JPH11211195A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気熱源によるヒートポンプ運転と石油熱源
による冷媒加熱運転とを、経済性と快適性を考慮して運
転を切り替え、暖房ランニングコストを低減すると共に
快適性を向上させた空気調和装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機１からの冷媒配管は、四方弁２を
経由して室内熱交換器３に接続される。室内熱交換器３
からの冷媒配管は電子膨張弁４を経由した後、二方向に
分岐し、一方は二方弁５を経由して石油冷媒加熱機７に
接続され、他方は二方弁６を経由して室外熱交換器８に
接続される。石油冷媒加熱機７からの冷媒配管は、圧縮
機１に接続され、室外熱交換器８からの冷媒配管は、四
方弁２および逆止弁９を経由して圧縮機１に戻る。運転
制御部１０は、外気温センサ１１からの外気温信号に応
じて、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運転とを切り替え制
御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房時に冷媒を加
熱する石油冷媒加熱機を備えた空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ヒートポンプ式を主体とした空調
機市場は、省エネ化、高暖房化が一層進んだ機種が数多
く発売されるようになっている。

【０００３】省エネ化に関しては、圧縮機、送風機、熱
交換器などの性能を向上して、蒸発温度と凝縮温度の差
を小さくし、冷凍サイクルの入力を下げる努力がなされ
ている。

【０００４】高暖房化においては、蓄熱利用、液インジ
ェクションの利用、圧縮機入力の効率向上などで、低外
気温時においても高暖房能力を発揮できるようになって
きた。

【０００５】一方、冬場の外気温度が低くなる寒冷地に
おいては、石油あるいはガスなどの燃焼熱源で冷媒を加
熱、蒸発して暖房運転を行う冷媒加熱式の空調機も市場
に登場している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒート
ポンプ式が空気熱源を汲み上げ利用する原理である以
上、冷媒の蒸発温度は外の空気温度以下にならざるを得
ず、外気温度が低い場合は着霜、あるいは冷媒循環量の
低下によって、暖房能力が低下するなどの問題が残され
ている。

【０００７】また冷媒加熱式では、圧縮機を用いて、加
熱蒸発した冷媒を循環させる機器が一般的であり、ガス
ポンプとしての圧縮機の入力が比較的高いため、高暖房
能力を発揮できるものの維持費用は決して安くならな
い。特に、ガス燃焼による冷媒加熱方式においては、ガ
ス代が高価な上に電気代も必要となる。したがって、ガ
スに代えて石油を燃料とする冷媒加熱方式の方が、維持
費用を比較的安くできる。

【０００８】反面、外気温度が高い条件下では、ガスま
たは石油燃料による冷媒加熱方式に比べて、ヒートポン
プ式の方が十分に暖房能力を発揮できると共に暖房費が
安くなる。

【０００９】本発明は、ヒートポンプ式と石油冷媒加熱
式の特徴を生かし、暖房サイクルでは、空気熱源による
ヒートポンプ運転と石油熱源による冷媒加熱運転とを、
経済性と快適性とを考慮した上で切り替え、暖房時のラ
ンニングコストを低減すると共に快適性を向上させた空
気調和装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の請求項１に記載の空気調和装置は、石油を
燃焼して冷媒を加熱する石油冷媒加熱機と、室外空気と
冷媒との熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒と室内空気
との熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒を循環させる圧
縮機と、冷媒の循環路を前記室外熱交換器または石油冷
媒加熱機のいずれかに切り替える弁と、外気温を検出す
る外気温センサと、この外気温センサからの外気温信号
に応じて前記弁を切り替えることによって、ヒートポン
プ運転と冷媒加熱運転とを切り替える運転制御手段とを
具備することを特徴とする構成を有する。

【００１１】以上の構成によって、外気温センサからの
外気温信号に応じて、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運転
とを切り替えるので、低外気温時の高暖房能力の実現お
よび暖房時のランニングコストを低減することができ
る。

【００１２】本発明の請求項２に記載の空気調和装置
は、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える外
気温度を、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り替
える外気温度よりも低くすることを特徴とする。

【００１３】以上の構成によって、ヒートポンプ運転か
ら冷媒加熱運転に切り替える外気温度を、冷媒加熱運転
からヒートポンプ運転に切り替える外気温度よりも低く
するので、切り替え温度付近での不安定な制御をなくす
ことができる。

【００１４】本発明の請求項３に記載の空気調和装置
は、前記室外熱交換器と前記石油冷媒加熱機とが並列に
接続され、ヒートポンプ運転時には、前記弁にて冷媒の
流路を前記室外熱交換器に切り替え、冷媒加熱運転時に
は、前記弁にて冷媒の流路を前記石油冷媒加熱機に切り
替えることを特徴とする。

【００１５】以上の構成によって、室外熱交換器と石油
冷媒加熱機とが並列に接続され、運転時に応じて冷媒の
流路を切り替えるので、装置の配管を簡素化できる。

【００１６】本発明の請求項４に記載の空気調和装置
は、前記弁が、前記石油冷媒加熱機の上流側を開閉する
第１の開閉弁と、前記室外熱交換器の上流側を開閉する
第２の開閉弁とから構成され、ヒートポンプ運転から冷
媒加熱運転に切り替える際は、前記第１および第２の開
閉弁を閉じ、冷媒を室内機側に回収した後、前記第１の
弁を開けることを特徴とする。

【００１７】以上の構成によって、石油冷媒加熱機の上
流側に第１の開閉弁、室外熱交換器の上流側に第２の開
閉弁を設け、冷媒を室内機側に回収した後、ヒートポン
プ運転から冷媒加熱運転に切り替えるので、簡素な配管
で冷媒を確保して運転切り替えできる。

【００１８】本発明の請求項５に記載の空気調和装置
は、前記弁が、前記石油冷媒加熱機の上流側を開閉する
第１の開閉弁と、前記室外熱交換器の上流側を開閉する
第２の開閉弁とから構成され、冷媒加熱運転からヒート
ポンプ運転に切り替える際は、前記石油冷媒加熱機の燃
焼停止後、前記第１の開閉弁を閉じ、前記第２の開閉弁
を開けることを特徴とする。

【００１９】以上の構成によって、石油冷媒加熱機の上
流側に第１の開閉弁、室外熱交換器の上流側に第２の開
閉弁を設け、石油冷媒加熱機の燃焼停止後、冷媒加熱運
転からヒートポンプ運転に切り替えるので、簡素な配管
で冷媒を確保して運転切り替えできる。

【００２０】本発明の請求項６に記載の空気調和装置
は、暖房運転起動時は、外気温に関係なく冷媒加熱運転
を優先して行うことを特徴とする。

【００２１】以上の構成によって、暖房運転起動時に、
外気温に関係なく冷媒加熱運転を優先して行うので、外
気温度に関わらず安定した高暖房能力運転の起動が実現
でき、室内への吹き出し温度が高く、立ち上がりが早
い。

【００２２】本発明の請求項７に記載の空気調和装置
は、石油の残量を検出する石油残量検出手段を備え、こ
の石油残量検出手段が石油残量が少なくなったことを検
出した時あるは石油冷媒加熱機に故障が発生した時は、
ヒートポンプ運転を行うことを特徴とする。

【００２３】以上の構成によって、石油残量が少なくな
った時あるいは石油冷媒加熱機に故障が発生した時は、
ヒートポンプ運転を行うので、暖房運転の停止を回避で
きる。

【００２４】本発明の請求項８に記載の空気調和装置
は、前記室外熱交換器に霜の付着を検出する着霜検出手
段を備え、この着霜検出手段からの検出信号に応じて、
除霜運転を行うことを特徴とする。

【００２５】以上の構成によって、霜を検出した際、除
霜運転制御するので、室外熱交換器の着霜を解消でき
る。

【００２６】本発明の請求項９に記載の空気調和装置
は、前記室外熱交換器と前記石油冷媒加熱機とが並列ま
たは直列に切り替え可能に接続され、ヒートポンプ運転
時に前記着霜検出器にて着霜を検出した場合、前記室外
熱交換器と前記石油冷媒加熱機とを直列接続として、除
霜運転を行うことを特徴とする。

【００２７】以上の構成によって、ヒートポンプ運転時
に着霜を検出した場合、室外熱交換器と石油冷媒加熱機
とを直列接続として、除霜運転を行うので、室外熱交換
器に着霜したときでも、連続暖房運転を維持できる。

【００２８】本発明の請求項１０に記載の空気調和装置
は、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える際
は、前記石油冷媒加熱機から前記室外熱交換器に冷媒を
流して、冷媒加熱運転を行った後、前記石油冷媒加熱機
から直接圧縮機に冷媒を流すことを特徴とする。

【００２９】以上の構成によって、石油冷媒加熱機から
室外熱交換器に冷媒を流して冷媒加熱運転を行った後、
石油冷媒加熱機から直接圧縮機に冷媒を流すことによっ
てヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替えるの
で、冷媒回収をせずに運転の切り替えができる。

【００３０】本発明の請求項１１に記載の空気調和装置
は、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り替える際
は、前記石油冷媒加熱機の燃焼停止後、冷媒の流れを前
記石油冷媒加熱機から前記室外熱交換器に切り替えるこ
とを特徴とする。

【００３１】以上の構成によって、石油冷媒加熱機の燃
焼停止後、冷媒の流れを石油冷媒加熱機から室外熱交換
器に切り替えることによって冷媒加熱運転からヒートポ
ンプ運転に切り替えるので、スムーズな運転切り替えが
可能となる。

【００３２】本発明の請求項１２に記載の空気調和装置
は、空気熱源および石油燃焼熱源を有する冷凍サイクル
を備えた空気調和装置において、暖房運転サイクル時
に、空調に必要とされる暖房能力に応じて、空気熱源に
よるヒートポンプ運転または石油燃焼熱源による冷媒加
熱運転のどちらか一方を選択することを特徴とする。

【００３３】以上の構成によって、暖房時に、空調に必
要とされる暖房能力に応じて、ヒートポンプ運転と冷媒
加熱運転とを切り替えるので、低外気温時におけるラン
ニングコスト低減と暖房の快適性を実現できる。

【００３４】本発明の請求項１３に記載の空気調和装置
は、空調に必要とされる暖房能力は、部屋から検出され
る室温と設定温度との差に基づき圧縮機の回転数を制御
することで決定されることを特徴とする。

【００３５】以上の構成によって、空調に必要とされる
暖房能力に応じて、ヒートポンプ運転または冷媒加熱運
転時における暖房能力の可変範囲を広げて快適な暖房を
実現できる。

【００３６】本発明の請求項１４に記載の空気調和装置
は、空気熱源および石油燃焼熱源を有する冷凍サイクル
を備えた空気調和装置において、暖房サイクル運転時
に、室外熱交換器の着霜を検知したとき、運転停止命令
が出るまで石油冷媒加熱運転を行うことを特徴とする。

【００３７】以上の構成によって、暖房時に、着霜が生
じても直ちに冷媒加熱運転に切り替えるので、低外気温
時においても高い暖房能力を得ることができ、快適な暖
房を実現できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００３９】図１は、本発明の空気調和装置に係る第１
の実施の形態の構成図である。ここで実線による接続は
冷媒の流れ、破線による接続は、制御信号の流れを示
す。圧縮機１からの冷媒配管は、四方弁２を経由して室
内熱交換器３に接続される。室内熱交換器３からの冷媒
配管は電子膨張弁４を経由した後、二方向に分岐し、一
方は二方弁５（第１の開閉弁）を経由して石油冷媒加熱
機７に接続され、他方は二方弁６（第２の開閉弁）を経
由して室外熱交換器８に接続される。石油冷媒加熱機７
からの冷媒配管は、圧縮機１に接続され、室外熱交換器
８からの冷媒配管は、四方弁２および逆止弁９を経由し
て圧縮機１に戻る。また、二方弁６と圧縮機１との間に
キャピラリチューブ１２および二方弁１３が接続されて
いる。運転制御部１０は、外気温センサ１１からの外気
温信号に応じて、運転制御を行う。

【００４０】次に運転制御部１０の運転制御動作を説明
する。装置起動後、石油冷媒加熱機７の燃焼用気化器の
温度がヒータ予熱によって設定温度に達すると、冷媒回
収運転を開始する。冷媒回収は、冷媒が冷媒配管を実線
矢印方向に流れるように四方弁２を設定し、二方弁５，
６を閉じて、圧縮機１を運転し、石油冷媒加熱機７およ
び室外熱交換器８に貯まっていた冷媒を室内熱交換器３
および配管途中に回収する。冷媒回収を終了すると、二
方弁５を開け、燃料である灯油の着火が行われ、石油冷
媒加熱による暖房運転を開始する。石油冷媒加熱機７の
入口および出口の温度（あるいは圧縮機１の吸い込み温
度）をセンサで検出し、石油冷媒加熱機７で蒸発した冷
媒の過熱度が一定になるように、電子膨張弁４にて冷媒
の流れを制御する。

【００４１】ところで図２は、ある寒冷地における従来
の灯油を用いた石油冷媒加熱単独運転およびヒートポン
プ単独運転の外気温度に対する暖房運転費の一例を示し
たものである。この場合、年間の総暖房費は、各外気温
度１℃ごとの暖房費を積分して求められ、石油冷媒加熱
単独運転の場合で約５０,０００円、ヒートポンプ単独
運転の場合で約５４,０００円である。

【００４２】年間暖房費は、寒冷地における外気温度と
その継続時間、建物負荷、ヒートポンプおよび冷媒加熱
機器の性能などに左右されるため、より暖房費算出の精
度を高めるためには、あらかじめ設置場所や機器性能を
考慮した暖房運転費の算出が必要である。暖房運転費の
算出方法としては、例えばＪＩＳ Ｃ ９６１２に基づ
いた方法、あるいは、公に認められている空調負荷を考
慮した計算方法でもよいが、機器性能はより精度を高め
るため、外気温度を変えた暖房性能試験結果を用いる方
法がより良いと考えられる。

【００４３】図２の例の場合、ヒートポンプ運転では外
気温に応じて暖房能力が左右されるので、外気温度が１
℃以上ではヒートポンプ運転、１℃未満では冷媒加熱運
転の方が暖房費が安くなる。従って、維持費用を最小化
するためには、１℃でヒートポンプ運転と冷媒加熱運転
とを切り替えるハイブリッド運転を行えば、ランニング
コストを低減できる。ただし、ヒートポンプ運転では、
外気温が５℃付近で室外熱交換器に着霜が始まり、除霜
運転を必要とするので、暖房の快適性を考慮した場合、
除霜運転を行う間の暖房運転の休止は、できるだけ避け
た方が望ましい。したがって、ハイブリッド運転では、
暖房の快適性を考慮して切り替え温度を１℃ではなく、
多少高めに設定して暖房の休止を無くし、ある程度のラ
ンニングコスト低減を可能とする。

【００４４】そこで、本実施の形態では、ヒートポンプ
運転における実際の着霜温度が約５℃であることを考慮
して、図３に示すように運転を開始した際に、外気温度
が低いときは冷媒加熱運転を行い、その後、外気温度が
上昇して７℃になるとヒートポンプ運転に切り替える。
外気温度が７℃以上のときはヒートポンプ運転を継続し
て行い、外気温度が下がり５℃以下になると冷媒加熱運
転に切り替える。外気温度の上昇時と下降時とで運転の
切り替え温度を変えることによって、制御の安定性と快
適性とを向上させることができる。

【００４５】図１に示す本実施の形態の空気調和装置で
は、暖房運転起動時、外気温に関係なく冷媒加熱運転を
優先して立ち上げる。このとき、外気温センサ１１の示
す外気温度が７℃以下では、冷媒加熱運転をそのまま継
続する。一方、暖房運転を立ち上げたとき、すでに外気
温度が７℃を越えている場合は、起動から一定時間後に
冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り替える。その
運転切り替えは、圧縮機１の運転を継続したまま、石油
冷媒加熱機７の燃焼を停止後、二方弁５を閉じ、二方弁
６を開け、冷媒の流れを室外熱交換器８側に切り替え
る。室外熱交換器８の入口および出口の温度（あるいは
圧縮機１の吸い込み温度）をセンサで検出し、室外熱交
換器８で蒸発した冷媒の過熱度が一定になるように、電
子膨張弁４にて冷媒の流量を制御する。

【００４６】ヒートポンプ運転時に、着霜検出器（図示
せず）にて室外熱交換器８の着霜を検出したら、二方弁
１３を開いて高温の圧縮機吐出ガスを室外熱交換器８の
入口に戻し、除霜運転を行う。

【００４７】外気温が低下し、５℃以下になった場合、
ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える。その
運転切り替えは、起動時の制御とほぼ同様である。すな
わち、圧縮機１を運転中に、二方弁５および二方弁６を
閉じ、石油冷媒加熱機７および室外熱交換器８に溜まっ
ていた冷媒を、室内熱交換器３および配管途中に回収す
る。石油冷媒加熱機７の燃焼用気化器は、予熱時間を考
慮し、冷媒回収の開始と同時、あるいはそれ以前に、ヒ
ータによって予熱を開始する。

【００４８】冷媒回収が終了すると、二方弁５を開け
る。冷媒回収終了後、石油冷媒加熱機７の燃焼用気化器
の温度が設定温度に達していると、燃料である灯油の着
火が行われ、石油冷媒加熱による暖房運転を開始する。
石油冷媒加熱機７の入口および出口の温度をセンサで検
出し、石油冷媒加熱機７で蒸発した冷媒の過熱度が一定
になるように、電子膨張弁４にて冷媒の流量を制御す
る。

【００４９】このヒートポンプから冷媒加熱への運転切
り替えが、起動時の冷媒加熱運転と比べて異なる点は、
前者が冷媒回収時にも、室内機の送風機が室内熱交換器
温度に応じて回転し、暖房運転を継続することである。

【００５０】本実施の形態では、暖房起動時に冷媒加熱
運転を行うが、石油残量検出器（図示せず）が石油残量
が少なくなったことを検出したときは、ヒートポンプ運
転を行う。また、石油冷媒加熱機７に故障が生じ冷媒加
熱運転を行うことが困難な場合は、緊急避難運転として
強制的にヒートポンプ運転を行う。強制運転指示は、リ
モコンあるいは室内機に備えたスイッチを操作すること
によって行う。低外気温度で高多湿時に、室外熱交換器
８に着霜が生じた場合の除霜は、二方弁１３を開いて高
温の圧縮機吐出ガスを室外熱交換器８の入口に戻して除
霜運転を行う。

【００５１】なお、この除霜運転は、四方弁２を反転さ
せて高温の圧縮機吐出ガスを室外熱交換器８へ戻す構成
に変更しても良い。この場合は、図１に示すキャピラリ
チューブ１２、二方弁１３およびそれらを接続する配管
を無くすことができるので、サイクル構成の簡素化並び
にコスト低減が図れる。

【００５２】次に図４は、本発明の空気調和装置に係る
第２の実施の形態の構成図である。ここで実線による接
続は冷媒の流れ、破線による接続は、制御信号の流れを
示す。圧縮機１からの冷媒配管は、四方弁２を経由して
室内熱交換器３に接続される。室内熱交換器３からの冷
媒配管は電子膨張弁４を経由した後、三方弁１４に接続
され、この三方弁１４から分岐された冷媒配管は、一方
が石油冷媒加熱機７に接続され、他方が室外熱交換器８
に接続される。石油冷媒加熱機７からの冷媒配管は、三
方弁１５に接続され、この三方弁１５からから分岐され
た冷媒配管は、一方が圧縮機１に接続され、他方が三方
弁１４からの配管と共に室外熱交換器８に接続される。
室外熱交換器８からの冷媒配管は、四方弁２および逆止
弁９を経由して圧縮機１に戻る。運転制御部１０は、外
気温センサ１１からの外気温信号に応じて、運転制御を
行う。

【００５３】次に運転制御部１０の運転制御動作を説明
する。装置起動後、まず冷媒が冷媒配管を実線矢印方向
に流れるように四方弁２を設定し、三方弁１４を電子膨
張弁４から石油冷媒加熱機７に冷媒が流れるように設定
し、三方弁１５を石油冷媒加熱機７から室外熱交換器８
に冷媒が流れるように設定する。そして石油冷媒加熱機
７の燃焼用気化器はヒータによって予熱を開始する。石
油冷媒加熱機７の燃焼用気化器の温度が設定温度に達す
ると、圧縮機１を運転し、燃料である灯油の着火が行わ
れ、石油冷媒加熱による暖房運転を開始する。石油冷媒
加熱機７の入口および出口の温度をセンサで検出し、石
油冷媒加熱機７で蒸発した冷媒の過熱度が一定になるよ
うに、電子膨張弁４にて冷媒の流れを制御する。過熱度
制御を開始した一定時間後に、三方弁１５を切り替え、
石油冷媒加熱機７から圧縮機１に冷媒の流れを変えて、
室外熱交換器８側を閉じる。このようにして本実施例で
は、起動時の冷媒回収運転を必要としない。

【００５４】本実施の形態の空気調和装置では、暖房運
転起動時、外気温に関係なく冷媒加熱運転を優先して立
ち上げる。このとき、外気温センサ１１の示す外気温度
が７℃以下では、冷媒加熱運転をそのまま継続する。一
方、暖房運転を立ち上げたとき、すでに外気温度が７℃
を越えている場合は、起動から一定時間後に冷媒加熱運
転からヒートポンプ運転に切り替える。その運転切り替
えは、圧縮機１の運転を継続したまま、石油冷媒加熱機
７の燃焼を停止後、三方弁１４を切り替え、石油冷媒加
熱機７側を閉じて、電子膨張弁４から室外熱交換器８側
に冷媒を流す。室外熱交換器８の入口および出口の温度
をセンサで検出し、室外熱交換器８で蒸発した冷媒の過
熱度が一定になるように、電子膨張弁４にて冷媒の流量
を制御する。

【００５５】ヒートポンプ運転時に、着霜検出器（図示
せず）にて室外熱交換器８の着霜を検出したら、三方弁
１４を切り替え、電子膨張弁４から石油冷媒加熱機７側
に冷媒を流し、石油燃焼を行う。同時に三方弁１５を石
油冷媒加熱機７から室外熱交換器８に流れるように設定
する。石油冷媒加熱機７にて加熱され蒸発した高温の冷
媒は、着霜した室外熱交換器８を通り、除霜を行いなが
ら圧縮機１に吸引される。電子膨張弁４は、石油冷媒加
熱機７で蒸発した冷媒の過熱度が一定となるように、石
油冷媒加熱機７の入口および出口の温度をセンサで検出
して制御されるが、圧縮機１の入口での冷媒の液バック
量をできるだけ小さくするため、過熱度設定温度は通常
の冷媒加熱運転の場合より大きくする。この除霜運転の
特徴は、除霜運転を行いながら連続暖房運転をできるこ
とである。除霜が終了したら、三方弁１４および１５を
切り替え、通常のヒートポンプ運転に戻る。

【００５６】外気温が低下し、５℃以下になった場合、
ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える。その
運転切り替えは、起動時の制御とほぼ同様である。すな
わち、三方弁１４を電子膨張弁４から石油冷媒加熱機７
側に冷媒を流すように切り替え、三方弁１５を石油冷媒
加熱機７から室外熱交換器８側に冷媒が流れるように切
り替える。

【００５７】石油冷媒加熱機７の燃焼用気化器は、ヒー
トポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える前に予熱終
了できるように、ヒータによる予熱を開始する。冷媒回
路の切り替えが終了し、石油冷媒加熱機７の燃焼用気化
器の温度が設定温度に達すると、燃料である灯油の着火
が行われ、石油冷媒加熱による暖房運転を開始する。石
油冷媒加熱機７の入口および出口の温度をセンサで検出
し、石油冷媒加熱機７で蒸発した冷媒の過熱度が一定に
なるように、電子膨張弁４にて冷媒の流れを制御する。
過熱度制御を開始した一定時間後に、三方弁１５を切り
替え、石油冷媒加熱機７から圧縮機１に冷媒の流れを変
えて、室外熱交換器８側を閉じる。このようにして本実
施例では、運転切り替え時の冷媒回収運転を必要としな
い。このため、暖房能力の落ち込みが非常に小さく、快
適性を向上できる。

【００５８】本実施の形態では、暖房起動時に冷媒加熱
運転を行うが、石油残量検出器（図示せず）が石油残量
が少なくなったことを検出したときは、ヒートポンプ運
転を行う。また、石油冷媒加熱機７に故障が生じ冷媒加
熱運転を行うことが困難な場合は、緊急避難運転として
強制的にヒートポンプ運転を行う。この場合、三方弁１
４を切り替え、石油冷媒加熱機７側を閉じて、電子膨張
弁４から室外熱交換器８側に冷媒を流す。同時に三方弁
１５を切り替え、石油冷媒加熱機７と室外熱交換器８の
間は閉じる。室外熱交換器８の入口および出口の温度を
センサで検出し、室外熱交換器８で蒸発した冷媒の過熱
度が一定になるように、電子膨張弁４にて冷媒の流量を
制御する。

【００５９】強制運転指示は、リモコンあるいは室内機
に備えたスイッチを操作することによって行う。低外気
温度で高多湿時に、室外熱交換器８に着霜が生じた場合
の除霜は、四方弁２を反転させて高温の圧縮機吐出ガス
を室外熱交換器８の入口に戻す除霜運転を行う。

【００６０】次に第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、外気温のみならず、空調に必要とさ
れる暖房能力に応じてヒートポンプ運転または冷媒加熱
運転のどちらか一方を選択して運転制御することを特徴
としている。なお、本実施の形態におけるサイクル構成
は図１に示すものと同一であるので、その構成の説明を
省略すると共に、その作用につき図５を用いて説明す
る。

【００６１】図５は、横軸が外気温度（℃）を、縦軸が
空調に必要とする暖房能力（ｋＷ）を示し、外気温と暖
房能力に応じてヒートポンプ運転または冷媒加熱運転の
どちらを選択して運転制御を行うことを示す説明図であ
る。

【００６２】本実施の形態の空気調和装置では、暖房運
転起動時、外気温に関係なく冷媒加熱運転を優先して立
ち上げる。このとき、例えば、外気温が４℃の場合で、
空調に必要とされる暖房能力が最大のＱmaxであると判
断されたとき、図５に示すように、暖房能力はＱ１より
も大きいので、暖房能力Ｑmaxによる冷媒加熱運転を行
う。空調に必要とする暖房能力は部屋から検出される室
温と設定温度との差に基づいて求められる。すなわち、
室温と設定温度との差が大きい場合は、必要とする暖房
能力が高く設定される。ここで、暖房能力Ｑmaxを得る
には、石油燃焼量を制御することで行われる。

【００６３】外気温が４℃のまま、冷媒加熱運転を継続
した後、部屋の温度が上昇して必要とされる暖房能力が
徐々に減少し、Ｑ１より下回るときはヒートポンプ運転
に切り替える。このとき、ヒートポンプ運転での暖房能
力は圧縮機１に接続されるインバータ電源（図示省略）
の制御周波数により、圧縮機１の回転数を制御すること
で行われる。そして、ヒートポンプ運転を継続中に部屋
のドアを開ける等して部屋の温度が急激に下がり、空調
を必要とする暖房能力がＱ２を越えると再び冷媒加熱運
転に切り替えて運転制御を行う。

【００６４】また、暖房運転起動時、冷媒加熱運転で立
ち上げたとき、外気温が４℃の場合で、部屋から検出さ
れる温度が設定温度に近く、空調に必要とされる暖房能
力が低く、必要とする暖房能力がＱ１よりも小さい場合
は、一定時間後にヒートポンプ運転に切り替えるように
制御される。

【００６５】一方、暖房運転時において、外気温が４℃
から下がって−１℃を下回った場合は、図５に示すよう
に冷媒加熱運転に切り替えて運転制御すると共に、その
後上昇して３℃を越える場合は、再びヒートポンプ運転
に切り替えて運転するように制御する。

【００６６】ここで、必要とする暖房能力に応じてヒー
トポンプ運転と冷媒加熱運転を切り替えるのは、ヒート
ポンプ運転では約０．７〜６．０ｋＷの可変幅、冷媒加
熱運転では約２．５〜６．６ｋＷの可変幅と、ヒートポ
ンプ運転の方が暖房能力を可変できる範囲が広く、特
に、低い暖房能力域では、可変幅の広いヒートポンプ運
転を選択すると運転効率が良くなり、しかも暖房の快適
性を高めることができる。

【００６７】ところで、本実施の形態では、図６に示す
ように、空調に必要とする暖房能力（以下、要求能力と
いう）が低く、Ｑ１を下回る場合は、ヒートポンプ運転
を行う。その後、要求能力が上昇してＱ２を越えた時点
で、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える。
この冷媒加熱運転に入った後は、要求能力がＱ１を下回
るまで、ヒートポンプ運転に入らないようにしている。
したがって、要求能力の上昇時と下降時とで運転の切り
替え能力を変えているので、制御の安定性と快適性を向
上させることができる。

【００６８】このように、外気温のみならず、空調に必
要とする暖房能力に応じてヒートポンプ運転と冷媒加熱
運転を切り替えて運転制御するので、暖房ランニングコ
ストを低減しつつ、快適性を向上できる。

【００６９】また、本実施の形態では、図５に示すよう
に外気温度または暖房能力の切替点をそれぞれ３通りづ
つ設定し、特に、室外熱交換器に着霜が生じやすく、か
つヒートポンプ運転の効率が悪くなる外気温の低い領域
では冷媒加熱運転の比率を高めるように設定してあるの
で、きめの細かな室温制御を行え、暖房の快適性を大幅
に向上できる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の請求項１に
記載の空気調和装置は、外気温センサからの外気温信号
に応じて、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運転とを切り替
えるので、低外気温時の高暖房能力の実現および暖房時
のランニングコストを低減し、かつ快適性を向上でき
る。

【００７１】本発明の請求項２に記載の空気調和装置
は、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える外
気温度を、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り替
える外気温度よりも低くするので、切り替え温度付近で
の不安定な制御をなくすことができ、制御の安定性を向
上できる。

【００７２】本発明の請求項３に記載の空気調和装置
は、室外熱交換器と石油冷媒加熱機とが並列に接続さ
れ、運転時に応じて冷媒の流路を切り替えるので、装置
の配管を簡素化でき、運転制御の安定性を向上する。

【００７３】本発明の請求項４に記載の空気調和装置
は、石油冷媒加熱機の上流側に第１の開閉弁、室外熱交
換器の上流側に第２の開閉弁を設け、冷媒を室内機側に
回収した後、ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り
替えるので、簡素な配管で冷媒を確保して運転切り替え
でき、冷凍サイクルの安定性を向上できる。

【００７４】本発明の請求項５に記載の空気調和装置
は、石油冷媒加熱機の上流側に第１の開閉弁、室外熱交
換器の上流側に第２の開閉弁を設け、石油冷媒加熱機の
燃焼停止後、冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り
替えるので、簡素な配管で冷媒を確保して運転切り替え
でき、冷凍サイクルの安定性を向上できる。

【００７５】本発明の請求項６に記載の空気調和装置
は、暖房運転起動時に、冷媒加熱運転を優先して行うの
で、外気温度に関わらず暖房起動時の快適性を向上でき
る。

【００７６】本発明の請求項７に記載の空気調和装置
は、石油残量が少なくなった時あるいは石油冷媒加熱機
に故障が発生した時は、ヒートポンプ運転を行うので、
暖房運転の停止を回避でき、装置の信頼性を向上でき
る。

【００７７】本発明の請求項８に記載の空気調和装置
は、着霜を検出した際、除霜運転を行うので、室外熱交
換器の着霜を解消でき、安定したヒートポンプ運転を行
うことができる。

【００７８】本発明の請求項９に記載の空気調和装置
は、ヒートポンプ運転時に着霜を検出した場合、室外熱
交換器と石油冷媒加熱機とを直列接続として、除霜運転
を行うので、室外熱交換器に着霜したときでも、連続暖
房運転によって、暖房快適性を維持しながら除霜でき
る。

【００７９】本発明の請求項１０に記載の空気調和装置
は、石油冷媒加熱機から室外熱交換器に冷媒を流して冷
媒加熱運転を行った後、石油冷媒加熱機から直接圧縮機
に冷媒を流すことによってヒートポンプ運転から冷媒加
熱運転に切り替えるので、冷媒回収をせずに運転の切り
替えができ、暖房快適性を向上する。

【００８０】本発明の請求項１１に記載の空気調和装置
は、石油冷媒加熱機の燃焼停止後、冷媒の流れを石油冷
媒加熱機から室外機に切り替えることによって冷媒加熱
運転からヒートポンプ運転に切り替えるので、スムーズ
な運転切り替えが可能となり、冷凍サイクルの安定性を
向上できる。

【００８１】本発明の請求項１２に記載の空気調和装置
は、空調に必要とされる暖房能力に応じて空気熱源によ
るヒートポンプ運転または石油燃焼熱源による冷媒加熱
運転のどちらか一方を選択するので、ランニングコスト
低減と暖房の快適性を実現できる。

【００８２】本発明の請求項１３に記載の空気調和装置
は、暖房サイクル運転時、空調に必要とされる暖房能力
は、部屋から検出される室温と設定温度との差に基づき
決定されるので、ヒートポンプ運転または冷媒加熱運転
時において快適な暖房を実現できる。

【００８３】本発明の請求項１４に記載の空気調和装置
は、暖房時に、着霜が生じても直ちに冷媒加熱運転に切
り替えるので、低外気温時においても高い暖房能力を得
ることができ、快適な暖房を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和装置に係る第１の実施の形態
を示す構成図である。

【図２】外気温度に対する暖房運転費の一例を示す図で
ある。

【図３】外気温度の上昇時と下降時とで運転の切り替え
温度を示す図である。

【図４】本発明の空気調和装置に係る第２の実施の形態
を示す構成図である。

【図５】本発明の空気調和装置に係る第３の実施の形態
を示す作用説明図である。

【図６】暖房能力の上昇時と下降時とで運転を切り替え
る説明図である。

【符号の説明】

１…圧縮機，２…四方弁，３…室内熱交換器，４…電子
膨張弁，５…二方弁，６…二方弁，７…石油冷媒加熱
機，８…室外熱交換器，９…逆止弁，１０…運転制御
部，１１…外気温センサ，１２…キャピラリチューブ，
１３…二方弁，１４…三方弁，１５…三方弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二村 元規 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 (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石油を燃焼して冷媒を加熱する石油冷媒
   加熱機と、 室外空気と冷媒との熱交換を行う室外熱交換器と、 冷媒と室内空気との熱交換を行う室内熱交換器と、 冷媒を循環させる圧縮機と、 冷媒の循環路を前記室外熱交換器または石油冷媒加熱機
   のいずれかに切り替える弁と、 外気温を検出する外気温センサと、 この外気温センサからの外気温信号に応じて前記弁を切
   り替えることによって、ヒートポンプ運転と冷媒加熱運
   転とを切り替える運転制御手段とを具備することを特徴
   とする空気調和装置。
2. 【請求項２】 ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切
   り替える外気温度を、冷媒加熱運転からヒートポンプ運
   転に切り替える外気温度よりも低くすることを特徴とす
   る請求項１に記載の空気調和装置。
3. 【請求項３】 前記室外熱交換器と前記石油冷媒加熱機
   とが並列に接続され、ヒートポンプ運転時には、前記弁
   にて冷媒の流路を前記室外熱交換器に切り替え、冷媒加
   熱運転時には、前記弁にて冷媒の流路を前記石油冷媒加
   熱機に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の空
   気調和装置。
4. 【請求項４】 前記弁が、前記石油冷媒加熱機の上流側
   を開閉する第１の開閉弁と、前記室外熱交換器の上流側
   を開閉する第２の開閉弁とから構成され、 ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に切り替える際は、
   前記第１および第２の開閉弁を閉じ、冷媒を室内機側に
   回収した後、前記第１の弁を開けることを特徴とする請
   求項３に記載の空気調和装置。
5. 【請求項５】 前記弁が、前記石油冷媒加熱機の上流側
   を開閉する第１の開閉弁と、前記室外熱交換器の上流側
   を開閉する第２の開閉弁とから構成され、 冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に切り替える際は、
   前記石油冷媒加熱機の燃焼停止後、前記第１の開閉弁を
   閉じ、前記第２の開閉弁を開けることを特徴とする請求
   項３に記載の空気調和装置。
6. 【請求項６】 暖房運転起動時は、外気温に関係なく冷
   媒加熱運転を優先して行うことを特徴とする請求項１に
   記載の空気調和装置。
7. 【請求項７】 石油の残量を検出する石油残量検出手段
   を備え、 この石油残量検出手段が石油残量が少なくなったことを
   検出した時あるいは石油冷媒加熱機が故障した時は、ヒ
   ートポンプ運転を行うことを特徴とする請求項１に記載
   の空気調和装置。
8. 【請求項８】 前記室外熱交換器に霜の付着を検出する
   着霜検出手段を備え、この着霜検出手段からの検出信号
   に応じて、除霜運転を行うことを特徴とする請求項１に
   記載の空気調和装置。
9. 【請求項９】 前記室外熱交換器と前記石油冷媒加熱機
   とが並列または直列に切り替え可能に接続され、ヒート
   ポンプ運転時に前記着霜検出器にて着霜を検出した場
   合、前記室外熱交換器と前記石油冷媒加熱機とを直列接
   続として、除霜運転を行うことを特徴とする請求項８に
   記載の空気調和装置。
10. 【請求項１０】 ヒートポンプ運転から冷媒加熱運転に
    切り替える際は、前記石油冷媒加熱機から前記室外熱交
    換器に冷媒を流して、冷媒加熱運転を行った後、前記石
    油冷媒加熱機から直接圧縮機に冷媒を流すことを特徴と
    する請求項９に記載の空気調和装置。
11. 【請求項１１】 冷媒加熱運転からヒートポンプ運転に
    切り替える際は、前記石油冷媒加熱機の燃焼停止後、冷
    媒の流れを前記石油冷媒加熱機から前記室外熱交換器に
    切り替えることを特徴とする請求項９に記載の空気調和
    装置。
12. 【請求項１２】 空気熱源および石油燃焼熱源を有する
    冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、 暖房運転サイクル時に、空調に必要とされる暖房能力に
    応じて、空気熱源によるヒートポンプ運転または石油燃
    焼熱源による冷媒加熱運転のどちらか一方を選択する運
    転制御手段を具備することを特徴とする空気調和装置。
13. 【請求項１３】 空調に必要とされる暖房能力は、部屋
    から検出される室温と設定温度との差に基づき圧縮機の
    回転数を制御することで決定されることを特徴とする請
    求項１２に記載の空気調和装置。
14. 【請求項１４】 空気熱源および石油燃焼熱源を有する
    冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、 暖房サイクル運転時に、室外熱交換器の着霜を検知した
    とき、運転停止命令が出るまで石油冷媒加熱運転を行う
    運転制御手段を具備することを特徴とする空気調和装
    置。