JPH01139960A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた冷暖装置に関
する。

（従来の技術） 近年ヒートポンプルームエアコンは、インバータの搭載
やマイクロプロセッサによるサイクル制御等により機能
性が向上し、しかも安全性、清浄性に優れていることか
ら、家庭用冷暖房機器としてその地位を確立してきた。

また、今後の研究開発により、さらに高機能化、高効率
化が実現し、飛躍的な需要拡大が期待できる。ヒートポ
ンプサイクルの高機能化、高効率化策の一つとして非共
沸混合冷媒の採用が考えられる。

ところで、従来のヒートポンプエアコンはｍ　−冷媒を
採用したものがほとんどであり、以下のようなサイクル
を形成していた。

従来のヒートポンプエアコンのサイクルヲ第２図に示す
。実線矢印は冷房時、破線矢印は暖房時の冷媒の流れを
示す。冷房運転時は圧縮機１１から吐出した高温・高圧
の冷媒蒸気は電磁四方弁１２を介して室外熱交換器１８
に入り、室外空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は
膨張弁１４で減圧され低温・低圧となり室内熱交換器１
５で室内空気から吸熱して気化する。気化した冷媒は圧
縮機１１に吸入され、再び高温・高圧の蒸気になって、
冷房サイクルを形成していた。一方、ヒートポンプ暖房
運転時は圧縮機１１から吐出した高温・高圧の冷媒蒸気
は電磁四方弁１２を介してまず室内熱交換器１５に入り
、室内空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁
１４で減圧され低温・低圧となり室外熱交換器１３で室
外空気から吸Ｍして気化する。気化した冷媒は圧縮機１
１に吸入され、再び高温・高圧の蒸気になって、暖房サ
イクルを形成していた。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来のサイクルはＲ１２やＲ２２等の単一冷媒用の
サイクルであり、冷媒の流れは冷房とヒートポンプ暖房
では逆になる。、！４１−冷媒の場合、一定圧力下では
、蒸発および凝縮の過程は等温変化であり特に問題とは
ならなかった。

非共沸混合冷媒（たとえば、Ｒ１２−Ｒｌ８Ｂ１゜Ｒ１
５２ａ−Ｒ１８Ｂ１．Ｒ２２−Ｒ２１，Ｒ２２−Ｒｌ８
Ｂ１の混合物）を用いた冷媒回路の蒸発器では、冷媒液
は気液平衡を保ちながら冷媒蒸気となる。この間、蒸発
温度は次第に上昇していく。

凝縮器では全くこの逆で、凝縮温度は次第に低下してい
く。一方、空気は蒸発器では熱を奪われて低温になり、
凝縮器では熱を得て高温となる。これらの温度関係をま
とめると表−１の如くとなる。

表−１ この非共沸混合冷媒の冷媒回路は、向流方式の熱交換を
行なうことにより、相変化の温度が濃度に依存する特性
を利用して冷媒を冷起流体あるいは加熱流体との熱交換
損失を減少させ、成績係数を向上させることができる。

向流方式とは、空気流に対して、冷媒の入口が最も風下
の列にあり、出口が最も風上の列にあって、冷媒の風下
の列から順次風上の列に流れるように配置された場合を
いう。また、これと逆の場合を並流方式という。

従来のヒートポンプエアコンサイクルでは上述の如く、
冷房と暖房では冷媒の流れが全く逆になり、また、送風
機による熱交換器への空気の流れは常に一定方向である
。そのため、冷房運転時に向流方式の熱交換を行う冷媒
回路では暖房運転時に並流方式の熱交換となり、また暖
房運転時に向流方式の熱交換を行う冷媒回路では冷房運
転時に並流方式の熱交換となり、冷・暖房運転とも向流
方式とは成り得なかった。

本発明はこのような点に鑑みて創出されたもので、向流
方式の蒸発器および凝縮器が、冷房時にも、暖房時にも
、実現向能な冷媒回路を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の冷暖房装置には、圧縮機、室内熱交換器、室外
熱交換器および膨張弁を有しかつ非共沸混合冷媒を用い
た蒸気圧縮式の冷媒回路が設けられ、該冷媒回路は、圧
縮機の吐出口が第一の四方弁を介して室内熱交換器の冷
媒入口、室外熱交換器の冷媒入口に接続され、圧縮機の
吸入口が第二の四方弁を介して室内熱交換器の冷媒出口
、室外熱交換器の冷媒出口に接続され、膨張弁の出口が
前記第一の四方弁を介して前記室内熱交換器の冷媒入口
、前記室外熱交換器の冷媒入口に接続され膨張弁の入口
が前記第二の四方弁を介し、て前記室内熱交換器の冷媒
出口、前記室外熱交換器の冷媒出口に接続されている。

（発明の作用） 上記構成において、冷房運転時には、圧縮機から吐出さ
れた冷媒は第一の四方弁を経由した後、室外熱交換器の
冷媒入口から室外熱交換器に流入する０次に、第二の四
方弁を経由した後、膨張弁に流入し、さらに、第一の四
方弁を経由１−た後、室内熱交換器の冷媒入口から室内
熱交換器に流入する。そして、第二の四方弁を経由した
後、再び圧縮機に戻る。

また、暖房運転時には、圧縮機から吐出された冷媒は第
一の四方弁を経由した後、室内、熱交換器の冷媒入口か
ら室内熱交換器に流入する。次に、第二の四方弁を経由
した後、膨張弁に流入し、さらに、第一の四方弁を経由
した後、室外熱交換器の冷媒入口から室外熱交換器に流
入する。そして第二の四方弁を経由した後、再び圧縮機
に戻る。

このとき、室内熱交換器および室外熱交換器において、
空気は冷媒の出口から入口に流れ、常に一定方向である
。

以上により室内熱交換器と室外熱交換器の冷媒の流れは
冷房運転、暖房運転ともに同一方向になり、冷媒の流れ
と空気の流れを冷暖房いずれも向流にすることができる
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す冷暖房装置のシステム
図である１本装置は非共沸混合冷媒音用いた冷媒回路Ｘ
が、圧縮機１．室内熱交換器２゜室外熱交換器８．膨張
弁４．第一の四方弁５．第二の四方弁６から構成されて
いる。

圧縮機１の吐出口が第一の四方弁５を介して室内熱交換
９５２の冷媒入口２ａ、室外熱交換器の冷媒人口８ａに
接続され、圧縮機１の吸入口が第二の四方弁６を介し、
て室内熱交換器２の冷媒出口２ｂ、室外熱交換器の冷媒
出口８ｂに接続され、膨張弁４の出口４ｂが前記第一の
四方弁６を介して前記熱交換器２の冷媒人口２ａ、前記
室外熱交換器の冷媒人口８ａに接続され、前記膨張弁４
の入口４ａが前記第二の四方弁６を介して前記室内熱交
換器２の冷媒出口２ｂ、前記室外熱交換器の冷媒出口８
ｂに接続されている。

次に、冷暖房装置の動作を説明する。室内熱交換器２０
波形の矢印Ａは室内空気の流れを、室外熱交換器８の波
形の矢印Ｂは室外空気の流れを表わしている。これらの
空気は常に一定方向に流れている。また、冷媒の流れを
冷房運転時は実線の矢印、暖房運転時は破線の矢印で示
す。

冷房運転時は第一の四方弁５は実線の矢印Ｃおよび実線
の矢印りの方向に開き、第二の四方弁６は実線の矢印Ｅ
および実線の矢印Ｆの方向に開いている。まず、圧縮機
１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気は第一の四方弁５
を経て室外熱交換器８に冷媒人口８ａから流入する。室
外熱交換器３においで室外空気に熱を排出し、冷媒は凝
縮・液化した後、第二の四方弁６を経て膨張弁４で減圧
されて低温低圧の気液混合状態になる。そして、第一の
四方弁５を経て室内熱交換器２に冷媒人口２ａから流入
し、室内熱交換器２において室内空気から吸熱して冷房
が行われる。この熱交換によって冷媒は低温低圧の蒸気
となシ、第二の四方弁６を経て圧縮機１に吸入され、再
び圧縮されるサイクルを繰返す。

暖房運転時は第一の四方弁５は破線の矢印Ｇおよび破線
の矢印Ｈの方向に開き、第二の四方弁６は破線の矢印Ｉ
および破線の矢印Ｊの方向に開いている。まず、圧縮ａ
１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気は第一の四方弁５
を経て室内熱交換器２に冷媒人口２ａから流入し、室内
熱交換器２において室内空気に熱を伝達し暖房が行われ
る。この熱交換によって冷媒は凝縮・液化した後、第二
の四方弁６を径で膨張弁４で減圧されて低温低圧の気液
混合状態になる。そして、第一の四方弁５を経て室外熱
交換器８に冷媒人口８ａから流入し。

室外熱交換器８において室外空気から集熱して低温低圧
の蒸気となり、第二の四方弁６を経て圧縮機１に吸入さ
れ、再得圧縮されるサイクルを繰返す。

上記に示すように、冷房運転、暖房運転いずれにおいて
も、室内熱交換器２では冷媒は冷媒人口２ａから冷媒出
口２ｂの方向に流れ、室内空気と向流方式の熱交換を行
う。また、室外熱交換器８では冷媒人口８ａから冷媒出
口３ｂの方向に流れ室外空気と向流方式の熱交換を行う
■ なお、冷暖房装置の冷媒−空気熱交換器は、−般にフィ
ンチューブ式熱交換器が使用され、１列の熱交換器では
、冷媒と空気は直交流となり、向流または並流とはなり
得ない。フィンチューブ式熱交換器が２列以上の場合、
空気流に対して、冷媒の入口が最も風下の列にあって、
冷媒が風下の列から順次風上の列に流れるように配管さ
れた場合が自流となる。逆の場合が並流である。接際に
は各列の中では、冷媒と空気は直交流となるので厳密に
は直交流と！向流の混合ということになるがここではこ
れを向流と称することとする。このためフィンチューブ
式熱交換器では列数が大きい方が向流の効果が大きいこ
とになる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、非共沸混合冷媒では、蒸
発器（冷房時の室内熱交換器、暖房時の室外熱交換器）
は、熱交換するにつれて冷媒の温度が上昇する。一方、
凝縮器（冷房時の室外熱交換器、暖房時の室内熱交換器
）は熱交換するにつれて冷媒の温度が低下する。本発明
による冷暖房装置では、冷媒と空気間で向流方式の熱交
換を行うので、室内熱交換器りるいは室外熱交換器にお
叶る熱交換損失を減少することができる。

また、蒸発器におはる熱交換損失の低下によって圧縮機
に吸入される冷媒温度が上昇し吸入圧力が高くなる。こ
れによって、冷媒の密度が大きくなり圧縮機の冷媒質蝋
流量が増加し、能力の向上が図れる。

また、凝縮器における熱交換損失の低下によって圧縮機
から吐出される冷媒温度が低下し吐出圧力が低くなるが
、上記の吸入圧力の増大と吐出圧力の低下によって、圧
縮機の圧縮比が減少し、成績係数を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷暖房装置のシステム
図である。第２図は従来の冷暖房装置のシステム図であ
る。 １：圧縮機、２：室内熱交換器、３：室外熱交換器、４
：膨張弁、５：第一の四方弁、６：第二の四方弁、１１
：圧縮機、１２：電磁四方弁、１ａ二室外熱交換器、１
４二膨張弁、１５：室内熱交換器、Ｘ：冷媒回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器および膨張弁
   を有し非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路が設けられ、
   該冷媒回路は、前記圧縮機の吐出口が第一の四方弁を介
   して前記室内交換器の入口と前記室外熱交換器の入口に
   接続され、前記圧縮機の吸入口が第二の四方弁を介して
   前記室内熱交換器の出口と前記室外熱交換器の出口に接
   続されており、前記膨張弁の出口が前記第一の四方弁を
   介して前記室内熱交換器の入口と前記室外熱交換器の入
   口に接続され、前記膨張弁の入口が前記第二の四方弁を
   介して前記室内熱交換器の出口と、前記室外熱交換器の
   出口に接続されてなることを特徴とする冷暖房装置。