JPH0799290B2

JPH0799290B2 - 非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置

Info

Publication number: JPH0799290B2
Application number: JP24985183A
Authority: JP
Inventors: 博史山田; 和幸井口; 英男野村; 哲也星野; 憲三渡辺
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPS60142162A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は非共沸混合冷媒を用いた冷凍装置、詳しくは圧
縮機、熱源側熱交換器、利用側熱交換器を備えると共
に、非共沸混合冷媒を封入して利用側熱交換器を凝縮器
とする暖房運転を可能とした冷凍装置に関する。

（従来技術）一般に、冷暖房を行う冷凍装置においては、冷凍負荷の
大きい運転開始時に装置の能力をアップする等として、
液空調対象域が所望の温度に達するまでの時間、いわゆ
る立上がり時間を短くすることが望まれている。

ところで、冷凍装置の能力を可変とし、負荷が大きい時
に能力がアップできるようにする一つの手段としては、
例えば特開昭57−84959号公報にも記載されているよう
に、単一冷媒を用いた冷凍装置において、中間圧のガス
冷媒を圧縮機の圧縮過程途中にインジエクシヨンする、
いわゆるガスインジエクシヨン方式が知られている。

ところが、このガスインジエクシヨン方式は圧縮機の圧
縮過程途中に中間圧冷媒を供給するために、前記圧縮機
の圧縮要素（シリンダ）にインジエクシヨンポートと該
ポートを開閉する開閉機構を設けなければならず、この
ため圧縮機の構造が複雑化し製作が容易でないばかりで
なく製造コストが高くつく問題があつた。

また、冷凍装置の能力をアップする他の手段としては、
実開昭55−168132号公報に記載されているように、圧縮
機に内装するモータに周波数変換器を接続し、負荷に応
じて前記圧縮機の能力を増大させて全体の能力アップを
計るものも知られているが、前記周波数変換器が高価で
あるため、前記したインジエクシヨン方式と同様に製造
コストが高くつく問題があつたのである。

（発明の目的）本発明は冷凍装置に非共沸混合冷媒を用いると、この混
合冷媒の混合比を変更するだけで能力が変えられる点に
着目して発明したもので、目的は前記混合冷媒中の低沸
点冷媒と高沸点冷媒との混合比を負荷に応じて変更でき
るようにすることにより、簡単な構造で、かつ安価であ
りながら、負荷に応じて能力調整ができるようにし、と
りわけ立上がり特性を改善する点にある。

（発明の構成）而して、本発明の構成は圧縮機、熱源側熱交換器、利用
側熱交換器を備えると共に、非共沸混合冷媒を封入して
利用側熱交換器を凝縮器とする暖房運転を可能とした冷
凍装置において、前記各熱交換器を結ぶ液管に、第１及
び第２膨張機構と、これら膨張機構の中間に位置する気
液分離器とを介装し、また、暖房運転時蒸発器となる前
記熱源側熱交換器の出口側の吸入ガス通路に冷媒タンク
を吸入ガス通路に流れる吸入ガス冷媒と熱交換可能に設
けて、前記気液分離器のガス域を前記冷媒タンクに第１
開閉弁をもつた第１通路を介して接続し、かつ、前記冷
媒タンクを第２開閉弁をもつた第２通路を介して前記冷
媒回路の低圧側に接続する一方、室温センサーを設け、
室温が設定温度に達しないとき前記第１開閉弁を閉じ、
第２開閉弁を開き、前記冷媒タンクに低沸点冷媒の多い
混合冷媒が溜るのを阻止して回路を循環する前記冷媒中
の低沸点冷媒の濃度を上げて装置の能力アップを計る一
方、室温が設定温度に達した時は逆に前記第１開閉弁を
開き、第２開閉弁を閉じて前記冷媒タンクに前記気液分
離器で分離した低沸点冷媒を多く含む混合冷媒液を貯留
して回路を循環する前記冷媒中の低沸点冷媒の濃度を下
げ、装置の能力を低下させられるようにしたのである。

（実施例）第１図に示したものは暖房専用の冷凍装置である。

第１図中、（１）は圧縮機、（２）は利用側熱交換器、
（３）は熱源側交換器、（４）はアキユムレータであ
る。

そしてこれら機器を吐出ガス管（５）、液管（６）、吸
入ガス管（７）で順次接続している。

又、上記冷凍装置には低沸点冷媒（Ｒ−13）と高沸点冷
媒（Ｒ−22）とを混合比X₁で混合した非共沸混合冷媒を
封入している。

而して、以上の如く構成する冷凍装置において、第１図
に示す如く、第１に前記利用側熱交換器（２）と熱源側熱交換器
（３）とを結ぶ液管（６）に膨張弁から成る第１および
第２膨張機構（８），（９）を設け、更にこれら膨張機
構（８），（９）の間に気液分離器（10）を設けて前記
混合冷媒を中間圧にして、前記気液分離器（10）におい
て低沸点冷媒を多く含む混合冷媒ガスと高沸点冷媒を多
く含む混合冷媒液とに分離できるように成す一方、第２に、前記熱源側熱交換器（３）の出口側の、低温で
ある吸入ガスの流通路となる吸入ガス管（７）に冷媒タ
ンク（11）を熱交換可能に付設すると共に、該タンク
（11）と前記気液分離器（10）のガス域とを第１開閉弁
（12）をもつた第１通路（13）を介して接続し、かつ前
記タンク（11）と前記吸入ガス管（７）とを第２開閉弁
（14）をもつた第２通路（15）を介して接続して、前記
第１開閉弁（12）を開とし、かつ第２開閉弁（14）を閉
にすることにより、前記気液分離器（10）で分離された
前記冷媒ガスを前記タンク（11）内に導入して冷却液化
させて貯留できるように成すと共に、前記第１開閉弁
（12）を閉とし、かつ第２開閉弁（14）を開とすること
により、前記タンク（10）内に貯留していた液冷媒を吸
入ガス管（７）側から主回路に還流させられるように成
し、更に第３、前記利用側熱交換器（２）を配設する被空気調和
室（図示せず）に該室の負荷を検出する室温センサーと
成る第１温度スイッチ（16）を設け、該スイッチ（16）
の動作により室温が暖房運転時の設定温度T₁未満の時、
前記第１開閉弁（12）を閉じ、第２開閉弁（13）を開い
て前記タンク（10）に前記液冷媒が貯留されるのを阻止
する一方、室温が前記設定温度T₁に達した時に前記第１
開閉弁（12）を開き第２開閉弁（14）を閉じて前記タン
ク（10）に前記した低沸点冷媒を多く含む液冷媒が貯留
する如く成すのである。尚、前記第1,2開閉弁（12），
（14）には通電開型の電磁弁を用いている。又、（2
0），（21）はキヤピラリーチユーブである。

更に、暖房運転の制御手段について詳記する。本実施例
においては前記した如く室温が設定温度T₁に達したか否
かにより能力制御を行う一方、室温が前記設定温度T₁よ
り高い上限温度T₂より大になると圧縮機（１）を停止す
る如く成しているのであつて、そのための制御回路を第
３図に示す如く構成している。

即ち、電源線間に圧縮機（１）のモータ（MC）と補助リレー（MS）の
常開接点との直列回路前記設定温度T₁で切換動作する前記第１温度スイッ
チ（16）の低温側接点（ａ）に前記第２開閉弁（14）
を、又高温側接点（ｂ）に第１開閉弁（12）を接続して
成る回路室温が前記上限温度T₂で切換動作する第２温度スイ
ッチ（17）と前記補助リレー（MS）との直列回路（詳し
くは前記補助リレー（MS）は前記スイッチ（17）の低温
側接点（Ｃ）に接続している。）以上の３つの回路を接続している。尚、（SW）は運転ス
イッチである。

以上の如く構成する冷凍装置の作用を説明する。

先ず、本実施例の運転制御を第1,3,4図を用いて概略説
明すると、次の３通りである。

室温が設定温度T₁未満の場合；前記第1,2温度スイ
ッチ（16），（17）が共に低温側接点（ａ），（ｃ）側
に切換えられており、このため前記補助リレー（MS）が
励磁されて該リレー（MS）の常開接点が閉路し、前記モ
ータ（MC）が駆動されると共に、前記第２開閉弁（14）
が通電され開となり、第１開閉弁（12）は通電が遮断さ
れて閉となつて、前記冷媒タンク（11）に液冷媒を貯留
しない高能力運転が行われる。

室温が設定温度T₁以上で上限温度T₂以下の場合；第
２温度スイッチ（17）は低温側接点（ｃ）側に閉成した
まゝで、第１温度スイッチ（16）のみ高温側接点に切換
えられ、このため、前記第1,第２開閉弁（12），（14）
がの場合と逆にそれぞれ開・閉に操作されて前記冷媒
タンク（11）に前記冷媒液を溜めて行う低能力運転が行
われる。

更に、室温がT₂より大になつた場合；第１温度スイ
ッチ（16）のみならず第２温度スイッチ（17）も高温側
接点（ｄ）に切換えられ、このため、前記補助リレー
（MS）が削磁され、常開接点が開路し、この結果前記モ
ータ（MC）への通電が遮断されて運転が停止される。

以上の３通りの運転パターンを踏まえて以下暖房運転の
作用を詳記する。

運転スイッチ（SW）を閉成して運転を開始すると、通常
室温は低く設定温度T₁以下であるから前記の場合の運
転が行われる。即ち、第1,第２開閉弁（12），（14）が
それぞれ閉，開に操作された状態で運転が行われるので
ある。

この時の運転状態を第1,5図を基に説明する。前記圧縮
機（１）の駆動により冷媒は第１図実線矢印方向に循環
し、前記利用側熱交換器（２）で高圧の冷媒ガスが凝縮
することにより暖房作用を生じるのである。而して、前
記第１開閉弁（12）が閉鎖され、第２開閉弁（14）が開
放されているので、前記冷媒タンク（11）は前記気液分
離器（10）との連通が遮断されると同時に、吸入ガス管
（７）と連通されており、従つて、前記タンク（11）内
に冷媒が流入せず、しかも該タンク（11）内に貯留され
ていた冷媒も低圧側に流出してしまうのであり、この結
果前記タンク（11）内には冷媒が全く貯留されず、封入
した混合比X₁の冷媒がそのまゝの混合比で循環するので
ある。

尚、第５図中、（A₁）は利用側熱交換器（２）の出口側
の高圧の凝縮冷媒の状態、（A₂）は第１膨張機構（８）
の出口側で中間圧に減圧されて気液混合となつた冷媒の
状態、（A₃）は第２膨張機構（９）の出口側で低圧に減
圧された状態、（A₄）は熱源側熱交換器（３）の出口側
で低圧で蒸発を完了した状態をそれぞれ示している。

以上の如く、の場合は混合比X₁の冷媒、即ち前記冷媒
タンク（11）に後記する如く低沸点冷媒を多く含む冷媒
を貯留する場合（の場合）に比して低沸点冷媒を多く
含む冷媒が循環するのでの場合に比して高い能力が発
揮されるのである。

次に室温がT₁以上、T₂以下であるの場合を説明する。

この場合は、の状態から前記第１、第２開閉弁（1
2），（14）がそれぞれ開・閉に操作され、前記冷媒タ
ンク（11）が気液分離器（10）のガス域と連通する一
方、前記吸入ガス管（７）との連通が遮断される。従つ
て、前記気液分離器（10）に（A₂）の状態で流入した中
間圧の冷媒は、該分離器（10）内で飽和ガス線上の状態
（ｃ）で示される低沸点冷媒を多く含むガス冷媒と飽和
液線上の状態（Ｂ）で示される高沸点冷媒を多く含む液
冷媒とに分離されるのであるが、前記分離されたガス冷
媒は前記タンク（11）内に流出するのである。一方、前
記タンク（11）は低温の吸入ガス冷媒と熱交換可能に設
けたから、該タンク（11）に流入する状態（Ｃ）のガス
冷媒は冷却されて飽和液線上の点（A₅）で示す如く逐次
凝縮液化するのである。

そして、やがて前記タンク（11）が低沸点冷媒を多く含
む冷媒により満されるのである。

この結果、主回路には、混合比X₁（の場合）に対し高
沸点冷媒を多く含む混合比X₂の冷媒が残されるのであ
る。従つて、このの場合は高沸点冷媒を多く含む冷媒
が循環するのでの場合に比し能力が低下するのであ
る。

以上の如く、室温により循環する冷媒の混合比を変えて
能力調整を行えるようにしたから、比較的簡単な部品
（冷媒タンク（11）、気液分離器（10）、第1,第２開閉
弁（12），（14）、第1,2膨張機構（８），（９））を
設けるだけで構造が簡単でありながら、前記能力調整が
行えるのであつて、例えば運転開始時の高負荷時に能力
をアップして立上がり時間の短縮を行なえるのである。

次に、第２図に基づいて第２実施例を説明する。

第２図に示したものはヒートポンプ式の冷凍装置に本発
明を適用したものである。尚、（18）は四路切換弁で、
該弁（18）の切換えにより実線矢印で示す暖房サイクル
と破線矢印で示す冷房サイクルとを形成できるようにし
ている。

本実施例の特徴点は、暖房運転時のみならず冷房運転時
においても前記冷媒タンク（11）に冷媒を貯留して能力
調節が行えるように、該タンク（11）を四路切換弁（1
8）と圧縮機（１）の吸入側とを接続する吸入ガス管
（７）に付設した点である。その他の点は第１実施例と
同じであるから、同一の構成に同一の符号を付して説明
を省略する。又冷房運転時における能力調節は暖房運転
時のそれと同様であるが、本実施例は電気回路に能力を
減少させる設定温度T₁、又圧縮機（１）を停止させる下
限温度T₂（尚T₁＞T₂）を設定する温度スイッチを第１実
施例の電気回路に追加しており、これら温度スイッチを
冷房運転時には作用させるようにするのである。

尚、第1,第２開閉弁（12），（14）の開閉制御は、タイ
マーを利用して運転開始後所定時間のみ前記冷媒タンク
（11）に冷媒が溜るのを阻止するようにしてもよい。

又圧力スイッチを利用し、高圧を検出することにより制
御してもよい。

（発明の効果）本発明は、非共沸混合冷媒を用い、負荷に応じて循環す
る冷媒の混合比を変えて能力を調節するようにしたか
ら、比較的簡単な構成の冷媒タンクおよび気液分離器、
開閉弁、膨張機構を付加するだけで前記した能力調節が
可能にでき、この結果構造簡単かつ製造コストが安価に
できながら、立上がり特性を改善できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す冷媒回路図、第２図
は他の実施例の冷媒回路図、第３図は前記第１実施例の
電気回路図、第４図は第１実施例の運転状態を示す説明
図、第５図は第１実施例の運転状態を示す説明図であ
る。（１）……圧縮機（２）……利用側熱交換器（３）……熱源側熱交換器（６）……液管（７）……吸入ガス管（吸入ガス通路）（８）……第１膨張機構（９）……第２膨張機構（10）……気液分離器（11）……冷媒タンク（12）……第１開閉弁（13）……第１通路（14）……第２開閉弁（15）……第２通路（16）……第１温度スイツチ（温度センサー）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星野哲也滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ダイキン工業株式会社滋賀製作所内 (72)発明者渡辺憲三滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ダイキン工業株式会社滋賀製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（１）、熱源側熱交換器（３）、利
用側熱交換器（２）を備えると共に非共沸混合冷媒を封
入して利用側熱交換器（２）を凝縮器とする暖房運転を
可能とした冷凍装置において、前記各熱交換器（２），
（３）を結ぶ液管（６）に、第１及び第２膨張機構
（８），（９）と、これら膨張機構（８），（９）の中
間に位置する気液分離器（10）とを介装し、また、暖房
運転時蒸発器となる前記熱源側熱交換器（３）の出口側
の吸入ガス通路に冷媒タンク（11）を吸入ガス通路に流
れる吸入ガス冷媒と熱交換可能に設けて、前記気液分離
器（10）のガス域を前記冷媒タンク（11）に第１開閉弁
（12）をもった第１通路（13）を介して接続し、かつ、
前記冷媒タンク（11）を第２開閉弁（14）をもった第２
通路（15）を介して前記冷媒回路の低圧側に接続する一
方、室温センサー（16）を設け、室温が設定温度に達し
ないとき、前記第１開閉弁（12）を閉じ、第２開閉弁
（14）を開くと共に、室温が設定温度に達したとき、前
記第１開閉弁（12）を開き、第２開閉弁（14）を閉じる
ごとく成したことを特徴とする非共沸混合冷媒を用いた
冷凍装置。