JPH03294754A - 空気調和装置 - 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） 本発明は、冷媒回路中に配置される２台の凝縮器に対し
て、各々圧縮機を直列に接続したものに関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特公昭５８−４８８２３号公報に開示
される如く、−台の圧縮機に対して、２台の空気熱交換
器及び２台の水熱交換器を並列に、かつその接続関係を
可変に接続してなる冷媒回路を備え、空調負荷に応じて
各空気熱交換器及び水熱交換器の凝縮器、蒸発器機能を
可変に切換えて、水熱交換器と空気熱交換器とにおける
同時蒸発運転や、同時凝縮運転を行うことにより、冷温
水への蓄熱や蓄熱の利用を図り、もって、空気調和装置
の電力コストの低減を図ろうとするものは公知の技術で
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来のもので、例えば空気熱交換器
と水熱交換器で同時凝縮運転を行い凝縮熱源として大気
及び冷水双方を利用しようとする場合、その熱源温度が
大きく隔っているときには、高い方の温度に凝縮温度を
合わせる必要があり、そのため、凝縮温度が低い水熱交
換器では一部に液冷媒か溜まった状態で運転せざるを得
ず、結局、装置の有する能力を充分有効に使用すること
ができないという問題があった。

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、２台の凝縮器にそれぞれ圧縮機を直列に接続する
ことにより、各凝縮器で異なる凝縮温度による同時凝縮
運転を行い、もって、能力の利用効率の向上を図ること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記１］的を達成するため本発明の解決手段は、第１図
に示すように、空気調和装置として、第１圧縮機（１１
）と第１凝縮器（１２）とを直列に接続してなる第１管
路（１４）と、第２圧縮機（２１）と上記第１凝縮器（
１２）とは凝縮温度の異なる第２凝縮器（２２）とを直
列に接続してなる第２管路（２４）とを、減圧弁（３３
）と蒸発器（３２）とを直列に接続してなる第３管路（
３４）に対して並列に循環接続してなる冷媒回路（１）
を設ける構成としたものである。

第２の解決手段は、第２図に示すように、上記第１の解
決手段における第１凝縮器（１２）を蒸発器に、蒸発器
（３２）を凝縮器にするよう冷媒回路（１）の冷媒循環
サイクルを切換えるサイクル切換機構（２）を設けたも
のである。

第３の解決手段は、第３図に示すように、上記第１又は
第２の解決手段における第２凝縮器（２２）を蓄熱熱交
換器とする。

加えて、第２圧縮機（２１）の吸入管と蓄熱熱交換器（
２２）のガス管とをバイパス接続する分岐路（２５）と
、蓄熱熱交換器（２２）のガス管を第２圧縮機（２１）
の吐出管と上記分岐路（２５）とに選択的に連通させる
よう切換える蓄熱切換機構（２６）とを設けるものとす
る。

さらに、上記第１．第２圧縮機（１１）　、　　（２１
）の吐出管同士を接続するバイパス路（３）と、該バイ
パス路（３）に介設され、一方から他方への冷媒の流通
のみを許容する逆止弁（４）とを設ける構成としたもの
である。

第４の解決手段は、第４図に示すように、上記第３の解
決手段において、氷蓄熱槽（５）と、該氷蓄熱槽（５）
と蓄熱熱交換器（２２）との間で液を循環させる循環手
段（５０）とを設けたものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、空気調和
装置の運転時、室内側の要求能力の大小に応じて、第１
．第２圧縮機（１１）、（２１）を同時又は単独に運転
することで全体の能力が調節される。

その場合、各凝縮器（１２）、　　（２２）にそれぞれ
直列に圧縮機（１１）、　　（２１）が接続されている
ので、例えば大気と冷水というような異なる温度を有す
る凝縮熱源を同時に利用する場合、各管路（１４）、　
　（２４）における凝縮温度をそれぞれの熱源温度に見
合った異なる温度で運転することか可能になるので、そ
の能力が余すことなく利用されることになる。

請求項（２）の発明では、上記請求項（１）の発明の作
用に加えて、サイクル切換機構（２）の切換えにより、
第１凝縮器（１２）が蒸発器としても機能するようにな
されているので、第２凝縮器（２２）で冷水の冷熱を回
収しながら、或いは温水を生ぜしめながら、室内で冷房
運転と暖房運転とを切換えて行うことが可能になる。

請求項（３）の発明では、第２凝縮器（２２）か蓄熱熱
交換器になり、かつ蓄熱切換機構（２６）の切換えによ
り凝縮器又は蒸発器として機能しうるので、蒸発器とし
て機能するときには蓄熱槽の蓄熱媒体に冷熱を付与する
一方、凝縮器として機能するときには蓄熱槽に蓄えられ
た冷熱を利用して冷媒の凝縮を行うことが可能となる。

また、逆に蓄熱槽に暖熱を蓄える場合には、蓄暖熱と暖
熱取出し用に利用することも可能となる。

その場合、各圧縮機（１１）、　　（２１）の吐出管同
士を接続するバイパス路（３）が設けられ、該バイパス
路（３）に一方から他方への冷媒の流通のみを許容する
逆止弁（４）が介設されているので、通常凝縮温度又は
蒸発温度が高くなる方から低くなる方への冷媒流通を阻
止しながら、熱源の変化に応じて放熱量又は吸熱量か調
節され、蓄熱の利用性が向上することになる。

請求項（４）の発明では、夜間に氷蓄熱槽（５）に冷熱
を蓄熱する一方、昼間に蓄熱熱交換器（２２）における
蓄冷熱と室外側における大気への放熱とを利用して冷媒
の凝縮作用を行わせることで、圧縮機（１１，）、　　
（２１）の容量を最小値に調節しながら夜間電力を積極
的に利用しながら、トータルの電力コストが低減される
ことになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明する
。

第１図は請求項（１）の発明に係る第１実施例の空気調
和装置を示し、（１１）は第１圧縮機、（１２）は該第
１圧縮機（１１）の吐出側に配置され、冷媒と室外空気
との熱交換を行う室外熱交換器、（１３）は該室外熱交
換器（１２）の冷媒流量を調節する室外電動膨張弁であ
って、上記各機器（１１）〜（１３）は第１管路（１４
）中で直列に接続されている。

また、（２１）は第２圧縮機、（２２）は該第２圧縮機
（２１）の吐出側に配置され、冷水源に接続される第２
凝縮器としての水熱交換器、（２３）は該水熱交換器（
２２）の冷媒流量を調節する冷水側電動膨張弁であって
、上記各機器（２１）〜（２３）は第２管路（２４）中
で直列に接続されている。

さらに、（３２）は蒸発器として機能する室内熱交換器
、（３３）は冷媒を減圧する減圧弁としての室内電動膨
張弁であって、上記各機器（３２）〜（３３）は第３管
路（３４）中で直列に接続されている。

そして、上記第１管路（１４）及び第２管路（２４）は
第３管路（３４）に対して並列に、かつ閉回路を形成す
るように接続されていて、冷媒が循環する冷媒回路（１
）が構成されている。

したがって、請求項（１）の発明では、空気調和装置の
運転時、室内側の要求能力が大きいときには、第１．第
２管路（１４）、　　（２４）において第１゜第２圧縮
機（１１）、　　（２１）をそれぞれ運転し、各圧縮機
（１１）、　　（２１）からの吐出冷媒を室外熱交換器
（１２）及び水熱交換器（２２）で凝縮した後、第３管
路（３４）に合流させて室内電動膨張弁（３３）で減圧
して室内熱交換器（３２）で蒸発させることにより、大
きな要求能力に対応させる一方、室内側の要求能力が小
さいときには、各圧縮機（１１）、　　（２１）のうち
いずれか−台のみ運転することにより、室内側の要求能
力及び水熱交換器（２２）の冷水源の熱量に応じた能力
の調節を行いうる。

その場合、各熱交換器（１２）、　　（２２）にそれぞ
れ直列に圧縮機（１１）、　　（２１）が接続されてい
るので、大気と冷水という異なる温度を有する凝縮熱源
を同時に利用する場合、各管路（１４）、　　（２４）
における凝縮温度を異ならせて運転することが可能にな
る。例えば大気の温度が３０℃で冷水の温度が０℃の場
合、従来のように、−台の圧縮機に対して２台の凝縮器
を並列に接続したものを同時に利用するには、凝縮温度
を同じにする必要があるために、高いほうの温度に合わ
せて運転する必要があった。したがって、温度の低い方
の熱交換器（上記実施例では水熱交換器（２，２））に
一部に液冷媒が溜まった状態で運転することになり、装
置の有する能力を充分発揮す０ ることかできなかった。

それに対して、本発明では、各管路（１４）。

（２４）における凝縮温度をそれぞれの熱源温度に見合
った温度で運転することができるので、その能力を余す
ことなく利用することができる。特に、凝縮温度の低い
方の圧縮機（本実施例では第２圧縮機（２１））の消費
電力の低減を図ることができるのである。

なお、上記実施例では、第１管路（１４）に室外熱交換
器（１２）を配置し、第３管路（３４）に室内熱交換器
（３２）を配置したが、本発明は斯かる実施例に限定さ
れるものではなく、第１凝縮器（１２）が室内熱交換器
で蒸発器（３２）が室外熱交換器であってもよい。その
場合、室内側で暖房運転（例えば室内温度２５℃）をし
ながら、水熱交換器（２２）で給湯のための温水（例え
ば湯温６０°Ｃ）を生ぜしめるような利用が可能になる
利点がある。

次に、請求項（２）の発明に係る第２実施例について、
説明する。第２図は第２実施例に係る空気調１ 釦装置の冷媒配管系統を示し、本実施例では、上記第１
図に示す第１実施例の構成に加えて、室外熱交換器（１
２）のガス管と室内熱交換器（３２）のガス管とを圧縮
機（１１）、　　（２１）の吐出側又は吸入側に交互に
切換えるサイクル切換機構としての四路切換弁（２）が
設けられている。つまり、該四路切換弁（２）の切換え
により冷媒の循環サイクルが切換えられ、四路切換弁（
２）が図中実線側に切換わったときには室外熱交換器（
１２）が凝縮器、室内熱交換器（３２）が蒸発器として
機能する一方、四路切換弁（２）が図中破線側に切換わ
ったときには室外熱交換器（１２）が蒸発器、室内熱交
換器（３２）が凝縮器として機能するようになされてい
る。

したがって、請求項（２）の発明では、上記請求項（１
）の発明に加えて、室外熱交換器（１２）が蒸発器とし
ても機能しうるので、水熱交換器（２２）を冷水との熱
交換による熱源側として、或いは温水を製造する利用側
として利用しながら、室内で冷房運転と暖房運転とを切
換えて行うことができ２ る利点がある。

次に、請求項（３）の発明に係る第３実施例について説
明する。

第３図は第３実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系統
を示し、上記第２図に示す第２実施例の空気調和装置の
構成において、水熱交換器として蓄熱槽（図示せず）の
蓄熱媒体との熱交換を行う蓄熱熱交換器（２２）が配置
されている。さらに、該蓄熱熱交換器（２２）のガス管
と第２圧縮機（２１）の吸入管とをバイパス接続する分
岐路（２５）と、蓄熱熱交換器（２２）のガス管を上記
第２圧縮機（２１）の吐出管と分岐路（２５）とに交互
に連通させる蓄熱切換機構としての蓄熱切換弁（２６）
とが設けられている。該蓄熱切換弁（２６）は四路切換
弁のうちの３つのポートを利用しており、蓄熱切換弁（
２６）が図中実線側に切換わったときには蓄熱熱交換器
（２２）のガス管が分岐路（２５）側つまり第１圧縮機
（１１）の吸入側に連通し、蓄熱熱交換器（２２）が蒸
発器として機能する一方、蓄熱切換弁（２６）が図３ 中破線側に切換わったときには蓄熱熱交換器（２２）の
ガス管が第２圧縮機の吐出管に連通し、蓄熱熱交換器（
２２）が凝縮器として機能するようになされている。な
お、（Ｃ）は蓄熱切換弁（２６）のデッドボート側の配
管に介設されたキャピラリチューブである。

また、第１圧縮機（１１）及び第２圧縮機（２］）の吐
出管同士を接続するバイパス路（３）が設けられていて
、該バイパス路（３）には第２圧縮機（２１）の吐出管
側から第１圧縮機（１１）の吐出管側への冷媒流通のみ
を許容する逆止弁（４）が介設されている。

すなわち、室外熱交換器（１２）及び蓄熱熱交換器（２
２）が凝縮器として機能する際、蓄熱熱交換器（２２）
における凝縮温度が高く圧力が高くなった場合、第２圧
縮機（２１）の吐出ガスを室外熱交換器（１２）側に逃
がすことにより、放熱量を分配しうるようになされてい
る。

なお、上記実施例では逆止弁（４）を第２圧縮機（２１
）の吐出管側から第１圧縮機（１１）の４ 吐出管側への冷媒流通のみを許容するように設けたが、
本発明は係る実施例に限定されるものではなく、例えば
蓄熱熱交換器（２２）が給湯用に利用される場合には、
蓄熱熱交換器（２２）側で常に凝縮温度が高くなるので
、逆止弁（４）の向きは上記実施例とは逆向きになる。

したがって、請求項（３）の発明では、蓄熱切換弁（２
６）の切換えにより、蓄熱熱交換器（２２）が凝縮器又
は蒸発器として機能しつるので、蒸発器として機能する
ときには蓄熱槽の蓄熱媒体（例えば水）に冷熱を（＝１
与する一方、蓄熱熱交換器（２２）が凝縮器として機能
するときには蓄熱槽に蓄えられた冷熱を利用して冷媒の
凝縮を行うことが可能となる。また、逆に蓄熱槽に暖熱
を蓄える場合には、蓄暖熱と暖熱取出し用に利用するこ
ともできる。

その場合、各圧縮機（］　］）、　　（２１）の吐出管
同士を接続するバイパス路（３）が設けられ、該バイパ
ス路（３）に一方から他方への冷媒の流通のみを許容す
る逆止弁（４）が介設されている５ ので、通常凝縮温度又は蒸発温度が高くなる方から低く
なる方への冷媒流通を阻止しながら、熱源の変化に応じ
て放熱量又は吸熱量を調節しうる利点がある。

次に、請求項（４）の発明に係る第４実施例について説
明する。

第４図は第４実施例に係る空気調和装置の冷媒配管系統
を示し、上記第３図に示す第３実施例の空気調和装置の
構成に加えて、複数の室内熱交換器（３２）、（３２）
が設けられ、さらに、蓄熱媒体としての水又は水溶液を
貯留する氷蓄熱槽（５）が配置されている。そして、該
氷蓄熱槽（５）と蓄熱熱交換器（２２）との間は水配管
（６）により水の循環可能に接続されており、該水配管
（６）には水の循環を駆動するポンプ（７）が介設され
ている。該水配管（６）及びポンプ（７）により、氷蓄
熱槽（５）と蓄熱熱交換器（２２）との間で液を循環さ
せる循環手段（５０）が構成されている。

すなわち、蓄熱熱交換器（２２）は氷蓄熱槽６ （５）の冷水（蓄熱媒体）と冷媒との熱交換を行うこと
により、氷蓄熱槽（５）で製氷し、或いは製氷により蓄
えた冷熱を利用して冷媒の凝縮を行わせることにより、
室内側の要求能力に対応しうるようになされている。

したがって、請求項（４）の発明では、第５図に示すよ
うに、夜間に氷蓄熱槽（５）に冷熱を蓄熱する（図中、
破線ハツチング領域■）一方、昼間に蓄熱熱交換器（２
２）における蓄冷熱の利用（図中、横線ハツチング領域
■）と室外熱交換器（１２）における大気への放熱（図
中、未ハツチング領域■）とを利用して冷媒の凝縮作用
を行わせることで、圧縮機（１１）、　　（２１）の容
量を低減しながら、夜間電力を積極的に利用することが
できる。

すなわち、第６図に示すように、昼間の圧縮機（１１）
、　　（２１）の運転容量は蓄冷熱利用率の増大に対し
てリニアに減少する（図中の実線Ω１参照）が、一方、
夜間の圧縮機（１１）、（２１）の運転容量は蓄冷熱の
回収効率を考慮すると、蓄７ 冷熱利用率の増大に対してリニアに増大しく図中の破線
Ω２参照）、その増大率は昼間の減少率よりも逆に増大
する（図中、Ａ点とＢ点との差）。

その場合、夜間電力が安価なことをも考慮すると、結局
、電力のコストは上記実線ρ１と破線Ω２との交点Ｃに
おいて最小となる。

したがって、氷蓄熱槽（５）に蓄えられた冷熱を回収す
る際、室外熱交換器（１２）と蓄熱熱交換器（２２）と
て異なる凝縮温度で運転することにより、上記のような
電力コストが最小となる点Ｃでの同時凝縮運転が可能に
なり、夜間電力の利用効率の向上を図ることができるの
である。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、第
１管路に第１圧縮機と第１凝縮器とを直列に接続し、第
２管路に第２圧縮機と第２凝縮器とを直列に接続する一
方、第３管路に減圧弁と蒸発器とを直列に接続して、第
１管路と第２管路とを第３管路に対して並列に接続した
ので、各凝縮器で相異なる凝縮温度による同時凝縮運転
が可能になり、８ よって、利用熱源の有効利用或いは放熱源への放熱効率
の向上を図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
に加えて、第１凝縮器と蒸発器との機能を切換えるよう
にしたので、第２凝縮器で放熱源への放熱或いは吸熱源
からの吸熱を行いながら、冷房運転及び暖房運転を切換
えて行うことができる利点がある。

請求項（３）の発明によれば、上記請求項（１）又は（
２）の発明において、第２凝縮器を蓄熱槽の蓄熱媒体と
の熱交換を行う蓄熱熱交換器とし、蓄熱熱交換器を蒸発
器及び凝縮器に切換え可能にするとともに、各圧縮機の
吐出管同士を接続するバイパス路を設け、該バイパス路
に一方から他方への冷媒の流通のみを許容する逆止弁を
設けたので、バイパス路における凝縮温度又は蒸発温度
の高い側から低い側への冷媒流通を阻止しながら、両者
の高低が逆転するときには冷媒が流通することにより、
放熱量又は吸熱量を分配することができ、よって、能力
の利用効率の向上を図ることができる。

９ 請求項（４）の発明によれば、上記請求項（３）の発明
において、氷蓄熱槽を配置し、さらに氷蓄熱槽と蓄熱熱
交換器との間で液を循環させる循環手段を設けたので、
昼間に室外側と蓄熱熱交換器との同時凝縮運転を行って
夜間の蓄冷熱を利用することにより、圧縮機の運転容量
を最小に制御することができ、よって、電力使用効率の
向上を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は請求項（１）の
発明に係る第１実施例の空気調和装置の構成を示す冷媒
配管系統図、第２図は請求項（２）の発明に係る第２実
施例の空気調和装置の構成を示す冷媒配管系統図、第３
図は請求項（３）の発明に係る空気調和装置の構成を示
す冷媒配管系統図、第４図は請求項（４）の発明に係る
第４実施例の空気調和装置の構成を示す冷媒配管系統図
、第５図は夜間と昼間における空気調和装置の運転モー
ドの変更を示す説明図、第６図は蓄熱利用率の変化に対
する圧縮機の運転容量の変化を示す特性図である。 ０ １　　冷媒回路 ２　　四路切換弁 （サイクル切換機構） ３　　バイパス路 ４　　逆止弁 ５　　氷蓄熱槽 １１　第１圧縮機 １２　室外熱交換器 （第１凝縮器） １４　第１管路 ２１　第２圧縮機 ２２　蓄熱熱交換器 （第２凝縮器） ２４　第２管路 ２５　分岐路 ２６　蓄熱切換弁 （蓄熱切換機構） ３２　室内熱交換器 （蒸発器） ３３　室内電動膨張弁 １ （減圧弁） ３４　第３管路 ５０　循環手段 ２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１圧縮機（１１）と第１凝縮器（１２）とを直
   列に接続してなる第１管路（１４）と、第２圧縮機（２
   １）と上記第１凝縮器（１２）とは凝縮温度の異なる第
   ２凝縮器（２２）とを直列に接続してなる第２管路（２
   ４）とを、減圧弁（３３）と蒸発器（３２）とを直列に
   接続してなる第３管路（３４）に対して並列に循環接続
   してなる冷媒回路（１）を備えたことを特徴とする空気
   調和装置。
2. （２）第１凝縮器（１２）を蒸発器に、蒸発器（３２）
   を凝縮器にするよう冷媒回路（１）の冷媒循環サイクル
   を切換えるサイクル切換機構（２）を備えた請求項（１
   ）記載の空気調和装置。
3. （３）第２凝縮器（２２）は蓄熱熱交換器であり、第２
   圧縮機（２１）の吸入管と蓄熱熱交換器（２２）のガス
   管とをバイパス接続する分岐路（２５）と、蓄熱熱交換
   器（２２）のガス管を第２圧縮機（２１）の吐出管と上
   記分岐路（２５）とに選択的に連通させるよう切換える
   蓄熱切換機構（２６）とを備えるとともに、 上記第１、第２圧縮機（１１）、（２１）の吐出管同士
   を接続するバイパス路（３）と、該バイパス路（３）に
   介設され、一方から他方への冷媒の流通のみを許容する
   逆止弁（４）とを備えた請求項（１）又は（２）記載の
   空気調和装置。
4. （４）氷蓄熱槽（５）と、該氷蓄熱槽（５）と蓄熱熱交
   換器（２２）との間で液を循環させる循環手段（５０）
   とを備えた請求項（３）記載の空気調和装置。