JP2013194929A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】非共沸混合冷媒を用いたときに、熱交換器での熱交換効率の低下を抑制できる空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機１が冷房運転を行っているとき、圧縮機２１から吐出された冷媒は、エジェクタ２８および四方弁２２を介して室外熱交換器２３に流入して凝縮し気液二相状態となる。室外熱交換器２３から流出した冷媒は、冷媒分離器２７に流入し、低沸点冷媒が多く含まれる第１冷媒と高沸点冷媒が多く含まれる第２冷媒とに分離される。第１冷媒と第３膨張弁５３で減圧された第２冷媒とは、補助熱交換器２６で熱交換を行い、凝縮・過冷却された第１冷媒は第３膨張弁５３で減圧されて室内機６に流入する。一方、補助熱交換器２６で第１冷媒と熱交換を行った第２冷媒は蒸発し、流入管４７を流れてエジェクタ２８に導入され、圧縮機２１から吐出されてエジェクタ２８に流入した冷媒とともに四方弁２２へ導出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関わり、より詳細には、冷媒として非共沸混合冷媒を使用する空気調和機に関する。

従来、空気調和機や冷凍装置等に備えられている冷媒回路を循環する冷媒として、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使用するものが存在する（例えば、特許文献１参照）。非共沸混合冷媒として、例えば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃは、沸点の異なる３種類の冷媒を混合したもので、低沸点冷媒であるジフルオロメタン（Ｒ３２）およびペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）と、高沸点冷媒であるテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）とを、Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ＝２３：２５：５２（重量パーセント）の比率で混合したものがある。

特開昭６１−６５４６号公報（第２頁、第２図）

冷媒回路を循環する冷媒は、冷媒回路に備えられた熱交換器で空気や水等の流体と熱交換を行って凝縮あるいは蒸発するが、このとき熱交換器内部での冷媒の状態は、圧力が一定でかつ気相と液相とが混在する飽和状態となっている。そして、冷媒が非共沸混合冷媒である場合は、熱交換器内部で非共沸混合冷媒の圧力が一定でかつ気相と液相とが混在する飽和状態であるときに、非共沸混合冷媒の乾き度の変化に伴って非共沸混合冷媒の温度が変化するという特性（以下、温度勾配と記載する）を有する。

具体的には、蒸発器として機能している熱交換器で非共沸混合冷媒が蒸発して乾き度が上昇していく場合は、液相冷媒中における低沸点冷媒の割合が減少して非共沸混合冷媒の温度は上昇する。また、凝縮器として機能している熱交換器で非共沸混合冷媒が凝縮して乾き度が低下していく場合は、液相冷媒中における低沸点冷媒の割合が増加して非共沸混合冷媒の温度は低下する。

以上説明したように、冷媒回路を循環させる冷媒として非共沸混合冷媒を使用する場合は、熱交換器において非共沸混合冷媒の温度勾配があるために、非共沸混合冷媒の温度が上昇あるいは下降するのにつれて熱交換を行う流体との温度差が徐々に小さくなる。これにより、熱交換器での熱交換効率が低下するという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、非共沸混合冷媒を用いたときに、熱交換器での熱交換効率の低下を抑制できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機と流路切換手段と室外熱交換器と第１減圧手段と冷媒分離器と補助熱交換器とを備えた室外機と、室内熱交換器を備えた室内機とが冷媒配管で接続されて構成される冷媒回路を有し、冷媒回路に、沸点の異なる２種類以上の冷媒を所定の割合で混合した非共沸混合冷媒を循環させるものであり、冷媒分離器は、室外熱交換器と補助熱交換器との間に接続されて、冷媒分離器に流入する非共沸混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、分離したガス冷媒と液冷媒との各々を冷媒分離器から流出させるものである。また、液冷媒は、第１減圧手段を通過した後に補助熱交換器へ流入し、補助熱交換器は、冷媒分離器から流出した各々の冷媒相互で熱交換を行わせるものである。また、室外機は、室外熱交換器が凝縮器として機能する場合もしくは蒸発器として機能する場合に関わらず、補助熱交換器における冷媒の流れ方向を同一にするための整流回路を備えたものである。

上記のように構成した本発明の空気調和機によれば、凝縮器として機能する熱交換器で凝縮し気液二相状態となった非共沸混合冷媒を、冷媒分離器で低沸点冷媒の組成割合が多くなったガス冷媒と高沸点成分の組成割合が多くなった液冷媒とに分離し、補助熱交換器で冷却された低沸点冷媒の組成割合が多くなった冷媒のみを蒸発器として機能する熱交換器に供給することができる。これにより、蒸発器における非共沸混合冷媒の温度勾配が少なくなるので、蒸発器として機能する熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができる。また、整流回路によって補助熱交換器における冷媒の流れ方向を同一にしているので、室外熱交換器が凝縮器として機能している場合は蒸発器として機能している室内熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができ、室外熱交換器が蒸発器として機能している場合は室外熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施例における、空気調和機の構成を説明する図面であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は制御手段のブロック図である。 本発明の実施例における、エジェクタの概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、室外機と室内機とが冷媒配管で接続されている空気調和機を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、本実施例の空気調和機１は、住宅やマンション等の室外に設置される室外機２と、部屋に設置され室外機２に液管８およびガス管９で接続された室内機６とを備えている。詳細には、液管８は、一端が室内機６の閉鎖弁６３に、他端が室外機２の閉鎖弁５７に接続されており、ガス管９は、一端が室内機６の閉鎖弁６４に、他端が室外機２の閉鎖弁５８に接続されている。以上により空気調和機１の冷媒回路１０が構成されている。

室外機２は、冷媒回路１０の一部を構成する室外冷媒経路１０ａを備えている。室外冷媒経路１０ａは、圧縮機２１と、流路切換手段である四方弁２２と、室外熱交換器２３と、アキュムレータ２４と、補助熱交換器２６と、冷媒分離器２７と、エジェクタ２８と、第１減圧手段である第１膨張弁５１と、第２減圧手段である第２膨張弁５２と、第３膨張弁５３と、逆流防止手段である第１逆止弁５４、第２逆止弁５５および第３逆止弁５６と、液管８の他端が接続される閉鎖弁５７と、ガス管９の他端が接続される閉鎖弁５８とを有している。これらがそれぞれ吐出管４１ａ、流出管４１ｂ、冷媒配管４１ｃ、室外機液管４１ｄ、室外機ガス管４１ｅ、冷媒配管４１ｆ、吸入管４１ｇ、第１分岐管４２、第２分岐管４３、第３分岐管４４、冷媒配管４５、冷媒配管４６および流入管４７で接続されている。また、室外機２は、室外ファン２５を備えている。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されるモータ（例えば、３相ブラシレスモータ）によって駆動される能力可変型圧縮機である。圧縮機２１の吐出側は吐出管４１ａで後述するエジェクタ２８のノズル部２８ａに接続され、圧縮機２１の吸入側は吸入管４１ｇでアキュムレータ２４の流出側に接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁である。四方弁２２は、ａ〜ｄの４つのポートを備えており、ポートａと後述するエジェクタ２８のディフューザー部２８ｃとが流出管４１ｂで接続されている。また、ポートｂと室外熱交換器２３の一端とが冷媒配管４１ｃで、ポートｃとアキュムレータ２４の流入側とが冷媒配管４１ｆで、ポートｄと閉鎖弁５８とが室外機ガス管４１ｅで、それぞれ接続されている。

空気調和機１が冷房運転を行う際は、四方弁２２のポートａとｂとを連通するよう、また、ポートｃとｄとを連通するように切り替えて（図１の四方弁２２における実線で示す状態）、室外熱交換器２３を凝縮器として機能させる。この時、圧縮機２１の吐出側は、吐出管４１ａ、エジェクタ２８、四方弁２２および冷媒配管４１ｃを介して室外熱交換器２３の一端に接続されるとともに、圧縮機２１の吸入側は、吸入管４１ｇ、アキュムレータ２４、冷媒配管４１ｆ、四方弁２２、室外機ガス管４１ｅおよび閉鎖弁５８を介してガス管９に接続される。

一方、空気調和機１が暖房運転を行う際は、四方弁２２のポートａとｄとを連通するよう、また、ポートｂとｃとを連通するように切り替えて（図１の四方弁２２における破線で示す状態）、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させる。この時、圧縮機２１の吐出側は、吐出管４１ａ、エジェクタ２８、四方弁２２、室外機ガス管４１ｅおよび閉鎖弁５８を介してガス管９に接続されるとともに、圧縮機２１の吸入側は、吸入管４１ｇ、アキュムレータ２４、冷媒配管４１ｆ、四方弁２２および冷媒配管４１ｃを介して室外熱交換器２３の一端に接続される。

室外熱交換器２３は、一端が四方弁２２のポートｂと冷媒配管４１ｃで接続され、他端が室外機液管４１ｄで閉鎖弁５７に接続されている。室外熱交換器２３は、上述したように暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能する。

アキュムレータ２４は、流入側と四方弁２２のポートｃとが冷媒配管４１ｆで接続され、流出側と圧縮機２１の吸入側とが吸入管４１ｇで接続されている。アキュムレータ２４は冷媒を収容することが可能な容器であり、液冷媒とガス冷媒とを分離してガス冷媒のみを圧縮機２１に吸入させる。

室外ファン２５は、図示しないファンモータによって駆動される。室外ファン２５が回転することによって、室外機２の図示しない吸込口から室外機２内部に外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後、室外機２の図示しない吹出口から室外機２外に排出する。

補助熱交換器２６は、内部に第１パス２６ａと第２パス２６ｂとを有している。第１パス２６ａの一端には冷媒配管４５の一端が接続されており、冷媒配管４５の他端は冷媒分離器２７の上部に備えられたガス冷媒流出管２７ｂに接続されている。第１パス２６ａの他端には第３分岐管４４の一端が接続されており、第３分岐管４４の他端は接続点Ｂで室外機液管４１ｄに接続されている。また、第２パス２６ｂの一端には流入管４７の一端が接続されており、流入管４７の他端は後述するエジェクタ２８の冷媒吸引口２８ｄに接続されている。第２パス２６ｂの他端には冷媒配管４６の一端が接続されており、冷媒配管４６の他端は冷媒分離器２７の底部に備えられた液冷媒流出管２７ｃに接続されている。

補助熱交換器２６では、第１パス２６ａを流れる冷媒と第２パス２６ｂを流れる冷媒との間で熱交換が行われる。尚、第３分岐管４４には第３膨張弁５３が設けられており、第３膨張弁５３の開度を調整することによって第３分岐管４４を流れる冷媒を減圧する。また、冷媒配管４６には第１膨張弁５１が設けられており、第１膨張弁５１の開度を調整することによって冷媒配管４６を流れる冷媒を減圧する。

冷媒分離器２７は、内部に流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものである。冷媒分離器２７には、上述した冷媒配管４５と冷媒配管４６とに加えて、第１分岐管４２の一端が冷媒分離器２７の上部に備えられた冷媒流入管２７ａに接続されており、第１分岐管４２の他端は接続点Ａで室外機液管４１ｄに接続されている。

第１分岐管４２には、第２分岐管４３の一端が接続点Ｄで接続されており、第２分岐管４３の他端は接続点Ｃで室内機液管４１ｄに接続されている。第２分岐管４３には第２膨張弁５２が設けられており、第２膨張弁５２の開度を調整することによって第２分岐管４３を流れる冷媒を減圧する。
尚、上記第１膨張弁５１、第２膨張弁５２および第３膨張弁５３は、図示しないパルスモータにより駆動される電動膨張弁であり、パルスモータに与えるパルス数によって弁の開度が調整される。

第１分岐管４２における接続点Ａと接続点Ｄとの間には第１逆止弁５４が設けられており、第１分岐管４２を流れる冷媒は、この第１逆止弁５４により接続点Ａから接続点Ｄに向かう方向にのみ流れる。また、室外機液管４１ｄにおける接続点Ａと接続点Ｂとの間には第２逆止弁５５が、接続点Ｂと接続点Ｃとの間には第３逆止弁５６が、それぞれ設けられている。第２逆止弁５５および第３逆止弁５６により、第３分岐管４４から接続点Ｂを介して室外機液管４１ｄに流入した冷媒は、接続点Ｂから接続点Ａに向かう方向あるいは接続点Ｂから接続点Ｃに向かう方向に流れる。
尚、上述した第１逆止弁５４、第２逆止弁５５、第３逆止弁５６および第２膨張弁５２と、第２膨張弁５２が設けられた第２分岐管４３とで、本発明の整流回路が構成されている。

図２に示すように、エジェクタ２８は、ノズル部２８ａと、混合部２８ｂと、ディフューザー部２８ｃと、冷媒吸引口２８ｄとを備えている。ノズル部２８ａの先端部には吐出管４１ａが接続されており、ディフューザー部２８ｃの先端部には流出管４１ｂが接続されている。また、冷媒吸引口２８ｄには流入管４７が接続されている。尚、図２において矢印は冷媒の流れを示している。

圧縮機２１から吐出された冷媒は、吐出管４１ａを流れてノズル部２８ａからエジェクタ２８に流入する。エジェクタ２８に流入した冷媒は、ノズル部２８ａから混合部２８ｂへと流れるにつれてその流速が増加し、ディフューザー部２８ｃに流れるに至って減圧する。このとき、流入管４７を流れるガス冷媒が冷媒吸引口２８ｄを介してエジェクタ２８の混合部２８ｂに吸引され、吐出管４１ａからエジェクタ２８に流入した冷媒と混合されて、ディフューザー部２８ｃから流出管４１ｂに流出する。

室外機２には、上述した構成の他に、各種のセンサが設けられている。図１に示すように、吐出管４１ａには、圧縮機２１の吐出圧力を検出する高圧センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３とが設けられている。冷媒配管４１ｆには、圧縮機２１の吸入圧力を検出する低圧センサ３２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４とが設けられている。

室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３の温度を検出する室外熱交温度センサ３６が設けられている。また、室外機液管４１ｄにおける室外熱交換器２３と接続点Ａとの間には、室外熱交換器２３に流入あるいは流出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ３５が設けられている。さらには、室外機２の図示しない吸込口付近には、外気温度を検出するための外気温度センサ３７が設けられている。

制御手段１００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、制御手段１００は、ＣＰＵ１１０と、記憶部１２０と、通信部１３０と、開度調節部１４０と、センサ入力部１５０とを備えている。

開度調節部１４０は、第１膨張弁５２、第２膨張弁５２および第３膨張弁５３の各パルスモータに所定のパルス数である駆動パルスを与えて、各膨張弁を所定の開度となるように調整するものである。センサ入力部１５０は、室外機２に備えられた各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ１１０へ出力する。記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや、各種センサからの検出信号に対応した検出値、使用者による空調運転に関する設定情報等を記憶する。通信部１３０は、室内機６との通信を行うインターフェイスである。

ＣＰＵ１１０には、センサ入力部１５０を介して各種センサでの検出値が入力されるとともに、室内機６から送信される使用者が設定した運転条件に対応した通信データが通信部１３０を介して入力される。ＣＰＵ１１０は、これら入力された各種情報に基づいて、四方弁２２の切り替えや開度調節部１４０を介して第１膨張弁５１、第２膨張弁５２および第３膨張弁５３の開度制御を行う。また、ＣＰＵ１１０は、圧縮機２１および室外ファン２５の駆動制御を行う。

図１に示すように、室内機６は、冷媒回路１０の一部を構成する室内冷媒経路１０ｂを備えている。室内冷媒経路１０ｂは、室内熱交換器６１と、液管８の一端が接続される閉鎖弁６３と、ガス管９の一端が接続される閉鎖弁６４とを有しており、室内熱交換器６１は、一端が室内機液管７１で閉鎖弁６３に接続され、他端が室内機ガス管７２で閉鎖弁６４に接続されている。また、室内機６は、室内ファン６２を備えている。

室内熱交換器６１は、室外機２の四方弁２２が切り替えられることによって、空気調和機１が暖房運転を行う際には凝縮器として機能することで室内空気を加熱し、冷房運転を行う際には蒸発器として機能することで室内空気を冷却する。

室内ファン６２は、図示しないファンモータによって駆動される。室内ファン６２が回転することによって室内機６の図示しない吸込口から室内機６内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器６１において冷媒と熱交換させた後、室内機６の図示しない吹出口から室内に供給する。

室内機６には、上述した構成の他に、各種のセンサが設けられている。室内機液管７１には、室内熱交換器６１に流入あるいは流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ６５が設けられている。また、室内機ガス管７２には、室内熱交換器６１に流入あるいは流出する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ６６が設けられている。また、室内機６の図示しない吸込口付近には、室内機６内部に取り込んだ室内空気の温度を検出する室内温度センサ６７が設けられている。

次に、本実施例の空気調和機１において、非共沸混合冷媒を冷媒回路１０に循環させて冷房運転や暖房運転を行う場合の、冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図１および図２を用いて説明する。尚、以下の説明では、特に必要な場合を除いて非共沸混合冷媒を「冷媒」と記載する。また、図１（Ａ）において、冷房運転を行っているときの冷媒の流れ方向を実線矢印で、暖房運転を行っているときの冷媒の流れ方向を破線矢印で、それぞれ示している。

また、非共沸混合冷媒は、沸点の異なる２種類以上の冷媒を所定の割合で混合したものであり、本実施例では、低沸点冷媒であるジフルオロメタン（Ｒ３２）およびペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）と、高沸点冷媒であるテトラフルオロエタン（Ｒ１３４ａ）とを、Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ＝２３：２５：５２（重量パーセント）の比率で混合したハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系の非共沸混合冷媒Ｒ４０７Ｃを使用するものとする。

まず、空気調和機１が冷房運転を行う場合について説明する。使用者によって空気調和機１で冷房運転開始が指示されれば、制御手段１００のＣＰＵ１１０は、四方弁２２を図１（Ａ）の実線で示される状態、すなわち、ポートａとポートｂとを連通し、ポートｃとポートｄとを連通する状態とする。これにより、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器６１が蒸発器として機能する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１ａを流れてエジェクタ２８に流入し、エジェクタ２８から流出管４１ｂを流れて四方弁２２に流入する。四方弁２２に流入した冷媒は、冷媒配管４１ｃを流れて室外熱交換器２３に流入し、室外ファン２５の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。

室外熱交換器２３から流出した冷媒は、室外機液管４１ｄを流れ、接続点Ａから第１分岐管４２に流入する。尚、室外機液管４１ｄを流れる冷媒は、接続点Ａから接続点Ｂに向かう方向にも流れようとするが、第２逆止弁５５によりその流れが止められるため、室外熱交換器２３から流出した冷媒は、全て第１分岐管４２に流入する。

第１分岐管４２に流入した冷媒は、第１逆止弁５４、接続点Ｄを介して冷媒流入管２７ａを流れて冷媒分離器２７に流入する。尚、空気調和機１が冷房運転を行うときは、ＣＰＵ１１０は第２膨張弁５２を全閉とするので、第１分岐管４１に流入した冷媒が接続点Ｄから第２分岐管４３に流れることはない。

冷媒分離器２７に流入した冷媒は、混合された冷媒の沸点の違いによって、低沸点冷媒（Ｒ３２やＲ１２５）の組成割合が多いガス冷媒と、高沸点成分（Ｒ１３４ａ）の組成割合が多い液冷媒とに分離する。尚、分離したガス冷媒は冷媒分離器２７の上方に滞留し、液冷媒は冷媒分離器２７の下方に滞留する。

冷媒分離器２７の上方に滞留しているガス冷媒は、ガス冷媒流出管２７ｂから冷媒配管４５に流出し、冷媒配管４５を流れて補助熱交換器２６の第１パス２６ａに流入する。一方、冷媒分離器２７の下方に滞留している液冷媒は、液冷媒流出管２７ｃから冷媒配管４６に流出する。冷媒配管４６を流れる液冷媒は、ＣＰＵ１１０が開度調整部１４０を介して所定の開度とした第１膨張弁５１を通過する際に減圧されて低圧となり、補助熱交換器２６の第２パス２６ｂに流入する。

補助熱交換器２６では、第１パス２６ａに流入した冷媒と、第２パス２６ｂに流入した冷媒とが熱交換を行う。補助熱交換器２６で冷却され第１パス２６ａから流出した冷媒は第３分岐管４４を流れ、第３膨張弁５３を通過する際に減圧される。尚、第３膨張弁５３の開度は、ＣＰＵ１１０が開度調整部１４０を介して所定の開度となるよう制御する。第３膨張弁５３で減圧された冷媒は、接続点Ｂで室外機液管４１ｄに流入し、第３逆止弁５６、閉鎖弁５７を介して液管８に流入する。尚、接続点Ａにおける冷媒圧力は接続点Ｂにおける冷媒圧力より高いので、第３分岐管４４から接続点Ｂで室外機液管４１ｄに流入した冷媒は、接続点Ａの方向には流れない。

液管８に流入した冷媒は、閉鎖弁６３を介して室内機６に流入する。室内機６に流入した冷媒は、室内機液管７１を流れて室内熱交換器６１に流入し、室内ファン６２の回転により室内機６の吸込口から室内機６内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。以上のように室内熱交換器６１が蒸発器として機能し、室内熱交換器６１で冷媒と熱交換を行った室内空気が吹出口から部屋に吹き出されることによって、室内機６が設置された部屋の冷房が行われる。

室内熱交換器６１から室内機ガス管７２に流出した冷媒は、閉鎖弁６４を介してガス管９に流入する。ガス管９を流れ閉鎖弁５８を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機ガス管４１ｅから四方弁２２、冷媒配管４１ｆ、アキュムレータ２４、吸入管４１ｇへと流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

一方、補助熱交換器２６で加熱され第２パス２６ｂから流出した冷媒は流入管４７を流れて、エジェクタ２８の冷媒吸引口２８ｄから混合部２８ｂに吸引される。エジェクタ２８に吸引された冷媒は、エジェクタ２８内部で圧縮機２１から吐出されて吐出管４１ａからエジェクタ内部に流入した冷媒と混合されて、ディフューザー部２８ｃから冷媒配管４１ｃに流出する。

以上説明したように、空気調和機１が冷房運転を行っているときは、整流回路、補助熱交換器２６および冷媒分離器２７の働きによって、蒸発器として機能している室内熱交換器６１に低沸点冷媒の組成割合が多い冷媒が流入するので、低沸点冷媒と高沸点冷媒との組成割合が元の割合（例えば、圧縮機２１から吐出されたときの割合）である冷媒が室内熱交換器６１に流入する場合と比べて、室内熱交換器６１における冷媒の温度勾配が減少するので、室内熱交換器６１における熱交換効率の低下を抑制できる。

次に、空気調和機１が暖房運転を行う場合について説明する。使用者によって空気調和機１で暖房運転開始が指示されれば、制御手段１００のＣＰＵ１１０は、四方弁２２を図１（Ａ）の破線で示される状態、すなわち、ポートａとポートｄとを連通し、ポートｂとポートｃとを連通する状態とする。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能し、室内熱交換器６１が凝縮器として機能する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管４１ａを流れてエジェクタ２８に流入し、エジェクタ２８から流出管４１ｂを流れて四方弁２２に流入する。四方弁２２に流入した冷媒は、室外機ガス管４１ｅを流れ、閉鎖弁５８を介してガス管９に流入する。

ガス管９に流入した冷媒は、閉鎖弁６４を介して室内機６に流入する。室内機６に流入した冷媒は、室内機ガス管７２を流れて室内熱交換器６１に流入し、室内ファン６２の回転により室内機６の吸込口から室内機６内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。以上のように室内熱交換器６１が凝縮器として機能し、室内熱交換器６１で冷媒と熱交換を行った室内空気が吹出口から部屋に吹き出されることによって、室内機６が設置された部屋の暖房が行われる。

室内熱交換器６１から室内機液管７１に流出した冷媒は、閉鎖弁６３を介して液管８に流入する。液管８を流れ閉鎖弁５７を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管４１ｄを流れ接続点Ｃから第２分岐管４３に流入する。尚、室外機液管４１ｄを流れる冷媒は、接続点Ｃから接続点Ｂに向かう方向にも流れようとするが、第３逆止弁５６によりその流れが止められるため、室外機２に流入した冷媒は、全て第２分岐管４３に流入する。

第２分岐管４３に流入した冷媒は、ＣＰＵ１１０が開度調整部１４０を介して所定の開度とした第２膨張弁５２を通過する際に減圧される。第２膨張弁５２で減圧された冷媒は、接続点Ｄで第１分岐管４２に流入し、第１分岐管４２から冷媒流入管２７ａを流れて冷媒分離器２７に流入する。尚、第１分岐管４２に流入した気液二相状態の冷媒は、接続点Ｄから接続点Ａに向かう方向にも流れようとするが、第１逆止弁５４によりその流れが止められるため、第１分岐管４２に流入した気液二相状態の冷媒は、全て冷媒分離器２７に流入する。

冷媒分離器２７に流入した冷媒は、混合された冷媒の沸点の違いによって、低沸点冷媒の組成割合が多いガス冷媒と、高沸点成分の組成割合が多い液冷媒とに分離する。尚、分離したガス冷媒は冷媒分離器２７の上方に滞留し、液冷媒は冷媒分離器２７の下方に滞留する。

冷媒分離器２７の上方に滞留しているガス冷媒は、ガス冷媒流出管２７ｂから冷媒配管４５に流出し、冷媒配管４５を流れて補助熱交換器２６の第１パス２６ａに流入する。一方、冷媒分離器２７の下方に滞留している液冷媒は、液冷媒流出管２７ｃから冷媒配管４６に流出する。冷媒配管４６を流れる液冷媒は、ＣＰＵ１１０が開度調整部１４０を介して所定の開度とした第１膨張弁５１を通過する際に減圧されて低圧となり、補助熱交換器２６の第２パス２６ｂに流入する。

補助熱交換器２６では、第１パス２６ａに流入した冷媒と、第２パス２６ｂに流入した冷媒とが熱交換を行う。補助熱交換器２６で冷却され第１パス２６ａから流出した冷媒は第３分岐管４４を流れ、第３膨張弁５３を通過する際に減圧される。尚、第３膨張弁５３の開度は、ＣＰＵ１１０が開度調整部１４０を介して所定の開度となるよう制御する。第３膨張弁５３で減圧された冷媒は、接続点Ｂで室外機液管４１ｄに流入し、第２逆止弁５５を介して室外熱交換器２３に流入する。尚、接続点Ｃにおける冷媒圧力は接続点Ｂにおける冷媒圧力より高いので、第３分岐管４４から接続点Ｂで室外機液管４１ｄに流入した冷媒は、接続点Ｃの方向には流れない。

室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２５の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。そして、室外熱交換器２３から冷媒配管４１ｃに流出した冷媒は、四方弁２２、冷媒配管４１ｆ、アキュムレータ２４、吸入管４１ｇへと流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

一方、補助熱交換器２６で加熱され第２パス２６ｂから流出した冷媒は流入管４７を流れて、エジェクタ２８の冷媒吸引口２８ｄから混合部２８ｂに吸引される。エジェクタ２８に吸引された冷媒は、エジェクタ２８内部で圧縮機２１から吐出されて吐出管４１ａからエジェクタ内部に流入した冷媒と混合されて、ディフューザー部２８ｃから冷媒配管４１ｃに流出する。

以上説明したように、空気調和機１が暖房運転を行っているときは、整流回路、補助熱交換器２６および冷媒分離器２７の働きによって、蒸発器として機能している室外熱交換器２３に低沸点冷媒の組成割合が多い冷媒が流入するので、低沸点冷媒と高沸点冷媒との組成割合が元の割合（例えば、圧縮機２１から吐出されたときの割合）である冷媒が室外熱交換器２３に流入する場合と比べて、室外熱交換器２３における冷媒の温度勾配が減少するので、室外熱交換器２３における熱交換効率の低下を抑制できる。

以上説明したように、本発明の空気調和機では、凝縮器として機能する熱交換器で凝縮し気液二相状態となった非共沸混合冷媒を、冷媒分離器で低沸点冷媒の組成割合が多いガス冷媒と高沸点成分の組成割合が多い液冷媒とに分離し、補助熱交換器で凝縮した低沸点冷媒の組成割合が多くなった冷媒のみを蒸発器として機能する熱交換器に供給することができる。これにより、蒸発器における非共沸混合冷媒の温度勾配が少なくなるので、蒸発器として機能する熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができる。また、整流回路によって補助熱交換器における冷媒の流れ方向を同一にしているので、室外熱交換器が凝縮器として機能している場合は蒸発器として機能している室内熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができ、室外熱交換器が蒸発器として機能している場合は室外熱交換器での熱交換効率の低下を抑制することができる。

１ 空気調和機
２ 室外機
６ 室内機
８ 液管
９ ガス管
１０ 冷媒回路
１０ａ 室外冷媒経路
１０ｂ 室内冷媒経路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２６ 補助熱交換器
２６ａ 第１パス
２６ｂ 第２パス
２７ 冷媒分離器
２７ａ 冷媒流入管
２７ｂ ガス冷媒流出管
２７ｃ 液冷媒流出管
２８ エジェクタ
２８ａ ノズル部
２８ｂ 混合部
２８ｃ ディフユーザー部
２８ｄ 冷媒吸引口
４１ａ 吐出管
４１ｂ 流出管
４１ｅ 室外機ガス管
４１ｇ 吸入管
４２ 第１分岐管
４３ 第２分岐管
４４ 第３分岐管
４５ 冷媒配管
４６ 冷媒配管
４７ 流入管
５１ 第１膨張弁
５２ 第２膨張弁
５３ 第３膨張弁
５４ 第１逆止弁
５５ 第２逆止弁
５６ 第３逆止弁
６１ 室内熱交換器
１００ 制御手段
１１０ ＣＰＵ
１５０ 開度調節部

Claims (4)

1. 圧縮機と流路切換手段と室外熱交換器と第１減圧手段と冷媒分離器と補助熱交換器とを備えた室外機と、室内熱交換器を備えた室内機とが冷媒配管で接続されて構成される冷媒回路を有し、同冷媒回路に、沸点の異なる２種類以上の冷媒を所定の割合で混合した非共沸混合冷媒を循環させる空気調和機であって、
   前記冷媒分離器は、前記室外熱交換器と前記補助熱交換器との間に接続されて、同冷媒分離器に流入する前記非共沸混合冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、分離した前記ガス冷媒と前記液冷媒との各々を前記冷媒分離器から流出させ、
   前記液冷媒は、前記第１減圧手段を通過した後に前記補助熱交換器へ流入し、
   前記補助熱交換器は、前記冷媒分離器から流出した各々の冷媒相互で熱交換を行わせることを特徴とする空気調和機。
2. 前記室外機は、前記室外熱交換器が凝縮器として機能する場合もしくは蒸発器として機能する場合に関わらず、前記補助熱交換器における冷媒の流れ方向を同一にするための整流回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記整流回路は、複数の逆流防止手段と、第２減圧手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記室外機は、前記圧縮機と前記流路切換手段との間に介設されて前記補助熱交換器で吸熱した冷媒を導入し同冷媒を前記流路切換手段へ導出するエジェクタを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の空気調和機。

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