JPH06272978A

JPH06272978A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH06272978A
Application number: JP5764693A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 哲夫佐野; Yasuhiro Arai; 康弘新井; Takayoshi Iwanaga; 隆喜岩永; Tetsuji Yamashita; 哲司山下; Koichi Goto; 功一後藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】運転モードに対応して最適な冷媒混合比を確
保し、暖房モード時の暖房能力の向上と冷房モード時の
冷房能力の向上を図る。【構成】圧縮機１と室内熱交換器７と減圧装置１１と
室外熱交換器１３とにより構成され、暖房モード時に、
室内熱交換器７を凝縮器として、室外熱交換器１３を蒸
発器として使用する一方、冷房モード時に、室内熱交換
器７を蒸発器として、室外熱交換器１３を凝縮器として
使用する混合冷媒を用いた空気調和装置において、前記
室外熱交換器１３と室内熱交換器７との間で冷媒が、液
冷媒となる液相通路１５ａの途中に、冷媒を貯留する貯
留タンク９を設け、貯留タンク９に、加熱量の制御可能
な冷媒加熱手段１９を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、冷媒に混合冷媒を用
いた空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ヒートポンプ式の空気調和装置
にあっては、例えば、図９に示すように圧縮機１０１
と、室内熱交換器１０３と、減圧装置１０５と、室外熱
交換器１０７とにより構成される。

【０００３】冷房モード時には、四方弁１０９を切換え
ることで、室内熱交換器１０３は蒸発器として、室外熱
交換器１０７は凝縮機として使用されるもので、圧縮機
１０１から吐出された冷媒は、点線矢印で示すように室
外熱交換器１０７→減圧装置１０５→室内熱交換器１０
３を通り、仕事を終えた冷媒は再び圧縮機１０１に戻る
冷凍サイクルを繰返す。

【０００４】暖房モード時には、室内熱交換器１０３を
凝縮器として、室外熱交換器１０７を蒸発器として使用
するもので、圧縮機１０１から吐出された冷媒は、実線
矢印で示すように室内熱交換器１０３→減圧装置１０５
→室外熱交換器１０７を通り、仕事を終えた冷媒は再び
圧縮機１０１に戻るサイクルを繰返すことで、暖房モー
ド、冷房モードがそれぞれ得られるようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した如く、室内・
室外熱交換器１０３，１０７を蒸発器として、または凝
縮器としてそれぞれ使用することで冷房モード、暖房モ
ードがそれぞれ得られる。この場合、単一冷媒に代え
て、沸点の低い低沸点冷媒と沸点の高い高沸点冷媒から
なる混合冷媒を使用すると、沸点の高い冷媒（高沸点冷
媒）は、低沸点冷媒に比し同等の凝縮圧力でより高い凝
縮温度（すなわち室内側に高い吹き出し空気温度を出す
事）が実現できる利点がある。このため高圧側の圧力を
それほど上げなくても暖房吹き出し温度を高めるため、
凝縮温度を上げる運転が可能となり暖房感の高い空調が
可能となる。その反面、外気温度が低いときに暖房能力
を高めるために圧縮機の回転数を高め循環量を増加させ
ようとしたとき、蒸発器に於いて気化した冷媒の比体積
が大きいため、蒸発器から吸入管路を経て圧縮機までの
圧力損失の増大および圧縮機の吸入量が回転数を増加し
た割には増加しない。従って動力が増加する割には暖房
能力が増加せず、効率の低下が著しくなると言う欠点が
あった。

【０００６】一方、低沸点冷媒では、蒸発器に於いて気
化した冷媒の比体積が小さいため同じ圧縮機の排除容積
に対し循環量が多くなり、効率よく能力を高める事が出
来る。従って、外気温度が低くなり暖房能力がでにくい
条件の時は低沸点冷媒の比率が多い方が有利である。そ
の反面、同じ凝縮温度に対する凝縮圧縮が高いため高温
度の吹き出しをしようとすると高圧側の圧力が上昇し機
器の設計圧力を越える恐れがあるためそれ以上に高める
事が出来ないと言う制約がある。

【０００７】そこで、この発明は、運転条件に応じて混
合冷媒の組成比の比率をかえることで最適な運転モード
が得られるようにした空気調和装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、圧縮機と室内熱交換器と減圧装置と室
外熱交換器とにより構成され、暖房モード時に、室内熱
交換器を凝縮器として、室外熱交換器を蒸発器として使
用する一方、冷房モード時に、室内熱交換器を蒸発器と
して、室外熱交換器を凝縮器として使用する混合冷媒を
用いた空気調和装置において、例えば、前記室外熱交換
器と室内熱交換との間で、冷媒が液冷媒となる液相通路
の途中に、冷媒を貯留する貯留タンクを設け、貯留タン
クに、加熱量制御可能な冷媒加熱手段を設ける。

【０００９】

【作用】かかる空気調和装置によれば、暖房運転におい
て、混合冷媒は、圧縮機→室内熱交換器→減圧装置→室
外熱交換器を通り再び圧縮機に戻る暖房サイクルを繰返
す。

【００１０】この暖房サイクル時に、混合冷媒の一部
は、液相通路に設けられた貯留タンク内に流れ貯留され
る。貯留タンク内の混合冷媒は、例えば、外気温が運転
設定温度より低いと、冷媒加熱手段が働いて加熱され
る。この加熱温度は、低沸点冷媒がガス化し易い温度に
制御されることで、ガス化した低沸点冷媒は、循環サイ
クル内へ流れ出るため、貯留タンク内では高沸点冷媒の
比率が高まる結果、循環する混合冷媒の組成比は、低沸
点冷媒が大きくなり、低沸点冷媒での暖房運転が可能と
なる。これにより、凝縮器として作用する室内熱交換器
において、フィンを通る空気は、熱交換され、温風とな
って室内へ向け送り出される。

【００１１】一方、蒸発器として作用する室外熱交換器
にあっては、周囲の空気からフィンを通して蒸発の潜熱
を奪い霧状から効率よくガス状となるが低沸点冷媒成分
が高められているので、気化した冷媒の比体積が小さく
なり、圧縮機の排除容積に対する循環量が増大し、効率
よく暖房能力を高められる。

【００１２】次に、冷房運転に入ると、室内熱交換器は
蒸発器として、室外熱交換器を凝縮器として作用する。
即ち、圧縮機で冷媒ガスを吸入・圧縮し、高温高圧にし
て送り出す。高温高圧ガスは凝縮器（熱交換器）に入
る。この時、冷媒ガスはフィンを通過する空気に凝縮の
潜熱を奪われて液化される。

【００１３】液化した冷媒は、減圧装置へ流れ、ここで
高圧の冷媒は急激に膨脹して、低温低圧の霧状となる。
次に蒸発器（熱交換器）に流れ、周囲の空気からフィン
を通して蒸発の潜熱を奪い、空気を冷却して冷風とし、
室内へ送られる。冷媒はここで霧状からガス状になり、
再び圧縮機に流れる。このサイクルの繰返しで冷房が行
われる。

【００１４】この冷凍サイクル時において、例えば、冷
房負荷が大きい時は、冷媒加熱手段により貯留タンクを
加熱すると、ガス化した低沸点冷媒は循環サイクル内へ
流れるため、貯留タンク内の高沸点冷媒の比率が高ま
り、循環する混合冷媒の組成比は、低沸点冷媒が大きく
なる。これにより、圧縮機の排除容積に対する循環量が
増大し、効率よく冷房能力が高められる。

【００１５】また、外気温等の条件に対応して冷媒加熱
手段による加熱をオフとすることで、混合冷媒は封入時
の冷媒比に戻るため、凝縮温度に対する凝縮圧力が低く
抑えられる結果、高温度の吹き出しを行なう場合でも、
設計圧力を越えて高圧側の圧力が上昇することはない。

【００１６】

【実施例】以下、図１乃至図６の図面を参照しながらこ
の発明の一実施例を詳細に説明する。

【００１７】図１は、沸点の高い高沸点冷媒と沸点の低
い沸点冷媒とを約７：３の割合で混合した混合冷媒が封
入されたヒートポンプ式の空気調和装置であって、１は
サクションカップ３を有する圧縮機、５は四方弁、７は
室内熱交換器、９は貯留タンク、１１は減圧装置、１３
は室外熱交換器をそれぞれ示しており、循環通路となる
冷媒パイプ１５を介して接続連通している。

【００１８】圧縮機１は、サクションカップ３からのガ
ス状の混合冷媒を高温、高圧の冷媒ガスとして吐出する
よう機能する。

【００１９】四方弁５は、切換操作することで圧縮機１
からの冷媒を室内熱交換器７側へ又は室外熱交換器１３
側へ冷媒ガスを切換えるもので、図面は圧縮機１から吐
出された冷媒ガスを室内熱交換器７側へ送るよう設定さ
れている。

【００２０】室内熱交換器７は、冷房時において蒸発器
として、暖房時において凝縮器としてそれぞれ使用す
る。

【００２１】蒸発器として使用する室内熱交換器７にお
いて、減圧装置１１から低温低圧の霧状となって送り込
まれる冷媒ガスは、室内送風機１７によって熱交換器７
のフィンを通過する空気により蒸発してガス状になると
共に周囲の空気からフィンを通して蒸発の潜熱を奪い、
空気を冷却して冷風とするよう機能し、冷風は室内送風
機１７によって室内へ送られるようになる。

【００２２】また、凝縮器として使用する室内熱交換器
７において、圧縮機１から高温高圧のガス状となって送
り込まれる冷媒ガスは、室内送風機１７によって熱交換
器１７のフィンを通過する空気に凝縮の潜熱を奪われて
霧状になると共にフィン通過時の空気に熱を与えて温風
とするよう機能し、温風は、室内送風機１７によって室
内へ送られるようになる。

【００２３】貯留タンク９は、室内熱交換器７と減圧装
置１１との間で、液冷媒が流れる液相通路１５ａ内に設
けられ、飽和状態となるまで混合冷媒が流れ込むと共
に、貯留タンク９内の混合冷媒は、冷媒加熱手段１９に
よって加熱されるようになっている。

【００２４】冷媒加熱手段１９は、例えば、貯留タンク
９の外周面に掛回され、冷媒が流れる熱伝達チューブ２
１の一端は、制御弁２３を介して前記圧縮機１の吐出側
と接続連通している。また、熱伝達チューブ２１の他端
は、室内熱交換器７と減圧装置１１との間で、液相通路
１５ａとなる冷媒パイプ１５と接続連通し、圧縮機１か
らの高温高圧の冷媒ガスが熱伝達チューブ内２１内を流
れるようになっている。

【００２５】制御弁２３は、外気温センサ２５からの信
号が制御部２７に温度情報として入力されることで、そ
の温度情報等の条件に基づき、制御部２７によって制御
弁２３の開閉量が制御される。これにより、低沸点冷媒
がガス化する加熱温度から高沸点冷媒がガス化する加熱
温度までの制御が可能となり、ガス化する冷媒比率に対
応して貯留タンク９内の冷媒貯留比を高めることで、例
えば、循環サイクル内の低沸点冷媒の組成比を高めた運
転モードが得られるようになっている。

【００２６】この場合、冷媒加熱手段１９を、図４に示
すように、制御部２９によって温度管理されるヒータ３
０を貯留タンク９に設けるようにすることも可能であ
る。この手段によれば、加熱温度の管理が正確になると
共に、運転初期から所定の冷媒混合比に設定した運転モ
ードが行なえるようになる。

【００２７】減圧装置１１は、冷媒を低温、低圧の霧状
にすると共に、例えば、圧縮機１の吸込側に設けられた
冷媒温度検知部３１からの指令信号によって熱負荷等の
運転条件に対応した冷媒流量とするよう機能する。

【００２８】室外熱交換器１３は、暖房時において蒸発
器として、冷房時において凝縮器としてそれぞれ使用す
るもので、蒸発器としての使用時において、霧状となっ
て送り込まれる冷媒ガスは、フィンを通過する空気によ
り蒸発してガス状になると共にフィンを通過した空気は
室外送風機３３によって外へ排出される。

【００２９】また、凝縮器としての使用時において、高
温高圧のガス状となって送り込まれる冷媒ガスは、室外
送風機３３によってフィンを通過する空気に凝縮の潜熱
を奪われて液状になると共にフィン２３を通過した空気
は室外送風機３３によって外へ排出されるようになる。

【００３０】かかる空気調和装置によれば、例えば、室
内熱交換器７を凝縮器として、室外熱交換器１３を蒸発
器として使用する暖房時において冷媒は、圧縮機１→室
内熱交換器７→減圧装置１１→室外熱交換器１３を通り
再び圧縮機１に戻る暖房サイクルを繰返すようになる。

【００３１】この暖房サイクル時に、混合冷媒の一部は
貯留タンク９内に飽和状態となるまで送り込まれる。こ
の時に流れる混合冷媒の冷媒比は、例えば図５に示すよ
うに、封入時の比率７：３で流れる。

【００３２】この場合、外気温が運転設定温度より低い
と、外気温センサ２５からの信号によって制御弁２３は
「開」となり、圧縮機１から吐出された高温、高圧の冷
媒ガスは、熱伝達チューブ２１内を流れ、貯留タンク９
を介してタンク内の混合冷媒を加熱する。

【００３３】これにより、混合冷媒中の低沸点冷媒は、
ガス化して冷媒パイプ１５内へ流れ出る結果、貯留タン
ク９内では高沸点冷媒の比率が高まり、循環する混合冷
媒の組成比は、低沸点冷媒が大きくなり、低沸点冷媒で
の暖房運転が行える。この時に、制御弁２３の開度量を
外気温に応じて制御することで、図５に示す最適な冷媒
混合比によるモード運転が可能となる。

【００３４】したがって、凝縮器として作用する室内熱
交換器７において、フィンを通る空気は熱交換され、温
風となって室内へ向け送り出される。一方、蒸発器とし
て作用する室外熱交換器１３にあっては、周囲の空気か
らフィンを通して蒸発の潜熱を奪い霧状から効率よくガ
ス状となるが低沸点冷媒成分の比率が高められているの
で、気化した冷媒の比体積が小さくなり、圧縮機１の排
除容積に対する循環量が増大し、効率よく暖房能力を高
められる。なお、外気温が高い場合には、冷媒加熱手
段１９をオフとすることで、封入時の混合冷媒比での運
転が行なえる。このために、低沸点冷媒に比し同等の凝
縮圧力でより高い凝縮温度が実現できるので、高圧側の
圧力をそれほど上げなくても暖房吹き出し温度を高める
ための凝縮温度を上げる運転が可能となり、暖房感の高
い空調が得られる。

【００３５】次に、冷房運転に入ると、室内熱交換器７
は蒸発器として、室外熱交換器１３を凝縮器として作用
する。即ち、圧縮機１で冷媒ガスを吸入・圧縮し、高温
高圧にして送り出す。高温高圧ガスは凝縮器（熱交換器
１３）に入る。この時、冷媒ガスはフィンを通過する空
気に凝縮の潜熱を奪われて液化される。

【００３６】液化した冷媒は、減圧装置１１へ流れ、こ
こで高圧の冷媒は急激に膨脹して、低温低圧の霧状とな
る。次に蒸発器（熱交換器７）に流れ、周囲の空気から
フィンを通して蒸発の潜熱を奪い、空気を冷却して冷風
とし、室内へ送られる。冷媒はここで霧状からガス状に
なり、再び圧縮機１に流れる。このサイクルの繰返しで
冷房が行われる。

【００３７】この冷凍サイクル時において、冷房負荷が
大きい時に、冷媒加熱手段１９により貯留タンク９を加
熱すると、貯留タンク９内の高沸点冷媒の比率が高ま
り、循環する混合冷媒の組成比は、低沸点冷媒が大きく
なる。この場合、図６に示すように低沸点冷媒の成分比
が大きくなることで冷凍能力比が高まることから圧縮機
１の排除容積に対する循環量が増大し、効率よく冷房能
力を高められる。

【００３８】また、外気温等の条件に対応して冷媒加熱
手段１９による加熱をオフとすることで、混合冷媒は封
入時の冷媒比に戻るため、凝縮温度に対する凝縮圧力を
低く抑えられるため、異常に外気温度が高い場合でも、
設計圧力を越えて高圧側の圧力が上昇することはない。

【００３９】図２と図３は図１の変形側を示したもので
ある。図２は、図１の構成に加えて貯留タンク９の前後
に絞り比の異なるキャピラリーチューブ３５，３５を設
け、低沸点冷媒に対する貯留タンク９内の内圧が最適と
なるよう設定したものである。

【００４０】これにより、貯留タンク９内の冷媒比の貯
留性能の向上が図れるようになる。この場合、貯留タン
ク９の上部に、ガス化した貯留タンク９内の冷媒が逆止
弁３７を介して迅速にサイクル内へのみ流れるガス通路
３９を設けるようにすることで冷房モード時の制御性が
良くなる。

【００４１】図３は、図１の構成に加えて冷媒温度検出
部３１からの検出信号に基づき運転条件に対応した冷媒
流量とする減圧装置１１，１１を、貯留タンク９の前後
に設けたものである。

【００４２】これにより、前後の減圧装置１１，１１に
よる貯留タンク９の出入量の制御と冷媒加熱手段１９に
よる加熱量の制御とによって、例えば、低い加熱量でも
効率よく低沸点冷媒のガス化が可能となる。また、貯留
タンク９の冷媒液の貯留量を、運転条件に対応して正確
にコントロールできるようになり、最適な冷媒比のモー
ド運転が行なえるようになる。

【００４３】図７は第２の実施例を示したものである。
この実施例は、貯留タンク９を、圧縮機１の吸込側とな
るガス相通路１５ｂ側に設けたもので他の構成は図１と
同様である。

【００４４】貯留タンク９には熱伝達チューブ４１が設
けられ、熱伝達チューブ４１の一端は、圧縮機１の吸込
側に、他端は、バイパス通路４３に設けられた第１制御
弁４５と第２制御弁４７の間にそれぞれ接続連通してい
る。この場合、圧縮機１の吸込側に接続される熱伝達チ
ューブ４１を、圧縮機１から延長されたガスインジェク
ションパイプに接続するようにしてもよい。

【００４５】第１、第２制御弁４５，４７は図外の制御
手段からの信号によって開閉量が自在に制御される。ま
た、バイパス通路４３は、一端が、圧縮機１の吐出側
に、他端が、減圧装置１１と室外熱交換器１３との間に
接続連通している。

【００４６】なお、４９は貯留タンク９内が全部ガス化
した時に、圧縮機１からの潤滑油を戻すための油戻し管
を示している。

【００４７】したがって、この実施例によれば、例え
ば、暖房運転時において、圧縮機１から吐出された混合
冷媒は、実線矢印で示すように室内熱交換器７→減圧装
置１１→室外熱交換器１３を通り再び圧縮機１に戻る暖
房サイクルを繰返すようになる。

【００４８】この暖房サイクル時において、第２制御弁
４７を開、第１制御弁４５を閉とすることで、貯留タン
ク９は熱伝達チューブ４１を流れる冷媒ガスにより冷却
されて貯留タンク９内に高沸点冷媒が液化され貯留され
るようになる。

【００４９】これにより、第１、第２制御弁４５，４７
の開閉制御によって循環する混合冷媒は、低沸点冷媒の
組成比の高い運転が行なえるようになる。

【００５０】また、第１制御弁４５を開、第２制御弁４
７を閉とすることで、熱伝達チューブ４１には、圧縮機
１からの高温高圧の冷媒ガスが流れて、貯留タンク９内
を加熱するため、ガス化が促進され、冷媒液の貯留がな
くなり、封入時の冷媒混合比による運転が可能となる。

【００５１】なお、この実施例において、図８に示すよ
うに貯留タンク９と冷媒加熱手段１９を液相通路１５ａ
側に設けた組合せ手段とすることで、運転条件に対応し
た巾広い冷媒混合比の制御が可能となる。

【００５２】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の空気
調和装置によれば、運転モードに対応して最適な冷媒混
合比を得ることができるため、冷房能力、暖房能力の大
幅な向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空気調和装置の配管図。

【図２】貯留タンクの前後にキャピラリーチューブを設
けた図１と同様の配管図。

【図３】貯留タンクの前後に低圧装置を設けた図１と同
様の配管図。

【図４】冷媒加熱手段にヒータを用いた図１と同様の配
管図。

【図５】外気温と暖房能力比の特性図。

【図６】成分比と冷媒能力比の特性図。

【図７】貯留タンクをガス相通路側に設けた実施例を示
す図１と同様の配管図。

【図８】貯留タンクをガス相通路側と液相通路側に設け
て組合せた図１と同様の配管図。

【図９】従来の単一冷媒を用いた図１と同様の配管図。

【符号の説明】

１圧縮機７室内熱交換器９貯留タンク１１減圧装置１３室内熱交換器１９冷媒加熱手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山下哲司神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者後藤功一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と室内熱交換器と減圧装置と室外
熱交換器とにより構成され、暖房モード時に、室内熱交
換器を凝縮器として、室外熱交換器を蒸発器として使用
する一方、冷房モード時に、室内熱交換器を蒸発機とし
て、室外熱交換器を凝縮器として使用する混合冷媒を用
いた空気調和装置において、前記室外熱交換器と室内熱
交換との間で、冷媒が液冷媒となる液相通路の途中に、
冷媒を貯留する貯留タンクを設け、貯留タンクに、加熱
量の増減及び停止の制御可能な冷媒加熱手段を設けたこ
とを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】圧縮機と室内熱交換器と減圧装置と室外
熱交換器とにより構成され、暖房モード時に、室内熱交
換器を凝縮器として、室外熱交換器を蒸発器として使用
する一方、冷房モード時に、室内熱交換器を蒸発器とし
て、室外熱交換器を凝縮器として使用する混合冷媒を用
いた空気調和装置において、前記室外熱交換器と圧縮機
との間で、冷媒がガス冷媒となるガス相通路の途中に、
冷媒を貯留する貯留タンクを設け、貯留タンクに、加熱
又は冷却量の可変制御の可能な冷媒加熱手段を設けたこ
とを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】貯留タンクの前後に、混合冷媒の出入量
を制御する流量制御弁を設けたことを特徴とする請求項
１記載の空気調和装置。