JP2008512639A - 四方逆洗弁を通る高温ガスバイパス流れ - Google Patents

Abstract

ヒートポンプの四方弁は、室内熱交換器または室外熱交換器のいずれかに冷媒を選択的に導く。冷媒の一部を吐出管路から吸込管路へと導いて高温ガスバイパス機能を選択的に提供するために、弁内のプランジャの位置を調整することもできる。四方弁は、好ましくは、従来のヒートポンプモードで動作するように、またはアンロードされた高温ガスバイパス機能を実行するように配置される。

Description

本発明は、冷房モードと暖房モードの両方で動作可能であり、冷房モードと暖房モードとの間で切り換えを行うとともに、バイパスすなわちアンローダ機能を提供するために四方弁を利用するヒートポンプに関する。

冷凍装置は、調和される種々の室内環境における温度および湿度を制御するために使用される。冷房モードで動作する典型的な冷凍装置では、圧縮機で冷媒が圧縮されて凝縮器（すなわち室外熱交換器）に送られる。凝縮器では、外気と冷媒との間で熱が交換される。冷媒は、凝縮器から膨張装置に移動して低圧低温まで膨張し、続いて蒸発器（すなわち室内熱交換器）に移動する。蒸発器では、冷媒と室内空気との間で熱が交換され、室内空気が調和される。冷凍装置の動作中は、蒸発器によって室内環境に供給される空気が冷却される。

上記の説明は、冷房の動作モードにおける冷凍装置に関するものである。暖房モードでは、装置を通過する冷媒流れは基本的に逆向きになる。室内熱交換器が凝縮器になって調和される（この場合は暖房される）環境に熱を放出し、室外熱交換器が蒸発器として機能して比較的低温の外気と熱を交換する。ヒートポンプは、暖房モードと冷房モードの両方で動作するように、冷凍サイクルを通る冷媒流れを逆向きにできる装置として知られている。これは、一般的に四方逆洗弁（または同等の装置）を装置設計に組み込むことによって達成され、この四方逆洗弁は圧縮機の吐出ポートの下流に配置される。四方逆洗弁は、装置が暖房モードまたは冷房モードで動作しているときに、室内熱交換器または室外熱交換器をそれぞれ通るように冷媒流れを選択的に導く。さらに、膨張装置が逆向きの流れに対処できなければ、それぞれ逆止弁を含む一対の膨張装置を代わりに使用してもよい。

ヒートポンプなどの冷凍サイクルにおける容量制御の他の形態には、容量を選択的に減少できる能力がある。いわゆる“アンローダ”弁すなわちバイパス弁は、圧縮された冷媒の少なくとも一部が、圧縮機の吐出側から圧縮機の吸込側に戻るように、冷媒を選択的にバイパスするために利用される。バイパスおよびアンローダという用語は、本明細書では同義に使用される。

バイパス弁は重要であり、容量制御機構として広く利用されているが、独立した弁と関連する配管が要求される。独立した弁と関連する配管の必要性をなくすことが望ましい。

本発明の開示された実施例では、四方逆洗弁が、圧縮機の吐出側からの冷媒の流れを、冷房モードのときは室外熱交換器に、また暖房モードのときは室内熱交換器に選択的に制御する。上述したように、冷媒は、いずれのモードでも完全なサイクルを通って流れて圧縮機に戻る。圧縮機に戻る流れも、四方弁を通過する。

本発明は、周知の基本的なヒートポンプ機構を改良して、同じ四方弁を用いて圧縮機の吐出側からの冷媒のバイパス流れを選択的に吸込側に戻すことを可能にする。開示された一実施例では、四方弁は、室内熱交換器および室外熱交換器を圧縮機の吸込管路または吐出管路に選択的に連通されるよう特別に形状づけられたプランジャを備える単一のチャンバを含む。４つの通路に対してプランジャ要素を選択的に配置することによって、圧縮機の吐出側からの冷媒の少なくとも一部を圧縮機の吸込側に戻すことができる。これにより、独立したバイパス弁を必要とせずにバイパス機能が達成される。

本発明の上述およびその他の特徴は、以下の実施形態および図面によって最もよく理解することができる。

図１は、圧縮された冷媒を四方弁２６に供給する吐出管路２３を有する圧縮機２２を含むヒートポンプ冷凍装置２０を示している。四方弁２６は、吐出管路２３からの冷媒を、冷房モードのときは室外熱交換器２４に、また暖房モードのときは室内熱交換器３０に選択的に連通させる。四方弁２６の制御器は、弁２６のプランジャ３２の位置を所望の通りに位置決めするように動作可能である。いずれの場合でも、冷媒は熱交換器から出ると最初に主膨張装置２８を通過する。冷媒は、この主膨張装置から第２の熱交換器へ流れ、四方弁２６に戻る。四方弁２６は、圧縮機２２に戻る吸込管路３１へと冷媒を送る。

上記の説明は、ヒートポンプ装置の非常に単純化された概要である。これよりかなり複雑な装置が可能であり、再熱回路、エコノマイザ回路、室外熱交換器２４を迂回するバイパスなどを含むことができる。また、本発明の教示は、これらのより複雑なヒートポンプ装置のいずれに組み込んでもよい。

図２Ａは、ヒートポンプ２０が冷房モードで動作しているときの弁２６の詳細を示す。制御器３４は、弁チャンバ３３内で弁のプランジャ要素３２を移動させる。図示のように、弁のプランジャ要素３２には、吐出管路２３が室外熱交換器２４につながる管路と選択的に連通可能となるように溝３６が設けられている。同時に、溝３６は、熱交換器３０からの冷媒を吸込管路３１に導く。従って、図２Ａのように弁２６が配置されたヒートポンプ２０は、冷房モードで動作している。

図２Ｂは、暖房モード位置に移動した弁要素３２を示している。図示のように、吐出管路２３からの冷媒は、室内熱交換器３０につながる管路に流れる。同時に、冷媒は、室外熱交換器２４から溝３６を通って圧縮機２２に戻る吸込管路３１に流れる。

上述の動作は、従来技術で知られている通りである。図３Ａは、四方弁２６によってアンローダ機能が提供される制御ステップを示している。図示のように、弁制御器３４は、ヒートポンプ２０が基本的に冷房モードで動作するように弁プランジャ要素３２を配置している。しかし、弁要素３２が図２Ａに示す位置から右に移動しているので、吐出管路２３からの冷媒の一部が吸込管路３１に直接移動可能となっている。よって、冷媒のこの部分が吐出管路から圧縮機の吸込側に戻るようにバイパスされ、全体的な容量が減少する。バイパス機能は、弁や配管の追加を必要とせずに達成される。従って、ヒートポンプ回路の複雑さが減少する。

図３Ｂは、暖房モード位置における弁２６を示しているが、弁プランジャ要素３２は図２Ｂに示す位置から左に移動している。よって、吐出管路２３からの冷媒の一部が弁要素の周囲から漏れて吸込管路３１に直接戻ることができる。ここでも、別個の弁や配管を必要とせずに容量の減少が達成される。

図３Ａ，図３Ｂは、小さい計量バイパスを示しているが、当業者であればバイパスがより規制されないように弁要素を配置することができることが分かるであろう。

本発明の好適実施例を開示したが、当業者であれば特定の改良は本発明の範囲内に含まれることが理解されよう。よって、本発明の真の範囲および内容を定めるためには請求項の検討が必要である。

本発明を含むヒートポンプの概略図である。 冷房モードにおける四方弁の説明図である。 暖房モードにおける図２Ａの四方弁の説明図である。 冷房モードにおけるアンロードされた四方弁の説明図である。 暖房モードにおけるアンロードされた四方弁の説明図である。

Claims (6)

1. 圧縮された冷媒を吐出管路に送る圧縮機と、
   前記吐出管路からの冷媒を、冷房モードのときは室外熱交換器に、そして暖房モードのときは室内熱交換器に選択的に送るとともに、所望に応じて前記吐出管路から吸込管路へと冷媒の一部をバイパスするように選択的に動作可能に設けられた弁と、を有することを特徴とするヒートポンプ。
2. 前記弁の制御器が、前記のように冷媒を送るために弁要素を位置決めするように動作可能であり、該制御器は、さらに、前記冷房モードおよび暖房モードの少なくとも一方のバイパスモードにおいて、前記吐出管路からの冷媒の少なくとも一部を選択的にバイパスして前記吸込管路に直接戻すために前記弁を位置決めするように動作可能であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。
3. 前記バイパスモードは、前記冷房モードおよび暖房モードの両方で達成できることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。
4. 前記弁要素は、チャンバ内で移動可能であり、該チャンバは、前記吐出管路および前記圧縮機の吸込管路と連通する流体を受け入れるとともに、前記室内熱交換器および室外熱交換器のそれぞれにつながる独立した管路を有し、前記弁要素は、前記ヒートポンプが冷房モードか暖房モードのいずれで動作しているかによって、前記吐出管路と前記室内熱交換器および室外熱交換器の一方とを選択的に連通させ、かつ前記室内熱交換器および室外熱交換器の他方と前記吸込管路とを連通させるように位置決めされていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ。
5. 前記弁要素は、アンローダとして機能しているときに、前記吐出管路からの冷媒の少なくとも一部が前記吸込管路に通過するのを選択的に可能とするように位置決めされていることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ。
6. （１）圧縮機を提供し、この圧縮機には吐出管路が設けられており、該吐出管路は、前記吐出管路からの冷媒を、暖房モードのときは室内熱交換器に、また冷房モードのときは室外熱交換器に選択的に送るように弁と連通しており、該弁は、さらに、前記吐出管路からの冷媒の一部を吸込管路にバイパスするように動作可能となっており、
   （２）前記吐出管路からの冷媒を前記室内熱交換器および室外熱交換器の一方に選択的に送り、かつ前記室内熱交換器および室外熱交換器の他方からの冷媒を前記圧縮機に戻るよう送るように前記弁を動作させ、
   （３）バイパス機能が望ましいことを判断し、
   （４）バイパス機能が望ましいことが判断されたときに、前記吐出管路からの冷媒の少なくとも一部を、前記圧縮機の吸込管路に直接戻るよう選択的に連通させるように前記弁を位置決めするステップをそれぞれ含むことを特徴とするヒートポンプの動作方法。

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