JP2004177067A

JP2004177067A - ヒートポンプ式空気調和機

Info

Publication number: JP2004177067A
Application number: JP2002346660A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kitamura; 哲也北村; Tadao Koike; 忠夫小池; Taichi Tanaami; 太一店網; Koichi Fukushima; 功一福島
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】室内機へ二次冷媒を送り込む場合でも、熱交換の効率向上に寄与し、室内への吹出し空気温度を高温とする。
【解決手段】一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とし、冷媒間熱交換器７で一次冷媒により加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、室内熱交換器８により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にする機能を設けたこと、ならびに一次冷媒の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換させる第一補助熱交換器５と、室内熱交換器８を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器９を設け、さらに冷房運転、暖房運転の切り換えにより、一次冷媒の循環する経路が切り替わっても、一次冷媒の放熱器、吸熱器となる室外熱交換器３と冷媒間熱交換器７の出口後の冷媒を第一補助熱交換器５と第二補助熱交換器９へ導く。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）やエタン等の冷凍サイクルの放熱側で超臨界状態となりうる冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気（冷凍）冷蔵庫、空調機、カーエアコン、冷蔵または冷凍倉庫、ショーケース等には、圧縮機、放熱用熱交換器、膨張弁、吸熱用熱交換器等を接続して形成する冷凍サイクル装置が応用され、封入される冷媒としては、フロン系冷媒が用いられてきた。しかし、フロン系冷媒はオゾン層を破壊する性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室効果が大きいため地球温暖化に影響を与えたりと、必ずしも満足な冷媒とは言えなかった。そこで、フロン系冷媒の代わりに、オゾン層破壊係数がゼロであり、かつ地球温暖化係数もフロン系冷媒に比べて格段に小さい二酸化炭素（ＣＯ_２）やエタン等を冷媒として用いるヒートポンプ式空気調和機等の冷凍サイクル装置の可能性が検討されつつある。しかし、二酸化炭素の様に超臨界圧力で作動する冷媒は、一般に冷媒の高圧側が超高圧帯域で運転されるため、フロン系の冷媒を用いたヒートポンプ式空気調和機の様な室内機、室外機内の熱交換器を配管で接続するような方式であると、施工性の問題から冷媒漏れや配管破裂のおそれがあるため、二酸化炭素冷媒を直接室内に送りこむ方式は困難であるため、水等を二次冷媒として用い、この二次冷媒を室内に送りこみ空調を行う方法が検討されつつある。二酸化炭素を使用した冷凍サイクル装置としては、例えば、特開２００２−８１７６６号に提案されており、一般的な二次冷媒を使用した冷凍サイクル装置としては、特開平９―２４３１８６号等が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８１７６６号公報
【特許文献２】
特開平９―２４３１８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来から行われていた二次冷媒を介しての空気調和機にあっては、一次側の冷媒と二次側の冷媒による熱の授受を行う必要があるため、この熱の授受による熱交換効率の低下といった問題が生じており、また、ヒートポンプ式空気調和機全体において、灯油等を燃焼させて暖房を行う燃焼式空気調和機と比べて、室内への吹出し空気温度が低く快適性を損ねるといった問題が生じている。本発明は、上記に鑑みてなされたもので、室内機へ二次冷媒を送り込む構造とした場合でも、熱交換の効率向上に寄与することができ、さらに、室内への吹出し空気温度を高温とすることができるヒートポンプ式空気調和機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるヒートポンプ式空気調和機の構成は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および冷媒間熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の一次冷媒が封入されている一次側冷凍サイクルと、前記冷媒間熱交換器、循環ポンプおよび室内熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の二次冷媒が封入されている二次側サイクルを備え、かつ前記一次冷媒と前記二次冷媒が、前記冷媒間熱交換器において互いに熱交換を行うことにより、室内と室外の熱移送を行うヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とすることで、前記冷媒間熱交換器で一次冷媒によって加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、前記室内熱交換器により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にする運転機能を設けたこと、ならびに一次冷媒の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換させる第一補助熱交換器と、前記室内熱交換器を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器を設けたものである。
【０００６】
本発明に係わるヒートポンプ式空気調和機の他の発明の構成は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および冷媒間熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の一次冷媒が封入されている一次側冷凍サイクルと、前記冷媒間熱交換器、循環ポンプおよび室内熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の二次冷媒が封入されている二次側サイクルを備え、かつ前記一次冷媒と前記二次冷媒が、前記冷媒間熱交換器において互いに熱交換を行うことにより、室内と室外の熱移送を行うヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、前記膨張弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、１次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係わるヒートポンプ式空調機のさらに他の発明の構成は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および冷媒間熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の一次冷媒が封入されている一次側冷凍サイクルと、前記冷媒間熱交換器、循環ポンプおよび室内熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の二次冷媒が封入されている二次側サイクルを備え、かつ前記一次冷媒と前記二次冷媒が、前記冷媒間熱交換器において互いに熱交換を行うことにより、室内と室外の熱移送を行うヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、前記四方弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、一次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１により詳述する。１が一次冷媒用の圧縮機、２が冷房運転と暖房運転のサイクルの切り換えを行う四方弁、３が室外空気と一次冷媒を熱交換させるための室外熱交換器、４が暖房運転時の一次冷媒の減圧を行う第一膨張弁、５が一次冷媒の低圧側と高圧側の冷媒を熱交換させるための第一補助熱交換器、６が冷房運転時の一次冷媒の減圧を行う第二膨張弁、７が一次冷媒と二次冷媒を熱交換させる冷媒間熱交換器、８が室内空気と二次冷媒を熱交換させるための室内熱交換器、９が一次冷媒と室内熱交換器８を通過した後の二次冷媒を熱交換させるための第二補助熱交換器、１０が二次冷媒を二次冷媒サイクル内へ循環させるための駆動ポンプである。
【０００９】
図１に示すようなサイクル構成をもつヒートポンプ式空気調和機の一次冷媒として、図２に示すモリエル線図上に描いた、超臨界圧力での冷凍サイクルを構成することができるＣＯ_２冷媒を使用することによって、従来のフロン系冷媒と比較して、放熱工程の開始温度を高温にすることが可能となるため、二次冷媒の室内熱交換器８入口温度を高温とすることができ、室内熱交換器８で二次冷媒と熱交換を行った室内空気温度を灯油等の燃焼系暖房機と同等とすることが可能となる。
【００１０】
一次冷媒の循環は、暖房運転時には、圧縮機１→四方弁２→冷媒間熱交換器７→第二膨張弁６→第一補助熱交換器５→第一膨張弁４→室外熱交換器３→四方弁２→第一補助熱交換器５→第二補助熱交換器９→圧縮機１と循環し、この時、第二膨張弁６は弁を全開としておくことにより、一次冷媒の減圧を行わない。冷房運転時には、圧縮機１→四方弁２→室外熱交換器３→第一膨張弁４→第一補助熱交換器５→第ニ膨張弁６→冷媒間熱交換器７→四方弁２→第一補助熱交換器５→第二補助熱交換器９→圧縮機１と循環し、この時、第一膨張弁４は弁を全開としておくことにより、一次冷媒の減圧を行わない。図１に示すが如く、冷房、暖房運転時の一次冷媒の放熱器、吸熱器となる室外熱交換器３と冷媒間熱交換器７それぞれの出口後の冷媒を第一補助熱交換器５によって熱交換させることにより、図２に示す線図上の放熱工程、吸熱工程のエンタルピを増加させることができるため、サイクルの運転効率を向上させることができる。さらに、図１に示すが如く、室内熱交換器８を出た後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させることにより、更なるサイクルの運転効率向上を図ることができる。また図１に示すように、一次冷媒の減圧を行う膨張弁を第一膨張弁４と第二膨張弁６の２つ設けることによって、冷房運転、暖房運転の切り換えによって、一次冷媒の循環する経路が切り替わったとしても、一次冷媒の放熱器、吸熱器となる室外熱交換器３と冷媒間熱交換器７それぞれの出口後の冷媒を第一補助熱交換器５と第二補助熱交換器９へと導くことが可能となり、冷房運転、暖房運転ともにサイクルの運転効率向上を図ることができる。
【００１１】
図３に本発明の他の実施例を示す。１１が第一四方弁、１２が第二四方弁、１３が膨張弁である。
【００１２】
図３に示すようなサイクル構成をもつヒートポンプ式空気調和機の一次冷媒として、図２に示すモリエル線図上に描いた、超臨界圧力での冷凍サイクルを構成することができるＣＯ_２冷媒を使用することによって、従来のフロン系冷媒と比較して、放熱工程の開始温度を高温にすることが可能となるため、二次冷媒の室内熱交換器８入口温度を高温とすることができ、室内熱交換器８で二次冷媒と熱交換を行った室内空気温度を灯油等の燃焼系暖房機と同等とすることが可能となる。
【００１３】
一次冷媒の循環は、暖房運転時には、圧縮機１→第一四方弁１１→冷媒間熱交換器７→第一補助熱交換器５→第二四方弁１２→膨張弁１３→第一四方弁１１→室外熱交換器３→第一補助熱交換器５→第二補助熱交換器９→第二四方弁１２→圧縮機１と循環する。冷房運転時には、圧縮機１→第一四方弁１１→室外熱交換器３→第一補助熱交換器５→第二補助熱交換器９→第二四方弁１２→膨張弁１３→第一四方弁１１→冷媒間熱交換器７→第一補助熱交換器５→第二四方弁１２→圧縮機１と循環する。図３に示すが如く、冷房、暖房運転時の一次冷媒の放熱器、吸熱器となる室外熱交換器３と冷媒間熱交換器７それぞれの出口後の冷媒を第一補助熱交換器５によって熱交換させることにより、図２に示す線図上の放熱工程、吸熱工程のエンタルピを増加させることができるため、サイクルの運転効率を向上させることができる。さらに、図３に示すが如く、室内熱交換器８を出た後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させることにより、更なるサイクルの運転効率向上を図ることができる。また図３に示すように、冷房運転、暖房運転のサイクルの切り換えを行う四方弁をの２つ設け、この２つの四方弁によりサイクルの切り換えを行うことによって、冷房運転、暖房運転の切り換えによって、一次冷媒の循環する経路が切り替わったとしても、一次冷媒の放熱器、吸熱器となる室外熱交換器３と冷媒間熱交換器７それぞれの出口後の冷媒を第一補助熱交換器５と第二補助熱交換器９へと導くことが可能となり、冷房運転、暖房運転ともにサイクルの運転効率向上を図ることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来から行われていた二次冷媒を介しての空気調和機における、一次側の冷媒と二次側の冷媒による熱の授受による熱交換効率の低下といった問題や、また、ヒートポンプ式空気調和機全体おける、灯油等を燃焼させて暖房を行う燃焼式空気調和機と比べて、室内への吹出し空気温度が低く快適性を損ねるといった問題を低減することができ、また、室内機へ二次冷媒を送り込む構造とした場合でも、熱交換の効率向上を行うことが可能となるため、運転効率が良く、室内への吹出し空気温度を高温とすることができるヒートポンプ式空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるヒートポンプ式空気調和機の実施例のサイクル構成図である。
【図２】本発明に係わる冷媒のモリエル線図、ならびに冷凍サイクルである。
【図３】本発明に係わるヒートポンプ式空気調和機の他の実施例のサイクル構成図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…第一膨張弁、５…第一補助熱交換器、６…第二膨張弁、７…冷媒間熱交換器、８…室内熱交換器、９…第二補助熱交換器、１０…駆動ポンプ、１１…第一四方弁、１２…第二四方弁、１３…膨張弁。

Claims

圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁および冷媒間熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の一次冷媒が封入されている一次側冷凍サイクルと、前記冷媒間熱交換器、循環ポンプおよび室内熱交換器のそれぞれが接続配管で接続されるとともに、内部に所定の二次冷媒が封入されている二次側サイクルを備え、かつ前記一次冷媒と前記二次冷媒が、前記冷媒間熱交換器において互いに熱交換を行うことにより、室内と室外の熱移送を行うヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とすることで、前記冷媒間熱交換器で一次冷媒によって加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、前記室内熱交換器により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にして、室内機から吹出す運転機能を設けたこと、ならびに一次冷媒の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換させる第一補助熱交換器と、前記室内熱交換器を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とすることで、前記冷媒間熱交換器で一次冷媒によって加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、前記室内熱交換器により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にして、室内機から吹出す運転機能を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、前記膨張弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、一次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる冷媒を封入し、前記四方弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、一次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とすることで、前記冷媒間熱交換器で一次冷媒によって加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、前記室内熱交換器により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にして、室内機から吹出す運転機能を設けたこと、ならびに一次冷媒の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換させる第一補助熱交換器と、前記室内熱交換器を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒の温度を高温とすることで、前記冷媒間熱交換器で一次冷媒によって加熱される二次冷媒の温度を高温まで高め、前記室内熱交換器により二次冷媒と熱交換される室内空気温度を高温にして、室内機から吹出す運転機能を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、一次冷媒の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換させる第一補助熱交換器と、前記室内熱交換器を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、前記室内熱交換器を通過した後の二次冷媒と一次冷媒を熱交換させる第二補助熱交換器を設けたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、前記膨張弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、一次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
請求項１項のヒートポンプ式空気調和機において、前記一次冷媒として超臨界圧力で作動できる二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を、二次冷媒として水を封入し、前記四方弁を複数個使用することにより、前記四方弁にてサイクルの暖房運転、冷房運転の切り換えを行ったとしても、前記室外熱交換器、冷媒間熱交換器ともに、一次冷媒の熱交換器入口、出口が変わらないことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。