JPH10332212A

JPH10332212A - 空気調和装置の冷凍サイクル

Info

Publication number: JPH10332212A
Application number: JP9144196A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sano; 野哲夫佐; Hiroyuki Isekawa; 浩行伊勢川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】臨界温度が約９０℃以下の冷媒を用いる場合
においても、優れた運転効率を発揮できるようにする。【解決手段】冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、
室内熱交換器３、膨張弁４ａ,４ｂ、及び室外熱交換器
５を冷媒配管によって順次連結した構造を有している。
圧縮機１の吸込側１ａと四方弁２との間に、熱交換部６
が設けられ、この熱交換部６によって、室内熱交換器３
と室外熱交換器５との間における２つの膨張弁４ａ,４
ｂ同士の間の高温冷媒と、圧縮機１の吸込側（低圧側）
における低温冷媒との間で、熱交換が行われるようにな
っている。凝縮器となる熱交換器３又は５の出口側の冷
媒は、一方の膨張弁４ａ又は４ｂによる第１段目の膨張
行程を経て、熱交換部６における低温側との熱交換によ
ってエンタルピーが低下する。従って、過冷却度の増大
によって、冷媒の冷凍効果を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、臨界温度の低い代
替冷媒を用いた空気調和装置の冷凍サイクルにおける、
運転効率向上のための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な空気調和装置の冷凍サイ
クルの例が、図１４に示されている。図１４において、
冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器
３、膨張弁４、及び室外熱交換器５を、冷媒配管で順次
連結した構造を有している。そして、図１４において、
実線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れ方向を示し、破線
の矢印は冷房（又は除湿）運転時の冷媒の流れ方向を示
している。すなわち、この空気調和装置の冷凍サイクル
は、上記四方弁２の切り換えで冷媒の流れ方向を変える
ことにより、暖房運転と冷房（又は除湿）運転とを切り
換えることができるようになっている。

【０００３】そして、冷房（又は除湿）運転時において
は、室外熱交換器５が凝縮器となり、室内熱交換器３が
蒸発器となる。一方、暖房運転時においては、これと反
対に、室外熱交換器５が蒸発器となり、室内熱交換器３
が凝縮器となる。また、これらの熱交換器３,５は、そ
れぞれ伝熱管（図示せず）を有し、伝熱管内の冷媒が、
空気等の流体と熱交換を行うことにより、凝縮又は蒸発
の相変化を行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１５には、Ｒ２２冷
媒とＲ４１０Ａ冷媒の飽和温度−エンタルピー線図であ
って、両者の２相平衡温度（縦軸方向）と４０℃のエン
タルピー値（横軸方向）が一致するように合成したもの
が示されている。Ｒ２２を例にとって冷媒の一般的な性
質について説明すれば、図１５に示すように、凝縮温度
がＲ２２の臨界温度Ｔkx（約９６℃）に近づくに従っ
て、飽和蒸気線（Ｔkxの右側）と飽和液線（Ｔkxの左
側）とが接近して、伝熱効率のよい２相流領域（飽和蒸
気線と飽和液線との間）が減少するとともに、後述する
冷凍効果Ｑが減少して、運転効率が低下する。また、凝
縮温度が臨界温度Ｔkxを超えるような場合は、単相状態
の伝熱となって冷媒側の熱伝達率が著しく低下する。

【０００５】すなわち、凝縮温度が臨界温度Ｔkxに近い
か、又は臨界温度Ｔkxを超えるような条件では、凝縮器
における凝縮熱交換量の減少によって、空気調和装置等
の冷凍機器の運転効率が悪化してしまう。

【０００６】ここで、従来のＲ２２等のＨＣＦＣ冷媒の
代替冷媒として、より臨界温度の低い、Ｒ３２（ＨＦＣ
−３２：ジフルオロメタン）とＲ１２５（ＨＦＣ−１２
５：ペンタフルオロエタン）との混合冷媒を用いる場合
について説明する。まず、Ｒ３２の臨界温度は約７９℃
であり、Ｒ１２５の臨界温度は約６６℃である。そし
て、Ｒ３２とＲ１２５とを５０wt％ずつ混合したＲ４１
０Ａの臨界温度Ｔkyは約７０〜７７℃であるとされてい
る（図１５では約７３℃としている）。

【０００７】このＲ４１０Ａを空気調和装置の冷媒とし
て用いる場合、一般に凝縮温度は、３５℃から最高周囲
温度条件で６５℃まで、標準負荷条件では４０〜５５℃
で設計される。そして、後者の凝縮温度４０〜５５℃を
基準とすれば、凝縮温度と臨界温度との差は、Ｒ２２の
場合で９６℃−(４０〜５５℃)＝４１〜５６℃であるの
に対して、Ｒ４１０Ａの場合では７３℃−(４０〜５５
℃)＝１８〜３３℃と、Ｒ２２の場合の約半分（４４〜
５９％）の大きさになっている。

【０００８】従って、冷媒にＲ４１０Ａを用いる場合
は、Ｒ２２を用いる場合に比べて、凝縮温度が臨界温度
に近くなり、熱伝達率が低下し冷凍効果が減少する傾向
が強くなる。そして、このような傾向は、凝縮温度の高
くなる条件（空気温度の高い状態）では、より顕著なも
のとなる。

【０００９】ここで、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ１２５、及び
Ｒ４１０Ａの各冷媒について、凝縮温度毎の潜熱を比較
したものが下記表１に示されている（表１の組成Ｄにつ
いては後述する。）。そして、この表１から分かるよう
に、Ｒ４１０ＡとＲ２２との潜熱の大きさが凝縮温度４
０℃のところでほぼ等しくなるので、図１５において
は、上述したように、飽和温度４０℃において両者のエ
ンタルピー値が等しくなるように重ね合わされている。
従って、凝縮温度が４０℃を超えるような冷凍サイクル
においては一般的に、冷媒にＲ４１０Ａを用いる場合
は、Ｒ２２を用いる場合に比べて潜熱が小さくなり、空
気調和装置等の冷凍機器の能力や運転効率の低下を生ず
ることになる。

【００１０】

【表１】次に、図１６には、図１５に対応する飽和温度−エンタ
ルピー線図上において、従来の空気調和装置の一般的な
冷凍サイクルの工程が示されている。この冷凍サイクル
のうち、Ａ→Ｃx,Ｃyは凝縮、Ｃx,Ｃy→Ｄx,Ｄyは膨
張、Ｄx,Ｄy→Ｆは蒸発、Ｆ→Ａは圧縮の各工程にそれ
ぞれ対応している。また、凝縮温度は６０℃、蒸発温度
は１０℃にそれぞれ設定されている。

【００１１】図１６から分かるように、一般的な冷凍サ
イクルでは、凝縮温度を同等に設定すると、冷媒がＲ４
１０Ａの場合もＲ２２の場合も、過冷却度（＝飽和液温
度−凝縮器出口温度）はほぼ同じ大きさ（図１６では５
０℃−６０℃＝−１０℃）になる。このとき、凝縮器出
口における冷媒のエンタルピーは、図１６において、Ｒ
２２の場合で１２５(kJ/kg)であるのに対して、Ｒ４１
０Ａの場合では１３５(kJ/kg)と高くなり、Ｒ４１０Ａ
の場合の冷凍効果（冷媒のエンタルピー変化量）Ｑy
が、Ｒ２２の場合の冷凍効果Ｑxより小さくなる。この
ため、冷媒にＲ４１０Ａを使用する場合、Ｒ２２を使用
する場合に比べ、空気調和装置の冷凍能力Φ(kJ/h)（＝
冷凍効果(kJ/kg)×冷媒循環量(kg/h)）が低下する。

【００１２】従って、このようなＲ４１０Ａを用いる場
合の冷凍能力の低下を補うためには、凝縮器出口におけ
る過冷却度を大きくとれるようにすればよいことが分か
る。そのためには、熱交換器自体を大型化したり、冷媒
封入量を増加させたりする手段が考えられる。

【００１３】しかし、これらの手段では、大型化による
コストの増大や、冷媒封入量の増加に伴う圧縮機の信頼
性低下等の問題がある。また、冷媒の液相部分が増加す
るが、この液の単相部分では流速が低い上に、２相変化
を伴う伝熱に比べて熱伝達率が低くなる。このため、全
体としての改善効果は、それ程期待できない。

【００１４】以上、従来の空気調和装置においてＲ４１
０Ａ冷媒を用いる場合の問題点について説明したが、こ
のことは、Ｒ３２、又はＲ３２を含むその他の混合冷媒
や、二酸化炭素、又は二酸化炭素を含む混合冷媒といっ
た、臨界温度が約９０℃以下の代替冷媒を用いる場合に
共通する問題点となる。

【００１５】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、熱交換器の大型化や冷媒封入量の増加を
伴うことなく、冷凍能力を高め、臨界温度が約９０℃以
下の冷媒を用いる場合においても、優れた運転効率を発
揮できる空気調和装置の冷凍サイクルを提供することを
主目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、少なくと
も、圧縮機、凝縮器、膨張機構、及び蒸発器を、冷媒配
管で順次連結してなる空気調和装置の冷凍サイクルにお
いて、冷媒として、臨界温度が約９０℃以下の冷媒を使
用し、前記凝縮器と前記蒸発器との間における高温冷媒
と、前記蒸発器と前記圧縮機の吸込側との間における低
温冷媒との間で、熱交換が行われるように構成されてい
ることを特徴とする空気調和装置の冷凍サイクルであ
る。

【００１７】この第１の手段によれば、凝縮器と蒸発器
との間における高温冷媒と、蒸発器と圧縮機の吸込側と
の間における低温冷媒との間で熱交換を行うことによ
り、凝縮器の出口側における冷媒の凝縮液部分を効果的
に冷却することができる。このことにより、凝縮器の出
口側の冷媒の過冷却度を増大させ、冷媒の冷凍効果を高
めることができる。

【００１８】第２の手段は、第１の手段において、前記
膨張機構が、前記凝縮器と前記蒸発器との間に少なくと
も２つ設けられ、これらの膨張機構同士の間における前
記高温冷媒と、前記低温冷媒との間で、熱交換が行われ
るように構成されたものである。

【００１９】この第２の手段によれば、第１の手段にお
いて、冷媒流れ方向の異なる冷房運転時及び暖房運転時
の双方において、少なくともいずれかの膨張機構の入口
側における冷媒の凝縮液部分を効果的に冷却することが
できる。

【００２０】第３の手段は、少なくとも、圧縮機、凝縮
器、膨張機構、及び蒸発器を、冷媒配管で順次連結して
なる空気調和装置の冷凍サイクルにおいて、冷媒とし
て、臨界温度が約９０℃以下の冷媒を使用し、前記凝縮
器と前記蒸発器との間における冷媒を、前記蒸発器と前
記圧縮機の吸込側との間、又は前記圧縮機に注入するた
めのインジェクション回路を設けたことを特徴とする空
気調和装置の冷凍サイクルである。

【００２１】この第３の手段によれば、インジェクショ
ン回路によって凝縮器における冷媒循環量が増加する。
また、このことによって凝縮器内部において、冷媒の流
速増加による乱流効果で伝熱が促進されるため、凝縮器
の出口側の冷媒の過冷却度を増大させ、冷媒の冷凍効果
を高めることができる。

【００２２】第４の手段は、第３の手段において、前記
インジェクション回路に対して、冷媒のガス成分を分離
して送り込むための気液分離手段を設けたものである。

【００２３】この第４の手段によれば、第３の手段にお
いて、気液分離手段によって、冷媒のガス成分を分離し
てインジェクション回路に送り込むことにより、蒸発器
の入口側における冷媒のガス成分が除かれる。このこと
により、蒸発器の入口側の冷媒のエンタルピーが低くな
り、蒸発器における冷媒の冷凍効果が高められるため、
冷凍能力の向上を図ることができる。

【００２４】第５の手段は、第３又は第４の手段におい
て、前記冷媒として、２以上の成分からなる混合冷媒を
使用し、前記インジェクション回路に送り込まれる冷媒
成分の組成比率を調節するための組成調節手段を設けた
ものである。

【００２５】この第５の手段によれば、第３又は第４の
手段において、組成調節手段によって、インジェクショ
ン回路に送り込まれる冷媒成分の組成比率を、例えば、
他の成分に比べて潜熱の大きい成分の組成比率が高くな
るように調節することにより、圧縮機から凝縮器に送り
込まれる冷媒も、潜熱の大きい成分の組成比率が高い組
成のものとすることができる。このことにより、凝縮器
の出口側における冷媒のエンタルピーを低くして冷凍効
果を高めることができ、冷凍能力の向上を図ることがで
きる。

【００２６】第６の手段は、第１乃至第５の手段のいず
れかにおいて、前記冷媒として、ＨＦＣ−３２若しくは
ＨＦＣ−３２を含む混合冷媒、又は二酸化炭素若しくは
二酸化炭素を含む混合冷媒、又は５０℃の飽和圧力が２
５００キロパスカル（ｋＰａ）以上の高圧冷媒を使用す
るものである。

【００２７】第７の手段は、第３の手段において、前記
冷媒としてＨＦＣ−３２を含む混合冷媒を使用し、前記
インジェクション回路に対してＨＦＣ−３２の組成比率
の高い混合冷媒を送り込む組成調節手段を設けたもので
ある。

【００２８】この第７の手段によれば、第３の手段にお
いて、組成調節手段によって、インジェクション回路に
ＨＦＣ−３２の組成比率の高い混合冷媒が送り込まれる
ので、凝縮器の出口側における冷媒のエンタルピーを低
くして冷凍効果を高めることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１乃至図１３は本発明に
よる空気調和装置の冷凍サイクルの実施の形態を示す図
である。なお、図１乃至図１３に示す本発明の実施の形
態において、図１４乃至図１６に示す従来例と同一の構
成部分には同一符号を付して説明する。

【００３０】［第１の実施形態］まず、図１及び図２に
より本発明の第１の実施形態について説明する。図１に
おいて、空気調和装置の冷凍サイクルは、圧縮機１、四
方弁２、室内熱交換器３、膨張弁（膨張機構）４ａ,４
ｂ、及び室外熱交換器５を冷媒配管によって順次連結し
た構造を有している。なお、冷媒としては、ＨＦＣ冷媒
のＲ３２（ＨＦＣ−３２：ジフルオロメタン）とＲ１２
５（ＨＦＣ−１２５：ペンタフルオロエタン）とを５０
wt％ずつ混合したＲ４１０Ａ（臨界温度約７３℃）が用
いられている。

【００３１】また、図１において、実線の矢印は暖房運
転時の冷媒の流れ方向を示し、破線の矢印は冷房（又は
除湿）運転時の冷媒の流れ方向を示している。すなわ
ち、この空気調和装置は、上記四方弁２の切り換えで冷
媒の流れ方向を変えることにより、暖房運転と冷房（又
は除湿）運転とを切り換えることができるようになって
いる。そして、冷房（又は除湿）運転時においては、室
外熱交換器５が凝縮器となり、室内熱交換器３が蒸発器
となる。一方、暖房運転時においては、これと反対に、
室外熱交換器５が蒸発器となり、室内熱交換器３が凝縮
器となる。また、これらの熱交換器３,５は、それぞれ
伝熱管（図示せず）を有し、伝熱管内の冷媒が、空気等
の流体と熱交換を行うことにより、凝縮又は蒸発の相変
化を行うようになっている。

【００３２】また、この冷凍サイクルは、室内熱交換器
３と室外熱交換器５との間における２つの膨張弁４ａ,
４ｂ同士の間の高温冷媒と、蒸発器５又は３と圧縮機１
の吸込側１ａとの間（低圧側）における低温冷媒との間
で、熱交換が行われるように構成されている。具体的に
は、上記高温冷媒と低温冷媒との間の熱交換を行うため
の熱交換部６が、圧縮機１の吸込側１ａと四方弁２との
間に設けられている。

【００３３】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について、図２を参照して説明する。本実施形態
の冷凍サイクルにおいては、凝縮器３又は５の出口側Ｃ
ｙの冷媒が、まず一方の膨張弁４ａ又は４ｂによる第１
段目の膨張行程を経て符号Ｇの状態となる。次に、符号
Ｇの状態の冷媒は、熱交換部６における低温側との熱交
換によって従来よりエンタルピーが低下し、符号Ｈの状
態となる。次に、符号Ｈの状態の冷媒は、他方の膨張弁
４ａ又は４ｂによる第２段目の膨張行程を経て、蒸発器
５又は３の入口側において符号Ｄ１の状態となる。ま
た、蒸発器５又は３の出口側においては、熱交換部６に
おける高温側との熱交換によって、従来より冷媒のエン
タルピーが増加して符号Ｆ１の状態となり、これに伴っ
て、凝縮器３又は５の入口側における冷媒も、従来より
エンタルピーの増加した符号Ａ１の状態となる。

【００３４】このように、本実施形態によれば、室内熱
交換器３と室外熱交換器５との間における高温冷媒と、
蒸発器５又は３と圧縮機１の吸込側１ａとの間における
低温冷媒との間で熱交換を行うことにより、特に凝縮器
３又は５の出口側において、一方の膨張弁４ａ又は４ｂ
の入口側の冷媒の凝縮液部分を効果的に冷却し、従来よ
り過冷却度を増大させることができる。このことによ
り、冷媒の冷凍効果を高められるので、熱交換器の大型
化や冷媒封入量の増加を伴うことなく、冷凍能力を高
め、冷媒に臨界温度の低いＲ４１０Ａを使用する場合に
おいても、優れた運転効率を発揮することができる。

【００３５】次に、図３により、本実施形態の変形例に
ついて説明する。図３に示すように、本変形例は、各膨
張弁４ａ,４ｂに対してそれぞれ並列にチェック弁（逆
止弁）１５ａ,１５ｂを設け、冷房運転時と暖房運転時
のいずれにおいても、冷媒が熱交換部６に対して下流側
の膨張弁４ａ又は４ｂを通るように構成したものであ
り、その他の構成は図１に示すものと同様である。

【００３６】このような構成よりなる本変形例において
は、図４に示すように、凝縮器３又は５の出口側の冷媒
は、まず熱交換部６における低温側との熱交換によって
従来よりエンタルピーが低下し、符号Ｃ４の状態とな
る。次に、熱交換部６に対して下流側の膨張弁４ａ又は
４ｂによる膨張行程を経て、蒸発器５又は３の入口側に
おいて符号Ｄ２の状態となる。従って、本変型例によれ
ば、図１に示すものに比べ、凝縮器３又は５の出口側に
おける過冷却度を増大させることができる。

【００３７】［第２の実施形態］次に、図５及び図６に
より本発明の第２の実施形態について説明する。図５に
示すように、本実施形態の空気調和装置の冷凍サイクル
は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁（膨
張機構）４、及び室外熱交換器５を冷媒配管によって順
次連結した構造を有している。そして、この冷凍サイク
ルには、室内熱交換器３と室外熱交換器５との間におけ
る冷媒を圧縮機１の圧縮行程側のシリンダ室に注入（イ
ンジェクション）するためのインジェクション回路７が
設けられている。なお、使用する冷媒、冷/暖房運転時
の冷媒の流れ方向、各熱交換器３,５の構造、機能等に
ついては、上記第１の実施形態と同様である。

【００３８】上記インジェクション回路は、冷媒の導入
側において２つの分岐回路７ａ,７ｂを有している。こ
のうち、一方の分岐回路７ａは室内熱交換器３と膨張弁
４との間に接続され、他方の分岐回路７ｂは室外熱交換
器５と膨張弁４との間に接続されている。また、各分岐
回路７ａ,７ｂには、それぞれインジェクションキャピ
ラリ１６ａ,１６ｂが設けられている。

【００３９】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について、図６を参照して説明する。本実施形態
の冷凍サイクルにおいては、室内熱交換器３と室外熱交
換器５との間における冷媒がインジェクション回路７に
よって圧縮機１に注入される工程が、図６に符号Ｉ〜Ｊ
で示す部分に対応している。また、圧縮行程のうち符号
Ｊ〜Ａ２で示す部分は、インジェクション回路７からの
冷媒に含まれる液相部分の気化（相変化）に要する分だ
け、従来よりエンタルピーの減少した状態を示してい
る。

【００４０】そして、インジェクション回路７によっ
て、凝縮器３又は５の出口側の冷媒の一部が直接、圧縮
機１から凝縮器３又は５の入口側へ戻ってくることにな
るため、凝縮器回路Ａ２〜Ｃ３における冷媒の循環量が
従来より増加する。このことにより、凝縮器３又は５の
伝熱管内部における冷媒の流速が増加するため、乱流効
果によって伝熱が促進される。その結果、凝縮器３又は
５における液冷媒の冷却が促進されるため、凝縮器３又
は５の出口側における冷媒の過冷却度を増大させること
ができる。

【００４１】このように、本実施形態によれば、冷媒の
過冷却度の増大による冷凍効果の向上によって、熱交換
器の大型化や冷媒封入量の増加を伴うことなく、冷凍能
力を高め、冷媒に臨界温度の低いＲ４１０Ａを使用する
場合においても、優れた運転効率を発揮することができ
る。また、凝縮器３又は５における伝熱の促進によっ
て、特に室内熱交換器３が凝縮器となる暖房運転時にお
いて、暖房能力の向上を図ることができる。

【００４２】なお、図５において、圧縮機１に直接冷媒
を注入するインジェクション回路７を設けた場合につい
て説明したが、これに代えて、図７に示すように、蒸発
器５又は３と圧縮機１の吸込側１ａとの間（吸込管）に
冷媒を注入するバイパス回路７′を設けてもよい。

【００４３】［第３の実施形態］次に、図８及び図９に
より本発明の第３の実施形態について説明する。図８に
示すように、本実施形態の空気調和装置の冷凍サイクル
は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁（膨
張機構）４ａ,４ｂ、及び室外熱交換器５を冷媒配管に
よって順次連結した構造を有している。そして、この冷
凍サイクルには、室内熱交換器３と室外熱交換器５との
間において、膨張弁４ａ,４ｂ同士の間の冷媒を圧縮機
１の圧縮行程側のシリンダ室に注入（インジェクショ
ン）するためのインジェクション回路８が設けられてい
る。なお、使用する冷媒、冷/暖房運転時の冷媒の流れ
方向、各熱交換器３,５の構造、機能等については、上
記第１の実施形態と同様である。

【００４４】ここで、上記インジェクション回路８の冷
媒導入側と、２つの膨張弁４ａ,４ｂ側との間には、２
相状態の冷媒からガス成分を分離し、このガス成分をイ
ンジェクション回路８に送り込むための気液分離器（気
液分離手段）９が設けられている。従って、気液分離器
９に対して下流側に位置する膨張弁４ａ又は４ｂへは、
気液分離器９によって分離された冷媒の液成分が流れる
ことになる。なお、インジェクション回路８には、イン
ジェクションキャピラリ１６が設けられている。

【００４５】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について、図９を参照して説明する。本実施形態
の冷凍サイクルにおいては、凝縮器３又は５の出口側Ｃ
ｙの冷媒が、まず上流側の膨張弁４ａ又は４ｂによる第
１段目の膨張行程を経て符号Ｋの状態となり、この冷媒
が気液分離器９に送り込まれる。そして、気液分離器９
によって分離された冷媒のガス成分が、インジェクショ
ン回路８によって圧縮機１に注入される（符号Ｋ〜
Ｍ）。

【００４６】一方、気液分離器９によってガス成分を分
離された冷媒は、エンタルピーが低下して符号Ｌの状態
となる。そして、符号Ｌの状態の冷媒の液成分は、下流
側の膨張弁４ａ又は４ｂによる第二段目の膨張行程を経
て、蒸発器５又は３の入口側において符号Ｄ４の状態と
なる。

【００４７】このように、本実施形態によれば、蒸発器
５又は３の入口側のエンタルピーが低くなり、蒸発器５
又は３における冷媒の冷凍効果が高められる。また、イ
ンジェクション回路８によって、凝縮器３又は５の出口
側の冷媒の一部が直接、圧縮機１から凝縮器３又は５の
入口側へ戻ってくることになるため、図９に示す凝縮器
回路Ａ〜Ｃｙにおける冷媒の循環量が従来より増加す
る。このことにより、凝縮器３又は５の伝熱管内部にお
ける冷媒の流速が増加するため、乱流効果によって伝熱
が促進される。

【００４８】以上の作用によって、熱交換器の大型化や
冷媒封入量の増加を伴うことなく、冷凍能力を高め、冷
媒に臨界温度の低いＲ４１０Ａを使用する場合において
も、優れた運転効率を発揮することができる。また、凝
縮器３又は５における伝熱の促進によって、特に室内熱
交換器３が凝縮器となる暖房運転時において、暖房能力
の向上を図ることができる。

【００４９】なお、図８において、圧縮機１に直接冷媒
を注入するインジェクション回路８を設けた場合につい
て説明したが、これに代えて、図１０に示すように、蒸
発器５又は３と圧縮機１の吸込側１ａとの間（吸込管）
に冷媒を注入するバイパス回路８′を設けてもよい。

【００５０】［第４の実施形態］次に、図１１及び図１
２により本発明の第４の実施形態について説明する。本
実施形態は、図１１に示すように、図８に示す気液分離
器９に代えて、インジェクション回路８に送り込まれる
冷媒成分の組成比率を調節するための冷媒組成制御器
（組成調節手段）１０を設けた点で上記第３の実施形態
と異なり、その他の構成は図８に示す上記第３の実施形
態と同様である。

【００５１】そして、この冷媒組成制御器１０は、冷媒
分離素子（例えば、混合冷媒中の特定の冷媒成分を選択
的に透過させる選択透過膜）１１によって、特定の冷媒
成分の組成比率を通常より高めた混合冷媒をインジェク
ション回路８に送り込むように構成されている。

【００５２】ここで、Ｒ３２を含む混合冷媒としては、
Ｒ３２とＲ１２５との混合冷媒、Ｒ３２とＲ１３４ａ
（ＨＦＣ−１３４ａ：テトラフルオロエタン）との混合
冷媒、又はＲ３２とＲ１２５及びＲ１３４ａとの混合冷
媒といったものがある。そして、これらの冷媒成分の中
でも、Ｒ３２は単位流量当たりの冷凍能力が大きく、熱
伝達率も高いことが知られている。このため、Ｒ３２を
含む混合冷媒においては、Ｒ３２の組成比率を高めると
冷凍効率が向上する。

【００５３】そこで、本実施形態では、封入冷媒として
Ｒ４１０Ａを用いるとともに、冷媒組成制御器１０によ
って、Ｒ４１０ＡよりもＲ３２の組成比率を高めた混合
冷媒をインジェクション回路８に送り込むことにより、
圧縮機１の吐出側から凝縮器３又は５を流れる冷媒を、
例えばＲ３２の組成比率が６０wt％まで高められた組成
Ｄの冷媒（上記表１参照）とするように構成している。

【００５４】次に、このような構成よりなる本実施形態
の作用について、図１２を参照して説明する。本実施形
態の冷凍サイクルにおいては、凝縮器３又は５の出口側
Ｃ５の冷媒が、まず上流側の膨張弁４ａ又は４ｂによる
第１段目の膨張行程を経て符号Ｎの状態となり、この冷
媒が組成制御器１０に送り込まれる。そして、組成制御
器１０によってＲ３２の組成比率を高められた混合冷媒
が、インジェクション回路８によって圧縮機１に注入さ
れる（符号Ｎ〜Ｏ）。

【００５５】一方、符号Ｎの状態のＲ４１０Ａ冷媒は、
下流側の膨張弁４ａ又は４ｂによる第二段目の膨張行程
を経て、蒸発器５又は３の入口側において符号Ｄ５の状
態となる。なお、圧縮行程のうち符号Ｏ〜Ａ３で示す部
分は、インジェクション回路８からの冷媒に含まれる液
相部分の気化（相変化）に要する分だけ、従来よりエン
タルピーの減少した状態を示している。

【００５６】ここで、組成Ｄの冷媒の凝縮器３又は５の
出口側における飽和液線は、図１２のＸ−Ｘ線のように
なる。このことにより、凝縮器３又は５の出口側におい
て、過冷却度が従来と同様の５０℃−６０℃＝−１０℃
となる場合であっても、そのときのエンタルピーは１１
８(kJ/kg)と、従来のＲ４１０Ａの場合の１３５(kJ/kg)
やＲ２２の場合の１２５(kJ/kg)より低くなり、冷凍効
果が増大することが分かる。

【００５７】また、インジェクション回路８によって、
凝縮器３又は５の出口側の冷媒の一部が直接、圧縮機１
から凝縮器３又は５の入口側へ戻ってくることになるた
め、図１２の凝縮器回路Ａ３〜Ｃ５における冷媒の循環
量が従来より増加する。このことにより、凝縮器３又は
５の伝熱管内部における冷媒の流速が増加するため、乱
流効果によって伝熱が促進される。

【００５８】以上の作用によって、熱交換器の大型化や
冷媒封入量の増加を伴うことなく、冷凍能力を高め、冷
媒に臨界温度の低いＲ４１０Ａを使用する場合において
も、優れた運転効率を発揮することができる。また、凝
縮器３又は５における伝熱の促進によって、特に室内熱
交換器３が凝縮器となる暖房運転時において、暖房能力
の向上を図ることができる。

【００５９】［第５の実施形態］次に、図１３により本
発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態
は、図１３に示すように、図８に示す気液分離器９に代
えて、気液分離兼組成制御器１２を設けた点で上記第３
の実施形態と異なり、その他の構成は図８に示す上記第
３の実施形態と同様である。

【００６０】そして、この気液分離兼組成制御器１２
は、２相状態の冷媒からガス成分を分離するとともに、
冷媒分離素子１１によって特定の冷媒成分の組成比率を
通常より高めた混合冷媒をインジェクション回路８に送
り込むように構成されている。すなわち、本実施形態は
基本的に、図８に示す上記第３の実施形態と、図１１に
示す上記第４の実施形態とを組み合わせた構成となって
いる。従って、本実施形態によれば、上記第３の実施形
態の作用と上記第４の実施形態の作用とを組み合わせた
作用を得ることができる。

【００６１】なお、以上の実施の形態において、冷媒と
してＲ４１０Ａを用いる場合について説明したが、本発
明はこれに限られるものではなく、冷媒としてＲ３２、
若しくはＲ４１０Ａ以外のＲ３２を含む混合冷媒、又
は、二酸化炭素、若しくは二酸化炭素を含む混合冷媒等
の臨界温度が９０℃以下の冷媒や、５０℃の飽和圧力が
２５００キロパスカル（ｋＰａ）以上の高圧冷媒を用い
ても、同様の作用効果を得ることができる。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、凝縮器と
蒸発器との間における高温冷媒と、蒸発器と圧縮機の吸
込側との間における低温冷媒との間で熱交換を行うこと
により、凝縮器の出口側における冷媒の凝縮液部分を効
果的に冷却することができる。このことにより、凝縮器
の出口側の冷媒の過冷却度を増大させ、冷媒の冷凍効果
を高めることができる。このため、熱交換器の大型化や
冷媒封入量の増加を伴うことなく、冷凍能力を高め、臨
界温度が約９０℃以下の冷媒を用いる場合においても、
優れた運転効率を発揮することができる。

【００６３】請求項３記載の発明によれば、インジェク
ション回路によって圧縮機と凝縮器との間の冷媒循環量
が増加する。また、このことによって凝縮器内部におい
て、冷媒の流速増加による乱流効果で伝熱が促進される
ため、凝縮器の出口側の冷媒の過冷却度を増大させ、冷
媒の冷凍効果を高めることができる。このため、これら
の作用によって、熱交換器の大型化や冷媒封入量の増加
を伴うことなく、冷凍能力を高め、臨界温度が約９０℃
以下の冷媒を用いる場合においても、優れた運転効率を
発揮することができるとともに、特に暖房能力の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空気調和装置の冷凍サイクルの第
１の実施形態を示すブロック図。

【図２】図１に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温度−
エンタルピー線図上に表した図。

【図３】図１に示す冷凍サイクルの変形例を示すブロッ
ク図。

【図４】図３に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温度−
エンタルピー線図上に表した図。

【図５】本発明による空気調和装置の冷凍サイクルの第
２の実施形態を示すブロック図。

【図６】図５に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温度−
エンタルピー線図上に表した図。

【図７】図５に示す冷凍サイクルの変形例を示すブロッ
ク図。

【図８】本発明による空気調和装置の冷凍サイクルの第
３の実施形態を示すブロック図。

【図９】図８に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温度−
エンタルピー線図上に表した図。

【図１０】図８に示す冷凍サイクルの変形例を示すブロ
ック図。

【図１１】本発明による空気調和装置の冷凍サイクルの
第４の実施形態を示すブロック図。

【図１２】図１１に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温
度−エンタルピー線図上に表した図。

【図１３】本発明による空気調和装置の冷凍サイクルの
第５の実施形態を示すブロック図。

【図１４】従来の一般的な空気調和装置の冷凍サイクル
の例を示すブロック図。

【図１５】Ｒ２２冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の飽和温度−エ
ンタルピー線図であって、両者の２相平衡温度と４０℃
のエンタルピー値が一致するように合成した図。

【図１６】図１４に示す冷凍サイクルの工程を、飽和温
度−エンタルピー線図上に表した図。

【符号の説明】

１圧縮機２四方弁３室内熱交換器４,４ａ,４ｂ膨張弁５室外熱交換器６熱交換部７,８インジェクション回路７′,８′ バイパス回路９気液分離器（気液分離手段）１０冷媒組成制御器（組成調節手段）１２気液分離兼組成制御器１５ａ,１５ｂチェック弁１６,１６ａ,１６ｂインジェクション・キャピラリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、圧縮機、凝縮器、膨張機構、
及び蒸発器を、冷媒配管で順次連結してなる空気調和装
置の冷凍サイクルにおいて、冷媒として、臨界温度が約９０℃以下の冷媒を使用し、前記凝縮器と前記蒸発器との間における高温冷媒と、前
記蒸発器と前記圧縮機の吸込側との間における低温冷媒
との間で、熱交換が行われるように構成されていること
を特徴とする空気調和装置の冷凍サイクル。
【請求項２】前記膨張機構が、前記凝縮器と前記蒸発器
との間に少なくとも２つ設けられ、これらの膨張機構同士の間における前記高温冷媒と、前
記低温冷媒との間で、熱交換が行われるように構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置の
冷凍サイクル。
【請求項３】少なくとも、圧縮機、凝縮器、膨張機構、
及び蒸発器を、冷媒配管で順次連結してなる空気調和装
置の冷凍サイクルにおいて、冷媒として、臨界温度が約９０℃以下の冷媒を使用し、前記凝縮器と前記蒸発器との間における冷媒を、前記蒸
発器と前記圧縮機の吸込側との間、又は前記圧縮機に注
入するためのインジェクション回路を設けたことを特徴
とする空気調和装置の冷凍サイクル。
【請求項４】前記インジェクション回路に対して、冷媒
のガス成分を分離して送り込むための気液分離手段を設
けたことを特徴とする請求項３記載の空気調和装置の冷
凍サイクル。
【請求項５】前記冷媒として、２以上の成分からなる混
合冷媒を使用し、前記インジェクション回路に送り込まれる冷媒成分の組
成比率を調節するための組成調節手段を設けたことを特
徴とする請求項３又は４記載の空気調和装置の冷凍サイ
クル。
【請求項６】前記冷媒として、ＨＦＣ−３２若しくはＨ
ＦＣ−３２を含む混合冷媒、又は二酸化炭素若しくは二
酸化炭素を含む混合冷媒、又は５０℃の飽和圧力が２５
００キロパスカル（ｋＰａ）以上の高圧冷媒を使用する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空
気調和装置の冷凍サイクル。
【請求項７】前記冷媒としてＨＦＣ−３２を含む混合冷
媒を使用し、前記インジェクション回路に対してＨＦＣ−３２の組成
比率の高い混合冷媒を送り込む組成調節手段を設けたこ
とを特徴とする請求項３記載の空気調和装置の冷凍サイ
クル。