JPH0792288B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷凍サイクルを有する空気調和装置の改良に
関し、特に低外気温度下でも冷房運転を良好に続行する
ための対策に関する。

（従来の技術） 一般に、この種の空気調和装置では、冷房運転時、低外
気温度下では凝縮器での冷媒冷却能力が増大して冷凍サ
イクルの高圧が低下する。このため、冷媒循環量が減少
し冷房能力不足を来したり、液管で冷媒が蒸発しフラッ
シュガスとなって減圧機構の不良動作が生じ、運転不能
になる場合がある。

そこで、従来、例えば実開昭52−152158号公報に開示さ
れるものでは、冷媒循環系統に三方弁を設け、その二ポ
ートを凝縮器の出口側配管（液管）に介設し、残る一ポ
ートを凝縮器の入口側配管（ガス管）に配置して、冷房
運転時、低外気温度下では凝縮器出口側の液管を絞り、
凝縮器内に液冷媒を溜め込んで冷媒冷却能力を低下させ
ると共に、ガス管と液管とを所定通路面積で直結しガス
冷媒を凝縮器をバイパスして液管に流すことにより、冷
凍サイクルの高圧の低下を防止して、低外気温度下でも
冷房運転を続行し得るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の技術を冷房及び暖房運転可能
なヒートポンプ式の空気調和装置に適用する場合には、
三方弁は冷房運転時での専用品となり、高価格な三方弁
の価値が半減する。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、ヒートポンプ式の空気調和装置において、既設の
機器を利用することにより、従来の如き高価格な三方弁
の設置を不要にして、低価格でもって低外気温度下でも
冷房運転を続行し得るようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するため、本発明では、ヒートポンプ
式の空気調和装置では既設の機器として、暖房過負荷時
に使用する補助凝縮器、及び圧縮機の容量制御機構とし
てのホットガスバイパス機構を備えたものがあることに
着目した。つまり、上記の補助凝縮器は、小容量のもの
が選定されて、暖房運転時の室内熱交換器（凝縮器）の
過負荷時にこれを補助すべく作動するものであって、冷
房運転時には冷媒は流通せず何ら熱交換器として機能し
ないから、低外気温度下での冷房運転時には大容量の主
凝縮器（室外熱交換器）と上記の補助凝縮器とに冷媒循
環量を適宜配分する（補助熱交換器への冷媒のバイパス
を行なう）ことにより、主，補助の凝縮器全体としての
冷媒冷却能力を低下させつつ、冷凍サイクルの高圧の低
下を抑制して、低外気温度下でも冷房運転を良好に続行
することにある。

また、冷房運転時の室外熱交換器（凝縮器）と室内熱交
換器（蒸発器）との間の液連絡配管が長い場合には、低
外気温度下では冷凍サイクルの高圧の低下に伴い液冷媒
温度の低下が大きくて外気温度以下に低下すると液連絡
配管に結露が生じるから、液連絡配管に断熱部材を施す
必要が生じる。このため、本出願の請求項（１）に係る
発明では、上記の如き補助凝縮器への冷媒のバイパスに
よっても高圧が低下し外気温度以下になる状況では、更
に圧縮機のホットガスバイパス機構を利用し、圧縮機か
らのホットガスを直接に液連絡配管に流すことにより、
液連絡配管の温度を高めて結露を防止し、その断熱化を
不要にすることをも目的とする。

つまり、本出願の請求項（１）に係る発明の具体的に構
成は、ホットガスバイパス機構（20）を有する圧縮機
（１）、四路切換弁（２）、室外熱交換器（３）、電子
膨張機構（４）、及び室内熱交換器（７）が順次閉回路
に接続され冷房及び暖房運転可能な冷媒循環系統（10）
を有するヒートポンプ形式で、且つ上記圧縮機（１）の
吐出管（9a）と暖房運転時における上記室内熱交換器
（凝縮器）（７）下流側とを、補助凝縮器（16）及び開
閉弁（17）を直列に配置した暖房過負荷用配管（15）で
接続した空気調和装置を前提とする。そして、上記冷媒
循環系統（10）の冷媒の圧力状態を検出する圧力状態検
出手段（P1）と、該圧力状態検出手段（P1）の出力を受
け、冷房運転時に冷媒の圧力が設定低外気温度時に相当
する設定値以下のとき、上記開閉弁（17）を開くと共に
上記電子膨張機構（４）の開度を減少側に制御する開度
制御手段（27）とを設ける。また、上記暖房過負荷用配
管（15）の開閉弁（17）下流側をホットガス導入管（2
5）で上記圧縮機（１）のホットガスバイパス機構（2
0）に接続してホットガスの導入可能に設ける構成とし
ている。

その場合、補助凝縮器（16）を冷房運転時に常時作動さ
せれば室外熱交換器（凝縮器）の容量を低減し得るか
ら、本出願の請求項（２）に係る発明では、補助凝縮器
を冷房運転時にも常時作動させて、室外熱交換器の小形
化を図ることを目的とする。

つまり、本出願の請求項（２）に係る発明では、特に開
度制御手段（27）により、開閉弁（17）を冷房運転時に
は常時開制御するようにしている。

（作用） 以上の構成により、本出願の請求項（１）に係る発明で
は、基本的に四路切換弁（２）の切換動作より冷媒循環
系統（10）を冷房サイクルと暖房サイクルとに適宜切換
えると共に、その暖房運転時に室内熱交換器（７）が凝
縮器として作用しその過負荷状態になると、開閉弁（1
7）が開制御され暖房過負荷用配管（15）が開いて補助
凝縮器（16）にガス冷媒が流通し凝縮して、室内熱交換
器（７）の冷媒凝縮機能が補助凝縮器（16）で補助され
る。また、室内熱交換器（７）の熱負荷に対して圧縮機
（１）の運転容量が大の場合には、ホットガスバイパス
機構（20）が作動し、圧縮機（１）から吐出された冷媒
の一部が直ちに吸入側に戻って運転容量が低減されるこ
とになる。

今、冷房運転時、外気温度が設定値未満に低下すると、
冷媒循環系統（10）の冷媒の状態（例えば凝縮圧力や蒸
発圧力）が低下し設定値未満になる。而して、この場合
には、暖房過負荷用配管（15）の開閉弁（17）が開制御
され、補助凝縮器（17）にガス冷媒が流通すると共に、
電子膨張機構（４）の開度が小値になって室外熱交換器
（凝縮器）の冷媒流通量が減少すると共に上記補助凝縮
器（17）への冷媒バイパス量が増大する。このことによ
り、補助凝縮器（17）では、その小容量故に冷媒の流通
速度が速くて冷媒は十分には冷却されず、その結果、高
圧は上昇して低下が有効に抑えられる。

また、上記の如き補助凝縮器（16）への冷媒のバイパス
によっても高圧の低下が大きい場合には、圧縮機（１）
から吐出するホットガスの一部をそのバイパス機構（2
0）から取出し、これを暖房過負荷用配管（15）の開閉
弁（17）下流側（液連絡配管）に流し得るので、その液
連絡配管を流通する冷媒の温度を高くでき、液連絡配管
での結露を有効に防止することができる。

特に、請求項（２）に係る発明では、冷房運転時には、
暖房過負荷用の開閉弁（17）が上記開制御されて、補助
凝縮器（16）にガス冷媒が常時流通して凝縮器として作
動するので、室外熱交換器（凝縮器）（３）をその分だ
け小容量のものに選定でき、室外熱交換器（３）の小形
化を図ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本出願の請求項（１）に係る発明
の空気調和装置によれば、既設の暖房過負荷用の補助凝
縮器及び圧縮機のホットガスバイパス機構を利用して、
低外気温度下での冷房運転時には、室外熱交換器（凝縮
器）に流通する冷媒の一部を上記補助熱交換器にバイパ
スして凝縮器全体の冷媒冷却機能を低下させて冷媒の高
圧の低下を抑制すると共に、ホットガスを液連絡配管に
流して冷媒の温度を高めたので、低外気温度下での冷房
運転を既設の機器を利用した低価格な構成でもって良好
に続行し得ると共に、液連絡配管での結露を防止でき、
その断熱部材の付設を不要にできる。

特に、請求項（２）に係る発明では、暖房過負荷用の補
助凝縮器を冷房運転時にも利用するので、冷房運転時で
の室外熱交換器（凝縮器）の容量をその分小さく設定で
き、室外熱交換器の小形化を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する 第１図は冷房及び暖房運転可能なヒートポンプ式空気調
和装置の全体概略構成を示す。同図において、（Ａ）は
室外機、（Ｂ）は室内機である。室外機（Ａ）は圧縮機
（１）と、四路切換弁（２）と、室外熱交換器（３）
と、暖房運転時での減圧及び流量制御用の電動膨張弁
（電子膨張機構）（４）と、レシーバ（５）と、アキュ
ムレータ（６）とが備えられている。一方、室内機
（Ｂ）は、その内部に室内熱交換器（７）と、冷房運転
時での減圧及び流量制御用の自動膨張弁（８）とを備え
る。

そして、上記室内機（Ｂ）の機器は室外機（Ａ）の機器
に対して冷媒配管（９）で閉回路に接続されて冷媒循環
系統（10）が形成されている。該冷媒循環系統（10）
は、四路切換弁（２）の図中実線位置の切換時には冷房
サイクルとなり、冷媒を図中実線矢印の如く循環させ
て、室外熱交換器（３）を凝縮器として作用させると共
に室内熱交換器（７）を蒸発器として作用させて室内を
冷房する。また、四路切換弁（２）の破線位置への切換
時には、暖房サイクルとなり、冷媒を図中破線矢印の如
く循環させて、室内熱交換器（７）を凝縮器として、室
外熱交換器（３）を蒸発器として各々作用させて室内を
暖房するように構成されている。

而して、室外機（Ａ）において、圧縮機（１）と四路切
換弁（２）との間の吐出管（9a）は、暖房過負荷用配管
（15）の一端が連通接続され、その他端はレシーバ
（５）と暖房運転用の電子膨張弁（４）との間、つまり
暖房運転時での室内熱交換器（凝縮器）（７）下流側に
連通接続されている。該暖房過負荷用配管（15）の途中
には、補助凝縮器（16）及び電磁開閉弁（開閉弁）（1
7）とが直列に介設されている。

また、上記圧縮機（１）は、その容量制御機構としてホ
ットガスバイパス機構（20）を備える。該ホットガスバ
イパス機構（20）は、圧縮機（１）の吐出管（9a）と、
吸入管（9b）のアキュムレータ（６）上流側とを連通す
るバイパス配管（22）と、該バイパス配管（22）に介設
された減圧機構（23）及びバイパス用開閉弁（24）とを
備え、該バイパス用開閉弁（24）は圧縮機（１）の運転
容量が室内熱交換器（７）の負荷より大のとき開制御さ
れる。

また、上記ホットガスバイパス機構（20）の減圧機構
（23）と開閉弁（24）との間と、冷媒循環系統（10）の
電子膨張弁（４）とレシーバ（５）との間（つまり暖房
過負荷用配管（15）の電磁開閉弁（17）下流側）とは、
ホットカス導入管（25）で連通接続されている。

加えて、（26）は内部にCPU等を備えたコントローラで
あって、該コントローラ（26）により、上記電子膨張弁
（４）が開度制御されると共に、バイパス用開閉弁（2
4）と電磁開閉弁（17）とが開閉制御される。

さらに、室内熱交換器（７）と四路切換弁（２）との間
の冷媒配管（ガス管）（９）には、冷房運転時に室内熱
交換器（蒸発器）（７）の蒸発圧力（冷媒循環系統（1
0）の冷媒の圧力状態）を検出する圧力センサ（圧力状
態検出手段）（P1）が配置されている。また、室外機
（Ａ）内には、外気温度を検出する外気温度センサ（P
2）が配置され、該各センサ（P1），（P2）の各検出信
号は上記コントローラ（26）に入力されていて、電子膨
張弁（４）の開度制御に供される。

上記コントローラ（26）は、冷房運転時には四路切換弁
（２）を実線位置に切換えると共に、この冷房運転時で
の電子膨張弁（４）の開度制御につき、先ず圧力センサ
（P1）で検出した蒸発圧力に基づき蒸発圧力相当飽和温
度Teを第２図（ロ）に示す如く換算算出し、この飽和温
度Teを外気温度センサ（P2）で検出した外気温度Tair
（同図（イ）参照）に加算し、この温度値（Te＋Tair）
をパラメータとして設定低外気温度時に相当する設定値
Toと比較し、Te＋Tair＞Toのとき電子膨張弁（４）の開
度を全開にし、Te＋Tair≦Toのとき電子膨張弁（４）の
開度を1/4開度値に小さく制御する（同図（ハ），
（ニ）参照）。

また、コントローラ（26）は、冷房運転時には電磁開閉
弁（17）を第２図（ホ）に示す如く開制御する。更に、
パラメータ温度値（Te＋Tair）がTe＋Tair＝０になれば
バイパス用開閉弁（24）を強制的に開制御する機能を有
する。

よって、上記コントローラ（26）により、圧力センサ
（P1）の出力を受け、暖房過負荷用配管（15）の電磁開
閉弁（17）を開くと共に、外気温度Tairを加味した冷媒
の蒸発圧力Teが設定低外気温度時に相当する設定値To以
下のとき、電子膨張弁（４）の開度を全開から1/4開度
値に減少側に制御するようにした開度制御手段（27）を
構成している。また、バイパス用開閉弁（24）の開時に
は、圧縮機（１）の吸入側にバイパスするホットガスの
一部をホットガス導入管（25）を介して暖房過負荷用配
管（15）の電磁開閉弁（17）下流側にホットガスを導入
するように構成している。

したがって、上記実施例においては、暖房運転時、室内
熱交換器（凝縮器）（７）が過負荷になると、電磁開閉
弁（17）が開制御されて暖房過負荷用配管（15）が開
き、圧縮機（１）からのガス冷媒が暖房過負荷用の補助
凝縮器（16）に流通して凝縮するので、室内熱交換器
（凝縮器）（７）の冷媒冷却作用が補助されて、室内熱
交換器（凝縮器）（７）の過負荷状態が抑制，解消され
る。

また、冷房運転時には、暖房過負荷用の電磁開閉弁（1
7）の開制御により補助凝縮器（16）に圧縮機（１）か
らのガス冷媒が流通し、室外熱交換器（凝縮器）（３）
と共に冷媒冷却作用を発揮して、室内の冷房に供され
る。この場合に、外気温度Tairが大きく低下すると、室
外熱交換器（凝縮器）（３）での冷媒冷却性能が増大し
て冷媒循環系統（10）の高圧及び低圧（蒸発圧力）も低
下し、冷房運転の続行が困難になる状況である。しか
し、第２図に示す如く蒸発圧力相当飽和温度Teが低下す
るのに伴いパラメータ（Te＋Tair）が設定値To以下にな
った時点で、電子膨張弁（４）の開度が1/4開度値に減
少制御されるので、該室外熱交換器（３）に流れる冷媒
量は減少し、その分だけガス冷媒は補助凝縮器（16）に
流通する。その際、補助凝縮器（16）は小容量（つまり
小通路面積）であって、冷媒の流通速度は速くなるの
で、外気への熱放熱量が減少して冷媒冷却性能が低下
し、その結果、冷媒循環系統（10）の高圧（凝縮圧力）
及び低圧（蒸発圧力）が上昇して、これらの低下が抑制
ないし防止される。

その場合、電子膨張弁（４）の開度の減少制御によって
も高圧及び低圧が上昇せず、低下し続ける場合には、第
２図に示す如く蒸発圧力相当飽和温度TeがTe＝０となれ
ば、液連絡配管（９）に結露が生じる場合があるが、こ
の場合には、同図（ヘ）に示す如くホットガスバイパス
機構（20）のバイパス用開閉弁（24）が開制御されて、
ホットガスの一部がそのガス導入管（25）を経てレシー
バ（５）上流側の液連絡配管（９）に流れるので、ここ
に流れる冷媒の圧力及び温度が上昇し、蒸発圧力相当飽
和温度Teも上昇して、低外気温度下でも冷房運転を良好
に続行することができると共に、ホットガスの流通によ
り液連絡配管（９）に流れる冷媒の温度が高くなるの
で、液連絡配管（９）での結露が防止され、液連絡配管
（９）に付設する断熱部材が不要となる。

ここに、低外気温度下での冷房運転の続行につき、既設
の補助凝縮器（16）及びホットガスバイパス機構（20）
を利用しているので、従来の如く高価格な三方弁を必要
とせず、その分、低価格で冷房運転を続行し得る。しか
も、暖房過負荷用の補助凝縮器（16）を冷房運転時にも
使用するので、冷房運転時での室外熱交換器（凝縮器）
の容量をその分だけ低減でき、室外熱交換器の小形化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体概略構成
図、第２図は作動説明図である。 （１）……圧縮機、（２）……四路切換弁、（３）……
室外熱交換器、（４）……電子膨張弁（電子膨張機
構）、（７）……室内熱交換器、（9a）……吐出管、
（10）……冷媒循環系統、（P1）……圧力センサ（圧力
状態検出手段）、（15）……暖房過負荷用配管、（16）
……補助凝縮器、（17）……電磁開閉弁（開閉弁）、
（20）……ホットガスバイパス機構、（25）……ホット
ガス導入管、（26）……コントローラ、（27）……開度
制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−181044（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97853（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−205365（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭47−35250（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホットガスバイパス機構（20）を有する圧
   縮機（１）、四路切換弁（２）、室外熱交換器（３）、
   電子膨張機構（４）、及び室内熱交換器（７）が順次閉
   回路に接続され冷房及び暖房運転可能な冷媒循環系統
   （10）を有すると共に、上記圧縮機（１）の吐出管（9
   a）と暖房運転時における上記室内熱交換器（７）下流
   側とは、補助凝縮器（16）及び開閉弁（17）を直列に配
   置した暖房過負荷用配管（15）で接続されるヒートポン
   プ式の空気調和装置であって、上記冷媒循環系統（10）
   の冷媒の圧力状態を検出する圧力状態検出手段（P1）
   と、該圧力状態検出手段（P1）の出力を受け、冷房運転
   時に冷媒の圧力が設定低外気温度時に相当する設定値以
   下のとき上記開閉弁（17）を開くと共に、上記電子膨張
   機構（４）の開度を減少側に制御する開度制御手段（2
   7）とを備えるとともに、上記暖房過負荷用配管（15）
   の開閉弁（17）下流側はホットガス導入管（25）で上記
   圧縮機（１）のホットガスバイパス機構（20）に接続さ
   れてホットガスの導入可能に設けられていることを特徴
   とする空気調和装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の空気調和装置におい
   て、開度制御手段（27）は、開閉弁（17）を冷房運転時
   には常時開制御するものであることを特徴とする空気調
   和装置。