JPS61259065A - 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、＠８図において、　（１００）は圧縮機、
（１０１）は四方切換弁、（１０２）は外気と熱交換す
る非利用側熱交換器、（１Ｇｇ）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）（１０８）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（至）及び、
外管■と主絞り部（２）との間の冷媒流通路（２）を互
いに、並列となるように入口管ＯＩ（至）及び出口管−
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（至）は後述する第３及び第４
の逆止弁の入口に接続し、入口管（至）に電気式膨張弁
Ｏ１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）　（１０Ｂ）からドライヤ（１１０）へのみ流
通を許容する第１及び＠２の逆止弁、（１０７）（１０
８）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（１０Ｂ）、（１０２）へのみ流
通を許容する第３及び第４の逆止弁である。

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（１０Ｇ）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、凝縮液化し、第１の
逆止弁（１０５）　、　　ドライヤ（１１０）を通り主
絞り装置（１０４）に至る。そして、減圧装置（３）に
おいては、非利用側熱交換器（１０２）から供給された
液冷媒はドライヤ（１１０）を通り入口管（至）よう主
絞り部（２）を流通して、減圧され第３の逆止弁（１０
？）を通り利用側熱交換器（１０ｇ）で蒸発して冷却作
用をなす。また、非利用側熱交換器（１０２）から供給
された液冷媒の一部はドライヤ（１１Ｇ）を通り電気式
膨張弁（２）で減圧され、冷媒流通路（至）内で蒸発し
て、主絞り部に）内を流通する冷媒を冷却するので。

主絞り部（至）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１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（１０Ｂ）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
（至）を制御すると。

利用側熱交換器（１０ｇ）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。第５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’によって囲まれた範囲Ｉは電気式膨張弁
（至）によって確保される循環量及びＡＢ’Ｂ’にによ
って囲まれた範囲冨は主絞り部（２）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（２）には常に非利用側熱交換器（１０８
）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Ａにで示
される冷媒循環量が流通している。従って、第５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（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、利用側熱交換器（１
０８）にて凝縮液化し、・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＠　（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（１０８）を通り
、非利用側熱交換器（１０２）で蒸発し、四方弁（１０
１）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出来ない
範囲が生じる。

〔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
が制御できないという問題があったＯ この発明は、上記実情に鑑みて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ても常
に最適冷媒循環量を得ることを目的とするものである。

（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
に対して並列関係に補助絞り部を、また主絞り部の入口
部に電磁弁を配設して前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に、冷凍負荷の減少に伴い、電磁弁
を開路より閉路へ切換える場合に上記電気式膨張弁を事
前に開くようにしている。

（作用） この発明匡おいては、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、ベースとな
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、電磁弁
を開路より閉路へ切換える場合に電気式膨張弁を事前に
開くようにしているので、過渡的な状態でも冷媒流量を
最適に変動させることができる。

〔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、（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月よ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　　　　１換
器（１０２）、（１０Ｂ）の間に設けられた主絞り装置
で。

第４図に示した減圧装置（３）とこの減圧装置φノを構
成する主絞り部（至）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（１ＧＢ）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）
に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（至）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−
は冷房時は利用側熱交換器（１Ｇｇ）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）（
１０ｇ）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（２）から利用側及び非利
用側熱交換器（１０Ｂ）　（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（１０
８）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ｔ：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。（ｌｌｌ）はドライヤー（１１Ｇ）の出口と
暖房時壷ζ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。（１２
０）は液溜である。次に、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（１ＧＧ）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は第１の
逆止弁（１０５）及びドライヤ（１１Ｇ）を通り、各々
並列に配設された主絞り装置（１０４）の主絞り部０１
）、電気式膨張弁■及び冷房用補助絞り部（１０９）に
て減圧され、利用側熱交換器（１０８）にて蒸発し。

四方弁（１０１）を通り圧縮機（１００）に戻る。この
場合の主絞り装置（１Ｇ４）及び冷房用補助絞り部（１
０９）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因であり、
冷房運転時において、最も負荷の小さいＣ点で最適冷媒
循環量（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ており
、この場合、電気式膨張弁（至）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、徐々に開度が太
き（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（１０Ｂ）の出口水温度及び外気温度によ
り決定される。そして、電気式膨張弁（２）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＠　（１０４）の主絞り部（至）にて冷媒制御
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＠Ｃζ
て減圧された液冷媒は、冷媒流通路（至）を通り、主絞
り部（２）内の冷媒と熱交換し蒸発する。また、主絞り
部（７）内の冷媒は冷却されるので、主絞り部（至）内
の冷媒流量は増大する。すなわち、主絞り部（７）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６に対する最大最適冷媒循環量（Ｄ−Ｉ５）
まで、従来方式の最大最適冷媒循環量（Ｂ点）を越え、
制御可能でゐる′。

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
（１０８）にて凝縮液化し、液溜（１２０）　、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ｔ’Ｌｒ：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（１０りにて
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、暖房用補助絞り部
（１１”１　）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）の開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、ＡＣにで囲まれる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、にＣＣ′にで囲まれる１部部は補助絞り部（１０９
）（１１１月ζ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Ａ′−Ｄ′の範囲においてはＤ　
Ａ　Ｄ′’で囲まれる置部は電気式膨張弁（至）にて冷
媒循環量を確保し、Ｄ”Ａにゴで囲まれる１２部は主絞
り部（至）にて冷媒循環量を確保し、ｒｆＡ＃ｐ：ｏ’
で囲まれる１部部は補助絞り部（１０９）（１１１）に
て冷′媒循環量を確保する範囲である。

また、冷凍負荷が減少し、電磁弁■の開路より閉路する
。すなわち第２図におけるＡ点での動作について説明す
る。冷凍負荷の減少に伴い電気式膨張弁（至）の弁開度
は徐々に小さくなり、Ａ点直前でば概ね一全閉状態とな
っており、冷媒流量は電磁弁（２）の下流に設けられた
主絞り部（至）及び補助絞り部（１０９）（１１１）に
て確保されている。更に冷凍負荷が減少しＡ点に到達す
ると、まずは、電気式膨張弁（至）の弁開度を全開とな
し、所定時間（例えば１０秒程度）経過後に電磁弁（７
）を開路状態より閉路状態に切換えるよう制御される。

つまり、Ａ点において、電気式膨張弁■の全閉から全開
、電磁弁（至）の開路から閉路への切換えを同時に行っ
た場合には、電気式膨張弁（至）は緩るやかに弁開度が
変化し。

電磁弁■は瞬間的に変化するため、極端な場合には冷媒
流量が補助絞り部（１０９）（１１１）のみの流量Ｃζ
落ち込み、運転状態によっては冷媒流量の低下に起因す
る高圧圧力の上昇を伴い、結果的に高圧圧力開閉器（図
示せず）が作動し、異常停止してしまうことがある。こ
れを回避するために、事前に電気式膨張弁＠を全開とす
るよう制御している。

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（流れ方向を破線矢印にて示す
）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（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、幅
広い運転範囲を、最適制御出来る。従って空気調和装置
の性能向と及び信頼性向上を計ることが出来る。

また、冷凍負荷の減少に伴い、電磁弁を開路より閉路へ
切換える場合には、事前に電気式膨張弁を全開とするよ
うにしているので、過渡的な状態においても冷媒流量を
最適に変動させ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図、第５図は第
３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、（至）は膨張弁、（至）は電
磁弁。 （１００）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）
（１０７）（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、（１２Ｇ）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或は利用側熱交換
   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２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を備え、低冷凍負荷から高冷
   凍負荷に変化する場合は上記電磁弁の切換ポイントにお
   いて電磁弁を開路し同時に上記電気式膨張弁を全開から
   全閉へと動作させ、また高冷凍負荷から低冷凍負荷に変
   化する場合は、上記電気式膨張弁を全閉から全開へと動
   作させた後、所定時間経過後、上記電磁弁を閉路するよ
   うにしたことを特徴とするヒートポンプ冷暖房装置。