JPS63302264A - 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ａ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、しかも安全性、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！２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で減圧され低温、低圧とな
り室外熱交換器１３で室外空気から吸熱して気化する。

気化した冷媒は圧縮機２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。

く　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−Ｒｌ３Ｂ！、Ｒ１
５２ａ−Ｒ１３ＢＩＳＲ２２−Ｒ１１、Ｒ２２−Ｒｌ　
３Ｂ　１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
は暖房運転時に並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。

く　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ｌ、室内熱交換器２、室外熱交換器３および膨張弁５
を有し非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路Ｘが設けられ、
前記室内熱交換器２を流れる冷媒の流れ方向を一定方向
とするための第一冷媒整流装置６が設けられ、前記室外
熱交換器３を流れる冷媒の流れ方向を一定方向とするた
めの第二冷媒整流装置７が設けられ、前記室内熱交換器
２は、第一冷媒整流装置６を介して圧縮機！および膨張
弁５に接続され、前記室外熱交換器３は、第二冷媒整流
装置７を介して圧縮機１および膨張弁５に接続されてい
る。

く作用〉 上記問題点解決手段において、冷房運転時、圧縮機ｌか
ら吐出された冷媒は電磁四方弁４を経由した後、第二冷
媒整流装置７に流入し、第二冷媒整流装置７によって流
れ方向が限定されて室外熱交換器３の冷媒人口３ａから
室外熱交換器３に流入する。そして、再び第二冷媒整流
装置７によって流れ方向が限定されて第二冷媒整流装置
７を経て膨張弁５に至る。そして膨張弁５から流出した
冷媒は第一冷媒整流装置６に流入し、第一冷媒整流装置
６によって流れ方向が限定されて室内熱交換器２の冷媒
人口２ａから室内熱交換器２に流入し、再び第一冷媒整
流装置６によって流れ方向が限定されて第一冷媒整流装
置６を経て電磁四方弁４に至った後、圧縮機１に戻る。

また、暖房運転時は、圧縮機ｌから吐出された冷媒は電
磁四方弁４を経由した後、第一冷媒整流装置６に流入し
、第一冷媒整流装置６によって流れ方向が限定されて室
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、再び第一冷媒整流装置６によって流れ方
向が限定されて第一冷媒整流装置６を経て膨張弁５に至
る。そして膨張弁５から流出した冷媒は第二冷媒整流装
置７に流入し、第二冷媒整流装置７によって流れ方向が
限定されて室外熱交換器３の冷媒人口３ａから室外熱交
換器３に流入し、再び第二冷媒整流装置７によって流れ
方向が限定されて第二冷媒整流装置７を経て電磁四方弁
４に至った後、圧縮機ｌに戻る。

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、電磁
四方弁４、膨張弁５、第一冷媒整流装置６および第二冷
媒整流装置７から構成されている。

圧縮機１の吐出口、吸入口は電磁四方弁４を介して第一
冷媒整流装置６の圧縮機接続口６ｃおよび第二冷媒整流
装置７の圧縮機接続ロアｃに接続される。また第一冷媒
整流装置６の膨張弁接続口６ｄおよび第二冷媒整流装置
７の膨張弁接続ロアｄは膨張弁５を介して接続されてい
る。

また、第一冷媒整流装置６および第二冷媒整流装置７は
、夫々四個の逆止弁６ｅ〜６ｈおよび７ｅ〜７ｈを具え
たものである。そして、室内熱交換器２の冷媒人口２ａ
は第一冷媒整流装置６の冷媒出口６ａと接続され、室内
熱交換器２の冷媒出口２ｂは第一冷媒整流装置６の冷媒
人口６ｂに接続されている。室外熱交換器３の冷媒人口
３ａは第二冷媒整流装置７の冷媒用ロアａと接続され、
室外熱交換器３の冷媒出口３ｂは第二冷媒整流装置７の
冷媒人ロアｂに接続されている。

なお第１図中、室内熱交換器２の波形の矢印８は室内空
気の流れを、室外熱交換器３の波形の矢印９は室外空気
の流れを夫々表わしている。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。

次に冷暖房装置の動作を説明する。冷房運転時は、圧縮
機ｌから吐出された高温高圧の冷媒蒸気は電磁四方弁４
（実線）を経て第二冷媒整流装置７の圧縮機接続ロアｃ
を経て第二冷媒整流装置７に流入し逆止弁の流れ方向に
従い冷媒用ロアａより流出し、室外熱交換器３に冷媒人
口３ａを経て室外熱交換器３に流入し、室外空気９に熱
を排出し、冷媒は凝縮・液化する。そして冷媒出口３ｂ
より流出し、第二冷媒整流装置７の冷媒人ロアｂを経て
再び第二冷媒整流装置７に流入し、逆止弁の流れ方向に
従い膨張弁接続ロアｄから膨張弁５に流入する。そして
、膨張弁５で減圧されて低温低圧の気液混合状態になる
。その後、第一冷媒整流装置６の膨張弁接続口６ｄから
第一冷媒整流装置６に流入し、逆上弁の流れ方向に従い
冷媒出口６ａから室内熱交換器２の冷媒人口２ａを経て
室内熱交換器２に流入し、室内空気８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、冷媒出口２ｂから第一冷媒整流装置６の冷媒人
口６ｂを経て第一冷媒整流装置６に流入し、逆止弁の流
れ方向に従い圧縮機接続口６Ｃから電磁四方弁４を経て
圧縮機ｌ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、従来の冷暖房装置と同様に電磁四方弁４
が破線の接続となり、冷媒は室内熱交換器２において凝
縮・液化し、室外熱交換器３におい、て蒸発・気化する
が、第一冷媒整流装置６および第二冷媒整流装置７０作
用により室内熱交換器２および室外熱交換器３の冷媒の
流れ方向は上記冷房運転と同一となる。

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から冷媒出
口３ｂの方向に流れ、室外空気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。 ｌ：圧縮機、２：室内熱交換器、３：室外熱交換器、４
：電磁四方弁、５：膨張弁、６：第一冷媒整流装置、７
：第二冷媒整流装置、８：室内空気の流れ、９；室外空
気の流れ、ｌＫ＝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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器および膨張弁を有
   し非共沸混合冷媒を用いた冷媒回路が設けられ、前記室
   内熱交換器を流れる冷媒の流れ方向を一定方向とするた
   めの第一冷媒整流装置が設けられ、前記室外熱交換器を
   流れる冷媒の流れ方向を一定方向とするための第二冷媒
   整流装置が設けられ、前記室内熱交換器は、第一冷媒整
   流装置を介して圧縮機および膨張弁に接続され、前記室
   外熱交換器は、第二冷媒整流装置を介して圧縮機および
   膨張弁に接続されていることを特徴とする冷暖房装置。