JPH09250830A

JPH09250830A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH09250830A
Application number: JP5773496A
Authority: JP
Inventors: Masahito Hori; 将人堀; Motonori Futamura; 元規二村; Koichi Yamaguchi; 山口　　広一; Kazuo Saito; 和夫齊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】膨張機起動時の起動性の向上を図る。【解決手段】ポンプ７から吐出された冷媒が、冷媒加
熱器１３、膨張機３、室外熱交換器１７、レシーバ１９
の順に通り、再びポンプ７へ戻ることで圧縮機５を駆動
する回路と、圧縮機５から吐出された冷媒が室内熱交換
器２３を通り、再び圧縮機５に戻る回路と、冷媒加熱器
１３からの高圧ガスを膨張機３入口側と圧縮機５入口側
へ同時に、又は膨張機入口側へ選択して誘導する開閉可
能な膨張機起動回路３１とを備え、膨張機３の起動時
に、高圧ガスを圧縮機３入口側へ同時に送り込み、膨張
機３起動時の負荷低減を図るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、膨張機による回
転動力を用いて圧縮機を駆動する空気調和装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、膨張機による回転動力を用いて圧
縮機を駆動する空気調和装置としては、例えば、特開昭
５７−１５３７１２号公報記載のものが知られている。

【０００３】空気調和装置の概要は、ランキンサイクル
用の膨張機と、冷凍サイクル用の圧縮機とを有し、膨張
機側にあっては、ポンプから吐出された冷媒が冷媒加熱
器→膨張機、熱交換器となる凝縮器を通り、再びポンプ
へ戻るランキンサイクルを構成する。このランキンサイ
クル時において、ポンプから送り出された冷媒は、冷媒
加熱器で加熱されて高圧ガスとなり、この高圧ガスは膨
張機で膨張仕事により動力を発生させた後、凝縮器で冷
却され、再びポンプへ戻るようになる。

【０００４】一方、圧縮機側にあっては、膨張機により
回転動力が与えられ、圧縮機から吐出された冷媒は、室
外熱交換器、膨張弁、室内ユニットを通り、再び圧縮機
に戻る冷凍サイクルを構成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高圧ガスにより回転動
力を発生させる膨張機は、回転シャフト等の伝導手段を
介して圧縮機と連動連結されているため、膨張機の起動
時に、圧縮機も同時に起動させる必要があるため、起動
時の負荷が大きく、円滑で安定した起動が望めない不具
合を招来する。

【０００６】そこで、この発明は、起動時の負荷を低減
し、起動性の向上を図るようにした空気調和装置を提供
することを目的としている。

【０００７】

【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、第１に、冷房運転モード時に、ポンプ
から吐出された冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交
換器、レシーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで膨
張機を駆動する第１のサイクルと、圧縮機から吐出され
た冷媒が、前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内
熱交換器を通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、
暖房運転モード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷
媒加熱器の通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバ
から再びポンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替
手段と、膨張機の起動時に、冷媒加熱器からの高圧ガス
を膨張機入口側と圧縮機入口側へ同時に、又は膨張機入
口側へ選択して誘導する開閉可能な膨張機起動回路とを
備える。

【０００８】第２に、冷房運転モード時に、ポンプから
吐出された冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交換
器、レシーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで膨張
機を駆動する第１のサイクルと、圧縮機から吐出された
冷媒が、前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内熱
交換器を通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、暖
房運転モード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷媒
加熱器の通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバか
ら再びポンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替手
段と、膨張機の起動時に、冷媒加熱器からの高圧ガスを
膨張機ケース内と圧縮機ケース内に同時に、又は膨張機
入口側へ選択して誘導する開閉可能な膨張機起動回路と
を備える。

【０００９】かかる空気調和装置において、冷房運転モ
ード時は、ポンプの起動により、冷媒加熱器を通過し、
加熱された高圧ガスは膨張機起動回路を介して膨張機内
に送り込まれ、膨張仕事を行ない、圧縮機を駆動し、膨
張仕事を終えた中間圧ガスとなる。このガスと上述の圧
縮機により圧縮された冷媒は、合流した後、凝縮器とな
る室外熱交換器を経て液冷媒となってレシーバ内へ送り
込まれる。レシーバ内において、一方は再びポンプに戻
る。他方は、絞り弁へ送られる。この時、絞り弁にて等
エンタルピ変化をし、低温低圧となった冷媒は室内熱交
換器内において熱交換が行なわれた後、圧縮機に送ら
れ、中間圧ガスとなって、再び膨張機出口の中間圧ガス
と合流するサイクルとなり、冷房運転が行なわれる。

【００１０】暖房運転モード時は、ポンプの起動によ
り、冷媒加熱器を通過し、加熱された高圧ガスは直接室
内熱交換器内に送り込まれる。冷媒は室内熱交換器内に
て凝縮されて液冷媒となり、絞り弁を経てレシーバ内に
送り込まれる。レシーバより再びポンプに戻るサイクル
となり、暖房運転が行なわれる。

【００１１】一方、膨張機の起動時において、高圧ガス
は、膨張機起動回路により、膨張機入口側に加えて、圧
縮機入口側へ送り込まれるため、圧縮機の起動回転が可
能となる。また、圧縮機の吸込み又はケース内に送り込
まれた高圧ガスで、寝込んでいる冷媒がガス化される結
果、負荷が低減されて円滑で確実な起動が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４の図面を参照
しながらこの発明の実施形態を具体的に説明する。

【００１３】図１は膨張機３と圧縮機５とに同一の冷媒
が流れる一流体式の空気調和装置全体の回路を示してい
る。

【００１４】回路には、冷媒を強制的に循環させるポン
プ７と、ポンプ７の吐出側に配置された回収熱交換器９
と、バーナ１１により冷媒に熱を加えて高温高圧ガスと
する冷媒加熱器１３と、高圧ガスによる膨張仕事によっ
て動力を発生させる前記した膨張機３と、膨張機３によ
り回転動力が与えられる前記した圧縮機５と、上述の膨
張機３と圧縮機５が同一の密閉ケース内に組付けられた
流体機械１５と、凝縮器となる室外熱交換器１７と、ポ
ンプ７の吸込側に配置され、液冷媒を一時貯留するレシ
ーバ１９と、冷媒の流れを制御し、急激に膨張させて低
温低圧のガス状とする絞り弁２１と、冷房時には蒸発器
として、暖房時には凝縮器となる室内熱交換器２３とを
有し、室外熱交換器１７、室内熱交換器２３にはファン
２５，２７がそれぞれ設けられている。その外に、冷房
運転モード時及び暖房運転モード時に対応して、冷媒の
流れを切替制御する切替手段となる四方弁２９と、膨張
機起動回路３１と、膨張機起動回路３１が全閉の時、冷
媒加熱器１３からの高圧ガスを循環させる閉サイクル３
２がそれぞれ設けられている。

【００１５】膨張機起動回路３１は、冷媒加熱器１３か
ら分岐した開閉可能な第１の開閉弁３５と第２の開閉弁
３７とを有している。第１の開閉弁３５の出口側の一方
は、四方弁２９及び膨張機３の入口側と接続し、第２の
開閉弁３７の出口側は四方弁２９と接続し合う構造とな
っている。

【００１６】四方弁２９は、ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４を有し、ポートＰ１とＰ２が、ポートＰ３とＰ４の
連通状態と、ポートＰ１とＰ４と、ポートＰ２とＰ３の
連通状態がそれぞれ得られるよう切替可能となってい
る。

【００１７】ポートＰ１は、第２の開閉弁３７を介して
冷媒加熱器１３と、ポートＰ２は、第１の開閉弁３５の
出口側と膨張機３の入口側とをつなぐ回路３９と、ポー
トＰ３は圧縮機５の入り口側と、ポートＰ４は室内熱交
換器２３の出口側とそれぞれ接続している。

【００１８】一方、閉サイクル３２は、冷媒加熱器１３
の出口側で、膨張機起動回路３１の手前で分岐し、減圧
用の絞り弁４１を介してレシーバ１９、ポンプ７を通
り、再び冷媒加熱器１３に戻る循環を繰返す構成となっ
ている。

【００１９】このように構成された空気調和装置におい
て、冷房運転モード時には、図４に示す如く四方弁２９
のポートＰ１とＰ２を、ポートＰ３とＰ４とを連通する
と共に、膨張機起動回路３１の第１の開閉弁３５を
「閉」、第２の開閉弁３７を「開」とし、ポンプ７を起
動させることで、冷媒は、実線矢印で示す如く流れるこ
とで冷媒加熱器１３の通過時に加熱され高圧ガスが膨張
機３内に送り込まれる。膨張機３において、高圧ガスは
膨張仕事を行ない、その動力で圧縮機５を駆動する。膨
張機３を出た中間圧ガスは、回収熱交換器９において、
ポンプ７から送り出された冷媒に余剰熱を与え、室外熱
交換器１７を経て液冷媒となってレシーバ１９内へ送り
込まれる。レシーバ１９内の液冷媒は再びポンプ７へ戻
るサイクルとなる。一方、レシーバ１９から分かれた液
冷媒は破線矢印で示す如く、絞り弁２１にて等エンタル
ピ変化をし、その低圧冷媒は室内熱交換器２３の通過時
にファン２７によって空気と熱交換されて蒸発する。こ
の時、空気は冷却された冷風となる。

【００２０】室内熱交換器２３を出た冷媒は圧縮機５に
より圧縮されて前記膨張機３の中間圧ガスと合流し、回
収熱交換器９の通過時に、ポンプ７から送り出された冷
媒に余剰熱を与えた後、室外熱交換器１７、レシーバ１
９へ戻るサイクルとなる。

【００２１】また、暖房運転モード時には、膨張機起動
回路３１の第１の開閉弁３５を「閉」、第２の開閉弁３
７を「開」としたまま四方弁２９のポートＰ１とＰ４
を、ポートＰ３とＰ４とを連通させ、ポンプ７を起動さ
せることで、冷媒は、一点鎖線矢印で示す如く流れる。
この為冷媒は、冷媒加熱器１３の通過時に高温高圧ガス
となり、直接、室内熱交換器２３を流れる。室内熱交換
器２３の通過時に、高温高圧ガスはファン２７により空
気と熱交換されて凝縮する。この時、空気は凝縮時の凝
縮熱が与えられ温風となる。

【００２２】室内熱交換器２３を出た冷媒は絞り弁２１
を経てレシーバ１９により再びポンプ７へ戻るサイクル
となる。

【００２３】次に、膨張機３の起動前にあっては、図２
に示す如く膨張機起動回路３１の第１，第２の開閉弁３
５，３７を「閉」としてポンプ７を駆動し、冷媒加熱器
１３を通過した高圧ガスを絞り弁４１、レシーバ１９を
介して再びポンプ７へ戻る閉サイクルを構成することで
冷媒の安定した制御状態を確保する。

【００２４】続いて、膨張機３の起動時に図３に示す如
く第１の開閉弁３５を「開」とする。これにより、高圧
ガスは膨張機３の入口側と圧縮機５の入口側へ送り込ま
れるようになる。

【００２５】これにより膨張機３の起動時に、圧縮機の
起動回転が得られるため、起動負荷が低減され、円滑で
確実な起動が得られるようになる。起動後、図４に示す
如く、第１の開閉弁３５を「閉」、第２の開閉弁３７を
「開」とすることで、前記した運転モードが得られるよ
うになる。

【００２６】この場合、図５に示す如く膨張機起動回路
３１の第１の開閉弁３５を、四方弁２９のポートＰ２と
膨張機３の入口側とをつなぐ回路３９に設ける。また、
第２の開閉弁３７の一方を、第１の開閉弁３５の出口側
の回路３９と、他方を、ポートＰ３と逆止弁４３を介し
て圧縮機５の入口側とをつなぐ回路４５とそれぞれ接続
する構成としてもよい。

【００２７】これにより起動時に、四方弁２９のポート
Ｐ１とＰ２、ポートＰ３とＰ４とを連通させた状態にお
いて、図５に示す如く、第１，第２の開閉弁３５，３７
を「開」とすることで高圧ガスを、膨張機３及び圧縮機
５の入口側へ送り込めるようになる。

【００２８】また、図６に示す如く第１の開閉弁３５を
「閉」とすることで、高圧ガスが閉サイクル３２内を流
れる安定した制御状態が得られる。

【００２９】また、図８に示す如く、図５の起動時に、
第１の開閉弁３５を「開」、第２の開閉弁３７を「閉」
とすることで、通常の冷凍モードのサイクルが得られ
る。

【００３０】また、図７に示す如く第１，第２の開閉弁
３５を「閉」とし、ポートＰ１とＰ４、ポートＰ２とＰ
３とを連通させることで暖房モードのサイクルが得られ
るようになる。

【００３１】図９は、空気調和装置の回路の別の実施形
態を示したものである。

【００３２】即ち、流体機械１５と冷媒加熱器１３との
間に開閉弁５５を設け高圧ガスが流体機械１５のケース
内に送り込まれる構成とする。

【００３３】また、閉サイクル３２を、冷媒加熱器１３
の出口側で分岐し、絞り弁４１を介して回収熱交換器
９、室外熱交換器１７、レシーバ１１、ポンプ７を通
り、再び回収熱交換器９を介して冷媒加熱器１３に戻る
循環を繰返す構成とするものである。

【００３４】さらに、流体機械１５の出口側に、回収熱
交換器９側へのみ流れを許す逆止弁５３を設ける。

【００３５】なお、他の構成要素は、図１と同一のため
同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３６】したがって、この実施形態によれば、膨張
機３の起動前に、高温高圧となった冷媒加熱器１３出口
の冷媒を、開閉弁５５を「開」、開閉弁３５を「閉」と
することで、高圧ガスとし、その高圧ガスは流体機械１
５のケース内に送り込まれ、膨張機３、圧縮機５に寝込
んでいる冷媒のガス化が可能となり、起動時の負荷低減
が図れる。この結果起動が容易となる。

【００３７】また、逆止弁５３によって閉サイクル３２
を流れる冷媒が寝込み冷媒となるのを妨げるようにな
る。

【００３８】さらに、第１，第２の開閉弁３５，３７の
開閉を図７，図８とすることで、前記した如く冷房運転
モード及び暖房運転モードが得られるようになる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の空気調
和装置によれば、膨張機起動回路によって、膨張機の起
動時に、冷媒加熱器によって加熱された高圧ガスを膨張
機の入口側に加えて圧縮機の入口側へそれぞれ送り込む
ことができるので、圧縮機の回転運転が可能となり、膨
張機起動時の負荷を低減できる。また、高圧ガスで、圧
縮機及び膨張機内部の寝込み冷媒をガス化することが可
能となり、膨張機起動時の負荷が低減し、膨張機の起動
を容易とし、起動性、信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空気調和装置全体の回路図。

【図２】膨張機起動回路を全閉状態とした動作説明図。

【図３】高圧ガスを膨張機と圧縮機側とに送り込めるよ
うにした膨張機起動回路の動作説明図。

【図４】冷房運転モード時の膨張起動回路の動作説明
図。

【図５】膨張機起動回路の別の実施形態を示した図１と
同様の回路図。

【図６】高圧ガスが循環するようにした膨張機起動回路
の動作説明図。

【図７】暖房運転モード時の膨張機起動回路の動作説明
図。

【図８】冷房運転モード時の膨張機起動回路の動作説明
図。

【図９】空気調和装置全体の回路図の別の実施形態を示
した図１と同様の回路図。

【符号の説明】

３膨張機５圧縮機７ポンプ１３冷媒加熱器１７室外熱交換器１９レシーバ３１膨張機起動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齊藤和夫神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷房運転モード時に、ポンプから吐出さ
れた冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交換器、レシ
ーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで膨張機を駆動
する第１のサイクルと、圧縮機から吐出された冷媒が、
前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内熱交換器を
通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、暖房運転モ
ード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷媒加熱器の
通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバから再びポ
ンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替手段と、膨
張機の起動時に、冷媒加熱器からの高圧ガスを膨張機入
口側と圧縮機入口側へ同時に、又は膨張機入口側へ選択
して誘導する開閉可能な膨張機起動回路とを備えている
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】冷房運転モード時に、ポンプから吐出さ
れた冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交換器、レシ
ーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで膨張機を駆動
する第１のサイクルと、圧縮機から吐出された冷媒が、
前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内熱交換器を
通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、暖房運転モ
ード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷媒加熱器の
通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバから再びポ
ンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替手段と、膨
張機の起動時に、冷媒加熱器からの高圧ガスを膨張機ケ
ース内と圧縮機ケース内に同時に、又は膨張機入口側へ
選択して誘導する開閉可能な膨張機起動回路とを備えて
いることを特徴とする空気調和装置。