JPH06331228A - 温水冷媒加熱型空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は空気調和機に関し、特に寒期に十分な
暖房能力を有し、信頼性が高く、利便性に優れた空気調
和機を提供するものである。 【構成】冷媒を温水で加熱すると共に、接続配管内の冷
媒の流れ方向を常に同方向になるように冷凍サイクルを
構成する。 【効果】熱源が温水のため外気温度に暖房能力が影響さ
れず、又冷媒が異常加熱されることもないので高信頼性
が得られる。更に高価な四方弁を省略できるのでコスト
を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気調和機に関し特に寒
期の運転に好適で且つ質の高い空気調和が可能な空気調
和機の提供を目的とするものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の空気調和機としては冷媒を加熱
して暖房を行うものがある。従来の冷媒加熱型空気調和
機としては特公昭６３−５６５４、実公昭６２−１６５
９６のごとき物があり、これらは燃焼熱を利用してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年十分な冷房能力並
びに寒期でも十分な暖房能力を有するに加えて質の高い
空気調和を実現できる空気調和機が求められている。上
記従来技術では、冷房及び暖房については考慮されてい
るが湿度についてはなんら触れられておらず空気調和機
としての完成度は低い状態に留まっている。また上記従
来技術ではマルチ形空気調和機についてはなんら触れて
おらず昨今の都市部での住宅事情から来る室外機設置ス
ペ−スの減少に対処出来ない状態にある。

【０００４】また暖房についていえば、従来技術では、
燃焼熱で直接冷媒を加熱するため燃焼装置が個々の室外
機に存在するため燃焼に必然的に伴う爆発防止、過熱防
止、火災防止などの配慮が室外機の据付上、保守上及び
室外機自体の構造上に必要となり据付場所の制約や構造
の複雑化となり、引いては信頼性の低下を招いている。

【０００５】また冷媒の循環手段と冷媒の加熱手段の動
作の開始のタイミングを誤ると冷媒の加熱器に十分冷媒
が流れていない状態で冷媒の加熱が始まり、冷媒が加熱
器内で異常過熱され加熱器内の最初の部分で気化し、気
化に伴い熱交換が悪くなって局部過熱され熱分解してし
まう。また冷媒の熱分解まで至らない場合でも加熱器内
部で冷媒と一緒に冷凍サイクル内を循環している冷凍機
油の炭化が起きる。

【０００６】更に冷媒が加熱され続けると加熱器自体の
温度が上昇し溶解する恐れがある。こうなると冷媒が熱
分解して生じる塩化水素、ホスゲンなどが洩れだして人
体に有害である。更にこうはならないまでも燃焼温度が
高い為運転開始時も冷媒が急速に加熱され、それがまだ
温まっていないシリンダ−に吸入されシリンダ−内で凝
縮し液圧縮を起こして異常な高圧となり冷媒循環系を破
壊し冷媒が漏れたりするなどの異常な状態になる。

【０００７】また冷凍サイクルの運転開始の時は圧縮機
の吐出側では凝縮が起きるため圧縮機の吸い込み側すな
わち加熱器側には冷媒の供給の少ない状態が起き、この
時にも冷媒の異常加熱が起きやすくなる。更にまたこれ
らの異常加熱を防止する制御の為圧力センサ−、温度セ
ンサ−など多重の保護回路を必要とし部品点数の増加と
成っている。更に圧縮機の入力低減の為、吐出バイパス
が必要と成り、これの為に更に冷凍サイクルの主流（室
内ユニット、加熱器を通る流れ）とバイパス流れの流量
調整、及び運転開始時に一時的に生ずる流量アンバラン
スの解消法など困難な命題が多く開発期間が長くなる。

【０００８】また個別ガス燃焼の為、燃焼部が分散した
小規模燃焼となる為、燃焼性能の向上がはかりがたくな
る。また保守上注意が必要でかつ据付上制約が多い燃焼
部が分散するため設置の場所が限定が多くなる。更に従
来のような四方弁を使用した冷凍サイクルではヒ−トポ
ンプ形の空気調和機より加熱器部分が多くなるためコス
ト高になる。本発明は掛る不具合を解消するためになさ
れたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、まず第
一に冷房及び暖房のみならずドライ運転も可能としかつ
マルチシステムにしたことにある。このため本発明では
室内機の室内熱交換器を冷却器兼加熱器とし、冷房運転
時はこれを冷却器として使用し、暖房運転時はこれを加
熱器として使用する構成にすると共に、この冷却器兼加
熱器の風下側にドライ運転時の再熱器（例えば電気ヒ−
タ−）を設けている。

【００１０】室外機の熱交換器に暖房運転時に開路可能
としたバイパス回路を設けると共に個々の室内機に流れ
る冷媒を制御する冷媒制御弁を設けている。また圧縮機
の吸い込み回路に冷媒加熱の為の熱交換器を設け、更に
複数の室内機から戻ってくる冷媒管の合流前の戻り管の
少なくとも１つの回路には、暖房用開閉弁を設け、他の
回路には冷媒の戻り方向が順方向になる逆止弁を設けて
いる。

【００１１】本発明の第二の目的は、加熱方法を特定す
ることにより加熱温度の上限を物理的に制限し過剰加熱
や冷凍機油の炭化を防止すること、熱暴走を回避しこれ
のための安全確保に要する部品を省略して信頼性を高め
ること、急加熱を防止しシリンダ内での凝縮を未然に防
ぐこと、加熱量制御のための冷媒圧力センサ−を不要と
することおよび少ない熱源機で多数の室外ユニットに対
応することにより、据付上、保守上の制約が少なくする
ことにある。

【００１２】このため本発明では冷媒を加熱するのに温
水を使用している。つまり近年温水暖房の普及は目覚ま
しく大容量の熱源機が安価に入手できるようになってお
り、これを使用して冷媒を加熱する場合、温水の温度に
限度があるため（例えば最高８０℃）冷媒はそれ以上加
熱されず過剰加熱の心配は無く、従って冷凍機油の炭化
を防止することが出来る。

【００１３】また温水と冷媒の温度差が少ないので急加
熱とは成らずシリンダ内での凝縮を未然に防ぐことがで
きる。またこれに伴い熱暴走は起きないので過剰加熱防
止のための圧力センサ−等多重の加熱量制御手段が不要
となり部品数の低減引いては信頼性の向上をはかれる。
またこの大容量の熱源機に依り多数台の室外機の冷媒加
熱を行うことが出来るので燃焼部の集中化を図れ、据付
上の制約を少なくでき、また保守上も有利となる。

【００１４】本発明の第三の目的はこのように加熱方法
をとることにより四方弁を不要としコスト的に有利なシ
ステムを構築することである。このため本発明では室外
機と室内機とを接続する冷媒配管内の冷媒の流れ方向を
冷房でも暖房でもドライでも同じ方向になるようにして
四方弁不要の冷凍サイクルを構成している。

【００１５】

【作用】冷媒加熱用として温水冷媒熱交換器、水路制御
弁、室外熱交換器、三方弁、バイパス、暖房用開閉弁を
図１のごとく接続することにより上述の第一の目的を達
成できる。冷房、ドライ、暖房運転するときは圧縮機３
を運転し三方弁５などを表１の同種モ−ドの欄のごとく
にすることにより所要の運転を行う。このシステムをＡ
室を冷房、Ｂ室をドライの同時運転するときは圧縮機３
を運転し三方弁５などを表１の異種モ−ドごとくに制御
することにより所要の運転を行う。

【００１６】また冷媒加熱の熱源として温水を用いるこ
とにより上述の第二の目的を達成できる。温水の温度は
特に加圧しない限り、９０℃位が実用上の上限であり、
冷媒の加熱される上限もこの値になり、冷媒の異常加熱
を防止し、この温度では冷凍機油の炭化は防止され、熱
暴走が起きてもこの温度では部品の破壊は起こらずこれ
を回避するための安全確保に要する部品を省略して信頼
性を高めることが出来、また冷媒と温水の温度差が小さ
いため冷媒の急加熱は防止されシリンダ内での冷媒の凝
縮が低減され信頼性が向上すると共に、加熱器内での冷
媒不足が起きても冷媒の異常過熱が起きることも無い。

【００１７】更に異常過熱されることが無いので異常過
熱防止の為の冷媒圧力センサ−を不要とすることが出来
る。さらに、少ない熱源機で多数の室外ユニットに温水
を供給できるので燃焼部分を少なくでき据付上、保守上
の制約が少なくすることが出来る。

【００１８】三方弁、室外熱交換器のバイパス及び暖房
用開閉弁、冷媒加熱用としての温水冷媒熱交換器及び水
路制御弁を図１のごとく接続することにより上述の第三
の目的を達成できるのは前述の通りである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。図１は本発明の一実施例にかかる冷凍サイクル
の構成図である。１はマルチ形室外機であり２−Ａ，２
−Ｂ，２−Ｃは室内機である。マルチ形室外機１は次の
各部分を有している。３は圧縮機、５は三方弁、６は室
外熱交換器、７−Ａ〜７−Ｃは全開及び全閉ポジション
を有する冷房用冷媒制御弁、１８−Ａは開及び閉のポジ
ションを有する暖房用開閉弁、１９−Ｂ，１９−Ｃは逆
止弁、１６は温水冷媒熱交換器、１７は水路制御弁であ
る。室内機２−Ａ〜２−Ｃは次の各部分を有している。
８−Ａ〜８−Ｃは冷却器兼加熱器、１０−Ａ〜１０−Ｃ
は再熱器ある。しかしてこれらを図１のごとく接続して
運転する。

【００２０】まず本発明の空気調和機を冷房運転すると
きは各弁類を表１の同種モ−ド冷房の欄のごとくに設定
する。圧縮機３を運転し冷媒を圧縮機３、三方弁５、室
外熱交換器６、冷房用冷媒制御弁７、冷却器兼加熱器
８、暖房用開閉弁１８−Ａ（室内機２−Ｂ，２−Ｃ用に
は逆止弁１９−Ｂ，１９−Ｃ）、温水冷媒熱交換器１６
の順に循環させる。この時、圧縮機３から吐出された中
高温冷媒は室外熱交換器６で室外送風機（図示せず）に
より送風される風により冷却され凝縮する。

【００２１】凝縮した冷媒は冷房用冷媒制御弁７で減圧
され低温となって室内機２の冷却器兼加熱器８を通り室
内送風機（図示せず）により送られて来る室内空気と熱
交換し室内を冷房する。この時、冷却器兼加熱器８は冷
却器として働く。室内機２を出た冷媒は室外機１に戻り
暖房用開閉弁１８（又は逆止弁１９）、温水冷媒熱交換
器１６を通るが暖房用開閉弁１８は開であるので冷媒は
そのまま通過するだけであり又水路制御弁１７は全閉で
あるので熱源の供給がないため熱交換せずに圧縮機３に
戻る。

【００２２】

【表１】

【００２３】次に本発明の空気調和機をドライ運転する
ときは各弁類を表１の同種モ−ドドライの欄のごとくに
設定する。圧縮機３を運転し冷媒を圧縮機３、三方弁
５、室外熱交換器６、冷房用冷媒制御弁７、冷却器兼加
熱器８、暖房用開閉弁１８、温水冷媒熱交換器１６の順
に循環させる。この時、圧縮機３から吐出された中高温
冷媒は室外熱交換器６で室外送風機（図示せず）により
送風される風により冷却され凝縮する。凝縮した冷媒は
冷房用冷媒制御弁７で減圧され低温となって室内機２の
冷却器兼加熱器８を通り室内送風機（図示せず）により
送られて来る室内空気と熱交換しこれを冷却減湿する。
他方再熱器１０はオンしているので、冷却減湿された室
内空気は再加熱されいわゆるドライ運転を行なう。

【００２４】次に本発明の空気調和機を暖房運転すると
きは各弁類を表１の同種モ−ド暖房の欄のごとくに設定
する。圧縮機３を運転し冷媒を圧縮機３、三方弁５、バ
イパス２２、冷房用冷媒制御弁７冷却器兼加熱器８、暖
房用開閉弁１８（又は逆止弁１９）、温水冷媒熱交換器
１６の順に循環させる。この時、圧縮機３から吐出され
た中高温冷媒は三方弁５を通ってバイパス２２、室内機
２の冷却器兼加熱器８、に入り室内送風機によって循環
される風で冷却されて凝縮する。

【００２５】この時、冷却器兼加熱器８は加熱器として
働き室内送風機によって循環される空気は加熱され室内
機２は暖房運転する。室内機２で凝縮した冷媒は室外機
１に戻り暖房用開閉弁１８（又は逆止弁１９）をそのま
ま通過する。暖房用開閉弁１８（又は逆止弁１９）をで
た冷媒は温水冷媒熱交換器１６にはいり水路制御弁１７
で制御された温水により中高温に加熱され圧縮機３に戻
る。

【００２６】この冷媒回路では冷媒制御部として働くと
ころはないので圧縮機３の吐出側の冷媒圧力と吸込側の
冷媒圧力の差は冷媒の流路抵抗だけのわずかなものにな
り圧縮機の仕事量は少なくてすむ。ここで非運転室用の
冷房用冷媒制御弁７を所定開度に制御しているのは非運
転室の室内送風機を止めた状態で若干のガス冷媒を流す
ことにより非運転室用の冷媒回路に液冷媒が溜り込むの
を防止するためである。

【００２７】つぎに本発明の空気調和機をＡ室冷房、Ｂ
室ドライの異種モ−ド運転するときは各弁類を表１の異
種モ−ドの欄のごとくに設定する。圧縮機３を運転し冷
媒を圧縮機３、三方弁５、室外熱交換器６、冷房用冷媒
制御弁７−Ａ，Ｂ、冷却器兼加熱器８−Ａ，Ｂ、暖房用
開閉弁１８−Ａ、逆止弁１９−Ｂ、温水冷媒熱交換器１
６の順に循環させると共に再熱器１０−Ｂをオンする。
この時室内機２−Ａは前述の如く冷房、室内機２−Ｂは
前述の如くドライ運転する。

【００２８】この空気調和機を暖房運転で長時間使用す
ると冷凍サイクルに使われている各種の弁の漏れにより
低温の室外機に冷媒が凝縮してきて冷凍サイクル内の有
効冷媒量が不足状態になる。本発明ではこのような状態
になったときには冷媒を回収する機能が付いている。本
発明の空気調和機を冷媒回収運転するときは各弁類を表
１の冷媒回収欄のごとくに設定する。

【００２９】圧縮機３を運転し室内機２−Ａの冷媒回路
の関しては冷媒を圧縮機３から吐出し三方弁５、バイパ
ス２２、冷却器兼加熱器８−Ａ、暖房用開閉弁１８−Ａ
に至る回路内に溜め込み、室内機２−Ｂ，Ｃの冷媒回路
の関しては冷媒を冷房用冷媒制御弁７−Ｂ，Ｃ、冷却器
兼加熱器８−Ｂ，Ｃ、逆止弁１９−Ｂ，Ｃ、温水冷媒熱
交換器１６の順に回収する。室外熱交換器６に溜った冷
媒はキャピラリチュ−ブ２１を通って徐々に圧縮機３の
低圧側に回収される。

【００３０】上記の如く構成することにより四方切換弁
が不要で、冷房、暖房、ドライ運転を行なえ、かつ冷媒
の異常過熱を防止でき信頼性に優れ寒冷期にも十分な暖
房能力を有する冷媒加熱式のマルチ形空気調和機を得る
ことが出来る。本実施例では３室形のマルチについて説
明したが本発明が３室形のマルチに限定されないことは
言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば冷媒を温水で加熱するこ
とにより外気温度にかかわらず、寒期の運転に好適な質
の高い空気調和が可能であり、温水の温度は特に加圧し
ない限り、９０℃位が実用上の上限であり、冷媒の加熱
される上限もこの値になり、冷媒の異常加熱を防止しこ
の温度では冷凍機油の炭化は防止され、熱暴走が起きて
もこの温度では部品の破壊は起こらずこれを回避するた
めの安全確保に要する部品を省略して信頼性を高めるこ
とが出来、更に異常過熱されることが無いので異常過熱
防止の為の冷媒圧力センサ−を不要とすることが出来
る。さらに、少ない熱源機で多数の室外ユニットに温水
を供給できるので燃焼部分を少なくでき据付上、保守上
の制約が少なくすることが出来る。又、冷房、ドライ、
暖房のモ−ドを可能にし、接続配管内の冷媒の流れ方向
を冷房、ドライ、暖房のいずれのモ−ドでも同じ方向に
したことにより高価な四方切換弁を省略でき利便性を良
くし、かつ部品数の低減が図れこの面からも信頼性を上
げることができ、実用上大きな効果が得られる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例によるマルチ形空気調和
機の冷凍サイクル系統図

【符号の説明】

１…室外機、２…室内機、３…圧縮機、５…三方弁、６
…室外熱交換器、７…冷房用冷媒制御弁、８…冷却器兼
加熱器、１０…再熱器、１８…暖房用開閉弁、１６…温
水冷媒熱交換器、１７…水路制御弁、１９，２０…逆止
弁、

フロントページの続き (72)発明者 野沢 重信 栃木県下都賀郡大平町大字富田709番地の ２株式会社日立栃木エレクトロニクス内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機の吐出側につらなる室外熱交換器と
   冷房用冷媒制御装置を有し、かつこの室外熱交換器と冷
   房用冷媒制御装置の機能の大半を無効化する手段と室外
   熱交換器と冷房用冷媒制御装置の有効化、無効化の選択
   手段を持ち、圧縮機の吸込側に温水による冷媒の加熱手
   段と温水の流量制御装置を持つと共に、室内機に再熱器
   と冷却器兼加熱器と再熱器の有効化、無効化の選択手段
   を有することを特徴とする空気調和機。