JPH10160268A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非共沸冷媒を用いても低価格化を図ると共に、
組成変動等を抑制して性能を向上し、冷媒使用量も低減
した空気調和機を得る。 【解決手段】非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクル
を有する空気調和機において、室外熱交換器３と室外膨
脹装置７の間に冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するレ
シーバ８を設け、レシーバは、冷房運転時において実質
的にレシーバ内の液層冷媒のみを冷凍サイクルの下流側
に導出する導出手段と、暖房運転時においてレシーバ内
の液層冷媒および気層冷媒を冷凍サイクルの下流側に導
出する導出手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、蒸気圧縮冷凍サ
イクルを利用する空気調和機に関し、特に作動冷媒に非
共沸冷媒を用い、低価格化を図ると共に、組成変動等を
抑制し、性能を向上するのに好適である。

【０００２】

【従来の技術】 作動冷媒に非共沸冷媒を用いた空気調
和機においては、循環する冷媒の変化を抑制し運転能力
の拡大を図り、それと共に冷媒量をできるだけ少なくす
ることが必要である。このために、室内機および室外機
の双方に、絞り量が任意に制御可能な膨脹装置を配設
し、両膨脹装置の間に余剰冷媒を貯留可能とし、かつ気
液混合手段を有するレシーバ設けることが、例えば特開
平７−３２４８３３号公報に開示されている。

【０００３】本例では、冷房あるいは暖房運転の何れの
場合も冷媒を多量に必要とする液接続配管内の冷媒状態
を気液二相流として冷媒量を低減し、二相流となる管路
中に余剰冷媒を貯留している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 上記従来の技術で
は、室外機および室内機の両方に絞り量が任意に制御可
能な膨張装置が必要である。絞り量が制御可能な膨張装
置としては、パルス駆動モータを用いる電動膨張弁など
があるが、電動膨張弁は精密機構であり、部品点数が多
く、高価である。また、振動、水分や熱に対し取り扱い
に注意を要する問題もある。

【０００５】また、上記従来の技術の気液混合手段は、
設定した諸元による気液混合の割合がレシーバにおける
冷媒のかわき度を規定することになるが、このレシーバ
におけるかわき度によって液接続配管のかわき度や、膨
張装置の容量などが影響を受け、冷凍サイクルの性能に
運転限界を生じたり、冷媒封入量を多くしなければなら
ないなどの影響を与える。

【０００６】以上のように、上記従来の技術では冷媒循
環回路が複雑化し、部品数が増加したり、精密な機械加
工箇所が増加するため低価格化に不利である。

【０００７】本発明の目的は、上記従来の技術の問題点
を解決し、非共沸冷媒を用いても低価格化を図ることが
できると共に、組成変動等を抑制して性能を向上し、冷
媒使用量も低減することのできる空気調和機を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨脹装
置、室内膨脹装置、室内熱交換器を順次配管接続し、沸
点の異なる２成分以上の物質を混合してなる非共沸冷媒
を作動冷媒とする冷凍サイクルを有する空気調和機にお
いて、室外熱交換器と室外膨脹装置の間に冷凍サイクル
内の余剰冷媒を保有するレシーバを設け、レシーバは、
冷房運転時において実質的にレシーバ内の液層冷媒のみ
を冷凍サイクルの下流側に導出する導出手段と、暖房運
転時においてレシーバ内の液層冷媒および気層冷媒を冷
凍サイクルの下流側に導出する導出手段とを備えたもの
である。

【０００９】実質的にレシーバ内の液層冷媒のみを冷凍
サイクルの下流側に導出する導出手段とは、レシーバに
流入し気層（ガス冷媒）と液層に分離した冷媒の液層か
ら液冷媒のみをレシーバから導出するということを意味
し、具体的にはレシーバに導出管を設け、導出管下方の
管端を液層部分に配置するような手段によって達成する
ことができる。

【００１０】また、レシーバ内の液層冷媒および気層冷
媒を冷凍サイクルの下流側に導出する導出手段とは、レ
シーバに流入し気層（ガス冷媒）と液層に分離した冷媒
の液層から液層および気層冷媒をレシーバから直接導出
すると共に、合流させ混合して導出することを意味し、
具体的にはレシーバに導出管を設け、導出管下方の管端
を液層部分に配置し、導出管の側面に設けた小孔を導出
管上方の気層部分に配置するような手段によって達成す
ることができる。

【００１１】室外熱交換器と室外膨脹装置の間に冷凍サ
イクル内の余剰冷媒を保有するレシーバを設け、冷房運
転時において実質的に液層冷媒のみを導出することによ
り、冷房運転時においてレシーバ内に保有される冷媒
は、ほぼかわき度０で高温な状態で貯留することにな
り、組成の変動を生じることが無く、結果として運転に
支障を来すような冷凍サイクル内を循環する作動冷媒の
組成の変動を生じないため性能の向上を図ることができ
る。つまり、作動冷媒の組成が変動した場合に、吐出圧
力上昇により運転範囲が減少すること、成績係数の低い
熱物性へ変化して運転効率が低下することなどを無くす
ことができる。また、液層冷媒のみを導出すれば良いの
で、冷房運転時の導出手段は単純化でき、低価格化に有
利となる。

【００１２】さらに、室外熱交換器と室外膨脹装置の間
にレシーバを設け、暖房時において液層および気層冷媒
を混合して気液二相状態の冷媒を導出することにより、
レシーバに貯留される液冷媒はかわき度が小さく高温な
状態となるので組成変動を小さくでき、かつ室外熱交換
器の入口に必要とされる作動冷媒のかわき度をレシーバ
出口で実現できるので、さらにかわき度を調整するよう
な膨張装置をレシーバ出口と室外熱交換器の入口の間に
設ける必要がない。

【００１３】また、本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱
交換器、室外膨脹装置、室内膨脹装置、室内熱交換器を
順次配管接続し、沸点の異なる２成分以上の物質を混合
してなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有
する空気調和機において、室外熱交換器と室外膨脹装置
の間に設けられ、冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有する
レシーバと、レシーバに設けられ、暖房運転時において
作動冷媒の液層および気層冷媒を混合して気液二相状態
の冷媒を導出する気液混合導出手段とを備え、気液混合
導出手段は、レシーバに導入される作動冷媒のかわき度
が、０．１５〜０．３０となるように気液の混合割合を
定めたものである。

【００１４】かわき度が、０．１５〜０．３０となるよ
うに気液の混合割合を定めるとは、気液混合導出手段の
それぞれの流量バランスを支配する寸法を設定すること
を意味し、具体的には例えば、導出管の穴径や配管径、
配管長さなどの抵抗系に寄与する因子を決定することに
よって達成することができる。

【００１５】これにより、レシーバ入口のかわき度と設
定されたかわき度がバランスするようにレシーバ内に余
剰冷媒が貯留され、室外熱交換器の入口に必要とされる
作動冷媒のかわき度をレシーバ出口で実現できるので、
さらにかわき度を調整するような第二段目の膨張装置を
レシーバ出口と室外熱交換器の入口の間に設ける必要が
ない。

【００１６】さらに、本発明は圧縮機、四方弁、室外熱
交換器、室外膨脹装置、室内膨脹装置、室内熱交換器を
順次配管接続し、沸点の異なる２成分以上の物質を混合
してなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有
する空気調和機において、室外熱交換器と室外膨脹装置
の間に設けられ、冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有する
レシーバと、レシーバに設けられ、冷房運転時において
実質的に作動冷媒の液層冷媒のみを導出する導出手段と
を備え、液層冷媒のみを導出する導出手段によって導出
された液層冷媒を膨張させ、作動冷媒のかわき度が０．
０１〜０．１０となるように定めたものである。

【００１７】これにより、冷媒封入量を多く必要とする
液接続配管内の作動冷媒を気液二相状態にすることがで
きる。このため、液接続管内の冷媒はガス、液混在状態
になるので、液単相で流れる場合より作動冷媒量を低減
できる。特に配管長が長い冷房運転の場合の冷凍サイク
ルの場合、冷凍サイクルを適正に運転するために必要な
冷媒量が低減され、冷媒封入量を２０〜３５％以上削減
することも可能である。 さらに、本発明は上記におい
て、絞り量が可変とされた室内膨脹装置と、絞り量が固
定とされた室外膨脹装置と、暖房運転時にのみ室外膨脹
装置をバイパスして冷媒を流し、冷房運転時には通過を
阻止する逆止機構を有する室外膨脹装置バイパス回路と
を備えたものである。

【００１８】絞り量が固定とされた室外膨脹装置とは、
絞り量が予め設定されている膨張装置を意味し、具体的
には内径及び長さで絞り量が定められたキャピラリチュ
ーブ、あるいはオリフィスのような簡易で単純な構造の
ものによって達成される。

【００１９】また、絞り量が可変とされた室内膨脹装置
とは、抵抗量を任意に可変することができる機構を有す
る膨脹装置を意味し、具体的には、膨脹装置の通路面積
をパルスモータで駆動されるニードルのリフト量により
変化させるようなものによって達成できる。

【００２０】これにより、室外膨張装置は冷房運転時の
み使用され、その仕様は冷房運転時における冷凍サイク
ルの作動点のみに考慮して決定すれば良く、部品等の単
純化が可能で低価格化、性能の安定化に寄与する。

【００２１】さらに、本発明は上記において、絞り量が
固定とされた室内膨脹装置及び室外膨脹装置と、一端が
室外熱交換器と室外膨脹装置の間の配管に接続され、他
端が前記圧縮機吸入側に接続され、電磁弁を有するバイ
パス回路とを備えたものである。

【００２２】これにより、過負荷条件など過酷な条件で
圧縮機吐出温度や吐出圧力が上昇する場合、膨張装置の
全てを固定抵抗装置で構成すると開度を増大させて対処
ができないが、連通、閉止が制御可能なバイパス回路に
よって、運転状態によって任意に電磁弁を連通すること
により、圧縮機吸入側に液冷媒を取り入れ吐出温度を低
下させたり、圧縮機が吐出するガス冷媒の一部を凝縮器
を通過させないようにして機器が破損しないような運転
範囲とすることができる。

【００２３】さらに、本発明は上記において、気液混合
導出手段は、レシーバ内の下方の液層から液冷媒を吸い
上げる導出管と、導出管の上方に設けられ、レシーバ内
のガス層からガス冷媒を吸い込み混合するガス戻し穴と
を有したものである。これにより気液混合導出手段はガ
ス戻し穴のあいた冷媒導出管という簡易な構造によって
実現できる。

【００２４】さらに、本発明は上記において、液層冷媒
のみを導出する前記導出手段と前記室外膨脹装置との間
に冷房過冷却器を備えたものである。

【００２５】冷房過冷却器を設置することにより、膨張
前の液冷媒は温度が低下してエンタルピが小さくなり、
蒸発器の性能が上がり、冷房性能を向上できる。また、
室外熱交換器では冷媒側の熱伝達率が低いため性能が低
下する過冷却部分がなくなるので、凝縮器として有効に
機能することができる。さらに、凝縮圧力が低下するた
めに吐出圧力も下がり、圧縮機入力が減少するので効率
を向上できる。

【００２６】さらに、本発明は上記において、圧縮機に
吸入される前記作動冷媒が過熱ガス状態となるように室
内膨張弁を制御するものである。

【００２７】これにより、圧縮機の効率を高くすること
ができ、圧縮機吸入側にアキュムレータを設置する場合
に、アキュムレータ入り口の冷媒状態を過熱ガスとする
ことで液冷媒の流入が無くなり、余剰冷媒が溜まらない
ようにできる。そして、その結果、非共沸冷媒の組成変
動を生じにくくすることができる。

【００２８】さらに、本発明は沸点の異なる２成分以上
の物質を混合してなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍
サイクルを有する空気調和機において、室外熱交換器の
入口に冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するレシーバを
設け、暖房運転時においてレシーバは液層および気層冷
媒を混合して膨張させ、そのレシーバ出口のかわき度を
室外熱交換器の入口に必要とされる値となるように設定
したものである。

【００２９】これにより、余剰冷媒は、レシーバ入口の
かわき度と設定されたかわき度がバランスするように貯
留され、膨張する。そして、室外熱交換器の入口に必要
とされる作動冷媒のかわき度がレシーバで設定されるの
で、さらにかわき度を調整するような第二段目の膨張装
置をレシーバ出口と室外熱交換器の入口の間に設ける必
要がない。

【００３０】さらに、本発明は、沸点の異なる２成分以
上の物質を混合してなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷
凍サイクルを有する空気調和機において、室外熱交換器
と室外膨脹装置の間に冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有
するレシーバと、冷房運転時は実質的にレシーバに保有
された液層冷媒のみを導出し、暖房運転時はレシーバに
保有された液層冷媒および気層冷媒を導出する導出手段
とを備えたものである。 これにより、冷房運転時はほ
ぼかわき度０で高温な状態で貯留し、暖房時は気液二相
状態の冷媒を導出することとなり、冷凍サイクル内を循
環する作動冷媒の組成の変動を小さくでき、性能の向上
を図ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態を示す
冷凍サイクルの構成を示すブロック図である。１は圧縮
機、２は四方弁、３は室外熱交換器、４は冷房過冷却
器、５は逆止弁、６はドライヤ、７は室外キャピラリチ
ューブ、８はレシーバ、１３はアキュムレータ、１５は
室外送風機であり、室外機２０を構成する。また、１０
は電動膨脹弁、１１は室内熱交換器、１６は室内送風機
であり、室内機２１を構成する。

【００３２】さらに、室内機２１は、液接続配管９、ガ
ス接続配管１２で室外機２０に連結され、空気調和は、
圧縮機１、室外送風機１５、室内送風機１６の運転によ
り、空気と熱交換して行なわれる。また、レシーバ８の
２本の冷媒導入出管は何れも容器下部まで達しており、
暖房運転時の導出管には１７ガス戻し穴が設けられてい
る。

【００３３】冷凍サイクルの作動冷媒としてはオゾン層
を破壊しないハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）から
構成される非共沸冷媒を使用するもので、例えばジフル
オロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（Ｈ
ＦＣ１２５）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン
（ＨＦＣ１３４ａ）の三種類で構成されるＲ４０７番台
の冷媒で、例えば各々が２３：２５：５２重量％で構成
されているＲ４０７Ｃが挙げられる。

【００３４】Ｒ４０７Ｃの特徴は、第一に非共沸混合物
であるため組成の変動を生じることにある。とくに低温
で冷媒のかわき度が大きい状態となるアキュムレータに
余剰冷媒が貯留されると、高沸点冷媒の組成割合が極め
て高い状態の液が多量に存在することで、逆に循環する
冷媒の組成に低沸点冷媒が多く含まれることになり、運
転圧力が上昇してしまう。本実施の形態では余剰冷媒を
レシーバ８に貯留するので、かわき度が小さく、高温な
液冷媒のため組成の変動が少ない状態で余剰冷媒が保有
され、循環組成の変動を生じさせない。

【００３５】Ｒ４０７Ｃの第二の特徴に、飽和域の温度
勾配が挙げられる。Ｒ４０７Ｃではかわき度が小さくな
るほど飽和温度が低下するので、凝縮器出口では液冷媒
の温度が低下してしまい、過冷却度をつけにくい状況に
なっている。また、蒸発器では平均飽和温度に大きな差
が無くても最低温度はより低い温度となるので、着霜し
易くなる問題もある。

【００３６】さらにＲ４０７Ｃでは臨界点が従来のＲ２
２（クロロジフルオロメタン）より低く、凝縮液の比熱
が大きいため、さらに過冷却度をつけにくい状況があ
る。

【００３７】本実施の形態では、室外機２０について、
非共沸冷媒であっても冷房運転時の過冷却度を付け易く
するとともに、暖房運転時に着霜量が増えて除霜時間が
増加しないよう、暖房運転時はバイパスされる冷房過冷
却器４を設けて性能を向上している。冷房過冷却器４は
冷媒通路数を室外熱交換器３より少くされていて、室外
熱交換器３の最下段に一体に構成している。

【００３８】なお、本実施例では、施工時の現地冷媒追
加封入作業を不要または削減するために、冷媒の封入量
は予め決められた長さの配管長分を封入するので、それ
より短い配管長の場合は余剰冷媒が生ずる。

【００３９】また、冷媒と組み合わせる冷凍機油とし
て、冷凍サイクル内の油戻り性の観点から相溶性のある
エステル系、エーテル系、またはカーボネート系冷凍機
油を使用する。これらの冷凍機油はＨＦＣ冷媒と溶解性
を持たせるために、カルボニル基やエーテル結合など酸
素原子導入による極性分子を基材に使用しているので親
水性も高く、飽和水分量が常温で１０００ｐｐｍを越え
るような高吸湿性となり、現場作業や管理状態によって
冷凍機油より水分が冷凍サイクル中に侵入する恐れがあ
る。水分が侵入すると冷凍機油の分解や腐食が促進され
るので、信頼性が低下する問題があり、水分を除去する
ドライヤを設置する必要がある。

【００４０】従来ドライヤは、乾燥剤の磨耗防止の観点
から乾燥剤の動きを抑制し易くするために、一般的には
流れ方向が一方向でしか使用出来ないものが多く、流れ
方向が正逆に切り変わるヒートポンプ形空調機では整流
のための回路など複雑な構造が必要となる。

【００４１】本実施例では、合成ゼオライトにより構成
されるドライヤ６を冷房過冷却器４出口側に設置するこ
とで、一方向タイプのものを使用可能としている。次に
本発明の動作を説明する。冷房運転の場合、冷媒は図で
実線矢印の方向に流れ、圧縮機１から吐出されたガス冷
媒は四方弁２を通過し複数の冷媒通路で構成する室外熱
交換器３で凝縮する。

【００４２】その後、通路を合流した冷媒はレシーバ８
に入り、気層と液層に分離する。レシーバ８の導出管は
下方の管端より液層から液冷媒のみを導出するので、も
しレシーバ８に流入するガス冷媒量が、容器の放熱によ
り気層の冷媒が凝縮する量より多ければ、レシーバ８は
容器内より冷媒を放出して、冷凍サイクル内の冷媒量の
調節機能を発揮する。最終的に出口の冷媒はほとんどか
わき度０の状態となる。そして冷媒は閉じている方向の
逆止弁５を流れず、冷房過冷却器４に流れて過冷却す
る。冷房過冷却器４の冷媒通路数は室外熱交換器３より
も少ないので、流速が増加して冷媒側の熱伝達率を上昇
させている。

【００４３】その後、液冷媒はドライヤ６を通過し、液
冷媒中の水分が吸着される。次に室外キャピラリチュー
ブ７は過冷却された液冷媒の第一段目の膨張装置とな
り、絞られた冷媒は気液二相状態になり、室内機に搬送
される。

【００４４】次に電動膨張弁１０は第二段目の膨張装置
となり、ここで主に減圧されて蒸発器となる室内熱交換
器１１に送られた冷媒が蒸発し、室内空気は冷却され
る。蒸発した冷媒はガス接続配管１２を通過し、室外機
２０に冷媒が戻される。そして四方弁２、アキュムレー
タ１３を通過して、圧縮機１吸入側に戻る。

【００４５】室外キャピラリチューブ７の内径及び長さ
できまる絞り量は、液接続配管９内を流動する前記作動
冷媒のかわき度を、０．０１〜０．１０、好ましくは
０．０３〜０．０６の間で、過冷却度を適切にして、成
績係数が最大になるように決定する。このような液接続
配管９内の冷媒かわき度設定により、配管内の冷媒存在
量を略半減することができるので、特に冷凍サイクルを
適正に運転するために必要な冷媒量が最大となる配管長
が長い冷房運転の場合、冷凍サイクルへの冷媒量が低減
され、冷媒封入量を２０〜３５％以上削減できる。

【００４６】ドライヤは室外膨脹装置の冷媒側入口直前
で冷凍サイクル内の水分を吸着し、複雑な整流回路を持
つことなく、一方向流れ用のドライヤを用いることがで
きる。

【００４７】次に暖房運転の場合を説明する。暖房運転
では、四方弁２の切り替えにより、点線矢印の向きに冷
媒が流れる。圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁
２、ガス接続配管１２を通過し、室内熱交換器１１で放
熱して凝縮し、暖房を行う。

【００４８】凝縮液は電動弁１０で絞られ膨張し、液接
続配管９内を気液二相流で搬送され室外機２０へ送られ
る。そして、液接続配管９の圧力損失によりさらに大き
なかわき度になった冷媒は、レシーバ８で気液分離し、
下方液層から導出される液冷媒と、上方ガス戻し穴１７
から導出されるガス冷媒が混合されて、気液二相状態で
導出される。

【００４９】この後、冷媒の殆どは逆止弁５を通過して
室外熱交換器３に送られるが、室外キャピラリチューブ
７、ドライヤ６、冷房過冷却器４にもごく一部の冷媒が
逆止弁５との圧力損失の比率で若干流れる。したがっ
て、ドライヤ６では冷媒中の水分が吸着されとともに、
冷房過冷却器４は蒸発器として殆ど機能しないので、空
気側フィンの着霜がほとんど見られず、除霜時等室外機
熱交換器３より滴下した水滴が下方で氷結し成長するこ
とがない。蒸発器となる室外熱交換器３に入った二相の
冷媒は蒸発して、四方弁２、アキュムレータ１３を通過
して圧縮機１に戻る。

【００５０】本実施例によれば、冷房運転および暖房運
転いずれの場合においても液接続配管９内を流動する冷
媒は気液二相状態になるため、ガス、液混在状態により
液単相で流れる場合より冷媒存在量を低減した状態とす
ることができ、結果として機器への冷媒充填量を低減で
き、温暖化ガスの使用量削減に貢献できる。

【００５１】なおレシーバ８の導出管のガス戻し穴１７
の径は、レシーバ８後流側の膨脹装置を不要とできるか
わき度、すなわちレシーバ８出口の冷媒状態が、ほぼ蒸
発器入口のかわき度になるようなガス戻し量となる径に
設定されている。具体的には、レシーバ８に導入される
冷媒のかわき度が、０．１５〜０．３０、好ましくは
０．１８〜０．２４となるように設定することが良い。

【００５２】またレシーバ８入口のかわき度と１７ガス
戻し穴径で設定したかわき度がバランスするように、レ
シーバ８入口のかわき度によりレシーバ８内に余剰冷媒
が貯留される。このようなかわき度設定により、第二段
目の膨張装置を設置する必要が無い。また、気液二相流
に対応するのは暖房運転時のみなので、膨張装置やガス
戻し穴の仕様決定など設計上のパラメータを減少でき
る。

【００５３】また、本実施の形態によれば、室外膨脹装
置を冷房運転時のみ使用されるキャピラリチューブとし
たので、絞り内径や長さなどの仕様の決定を冷房運転だ
けを考慮して決めればよい。室外キャピラリチューブ７
は、オリフィスでも代用可能であり、これらのような簡
易な構造の固定抵抗で構成することができる。

【００５４】以上は、設計、開発工数を削減するので、
非共沸冷媒を用いても組成変動なく冷媒使用量を低減し
た空気調和機を安価に、かつ早く開発できることにな
る。

【００５５】さらに、冷房運転時においては、レシーバ
内に保有される冷媒がほぼかわき度０の状態で貯留され
るので、液冷媒の組成の変動を生ずることが無く、結果
として循環組成の変動はほとんど生じない。したがっ
て、組成が変動した場合に生ずる、吐出圧力上昇による
運転範囲の減少や、成績係数の低い熱物性への変化によ
る運転効率の低下が無くなり、空気調和機の性能低下を
防止することができる。

【００５６】さらに、本実施例によれば、暖房運転時に
低温となる室外機熱交換器において、除霜運転時に融解
した水分が室外機熱交換器下方にたまり氷塊を成長させ
ることが無いので、除霜時間を短縮することができ、空
気調和機の性能を向上することができる。

【００５７】さらに、ドライヤ６は、冷房時は全冷媒循
環量の過冷却液冷媒が通過し、暖房時は冷媒循環量のご
く一部が通過するので、流通量が多く乾燥剤の磨耗が少
ない点で有利な一方向流れ用のドライヤを冷房運転時の
流れ方向に用いることができる。したがって、複雑な整
流回路を持つことなく、ドライヤを冷凍サイクルへ設置
して冷凍機油の劣化の原因となる水分を除去できるの
で、安価に信頼性を向上できる。

【００５８】また、冷房および暖房いずれの場合におい
ても、電動膨張弁１０は圧縮機１吸入側の加熱度が少し
付くように制御することで、アキュムレータ１３に余剰
液冷媒が溜まることを防止でき、循環組成が大きく変動
してしまうことが無いうえ、湿り圧縮により圧縮機１の
効率が悪い状態で運転されることが無い。

【００５９】次に、本発明の第２の実施の形態を示す。
図３は第２の実施の形態の冷凍サイクル構成図を示して
おり、レシーバ８をアキュムレータ１３と一体に形成し
ている以外は構成、動作とも第１の実施の形態と同様で
ある。

【００６０】レシーバ８とアキュムレータ１３を一体に
形成したことで、隔壁１４が伝熱面として作用し、温度
の高いレシーバ８側から温度の低いアキュムレータ１３
へ熱移動する。これにより、蒸発器入り口の冷媒はエン
タルピが減少し、圧力損失の小さい状態で蒸発器を冷媒
が通過するとともに、圧縮機吸入側の冷媒は過熱され、
圧縮機の性能が良好なところで運転できるため、その相
乗で冷凍サイクルの効率が改善され、ＣＯＰを向上させ
ることができる。

【００６１】冷媒圧縮装置の吸入側直前にあって、四方
弁との間になる位置にアキュムレータを設置し、アキュ
ムレータとレシーバとを伝熱面として作用する隔壁を介
し一体容器に構成することにより性能の向上を図ること
ができる。

【００６２】以上により、高圧高温のレシーバと低圧低
温のアキュムレータの間に熱の授受が行われることによ
り、レシーバ内の液冷媒を冷却して温度を低下させるこ
とができ、同時に圧縮機１の吸入ガス冷媒を過熱させや
すくできる。よって、蒸発器の入口における冷媒のエン
タルピを減少させて、同じ能力を得る蒸発器出口とのエ
ンタルピ差にしたとき、作動点を圧力損失の小さい方へ
移動でき、また圧縮機１の作動点をより効率の高いとこ
ろで運転することができる。

【００６３】室内機膨脹装置を電動膨張弁１０として電
動式の可変絞りとしたため、空気条件が大きく変化した
場合や、圧縮機１をインバータなどによる回転数制御や
バイパスによる容量可変とした場合でも、電動膨張弁１
０により冷媒の循環量に適応した絞り量を設定すること
で、最適な冷凍サイクルを形成できる。また、室内機２
１が複数台数接続される場合においても、電動膨張弁１
０による開度バランス制御により適正な冷凍サイクルを
形成できる。

【００６４】このように、電動膨脹弁を室内機に設置し
たので、一定速圧縮機を搭載したタイプの空気調和機ま
たは、インバータや極数変換モータ使用圧縮機などによ
る容量可変タイプの空気調和機の違いや、室内機の接続
台数が一台か、複数台数かの如何に関わらず、同一の構
成の室内機にすることができる。このため、いわゆるマ
ルチ室内型空調機や室内ペア型一定速空調等の製品群に
よらず共用化した室内機にできるので、機種数の削減に
よる製品開発期間短縮、標準化による生産効率向上、製
品在庫減少による流通経費削減、機種シリーズ単純化に
よる機種選定・施工の容易化ができる。

【００６５】次に本発明の第３の実施の形態を示す。図
４は第３の実施の形態の冷凍サイクル構成図を示してお
り、室内膨張弁１０を室内キャピラリ３７、逆止弁３５
に置き換え、ガスバイパス４１、液バイパス４２を設置
した以外は第１の実施例と同等である。

【００６６】本実施の形態では、冷房運転時の膨張は室
外キャピラリチューブ７で行い暖房時の膨張を室内キャ
ピラリチューブ３７で行う。暖房運転時および冷房運転
時はそれぞれ逆止弁５、逆止弁３５を冷媒が主として通
過しバイパスされる。よって、安価な抵抗装置であるキ
ャピラリチューブを使用でき、高価で扱いの難しい電動
膨張弁を使用しないで冷凍サイクルを構成することがで
きる。

【００６７】ガスバイパス４１または液バイパス４２は
外気が高温の場合など過負荷運転の時に、それぞれ凝縮
圧力または圧縮機吐出温度を低下させる機能があり、条
件により電磁弁により開閉される。これにより、機器の
設計圧力および使用温度を守り、運転範囲を拡大するこ
とができる。

【００６８】本実施の形態では、高価で取り扱いに注意
を要する電動膨張弁を使用せず、逆止機構により冷房運
転、および暖房運転それぞれに適した絞り量を、それぞ
れ室外膨張装置、および室内膨張装置で設定することが
できる。そして、いずれの運転においても液接続配管の
上流側で絞り、冷媒を気液二相状態にするので、液接続
配管においては液単相で流れる場合より冷媒存在量を低
減した状態で冷媒を搬送できる。

【００６９】次に、本発明の第４および第５の実施の形
態を示す。図２は第４の実施の形態の冷凍サイクル構成
図を示しており、図５は第５の実施の形態の冷凍サイク
ル構成図を示している。何れも冷房過冷却器４を設置し
ていない以外はそれぞれ第１および第３の実施の形態と
同じであり、動作も同等である。

【００７０】本実施の形態では、冷房過冷却器が無い分
シンプルな冷凍サイクルの構成にすることができるメリ
ットがある。いずれの実施例の場合においても、レシー
バ８を設けて余剰冷媒を貯留するので、アキュムレータ
１３を省略することも可能である。

【００７１】次に、レシーバの具体的構造例を示す。図
６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２は、実
施の形態におけるレシーバ構造を示す断面図である。

【００７２】各図において、５０はレシーバ容器、５１
は暖房導出管、５２は冷房導出管、５３はガス導出部、
５４は液導出部、５５は仕切板、５６は補助ガス導出部
を示している。

【００７３】冷房運転時はレシーバ容器５０内の液層か
ら冷房導出管５２により液冷媒が導出される方向で流れ
る。暖房運転時はレシーバ容器５０内の下方より液層冷
媒を導出する液導出部５４と、上方より気層冷媒を導出
するガス導出部５４により、液およびガス冷媒を導出す
ると同時に合流により混合することで気液二相状態とし
て、暖房導出管５１から冷媒が導出される方向で流れ
る。各図においては、暖房運転時の冷媒の取り出し構
造、および液冷媒とガス冷媒の混合比率すなわちかわき
度を調整する方法が異なっている。

【００７４】図６の例においては、ガス導出部５３は暖
房導出管５１の側面に設けられた小孔であり、液導出部
５４は暖房導出管５１の内径よりも小さい径の配管で構
成している。導出冷媒のかわき度は、ガス導出部５３小
孔の直径および、液導出部５４の配管の内径および長さ
に依存する。

【００７５】図７の例においては、ガス導出部５３は複
数の小孔であり、導出冷媒のかわき度はこの直径および
個数に依存する。この小孔を裏側まで貫通して設けるこ
とで、配管にキリ穴を開ける作業を容易にした上、ガス
量を増加することができる。このため相対的に液量を絞
る必要が無く、液導出部５４は暖房導出管５１と同一の
配管で構成される。

【００７６】図８の例においては、暖房導出管５１およ
び冷房導出管をレシーバ容器５０の下方に設置している
倒立形の構造としている。ガス導出部５３は暖房導出管
５１の上方管端部であり、液導出部５４は下方に設けら
れた小孔で構成されており、導出冷媒のかわき度はこの
小孔の径に依存する。

【００７７】図９の例においては、ガス導出部５３は暖
房導出管５１の管端部であり、液導出部５４はレシーバ
容器５０の下方と暖房導出管５１を容器外で連結する配
管で構成されている。導出冷媒のかわき度は、この配管
の内径および長さに依存する。

【００７８】図１０の例においては、冷房導出管をレシ
ーバ容器５０の下方に設置している倒立形の構造として
おり、ガス導出部５３はレシーバ容器５０の上方に接続
する暖房導出管５１の管端部であり、液導出部５４はレ
シーバ容器５０の下方と暖房導出管５１を容器外で連結
する配管で構成されている。導出冷媒のかわき度は、こ
の配管の内径および長さに依存する。

【００７９】図１１の例においては、暖房導出管５１は
レシーバ容器５０内でＵ字形状を有しており、ガス導出
部５３は容器内の気層に開口する暖房導出管５１の管端
部である。液導出部５４は暖房導出管５１のＵ字形最下
部に設けた小孔で構成される。さらに暖房導出管５１に
おいて液導出部５４の暖房運転時後流側に位置してレシ
ーバ容器５０内気層部に開口する、補助ガス導出部５６
を設ける。導出冷媒のかわき度は、ガス導出部５３の開
口面積、補助ガス導出部小孔の径、５６液導出部５４小
孔の径に依存する。

【００８０】図１２の例においては、ガス導出部５３は
暖房導出管５１の管端部であり、液導出部５４は暖房導
出管５１の内径よりも小さい外径の配管を、暖房導出管
５１の管端内側に取り付けている。導出冷媒のかわき度
は、暖房導出管５１の管端部開口面積と、液導出部５４
の配管の内径および長さに依存する。

【００８１】以上に示したとおり、暖房運転時のレシー
バ導出冷媒のかわき度は、孔径や配管内径、長さの設定
による流動抵抗比率に依存し、これら諸元を設定するこ
とで、所望のかわき度を得ることができる。

【００８２】また、冷凍サイクルの作動流体は、Ｒ４０
７Ｃを例に挙げたが、類似の特性を持つ非共沸冷媒であ
る、Ｒ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ９００Ｊ
Ａ（「冷凍保安規則と関係基準における冷媒定数の標準
値」表記の冷媒の管理番号による）や、これら以外のＨ
ＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａの二種混合冷媒、またはＨＦ
Ｃ３２とＨＦＣ１２５とＨＦＣ１３４ａの三種混合冷媒
の任意の組成のものを用いることも良い。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、非共沸冷媒を用いても
冷媒循環回路が単純化され、部品数が削減されて低価格
化に有利であると共に、組成変動等を抑制して性能向上
が図れ、冷媒使用量も低減できる空気調和機が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における冷凍サイク
ル構成を示すブロック図。

【図２】本発明の第４の実施の形態における冷凍サイク
ル構成を示すブロック図。

【図３】本発明の第２の実施の形態における冷凍サイク
ル構成を示すブロック図。

【図４】本発明の第３の実施の形態における冷凍サイク
ル構成を示すブロック図。

【図５】本発明の第５の実施の形態における冷凍サイク
ル構成を示すブロック図。

【図６】上記各実施の形態におけるレシーバ構造の一例
を示す断面図。

【図７】レシーバ構造の他の例を示す断面図。

【図８】レシーバ構造のさらに、他の例を示す断面図。

【図９】レシーバ構造のさらに、他の例を示す断面図。

【図１０】レシーバ構造のさらに、他の例を示す断面
図。

【図１１】レシーバ構造のさらに、他の例を示す断面
図。

【図１２】レシーバ構造のさらに、他の例を示す断面
図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…四方弁、３…室外熱交換器、４…冷房
過冷却器、５…逆止弁、６…ドライヤ、７…室外キャピ
ラリチューブ（室外膨張装置）、８…レシーバ、９…液
接続配管部、１０…電動膨脹弁（室内膨張装置）、１１
…室内熱交換器、１２…ガス接続配管部、１３…アキュ
ムレータ、１４…隔壁、１５…室外送風機、１６…室内
送風機、１７…冷房ガス戻し穴、１８…暖房ガス戻し
穴、２０…室外機、２１…室内機、３５…逆止弁（逆止
機構）、３７…室内キャピラリチューブ、４１…ガスバ
イパス、４２…液バイパス、５０…レシーバ容器、５１
…暖房導出管（導出手段）、５２…冷房導出管（導出手
段）、５３…ガス導出部、５４…液導出部、５５…仕切
板、５６…補助ガス導出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 和幹 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 坪江 宏明 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 出石 峰敏 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨
   脹装置、室内膨脹装置、室内熱交換器を順次配管接続
   し、沸点の異なる２成分以上の物質を混合してなる非共
   沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有する空気調和
   機において、 前記室外熱交換器と前記室外膨脹装置の間に前記冷凍サ
   イクル内の余剰冷媒を保有するレシーバを設け、 前記レシーバは、冷房運転時において実質的にレシーバ
   内の液層冷媒のみを冷凍サイクルの下流側に導出する導
   出手段と、 暖房運転時においてレシーバ内の液層冷媒および気層冷
   媒を冷凍サイクルの下流側に導出する導出手段とを備え
   たことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨
   脹装置、室内膨脹装置、室内熱交換器を順次配管接続
   し、沸点の異なる２成分以上の物質を混合してなる非共
   沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有する空気調和
   機において、 前記室外熱交換器と前記室外膨脹装置の間に設けられ、
   前記冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するレシーバと、 前記レシーバに設けられ、暖房運転時において前記作動
   冷媒の液層および気層冷媒を混合して気液二相状態の冷
   媒を導出する気液混合導出手段とを備え、 前記気液混合導出手段は、前記レシーバに導入される作
   動冷媒のかわき度が、０．１５〜０．３０となるように
   気液の混合割合を定めたことを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨
   脹装置、室内膨脹装置、室内熱交換器を順次配管接続
   し、沸点の異なる２成分以上の物質を混合してなる非共
   沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有する空気調和
   機において、 前記室外熱交換器と前記室外膨脹装置の間に設けられ、
   前記冷凍サイクル内の余剰冷媒を保有するレシーバと、 前記レシーバに設けられ、冷房運転時において実質的に
   前記作動冷媒の液層冷媒のみを導出する導出手段とを備
   え、 前記液層冷媒のみを導出する導出手段によって導出され
   た前記液層冷媒を膨張させ、作動冷媒のかわき度が０．
   ０１〜０．１０となるように定められていることを特徴
   とする空気調和機。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
   のにおいて、 絞り量が可変とされた前記室内膨脹装置と、 絞り量が固定とされた前記室外膨脹装置と、 暖房運転時にのみ前記室外膨脹装置をバイパスして冷媒
   を流し、冷房運転時には通過を阻止する逆止機構を有す
   る室外膨脹装置バイパス回路とを備えたことを特徴とす
   る空気調和機。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
   のにおいて、 絞り量が固定とされた前記室内膨脹装置及び前記室外膨
   脹装置と、 一端が前記室外熱交換器と前記室外膨脹装置の間の前記
   配管に接続され、他端が前記圧縮機吸入側に接続され、
   電磁弁を有するバイパス回路とを備えたことを特徴とす
   るの空気調和機。
6. 【請求項６】 請求項１又は２に記載のものにおいて、 前記気液混合導出手段は、前記レシーバ内の下方の液層
   から液冷媒を吸い上げる導出管と、前記導出管の上方に
   設けられ、前記レシーバ内のガス層からガス冷媒を吸い
   込み混合するガス戻し穴とを有したことを特徴とする空
   気調和機。
7. 【請求項７】 請求項１ないし３のいずれかに記載のも
   のにおいて、 液層冷媒のみを導出する前記導出手段と前記室外膨脹装
   置との間に冷房過冷却器を備えたことを特徴とする空気
   調和機。
8. 【請求項８】 請求項１ないし３ののいずれかに記載も
   のにおいて、 前記圧縮機に吸入される前記作動冷媒が過熱ガス状態と
   なるように室内膨張弁を制御することを特徴とする空気
   調和機。
9. 【請求項９】 沸点の異なる２成分以上の物質を混合し
   てなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有す
   る空気調和機において、 室外熱交換器の入口に前記冷凍サイクル内の余剰冷媒を
   保有するレシーバを設け、 暖房運転時において前記レシーバは液層および気層冷媒
   を混合して膨張させ、その前記レシーバ出口のかわき度
   を前記室外熱交換器の入口に必要とされる値となるよう
   に設定したことを特徴とする空気調和機。
10. 【請求項１０】 沸点の異なる２成分以上の物質を混合
    してなる非共沸冷媒を作動冷媒とする冷凍サイクルを有
    する空気調和機において、 前記室外熱交換器と前記室外膨脹装置の間に前記冷凍サ
    イクル内の余剰冷媒を保有するレシーバと、 冷房運転時は実質的に前記レシーバに保有された液層冷
    媒のみを導出し、暖房運転時は前記レシーバに保有され
    た液層冷媒および気層冷媒を導出する導出手段とを備え
    たことを特徴とする空気調和機。