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JP3414825B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置

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JP3414825B2
JP3414825B2 JP06163294A JP6163294A JP3414825B2 JP 3414825 B2 JP3414825 B2 JP 3414825B2 JP 06163294 A JP06163294 A JP 06163294A JP 6163294 A JP6163294 A JP 6163294A JP 3414825 B2 JP3414825 B2 JP 3414825B2
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JP
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hfc32
heat exchanger
flow path
pipe
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哲夫 佐野
政雄 小津
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Toshiba Carrier Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、オゾン層破壊の可能
性のあるHCFC22冷媒に代わる代替冷媒を使用した空気調
和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境問題に発展するオゾン層破壊の
可能性のあるＣＦＣ，ＨＣＦＣ冷媒の削減、全廃に向
け、空気調和装置に使用されているHCFC22も、ＨＦＣ冷
媒や自然冷媒への切り替えが必要となる。
【０００３】従来の空気調和装置にこれら代替冷媒を使
用した場合、HFC134a は熱物性値から定まる理論成績係
数（以下、理論ＣＯＰと呼ぶ）がHCFC22を上回るが、室
内機と室外機を結ぶ接続配管（以下、渡り配管と呼ぶ）
内の圧力損失が大きいために、実機での成績係数（以
下、実ＣＯＰと呼ぶ）はHCFC22よりも大幅に低下する。
また、アンモニアやプロパンは、HCFC22とほぼ同一の実
ＣＯＰが期待できるが、前者は毒性、後者は可燃性の問
題があり、一般家庭内に使用することは難しい。
【０００４】一方、HFC32 とHFC125を各々５０％の重量
比で混合した冷媒（以下HFC32/125(50/50) と呼ぶ）や
ＣＯ2 は、渡り配管での圧力損失がHCFC22よりも小さい
が、理論ＣＯＰがHCFC22よりも大幅に小さく、空気調和
装置全体の実ＣＯＰはHCFC22に及ばない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、空気調和
装置に従来から使用しているHCFC22に代わる、いわるゆ
る代替冷媒は、HCFC22に比べて実ＣＯＰが及ばなかった
り、あるいは実ＣＯＰが充分期待できるものについては
毒性や可燃性があって使用できないなど、代替冷媒とし
て満足できるものはない。
【０００６】そこで、この発明は、上記の各種冷媒の特
徴を生かすことで、HCFC22の場合とほぼ同一の実ＣＯＰ
を持ち、かつ作動冷媒として安全に使用できる空気調和
装置を実現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明の第１にあっては、流体駆動機、室内熱交
換器が配管により接続され、内部に第１の冷媒が封入さ
れた第１の冷媒回路と、圧縮機、室外熱交換器、膨張機
構が配管により接続され、内部に第２の冷媒が封入され
た第２の冷媒回路とを有し、前記第１の冷媒は配管内で
の圧力損失がＨＦＣ１３４ａよりも小さい冷媒であると
ともに、前記第２の冷媒は熱物性値から定まる理論成績
係数がＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５との混合冷媒でありＨ
ＦＣ３２の重量比が５０％のものより大きい冷媒であ
り、前記第１，第２の各冷媒相互が熱交換する中間熱交
換器を前記各配管途中に設け、室内機内に前記第１の冷
媒回路の室内熱交換器を収納し、室外機内に前記第２の
冷媒回路の全ての要素、前記中間熱交換器及び前記第１
の冷媒回路の流体駆動機を収納し、前記室内機と室外機
を配管で接続したことを特徴とする。また、この発明の
第２にあっては、前記第１の冷媒回路に封入される第１
の冷媒は、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５との混合冷媒であ
りＨＦＣ３２の重量比が５０％以下のもの、ＨＦＣ１２
５、ＣＯ 2 ，ＨＦＣ２３を一成分とする混合冷媒、ＨＦ
Ｃ２３、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａとの混合冷媒であ
りＨＦＣ３２の重量比が２５％のものから選択され、 前
記第２の冷媒回路に封入される第２の冷媒は、ＨＦＣ１
３４ａ、アンモニア、炭化水素冷媒、ＨＦＣ３２とＨＦ
Ｃ１２５との混合冷媒でありＨＦＣ３２の重量比が５０
％より大きいもの、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａとの混
合冷媒でありＨＦＣ３２の重量比が１０％のものから選
択されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】このような構成の空気調和装置によれば、室内
熱交換器を備えた第１の冷媒回路に封入する第１の冷媒
は、圧力損失が所定値以下であるので、第１の冷媒回路
におけるＣＯＰに対する圧力損失の影響は、従来の空気
調和装置に比べると大幅に小さいものとなる。一方、室
外熱交換器を備えた第２の冷媒回路に封入する第２の冷
媒は、熱物性値から定まる理論成績係数が所定値以上で
あるので、第２の冷媒回路における成績係数が高くな
る。これらにより、冷媒の特性のうち長所のみを生かし
たサイクルを構成でき、安全かつ高効率の運転が可能と
なる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。図１は、この発明の第１実施例を示す空気調和装
置の冷媒回路図である。この冷媒回路は、第１の冷媒回
路である流路Ａと第２の冷媒回路である流路Ｂとの二つ
の閉流路を備えている。流路Ａは、室内熱交換器１，流
体駆動機３，中間熱交換器５を配管７により結合してお
り、内部を流れる冷媒ａとして、HFC32/125(50/50)を使
用している。室内熱交換器１は、冷媒ａと外部の室内空
気とを熱交換させる。流体駆動機３は、正逆回転可能な
可逆ポンプであり、冷媒ａの吐出方向を、室内熱交換器
１側と中間熱交換器５側とに切り替え可能である。中間
熱交換器５は、冷媒ａの通路と、流路Ｂ内を流れる冷媒
ｂの通路とが隔壁９を介して仕切られ、冷媒ａと冷媒ｂ
とを隔壁９を介して熱交換させる。
【００１０】流路Ｂは、室外熱交換器１１，四方弁１
３，圧縮機１５，前述した中間熱交換器５，膨張弁１７
を配管１９により結合しており、内部を流れる冷媒ｂと
して、HFC134a を使用している。室外熱交換器１１は、
冷媒ｂと外部の室外空気とを熱交換させ、四方弁１３
は、冷媒ｂの流路を実線状態と破線状態とに切り替え可
能である。圧縮機１５は冷媒ｂを高温高圧のガス冷媒と
して吐出し、膨張弁１７は冷媒ｂを膨張させる。
【００１１】流路Ｂのすべての要素および、中間熱交換
器５，流体駆動機３は室外機２１内に収納され、室内熱
交換器１は室内機２３内に収納される。流路Ａの配管７
には、室外機２１と室内機２３とを結ぶ渡り配管２５お
よび２７が含まれている。
【００１２】次に、このような構成の空気調和装置の動
作を説明する。
【００１３】冷房運転時には、流路Ａの冷媒ａはＩA の
方向に流れ、流路Ｂの冷媒ｂはＩBの方向に流れる。こ
のとき流体駆動機３から液状態で吐出された冷媒ａは、
渡り配管２７を通って室内熱交換器１に流入し、ここで
空気を冷却することにより一部あるいは全部が蒸発す
る。蒸気あるいは気液二相状態となった冷媒ａは、渡り
配管２５を通って中間熱交換器５に流入する。中間熱交
換器５内では、冷媒ａは、流路Ｂ側にて低温状態にある
冷媒ｂにより冷却され、液状態となって流体駆動機３に
戻る。
【００１４】一方、冷房運転時において、流路Ｂでは、
圧縮機１５で圧縮され吐出された蒸気状態の冷媒ｂは、
切り替え流路が破線状態となっている四方弁１３を通
り、室外熱交換器１１に流入する。室外熱交換器１１内
で冷媒ｂはで空気により冷却され、一部あるいは全部が
凝縮する。液あるいは気液二相状態となった冷媒ｂは、
膨張弁１７を通って膨張し、気液二相状態になって中間
熱交換器５に流入する。この中間熱交換器５内におい
て、冷媒ｂは、前述したように、冷媒ａを冷却し、蒸気
状態となる。蒸気状態となった冷媒ｂは、四方弁１３を
経て圧縮機１５へ戻る。
【００１５】暖房運転時には、流路Ａの冷媒ａはIIAの
方向に流れ、流路Ｂの冷媒ｂはIIBの方向に流れる。こ
のとき、流体駆動機３により吐出された液状態の冷媒ａ
は、中間熱交換器５に流入し、流路Ｂ側にて高温状態に
ある冷媒ｂにより加熱され、一部あるいは全部が蒸発す
る。蒸気あるいは気液二相状態となった冷媒ａは、渡り
配管２５を通って室内熱交換器１に流入する。室内熱交
換器１では、冷媒ａは空気を加熱することにより凝縮す
る。液状態となった冷媒ａは、渡り配管２７を通って流
体駆動機３に戻る。このように、冷媒ａは、冷暖両運転
時ともに、液状態で流体駆動機３に流入するので、液ポ
ンプである流体駆動機３を効率よく運転することができ
る。
【００１６】一方、暖房運転時において、流路Ｂでは、
圧縮機１５で圧縮され吐出された蒸気状態の冷媒ｂは、
切り替え流路が実線状態となっている四方弁１３を通
り、中間熱交換器５に流入する。中間熱交換器５におい
ては、前述したように冷媒ｂは、冷媒ａを加熱し、一部
あるいは全部が凝縮する。液あるいは気液二相状態とな
った冷媒ｂは、膨張弁１７を通って膨張し、気液二相状
態になって室外熱交換器１１に流入する。室外熱交換器
１１では、冷媒ｂは空気により加熱され蒸気状態とな
り、四方弁１３を通って圧縮機１５に戻る。
【００１７】ところで、流路Ａにおいては、流体駆動機
３により冷媒ａを循環させることで、熱を室内熱交換器
１から中間熱交換器５へ搬送する（冷房運転時）、ある
いは、中間熱交換器５から室内熱交換器１へ搬入する
（暖房運転時）働きがあり、流路Ａの流体駆動機３の出
口から入口までの配管内での冷媒の圧力損失が小さいほ
ど、流体駆動機３への入力が小さくなる。特に、流路Ａ
における配管７は、室外機２１と室内機２３とを接続す
る長い渡り配管２５，２７を含んでいるので、圧力損失
を小さくすることは有効である。
【００１８】表１は、各ＨＦＣ冷媒および自然冷媒の圧
力損失を示している。
【表１】 この表から明らかなように、流路Ａに用いた冷媒ａであ
るHFC32/125(50/50)の圧力損失は、１２．１[kPa] であ
り、流路Ｂに用いた冷媒ｂであるHFC134a の同２９．３
[kPa] よりも大幅に小さい。したがって、本実施例のよ
うに、冷媒ａとしてHFC32/125(50/50)を用いると、HFC1
34a を用いた場合に比べ、流体駆動機３への入力は大幅
に低減される。
【００１９】また、表１において、HFC23 の圧力損失は
８．３[kPa] と極めて小さい値であることから、HFC23
を流路Ａの冷媒ａとして用いることにより、流体駆動機
３への入力をさらに低減させることができる。
【００２０】一方、流路Ｂは、室外機２１内に収納され
るので、配管１９の長さは短く、このため流路Ｂの実Ｃ
ＯＰに対する圧力損失の影響は、従来の空気調和装置に
比べると大幅に小さい。したがって、冷媒ｂとして、圧
力損失については特に考慮せず、理論ＣＯＰの高い冷媒
を選択すれば、流路Ｂの実ＣＯＰも高くなる。
【００２１】表２には、ＨＦＣ冷媒および自然冷媒の理
論ＣＯＰの比較が示してある。
【表２】 この表から明らかなように、HFC134a の理論ＣＯＰは
５．５２であり、HFC32/125(50/50)の同４．９２よりも
大幅に大きい、したがって、本実施例のように、流路Ｂ
における冷媒ｂとして、HFC134a を用いると、HFC32/12
5(50/50)を用いた場合に比べ、流路Ｂの実ＣＯＰは大幅
に向上する。
【００２２】以上のように、本実施例では、空気調和装
置の冷媒流路を流路Ａと流路Ｂから構成し、流路Ａを流
れる冷媒ａとして、配管の圧力損失がHFC134a より大幅
に小さい冷媒HFC32/125(50/50)を用い、流路Ｂを流れる
冷媒ｂとして、理論ＣＯＰがHFC32/125(50/50)よりも大
幅に高い冷媒HFC134a を用いることにより、従来の空気
調和装置にHFC134a およびHFC32/125(50/50)を単独で用
いたいずれの場合よりも高い実ＣＯＰを得ることができ
る。
【００２３】なお、表１に挙げたＣＯ2 ，HFC125，HFC3
2 の重量比が50％以下のHFC32/125(25/75)，HFC32 の重
量比が10％以上25％以下のHFC32/134a(25/75) なども、
配管部分の圧力損失はHFC134a より小さいので、これら
を冷媒ａとして用いれば、程度の差はあるものの、本実
施例と同様の効果が得られる。また、これらの冷媒以外
に、配管部分の圧力損失がHFC134a よりも小さい冷媒で
あれば、冷媒ａとして本発明の効果を発揮することがで
きる。加えて、HFC32/125 やHFC32/134aにおける、HFC3
2 の重量比の上限値は、混合冷媒の可燃性の限界によっ
て定まるので、現状では、HFC32/125 の場合50％，HFC3
2/134aの場合25％としてあるが、将来の調査結果によ
り、上昇することがあり、その場合には新たな可燃性上
限値が、本発明のHFC32 の上限値となる。
【００２４】表２に挙げたアンモニア，プロパン，HFC3
2 ，HFC32 の重量比が50％以上のHFC32/125 ，HFC32 の
重量比が25％以下のHFC32/134aも、理論ＣＯＰがHFC32/
125(50/50)よりも大きいので、これらを冷媒ｂとして用
いれば、程度の差はあるものの、本実施例と同様の効果
が得られる。また、これらの冷媒以外に、理論ＣＯＰが
HFC32/125(50/50)よりも大きい冷媒であれば、冷媒ｂと
して、本発明の効果を発揮することができる。
【００２５】上記図１に示した第１実施例の効果を、よ
り明確にするために、第１実施例による空気調和装置の
運転時における成績係数（ＣＯＰ）を計算した値が表３
に示してある。
【表３】 前述したように、HCFC22の代替冷媒として有力な冷媒で
あるHFC134a は、熱物性値のみによって計算したＣＯＰ
が、５．８６とHCFC22の値と同一であるが、圧力損失が
大きいために、１０ｍの渡り配管での圧力損失を加えた
ＣＯＰが、HCFC22の５．４８に対して４．２６と大幅に
低下し、同一条件でのHCFC22のＣＯＰの７８％である。
一方、HFC32/125(50/50)の場合、熱物性値のみによって
計算したＣＯＰは、５．１８でHCFC22の８８％と低い
が、圧力損失がHFC134a に比べて小さいために、１０ｍ
の渡り配管を加え計算した場合のＣＯＰは５．０１であ
り、HFC134a に比べてHCFC22に対する低下量は小さい。
しかし、それでも、同一条件でのHCFC22のＣＯＰに対し
ては、９１％に過ぎない。
【００２６】ところが、本第１実施例では、理論ＣＯＰ
の高いHFC134a の特長と、圧力損失が小さいHFC32/125
(50/50)の特長とを、双方利用しているので、中間熱交
換器５における１℃の温度差による損失分を含めて計算
した場合でも、１０ｍの渡り配管を加え計算した場合の
ＣＯＰは５．６１であり、HFC134a ，HFC32/125(50/50)
のいずのＣＯＰよりも遥かに高くなっているばかりか、
HCFC22の同ＣＯＰよりも２％上回るという、極めて高い
ＣＯＰが得られている。
【００２７】図２は、この発明の第２実施例を示す空気
調和装置の冷媒回路図である。ここでは、前記第１実施
例と同一の構成に対しては、同一の符号を付してある。
第１実施例と異なる点は、 （１）流体駆動機３が、一方向のみに流体を駆動するポ
ンプであり、流路Ａには、流路駆動機３から吐出された
流体の流路を実線状態と破線状態とに切り替える切り替
え弁としての四方弁２９が設けてある。 （２）室内熱交換器１が２台あり、室内機２３と室外機
２１とを結ぶ渡り配管２５，２７が、２台の室内熱交換
器１に対応して、往路，復路とも２本に分岐した、マル
チシステム空気調和装置を形成している。 （３）流路Ｂを流れる冷媒ｂとしアンモニアを使用して
いる。 上記のように構成された空気調和装置における流路Ｂの
動作は、前記図１の第１実施例と同様である。
【００２８】一方、流路Ａでは、冷房運転時には、冷媒
ａはＩA の方向に流れる。流体駆動機３を液状態で流出
した冷媒ａは、実線状態に切り替えられた四方弁２９を
通り、２本の渡り配管２７，２７に分岐して流れ、それ
ぞれ２台の室内熱交換器１，１に流入する。室内熱交換
器１，１内で、冷媒ａは、空気を冷却することにより、
一部あるいは全部が蒸発する。蒸気あるいは気液二相状
態となった冷媒ａは、渡り配管２５，２５を通った後合
流し、中間熱交換器５に流入する。中間熱交換器５内で
は、冷媒ａは、流路Ｂで低温化された状態でＩB 方向に
流れる冷媒ｂにより冷却されて凝縮し、液状態となった
冷媒ａは、四方弁２９を経て流体駆動機３に戻る。
【００２９】暖房運転時には、四方弁２９を流路が破線
状態となるように切り替え、冷媒ａはIIA の方向に流れ
る。流体駆動機３から吐出された液状態の冷媒ａは、四
方弁２９を通って中間熱交換器５に流入し、流路Ｂで高
温化された状態でIIB 方向に流れる冷媒ｂにより加熱さ
れ、一部あるいは全部が蒸発する。蒸気あるいは気液二
相状態となった冷媒ａは、２本の渡り配管２５，２５に
分岐して流れ、室内熱交換器１，１に流入する。室内熱
交換器１では、冷媒ａは空気を加熱することにより凝縮
する。凝縮し液状態となった冷媒ａは、渡り配管２７，
２７を通った後合流し、四方弁２９を経て液体駆動機３
に戻る。
【００３０】このように、冷媒ａは、冷暖両運転時とも
に、液状態で流体駆動機３に流入するので、液ポンプで
ある流体駆動機３を効率よく運転することができる。
【００３１】上記第２実施例においては、流路Ａの冷媒
ａとして、第１実施例と同一の圧力損失が小さいHFC32/
125(50/50)を、流路Ｂの冷媒ｂとして、理論ＣＯＰがHF
C32/125(50/50)より高いアンモニアを用いているので、
第１実施例と同様の効果が得られる。室内熱交換器を２
台以上有するマルチシステム空気調和装置、特にビル用
のマルチシステム空気調和装置では、室内機と室外機と
を結ぶ配管が特に長くなるので、本実施例の効果も大き
くなる。
【００３２】また、冷媒ｂとして、毒性のあるアンモニ
アを用いているが、流路Ｂは屋外に設置される室外機２
１内に収納されるので、漏れを生じた場合の危険性も小
さい。特に、ビル用のマルチシステム空気調和装置で
は、室外機を屋上等へ設置することが多いので、危険性
は更に小さくなる。
【００３３】ところで、空気調和装置では、圧縮機で使
用する潤滑油の一部が流路内へ吐出するため、その潤滑
油の戻り性能が、圧縮機の信頼性に大きく関与する。本
実施例では、圧縮機１５が流路Ｂのみに設けられ、した
がって潤滑油は配管長の短い流路Ｂのみを循環するの
で、潤滑油の戻り性能が向上し、信頼性を高めることが
できる。特に、マルチシステム空気調和装置のような、
渡り配管の長い空気調和装置では、この効果は大きい。
【００３４】図３は、この発明の第３実施例を示す空気
調和装置の冷媒回路図である。ここでは、前記第１実施
例と同一の構成に対しては、同一の符号を付してある。
第１実施例と異なる点は、 （１）流路駆動機３が圧縮機であり、流路Ａには、流路
駆動機３から吐出された流体の流路を実線状態と破線状
態とに切り替える四方弁２９が設けられている。 （２）冷媒ａとして、HFC32/134a(25/75) を用い、冷媒
ｂとして、HFC32/134a(10/90) を用いており、いずれも
非共沸混合冷媒である。 （３）中間熱交換器５内で、冷媒ａと冷媒ｂとが完全対
向流を形成する流路を設けてある。 上記のように構成された空気調和装置における流路Ｂの
動作は、前記図１の第１実施例と同様である。
【００３５】一方、流路Ａでは、冷房運転時には、冷媒
ａはＩA の方向に流れる。流体駆動機３を蒸気状態で流
出した冷媒ａは、流路が破線状態となっている四方弁２
９を通り、中間熱交換器５に流入する。中間熱交換器５
内では、冷媒ａは、流路ＢにてＩB 方向に流れて冷媒ａ
と相互に対向流を形成する冷媒ｂにより冷却され、一部
あるいは全部が凝縮する。液あるいは気液二相状態とな
った冷媒ａは、渡り配管２５を通って室内熱交換器１に
流入し、ここで空気を冷却することにより蒸発する。蒸
気状態となった冷媒ａは、渡り配管２７を通った後、四
方弁２９を経て流体駆動機３に戻る。
【００３６】暖房運転時には、四方弁２９を実線状態に
切り替え、冷媒ａはIIA の方向に流れる。流体駆動機３
から吐出した蒸気状態の冷媒ａは、四方弁２９を経て渡
り配管２７を通り、室内熱交換器１に流入する。室内熱
交換器１では、冷媒ａは空気を加熱することにより一部
あるいは全部が凝縮する。液あるいは気液二相状態とな
った冷媒ａは、渡り配管２５を通り、中間熱交換器５に
流入し、流路ＢにてIIB 方向に流れて冷媒ａと対向流を
形成する冷媒ｂにより加熱され蒸発する。蒸気状態とな
った冷媒ａは、四方弁２９を通り、流体駆動機３に戻
る。
【００３７】このように、冷媒ａは、冷暖両運転時とも
に、蒸気状態で流体駆動機３に流入するので、圧縮機で
ある流体駆動機３を効率よく運転することができる。
【００３８】上記したような空気調和装置においては、
冷媒ａとして配管部分の圧力損失がHFC134a よりも小さ
いHFC32/134a(25/75) を、冷媒ｂとして、理論ＣＯＰが
HFC32/125(50/50)より高いHFC32/134a(10/90) を用いて
いるので、前記第１実施例と同様の効果が得られる。
【００３９】さらに、上述のような冷媒ａと冷媒ｂの選
択を行った場合、冷媒ａ，冷媒ｂともに非共沸混合冷媒
であることから、相変化中に温度勾配を生ずる。一方冷
房運転時および暖房運転時ともに、中間熱交換器５内で
は冷媒ａと冷媒ｂとは互いに完全対向流を形成している
ので、相変化中に温度勾配が生じても、中間熱交換器５
内では冷媒ａと冷媒ｂとの効率の高い熱交換を実現する
ことができる。
【００４０】なお、第１，第２の各実施例においても、
冷媒ａおよび冷媒ｂとして、非共沸混合冷媒を選択する
場合には、上記第３実施例と同様に、中間熱交換器５に
おいて、冷暖両運転で完全対向流を形成するように構成
すればよい。
【００４１】図４は、この発明の第４実施例を示す空気
調和装置の冷媒回路図である。ここでは、前記第１実施
例と同一の構成に対しては、同一の符号を付してある。
第１実施例と異なる点は、 （１）流体駆動機３が、一方向のみに流体を駆動するガ
スポンプである。 （２）流路Ａに冷媒加熱器３１が設けてある。冷媒加熱
器３１は、都市ガス、プロパン、石油などを燃料とし、
冷媒ａを加熱する燃焼器である。 （３）流路Ｂの四方弁１３を設けていない。 （４）冷媒ａとして、ＣＯ2 を用い、冷媒ｂとして、プ
ロパンを用いてある。
【００４２】冷房運転時の動作は、流路Ａおよび流路Ｂ
ともに、第１実施例と同様であり、流路Ａの冷媒加熱器
３１は停止状態にする。
【００４３】一方、暖房運転時には、流路Ｂの圧縮機１
５は停止し、流路Ｂ内での冷媒ｂのの循環は行わない。
つまり、流路Ａのみ動作させることになる。流路Ａにお
ける冷媒ａであるＣＯ2 は、３２℃以上では超臨界状態
（圧力が臨界圧以上となる状態となり、冷媒ａは、ガス
状態で流路Ａを、IIA の方向（冷房運転時のＩA と同一
方向）に循環する。ガスポンプである流体駆動機３から
吐出された冷媒ａは、冷媒加熱器３１により加熱され、
１００℃程度の高温になる。高温になった冷媒ａは、渡
り配管２７を通って室内熱交換器１に流入する。室内熱
交換器１では、冷媒ａは空気を加熱し温度が２０℃程度
まで低下する。低温になった冷媒ａは、渡り配管２５，
中間熱交換器５を通って流体駆動機３に戻る。流路Ｂ側
の冷媒ｂの循環が停止しているため、中間熱交換器５は
熱交換器として作用しない。
【００４４】このような空気調和装置では、冷媒ａとし
て、配管部分の圧力損失がHFC134aよりも小さいＣＯ2
を、冷媒ｂとして、理論ＣＯＰがHFC32/125(50/50)より
高いプロパンを用いているので、流路Ａおよび流路Ｂを
ともに作動させる冷房運転時は、第１実施例と同様の効
果が得られる。
【００４５】一方、暖房運転時は、冷媒ａのみが循環す
るので、冷媒加熱器３１からの熱が室内熱交換器１を経
て、空気に伝達される。従来の空気調和装置に冷媒加熱
器を設置した場合、冷媒加熱器内での冷媒の漏洩を考慮
し、理論ＣＯＰの高い可燃性のある冷媒を用いることは
できず、このため冷房運転時でのＣＯＰ向上が困難であ
る。ところが、本実施例では、冷媒ｂとして、プロパン
やHFC32 のような理論ＣＯＰが高く可燃性の高い冷媒を
使用することができるので、冷房運転時のＣＯＰ向上を
実現することができる。
【００４６】なお、上記第４実施例では、冷媒ａとして
ＣＯ 2 のような、暖房運転時に相変化する冷媒を、一方
向回転のポンプに四方弁を備えることなく、用いること
ができる。その場合には、液状態の冷媒ａが流体駆動機
３を流出し、冷媒加熱器３１で加熱され、一部あるいは
全部が蒸発する。蒸気あるいは気液二相状態となった冷
媒ａは、渡り配管２７を通って、室内熱交換器１に流入
する。室内熱交換器１内では、冷媒ａは空気を加熱して
凝縮する。液状態になった冷媒ａは、渡り配管２５，熱
交換器として作用しない中間熱交換器５を通り、液状態
のまま流体駆動機に流入する。
【００４７】図５は、この発明の第５実施例を示す空気
調和装置の冷媒回路図である。ここでは、前記第１実施
例と同一の構成に対しては、同一の符号を付してある。
第１実施例と異なる点は、 （１）流体駆動機３と中間熱交換器５とを結ぶ配管３３
と、中間熱交換器５と渡り配管２５における室外機２１
内の配管３５とを結合するバイパス路３７を設け、バイ
パイ路３７に配管３３側から配管３５側への流通のみを
許容する逆止弁３９を設け、配管３３に中間熱交換器５
から流体駆動機３への流通のみを許容する逆止弁４１を
設けてある。 （２）逆止弁３９より配管３３側のバイパス路３７に、
冷媒加熱器３１が設けてある。冷媒加熱器３１は、都市
ガス，プロパン，石油などを燃料とし、冷媒を加熱する
燃焼器である。 （３）流路Ｂの四方弁１３を設けていない。 （４）冷媒ａとして、HFC32/125(25/75)を用い、冷媒ｂ
として、HFC32/125(75/25)を用いてある。
【００４８】流路Ｂの作用は、冷房運転時は、第１の実
施例と同様である。一方、暖房運転時は、前記図４の第
４実施例と同様に、圧縮機１５を停止し、冷媒ｂの循環
を行わない。
【００４９】流路Ａでは、冷房運転時において冷媒ａ
は、ＩA の方向に流れる。このとき、流体駆動機３から
吐出され室内熱交換器１を経て渡り配管２５に流出した
冷媒ａは、逆止弁３９の働きにより、バイパス路３７へ
は流入せず、中間熱交換器５へ流入する。したがって、
冷房運転時の流路Ａの動作は、第１実施例と同一であ
る。
【００５０】一方、暖房運転時には、可逆ポンプである
流体駆動機３を冷房運転時と反対方向に回転させる。こ
れにより、流体駆動機３から吐出された冷媒ａは、配管
３３側に流れるが、逆止弁４１の働きにより、中間熱交
換器５へは流入せず、IIA で示すようにバイパス路３７
を流れる。この運転時には、冷媒加熱器３１が作動する
ので、冷媒ａは加熱され一部あるいは全部が蒸発する。
蒸気あるいは気液二相状態となった冷媒ａは、渡り配管
２５を通って室内熱交換器１へ流入する。室内熱交換器
１内で、冷媒ａは空気を加熱し凝縮して液状態となり、
渡り配管１７を通って流体駆動機３に流入する。
【００５１】上記した逆止弁３９，４１は、冷媒ａを、
冷房運転時には中間熱交換器５に、暖房運転時にはバイ
パス流路３７に、それぞれ流すよう働くので、中間熱交
換器５とバイパス流路３７とのいずれかに冷媒ａを流す
よう機能する制御弁を構成することになる。
【００５２】上記のような空気調和装置においては、冷
媒ａとして、配管部分の圧力損失がHFC134a よりも小さ
いHFC32/125(25/75)を、冷媒ｂとして、理論ＣＯＰがHF
C32/125(50/50)より高いHFC32/125(75/25)を用いている
ので、冷房運転時には、第１実施例と同様の効果が得ら
れる。
【００５３】一方、暖房運転時には、冷媒加熱による暖
房運転を行い、かつ冷媒ａは中間熱交換器５をバイパス
するので、冷媒加熱器３１によって得られた熱を有効に
室内熱交換器１に搬送し、快適性と効率の高い暖房運転
を実現することができる。
【００５４】また、本実施例では、冷媒加熱器３１によ
り加熱される冷媒ａとして、可燃性の極めて低いHFC32/
125(25/75)を、冷媒ｂとして、理論ＣＯＰが高いHFC32/
125(75/25)を用いているので、冷房運転時でのＣＯＰを
犠牲にせず、安全な冷媒加熱式の空気調和装置を実現で
きる。
【００５５】図６は、この発明の第６実施例を示す空気
調和装置の冷媒回路図である。ここでは、前記第１実施
例と同一の構成に対しては、同一の符号を付してある。
第１実施例と異なる点は、 （１）流体駆動機３が、一方向のみに流体を吐出するポ
ンプであり、流路Ａには、流体駆動機３から吐出される
流体の流路を実線状態と破線状態とに切り替える四方弁
２９を設けてある。 （２）流路Ａの室外機２１内における渡り配管２５に、
冷媒加熱器３１を設けてある。冷媒加熱器３１は、都市
ガス，プロパン，石油などを燃料とし、冷媒ａを加熱す
る燃焼器である。 （３）冷媒ａとして、HFC125を用い、冷媒ｂとして、HF
C32 を用いてある。
【００５６】流路Ｂの動作は、第１実施例と同一であ
る。
【００５７】流路Ａでは、冷房運転時には、冷媒ａはＩ
A の方向に流れる。流体駆動機３を液状態で吐出された
冷媒ａは、実線状態となっている四方弁２９を経て渡り
配管２７を通り、室内熱交換器１に流入する。室内熱交
換器１で、冷媒ａは空気を冷却することにより一部ある
いは全部が蒸発する。蒸気あるいは気液二相状態となっ
た冷媒ａは、渡り配管２５を通った後、中間熱交換器５
に流入する。中間熱交換器５内では、冷媒ａは流路Ｂに
てＩB 方向に流れる冷媒ｂにより冷却され凝縮する。液
状態となった冷媒ａは、四方弁２９を通り、流体駆動機
３に戻る。
【００５８】暖房運転時には、四方弁２９を破線状態に
切り替え、冷媒ａはIIA の方向に流れる。流体駆動機３
から吐出された液状態の冷媒ａは、四方弁２９を経て中
間熱交換器５に流入し、流路ＢにてIIB 方向に流れる冷
媒ｂにより加熱され、一部または全部が蒸発する。
【００５９】このとき冷媒ａが、蒸気あるいは乾き度の
大きい気相二相状態となった場合、つまり暖房負荷の小
さい場合には、冷媒加熱器３１は作動せず、中間熱交換
器５を流出した冷媒ａは、渡り配管２５を通り、室内熱
交換器１に流入する。室内熱交換器１では、冷媒ａは空
気を加熱することにより凝縮する。液状態となった冷媒
ａは、渡り配管２７を通った後、四方弁２９を経て流体
駆動機３に戻る。
【００６０】一方、外気温度が低い場合や、起動時に室
内温度が低い場合のような、暖房負荷の大きい場合、圧
縮機１５の入力を大きくしないまま運転すると、中間熱
交換器５から流出した冷媒ａは、乾き度の小さい気液二
相状態となる。その場合には、冷媒加熱器３１を作動
し、冷媒ａを加熱して全部あるいは大部分を蒸発させ
る。これにより蒸気または乾き度の大きい気液二相状態
となった冷媒ａは、渡り配管２５を通り、室内熱交換器
１に流入する。室内熱交換器１では、冷媒ａは空気を加
熱することにより凝縮する。液状態となった冷媒ａは、
渡り配管２７を通った後、四方弁２９を経て流体駆動機
３に戻る。
【００６１】冷媒加熱器３１の動作、不作動は、例えば
室内機２３が設置された室内の温度と、室内機の設定温
度との関係による。つまり、室内温度が設定温度に比べ
て所定値以上低い場合には、冷媒加熱器３１を動作さ
せ、そうでない場合には不作動とする。
【００６２】上記したような空気調和装置においては、
冷媒ａとして、配管部分の圧力損失がHFC134a よりも小
さいHFC125を、冷媒ｂとして、理論ＣＯＰがHFC32/125
(50/50)より高いHFC32 を用いているので、第１実施例
と同様の効果が得られる。一方、暖房負荷が大きい暖房
運転時は、流路Ｂの冷媒ｂからの熱に、冷媒加熱器３１
からの熱が加算されるので、流路Ｂの圧縮機１５への入
力を増加せずに、高い暖房能力を得ることができる。
【００６３】また、従来の空気調和装置に冷媒加熱器を
設置した場合、冷媒加熱器内での冷媒の漏洩を考慮し、
可燃性のある冷媒を用いることはできず、冷房運転時の
ＣＯＰ向上が困難である。ところが、本実施例では、冷
媒ｂとして、前記第４実施例と同様に、HFC32 やプロパ
ンのような可燃性の高い冷媒を使用することができるの
で、冷房運転時のＣＯＰ向上を実現することができる。
【００６４】なお、上記した第１〜第６の各実施例にお
いては、空気調和装置の主要要素のみを図示、説明して
きたが、その他の補助的な要素が追加されても、本発明
の主旨に反するものではない。補助的要素としては、流
路Ａにおいて、循環する冷媒の量を調節するための冷媒
タンク，蒸発・凝縮温度を調節するための圧力制御機
構、ポンプへの蒸気流入を防止するための気液分離器、
圧縮機への液流入を防止するためのアキュムレータなど
がその一例である。さらに、制御用機器やセンサも補助
的要素に含まれる。一方、流路Ｂにおいて、従来の空気
調和装置にあるようなアキュムレータ，冷媒タンク，諸
バルブ，制御用センサ・機器なども補助的要素として挙
げられる。
【００６５】また、第１〜６の実施例で説明した各種の
流体駆動機，各種の冷媒ａ，各種の冷媒ｂ，室内熱交換
器の台数，冷媒加熱の有無などの組み合わせは、第１〜
６の実施例で説明した組み合わせに限定されることはな
く、他の組み合わせによっても、本発明の主旨は実現で
きる。例えば、流体駆動機として圧縮機を用いて複数の
室内熱交換器を有するマルチシステム空気調和装置や、
冷媒ｂとしてHFC134aを用い、かつ冷媒加熱器を具備し
た空気調和装置でもよい。
【００６６】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、流体駆動機、室内熱交換器を備えた第１の冷媒回
路には圧力損失の小さい第１の冷媒を用いるとともに、
圧縮機、室外熱交換器、膨張機構を備えた第２の冷媒回
路には熱物性値から定まる理論成績係数が大きい第２の
冷媒を用い、第１，第２の各冷媒回路に中間熱交換器を
設けることで、第１，第２の各冷媒相互で熱交換を行う
ようにしたため、冷媒の特性のうち長所のみを生かした
サイクルを構成でき、安全かつ高効率の運転が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【図２】この発明の第２実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【図３】この発明の第３実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【図４】この発明の第４実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【図５】この発明の第５実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【図６】この発明の第６実施例を示す空気調和装置の冷
媒回路図である。
【符号の説明】
１ 室内熱交換器 ３ 流体駆動機 ５ 中間熱交換器 ７，１９ 配管 １１ 室外熱交換器 １５ 圧縮機 １７ 膨張機構（膨張弁） ２９ 四方弁（切り替え弁） ３１ 冷媒加熱器 ３７ バイパス流路 ３９，４１ 逆止弁（制御弁） Ａ 流路（第１の冷媒回路） Ｂ 流路（第２の冷媒回路）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小津 政雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 住空間システム技術研究 所内 (56)参考文献 特開 平５−203195（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17073（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−92286（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−312364（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302737（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−60019（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 1/00 399 F25B 1/00 395 C09K 5/04 F25B 13/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体駆動機、室内熱交換器が配管により
    接続され、内部に第１の冷媒が封入された第１の冷媒回
    路と、圧縮機、室外熱交換器、膨張機構が配管により接
    続され、内部に第２の冷媒が封入された第２の冷媒回路
    とを有し、前記第１の冷媒は配管内での圧力損失がＨＦ
    Ｃ１３４ａよりも小さい冷媒であるとともに、前記第２
    の冷媒は熱物性値から定まる理論成績係数がＨＦＣ３２
    とＨＦＣ１２５との混合冷媒でありＨＦＣ３２の重量比
    が５０％のものより大きい冷媒であり、前記第１，第２
    の各冷媒相互が熱交換する中間熱交換器を前記各配管途
    中に設け、室内機内に前記第１の冷媒回路の室内熱交換
    器を収納し、室外機内に前記第２の冷媒回路の全ての要
    素、前記中間熱交換器及び前記第１の冷媒回路の流体駆
    動機を収納し、前記室内機と室外機を配管で接続したこ
    とを特徴とする空気調和装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の冷媒回路に封入される第１の
    冷媒は、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５との混合冷媒であり
    ＨＦＣ３２の重量比が５０％以下のもの、ＨＦＣ１２
    ５、ＣＯ 2 、ＨＦＣ２３を一成分とする混合冷媒、ＨＦ
    Ｃ２３、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａとの混合冷媒であ
    りＨＦＣ３２の重量比が２５％のものから選択され、 前記第２の冷媒回路に封入される第２の冷媒は、ＨＦＣ
    １３４ａ、アンモニア、炭化水素冷媒、ＨＦＣ３２とＨ
    ＦＣ１２５との混合冷媒でありＨＦＣ３２の重量比が５
    ０％より大きいもの、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１３４ａとの
    混合冷媒でありＨＦＣ３２の重量比が１０％のものから
    選択される ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装
    置。
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