JP2823068B2 - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気を熱源とするヒー
トポンプ式空気調和機において、冷暖房運転時の冷凍サ
イクル制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式空気調和機については、
既にさまざまな開発がなされており、例えば、特開昭６
２−１５８９５８号公報に示されているようなヒートポ
ンプ式空気調和機がある。

【０００３】その基本的な技術について以下述べる。上
記従来のヒートポンプ式空気調和機は図３に示すよう
に、室外ユニットＡ、及び室内ユニットＢから構成され
ている。

【０００４】室外ユニットＡは、圧縮機１，四方弁２，
室外熱交換器３，第１減圧用毛細管４ａ，第１逆止弁７
ａ，アキュームレータ６からなり、そして室内ユニット
Ｂは室内熱交換器５，第２減圧用毛細管４ｂ，第２逆止
弁７ｂから構成されている。

【０００５】そして、圧縮機１，四方弁２，室外熱交換
器３，第１減圧用毛細管４ａ，第２減圧用毛細管４ａ，
室内熱交換器５，アキュームレータ６を冷媒配管にて環
状に順次接続して冷凍サイクルを形成している。

【０００６】以上のように構成されたヒートポンプ式空
気調和機について、その動作を説明する。

【０００７】まず、冷房運転の場合、四方弁２によって
冷房回路に切り替えられ、図中の実線矢印の方向に冷媒
が流れて冷房サイクルが形成され、室外熱交換器３を凝
縮器、室内熱交換器５を蒸発器として作用させる。

【０００８】上記冷房サイクルにおいて、圧縮機１を出
た高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３にて凝縮して高
温高圧の液冷媒となり、第１減圧用毛細管４ａにより減
圧膨張されて二相冷媒となって室外ユニットＡを出て、
その後冷媒配管中の管内抵抗により更に減圧膨張しなが
ら、室内ユニットＢへ流入し、室内熱交換器５にて蒸発
することにより室内空気から吸熱（冷房運転）するとい
うサイクルを繰り返す。

【０００９】一方、暖房運転の場合、四方弁２によって
暖房回路に切り替えられ、図中の破線矢印の方向に冷媒
が流れて暖房サイクルが形成され、室内熱交換器５を凝
縮器、室外熱交換器３を蒸発器として作用させる。

【００１０】上記暖房サイクルにおいて、圧縮機１を出
た高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器５にて凝縮するこ
とにより室内空気へ放熱（暖房運転）して高温高圧の液
冷媒となり、第２減圧用毛細管４ｂにより減圧膨張され
て二相冷媒となって室内ユニットＢを出て、その後冷媒
配管中の管内抵抗により更に減圧膨張しながら、室外ユ
ニットＡへ流入し、室外熱交換器３にて蒸発するという
サイクルを繰り返す。

【００１１】以上のようなヒートポンプ式空気調和機で
は、室外ユニットＡと室内ユニットＢとを結ぶ２本の冷
媒配管内を流動する冷媒はガス冷媒、及び二相冷媒とで
きるため、冷媒の比重量が小さく、冷凍サイクルとして
必要となる冷媒量が少なくて済み、配管長が長くなる場
合においても冷媒追加が不要となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の構成は、冷房，暖房運転共、減圧装置として毛細
管４ａ，４ｂを使用しているために減圧量が固定されて
いるために、運転条件や室外ユニットＡと室内ユニット
Ｂとを結ぶ冷媒配管長によっては、減圧量が過大になっ
たり、過小になったりして、冷凍サイクルを最適状態で
運転できない場合が生じるだけでなく、室外ユニット１
台に対して室内ユニットを複数台設置する場合には適用
できないという欠点を有していた。

【００１３】そこで、本発明は従来の課題を解決するも
ので、運転条件や室外ユニットと室内ユニットとを結ぶ
冷媒配管長の変化に対して、減圧量を適正に保持するこ
とにより最適な冷凍サイクルで運転でき、かつ複数室内
ユニットの場合にも適用し得るヒートポンプ式空気調和
機を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、冷房運転時において、室外減
圧用毛細管の出口側配管温度を検出する第１温度検出装
置と、室内熱交換器の出口配管温度を検出する第２温度
検出装置と、第１温度検出装置、及び第２温度検出装置
により検出される配管温度から、冷媒飽和圧力、及び両
者の冷媒圧力差を算出する第１差圧演算装置と、第１差
圧演算装置による冷媒圧力差が所定範囲内に収まるよう
に室内膨張弁の開度を制御する第１膨張弁制御装置とか
ら構成されている。

【００１５】また、暖房運転時において、室内膨張弁の
出口側配管温度を検出する第３温度検出装置と、室外熱
交換器の入口側配管温度を検出する第４温度検出装置
と、第３温度検出装置、及び第４温度検出装置により検
出される配管温度から、冷媒飽和圧力、及び両者の冷媒
圧力差を算出する第２差圧演算装置と、第２差圧演算装
置による冷媒圧力差が所定範囲内に収まるように室内膨
張弁の開度を制御する第２膨張弁制御装置とから構成さ
れている。

【００１６】

【作用】本発明のヒートポンプ式空気調和機は、上記構
成により、冷房運転の場合、室外減圧用毛細管出口から
室内熱交換器出口までの減圧量を、第１温度検知装置、
及び第２温度検知装置により検出される配管温度から、
冷媒飽和圧力、及び両者の冷媒圧力差として算出するこ
とができ、その冷媒圧力差が所定範囲内に収まるように
室内膨張弁の開度を制御する。

【００１７】その結果、運転条件や室外ユニットと室内
ユニットとを結ぶ冷媒配管長の変化に対して、室内膨張
弁にて室内熱交換器での蒸発圧力を適正に制御すること
ができる。

【００１８】また、暖房運転の場合、室内膨張弁出口か
ら室外熱交換入口における減圧量を、第３温度検知装
置、及び第４温度検知装置により検出される配管温度か
ら、冷媒飽和圧力、及び両者の冷媒圧力差として算出す
ることができ、その冷媒圧力差が所定範囲内に収まるよ
うに室内膨張弁の開度を制御する。

【００１９】その結果、運転条件や室外ユニットと室内
ユニットとを結ぶ冷媒配管長の変化に対して、室内膨張
弁にて室外熱交換器での蒸発圧力を適正に制御すること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明によるヒートポンプ式空気調和
機の第１の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。なお、従来例と同一構成については同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施例のヒートポ
ンプ式空気調和機の冷凍サイクル図である。

【００２２】図１において、ヒートポンプ式空気調和機
は室外ユニットＡ’と、室内ユニットＢ’とから構成さ
れている。

【００２３】室外ユニットＡ’は、圧縮機１、四方弁
２、室外熱交換器３、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１、アキ
ュームレータ６から構成され、室内ユニットＢ’は、室
内熱交換器５、及び室内膨張弁Ｅｘｐ２とから構成され
ている。

【００２４】そして、冷房運転時の冷凍サイクルにおい
て、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１の出口側配管温度を検出
する第１温度検出装置Ｔｈ１と、室内熱交換器５の出口
配管温度を検出する第２温度検出装置Ｔｈ２と、第１温
度検出装置Ｔｈ１、及び第２温度検出装置Ｔｈ２により
検出される配管温度Ｔｐ１，Ｔｐ２から、冷媒飽和圧力
Ｔｓ１，Ｔｓ２、及び両者の冷媒圧力差△Ｐ１を算出す
る第１差圧演算装置Ｃａｌ１と、第１差圧演算装置Ｃａ
ｌ１による冷媒圧力差△Ｐ１が所定範囲内に収まるよう
に室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を制御する第１膨張弁制御
装置Ｃｎｔ１とから構成されている。

【００２５】以上のように構成されたヒートポンプ式空
気調和機について、以下その動作を説明する。

【００２６】冷房運転の場合、四方弁２によって冷房回
路に切り替えられ、図中の実線矢印の方向に冷媒が流れ
て冷房サイクルが形成され、室外熱交換器３を凝縮器、
室内熱交換器５を蒸発器として作用させる。

【００２７】上記冷房サイクルにおいて、圧縮機１を出
た高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３にて凝縮して高
温高圧の液冷媒となり、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１によ
り減圧膨張されて二相冷媒となる。

【００２８】その後、室外ユニットＡ’を出て、その後
冷媒配管中の管内抵抗により更に減圧膨張しながら、室
内ユニットＢ’へ流入し、室内熱交換器５にて蒸発する
ことにより室内空気から吸熱（冷房運転）する。

【００２９】この際、第１差圧演算装置Ｃａｌ１によ
り、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１の出口側と室内熱交換器
５の出口側との間の冷媒圧力差△Ｐ１を検出し、冷媒圧
力差△Ｐ１が所定範囲Ａ内に収まるように室内膨張弁Ｅ
ｘｐ２の開度を第１膨張弁制御装置Ｃｎｔ１により制御
する。

【００３０】例えば、冷媒圧力差△Ｐ１≧所定範囲Ａで
ある場合には、室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を大きくし、
逆に、冷媒圧力差△Ｐ１＜所定範囲Ａである場合には、
室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を小さくするという制御を行
う。

【００３１】また、一方では、室内熱交換器５の出口配
管温度Ｔｈ２を基に、室内熱交換器５の冷房能力制御を
行う。

【００３２】従って、室外ユニットＡ’〜室内ユニット
Ｂ’間の冷媒配管長の長短に拘らず、室内ユニットＢ’
内の室内膨張弁Ｅｘｐ２に流入する冷媒圧力が室内膨張
弁Ｅｘｐ２での減圧性能範囲内にあるため、室内膨張弁
Ｅｘｐ２にて室内ユニットの冷房能力制御を最適に行う
ことができる。

【００３３】以上のように本実施例のヒートポンプ式空
気調和機は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３
と、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１と、アキュームレータ６
と、冷房運転時において、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１の
出口側配管温度を検出する第１温度検出装置Ｔｈ１と、
室内熱交換器５の出口配管温度を検出する第２温度検出
装置Ｔｈ２と、第１温度検出装置Ｔｈ１、及び第２温度
検出装置Ｔｈ２により検出される配管温度から、冷媒飽
和圧力、及び両者の冷媒圧力差を算出する第１差圧演算
装置Ｃａｌ１と、第１差圧演算装置Ｃａｌ１による冷媒
圧力差が所定範囲内に収まるように室内膨張弁Ｅｘｐ２
の開度を制御する第１膨張弁制御装置Ｃｎｔ１とからな
る室外ユニットＡ’と、室内熱交換器５、及び室内流量
弁Ｅｘｐ２とからなる室内ユニットＢ’とから構成され
ているので、冷房運転条件や室外ユニットと室内ユニッ
トとを結ぶ冷媒配管長の変化に対して、室内膨張弁Ｅｘ
ｐ２による減圧量を適正に保持することにより、室内膨
張弁Ｅｘｐ２にて室内熱交換器５での蒸発圧力を適正に
制御することができる。

【００３４】次に本発明によるヒートポンプ式空気調和
機の第２の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。なお、第１の実施例と同一構成については、同一符
号を付して詳細な説明を省略する。

【００３５】図２は、本発明の第２の実施例のヒートポ
ンプ式空気調和機の冷凍サイクル図である。

【００３６】図２において、ヒートポンプ式空気調和機
は室外ユニットＡ’と、室内ユニットＢ”とから構成さ
れている。

【００３７】室外ユニットＢ”は、暖房運転時におい
て、室内膨張弁Ｅｘｐ２の出口側配管温度を検出する第
３温度検出装置Ｔｈ３と、室外減圧用毛細管Ｅｘｐ１の
出口側配管温度を検出する第４温度検出装置Ｔｈ４と、
第３温度検出装置Ｔｈ３、及び第４温度検出装置Ｔｈ４
により検出される配管温度Ｔｐ３，Ｔｐ４から、冷媒飽
和圧力Ｔｓ３，Ｔｓ４、及び両者の冷媒圧力差△Ｐ２を
算出する第２差圧演算装置Ｃａｌ２と、第２差圧演算装
置Ｃａｌ２による冷媒圧力差△Ｐ２が所定範囲Ｂ内に収
まるように室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を制御する第２膨
張弁制御装置Ｃｎｔ２とから構成されている。

【００３８】以上のように構成されたヒートポンプ式空
気調和機について、以下その動作を説明する。

【００３９】暖房運転の場合、四方弁２によって暖房回
路に切り替えられ、図中の破線矢印の方向に冷媒が流れ
て暖房サイクルが形成され、室内熱交換器５を凝縮器、
室外熱交換器３を蒸発器として作用させる。

【００４０】上記暖房サイクルにおいて、圧縮機１を出
た高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器５にて凝縮するこ
とにより室内空気へ放熱（暖房運転）して高温高圧の液
冷媒となり、室内膨張弁Ｅｘｐ２により減圧膨張されて
二相冷媒となる。

【００４１】その後、室内ユニットＢ”を出て、その後
冷媒配管中の管内抵抗により更に減圧膨張しながら、室
外ユニットＡ’へ流入し、室外熱交換器３にて蒸発する
ことにより室外空気から吸熱する。

【００４２】この際、第２差圧演算装置Ｃａｌ２によ
り、室内膨張弁Ｅｘｐ２の出口側と室外熱交換器３の入
口側との間の冷媒圧力差△Ｐ２を検出し、冷媒圧力差△
Ｐ２が所定範囲Ｂ内に収まるように室内膨張弁Ｅｘｐ２
の開度を第１膨張弁制御装置Ｃｎｔ２により制御する。

【００４３】例えば、冷媒圧力差△Ｐ２≧所定範囲Ａで
ある場合には、室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を大きくし、
逆に、冷媒圧力差△Ｐ２＜所定範囲Ｂである場合には、
室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を小さくするという制御を行
う。

【００４４】また、一方では、室内熱交換器５の出口配
管温度Ｔｈ３を基に、室内熱交換器５の暖房能力制御を
行う。

【００４５】従って、室外ユニットＡ’〜室内ユニット
Ｂ’間の冷媒配管長の長短に拘らず、室内ユニットＢ’
内の室内膨張弁Ｅｘｐ２に流入する冷媒圧力が室内膨張
弁Ｅｘｐ２での減圧性能範囲内にあるため、室内膨張弁
Ｅｘｐ２にて室内ユニットの暖房能力制御を最適に行う
ことができる。

【００４６】以上のように本実施例のヒートポンプ式空
気調和機は、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３
と、アキュームレータ６と、暖房運転時において、室内
膨張弁Ｅｘｐ２の出口側配管温度Ｔｐ３を検出する第３
温度検出装置Ｔｈ３と、室外熱交換器３の入口配管温度
Ｔｐ４を検出する第４温度検出装置Ｔｈ４と、第３温度
検出装置Ｔｈ３、及び第２温度検出装置Ｔｈ４により検
出される配管温度から、冷媒飽和圧力、及び両者の冷媒
圧力差を算出する第２差圧演算装置Ｃａｌ２と、第２差
圧演算装置Ｃａｌ２による冷媒圧力差が所定範囲内に収
まるように室内膨張弁Ｅｘｐ２の開度を制御する第２膨
張弁制御装置Ｃｎｔ２とからなる室外ユニットＡ’と、
室内熱交換器５、及び室内流量弁Ｅｘｐ２とからなる室
内ユニットＢ’とから構成されているので、冷房運転条
件や室外ユニットと室内ユニットとを結ぶ冷媒配管長の
変化に対して、室内膨張弁Ｅｘｐ２による減圧量を適正
に保持することにより、室内膨張弁Ｅｘｐ２にて室内熱
交換器５での蒸発圧力を適正に制御することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明は、冷房運転の場
合、室外減圧用毛細管出口から室内熱交換器出口までの
減圧量を、第１温度検知装置、及び第２温度検知装置に
より検出される配管温度から、冷媒飽和圧力、及び両者
の冷媒圧力差として算出することができ、その冷媒圧力
差が所定範囲内に収まるように室内膨張弁の開度を制御
する第１膨張弁制御装置を備えているため、運転条件や
室外ユニットと室内ユニットとを結ぶ冷媒配管長の変化
に対して、室内膨張弁にて室内熱交換器での蒸発圧力を
適正に制御することができる。

【００４８】また、暖房運転の場合、室内膨張弁出口か
ら室外熱交換器入口における減圧量を、第３温度検知装
置、及び第４温度検知装置により検出される配管温度か
ら、冷媒飽和圧力、及び両者の冷媒圧力差として算出す
ることができ、その冷媒圧力差が所定範囲内に収まるよ
うに室内膨張弁の開度を制御する第２膨張弁制御装置を
備えているため、運転条件や室外ユニットと室内ユニッ
トとを結ぶ冷媒配管長の変化に対して、室内膨張弁にて
室外熱交換器での蒸発圧力を適正に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヒートポンプ式空気調和機の第１
の実施例の冷凍サイクル図

【図２】本発明によるヒートポンプ式空気調和機の第２
の実施例の冷凍サイクル図

【図３】従来のヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイク
ル図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ５ 室内膨張弁 ６ アキュームレータ Ｅｘｐ１ 室外減圧用毛細管 Ｅｘｐ２ 室内膨張弁 Ｔｈ１ 第１温度検出装置 Ｔｈ２ 第２温度検出装置 Ｔｈ３ 第３温度検出装置 Ｔｈ４ 第４温度検出装置 Ｃａｌ１ 第１差圧演算装置 Ｃａｌ２ 第２差圧演算装置 Ｃｎｔ１ 第１膨張弁制御装置 Ｃｎｔ２ 第２膨張弁制御装置 Ａ’ 室外ユニット Ｂ’，Ｂ” 室内ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 13/00 F25B 1/00 304

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外減
   圧用毛細管とアキュームレータとからなる室外ユニット
   と、室内膨張弁と室内熱交換器とからなる室内ユニット
   とから構成され、 前記圧縮機，四方弁，室外熱交換器，室外減圧用毛細
   管，室内膨張弁，室内熱交換器，アキュームレータを順
   次冷媒配管にて環状に接続してなる冷凍サイクルにおけ
   る、冷房運転時の室外減圧用毛細管の出口側配管温度を
   検出する第１温度検出装置と、室内熱交換器の出口配管
   温度を検出する第２温度検出装置と、 冷房運転時に前記第１温度検出装置、及び前記第２温度
   検出装置により検出される配管温度から、冷媒飽和圧
   力、及び両者の冷媒圧力差を算出する第１差圧演算装置
   と、冷房運転時に第１差圧演算装置による冷媒圧力差が
   所定範囲内に収まるように室内膨張弁の開度を制御する
   第１膨張弁制御装置とを備えたヒートポンプ式空気調和
   機。
2. 【請求項２】 圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外減
   圧用毛細管とアキュームレータとからなる室外ユニット
   と、室内膨張弁と室内熱交換器とからなる室内ユニット
   とから構成され、かつ前記圧縮機，四方弁，室外熱交換
   器，室外減圧用毛細管，室内膨張弁，室内熱交換器，ア
   キュームレータを順次冷媒配管にて環状に接続してなる
   冷凍サイクルにおける、暖房運転時の室内膨張弁の出口
   側配管温度を検出する第３温度検出装置と、室外熱交換
   器の入口側配管温度を検出する第４温度検出装置と、 暖房運転時に前記第３温度検出装置、及び前記第４温度
   検出装置により検出される配管温度から、冷媒飽和圧
   力、及び両者の冷媒圧力差を算出する第２差圧演算装置
   と、暖房運転時に第２差圧演算装置による冷媒圧力差が
   所定範囲内に収まるように室内膨張弁の開度を制御する
   第２膨張弁制御装置とを備えたヒートポンプ式空気調和
   機。