JPS5926199Y2

JPS5926199Y2 - ヒ−トポンプ式空気調和機

Info

Publication number: JPS5926199Y2
Application number: JP14539679U
Authority: JP
Inventors: 哲夫田口
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 1979-10-20
Filing date: 1979-10-20
Publication date: 1984-07-30
Also published as: JPS5663949U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、セパレート型のヒートポンプ式空気調和機に
関し、特に暖房運転時の熱損失（ヒートロス）を減少さ
せると共に、エネルギー有効比（いわゆる単位入力当り
の暖房能力、ＥＥＲと称す。

）を向上し得るようにしたヒートポンプ式空気調和機に
関するものである。

一般に、セパレート型ヒートポンプ式空気調和機は、熱
源となる圧縮機及び吐出管が室外にあるため、暖房運転
時のヒートロスが非常に大きく、例えばＩＨＰクラスで
約６８０Ｋｃａｌ／ｈ（７）ヒートロスがあ
る。

特に、圧縮機が全密閉型ロータリー圧縮機タイプで、且
つ圧縮機のケース内が高圧高温タイプの高圧ドーム形の
圧縮機ではヒートロスが特に大きく、単に圧縮機の吐出
系配管等の高温部分周辺に断熱を施した程度ではヒート
ロスの低下に限界がある。

そして、このヒートロスは暖房能力の約２５％にも達し
、暖房能力が低下するのみならず、エネルギーの無駄で
ある。

しかるに、このようなヒートロスを低減させるためには
、吐出ガス温度を低下させるとともに、温度低下分に相
当する熱量を室内側に還元することが必要である。

それ故、単に吐出ガス温度のみを下げるのであればプレ
クーラ等があるが、このプレクーラ等では暖房に利用で
きる熱を単に室外に放出しているだけであり、暖房能力
の向上にはつながらないものである。

そこで、従来、このような暖房運転時のヒートロスの減
少化を図るべく、高圧液冷媒（リキッド）を圧縮機の圧
縮行程途中の冷媒中にインジェクション（注入）して、
圧縮機の冷媒吐出量を増加させるとともに、吐出ガス温
度を上記リキッドの蒸発潜熱で低下させる所謂リキッド
インジェクション方式のものが提案されている。

しかしながら、上記提案のものにおいては、インジェク
ション量は圧縮機の潤滑性能を維持するためにそのシリ
ンダを液で完全に湿らせる手前の量に抑える必要がある
とともに、注入はロータ（ピストン）の所定回転範囲内
において徐々に行われるために注入後のシリンダ内の平
均圧力としては高圧状態にまでにすることは不可能であ
るため、吐出ガス温度が最低レベルまで低下し得す、し
かも注入後高圧まで上昇させることにより、暖房能力は
多少向上する反面、仕事量が大きくならざるを得す、ヒ
ートロス量はさほど減少せず、結果としてエネルギー有
効比（ＥＥＲ）は低下し、省エネルギー化を達成できな
いという不具合がある。

本考案はかかる点に鑑みてなされたものであり、暖房運
転時において、リキッドを圧縮機の吐出圧までポンプで
昇圧して圧縮機の吐出口下流近傍に注入し、上記リキッ
ドを上記圧縮機の吐出ガスと混合して、上記吐出ガスを
冷却し、この吐出ガス温度を湿り飽和蒸気直前の過熱蒸
気となる状態まで低下させるようにすることにより、ヒ
ートロスを最大限減少させて暖房能力を向上させ、しか
もエネルギー有効比ＥＥＲを向上させて省エネルギー化
をも可能としたヒートポンプ式空気調和機を提供するも
のである。

すなわち、本考案は、室内ユニットと室外ユニットとを
連絡配管で連結してヒートポンプ式冷暖房回路を形成し
、上記室外ユニットの高圧ドーム形の圧縮機により冷媒
を圧送して冷暖房を行うようにしたヒートポンプ式空気
調和機において、上記圧縮機内の吐出口下流近傍と暖房
時の高圧液管との間に液ポンプを介設したインジェクシ
ョン管を接続し、暖房運転時に上記液ポンプにより高圧
液冷媒を上記圧縮機の吐出口下流近傍に注入して、上記
圧縮機の吐出ガスを冷却し、この吐出ガス温度を湿り飽
和蒸気直前の過熱蒸気となる状態まで低下させるように
したことを特徴とするものである。

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図において、Ａは室内ユニットであって、該室内ユ
ニツ）Ａは、室内側熱交換器１、冷房用膨張弁２および
該膨張弁２に並設される逆止弁３を備え、それぞれ冷媒
配管４で連結されている。

Ｂは室外ユニットであって、該室外ユニットＢは、高圧
ドーム形の圧縮機５、四路切換弁６、アキュムレータ７
、室外側熱交換器８、暖房用膨張弁９および該膨張弁９
に並設される逆止弁１０を備え、それぞれ冷媒配管１１
で連結されている。

さらに、上記室内ユニツ）Ａと室外ユニツ）Ｂとはガス
側連絡配管１２および液側連絡配管１３で連結されてヒ
ートポンプ式冷暖房回路Ｃが形成され、上記四路切換弁
６を実線の如く暖房サイクルに切換えて高圧ドーム形の
圧縮機５により冷媒を実線矢印の如く圧送することによ
り室内を暖房し、また四路切換弁６を破線の如く冷房サ
イクルに切換えて高圧圧縮機５により冷媒を破線矢印の
如く圧送することにより室内を冷房するように構成され
ている。

尚、１４は配管接続用の接手、１５は高圧ドーム形の圧
縮機５の吸入口、１６は上記圧縮機５の吐出口である。

また、図中、１７で示す部分は冷暖房時に高圧液冷媒が
流れる高圧液管、１８は暖房時に高圧液冷媒が流れる高
圧液管、１９および２０は冷暖房時にガス冷媒が流れる
ガス管である。

上記圧縮機５内の吐出口１６下流近傍と上記暖房時の高
圧液管１８とはインジェクション管２１で連結され、該
インジェクション管２１の途中には暖房運転時に作動す
る液ポンプ２２が介設され、暖房運転時に該液ポンプ２
２により上記高圧液管１８を流れる高圧液冷媒の一部を
圧縮機５の吐出圧まで昇圧して該圧縮機５の吐出口１６
下流近傍に注入するように構成されている。

２３はインジェクション管２１の液ポンプ２２下流に介
設された電磁弁であって、暖房運転時に開き、冷房運転
時には閉じるものである。

上記インジェクション管２１と上記圧縮機５の吐出口１
６下流近傍との接続構造を第２図に示す。

第２図において、２４は高圧ドーム形の圧縮機５のケー
スであって、該ケース２４には吸入管２５および吐出管
２６が連結されている。

２７はケース２４内に内蔵されたモータ、２８はフロン
トヘッドで゛あって、吸入管２５と連通ずる吸入口１５
および吐出管２６と連通ずる吐出口１６を有する。

２９はリアヘッド、３０は両ヘッド２８．２９間に設け
られたシリンダ、３１は該シリンダ３０内を上記モータ
２７の駆動により回転するロータであり、吸入管２５お
よび吸入口１５を経て吸入されたガス冷媒をロータ３１
により高圧高温に圧縮して吐出口１６より吐出し、上記
モータ２７の周囲を通り、吐出管２６を経て圧送するよ
うに設けられている。

そして、上記吐出口１６の下流近傍にはインジェクショ
ン管２１の一端部が対向して設けられ、吐出口１６から
吐出された吐出ガスに、インジェクション管２１から吐
出圧に昇圧された高圧液冷媒をインジェクションして、
上記吐出ガスを冷却し、吐出ガス温度を湿り飽和蒸気直
前の過熱蒸気となる状態まで低下させるように構成され
ている。

したがって、上記実施例においては、暖房運転時には、
電磁弁２３の開作動並びに液ポンプ２２の作動により、
暖房時の高圧液管１８を流れる高圧液冷媒の一部が液ポ
ンプ２２で圧縮機５の吐出圧に昇圧されてインジェクシ
ョン管２１を介して圧縮機５の吐出口１６下流近傍に注
入されることにより、圧縮機５からの吐出ガスの温度を
湿り飽和蒸気直前の過熱蒸気となる状態まで低下させる
ことができ、これにより、暖房時のヒートロスを最大限
減少させることができるとともに、吐出ガスと注入リキ
ッドとの間の差圧が小さいので、液ポンプ２２そのもの
の効率が悪くても、注入に要するエネルギーは非常に小
さくて済み、よってヒートロス減少により暖房能力が著
しく向上するとともにエネルギー有効比（すなわちＥＥ
Ｒ）が高いものとなる。

次に本考案による暖房サイクルについて従来例と比較し
て具体的に説明すると、先ず、暖房標準運転条件として
、第４図に示すように循環量が６７ｋｇ／ｈ、凝縮
温度Ｔｃが５０℃（１８，８ａｔｇ）、蒸発温度Ｔｅ
が一２℃（３，８ａｔｇ）のモデル機の場合（従来例１
）では、第４図のモリエル線図より、圧縮機人力Ｑ。

＝、１２００ｗａｔｔ、吐出ガス温度ｔＥ−１１２℃
、暖房能力Ｑｏ嬌２７００ＫＣａ１／ｈ、室内入口温度
ｔｌ＝６４℃、ＥＥＲ＝’＝２．２５である。

この場合、本モデル機におけるヒートロスｑは、外気温
度を一定としたとき、吐出ガス温度ｔＥに比例し、第３
図の吐出ガス温度ｔＥとヒートロスｑとの関係線図（ｑ
＝１００５ｔ−６６，７）で示され、従って吐出ガス温度ｔＥ＝１
１２℃の故に、ｑ＝６８０Ｋｃａｌ／ｈとなり、暖
房能力Ｑｏの約２５％に達している。

次に、上記モデル機（従来例１）の圧縮機のシリンダに
対しその圧縮行程途中にリキッドを注入する場合（従来
例２）では、第５図に示すようにシリンダへの平均注入
圧は１０．５ｋｇ／ｃｍ２Ｇであり、このとき第５図
の冷凍サイクルでバランスし、この増加循環量（注入量
）は約１５．４ｋｇ／ｈである。

また、この状態でのシリンダ内の混合後のガス状態は第
５図の如くエンタルピー１ｃ＝１５１．５であり、湿り
飽和蒸気直前の過熱蒸気であす、リキッドを注入できる
限界である。

そして、第５図のモリエル線図より、このときの吐出ガ
ス温度ｔＥは７７℃となり、第３図よりヒートロスｑは
約４４７Ｋｃａｌ／ｈとなる。

また、室内入口温度１．はエンタルピー１Ｅ＝１５２．
６の位置で５４℃である。

よって、暖房能力Ｑ。

は約３０３２Ｋｃａｌ／ｈとなり、ヒートロスｑは
従来例１に較べて２３３Ｋｃａｌ／）１減少し、暖房
能力はＱ。

は３３２Ｋｃａｌ／ｈ増大する。一方、リキッドの
注入のための消費電力を算出するに、第５図より、圧縮
機人力Ｑ。

は約１３７８ｗａｔｔとなり、モデル機（従来例１）
よりも１７８ｗａｔｔだけ入力アップする。

その結果、従来例２のＥＥＲ＃２．２となり、暖房能力
はアップするが、ＥＥＲは２．２５から２．２に低下し
、省エネルギー化できないものである。

これらに対し、リキッドを液ポンプによって高圧ドーム
形の圧縮機のドーム（吐出口下流近傍）に注入する場合
（本考案例）では、第６図に示すように、吐出ガスが湿
り飽和蒸気直前の過熱蒸気となる状態まで上記吐出ガス
にリキッドを注入することができ、従って吐出ガス温度
ｔＥを約５７℃（第６図のＤ′点）まで低下させること
ができる。

このとき、必要なインジェクション量は約２３．９ｋｇ
／ｈである。

従って、ヒートロスｑは第３図により約３１３Ｋｃａｌ
／ｈとなり、上記従来例１，２の何れの場合よりも少
なくすることができる。

よって、室内ユニット入口状態の冷媒のエンタルピーｉ
Ｅ’−１４９，６であり、暖房能力Ｑ。

＝３０８２Ｋｃａｌ／ｈとなり、ヒートロスは減
少し、暖房能力は３８２Ｋｃａｌ／ｈアツプする。

一方、このための消費電力を算出するに、室内側熱交換
器（凝縮器）負荷は３８２Ｋｃａｌ／ｈアツプするため
に、高圧上昇分（ＨＰ）１．２ａｔｇとなり、吐出
ガスのエンタルピー１Ｄ＝１６６．３となる。

従って、圧縮機側の入力アップは約７Ｑｗａｔｔとな
る。

また、ポンプ入力においては吐出〜液ラインの圧力損失
はこのモチ゛ル機では０、５ｋｇ／ｃｒｎ２であり
、ポンプ動力は７、７ｗａｔｔとなる。

よって、全体の入力アップは７７．７ｗａｔｔとなり
、エネルギー有効比（ＥＥＲ）は２゜４１となる。

その結果、本考案例では従来例１に較べて、暖房能力が
３８２Ｋｃａｌ／ｈアップし、ＥＥＲカ２．２５か
ら２．４１にアップすることになる。

以上説明したように、本考案によれば、暖房運転時に、
液ポンプにより高圧液冷媒を高圧ドーム形の圧縮機の吐
出圧まで昇圧して該圧縮機内の吐出口下端近傍に注入し
て、上記圧縮機の吐出ガスを冷却し、この吐出ガス温度
を湿り飽和蒸気直前の過熱蒸気となる状態まで低下させ
ることができるので、暖房時のヒートロスを最大限に減
少させることができ、しかも吐出〜液うイン間の差圧が
小さくて注入に要するエネルギーが小さくて済み、よっ
て暖房能力およびエネルギー有効比（ＥＥＲ）を共に著
しく向上させることができる。

省エネルギー化を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施態様を例示するもので、第１図は系
統図、第２図は要部縦断面図、第３図は吐出ガス温度と
ヒートロスとの関係線図、第４図ないし第６図はそれぞ
れ従来例１、従来例２および本考案例におけるモリエル
線図である。Ａ・・・・・・室内ユニット、Ｂ・・・・・・室外ユニ
ット、Ｃ・・・・・・ヒートポンプ式冷暖房回路、５・
・・・・・高圧ドーム形の圧縮機、１６・・・・・・吐
出口、１８・・・・・・暖房時の高圧液管、２１・・・
・・・インジェクション管、２２・・・・・・液ポンプ
。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

室内ユニットＡと室外ユニツ）Ｂとを連絡配管で連結し
てヒートポンプ式冷暖房回路Ｃを形成し、上記室外ユニ
ツ）Ｂの高圧ドーム形の圧縮機５により冷媒を圧送して
冷暖房を行うようにしたヒートポンプ式空気調和機にお
いて、上記圧縮機５内の吐出口１６下流近傍と暖房時の
高圧液管１８との間に液ポンプ２２を介設したインジェ
クション管２１を接続し、暖房運転時に上記液ポンプ２
２により高圧液冷媒を上記圧縮機５の吐出口１６下流近
傍に注入して、上記圧縮機５の吐出ガスを冷却し、この
吐出ガス温度を湿り飽和蒸気直前の過熱蒸気となる状態
まで低下させるようにしたことを特徴とするヒートポン
プ式空気調和機。