JP2003240364A - 冷凍サイクル装置及びヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アキュームレータ１０を大型化することな
く、均圧後の圧縮機２起動時に液圧縮を防止できる冷凍
サイクル装置及びヒートポンプ式空調装置を提供する。 【解決手段】 第１熱交換器４、８と減圧手段５、７と
の間に冷媒の気液分離手段６と、その気液分離手段６に
て分離されたガス冷媒を減圧手段５、７出口側から圧縮
機２の吸入側までの低圧部分に流通させる均圧回路２０
と、その均圧回路２０を開閉する開閉手段２）とを設
け、圧縮機２の運転を停止した場合、開閉手段２１を開
いて冷凍サイクル装置内を均圧させる。これは、高圧側
に冷媒の気液分離部分を設け、そこで分離された高圧ガ
ス冷媒だけを低圧側に抜けば、低圧側の液冷媒量を増や
すことなく均圧が行えることとなる。これにより、アキ
ュームレータ１０を大型化することなく、均圧後の圧縮
機起動時の液圧縮を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気、水等の流体
の冷却や加熱を行なう冷凍サイクル装置及びヒートポン
プ式空調装置に関し、特に装置を停止させた時の装置内
の均圧に関するものであり、空気を冷却・加熱して居室
内の冷暖房を行うヒートポンプ式空調装置等に適用して
好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、冷凍サイクルの運転を停止さ
せた場合、高圧配管と低圧配管とを短絡させて装置内の
圧力差を解除する均圧回路が設けられている冷凍サイク
ル装置がある。図２は、そのような冷凍サイクル装置の
一実施形態として、従来のヒートポンプ式空調装置の構
成を模式図で示す。

【０００３】２は冷媒を圧縮して吐出する圧縮機であ
り、圧縮された冷媒は四方弁３で冷房時と暖房時とで熱
交換器への冷媒流通方向が換えられる。４は室内熱交換
器、５は冷房時の膨張弁、６は冷媒を気液分離して蓄え
るレシーバ、７は暖房時の膨張弁、８は室外熱交換器、
１０は冷媒を気液分離して蓄えるアキュームレータであ
り、ここからガス冷媒が圧縮機２に吸入されて循環が成
される。

【０００４】因みに、１は駆動するためのエンジンで、
その他説明を省いた符号は後述する実施形態に付した号
と対応するものである。そして、２１が高圧配管と低圧
配管とを短絡させる均圧回路であり、２１はその均圧回
路２０を開閉する開閉弁であり、冷凍サイクルの運転を
停止させた時にこの開閉弁２１を開いて均圧を行うもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この均圧を行
った際に高圧側の配管内等の液冷媒が低圧側に流れ込む
ため、アキュームレータでの液冷媒容量を越えると液冷
媒がオーバーフローして圧縮機の吸入側に入り込み、次
に冷凍サイクルを起動する際に圧縮機が液冷媒を吸入し
て液圧縮となり故障を引き起こすという問題がある。

【０００６】特に室内熱交換器と室外熱交換器とが離れ
て設置されるような場合には封入する冷媒量が多くな
り、その冷媒量に対して余裕のあるアキュームレータを
設定することで対応は可能であるが、装置の大型化・コ
ストアップ等の問題が生じてしまう。

【０００７】本発明は、上記従来の問題に鑑みて成され
たものであり、その目的は、アキュームレータを大型化
することなく、均圧後の圧縮機起動時に液圧縮を防止で
きる冷凍サイクル装置及びヒートポンプ式空調装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では以下の技術的手段を採用する。請求項１
に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機
（２）と、冷媒を凝縮させる第１熱交換器（４、８）
と、冷媒を減圧する減圧手段（５、７）と、冷媒を蒸発
させる第２熱交換器（４、８）と、冷媒を気液分離して
蓄えるアキュームレータ（１０）とを環状に接続して形
成された冷凍サイクル装置において、第１熱交換器
（４、８）と減圧手段（５、７）との間に冷媒の気液分
離手段（６）と、その気液分離手段（６）にて分離され
たガス冷媒を減圧手段（５、７）出口側から圧縮機
（２）の吸入側までの低圧部分に流通させる均圧回路
（２０）と、その均圧回路（２０）内に回路を開閉する
開閉手段（２１）とを設け、圧縮機（２）の運転を停止
した場合、開閉手段（２１）を開いて冷凍サイクル装置
内を均圧させることを特徴とする。

【０００９】これは、高圧側に冷媒の気液分離部分を設
け、そこで分離された高圧ガス冷媒だけを低圧側に抜け
ば、低圧側の液冷媒量を増やすことなく均圧が行えるこ
ととなる。これにより、アキュームレータを大型化する
ことなく、均圧後の圧縮機起動時の液圧縮を防止するこ
とができる。

【００１０】請求項２に記載の発明では、気液分離手段
（６）にレシーバを用いたことを特徴とする。本発明は
そもそも、レシーバで冷媒が気液分離されるうえ液冷媒
溜めとして利用できる点に着目したものであり、レシー
バ上部の高圧ガス冷媒を低圧側に抜くことで冷凍サイク
ル装置内の均圧を行うことができる。その時、高圧側の
液冷媒はレシーバに流れ込むが、気液分離されて液冷媒
はレシーバ内に溜められるため、均圧によって低圧側の
液冷媒量を増やすようなことがない。

【００１１】これにより、従来と同様の冷凍サイクル構
成機器を用いて均圧回路（２０）の高圧側の取り出し部
をレシーバ上部とするだけで、アキュームレータを大型
化することなく、均圧後の圧縮機起動時の液圧縮を防止
することができる。

【００１２】請求項３に記載の発明では、請求項１また
は請求項２に記載の冷凍サイクル装置をヒートポンプ式
空調装置に用い、第１、第２熱交換器（４、８）を室内
熱交換器（４）及び室外熱交換器（８）としたことを特
徴とする。これにより、アキュームレータを大型化する
ことなく、均圧後の圧縮機起動時にも液圧縮を起こすこ
とのない空調装置とすることができる。

【００１３】尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、
後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態におけ
るヒートポンプ式空調装置１００の構成を示す模式図で
ある。本実施形態は、水冷式のエンジン（例えばディー
ゼルエンジン）１によって駆動されるもので、このヒー
トポンプ式空調装置１００は定置型或いは車両搭載型の
空調装置として用いられ、屋内や車室内を冷暖房するこ
とができるが、本実施形態では定置型に適用したものと
して述べる。

【００１５】ヒートポンプ式空調装置１００は、各冷凍
サイクル機器間を冷媒配管で接続して構成され、屋内暖
房時には、圧縮機２→四方弁３→室内熱交換器４→室内
機電動弁５→レシーバ６（気液分離手段）→室外機電動
弁７→室外熱交換器８→四方弁３→冷媒加熱器９→アキ
ュームレータ１０→圧縮機２の順に冷媒を流通（実線矢
印）させて暖房している。

【００１６】また、屋内冷房時には、圧縮機２→四方弁
３→室外熱交換器８→室外機電動弁７→レシーバ６→室
内機電動弁５→室内熱交換器４→四方弁３→冷媒加熱器
９→アキュームレータ１０→圧縮機２の順に冷媒を流通
（破線矢印）させて冷房している。

【００１７】室内熱交換器４は、暖房時には凝縮器であ
る第１熱交換器として機能し、冷房時には蒸発器である
第２熱交換器として機能する。また、室外熱交換器８
は、暖房時には蒸発器である第２熱交換器として機能
し、冷房時には凝縮器である第１熱交換器として機能す
る。そして、暖房時には、室外機電動弁７が冷媒を減圧
する減圧手段である膨張弁として機能し、冷房時には、
室内機電動弁５が減圧手段である膨張弁として機能す
る。

【００１８】エンジン１は、クランクプーリ１ａに巻き
付けられたＶベルト１ｂにより圧縮機２に設けられたプ
ーリ２ａに駆動力を伝達するようになっている。そし
て、プーリ２ａと圧縮機２との間には、プーリ２ａに伝
達された駆動力を圧縮機２に伝達または遮断する駆動力
断続手段として電磁クラッチ（図示せず）が設けられて
いる。

【００１９】また、圧縮機２の吐出側（四方弁３側）に
接続された冷媒配管には、圧縮機２が吐出した冷媒から
オイルを分離する周知のオイルセパレータ（図示せず）
が設けられており、オイルセパレータで分離されたオイ
ルはオイルリターンチューブ（図示せず）を介して、圧
縮機２の吸入側（アキュームレータ１０側）に接続され
た冷媒配管の経路中に圧縮機２前後の差圧により戻され
るようになっている。

【００２０】１１０は冷却水回路であり、エンジン１の
本体内に形成されエンジン１を冷却するための図示しな
い冷却水通路と、この冷却水通路出口から冷媒加熱部で
ある冷媒加熱器９、冷却水切替弁１１３、冷却水ポンプ
１１４を順次流れ、上記冷却水通路入口に戻る第１冷却
水回路１１１と、上記冷却水通路出口からラジエータ１
１５、冷却水切替弁１１３、冷却水ポンプ１１４を順次
流れ、上記冷却水通路入口に戻る第２冷却水回路１１２
とから構成されている。

【００２１】ここで、冷却水ポンプ１１４は電動ポンプ
であり、冷却水切替弁１１３は第１冷却水回路１１１と
第２冷却水回路１１２とを切り替える電磁切替弁であ
る。また、ラジエータ１１５は冷却水と外気とを熱交換
する周知の熱交換器であり、冷媒加熱器９は、例えば金
属等からなる２重管式の熱交換器であり冷却水と冷媒と
が熱交換可能になっている。また、上記冷却水通路の出
入口と各部材９、１１３〜１１５は例えばゴムホース等
によって連結されている。

【００２２】上記構成を有するヒートポンプ式空調装置
１００において、各構成要素のうち室内熱交換器４及び
室内機電動弁５は、室内機２００を構成して室内の適所
に設置され、その他のものは、室外機３００を構成して
室外の適所に設置されている。

【００２３】そして、ヒートポンプ式空調装置１００
は、電子回路等からなる制御手段として制御装置（図示
せず）を有し、この制御装置は、図示しない室内に設け
られたコントローラ、図示しない外気温センサ・冷媒温
度センサ・水温センサ等からの情報を入力し、室内機２
００及び室外機３００を作動制御するようになってい
る。

【００２４】次に、本実施形態の要部の構成を説明す
る。室内熱交換器４及び室外熱交換器８と室内機電動弁
５及び室外機電動弁７との間に冷媒の気液分離手段とし
てレシーバ６を設けている。そして、そのレシーバ６内
で分離されて上部に溜まるガス冷媒を、冷房時の室内機
電動弁５の出口側及び暖房時の室外機電動弁７の出口側
から圧縮機２の吸入側までの低圧部分に流通させる均圧
回路２０としての冷媒配管部分を設けている。

【００２５】実際にはレシーバ６の上面部と、冷房時も
暖房時も冷媒の流れ方向が同じとなる四方弁３の下流か
ら液冷媒を溜められるようアキュームレータ１０の上流
までの間とを冷媒配管でつないでいる。また、その均圧
回路２０内に回路の開閉手段としての均圧用電磁弁２１
を設けている。

【００２６】次に、本実施形態の作動を上記構成に基づ
いて説明する。制御装置は、ヒートポンプ式空調装置１
００に電力供給されている時には、図示しないコントロ
ーラからの情報に基づいて、暖房運転時の制御処理、又
は冷房運転時の制御処理のいずれかを実行する。

【００２７】まず、暖房運転時の作動について説明す
る。例えば外気温が低い時、図示しないコントローラの
暖房スイッチがＯＮされ、ＯＮ信号が制御装置に入力さ
れると、制御装置は暖房運転時の制御処理を実行する。
制御装置は四方弁３を暖房側（実線）に切り替えるとと
もに、エンジン１を起動し圧縮機２を駆動する。また、
室内機電動弁５を全開にすると共に、室外機電動弁７を
膨張弁として機能する開度に調節する。

【００２８】圧縮機２を出た高温のガス冷媒は、四方弁
３を通り、室内熱交換器４で凝縮することで暖房を行な
った後、レシーバ６で気液分離され、液冷媒が室外機電
動弁７で減圧され、室外熱交換器８で蒸発し、四方弁３
を再び通り、続いて冷媒加熱器９で、エンジン排熱を回
収した冷却水との熱交換により加熱された後、アキュー
ムレータ１０にて気液分離され、ガス冷媒が圧縮機２に
戻る。

【００２９】エンジン１の起動に合わせて、冷却水ポン
プ１１４も起動され、冷却水切替弁１１３は冷却水が第
１冷却水回路１１１に流れる方向に切り替えられる。冷
却水ポンプ１１４によって圧送された冷却水は、エンジ
ン１内の冷却水通路を流れ、エンジン排熱を吸熱した
後、冷媒加熱器９に入り、ここで、室外熱交換器８で蒸
発した冷媒と熱交換して冷媒を加熱する。その後、冷却
水切替弁１１３から冷却水ポンプ１１４に戻り、再びエ
ンジン１内の冷却水通路に送られる。

【００３０】このように冷却水が循環するため、エンジ
ン１の排熱は冷却水に回収され、冷媒加熱器９にて冷媒
の加熱に利用されて、ヒートポンプ式空調装置１００の
暖房熱源の一部となる。

【００３１】次に、冷房運転時の作動について説明す
る。例えば外気温が高い時、図示しないコントローラの
冷房スイッチがＯＮされ、ＯＮ信号が制御装置に入力さ
れると、制御装置は冷房運転時の制御処理を実行する。
制御装置は四方弁３を冷房側（破線）に切り替えると共
に、エンジン１を起動し圧縮機２を駆動する。また、室
外機電動弁７を全開にすると共に、室内機電動弁５を膨
張弁として機能する開度に調節する。

【００３２】圧縮機２を出た高温のガス冷媒は、四方弁
３を通り、室外熱交換器８で凝縮し、レシーバ６で気液
分離され、液冷媒は室内機電動弁５で減圧され、室外熱
交換器８で蒸発することで冷房を行なった後、四方弁３
を再び通り、続いて冷媒加熱器９からアキュームレータ
１０に送られ、アキュームレータ１０にて気液分離さ
れ、ガス冷媒が圧縮機２に戻る。

【００３３】エンジン１の起動に合わせて、冷却水ポン
プ１１４も起動され、冷却水切替弁１１３は冷却水が第
２冷却水回路１１２に流れる方向に切り替えられる。冷
却水ポンプ１１４によって圧送された冷却水は、エンジ
ン１内の冷却水通路を流れ、エンジン排熱を吸熱した
後、ラジエータ１１５に入る。その後、冷却水切替弁１
１３から冷却水ポンプ１１４に戻り、再びエンジン１内
の冷却水通路に送られる。

【００３４】このように冷却水が循環するため、エンジ
ン１の排熱は冷却水に回収され、ラジエータ１１５にて
外気と熱交換して放熱される。そして、上記の構成と作
動により、エンジン１を停止させたり、電磁クラッチで
駆動力を切るなりして、圧縮機２を停止させ、冷凍サイ
クル内の冷媒循環を停止した場合には均圧用電磁弁２１
を開いて冷凍サイクル装置内を均圧させるものである。

【００３５】このように、高圧側に冷媒の気液分離手段
６を設け、そこで分離された高圧ガス冷媒だけを低圧側
に抜くことで、低圧側の液冷媒量を増やすことなく均圧
を行なっている。これにより、アキュームレータ１０を
大型化することなく、均圧後の圧縮機２起動時の液圧縮
を防止することができる。

【００３６】また、その気液分離手段６にレシーバを用
いている。これにより、従来と同様の冷凍サイクル構成
機器を用いて均圧回路２０の高圧側の取り出し部をレシ
ーバ上部とするだけで、アキュームレータを大型化する
ことなく、均圧後の圧縮機起動時の液圧縮を防止するこ
とができる。

【００３７】また、このような均圧回路２０を第１、第
２熱交換器を室内熱交換器４及び室外熱交換器８とした
ヒートポンプ式空調装置に用いている。これにより、ア
キュームレータ１０を大型化することなく、均圧後の圧
縮機２起動時にも液圧縮を起こすことのない空調装置と
することができる。

【００３８】（その他の実施形態）上記実施形態では、
気液分離手段６にレシーバを用いているが、本発明はこ
れに限らず、均圧回路２０専用の気液分離装置装置とし
て設けても良い。また、エンジン駆動のヒートポンプ式
空調装置であったが、ヒートポンプ式空調装置以外の冷
媒圧縮式冷凍サイクルに適用してもよい。また、圧縮機
２は電動圧縮機等のエンジン駆動以外のものであっても
良いし、水や不凍液等のブライン（熱交換媒体）を加熱
する給湯装置等に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるヒートポンプ式空
調装置の構成を示す模式図である。

【図２】従来の一実施形態におけるヒートポンプ式空調
装置の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

２ 圧縮機 ４ 室内熱交換器（暖房時の第１熱交換器、冷房時の第
２熱交換器） ５ 室内機電動弁（冷房時の減圧手段） ６ レシーバ（気液分離手段） ７ 室外機電動弁（暖房時の減圧手段） ８ 室外熱交換器（冷房時の第１熱交換器、暖房時の第
２熱交換器） １０ アキュームレータ ３０ 均圧回路 ３１ 均圧用電磁弁（開閉手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２）
   と、 前記冷媒を凝縮させる第１熱交換器（４、８）と、 前記冷媒を減圧する減圧手段（５、７）と、 前記冷媒を蒸発させる第２熱交換器（４、８）と、 前記冷媒を気液分離して蓄えるアキュームレータ（１
   ０）とを環状に接続して形成された冷凍サイクル装置に
   おいて、 前記第１熱交換器（４、８）と前記減圧手段（５、７）
   との間に冷媒の気液分離手段（６）と、 その気液分離手段（６）にて分離されたガス冷媒を前記
   減圧手段（５、７）出口側から前記圧縮機（２）の吸入
   側までの低圧部分に流通させる均圧回路（２０）と、 その均圧回路（２０）内に回路を開閉する開閉手段（２
   １）とを設け、 前記圧縮機（２）の運転を停止した場合、前記開閉手段
   （２１）を開いて前記冷凍サイクル装置内を均圧させる
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記気液分離手段（６）にレシーバを用
   いたことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の冷凍サ
   イクル装置を備え、前記第１、第２熱交換器（４、８）
   とは室内熱交換器（４）及び室外熱交換器（８）である
   ことを特徴とするヒートポンプ式空調装置。