JPH0835733A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の熱交換器間における冷媒圧力の調節が
簡単にでき且つ構成が簡単な空気調和機を提供する。 【構成】 熱交換器の間の冷媒流路５ａには、形状記憶
合金で作られ、冷媒の温度により形状が変化して前記冷
媒流路５ａの開度を変える開度制御手段４２，４４を備
える構成であるから、電子制御弁等を必要とせず形状記
憶合金が冷媒の温度で変化して、熱交換器が蒸発器とし
て働く際には蒸発器の冷媒の流路の開度を狭め、簡単な
構成とできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸発器を備え、高沸点
冷媒と低沸点冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いる空
気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ヒートポンプ式の空気調和機の
冷媒回路は、圧縮機、利用側熱交換器、減圧装置、熱源
側熱交換器、四方弁から構成されていて、暖房運転時に
は、この順序で冷媒が循環されて利用側熱交換器が凝縮
機として作用し、冷房運転時には、暖房運転時とは逆方
向に冷媒が循環されて、利用側熱交換器が蒸発器として
作用する。

【０００３】このような運転の切り換えにより、１つの
冷媒回路により暖房運転と冷房運転が行える。

【０００４】一方、図１１に示すように、かかるヒート
ポンプ式の熱交換器では冷媒として単一冷媒（例えば、
Ｒ−２２）が使用される場合には、冷媒の蒸発温度が単
一であり、蒸発器全体の温度がほぼ同じになるため、蒸
発器の入口側から出口側へ向けての温度勾配が小さくな
り、入口温度と出口温度とを等しくすることが可能であ
った。

【０００５】しかし、冷媒として、高沸点冷媒と低沸点
冷媒とからなる非共沸混合冷媒を用いると、沸点の高い
冷媒が先に蒸発するので、蒸発器では図１１に示す熱交
換器の入口側１００と出口側１２０とで圧力差が生じ、
入口側１００の温度が低くなる。このような非共沸混合
冷媒を用いる冷媒回路では、図９及び図１０に示すよう
に、蒸発器では等温線に傾斜が生じ、図１０の実線で示
すように、蒸発器の出入口の温度差が約５℃にまで開
く。このため冷凍仕様の適切な設定がしにくく、暖房運
転時などでは蒸発器の入口側１００が先に凍結して着霜
し、熱交換能力が低下するという問題があった。かかる
問題に対して、実公平３ー３８５９２号公報には、蒸発
器を複数の熱交換器に分割し、それらの熱交換器の間に
圧力を調節する圧力調節弁を設け、蒸発器の入口温度と
出口温度とを略等しくする技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱交換器の間
に圧力調節弁を設ける構成にあっては、熱交換器が蒸発
器として作用する場合には、流量弁を所定量開いてその
開度を制御する必要があるため、制御のための配線や機
構、温度センサ等が必要となり、構成が複雑になるとい
う問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は、複数の熱交換器間にお
ける冷媒圧力の調節が簡単にでき且つ構成が簡単な空気
調和機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、圧縮機、
四方切換弁、利用側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換
器を用いて冷凍サイクルを構成し、四方切換弁の切換え
で利用側熱交換器による冷暖房運転を可能にした空気調
和機において、すくなくとも熱源側熱交換器内の冷媒流
路中にこの熱交換器を流れる冷媒の温度が低い時に流路
を絞り、冷媒の温度が高い時に流路を開くように流路の
一部を形状記憶合金で構成した開度制御手段を備えたも
のである。

【０００９】尚、本明細書において、「熱交換器」とは
熱交換器全体の他、熱交換器を複数の部分に分割した部
分をも含むものとする。

【００１０】第２の発明は、圧縮機、四方切換弁、利用
側熱交換器、減圧装置、熱源側熱交換器を用いて冷凍サ
イクルを構成し、四方切換弁の切換えで利用側熱交換器
による冷暖房運転を可能にした空気調和機において、熱
源側熱交換器を流れる冷媒の温度に応じて伸縮する駆動
体を該冷媒の温度を検知できるように配置すると共に、
熱源側熱交換器内の冷媒流路中に前記駆動体で動作する
開度制御手段を備えたものである。

【００１１】第３の発明は、前記開度制御手段は熱源側
熱交換器と利用側熱交換器との両方に備えられものであ
る。

【００１２】

【作用】第１の発明によれば、形状記憶合金が冷媒の温
度で変化して、熱交換器が蒸発器として働く際には蒸発
器の冷媒の流路の開度を狭め、熱交換器が凝縮器として
働く際には蒸発器の冷媒の流路を開ける。これにより、
熱交換器が蒸発器として作用する場合のみ熱交換器にお
ける蒸発温度を下げて着霜温度に近ずけることができ、
蒸発器の能力を大きくできる。

【００１３】また、第２の発明によれば、冷媒の温度に
対応して伸縮する駆動体が変形し、制御手段を冷媒の流
路に進退する。即ち、熱交換器が蒸発器として働く際に
は制御手段が蒸発器の冷媒の流路に進出して流路の開度
を制御する。これにより、熱交換器における蒸発温度を
下げて着霜温度に近ずけることができ、蒸発器の能力を
大きくできる。

【００１４】熱交換器が凝縮器として働く際には制御手
段が蒸発器の冷媒の流路から退出して蒸発器の冷媒の流
路を開ける。

【００１５】尚、かかる駆動体としては例えば形状記憶
合金のほか、湿度に応じて体積が変化する気体、液体を
利用したものがある。

【００１６】第３の発明によれば、制御手段が熱源側熱
交換器と利用側熱交換器の両方に設けられるので、両方
で上述の制御が行われる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
を詳細に説明する。

【００１８】図３は、本発明の実施例にかかる空気調和
機の熱交換器を示し、図４は、その熱交換器を熱源側熱
交換器として用いたところの本発明の実施例にかかる空
気調和機の回路図である。

【００１９】この図４の冷媒回路において、圧縮機２０
はマフラ２１を介して四方弁２２に接続されている。こ
の四方弁２２は熱源側熱交換器２５に接続され、しかも
マフラ２３、調整弁２４などを介して利用側熱交換器２
６に接続されている。

【００２０】熱源側熱交換器２５は、キャピラリチュー
ブ２７、ストレーナ２８、減圧弁２９などを介して利用
側熱交換器２６に接続されている。

【００２１】電磁弁３０は、四方弁２２とマフラ２１の
間と、熱源側熱交換器２５とキャピラリチューブ２７の
間に配置されている。アキュムレータ３１は圧縮機２０
と四方弁２２の間に配置されている。

【００２２】熱源側熱交換器２５と利用側熱交換器２６
は、それぞれファン（図示せず）を備えており、室外空
気または室内空気と熱交換されている。

【００２３】尚、この実施例の空気調和機は、冷媒回路
を循環する冷媒として、高沸点冷媒と低沸点冷媒とから
なる非共沸混合冷媒が用いられている。非共沸混合冷媒
としては、例えばＲ１３４ａ、Ｒ１２５、Ｒ３２の混合
冷媒が用いられる。

【００２４】熱源側熱交換器２５の流路の途中には、複
数のコイル延長部３，４，５が設けられてい、各コイル
延長部３，４，５には、圧力調節部１０，１１，１２が
設けられている。このように圧力調節部１０，１１，１
２を設けることにより、熱源側熱交換器２５を複数の熱
交換器部分（熱交換器）に分割し、実質的に直列に配置
する構成としている。

【００２５】熱源側熱交換器２５は、冷房運転時には凝
縮器として、暖房運転時には蒸発器としてそれぞれ作用
するものであり、利用側熱交換器２６は、冷房運転時に
は蒸発器として、暖房運転時には凝縮器としてそれぞれ
作用するものである。

【００２６】図１と図２は、図３の室外側熱交換器１の
部分Ｂを拡大したものであり、コイル延長部５とその圧
力調節部１０の構成を示したものである。尚、図１は暖
房運転時、図２は冷房運転時の圧力調節部１２の動作状
態を示している。

【００２７】図１と図２の冷媒流路５ａの圧力調節部１
０は、流路４０を有する開度制御手段４２と、この開度
制御手段４２を矢印Ｘ方向に移動するための駆動体４４
を備えている。この駆動体４４は、コイル状に巻かれた
形状記憶合金で作られている。連絡路４６はコイル延長
部５に並列に接続されていて、連絡路４６を介して冷媒
の温度が駆動体４４に伝達されるようになっている。駆
動体４４がこの冷媒の温度を感じて形状を変化させるこ
とによりコイル状に巻かれていた駆動体が伸縮する。暖
房運転時には図１に示すように、駆動体４４は冷媒流路
５ａに開度制御手段４２を進出させて、冷媒を開度制御
手段４２の流路４０により絞って、冷媒を多段膨張させ
るように働くようになっている。また、冷房運転時には
図２に示すように、駆動体４４は冷媒流路５ａから開度
制御手段４２を退出させて、冷媒を抵抗なく通過させる
になっている。

【００２８】なお、図４の四方弁２２は、暖房運転時に
は破線で示すように冷媒を流し、冷房運転時には実線で
示すように冷媒を流すように切り換えられる。

【００２９】次に、上記実施例の作用を説明する。

【００３０】暖房運転時には、図４の破線矢印で示すよ
うに四方弁２２が位置し、圧縮機２０、マフラ２１、四
方弁２２、マフラ２３、調整弁２４、利用側熱交換器２
６、減圧弁２９、ストレーナ２８、キャピラリチューブ
２７、熱源側熱交換器２５、四方弁２２、アキュムレー
タ３１の順序で冷媒が循環される。

【００３１】圧縮機２０から利用側熱交換器２６に導入
された冷媒は、凝縮器として働く利用側熱交換器２６に
より室内外気が熱交換される。

【００３２】利用側熱交換器２６を通過した冷媒は、続
いて減圧弁２９やキャピラリチューブ２７から熱源側熱
交換器２５に導入され、この熱源側熱交換器２５が蒸発
器として働き、冷媒は気化されて外気から熱をくみ上げ
る。

【００３３】図３に示したように、熱源側熱交換器２５
のコイル２の途中には３つの圧力調節部１０，１１，１
２が設けられているので、暖房運転時には、図１に示す
ように各圧力調節部１０，１１，１２の形状記憶合金製
の駆動体４４が冷媒の温度に応じて形状を変化させ、コ
イル延長部５の冷媒流路５ａを絞る。つまり、暖房運転
時には圧力調節部１０，１１，１２がそれぞれ冷媒流路
を絞り、熱源側熱交換器２５内を多段膨張させる。これ
により、図９と図１０の破線部で示すようにコイル温度
が変化を示す。

【００３４】このように、暖房運転時に熱源側熱交換器
２５が蒸発器として作用する場合には、各圧力調節部１
０，１１，１２は簡単な構成により冷媒圧力を制御す
る。

【００３５】これにより、図１０の破線で示すように、
熱源側熱交換器２５のコイル２の入口側と出口側の温度
差を小さくして、コイル２の冷媒の蒸発温度を実線で示
す着霜温度に近づけることができ、蒸発器としての能力
を大きくすることができる。したがって、従来の室外側
熱交換器を使用する場合に比べて、本発明の実施例の熱
源側熱交換器２５は凍結せず、その蒸発温度を下げるこ
とが可能であり、熱交換器としての性能を十分に発揮す
ることができ、暖房効率が良い。

【００３６】冷房運転時には、図４の実線の矢印で示す
ように四方弁２２を位置し、圧縮機２０、マフラ２１、
熱源側熱交換器２５、キャピラリチューブ２７、ストレ
ーナ２８、減圧弁２９、利用側熱交換器２６、調整弁２
４、マフラ２３、四方弁２２、四方弁２２、アキュムレ
ータ３１の順序で冷媒が循環される。

【００３７】圧縮機２０から熱源側熱交換器２５に導入
された冷媒は、３つの圧力調節部１０，１１，１２を通
るが、図２に示すように、この際には形状記憶合金製の
駆動体４４が冷媒の温度の違いに反応して収縮して冷媒
流路５ａから開度制御手段４２を退出するので、コイル
延長部３，４，５の冷媒流路５ａは絞られない。

【００３８】従って、冷房運転時に熱源側熱交換器２５
が凝縮器として作用する場合には、３つの圧力調節部１
０，１１，１２は、冷媒に対して抵抗となることがな
い。

【００３９】次に、本発明の別の実施例を説明する。

【００４０】図５と図６は、本発明の別の実施例を示し
ていて、図５は図１に対応し、図６は図２に対応する。

【００４１】図５と図６の実施例では、圧力調節部１０
には、コイル延長部５の途中に大径部５ｂが設けられて
いて、この大径部５ｂ内に一方の開口が広く他方の開口
が狭くなるような、ラッパ状に開いた開度制御手段４１
を備えている。そして、この開度制御手段４１は形状記
憶合金から形成されており、冷媒の温度に応じて形状が
変化し、冷媒流路５ａの開度を変えるものである。

【００４２】即ち、暖房運転時には図５に示すように、
開度制御手段４１は暖房時、即ち蒸発器として作用する
場合には、その開口を狭めて流路を絞って他段膨脹させ
る。冷房運転時、即ち凝縮器として作用する場合には開
度制御手段４１の開口を広げて流路を開く。

【００４３】この構成によれば、上述した実施例にある
駆動体４４を必要とせず、形状記憶合金製の制御手段４
１のみで足りるので、更に簡単な構成にできる。

【００４４】図７と図８は、本発明のさらに別の実施例
を示していて、図７は図１に対応し、図８は図２に対応
する。

【００４５】図７と図８の実施例では、コイル延長部５
の途中に大径部１５５ａが設けられていて、この大径部
１５５ａ内に温度により形状が変化して全体として伸縮
する形状記憶合金製の駆動体７０とこの駆動体により支
持された開度制御手段４００及び開度制御手段４００を
駆動体７０に対抗して付勢するスプリング５００が配置
されている。暖房運転時には図７に示すように、コイル
を通る冷媒をスプリング５００に抗して駆動体７０が延
びて開度制御手段４００が開口に近づいて抵抗となるよ
うに位置させ、多段膨張させる。冷房運転時には図８に
示すように、コイルを通る冷媒を駆動体７０を収縮して
スプリング５００の付勢力により開度制御手段４００を
移動して開口から遠ざける。抵抗なく通過させるように
なっている。

【００４６】本発明は、上述した実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【００４７】例えば、図３に示すように熱交換器に３つ
の圧力調節部を配置しているが、これに限らず、１つ、
２つあるいは４つ以上の圧力調節部を配置してもよい。

【００４８】また、駆動体は形状記憶合金に限らず、気
体を封入し、温度に応じた容積が変化することにより開
度制御手段を進退させる構成であってもよい。

【００４９】

【発明の効果】第１の発明によれば、熱交換器の間の冷
媒流路には、形状記憶合金で作られ、冷媒の温度により
形状が変化して前記冷媒流路の開度を変える開度制御手
段を備える構成であるから、電子制御弁等を必要とせず
形状記憶合金が冷媒の温度で変化して、熱交換器が蒸発
器として働く際には蒸発器の冷媒の流路の開度を狭め簡
単な構成とできる。

【００５０】また、第２の発明によれば、冷媒流路の開
度を狭める開度制御手段と、温度により伸縮し、前記開
度制御手段を冷媒流路から進退させる駆動体とを備える
構成であるから、第１の発明と同様に簡単な構成とする
ことができる。

【００５１】更に、第３の発明によれば、開度制御手段
が熱源側熱交換器と利用側熱交換器の両方に設けられる
ので、上述した第１、第２の発明を、両方の熱交換器で
実現することができる。

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】暖房運転時における熱交換器の開度制御手段の
状態を示す図である。

【図２】冷房運転時における熱交換器の開度制御手段の
状態を示す図である。

【図３】本発明の実施例にかかる空気調和機の熱交換器
である。

【図４】本発明の実施例にかかる空気調和機の回路図で
ある。

【図５】暖房運転時における熱交換器の別の開度制御手
段の状態を示す図である。

【図６】冷房運転時における熱交換器の開度制御手段の
状態を示す図である。

【図７】暖房運転時における熱交換器の開度制御手段の
状態を示す図である。

【図８】冷房運転における時熱交換器の開度制御手段の
状態を示す図である。

【図９】本実施例の動作原理を示すグラフ図である。

【図１０】本実施例の熱交換器における温度変化状態を
示すグラフ図である。

【図１１】従来の熱交換器を示す図である。

【符号の説明】

５ａ 冷媒流路 ４１，４２，４００ 開度制御手段 ４４，７０ 駆動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２５Ｂ 41/06 Ｖ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方切換弁、利用側熱交換器、
   減圧装置、熱源側熱交換器を用いて冷凍サイクルを構成
   し、四方切換弁の切換えで利用側熱交換器による冷暖房
   運転を可能にした空気調和機において、すくなくとも熱
   源側熱交換器内の冷媒流路中にこの熱交換器を流れる冷
   媒の温度が低い時に流路を絞り、冷媒の温度が高い時に
   流路を開くように流路の一部を形状記憶合金で構成した
   開度制御手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、四方切換弁、利用側熱交換器、
   減圧装置、熱源側熱交換器を用いて冷凍サイクルを構成
   し、四方切換弁の切換えで利用側熱交換器による冷暖房
   運転を可能にした空気調和機において、熱源側熱交換器
   を流れる冷媒の温度に応じて伸縮する駆動体を該冷媒の
   温度を検知できるように配置すると共に、熱源側熱交換
   器内の冷媒流路中に前記駆動体で動作する開度制御手段
   を備えたことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 前記開度制御手段は熱源側熱交換器と利
   用側熱交換器との両方に備えられたことを特徴とする請
   求項１又は２に記載の空気調和機。