JP2611297B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、暖房過負荷制御用バイパス路を備えた空気
調和装置に関し、特に低外気温度時の運転機能の向上対
策に関する。

（従来の技術） 従来より空気調和装置の冷房運転時、外気温度が大き
く低下すると高圧の低下を生じ、その結果、冷媒流量の
減少による容量不足、液管で冷媒が蒸発したフラッシュ
ガスによる減圧機構の作動不良等が生じ、運転が不可能
になる虞れがあるという問題があった。

かかる問題を防止するものとして、例えば実開昭52−
152158号公報に開示される空気調和装置は知られてい
る。すなわち、第９図に示す如く、圧縮機（ａ）、室外
熱交換器（凝縮器）（ｂ）、レシーバ（ｃ）、減圧機構
（ｄ）および室内熱交換器（蒸発器）（ｅ）を冷媒配管
（ｆ）で接続した冷媒回路（ｇ）において、上記レシー
バ（ｃ）入口に流量調節機能を有する三方弁（ｈ）を介
設して、該三方弁（ｈ）により、冷媒回路（ｇ）の室外
熱交換器（ｂ）からの冷媒流量を絞って、室外熱内交換
器（ｂ）に冷媒を貯溜する一方、ガス管側から液管側に
直接冷媒をバイパスさせることにより、高圧の低下を防
止して高圧一定制御を行おうとするものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記公報のものを利用すれば、液管における圧力低下
が生じないため、空調容量の不足、フラッシュガスの発
生等の問題を有効に防止することができる。

一方、上記従来のものを冷暖両用の空気調和装置に応
用した場合には、冷房運転用にしか使用できないにもか
かわらず、このような流量調節機能を有する三方弁
（ｈ）を備えることは、装置全体のコストアップを招く
という問題がある。

本発明は斯かる点に鑑み、また、通常冷暖両用の空気
調和装置では、暖房運転時における高圧の過上昇を防止
するための暖房過負荷制御用バイパス路が設けられてい
ることに着目してなされたものであり、該暖房過負荷制
御用バイパス路を冷房運転時の圧力一定制御に利用する
ことにより、低外気温度時における高圧の低下を防止し
て、装置の空調機能を維持することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図
に示すように、圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、第
１流量調節機構（４）、減圧機構（８）および室内熱交
換器（７）が接続されて冷房運転と暖房運転とに可逆運
転可能な冷媒回路（10）が設けられている。そして、圧
縮機（１）の吐出冷媒をガス管（9a）から液管（9b）に
バイパスするための暖房過負荷制御用バイパス路（11）
と、該バイパス路（11）に配置され、且つ熱交換量が上
記室外熱交換器（３）の熱交換量に比して同じ冷媒流量
に対し小さく設定された補助熱交換器（12）と、上記バ
イパス路（11）における補助熱交換器（12）より液管
（9b）に配置された第２流量調節機構（13）とが設けら
れている。更に、冷媒の圧力状態を検出する圧力状態検
出手段（P1）が設けられている。加えて、暖房運転時に
冷媒回路（10）における高圧冷媒の圧力が所定値に上昇
すると、上記第２流量調節機構（13）を開き、圧縮機
（１）の吐出冷媒を補助熱交換器（12）で凝縮させて液
管（9b）に供給する一方、冷房運転時に圧力状態検出手
段（P1）で検出される冷媒の圧力に基づき高圧冷媒の圧
力が所定値以下に低下すると、上記バイパス路（11）か
ら圧縮機（１）の吐出冷媒を液管（9b）にバイパスさせ
ると共に、上記室外熱交換器（３）の冷媒流量を少なく
し、冷媒の圧力状態が一定になるように上記第１流量調
節機構（４）及び第２流量調節機構（13）の開度を調節
する開度制御手段（15）が設けられている。

（作用） 以上の構成により、本発明では、空気調和装置の冷房
運転時、冷媒回路（10）において、吐出ガスが室外熱交
換器（３）で凝縮され、減圧機構（８）による減圧を受
けて室内熱交換器（７）で蒸発して圧縮機（１）に戻る
という冷媒循環により冷媒運転が行われる。

その場合、吐出ガスをガス管（9a）側から液管（9b）
側にバイパスする暖房過負荷制御用バイパス路（11）が
設けられ、該バイパス路（11）に第２流量調節機構（1
3）が設けられていて、圧力状態検出手段（P1）で検出
される冷媒圧力が所定値以下に低下した場合には、開度
制御手段（15）により、バイパス路（11）から吐出ガス
を液管（9b）側にバイパスさせる一方、室外熱交換器
（３）の冷媒流量を小さく絞るように、第１流量調節機
構（４）と第２流量調節機構（13）とが調節されるの
で、室外熱交換器（３）の熱交換による高圧の低下が防
止されて、冷媒の圧力状態が一定になるように制御され
得る。

一方、暖房運転時に、圧縮機（１）の吐出ガスが室内
熱交換器（７）で凝縮され、第１流量調節機構（４）に
よる減圧を受けて室外熱交換器（３）で蒸発して圧縮機
（１）に戻るという冷媒循環が行われる。

この場合、室外熱交換器（３）の過負荷状態が生じ
て、高圧が上昇したときには、上記バイパス路（11）の
第２電動膨張弁（13）が開いて、補助熱交換器（12）で
の凝縮による負荷の調節、いわゆる暖房過負荷制御が行
われる。

よって、暖房過負荷制御用バイパス路（11）を利用し
た簡易な構成でもって、暖房運転時の高圧過上昇と冷房
時の高圧過低下との防止を可能にすることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第１図〜第８図に基
づき説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る空気調和装置の全
体構成を示し、１台の室外ユニット（Ａ）に２台の室内
ユニット（Ｂ），（Ｃ）が接続されたいわゆるマルチ形
の構成をしている。

上記室外ユニット（Ａ）には、圧縮機（１）と、冷房
運転時には図中実線のごとく暖房運転時には図中破線の
ごとく切換わる四路切換弁（２）と、冷房運転時には凝
縮器として、暖房運転時には蒸発器として機能する室外
熱交換器（３）と、冷房運転時には冷媒流量を調節する
第１流量調節機構として機能すると共に暖房運転時には
冷媒の減圧を行う第１電動膨張弁（４）と、凝縮された
液冷媒を貯蔵するためのレシーバ（５）と、吸入ガス中
の液冷媒を分離するためのアキュムレータ（６）とが主
要機器として配置されている。

また、上記室内ユニット（Ｂ），（Ｃ）は同一構成で
あって、それぞれ冷房運転時には蒸発器として、暖房運
転時には凝縮器として機能する室内熱交換器（７）と、
冷房運転時には冷媒を減圧する減圧機構としての自動膨
張弁（８）とを備えている。

そして、上記各機器（１）〜（８）は冷媒配管（９）
により冷媒の流通可能に接続されていて、室外空気との
熱交換により得た熱を室内に供給するいわゆるヒートポ
ンプ機能を有する主冷媒回路（10）が構成されている。

そして、本発明の特徴として、上記室外ユニット
（Ａ）において、圧縮機（１）の常に吐出側となるガス
管（9a）から上記第１電動膨張弁（４）とレシーバ
（５）との間の液管（9b）までバイパス路（11）が設け
られていて、該バイパス路（11）は暖房運転時、高圧が
一定値以上になったときに、主冷媒回路（10）の冷媒を
バイパスする暖房過負荷制御用バイパス路としての機能
を有する。上記バイパス路（11）には、ガス管（9a）側
から順に上記室外熱交換器（３）と並列に配置された補
助熱交換器（12）と、バイパス路（11）中の冷媒の流量
を調節する第２流量調節機構としての第２電動膨張弁
（13）とが介設されている。

また、空気調和装置には、装置全体の運転を制御する
コントロールユニット（15）と、冷房運転時には吐出側
に、暖房運転時には吸入側になるガス管（9a）には、冷
房運転時に凝縮圧力相当飽和温度Tc（以下、高圧とす
る）を検出する圧力状態検出手段としての圧力センサ
（P1）が設置されていて、該圧力センサ（P1）とコント
ロールユニット（15）とは信号線によって接続されてい
る。

ここで、圧力状態検出手段として上記圧力センサ（P
1）の代わりに温度センサを配置して、冷媒の凝縮温度
からその温度に相当する飽和圧力を求めることも可能で
ある。しかし、その場合、温度センサの取付け位置によ
っては、吐出ガス温度あるいは過冷却された液冷媒の温
度を検知することとなり、検出値に誤差を生じ得ること
から、圧力センサ（P1）としたものである。

そして、コントロールユニット（15）により、上記第
1,第２電動膨張弁（４），（13）の開度が以下のように
制御される。すなわち、冷房運転時、上記圧力センサ
（P1）で検出した高圧Tcが所定値以下のときには、第２
図のフローチャートに示すように、ステップS1でサンプ
リング時間が経過するのを待って、ステップS2で上記圧
力センサ（P1）で検出した高圧Tcを入力し、ステップS3
で第１電動膨張弁（４）の開度Ｐを決定する。

第３図は高圧Tcと目標開度P_Rとの関係を示し、Tc＝Tc
1（例えば32℃程度の値）のときには全閉、Tc＝Tc2（例
えば35℃程度の値）のときには全開として、その間で高
圧Tcの増加に対して目標開度P_Rがリニアに増大するよう
に定められている。

そして、上記により目標開度P_Rを決定すると、ステッ
プS4で、目標開度P_Rと現在開度Pcとの偏差ΔＰを算出
し、第１電動膨張弁（４）に制御信号ΔＰを出力する。

なお、上記高圧制御の代わりに蒸発圧力相当飽和温度
Te（以下、低圧とする）を検出し、該低圧を一定に保持
する低圧一定制御を行ってもよい。その場合には、第４
図のフローチャートに示すように、ステップS1′でサン
プリング時間が経過するのを待って、ステップS2′で低
圧Teを入力し、ステップS3′で、第５図の蒸発温度Teと
目標開度P_Rとの関係式にしたがって目標開度P_Rを決定
し、ステップS4′で、目標開度P_Rと現在開度Pcとの偏差
ΔＰを算出し、第１電動膨張弁（４）に制御信号ΔＰを
出力する（この場合には、TeがTe1（−３℃程度）で全
閉に、TeがTe2（０℃程度）で全開になるように定めら
れている）。ただし、この場合には、吸入側に圧力セン
サ（P1）が配置されることになる。

以上のことから、上記コントロールユニット（15）
は、圧力センサ（圧力状態検出手段）（P1）で検出され
る冷媒圧力が所定値以下のときには、バイパス路（11）
から冷媒を液管（9b）側にバイパスさせる一方、室外熱
交換器（３）の冷媒流量を絞ることで、冷媒の圧力状態
が一定になるように上記第1,第２流量調節機構（４），
（13）の開度を調節する開度制御手段としての機能を有
する。

また、上記空気調和装置の暖房運転時には、四路切換
弁（２）が図中破線側に切換わり、通常第２電動膨張弁
（13）が閉じた状態で運転が行われ、吐出ガスが各室内
熱交換器（７），（７）で凝縮されたのち室外熱交換器
（３）で蒸発して圧縮機（１）に戻る。そして、この暖
房運転時に、上記コントロールユニット（15）は、各室
内ユニット（Ｂ），（Ｃ）における室内負荷が小さく、
室外熱交換器（３）の過負荷状態が生じて、高圧が上昇
したときには、上記バイパス路（11）の第２電動膨張弁
（13）が徐々に開いて、補助熱交換器（12）での凝縮に
よる負荷の調節、いわゆる暖房過負荷制御を行う開度制
御手段としての機能を有する。

したがって、上記実施例では、外気温度が低下してそ
れに伴い高圧が低下しようとするが、第２電動膨張弁
（13）が全開に保持されていて、バイパス路（11）から
の冷媒の流入があるために、高圧の低下が阻止される。
その結果、第６図（イ）に示すように、外気温度の低下
に対して、第１電動膨張弁（４）の開度を図中全開側か
ら全閉側に絞っていくことにより、高圧Tcを一定の値Tc
o（図中破線で示す直線）に保持することができるので
ある。

そして、上記のように高圧一定制御を行っている間、
低圧Teは第６図（ロ）に示すように、全開側でやや上昇
する曲線（図中破線で示す）に沿った変化を示し、適切
な変化範囲に収束している。なお、第６図（イ），
（ロ）中、各実線は第１電動膨張弁（４）の全開から全
閉までの各一定開度に対応した外気温度に対する高圧の
変化特性を示している。また、２つの一点鎖線で示す直
線は高圧一定制御を行うための上限線Tc＝Tcu（又はTe
＝Teu）と下限線Tc＝Tcl（又はTe＝Tel）である。

その場合、上記補助熱交換器（12）による熱交換量は
室外熱交換器（３）における熱交換量に比べ、同じ冷媒
流量について小さく設定されているので、バイパスする
冷媒によって、室内熱交換器（７），（７）側との容量
バランスが崩れることはない。

なお、低圧一定制御を行う場合には、第７図（ロ）に
示すように、Te＝Teoの直線（同図破線で示す直線）に
沿って第１電動膨張弁（４）を全開から全閉まで変化さ
せることにより、第７図（ロ）に示すごとく高圧Tcを同
図Te＝Teoの曲線に沿って変化させることができ、その
過低下を防止することができるのである。

また、上記実施例では、バイパス路（11）に電動膨張
弁（13）を設けて暖房過負荷制御の機能を持たせたが、
既設の暖房過負荷制御用バイパス路をそのまま利用する
こともできる。

第８図はそのような第２実施例に係る空気調和装置の
構成を示し、バイパス路（11）の補助熱交換器（12）の
液管（9b）側には、高圧が所定値以上のときに開く吐出
圧力調節弁（15）と、液管（9b）側からの冷媒の逆流を
防ぐ逆止弁（16）と、キャピラリーチューブ（17）とが
順次設けられているとともに、それら各機器（15）〜
（17）とは並列に電磁弁（13′）が設けられている。そ
の他の構成は上記第１実施例と同じである。

本例においても、上記第１実施例と同様に、低外気温
度時には、上記電磁弁（13′）を開いて吐出ガスを液管
（9b）側にバイパスすることにより、高圧の過低下を有
効に防止することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の空気調和装置によれ
ば、室外熱交換器とは並列に吐出管と液管との間に設け
られた暖房過負荷制御用バイパス路を利用して、該バイ
パス路に第２流量調節機構を介設し、冷房運転時、外気
温度が大きく低下したときには、第２流量調節機構を開
いて、吐出ガスを液管側にバイパスするようにしたの
で、室外熱交換器側の冷媒流量調節により高圧を一定に
制御することができ、よって、暖房過負荷制御用バイパ
ス路を利用した簡易な構成でもって、外気温度の低下に
よる高圧の過低下を防止して、低外気温度時における冷
房運転を可能にすることができる。

また、暖房過負荷制御用バイパス路は、暖房運転時に
室内負荷が低下して高圧が上昇すると、第２流量調節機
構を開いて、補助熱交換器での凝縮による負荷の調節を
行うので、暖房時における過上昇を確実に防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
その全体構成図、第２図は高圧一定制御を示すフローチ
ャート図、第３図はそのときの高圧に対する電動膨張弁
の開度特性図、第４図は低圧一定制御を示すフローチャ
ート図、第５図はそのときの低圧に対する電動膨張弁の
開度特性図、第６図（イ）は高圧一定制御時の外気温度
の変化に対する高圧と電動膨張弁開度の変化特性図、第
６図（ロ）はそのときの外気温度の変化に対する低圧と
電動膨張弁開度の変化特性図、第７図（イ），（ロ）は
低圧一定制御時の第６図（イ），（ロ）相当図である。
第８図は第２実施例の構成を示す図である。また、第９
図は従来の装置の構成を示す図である。 （１）……圧縮機、（３）……室外熱交換器、（４）…
…第１電動膨張弁（第１流量調節機構）、（７）……室
内熱交換器、（８）……自動膨張弁（減圧機構）、（9
a）……ガス管、（9b）……液管、（10）……主冷媒回
路、（11）……暖房過負荷制御用バイパス路、（12）…
…補助熱交換器、（13）……第２電動膨張弁（第２流量
調節機構）、（15）……コントロールユニット（開度制
御手段）、（P1）……圧力センサ（圧力状態検出手
段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機（１）、室外熱交換器（３）、第１
   流量調節機構（４）、減圧機構（８）および室内熱交換
   器（７）が接続されて冷房運転と暖房運転とに可逆運転
   可能な冷媒回路（10）と、 圧縮機（１）の吐出冷媒をガス管（9a）から液管（9b）
   にバイパスするための暖房過負荷制御用バイパス路（1
   1）と、 該バイパス路（11）に配置され、且つ熱交換量が上記室
   外交換器（３）の熱交換量に比して同じ冷媒流量に対し
   小さく設定された補助熱交換器（12）と、 上記バイパス路（11）における補助熱交換器（12）より
   液管（9b）に配置された第２流量調節機構（13）と、 冷媒の圧力状態を検出する圧力状態検出手段（P1）と、 暖房運転時に冷媒回路（10）における高圧冷媒の圧力が
   所定値に上昇すると、上記第２流量調節機構（13）を開
   き、圧縮機（１）の吐出冷媒を補助熱交換器（12）で凝
   縮させて液管（9b）に供給する一方、冷房運転時に圧力
   状態検出手段（P1）で検出される冷媒の圧力に基づき高
   圧冷媒の圧力が所定値以下に低下すると、上記バイパス
   路（11）から圧縮機（１）の吐出冷媒を液管（9b）にバ
   イパスさせると共に、上記室外熱交換器（３）の冷媒流
   量を少なくし、冷媒の圧力状態が一定になるように上記
   第１流量調節機構（４）及び第２流量調節機構（13）の
   開度を調節する開度制御手段（15）と を備えていることを特徴とする空気調和装置。