JPH04332350A - 空気調和機及びその運転方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機等に使用さ
れるヒートポンプサイクルに係り、快適性及び省エネル
ギを図るために異なる温度レベルに制御できる複数の利
用側熱交換器を設けた空気調和機とその運転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルを用いた空気調和機として
、冷房運転及び暖房運転が可能で年間を通じて空調機と
して使用できるヒートポンプ式のものがある。又これま
で冷凍サイクルは空調や給湯に使用されているが、これ
らの利用側熱交換器の適切な温度レベルは空調方式（気
流方式、輻射方式等）や利用形態によって異なる。

【０００３】ここで、異なる温度レベルを作る冷凍サイ
クルには種々の方式があるが、その内の一つに二元冷凍
サイクルがある。

【０００４】二元冷凍サイクルは、基本的には、低温側
と高温側の二つの独立した冷凍サイクルを低温側サイク
ルの冷媒凝縮部と高温側サイクルの冷媒蒸発部とが熱交
換する構成のカスケード熱交換器を介して結合したサイ
クル構成を持ち、これまで主に超低温を効率良く作る方
式として開発されてきている。しかし最近では、空調や
給湯にも利用することが考えられており、特開平２−２
９５５４３号公報に記載された例が知られている。

【０００５】この公報中の第１４図の実施例では、独立
した低温側の冷暖房サイクルと高温側の給湯サイクルを
間接式熱交換器で連結し、また冷暖房サイクルの圧縮機
から吐出された作動媒体の一部を冷暖房サイクルから分
岐させると共に、その凝縮熱によって給湯サイクルの圧
縮前の作動媒体及びこの給湯サイクルによって加熱され
る給湯用水を予熱するようなサイクル構成にしている。 この結果冷暖房サイクルによって空調が行われ、また給
湯用水は冷暖房サイクルによって予熱された後給湯サイ
クルによって十分高い給湯温度まで加熱される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近の空気調
和機では、快適性の向上に対する要求が非常に強くなっ
ているが、これは省エネルギと両立する形で満足させる
必要がある。しかし上記した従来の二元冷凍サイクルは
、主に十分高い給湯温度を得ることを目的としたもので
あり、空調における快適性と省エネルギの両立について
は特に考慮されていない。

【０００７】空調方式には、前述のように、気流方式、
輻射方式等の種々の方式があり、さらに各空調方式に適
した温度レベルがある。従って、異なる温度レベルを持
つ複数の空調方式を適当に組み合わせることにより、快
適性と省エネルギを同時に実現させることが可能になる
。

【０００８】本発明の課題は、異なる温度レベルを持つ
複数の空調方式を組み合わせて、暖房運転、冷房運転及
び除湿運転等において快適性を向上させるとともにエネ
ルギ消費を低減するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る空気調和機は、第一圧縮機、室内側に
設ける第一利用側熱交換器、第一絞り装置、第一結合熱
交換部等を順次接続した第一冷凍サイクルと、第二圧縮
機、第二結合熱交換部、第二絞り装置、室内側に設ける
第二利用側熱交換器、第三絞り装置、室外側熱交換器等
を順次接続した第二冷凍サイクルのそれぞれ独立した二
つの冷凍サイクルを、第一結合熱交換部と第二結合熱交
換部が互いに熱交換するカスケード熱交換器を介して結
合したサイクル構成にしたものである。

【００１０】さらに本二元冷凍サイクルにおいて、冷媒
側と水やブライン等の第二媒体とで熱交換する中間熱交
換器を第二絞り装置と第三絞り装置を結ぶ冷媒配管に介
装し、該中間熱交換器を介して単数または複数の第二利
用側熱交換器を第二冷凍サイクルに結合すると共に、こ
の第二利用側熱交換器に前記第二媒体を循環させるよう
なサイクル構成にしたものである。

【００１１】また上記目的を達成するために、本発明に
係る二元冷凍サイクルでは、前記と同様な構成の第一冷
凍サイクルと、第二圧縮機、第二結合熱交換部、第二絞
り装置、室外側熱交換器等を順次接続した第二冷凍サイ
クルのそれぞれ独立した二つの冷凍サイクルを、前記第
一結合熱交換部、前記第二結合熱交換部及び水やブライ
ン等の第二媒体が互いに熱交換するような構成のカスケ
ード熱交換器を介して結合すると共に、この第二媒体を
循環させるようにした単数または複数の第二利用側熱交
換器を前記カスケード熱交換器に接続したサイクル構成
にしたものである。

【００１２】

【作用】以上述べた二つの利用側熱交換器を設けた二元
冷凍サイクルにおいて、第一冷凍サイクル及び第二冷凍
サイクルを運転することにより、第一利用側熱交換器、
第二利用側熱交換器のそれぞれを、快適性及び省エネル
ギの点から、採用する空調方式に適した（異なる）温度
レベルに制御する。

【００１３】第二冷凍サイクルに設けられた第二利用側
熱交換器の前後に配置された絞り装置は、一方の絞り装
置を全開し、他方を絞り装置として動作させることによ
り、該第二利用側熱交換器を絞り装置の上流側にするか
下流側にするかの選択を可能にしている。第二利用側熱
交換器を絞り装置の上流側にした場合、該第二利用側熱
交換器を放熱器として動作させることができ、第二利用
側熱交換器を絞り装置の下流側にした場合、該第二利用
側熱交換器を吸熱器として動作させることができる。

【００１４】ここで例えば第一利用側熱交換器を気流空
調ユニット、第二利用側熱交換器を輻射空調ユニットと
して使用する場合を考える。

【００１５】まず暖房運転時には、第二冷凍サイクルを
、第二結合熱交換部及び第二利用側熱交換器が低温側の
放熱器、室外側熱交換器が低温側の吸熱器となるように
運転し、第一冷凍サイクルを、第一結合熱交換部が高温
側の吸熱器、第一利用側熱交換器が高温側の放熱器とな
るように運転することにより、輻射空調ユニットに比べ
て気流空調ユニットのほうの温度を高くする。

【００１６】また冷房運転時には、第一冷凍サイクルを
、第一結合熱交換部が低温側の放熱器、第一利用側熱交
換器が低温側の吸熱器となるように運転し、第二冷凍サ
イクルを、室外側熱交換器が高温側の放熱器、第二利用
側熱交換器が高温側の吸熱器あるいは放熱器、第二結合
熱交換部が高温側の吸熱器となるように運転することに
より、輻射空調ユニットに比べて気流空調ユニットのほ
うの温度を低くする。さらに除湿運転時には、第一冷凍
サイクルを、第一結合熱交換部が低温側の放熱器、第一
利用側熱交換器が低温側の吸熱器となるように運転し、
第二冷凍サイクルを、室外側熱交換器が高温側の放熱器
、第二利用側熱交換器が高温側の放熱器、第二結合熱交
換部が高温側の吸熱器となるように運転すると共に、気
流空調ユニットの風量を減らすことにより、気流空調ユ
ニットで湿気をとり輻射空調ユニットで気温低下を防止
する。

【００１７】第二絞り装置と第三絞り装置を結ぶ冷媒配
管に介装された中間熱交換器を介して第二冷凍サイクル
に接続された第二利用側熱交換器は、第二絞り装置と第
三絞り装置を結ぶ冷媒配管に直接介装された第二利用側
熱交換器と同様の放熱もしくは吸熱動作をするが、熱媒
体として第二冷凍サイクルに充填されている冷媒を用い
なくてもよい。

【００１８】第一冷凍サイクルと第二冷凍サイクルを結
合するカスケード熱交換器を、第一結合熱交換部と第二
結合熱交換部が熱交換するとともに、第一結合熱交換部
及び第二結合熱交換部が第二媒体と熱交換するように構
成すると、該第二媒体を第一結合熱交換部の温度と第二
結合熱交換部の温度の中間の温度として取り出すことが
でき、第二媒体が循環される第二利用側熱交換器は、第
一利用側熱交換器よりも低い放熱温度もしくは高い吸熱
温度で動作する。

【００１９】以上の結果、本二元冷凍サイクル構成及び
本運転方法により、快適性及び省エネルギを同時に達成
することが可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。

【００２１】図１〜図４は本発明による第１の実施例を
示す図であり、このうち図１は室内側に二つの利用側熱
交換器を設けた、冷房運転、暖房運転及び除湿運転等を
行うことが出来る二元冷凍サイクルの構成図、図２は、
図１のサイクル構成における暖房運転時のモリエル線図
、図３は冷房運転時のモリエル線図、図４は除湿運転時
のモリエル線図である。

【００２２】図１において、第一圧縮機１と、該第一圧
縮機１の吐出側に接続されて冷房と暖房等の運転状態を
切り換える第一四方弁２と、該第一四方弁２に一端を接
続され室内側に配置された第一利用側熱交換器３と、該
第一利用側熱交換器３の他端に接続された第一絞り装置
４と、該第一絞り装置４に一端を接続され他端を前記第
一四方弁２に接続された第一結合熱交換部５と、前記圧
縮機の吸入側と前記第一四方弁２を結ぶ冷媒配管に介装
され圧縮機への液戻りを防止する第一アキュムレータ６
とは順次冷媒配管によって接続されて第一冷凍サイクル
を形成している。また第二圧縮機７と、該第二圧縮機７
の吐出側に接続された第二四方弁８と、該第二四方弁８
に一端を接続された第二結合熱交換部９と、該第二結合
熱交換部９の他端に接続され全開及び両方向流れの絞り
制御が可能な多機能の第二絞り装置１０と、該第二絞り
装置１０に一端を接続され室内側に配置された第二利用
側熱交換器１１と、該第二利用側熱交換器１１の他端に
接続され全開及び両方向流れの絞り制御が可能な多機能
の第三絞り装置１２と、該第三絞り装置１２に一端を接
続され他端を前記第二四方弁８に接続された室外側熱交
換器１３と、前記第二圧縮機７の吸入側と前記第二四方
弁８を結ぶ冷媒配管に介装された第二アキュムレータ１
４とは、順次冷媒配管によって接続されて第二冷凍サイ
クルを形成しいる。さらに第一結合熱交換部５と第二結
合熱交換部９とが互いに熱交換可能に結合されてカスケ
ード熱交換機１５を形成し、これら全体で本発明の二元
冷凍サイクルを構成している。前記第一四方弁２は、第
一圧縮機１の吐出側と第一結合熱交換部５を連通すると
同時に第一利用側熱交換器とアキュムレータ６を連通す
るか、第一圧縮機１の吐出側と第一利用側熱交換器を連
通すると同時に第一結合熱交換部５とアキュムレータ６
を連通するように切換可能になっている。同様に、前記
第二四方弁８は、第二圧縮機７の吐出側と室外側熱交換
器１３を連通すると同時に第二結合熱交換部９とアキュ
ムレータ１４を連通するか、第二圧縮機７の吐出側と第
二結合熱交換部９を連通すると同時に室外側熱交換器１
３とアキュムレータ１４を連通するように切換可能にな
っている。

【００２３】以上のサイクル構成により、四方弁２、８
の切り換え及び絞り装置４、１０、１２の絞り制御によ
り、各熱交換器の温度レベルを適当に切り換えて、暖房
、冷房、除室等の各運転を行うことができる。以下、図
２から図４の各モリエル線図を参照しながら各運転状態
を説明する。

【００２４】まず暖房運転時には、図１及び図２におい
て、第二冷凍サイクルでは、第二絞り装置１０を全開、
第三絞り装置を適当に絞った状態にする。Ａ２点の冷媒
は、第二圧縮機７で圧縮されてＢ２点の高温高圧ガスに
なり、Ｂ２点の高温高圧ガスは第二四方弁８を通過しつ
つ冷却されてＣ２点に移行する。Ｃ２点の高温高圧ガス
は第二結合熱交換部９で過熱域から飽和域にわたって放
熱・凝縮してＤ２点に移行し、さらに第二利用側熱交換
器１１に入ってＤ２点からＥ２点のように飽和域から過
冷却域にかけて放熱する。次に第三絞り装置１２に入り
、Ｅ２点から減圧・膨張してＦ２点に移った後、室外側
熱交換器１３に入りＦ２点からＧ２点のように吸熱・蒸
発し、さらに第二四方弁８、第一アキュムレータ１４を
通ってＡ２点の過熱状態になって第二圧縮器７に吸い込
まれる。又第一冷凍サイクルでは、第一絞り装置４が適
当に絞られ、冷媒は、第一圧縮機１でＡ１点からＢ１点
のように高温高圧ガスに圧縮された後、第一四方弁２で
Ｂ１点からＣ１点、第一利用側熱交換器３でＣ１点から
Ｅ１点のように過熱域から飽和域、過冷却域にわたって
放熱・凝縮する。次に第一絞り装置４に入りＥ１点から
Ｆ１点のように減圧・膨張した後、第一結合熱交換部５
に入ってＦ１点からＧ１点のように吸熱・蒸発し、さら
に第一四方弁２、第一アキュムレータ６を通ってＡ１点
の過熱状態になって第一圧縮器１に吸い込まれる。また
この場合、カスケード熱交換器１５では第二結合熱交換
部９で放熱された熱量が第一結合熱交換部５で吸熱され
る。

【００２５】以上より、蒸発器となる第二冷凍サイクル
の室外側熱交換器１３で吸熱された熱量は、二分され、
一方は低温側凝縮器となる第二利用側熱交換器１１で室
内に放熱され、他方は結合熱交換器１５を介して第一冷
凍サイクルに入りここでさらに高温にされて第一利用側
熱交換器３から室内に放熱されることになり、第一利用
側熱交換器３を高温側の暖房源、第二利用側熱交換器１
１を低温側の暖房源として利用することが可能になる。

【００２６】ところで代表的な暖房方式としては温風暖
房と輻射暖房があり、さらに輻射暖房の代表例として床
暖房がある。温風暖房で快適な温度レベルは約４０゜Ｃ
以上の吹き出し温度、床暖房で快適な温度レベルは約２
０〜３０゜Ｃの床面温度であり、それぞれ異なった温度
レベルとなる。又温風暖房は通常の暖房時以外で例えば
寒い室外から帰って急速に暖房したいような場合にも有
効であり、床暖房は頭寒足熱のような快適な暖房状態を
つくるのに有効である。

【００２７】従って本実施例では、図１のサイクル構成
と上述の運転方法により、第一利用側熱交換器３を温風
暖房方式、第二利用側熱交換器１１を床暖房方式として
使用し、さらには両者を組み合わせて使用することによ
り、快適牲を向上できる空気調和機を実現することがで
きる。

【００２８】次に、本実施例の二元冷凍サイクルにおけ
る暖房運転でのサイクルのエネルギ効率を表す　暖房動
作係数＝（暖房能力）／（圧縮機入力）を、１台の圧縮
機で室外側熱交換器１３の蒸発圧力から第一利用側熱交
換機３の凝縮圧力まで圧縮し、図２中の破線で示したモ
リエル線図（Ａ’点→Ｂ’点→Ｅ’点→Ｆ’点→Ａ’点
と変化）を描く基本的な一元冷凍サイクルの場合（サイ
クル構成の図示は省略）と比較する。

【００２９】両者の暖房能力を等しいとすると、本実施
例の二元冷凍サイクルの暖房能力Ｑｈは、第一利用側熱
交換器３の暖房能力Ｑｈ１と第二利用側熱交換器１１の
暖房能力Ｑｈ２との和であり、図２において、Ｑｈ１の
ために第一圧縮機１及び第二圧縮機７でＡ２点からＢ１
点まで圧縮し、Ｑｈ２のために第二圧縮機７がＡ２点か
らＢ２点まで圧縮する。これに対して基本的な一元冷凍
サイクルでは、暖房能力Ｑｈ’＝Ｑｈ＝Ｑｈ１＋Ｑｈ２
　におけるＱｈ１及びＱｈ２の両方に対して１台の圧縮
機がＡ’点からＢ’点まで圧縮する必要がある等により
、一般的には、Ｑｈ２に対してＡ２点からＢ２点まで圧
縮すればよかった上記二元冷凍サイクルに比べて、圧縮
機入力が多くなる。

【００３０】この結果、本実施例は、基本的な一元冷凍
サイクルに比べて、圧縮機入力を低減でき、さらには暖
房動作係数を向上することができる。この効果は、一般
的に室外側熱交換器１３の蒸発圧力に対する第一利用側
熱交換機３の凝縮圧力の圧力比が大きくなるほど増大す
る。また又本実施例の二元冷凍サイクルでは、高温・高
圧サイクル側のＢ１点で表される第一圧縮機１の吐出冷
媒温度は一元冷凍サイクルにおけるＢ’点で表される圧
縮機の吐出冷媒温度に比べて低くなり、冷媒や冷凍機油
の劣化防止さらには圧縮機の信頼牲向上を図ることがで
きる。

【００３１】なお以上の説明において輻射暖房として床
暖房を考えたが、これに限らず、輻射面として壁、天井
、パネル等種々の面を考えることができ、床の場合と同
様に、それぞれに適した温度レベルに設定することによ
り快適性や省エネルギを実現することが可能になる。

【００３２】従って以上述べたように、図１及び図２の
実施例においては、異なる複数の空調方式をそれぞれに
適した温度レベルに制御して複合使用することにより、
暖房運転時に快適性の向上及びと省エネルギを同時に実
現することが可能になる。

【００３３】次に冷房運転時には、図１及び図３におい
て、第一冷凍サイクルでは、第一絞り装置４が適当に絞
られる。冷媒は、第一圧縮機１でＨ１点からＩ１点のよ
うに高温高圧ガスに圧縮された後、第一四方弁２でＩ１
点からＪ１点、第一結合熱交換部５でＪ１点からＫ１点
のように過熱域から飽和域、過冷却域にわたって放熱・
凝縮する。次に第一絞り装置４に入りＫ１からＬ１点の
ように減圧・膨張した後、第一利用側熱交換器３に入っ
てＬ１点からＮ１点のように吸熱・蒸発し、さらに第一
四方弁２、第一アキュムレータ６を通ってＨ１点の過熱
状態になって第一圧縮機１に吸い込まれる。又第二冷凍
サイクルでは、第三絞り装置１２が適当に絞られ、第二
絞り装置１０が全開される。冷媒は、第二圧縮機７でＨ
２点からＩ２点のように高温高圧ガスに圧縮された後、
第二四方弁８でＩ２点からＪ２点、室外側熱交換器１３
でＪ２点からＫ２点のように過熱域から凝縮域、過冷却
域にわたって放熱・凝縮する。次に第三絞り装置１２に
入りＫ２点からＬ２点のように減圧・膨張した後、第二
利用側熱交換器１１に入りＬ２点からＭ２点まで吸熱・
蒸発し、さらに第二結合熱交換部９に入りＭ２点からＮ
２点まで吸熱・蒸発し、このあと第二四方弁８、第二ア
キュムレータ１４を通ってＨ２点の過熱状態になって第
二圧縮機７に吸い込まれる。この結果、第一冷凍サイク
ルにおける第一利用側熱交換器３での吸熱量は、カスケ
ード熱交換器１５において第一結合熱交換部５から放熱
されたあと第二結合熱交換部９で吸熱されて第二冷凍サ
イクル内に入り、さらに第二利用側熱交換器１１での吸
熱量と一緒になって室外側熱交換器１３から外気中へ放
熱される。

【００３４】以上より、本実施例においては、第一冷凍
サイクルでの第一利用側熱交換器３が低温側の蒸発器、
第二冷凍サイクルでの第二利用側熱交換器１１が高温側
の蒸発器となり、第一利用側熱交換器３を低温側の冷房
源、第二利用側熱交換器１１を高温側の冷房源として利
用することが可能になる。

【００３５】ところで代表的な冷房方式としては冷風冷
房及び天井冷却・壁面冷却・輻射パネル等の輻射冷房が
あるが、それらの適切な冷媒の蒸発温度レベルは、それ
ぞれ５〜１５℃位の間、１５〜３０℃位の間であり、異
なっている。又輻射冷房では、水処理の点から冷却面に
結露しないようにする必要がある。

【００３６】したがって、図１において、第一利用側熱
交換器３を冷風方式の低温側蒸発器、第二利用側熱交換
器１１を輻射方式の高温側蒸発器として利用することに
より、上記の各方式に適した温度レベルを実現すること
が出来る。又冷風方式の第一利用側熱交換器３で除湿し
て冷房区画の空気中の湿度を下げることができ、さらに
第二利用側熱交換器１１の温度は第一利用側熱交換器３
の温度より高いため、輻射方式の第二利用側熱交換器表
面への結露を防止することが出来る。

【００３７】以上より図１及び図３の実施例では、冷房
運転においても冷風と輻射冷却の組合せにより不快な冷
風を体に当てずに冷房・除湿を行って快適な冷房状態を
作ることができる。またさらには暑い室外から帰って急
速に涼みたい場合等では冷風を体に当てて涼むことがで
きることから、通常時及び過渡時を含めて快適冷房を実
現できる空気調和機とすることができる。

【００３８】次に本実施例における冷房運転でのサイク
ルのエネルギ効率を表わす　冷房動作係数＝（冷房能力
）／（圧縮機入力）を、暖房運転の場合と同様に、１台
の圧縮機で第一利用側熱交換器３の蒸発圧力から室外側
熱交換器１３の凝縮圧力まで圧縮し、図３中の破線で示
したモリエル線図（Ｈ’点→Ｉ’点→Ｋ’点→Ｌ’点→
Ｈ’点と変化）を描く基本的な一元冷凍サイクルの場合
（サイクル構成の図示は省略）と比較する。

【００３９】両者の冷房能力を等しいとすると、本実施
例の二元冷凍サイクルの冷房能力Ｑｃは、第一利用側熱
交換器３での冷房能力Ｑｃ１と第二利用側熱交換器１１
での冷房能力Ｑｃ２との和であり、また図３において、
Ｑｃ１のために第一圧縮機１及び第二圧縮機７がＨ１点
からＩ２点まで圧縮し、Ｑｃ２のために第二圧縮機７が
Ｈ２点からＩ２点まで圧縮する。これに対して基本的な
一元冷凍サイクルでは、冷房能力　Ｑｃ’＝Ｑｃ＝Ｑｃ
１＋Ｑｃ２におけるＱｃ１及びＱｃ２の両方に対して１
台の圧縮機がＨ’点からＩ’点まで圧縮する必要がある
等により、一般には、Ｑｃ２に対してＨ２点からＩ２点
まで圧縮すれば良かった本発明の上記二元冷凍サイクル
に比べて、圧縮機入力が多くなる。

【００４０】この結果、本実施例は、冷房運転において
も、基本的な一元冷凍サイクルに比べて、圧縮機入力を
低減でき、さらには冷房動作係数を向上することができ
る。この効果は、一般的に第一利用側熱交換器３の蒸発
圧力に対する室外側熱交換器１３の凝縮圧力の圧力比が
大きくなるほど増大する。また本二元冷凍サイクルにお
いては、高温・高圧サイクル側のＩ２点で表わされる第
二圧縮機７の吐出冷媒温度は、一元冷凍サイクルにおけ
るＩ’点で表わされる圧縮機の吐出冷媒温度より低くな
り、冷媒や冷凍機油の劣化防止さらには圧縮機の信頼性
向上を図ることができる。

【００４１】また冷房運転において、第一冷凍サイクル
は上記と同様に運転し、第二冷凍サイクルは、第二絞り
装置１０及び第三絞り装置１２をそれぞれ適当に絞って
運転することにより、第二利用側熱交換器１１の蒸発温
度を必要に応じてきめこまかく制御することができる。

【００４２】さらにまた冷房運転において、第一冷凍サ
イクルは上記と同様に運転し、第二冷凍サイクルは、第
三絞り装置１２を全開あるいは多少絞り、第二絞り装置
１０を適当に絞って、室外側熱交換器１３及び第二利用
側熱交換器１１が凝縮器から過冷却器、第一結合熱交換
部９が蒸発器となるようにしてもよい。すなわち図３の
モリエル線図の第二冷凍サイクルにおいて、冷媒は、室
外熱交換器１３でＪ２点からＫ２点まで冷却されたあと
、第三絞り装置１２を全開にした場合には第二利用側熱
交換器１１に入ってＫ２点からＯ２点まで冷却されて十
分過冷却された状態になり、第三絞り装置１２を多少絞
った場合にはここでＫ２点からＫ３点まで減圧・膨張し
たあと第二利用側熱交換器１１に入ってＫ３点からＯ３
点まで冷却される。またこの時、第二利用側熱交換器１
１は、前者では過冷却域が長くなることから、後者では
多少減圧されることから、第二利用側熱交換器１１の温
度は、室外熱交換器１３より低くなる。次に第二絞り装
置でＯ２点からＰ２点あるいはＯ３点からＰ２点まで減
圧・膨張された後、第二結合熱交換部９に入りＰ２点か
らＮ２点まで吸熱・蒸発する。この結果、本絞り制御方
法は、第二冷凍サイクルにおいて、凝縮器を十分大きく
して放熱性能を大きく向上させたことに相当し、前述の
第三絞り装置１２を適当に絞り、第二絞り装置１０を全
開とした絞り制御方法の場合に比べて、凝縮圧力の低下
（図３のモリエル線図では、便宜上、同一の凝縮圧力及
び蒸発圧力としてある）あるいは冷媒循環量の減少等を
図ることができ、圧縮機入力を低減して冷房動作係数の
向上ひいては省エネルギを達成することが可能となる。

【００４３】この第二利用側熱交換器１１も放熱器とす
る絞り制御方法は、例えば第二利用側熱交換器１１を床
面に組み込んで使用する場合等では、冷房快適性の向上
にも効果がある。

【００４４】すなわち冷房状態において、立っている人
や椅子に座っている人にとっての適切な床面温度は、１
９〜２８℃位であるが、座ったり寝転んだ場合の適切な
適切な温度はさらに高くなる。こうした温度は、第三絞
り装置１２を絞って第二利用側熱交換器１１を吸熱器あ
るいは放熱器としたり、第三絞り装置１２を全開にして
第二利用側熱交換器１１を放熱器とする絞り制御方法を
適当に使いわけることによって実現できる。また第二利
用側熱交換器１１を放熱器とした場合、その温度は前述
のように室外熱交換器１３より低く、しかも熱は室内と
床下に放熱される（各放熱割合は床の構造によって調整
できる）。

【００４５】さらに気流空調だけの場合には、一般に冷
気が下方に移動して床付近が冷えすぎるという問題があ
る。これに対し、吸熱器とした第一利用側熱交換器３を
室内上方に取り付けて冷風ユニットとして使用し、放熱
器とした第二利用側熱交換器１１を床暖房ユニットとし
て使うことにより、床付近の冷えすぎの無い快適な冷房
状態を実現でき、例えば昼寝をするときなどにも床面を
快適な（温度）状態にできる。

【００４６】従って、以上述べた図１及び図３の実施例
においては、異なる複数の空調方式をそれぞれに適した
温度レベルに制御して複合使用することにより、冷房運
転の場合にも快適性の向上及び省エネルギを図ることが
できる。

【００４７】次に除湿運転の場合には、第一冷凍サイク
ル及び第二冷凍サイクルとも冷媒の流れ方向を冷房運転
と同じにし、さらに第一冷凍サイクルにおいて第一絞り
装置４を十分に絞り、第二冷凍サイクルにおいて第三絞
り装置１２を全開あるいは多少絞り、第二絞り装置１０
を十分に絞ることにより、第一利用側熱交換器３を除湿
するのに十分低温の吸熱器、第二利用側熱交換器１１を
放熱器として作用させる。また第一利用側熱交換器３は
、一般に気流ユニットとしてその風量を大幅に少なくす
る。

【００４８】この場合のモリエル線図は、（温度レベル
は異なるが、前記冷房運転で第三絞り装置１２を全開あ
るいは多少絞って第二利用側熱交換器１１を放熱器とし
た場合と同様で）図４のようになる。すなわち、第一冷
凍サイクルでは、冷媒は、圧縮機でＳ１点からＴ１点、
第一四方弁２でＴ１点からＵ１点、第一結合熱交換部５
でＵ１点からＷ１点、第一絞り装置４でＷ１点から十分
絞られたＸ１点まで変化した後、第一利用側熱交換器３
において十分低温状態でＸ１点からＹ１点まで吸熱して
室内の除湿（及び冷房）を行い、さらに第一四方弁２及
びアキュムレータ６を通ってでＹ１点からＳ１点と変化
した後、再び第一圧縮機１に吸い込まれる。また第二冷
凍サイクルでは、冷媒は、第二圧縮機７でＳ２点からＴ
２点、第二四方弁８でＴ２点からＵ２点、室外側熱交換
器１３でＵ２点からＶ２点と変化し、次に、第三絞り装
置１２を全開とした場合には、第二利用側熱交換器１１
でＶ２点からＷ２点まで放熱して室内を加熱したあと第
二絞り装置１０でＷ２点からＸ２点と変化し、第三絞り
装置１２を多少絞った場合には、ここでＶ２点からＶ３
点まで絞られたあと第二利用側熱交換器１１でＶ３点か
らＷ３点まで放熱して室内を加熱しさらに第二絞り装置
１０でＷ３点からＸ２点まで絞られる。この後、両者の
場合とも第二結合熱交換部９でＸ２点からＹ２点、第二
四方弁８及びアキュムレータ１４でＸ２点からＳ２点ま
で変化した後、再び第二圧縮機７に吸い込まれる。

【００４９】以上の結果、第一利用側熱交換器３により
十分な除湿を行うと同時に冷えすぎを第二利用側熱交換
器１１で温めることにより、冷えすぎの無い快適な除湿
運転を行うことができる。

【００５０】特別な運転方法として、第一利用側熱交換
器３を暖房に用い、第二利用側熱交換器１１を冷房に用
いる方法がある。この場合、第一四方弁４は第一圧縮機
１の吐出側と第一利用側熱交換器３を連通するとともに
、アキュムレータ６と第一結合熱交換部５を連通するよ
うに操作され、第一絞り装置４は適当に絞られる。この
状態で、第一圧縮機が吐出する高温の冷媒蒸気は第一利
用側熱交換器３で熱を放出して凝縮液化し、第二絞り装
置４を通過しつつ膨張したのち、第一結合熱交換部５で
吸熱・蒸発し、冷媒蒸気となって第一圧縮機に吸い込ま
れる。一方、第二四方弁８は第二圧縮機７の吐出側と第
二結合熱交換部９を連通するとともに、アキュムレータ
１４と室外側熱交換器１３を連通するように操作され、
第二絞り装置１０は適当に絞られ、第三絞り装置１２は
全開される。この状態で第二圧縮機７が吐出する高温の
冷媒蒸気は第二結合熱交換部９で放熱して凝縮液化し、
第二絞り装置１０を通過しつつ膨張したのち、第二利用
側熱交換器１１で吸熱・蒸発し、室外側熱交換器１３を
通過してさらに吸熱したうえで第二圧縮機７に吸い込ま
れる。このような運転方法は、例えばコンピュータ室の
ように、年間を通じて冷房運転を行う区画と、季節に応
じて冷暖房を切り替える区画とを組み合わせて空調を行
う場合に効果的である。

【００５１】図５は本発明の第２の実施例であって、こ
のような運転方法をとる場合を考慮した装置構成の例を
示し、第二利用側熱交換器１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１
１Ｄの一端はそれぞれ止め弁３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，
３１Ｄを介して第二絞り装置１０に接続され、他端は第
三絞り装置１２に接続されている。このような構成とす
ることにより、冷房すべき第二利用側熱交換器に接続さ
れた止め弁を開いて冷媒を供給し、余分の液冷媒は、調
整弁３１Ｅを経て室外側熱交換器１３に送りこんで蒸発
させることができる。

【００５２】次に、図６は本発明に係る第３の実施例で
ある二元冷凍サイクル構成の一部分を示す図で、図１の
実施例における一点鎖線で囲まれた部分を変更した例で
あり、ほかの部分は図１と同一である。図６においては
、第２絞り装置１０と第３絞り装置１２の間の冷媒配管
に形成された冷媒側熱交換部１７と、該冷媒側熱交換部
１７と組み合わされて熱交換する水やブライン等の第二
媒体側熱交換部１８とが中間熱交換器１６を構成し、前
記第二媒体側熱交換部１８には第二媒体を循環させるた
めのポンプ１９と第二媒体を循環させて熱交換を行う構
造の室内側に設ける第二利用側熱交換器２０が接続され
ている。さらに図１と同一番号を付けたものは同一機能
のものを示す。

【００５３】以上の構成により、図６の実施例では、暖
房、冷房、除湿の各運転において、冷媒サイクル側では
、第１冷凍サイクルの第一四方弁２、第一絞り装置４、
及び第二冷凍サイクルの第二四方弁８（以上図示省略）
、第二絞り装置１０、第三絞り装置１２を図１の実施例
と同様に制御する。この結果、暖房、冷房、除湿の各運
転において、図６における第一利用側熱交換器３、第一
結合熱交換部５、第二結合熱交換部９、室外側熱交換器
１３（以上図示省略）のサイクル状態は、図１の実施例
と同様になり、さらに中間熱交換器１６の冷媒側熱交換
部１７のサイクル状態も図１の第二利用側熱交換器１１
と同様になる。こうした運転状態において、ポンプ１９
を運転して第二媒体を第二利用側熱交換器２０に循環さ
せることにより、第二利用側熱交換器２０に図１の第二
利用側熱交換器１１と同様の作用を行わせることができ
る。

【００５４】なお図６の実施例では、ポンプ１９の運転
を止めることにより、必要に応じて第一利用側熱交換器
３のみを利用した空調運転を行うことができる。

【００５５】以上の結果、図６の実施例も、暖房、冷房
、除湿等の各運転において、快適性や省エネルギの点で
図１の実施例と同等の効果を得ることができる。

【００５６】さらに図６の実施例において、中間熱交換
器１６を室外においてポンプ１９の運転を止める場合を
考える。この場合、暖房運転時に、第二絞り装置１０を
適当に絞り第三絞り装置１２を全開にすることにより、
中間熱交換器１６の冷媒側熱交換部１７を室外側蒸発器
として利用でき、外気からの吸熱性能の向上により暖房
能力の増大あるいは省エネルギを図ることができる。ま
た冷房運転時にも第二絞り装置１０を適当に絞り第三絞
り装置１２を全開にすることにより、冷媒側熱交換部１
７を室外側凝縮器として利用でき、外気への放熱性能の
向上により冷房能力の向上あるいは省エネルギを図るこ
とができる。

【００５７】さらに図７は、本発明の第４の実施例であ
る二元冷凍サイクル構成の一部分を示す図で、図６の二
点鎖線で囲まれた部分において第二利用側熱交換器を複
数にした場合の例であり、ほかの部分の構成は図６ある
いは図１と同一である。図７においては、第２絞り装置
１０と第３絞り装置１２の間の冷媒配管に形成された冷
媒側熱交換部２２と、該冷媒側熱交換部２２と組み合わ
されて熱交換を行う第二媒体側熱交換部２３、２６とが
中間熱交換器２１を構成し、前記第二媒体側熱交換部２
３、２６にそれぞれ第二媒体循環用のポンプ２４、２７
及び第二利用側熱交換器２５、２８が接続されている。 第二媒体側熱交換部２３と第二媒体循環用のポンプ２４
と第二利用側熱交換器２５は閉ループの独立した１番目
の第二利用側空調ユニットを形成し、第二媒体側熱交換
部２６と第二媒体循環用のポンプ２７と第二利用側熱交
換器２８は閉ループの独立した２番目の第二利用側空調
ユニットを形成している。

【００５８】以上の構成においては、１番目、２番目の
各第二利用側空調ユニットを、それぞれ独立して、図６
における第二媒体側熱交換部１８、ポンプ１９、第二利
用側熱交換器２０からなる一組の空調ユニットと同様に
動作させることができる。

【００５９】また図７（あるいは図６）のように、中間
熱交換器を設けてここで冷媒と第二媒体を熱交換させ、
さらに第二媒体を第二利用側熱交換器に循環させる方式
の場合には、第二利用側熱交換器２５、２８の数を増や
しても冷媒側熱交換部２２の大きさはそれほど大きくす
る必要が無いため必要冷媒量がそれ程増えない。なおこ
れまでの説明では第一利用側熱交換器３を複数にする場
合については述べなかったが、一般的に知られているマ
ルチサイクルとしたり図７や図１０（後述）に示す実施
例のように第二媒体を流す方式にすることにより第一利
用側熱交換器３も複数にすることができる。従って図７
（あるいは図６）の実施例は、第一利用側熱交換器及び
第二利用側熱交換器を含めて、複数の利用側空調ユニッ
トを設けたいわゆる多温度のマルチタイプ空気調和機を
比較的容易に構築することができる。さらに図７の実施
例でも、快適性や省エネルギの点で、図１や図６と同様
の効果が得られる。

【００６０】なお図７においては、第二利用側熱交換器
を２個設ける構成としたが、これに限らず３個以上設け
ることも可能で、この場合にも同様の効果が得られるこ
とは勿論である。

【００６１】ところでこれまでに述べた図１、図６、図
７の実施例では、第二冷凍サイクルの第二絞り装置及び
第三絞り装置として全開及び両方向流れの絞り制御が可
能な多機能膨張弁を想定して説明してきたが、これに限
らず、より構造の簡単な絞り装置を用いても同様な効果
を得ることが可能である。

【００６２】図８は、図１や図６、図７における第二冷
凍サイクルの第二絞り装置１０及び第三絞り装置１２に
対して、絞りに構造の簡単なキャピラリチューブを用い
た場合の第二絞り装置及び第三絞り装置の構成を示す図
である。この図の絞り装置は、キャピラリーチューブ２
９と二方弁３０を並列で対に接続した構成を持ち、二方
弁３０を開くと全開状態になり、二方弁３０を閉じると
キャピラリーチューブによる絞り制御を行うことができ
る。この結果、図８の絞り装置は、多機能膨張弁を用い
た場合ほど微調整の絞り制御はできないが、比較的簡単
な絞り構造及び絞り制御方法により全開及び両方向流れ
の絞り制御を行うことができ、図１や図６、図７の実施
例において快適性や省エネルギを実現することができる
。

【００６３】また図８の実施例において、キャピラリチ
ューブ２９のかわりに通常の膨張弁（図示せず）を二方
弁３０と並列で対に接続して用いることも可能である。 この場合には、キャピラリチューブを用いた場合に比べ
て、構造は多少複雑になるが微調整の絞り制御ができ、
図１や図６、図７において快適性や省エネルギを実現す
ることができる。

【００６４】なお図１（及び図６、図７）における第一
絞り装置としては、キャピラリチューブ、膨張弁、多機
能膨張弁等、適当なものを用いることが出来る。次に、
図９は、本発明に係る第５の実施例である二元冷凍サイ
クルの構成図であり、本実施例が図１にに示された実施
例と異なるのは、第三絞り装置１２と第二利用側熱交換
器を無くして第二絞り装置１０と室外側熱交換器１３を
直接接続するとともに、カスケード熱交換器１５に代え
て、水やブライン等の第二媒体４５と第一結合熱交換部
４１と第二結合熱交換部４２とが互いに熱交換するよう
な構造のカスケード熱交換器４４を設け、該カスケード
熱交換器４４の第二媒体４５を収容する区画と室内側に
設ける第二利用側熱交換器４７をポンプ４６を介して接
続し、ポンプ４６により第二媒体４５をカスケード熱交
換器４４と第二利用側熱交換器４７に循環させるような
構成にした点である。図１に示された実施例と同様の機
能のものは、同一番号を付けて説明は省略する。

【００６５】第５の実施例では、以上の構成により、暖
房運転時には、高温側となる第一冷凍サイクルを、第一
絞り装置４を適当に絞って、第一利用側熱交換器３が放
熱器、第一結合熱交換部４１が吸熱部となるようにし、
低温側となる第二冷凍サイクルを、第二絞り装置１０を
適当に絞って、第二結合熱交換部４２が放熱部、室外側
熱交換器１３が吸熱器となるようにし、図１の実施例と
同様、図２の実線で示すようなモリエル線図を描かせる
ように運転する。この結果、カスケード熱交換器４４内
の第二媒体４５の温度は、第一結合熱交換部４１の温度
（蒸発温度；低温側）と第二結合熱交換部４２の温度（
凝縮温度；高温側）の間になる。従って、この第二媒体
４５をポンプ４６により第二利用側熱交換器４７に循環
させることにより、図１の実施例と同様に、第二利用側
熱交換器４７を低温側の暖房ユニット（例えば輻射ユニ
ット）とし、さらに第一利用側熱交換器３を高温側の暖
房ユニット（例えば気流ユニット）として、両者を組み
合わせて使用することにより、快適性の向上及び省エネ
ルギを実現することができる。

【００６６】さらに図９の実施例では、暖房時に次のよ
うな運転モードも可能である。

【００６７】（１）第一冷凍サイクル停止、第二冷凍サ
イクル暖房運転、ポンプ４６運転；第２利用側熱交換器
４７のみによって暖房を行う。また第二利用側熱交換器
４７を床面に組み込んで床暖房ユニットとして使用する
場合等では、快適性や省エネルギに効果がある。

【００６８】（２）第二冷凍サイクル停止、第一冷凍サ
イクル冷房運転、ポンプ４６運転；例えば第一利用側熱
交換器３を上方に取り付ける気流ユニット、第二利用熱
交換器４７を床面に組み込む輻射ユニットとして使用し
た場合には、トータルとしては暖房能力を発揮できない
が、上方に溜った熱を気流ユニットで吸収して輻射ユニ
ットから床面付近に放出することにより、上下方向の温
度分布を改善して頭寒足熱の快適な状態を実現できる。

【００６９】（３）ポンプ４６停止、第一冷凍サイクル
及び第二冷凍サイクル暖房運転；第一利用側熱交換器３
のみを用いた暖房運転であり、室外側熱交換器１３の蒸
発圧力に対する第一利用側熱交換器３の凝縮圧力の圧力
比が大きい場合等では、省エネルギ効果がある。

【００７０】以上のように、これらの運転モードでも、
使い方によっては暖房時に快適性の向上や省エネルギを
実現できる。

【００７１】なお図９における第二絞り装置１０として
は、キャピラリチューブ、膨張弁、多機能膨張弁等、適
当なものを用いることができる。

【００７２】ところで、前記暖房運転においては主に室
外側熱交換器１３に霜が付くが、本実施例では、良好な
除霜運転を行うことができる。すなわち図９において室
外側熱交換器１３に霜が付いた時には、第二冷凍サイク
ルを冷房運転の状態に切り換えて、第二結合熱交換部４
２を蒸発器、室外側熱交換器１３を凝縮器にする。この
時、カスケード熱交換器４４内の第二媒体４５は蓄熱剤
の役目を果たすことになり、第二結合熱交換部４２でカ
スケード熱交換器４４内の第二媒体４５から吸収された
熱及び圧縮機で発生する熱が、室外側熱交換器１３に送
られてここに付いた霜をとかす。この結果、第一利用側
熱交換器３及び第二利用側熱交換器４７にそれ程影響を
与えずに室外側熱交換器１３の除霜運転を行うことがで
きる。なおこの場合、第一利用側熱交換器３あるいは第
二利用側熱交換器４７に対しては暖房運転を停止するこ
とも、行うこともできるが、後者に比べて、前者の方が
第二冷凍サイクルでの除霜性能が高い。また以上の除霜
運転において、第二冷凍サイクルの第二絞り装置１０と
して全開及び両方向流れの絞り制御が可能なものを用い
た場合には、この第二絞り装置４３は適当に絞っても良
いし、全開にしても良いが、前者の方が、第二媒体４５
からの吸熱量が多く除霜性能が高い。

【００７３】また冷房運転時には、低温側となる第一冷
凍サイクルを、第一絞り装置４を適当に絞って、第一利
用側熱交換器３が吸熱器、第一結合熱交換部４１が放熱
部となるようにし、高温側となる第二冷凍サイクルを、
第二絞り装置１０を適当に絞って、第二結合熱交換部４
２が吸熱部、室外側熱交換器１３が放熱器となるように
し、図１の実施例と同様、図３の実線で示すモリエル線
図を描かせるように運転する。この場合、カスケード熱
交換器４４内の第二媒体４５の温度は、第一結合熱交換
部４１の温度（凝縮温度；高温側）と第二結合熱交換部
の温度（蒸発温度；低温側）の間になるが、この第二媒
体４５は、第一結合熱交換部４１の放熱能力より第二結
合熱交換部４２の吸熱能力のほうが大きい場合には吸熱
能力を持ち、第一結合熱交換部４１の放熱能力のほうが
第二結合熱交換部４２の吸熱能力より大きい場合には放
熱能力を持つ。従って、この第二媒体４５をポンプ４６
により第二利用側熱交換器４７に循環させることにより
、図１の実施例と同様に、第二利用側熱交換器４７を高
温側の吸熱ユニット（例えば輻射ユニット）あるいは比
較的低温の放熱ユニット（例えば床面や床面上方の冷え
すぎ防止に利用）とし、さらに第一利用側熱交換器３を
低温側の吸熱ユニット（例えば気流ユニット）として組
み合わせて使用することにより、快適性の向上や省エネ
ルギを実現することができる。

【００７４】さらに図９の実施例では、冷房時に次のよ
うな運転モードも可能である。

【００７５】（１）第一冷凍サイクル停止、第二冷凍サ
イクル冷房運転、ポンプ４６運転；輻射ユニット等に用
いる第二利用側熱交換器４７のみによって冷房する。

【００７６】（２）第二冷凍サイクル停止、第一冷凍サ
イクル冷房運転、ポンプ４６運転；例えば第一利用側熱
交換器３を上方に設ける気流ユニット、第二利用側熱交
換器４７を床面に組み込む輻射ユニットして使用した場
合には、トータルとしては冷房能力を発揮できないが、
上方の気流ユニットで吸収した熱を床面の輻射ユニット
に運んで放熱することになり、上下方向の温度分布を改
善して頭寒足熱の快適な状態を実現できる。

【００７７】（３）ポンプ４６停止、第一冷凍サイクル
及び第二冷凍サイクル冷房運転；第二利用側熱交換器３
のみを用いた二元冷凍サイクルによる冷房運転であり、
使い方によっては省エネルギとなる。

【００７８】以上のように、これらの運転モードでも、
使い方によっては冷房時に快適性の向上や省エネルギを
実現できる。

【００７９】また除湿運転時には、冷媒サイクル側は、
低温側となる第一冷凍サイクルを、第一絞り装置４を十
分絞って、第一利用側熱交換器３が除湿するのに十分低
温の吸熱器、第一結合熱交換部４１が放熱器となるよう
にし、高温側となる第二冷凍サイクルを、第二絞り装置
１０を適当に絞って、第二結合熱交換部４２が吸熱部、
室外熱交換器１３が放熱器となるようにし、しかも第一
結合熱交換部４１の放熱量が第二結合熱交換部４２の吸
熱量より多くなるように運転する。また気流側は、気流
ユニットとして用いる第一利用側熱交換器３での風量を
大幅に減らして運転する。この結果、図１の実施例と同
様、図４の実線で示すモリエル線図を描かせるように運
転することができる。。この場合、カスケード熱交換器
４４内の第二媒体４５の温度は第一結合熱交換部４１の
温度（凝縮温度）と第二結合熱交換部４２の温度（蒸発
温度）の間になり、しかも第二媒体４５は放熱能力を持
っている。従って、この第二媒体４５をポンプ４６によ
り第二利用側熱交換器４７に循環させることにより、図
１の実施例と同様に、第二利用側熱交換器４７を放熱ユ
ニットとして使用し、さらに第一利用側熱交換器３を十
分低温の気流ユニットとして組み合わせて使用すること
により、第一利用側熱交換器３により十分な除湿を行う
と同時に冷えすぎを第二利用側熱交換器４７で温めて、
冷えすぎの無い快適な除湿運転を行うことができる。

【００８０】さらに図９の実施例では、除湿時に次のよ
うな運転モードも可能である。

【００８１】（１）第二冷凍サイクル停止、第一冷凍サ
イクル冷房運転、ポンプ４６運転；トータルとしての冷
房能力は無いが、上記除湿運転と同様に、気流ユニット
として用いる第一利用側熱交換器３により除湿して、第
二利用側熱交換器４７からの放熱により室内を加熱する
。またこの場合には潜熱除去、顕熱供給により、むしろ
室内温度を多少上昇させることができる。この結果、暖
房ぎみの除湿運転を行うことができ、使用時期によって
は快適性の向上に効果がある。

【００８２】さらに図１０は、本発明の第６の実施例で
ある二元冷凍サイクルの構成の一部分を示す図で、図９
の二点鎖線で囲まれた部分において第二利用側熱交換器
を複数にした場合の実施例の部分図であり、他の部分の
サイクル構成は図９に示す実施例と同一である。また図
１０において、カスケード熱交換器５０は、水やブライ
ン等の第二媒体５１と第一結合熱交換部４８と第二結合
熱交換部４９が互いに熱交換するように構成され、それ
ぞれ１番目、２番目の室内側に設ける第二利用側熱交換
器５３、５５は、第二媒体５１を循環するためのポンプ
５２、５４を介装する配管でカスケード熱交換器５０に
接続されている。ポンプ５２と第二利用側熱交換器５３
及びポンプ５４と第二利用側熱交換器５５の各組で、そ
れぞれ独立した１番目、２番目の第二利用側空調ユニッ
トを形成している。

【００８３】以上の構成においては、１番目、２番目の
各第二利用側空調ユニットを、それぞれ独立して図９に
おけるポンプ４６と第二利用側熱交換器４７からなる一
組の空調ユニットと同様に動作させることができる。

【００８４】また図１０（あるいは図９）のように、カ
スケード熱交換器中の第二媒体を第二利用側熱交換器に
循環させる方式にすることにより、第二利用側熱交換器
５３、５５の数を増やしても、第一結合熱交換部４８の
大きさは同等であり第二結合熱交換部４９の大きさもそ
れ程大きくする必要が無いため、必要冷媒量はそれ程増
えない。なおこれまでの説明では第一利用側熱交換器３
を複数にする場合については述べなかったが、一般的に
知られているマルチサイクルにしたり図７や図１０に示
す実施例のように第二媒体を流す方式にすることにより
、第一利用側熱交換器を複数化することが可能になる。 従って図１０（あるいは図９）の実施例は、第一利用側
熱交換器及び第二利用側熱交換器を含めて、複数の利用
側空調ユニットを設けたいわゆる多温度のマルチタイプ
空気調和機を比較的容易に構築することができる。 さらに図１０の実施例でも、快適性や省エネルギの点で
、図１や図９と同様の効果が得られることは明らかであ
る。

【００８５】さらに図１０においては、第二利用側熱交
換器を２個設ける構成としたが、これに限らず３個以上
設けることも可能で、この場合にも同様の効果が得られ
ることはいうまでもない。

【００８６】ところで、これまで述べた図１、図６、図
７、図９、図１０の実施例における説明では、第一冷凍
サイクル及び第二冷凍サイクルの冷媒の種類については
何も触れなかったが、第一冷凍サイクル及び第二冷凍サ
イクルとも例えばＲ２２等の同一冷媒を用いても良いし
、あるいは第一冷凍サイクルにはＲ１３４ａ等の高沸点
側冷媒、第二冷凍サイクルにはＲ２２等の低沸点側冷媒
と異なる冷媒を用いても良い。

【００８７】これらの両場合とも、これまでに述べたよ
うに、基本的な一元冷凍サイクルに比べて快適性の向上
や省エネルギの点で効果があるが、さらに第一、第二の
冷凍サイクルで異なる冷媒を使用した場合には、特に暖
房運転において、前者の同一冷媒を用いた場合に比べて
、第一冷凍サイクルにおける第一圧縮機１の吐出圧力す
なわち第一利用側熱交換器３の凝縮圧力を同一とした場
合に第一利用側熱交換器３の凝縮温度が高くなる。従っ
て、後者の第一冷凍サイクルに高沸点側冷媒を用い、第
二冷凍サイクルに低沸点側冷媒を用いた場合には、暖房
運転時に、第一利用側熱交換器３を十分高温にでき、例
えば第一利用側熱交換器３を気流ユニットとして使用す
る場合には十分高温の気流を吹き出すことができ、暖房
時の快適性をさらに向上することができる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
暖房運転、冷房運転、除湿運転等を行う空気調和機のヒ
ートポンプサイクルを、第一冷凍サイクル側の第一結合
熱交換部と第二冷凍サイクル側の第二結合熱交換部とで
互いに熱交換するようにしたカスケード熱交換器を介し
て第一冷凍サイクルと第二冷凍サイクルを結合し、さら
に第一冷凍サイクルを熱源サイクルとした第一利用側熱
交換器及び第二冷凍サイクルを熱源サイクルとした第二
利用側熱交換器の二つの利用側熱交換器を室内側に設け
た二元冷凍サイクル構成にすることにより、暖房、冷房
、除湿等の各運転において、二つの利用側熱交換器を、
例えば気流方式や輻射方式等の異なる空調方式に使用す
ると共に、それぞれの空調方式に適した異なる温度レベ
ルに制御することができる。この結果、季節や人の種々
の状態に応じた快適状態をより少ないエネルギで実現で
き、快適性の向上及び省エネルギを図ることができる。

【００８９】さらに第二利用側熱交換器に対して冷媒と
水やブライン等の第二媒体とで熱交換する中間熱交換器
を設け、この第二媒体を第二利用側熱交換器に循環させ
る方式や、前記カスケード熱交換器内に第二媒体を封入
してこの第二媒体を第二利用側熱交換器に循環させる方
式では、冷媒封入量をそれ程増やすことなく複数の第二
利用側熱交換器をもうけることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の要部構成を示す系統図
である。

【図２】図１の構成の二元冷凍サイクルにおける暖房運
転時のモリエル線図である。

【図３】図１の構成の二元冷凍サイクルにおける冷房運
転時のモリエル線図である。

【図４】図１の構成の二元冷凍サイクルにおける除湿運
転時のモリエル線図である。

【図５】本発明の第２の実施例の要部構成を示す系統図
である。

【図６】本発明の第３の実施例の要部構成を示す部分系
統図である。

【図７】本発明の第４の実施例の要部構成を示す部分系
統図である。

【図８】全開及び両方向流れの絞り制御が可能な絞り装
置の一実施例であり、絞り部にキャピラリチューブを用
いた場合を示す部分系統図である。

【図９】本発明の第４の実施例の要部構成を示す系統図
である。

【図１０】本発明の第６の実施例の要部構成を示す部分
系統図である。

【符号の説明】

１　　第一圧縮機 ３　　第一利用側熱交換器 ４　　第一絞り装置 ５，４１，４８　　第一結合熱交換部 ６，１４　　アキュムレータ ７　　第二圧縮器 ９，４２，４９　　第二結合熱交換部 １０，４３　　第二絞り装置 １１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ　　第二利用側
熱交換器 ２０，２５，２８，４７，５３，５５　　第二利用側熱
交換器 １２　　第三絞り装置 １３　　室外側熱交換器 １５，４４，５０　　カスケード熱交換器１６，２１　
　中間熱交換器 １７，２２　　冷媒側熱交換部 １８，２３，２６　　第二媒体側熱交換部１９，２４，
２７，４６，５２，５４　　ポンプ２９　　キャピラリ
チューブ ３０　　二方弁 ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ　　止め弁３１Ｅ　　
調整弁

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも、冷媒蒸気を圧縮する第一
   圧縮機と室内側に配置されて冷暖房を行う第一利用側熱
   交換器と該第一利用側熱交換器に接続されて冷媒の膨張
   を制御する第一絞り装置と該第一絞り装置に接続された
   第一結合熱交換部とを順次冷媒配管で接続して構成され
   る第一冷凍サイクルと、少なくとも、冷媒蒸気を圧縮す
   る第二圧縮機と前記第一結合熱交換部と組み合わされて
   カスケード熱交換器を形成する第二結合熱交換部と該第
   二結合熱交換部に接続された第二絞り装置と該第二絞り
   装置に接続された室外側熱交換器とを順次冷媒配管で接
   続して構成される第二冷凍サイクルとからなる二元冷凍
   サイクル構成を持つヒートポンプ式の空気調和機におい
   て、前記第二絞り装置と前記室外側熱交換器を結ぶ冷媒
   配管に冷媒の膨張を制御する第三絞り装置が介装され、
   該第三絞り装置と前記第二絞り装置を結ぶ冷媒配管に室
   内側に配置されて冷暖房を行う第二利用側熱交換器が介
   装されていることを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】　　少なくとも、冷媒蒸気を圧縮する第一
   圧縮機と室内側に配置されて冷暖房を行う第一利用側熱
   交換器と該第一利用側熱交換器に接続されて冷媒の膨張
   を制御する第一絞り装置と該第一絞り装置に接続された
   第一結合熱交換部とを順次冷媒配管で接続して構成され
   る第一冷凍サイクルと、少なくとも、冷媒蒸気を圧縮す
   る第二圧縮機と前記第一結合熱交換部と組み合わされて
   カスケード熱交換器を形成する第二結合熱交換部と該第
   二結合熱交換部に接続された第二絞り装置と該第二絞り
   装置に接続された室外側熱交換器とを順次冷媒配管で接
   続して構成される第二冷凍サイクルとからなる二元冷凍
   サイクル構成を持つヒートポンプ式の空気調和機におい
   て、前記第二絞り装置と前記室外側熱交換器を結ぶ冷媒
   配管に冷媒の膨張を制御する第三絞り装置を介装し、前
   記第二絞り装置と前記第三絞り装置を結ぶ冷媒配管に冷
   媒と第二媒体との熱交換を行う中間熱交換器を設けると
   共に、該中間熱交換器に室内側に配置されて冷暖房を行
   う少なくとも１個の第二利用側熱交換器を接続し、該第
   二利用側熱交換器に前記第二媒体を循環させるようにし
   たことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】　　前記第二絞り装置及び第三絞り装置は
   、全開及び両方向流れの絞り制御が可能な多機能膨張弁
   であることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載
   の空気調和機。
4. 【請求項４】　　前記第二絞り装置及び前記第三絞り装
   置が、キャピラリチューブと二方弁を並列で対になるよ
   うに接続して構成されたものであることを特徴とする請
   求項１、２のいずれかに記載の空気調和機。
5. 【請求項５】　　請求項１、２のいずれかにおいて、前
   記第二絞り装置及び前記第三絞り装置が、膨張弁と二方
   弁を並列で対になるように接続して構成されたものであ
   ることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の空
   気調和機。
6. 【請求項６】　　少なくとも、冷媒蒸気を圧縮する第一
   圧縮機と室内側に配置されて冷暖房を行う第一利用側熱
   交換器と該第一利用側熱交換器に接続されて冷媒の膨張
   を制御する第一絞り装置と該第一絞り装置に接続された
   第一結合熱交換部とを順次冷媒配管で接続して構成され
   る第一冷凍サイクルと、少なくとも、冷媒蒸気を圧縮す
   る第二圧縮機と前記第一結合熱交換部と組み合わされて
   カスケード熱交換器を形成する第二結合熱交換部と該第
   二結合熱交換部に接続された第二絞り装置と該第二絞り
   装置に接続された室外側熱交換器とを順次冷媒配管で接
   続して構成される第二冷凍サイクルとからなる二元冷凍
   サイクル構成を持つヒートポンプ式の空気調和機におい
   て、前記カスケード熱交換器が、前記第一結合熱交換部
   と前記第二結合熱交換部及び第二媒体とが互いに熱交換
   するように構成され、該カスケード熱交換器に室内側に
   配置されて冷暖房を行う少なくとも１個の第二利用側熱
   交換器が接続され、該第二利用側熱交換器は前記第二媒
   体が循環されるように構成されていることを特徴とする
   空気調和機。
7. 【請求項７】　　第一冷凍サイクルに使用されている冷
   媒は、第二冷凍サイクルに使用されている冷媒よりも高
   い沸点の冷媒であることを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載の空気調和機。
8. 【請求項８】　　前記第一利用側熱交換器が気流空調ユ
   ニット、前記第二利用側熱交換器が輻射空調ユニットで
   あることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
   空気調和機。
9. 【請求項９】　　請求項１〜６のいずれかに記載の空気
   調和機を運転する際に、前記第一利用側熱交換器及び前
   記第二利用側熱交換器を室内側に設け、暖房運転の場合
   に、第一利用側熱交換器が高温側の放熱器に、第二利用
   側熱交換器が低温側の放熱器になるように制御して運転
   することを特徴とする空気調和機の運転方法。
10. 【請求項１０】　　請求項１〜６のいずれかに記載の空
    気調和機を運転する際に、前記第一利用側熱交換器及び
    前記第二利用側熱交換器を室内側に設け、冷房運転の場
    合に、第一利用側熱交換器が低温側の吸熱器に、第二利
    用側熱交換器が高温側の吸熱器となるように制御して運
    転することを特徴とする空気調和機の運転方法。
11. 【請求項１１】　　請求項１〜６のいずれかに記載の空
    気調和機を運転する際に、前記第一利用側熱交換器及び
    前記第二利用側熱交換器を室内側に設け、冷房運転の場
    合に、第一利用側熱交換器が吸熱器に、第二利用側熱交
    換器が放熱器となるように制御して運転することを特徴
    とする空気調和機の運転方法。
12. 【請求項１２】　　請求項１〜６のいずれかに記載の空
    気調和機を運転する際に、前記第一利用側熱交換器及び
    前記第二利用側熱交換器を室内側に設け、除湿運転の場
    合に、第一利用側熱交換器が吸熱器に、第二利用側熱交
    換器が放熱器となるように制御して運転することを特徴
    とする空気調和機の運転方法。
13. 【請求項１３】　　請求項６に記載の空気調和機を運転
    する際に、前記室外側熱交換器の除霜運転の場合に、前
    記第一冷凍サイクルを、運転を停止するかあるいは冷媒
    が第一圧縮機、第一利用側熱交換器、第一絞り装置、第
    一結合熱交換部の順に流れるように運転すると共に、前
    記第二冷凍サイクルを、冷媒が第二圧縮機、室外側熱交
    換器、第二絞り装置、第二結合熱交換部の順に流れるよ
    うに運転することを特徴とする空気調和機の運転方法。
14. 【請求項１４】　　異なる空気調和方式で用いる第一及
    び第二の二系統の利用側熱交換器を備えた空気調和機の
    運転方法において、第一利用側熱交換器の熱源サイクル
    を第一冷凍サイクルとし、第二利用側熱交換器の熱源サ
    イクルを第二冷凍サイクルとし、これら二つの冷凍サイ
    クルをカスケード熱交換器を介して結合した構成の二元
    冷凍サイクルとし、該二元冷凍サイクルをそれぞれの空
    調方式に適した温度レベルに制御すると共に、これら二
    つの空調方式を複合使用することを特徴とする空気調和
    機の運転方法。