JP2001012786A

JP2001012786A - ヒートポンプ式空気調和機

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Publication number: JP2001012786A
Application number: JP11184668A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Kokuni; 研作小国; Kazumiki Urata; 和幹浦田; Susumu Nakayama; 進中山; Hiroshi Takenaka; 寛竹中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: JP3738414B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式空気調和機において、安価な構
成で、暖房能力増加することが必要な時に、暖房能力を
増加して効率よく運転すると共に、圧縮機を適切な温度
に制御する。【解決手段】ヒートポンプ式空気調和機において、吐出
圧力制御弁２０及びこの吐出圧力制御弁２０を制御する
手段２０Ｓを有する吐出圧力制御装置と、液インジェク
ション回路に設けた液インジェクション制御弁９及びこ
の液インジェクション制御弁９を制御する手段９Ｓを有
する液インジェクション制御装置とを備え、暖房能力の
増加が必要な時に吐出圧力制御装置及び液インジェクシ
ョン制御装置を作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプ式空
気調和機に係わり、特に定速型圧縮機を有するヒートポ
ンプ式空気調和機に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ式空気調和機として
は、インバータ制御装置により可変速駆動される可変速
型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱
交換器を有する冷凍サイクルの主回路と、この主回路の
高圧側の液冷媒を圧縮機の圧縮機構部にインジェクショ
ンする液インジェクション回路と、圧縮機の高圧力比を
得るために圧縮機の吐出口に設けられた絞りとを備え、
暖房運転時に、利用側熱交換器で凝縮した液冷媒の一部
を圧縮機構部にインジェクションすると共に、圧縮機の
回転数を室内温度の状況に応じてインバータ制御するこ
とにより、室外空気温度が低下しても、高効率運転で高
い暖房能力を発揮でき、また、圧縮機を過度に高温にし
ないようにしたものがある。なお、これに関連するもの
として、特開平０８−２１０７０９号公報に記載された
ものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のヒートポ
ンプ式空気調和機は、インバータ制御装置により可変速
駆動される可変速型圧縮機を用いているために、非常に
高価なものとなっていた。また、圧縮機の高圧力比を得
るために圧縮機の吐出口に設けられた単なる絞りは、暖
房能力の増加を必要としない場合に圧縮機性能の低下を
招き、効率低下の要因となっていた。

【０００４】本発明は、安価な構成で、暖房能力を増加
することが必要な時に吐出圧力制御装置及び液インジェ
クション制御装置を作動させることにより、暖房能力を
増加して効率よく運転することができると共に、圧縮機
を適切な温度に制御することができて信頼性に優れたた
ものとすることができ、さらには暖房能力の増加を必要
としない時に吐出圧力制御装置を作動させないことによ
り一層効率よく運転することができるヒートポンプ式空
気調和機を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、定速型圧縮機、熱源側熱交換
器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイ
クルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記圧
縮機の圧縮室にインジェクションする液インジェクショ
ン回路と、前記圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力
制御装置と、前記液インジェクション回路を制御する液
インジェクション制御装置とを備え、前記吐出圧力制御
装置は、前記圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁
と、この吐出圧力制御弁を制御する手段とを有する構成
にしたことにある。

【０００６】本発明の第２の特徴は、定速型圧縮機、熱
源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有す
る冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷
媒を前記圧縮機の圧縮室にインジェクションする液イン
ジェクション回路と、前記圧縮機の吐出側圧力を制御す
る吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路を
制御する液インジェクション制御装置とを備え、前記吐
出圧力制御装置は、前記圧縮機の吐出側に設けた吐出圧
力制御弁と、この吐出圧力制御弁を制御する手段とを有
し、液インジェクション制御装置は、前記インジェクシ
ョン回路に設けた液インジェクション制御弁と、この液
インジェクション制御弁を制御する手段とを有し、前記
吐出圧力制御弁を制御する手段と前記液インジェクショ
ン制御弁を制御する手段とを連動した構成にしたことに
ある。

【０００７】本発明の第３の特徴は、定速型圧縮機、熱
源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有す
る冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷
媒を前記圧縮機の圧縮室にインジェクションする液イン
ジェクション回路と、前記圧縮機の吐出側圧力を制御す
る吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路を
制御する液インジェクション制御装置とを備え、前記吐
出圧力制御装置は、前記圧縮機の吐出側に設けた吐出圧
力制御弁と、室外空気温度が所定値以下に低下した時に
前記吐出圧力制御弁を作動し、かつ室外空気温度に応じ
て前記吐出圧力制御弁の弁開度を制御する手段とを有す
る構成にしたことにある。

【０００８】本発明の第４の特徴は、定速型圧縮機、熱
源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有す
る冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液冷
媒を前記圧縮機の圧縮室にインジェクションする液イン
ジェクション回路と、前記圧縮機の吐出側圧力を制御す
る吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路を
制御する液インジェクション制御装置とを備え、前記吐
出圧力制御装置は、前記圧縮機の吐出側に設けた弁部及
び絞りの並列回路よりなる吐出圧力制御弁と、前記吐出
圧力制御弁の弁部を制御する手段とを有する構成にした
ことにある。

【０００９】好ましくは、前記吐出圧力制御弁の弁部は
電磁開閉弁とし、前記絞りは暖房能力を増加する絞り抵
抗値に設定したことにある。

【００１０】本発明の第５の特徴は、定速型圧縮機と可
変速型圧縮機とを組合わせで構成される複数の圧縮機、
熱源側熱交換器、冷媒制御装置及び利用側熱交換器を有
する冷凍サイクルの主回路と、前記主回路の高圧側の液
冷媒を少なくとも前記定速型圧縮機の圧縮室にインジェ
クションする液インジェクション回路と、前記定速型圧
縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、前記
液インジェクション回路を制御する液インジェクション
制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記定速
型圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、この吐出
圧力制御弁を制御する手段とを有する構成にしたことに
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のヒートポンプ式空
気調和機の各実施例を図を用いて説明する。各実施例の
図において、同一符号は同一物または相当物を示し、重
複する説明は省略する。

【００１２】まず、本発明の第1実施例を図１から図４
を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例のヒート
ポンプ式空気調和機の構成図、図２は図１のヒートポン
プ式空気調和機の暖房時における吐出圧力制御弁及び液
インジェクション制御弁の不作動状態のモリエル線図、
図３は図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時におけ
る吐出圧力制御弁及び液インジェクション制御弁の作動
状態のモリエル線図、図４は図１のヒートポンプ式空気
調和機の室外空気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度
及び暖房能力の変化を示す図である。

【００１３】図１に示すヒートポンプ式空気調和機は、
定速型圧縮機１、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、熱源
側熱交換器３、冷媒制御装置を構成する冷媒制御弁５、
アキュームレータ６及び利用側熱交換器７を有する主回
路と、この主回路の高圧側の液冷媒を圧縮機１の圧縮室
にインジェクションする液インジェクション回路とから
なる冷凍サイクルを備えている。この冷凍サイクルに用
いられる冷媒は、例えば、Ｒ２２に代表されるＨＣＦＣ
系冷媒あるいはＲ４０７Ｃに代表されるＨＦＣ冷媒であ
る。

【００１４】圧縮機１は、インバータ制御装置で可変速
駆動されるものではなく、定速型としての所定の制御を
行うための圧縮機制御演算機能を有する制御手段１Ｓに
より制御され、商用電源で駆動される。吐出圧力制御弁
２０は、圧縮機１の吐出側圧力を高めるように設けら
れ、暖房能力の増加を必要とする時に、弁開度を制御す
るための吐出圧力制御演算機能を有する制御手段２０Ｓ
により制御される。吐出圧力制御装置は吐出圧力制御弁
２０とその制御手段２０Ｓから構成される。この制御装
置の具体的な制御方法は後述する。四方弁２は、圧縮機
１から吐出された主回路の冷媒の流れを暖房運転と冷房
運転で切換えるように設けられ、切換え制御するための
四方弁制御演算機能を有する制御手段２Ｓにより制御さ
れる。熱源側熱交換器３は、室外送風機４により送風さ
れる室外空気と熱交換するように配置されている。室外
送風機４は、回転数を制御するための送風機制御演算機
能を有する制御手段４Ｓにより制御される。冷媒制御弁
５は、冷凍サイクルにおける減圧機能を有し、適切な減
圧機能を持たせるための冷媒制御弁制御演算機能を有す
る制御手段５Ｓにより制御される。

【００１５】液インジェクション回路は、冷媒制御弁５
と利用側熱交換器７との間から高圧の液冷媒を液インジ
ェクション制御弁９を介して圧縮機１の圧縮室にインジ
ェクションするように設けられている。液インジェクシ
ョン制御弁９は、暖房能力の増加を必要とする時に、弁
開度を制御するための液インジェクション制御演算機能
を有する制御手段９Ｓにより制御される。液インジェク
ション制御装置は、液インジェクション制御弁９とその
制御手段９Ｓから構成される。

【００１６】ヒートポンプ空気調和機の運転状態あるい
は運転条件を検出する代表的なセンサとして、圧縮機１
の吐出温度を検出するサーミスタ３０、室外の空気温度
を検出するサーミスタ３１、暖房運転時の熱源側熱交換
器３の冷媒出口温度を検出するサーミスタ３２、室内空
気温度を検出するサーミスタ３３及び圧縮機吐出圧力セ
ンサ３４等を備えている。

【００１７】室外ユニット制御装置４０は、上述した各
制御手段１Ｓ、２Ｓ、４Ｓ、５Ｓ、９Ｓ及び２０Ｓを有
し、室外送風機４の発停、回転数制御機能、圧縮機１の
発停制御機能、四方弁切り換え制御機能、吐出圧力演算
制御機能、冷媒制御弁５の制御機能及び液インジェクシ
ョン制御弁９の制御機能などを有するものである。ま
た、圧縮機１、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、熱源側
熱交換器３、室外送風機４、冷媒制御弁５、アキューム
レータ６、液インジェクション制御弁２０及び室外ユニ
ット制御装置４０は、室外ユニット内に配置されてい
る。

【００１８】利用側熱交換器７は、室内送風機８により
送風される室内空気と熱交換するように配置されてい
る。室内送風機８は、回転数を制御するための送風機制
御演算機能を有する制御手段８Ｓにより制御される。室
内ユニット制御装置８０は、制御手段８Ｓを備え、室外
ユニット制御装置４０及びリモート制御装置８０Ｓに接
続されている。リモート制御装置８０Ｓは、室内に置か
れ、機能として冷房あるいは暖房などの運転モード設
定、室内送風機８の風量設定、ヒートポンプ式空気調和
機の発停、室内空気温度設定を入力できるようになって
いる。また、利用側熱交換器７、室内送風機８及び室内
制御装置８０は室内ユニット内に配置されている。室内
ユニット制御装置８０は、室内送風機８の発停や回転数
制御などを行うとともに、室内空気温度と室内空気温度
設定値との差の演算機能などを有する。

【００１９】而して、暖房運転時には、四方弁２が図１
に示す状態に制御され、圧縮機１から吐出された冷媒
は、吐出圧力制御弁２０、四方弁２、利用側熱交換器
７、冷媒制御弁５、熱源側熱交換器３、四方弁２、アキ
ュムレータ６の順に循環して圧縮機１に戻る。即ち、利
用側熱交換器７が冷媒凝縮器となり室内の暖房を行う。
この暖房運転中に、さらに室外空気温度が低下して暖房
能力が低下し、暖房能力の増加が必要になった時、即
ち、図３に示す室外温度がｔ１になった時に、吐出圧力
制御手段２０Ｓにて吐出圧力制御弁２０を作動して吐出
圧力を高めて、暖房能力を図４（ｂ）の点線（吐出圧力
制御弁及びインジェクション制御弁を作動しない時の暖
房能力の変化）よりも増加して暖房能力があまり低下し
ないように制御し、合わせて液インジェクション制御手
段９Ｓにて液インジェクション制御弁９を作動して利用
側熱交換器７で凝縮液化した冷媒の一部を圧縮機１の圧
縮室に液インジェクションする。

【００２０】この運転状態を、図２及び図３に示すモリ
エル線図、図４に示す室外空気温度に対する吐出圧力制
御弁の弁開度及び暖房能力の変化図を用いて説明する。

【００２１】図２のモリエル線図において、Ａは圧縮機
１の吸入部、Ｂは圧縮機１の吐出部、Ｃは利用側熱交換
器７で凝縮液化した状態、Ｄは冷媒制御弁５の出口すな
わち熱源側熱交換器３の入り口部を表わす。この暖房運
転の状態で、例えば、室外空気温度が低下すると、Ｄか
らＡに到る低圧側圧力が低下し、圧縮機１が吸入する冷
媒の密度が小さくなって冷媒の流量が減少する。冷媒流
量の低下にともないＢからＣに到る高圧側圧力も低下す
る。この結果、暖房能力が図４（ｂ）の室外空気温度ｔ
１に至るように室外空気温度と共に低下する。

【００２２】暖房能力の増加が必要となる室外空気温度
がｔ１以下に低下した時には、吐出圧力制御手段２０Ｓ
にて吐出圧力制御弁２０を作動すると共に、合わせて液
インジェクション制御手段９Ｓにて液インジェクション
制御弁９を作動することにより、冷凍サイクルを図３の
モリエル線図のように作動させる。図３で、Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄは図２と同じ部位の冷媒状態を表わし、Ｅは液イ
ンジェクション制御弁９の出口、Ｆは圧縮室内の液イン
ジェクション冷媒との合流前、Ｇはその合流後、Ｈは吐
出圧力制御弁２０出口部の冷媒状態を表わす。図３にて
明らかなように、ＨからＣの高圧側には圧縮機１の吸入
冷媒流量Ｇｓと液インジェクション流量Ｇｉの合計流量
Ｇｓ＋Ｇｉが供給される。また、吐出圧力制御弁２０の
作動によって圧縮機1の吐出圧力は高い圧力に維持され
る。これにより、圧縮機１の電気入力Ｗｈが増大し、暖
房能力Ｑｈを増加することができる。この場合の成績係
数ＣＯＰは、ＣＯＰ＝Ｑｈ／Ｗｈで表わされ、この成績
係数ＣＯＰが冷凍サイクルの機能として１より大きくな
り、補助電気ヒータを用いるものより高くなり、省電力
とすることができる。

【００２３】さらに室外空気温度が低下すると、図４
（ａ）に示すように室外空気温度に比例して吐出圧力制
御弁２０の弁開度を絞るように構成されているので、圧
縮機１の吐出圧力がこれに比例して高くなり、暖房能力
は、液インジェクションによる冷媒流量の増大と相俟っ
て図４（ｂ）の実線に示すようにほとんど低下すること
なく一定とすることができる。

【００２４】また、この場合に、液インジェクション制
御弁９は、圧縮機１の吐出側温度あるいは吐出側の冷媒
過熱度などを制御目標として液インジェクション制御手
段９Ｓにて制御する。一方、冷媒制御弁５は、熱源側熱
交換器３の出口から圧縮機１の吸入部に至る部位の冷媒
過熱度を制御信号として冷媒制御弁制御手段５Ｓにて制
御する。圧縮機１のモータ巻き線の温度は液インジェク
ション制御弁９による吐出側の温度制御によって過度に
上昇することがなく、高い信頼性を確保できる。

【００２５】なお、冷房運転時には、四方弁２を切り替
え、暖房運転と逆に冷媒を循環させる。冷房運転時には
液インジェクション制御弁９は閉状態に制御され、また
吐出圧力制御弁２０は全開状態とする。

【００２６】次に、本発明の第１実施例のヒートポンプ
空気調和機における吐出圧力制御弁及び液インジェクシ
ョン制御弁の異なる制御方法を図５及び図６を用いて説
明する。図５は図１のヒートポンプ式空気調和機におけ
る検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する
暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度、及び圧縮機の変化
を示す図、図６は図１のヒートポンプ式空気調和機にお
ける検出室内空気温度と設定室内空気温度との差に対す
る液インジェクション制御弁の弁開度の変化を示す図で
ある。

【００２７】この実施例の制御方法は、暖房運転中に、
室内空気温度が上昇して、検出室内空気温度と設定室内
空気温度との偏差ΔＴｒがa℃より大きくなると、図５
に示すように圧縮機１はオフされる。前記ΔTｒがa℃よ
り小さくb℃より大きい状態で、圧縮機１がオンされる
場合には、図５に示すように吐出圧力制御弁２０の弁開
度は最大開度に制御され、暖房能力も一定である。暖房
運転において、検出室内空気温度と設定室内空気温度と
の偏差ΔＴｒがｂ℃より小さい場合には、吐出圧力制御
弁２０の弁開度が偏差ΔTｒに応じて制御され、この実
施例では偏差ΔTｒが−側に小さくなると偏差ΔＴｒに
比例して弁開度が小さくなるように設定されているの
で、暖房能力はこれに比例して増加する。なお、吐出圧
力制御弁２０の開度の制御は、偏差ΔＴｒの情報をもと
にＰＩＤなどのフィードバック制御を採用することによ
り、一層適切な制御を行うことができる。ＰＩＤ制御
は、偏差ΔＴｒの値、偏差ΔＴｒの時間的微分値、偏差
ΔＴｒの時間的積分値によって開度を補正する制御方法
である。

【００２８】また、異常に高い吐出圧力になるのを防ぐ
ために、吐出圧力制御弁２０の開度は最小開度を設定し
てある。さらには、万一、吐出圧力が異常上昇した場合
には、吐出圧力制御弁２０の開度を強制的に大きくする
ように設定してあり、最大開度の状態からは最大開度を
全開に制御し、偏差ΔＴｒに応じた弁開度の状態からは
その弁開度を大きくするように制御するようになってお
り、これにより吐出圧力の異常上昇を防止し、信頼性を
確保することができる。

【００２９】一方、液インジェクション制御弁９は、圧
縮機１の吐出温度によって制御され、具体的には、図６
に示すように、検出された吐出温度と設定された吐出温
度との差ΔＴｏに応じて制御される。即ち、検出された
吐出温度と設定された吐出温度の差ΔＴｏが大きくなる
と、弁開度が大きくなるように制御される。なお、この
液インジェクション制御弁９の制御においても、検出さ
れた吐出温度と設定された吐出温度の差ΔＴｏを基にし
たＰＩＤ制御などのフィードバック制御を採用すること
により、一層適切な制御を行うことができる。

【００３０】また、液インジェクション制御弁９の開度
には、吐出温度の異常低下及び異常上昇を防止するため
に、最大開度及び最小開度を設けている。

【００３１】なお、吐出圧力センサ３４の情報から冷媒
の飽和温度演算し、吐出温度センサ３０の情報とから吐
出側の過熱度を演算し、この過熱度を制御目標にすれ
ば、一層適切な制御をすることができる。

【００３２】本発明においては、圧縮機１の吐出側に設
けた吐出圧力制御弁２０及びこの吐出圧力制御弁２０を
制御する手段２０Ｓを有する吐出圧力制御装置と、液イ
ンジェクション回路に設けた液インジェクション制御弁
９及びこの液インジェクション制御弁９を制御する手段
９Ｓを有する液インジェクション制御装置とを備えてい
るので、簡単な構成で、暖房能力の増加が必要な時に吐
出圧力制御装置及び液インジェクション制御装置を作動
させることにより、圧縮機の吐出圧力を高くすることが
でき、かつ液インジェクション回路からの液冷媒で圧縮
機１の冷媒流量を増加することができると共に圧縮機１
を冷却することができる。これにより、安価で、暖房能
力の増加が必要な時に暖房能力が増加できてヒータを用
いる場合より効率よく運転できると共に、圧縮機１を適
切な温度に制御することができて信頼性に優れたものと
することができ、さらには暖房能力の増加を必要としな
い時に吐出圧力制御装置を作動させないことにより一層
効率の良い運転を行うことができるヒートポンプ式空気
調和機を得ることができる。

【００３３】また、吐出圧力制御弁２０を制御する手段
２０Ｓと液インジェクション制御弁９を制御する手段９
Ｓとを連動したので、吐出圧力制御弁２０を作動させて
暖房能力を増加する際に、インジェクション回路を介し
て圧縮機１に液冷媒を連動して供給することができ、圧
縮機１を確実に冷却することができると共に、暖房能力
を増加することができる。

【００３４】さらには、室外空気温度が所定値以下に低
下した時に吐出圧力制御弁２０を作動し、かつ室外空気
温度に応じて吐出圧力制御弁２０の弁開度を制御する手
段を有しているので、室外空気温度が所定値以下に低下
した時に増加すべき暖房能力分を増加することができ、
一層効率の良い運転を行うことができる。

【００３５】次に、本発明の第２実施例を図７及び図８
を用いて説明する。図７は本発明のヒートポンプ式空気
調和機の第２実施例の圧縮機周辺の構成図、図８は図７
のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度に対する吐
出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を示す図であ
る。

【００３６】図７に示すように、吐出圧力制御弁２１
は、弁部を形成する電磁開閉弁２２と、この電磁開閉弁
２２に並列に設けた絞りを形成する細径パイプ２３より
構成されている。暖房運転で暖房能力の増加が必要な場
合には、即ち室外空気温度が図８に示すｔ１以下に低下
した場合には、電磁開閉弁２２を閉じ、吐出された冷媒
を抵抗の大きな細径パイプ２３側に流す。これにより圧
縮機１の吐出圧力が上昇し、圧縮機１の電気入力を増大
することができる。この時に液インジェクション制御弁
９が開き、液インジェクションが行われる。このように
して、暖房能力を図８（ｂ）の実線に示すように増加す
ることができる。

【００３７】室外空気温度が高く、暖房能力の増加が不
要の場合には、電磁開閉弁２２を開き、また液インジェ
クション制御弁９を閉じる。なお、冷房運転時にも同様
である。

【００３８】次に、本発明の第２実施例のヒートポンプ
空気調和機における吐出圧力制御弁の異なる制御方法を
図９を用いて説明する。図９は図７のヒートポンプ式空
気調和機における検出室内空気温度と設定室内空気温度
との差に対する暖房能力、吐出圧力制御弁の弁開度及び
圧縮機の変化を示す図である。

【００３９】この実施例の制御方法は、暖房運転中に、
室内空気温度が上昇して、検出室内空気温度と設定室内
空気温度との偏差ΔＴｒがa℃より大きくなると、図９
に示すように圧縮機１はオフされる。前記偏差ΔTｒがa
℃より小さくb℃より大きい状態で、圧縮機１がオンさ
れる場合には、図９に示すように吐出圧力制御弁２１の
電磁開閉弁２２は通電され、暖房能力も一定である。暖
房運転において、偏差ΔＴｒがｂ℃より小さい場合に
は、電磁開閉弁２２がオフされる。これによって、冷媒
は細径パイプ１２に流れ、細径パイプ１２の抵抗が大き
いために圧縮機１の吐出圧力が高くなる。なお、万一、
吐出圧力が異常上昇した場合には、電磁開閉弁２２を開
とするように設定してある。

【００４０】この第２実施例において、吐出圧力制御弁
２１は弁部２２と絞り２３との並列回路で構成している
ので、弁部２２が故障して閉路したとしても絞り２３を
通して圧縮冷媒を吐出することができ、運転を継続する
ことができる。さらには、並列接続された弁部を電磁開
閉弁２２とし、これに並列接続された絞り２３の絞り抵
抗を暖房能力を増加する値に設定しているので、暖房能
力の増加が必要な場合に、電磁開閉弁２２を閉じること
により圧縮機１から吐出された冷媒が絞り側を流れ、こ
れにより圧縮機１の吐出圧力が上昇し、暖房能力を増加
することができると共に、安価で簡単な制御とすること
ができる。

【００４１】次に、本発明の第３実施例を図１０を用い
て説明する。図１０は本発明のヒートポンプ式空気調和
機の第３実施例の圧縮機周辺の構成図である。この図１
０に示すものは、図７に示すものの細径パイプ２３の代
わりにオリフィス２５を用いたものであり、その作用は
図７に示すものと同様である。

【００４２】次に、本発明の第４実施例を図１１及び図
１２を用いて説明する。図１１は本発明のヒートポンプ
式空気調和機の第４実施例の圧縮機周辺の構成図、図１
２は図１１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温度
に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化を
示す図である。２４は、吐出圧力制御弁を形成する電動
弁であり、電気的に駆動される。暖房運転で暖房能力の
増加が必要な場合には、即ち設定温度と室温との差が図
１２に示すようにΔｔ１以下になった場合には、電動弁
２４の弁開度を閉じ気味にし、吐出された冷媒を抵抗の
大きな電動弁１３を通過させることで、吐出圧力を上昇
させ、圧縮機１の電気入力を増大することができる。こ
の時、液インジェクション制御弁９が開き、液インジェ
クションが行われる。こうして、暖房能力を増加するこ
とができる。

【００４３】室外空気温度が高く、暖房能力の増加が不
要の場合には、電動弁２４を開き、また液インジェクシ
ョン制御弁９を閉じる。冷房運転時にも同様である。

【００４４】次に、本発明の第５実施例を図１３を用い
て説明する。図１３は本発明のヒートポンプ式空気調和
機の第５実施例の構成図である。図１３に示すものは、
図１に示すものと比較して、吐出圧力制御弁２０を四方
弁２と室内熱交換器７の間に設けた点にて相違するもの
であり、暖房能力を増加させる作用は図１に示すものと
同じである。この実施例に示すものは、室外ユニットの
中の機器レイアウトによっては圧縮機１の吐出側直後に
吐出圧力制御弁２０を設けづらい場合に用いられる。

【００４５】次に、本発明の第６実施例を図１４を用い
て説明する。図１４は本発明のヒートポンプ式空気調和
機の第６実施例の構成図である。図１４に示すものは、
圧縮機を複数台搭載し、少なくとも１台の利用側室内熱
交換器を接続したヒートポンプ式空気調和機に本発明を
適用した実施例を示す。図１４において、１１は商用電
源で一定速駆動される定速型圧縮機、１２は可変速型圧
縮機でありインバータによって駆動される。２は四方
弁、３は室外空気と熱交換する室外熱交換器、４は室外
送風機、５は冷媒制御弁、６は圧縮機吸入側に設けられ
たアキュムレータ、９１、９２は高圧液冷媒を圧縮機１
の圧縮室にインジェクションするための液インジェクシ
ョン制御弁、２０は圧縮機１１の吐出側に設けた吐出圧
力制御弁である。また、これらの部品によって室外ユニ
ットは構成される。一方、７１は室内空気と熱交換する
利用側熱交換器、８１は室内送風機、１０１は冷媒制御
弁であり、これらによって第1の室内ユニットを構成す
る。また、７２は利用側熱交換器、８２は室内送風機、
１０２は冷媒制御弁であり、これらによって第２の室内
ユニットが構成される。冷媒制御手段１０１、１０２
は、冷媒制御弁制御演算機能を有する制御手段１００Ｓ
で制御される。用いられる冷媒は、例えばＲ２２2に代
表されるＨＣＦＣ系冷媒あるいはＲ４０７Ｃに代表され
るＨＦＣ冷媒である。

【００４６】図１４に示すヒートポンプ式空気調和機に
おいて、暖房運転時には、圧縮機１１から吐出された冷
媒は、吐出圧力制御弁２０を通り圧縮機１２から吐出さ
れた冷媒と合流し、四方弁２を通過して、一方は利用側
熱交換器７１、冷媒制御弁１０１を通り、他方は利用側
熱交換器７２、冷媒制御弁１０２を通る。冷媒は、合流
した後、冷媒制御弁５、熱源側熱交換器３、四方弁２、
アキュムレータ６の順に循環する。利用側熱交換器７
１、７２が冷媒凝縮器となり室内の暖房を行う。室外空
気温度が低下した場合には、圧縮機１１側の吐出圧力制
御装置２０が作動して、圧縮機１１の吐出圧力を上昇さ
せる。一方、インバータで駆動される圧縮機１２は高速
運転される。合わせて圧縮機１１、１２には液インジェ
クション制御弁９１、９２を介して利用側熱交換器７
１、７２で凝縮液化した冷媒の一部を圧縮機１１、１２
の圧縮室に液インジェクションする。この作用によっ
て、商用電源により駆動される定速型圧縮機１１の電気
入力が増大し、またインバータで駆動される可変速型圧
縮機１２を高速運転することで電気入力を増大すること
ができる。さらに圧縮機１１、１２への液インジェクシ
ョンにより室内ユニットに供給する冷媒流量が増大して
暖房能力を増大させることができる。また、液インジェ
クションによって、吐出圧力が高い商用電源駆動の圧縮
機１１の過度の温度上昇を防止でき、同様にインバータ
で駆動され高速運転される圧縮機１２の過度の温度上昇
を防止できる。

【００４７】このように、本発明の第６実施例によれ
ば、商用電源駆動の定速型圧縮機１１とインバータで駆
動する可変速型圧縮機１２を搭載したヒートポンプ式空
気調和機でも、室外空気温度が低下した場合に高暖房能
力を発揮することができる。これにより、複数台の圧縮
機１１、１２すべてを可変速型圧縮機を用いる場合に比
較して、安価な構成することができる。

【００４８】なお、冷房運転時には、四方弁２を切り替
え、暖房運転と逆に冷媒を循環させる。冷房運転時には
液インジェクション制御弁９１、９２は閉じ、また吐出
圧力制御弁２０は全開状態とする。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、安価な構成で、暖房能
力高めることが必要な時に吐出圧力制御装置及び液イン
ジェクション制御装置を作動させることにより、暖房能
力を増加して効率よく運転することができると共に、圧
縮機を適切な温度に制御することができて信頼性に優れ
たたものとすることができ、さらには暖房能力の増加を
必要としない時に吐出圧力制御装置を作動させないこと
により一層効率よく運転することができるヒートポンプ
式空気調和機を得ることができる。

【００５０】また、吐出圧力制御弁を作動させて暖房能
力を増加する際に、連動してインジェクション回路を介
して圧縮機に液冷媒を供給することができるので、圧縮
機を確実に冷却することができる。

【００５１】さらには、室外空気温度が所定値以下に低
下した時に吐出圧力制御弁を作動し、かつ室外空気温度
に応じて吐出圧力制御弁の弁開度を制御する手段を有し
ているので、室外空気温度が所定値以下に低下した時に
増加すべき暖房能力分を増加することができ、一層効率
の良い運転を行うことができる。

【００５２】また、吐出圧力制御弁は弁部と絞りとの並
列回路で構成しているので、弁部が故障して閉路したと
しても絞りを通して圧縮冷媒を吐出することができ、運
転を継続することができる。

【００５３】さらには、並列接続された弁部を電磁開閉
弁とし、これに並列接続された絞りの絞り抵抗を暖房能
力を増加する値に設定しているので、暖房能力の増加が
必要な場合に、電磁開閉弁を閉じることにより圧縮機か
ら吐出された冷媒が絞り側を流れ、これにより圧縮機の
吐出圧力が上昇し、暖房能力を増加することができると
共に、安価で簡単な制御とすることができる。

【００５４】また、複数台の圧縮機を用いるものにおい
て、定速型圧縮機と可変速型圧縮機とを組合わせ、定速
型圧縮機に液インジェクション回路及び吐出圧力制御装
置を設けることにより、複数台の圧縮機すべてを可変速
型圧縮機を用いるものに比較して、安価な構成で、暖房
能力を増加できて、圧縮機の冷却をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のヒートポンプ式空気調和
機の構成図である。

【図２】図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時にお
ける吐出圧力制御弁及びインジェクション制御弁の不作
動状態のモリエル線図である。

【図３】図１のヒートポンプ式空気調和機の暖房時にお
ける吐出圧力制御弁及びインジェクション制御弁の作動
状態のモリエル線図である。

【図４】図１のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温
度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化
を示す図である。

【図５】図１のヒートポンプ式空気調和機における検出
室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能
力、吐出圧力制御弁の弁開度及び圧縮機の変化を示す図
である。

【図６】図１のヒートポンプ式空気調和機における検出
室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する液イン
ジェクション制御弁の弁開度の変化を示す図である。

【図７】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第２実施
例の圧縮機周辺の構成図である。

【図８】図７のヒートポンプ式空気調和機の室外空気温
度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の変化
を示す図である。

【図９】図７のヒートポンプ式空気調和機における検出
室内空気温度と設定室内空気温度との差に対する暖房能
力、吐出圧力制御弁の弁開度及び圧縮機の変化を示す図
である。

【図１０】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第３実
施例の圧縮機周辺の構成図である。

【図１１】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第４実
施例の圧縮機の周辺の構成図である。

【図１２】図１１のヒートポンプ式空気調和機の室外空
気温度に対する吐出圧力制御弁の弁開度及び暖房能力の
変化を示す図である。

【図１３】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第５実
施例の構成図である。

【図１４】本発明のヒートポンプ式空気調和機の第６実
施例の構成図である。

【符号の説明】

１、１１、１２…圧縮機、２…四方弁、３…熱源側熱交
換器、４…室外送風機、５…冷媒制御弁、６…アキュー
ムレータ、７…利用側熱交換器、８…室内送風機、９…
液インジェクション制御弁、９Ｓ…液インジェクション
制御手段、２０、２１、２４…吐出圧力制御弁、２０Ｓ
…吐出圧力制御弁制御手段、２２…弁部（電磁開閉
弁）、２３…絞り（細径パイプ）、２５…絞り（オリフ
ィス）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中山進静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内 (72)発明者竹中寛静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内Ｆターム(参考） 3L060 AA06 CC02 CC04 DD02 EE02 EE09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御
装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路
と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記圧縮機の圧縮室
にインジェクションする液インジェクション回路と、前
記圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、
前記液インジェクション回路を制御する液インジェクシ
ョン制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記
圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、この吐出圧
力制御弁を制御する手段とを有することを特徴とするヒ
ートポンプ式空気調和機。
【請求項２】定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御
装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路
と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記圧縮機の圧縮室
にインジェクションする液インジェクション回路と、前
記圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、
前記液インジェクション回路を制御する液インジェクシ
ョン制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記
圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、この吐出圧
力制御弁を制御する手段とを有し、液インジェクション
制御装置は、前記インジェクション回路に設けた液イン
ジェクション制御弁と、この液インジェクション制御弁
を制御する手段とを有し、前記吐出圧力制御弁を制御す
る手段と前記液インジェクション制御弁を制御する手段
とを連動したことを特徴とするヒートポンプ式空気調和
機。
【請求項３】定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御
装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路
と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記圧縮機の圧縮室
にインジェクションする液インジェクション回路と、前
記圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、
前記液インジェクション回路を制御する液インジェクシ
ョン制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記
圧縮機の吐出側に設けた吐出圧力制御弁と、室外空気温
度が所定値以下に低下した時に前記吐出圧力制御弁を作
動し、かつ室外空気温度に応じて前記吐出圧力制御弁の
弁開度を制御する手段とを有することを特徴とするヒー
トポンプ式空気調和機。
【請求項４】定速型圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制御
装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回路
と、前記主回路の高圧側の液冷媒を前記圧縮機の圧縮室
にインジェクションする液インジェクション回路と、前
記圧縮機の吐出側圧力を制御する吐出圧力制御装置と、
前記液インジェクション回路を制御する液インジェクシ
ョン制御装置とを備え、前記吐出圧力制御装置は、前記
圧縮機の吐出側に設けた弁部及び絞りの並列回路よりな
る吐出圧力制御弁と、前記吐出圧力制御弁の弁部を制御
する手段とを有することを特徴とするヒートポンプ式空
気調和機。
【請求項５】前記吐出圧力制御弁の弁部は電磁開閉弁と
し、前記絞りは暖房能力を増加する絞り抵抗値に設定し
たことを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式空
気調和機。
【請求項６】定速型圧縮機と可変速型圧縮機とを組合わ
せで構成される複数の圧縮機、熱源側熱交換器、冷媒制
御装置及び利用側熱交換器を有する冷凍サイクルの主回
路と、前記主回路の高圧側の液冷媒を少なくとも前記定
速型圧縮機の圧縮室にインジェクションする液インジェ
クション回路と、前記定速型圧縮機の吐出側圧力を制御
する吐出圧力制御装置と、前記液インジェクション回路
を制御する液インジェクション制御装置とを備え、前記
吐出圧力制御装置は、前記定速型圧縮機の吐出側に設け
た吐出圧力制御弁と、この吐出圧力制御弁を制御する手
段とを有することを特徴とするヒートポンプ式空気調和
機。