JPH09196481A

JPH09196481A - 混合冷媒の組成変更方法及び回路構造

Info

Publication number: JPH09196481A
Application number: JP853396A
Authority: JP
Inventors: Jiro Fukutome; 二朗福留; Isahiro Tanaka; 勇大田中
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】代替冷媒である低沸点冷媒と高沸点成分との
混合冷媒を使用する空調装置において、外気温度の高い
状態での冷房時に、低沸点冷媒が多く含まれる冷媒気圧
の上昇によりコンプレッサーの吐出圧力が異常に高くな
るという不具合を解消する。【解決手段】レシーバー６内の気相冷媒を濃縮器１０
に導入し、冷却して気液分離し、低沸点成分濃縮蒸気を
液化タンク１１に分離貯蔵し、高沸点成分濃縮凝縮液を
空調本流回路ＭＲに還元する。または、レシーバー６の
送出する高圧液体冷媒を、気液分離器２０、濃縮器１０
を介して気液分離し、低沸点成分濃縮蒸気を液化タンク
１１に分離貯蔵し、高沸点成分濃縮凝縮液を空調本流回
路ＭＲに還元する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、代替フロンを混合
してなる混合冷媒を使用する空調装置及び冷凍機におけ
る組成可変型空調用冷媒の循環構造及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調用冷媒として使用されていた特定フ
ロンは、オゾン層の破壊に繋がるため全廃されて指定フ
ロンに交換され、更に代替フロンに交換されつつある昨
今である。ここで、特定フロンにはＲ１２（ＣＣｌ₂Ｆ
₂）、指定フロンにはＲ２２（ＣＨＣｌＦ₂）、そし
て、代替フロンは、元素成分としてＣｌを含まず、Ｃ・
Ｈ・Ｆのみよりなり、その種類としてはＲ１３４ａ、Ｒ
３２、Ｒ１２５等があり、また、これらの個々に異なる
特性を、空調用冷媒として活用すべく、Ｒ１３４ａ、Ｒ
３２、Ｒ１２５を各々一定割合で（前者より５２％、２
３％、２５％）混合した混合冷媒Ｒ４０７ｃが公知とな
っている。混合冷媒Ｒ４０７ｃの中で、Ｒ３２及びＲ１
２５は低沸点成分で、ある程度低温でも気化して高圧化
を惹起する。対して、Ｒ１３４ａは高沸点成分で、ある
程度高温でも液体のままで、冷媒の低圧化要素となるも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｒ４０７ｃ等の混合代
替冷媒は、Ｒ２２等の既存冷媒と同等の作動圧力となる
よう成分比率を適正化しているが、図１９（冷媒Ｒ２
２、Ｒ４０７ｃ、Ｒ１２５、及びＲ３２の温度に対する
飽和蒸気圧の違いを示す図）に示す如く、完全に同一で
はなく、温度に対する飽和圧力変化が大きい傾向があ
る。外気温度が高い状態での冷房時にコンデンサとなる
室外熱交換器の冷媒凝縮温度は約５０℃となるが、この
領域では、作動圧力（飽和蒸気圧力）がＲ２２より高
く、コンプレッサ負荷が増大することとなる。更に混合
冷媒には、凝縮熱の伝達性能、即ち放熱性能が低く、凝
縮過程の進行につれ凝縮温度が上昇して、空気との有効
温度差が減少し、熱交換率が低下するという特有の問題
がある。これは、外気温度の高い状態での冷房時におけ
る室外熱交換器の他、特に比較的室内温度が高い時にお
ける暖房時に、コンデンサとなる室内熱交換器にて起こ
る問題であって、これを補填するのに、やはりコンプレ
ッサーの吐出圧力を、上昇させなければならないのであ
る。

【０００４】そのため、一時的にコンプレッサーの吐出
圧力を低減できるように、混合冷媒の組成を変更するこ
とが考えられるが、この組成変更のための回路を設ける
場合にも、その回路構造が大がかりとなっては、全体の
配設スペースも拡大してしまうので、コンパクトな回路
構造とすることが望まれるのである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決し、特に、外気温度の高い時の冷房性能、及
び比較的室内温度が高い時の暖房性能を向上し、コンプ
レッサー吐出圧を低減すべく、次のような方法及び構造
を採用する。まず第一に、高沸点成分と低沸点成分の混
合冷媒を循環させる空調用冷媒回路において、気液共存
状態の混合冷媒を気液分離し、低沸点成分の濃縮化され
た気相冷媒を抽出して貯蔵し、高沸点成分の濃縮化され
た液相冷媒を空調回路に還元する混合冷媒の組成変更方
法を採用する。

【０００６】第二に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路において、レシーバー内
の気相冷媒を、該レシーバーより送出される高圧液体冷
媒を減圧沸騰させて得る気液二相冷媒によって冷却して
部分液化し、低沸点成分の濃縮化された残存気相冷媒を
抽出して貯蔵し、高沸点成分の濃縮化された液相冷媒を
空調回路に還元する混合冷媒の組成変更方法を採用す
る。

【０００７】第三に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組
成変更回路であって、レシーバー内の蒸気を濃縮器に導
入し、該濃縮器内の蒸気を液化タンクに導入して貯蔵す
る低沸点成分濃縮回路と、該濃縮器から空調回路へ凝縮
液を戻す回路と、該レシーバーより送られる高圧液体冷
媒の一部を導入して減圧し、該濃縮器及び液化タンクに
通過させる冷却回路とよりなる混合冷媒の組成変更回路
構造を採用する。

【０００８】第四に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組
成変更回路であって、レシーバー内の気相中に、該レシ
ーバーより送られる高圧液体冷媒の一部を導入して減圧
した気液二相冷媒を通過させる冷却管を貫通させ、該レ
シーバー内の蒸気を液化タンクに導入して貯蔵する構造
とした混合冷媒の組成変更回路構造を採用する。

【０００９】第五に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組
成変更回路であって、レシーバーの上方にアキュムレー
ターを配して一体化し、該アキュムレーター内に、レシ
ーバー内の蒸気を導入する液化タンクを内設した混合冷
媒の組成変更回路構造を採用する。

【００１０】第六に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路において、レシーバーよ
り送出される高圧液体冷媒を減圧して気液分離し、低沸
点成分の濃縮化された気相冷媒を抽出して貯蔵し、高沸
点成分の濃縮化された液相冷媒を空調回路に還元する混
合冷媒の組成変更方法を採用する。

【００１１】第七に、高沸点成分と低沸点成分の混合冷
媒を循環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組
成変更回路であって、レシーバーより送出される高圧液
体冷媒の一部を減圧して気液分離器に導入し、該気液分
離器内の蒸気を濃縮器に導入し、該濃縮器内の蒸気を液
化タンクに導入して貯蔵する低沸点成分濃縮回路を有す
るとともに、該気液分離器内の凝縮液を減圧して濃縮器
に通過させた気液二相冷媒と、該濃縮器内の凝縮液を減
圧した気液二相冷媒とを液化タンクに通過させ、空調回
路に還元する高沸点成分濃縮回路を有する混合冷媒の組
成変更回路構造を採用する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面より説明する。図１はレシーバー６の気相冷媒より低
沸点成分濃縮蒸気を分離する構造のα型組成変更回路
図、図２はα型組成変更回路における電磁弁の開閉操作
に基づく冷媒の流れを示す図で、（１）は通常運転時、
（２）は組成変更運転時の図、図３は同じく（３）は１
３４ａ濃縮運転時、（４）は組成復帰時の図、図４はα
１型組成変更回路を具備する空調冷媒回路全体図、図５
は戻し回路Ｒ４を空調本流回路ＭＲに合流させる場合の
α型組成変更回路図、図６はレシーバー６と濃縮器１０
を上下一体状としたα２型組成変更回路図、図７は濃縮
器を削除し、レシーバー６内に冷却管１６を貫設したα
３型組成変更回路図、図８は同じくレシーバー６内に傾
斜状冷却管１６’を貫設したα３’型組成変更回路図、
図９は図８中ａ−ａ線断面図、図１０は上下にアキュム
レーター部９’とレシーバー部６’を形成する気液分離
ユニットＵを具備するα４型組成変更回路図、図１１は
α・α１・α２・α３・α３’・α４型組成変更回路の
気液分離過程における冷媒温度と冷媒組成との関連を示
す図、図１２はレシーバー６より送出する高圧液体冷媒
より低沸点成分濃縮蒸気を分離する構造のβ型組成変更
回路図、図１３はβ１型組成変更回路を具備する空調冷
媒回路全体図、図１４はβ・β１型組成変更回路の気液
分離過程における冷媒温度と冷媒組成との関連を示す
図、図１５は気液共存状態における気相と液相での組成
不均衡状態を示す図、図１６は分離冷媒組成と分離量に
よる循環冷媒組成の変位を示す図、図１７は空調冷媒
を、Ｒ２２、Ｒ４０７ｃ、及び組成変更（高沸点成分濃
縮）後のＲ４０７ｃとした時の、それぞれのコンプレッ
サー吐出圧力とコンデンサー加熱能力との関連を示す
図、図１８は同じくコンプレッサー所要動力とコンデン
サー加熱能力との関連を示す図である。

【００１３】まず、空調用冷媒の循環回路の概略につい
て図４及び図１３より説明する。なお、図４及び図１３
は、暖房設定時のものである。コンプレッサー１よりオ
イルセパレーター２を経て四方弁３に気体冷媒を吐出
し、暖房時には、該四方弁３から、まず室内機４の室内
熱交換器５に送られる。該室内熱交換器５は、凝縮器
（コンデンサー）Ｃとして機能して、室内に凝縮熱を放
出して暖房し、冷媒は液化凝縮され、膨張弁１２’で減
圧沸騰して気液二相状態となり、室外機に送られ、まず
レシーバー６に送られる。該レシーバー６では気液分離
されて、液体冷媒が一定量貯蔵されてから送出され、膨
張弁１２にて減圧沸騰されて気液二相状態となり、過冷
却熱交換器７及び室外熱交換器８に送られるものであ
り、該室外熱交換器８は蒸発器（エバポレーター）Ｅと
して機能し、冷媒は室外より気化熱を奪って気化し、そ
の後、四方弁３を介して、過冷却熱交換器７を通り、該
過冷却熱交換器７通過時に、過冷却となったレシーバー
６から室外熱交換器８に向かう気液二相冷媒を暖め、ア
キュムレーター９にて完全に気液分離されて、気体冷媒
のみがコンプレッサー１に吸入されるのである。

【００１４】なお、冷房時には、四方弁３を切り換え
て、コンプレッサー１の吐出する気体冷媒は、まず室外
熱交換器８に送られ、該室外熱交換器８は、凝縮器Ｃと
して機能して冷媒を液化凝縮し、レシーバー６を介し
て、蒸発器Ｅとして機能する室内機４の室内熱交換器５
に液体冷媒を送り、ここで気化した気液混合冷媒を、ア
キュムレーター９に通して、気体冷媒のみをコンプレッ
サー１に戻すのである。

【００１５】このように、レシーバー６は、冷房時も暖
房時も、凝縮器Ｃから蒸発器Ｅへの経路上に介在し、導
入される気液混合冷媒から液体冷媒を一定量溜めて送り
出すという装置である。本発明は、このレシーバー６よ
り送られる液体冷媒の組成を変更して、蒸発器Ｅに送り
出すものであり、特に、外気温度の高い場合の冷房時に
は、気体冷媒の割合が高くなって冷媒圧力が上昇し、コ
ンプレッサー吐出圧が過剰となるので、このような非常
時に、冷媒組成を変えることで、冷媒の低圧化を図るも
のである。即ち、空調冷媒として低沸点の冷媒（低沸点
成分）と高沸点の冷媒（高沸点成分）との混合冷媒を使
用する場合において、外気温度の高い時における冷房時
のコンプレッサー吐出圧の上昇要因となる気体冷媒中に
おける低沸点成分の混合比率を低下させ、即ち、高沸点
冷媒を濃縮化して、室外熱交換器に送り、外気温度が高
い状態での該室外熱交換器における凝縮率を向上させる
のである。空調冷媒にＲ４０７ｃを使用する場合には低
沸点成分のＲ３２・Ｒ１２５の比率を低減し、高沸点成
分のＲ１３４ａを濃縮化する。以下、Ｒ４０７ｃを空調
冷媒とすることを前提に説明する。

【００１６】この組成変更方法の前提条件として、図１
５のように、気液分離状態における冷媒は、気相に低沸
点成分（Ｒ３２・Ｒ１２５）が、液相に高沸点成分（Ｒ
１３４ａ）が、それぞれ平均混合比率よりも多い比率で
存在する。従って、この気液混合状態となった冷媒より
気相冷媒を抜き取り、液相冷媒を空調循環させるように
すれば、高沸点成分が濃縮された冷媒を空調循環させる
こととなるのである。

【００１７】具体的な組成変更方法及び回路構造とし
て、まず、図１に示すα型組成変更回路より説明する。
レシーバー６内において、図１５図示の気液分離状態が
発生しており、気相は、低沸点成分の混合比率が多く、
液相は、高沸点成分の混合比率が多い状態となってい
る。即ち、気相・液相で、組成が不均衡となっている。
この気相から、低沸点成分の濃縮した蒸気を、回路Ｒ１
ａを介して濃縮器１０に送り込み、冷却して更に凝縮液
を分離する。この凝縮液は、レシーバー６より送り込ま
れた蒸気中に含まれていた高沸点成分が濃縮された状態
となっており、これを、Ｒ２を介してレシーバー６内に
戻す。従って、レシーバー６の液相は、一層、高沸点成
分が濃縮された状態となる。その一方、濃縮器１０内の
気相は、凝縮液を分離することで、一層、低沸点成分が
濃縮化された状態となっており、この気相中の蒸気を、
回路Ｒ１ｂを介して液化タンク１１に送り込み、冷却し
て液化し、液化タンク１１にて貯蔵するのである。

【００１８】該回路Ｒ１ａ・Ｒ１ｂを介して、冷媒中の
低沸点成分が濃縮される。この両回路Ｒ１ａ・Ｒ１ｂを
合わせて、低沸点成分濃縮回路Ｒ１とする。また、Ｒ２
は、高沸点成分の濃縮化した凝縮液を空調回路（この場
合はレシーバー６）に戻す回路であり、これを高沸点成
分濃縮回路Ｒ２とする。

【００１９】濃縮器１０及び液化タンク１１の冷却媒体
は、レシーバー６より空調冷媒として送り出される高圧
液体冷媒を使用する。即ち、レシーバー６下手側の空調
本流回路ＭＲにおける膨張弁１２の手前より、冷却回路
Ｒ３を分岐させて高圧液体冷媒の一部を導入し、キャピ
ラリーチューブ１３にて減圧沸騰させ、濃縮器１０及び
液化タンク１１に通過させるのである。なお、冷却回路
Ｒ３の終端部は膨張弁１２の下手側における空調本流回
路ＭＲに合流させており、キャピラリーチューブ１３を
介して減圧され、気液二相状態となった冷却回路Ｒ３中
の冷媒は、膨張弁１２にてやはり減圧されて気液二相状
態となった冷媒中に戻され、蒸発器Ｅへと空調循環され
る。

【００２０】液化タンク１１とレシーバー６との間に
は、液化タンク１１内にて貯蔵した冷媒を戻すための、
電磁弁１４を介設する戻し回路Ｒ４を設けている。この
電磁弁１４の切換によって、通常運転と、高沸点成分を
濃縮化して冷媒循環させる運転とに切り換えられる。図
２及び図３の（１）〜（４）は、電磁弁１４の操作に基
づく冷媒の流れを示す。なお、図１では開示されていな
いが、レシーバー６からの液体冷媒の回路より分岐する
冷却回路Ｒ３におけるキャピラリーチューブ１３の手前
にも電磁弁１５を介設している。

【００２１】まず、（１）は、電磁弁１４・１５とも閉
弁しており、通常の運転状態、即ち低沸点成分と高沸点
成分とが初期混合比率で混合されたＲ４０７ｃが空調循
環されているのである。そして、冷房能力の低下時やコ
ンプレッサー吐出圧上昇時等の緊急時において、高沸点
成分を濃縮させて空調循環させる時には、電磁弁１４は
閉弁したままで、電磁弁１５を開弁する。すると（２）
の如く、冷却回路Ｒ３に、空調本流回路ＭＲより高圧液
体冷媒が流れ込み、キャピラリーチューブ１３を介して
気液二相状態となった冷媒が、濃縮器１０内に導入され
たレシーバー６内の気相冷媒を冷却して気液分離し、低
沸点成分の濃縮化された気相冷媒が液化タンク１１に送
られる。電磁弁１４は閉弁した状態なので、液化タンク
１１には低沸点成分の濃縮化した冷媒が液化して溜めら
れていく。こうして、分離した低沸点成分の貯蔵量が目
的値に達すると（或いは、空調冷媒の高沸点成分の濃縮
度が目的値に達すると）、（３）の如く、電磁弁１５を
閉弁し、冷却用回路Ｒ３への液体冷媒の導入を遮断し
て、それ以上の低沸点成分の分離を停止し、高沸点成分
の濃縮した状態の冷媒を空調循環させて、空調運転が行
われるのである。そして、最初の（１）図示の通常運転
に戻す時には、電磁弁１４を開弁し、液化タンク１１内
に貯蔵された低沸点成分の濃縮化された冷媒をレシーバ
ー６内に戻すのである。

【００２２】なお、図１のように、電磁弁１５を設けず
に、常時、冷却回路Ｒ３に高圧液体冷媒が導入される状
態にしてもよい。この場合には、電磁弁１４の開弁時に
も冷却回路Ｒ３内を冷媒が流れるので、濃縮器１０及び
液化タンク１１における冷却がなされて、低沸点成分の
濃縮化した冷媒が液化タンク１１内に流れ込むが、電磁
弁１４を開弁しているので、そのままレシーバー６に戻
され、空調循環する冷媒の組成は結果的に変動しないの
である。

【００２３】図４図示の冷媒回路における組成変更回路
（α１型）は、基本的に図１図示のタイプＡのものと同
一であるが、空調本流回路ＭＲより冷却回路Ｒ３を分岐
させず、膨張弁１２下流側の空調本流回路ＭＲを、その
まま濃縮器１０及び液化タンク１１に通過させ、冷却回
路Ｒ３として使用している。即ち、膨張弁１２下流側
の、蒸発器Ｅに送り込む気液二相冷媒をそのまま濃縮器
１０及び液化タンク１１における気液分離用の冷却に用
いているのである。

【００２４】なお、液化タンク１１内に貯蔵する低沸点
成分濃縮液体冷媒は、図５や図６の如く、レシーバー６
に戻さずに、冷媒本流回路ＭＲ中（例えばアキュムレー
ター９の手前）に戻してもよい。図６では膨張弁１２手
前の高圧液体冷媒の流動部分に合流させている。また、
低沸点成分の分離を効率化するには、濃縮器１０の大型
化が必要であるが、液化タンク１１との位置関係もあっ
て、配設スペースが限られる場合に、図６のように、濃
縮器１０の上方に液化タンク１１を配設し、濃縮器１０
のを液化タンク１１と一体化した構造としてもよい（α
２型）。

【００２５】濃縮器１０は、レシーバー６の蒸気を導入
して、凝縮液を、重力を用いて流出させる構造なので、
必ずレシーバー６よりも上方でなければならない。しか
し、その上に図６のように液化タンク１１を濃縮器１０
の上方に配設するのでは、かなりの高さを要する。この
コンパクト化を図る組成変更回路として、濃縮器１０を
削減した図７図示のα３型を説明する。レシーバー６の
上方には、レシーバー６内の蒸気を導入する液化タンク
１１を直接配設している。そして、濃縮器１０に代え
て、レシーバー６の気相にて気液分離作用をなすべく、
該レシーバー６の気相部分に、冷却回路Ｒ３’の一部を
貫通させている。冷却回路Ｒ３’は、前記冷却回路Ｒ３
と同様に、レシーバー６より送出される高圧液体冷媒
を、空調本流回路ＭＲにおける膨張弁１２の手前より導
入し、キャピラリーチューブ１３を介して減圧沸騰させ
て気液二相状態となった冷媒を、レシーバー６の貫通部
分（冷却管１６とする。）に通過させ、この過程で、該
レシーバー６内の気相冷媒を冷却して気液分離し、高沸
点成分を多く含む凝縮液は、レシーバー６内の液相に還
元され、該レシーバー６内の気相における低沸点成分を
濃縮化させる。こうしてレシーバー６内の低沸点成分が
濃縮化された蒸気を、上方に延設する低沸点成分濃縮回
路Ｒ１’を介して直接液化タンク１１に送るのである。

【００２６】また、図８図示のα３’型では、冷却回路
Ｒ３’におけるレシーバー６内の貫通部分である冷却管
１６’を、熱交換率向上のため、断面形状を図９の如く
構成し、また、傾斜状にして、外面に螺旋溝１６’ａを
穿設している。こうして、冷却管１６’上にて結露する
高沸点成分の濃縮化された凝縮液は、螺旋溝１６’ａを
伝って、下方傾斜向きに流れ、レシーバー６の内壁面を
伝って、レシーバー６内の液相に還元される。このよう
な構造により、冷却管１６’上における凝縮率が向上
し、また、レシーバー６内の液相表面を乱すことなく、
凝縮液が還元されるのである。

【００２７】図１０図示のα４型は、下方にレシーバー
部６’を、上方に、図４や図１３図示のコンプレッサー
１の吸入側に配設するアキュムレーター９に相当するア
キュムレーター部９’を形成する気液分離ユニットＵを
設けている。即ち、レシーバー６とアキュムレーター９
とを一体化しており、両者の配設スペースの削減に貢献
しており、更に、α３型（α３’型）のように、濃縮器
を介さず、レシーバー部６’からの蒸気を導入する液化
タンク１１を、アキュムレーター部９’内に内設してい
るので、液化タンク１１の配設スペース分がそのまま削
減される。

【００２８】該アキュムレーター部９’は、気液分離作
用を有するものであって、蒸発器Ｅより導入される冷媒
管１７には、気液二相冷媒が流入し、これを気液分離し
て、冷媒管１８を介してコンプレッサー１に低圧気体冷
媒を送出する。この作用により、隔壁一枚を隔てて下方
に配設されているレシーバー部６’を冷却し、これによ
り、レシーバー部６’内の気相にて、気液分離がなさ
れ、低沸点成分の濃縮化された気体冷媒が、低沸点成分
濃縮回路Ｒ１’を介して液化タンク１１に導入される。
液化タンク１１も、アキュムレーター部９’における気
液分離作用にて冷却され、内部に導入された低沸点成分
の濃縮化された気体冷媒は液化されて貯蔵されるのであ
る。

【００２９】このように、α４型の気液分離ユニットＵ
を用いる場合には、Ｒ３やＲ３’のような冷却回路を必
要としない。冷却回路Ｒ３（Ｒ３’）は、空調本流回路
ＭＲより高圧液体冷媒を導入して、気液二相冷媒を再び
空調本流回路ＭＲに還元するが、冷却回路Ｒ３（Ｒ
３’）の空調本流回路ＭＲへの合流部における上流側と
下流側とで圧力差が生じ、空調本流回路ＭＲにおける圧
力の安定性に欠ける。α４型の場合には、アキュムレー
ターに導入する冷媒管１７・１８は、空調本流回路ＭＲ
の一部であり、その気液分離作用をそのまま組成変更用
の冷却作用に使用しているので、前記のような冷却回路
を必要とせず、このような圧力の不安定を生じないので
ある。

【００３０】α型及びα型を基本とするα１〜α４型組
成変更回路の構造は、レシーバー内の気相冷媒を、レシ
ーバーより送出される高圧液化冷媒を減圧沸騰して得る
気液二相冷媒にて冷却することで気液分離する方法を用
いている点で共通する。この組成可変過程における冷媒
温度と、循環冷媒（空調本流回路ＭＲを循環する空調用
冷媒）中の高沸点成分（本実施例では１３４ａ）の濃度
の変位を図１１より説明する。レシーバー６（或いは気
液分離ユニットＵ中のレシーバー部６’）内の冷媒温度
をｔ１とする。この状態において、レシーバー６内で
は、既に、液相冷媒Ａ（飽和液）中の１３４ａ濃度ｄ１
が、気相冷媒Ｂ（飽和蒸気）中の１３４ａ濃度ｄ２より
も高い状態となっている（ｄ１＞ｄ２）。液相冷媒Ａ
は、冷却回路Ｒ３（α１の場合は空調本流回路ＭＲ、α
３の場合はＲ３’）で低圧沸騰されて蒸気を発生し、そ
の低温にて、レシーバー６中の気相冷媒Ｂ（α、α１、
α２型の場合は気相冷媒Ｂを導入した濃縮器１０中の蒸
気）を、目標の凝縮割合Ｘ％まで凝縮すべく、冷媒温度
がｔ２に達するまで冷却して気液分離する。こうして気
液分離して得た凝縮液Ｂａは１３４ａ濃度がｄ３と高
く、蒸気Ｂｂの１３４ａ濃度はｄ４と低い状態となって
いる。蒸気Ｂｂは液化タンク１１にて冷却凝縮され、冷
媒温度ｔ３以下で、１３４ａ濃度ｄ４の液化低沸点成分
濃縮冷媒（液化３２／１２５リッチ冷媒）となって貯蔵
されるのである。

【００３１】次に、図１２より、レシーバーより送出さ
れる高圧液体冷媒を減圧沸騰させて気液分離して組成変
更を行うβ型組成変更回路の構造について説明する。空
調本流回路ＭＲにおける膨張弁１２の手前より、組成変
更用導入回路Ｒ５を分岐させて、レシーバー６より送出
される高圧液体冷媒を導入し、キャピラリーチューブ１
９を通じて減圧沸騰させて気液分離器２０内に導入す
る。なお、キャピラリーチューブ１９と気液分離器２０
との間に電磁弁２４を介設している。

【００３２】気液分離器２０より濃縮器１０に対して、
低沸点成分濃縮回路Ｒ６を介設しており、気液分離器２
０内の気相冷媒を濃縮器１０内に導入する一方、気液分
離器２０内の液相冷媒を高沸点成分濃縮回路Ｒ７に流入
して、キャピラリーチューブ２１を介して減圧沸騰させ
て気液二相状態にして、濃縮器１０を通過させる。この
通過時に、濃縮器１０内に導入された気液分離器２０か
らの蒸気が冷却されて液化分離し、気相冷媒は、電磁弁
２５を介設した低沸点成分濃縮回路Ｒ８を経て液化タン
ク１１内に導入され、一方、液相冷媒は、高沸点成分濃
縮回路Ｒ９に流入し、キャピラリーチューブ２３にて減
圧沸騰して気液二相となる。高沸点成分濃縮回路Ｒ９
は、濃縮器１０を通過した高沸点成分濃縮回路Ｒ７と合
流して、高沸点成分濃縮回路Ｒ１０となって液化タンク
１１を通過し、液化タンク１１内に導入された濃縮器１
０からの気相冷媒を冷却して液化するのである。

【００３３】液化タンク１１に貯蔵される液化低沸点成
分濃縮冷媒は、戻し回路Ｒ１１を通じて、電磁弁２６の
開弁時に、空調本流回路ＭＲにおける膨張弁１２の下手
側に戻されるものであり、該戻し回路Ｒ１０にはキャピ
ラリーチューブ２３を介設して、該液化低沸点成分濃縮
冷媒を減圧沸騰するようにしており、また、キャピラリ
ーチューブ２３の下手側にて、液化タンク１１を通過し
た高沸点成分濃縮回路Ｒ９を合流させており、液化タン
ク１１からキャピラリーチューブ２３を介して気液二相
状態となった低沸点成分濃縮冷媒が、高沸点成分濃縮回
路Ｒ９より流入する気液二相状態の高沸点成分濃縮冷媒
と合流して、空調本流回路ＭＲに戻される。そして、電
磁弁２６の閉弁時には、該電磁弁２４が開弁している限
り、高沸点成分濃縮回路Ｒ９からの高沸点成分濃縮冷媒
（気液二相状態）のみが空調本流回路ＭＲに戻されるの
で、空調本流回路ＭＲを空調循環する高沸点成分の濃度
が増大するのである。

【００３４】組成変更運転時には、電磁弁２４及び電磁
弁２５を開弁し、電磁弁２６を閉弁することで、気液分
離器２０及び濃縮器１０を経て気液分離された冷媒よ
り、気相の低沸点成分濃縮冷媒が、低沸点成分濃縮回路
Ｒ６・Ｒ８を介して液化タンク１１内に導入され、液化
貯蔵される一方、液相の高沸点成分濃縮冷媒が高沸点成
分濃縮回路Ｒ７・Ｒ９・Ｒ１０を介して、空調本流回路
ＭＲに戻され、高沸点成分が濃縮化されるのである。ま
た、液化タンク１１内の貯蔵量、或いは、気液分離度の
調整時に、電磁弁２５を開閉調整する。

【００３５】図１３に図示したβ１型組成変更回路にお
いては、気液分離器２０の凝縮液を流入する高沸点成分
濃縮回路Ｒ７のみを液化タンク１１に通過させて、空調
本流回路ＭＲにおける膨張弁１２の下流側に合流させる
ようにしており、濃縮器１０の凝縮液を流入する高沸点
成分濃縮回路Ｒ９は、低圧の気液二相冷媒が流動するア
キュムレーター９の上流側に合流させており、液化タン
ク１１内にて貯蔵される低沸点成分濃縮冷媒を戻す戻し
回路Ｒ１１は、該高沸点成分濃縮回路Ｒ９の途中部に合
流するようにしている。低圧の気液二相冷媒が流通して
いる箇所であれば、このように、合流点を様々に設定す
ることができるのである。また、組成変更運転時に開弁
する電磁弁２７を、気液分離器２０より濃縮器１０に配
管した低沸点成分濃縮回路Ｒ６のみに介設している。

【００３６】以上のβ型・β１型組成変更回路による組
成変更過程における冷媒温度と、循環冷媒（空調本流回
路ＭＲを循環する空調用冷媒）中の高沸点成分（本実施
例では１３４ａ）の濃度の変位を図１４より説明する。
組成変更用導入回路Ｒ５より導入された高圧液体冷媒Ｃ
を、キャピラリーチューブ１９を介して減圧し、蒸気を
発生させる。この時の冷媒中の高沸点成分（１３４ａ）
の濃度をｄ５とする。高圧液体冷媒Ｃは、気液分離器２
０にて、冷媒温度ｔ４状態で、液相冷媒Ｃａと気相冷媒
Ｃｂに分離する。液相冷媒Ｃａ及び気相冷媒Ｃｂの各１
３４ａ濃度は、ｄ６及びｄ７（ｄ６＞ｄ７）である。気
相冷媒Ｃｂは、更に冷媒温度ｔ５まで冷却されて、濃縮
器１０にて、１３４ａ濃度ｄ８の液相冷媒Ｃｃと１３４
ａ濃度ｄ９の気相冷媒Ｃｄとに分離され、気相冷媒Ｃｄ
は更に液化タンク１１にて冷媒温度ｔ６まで冷却され、
１３４ａ濃度ｄ１０の液化低沸点成分濃縮冷媒（液化３
２／１２５リッチ冷媒）となり、貯蔵される。そして、
１３４ａ濃度がｄ６・ｄ８と高濃度の液相冷媒Ｃａ・Ｃ
ｃは、空調本流回路ＭＲに戻されるのである。

【００３７】以上のようなα型（α１〜α４型）及びβ
型（β１型）の組成変更回路を有する空調回路におい
て、循環冷媒１３４ａ濃度、即ち、組成変更により得ら
れる空調循環冷媒中の高沸点成分の濃度は、図１６に示
すように、分離高沸点成分（１３４ａ）濃度と分離冷媒
割合との関係から求められる。分離冷媒１３４ａ濃度と
は、分離して得る気相冷媒中の高沸点成分の濃度であ
り、これは、低沸点成分と高沸点成分の沸点差と冷媒温
度との関係から決定するもので、濃縮器１０や気液分離
器２０、或いはキャピラリーチューブ等、組成変更回路
の熱交換特性に起因する。また、分離冷媒割合とは、空
調循環させる全冷媒の中における組成変更回路に導入す
る冷媒の割合を示すもので、これは、電磁弁の開閉時間
に起因する。即ち、目標とする循環冷媒１３４ａ濃度を
得るには、組成変更回路の特性に基づいて、電磁弁の開
閉時間を調整すればよいのである。組成変更回路の特性
に基づき分離冷媒１３４ａ濃度が３２％である場合に、
目標とする循環冷媒１３４ａ濃度をｄとすれば、分離冷
媒割合が０．２０となるように、電磁弁の開閉時間を設
定すればよいのである。

【００３８】こうして、組成変更回路を通じて、必要時
に低沸点成分濃縮冷媒を分離して貯蔵し、空調回路に高
沸点成分濃縮冷媒を還元させる方法を用いることによる
効果を図１７及び図１８より説明する。図１７及び図１
８において、コンデンサーとは凝縮器であって、暖房時
においては室内熱交換器５、冷房時においては室外熱交
換器８となるが、この場合は特に冷房時の室外熱交換器
８を指す。この凝縮器にて、例えば加熱能力Ｗを得よう
とする場合に、もともと指定冷媒であるＲ２２を使用す
れば、図１７の如く、コンプレッサーの吐出圧力はｐ１
で済んだのが、組成変更しない混合冷媒Ｒ４０７ｃを使
用すると、ｐ３まで大幅に上昇することとなり、コンプ
レッサーの耐久性に影響を及ぼすものとなっていた。こ
れが、本発明の組成変更回路により、高沸点成分（１３
４ａ）を濃縮化することで、同じ加熱能力を得るのに、
吐出圧力がｐ２で済むようになり、Ｒ２２を使用した時
のｐ１には及ばないものの、コンプレッサーの負担を大
幅に軽減できるようになったのである。

【００３９】但し、図１８に示すように、高沸点成分が
濃縮する分だけ、熱効率は低減してしまい、その分、コ
ンプレッサーの所要動力を必要とする。例えば、同じく
凝縮器にて加熱能力Ｗを得る場合に、Ｒ２２を使用して
いた場合には、コンプレッサーの所要動力がｗ１で済ん
だものが、組成変更しない混合冷媒Ｒ４０７ｃを使用す
ることで、所要動力がｗ２必要となる。そして、更に組
成変更してＲ４０７ｃ中の高沸点成分１３４ａを濃縮化
すると、所要動力は、更に高くなって、ｗ３となってし
まうのである。但し、これは、冷房時におけるコンプレ
ッサー吐出圧力の上昇に比べれば、コンプレッサーの容
量さえあればクリアできる問題である。従って、通常時
の外気温度が高くない場合には、所要能力の比較的かか
らない、組成変更しない状態の混合冷媒４０７ｃを循環
させておき、外気温度が非常に高くて、凝縮器の加熱能
力の高く設定しなければならず、そのために、コンプレ
ッサーの吐出圧力が非常に高くなるおそれのある時にの
み、混合冷媒の組成変更を行い、高沸点成分１３４ａを
濃縮化すればよいのである。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、混合冷媒を使用する空調循環
回路において、以上のような方法及び構造を採用するこ
とにより、次のような効果を奏する。まず、請求項１記
載の方法を採用することにより、外気温度の高い時の冷
房時や、比較的室内温度の高い場合の暖房時で、コンプ
レッサーの吐出圧力が異常上昇するおそれのある場合
に、空調冷媒中の高沸点成分を濃縮化し、気体冷媒の圧
力上昇要因となる低沸点成分の濃度を低減することで、
コンプレッサーの取り込む気体冷媒圧力を低減し、吐出
圧力を抑制することができて、その大容量化を回避する
ことができるのである。

【００４１】そして、請求項２記載の方法を採用するこ
とで、もともと気液分離能力のあるレシーバーを利用し
て混合冷媒の組成変更をすることができ、また、気液分
離用の冷却用冷媒を、レシーバーの送出する高圧液体冷
媒を減圧沸騰して使用することで、熱効率が高い冷却効
果を得ることができ、回路構造の拡大化を抑制しなが
ら、前記の効果を得られる混合冷媒の組成変更を可能と
するこのである。

【００４２】この方法を使用する組成変更構造として、
請求項３記載の構造を採用することで、濃縮器が更にレ
シーバー内の気相冷媒の気液分離を促進し、低沸点成分
濃縮回路を通じて、低沸点成分の濃縮化した蒸気を分離
し、液化タンクに液化して一定量貯蔵する一方、高沸点
成分濃縮回路を通じて、高沸点成分の濃縮化した凝縮液
を空調回路に還元して空調循環する混合冷媒中の高沸点
成分を濃縮化することができ、コンプレッサーの吐出圧
力を低減することができるのである。

【００４３】また、請求項４記載の構造とすることで、
組成変更回路が、濃縮器が削減される分だけコンパクト
化し、レシーバー内に冷却管を貫通させるという簡素な
構造で気液分離を促進することができるのである。

【００４４】また、請求項５記載の構造とすることで、
アキュムレーターの気液分離（冷却）効果を利用して、
レシーバー内の気液分離を促進することができ、濃縮器
も削減できて、レシーバー及びアキュムレーターの一体
化により、両者の接地スペースを削減することができ、
更には、請求項３乃至請求項５記載のような冷却回路を
なくしたので、冷却回路を空調回路に合流させる際に冷
媒の圧力差が生じて不安定となるという不具合を生じず
にすむ。

【００４５】そして、請求項６記載の方法を用いること
により、組成変更回路に導入する冷媒として、レシーバ
ーより送出される高圧液体冷媒を使用し、濃縮器の上流
側で気液分離器にて予め気液分離させておくことで、気
液分離の促進性が向上し、効率よく混合冷媒の組成変更
がなされ、高沸点成分を高めて、コンプレッサーの吐出
圧力の低減を図ることができるのである。

【００４６】この請求項６記載の方法を採用して、請求
項７の如き組成変更回路構造とすることで、気液分離効
率の高い、即ち、組成変更能力の優れた組成変更回路を
提供でき、効率よく混合冷媒の組成変更がなされ、高沸
点成分を高めて、コンプレッサーの吐出圧力の低減を図
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】レシーバー６の気相冷媒より低沸点成分濃縮蒸
気を分離する構造のα型組成変更回路図である。

【図２】α型組成変更回路における電磁弁の開閉操作に
基づく冷媒の流れを示す図で、（１）は通常運転時、
（２）は組成変更運転時の図である。

【図３】同じく（３）は１３４ａ濃縮運転時、（４）は
組成復帰時の図である。

【図４】α１型組成変更回路を具備する空調冷媒回路全
体図である。

【図５】戻し回路Ｒ４を空調本流回路ＭＲに合流させる
場合のα型組成変更回路図である。

【図６】レシーバー６と濃縮器１０を上下一体状とした
α２型組成変更回路図である。

【図７】濃縮器を削除し、レシーバー６内に冷却管１６
を貫設したα３型組成変更回路図である。

【図８】同じくレシーバー６内に傾斜状冷却管１６’を
貫設したα３’型組成変更回路図である。

【図９】図８中ａ−ａ線断面図である。

【図１０】上下にアキュムレーター部９’とレシーバー
部６’を形成する気液分離ユニットＵを具備するα４型
組成変更回路図である。

【図１１】α・α１・α２・α３・α３’・α４型組成
変更回路の気液分離過程における冷媒温度と冷媒組成と
の関連を示す図である。

【図１２】レシーバー６より送出する高圧液体冷媒より
低沸点成分濃縮蒸気を分離する構造のβ型組成変更回路
図である。

【図１３】β１型組成変更回路を具備する空調冷媒回路
全体図である。

【図１４】β・β１型組成変更回路の気液分離過程にお
ける冷媒温度と冷媒組成との関連を示す図である。

【図１５】気液共存状態における気相と液相での組成不
均衡状態を示す図である。

【図１６】分離冷媒組成と分離量による循環冷媒組成の
変位を示す図である。

【図１７】空調冷媒を、Ｒ２２、Ｒ４０７ｃ、及び組成
変更（高沸点成分濃縮）後のＲ４０７ｃとした時の、そ
れぞれのコンプレッサー吐出圧力とコンデンサー加熱能
力との関連を示す図である。

【図１８】同じくコンプレッサー所要動力とコンデンサ
ー加熱能力との関連を示す図である。

【図１９】冷媒Ｒ２２、Ｒ４０７ｃ、Ｒ１２５、及びＲ
３２の温度に対する飽和蒸気圧の違いを示す図である。

【符号の説明】

Ｃ凝縮器Ｅ蒸発器ＭＲ空調本流回路Ｒ１ａ・Ｒ１ｂ・Ｒ１’・Ｒ６・Ｒ８低沸点成分濃縮
回路Ｒ２・Ｒ７・Ｒ９・Ｒ１０高沸点成分濃縮回路Ｒ３・Ｒ３’ 冷却回路Ｒ４・Ｒ１１戻し回路Ｒ５組成変更用導入回路６レシーバー９アキュムレーター１０濃縮器１１液化タンク１２膨張弁１３キャピラリーチューブ１４・１５電磁弁１６・１６’ 冷却管Ｕ気液分離ユニット１９キャピラリーチューブ２０気液分離器２１・２２・２３キャピラリーチューブ２４・２５・２６・２７電磁弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路において、気液共存状態の混合
冷媒を気液分離し、低沸点成分の濃縮化された気相冷媒
を抽出して貯蔵し、高沸点成分の濃縮化された液相冷媒
を空調回路に還元することを特徴とする混合冷媒の組成
変更方法。
【請求項２】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路において、レシーバー内の気相
冷媒を、該レシーバーより送出される高圧液体冷媒を減
圧沸騰させて得る気液二相冷媒によって冷却して部分液
化し、低沸点成分の濃縮化された残存気相冷媒を抽出し
て貯蔵し、高沸点成分の濃縮化された液相冷媒を空調回
路に還元することを特徴とする混合冷媒の組成変更方
法。
【請求項３】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組成変更
回路であって、レシーバー内の蒸気を濃縮器に導入し、
該濃縮器内の蒸気を液化タンクに導入して貯蔵する低沸
点成分濃縮回路と、該濃縮器から空調回路へ凝縮液を戻
す回路と、該レシーバーより送られる高圧液体冷媒の一
部を導入して減圧し、該濃縮器及び液化タンクに通過さ
せる冷却回路とよりなることを特徴とする混合冷媒の組
成変更回路構造。
【請求項４】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組成変更
回路であって、レシーバー内の気相中に、該レシーバー
より送られる高圧液体冷媒の一部を導入して減圧した気
液二相冷媒を通過させる冷却管を貫通させ、該レシーバ
ー内の蒸気を液化タンクに導入して貯蔵する構造とした
ことを特徴とする混合冷媒の組成変更回路構造。
【請求項５】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組成変更
回路であって、レシーバーの上方にアキュムレーターを
配して一体化し、該アキュムレーター内に、レシーバー
内の蒸気を導入する液化タンクを内設したことを特徴と
する混合冷媒の組成変更回路構造。
【請求項６】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路において、レシーバーより送出
される高圧液体冷媒を減圧して気液分離し、低沸点成分
の濃縮化された気相冷媒を抽出して貯蔵し、高沸点成分
の濃縮化された液相冷媒を空調回路に還元することを特
徴とする混合冷媒の組成変更方法。
【請求項７】高沸点成分と低沸点成分の混合冷媒を循
環させる空調用冷媒回路に配設する混合冷媒の組成変更
回路であって、レシーバーより送出される高圧液体冷媒
の一部を減圧して気液分離器に導入し、該気液分離器内
の蒸気を濃縮器に導入し、該濃縮器内の蒸気を液化タン
クに導入して貯蔵する低沸点成分濃縮回路を有するとと
もに、該気液分離器内の凝縮液を減圧して濃縮器に通過
させた気液二相冷媒と、該濃縮器内の凝縮液を減圧した
気液二相冷媒とを液化タンクに通過させ、空調回路に還
元する高沸点成分濃縮回路を有することを特徴とする混
合冷媒の組成変更回路構造。