JPS60243460A - 空気熱源ヒ−トポンプ式空調装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は空気熱源ヒートポンプ式空調装置に係シ、特に
１台の室外ユニットに対して複数台の室内ユニットを接
続して構成される空気熱源ヒートポンプ式空調装置に関
する。

〔発明の背景ｊ この種空気熱源ヒートポンプ式空調装置においては、冷
房用減圧器ケ各々室内ユニット側に、暖房用減土器全室
外ユニット側にそれぞれ設けることが多く、１．た室内
ユニットの運転切換えはそれぞれの室内ユニットが接続
される液配管に設けた開閉弁によシ行９のが一般的であ
る。

第１図は型内ユニットを２台接続した場合の従来の空気
熱源ヒートポンプ式空調装置の冷凍サイクル系統図を示
している。図において、１は圧縮機、２は四方弁、３は
室外熱交換器、４Ａ、４Ｂは室内熱交換器、５Ａ、５Ｂ
は冷房用減圧器（図示ではキャピラリーを示している）
、６は暖房用減圧器（図示ではキャピラリーを示してい
る）、７ａ〜７ｃは逆止弁、８ａ、８ｂは開閉弁、９ａ
、ｇｂは液配管、１０ａ、ｌＯｂはガス配管全示してい
る。

次に前記ヒートポンプ式空調装置の作用と、その問題点
を以下に説明する。

冷房運転を行う場合には、四方弁２を実巌位置に切換え
て、圧縮機１より吐出される冷媒を四方弁２〜室外熱交
換器３〜逆止弁７Ｃの順に流した後、開閉弁８ａ、８ｂ
の手前で分流させ、一方をＡの順に流し、かつ他方を開
閉弁８ｂ〜冷房用減圧器５ｂ〜室内熱交換器４Ｂの順に
流し、両方の冷媒を四方弁２の手前で合流させた後、四
方弁２〜圧縮機１の顔に循環させる。また室内ユニット
ｆｔ１台だけ運転する場合には休止側冨内ユニットに接
続される開閉弁８ａまたは８ｂを閉とルて、冷媒の流れ
を止める。

しかるに、２台の室内ユニット全運転した時に冷媒封入
量、減圧器５ａ、５ｂを最適に設定した場合、１台運転
時には休止側室内ユニットの冷媒がほとんど流出してし
まうため循環する冷媒量が過多状態となる。また並列に
接続されている冷房用減圧器が一つ減少するため抵抗が
過大となシ、運転効率が低下すると共に圧縮機の吐出温
度が著しく上昇してしまう。

次に暖房運転を行う場合には、四方弁２を破線の位置に
切換えて、圧縮機１よシ吐出される冷媒を四方弁２を流
過させた後分流させ、一方を室内熱交換器４Ａ〜逆止弁
７８〜開閉弁８ａの順に流し、かつ他方を室内熱交換器
４Ｂ〜逆止弁７ｂ〜開閉弁８ｂの順に流し、両方の冷媒
を暖房用減圧器６の手前で合流させた後、暖房用減圧器
６〜室外熱交換器３〜四方弁２〜圧縮機１の順に循環さ
せる。そして、室内ユニットを１台運転する時には休止
側室内ユニットに接続される開閉弁８ａまたＶｉ８ｂを
閉とする。

しかるに、２台運転時に最適に設定された冷媒封入量で
１台運転ケ行うと、休止側室内ユニットに冷媒が液とし
て無効に溜まるため、冷媒不足の運転状態となり、運転
効率の低下および圧縮機吐出温度の上昇を招く。

このように冷房、暖房運転ともに２台運転時と１台運転
時で冷媒封入量および減圧器抵抗を最適に設定できない
ため、２台運転時に最適に設定した場合には、１台運転
時では効率の悪い運転となる。また各室内ユニットの接
続配管（液配管９ａｒ　９　ｂ−、’ｉｊス配管ＩＵａ
、１０ｂ）Ｔ７）長すカ異なる場合には、配管が減圧器
の一部として作用するため、２台運転時でも各室内ユニ
ｙ）間の減圧器抵抗のバランスがとれず、特にｉｌｌ運
転時には能力のアンバランスを生ずる。そして室内ユニ
ットの台数が多い場合に、この傾向が一層顕著となＱ、
空調機の運転範囲が狭くなったシ、信租性を低下させて
しまう。

一方、暖房で１台運転の場合に休止側室内ユニットに冷
媒が溜まる問題に対しては、バイパス回路を設ける方式
が特公昭！：＋７−１２９５０号公報で提案されている
が、この方式では抵抗の設定が難しく、室内ユニットの
台数が変化した場合、その都匿設定を変える必要がある
。

また、冷房運転時における減圧器抵抗を適切にするため
の減圧回路が特公昭５２−１８９４５号公報で提案され
ているが、これは幅広い運転範囲で冷媒流量を適切に制
御すると七は難しい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の問題点を解消し、室内ユニ
ットの運転台数にか＼わらず冷凍サイクル内の冷媒封入
量を最適に保てると共に運転中の各室内ユニットに流れ
る冷媒量を適切に制御できる空気熱源ヒートポンプ式空
調装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、室外ユニットと
各々の室内ユニットとを接続する液配管中に減圧機能を
有する冷媒流量制御手段全それぞれ設け、かつ暖房運転
時の各室内ユニット出口部の冷媒過冷却度を検出する過
冷却度検出器を設けると共に、冷房運転時の各室内ユニ
ット出口部の冷媒過熱度を検出する過熱度検出器を設け
、暖房運転時は前ｄ己過冷却度検出器からの信号により
前記冷媒流量制御手段を制御して冷媒流量を調節し、冷
房運転時は前記過熱度検出器からの信号により冷媒流量
制御手段を制御して冷媒流量を調節するように構成した
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図ないし第４図によ、！
ｌｌｌ説明する。第２図は２台の室内ユニットを備えた
本発明による空気熱源ヒートポンプ式空調装置の冷凍サ
イクル系統図、第３図は第２図における冷媒流量制御弁
の断面図を示している。第２図において、１１は圧縮機
、１２は四方弁、１３は室外熱交換器、＋４Ａ、＋４Ｂ
は室内熱交換器、１５ａ、１５ｂは液配管、＋６８．＋
６ｂはガス配管、ｉａ、＋７ｂは減圧機能を有し、かつ
連続的な流量変化が可能な冷媒流量制御弁、１８ａ、＋
８ｂｒｉ冷媒過熱度を検出する過熱度検出器、１９ａ、
１９ｂは冷媒過冷却度を検出する過冷却に検出器である
。前記の冷媒流量制御弁＋７８．１７ｂは液配管１５ａ
、１５ｂにそれぞれ設けられている。前記過熱度検出器
ｉ８ａ、１８ｂは冷房運転時の室内熱交換器＋４Ａ、１
４ａ出口付近のガス配管＋６８．＋６ｂにそれぞれ設け
られて、当該ガス配管内の冷媒過熱度を検出するように
なっている。２前記過冷却度検出器＋９８．＋９ｂは暖
房運転時の室内熱交換器＋４Ａ、１４Ｂ出日付近の液配
管＋５８．１５ｂにそれぞれ設けられて、当該液配管内
の冷媒冷却度を検出するようになっている。そして、冷
媒流量制御弁１７ａは、暖房運転時に過冷却度検出器＋
９８からの信号によシ弁開度が制御されて冷媒流量を調
節し、かつ冷房運転時に過熱度検出器１８ａからの信号
により弁開度が制御されて冷媒流量全調節するようにな
っている。また、冷媒流量制御弁＋７ｂは、暖房運転時
に過冷却度検出器１９ｂからの信号により弁開匿が制御
されて冷媒流量を調節し、かつ冷房運転時に過熱度検出
器１８ｂからの信号により弁開腋が制御されて冷媒流量
を調節するようになっている。

前記冷媒流量制御弁としては、ステッピングモータ式、
熱電式あるいは電磁比例式のものを用いることが可能で
アシ、その−例としてステッピングモータ式冷媒流量制
御弁を第３図により説明する。この冷媒流量制御弁は、
第３図に示した如く、内部を膨張室１０５となし、かつ
２個の冷媒出入口１０６，１０７を有する弁本体１０１
と、その弁本体１０１内に収納されたニードル弁１０２
と、ニードル弁１０２を駆動するステッピングモータ１
０３およびモータドライブ回路１０４とを備えた構成と
なっている。そして、例えＩｆ冷媒出人口＋０６から弁
本体１０１内に流入する冷媒を膨張室１０５で減圧し、
かつステッピングモータ１０３に入力されるパルス数に
よシニードル弁１０２が移動して冷媒出入口１０７から
流出する冷媒流量を調節するようになっている。第４図
は前記冷媒流量制御弁のパルス数と冷媒流量との関係を
示す特性図で、ステッピングモータ１０３に与えるパル
ス数により冷媒流量を直線的にしかも連続的に変化させ
られる。従って、冷房時の室内熱交換器（蒸発器）出口
部の冷媒過熱度、暖房時の室内熱交換器（Ｒ縮型）出口
部の冷媒過冷却度を検出し、その検出信号に応じてステ
ッピングモータ１０３に与えるパルス数を変えることに
より、冷媒流量を適切に精度良く調節できる。

また、前記過熱度検出器１８８，１８ｂおよび前記過冷
却度検出器１９ａ、＋９ｂとしては、サーミスタを用い
ている。

次に本発明の作用について説明する。

まず冷房運転を行う場合には、四方弁１２が実線の位置
に切換えられ、圧縮機１１より吐出される冷媒は四方弁
１２〜室外熱交換６１３の順に流れた後発流し、一方は
冷媒流量制御弁１７８〜室内熱交換器１４Ａの順に流れ
、かつ他方は冷媒流量制御弁＋７ｂ〜室内熱交換器＋４
Ｂの順に流れ、四方弁１２の手前で合流した後、四方弁
１２〜圧縮機１１の順に循環する。このとき、冷媒流量
制御弁１７ａ、１７ｂけ室内熱交換器＋４Ａ、＋４ｂ出
口部の冷媒過熱度を検出する過熱度検出器１８ａ、１８
ｂからの信号によって弁開度が制御されて、冷媒流量を
調節する。従って、２台の室内ユニットの接続配管長さ
が大きく異なるような設置状態でも、それぞれの室内熱
交換器１４Ａ。

１４Ｂの負荷に応じて冷媒流量が調節される。

次に、例えば室内熱交換器＋４Ｂ側が停止された場合に
は、負荷がほとんどなくなるため、過熱度検出器１８ｂ
が液戻りを検出して冷媒流量制御弁＋７ｂは閉じる方向
に制御される。しかし送風機を停止しても室内熱交換器
＋４Ｂでは全く熱交換が行われるわけではなく、空気の
自然対流により極く少量の熱交換が行われるため、過熱
度検出すよう冷媒流量制御弁１７ｂの弁開匿を制御する
暖房運転を行った場合には、四方弁１２が破線の位置に
切換えられて、圧縮機１１より吐出される冷媒は四方弁
を経た後分流して、一方は室内熱交換器１４Ａ〜冷媒流
量制御弁１７ａの順に流れ、他方は室内熱交換器＋４Ｂ
〜冷媒流賃制御弁１７ｂの順に流れ、室外熱交換器１３
０手前で合流１−た後、室外熱交換器１３〜四方弁１２
〜圧縮機１１の順に循環する。このとき、冷媒流量制御
弁＋７８．＋７ｂは室内熱交換器＋４Ａ、＋４ｂ出口部
の冷媒過冷却度を検出する過冷却度検出器１９ａ、＋９
ｂからの信号によって弁開度が制御され、冷媒流量を調
節する。従って、２台の室内ユニットの設置高さが異な
る場合でも、それぞれの室内熱交換器ｉ４Ａ、１４Ｂの
負荷に応じて冷媒流量が調節される。

次に室内熱交換器＋４Ａ側が停止された場合にば、ここ
での負荷がｌまとんどなくなってしまうので、過冷却度
検出器１９ａがこれを検出して冷媒流量制御弁１７ａは
閉じる方向に制御され、ここを流れる冷媒量が僅かとな
るように調節する。従って、この場合でもサイクル内の
冷媒量の分布が２台運転時と同程度に調節される。

以上のように、本実施例によれば、冷房、暖房ともに室
内ユニットの運転台数にか＼わらず、また室内ユニット
の設置条件に関係なく、常に効率良くしかも最大能力が
得られる運転が可能となる。尚、本実施例において、圧
縮機１１は回転数が一定のものであるが、インバータ等
によシ回転数が可変の圧縮機や、インジェクション、リ
レースなどが可能な圧縮機を用いた場合には、さらに効
果が大きい。

第す図は冷媒流量制御手段の他の例を示したもので、過
熱度検出器１８ａおより過冷却度検出器１９ａからの信
号によシ開閉でれ、かつ並列に接続される２個の開閉弁
２０ａ、２０ｂと、開閉弁２０ａに直列に接続されるキ
ャピラリーチューブ２１ａおよび開閉弁２０ｂに直列に
接続されるキャピラリーチューブ２１ｂとで構成し、段
階的な冷媒流量調節を可能としたものである。尚、前記
キャビ２リーチユープ２１ａは比較的抵抗が大きく設置
され、また前記キャピラリーチューブ２１ｂは抵抗が比
較的不妊く設置されている。

次に作用について述べると、冷房運転で負荷が大きい場
合には、過熱度検出器＋８８からの信号に応じて開閉弁
２０ａ、２０ｂは共に開とされる。次に負荷が減少した
場合には、過熱度検出器１８ａからの信号によシ最初に
開閉弁２０ａが閉とされ、さらに送に機が停止すると開
閉弁２０ａが開となって開閉弁２０ｂが閉となシ、冷媒
流量が適宜調節される。従って、この実施例においても
前述したような効果を達成することができる。そして、
この実施例では、キャピラリーチューブの数を増す・こ
とによ量制御ｆｆ＆が高くなシ効来がよシ一層向上する
。

尚、前述しｆｃ実施例はいずれも冷媒過熱度および冷媒
過冷却度の検出を、サーミスタの温度と発熱量の特性を
利用した方式で行うようにした例を示したが、凝縮器で
の飽和源にと出口液温度とから過冷却度を検出し、かつ
蒸発器での飽オロ温度と出口蒸気温度とから過熱度を検
出する方式、冷媒の静電容量から過冷却間あるいは過熱
度を検出する方式、発光ダイオードとフォトトランジス
タを用いて光の透過量から検出する方式などを採用する
こともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、室内ユニットの
運転台数にか＼わらず冷凍サイクル内の冷媒封入量を最
適に保てると共に、運転中の各室内ユニットに流れる冷
媒量全適切に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空気熱源ヒートポンプ式空調装置の冷凍
サイクル系統図、第２図および第３図は本発明の一実施
例を示し、第２図は本発明による空気熱源ヒートポンプ
式空調装置の冷凍サイクル系統図、第３図はステンビン
グモータ式冷媒流量制御弁の断面図、第４図はその冷媒
流量制御弁のパルス数表冷媒流量との関係を示す特性図
、第５図は冷媒流量制御手段の他の例を示す系統図であ
る。 ＋　４Ａ、＋　４．Ｂ−・・室内熱交換器　＋７２．＋
７ｂ・・冷媒流量制御弁　１８８．＋８ｂ・・・過熱度
検出器　＋９２．＋９ｂ・・・過冷却度検出器。 代理人弁理士　簡　憫　関　大 竿テ目 第３０　鼾」 ｏｌＬ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．１台の案外ユニットに対して複数台の室内ユニット
   を接続して構成される空気熱源ヒートポツプ式空調装置
   Ｖこおいて、室外ユニットと各々の室内ユニットとを接
   続する液配管中に減圧機能を有する冷媒流量制御手段を
   それぞれ設け、かつ暖房運転時の各室内ユニット出口部
   の冷媒過冷却度を検出する過冷却度検出器を設けると共
   に、冷房運転時の各室内ユニット出口部の冷媒過熱度を
   検出する過熱度検出器を設け、暖房運転時は前記過冷却
   度検出器からの信号により前記冷媒流量制御手段を制御
   して冷媒流量を調節し、冷房運転時は前ｄ己過熱度検出
   器からの信号により冷媒流量制御手段全制御して冷媒流
   量を調節するように構成したことを特徴とする空気熱源
   ヒートポンプ式空調装置。 ２　前記冷媒流量制御手段力玉、冷露潴量を連続的に調
   節可能なステッピングモータ式流重制御弁から成ってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空気熱
   源ヒートポンプ式空調装置。 ３、前記冷媒流量制御手段が、過冷却度検出器および過
   熱度検出器からの信号により開閉され、かつ並列に接続
   される２個の開閉弁と、一方の開閉弁に直列に接続され
   る少なくとも１個のキャピラリーチューブおよび他方の
   開閉弁に直列に接続される少なくとも１個のキャピラリ
   ーチューブとから成っていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の空気熱源ヒートポンプ式窒調装置。