(57)【要約】  ヒートポンプには、単一の膨張装置および１対の四方逆転弁が設けられる。逆転弁の一方は、冷媒をコンプレッサに戻すだけでなく、コンプレッサから屋外熱交換器または屋内熱交換器のいずれかに冷媒を送る。第２の四方逆転弁は、熱交換器の一方から冷媒を受け取り、単一の方向で共通の膨張装置を通る冷媒の経路を正確に決定する。２つの四方逆転弁は、ヒートポンプが冷房モードで作動しているか、それとも暖房モードで作動しているかに基づいて制御される。単一の膨張装置センサは吸い込みラインに置かれ、その吸い込みラインは、第１の四方弁からコンプレッサに戻る途中の冷媒を受け取る。こうして、本発明は、従来技術では必要される部品の追加を不要にし、制御性を高め、システムにかかるコストを削減する。
2008534912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサと、屋外熱交換器および屋内熱交換器と、冷房モードで作動する場合に、前記コンプレッサから前記屋外熱交換器に冷媒を選択的に送り、暖房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器に冷媒を送る第１の流れ制御装置と、を有するヒートポンプであって、冷媒は、前記屋内熱交換器または前記屋外熱交換器のいずれかから第２の流れ制御装置に流れ、前記第２の流れ制御装置は、前記ヒートポンプが冷房モードで作動する場合に、前記屋外熱交換器から冷媒を受け取り、前記ヒートポンプが暖房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器から冷媒を受け取って、共通の膨張装置を通る前記冷媒の経路を決定するように位置を決められ、冷媒は、前記共通の膨張装置を通って、前記第２の流れ制御装置に戻り、前記ヒートポンプが前記冷房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器に進み、前記ヒートポンプが前記暖房モードで作動する場合に、前記屋外熱交換器に進み、次いで、前記冷媒は、前記第１の流れ制御装置を通って前記コンプレッサに戻り、吸い込みラインは、前記第１の流れ制御装置から冷媒を受け取って、前記冷媒を前記コンプレッサの吸い込み口に送り、膨張装置センサが前記吸い込みラインに配置され、前記共通の膨張装置に情報を伝達することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
前記共通の膨張装置は温度膨張弁であり、前記膨張装置のセンサは感温筒であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項３】
前記共通の膨張装置は温度膨張弁であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項４】
前記第２の流れ制御装置と前記第１の流れ制御装置の機能のそれぞれは、同じタイプの流れ制御装置によってともにもたらされることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
【請求項５】
前記第１の弁は四方逆転弁であり、前記第２の弁は四方逆転弁であることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ。
【請求項６】
ヒートポンプを運転する方法であって、
（１）コンプレッサと、屋外熱交換器および屋内熱交換器と、前記ヒートポンプが冷房モードで作動する場合に、前記コンプレッサから前記屋外熱交換器に冷媒を選択的に送り、前記ヒートポンプが暖房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器に冷媒を送る第１の流れ制御装置と、を設け、冷媒は、前記屋内熱交換器または前記屋外熱交換器のいずれかから第２の流れ制御装置に流れ、前記第２の流れ制御装置は、前記ヒートポンプが冷房モードで作動する場合に、前記屋外熱交換器から冷媒を受け取り、前記ヒートポンプが暖房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器から冷媒を受け取って、共通の膨張装置を通る前記冷媒の経路を決定するように位置を決められ、冷媒は、前記共通の膨張装置を通って、前記第２の流れ制御装置に戻り、前記ヒートポンプが前記冷房モードで作動する場合に、前記屋内熱交換器に進み、前記ヒートポンプが前記暖房モードで作動する場合に、前記屋外熱交換器に進み、前記冷媒は、前記第１の流れ制御装置を通って前記コンプレッサに戻るように構成するステップと、
（２）前記ヒートポンプを冷房モードで運転するか、それとも暖房モードで運転するかを判断するステップと、
（３）ステップ（２）の前記判断に基づいて前記第１の流れ制御装置および前記第２の流れ制御装置を位置決めするステップと、
を含む方法。
【請求項７】
さらに、前記第１の流れ制御装置から冷媒を受け取り、前記冷媒を前記コンプレッサの吸い込み口に送る吸い込みラインを設け、膨張装置センサが前記吸い込みラインに置かれ、前記膨張装置センサが、前記共通の膨張装置に情報を伝達するようにするステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記共通の膨張装置は温度膨張弁であり、前記膨張装置センサは感温筒であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記共通の膨張装置は温度膨張弁であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の流れ制御装置は、単一の弁によってもたらされ、前記第１の流れ制御装置は、同じタイプの弁によってもたらされることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の弁は四方逆転弁であり、前記第２の弁は四方逆転弁であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ヒートポンプが冷房モードで作動しているか、または暖房モードで作動しているかに応じて、単一の膨張装置を通る冷媒の経路を適切に決める流れ制御装置に接続された単一の膨張装置を有するヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒システムは、調整されるべき様々な屋内環境にある空気の温度及び湿度を制御するのに利用される。冷房モードでの典型的な冷媒システムの運転では、冷媒はコンプレッサで圧縮されて、凝縮器（つまりこの場合は屋外熱交換器）に送られる。凝縮器では、外部周囲空気と冷媒との間で熱交換が行われる。冷媒は、凝縮器から膨張装置に進み、膨張装置で膨張されて圧力および温度が下がり、次いで、蒸発器（つまり屋内熱交換器）に進む。蒸発器では、屋内空気を調整するために、冷媒と屋内空気との間で熱交換が行われる。冷媒システムが作動しているときに、蒸発器は、屋内環境に供給されつつある空気を冷却する。さらに、屋内空気の温度が下がるときに、通常では、その空気から水分も取り除かれる。このように、屋内空気の湿度レベルも調整することができる。
【０００３】
上記の説明は、冷媒システムが冷房運転モードで使用される場合に関する。暖房モードでは、システムを通る冷媒流は基本的に逆転される。屋内熱交換器は凝縮器となり、調整されるべき（この場合は暖房されるべき）環境に熱を放出し、屋外熱交換器は、蒸発器という用途を果たし、相対的に冷たい屋外空気と熱交換する。ヒートポンプは、冷媒サイクルを通る冷媒流を逆転させて、暖房モードおよび冷房モードの両方で運転できるシステムとして知られている。これは通常、コンプレッサ吐出口の回路図上の下流で、四方逆転弁（または同等の装置）をシステムに組み込むことによって達成される。四方逆転弁は、システムが暖房運転モードまたは冷房運転モードにある場合に、それぞれ屋内熱交換器または屋外熱交換器を通るように冷媒流を選択的に案内する。通常では、１対の膨張装置が、それぞれ逆止弁とともに使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術によるヒートポンプの１つの問題は、膨張機能の付与に伴って複雑になることである。冷媒は、ヒートポンプ内で（運転モードに応じて）逆方向に流れるので、共通の適切な膨張装置を設けることは困難であった。さらに、信頼性を高め、制御性を改良するという要求は、最近では業界の基本的課題の１つとなったので、固定オリフィス膨張装置が標準であった用途で、今や、温度膨張装置がしばしば見られる。
【０００５】
別の手法は、本発明の出願人によって所有されている同時係属の米国特許出願第１０／６９３，９３号に開示されている。この考え方では、運転モードに応じて適切な位置に移動される可動プランジャとともに、ただ１つの膨張装置が使用される。
【０００６】
別の手法は、電子膨張装置を利用することである。しかし、電子膨張装置は高価であり、電子部品およびセンサを追加する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示した実施形態では、冷媒システムはヒートポンプとして使用され、コンプレッサから屋内熱交換器および屋外熱交換器に冷媒を適切に送る第１の四方逆転弁を内蔵する。第２の四方逆転弁は、２つの熱交換器の間で、単一の膨張装置を通る適切な方向の冷媒経路を決定する。ＴＸＶ（温度膨張弁）感温筒は、コンプレッサに通じる吸い込みライン上で第１の四方逆転弁の下流に配置される。したがって、冷媒流の方向に関係なく、ＴＸＶ感温筒は、コンプレッサ吸い込み部で冷媒の特性を十分に観測し、膨張装置を適切に制御し、膨張装置に情報を送り返す。さらに、第２の四方逆転弁は、冷媒が膨張装置を通って適切な方向に流れることを保証している。システム用の制御部は、２つの四方逆転弁を適切な位置に切り換え、ＴＸＶ感温筒によって検出された冷媒の状態に基づいて膨張装置を制御する。
【０００８】
したがって、本発明は、部品の追加を不要にすることにより、より信頼でき、より安価で、より製造し易くしたヒートポンプを提示する。さらに、改善した制御が提示される。
【０００９】
本発明のこれらのおよび他の特徴は、以下の明細書および添付図面からより深く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
一般的なＴＸＶでは、感温筒は、コンプレッサの上流で蒸発器の下流にある冷媒の状態を検出する。この感温筒は、ＴＸＶプランジャに情報を送り返し、ＴＸＶポートの開口度を調整する。ＴＸＶは、電子膨張装置よりもはるかに安価であり、固定オリフィス膨張装置の制御を改善するが、以下に述べるように、今までのヒートポンプでは、通常２つのこれらのＴＸＶが必要とされてきた。
【００１１】
図１は、冷媒を圧縮し、その冷媒を吐出ライン２３に送出するコンプレッサ２２を内蔵した従来技術の冷媒システム２０を示している。四方逆転弁２４は、吐出ライン２３から冷媒を受け取り、適切な熱交換器に冷媒を送るように位置を決められる。冷媒システムが冷房モードで作動する場合、冷媒は、最初にライン２６を通って屋外熱交換器２８に案内される。次いで、冷媒は、逆止弁３２と冷房用温度膨張装置３０を通って屋内熱交換器３４に流れる。冷房用ＴＸＶ感温筒３６は、屋内熱交換器３４の下流のライン３８上で状態を観測して、冷房用温度膨張装置３０が冷媒を所望の過熱値でコンプレッサの吸い込み口に送るように制御されるのを保証する。
【００１２】
ライン３８は、元に戻って第１の四方逆転弁２４につながり、冷媒は、吸い込みライン３９を通ってコンプレッサ２２に戻される。四方逆転弁２４が逆の位置に移動されて、ヒートポンプ２０が暖房モードで作動する場合、冷媒は吐出ライン２３からライン３８に流れ、屋内熱交換器３４を通り、逆止弁４２、暖房用温度膨張弁４０、屋外熱交換器２８を通り、四方逆転弁２４を通ってライン３９に戻る。この場合も、ＴＸＶ感温筒４４はライン２６上で状態を検出し、コンプレッサ吸い込み部の状態を所望のものとして保証するように、暖房用温度膨張装置４０を適切に制御することができる。
【００１３】
図１にある従来技術によるサイクルの簡略図は、広範囲にわたる各種装置およびシステム構成を網羅しているわけではないことを理解されたい。吸い込み部アキュムレータ、冷媒貯蔵受け器、冷媒分流装置、冷媒側エコノマイザ、再加熱コイル、補助熱交換器などの部品を追加してシステム設計に組み入れることができる。
【００１４】
従来技術は、広範囲にわたる冷暖房用途を提供するが、部品の追加を必要とする。すなわち、２つの異なる温度膨張弁、２つの異なる逆止弁、および２つの異なる感温筒が必要とされる。
【００１５】
本発明は、図２に示されている。この図では、ヒートポンプ５０は、圧縮した冷媒を吐出ライン５４に送出するコンプレッサ５２を有して示されている。第１の四方逆転弁５６は、吐出ライン５４から屋外熱交換器５８または屋内熱交換器６８の一方に選択的に冷媒を送るように位置を決められる。冷房モードでは、冷媒は、第１の四方逆転弁５６を通って屋外熱交換器５８に進み、さらに第２の四方逆転弁６０に進む。第２の四方逆転弁６０からの冷媒は、単一の膨張装置６２に通じたライン６４に送られる。冷媒は、膨張装置６２を下ってライン６６を通り、第２の四方逆転弁６０に戻って、屋内熱交換器６８に進む。冷媒は、屋内熱交換器６８から、第１の四方逆転弁５６に戻るライン７０に進む。第１の四方逆転弁５６は、この冷媒をライン７２に送り、冷媒は、そこからコンプレッサ５２に戻る。単一のＴＸＶ感温筒７４は、ライン７２上に配置され、温度膨張装置６２を制御し、温度膨張装置６２に情報を送り返すことができる。
【００１６】
冷媒システムが暖房モードで運転される場合、２つの四方逆転弁５６，６０の動作は逆転される。このとき、冷媒は、ライン５４からライン７０に進み、屋内熱交換器６８を通って四方逆転弁６０に進む。冷媒は、四方逆転弁６０からライン６４、単一の温度膨張装置６２、ライン６６を通って四方逆転弁６０に戻り、屋外熱交換器５８に進んで第１の四方逆転弁５６に戻る経路で送られる。冷媒は、第１の四方逆転弁５６を通ってライン７２に流れ、コンプレッサ５２に戻る。
【００１７】
このように、本発明は、少なくとも２つの異なる膨張装置、２つの逆止弁、および２つの感温筒を必要とすることなく、ヒートポンプ機能を付与し、かつ膨張機能を付与する高信頼性の単純な方法を提供する。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者ならば、特定の修正が本発明の範囲に入ると分かるであろう。この理由から、本発明の真の範囲および趣旨を確定するために、添付の特許請求の範囲が検討されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術による冷媒システムの概略図である。
【図２】本発明の冷媒システムを示す図である。
【図１】
2008534912.tif 000003
【図２】
2008534912.tif 000004
【国際調査報告】
2008534912.tif 000005