JPH074767A

JPH074767A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH074767A
Application number: JP4577194A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Arai; 康弘新井; Tetsuo Sano; 哲夫佐野; 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: 1993-03-17
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】冷媒加熱部により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９と室
外熱交換器１１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１１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１１を凝縮器として使
用する非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、
前記室内熱交換器７を通過した冷媒の一部が再び室内熱
交換器７に戻る循環路２１を、前記室内熱交換器７と並
列に接続連通し、その循環路２１に、循環路２１を流れ
る冷媒を暖房モード運転時に加熱する冷媒加熱部２５
と、冷媒加熱部２５で加熱された冷媒を再び室内熱交換
器７へ送り込む液ポンプ２７と、冷媒加熱部２５の冷媒
の流れを制御する開閉弁２９，３０とを設けたことを特
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、冷媒に非共沸混合冷
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３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は凝縮器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、冷房モー
ド、暖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ようになる。特に、ヒートポン
プタイプの熱交換器にあっては、暖房モード時に、大気
を熱源として利用されるが、この暖房モード時におい
て、外気温度が低いと、外気温度と室外熱交換器の冷媒
の蒸発温度との温度差が小さくなり、外気温度が高い場
合に比べて、暖房能力の低下を招来する。

【０００６】加えて、単一冷媒となるＲ２２の代替冷媒
として例えば、Ｒ３２とＲ１３４ａから成る非共沸混合
冷媒を使用する場合には、一定圧力で蒸発させていく
と、気液相変化に伴ない単一冷媒と異なって、蒸発に従
って液冷媒の組成が変化し、これにともない蒸発温度が
大きく上昇する。即ち、温度勾配が大きい。

【０００７】したがって、蒸発器入口側でマイナス温
度、出口側でプラス温度となり、入口側では単一冷媒と
比較して外気温の影響を早く受けるようになり、熱交換
器に霜付きが発生したり、凍結する虞れがあり、暖房モ
ード時の能力が著しく低下する問題があった。

【０００８】そこで、この発明にあっては、代替冷媒と
なる非共沸混合冷媒を用いても暖房モード時及び冷房モ
ード時の冷・暖房性の向上が図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。

【０００９】

【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非共沸混合
冷媒を用いた空気調和装置において、前記室内熱交換器
を通過した冷媒の一部が再び室内熱交換器に戻る循環路
を、前記室内熱交換器と並列に接続連通し、その循環路
に、循環路を流れる冷媒を暖房モード運転時に加熱する
冷媒加熱部と、冷媒加熱部で加熱された冷媒を再び室内
熱交換器へ送り込む液ポンプと、冷媒加熱部の冷媒の流
れを制御する開閉弁とを設けてある。

【００１０】そして、好ましい実施態様として開閉弁
は、外気温度が運転開始設定温度より低く、かつ、暖房
モード運転時に、循環路を開とする一方、一定時間経過
後に、循環路を閉とする。また、冷媒加熱部は、開閉弁
の開閉に対応して冷媒を一時貯留する貯留部を備えてい
ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】かかる空気調和装置によれば、例えば外気温が
運転開始設定温度より低い場合、暖房運転に入ると、非
共沸混合冷媒は、圧縮機→室内熱交換機→減圧装置→室
外熱交換器を通り再び圧縮機に戻るサイクルを繰返すよ
うになる。この運転初期時において、開閉弁は開とな
り、液ポンプ、冷媒加熱部は運転状態に入り冷媒の一部
は、循環路によって冷媒加熱部の通過時に予備加熱され
て蒸発する。この時、冷媒加熱部では時間の経過と共に
ガス化しにくい高沸点冷媒の組成比が大きくなり、高沸
点冷媒が貯留される共に再び室内熱交換器へ戻るサイク
ルを繰返す。したがって、熱交換器においてフィンを通
る空気は効率よく熱交換され、温風となって室内へ向け
送り出される。そして、一定時間経過後、開閉弁が閉と
なって燃焼を停止することで、高沸点冷媒が冷媒加熱部
内に閉じ込められる結果、循環する低沸点冷媒の循環比
率が高まり、効率のよい暖房モード運転が可能となる。

【００１２】一方、室外熱交換器にあっては、蒸発器と
して作用し、冷媒は、蒸発器内を流れる時に、蒸発器回
りの空気により蒸発して低温、低圧のガス状となった
後、加熱されて圧縮機へ送られる。

【００１３】次に、冷房モードとしての使用時には、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。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。この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。

【００１４】液化した冷媒ガスは、減圧装置へ流れ、こ
こで高圧ガスは急激に膨脹して、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。冷媒ガス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。

【００１５】この冷凍サイクルにおいて、より高い冷房
能力を希望する場合には、開閉弁を開閉制御して、循環
路の出口側を閉じる一方、入口側を開放することで、冷
媒加熱部の貯留部にガス化しにくい高沸点冷媒の比率が
時間と共に高まるため、入口側を閉じれば高沸点冷媒が
貯留される。この結果、ガス化し易い低沸点冷媒での冷
房運転が行なえるようになる。

【００１６】

【実施例】以下、図１と図２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、高沸点冷媒と低沸点冷媒とを混合
した非共沸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は減圧装置、
１１は室外熱交換器をそれぞれ示しており、冷媒パイプ
１３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
ス状の非共沸冷媒を高温、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１１
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にあ
っては、減圧装置９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１５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１５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にあっては、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１５によって熱交
換器７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１５によって室
内へ送られるようになる。

【００２３】減圧装置９は、冷媒を低温、低圧の霧状に
すると共に冷媒温度検知部（図示していない）からの指
令信号によって熱負荷等の条件に対応した冷媒流量とす
るよう機能する。

【００２４】室外熱交換器１１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。

【００２５】蒸発器として使用する室外熱交換器１１に
あっては、減圧装置９から低温低圧の霧状となって送り
込まれる冷媒は、室外送風機１９によって熱交換器１１
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
共に熱交換器１１を通過した空気は室外送風機１９によ
って外へ排出される。

【００２６】また、凝縮器として使用する室外熱交換器
１１にあっては、圧縮機１１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、室外送風機１９によって
熱交換器１１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熱交換器１１を通過した空気は
室外送風機１９によって外へ排出されるようになる。

【００２７】一方、室内熱交換器７には、室内熱交換器
７からの冷媒ガスの一部を再び室内熱交換器７へ戻す循
環路２１がジョイント２３を介して接続連通している。

【００２８】循環路２１には、冷媒加熱部２５と、液ポ
ンプ２７と、第１、第２の開閉弁２９，３０と、温度セ
ンサ３１がそれぞれ設けられ、これらは、図２点線で示
すようにジョイント２３を介して接続可能なユニットと
して構成されている。

【００２９】冷媒加熱部２５は、第１、第２の開閉弁２
９，３０が開から閉に切換わることで、冷媒を一時閉じ
こめる貯留部３３と、貯留部３３内を流れる冷媒を加熱
する加熱器３５とから成る。加熱器３５は、運転モード
信号及び前記温度センサ３１からの温度情報に基づいて
制御される。

【００３０】第１と第２の開閉弁２９，３０は、冷媒加
熱部２５を挟んで、上流側に第１の開閉弁２９が、下流
側に第２の開閉弁３０がそれぞれ設けられ、各開閉弁２
９，３０は、暖房モードの運転信号で開となり、一定時
間後、閉となる。また、冷房モードの運転信号で、通常
は第１の開閉弁２９は閉、第２の開閉弁３０は開とな
り、一方、冷房能力を増す場合は第１の開閉弁２９は
開、第２の開閉弁３０は閉とし、一定時間後第１の開閉
弁２９を止じる。なお、暖房時における第１、第２の開
閉弁２９，３０の閉作動は、例えば、外気温と所定温度
とを比較検討し、外気温≧所定温度の条件の時、あるい
は一定時間経過後に行われるようにしてもよい。

【００３１】液ポンプ２７は、運転信号でオンとなり、
一定時間経過後、オフとなるよう機能する。

【００３２】温度センサ３１は、循環路２１を流れる冷
媒温度を管理するもので、冷媒が所定温度以上になる
と、温度に対応して加熱器３５をオフとしたり、または
加熱能力を絞るよう作動制御する。

【００３３】次に、図３に示すフローチャートに基づい
て暖房時の運転モードについて説明する。

【００３４】空気調和装置の運転を開始すると、圧縮機
１は運転状態に入る（ステップＳ１，Ｓ３）。この時、
最大の暖房モード運転信号かどうかを判断（ステップＳ
５）し、ＮＯの場合には、単独運転に入る（ステップＳ
３５）。これにより、冷媒は、圧縮機１→室内熱交換器
７→減圧装置９→室外熱交換器１１を通り再び圧縮機１
に戻るサイクルを繰返すようになる。この動作時におい
て、室内熱交換器７にあっては、凝縮器として作用し、
凝縮器のフィン通過時の空気は熱が与えられ、温風とな
って室内へ向け送り出される。

【００３５】一方、室外熱交換器１１にあっては、蒸発
器として作用し、冷媒は、蒸発器を流れる時に、蒸発器
のフィン通過時の空気により蒸発加熱されて低温・低圧
のガス状になった後、圧縮機１へ送られる。

【００３６】そして、圧縮機１を停止させることで運転
は終了する（ステップＳ３５，Ｓ３７）。

【００３７】一方、ステップＳ５において、最大の暖房
運転信号と判断されると、外気温度と所定温度ＴＯＵＴ
とを比較検討（ステップＳ７）し、外気温度が高い場合
には、単独運転に入る（ステップＳ３３）。また、外気
温度が設定温度よりい低いと判断されると加熱器３５は
運転を開始する（ステップ９，Ｓ１１）。同時に二つの
開閉弁２９，３０は開、液ポンプ２７は運転に入る（ス
テップＳ１３，Ｓ１５）。一方、加熱器３５の運転で燃
焼を開始する（ステップＳ１７，Ｓ１９）。

【００３８】これにより、室内熱交換器７を通過した冷
媒の一部は、循環路２１によって冷媒加熱部２５を通る
際に加熱されると共に蒸発する。この時、冷媒加熱部２
５では比較的高圧なため時間の経過と共にガス化しにく
い高沸点冷媒の組成比が大きくなり、高沸点冷媒が貯留
部３３に貯留される共に、再び室内熱交換器７へ送り込
まれる循環を繰返す。この状態において、一定時間経過
後、燃焼運転を停止する（ステップＳ２１，Ｓ２３）。
同時に、加熱器出口温度と冷媒温度ＴＥＯとを比較検討
し、冷媒温度ＴＥＯが低いと判断されると液ポンプ２７
は運転状態が継続される（ステップＳ２７，Ｓ２３）。

【００３９】一方、冷媒温度ＴＥＯが高いと判断される
と液ポンプ２７は停止し、開閉弁２９，３０も閉となる
（ステップＳ２９，Ｓ３１）。これにより、高沸点冷媒
が貯留部３３内に閉じ込められるため、循環する混合冷
媒は、低沸点冷媒がメインとなる組成比となり低沸点冷
媒での暖房モード運転が行なえるようになる（ステップ
Ｓ３３）。この結果、熱交換器７において、フィンを通
る空気は、効率よく熱交換され、温風となって室内へ向
け送り出され、暖房感の高い暖房モードが得られる。

【００４０】そして、圧縮機１を停止させることで、運
転は停止する（ステップＳ３５，Ｓ３７）。

【００４１】次に、図４に示すフローチャートに基づき
暖房時の霜取り運転について説明する。

【００４２】霜取運転の開始（ステップＳ４１）によ
り、二つの開閉弁２９，３０は、液ポンプ２７は運転状
態となる（ステップ４３，Ｓ４５）。と同時に、加熱器
３５も運転状態に入り、霜取りが行なわれ、所定時間運
転後、停止する（ステップＳ４７）。この時、ステップ
Ｓ４９において、加熱器３５の運転モードを監視し、Ｎ
Ｏの時は、単独通常運転に入る（ステップＳ５３）。Ｙ
ＥＳの時は、加熱器３５の運転状態のまま、圧縮機１→
室内熱交換器７→減圧装置９→室外熱交換器１１を通り
再び圧縮機１に戻るサイクルを繰り返す暖房モード運転
が行われる（ステップＳ５３）。

【００４３】そして、圧縮機１を停止させることで、運
転は停止する（ステップＳ６９，Ｓ７１）。

【００４４】次に図５に示すフローチャートに基づき冷
房モード時の運転について説明する。

【００４５】冷房運転を開始（ステップＳ６１）する
と、二つの開閉弁２９，３０は閉、液ポンプ２７は停止
状態におかれる（ステップＳ６３）。と同時に加熱器３
５も停止状態におかれる（ステップＳ６５）と共に圧縮
機１は運転状態に入る（ステップＳ６７）から四方弁５
を切換えて、室内熱交換器７を蒸発器として、室外熱交
換器１１を凝縮器として使用する。これにより、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。この高温高圧ガスは熱交換器１１（凝縮器）に入
り、室外送風機１９などで強制冷却される。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。

【００４６】液化した冷媒ガスは、減圧装置９へ流れ、
ここで高圧ガスは急激に膨脹して、低温低圧の霧状とな
る。次に熱交換器７（蒸発器）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、室内送風機１５で室内に送る。冷媒はここで霧状
からガス状になり、再び圧縮器１に流れる。このサイク
ルの繰返しで冷房が行われる。

【００４７】この冷房モード時に、より高い冷媒能力を
希望する場合には、第１の開閉弁２９を開、第２の開閉
弁３０を閉とすることで、主に高沸点成分の冷媒の一部
が送り込まれることがなり、サイクル中の高沸点冷媒の
比率が時間と共に高まり、高沸点冷媒が貯留される結
果、低沸点冷媒での冷房モード運転が得られるようにな
る。

【００４８】そして、圧縮機１の運転を停止すれば、運
転終了となる（ステップＳ６９，Ｓ７１）。

【００４９】

【発明の効果】以上、説明したように、非共沸混合冷媒
を用いた空気調和装置によれば、低外気温時でも冷媒加
熱部によって、暖房能力の大幅な向上が図れる。

【００５０】また、冷房モード時に、高沸点冷媒を貯留
し、冷凍サイクル中の低沸点冷媒の比率を高めた運転が
可能となり冷房能力を向上できる。

【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】冷媒加熱部をユニットとし、取外した状態の配
管図。

【図３】暖房時の運転モードを示したフローチャート。

【図４】暖房除霜時の運転モードを示したフローチャー
ト。

【図５】冷房時の運転モードを示したフローチャート。

【図６】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減圧装置１１室内熱交換器２１循環路２５冷媒加熱部２７液ポンプ２９，３０開閉弁

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【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６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。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、凝縮器として使用する室内熱交換器
７にあっては、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１５によって熱交
換器７のフィンを通過する空気に凝縮の潜熱を奪われて
液化す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１５によって室内
へ送られるようになる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】また、凝縮器として使用する室外熱交換器
１１にあっては、圧縮機１１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、室外送風機１９によって
熱交換器１１のフィンを通過する空気に凝縮の潜熱を奪
われて液化すると共に熱交換器１１を通過した空気は室
外送風機１９によって外へ排出されるようになる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】これにより、室内熱交換器７を通過した冷
媒の一部は、循環路２１によって冷媒加熱部２５を通る
際に加熱されると共に蒸発する。この時、冷媒加熱部２
５では比較的高圧なため時間の経過と共にガス化しにく
い高沸点冷媒の組成比が大きくなり、高沸点冷媒が貯留
部３３に貯留される共に、再び室内熱交換器７へ送り込
まれる循環を繰返す。この状態において、一定時間経過
後、燃焼運転を停止する（ステップＳ２１，Ｓ２３）。
同時に、加熱器出口温度と設定温度ＴＥＯとを比較検討
し、加熱出口温度が高いと判断されると液ポンプ２７は
運転状態が継続される（ステップＳ２７，Ｓ２３）。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】一方、加熱出口温度が低いと判断されると
液ポンプ２７は停止し、開閉弁２９，３０も閉となる
（ステップＳ２９，Ｓ３１）。これにより、高沸点冷媒
が貯留部３３内に閉じ込められるため、循環する混合冷
媒は、低沸点冷媒がメインとなる組成比となり低沸点冷
媒での暖房モード運転が行なえるようになる（ステップ
Ｓ３３）。この結果、熱交換器７において、フィンを通
る空気は、効率よく熱交換され、温風となって室内へ向
け送り出され、暖房感の高い暖房モードが得られる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

───────────────────────────────────────────────────── 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器とし
て、室外熱交換器を凝縮器として使用する非共沸混合冷
媒を用いた空気調和装置において、前記室内熱交換器を
通過した冷媒の一部が再び室内熱交換器に戻る循環路
を、前記室内熱交換器と並列に接続連通し、その循環路
に、循環路を流れる冷媒を暖房モード運転時に加熱する
冷媒加熱部と、冷媒加熱部で加熱された冷媒を再び室内
熱交換器へ送り込む液ポンプと、冷媒加熱部の冷媒の流
れを制御する開閉弁とを設けたことを特徴とする空気調
和装置。
【請求項２】開閉弁は、外気温度が運転開始設定温度
より低く、かつ、暖房モード運転時に、循環路を開とす
る一方、一定時間経過後に、循環路を閉とすることを特
徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】冷媒加熱部は、開閉弁の開閉に対応して
冷媒を一時貯留する貯留部を備えていることを特徴とす
る請求項１記載の空気調和装置。