JPS61114058A - ヒ−トポンプ式冷凍装置 - 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】 −（産業上の利用分野） 本発明は、ヒートポンプ式冷凍装置、詳しくは熱源側熱
交換器と利用側熱交換器とを備え、これら両熱交換器を
結ぶ冷媒配管途中に膨張機構と気液分離器とを介装し、
該分離器のガス域から膨張過程の中間圧冷媒を圧縮機に
インジェクシーンする如く成すと共に、冷媒の循環方向
を逆サイクルとして冷暖房可能としたヒートポンプ式冷
凍装置に関する。

（従来の技術） 従来、ヒートポンプ式冷凍装置において、第４図の如（
利用偏熱交換器（Ｈ）と熱源側熱交換器（Ｉ）とを結ぶ
冷媒配管途中に、膨張機構を分割して介装すると共に、
これら膨張ｖａ横の中間に気液分離器（Ａ）を介装し、
この気液分離器（Ａ）にインジェクションチューブ（０
）を接続し、前記気液分離器（Ａ）で分離したガス冷媒
を圧縮機（Ｊ）にインジェクシヨンして、暖房時の能力
アップを行なうようにしたものは、例えば特開昭５５−
１７０１７号公報に示されているように知られている。

尚、第４図に示したものは、前記気液分離器（Ａ）での
気液分離を良好にするため、冷暖房時とも、前記気液分
離器（Ａ）の上部に入口管（Ｂ）を、また下部に出口管
（Ｃ）を設け、冷媒の話環方向が逆サイクル七なる冷房
時及び履房時とも、冷房用第１膨張機構（Ｄ）及び暖房
用第１膨張機構（Ｅ）を通り、中間圧に減圧された液ガ
ス混合冷媒は、前記入口管（Ｂ）から前記分離器（Ａ）
の上部社導入され、また、分離された液冷媒は、前記出
口管（Ｃ）から導出され冷房用第２膨張機構ＣＦ）及び
暖房用膨張機構ＣＧ）を経て、利用側又は熱源側熱交換
器（Ｈ）又は（１）に至る如く構成しているのである。

尚、第４図において（Ｐ）は四路切換弁１、− （Ｋ）（Ｌ）（Ｍ）（Ｎ）は逆止弁である。

又一方、以上の如く構成するヒートポンプ式冷ｉ装置に
おいて、冷房時と暖房時との最適冷媒循環ｍは異なり、
この最適冷媒循環量に対し過不足があれば、冷暖房能力
を最大にできずエネルギー有効比（ＥＥＲ）も低下する
のであって、暖房時折角インジェクシヨンを行なっても
その能力を充分発揮させられないのである。

このため従来ではチャージモジュレータを用い、冷暖房
時における冷媒循環量の調節を行なっているのである。

（発明が解決しようとする問題点） 以上説明した第４図の従来例によると、以上の如（、冷
房・暖房時とも前記気液分離器（Ａ）への導入及び導出
が、共通の入口管（Ｂ）及び出口管（Ｃ）を介して行な
う如く成しているため、冷媒の循環方向の異なる冷房時
及び暖房時において、流れを切換える必要があり、その
結果第１１図に示した如く多数の逆止弁（Ｋ）（Ｌ）（
Ｍ）（Ｎ）を要し、しかも配管構造が複雑となる問題が
あった。

また、逆止弁の数が多くなり、また配管構造が複雑にな
ると、ロー付けの箇所も増大するのであって、部品点数
の増加と相俟ってコスト高となるし、故障の原因を多く
シ、保守点検も煩雑となるのである。

しかして、以上の問題に対しては、冷房時入口管となり
暖房時出口管となる出入口管と、冷房時出口管となり、
暖房時入口管となる出入口管とを形成して、これら出入
口管を、前記気液分離器の下部に配設することが考えら
れるが、気液分離性能が悪くなったり、分離した液冷媒
を導出し得なくなる問題があって、前記した問題を根本
的に解決できないのである。

即ち、前記各出入口管を、前記分離器内において同一レ
ベルで開口させる場合、この開口高さを液面高さ以下と
すると、入口管となる出入口管からの液ガス混合冷媒（
中間圧に減圧膨張しているため）の導入により液面を撹
乱することになって、気液分離性能が極端に低下するの
であり、また、前記各出入口管の開口高さを液面高さよ
り高くすると、分離した液冷媒を、出口管となる出入口
管から適正な液面高さのもとで導出させられないことに
なるのである。そして、前記各出入口管の開口高さを変
化させ、一方の出入口管の開口高さを液面高さ以下とし
、他方の出入口管の開口高さを液面より高くすると、例
えば冷房時には分離性能が良好となるとしても、暖房時
には分離性能が低下し、しかも、分離した液冷媒を適正
液面高さのもとで導出させられないことになるのである
。

従って、以上の如く二つの出入口管を、前記分離器の下
部に配設すれば、前記した問題を解決できても、分離性
能が極端に悪くなったり、分離した液冷媒を適正液面高
さのもとで導出し得ない別の問題が生じ、前記した問題
の根本的な解決にはならないのである。

争 また一方、冷房時及び暖房時における冷媒循環量を調節
するために、従来ではチャージモジュレータを用いてい
ることからコスト高となる問題もあった。

本発明の目的は、前記した冷凍装置における逆止弁の数
を最少限にでき、かつ、気液分離器まわりの配管構造を
簡単にできながら、気液分離器における気液分離性能を
良好にでき、冷房及び暖房時とも、適正液面高さのもと
で分離した液冷媒の導出が行なえ、それでいて、冷房時
及び、暖房時の冷媒循環量を、チャージモジュレータを
用いなくとも前記気液分ｌ！！！器を利用して調節でき
るようにするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記した従来の問題点を解決するために熱源側
熱交換器（４）と利用側熱交換器（３）とを備え、これ
ら両熱交換器（３）（４）を結ぶ冷媒配管途中に膨張装
置（５）と気液分離器（６）とを介装し、該分離器（６
）のガス域から膨張過程の中間圧冷媒を圧縮機（１）に
、インジェクシｅンチューブ（９）を介してインジェク
ションする如く成すと共に、冷媒の循環方向を逆サイク
ルとして冷暖房可能としたヒートポンプ式冷凍装置にお
いて、前記気液分ｍ器（６）に、前記熱源側熱交換器（
４）と連通ずる第１出入口管（６１）と、前記利用側熱
交換器（３）と連通ずる第２出入口管（６２）とを、そ
れぞれ前記分離器（６）の下部から上向きに配設して、
これら各出入口管（６１）（６２）に、前記分離器（６
）の内部に開口する複数個の貫通孔（８３）（６４）を
設ける一方、前記出入口管（６１）（６２）のうち、冷
房時入口管となり、暖房時出口管となる第１出入口管（
６１）における貫通孔（６３）の最下位位置に対し、冷
房時出口管となり暖房時入口管となる第２出入口管（６
２）における貫通孔（６４）の最下位位置を上位とし、
気液分離器（６）で分離して貯溜する液冷媒の液面高さ
が暖房時に対し冷房時において高（なる如く成したこと
を特徴とするものである。

（作用） 利用側及び熱源側熱交換器（３）（４）に連通ずる第１
及び第２出入口管１３１）（６２）を気液分子ｆｉｉ（
８）の下部から上向きに配設して、これら各出入口管（
６１）（６２）に複数個の貫通孔（６３）（８４）を設
けているから、冷暖房時とも、液ガス混合冷媒は液面上
の貫通孔から前記分離器（６）に液面が撹乱されること
なく導入されるのであって、逆上弁の最少数を２個記で
きながら、分離効果も高められると共に、前記貫通孔（
６３）（６４）の最下位位置を設定することにより、前
記各出入口管（Ｅ３Ｌ）（６２）が冷暖房時において入
口管となったり、出口管となったりすることを利用し、
前記気液分ｍ器（６）に冷媒量調節機能をもたせること
ができ、冷暖房時とも最適な冷媒循環ぶて運転すること
ができるのである。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明冷凍装置は、第１図に概略的に示した如く、基本
的には、圧縮機（１）、四路切換弁（２）、利用側熱交
換器（３）（以下室内コイルという）、熱源側熱交換器
（４）（以下室外コイルという）、膨張袋ｒａ（５）　
、該膨張装置（５）の中間に介装する気液分離器（６）
、及びアキュウムレータ（７）を備え、かつ、前記圧縮
機（１）に、該圧縮機（１）の容量を制御する容量制御
機構（８）を組込んだもので、前記四路切換弁（２）の
切換えにより、第１図実線矢印で示した冷房サイクルと
、点線矢印で示した暖房サイクルとを形成し、前記室内
コイル（３）における蒸発又は凝縮作用により、冷房又
は暖房が行なえるようにすると共に、前記気液分離器（
６）のガス域には、インジェクションチューブ（９）を
接続して前記圧縮機（１）に、前記膨張装置１！　（５
）による膨張過程の中間圧冷媒をインジェクションす；
　　　　　　る如くしたのである。

尚、前記容量制御機構（８）は、本発明の要部でないが
、第１図に示した一例を概略的に説明すると、’＋］’
＋記圧縮機（１）の架構内に、一端がシリンダ室（１１
）の吸入口（１２）に、また他端が前記／リンダ室（１
１）の前記吸入口（１２）と吐出口（１３）との中間温
に設ける中間ボート（１４）に開口するバイパス通路（
１５）を設けて、このバイパス通路（１５）に、該通路
（１５）を開閉する開閉弁（１６）を設け、この開閉弁
（１６）をスプリング（１７）により開方向に付勢する
と共に、前記開閉弁（１６）の背面室（１８）に、前記
インジェクタ３ンチユーブ（９）を接続し、かつ、該イ
ンジェクションチューブ（８）の途中に電磁弁（１８）
を介装したものである。

前記開閉弁（１６）は、主として金属製ポペット弁を用
い、中心部に、制御通路（１ｆ３ａ）を形成するのであ
って、前記電磁弁（１９）を開く・１ ことにより、前記分離器（６）のガス域にある中間圧の
ガス冷媒又は液ガス混合冷媒が前記インジェクションチ
ューブ（９）を介して前記開閉弁（１６）の背面室（１
８）に導入され、前記開閉弁（１６）を閉じるのである
。この場合、前記バイパス通路（１５）は閉じられ、前
記圧縮機（１）は定格運転を行なうが、前記開閉弁（１
６）の制御通路（ｌｅａ）からは、中間圧のガス冷媒又
は液ガス混合冷媒が前記シリンダ室（１１）内に押し込
められるので、それ丈循環量が増し、吐出量が増大して
能力アップ運転が可能となるのである。

また、前記電磁弁（１９）を閉じると、前記背面室（１
８）は、前記制御通路（ｌｅａ）により前記シリンダ室
（１１）の中間ポー）（１４）における圧力と同圧にな
るので、前記スプリング（１７）の作用で前記開閉弁（
１６）が開き、前記バイパス通路（１５）が開放され、
容量制御が　・行なわれる。

即ち、前記バイパス通路（１５）の開放により、前記圧
縮機（１）の吸入口（１２）から中間ポー）（１４）ま
での間は、圧縮作用が行なわれないようになって、前記
シリンダ室（１１）の容量が減少し、吐出量が減少する
容量制御が行なわれるのである。

前記電磁弁（１９）の開閉は、負荷に応じて制御するの
であるが、一般に、冷房時の定格運転は前記電磁弁（１
９）を閉じ、前記バイパス通路（１５）を開いて容量制
御運転を行ない１．また、暖房時の定格運転は、前記電
磁弁（１８）を開き、中間圧のガス冷媒を、前記インジ
ェクションチューブ（９）を介してインジェクションし
、前記開閉弁（１６）を閉じた能力アップ運転を行なう
のである。尚、冷房時においても、前記電磁弁（１９）
を開くことにより能力アップ運転が行なえるし、また暖
房時においても、前記電磁弁（１９）を閉じることによ
り容量制御運転が行なえる。

前記した能力アップ運転を、第３図に示したモリエル線
により説明する。

この能力アップ運転は、前記電磁弁（１９）を開き、前
記開閉弁（１６）を閉じて、前記制御通路（ｌｅａ）か
らの中間圧のガス冷媒をインジェクン式ンすることによ
り行なわれるのであって、インジェクシヨンする冷媒量
をｇとし、循環息をＧとしたとき、前記圧縮機（１）か
ら吐出される吐出量は、Ｇ＋ｇとなり、前記したインジ
ェクシヨンｆｆ１ｇだけ増大するのである。

そして、前記分離器（８）で分離された中間圧の液冷媒
は、第３図そリニル線図の如く飽和液線に近づ（ことに
なり、分離しない場合に比較して、蒸発能力がΔｉ（に
ｃ１ハｇ）だけ増加するのである。

しかして、以上の如く構成する冷凍！！置において、前
記膨張装置（５）は、二つの第１及び第２膨張装置部分
（５１）（５２）により構成し、これら第１及び第２膨
張装置部分（５１）（５）　　　　　２）の中間部に前
記気液分離器（６）を介装するのであって、前記分離器
（６）は、上下を閉鎖した円筒形の胴体（６０）により
構成するのであって、この分Ｉ！！１器（６）には、前
記第１膨張ａ置部分（５１）を介して前記室外コイル（
４）に連通ずる第１出入口管（６１）と、前記第２膨張
装置・部分（５２）を介して前記室内フィル（３）に連
通ずる第２出入口管（６２）とをそれぞれ、前記分子ｆ
ｉＷ（６）の下部から上向きに配設すると共に、前記分
離器（６）の上部には、前記圧縮機（１）に連通ずるイ
ンジェクシッンチューブ（９）を配設するのであり、又
、前記６第１及び第２出入口管（６１）（６２）には、
第２図の如く前記分離器（６）の内部に開口する複数個
の貫通孔（８３）（８４）を設ける一方、前記第１及び
第２出入口管（６１）（６２）のうち、冷房時入口管と
なり、暖房時出口管となる前記第１出入口管（６１）に
おける貫通孔（６３）の最下位位置に対し、冷房時出口
管となり暖房時人口管となへ る前記第２出入口管（６２）における貫通孔（６４）の
最下位位置を上位とし、前記気液分離器（Ｇ）で分離し
て貯溜される液冷媒の液面高さを、暖房時の液面高さく
ｈｌ）に対し冷房時の液面高さくり、）を高くなる如く
構成するのである。即ち、冷房時と暖房時とにおける最
適冷媒循環量は異なる。一般には、冷房能力（Ｋｃａｌ
／ｈ）が最大（２２５０にｃａｌ／ｈ）となる冷媒量が
１４００７の場合、暖房能力（にｃａｌ／ｈ）が最大（
３３００Ｋｃａｌ／ｈ）となる冷媒量は１５００？であ
って、１００？の差があり、最適冷媒量に対し過不足が
あれば、冷暖房能力は最大にできないし、エネルギー宵
効比（ＥＥＲ）も低下するのであり、このため、従来で
はチャージモジュレータなどを用いて冷媒量の調節を行
なっているのである。

従っで、コスト高となっているのであるが、前記した如
く構成することにより、特別な構成を用いなくとも、冷
・暖房時における冷媒量の調節が可能となるのである。

又、調整機構を用いないで、能力及びＥＥＲの低下を犠
牲にしているものもあるが、この場合には、冷房時の余
分な冷媒は、アキュウムレータに貯められるのであって
、この結果、蒸発器となる室内コイル（３）が訂効に使
われなくなり、過熱度がなくなって、冷房能力及びＥＥ
Ｒは低下するのであるが、前記した如く、前記分離器（
６）において冷房時の余分な冷媒を貯めると、余分な冷
媒が前記室内コイル（３）に流れることはなくなり、過
熱度を高くでき、次表の通り冷房、能力及びＥＥＲを向
上できるのである。

尚、次表（１）は、冷媒量の調節を行なわない場合であ
り、（■）は前記した如く前記分離器（６）で冷媒量の
調節を行なった場合である。

又、以上の構成において、前記容筒１及び第２膨張装置
部分（５１）（５２）は、何れも主としてキャピラリチ
ューブから成る二つの膨張機構と一つの逆止弁とから構
成するのであって、前記第１膨張装置部分（５１）は、
冷房及び暖房時作用する第１膨張機構（，５３）と冷房
用膨張機構（５４）とを備え、これら各膨張機構（５３
）（５４）を直列に接続し、前記冷房用膨張機構（５４
）に、一つの逆止弁（５５）を並列に接続して構成する
のであり、また、前記第２膨張装置部分（５２）は、冷
房及び暖房時作用する第２膨張機構（５６）と暖房用膨
張機構（５７）とを備え、これら各膨張機構（５Ｂ）（
５７）を直列に接続し、前記暖房用膨張機構（５７）に
一つの逆止弁（５８）を並列に接続して構成するのであ
る。

従って、冷房時には前記第１及び第２膨張機り 構（５３）（５Ｂ）及び冷房用膨張機構（５４）が、ま
た、暖房時には前記第１及び第２膨張機構（５３）（５
Ｂ）及び暖房用膨張機構（５７）が用いられるのであっ
て、冷房時には前記第１膨張装置部分（５１）における
二つの膨張機構（５３）（５４）を経て中間圧に減圧さ
れた液ガス混合冷媒が、前記第１出入口管（６１）から
、該第１出入口管（６１）の貫通孔（６３）を介して前
記分離器（６）に導入されると共に、前記分離器（６）
でガス冷媒と液冷媒とが分離され、ガス冷媒から分離さ
れた液冷媒は前記分離器（６）の底部に溜り、液面以下
に漬っている前記第２出入口管（６２）の貫通孔（６４
）を介して前記第２出入口管（６２）から導出され、前
記第２膨張装置部分（５２）における第２膨張機ｍ（５
Ｂ）を経て、室内コイル（３）に至るのであり、また、
暖房時には、前記第２膨張ｇｉ置部分（５２）における
二つの膨張機構（５Ｂ）（５７）・を経て中間圧へ に減圧された液ガス混合冷媒が前記第２出入口管（６２
）から、該第２出入口管（６１）の貫通孔（６４）を介
して前記分子ｌ！ｉ器（８）に導入され、該分離器（６
）でガス冷媒と液冷媒とが分離されると共に、分離され
た液冷媒は、前記分離器（６）の底部に溜り、液面以下
に漬っている前記第１出入口管（６１）の貫通孔（６３
）を介して前記第１出入口管（６１）から導出され、前
記第１膨張装置部分（５１）における第１膨張機構（５
３）を経て室外コイル（４）に至るのである。

尚以上の作用において、前記分離器（６）に対し入口管
となる、前記第１又は第２出入口管（６１）（６２）か
ら導入される液ガス混合冷媒は、前記分離器（６）の液
面下に漬っている貫通孔（６３）（Ｅｔ４）からも、前
記分離器（６）内に導入しようとするが、貯溜液冷媒が
抵抗となり、ガス域において開口する貫通孔（８３）（
８４）から導入されるのであって、液面が撹乱されるこ
とはない。

又、以上の如く気液分離器（６）において、冷暖房時の
液面高さくり、）（ｈ、）を変更して冷媒量を調整する
構成を利用して、冷房時前記インノエクシ四ンチューブ
（９）に液冷媒を混入させ、液ガス混合冷媒を前記圧縮
機（１）にインジェクシーンさせることができる。

この場合、第２図の如く前記分離器（６）の上部に配設
するインジェクシロンチューブ（９）の先端部を、前記
分離器（６）で分離して貯溜する液冷媒の冷房時におけ
る液面高さを（ｈ、）以下まで延長すると共に、先端を
上向きに湾曲させて、前記液面高さくり、）より高い位
置に開口させ、前記液面高さくり、）以下に位置する前
記チューブ（９）に貫通孔（９１）を設け、該貫通孔（
９１）から液冷媒を取入れる如く成すのである。

斯くすることにより、冷房時、特別なりキッドインノエ
クンヨンチューブを用いなくとも、液冷媒をガス冷媒と
共に圧縮機（１）にインジェクシゴンできるのであって
、簡単な構成の追加により前記圧縮機（１）のモータコ
イルを冷却できるのである。

（発明の効果） 以上の如く本発明は、気分液分離器（６）に、熱源側熱
交換器（４）と連通ずる第１出入口管（６１）と、利用
側熱交換器（５）と連通ずる第２出入口管（６２）とを
、前記分離器（６）の下部から上向きに配設したから、
膨張装置（５）の配管構造を簡単にできるし、また冷房
時及び暖房時により循環方向が逆サイクルとなる冷媒の
循環路を切換えるための逆止弁を最少限の２個にできる
のである。従って、コストを安くできると共に、故障も
少なくでき、保守点検の手間も少なくできるのである。

その上、前記第１及び第２出入口管（θ１）（６２）に
は、前記分離器（６）の内部に開口する複数個の貫通孔
（８３）（８４）を設けたの千 で、前記各出入口管（６１）（６２）が冷房時及び暖房
時においても入口管となったり、出口管となったりして
も、前記分離器（６）において常に気液分離を確実に行
なえ、その分離性能を良好にできると共に、前記分ｍ器
（６）で分離して貯鼎する液冷媒の液面高さを適正に保
持した状態で、°前記液冷媒の導出も確実に行なえるの
である。

その上、前記第１及び第２出入口管（６１）（６２）の
うち、冷房時入口管となり暖房時出口管となる第１出入
口管（６１）における貫通孔（６３）の最下位位置に対
し、冷房時出口管となり暖房時入口管となる第２出入口
管（６２）における貫通孔（６４）の最下位位置を上位
とし、前記分離器（６）で分離して貯溜する液面高さが
暖房時に対し冷房時において高くなるようにして、前記
気液分＃を器（６）そのものに冷媒量調節機能をもたせ
たから、従来のようにチャージモジュレータを用いる必
要なく、簡単にまたコスト高と６′−と″３冷暖房時Ｎ
″″′１冷媒循環ｆｌ１２最４　　　　　へにすること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷媒配管系統図、第２
図は気液分離器のみを拡大した概略断面図、第°３図は
モリエル線図、第４図は先に提案した冷凍装置の一例を
示す冷媒配管系統図である。 （１）・・・・・・圧縮機 （３）・・・・・・利用側熱交換器（室内コイル）（４
）・・・・・・熱源側熱交換器（室外コイル）（５）・
・・・・・膨張装置 （６）・・・・・・気液分！！ｉｌ器 （９）・・・・・・インジェクションチューブ（６１）
・・・・・・第１出入口管 （６２）・・・・・・第２出入口管 （８３）（θ４）・・・・・・貫通孔 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱源側熱交換器（４）と利用側熱交換器（３）と
   を備え、これら両熱交換器（３）（４）を結ぶ冷媒配管
   途中に膨張装置（５）と気液分離器（６）とを介装し、
   該分離器（６）のガス域から膨張過程の中間圧冷媒を圧
   縮機（１）に、インジェクションチューブ（９）を介し
   てインジェクションする如く成すと共に、冷媒の循環方
   向を逆サイクルとして冷暖房可能としたヒートポンプ式
   冷凍装置において、前記気液分離器（６）に、前記熱源
   側熱交換器（４）と連通する第１出入口管（６１）と、
   前記利用側熱交換器（３）と連通する第２出入口管（６
   ２）とを、それぞれ前記分離器（６）の下部から上向き
   に配設して、これら各出入口管（６１）（６２）に、前
   記分離器（６）の内部に開口する複数個の貫通孔（６３
   ）（６４）を設ける一方、前記出入口管（６１）（６２
   ）のうち、冷房時入口管となり、暖房時出口管となる第
   １出入口管（６１）における貫通孔（６３）の最下位位
   置に対し、冷房時出口管となり暖房時入口管となる第２
   出入口管（６２）における貫通孔（６４）の最下位位置
   を上位とし、気液分離器（６）で分離して貯溜する液冷
   媒の液面高さが暖房時に対し冷房時において高くなる如
   く成したことを特徴とするヒートポンプ式冷凍装置。
2. （２）気液分離器（６）の上部にインジェクションチュ
   ーブ（９）を設けて、このインジェクションチューブ（
   ９）の先端部を、前記気液分離器（６）で分離して貯溜
   する液冷媒の冷房時における液面高さ以下まで延長する
   と共に、先端を前記液面高さより高い位置に開口させ、
   冷房時液ガス混合冷媒を前記インジェクションチューブ
   （９）から圧縮機（１）にインジェクションする如くし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒート
   ポンプ式冷凍装置。