JPS59229154A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は蒸気圧縮冷凍サイクルを利用する冷暖房装置
の空気調和機に関するもので、特に暖房運転時に熱源と
して燃焼機による燃焼熱を利用することによシ、高温の
燃焼ガスの熱量を冷媒加熱熱交換器を通過する冷媒に供
給して快適な冷暖房を行なえるようにしたものである。

従来、蒸気圧縮冷凍サイクルを利用した暖房装置が広く
使用されているが、これは大気を熱源としているため冬
期や寒冷地、朝夕の屋外気温が低い場合に暖房能力が減
少する特性を有し、特に屋外気温が数度以下になると屋
外側熱交換器の表面に着霜が生じて熱交換能力が著しく
低下する欠点を有する。この暖房能力の不足を補う方法
とじて屋外ユニットに燃焼装置を組込み、燃焼熱によっ
て冷媒を加熱蒸発させ、室内熱交換器で凝縮させること
で暖房する手段が提案されている。

従来この種の空気調和機として第１図に示すものがあっ
た。図において、ｌは電動圧縮機で、四方弁２により冷
房運転時には矢印Ａ方向に、暖房運転時には矢印Ｂ方向
にそれぞれ冷媒が流れるようになっている。３は送風機
４を備えた屋内側の第１の熱交換器、５は冷房運転時の
減圧機構、６はこの減圧機構５と直列な第２の弁装置と
しての逆止弁、７は減圧機構５および逆止弁６と並列の
管路中に設けられた第１の弁装置としての逆止弁８はこ
の逆止弁７と直列な第３の熱交換器、９はバーた、１０
は送風機１１を備えた屋外側の第２の熱交換器である。

１２は冷媒配管に設けた第１の温度検知素子％　１３は
制御装置で、温度検知素子１２の信号によりバーナー９
へ燃料を供船または停止させるための電磁弁１４を開閉
させる作用を行なう。

上記第１の熱交換器３は空調すべき室内の熱交換器であ
シ、第２の熱交換器１ｏは外気と冷媒間の熱交換器であ
る。この熱交換器１ｏはバーナー９からの燃焼熱を熱源
として冷媒を加熱するためのものである。一方、逆止弁
６は冷房運転時に開となり、逆止弁７は暖房運転時に開
となる。なお、図中の実線は配管経路で、破線は制御信
号の流れを示す。

次に冷媒の動作について説明する。苔ず冷房運転時にお
いては、冷媒は圧縮機１から四方弁２、第２の熱交換器
ｌｏ、逆止弁６、減圧機構５、第１の熱交換器３、四方
弁２１圧縮機１の経路で流れる。この冷媒回路では第１
の熱交換器３ｉ１１：蒸発器として、また第２の熱交換
器１ｏは凝縮器として作用する。次に暖房運転時におい
ては、冷媒は圧縮機１から四方弁２、第１の熱交換器３
、逆止弁７１第３の熱交換器８．第２の熱交換器１ｏ、
四方弁２、圧縮機１．の経路で流れる。これにょ夛バー
ナー９の燃焼熱は第３の熱交換器８で冷媒を蒸発させ、
第２の熱交換器１０．圧縮機ｌを経て室内側へ放熱され
る。この時、送風機１１は停止している。

上記のような冷媒回路で暖房運転を行なう場合第３の熱
交換器８で高温の燃焼ガスから冷媒に熱伝達するため、
燃焼熱量とこの熱量を輸送するのに必要な冷媒循環量の
関係が重要となる。冷媒循環量が必要量以下であれば冷
媒が異常に過熱されると共に、冷媒と混合して循環して
いる圧縮機の潤滑油も過熱され、この油は約１５０℃以
上で劣化する。逆に循環量が過剰であれば圧縮機の吸入
する冷媒は液を含んだ２相流となシ、圧縮機動力が増大
し輸送効率が悪くなる。したがって上記の冷媒回路では
圧縮機のシリンダ容量は冷房運転時の能力によって決定
されるため、暖房運転時も同一の圧縮機を用い回転数も
同じとする之過剰な循環量となる。これは暖房運転時に
圧縮機の吸入する冷媒が冷房運転時に比較して２倍以上
の密度となるためである。

そこで上記の問題に対して従来では圧縮機１の吐出側（
高圧）と吸入側（低圧）とをバイパス管１５によシ連通
し、電磁弁１６によが暖房運転時のみ開とする手段が用
いられている。しかしこの手段では室内温度や送風機風
量の変イピする場合あるいは起動時のように運転状態が
変動する場合、常に冷媒の適正循環量を得るのは不可能
であり、バイパス管１５への冷媒量の設定も難しい。特
に外気が低温ｑときに起動させる場合には圧縮機の吸入
する冷媒の密度が小さいため十分な循環量が確保できず
、熱交換器８よシ流出する冷媒０塩度が異常に上昇する
。このため温度検出素子１２によシ冷媒温度を測定し、
制御回路１３によって設定した許容温度以上となった場
合は、電磁弁１４を閉じて燃焼を停止させている。しか
し燃焼の停止は室内への熱輸送量が減少することになる
ので暖房装置としての機能を十分発揮できない欠点があ
った。またバイパス管１５を設けても圧縮機動力の低減
は僅かでおる。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、暖房運転時の条件が変化しても常
に適正な冷媒循環量を得ることができることによって、
燃焼を停止することなく暖房運転ができ、かつ圧縮機動
力の大幅な低減を可能にした空気調和機を提供すること
を目的としている。

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第２図において、１〜１４は第１図のものと同一である
。１７は第２の温度検出素子で、第３の熱交換器８の冷
媒配管の上流に設けである。１８は制御回路で、両温度
検出素子１２と１７との信号によシ双方の温度差を測定
しその結果によってインバータ回路１８の入力信号を制
御する。また上記第１の温度検ぬ素子１２の信号と設定
許容温度との差を判別し、許容温度以上であれば電磁弁
１４を閉じ燃焼を停止させる。インバータ回路１８は制
御回路１８の命令信号によって圧縮機１のモータに印加
する電源周波数を制御する。したがって圧縮機１は回転
数を変化させて運転しても何ら問題はない。

第３図は第３の熱交換器８の詳細図で、２０は冷媒配管
であって熱交換のためのフィン２１が取付けられ燃焼ガ
スと熱交換が効率よく行なえるようケース２２内に配置
されている。温度検出素子１７は配管２０に密着して取
付けられ、配管内の冷媒が蒸発して完全な気相状態にな
っていない部分（飽和状態にある部分）で暖房運転の条
件が変化しても常に上記の状態が得られる。

次に第２図、に基づいて冷媒回路および制御装置の動作
について説明する。まず暖房連転では圧縮機１を起動し
冷媒は第１図と同様に循環する。起動時の圧縮機回転数
は定常運転時の回転数あるいはこれよシ若干速く設定し
ておく。同時にバーナー９に着火し熱交換器８により冷
媒を加熱蒸発させる。このときの冷媒循環量がバーナー
９での燃焼熱量を輸送するに十分でない場合、冷媒は熱
交換器８の冷媒配管途中で過熱状態となシ、とのため温
度検出素子１２での温度は冷媒の飽和温度（第２の温度
検出素子１７で検出している）に対して高い値となる。

制御回路１８は両温度検出素子１２．１７の信号よシ双
方の温度差を計算し、　　　　“インバータ回路１９の
出力周波数を高くし、圧縮機回転数を増加させる。これ
によシ冷媒循環量が増大して熱交換器８の出口の冷媒温
度は低下する。

両温度検出素子１２．１７の温度差が所定の値（実施例
では５　ｄｅｇ　）になるように回転数を制御する。逆
に燃焼量の変動などによシ、循環量の方が過剰となった
場合は、上記温度検出素子１２゜１７の温度差が５　ｄ
ｅｇ以下となシ、熱交換器８で冷媒を完全に蒸発できな
い場合は温度差はなく々る。このとき圧縮機１は気液２
相状態の冷媒を吸入することとなシ、圧縮機動力が増大
して輸送効率は低下する。この場合は温度差が所定値に
なるまでインバータ回路１９の出力周波数を低下させて
圧縮機１の回転数を減少し冷媒の循環量を減少させる。

上記の温度差と回転数の増減量の関係を第４図のように
なる。この図で横軸が温度差ΔＴで、縦軸は回転数の増
減量ΔＮである。この図に示すようにΔＴが大きくなる
と現在の回転数を基準としてΔＮも大きくなる。そして
所定温度差ΔＴｏとなったとき、その時点の回転数を維
持する。ただし異常に燃焼量が増大し圧縮機１０回転数
の上限となっでも温度検出素子１２の温度が許容温度を
越える場合、電磁弁工４を閉じ燃焼を停止する。このよ
うに上記の制御動作により冷媒および潤滑油の過熱によ
る劣化を防ぎ、かつ燃焼を停止させることなく急速な室
内の温度上昇を得ることができる。

なお、第２の温度検出素子１７は熱交換器８の配管途中
に設けたが、熱交換器８に流入する冷媒が暖房運転時に
過冷却されないかまたは過冷却度七数度程度であれば熱
交換器８の流入部に検出素子ｉ７ａのように設けてもよ
い。

以上、暖房運転の立上り時について説明したが定常運転
時において燃焼量の増減あるいは室内温度の変化、室内
側送風機４の送風量変化によって循環量が変化した場合
でも同様に行なえる。また上記では暖房運転時について
説明したが、冷房運転においても冷房負荷に応じてイン
バータ回路１９の出力周波数を制御し圧縮機１０回転数
を調整することで冷房能力を変化させることができ、快
適な冷房が得られ、かつ圧縮機動力の省エネルギー化が
計れる。

以上のようにこの発明によれば、バーナーからの高温な
燃焼熱を熱源とした暖房運転において、運転時の条件が
変化した場合でも冷媒および潤滑油の過熱による熱劣化
を防ぎ、かつ燃焼を停止することなく運転を持続でき、
同時に圧縮機動力の低減が計れる。これによって必要な
暖房負荷に応じた暖房運転が可能とな９、快適で経済性
の高い空気調和機となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空気調和機のブロック線図、第２図はこ
の発明による空気調和機のブロック線図、第３図は第３
の熱交換器の詳細図、第４図は温度差と周波数の増減量
の関係を示す図である。 １・・・圧縮機、２・・・四方弁、３・・・第１の熱交
換器、５・−・減圧機構、６，７・・・逆止弁、８・・
・第３の熱交換器、９・・・バーナー、１０・・・第２
の熱交換器、１２・−・第１の温度検出素子、１４・・
・電磁弁、１７・・・第２の温度検出素子、１８・・・
制御回路、１９・・−インバータ回路、２０・・・冷媒
配管。 なお１図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　大　岩　増　雄 第２図 第３図 第４図 手続補正書（自発） Ｈ８和　鴨　６月　５日　驚Ｐ） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−１０３９８１号３、
補正をする者 （連絡先０３（２１３）３・４２１特許部）５、補正の
対象 明細書の特許請求の範囲および発明の詳細な説明の各欄
。 ６、　補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 （２）同４頁２行「この熱交換器１０」を「第３の熱交
換器８」と訂正する。 （３）　　同５頁１１行「したがって」を削除する。 （４）　　同頁１４行「圧縮機」を「シリンダ」と訂正
する。 （５）同頁１６行「冷媒が・・・・・・の密度」を「冷
媒の密度が冷房運転時に比較して２倍以上」と訂正する
。 （６）同頁１８行「従来では」を「従来は」と訂正する
。 （７）同７頁１０行および１３行１１８」を「１９」と
訂正する。 （８）同頁１５行「したがって」を削除する。 （９）　　同１６〜１７行「問題はない」を［問題がな
いように構成されている」と訂正する。 αＱ　同９頁１５行「のようになる」を「に示す」と訂
正する。 （６）同１０頁１５行「循環量」を「適正循環量」と訂
正する。 ２　添付書類の目録 訂正特許請求の範囲　　　　　１通 ２、特許請求の範囲 圧縮機と、冷房運転時に減圧機構より流入する冷媒を蒸
発器として熱交換させ、暖房運転時に凝縮器として作用
する屋内側の第１の熱交換器と、冷房運転時に凝縮器と
して作用し暖房運転時に上記燃焼機による。燃焼熱によ
り蒸発した冷媒が通過する屋外側の第２の熱交換器と、
暖房運転時に燃焼熱により冷媒を加熱蒸発させる第３の
熱交換器と、この第３の熱交換器と直列に連結され暖房
運転時に開となる第１の弁装置と、上記第３の熱交換器
と第１の弁装置と管路と並列に設けた管路に介装されて
冷房運転時に開となる第２の弁装置と、この管路に介装
されて冷媒を減圧させる減圧機構とを設けてなる冷媒回
路を備え、上記第３の熱交換器に配置された冷媒管の出
口部に装着した第１の温度検知素子と、上記第３の熱交
換器に配置された冷媒管を備えたものにおいて、冷媒の
飽和温度が常に得られる位置に設けた第２の温度検知素
子からの温度差を測定し、この温度差に応じて上記圧縮
機に供給する電源周波数を制御して圧縮機の回転数を制
御するため周波数制御回路への大刀信号を調整する制御
回路を備えたことを特徴とする空気調和機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機と、冷房運転時に減圧機構よシ流入する冷媒を蒸
   発器として熱交換させ、暖房運転時に凝縮器として作用
   する屋内側の第１の熱交換器と、冷房運転時に凝縮器と
   して作用し暖房運転時に上記燃焼機による燃焼熱により
   蒸発した冷媒力；通過する屋外側の第２の熱交換器と、
   暖房運転時に燃焼熱により冷媒を加熱蒸発させる第３の
   熱交換器と、この第３の熱交換器と直列に連結され暖房
   運転時に開となる第１の弁装置と、上記第３の熱交換器
   と第１の弁装置の管路と並列に設けた管路に介装されて
   冷房運転時に開となる第２の弁装置とこの管路に介装さ
   れて冷媒を減圧させる減圧機構とを設けてなる冷媒回路
   を備え、上記第３の熱交換器に配置された冷媒管の出口
   部に装着した第１の温度検知素子と、上記第３の熱交換
   器に西装置された冷媒管を備えたものにおいて、冷媒の
   飽和温度が常に得られる位置に設けた第２の温度検知素
   子からの温度差を測定し、この温度差に応じて上記圧縮
   機に供給する電源周波数を制御して圧縮機の回転数を制
   御し５周波数制御回路への入力信号を調整する制御回路
   を備えたことを特徴とする空気調和機。