JP2001066006A - 空気調和装置の冷媒回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膨張機を組み込んだヒートポンプ冷媒回路に
おいて、動力回収率を高めて更なる高効率化を図る。 【解決手段】 一軸で連結された圧縮機３と膨張機４
と、室外熱交換器５と室内熱交換器６とを備えた空気調
和装置の冷媒回路において、室外熱交換器５からの冷媒
の膨張機４における流れ方向と室内熱交換器６からの冷
媒の膨張機４における流れ方向とを同一方向に制御する
方向制御手段Ｘを備える。かかる構成とすることで、膨
張機４による動力回収が冷房運転時と暖房運転時の双方
において行われ、例えば冷房運転時と暖房運転時のいず
れか一方においてしか動力回収が行われない構成のもの
に比して、冷凍サイクル全体としての動力回収率が格段
に高られ、その高効率化がさらに促進される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、膨張機による動
力回収によって高効率化を実現するようにした空気調和
装置の冷媒回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５には、臨界温度以下の領域で運転さ
れる従来一般的な蒸気圧縮式の冷凍サイクルを示してい
る。また、図６には、このような蒸気圧縮式冷凍サイク
ルを用いた空気調和装置Ｚ₀のヒートポンプ冷媒回路を
示しており、同図において符号６１は室外機、６２は室
内機であって、該室外機６１側には圧縮機６３と四路切
換弁６８と室外熱交換器６４と膨張弁６６及びアキュム
レータ６７が備えられ、また上記室内機６２側には室内
熱交換器６５が備えられ、これら各部材を冷媒管路で順
次接続して冷媒循環系を構成している。そして、上記四
路切換弁６８の切換操作によって上記室内熱交換器６５
が蒸発器又は凝縮器として選択的に機能することで、冷
房又は暖房が行われるものである。

【０００３】ところで、従来の冷媒回路においては、上
記四路切換弁６８が一つしか備えられていないため冷房
時と暖房時とでは冷媒の流れ方向が逆転するが、上記膨
張弁６６が冷媒の流れ方向にあまり依存しない構造であ
ることから、冷媒の流れ方向の逆転による問題は生じな
かった。

【０００４】しかし、近年、冷凍サイクルの更なる高効
率化を図る手段として、膨張弁に代えて膨張機を備え、
冷媒が膨張する過程でその圧力エネルギーを該膨張機に
よって電力又は動力の形で回収し、その回収分だけシス
テムへの入力（圧縮機への入力）を少なくする動力回収
サイクルが提案されており、特に、冷媒として高圧冷媒
である二酸化炭素を用いた遷臨界冷凍サイクル（図７を
参照）では、圧縮機仕事が多いことからその意義は大き
い。

【０００５】即ち、膨張機を組み込んだ遷臨界冷凍サイ
クルにおいては、図８に示すように、圧縮機出口（点
ｄ）から凝縮されて過冷却となった冷媒ガス（点ａ）を
膨張機に導入し、これを該膨張機において等エントロピ
ー膨張によって膨張させた時、その蒸発器入口「点ｃ」
と、従来のように膨張弁によって「点ａ」から等エンタ
ルピー膨張させた場合における蒸発器入口「点ｅ」との
間のエンタルピー量「ｈａ」だけ、冷媒膨張時の圧力エ
ネルギーが動力として冷媒システム側に回収される。そ
の結果、圧縮機には、その必要入力「ｈｂ」から上記回
収動力「ｈａ」を差し引いた値「ｈｂ−ｈａ」だけを実
際に入力すればよく、圧縮機入力の低減分だけ冷媒サイ
クルの高効率化が実現されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、膨張機は、
その機能・構造上、これを流れる冷媒の流れ方向が規定
されており、適正方向への冷媒流れに対しては所要の機
能を発揮するものの、逆方向への冷媒流れに対してはそ
の機能を発揮できないものである。このため、ヒートポ
ンプ冷媒回路に膨張機を組み込んだ場合、冷房運転時又
は暖房運転時のいずれか一方においてしか動力回収を行
うことができず、冷凍サイクル全体としての動力回収率
が低く、その高効率化の実現という点において十分とは
言えないものである。

【０００７】そこで本願発明は、膨張機を組み込んだヒ
ートポンプ冷媒回路において、膨張機による動力回収率
を高めることで、より一層の高効率化を実現することを
目的としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として次のような構成を採
用している。

【０００９】本願の第１の発明では、圧縮機３と膨張機
４と、室外熱交換器５と室内熱交換器６とを備え、上記
圧縮機３からの吐出冷媒を上記室外熱交換器５と室内熱
交換器６とに択一的に供給可能とするとともに、該室外
熱交換器５と室内熱交換器６からの冷媒を上記膨張機４
に択一的に供給可能とした空気調和装置の冷媒回路にお
いて、上記室外熱交換器５からの冷媒の上記膨張機４に
おける流れ方向と上記室内熱交換器６からの冷媒の上記
膨張機４における流れ方向とが同一方向となるように冷
媒の流れ方向を制御する方向制御手段Ｘを備えたことを
特徴としている。

【００１０】本願の第２の発明では、上記第１の発明に
係る空気調和装置の冷媒回路において、上記膨張機４の
吸込側冷媒管路３４にレシーバ８を備えたことを特徴と
している。

【００１１】本願の第３の発明では、上記第１又は第２
の発明に係る空気調和装置の冷媒回路において、上記方
向制御手段Ｘを、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を
上記室外熱交換器５と室内熱交換器６とに択一的に接続
すると同時に該膨張機４の吐出側冷媒管路３５を上記室
内熱交換器６と室外熱交換器５とに択一的に接続する流
路切換弁１１で構成したことを特徴としている。

【００１２】本願の第４の発明では、上記第１又は第２
の発明に係る空気調和装置の冷媒回路において、上記方
向制御手段Ｘを、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を
上記室外熱交換器５と室内熱交換器６とに択一的に接続
すると同時に上記圧縮機３の吸込側冷媒管路３２を上記
室内熱交換器６と室外熱交換器５とに択一的に接続する
第１の流路切換弁１１で構成するとともに、上記圧縮機
３の吐出側冷媒管路３１を上記室外熱交換器５と室内熱
交換器６とに択一的に接続すると同時に上記膨張機４の
吐出側冷媒管路３５を上記室内熱交換器６と室外熱交換
器５とに択一的に接続する第２の流路切換弁１２を備
え、上記室外熱交換器５と室内熱交換器６とを冷房運転
時及び暖房運転時の双方で対向流構成を可能としたこと
を特徴としている。

【００１３】本願の第５の発明では、上記第３又は第４
の発明に係る空気調和装置の冷媒回路において、上記室
内熱交換器６を、並列配置された複数の室内熱交換器６
Ａ〜６Ｃで構成したことを特徴としている。

【００１４】本願の第６の発明では、上記第１、第２、
第３、第４又は第５の発明にかかる空気調和装置の冷媒
回路において、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特
徴としている。

【００１５】

【発明の効果】本願発明ではかかる構成とすることによ
り次のような効果が得られる。

【００１６】 本願の第１の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記方向制御手段Ｘによって、上
記室外熱交換器５からの冷媒が上記膨張機４において膨
張作用を受ける冷房運転時における冷媒流れ方向と、上
記室内熱交換器６からの冷媒が上記膨張機４において膨
張作用を受ける暖房運転時における冷媒流れ方向とが同
一方向となるように冷媒流れ方向が制御されることで、
上記膨張機４が冷媒流れ方向に依存する特性を有するに
も拘わらず、冷房運転時と暖房運転時の双方において該
膨張機４による動力回収が行われ、例えば従来のように
冷房運転時と暖房運転時のいずれか一方においてしか動
力回収が行われない構成のものに比して、冷凍サイクル
全体としての動力回収率が格段に高くなり、その高効率
化がさらに促進されることになる。

【００１７】 本願の第２の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記に記載の効果に加えて次の
ような特有の効果が奏せられる、即ち、この発明の空気
調和装置の冷媒回路においては、上記膨張機４の吸込側
冷媒管路３４にレシーバ８を備えているので、該レシー
バ８における余剰冷媒の一時貯留によって、上記膨張機
４への冷媒の過多導入が防止され該膨張機４の信頼性が
高められるとともに、冷房運転時と暖房運転時との間に
おける上記室外熱交換器５と室内熱交換器６との容積比
の相違に起因する必要冷媒循環量の変化に対する適応性
が高められ、これらの結果、冷凍システムの設計自由度
の向上が期待できるものである。

【００１８】 本願の第３の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記又はに記載の効果に加え
て次のような特有の効果が奏せられる。即ち、この発明
の空気調和装置の冷媒回路によれば、上記方向制御手段
Ｘを、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を上記室外熱
交換器５と室内熱交換器６とに択一的に接続すると同時
に該膨張機４の吐出側冷媒管路３５を上記室内熱交換器
６と室外熱交換器５とに択一的に接続する流路切換弁１
１で構成しているので、該流路切換弁１１を設けるとい
うより簡単な構成によって、上記室外熱交換器５及び室
内熱交換器６を流れる冷媒の流れ方向が冷房運転時と暖
房運転時とにおいて逆転する流路構成をもつものであり
ながら、冷房運転時に上記室外熱交換器５から膨張機４
を経て上記室内熱交換器６に至る冷媒流れと、暖房運転
時に上記室内熱交換器６から上記膨張機４を経て上記室
外熱交換器５に至る冷媒流れとが同一方向となり、この
結果、上記膨張機４での動力回収を冷房運転時と暖房運
転時の双方において行うことが可能となり、それだけ冷
凍サイクルの高効率化が促進されるものである。

【００１９】 本願の第４の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記又はに記載の効果に加え
て次のような特有の効果が奏せられる。即ち、この発明
の空気調和装置の冷媒回路によれば、上記方向制御手段
Ｘを、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を上記室外熱
交換器５と室内熱交換器６とに択一的に接続すると同時
に上記圧縮機３の吸込側冷媒管路３２を上記室内熱交換
器６と室外熱交換器５とに択一的に接続する第１の流路
切換弁１１で構成するとともに、上記圧縮機３の吐出側
冷媒管路３１を上記室外熱交換器５と室内熱交換器６と
に択一的に接続すると同時に上記膨張機４の吐出側冷媒
管路３５を上記室内熱交換器６と室外熱交換器５とに択
一的に接続する第２の流路切換弁１２を備え、上記室外
熱交換器５と室内熱交換器６とを冷房運転時及び暖房運
転時の双方で対向流構成を可能としているので、上記流
路切換弁１１と流路切換弁１２の切換操作によって、冷
房運転時に上記室外熱交換器５から膨張機４を経て上記
室内熱交換器６に至る冷媒流れと、暖房運転時に上記室
内熱交換器６から上記膨張機４を経て上記室外熱交換器
５に至る冷媒流れとが同一方向となり、この結果、上記
膨張機４での動力回収を冷房運転時と暖房運転時の双方
において行うことが可能となり、それだけ冷凍サイクル
の高効率化が促進されるものである。

【００２０】さらに、冷房運転時には上記圧縮機３の吐
出側冷媒管路３１が上記流路切換弁１２を介して上記室
外熱交換器５に接続されるとともに上記膨張機４の吐出
側冷媒管路３５が上記流路切換弁１２を介して上記室内
熱交換器６に接続されることで、また、暖房運転時には
上記膨張機４の吐出側冷媒管路３５が上記流路切換弁１
２を介して上記室外熱交換器５に接続されるとともに上
記圧縮機３の吐出側冷媒管路３１が上記流路切換弁１２
を上記室内熱交換器６に接続されることで、上記室外熱
交換器５及び上記室内熱交換器６においては、共に、冷
房運転時における冷媒の流れ方向と暖房運転時における
冷媒の流れ方向とが同一方向となる（換言すれば、冷房
運転時と暖房運転時とで冷媒の流れ方向が逆転しない）
冷媒循環形態の対向流構成（即ち、冷媒の流れ方向と冷
却風の流れ方向とが対向し、冷媒流れの下流側から上流
側に向けて冷却風を流す構成）が可能とされ、かかる対
向流構成によって冷媒と冷却風との間における熱交換が
促進され、冷凍サイクルにおける熱効率をさらに高める
ことができることになる。

【００２１】 本願の第５の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記第３又は第４の発明に係る空
気調和装置の冷媒回路において、上記室内熱交換器６
を、並列配置された複数の室内熱交換器６Ａ〜６Ｃで構
成することで、係る複数の室内熱交換器６Ａ〜６Ｃを備
えた、所謂「マルチタイプ」の空気調和装置において
も、上記又はに記載の効果を確実に得ることができ
るものである。

【００２２】 本願の第６の発明に係る空気調和装置
の冷媒回路によれば、上記第１、第２、第３、第４又は
第５の発明にかかる空気調和装置の冷媒回路において、
冷媒として高圧冷媒である二酸化炭素を用いているので
その冷凍サイクルは圧縮機仕事の多い遷臨界冷凍サイク
ルとなるが、この場合、上記膨張機４における動力回収
分だけ上記圧縮機３への必要入力が低減されることか
ら、高圧冷媒を用いた遷臨界冷凍サイクルでありながら
高効率のシステムを得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本願発明に係る空気調和装
置の冷媒回路を好適な実施形態に基づいて具体的に説明
する。

【００２４】第１の実施形態 図１には、本願の請求項１，２及び３に記載の発明が適
用された第１の実施形態に係る空気調和装置Ｚ₁のヒー
トポンプ冷媒回路が示されており、同図において符号１
は室外機、符号２は室内機である。

【００２５】上記室外機１には、モータ（図示省略）に
より回転駆動される圧縮機３と、該圧縮機３と一軸で連
結された膨張機４と、室外熱交換器５と、上記圧縮機３
の吸込側冷媒管路３２に介設されたアキュムレータ７
と、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４に介設されたレ
シーバ８と、二つの四路切換弁１１，１２とが備えられ
ている。また、上記室内機２には室内熱交換器６が備え
られている。

【００２６】上記圧縮機３の吐出側冷媒管路３１は、四
路切換弁１２を介して上記室外熱交換器５と室内熱交換
器６とに択一的に接続可能とされている。上記圧縮機３
の吸込側冷媒管路３２は、上記四路切換弁１２を介して
上記室内熱交換器６と上記室外熱交換器５とに択一的に
接続可能とされている。上記膨張機４の吸込側冷媒管路
３４は、上記四路切換弁１１（請求項１における「方向
制御手段Ｘ」及び請求項３における「流路切換弁１１」
にそれぞれ該当する）を介して上記室外熱交換器５と上
記室内熱交換器６とに択一的に接続可能とされている。
上記膨張機４の吐出側冷媒管路３５は、上記四路切換弁
１１を介して上記室内熱交換器６と室外熱交換器５とに
択一的に接続可能とされている。尚、図１においては、
上記各四路切換弁１１，１２の切換位置を、冷房運転時
には実線で、暖房運転時は破線で、それぞれ示してい
る。

【００２７】この空気調和装置Ｚ₁の作動を説明すると
次の通りである。

【００２８】冷房運転時には、上記圧縮機３から吐出さ
れた冷媒ガスは、上記四路切換弁１２を経て上記室外熱
交換器５において冷却され凝縮して液冷媒とされる。こ
の液冷媒は、上記レシーバ８を経て上記膨張機４に導入
され、該膨張機４において等エントロピー膨張により減
圧された後、上記四路切換弁１１を経て上記室内熱交換
器６に導入される。室内熱交換器６に導入された液冷媒
は、ここで蒸発してその蒸発熱によって室内の冷房を行
うとともに、蒸発後のガス冷媒は上記四路切換弁１２及
びアキュムレータ７を経て上記圧縮機３に吸入される。

【００２９】一方、暖房運転時には、上記圧縮機３から
吐出されたガス冷媒は、上記四路切換弁１２を経て上記
室内熱交換器６に導入され、ここで凝縮して液冷媒とさ
れるが、その際の凝縮熱によって室内の暖房が行われ
る。上記室内熱交換器６において凝縮した液冷媒は、上
記四路切換弁１１を経て上記膨張機４にに導入され、該
膨張機４において等エントロピー膨張により減圧された
後、上記四路切換弁１１を経て上記室外熱交換器５に導
入され、ここで蒸発してガス冷媒とされた後、上記四路
切換弁１２及びアキュムレータ７を経て上記圧縮機３に
吸入される。

【００３０】このように、この実施形態の空気調和装置
Ｚ₁においては、冷媒回路中に上記四路切換弁１１を備
えることで、冷房運転時と暖房運転時とにおいて上記室
外熱交換器５及び室内熱交換器６における冷媒流れ方向
は逆転する構成でありながら、上記膨張機４における冷
媒流れ方向は冷房運転時と暖房運転時の双方において同
一方向とされる。従って、上記膨張機４においては、冷
房運転時と暖房運転時の双方で、冷媒の膨張による圧力
エネルギーを上記圧縮機３の駆動動力として回収して、
その回収動力分だけ上記圧縮機３への入力を減じること
ができる。このように、冷房運転時と暖房運転時の双方
において膨張機４での動力回収が可能であることから、
従来のように、例えば冷房運転時においてのみしか動力
回収ができない場合に比して、動力回収率が格段に向上
し、冷媒回路に膨張機を組み込むことによる冷凍サイク
ルの高効率化がより一層促進される。特に、冷媒として
高圧冷媒である二酸化炭素冷媒を用いた場合には、冷凍
サイクルが圧縮機仕事の多い遷臨界冷凍サイクルとなる
ため、冷凍サイクルの高効率化という点において、上記
膨張機４での動力回収分だけ上記圧縮機３への必要入力
が低減されることによる効果は顕著である。

【００３１】また、この実施形態のように、上記膨張機
４の吸込側冷媒管路３４にレシーバ８を介設すること
で、該レシーバ８における余剰冷媒の一時貯留によっ
て、上記膨張機４への冷媒の過多導入が防止され該膨張
機４の信頼性が高められるとともに、冷房運転時と暖房
運転時との間における上記室外熱交換器５と室内熱交換
器６との容積比の相違に起因する必要冷媒循環量の変化
に対する適応性が高められ、これらの結果、冷凍システ
ムの設計自由度の向上が期待できるものである。

【００３２】尚、この実施形態においては、室内機２と
して単一の室内熱交換器６を備えたものを一例として示
しているが、係る構成のものに限定されるものではな
く、上記室内機２に、複数の熱交換器を並列配置して構
成されるたマルチタイプの空気調和装置（図４を参照）
にも適用できることは勿論である。

【００３３】第２の実施形態 図２には、本願の請求項１，２及び４に記載の発明が適
用された第２の実施形態に係る空気調和装置Ｚ₂のヒー
トポンプ冷媒回路が示されており、同図において符号１
は室外機、符号２は室内機である。

【００３４】上記室外機１には、モータ（図示省略）に
より回転駆動される圧縮機３と、該圧縮機３と一軸で連
結された膨張機４と、室外熱交換器５と、上記圧縮機３
の吸込側冷媒管路３２に介設されたアキュムレータ７
と、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４に介設されたレ
シーバ８と、二つの四路切換弁１１，１２とが備えられ
ている。また、上記室内機２には室内熱交換器６が備え
られている。

【００３５】上記圧縮機３の吐出側冷媒管路３１は、四
路切換弁１２（請求項４における「第２の流路切換弁１
２」に該当する）を介して上記室外熱交換器５と室内熱
交換器６とに択一的に接続可能とされている。上記圧縮
機３の吸込側冷媒管路３２は、上記四路切換弁１１（請
求項１における「方向制御手段Ｘ」及び請求項４におけ
る「第１の流路切換弁１１」にそれぞれ該当する）を介
して上記室内熱交換器６と室外熱交換器５とに択一的に
接続可能とされている。上記膨張機４の吸込側冷媒管路
３４は、上記四路切換弁１１を介して上記室外熱交換器
５と室内熱交換器６とに択一的に接続可能とされてい
る。上記膨張機４の吐出側冷媒管路３５は、上記四路切
換弁１２を介して上記室内熱交換器６と室外熱交換器５
とに択一的に接続可能とされている。尚、図２において
は、上記各四路切換弁１１，１２の切換位置を、冷房運
転時には実線で、暖房運転時は破線で、それぞれ示して
いる。

【００３６】この空気調和装置Ｚ₂の作動を説明すると
次の通りである。

【００３７】冷房運転時には、上記圧縮機３から吐出さ
れた冷媒ガスは、上記四路切換弁１２を経て上記室外熱
交換器５において冷却され凝縮して液冷媒とされる。こ
の液冷媒は、上記四路切換弁１１及びレシーバ８を経て
上記膨張機４に導入され、該膨張機４において等エント
ロピー膨張により減圧された後、上記四路切換弁１２を
経て上記室内熱交換器６に導入される。室内熱交換器６
に導入された液冷媒は、ここで蒸発してその蒸発熱によ
って室内の冷房を行うとともに、蒸発後のガス冷媒は上
記四路切換弁１１及びアキュムレータ７を経て上記圧縮
機３に吸入される。

【００３８】一方、暖房運転時には、上記圧縮機３から
吐出されたガス冷媒は、上記四路切換弁１２を経て上記
室内熱交換器６に導入され、ここで凝縮して液冷媒とさ
れるが、その際の凝縮熱によって室内の暖房が行われ
る。上記室内熱交換器６において凝縮した液冷媒は、上
記四路切換弁１１及びレシーバ８を経て上記膨張機４に
に導入され、該膨張機４において等エントロピー膨張に
より減圧された後、上記四路切換弁１２を経て上記室外
熱交換器５に導入され、ここで蒸発してガス冷媒とされ
た後、上記四路切換弁１１及びアキュムレータ７を経て
上記圧縮機３に吸入される。

【００３９】このように、この実施形態の空気調和装置
Ｚ₂においては、冷媒回路中に、上記四路切換弁１１と
四路切換弁１２とを備え、該四路切換弁１１によって上
記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を上記室外熱交換器５
と室内熱交換器６とに択一的に接続可能とするととも
に、上記四路切換弁１２によって上記圧縮機３の吐出側
冷媒管路３１を上記室外熱交換器５と室内熱交換器６と
に択一的に接続すると同時に上記膨張機４の吐出側冷媒
管路３５を上記室内熱交換器６と室外熱交換器５とに択
一的に接続可能とすることで、（ア）冷房運転時におけ
る上記膨張機４での冷媒流れ方向と暖房運転時における
上記膨張機４での冷媒流れ方向とが同一となり、上記膨
張機４での動力回収が冷房運転時と暖房運転時の双方に
おいて同様に行われ、従来のように、例えば冷房運転時
においてのみしか動力回収ができない場合に比して、動
力回収率が格段に向上し、冷媒回路に膨張機を組み込む
ことによる冷凍サイクルの高効率化が、より一層促進さ
れるとともに、（イ）上記室外熱交換器５及び上記室内
熱交換器６においては、共に、これら各熱交換器５，６
における冷房運転時の冷媒流れ方向と暖房運転時の冷媒
流れ方向とが同一方向となることから、これら各熱交換
器５，６における冷媒循環形態をそれぞれ対向流構成と
し、冷媒と冷却風との間における熱交換によって冷凍サ
イクルの熱効率をさらに高めることができることにな
る。

【００４０】さらに、この実施形態の空気調和装置Ｚ₂
においても、上記第１の実施形態の場合と同様に、上記
膨張機４の吸込側冷媒管路３４にレシーバ８を介設して
いるので、該レシーバ８における余剰冷媒の一時貯留に
よって、上記膨張機４への冷媒の過多導入が防止され該
膨張機４の信頼性が高められるとともに、冷房運転時と
暖房運転時との間における上記室外熱交換器５と室内熱
交換器６との容積比の相違に起因する必要冷媒循環量の
変化に対する適応性が高められ、これらの結果、冷凍シ
ステムの設計自由度の向上が期待できるものである。

【００４１】第３の実施形態 図３には、本願の請求項１，２，３及び５に記載の発明
が適用された第３の実施形態に係る空気調和装置Ｚ₃に
おけるヒートポンプ冷媒回路が示されている。この空気
調和装置Ｚ₃は、冷房運転、暖房運転及び冷暖並行運転
が可能なマルチタイプの空気調和装置であって、同図に
おいて符号３はモータ（図示省略）により回転駆動され
る圧縮機、符号４は上記圧縮機３と一軸で連結された膨
張機、符号５は室外熱交換器、符号６Ａ〜６Ｃは室内熱
交換器、符号７は上記圧縮機３の吸込側冷媒管路３２に
介設されたアキュムレータ、符号８は上記膨張機４の吸
込側冷媒管路３４に介設されたレシーバである。

【００４２】上記圧縮機３の吐出側冷媒管路３１は、第
１三路切換弁１３Ａを介して上記室外熱交換器５に選択
的に接続可能とされているとともに、その管路途中から
冷媒管路４１が分岐されている。さらに、この冷媒管路
４１は、その下流側で複数の冷媒管路４１Ａ，４１Ｂ，
４１Ｃに分岐されるとともに、該各冷媒管路４１Ａ，４
１Ｂ，４１Ｃはそれぞれ三路切換弁１４，１５，１６を
介して上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃの冷媒管路
４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃに選択的に接続可能とされてい
る。

【００４３】また、上記圧縮機３の吸込側冷媒管路３２
は、第２三路切換弁１３Ｂの切換操作によって、上記第
１三路切換弁１３Ａを介して上記室外熱交換器５と、冷
媒管路４３とに択一的に接続可能とされている。この冷
媒管路４３は、その上流側において複数の冷媒管路４２
Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに分岐されており、さらにこれら各
冷媒管路４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃはそれぞれ上記各三路
切換弁１４，１５，１６を介して上記各室内熱交換器６
Ａ，６Ｂ，６Ｃの冷媒管路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃに選
択的に接続可能とされている。

【００４４】一方、上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４
は、第１四路切換弁１１Ａを介して上記室外熱交換器５
と冷媒管路４７とに択一的に接続可能とされている。ま
た、この第１四路切換弁１１Ａは、上記吸込側冷媒管路
３４が上記室外熱交換器５に接続されたときには上記冷
媒管路４７を冷媒管路４６に接続し、上記吸込側冷媒管
路３４が上記吸込側冷媒管路３４に接続されたときには
上記冷媒管路４６を上記室外熱交換器５に接続するよう
になっている。

【００４５】さらに、上記膨張機４の吐出側冷媒管路３
５は、第２四路切換弁１１Ｂを介して上記冷媒管路４６
と冷媒管路４８とに択一的に接続可能とされている。こ
の第２四路切換弁１１Ｂは、上記吐出側冷媒管路３５が
上記冷媒管路４８に接続されたときには上記冷媒管路４
６と冷媒管路４７とを接続し、上記吐出側冷媒管路３５
が上記冷媒管路４６に接続されたときには上記冷媒管路
４７を上記冷媒管路４８に接続するようになっている。
また、上記冷媒管路４８は、上記各室内熱交換器６Ａ，
６Ｂ，６Ｃの各冷媒管路４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃにそれ
ぞれ接続されている。

【００４６】尚、図３において、符号５７Ａ，５７Ｂ，
５Ｃは、それぞれ上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃ
側に設けられた電動減圧弁である。また、この実施形態
においては、上記第１四路切換弁１１Ａと第２四路切換
弁１１Ｂとによって、請求項１における「方向制御手段
Ｘ」及び請求項３における「流路切換弁１１」がそれぞ
れ構成されている。

【００４７】この空気調和装置Ｚ₃の作動を、その運転
形態毎に説明すると、以下（ａ）〜（ｃ）に記載する通
りである。

【００４８】（ａ）冷房専用運転時 冷房専用運転時（即ち、上記各室内熱交換器６Ａ，６
Ｂ，６Ｃの全てが冷房作用を行う運転形態）には、上記
各四路切換弁１１Ａ，１１Ｂ及び各三路切換弁１３Ａ，
１３Ｂ，１４，１５，１６はそれぞれ実線図示する弁位
置に設定されている。かかる弁位置設定において、圧縮
機３から吐出側冷媒管路３１を通してガス冷媒が吐出さ
れると、このガス冷媒は、上記冷媒管路４１側が上記各
三路切換弁１４，１５，１６によって閉塞されているの
で、冷媒管路４２Ａを介して上記室外熱交換器５のみに
導入される。該室外熱交換器５に導入されたガス冷媒
は、ここで凝縮して液冷媒とされ、上記吸込側冷媒管路
３４を経て上記膨張機４に導入される。この膨張機４で
の膨張により減圧された液冷媒は、吐出側冷媒管路３
５、冷媒管路４８及び各冷媒管路４８Ａ，４８Ｂ，４８
Ｃを経て上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃのそれぞ
れに導入され、ここで蒸発してガス冷媒とされるが、そ
の際、蒸発熱によって室内の冷房を行う。上記各室内熱
交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃからのガス冷媒は、それぞれ冷
媒管路４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃを経て上記吸込側冷媒管
路３２から上記圧縮機３に吸い込まれる。

【００４９】（ｂ）暖房専用運転時 暖房専用運転時（即ち、上記各室内熱交換器６Ａ，６
Ｂ，６Ｃの全てが暖房作用を行う運転形態）には、上記
各四路切換弁１１Ａ，１１Ｂ及び各三路切換弁１３Ａ，
１３Ｂ，１４，１５，１６はそれぞれ破線図示する弁位
置に設定されている。かかる弁位置設定において、圧縮
機３から吐出側冷媒管路３１を通してガス冷媒が吐出さ
れると、このガス冷媒は、冷媒管路４１及び各冷媒管路
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを介して上記各室内熱交換器６
Ａ，６Ｂ，６Ｃに導入され、ここで凝縮して液冷媒とさ
れる際、その凝縮熱によって室内の暖房が行われる。こ
の各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃからの液冷媒は、各
冷媒管路４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ、冷媒管路４８、第２
四路切換弁１１Ｂ及び冷媒管路４７を経て吸込側冷媒管
路３４から上記膨張機４に導入される。そして、この膨
張機４での膨張により減圧された液冷媒は、吐出側冷媒
管路３５から第２四路切換弁１１Ｂ、冷媒管路４６、第
１四路切換弁１１Ａを経て上記室外熱交換器５に導入さ
れ、ここで蒸発してガス冷媒とされる。この室外熱交換
器５からのガス冷媒は、第１三路切換弁１３Ａ及び第２
三路切換弁１３Ｂを介して吸込側冷媒管路３２から上記
圧縮機３に吸い込まれる。

【００５０】（ｃ）冷暖並行運転時 冷暖並行運転時（ここでは、上記各室内熱交換器６Ａ，
６Ｂ，６Ｃのうち、室内熱交換器６Ａ，６Ｃを冷房運転
し、室内熱交換器６Ｂを暖房運転する場合を例にとって
説明する）には、上記各四路切換弁１１Ａ，１１Ｂ及び
各三路切換弁１３Ａ，１３Ｂ，１４，１５，１６のう
ち、室内熱交換器６Ｂに対応する三路切換弁１５のみが
破線図示する弁位置に設定され、それ以外の弁は全て実
線図示する弁位置に設定される。また、室内熱交換器６
Ｂに対応する電動減圧弁５７Ｂは減圧状態に設定され
る。

【００５１】かかる状態下で、上記圧縮機３から吐出側
冷媒管路３１を通してガス冷媒が吐出されると、このガ
ス冷媒は、その一部は冷媒管路４２Ａ及び第１三路切換
弁１３Ａを経て上記室外熱交換器５に導入され、ここで
凝縮して液冷媒とされる。この液冷媒は、上記吸込側冷
媒管路３４を経て上記膨張機４に導入され、該膨張機４
での膨張により減圧された後、吐出側冷媒管路３５から
冷媒管路４８Ａ及び冷媒管路４８Ｃを経て上記室内熱交
換器６Ａ，６Ｃにそれぞれ導入され、ここで蒸発してガ
ス冷媒とされる。この室内熱交換器６Ａ，６Ｃにおいて
は、冷媒の蒸発による蒸発熱によって室内の冷房を行
う。さらに、この各室内熱交換器６Ａ，６Ｃからのガス
冷媒は、それぞれ冷媒管路４９Ａ，４９Ｃを経て上記吸
込側冷媒管路３２から上記圧縮機３に吸い込まれる。

【００５２】一方、上記圧縮機３から吐出されたガス冷
媒の他の一部は、冷媒管路４１、冷媒管路４１Ｂ及び三
路切換弁１５を経て冷媒管路４９Ｂから上記室内熱交換
器６Ｂに導入され、この室内熱交換器６Ｂで凝縮されて
液冷媒とされるが、その際、凝縮熱によって室内の暖房
を行う。この室内熱交換器６Ｂからの液冷媒は、電動減
圧弁５７Ｂにおいて減圧され、上記膨張機４から冷媒管
路４８を通って流れる液冷媒と合流し、その下流側の室
内熱交換器６Ｃ側に導入される。

【００５３】以上のように、この実施形態の空気調和装
置Ｚ₃においては、冷媒回路中に上記第１四路切換弁１
１Ａ及び第２四路切換弁１１Ｂを備えることで、冷房専
用運転時と暖房専用運転時及び冷房並行運転時の全てに
おいて、上記膨張機４における冷媒流れ方向が同一方向
とされる。従って、冷房専用運転時と暖房専用運転時及
び冷暖並行運転時の何れにおいても、上記膨張機４で冷
媒の膨張に伴う圧力エネルギーを上記圧縮機３の駆動動
力として回収することができる（尚、冷暖並行運転時に
は、冷房分のみの動力回収となる）。この結果、上記膨
張機４における回収動力分だけ上記圧縮機３への入力を
減じることができ、冷凍サイクル全体としての高効率化
が促進されるものである。

【００５４】また、この実施形態のように、上記膨張機
４の吸込側冷媒管路３４にレシーバ８を介設すること
で、該レシーバ８における余剰冷媒の一時貯留によっ
て、上記膨張機４への冷媒の過多導入が防止され該膨張
機４の信頼性が高められるとともに、冷房運転時と暖房
運転時との間における上記室外熱交換器５と室内熱交換
器６との容積比の相違に起因する必要冷媒循環量の変化
に対する適応性が高められ、これらの結果、冷凍システ
ムの設計自由度の向上が期待できるものである。

【００５５】第４の実施形態 図４には、本願の請求項１，２，４及び５に記載の発明
が適用された第４の実施形態に係る空気調和装置Ｚ₄の
ヒートポンプ冷媒回路が示されている。この空気調和装
置Ｚ₄は、上記第２の実施形態にかかる空気調和装置Ｚ₂
を基本構成として展開したマルチタイプの空気調和装置
であって、同図において符号３はモータ（図示省略）に
より回転駆動される圧縮機、符号４は上記圧縮機３と一
軸で連結された膨張機、符号５は室外熱交換器、符号６
Ａ〜６Ｃは室内熱交換器、符号７は上記圧縮機３の吸込
側冷媒管路３２に介設されたアキュムレータ、符号８は
上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４に介設されたレシー
バである。

【００５６】上記圧縮機３の吐出側冷媒管路３１は、四
路切換弁１２（請求項４における「第２の流路切換弁１
２」に該当する）を介して上記室外熱交換器５と各室内
熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃとに択一的に接続可能とされ
ている。上記圧縮機３の吸込側冷媒管路３２は、上記四
路切換弁１１（請求項１における「方向制御手段Ｘ」及
び請求項４における「第１の流路切換弁１１」にそれぞ
れ該当する）を介して上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，
６Ｃと室外熱交換器５とに択一的に接続可能とされてい
る。上記膨張機４の吸込側冷媒管路３４は、上記四路切
換弁１１を介して上記室外熱交換器５と上記各室内熱交
換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃとに択一的に接続可能とされてい
る。上記膨張機４の吐出側冷媒管路３５は、上記流路切
換弁１２を介して上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃ
と室外熱交換器５とに択一的に接続可能とされている。
尚、図４においては、上記各四路切換弁１１，１２の切
換位置を、冷房運転時には実線で、暖房運転時は破線
で、それぞれ示している。

【００５７】この空気調和装置Ｚ₄の作動を説明すると
次の通りである。

【００５８】冷房運転時には、上記圧縮機３から吐出さ
れた冷媒ガスは、上記四路切換弁１２を経て上記室外熱
交換器５において冷却され凝縮して液冷媒とされる。こ
の液冷媒は、上記流路切換弁１１及びレシーバ８を経て
上記膨張機４に導入され、該膨張機４において等エント
ロピー膨張により減圧された後、上記四路切換弁１２，
冷媒管路５５Ｃを経て各冷媒管路５５Ａ，５５Ｂ，５５
Ｃから上記各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃのそれぞれ
に導入される。該各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃに導
入された液冷媒は、ここで蒸発してその蒸発熱によって
それぞれ室内の冷房を行うとともに、蒸発後のガス冷媒
は冷媒管路５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃから冷媒管路５６及
び四路切換弁１１を経て上記圧縮機３に吸入される。

【００５９】一方、暖房運転時には、上記圧縮機３から
吐出されたガス冷媒は、上記四路切換弁１２、冷媒管路
５５及び各冷媒管路５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃを経て上記
各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃのそれぞれに導入さ
れ、ここで凝縮して液冷媒とされるが、その際の凝縮熱
によって室内の暖房が行われる。上記各室内熱交換器６
Ａ，６Ｂ，６Ｃにおいてそれぞれ凝縮した液冷媒は、上
記各冷媒管路５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ、冷媒管路５６及
び四路切換弁１１を経て上記膨張機４に導入され、該膨
張機４において等エントロピー膨張により減圧された
後、上記四路切換弁１２を経て上記室外熱交換器５に導
入され、ここで蒸発してガス冷媒とされた後、上記四路
切換弁１１及びアキュムレータ７を経て上記圧縮機３に
吸入される。

【００６０】このように、この実施形態の空気調和装置
Ｚ₄においては、冷媒回路中に、上記四路切換弁１１と
四路切換弁１２とを備え、該四路切換弁１１によって上
記膨張機４の吸込側冷媒管路３４を上記室外熱交換器５
と各室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃとに択一的に接続可
能とするとともに、上記四路切換弁１２によって上記圧
縮機３の吐出側冷媒管路３１を上記室外熱交換器５と各
室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃとに択一的に接続すると
同時に上記膨張機４の吐出側冷媒管路３５を上記室内熱
交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃと室外熱交換器５とに択一的に
接続可能とすることで、（ア）冷房運転時における上記
膨張機４での冷媒流れ方向と暖房運転時における上記膨
張機４での冷媒流れ方向とが同一となり、上記膨張機４
での動力回収が冷房運転時と暖房運転時の双方において
同様に行われ、従来のように、例えば冷房運転時におい
てのみしか動力回収ができない場合に比して、動力回収
率が格段に向上し、冷媒回路に膨張機を組み込むことに
よる冷凍サイクルの高効率化が、より一層促進されると
ともに、（イ）上記室外熱交換器５及び上記各室内熱交
換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃにおいては、共に、これら各熱交
換器５，６Ａ，６Ｂ，６Ｃにおける冷房運転時の冷媒流
れ方向と暖房運転時の冷媒流れ方向とが同一方向となる
ことから、これら各熱交換器５，６Ａ，６Ｂ，６Ｃにお
ける冷媒循環形態をそれぞれ対向流構成とし、冷媒と冷
却風との間における熱交換によって冷凍サイクルの熱効
率をさらに高めることができることになる。

【００６１】さらに、この実施形態の空気調和装置Ｚ₄
においても、上記第１の実施形態の場合と同様に、上記
膨張機４の吸込側冷媒管路３４にレシーバ８を介設して
いるので、該レシーバ８における余剰冷媒の一時貯留に
よって、上記膨張機４への冷媒の過多導入が防止され該
膨張機４の信頼性が高められるとともに、冷房運転時と
暖房運転時との間における上記室外熱交換器５と上記各
室内熱交換器６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの容積比の相違に起因
する必要冷媒循環量の変化に対する適応性が高められ、
これらの結果、冷凍システムの設計自由度の向上が期待
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る空気調和装置の第１の実施形態
における冷媒回路図である。

【図２】本願発明に係る空気調和装置の第２の実施形態
における冷媒回路図である。

【図３】本願発明に係る空気調和装置の第３の実施形態
における冷媒回路図である。

【図４】本願発明に係る空気調和装置の第４の実施形態
における冷媒回路図である。

【図５】従来の蒸気圧縮式冷凍サイクル図である。

【図６】従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルにおける冷媒回
路図である。

【図７】遷臨界冷凍サイクル図である。

【図８】遷臨界冷凍サイクルでの動力回収サイクル図で
ある。

【符号の説明】

１は室外機、２は室内機、３は圧縮機、４は膨張機、５
は室外熱交換器、６及び６Ａ〜６Ｃは室内熱交換器、７
はアキュムレータ、８はレシーバ、１１，１１Ａ，１１
Ｂ，１２と四路切換弁、１３Ａ，１３Ｂ，１４，１５，
１６は三路切換弁、３１は圧縮機の吐出側冷媒管路、３
２は圧縮機の吸込側冷媒管路、３４は膨張機の吸込側冷
媒管路、３５は膨張機の吐出側冷媒管路、Ｘは方向制御
手段、Ｚ ₁〜Ｚ₄は空気調和装置である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（３）と膨張機（４）と、室外熱
   交換器（５）と室内熱交換器（６）とを備え、上記圧縮
   機（３）からの吐出冷媒を上記室外熱交換器（５）と室
   内熱交換器（６）とに択一的に供給可能とするととも
   に、該室外熱交換器（５）と室内熱交換器（６）からの
   冷媒を上記膨張機（４）に択一的に供給可能とした空気
   調和装置の冷媒回路であって、 上記室外熱交換器（５）からの冷媒の上記膨張機（４）
   における流れ方向と上記室内熱交換器（６）からの冷媒
   の上記膨張機（４）における流れ方向とが同一方向とな
   るように冷媒の流れ方向を制御する方向制御手段（Ｘ）
   が備えられていることを特徴とする空気調和装置の冷媒
   回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記膨張機（４）の吸込側冷媒管路（３４）にレシーバ
   （８）が備えられていることを特徴とする空気調和装置
   の冷媒回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 上記方向制御手段（Ｘ）が、上記膨張機（４）の吸込側
   冷媒管路（３４）を上記室外熱交換器（５）と室内熱交
   換器（６）とに択一的に接続すると同時に該膨張機
   （４）の吐出側冷媒管路（３５）を上記室内熱交換器
   （６）と室外熱交換器（５）とに択一的に接続する流路
   切換弁（１１）で構成されていることを特徴とする空気
   調和装置の冷媒回路。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、 上記方向制御手段（Ｘ）が、上記膨張機（４）の吸込側
   冷媒管路（３４）を上記室外熱交換器（５）と室内熱交
   換器（６）とに択一的に接続すると同時に上記圧縮機
   （３）の吸込側冷媒管路（３２）を上記室内熱交換器
   （６）と室外熱交換器（５）とに択一的に接続する第１
   の流路切換弁（１１）で構成されるとともに、 上記圧縮機（３）の吐出側冷媒管路（３１）を上記室外
   熱交換器（５）と室内熱交換器（６）とに択一的に接続
   すると同時に上記膨張機（４）の吐出側冷媒管路（３
   ５）を上記室内熱交換器（６）と室外熱交換器（５）と
   に択一的に接続する第２の流路切換弁（１２）が備えら
   れ、 上記室外熱交換器（５）と室内熱交換器（６）とが冷房
   運転時及び暖房運転時の双方で対向流構成が可能とされ
   ていることを特徴とする空気調和装置の冷媒回路。
5. 【請求項５】 請求項３又は４において、 上記室内熱交換器（６）が、並列配置された複数の室内
   熱交換器（６Ａ〜６Ｃ）で構成されていることを特徴と
   する空気調和装置の冷媒回路。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５において、 冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とす
   る空気調和装置の冷媒回路。