JPH0794929B2 - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非共沸混合冷媒を用い、周波数可変装置を具
備した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 近年、ヒートポンプ式空気調和機は非共沸混合冷媒を用
いて、能力変化できるものが開発されている。

以下図面を参照しながら、上述した従来のヒートポンプ
式冷凍装置の一例について説明する。

第５図は従来の非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ式
冷凍装置の回路構成図を示すものである。第５図におい
て、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外側熱交換器、
４、５は減圧装置、６は室内側熱交換器である。また
４、５の減圧装置の間に導管７が分岐しており、この導
管７は第１の冷媒容器８に接続されている。この第１の
冷媒容器８は減圧装置５と室内側熱交換器６とを接続す
る配管を包囲している。９は第２の冷媒容器であり、室
外側熱交換器３と減圧装置４とを接続する配管を包囲
し、開閉調整弁10を介して導管７に接続されている。こ
の冷凍サイクルには非共沸混合冷媒を使用している。

以上のように構成されたヒートポンプ式冷凍装置につい
て、以下その動作について説明する。

まず、冷房運転時、冷媒は図示の実線矢印の方向に流れ
る。ここで、開閉調整弁10は閉塞されており、導管７に
よって分流した冷媒は第１の冷媒容器８に至るが、第１
の冷媒容器８により包囲された減圧装置５と室内側熱交
換器６を結ぶ配管は冷房運転時低温であるから、第１の
冷媒容器８は冷却され、容器内部には高沸点成分が液状
で貯溜され、冷凍サイクルは低沸点成分が流れる。

一方、開閉調整弁10が閉塞されている状態における暖房
運転時、冷媒は図示の破線矢印方向に流れる。ここで、
第１の冷媒容器８は室内側熱交換器６で液化した高温冷
媒により加熱されるため、第１の冷媒容器８内には冷媒
は液化貯溜することなく冷凍サイクルを循環する。この
場合冷凍サイクル中の冷媒は混合冷媒が流れ、冷房時の
冷凍サイクルに比較すると暖房時の冷凍サイクル能力は
向上する。

また、暖房運転時、暖房能力に余力が生じてきた強い開
閉調整弁10を動作させれば、高沸点成分を第２の冷媒容
器９に導いて貯溜し、暖房能力を低減できる。（かかる
制御は例えば特公昭57−31056号公報に示される）。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、高沸点成分と低沸
点成分の混合比を可変し能力可変を行なうタイミング設
定が具体的でないという問題点を有していた。

本発明は、上記問題点に鑑み、冷媒混合比率可変装置お
よび周波数可変装置を設け、圧縮機運転周波数により負
荷を的確に検知し、冷房、暖房運転において効率良い能
力制御が可能なヒートポンプ式空気調和機を提供するも
のである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のヒートポンプ式空
気調和機は、非共沸混合冷媒を用い、周波数可変装置を
具備し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、主回路用減圧
器、室内熱交換器を順次連結して冷凍サイクルの主回路
を構成し、前記圧縮機の吸入側と四方弁の途中に冷却器
を設け、前記室外熱交換器と前記主回路用減圧器の中間
と充填材を詰めた精留塔の底部とを第１の減圧器を介し
て接続し、前記室内側熱交換器と前記主回路の減圧器の
中間との前記精留塔の底部とを電磁開閉弁を介して接続
するとともに前記電磁開閉弁と並列に第２の減圧器を設
け、さらに前記精留塔の頂部と前記冷媒貯溜器の頂部と
を前記冷却器を貫通して接続し、前記精留塔の頂部と前
記冷却貯溜器の底部とを接続して冷媒組成組成比率可変
サイクルを構成し、さらに第１図に示すように前記圧縮
機の周波数を検出する周波数検出手段と、前記周波数検
出手段による周波数と設定周波数の大、小を比較する第
１の比較手段と、前記第１の比較手段により設定周波数
より大の場合、その連続継続時間を積算する演算手段
と、前記演算手段による積算時間と設定時間の大、小を
比較する第２の比較手段と、前記第１の比較手段により
周波数が設定周波数より大で、かつ前記第２の比較手段
により積算時間が設定時間より大の場合前記電磁開閉弁
を開く第１の出力モードに、また前記第１の比較手段に
より設定周波数より小の場合、前記電磁開閉弁を閉じる
第２の出力モードに移行する移行手段と、前記出力モー
ドにより電磁開閉弁に電気信号を出力する出力手段を具
備したものである。

作用 本発明は上記した構成により、冷暖房とも負荷を的確に
つかみ、必要負荷に応じて非共沸混合冷媒の低沸点冷媒
成分を分離し、冷媒混合比率を変化させることにより、
幅広い効率の良い能力制御運転を可能にする。

実 施 例 以下、本発明の一実施例のヒートポンプ式空気調和機に
ついて、図面を参照しながら説明する。

第２図は本発明の冷凍サイクル図である。

同図において圧縮機11、四方弁12、室外熱交換器13、主
回路用減圧器14、室内熱交換器15が直列に接続されてい
る。また室外熱交換器13と減圧器14の中間と精留塔16の
底部とを第１の減圧器17を介して接続し、また室内熱交
換器15と主回路の減圧器14の中間と精留塔16の底部とを
電磁開閉弁18を介して接続するとともに、電磁開閉弁18
と並列に第２の減圧器19を設け、さらに精留塔16の頂部
と冷媒貯溜器20の頂部とを冷却器21を貫通し、精留塔16
の頂部と冷媒貯溜器20の底部とを接続している。また、
圧縮機11の吸入側と四方弁12の途中に冷却器21を設けて
いる。ここで本発明における冷凍サイクルに使用する冷
媒は沸点能力の異なる複数の冷媒に混合した非共沸混合
冷媒である。

次第１図に示すブロック回路と第３図に示す制御回路の
関係について説明すると、第３図に示す周波数検出装置
27は第１図に示す周波数検知手段に相当し、第３図に示
すタイマー30は、第１図の演算手段に相当し、第３図に
示すコンパレータ25は、第１図の第１の比較手段に相当
し、第３図に示すコンパレータ31は、第１図の第２の比
較手段に相当し、第３図のマイクロコンピュータ26は、
第１図の移行手段に相当し、第３図の出力回路28は第１
図の出力手段に相当している。

次に上記構成からなる制御回路の動作について第１図か
ら第４図を参考に説明する。

暖房運転時、圧縮機周波数を周波数検出装置27で検出
し、それをマイクロコンピュータ26に記憶された設定周
波数と比較する。そして設定周波数より小さい場合、電
磁開閉弁18が閉じて冷媒は第２図中の点線矢印の如く流
れる。室内熱交換器15を出た過冷却のとれた冷媒の一部
は第２の減圧器19へ入り中間圧力まで断熱膨張すること
によりガス成分を発生させ精留塔16に入る。精留塔16に
入った冷媒のガス成分は塔中を上昇していき冷却器21に
入り、ここで吸入ガスにより冷却液化された冷媒貯溜器
20に導びかれ、その一部は精留塔の頂部に還流され塔中
を上昇してくるガス成分と気液接触を行ない物質移動お
よび熱交換を行なう。

このサイクルを繰り返すことにより、冷媒貯溜器20の中
の冷媒は低沸点成分が多くなる。また主回路を流れる冷
媒の組成は高沸点成分が多い状態になる。その結果能力
および消費電力とも小さくなり効率の良い能力制御がで
きる。

一方、圧縮機運転周波数が上昇して設定周波数より大に
なると、タイマー30でその連続継続時間を積算し、それ
をマイクロコンピュータ26に記憶された設定時間と比較
し設定時間より大きい場合、電磁開閉弁18は開いて冷媒
は第２図中の実線矢印の如く流れる。そして電磁開閉弁
18が開いているため過冷却のとれた液冷媒が精留塔16内
に入り、精留塔16内で気液接触が行なわれず、物質移動
は行なわれない。その結果、冷媒貯溜器20の中の冷媒の
組成も主回路の組成と異ならず、高沸点成分と低沸点成
分の混合した状態で高能力が得られる。

冷房運転も同様である。

以上のように本実施例によれば周波数検出装置27を設け
圧縮器運転周波数の大小により非共沸混合冷媒の比率を
変化することにより、負荷が大きく高周波数で運転する
時は主回路の冷媒は高沸点、低沸点成分の混合した状態
で高能力を得ることができ、また負荷が小さく低周波数
で運転する時は低沸点成分の冷媒が分離貯溜され、主回
路の冷媒は高沸点成分の多い状態になり、小能力、小消
費電力を得ることができ効率の良い能力制御を容易に行
なうことができる。

また、負荷が変化して周波数が上昇する場合、前記の如
く、即時には電磁開閉弁18を開かず、ある時間高い周波
数が連続した場合のみ電磁開閉弁18を開くため、負荷の
若干の変動に対しても反応は敏感すぎることがなく、長
時間かけて分離した特性を失うことなく効率的な運転が
できるものである。

発明の効果 以上のように本発明は、非共沸混合冷媒を用い、周波数
可変装置を具備し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、主
回路用減圧器、室内熱交換器を順次連結して冷凍サイク
ルの主回路を構成し、前記圧縮機の吸入側と四方弁の途
中に冷却器を設け、前記室外熱交換器と前記主回路用減
圧器の中間と充填材を詰めた精留塔の底部とを第１の減
圧器を介して接続し、また前記室内熱交換器と前記主回
路の減圧器の中間と前記精留塔の底部とを電磁開閉弁を
介して接続するとともに前記電磁開閉弁と並列に第２の
減圧器を設け、さらに前記精留塔の頂部と前記冷媒貯溜
器の頂部とを前記冷却器を貫通して接続し、前記精留塔
の頂部と前記冷却貯溜器の底部とを接続して冷媒組成比
率可変サイクルを構成し、前記圧縮機の周波数を検出す
る周波数検出手段と前記周波数検出手段による周波数と
設定周波数の大、小を比較する第１の比較手段と、前記
第１の比較手段により設定周波数より大の場合その連続
継続時間を積算する演算手段と、前記演算手段による積
算時間と設定時間の大、小を比較する第２の比較手段に
より積算時間が設定時間より大の場合、前記電磁開閉弁
を開く第１の出力モードに、また前記第１の比較手段に
より設定周波数より小の場合前記電磁開閉弁を閉じる出
力モードに移行する移行手段と、前記出力モードにより
電磁開閉弁に電気信号を出力する出力手段を具備するこ
とにより、冷房、暖房運転とも負荷を的確につかみ、必
要負荷に応じて非共沸混合冷媒の低沸点成分の分離ある
いは混合を行ない、主回路の流れる冷媒の混合比率を可
変することにより幅広い効率の良い能力制御運転を容易
に行なうことができる。また負荷の若干の変動に対して
も、反応が敏感すぎることがないため、長時間かけて分
離した特性を失うことなく、負荷により良く対応した効
率的な運転ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における空気調和機の制御装置を機能実
現手段で表現したブロック図、第２図は本発明の一実施
例におけるヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル
図、第３図は同制御回路図、第４図は同制御内容を示す
フローチャート図、第５図は従来のヒートポンプ式空気
調和機の冷凍サイクル図である。 16……精留塔、17……第２の減圧器、18……電磁開閉
弁、19……第１の減圧器、20……冷媒貯溜器、21……冷
却器、25……コンパレータ、26……マイクロコンピュー
タ、27……周波数検出装置、30……タイマー、31……コ
ンパレータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−280557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−189746（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−201963（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非共沸混合冷媒を用い、周波数可変装置を
   具備し、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、主回路用減圧
   器、室内熱交換器を順次連結して冷凍サイクルの主回路
   を構成し、前記圧縮機の吸入側と四方弁の途中に冷却器
   を設け、前記室外熱交換器と前記主回路用減圧器の中間
   と充填材を詰めた精留塔の底部とを第１の減圧器を介し
   て接続し、また前記室内熱交換器と前記主回路の減圧器
   の中間との前記精留塔の底部とを電磁開閉弁を介して接
   続するとともに前記電磁開閉弁と並列に第２の減圧器を
   設け、さらに前記精留塔の頂部と前記冷媒貯溜器の頂部
   とを前記冷却器を貫通して接続し、前記精留塔の頂部と
   前記冷媒貯溜器の底部とを接続して冷媒組成比率可変サ
   イクルを構成し、前記圧縮機の周波数を検出する周波数
   検出手段と、前記周波数検出手段による周波数と設定周
   波数の大、小を比較する第１の比較手段と、前記第１の
   比較手段により設定周波数より大の場合、その連続継続
   時間を積算する演算手段と、前記演算手段による積算時
   間と設定時間の大、小を比較する第２の比較手段と、前
   記第１の比較手段により周波数が設定周波数より大で、
   かつ前記第２の比較手段により積算時間が設定時間より
   大の場合、前記電磁開閉弁を開く第１の出力モードに、
   また前記第１の比較手段により設定周波数より小の場
   合、前記電磁開閉弁を閉じる第２の出力モードに移行す
   る移行手段と、前記出力モードにより電磁開閉弁に電気
   信号を出力する出力手段を具備したヒートポンプ式空気
   調和機。