JPH1068560A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のＨＣＦＣ２２の代替冷媒となる温度勾
配のある混合冷媒を用いた場合に、冷凍サイクル装置お
よび熱交換器の設計において、適切な設計手法がなく、
試行錯誤によって構成しているのが実状であった。 【解決手段】 スクロール圧縮機１と、複数の列数をも
つ凝縮器３と、絞り装置４と、蒸発器５からなり、凝縮
器３を対向流熱交換となし、圧縮機１から流入する冷媒
の出口パス数を入口パス数より少なくなるように冷媒側
の流路を構成し、混合冷媒を封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として混合冷
媒を用いた冷凍サイクル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より空気調和機などの圧縮機、四方
弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器等からなる
冷凍サイクル装置の冷媒としてＨＣＦＣ２２が広く用い
られているが、ＨＣＦＣ２２はわずかながら成層圏オゾ
ン層を破壊するために使用が規制され、その代替冷媒と
して分子中に塩素を含まない冷媒からなる混合冷媒が注
目されている。具体的には、ＨＦＣ３２／ＨＦＣ１２５
からなる２成分混合冷媒や、ＨＦＣ３２／ＨＦＣ１２５
／ＨＦＣ１３４ａからなる３成分混合冷媒が候補として
考えられている。

【０００３】混合冷媒は、大なり小なり、二相域での等
圧下において温度勾配をもち、さらに実際の冷凍サイク
ル装置においては、特に凝縮器において圧力損失のため
に、二相域での等圧下における理想的な温度勾配に比べ
て、大きな温度勾配をもって凝縮時に温度低下する。ま
た蒸発器においては圧力損失のために、理想的な温度勾
配よりも小さく温度上昇する。

【０００４】このため混合冷媒を用いた冷凍サイクル装
置の熱交換器において、対向流熱交換させることは公知
の技術であり、空気調和機の四方弁の切り換えによる冷
暖房運転のいづれにおいても、室内外熱交換器中の冷媒
と空気が対向流熱交換されるように、冷媒側の流路を切
り換えるように工夫したものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、四方弁
をもった空気調和機における上記の工夫は冷媒側の流路
が複雑となり、空気調和機などの列数の少ない熱交換器
においては、厳密に冷媒と空気が対向流熱交換される構
成とはなりえないものであった。

【０００６】また冷暖房運転のいづれかにおいて、室内
外熱交換器のいづれも冷媒と空気が対向流熱交換される
ように、冷媒側の流路を構成すると、反対の運転モード
においては、室内外熱交換器のいづれも冷媒と空気が並
行流熱交換されるため、極端に運転効率が低下する場合
があるものであった。

【０００７】すなわち温度勾配のある混合冷媒を用いた
場合に、冷凍サイクル装置および熱交換器の設計におい
て、適切な設計手法がなく、試行錯誤によって構成して
いるのが実状であった。

【０００８】本発明は、従来のこのような冷凍サイクル
装置に鑑みてなされたもので、混合冷媒を用いた冷凍サ
イクル装置において、特にスクロール圧縮機をもった冷
凍サイクル装置の運転効率の向上を実現することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を実
現するためになされたものであり、スクロール圧縮機
と、複数の列数をもつ凝縮器と、絞り装置と、蒸発器と
を備える冷凍サイクル装置において、凝縮器を対向流熱
交換となし、圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入
口パス数より少なくなるように冷媒側の流路を構成し、
混合冷媒を封入したことを特徴とするものである。

【００１０】また本発明は、スクロール圧縮機と、四方
弁と、室外熱交換器と、絞り装置と、室内熱交換器とを
備える冷凍サイクル装置において、複数の列数をもつ室
外熱交換器または／および室内熱交換器を凝縮器として
動作させる場合に対向流熱交換となし、圧縮機から流入
する冷媒の出口パス数を入口パス数より少なくなるよう
に冷媒側の流路を構成し、混合冷媒を封入したことを特
徴とするものである。

【００１１】さらに本発明は、スクロール圧縮機と、四
方弁と、室外熱交換器と、絞り装置と、室内熱交換器と
を備える冷凍サイクル装置において、特に複数の列数と
列毎に独立したフィンをもつ室外熱交換器を凝縮器とし
て動作させる場合に対向流熱交換となし、圧縮機から流
入する冷媒の出口パス数を入口パス数より少なくなるよ
うに冷媒側の流路を構成し、混合冷媒を封入したことを
特徴とするものである。

【００１２】すなわち対向流熱交換となした凝縮器で
は、圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数
より少なくなるように冷媒側の流路を構成したため、入
口側での圧力損失が小さくなり、凝縮器の入口側での温
度低下が抑えられ、凝縮器の入口から出口までの温度勾
配は上に凸の形となり、対向流熱交換される凝縮器で
は、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度差を最も小さくで
きて、凝縮圧力の低下に効果的である。ここでスクロー
ル圧縮機は、高圧シェルタイプと低圧シェルタイプに関
わらず、凝縮圧力が低い程、圧縮機入力が低減できると
いう特性をもつため、運転効率の向上を実現することが
可能となるものである。

【００１３】また四方弁をもった冷凍サイクル装置にお
いては、冷房運転時には凝縮器となる室外熱交換器、暖
房運転時には凝縮器となる室内熱交換器で、対向流熱交
換によって凝縮圧力を大きく低下できる。このためスク
ロール圧縮機の特性を利用して、冷暖房運転の運転効率
の向上を実現することが可能となるものである。

【００１４】さらに、特に冷房運転時に凝縮器となる室
外熱交換器において、複数の列数と列毎に独立したフィ
ンを形成することによって、冷房運転時には対向流熱交
換の効果を高め、凝縮圧力を大きく低下させることが可
能となり、冷房運転時の運転効率の向上を実現し、暖房
運転時に蒸発器となる室外熱交換器においては、暖房運
転時には絞り装置から流入する冷媒の入口パス数は少な
く、圧力損失の傾向からできるだけ均一の蒸発温度を形
成することが可能となり、暖房運転時の均一な着霜を実
現するという副次的な効果ももつものである。

【００１５】

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

【００１６】図１に本発明にかかる一実施の形態の空気
調和機を示す。図１において１はスクロール圧縮機、２
は冷房運転と暖房運転を切り替える四方弁、３は室外熱
交換器、４は絞り装置であり、これらと室外ファン（図
示せず）等とともに室外機Ａを構成している。また５は
室内熱交換器であり、室内ファン（図示せず）等から室
内機Ｂを構成している。冷媒としては、分子中に塩素を
含まない冷媒からなる混合冷媒が封入されている。ここ
で複数の列数からなるフィン付きの室外熱交換器３は、
複数の列数に付設されるフィンが独立に切り離され、ま
た室外ファン（図示せず）によって図１中の一点鎖線の
矢印方向に室外の空気が室外熱交換器３に導入され、空
気の出口側に四方弁２に接続される配管が接続され、空
気の入口側に絞り装置４に接続される配管が接続され、
かくして冷房運転時に図１中の実線矢印方向に室外熱交
換器３に導入される冷媒と図１中の一点鎖線の矢印方向
に室外熱交換器３に導入される空気が対向流熱交換とな
り、スクロール圧縮機１から流入する冷媒の出口パス数
を入口パス数より少なくなるように冷媒側の流路を構成
している。さらに複数の列数からなるフィン付きの室内
熱交換器５は、複数の列数に付設されるフィンが独立に
切り離され、また室内ファン（図示せず）によって図１
中の一点鎖線の矢印方向に室内の空気が室内熱交換器５
に導入され、空気の出口側に四方弁２に接続される配管
が接続され、空気の入口側に絞り装置４に接続される配
管が接続され、かくして暖房運転時に図１中の点線矢印
方向に室内熱交換器５に導入される冷媒と図１中の一点
鎖線の矢印方向に室内熱交換器５に導入される空気が対
向流熱交換となり、絞り装置４から流入する冷媒の出口
パス数を入口パス数より多くなるように冷媒側の流路を
構成している。

【００１７】上記構成による空気調和機の動作について
説明する。まず冷房運転時には、四方弁２を図１中実線
のように設定する。するとスクロール圧縮機１で圧縮さ
れて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁２を経て室外
熱交換器３に導入される。ここで、ガス冷媒は、多い入
口パスに分岐された冷媒が少ない出口パスに合流されな
がら、室外の空気と対向流熱交換され、放熱して凝縮し
液冷媒となる。さらに、室外熱交換器３で凝縮して液状
態となった冷媒は、絞り装置４で減圧されて低温低圧の
二相状態となり、室内熱交換器５に導入される。室内熱
交換器５では、低温低圧の二相状態の冷媒は、少ない入
口パスから分岐された冷媒が多い出口パスに合流されな
がら、室内の空気と並行流熱交換され、吸熱して蒸発し
ガス冷媒となる。さらに、室内熱交換器５で蒸発してガ
ス状態となった冷媒は、四方弁２を経てスクロール圧縮
機１に導入される。

【００１８】次に暖房運転時には、四方弁２を図１中点
線のように設定する。するとスクロール圧縮機１で圧縮
されて高温高圧となったガス冷媒は、四方弁２を経て室
内熱交換器５に導入される。ここで、ガス冷媒は、多い
入口パスに分岐された冷媒が少ない出口パスに合流され
ながら、室内の空気と対向流熱交換され、放熱して凝縮
し液冷媒となる。さらに、室内熱交換器５で凝縮して液
状態となった冷媒は、絞り装置４で減圧されて低温低圧
の二相状態となり、室外熱交換器３に導入される。室外
熱交換器３では、低温低圧の二相状態の冷媒は、少ない
入口パスから分岐された冷媒が多い出口パスに合流され
ながら、室外の空気と並行流熱交換され、吸熱して蒸発
し低温低圧のガス冷媒となる。さらに、室外熱交換器３
で蒸発して低温低圧のガス状態となった冷媒は、四方弁
２を経てスクロール圧縮機１に導入される。

【００１９】ここで混合冷媒を用いる場合の動作状態
を、図２の温度−エントロピ線図を用いて説明する。冷
房運転時の動作状態は図２−（ａ）で示され、暖房運転
時の動作状態は図２−（ｂ）で示される。冷暖房運転の
両方ともに、凝縮過程においては、圧力損失のために、
大きな温度勾配をもって温度低下する。蒸発過程におい
ては、理想的な温度勾配が大きい場合には圧力損失があ
っても温度上昇し、逆に理想的な温度勾配が小さい場合
には圧力損失のために温度低下するが、図２では前者の
例を示している。

【００２０】冷房運転時の室外熱交換器３では、入口側
で多くのパス数に分岐されるため、入口側での圧力損失
が小さくなり、凝縮器の入口側での温度低下が抑えら
れ、凝縮器の入口から出口までの温度勾配は上に凸の形
となり、独立したフィンにおいて対向流熱交換される室
外熱交換器３では、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度差
を最も小さくできる。ここで室外熱交換器３の出口側で
少ないパス数に合流させる理由は、出口側で圧力損失は
増大するものの、出口側で減少する冷媒側凝縮熱伝達率
を冷媒の流量を増大させて、凝縮器全域でできるだけ均
一に熱交換効率を向上させるためである。このため凝縮
圧力を大きく低下させることが可能となり、特にスクロ
ール圧縮機１をもった冷凍サイクル装置の運転効率の向
上に寄与する。

【００２１】一方、冷房運転時の室内熱交換器５では、
入口側でパス数が少ないため、入口側での圧力損失が大
きくなり、蒸発器の入口側での温度上昇が抑えられ、蒸
発器の入口から出口までの温度勾配は上に凹の形とな
り、独立したフィンにおいて並行流熱交換される室内熱
交換器５では、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度差が最
も小さくなる。ここで室内熱交換器５の出口側で多いパ
ス数に分岐させる理由は、出口側で圧力損失を減少させ
て、入口側で減少する冷媒側蒸発伝達率を冷媒の流量を
増大させて、蒸発器全域でできるだけ均一に熱交換効率
を向上させるためである。ここで対向流熱交換の場合に
比べ蒸発圧力は若干低下するため、運転効率にはマイナ
スの要因となる。

【００２２】逆に暖房運転時の室内熱交換器５では、入
口側で多くのパス数に分岐されるため、入口側での圧力
損失が小さくなり、凝縮器の入口側での温度低下が抑え
られ、凝縮器の入口から出口までの温度勾配は上に凸の
形となり、独立したフィンにおいて対向流熱交換される
室内熱交換器５では、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度
差を最も小さくできる。ここで室内熱交換器５の出口側
で少ないパス数に合流させる理由は、出口側で圧力損失
は増大するものの、出口側で減少する冷媒側凝縮熱伝達
率を冷媒の流量を増大させて、凝縮器全域でできるだけ
均一に熱交換効率を向上させるためである。このため凝
縮圧力を大きく低下させることが可能となり、特にスク
ロール圧縮機１をもった冷凍サイクル装置の運転効率の
向上に寄与する。

【００２３】一方、暖房運転時の室外熱交換器３では、
入口側でパス数が少ないため、入口側での圧力損失が大
きくなり、蒸発器の入口側での温度上昇が抑えられ、蒸
発器の入口から出口までの温度勾配は上に凹の形とな
り、独立したフィンにおいて並行流熱交換される室外熱
交換器３では、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度差が最
も小さくなる。ここで室外熱交換器３の出口側で多いパ
ス数に分岐させる理由は、出口側で圧力損失を減少させ
て、入口側で減少する冷媒側蒸発伝達率を冷媒の流量を
増大させて、蒸発器全域でできるだけ均一に熱交換効率
を向上させるためである。ここで対向流熱交換の場合に
比べ蒸発圧力は若干低下するため、運転効率にはマイナ
スの要因となる。

【００２４】図２の例では、蒸発過程において理想的な
温度勾配が大きい場合を示したため、圧力損失があって
も温度上昇しており、暖房運転時の室外熱交換器３の入
口側が最も低温となる。逆に理想的な温度勾配が小さい
場合には、図示していないが、圧力損失のために温度低
下し、暖房運転時の室外熱交換器３の出口側が最も低温
となる。室外熱交換器３は、冷房運転時にスクロール圧
縮機１から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数より
少なくなるように冷媒側の流路を構成したから、暖房運
転時には絞り装置４から流入する冷媒の入口パス数は少
なく、圧力損失の傾向からできるだけ均一の蒸発温度を
形成することが可能となり、暖房運転時の均一な着霜を
実現するという副次的な効果ももつものである。

【００２５】次に図３は、蒸発圧力を横軸、圧縮機入力
を縦軸、凝縮圧力をパラメータとして示したスクロール
圧縮機１の特性である。スクロール圧縮機１は、高圧シ
ェルタイプと低圧シェルタイプに関わらず、蒸発圧力に
はほとんど依存せず、凝縮圧力が低い程、圧縮機入力が
低減できるという特性をもつ。このため、冷凍サイクル
装置としては、凝縮圧力が大きく低下し、蒸発圧力も若
干低下するという運転特性は、スクロール圧縮機１の入
力を低減するのに効果的となり、運転効率の向上を実現
することが可能となるものである。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明による冷凍サイク
ル装置では、凝縮器を対向流熱交換となし、圧縮機から
流入する冷媒の出口パス数を入口パス数より少なくなる
ように冷媒側の流路を構成し、混合冷媒を封入したか
ら、入口側での圧力損失が小さくなり、凝縮器の入口側
での温度低下が抑えられ、凝縮器の入口から出口までの
温度勾配は上に凸の形となり、対向流熱交換される凝縮
器では、冷媒の出口側で空気と冷媒の温度差を最も小さ
くできて、凝縮圧力を大きく低下でき、運転効率の向上
を実現することが可能となるものである。

【００２７】また本発明による冷凍サイクル装置では、
複数の列数をもつ室外熱交換器または／および室内熱交
換器を凝縮器として動作させる場合に対向流熱交換とな
し、圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数
より少なくなるように冷媒側の流路を構成し、混合冷媒
を封入したから、冷房運転時には凝縮器となる室外熱交
換器、暖房運転時には凝縮器となる室内熱交換器で、対
向流熱交換によって凝縮圧力を大きく低下でき、冷暖房
運転の運転効率の向上を実現することが可能となるもの
である。

【００２８】さらに本発明による冷凍サイクル装置で
は、複数の列数と列毎に独立したフィンをもつ室外熱交
換器を凝縮器として動作させる場合に対向流熱交換とな
し、圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数
より少なくなるように冷媒側の流路を構成し、混合冷媒
を封入したから、冷房運転時には対向流熱交換の効果を
高め、凝縮圧力を大きく低下させることが可能となり、
冷房運転時の運転効率の向上を実現し、暖房運転時に蒸
発器となる室外熱交換器においては、暖房運転時には絞
り装置から流入する冷媒の入口パス数は少なく、圧力損
失の傾向からできるだけ均一の蒸発温度を形成すること
が可能となり、暖房運転時の均一な着霜を実現するとい
う副次的な効果ももつものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による冷凍サイクル装置
の回路模式図。

【図２】本発明の一実施の形態による冷凍サイクル装置
における温度−エントロピ線図。

【図３】本発明の一実施の形態による冷凍サイクル装置
の構成要素であるスクロール圧縮機の入力特性の説図。

【符号の説明】

１：スクロール圧縮機 ２：四方弁 ３：室外熱交換器 ４：絞り装置 ５：室内熱交換器 Ａ：室外機 Ｂ：室内機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクロール圧縮機と、複数の列数をもつ凝
   縮器と、絞り装置と、蒸発器とを備え、前記凝縮器を対
   向流熱交換となし、前記圧縮機から流入する冷媒の出口
   パス数を入口パス数より少なくなるように冷媒側の流路
   を構成し、混合冷媒を封入したことを特徴とする冷凍サ
   イクル装置。
2. 【請求項２】スクロール圧縮機と、四方弁と、複数の列
   数をもつ室外熱交換器と、絞り装置と、室内熱交換器と
   を備え、前記室外熱交換器または／および室内熱交換器
   を凝縮器として動作させる場合に対向流熱交換となし、
   前記圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数
   より少なくなるように冷媒側の流路を構成し、混合冷媒
   を封入したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 【請求項３】スクロール圧縮機と、四方弁と、複数の列
   数と列毎に独立したフィンをもつ室外熱交換器と、絞り
   装置と、室内熱交換器とを備え、前記室外熱交換器を凝
   縮器として動作させる場合に対向流熱交換となし、前記
   圧縮機から流入する冷媒の出口パス数を入口パス数より
   少なくなるように冷媒側の流路を構成し、混合冷媒を封
   入したことを特徴とする冷凍サイクル装置。