JPS61259063A - ヒ−トポンプ冷暖房装置 - 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〕 この発明は、冷凍サイクルの冷媒循環量を適正に制御す
る絞り装置を備えたヒートポンプ冷暖房装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

通常、冷凍サイクｐでは蒸発温度によつ”〔適正冷媒流
量が異なり、蒸発温度が高くなるに伴ない、大きな冷媒
流量が必要であるが、冷凍サイクルの減圧装置とし°Ｃ
キャピラリチューブを用いたものでは、その冷媒流量の
調整幅が小さく、蒸発温度が高いときには、冷媒流量が
不足し、蒸発器出口冷媒の過熱度が太き（なり、圧縮機
の温度がと昇し過ぎたり、蒸発温度が低いときには、冷
媒流量が過大になつ′Ｃ圧縮機に液もどりを生じたりす
ることがある。従゛つＣ１これらの問題点を解決するた
めに第８図に示すような冷凍サイクルが考えられる。す
なわち、第８図におい（、（１００）は圧縮機、（１０
１）は四方切換弁、（１０２）は外気と熱交換する非利
用側熱交換器、（１０８）は水と熱交換する利用側熱交
換器、（１０４）は非利用側及び利用側熱交換器（１０
２）　（１０Ｂ）の間に設けられた主絞り装置、（３）
は減圧装置で第４図に示すように、外管（ロ）内に例え
ばキャピラリーチューブを石いた主絞り部（イ）を嵌挿
し、巻回し゛〔いる、七しＣ１主絞り部（至）及び、外
管（ロ）と主絞り部（財）との間の冷媒流通路（至）を
互いに、並列となるように入口管（至）働及び出口管（
ロ）を設け、この入口管−一は、ドライヤ（１１０）の
出口に、また出口管−は後述する第８及び第４の逆止弁
の入口に接続し、入口管−に電気式膨脹弁■を設けるこ
とにより構成したものである。

（１０５）　（１０６）はそれぞれ非利用側及び利用側
熱交換器（１０２）　（１０８）からドライヤ（１１０
）へのみ流通を許容する第１及び第２の逆止弁、（１０
７）　（１０８）は主絞り装置（１０４）の出口管（ロ
）から利用側及び非利用側熱交換器（１０８）、　（１
０２）へのみ流通を許容する第８及び第４の逆止弁であ
る。（１２０）は一端が第２の逆止弁（１０６）に他端
が第８の逆止弁（１０７）と利用側熱交換器（１０８）
との接続冷媒配管に接続された液溜であり、冷房運転時
と暖房運転時における必要冷媒量の差を回収するもので
ある。

次に作用につい〔説明する。まず、冷房運転時の冷媒流
れ方向を実線矢印に°〔示す。圧縮機（Ｚｏｏ　）より
吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方弁（１０１）を通
り、非利用側熱交換器（１０２）に゛〔、凝縮液化し、
第１の逆止弁（１０５）、ドライヤ（１１Ｇ）を通り主
絞り装置（１０４）に至る。そし〔、減圧装置（３）に
おいＣは、非利用側熱交換器（１０２）から供給さｎ　
　　　＋だ液冷媒はドライヤ（１１０）を通り入口管（
至）より主絞り部（至）を流通して、減圧され第８の逆
止弁（１０７）を通り利用側熱交換器（１０８）で蒸発
しＣ冷却作用を通り利用側熱交換１１（１０８）で蒸発
し゛Ｃ冷却作用をなす。毫た、非利用側熱交換器（１０
２）から供給された液冷媒の一部はドライヤ（１１０）
を通り電気式膨脹弁（至）で減圧され、冷媒流通路（２
）内で蒸発し“Ｃ１主絞り部（至）内を流通する冷媒を
冷却するので、主絞り部（２）円の冷媒流量は増大する
。すなわち、１紋り部（至）内で発生しＣいる冷媒の２
相流中のガス含有量が冷却量が多くなるにしたがつ°Ｃ
少なくなると共に流動抵抗が減少するためである。従つ
Ｃ１電気式膨脹弁（７）の開度を調整すれば冷却量を変
えることが出来るので、例えば利用側熱、交換器（１０
Ｂ）の出入口の温度を検出し、利用側熱交換器（１０８
）の出口温度がその入口温度よりも常に少し高くなるよ
うに、電気式膨脹弁（至）を制御すると、利用側熱交換
１　（１０８）出口で冷媒が完全にガス化し・Ｃ１わず
かに過熱度がつき、常に適正な冷媒流量が冷凍サイクル
内を循環させることができる。

ところで、第６図に示すように、冷凍負荷によつ゛Ｃ１
最適冷媒循環慮は変化する。第５図におい・Ｃ１曲線Ａ
Ｂは、冷凍負荷に対する最適冷媒循環量を示す曲線Ａ　
Ｂ　Ｂ’によつ°Ｃ囲まれた範囲■は電気式膨脹弁−に
よつ゛Ｃ確保される循環量及びＡＢ’Ｂ’Ａ’によつ°
Ｃ囲まれた範囲Ｉは主絞り部（至）にょっ°〔確保され
る循環量を示す。しかしながら、上述した冷凍サイクル
では主絞り部（至）には常に非利用側熱交換器（ｌＯａ
）からの液冷媒が流通し°〔いるので、たとえ電気式膨
脹弁■を全閉したとし°〔もＡＡ’で示される冷媒循環
量が流通し゛〔いる。従・りＣ１第６図におけるＡ点か
らＢ点における範囲で最適冷媒循環量に制御されるーが
、さらに、冷凍負荷の小さいＡ点から０点における範囲
では、最適冷媒循環量には制御できない問題点がある。

また、逆に冷凍負荷の大きいＢ点からＤ点における範囲
では、電気式膨脹弁（至）の制御範囲を越える為、最適
冷媒循環量には制御できない問題点もある。

次に暖房運転時の冷媒流れ方向を第８図中の破線矢印に
°〔示す。圧縮機（１００）より吐出された高温高圧の
冷媒ガスは四方弁（１０１）を通り、利用側熱交換器（
１０８）　ＶＣ’Ｃ凝縮液化し、液溜（１２Ｇ）　、第
２の逆止弁（１０６）、ドライヤ（１１０）を通り、主
絞り装置７　（１０４）に至る。主絞り装置（１０４）
の作用はＬ述の通りであり、減圧された冷媒は第４の逆
止弁（１０８）を通り非利用側熱交換器（１０２）で蒸
発し、四方弁（１０１）を通り圧縮機（１０Ｇ）に戻る
。暖房運転時におい゛〔も冷房運転時同様、最適冷媒循
環量には制御で２きない範囲が生じる。また、液溜（１
２０）内部には利用側熱交換器（１０Ｂ）で凝縮液化し
た液冷媒が貯えられ・Ｃおり、暖房運転に余剰となる冷
媒を回収し゛Ｃ１最適な運転を実現しＣいる。また、液
冷媒の回収効率を高めるため、暖房時に液冷媒が下部よ
り流入し、Ｌ部より流出するように液溜（１２０）を配
置しＣいる。しかしながら、暖房運転においＣ１圧縮機
（１０Ｇ）が停止した場合には、主絞り装置（１０４）
などを介し°Ｃ高圧冷媒が低圧側へ移動し圧力バランス
するので、液溜（１２０）内の液冷媒の大半は流出し、
液溜（１２０）内の大半の冷媒はガス状態とな・つＣい
る。従つ°にのような状態より圧縮機（１００）の運転
を再開した直後には主絞り装置（１０４）に対しＣはガ
ス冷媒のみが供給されるため、十分な冷媒流産が確保で
きな（なり、低圧圧力が極端に低い状態で運転される。

なお、運転再開後所定時間（例えば８分程度）経過後に
は、液溜（１２０）内には利用側熱交換器（１ｏ８）に
°Ｃ凝縮液化した液冷媒が供給され、その結果とし°Ｃ
１主絞り装ａ　（１０４）に液冷媒が供給されるように
なるので、主絞り装置（１０４）における冷媒流量が増
大し、低圧圧力もヒ昇し゛Ｃ定常運転に戻る。

このように、暖房時の余剰冷媒鳳を回収するための液溜
（１２０）が配設され゛〔いるため、圧縮機（１００）
の運転開始直後一時的ではあるが、低圧圧力が極端に低
い状態で運転が行われるため、暖房能力が低下し、結果
的に暖房時の年間エネルギ消費効率（ＳＥＥＲ）が大巾
に低下するという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のヒートポンプ冷暖房装置は以とのように構成され
“〔いるので、冷凍負荷の狭い範囲でしか最適冷媒循環
量が制御できず、また暖房起動時に　　　１一時的では
あるが、極端な低圧圧力の低下を伴い、暖房能力の低下
および年間エネルギ消費効率の低下を生ずるなどの問題
点があった。

この発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、冷凍
サイクルの変動幅の大きい空気調和装置におい“Ｃも常
に最適冷媒循環量を確保するとともに年間エネルギ消費
効率の高い装置を得ることを目的とし′Ｃいる。

〔問題を解決するための手段〕

この発明に係るヒートポンプ冷暖房装置は、主絞り装置
に対しＣ並列関係に補助キャピラリーチューブを、また
主絞り装置の１鴎圧装置の入口部に電磁弁を配設し°〔
上記電磁弁の開閉動作と主絞り装置の電気式膨脹弁の弁
開度を調整することにより冷媒流量を制御するとともに
、暖房起動後の所定時間は上記電磁弁及び上記電気式膨
脹弁が全開と・＾るよう制御しＣいる。

〔作　用〕

この発明においＣは、電磁弁の開閉及び電気式膨脹弁の
弁開度により冷媒流量を制御するとともにベースとなる
冷媒流量を補助絞り部で確保し・〔いるので、広い冷凍
負荷の範囲で最適冷媒循環量を制御でき、また暖房起動
後に電磁弁及び電気式膨脹弁を全開とするので極端な低
圧圧力の低下を防止し、暖房能力の低下及び年間エネル
ギ消費効率の低下を回避できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図及び第２図に基づき
説明する。第１図においＣ１（１００）は圧縮機、（１
０１）は四方弁、（１０２）は外気と熱交換する非利用
側熱交換器、（１０８）は水と熱交換する利用側熱交換
器、（１０４）は非利用側及び利用側熱交換器（１０２
）、　（１０Ｂ）の間に設けられた主絞り装置で、第４
図に示した減圧袋ｆｆｌ　（３）とこの威圧装置（３）
を構成する主絞り部（２）の入口管（至）に設けられた
電磁弁（至）と、外気温度及び利用側熱交換器（１０８
）の出口水温度を禎出し゛〔演算し、この演算値に応じ
°〔出力される信号により印加電圧を決定する制御器（
図示せず）により制御される電気式膨脹弁（至）とから
構成され〔いる。すなわち、電気式膨脹弁に）は印加電
圧により、その弁開度が決定されるものであるａ−１だ
、電磁弁（至）は冷房時は利用側熱交換器（１０８）の
出口測水温度が、暖房時は外気温度がそれぞれ所定値以
下のとき閉路し、所定値以上のときは開路される。（１
０５）　（１０ｇ）はそれぞれ非利用側及び利用側熱交
換！　（１０２）　（１０８）からドライヤー（１１０
）へのみ流通を許容する第１および第２の逆止弁、（１
０７）　（１０Ｂ）は主絞ね装［（１０４）の出口管■
から利用側及び非利用側熱交換器（１０８）（１０２）
へのみ流通を許容する第８及びＩＩ４の逆止弁、（１０
９）はドライヤー（１１０）の出口と冷房時における利
用側熱交＊器（１０８）の冷媒入口とに接続され、主絞
り装置（１Ｇ４）とは並列関係に設けられた冷房用補助
絞り部で、この実施例においＣはキャピラリーチューブ
で構成されたものである。

（１１１）はドライヤー（１１０）の出口と暖房時にお
ける非利用側熱交換ＫＮ（ｔ０２）の冷媒入口とに接続
され、主絞り装置（１０４）とは並列関係に設けられた
暖房用補助絞り部で、この実施例におい°Ｃはキャピラ
リーチューブで構成されたものであるｓ　（１２０）は
液溜である。

次に作用につい°Ｃ説明する。冷房時の冷媒流れ方向を
実線矢印にて示す、まず、冷房時の通常負荷の場合につ
いＣ述べると、圧縮機（１００）より吐出さｎた高温高
圧の冷媒ガスは非利用側熱交換器（１０２）に°Ｃ凝縮
液化し、そし゛にの液化冷媒は第１の逆止弁（１０５）
及びドライヤ（１１０）を通り、各々並列に配設された
主絞り装［（１０４）の主絞り部（２）、電気式膨脹弁
■、及び冷房用補助絞り部（１０９）に゛〔威圧され、
利用側熱交換器（１０Ｂ）に°〔蒸発し、四方弁（１０
１）を通り圧縮機（１００）に戻る。この場合の主絞り
装置（１０４）及び冷房用補助絞り部（１０９）の作動
につい゛Ｃ１第２図をもとに説明する。第２図は最適冷
媒循環量と冷凍負荷の関係を示す図であり、冷房運転時
におい・Ｃ最も負荷の小さい６点で最適冷媒循環ｊｌ（
Ｃ−Ｃ’）が流れるように冷房用補助絞り部（１０９）
であるキャピラリーチューブが選定され“Ｃおり、この
場合、電気式膨脹弁（至）は全閉で、かつ電磁弁（至）
が閉の状態である。そし°Ｃ冷凍負荷が徐々に増加する
に従い、最適冷媒循環量も増加するため、電気式膨脹弁
（至）は、冷凍負荷の増加に対し、徐々に開度が大きく
なる。この場合の電気式膨脹弁（至）の開度は、利用側
熱交換器Ｑｏａ）の出口水温度及び外気温度により決定
される。

そしＣ１電気式膨脹弁−の開度が最大の点、すなわち図
中、Ａ点で今度は電気式膨脹弁−〇開度を全閉とし、か
つ、電磁弁（至）を開路する。従つＣ１この時点では、
冷房用補助絞り部（１０９）と主絞り装置（１０４）の
主絞り部（２）に°Ｃ冷媒制御を行なう為、主絞り部（
２）のキャピラリーチューブは冷媒循環量がＡ−Ａ’と
なるように選定され°Ｃいる。更に冷凍負荷が増大する
に伴ない、電気式膨脹弁（２）の開度は全閉より徐々に
開路するので電気式膨脹弁（至）に゛Ｃｒ慎圧８れた液
冷媒は、冷媒流通路（至）を通り、主絞り部に）内の冷
媒と熱交換し蒸発する。また、主絞り部働内の冷媒は冷
却されるので、主絞り部（２）内の冷媒流量は増大する
。すなわち、主絞り部（至）内で発生しＣいる冷媒の２
相流中のガス含有量が、冷却量が増加するに従つ・Ｃ少
な（なると共に流動抵抗が減少するためである。従・つ
Ｃ＜気式膨脹弁■の開度を大きくするに従い、冷却量も
更に増大する。このように最大負荷（Ｄ′）に対する最
大最適冷媒循環ｍ１（Ｄ−Ｄ’）まで、従来方式の最大
最適冷媒循環屋（Ｂ点）を越え、制御可能である。

次に、暖房運転時に・つい°Ｃ説明する。すなわち冷媒
流れ方向は破線矢印にＣ示すとおりであり、圧縮機（１
００）より吐出さｎた高温高圧の冷媒ガスは利用側熱交
換器（１０８）にＣ凝縮液化し、液溜（１２Ｇ）　、第
２の逆止弁（１０６）及びドライヤ（１１０）を通り、
各々並列に配設さｎた主絞り装置（１０４）の１紋り部
に）、電気式膨脹弁（至）、及び暖房用補助絞り部（１
１１）にＣ威圧され、非利用側熱交換器（１０２）に°
〔蒸発し、四方弁（１０１）を通り圧縮機（１００）に
戻る。この場合、主絞り装置（１０４）及び暖房用補助
絞り部（１１１）であるキャピラリーチューブ（１１１
）の作動は冷房運転時と同様、暖房負荷の増大に伴ａい
、最適冷媒循環量が確保出来るように、暖房用補助絞り
部（１１１）であるキャピラリーチューブが選定さｎ、
電気式膨脹弁（至）が弁開度を決定し、か・り電磁弁■
の開閉機能が付加される。

すなわち、第２図においＣ１冷凍負荷が比較的小さいＣ
′−Ａ′の範囲におい〔は、ＡＣＡ’で囲まれる１部は
電気式膨脹弁御に゛ＣＣ冷媒循環量確保する範囲であり
、Ａ’ＣＣ’にで囲まれる１２部は補助絞り部（１０９
）　（１１１）に°Ｃ冷媒循環量を６１！保する範囲で
ある。した、冷凍負荷の大きいＡ’　−Ｄ’の範囲にお
いＣはＤＡＣ’で囲まれる置部は電気式膨脹弁■にＣ冷
媒循環量を確保しＤ”ＡＡ”Ｄ’で囲まれる１２部は主
絞り部（２）にＣ冷媒循環量を確保し、Ｄ’　Ａ’　Ａ
’　Ｄ’で囲まれる厘′部は補助絞り部（１０９）　（
１１１）にご冷媒循環量を確保する範囲である。

また、暖房時の圧縮機（１００）の運転開始後所定時間
は、冷凍負荷に関係な（、ｏｌ気式膨脹弁■の開度を全
開とし、ｗＬ磁弁■が開路するように制御しＣいるので
、冷媒は電気式膨脹弁（至）、主絞り部（３）及び暖房
用補助絞り部（１１１）を通しＣ非利用側熱交換器（１
０２）に供給される。従・りＣ１液溜（１２０）内に液
冷媒が充満する以前でも、低圧側となる非利用側熱交換
器（１０２）への冷媒供給が十分に確保できるので、一
時的な極端な低圧圧力の低下による暖房能力の低下を回
避できる。

次にデフロスト運転時につい゛Ｃ説明する。この場合、
冷房運転時と同じ冷媒流れ（流れ方向を実線矢印にＣ示
す）となるが、特にデフロスト運転時は高低圧力差が小
さい為、最適冷媒循環量が確保されない。従つＣ，デフ
ロスト信号検知後は電気式膨脹弁（至）を全開とし、電
磁弁（至）を開路の状態で運転し、デフロスト時間の短
縮を計るように制御される。

〔発明の効果〕

以上のように構成されＣいるので、冷凍負荷の小さい運
転状態から冷凍負荷の大きい運転状態まで電磁弁の開閉
、及び電気式膨脹弁の開度調整により全範囲で最適冷媒
循環量を確保することが出来、比較的簡単な制御で、幅
広い運転範囲を、最適制御出来る。

また、暖房時の圧縮礪起動時には、所定時間、電磁弁及
び電気式膨脹弁が全開となるので低圧圧力の低下を防止
出来、暖房室、辷りスピードアップ　　　１及び５ＥＥ
Ｒの向ヒを計ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍回路図、第２図は
第１図に示す冷凍回路における冷凍負荷と、最適冷媒循
環量との関係図、第８図は従来例を示す冷凍回路図、第
４°図はｒ＠圧装置の構成を示す構成図、第５図は第８
図に示す冷凍回路における冷凍負荷と最適冷媒循環量と
の関係図である。 図中、（至）は主絞り部、御は膨脹弁、（至）は電磁弁
、（１０Ｇ）は圧縮機、（１０１）は四方弁、（１０２
）は非利用側熱交換器、（１０８）は利用側熱交換器、
（１０４）は主絞り装置、（１０５）　（１０６）　（
１０？）　（１０８）は第１゜第２．第８．第４の逆止
弁、（１０９）は冷房用補助絞り部、（１１１）は暖房
用補助絞り部で、（１２０）は液溜である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電磁弁とこの電磁弁を通して非利用側あるいは利用側
   熱交換器から供給される液冷媒を減圧する主絞り部とこ
   の主絞り部及び上記電磁弁と並列に設けられ、上記非利
   用側あるいは上記利用側熱交換器から供給される冷媒の
   一部により上記主絞り部を冷却すると共に上記主絞り部
   を流通する冷媒と合流するように配設されたバイパス路
   とヒートポンプサイクルの運転状態により上記バイパス
   路の冷媒流量を制御し上記主絞り部の冷却量をかえる膨
   脹弁とからなる主絞り装置、この主絞り装置の入口側お
   よび出口側に設けられ冷房時は非利用側熱交換器からの
   冷媒を上記主絞り装置を介して上記利用側熱交換器へ流
   通させる第１および第８の逆止弁、上記主絞り装置の入
   口側および出口側に設けられ、暖房時は上記利用側熱交
   換器からの冷媒を上記主絞り装置を介して上記非利用側
   熱交換器へ流通させる第２および第４の逆止弁、上記電
   磁弁の入口側と第８の逆止弁の出口側とに連通する冷房
   用補助絞り部、上記電磁弁の入口側と第４の逆止弁の出
   口側とに連通する暖房用補助絞り部、及び上記利用側熱
   交換器と第２の逆止弁入口側との間に連結された液溜と
   を備え、暖房時の圧縮機起動時において、所定時間、上
   記電磁弁及び膨脹弁を全開とするようにしたことを特徴
   とするヒートポンプ冷暖房装置。