JP2989491B2 - 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、２つの熱源側熱交換器
（空冷式熱交換器、水冷式熱交換器）を備えた冷凍装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】空冷式熱交換器と水冷式熱交換器とを並
列につないだ冷凍装置が示されたものとして、特公昭４
９−１７７７６号公報がある。この公報で示された冷凍
装置（空気調和装置）においては、暖房運転時に外気温
が低下した場合には、冷媒を空冷式熱交換器から水冷式
熱交換器へ切り換えて流すようにしている。

【０００３】これによって、暖房運転時に外気温が低下
しても暖房能力の低下を極力抑えるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、暖房運転
時に外気温が低下した場合に蒸発器として作用する熱交
換器を空冷式から水冷式に切り換えるため、この切り換
えにともなって水冷式熱交換器へ温水を供給するための
ボイラ等の加熱器の燃料代が急激に上昇する。又、水冷
式熱交換器を作用させる場合は空冷式熱交換器を作用さ
せないようにしているため、この暖房時の熱源は上述の
加熱器の作用にのみ依存することとなり、燃料代のアッ
プは免れない。

【０００５】これらによって、空気熱源（空冷式熱交換
器）を利用した「ヒートポンプ暖房の低ランニングコス
ト」というメリットが生かせなくなることが考えられ
る。本発明は、水熱源を利用しながらも空気熱源を利用
した低ランニングコストというメリットが十分発揮で
き、しかも空冷式熱交換器の除霜を行いながらも室内温
度の低下を小さく抑えた冷凍装置（空気調和機）を提供
することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第１
の圧縮機と温水が供給され蒸発器として作用する前記第
１の圧縮機の吸込側に接続される水冷式熱交換器とから
なる第１直列回路と、前記第１直列回路と並列に接続さ
れ、第２の圧縮機と蒸発器として作用するときに前記第
２の圧縮機の吸込側に接続される空冷式熱交換器とから
なる第２直列回路とを備える室外ユニットに、室内側熱
交換器と減圧器とを備える室内ユニットをつないで構成
される空気調和機において、前記水冷式熱交換器の作用
を停止させ且つ前記空冷式熱交換器のみを蒸発器として
作用させる場合に、前記空冷式熱交換器からの冷媒を前
記第１の圧縮機へ導くための連絡管を設けたことを特徴
とする。

【０００７】請求項２の発明は、上記第１の発明におい
て、前記室内熱交換器を凝縮器として作用させ且つ前記
水冷式熱交換器を蒸発器として作用させる除霜運転時に
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記空冷式熱交
換器に導くホットガス除霜管を設けたことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】第１の発明では空冷式熱交換器及び水冷式熱交
換器が蒸発器として作用している場合には、水冷式熱交
換器及び空冷式熱交換器からの冷媒はそれぞれ第１の圧
縮機及び第２の圧縮機に導かれ、空冷式熱交換器のみが
作用している場合には空冷式熱交換器からの冷媒は第１
の圧縮機および第２の圧縮機に導かれれる。

【０００９】第２の発明では水冷式熱交換器の熱源が空
冷式熱交換器の除霜並びに室内暖房の熱源として用いら
れる。

【００１０】

【実施例】図１において、１は空気調和装置（冷凍装
置）で、室外ユニット２と、複数台の室内ユニット３
ａ，３ｂと、これらユニットをつなぐユニット間配管４
とから構成されている。これら室内ユニット３ａ，３ｂ
には弁開度の調整が可能な減圧器（膨張弁）５と室内側
熱交換器６とが内蔵されている。この室内側熱交換器６
は利用側熱交換器とも呼ばれ、暖房運転時に凝縮器とし
て、冷房運転時に蒸発器として作用する。

【００１１】７１，７２は第１圧縮機並びに第２圧縮機
で並列につながれており、その吐出管８は四方弁９の第
１接続口１０に、その吸込管１１は四方弁９の第２接続
口１２に夫々接続されている。１３は熱源側熱交換器
で、一般的に暖房運転時に蒸発器として、冷房運転時に
凝縮器として作用する。この熱源側熱交換器１３は、水
熱源となる第１の室外熱交換器１４と、空気熱源となる
第２の室外熱交換器１５とから構成されている。第２の
室外熱交換器１５の一端は四方弁９の第３接続口１６
に、他端は第２開閉弁１７を介して液管１８に夫々つな
がれている。１９は第２の室外熱交換器１５へ送風する
ファンである。第１の室外熱交換器１４の一端は第１圧
縮機７１の吸込管２０に、他端は第１開閉弁２１を介し
て液管１８に夫々つながれている。２２はこの第１室外
熱交換器１４に配置された水配管で、暖房運転時にボイ
ラー（図示せず）等で加熱された温水（約１５℃以上）
が流れるようにしている。２３は第１の圧縮機に設けら
れた逆止弁（開閉弁）で、暖房運転時において、２つの
室外熱交換器１４，１５を同時に作用させた場合は閉じ
て、第２の室外熱交換器１５のみ作用させた場合は開放
するようになる。この動作は本発明の要旨の一つである
ため、後で詳述する。

【００１２】２４はホットガス除霜管で、入口端が圧縮
機７１，７２の吐出管８に、出口端が第２の室外熱交換
器１５と第２開閉弁１７との間につながれている。２５
はこのホットガス除霜管２４に設けられた除霜弁で、ホ
ットガス除霜運転時に開放される。２６はこの空気調和
装置１の運転を制御する制御器で、冷房運転、暖房運
転、ホットガス除霜運転、逆サイクル除霜運転等を行わ
せると共に、これらの運転に応じて四方弁９や各種の開
閉弁等を図２のように制御するものである。

【００１３】これら各種の運転について説明する。まず
冷房運転時は四方弁９や各種の開閉弁の開閉状態を図２
のように制御すると共に室内ユニット３ａ，３ｂの減圧
器５の開度を室内負荷に応じて調整する。これによって
圧縮機７１，７２から吐出された冷媒は図１の破線矢印
のように流れる。そして、第２の室外熱交換器１５が凝
縮器として、室内側熱交換器６が蒸発器として夫々作用
し、冷房運転を行う。ここで、第１の室外熱交換器１４
は作用を停止させる。

【００１４】暖房運転は、第２の室外熱交換器１５のみ
を利用した空気熱源による暖房運転（以下「高外気温暖
房」という。）と、第２の室外熱交換器１５と第１の室
外熱交換器１４とを併用する空気熱源＋水熱源による暖
房運転（以下「低外気温暖房」という。）とがある。こ
の低外気温暖房は、高外気温暖房では十分な暖房能力が
得られないような低外気温の場合や、室内ユニット３
ａ，３ｂの運転台数の増加等により暖房負荷が増加した
場合に行われる。

【００１５】まず、高外気温暖房は図１において四方弁
９を実線状態に設定すると共に各種の開閉弁の開閉状態
を図２のように制御する。すなわち、上述の冷房運転時
の冷媒の流れと反対の冷媒の流れとなり、室内側熱交換
器６が凝縮器として、第２の室外熱交換器１５が蒸発器
として夫々作用し高外気温暖房を行う。一方、低外気温
暖房は、上述の高外気温暖房と比較して第１開閉弁２１
の開度を、外気温の低下状況あるいは暖房負荷の増加状
況に応じて大きくする。すなわち、制御器２６からの信
号でこの第１開閉弁２１の開度が調整され、これによっ
て液管１８内の冷媒は第１の室外熱交換器１５と第２の
室外熱交換器１４とに並流する。そして、第２の室外熱
交換器１５で蒸発作用を受けた冷媒は四方弁９を介して
第２圧縮機７２へ吸込まれる。一方、第１の室外熱交換
器１４で蒸発作用を受けた冷媒は第１圧縮機７１へ吸込
まれる。ここで第２の室外熱交換器１５は空冷式である
のに対し、第１の室外熱交換器１４は水冷式である。一
般的に空冷式は外気温０℃、水冷式は水温１５℃程度の
熱源となっているため、第１の室外熱交換器１４から流
出する冷媒の圧力は、第２の室外熱交換器１５から流出
する冷媒の圧力よりも高くなる。このため、この低外気
温暖房においては、逆止弁２３は常に「閉」となり、第
１の室外熱交換器１４から流出した冷媒と、第２の室外
熱交換器１５から流出した冷媒とが、両圧縮機７１，７
２の吸込側で混流することはない（一点鎖線矢印参
照）。このように、第１の室外熱交換器１４を利用し
て、水熱源で冷媒を加熱し、外気温度の低下に応じて冷
媒温度が低下するおそれを少なくしている。これによっ
て第２の室外熱交換器１５に流れ込む冷媒の温度の上昇
によって冷媒の密度が増加し、結果的に第２の室外熱交
換器１５に流れ込む冷媒量が多くなったことと同じとな
り、第２の室外熱交換器１５での冷媒の蒸発温度の低下
を低く抑え着霜しにくくできる。この結果として、低外
気でも安定した運転が行える。

【００１６】このように、冷房運転における室外ユニッ
ト２内の冷媒の流れ（破線矢印）と、低外気温暖房運転
における室外ユニット２内の冷媒の流れ（一点鎖線矢
印）とを比較すると、冷房運転時は第２の室外熱交換器
１５にのみ冷媒を流し、（低外気温）暖房運転時は第１
並びに第２の室外熱交換器１４，１５へ冷媒を流すよう
にしている。このように冷媒を流すことによって、冷房
運転はいわゆる「空気熱源方式」、暖房運転は、いわゆ
る「空気熱源方式＋水熱源方式」として冷房能力よりも
暖房能力の方が大きくなるようにしている。従って、冷
房能力よりも暖房能力が大きく望まれる日本の風土にマ
ッチしたものとなる。

【００１７】次に、低外気温暖房運転における室外ユニ
ット２内の冷媒の流れ（一点鎖線矢印）と、高外気温暖
房における室外ユニット内の冷媒の流れ（実線矢印）と
を比較すると、高外気温暖房時に第２の室外熱交換器１
５で蒸発作用を受けた冷媒は２つの圧縮機７１，７２へ
並流する（吸込まれる）。一方、低外気温暖房時は、上
述したように第２室外熱交換器１５からの冷媒は第２圧
縮機７２へ、第１室外熱交換器１４からの冷媒は第１圧
縮機７１へと流れるようにしている。これを言い換えれ
ば、第１の圧縮機７１と第１の蒸発器（第１室外熱交換
器）７１とを直列につないだ第１直列回路と、第２の圧
縮機７２と第２の蒸発器（第２室外熱交換器）１５とを
直列につないだ第２直列回路とを並列に接続し、第２
（いずれか一方）の蒸発器１５のみ作用させる場合は、
この第２の蒸発器１５からの冷媒を２つの圧縮機７１，
７２へ並流させるようにしたものであり、このため、逆
止弁２３が設けられた第１圧縮機７１の吸込管が連絡管
２４となる。

【００１８】このように低外気温暖房運転時において、
夫々の室外熱交換器１４，１５から流出された冷媒は夫
々の圧縮機７１，７２へ吸込まれるようにして冷媒の混
流を防止したので、第１開閉弁２１や第２開閉弁１７の
開度は夫々の圧縮機７１，７２や室外熱交換器１４，１
５の能力に見合った調整を行って、各熱源を有効に利用
することができる。

【００１９】上述した２つの暖房運転によって第２室外
熱交換器１５に霜が生成された場合は、ホットガス除霜
もしくは逆サイクル除霜を行って、この生成された霜を
溶かす。このホットガス除霜は、外気温が比較的高い場
合や、生成された霜の量が少ない場合に行うものであ
る。一方、逆サイクル除霜は、外気温が比較的低い場合
や生成された霜の量が多い場合に行う。

【００２０】まず、ホットガス除霜時は、基本的には図
３の実線矢印で示すように低外気温暖房と略同一であ
り、相違点は、第２圧縮機７２の運転を間欠にする（Ｏ
Ｎ−ＯＦＦ）ことと、ファン１９の運転を停止するこ
と、並びに除霜弁２５を開放することである。この除霜
弁２５の開放によって圧縮機７１，７２から吐出された
冷媒（ホットガス冷媒）の一部は第２室外熱交換器１５
に導かれ、これによって第２室外熱交換器１５に生成さ
れていた霜を溶かす。このホットガス除霜運転時には、
圧縮機７１，７２から吐出された冷媒は室内熱交換器６
にも導かれ、且つ第１室外熱交換器１４の水熱源が除霜
並びに室内暖房のための熱源として用いられるため、除
霜時間の短縮や室内温度の低下を小さく抑えられる。

【００２１】一方、逆サイクル除霜時は、各種の弁等を
図２で示すようにして第１圧縮機７１のみ運転させる。
これによって第１圧縮機７１から吐出された冷媒は図３
の破線矢印のように流れる。すなわち、第１の圧縮機７
１から吐出された冷媒は四方弁９を介して第２室外熱交
換器１５に流入し、ここで除霜を行う。その後、第２開
閉弁１７を介して液管１８に導かれ、第１開閉弁２１を
介して第１室外熱交換器１４で加熱される。そして第１
の圧縮機７１へ吸込まれる。このため第１室外熱交換器
１４の水熱源が除霜並びに室内暖房（後述する）のため
の熱源として用いられるので、上述のホットガス除霜時
と同様に除霜時間の短縮や室内温度の低下を小さく抑え
ることができる。ここで、液管１８内の冷媒の一部は減
圧器５を介して室内熱交換器に流れ込むため暖房運転が
継続されることは言うまでもない。

【００２２】このように、逆サイクル除霜運転時におい
て、ホットガス冷媒（の一部）を第２室外熱交換器（空
冷式熱交換器）１５から第１室外熱交換器（水冷式熱交
換器）１４へ流すようにしたので、この除霜用並びに暖
房用の熱源として第１室外熱交換器１４の水熱源が用い
られ、除霜時間の短縮化やこの除霜運転時の室内温度の
低下を小さく抑えることができる。

【００２３】尚、この実施例において第１室外熱交換器
１４はいわゆる「水冷式熱交換器」を、第２室外熱交換
器１５はいわゆる「空冷式熱交換器」を夫々採用した
が、本発明は、これらに限定されるものではなく熱源の
温度が異なるものを用いた熱交換器であれば良い。すな
わち、２つの室外熱交換器１３をいずれも「水冷式熱交
換器」としても良く。この場合は、ボイラからこの水冷
式熱交換器へ供給される水温を変える。

【００２４】図４は、第１の発明の冷凍装置の基本的な
冷媒回路を示す。この図において図１に示した部品と同
一部品には同一符号を記してその説明は省略した。すな
わち、冷房運転時に第２室外熱交換器１５のみ使用し
（実線矢印参照）、暖房運転時は第１並びに第２室外熱
交換器１４，１５を使用する（破線矢印参照）ようにし
たもので、これによって暖房能力を冷房能力よりもアッ
プさせることができる。

【００２５】図５は、第２の発明の冷凍装置の基本的な
冷媒回路を示す。この図において、図１に示した部品と
同一部品には同一符号を記してその説明は省略した。す
なわち１つの蒸発器（室外熱交換器）１５のみ使用する
場合はこの蒸発器１５から吐出された冷媒は、逆止弁２
３の開放によって２つの圧縮機７１，７２へ並流され
る。一方２つの蒸発器１４，１５を使用する場合は、逆
止弁２３の閉鎖によって夫々の蒸発器１４，１５から吐
出された冷媒は、この蒸発器と直列につながれた夫々の
圧縮機７１，７２へ別々に流れ込むようにしている。

【００２６】図６は本発明の他の実施例を示すもので、
図１の実施例との相違点は、室外ユニット２において
四方弁を廃止した点と、ユニット間配管を２本から３
本にした点である。すなわち、ユニット間配管４１は高
圧ガス管４２と低圧ガス管４３と液管４４とから構成さ
れており、高圧ガス管４２は圧縮機７１，７２の吐出管
８と第２室外熱交換器１５の一端４５とにつながれてい
る。低圧ガス管４３は圧縮機７１，７２の吸込管４６と
第２室外熱交換器１５の他端４７とにつながれている。
尚、液管１８は上述の実施例と同様な接続状態となって
いる。

【００２７】室内ユニット３ａ，３ｂ（側）における相
違点は室内熱交換器６の一端を分岐して、夫々の分岐管
４８，４９は高圧もしくは低圧開閉弁５０，５１を介し
て夫々高圧ガス管４２並びに低圧ガス管４３につながれ
ている点である。このような構成によって室内ユニット
３ａ，３ｂは冷房もしくは暖房運転が自由に選択するこ
とができる。すなわち、室内ユニット３ａを冷房運転さ
せる場合は低圧開閉弁５１を開放する。これによって液
管１８からの液冷媒が室内熱交換器６に流入して、この
室内熱交換器６が蒸発作用を行って、室内ユニット３ａ
が冷房運転を行う。

【００２８】一方、室内ユニット３ｂを暖房運転させる
場合は、高圧開閉弁４８を開放する。これによって、高
圧ガス管４２からのガス冷媒が室内熱交換器６に流入し
て、この室内熱交換器６が凝縮作用を行って室内ユニッ
ト３ｂが暖房運転を行う。ここで、室外ユニット２の運
転状態は、上述の各室内ユニットの冷房負荷と暖房負荷
との大きさに応じて変えられる。すなわち、冷房負荷の
方が暖房負荷よりも大きい場合は、冷房主体運転とな
り、この場合は開閉弁５２の開放によって冷媒は図６の
実線矢印のように流れる。

【００２９】又暖房負荷の方が冷房負荷よりも大きい場
合は、暖房主体運転となり、この場合は開閉弁５３の開
放によって冷媒は図７の実線矢印のように流れる。この
際第２室外熱交換器１５は蒸発器として作用している
が、この室外熱交換器１５で十分熱が汲み上げきれない
場合は、開閉弁２１を開放して、液管１８から第２室外
熱交換器１５へ流れ込む。冷媒の一部を第１室外熱交換
器１４へ導いて、ここで蒸発作用を行う。このように室
外ユニット２が冷房主体運転時には第１室外熱交換器１
４を使用せず、暖房主体運転時にこの第１室外熱交換器
１４を使用する。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、低外気温時に
は、空冷式熱交換器及び水冷式熱交換器を同時に利用し
て室内ユニットにおいて暖房を行うことができると共
に、高外気温時には空冷式熱交換器のみを用いて暖房を
行うことができる。

【００３１】請求項２の発明によれば、水冷式熱交換器
の熱源が空冷式熱交換器の除霜並びに室内暖房の熱源と
して用いられ、室内の暖房を行いながら空冷式熱交換器
の除霜運転が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の冷媒回路図である。

【図２】図１に示した各種の弁の開閉状態を示す説明図
である。

【図３】図１に示した運転状態とは異なる運転状態を示
す冷媒回路図である。

【図４】本発明の基本的な一つの冷媒回路図である。

【図５】本発明の基本的な他の冷媒回路図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す冷媒回路図である。

【図７】図６に示した運転状態とは異なる運転状態を示
す冷媒回路図である。

【符号の説明】

５ 減圧器 ６ 利用側（室内側）熱交換器 １３ 熱源側熱交換器 １４ 室外熱交換器（第１の蒸発器：水冷式熱交換
器） １５ 室外熱交換器（第２の蒸発器：空冷式熱交換
器） ２４ 連絡管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の圧縮機と温水が供給され蒸発器と
   して作用する前記第１の圧縮機の吸込側に接続される水
   冷式熱交換器とからなる第１直列回路と、前記第１直列
   回路と並列に接続され、第２の圧縮機と蒸発器として作
   用させるときに前記第２の圧縮機の吸込側に接続される
   空冷式熱交換器とからなる第２直列回路とを備える室外
   ユニットに、室内側熱交換器と減圧器とを備える室内ユ
   ニットをつないで構成される空気調和機において、 前記水冷式熱交換器の作用を停止させ且つ前記空冷式熱
   交換器のみを蒸発器として作用させる場合に、前記空冷
   式熱交換器からの冷媒を前記第１の圧縮機の吸込側へ導
   くための連絡管を設けたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 前記室内熱交換器を凝縮器として作用さ
   せ且つ前記水冷式熱交換器を蒸発器として作用させる除
   霜運転時に前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記
   空冷式熱交換器に導くホットガス除霜管を設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の空気調和機。