(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第一熱交換器、減圧手段、第二熱交換器を冷媒配管で接続して形成した冷媒回路に、第一の冷媒であるＲ３２を第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆより大きい混合比で混合した２種混合冷媒を流通させ、冷房運転と暖房運転とに切換可能な空気調和機であって、
前記冷媒回路は、
冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器の前記第二の冷媒が液リッチである位置から分岐した前記２種混合冷媒から気液分離器を介して分離した液冷媒を、前記圧縮機の中間圧にインジェクションする一方、
暖房運転時において、凝縮器として機能する前記第二熱交換器と前記減圧手段との間に前記気液分離器が接続配置されるように回路を切り換える切換え弁を有することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記第一の冷媒の混合比は８０〜９０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器内の冷媒が気液二相状態となる位置から前記液冷媒を分離することを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機。
【請求項４】
冷房運転時において、前記気液分離器の使用／不使用を切り換える切換え弁を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の空気調和機。
【請求項５】
暖房運転時において、前記気液分離器の容器内の圧力を凝縮圧と蒸発圧の間の任意の値に制御するための絞り機構を、前記気液分離器の容器と凝縮器として機能する前記第二熱交換器との間に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合冷媒を用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、空気調和機には冷媒としてＲ４１０ＡやＲ４０７Ｃが主に使われている。これらの冷媒はオゾン破壊係数（ＯＤＰ）が０であるが地球温暖化係数（＝ＧＷＰ）が高く（Ｒ４１０ＡのＧＷＰ＝２０９０、Ｒ４０７ＣのＧＷＰ＝１７７０）、地球温暖化防止の観点からＧＷＰの低い冷媒への置き換えが検討されている。ＧＷＰの低い冷媒の候補として挙げられている冷媒としては、ＨＦＣ系ではＲ３２（ＧＷＰ＝６７５）やＲ１２３４ｙｆ（ＧＷＰ＝４）、自然系冷媒ではプロパン（ＧＷＰ＝３）などがある。
【０００３】
このうちＲ１２３４ｙｆは、圧力が低く定置用空調機用途では性能が悪いために製品の大型化が必要になり、従来機器と同仕様の製品設計は難しい。また、自然系冷媒は冷媒としての性能は良いが、強燃性のために製品に封入できる冷媒量がＩＥＣ規格により制限されており、一部の小型の空気調和機にしか適用できない。
【０００４】
一方、Ｒ３２は、Ｒ４１０Ａの５０ｗｔ％を占める成分で冷媒の性能としてはＲ４１０Ａよりも良い。また微燃性冷媒だが、機器側で所定の防爆対応を行なえば適用できる可能性がある。しかし、Ｒ４１０Ａに比べ同一凝縮温度での圧力が若干高く、また吐出温度が上がりやすい特性を持つ。そのため従来のＲ４１０Ａ用機器に単独で適用しようとすると設計圧力の変更や吐出温度上昇への対応など、若干の設計変更が必要になる。
【０００５】
このように、低ＧＷＰ冷媒の候補のうち、単一の冷媒で従来のＲ４１０Ａ機器の置き換えとなりうるものが存在しないことから、いくつかの冷媒を適当な割合で混合してそれぞれの問題を解決する方法が提案されている。例えば、性能は良いが同一凝縮温度での圧力の高いＲ３２と性能は劣るが同一凝縮温度での圧力の低いＲ１２３４ｙｆ、または、これと圧力−温度特性の似たＲ１３４ａの組み合わせなどが知られている。しかし、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆまたはＲ１３４ａは沸点が大きく異なるため（Ｒ３２：−５１．７℃、Ｒ１２３４ｙｆ：−２９．５℃、Ｒ１３４ａ：−２６．１℃）、これらの冷媒を混合すると温度勾配が発生し、制御しづらい、性能が出にくいなどの問題がある。
【０００６】
こうした混合冷媒を用いた空気調和機に関して、本発明者は既に特願２０１１−１０５５５６および特願２０１１−１０５５５７に示される空気調和機を提案している。図３に示すように、この空気調和機の冷凍サイクル回路は、圧縮機１２と、凝縮器（室外機）１４と、減圧手段１６と、蒸発器（室内機）１８と、四方弁２０とからなる。作動冷媒としては、Ｒ３２とＲ１３４ａのみ、または、Ｒ３２とＲ１２３４ｙｆのみからなる混合冷媒を用いる。
【０００７】
圧縮機１２からの混合冷媒は、配管２６を通って第一凝縮器１４ａに入り、気液分離器２２で気液に分離される。気液分離器２２に溜まったＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）リッチな液冷媒は、流量調整弁２４を通って配管３２で圧縮機１２にインジェクションされる。一方、気液分離器２２で分離された飽和蒸気冷媒は第二凝縮器１４ｂから配管２８および減圧手段１６を通って蒸発器１８に入る。この蒸発器１８に入る冷媒としてはＲ３２の割合が多くなる。蒸発器１８からの冷媒は配管３０を通じて圧縮機１２に送られる。
【０００８】
ここで、気液分離器２２が凝縮器１４の容積比Ａ％：（１００−Ａ）％となる位置に取り付けてあり、これにより凝縮器１４は凝縮器全体に対する容積割合がＡ％の第一凝縮器１４ａと（１００−Ａ）％の第二凝縮器１４ｂとで構成されることになる。気液分離器２２の取り付け位置としては、想定される運転条件下で冷媒が二相域にある位置を選定する必要がある。Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒でＲ３２の混合割合が８０ｗｔ％の場合を例とする。凝縮温度６８℃で運転するときに吐出温度が従来冷媒のＲ４１０Ａを使った機器と同じ９０℃になるように液インジェクションを制御し、また凝縮器出口での過冷却度が一般的な冷凍サイクルと同じ５ｄｅｇになるように冷凍サイクル全体を制御すると、図４に示すように、凝縮器で冷媒が放出するエネルギーの割合はガス域：２４％、二相域：６９％、過冷却域：７％となる。凝縮器の単位容積あたりの熱交換量は概ね一様とみなせるので、上述した熱交換器の容積割合よりＡを決めるとＡの値は２４〜９３％の範囲になる。
【０００９】
なお凝縮器を通過する混合冷媒は、沸点の高い冷媒の方が先に液化する。ここで図５は、図４における二相域の冷媒内の液相冷媒の組成を示すものであり、二相域のうち凝縮器の入口側に近い方が、高沸点冷媒の割合が多くなることを示している。よって、二相域にあるＢ区間（図４参照）の液を取り出す際には、上記Ａを凝縮器の入口側に配置することが望ましい。
【００１０】
このように、二相域から先に液化しやすいＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）の液冷媒を予め分離することで、蒸発器１８に回る冷媒のうちＲ３２の割合がより大きくなり、蒸発器１８での温度勾配を小さくすることができる。
【００１１】
一方、圧縮機１２にインジェクションされた冷媒は液状態のため、それが気化する熱により最終的に吐出される冷媒の温度を抑制することができる。さらにこの液冷媒はＲ３２に比べて断熱圧縮指数の小さいＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）の割合が大きいので、Ｒ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）の割合が小さい液冷媒をインジェクションするよりも大きな吐出温度抑制効果を持つ。このため、非共沸混合冷媒の持つ短所の影響を小さくすると同時に、その主成分であるＲ３２に起因する短所の影響も小さくすることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記の従来の混合冷媒を用いた空気調和機において、温度勾配による蒸発器の性能低下と運転中の吐出温度過昇とを防止するとともに、冷房・暖房ともに使用することが可能な運転温度範囲の広い空気調和機の開発が望まれていた。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、混合冷媒を用いた空気調和機において、温度勾配による蒸発器の性能低下と運転中の吐出温度過昇とを防止するとともに、冷房・暖房ともに使用することが可能な運転温度範囲の広い空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る空気調和機は、圧縮機、第一熱交換器、減圧手段、第二熱交換器を冷媒配管で接続して形成した冷媒回路に、第一の冷媒であるＲ３２を第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆより大きい混合比で混合した２種混合冷媒を流通させ、冷房運転と暖房運転とに切換可能な空気調和機であって、前記冷媒回路は、冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器の前記第二の冷媒が液リッチである位置から分岐した前記２種混合冷媒から気液分離器を介して分離した液冷媒を、前記圧縮機の中間圧にインジェクションする一方、暖房運転時において、凝縮器として機能する前記第二熱交換器と前記減圧手段との間に前記気液分離器が接続配置されるように回路を切り換える切換え弁を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項２に係る空気調和機は、上述した請求項１において、前記第一の冷媒の混合比は８０〜９０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係る空気調和機は、上述した請求項１または２において、冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器内の冷媒が気液二相状態となる位置から前記液冷媒を分離することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係る空気調和機は、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、冷房運転時において、前記気液分離器の使用／不使用を切り換える切換え弁を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項５に係る空気調和機は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、暖房運転時において、前記気液分離器の容器内の圧力を凝縮圧と蒸発圧の間の任意の値に制御するための絞り機構を、前記気液分離器の容器と凝縮器として機能する前記第二熱交換器との間に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧縮機、第一熱交換器、減圧手段、第二熱交換器を冷媒配管で接続して形成した冷媒回路に、第一の冷媒であるＲ３２を第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆより大きい混合比で混合した２種混合冷媒を流通させ、冷房運転と暖房運転とに切換可能な空気調和機であって、前記冷媒回路は、冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器の前記第二の冷媒が液リッチである位置から分岐した前記２種混合冷媒から気液分離器を介して分離した液冷媒を、前記圧縮機の中間圧にインジェクションする一方、暖房運転時において、凝縮器として機能する前記第二熱交換器と前記減圧手段との間に前記気液分離器が接続配置されるように回路を切り換える切換え弁を有する。
【００２０】
このため、冷房運転時においては、二相域から先に液化しやすいＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）リッチの液冷媒を予め分離することで、蒸発器として機能する第二熱交換器に回る冷媒のうちＲ３２の割合が大きくなり、蒸発器での温度勾配を小さくすることができる。また、圧縮機にインジェクションされた冷媒は液状態のため、それが気化する熱により最終的に吐出される冷媒の温度を抑制することができる。さらにこの液冷媒はＲ３２に比べて吐出温度が低い物性を持つＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を多く含むので、封入時の組成割合の液冷媒をインジェクションするよりも大きな吐出温度抑制効果を持つ。
【００２１】
また、切換え弁の切り換えにより、第二熱交換器と減圧手段との間に気液分離器を接続配置することで、この空気調和機は暖房運転も行うことができる。したがって、温度勾配による蒸発器の性能低下と運転中の吐出温度過昇とを防止するとともに、冷房・暖房ともに使用することが可能な運転温度範囲の広い空気調和機を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒回路図である。
【図２】図２は、本発明に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒回路図である。
【図３】図３は、従来の空気調和機の冷房運転時の冷媒回路図である。
【図４】図４は、図１および図３の回路に関するｐ−ｈ線図である。
【図５】図５は、凝縮温度６８℃を想定した場合の、凝縮器内の二相域における液冷媒（液相）の組成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
本発明に係る空気調和機では、Ｒ３２にＲ１３４ａ、または、Ｒ３２にＲ１２３４ｙｆを混合した二成分の混合冷媒を用いる。このとき、Ｒ３２の混合割合は熱帯地域での冷房運転を想定し、凝縮温度６５〜６８℃での圧力がＲ４１０Ａの設計圧力（４．１５ＭＰａＧ）未満となるように８０〜９０ｗｔ％とする。以下の説明では、例としてＲ３２とＲ１３４ａをそれぞれ８０ｗｔ％、２０ｗｔ％の割合で混合した冷媒を、蒸発温度１５℃／凝縮温度６８℃の条件で運転した場合を想定する。ここで、混合冷媒の二つの成分は沸点が異なるために凝縮および蒸発過程において温度勾配が発生する。蒸発器における温度勾配は２．５度となる。
【００２５】
また、Ｒ３２の混合割合が８０ｗｔ％以上の場合、温度勾配はＲ１３４ａの混合比が少なくなると小さくなるため、蒸発器に流入する冷媒はＲ１３４ａの割合が少ない方が望ましい。一方で、凝縮器での冷媒が凝縮する際には沸点の高いＲ１３４ａの方が先に凝縮する。すなわち、混合冷媒が凝縮している間（全体の乾き度が０〜１の間）の液冷媒成分には冷媒サイクル回路に封入時の冷媒組成の組成比より多い割合のＲ１３４ａ成分が含まれる（図５を参照）。凝縮器の途中から液冷媒の一部を分離することにより、蒸発器に流入する冷媒Ｒ１３４ａの割合を少なくできる。
【００２６】
Ｒ３２はＲ４１０Ａに比べて吐出温度が高い傾向を持つ。例えば、Ｒ３２だけを冷媒とする冷凍サイクルで蒸発温度１５℃／凝縮温度６８℃の条件で運転した場合を想定すると、吐出温度は１０４℃を越える（Ｒ４１０Ａの場合は約９０℃）。Ｒ１３４ａを２０ｗｔ％含んだ混合冷媒でも同じ条件での吐出温度は１００℃を越えるため、Ｒ４１０Ａを用いる空気調和機と同じ設計の冷媒サイクルでこの混合冷媒を使用するためには吐出温度を１０度ほど下げる必要がある。
【００２７】
次に、同じ冷媒で暖房運転も行う場合を考える。寒冷地での暖房運転を想定して蒸発温度−２５℃／凝縮温度３７℃とすると、Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒でＲ３２の混合割合が８０ｗｔ％の場合、理論上の吐出温度は約８６℃となる（Ｒ４１０Ａの場合は約６７℃）。但し、これは圧縮機内での損失を無視した値であり、実際の運転状態では吐出温度が１００℃を超える可能性もある。したがって、この冷媒を暖房運転に使う場合も、冷房と同様に吐出温度を下げる工夫が必要になる。
【００２８】
そこで、本発明に係る空気調和機の冷凍サイクル回路を、図１の冷房運転時の回路と、図２の暖房運転時の回路とに切り換え可能に構成する。以下、本発明の空気調和機を冷房運転時、暖房運転時とに分けて説明する。
【００２９】
［冷房運転時］
図１の冷媒回路図および図４のｐ−ｈ線図に示すように、本発明に係る空気調和機１０は、圧縮機１２と、第一熱交換器１４と、減圧手段１６と、第二熱交換器１８と、四方弁２０と、気液分離器２２と、切換え弁４４、４６、３６、３８とからなる。冷房運転時においては、第一熱交換器１４は凝縮器（室外機）として機能し、第二熱交換器１８は蒸発器（室内機）として機能する。
【００３０】
ここで、吐出温度の抑制のために、凝縮器（第一熱交換器１４）から分離した液冷媒を用いる。具体的には圧縮機１２の中間圧力部分に液冷媒を注入する。Ｒ１３４ａはＲ４１０Ａに比べて吐出温度が低い傾向を持つ。したがって、Ｒ１３４ａを多く含むＲ１３４ａリッチな液冷媒を圧縮機１２の中間圧に注入することにより、最終的な吐出温度を抑制することができる。
【００３１】
なお、従来技術として液冷媒を圧縮機に注入することが知られているが、それらの技術では冷媒の凝縮が完了し過冷却のとれた状態（凝縮器（第一熱交換器１４）出口〜減圧手段１６の手前）の冷媒を分離して注入している。しかし、本発明では、混合冷媒の成分が全て凝縮（全体の乾き度が０以下）してしまうとＲ３２とＲ１３４ａの組成比は冷媒サイクル回路に封入時の冷媒組成の組成比と同じになり、蒸発器（第二熱交換器１８）へ流入する冷媒の組成比を変えられない。したがって、圧縮機１２に注入するための液冷媒の分離は凝縮器（第一熱交換器１４）の二相域から行なう。気液分離器２２を用いて飽和液冷媒を取り出すことにより沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）をより多く液インジェクションにまわすことができる。
【００３２】
より具体的には、気液分離器２２が凝縮器（第一熱交換器１４）の容積比Ａ％：（１００−Ａ）％となる位置に配管４０、４２を介して取り付けてあり、これにより凝縮器（第一熱交換器１４）は凝縮器全体に対する容積割合がＡ％の第一凝縮器１４ａと（１００−Ａ）％の第二凝縮器１４ｂとで構成されることになる。気液分離器２２の取り付け位置としては、想定される運転条件下で冷媒が二相域にある位置を選定する必要がある。
【００３３】
Ｒ３２とＲ１３４ａのみからなる混合冷媒でＲ３２の混合割合が８０ｗｔ％の場合、凝縮温度６８℃で運転するときに吐出温度が従来冷媒のＲ４１０Ａを使った機器と同じ９０℃になるように液インジェクションを制御し、また、凝縮器出口での過冷却度が一般的な冷凍サイクルと同じ５度になるように冷凍サイクル全体を制御すると、図４に示すように、凝縮器で冷媒が放出するエネルギーの割合はガス域：２４％、二相域：６９％、過冷却域：７％となる。凝縮器の単位容積あたりの熱交換量は概ね一様とみなせるので、上記放熱量の割合よりＡを決めるとＡの値は２４〜９３％の範囲になる。なお混合比によって冷媒の物性（上記放熱量の割合）が変わるため混合比に応じた位置を選定することが望ましい。
【００３４】
なお、凝縮器（第一熱交換器１４）を通過する混合冷媒は、沸点の高い冷媒の方が先に液化する。ここで図５は、図４における二相域の冷媒内の液相冷媒の組成を示すものであり、二相域のうち凝縮器の入口側に近い方が、高沸点冷媒の割合が多くなることを示している。よって、二相域にあるＢ区間（図４参照）の液を取り出す際には、上記Ａを凝縮器の入口側に配置することが望ましい。
【００３５】
上記構成の動作を説明する。
圧縮機１２からの混合冷媒は、配管２６を通って第一凝縮器１４ａに入り、気液分離器２２で気液に分離される。気液分離器２２に溜まったＲ１３４ａリッチな液冷媒は、流量調整弁２４を通って配管３２で圧縮機１２にインジェクションされる。この流量調整弁２４は、前述したとおり、圧縮機１２より吐出される冷媒の温度に応じて制御され、これにより液インジェクション制御される。一方、気液分離器２２で分離された飽和蒸気冷媒は第二凝縮器１４ｂから減圧手段１６および配管５４、２８を通って蒸発器（第二熱交換器１８）に入る。この蒸発器に入る冷媒としてはＲ３２の割合が多くなる。蒸発器からの冷媒は配管３０を通じて圧縮機１２に送られる。
【００３６】
このように、二相域から先に液化しやすいＲ１３４ａの液冷媒を予め分離することで、蒸発器（第二熱交換器１８）に回る冷媒のうちＲ３２の割合がより大きくなり、蒸発器での温度勾配を小さくすることができる。
【００３７】
一方、圧縮機１２にインジェクションされた冷媒は液状態のため、それが気化する熱により最終的に吐出される冷媒の温度を抑制することができる。さらにこの液冷媒はＲ３２に比べて断熱圧縮指数の小さいＲ１３４ａを多く含むので、Ｒ１３４ａを多く含まない液冷媒をインジェクションするよりも大きな吐出温度抑制効果を持つ。このため、本発明の空気調和機１０によれば、非共沸混合冷媒の持つ短所の影響を小さくすると同時に、その主成分であるＲ３２に起因する短所の影響も小さくすることができる。
【００３８】
ここで、気液分離器２２に流入する冷媒（二相）のうち、飽和蒸気冷媒は気液分離器から流出していくが、飽和液冷媒は外気温度が冷媒温度より低いためにガス化しない。したがって冷媒循環量が一定の状態では時間とともに気液分離器２２内に飽和液冷媒が蓄積されていくことになる。この場合、気液分離器２２の容器２２ａ内の液面の高さが増し、飽和蒸気状態の冷媒が取り出せなくなると凝縮性能が低下してしまうため、この液面高さは容器２２ａ内に挿入された出口管の下端部より低い位置を保つように制御する必要がある。
【００３９】
そこで、図１に示すように、凝縮器１４と気液分離器２２を接続する冷媒回路上にバイパス３４と切換え弁３６、３８を設けるとともに、容器２２ａ内に長さの異なる配管４０、４２を挿入し、空気調和機の運転中に必要に応じて気液分離器２２の使用／不使用を切換えられるようにしておく。この切換えの条件としては、例えば短い配管４２の下端の連通口４２ａより低い位置に図示しない液面検知センサを設け、このセンサで検知される容器２２ａ内の液面が所定の高さを上回るか否かによって定めてもよい。
【００４０】
この場合、検知液面が所定の高さを下回る通常時においては、液冷媒の貯留量は許容範囲内であるので、切換え弁３６、３８の状態を、第一凝縮器１４ａと配管４０、第二凝縮器１４ｂと配管４２をそれぞれ連通し、バイパス３４を遮断するようにしておく。これにより、気液分離器２２は使用状態となり、第一凝縮器１４ａからの二相冷媒は配管４０を介して気液分離器２２に流入し、容器２２ａに溜まった冷媒は配管３２を通じて液インジェクションに使われる。
【００４１】
一方、検知液面が所定の高さを上回った時には、液冷媒の貯留量は過剰であることから、第一凝縮器１４ａとバイパス３４と第二凝縮器１４ｂとを連通し、第一凝縮器１４ａと配管４０、第二凝縮器１４ｂと配管４２の連通をそれぞれ遮断するように切換え弁３６、３８を切り換える。これにより、気液分離器２２は不使用状態とされ、第一凝縮器１４ａからの二相冷媒は気液分離器２２に流入しないでそのままバイパスを通り第二凝縮器１４ｂへ流入する。これにより、第二凝縮器１４ｂに液冷媒のみが流通することがなくなるので、この場合に比べ凝縮器１４全体としての凝縮能力の低下を避けることができる。なお、上記の液面検知センサの検知に基づく切換え弁３６、３８の切り換え制御は、図示しない制御手段により行うことができる。
【００４２】
［暖房運転時］
図２に示すように、同じ空気調和機１０で暖房運転を行う場合、第一熱交換器１４は蒸発器（室外機）として機能し、第二熱交換器１８は凝縮器（室内機）として機能する。蒸発過程の途中に気液分離器が存在すると、冷房時と同様に気液分離が行なわれるが、容器内の冷媒温度が周囲温度よりも低いために、分離された液の一部は容器内で蒸発する。一方、気液分離されてガスだけが蒸発器を流れる状態になると、性能が著しく低下するために容器から液冷媒を取り出したいが、冷媒循環量一定の条件で液冷媒だけを下流の蒸発器に流そうとすると時間と共に気液分離器内の飽和液冷媒は減少してしまう。したがって、暖房運転中は蒸発器（第一熱交換器１４）と気液分離器２２の間を前述の切換え弁３６、３８により遮断し、冷媒は常にバイパス３４を通るようにする。
【００４３】
ここで、この気液分離器２２が暖房運転時の過冷却域（第二熱交換器１８出口と減圧手段１６の間）に挿入されるように冷凍サイクル回路を構成しておく。これにより、凝縮器（第二熱交換器１８）を出た液冷媒を従来と同様にして気液分離器２２の容器２２ａに溜めて液インジェクションに使うことができる。但し、この部分を接続する回路（凝縮器（第二熱交換器１８）〜気液分離器２２〜減圧手段１６）は冷房運転時には冷媒が通らないようにする必要があるため、切換え弁４４、４６により冷房運転時と暖房運転時とで冷媒回路を切り換える。
【００４４】
このとき、冷凍サイクル全体の減圧手段１６の他に凝縮器（第二熱交換器１８）と気液分離器２２の間に開度可変の絞り機構４８を設けておく。これら二つの減圧手段１６、絞り機構４８の組み合わせにより気液分離器２２の容器２２ａ内の圧力を蒸発圧〜凝縮圧の間で調節することができる。容器２２ａ内の液冷媒の割合は気液分離器２２内の圧力が高い時に多く、圧力が低い時に少なくなる。したがって、気液分離器２２内の圧力を調節することにより、結果として冷凍サイクル全体の冷媒分布を制御できる。
【００４５】
上記構成の動作を説明する。
圧縮機１２からの混合冷媒は、配管３０を通って凝縮器（第二熱交換器１８）に入り、配管２８、５０、絞り機構４８を介して配管４２から気液分離器２２に入って気液に分離される。気液分離器２２に溜まった液冷媒は、流量調整弁２４を通って配管３２で圧縮機１２にインジェクションされる一方で、配管４０、５２、減圧手段１６を通って蒸発器（第一熱交換器１４）に入り、その内部のバイパス３４を通過して配管２６を介して圧縮機１２に送られる。
【００４６】
ここで、気液分離器２２内の圧力の調節は、凝縮器（第二熱交換器１８）出口での過冷却度、および蒸発器（第一熱交換器１４）出口での過熱度を所定の値に保つことを目指すものである。最適な過冷却度および過熱度は、運転条件（空気温度や出そうとする能力）によって異なるために、運転条件に応じた目標過冷却度となるように上記絞り機構４８の開度を調節し、また、運転条件に応じた目標過熱度になるように減圧手段１６の開度を調節する。
【００４７】
また、容器２２ａ内で気液分離させることにより液相の冷媒は沸点の高い冷媒（Ｒ１３４ａ）が若干多い組成となるため、吐出温度を抑制する効果の高い冷媒が圧縮機１２にインジェクションされることになる。なお、気液分離器２２から蒸発器（第一熱交換器１４）に入る冷媒も液相から取り出されることになりＲ１３４ａが若干多い組成となるが、液インジェクションで冷媒循環量を増やすことにより暖房能力（凝縮熱量）の低下を抑えることができる。このように、本発明によれば、同じ気液分離器２２を冷房運転だけでなく暖房運転にも使用することで、運転温度範囲の広い空気調和機を提供することができる。
【００４８】
以上説明したように、本発明に係る空気調和機によれば、圧縮機、第一熱交換器、減圧手段、第二熱交換器を冷媒配管で接続して形成した冷媒回路に、第一の冷媒であるＲ３２を第二の冷媒であるＲ１３４ａまたはＲ１２３４ｙｆより大きい混合比で混合した２種混合冷媒を流通させ、冷房運転と暖房運転とに切換可能な空気調和機であって、前記冷媒回路は、冷房運転時において、凝縮器として機能する前記第一熱交換器の前記第二の冷媒が液リッチである位置から分岐した前記２種混合冷媒から気液分離器を介して分離した液冷媒を、前記圧縮機の中間圧にインジェクションする一方、暖房運転時において、凝縮器として機能する前記第二熱交換器と前記減圧手段との間に前記気液分離器が接続配置されるように回路を切り換える切換え弁を有する。
【００４９】
このため、冷房運転時においては、二相域から先に液化しやすいＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）リッチの液冷媒を予め分離することで、蒸発器として機能する第二熱交換器に循環する冷媒に含まれるＲ３２の割合が大きくなり、蒸発器での温度勾配を小さくすることができる。また、圧縮機にインジェクションされた冷媒は液状態のため、それが気化する熱により最終的に吐出される冷媒の温度を抑制することができる。さらにこの液冷媒はＲ３２に比べて断熱圧縮指数の小さい物性を持つＲ１３４ａ（またはＲ１２３４ｙｆ）を多く含むので、封入時の組成割合の液冷媒をインジェクションするよりも大きな吐出温度抑制効果を持つ。このため、非共沸混合冷媒の持つ短所の影響を小さくすることができると同時に、その主成分であるＲ３２に起因する短所の影響も小さくすることができる。
【００５０】
また、切換え弁の切り換えにより、第二熱交換器と減圧手段との間に気液分離器を接続配置することで、この空気調和機は暖房運転も行うことができる。したがって、温度勾配による蒸発器の性能低下と運転中の吐出温度過昇とを防止するとともに、冷房・暖房ともに使用することが可能な運転温度範囲の広い空気調和機を提供することができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る空気調和機は、混合冷媒を用いた空気調和機に有用であり、特に、温度勾配による蒸発器の性能低下と運転中の吐出温度過昇とを防止するとともに、冷房・暖房ともに使用することが可能な運転温度範囲の広い空気調和機を提供するのに適している。
【符号の説明】
【００５２】
１０  空気調和機
１２  圧縮機
１４  第一熱交換器（室外機）
１６  減圧手段
１８  第二熱交換器（室内機）
２０  四方弁
２２  気液分離器
２２ａ  容器
２４  流量調整弁
２６，２８，３０，３２，４０，４２，５０，５２，５４  配管
３４  バイパス
３６，３８，４４，４６  切換え弁
４８  絞り機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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