JP2015158326A - 冷凍装置及びこの冷凍装置を用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】非共沸混合冷媒を使用し、冷却並びに加熱運転の切換えを行う空気調和機におけるシステム効率を向上させる。【解決手段】冷却運転時は第２の熱交換器４０に流入する液又は液リッチな冷媒を分流させる第１の接続口２１０と、加熱運転時は第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させる第２の接続口２２０とを備え、冷却運転時と加熱運転時のそれぞれにおいて冷媒を適切な流路に選択的に流すように、第１の流路切換え弁１１０を制御し、冷却運転時と加熱運転時のそれぞれにおいて冷媒を適切な流路に選択的に流せるようにすることで、加熱運転時に圧縮機１０からの吐出ガスを第２の熱交換器４０に流入させる際に生じる圧力損失が小さくなる。【選択図】図１

Description

本発明は、非共沸混合冷媒を使用し冷却（冷房）運転及び加熱（暖房）運転の切換え運転を行う冷凍装置及びこの冷凍装置を用いた空気調和機に関するものである。

従来、この種の非共沸混合冷媒を使用し冷却運転及び加熱運転及び加熱運転の切換え運転を行う空気調和機は、熱交換器の冷媒流の方向を冷却運転／加熱運転のいずれも一定とし、冷媒流を風向に対して逆方向の対向流にすることで熱交換効率の向上を図っている。

図６は、特許文献１に記載された従来の空気調和機の冷凍サイクル図を示すものである。図６に示すように、圧縮機１００、四方弁５１０、凝縮器２００、減圧器３００、蒸発器４００を順次連結する冷凍サイクルを構成し、圧縮機１００からの吐出冷媒を四方弁５１０にて室内熱交換器２００または室外熱交換器４００に切り換えて流すことで室内熱交換器２００を凝縮器または蒸発器に切換え、室内熱交換器２００および室外熱交換器４００にファンにより一定方向に通風して熱交換することにより、冷暖房用に使用する空気調和機において、前記室内熱交換器２００の吸入口および吐出口に流路切換え弁５２０を介挿し、室内熱交換器２００の冷媒流の方向を冷暖房によらず一定とし、冷媒流を風向に対して逆方向の、所謂対向流になるように構成されている。

特開平９−１９６４８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、室内熱交換器の吸入口および吐出口に流路切換え弁を介挿することで、冷媒流の方向を冷暖房によらず一定とすることができるが、吸入口および吐出口の形状については言及していない。一般的に、空調機の室内熱交換器は数パスに分流されており、冷房時は吸入口に分流器としてディストリビュータが取り付けられ、吐出口に合流器としてヘッダが取り付けられているため、前記従来の構成のように冷媒流の方向を冷暖房によらず一定とする冷凍回路を構成した場合、暖房切換え時にヘッダとディストリビュータの位置関係が一般的な暖房回路と逆になり、暖房時に圧縮機からの吐出ガスが室内熱交換器の吸入口に取り付けられたディストリビュータを通過し、大きな圧力損失が生じ、システム効率が低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒流の方向を冷暖房によらず一定とするような冷凍サイクルを設計しても、空気調和機のシステム効率を高くできるようにした冷凍回路を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の、冷却運転時は第２の熱交換器に流入する液又は液リッチな冷媒を分流させる第１の接続口と、加熱運転時は前記第２の熱交換器に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させる第２の接続口と、第２の四方弁と前記第１の接続口及び前記第２の接続口との間に、冷却運転時は冷媒を前記第１の接続口に、加熱運転時は冷媒を前記第２の接続口に選択的に流す第１の流路切換え弁とを備えた冷凍サイクルは、前記第１の流路切換え弁を制御することで冷却運転時と加熱運転時のそれぞれにおいて冷媒を適切な流路に選択的に流せるようにしたものである。

これによって、加熱運転時に圧縮機からの吐出ガスを、前記第２の熱交換器の吸入口に取り付けられた液または液リッチな冷媒を分流させる前記第１の接続口を流通させずに、ガスまたはガスリッチな冷媒を分流させる前記第２の接続口を流通させることができるようになり、圧縮機からの吐出ガスを前記第２の熱交換器に流入させる際に生じる圧力損失が小さくなる。

本発明の、冷却運転時は前記第２の熱交換器に流入する液又は液リッチな冷媒を分流させる前記第１の接続口と、加熱運転時は前記第２の熱交換器に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させる前記第２の接続口と、前記第２の四方弁と前記第１の接続口及び前記第２の接続口との間に設けた第１の流路切換え弁とを備えた冷凍サイクルは、前記第１の流路切換え弁を制御することで、冷却運転時は冷媒を前記第１の接続口に、加熱運転時は冷媒を前記第２の接続口に選択的に流せるようにすることで、加熱運転時に圧縮機からの吐出ガスを第２の熱交換器に流入させる際に生じる圧力損失を小さくし、圧縮機の入力を低減することができる。

第１の発明の実施の形態を示す冷凍装置の冷凍サイクル図。 第２の発明の実施の形態を示す冷凍装置の冷凍サイクル図。 第３の発明の実施の形態を示す冷凍装置の冷凍サイクル図。 他の本発明の一実施の形態を示す冷凍装置の冷凍サイクル図。 他の本発明の二実施の形態を示す冷凍装置の冷凍サイクル図。 従来の空気調和機の冷凍サイクルに係る冷凍サイクル図。

以下、第１の発明について、図１を用いて説明する。図１は、圧縮機１０、冷房時に凝縮器として暖房時に蒸発器として作用する第１の（室外）熱交換器２０、減圧器３０、冷房時に蒸発器として暖房時に凝縮器として作用する第２の（室内）熱交換器４０を備えた冷凍装置の空気調和機を示している。

この図１において、圧縮機１０から第１の熱交換器２０、減圧器３０、第２の熱交換器４０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う冷房運転と、圧縮機１０から第２の熱交換器４０、減圧器３０、第１の熱交換器２０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う暖房運転とを切換え可能な第１の四方弁５１と、第２の熱交換器４０を通過する冷媒の流れ方向を冷房運転時及び暖房運転時のいずれにおいても一定とする第２の四方弁５２とを備え、非共沸混合冷媒を使用する空気調和機において、冷房運転時は第２の熱交換器４０に流入する液又は液リッチな冷媒を分流させるいわゆるディストリビュータとなる第１の接続口２１０と、暖房運転時は圧縮機１０から吐出され２つの四方弁５１、５２を介して第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させるいわゆるヘッダとなる第２の接続口２２０と、第２の四方弁５２と第１の接続口２１０及び第２の接続口２２０との間に、冷房運転時は冷媒を第１の接続口２１０に、暖房運転時は冷媒を第２の接続口２２０に選択的に流す第１の流路切換え弁１１０とを備えることを特徴とした空気調和機である。

これにより冷房運転時は２つの四方弁５１、５２を実線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を実線矢印のように流し、暖房運転時は２つの四方弁５１、５２を破線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印のように流す。これにより、特に、暖房時に、第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒が第２の接続口２２０を流通することで、第１接続口２１０を流通することで生じる圧力損失を低減し、圧縮機１０
入力を抑えて、空気調和機のシステム効率を向上させる効果が得られる。

第２の発明について、図２を用いて説明する。図２は、圧縮機１０、冷房時に凝縮器として暖房時に蒸発器として作用する第１の（室外）熱交換器２０、減圧器３０、冷房時に蒸発器として暖房時に凝縮器として作用する第２の（室内）熱交換器４０を備えた冷凍装置の空気調和機を示している。

この図２において、圧縮機１０から第１の熱交換器２０、減圧器３０、第２の熱交換器４０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う冷房運転と、圧縮機１０から第２の熱交換器２０、減圧器３０、第１の熱交換器２０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う暖房運転とを切換える第１の四方弁５１と、第１の熱交換器２０を通過する冷媒の流れ方向を冷房運転時及び暖房運転時のいずれにおいても一定とする第３の四方弁５３とを備え、非共沸混合冷媒を使用する空気調和機において、冷房運転時は第１の熱交換器２０から流出する液又は液リッチな冷媒を合流させるいわゆるディストリビュータとなる第３の接続口２３０と、暖房運転時は第１の熱交換器２０から流出するガス又はガスリッチな冷媒を合流させるいわゆるヘッダとなる第４の接続口２４０と、第１の熱交換器２０と第３の接続口２３０及び第４の接続口２４０との間に、冷房運転時は冷媒を第３の接続口２３０に、暖房運転時は冷媒を第４の接続口２４０に選択的に流す第２の流路切換え弁１２０とを備えることを特徴とした空気調和機である。

これにより冷房運転時は２つの四方弁５１、５３を実線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を実線矢印のように流し、暖房運転時は２つの四方弁５１、５３を破線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印のように流す。これにより、特に、暖房時に、第１の熱交換器２０から流出するガス又はガスリッチな冷媒が第４の接続口２４０を流通することで、第３の接続口２３０を通過することで生じる圧力損失を低減し、圧縮機１０入力を抑えて、空気調和機のシステム効率を向上させる効果が得られる。

第３の発明について、図３を用いて説明する。図３は、圧縮機１０、冷房時に凝縮器として暖房時に蒸発器として作用する第１の（室外）熱交換器２０、減圧器３０、冷房時に蒸発器として暖房時に凝縮器として作用する第２の（室内）熱交換器４０を備えた冷凍回路を有し、圧縮機１０から第１の熱交換器２０、減圧器３０、第２の熱交換器４０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う冷房運転と、圧縮機１０から第２の熱交換器４０、減圧器３０、第１の熱交換器２０へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機１０に返流させて行う暖房運転とを切換える第１の四方弁５１と、第２の熱交換器４０を通過する冷媒の流れ方向を冷房運転時及び暖房運転時のいずれにおいても一定とする４つの逆止弁３１０、３２０、３３０、３４０からなるブリッジ回路３５０とを備え、非共沸混合冷媒を使用する空気調和機において、冷房運転時は第１の熱交換器２０から流出する液又は液リッチな冷媒をブリッジ回路３５０の逆止弁３１０を介して合流させるいわゆるディストリビュータとなる第１の接続口２１０と、暖房運転時は圧縮機１０から吐出され第１の四方弁５１並びにブリッジ回路３５０の逆止弁３３０を介して第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させるいわゆるヘッダとなる第２の接続口２２０と、第１の熱交換器２０と第１の接続口２１０及び第２の接続口２２０との間に、冷房運転時は冷媒を第１の接続口２１０に、暖房運転時は冷媒を第２の接続口２２０に選択的に流す第１の流路切換え弁１１０とを備えることを特徴とした空気調和機である。

これにより冷房運転時は四方弁５１を実線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を実線矢印のように流し、暖房運転時は四方弁５１を破線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印のように流す。これにより、特に、暖房時に、第２の熱交換器４０に
流入するガス又はガスリッチな冷媒が第２の接続口２２０を流通することで、第１の接続口２１０を流通することで生じる圧力損失を低減し、圧縮機１０入力を抑えて、空気調和機のシステム効率を向上させる効果が得られる。

図４は、第２の発明の第３の四方弁５３の部分を第３の発明のブリッジ回路３５０としたので、そのブリッジ回路６２は４つの逆止弁３５０、３６０、３７０、３８０から構成されている。又、第２の発明並びに第３の発明と同一作用を行う構成部品には、同一符号を記してその説明は省略した。

これにより冷房運転時は四方弁１１０を実線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を実線矢印のように流し、暖房運転時は四方弁１００を破線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印のように流す。これにより、特に、暖房時に、第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒が第２の接続口２２０を流通することで、第１の接続口２１０を流通することで生じる圧力損失を低減し、圧縮機１０入力を抑えて、空気調和機のシステム効率を向上させる効果が得られる。流路切換え弁となる四方弁を図３の実施形態と比較して１つ少なくできるので、部品数を低減し、製品コストを低減させる効果がえられる。

図５は、第３の発明のブリッジ回路３５０にいわゆるディストリビュータとなる第３の接続口２５０と、いわゆるヘッダとなる第４の接続口２６０を組み込んだものである。

又、第２の発明並びに第３の発明と同一作用を行う構成部品には、同一符号を記してその説明は省略した。

これにより冷房運転時は四方弁１１０を実線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を実線矢印のように流し、暖房運転時は四方弁１００を破線状態として圧縮機１０から吐出された冷媒を破線矢印のように流す。これにより、特に、暖房時に、第２の熱交換器４０に流入するガス又はガスリッチな冷媒が第２の接続口２２０を流通することで、第１の接続口２１０を流通することで生じる圧力損失を低減し、圧縮機１０入力を抑えて、空気調和機のシステム効率を向上させる効果が得られる。流路切換え弁となる四方弁を図１の実施形態と比較して１つ少なくできるので、部品数を低減し、製品コストを低減させる効果がえられる。

本発明の実施形態について、上述したように図面を参照しながら空気調和機として説明したが、本発明は、この実施形態によって本発明が限定されるものではなく、例えば、このような冷凍装置を、恒温高湿槽やホットアンドコールド自動販売機等の冷却運転と加熱運転の切換えを行うシステム等の用途にも適用できる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機は、非共沸混合冷媒を使用し、冷却運転と加熱運転の切換えを行うヒートポンプシステムにおけるシステム効率の向上が可能となるので、恒温高湿槽やホット&コールド自動販売機等の冷却運転と加熱運転の切換えを行うシステム等の用途にも適用できる。

１０ 圧縮機
２０ 第１の熱交換器
３０ 減圧器
４０ 第２の熱交換器
５１ 第１の四方弁
５２ 第２の四方弁
５３ 第３の四方弁
６１ ブリッジ回路
１１０ 第１の流路切換え弁
１２０ 第２の流路切換え弁
２１０ 第１の接続口
２２０ 第２の接続口
２３０ 第３の接続口
２４０ 第４の接続口
２５０ 第５の接続口
２６０ 第６の接続口
３１０、３２０、３３０、３４０ 逆止弁

Claims (3)

1. 圧縮機、第１の熱交換器、減圧器、第２の熱交換器を備えた冷凍回路を有し、前記圧縮機から前記第１の熱交換器、前記減圧器、前記第２の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び前記圧縮機に返流させて行う冷却運転と、前記圧縮機から前記第２の熱交換器、前記減圧機、前記第１の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び前記圧縮機に返流させて行う加熱運転とを切換える第１の四方弁と、前記第２の熱交換器を通過する冷媒の流れ方向を冷却運転時及び加熱運転時のいずれにおいても一定とする第２の四方弁とを備え、非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置及びこの装置を用いた空気調和機において、冷却運転時は前記第２の熱交換器に流入する液又は液リッチな冷媒を分流させる第１の接続口と、加熱運転時は前記第２の熱交換器に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させる第２の接続口と、前記第２の四方弁と前記第１の接続口及び前記第２の接続口との間に、冷却運転時は冷媒を第１の接続口に、加熱運転時は冷媒を第２の接続口に選択的に流す第１の流路切換え弁とを備えることを特徴とした冷凍装置及びこの装置を用いた空気調和機。
2. 圧縮機、第１の熱交換器、減圧器、第２の熱交換器を備えた冷凍回路を有し、前記圧縮機から前記第１の熱交換器、前記減圧器、前記第２の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び前記圧縮機に返流させて行う冷却運転と、前記圧縮機から前記第２の熱交換器、前記減圧機、前記第１の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び前記圧縮機に返流させて行う加熱運転とを切換える前記第１の四方弁と、前記第１の熱交換器を通過する冷媒の流れ方向を冷却運転時及び加熱運転時のいずれにおいても一定とする第３の四方弁とを備え、非共沸混合冷媒を使用する冷凍装置及びこの装置を用いた空気調和機において、冷却運転時は前記第１の熱交換器から流出する液又は液リッチな冷媒を合流させる第３の接続口と、加熱運転時は前記第１の熱交換器から流出するガス又はガスリッチな冷媒を合流させる第４の接続口と、前記第１の熱交換器と前記第３の接続口及び前記第４の接続口との間に、冷却運転時は冷媒を第３の接続口に、加熱運転時は冷媒を第４の接続口に選択的に流す第２の流路切換え弁とを備えることを特徴とした冷凍装置及びこの装置を用いた空気調和機。
3. 圧縮機、冷房時に凝縮器として暖房時に蒸発器として作用する第１の熱交換器、減圧器、冷房時に蒸発器として暖房時に凝縮器として作用する第２の熱交換器を備えた冷凍回路を有し、圧縮機から第１の熱交換器、減圧器、第２の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機に返流させて行う冷房運転と、圧縮機から第２の熱交換器、減圧器、第１の熱交換器へと順次冷媒を流通させ、これを再び圧縮機に返流させて行う暖房運転とを切換える第１の四方弁と、第２の熱交換器を通過する冷媒の流れ方向を冷房運転時及び暖房運転時のいずれにおいても一定とする４つの逆止弁からなるブリッジ回路とを備え、非共沸混合冷媒を使用する空気調和機において、冷房運転時は第１の熱交換器から流出する液又は液リッチな冷媒をブリッジ回路の逆止弁を介して合流させる第１の接続口と、暖房運転時は圧縮機から吐出され第１の四方弁並びにブリッジ回路の逆止弁を介して第２の熱交換器に流入するガス又はガスリッチな冷媒を分流させる第２の接続口と、第１の熱交換器と第１の接続口及び第２の接続口との間に、冷房運転時は冷媒を第１の接続口に、暖房運転時は冷媒を第２の接続口に選択的に流す第１の流路切換え弁とを備えることを特徴とした冷凍装置及びこの装置を用いた空気調和機。