JPH0480545A - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、単段圧縮と２段圧縮とを切り換え制御するヒ
ートポンプ式空気調和機に間するらのである。

従来の技術 一般に、低温冷蔵庫やバッチ式凍結設備など、蒸発圧力
か極めて低く圧縮比の高い運転状態を必要とする冷凍装
置においては、２段圧締式冷凍サイクルが使用されてお
り、単段の冷凍サイクルに比べてエネルギー効率の高い
冷凍サイクルを構成することかできる（たとえば特開平
２−１００６２号公報）。

以下、図面を参照しながら上記従来σ）２段圧縮式冷凍
サイクルについて説明する。第４図は、従来の２段圧縮
式冷凍サイクル図である。第４図において、１は第１圧
縮部１ａと第２圧縮部１ｂとを有する圧縮装置、３ａは
蒸発器、４ａおよび４ｂは第１および第２膨張弁、４Ｃ
は補助膨張弁、５は気液分離器、６　ａ　ｔｉ凝縮器で
あり、圧縮装置１の第２圧縮１部１ｂの吐出側は凝縮器
６ａ、第２膨張弁４ｂ、気液分離器５、第１膨張弁４ａ
、蒸発器３ａを通して圧縮装π】の第１圧縮部１ａの吸
入側に接続されている。また、気液分離器５のカス出口
と、圧縮装置１の中で第１圧縮部１ａと第２圧ｗｉ部１
ｂを連結する連絡流路との間に、カス冷媒を第２圧縮部
１ｂの吸入側に送るインジェクション回路をバイパス接
続して、冷凍サイクルの効率を上げることが行なわれて
いる。さらに凝縮器６ａの出口側に冷媒の一部を補助膨
張弁４ｃを通してインジェクション路に導く液冷媒導入
路が設けられている。

この２段圧縮式冷凍サイクルにおいて、圧縮装置１の第
２圧縮部１ｂから吐出された冷媒は′Ｍ綿器６ａ、第２
膨張弁４ｂ、気液分［Ｇ５、第１Ｗ６張弁４ａ、蒸発器
３ａを流れて、圧縮装置１の第１圧縮部１ａに吸入され
る。このとき、気液分離器５の飽和ガスはインジェクシ
ョン回路を通って第２圧縮部１ｂの吸入側に送られて、
冷凍サイクルの効率を向上させている。さらに、凝縮器
６ａから液冷媒が補助膨張弁４ｃを通して気液分離器５
の飽和ガス出口側と第２圧縮部１ｂの吸入側に導かれる
。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の２段圧縮式冷凍サイクルをヒ
ートポンプ式空気調和機に適用する場合には、以下のよ
うな課題があった。すなわち、第５図に示すし−トボン
グ式空気調和機の暖房運転時に室内熱交換器（凝縮器）
温度もしくは室内熱交換器を通過して室内に吹き出す空
気の温度（吹き出し温度）とエネルギー効率（以下ＥＥ
Ｒと言う）の関係図および第６図に示す外気温度とＥＥ
Ｒの関係図よりわかるように、常に２段圧縮運転を行う
と、吹き出し温度か低い場合、あるいは外気温度か窩い
場合、単段圧縮運転よりＥＥＲが低下してしまうという
課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、吹き出し温度が低
い場合、あるいは外気温度が高い場合に、単段圧縮運転
を可能にして、エネルギー利用効率の高い冷凍サイクル
を実現できるヒートポンプ式空気調和機を提供すること
を目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のヒートポンプ式空気
調和機は、第１圧縮部と第２圧縮部の２つの圧縮ｌ！椙
を有する圧縮装置、室外熱交換器、減圧器、気液分離器
、室内熱交換器を連結して冷媒回路を構成し、室内熱交
換器温度もしくは室内熱交換器を通過して室内に吹き出
す空気の温度を検出する第１温度検出手段および外気温
度を検出する第２温度検出手段を設け、第１圧縮部また
は第２圧縮部単独でもしくは第１圧縮部と前記第２圧縮
部とを並列に連結して冷媒を圧縮する単段圧縮運転と第
１圧縮部と第２圧縮部を直列に連結して冷媒を圧縮する
２段圧縮運転を切り換え可能とする流路切り換え手段を
設け、第１温度検出手段と第２温度検出手段とにより検
出された温度に応じて単段圧縮運転と２段圧縮運転とを
切り換え制御する制御部を設けたものである。

また、本発明の他のヒートポンプ式空気調和機は、第１
圧縮部と第２圧縮部の２つの圧ｍｓ椙を有する圧縮装置
、室外熱交換器、減圧器、気液分離器、室内熱交換器を
連結し、室内熱交換器温度もしくは室内熱交換器を通過
して室内に吹き出す空気の温度を検出する第１温度検出
手段および外気温度を検出する第２温度検出手段と、第
１圧縮部または第２圧縮部単独でもしくは第１圧縮部と
第２圧縮部とを並列に連結して冷媒を圧縮する単段圧縮
運転と、第１圧縮部と第２圧縮部を直列に連結して冷媒
を圧縮する２段圧縮運転を切り換え可能とする流路切り
換え手段と、第１温度検出手段により検出された温度と
第２温度検出手段により検出される温度により算出され
る関数値により単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換
え制御する制御部を設けたものである。

作用 本発明は、上記構成により、第１温度検出手段と前記第
２温度検出手段とにより検出された温度に応じて単段圧
縮運転と２段圧縮運転とを切り換え制御し、たとえば、
第１温度検出手段により検出された温度が所定値より低
く、しかも第２温度検出手段により検出された温度か所
定値より高い場合に単段圧縮運転を行い、前記第１温度
検出手段により検出された温度が所定値より高いか、も
しくは前記第１温度検出手段により検出さノまた温度が
所定値より低く、かつ前記第２温度検出手段により検出
された温度が所定値より低いかのい寸れかの場合に、単
段圧縮運転から２段圧縮運転に切り換え制御することに
より、常にエネルギー効率の高い状態での運転が実現で
きる。

また、第１温度検出手段により検出された温度と第２温
度検出手段により検出された温度により算出される関数
値により単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換え制御
することにより、より一層効率の良い状態での運転が可
能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参考に説明する
。なお、本実施例を説明するにあたり、第４図に示す従
来のものと同一の機能を有するものには、同一の番号を
つけて説明を省略する。

第１図は、本発明の一実施例における冷凍サイクル図で
ある。第１図において、２は冷房運転と暖房運転を切り
換え制御する四方弁、３は蒸発器である室外熱交換器、
６は凝縮器である室内熱交換器、７ａはインジェクショ
ン回路に設けられた二方弁、７ｂは第２圧縮部１ｂの吸
入側に設けられた二方弁、７ｃは単段圧縮時の第１圧縮
部１ａの吐出側に設けられた二方弁、７ｄは２段圧縮時
の第２圧縮部１ｂの吐出側に設けられた二方弁、８は室
内熱交換器６の温度もしくは室内熱交換器６を通過して
室内に吹き出す空気の温度を検出する第１温度検出手段
、９は外気温度を検出する第２温度検出手段、１０は第
１および第２温度検出手段８．９で検出された温度によ
り、二方弁７ａ〜７ｄを制御し、単段圧縮運転と２段圧
縮運転とに切り換える制御部である。

この冷凍サイクルにおいて、冷房運転時には低負荷条件
が多く単段圧縮運転の方が効率か良いため、単段圧縮運
転を行う。すなわち、冷房暖房切り換え用四方弁２では
実線のように流れ、補助膨張弁（第３の減圧器）４ｃは
閉の状態、二方弁７ａ　　７ｂおよび７ｄは閉の状態、
７Ｃは開の状態である。したかって、第１圧縮部１ａか
ら吐出された冷媒は、二方弁７Ｃ５四方弁２、室外熱交
換器３、第１膨張弁（第１の減圧器＞４ａ、気液分離器
５、第２膨張弁（第２の減圧器）４ｂ、室内熱交換器６
、四方弁２を流れて、第１任縮択１ａに吸入される。こ
のように、冷房運転時は負荷が比較的低いため、単段圧
締運転を行うことにより、エネルギー効率の高い運転が
可能である。

次に、暖房運転時にはまず四方弁２により冷奴の流れる
方向を転換する。そして、第１温度検出手段８により検
出された室内熱交換器６の温度もしくは室内熱交換器６
を通過して室内に吹き出す空気の温度（以下吹き出し温
度と言う）および第２温度検出手段９により検出された
外気温度に応じて単段圧縮運転と２段圧縮運転を切り換
えて運転する。このとき、冷房暖房切り換え用四方弁２
は破線のように接続され、補助膨張弁４Ｃは開の状態、
二方弁７ａ、７ｂおよび７ｄは開の状態、７ｃは閉の状
態にする。そして、第５図および第６図における単段圧
縮運転と２段圧縮運転の交点をそれぞれＡ、Ｂとし、第
１温度検出手段８により検出された吹き出し温度をＴ７
、第２温度検出手段９により検出された外気温度をＴ８
としたときに、制御部１０は以下に示すような制御をす
るように構成されている。

Ｔ、≦Ａ、Ｔ、≧Ｂのとき単段圧縮運転Ｔ、≦Ａ、Ｔ、
＜Ｂのとき２１１圧縮運転Ｔ、＞Ａ、Ｔ、≧Ｂのとき２
段圧縮運転Ｔｆ　＞Ａ、Ｔ、＜Ｂのとき２段圧縮運転す
なわち、暖房運転時において、第１温度検出手段８によ
り検出された温度Ｔ、が所定ｆＭＡより低く、しかも第
２温度検出手段９により検出された温度Ｔ、が所定値Ｂ
より高い場合に単段圧縮運転を行い、第１温度検出手段
８により検出された温度Ｔ、か所定値Ａより高いとき、
または第１温度検出手段８により検出された温度Ｔ、が
所定値Ａより低くかつ第２温度検出手段９により検出さ
れた温度Ｔ、か所定値Ｂより低いときのいずれかの場合
に、単段圧縮運転から２殴圧縮運転に切り換え制御する
ことにより、エネルギー効率の高い状態での運転が可能
となる、 次に、制御部１０が他の動作をする場合の実施例につい
て説明する。冷房運転時は先の場合と同様である。

暖房運転時の単段圧縮運転と２段圧縮運転の切り換え制
御は以下のように異なる。第２図は吹き出し温度をパラ
メータにしたときの外気温度とＥＥＲの関係図である。

第２図において、単段圧縮運転と２段圧縮運転の交点の
描く軌跡ＥＥＲｔｒは、吹き出し温度Ｔ、と外気温度Ｔ
、の関数として式（１）のように表すことができる。

ＥＥＲｔｒ−ｆ　（Ｔ、、Ｔ、）　　　　　　　（１）
このＥ　Ｅ　Ｒｔｒを吹き出し温度Ｔ、と外気温度Ｔ、
の関係で表すと、第３図のＴ　ｆ　ｔ　ｒとして表すこ
とができ、Ｂ１〜Ｂ６の定数を用いて外気温度Ｔ、の多
項式として式（２）のように近似できる。

Ｔ’、ｔ、　＝ｆ　（Ｔ、　） Ｂ　ｌ十Ｂ　２７　ｇ　ｔ　Ｂ　ｓ　Ｔ　ｇ＋Ｂ４　Ｔ
−’　＋Ｂｓ　Ｔｇ　’　十Ｂ６　Ｔ−（ただしＴ　、
ｔ、はＥ　Ｅ　Ｒ、、の別表現）（２）ここで、Ｔ　ｆ
　ｔ　ｒは単段圧縮運転と２段圧縮運転のうち、ＥＥＲ
の良い方を示す境界となっていることかわかる。したが
って、第１温度検出手段８によって検出された吹き出し
温度Ｔ１および第２温度検出手段９によって検出された
外気温度Ｔ１とからＴ、≦Ｔ　ｆ　ｔ　ｒのときは単段
圧縮運転を行い、Ｔｒ＞Ｔｆｔｒのときは２段圧縮運転
を行うと、最もエネルギー効率の良い状態で運転を行う
ことが可能となる。

なお、上記実施例において、単段圧縮運転時では、第１
圧縮部１ａが単独で冷媒を圧縮する運転を行うように構
成されているが、第２圧縮部１ｂの単独運転であっても
よく、また、第１圧縮部１ａと第２圧縮部１ｂとを並列
に連結して冷媒を圧縮する運転を行うように構成しても
よい６また、上記実施例に示した第１圧縮部１ａおよび
第２圧縮部１ｂについては一定容量のものでも良いが、
たとえば、インバータを用いた周波数可変型圧縮機のよ
うな可変容量型のものを用いても良い。この場合、大容
量運転にすることで、さらに暖房能力が向上する８ また、上記実施例に示したたとえばステラピンクモータ
などで駆動される電動の第１、第２膨張弁４ａ、４ｂお
よび補助膨張弁４ｃのような可変絞りの代わりにキャピ
ラリーチューブを用いても良い。さらに、上述の実施例
では、流路切り換え制御手段として二方弁を用いたが、
三方弁あるいは四方弁もしくは他の切り換え装置によっ
ても梢わない。

また、第１温度検出手段８と第２温度検出手段９により
検出された温度により算出される関数値として、吹き出
し温度をパラメータにした外気温度とＥＥＲの関数値を
用いたが、他の関数値でも良い。

発明の効果 以上のように本発明によれば、室内熱交換器温度もしく
は室内熱交換器を通過して室内に吹き出す空気の温度を
検出する第１温度検出手段および外気温度を検出する第
２ｍ度検出手段とを有し、第１圧絹部または第２圧縮部
単独でもしくは第１圧縮部と第２圧縮部とを並列に連結
して冷媒を圧縮する単段圧縮運転と第１圧縮部と第２圧
縮部を直列に連結して冷媒を圧縮する２段圧縮運転とを
切り換え可能とする流路切り換え手段を有し、第１ｆＡ
度検出手段と第２温度検出手段とにより検出された温度
に応じて単段圧締と２段圧縮とを切り換え制御すること
により、または、室内熱交換器温度もしくは室内熱交換
器を通過して室内に吹き出す空気の温度を検出する第１
温度検出手段および外気温度を検出する第２温度検出手
段とを有し、第１圧縮部または第２圧縮部単独でもしく
は第１圧縮部と第２圧縮部とを並列に連結して冷媒を圧
縮する単段圧縮運転と第１圧縮部と第２圧縮部を直列に
連結して冷媒を圧縮する２　ｆ１圧縮運転とを切り換え
可能とする流路切り換え手段を有し、第１温度検出手段
により検出された温度と第２温度検出手段により検出さ
れる温度により算出される関数値により単段圧縮運転と
２段圧縮運転とを切り換え制御することにより、冷房時
は単段圧縮運転を行い、暖房時は第１温度検出手段によ
り検出された吹き出し温度および第２温度検出手殴によ
り検出された外気温度により単段圧縮運転と２　Ｆｌ圧
縮運転とを切り換え制御することかてさ、エネルギー利
用効率の高い冷凍サイクルを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すヒートポンプ式空気
調和機の冷凍サイクル図、第２図は吹き出し温度をパラ
メータにした外気温度とＥＥＲの関係図、第３図は外気
温度と吹き出し温度より判断する単段圧縮運転と２段圧
縮運転の運転条件を定める関係図、第４図は従来の２段
圧縮式冷凍サイクル図、第５図は第１温度検出手段によ
り検出される室内熱交換器温度もしくは室内熱交換器を
通過して室内に吹き出す空気の吹き出し温度とＥＥＲの
関係図、第６図は第２温度検出手段により検出される外
気温度とＥＥＲの関係図である。 １・・・圧縮装置、１ａ・・・第１圧縮部、１ｂ・・・
第２圧縮部、２・・・冷房暖房切り換え四方弁、３・・
・室外熱交換器（蒸発器）、４ａ、４ｂ・・・第１およ
び第２膨張弁（第１および第２の減圧器）、４Ｃ・・・
補助膨張弁（第３の減圧器）、５・・・気液分離器、６
・・・室内熱交換器（凝縮器）、７ａ〜７ｄ・・・二方
弁（流路切り換え手段）、８・・・第１温度検出手段、
９・・・第２温度検出手段、１０・・・制御部。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 図 外乳遵度（”Ｃ） 第 を図 第３ 図 ？Ｆ　気、娼Ｖ屓　（’（１，つ 第４図 ／ｄ 第 図 第 図 外気温度じの

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１圧縮部と第２圧縮部の２つの圧縮機構を有する
   圧縮装置、室外熱交換器、減圧器、気液分離器、室内熱
   交換器を連結してなるヒートポンプ式空気調和機であっ
   て、前記室内熱交換器温度もしくは前記室内熱交換器を
   通過して室内に吹き出す空気の温度を検出する第１温度
   検出手段と、外気温度を検出する第２温度検出手段と、
   前記第１圧縮部または前記第２圧縮部単独でもしくは前
   記第１圧縮部と前記第２圧縮部とを並列に連結して冷媒
   を圧縮する単段圧縮運転と前記第１圧縮部と前記第２圧
   縮部を直列に連結して冷媒を圧縮する２段圧縮運転を切
   り換え可能とする流路切り換え手段と、前記第１温度検
   出手段と前記第２温度検出手段とにより検出された温度
   に応じて単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換え制御
   する制御部を備えたヒートポンプ式空気調和機。 ２、第１温度検出手段により検出された温度が所定値よ
   り低く、しかも第２温度検出手段により検出された温度
   が所定値より高い場合に単段圧縮運転を行い、前記第１
   温度検出手段により検出された温度が所定値より高いか
   、もしくは前記第１温度検出手段により検出された温度
   が所定値より低く、かつ前記第２温度検出手段により検
   出された温度が所定値より低いかのいずれかの場合に、
   制御部は単段圧縮運転から２段圧縮運転に切り換え制御
   することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空
   気調和機。 ３、第１圧縮部と第２圧縮部の２つの圧縮機構を有する
   圧縮装置、室外熱交換器、減圧器、気液分離器、室内熱
   交換器を連結してなるヒートポンプ空気調和機であって
   、前記室内熱交換器温度もしくは前記室内熱交換器を通
   過して室内に吹き出す空気の温度を検出する第１温度検
   出手段と、外気温度を検出する第２温度検出手段と、前
   記第１圧縮部または前記第２圧縮部単独でもしくは前記
   第１圧縮部と前記第２圧縮部とを並列に連結して冷媒を
   圧縮する単段圧縮運転と前記第１圧縮部と前記第２圧縮
   部を直列に連結して冷媒を圧縮する２段圧縮運転とを切
   り換え可能とする流路切り換え手段と、前記第１温度検
   出手段により検出された温度と前記第２温度検出手段に
   より検出された温度により算出される関数値により単段
   圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換え制御する制御部を
   備えたヒートポンプ式空気調和機。