JPS63302269A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、蒸気圧縮式冷媒回路を有する冷暖房装置に関
する。

〈従来技術〉 近年、ヒートポンプ式の冷暖房装置は、インバータの搭
載やマイクロプロセッサによるサイクル制御等により機
能性が向上し、しがも安全性、清浄性に優れていること
から、家庭用冷暖房機器としてその地位を確立してきた
。

また、今後の研究開発により、さらに高機能化、高効率
化が実現し、飛躍的な需要拡大が期待できる。

ヒートポンプサイクルの高機能化、高効率北東の一つと
して非共沸混合冷媒の採用が考えられる。

従来のヒートポンプ式の冷暖房装置は単一冷媒を採用し
たものがほとんどであり、以下のようなサイクルを形成
していた。

従来のヒートポンプ式冷暖房装置のサイクルを第２図に
示す。実線矢印は冷房時、破線矢印は暖房時の冷媒の流
れを示す。冷房運転時は圧縮機１１から吐出した高温、
高圧の冷媒蒸気は電磁四方弁１２を介して室外熱交換器
１３に入り、室外空気に放熱して凝縮する。凝縮した冷
媒は膨張弁１４で減圧され低温、低圧となり室内熱交換
器１５で室内空気から吸熱して気化する。気化した冷媒
は圧縮機１１に吸入され、再び高温、高圧の蒸気になっ
て、冷房サイクルを形成していた。

一方、ヒートポンプ暖房運転時は圧縮機１１から吐出し
た高温、高圧の冷媒蒸気は電磁四方弁１２を介してまず
室内熱交換器１５に入り、室内空気に放熱して凝縮する
。凝縮した冷媒は膨張弁１４′ｔ′減圧され低温、低圧
となり室外熱交換器」３で室外空気から吸熱して気化す
る。気化した冷媒は圧縮Ｒ１１に吸入され、再び高温、
高圧の蒸気になって、暖房サイクルを形成していた。

〈　発明が解決しようとする問題点　〉上記従来のサイ
クルはＲ１２やＲ２２等の単一冷媒用のサイクルであり
、冷媒の流れは冷房とヒートポンプ暖房では逆になる。

単一冷媒の場合、一定圧力では、蒸気および凝縮の過程
は等温変化であり特に問題とはならなかった。

非共沸混合冷媒（たとえば、Ｒ１２−Ｒｌ３Ｂ１、Ｒ１
５２ａ−Ｒ１３Ｂ１、Ｒ２２−Ｒｌｌ、Ｒ２２−Ｒｌ３
Ｂ１の混合物）を用いた冷媒回路の蒸発器では、冷媒液
は気液平衡を保ちながら冷媒蒸気となる。この間、蒸発
温度は次第に上昇していく。凝縮器では全くこの逆で、
凝縮温度は次第に低下していく。一方、空気は蒸発器で
は熱を奪われて低温になり、凝縮器では熱を得て高温と
なる。これらの温度関係をまとめると表−１になる。

表−１ この非共沸混合冷媒の冷媒回路は、向流方式の熱交換を
行うことにより、相変化の温度が濃度に依存する特性を
利用して冷媒と冷却流体あるいは加熱流体との熱交換損
失を減少させ、成績係数を向上させることができる。向
流方式とは、空気流に対して、冷媒の入口が最も風下の
列にあり、出口が最も風上の列にあって、冷媒が風下の
列から順次風上の列に流れるように配管された場合をい
う。また、これと逆の場合を並流方式という。

従来のヒートポンプサイクルでは上述の如く、冷房と暖
房では冷媒の流れが全く逆になり、また、送風機による
熱交換器への空気の流れは、常に一定方向である。その
ため、冷房運転時に向流方式の熱交換を行う冷媒回路で
は暖房運転時に亜流方式の熱交換となり、また暖房運転
時に向流方式の熱交換を行う冷媒回路では冷房運転時に
並流方式の熱交換となり、冷房・暖房とも向流方式とは
成り得なかった。

本発明はこのような点に鑑みて創案されたもので、向流
方式の蒸発器および凝縮器が、冷房時にも、暖房時にも
、実現可能な冷暖房装置を提供するものである。

〈　問題点を解決するための手段　〉 本発明による問題点解決手段は、第１図のごとく、圧縮
機１、室内熱交換器２、室外熱交換器３および膨張弁６
を有し非共沸混合冷媒を用いた蒸気圧縮式の冷媒回路Ｘ
が設けられ、該冷媒回路Ｘは、圧縮機１の吐出口が吐出
切替弁４を介して室内熱交換器２の冷媒人口２ａおよび
室外熱交換器３の冷媒人口３ａに分岐接続され、圧縮機
１の吸入口が吸入切替弁５を介して室内熱交換器２の冷
媒出口２ｂおよび室外熱交換Ｗ、３の冷媒出口３ｂに分
岐接続され、前記室内熱交換器２の入口２ａと室外熱交
換器３の出口３ｂは、第一逆止弁６および第一膨張弁７
を介して接続され、前記室内熱交換器２の出口２ｂと前
記室外熱交換器３の入口３ａは第二逆止弁８および第二
膨張弁９を介して接続されている。

〈作用〉 上記問題点解決手段において、冷房運転時、圧縮１１か
ら吐出された冷媒は吐出切替弁４を経由した後、第二逆
止弁８により逆止され室外熱交換器３の冷媒人口３ａか
ら室外熱交換器３に流入する。そして、第一逆止弁６お
よび第一膨張弁７を経由した後、室内熱交換器２の冷媒
人口２ａから室内熱交換器２に流入し、吸入切替弁５を
経由した後、再び圧縮機１に戻る。

また、暖房運転時は、圧縮機１から吐出された冷媒は吐
出切替弁４を経由した後、第一逆止弁６により逆止され
室内熱交換器２の冷媒人口２ａから室内熱交換器２に流
入する。そして、第二逆止弁８および第二膨張弁９を経
由した後、室外熱交換器３の冷媒人口３ａから室外熱交
換器３に流入し、吸入切替弁５を経由した後、再び圧縮
機１に戻る。二のとき、室内熱交換器２および室外熱交
換器３において、空気は冷媒の出口２　ｂ、　３　ｂか
ら入口２ａ、３ａに流れ、常に一定方向である。

以上のように、室内熱交換器２と室外熱交換器３の冷媒
の流れは冷房運転、暖房運転ともに同一方向となり、冷
媒の流れと空気の流れを冷暖房いずれも向流にすること
ができる。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例を示す冷暖房装置のシステム図
である。本装置は、非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路Ｘ
が、圧縮機１、室内熱交換器２、室外熱交換器３、吐出
切替弁４、吸入切替弁５、第一逆止弁６、第一膨張弁７
、第二逆止弁８および第二膨張弁９から構成されている
。

圧縮機１の吐出口は吐出切替弁４を介して室内熱交換器
２の冷媒人口２ａ及び室外熱交換器３の冷媒人口３ａに
接続されている。圧縮機１の吸入側は吸入切替弁５を介
して室内熱交換器２の冷媒出口２ｂ及び室外熱交換器３
の冷媒出口３ｂに接続されている。そして、室内熱交換
器２の冷媒人口２ａと室外熱交換器３の冷媒出口３ｂは
第一膨張弁７および第一逆止弁６を介して接続されてい
る。

室内熱交換器２の冷媒出口２ｂおよび室外熱交換器３の
冷媒人口３ａは第二逆止弁８および第二膨張弁９を介し
て接続されている。

次に冷暖房装置の動作を説明する。室内熱交換器２の波
形の矢印Ｅは室内空気の流れを、室外熱交換器３の波形
の矢印Ｆは室外空気の流れを表わしている。これらの空
気は常に一定方向へ流れている。また、冷媒の流れを冷
房運転時は実線の矢印、暖房運転時は破線の矢印で示す
。

冷房運転時は、吐出切替弁４が実線の矢印Ｇの方向に開
き、吸入切替弁５が実線の矢印Ｈの方向に開いている。

まず、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気は吐
出切替弁４を経て室外熱交換器３に冷媒人口３ａから流
入する。このとき第二逆止弁８があるので室内熱交換器
２には高温高圧の冷媒蒸気は流入しない。室外熱交換器
３において室外空気に熱を排出し、冷媒は凝縮・液化し
た後、第一逆止弁６を経て第一膨張弁７で減圧されて低
温低圧の気液混合状態になる。そして、室内熱交換器２
に冷媒人口２ａから流入し、室内熱交換器２において室
内空気から吸熱して冷房が行われる。この熱交換によっ
て冷媒は低温低圧の蒸気となり、吸入切替弁５を経て圧
縮１ｆｉｌに吸入され、再び圧縮されるサイクルを繰返
す。

暖房運転時は、吐出切替弁４が破線の矢印Ｉの方向に開
き、吸入切替弁５が破線の矢印Ｊの方向に開いている。

まず、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒蒸気は吐
出切替弁４を経て室内熱交換器２に冷媒人口２ａから流
入する。このとき第一逆止弁６があるので室外熱交換器
３には高温高圧の冷媒蒸気は流入しない、室内熱交換器
２において室内空気に熱を伝達し暖房が行われる。この
熱交換によって冷媒は凝縮・液化した後、第二逆止弁８
を経て第二膨張弁９で減圧されて低温低圧の気液混合状
態になる。そして、室外熱交換器３に冷媒人口３ａから
流入し、室外熱交換器３において室外空気から集熱して
低温低圧の蒸気となり、吸入切替弁５を経て圧縮機１に
吸入され、再び圧縮されるサイクルを繰返す。

上記に示すように、冷房運転・暖房運転いずれにおいて
も、室内熱交換器２では冷媒は冷媒人口２ａから冷媒出
口２ｂの方向に流れ、室内空気と向流方式の熱交換を行
う。また、室外熱交換器３では冷媒人口３ａがら冷媒出
口３ｂの方向に流れ、室外中×と向流方式の熱交換を行
う。

なお、冷暖房装置の冷媒−空気熱交換器は、一般にフィ
ンチューブ式熱交換器が使用され、１列の熱交換器では
、冷媒と空気は直交流となり、向流または並流とはなり
えない。フィンチューブ熱交換器が２列以上の場合、空
気流に対して、冷媒の入口が最も風下の列にあり、出口
が最も風上の列にあって、冷媒が風下の列から順次風上
の列に流れるように配管された場合が向流となる。逆の
場合が並流である。実際には各列の中では、冷媒と空気
は直交流となるので、厳密には直交流と向流の混合とい
うことになるが、ここではこれを向流と称することとす
る。このためフィンチューブ熱交換器では列数が大きい
方が向流の効果が大きいことになる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかな通り、非共沸混合冷媒では、・
蒸発器（冷房時の室内熱交換器、暖房時の室外熱交換器
）は、熱交換するにつれて冷媒の温度が上昇する。一方
、凝縮器（冷房時の室外熱交換器、暖房時の室内熱交換
器）は、熱交換するにつれて冷媒の温度が低下する。本
発明による冷暖房装置では、冷媒と空気間で向流方式の
熱交換を行うので、室内熱交換器あるいは室外熱交換器
における熱交換損失を減少することができる。

また、蒸発器における熱交換損失の低下によって圧縮機
に吸入される冷媒温度が上昇し吸入圧力が高くなる。こ
れによって、冷媒の密度が大きくなり圧縮機の冷媒質量
流量が増加し、能力の向上が図れる。

また、凝縮器における熱交換損失の低下によって圧縮機
から吐出される冷媒温度が低下し吐出圧力が低くなるが
、上記の吸入圧力の増大と吐出圧力の低下によって、圧
縮機の圧縮比が減少し、成績係数を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す冷暖房装置のシステム図
、第２図は従来の冷暖房装置のシステム図である。 １：圧縮機、２：室内熱交換器、３：室外熱交換器、４
：吐出切替弁、５：吸入切替弁、６：第一逆止弁、７：
第一膨張弁、８：第二逆止弁、９：第二膨張弁、１１：
圧縮機、１２：電磁四方弁、１３：室外熱交換器、１４
：膨張弁、１５：室内熱交換器、Ｘ：冷媒回路。 第２図 第１図 ８二第二慮止升

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、室内熱交換器および室外熱交換器を有し非共沸
   混合冷媒を用いた冷媒回路が設けられ、該冷媒回路は、
   圧縮機の吐出口が吐出切替弁を介して室内熱交換器の冷
   媒入口および室外熱交換器の冷媒入口に接続され、圧縮
   機の吸入口が吸入切替弁を介して室内熱交換器の冷媒出
   口および室外熱交換器の冷媒出口に接続され、前記室内
   熱交換器の入口と室外熱交換器の出口は、第一逆止弁お
   よび第一膨張弁を介して接続され、前記室内熱交換器の
   出口と前記室外熱交換器の入口は第二逆止弁および第二
   膨張弁を介して接続されていることを特徴とする冷暖房
   装置。