JP4279511B2 - 冷凍サイクルを用いた装置及び空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを用いた装置及び空気調和装置に係り、特に二段圧縮機を備えた冷凍サイクルを用いた装置及び空気調和装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷凍サイクルの効率向上手段の一つとして二段圧縮機を備えた冷凍サイクルとしたものがある。このような二段圧縮機を備えた冷凍サイクルの従来例としては、特開昭５５−１０４５８９号公報に開示されたものが挙げられる。この従来技術は、圧縮機に２シリンダロータリー二段圧縮機を採用し、各段圧縮部における圧縮比を小さくすると共に、低段側の圧縮部から出た中間圧ガス冷媒を一旦圧縮機外へ出して外気で冷却した後に高段側圧縮部に吸込み、更に圧縮して高圧ガス冷媒にして吐出することにより、圧縮機での圧縮効率を向上させて、冷凍サイクルの性能を向上するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで最近の空気調和装置は、四方弁のような流路切換弁を用いて冷媒流路を逆転することにより、冷房運転及び暖房運転の両方を行なう空気調和装置が主流になっている。この空気調和装置では、暖房運転における室内熱交換器の加熱能力の増大が求められ、特に圧縮機の周りに断熱材を巻いて圧縮機から出る熱を外気に放熱せずに冷凍サイクル中に回収して室内熱交換器に輸送し、室内熱交換器の加熱能力を増大するようにしたものもある。
【０００４】
また、最近ではヒートポンプ式給湯装置が広く採用されるようになっている。このヒートポンプ式給湯装置では、水を加熱するための水熱交換器である凝縮器の加熱能力を増大することが求められている。
【０００５】
これに対し、特開昭５５−１０４５８９号公報に記載された従来技術では、冷房あるいは冷却だけを行なう冷凍サイクルを想定しており、圧縮機からの熱を外気に放熱することにより圧縮機の効率を向上させ、冷凍サイクルの性能を向上するようにしたものである。従って、冷房及び暖房の両方を行なう空気調和装置やヒートポンプ式給湯装置等に、この従来技術を適用すると、暖房運転時や給湯運転時に、低段側圧縮部と高段側圧縮部を結ぶ放熱配管における外気中への放熱によって、室内熱交換器や水熱交換器等の加熱能力が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、冷凍サイクルの凝縮器における加熱能力を増大して性能向上を図ることができる冷凍サイクルを用いた装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、冷房運転の効率を向上して冷房能力の増大を図りつつ特に暖房運転の効率を向上して暖房能力の格段の増大を図ることができる空気調和装置を提供することにある。
【０００８】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを環状に接続して循環させる冷凍サイクルを備え、前記低段側圧縮部の吐出口と前記高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けた配管を接続し、前記冷凍サイクルの蒸発器を冷媒が気液二相の領域で分割してその分割された蒸発器の間にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを互いに熱交換するように配設し、互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったものである。
【００１０】
上記の別の目的を達成するために、本発明は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、冷媒の流路を切換える流路切換弁と、室外熱交換器と、冷暖房運転用絞り装置と、室内熱交換器とを環状に接続して循環させる冷凍サイクルを備え、前記二段圧縮機、前記流路切換弁、前記室外熱交換器及び前記冷暖房運転用絞り装置を室外ユニット内に配置すると共に、前記室内熱交換器を室内ユニット内に配置し、前記流路切換弁により前記冷凍サイクルを、前記二段圧縮機、前記室外熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室内熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機、前記室内熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室外熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す暖房サイクルとに切換えるようにした空気調和装置において、前記室外熱交換器を暖房サイクル時に冷媒が気液二相の領域で分割してその分割された室外熱交換器の間にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けると共に、前記冷凍サイクルの一部にサイクル側熱交換部を設け、更には前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを前記室外ユニット内で互いに熱交換するように配設し、互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったたものである。
【００１１】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を、図を用いて説明する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００１３】
本発明の第１実施例の空気調和装置を図１から図３を参照しながら説明する。
【００１４】
冷房運転及び暖房運転を行なえる冷凍サイクルは、図１に示すように、低段側圧縮部２と高段側圧縮部３から構成される二段圧縮機１、冷房運転と暖房運転を切換えるための四方弁のような流路切換弁４、二つの熱交換器部１４、１５に分けられた熱源側熱交換器である室外熱交換器５、冷房運転時及び暖房運転時の冷暖房運転用絞り装置６、利用側熱交換器である室内熱交換器７、二段圧縮機１への急激な液戻りを防止する為のアキュムレータ８が冷媒配管で環状に接続されて構成されている。
【００１５】
二段圧縮機１、流路切換弁４、室外熱交換器５、冷暖房運転用絞り装置６及びアキュムレータ８は、室外ユニット７０内に収納して配置されている。また、室内熱交換器７は室内ユニット８０内に収納して配置されている。なお、室外熱交換器５には室外ファン（図示せず）により外気が通風され、室内熱交換器７には室内ファン（図示せず）により室内空気が通風され、各熱交換器５、７が外気及び室内空気と熱交換される。
【００１６】
また、低段側圧縮部２の吐出口と高段側圧縮部３の吸込口とを接続する配管９は、途中に圧縮機側熱交換部１０を設けている。室外熱交換器５の二つの熱交換部分１４と１５との間に接続された迂回配管１１は、途中にサイクル側熱交換部１２を設けている。この圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２は、互いに熱交換するように配設されると共に、室外ユニット７０内の圧縮機１の近傍に配置されている。
【００１７】
さらに、断熱材１３は、特に暖房運転において圧縮機１で発生した熱を冷凍サイクル内に回収して暖房能力を増大させる為に、二段圧縮機１及び圧縮機側熱交換部１０、サイクル側熱交換部１２を覆うように設けてある。このように互いに熱交換する圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２を二段圧縮機１と共に断熱材１３で覆ったことにより、安価で簡単に製作することができる。
【００１８】
ここで、二段圧縮機１の詳細を、図２を参照しながら説明する。二段圧縮機１は２シリンダロータリー式を採用している。
【００１９】
低段側圧縮部２は、低段側シリンダ２０、低段側ローラ２１、低段側吐出弁２２、低段側吸込口２３、低段側吐出口２４、下ベアリング２５、回転により圧縮を行なうための低段側クランク２６、低段側と高段側を仕切る中仕切り２８によって構成され、低段側圧縮室２７を形成している。
【００２０】
低段側ローラ２１は低段側シリンダ２０内に回転可能に配置され、低段側圧縮室２７における冷媒の吸入及び圧縮作用を行なう。低段側吐出弁２２は、低段側圧縮室２７の吐出部を形成する下ベアリング２５に設けられ、低段側圧縮室２７が所定の中間圧力以上に圧縮されると開放するようになっている。低段側吸込口２３は圧縮機チャンバ４３及び低段側シリンダ２０の側壁を貫通して低段側圧縮室２７に連通されている。中仕切り２８は低段側シリンダ２０と高段側シリンダ３０との間に設けられている。
【００２１】
また、高段側圧縮部３は、高段側シリンダ３０、高段側ローラ３１、高段側吐出弁３２、高段側吸込口３３、高段側吐出口３４、上ベアリング３５、回転により圧縮を行なうための高段側クランク３６、中仕切り２８によって構成され、高段側圧縮室３７を形成している。
【００２２】
高段側ローラ３１は高段側シリンダ３０内に回転可能に配置され、高段側圧縮室３７における冷媒の吸入及び圧縮作用を行なう。高段側吐出弁３２は、高段側圧縮室３７の吐出部を形成する上ベアリング３５に設けられ、高段側圧縮室３７が所定の吐出圧力以上に圧縮されると開放するようになっている。従って、圧縮機チャンバ４３内は圧縮機運転中に吐出圧力に保たれている。高段側吸込口３３は圧縮機チャンバ４３及び高段側シリンダ３０の側壁を貫通して高段側圧縮室３７に連通されている。
【００２３】
高段側圧縮部３と低段側圧縮部２とは、回転中心軸が一致して、上下に連接して配置されている。高段側クランク３６は、圧縮時のトルク変動を小さくするために、低段側クランク２６と位相を１８０°位ずらして同軸上に設けてある。
【００２４】
そして、ロータ４１及びステータ４２からなる駆動用モータは、圧縮部の上方に位置して、圧縮機チャンバ４３内に収納されている。ロータ４１は、低段側クランク２６と高段側クランク３６を回転するためのシャフト４０に結合されている。ステータ４２は、圧縮機チャンバ４３の内壁に固定されている。
【００２５】
また更には、低段側圧縮部２の吐出口２４から高段側圧縮部３の吸込口３３にかけて放熱配管９が圧縮機チャンバ４３の外に接続され、この途中にはサイクル側熱交換部１２（図１参照）と熱交換するように圧縮機側熱交換部１０が接続されている。圧縮機吐出口４４は圧縮機チャンバ４３内から外部に突出している。
【００２６】
冷房運転時には、冷媒は図１の破線矢印のように流れると共に、図３（ａ）に示すモリエル線図のように状態変化する。なお、以下のモリエル線図も含めて、モリエル線図における各符号は、冷凍サイクルの各部を構成する部品の符号と一致している。
【００２７】
二段圧縮機１から吐出された高圧高温のガス冷媒は、流路切換弁４を通った後に、凝縮器となる室外熱交換器５に入って放熱し、凝縮・液化する。このとき冷媒は、室外熱交換器５の上流側熱交換部分１４を流れる際に外気と熱交換して放熱し、迂回配管１１を通りサイクル側熱交換部１２に入って圧縮機側熱交換部１０と熱交換して吸熱した後、室外熱交換器５の下流側熱交換部分１５を流れる際に外気と熱交換して液化される。次いで、液化された冷媒は、冷暖房運転用絞り装置６に入って低圧の蒸発圧力まで減圧され、気液二相冷媒となって蒸発器となる室内熱交換器７に入り、ここで吸熱・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は、さらにアキュムレータ８を通って二段圧縮機１に吸込まれる。この吸込まれたガス冷媒は、二段圧縮機１内の低段側圧縮部２で中間圧まで圧縮された後に放熱配管９に吐出される。このガス冷媒は、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２と熱交換して放熱された後に高段側圧縮部３に吸込まれ、ここで高圧まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１から吐出される。このようにして、冷媒ガスは冷凍サイクルを一巡する。
【００２８】
この冷凍サイクルでは、上述したように、圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２とが熱交換するように構成されている。そして、サイクル側熱交換部１２に入る冷媒流は高圧の凝縮圧力の飽和温度であり（ただし、室外熱交換器５の上流側熱交換部１４で冷媒が過冷却域まで冷却される部分では飽和温度以下になる）、この温度は圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒温度より低いので、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒は圧縮機側熱交換部１０で冷やされ、高段側圧縮部３の圧縮仕事が減少し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。特に、圧縮機が断熱材１３に覆われている場合には、圧縮機の温度が上がって圧縮効率が下がり圧縮仕事が増加しようとするが、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２に放熱されて高段側圧縮部３の温度が下がることにより、圧縮効率が向上し、圧縮仕事が低減する。なお、圧縮機１外の冷凍サイクル側では、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収し、この熱を室外熱交換器５の後流側熱交換部分１５で放熱する必要があるため、その分だけ凝縮圧力が上がって圧縮仕事が増えたり、蒸発器７での吸熱量が減って冷房能力が減少したりすることになるが、この影響は二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能を向上することができる。
【００２９】
一方、暖房運転時には、冷媒は図１の実線矢印のように流れると共に、図３（ｂ）に示すモリエル線図のように状態変化する。
【００３０】
二段圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、流路切換弁４に入って流路が冷房運転と逆の方向に切換えられ、凝縮器となる室内熱交換器７の方に流れ、ここで放熱して凝縮・液化し、条件によっては十分過冷却される。次いで、冷暖房運転用絞り装置６に入って低圧の蒸発圧力まで減圧され、気液二相冷媒となって蒸発器となる室外熱交換器５に入り、ここで吸熱・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は、さらにアキュムレータ８を通って、二段圧縮機１に吸込まれる。この吸込まれたガス冷媒は、上述した冷房運転の場合と同様に、二段圧縮機１内の低段側圧縮部２で中間圧まで圧縮された後に放熱配管９に吐出される。このガス冷媒は、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２と熱交換して放熱された後に高段側圧縮部３に吸込まれ、ここで高圧まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１から吐出される。このようにして、冷媒ガスは冷凍サイクルを一巡する。
【００３１】
この場合、サイクル側熱交換部１２での冷媒は、室外熱交換器５と同じ低温の蒸発温度の気液二相冷媒である。これに対し圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒の温度はサイクル側熱交換部１２の冷媒温度より十分高い。この結果、圧縮機側熱交換部１０がサイクル側熱交換部１２で冷却されることになり、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が下がり、高段側圧縮部の圧縮仕事が減少し、二段圧縮機１の圧縮効率が向上する。さらに二段圧縮機１と熱交換部１０、１２を断熱材１３で覆ってあることから、圧縮機１で発生する熱を外気に捨てずに冷凍サイクル内に回収し、この熱を凝縮器となる室内熱交換器７に運んで暖房に使うことになる為、暖房能力を増大できる。
【００３２】
ここで、二段圧縮機１における冷媒の具体的な流れを、図２を参照しながら説明する。低段側圧縮部２の吸込口２３から吸込まれた低圧のガス冷媒は、シャフト４０の回転に伴い、低段側圧縮部２で中間圧力まで圧縮された後に、低段側圧縮部２の吐出口２４から放熱９配管に吐出され、さらに圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２によって冷却される。このガス冷媒は、高段側圧縮部３の吸込口３３から高段側圧縮部３に吸い込まれ、高圧に圧縮され高温高圧となって高段側圧縮部３の吐出口３４から圧縮機チャンバ４３内に吐出される。この吐出された冷媒ガスは、更に駆動用モータ部分を通って圧縮機吐出口４４から圧縮機外に吐出される。この場合、高段側圧縮部３では、吸込みガス冷媒が圧縮機側熱交換部１０で冷却されてから吸込まれることになる。
【００３３】
この二段圧縮機１における圧縮機側熱交換部１０の有無による冷媒の状態変化の差異を、図４を参照しながら説明する。低段側圧縮部２から吐出された中間圧のガス冷媒が冷却されずに高段側圧縮部３に吸込まれたとすると、冷媒は高段側圧縮部３にｂ点の状態で吸込まれ、ｄ’点の高圧・高温ガス状態まで圧縮される。一方、低段側圧縮部２から吐出された中間圧のガス冷媒が圧縮機側熱交換部１０でｃ点まで冷却されて高段側圧縮部３に吸込まれた場合には、ｃ点からｄ点まで圧縮される。ここで、ｃ点からｄ点まで圧縮された場合と、ｂ点からｄ’点まで圧縮された場合を比較すると、ｃ−ｄ間の線の傾きの方がｂ−ｄ’間の線の傾きより立っていることから、ｃ−ｄ点間のエンタルピ差の方がｂ−ｄ’点間のエンタルピ差より小さい。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒を冷やすことにより、高段側圧縮部の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機全体としての圧縮効率が向上する。更には、高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒を冷却することにより、圧縮機１内の温度が下がり、圧縮部での加熱損失が減少したり、モータの効率が向上したりすることから、圧縮機の効率がさらに向上する。
【００３４】
次に、本発明の第２実施例を、図５及び図６を用いて説明する。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００３５】
この第２実施例は、サイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けず、室外熱交換器５０と冷暖房運転用絞り装置６とを結ぶ室外熱交換器側配管５１の途中に設けたものである。この第２実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５０と冷暖房運転用絞り装置６の間の配管に設ける方が、図１に示す第１実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けるよりも、サイクル構成が簡単になる。
【００３６】
この第２実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を通って凝縮され更には過冷却された冷媒が図６（ａ）の符号１２に示すようにサイクル側熱交換部１２を通って圧縮機側熱交換部１０と熱交換するため、第１実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を図６（ａ）の符号１０に示すように一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００３７】
また、この第２実施例の暖房運転においては、サイクル側熱交換部１２には、室内熱交換器７で凝縮し冷暖房運転用絞り装置６により絞られた後の低圧・低温の気液二相冷媒が流れ、高温ガス冷媒が流れる圧縮機側熱交換部１０と図６（ｂ）の符号１２に示すように熱交換する。従って、高圧側圧縮部３に吸込まれる冷媒は、図６（ｂ）の符号１０に示すように冷却され、高段側圧縮部の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。
【００３８】
次に、本発明の第３実施例を、図７及び図８を用いて説明する。この第３実施例は、次に述べる通り第２実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と実質的に同一である。
【００３９】
この第３実施例は、室外熱交換器側配管５２上で、室外熱交換器５０とサイクル側熱交換部１２との間に微小な補助絞り装置５３を設けたものである。
【００４０】
この第３実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流は図８（ａ）の符号５３に示すように絞り装置５３により多少絞られてからサイクル側熱交換部１２に入るため、第２実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４１】
また、この第３実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た後の冷媒流は図８（ｂ）の符号６、５３に示すように冷暖房運転用絞り装置６と絞り装置５３の両方によって絞られることから、サイクル側熱交換部１２の冷媒温度は、第２実施例の場合よりも多少高くなる。しかし、絞り装置５３の絞り量を小さくすることにより、室外熱交換器５０の蒸発温度に近い低温度にでき、圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２との温度差を十分大きく取ることができる。この結果、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ十分な熱が移動し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が十分下がり、高段側圧縮部の圧縮仕事を低減させ、二段圧縮機１全体としての圧縮効率を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例を、図９及び図１０を用いて説明する。この第４実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００４３】
この第４実施例は、サイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けず、冷暖房運転用絞り装置６と室内熱交換器７を結ぶ室内熱交換器側配管５４上に設けたものである。この第４実施例のようにサイクル側熱交換部１２を冷暖房運転用絞り装置６と室内熱交換器７を結ぶ室内熱交換器側配管５４上に設ける方が、図１に示す第１実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けるよりも、サイクル構成が簡単になる。
【００４４】
この第４実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流が冷暖房運転用絞り装置６より蒸発器となる室内熱交換器７と同等の圧力まで絞られ、低温の気液二相冷媒となってサイクル側熱交換部１２に入る。このサイクル側熱交換部１２で図１０（ａ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換するため、第１実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を図１０（ａ）の符号１０に示すように一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４５】
また、この第４実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た凝縮冷媒流が絞られること無くサイクル側熱交換部１２に入り、サイクル側熱交換部で図１０（ｂ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換し、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ熱が移動する。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒は図１０（ｂ）の符号１０に示すように冷却されて温度が低くなり、高段側圧縮部３の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。
【００４６】
次に、本発明の第５実施例を、図１１及び図１２を用いて説明する。この第５実施例は、次に述べる通り第４実施例と相違するものであり、その他の点については第４実施例と実質的に同一である。
【００４７】
この第５実施例は、室内熱交換器側配管５５上でサイクル側熱交換部１２と室内熱交換器７との間に補助絞り装置５６を設けたものである。
【００４８】
この第５実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流が冷暖房運転用絞り装置６と補助絞り装置５６の両方で蒸発器となる室内熱交換器７と同等の圧力まで絞られるため、サイクル側熱交換部１２での気液二相冷媒流の温度は、図１０の実施例より高くなるが、圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒流温度より十分低くなり、サイクル側熱交換部１２で図１２（ａ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を十分に下げることができる。従って、高段側圧縮部３の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率を向上できる。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４９】
また、この第５実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た凝縮冷媒流が図１２（ｂ）の符号５６で示すように補助絞り装置５６で絞られてからサイクル側熱交換部１２に入るが、ここでの冷媒流の温度は第４実施例の場合より低く、圧縮機側熱交換部１０を流れるガス冷媒流の温度より一層低くなり、第４実施例の場合より多くの熱量が圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ移動する。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が一層低くなり、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。
【００５０】
次に、本発明の第６実施例を、図１３を用いて説明する。この第６実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００５１】
この第６実施例は、冷房運転と暖房運転の他に除湿運転を行なえるようにしたものであり、室内熱交換器６０を二つの室内熱交換器６２、６３に分割すると共に、除湿運転時に絞り作用を行い冷房運転や暖房運転時には絞り作用を行なわない除湿運転用絞り装置６１を分割された室内熱交換器６２、６３の間に設けた室内ユニット８０としたものである。
【００５２】
この第６実施例の除湿運転時には、冷暖房運転用絞り装置６を電動式膨張弁等を用いて流通抵抗のほとんどない全開状態にし、除湿運転用絞り装置６１を絞って、二分割した室内熱交換器６０の上流部を加熱器（凝縮器）、下流側を冷却器（蒸発器）とし、サイクルで加熱しながら除湿運転を行なう除湿サイクルが構成される。なお、この除湿運転は、流路切換弁４を冷房運転あるいは暖房運転のどちらの冷媒流方向に切換えても運転可能である。
【００５３】
このサイクル加熱除湿運転が可能な冷凍サイクルにおいて、冷房運転及び暖房運転時には、除湿運転用絞り装置６１を流通抵抗のほとんど無い開放状態にすることにより、第１実施例と同様に冷凍サイクルの効率向上の効果を奏することができると共に、除湿運転時にも冷凍サイクルの効率向上の効果を奏することができる。
【００５４】
この第６実施例に示す室内ユニット８０の構成を第２実施例から第５実施例に適用することが可能である。この構成を第２及び第４実施例に適用する場合には、絞り装置５３、５６はその絞り量を微少にすることが望ましい。
【００５５】
上述した各実施例の冷凍サイクルは、種々の単一冷媒や混合冷媒を使用した冷凍サイクルに適用でき、同様の効果を得ることができる.
なお、本発明は、冷凍サイクルの凝縮器を加熱器として用いる冷暖房可能な空気調和装置やヒートポンプ式給湯装置等の装置に適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
上述した実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、冷凍サイクルの凝縮器における加熱能力を増大して性能向上を図ることができる冷凍サイクルを用いた装置を得ることができる。
【００５７】
また、本発明によれば、冷房運転の効率を向上して冷房能力の増大を図りつつ特に暖房運転の効率を向上して暖房能力の増大を図ることができる空気調和装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図２】図１の空気調和装置における二段圧縮機の縦断面図である。
【図３】図１の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図４】図３のモリエル線図の部分拡大図である。
【図５】本発明の第２実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図６】図５の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図７】本発明の第３実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図８】図７の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図９】本発明の第４実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図１０】図９の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図１１】本発明の第５実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図１２】図１１の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図１３】本発明の第６実施例の空気調和装置の室内ユニットにおける冷凍サイクル部分図である。
【符号の説明】
１…二段圧縮機、２…低段側圧縮部、３…高段側圧縮部、４…流路切換弁、５、５０…室外熱交換器、６…冷暖房運転用絞り装置、７、６０…室内熱交換器、８…アキュムレータ、９…放熱配管、１０…圧縮機側熱交換部、１１、５１、５２、５４、５５…サイクル側配管、１２…サイクル側熱交換部、１３…断熱材、１４、１５…室外熱交換器の分割熱交換器部分、２０…低段側シリンダ、２１…低段側ローラ、２２…低段側吐出弁、２３…低段側吸込口、２４…低段側吐出口、２５…下ベアリング、２６…低段側クランク、２７…低段側圧縮室、２８…中仕切り、３０…高段側シリンダ、３１…高段側ローラ、３２…高段側吐出弁、３３…高段側吸込口、３４…高段側吐出口、３５…上ベアリング、３６…高段側クランク、３７…高段側圧縮室、４０…シャフト、４１…モータのロータ、４２…モータのステータ、４３…圧縮機チャンバ、４４…圧縮機吐出口、５３、５６…絞り装置、６１…除湿運転用絞り装置、６２、６３…室内熱交換器の分割熱交換器部分。
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍サイクルを用いた装置及び空気調和装置に係り、特に二段圧縮機を備えた冷凍サイクルを用いた装置及び空気調和装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷凍サイクルの効率向上手段の一つとして二段圧縮機を備えた冷凍サイクルとしたものがある。このような二段圧縮機を備えた冷凍サイクルの従来例としては、特開昭５５−１０４５８９号公報に開示されたものが挙げられる。この従来技術は、圧縮機に２シリンダロータリー二段圧縮機を採用し、各段圧縮部における圧縮比を小さくすると共に、低段側の圧縮部から出た中間圧ガス冷媒を一旦圧縮機外へ出して外気で冷却した後に高段側圧縮部に吸込み、更に圧縮して高圧ガス冷媒にして吐出することにより、圧縮機での圧縮効率を向上させて、冷凍サイクルの性能を向上するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで最近の空気調和装置は、四方弁のような流路切換弁を用いて冷媒流路を逆転することにより、冷房運転及び暖房運転の両方を行なう空気調和装置が主流になっている。この空気調和装置では、暖房運転における室内熱交換器の加熱能力の増大が求められ、特に圧縮機の周りに断熱材を巻いて圧縮機から出る熱を外気に放熱せずに冷凍サイクル中に回収して室内熱交換器に輸送し、室内熱交換器の加熱能力を増大するようにしたものもある。
【０００４】
また、最近ではヒートポンプ式給湯装置が広く採用されるようになっている。このヒートポンプ式給湯装置では、水を加熱するための水熱交換器である凝縮器の加熱能力を増大することが求められている。
【０００５】
これに対し、特開昭５５−１０４５８９号公報に記載された従来技術では、冷房あるいは冷却だけを行なう冷凍サイクルを想定しており、圧縮機からの熱を外気に放熱することにより圧縮機の効率を向上させ、冷凍サイクルの性能を向上するようにしたものである。従って、冷房及び暖房の両方を行なう空気調和装置やヒートポンプ式給湯装置等に、この従来技術を適用すると、暖房運転時や給湯運転時に、低段側圧縮部と高段側圧縮部を結ぶ放熱配管における外気中への放熱によって、室内熱交換器や水熱交換器等の加熱能力が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、冷凍サイクルの凝縮器における加熱能力を増大して性能向上を図ることができる冷凍サイクルを用いた装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、冷房運転の効率を向上して冷房能力の増大を図りつつ特に暖房運転の効率を向上して暖房能力の格段の増大を図ることができる空気調和装置を提供することにある。
【０００８】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、凝縮器と、絞り装置と、蒸発器とを環状に接続して循環させる冷凍サイクルを備え、前記低段側圧縮部の吐出口と前記高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けた配管を接続し、前記冷凍サイクルの蒸発器を冷媒が気液二相の領域で分割してその分割された蒸発器の間にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを互いに熱交換するように配設し、互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったものである。
【００１０】
上記の別の目的を達成するために、本発明は、低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、冷媒の流路を切換える流路切換弁と、室外熱交換器と、冷暖房運転用絞り装置と、室内熱交換器とを環状に接続して循環させる冷凍サイクルを備え、前記二段圧縮機、前記流路切換弁、前記室外熱交換器及び前記冷暖房運転用絞り装置を室外ユニット内に配置すると共に、前記室内熱交換器を室内ユニット内に配置し、前記流路切換弁により前記冷凍サイクルを、前記二段圧縮機、前記室外熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室内熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機、前記室内熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室外熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す暖房サイクルとに切換えるようにした空気調和装置において、前記室外熱交換器を暖房サイクル時に冷媒が気液二相の領域で分割してその分割された室外熱交換器の間にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けると共に、前記冷凍サイクルの一部にサイクル側熱交換部を設け、更には前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを前記室外ユニット内で互いに熱交換するように配設し、互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったたものである。
【００１１】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施例を、図を用いて説明する。なお、各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００１３】
本発明の第１実施例の空気調和装置を図１から図３を参照しながら説明する。
【００１４】
冷房運転及び暖房運転を行なえる冷凍サイクルは、図１に示すように、低段側圧縮部２と高段側圧縮部３から構成される二段圧縮機１、冷房運転と暖房運転を切換えるための四方弁のような流路切換弁４、二つの熱交換器部１４、１５に分けられた熱源側熱交換器である室外熱交換器５、冷房運転時及び暖房運転時の冷暖房運転用絞り装置６、利用側熱交換器である室内熱交換器７、二段圧縮機１への急激な液戻りを防止する為のアキュムレータ８が冷媒配管で環状に接続されて構成されている。
【００１５】
二段圧縮機１、流路切換弁４、室外熱交換器５、冷暖房運転用絞り装置６及びアキュムレータ８は、室外ユニット７０内に収納して配置されている。また、室内熱交換器７は室内ユニット８０内に収納して配置されている。なお、室外熱交換器５には室外ファン（図示せず）により外気が通風され、室内熱交換器７には室内ファン（図示せず）により室内空気が通風され、各熱交換器５、７が外気及び室内空気と熱交換される。
【００１６】
また、低段側圧縮部２の吐出口と高段側圧縮部３の吸込口とを接続する配管９は、途中に圧縮機側熱交換部１０を設けている。室外熱交換器５の二つの熱交換部分１４と１５との間に接続された迂回配管１１は、途中にサイクル側熱交換部１２を設けている。この圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２は、互いに熱交換するように配設されると共に、室外ユニット７０内の圧縮機１の近傍に配置されている。
【００１７】
さらに、断熱材１３は、特に暖房運転において圧縮機１で発生した熱を冷凍サイクル内に回収して暖房能力を増大させる為に、二段圧縮機１及び圧縮機側熱交換部１０、サイクル側熱交換部１２を覆うように設けてある。このように互いに熱交換する圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２を二段圧縮機１と共に断熱材１３で覆ったことにより、安価で簡単に製作することができる。
【００１８】
ここで、二段圧縮機１の詳細を、図２を参照しながら説明する。二段圧縮機１は２シリンダロータリー式を採用している。
【００１９】
低段側圧縮部２は、低段側シリンダ２０、低段側ローラ２１、低段側吐出弁２２、低段側吸込口２３、低段側吐出口２４、下ベアリング２５、回転により圧縮を行なうための低段側クランク２６、低段側と高段側を仕切る中仕切り２８によって構成され、低段側圧縮室２７を形成している。
【００２０】
低段側ローラ２１は低段側シリンダ２０内に回転可能に配置され、低段側圧縮室２７における冷媒の吸入及び圧縮作用を行なう。低段側吐出弁２２は、低段側圧縮室２７の吐出部を形成する下ベアリング２５に設けられ、低段側圧縮室２７が所定の中間圧力以上に圧縮されると開放するようになっている。低段側吸込口２３は圧縮機チャンバ４３及び低段側シリンダ２０の側壁を貫通して低段側圧縮室２７に連通されている。中仕切り２８は低段側シリンダ２０と高段側シリンダ３０との間に設けられている。
【００２１】
また、高段側圧縮部３は、高段側シリンダ３０、高段側ローラ３１、高段側吐出弁３２、高段側吸込口３３、高段側吐出口３４、上ベアリング３５、回転により圧縮を行なうための高段側クランク３６、中仕切り２８によって構成され、高段側圧縮室３７を形成している。
【００２２】
高段側ローラ３１は高段側シリンダ３０内に回転可能に配置され、高段側圧縮室３７における冷媒の吸入及び圧縮作用を行なう。高段側吐出弁３２は、高段側圧縮室３７の吐出部を形成する上ベアリング３５に設けられ、高段側圧縮室３７が所定の吐出圧力以上に圧縮されると開放するようになっている。従って、圧縮機チャンバ４３内は圧縮機運転中に吐出圧力に保たれている。高段側吸込口３３は圧縮機チャンバ４３及び高段側シリンダ３０の側壁を貫通して高段側圧縮室３７に連通されている。
【００２３】
高段側圧縮部３と低段側圧縮部２とは、回転中心軸が一致して、上下に連接して配置されている。高段側クランク３６は、圧縮時のトルク変動を小さくするために、低段側クランク２６と位相を１８０°位ずらして同軸上に設けてある。
【００２４】
そして、ロータ４１及びステータ４２からなる駆動用モータは、圧縮部の上方に位置して、圧縮機チャンバ４３内に収納されている。ロータ４１は、低段側クランク２６と高段側クランク３６を回転するためのシャフト４０に結合されている。ステータ４２は、圧縮機チャンバ４３の内壁に固定されている。
【００２５】
また更には、低段側圧縮部２の吐出口２４から高段側圧縮部３の吸込口３３にかけて放熱配管９が圧縮機チャンバ４３の外に接続され、この途中にはサイクル側熱交換部１２（図１参照）と熱交換するように圧縮機側熱交換部１０が接続されている。圧縮機吐出口４４は圧縮機チャンバ４３内から外部に突出している。
【００２６】
冷房運転時には、冷媒は図１の破線矢印のように流れると共に、図３（ａ）に示すモリエル線図のように状態変化する。なお、以下のモリエル線図も含めて、モリエル線図における各符号は、冷凍サイクルの各部を構成する部品の符号と一致している。
【００２７】
二段圧縮機１から吐出された高圧高温のガス冷媒は、流路切換弁４を通った後に、凝縮器となる室外熱交換器５に入って放熱し、凝縮・液化する。このとき冷媒は、室外熱交換器５の上流側熱交換部分１４を流れる際に外気と熱交換して放熱し、迂回配管１１を通りサイクル側熱交換部１２に入って圧縮機側熱交換部１０と熱交換して吸熱した後、室外熱交換器５の下流側熱交換部分１５を流れる際に外気と熱交換して液化される。次いで、液化された冷媒は、冷暖房運転用絞り装置６に入って低圧の蒸発圧力まで減圧され、気液二相冷媒となって蒸発器となる室内熱交換器７に入り、ここで吸熱・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は、さらにアキュムレータ８を通って二段圧縮機１に吸込まれる。この吸込まれたガス冷媒は、二段圧縮機１内の低段側圧縮部２で中間圧まで圧縮された後に放熱配管９に吐出される。このガス冷媒は、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２と熱交換して放熱された後に高段側圧縮部３に吸込まれ、ここで高圧まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１から吐出される。このようにして、冷媒ガスは冷凍サイクルを一巡する。
【００２８】
この冷凍サイクルでは、上述したように、圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２とが熱交換するように構成されている。そして、サイクル側熱交換部１２に入る冷媒流は高圧の凝縮圧力の飽和温度であり（ただし、室外熱交換器５の上流側熱交換部１４で冷媒が過冷却域まで冷却される部分では飽和温度以下になる）、この温度は圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒温度より低いので、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒は圧縮機側熱交換部１０で冷やされ、高段側圧縮部３の圧縮仕事が減少し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。特に、圧縮機が断熱材１３に覆われている場合には、圧縮機の温度が上がって圧縮効率が下がり圧縮仕事が増加しようとするが、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２に放熱されて高段側圧縮部３の温度が下がることにより、圧縮効率が向上し、圧縮仕事が低減する。なお、圧縮機１外の冷凍サイクル側では、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収し、この熱を室外熱交換器５の後流側熱交換部分１５で放熱する必要があるため、その分だけ凝縮圧力が上がって圧縮仕事が増えたり、蒸発器７での吸熱量が減って冷房能力が減少したりすることになるが、この影響は二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能を向上することができる。
【００２９】
一方、暖房運転時には、冷媒は図１の実線矢印のように流れると共に、図３（ｂ）に示すモリエル線図のように状態変化する。
【００３０】
二段圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、流路切換弁４に入って流路が冷房運転と逆の方向に切換えられ、凝縮器となる室内熱交換器７の方に流れ、ここで放熱して凝縮・液化し、条件によっては十分過冷却される。次いで、冷暖房運転用絞り装置６に入って低圧の蒸発圧力まで減圧され、気液二相冷媒となって蒸発器となる室外熱交換器５に入り、ここで吸熱・気化してガス冷媒となる。このガス冷媒は、さらにアキュムレータ８を通って、二段圧縮機１に吸込まれる。この吸込まれたガス冷媒は、上述した冷房運転の場合と同様に、二段圧縮機１内の低段側圧縮部２で中間圧まで圧縮された後に放熱配管９に吐出される。このガス冷媒は、圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２と熱交換して放熱された後に高段側圧縮部３に吸込まれ、ここで高圧まで圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１から吐出される。このようにして、冷媒ガスは冷凍サイクルを一巡する。
【００３１】
この場合、サイクル側熱交換部１２での冷媒は、室外熱交換器５と同じ低温の蒸発温度の気液二相冷媒である。これに対し圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒の温度はサイクル側熱交換部１２の冷媒温度より十分高い。この結果、圧縮機側熱交換部１０がサイクル側熱交換部１２で冷却されることになり、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が下がり、高段側圧縮部の圧縮仕事が減少し、二段圧縮機１の圧縮効率が向上する。さらに二段圧縮機１と熱交換部１０、１２を断熱材１３で覆ってあることから、圧縮機１で発生する熱を外気に捨てずに冷凍サイクル内に回収し、この熱を凝縮器となる室内熱交換器７に運んで暖房に使うことになる為、暖房能力を増大できる。
【００３２】
ここで、二段圧縮機１における冷媒の具体的な流れを、図２を参照しながら説明する。低段側圧縮部２の吸込口２３から吸込まれた低圧のガス冷媒は、シャフト４０の回転に伴い、低段側圧縮部２で中間圧力まで圧縮された後に、低段側圧縮部２の吐出口２４から放熱９配管に吐出され、さらに圧縮機側熱交換部１０でサイクル側熱交換部１２によって冷却される。このガス冷媒は、高段側圧縮部３の吸込口３３から高段側圧縮部３に吸い込まれ、高圧に圧縮され高温高圧となって高段側圧縮部３の吐出口３４から圧縮機チャンバ４３内に吐出される。この吐出された冷媒ガスは、更に駆動用モータ部分を通って圧縮機吐出口４４から圧縮機外に吐出される。この場合、高段側圧縮部３では、吸込みガス冷媒が圧縮機側熱交換部１０で冷却されてから吸込まれることになる。
【００３３】
この二段圧縮機１における圧縮機側熱交換部１０の有無による冷媒の状態変化の差異を、図４を参照しながら説明する。低段側圧縮部２から吐出された中間圧のガス冷媒が冷却されずに高段側圧縮部３に吸込まれたとすると、冷媒は高段側圧縮部３にｂ点の状態で吸込まれ、ｄ’点の高圧・高温ガス状態まで圧縮される。一方、低段側圧縮部２から吐出された中間圧のガス冷媒が圧縮機側熱交換部１０でｃ点まで冷却されて高段側圧縮部３に吸込まれた場合には、ｃ点からｄ点まで圧縮される。ここで、ｃ点からｄ点まで圧縮された場合と、ｂ点からｄ’点まで圧縮された場合を比較すると、ｃ−ｄ間の線の傾きの方がｂ−ｄ’間の線の傾きより立っていることから、ｃ−ｄ点間のエンタルピ差の方がｂ−ｄ’点間のエンタルピ差より小さい。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒を冷やすことにより、高段側圧縮部の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機全体としての圧縮効率が向上する。更には、高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒を冷却することにより、圧縮機１内の温度が下がり、圧縮部での加熱損失が減少したり、モータの効率が向上したりすることから、圧縮機の効率がさらに向上する。
【００３４】
次に、本発明の第２実施例を、図５及び図６を用いて説明する。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００３５】
この第２実施例は、サイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けず、室外熱交換器５０と冷暖房運転用絞り装置６とを結ぶ室外熱交換器側配管５１の途中に設けたものである。この第２実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５０と冷暖房運転用絞り装置６の間の配管に設ける方が、図１に示す第１実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けるよりも、サイクル構成が簡単になる。
【００３６】
この第２実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を通って凝縮され更には過冷却された冷媒が図６（ａ）の符号１２に示すようにサイクル側熱交換部１２を通って圧縮機側熱交換部１０と熱交換するため、第１実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を図６（ａ）の符号１０に示すように一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００３７】
また、この第２実施例の暖房運転においては、サイクル側熱交換部１２には、室内熱交換器７で凝縮し冷暖房運転用絞り装置６により絞られた後の低圧・低温の気液二相冷媒が流れ、高温ガス冷媒が流れる圧縮機側熱交換部１０と図６（ｂ）の符号１２に示すように熱交換する。従って、高圧側圧縮部３に吸込まれる冷媒は、図６（ｂ）の符号１０に示すように冷却され、高段側圧縮部の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。
【００３８】
次に、本発明の第３実施例を、図７及び図８を用いて説明する。この第３実施例は、次に述べる通り第２実施例と相違するものであり、その他の点については第２実施例と実質的に同一である。
【００３９】
この第３実施例は、室外熱交換器側配管５２上で、室外熱交換器５０とサイクル側熱交換部１２との間に微小な補助絞り装置５３を設けたものである。
【００４０】
この第３実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流は図８（ａ）の符号５３に示すように絞り装置５３により多少絞られてからサイクル側熱交換部１２に入るため、第２実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４１】
また、この第３実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た後の冷媒流は図８（ｂ）の符号６、５３に示すように冷暖房運転用絞り装置６と絞り装置５３の両方によって絞られることから、サイクル側熱交換部１２の冷媒温度は、第２実施例の場合よりも多少高くなる。しかし、絞り装置５３の絞り量を小さくすることにより、室外熱交換器５０の蒸発温度に近い低温度にでき、圧縮機側熱交換部１０とサイクル側熱交換部１２との温度差を十分大きく取ることができる。この結果、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ十分な熱が移動し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が十分下がり、高段側圧縮部の圧縮仕事を低減させ、二段圧縮機１全体としての圧縮効率を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の第４実施例を、図９及び図１０を用いて説明する。この第４実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００４３】
この第４実施例は、サイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けず、冷暖房運転用絞り装置６と室内熱交換器７を結ぶ室内熱交換器側配管５４上に設けたものである。この第４実施例のようにサイクル側熱交換部１２を冷暖房運転用絞り装置６と室内熱交換器７を結ぶ室内熱交換器側配管５４上に設ける方が、図１に示す第１実施例のようにサイクル側熱交換部１２を室外熱交換器５の途中に設けるよりも、サイクル構成が簡単になる。
【００４４】
この第４実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流が冷暖房運転用絞り装置６より蒸発器となる室内熱交換器７と同等の圧力まで絞られ、低温の気液二相冷媒となってサイクル側熱交換部１２に入る。このサイクル側熱交換部１２で図１０（ａ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換するため、第１実施例に比べて、サイクル側熱交換部１２の温度が低くなり、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２に移動する熱量が増加し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を図１０（ａ）の符号１０に示すように一層下げることができる。この結果、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４５】
また、この第４実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た凝縮冷媒流が絞られること無くサイクル側熱交換部１２に入り、サイクル側熱交換部で図１０（ｂ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換し、圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ熱が移動する。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒は図１０（ｂ）の符号１０に示すように冷却されて温度が低くなり、高段側圧縮部３の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が向上する。
【００４６】
次に、本発明の第５実施例を、図１１及び図１２を用いて説明する。この第５実施例は、次に述べる通り第４実施例と相違するものであり、その他の点については第４実施例と実質的に同一である。
【００４７】
この第５実施例は、室内熱交換器側配管５５上でサイクル側熱交換部１２と室内熱交換器７との間に補助絞り装置５６を設けたものである。
【００４８】
この第５実施例の冷房運転においては、室外熱交換器５０を出た後の冷媒流が冷暖房運転用絞り装置６と補助絞り装置５６の両方で蒸発器となる室内熱交換器７と同等の圧力まで絞られるため、サイクル側熱交換部１２での気液二相冷媒流の温度は、図１０の実施例より高くなるが、圧縮機側熱交換部１０でのガス冷媒流温度より十分低くなり、サイクル側熱交換部１２で図１２（ａ）の符号１２に示すように圧縮機側熱交換部１０と熱交換し、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒温度を十分に下げることができる。従って、高段側圧縮部３の圧縮仕事が低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率を向上できる。なお、サイクル側熱交換部１２で熱を吸収することによって圧縮仕事が増えたり冷房能力が減少したりするが、これは二段圧縮機１の効率向上効果に比較すれば小さく、冷凍サイクル全体としては性能が向上することになる。
【００４９】
また、この第５実施例の暖房運転においては、室内熱交換器７を出た凝縮冷媒流が図１２（ｂ）の符号５６で示すように補助絞り装置５６で絞られてからサイクル側熱交換部１２に入るが、ここでの冷媒流の温度は第４実施例の場合より低く、圧縮機側熱交換部１０を流れるガス冷媒流の温度より一層低くなり、第４実施例の場合より多くの熱量が圧縮機側熱交換部１０からサイクル側熱交換部１２へ移動する。この結果、二段圧縮機１の高段側圧縮部３に吸込まれるガス冷媒の温度が一層低くなり、高段側圧縮部３の圧縮仕事が一層低減し、二段圧縮機１全体としての圧縮効率が一層向上する。
【００５０】
次に、本発明の第６実施例を、図１３を用いて説明する。この第６実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と実質的に同一である。
【００５１】
この第６実施例は、冷房運転と暖房運転の他に除湿運転を行なえるようにしたものであり、室内熱交換器６０を二つの室内熱交換器６２、６３に分割すると共に、除湿運転時に絞り作用を行い冷房運転や暖房運転時には絞り作用を行なわない除湿運転用絞り装置６１を分割された室内熱交換器６２、６３の間に設けた室内ユニット８０としたものである。
【００５２】
この第６実施例の除湿運転時には、冷暖房運転用絞り装置６を電動式膨張弁等を用いて流通抵抗のほとんどない全開状態にし、除湿運転用絞り装置６１を絞って、二分割した室内熱交換器６０の上流部を加熱器（凝縮器）、下流側を冷却器（蒸発器）とし、サイクルで加熱しながら除湿運転を行なう除湿サイクルが構成される。なお、この除湿運転は、流路切換弁４を冷房運転あるいは暖房運転のどちらの冷媒流方向に切換えても運転可能である。
【００５３】
このサイクル加熱除湿運転が可能な冷凍サイクルにおいて、冷房運転及び暖房運転時には、除湿運転用絞り装置６１を流通抵抗のほとんど無い開放状態にすることにより、第１実施例と同様に冷凍サイクルの効率向上の効果を奏することができると共に、除湿運転時にも冷凍サイクルの効率向上の効果を奏することができる。
【００５４】
この第６実施例に示す室内ユニット８０の構成を第２実施例から第５実施例に適用することが可能である。この構成を第２及び第４実施例に適用する場合には、絞り装置５３、５６はその絞り量を微少にすることが望ましい。
【００５５】
上述した各実施例の冷凍サイクルは、種々の単一冷媒や混合冷媒を使用した冷凍サイクルに適用でき、同様の効果を得ることができる.
なお、本発明は、冷凍サイクルの凝縮器を加熱器として用いる冷暖房可能な空気調和装置やヒートポンプ式給湯装置等の装置に適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
上述した実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、冷凍サイクルの凝縮器における加熱能力を増大して性能向上を図ることができる冷凍サイクルを用いた装置を得ることができる。
【００５７】
また、本発明によれば、冷房運転の効率を向上して冷房能力の増大を図りつつ特に暖房運転の効率を向上して暖房能力の増大を図ることができる空気調和装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図２】図１の空気調和装置における二段圧縮機の縦断面図である。
【図３】図１の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図４】図３のモリエル線図の部分拡大図である。
【図５】本発明の第２実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図６】図５の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図７】本発明の第３実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図８】図７の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図９】本発明の第４実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図１０】図９の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図１１】本発明の第５実施例の空気調和装置の冷凍サイクル図である。
【図１２】図１１の空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図１３】本発明の第６実施例の空気調和装置の室内ユニットにおける冷凍サイクル部分図である。
【符号の説明】
１…二段圧縮機、２…低段側圧縮部、３…高段側圧縮部、４…流路切換弁、５、５０…室外熱交換器、６…冷暖房運転用絞り装置、７、６０…室内熱交換器、８…アキュムレータ、９…放熱配管、１０…圧縮機側熱交換部、１１、５１、５２、５４、５５…サイクル側配管、１２…サイクル側熱交換部、１３…断熱材、１４、１５…室外熱交換器の分割熱交換器部分、２０…低段側シリンダ、２１…低段側ローラ、２２…低段側吐出弁、２３…低段側吸込口、２４…低段側吐出口、２５…下ベアリング、２６…低段側クランク、２７…低段側圧縮室、２８…中仕切り、３０…高段側シリンダ、３１…高段側ローラ、３２…高段側吐出弁、３３…高段側吸込口、３４…高段側吐出口、３５…上ベアリング、３６…高段側クランク、３７…高段側圧縮室、４０…シャフト、４１…モータのロータ、４２…モータのステータ、４３…圧縮機チャンバ、４４…圧縮機吐出口、５３、５６…絞り装置、６１…除湿運転用絞り装置、６２、６３…室内熱交換器の分割熱交換器部分。
Claims (5)
- 低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、熱源側熱交換器と、冷暖房運転用絞り装置と、利用側熱交換器とを環状に接続した冷凍サイクルを備え、
前記低段側圧縮部の吐出口と前記高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けた配管を接続し、
前記冷凍サイクルの一部にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、
前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを互いに熱交換するように配設し、
互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったことを特徴とする冷凍サイクルを用いた装置。 - 低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、冷媒の流路を切換える流路切換弁と、室外熱交換器と、冷暖房運転用絞り装置と、室内熱交換器とを環状に接続して循環させる冷凍サイクルを備え、
前記二段圧縮機、前記流路切換弁、前記室外熱交換器及び前記冷暖房運転用絞り装置を室外ユニット内に配置すると共に、前記室内熱交換器を室内ユニット内に配置し、
前記流路切換弁により前記冷凍サイクルを、前記二段圧縮機、前記室外熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室内熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機、前記室内熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室外熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す暖房サイクルとに切換えるようにした空気調和装置において、
前記室外熱交換器を暖房サイクル時に冷媒が気液二相の領域で分割してその分割された室外熱交換器の間にサイクル側熱交換部を設けた配管を接続し、
低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けると共に、前記冷凍サイクルの一部にサイクル側熱交換部を設け、更には前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを前記室外ユニット内で互いに熱交換するように配設し、
互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったことを特徴とする空気調和装置。 - 低段側圧縮部及び高段側圧縮部を有する二段圧縮機と、冷媒の流路を切換える流路切換弁と、室外熱交換器と、冷暖房運転用絞り装置と、室内熱交換器とを環状に接続し冷凍サイクルを備え、
前記二段圧縮機、前記流路切換弁、前記室外熱交換器及び前記冷暖房運転用絞り装置を室外ユニット内に配置すると共に、前記室内熱交換器を室内ユニット内に配置し、
前記流路切換弁により前記冷凍サイクルを、前記二段圧縮機、前記室外熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室内熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す冷房サイクルと、前記二段圧縮機、前記室内熱交換器、前記冷暖房運転用絞り装置、前記室外熱交換器、前記二段圧縮機の順に冷媒を流す暖房サイクルとに切換えるようにした空気調和装置において、
低段側圧縮部の吐出口と高段側圧縮部の吸込口との間に圧縮機側熱交換部を設けると共に、前記冷凍サイクルの一部にサイクル側熱交換部を設け、更には前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部とを前記室外ユニット内で互いに熱交換するように配設し、
互いに熱交換する前記圧縮機側熱交換部と前記サイクル側熱交換部を前記二段圧縮機と共に断熱材で覆ったことを特徴とする空気調和装置。 - 前記室外熱交換器と冷暖房運転用絞り装置との間の接続配管に前記サイクル側熱交換部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
- 前記冷暖房運転用絞り装置と前記室内熱交換器との間の接続配管に前記サイクル側熱交換部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。
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