JPS5840464A - 空気調和機 - 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】 本発明は、給湯用熱交換器を具えたヒートポンプ式空気
調和機の改良に関する。

従来のこの種の空気調和機は、通常、第１図に示すよう
に構成されている。同図において、Ａは空気調和機の室
外ユ゛ニット、Ｂは室内ユニット。

Ｃは給湯ユニットをそれぞれ示し、室外ユニットＡには
、圧縮機１、四方弁２．室外熱交換器６゜膨張機構４．
逆止弁５．室外送風機２１、アキュムレータ９が内蔵さ
れており、室外送風以外の部材は図示の如く冷媒配管に
より接続されている。

また、室内ユニツ）Ｂには、膨張機構６、逆止弁７、室
内熱交換器８が冷媒配管により図示の如（連結されてい
る。なお２２は室内送風機を示す。

そして、室外ユニットＡと室外ユニツ）Ｂとは、冷媒配
管１５．１６により接続゛されている。また、給湯ユニ
ットＣには、給湯用熱交換器１０．ポンプ１１が内蔵さ
れており、該給湯ユニットＣと室外ユニツ）Ａとは冷媒
配管１３．１４で図示の如く接続され、また、給湯ユニ
ットＣは外部の給湯用貯湯タンク１２・と水配管１７．
１８で図示の如く接続されている。なお、図中１９は給
水管、２０は給湯管、実線矢印は冷房時の、点線矢印は
暖房時の冷媒の流れ方向をそれぞれ示す。

゛　この従来の空気調和機の冷房運転時に圧縮機１より
吐出された高温、高圧のガス冷媒は、冷媒配管１３を経
て給湯用熱交換器１０を通るとき、ポンプ１１により貯
湯タンク１２から導入される給湯用水と熱交換すること
によって該給湯用水な加熱し、冷媒は冷却される。そし
て給湯用水と冷媒の熱交換量が大きくなって、給湯熱交
換器１０を出る冷媒は、高圧の液・ガス混合状態となる
と、冷媒回路の冷媒の必要量が増大するため、給湯用水
は、冷媒が給湯用熱交換器１０出口で液を含まない過熱
ガスとなって出るように、少ない水量に調整されている
。そして、給湯用熱交換器１０を出た高圧ガス冷媒は、
四方弁２を経て膨張機構乙により絞られて低圧の液・ガ
ス混合冷媒となり、室内熱交換器８で室内送風機２２に
よって送られる室内空気と熱交換して蒸発し一１低圧ガ
ス冷媒となり冷媒配管１６、四方弁２、アキュムレータ
９を経て圧縮機１に吸入される。

また、暖房運転時に圧縮機１より吐出された高温、高圧
ガス冷媒は、冷媒配管１６を経て給湯用熱交換器１０を
通る際、ポンプ１１により貯湯タンク１２から送られる
給湯用水と熱交換することにより、給湯用水は加熱され
、冷媒は冷却される。

この場合、冷房運転時と同様に、給湯用熱交換器１０を
通過する給湯用水の水量は、給湯用熱交換器１０を出る
冷媒が液にならないように、少ない水量に調整される。

給湯用熱交換器１０を出た高圧ガス冷媒は、四方弁２を
通り冷媒配管１６を経て室内熱交換器８で通過空気によ
り冷却されて高圧液冷媒となり、室内熱交換器８．逆止
弁７を通り、冷媒配管１５を経て膨張機構４により絞ら
れて低圧の液・ガス混合冷媒となり、室外熱交換器３で
通過空気により加熱されて蒸発し、四方弁２．アキュム
レータ９を経て圧縮機１に吸入される。そのため、暖房
運転時は、給湯用熱交換器１０で放熱した熱量分だけ、
室内熱交換器８の放熱能力が減少することになる。また
、冷房運転時及び暖房運転時の何れの場合にもポンプ１
１が停止のときは、給湯はできず、冷房のみか暖房のみ
が行われる。

上記従来のヒートポンプ式空気調和機では、（１）冷媒
量の調節装置がないため、給湯のみの運転を行うことが
できず、給湯を行うには、冷房か暖房かの何れかの運転
を行う必要があるため、冷暖房の不要な中間季には、実
際上給湯を行うことができない。

（同　給湯用熱交換器１０を出る冷媒が、液冷媒になら
ないように、水量を少な（するため、給湯能力が小さく
、従って貯湯タンク１２の水温を上げるに長時間を要す
る。

などの欠点があった。

本発明は、上記従来のヒートポンプ式空気調和機の欠点
を解消することを目的として提案されたもので、圧縮機
、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、逆止弁、室内熱交
換器、アキュムレータを、冷媒配管で接続した空気調和
轡の圧縮機の吐出側と四方弁との間に、給湯用熱交換器
を配設してなる空気調和機において、室外熱交換器と室
内熱交換器を結ぶ冷媒液配管の途中に、受液器を介装し
てなることを特徴とする空気調和機に係るものである。

以下、第２図に示す実施例により、本発明につき具体的
に説明する。

第２図において、Ａは空気調和機の室外ユニットで、同
室外ユニツ）Ａには、圧縮機１．四方弁２、室外熱交換
器ろ、膨張機構４、逆止弁５、室外送風機２１．アキュ
ムレータ９が内蔵すれており、室外送風機２１以外は冷
媒配管によって接続されていることは、上記従来の空気
調和機の室外ユニットとほぼ同様である（均等部分には
同一符号を付しである）。巳は室内ユニットで、同室内
ユニットＢＫは、膨張機構６、逆止弁７、室内熱交換器
８が冷媒配管で接続されて内蔵されており、また、室内
送風機２２が設けられていることも、上記従来の室内ユ
ニッ）Ｂとほぼ同様である（均等部分には同一符号が付
されている）。Ｃ′は給湯ユニットで、同給湯ユニット
Ｃ′は、給湯用熱交換器１０、ポンプ１１を内蔵する点
及び冷媒配管１３．１４を介して室外ユニットＡと接続
されている点では、上記従来の空気調和機の給湯ユニッ
トＣとほぼ同様であるが、本発明の給湯ユニットＣ′は
、受液器２６を図示の如く内蔵し、該受液器２６は冷媒
配管１５ａを介して給湯ユニットＣ′と室外ユニツ）Ａ
とを接続し、また冷媒配管１５ｂを介して給湯ユニット
Ｃ′と室内ユニッ）Ｂとを接続した点で、上記従来の空
気調和機と構成を異にしている。この受液器２３の詳細
構造は、第５図に示す通りで、冷媒配管１５’＋　１５
ｂの受液器２ろ内における管先端高さｈは同一に設定さ
れている。

なお、該受液器２３は、給湯ユニットＣ′以外の室外ユ
ニットＡ、室内ユニットＢ内に設置してもよい。なお、
貯湯タンク１２が給水管１９．給湯管２０を具え、かつ
水配管１８．１９で給湯ユニットＣ′に接続されている
ことも、上記従来の空気調和機とほぼ同様である。

本発明のヒートポンプ式空気調和機の一実施例は、上記
の如く構成されており、本空気調和機の運転は次のよう
にして行われる。

（ａ）　　冷房のみの運転時には、ポンプ１１を停止ｔ
７た状態で運転すると、圧縮機から吐出された高温・高
圧のガス冷媒は実線矢印で示す如く冷媒配管１３を経て
給湯用熱交換器１０へ入るが、ポンプ１１が停止してい
るため、給湯水が流れていないので熱交換されずに、高
温・高圧ガス冷媒のままの状態で冷媒配管１４．四方弁
２を通り、室外熱交換器３で室外送風機２１により通過
する室外空気により冷却されて高圧液冷媒となり、逆止
弁５、冷媒配管１５ａ、受液器２３、冷媒配管１５１）
を経て室内・ユニッ）Ｂの膨張機構乙によって絞られて
低圧の液・ガス混合冷媒となり、室内熱交換器８で室内
送風機２２によって通過する室内空気と熱交換し、加熱
されて蒸発して低圧ガス冷媒となる。この場合、室内空
気は室内熱交換器８を通ることにより冷却かつ除湿され
る。そして室内熱交換器８を出た低圧ガス冷媒は、冷媒
配管１６、四方弁２．アキュレータ９を経て圧縮機１に
吸入される。

（ｂ）　　冷房及び給湯運転時には、ポンプ１１も運転
すると、圧縮機１より吐出された高温、高圧ガス冷媒は
、実線矢印で示す如く冷媒配管１３を経て給湯用熱交換
器１ｏへ入る。ここでポンプ１１により貯湯タンク１２
より水配管１７を介して導入される給湯水と熱交換し、
高温、高圧ガス冷媒は冷却され、また、給湯水は加熱さ
れる。この加熱された給湯水は水配管１８を経て貯湯タ
ンク１２へ戻され、以下ポンプ１１の作用で貯湯タンク
１２と給湯用熱交換器１００間を循環し、貯湯タンク１
２内の給湯水の温度が所定の温度に上昇するまで給湯運
転は続けられる。一方、給湯用熱交換器１０で給湯水と
熱交換して該給湯用熱交換器１０を出る冷媒は、給湯水
の温度が低い時は、高圧液冷媒となり、また給湯水の温
度が上昇してくると液・ガス混合冷媒となり、更にその
水温が上昇すると、高圧ガス冷媒となり、冷媒配管１４
、四方弁２を経て室外熱交換器°６へ入る。そしてここ
で給湯用熱交換器１０を出た冷媒が液冷媒のときにおい
て、室外空気温度が低いときは室外熱交換器ろで該冷媒
は冷却されて過冷却液となり、室外空気温度が高いとき
は逆に加熱される。給湯用熱交換器１０を出た冷媒が、
液・ガス混合状態のときや、ガス状冷媒のときは、室外
熱交換器６の通過空気により冷却されてガス冷媒は凝縮
され、高圧液冷媒となり室外熱交換器３を出て冷媒配管
１５ａ。

受液器２３、冷媒配管１５ｂを経て室内熱交換器８に入
り、以下冷房時と同様な運転を行う。

（Ｃ）　　暖房のみの運転時（この場合、ポンプ１１は
給湯運転が行われないので停止状態にある）圧縮機１よ
り吐出された高圧、高温のガス冷媒は、点線矢印で示す
如く冷媒配管１３を経て給湯用熱交換器１０へ入るが、
給湯水が流れていないため、熱交換されずに高温、高圧
ガぢ冷媒の状態で該給湯用熱交換器１０より出て、冷媒
配管１４．四方弁２．冷媒配管１６を通り・、室内熱交
換器８へ入る。そしてここで室内通風機２２によって通
過する室内空気と熱交換を行ってガス冷媒は冷却されて
凝縮し、高圧液冷媒となり、室内空気は加熱される。室
内熱交換器８な出た高圧液冷媒は、逆止弁７を通り、冷
媒配管１５ｂ、受液器２３．冷媒配管１５ａを通過し、
膨張機構４により絞られて低圧の液・ガス混合冷媒とな
り、室外熱交換器３へ入る。そしてここで室外送風機２
１により通過する室外空気と熱交換を行って液・ガス混
合冷媒は加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となり、四
方弁２、アキュムレータ９を経て圧縮機１に吸入される
。

（ｄ）暖房及び給湯運転時（この場合、ポンプ１１は運
転される）には、圧縮機１から吐出された高温、高圧ガ
ス冷媒は、点線矢印で示す如く冷媒配管１３を経て給湯
用熱交換器１０へ入り、ここでポンプ１１によって貯湯
タンク１２かも送られてくる給湯水と熱交換し、高温・
高圧ガス冷媒は冷却され、また給湯水は加熱される。給
湯用熱交換器１０で加熱された給湯水は、水配管１８を
経て貯湯タンク１２へ戻され、以陵ポンプ１１により貯
湯タンク１２と給湯用熱交換器１０Ｉ：ｒ）間を循環し
、貯湯タンク１２内の給湯水、の温度が所定の温度に上
昇するまで、給湯運転は行われる。一方。

給湯用熱交換器１０を出る冷媒は給湯水温の低いときは
、高圧液冷媒となり、また、給湯水の温度が上昇してく
ると、液、ガス混合冷媒となり、更にその水温が上昇す
ると、高圧ガス冷媒となり、冷媒配管１４、四方弁２．
冷媒配管１６を経て室内熱交換器８へ入る。そして、こ
こで給湯用熱交換器１０を出た冷媒が、液冷媒のときは
、室内空気温度が低い場合には、冷媒は冷却されて過冷
却液となり、また、室内温度が高い場合には、逆に加熱
される。給湯用熱交換器１０を出た冷媒が液・ガス混合
状態のときや、ガス冷媒のときは、通過室内空気によっ
て冷却され、ガス冷媒は冷却されて凝縮し、高圧液冷媒
となり、室内熱交換器８を出て、以後暖房時と同様の運
転が行われる。このように、暖房と同時に給湯運転を行
う場合の暖房能力は、暖房のみの運転時の暖房能力に比
して小さい能力となる。その理由は、給湯用熱交換器１
０での凝縮能力により、圧縮機１の吐出圧力が低下して
圧縮機１の消費電力が減少し、該消費電力を熱量に換算
した圧縮機１０発熱量と室内熱交換器乙の蒸発能力の和
の必要放熱能力（凝縮能力）が小さくなることと、凝縮
能力は、給湯用熱交換器１０の能力と室内熱交換器８の
暖房ｉ能力の和であることから、給湯用熱交換器１０の
能力が大きい程、室内熱交換器８の暖房能力は小さくな
り、給湯用熱交換器１０の能力が小さい程、室内熱交換
器８の暖房能力は大きくなるが、暖房のみの運転時の暖
房能力より常に小さくなるからである。

（ｅ）　　給湯のみの運転時（この場合、ポンプ１１は
運転され、室内送風機２２は停止される）には、圧縮機
１から吐出された高温、高圧のガス冷媒は点線矢印に示
す如く、冷媒配管１３を経て給湯用熱交換器１０に入る
。そしてここでポンプ１１によって貯湯タンク１２より
送られる給湯水と熱交換を行い、ガス冷媒は冷却されて
凝縮し、高圧箪冷媒となる。そして給湯水は加熱され、
水配管１８を経て貯湯タンク１２へ戻り、以後ポンプ１
１により貯湯タンク１２と給湯用熱交換器１０の間を循
環し、貯湯タンク１２内の給湯水の温度が所定の温度に
上昇するまで給湯運転が行われる。給湯用熱交換器１０
を出た高圧液冷媒は、冷媒配管１４、四方弁２．冷媒配
管１６を経て室内熱交換器８へ入る。この場合、室内送
風機２２は停止して（・るので、室内熱交換ａ８を通過
する室内空気の量は。

自然対流による非常に少ない量であるため、熱交換は殆
んどないに等しい量となる。従って室内熱交換器８を出
る高亜液冷媒は、室内熱交換器８０入口状態と殆んど同
じ状態であり、逆止弁７．冷媒配管１５ｂ、受液器２３
．冷媒配管１５ａを経て膨張機構４により絞られて低圧
の液・ガス混合冷媒となり、室外熱交換器６へ入る。そ
してここで室外送風機２１により通過する室外空気によ
り加熱されて蒸発し、四方弁２．アキュムレータ９を通
り圧縮機１へ吸Å以上の各運転の場合、受液器２６は、
冷房のみ、冷房及び給湯の入、暖房のみ、暖房及び給湯
、給湯のみの各運転時の冷媒回路中の冷媒量の調整を以
下のようにして行う。

いま、装置内の全冷媒量をＲとすると、該全冷媒量Ｒは
ｒｇ冷媒の体積■と冷媒の密度Ｘで決まり、Ｒ＝Ｖ、Ｘ
　　　　　　となる。

ただし−Ｒ：　ｈ＋　　”　：　”３＋　　Ｘ：　ＫＶ
／ｍ３また。冷媒の密度Ｘは、（１）、冷媒の状態（液
または液・ガス混合またはガス）（町、冷媒の圧力、温
度によって変化し、上記（ｉ）の冷媒の状態では、密度
Ｘの太きいものから液澹、液・ガス混合ｘ２．ガス（Ｘ
３）の順延なり、また密度Ｘの変化の大きさも、上記（
ｉｉ）の冷媒の圧力、温度による変化よりも大きく、装
置内の全冷媒量Ｈの変化は、主に上記（１）の冷媒の状
態による変化と考えればよい。従って装置内の冷媒量Ｒ
は、 Ｒ−Ｘｌ、ｖ１＋Ｘ２・■２＋ｘ３．■３ただしｖｌは
液となる体積、■２は液・ガス混合となる体積ｖ３はガ
スとなる体積を示す。

また密度は、ｘｌ〉Ｘ２〉Ｘ３の関係にある。各運転に
よってＸｌ、Ｘ２．Ｘ３の値も変化するが、これは上記
（ｉｉ）の冷媒の圧力、温度によるもので変化は小さい
。そして各運転により冷媒量が変化する主要因は、■１
．ｖ２．■３の変化である。

装置内の全冷媒量Ｒは、Ｖｌ、−Ｖ２が大きい程大きく
なり、■３が大きい程小さくなる。

各運転により、Ｖ１■２■３が変化するため、全冷媒量
Ｒは変化する。

サイクル内冷媒充填量Ｒは、受液器２３を除く他の機器
内の冷媒量が最大となる運転時の冷媒量Ｒ１と、受液器
２３内の冷媒配管１５ａ、１５ｂの管先端部が液で充た
された状態での受液器２３内の冷媒量Ｒ２の加算された
値となる。

Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２ そして、受液器２６内でホールドされる冷媒量はＲ２が
最小であり、他の運転時には、Ｒ２より多くホールドさ
れ、受液器２３を除く装置内の冷媒量が最小となる運転
時に、受液器２３内の冷媒ホールド量は最大となる。

いま、受液器２３内の圧力をＲ２とし、受液器入口の液
冷媒の温度の飽和圧力をＰｓとすると、Ｒ２は凝縮圧力
Ｐ、凝縮器から受液器までの冷媒摩擦圧力損失ΔＰＦ、
凝縮器液面ｙ受液器液面のヘット差ΔＰＨ受液器２３と
その周囲空気との熱交換による冷媒の凝縮、蒸発によっ
て変化する圧力ΔＰＡにより決まり、 ｐ２＝＝ｐ、＋ΔＰＡ＋ΔＰＨ−ΔＰＦとなる。

なお、Ｐｌは運転条件同一の場合、凝縮器内の冷媒ホー
ルド量（冷媒液面）が多い程高く、少ない程低くなる。

また、ΔＰＨは凝縮器液面が受液器液面より高いとき、
ΔＰＨ＞　ｏ　、低いとき、ΔＰＨ＜○、同一のと、き
、ΔＰＨ：ｏとなり、ΔＰＦは冷媒循環量が多いほど大
きく、−また、ガスが混入すると大きくなり、常にΔｐ
Ｆ＞ｏである。

また、ΔＰＡは受液器の周囲空気温度が高く、受液器内
の液冷媒が加熱され蒸発している時はΔＰＡ〈０となり
、逆に周囲空気温度が低く、受液器内のガス冷媒が冷却
され凝縮している時は、ΔＰｐ、＞Ｏとなる。

また、Ｐｓは凝縮器出口での冷媒温度と凝縮器から受液
器までの冷媒配管と周囲空気とめ熱交換による熱の出入
りによって決まる。

そして、受液器２３内冷媒液面（ホールド献）は、Ｐｓ
とＲ２で決まり、 （７）　Ｐ８＝Ｐ２の場合には、受液器液面は変化せず
安定する。

（イｌ　　Ｐａ＞Ｒ２の場合には、受液器の液面は低下
してホールド量が減少し、膨張機構４の前にガスが液に
混入し流れ込むので、膨張機構４の絞りがチョークして
冷媒流量が減少し、装置内の冷媒量分布が、凝縮器内に
偏よって多くなり、凝縮器出口での液冷媒の過冷却が増
加してＰｌが上昇することになり、ある点で、Ｐｓ＝Ｐ
２となり受液器の液面は安定する。

（つ）Ｐｓ＜Ｒ２の場合には、受液器の液面は上昇（冷
媒ホールド量増加）して凝縮器内冷媒ボールド量は、減
少し、Ｐｌは低下し、凝縮器出口での冷媒の過冷却は減
少し、更にはガスが混入することになるとΔＰＦは増大
し、〜＝Ｐ２となり受液器の液面は安定する。

以上の様にして受液器２３の周囲温度、凝縮器から受液
器２６までの冷媒摩擦損失、凝縮器と受液器の液面ヘッ
ド差、等を最適な状態にすることにより、装置内の余剰
冷媒は、受液器内にホールドされ、受液器２３は、装置
内の冷媒制御を行う。

本発明の空気調和機は、上記のような構成１作用を具有
するものであるから、本発明によれば、（１）冷媒回路
内の冷媒量の調節可能な受液器２６を設け、室内送風機
２２の運転を停止することにより、給湯のみの運転が可
能となった。

（２）　　電磁弁等を使用することなく、単純な冷媒回
路で、給湯のみの運転ができるので、信頼性が高い。

（３）給湯のみの運転ができるので、中間季の冷。

暖房の不要なときも給湯運転ができる。

（４）冷房及び給湯運転により圧縮機１の消費電力を低
減して冷房能力を増大し、給湯運転ができるので、非常
に成績係数の高い運転となり、給湯運転料金の低減が可
能となる。

などの実用的効果を挙げることができる。

次に、第３図に示す本発明の他の実施例は、室内ユニツ
）Ｂ内に圧縮機１を内蔵した場合の例を示し、本例の場
合、室外ユニットＡ内には、冷媒配管で結ばれた室外熱
交換器３．膨張機構４．逆止弁５及び室外送風機２１が
配設されており、室内ユニツ）Ｂには、冷媒配管で結ば
れた圧縮機１゜四方弁２．膨張機構６．逆止弁７、室内
熱交換器８、アキュムレータ９及び室内送風機２２が図
示の如く配設され、なおまた、給湯ユニットＧＫは給湯
用熱交換器１０、給湯用ポンプ１１．受液器２３が図示
のように配設さ゛れている。そして室外ユニツ）Ａと室
内ユニツ）Ｂは冷媒配管２４で結ばれ、室外ユニットＡ
と給湯ユニットＣは冷媒配管１５ａで結ばれ、また室内
ユニッ）Ｂと給湯ユニツ）Ｃは冷媒配管１５ｂ、１３−
１４で結ばれており、上記実施例と同様の作用、効果を
奏するものである。。

また、第４図に示す本発明の更に他の実施例はチリング
ユニットの場合の実施例で、チリングユニツ）Ｄ内には
、圧縮機１．四方弁２．室外熱交換器３．膨張機１Ｉｔ
４．６．逆止弁５，７、利用側熱交換器２５、アキュム
レータ９が冷媒配管を介して図示の如（結ばれて配設さ
れており、また、室外送風機２１が配設されている。ま
た、給湯二二ツ）Ｃには、図示の如く給湯用熱交換器１
０．受液器２ろ、給湯用ポンプ１１が内蔵されている。

２６は冷、暖房用ポンプで、２７はファンコイルユニッ
トで、冷温水配管２８．２９によりチリングユニツ）Ｄ
の水熱交換器２５に接続されている。

本例は、第２図に示す実施例の室内熱交換器８を水熱交
換器２５に、また室内送風機２２を冷暖房用ポンプ２６
に置換えれば、各運転方法及び作用。

効果は第２図の実施例と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の給湯用熱交換器を具えた空気調和機の
一例の系統図、第２図は、本発明の一実施例の系統図、
第３図及び第４図はそれぞれ本発明の他の実施例の系統
図、第５図は、受液器の縦断面図である。 １：圧縮機、　　２：西方弁、　　ろ：室外熱交換器。 ４．６：膨張機構１　　５１７　：逆止弁、　８：室内
熱交換器、　　９：アキュムレータ、　　　１０：給湯
用熱交換器、　　　ｉｌ：ｘンプ、　　１２：貯湯タン
ク。 １３、１４．１５ａ、　１５’ｂ　：冷媒配管。 １７．１８：水配管、　　２３：受液器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張機構、逆止弁、室
   内熱交換器、アキュムレータを、冷媒配管で接続した空
   気調和機の圧縮機の吐出側と四方弁との間に、給湯用熱
   交換器を配設してなる空気調和機において、室外熱交換
   器と室内熱交換器を結ぶ冷媒液配管の途中に、受液器を
   介装してなることを特徴とする空気調和機。−