき、気液二相状態の冷媒はさらに減圧され
るので、冷媒の温度が一層下降すると共に冷媒の乾き度
が一層上昇する。

【００１９】そして、乾き度が上昇した気液二相状態の
冷媒は室内側熱交換器１４に送られることにより室内の
熱を吸収して気化する。

【００２０】一方、暖房運転時においては、圧縮機１１
から吐出された高温高圧の気化冷媒は、四方弁１２の切
換動作により冷媒流通管１６を通じて各室内側熱交換器
１４に供給され、これにより、室内側熱交換器１４によ
る放熱作用により冷媒が凝縮して液化する。そして、室
内側熱交換器１４から吐出された飽和液状態の冷媒は、
第２の可変絞り機構１９により減圧されることにより温
度が低下すると共に乾き度が上昇する。そして、気液二
相状態となった冷媒は、冷媒流通管１５を通過するとき
に分岐部１５ａにおいて合流してから第１の可変絞り機
構１８を通過し、そのときにさらに減圧されて室外側熱
交換器１３に流入して気化する。

【００２１】次に上記構成の作用について説明する。図
３は制御装置２３の動作を示している。この図３におい
て、制御装置２３は、温度センサ２０，２２からの温度
信号に基づいて第１，第２の可変絞り機構１８，１９の
前後における温度差ΔＴ0 を検出する（Ｓ301 ）。

【００２２】そして、冷房モードであったときは（Ｓ30
2 ）、温度センサ２１による温度信号に基づいて可変絞
り機構１８の流入出側における温度差ΔＴを検出し（Ｓ
303，Ｓ304 ）、その温度差ΔＴが下限設定温度差Ｔset
1以上か否かを判断する（Ｓ305 ）。このとき、温度差
ΔＴが下限設定温度差Ｔset1よりも小さかったときは、
第１の可変絞り機構１８を１ステップ絞る（Ｓ306 ）。
この場合、下限設定温度差Ｔset1とは、図４に示すモリ
エル線図において冷媒が飽和液状態から気液二相状態に
変化するときの温度差（Ａ〜Ｂ´間）よりも僅かに大き
く設定されている。つまり、第１の可変絞り機構１８の
前後における温度差が下限設定温度差Ｔset1よりも小さ
いということは、冷媒が飽和液状態のまま第１の可変絞
り機構１８を通過したことを意味しているので、図４に
示すように冷媒の乾き度は零となっている。従って、第
１の可変絞り機構１８をさらに絞って当該第１の絞り機
構１８の流入出側における圧力差を増大させて冷媒を飽
和液状態から気液二相状態に状態変化させる。

【００２３】一方、第１の可変絞り機構１８の流入出側
における温度差ΔＴが下限設定温度差Ｔset1以上となっ
たときに、第１，第２の可変絞り機構１８，１９の流出
側における温度差ΔＴ0 から上限設定温度差Ｔset2を差
引いた値よりも温度差ΔＴの方が大きかったときは（Ｓ
307 ）、第１の可変絞り機構１８を１ステップ開口する
（Ｓ308 ）。この場合、上限設定温度差Ｔset2として
は、図４に示すモリエル線図において冷媒が乾き度ｘ＝
０から乾き度ｘ＝０．１に変化するときの温度差に設定
されている。つまり、第１の可変絞り機構１８を通過し
た冷媒が気液二相状態で且つ第１の可変絞り機構１８を
通過した冷媒の温度差が上限設定温度差Ｔset2よりも大
きいということは、図４に示すように冷媒の乾き度が
０．１よりも大きいことを意味している。従って、第１
の可変絞り機構１８をさらに開放して当該第１の可変絞
り機構１８の流入出側における圧力差を減少させる。

【００２４】そして、第１の可変絞り機構１８の流入出
側における温度差が下限設定温度差Ｔset1以上となった
ときに、第１，第２の可変絞り機構１８，１９の流入出
側における温度差ΔＴ0 から上限設定温度差Ｔset2を差
引いた値よりも温度差ΔＴの方が小さかったときは、第
１の可変絞り機構１８を制御することはない。つまり、
第１の可変絞り機構１８を通過した冷媒が気液二相状態
で且つ第１の可変絞り機構１８を通過した冷媒の温度差
が上限設定温度差Ｔset2以内であるということは、図４
に示すように冷媒の乾き度ｘは零よりも大きいと共に
０．１よりも小さくなっていることを意味している。従
って、制御装置２３は、第１の可変絞り機構１８に対し
て制御を行うことはない。

【００２５】また、制御装置２３は、暖房モードおいて
は、上述と同様にして各温度センサ２０，２１，２２か
らの温度信号に基づいて第２の可変絞り機構１９の開口
面積を調整する（ステップＳ309 〜Ｓ314 ）。

【００２６】ここで、図５は冷媒流通管１５内の冷媒量
を示している。この図５において、本実施例のサイクル
（乾き度ｘ＝０．１）のときの配管内冷媒量は、従来の
改良サイクル（乾き度ｘ＝０．２）よりも多くなってい
るものの、乾き度ｘが０．１の冷媒における気化冷媒の
含有率は低いので、冷媒流通管１５を流れる冷媒を分岐
部１５ａにより均等に分岐することができる。

【００２７】一方、図７は冷媒の管内平均比重量を示し
ている。この図７から本実施例のサイクルの管内平均比
重量は従来の改良サイクルに比べて大きく、冷媒の必要
量が大きくなっていることが分る。しかしながら、冷媒
の乾き度に対する放熱性能を示す図６から分るように、
冷媒の乾き度が０〜０．１の範囲においては放熱性能が
極めて高いのに対して、０．１を上回った範囲において
は放熱性能が低下している。従って、本実施例のサイク
ルの管内平均比重量が従来の改良サイクルよりも大きい
といっても、従来の改良サイクルの如く放熱性能が悪化
することはないので、総合的に判断して本実施例のサイ
クルの方が従来の改良サイクルに比べて優れていると言
える。

【００２８】上記構成のものによれば、室外側熱交換器
１３と複数の室内側熱交換器１４とを連結する冷媒流通
管１５において分岐部１５ａの流入出側となる部位に第
１，第２の可変絞り機構１８，１９を設けると共にこれ
らの可変絞り機構１８，１９の流入出側における温度を
検出する温度センサ２０，２１，２２を設け、各温度セ
ンサ２０，２１，２２からの温度信号に基づいて冷媒流
通管１５において第１，第２の可変絞り機構１８，１９
の間に位置する冷媒の乾き度が零から０．１の範囲とな
るように制御装置２３により各可変絞り機構１８，１９
の開口面積を調整するようにしたので、冷媒流通管内の
冷媒の乾き度が０．２程度に設定されることにより気化
冷媒の割合が大きな従来の改良例のものと違って、図２
に示すような簡単な構成の分岐部１５ａを用いて冷媒を
均等に分岐することができる。

【００２９】尚、上記実施例では、冷房モード，暖房モ
ードの両モードにおいて冷媒流通管１５内の冷媒が低乾
き度となるように構成したが、一方のモードのみ冷媒流
通管１５内を低乾き度となるように構成してもよい。

【００３０】また、室内側熱交換器１４を３台以上設け
ると共に、冷媒流通管１５に可変絞り機構１９を３台以
上設置するようにしてもよい。

【００３１】さらに、上記実施例では、各可変絞り機構
１８，１９の流入出側に温度センサ２０，２１，２２を
設け、それらの温度センサ２０，２１，２２による温度
に基づいて可変絞り機構１８，１９の開口面積を調整す
るようにしたが、各可変絞り機構１８，１９の流入出側
における圧力を検出する圧力センサを設け、その圧力セ
ンサによる圧力に基づいて各可変絞り機構１８，１９を
制御するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のヒートポンプ式空気調和機によれば、冷媒流通管にお
ける所定位置に複数の可変絞り機構を設け、これらの可
変絞り機構を通過する冷媒の乾き度を示す変動要素を検
出する複数の検出手段を設け、これらの検出手段の検出
結果に基づいて前記冷媒流通管内の冷媒の乾き度が零よ
りも大きく且つ０．１以下となるように前記各可変絞り
機構を制御する制御装置を設けたので、室外側熱交換器
と複数の室内側熱交換器とを分岐部を有する冷媒流通管
により接続したものにおいて、冷媒量を削減できると共
に分岐部の構造を簡単化することができ、さらには放熱
性能を向上することができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体の概略図

【図２】分岐部を示す斜視図

【図３】制御装置の動作を示すフローチャート

【図４】モリエル線図

【図５】各サイクル毎に示す配管内冷媒量

【図６】冷媒乾き度と放熱性能との関係を示す特性図

【図７】冷媒乾き度と管内平均比重量との関係を示す特
性図

【図８】従来例を示す全体の概略図

【図９】分岐部を示す斜視図

【符号の説明】

１３は室外側熱交換器、１４は室内側熱交換器、１５は
冷媒流通管、１５ａは分岐部、１８は第１の可変絞り機
構、１９は第２の絞り可変機構、２０，２１，２２は温
度センサ（検出手段）、２３は制御装置（制御手段）で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室外側熱交換器と複数の室内側熱交換器
   とを分岐部を有する冷媒流通管により接続したヒートポ
   ンプ式空気調和機において、 前記冷媒流通管における所定位置に設けられた複数の可
   変絞り機構と、 これらの可変絞り機構を通過する冷媒の乾き度を示す変
   動要素を検出する複数の検出手段と、 これらの検出手段の検出結果に基づいて前記冷媒流通管
   内の冷媒の乾き度が零よりも大きく且つ０．１以下とな
   るように前記各可変絞り機構を制御する制御手段とを備
   えたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。