JP2010078165A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多段圧縮機に対し、インジェクション回路を複数設けても、夫々適切な圧力に調整されたインジェクション冷媒を圧縮機に供給することができ、圧縮機の圧縮工程が円滑に行える冷凍空調装置を提供する。
【解決手段】第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを直列に連結した多段圧縮機１と、四方弁２と、室内熱交換器３と、第一膨張弁４と、室外熱交換器５とを順次接続し、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを結ぶ連結管１ｅに至る第一インジェクション配管８と、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂとを結ぶ連結管１ｄに至る第二インジェクション配管９とを設け、同第二インジェクション配管９が、第二減圧手段を備えた第一インジェクション配管８から分岐され第三減圧手段１１を備えた構成となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、多段圧縮機と、同多段圧縮機に中間圧の冷媒をインジェクションするインジェクション回路を備えた冷凍空調装置に関する。

従来の冷凍空調装置は、例えば図５で示すように、低段側圧縮機４０ａと高段側圧縮機４０ｂとを直列に接続するとともに、室外熱交換器４１と、第一膨張弁４２と、液冷媒とガス冷媒との分離を行う気液分離器４３と、第二膨張弁４４と室内熱交換器４５とを順次接続して冷媒回路を構成しており、更に、気液分離器４３からは分離された中間圧のガス冷媒を、低段側圧縮機４０ａの吐出管に供給するインジェクション配管４６が設けられている。また、インジェクション配管４６は気液分離器４３の容器４３ａ内で、上部に貯留されたガス冷媒を吸入できるようにＵ字状に湾曲された湾曲部４６ａを有し、湾曲部４６ａ下端には潤滑油を吸入できる油孔が穿設されている。

低段側圧縮機４０ａで圧縮された冷媒は、高段側圧縮機４０ｂで更に圧縮されて高温高圧となり、室外熱交換器４１に流入して凝縮する。凝縮した冷媒は第一膨張弁４２で減圧されて二相状態となり気液分離器４３に流入してガス冷媒と液冷媒とに分離されるようになっている。分離された液冷媒は更に第二膨張弁４４で減圧されて低温低圧となり室内熱交換器４５に流入して周囲の熱を吸収しながら蒸発し、蒸発した冷媒は低段側圧縮機４０ａに還流するようになっている。

また、気液分離器４３で分離した中間圧のガス冷媒は、インジェクション配管４６により低段側圧縮機４０ａの吐出管に供給され、低段側圧縮機４０ａで圧縮された冷媒と合流して高段側圧縮機４０ｂで圧縮され室外熱交換器４１に流入するようになっている。これにより、高段側圧縮機４０ｂの吐出温度を高くすることなく、また、室外熱交換器４１に流入する冷媒量を増加させられるため、冷凍サイクルの効率を向上できるようになっている。

しかしながら、圧縮比の大きい圧縮機を用いることなく圧縮差圧を得るため、三段以上の圧縮手段を直列に接続するとともに、これに対応してインジェクション回路を複数設けた場合、夫々適切な圧力に調整された冷媒を各圧縮機に供給しないと、各圧縮機の圧縮工程に支障が生じたり、圧縮機内部に破損が生じる虞があった。
特開２００１−５６１５７号（４頁、図１）

本発明は、上記問題点に鑑み、インジェクション回路を複数設けても、夫々適切な圧力に調整されたインジェクション冷媒を各圧縮機に供給することができ、圧縮機の圧縮工程が円滑に行える冷凍空調装置を提供することを目的とする。

本発明は、第一圧縮手段と、第二圧縮手段と、第三圧縮手段とを直列に連結した圧縮機構と、四方弁と、利用側熱交換器と、第一減圧手段と、熱源側熱交換器とを順次接続してなり、前記第二圧縮手段の吸込側と、前記利用側熱交換器と前記第一減圧手段の間とを第二減圧手段を備えた第一インジェクション配管で接続するとともに、前記第一圧縮手段の吸込側と、前記第二減圧手段と前記第二圧縮手段の吸込側の間とを、第三減圧手段を備えた第二インジェクション配管で接続してなる構成となっている。

また、前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間の配管と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機構との間の配管と、前記第一インジェクション配管とで、互いに熱交換を行う冷媒間熱交換器を構成してなる。

請求項１記載の発明によれば、インジェクション配管が第二減圧手段を備えた第一インジェクション配管と、第二減圧手段の下流側から分岐され第三減圧手段を備えた第二インジェクション配管とからなることにより、直列に連結された各圧縮手段に夫々適切な圧力に調整されたインジェクション冷媒が供給されることとなり、圧縮機構からの吐出温度を高くすることなく、また、圧縮機構からの吐出冷媒量を増加させることができるようになっている。また、第一インジェクション配管と、同第一インジェクション配管から分岐した第二インジェクション配管とから冷媒がインジェクションされることにより、圧縮機１ｂの吸込口あるいは圧縮機１ｃの吸込口のどちらか一方にのみインジェクションした場合と比較し、吐出される冷媒の温度上昇を、より抑制できる一方、吐出冷媒量を増大させることができるようになっており、また、低圧側にインジェクションされる冷媒を高圧側から分岐させ、第二膨張弁で減圧された冷媒を第三膨張弁で減圧することにより、同第三膨張弁を小型化することができるようになっている。

請求項２記載の発明によれば、前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間の配管を流れる冷媒を、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機構との間の配管と、前記第一インジェクション配管とを流れる冷媒で冷却することで、利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間の配管を流れる冷媒の過冷却を得られるようになっている。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による冷凍空調装置の第一実施例を示す冷媒回路図であり、図２はそのＰ−ｈ線図である。また、図３及び図４は、第二実施例と第三実施例を示す冷媒回路図である。

本発明による冷凍空調装置の第一実施例は、図１で示すように、圧縮機構としての多段圧縮機１と、冷房運転及び暖房運転の切換を行う四方弁２と、利用側熱交換器としての室内熱交換器３と、減圧手段としての第一膨張弁４と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器５とを順次接続して冷媒回路を構成している。

圧縮機構としての多段圧縮機１は、圧縮手段としての第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを直列に連結して構成され、第一圧縮機１ａの吐出側と第二圧縮機１ｂの吸込側は連結管１ｄにより連結され、第二圧縮機１ｂの吐出側と第三圧縮機１ｃの吸込側は連結管１ｅにより夫々連結されている。第一圧縮機１ａで圧縮された冷媒を連結管１ｄにより第二圧縮機１ｂに流入させて圧縮し、更に連結管１ｅにより第三圧縮機１ｃに流入させて、より高圧となるよう圧縮することにより、圧縮差圧の大きい単段圧縮機を用いることなく、必要な圧縮差圧を得ることができるようになっており、これにより、広い外気温度範囲に対応して運転を行うことができるとともに、吐出温度を上昇させることなく冷媒を圧縮することができるようになっており、また、暖房能力及び冷房能力を向上させることができるようになっている。尚、この実施例では、圧縮機構の圧縮手段として第一圧縮機１ａ、第二圧縮機１ｂ及び第三圧縮機１ｃを用いて説明しているが、圧縮手段としては、これに限定されるものでなく、単一の圧縮機に内蔵される、第一圧縮室、第二圧縮室及び第三圧縮室で構成しても良い。また、第一圧縮機１ａ、第二圧縮機１ｂ、第三圧縮機１ｃは、必要に応じて能力の異なる圧縮機を組み合わせてもよい。

室内熱交換器３と第一膨張弁４の間からは、第一電磁開閉弁１２を備えた暖房時用インジェクション配管６が分岐され、第一膨張弁４と室外熱交換器５との間からは、第二電磁開閉弁１３を備えた冷房時用インジェクション配管７が分岐されており、これらは合流して、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを結ぶ連結管１ｅに至る、第二膨張弁１０を備えた第一インジェクション配管８に接続されている。また、同第一インジェクション配管８の第二膨張弁１０と連結管１ｅとの間からは、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂとを結ぶ連結管１ｄに接続され、第三膨張弁１１を備えた第二インジェクション配管９が分岐されている。

次に、暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃは全て稼働され、また、図１（Ｂ）に示すように、第一電磁開閉弁１２は開放状態となるが、第二電磁開閉弁１３は閉鎖状態となる。

多段圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、実線の矢印で示すように、四方弁２を介して室内熱交換器３に流入し、同室内熱交換器３で、周囲を流れる空気と熱交換して熱を放出し凝縮する。放出された熱で加熱された空気は図示しない送風ファンにより送出されて室内を暖房するようになっている。室内熱交換器３で凝縮した冷媒は続いて第一膨張弁４で減圧されて低温低圧となり室外熱交換器５に流入し、周囲の熱を吸収して蒸発し、蒸発した冷媒は多段圧縮機１に還流するようになっている。

また、室内熱交換器３から流出した冷媒の一部は、第一電磁開閉弁１２が開放されていることにより暖房時用インジェクション配管６に流入し、第二膨張弁１０で減圧され温度が低下した後、第一インジェクション配管８により連結管１ｅにインジェクションされるようになっている。また、第二膨張弁１０で減圧された冷媒の一部は、第二インジェクション配管９に分岐し、第三膨張弁１１により更に減圧されて低温となり、連結管１ｄにインジェクションされるようになっている。連結管１ｅにインジェクションされた冷媒は、第二圧縮機１ｂから吐出された冷媒と合流し、連結管１ｄにインジェクションされた冷媒は、第一圧縮機１ａから吐出された冷媒と合流して、夫々混合することにより冷媒温度を低下させ、次段の圧縮機で圧縮された後、吐出されることにより第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃからの冷媒吐出量を増大させることができるようになっている。これにより多段圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を防止しながら、吐出冷媒量を増大させることができるようになっている。

上記した暖房運転時の冷媒の流れを図２のＰ−ｈ線図を用いて説明する。Ｐ−ｈ線図の横軸は比エンタルピであり、縦軸は圧力である。また、インジェクション回路には気液分離器が用いられるのが通常であるので、図１の冷媒回路において、第一インジェクション配管８からの第二インジェクション配管９の分岐点には、図示はしていないが第一気液分離器が設けられ、第二インジェクション配管９の第三膨張弁１１の下流側にも図示しない第二気液分離器が設けられているものとする。また、同第二気液分離器で分離された液冷媒は図示しない膨張弁により減圧され、室外熱交換器５の上流側に接続されるものとする。

第一圧縮機１ａに流入した低温低圧のガス冷媒は、状態Ａから状態Ｂまで圧縮された後、後述する第二インジェクション配管９を介して連結管１ｄにインジェクションされる状態Ｎで示すインジェクション冷媒と混合され、温度が低下し状態Ｃになる。温度が低下した冷媒は、第二圧縮機１ｂにより更に圧縮され状態Ｄに移行した後、後述する第一インジェクション配管８を介して連結管１ｅにインジェクションされる、状態Ｎのインジェクション冷媒よりも高圧の状態Ｐのインジェクション冷媒と混合し、温度が低下して状態Ｅとなって第三圧縮機１ｃに吸入されるようになっている。

冷媒は、第三圧縮機１ｃに流入して更に圧縮された後、状態Ｆとなり室内熱交換器３に流入し、熱を放出して凝縮することにより圧力一定でエンタルピーが減少し、液相冷媒の状態Ｇに移行するようになっている。状態Ｇに移行した液相冷媒は第一膨張弁４で減圧されて低温低圧となり状態Ｉに移行し、室外熱交換器５で周囲の熱を吸収して蒸発しガス冷媒となった状態Ａで、第一圧縮機１ａに還流するようになっている。また、室内熱交換器３で凝縮し、状態Ｇに移行した冷媒の一部は、暖房時用インジェクション配管６へ流入し、第二膨張弁１０で減圧され状態Ｈとなった後、第一気液分離器でガス冷媒と液冷媒とに分離され、分離され状態Ｐとなったガス冷媒は連結管１ｅにインジェクションされ、分離され状態Ｊとなった液冷媒は、第二インジェクション配管９に流入するようになっている。

第二インジェクション配管９に流入した冷媒は第三膨張弁１１により実線Ｊ→Ｋで示すように減圧され、第二気液分離器によりガス冷媒と液冷媒とに分離されるようになっている。分離され状態Ｎとなったガス冷媒は連結管１ｄにインジェクションされ、分離され状態Ｌとなった液冷媒は、図示しない膨張弁により状態Ｍまで減圧され、第一膨張弁４と室外熱交換器５との間を流れる冷媒と合流するようになっている。

第一インジェクション配管８と、同第一インジェクション配管８から分岐した第二インジェクション配管９とから多段圧縮機１に冷媒がインジェクションされることにより、どちらか一方にのみインジェクションした場合と比較し、多段圧縮機１から吐出される冷媒の温度上昇を、より抑制できる一方、吐出冷媒量を増大させることができるようになっている。また、低圧側にインジェクションされる冷媒を高圧側から分岐させ、第二膨張弁１０で減圧された冷媒を第三膨張弁１１で減圧することにより、第三膨張弁１１を小型化することができるようになっている。

また、第二膨張弁１０で減圧され、中間圧となった冷媒が第一インジェクション配管８により、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃを繋ぐ連結管１ｅにインジェクションされる一方、第二膨張弁１０で減圧された冷媒の一部が第二インジェクション配管９に分岐し、第三膨張弁１１により更に減圧されて低圧となり、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂとを繋ぐ連結管１ｄにインジェクションされることにより、夫々、適正な圧力に調整された冷媒が多段圧縮機１にインジェクションされることとなり、多段圧縮機１での圧縮工程に支障を生じさせることなく、円滑な運転を行えるようになっている。

次に、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。四方弁２は点線側に切換えられ、図１（Ｂ）に示すように、第一電磁開閉弁１２は閉鎖状態となるが、第二電磁開閉弁１３は開放状態となる。

多段圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、破線の矢印で示すように、四方弁２を介して室外熱交換器５に流入し、熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は続いて膨張弁４で減圧されて低温低圧となり室内熱交換器３で蒸発し、多段圧縮機１に還流するようになっている。

また、室外熱交換器５から流出した冷媒は、第二電磁開閉弁１３が開放される一方、第一電磁開閉弁１２が閉鎖されていることにより冷房時用インジェクション配管７を介して第一インジェクション配管８に流入し、第二膨張弁１０で減圧された後、連結管１ｅにインジェクションされるようになっている。また、第二膨張弁１０で減圧された冷媒の一部は、第二インジェクション配管９に流入し、第三膨張弁１１により更に減圧されて低圧となり、連結管１ｄにインジェクションされるようになっている。

冷房運転においても、第一インジェクション配管８と第二インジェクション配管９からインジェクションされた冷媒と、第一圧縮機１ａ及び第二圧縮機１ｂで圧縮された冷媒とが合流して、多段圧縮機１からの吐出冷媒の温度上昇を防止する一方、吐出冷媒量を増大させることができるようになっている。

次に、第二実施例について説明する。第二実施例での冷媒回路は、図３で示すように、第一実施例での冷媒回路に対し、多段圧縮機１にバイパス路を追加するとともに、各圧縮機の個別運転を可能としている。第一圧縮機１ａには、これと並列に第三電磁開閉弁１７を備えた第一バイパス路１４が設けられ、第二圧縮機１ｂには、これと並列に第四電磁開閉弁１８を備え、第一バイパス路１４と連結された第二バイパス路１５が設けられ、また、第三圧縮機１ｃには、これと並列に第五電磁開閉弁１９を備え、第二バイパス路１５と連結された第三バイパス路１６が設けられている。

図３（Ｂ）に示すように、第一圧縮機１ａから第三圧縮機１ｃまで全て稼働させる場合は、第三電磁開閉弁１７、第四電磁開閉弁１８及び第五電磁開閉弁１９は全て閉鎖されるようになっており、冷暖房運転における冷媒の流れは、第一実施例と同様となる。第一圧縮機１ａから第三圧縮機１ｃまで全て稼働させ、また、インジェクション運転を行うことにより、暖房運転においては、例えば、外気温が−１０°Ｃ以下に低下するような寒冷地においても充分な暖房能力が得られるようになっている。

気候が温暖な春先等においては、上記したバイパス路を組み合わせて用いることにより、エネルギ消費を節約しながら効率的な運転を行えるようになっている。図３（Ｂ）に示すように、最も低圧側の第一圧縮機１ａを運転し、第二圧縮機１ｂ及び第三圧縮機１ｃを停止させて冷暖房運転を行う場合は、第三電磁開閉弁１７は閉鎖されるが、第四電磁開閉弁１８及び第五電磁開閉弁１９は開放されるようになっている。四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一圧縮機１ａで圧縮された後、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃが停止され、また、第四電磁開閉弁１８及び第五電磁開閉弁１９が開放されていることにより、第二バイパス路１５及び第三バイパス路１６を介して多段圧縮機１から吐出されるようになっている。また、第一電磁開閉弁１２及び第二電磁開閉弁１３は閉鎖されてインジェクション運転は行われないようになっている。これにより、気候に合わせてエネルギ消費を最小限とした暖房運転あるいは冷房運転を行えるようになっている。

更に、第二圧縮機１ｂを運転し、第一圧縮機１ａ及び第三圧縮機１ｃを停止させる場合は、図３（Ｂ）に示すように、第三電磁開閉弁１７及び第五電磁開閉弁１９は開放されるが、第四電磁開閉弁１８は閉鎖されるようになっている。四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一圧縮機１ａが停止され、第三電磁開閉弁１７が開放されていることにより、第一バイパス路１４を介して第二圧縮機１ｂに流入し、圧縮された後、第三圧縮機１ｃが停止され、第五電磁開閉弁１９が開放されていることにより第三バイパス路１６を介して多段圧縮機１から吐出されるようになっている。同様にして、最も高圧側の第三圧縮機１ｃのみを運転させる場合は、第三電磁開閉弁１７及び第四電磁開閉弁１８は開放されるが、第五電磁開閉弁１９は閉鎖されるようになっており、四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一バイパス路１４及び第二バイパス路１５を介して第三圧縮機１ｃで圧縮された後、吐出されるようになっている。尚、第一圧縮機１ａ、第二圧縮機１ｂを夫々圧縮比の異なる圧縮機とし、これらを個別に運転させることにより、外気温に応じて、最もエネルギ効率の良い運転を選定することができるようにしても良い。

また、任意の圧縮機を２台、稼働させることもできるようになっている。図３（Ｂ）に示すように、第一圧縮機１ａ及び第二圧縮機１ｂを稼働し、第三圧縮機１ｃを停止させる場合は、第三電磁開閉弁１７と第四電磁開閉弁１８は閉鎖されるが、第五電磁開閉弁１９は開放されるようになっている。四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一圧縮機１ａ及び第二圧縮機１ｂで圧縮された後、第三圧縮機１ｃが停止され、第四電磁開閉弁１８が開放されていることにより、第三バイパス路１６を介して多段圧縮機１から吐出されるようになっている。

第二圧縮機１ｂ及び第三圧縮機１ｃを稼働させ、第一圧縮機１ａを停止させる場合は、、第三電磁開閉弁１７は開放されるが、第四電磁開閉弁１８及び第五電磁開閉弁１９は閉鎖されるようになっている。四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一圧縮機１ａが停止され、第三電磁開閉弁１７は開放されていることにより、第一バイパス路１４を介して第二圧縮機１ｂに流入し、同第二圧縮機１ｂで圧縮された後、続いて第三圧縮機１ｃで圧縮されて更に高温高圧となり、多段圧縮機１から吐出されるようになっている。また、第一圧縮機１ａ及び第三圧縮機１ｃを稼働させ、第二圧縮機１ｂを停止させる場合は、第四電磁開閉弁１８は開放されるが、第三電磁開閉弁１７及び第五電磁開閉弁１９は閉鎖されるようになっている。四方弁２から多段圧縮機１に還流した冷媒は、第一圧縮機１ａで圧縮された後、第二圧縮機１ｂが停止され、第四電磁開閉弁１８は開放されていることにより、第二バイパス路１５を介して第三圧縮機１ｃに流入し、圧縮されて更に高温高圧となり、多段圧縮機１から吐出されるようになっている。

上記したように、第二実施例においては、第一圧縮機１ａ、第二圧縮機１ｂ、第三圧縮機１ｃの稼働、停止の運転状態を外気温の状況あるいは室内温の状況に応じて行うとともに、これに対応して第一バイパス路１４、第二バイパス路１５、第三バイパス路１６の流路の開閉を行うことにより、多段圧縮機の出力を最小出力から最大出力まで多様に変化させることができ、これにより暖房運転においては、厳寒時から比較的温暖な季節まで、エネルギ消費効率を向上させながら、成績係数（ＣＯＰ）の向上した運転を行えるようになっている。

次に、第三実施例について説明する。尚、第一実施例及び第二実施例と共通する構成については同一名称、同一番号を付与して説明する。第三実施例は図４で示すように、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを直列に連結するとともに、第二実施例で説明した第一バイパス路１４、第二バイパス路１５、第三バイパス路１６を備えた多段圧縮機１と、冷暖房運転の切換を行う四方弁２と、室内熱交換器３と、第一実施例での第一膨張弁４を分割した、暖房運転時に使用する第四膨張弁２０と、冷房運転時に使用する第五膨張弁２１と、室外熱交換器５とを順次接続してメイン回路を構成するとともに、第四膨張弁２０に並列に、第六電磁開閉弁２３を備えた第四バイパス路２２を設け、第五膨張弁２１に並列に、第七電磁開閉弁２５を備えた第五バイパス路２４を設けている。

室内熱交換器３と第四膨張弁２０の間からは、第八電磁開閉弁２８と、第一実施例での第三膨張弁１０とを備えた、暖房運転時インジェクション用の配管２６が分岐され、同配管２６は、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを結ぶ連結管１ｅに接続される第一インジェクション配管８と、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂとを結ぶ連結管１ｄに接続され、第三膨張弁１１を備えた第二インジェクション配管９とに分岐されている。また、配管２６と、第四膨張弁２０と第五膨張弁２１とを結ぶ配管と、四方弁２から多段圧縮機１に還流する戻り配管３０との一部で、これらの配管を流れる冷媒間で熱交換を行う多重菅式冷媒間熱交換器３１を構成している。また、第四膨張弁２０と多重菅式冷媒間熱交換器３１の間からは、第九電磁開閉弁２９を備え、第八電磁開閉弁２８と第三膨張弁１０との間に接続される、冷房運転時インジェクション用の配管２７が分岐されている。

次に、暖房運転時の冷媒の流れについて説明する。図４（Ｂ）に示すように、第六電磁開閉弁２３及び第八電磁開閉弁２８は開放状態となるが、第七電磁開閉弁２５及び第九電磁開閉弁２９は閉鎖状態となる。また、多段圧縮機１を構成する第一圧縮機１ａ、第二圧縮機１ｂ、第三圧縮機１ｃは全て運転されるものとする。

多段圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、実線の矢印で示すように、四方弁２を介して室内熱交換器３に流入し、同室内熱交換器３で熱を放出して凝縮する。放出された熱は図示しない送風ファンにより送出されて室内を暖房するようになっている。室内熱交換器３で凝縮した冷媒は続いて、第六電磁開閉弁２３が開放されていることにより、流路抵抗の少ない第四バイパス路２２を経由し、多重菅式冷媒間熱交換器３１に流入して、同多重菅式冷媒間熱交換器３１を流れる過程で、配管２６と戻り配管３０を流れる低温の冷媒と熱交換して冷却されるようになっている。冷却された冷媒は第七電磁開閉弁２５が閉鎖されていることにより第五膨張弁２１を通過し、同第五膨張弁２１で減圧されて、更に低温低圧の過冷却状態の冷媒となって室外熱交換器５に流入するようになっており、同室外熱交換器５で周囲の熱を吸収して蒸発したガス状態の冷媒は四方弁２を介して多段圧縮機１に還流するようになっている。

多重菅熱交換器３１では、室内熱交換器３から流出し第五膨張弁２１を経て室外熱交換器５に流入する冷媒を、配管２６に流入し第三膨張弁１０により減圧されて低温低圧となった冷媒と、室外熱交換器５から四方弁２を経て多段圧縮機１に還流する戻り配管３０を流れる低温低圧の冷媒とで熱交換することにより、効率的に冷却して過冷却状態の冷媒とすることができるようになっている。

また、室内熱交換器３から流出した凝縮冷媒の一部は、第八電磁開閉弁２８が開放されていることにより配管２６に流入し、第三膨張弁１０で減圧されて低温低圧となった後、多重菅式冷媒間熱交換器３１でメイン回路を流れる冷媒を冷却することにより、温度が上昇して中間圧の冷媒となり、第一インジェクション配管８により、第二圧縮機１ｂと第三圧縮機１ｃとを繋ぐ連結管１ｅにインジェクションされるようになっている。また、第三膨張弁１０で減圧された冷媒の一部は、第二インジェクション配管９に分岐し、第四膨張弁１１により更に減圧されて、第一インジェクション配管８を流れる冷媒より低圧となり、第一圧縮機１ａと第二圧縮機１ｂとを繋ぐ連結管１ｄにインジェクションされるようになっている。

第一実施例で説明したように、第一インジェクション配管８と第二インジェクション配管９とから多段圧縮機１に冷媒をインジェクションすることにより、多段圧縮機１から吐出される冷媒の温度上昇を防止するとともに、吐出冷媒量を増大させることができるようになっている。

次に、冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。四方弁２は点線側に切換えられ、図４（Ｂ）に示すように、第七電磁開閉弁２５及び第九電磁開閉弁２９は開放状態となるが、第六電磁開閉弁２３及び第八電磁開閉弁２８は閉鎖状態となる。

多段圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、破線の矢印で示すように、四方弁２を介して室外熱交換器５に流入し、熱を放出して凝縮する。凝縮した冷媒は、第七電磁開閉弁２５が開放されていることにより、流路抵抗の少ない第五バイパス路２４を経由し、多重菅式冷媒間熱交換器３１で、配管２６と戻り配管３０を流れる低温の冷媒と熱交換して冷却され、冷却された冷媒は第六電磁開閉弁２３が閉鎖されていることにより第四膨張弁２０で減圧されて室内熱交換器３に流入するようになっている。同室内熱交換器３で周囲の熱を吸収して蒸発したガス状態の冷媒は四方弁２を介して多段圧縮機１に還流するようになっている。また、室内熱交換器３の周囲を流れる冷却された空気は、図示しない送風ファンにより室内に送出されて冷房運転が行われるようになっている。

また、多重菅式冷媒間熱交換器３１から流出したメイン回路の冷媒は、第九電磁開閉弁２９が開放される一方、第八電磁開閉弁２８が閉鎖されていることにより、配管２７を介して配管２６に流入し、第二膨張弁１０で減圧されて低温低圧となった後、多重菅式冷媒間熱交換器３１で熱交換して温度が上昇した中間圧の冷媒となって、第一インジェクション配管８により連結管１ｅにインジェクションされるようになっている。また、第三膨張弁１０で減圧された冷媒の一部は、第二インジェクション配管９に流入し、第四膨張弁１１により更に減圧されて低圧となり、連結管１ｄにインジェクションされるようになっている。

上記したように、第三実施例においては暖房運転において、多重菅式冷媒間熱交換器３１でメイン回路を流れる冷媒を冷却させ、過冷却状態となった冷媒を室外熱交換器５で吸熱させることにより、単位流量当たりの蒸発エンタルピが増加し、室外熱交換器５での吸熱量が増大するようになっている。これに伴い、室内熱交換器３での凝縮量及び放熱量が増大して、暖房能力をより強化できるようになっている。また、冷媒間での熱交換を多重菅式冷媒間熱交換器３１で一括して行うことにより、冷媒間での熱交換効率を向上させながら冷媒回路の簡素化も行えるようになっている。尚、外気温に応じて多段圧縮機１に備えられた複数のバイパス路を切換えることにより、第二実施例で説明したようにエネルギ消費を節約した効率的な運転も行えるようになっている。また、冷房運転においても同様である。

本発明の第一実施例における冷媒回路図である。 第一実施例におけるＰ−ｈ線図である。 本発明の第二実施例における冷媒回路図である。 本発明の第三実施例における冷媒回路図である。 従来のインジェクション回路を備えた冷媒回路図である。

符号の説明

１ 多段圧縮機
１ａ 第一圧縮機
１ｂ 第二圧縮機
１ｃ 第三圧縮機
１ｄ 連結管
１ｅ 連結管
２ 四方弁
３ 室内熱交換器
４ 第一膨張弁
５ 室外熱交換器
６ 暖房時用インジェクション配管
７ 冷房時用インジェクション配管
８ 第一インジェクション配管
９ 第二インジェクション配管
１０ 第二膨張弁
１１ 第三膨張弁
１２ 第一電磁開閉弁
１３ 第二電磁開閉弁
１４ 第一バイパス路
１５ 第二バイパス路
１６ 第三バイパス路
１７ 第三電磁開閉弁
１８ 第四電磁開閉弁
１９ 第五電磁開閉弁
２０ 第四膨張弁
２１ 第五膨張弁
２２ 第四バイパス路
２３ 第六電磁開閉弁
２４ 第五バイパス路
２５ 第七電磁開閉弁
２６ 配管
２７ 配管
２８ 第八電磁開閉弁
２９ 第九電磁開閉弁
３０ 戻り配管
３１ 多重菅式冷媒間熱交換器

Claims (2)

1. 第一圧縮手段と、第二圧縮手段と、第三圧縮手段とを直列に連結した圧縮機構と、四方弁と、利用側熱交換器と、第一減圧手段と、熱源側熱交換器とを順次接続してなり、前記第二圧縮手段の吸込側と、前記利用側熱交換器と前記第一減圧手段の間とを第二減圧手段を備えた第一インジェクション配管で接続するとともに、前記第一圧縮手段の吸込側と、前記第二減圧手段と前記第二圧縮手段の吸込側の間とを、第三減圧手段を備えた第二インジェクション配管で接続してなることを特徴とする冷凍空調装置。
2. 前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間の配管と、前記熱源側熱交換器と前記圧縮機構との間の配管と、前記第一インジェクション配管とで、互いに熱交換を行う冷媒間熱交換器を構成してなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍空調装置。

Images