JPH0933116A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機の異常を確実に検知し、しかも運転状
態を維持しながら圧縮機の過熱による損傷を防止する。 【解決手段】 暖房運転時に、圧縮機２０から吐出され
た冷媒を室内熱交換器４３ａ〜４３ｄに供給し、ここで
冷媒の凝縮熱を放熱させて室内の暖房を行った後、冷媒
を室外熱交換器３８ａ，３８ｂ及び二重管熱交換器５５
で加熱して圧縮機２０に戻すように冷媒回路３０を構成
した。また、圧縮機温度センサー７８と、室外熱交換器
３８ａ，３８ｂでの放熱後の低温の冷媒を室外熱交換器
３８ａ，３８ｂ及び二重管熱交換器５５を迂回させて圧
縮機２０に戻すバイパスライン４８とを設け、このバイ
パスライン４８に、圧縮機温度センサー７８の検出温度
に基づいて冷媒のバイパス量を調整する制御弁４９を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機、凝縮器、
膨張弁及び蒸発器を備えた閉回路に冷媒を循環させつ
つ、上記凝縮器での放熱や上記蒸発器での吸熱により冷
暖房、あるいは冷凍を行うように構成されたヒートポン
プ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種のヒートポンプ装置は
一般に広く知られ、例えば、凝縮器及び蒸発器として室
内、室外の熱交換器を備え、圧縮機及び上記室内、室外
熱交換器等を含む冷媒回路に冷媒を循環させることによ
って暖房や冷房を行う空調技術が知られており、最近で
は、この回路内において冷媒の循環方向を切換えること
によって一台の装置で冷房と暖房を行うようにしたヒー
トポンプ式の空調装置が頻繁に利用されるようになって
いる。

【０００３】このようなヒートポンプ式の空調装置で
は、暖房を行う場合、圧縮機で圧縮された高温・高圧の
ガス状の冷媒が室内熱交換器に送られ、ここで凝縮熱を
放出することにより液化されるとともに、このときの凝
縮熱によって室内空気の暖房が行われる。そして、凝縮
熱を放出した冷媒は、室内熱交換器の直下流に設けられ
た膨張弁で減圧されて低温・低圧の霧状冷媒とされた
後、室外熱交換器に送られ、ここで蒸発熱を奪って気化
して圧縮機に吸入されるようになっている。

【０００４】一方、冷房が行われる場合には、圧縮機で
圧縮された高温・高圧のガス状の冷媒が室外熱交換器に
送られ、ここで外気により冷却・凝縮させられた後、膨
張弁を介して室内熱交換器に送られる。つまり、膨張弁
において急激に減圧されて低温・低圧の霧状冷媒とされ
るとともに、このときの冷媒の蒸発に必要な潜熱が室内
空気から奪われることによって室内空気の冷却が行われ
る。そして、気化した冷媒はその後、圧縮機に吸入され
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような装置では、
従来、圧縮機の吐出口近傍において冷媒回路の配管に温
度センサーを取付け、圧縮機から吐出される冷媒の温度
を検出することにより、冷媒温度の過度の上昇を検知
し、これにより冷媒の温度上昇による圧縮機の過熱を防
止するようにしている。例えば、冷媒の温度が所定温度
以上になると、圧縮機の出力を下げたり、あるいは圧縮
機を停止することで、圧縮機の温度上昇を抑えるように
している。

【０００６】ところが、後述の実施形態中で詳しく説明
するように運転状態により回路内に冷媒が滞留したり、
あるいは回路に損傷が生じて冷媒が洩れる等して、循環
する冷媒の量が不足するような場合には、図１１に示す
ように、圧縮機に戻る冷媒が減少し、これに伴い圧縮機
の負荷が減少することで、圧縮機の回転数が上昇し、そ
の摩擦熱等によって圧縮機の温度が上昇する一方で、循
環する冷媒の量が減少しているために温度センサーによ
る検出温度があまり上昇しないという現象が発生する場
合がある。そして、このような場合には、圧縮機の異常
検出が遅れて装置が故障するとった事態を招く虞があ
る。

【０００７】従って、このような事態の発生を回避し、
圧縮機の過熱による異常をより早期に、かつ確実に検知
して、圧縮機の損傷を確実に防止することが望まれる。

【０００８】なお、異常事態を未然に防止するために、
予め圧縮機の回転数の上限をある程度低く設定しておく
ことが考えられるが、この場合には、正常時にも空調機
能を低下させることになって室内空間を快適な状態に維
持するできなくなる場合もあるので、このような機能の
低下を回避しならが圧縮機の温度上昇を抑制できる方が
好ましい。

【０００９】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、圧縮機の過熱による異常を確実に検知
して圧縮機の損傷を防止することができるヒートポンプ
装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るヒートポ
ンプ装置は、圧縮機と、凝縮器を有する放熱部と、膨張
弁と、蒸発部を有する吸熱部とを備え、上記圧縮機から
吐出された冷媒が上記放熱部、膨張弁、吸熱部を経て圧
縮機に戻されるように冷媒回路が構成されたヒートポン
プ装置において、上記圧縮機にその温度を検出する温度
検出手段を設けるとともに、この温度検出手段の検出結
果に基づいて上記圧縮機の温度上昇を抑える抑制手段を
設けたものである。

【００１１】このヒートポンプ装置では、上記圧縮機か
ら吐出された冷媒が上記凝縮器、膨張弁、蒸発部を経て
圧縮機に戻るように循環することにより、放熱あるは吸
熱作用による冷暖房、あるいは冷凍が行われる。稼働中
は、温度検出手段により圧縮機の温度が検出されてお
り、圧縮機の温度が異常に上昇すると、その温度検出に
基づいて圧縮機の温度抑制作用が働き圧縮機の過熱が防
止される。

【００１２】請求項２に係るヒートポンプ装置は、請求
項１記載のヒートポンプ装置において、上記抑制手段
が、上記放熱部を経た冷媒を、上記吸熱部のすくなくと
も一部を迂回させて圧縮機に戻すバイパス通路と、この
バイパス通路における冷媒のバイパス量を、上記温度検
出手段による検出温度に基づいて調整するバイパス量調
整手段とを有するものである。

【００１３】このヒートポンプ装置によれば、温度検出
手段により検出される圧縮機温度が高くなると、バイパ
ス通路が開かれて、放熱部で冷却された冷媒の一部又は
全部が吸熱部をバイパスして圧縮機に戻される。そのた
め比較的低温の冷媒が圧縮機に戻されることで圧縮機に
対する冷却作用が発揮され、圧縮機の温度抑制が効果的
に行われる。

【００１４】請求項３に係るヒートポンプ装置は、請求
項２記載のヒートポンプ装置において、上記バイパス量
調整手段が、上記圧縮機の温度上昇に伴い上記バイパス
通路の冷媒の流量を増大させるように構成されてなるも
のである。

【００１５】このヒートポンプ装置によれば、圧縮機の
温度に応じて、冷却作用が有効に発揮される適量の冷媒
を圧縮機に戻すことが可能となる。

【００１６】請求項４に係るヒートポンプ装置は、請求
項１乃至３のいずれかに記載のヒートポンプ装置におい
て、上記抑制手段が、上記圧縮機の駆動を制御する制御
手段を有するものであって、この制御手段が、上記温度
検出手段による検出温度が所定値以上となるときに圧縮
機の回転数を所定値以下に制限するように構成されてな
ることを特徴とする。

【００１７】このヒートポンプ装置によれば、検出温度
が高いときに圧縮機の回転数上昇が制限されることによ
り、圧縮機での発熱が抑制される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００１９】図１は、本発明に係るヒートポンプ装置を
利用した空気調和装置を示す回路図である。この図に示
すように、空気調和装置１（以下、空調装置１と略す）
には、水冷式ガスエンジン２（以下、エンジン２と略
す）と、これによって駆動される圧縮機２０と、フロン
等の冷媒を循環させる冷媒回路３０と、上記エンジン２
を冷却するための冷却水回路５０とが設けられている。

【００２０】上記エンジン２と圧縮機２０とは、エンジ
ン２の出力軸３に取付けられたプーリ４と圧縮機２０の
入力軸２１に取付けられたプーリ２２とに亘ってベルト
５が装着されることにより連結されており、エンジン２
で発生された回転が上記ベルト５を介して圧縮機２０に
伝動されることによって圧縮機２０が駆動されるように
なっている。

【００２１】上記エンジン２には、吸気系として吸気管
６が接続されるとともに、この吸気管６にエアクリーナ
７及びミキサー８が接続されている。ミキサー８には、
図外の燃料ガス供給源に接続された燃料供給管９が接続
されており、この燃料供給管９に燃料ガス電磁弁１０と
燃料ガスの減圧を調整するゼロガバナ１１が接続されて
いる。

【００２２】エンジン２のクランク室には、オイル供給
管を介してオイルタンク１３が接続されている。また、
エンジン２からはブリーザ管１４が導出されており、こ
のブリーザ管１４にオイルセパレータ１５が接続される
とともに、このオイルセパレータ１５からガスライン１
６及びオイルライン１７がそれぞれ導出され、ガスライ
ン１６が吸気管６のミキサー８の上流側に接続される一
方、オイルライン１７がエンジン２のクランク室に接続
されている。すなわち、エンジン２から排出されたブリ
ーザガスがオイルセパレータ１５においてそのオイル分
を除去されて吸気管６に戻される一方で、除去されたオ
イルがエンジン２のクランク室に戻されるようになって
いる。

【００２３】また、上記エンジン２には、排気系として
排気管１８が導出されるとともに、この排気管１８に排
ガス熱交換器１９が設けられている。

【００２４】上記冷媒回路３０は、凝縮器を有する放熱
部と、膨張弁と、蒸発器を有する吸熱部とを備え、圧縮
機２０から吐出される冷媒を上記放熱部、膨張弁、蒸発
部を通して圧縮機２０に戻すように循環させるための閉
回路を構成している。

【００２５】当実施形態では、４台の室内熱交換器４３
ａ〜４３ｄと、これらにそれぞれ具備される膨張弁４２
と、２台の室外熱交換器３８ａ，３８ｂと、二重熱交換
器５５等とが冷媒回路３０に組み込まれ、かつ冷媒循環
方向を切換える四方弁３３が設けられることにより、暖
房時には、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄが凝縮器、室外
熱交換器３８ａ，３８ｂが蒸発器となり、冷房時には、
室内熱交換器４３ａ〜４３ｄが蒸発器、室外熱交換器３
８ａ，３８ｂが凝縮器となるように構成されている。

【００２６】具体的に説明すると、上記圧縮機２０の吐
出側からライン３１ａが導出され、これがオイルセパレ
ータ３２を介して四方弁３３の第１ポート３３ａに接続
されている。四方弁３３において、第３ポート３３ｃか
らはライン３１ｂが導出されており、このライン３１ｂ
が液ガス熱交換器３４，サイレンサ３５及びアキュムレ
ータ３６を介して圧縮機２０の吸入側に導入されるとと
もに、上記オイルセパレータ３２から導出されたオイル
戻りライン４５が上記アキュムレータ３６よりも下流側
で、かつ後述のバイパスライン４８の接続部分よりも下
流側においてこのライン３１ｂに接続されている。な
お、４５ａは、オイル戻りライン４５に設けられた毛細
管である。

【００２７】また、上記ライン３１ａにおいて上記オイ
ルセパレータ３２の下流側には、ライン３１ａから分岐
して上記サイレンサ３５に至るリターンライン４６が設
けられるとともに、このリターンライン４６に流量調整
用の制御弁４７が接続されている。

【００２８】上記四方弁３３において、第２ポート３３
ｂからはライン３１ｃが導出されており、このライン３
１ｃがストレーナ４４を介して各室内熱交換器４３ａ〜
４３ｄに至っている。

【００２９】各室内熱交換器４３ａ〜４３ｄは同図に示
すように互いに並列に配置されており、各々片方側（同
図では下側）の入出力部分が上記ライン３１ｃに接続さ
れるとともに、他方側（同図では上側）の入出力部分が
各々膨張弁４２を介してライン３１ｄに接続されてい
る。

【００３０】ライン３１ｄは、ストレーナ４１，サイト
グラス４０及びドライヤ３９を介して上記液ガス熱交換
器３４に至り、この液ガス熱交換器３４を経て室外熱交
換器３８ａに接続されている。室外熱交換器３８ａから
はライン３１ｇが導出されており、このライン３１ｇが
後に詳述する冷却水回路５０の二重感熱交換器５５を経
て上記四方弁３３の第４ポート３３ｄに接続されてい
る。

【００３１】また、上記ライン３１ｄからはライン３１
ｅが分岐しており、このライン３１ｅが室外熱交換器３
８ｂに接続されるとともに、室外熱交換器３８ｂからラ
イン３１ｆが導出され、このライン３１ｆが室外熱交換
器３８ａと二重感熱交換器５５との間において上記ライ
ン３１ｇに接続されている。

【００３２】さらに、上記ライン３１ｄにおいて液ガス
熱交換器３４と上記ライン３１ｅの分岐部分との間に
は、ライン３１ｄから分岐するバイパスライン４８（バ
イパス通路）が設けられており、このバイパスライン４
８が上記アキュムレータ３６の下流側において上記ライ
ン３１ｂに接続されるとともに、このバイパスライン４
８に流量調整用の制御弁４９（バイパス量調整手段）が
接続されている。

【００３３】なお、上記冷媒回路３０に適用される圧縮
機２０の具体的な構造は本発明において特に限定するも
のではないが、本実施形態においては、圧縮機２０とし
て図３〜図５に示すようなマルチ型圧縮機が適用されて
いる。

【００３４】圧縮機２０は、これらの図に示すようにケ
ース６１を有し、このケース６１内に、左右（図４で左
右）２台の圧縮機本体６２と、各圧縮機本体６２に共通
して設けられる潤滑油供給源としてのオイル溜６３とを
有している。

【００３５】この圧縮機２０では、図３の白抜き矢印に
示すように、上記冷媒回路３０から還流した冷媒を各圧
縮機本体６２により上記ライン３１ｂから吸引、圧縮し
て高温、高圧のガス状冷媒とし、これをオイルセパレー
タ６４を介してオイル溜６３内に吐出するとともに、オ
イル溜６３の天井部分に接続された上記ライン３１ａか
ら上記冷媒回路３０に供給するようになっている。

【００３６】また、図３の矢印に示すように、オイル溜
６３中に開口したオイル供給口６７から潤滑油を吸い上
げてこれを各圧縮機本体６２の摺動部分に循環させるよ
うになっている。潤滑油は、各圧縮機本体６２において
ガス状冷媒に混入されるが、ガス状冷媒と共にオイルセ
パレータ６４を介してオイル溜６３に吐出される際に分
離されてオイル溜６３に戻されるようになっている。

【００３７】上記圧縮機本体６２は、図５に示すよう
に、ケーシング７０と、クラッチ手段を介して上記入力
軸２１に連結される駆動軸７１と、これと一体に回転す
るロータ７２と、楕円形の内壁を有するシリンダ７４と
から構成されている。

【００３８】ロータ７２には、半径方向に付勢されてそ
の先端部がシリンダ７４の内壁に摺接する複数のベーン
７３が設けられ、これによりロータ７２の回転に伴って
可変する２つの圧縮空間がシリンダ７４内に形成される
ようになっている。また、シリンダ７４には、各圧縮空
間に対応する連通路７５と、板バルブ７７を具備する吐
出口７６とが設けられている。そして、各圧縮機本体６
２において、上記ロータ７２が回転駆動されることによ
り、冷媒回路３０から還流した冷媒がロータ７２の一方
側の吸気口と各連通路７５を介して他方側の吸気口から
吸入され、上記各圧縮空間で圧縮された後各吐出口７６
から吐出されて吐出路７９を経てオイルセパレータ６４
に導かれる。

【００３９】さらに、この圧縮機２０には、図５に示す
ようにケーシング７０に圧縮機温度センサー７８が取付
けられており、圧縮機２０の温度が随時検出されて回路
制御装置８２（図６に示す）に出力されるようになって
いる。そして、このようにして圧縮機２０の温度変化を
検知することにより、後述する冷媒戻し制御において制
御弁４９の開閉が行われるようになっている。

【００４０】なお、上記冷却水回路５０は、図１中に示
すように、ポンプ５２の吐出側から冷却ライン５１ａが
導出され、この冷却ライン５１ａが上記排ガス熱交換器
１９を経てエンジン２の冷却水導入口に接続されるとと
もに、エンジン２の冷却水導出口から冷却ライン５１ｂ
が導出され、これが切換弁５３に接続されている。

【００４１】切換弁５３からは冷却ライン５１ｃ，５１
ｅがそれぞれ導出されており、冷却ライン５１ｃがラジ
エータ５４の入力側に接続されている。ラジエータ５４
の出力側からは冷却ライン５１ｄが導出されており、こ
の冷却ライン５１ｄが上記ポンプ５２の吸入側に接続さ
れるとともに、上記冷却ライン５１ｅが二重管熱交換器
５５を介してこの冷却ライン５１ｄに接続されている。

【００４２】ここで、上記切換弁５３は、内蔵されたサ
ーモスタットの作用により上記冷却ライン５１ｃ及び５
１ｅへの冷却水の流量を調節するようになっている。具
体的には、図２に示すように冷却水温度が７８°Ｃ以下
であるときには冷却ライン５１ｃを全閉するとともに冷
却ライン５１ｅを全開として冷却ライン５１ｅにのみ冷
却水を送り、冷却水温度が７８°Ｃを超えると、冷却ラ
イン５１ｃを開きはじめて冷却ライン５１ｃに冷却水を
送る一方、冷却ライン５１ｅを閉じはじめて冷却ライン
５１ｃに送る冷却水を抑え、さらに冷却水温度が８６°
Ｃを超えると、冷却ライン５１ｅを全閉するとともに冷
却ライン５１ｃを全開として冷却ライン５１ｃにのみ冷
却水を送るようになっている。

【００４３】また、上記冷却水回路５０において、上記
冷却ライン５１ｅの接続部分とラジエータ５４との間か
らは上記冷却ライン５１ｄから分岐する冷却水補給ライ
ン５１ｆが設けられており、この冷却水補給ライン５１
ｆが水タンク５６に接続されている。なお、同図におい
て、５１ｇは空気抜き通路を、５７は絞りをそれぞれ示
している。

【００４４】次に、以上のように構成された空調装置１
の制御系について図６のブロック図を用いて簡単に説明
する。なお、この図では主に冷媒回路３０に関する制御
系の構成のみ図示している。

【００４５】同図に示すように、上記空調装置１には、
空調動作を統括的に制御する主制御装置８０と、この主
制御装置８０に接続される室内機制御装置８１及び室外
機制御装置８２とが設けられている。

【００４６】室内機制御装置８１には、上記室内熱交換
器４３ａ〜４３ｄを収納する室内機１００ａ〜１００ｄ
が接続されており、室内機制御装置８１により室内熱交
換器４３ａ〜４３ｄが統括的に制御されるようになって
いる。各室内機１００ａ〜１００ｄには、それぞれ送風
用のファン８４ａ〜８４ｄと、室内熱交換器４３ａ〜４
３ｄの入口冷媒温度を検出する入口冷媒温度センサー８
５ａ〜８５ｄと、出口冷媒温度を検出する出口冷媒温度
センサー１０１ａ〜１０１ｄと、オンオフスイッチや温
度設定キーを備えた操作部８６ａ〜８６ｄと、各室内温
度を検出する室内温度センサー１０２ａ〜１０２ｄとが
設けられている。そして、例えば室内機１００ａの操作
部８６ａを介して希望温度が入力されると、室内機制御
装置８１において、室内温度センサー１０２ａで室内温
度が検出されるとともに、この温度と上記希望温度との
差が求められ、この温度差を減少させるべく上記ファン
８４ａの出力が上記室内機制御装置８１を介して主制御
装置８０によって制御されるようになっている。

【００４７】上記室外機制御装置８２には、同図に示す
ように、エンジン２、圧縮機温度センサー７８、制御弁
４７，４９、四方弁３３、室外熱交換器３８ａ，３８ｂ
及び吐出冷媒温度センサー１２０等が接続されている。
室外機制御装置８２は、各室内機１００ａ〜１００ｄの
冷暖切換えに応じて冷媒回路３０での冷媒の循環方向を
切換えるべく四方弁３３を制御するとともに、上述のよ
うな温度差を減少させるべくエンジン２の駆動を制御し
て圧縮機２０の出力を調整するようになっている。ま
た、上記室内機１００ａ〜１００ｄの作動状況、つまり
運転されている室内機１００ａ〜１００ｄの数等に応じ
て制御弁４７の開度を制御してリターンライン４６を流
れる冷媒の量を調整するようになっており、具体的に
は、運転される室内熱交換器４３ａ〜４３ｄの数が少な
くなるに連れて各制御弁４７の開度を大きくしてリター
ンライン４６を流れる冷媒の量を増大させるようになっ
ている。 さらに、室外機制御装置８２は、暖房運転時
に、上記入口冷媒温度センサー８５ａ〜８５ｄにより検
出される放熱前の冷媒温度と上記出口冷媒温度センサー
１０１ａ〜１０１ｄにより検出される放熱後の冷媒温度
との温度差と、各膨張弁４２ａ〜４２ｄの開度及び高圧
側と低圧側の圧力差とに基づいて後記各室内熱交換器４
３ａ〜４３ｄでの放熱量を演算し、求められた放熱量及
び上記吸込冷媒温度センサー８７による検出温度等に基
づいて上記制御弁４９を制御してバイパスライン４８を
開閉する制御を行うか、図８に示すように、正確な放熱
量ではなく概略の放熱量、すなわち、運転状態にある室
内機毎の定格熱交換量を換算して得られる放熱量（図８
のステップＳ３）と、圧縮機吸入側冷媒温度の代わりに
圧縮機温度センサー７８による圧縮機自体の温度（図８
のステップＳ５，Ｓ９）とにより制御弁４９の制御を行
う。なお、図１において、１１０が高圧側圧力センサー
であり、１１１が低圧側圧力センサーである。

【００４８】次に、以上のように構成された空調装置１
の作用について説明する。

【００４９】最初に上記空調装置１が暖房運転される場
合について説明する。先ず、エンジン２の駆動に応じて
圧縮機２０が作動され、高温・高圧のガス状冷媒がライ
ン３１ａに吐出されてオイルセパレータ３２を経て四方
弁３３の第１ポート３３ａに送られる。このように冷媒
がオイルセパレータ３２を経ることでそのオイル分が除
去されて四方弁３３に至るようになっている。なお、除
去されたオイル分はオイル戻りライン４５及びライン３
１ｂを介して圧縮機２０に戻される。また、制御弁４７
は全閉されており、従って、冷媒は全て四方弁３３に送
られる。

【００５０】上記四方弁３３は、暖房時には第１ポート
３３ａと第２ポート３３ｂとが連通する状態とされてお
り、従って、四方弁３３に送られた冷媒は四方弁３３を
経てライン３１ｃに送られ、ストレーナ４４を介して各
室内熱交換器４３ａ〜４３ｄに至り、ここで、凝縮熱を
放出して液化する。すなわち、このとき各室内熱交換器
４３ａ〜４３ｄにおいて放出される凝縮熱によって室内
の暖房が行われる。

【００５１】凝縮熱を放出して液化した冷媒は、それぞ
れ膨張弁４２によって減圧されてライン３１ｄに送ら
れ、ストレーナ４１、サイトグラス４０、ドライヤ３９
及び液ガス熱交換器３４を経た後、室外熱交換器３８ａ
及び３８ｂに至り、ここで外気から蒸発熱を吸収して気
化した後、ライン３１ｇに送られて二重管熱交換器５５
に至り、ここで冷却水回路５０を流れる冷却水から熱を
吸収した後四方弁３３に送られる。そして、制御弁４９
が全閉されているときには、ライン３１ｃを流れる冷媒
は全て室外熱交換器３８ａ，３８ｂに送られる。

【００５２】四方弁３３では、第３ポート３３ｃと第４
ポート３３ｄとが連通されており、従って、冷媒は四方
弁３３を経てライン３１ｂに送られ、液ガス熱交換器３
４、サイレンサ３５を介してアキュムレータ３６に至
る。そして、ここで冷媒が気体と液体とに分離された
後、ガス状の冷媒のみがライン３１ｂを通って上記圧縮
機２０に送られ、以後、同様にして冷媒回路３０を冷媒
が循環させられる。

【００５３】ところで、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄの
うち一部の室内熱交換器が運転されるような場合には、
放熱部（室内熱交換器）での放熱量が吸熱部（室外熱交
換器及び二重感熱交換器）での吸熱量に比べて小さくな
って冷媒の熱授受のバランスが崩れる傾向が生じ易く、
これにより冷媒の温度が上昇して圧縮機２０が過熱され
易くなる。

【００５４】すなわち、通常の暖房運転時であれば、図
７のＰ−ｈ線図に示すように、圧力Ｐ及びエンタルピｈ
が、ａ（Ｐ₁，ｈ₁）→ｂ（Ｐ₂，ｈ₂）→ｅ（Ｐ₂，ｈ₀）
→ｆ（Ｐ₁，ｈ₀）→ａ（Ｐ₁，ｈ₁）のように変化し、つ
まり圧縮機で圧縮されたガス状の冷媒が（ａ→ｂ）、室
内熱交換器での放熱によりガス（ｂ→ｃ）→気液混合体
（ｃ→ｄ）→液体（ｄ→ｅ）と変化され、その後、完全
に液化したところで膨張されて霧状冷媒となるのである
が（ｅ→ｆ）、例えば運転される室内熱交換器の数が少
ない場合等には、室外熱交換器での吸熱量に対して室内
熱交換器での放熱量が少なくなり、これにより室内熱交
換器の冷媒が完全に液化されない場合がある（ｃ→
ｄ′）。そして、このように冷媒が充分に液化されてい
ない気液混合体の状態で膨張が行われると（ｄ′→
ｆ′）、気相冷媒についてはその重量が減少することに
なる。このため、圧縮機から吐出され室内熱交換器に送
られてくる冷媒の一部は膨張弁を通過できず、室内熱交
換器、特に、停止中の室内熱交換器に滞留することとな
り、これにより圧縮機に戻る冷媒が減少する。一方、膨
張弁を通過した冷媒は室外熱交換器で吸熱が十分に行わ
れる分、膨張弁から圧縮機の吸込み口の間の低圧側の冷
媒圧力が上昇し、このため、膨張弁での差圧は小さくな
り、これも膨張弁を通過する冷媒の重量が減少する原因
となり、停止中の室内熱交換器に停滞する冷媒量を増加
させる。これに伴い圧縮機の負荷が減少することで、圧
縮機の回転数が上昇し、吸熱による圧縮機の吸込み側の
温度上昇に加え、その摩擦熱等によって圧縮機自体の温
度が上昇することになる。しかも、上述のように循環す
る冷媒が不足する場合であっても、室内熱交換器での放
熱に比べて室外熱交換器等での吸熱は充分に行われてい
るため、循環する冷媒はますます減少しつつ圧縮機に戻
る冷媒の温度がさらに上昇し、これによっても圧縮機の
温度が上昇させられることになる。

【００５５】なお、上記のように一部の室内機が運転さ
れるような場合に、エンジン２による圧縮機駆動力が制
御されるとともに、制御弁４７が開かれてライン３１ａ
を流れる冷媒の一部がリターンライン４６を介して圧縮
機２０に戻されることにより、室内機１００ａ〜１００
ｄの運転台数に応じて室内熱交換器への冷媒の供給量が
調整されるが、室内熱交換器の運転台数が少ないときに
は、放熱部の容量が小さくなるのに対して吸熱部の容量
は大きいままであるので、室内機運転台数に応じて上記
冷媒供給量の調整を行うだけでは熱授受のバランスの崩
れを解消することが難しい。そして、このような熱授受
のバランスが崩れている状態で長時間に亘り空調装置１
が継続して運転されると、冷媒循環量が次第に減少する
とともに冷媒に熱が蓄積されて次第に温度が上昇し、上
述のように圧縮機２０が過熱される虞がある。

【００５６】そこで、圧縮機２０に設けられた圧縮機温
度センサー７８による温度検知に基づき、上記のような
現象で圧縮機温度が上昇した場合に、これを直接的に検
出し、それに応じて圧縮機温度の上昇を抑制する制御を
行うようにする。特に、当実施形態では、圧縮機温度が
所定値以上のときバイパスライン４８の制御弁４９を開
くことにより各室内熱交換器４３ａ〜４３ｄにおいて凝
縮熱を放出した後の比較的低温の冷媒を圧縮機２０に戻
すようにし、これによって圧縮機２０に吸入される冷媒
の温度を引き下げるとともに、圧縮機２０の冷却を行う
ようにしている。こうすることで冷媒の熱授受のアンバ
ランスに起因して過熱された圧縮機２０を冷却してその
損傷を防止しつつ、冷媒の加熱を抑制して冷媒の熱授受
のバランスを解消するようにしている。

【００５７】上述のような圧縮機温度センサー７８によ
る圧縮機２０の温度検知に基づいた制御を、図８のフロ
ーチャートによって説明する。

【００５８】この制御では、先ず、エンジン２が運転中
か否かが判断され、運転中である場合には、さらに空調
装置１が暖房運転中であるか否が判断される（ステップ
Ｓ１，Ｓ２）。ここで空調装置１が暖房運転中である場
合には、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄの運転室内機容量
が所定の比較値Ｑよりも小さいか否かが判断され、容量
が大きい場合には、ステップＳ１０に移行されて制御弁
４９が開かれることなくステップＳ１にリターンされる
（ステップＳ３）。

【００５９】ここで、上記運転室内機容量とは、室内熱
交換器の放熱量に対応するものであって、例えば、運転
されている室内熱交換器４３ａ〜４３ｄの個々について
求められた定格容量の総和である。この際、自動制御さ
れるファンの出力が高くなるに連れて放熱量が増加し、
それに伴って入口冷媒温度と出口冷媒温度との差が大き
くなることから、この温度差に膨張弁開度と圧力差と所
定係数をそれぞれ乗算して室内機毎の容量を求めるよう
にしてもよい。また、操作部で設定される希望温度と室
内温度との差が大きくなるとファンの出力が高められて
放熱量が大きくなるので、上記希望温度と室内温度の差
に定数を乗じることで容量を求めるようにしてもよい。

【００６０】そして、上記容量が小さくなると、充分な
放熱が行われ難くなり、これにより冷媒の熱授受（室内
機での放熱と室外器等での吸熱）のバランスが崩れ易く
なる傾向にある。そのため、ステップＳ３を置き、概略
の熱授受のバランスに応じた制御をするようにした。す
なわち、理論的に、あるいは実験的に冷媒の熱授受のバ
ランスが確実に保たれ得るような運転状態との境界を上
記容量の点から求めておき（比較値Ｑ）、運転中の現実
の上記容量が所定値Ｑより大きい場合には、冷媒の熱授
受のバランスが適切に保たれていると判断し、制御弁４
９を閉じる、あるいは閉状態に保持すべく後記ステップ
Ｓ１０に移行するようになっている。

【００６１】一方、運転室内機容量が比較値Ｑよりも小
さい場合には、放熱量が小さくて冷媒の熱授受のバラン
スが崩れ易い運転状態にあるとしてステップＳ４に移行
される。ここで、既に制御弁４９が開かれているか否か
が判断され、制御弁４９が開かれていない場合には、さ
らにステップＳ５に移行されて圧縮機温度センサー７８
の検出温度が105°Ｃ以上であるか否か、つまり圧縮機
２０が過熱状態にあるか否かが判断される。ここで検出
温度が105°Ｃ以上である場合には、冷媒の熱授受のバ
ランスが崩れていると判断され、上記制御弁４９が開か
れてライン３１ｄを流れる冷媒がバイパスライン４８を
介して圧縮機２０に戻され、これにより冷媒戻し制御に
よる上述の作用が発揮される（ステップＳ６）。このと
き、検出温度が高くなるにつれて制御弁４９の開度を大
きくするように制御弁開度を多段階もしくは無段階に制
御することが望ましい。

【００６２】一方、ステップＳ１及びＳ２においてＹＥ
Ｓの場合には、ステップＳ７に移行され、圧縮機温度セ
ンサー７８の検出温度が105°Ｃ以上であるか否かが判
断され、ここで検出温度が105°Ｃ以上である場合には
ステップＳ６に移行され、上記同様、制御弁４９が開か
れる。このような例としては、空調装置１の停止直後に
おいて圧縮機２０が過熱状態にあるときであり、このよ
うな場合であってもライン３１ｄにある残留冷媒が圧縮
機２０に戻されることにより圧縮機２０に対する冷却作
用が発揮されるようになっている。

【００６３】ステップＳ７でＮＯの場合には、ステップ
Ｓ８に移行されて制御弁４９が既に開かれているか否か
が判断され、ここで制御弁４９が開かれていない場合に
は、制御弁４９が閉状態に維持されてステップＳ１にリ
ターンされる。

【００６４】ステップＳ８でＹＥＳの場合には、上記圧
縮機温度センサー７８の検出温度が70°Ｃ以下であるか
否か、つまり圧縮機２０が理想的な運転温度に保たれて
いるか否が判断され、ここで検出温度が70°Ｃ以下であ
る場合には冷媒戻し制御を行う必要がないために制御弁
４９が閉じられて上記ステップＳ１にリターンされる
（ステップＳ９，１０）。一方、ステップＳ９で検出温
度が70°Ｃ以上である場合には、ステップＳ６に移行さ
れ、制御弁４９が開かれたままステップＳ１にリターン
される。つまり、温度上昇時は、105°Ｃ以上で制御弁
４９が開となるのに対し、その後の温度下降時には70°
Ｃまで開状態が保たれるようにヒステリシスをもった制
御が行われ、温度が充分に引下げられるようになってい
る。

【００６５】このように上記空調装置１によれば、冷媒
の熱授受のアンバランスに起因して圧縮機２０の温度が
上昇するような場合であっても、圧縮機温度センサー７
８による圧縮機２０の温度検出に基づき、当該温度が所
定温度に達するとライン３１ｄを通る低温の冷媒をバイ
パスライン４８を介してライン３１ｂに戻す上記冷媒戻
し制御を行い、これによって圧縮機２０の冷却を行うと
ともに、冷媒を室外熱交換器３８ａ，３８ｂ及び二重管
熱交換器５５を迂回させることにより冷媒の加熱を抑制
するようにしているので、早急に圧縮機２０を冷却して
その損傷を未然に防止することができるとともに、冷媒
の熱授受のバランスを解消することができる。しかも、
上記液戻し制御では、圧縮機２０の出力を下げたり、あ
るいは圧縮機２０を停止させることがないので、室内熱
交換器４３ａ〜４３ｄでの放熱を通常通り行いながら圧
縮機２０の温度上昇を抑制することができる。そのた
め、空調機能を低下させたり、あるいは停止させること
なく圧縮機２０の温度上昇を効果的に抑えることができ
る。

【００６６】また、上記冷媒戻し制御は、圧縮機温度セ
ンサー７８による圧縮機２０の温度検出に基づいて行わ
れるため、上述のように冷媒の熱授受のバランスの崩れ
に起因して発生する圧縮機２０の過熱の場合に限らず、
例えば、配管に損傷が生じて冷媒が洩れ、これにより圧
縮機２０に戻る冷媒が減少することで、圧縮機２０の回
転数が上昇して圧縮機２０が過熱されるような場合にも
同様に冷媒戻し制御が行われて圧縮機２０の冷却が行わ
れる。従って、原因の如何に拘らず圧縮機２０の異常な
温度上昇を確実に検知して過熱による損傷を防止し、こ
れにより圧縮機２０の耐久性を高めることができる。

【００６７】但し、冷媒の洩れの場合には、循環する冷
媒が次第に減少するため、冷媒戻し制御によって圧縮機
２０の過熱を完全に解消することができない。従って、
圧縮機２０の温度の経時変化に基づき、圧縮機２０の過
熱状態が解消されない状態が継続されるような場合に
は、例えば、強制的に空調装置１を停止させたり、ある
いは警告灯等により報知するようにするのが望ましい。

【００６８】ところで、以上は上記空調装置１が暖房運
転される場合であるが、冷房運転される場合には、以下
のように冷媒の循環が行われる。

【００６９】すなわち、冷房運転時には、上記冷媒回路
３０における四方弁３３の第１ポート３３ａと第３ポー
ト３３ｄ、第２ポート３３ｂと第３ポート３３ｃがそれ
ぞれ連通されており、従って、圧縮機２０から吐出され
た冷媒はライン３１ａ及びライン３１ｇを通って室外熱
交換器３８ａ及び３８ｂに至る。なお、制御弁４７は閉
じられており、従って冷媒は全て室外熱交換器３８ａ及
び３８ｂに送られる。

【００７０】室外熱交換器３８ａ，３８ｂの冷媒は、こ
こで外気によって冷却、凝縮されて、高圧の液状冷媒と
なってライン３１ｅ，３１ｆ，３１ｄを通り、液ガス熱
交換器３４，ドライヤ３９及びサイトグラス４０を介し
て各膨張弁４２に至る。なお、制御弁４８は閉じられて
おり、従って冷媒は全て膨張弁４２側に送られる。

【００７１】各膨張弁４２に送られた冷媒は、ここで減
圧されて各室内熱交換器４３ａ〜４３ｄに送られ、室内
空気から蒸発潜熱を吸収して蒸発（気化）する。つま
り、このように冷媒が室内の蒸発潜熱を吸収することで
室内の冷房が行われる。

【００７２】気化した冷媒は、ライン３１ｃ，四方弁３
３を通ってライン３１ｂに流れ、液ガス熱交換器３４、
サイレンサ３５及びアキュムレータ３６を介して圧縮機
２０に至る。そして、ここで冷媒が気体と液体とに分離
された後、ガス状の冷媒のみがライン３１ｂを通って上
記圧縮機２０に送られ、以後、同様にして冷媒回路３０
を冷媒が循環させられる。

【００７３】冷房運転においても、上記暖房運転の場合
と同様に、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄのうち一部の室
内熱交換器が運転される場合には、その数に応じて制御
弁４７が開かれることにより適量の冷媒が室内熱交換器
４３ａ〜４３ｄに供給されるようになっている。

【００７４】ところで、このような冷房運転では、例え
ば、外気温度が高く、しかも全ての室内熱交換器４３ａ
〜４３ｄが運転されているような環境下では、室外熱交
換器３８ａ，３８ｂにおいて冷媒の放熱が充分に行われ
ず、これにより室外熱交換器の冷媒が完全に液化されな
いような場合があり、このような場合には、暖房運転時
で一部の室内熱交換器が運転される場合と同様に、室内
熱交換器４３ａ〜４３ｄでの吸熱量が多いことにより圧
縮機２０の吸入側冷媒温度が上昇するとともに、膨張弁
４２ａ〜４２ｄでの差圧が減少して冷媒が冷媒回路３０
内に滞留し、圧縮機２０に戻る冷媒量が少しづつ減少す
ることになる。そして、吸込冷媒温度上昇、さらには圧
縮機の負荷軽減による回転数の上昇に起因して圧縮機２
０の温度上昇を誘発することになる。

【００７５】しかし、このような場合にも、上記制御弁
４９が開かれてライン３１ｄを流れる冷媒の一部がバイ
パスライン４８を介して圧縮機２０に戻される上記冷媒
戻し制御が行われることにより、圧縮機２０に対する冷
却作用が発揮されて圧縮機２０の損傷が未然に防止され
る。ただし、このような冷房運転時の冷媒戻し制御で
は、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄに至る以前の冷媒がバ
イパスライン４８を介して圧縮機２０に戻されることに
よって室内熱交換器４３ａ〜４３ｄへの冷媒の供給量が
不足するため、室内熱交換器４３ａ〜４３ｄでの冷房能
力は低下する。

【００７６】なお、上記実施形態の空調装置１は、本発
明に係るヒートポンプ装置を利用した空気調和装置の一
例であってその具体的な回路構成等は、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実
施形態では、バイパスライン４８の一旦側がアキュムレ
ータ３６の下流側においてライン３１ｂに接続されてい
るが、例えば、アキュムレータ３６の上流側においてラ
イン３１ｂに接続するように構成してもよい。このよう
な構成によれば、アキュムレータ３６において液状冷媒
を確実に除去してガス状冷媒のみを圧縮機２０に戻すこ
とができるので、圧縮機２０の保護の面では望ましい。

【００７７】また、熱授受のバランスが崩れて圧縮機温
度が上昇したときに、上記実施形態のように冷媒をバイ
パスさせる制御に加え、圧縮機の回転数上昇を抑制する
ようにエンジン出力を制御してもよい。例えば、図７中
のステップＳ６で、制御弁４９の制御に加え、温度が高
くなるにつれてエンジン出力を低下させ、120°Ｃ以上
では、エンジン出力を最小（スロットル全閉）とするよ
うに制御する。このようにすれば圧縮機２０の温度上昇
がより確実に防止される。

【００７８】さらに、上記実施形態では特に説明してい
ないが、圧縮機２０の出力制御等のために冷媒回路３０
を循環する冷媒の温度を検出する必要がある場合には、
圧縮機２０の吐出口近傍にセンサー（図１，３，６に破
線で示す吐出冷媒温度センサー１２０）を設けて吐出冷
媒の温度を検出するようにしてもよい。すなわち、吐出
冷媒温度センサー１２０により検知される吐出冷媒温度
が高い場合には、これに応じて制御弁４９の開度を大き
くしたり、圧縮機２０の回転数を所定値以下に制限して
もよい。しかし、適正な運転状態下では、図９及び図１
０に示すように圧縮機２０の温度と吐出冷媒温度との間
に相関関係があるため、このような相関関係を予め実験
的もしくは理論的に求めておいて、冷媒温度に基づいて
行われる上述のような制御を、上記圧縮機温度センサー
７８による圧縮機２０の検出値に基づいて行うようにし
ても構わない。これによれば圧縮機２０の温度検出と冷
媒温度検出とを１つのセンサーで賄うことができ構成上
有利となる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヒートポ
ンプ装置は、圧縮機と、凝縮器を有する放熱部と、膨張
弁と、蒸発部を有する吸熱部とを備えた冷媒回路に、圧
縮機の温度を検出する温度検出手段を設け、抑制手段に
よりその検出温度に基づいて圧縮機の温度上昇を抑制す
るようにしたので、稼働中の圧縮機の過熱を確実に検知
して圧縮機の損傷を防止することができる。

【００８０】特に、このヒートポンプ装置において、放
熱部を経た冷媒を、吸熱部のすくなくとも一部を迂回さ
せて圧縮機に戻すバイパス通路を設け、上記検出温度に
応じてバイパス通路における冷媒のバイパス量を調整す
るように上記抑制手段を構成すれば、放熱部で冷却され
た比較的低温の冷媒を吸熱部を通すことなく圧縮機に戻
すことができる。そのため、圧縮機の過熱による損傷を
より確実に防止することができる。しかも、圧縮機の出
力を低下させる等することなく通常の運転状態のままで
圧縮機を冷すことができるので、空調機能を低下させる
ことなく圧縮機の温度上昇を抑制することができる。

【００８１】また、圧縮機の温度上昇に伴い上記バイパ
ス通路の冷媒の流量を増大させるようにすれば圧縮機の
温度に応じた適量の冷媒を圧縮機に戻して効率良く圧縮
機の温度上昇を抑制することができる。

【００８２】さらに、温度検出手段による検出温度が所
定値以上となるときに圧縮機の回転数を所定値以下に制
限するようにすれば、圧縮機の過熱が冷媒の不足に起因
するような場合に圧縮機の回転数上昇が制限されること
により、圧縮機での発熱が効果的に抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒートポンプ装置が適用される空
気調和装置の回路図である。

【図２】冷却水回路における切換弁の制御方法を示すグ
ラフである。

【図３】図１の装置に適用される圧縮機の構造を示す断
面図である。

【図４】圧縮機の構造を示す図３のＡ矢視図（一部破断
図）である。

【図５】圧縮機の構造を示す図３のＶ−Ｖ断面図であ
る。

【図６】図１に示す空気調和装置の制御系を示すブロッ
ク図である。

【図７】冷媒サイクルのＰ−ｈ線図である。

【図８】図１に示す空気調和装置における冷媒戻し制御
を示すフローチャートである。

【図９】圧縮機の温度と吐出冷媒温度と関係（温度上昇
時）を示す図である。

【図１０】圧縮機の温度と吐出冷媒温度と関係（温度下
降時）を示す図である。

【図１１】従来装置において、循環する冷媒が不足した
ときの圧縮機温度と冷媒温度との関係の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 空気調和装置 ２ 水冷式ガスエンジン ２０ 圧縮機 ３０ 冷媒回路 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３
１ｇ ライン ３３ 四方弁 ４３ａ〜４３ｄ 室内熱交換器 ３８ａ，３８ｂ 室外熱交換器 ４６ リターンライン ４８ バイパスライン ４７，４９ 制御弁 ５０ 冷却水回路 ５５ 二重管熱交換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と、凝縮器を有する放熱部と、膨
   張弁と、蒸発部を有する吸熱部とを備え、上記圧縮機か
   ら吐出された冷媒が上記放熱部、膨張弁、吸熱部を経て
   圧縮機に戻されるように冷媒回路が構成されたヒートポ
   ンプ装置において、上記圧縮機にその温度を検出する温
   度検出手段を設けるとともに、この温度検出手段の検出
   結果に基づいて上記圧縮機の温度上昇を抑える抑制手段
   を設けたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 上記抑制手段は、上記放熱部を経た冷媒
   を、上記吸熱部のすくなくとも一部を迂回させて圧縮機
   に戻すバイパス通路と、このバイパス通路における冷媒
   のバイパス量を、上記温度検出手段による検出温度に基
   づいて調整するバイパス量調整手段とを有することを特
   徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】 上記バイパス量調整手段は、上記圧縮機
   の温度上昇に伴い上記バイパス通路の冷媒の流量を増大
   させるように構成されてなることを特徴とする請求項２
   記載のヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】 上記抑制手段は、上記圧縮機の駆動を制
   御する制御手段を有するものであって、この制御手段
   が、上記温度検出手段による検出温度が所定値以上とな
   るときに圧縮機の回転数を所定値以下に制限するように
   構成されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載のヒートポンプ装置。