JPS6032535Y2 - 熱回収式空気調和装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、熱回収式空気調和装置、詳しくは水加熱用熱
交換器、水冷却用熱交換器及び凝縮器又は蒸発器として
働らく空気側熱交換器を備え、冷房優先運転及び暖房優
先運転を行なえるようにした熱回収式空気調和装置に関
する。

従来此種空気調和装置は、冷房負荷と暖房負荷との大き
さが同じの場合、空気側熱交換器を用いずに冷暖房を同
時に行なう熱回収運転を行なったり、冷房負荷が暖房負
荷より大きいときには、前記空気側熱交換を補助凝縮器
として運転する冷房優先運転と水加熱用熱交換器を用い
ずに空気側熱交換器を凝縮器として運転する冷房専用運
転とを行ない、また暖房負荷が冷房負荷より大きいとき
には、前記空気側熱交換器を補助蒸発器として運転する
暖房優先運転と、前記水冷却用熱交換器を用いずに空気
側熱交換器を蒸発器として運転する暖房専用とを行なう
ようにしている。

又以上の如き運転において、前記空気側熱交換器を蒸発
器として用いる暖房優先又は暖房専用運転の場合、前記
空気側熱交換器がフロストするのであって、フロスト時
には、前記した運転の外、デフロスト運転も行なるよう
にしている。

しかしてこのデフロスト運転として、冷房優先運転に切
換え、水冷却用蒸発器における冷水の熱を利用して行な
う方法と水加熱用凝縮器における温水の熱を利用して行
なう方法とが知られているが、前者方法の場合には、冷
房負荷が少ないとデフロスト時、冷水温度が低下し過ぎ
、冷水が凍結したりして運転不能になる場合が生ずるの
であり、しかもデフロスト時間が長い問題もあった。

また後者方法の場合には、前者方法に比較してデフロス
ト時間を短かくできるのであるが、膨張機構として、冷
凍装置に用いる一般の膨張弁を用いており、この膨張弁
の容量が、デフロスト時熱を汲み上げる温水熱量に対し
て小さいため、圧力が低く、過熱度が大きくなり、従っ
てデフロスト時間を大幅に短縮できないものである。

本考案は以上の如き問題に鑑み考案したもので、冷房専
用運転時に高圧液冷媒側となる高圧液路から、バイパス
管を分岐して、該バイパス管を、凝縮器となる前記水加
熱用熱交換器の出口側に接続すると共にこのバイパス管
に、前記空気側熱交換器を凝縮器として前記水加熱用熱
交換器を蒸発器とするデフロスト運転時開き、かつ膨張
機構として働らく電磁弁を介装し、更に前記デフロスト
時、前記水加熱用熱交換器の暖房専用運転時の入口側で
前軌デフロスト運転時の出口側を圧縮機の吸入側に接続
して、デフロスト運転を行なうごとくしたことにより、
デフロスト時水冷用蒸発器が氷結したりすることなく、
シかもデフロスト時間を大幅に短縮して、前記した従来
の問題を解消したのである。

即ち本考案は、電磁弁を膨張機構として作用させ、水加
熱用熱交換器における温水から熱を汲み上げてデフロス
ト運転を行ないながら前記電磁弁の容量（口径）を、低
圧が膨張弁に比し高くなるごとく選択して、デフロスト
運転時における冷媒の低圧圧力を高く維持し、過熱度を
適正となし、デフロスト時間を大幅に短縮するごとく威
したのである。

以下本考案装置の実施例を図面に基づいて説明する。

１は圧縮器、２は水加熱用熱交換器（以下、水加熱用凝
縮器又は単に凝縮器という）、３は水冷却用熱交換器（
以下、水冷却用蒸発器、又は単に蒸発器という）、４は
空気側熱交換器、５は受液器、６はアキュムレータ６で
あって、これら機器は冷媒配管７によって各連絡されて
いる。

前記圧縮器１は、アンローダ機構をもっており、前記凝
縮器２における温水入口温度を検出する温水サーモと、
前記蒸発器３の冷水入口温度を検出する冷水人口サーモ
とにより例えば７５％、５０％、２５％能力の３段階に
その圧縮機能力が制御されるようになっている。

また８は、四路切換弁、９は三方弁であって、これら四
路切換弁８及び三方弁９により前記圧縮器１から吐出す
る冷媒の流れを制御し、前記空気側熱交換器４を凝縮器
としたり、蒸発器としたり或いは冷媒を流さなかったり
するのであり、冷房専用運転、冷房優先運転、暖房専用
運転、暖房優先運転、冷暖房平衡運転、及びデフロスト
運転が行なえるようにするのである。

前記四路切換弁８は、高圧側ポート８１低圧側ポート８
２と、二つの第１級及び第２切換ポート８３．８４との
四つのポートをもった既存の四路切換弁を用いるのであ
り、また前記三方弁９は、一つの固定ポート９１と、二
つの第１及び第２制御ポート９２．９３とをもち、これ
ら制御ポート９２．９３の開度を調整可能に構成するの
であって、前記四路切換弁８の前記高圧側ポート８１を
、前記圧縮器１の吐出口に、低圧側ポート８２ヲ、前記
アキュムレータ６にそれぞれ接続すると共に、前記第１
切換ポート８３を、前記三方弁９の固定ポート９１に、
第２切換ポート８４を前記凝縮器２と蒸発器３との何れ
か一方と選択的に接続するのであり、また前記三方弁９
の第１制御ポート９２を、前記蒸発器３と凝縮器２との
何れか一方と選択的に接続し、第２制御ポート９３を前
記空気側熱交換器４に接続するのである。

前記三方弁９は、コントロールモータにより前記制御ポ
ート９２．９３の開度を０〜１００％制御するもので、
前記四路切換弁８の切換えにより高圧ガス冷媒を前記凝
縮器２と空気側熱交換器４とに所定比率で流す高圧側制
御弁となったり、前記蒸発器３と空気側熱交換器４とで
蒸発した低圧ガス冷媒を所定比率で流す低圧側制御弁と
なったりするものである。

しかして、高圧側制御弁として働らく場合、前記凝縮器
２への開度即ち第１制御ポート９２の開度が１００％〜
０％のとき、空気側熱交換器４への開度即ち第２制御ポ
ート９３の開度は０〜１００％となり、第１制御ポート
９２の開度が１００％で高圧ガス冷媒の全量が凝縮器２
に流れるとき、空気側熱交換器４には流れない。

また逆の場合凝縮器２には流れない。

又低圧側制御弁として働らく場合も同様で蒸発器３に通
ずる第１制御ポート９２の開度が１００〜０％のときに
は、空気側熱交換器４に通ずる第２制御ポート９３の開
度は０〜１００％となり、第１制御ポート９２の開度が
１００％で、低圧ガス冷媒が全量蒸発器３から流れると
き、第２制御ポート９３は閉じ、空気側熱交換器４に液
冷媒が流れることはない。

又以上の構成において、四路切換弁８の第２切換ポート
８４を、前記凝縮器２と蒸発器３との何れか一方に選択
的に接続すると共に、三方弁の第１制御ポート９２を、
前記凝縮器２と蒸発器３と何れか一方に選択的に接続し
、しかも前記第２切換ポート８４と第１制御ポート９２
とは、前記凝縮器２と蒸発器３とに可逆的に接続するの
であって、この接続方法は、四つの逆止弁１０ａ〜１０
ｄを組合せた四方チャツキ弁や、四路切換弁のごとき四
ポート弁１０を用いるのである。

同図において１１は、前記受液器５と前記蒸発器３との
間を結ぶ液管７１の途中に介装する感温膨張弁、１２は
、同じく前記受液器５と空気側熱交換器４との間を結ぶ
液管７２の途中に介装する感温膨張弁であって、これら
膨張弁１１，１２には、低圧ガス管７３及び低圧ガス管
となる三方弁９と空気側熱交換器４との連絡管７４に連
通ずる均圧回路１３．１４をもっており、この均圧回路
１３．１４には、これら均圧回路１３．１４を連結する
前記膨張弁１１．１２内の均圧チャンバー（図示せず）
に高圧液冷媒を供給し、前記膨張弁１１．１２を強制的
に閉じる三方電磁弁１５．１６を介装している。

又１７は、前記均圧回路１４と、前記液管７２で、空気
側熱交換器４が凝縮器となるとき高圧液部分との間に介
装するバイパス管であり、このバイパス管１７には前記
高圧液管部分への流れのみを逆止弁１８と高圧調製弁１
９とを介装し、前記空気側熱交換器４を凝縮器として運
転する場合高圧圧力が、前記高圧調製弁１９の設定値よ
り低い場合、前記バイパス管１７を開いて未凝縮ガスを
受液器５に送ると共に、空気側熱交換器４内に凝縮液を
溜めてこの熱交換器１４の凝縮圧力を上昇させるのであ
る。

尚図面に示した前記高圧調製弁１９は、ヘッドマスター
と称される三方弁を用い、前記高圧液部分を分断して、
二つのポート１９ａ、１９ｂに連結し、残り一つのポー
ト１９Ｃに前記バイパス管１７を接続しており、更らに
分断した前記高圧液部分を短絡管２０で、連絡している
。

従ってこの構成によると、前記凝縮圧力の上昇を緩慢に
できるとし、前記短絡管２０の径の選定により上昇度合
の調整も行えるのである。

又２１は、前記凝縮器２の出口と受液器５とを連結する
液管７５に介装する逆止弁であり、２２は、前記空気側
熱交換器４と受液器５との間を結ぶ液管７６に介装する
逆止弁である。

尚前記液管７６は、前記膨張弁１２を介装した液管７２
とは、並列に接続されており、前記液管７２を流れる液
冷媒の流れ方向は、受液器５から前記空気側熱交換器４
の方向であり、前記液管７６を流れる液冷媒の流れ方向
は、空気側熱交換器４から受液器５の方向である。

即ち前記四路切換弁８の切換えにより、前記空気側熱交
換器４が蒸発器となる暖房優先運転及び暖房専用運転に
おいては、受液器５から液冷媒が前記液管７２を介して
前記空気側熱交換器４に流れ、また蒸発器となる冷房優
先運転及び冷房専用運転においては。

前記熱交換器４から液冷媒が前記液管７６を介して受液
器５に流れるのである。

第１図に示したものは、以上の如く構成する空気調和装
置において、冷房専用運転において、高圧液冷媒側とな
る前記液管？６，７２、受液器５及び液管７１から戒る
高圧液路であって、前記液管７１に介装した膨張弁１１
に至る高圧液路の途中から第１バイパス管２３を分岐し
、このバイパス管２３を前記逆止弁２１を側路し前記凝
縮器２の出口側に接続すると共にこのバイパス管２３の
途中、にデフロスト時開き、かつ膨張機構として作用す
る電磁弁２４を介装し、また前記四ポート弁１０と四路
切換弁８の第２切換ポート８４とを結ぶ連絡管７７と、
前記凝縮器２の入口側との間に第２バイパス管２５を設
け、この第２バイパス管２５の途中にデフロスト時開く
電磁弁２６を介装したものである。

しかしてデフロスト運転は、暖房優先運転及び暖房専用
運転において、前記空気側熱交換器４を蒸発器として作
用させている場合、この熱交換器４がフロストしたとき
に行なうのであって、四路切換弁８を第１図実線位置と
し冷凍サイクルを、第１図太線で示したごとく後記する
冷房専用運転に切換えて行なうのであって高圧ガス冷媒
を全量四路切換弁８、三方弁９を介して前記熱交換器４
に送るのであり、この熱交換器４で凝縮した液冷媒を、
液管７６、受液器５、液管７１、バイパス管２３、電磁
弁２４、液管７５を経て前記水加熱用熱交換器２に逆流
させ、ここで温水から熱を奪って蒸発させ、バイパス管
２５、電磁弁２６、連路管７７を経て、四路切換弁８、
アキュムレータ６から圧縮器１に戻すデフロストサイク
ルを形成して行なうのである。

このデフロスト運転時、前記熱交換器４で凝縮した高圧
液冷媒は、前記電磁弁２４の１開ヨによる膨張作用で減
圧させられるのであって、この電磁弁２４の口径は、減
圧された液冷媒が前記凝縮器２内の温水から熱を奪って
蒸発したときの過熱度が５℃近くになるように選定して
おくのであって、前記電磁弁２４の冷媒通過容量は、膨
張弁１１．１２のものと比較して大きくなっており、従
って、低圧圧力を高く維持でき、それだけデフロスト能
力を向上させられるのであって、デフロスト時間を大幅
に短縮できる。

また過熱度が高くなり過ぎて、圧縮機１のモーターを焼
損したり、冷媒や潤滑油の品質が低下することもない。

また前記電磁弁２４は、低圧圧力が所定圧力（例えばフ
ロン２２の場合、７に９／Ｃ１１以上）に上昇すると、
閉じ、所定以下（例えばフロン２２の場合、６ｋｇ／ｃ
Ｊ以下）で開くようにし、デフロスト時、蒸発圧力で開
閉制御するごとく威すのである。

このようにすることにより、圧縮機の過負荷の防止と蒸
発器３の冷水の凍結を防止することができる。

尚第１図において、２７．２８は、一端が前記凝縮器２
及び空気側熱交換器４に連通し、他端が前記蒸発器３と
、前記膨張弁１１との間の低圧液管７８に連通ずる冷媒
回収用バイパス管で、途中には、前記凝縮器２を用いな
い場合及び凝縮器として作用していた空気側熱交換器４
を用いない場合に開く、膨張弁１１として作用する電磁
弁２９．３０を介装している。

次に以上の如く構成した装置の運転を説明する。

前記四路切換弁８は、非通電においては第１図実線のご
とく位置し、通電されると第１図点線のごとく切換えら
れるのであって、第１図実線位置では前記三方弁９に圧
縮器１からの高圧ガスが導かれ、この三方弁９が高圧側
制御弁となって、前記高圧ガス冷媒を、前記凝縮器２と
前記熱交換器４とに所定比率で流すように作用するので
あり、第１図点線位置では、前記熱交換器４を蒸発器と
し、三方弁９が低圧制御弁となって前記蒸発器３と前記
熱交換器４とで蒸発した低圧ガス冷媒を所定比率で流す
ように作用するのである。

そして前記四路切換弁８の切換判断は、冷水入口又は温
水入口温度により能力制御をする圧縮器１の能力と、冷
水出口又は温水出口温度により第１制御ポート９２の開
度を制御する三方弁９の開度との関連において行なうの
である。

即ち冷房優先運転においては、圧縮器１の能力制御を冷
水入口温度により、三方弁９の前記開度を温水出口温度
により制御し、暖房優先運転では、圧縮器１の能力制御
を温水入口温度で、三方弁９の開度制御を冷水出口温度
で行なうようにし、三方弁９の前記開度が１００％で、
圧縮器１の能力が制御されたとき、つまり、冷房優先運
転において、温水出口温度が設定温度４２′Ｃより低く
、三方弁９の開度が１００％で、高圧ガス冷媒の全量が
水加熱用熱交換器２に送られているとき、冷房負荷が減
少し冷水入口温度が設定温度１０℃より低くなって圧縮
器１の能力が例えば７５％に制御されるとき、前記四路
切換弁８に通電して切換え暖房優先運転にするのであり
、また暖房優先運転において冷水出口温度が設定温度１
０℃より高く三方弁９の前記開度が１００％で水冷却用
熱交換器３から低圧ガス冷媒の全量を流しているとき、
暖房負荷が少し温水入口温度が設定温度４２′Ｃより高
くなって、圧縮器１の能力が例えば７５％に制御される
とき、前記四路切換弁８の通電を遮って、冷房優先運転
に切換えるのである。

しかして起動時、冷水温度が設定温度１０℃より高く、
温水温度が設定温度４２℃より低い場合には、四路切換
弁８に通電することなく、第１図のごとく位置させて、
冷房優先運転で起動するのである。

このとき冷房負荷（圧縮機入力を含む）と暖房負荷とが
等しくバランスしている場合、前記三方弁９の第１制御
ポート９２の開度は１００％となって、前記高圧ガス冷
媒の全量が、前記凝縮器２に流れて凝縮し、温水を加熱
すると共に、凝縮した液冷媒の全量が、受液器５、膨張
弁１１を経て蒸発器３に入り、冷水を冷却し、四路切換
弁８を介して圧縮器１に戻る冷凍サイクルを形成するの
であって、冷房優先運転体制での冷暖房平衡運転が行な
われる。

この状態から暖房負荷が小さくなるか又は冷房負荷が増
大して温水出口温度が上昇すると、温水出口サーモの働
らきで、前記三方弁９の第１制御ポート９２の開度が１
００％から減少し、第２制御ポート９３が減少分だけ開
くことなり、冷房優先運転が行なわれる。

即ち三方弁９に導かれる高圧ガス冷媒は、前記三方弁９
の開度に応じ、前記凝縮器２と前記空気側熱交換器４と
に流れ、これら凝縮器２と空気側熱交換器４とで凝縮す
るのである。

そして以上の如く凝縮した液冷媒は、受液器５て合流し
、前記した経路を経て圧縮器１に戻るのであって、冷水
入口温度が設定温度１０℃以上の場合、前記圧縮器１は
ロード１００％で運転される。

また以上の状態が継続し、暖房負荷がなくなれは、前記
三方弁９の第１制御ポート９２の開度は０％となって閉
じ、第２制御ポート９３が１００％開度となって、高圧
ガス冷媒の全量が空気側熱交換器４に流れ、凝縮器２で
の温水加熱はなくなって、冷房専用運転が行なわれる。

又第１図に示した冷房優先運転体制での冷暖房同時運転
の状態から、前記とは逆に、温水出口温度は設定温度４
２′Ｃより低いのに冷房負荷が小さくなって、冷水入口
温度が設定温度１０°Ｃより低くなると、三方弁９の第
２制御ポート９２の弁開度を維持したま）圧縮器１の能
力が制御される。

即ち前記運転体制における圧縮器１の能力は、冷水入口
温度により制御されるので、冷水入口温度が低く例えば
９°Ｃとなれば前記冷水人口サーモの働らきで、ロード
７５％に制御される。

従って四路切換弁８に通電され、該四路切換弁８を第１
図点線位置に切換えるのである。

この四路切換弁８の切換えにより、高圧ガス冷媒の全量
が四ポート弁１０を介して凝縮器２に流れて凝縮し、温
水を加熱すると共に、凝縮した液冷媒は、受液器５から
、その１部は膨張弁１１を経て蒸発器３に入って蒸発し
、他の１部は膨張弁１２を経て空気側熱交換器４に入っ
て蒸発した低圧ガス冷媒は、所定比率で、前記三方弁９
から四路切換弁８を経て圧縮器１に戻る冷凍サイクルに
切換えられ、暖房優先運転となるのである。

この暖房優先運転に切換えられると、前記三方弁９は、
低圧側制御弁となり、冷水出口温度を検出する冷水出口
サーモにより開度制御が行なわれると共に、圧縮器１は
、温水人口サーモにより能力制御が行なわれることにな
る。

次に以上の状態において、冷房負荷が減少し冷水出口温
度が例えば６℃より更らに低下すれば、三方弁９の第１
制御ポート９２の開度は小さくなって、０％に近づくの
であり、前記開度Ｏ％で暖房専用運転となる。

即ち前記第１制御ポート９２の開度Ｏ％で閉じると、第
２制御ポート９３の開度は１００％となり凝縮器２で凝
縮した液冷媒は、受液器５から全量が空気側熱交換器４
に導かれ、蒸発した後低圧ガス冷媒全量が前記三方弁９
を経て四路切換弁８から圧縮器１に戻る冷凍サイクルを
形成するのである。

更らに前記した暖房優先運転において圧縮機入力を含む
冷房負荷とか等しくバランスする場合は、前記三方弁９
の第１制御ポート９２の開度は１００％となって、高圧
ガス冷媒は、四路切換弁８から全量が凝縮器２に流れて
、温水を加熱すると共に、凝縮した液冷媒は、受液器５
、膨張弁１１を経て全量が蒸発器３に流れて冷水を冷却
し、蒸発した低圧ガス冷媒は、全量が三方弁９を経て四
路切換弁８から圧縮器１に戻るのであって、暖房優先運
転体制での冷暖房平衡運転が行なわれるのである。

以上説明した実施例は、空気側熱交換器４を１基のみ用
いたものであるが、第２図のことく２基の空気側熱交換
器４，４ａを用いてもよい。

この場合前記三方弁９との第２制御ポート９３に接続す
る連絡管７４に、前記空気側熱交換器４，４ａを、１ボ
ートを閉鎖した四路切換弁３１．３２を介して接続する
のであり、前記空気側熱交換器４．４ａを、感温膨張弁
１２，１２ａを介して、前記受液器５の液側に、また逆
止弁２＊２２ａを介してガス側にそれぞれ接続するので
あって、この実施例におけるデフロストサイクルは、第
２図太線で示した通りである。

又１ポートを閉鎖した前記四路切換弁３１，３２の一つ
の切換ポートにはそれぞれ低圧ガス管７９に接続する回
収用バイパス管３３．３４を接続しており、これらバイ
パス管３３．３４を介して前記空気側熱交換器４，４ａ
を、低圧ガス管に連通し、前記熱交換器４，４ａに滞溜
する冷媒の回収が行なえるようになっている。

又第２図に示した四ポート弁１０は、四路切換弁を用い
ており、前例におけるデフロスト時開く電磁弁２６及び
バイパス管２５を省略している。

尚第２図において第１図に示した符号と同符号のものは
同じ部材を示しており、ａを付加したものも、同一構造
のものである。

更らに第１，２図に示した実施例は、三方弁９を用い、
冷房優先又は暖房優先運転も可能にしたが、本考案は第
３図のごとく、三方弁９を用いずに四路切換弁８のみで
冷暖房同時運転と、冷暖房専用運転とを行なえるように
した場合でも同様に適用できる。

この場合は、第３図太線で示した通りのデフロストサイ
クルが形成され、第１図と同様デフロストを短時間で行
なえるのである。

以上の如く本考案は、水加熱用凝縮器の温水を熱源とし
て空気側熱交換器のデフロストをデフロストするごとく
威すと共に、このデフロスト時高圧液冷媒を流すバイパ
ス管に、デフロスト時開き、膨張機構として作用する電
磁弁を設けて、前記空気側熱交換器に吐出ガスを減圧す
ることなく供給して凝縮させ、その後に、この凝縮した
液冷媒を減圧し、前記凝縮器で蒸発させるようにしたか
ら、冷凍サイクルにおける膨張機構を用いて減圧する場
合に比較してデフロスト時の低圧圧力を高く維持でき、
熱量の大きい温水を熱源としてデフロストを行ないなが
ら過熱度を一定以下に制御でき、従って前記温水を熱源
とすることと相俟ってデフロスト能力を向上しデフロス
ト時間を大幅に短縮できるのである。

しかも過熱度と一定以下にできるから、圧縮機モータが
焼損したり冷媒や潤滑油の品質が低下することもないの
であり、温水を熱源とするから冷水が凍結したりするこ
ともなくデフロストが行なえるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の一実施例を示す冷媒配管系統図、
第２，３図はそれぞれ別の実施例を示す冷媒配管系統図
である。 １・・・・・・圧縮器、２・・・・・・水加熱用熱交換
器（凝縮器）、３・・・・・・水冷却用熱交換器（蒸発
器）４・・・・・・空気側熱交換器、５・・・・・・受
液器、１１．１２・・・・・・膨張機構、２３・・・・
・・バイパス、２４・・・・・・電磁弁。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） 圧縮機、水加熱用熱交換器、水冷却用熱交換
   器、空気側熱交換器、受液器及び膨張機構を備え、前記
   空気側熱交換器を凝縮器又は蒸発器とし、冷暖房同時運
   転及び冷暖房専用運転を可能にした熱回収式空気調和装
   置において、冷房専用運転時に高圧液冷媒側となる高圧
   液路から、バイパス管を分岐して、該バイパス管を暖房
   専用運転時に凝縮器となる前記水加用熱交換器の出口側
   に接続すると共にバイパス管に前記空気側熱交換器を凝
   縮器とし前記水加熱用熱交換器を蒸発器とするこのデフ
   ロスト運転時開き、かつ膨張機構として働らく電磁弁を
   介装し、更に前記デフロスト時、前記水加熱用熱交換器
   の暖房専用運転時の入口側で前記デフロスト運転時の出
   口側を圧縮機の吸入側に接続して、デフロスト運転を行
   なうごとくしたことを特徴とする熱回収式空気調和装置
   。
2. （２）デフロスト時膨張機構として働らく電磁弁を、デ
   フロスト時の低圧側圧力又はその飽和温度が所定範囲に
   あるときのみ開くごとくなしたことを特徴とする実用新
   案登録の範囲第１項記載の熱回収式空気調和装置。