JPH0245101B2 - Reidanbosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は補助熱源により高圧液冷媒を加熱する
冷媒加熱器を有し、その熱エネルギを暖房時の低
圧蒸発器で得られた主熱源からの暖房出力に加え
る事でヒートポンプ暖房能力の増加をはかる冷暖
房装置において、冷媒加熱器内を流れる冷媒の流
量制御手段に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、空気熱源ヒートポンプ式の冷暖房装置で
は低外気温時の暖房能力不足や暖房運転開始時の
暖房効果の立ち上り特性の改善を図るため、例え
ば第２図で示されるような冷媒加熱器を有した冷
暖房装置が提案されている。第３図はその動作を
表わしたモリエル線図である。

第２図において、１は屋外ユニツト部分、２お
よび２′は屋内ユニツト部分で、これらのユニツ
トはそれぞれ２本の冷媒配管３，４および３′，
４′により接続されている。屋外ユニツト部分１
において、５は圧縮機、６は四方弁、７は屋外熱
交換器、８は絞り装置である。９は暖房時に高圧
冷媒液の回路となる配管４および４′から絞り装
置８への系路に設けられた受液器であり、受液器
９からは冷媒ポンプ１０、冷媒加熱器１１および
逆止弁１２を直列に介して圧縮機５の吐出冷媒ガ
ス配管１３と接続される冷媒回路１４が設けられ
ている。１５および１６は屋内ユニツト２を使用
する時に開動作する電磁弁、１５′および１６′は
屋内ユニツト２′を使用する時に開動作する電磁
弁である。電磁弁１５，１５′は分岐回路１７を
介して四方弁６と、電磁弁１６，１６′を分岐回
路１８を介して受液器９とそれぞれ接続されてい
る。

冷媒加熱器１１に設けられる補助熱源としては
何でもよいが第２図の従来例では２個の電気ヒー
タ１９および１９′を用いた例を示している。各
電気ヒータは電源２０に対して並列に接続され、
それぞれスイツチ２１および２１′を有している。
各スイツチは屋内ユニツト２を暖房運転している
時にスイツチ２１がONし、屋内ユニツト２′を
暖房運転している時にスイツチ２１′がONとな
るよう構成されている。

以上の従来の構成において、暖房２室運転時の
動作を第３図に併用して説明する。屋内熱交換器
２２および２２′で凝縮した高圧冷媒液は受液器
９へ流入し（第３図ｄ点）、二方向に分岐される。
一方は絞り装置８で減圧され屋外熱交換器７へ流
入し（第３図ｅ点）、外気より吸熱気化し圧縮機
５に吸入後（第３図ａ点）圧縮され、高圧冷媒ガ
スとして吐出される。他方は、冷媒ポンプ１０に
より冷媒加熱器１１に流入し（第３図ｆ点）、電
気ヒータ１９および１９′により加熱気化された
後、逆止弁１２を経て、圧縮機５から出た吐出冷
媒ガスと混合し（第３図ｃ点）四方弁６を経て再
び屋内熱交換器２２および２２′で凝縮液化され
る。

以上の説明でわかるように、 G_M；圧縮機５の冷媒流量 G_P；冷媒ポンプ１０の冷媒流量 G_C；屋内熱交換器２２および２２′を流れる合計
の冷媒流量 Q_H；暖房能力 とすれば G_C＝G_M＋G_C となり、Q_Hは Q_H＝G_C（i_c−i_d）＝G_M（i_c−i_d） ＋G_P（i_c−i_d） すなわち、冷媒加熱器１１の加熱能力Q_RH Q_RH＝G_P（i_c−i_d） ぶんだけ暖房能力が増加する事になり、低外気
温時の暖房能力不足や暖房運転開始時の暖房効果
の立ち上り特性の改善を図る手段として用いられ
ていた。しかしこのような従来の冷暖房装置で暖
房１室運転を行なうため冷媒加熱器１１の電気ヒ
ータ１９又は１９′のいずれかをOFFして加熱量
Q_RHを半減させようとした場合には次のような欠
点があつた。

冷媒ポンプ１０の冷媒流量G_Pは所要の最大能
力、すなわち暖房２室運転時の冷媒加熱能力Q_RH
に合わせて設計されており、電気ヒータ１９，１
９′が共にONになつた時に冷媒加熱器１１を出
た冷媒の状態が適性な過熱ガス域となるように設
計される。その理由は、圧縮機５から出た吐出ガ
スと合流して４第２図ｃ点）、四方弁６、冷媒配
管３を経て屋内熱交換器２２および２２′の入口
に至る経路中の冷媒ガス状態を過熱ガス状態に保
つためである。もし冷媒加熱器１１の出口の出口
冷媒状態が飽和状態に近いと、圧縮機５との合流
点（第３図ｃ点）は飽和ガス領域に近づく事にな
り、屋内熱交換器２２および２２′の入口に至る
前に、経路中での放熱により飽和域に達してしま
い、本来は暖房能力に100％利用すべき凝縮潜熱
の一部が失われてしまい、暖房効率の低下を招く
事になる。

しかしながら、暖房１室運転時は電気ヒータ１
９，１９′の一方をOFFにする事は、屋内熱交換
器の台数減少による冷媒回路の高圧異常上昇を防
ぐ点からは必要不可欠である。したがつて冷媒加
熱能力Q_RHを半減させた場合は、冷媒ポンプ１０
の冷媒流量G_Pが暖房２室時と同一であれば冷媒
加熱器１１の出口冷媒状態は飽和域に入つてしま
い（第３図ｇ点）、前述の暖房効率の低下を招く
という欠点を生じてくる。これを防止するために
冷媒ポンプ１０の流量G_Pを加熱量Q_RHの変化に合
わせて変化させ、冷媒加熱器１１の出口冷媒状態
を一定の過熱ガス状態に保つ必要があつた。この
ため冷媒ポンプ１０の流量可変手段を設ける必要
がある。具体的には冷媒ポンプ１０の回転数を変
化させる方法や冷媒ポンプ１０の出口または入口
側に流量調整弁を設ける方法があつたが、前者は
電気的な制御回路が必要であり、後者は弁を駆動
する可動部分が必要であるなど、共にコストアツ
プや複雑化の要因となつていた。

発明の目的 本発明は、冷媒加熱器出口と圧縮機吐出ガス配
管との間に冷媒気液分離器を設け、その気液分離
器の液溜り部と冷媒ポンプ吸い込み側とを絞り抵
抗を介して連絡するバイパス回路を設けるという
安価な簡単な構成で冷媒ポンプの流量制御を行な
い、冷媒加熱器の加熱量が暖房２室時から暖房１
室時へと大きく変化しても、冷媒加熱器出口の冷
媒状態を最低限、飽和ガス状態に保つ冷媒流量制
御手段を提供する事を目的とするものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、高圧冷媒
凝縮熱交換器と、低圧蒸発熱交換器および圧縮機
により構成されるヒートポンプ暖房サイクルに、
前記高圧冷媒凝縮熱交換器を出た高圧液冷媒を冷
媒ポンプ、冷媒加熱器および冷媒気液分離器を介
して圧縮機吐出冷媒回路へ導く冷媒回路を設け、
さらに前記冷媒気液分離器の液溜り部分と前記冷
媒ポンプ吸い込み側とを絞り抵抗を介して連絡す
るバイパス回路を設けたものである。

この構成により、冷媒加熱器の加熱量が変化し
ても冷媒加熱器出口の冷媒状態を最低限の飽和ガ
ス状態に保つことができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について添付図面の第
１図を参考に説明する。

同図において、第２図の従来例と同一部品は同
一番号にて示してある。従来例と異なる構成部分
は、冷媒加熱器１１の出口側と逆止弁１２との間
に冷媒気液分離器２３を設け、前記冷媒気液分離
器２３の液溜り部２４と冷媒ポンプ１０の吸込み
側とを絞り抵抗２５を介して連絡するバイパス回
路２６を設けている点である。前記絞り抵抗２５
は毛細管で構成されているが、所要の流通抵抗が
得られるものであれば、どのような構成でもよ
い。

次に本発明の動作を説明する。

暖房２室運転時、冷媒加熱器１１の加熱能力
Q_RHは電気ヒータ１９，１９′が共にONされて供
給されており、冷媒加熱器１１の出口冷媒状態も
適性な過熱ガス状態を維持しているとする。した
がつて冷媒気液分離器２３内には液冷媒は存在し
ない。この時、冷媒ポンプ１０の吸込み側には絞
り抵抗２５を通つて冷媒気液分離器２３内の冷媒
ガスの一部が流入している（破線矢印）。したが
つて冷媒ポンプ１０には受液器９から来た高圧の
液冷媒だけでなくバイパス回路１７を通つて来た
ガス冷媒が気泡の状態で混入する。しかし、絞り
抵抗２５の入口がガス冷媒であるため、そのバイ
パス流路抵抗が大であり、バイパス流量は少なく
する事ができ、冷媒気液分離器２３から圧縮器へ
向かう冷媒流量は十分に確保する事ができる。

次に暖房１室運転時の動作について説明する。
暖房１室時一方の屋内ユニツト、例えば２′は停
止されるから、冷媒加熱器１１内の電気ヒータ１
９′もOFFとなり冷媒加熱能力Q_RHは減少する。
この時、冷媒ポンプ１０の流量はポンプ回転数が
一定回転であるのでほとんど減少しない。

したがつて、冷媒加熱器１１の出口暖房状態は
冷媒エンタルピが減少し、飽和域内に入つて来る
事になり、冷媒気液分離器２３内には液冷媒が溜
め始め、前記絞り抵抗２５の入口側には液冷媒が
存在するようになる。この結果、絞り抵抗２５の
バイパス流路抵抗は大巾に減少し、バイパス流量
を増大させる。絞り抵抗２５の流路抵抗を適切に
選べば、冷媒気液分離器２３内の液冷媒はバイパ
ス回路２６を介して冷媒ポンプ１０の吸い込み側
へ返し、ガス冷媒は飽和ガスの状態で圧縮機５の
吐出ガスとの合流点（ｃ点）に送る事ができる。

この結果、圧縮機５からでた吐出冷媒ガスとの
合流点（第１図ｃ点）の過熱度は暖房２室時より
は少ないが、依然として保たれ、四方弁６、冷媒
配管３を経て屋内熱交換器２の入口に至る経路中
の冷媒ガス状態を過熱ガス状態に保つ事ができ、
その経路中では放熱による冷媒の凝縮を防止で
き、屋内熱交換器２内で凝縮潜熱を有効に使用で
き、暖房効率の低下を防止できる。

発明の効果 以上述べたように本発明は、ヒートポンプ暖房
サイクルにおいて、高圧冷媒凝縮熱交換器を出た
高圧冷媒液を分岐させ、低圧蒸発熱交換器および
圧縮機への冷媒回路の他に、前記高圧液冷媒を冷
媒ポンプ、冷媒加熱器および冷媒気流分離器を介
して、圧縮機吐出冷媒回路へ導く冷媒回路を設
け、前記冷媒気液分離器の液溜り部分と前記冷媒
ポンプ吸い込み側とを絞り抵抗を介して連絡する
バイパス回路を設けるという安価で簡単な構成に
より、冷媒加熱器の加熱能力が変化する事による
冷媒加熱器出口冷媒の状態変化を利用し、バイパ
ス回路のバイパス流量を調整し、圧縮機の吐出ガ
スとの合流点に向かう冷媒流量を制御する事がで
きる。その結果、冷媒気液分離器出口の冷媒の状
態を最低限、略一定の飽和ガス状態に保つ事がで
き、屋内熱交換器入口前で冷媒ガスが凝縮してし
まい、暖房効率が低下するのを防止する事ができ
る。なお、本発明の実施例では２室冷暖房装置に
ついて述べたが、屋内ユニツトが各１台の１室冷
暖房装置で本発明を実施しても、冷媒加熱能力の
変化に対しては同様の効果を有する事は言うまで
もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷暖房装置の一実施例を示す
冷媒回路図、第２図は従来の冷暖房装置の冷媒回
路図、第３図は第２図の冷暖房装置の動作を表わ
すモリエル線図である。 ５……圧縮機、７……屋外熱交換器、１０……
冷媒ポンプ、１１……冷媒加熱器、２２，２２′
……屋内熱交換器、２３……冷媒気液分離器、２
５……絞り抵抗、２６……バイパス回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧冷媒凝縮熱交換器と、低圧蒸発熱交換器
   および圧縮機により構成されるヒートポンプ暖房
   サイクルに、前記高圧冷媒凝縮熱交換器を出た高
   圧液冷媒を冷媒ポンプ、冷媒加熱器および冷媒気
   液分離器を介して圧縮機吐出冷媒回路へ導く冷媒
   回路を設け、さらに前記冷媒気液分離器の液溜り
   部分と前記冷媒ポンプ吸い込み側とを絞り抵抗を
   介して連絡するバイパス回路を設けた冷暖房装
   置。