JPH09250829A

JPH09250829A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH09250829A
Application number: JP8057687A
Authority: JP
Inventors: Masahito Hori; 将人堀; Motonori Futamura; 元規二村; Koichi Yamaguchi; 山口　　広一; Kazuo Saito; 和夫齊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】膨張機の起動性の向上と信頼性の向上を図
る。【解決手段】冷房運転モード時に、ポンプ７から吐出
された冷媒が、冷媒加熱器１３、膨張機３、室外熱交換
器７、レシーバ１７の順に通り、再びポンプ７へ戻るこ
とで圧縮機５を駆動する第１のサイクルと、圧縮機５か
ら吐出された冷媒が、前記室外熱交換機１７、レシーバ
１９、絞り弁２１、室内熱交換機２３を通り、再び圧縮
機５へ戻る第２のサイクルと、暖房運転モード時に、ポ
ンプ７から吐出された冷媒が、冷媒加熱器１３の通過
後、直接、室内熱交換機２３を通り、レシーバ１９から
再びポンプ７へ戻る第３のサイクルとに切替える切替手
段２９と、前記膨張機３を起動する膨張機起動手段とを
有し、前記膨張機起動手段を、第１，第２，第３のサイ
クルとは別に、高圧ガスを循環させる閉サイクル３１で
構成し、起動時に、閉サイクル３１内の高圧ガスを膨張
機３の入口側へ送り込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、膨張機による回
転動力を用いて圧縮機を駆動する空気調和装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、膨張機による回転動力を用いて圧
縮機を駆動する空気調和装置としては、例えば、特開昭
５７−１５３７１２号公報記載のものが知られている。

【０００３】空気調和装置の概要は、ランキンサイクル
用の膨張機と、冷凍サイクル用の圧縮機とを有し、膨張
機側にあっては、ポンプから吐出された冷媒が冷媒加熱
器→膨張機、熱交換器となる凝縮器を通り、再びポンプ
へ戻るランキンサイクルを構成する。このランキンサイ
クル時において、ポンプから送り出された冷媒は、冷媒
加熱器で加熱されて高圧ガスとなり、この高圧ガスは膨
張機で膨張仕事により動力を発生させた後、凝縮器で冷
却され、再びポンプへ戻るようになる。

【０００４】一方、圧縮機側にあっては、膨張機により
回転動力が与えられ、圧縮機から吐出された冷媒は、室
外ユニット、膨張弁、室内ユニットを通り、再び圧縮機
に戻る冷凍サイクルを構成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高圧ガスにより回転動
力を発生させる膨張機は、起動時に、高圧ガスを送り込
む必要があるため、例えば、膨張機入口側を一時遮断す
る手段を採っている。この方法ではガス圧が不安定とな
り易く、不安定な状態で膨張機入口圧力を制御すること
になるため、膨張機の安定した起動が望めなくなる不具
合があった。又、起動性向上として、膨張機の負荷側と
なる圧縮機の吐出側と吸込側とを連通させて膨張機起動
時の負荷を低減する等の手段が採られている。

【０００６】そこで、この発明は、起動時に、膨張機入
口圧力の安定した制御が得られるようにした空気調和装
置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、冷房運転モード時に、ポンプから吐出
された冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交換器、レ
シーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで圧縮機を駆
動する第１のサイクルと、圧縮機から吐出された冷媒
が、前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内熱交換
器を通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、暖房運
転モード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷媒加熱
器の通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバから再
びポンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替手段
と、前記膨張機を起動する膨張機起動手段とを有し、前
記膨張機起動手段を、第１，第２，第３のサイクルとは
別に、高圧冷媒を循環させる閉サイクルで構成する。

【０００８】閉サイクルを構成する好ましい実施形態と
しては、第１に、冷媒加熱器から膨張機入口側への回路
と分岐し、絞り弁、レシーバ、ポンプを通り、再び冷媒
加熱器へ戻る循環を繰返す構成とする。

【０００９】第２に、閉サイクルを構成する絞り弁とレ
シーバとの間に、凝縮器を設ける。

【００１０】第３に、冷媒加熱器から膨張機入口側への
回路と分岐し、膨張機及び圧縮機に熱を与える加熱回
路、絞り弁、レシーバ、ポンプを通り、再び冷媒加熱器
へ戻る循環を繰返す構成とする。

【００１１】また、閉サイクルを構成する絞り弁の回路
に、その絞り弁からの作動ガスが膨張機出口側へ向う流
れを阻止する逆止弁を設ける。上述のサイクルは、閉サ
イクルを構成するポンプを、膨張機の稼働状態が停止し
た時、運転状態を継続させる。

【００１２】第４に、冷媒加熱器から膨張機入口側への
回路と分岐し、絞り弁、室外熱交換器、レシーバ、ポン
プを通り、再び冷媒加熱器に戻る循環を繰返す構成とす
る。

【００１３】かかる空気調和装置において、冷房運転モ
ード時は、ポンプの起動により、冷媒加熱器を通過し、
加熱された高圧ガスは膨張機内に送り込まれ、膨張仕事
を行ない、圧縮機を駆動し、膨張仕事を終えた中間圧ガ
スとなる。このガスと上述の圧縮機により圧縮された冷
媒は、合流した後、凝縮器となる室外熱交換器を経て液
冷媒となってレシーバ内へ送り込まれる。レシーバ内に
おいて、一方は再びポンプに戻る。他方は、絞り弁へ送
られる。この時、絞り弁にて等エンタルピ変化をし、低
温低圧となった冷媒は室内熱交換器内において熱交換が
行なわれた後、圧縮機に送られ、中間圧ガスとなって、
再び膨張機出口の中間圧ガスと合流するサイクルとな
り、冷房運転が行われる。

【００１４】暖房運転モード時は、ポンプの起動によ
り、冷媒加熱器を通過し、加熱された高圧ガスは直接室
内熱交換器内に送り込まれる。冷媒は室内熱交換器内に
て凝縮液冷媒となり、絞り弁を経てレシーバ内に送り込
まれる。レシーバより再びポンプに戻るサイクルとな
り、暖房運転が行なわれる。

【００１５】一方、膨張機の起動時に、膨張機起動手段
を用いることで独立して循環する閉サイクル内の高圧ガ
スが送り込めるため、膨張機入口圧の安定した制御が可
能となり、円滑で確実な起動が得られる。

【００１６】また、膨張機及び圧縮機に寝込んでいる冷
媒は、起動時に、加熱回路により熱が与えられてガス化
し冷媒の寝込みが小さく抑えられ、膨張機起動時の負荷
が低減でき、起動が容易となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１の図面を参照しながら
この発明の実施形態を具体的に説明する。

【００１８】図１は膨張機３と圧縮機５とに同一の冷媒
が流れる一流体式の空気調和装置全体の回路を示してい
る。

【００１９】回路には、冷媒を強制的に循環させるポン
プ７と、ポンプ７の吐出側に配置された回収熱交換器９
と、バーナ１１により冷媒に熱を与えて高温高圧ガスと
する冷媒加熱器１３と、高圧ガスによる膨張仕事によっ
て動力を発生させる前記した膨張機３と、膨張機３によ
り回転動力が与えられる前記した圧縮機５と、上述膨張
機３と圧縮機５が同一の密閉ケース内に組付けられた流
体機械１５と、凝縮器となる室外熱交換器１７と、ポン
プ７の吸込側に配置され、液冷媒を一時貯留するレシー
バ１９と、冷媒の流れを制御し、急激に膨張させて低温
低圧の冷媒とする絞り弁２１と、冷房時には蒸発器とし
て、暖房時には凝縮器となる室内熱交換器２３とを有
し、室外熱交換器１７、室内熱交換器２３にはファン２
５，２７がそれぞれ設けられている。その外に、冷房運
転モード時及び暖房運転モード時に対応して、冷媒の流
れを切替制御する切替手段となる四方弁２９と、膨張起
動手段となる閉サイクル３１がそれぞれ設けられてい
る。

【００２０】四方弁２９は、冷媒加熱器１３と流体機械
１５の間で、流体機械１５の下流側に配置され、ポート
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有している。

【００２１】ポートＰ１は、開閉可能な開閉弁３３を介
して冷媒加熱器１３と、ポートＰ２は膨張機３の入口側
と、ポートＰ３は圧縮機５の入口側と、ポートＰ４は室
内熱交換器２３の出口側とそれぞれ接続している。

【００２２】これにより、四方弁２９のポートＰ１とＰ
２が、ポートＰ３とＰ４がそれぞれ連通（実線）し合う
ことで、ポンプ７から吐出された冷媒が、冷媒加熱器１
３、膨張機３、回収熱交換器９、室外熱交換器１７、レ
シーバ１９の順に通り、再びポンプ７へ戻る第１のサイ
クル（実線矢印）と、前記レシーバ１９から分かれて絞
り弁２１、室内熱交換器２３、圧縮機５に送られ、圧縮
機５から吐出された冷媒が、前記室外熱交換器１７を通
り、再びレシーバ１９へ戻る第２のサイクル（破線矢
印）がそれぞれ得られるようになる。

【００２３】また、四方弁２９のポートＰ１とＰ４が、
ポートＰ２とＰ３がそれぞれ連通し合うことで、ポンプ
７から吐出された冷媒が、冷媒加熱器１３の通過後、直
接室内熱交換器２３を通り、レシーバ１９から再びポン
プ７へ戻る第３のサイクル（一点鎖矢印）が得られるよ
うになる。

【００２４】一方、閉サイクル３１は、開閉弁３３の手
前で分岐し、減圧用の絞り弁３５を介してレシーバ１
９、ポンプ７を通り、再び冷媒加熱器１３に戻る循環を
繰返す構成となっている。

【００２５】このように構成された空気調和装置におい
て、冷房運転モード時には、四方弁２９のポートＰ１と
Ｐ２を、ポートＰ３とＰ４とを連通し、ポンプ７を起動
させることで、冷媒は、冷媒加熱器１３の通過時に加熱
され高圧ガスとなって開閉弁３３、四方弁２９を通り膨
張機３内に送り込まれる。膨張機３において、高圧ガス
は膨張仕事を行い、その動力で圧縮機５を駆動する。膨
張機３を出た中間圧ガスは、回収熱交換器９において、
ポンプ７から送り出された冷媒に余剰熱を与え、室外熱
交換器１７を経て液冷媒となってレシーバ１９内へ送り
込まれる。レシーバ１９内の液冷媒は再びポンプ７へ戻
るサイクルとなる。

【００２６】一方、レシーバ１９から分かれた液冷媒は
破線矢印で示す如く、絞り弁２１にて等エンタルピ変化
をし、その低圧冷媒は室内熱交換器２３の通過時にファ
ン２７によって空気と熱交換されて蒸発する。この時、
空気は冷却された冷風となる。

【００２７】室内熱交換器２３を出た冷媒は圧縮機５に
より圧縮されて前記膨張機３の中間圧ガスと合流し、回
収熱交換器９の通過時に、ポンプ７から送り出された冷
媒に余剰熱を与えた後、室外熱交換器１７、レシーバ１
９へ戻るサイクルとなる。

【００２８】また、暖房運転モード時には、四方弁２９
のポートＰ１とＰ４を、ポートＰ２とＰ３とを連通し、
ポンプ７を起動させることで、冷媒は、一点鎖線矢印で
示す如く流れると共に、冷媒加熱器１３の通過時に高温
高圧ガスとなり、直接、室内熱交換器２３を流れる。室
内熱交換器２３の通過時に、高温高圧ガスはファン２７
により空気と熱交換されて凝縮する。この時、空気は凝
縮時の凝縮熱が与えられ温風となる。

【００２９】室内熱交換器２３を出た冷媒は絞り弁２１
を経てレシーバ１９から再びポンプ７へ戻るサイクルと
なる。

【００３０】次に、膨張機３の起動時には、開閉弁３３
を閉状態としてポンプ７を駆動し、冷媒加熱器１３を通
過した高圧ガスを絞り弁３５、レシーバ１９を介して再
びポンプ７へ戻る閉サイクルを構成する。

【００３１】この時、膨張機入口圧力、即ち、開閉弁３
３において、安定した冷媒状態で制御できるので、膨張
機３の起動時に開閉弁を「開」とすることで、安定した
高圧ガスが膨張機の入口側へ送り込まれるようになる。

【００３２】これにより膨張機３は、円滑で確実な起動
が得られるようになる。この場合、図２に示す如く、閉
サイクル３１を構成する絞り弁３５とレシーバ１９との
間に凝縮器３７を設けるようにしてもよい。

【００３３】これにより、絞り弁３５により減圧された
冷媒は、凝縮器３７の通過時に低温、低圧の液冷媒とな
ってレシーバに戻る閉サイクルとなるため、より安定し
た冷媒の制御が可能となる。この結果、膨張機３は、円
滑でより確実な起動状態が確保され、起動性、信頼性の
向上につながる。

【００３４】図３は閉サイクルの別の実施形態を示した
ものである。

【００３５】即ち、冷媒加熱器１３から四方弁２９へ続
く回路から分岐し、膨張機３及び圧縮機５からなる流体
機械１５全体を取囲く加熱回路３９、絞り弁３５、レシ
ーバ１９、ポンプ７を通り、再び冷媒加熱器１３へ戻る
循環を繰返す閉サイクル３１を構成する。一方、四方弁
３９のポートＰ２からの冷媒を膨張機３の入口側へ送り
込む第１の開閉弁４１と、第１の開閉弁４１を通過した
冷媒を圧縮機５の入口側へ送り込む第２の開閉弁４３
と、ポートＰ３側に、ポートＰ３から吐出方向にのみ流
れを許す逆止弁４５とをそれぞれ設けた構成とする。

【００３６】なお、他の構成要素は図１と同一のため同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３７】したがって、この実施形態によれば、たと
えば、第１の開閉弁４１を開とすることで、安定して制
御された高圧ガスが膨張機３の入口側に送り出され、円
滑で確実な起動が得られる。また、起動時に開閉弁３３
を閉とすることで冷媒加熱器１３から吐出された高温・
高圧ガスは加熱回路３９を通過する時に、膨張機３及び
圧縮機５に熱を与え、膨張機３、圧縮機５に寝込んでい
る冷媒を温めガス化する。

【００３８】これにより、膨張機３及び圧縮機５内の冷
媒の寝込みを防いで、負荷の低減が図れるため、膨張機
３の起動が容易となる。

【００３９】なお、冷媒の寝込みを防ぐ手段として、ヒ
ータ（図示していない）により膨張機３及び圧縮機５を
直接温めるようにしても同様の効果が期待できる。

【００４０】図４は閉サイクルの別の実施形態を示した
ものである。

【００４１】即ち、冷媒加熱器１３から開閉弁１３の手
前で分岐し、絞り弁３５を介して回収熱交換器９、室外
熱交換器１７、レシーバ１１、ポンプ７を通り、再び回
収熱交換器９を介して冷媒加熱器１３に戻る循環を繰返
す構成とするものである。

【００４２】なお、他の構成要素は図１と同一のため同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００４３】したがって、この実施形態によれば、前記
図１の効果に加えて、絞り弁３５を通る回路４７のみ追
加することで、回収熱交換器９、室外熱交換器７、レシ
ーバ１９、ポンプ７を通る閉サイクルが構成されるた
め、メイン側の回路の利用が可能となり、組付作業及び
回路構成が簡単となるメリットが得られる。

【００４４】この場合、図５に示す如く、流体機械１５
の出口側に、一方向へのみ流れを許す逆止弁４９を設け
ることで、絞り弁３５から流体機械１５の出口側へ向う
冷媒の流れを阻止することができる。

【００４５】これにより、寝込み用の冷媒の流れを防ぐ
ことができるメリットが得られる。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の空気
調和装置によれば、次のような効果を奏する。

【００４７】(1) 冷媒を循環させる閉サイクルによっ
て、膨張機入口圧の安定した制御が可能となり、膨張機
起動時の円滑で確実な起動が得られるようになり、起動
性、信頼性の向上が図れる。

【００４８】(2) 膨張機及び圧縮機に熱を与えて冷媒の
ガス化を促進し、冷媒の寝込みを防いで負荷の低減を図
り、起動を容易にする。

【００４９】(3) 閉サイクルの回路構成を簡単にするこ
とができると共に、寝込み用の冷媒が膨張機又は圧縮機
側へ送り込まれるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空気調和装置全体の回路図。

【図２】閉サイクルの別の実施形態を示した図１と同様
の回路図。

【図３】閉サイクルの別の実施形態を示した図１と同様
の回路図。

【図４】閉サイクルの別の実施形態を示した図１と同様
の回路図。

【図５】閉サイクルの別の実施形態を示した図１と同様
の回路図。

【符号の説明】

３膨張機５圧縮機７ポンプ１３冷媒加熱器１７室外熱交換器１９レシーバ２１絞り弁２３室内熱交換器２９四方弁（切替手段）３１閉サイクル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齊藤和夫神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷房運転モード時に、ポンプから吐出さ
れた冷媒が、冷媒加熱器、膨張機、室外熱交換器、レシ
ーバの順に通り、再びポンプへ戻ることで圧縮機を駆動
する第１のサイクルと、圧縮機から吐出された冷媒が、
前記室外熱交換器、レシーバ、絞り弁、室内熱交換器を
通り、再び圧縮機へ戻る第２のサイクルと、暖房運転モ
ード時に、ポンプから吐出された冷媒が、冷媒加熱器の
通過後、直接室内熱交換器を通り、レシーバから再びポ
ンプへ戻る第３のサイクルとに切替える切替手段と、前
記膨張機を起動する膨張機起動手段とを有し、前記膨張
機起動手段を、第１，第２，第３のサイクルとは別に、
高圧冷媒を循環させる閉サイクルで構成することを特徴
とする空気調和装置。
【請求項２】閉サイクルは、冷媒加熱器から膨張機入
口側への回路と分岐し、絞り弁、レシーバ、ポンプを通
り、再び冷媒加熱器へ戻る循環を繰返す構成としたこと
を特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】閉サイクルを構成する絞り弁とレシーバ
との間に、凝縮器を設けたことを特徴とする請求項２記
載の空気調和装置。
【請求項４】閉サイクルは、冷媒加熱器から膨張機入
口側への回路と分岐し、膨張機及び圧縮機に熱を与える
加熱回路、絞り弁、レシーバ、ポンプを通り、再び冷媒
加熱器へ戻る循環を繰返す構成としたことを特徴とする
請求項１記載の空気調和装置。
【請求項５】閉サイクルを構成するポンプは、膨張機
の稼働状態が停止した時、運転状態が継続されることを
特徴とする請求項１，２，３または４記載の空気調和装
置。
【請求項６】閉サイクルは、冷媒加熱器から膨張機入
口側への回路と分岐し、絞り弁、室外熱交換器、レシー
バ、ポンプを通り、再び冷媒加熱器に戻る循環を繰返す
構成としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装
置。
【請求項７】閉サイクルを構成する絞り弁の回路に、
その絞り弁からの作動ガスが膨張機出口側へ向う流れを
阻止する逆止弁を設けることを特徴とする請求項６記載
の空気調和装置。