JPS6315047A - ヒ−トポンプシステム - 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） この発明は、空調及び給湯機能を有するヒートポンプシ
ステムに関するものである。

（従来の技術） 異なる負荷の冷凍サイクルを一装置内に有するヒートポ
ンプシステムにおいて、各冷凍サイクル時のそれぞれの
効率を向上する具体的な方式として、例えば、特開昭６
０．１６２１５９号公報には、冷・暖房兼用の空気調和
機において、冷房時と暖房時との冷媒量を可変する装置
が示されている。第３図に上記装置の冷媒回路図を示し
ており、同図において、圧縮機４１は冷暖切換えのため
の四路切換弁４２に接続され、この四路切換弁４２に室
内熱交換器４３、膨張弁４４、室外熱交換器４５が順次
配管接続されている。そして、上記四路切換弁４２と室
内熱交換器４３とを接続する配管に、冷凍機油４６を入
れた容器４７が介設されている。

上記装置は、冷凍機油に対する熔解度が、圧力と温度に
より異なる混合冷媒を使用して、循環冷媒量を変化させ
ようとするものであり、図中実線矢印方向に冷媒を循環
させる室内暖房運転時には、圧縮機４１から吐出される
高温高圧のガス冷媒は、まず上記容器４７内に流入し、
その後室内熱交換器４３、膨張弁４４、室外熱交換器４
５と循環する。一方、図中破線矢印方向に冷媒を循環さ
せる室内冷房運転時には、上記容器４７へは、室内熱交
換器４５を経由して低温低圧となったガス冷媒が流入す
るのである。このとき、例えば冷凍機油としてスニソ（
ＳＵＮＩＳＯ）　４ＧＳ　　（商品名）を用い、冷媒と
してＲ１３Ｂ１とＲ１２との非共；Ｊ混合冷媒を用いた
場合、スニソ４ＧＳに対する熔解度は、高温高圧時には
、Ｒ１３Ｂ１は小さく　、Ｒ１２は大きなものであるた
め、Ｒ１２がスニソ４ＧＳに多く熔は込み、したがって
、循環冷媒は低沸点冷媒であるＲ１３Ｂ１濃度の高い組
成となる。一方、低温低圧時には、Ｒ１３８１とＲ１２
との熔解度に高温高圧時程の差はなくなり、循環冷媒は
高沸点冷媒であるＲ１２の特性が強い混合冷媒となるの
である。一般に、低沸点冷媒はど圧縮機の吸入比容積が
小さくなって冷媒循環量が多くなり、能力が増加してく
ることから、暖房運転時には低沸点冷媒Ｒ１３Ｂ１の多
い冷媒組成となって暖房能力を上昇し、一方、冷房運転
時には高沸点冷媒Ｒ１２の作用によって冷房能力を減少
することにより、各冷暖運転時の効率を向上しようとす
るものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、最近は、上記の様な空調機能と共に、貯湯槽
の中に熱交換器を設置して湯を加熱する給湯機能をも有
するヒートポンプシステムが現れており、この場合、空
調冷凍サイクルに適合した冷媒量及び冷媒種のままで給
湯サイクルに切換えると、圧縮機の吐出圧力が異常に昇
圧するという問題があった。それは、貯湯槽内の湯温の
上昇と共に凝ｗＩ器として作用する給湯熱交換器での熱
交換量が低下し、このことによって、凝縮温度の上昇、
すなわち凝縮圧力の増加が生じるためである。そこで、
空調サイクル時の冷媒種よりも、液化し易い高沸点冷媒
種に切り換えることにより上記のような異常発生の防止
が可能となる。しかしながら、上記異常昇圧の発生は、
貯湯槽の湯温がある程度上昇している場合には、給湯サ
イクルへの切換え後短時間のうちに生ずる現象であるの
で、これを防止するためには、上記冷媒種の切換えが迅
速になされることが必要である。前記の従来装置におい
ては、冷凍機油への冷媒の熔解度を利用して冷媒組成を
可変するものであるが、所要の冷媒組成に達する迄には
長時間を要するものである。それは、冷凍機油４６の入
った容器４７内に流入するガス冷媒の溶は込み或いは放
出は、上記冷凍機油４６の液面を介して行なわれ、した
がって、平衡状態に達する迄の時間は、ガス相及び液中
の濃度差による拡散速度に依存するからである。さらに
、所定の熔解量を得るためには、冷凍機油４６がその熔
解度を与え得る温度になっていることが必要であるが、
容器４７及び冷凍機油４６はそれ自体熱容量を有し、し
たがって、例えば暖房から冷房に切換えた場合に、高温
にあった容器４７と冷凍機油４６とが、これに流入して
くる低温のガス冷媒によって所定の低温状態になる迄に
は長時間を要するからである。

この発明は、上記した点に鑑みなされたものであって、
その目的は、空調及び給湯機能を有するヒートポンプシ
ステムにおいて、空調サイクルから給湯サイクルに切換
えられた時に、圧縮機の吐出ガス圧の異常昇圧の発生を
防止し得るように迅速に冷媒組成の変化を生じ得るヒー
トポンプシステムを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこで、この発明のヒートポンプシステムは、液管１１
で互いに接続された室外及び室内熱交換器１０．２０，
２１．２２の一方の熱交換器を第１ガス管３を介して圧
縮機１の吐出配管２に接続すると共に、他方の熱交換器
を上記圧縮機１の吸込配管６に接続し、さらに上記液管
１１に接続された給湯用熱交換器２８を上記第１ガス管
３と吐出配管２との間に接続された切換手段２５に接続
して、上記給湯用熱交換器２８を上記吐出配管２に連通
可能とし、上記第１ガス管３には、上記圧縮機１からの
吐出ガス冷媒が上記第１ガス管３へと供給される非給湯
運転時に、上記吐出ガス冷媒に混入した冷凍機油を溜め
込む液溜器２６を介設すると共に、上記液溜器２６と上
記吸込配管６との間には、上記圧縮機１からの吐出ガス
冷媒が上記給湯用熱交換器２８へと供給される給湯運転
時に、上記圧縮機」の吸込圧力の作用により上記液溜器
内に溜め込まれた液を放出するための吸出管３５を接続
すると共に、この吸出管３５には上記切換手段２５と連
動する遮断弁２５を介設し、一方配管内を流れる冷媒を
、高温高圧側と低温低圧側との二状態の冷凍機油に対す
る各熔解度の差が低沸点側冷媒よりも高沸点側冷媒の方
が大きい非共沸混合冷媒で構成している。

（作用） 上記のように構成されたヒートポンプシステムにおいて
は、切換手段２５を非給湯運転、すなわち空調サイクル
の切換位置で運転しているときには、液溜器２６は圧縮
機１の吐出ガス冷媒が流通する箇所に位置し、冷媒に混
入して配管内を循環する冷凍機油は、徐々にこの液溜器
２６中に溜まってくることとなる。この間に溜まった冷
凍機油及び液溜器２６は、吐出ガス冷媒の作用を受けて
高温高圧の状態にある。一方、この状態から、切換手段
２５を給湯運転に切換え、遮断弁２５を開作動すると、
上記液溜器２６は上記圧縮機１の吸込配管６側へ吸出管
３５を介して接続されることとなり、上記圧縮機１の吸
込圧力の作用を受けて、液溜器２６中の冷凍機油は急速
に吸込配管６側へ吸出されるのである。この吸込配管６
は常時低温低圧のガス冷媒が流通しているので、液溜器
２６から吸込配管６側へ放出された冷凍機油は急速に低
温低圧状態に変化する。そこで、配管内を流れる冷媒を
、上記高温高圧及び低温低圧の二状態の冷凍機油に対す
る熔解度の差が、低沸点側冷媒よりも高沸点側冷媒の方
が大きい非共沸混合冷媒で構成することにより、空調サ
イクル時には液溜器２６中の高温高圧の冷凍機油に高沸
点冷媒が多く溶は込むので、この高沸点冷媒の少ない組
成の冷媒が配管を循環することとなり、一方給湯サイク
ル切換後には、上記冷凍機油は急速に低温低圧状態に変
化するので、これに溶は込んでいた高沸点冷媒は短時間
のうちに放出されることとなる。このことにより、給湯
運転切換時、配管を循環する冷媒は、短時間のうちに高
沸点冷媒の多い組成になるので、前述のような凝縮圧力
の上昇することがなくなり、圧縮機１の吐出ガス圧の異
常昇圧の発生を防止することが可能となるのである。

（実施例） 次に、この発明のヒートポンプシステムの具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図は、この発明の一実施例における全体構成を示す
冷媒回路図であり、−基の室外熱交換器１０と三基の室
内熱交換器２０．２１．２２及び−基の給湯用熱交換器
２日を有する王室空調及び給湯用ヒートポンプシステム
として構成されている。同図において、室外熱交換器１
０は液管１１によって、各室にそれぞれ配置された室内
熱交換器２０．２１．２２に接続されている。この液管
１１には、上記室外熱交換器１０側より主管膨張弁１２
、レシーバタンク１３、液閉鎖弁１４が順次介設されて
おり、またこの液閉鎖弁１４と上記各室内熱交換器２０
．２１．２２との間は、それぞれ支管膨張弁２０１．２
１１．２２１の介設された三本の分岐液管２０２．２１
２．２２２に分岐されている。

そして、上記各室内熱交換器２０．２１．２２にはそれ
ぞれ分岐ガス管２０３．２１３．２２３が接続されてお
り、これらの分岐ガス管２０３．２１３．２２３の合流
点はガス閉鎖弁１５の介設された室内側ガス管１６によ
って、また、上記室外熱交換器１０は室外側ガス管１７
によって、それぞれ冷暖切換用の四路切換弁（以下、冷
暖切換弁という。）１８に接続されている。一方、圧縮
機１の吐出配管２は四路切換弁２５に接続されており、
この四路切換弁２５の上記吐出配管２との連通可能な一
方の接続ポートと、上記冷暖切換弁１８の一方の接続ポ
ートとが、液溜器２６の介設された第１ガス管３により
接続されると共に、上記冷暖切換弁１８の他方の接続ポ
ートは、２箇のアキュームレータ４．５の介設された吸
込配管６に接続されて、空調用冷媒循環回路を構成して
いる。

上記四路切換弁２５は、空調と給湯とを切換える切換手
段となるものであって、上記吐出配管２と連通可能な他
方の接続ポートには、貯湯槽２７内に設置されている給
湯用熱交換器２８が、ガス閉鎖弁２９の介設された給湯
用ガス管３ｏによって接続されている。またこの給湯用
熱交換器２８は、前記液管１１に介設されているレシー
バタンク１３に、液閉鎖弁３１の介設された給湯用液管
３２により接続されている。さらに、この給湯゛用液管
３２には、給湯用熱交換器２８側から液管１１１１へ向
かう冷媒流れを許容する方向の逆止弁３３と、この逆止
弁３３に並列接続され、デフロスト運転以外は閉成され
る電磁弁３４とが介設されている。そして前記四路切換
弁２５において、上記給湯用ガス管３０及び前記第１ガ
ス管３との連通が可能な接続ポートは、吸込配管６の前
記冷暖切換弁１８とアキュームレータ５との間に、’１
管３５により接続されている。したがって、上記四路切
換弁２５は、上記吸出管３５が第１ガス管３と連通ずる
位置においては、第１ガス管３側がら吸出管３５側への
冷媒流れが生じ、一方、給湯用ガス管３０と連通ずる位
置では、後述するように、これらの配管を通しての冷媒
流れは生じず、吸出管３５に介設した遮断弁としての機
能を有するものでもある。

以上のように構成された上記実施例の作動状態について
、次に説明する。まず室内を冷房又は暖房する空調運転
時には、図中実線及び破線矢印で示す冷媒流れが生ずる
ように四路切換弁２５を切換える。すなわち、圧縮機１
から吐出される高温高圧のガス冷媒は、吐出配管２、四
路切換弁２５を経由して、第１ガス管３に流入し、これ
に介設しである液溜器２６を通って冷暖切換弁１８へと
供給される。そしてこの冷暖切換弁１８の切換位置によ
り、実線矢印方向に室内熱交換器２ｏ、２１．２２側か
ら室外熱交換器１０側へ循環する暖房サイクル循環が、
また破線矢印方向に室外熱交換器１０側から室内熱交換
器２０．２１．２２側へ循環する冷房サイクル循環がそ
れぞれ行なわれ、冷暖切換弁１８に戻った低温低圧のガ
ス冷媒は、吸込配管６を通して圧縮機１に返流されるの
である。このとき給湯用熱交換器２日に接続されている
給湯用ガス管３０は、四路切換弁２５、吸出管３５を介
して低圧が作用している吸込配管６に連通しており、し
たがって、給湯用液管３２に介設されている逆止弁３３
には流れ阻止方向の圧力差がかかるので、給湯用熱交換
器２８には冷媒流れは生じず、給湯加熱停止状態にある
。また、このとき、循環冷媒に混入して配管内を循環し
ている冷凍機油はアキュームレータ４．５において、ガ
ス冷媒より分離されて、それらのアキュームレータ４．
５に溜まっていくとともに、図中アキュームレータ５の
内部を模式的に示すように、圧縮機１側の内部連通管７
は、底部まで伸びて更に上方に向かう鉤状のパイプで構
成されると共に、その底部位置には小孔８が設けられて
おり、したがって、このアキュームレータ４．５に溜ま
る冷凍機油は、上記小孔８を通して適量吸い出され、ガ
ス冷媒と共に、圧縮機１に流入していくのである。

一方、圧縮機１からは油が混入したガス冷媒が吐出配管
２を通して吐出されており、この吐出ガス冷媒に含まれ
る冷凍機油量と、上記アキュームレータ４．５より流入
される冷凍機油量とがバランスした状態で、圧縮機１内
の冷凍機油量が保持されているのである。そして、上記
吐出配管２へ吐出されたガス冷媒は第１ガス管３に介設
している液溜５２６を経由して冷暖切換弁１８に供給さ
れる。この液溜器２６は、第１図中、その内部構造を模
式的に示しているように、例えば、四路切換弁２５例の
内部連通管３６は底部に近接して開口する直管で構成さ
れ、他方の冷暖切換弁１８例の内部連通管３７は短管で
構成されているような、ガス−液分離機能を有しており
、したがって、冷凍機油が混入されたガス冷媒がこの液
溜器２６を流通するときには、冷凍機油は分離されて、
次第にこの液溜器２６内に溜まっていくこととなる。

以上のことにより、上記空調運転時に、アキュームレー
タ４．５に溜まっていた冷凍機油は次第に液溜器２６へ
と移し換えられることとなる。この移し換えられる冷凍
機油は、移し換え前は低温低圧であるが、移し換え後は
圧縮機１の吐出ガス冷媒にさらされているので、高温か
つ高圧状態である。

次に、給湯運転の作動状態について説明する。

第１図中、一点鎖線の矢印で示す方向に冷媒を循環させ
ることによって、給湯加熱が行なわれる。

すなわち、圧縮機１から吐出される高温高圧のガス冷媒
は、吐出配管２、四路切換弁２５、給湯用ガス管３０、
給湯用熱交換器２８、給湯用液管３２を経由して、液管
１１に介設しているレシーバタンク１３に流入する。そ
して、冷暖切換弁１８を室外熱交換器１０が吸込配管６
に連通する位置に切換えておくことにより、上記給湯用
熱交換器２８からレシーバタンク１３に流入した冷媒は
、室外熱交換器１０、室外側ガス管１７、冷暖切換弁１
８、吸込配管６を経由して圧縮機１に返流され、このと
き上記給湯用熱交換器２８は凝縮器として作用し、湯の
加熱が行なわれる。なお、このとき室内熱交換器２０．
２Ｌ２２は、室内側ガス管１６、冷暖切換弁１８、第１
ガス管３、四路切換弁２５、吸出管３５を介して吸込配
管６に連通しており、したがって、支管膨張弁２０１．
２１１．２２１を適宜開制御することにより、室内側の
同時冷房運転も可能である。

上記のように、四路切換弁２５の切換えによって、空調
運転から給湯運転へと切換えられるが、この四路切換弁
２５の切換えと同時に、上記第１ガス管３に介設してい
た液溜器２６は、吐出配管２との連通状態から、吸出管
３５を介して吸込配管６へ連通する状態に切換わり、圧
縮機１の吸込圧力が作用することとなる。したがって、
先に述べたように、液溜器３５の底部まで伸びた内部連
通管３６の開口位置を超える冷凍機油は急速に吸込配管
６１’ｌへ吸出されることとなる。吸出された冷凍機油
は、アキュームレータ４．５の介設されている吸込配管
６側に移し換えられると略同時に、低温低圧状態となる
。

以上の説明のように、上記実施例においては、圧縮機１
の作動に必要な適正量の冷凍機油以外の余剰の冷凍機油
が、非給湯運転（空調運転）時には、液溜器２６内に高
温高圧の状態で次第に溜め込まれ、一方給湯運転への切
換えと略同時に、上記高温高圧の冷凍機油が吸込配管６
側へ吸い出されて、低温低圧状態となるのである。そし
て、上記実施例においては、冷媒として沸点の異なる、
例えばＲ２２とＲ１１４との混合冷媒を用い、冷凍機油
としてスニソ４ＧＳを用いている。第２図（ａ）　（ｂ
）にはＲ２２及びＲ１１４のスニソ４ＧＳに対する熔解
度特性を、それぞれ示しているが、低沸点側の冷媒Ｒ２
２は、同図（ａ）のように、上記装置の作動条件である
圧力２０ｋｇ／−以下、油温１２０℃以下の範囲では殆
ど熔解度に差はなく、一方、高沸点側の冷媒Ｒ１１４に
おいては、同図（ｂ）の（Ａ）（Ｂ）で示すように、上
記装置において得られる高温高圧と、低温低圧の二状態
に対して、熔解度が大きく異なるものである。すなわち
、高温高圧の冷凍機油には多量のＲ１１４が吸収され、
そしてこの冷凍機油が低温低圧になると吸収していたＲ
１１４が放出される。したがって、前記したように、非
給湯運転時には液溜器２６に溜め込まれた冷凍機油中に
、Ｒ１１４は多量に吸収されてい（ので、空調冷媒循環
サイクルには、高沸点冷媒Ｒ１１４の少ない組成の冷媒
が循環して、従来通りの空調能力を維持し得る。一方、
給湯運転時には、その切換えと略同時に上記Ｒ１１４が
冷凍機油中から放出され、したがって、高沸点冷媒Ｒ１
１４の多い組成の冷媒が循環することとなる。このこと
から、従来装置において生じていたような圧縮機１から
の吐出ガス圧の異常昇圧が防止できることとなるのであ
る。

以上の説明のように、上記実施例においては、給湯運転
切換時に、高沸点冷媒の多い組成に短時間で変化するの
で、圧力の異常昇圧を防止でき、さらには、この圧力上
昇度が低減されることから、従来に比べて沸き上げ湯温
を上昇させることも可能となる。また、従来は空調と給
湯とのそれぞれの運転に共に使用し得る冷媒を選定し、
その結果各能力を抑えざるを得ない状態で装置構成が成
されていたが、上記実施例によれば、それぞれの空調サ
イクル、及び給湯サイクルに略適合した冷媒組成へと自
動的に変化するので、各能力の向上が図れることとなる
。また上記実施例の説明の中で、液溜器２６の内部流通
管３６を底部に開口する直管で構成したが、このとき、
空調サイクル時に流入するガス冷媒は、冷凍機油中をバ
ブリングしながら流通する状態となり、このことにより
ガス冷媒の冷凍機油中への溶解がより速やかに行なわれ
るという効果を有している。

なお、上記実施例においては、−例として、Ｒ２２とＲ
１１２、スニソ４ＧＳを挙げたが、上記説明のように、
高沸点側の冷媒により大きな熔解度の差が生じる組合せ
であれば、他の冷媒、冷凍機油を使用することができる
。また、切換手段及び遮断弁として、それらの機能を兼
用する四路切換弁２５で構成したが、例えば、吐出配管
２を第１ガス管３と給湯用ガス管３０とに切換え可能で
あれば、三方弁やその他の弁で構成することが可能であ
り、またこのとき、吸出管３５は独自の遮断弁を介設す
ると共に、直接液溜器２６に接続する構成とすることも
できる。さらに、吸込配管６に介設したアキュームレー
タ４．５は、上記吸込配管６に液溜の機能を有するよう
に、例えば配管径の大きな領域を付加すれば、上記アキ
ュームレータ４．５は省略することもできる。

（発明の効果） 以上の説明のように、この発明のヒートポンプシステム
においては、高温高圧側と低温低圧側との冷凍機油に対
する熔解度の差が、低沸点側冷媒よりも高沸点側冷媒の
方が大きな非共沸混合冷媒を使用すると共に、非給湯運
転時には高温高圧の冷凍機油を溜め込むと共に、この冷
凍機油中に上記高沸点冷媒を溶解さ廿る液溜器を設け、
給湯運転切換時には上記液溜器中の冷凍機油を圧縮機の
吸込配管側へ吸出し、これにより短時間の間に低温低圧
となされて、上記高沸点冷媒が放出され、この高沸点冷
媒を多（含んだ冷媒組成となるので、貯湯槽の湯温が上
昇していても凝縮圧力が上昇せず、したがって、圧縮機
からの吐出ガス圧の異常昇圧を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のヒートポンプシステムの一実施例に
おける全体構成を示す冷媒回路図、第２図（ａｌ　（ｂ
）はスニソ４ＧＳ中へのＲ２２とＲ１１４の熔解度を示
すグラフ、第３図は従来の空調機の冷媒回路図である。 １・・・圧ｗｉ機、２・・・吐出配管、３・・・第１ガ
ス管、６・・・吸込配管、１０・・・室外熱交換器、１
１・・・液管、２０．２１，２２・・・室内熱交換器、
２５・・・四路切換弁（切換手段）（遮断弁）、２６・
・・液溜器、２８・・・給湯用熱交換器、３５・・・吸
出管。 第２図 （久）　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液管（１１）で互いに接続された室外及び室内熱交
   換器（１０）（２０）（２１）（２２）の一方の熱交換
   器を第１ガス管（３）を介して圧縮機（１）の吐出配管
   （２）に接続すると共に、他方の熱交換器を上記圧縮機
   （１）の吸込配管（６）に接続し、さらに上記液管（１
   １）に接続された給湯用熱交換器（２８）を上記第１ガ
   ス管（３）と吐出配管（２）との間に接続された切換手
   段（２５）に接続して、上記給湯用熱交換器（２８）を
   上記吐出配管（２）に連通可能とし、上記第１ガス管（
   ３）には、上記圧縮機（１）からの吐出ガス冷媒が上記
   第１ガス管（３）へと供給される非給湯運転時に上記吐
   出ガス冷媒に混入した冷凍機油を溜め込む液溜器（２６
   ）を介設すると共に、上記液溜器（２６）と上記吸込配
   管（６）との間には、上記圧縮機（１）からの吐出ガス
   冷媒が上記給湯用熱交換器（２８）へと供給される給湯
   運転時に、上記圧縮機（１）の吸込圧力の作用により上
   記液溜器内に溜め込まれた液を放出するための吸出管（
   ３５）を接続すると共に、この吸出管（３５）には上記
   切換手段（２５）と連動する遮断弁（２５）を介設し、
   一方配管内を流れる冷媒を、高温高圧側と低温低圧側と
   の二状態の冷凍機油に対する各熔解度の差が低沸点側冷
   媒よりも高沸点側冷媒の方が大きい非共沸混合冷媒で構
   成したことを特徴とするヒートポンプシステム。