JP2008215773A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる空気調和装置を得る。
【解決手段】第１の冷媒配管群３は室外及び室内熱交換器１，２からの可燃性冷媒を圧縮機４へ導入可能な共通の圧縮機吸入配管１１を有し、第２の冷媒配管群５は室外及び室内熱交換器１，２からの可燃性冷媒を膨張弁６へ導入可能な共通の膨張弁送入配管１５を有している。圧縮機吸入配管１１と膨張弁送入配管１５との間には、バイパス膨張弁１８が設けられたバイパス配管１７が接続されている。バイパス配管１７の下流側及び膨張弁送入配管１５には内部熱交換器１９が設けられている。第２の冷媒配管群５の少なくとも一部は第１の冷媒配管群３の配管径よりも小さい配管径を持つ小径管とされ、小径管は第２の冷媒配管群５におけるバイパス配管１７との接続部よりも下流側の部分に位置している。
【選択図】図１

Description

この発明は、可燃性冷媒を用いる空気調和装置に関するものである。

従来の空気調和機では、地球温暖化の防止の観点から、地球温暖化係数の大きな冷媒からより小さな代替冷媒への使用の転換が求められている。代替冷媒としては、例えばＣＯ_２冷媒、炭化水素冷媒（プロパンやイソブタン）あるいはＲ３２冷媒（ジフルオロメタン、ＣＨ_２Ｆ_２）等が挙げられる。これらの代替冷媒の中で、炭化水素冷媒やＲ３２冷媒は可燃性冷媒であるので、可燃性冷媒を用いる従来の空気調和機では、冷媒漏洩時の漏洩量を少なくするために冷媒充填量が削減されている。

従来、冷媒充填量を削減するために、凝縮器及び蒸発器に用いる熱交換器のパイプ径を細くして小型化した空気調和機が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−１４８７５５号公報

しかし、熱交換器部分を小型化しているので、熱交換器の熱交換効率が悪くなり、空気調和機の運転効率が大きく低下してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる空気調和装置を得ることを目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、可燃性冷媒を圧縮する圧縮装置、凝縮された可燃性冷媒を膨張させる減圧装置、冷房運転時に減圧装置からの可燃性冷媒を蒸発させて圧縮装置へ送り、暖房運転時に圧縮装置からの可燃性冷媒を凝縮して減圧装置へ送る室内熱交換器、冷房運転時に圧縮装置からの可燃性冷媒を凝縮して減圧装置へ送り、暖房運転時に減圧装置からの可燃性冷媒を蒸発させて圧縮装置へ送る室外熱交換器、室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれからの可燃性冷媒を圧縮装置へ導入可能な共通の圧縮装置導入管を有し、室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれと圧縮装置との間で可燃性冷媒を導く第１の冷媒配管群、室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれからの可燃性冷媒を減圧装置へ導入可能な共通の減圧装置導入管を有し、室内熱交換器及び室外熱交換器のそれぞれと減圧装置との間で可燃性冷媒を導く第２の冷媒配管群、圧縮装置導入管と減圧装置導入管との間に接続され、減圧装置導入管を通る可燃性冷媒の一部を圧縮装置導入管へ導くバイパス配管、バイパス配管を通る可燃性冷媒を膨張させるバイパス減圧装置、及びバイパス減圧装置により膨張された可燃性冷媒と、減圧装置導入管を通る可燃性冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器を備え、第２の冷媒配管群の少なくとも一部は、第１の冷媒配管群の配管径よりも小さい配管径を持つ小径管とされており、小径管は、第２の冷媒配管群におけるバイパス配管との接続部よりも下流側の部分に位置している。

この発明に係る空気調和装置では、バイパス減圧装置が設けられたバイパス配管が圧縮装置導入管と減圧装置導入管との間に接続され、減圧装置の上流側の減圧装置導入管及びバイパス減圧装置の下流側のバイパス配管に内部熱交換器が設けられており、かつ、減圧装置導入管とバイパス配管との接続部分よりも下流側に位置する第２の冷媒配管群の一部が小径管とされているので、運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による空気調和装置を示す構成図である。図において、室外熱交換器１及び室内熱交換器２のそれぞれには、第１の冷媒配管群３を介して圧縮機（圧縮装置）４が接続され、第２の冷媒配管群５を介して膨張弁（減圧装置）６が接続されている。可燃性冷媒は、第１の冷媒配管群３及び第２の冷媒配管群５を流れることにより、室外熱交換器１、室内熱交換器２、圧縮機４及び膨張弁６間を循環される。

圧縮機４には、可燃性冷媒を吸入する吸入口と、可燃性冷媒を排出する排出口とが設けられている。圧縮機４は、吸入口から吸入された可燃性冷媒を圧縮し、圧縮後の可燃性冷媒を排出口から排出する。

膨張弁６には、可燃性冷媒が送入される送入口と、可燃性冷媒が送出される送出口とが設けられている。膨張弁６は、可燃性冷媒を減圧により膨張させる。膨張弁６には、凝縮された可燃性冷媒が送入口から入り、膨張後の可燃性冷媒が送出口から送出される。

第１の冷媒配管群３は、室外熱交換器１及び室内熱交換器２のそれぞれと圧縮機４との間で可燃性冷媒を導く。第１の冷媒配管群３には、冷房運転時と暖房運転時との間で可燃性冷媒の流路を切り替える第１の流路切替装置７が設けられている。

第１の冷媒配管群３は、第１の流路切替装置７と室外熱交換器１とを接続する第１室外接続配管８と、第１の流路切替装置７と室内熱交換器２とを接続する第１室内接続配管９と、第１の流路切替装置７と圧縮機４の排出口とを接続する圧縮機排出配管１０と、第１の流路切替装置７と圧縮機４の吸入口とを接続する圧縮機吸入配管１１とを有している。

第１の流路切替装置７は、冷房運転時に、第１室外接続配管８と圧縮機排出配管１０との間を連通させ、かつ第１室内接続配管９と圧縮機吸入配管１１との間を連通させる。また、第１の流路切替装置７は、暖房運転時に、第１室内接続配管９と圧縮機排出配管１０との間を連通させ、かつ第１室外接続配管８と圧縮機吸入配管１１との間を連通させる。

即ち、圧縮機４から排出された可燃性冷媒は、圧縮機排出配管１０を通過後、冷房運転時には第１室外接続配管８へ導かれ、暖房運転時には第１室内接続配管９へ導かれる。また、圧縮機４に吸入される可燃性冷媒は、冷房運転時には第１室内接続配管９から圧縮機吸入配管１１へ導かれ、暖房運転時には第１室外接続配管８から圧縮機吸入配管１１へ導かれる。即ち、圧縮機吸入配管１１は、室外熱交換器１及び室内熱交換器２のそれぞれからの可燃性冷媒を圧縮機４へ導入可能な共通の圧縮装置導入管とされている。

第２の冷媒配管群５は、室外熱交換器１及び室内熱交換器２のそれぞれと膨張弁６との間で可燃性冷媒を導く。第２の冷媒配管群５には、冷房運転時と暖房運転時との間で可燃性冷媒の流路を切り替える第２の流路切替装置１２が設けられている。

第２の冷媒配管群５は、第２の流路切替装置１２と室外熱交換器１とを接続する第２室外接続配管１３と、第２の流路切替装置１２と室内熱交換器２とを接続する第２室内接続配管１４と、第２の流路切替装置１２と膨張弁６の送入口とを接続する膨張弁送入配管１５と、第２の流路切替装置１２と膨張弁６の送出口とを接続する膨張弁送出配管１６とを有している。

第２の流路切替装置１２は、冷房運転時に、第２室外接続配管１３と膨張弁送入配管１５との間を連通させ、かつ第２室内接続配管１４と膨張弁送出配管１６との間を連通させる。また、第２の流路切替装置１２は、暖房運転時に、第２室内接続配管１４と膨張弁送入配管１５との間を連通させ、かつ第２室外接続配管１３と膨張弁送出配管１６との間を連通させる。

即ち、膨張弁６から送出された可燃性冷媒は、膨張弁送出配管１６を通過後、冷房運転時には第２室内接続配管１４へ導かれ、暖房運転時には第２室外接続配管１３へ導かれる。また、膨張弁６に送入される可燃性冷媒は、冷房運転時には第２室外接続配管１３から膨張弁送入配管１５へ導かれ、暖房運転時には第２室内接続配管１４から膨張弁送入配管１５へ導かれる。即ち、膨張弁送入配管１５は、室外熱交換器１及び室内熱交換器２のそれぞれからの可燃性冷媒を膨張弁６へ導入可能な共通の減圧装置導入管とされている。

第１の冷媒配管群３に含まれる配管、即ち第１室外接続配管８、第１室内接続配管９、圧縮機排出配管１０及び圧縮機吸入配管１１の各配管径は、それぞれ予め設定された所定の寸法とされている。また、第２の冷媒配管群５に含まれる配管のうち、第２室内接続配管１４及び膨張弁送出配管１６のみが、第１の冷媒配管群３の配管径よりも小さい（即ち、第１の冷媒配管群３に含まれるいずれの配管の配管径よりも小さい）配管径を持つ小径管とされている。第２室外接続配管１３及び膨張弁送入配管１５の各配管径は、小径管よりも大きな配管径を持つ所定の寸法とされている。

室外熱交換器１は、第１室外接続配管８及び第２室外接続配管１３間を接続する室外熱交換用配管を有している。室外熱交換用配管内に可燃性冷媒が流れることにより、室外熱交換用配管の内外間で熱交換が行われる。冷房運転時には、第１室外接続配管８からの可燃性冷媒が室外熱交換用配管を通って第２室外接続配管１３へ送り出される。また、暖房運転時には、第２室外接続配管１３からの可燃性冷媒が室外熱交換用配管を通って第１室外接続配管８へ送り出される。これにより、室外熱交換器１は、冷房運転時に圧縮機４からの可燃性冷媒を凝縮して膨張弁６へ送り、暖房運転時に膨張弁６からの可燃性冷媒を蒸発させて圧縮機４へ送る。

室内熱交換器２は、第１室内接続配管９及び第２室内接続配管１４間を接続する室内熱交換用配管を有している。室内熱交換用配管内に可燃性冷媒が流れることにより、室内熱交換用配管の内外間で熱交換が行われる。冷房運転時には、第２室内接続配管１４からの可燃性冷媒が室内熱交換用配管を通って第１室内接続配管９へ送り出される。また、暖房運転時には、第１室内接続配管９からの可燃性冷媒が室内熱交換用配管を通って第２室内接続配管１４へ送り出される。これにより、室内熱交換器２は、冷房運転時に膨張弁６からの可燃性冷媒を蒸発させて圧縮機４へ送り、暖房運転時に圧縮機４からの可燃性冷媒を凝縮して膨張弁６へ送る。

圧縮機吸入配管１１と膨張弁送入配管１５との間には、バイパス配管１７が接続されている。膨張弁送入配管１５を流れる可燃性冷媒の一部は、バイパス配管１７により圧縮機吸入配管１１へ導かれる。

バイパス配管１７には、バイパス配管１７を流れる可燃性冷媒を減圧により膨張させるバイパス膨張弁（バイパス減圧装置）１８が設けられている。

バイパス配管１７におけるバイパス膨張弁１８の位置よりも下流側の部分、及び膨張弁送入配管１５におけるバイパス配管１７との接続部よりも上流側の部分には、内部熱交換器１９が設けられている。内部熱交換器１９は、バイパス配管１７を流れる可燃性冷媒と、膨張弁送入配管１５を流れる可燃性冷媒との間で熱交換を行う。これにより、内部熱交換器１９では、膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒からバイパス配管１７内の可燃性冷媒へ熱が移動する。

内部熱交換器１９は、複数の第１扁平管及び複数の第２扁平管が重ねられることにより構成された扁平管式熱交換器である。各第１扁平管及び各第２扁平管の形状は扁平状になっている。

各第１扁平管は、互いに隣接して並べられた複数の第１流路を有している。各第１流路は、膨張弁送入配管１５に連通している。従って、各第１流路には、膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒が通される。膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒は、第１分配器で分配されることにより各第１流路へ導かれる。

各第２扁平管は、第１扁平管に接触している。また、各第２扁平管は、互いに隣接して並べられた複数の第２流路を有している。各第２流路は、バイパス配管１７に連通している。従って、各第２流路には、バイパス配管１７内の可燃性冷媒が通される。バイパス配管１７内の可燃性冷媒は、第２分配器で分配されることにより各第２流路へ導かれる。

なお、第１扁平管の仕様は、各第１流路の数が１２本、各第１流路の直径が１．０ｍｍ、各第１流路の長さが１０００ｍｍとされている。また、第２扁平管の仕様は、各第２流路の数が１２本、各第２流路の直径が１．５ｍｍ、各第２流路の長さが１０００ｍｍとされている。さらに、第１扁平管及び第２扁平管のそれぞれは、一体形成されたものに限られず、複数の扁平管を組み合わせて構成されていてもよい。

また、室外熱交換器１、圧縮機４、膨張弁６、第１の流路切替装置７、第２の流路切替装置１２、バイパス膨張弁１８及び内部熱交換器１９は、共通の室外機２０に設けられている。さらに、可燃性冷媒は、プロパン冷媒とされている。また、上記の例では第２室内接続配管１４及び膨張弁送出管１６のみが小径管とされているが、これに限定されず、第２の冷媒配管群５において小径管とされている部分は、膨張弁送入配管１５とバイパス配管１７との接続部よりも下流側の少なくとも一部であればよい。

また、実施の形態１では、圧縮機４の潤滑油に溶解する冷媒の量を削減するために、圧縮機４のタイプは高圧シェルタイプとされ、潤滑油は弱相溶油とされている。圧縮機４のタイプと潤滑油の種類との組み合わせはこれに限られず、例えば低圧シェルタイプと相溶油などとの組み合わせとしてもよい。

次に、冷房運転時の動作について説明する。圧縮機吸入配管１１から吸入された可燃性冷媒は、圧縮機４で圧縮され、高温高圧となって圧縮機４から排出される。この後、可燃性冷媒は、圧縮機排出配管１０、第１の流路切替装置７及び第１室外接続配管８の順に導かれて室外熱交換器１へ送られる。

この後、室外熱交換器１において、可燃性冷媒と室外の空気等との間で熱交換が行われる。これにより、可燃性冷媒の温度が低下し、可燃性冷媒が凝縮される。凝縮後の可燃性冷媒は、室外熱交換器１から、第２室外接続配管１３及び第２の流路切替装置１２の順に導かれて膨張弁送入配管１５に入る。

この後、膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒は、内部熱交換器１９においてバイパス配管１７内の可燃性冷媒へ熱を放出し、さらに冷却される。この後、内部熱交換器１９を通過した可燃性冷媒の一部がバイパス配管１７に入り、残りの可燃性冷媒が膨張弁６に送られる。

膨張弁６に送られた可燃性冷媒は、膨張弁６で減圧されることにより膨張する。これにより、可燃性冷媒の状態が低温低圧の気液二相状態となる。この後、可燃性冷媒は、膨張弁６から、膨張弁送出配管１６、第２の流路切替装置１２及び第２室内接続配管１４の順に導かれて室内熱交換器２へ送られる。

この後、室内熱交換器２において、可燃性冷媒と室内の空気等との間で熱交換が行われる。これにより、可燃性冷媒は、蒸発して低温低圧の冷媒蒸気となる。この後、可燃性冷媒は、室内熱交換器２から、第１室内接続配管９、第１の流路切替装置７及び圧縮機吸入配管１１の順に導かれて圧縮機４へ戻される。

一方、バイパス配管１７に入った可燃性冷媒は、バイパス膨張弁１８で減圧されることにより膨張する。これにより、可燃性冷媒の状態が低温低圧の気液二相状態となる。この後、バイパス配管１７内の可燃性冷媒は、内部熱交換器１９において膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒から熱を受け取り、蒸発する。これにより、可燃性冷媒の状態は、低温低圧の冷媒蒸気あるいは湿り蒸気となる。この後、バイパス配管１７内の可燃性冷媒は、圧縮機吸入配管１１に導かれ、圧縮機吸入配管１１内の可燃性冷媒と合流し、圧縮機４へ送られる。

次に、暖房運転時の動作について説明する。圧縮機吸入配管１１から吸入された可燃性冷媒は、圧縮機４で圧縮され、高温高圧となって圧縮機４から排出される。この後、可燃性冷媒は、圧縮機排出配管１０、第１の流路切替装置７及び第１室内接続配管９の順に導かれて室内熱交換器２へ送られる。

この後、室内熱交換器２において可燃性冷媒と室内の空気等との間で熱交換が行われる。これにより、可燃性冷媒の温度が低下し、可燃性冷媒が凝縮される。凝縮後の可燃性冷媒は、室内熱交換器２から、第２室内接続配管１４及び第２の流路切替装置１２の順に導かれて膨張弁送入配管１５に入る。

この後、膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒は、内部熱交換器１９においてバイパス配管１７内の可燃性冷媒へ熱を放出し、さらに冷却される。この後、内部熱交換器１９を通過した可燃性冷媒の一部がバイパス配管１７に入り、残りの可燃性冷媒が膨張弁６に送られる。

膨張弁６に送られた可燃性冷媒は、膨張弁６で減圧されることにより膨張する。これにより、可燃性冷媒の状態が低温低圧の気液二相状態となる。この後、可燃性冷媒は、膨張弁６から、膨張弁送出配管１６、第２の流路切替装置１２及び第２室外接続配管１３の順に導かれて室外熱交換器１へ送られる。

この後、室外熱交換器１において可燃性冷媒と室外の空気等との間で熱交換が行われる。これにより、可燃性冷媒は、蒸発して低温低圧の冷媒蒸気となる。この後、可燃性冷媒は、室外熱交換器１から、第１室外接続配管８、第１の流路切替装置７及び圧縮機吸入配管１１の順に導かれて圧縮機４へ戻される。

一方、バイパス配管１７に入った可燃性冷媒は、バイパス膨張弁１８で減圧されることにより膨張する。これにより、可燃性冷媒の状態が低温低圧の気液二相状態となる。この後、バイパス配管１７内の可燃性冷媒は、内部熱交換器１９において膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒から熱を受け取り、蒸発する。これにより、可燃性冷媒の状態は、低温低圧の冷媒蒸気あるいは湿り蒸気となる。この後、バイパス配管１７内の可燃性冷媒は、圧縮機吸入配管１１に導かれ、圧縮機吸入配管１１内の可燃性冷媒と合流し、圧縮機４へ送られる。なお、内部熱交換器１９における熱のやり取りの量はバイパス膨張弁１８の減圧度合いを調整することで行う。

このような空気調和装置では、バイパス膨張弁１８が設けられたバイパス配管１７が圧縮機吸入配管１１と膨張弁送入配管１５との間に接続され、膨張弁６の上流側の膨張弁送入配管１５及びバイパス膨張弁１８の下流側のバイパス配管１７に内部熱交換器１９が設けられており、かつ、膨張弁送入配管１５とバイパス配管１７との接続部分よりも下流側に位置する第２の冷媒配管群５の一部である第２室内接続配管１４及び膨張弁送出配管１６が小径管とされているので、運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる。

即ち、第２の冷媒配管群５の一部が小径管とされているので、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる。

また、通常では、第２の冷媒配管群５の一部を小径管とすると、可燃性冷媒の圧力損失が増大して空気調和装置の成績係数が低下することとなってしまうが、膨張弁送入配管１５を通る可燃性冷媒の一部がバイパス配管１７により小径管を通らずに圧縮機４へ還流されるので、小径管を通る可燃性冷媒の量を少なくすることができる。これにより、小径管を通る可燃性冷媒の圧力損失の増大を抑制することができ、第２の冷媒配管群５の一部を小径管としたことによる空気調和装置の成績係数の低下を抑制することができる。

さらに、通常では、可燃性冷媒の一部を圧縮機４へ還流させると、室内熱交換器２へ送られる可燃性冷媒の量が少なくなり冷房能力が低下することとなるが、バイパス膨張弁１８がバイパス配管１７に設けられているとともに、内部熱交換器１９において、バイパス膨張弁１８により膨張された可燃性冷媒と、膨張弁送入配管１５内の可燃性冷媒との間で熱交換が行われるので、膨張弁６に送られる可燃性冷媒を内部熱交換器１９によって冷却することができる。即ち、膨張弁６で膨張される可燃性冷媒のエンタルピを内部熱交換器１９によって低下させることができる。これにより、室内熱交換器２の入口及び出口のそれぞれでの可燃性冷媒のエンタルピの差を大きくすることができ、冷房運転時の効率の低下を抑制することができる。

図２は、図１の空気調和装置内を冷房運転時に循環する可燃性冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すグラフである。図において、可燃性冷媒の圧力とエンタルピとの関係は、圧縮機４で圧縮されることによりＡ点からＢ点に移行し、室外熱交換器１で凝縮されることによりＢ点からＣ点に移行し、膨張弁６で膨張されることによりＣ点からＤ点に移行し、室内熱交換器２で蒸発されることによりＤ点からＡ点に移行する。

また、図２には、内部熱交換器１９が用いられていないときの可燃性冷媒の圧力とエンタルピとの関係も示している。図２に示すように、内部熱交換器１９が用いられていない場合には、膨張弁６で膨張される前の可燃性冷媒のエンタルピが、Ｃ点よりも高いＣ’点となる。また、膨張後の可燃性冷媒のエンタルピも、Ｄ点よりも高いＤ’点となる。

従って、室内熱交換器２で蒸発されるときの可燃性冷媒のエンタルピ差は、内部熱交換器１９がない場合（Ａ点のエンタルピとＤ’点のエンタルピとの差）よりも、内部熱交換器１９がある場合（Ａ点のエンタルピとＤ点のエンタルピとの差）のほうが大きくなる。冷房運転時の効率は、室内熱交換器２で蒸発されるときの可燃性冷媒のエンタルピ差が大きくなるほど向上することから、内部熱交換器１９での熱交換によって、冷房運転時の効率の低下を抑制することができる。

このようなことから、運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる。

また、内部熱交換器１９が扁平管式熱交換器とされ、プロパン冷媒が内部熱交換器１９内を通されるので、熱交換効率の向上を図ることができるとともに、内部熱交換器１９の小形化を図ることができる。

即ち、扁平管式熱交換器の熱交換率の向上を図るためには、第１及び第２扁平管の長さ又は幅を大きくして互いの接触面積を大きくすることが考えられる。ところが、第１及び第２扁平管の長さを大きくすると、冷媒の圧力損失が大きくなってしまう。また、第１及び第２の扁平管の幅を大きくすると、冷媒が第１及び第２分配器で分配されるときに流量の偏りが生じてしまう。特に、気液二相状態の冷媒が扁平管式熱交換器に通される場合には、分配器で分配されるときに各流路への気液比率に偏りが生じやすく、熱交換効率が低下してしまう。従って、熱交換効率の低下を防止するために、熱交換器を大きくしなければならない。

しかし、実施の形態１では、扁平管式熱交換器である内部熱交換器１９を通される冷媒がプロパン冷媒とされているので、プロパン冷媒の流速を高速にすることができ、プロパン冷媒の気液撹拌効果を大きくすることができる。これにより、第１及び第２扁平管の各流路への冷媒分配特性を良好にすることができる。従って、内部熱交換器１９による熱交換効率の向上を図ることができるとともに、内部熱交換器１９の小形化を図ることができる。

なお、プロパン冷媒及びＲ４１０Ａ冷媒（Ｒ３２（５０％）とＲ１２５（ペンタフルオロエタン、Ｈ_３−ＣＨＦ_２）（５０％）とを混合した冷媒）のそれぞれの圧力損失及び流速をＬｏｃｋｈａｒｔ−Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉの相関式で評価した結果、４０℃以下では、圧力損失はプロパン冷媒とＲ４１０冷媒とは同等となり、流速はプロパン冷媒がＲ４１０冷媒よりも約１．８倍になることが分かった。従ってプロパン冷媒では圧力損失を増加させることなく流速を高速にでき、第１及び第２扁平管の冷媒分配特性を良好にできる。また、内部熱交換器１９を扁平管式熱交換器とした場合と、内部熱交換器１９を二重管式熱交換器とした場合とを比較すると、二重管式熱交換器と熱交換効率を等しくするために必要な扁平管式熱交換器の体積は、二重管式熱交換器の体積の約３０％でよいことが分かった。すなわち扁平管式熱交換器にすることで冷媒充填量を少なくすることができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による空気調和装置を示す構成図である。図において、可燃性冷媒は、圧縮装置２１により圧縮される。圧縮装置２１は、可燃性冷媒を圧縮する第１圧縮機（第１圧縮部）２２と、第１圧縮機（第２圧縮部）２２からの可燃性冷媒をさらに圧縮する第２圧縮機２３とを有している。即ち、圧縮装置２１では、第１圧縮機２２によって可燃性冷媒が圧縮される第１圧縮工程と、第１圧縮工程後に第２圧縮機２３によって可燃性冷媒が圧縮される第２圧縮工程とが行われる。

第１圧縮機２２及び第２圧縮機２３のそれぞれには、吸入口及び排出口が設けられている。第１圧縮機２２の吸入口には、実施の形態１と同様の圧縮機吸入配管１１が接続されている。第１圧縮機２２の排出口と第２圧縮機２３の吸入口との間には、圧縮機間配管２４が接続されている。第２圧縮機２３の排出口には、実施の形態１と同様の圧縮機排出配管１０が接続されている。

第１圧縮機２２は、圧縮機吸入配管１１から吸入した可燃性冷媒を圧縮し、圧縮後の可燃性冷媒を圧縮機間配管２４へ排出する。また、第２圧縮機２３は、圧縮機間配管２４から吸入した可燃性冷媒を圧縮し、圧縮後の可燃性冷媒を圧縮機排出配管１０へ排出する。

圧縮機間配管２４と膨張弁送入配管１５との間には、実施の形態１と同様のバイパス配管１７が接続されている。即ち、バイパス配管１７は、第１圧縮機２２から第２圧縮機２３へ送られる可燃性冷媒に、膨張弁送入配管１５を通る可燃性冷媒の一部を導く。他の構成は実施の形態１と同様である。

次に、冷房運転時の動作について説明する。圧縮機吸入配管１１から吸入された可燃性冷媒は、第１圧縮機２２で圧縮された（第１圧縮工程）後、第２圧縮機２３でさらに圧縮される（第２圧縮工程）。この後、可燃性冷媒が第２圧縮機２３から圧縮機排出配管１０へ排出され、第１の流路切替装置７へ導かれる。この後の動作は、膨張弁送入配管１５を通る可燃性冷媒の一部がバイパス配管１７により圧縮機間配管２４へ導かれる点を除き、実施の形態１と同様である。

次に、暖房運転時の動作について説明する。圧縮機吸入配管１１から吸入された可燃性冷媒は、第１圧縮機２２で圧縮された（第１圧縮工程）後、第２圧縮機２３でさらに圧縮される（第２圧縮工程）。この後、可燃性冷媒が第２圧縮機２３から圧縮機排出配管１０へ排出され、第１の流路切替装置７へ導かれる。この後の動作は、膨張弁送入配管１５を通る可燃性冷媒の一部がバイパス配管１７により圧縮機間配管２４へ導かれる点を除き、実施の形態１と同様である。

このような空気調和装置では、圧縮装置２１が第１圧縮機２２及び第２圧縮機２３を有し、膨張弁送入配管１５を通る可燃性冷媒の一部が、バイパス配管１７により、第１圧縮機２２と第２圧縮機２３との間の可燃性冷媒に導入されるので、バイパス配管１７からの可燃性冷媒が第１圧縮機２２によって圧縮されることを回避することができ、第１圧縮機２２による圧縮動力を低減することができる。また、圧縮装置２１における圧縮工程の途中（第１圧縮工程と第２圧縮工程との間）の可燃性冷媒の温度を下げることができるので、その後の圧縮機動力、即ち第２圧縮機２３の圧縮動力も低減することができる。従って、空気調和装置の運転効率の向上を図ることができる。

なお、上記の例では、圧縮装置２１が第１圧縮機２２及び第２圧縮機２３を有し、第１圧縮機２２と第２圧縮機２３との間を接続する圧縮機間配管２４にバイパス配管１７が接続されているが、圧縮工程の途中に可燃性冷媒を導入する導入ポートが設けられた導入ポート付き圧縮機を圧縮装置とし、導入ポートにバイパス配管１７を接続するようにしてもよい。

即ち、図４は、この発明の実施の形態２による空気調和装置の他の例を示す構成図である。この例では、導入ポート付き圧縮機３１が圧縮装置とされている。導入ポート付き圧縮機３１は、圧縮機本体３２と、圧縮機本体３２に設けられた導入ポート３３とを有している。

圧縮機本体３２は、可燃性冷媒を圧縮する第１圧縮部と、第１圧縮部からの可燃性冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを有している。また、圧縮機本体３２には、圧縮機吸入配管１１が接続された吸入口と、圧縮機排出配管１０が接続された排出口とが設けられている。圧縮機本体３２では、吸入口から吸入された可燃性冷媒が第１圧縮部によって圧縮された（第１圧縮工程）後、第２圧縮部によってさらに圧縮される（第２圧縮工程）。圧縮機本体３２の排出口からは、第２圧縮部によって圧縮された可燃性冷媒が排出される。

導入ポート３３は、圧縮機本体３２における第１圧縮部と第２圧縮部との間に可燃性冷媒を導く。導入ポート３３と膨張弁送入配管１５との間には、バイパス配管１７が接続されている。第１圧縮部と第２圧縮部との間の可燃性冷媒には、バイパス配管１７からの可燃性冷媒が導入ポート３３を介して導入される。他の構成は実施の形態１と同様である。

このような空気調和装置であっても、圧縮機本体３２における第１圧縮部の圧縮動力を低減することができる。また、圧縮機本体３２における圧縮工程の途中（第１圧縮工程と第２圧縮工程との間）の可燃性冷媒の温度を下げることができるので、その後の圧縮機動力、即ち第２圧縮部の圧縮動力も低減することができる。従って、空気調和装置の運転効率の向上を図ることができる。

以下、各上記実施の形態における実施例１〜４と、実施例１〜４と比較するための比較例１〜３とについて説明する。

比較例１．
この例では、実施の形態１による構成から、バイパス配管１７、バイパス膨張弁１８及び内部熱交換器１９を除去した空気調和装置とされている。可燃性冷媒はプロパン冷媒とされている。

また、室外熱交換器１の室外熱交換用配管及び室内熱交換器２の室内熱交換用配管の各直径はそれぞれ７．０ｍｍ、第１の冷媒配管群３及び第２の冷媒配管群５における各配管の直径はすべて６．４ｍｍとされている。さらに、冷房能力は２．８ｋＷに設定されている。この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が４５８ｇとなった。

比較例２．
この例では、室外熱交換器１の室外熱交換用配管の直径が４．５ｍｍ、室内熱交換器２の室内熱交換用配管の直径が５．０ｍｍとされている。他の構成は比較例１と同様である。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が２２４ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の４９％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の９８％となった。

比較例３．
この例では、室外熱交換器１の大きさが比較例１での室外熱交換器１の大きさの５０％とされている。他の構成は比較例２と同様である。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が１９３ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の４２％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の８８％となった。

実施例１．
この例では、上記実施の形態１による空気調和装置（図１）とされている。また、室外熱交換器１の室外熱交換用配管の直径が４．５ｍｍ、室内熱交換器２の室内熱交換用配管の直径が５．０ｍｍ、室外熱交換器１の大きさが比較例１での室外熱交換器１の大きさの５０％とされている。また、第２の冷媒配管群５のうち、膨張弁送出配管１６及び第２室内接続配管１４の各直径（即ち、小径管の直径）が５．５ｍｍ、第２の冷媒配管群５の残りの配管の直径及び第１の冷媒配管群３のすべての配管の直径が６．４ｍｍとされている。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が１９７ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の４３％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の９７％となった。

実施例２．
この例では、第２の冷媒配管群５のうち、膨張弁送出配管１６及び第２室内接続配管１４の各直径（小径管の直径）が５．０ｍｍとされている。他の構成は実施例１と同様である。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が１９５ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の４３％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の９６％となった。

実施例３．
この例では、上記実施の形態２による空気調和装置（図３）とされている。他の構成は実施例２と同様である。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が１９３ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の４２％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の９９％となった。

実施例４．
この例では、室外熱交換器１の室外熱交換用配管の直径が４．０ｍｍとされている。他の構成は実施例３と同様である。

この例では、空気調和装置におけるプロパン冷媒の充填量が１４７ｇとなった。即ち、プロパン冷媒の充填量が比較例１の３２％となった。また、この例での空気調和装置の成績係数は比較例１の９９％となった。

図５は、空気調和装置の成績係数及びプロパン冷媒の充填量を比較例１に対する比（％）として比較例１〜３及び実施例１〜４ごとに示す表である。なお、図５には、室外熱交換器１の室外熱交換用配管の直径（ｍｍ）と、室内熱交換器２の室内熱交換用配管の直径（ｍｍ）と、室外熱交換器１の大きさの比較例１に対する比（％）と、第２の冷媒配管群５（実施例１〜４については小径管）の直径（ｍｍ）と、プロパン冷媒の各機器における充填量の内訳（ｇ）及びその合計（ｇ）とについても比較例１〜３及び実施例１〜４ごとに示している。なお、比較例１〜３については、内部熱交換器１９が除去されているので、内部熱交換器１９におけるプロパン冷媒の充填量は示していない。

図５に示すように、実施例１（実施の形態１による空気調和装置において第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．５ｍｍとした例）では、プロパン冷媒の充填量が比較例２に比べて減少し、かつ空気調和装置の成績係数が比較例３に比べて向上している。また、実施例２（実施の形態１による空気調和装置において第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．０ｍｍとした例）では、プロパン冷媒の充填量が実施例１に比べてさらに減少している。従って、実施の形態１による空気調和装置（図１）において、第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．５ｍｍ以下、好ましくは５．０ｍｍ以下にすることにより、空気調和装置の成績係数の低下が抑制され、かつプロパン冷媒の充填量が少なくなることが分かる。

また、実施例２において、第２の冷媒配管群５の小径管の直径をさらに小さくすると、プロパン冷媒の充填量をさらに減少させることができるが、小径管内でのプロパン冷媒の圧力損失により空気調和装置の成績係数が低下してしまう。実施例２では、第２の冷媒配管群５における小径管の直径を２．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９３％になり、第２の冷媒配管群５における小径管の直径を３．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９４％になった。従って、第１の冷媒配管群５の小径管の直径を２．０ｍｍ以上、好ましくは３．０ｍｍ以上とするのが好ましい。

さらに、実施例２において、室外熱交換器１の室外熱交換用配管の直径をさらに小さくすると、プロパン冷媒の充填量をさらに減少させることができるが、室外熱交換用配管内でのプロパン冷媒の圧力損失により空気調和装置の成績係数が低下してしまう。実施例２では、室外熱交換用配管の直径を２．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９２％になり、室外熱交換用配管の直径を３．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９３％になった。従って、室外熱交換用配管の直径を２．０ｍｍ以上、好ましくは３．０ｍｍ以上とするのが好ましい。

一方、実施例３（実施の形態２による空気調和装置において第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．０ｍｍ、室外熱交換用配管の直径を４．５ｍｍとした例）では、プロパン冷媒の充填量が実施例１及び２に比べてさらに減少し、かつ空気調和装置の成績係数が実施例１及び２に比べてさらに向上している。また、実施例４（実施の形態２による空気調和装置において第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．０ｍｍ、室外熱交換用配管の直径を４．０ｍｍとした例）では、プロパン冷媒の充填量が実施例３に比べて大幅に減少し、かつ空気調和装置の成績係数が実施例３と同じ高い基準で維持されている。従って、実施の形態２による空気調和装置（図３）において、第２の冷媒配管群５の小径管の直径を５．０ｍｍとし、かつ室外熱交換用配管の直径を４．５ｍｍ以下、好ましくは４．０ｍｍ以下にすることにより、空気調和装置の成績係数の低下が抑制され、かつプロパン冷媒の充填量が少なくなることが分かる。

また、実施例４において、室外熱交換用配管の直径をさらに小さくすると、プロパン冷媒の充填量をさらに減少させることができるが、室外熱交換用配管内でのプロパン冷媒の圧力損失により空気調和装置の成績係数が低下してしまう。実施例４では、室外熱交換用配管の直径を２．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９５％になり、室外熱交換用配管の直径を３．０ｍｍとしたときに空気調和装置の成績係数が比較例１の約９７％になった。従って、室外熱交換用配管の直径を２．０ｍｍ以上、好ましくは３．０ｍｍ以上とするのが好ましい。

また、実施例１において、高温側の流路の直径が１２．７ｍｍ（肉厚１．６ｍｍ）、低温側の流路の直径が６．３５ｍｍ（肉厚０．８ｍｍ）、長さが３．３ｍの二重管式熱交換器を内部熱交換器１９とした場合、空気調和装置の成績係数が比較例１の９９％になった。しかし、二重管式熱交換器内のプロパン冷媒の充填量は７０ｇとなり、空気調和装置のプロパン冷媒の充填量が２５９ｇ（比較例１の５７％）となってしまう。従って、二重管式熱交換器を空気調和装置に適用すると、プロパン冷媒の充填量が増加してしまうことが分かる。

なお、各上記実施の形態では、第１の流路切替装置７及び第２の流路切替装置１２のそれぞれが四方弁とされているが、逆止弁や電磁弁を組み合わせて第１の流路切替装置及び第２の流路切替装置を構成してもよい。

また、各上記実施の形態では、空気調和装置の冷媒としてプロパン冷媒が用いられているが、例えばイソブタン冷媒やＲ３２冷媒等の可燃性冷媒を空気調和装置の冷媒として用いてもよい。なお、Ｒ４１０Ａ冷媒等のＨＦＣ冷媒が空気調和装置に適用される場合であっても、運転効率の低下を抑制することができ、冷媒充填量を少なくすることができる。

また、熱源機内（一次側）を循環される一次冷媒と、室内（二次側）を循環される二次冷媒との間で熱交換を行い、二次冷媒の循環により室内の冷暖房を行ういわゆる二次ループ方式の空気調和装置にこの発明を適用してもよい。この場合、各上記実施の形態での構成が熱源機として用いられる。また、一次冷媒が可燃性冷媒とされ、二次冷媒がＲ４１０Ａ等のＨＦＣ冷媒や自然冷媒とされる。このようにしても、運転効率の低下の抑制を図ることができるとともに、一次側の可燃性冷媒の充填量を少なくすることができる。

この発明の実施の形態１による空気調和装置を示す構成図である。 図１の空気調和装置内を冷房運転時に循環する可燃性冷媒の圧力とエンタルピとの関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２による空気調和装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による空気調和装置の他の例を示す構成図である。 空気調和装置の成績係数及びプロパン冷媒の充填量を比較例１に対する比（％）として比較例１〜３及び実施例１〜４ごとに示す表である。

符号の説明

１ 室外熱交換器、２ 室内熱交換器、３ 第１の冷媒配管群、４ 圧縮機（圧縮装置）、５ 第２の冷媒配管群、６ 膨張弁（減圧装置）、１１ 圧縮機吸入配管（圧縮装置導入管）、１５ 膨張弁送入配管（減圧装置導入管）、１７ バイパス配管、１８ バイパス膨張弁（バイパス減圧装置）、１９ 内部熱交換器。

Claims (4)

1. 可燃性冷媒を圧縮する圧縮装置、
   凝縮された上記可燃性冷媒を膨張させる減圧装置、
   冷房運転時に上記減圧装置からの上記可燃性冷媒を蒸発させて上記圧縮装置へ送り、暖房運転時に上記圧縮装置からの上記可燃性冷媒を凝縮して上記減圧装置へ送る室内熱交換器、
   冷房運転時に上記圧縮装置からの上記可燃性冷媒を凝縮して上記減圧装置へ送り、暖房運転時に上記減圧装置からの上記可燃性冷媒を蒸発させて上記圧縮装置へ送る室外熱交換器、
   上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれからの上記可燃性冷媒を上記圧縮装置へ導入可能な共通の圧縮装置導入管を有し、上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれと上記圧縮装置との間で上記可燃性冷媒を導く第１の冷媒配管群、
   上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれからの上記可燃性冷媒を上記減圧装置へ導入可能な共通の減圧装置導入管を有し、上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれと上記減圧装置との間で上記可燃性冷媒を導く第２の冷媒配管群、
   上記圧縮装置導入管と上記減圧装置導入管との間に接続され、上記減圧装置導入管を通る上記可燃性冷媒の一部を上記圧縮装置導入管へ導くバイパス配管、
   上記バイパス配管を通る上記可燃性冷媒を膨張させるバイパス減圧装置、及び
   上記バイパス減圧装置により膨張された上記可燃性冷媒と、上記減圧装置導入管を通る上記可燃性冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器
   を備え、
   上記第２の冷媒配管群の少なくとも一部は、上記第１の冷媒配管群の配管径よりも小さい配管径を持つ小径管とされており、
   上記小径管は、上記第２の冷媒配管群における上記バイパス配管との接続部よりも下流側の部分に位置していることを特徴とする空気調和装置。
2. 可燃性冷媒を圧縮する第１圧縮部と、上記第１圧縮部からの上記可燃性冷媒をさらに圧縮する第２圧縮部とを有する圧縮装置、
   凝縮された上記可燃性冷媒を膨張させる減圧装置、
   冷房運転時に上記減圧装置からの上記可燃性冷媒を蒸発させて上記圧縮装置へ送り、暖房運転時に上記圧縮装置からの上記可燃性冷媒を凝縮して上記減圧装置へ送る室内熱交換器、
   冷房運転時に上記圧縮装置からの上記可燃性冷媒を凝縮して上記減圧装置へ送り、暖房運転時に上記減圧装置からの上記可燃性冷媒を蒸発させて上記圧縮装置へ送る室外熱交換器、
   上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれからの上記可燃性冷媒を上記第１圧縮部へ導入可能な共通の圧縮装置導入管を有し、上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれと上記圧縮装置との間で上記可燃性冷媒を導く第１の冷媒配管群、
   上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれからの上記可燃性冷媒を上記減圧装置へ導入可能な共通の減圧装置導入管を有し、上記室内熱交換器及び上記室外熱交換器のそれぞれと上記減圧装置との間で上記可燃性冷媒を導く第２の冷媒配管群、
   上記第１圧縮部から上記第２圧縮部へ送られる上記可燃性冷媒に、上記減圧装置導入管を通る上記可燃性冷媒の一部を導入するバイパス配管、
   上記バイパス配管を通る上記可燃性冷媒を膨張させるバイパス減圧装置、及び
   上記バイパス減圧装置により膨張された上記可燃性冷媒と、上記減圧装置導入管を通る上記可燃性冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器
   を備え、
   上記第２の冷媒配管群の少なくとも一部は、上記第１の冷媒配管群の配管径よりも小さい配管径を持つ小径管とされており、
   上記小径管は、上記第２の冷媒配管群における上記バイパス配管との接続部よりも下流側の部分に位置していることを特徴とする空気調和装置。
3. 上記内部熱交換器は、上記減圧装置導入管に連通する複数の第１流路を含む第１扁平管と、上記バイパス配管に連通する複数の第２流路を含み上記第１扁平管に接触する第２扁平管とを有する扁平管式熱交換器であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和装置。
4. 上記可燃性冷媒は、炭化水素冷媒及びＲ３２のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか1項に記載の空気調和装置。

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