JPH086207Y2 - 直接空調式ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、大型ビルディングなどの空調システムに適
用可能な直接空調式ヒートポンプ装置に係り、冷房運転
時における冷房効率を向上させる構造に関する。

（従来の技術） 従来の直接空調式ヒートポンプ装置としては、例えば
特開昭62−225833号公報に記載されている直接空調式ヒ
ートポンプ装置が知られている。

この直接空調式ヒートポンプ装置は、第３図に示すよ
うに、建物の最底所に圧縮機31とアキュムレータ32と受
液器33と膨張弁34とを含む管系を設け、建物の最高所に
空気熱交換器35と気液分離器36を含む管系を設け、地上
各階にそれぞれ空調機37a,37b,37cを設けてあり、前記
圧縮機31と空気熱交換器35とをガス切換え弁38aを介し
て高温ガス供給管39で接続し、さらに前記高温ガス供給
管39より分岐し、開閉弁40a,40b,40cを介して各空調機3
7a,37b,37cに接続してある。

また、前記受液器33と気液分離器36とを前記膨張弁34
を介装した気液二相流管41で接続し、前記受液器33と空
気熱交換器35とを液切換え弁42を介装した高温液戻し管
43で接続し、さらに高温液戻し管43から分岐し開閉弁44
a,44b,44cを介して各空調機37a,37b,37cに接続し、前記
気液分離器36の液取出口36aと各空調機37a,37b,37cとを
低温液供給管45を通じて開閉弁46a,46b,46cおよび流量
調整弁47a,47b,47cを介して接続し、前記気液分離器36
のガス取出口36bと前記圧縮機31の吸入側をアキュムレ
ータ32を介して低温ガス戻し管48で接続し、さらに低温
ガス戻し管48が分岐し、開閉弁49a,49b,49cを介して各
空調機37a,37b,37cに接続してある。

また、前記気液分離器36のガス戻し口36cと前記空気
熱交換器35はガス切換え弁38bを介してガス戻し管50で
接続し、前記気液分離器36の液取出口36dと前記空調熱
交換器35は液切換え弁42bを介して液供給管51で接続し
て構成されている。

この直接空調式ヒートポンプ装置により冷房を行う場
合、圧縮機31により圧縮された高温高圧の冷媒ガスが、
高温ガス供給管39を通って空気熱交換器35に流入する。
この空気熱交換器35において冷媒ガスが凝縮され、高温
液戻し管43を通って受液器33に流入する。さらに受液器
33の冷媒液は膨張弁34により減圧され、低温低圧の気液
二相流体となり気液二相流管41を通って気液分離器36に
流入する。この時の気液分離器36の液面の高さは膨張弁
34の開度により調節される。そして、この気液分離器36
内の冷媒液は低温液供給管45を通って各空調機37a,37b,
37cに供給される。この各空調機37a,37b,37cにおいて冷
媒液は蒸発し、室内空気を冷却する。そして、各空調機
37a,37b,37cで気化された冷媒ガスは、前記気液分離器3
6で分離された冷媒ガスとともに低圧ガス戻し管48を通
って圧縮機31の吸入側に戻る。

このようにして冷房運転は行われる。

（考案が解決しようとする課題） 一般に、大型ビル内部に立体的に分散して空調機が設
置されている場合、各空調機の設置状態が異るととも
に、各空調機の使用条件も異っている。

そこで、従来の上記の第３図に示す直接空調式ヒート
ポンプ装置を大型ビルの空調システムとして適用する場
合、最上部に設置されている気液分離器36には冷暖房切
換のための開閉弁38a,38b,42a,42bが設けられているだ
けなので、低温の冷媒液は、前記気液分離器36より低温
液供給管45を介して各空調機37a,37b,37cに重力ヘッド
により供給されるので、各空調機37a,37b,37cの冷却能
力の増減、運転または停止による液流量および圧力の変
動の影響が低温液供給管45を通じて他の空調機37a,37b,
37cの運転に影響するという問題がある。

また、気液分離器36内部の液面と空調機37a,37b,37c
との間に十分な落差がないと、冷媒液が低温液供給管45
内を流れにくいという問題もある。

また、空調機37a,37b,37cの作動中に生じる圧力変動
が低温液供給管45内にフラッシュガスを発生させること
があり、このフラッシュガスのベーパーロックにより冷
媒液が流れにくくなり、このため空調機37a,37b,37cに
よっては冷房効率が非常に悪いという問題もある。

本考案はこのような点に鑑み成されたもので、冷房の
ヒートポンプサイクルにおいて、冷媒液を気液分離器か
ら各空調機に常時十分に供給し、これにより各空調機の
冷媒液入口部に設けられている流量調整弁に達する冷媒
の供給圧力を一定に保ち、多数の空調機が設置された大
型ビルの空調システムに適用可能な直接空調式ヒートポ
ンプ装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本考案の直接空調式ヒートポンプ装置は、冷媒液入口
部に流量調整弁を設けている複数の空調機を立体的に分
散させて設置し、最高所位置にある空調機より高所に気
液分離器および空気熱交換器を設け、最底所位置にある
空調機より底所に受液器、圧縮機および膨張弁を設け、
順に前記圧縮機、前記空気熱交換器、前記受液器、前記
膨張弁、前記気液分離器および前記空調機からなる冷房
のヒートポンプサイクルを形成し、前記各空調機にフロ
ン系冷媒を直接通じて冷暖房を行う直接空調式ヒートポ
ンプ装置において、前記気液分離器に、前記各空調機の
冷媒ガス出口部とともに圧縮機の吸入口に接続される冷
媒ガス出口部は、この気液分離器内部の圧力を一定に制
御し、かつ、この気液分離器内部の圧力を前記各空調機
の冷媒ガス出口部の冷媒圧力よりも高く調節する圧力調
整手段を設けたものである。

（作用） 本考案の直接空調式ヒートポンプ装置は、気液分離器
を最高所位置に設置されている空調機よりも高所に設置
し、この気液分離器の圧縮機の吸入口に接続する冷媒ガ
ス出口部に圧力調整手段を設けているので、冷房運転時
には、この冷媒ガス出口部に連通する低温ガス戻し管内
の冷媒圧力より前記気液分離器内の冷媒圧力が高くなる
ように調整され、この気液分離器内の冷媒圧力を一定に
制御する。従って、この気液分離器より低温液供給管を
介して各空調機に供給される冷媒液は、重力ヘッドと前
記圧力調整手段により生じた調整圧力差分とによってこ
の低温液供給管内を各空調機に向けて流れるので、各空
調機には気液分離器との落差が不十分でも室内の冷却に
必要な冷媒液が常時十分に供給される。また、圧力調整
手段の作用により、各必要な冷媒液が常時十分に供給さ
れるので、各空調機の冷媒液入口部に設けられている流
量調整弁に達する冷媒の供給圧力は、空調機の運転条件
の変化により、圧縮機の吸入圧力が変動しても、一定に
調整され、低温液供給管内で冷媒液よりフラッシュガス
が発生しにくくなり、ベーパーロックにより冷媒液の流
入が阻止されることも減少する。従って、各空調機にお
ける冷房効率は改善されて向上する。

（実施例） 本考案の直接空調式ヒートポンプ装置の一実施例を第
１図および第２図に基づいて説明する。

第１図にこの直接空調式ヒートポンプ装置を構成する
冷房回路の構成図を示す。

冷房を必要とする建物の各所に空調機1a,1b,1cが設置
され、最高所に設置されている空調機1cよりも高所に、
気液分離器２、圧力調整手段３、空気熱交換器４が設け
られ、最底所に設置されている空調機1aよりも底所に、
圧縮機５、膨張弁６、受液器７が設けられている。

前記圧縮機５は駆動装置８により駆動され、この圧縮
機５の吐出口には高温ガス供給管９が接続され、この高
温ガス供給管９はガス切換え弁10を介して空気熱交換器
４に接続している。さらに、この空気熱交換器４は液切
換え弁11を介装した高温液戻し管12を介して前記受液器
７に接続している。

この受液器７は膨張弁６を介装した気液二相流管13を
介して前記気液分離器２に接続している。

この気液分離器２の液流出口は低温液供給管14が接続
し、この低温液供給管14より分岐し、順に開閉弁15a,15
b,15c、流量調整弁16a,16b,16cを介して各空調機1a,1b,
1cの冷媒液入口部に接続している。

また、前記気液分離器２の冷媒ガス出口部は、圧力調
整手段３を介して低圧ガス戻し管17が接続し、この低圧
ガス戻し管17より分岐し、開閉弁18a,18b,18cを介して
各空調機1a,1b,1cの冷媒ガス出口部に接続している。さ
らに、この低圧ガス戻し管17は前記圧縮機５の吸入口に
接続している。

前記圧力調整手段３は、前記気液分離器２内部の冷媒
圧力を一定に制御するようになっており、さらに、この
気液分離器２内部の冷媒圧力を低圧ガス戻し管17内の圧
力よりも高く調整するようになっている。

このように上記構成によって直接空調式ヒートポンプ
装置の冷房のヒートポンプサイクルが構成される。

次に、上記実施例の作用について説明する。

この直接空調式ヒートポンプ装置の冷房運転を行う
際、圧縮機５にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスは高温
ガス供給管９を通って空気熱交換器４に流入される。こ
の空気熱交換器４において冷媒ガスは凝縮され、液切換
え弁11、高温液戻し管12を通って受液器７に流入する。

この受液器７内の冷媒液は膨張弁６により減圧されて
低温低圧の気液二相流体となり、気液二相流管13を通っ
て気液分離器２に流入する。

この気液分離器２内の冷媒圧力は前記圧力調整手段３
により常に一定に保たれており、また、この圧力調整手
段３により、気液分離器２内の冷媒圧力は各空調機1a,1
b,1cの冷媒ガス出口部の冷媒圧力よりも高く調節されて
いるので、この気液分離器２内で分離された冷媒液は、
重力ヘッドと前記圧力調整手段３の前後に生じた圧力差
とにより、低温液供給管14を通って各空調機1a,1b,1cに
送られる。この時、各空調機1a,1b,1cへの冷媒供給量は
それぞれの空調機1a,1b,1cに取付けられている流量調整
弁16a,16b,16cにより制御される。

次に、各空調機1a,1b,1cにおいて、冷媒液は各空調機
1a,1b,1c内部を循環している空気と熱交換を行いなが
ら、冷媒ガス出口部近傍までに気化されて、室内空気を
冷却する。この各空調機1a,1b,1cから流出された冷媒ガ
スは、前記気液分離器２で分離された冷媒ガスとともに
低圧ガス戻し管17を圧縮機５の吸入口に戻り、ヒートポ
ンプサイクルが構成されて室内の冷房が行われる。

次に、冷媒にフレオンR22を使用した場合の冷房運転
の一例を第２図に示すモリエル線図に基づいて説明す
る。

まず、Ａ点で圧縮機５に吸入された低温低圧の冷媒ガ
スは圧力16.63kg/cm²ｇ、温度75℃の高温高圧のガスと
なりＢ点で吐出され、空気熱交換器４で凝縮して凝縮液
化点であるＣ点を通り、過冷却されてＤ点で40℃の液体
となり受液器７に溜まる。

この受液器７内の冷媒液は、膨張弁６で断熱膨張して
気液二相流体となりＥ点で気液分離器２に入る。この気
液分離器２においてガスは液体と分離され、このガスは
Ｆ点となり圧力調整手段３により圧力を約1kg/cm²下げ
られてＡ点で圧縮機５に吸入される。

一方、気液分離器２において分離された液体はＧ点と
なり、低温液供給管14を通って各空調機1a,1b,1cにそれ
ぞれ供給される。この気液分離器２に最近接する空調機
1cと気液分離器２との落差が例えば3mとするとＧ点より
圧力が0.36kg/cm²高くなったＨ点で空調機1cの流量調整
弁16cに入る。冷媒ガスの比重は無視できるので、Ｈ点
とＩ点との圧力差1.36kg/cm²だけ冷媒ガスの圧力は降下
してＩ点で空調機1c内の冷媒液は気化を開始する。この
冷媒液がＩ点よりＡ天まで圧力5.5kg/cm²ｇ、蒸発温度
８℃で気化して22℃の室内循環空気を16℃まで冷却す
る。そして、気化した冷媒ガスはＡ点より圧縮機５に吸
入されてヒートポンプサイクルを構成する。

上記の冷房のヒートポンプサイクルにおいては、各空
調機1a,1b,1cにおいて冷風が発生するときの冷媒蒸発温
度が一定になるように、すなわち、圧縮機５の冷媒吸入
圧力が一定になるように圧縮機５が制御されて運転して
いる。

しかし、空調機1a,1b,1cの運転台数や負荷状態が変化
すると、圧縮機５の制御にもかかわらず圧縮機５の吸入
圧力は変動し、前記気液分離器２内の冷媒圧力を変化さ
せることがある。

従って、前記圧力調整手段３により気液分離器２内の
冷媒圧力を一定に制御することで、各空調機1a,1b,1cの
運転台数や負荷状態の変動による圧縮機５の吸入圧力の
変動の影響を受けずに、各空調機1a,1b,1cを運転するこ
とができる。

また、前記気液分離器２内の冷媒圧力は常時一定であ
るから、この気液分離器２より低温液供給管14を通って
各空調機1a,1b,1cの冷媒液入口部に設けられている流量
調整弁16a,16b,16cへ供給される冷媒液の圧力は一定と
なるので、冷房効率は安定する。さらに、低温液供給管
14でのフラッシュガスの発生も防ぐことができる。

また、各空調機1a,1b,1cへは、冷媒液は重力ヘッド
と、気液分離器２の冷媒圧力と各空調機1a,1b,1cの冷媒
ガス出口部の圧力との圧力差によって供給されるので、
各空調機1a,1b,1cに冷媒液は常に十分流入する。

また、冷媒液が重力ヘッドと前記圧力調整手段３によ
って生じた圧力差とによって各空調機1a,1b,1cに十分供
給され、冷媒液にフラッシュガスが発生することを防止
できるので、多数の空調機に冷媒液を供給可能となり、
多数の空調機を立体的に分散して設置できる。

さらに、圧力調整手段３を、各空調機1a,1b,1cの冷媒
ガス出口部とともに低温ガス戻し管17を介して圧縮機５
の吸入口に接続される冷媒ガス出口部に設けることによ
り、各空調機1a,1b,1cに冷媒液を十分に供給できる構成
を簡略に実現できる。

従って、大型ビルの空調の冷房システムとして直接空
調式ヒートポンプ装置を適用することができるので、冷
媒と空気との直接熱交換による高効率化によるエネルギ
ーの節約、配管腐食のメインテナンスフリー化などの元
来直接空調式ヒートポンプ装置の有する効果が大型ビル
の空調システムにも期待できる。

（考案の効果） 本考案の直接空調式ヒートポンプ装置によれば、気液
分離器は圧縮機の吸入口に接続する冷媒ガス出口部に圧
力調整手段を設け、冷房運転時には、気液分離器内の冷
媒圧力を一定に制御し、この気液分離器内の冷媒圧力
を、この冷媒ガス出口部に連通する各空調機の冷媒ガス
出口部の冷媒圧力よりも高く調整している。そこで、重
力ヘッドのみならず、圧力調整手段の前後に生じた圧力
差を用いて、各空調機の冷媒液入口部と冷媒ガス出口部
との間に十分な圧力差を生じさせ、冷却に要する冷媒液
を気液分離器から各空調機に常時十分に供給できる。そ
して、各空調機の運転台数や負荷状態の変動による圧縮
機の吸入圧力の変動があっても、影響を受けずに各空調
機に冷媒液を十分に供給できるため、各空調機の冷媒液
入口部に設けられている流量調整弁に流入する冷媒液の
供給圧力を一定にして、各空調機を効率良く運転するこ
とができる。また、各空調機に冷媒液を十分に供給でき
るため、気液分離器と各空調機とを接続する低温液供給
管内にフラッシュガスが発生しにくくなり、ベーパーロ
ックにより冷媒液の通過が阻止されることが減少するた
め、、多数の空調機に冷媒液を供給することができ、多
数の空調機を立体的に分散して設置できる。さらに、圧
力調整手段を、各空調機の冷媒ガス出口部とともに圧縮
機の吸入口に接続される冷媒ガス出口部に設けることに
より、簡略な構成で各空調機に冷媒液を十分に供給でき
る。このようにして、元来直接空調式ヒートポンプ装置
の有する効果、すなわち冷媒と空気との直接熱交換によ
る高効率化によるエネルギーの節約、配管腐食のメイン
テナンスフリー化などが、大型ビルの空調システムにも
期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の直接空調式ヒートポンプ装置の一例を
示す冷房のヒートポンプサイクルの構成図、第２図は同
上冷媒としてフレオンR22を使用した場合の冷房のヒー
トポンプサイクルのモリエル線図、第３図は従来の直接
空調式ヒートポンプ装置の一例を示す構成図である。 1a,1b,1c……空調機、２……気液分離器、３……圧力調
整手段、４……空気熱交換器、５……圧縮機、６……膨
張弁、７……受液器、16a,16b,16c……流量調整弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 レム熱エンジニアリング株式会社 千葉県匝瑳郡光町宮川5654番地 (72)考案者 甲斐崎 充典 神奈川県川崎市麻生区王禅寺450番地の80 (72)考案者 岩崎 保孝 兵庫県西宮市甲陽園日の出町２丁目62番地 (72)考案者 小川 正人 愛知県名古屋市緑区池上台２丁目144番地 (72)考案者 真田 勝 茨城県稲敷郡茎崎町高見原３丁目３番18号 (72)考案者 岡田 末吉 埼玉県川口市川口２丁目16番５号 (72)考案者 重清 秀雄 東京都立川市曙町３丁目41番14号 (72)考案者 原 健 千葉県匝瑳郡光町宮川5655番地

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒液入口部に流量調整弁を設けている複
   数の空調機を立体的に分散させて設置し、最高所位置に
   ある空調機より高所に気液分離器および空気熱交換器を
   設け、最底所位置にある空調機より底所に受液器、圧縮
   機および膨張弁を設け、順に前記圧縮機、前記空気熱交
   換器、前記受液器、前記膨張弁、前記気液分離器および
   前記空調機からなる冷房のヒートポンプサイクルを形成
   し、前記各空調機にフロン系冷媒を直接通じて冷暖房を
   行う直接空調式ヒートポンプ装置において、 前記気液分離器は、前記各空調機の冷媒ガス出口部とと
   もに圧縮機の吸入口に接続される冷媒ガス出口部は、こ
   の気液分離器内部の圧力を一定に制御し、かつ、この気
   液分離器内部の圧力を前記各空調機の冷媒ガス出口部の
   冷媒圧力よりも高く調節する圧力調整手段を設けたこと
   を特徴とする直接空調式ヒートポンプ装置。