JPH0979674A

JPH0979674A - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH0979674A
Application number: JP7237296A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ito; 芳浩伊藤; Koji Kashima; 弘次鹿島; Tetsuo Sano; 哲夫佐野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】熱搬送回路中の搬送媒体の圧力を臨界圧力の
１．０ないし１．８倍の範囲に制御することにより空調
効率の向上した空気調和装置を提供する。【解決手段】冷房時には搬送媒体ｂは実線のように搬
送媒体駆動装置５から熱源側熱交換器７に圧送され冷却
された後、利用側熱交換器６で熱交換して室内の空気を
冷却するように動作し、暖房時には搬送媒体ｂは点線の
ように搬送媒体駆動装置５から高温で利用側熱交換器６
に圧送されて熱交換して室内に熱を放出して暖房する動
作において熱搬送回路中の搬送媒体ｂの圧力はその臨界
圧力の１．０ないし１．８倍の範囲に設定され、装置の
効率を向上している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、搬送媒体を超臨界
領域に加圧して熱搬送回路内に封入し、該搬送媒体を熱
搬送回路内で搬送することにより空調動作を効率的に行
う空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和装置の効率を向上させるため
に、従来は、搬送媒体の流量を変化させたり、過冷却ま
たは過熱度を増強することにより能力の調節を行ってい
る。

【０００３】一方、搬送媒体の圧力を臨界圧力よりも高
くした超臨界領域においては、液相と気相の区別がなく
なり、同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力
はその動作圧力により大きな差がある。また、空気調和
装置に要求される温度条件においては、例えば冷房と暖
房とで動作中における熱輸送回路中の圧力が臨界圧力以
下とそれ以上とにまたがる場合には、それぞれ最適な圧
力が存在する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】空気調和装置の効率を
向上させるために、搬送媒体の流量を変化させたり、過
冷却または過熱度を増強する従来の方法では、十分に効
率を上げることができないという問題がある。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、熱搬送回路中の搬送媒体の圧
力を臨界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲に制御する
ことにより空調効率の向上した空気調和装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、搬送媒体を超臨界領域に
加圧して熱搬送回路内に封入し、該搬送媒体を熱搬送回
路内で搬送することにより空調動作を行う空気調和装置
であって、熱搬送回路内に封入された搬送媒体の圧力が
該搬送媒体の臨界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲に
あることを要旨とする。

【０００７】請求項１記載の本発明では、熱搬送回路中
の搬送媒体の圧力は搬送媒体の臨界圧力の１．０ないし
１．８倍の範囲に設定されて駆動されるように構成され
ているため、搬送媒体は同一質量流量かつ同一温度差に
おける熱輸送能力が向上し、空気調和装置の効率を著し
く向上することができる。

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、冷媒駆動
装置、熱源と熱交換を行う熱源側熱交換器および膨張手
段を配管により接続して内部に冷媒を封入した冷凍サイ
クルと、搬送媒体駆動装置および利用側媒体と熱交換を
行う利用側熱交換器を配管により接続して内部に搬送媒
体を封入した熱搬送回路と、前記冷凍サイクルと熱搬送
回路とを接続する中間熱交換器と、前記熱搬送回路にお
ける搬送媒体の圧力が該搬送媒体の臨界圧力の１．０な
いし１．８倍の範囲にあるように制御する圧力制御手段
とを有することを要旨とする。

【０００９】請求項２記載の本発明では、熱搬送回路中
の圧力制御手段が熱搬送回路中の圧力を変化させ、臨界
圧力以上においては搬送媒体が同一質量流量かつ同一温
度差における熱輸送能力が向上する動作圧力に制御し、
熱搬送回路中の圧力を搬送媒体の臨界圧力の１．０ない
し１．８倍の範囲の最適値に設定し、効率の向上を図っ
ている。

【００１０】更に、請求項３記載の本発明は、請求項２
記載の発明において、前記圧力制御手段が利用側媒体が
冷却または冷房する動作時において搬送媒体が液として
存在する配管部分に設けられた液溜手段を有することを
要旨とする。

【００１１】請求項３記載の本発明では、液溜手段が熱
搬送回路内の搬送媒体の平均密度を変化させることによ
り臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量流量かつ
同一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力に
し、相変化領域では搬送媒体の平均密度を最適とするこ
とにより空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００１２】請求項４記載の本発明は、請求項２記載の
発明において、前記圧力制御手段が前記熱搬送回路の動
作中における熱搬送回路中の搬送媒体の平均密度を可変
制御する搬送媒体平均密度制御手段を有することを要旨
とする。

【００１３】請求項４記載の本発明では、搬送媒体平均
密度制御手段が熱搬送回路内の冷媒平均密度を変化させ
るように制御するため、きめ細かな変化が可能となり、
臨界圧力以上においては冷媒が同一質量流量かつ同一温
度差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相変
化領域では冷媒の平均密度を最適とすることにより空気
調和装置の効率の向上を図っている。

【００１４】また、請求項５記載の本発明は、請求項４
記載の発明において、前記搬送媒体平均密度制御手段が
前記熱搬送回路の配管に連結され、容積を可変制御して
熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度を可変する容積可変
機構手段を有することを要旨とする。

【００１５】請求項５記載の本発明では、搬送媒体平均
密度制御手段の容積可変機構手段が容積を拡大または縮
小することにより搬送媒体の平均密度を変化させるよう
に制御し、これによりきめ細かな変化が可能となり、臨
界圧力以上においては冷媒が同一質量流量かつ同一温度
差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相変化
領域では冷媒平均密度を最適とすることで空気調和装置
の効率の向上を図っている。

【００１６】更に、請求項６記載の本発明は、請求項４
記載の発明において、前記搬送媒体平均密度制御手段が
一対の弁を介して前記熱搬送回路の前記搬送媒体駆動装
置の両側に連結され、周囲の加熱および弁の開閉制御に
より熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度を可変する温度
可変手段付き液溜手段を有することを要旨とする。

【００１７】請求項６記載の本発明では、温度可変手段
付き液溜手段により熱搬送回路内の冷媒の平均密度を可
変制御させることにより、臨界圧力以上においては冷媒
が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向
上する動作圧力にし、相変化領域では冷媒平均密度を最
適とすることにより空気調和装置の効率の向上を図って
いる。

【００１８】請求項７記載の本発明は、請求項４記載の
発明において、前記搬送媒体平均密度制御手段が前記中
間熱交換器に一対の弁を介して設けられ、該弁の開閉制
御を介して前記冷凍サイクルにより冷却または加熱され
た後、前記弁の制御により熱搬送回路内の搬送媒体の平
均密度を可変する液溜手段を有することを要旨とする。

【００１９】請求項７記載の本発明では、液溜手段を有
する中間熱交換器が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を
変化させることにより臨界圧力以上において搬送媒体が
同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上
する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度を
最適とすることにより空気調和装置の効率の向上を図っ
ている。

【００２０】また、請求項８記載の本発明は、請求項２
記載の発明において、前記圧力制御手段が前記熱搬送回
路の運転状態、冷房か暖房かにより熱搬送回路中の圧力
を制御するように構成されていることを要旨とする。

【００２１】請求項８記載の本発明では、運転条件、冷
房か暖房かにより熱搬送回路中の圧力制御手段が熱搬送
回路内の搬送媒体の平均密度を変化させ、超臨界圧力以
上においては搬送媒体が同一質量流量かつ同一温度差に
おける熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相変化領域
では搬送媒体平均密度を最適とすることで空気調和装置
の効率の向上を図っている。

【００２２】更に、請求項９記載の本発明は、請求項２
記載の発明において、前記利用側熱交換器が複数台設け
られ、該複数の利用側熱交換器の各々は両側に設けられ
た一対の弁を介して配管に接続され、該複数の利用側熱
交換器は、前記弁の開閉動作により熱搬送回路中の圧力
制御手段として作用するように構成されていることを要
旨とする。

【００２３】請求項９記載の本発明では、熱搬送回路中
の圧力制御手段が熱搬送回路中の搬送媒体平均密度を変
化させることにより臨界圧力以上においては搬送媒体が
同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上
する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度を
最適とするとともに、更に負荷を必要としない利用側熱
交換器が弁の開閉動作により搬送媒体密度制御手段とな
ることにより空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００２４】請求項１０記載の本発明は、請求項２記載
の発明において、前記圧力制御手段が前記熱搬送回路中
の圧力の制御を規定時間に従って行うべく作動するよう
に構成されていることを要旨とする。

【００２５】請求項１０記載の本発明では、熱搬送回路
中の圧力制御手段が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を
変化させることにより臨界圧力以上においては搬送媒体
が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向
上する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度
を最適とするとともに、運転開始後に弁などから搬送媒
体の漏れなどがあった場合でも、規定時間が経過した場
合、再び圧力制御手段が動作することにより常に空気調
和装置の効率の向上を図っている。

【００２６】また、請求項１１記載の本発明は、請求項
２記載の発明において、前記熱搬送回路の搬送媒体が炭
酸ガスであり、前記圧力制御手段が超臨界領域での動作
圧力範囲が８ＭＰａないし１２ＭＰａとなるように動作
すべく構成されていることを要旨とする。

【００２７】請求項１１記載の本発明では、熱搬送回路
中の圧力制御手段が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を
変化させ、熱搬送回路の動作圧力が８ＭＰａ〜１２ＭＰ
ａになるように制御することにより、例えば暖房運転時
の理論ＣＯＰは臨界圧以上において搬送媒体が同一質量
流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作
圧力にし、空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００２８】請求項１２記載の本発明は、請求項２記載
の発明において、前記熱搬送回路の搬送媒体駆動装置が
搬送媒体を正方向および逆方向に駆動することができる
ように構成されていることを要旨とする。

【００２９】請求項１２記載の本発明では、冷房であれ
ば、搬送媒体駆動装置の駆動する方向が正転となり、暖
房であれば、搬送媒体駆動装置の駆動する方向が逆転す
るので、構成が簡略化されるため、構成部品の数が低減
し、装置の信頼性を向上することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００３１】図１は、本発明の第１の実施形態に係わる
空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気調
和装置は、搬送媒体駆動装置５、熱源側熱交換器７、お
よび利用側熱交換器６が配管１０により接続され、内部
に搬送媒体ｂが封入された熱搬送回路を有し、該熱搬送
回路中の搬送媒体ｂはその臨界圧力の１．０ないし１．
８倍の範囲で熱搬送回路中に封入されて駆動されるよう
に構成されている。すなわち、熱搬送回路中の搬送媒体
ｂの圧力は、その臨界圧力以上である超臨界領域におい
て臨界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲に設定されて
いるものである。なお、搬送媒体駆動装置５は例えばポ
ンプ、コンプレッサのような圧送手段で構成されてい
る。

【００３２】このように構成される空気調和装置におい
ては、冷房運転時には搬送媒体ｂは実線で示すように搬
送媒体駆動装置５から熱源側熱交換器７に圧送され、該
熱源側熱交換器７で冷却された後、利用側熱交換器６で
例えば室内空気と熱交換して室内の空気を冷却するよう
に動作し、また暖房時には搬送媒体ｂは点線で示すよう
に搬送媒体駆動装置５から高温で利用側熱交換器６に圧
送され、利用側熱交換器６で室内空気と熱交換すること
により室内に熱を放出して室内を暖房した後、熱源側熱
交換器７を介して搬送媒体駆動装置５に戻るという動作
を繰り返す。

【００３３】このような空気調和動作において、熱搬送
回路中の搬送媒体ｂの圧力は、搬送媒体ｂの臨界圧力の
１．０ないし１．８倍の範囲に設定されて駆動されるよ
うに構成されているものであるため、搬送媒体ｂは同一
質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力（エンタル
ピ差×密度／理論入力）が図２に示すように向上し、空
気調和装置の効率を著しく向上することができる。

【００３４】すなわち、図２は、搬送媒体駆動装置５を
構成するポンプの臨界圧力に対する吸込圧力比に対する
ＣＯＰ比、すなわち空気調和装置の冷暖房サイクルの性
能を表す数値であるＣＯＰ比を液ポンプとガスポンプの
場合について示したグラフであるが、ポンプ吸込圧力比
が１．０ないし１．８の範囲において装置性能を表すＣ
ＯＰ比が向上していることがわかる。

【００３５】また、臨界圧力の１．８倍以上では効率の
向上は少なくなり、圧力が高くなったときの空気調和装
置の設計の面において例えば耐圧設計のような問題があ
り、効果がなくなってしまう。

【００３６】更に、図３に示すように、臨界圧力に対す
る比が１．７倍、１．８倍、１．９倍の時の同一温度差
の時のエンタルピ差ΔＨを見ると、１．８倍が最も大き
く、１．９倍以上ではエンタルピ差は小さくなることが
わかる。これは、同一質量流量かつ同一温度差の場合に
おいて１．８倍の時が最も熱を有効に搬送できることを
示しているものである。すなわち、１．８倍以上に圧力
を高くしても、熱輸送能力はほぼ変化せず、エンタルピ
差（ΔＨ）も小さくなり、更に高圧時の空気調和装置の
設計の面でも上述したように例えば耐圧設計などの問題
がある。

【００３７】これをモリエルチャートで示すと、図４に
示すようになる。図４は、横軸にエンタルピ、縦軸に臨
界圧力に対する比を取ったグラフであり、同図の、
、、は利用温度差４０〜８０℃のサイクルの圧力
比０．８，１．０，１．８，１．９のそれぞれの時のエ
ンタルピ差を示している。これからわかるように、１．
８倍の時が最も熱を有効に搬送できることがわかる。な
お、圧力比が１．８倍以上になると、エンタルピ差が小
さくなってしまい、熱搬送能力は低下してしまう。

【００３８】図５は、本発明の第２の実施形態に係わる
空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気調
和装置は、冷媒駆動装置１、四方弁２、熱源側熱交換器
３、膨張手段４、および中間熱交換器７が配管９により
接続され、内部に冷媒が封入された冷凍サイクルと、前
記中間熱交換器７、搬送媒体駆動装置５、および利用側
熱交換器６が配管１０により接続され、内部に搬送媒体
ｂが封入された熱搬送回路と、該熱搬送回路の配管１０
の途中に設けられ、熱搬送回路内の圧力を制御する圧力
制御手段８と、該圧力制御手段を制御する制御回路２０
とを有し、熱搬送回路中の搬送媒体ｂはその臨界圧力の
１．０ないし１．８倍の範囲で熱搬送回路中に封入され
て駆動されるように構成されている。なお、図５におい
て、実線は冷房運転時の媒体の流れを示し、点線は暖房
運転時の媒体の流れを示している。

【００３９】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力に合わせて
冷凍サイクルの運転条件が決定される。更に、熱搬送回
路はその要求能力により熱搬送回路中の圧力制御手段８
が制御回路２０の制御により熱搬送回路中の圧力を可変
制御する。

【００４０】図６に示すフローチャートを参照して、図
５に示す空気調和装置の作用を説明する。図６におい
て、運転が開始すると（ステップ１１０）、制御回路２
０が熱搬送回路の配管１０内の搬送媒体ｂの温度（Ｔ）
および圧力（Ｐ）を検知し、動作圧力が超臨界圧である
か否かをチェックする（ステップ１２０）。圧力が超臨
界圧になっている場合には、前記圧力制御手段８が作動
する（ステップ１３０）。それから、圧力が規定値に等
しいか否かをチェックし（ステップ１４０）、規定値よ
りも低い場合には、サイクル内の容積を小さくするよう
に圧力制御手段８が作動し、これにより圧力を規定値に
上げ、また圧力が規定値よりも高い場合には、サイクル
内の容積を大きくするように圧力制御手段８が作動し
て、圧力を規定値に下げるように作動し、これにより搬
送媒体ｂの圧力を常に該搬送媒体ｂの臨界圧力の１．０
ないし１．８倍の範囲にあるように制御している。

【００４１】本実施形態では、熱搬送回路中の圧力制御
手段８が熱搬送回路中の圧力を変化させることにより、
臨界圧力以上においては搬送媒体ｂが同一質量流量かつ
同一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力に制
御し、熱搬送回路中の圧力を上述した搬送媒体ｂの臨界
圧力の１．０ないし１．８倍の範囲の最適値に設定し、
これにより空気調和装置の効率を向上するようにしてい
る。

【００４２】図７は、本発明の第３の実施形態に係わる
空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気調
和装置は、図５に示した空気調和装置において熱搬送回
路の搬送媒体駆動装置５と利用側熱交換器６および中間
熱交換器７との間に四方弁２ａを設けるとともに、搬送
媒体駆動装置５に隣接された配管１０の部分に搬送媒体
液溜手段１４を設け、また前記圧力制御手段８を削除す
るように構成したものであり、その他の構成および作用
は図５の空気調和装置と同じであり、同じ構成要素には
同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図７にお
いて、実線は冷房運転時の媒体の流れを示し、点線は暖
房運転時の媒体の流れを示している。

【００４３】このように構成された空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力に合わせて
冷凍サイクルの運転条件が決定される。更に、熱搬送回
路は動作温度により動作圧力が決まり、この時搬送媒体
液溜手段１４に搬送媒体が液として貯留し、これにより
液部分が多い場合には搬送媒体の平均密度が低くなり、
液部分が少ない場合には搬送媒体の平均密度が大きくな
る。

【００４４】このように搬送媒体液溜手段１４が熱搬送
回路内の搬送媒体の平均密度を変化させることにより臨
界圧力以上においては搬送媒体が同一質量流量かつ同一
温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相
変化領域では搬送媒体の平均密度を最適とすることによ
り空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００４５】図８は、本発明の第４の実施形態に係わる
空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気調
和装置は、図５に示した空気調和装置において圧力制御
手段８を削除し、この代わりに搬送媒体平均密度制御手
段１１、動作温度検出手段１２、および動作圧力検出手
段１３を熱搬送回路の配管１０の途中に設けるように構
成したものであり、その他の構成および作用は図５の空
気調和装置と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を
付し、その説明を省略する。なお、図８において、実線
は冷房運転時の媒体の流れを示し、点線は暖房運転時の
媒体の流れを示している。

【００４６】このように構成された空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力に合わせて
冷凍サイクルの運転条件が決定される。また、熱搬送回
路は動作温度により動作圧力が決まり、このとき動作温
度検出手段１２が温度を検出し、動作圧力検出手段１３
が圧力を検出し、この圧力が臨界圧力以下かそれ以上で
あるかにより搬送媒体平均密度制御手段１１が熱搬送回
路内の冷媒平均密度を変化させるように制御するもので
ある。

【００４７】図９に示すフローチャートを参照して、図
８に示す空気調和装置の作用を説明する。図９におい
て、運転が開始されると（ステップ２１０）、動作温度
検出手段１２および動作圧力検出手段１３がそれぞれ温
度および圧力を検出し、動作圧力が超臨界圧であるか否
かをチェックし（ステップ２２０）、超臨界圧の場合に
は、搬送媒体平均密度制御手段１１を作動させる（ステ
ップ２３０）。このとき、搬送媒体平均密度制御手段１
１は規定値よりも圧力が低い場合には、サイクル内の平
均密度を小さくすることにより圧力を増大し、また圧力
が高い場合には、サイクル内の平均密度を大きくするこ
とにより圧力を下げるように作動し、これにより搬送媒
体ｂの圧力を常に該搬送媒体ｂの臨界圧力の１．０ない
し１．８倍の範囲にあるように制御している。

【００４８】本実施形態では、動作温度検出手段１２が
温度を検出し、動作圧力検出手段１３が圧力を検出し、
この圧力が臨界圧力以下かそれ以上であるかにより搬送
媒体平均密度制御手段１１が熱搬送回路内の冷媒平均密
度を変化させるように制御するものであるため、きめ細
かな変化が可能となり、臨界圧力以上においては冷媒が
同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上
する動作圧力にし、相変化領域では冷媒の平均密度を最
適とすることにより空気調和装置の効率の向上を図って
いる。

【００４９】図１０は、本発明の第５の実施形態に係わ
る空気調和装置に使用される搬送媒体平均密度制御手段
の構成を詳細に示す図である。同図に示す搬送媒体平均
密度制御手段は、上述した図８に示した搬送媒体平均密
度制御手段１１であって、搬送媒体が封入された熱搬送
回路の配管１０の途中に連結されているものであり、こ
の搬送媒体平均密度制御手段１１は内部に例えばベロー
ズのような容積可変機構手段１５を有し、これにより容
積を拡大または縮小し得るように構成されている。な
お、図１０（ａ）は冷房運転時を示し、図１０（ｂ）は
暖房運転時を示している。

【００５０】このような構成においては、前記動作温度
検出手段１２が温度を検出し、動作圧力検出手段１３が
圧力を検出し、この圧力が臨界圧力以下であるかまたは
それ以上であるかにより搬送媒体平均密度制御手段１１
内の容積可変機構手段１５が容積を拡大または縮小する
ことにより搬送媒体の平均密度を変化させるように制御
し、これによりきめ細かな変化が可能となり、臨界圧力
以上においては冷媒が同一質量流量かつ同一温度差にお
ける熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相変化領域で
は冷媒平均密度を最適とすることで空気調和装置の効率
の向上を図っている。

【００５１】図１１は、本発明の第６の実施形態に係わ
る空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気
調和装置は、図８に示した空気調和装置において搬送媒
体平均密度制御手段１１、動作温度検出手段１２、動作
圧力検出手段１３を削除し、熱搬送回路の配管１０の途
中の搬送媒体駆動装置５の両側には弁１７，１７ａを介
して温度可変手段付き液溜手段１６を設けた点が異なる
のみで、その他の構成および作用は図８の空気調和装置
と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付し、その
説明を省略する。なお、図１１において、実線は冷房運
転時の媒体の流れを示し、点線は暖房運転時の媒体の流
れを示している。

【００５２】前記温度可変手段付き液溜手段１６は、詳
細には図１２に示すように、例えば冷凍サイクルに接続
される温度可変手段１８が周囲に設けられている。な
お、図１２（ａ）は冷房運転時を示し、図１２（ｂ）は
暖房運転時を示している。

【００５３】このように構成される空気調和装置では、
相変化領域運転時は、弁１７が閉成し、弁１７ａが開放
して、温度可変手段１８により液溜手段１６が冷却さ
れ、これにより搬送媒体が溜る。そして、弁１７ａが閉
成すると、熱搬送回路内の冷媒平均密度が小さくなる。
一方、超臨界領域の運転時には、弁１７が開放し、弁１
７ａが閉成して、温度可変手段１８により液溜手段１６
が加熱されると、搬送媒体が熱搬送回路に戻る。そし
て、弁１７が閉成すると、熱搬送回路内の冷媒の平均密
度が大きくなる。このように温度可変手段１８を有する
液溜手段１６により熱搬送回路内の冷媒の平均密度を変
化させることにより、臨界圧力以上においては冷媒が同
一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上す
る動作圧力にし、相変化領域では冷媒平均密度を最適と
することにより空気調和装置の効率の向上を図ってい
る。

【００５４】図１３は、本発明の第７の実施形態に係わ
る空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気
調和装置は、図８に示した空気調和装置において搬送媒
体平均密度制御手段１１、動作温度検出手段１２、動作
圧力検出手段１３を削除するとともに、熱搬送回路の中
間熱交換器７の構成を図１４に拡大して示すように弁１
７，１７ａを介して液溜手段１６を有するように構成し
た点が異なるのみで、その他の構成および作用は図８の
空気調和装置と同じであり、同じ構成要素には同じ符号
を付し、その説明を省略する。なお、図１３において、
実線は冷房運転時の媒体の流れれ示し、点線は暖房運転
時の媒体の流れを示している。

【００５５】このように構成される空気調和装置では、
相変化領域運転時は、弁１７が閉成し、弁１７ａが開放
して、冷凍サイクルにより液溜手段１６が冷却される
と、搬送媒体が液溜手段１６に溜る。そして、弁１７ａ
が閉成すると、熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度が小
さくなる。一方、超臨界領域運転時には、弁１７が開放
し、弁１７ａが閉成して、冷凍サイクルにより液溜手段
１６が加熱されると、搬送媒体が熱搬送回路に戻る。そ
して、弁１７が閉成すると、熱搬送回路内の冷媒の平均
密度が大きくなる。このように液溜手段１６を有する中
間熱交換器７が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化
させることにより臨界圧力以上において搬送媒体が同一
質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する
動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度を最適
とすることにより空気調和装置の効率の向上を図ってい
る。

【００５６】図１５は、本発明の第８の実施形態に係わ
る空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気
調和装置は、図８に示した空気調和装置と構成が同じで
あるが、前記圧力制御手段８が運転条件、冷房か暖房か
により熱搬送回路内の圧力を制御するように作用する点
が図８に示したものと異なっているものであり、その他
の構成および作用は図８の空気調和装置と同じであり、
同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略す
る。なお、図１５において、実線は冷房運転時の媒体の
流れを示し、点線は暖房運転時の媒体の流れを示してい
る。

【００５７】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の運転条件、冷房か暖房かにより冷凍サイク
ルの運転条件が決定されるとともに、熱搬送回路は熱搬
送回路中の圧力制御手段８が熱搬送回路内の搬送媒体の
平均密度を変化させるように制御している。

【００５８】図１６に示すフローチャートを参照して、
図１５に示す空気調和装置の作用を説明する。図１６に
おいて、運転が開始されると（ステップ３１０）、暖房
か冷房かがチェックされ（ステップ３２０）、暖房であ
る場合には、前記圧力制御手段８が作動する（ステップ
３３０）。圧力制御手段８は制御回路２０により温度、
圧力などを検知し、この検知した動作圧力が規定値、す
なわち超臨界圧力であるか否かをチェックする（ステッ
プ３４０）。超臨界圧力に達していない場合には、制御
回路２０は更に圧力制御手段８を動作し続ける。すなわ
ち、この場合、圧力制御手段８は、圧力が規定値よりも
低い場合には、サイクル内の容積を小さくするように制
御して、圧力を増大し、また圧力が高い場合には、サイ
クル内の容積を大きくするように制御して、圧力を下げ
るように動作する。

【００５９】本実施形態では、運転条件、冷房か暖房か
により熱搬送回路中の圧力制御手段８が熱搬送回路内の
搬送媒体の平均密度を変化させることにより、超臨界圧
力以上においては搬送媒体が同一質量流量かつ同一温度
差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、相変化
領域では搬送媒体平均密度を最適とすることで空気調和
装置の効率の向上を図っている。

【００６０】図１７は、本発明の第９の実施形態に係わ
る空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空気
調和装置は、図５に示す空気調和装置において１つの利
用側熱交換器６の代わりに複数（図１７において、２
個）の利用側熱交換器６，６ａが設けられるとともに、
各利用側熱交換器がそれぞれ弁１９，１９ａ，２０，２
０ａを介して配管１０に接続されている点が異なるのみ
で、その他の構成および作用は図５に示す空気調和装置
と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付し、その
説明を省略する。なお、図１７において、実線は冷房運
転時の媒体の流れを示し、点線は暖房運転時の媒体の流
れを示している。

【００６１】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６，６ａでの要求能力に合
わせて冷凍サイクルの運転条件が決定される。更に、熱
搬送回路はその要求能力により熱搬送回路中の圧力制御
手段８および負荷を必要としていない利用側熱交換器６
（６ａ）が弁１９，１９ａ（２０，２０ａ）の開閉動作
により熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化させるこ
とができる。

【００６２】更に具体的には、例えば暖房運転時に複数
の利用側熱交換器６，６ａのうち１台の利用側熱交換器
６ａで要求がない場合、サイクル内の圧力は次第に上昇
し、この結果性能が低下してしまう。そこで、利用側熱
交換器６ａが停止状態の場合、始めに弁２０を閉成す
る。それから、利用側熱交換器６ａに搬送媒体が貯留し
たところで弁２０ａを閉成することにより、サイクル内
の搬送媒体量は低下するため圧力が低下する。この動作
によりサイクル内の圧力が最適にされる。また、複数の
利用側熱交換器６，６ａが動作する場合には、能力によ
り圧力の変動がある。この場合には、圧力制御手段８が
動作し、圧力が規定値よりも低い場合には、圧力制御手
段８はサイクル内の容積を小さくするように制御するこ
とで圧力を増大し、また圧力が高い場合には、サイクル
内の容積を大きくするように制御することで圧力を低下
することができる。

【００６３】本実施形態では、熱搬送回路中の圧力制御
手段８が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化させる
ことにより臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量
流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作
圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度を最適とす
るとともに、更に負荷を必要としない利用側熱交換器６
（６ａ）が弁１９，１９ａ（２０，２０ａ）の開閉動作
により搬送媒体密度制御手段となることにより空気調和
装置の効率の向上を図っている。

【００６４】図１８は、本発明の第１０の実施形態に係
わる空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空
気調和装置は、図８に示した空気調和装置と構成が同じ
であるが、前記圧力制御手段８が規定時間により熱搬送
回路中の圧力を制御するように作用する点が図８に示し
たものと異なっているものであり、その他の構成および
作用は図８の空気調和装置と同じであり、同じ構成要素
には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図１
５において、実線は冷房運転時の媒体の流れを示し、点
線は暖房運転時の媒体の流れを示している。

【００６５】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力に合わせて
冷凍サイクルの運転条件が決定される。更に、熱搬送回
路はその要求能力により圧力制御手段８が熱搬送回路内
の搬送媒体の平均密度を可変制御して運転を行う。運転
開始後、規定時間が経過すると、再び熱搬送回路中の圧
力制御手段８が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を可変
制御して運転を行う。

【００６６】本実施形態では、熱搬送回路中の圧力制御
手段８が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化させる
ことにより臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量
流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作
圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密度を最適とす
る。そして、運転開始後に弁などから搬送媒体の漏れな
どがあった場合でも、規定時間が経過した場合、再び圧
力制御手段８が動作することにより常に空気調和装置の
効率の向上を図っている。

【００６７】図１９は、本発明の第１１の実施形態に係
わる空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空
気調和装置は、図５に示す空気調和装置において動作温
度検出手段１２および動作圧力検出手段１３が圧力制御
手段８とともに設けられていることが図５の空気調和装
置と異なるものであるとともに、また前記搬送媒体は炭
酸ガスであり、熱搬送回路の動作圧力は８ＭＰａ〜１２
ＭＰａとなるように構成され、その他の構成および作用
は図５に示す空気調和装置と同じであり、同じ構成要素
には同じ符号を付して、その説明を省略する。

【００６８】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力に合わせて
冷凍サイクルの運転条件が決定される。更に、熱搬送回
路は動作温度により動作圧力が決まり、この時動作温度
検出手段１２が温度を検出し、動作圧力検出手段１３が
圧力を検出する。そして、この検出した圧力が臨界圧力
以下かそれ以上であるかにより熱搬送回路中の圧力制御
手段８が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化させ、
この時熱搬送回路の動作圧力が８ＭＰａ〜１２ＭＰａと
なるように制御される。

【００６９】図２０に示すフローチャートを参照して、
図１９の空気調和装置の作用を説明する。図２０におい
て、運転が開始されると（ステップ４１０）、動作温度
検出手段１２および動作圧力検出手段１３がそれぞれ温
度および圧力を検出し、制御回路２０において動作圧力
が超臨界圧であるか否かがチェックされる（ステップ４
２０）。超臨界圧の場合には、制御回路２０は圧力制御
手段８を動作させる（ステップ４３０）。この時、圧力
制御手段８は規定値より圧力が低い場合には、サイクル
内の容積を小さくするように動作して圧力を増大し、ま
た圧力が高い場合には、サイクル内の容積を大きくする
ことにより圧力を低下するように作用し、これにより熱
搬送回路の動作圧力を８ＭＰａ〜１２ＭＰａになるよう
に制御する（ステップ４４０）。

【００７０】本実施形態では、熱搬送回路中の圧力制御
手段８が熱搬送回路内の搬送媒体平均密度を変化させ、
熱搬送回路の動作圧力が８ＭＰａ〜１２ＭＰａになるよ
うに制御することにより、例えば暖房運転時の理論ＣＯ
Ｐは図２１に示すように臨界圧以上において搬送媒体が
同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上
する動作圧力にし、空気調和装置の効率の向上を図って
いる。

【００７１】図２２は、本発明の第１２の実施形態に係
わる空気調和装置の構成を示す図である。同図に示す空
気調和装置は、図５に示した空気調和装置において前記
搬送媒体駆動装置５が正転および逆転運転可能なように
構成されている点が異なるのみで、その他の構成および
作用は図５の空気調和装置と同じであり、同じ構成要素
には同じ符号を付して、その説明を省略する。

【００７２】このように構成される空気調和装置では、
熱搬送回路の利用側熱交換器６での要求能力、例えば冷
房、暖房に合わせて冷凍サイクルの運転条件が決定され
るとともに、冷房であれば、搬送媒体駆動装置５の駆動
する方向が正転となり、暖房であれば、搬送媒体駆動装
置５の駆動する方向が逆転するので、構成が簡略化され
るため、構成部品の数が低減し、装置の信頼性を向上す
ることができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明によれば、熱搬送回路中の搬送媒体の圧力を搬送媒
体の臨界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲に設定する
ように制御しているので、搬送媒体は同一質量流量かつ
同一温度差における熱輸送能力が向上し、空気調和装置
の効率を著しく向上することができる。

【００７４】また、請求項２記載の本発明によれば、熱
搬送回路中の圧力制御手段が熱搬送回路中の圧力を変化
させ、臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量流量
かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力
に制御し、熱搬送回路中の圧力を搬送媒体の臨界圧力の
１．０ないし１．８倍の範囲の最適値に設定し、これに
より空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００７５】更に、請求項３記載の本発明によれば、液
溜手段が熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度を変化させ
ることで臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量流
量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧
力にし、相変化領域では搬送媒体の平均密度を最適とす
ることにより空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００７６】請求項４記載の本発明によれば、搬送媒体
平均密度制御手段が熱搬送回路内の冷媒平均密度を変化
させるように制御するため、きめ細かな変化が可能とな
り、臨界圧力以上においては冷媒が同一質量流量かつ同
一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、
相変化領域では冷媒の平均密度を最適とすることにより
空気調和装置の効率の向上を図っている。

【００７７】また、請求項５記載の本発明によれば、搬
送媒体平均密度制御手段の容積可変機構手段が容積を拡
大または縮小することにより搬送媒体の平均密度を変化
させるように制御し、これによりきめ細かな変化が可能
となり、臨界圧力以上においては冷媒が同一質量流量か
つ同一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力に
し、相変化領域では冷媒平均密度を最適とすることで空
気調和装置の効率の向上を図っている。

【００７８】更に、請求項６記載の本発明によれば、温
度可変手段付き液溜手段により熱搬送回路内の冷媒の平
均密度を可変制御させることにより、臨界圧力以上にお
いては冷媒が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸
送能力が向上する動作圧力にし、相変化領域では冷媒平
均密度を最適とすることにより空気調和装置の効率の向
上を図っている。

【００７９】請求項７記載の本発明によれば、液溜手段
を有する中間熱交換器が熱搬送回路内の搬送媒体平均密
度を変化させることにより臨界圧力以上において搬送媒
体が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が
向上する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均密
度を最適とすることにより空気調和装置の効率の向上を
図っている。

【００８０】また、請求項８記載の本発明によれば、運
転条件、冷房か暖房かにより熱搬送回路中の圧力制御手
段が熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度を変化させ、超
臨界圧力以上においては搬送媒体が同一質量流量かつ同
一温度差における熱輸送能力が向上する動作圧力にし、
相変化領域では搬送媒体平均密度を最適とすることで空
気調和装置の効率の向上を図っている。

【００８１】更に、請求項９記載の本発明によれば、熱
搬送回路中の圧力制御手段が熱搬送回路中の搬送媒体平
均密度を変化させることにより臨界圧力以上においては
搬送媒体が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送
能力が向上する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体
平均密度を最適とするとともに、更に負荷を必要としな
い利用側熱交換器が弁の開閉動作により搬送媒体密度制
御手段となることにより空気調和装置の効率の向上を図
っている。

【００８２】請求項１０記載の本発明によれば、熱搬送
回路中の圧力制御手段が熱搬送回路内の搬送媒体平均密
度を変化させることにより臨界圧力以上においては搬送
媒体が同一質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力
が向上する動作圧力にし、相変化領域では搬送媒体平均
密度を最適とするとともに、運転開始後に弁などから搬
送媒体の漏れなどがあった場合でも、規定時間が経過し
た場合、再び圧力制御手段が動作することにより常に空
気調和装置の効率の向上を図っている。

【００８３】請求項１１記載の本発明によれば、熱搬送
回路中の圧力制御手段が熱搬送回路内の搬送媒体平均密
度を変化させ、熱搬送回路の動作圧力が８ＭＰａ〜１２
ＭＰａになるように制御することにより、例えば暖房運
転時の理論ＣＯＰは臨界圧以上において搬送媒体が同一
質量流量かつ同一温度差における熱輸送能力が向上する
動作圧力にし、空気調和装置の効率の向上を図ってい
る。

【００８４】また、請求項１２記載の本発明によれば、
冷房の場合には搬送媒体駆動装置の駆動する方向が正転
となり、暖房の場合には、搬送媒体駆動装置の駆動する
方向が逆転するので、構成が簡略化されるため、構成部
品の数が低減し、装置の信頼性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる空気調和装置
の構成を示す図である。

【図２】図１の空気調和装置におけるポンプ吸込圧力比
とＣＯＰ比との関係を示すグラフである。

【図３】図１の空気調和装置における圧力とエンタルピ
差（ΔＨ）との関係を示すグラフである。

【図４】図１の空気調和装置におけるエンタルピと臨界
圧力に対する比との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施形態に係わる空気調和装置
の構成を示す図である。

【図６】図５の空気調和装置の作用を示すフローチャー
トである。

【図７】本発明の第３の実施形態に係わる空気調和装置
の構成を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施形態に係わる空気調和装置
の構成を示す図である。

【図９】図８の空気調和装置の作用を示すフローチャー
トである。

【図１０】本発明の第５の実施形態に係わる空気調和装
置の構成を示す図である。

【図１１】本発明の第６の実施形態に係わる空気調和装
置の構成を示す図である。

【図１２】図１１の空気調和装置に使用されている温度
可変手段付き液溜手段の詳細な構成を示す図である。

【図１３】本発明の第７の実施形態に係わる空気調和装
置の構成を示す図である。

【図１４】図１３の空気調和装置に使用されている中間
熱交換器の詳細な構成を示す図である。

【図１５】本発明の第８の実施形態に係わる空気調和装
置の構成を示す図である。

【図１６】図１５の空気調和装置の作用を示すフローチ
ャートである。

【図１７】本発明の第９の実施形態に係わる空気調和装
置の構成を示す図である。

【図１８】本発明の第１０の実施形態に係わる空気調和
装置の構成を示す図である。

【図１９】本発明の第１１の実施形態に係わる空気調和
装置の構成を示す図である。

【図２０】図１９の空気調和装置の作用を示すフローチ
ャートである。

【図２１】図１９の空気調和装置におけるポンプ吸込圧
力と理論ＣＯＰとの関係を示すグラフである。

【図２２】本発明の第１２の実施形態に係わる空気調和
装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１冷媒駆動装置２四方弁３熱源側熱交換器４膨張手段５搬送媒体駆動装置６利用側熱交換器７中間熱交換器８圧力制御手段９，１０配管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送媒体を超臨界領域に加圧して熱搬送
回路内に封入し、該搬送媒体を熱搬送回路内で搬送する
ことにより空調動作を行う空気調和装置であって、熱搬
送回路内に封入された搬送媒体の圧力が該搬送媒体の臨
界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲にあることを特徴
とする空気調和装置。
【請求項２】冷媒駆動装置、熱源と熱交換を行う熱源
側熱交換器および膨張手段を配管により接続して内部に
冷媒を封入した冷凍サイクルと、搬送媒体駆動装置およ
び利用側媒体と熱交換を行う利用側熱交換器を配管によ
り接続して内部に搬送媒体を封入した熱搬送回路と、前
記冷凍サイクルと熱搬送回路とを接続する中間熱交換器
と、前記熱搬送回路における搬送媒体の圧力が該搬送媒
体の臨界圧力の１．０ないし１．８倍の範囲にあるよう
に制御する圧力制御手段とを有することを特徴とする空
気調和装置。
【請求項３】前記圧力制御手段は、利用側媒体が冷却
または冷房する動作時において搬送媒体が液として存在
する配管部分に設けられた液溜手段を有することを特徴
とする請求項２記載の空気調和装置。
【請求項４】前記圧力制御手段は、前記熱搬送回路の
動作中における熱搬送回路中の搬送媒体の平均密度を可
変制御する搬送媒体平均密度制御手段を有することを特
徴とする請求項２記載の空気調和装置。
【請求項５】前記搬送媒体平均密度制御手段は、前記
熱搬送回路の配管に連結され、容積を可変制御して熱搬
送回路内の搬送媒体の平均密度を可変する容積可変機構
手段を有することを特徴とする請求項４記載の空気調和
装置。
【請求項６】前記搬送媒体平均密度制御手段は、一対
の弁を介して前記熱搬送回路の前記搬送媒体駆動装置の
両側に連結され、周囲の加熱および弁の開閉制御により
熱搬送回路内の搬送媒体の平均密度を可変する温度可変
手段付き液溜手段を有することを特徴とする請求項４記
載の空気調和装置。
【請求項７】前記搬送媒体平均密度制御手段は、前記
中間熱交換器に一対の弁を介して設けられ、該弁の開閉
制御を介して前記冷凍サイクルにより冷却または加熱さ
れた後、前記弁の制御により熱搬送回路内の搬送媒体の
平均密度を可変する液溜手段を有することを特徴とする
請求項４記載の空気調和装置。
【請求項８】前記圧力制御手段は、前記熱搬送回路の
運転状態、冷房か暖房かにより熱搬送回路中の圧力を制
御するように構成されていることを特徴とする請求項２
記載の空気調和装置。
【請求項９】前記利用側熱交換器は、複数台設けら
れ、該複数の利用側熱交換器の各々は両側に設けられた
一対の弁を介して配管に接続され、該複数の利用側熱交
換器は、前記弁の開閉動作により熱搬送回路中の圧力制
御手段として作用するように構成されていることを特徴
とする請求項２記載の空気調和装置。
【請求項１０】前記圧力制御手段は、前記熱搬送回路
中の圧力の制御を規定時間に従って行うべく作動するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項２記載の空
気調和装置。
【請求項１１】前記熱搬送回路の搬送媒体は、炭酸ガ
スであり、前記圧力制御手段は、超臨界領域での動作圧
力範囲が８ＭＰａないし１２ＭＰａとなるように動作す
べく構成されていることを特徴とする請求項２記載の空
気調和装置。
【請求項１２】前記熱搬送回路の搬送媒体駆動装置
は、搬送媒体を正方向および逆方向に駆動することがで
きるように構成されていることを特徴とする請求項２記
載の空気調和装置。