JPS5848823B2 - 熱回収式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱回収式空気調和装置、詳しくは冷房運転時の
凝縮熱を回収し、冷暖房を同時に行なえるようにした熱
回収式空気調和装置に関する。

従来知られている此種空気調和装置は、二つの水側熱交
換器を設け、一つを水加熱用凝縮器とし、他の一つを水
冷却用蒸発器として専用的に用いると共に、一つの空気
側熱交換器を用い、冷暖房負荷の変動時、その負荷状態
に応じて補助凝縮器としたり補助蒸発器としてバランス
運転を行なうとと〈成している。

所が前記した二つの水側熱交換器と一つの空気側熱交換
器は、圧縮機の能力に対しそれぞれ１００多能力のもの
を用いている。

即ち水加熱用に用いる熱交換器は暖房時圧縮機の能力に
対し１００％能力の凝縮器となり、水冷却用に用いる熱
交換器は、冷房時圧縮機能力に対し１００％能力の蒸発
器となり、１た前記空気側熱交換器も圧縮機の能力に対
し１００％能力のものを選定している。

一般にこれら熱交換器の選定は、冬期又は夏期において
想定される冷暖房の最大負荷条件即ち冬期において想定
される最低外気温度と夏期に卦いて想定される最高外気
温度との条件で選定するのが通常である。

これは、負荷に対し余裕をもたせるためであるが、通常
の外気温度即ち厳冬期又は酷暑期以外［フ−いては、能
力が余り過ぎることになり、特に熱回収を行なって冷暖
房を行なう場合、前記熱交換器の最大能力に対し殆んど
は５０％以下で運転されることになるのである。

従゛つて熱交換器が能力に比し大きく、装置全体が大形
となり、価格も高〈なるのであり、その上熱回収を行な
う中間期の冷媒制御が複雑で、制御性が悪くなる問題が
生ずるのである。

そこで本発明者は、以上の如き問題に鑑み、前記した二
つの水側熱交換器を専用化することな〈冷房単独時にお
いては何れも水冷却用蒸発器として用い、暖房単独時に
おいては水加熱用凝縮器として用い、更らに熱回収時に
は一方を水加熱用凝縮器、他方を水冷却用蒸発器として
用いるようにして、前記水側熱交換器の能力を、圧縮機
の能力に対し例えば５０％となるごとく小さくした熱回
収式空気調和装置を先に発明した。

即ち空気側熱交換器は圧縮機ｍ力に対し１００％能力を
用いるが、水側熱交換器は、そのトータル能力ぶ圧縮機
能力に対し１００％以上（但し２００％以下）の能力と
なるごとく選定し、各一の水側熱交換器の能力を圧縮機
能力に対し小さくしたのであり、斯くして前記した問題
を解消し、装置全体を小形にしながら負荷に応じた能力
での運転が行なえるようにしたのである。

本発明は以上の先願発明を更らに改良し、熱回収時の負
荷に対する能力調整が容易で、コントロール性が良い熱
回収式空気調和装置を提供すべく発明したもので、前記
空気側熱交換器をサイクル的に分割して２個とし、熱回
収時、冷暖房負荷が何れも少ない場合一方を補助蒸発器
、他方を補助凝縮器として用い、冷暖房能力の調整を容
易にコントロールできるようにしたのである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳記する。

１は圧縮機、２ぱ高圧側三方弁、３，４は水側熱交換器
、５，６ぱ空気側熱交換器、１ぱ受液器、８は低圧側三
方弁、９ぱアキコムレータ、１０，１１，１２．１３は
膨脹弁、１４，１５，１６，１７ぱ逆止弁である。

しかして前記水側熱交換器３，４ぱ、連絡管２０を介し
て並列に、捷た空気側熱交換器５，６は連絡管２１を介
してそれぞれ並列に接続して、これら連絡管２０．２１
Ｋそれぞれ開閉弁２２，２３を介装すると共に、これら
開閉弁２２．２３の一方側にそれぞれ往き管２４．２５
を接続し、前記高圧側三方弁２を介して圧縮機１の吐出
管２６と接続するのであり、他方側にそれぞれ戻り管２
γ，２８を接続し、前記低圧側三方弁８を介して圧縮機
１の吸入管２９と接続するのである。

そして前記水側熱交換器３，４の内、第一水側熱交換器
３（以下単に第一熱交換器という）は、前記膨脹弁１０
と逆止弁１４との並列回路を介して受液器７に、捷た第
二水側熱交換器４（以下単に第二熱交換器という）は、
前記膨脹弁１１と逆止弁１５との並列回路を介して受渣
器γにそれぞれ直列に接続すると共にこれら熱交換器３
，４の受液器１への回路で、あって並列回路の途中に、
前記膨脹弁１０．１１とそれぞれ直列に開閉弁３０．３
１を介装するのである。

これら両熱交換器３，４ぱ、後記するごとく冷房単独時
には共に水冷却用蒸発器となり、暖房単独時には水加熱
用凝縮器となるのであり、また熱回収による冷暖房時に
は第一熱交換器３が水加熱用凝縮器となり第二熱交換器
５が水冷却用蒸発器となるのであって、何れも同じ構造
をもち、冷水、温水の何れも取出せるものを用いるので
ある。

捷た前記空気側熱交換器５，６の内、第一空気側熱器５
（以下第一空気コイルという）は、前記膨脹弁１２と逆
止弁１６との並列回路を介して受液器７Ｋ，ｔた第二空
気熱交換器６（以下第二空気コイルという）は、前記膨
脹弁１３と逆止弁１７との並列回路を介して受液器７Ｋ
それぞれ接続するのである。

これら空気コイル５，６は、後記するとと〈冷房単独時
は共に凝縮器となり、暖房単独時には共に蒸発器となる
のであり、熱回収による冷暖房時には第一空気コイル５
が補助凝縮器、第二空気コイル６が補助蒸発器として働
らくのであって、何れも同一構造としてある。

又前記高圧側三方弁２は、何れも３ポートをもち、その
ａポートに前記吐出管２６を、ｂボート及びＣポートに
前記往き管２４．２５をそれぞれ接続するのであって、
この三方弁２の切換えによ！：Ｊａ−ｂポート又はａ−
ｃボートが連通したりするのである。

又低圧側三方弁８も同様である。

しかして以上の構成において冷房又は暖房の単独運転を
行なう場合は前記三方弁２，８を第１図及び第２図のご
とく切換えることにより行なうのであり、筐た熱回収に
よる冷暖房同時運転を行なう場合は、三方弁２を第２図
に示した暖房時と同様ａ−ｂポートを連通させ、三方弁
８を第１図に示した冷房時と同様ａ−ｂポートを連通さ
せたり、これら三方弁２，８の一方を、ａ−ｂｅポート
連通としたり、両方をａ−ｂｅポート連通に切換えるこ
とにより行なうのであって、これら冷暖房単独運転と同
時運転とは負荷状態に応じて選択するのである。

そして冷暖房単独運転の場合は、前記水側熱交換器３，
４が何れも水冷却用蒸発器又は水加熱用凝縮器となり、
空気側熱交換器５，６が何れも凝縮器又は蒸発器となる
のであり、捷た冷暖房同時運転の場合は第一熱交換器３
が前記凝縮器、第二熱交換器，４が前記蒸発器となり、
前記空気側熱交換器５，６が冷暖房負荷の大小により働
らき、第一空気コイル５が補助凝縮器、第二空気コイル
６が補助蒸発器となるのであって、前記水側熱交換器３
，４及び空気側熱交換器５，６ぱ、それぞれ圧縮機１の
能力に対し小さいものを選定するのである。

前記水側熱交換器３，４及び空気側熱交換器５６は、何
れもそのトータル能力が圧縮機の能力に対し１００幅能
力となさればよく、前記熱交換器３，４，５．６の能力
比は０．５ ： ０．５ ： ０．５ ：０．５とした
り、或いは装置の据付けを行なう場所の負荷状態に応じ
て０．５：０、８ ： ０．８ ： ０．５或いは０．
５ ： ０．７ ： ０．６ ： ０．５又は・０．
６ ： ０．８ ：０．８：０，６などのどと〈選択す
るのである。

以下以上のごとく構或した装置の運転状態について説明
する。

先ず暖房負荷がなく冷房負荷のみの場合に行なう冷房単
独運転は、第１図のごとく三方弁２，８を切換え開閉弁
２２，２３，３０，３１を開くことにより行なうのであ
って、圧縮機１から吐出された高圧ガス冷媒は全量二つ
の空気側熱交換器５，６Ｉ／ｃ流れて凝縮し、受液器７
から膨脹弁１０．１１を経て二つの水側熱交換器３，４
に送り、これら両熱交換器３，４で蒸発させて前記戻り
管２７、三方弁８、吸入管２９から圧縮機ＩＫ戻す冷凍
サイクルを形成するのであり、前記水側熱交換器３，４
で冷水を形成するのである。

又冷房負荷がなく暖房負荷のみの場合に行なう暖房単独
運転は、三方弁２，８を第２図のごとく切換え、開閉弁
３０．３１は閉じ、開閉弁２２，２３を開くことにより
行なうのであって、この場合は高圧ガス冷媒を全量二つ
の水側熱交換器３，４ｉ／ｉ：送り、此処で凝縮させ、
受液器７から膨脹弁１２．１３を経て二つの空気側熱交
換器５，６へ送り、該熱交換器５，６で蒸発させて前記
戻り管２８から圧縮機１へ戻す冷凍サイクルを形或する
のであり、前記水側熱交換器３，４で温水を形成するの
である。

以上の如く冷暖房単独運転においては、二つの水側熱交
換器３，４が何れも蒸発器又は凝縮器として働ら〈ので
あり、二つの空気側熱交換器５，６が何れも凝縮器又は
蒸発器として働ら〈のであって、水側熱交換器３，４及
び空気側熱交換器５，６の各一の能力が圧縮機能力に対
し１００％以下即ち前記したごとく例えば５０％であっ
ても、夏期及び冬期においては、これら二つの水ｇＡ熱
交換器３，４を同時に蒸発器又は凝縮器として捷た二つ
の空気側熱交換器５，６を凝縮器又は蒸発器として用い
るため能力不足が生ずることはないのである。

次に夏冬中間期において行なう熱回収による冷暖房同時
運転について説明する。

しかして今冷房負荷と圧縮機入力とのトータルが暖房負
荷と等し〈バランスしている場合は、前記開閉弁２２．
２３を閉じ、開閉弁３１を開き三方弁２，８を第３図の
ごとく切換えて行なうのであって、高圧ガス冷媒は水側
熱交換器３，４の内第一熱交換器３Ｋ−入り、此処で凝
縮し、水を加熱して温水を作ると共に、該第一熱交換器
３で凝縮した液冷媒は、受液器７、膨脹弁１１を経て第
二熱交換器４に入り、水を冷却して冷水を作り蒸発し、
戻り管２γから三方弁８を経て圧縮機ＩＫ戻る冷凍サイ
クルを形成するのであり、このサイクルにより冷温水を
同時に取出すのである。

ｅＫ．ＶＣこの状態から暖房負荷が小さくなれば、前記
三方弁２が第４図のごと＜ａ−ｂｅポート連通状態とな
り高圧ガス冷媒は前記往き管２４．２５に分流して、該
冷媒の一部は第一熱交換器３と、第一空気コイル５とに
流れるのであり、前記ガス冷媒はこの第一熱交換器３と
第一空気コイル５とにより凝縮するのである。

そして凝縮した液冷媒は前記した通り、受液器７、膨脹
弁１１を経て第二熱交換器４に入って冷水を作り、戻り
管２７、三方弁８、吸入管２９を経て圧縮機１ＶＣ戻る
のである。

筐た前記したバランス運転の状態から暖房負荷が犬き〈
なれば、三方弁８が第５図のごとく前例同様ａ−ｂｅ連
通状態となり、第一熱交換３で凝縮した液冷媒は、受液
器１から第二熱交換器４と第二空気コイル６とに流れ、
これら両熱交換器４，６で蒸発し、前記戻り管２７，２
８三方弁８を経て圧縮機１に戻るのである。

同以上の熱回収運転で、バランス運転している状態から
バランス運転が崩れるのは、冷房負荷が一定で前記した
ごとく暖房負荷が冷房負荷と圧縮機入力に対し犬き〈な
ったり小さくなったりする場合以外、暖房負荷が一定で
、冷房負荷が犬き〈なったり小さくなったりする場合が
あるが、何れの場合においてもバランスが崩れたとき前
記三方弁２又は８を制御し、第一空気コイル５を補助凝
縮器とし、第二空気コイル６を補助蒸発器として用いる
のである。

しかしてこの熱回収運転においては、水側熱交換器３，
４の内第一熱交換器３が水加熱用熱交換器となり弟二熱
交換器４が水冷却用熱交換器となるが、これら熱交換器
３，４ぱ、圧縮機１の能力に対し通常５０幅以下で運転
されるのであるから、これら熱交換器３，４を圧縮機１
の能力に対し例えば５０多の能力比のものに選定しても
、能力不足が生ずることはない。

又以上の熱回収運転の説明は、冷暖房負荷のトータルが
１００％で、バランスしている場合とバランスが崩れた
場合について説明したが、中間期において前記トータル
負荷が例えば６０係又は８０優等、低負荷の場合には、
更らに能力調整が行なえる。

即ち今冷暖房負荷のトータル負荷が６０％でバランスし
ている場合、前記三方弁２，８は何れも第６図のとと＜
ａ−ｂｅ連通状態となり、高圧ガス冷媒は、前記往き管
２４．２５に分流して第一熱交換器３と、第一空気コイ
ル５とに流れて、これら第一熱交換器３と第一空気コイ
ル５とで凝縮するのであり、凝縮した液冷媒は、受液器
７を経て第二熱交換器４と第二空気コイル６とに入り、
蒸発し、戻り管２７．２Ｂ、三方弁８を経て圧縮機１Ｋ
戻るのであって、第一熱交換器３及び第二熱交換器４で
の能力は負荷に応じて調整できるのである。

従って能力調整のためにホソトガスをバイパスさせる必
要はな〈、ホットガスバイパス管やバイパス弁などを設
ける必要もないのである。

又第５，６図に示したごとく第二空気コイル６を、補助
蒸発器として用いる場合該コイル６がフロストすること
になるが、このとき第Ｔ図のごとく三方弁２，８を切換
え開閉弁２３．３１を開くことによりデフａストが行な
える。

このデフロスト運転は、前記熱交換器３，４の内水冷却
用熱交換器として働ら〈第二熱交換器４を流れる冷水を
熱源としてデフロストできるので第一熱交換器３の温水
を冷却することはなく、デフロストが行なえるのである
。

即ち前記開閉弁２３を開き、高圧ガス冷媒の１部は連絡
管２１を経て補助蒸発器として働らいていた空気側コイ
ル６へ流れ、その凝縮熱によりデフロストを行なうので
ある。

そしてこのコイル６で凝縮した液冷媒ぱ受液器７から膨
脹弁１１を経て第二熱交換器４一＼流れ、蒸発し、前記
したごとく、戻り管２７、三方弁８を経て圧縮機１に戻
るデフロストサイクルを形成するのである。

又熱回収運転時以外即ち暖房単独運転時にかけるデフロ
ストは第１図のごとく三方弁２，８を切換え、冷房時の
冷凍サイクルを形成することにより容易に行なえる。

以上の叩く本発明によれば、水側熱交換器及び空気側熱
交換器の圧縮機能力に対する能力比を何れも例えば５０
φにできるのであるから、これら熱交換器を小型にでき
ると共に配管径を小さくでき、従って装置全体を小形に
して価格を極めて低廉にできるのである。

しかも、冷暖房単独運転を行なう場合には二つの水側熱
交換器を共に水冷却用又は水加熱用熱交換器として又空
気側熱交換器を共に凝縮器又は蒸発器として用い、捷た
冷暖房同時運転を行なう場合には二つの水側熱交換器の
一方を水冷却用、他方を水加熱用熱交換器として用い、
又空気側熱交換器の一方を補助凝縮器、他方を補助蒸発
器として用いるのであるから、夏冬時又は中間期にち・
いて負荷に応じた能力で運転が行なえながら、特に夏冬
時においても前記熱交換器をフルに使用できるのであり
、中間期においては、負荷に応じた能力の調整を行なう
ことができる。

従ってホットがバイパスによる能力調整を不要にでき、
それで配管を簡単に構成でき、しかもコントロール性を
向上できるのである。

更らに冷媒充填量を少〈でき、従って受液器も小形にで
きるし、熱回収運転時、空気側熱交換器に着霜しても、
温水を冷却することなくデフロストさせる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の実施例を示す冷媒配管系統図で、第
１図は冷房単独運転、第２図は暖房単独運転、第３図乃
至第６図は冷暖房同時運転、第γ図はデフロスト運転を
示している。 １・・・圧縮機、２，８・・・三方弁、３，４・・・水
側熱交換器、５，６・・・空気側熱交換器、７・・・受
液器、２０．２１・・・連絡管、２２．２３・・・開閉
弁、２４，２５・・・往き管、２７．２８−・・戻り管
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、二つの水側熱交換器、二つの空気側熱交換
   器及び受液器とを備え、前記水側熱交換器を、連絡管を
   介して並列に、１た前記空気側熱交換器を、連絡管を介
   して並列にそれぞれ接続して、これら連絡管に開閉弁を
   介装すると共に、これら開閉弁の一方側にそれぞれ往き
   管を接続して、高圧側三方弁を介して圧縮機の吐出側に
   接続し、かつ、他方側にそれぞれ戻り管を接続して、低
   圧側三方弁を介して圧縮機の吸入側に接続する一方、前
   記各熱交換器を膨張機構と逆止弁との並列回路を介して
   受液器に接続すると共に、前記水側熱交換器の受液器へ
   の回路で、かつ前記並列回路の途中に、前記膨張機構と
   直列に開閉弁を介装したことを特徴とする熱回収式空気
   調和装置。