JPS592832B2 - 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だ熱
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
運転を行なうごとく成している。

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％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、ま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
想定される冷房用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お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においては、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。

従って熱交換器が能力に比し大きく、装置全体が大形と
なり、価格も高くなるのであり、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。

そこで本発明は以上の如き問題に鑑み発明したもので、
前記した二つの水側熱交換器を専用化することなく冷房
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、圧縮器の能力に対し例えば５０％となるごとく小さ
くしたのである。

即ち空気側熱交換器は圧縮機の能力に対し１００％能力
のものを用いるが、水側熱交換器は、そのトータル能力
が圧縮機能力に対し１００％以上（但し２００％以下）
の能力となるごとく選定し、各−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。

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳記する。

第１図において１は圧縮機、２は四路切換弁、３は三方
弁、４，５は水側熱交換器、６，７は膨張弁、８，９は
逆止弁、１０は受液器、１１は膨張弁、１２は逆止弁、
１３は空気側熱交換器、１４はアキュムレータ、１５，
１６Ｕモータバルブである。

しかして前記水側熱交換器４，５は、並列に接続さへそ
の並列回路を、合流管１７を介して前記四路切換弁２に
直列に接続すると共に、これら二つの熱交換器４，５の
内筒−熱交換器４は、前記膨張弁６と逆止弁８との並列
回路を介して受液器１０に、また第二熱交換器５は前記
膨張弁７と逆止弁９との並列回路を介して受液器１０に
それぞれ直列に接続するのである。

これら側熱交換器４．５は、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４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。

また前記空気側熱交換器１３は、ガス管１８を介して前
記四路切換弁２に接続すると共に、前記膨張弁１１及び
逆止弁１２の並列回路を介して前記受液器１０に接続す
るのであって、この空気側熱交換器１３を前記四路切換
弁２に接続する前記ガス管１８の途中には、前記第一熱
交換器４の四路切換弁２に至る回路即ち前記並列回路の
一方又は合流管１６の途中から分岐した連絡管１９を接
続するのであり、この連絡管１９の途中に前記モータバ
ルブ１５を介装するのである。

このモータバルブ１５は後記するごとく熱回収による冷
暖房運転時、暖房負荷が、冷房負荷と圧縮機入力とのト
ータルより小さい場合とデフロスト運転時に開くのであ
って、高圧ガス冷媒を前記合流管１７から連絡管１９を
介して前記空気側熱交換器１ｊに供給するのである。

また前記水側熱交換器４，５の並列回路の内、第二熱交
換器５を介装する回路には、前記三方弁３を介装するの
であり、この三方弁３の一ポートには冷媒ガスの戻り管
２０を接続するのである。

この戻り管２０は、第１図に示したごとく前記ガス管１
８の途中か又は図示していないが、アキエム１．−−タ
１４或いは、該アキュムレータ１４に至る低圧ガス管２
１に接続するのであって、熱回収による冷暖房運転時、
水冷却用蒸発器として働らく第二熱交換器５からの冷媒
ガスを圧縮機１に戻すのである。

そしてこの戻り管２０の接続位置より空気側熱交換器１
３側で、かつ前記ガス管１８の途中で、しかも前記連絡
管１９の接続位置より四路切換弁２側に前記モータバル
ブ１６を介装するのである。

このモータバルブ１６は、後記する通り冷房単独運転時
、暖房単独運転時及び熱回収による冷暖房運転時であっ
て、暖房負荷が、冷房負荷と圧縮機入力のトータルより
大きい場合に開き、前記冷暖房運転時であって前記暖房
負荷と前記トータルが等しいか暖房負荷が小さい場合と
デフロスト運転時に閉じるのである。

尚前記モータバルブ１５及びこのモータバルブ１６は、
何れもコントロールモータにより所定角度に開いたり閉
じたりするもので、その開閉制御は、熱回収による冷暖
房運転を行なう場合に作動する操作回路により行なうの
であって、前記モータバルブ１５は例えば熱回収運転時
水加熱用凝縮器となる第一熱交換器４の温水出入口温度
又は冷媒出口温度を検出して制御し、前記モータバルブ
１６は同じく熱回収運転時水冷却用蒸発器となる第二熱
交換器５の冷水出入口温度又は冷媒出口温度を検出して
制御するのである。

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３を第１図及び第２図のごとく
切換え、四路切換弁２の切換操作により冷房又は暖房の
単独運転を切換えることにより行なうのであり、また熱
回収による冷暖房同時運転を行なう場合は、四路切換弁
２を第２図に示した暖房運転時と同様に切換えると共に
前記三方弁３を第３図乃至第５図に示したごとく切換え
ることにより行なうのであって、これら冷暖房単独運転
と冷暖房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４，
５が倒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１３が凝縮器又は蒸発器となるのであり
、また冷暖房同時運転の場合は第一熱交換器４が前記凝
縮器、第二熱交換器５が前記蒸発器となり、前記空気側
熱交換器１３が冷暖房負荷の大小により補助凝縮器又は
補助蒸発器となるのであって、前記水側熱交換器４，５
は、それぞれ圧縮機１の能力に対し小さいものを選定し
、空気側熱交換器１３は圧縮機１の能力に対し１００％
能力のものを選定するのである。

前記水側熱交換器４，５は、そのトータル能力が圧縮機
の能力に対し１００％能力となればよく、前記熱交換器
４，５．１３の能力比は０．５：０．５：１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 ： １或いは０．５：０．７ ：
１．０．６ ： ０．８ ： １などのごとく選択する
のである。

以下以上のごとく構成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図のごとく四路切換弁２及び三方弁３を
切換える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空気側熱交換器１３に流れ
て凝縮し、受液器１０から膨張弁６，７を経て二つの水
側熱交換器４．５に送り、これら側熱交換器４，５で蒸
発させて前記合流管１７から圧縮機１に戻す冷凍サイク
ルを形成するのであり、前記水側熱交換器４゜５で冷水
を形成するので屁る。

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３を冷房単独運転のままとし前記四路切
換弁２を第２図のごとく切換えることになり行なうので
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４，５に送り、此処で凝縮させ、壺液器１０から膨
張弁１１を経て空気側熱交換器１３へ送り、該熱交換器
１３で蒸発させて前記ガス管１８から圧縮機１へ戻す冷
凍サイクルを形成するのであり、前記水側熱交換器４，
５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４，５が何れも蒸発器又は凝縮器として働らくので
あり、空気側熱交換器１３が凝縮器又は蒸発器として働
らくのであって、水側熱交換器４，５の各−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
つの水側、熱交換器４，５を同時に蒸発器又は凝縮器と
して用いるため能力不足が生ずることはないのである３
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。

この運転は、四路切換弁２を暖房単独運転の場合と同様
に切換えると共に、三方弁３を第３図乃至第５図のごと
く切換えて行なうのである。

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
荷と等しくバランスしている場合は、前記モータバルブ
１５，１６は何れも全閉していて、高圧ガス冷媒は水側
熱交換器４，５の内第−熱交換器４に入り、此処で凝縮
し、水を加熱して温水を作ると共に、該第−熱交換器４
で凝縮した液冷媒は、受液器１０、膨張弁７を経て第二
熱交換器５に入り、水を冷却して冷水を作り蒸発し、三
方弁３から戻り管２０を経て圧縮機１に戻る冷凍サイク
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。

次にこの状態から暖房負荷が小さくなれば、前記モータ
バルブ１５が開き、第４図のごとく高圧ガス冷媒の一部
は連絡管１９を経て空気側熱交換器１３へ流れるのであ
り、前記ガス冷媒は第一熱交換器４と空気側熱交換器１
３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１０、膨
張弁７を経て第二熱交換器５に入って冷水を作り、三方
弁３、戻り管２０を経て圧縮機１に戻るのである。

また前記したバランス運転の状態から暖房負荷が大きく
なれば、第５図のごとく前記モータバルブ１５は閉じ、
モータバルブ１６が開き、第一熱交換器４で凝縮しだ液
冷媒は、受液器１０から第二熱交換器５と空気側熱交換
器１３とに流れ、これら側熱交換器５，１３とで蒸発し
、前記戻り管２０及びガス管１８を経て圧縮器１に戻る
のである。

伺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大きくな
ったり小さくなったりする場合以外、暖房負荷が一定で
、冷房負荷が大きく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
記モータバルブ１５，１６を開閉し、前記空気側熱交換
器１３を補助凝縮器又は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４，
５の内箱−熱交換器４が水加熱用熱交換器となり第二熱
交換器５が水冷却用熱交換器となるが、これら熱交換器
４，５は、圧縮器１の能力に対し通常５０％以下で運転
されるのであるから、これら熱交換器４，５を圧縮機１
の能力に対し例えば５０％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。

又以上説明したごとく暖房負荷が大きく、第５図に示し
たごとく空気側熱交換器１３を補助蒸発器として用いる
場合、該熱交換器１３がフロストすることになるが、こ
のとき第６図のごとく前記モータバルブ１５を開き、モ
ータバルブ１６を閉じることによりデフロストが行なえ
るのである。

このデフロスト運転は、前記水側熱交換器４゜５の内水
冷却用熱交換器として働らく第二熱交換器５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４の
温水を冷却することはなく、冷温水の取出しが行なえな
がら、デフロストが行なえるのである。

即ち前記モータバルブ１５を開き、モータバルブ１６を
閉じると、高圧ガス冷媒の１部は連絡会１８を経て補助
蒸発器として働らいていた空気側熱交換器１３へ流れ、
その凝縮熱によりデフロストを行なうのである。

そしてこの熱交換器１３で凝縮しだ液冷媒は受液器１０
から膨張弁７を経て第二熱交換器５へ流れ、蒸発し、前
記したごとく、三方弁３、戻り管２０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。

尚このデフロストサイクルにおいて、高圧ガス冷媒の１
部は第一熱交換器４にも流れるようになっているが、第
６図仮想線で示したごとくこの熱交換器４を介装する前
記並列回路に電磁弁２２を設け、テフロスト運転時この
電磁弁を閉鎖すれば、このデフロスト運転時高圧ガス冷
媒の全量が空気側熱交換器１３に流れることになり、短
時間でデフロストが行なえるし、冷水の異常低下も防ぐ
ことができる。

又熱回収運転時以外部ち暖房単独運転時におけるデフロ
ストは従来のヒートポンプ式空気調和機と同様、四路切
換弁を切換え、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。

以上の如く本発明によれば、水側熱交換器の圧縮機能力
に対する能力比を例えば５０％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床にで
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用い
、ま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
用いるのであるから、夏冬時又は中間期において負荷に
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必要がない
ので、中間期での冷媒制御が簡単となり、配管構造を簡
単にできるのである。

更らに冷媒充填量を少くでき、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得る。

【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５図は冷暖房同時運転、第６図はデフロスト運転を
示している。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・四路切換弁、３
・・・・・・三方弁、４，５・・・・・・水側熱交換器
、１０・・・・・・受液器、１３・・・・・・空気側熱
交換器、１′５，１６・・・・・・モータバルブ（開閉
弁）、１９・・・・・・連絡管、２０・・・・・・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、一つの空気側熱交換
   器及び受液器とを備え、前記水側熱交換器を並列に接続
   し、四方切換弁を介して圧縮機に接続すると共に前記空
   気側１熱交換器を前記四路切換弁を介して圧縮機に接続
   する一方、前記水側熱交換器の圧縮機に至る並列回路の
   一方に三方弁を介して冷媒ガスの戻り管を接続し、他方
   の並列回路に介装する前記水側熱交換器の四路切換弁に
   至る回路と前記空気側熱交換器の四路切換弁に至る回路
   との間に開閉弁を備えた連絡管を設け、更らに前記空気
   側熱交換器の四路切換弁に至る回路の途中で、前記連絡
   管及び戻り管の接続位置の中間に開閉弁を設けたことを
   特徴とする熱回収式空気調和装置。