JPH09318178A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補助熱交換器を用いた空気調和機に冷媒とし
て非共沸混合冷媒を用いた場合暖房運転時には減圧器で
減圧された冷媒と圧縮機に吸入される冷媒が熱交換さ
れ、二相域での温度勾配により室外熱交換器を経た冷媒
を補助熱交換器で冷却することとなり、再び冷媒は二相
状態となり圧縮機に吸入され液圧縮によるメカ部の破損
等を引き起こす。 【解決手段】 減圧器４と室外熱交換器３間の冷媒と室
内熱交換器９から四方弁２を経て圧縮機１に吸入される
冷媒とを熱交換させる補助熱交換器５を備え、室外熱交
換器３と補助熱交換器５間と補助熱交換器５と減圧器４
間とをそれぞれ分岐して補助熱交換器５をバイパスする
ようにバイパス管８を接続し、冷房運転時にバイパス管
８に冷媒が流れないように第一逆止弁６を設け、補助熱
交換器５とバイパス管８との合流部との間に暖房運転時
に補助熱交換器５内に減圧器４を経た冷媒が流れないよ
うに第二逆止弁７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒として非共沸
混合冷媒を用いた空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より空気調和機の冷媒として単一冷
媒であるＨＣＦＣ２２が広く用いられており、また空気
調和機の冷房運転効率を向上させるために、図６のよう
に補助熱交換器５を用いた構成が知られている。これを
図７の圧力−エンタルピ線図を用いて説明すると、冷房
運転時には低温となる圧縮機１の吸入管から比較的高温
である外気によって奪われる冷却効果（図７中のイに相
当する）を凝縮器出口液を過冷却（図７中のロに相当す
る）するために利用することにより、蒸発器として作用
する室内熱交換器９での冷房能力増大（図７中のハに相
当する）することができるものである。また、暖房運転
時には、減圧器４で減圧された冷媒と圧縮機１に吸入さ
れる冷媒が熱交換される構成となるが、上述のように冷
媒として単一冷媒であるＨＣＦＣ２２が用いられている
ので、図７中の一点鎖線で示されるように一定圧力のも
とでは二相域で等温となるため、減圧された冷媒はその
圧力における飽和ガス温度であり、したがって室外熱交
換器３を経た冷媒と減圧器４で減圧された冷媒の温度差
はわずかであり、たとえ補助熱交換器５で熱交換が行わ
れても、室外熱交換器３で蒸発した冷媒が再び二相状態
となることはなく、液圧縮による圧縮機メカ部の破損等
の問題はない。

【０００３】また従来、非共沸混合冷媒の特徴である二
相域での温度勾配を有効に利用するため、熱交換器にお
いて非共沸混合冷媒の流れ方向と熱交換される流体の流
れ方向を向かい合わせ（対向流）となるようにして熱交
換効率を向上できることが知られている。しかし空気調
和機のように冷房運転と暖房運転で冷媒の流れ方向が逆
転するような場合には、例えば暖房運転で対向流となる
ような構成の熱交換器では冷房運転時には非共沸混合冷
媒の流れ方向と熱交換される流体の流れ方向が同方向
（並行流）となるために、暖房運転では運転効率が向上
しても冷房運転時は逆に運転効率が低下する。このよう
な課題を解決するための空気調和機としては、特開平７
−９１７６１では図８のような構成を提案している。す
なわち、室内熱交換器９および室外熱交換器３の入口出
口に流路切換弁を設けて、冷房運転時にも暖房運転時に
も熱交換される空気の流れ方向と非共沸混合冷媒の流れ
方向とが向かい合わせ（対向流）となるようにして、空
気調和機の運転効率を向上させるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＨＣＦ
Ｃ２２はわずかながら成層圏オゾン層を破壊するために
使用が規制され、その代替冷媒として非共沸混合冷媒が
注目されている。

【０００５】そこで上述の補助熱交換器を用いて冷房能
力を増大できる空気調和機に冷媒として非共沸混合冷媒
を用いた場合、暖房運転時には、減圧器で減圧された冷
媒と圧縮機に吸入される冷媒が熱交換される構成とな
り、非共沸混合冷媒特有の二相域での温度勾配により減
圧された冷媒はその圧力における飽和ガス温度よりも低
温となり、したがって室外熱交換器を経た冷媒を補助熱
交換器で冷却することとなり、再び冷媒は二相状態とな
り圧縮機に吸入され、液圧縮による圧縮機メカ部の破損
等を引き起こす問題がある。

【０００６】また、空気調和機に用いられる室内熱交換
器および室外熱交換器では、熱交換器での圧力損失を減
少させるために多流路に分岐されている場合が多く、し
かも各流路間への分流を均等にするためにガス側の分岐
ではヘッダー分岐、液側の分岐ではディストリビュータ
とキャピラリーを用いて分岐している。したがって、特
開平７−９１７６１のように液冷媒もガス冷媒も同じ入
口から多流路に分岐されている熱交換器へ流入させた場
合には、各流路への分流に偏りが生じて効率よく熱交換
ができないため、例えば暖房運転時には運転効率が良く
ても冷房運転時には運転効率が低下するといった課題が
ある。また、多流路に分岐されている各流路ごとに入口
出口に流路切換弁を設けることは製造工数もコストも大
幅に上昇することとなり、非現実的である。

【０００７】本発明は、上記従来の空気調和機の課題を
解決するためになされたもので、非共沸混合冷媒を用い
た空気調和機において、非共沸混合冷媒の特徴を有効に
利用でき、かつ欠点を改良して、また運転効率の向上を
実現する空気調和機を、提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、非共沸混合冷媒の特
徴である二相域での温度勾配のために、暖房運転時に補
助熱交換器を用いると減圧器で減圧された冷媒と圧縮機
に吸入される冷媒が熱交換される構成となり、さらに減
圧された冷媒はその圧力における飽和ガス温度よりも低
温となるために、再び室外熱交換器で蒸発された冷媒が
二相状態となり圧縮機に吸入され、液圧縮による圧縮機
メカ部の破損等を引き起こすという課題に対しては、室
外熱交換器と補助熱交換器間と、補助熱交換器と減圧器
間とをそれぞれ分岐して補助熱交換器をバイパスするよ
うに補助熱交換器バイパス管を接続し、冷房運転時に補
助熱交換器バイパス管に冷媒が流れないように第一逆止
弁を設け、補助熱交換器と補助熱交換器バイパス管との
合流部との間に暖房運転時に補助熱交換器内に減圧器を
経た冷媒が流れないように第二逆止弁を設けたことを特
徴とするものである。

【０００９】あるいは、補助熱交換器は室外熱交換器と
減圧器間の冷媒と四方弁と室内熱交換器間の冷媒とを熱
交換する構成であり、四方弁と補助熱交換器間と補助熱
交換器と室内熱交換器間をそれぞれ分岐し補助熱交換器
をバイパスするように補助熱交換器バイパス管を接続
し、冷房運転時に補助熱交換器バイパス管に冷媒を流さ
ないように第一逆止弁を設け、補助熱交換器と補助熱交
換器バイパス管との合流部との間に暖房運転時に補助熱
交換器内に四方弁を経た冷媒を流さないように第二逆止
弁を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】あるいは、補助熱交換器は室外熱交換器と
減圧器間の冷媒と四方弁を経て圧縮機に吸入される冷媒
とを熱交換する構成であり、四方弁と補助熱交換器間に
第一開閉弁と、補助熱交換器と圧縮機吸入管間に圧縮機
吸入管から補助熱交換器に冷媒を流さない逆止弁と、第
一開閉弁と四方弁間と逆止弁と圧縮機吸入管間とを接続
する補助熱交換器バイパス管と、補助熱交換器バイパス
管に第２開閉弁を設け、冷房運転時には第一開閉弁を
開、第二開閉弁を閉とし、暖房運転時は第一開閉弁を
閉、第二開閉弁を開に操作する開閉弁制御器を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、多流路に分岐された熱交換器を備え
た空気調和機に冷媒として非共沸混合冷媒を用いた場合
に冷房運転あるいは暖房運転に運転効率が低下するとい
った課題に対して、室内熱交換器と室外熱交換器のうち
の少なくとも一方を暖房運転時に熱交換される流体と冷
媒とが対向流となるように構成し、かつ冷房運転時に減
圧器と室外熱交換器間の冷媒と室内熱交換器から四方弁
を経て圧縮機に吸入される冷媒とを熱交換させる補助熱
交換器を備えたことにより、暖房運転時には対向流とな
る熱交換器によって運転効率が向上し、冷房運転時に
は、補助熱交換器によって蒸発器として作用する室内熱
交換器での熱交換量を増大させ、並行流となる熱交換器
による運転効率低下を防止することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１３】（実施の形態１）図１に本発明にかかる第
１の実施の形態の空気調和機を示す。図１において、１
はアキュムレータを備えた圧縮機、２は冷房運転と暖房
運転を切り替える四方弁、３は室外熱交換器、４は減圧
器、５は補助熱交換器、６は第一逆止弁、７は第二逆止
弁であり、これらと室外ファン（図示せず）等とともに
室外機Ａを構成している。また、補助熱交換器５は、四
方弁２を経て圧縮機１に吸入される冷媒と、室外熱交換
器３と減圧器４間の冷媒とが間接的に熱交換されるよう
に接続されているが、補助熱交換器５をバイパスするよ
うに接続された補助熱交換器バイパス管８には減圧器４
から室外熱交換器３の方向にのみ冷媒を流すように第一
逆止弁６が設けられている。さらに補助熱交換器５と補
助熱交換器バイパス管８の間には補助熱交換器５から減
圧器４の方向にのみ冷媒を流すように第二逆止弁７が設
けられている。また、９は室内熱交換器であり、室内フ
ァン（図示せず）等から室内機Ｂを構成している。さら
に冷媒としてオゾン層を破壊しない冷媒で構成される非
共沸混合冷媒が封入されている。

【００１４】上記構成による空気調和機の動作について
説明する。

【００１５】まず暖房運転時には、四方弁２を図１中実
線のように設定する。すると圧縮機１で圧縮されて高温
高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室内熱交換器９
に導入される。ここで、ガス冷媒は室内の空気と熱交換
して放熱して凝縮し液冷媒となる。

【００１６】さらに、室内熱交換器９で凝縮して液状態
となった冷媒は、減圧器４で減圧されて低温低圧の二相
状態となる。ここで第二逆止弁７によって、低温の冷媒
は補助熱交換器５に流入するのを阻害され、第一逆止弁
６を経て室外熱交換器３に導入される。室外熱交換器３
では、低温低圧の二相状態の冷媒は室外の空気と熱交換
して吸熱して蒸発しガス冷媒となる。

【００１７】さらに、室外熱交換器３で蒸発してガス状
態となった冷媒は、四方弁２を経て補助熱交換器５に導
入されるが、第二逆止弁７により減圧器４で減圧されて
低温となった冷媒が補助熱交換器５に導入されるのが阻
害されるため、補助熱交換器５で熱交換は行われず、す
なわち室外熱交換器３で蒸発してガス状態となった冷媒
は、再び冷却されて二相状態となることなくガス状態の
まま圧縮機１に吸入される。したがって液圧縮等による
圧縮機１の破損という問題は回避できる。

【００１８】次に冷房運転時には、四方弁２を図１中点
線のように設定する。すると圧縮機１で圧縮されて高温
高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室外熱交換器３
に導入される。ここで、ガス冷媒は室外の空気と熱交換
して放熱して凝縮し液冷媒となる。

【００１９】さらに、室外熱交換器３で凝縮して液状態
となった冷媒は、第一逆止弁６によって直接減圧器４に
流入することが阻害され、補助熱交換器５、第二逆止弁
７を経て減圧器４に導入されて減圧され、低温低圧の二
相状態となり、室内熱交換器９に導入される。室内熱交
換器９では、低温低圧の二相状態の冷媒は室内の空気と
熱交換して吸熱して蒸発し低温低圧のガス冷媒となる。

【００２０】さらに、室内熱交換器９で蒸発して低温低
圧のガス状態となった冷媒は、四方弁２を経て補助熱交
換器５に導入される。ここで補助熱交換器５では低温低
圧のガス冷媒によって室外熱交換器を経た液冷媒が冷却
され、図２の圧力−エンタルピ線図に示すように蒸発器
として作用する室内熱交換器１３の入口と出口でのエン
タルピ差を大きく、かつ図２中の一点鎖線で示されるよ
うな非共沸混合冷媒の特徴である二相域での温度勾配に
よってより室内熱交換器１３の入口側でより低温とな
り、室内機Ｂでの冷房能力が増大できるものである。

【００２１】そして、補助熱交換器５で室外熱交換器３
を経た液冷媒を冷却したガス冷媒は、圧縮機１に再び吸
入される。

【００２２】以上のように、暖房運転時は補助熱交換器
５での熱交換を行わず、室外熱交換器３で蒸発してガス
状態となった冷媒が補助熱交換器５で再び冷却されて二
相状態となることなくガス状態のまま圧縮機１に吸入さ
せ、したがって液圧縮等による圧縮機１の破損という問
題は回避できるものである。さらに冷房運転時には補助
熱交換器５を作用させることにより冷房能力が増大でき
て、運転効率の良い冷房運転が実現できるものである。

【００２３】なお、図１において、第二逆止弁７は冷房
時に補助熱交換器５の下流となる側に設けたがこれにこ
だわるものではなく、上流側でも同じ効果が得られるの
は明らかである。

【００２４】（実施の形態２）図３に本発明にかかる第
２の実施の形態の空気調和機を示す。なお図３において
図１と同じ構成要素は図１と同じ符号を付す。また冷媒
としてオゾン層を破壊しない冷媒で構成される非共沸混
合冷媒が封入されている。図３においては、補助熱交換
器５は、室外熱交換器３と減圧器４間の冷媒と室内熱交
換器９と四方弁２間の冷媒を熱交換する構成であり、暖
房運転時に減圧器４を経て室外熱交換器３に導入される
冷媒、あるいは冷房運転時に室外熱交換器３を経て減圧
器４に導入される冷媒は必ず補助熱交換器５を経由する
構成となっている。また、補助熱交換器バイパス管８を
四方弁２と室内熱交換器９間に設け、さらに第一逆止弁
６、第二逆止弁７によって、暖房運転時は四方弁２を経
た冷媒は補助熱交換器５をバイパスする補助熱交換器バ
イパス管８および第一逆止弁６を経由して室内熱交換器
９に導入され、冷房運転時には室内熱交換器９を経た冷
媒は第二逆止弁７を経て補助熱交換器５を経由して四方
弁２に導入される。

【００２５】上記構成による空気調和機の動作について
説明する。暖房運転時には、四方弁２を図３中実線のよ
うに設定する。すると圧縮機１で圧縮されて高温高圧と
なったガス冷媒は四方弁２、第一逆止弁６を経て室内熱
交換器９に導入される。すなわち補助熱交換器５をバイ
パスして室内熱交換器９に導入されるため、高温のガス
冷媒は補助熱交換器５で減圧器を経て低温となった冷媒
と熱交換することなく高温を保ったまま室内熱交換器９
に導入される。ここで、ガス冷媒は室内の空気と熱交換
して放熱して凝縮し液冷媒となるが、上述のように圧縮
機１で圧縮された冷媒が高温を保った状態で室内熱交換
器９に導入されるため、したがって室内機Ｂにおいて暖
房が効率よく行える。

【００２６】さらに、室内熱交換器９で凝縮して液状態
となった冷媒は、減圧器４で減圧されて低温低圧の二相
状態となり、補助熱交換器５に導入される。しかし、四
方弁２を経て室内熱交換器９に導入される冷媒は補助熱
交換器５をバイパスするため、補助熱交換器５では熱交
換が行われず室外熱交換器３に導入される。室外熱交換
器３では、低温低圧の二相状態の冷媒は室外の空気と熱
交換して吸熱して蒸発しガス冷媒となる。

【００２７】さらに、室外熱交換器３で蒸発してガス状
態となった冷媒は、四方弁２を経て直ちに圧縮機１に吸
入されるため、液圧縮などによる圧縮機１の破損という
問題はない。

【００２８】次に冷房運転時には、四方弁２を図３中点
線のように設定する。すると圧縮機１で圧縮されて高温
高圧となったガス冷媒は四方弁２を経て室外熱交換器３
に導入される。ここで、ガス冷媒は室外の空気と熱交換
して放熱して凝縮し液冷媒となる。

【００２９】さらに、室外熱交換器３で凝縮して液状態
となった冷媒は、補助熱交換器５を経て減圧器４に導入
されて減圧され、低温低圧の二相状態となり、室内熱交
換器９に導入される。室内熱交換器９では、冷媒は室内
の空気と熱交換して吸熱して蒸発し低温低圧のガス冷媒
となる。

【００３０】さらに、室内熱交換器９で蒸発して低温低
圧のガス状態となった冷媒は、第二逆止弁７を経て補助
熱交換器５に導入される。ここで補助熱交換器５では低
温低圧のガス冷媒によって室外熱交換器３を経た液冷媒
が冷却され、図２の圧力−エンタルピ線図に示すように
蒸発器として作用する室内熱交換器９の入口と出口での
エンタルピ差を大きくでき、かつ非共沸混合冷媒の特徴
である二相域での温度勾配によってより室内熱交換器９
の入口側でより低温となり、室内機Ｂでの冷房能力が増
大できるものである。

【００３１】そして、補助熱交換器５で室外熱交換器３
を経た液冷媒を冷却したガス冷媒は、四方弁２を経て圧
縮機１に再び吸入される。

【００３２】以上のように、暖房運転時は補助熱交換器
５での熱交換を行わず、圧縮機１で圧縮されて高温とな
った冷媒が高温を保ったまま室内熱交換器９に導入され
るので効率よく暖房運転が行え、かつ室外熱交換器３で
蒸発してガス状態となった冷媒が補助熱交換器５で再び
冷却されて二相状態となることなくガス状態のまま圧縮
機１に吸入させるので液圧縮等による圧縮機１の破損と
いう問題は回避できるものである。さらに冷房運転時に
は補助熱交換器５を作用させることにより、冷房能力が
増大されて運転効率の良い冷房運転が実現できるもので
ある。

【００３３】なお、図３において、第二逆止弁７は冷房
時に補助熱交換器５の上流となる側に設けたがこれにこ
だわるものではなく、下流側でも同じ効果が得られるの
は明らかである。

【００３４】（実施の形態３）図４に本発明にかかる第
３の実施の形態の空気調和機を示す。なお図４において
図１あるいは図３と同じ構成要素は図１あるいは図３と
同じ符号を付す。また、冷媒としてオゾン層を破壊しな
い冷媒で構成される非共沸混合冷媒が封入されている。
図４においては、図１と同様に補助熱交換器５は、室外
熱交換器３と減圧器４間の冷媒と四方弁２を経て圧縮機
１に吸入される冷媒を熱交換する構成であり、暖房運転
時に減圧器４を経て室外熱交換器３に導入される冷媒、
あるいは冷房運転時に室外熱交換器３を経て減圧器４に
導入される冷媒は必ず補助熱交換器５を経由する構成と
なっている。また、四方弁２と補助熱交換器５の間に第
一開閉弁１０を設け、補助熱交換器５と圧縮機１吸入管
間に圧縮機１吸入管から補助熱交換器５に冷媒が流れな
いようにする逆止弁１１を設け、さらに四方弁２と第一
開閉弁１８の間と、逆止弁１１と圧縮機１吸入管間を接
続して補助熱交換器５をバイパスする補助熱交換器バイ
パス管８に第二開閉弁１２を設けている。また、第一開
閉弁１０と第二開閉弁１２を操作する開閉弁制御器１３
を備えている。すなわち開閉弁制御器１３は、暖房運転
時は第一開閉弁１０を閉、第二開閉弁１２を開として、
四方弁２を経た冷媒は補助熱交換器５をバイパスする補
助熱交換器バイパス管８および第二開閉弁１２を経由し
て圧縮機１に吸入され、また冷房運転時には第一開閉弁
１０を開、第二開閉弁１２を閉として、四方弁２を経た
冷媒は第一開閉弁１０を経て補助熱交換器５、逆止弁１
１を経由して圧縮機１に吸入される。

【００３５】上記構成による空気調和機の動作について
説明する。

【００３６】まず暖房運転時には、四方弁２を図４中実
線のように設定し、開閉弁制御器１３は第一開閉弁１０
を閉、第二開閉弁１２を開と設定する。すると圧縮機１
で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経
て室内熱交換器９に導入される。ここで、ガス冷媒は室
外空気と熱交換して放熱して凝縮し液冷媒となる。

【００３７】さらに、室内熱交換器９で凝縮して液状態
となった冷媒は、減圧器４で減圧されて低温低圧の二相
状態となり補助熱交換器５を経て室外熱交換器３に導入
される。室外熱交換器３では、低温低圧の二相状態の冷
媒は室内の空気と熱交換して吸熱して蒸発しガス冷媒と
なる。

【００３８】さらに、室外熱交換器３で蒸発してガス状
態となった冷媒は、四方弁２を経て補助熱交換器バイパ
ス管８および第二開閉弁１２を経由して圧縮機１に吸入
される。すなわち、室外熱交換器３で蒸発してガス状態
となった冷媒は、補助熱交換器５で減圧器４を経て低温
となった冷媒と熱交換することなく、すなわち再び冷却
されて二相状態となることなくガス状態のまま圧縮機１
に吸入される。したがって液圧縮等による圧縮機１の破
損という問題は回避できる。また、逆止弁１１を暖房時
に補助熱交換器５の出口となる位置に設けることによ
り、補助熱交換器５内に高沸点成分が多く含まれる液冷
媒がたまり込むことも防止でき、すなわち循環冷媒の組
成変動も防止できて、自動制御運転等も容易に行える。

【００３９】次に冷房運転時には、四方弁２を図４中点
線のように設定し、開閉弁制御器１３は第一開閉弁１０
を開、第二開閉弁１２を閉に設定する。すると圧縮機１
で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経
て室外熱交換器３に導入される。ここで、高温高圧の冷
媒は室外の空気と熱交換して放熱して凝縮し液冷媒とな
る。

【００４０】さらに、室外熱交換器３で凝縮して液状態
となった冷媒は、減圧器４に導入されて減圧され、低温
低圧の二相状態となり、室内熱交換器９に導入される。
室内熱交換器９では、低温低圧の二相状態の冷媒は室内
の空気と熱交換して吸熱して蒸発し低温低圧のガス冷媒
となる。

【００４１】さらに、室内熱交換器９で蒸発して低温低
圧のガス状態となった冷媒は、四方弁２、第一開閉弁１
０を経て補助熱交換器５に導入される。ここで補助熱交
換器５では低温低圧のガス冷媒によって室外熱交換器３
を経た液冷媒が冷却され、図２の圧力−エンタルピ線図
に示すように蒸発器として作用する室内熱交換器９の入
口と出口でのエンタルピ差を大きく、かつ非共沸混合冷
媒の特徴である二相域での温度勾配によってより室内熱
交換器９の入口側でより低温となり、室内機Ｂでの冷房
能力が増大できるものである。

【００４２】そして、補助熱交換器５で室外熱交換器３
を経た液冷媒を冷却したガス冷媒は、逆止弁１１を経て
圧縮機１に再び吸入される。

【００４３】以上のように、暖房運転時は、室外熱交換
器３で蒸発してガス状態となった冷媒が補助熱交換器５
で再び冷却されて二相状態となることなくガス状態のま
ま圧縮機１に吸入させ、したがって液圧縮等による圧縮
機１の破損という問題は回避できるものであり、さらに
補助熱交換器５内に高沸点成分を多く含んだ液冷媒がた
まり込むことも防止できる。さらに冷房運転時には補助
熱交換器５を作用させることにより、冷房能力が増大さ
れて運転効率の良い冷房運転が実現できるものである。

【００４４】（実施の形態４）図５に本発明にかかる第
４の実施の形態の空気調和機を示す。なお図５において
図１あるいは図３あるいは図４と同じ構成要素は同じ符
号を付す。また、冷媒としてオゾン層を破壊しない冷媒
で構成される非共沸混合冷媒が封入されている。図５に
おいては、図４と同様に補助熱交換器５は、室外熱交換
器３と減圧器４間の冷媒と四方弁２を経て圧縮機１に吸
入される冷媒を熱交換する構成であり、暖房運転時に減
圧器４を経て室外熱交換器３に導入される冷媒、あるい
は冷房運転時に室外熱交換器３を経て減圧器４に導入さ
れる冷媒は必ず補助熱交換器５を経由する構成となって
いる。また、四方弁２と補助熱交換器５の間に第一開閉
弁１０を設け、補助熱交換器５と圧縮機１吸入管間に圧
縮機１吸入管から補助熱交換器５に冷媒が流れないよう
にする逆止弁１１を設け、さらに四方弁２と第一開閉弁
１０間と、逆止弁１１と圧縮機１吸入管間とを接続して
補助熱交換器５をバイパスする補助熱交換器バイパス管
８に第二開閉弁１２を設けている。また第一開閉弁１０
と第二開閉弁１２を操作する開閉弁制御器１３を備えて
いる。すなわち、開閉弁制御器１３は、暖房運転時は第
一開閉弁１０を閉、第二開閉弁１２を開として、四方弁
２を経た冷媒は補助熱交換器５をバイパスする補助熱交
換器バイパス管８および第二開閉弁１２を経由して圧縮
機１に吸入され、冷房運転時には第一開閉弁１０を開、
第二開閉弁１２を閉として、四方弁２を経た冷媒は第一
開閉弁１０を経て補助熱交換器５、逆止弁１１を経由し
て圧縮機１に吸入される。

【００４５】さらに室外熱交換器３は、ガス冷媒の分岐
あるいは合流がなされるヘッダー１４、室外の空気と冷
媒との間で熱交換がなされる複数の伝熱管１５、複数の
伝熱管１５に均等に冷媒を流すためのキャピラリ１６お
よび液冷媒の分岐あるいは合流がなされるディストリビ
ュータ１７等から構成されており、圧縮機１、四方弁
２、室外ファン（図示せず）等とともに室外機Ａを構成
している。また、室内熱交換器９は室外熱交換器３と同
様にヘッダー１８、複数の伝熱管１９、複数のキャピラ
リ２０、ディストリビュータ２１等から構成されてお
り、室内熱交換器９と室内ファン（図示せず）等から室
内機Ｂを構成している。

【００４６】また、室外機Ａ、室内機Ｂともそれぞれ図
１中の太い矢印で示される方向に空気が流れるように室
外ファン（図示せず）および室内ファン（図示せず）が
構成されている。

【００４７】上記構成による空気調和機の動作について
説明する。

【００４８】まず暖房運転時には、四方弁２を図５中実
線のように設定し、開閉弁制御器１３は第一開閉弁１０
を閉、第二開閉弁１２を開と設定する。すると圧縮機１
で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経
て室内熱交換器９に導入される。ここで、ガス冷媒はヘ
ッダー１８にて分岐されて、複数の伝熱管１９で室内の
空気と熱交換して放熱して凝縮し液冷媒となる。このと
き図２中の一点鎖線で示されるような非共沸混合冷媒の
特徴である二相域での温度勾配により、凝縮途中におい
て温度低下が生じる。しかし室内ファン（図示せず）に
より非共沸混合冷媒の流れ（図中の実線矢印）方向と空
気の流れ（図中の太い矢印）方向とが向かい合わせ（対
向流）となるため、上述の温度勾配を有効に利用でき、
室内熱交換器の平均温度すなわち凝縮圧力を低くでき
る。また、キャピラリ２０の流路抵抗により複数の伝熱
管１９のうちの一部の伝熱管に冷媒が偏って流れること
もなく、室内熱交換器９では効率よく熱交換が行え、し
たがって室内機Ｂにおいて暖房が効率よく行える。

【００４９】さらに、伝熱管１９で凝縮して液状態とな
った冷媒は、キャピラリ２０を経てディストリビュータ
２１で合流し、減圧器４で減圧されて低温低圧の二相状
態となり補助熱交換器５を経て室外熱交換器３に導入さ
れる。室外熱交換器３では、ディストリビュータ１７に
よって複数の伝熱管１５に分岐されるが、キャピラリ１
６の流路抵抗により複数の伝熱管１５に均等に冷媒が流
れる。さらに、複数の伝熱管１５で室内の空気と熱交換
して吸熱して蒸発しガス冷媒となる。このとき図２中の
一点鎖線で示されるような非共沸混合冷媒の特徴である
二相域での温度勾配により、蒸発途中において温度上昇
が生じる。しかし室外ファン（図示せず）により非共沸
混合冷媒の流れ（図中の実線矢印）方向と空気の流れ
（図中の太い矢印）方向とが向かい合わせ（対向流）と
なるため、上述の温度勾配を有効に利用でき、室外熱交
換器の平均温度すなわち蒸発圧力を高くできる。

【００５０】さらに、伝熱管９で蒸発してガス状態とな
った冷媒は、ヘッダー１４で合流して四方弁２を経て補
助熱交換器バイパス管８および第二開閉弁１２を経由し
て圧縮機１に吸入される。すなわち、室外熱交換器３で
蒸発してガス状態となった冷媒は、補助熱交換器５で減
圧器４を経て低温となった冷媒と熱交換することなく、
すなわち再び冷却されて二相状態となることなくガス状
態のまま圧縮機１に吸入される。したがって液圧縮等に
よる圧縮機１の破損という問題は回避できる。また、第
一開閉弁１０を暖房時に補助熱交換器５の入口となる位
置に設けて閉止してかつ、逆止弁１１を補助熱交換器５
の出口側に設けることにより、補助熱交換器５内に徐々
に高沸点成分が多く含まれる液冷媒がたまり込むことも
防止でき、すなわち循環冷媒の組成変動も防止できて、
自動制御運転等も容易に行える。

【００５１】次に冷房運転時には、四方弁２を図５中点
線のように設定し、開閉弁制御器１３は第一開閉弁１０
を開、第二開閉弁１２を閉に設定する。すると圧縮機１
で圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は四方弁２を経
て室外熱交換器３に導入される。ここで、ガス冷媒はヘ
ッダー１４にて分岐されて、複数の伝熱管１５で室外の
空気と熱交換して放熱して凝縮し液冷媒となる。このと
き図２中の一点鎖線で示されるような非共沸混合冷媒の
特徴である二相域での温度勾配により、凝縮途中におい
て温度低下が生じる。しかし室内ファン（図示せず）に
より非共沸混合冷媒の流れ（図中の点線矢印）方向と空
気の流れ（図中の太い矢印）方向とが同じ方向（並行
流）となるため、上述の温度勾配を有効に利用すること
はできない。しかし、キャピラリ１６の流路抵抗により
複数の伝熱管１５のうちの一部の伝熱管に冷媒が偏って
流れることはなく、室外熱交換器３では各伝熱管で均等
に熱交換が行える。

【００５２】さらに、伝熱管１５で凝縮して液状態とな
った冷媒は、キャピラリ１６を経てディストリビュータ
１７で合流し、補助熱交換器５を経て減圧器４に導入さ
れて減圧され、低温低圧の二相状態となり、室内熱交換
器９に導入される。室内熱交換器９では、ディストリビ
ュータ２１によって複数の伝熱管１９に分岐されるが、
キャピラリ２０の流路抵抗により複数の伝熱管１９に均
等に冷媒が流れ、さらに、複数の伝熱管１９で室内の空
気と熱交換して吸熱して蒸発し低温低圧のガス冷媒とな
る。このとき図２中の一点鎖線で示されるような非共沸
混合冷媒の特徴である二相域での温度勾配により、蒸発
途中において温度上昇が生じる。しかし室内ファン（図
示せず）により非共沸混合冷媒の流れ（図中の点線矢
印）方向と空気の流れ（図中の太い矢印）方向とが同じ
方向（並行流）となるため、上述の温度勾配を有効に利
用することはできないが、キャピラリ２０の流路抵抗に
より複数の伝熱管１９のうちの一部の伝熱管に冷媒が偏
って流れることはなく、室内熱交換器９では各伝熱管で
均等に熱交換が行える。

【００５３】さらに、伝熱管１９で蒸発して低温低圧の
ガス状態となった冷媒は、ヘッダー１８で合流して四方
弁２、第一開閉弁１０を経て補助熱交換器５に導入され
る。ここで補助熱交換器５では低温低圧のガス冷媒によ
って室外熱交換器３を経た液冷媒が冷却され、図２の圧
力−エンタルピ線図に示すように蒸発器として作用する
室内熱交換器９の入口と出口でのエンタルピ差を大き
く、かつ非共沸混合冷媒の特徴である二相域での温度勾
配によってより室内熱交換器９の入口側でより低温とな
り、室内機Ｂでの冷房能力が増大できるものである。

【００５４】そして、補助熱交換器５で室外熱交換器３
を経た液冷媒を冷却したガス冷媒は、逆止弁１１を経て
圧縮機１に再び吸入される。

【００５５】以上のように、暖房運転時は室内熱交換器
９あるいは室外熱交換器３を対向流化することによって
運転効率を向上させるとともに、室外熱交換器３で蒸発
してガス状態となった冷媒が補助熱交換器５で再び冷却
されて二相状態となることなくガス状態のまま圧縮機１
に吸入させ、したがって液圧縮等による圧縮機１の破損
という問題は回避できるものである。さらに冷房運転時
には補助熱交換器５を作用させることにより、室内熱交
換器９あるいは室外熱交換器１３が並行流となるために
低下する運転効率を補い、したがって冷房、暖房とも効
率の良い運転が実現できるものである。

【００５６】なお、（実施の形態４）では、（実施の形
態３）で説明した構成の空気調和機をもとに室内熱交換
器あるいは室外熱交換器が冷媒と熱交換される流体とが
暖房時に対向流となる形態として説明したが、これにこ
だわるものではなく、（実施の形態１）や（実施の形態
２）で説明した構成の空気調和機をもとにしても同様の
効果が得られるのは明白である。

【００５７】また、冷媒と熱交換される流体として空気
を代表にして説明したが、水やＨＦＣ類などでも容易に
実施できる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明による空気調和機では、暖房運転時には補助熱交
換器での熱交換を行わせない構成として、室外熱交換器
で蒸発してガス状態となった冷媒が補助熱交換器で再び
冷却されて二相状態となることなくガス状態のまま圧縮
機に吸入させ、したがって液圧縮等による圧縮機の破損
という問題は回避できるものである。また、冷房運転時
には補助熱交換器を作用させることにより、冷房能力の
増大が実現でき効率の良い冷房運転が実現できるもので
ある。

【００５９】さらに、暖房運転時は室内熱交換器あるい
は室外熱交換器を対向流化することによって非共沸混合
冷媒特有の二相域での温度勾配を有効に利用して暖房運
転効率を向上させるとともに、冷房運転時は補助熱交換
器を作用させて冷房能力を増大させて、室内熱交換器あ
るいは室外熱交換器が並行流となるために低下する運転
効率を補い、したがって冷房、暖房とも効率の良い運転
が実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による空気調和機を示す
構成図。

【図２】本発明の一実施の形態による空気調和機におけ
る圧力−エンタルピ線図。

【図３】本発明の一実施の形態による空気調和機を示す
構成図。

【図４】本発明の一実施の形態による空気調和機を示す
構成図。

【図５】本発明の一実施の形態による空気調和機を示す
構成図。

【図６】従来の形態による空気調和機を示す構成図。

【図７】従来の形態による空気調和機における圧力−エ
ンタルピ線図。

【図８】特開平７−９１７６１による空気調和機を示す
構成図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 四方弁 ３ 室外熱交換器 ４ 減圧器 ５ 補助熱交換器 ６ 第一逆止弁 ７ 第二逆止弁 ８ 補助熱交換器バイパス管 ９ 室内熱交換器 １０ 第一開閉弁 １１ 逆止弁 １２ 第二開閉弁 １３ 開閉弁制御器 １４ ヘッダー １５ 伝熱管 １６ キャピラリ １７ ディストリビュータ １８ ヘッダー １９ 伝熱管 ２０ キャピラリ ２１ ディストリビュータ Ａ 室外機 Ｂ 室内機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも圧縮機、冷房運転と暖房運転
   を切り替える四方弁、室外熱交換器、減圧器を有する室
   外機と、少なくとも室内熱交換器を有する室内機とを配
   管接続して非共沸混合冷媒を封入した空気調和機におい
   て、前記減圧器と前記室外熱交換器間の冷媒と、前記室
   内熱交換器から前記四方弁を経て前記圧縮機に吸入され
   る冷媒とを熱交換させる補助熱交換器を備え、前記室外
   熱交換器と前記補助熱交換器間と、前記補助熱交換器と
   前記減圧器間とをそれぞれ分岐して前記補助熱交換器を
   バイパスするように補助熱交換器バイパス管を接続し、
   冷房運転時に前記補助熱交換器バイパス管に冷媒が流れ
   ないように第一逆止弁を設け、前記補助熱交換器と前記
   補助熱交換器バイパス管との合流部との間に暖房運転時
   に前記補助熱交換器内に前記減圧器を経た冷媒が流れな
   いように第二逆止弁を設けたことを特徴とする空気調和
   機。
2. 【請求項２】 少なくとも圧縮機、冷房運転と暖房運転
   を切り替える四方弁、室外熱交換器、減圧器を有する室
   外機と、少なくとも室内熱交換器を有する室内機とを配
   管接続して非共沸混合冷媒を封入した空気調和機におい
   て、前記減圧器と前記室外熱交換器間の冷媒と、前記室
   内熱交換器と前記四方弁間の冷媒とを熱交換させる補助
   熱交換器を備え、前記四方弁と前記補助熱交換器間と、
   前記補助熱交換器と前記室内熱交換器間をそれぞれ分岐
   し前記補助熱交換器をバイパスするように補助熱交換器
   バイパス管を接続し、冷房運転時に前記補助熱交換器バ
   イパス管に冷媒が流れないように第一逆止弁を設け、前
   記補助熱交換器と前記補助熱交換器バイパス管との合流
   部との間に暖房運転時に前記補助熱交換器内に前記四方
   弁を経た冷媒が流れないように第二逆止弁を設けたこと
   を特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】 少なくとも圧縮機、冷房運転と暖房運転
   を切り替える四方弁、室外熱交換器、減圧器を有する室
   外機と、少なくとも室内熱交換器を有する室内機とを配
   管接続して非共沸混合冷媒を封入した空気調和機におい
   て、前記減圧器と前記室外熱交換器間の冷媒と、前記四
   方弁を経て前記圧縮機に吸入される冷媒とを熱交換させ
   る補助熱交換器を備え、前記四方弁と前記補助熱交換器
   間に第一開閉弁と、前記補助熱交換器と前記圧縮機吸入
   管間に前記圧縮機吸入管から補助熱交換器に冷媒を流さ
   ない逆止弁と、前記第一開閉弁と前記四方弁間と前記逆
   止弁と前記圧縮機吸入管間とを接続する補助熱交換器バ
   イパス管と、前記補助熱交換器バイパス管に第二開閉弁
   を設け、冷房運転時には前記第一開閉弁を開、前記第二
   開閉弁を閉とし、暖房運転時は前記第一開閉弁を閉、第
   二開閉弁を開に操作する開閉弁制御器を備えたことを特
   徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】 前記室内熱交換器と前記室外熱交換器の
   うち少なくとも一方は暖房運転時に熱交換される流体と
   冷媒とが対向流となる熱交換器であることを特徴とする
   請求項１、請求項２あるいは請求項３記載の空気調和
   機。