JP2010112693A

JP2010112693A - 空気調和装置

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Publication number: JP2010112693A
Application number: JP2009121660A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujitaka; 章藤高
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】ヒートポンプ式給湯機の高効率化を目的とする。
【解決手段】沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、少なくとも圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、内部熱交換器３７、第１の絞り装置３４、室内熱交換器を順次接続した主冷媒回路３８と、室外熱交換器出口から分岐し、第２の絞り装置３６、内部熱交換器３７を介して、圧縮機の吸入配管に接続するバイパス回路３９により冷凍サイクルを構成してあり、室内熱交換器３５の圧力損失を低減しエネルギー効率の高い運転ができ、さらに室外熱交換器３３の出口で液相冷媒の状態で分岐するため、非共沸混合冷媒を用いた場合でも、主冷媒回路３８とバイパス回路３９に流れる冷媒の組成は変化しないので、性能変化も無く、安定した性能を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和装置に関する。

従来、この種の装置は、図６に示すものがある（例えば特許文献１参照）。図６は従来の装置の構成図である。図６において、圧縮機１、凝縮器２、第１の絞り装置３、気液分離器４、蒸発器５からなる主冷媒循環回路６と、気液分離器４の気相側出口７、第２の絞り装置８を介して、圧縮機１の吸入配管に接続するバイパス回路から冷凍サイクルを構成し、圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は凝縮器２に流入し、ここで被加熱流体を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は絞り装置３で減圧され、気液分離器４に流入し気相冷媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒は蒸発器５に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１にもどる。一方、気液分離器４で分離された気相冷媒は気液分離器４の気相側出口７、第２の絞り装置８を介して、圧縮機１の吸入配管に流入し、圧縮機１に吸入される。この時、蒸発器５には気液分離器４で分離された液相冷媒が流入するため、蒸発器５では冷媒圧力損失の増加を抑え、効率の高い運転ができるものである。

特開昭６０−１４２１６６号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、非共沸混合冷媒を用いると、気液分離器で気相冷媒と液相冷媒に分離される時に液相冷媒が多く貯留されることになり、また、気相冷媒は低沸点冷媒の濃度が高く、液相冷媒では高沸点冷媒の濃度が高くなるため、気液分離器内の冷媒は高沸点冷媒濃度が高くなり、実際に主冷媒循環回路を循環する冷媒の濃度は低沸点冷媒の濃度が高くなる。そのため、冷凍サイクルに実際に充填した冷媒とは異なる組成で冷媒が循環することとなり、気液分離器に貯留される液相冷媒の量により、性能が変化していた。

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、非共沸混合冷媒を用いても、冷凍サイクルを循環する冷媒組成の変化と、性能の変化を抑えることを可能とすることである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、室外熱交換器出口から分岐し、第２の絞り装置、内部熱交換器を介したバイパス回路を設けたものである。

これによって、冷房運転時に蒸発器として作用する室内熱交換器の圧力損失を低減しエネルギー効率の高い運転ができ、さらに冷凍サイクルを循環する冷媒組成変化を抑えることで、性能の変化を抑えることができる。

本発明の空気調和装置は、蒸発器として作用する熱交換器の圧力損失を低減しエネルギー効率の高い運転を行うという効果がある。また、冷凍サイクルを循環する冷媒組成変化を抑えることで、性能の変化を抑えることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図同実施の形態１における空気調和装置の模式図同実施の形態１における空気調和装置のモリエル線図本発明の実施の形態２における空気調和装置の構成図本発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図従来の空気調和装置の構成図

第１の発明は、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、内部熱交換器、第１の絞り装置、室内熱交換器を順次接続した主冷媒回路と、室外熱交換器出口から分岐し、第２の絞り装置、内部熱交換器を介して、圧縮機の吸入配管に接続するバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、第１の絞り装置、第２の絞り装置の絞り開度を可変できるものを使用し、それぞれの絞り装置の開度を制御する制御装置を設け、絞り装置の流量を制御して、室外熱交換器の出口冷媒を内部熱交換器により冷却して、室内熱交換器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、室内熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくし、また室内熱交換器を循環する冷媒循環量Ｇを低減して室内熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させることができるため、エネルギー効率を向上させることができる。さらに冷凍サイクルを循環する冷媒組成変化を抑えることで、性能の変化を抑えることができる。

第２の発明は、第１の発明の空気調和装置の圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、主冷媒回路の内部熱交換器の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーを設け、冷房運転時に、第２の絞り装置の開度を内部熱交換器の出口冷媒温度センサーの出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように制御することにより、室外熱交換器の出口冷媒を内部熱交換器により冷却し、室内熱交換器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、室内熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくし、室内熱交換器の冷媒循環量Ｇを低減して室内熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させることができ、エネルギー効率を向上させることができる。

第３の発明は、第１の発明の空気調和装置に、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、バイパス回路の内部熱交換器の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交換器温度センサーを設け、冷房運転時に、バイパス回路の内部熱交換器の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、室内熱交換器温度センサーで検知した蒸発冷媒温度と同じ温度または蒸発冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、吐出温度センサーで検知した吐出冷媒温度が設定値となるように第１の絞り装置の開度を制御することにより、室内熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａをさらに大きくし、室内熱交換器の冷媒循環量Ｇを低減して室内熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させながら、圧縮機の吐出温度を最適に制御し、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。

第４の発明は、第１の発明にバイパス回路の内部熱交換器の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交換器温度センサーと、圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度センサーを設け、冷房運転時に、設定値を決定し、バイパス回路の内部熱交換器の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が設定温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、室内熱交換器温度センサーと吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と室内熱交換器温度の差が設定値となるように第１の絞り装置の開度を制御することにより、室内熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａをさらに大きくし、室内熱交換器の冷媒循環量Ｇを低減して室内熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させながら、圧縮機の吸入スーパーヒートを最適に
制御し、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。

第５の発明は、沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、前記室外熱交換器の出口に逆止弁ブリッジ、逆止弁ブリッジにおいて冷房運転および暖房運転のどちらの運転でも、常に高圧となる冷媒配管、内部熱交換器、第１の絞り装置、逆止弁ブリッジにおいて常に低圧となる冷媒配管、室内熱交換器を順次接続した主冷媒回路と、常に高圧となる冷媒配管から分岐し、第２の絞り装置、内部熱交換器を介して、圧縮機の吸入配管に接続されるバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、第１の絞り装置と第２の絞り装置は、絞り開度を可変し流量を制御でき、それぞれの絞り装置の開度を制御する制御装置を設け、それぞれの絞り装置の流量を制御して、冷房および暖房運転時に、凝縮器として作用する熱交換器の出口冷媒を内部熱交換器により冷却して、蒸発器として作用する熱交換器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器として作用する熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくし、また蒸発器として作用する熱交換器を循環する冷媒循環量Ｇを低減して熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させることができるため、エネルギー効率を向上させることができる。さらに冷凍サイクルを循環する冷媒組成変化を抑えることで、性能の変化を抑えることができる。

第６の発明は、第５の発明の空気調和装置の圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーを設け、内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が設定温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値となるように第１の絞り装置の開度を制御することで、冷房および暖房運転どちらでも、凝縮器として作用する熱交換器の出口冷媒を内部熱交換器により冷却して、蒸発器として作用する熱交換器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器として作用する熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくし、蒸発器として作用する熱交換器を循環する冷媒循環量Ｇを低減して熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させることができるため、エネルギー効率を向上させることができる。

第７の発明は、第５の発明の空気調和装置の圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーと、室外熱交換器の冷媒温度を検出する室外熱交温度センサーを設け、内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、冷房運転時は、室内熱交温度センサーで検知した室内熱交冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように、また、暖房運転時は、室外熱交温度センサーで検知した室外熱交冷媒温度と同じ温度または室外熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することにより、冷房および暖房運転どちらでも、凝縮器として作用する熱交換器の出口冷媒を内部熱交換器により冷却して、蒸発器として作用する熱交換器入口冷媒の比エンタルピを低下させ、蒸発器として作用する熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくし、蒸発器として作用する熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させながら、圧縮機の吐出温度を最適に制御し、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。

第８の発明は、第５の発明の内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーと、室外熱交換器の冷媒温度を検出する室外熱交温度センサーと、圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度センサーを設け、内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、冷房運転時は、室内熱交温度センサーで検知した室内熱交
冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と室内熱交温度センサーで検出した室内熱交換器の冷媒温度の差が設定値となるように第１の絞り装置の開度を制御し、また、暖房運転時は、室外熱交温度センサーで検知した室外熱交冷媒温度と同じ温度または室外熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように第２の絞り装置の開度を制御し、吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と前記室外熱交温度センサーで検出した室外熱交換器の冷媒温度の差が設定値となるように第１の絞り装置の開度を制御することにより、蒸発器として作用する熱交換器の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａをさらに大きくし、熱交換器の冷媒の圧力損失Δｐｅｖａを低減させながら、圧縮機の吸入スーパーヒートを最適に制御し、さらにエネルギー効率の高い運転を行うことができる。

第９の発明は、第１から８の発明の冷凍サイクルの冷媒として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、又はハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を主成分とて混合した冷媒を用いたもので、高効率な冷凍サイクルを実現し、オゾン層の破壊を防止し、地球温暖化への影響は少なくなる。

第１０の発明は、第１から８の発明の冷凍サイクルの冷媒として、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いたもので、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

第１１の発明は、第９の発明の冷凍サイクルの冷媒として、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３００以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入したもので、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。

第１２の発明は、第１から１１の発明の冷凍サイクルの冷凍機油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油を用いたもので、冷凍装置の信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

なお、各実施の形態において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の構成図を示すものである。

図１において、圧縮機３１、四方弁３２、室外熱交換器３３、内部熱交換器３７、第１の絞り装置３４、室内熱交換器３５を順に環状に接続し主冷媒回路３８を形成し、室外熱交換器３３の出口から分岐し、第２の絞り装置３６、内部熱交換器３７を介して、圧縮機３１の吸入配管に接続されるバイパス回路３９を設け、内部熱交換器３７では主冷媒回路
３８の室外熱交換器３３の高圧冷媒をバイパス回路３９の低圧低温の冷媒で冷却するように冷凍サイクルを形成し、冷媒として非共沸混合冷媒を封入して、室外熱交換器３３、室内熱交換器３５は空気を送風するための室外ファン４０、室内ファン４１を備えている。

また、吐出温度を検知する吐出温度センサー５１、内部熱交換器３７の主冷媒回路３８側の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２と、室内熱交換器３５の冷媒温度を検出する室内熱交換器温度センサー５３と、内部熱交換器３７のバイパス回路３９側の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器３７のバイパス回路出口冷媒温度センサー５４を設けてあり、第１の絞り装置３４と第２の絞り装置３６の開閉を制御する制御装置５６を設置している。

図２は、本発明の実施の形態における空気調和装置の模式図、図３は図２に対応したモリエル線図を示すものである。

以上のように構成された空気調和装置について、以下その動作、作用を説明する。

冷房運転時、圧縮機３１で高温高圧状態に圧縮された冷媒は、四方弁３２を通り、室外熱交換器３３で室外ファン４０から送風された室外空気と熱交換し放熱して、自らは中温高圧の冷媒となり、内部熱交換器３７を通り、第１の絞り装置３４で減圧され低圧低温の冷媒となり室内熱交換器３５に流入し、ここで室内ファン４１で送風された空気と熱交換して蒸発ガス化し、四方弁３２を通り、圧縮機３１にもどる。この時、制御装置５６により、第１の絞り装置３４の開度を吐出温度センサー５１の出力値がある設定値（例えば７０℃）になるように動作させる。

また、室外熱交換器３３の出口で分岐され、バイパス回路３９に流入した冷媒（図２、図３のｂ）は、第２の絞り装置３６で絞られ低圧低温の冷媒（図２、図３のｆ）になり、内部熱交換器３７で室外熱交換器３３の出口の中温高圧の冷媒を冷却（図２、図３のｃ）し蒸発して、圧縮機３１吸入配管と合流して（図２、図３のｅ）、四方弁３２を通り圧縮機３１に吸入される。この時、制御装置５６により、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる。室外熱交換器３３の出口冷媒で分岐され、主冷媒回路３８に流入した冷媒は、内部熱交換器３７により、室外熱交換器３３を出た時の温度より低い温度まで冷却され、第１の絞り装置３４で絞られ、室内熱交換器３５に流入するが、内部熱交換器３７により冷却されることにより、室内熱交換器３５入口冷媒の比エンタルピを低下させることができる（図２、図３のｃ）。その結果、室内熱交換器３５の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくとることができる。

室内熱交換器３５の吸熱量Ｑは室内熱交換器３５入口の比エンタルピｈｅｖａ−ｉｎと室内熱交換器３５出口の比エンタルピｈｅｖａ−ｏｕｔの差であるΔｈｅｖａと冷媒循環量Ｇの積で表され、また、圧縮機３１の動力は、圧縮機３１吸入冷媒の比エンタルピｈｃｏｍｐ−ｓｕｃと圧縮機３１吐出冷媒の比エンタルピｈｃｏｍｐ−ｄｉｓの差であるΔｈｃｏｍｐと冷媒循環量Ｇの積で表わされ、エネルギー効率ＣＯＰは吸熱量Ｑを圧縮機動力Ｗで除した値である。
吸熱量Ｑ＝Δｈｅｖａ×Ｇ＝（ｈｅｖａ−ｏｕｔ−ｈｅｖａ−ｉｎ）×Ｇ
圧縮機動力Ｗ＝Δｈｃｏｍｐ×Ｇ＝（ｈｃｏｍｐ−ｄｉｓ−ｈｃｏｍｐ−ｓｕｃ）×Ｇ
エネルギー効率ＣＯＰ＝Ｑ／Ｗ
つまり、室内熱交換器３５で同じ吸熱量Ｑを得ようとする場合、室内熱交換器３５の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくすると、冷媒循環量Ｇを少なくすることができる。また、室内熱交換器３５の冷媒の圧力損失ΔＰｅｖａは冷媒循環量Ｇに比例
するため、同じ吸熱量Ｑを得る時に冷媒循環量Ｇを低減できれば、室内熱交換器３５の冷媒の圧力損失ΔＰｅｖａを低減でき、その結果、圧縮機３１の吸入圧力Ｐｓｕｃを高くできる。圧縮機３１の吸入圧力Ｐｓｕｃを高くできれば、吸入圧力Ｐｓｕｃと吐出圧力Ｐｄｉｓの比である圧縮比Ｐｄｉｓ／Ｐｓｕｃを低下させ、圧縮機３１動力Ｗを低減できる。また、その結果、エネルギー効率ＣＯＰを向上させることができる。

また、室外熱交換器３３の出口で分岐、すなわち液相冷媒の状態で分岐するため、非共沸混合冷媒を用いた場合でも、主冷媒回路３８とバイパス回路３９に流れる冷媒の組成は変わらない。従って、冷媒組成が変化しないので、性能変化も無く、安定した性能を得ることができる。

暖房運転時は、第２の絞り装置３６を全閉に制御することでバイパス回路３９には冷媒が流れず、冷房運転時のように内部熱交換器３７で凝縮液冷媒を冷却し比エンタルピを低下させ、室外熱交換器３３の冷媒循環量を低減して圧力損失ΔＰｅｖａを低下させることは出来ない。

なお、バイパス回路３９は圧縮機３１の吸入配管に接続されているため低圧に保たれ、冷媒のたまり込みなどは発生しない。

また、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる代わりに、内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値と室外空気温度センサー（図示せず）の差を算出し、あらかじめ設定したある設定値（例えば５ｄｅｇ）になるように制御装置５６により第２の絞り装置３６の開度を動作させても、同様な効果をもたらす。

また、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる代わりに、内部熱交換器３７のバイパス回路出口冷媒温度センサー５４の出力値と室内熱交換器温度センサー５３の差を算出し、あらかじめ設定したある設定値（例えば５ｄｅｇ）になるように制御装置５６により第２の絞り装置３６の開度を動作させても、同様な効果をもたらす。

さらに、内部熱交換器３７のバイパス回路出口冷媒温度センサー５４の出力値と室内吸込み空気温度センサー（図示せず）の差を算出し、あらかじめ設定したある設定値（例えば５ｄｅｇ）になるように制御装置５６により第２の絞り装置３６の開度を動作させても、同様な効果をもたらす。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における空気調和装置の構成図を示すものである。

この実施の形態ではさらに圧縮機３１の吸入冷媒温度を検知する吸入温度センサー５５を設けており、この吸入温度センサー５５からの出力も得て制御部５６が制御を行うようになっている。

以上のように構成された空気調和装置について、以下その動作、作用を説明する。空気調和装置を動作させると、吸入温度センサー５５と室内熱交換器温度センサー５３の差を算出し、あらかじめ設定してある値（例えば５ｄｅｇ）となるように第１の絞り装置３４を制御する。この時、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる。室外熱交換器３３の出口冷媒で分岐され、主冷媒回路３８に流入した冷媒は、内部熱交換器３７により、室外熱交換器３３を出た時の温度より低い温度まで冷却され、第１の絞り装
置３４で絞られ、室内熱交換器３５に流入するが、内部熱交換器３７により冷却されることにより、室内熱交換器３５入口冷媒の比エンタルピを低下させることができる。その結果、室内熱交換器３５の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくとり、同じ吸熱量Ｑを得る時に冷媒循環量Ｇを低減することが出来るので、室内熱交換器３５の冷媒の圧力損失ΔＰｅｖａを低減できる。このように圧縮機３１の吸入冷媒のスーパーヒートを一定にすることにより、更に効率の良い運転を行うことができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における空気調和装置の構成図を示すものである。

図５において、室外熱交換器３３の出口に逆止弁ブリッジ４２を接続し、逆止弁ブリッジ４２で冷房運転および暖房運転のどちらの運転でも、常に高圧となる冷媒配管４３は、内部熱交換器３７および第１の絞り装置３４を介し、常に低圧となる冷媒配管４４に接続され主冷媒回路３８を形成し、常に高圧となる冷媒配管４３から分岐し、第２の絞り装置３６、内部熱交換器３７を介して、圧縮機３１の吸入配管に接続されるバイパス回路３９を設け、内部熱交換器３７では主冷媒回路３８の高圧冷媒をバイパス回路３９の低圧低温の冷媒で冷却するように冷凍サイクルを形成している。

また、室外熱交換器３３の冷媒温度を検出する室外熱交換器温度センサー５７を設けている。

冷房運転時、圧縮機３１で高温高圧状態に圧縮された冷媒は、四方弁３２を通り、室外熱交換器３３で室外ファン４０から送風された室外空気と熱交換し放熱して、自らは中温高圧の冷媒となり、逆止弁ブリッジ４２により、常に高圧となる冷媒配管４３を通り、内部熱交換器３７に流入する。そして、第１の絞り装置３４で減圧され低圧低温の冷媒となり、常に低圧となる冷媒配管４４を通り、室内熱交換器３５に流入し、ここで室内ファン４１で送風された空気と熱交換して蒸発ガス化し、四方弁３２を通り、圧縮機３１にもどる。

また、常に高圧となる冷媒配管４３を通り分岐され、バイパス回路３９に流入した冷媒は、第２の絞り装置３６で絞られ低圧低温の冷媒になり、内部熱交換器３７で主冷媒回路の中温高圧の冷媒を冷却し蒸発して、圧縮機３１吸入配管と合流して、圧縮機３１に吸入される。この時、制御装置５６により、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる。

さらに、主冷媒回路３８に流入した冷媒は、内部熱交換器３７により、室外熱交換器３３を出た時の温度より低い温度まで冷却され、第１の絞り装置３４で絞られ、室内熱交換器３５に流入するが、内部熱交換器３７により冷却されることにより、室内熱交換器３５入口冷媒の比エンタルピを低下させることができる。その結果、室内熱交換器３５の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくとることができる。

その結果、主冷媒回路３８の冷媒環量Ｇを低減でき、室内熱交換器３５の冷媒の圧力損失ΔＰｅｖａを低減できるため、エネルギー効率ＣＯＰを向上させることができる。

また、暖房運転時は、圧縮機３１で高温高圧状態に圧縮された冷媒は、四方弁３２を通り、室内熱交換器３５で室内ファン４１で送風された室内空気と熱交換し放熱して、自らは中温高圧の冷媒となり、室外機に戻り、逆止弁ブリッジ４２により、常に高圧となる冷
媒配管４３を通り、内部熱交換器３７に流入する。そして、第１の絞り装置３４で減圧され低圧低温の冷媒となり、常に低圧となる冷媒配管４４を通り、室外熱交換器３３に流入し、ここで室外ファン４０で送風された室外空気と熱交換して蒸発ガス化し、四方弁３２を通り、圧縮機３１にもどる。この時、制御装置５６により、第１の絞り装置３４の開度を吐出温度センサー５１の出力値がある設定値（例えば７０℃）になるように動作させる。

さらに、主冷媒回路３８に流入した冷媒は、内部熱交換器３７により、室内熱交換器３５を出た時の温度より低い温度まで冷却され、第１の絞り装置３４で絞られ、室外熱交換器３３に流入するが、内部熱交換器３７により冷却されることにより、室外熱交換器３３入口冷媒の比エンタルピを低下させることができる。その結果、室外熱交換器３３の入口と出口の冷媒のエンタルピ差Δｈｅｖａを大きくとることができる。

その結果、主冷媒回路３８の冷媒環量Ｇを低減でき、室外熱交換器３３の冷媒の圧力損失ΔＰｅｖａを低減できるため、冷房運転時だけでなく暖房運転時も、エネルギー効率ＣＯＰを向上させることができる。

また、バイパス回路３９へ流入する冷媒は高圧液相冷媒の状態で分岐するため、非共沸混合冷媒を用いた場合でも、主冷媒回路３８とバイパス回路３９に流れる冷媒の組成は変わらない。従って、冷媒組成が変化しないので、性能変化も無く、安定した性能を得ることができる。

また、第２の絞り装置３６の開度を内部熱交換器３７の主冷媒回路出口冷媒温度センサー５２の出力値がある設定値（例えば２０℃）になるように動作させる代わりに、内部熱交換器３７のバイパス回路出口冷媒温度センサー５４の出力値と蒸発器として作用する熱交換器温度センサー（冷房運転の場合５３または暖房運転の場合５７）の差を算出し、あらかじめ設定したある設定値（例えば５ｄｅｇ）になるように制御装置５６により第２の絞り装置３６の開度を動作させても、同様な効果をもたらす。

さらに、内部熱交換器３７のバイパス回路出口冷媒温度センサー５４の出力値と冷房運転の場合は室内吸込み空気温度センサー（図示せず）または暖房運転の場合は室外空気温度センサー（図示せず）との差を算出し、あらかじめ設定したある設定値（例えば５ｄｅｇ）になるように制御装置５６により第２の絞り装置３６の開度を動作させても、同様な効果をもたらす。

なお、上記各実施の形態で使用する非共沸混合冷媒はどのようなものであってもよいが、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５
／Ｒ１３４ａ（２３／２５／５２ｗｔ％））、あるいはプロパン（Ｒ２９０）などのハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を混合した冷媒を用いることができる。

また、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンとして、テトラフルオロプロペンをベースに、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３００以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を用いることができる。

具体的には表１に示すように２成分混合の場合にはジフルオロメタンの場合は３００以下で４４ｗｔ％、ペンタフルオロエタンの場合は７５０以下で２１ｗｔ％、３００以下で８．５ｗｔ％と混合することになる。これにより、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響を非常に少ないものとすることができる。

さらに、圧縮機３１に封入される冷凍機油は、基油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、ポリオールエステル類及びポリカーボネート類の含酸素有機化合物の中から選ばれる少なくとも１種の含酸素有機化合物を主成分として、それらに極圧剤、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤および泡消剤などの各種の添加剤を必要に応じて選択して加え、前記冷媒と相溶性を持つ油が望ましい。しかし、家庭用の空調機など小型の冷却サイクル装置では冷媒の配管内流速が早ければ、アルキルベンゼン類やαオレフィン類など前記冷媒と相溶性がない冷凍機油でも実用上、使用することができる。

さらに前記各実施の形態では第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の開度を制御することで説明したが、少なくとも第１の絞り装置のみ制御することも考えられるものである。

以上のように、本発明にかかる空気調和装置は、冷凍サイクルを循環する冷媒組成変化を抑えることで、性能の変化を抑えることが可能となり、高温が必要な給湯機等の用途にも適用できる。

３１圧縮機
３２四方弁
３３室外熱交換器
３４第１の絞り装置
３５室内熱交換器
３６第２の絞り装置
３７内部熱交換器
３８主冷媒回路
３９バイパス回路
４０室外ファン
４１室内ファン
４２逆止弁ブリッジ
４３常に高圧となる冷媒配管
４４常に低圧となる冷媒配管
５１吐出温度センサー
５２内部熱交換器の主冷媒回路出口冷媒温度センサー
５３室内熱交換器温度センサー
５４内部熱交換器のバイパス回路出口冷媒温度センサー
５５吸入温度センサー
５６制御装置
５７室外熱交換器温度センサー

Claims

沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、内部熱交換器、第１の絞り装置、室内熱交換器を順次接続した主冷媒回路と、前記室外熱交換器出口から分岐し、第２の絞り装置、前記内部熱交換器を介して、前記圧縮機の吸入配管に接続するバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置は、絞り開度を可変し流量を制御でき、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする空気調和装置。
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、前記内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーを設け、冷房運転時に、前記内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が設定温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーを設け、冷房運転時に、前記室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーを設け、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、前記室内熱交温度センサーで検知した室内熱交冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、冷房運転時に、前記室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーと、前記圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度センサーを設け、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、前記室内熱交温度センサーで検知した室内熱交冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と前記室内熱交温度センサーで検出した室内熱交換器の冷媒温度の差が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
沸点の異なる２種類以上の冷媒を混合した非共沸混合冷媒を用い、少なくとも圧縮機、四方弁、室外熱交換器、前記室外熱交換器の出口に逆止弁ブリッジ、逆止弁ブリッジにおいて冷房運転および暖房運転のどちらの運転でも、常に高圧となる冷媒配管、内部熱交換器、第１の絞り装置、逆止弁ブリッジにおいて常に低圧となる冷媒配管、室内熱交換器を順次接続した主冷媒回路と、前記常に高圧となる冷媒配管から分岐し、第２の絞り装置、内部熱交換器を介して、圧縮機３１の吸入配管に接続されるバイパス回路により冷凍サイクルを構成し、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置は、絞り開度を可変し流量を制御でき、前記第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の開度を制御する制御装置を設けたことを特徴とする空気調和装置。
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、前記内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーを設け、前記内部熱交換器の主冷媒回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が設定温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値とな
るように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項５記載の空気調和装置。
前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度センサーと、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、前記室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーと、前記室外熱交換器の冷媒温度を検出する室外熱交温度センサーを設け、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、冷房運転時は、前記室内熱交温度センサーで検知した室内熱交冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように、また、暖房運転時は、前記室外熱交温度センサーで検知した室外熱交冷媒温度と同じ温度または室外熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吐出温度センサー検知した吐出冷媒温度が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項５記載の空気調和装置。
前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度を検出する内部熱交換器の出口冷媒温度センサーと、前記室内熱交換器の冷媒温度を検出する室内熱交温度センサーと、前記室外熱交換器の冷媒温度を検出する室外熱交温度センサーと、前記圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度センサーを設け、前記内部熱交換器のバイパス回路の出口冷媒温度センサーで検知した冷媒温度が、冷房運転時は、前記室内熱交温度センサーで検知した室内熱交冷媒温度と同じ温度または室内熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と前記室内熱交温度センサーで検出した室内熱交換器の冷媒温度の差が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御し、また、暖房運転時は、前記室外熱交温度センサーで検知した室外熱交冷媒温度と同じ温度または室外熱交冷媒温度に設定温度を加えた温度になるように前記第２の絞り装置の開度を制御し、前記吸入温度センサーで検知した吸入冷媒温度と前記室外熱交温度センサーで検出した室外熱交換器の冷媒温度の差が設定値となるように前記第１の絞り装置の開度を制御することを特徴とする請求項５記載の空気調和装置。
前記伝熱管内の流路を流れる流体として、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、又はハイドロカーボン（ＨＣ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などの自然冷媒を主成分として混合した冷媒を用いることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷凍装置。
炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いることを特徴する請求項１から請求項８のいずれかに記載の冷凍装置。
ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタン（Ｒ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）およびテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）などの２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３００以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を封入したことを特徴とする請求項１０に記載の冷凍装置。
冷凍機油はポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類およびポリカーボネート類の含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油としたことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の冷凍装置。