(57)【要約】【課題】  冷媒主回路に接続配管・減圧装置を有する空気調和装置において、膨張機での動力回収効果を他の減圧量に依存せず発揮する空気調和装置を提供する。【解決手段】  電動機により駆動する主圧縮機、室外熱交換器、膨張機、室内減圧装置、室内熱交換器、前記膨張機で回収した膨張動力により駆動する副圧縮機を接続して成る空気調和装置において、液化した冷媒の一部を膨張機により断熱膨張し動力回収を行い、残りの冷媒と熱交換させることで熱量の回収を行い冷媒を取り出した損失を補う。そして、主なる冷媒の流れは減圧されないまま、接続配管やおのおのの室内機へと流す。【選択図】図１
2006125791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、
前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、
前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、
前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、
を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を前記膨張機から前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記副圧縮機へ吸入されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、
前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、
前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、
前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、
を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を前記膨張機から前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記主圧縮機へ吸入されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、
前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、
前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、
前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、
を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を減圧装置で減圧し、前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記膨張機を介して前記副圧縮機へ吸入されることを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載のものにおいて、前記主圧縮機と前記副圧縮機の位置を交換したことを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記冷媒をＣＯ２冷媒としたことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置において冷房運転時及び暖房運転時共に性能向上を図ることに係り、特に室外機と室内機間の接続配管の長さ等に係わらず効率を良くするものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
オゾン破壊係数がゼロでありかつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素を冷媒として用いる冷凍サイクル装置が近年着目されている。二酸化炭素冷媒は、臨界温度が３１．０６℃と低く、この温度よりも高い温度を利用する場合には、冷凍サイクル装置の高圧側（圧縮機出口〜放熱器〜減圧器入口）では二酸化炭素冷媒の凝縮が生じない超臨界状態となり、従来のフロン系冷媒に比べて、冷凍サイクル装置の運転効率が低下するといった特徴を有する。このため、超臨界状態での冷凍サイクルの運転効率向上を図るために、冷凍サイクルの減圧装置として膨張機を設け、この膨張機で回収される膨張動力を圧縮機の駆動力の一部として利用する方法や、膨張機で回収される膨張動力により駆動される副圧縮機を二段圧縮となる位置に設ける方法等が種々提案されている。
【０００３】
例えば、電動機（モータ）によって駆動される圧縮機の吐出側圧力を低く抑え、電動機の入力を低減するため、膨張機の膨張動力により駆動される副圧縮機の吸入側と電動機（モータ）によって駆動される圧縮機の吐出側を冷媒回路において直列に配管接続して冷媒の二段圧縮を行うように配設し、電動機（モータ）によって駆動される圧縮機と膨張機の膨張動力により駆動される副圧縮機で圧縮された冷媒は、ガスクーラで冷却され高圧冷媒ガスを膨張機で減圧する際に膨張動力を回収し、この回収動力を軸を伝達して副圧縮機に伝え、膨張機にて減圧された後の冷媒は、蒸発器で加熱され、余分な液冷媒を貯留するアキュムレータを経由して、電動機（モータ）によって駆動される圧縮機の吸入側に戻る冷媒回路で構成することが特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、冷媒流れ（運転モード）による密度比の差異を小さくし、固定密度比として設計されている膨張機での動力回収の効率改善を行うため、室内側熱交換器を蒸発器とする冷媒流れの場合には、副圧縮機の吐出側が圧縮機の吸入側と成るようにし、副圧縮機によって圧縮機に吸入される冷媒を加給（チャージャ）するように構成し、室内側熱交換器を放熱器とする冷媒流れの場合には、圧縮機の吐出側が副圧縮機の吸入側と成るようにし、圧縮機から吐出された冷媒を更に加圧（エクスプレッサ）するように冷凍サイクル装置を構成することが特許文献２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７９１７９号公報（第２図）
【０００６】
【特許文献２】特開２００４−１３８３３２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術を空気調和装置に適用する場合、膨張機を設置する室外機と室内機の間を接続する配管が大きな減圧装置となる。また、室内機を多数設置する場合、各室内機の負荷が異なるためそれぞれの減圧装置で冷媒の流れに抵抗を設け、流れる冷媒の量を調整しているので、差圧を生じ、単に膨張機を用いた場合、膨張機での差圧が確保できず、動力の回収が不十分になる。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の技術課題を解決し、接続配管、各室内機での減圧装置等に影響されず膨張機での動力回収効果を最大限とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明は、電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を前記膨張機から前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記副圧縮機へ吸入されるものである。
【００１０】
また、本発明は、電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を前記膨張機から前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記主圧縮機へ吸入されるものである。
【００１１】
さらに、本発明は、電動機により駆動される主圧縮機、四方弁、室外熱交換器、受液器、室内減圧装置、室内熱交換器とが接続される空気調和装置において、前記受液器の出口側に設けられた膨張機と、前記膨張機で回収される膨張動力により駆動され、吐出側が前記主圧縮機の吸入側へ接続された副圧縮機と、前記前記受液器の出口側に主流部が接続され、さらに副流部が設けられた熱交換器と、を備え、前記受液器の後流部で液冷媒の一部を減圧装置で減圧し、前記副流部へ導き前記主流部を通過する冷媒と熱交換し、前記副流部を通過した冷媒は前記膨張機を介して前記副圧縮機へ吸入されるものである。
【００１２】
さらに、上記のものにおいて、前記主圧縮機と前記副圧縮機の位置を交換したことが望ましい。  
さらに、上記のものにおいて、前記冷媒をＣＯ２冷媒としたことが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、室外機と室内機間の接続配管による減圧、室内冷媒の分配による減圧等に影響されることなく、膨張機での動力の回収が行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態を示し、図２は示す動力回収を行わない冷凍サイクルの構成を示す。  
図２において、１０ａは電動機によって駆動される圧縮機、２０は冷房・暖房を切り替える四方弁、３０は室外熱交換器、４０は室外減圧装置、５０は受液器、５００は受液器の冷媒の流れを冷房・暖房で同一方向にするための逆止弁によるブリッジ回路、８０は室内減圧装置、９０は室内熱交換器であり、７０ａ・７０ｂは室内機と室外機を接続する接続配管、６０ａ・６０ｂは接続配管と室外機とをつなげる阻止弁である。  
冷房時、冷媒は図中実線の矢印のように流れ、暖房時は四方弁２０を切り替え破線の矢印の流れになり、空気調和を行う。図１ではベースとなる図２のサイクルに対して、膨張機１００、副圧縮機１０ｂ、冷媒同士を熱交換する熱交換器８１が付加される。受液器までのながれは図２のサイクルと同じであるが、受液器後流部の液冷媒の一部、例えば、約２０％程度を取り出し、膨張機１００へ導く。膨張機１００で断熱膨張したあと、低圧低温の冷媒となり熱交換器８１で残り約８０％の冷媒を冷やし、自身は蒸発し、冷房時は室内熱交換器９０、暖房時は室外熱交換器３０から戻ってくる冷媒と混合し、副圧縮機１０ｂに吸入される。  
副圧縮機１０ｂは膨張機１００と軸２００で連結され膨張機１００で発生した動力で駆動されるため、新たな駆動力がいらない。副圧縮機１０ｂによりある程度昇圧された冷媒が主圧縮機１０ａに吸入されて圧縮されるため、圧縮機１０ａの駆動力の低減が行われる。
【００１６】
冷媒の一部を取り出すことでの能力の低下は熱交換器８１で冷熱の回収を行うため、熱量的には損をしないうえ、低圧側へ流れる冷媒の流量を少なくできるので、系としての圧力損失低減が行える。このサイクルの特徴は動力回収を冷媒の主回路で行うのではなく、一部取り出した冷媒で行うため、主回路の冷媒を減圧することがなく、接続配管７０ａ、７０ｂの長さや径による減圧量に依存せず動力回収が行うことができる。
【００１７】
また、室内器が複数ある場合、各室内機の負荷に合わせて減圧装置８０の減圧量を調整し、冷媒の流れの分配比を変えることを行っても、主回路に膨張機１００がないため接続配管、減圧装置の影響を受けずに差圧不足を起こさないので、十分な動力回収が行える。
【実施例２】
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施形態を示す。図１のものと異なる点は膨張機１００へと導かれる冷媒が副圧縮機１０ｂの吐出側へ混合されていることである。これにより、副圧縮機１０ｂで圧縮される冷媒の量が主回路の冷媒のみとなるので、冷媒量が少なく、同一駆動力では昇圧量が大きくなり、主圧縮機１０ａでの昇圧量が少なくて済み、さらに動力低減が行え、省エネ効果を高くすることができる。
【実施例３】
【００１９】
図４は、本発明の第３の実施形態を示し、図１のものと異なる点は膨張機１００へと導く冷媒が減圧装置１１０で少し減圧され低温になり、熱交換器８１で蒸発し、過熱蒸気となってから膨張機１００で断熱膨張することである。これにより、第１と第２の実施形態では膨張機は２相流を膨張していたのに対して、本実施形態では、確実に蒸気を膨張していることになる。つまり、膨張機による動力回収は冷媒の特性から差圧が同じでも状態が液化するほうが回収量が少なく、気化し蒸気量の割合が多くなる場合、あるいは過熱蒸気になる場合ほど回収量が多くなるので、さらに動力回収の効果が高くなる。
【００２０】
以上、実施例１〜３の実施形態では、副圧縮機の後に主圧縮機の構成としていたが、逆としても良い。そして、この場合は冷媒の物性より圧力が高いほど密度が大きくなることから、副圧縮機をコンパクトにできる利点がある。さらに、冷媒の種類はＣＯ２冷媒のように動力回収量が多い冷媒とすることが良く、性能向上効果が大きくなる。また、主圧縮機を駆動する電動機は、燃料によるエンジン駆動としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【図２】ベースとなる空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す空気調和装置の冷凍サイクル系統図。
【符号の説明】
【００２２】
１０ａ…主圧縮機、２０…四方弁、３０…室外熱交換器、４０…室外減圧装置、５０…受液器、６０ａ・６０ｂ阻止弁、７０ａ・７０ｂ…接続配管、８０…室内膨張弁、９０…室内熱交換器、５００…逆止弁、１００…膨張機、１０ｂ…副圧縮機、８１…冷媒熱交換器、２００…動力回収用軸、１１０…減圧装置。
【図１】
2006125791.tif 000003
【図２】
2006125791.tif 000004
【図３】
2006125791.tif 000005
【図４】
2006125791.tif 000006