JPS5825952B2 - 熱回収式冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱回収式冷凍装置、詳しくは圧縮機と屋外に
設けた空気側熱交換器及び水側主熱交換器と水側補助熱
交換器とを備え、前記主熱交換器で冷水を形成してファ
ンコイル・エヤハンドリングユニット等で冷房を行なう
場合、この冷房運転時の凝縮熱を回収して、前記補助熱
交換器で温水を形成し、給湯や前記ファンコイル、エヤ
ハンドリングユニット等における吹出冷風の再熱を行な
ったりする熱回収式冷凍装置に関する。

一般に此種冷凍装置は、第４図のごとく圧縮機Ａの吐出
側に四路切換弁Ｂを設け、この四路切換弁Ｂに屋外に設
けた空気側熱交換器Ｃと、水側補助熱交換器りとを並列
に接続し、これら各熱交換器Ｃ，Ｄの並列回路を受液器
Ｅに接続し、この受液器Ｅへの接続管路に暖房用膨張弁
Ｆと、逆止弁Ｇとの並列回路をそれぞれ介装すると共に
、更らに前記受液器Ｅに、冷房用膨張弁Ｈと逆止弁Ｉと
の並列回路を介して水側主熱交換器Ｊを接続し、この主
熱交換器Ｊを前記四路切換弁Ｂに接続しており、前記水
側主熱交換器Ｊを蒸発器として作用させることにより冷
水を形成して冷房を行ない凝縮器として作用させること
により温水を形成して暖房を行なうと共に、前記主熱交
換器Ｊにより冷水を形成する場合即ち冷房時（夏期）に
は補助熱交換器りを温水器とし、また温水を形成する場
合即ち暖房時（冬期）には冷水器として作用させ、冷房
時には、前記した如く前記温水を給湯又は吹出冷風の再
熱に用い、暖房時には前記冷水を例えば電算機室やイン
チリヤゾーンなどの冷房に用いている。

所で以上の如く冷房時温水器となり、暖房時冷水量とな
る前記補助熱交換器りには、該熱交換器りに対する負荷
の変化に対応し、この補助熱交換器りの能力を制御する
必要がある。

しかして従来、この能力制御は、前記補助熱交換器りの
四路切換弁Ｂへの接続管路に、第４図に示したごとく流
量制御弁Ｋを介装して行なっている。

即ち、この制御弁Ｋには温水を形成する冷房時の、前記
補助熱交換器りにおける温水出口側温度で、弁開度を制
御するごとくなっており、暖房時には、全開しているが
、冷房時には、前記出口側温度が設定温度より高いと弁
開度を小さく、低いと弁開度を大きく制御して、前記温
水の出口側温度により前記補助熱交換器りに導入する冷
媒流量を制御し、該熱交換器りの能力をコントロールし
ているのである。

更らに詳記すると、今前記補助熱交換器りにおける温水
出口の設定温度を４０℃とした場合、般的には、第５図
に示したごとく前記設定温度（４０℃）で、前記制御弁
にの弁開度が５０％となり、前記補助熱交換器りへの冷
媒流量が５０％流量となるごとく設計すると共に、この
設定温度（４０℃）を中心に、低温側に２℃、高温側に
２℃の制御範囲（比例帯）を形成し、設定温度（４０℃
）に対し２℃低い３８℃で、前記制御弁にの弁開度が１
００％となり、設定温度（４０℃）に対し２℃高い４２
℃で、前記制御弁にの弁開度が０％となるごとく比例制
御している。

換言すると、前記冷媒流量を、３８℃で１００％流量、
設定温度（４０’Ｃ）で５０％流量、４２℃で０％流量
になるごとく比例制御しているのである。

しかして以上の如き従来の能力制御によると、冷房運転
において約５０℃の凝縮温度で作用させる場合、前記補
助熱交換器りの負荷が低負荷の場合即ち前記出口温度が
設定温度（４０℃）よりも高くなったときには、前記冷
媒流量が５０％流量以ドとなり、温水加熱負荷に対する
補助熱交換器りの熱交換面積が大きくなるので、この熱
交換面積で充分な凝縮能力が得られ、従って前記補助熱
交換器りに導入される冷媒は、１該熱交換器りで完全に
凝縮させられ、この熱交換器りの出口では、冷媒の過冷
却度は５℃以上にできるのである。

之に対し、高負荷時、即ち前記出口温度が設定温度（４
０℃）より低くなったときには、つまり温水入口温度が
低く、設定温度まで昇温させられない場合には、冷媒流
量が５０％から１００％流量に制御されることになり、
特に出口温度が３８℃においては１００％流量となって
、設定温度時における５０％流量に対し流量が２倍とな
るのに対し、冷媒と温水との温度差（△Ｔｍ）は、第５
図点線のごとく設定温度時の温度差に比較し、せいぜい
４０℃程度増えるだけで、前記冷媒流量の増加比との間
に差が生ずることになるのである。

従って前記補助熱交換器りの熱交換面積を、以上の如く
設定温度４０℃に設計した場合には、冷媒流量が５０％
以上特に１００％流量近くで能力不足となり、前記補助
熱交換器りにおいて冷媒の凝縮が完全に行なえず、その
ため未凝縮ガスが受液器Ｅに流れ込むことになり、受液
器Ｅ内の圧力上昇により空気側熱交換器Ｃに液冷媒がた
まり、或いは冷房用膨張弁入口に未凝縮ガスが流れるな
どして、冷凍サイクルの高低圧バランスが崩れ、安定し
た運転が行なえない問題が生ずるのである。

尚この問題については、前記補助熱交換器りの熱交換面
積を大きくすれば解決できるのであるが、不経済となり
、前記問題を根本的に解決できないのである。

そこで本発明は以上の如き問題点を根本的に解決すべ〈
発明したもので、圧縮機と、凝縮器として作用する空気
側熱交換器、及び蒸発器として作用する水側主熱交換器
と凝縮器として作用する水側補助熱交換器とを備え、こ
の水側補助熱交換器の冷媒管路を前記空気側熱交換器の
冷媒管路と並列に接続するとともに、この並列管路を、
前記圧縮機と水側主熱交換器と膨張弁とを直列に接続し
た冷媒管路に、接続して冷媒循環回路を形成し、前記主
熱交換器で冷水を得るとき、前記補助熱交換器で温水が
得られるようにした熱回収式冷凍装置であって、前記補
助熱交換器で温水を得るときの補助熱交換器の出力側冷
媒管路に開度を連続的に調節できる電動弁を設け、該補
助熱交換器で温水を得るときの補助熱交換器内を流れる
冷媒の温度ｔ３と該補助熱交換器の出口側冷凍管路を流
れる冷媒の温度ｔ２との温度差（ｔａ ｈ）が設定温
度差以上の場合には、該補助熱交換器温水出口温度ｔ１
で前記電動弁の開度制御を行ない、前記温度差（ｔｓ
ｔ２）が前記設定温度差より低い場合には該温度差（
ｔｓ ｈ）で前記電動弁の開度制御を行なうごとくし
たことを特徴とするものである。

即ち本発明は、補助熱交換器の温水出口温度に対する前
記電動弁の弁開度、換言すると前記補助熱交換器への冷
媒流量を第２図のごとく非線形特性に制御し、低負荷時
では勿論、高負荷時でも常に過冷却度を所定値以上に保
持できるようにし、高負荷時に未凝縮ガスが受液器に流
れ込む従来の問題点を、前記補助熱交換器の熱交換面積
を大きくすることなく解決できるようにしたのである。

以下本発明冷凍装置の実施例を第１図に基づいて詳記す
る。

第１図に示した冷凍装置は、四路切換弁２を設け、該切
換弁２の切換えにより冷暖房可能にしたヒートポンプ式
冷凍装置を示しているが、本発明は冷房専用の場合でも
同様に適用できる。

しかして第１図に示した冷凍装置は、第４図に示した従
来例と同様、圧縮機１と前記四路切換弁２、及び屋外に
設けた空気側熱交換器３、水側補助熱交換器４、受液器
５、並びに水側主熱交換器６を備えており、前記空気側
熱交換器３と水側補助熱交換器４とを、前記四路切換弁
２と受液器５との間に、並列に接続し、かつ前記空気側
熱交換器３と受液器５との接続管路７に暖房用膨張弁８
と逆止弁９との並列回路を、また前記受液器５と水側主
熱交換器６との接続管路１０に、冷房用膨張弁１１と逆
止弁１２との並列回路をそれぞれ介装するのであり、更
らに前記水側熱交換器４と受液器５との接続管路１３に
電動弁１４を介装するのである。

この電動弁１４は、例えばモジュトロールモータを用い
電流値に変換された入力信号により、その開度を電気的
に制御するもので、前記補助熱交換器４における温水又
は冷水の出口側に、該出口側を流れる温水又は冷水の出
口温度を検出する第一検出器Ｔ１を設けると共に、前記
補助熱交換器４における冷房時の冷媒出口側（暖房時の
冷媒入口側）に、該出口側を流れる冷媒の温度を検出す
る第二検出器Ｔ２を、また前記補助熱交換器４の中間位
置に、該中間位置を流れる冷媒の温度を検出する第三検
出器Ｔ３を、更らに前記補助熱交換器４における暖房時
の冷媒出口側（冷房時の冷媒入口側）に、暖房時該出口
側を流れる冷媒の温度を検出する第四検出器Ｔ４をそれ
ぞれ設け、前記第一検出器Ｔ１により検出した出口温度
ｔ１を電流値に変換して、前記出口温度により前記電動
弁１４を比例制御する電気回路（以下比例制御回路とい
う）と、前記第二検出器Ｔ２で検出する冷房時の冷媒出
口温度ｔ２と第三検出器Ｔ２で検出する冷媒中間温度ｔ
３との温度差（ｔｓ ｔ２）を電流値に変換して、前
記温度差により前記電動弁１４を比例積分制御する電気
回路（以下第一比例積分制御回路という）及び前記第四
検出器Ｔ４で検出する暖房時の冷媒出口温度ｔ４と、前
記第三検出器Ｔ３で検出する冷媒中間温度ｔ３又は第二
検出器Ｔ２で検出する暖房時の冷媒入口温度ｔ３との温
度差（１４−１３）又は（ｔ４−１２）を電流値に変換
して、前記温度差により前記電動弁１４を比例積分制御
する電気回路（以下第二比例積分制御回路という）を形
成し、冷房運転時には、第２図に示したごとく前記第二
検出器Ｔ２と第三検出器Ｔ３とにより温度差（ｔ３−ｔ
２）を検出しこの温度差（ｔ２ｔａ）により冷媒の過冷
却度を検出して、過冷却度が５℃以上の場合には、前記
比例制御回路により電動弁１４の弁開度を制御し、前記
過冷却度が５℃未満の場合には、前記比例制御回路を切
り、前記第一比例積分制御回路により、前記電動弁１４
の弁開度を制御するのであり、また暖房運転時には、第
３図に示したごとく、前記第四検出器Ｔ４と第三又は第
二検出器Ｔ３又はＴ２により温度差（Ｔ４ ｔａ）又
は（１４１２）を検出し、この温度差（ｔ４ｉｓ）又は
（ｔ４−ｔ３）により過熱度を検出して、過熱度が５℃
以上の場合には、前記比例制御回路により、また５℃未
満の場合には、この比例制御回路を切り、前記第二比例
積分制御回路により前記電動弁１４の弁開度を制御し、
冷房時には前記補助熱交換器４の過冷却度が所定値以上
に、暖房時には過熱度が所定値以上になるようにするの
である。

しかして冷房時において前記補助熱交換器４の出口側冷
媒の過冷却度ｔ３−ｔ２が５℃以上の場合とは、温水負
荷に比し前記補助熱交換器４の能力に余分があるときで
あって、温水出口温度の設定温度を４０℃とした場合、
出口温度が前記設定温度より高い温度（例えば４２℃）
となっているときであり、この場合には前記比例制御回
路により電動弁１４の弁開度を出口温度ｔ１に比例した
弁開度に制御するのである。

従って、この場合には負荷に対応して冷媒流量を比例制
御し、温水出口温度ｔ１を設定温度に近似させられるの
である。

又一方、過冷却度ｔ３−ｔ２が５°Ｃ未満の場合とは、
負荷の増加で前記補助熱交換器４の冷媒流量当りの能力
が不足するときであって、温水の出口温度ｔ１が前記設
定温度より低い温度（例えば３８°Ｃ）となっていると
きであり、この場合に前記出口温度ｔ１で電動弁１４を
比例制御すると、冷媒流量が、冷媒と温水との温度差の
増加比以上に増大し過ぎ、前記したごとく未凝縮ガスが
受液器５に流れ込むので、この場合には前記比例制御回
路を切り、前記第一比例積分制御回路により、前記電動
弁１４を、冷媒の前記した温度差ｔ３ｔ２即ち過冷却度
を基に比例積分した弁開度に制御するのである。

従って、この場合には、負荷に対応した冷媒流量の制御
ではなく、この流量制御は、第２図のごとく温水出口温
度ｔ１に比例せず、そのために温水出口温度ｔ１は、多
少犠牲になり従来の比例制御方式に比し低くなるが過冷
却度ｔ３−ｔ２は常に所定値以上に保持され、未凝縮ガ
スが受液器５に流れ込み、高低圧バランスを崩して運転
を不安定にすることはない。

又暖房時において、前記補助熱交換器４の出口側冷媒の
過熱度ｔ４−ｔ３又はｔ４−ｔ２が５°Ｃ以上の場合と
は、冷水負荷に対し、前記補助熱交換器４の能力に余分
があるときであって、冷水出口温度の設定温度を７℃と
した場合、冷水出口温度ｔ１が前記設定温度より低い温
度（例えば５℃）となるときである。

この場合は冷媒流量に比し熱交換面積が大きいので、前
記冷房時と同様前記比例制御回路により、電動弁１４を
出口温度ｔ１に比例した弁開度に制御するのである。

又一方過熱度１４−１３又は１４−１３が５℃未満の場
合とは、冷水負荷の増加で、前記補助熱交換器４の冷媒
流量当りの能力が不足するときであって、冷水出口温度
が前記設定温度より高い温度（例えば１２°Ｃ）となっ
ているときである。

この場合には、前記第二比例積分制御回路により、冷媒
の前記した温度差（ｔ４ｔ３）又は（ｔ４ｔ２）即ち過
熱度を基に前記電動弁１４を比例積分した弁開度に制御
するのである。

従ってこの場合には、負荷に対応した冷媒流量の制御で
はなく、冷水出口温度ｔ１に比例せず、従って冷水出口
温度は冷房時と同様多少悟性になり、従来の比例制御方
式に比しやや高くなるが過熱度１４−１２又はｔ４−１
２は常に所定値以上に保持され、液戻りはない。

尚以上の実施例では、前記電動弁１４により冷房時の流
量制御を行なうと共に暖房時の膨張弁を兼用しているが
、前記電動弁１４と並列に暖房用膨張弁を別に形成し、
暖房時、前記電動弁１４を側路し、別に形成する膨張弁
で過熱度制御を行なうごとくしてもよい。

以上の如く本発明は、水側補助熱交換器を流れる冷媒流
量を、電動弁により行ない、かつこの電動弁の弁開度を
、前記補助熱交換器で温水を得るときの補助熱交換器内
を流れる冷媒の温度ｔ３と該補助熱交換器の出口側配管
を流れる冷媒の温度ｔ２との温度差（ｔ３ ｔ２）が設
定温度以上の場合には該補助熱交換器の温水出口温度ｔ
１で前記電動弁の開度制御を行い、また前記温度差（１
３−１２）が設定温度より低い場合には、該温度差（ｔ
ｓ−ｔ２＞で、前記電動弁の開度制御をするごとくした
ので、低負荷時は勿論、高負荷時でも冷媒の過冷却度を
常に所定値以上に確実に保持でき、従って高負荷時、未
凝縮ガスが受液器に流れ込むことを確実に防止でき、常
に高低圧バランスを保ち、安定した運転が行なえるので
ある。

しかも以上の如く冷媒流量を制御する故前記補助熱交換
器の熱交換面積を負荷に対し大きくする必要はなく、従
って経済的に不利となることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷凍装置の実施例を示す冷媒配管系統図
、第２伺及び第３図は、本発明の、温水及び冷水出口温
度に対する冷媒流量の特性図で、第２図は温水出口温度
−冷媒流量特性図、第３図は冷水出口温度−冷媒流量特
性図、第４図は従来例の冷媒配管系統図、第５図は同じ
〈従来例の温水出口温度−冷媒流量特性と、温水出口温
度一温度差（△Ｔ）特性とを示す特性図である。 １・・・・・・圧縮機、３・・・・・・空気側熱交換器
、４・・・・・・水側補助熱交換器、６・・・・・・水
側主熱交換器、１４・・・・・・電動弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機と、凝縮器として作用する空気側熱交換器、
   及び蒸発器として作用する水側主熱交換器と凝縮器とし
   て作用する水側補助熱交換器とを備え、この水側補助熱
   交換器の冷媒管路を前記空気側熱交換器の冷媒管路と並
   列に接続するとともに、この並列管路を、前記圧縮機と
   水側主熱交換器と膨張弁とを直列に接続した冷媒管路に
   接続して冷媒循環回路を形成し、前記主熱交換器で冷水
   を得るとき、前記補助熱交換器で温水が得られるように
   した熱回収式冷凍装置であって、前記補助熱交換器で温
   水を得るときの補助熱交換器の出口１１Ｍ媒管路に開度
   を連続的に調節できる電動弁を設け、該補助熱交換器で
   温水を得るときの補助熱交換器内を流れる冷媒の温度ｔ
   ３と該補助熱交換器の出口側冷媒管路を流れる冷媒の温
   度ｔ２との温度差ｔ３−ｔ２が設定温度差以上の場合に
   は、該補助熱交換器の温水出口温度ｔ１で前記電動弁の
   開度制御を行ない、前記温度差（’ａ ｈ）が前記設定
   温度差より低い場合には、該温度差（ｔ３ ｈ）で前記
   電動弁の開度制御を行なうごとくしたことを特徴とする
   熱回収式冷凍装置。