JP2001116371A - 空気調和装置 - Google Patents
空気調和装置Info
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B9/06—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using expanders
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動力回収式の空気調和装置において、常時高
い運転効率が得られる最適なサイクルでの運転を可能と
する。 【解決手段】 共に容積式の圧縮機３と膨張機４とを一
軸に連結した空気調和装置において、上記膨張機４の吐
出管路２３と吸込管路２４との間にバイパス管路１１を
設け且つ該バイパス管路１１の通路面積を制御弁１２に
よって増減調整する。かかる構成によれば、上記制御弁
１２によって上記膨張機４を通る冷媒循環量が増減調整
され、「密度比＝一定」というサイクル運転上の制約が
解消され、サイクルの運転条件を、常時高い運転効率が
確保できるように自由に定めることが可能となり、膨張
機４における動力回収とも相俟って、高い運転効率をも
つ空気調和装置が得られる。
い運転効率が得られる最適なサイクルでの運転を可能と
する。 【解決手段】 共に容積式の圧縮機３と膨張機４とを一
軸に連結した空気調和装置において、上記膨張機４の吐
出管路２３と吸込管路２４との間にバイパス管路１１を
設け且つ該バイパス管路１１の通路面積を制御弁１２に
よって増減調整する。かかる構成によれば、上記制御弁
１２によって上記膨張機４を通る冷媒循環量が増減調整
され、「密度比＝一定」というサイクル運転上の制約が
解消され、サイクルの運転条件を、常時高い運転効率が
確保できるように自由に定めることが可能となり、膨張
機４における動力回収とも相俟って、高い運転効率をも
つ空気調和装置が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、膨張機を備えた
動力回収式の空気調和装置に関するものである。
動力回収式の空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５には、従来一般的な動力回収式の空
気調和装置のシステム構成を示しており、同図において
符号１は室外機、符号２は室外機である。上記室外機１
には、モータ５に対して一軸に連結された圧縮機３と膨
張機４と、ファン６を備えた室外熱交換器７と、二つの
四路切換弁９，１０とが備えられている。また、上記室
内機２には室内熱交換器８が備えられている。
気調和装置のシステム構成を示しており、同図において
符号１は室外機、符号２は室外機である。上記室外機１
には、モータ５に対して一軸に連結された圧縮機３と膨
張機４と、ファン６を備えた室外熱交換器７と、二つの
四路切換弁９，１０とが備えられている。また、上記室
内機２には室内熱交換器８が備えられている。
【０００３】上記圧縮機３は、上記第１四路切換弁９の
切換操作によって、その吐出管路２１と吸込管路２２と
が上記室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択一的に接
続可能とされる。また、上記膨張機４は、上記第２四路
切換弁１０の切換操作によってその吐出管路２３と吸込
管路２４とが上記室内熱交換器８と室外熱交換器７とに
択一的に接続される。
切換操作によって、その吐出管路２１と吸込管路２２と
が上記室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択一的に接
続可能とされる。また、上記膨張機４は、上記第２四路
切換弁１０の切換操作によってその吐出管路２３と吸込
管路２４とが上記室内熱交換器８と室外熱交換器７とに
択一的に接続される。
【０００４】このような空気調和装置では、上記膨張機
４において冷媒の等エントロピー膨張が行われること
で、圧縮機３側への動力回収がなされ、これによってサ
イクルの高効率運転が実現されるものである。
４において冷媒の等エントロピー膨張が行われること
で、圧縮機３側への動力回収がなされ、これによってサ
イクルの高効率運転が実現されるものである。
【０００５】即ち、図６には、このような空気調和装置
の作動の一例として、高圧冷媒である二酸化炭素を冷媒
として用いた遷臨界冷凍サイクルを示しているが、この
サイクルでは、圧縮機出口（点Ｄ）から凝縮されて過冷
却となった冷媒ガス（点Ａ）を膨張機に導入し、これを
該膨張機において等エントロピー膨張によって膨張させ
る。この場合、蒸発器入口「点Ｂ」と、従来のように膨
張弁によって「点Ａ」から等エンタルピー膨張させた場
合における蒸発器入口「点Ｅ」との間のエンタルピー量
「ｈａ」だけ、冷媒膨張時の圧力エネルギーが動力とし
て冷凍システム側に回収される。その結果、圧縮機に
は、その必要入力「ｈｂ」から上記回収動力「ｈａ」を
差し引いた値「ｈｂ−ｈａ」だけを実際に入力すればよ
く、圧縮機入力の低減分だけ冷凍サイクルの高効率運転
が実現されるものである。
の作動の一例として、高圧冷媒である二酸化炭素を冷媒
として用いた遷臨界冷凍サイクルを示しているが、この
サイクルでは、圧縮機出口（点Ｄ）から凝縮されて過冷
却となった冷媒ガス（点Ａ）を膨張機に導入し、これを
該膨張機において等エントロピー膨張によって膨張させ
る。この場合、蒸発器入口「点Ｂ」と、従来のように膨
張弁によって「点Ａ」から等エンタルピー膨張させた場
合における蒸発器入口「点Ｅ」との間のエンタルピー量
「ｈａ」だけ、冷媒膨張時の圧力エネルギーが動力とし
て冷凍システム側に回収される。その結果、圧縮機に
は、その必要入力「ｈｂ」から上記回収動力「ｈａ」を
差し引いた値「ｈｂ−ｈａ」だけを実際に入力すればよ
く、圧縮機入力の低減分だけ冷凍サイクルの高効率運転
が実現されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
動力回収式空気調和装置において用いられる圧縮機と膨
張機は、共に容積式のものが採用されるのが通例であ
る。
動力回収式空気調和装置において用いられる圧縮機と膨
張機は、共に容積式のものが採用されるのが通例であ
る。
【０００７】ところが、共に容積式の圧縮機と膨張機と
を一軸に連結した構成にあっては、圧縮機と膨張機とが
常時同一回転数で回転することから、一定の冷媒循環量
でシステムが運転される場合には、本来、膨張機による
動力回収によってサイクルの高効率化を図ったにも拘わ
らず、必ずしも高効率運転が実現できるとは言えなかっ
た。
を一軸に連結した構成にあっては、圧縮機と膨張機とが
常時同一回転数で回転することから、一定の冷媒循環量
でシステムが運転される場合には、本来、膨張機による
動力回収によってサイクルの高効率化を図ったにも拘わ
らず、必ずしも高効率運転が実現できるとは言えなかっ
た。
【０００８】即ち、サイクルを循環する冷媒の循環量
は、質量循環量及び体積循環量として把握される。ここ
で、質量循環量は、サイクルのどのポイントにおいても
等しく、従って、圧縮機を通る冷媒の質量循環量と膨張
機を通る冷媒の質量循環量とは等しい。
は、質量循環量及び体積循環量として把握される。ここ
で、質量循環量は、サイクルのどのポイントにおいても
等しく、従って、圧縮機を通る冷媒の質量循環量と膨張
機を通る冷媒の質量循環量とは等しい。
【０００９】一方、体積循環量は、「シリンダ容積×回
転数」で決定され、圧縮機のシリンダ容積と膨張機のシ
リンダ容積とが同一でない限り、圧縮機を通る冷媒の体
積循環量と膨張機を通る冷媒の体積循環量とは異なるこ
とになる。
転数」で決定され、圧縮機のシリンダ容積と膨張機のシ
リンダ容積とが同一でない限り、圧縮機を通る冷媒の体
積循環量と膨張機を通る冷媒の体積循環量とは異なるこ
とになる。
【００１０】ここで、圧縮機を通る冷媒の体積循環量を
ＶＣ、冷媒の吸入密度をＤＣとし、また膨張機を通る冷
媒の体積循環量をＶＥ、冷媒の吸入密度をＤＥとする
と、質量循環量が等しいことから、 「ＶＣ×ＤＣ＝ＶＥ×ＤＥ」 という関係が成立する。これを変形すると、 「ＤＥ／ＤＣ＝ＶＣ／ＶＥ」 となり、しかも、この「ＶＣ／ＶＥ」の値は機器に応じ
て定まる定数である。従って、サイクルは常時、「ＤＥ
／ＤＣ（密度比）＝一定」の条件下で運転されることに
なる。
ＶＣ、冷媒の吸入密度をＤＣとし、また膨張機を通る冷
媒の体積循環量をＶＥ、冷媒の吸入密度をＤＥとする
と、質量循環量が等しいことから、 「ＶＣ×ＤＣ＝ＶＥ×ＤＥ」 という関係が成立する。これを変形すると、 「ＤＥ／ＤＣ＝ＶＣ／ＶＥ」 となり、しかも、この「ＶＣ／ＶＥ」の値は機器に応じ
て定まる定数である。従って、サイクルは常時、「ＤＥ
／ＤＣ（密度比）＝一定」の条件下で運転されることに
なる。
【００１１】図７には、「密度比＝一定」の条件の下で
作動するサイクルについて、冷媒温度を変化させた場合
のサイクルを示している。この図７からは、高温時のサ
イクルＳ1から中温時のサイクルＳ2、さらに低温時のサ
イクルＳ3へと冷媒温度が低下するに従って、サイクル
の形状が、横長四角状から縦長四角状へと次第に変化
し、特に低温領域においてはその運転効率が悪化するこ
とが分かる。
作動するサイクルについて、冷媒温度を変化させた場合
のサイクルを示している。この図７からは、高温時のサ
イクルＳ1から中温時のサイクルＳ2、さらに低温時のサ
イクルＳ3へと冷媒温度が低下するに従って、サイクル
の形状が、横長四角状から縦長四角状へと次第に変化
し、特に低温領域においてはその運転効率が悪化するこ
とが分かる。
【００１２】従って、膨張機を備えて動力回収式を行う
システムであっても、必ずしも高効率運転が実現できる
とは言えないものである。
システムであっても、必ずしも高効率運転が実現できる
とは言えないものである。
【００１３】このような背景から、冷媒温度に拘わらず
常時高効率での運転を実現できる空気調和装置の開発が
望まれているところである。
常時高効率での運転を実現できる空気調和装置の開発が
望まれているところである。
【００１４】そこで本願発明は、かかる要望に鑑み、膨
張機を備えた動力回収式の空気調和装置において、常時
高い運転効率が得られる最適なサイクルでの運転を可能
とすることを目的としてなされたものである。
張機を備えた動力回収式の空気調和装置において、常時
高い運転効率が得られる最適なサイクルでの運転を可能
とすることを目的としてなされたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として次のような構成を採
用している。
を解決するための具体的手段として次のような構成を採
用している。
【００１６】本願の第１の発明では、共に容積式の圧縮
機３と膨張機４とをモータ５に対して一軸に連結すると
ともに、上記圧縮機３からの吐出冷媒を室外熱交換器７
と室内熱交換器８とに択一的に供給可能とするととも
に、該室外熱交換器７と室内熱交換器８からの冷媒を上
記膨張機４に択一的に供給可能とした空気調和装置にお
いて、上記膨張機４の吐出管路２３と吸込管路２４との
間にこれら両者を連通させるバイパス管路１１を設ける
とともに、該バイパス管路１１にはその通路面積を増減
調整する制御弁１２を備えたことを特徴としている。
機３と膨張機４とをモータ５に対して一軸に連結すると
ともに、上記圧縮機３からの吐出冷媒を室外熱交換器７
と室内熱交換器８とに択一的に供給可能とするととも
に、該室外熱交換器７と室内熱交換器８からの冷媒を上
記膨張機４に択一的に供給可能とした空気調和装置にお
いて、上記膨張機４の吐出管路２３と吸込管路２４との
間にこれら両者を連通させるバイパス管路１１を設ける
とともに、該バイパス管路１１にはその通路面積を増減
調整する制御弁１２を備えたことを特徴としている。
【００１７】本願の第２の発明では、上記第１の発明に
かかる空気調和装置において、上記制御弁１２を冷媒の
吐出温度に基づいて制御することを特徴としている。
かかる空気調和装置において、上記制御弁１２を冷媒の
吐出温度に基づいて制御することを特徴としている。
【００１８】本願の第３の発明では、上記第１の発明に
かかる空気調和装置において、上記制御弁１２を冷媒の
過熱度に基づいて制御することを特徴としている。
かかる空気調和装置において、上記制御弁１２を冷媒の
過熱度に基づいて制御することを特徴としている。
【００１９】本願の第４の発明では、上記第１，第２又
は第３の発明にかかる空気調和装置において、起動時に
は上記制御弁１２を全開に設定することを特徴としてい
る。
は第３の発明にかかる空気調和装置において、起動時に
は上記制御弁１２を全開に設定することを特徴としてい
る。
【００２０】本願の第５の発明では、上記第１，第２，
第３又は第４の発明にかかる空気調和装置において、上
記冷媒として二酸化炭素冷媒を用いたことを特徴として
いる。
第３又は第４の発明にかかる空気調和装置において、上
記冷媒として二酸化炭素冷媒を用いたことを特徴として
いる。
【００２１】本願の第６の発明では、上記第１，第２，
第３，第４又は第５の発明にかかる空気調和装置におい
て、上記圧縮機３としてスイング型を、上記膨張機４と
してスクロール型を、それぞれ適用したことを特徴とし
ている。
第３，第４又は第５の発明にかかる空気調和装置におい
て、上記圧縮機３としてスイング型を、上記膨張機４と
してスクロール型を、それぞれ適用したことを特徴とし
ている。
【００２２】
【発明の効果】本願発明ではかかる構成とすることによ
り次のような効果が得られる。
り次のような効果が得られる。
【００２３】 本願の第１の発明にかかる空気調和装
置によれば、共に容積式の圧縮機３と膨張機４とをモー
タ５に対して一軸に連結するとともに、上記圧縮機３か
らの吐出冷媒を室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択
一的に供給可能とするとともに、該室外熱交換器７と室
内熱交換器８からの冷媒を上記膨張機４に択一的に供給
可能とした空気調和装置において、上記膨張機４の吐出
管路２３と吸込管路２４との間にこれら両者を連通させ
るバイパス管路１１を設けるとともに、該バイパス管路
１１にはその通路面積を増減調整する制御弁１２を備え
ているので、上記制御弁１２によって上記バイパス管路
１１の通路面積を増減調整することで、上記膨張機４を
通る冷媒循環量が増減調整され、圧縮機３側を通る冷媒
の質量循環量と膨張機４を通る質量循環量とが異なり、
従来のような「密度比＝一定」というサイクル運転上の
制約がなくなる。
置によれば、共に容積式の圧縮機３と膨張機４とをモー
タ５に対して一軸に連結するとともに、上記圧縮機３か
らの吐出冷媒を室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択
一的に供給可能とするとともに、該室外熱交換器７と室
内熱交換器８からの冷媒を上記膨張機４に択一的に供給
可能とした空気調和装置において、上記膨張機４の吐出
管路２３と吸込管路２４との間にこれら両者を連通させ
るバイパス管路１１を設けるとともに、該バイパス管路
１１にはその通路面積を増減調整する制御弁１２を備え
ているので、上記制御弁１２によって上記バイパス管路
１１の通路面積を増減調整することで、上記膨張機４を
通る冷媒循環量が増減調整され、圧縮機３側を通る冷媒
の質量循環量と膨張機４を通る質量循環量とが異なり、
従来のような「密度比＝一定」というサイクル運転上の
制約がなくなる。
【００２４】従って、上記制御弁１２によって上記膨張
機４を通る冷媒循環量を冷媒温度等の条件に対応させて
増減調整することで、サイクルの運転条件を、常時高い
運転効率が確保できるように自由に定めることが可能と
なり、上記膨張機４における動力回収とも相俟って、高
い運転効率をもつ空気調和装置を提供することができる
ことになる。
機４を通る冷媒循環量を冷媒温度等の条件に対応させて
増減調整することで、サイクルの運転条件を、常時高い
運転効率が確保できるように自由に定めることが可能と
なり、上記膨張機４における動力回収とも相俟って、高
い運転効率をもつ空気調和装置を提供することができる
ことになる。
【００２５】 本願の第２の発明にかかる空気調和装
置によれば、上記膨張機４を通る冷媒循環量の調整に基
づく高効率化を、上記制御弁１２を冷媒の吐出温度に基
づいて制御するという簡単な制御形態によって実現する
ことができるものである。
置によれば、上記膨張機４を通る冷媒循環量の調整に基
づく高効率化を、上記制御弁１２を冷媒の吐出温度に基
づいて制御するという簡単な制御形態によって実現する
ことができるものである。
【００２６】 本願の第３の発明にかかる空気調和装
置によれば、上記膨張機４を通る冷媒循環量の調整に基
づく高効率化を、上記制御弁１２を冷媒の過熱度に基づ
いて制御するという簡単な制御形態によって実現するこ
とができるものである。
置によれば、上記膨張機４を通る冷媒循環量の調整に基
づく高効率化を、上記制御弁１２を冷媒の過熱度に基づ
いて制御するという簡単な制御形態によって実現するこ
とができるものである。
【００２７】 本願の第４の発明にかかる空気調和装
置によれば、上記，又はに記載の効果に加えて次
のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、
システムの起動時は、上記膨張機４の前後における冷媒
の差圧が小さく該膨張機４における動力回収効果が少な
く、この動力回収効果よりも膨張機４における機械的損
失の方が大きい状態であることから、かかる起動時に上
記制御弁１２を全開に設定して上記膨張機４側への冷媒
循環量を減少させることで、起動時における運転効率を
良好に維持することが可能となるものである。
置によれば、上記，又はに記載の効果に加えて次
のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、
システムの起動時は、上記膨張機４の前後における冷媒
の差圧が小さく該膨張機４における動力回収効果が少な
く、この動力回収効果よりも膨張機４における機械的損
失の方が大きい状態であることから、かかる起動時に上
記制御弁１２を全開に設定して上記膨張機４側への冷媒
循環量を減少させることで、起動時における運転効率を
良好に維持することが可能となるものである。
【００２８】 本願の第５の発明にかかる空気調和装
置によれば、上記，，又はに記載の効果に加え
て次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明で
は、上記冷媒として、二酸化炭素冷媒、即ち、高低圧の
圧力差が大きい高圧冷媒を用いているので、上記膨張機
４における動力回収効果が大きく、従って、高い運転効
率をもち且つ地球環境にやさしい空気調和装置を提供す
ることができる。
置によれば、上記，，又はに記載の効果に加え
て次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明で
は、上記冷媒として、二酸化炭素冷媒、即ち、高低圧の
圧力差が大きい高圧冷媒を用いているので、上記膨張機
４における動力回収効果が大きく、従って、高い運転効
率をもち且つ地球環境にやさしい空気調和装置を提供す
ることができる。
【００２９】 本願の第６の発明にかかる空気調和装
置によれば、上記，，，又はに記載の効果に
加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発
明では、上記圧縮機３としてスイング型を、上記膨張機
４としてスクロール型を、それぞれ適用しているので、
これら圧縮機３と膨張機４の特性から高い運転効率をも
つ空気調和装置を提供でき、特に冷媒として高圧冷媒で
ある二酸化炭素冷媒を用いたものにおいては、高差圧を
小さいシリンダ容積によって実現できるという二酸化炭
素冷媒の特性との相乗効果によって、上記効果がより一
層顕著となるものである。
置によれば、上記，，，又はに記載の効果に
加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発
明では、上記圧縮機３としてスイング型を、上記膨張機
４としてスクロール型を、それぞれ適用しているので、
これら圧縮機３と膨張機４の特性から高い運転効率をも
つ空気調和装置を提供でき、特に冷媒として高圧冷媒で
ある二酸化炭素冷媒を用いたものにおいては、高差圧を
小さいシリンダ容積によって実現できるという二酸化炭
素冷媒の特性との相乗効果によって、上記効果がより一
層顕著となるものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１には、本願発明の実施形態に
かかる空気調和装置のシステム構成を示している。この
空気調和装置は、冷媒として高圧冷媒であって高低圧の
圧力差が大きい二酸化炭素冷媒を用いて遷臨界冷凍サイ
クルを構成し且つ動力回収によって高効率運転を可能と
するものであって、その基本的な構成は図５に示した従
来の空気調和装置のシステム構成と同様である。即ち、
図１において符号１は室外機、符号２は室外機であっ
て、該室外機１には、モータ５に対して一軸に連結され
た圧縮機３と膨張機４と、ファン６を備えた室外熱交換
器７と、二つの四路切換弁９，１０とが備えられ、ま
た、上記室内機２には室内熱交換器８が備えられてい
る。
かかる空気調和装置のシステム構成を示している。この
空気調和装置は、冷媒として高圧冷媒であって高低圧の
圧力差が大きい二酸化炭素冷媒を用いて遷臨界冷凍サイ
クルを構成し且つ動力回収によって高効率運転を可能と
するものであって、その基本的な構成は図５に示した従
来の空気調和装置のシステム構成と同様である。即ち、
図１において符号１は室外機、符号２は室外機であっ
て、該室外機１には、モータ５に対して一軸に連結され
た圧縮機３と膨張機４と、ファン６を備えた室外熱交換
器７と、二つの四路切換弁９，１０とが備えられ、ま
た、上記室内機２には室内熱交換器８が備えられてい
る。
【００３１】上記圧縮機３は、上記第１四路切換弁９の
切換操作によって、その吐出管路２１と吸込管路２２と
が上記室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択一的に接
続可能とされる。また、上記膨張機４は、上記第２四路
切換弁１０の切換操作によってその吐出管路２３と吸込
管路２４とが上記室内熱交換器８と室外熱交換器７とに
択一的に接続される。
切換操作によって、その吐出管路２１と吸込管路２２と
が上記室外熱交換器７と室内熱交換器８とに択一的に接
続可能とされる。また、上記膨張機４は、上記第２四路
切換弁１０の切換操作によってその吐出管路２３と吸込
管路２４とが上記室内熱交換器８と室外熱交換器７とに
択一的に接続される。
【００３２】尚、上記圧縮機３及び上記膨張機４として
は、共に容積式のものが採用されるが、この膨張機４
は、容積式の圧縮機をその吐出側と吸込側とを逆転させ
てそのまま使用されるものである。また、容積式の圧縮
機としては、種々形態のものが知られているが、空気調
和装置に使用するに好適なものとしては、スイング型、
ロータリ型、スクロール型及びマルチベーン型が考えら
れる。ここで、これら容積式圧縮機のうち、スイング型
とロータリ型には高圧圧縮が可能という特性があり、ま
たスクロール型は信頼性は高いが比較的漏れ損失が大き
いという特性があり、マルチベーン型は漏れ損失は少な
いが潤滑性が厳しいという特性がある。これらの特性か
ら考えて、上記圧縮機３と膨張機４の型式の好適な組み
合わせとしては、（ａ）圧縮機としてスイング型を、膨
張機としてスクロール型を適用するもの、（ｂ）圧縮機
としてスイング型を、膨張機としてマルチベーン型を適
用するもの、（ｃ）圧縮機としてロータリ型を、膨張機
としてスクロール型を適用するもの、が考えられる。
は、共に容積式のものが採用されるが、この膨張機４
は、容積式の圧縮機をその吐出側と吸込側とを逆転させ
てそのまま使用されるものである。また、容積式の圧縮
機としては、種々形態のものが知られているが、空気調
和装置に使用するに好適なものとしては、スイング型、
ロータリ型、スクロール型及びマルチベーン型が考えら
れる。ここで、これら容積式圧縮機のうち、スイング型
とロータリ型には高圧圧縮が可能という特性があり、ま
たスクロール型は信頼性は高いが比較的漏れ損失が大き
いという特性があり、マルチベーン型は漏れ損失は少な
いが潤滑性が厳しいという特性がある。これらの特性か
ら考えて、上記圧縮機３と膨張機４の型式の好適な組み
合わせとしては、（ａ）圧縮機としてスイング型を、膨
張機としてスクロール型を適用するもの、（ｂ）圧縮機
としてスイング型を、膨張機としてマルチベーン型を適
用するもの、（ｃ）圧縮機としてロータリ型を、膨張機
としてスクロール型を適用するもの、が考えられる。
【００３３】ここで、この実施形態のように冷媒とした
二酸化炭素冷媒を用いたものにおいては、該二酸化炭素
冷媒は高低圧の圧力差が大きい高圧冷媒であって、高差
圧を、しかも小さいシリンダ容積によって実現できると
いう特性があることから、この二酸化炭素冷媒を用いた
場合において最も好適な圧縮機と膨張機の組み合わせ
は、上記三つの組合せ例の中でも、特に上記（ａ）の組
み合わせが好適である。
二酸化炭素冷媒を用いたものにおいては、該二酸化炭素
冷媒は高低圧の圧力差が大きい高圧冷媒であって、高差
圧を、しかも小さいシリンダ容積によって実現できると
いう特性があることから、この二酸化炭素冷媒を用いた
場合において最も好適な圧縮機と膨張機の組み合わせ
は、上記三つの組合せ例の中でも、特に上記（ａ）の組
み合わせが好適である。
【００３４】上述の如き基本的なシステム構成に加え
て、この実施形態のものにおいては、本願発明を適用し
て、上記膨張機４の吐出管路２３と吸込管路２４との間
にこれら両者を連通させるバイパス管路１１を設けると
ともに、該バイパス管路１１にはその通路面積を増減調
整する制御弁１２を備えており、このバイパス管路１１
及び制御弁１２の配置に最大の特徴をもつものである。
て、この実施形態のものにおいては、本願発明を適用し
て、上記膨張機４の吐出管路２３と吸込管路２４との間
にこれら両者を連通させるバイパス管路１１を設けると
ともに、該バイパス管路１１にはその通路面積を増減調
整する制御弁１２を備えており、このバイパス管路１１
及び制御弁１２の配置に最大の特徴をもつものである。
【００３５】上記制御弁１２は、これが開弁されること
で上記吸込管路２４を介して上記膨張機４に導入される
冷媒の一部を、該膨張機４を迂回して直接上記吐出管路
２３側に流すものであって、該制御弁１２の開度調整に
よって、該膨張機４を通る冷媒の循環量が増減調整され
るものである。そして、このように上記制御弁１２の開
度調整によって上記膨張機４を通る冷媒の循環量を増減
調整することで、上記モータ５に対して一軸に連結され
同一回転数で回転駆動される上記膨張機４を通る冷媒の
質量循環量と上記圧縮機３を通る冷媒の質量循環量とが
異なることになる。
で上記吸込管路２４を介して上記膨張機４に導入される
冷媒の一部を、該膨張機４を迂回して直接上記吐出管路
２３側に流すものであって、該制御弁１２の開度調整に
よって、該膨張機４を通る冷媒の循環量が増減調整され
るものである。そして、このように上記制御弁１２の開
度調整によって上記膨張機４を通る冷媒の循環量を増減
調整することで、上記モータ５に対して一軸に連結され
同一回転数で回転駆動される上記膨張機４を通る冷媒の
質量循環量と上記圧縮機３を通る冷媒の質量循環量とが
異なることになる。
【００３６】この結果、図５に示した従来の空気調和装
置のように「密度比＝一定」というサイクル作動上の制
約がなくなり、上記制御弁１２の開度調整によって、上
記膨張機４を通る冷媒循環量を増減調整することで、サ
イクルの運転条件を、常時高い運転効率が確保できるよ
うに自由に定めることが可能となり、上記膨張機４にお
ける動力回収とも相俟って、高い運転効率をもつ空気調
和装置を提供することができることになるものである。
置のように「密度比＝一定」というサイクル作動上の制
約がなくなり、上記制御弁１２の開度調整によって、上
記膨張機４を通る冷媒循環量を増減調整することで、サ
イクルの運転条件を、常時高い運転効率が確保できるよ
うに自由に定めることが可能となり、上記膨張機４にお
ける動力回収とも相俟って、高い運転効率をもつ空気調
和装置を提供することができることになるものである。
【００３７】このような上記制御弁１２の開度制御の例
として、ここでは冷媒の吐出温度に基づく制御と、冷媒
の過熱度に基づく制御とを示す。
として、ここでは冷媒の吐出温度に基づく制御と、冷媒
の過熱度に基づく制御とを示す。
【００３８】先ず、冷媒の吐出温度による制御である
が、この場合には、図３に示すように、吐出温度目標値
を「ｐ−ｈ」線図上に設定し、冷媒温度に対応して変化
する各サイクルサイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3上における吐出
温度が上記目標値となるように、上記制御弁１２の開度
制御によって上記膨張機４を通る冷媒の質量循環量を調
整するものである。かかる制御によれば、各冷媒温度に
おける上記各サイクルＳ 1，Ｓ2，Ｓ3は、共に横長四角
状の形状を維持することとなり、上記膨張機４における
動力回収とも相俟って、全温度範囲において高い効率が
確保される。
が、この場合には、図３に示すように、吐出温度目標値
を「ｐ−ｈ」線図上に設定し、冷媒温度に対応して変化
する各サイクルサイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3上における吐出
温度が上記目標値となるように、上記制御弁１２の開度
制御によって上記膨張機４を通る冷媒の質量循環量を調
整するものである。かかる制御によれば、各冷媒温度に
おける上記各サイクルＳ 1，Ｓ2，Ｓ3は、共に横長四角
状の形状を維持することとなり、上記膨張機４における
動力回収とも相俟って、全温度範囲において高い効率が
確保される。
【００３９】一方、冷媒の過熱度による制御であるが、
この場合には、図４に示すように、過熱度目標値を「ｐ
−ｈ」線図上に設定し、冷媒温度に対応して変化する各
サイクルサイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3上における過熱度が上
記目標値となるように、上記制御弁１２の開度制御によ
って上記膨張機４を通る冷媒の質量循環量を調整するも
のである。かかる制御によれば、各冷媒温度における上
記各サイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3は、共に横長四角状の形状
を維持することとなり、上記膨張機４における動力回収
とも相俟って、全温度範囲において高い効率が確保され
る。
この場合には、図４に示すように、過熱度目標値を「ｐ
−ｈ」線図上に設定し、冷媒温度に対応して変化する各
サイクルサイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3上における過熱度が上
記目標値となるように、上記制御弁１２の開度制御によ
って上記膨張機４を通る冷媒の質量循環量を調整するも
のである。かかる制御によれば、各冷媒温度における上
記各サイクルＳ1，Ｓ2，Ｓ3は、共に横長四角状の形状
を維持することとなり、上記膨張機４における動力回収
とも相俟って、全温度範囲において高い効率が確保され
る。
【００４０】尚、上記各制御における制御形態は図２に
示す通りである。即ち、比較器１３においては目標吐出
温度（又は目標過熱度）と現在の吐出温度（又は過熱
度）とを比較し、その差分に応じて制御器１４から上記
制御弁１２へ制御信号が出力され、該制御弁１２はこの
制御信号に基づいてその開度が調整されるものである。
示す通りである。即ち、比較器１３においては目標吐出
温度（又は目標過熱度）と現在の吐出温度（又は過熱
度）とを比較し、その差分に応じて制御器１４から上記
制御弁１２へ制御信号が出力され、該制御弁１２はこの
制御信号に基づいてその開度が調整されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明にかかる動力回収式空気調和装置のシ
ステム構成図である。
ステム構成図である。
【図２】図１に示したバイパス弁の制御ブロック図であ
る。
る。
【図３】本願発明にかかる空気調和装置の吐出温度制御
時におけるサイクル変化状態説明図である。
時におけるサイクル変化状態説明図である。
【図４】本願発明にかかる空気調和装置の過熱度制御時
におけるサイクル変化状態説明図である。
におけるサイクル変化状態説明図である。
【図５】従来一般的な動力回収式空気調和装置のシステ
ム構成図である。
ム構成図である。
【図６】図５に示した空気調和装置における基本サイク
ル説明図である。
ル説明図である。
【図７】図５に示した空気調和装置におけるサイクル変
化状態説明図である。
化状態説明図である。
１は室外機、２は室内機、３は圧縮機、４は膨張機、５
はモータ、６はファン、７は室外熱交換器、８は室内熱
交換器、９は第１四路切換弁、１０は第２四路切換弁、
１１はバイパス管路、１２は制御弁、１３は比較器、２
１は吐出管路、２２は吸込管路、２３は吐出管路、２４
は吸込管路である。
はモータ、６はファン、７は室外熱交換器、８は室内熱
交換器、９は第１四路切換弁、１０は第２四路切換弁、
１１はバイパス管路、１２は制御弁、１３は比較器、２
１は吐出管路、２２は吸込管路、２３は吐出管路、２４
は吸込管路である。
Claims (6)
- 【請求項１】 共に容積式の圧縮機（３）と膨張機
（４）とをモータ（５）に対して一軸に連結するととも
に、上記圧縮機（３）からの吐出冷媒を室外熱交換器
（７）と室内熱交換器（８）とに択一的に供給可能とす
るとともに、該室外熱交換器（７）と室内熱交換器
（８）からの冷媒を上記膨張機（４）に択一的に供給可
能とした空気調和装置において、 上記膨張機（４）の吐出管路（２３）と吸込管路（２
４）との間にこれら両者を連通させるバイパス管路（１
１）を設けるとともに、該バイパス管路（１１）にはそ
の通路面積を増減調整する制御弁（１２）を備えたこと
を特徴とする空気調和装置。 - 【請求項２】 請求項１において、 上記制御弁（１２）を冷媒の吐出温度に基づいて制御す
ることを特徴とする空気調和装置。 - 【請求項３】 請求項１において、 上記制御弁（１２）を冷媒の過熱度に基づいて制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３において、 起動時には上記制御弁（１２）を全開に設定することを
特徴とする空気調和装置。 - 【請求項５】 請求項１，２，３又は４において、 上記冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられていることを
特徴とする空気調和装置。 - 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５において、 上記圧縮機（３）としてスイング型が、上記膨張機
（４）としてスクロール型が、それぞれ適用されている
ことを特徴とする空気調和装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29771199A JP2001116371A (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 空気調和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29771199A JP2001116371A (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 空気調和装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001116371A true JP2001116371A (ja) | 2001-04-27 |
Family
ID=17850186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29771199A Pending JP2001116371A (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 空気調和装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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- 1999-10-20 JP JP29771199A patent/JP2001116371A/ja active Pending
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