JPS6032534Y2 - 熱回収式空気調和装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、熱回収式空気調和装置、詳しくは水加熱用熱
交換器、水冷却用熱交換器及び凝縮器又は蒸発器として
動らく空気側熱交換器を備え、冷暖房専用運転と冷房優
先運転と暖房優先運転が行なえるようにした熱回収式空
気調和装置に関する。

従来此種空気調和装置は、冷房負荷と暖房負荷との大き
さが同じの場合、空気側熱交換器を用いずに冷暖房を同
時に行なう熱回収運転を行なったり、冷房負荷より大き
いときには、前記空気側熱交換器を補助凝縮器として運
転する冷房優先運転と、前記水加熱用熱交換器を用いず
に空気側熱交換器を凝縮器として運転する冷房専用運転
とを行ない、また暖房負荷が冷房負荷より大きいときに
は、前記空気側熱交換器を補助蒸発器として運転する暖
房優先運転と、前記水冷却用熱交換器を用いずに空気側
熱交換器を蒸発器として運転する暖房専用運転とを行な
うようにしている。

又以上の如き運転において、前記空気側熱交換器を蒸発
器として用いる暖房優先又は暖房専用運転の場合、前記
空気側熱交換器がフロスするのであって、フロスト時に
は、前記した運転の外デフロスト運転も行なえるように
している。

しかして、前記水加熱用熱交換器は、暖房負荷が存在し
ていて、冷暖房を同時に行なう熱回収運転の場合、必ら
す凝縮器となって温水を加熱するのであり、また前記空
気側熱交換器は、冷房負荷が暖房負荷より大きく冷房優
先運転をしている場合と、暖房負荷がなくて冷房専用運
転をしている場合及びデフロスト運転をしている場合に
は、凝縮器となるのであるが、前記水加熱用熱交換器は
、暖房負荷がなくて冷房専用運転をしている場合におい
ては使用しないし、また前記空気側熱交換器は、冷暖房
負荷が等しくバランス運転している場合においては、使
用しないのである。

従って、これら不使用時、前記水加熱用熱交換器及び空
気側熱交換器に液冷媒が流れずに溜ることがある。

このため不使用時の冷媒貯溜量を考慮して冷媒充填量を
多くする必要があり、またたとえ冷媒充填量を多くして
も、前記貯溜量は一定でないため、冷媒の過不足が生ず
る問題があった。

そこで本考案は、以上の如き問題点に鑑み考案してもの
で、目的とする処は、冷媒充填量を少なくでき、前記し
たバランス運転又は冷房専用運転を行なう場合でも、冷
媒量の過不足のない安定した運転が行なえるようにする
ことにあり、前記水加熱用熱交換器の出口側と前記水冷
却用熱交換器の入口側との間に、前記受液器と膨張機構
とを側路する第１バイパス回路を、また前記空気側熱交
換器が凝縮器として作用するときの該熱交換器の出口側
と、前記水冷却用熱交換器の入口側との間に、前記受液
器と膨張機構とを側路する第２バイパス回路とをそれぞ
れ設け、前記第１バイパス回路に前記水加熱用熱交換器
の不使用時である冷房専用運転時開く第１電磁弁を介装
し、第２バイパス回路に前記空気側熱交換器の不使用時
である冷暖房負荷とが等しくバランス運転している時開
く第２電磁弁を介装したことを特徴とするものである。

尚本考案において、前記バイパス回路は、水加熱用熱交
換器の出口側と水冷却用熱交換器の入口側との間、及び
空気側熱交換器の凝縮器として働らくときの出口側と水
冷却用熱交換器の入口側との間にそれぞれ設けることは
好ましいのであるが、必らすしも２回路を必要とするも
のではなく、１回路設けた場合でも、本考案の技術的範
囲に含まれるものである。

以下本考案装置の実施例を図面に基づいて説明する。

１は圧縮機、２は水加熱用熱交換器（以下単に凝縮器と
いう）、３は水冷却用熱交換器（以下単に蒸発器という
）、４は空気側熱交換器、５は受液器、６はアキュムレ
ータであって、これら機器は冷媒配管７によって各連結
されている。

前記圧縮機１は、アンローダ機構をもっており、前記凝
縮器２における温水入口温度を検出する温水入口サーモ
と、前記蒸発器３の冷水入口温度を検出する冷水人口サ
ーモとにより例えば７５％、 ５０％、２５％の能力の
３段階にその圧縮機能力が制御されるようになっている
。

また８は、四路切換弁、９は三方弁であって、これら四
路切換弁８及び三方弁９により、前記圧縮機１から吐出
する冷媒の流れを制御し、前記空気側熱交換器４を凝縮
器としたり、蒸発器としたり或いは冷媒を流さなかった
りするのであり、冷房専用運転、冷房優先運転、暖房専
用運転、暖房優先運転、バランス運転及びドフロスト運
転が行なえるようにするのである。

前記四路切換弁８は、高圧側ポート８１低圧側ポート８
２と、二つの第１及び第２切換ポート８３．８４との四
つのポートをもった既存の四路切換弁を用いるのであり
、また前記三方弁９は、一つの固定ポート９１と、二つ
の第１及び第２制御ポート９２．９３とをもち、これら
制御ポート９２．９３の開度を調整可能に構成するので
あって、前記四路切換弁８の前記高圧側ポート８１を、
前記圧縮機１の吐出口に、低圧側ポート８２を、前記ア
キュムレータ６にそれぞれ接続すると共に、前記第１切
換ポート８３を、前記三方弁９の固定ポート９１に、第
２切換ポート８４を前記凝縮器２と蒸発器との何れか一
方と選択的に接続するのであり、また前記三方弁９の第
１制御ポート９２を、前記蒸発器３と凝縮器２との何れ
か一方と選択的に接続し、第２制御ポート９３を前記空
気側熱交換器４に接続するのである。

前記三方弁９はコントロールモータにより前記制御ポー
ト９２．９３の開度を０〜１００％制御するもので、前
記四路切換弁８の切換により高圧ガス冷媒を前記凝縮器
２と空気側熱交換器４とに所定比率で流す高圧側制御弁
となったり、前記蒸発器３と空気側熱交換器４とで蒸発
した低圧ガス冷媒を所定比率で流す低圧側制御弁となっ
たりするものである。

しかして、高圧側制御弁として働らく場合、前記凝縮器
２への開度即ち第１制御ポート９２の開度が１００％〜
０％のとき、空気側熱交換器４への開度即ち第２制御ポ
ート９３の開度は０〜１００％となり、第１制御ポート
９２の開度が１００％で高圧ガス冷媒の全量が凝縮器２
に流れるとき、空気側熱交換器４には流れない。

また逆の場合凝縮器２に流れない。

又低圧側制御弁として働らく場合も同様で蒸発器３に通
ずる第１制御ポート９２の開度が１００〜０％のときに
は、空気側熱交換器４に通ずる第２制御ポート９３の開
度は０〜１００％となり、第１制御ポート９２の開度が
１００％で、低圧ガス冷媒が全量蒸発器３から流れると
き、第２制御ポート９３は閉じ、空気側熱交換器４に液
冷媒が流れることはない。

又以上の構成において、四路切換弁８の第２切換ポート
８４を、前記凝縮器２と蒸発器３との何れか一方に選択
的に接続すると共に、三方弁の第１制御ポート９２を、
前記凝縮器２と蒸発器３との何れか一方に選択的に接続
し、しかも前記第２切換ポート８４と第１制御ポート９
２とは、前記凝縮器２と蒸発器３とに可逆的に接続する
のであって、この接続方法は、四つの逆止弁１０ａ〜１
０ｄを組合せた四方チャツキ弁や、四路切換弁のごとき
四ポート弁１０を用いるのである。

同図において１１は、前記受液器５と前記蒸発器３との
間を結ぶ液管７１の途中に介装する感温膨張弁、１２は
、同じく前記受液器５と空気側熱交換器４との間を結ぶ
液管であって、これら膨張弁１１．１２には、低圧ガス
管７３及び低圧ガス管となる三方弁９と空気側熱交換器
４との連絡管７４に通過する均圧回路１３．１４をもっ
ており、この均圧回路１３．１４には、これら均圧回路
１３．１４を連結する前記膨張弁１１．１２内の均圧チ
ャンバー（図示せず）に高圧液冷媒を供給し、前記膨張
弁１１．１２を強制的に閉じる三方電磁弁１５．１６を
介装している。

又１７は、前記均圧回路１４と、前記液管７２で、空気
側熱交換器４が凝縮器となるときの高圧液管部分との間
に介装するバイパス管であり、このバイパス管１７には
前記高圧液管部分への流れのみを許るす逆止弁１８と高
圧調整弁１９とを介装し、前記空気側熱交換器４を凝縮
器として運転する場合高圧圧力が、前記調整弁１９の設
定値より低い場合、前記バイパス管１７を開いて未凝縮
ガスを受液器５に送ると共に、空気側熱交換器４内に凝
縮液を溜めてこの熱交換器１４の凝縮圧力を上昇させる
のである。

尚図面に示した前記高圧調整弁１９は、ヘッドマスター
と称される三方弁を用い、前記高圧液部分を分断して、
二つのポート１９ａ、１９ｂに連結し、残り一つのポー
ト１９ｃに前記バイパス管１７を接続しており、更らに
分断した前記高圧液部分を短絡管２０で、連絡している
。

従ってこの構成によると、前記凝縮圧力の上昇を緩慢に
できるし、前記短絡管２０の径の選定により上昇度合の
調整も行なえるのである。

又２１は、前記凝縮器２の出口と受液器５とを連結する
液管７５に介装する逆止弁であり、２２は、前記空気側
熱交換器４と受液器５との間を結ぶ液管７６に介装する
逆止弁である。

尚前記液管７６は、前記膨張弁１２を介装した液管７２
とは、並列に接続されており、前記液管７２を流れる液
冷媒の流れ方向は、受液器５から前記空気側熱交換器４
の方向であり、前記液管７６を流れる液冷媒の流れ方向
は、空気側熱交換器４から受液器５の方向である。

即ち前記四路切換弁８の切換えにより、前記空気側熱交
換器４が蒸発器となる暖房優先運転及び暖房専用運転に
おいては、受液器５から液冷媒か前記液管７２を介して
前記空気側熱交換器４に流れ、また蒸発器となる冷房優
先運転及び冷房専用運転においては、前部熱交換器４か
ら液冷媒が前記液管７６を介して受液器５に流れるので
ある。

又２３は、前記受液器５と凝縮器２の出口との間に、前
記逆止弁２１を側路するバイパス管で、途中にはデフロ
スト時開き、膨張機構として作用する電磁弁２４を介装
している。

又２５は、前記四ポート弁１０と四路切換弁８の第２切
換ポート８４とを結ぶ短絡管７７と、前記凝縮器２の入
口側との間に設けるバイパス管で、このバイパス管２５
の途中にはデフロスト時開く、電磁弁２６を介装してい
る。

第１図に示したものは、以上の如く構成する空気調和装
置において、前記凝縮器２の出口と、前記逆止弁２１と
の間に液管７５と、前記蒸発器３の入口と前記膨張弁１
１との間の低圧液管７８との間に、前記受液器５と膨張
弁１１とを側路する第１バイパス回路２７を設け、また
前記空気側熱交換器４の凝縮器として作用するときの出
口と前記逆止弁２２との間の液管７６と、前記低圧液管
７８との間に、前記第１バイパス回路２７と同様受液器
５と膨張弁１１とを側路すを第１バイパス回路２８をそ
れぞれ設け、第１バイパス回路２７に、冷房専用運転時
開く第１電磁弁２９を、また第２バイパス回路２８にバ
ランス運転時開く第２電磁弁３０を介装したのである。

尚、第１図に示したごとく２つのバイパス回路２７．２
８を設けるのは、好ましいが、一方の第１又は第２バイ
パス回路２７又は２８のみを設けてもよい。

また２つのバイパス回路２７．２８を設ける場合、各回
路２７．２８をそれぞれ前記低圧液管７８に接続しても
よいが、第１図のごとく合流させて、前記低圧液管７８
に接続させた場合回路長さの全量を短かくできるのであ
る。

次に以上の如く構成した装置の運転を説明する。

前記四路切換弁８は非通電においては第１図実線のごと
く位置し、通電されると第１図点線のごとく切換えられ
るのであって、第１図実線位置では前記三方弁９に圧縮
機１からの低圧ガス冷媒が導かれ、この三方弁が高圧側
制御弁となって、前記高圧ガス冷媒を、前記凝縮器２と
前記熱交換器４とに所定比率で流すように作用するので
あり、第１図点線位置では、前記熱交換器４を蒸発器と
し、三方弁９が高圧側制御弁となって前記蒸発器３と前
記熱交換器４とで蒸発した低圧ガス冷媒を所定比率で流
すように作用するのである。

そして前記四路切換弁８の切換判断は、冷水入口又は温
水入口温度により能力制御をする圧縮機１の能力と、冷
水出口又は温水出口温度により第１制御ポート９２の開
度を制御する三方弁９の開度との関連において行なうの
である。

即ち冷房優先運転においては、圧縮機１の能力制御を冷
水入口温度により、三方弁９の前記開度を温水入口温度
により制御し、暖房優先運転では、圧縮機１の能力制御
を温水入口温度で、三方弁９の開度制御を冷水出口温度
で行なうようにし、三方弁９の前記開度が１００％で、
圧縮機１の能力が制御されたとき、つまり、冷房専用運
転において、温水出口温度が設定温度４２′Ｃより低く
、三方弁９の開度が１００％で、高圧ガス冷媒の全量が
水加熱用凝縮器２に送られているとき、冷房負荷が減少
し、冷水入口温度が設定温度１０℃より低くなって圧縮
機１の能力が例えば７５％に制御されるとき、前記四路
切換弁８に連通して、切換え冷房優先運転とするもので
あり、また、暖房優先運転において冷水出口温度が設定
温度１０℃よりも高く三方弁９の前記温度が１００％で
水冷却用蒸発器３から低圧ガス冷媒の全量を流している
とき、暖房負荷が減少し温水入口温度が設定温度４２′
Ｃより高くなって、圧縮機１の能力が例えば７５％に制
御されるとき、前記四路切換弁８の通電を遮って、冷房
優先運転に切換えるのである。

しかして起動時、冷水温度が設定温度１０℃より高く、
温水温度が設定温度４２℃より低い場合には、四路切換
弁８に通電することなく、第１図のごとく位置させて、
冷房優先運転で起動するのである。

このとき冷房負荷（圧縮機入力を含む）と暖房負荷とが
等しくバランスしている場合、前記三方弁９の第１制御
ポート９２の開度は１００％となって、第１図太線で示
したごとく前記高圧ガス冷媒の全量が実線矢印のように
前記凝縮器２に流れて凝縮し、温水を加熱すると共に、
凝縮した液冷媒の全量が、受液器５、膨張弁１１を経て
蒸発器３に入り、冷水を冷却し、四路切換弁８を介して
圧縮機１に戻る冷凍サイクルを形成するのであって、冷
房優先運転体制でのバランス運転が行なわれる。

このとき、前記空気側熱交換器４は、使用されないので
あって、前記電磁弁３０が開き、前記熱交換器４は前記
第２バイパス回路２８を介して低圧液管７８に連通し、
前記熱交換器４に溜る液冷媒を点線矢印のように回収す
るのである。

この回収は、液管７６から行なうので、前記熱交換器４
内で蒸発が行なわれることはない。

従って、着霜したり結露したりすることもないのであり
、三方弁９から高圧ガス冷媒が洩れても、確実に回収で
きる。

また前記回収は低圧液管７８に導き、蒸発器３を介して
行なうから、液冷媒で回収しながら、液バツクの心配も
ないのである。

次に以上の冷暖房等負荷の状態から暖房負荷が小さくな
るか又は冷房負荷が増大して温水出口温度が上昇すると
、温水出口温度その働らきで、前記三方弁９の第１制御
ポート９２の開度が１００％から減少し、第２制御ポー
ト９３が減少分だけ開くことになり、冷房優先運転が行
なわれる。

即ち三方弁９に導かれる高圧ガス冷媒は、前記三方弁へ
開度に応じ、前記凝縮器２と前記空気側熱交換器４とに
流れ、これら凝縮器２と空気側熱交換器４とで凝縮する
のである。

そして、以上の如く凝縮した液冷媒は、受液器５で合流
し、前記した経路を経て圧縮機１に戻るのであって、冷
水入口温度が設定温度１０′Ｃ以上の場合、前記圧縮機
１はロード１００％で運転される。

また以上の状態が継続し、暖房負荷がなくなれば、前記
三方弁９の第１制御ポート９２の開度は０％となって閉
じ、第２制御ポート９３が１００％開度となって第２図
太線で示したごとく高圧ガス冷媒の全量が実線矢印のよ
うに空気側熱交換器４に流れ、凝縮器２での温水加熱は
なくなって冷房専用運転が行なわれる。

この冷房専用運転時、前記凝縮器２は使用されないので
あって、前記電磁弁２９が開き、前記凝縮器２は、第１
バイパス回路２７を介して低圧液管７８に連通し、前記
凝機器２に溜る液冷媒を点線矢印のように回収するので
ある。

この回収も前記同様液管７５から行なうので、凝縮器２
で蒸発作用が生ずることはなく、従って温水が凍結した
りすることはないし、液バツクの心配もないのである。

又第１図に示した冷房優先運転体制での冷暖房同時運転
の状態から、前記とは逆に、温水出口温度は設定温度４
２′Ｃより低いのに冷房負荷が小さくなって、冷水入口
温度が設定温度１０℃より低くなると、三方弁９の第２
制御ポート９２の弁開度は、１００％開度を維持したま
）圧縮機１の能力が制御される。

即ち前記運転体制における圧縮機１の能力は、冷水入口
温度により制御されるので、冷水入口温度が低く例えば
９℃となれば前記冷水入口サーモの働らきで、ロード７
５％に制御される。

従って四路切換弁８に通電され、該四路切換弁８を第１
図点線位置に切換えるのである。

この四路切換弁８の切換えにより、高圧ガス冷媒の全量
が四ポート弁１０を介して凝縮器２に流れて凝縮し、温
水を加熱すると共に、凝縮した液冷媒は、受液器５から
、その１部は膨張弁１１を経て蒸発器３に入って蒸発し
、他の１部は膨張弁１２を経て空気側熱交換器４に入っ
て蒸発し、蒸発した低圧ガス冷媒は、所定比率で、前記
三方弁９から四路切換弁８を経て圧縮機１に戻る冷凍サ
イクルに切換えられ、暖房優先運転となるのである。

この暖房優先運転に切換えられると、前記三方弁９は、
低圧側制御弁となり、冷水出口温度を検出する冷水出口
サーモにより開度制御が行なわれると共に、圧縮機１は
、温水入口サーモにより能力制御が行なわれることにな
る。

次に以上の状態において、冷房負荷が減少し冷水出口温
度が例えば６℃より更に低下すれば、三方弁９の第１制
御ポート９２の開度は小さくなって、０％に近づくので
あり、前記開度Ｏ％で暖房専用運転となる。

即ち前記第１制御ポート９２の開度Ｏ％で閉じると、第
２制御ポート９３の開度１００％となり、凝縮器２で凝
縮した液冷媒は、受液器５から全量が空気側熱交換器４
に導かれ、蒸発した後低圧ガス冷媒の全量が前記三方弁
９を経て四路切換弁８から圧縮機１に戻る冷凍サイクル
を形成するのである。

更らに前記した暖房優先運転において圧縮機入力を含む
冷房負荷と暖房負荷とが等しくバランスする場合は、前
記三方弁９の第１制御ポート９２の開度は１００％とな
って、第３図太線で示したごとく、高圧ガス冷媒は、実
線矢印のように四路切換弁８から全量が凝縮器２に流れ
て、温水を加熱すると共に、凝縮した液冷媒は、受液器
５の膨張弁１１を経て全量が蒸発器３に流れて冷水を冷
却し、蒸発した低圧ガス冷媒は、全量が三方弁９を経て
四路切換弁８から圧縮機１に戻るのであって、暖房優先
運転体制でのバランス運転が行なわれるのである。

この場合も前記したバランス運転と同様電磁弁３０が開
いて空気側熱交換器４に溜る液冷媒を点線矢印のように
回収するのである。

又前記した暖房優先運転と暖房専用運転とにおいて、蒸
発器として働らく空気側熱交換器４がフロストした場合
そのデフロスト運転も行なえるのであって、このデフロ
スト運転は四路切換弁８を第１図実線位置に切換え、高
圧ポート８１を第１切換ポート８３に連通して、高圧ガ
ス冷媒を三方弁９に流し、該三方弁９から前記高圧ガス
冷媒の全量を空気側熱交換器４に流して凝縮させ、この
凝縮潜熱でデフロストを行なう。

そしてこのデフロスト時、前記電磁弁２４及び２６を開
き、前記熱交換器４で凝縮した液冷媒を、受液器５から
前記バイパス管２３を介して水加熱用凝縮器２に流して
蒸発させ、低圧ガス冷媒を前記バイパス管２５、連絡管
７７から四路切換弁８を経て圧縮機１に戻すのである。

このデスフロストサイクルにおいて、前記電磁弁２４は
、その１間、により膨張弁とに作用するのであって、こ
の電磁弁２４の容量を選定することにより、デフロスト
運転時の低圧を上げられ、従って短時間でデフロストを
終了できる。

以上の如く本考案は、凝縮器となる水加熱用熱交換器又
は空気側熱交換器を使用しないとき、これら熱交換器を
、水冷却用熱交換器の入口と膨張機構との間の低圧液域
に連通させて冷媒回収を行なうようにしたから、使用し
ない熱交換器に冷媒が溜ることを防止でき、従ってそれ
丈冷媒充填量を少なくできるのであり、しかも前記熱交
換器を使用していないときの冷媒循環量を過不足なし一
定にできるので、安定した運転が行なえるのである。

その上、この空気調和装置の運転を停止した時に運転パ
ターンを切換えるようにしすれば、具体的には、例えば
冷房専用運転を行っている状態で運転を停止した場合に
、この停止と同時に運転パターンを冷暖平衡運転に切換
えておくようにすれば、前記冷房専用運転時に高圧であ
った空気側熱交換器が運転停止と同時に低圧となって高
低圧の均圧が行えるのであり、つまり均圧時間を短縮で
きるのであり、この結果、停止から再起動までの時間も
短くできる効果も奏し得るのである。

更に低圧液域に回収するので、前記熱交換器が冷却され
ることはないのであり、しかも回収する冷媒な水冷却用
熱交換器で蒸発させられるので、液バツクの心配もない
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の一実施例を示す冷媒配管系統図、
第２，３図はその作用を説明する冷媒配管系統図である
。 １・・・・・・圧縮機、２・・・・・・水加熱用熱交換
器、３・・・・・・水冷却用熱交換器、４・・・・・・
空気側熱交換器、５・・・・・・受液器、１１．１２・
・・・・・膨張機構、２７，２８・・・・・・バイパス
回路、２９・・・・・・第１１！！磁弁、３０・・・・
・・第２電磁弁。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）圧縮機、水加熱用熱交換器、水冷却用熱交換器、
   空気側熱交換器及び受液器、膨張機構を備え、前記空気
   側熱交換器を、凝縮器又は蒸発器として冷暖房同時運転
   可能とした熱回収式空気調和装置において、前記水加熱
   用熱交換器の出口側と前記水冷却用熱交換器の入口側と
   の間に、前記受液器と膨張機構とを側路する第１バイパ
   ス回路を、また前記空気側熱交換器が凝縮器として作用
   するときの該熱交換器の出口側と、前記水冷却用熱交換
   器の入口側との間に、前記受液器と膨張機構とを側路す
   る第２バイパス回路をそれぞれ設け、前記第１バイパス
   回路に前記水加熱用熱交換器の不使用時である冷房専用
   運転時開く第１電磁弁を介装し、第２バイパス回路に前
   記空気側熱交換器の不使用時である冷暖房負荷が等しく
   バランス運転している時開く第２電磁弁を介装したこと
   を特徴とする熱回収式空気調和装置。
2. （２）第１バイパス回路と第２バイパス回路との、水冷
   却用熱交換器の入口側への接続側は該第１、第２バイパ
   ス回路途中で合流させており、前記第１．第２バイパス
   回路に介装した第１゜第２電磁弁は合流点より手前にあ
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の熱回収式空気調和装置。