JPS6342174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮冷凍サイクルによる冷房運転、自
然循環冷媒サイクルによる暖房運転とを行わせる
省エネルギー形冷暖房機に係り、特に室内側と室
外側の冷媒回路を２本の冷媒配管で連絡すること
が可能であると共に、冷房と暖房とでの所要冷媒
量の差ならびに運転中の負荷変動に応じて循環冷
媒量を自動的に調節することが可能な冷暖房機に
関する。

この種の冷暖房機においては、殊に自然循環冷
媒サイクルによる暖房運転の場合に、受液器など
の液溜め機能しか持たないものでは冷媒量調節が
十分に行われなくて、受液器内に冷媒が充満して
調節機能が全く発揮できない欠点があつたり、冷
媒充填量の過多による高圧上昇、冷媒量不足によ
る能力ダウンなどの問題があつて、安定かつ適正
能力を保つた運転が果されなかつた。

このような問題点に対処して、本出願人は先に
アキユムレータと液溜め容器とを熱交換的に設け
てなる冷媒量調節器を冷媒回路中に介設する構成
とすることによつて前述せる諸欠陥を克服するこ
とが可能な装置を開発し、提案するに至つたが、
この場合の冷媒量調節器は第５図乃至第７図に示
すような熱交換器形アキユムレータに代表されて
おり、アキユムレータ６b′と液溜め容器６a′とが
上下関係に配設された縦長の構造となつているも
のである。

かゝる構造の冷媒量調節器６′では、上下に仕
切る仕切りが比較的面積が小さいので相互間の熱
交換が十分行われないこと、高さが可成り高くな
つて設置スペースを広く占有し室外ユニツトが大
形化すること、アキユムレータ６b′の大きさに比
べて液溜め容器６a′の容積が小さくなつて液溜め
機能が十分発揮されないことなどの欠点は免れ得
なかつた。

また、相互を仕切るための仕切り部分での熱交
換面積を大きくし、かつこの熱交換量が冷媒貯溜
量に応じ変化し得る如き構造にしようとすれば、
第６図に示す如く仕切りを複雑な形状にする必要
があつて、コスト増加につながり好ましくなかつ
た。

本発明はかゝる問題点に着目して、単純構造で
しかも所期の冷媒量制御機能を満足に発揮するこ
とが可能な改善された冷媒量調節器を冷媒回路中
に介設せしめることにより、この種省エネルギー
形冷暖房機の運転特性をより一層向上し得るに至
つたものである。

本発明の具体的内容を明らかにするために、添
付図面に示す実施例を参照しながら以下詳細に説
明する。

第１図は本発明の１例に係る分離形冷暖房機の
配管系統を展開したものであつて、この冷暖房機
は室外ユニツト１と、室内ユニツト２と、両ユニ
ツト１，２の冷媒回路相互を接続する２本の冷媒
配管１１，１２とから構成される。

室外ユニツト１には、圧縮機３、凝縮器兼冷媒
加熱コイル４、例えばキヤピラリーチユーブから
成る減圧器５、冷媒量調節器６、加熱装置７およ
び冷媒回路切換装置を備えており、一方、室内ユ
ニツト２には、室内コイル８および室内フアン１
４を備えている。

室外ユニツト１は、戸外の地上または外気の流
通可能な機械室の床面などの低所に据置く一方、
室内ユニツト２は室内の壁面上部など室外ユニツ
ト１よりも高所となる適当位置に配設する。

室外ユニツト１において凝縮器兼冷媒加熱コイ
ル４は、相互に熱交換可能となした加熱装置７例
えば燃焼器と、室外フアン１３とによつて対空気
形のフアンコイルユニツトを形成しており、この
冷媒加熱コイル４は伝熱管の両管端間に上下レベ
ル差が存して、高位置側管端部４ａと低位置側管
端部４ｂとの間で重力方向に順じた経路を辿るよ
う設けられて、冷房運転時には加熱装置７を使用
せず室外フアン１３を付勢してコイル内冷媒と外
気との間で熱交換を行わせて凝縮器となり、暖房
運転時には加熱装置７で加熱された高温空気とコ
イル内冷媒との間で熱交換を行わせるようになつ
ており、凝縮器を兼用する冷媒加熱器に形成して
いる。

一方、室内ユニツト２における室内コイル８
は、伝熱管の両管端間に上下レベル差が存して、
高位置側管端部８ａと低位置側管端部８ｂとの間
で重力方向に順じた経路を辿るよう設けている。

次に、前記冷媒回路切換装置は、電磁弁、逆止
弁を組合わせになる種々の形態のものが考えられ
るが、第１図々示例は圧縮機３の吐出側と冷媒加
熱コイル４の高位置側管端部４ａとを接続する配
管中に介設した逆止弁２２と、圧縮機３の吸入側
と逆止弁２２の出口側とを接続する配管中に介設
した電磁弁９と、減圧機５に並列接続した逆止弁
１０とから構成していて、電磁弁９を閉止せしめ
ることにより、圧縮機３→逆止弁２２→凝縮器兼
冷媒加熱コイル４（この場合は凝縮器として作用
する）→減圧器５→冷媒配管１２→室内コイル８
→冷媒量調節器６のアキユムレータ６ｂ→圧縮器
３からなる閉回路に冷媒を強制循環する圧縮冷凍
サイクルによる冷房運転を可能とする一方、電磁
弁９を開放せしめることにより、凝縮器兼冷媒加
熱コイル４（この場合加熱器として作用する）→
該コイル４の高位置側管端部４ａ→電磁弁９→ア
キユムレータ６ｂ→冷媒配管１１→室内コイル８
の高位置側管端部８ａ→室内コイル８→該コイル
の低位置側管端部８ｂ→冷媒配管１２→逆止弁１
０→冷媒加熱コイル４の低位置側管端部４ｂ→冷
媒加熱コイル４からなる閉回路に、冷媒を自然循
環する自然循環暖房サイクルによる暖房運転を可
能とする切換機能を有するものである。

次に冷媒量調節器６は第２図および第３図を併
せて参照すれば明らかなように、縦長形の２重円
筒をなす密封容器を、外気に接し得る配置となし
て、伝熱性材からなる中間の仕切胴１７によつて
相互間の熱交換可能な同心的に配置された内室お
よび外室の２室に区分したものであつて、内室を
アキユムレータ６ｂに、これを包囲する外室を液
溜め容器６ａに形成してなる構造となしている。

そして液溜め容器６ａを、冷房運転時に室内コ
イル８に送給する低圧液冷媒が、暖房運転時に室
内コイル８で熱交換を行つた後の凝縮液冷媒が
夫々流通する冷媒管路に連通する如く分岐管２１
によつて分岐接続する一方、アキユムレータ６ｂ
を冷房運転時に室内コイル８で熱交換を行つた後
の低圧ガス冷媒が、暖房運転時に室内コイル８に
送給する気化冷媒が夫々流通する冷媒ガス管路中
に介在させて設ける。

なお、アキユムレータ６ｂは気液分離機能を有
する構造となすために、連絡管１８，１９を器内
で立上らせて各開口端部が上層部分において開口
するよう設けると共に、連絡管１８には器内の下
層部分に連通する暖房時の液流入用小孔１８ａ
を、また、連絡管１９には器内の下層部分に連通
する冷房時の油戻し用小孔１９ａを夫々開口させ
ていて、アキユムレータ６ｂに溜められる冷媒液
の量を調節し得るようになつている。

しかして冷媒量調節器６の具体的構造を第２図
および第３図により説明すると、２重円筒をなす
容器本体は、外筒が円筒部２３、上部鏡板２４お
よび下部鏡板２５の３つの部材を溶接加工により
一体に固着して圧力容器に形成され、一方、内筒
が前記下部鏡板２５の内側中央部から溶着によつ
て立設した円筒部２６と、上部鏡板２７との２つ
の部材を溶接加工により一体に固着して外筒と略
同心に配置された圧力容器に形成される。

そして、前記連絡管１８，１９を内筒中に収容
してそれぞれの取出部を円筒部２６および円筒部
２３の各側壁を気密的に貫設して側方に引き出さ
せている。

また、前記分岐管２１に接続するための取出管
を液溜め容器６ａとなる外筒の底部から引出す一
方、後述する側路管２０に接続するための取出管
をアキユムレータ６ｂとなる内筒の側壁から前記
円筒部２３を気気貫設して側方に引出している。

なお連絡管１７，１８の上部開口端部は互いに
背向状となるような斜め切り口に形成すると共
に、両斜め切り口の間に、上部鏡板２７から垂設
した仕切り壁２８を介在せしめていて、該仕切り
壁２８と斜め切り口の構造とによつて、連絡管１
７，１８間での冷媒短絡流が生じない形態となし
ている。

さらに室外ユニツト１には電磁弁１５と高圧制
御弁１６とを、アキユムレータ６ｂの気相部分と
冷媒加熱コイル４の低位置側管端部４ｂに連絡可
能に設けた側路管２０中に直列関係をなし介設せ
しめている。

電磁弁１５は暖房運転時に開放させるためのも
のであり、一方、高圧制御弁１６は弁に連結した
ベローズによつて仕切られる２つの室内の一方を
大気圧力下に、他方を系統内に用いた冷媒と同様
の冷媒圧力下におかれるようにしたものであつ
て、例えば冷媒にフロン−22を用いた場合には、
弁の入口が23.5Kg/cm²ゲージになつた状態で全開、
23.0Kg/cm²ゲージになつた状態で全閉作動する如
き制御弁であつて、弁本体内の圧力が大気圧に対
して所定圧力以上になるとその圧力差に比例して
弁開度が変化する如き自動圧力調節弁を形成して
いる。

次に上記冷暖房機の運転作動を説明する。

(イ) 暖房運転、 圧縮機３は停止、室外フアン１３、室内フア
ン１４は付勢、加熱装置７は加熱運転し、かつ
電磁弁９は開放操作する。

冷媒加熱コイル４内の液冷媒は加熱装置７で
加熱された空気と熱交換して蒸発気化し高温ガ
ス冷媒となる。

この高温ガス冷媒は高位置側管端部４ａから
電磁弁９、アキユムレータ６ｂ、冷媒配管１１
を順に流通して高位置側管端部８ａから室内コ
イル８に流れ込み、室内フアン１４により送り
込まれた室内空気と顕熱、凝縮潜熱を熱交換し
て室内を暖房するとともに、冷媒自体は凝縮液
化し、室内コイル８内を重力に応じて流下した
後、低位置側管端部８ｂ、冷媒配管１２、逆止
弁１０を経て、低位置側管端部４ｂから冷媒加
熱コイル４内に流れ込み、加熱装置７で再加熱
され蒸発気化する。

このように、気・液相変化を伴う冷媒の自然
循環が第１図中の実線矢示の如く行われて室内
の暖房が効率良く行われる。

アキユムレータ６ｂ内は過熱ガス領域である
ので殆ど液の状態で存在することはなく、かつ
仕切胴１７はこの過熱ガスと接している。

従つて、凝縮冷媒が流通する冷媒管路に連通
している液溜め容器６ａ内は仕切胴１７を介し
て過熱ガスにより加熱される。

一方、液溜め容器６ａ内は周壁を介して外気
により冷却される。

その結果、外気による冷却と過熱ガスによる
加熱との差に見合つて、液溜め容器６ａ内には
冷媒液が液量調節可能に溜められることにな
る。

例えば自然循環系内の冷媒が過多の場合に
は、冷媒の過熱度が減少し、液溜め容器６ａに
対する蒸発力が低下して該容器６ａ内に溜る量
が増える。

そして自然循環系内の冷媒が減少するとガス
の過熱度が増加して、液溜め容器６ａ内に溜る
冷媒量が減少しようとする。

その結果、最終的に適当な溜まり量で均衡す
ることとなり、このようにして自然循環系内の
冷媒は適正量に保持される。

この暖房運転時に、また起動直後などにおい
て循環冷媒量が多くて冷媒加熱コイル４の出口
の冷媒温度、圧力が異常に上昇することがあり
系内圧力が上昇すると、高圧制御弁１６がこの
圧力によつて開き、液冷媒をアキユムレータ６
ｂ内に送り込み、系統内の冷媒量を減じせしめ
て、圧力を設定以上に上昇しないよう調節す
る。

アキユムレータ６ｂ内に溜まつた冷媒は連絡
管１８に設けた小孔１８ａから流れ出るので、
流入量と流出量とはアキユムレータ６ｂ内の液
面高さが或る値となつたところで均衡し、かく
して系統内圧力の調節が安定的に成される。

系統内の圧力が逆に低下すると、アキユムレ
ータ６ｂ内の冷媒液は前記小孔１８ａを通つて
系統内に流れ出し圧力の低下を防ぐことは言う
迄もない。

この高圧調節弁１６の圧力調節機能から明ら
かなように、アキユムレータ６ｂ内での暖房時
の冷媒量調節は起動時の過渡的な状況あるい
は、暖房過負荷時に行われるものであり、一
方、暖房時の液溜め容器６ａでの冷媒量調節機
能は定常的な運転状況の下で冷媒加熱コイル４
における冷媒の過熱度に見合つて行われるもの
であることは以上の説明により十分に理解され
るところであろう。

(ロ) 冷房運転、 加熱装置７を停止し、電磁弁９を閉止操作し
た状態で、圧縮機３、室外フアン１３、室内フ
アン１４を運転すると、圧縮機３から吐出され
た高圧高温の冷媒ガスは凝縮器兼冷媒加熱コイ
ル４に至り、室外フアン１３で冷却されて凝縮
液化した後、減圧器５で減圧され低圧液冷媒と
なつて冷媒配管１２を経由し室内コイル８に至
り、ここで室内空気と熱交換して室内を冷房す
る一方、冷媒自体は蒸発気化して冷媒配管１
１、アキユムレータ６ｂを経て圧縮機３の吸入
側に至る。

このときの冷媒流れは第１図中破線矢示の通
りであり、圧縮冷凍サイクルによる冷房運転が
成される。

アキユムレータ６ｂ内は低圧の過熱ガス領域
であるので、液溜め容器６ａは仕切胴１７を介
し冷却される。また該容器６ａは周壁を介し外
気により加熱されて暖房運転時と逆になる。

室温の上昇による高冷房負荷時には室内コイ
ル８での熱交換量が大きいので、吸入ガスの過
熱度が大となり、従つて減圧器５出口部と略々
同じ状態に存する液溜め容器６ａ内に低圧冷媒
液が溜つていると、この冷媒は加熱蒸発される
ので、容器６ａ内にはガス冷媒のみが存在して
液となつて溜ることがなく、高負荷に適応した
所要量の冷媒が冷媒回路内を循環する。

一方、室温低下による低冷房負荷時には、室
内コイル８での熱交換量が少くて吸入ガスの過
熱度が小さくなると、減圧器５の後流側におけ
る配管による圧力損失のため、減圧器５出口の
冷媒温度に比し吸入ガス温度がむしろ低くなる
結果、液溜め容器６ａ内では、仕切胴１７によ
る冷却と周壁による加熱との差に応じた量の冷
媒液が溜められることとなり、かくして低冷房
負荷に適応した所要量の冷媒が系統内を循環す
る。

以上述べたように暖房、冷房共に液溜め容器６
ａが、所要冷媒量に対応した余剰冷媒の調節を行
うが、仕切胴１７を図示の如く二重縦長容器の内
胴壁となすことにより、液量に見合う熱交換面の
増減が確実に成される結果、冷媒量調節機能は適
正かつ安定的に行われる。

なお、冷媒量調節器６における連絡管１８，１
９の配管形態としては、第１図々示例のものの他
に第４図イ〜ニに例示する各種変型が可能であ
り、また、液溜め容器６ａとアキユムレータ６ｂ
の配置形態としては、略々同心構造と成すことが
望ましくて、第４図ホ〜チに例示する各種変型、
さらに第４図ホ〜トのものを上下方向に逆転した
変型の７種のものも夫々適用可能である。

以上、第１図によつて例示した冷暖房機におい
ては、冷媒加熱コイルを冷房時凝縮器に兼用し得
る対空気形に形成しているが、この他に冷媒加熱
コイルと凝縮器とを別体に独立させて、冷媒加熱
コイルをガスバーナなどの燃焼装置の熱源が水を
媒体として冷媒に伝達される如き温水ボイラー形
に形成するようにしても勿論差支えなく、この場
合には冷媒回路に若干の変更を加えることは言う
までもなく、かゝる変型も当然本発明に包含され
るものである。

本発明冷暖房機は以上説明したところから明ら
かなように、暖房運転は冷媒加熱コイルと室内コ
イル８の間に加熱装置７で加熱した冷媒を自然循
環する自然循環暖房サイクルによつて行わせ、一
方冷房運転は室外ユニツト１と室内ユニツト２と
に冷媒を強制循環する圧縮冷凍サイクルによつて
行わせ、しかもこの両運転が共通の冷媒で、か
つ、両ユニツト１，２相互を連絡する２本の冷媒
配管１１，１２で成される構成であるから、設置
個所における敷設工事に際して連絡配管が２本で
済むことは工事の簡素化に頗る有効である。ま
た、暖房運転時は圧縮機３の運転を停止し自然循
環によつて暖房が可能であるので、電力消費は低
廉に収まり、省エネルギー装置として好適なので
ある。

さらに、本発明は相互間での熱交換可能となし
た液溜め容器６ａとアキユムレータ６ｂとからな
る冷媒量調節器６を冷媒系統内に設け、液溜め容
器６ａに定常運転中の余剰冷媒量を溜めるように
しているので、冷房・暖房の何れも適正冷媒量が
得られて冷媒の過不足に起因する種々の不都合を
解消し安定性に富む運転を果すことができる。

また、冷房と暖房とで異る所要冷媒量の調節も
前記液溜め容器６ａによつて行い得ることから、
冷房・暖房何れも適正かつ能力の十分な運転を確
保することができる。

特に、本発明は前記冷媒量調節器６を略々同心
的な２重筒に形成して仕切胴１７によつて相互の
熱交換が行われるようにしているので、液溜め容
器６ａとアキユムレータ６ｂとの間の熱交換面積
が大きくとれること、調節器全体形状を高さ方向
に低くして設置スペースが小さくなること、液溜
め容器６ａ、アキユムレータ６ｂ夫々の容積を
個々に必要な値に選定できることなどの利点があ
つて、本来の冷媒量調節機能を十分発揮し得る特
徴があり、装置として正に価値の大なる冷暖房機
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明冷暖房機の１例に係る装置回路
図、第２図は第１図における冷媒量調節器の構造
図、第３図は同じく前記冷媒量調節器の平面図、
第４図イ乃至チは本発明冷暖房機の各例に係る冷
媒量調節器の略示構造図、第５図は本発明冷暖房
機に対し比較示した冷暖房機の装置回路図、第６
図および第７図は第５図の装置に用いる熱交換形
冷媒量調節器の各例の略示構造図である。 １…室外ユニツト、２…室内ユニツト、３…圧
縮機、４…冷媒加熱コイル、５…減圧器、６…冷
媒量調節器、６ａ…液溜め容器、６ｂ…アキユム
レータ、７…加熱装置、８…室内コイル、１７…
仕切胴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機３、凝縮器、減圧器５、加熱装置７、
   該加熱装置７と熱交換可能に設けた冷媒加熱コイ
   ルを有する室外ユニツト１、該室外ユニツト１に
   比し高所に配設した室内コイル８を有する室内ユ
   ニツト２、それ等両ユニツト１，２の冷媒回路相
   互を接続する２本の冷媒配管１１，１２からな
   り、圧縮機３を運転して室外ユニツト１と室内ユ
   ニツト２との間に冷媒を強制循環する圧縮冷凍サ
   イクルによる冷房運転と、冷媒加熱コイルと室内
   コイル８との間に加熱装置７で加熱した冷媒を自
   然循環する自然循環暖房サイクルによる暖房運転
   とを行わせる冷暖房機であつて、外気に接して配
   置する縦長形の器体を伝熱性の仕切胴１７により
   相互間での熱交換可能な内室および外室に仕切つ
   た２重筒に形成してなる冷媒量調節器６を室外ユ
   ニツト１に設けて、内室を冷房運転時に低圧ガス
   冷媒が、暖房運転時に気化冷媒が夫々流通するア
   キユムレータ６ｂに、外室を冷房運転時に低圧液
   冷媒が暖房運転時に凝縮液冷媒が夫々貯溜する液
   溜め容器６ａに形成したことを特徴とする冷暖房
   機。