JPH07103592A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沸点の異なる混合物冷媒を使用した圧縮式冷
凍装置において、冷／暖房何れの運転でも室内熱交換器
で効率の良い熱交換を実現する。 【構成】 ４個の逆止弁４１・４２・４３・４４と２個
のキャピラリーチューブ４５・４６とからなる冷媒流方
向切換手段４を設けて、圧縮機１から吐出した高温高圧
のガス状冷媒が、四方弁２によって冷媒管Ｌ３・Ｌ４の
何れの側に先に流れるように選択されても、室内熱交換
器５には冷媒入口５１から入って、冷媒出口５２から出
るので、室内熱交換器５ではファン８が取り込む室内空
気と冷媒とが逆向きに流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮式冷凍装置に係わ
り、特に詳しくは沸点の異なる複数の物質からなる混合
冷媒を使用し、冷／暖房運転や給湯・冷凍などに供する
冷凍装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷媒の圧縮と膨張を繰り返して行うタイ
プの冷凍装置では、以前はアンモニアが、近年はフロン
が広く冷媒として使用されている。フロンは周知のよう
に燃性、爆発性、毒性がなく、また、通常の状態では金
属を腐食することもないなど、極めて使用特性に優れて
いる。

【０００３】しかし、化学的に極めて安定であるとして
広く使用されてきたフロンも、大気中に放出されると成
層圏に入り、紫外線によって分解されるまで極めて長期
間に渡って滞留し、紫外線を遮って地上の人間を含む生
物を保護しているオゾン層を破壊するとして、近年その
使用が国際的に制限されて来ている。このため、従来使
用のフロンに代替し得る無害なフロンの開発が鋭意進め
られており、一部には既にオゾン層を殆ど破壊する懸念
のないＲ−３２、−１２５、−１３４ａ、−１４３ａ、
−１５２ａなどのフロンが開発されている。

【０００４】そして、これら新規に開発されたフロンを
混合使用することにより、オゾン層破壊係数（Ｒ−１１
の成層圏オゾン層破壊能力を１として表した相対比較
値）が０．０５と僅少になったとして従来から家庭用エ
アコンやビル用エアコン、あるいは大型冷凍装置の冷媒
として汎用されてきたＲ−２２に代替し、環境問題に一
層対処しようとする技術が特開平３−１７０５８５号公
報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−１
７０５８５号公報に開示された、Ｒ−３２を６０重量％
以下、Ｒ−１２５を８５重量％以下、Ｒ−１３４ａを１
５〜８０重量％の範囲で含有する混合冷媒を、図５に示
した従来の冷／暖房切り換え可能な冷凍装置に充填して
使用すると、冷／暖房何れかの運転時に熱交換効率が大
きく低下し、装置能力を十分に発揮し得なくなると云っ
た問題点があった。

【０００６】すなわち、図５に示した構成の従来装置に
おいては、冷媒の流量を空調負荷に合わせて調整したと
しても、冷媒が沸点の異なる混合物であるから、冷媒を
室内熱交換器５で蒸発させる冷房運転の場合は、冷媒の
出口側温度が入口側温度より図６のように上昇し、冷媒
を室内熱交換器５で凝縮させる暖房運転の場合には、冷
媒の出口側温度が入口側温度より図７のように低下す
る。

【０００７】このため、冷媒と室内空気とが逆向きに流
れる冷房運転のときには、冷媒温度が上昇した冷媒出口
側では室内から取り込まれた温度の高い室内空気と熱交
換するので、この場合は何れの部位においても十分な温
度差が確保されて効率良く熱交換可能であるが、冷媒と
室内空気とが同じ方向に流れる暖房運転のときには、冷
媒温度が低下した冷媒出口側で、既に温度が上昇した室
内空気と熱交換することから、良好な熱交換ができなく
なり、十分な暖房能力が発揮できなくなると云った欠点
があり、この点の解決が課題とされていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するための具体的手段として、冷媒用圧縮機
と、四方弁・室外熱交換器・室内熱交換器・アキューム
レータなどを配管接続して形成された冷／暖房切り換え
可能な冷媒回路に、沸点の異なる複数の物質からなる混
合冷媒を充填した冷凍装置において、室内熱交換器の冷
媒入口に連通した冷媒管と、室内熱交換器の冷媒出口に
連通した冷媒管と、室外熱交換器を介して圧縮機の冷媒
吐出口または冷媒吸入口に連通可能に設けた冷媒管と、
圧縮機の冷媒吸入口または冷媒吐出口に連通可能に設け
た冷媒管とが配管接続された、弁機構を有する冷媒流方
向切換手段を前記冷媒回路に備え、冷／暖房何れの運転
の場合も前記混合冷媒が室内熱交換器を同一の方向に流
れるように設けた冷凍装置、を提供することにより、前
記した従来技術の課題を解決するものである。

【０００９】

【作用】室内熱交換器では、冷媒が冷房運転の時にも暖
房運転の時にも同一方向に流れているので、冷媒と熱交
換する室内空気を冷媒とは逆向きに流すと、室内熱交換
器で冷媒を蒸発させて行う冷房運転時に、冷媒温度が冷
媒入口側より出口側で上昇しても、冷媒の出口側では室
内から取り込まれたばかりで温度の高い室内空気と熱交
換するので、十分な温度差が確保されて高い熱交換効率
が維持される。

【００１０】また、室内熱交換器で冷媒を凝縮させて行
う暖房運転時においては、冷媒温度が冷媒入口側より出
口側で低下しても、冷媒の出口側では室内から取り込ま
れたばかりで温度の低い室内空気と熱交換するので、こ
の場合も十分な温度差が確保されて高い熱交換効率が維
持される。

【００１１】

【実施例】以下、図１〜図３に基づいて本発明の一実施
例を詳細に説明すると、図中１は各種エンジンや電動モ
ータなどによって駆動され、冷媒を圧縮して吐出するた
めの圧縮機、２は冷媒の流れる方向を切り換えて冷／暖
房運転を選択するための四方弁、３は室外熱交換器、４
は冷媒流方向切換手段、５は室内熱交換器、６はアキュ
ムレータであり、冷媒管Ｌにより図１のように連結され
て、実線で示した冷房回路Ａと破線で示した暖房回路Ｂ
とが形成され、冷媒の循環が可能となっている。

【００１２】冷媒流方向切換手段４は、図示したように
４個の逆止弁４１・４２・４３・４４と２個の減圧手段
としてのキャピラリーチューブ４５・４６とから構成さ
れており、室内熱交換器５の冷媒入口５１と冷媒出口５
２とは、それぞれ冷媒管Ｌ１と冷媒管Ｌ２とを介して連
通し、さらに室外熱交換器３を途中に備えた冷媒管Ｌ３
と、もう１本の冷媒管Ｌ４とが、四方弁２を介して圧縮
機１の冷媒吐出口１１または冷媒吸入口１２の何れかと
連通可能となっている。

【００１３】すなわち、四方弁２によって冷房運転を選
択したときには、圧縮機１で圧縮されて冷媒吐出口１１
から吐出した高温高圧のガス状冷媒は、四方弁２を経由
して室外熱交換器３に流れ込み、ここでファン７が送風
する室外の相対的に低温度の外気と熱交換して放熱し、
凝縮する。

【００１４】室外熱交換器３で凝縮し、冷媒流方向切換
手段４に至った低温の液状冷媒は、逆止弁４２とキャピ
ラリーチューブ４６を通って減圧されたのち、冷媒管Ｌ
１を通って室内熱交換器５に冷媒入口５１から流入す
る。

【００１５】室内熱交換器５では、ファン８の駆動によ
って取り込まれた室内空気が、液状冷媒が蒸発する際の
潜熱により伝熱管５３を介して冷却され、冷気となって
室内に吹き出す。

【００１６】冷媒出口５２から冷媒管Ｌ２に流れ出たガ
ス状冷媒は、再び冷媒流方向切換手段４に至り、逆止弁
４３と冷媒管Ｌ４を通って四方弁２に至り、さらにアキ
ュムレータ６を経由して圧縮機１に冷媒吸入口１２から
還流する。

【００１７】なお、冷媒管Ｌ２から冷媒流方向切換手段
４に流入した冷媒が逆止弁４３の側に流れて、逆止弁４
１の側に流れない理由は、逆止弁４１の先に抵抗となる
キャピラリーチューブ４５が設けられているためであ
る。

【００１８】また、逆止弁４３を通った冷媒が冷媒管Ｌ
４に流れて、逆止弁４４の側に流れない理由は、冷媒管
Ｌ３から冷媒管Ｌ１の側に逆止弁４２とキャピラリーチ
ューブ４６を通って、相対的に高圧の液状冷媒が流れて
いるためである。

【００１９】上記構成の冷凍装置においては、沸点の異
なる物質、例えばＲ−３２、Ｒ−１２５、Ｒ−１３４ａ
を、３：１：６の比率に調整した混合物冷媒を使用して
いて、冷媒の循環量を冷房負荷に見合うように制御した
場合にも、図２に例示したように、冷媒入口５１側で例
えば２．５℃であった冷媒の温度は、冷媒出口５２では
例えば７．５℃にまで上昇するが、この冷媒温度が上昇
する冷媒出口５２の側では室内から取り込まれたばかり
で温度の高い、例えば２３℃の空気と熱交換するので、
この冷媒出口５２の側でも熱交換する冷媒と室内空気と
の温度差は１５．５℃と十分な値が確保されており、こ
れにより高い熱交換効率が維持される。

【００２０】したがって、ファン８によって室内から取
り込まれた、例えば２３℃の室内空気は室内熱交換器５
における効果的な熱交換によって冷却され、室内には例
えば１２℃の冷気となって戻される。

【００２１】他方、四方弁２によって暖房運転が選択さ
れたときには、圧縮機１で圧縮されて冷媒吐出口１１か
ら吐出した高温高圧のガス状冷媒は、四方弁２と冷媒管
Ｌ４を通って冷媒流方向切換手段４に流れる。

【００２２】冷媒管Ｌ４を通って冷媒流方向切換手段４
に流入した冷媒は、逆止弁４４と冷媒管Ｌ１とを通って
室内熱交換器５に冷媒入口５１から流入する。

【００２３】室内熱交換器５では、伝熱管５３内を流れ
る高温のガス状冷媒が、ファン８の駆動によって取り込
まれた室内空気を加熱し、暖気として室内に吹き出す一
方、室内空気に放熱した冷媒は凝縮する。

【００２４】室内熱交換器５で凝縮した液状冷媒は、冷
媒出口５２から冷媒管Ｌ２に流れ出て再び冷媒流方向切
換手段４に至り、逆止弁４１とキャピラリーチューブ４
５とを通って減圧され、冷媒管Ｌ３を介して室外熱交換
器３に流入する。

【００２５】室外熱交換器３に流入した液状冷媒は、フ
ァン７が送風する室外の相対的に温度の高い外気と熱交
換して蒸発し、四方弁２とアキュムレータ６とを経由し
て圧縮機１に冷媒吸入口１２から還流する。

【００２６】なお、冷媒管Ｌ２から冷媒流方向切換手段
４に流入した冷媒が、キャピラリーチューブ４５が設け
られた逆止弁４１の側に流れて、逆止弁４３の側に流れ
ない理由は、圧縮機１から吐出した高圧のガス状冷媒が
冷媒管Ｌ４から流入して逆止弁４４の側に流れていて、
圧力差により逆止弁４３が開かないためである。

【００２７】また、キャピラリーチューブ４５を通った
冷媒が冷媒管Ｌ３の側に流れて、逆止弁４２の側に流れ
ない理由は、逆止弁４４から冷媒管Ｌ１の側に前記した
圧縮機１からの高圧ガス状冷媒が流れているためであ
る。

【００２８】上記暖房運転を前記冷房運転と同一の混合
冷媒を用いて実施した場合には、冷媒の循環量を暖房負
荷に見合うように制御しても、図３に例示したように、
冷媒入口５１側で例えば４７．５℃であった冷媒の温度
は、冷媒出口５２では例えば４２．５℃にまで低下する
が、この冷媒温度が低下する冷媒出口５２の側では室内
から取り込まれたばかりで温度の低い、例えば２３℃の
空気と熱交換するので、この冷媒出口５２の側でも熱交
換する冷媒と室内空気との温度差は１９．５℃と十分な
値が確保されており、これにより高い熱交換効率が維持
される。

【００２９】したがって、ファン８によって室内から取
り込まれた、例えば２３℃の室内空気は室内熱交換器５
における効果的な熱交換によって加熱され、室内には例
えば４０℃の暖気となって戻される。

【００３０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００３１】例えば、冷媒流方向切換手段４を図４に示
したように、二個の三方弁４７・４８によって形成する
ことも可能である。

【００３２】また、冷媒流方向切換手段４と室外熱交換
器３との間の冷媒管Ｌ３と、圧縮機１と四方弁２との間
の冷媒管とを、連通可能に接続し、暖房運転時に室外熱
交換器３で着霜があったときに、圧縮機１の圧縮によっ
て得られた高温高圧のガス状冷媒の一部を直接流入させ
て除霜するなどの従来技術も適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、冷媒用圧
縮機と、四方弁・室外熱交換器・室内熱交換器・アキュ
ームレータなどを配管接続して形成された冷／暖房切り
換え可能な冷媒回路に、沸点の異なる複数の物質からな
る混合冷媒を充填した冷凍装置において、室内熱交換器
の冷媒入口に連通した冷媒管と、室内熱交換器の冷媒出
口に連通した冷媒管と、室外熱交換器を介して圧縮機の
冷媒吐出口または冷媒吸入口に連通可能に設けた冷媒管
と、圧縮機の冷媒吸入口または冷媒吐出口に連通可能に
設けた冷媒管とが配管接続された、弁機構を有する冷媒
流方向切換手段を前記冷媒回路に備え、冷／暖房何れの
運転の場合も前記混合冷媒が室内熱交換器を同一の方向
に流れるように設けた冷凍装置であるので、

【００３４】熱交換する冷媒と室内空気との間には冷／
暖房何れの運転時にも十分な温度差が確保され、これに
より効率良く熱交換することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の説明図である。

【図２】一実施例の冷房時における冷媒と熱交換空気の
温度変化図である。

【図３】一実施例の暖房時における冷媒と熱交換空気の
温度変化図である。

【図４】変形実施例の説明図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【図６】従来技術における冷房時の冷媒と熱交換空気の
温度変化図である。

【図７】従来技術における冷房時の冷媒と熱交換空気の
温度変化図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 １１ 冷媒吐出口 １２ 冷媒吸入口 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ４ 冷媒流方向切換手段 ４１・４２・４３・４４ 逆止弁 ４５・４６ キャピラリチューブ ４７・４８ 三方弁 ５ 室内熱交換器 ５１ 冷媒入口 ５２ 冷媒出口 ５３ 伝熱管 ６ アキュムレータ ７・８ ファン Ａ 冷房回路 Ｂ 暖房回路 Ｌ・Ｌ１・Ｌ２・Ｌ３・Ｌ４ 冷媒管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 嘉孝 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 孝浩 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 阿久津 正徳 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 井汲 米造 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 沢田 範雄 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒用圧縮機と、四方弁・室外熱交換器
   ・室内熱交換器・アキュームレータなどを配管接続して
   形成された冷／暖房切り換え可能な冷媒回路に、沸点の
   異なる複数の物質からなる混合冷媒を充填した冷凍装置
   であって、室内熱交換器の冷媒入口に連通した冷媒管
   と、室内熱交換器の冷媒出口に連通した冷媒管と、室外
   熱交換器を介して圧縮機の冷媒吐出口または冷媒吸入口
   に連通可能に設けた冷媒管と、圧縮機の冷媒吸入口また
   は冷媒吐出口に連通可能に設けた冷媒管とが配管接続さ
   れた、弁機構を有する冷媒流方向切換手段を前記冷媒回
   路に備え、冷／暖房何れの運転の場合も前記混合冷媒が
   室内熱交換器を同一の方向に流れるように設けたことを
   特徴とする冷凍装置。