(57)【要約】【課題】Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも、室外熱交換器、室内熱交換器、及び接続管の圧力損失を低減して効率の高い冷暖房装置を提供すること。【解決手段】冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用い、冷房運転時に、第１の室内熱交換器を出た気液二相の冷媒を室内側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第２の室内熱交換器に流すことを特徴とする。【選択図】図１
2011112327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、液接続管、及び第１の室内熱交換器、再熱除湿用絞り装置、室内側気液分離器、第２の室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、冷房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記絞り装置、前記液接続管、前記第１の室内熱交換器、前記再熱除湿用絞り装置、前記室内側気液分離器、前記第２の室内熱交換器、前記ガス接続管の順に流れ、前記再熱除湿用絞り装置の出口は前記室内側気液分離器と接続され、前記室内側気液分離器の液出口配管と前記第２の室内側熱交換器が接続され、前記室内側気液分離器のガス出口配管は室内側逆止弁を介し前記第２の室内側熱交換器の出口と接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする冷暖房装置。
【請求項２】
前記絞り装置と前記液接続管の間に室外側気液分離器を設け、冷房運転時には、前記絞り装置の出口は前記室外側気液分離器と接続され、前記室外側気液分離器の液出口配管と前記液接続管が接続され、前記室外側気液分離器のガス出口配管は二方弁を介し前記四方弁と前記圧縮機の間の低圧側配管に接続したことを特徴とする請求項１に記載の冷暖房装置。
【請求項３】
圧縮機、四方弁、第１の室外熱交換器、第２の室外側気液分離器、第２の室外熱交換器、絞り装置、液接続管、室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、暖房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記ガス接続管、前記室内熱交換器、前記液接続管、前記絞り装置、前記第２の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第１の室外熱交換器の順に流れ、前記第２の室外側熱交換器の出口は前記第２の室外側気液分離器と接続され、前記第２の室外側気液分離器の液出口配管と前記第１の室外側熱交換器の入口が接続され、前記第２の室外側気液分離器のガス出口配管は室外側逆止弁を介し前記第１の室外側熱交換器の出口と接続された冷暖房装置であって、
前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする冷暖房装置。
【請求項４】
圧縮機、四方弁、第１の室外熱交換器、第２の室外側気液分離器、第２の室外熱交換器、絞り装置、第１の室外側気液分離器、液接続管、及び第１の室内熱交換器、再熱除湿用絞り装置、室内側気液分離器、第２の室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、冷房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記第１の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第２の室外側熱交換器、前記絞り装置、前記室外側気液分離器、前記液接続管、前記第１の室内熱交換器、前記再熱除湿用絞り装置、前記室内側気液分離器、前記第２の室内熱交換器、前記ガス接続管の順に流れ、前記絞り装置の出口は前記室外側気液分離器と接続され、前記室外側気液分離器の液出口配管と前記液接続管が接続され、前記室外側気液分離器のガス出口配管は二方弁を介し前記四方弁と前記圧縮機の間の低圧側配管に接続し、前記再熱除湿用絞り装置は、前記室内側気液分離器の下部と接続され、前記室内側気液分離器の液出口配管と前記第２の室内側熱交換器が接続され、前記室内側気液分離器のガス出口配管は室内側逆止弁を介し前記第２の室内側熱交換器の出口と接続され、暖房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記ガス接続管、前記第２の室内熱交換器、前記室内側気液分離器、前記再熱除湿用絞り装置、前記第１の室内熱交換器、前記液接続管、前記室外側気液分離器、前記絞り装置、前記第２の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第１の室外熱交換器の順に流れ、前記第１の室外側熱交換器の出口は前記２の室外側気液分離器と接続され、前記第２の室外側気液分離器の出口配管と前記第２の室外側熱交換器の入口が接続され、前記第２の室外側気液分離器のガス出口配管は室外側逆止弁を介し前記第１の室外側熱交換器の入口と接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷
媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする冷暖房装置。
【請求項５】
圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、第１蒸発器気液分離器、第２蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１絞り装置、前記第１蒸発器、前記気液分離器、前記第２蒸発器の順に流れ、前記第１蒸発器の出口は前記気液分離器と接続され、前記気液分離器の液出口配管と前記第２の蒸発器が接続され、前記気液分離器のガス出口配管は逆止弁を介し前記第２蒸発器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
圧縮機、第１凝縮器、第２気液分離器、第２凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記第１凝縮器、前記第２気液分離器、前記第２凝縮器、前記絞り装置、前記蒸発器の順に流れ、前記第１凝縮器の出口は前記第２気液分離器と接続され、前記第２気液分離器のガス出口配管と前記第２の凝縮器の入口が接続され、前記第２気液分離器の液出口配管は逆止弁を介し前記第２凝縮器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
前記冷媒として、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の冷暖房装置。
【請求項８】
前記圧縮機に用いる冷凍機油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油を用いることを特徴とする請求項１から請求項４、請求項７のいずれかに記載の冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を用いた冷暖房装置および冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロンの使用によるオゾン層破壊が問題化した後は、代替冷媒としてＨＣＦＣが用いられ、現在ではＨＦＣ（Ｒ４１０Ａ）が多く用いられている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ｒ４１０Ａ冷媒の地球温暖化係数（ＧＷＰ）は２０８８と大きく、地球温暖化防止の観点から問題であった。
【０００５】
地球温暖化防止の観点からは、ＧＷＰの小さな冷媒として、例えばＧＷＰ４のＨＦＯ１２３４ｙｆが提案されているが、本冷媒はＲ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒である。
【０００６】
従って、この冷媒を従来の装置のまま適用してＲ４１０Ａ冷媒と同一の能力を得ようとすると、圧縮機の回転数を上昇させて冷媒の体積循環量を増加させる必要があるが、Ｒ４１０Ａ冷媒と同一の能力となるまで圧縮機の回転数を上昇させると、熱交換器を含む配管の圧力損失が大きくなり、性能低下を招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも、室外熱交換器、室内熱交換器（蒸発器、凝縮器）、及び接続管の圧力損失を低減して効率の高い冷凍装置および冷暖房装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、請求項１の発明では、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、液接続管、及び第１の室内熱交換器、再熱除湿用絞り装置、室内側気液分離器、第２の室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、冷房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記室外熱交換器、前記絞り装置、前記液接続管、前記第１の室内熱交換器、前記再熱除湿用絞り装置、前記室内側気液分離器、前記第２の室内熱交換器、前記ガス接続管の順に流れ、前記再熱除湿用絞り装置の出口は前記室内側気液分離器と接続され、前記室内側気液分離器の液出口配管と前記第２の室内側熱交換器が接続され、前記室内側気液分離器のガス出口配管は室内側逆止弁を介し前記第２の室内側熱交換器の出口と接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明は、上記本発明の冷暖房装置において、前記絞り装置と前記液接続管の間に室外側気液分離器を設け、冷房運転時には、前記絞り装置の出口は前記室外側気液分離器と接続され、前記室外側気液分離器の液出口配管と前記液接続管が接続され、前記室外側気液分離器のガス出口配管は二方弁を介し前記四方弁と前記圧縮機の間の低圧側配管に接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ
４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の本発明は、圧縮機、四方弁、第１の室外熱交換器、第２の室外側気液分離器、第２の室外熱交換器、絞り装置、液接続管、室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、暖房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記ガス接続管、前記室内熱交換器、前記液接続管、前記絞り装置、前記第２の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第１の室外熱交換器の順に流れ、前記第２の室外側熱交換器の出口は前記第２の室外側気液分離器と接続され、前記第２の室外側気液分離器の液出口配管と前記第１の室外側熱交換器の入口が接続され、前記第２の室外側気液分離器のガス出口配管は室外側逆止弁を介し前記第１の室外側熱交換器の出口と接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１１】
更に請求項４記載の本発明は、圧縮機、四方弁、第１の室外熱交換器、第２の室外側気液分離器、第２の室外熱交換器、絞り装置、第１の室外側気液分離器、液接続管、及び第１の室内熱交換器、再熱除湿用絞り装置、室内側気液分離器、第２の室内熱交換器、ガス接続管を順次接続管で接続して環状の冷媒回路を構成し、冷房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記第１の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第２の室外側熱交換器、前記絞り装置、前記室外側気液分離器、前記液接続管、前記第１の室内熱交換器、前記再熱除湿用絞り装置、前記室内側気液分離器、前記第２の室内熱交換器、前記ガス接続管の順に流れ、前記絞り装置の出口は前記室外側気液分離器と接続され、前記室外側気液分離器の液出口配管と前記液接続管が接続され、前記室外側気液分離器のガス出口配管は二方弁を介し前記四方弁と前記圧縮機の間の低圧側配管に接続し、前記再熱除湿用絞り装置は、前記室内側気液分離器と接続され、前記室内側気液分離器の液出口配管と前記第２の室内側熱交換器が接続され、前記室内側気液分離器のガス出口配管は室内側逆止弁を介し前記第２の室内側熱交換器の出口と接続され、暖房運転時には、冷媒は前記圧縮機、前記四方弁、前記ガス接続管、前記第２の室内熱交換器、前記室内側気液分離器、前記再熱除湿用絞り装置、前記第１の室内熱交換器、前記液接続管、前記室外側気液分離器、前記絞り装置、前記第２の室外熱交換器、前記第２の室外側気液分離器、前記第１の室外熱交換器の順に流れ、前記第１の室外側熱交換器の出口は前記２の室外側気液分離器と接続され、前記第２の室外側気液分離器の出口配管と前記第２の室外側熱交換器の入口が接続され、前記第２の室外側気液分離器のガス出口配管は室外側逆止弁を介し前記第１の室外側熱交換器の入口と接続された冷暖房装置であって、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求５記載の本発明の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、第１蒸発器、気液分離器、第２蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１絞り装置、前記第１蒸発器、前記気液分離器、前記第２蒸発器の順に流れ、前記第１蒸発器の出口は前記気液分離器と接続され、前記気液分離器の液出口配管と前記第２の蒸発器が接続され、前記気液分離器のガス出口配管は逆止弁を介し前記第２蒸発器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６記載の本発明の冷凍装置では、圧縮機、第１凝縮器、第２気液分離器、第２凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記第１凝縮器、前記第２気液分離器、前記第２凝縮器、前記絞り装置、前記蒸発器の順に流れ、前記第１凝縮器の出口は前記第２気液分離器と接続され、前記第２気液分離
器のガス出口配管と前記第２の凝縮器の入口が接続され、前記第２気液分離器の液出口配管は逆止弁を介し前記第２凝縮器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１４】
更に請求項７記載の本発明は、上記各発明において、前記冷媒として、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を用いたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８記載の本発明は、前記各発明において、前記圧縮機に用いる冷凍機油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いた場合でも冷媒回路の圧力損失を低減することで冷暖房装置の効率向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１による冷暖房装置の構成図
【図２】Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との単位体積当たりの冷凍能力の比較を示す図
【図３】Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との配管内流速を示す図
【図４】冷房運転での冷媒の流れを示す図
【図５】暖房運転での冷媒の流れを示す図
【図６】再熱除湿運転での冷媒の流れを示す図
【図７】ＨＦＯ１２３４ｙｆの混合割合と冷凍能力比の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施の形態による冷暖房装置は、室内ユニットの再熱除湿用絞り装置と第２の室内熱交換器の間に、室内側気液分離器を設け、冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたものである。本実施の形態によれば、冷房運転時に、第１の室内熱交換器を出た気液二相の冷媒を室内側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第２の室内熱交換器に流れるため、冷媒速度を抑えて、第２の室内熱交換器の圧力損失を低減できる。
【００１９】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による冷暖房装置において、室外ユニットの絞り装置と室外ユニットと室内ユニットを接続する液接続管の間に室外側気液分離器を設け、冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたものである。本実施の形態によれば、冷房運転時に、絞り装置を出た気液二相の冷媒を室外側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ室内ユニットに流れるため、冷媒速度を抑えて、室内ユニットおよびガス接続管の圧力損失を低減できる。
【００２０】
本発明の第３の実施の形態は、第１の室外熱交換器と第２の室外熱交換器の間に、第２
の室外側気液分離器を設け、冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたものである。本実施の形態によれば、暖房運転時に、第２の室外熱交換器を出た気液二相の冷媒を第２の室外側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第１の室外熱交換器に流れるため、冷媒速度を抑えて、第１の室外熱交換器の圧力損失を低減できる。
【００２１】
本発明の第４の実施の形態は、室内ユニットの再熱除湿用絞り装置と第２の室内熱交換器の間に、室内側気液分離器を設け、室外ユニットの絞り装置と液接続管の間に室外側気液分離器を設け、第１の室外熱交換器と第２の室外熱交換器の間に、第２の室外側気液分離器を設け、冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたものである。本実施の形態によれば、冷房運転時に、絞り装置を出た気液二相の冷媒を室外側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ室内ユニットに流れるため、冷媒速度を抑えて、室内ユニットおよびガス接続管の圧力損失を低減し、第１の室内熱交換器を出た気液二相の冷媒を室内側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第２の室内熱交換器に流れるため、冷媒速度を抑えて、第２の室内熱交換器の圧力損失を低減できる。さらに、暖房運転時に、第２の室外熱交換器を出た気液二相の冷媒を第２の室外側気液分離器で、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第１の室外熱交換器に流れるため、冷媒速度を抑えて、第２の室外熱交換器の圧力損失を低減できる。
【００２２】
また、本発明の請求５の冷凍装置では、圧縮機、凝縮器、第１絞り装置、第１蒸発器、気液分離器、第２蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１絞り装置、前記第１蒸発器、前記気液分離器、前記第２蒸発器の順に流れ、前記第１蒸発器の出口は前記気液分離器と接続され、前記気液分離器の液出口配管と前記第２の蒸発器が接続され、前記気液分離器のガス出口配管は逆止弁を介し前記第２蒸発器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６の冷凍装置では、圧縮機、第１凝縮器、第２気液分離器、第２凝縮器、絞り装置、蒸発器を順次接続して環状の冷媒回路を構成し、冷媒は前記圧縮機、前記第１凝縮器、前記第２気液分離器、前記第２凝縮器、前記絞り装置、前記蒸発器の順に流れ、前記第１凝縮器の出口は前記第２気液分離器と接続され、前記第２気液分離器のガス出口配管と前記第２の凝縮器の入口が接続され、前記第２気液分離器の液出口配管は逆止弁を介し前記第２凝縮器の出口と接続される構成とするとともに、前記冷媒回路に封入する冷媒として、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用いたことを特徴とする。
【００２４】
そして、本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態において、冷媒として、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒を用いたものである。本実施の形態によれば、地球温暖化係数の小さな冷媒を用いることで、回収されない冷媒が大気に放出されても、地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。
【００２５】
本発明の第８の実施の形態は、第１から第７の実施の形態において、圧縮機に用いる冷凍機油として、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポ
リオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油を用いるものである。本実施の形態によれば、Ｒ４１０Ａと同等の能力を得ようとしたとき、摺動損失を低減でき、圧縮機の効率低下を防ぐことができるので、ガス状態の冷媒が通過する部位の圧力損失を低減できる。
【００２６】
以下に、本発明を冷暖房装置を例にしてその実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態による冷暖房装置の構成図である。
【００２８】
本実施例による冷暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷媒と外気の熱を交換する第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４、暖房運転時に、第２の室外熱交換器４を出た気液二相の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第１の室外熱交換器３に流す第２の室外側気液分離器５、冷媒を減圧する絞り装置６、冷房運転時に、絞り装置６を出た気液二相の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第１の室内熱交換器８に流す室外側気液分離器７、冷媒と室内空気の熱を交換する第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９、冷房運転時に、第１の室内熱交換器８を出た気液二相の冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ第２の室内熱交換器９に流す室内側気液分離器１０、冷暖房運転時には絞り開度を大きくし、除湿運転時に絞り開度を小さくして第１の室内熱交換器８を出た液冷媒を減圧する再熱除湿用絞り装置１１で構成される。
【００２９】
圧縮機１、四方弁２、第１の室外熱交換器３、第２の室外側気液分離器５、第２の室外熱交換器４、絞り装置６、室外側気液分離器７、及び第１の室内熱交換器８、再熱除湿用絞り装置１１、室内側気液分離器１０、第２の室内熱交換器９は、順次接続管で環状に接続されている。
【００３０】
室外側気液分離器７のガス出口配管１２は二方弁１３を介し四方弁２と圧縮機１の間の低圧側配管に接続され、第１の室外バイパス回路１４を構成し、室外側気液分離器７の液出口配管１５は液接続管２６と接続され、室内側気液分離器１０のガス出口配管１６は室内側逆止弁１７を介し第２の室内側熱交換器９の出口と接続され、室内バイパス回路１８を構成し、室内側気液分離器１０の液出口配管１９と第２の室内側熱交換器９が接続され、第２の室外側気液分離器５のガス出口配管２０は室外側逆止弁２１を介し第１の室外側熱交換器３の出口と接続され、第２の室外バイパス回路２３を構成し、第２の室外側気液分離器５の液出口配管２２と第１の室外側熱交換器３が接続されている。
【００３１】
そして室外ユニット２４と室内ユニット２５とは、液接続管２６とガス接続管２７とで接続されている。
【００３２】
冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４に送られる。そして、外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置６に送られる。絞り装置６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液接続管２６を通って室内ユニット２５に送られる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開状態で、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧されることは無く、第１の室内熱交換器８、第２の室内熱交換器９に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに冷媒はガス接続管２７を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
【００３３】
暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２、ガス接続管２７を通り、室内ユニット２５に送られる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開状態で、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧されることは無く、高温高圧の冷媒は第２の室内熱交換器９、第１の室内熱交換器８に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時室内空気は加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２６を通って絞り装置６に送られ、絞り装置６において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、第２の室外熱交換器４、第１の室外熱交換器３に送られて外気と熱交換して蒸発気化し、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。
【００３４】
再熱除湿運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４に送られる。しかし送風機の回転数を低くし、外気と熱交換して放熱する熱量を制御される。そして、高圧の気液二相冷媒となり絞り装置６に送られる。この時、絞り装置６は全開に制御され、減圧されず、高圧の二相冷媒のまま、液接続管２６を通って、室内ユニット２５に送られ、第１の室内熱交換器８で放熱され、高圧低温の液冷媒となる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開度を小さく制御されるため、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧され、低圧低温の冷媒となり、第２の室内熱交換器９に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は第２の室内熱交換器９で冷却、除湿された後、第１の室内熱交換器８で加熱されるため、室内温度を下げることなく、除湿する。そして低温のガス冷媒はガス接続管２７を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
【００３５】
このようにして冷暖房、除湿運転がなされる。
【００３６】
本実施例による冷暖房装置を構成する冷媒回路には、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を封入している。この冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンはテトラフルオロプロペンまたはトリフルオロプロペンをベース成分とし、ジフルオロメタンまたはペンタフルオロエタンまたはテトラフルオロエタンを、地球温暖化係数が５以上、７５０以下となるように、望ましくは３５０以下、さらに望ましくは１５０以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合したものである。
【００３７】
また、圧縮機１に用いる冷凍機油は、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ（オキシ）アルキレングリコールまたはそのモノエーテルとポリビニルエーテルの共重合体、ポリオールエステル類、及びポリカーボネート類のいずれかの含酸素化合物を主成分とする合成油か、アルキルベンゼン類やαオレフィン類を主成分とする合成油である。
【００３８】
図２は、Ｒ４１０Ａ冷媒と、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒であるテトラフルオロプロペンＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との単位体積当たりの冷凍能力を、同じ冷凍装置を用いた実験値で比較したものである。
【００３９】
図２では、蒸発器入口での冷媒温度、蒸発器出口での冷媒温度、蒸発器出入口の平均飽和温度、蒸発器出入口の平均温度での蒸発潜熱、圧縮機吸入温度、圧縮機吸入温度での飽和ガス密度、及び蒸発器の単位体積当たりの冷凍能力（圧縮機吸入飽和ガス密度×蒸発潜熱）を示している。Ｒ４１０Ａ冷媒については実験値を示し、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒については実験値を示すとともに、蒸発器入口での冷媒温度、蒸発器出口での冷媒温度、及び圧縮機吸入温度がＲ４１０Ａと同等の場合における蒸発器の単位体積当たりの冷凍能力を示している。
【００４０】
図２に示すように、冷房運転時における単位体積当たりの冷凍能力は、Ｒ４１０Ａでは１０１４９．７２ｋＪ／ｍ３、ＨＦＯ１２３４ｙｆでは３７２２．５５ｋＪ／ｍ３であり、ＨＦＯ１２３４ｙｆはＲ４１０Ａの約１／２．７倍となる。よって、圧縮機１の冷凍能力をＲ４１０Ａと同程度にするためには気筒容積を約２．７倍にして、単位時間当たりの体積流量を増加する必要がある。
【００４１】
なお、圧縮機１の単位時間当たりの体積流量を増加する手段として回転数を増加させる方法が考えられるが、回転数を増加することにより圧縮機１の摺動損失の増加につながり、圧縮機１の効率が低下するために好ましくない。
【００４２】
一方、蒸発器として作用する室内熱交換器の出口温度及び圧縮機の吸入口の飽和ガス温度はＲ４１０Ａの実験値に比べてＨＦＯ１２３４ｙｆの実験値は低くなっている。これは配管内の流速が増加したことによる圧力損失が増加して温度か低下したものと考えられ、蒸発器性能の低下や圧縮機の吸入密度の低下による性能低下を引き起こしていると考えられる。
【００４３】
さらに、ＨＦＯ１２３４ｙｆについて、Ｒ４１０Ａと同等の圧力損失となり、更に蒸発器の出口温度及び圧縮機の吸入口の飽和ガス温度となったと仮定した場合の単位体積当たりの冷凍能力を計算した結果に示す通り、圧力損失をＲ４１０Ａと同等とした場合に、蒸発器の蒸発潜熱の向上と圧縮機の吸入密度を大きくでき、単位体積当たりの冷凍能力は４５２９．７８ｋＪ／ｍ３となり、実験値に比べて約２０％向上している。従って、配管内での圧力損失の低減が重要である。
【００４４】
一方、暖房運転時においても、蒸発器として作用する室外熱交換器の圧力損失を低減することで、効率向上を図ることができる。
【００４５】
この時、圧力損失を△Ｐ、配管内の冷媒流速をＶとすると、一般的に式（１）が成立する。
△Ｐ∝Ｖ２          ・・・（１）
従って、圧力損失を低減するには通過面積を大きくして冷媒流速を低くする必要がある。
【００４６】
図３は、Ｒ４１０Ａ冷媒とＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒との配管内流速を実験値で比較したものである。
【００４７】
図３では、冷媒循環量、蒸発器出口飽和密度、蒸発器出口配管断面積（冷媒通過面積）、冷媒の配管内流速管内速度比を示している。
【００４８】
図３に示すように、冷房運転時における配管内流速は、Ｒ４１０Ａ冷媒では約５．４ｍ／ｓ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒では約１４．４ｍ／ｓとなり、同一の通過面積の配管を使用した場合には、Ｒ４１０Ａ冷媒に対してＨＦＯ１２３４ｙｆ冷媒の圧力損失は大きい。
【００４９】
従って、Ｒ４１０Ａ同等の適切な圧力損失とするためには、通過面積を大きくする必要がある。
【００５０】
しかし、冷房運転時、蒸発器として作用する時に配管内流速を最適化すると、暖房運転時、凝縮器として作用する時には、高圧であるため冷媒密度が大きく、流速の低下が大きく、配管内の冷媒の熱伝達率が低下し、圧力損失の増加による性能低下と比べ、熱伝達率の低下による性能低下が大きい。従って、冷房と暖房で性能のバランスを取るためには、配管の通過面積を大きくするだけでなく、異なる方法で圧力損失を低減する必要がある。
【００５１】
圧力損失は、循環冷媒がガス状態で流れるときに大きくなる。しかし、熱交換器が蒸発器として作用する場合、液冷媒が蒸発する時に熱交換器により空気から吸熱するため、ガス冷媒が熱交換器に流れても、吸熱には作用しない。従って、熱交換器が蒸発器として作用する場合、絞り装置と蒸発器入口の間で気液分離器により、ガス冷媒と液冷媒に分離し、蒸発器には液冷媒のみを流すようにすれば、熱交換器の配管内流速は低下し、圧力損失は低下する。また、蒸発器として作用する熱交換器の途中に気液分離器を設け、ガス冷媒と液冷媒に分離し、液冷媒のみ残りの熱交換器に流し、ガス冷媒は熱交換器出口にバイパスすれば、熱交換器の圧力損失を低減できる。
【００５２】
次に、本実施例による冷暖房装置の冷媒圧力損失を低減するバイパス回路の作用について説明する。
【００５３】
図４は冷房運転での冷媒の流れを示す図である。
【００５４】
冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４に送られる。この時、第２の室外バイパス回路２３には室外側逆止弁２１により冷媒は流れない。そして、高温高圧の冷媒は第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４で外気と熱交換して放熱し、高圧の液冷媒となり絞り装置６に送られる。絞り装置６では減圧されて低温低圧の二相冷媒となる。そして、室外側気液分離器７でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は、室外側気液分離器７のガス出口配管１２、二方弁１３から構成される第１の室外バイパス回路１４を通り、四方弁２と圧縮機１の間の低圧側配管に流れ、室内ユニット２５から戻ってくるガス冷媒と合流し圧縮機１に吸入される。また、室外側気液分離器７で分離された液冷媒は、液接続管２６を通って室内ユニット２５に送られる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開状態で、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧されることは無く、低圧低温の液冷媒は第１の室内熱交換器８で、室内空気と熱交換して吸熱し、一部が蒸発気化して気液二相の低温冷媒となる。そして、室内側気液分離器１０でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は、室内側気液分離器１０のガス出口配管１６、室内側逆止弁１７から構成される室内バイパス回路１８を通り、第２の室内熱交換器９の出口に流れ、第２の室内熱交換器９から流れてくるガス冷媒と合流する。また、室内側気液分離器１０で分離された液冷媒は、第２の室内熱交換器９に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は冷却されて室内を冷房する。さらに第２の室内熱交換器９から流れてくるガス冷媒は、室内バイパス回路１８から流れてくるガス冷媒と合流し、ガス接続管２７を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。この時、室外側気液分離器７で分離されたガス冷媒は、室内ユニット２５を流れることが無く、室内ユニット２５、ガス接続管２７での圧力損失を低減することができる。また、室内側気液分離器１０で分離されたガス冷媒は、第２の室内熱交換器９を流れることが無く、第２の室内熱交換器９での圧力損失を低減することができる。
【００５５】
図５は暖房運転での冷媒の流れを示す図である。
【００５６】
暖房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２、ガス接続管２７を通り、室内ユニット２５に送られる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開状態で、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧されることは無く、高温高圧の冷媒は第２の室内熱交換器９、第１の室内熱交換器８に入り、室内空気と熱交換して放熱し、冷却され高圧の液冷媒となる。この時、室内バイパス回路１８には室内側逆止弁１７により冷媒は流れない。室内空気は第２の室内熱交換器９、第１の室内熱交換器８で加熱されて室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２６を通って絞り装置６に送られ、絞り装置６において減圧されて低温低圧の二相冷媒となる。この時、第１の室外バイパ
ス回路１４の二方弁１３は閉じられており、冷媒は流れない。絞り装置６において減圧されて低温低圧の二相冷媒は第２の室外熱交換器４で、室外空気と熱交換して吸熱し、一部が蒸発気化してガス冷媒の多い気液二相の低温冷媒となる。そして、第２の室外側気液分離器５でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は、第２の室外側気液分離器５のガス出口配管２０、室外側逆止弁２１から構成される第２の室外バイパス回路２３を通り、第１の室外熱交換器３の出口に流れ、第１の室外熱交換器３から流れてくるガス冷媒と合流する。また、第２の室外側気液分離器５で分離された液冷媒は、第１の室外熱交換器３に入り室外空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となり、第２の室外バイパス回路２３から流れてくるガス冷媒と合流して、四方弁２を経由して圧縮機１へ戻される。
【００５７】
この時、第２の室外側気液分離器５で分離されたガス冷媒は、第１の室外熱交換器３を流れることが無く、第１の室外熱交換器３での圧力損失を低減することができる。
【００５８】
図６は再熱除湿運転での冷媒の流れを示す図である。
【００５９】
再熱除湿運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通って第１の室外熱交換器３、第２の室外熱交換器４に送られる。この時、第２の室外バイパス回路２３には室外側逆止弁２１により冷媒は流れない。そして、この時、送風機の回転数を低く制御されるため、高温高圧の冷媒は外気と熱交換して放熱する熱量を制御される。そして、高圧の気液二相冷媒となり絞り装置６に送られる。この時、絞り装置６は全開に制御され、減圧されない。また、第１の室外バイパス回路１４の二方弁１３は閉じられており、冷媒は流れない。そして、絞り装置６を通った高圧の二相冷媒は、液接続管２６を通って、室内ユニット２５に送られ、第１の室内熱交換器８で放熱され、高圧低温の液冷媒となる。この時、再熱除湿用絞り装置１１は開度を小さく制御されるため、再熱除湿用絞り装置１１を冷媒が流れる時に減圧され、低圧低温の二相冷媒となる。そして、室内側気液分離器１０でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒は、室内側気液分離器１０のガス出口配管１６、室内側逆止弁１７から構成される室内バイパス回路１８を通り、第２の室内熱交換器９の出口に流れ、第２の室内熱交換器９から流れてくるガス冷媒と合流する。また、室内側気液分離器１０で分離された液冷媒は、第２の室内熱交換器９に入り室内空気と熱交換して吸熱し、蒸発気化して低温のガス冷媒となる。この時室内空気は第２の室内熱交換器９で冷却、除湿された後、第１の室内熱交換器８で加熱されるため、室内温度を下げることなく、除湿する。そして低温のガス冷媒はガス接続管２７を通って、四方弁２を経由して圧縮機１に戻される。
【００６０】
なお、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さく、冷媒地球温暖化係数が５以上で７５０以下となる冷媒としては、例えば、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆとを混合することで得ることができる。なお、Ｒ３２のＧＷＰは６７５でありＨＦＯ１２３４ｙｆのＧＷＰは４であるので、混合割合に関わらずその混合物のＧＷＰは６５０以下となる。
【００６１】
図７にＲ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆの混合割合と、Ｒ４１０Ａを１としたときの単位体積当たりの冷凍能力比との関係を示す。
【００６２】
なお、図７では、冷房運転相当の１７℃での単位体積当たりの冷凍能力冷凍比、暖房運転相当の３℃での単位体積当たりの冷凍能力冷凍比を示している。
【００６３】
図７に示すように、冷房運転相当の温度１７℃でも暖房運転相当の温度３℃においても、ＨＦＯ１２３４ｙｆの混合割合が７ｗｔ％を超えると、単位体積当たりの冷凍能力冷凍比がＲ４１０Ａに比べて小さくなることが判る。
【００６４】
従って、Ｒ３２とＨＦＯ１２３４ｙｆを混合した場合の混合割合の範囲は、ＨＦＯ１２３４ｙｆが７ｗｔ％以下（Ｒ３２が９３ｗｔ％以上）となる。
【００６５】
また、ハイドロフルオロオレフィンとしてテトラフルオロプロペンＨＦＯ１２３４ｙｆで説明したが、ＨＦＯ１２３４ｚｅまたはトリフルオロプロペンＨＦＯ１２４３ｚｆを用いても同様な効果がある。
【００６６】
さらに、ハイドロフルオロオレフィンとの混合冷媒をジフルオロメタンＲ３２で説明したが、ペンタフルオロエタンＲ１２５、またはテトラフルオロエタンＲ１３４ａを用いても同様な効果がある。
【００６７】
なお、上記実施例では、冷房能力ランクが４ｋＷの場合で説明したが、異なる能力ランクにおいても同様である。
【００６８】
また、本発明は、冷媒の比容積が大きく、より流速が速い低圧側の熱交換器や配管の圧力損失について重要であるが、高圧側部位についてもＲ４１０Ａ同等の流速として圧力損失の低減を図ることが望ましい。
【００６９】
以上のように本発明は、Ｒ４１０Ａ冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が小さな冷媒を用い、Ｒ４１０Ａ冷媒使用時に比べて気筒容積を大きくした圧縮機１を用いて、圧縮機１の効率低下を抑制すると共に、冷房運転では室内ユニット２５とガス接続管２７の圧力損失を、また、暖房運転では第１の室外熱交換器３の圧力損失を低減し、また、冷房運転では凝縮器として作用する室外熱交換器の冷媒流速の低下を、また、暖房運転では凝縮器として作用する室内熱交換器の冷媒流速の低下を防ぐことで熱伝達率の低下を防止し、効率の高い冷暖房装置を提供することができる。
【００７０】
次に、上記実施の形態では冷暖房装置として説明したが、四方弁を有しない加熱専用、例えば給湯機等や、冷却専用、例えばクーラーや冷凍庫等としても応用できるものであり、加熱専用とする場合は上記実施の形態で説明した暖房運転時の回路構成とし、冷却専用とする場合は冷房運転時の回路構成とすればよく、その場合室内熱交換器、室外熱交換器は凝縮器と蒸発器ということになる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、例えばＧＷＰ４のＨＦＯ１２３４ｙｆをはじめとする、ＧＷＰの小さな冷媒を利用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  圧縮機
２  四方弁
３  第１の室外熱交換器
４  第２の室外熱交換器
５  第２の室外側気液分離器
６  絞り装置
７  室外側機液分離機
８  第１の室内熱交換器
９  第２の室内熱交換器
１０  室内側気液分離器  
１１  再熱除湿用絞り装置
１２  室外側気液分離器のガス出口配管
１３  二方弁
１４  第１の室外バイパス回路
１５  室外側気液分離器の液出口配管
１６  室内側気液分離器のガス出口配管
１７  室内側逆止弁
１８  室内バイパス回路
１９  室内側気液分離器の液出口配管
２０  第２の室外側気液分離器のガス出口配管
２１  室外側逆止弁
２２  第２の室外側気液分離器の液出口配管
２３  第２の室外バイパス回路
２４  室外ユニット
２５  室内ユニット
２６  液接続管
２７  ガス接続管
【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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【図６】
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【図７】
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