JPS61259064A - 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空気調和装置に関するものである。

〔従来技術） 通常、冷凍サイクルでは蒸発温度によって適正冷媒流量
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てキャ
ピラリチューブを用いｒこものでは、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大きくなり、圧縮機の
温度が上昇し過ぎたり、蒸発温度が“低いときには、冷
媒流量が過大になって圧縮機に液もどりを生じたりする
ことがある。従って、これらの問題点を解決するために
第３図に示すような冷凍サイクルが考えられる。すなわ
ち、第３図において、　（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、（１００ｍ）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（１
０２）（１Ｇｇ）の間に設けられた主絞り装置、（３７
は減圧装置で＠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用いた主絞り部（２）を嵌挿
し、巻回している。そして、主絞り部（２）及び、外管
（ロ）と主絞り部（２）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）（至）及び出口管
（ロ）を設け、この入口管（至）（至）は、ドライヤ（
１１０）の出口に、また出口管■は後述するＷｉ８及び
＠４の逆止弁の入口に接続し、入口管（至）に電気式膨
張弁（至）を設けることにより構成したものである。（
１０６）（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
（７）み流通を許容する第１及び第２の逆止弁、　（１
０７）（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）、（１０
２）へのみ流通を許容する第３及び第４の逆止弁である
。（１２０）は一端が第２の逆圧弁（１０６）に他端が
第３の逆止弁（１Ｇ？）と利用側熱交換器（１０ｇ）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。

次に作用について説明する。まず、冷房運転時の冷媒流
れ方向を実線矢印にて示す。圧縮機（１ＧＧ）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）にて、凝縮液化Ｌ、ｆ１１
１７）逆止弁（１０５）、Ｆ５（＋（１１Ｇ）ヲ通ｔ）
主絞り装置（１０４）に至る。そして、減圧装置（３３
においては、非利用側熱交換器（１０２）から供給され
ｔ：液冷媒はドライヤ（１１０）を通り入口管（２）よ
り主　　　主絞り部（２）を流通して、減圧され第３の
逆止弁（１Ｇ？）を通り利用側熱交換器Ｃｌ０８）で蒸
発して冷却作用をなす。また、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）
を通り電気式膨張弁（至）で減圧され、冷媒流通路（至
）内で蒸発して、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）内の冷媒流量は増大する。

すなわち。

主絞り部（至）内で発生している冷媒の２相流中のガス
含有量が冷却量が多くなるにしたがって少なくなると共
に流動抵抗が減少するためである。従って、電気式膨張
弁（２）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（１０８）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
張弁（２）を制御すると。

利用側熱交換器（１ＧＢ）出口で冷媒が完全にガス化し
て、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５図に示すように、冷凍負荷によって、最
適冷媒循環量は変化する。＠８図において、曲線ＡＢは
、冷凍負荷に対する最適冷媒循環量を示す曲線Ａ　Ｂ　
Ｂ’によって囲まれＴ二範囲１は電気式膨張弁（至）に
よって確保される循環量及びＡＢ’Ｂ’Ａによって囲ま
れた範囲璽は主絞り部（至）によって確保される循環量
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）１ζは常に非利用側熱交換器（１０ｇ）から
の液冷媒が流通しているので。

たとえ電気式膨張弁（至）を全閉したとしても八にで示
される冷媒循環量が流通している。従って、第図におけ
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
れるが、さらに、冷凍負荷の小さいＡ点から６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ｒ：％逆に冷凍負荷の大きいＢ点からＤ点における範
囲では、電気式膨張弁（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３図中の破線矢印に
て示す。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（１
０ｇ）にて凝縮液化し、液溜（ｌｉｏｔ　、第２の逆止
弁（１０６）　、　ドライヤ（１１０）を通り、主絞り
装置（１０４）に至る。主絞り装置（１０４）の作用は
上述の通りであり、減圧された冷媒は第４の逆止弁（１
０ｇ）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（１００）に戻る。暖房運転
時においても冷房運転時同様最適冷媒循環量には制御で
きない範囲が生じる。また、液溜（１２Ｇ）内部には利
用側熱交換器（１ＧＢ）に凝縮液化した液冷媒が貯えら
れており、暖房運転に余剰となる冷媒を回収して最適な
運転を実現している。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、上部より流出するように液溜（１２Ｇ）を
配置している。

次に、暖房運転中に非利用側熱交換器（１０２）に着霜
した霜を取り除くために行うデフロスト運転時の冷媒の
流れ６ζついて説明する。冷媒流れ方向は第３図中の実
線矢印に示す。つまり、冷房運転時の冷媒流れ方向と同
一とする、いわゆるホットガスリバース式が用いられて
いる。従って圧縮機（１００）より吐出された高温高圧
の冷媒ガスは四方弁（１０１）を通り非利用側熱交換器
（１０２）　ｌこて凝縮液化する一方、冷媒の持つ凝縮
熱を非利用側熱交換器（１０２）に着霜した霜に与え霜
を溶かす。更に凝縮液化した冷媒は第１の逆止弁（１０
５）　、　ドライヤ（１１０）　、主絞り装置（１０４
）を経て減圧され、第３の逆止弁（１０？）を介して利
用側熱交換器（１０１１）にて蒸発し四方弁（１０１）
を通り圧縮機（１０Ｇ）に戻る。なお、デフロスト運転
中は利用側熱交換器（１Ｇｇ）を非利用側として作用さ
せているので短時間で終了する必要があるため、主絞り
装置・（１０４）の電気式膨張弁（２）の弁開度は強制
的に全開とし冷媒流量を確保するよう制御される。また
、暖房運転時に余剰となり液溜（１２０３内に貯えられ
ていた冷媒もデフロスト運転中は利用されるのでデフロ
スト中の液溜（１２０）内の冷媒状態は概ね飽和ガス状
態となっている。

ところで、と述のデフロスト運転中に、非利用側熱交換
器（１０２）に着霜した霜が完全に溶けた場合には、再
度暖房運転に切換り１本来の機能を発　　　ｌ揮する。

しかしながら、デフロスト運転より暖房運転への切換り
直後においては、前述したように液溜（１２０）内の冷
媒は大半がガス状態となっているため、主絞り装置（１
Ｇ４）にはガス冷媒のみが供給され、十分な冷媒流量が
確保できない。従って。

液溜（１２０）内に液冷媒が満たされるまでは、低圧圧
力の極端に低い状態で運転が続行されるため。

十分な暖房能力が確保できず、結果的には暖房時の年間
エネルギ消費効率（ＳＥＥＲ）が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上のように構成され
ているので、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、デフロスト運転終了後の暖房運転
への切換わり時に一時的に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てなされたもので。

冷凍サイクルの冷凍負荷の変動幅の大きい空気調和装置
においても常に最適冷媒循環量を確保するとともに１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て
いる。

（問題点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
対して並列関係舒こ補助キャピラリーチューブを、また
主絞り装置の主絞り部の入口部に電磁弁を配設して上記
電磁弁の開閉動作と主絞り装置の電気式膨張弁の弁開度
を調整することにより冷媒流量を制御するとともｌζデ
フロストから暖房運、転への切換り直後の所定時間は電
磁弁及び電気式膨張弁が全開となるよう制御している。

（作用コ この発明においては、電磁弁の開閉及び電気式膨張弁の
弁開度により冷媒流量を制御するとともに、ペースとな
る冷媒流量を補助絞り部で確保して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、またデフロスト
終了直後に電磁弁及び電気式膨張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図において、　　（１０Ｇ）は圧縮機、
　（１０１）は四方弁、（１０２）は外気と熱交換する
非利用側熱交換器、（１０ｇ）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（１
０２）、（１０８）の間に設けられた主絞り装置で。

第４図に示した減圧装置（３）とこの減圧装置＋３１を
構成する主絞り部（至）の入口管（至）に設けられｔ；
電磁弁（至）と外気温度及び利用側熱交換器（１Ｇｇ）
の出口水温度を検出して演算し、この演算値に応じて出
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）１ζより制御される電気式膨張弁（２）とから構成
されている。すなわち、電気式膨張弁（２）は印加電圧
により、その弁開度が決定されるものである。また、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。（１０５
）（１０６）はそれぞれ非利用側及び利用側熱交換器（
１０２）　（１ＧＢ）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、（１０７）（
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）　（１０２）への
み流通を許容する第３及び第４の逆止弁、　（１０９）
はドライヤー（１１０）の出口と冷房時における利用側
熱交換器（１０Ｂ）の冷凍入口とに接続され、主絞り装
置（１０４）とは並列関係に設けられた冷房用補助絞り
部で、この実施例において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器（１０２）
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
おいてはキャピラリーチューブで構成されたものである
。（１２０）は液溜である。次に１作用について説明す
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て述べると、圧縮機（１
００）より吐出された高温高圧の冷媒ガスは非利用側熱
交換器（１０２）にて凝縮液化し、そしてこの液化冷媒
　　　１は第１の逆止弁（１０５）及び゛ドライヤ（１
１Ｇ）　ｅ通り、各々並列に配設された主絞り装置（１
０４）の主絞り部０η、電気式膨張弁（至）及び冷房用
補助絞り部（１０９）にて減圧され、利用側熱交換器（
１０Ｂ）　ｉこて蒸発し、四方弁（１０１）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）の作動について、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、冷房運転時において最も負荷
の小さい０点で最適冷媒循環量（Ｃ−ごンが流れるよう
に冷房用補助絞り部（１０９）であるキャピラリーチュ
ーブが選定されており、この場合、電気式膨張弁（２）
は全閉で、かつ電磁弁（至）が閉の状態である。そして
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、電気式膨張弁（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張
弁（至）の開度は、利用側熱交換器（１０８）の出口水
温度及び外気温度をこより決定される。そして、電気式
膨張弁（至）の開度が最大の点、すなわち図中、Ａ点で
今度は電気式膨張弁（至）の開度を全閉とし、かつ、電
磁弁（至）を開路する。従って、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（至）にて冷媒制御を行なう為。

主絞り部（至）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ている。更に冷凍負荷が
増大するに伴ない、電気式膨張弁（至）の開度は全閉よ
り徐々に開路するので電気式膨張弁（至）にて減圧され
た液冷媒は、冷媒流通路■を通り、主絞り部（至）内の
冷媒と熱交換し蒸発する。また、主絞り部（至）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）内で発生している冷
媒の２相流中のガス含有量が、冷却量が増加するに従っ
て少なくなると共に流動抵抗が減少するためである。従
って電気式膨張弁（至）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−に対する最
大最適冷媒循環量ＣＤ−１＞まで、従来方式の最大最適
冷媒循環量（Ｂ点）を越え、制御可能である。

次に、暖房運転時について説明する。すなわち冷媒流れ
方向は破線矢印にて示すとおりであり、圧縮機（１００
）より吐出された高温高圧の冷媒ガスは利用側熱交換器
（１０８０ごて凝縮液化し、液溜（１２Ｇ）　、第２の
逆止弁（１０６）及びドライヤ（１１０）を通り、各々
並列に配設された主絞り装置（１０４）の主絞り部（至
）、電気式膨張弁（至）及び暖房用補助絞り部（１１１
）にて減圧され、非利用側熱交換器（１０２）にて蒸発
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ない、最適
冷媒循環量が確保出来るように、暖房用補助絞り装置（
１１１）であるキャピラリーチューブが選定され、電気
式膨張弁（至）が弁開度を決定し、かつ電磁弁（至）の
關閉機能が付加される。

すなわち、第２図において、冷凍負荷が比較的小さいＣ
′−Ａの範囲においては、ＡＣＡ’で囲まれる１部は電
気式膨張弁（至）にて冷媒循環量を確保する範囲であり
、Ｋｃｃ’Ａで囲まれるｒ部は補助絞り部（１０９）（
１１１）にて冷媒循環量を確保する範囲である。また、
冷凍負荷の大きいに−Ｄ′の範囲においてはＤ　Ａ　Ｄ
−で囲まれる１部は電気式膨張弁（至）にて冷媒循環量
を確保しＩ）”ＡＡ’がで囲まれる１７部は主絞り部（
２）にて冷媒循環量を確保し、Ｄ’Ａ’ｐ：Ｄ′で囲ま
れる１７部は補助絞り部（１０９）（１１１）にて冷媒
循環量を確保する範囲である。

次にデフロスト運転時について説明する。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て示す
）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。従って、デフロ
スト信号検知後は電気式膨張弁ＯＩ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。

更に、デフロスト運転より暖房運転へ切換った後、所定
時間は、電気式膨張弁（至）を全開、電磁弁（至）を開
路という状態を維持するように制御しているので、暖房
運転への切換え直後の液溜−（１２０）内に液冷媒が充
満していない状態においても低圧側となる非利用側熱交
換器（１０２）への冷媒供給が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。

〔発明の効果コ 以上のように構成されているので、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
、及び電気式膨張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、巾
広い運転範囲を、最適制御出来る。

また、デフロスト運転から暖房運転への切換え時、所定
時間は電磁弁及び電気式膨張弁が全開となるので低圧圧
力の低下を防止出来、暖房立上りスピードアップ及び５
ＥＥＨの向上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３図は従来例を示す冷凍回路図、第４
図は減圧装置の構成を示す構成口、第５図は第３図１こ
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、幹は主絞り部、（至）は膨張弁、Ｇ１は電磁弁。 （１００）は圧縮機、　（１０１）は四方弁、（１０２
）は非利用側熱交換器、（１０Ｂ）は利用側熱交換器、
　（１０４）は主絞り装置、（１０５）（１０６）（１
Ｇ？）（１０８）は第１．第２、第３．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１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３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３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、デフロスト運転より暖房運転への切換わり直後
   の所定時間は上記電磁弁及び膨張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。