JP2009300023A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒回路を構成する手段、管等における圧力に基づいて、熱交換対象に対する加熱を効率よく行うことができる冷凍サイクル装置等を得る。
【解決手段】圧縮行程の中間部分に例えばインジェクション管５を介して流れる冷媒を流入させて吐出可能な二段圧縮機１と、熱交換により冷媒を凝縮する凝縮器となる室内側熱交換器２と、凝縮された冷媒を減圧させるための第１の膨張弁３、第２の膨張弁６と、減圧した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器となる室外側熱交換器７を配管接続して冷媒回路Ａを構成し、テトラフルオロプロペンを含む冷媒２１を循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気調和装置、給湯装置等の冷凍サイクル装置に関するものである。特に熱交換対象への加熱の幅を広げるためのものである。

例えば、空気調和装置、冷凍装置、給湯装置等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用した冷凍サイクル装置は、基本的に、圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁及び蒸発器（熱交換器）を配管接続し、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。そして、冷媒が、蒸発、凝縮時に、熱交換対象に対して加熱（放熱）、冷却（吸熱）することを利用し、管内の圧力を変化させながら空調動作、冷却動作、加熱動作等を行っている。ここで、例えば空気調和装置においては、冷媒回路を循環させる冷媒として、現在、Ｒ−４１０Ａを冷媒として利用するのが主流である（例えば特許文献１参照）。このＲ−４１０冷媒は沸点が低いという特性を有している。そのため、特に凝縮（液化）に係る圧力（飽和圧力）が高くなる傾向にある。
特開２００６−１５２８３９号公報

通常、Ｒ−４１０Ａ冷媒を用いた冷媒回路を構成した場合、耐圧強度の点から、冷凍サイクル装置の手段、管等内における冷媒の圧力（特に圧縮機の吐出側、凝縮器等の冷媒回路における高圧側の圧力）には大きな制限が加わる。そのため、凝縮器となる熱交換器における冷媒の温度（以下、凝縮温度という）を、冷媒の圧力に合わせると低く設定せざるを得ない状況となっており、熱交換対象を十分に加熱できない、加熱時間が要してしまう等、加熱に関して制限されることが多かった。ここで、冷凍サイクル装置（特に凝縮器となる熱交換器等）における耐圧強度を上げれば、凝縮温度を高くした運転を行うことができるが、耐圧強度を確保するためのコストが増大し、エネルギ消費の点からも効率が悪いため、できる限り圧力を抑えた上で凝縮温度を高くできるようにすることが望ましい。

しかも、Ｒ−４１０Ａ冷媒は、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒の一種である。ＨＦＣ冷媒は大気中のオゾン層を破壊するフロン等を有していないものの、地球温暖化係数（ＧＷＰ：温室効果ガスである物質に対して地球の温暖化をもたらす程度を、二酸化炭素に係る当該程度に対する比を示す数値として国際的に認められた知見に基づき定められた係数）が極めて高い値を示す冷媒であるため、地球温暖化防止の観点から地球温暖化係数の低い冷媒への転換が望まれている。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、手段、管等における冷媒の圧力を考慮して、熱交換対象に対する加熱を効率よく行うことができる冷凍サイクル装置等を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮行程の中間部分にさらに冷媒を流入させて吐出可能な圧縮機と、熱交換により冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、減圧した冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、テトラフルオロプロペンを含む冷媒を循環させるものである。

本発明によれば、沸点が高いテトラフルオロプロペンを含む冷媒を、例えばインジェクション管を介して圧縮機に冷媒を流入させながら循環させるようにしたので、例えばＲ−４１０Ａ冷媒に対応した耐圧強度の冷凍サイクル装置を用いた場合でも、冷媒の温度を高くして凝縮器に流入させ、熱交換対象を高温に、短時間で加熱することができる。そして、このときに冷媒として用いるテトラフルオロプロピレンは、地球温暖化係数が、例えば自然冷媒である二酸化炭素と同等で、いわゆるノンフロンの冷媒であるため、環境の点からも好適である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置の構成を示す図である。本実施の形態では、冷凍サイクル装置の代表例として空気調和装置について説明する。図１の空気調和装置は、室外機１０と室内機２０とを有している。室外機１０には、二段圧縮機１、第２の膨張弁６、室外側熱交換器７、四方弁８、気液分離器４、インジェクション管５及び流量調整弁１５を備えている。一方、室内機２０には、室内側熱交換器２、室内ファン９、第１の膨張弁３を備えている。そして、例えば、冷媒に対して直接作用する機器（本実施の形態では、室内ファン９以外の機器）を配管等で接続することにより冷媒回路Ａを構成している。ただし、この構成に限定するものではなく、冷媒回路としての機能を果たす限りにおいて、室外機１０、室内機２０における手段等を追加、除去することができる。また、例えば、複数台の室外機１０と室内機２０とを配管接続して冷媒回路Ａを構成してもよい。さらに、本実施の形態では、各手段の動作を制御するための制御手段５０を備えている。そして、冷媒回路Ａ内を循環させる冷媒として、ここではＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）冷媒の一種であるテトラフルオロプロペン（テトラフルオロプロピレン）冷媒２１を用いるものとする（以下、特に別の冷媒の記載がない限り、冷媒、テトラフルオロプロペン冷媒とはテトラフルオロプロペン冷媒２１をいうものとする）。冷媒に関しては後述する。

本実施の形態においては、冷媒回路Ａにおいて冷媒を循環させるための圧縮機として二段圧縮機１を用いて行うものとする。また、二段圧縮機１は、例えば運転周波数を任意に変化させることにより容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができるインバータ回路を備えた圧縮機であるものとする。二段圧縮機１は、低圧段側圧縮手段１１、高圧段側圧縮手段１２、密閉容器１３及び中間連結管１４を有している。

低圧段側圧縮手段１１は、冷媒回路Ａを循環した冷媒を吸入し、圧縮して加圧する。ここで、本実施の形態においては構成が簡便となるロータリ圧縮機を用いるものとし、また、中間連結管１４は低圧段側圧縮手段１１の冷媒吐出側と高圧段側圧縮手段１２の冷媒吸入側とを連結している。これにより、低圧段側圧縮手段１１が圧縮した冷媒が高圧段側圧縮手段１２に吸入される。高圧段側圧縮手段１２についてもロータリ圧縮機で構成するものとし、低圧段側圧縮手段１１からの冷媒をさらに圧縮し、加圧する。そして、密閉容器１３は少なくとも低圧段側圧縮手段１１、高圧段側圧縮手段１２を収容する。これらの手段により圧縮し、加圧した冷媒が冷媒回路Ａを循環する。ここで、中間連結管１４とインジェクション管５は連結されており、インジェクション管５を流れる冷媒が中間連結管において低圧段側圧縮手段１１で圧縮した冷媒と混合されるようになっている。

四方弁８は制御手段５０からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒回路Ａ内における冷媒の流れを切り換える。

室内側熱交換器２は、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷房運転時においては蒸発器として機能する。本実施の形態では凝縮器として機能するものとして説明する。凝縮器は、熱交換対象となる室内空気２２と冷媒との間で熱交換を行わせ、二段圧縮機１が吐出したガス（気体）状の冷媒（以下、ガス冷媒という）が有する熱量を放出させることで冷媒を凝縮させて冷却し、液化させるとともに、熱交換対象を加熱する。また、室内ファン９は、室内側熱交換器２に室内空気２２を送り込み、冷媒との熱交換を効率よく行わせるために設けている。

膨張手段（絞り装置）となる第１の膨張弁３、第２の膨張弁６は、制御手段５０からの指示に基づいて冷媒の流量を調整し、冷媒における圧力を低くする絞り装置である。ここで、本実施の形態では、第１の膨張弁３、第２の膨張弁６を室外機１０に設けているものとする。

室外側熱交換器７は、室内側熱交換器２とは逆に、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷房運転時においては凝縮器として機能する。本実施の形態では蒸発器として機能する。蒸発器は、第１の膨張弁３、第２の膨張弁６の流量調整により圧力が低くなった気液二相（湿りガス）冷媒と例えば室外の空気との間で熱交換を行わせ、冷媒に熱量を吸収させて蒸発させて加熱し、ガス化させる。

気液分離器４は、通過する冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒がインジェクション管５に流れるようにする。インジェクション管５は、一端を気液分離器４と接続し、また、他端を上述した二段圧縮機１の中間連結管１４に接続しており、気液分離器４が分離したガス冷媒を中間連結管１４を介して圧縮行程の途中部分に流入させる。冷媒を流入させることで高圧段側圧縮手段１２が吸入する冷媒の温度を下げ、最終的に二段圧縮機１から吐出する冷媒の吐出温度が高くなり過ぎないようにする。流量調整弁１５は、制御手段５０からの指示に基づいてインジェクション管５を通過し、中間連結管１４に流入するガス冷媒の量を調整する。

制御手段５０は、例えば冷凍サイクル装置の各手段の制御等の処理を行うものである。処理を行う際には、例えば冷凍サイクル装置の手段、配管等に取り付けられた温度検知手段（センサ）、圧力検知手段（センサ）等（図示せず）からの信号に含まれる温度、圧力等のデータに基づいて、演算、判断等を行って制御する。本実施の形態では、室外機１０及び室内機２０を構成する手段に信号を送り、動作指示を行うものとして説明するが、例えば室内機２０内の手段については、別の制御手段に制御させるようにしてもよい。このときには、制御手段間で通信を行って連携をとりつつ制御を行う。また、図１では室外機１０内に図示しているが、上述した処理等を行えるのであれば設置場所は特に限定しない。

次に、本実施の形態に係る、暖房運転時における空気調和装置の動作を冷媒の流れに基づいて説明する。図１に示す冷媒回路Ａに沿った矢印は、暖房運転時における冷媒の流れを表している。まず、暖房運転時の冷媒回路Ａにおける基本的な冷媒の流れについて説明する。

二段圧縮機１において、低圧段側圧縮手段１１により圧縮して加圧された冷媒は、中間連結管１４を介して高圧段側圧縮手段１２に吸入される。そして、高圧段側圧縮手段１２により圧縮された冷媒は、高温、高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１（密閉容器１３）から吐出される。吐出に係る冷媒の圧力（凝縮圧力）は、第１の膨張弁３の開度等により調整するが、その調整制御は制御手段５０が行う。吐出された冷媒は、四方弁８、配管を通過して室内機２０に流入する。

室内機２０において、室内側熱交換器２を通過した冷媒は凝縮され、液化される。このとき、冷媒は、室内ファン９により送り込まれた室内空気２２に対して放熱し、これにより熱交換対象となる室内空気２２を加熱する。加熱された室内空気２２は温風として室内に供給される。

液化された冷媒は、第１の膨張弁３を通過することにより減圧され、その際、気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、気液分離器４においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒がインジェクション管５側に流れる。このとき、制御手段５０が流量調整弁１５の開度を調整し、インジェクション管５を流れるガス冷媒の量を制御する（場合によっては第１の膨張弁３、第２の膨張弁６の開度調整とも連携させながら制御する）。

気液分離器４で分離された液冷媒は、配管を介して室外機１０に流入し、第２の膨張弁６を通過することによりさらに減圧される。減圧された冷媒は、室外側熱交換器７を通過することにより蒸発され、ガス化される。ガス化された冷媒は、再び、低圧段側圧縮手段１１に吸入される。

一方、インジェクション管５側に流れたガス冷媒は中間連結管１４に流入し、低圧段側圧縮手段１１が圧縮した冷媒と混ざって、高圧段側圧縮手段１２に吸入される。吸入された冷媒は、上述したように高圧段側圧縮手段１２により圧縮される。以上のようにして、冷媒が循環し、その間に、熱交換対象である室内空気を加熱することで、暖房運転を行う。

例えば上述した空気調和装置の暖房運転時のように、凝縮器となる室内側熱交換器２において、例えば熱交換対象（加熱対象）となる室内空気２２に対して、高い温度で加熱したり、時間を速くしたりする等を行うことにより、加熱の幅を広げるためには、冷媒回路Ａを循環する冷媒における凝縮温度を高めるとよい。凝縮温度を高めるためには基本的には凝縮器における冷媒の圧力（圧縮機の吐出に係る冷媒の圧力とほぼ同じであり、冷媒回路Ａにおいては高圧側となる）を高くするが、冷媒の種類によっては、所望する凝縮温度における冷媒の圧力が、配管等の耐圧と比較した場合に高すぎる場合がある。そこで、本実施の形態では、所望する凝縮温度における冷媒の圧力が所定の圧力以下となるように、沸点の高い（液化しやすい）冷媒を選択するようにする。そして、沸点の高い冷媒として、特に本実施の形態では、テトラフルオロプロペン冷媒を用いる。

図２はＲ−４１０Ａ冷媒とテトラフルオロプロペン冷媒とのｐ−ｈ線図の概略を表す図である。ここでは、基本的に圧力の方を問題とするので圧力に目盛りを付すことにする。図２（ａ）において、実線は、テトラフルオロプロペン冷媒を表し、点線は、Ｒ−４１０Ａ冷媒を表すものとする。ＨＦＯ冷媒の一種であるテトラフルオロプロペン冷媒（例えば、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２：２，３，３，３−Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｅｎｅ、ＨＦＯ−１２３４ｙｆに代表される）の沸点は約−２９℃であり、Ｒ−４１０Ａ冷媒を構成するＨＦＣ−３２冷媒の約−５２℃、ＨＦＣ−１２５冷媒の約−４９℃と比較しても高い。そのため、例えばｐ−ｈ線図に示すように、凝縮温度を６５℃としたときのＲ−４１０Ａ冷媒の圧力は約４．３ＭＰａであるのに対し、テトラフルオロプロペン冷媒の圧力は約１．９ＭＰａと低いものとなる。また、凝縮温度を９０℃としたときのテトラフルオロプロペン冷媒の飽和圧力は約３．２ＭＰａであり、凝縮温度を６５℃としたときのＲ−４１０Ａ冷媒の飽和圧力よりも低い。

以上より、Ｒ−４１０Ａ冷媒を循環させている空気調和装置（冷凍サイクル装置）にテトラフルオロプロペン冷媒を循環させるようにすると、耐圧強度等を考慮すると、現状では最高約６５℃までしか上げることができなかった凝縮温度を、冷媒の飽和圧力が４ＭＰａにおいて７０℃以上にすることができる。また、テトラフルオロプロペン冷媒では、さらに凝縮温度を高めることができる（冷媒の飽和圧力３．２ＭＰａにおいて凝縮温度を９０℃とすることができる）。そのため、室内空気２２の温度をかなり高くすることができる。室内ファン９、室内側熱交換器２等の特性にも依存するが、空気の温度を７０℃以上にできる可能性を有しており、居住空間における暖房運転以外の空気加熱の用途にも用いることができる。

さらには、テトラフルオロプロペンはＨＦＯ冷媒の一種であり、地球温暖化係数が、自然冷媒である二酸化炭素、ＨＣ冷媒と同等で、Ｒ−４１０Ａ冷媒と比較してかなり低いし、いわゆるノンフロンである。地球温暖化防止の観点から地球温暖化係数の低い冷媒への転換が望まれていることからも、凝縮温度を高めるための冷媒としてテトラフルオロプロペン冷媒は好適である。

ここで、図２のように、沸点が低い冷媒は蒸発における冷媒の圧力が低い。そのため、例えばテトラフルオロプロペン冷媒を循環する場合、圧縮機の圧縮行程における運転圧力比（吐出に係る圧力（＝凝縮圧力）／吸入に係る圧力（蒸発圧力））は、分母となる蒸発圧力が低いことから、Ｒ−４１０Ａ冷媒に比べるとかなり高くなる。例えば、凝縮温度を６５℃とし、蒸発器における冷媒の温度（以下、蒸発温度という）を−５℃となるように運転した場合、−５℃におけるＲ−４１０Ａ冷媒の飽和圧力は約０．７ＭＰａであるため、運転圧力比が約６となる。一方、−５℃におけるテトラフルオロプロペン冷媒の圧力は約０．２５ＭＰａであるため、運転圧力比が約８となる。さらに凝縮温度を高めようとすると、図２（ｂ）の破線に示すように、さらに運転圧力比が高くなる。例えば、凝縮温度を９０℃とすると、運転圧力比は約１３まで上昇する。なお、図２（ｂ）において、実線は、凝縮温度６５℃の場合を示している。

図３は本実施の形態に係る冷媒回路の循環に係る行程の概略をｐ−ｈ線図で表した図である。例えば運転圧力比が高くなることで圧縮機の吐出温度が高くなる。上述したように、本実施の形態で用いるテトラフルオロプロペン冷媒は、分子構造中に化学的に安定していない二重結合を有しており、必要以上に高い温度が加わると、テトラフルオロプロペンの分解・劣化の恐れが生じる。例えば重合するとＣＦ３ＣＦＣＨ２（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）ｎＨ のような高分子化合物が生成されてしまい、冷媒回路Ａ内においてスラッジとなって循環し、弁詰まりの原因となる。そのため、吐出温度を高くなり過ぎないようにする必要がある。

そこで、本実施の形態では、図３の実線で示すように、低圧段側圧縮手段１１の圧縮により温度が高くなり過ぎた冷媒に、インジェクション管５を介して流入した温度の低い冷媒を混ぜることにより、高圧段側圧縮手段１２に吸入される冷媒の温度を下げる。吸入される冷媒の温度を低くすることで、二段圧縮機１から吐出する冷媒の吐出温度の必要以上の高まりを防止する。なお、図３に示す破線は、インジェクションをしない場合を示している。

また、運転圧力比が高くなると、通常、圧縮機では内部でガスの漏れが増加し、例えば、漏れ損失の増加により圧縮効率が悪くなる等、性能が低下する。本実施の形態では、二段圧縮機１内の低圧段側圧縮手段１１と高圧段側圧縮手段１２とが、それぞれ冷媒を吸入して吐出することから、それぞれの圧縮手段に作用する運転圧力比は相対的に小さくなる。そのため、圧縮機全体として運転圧力比が高くなっても、各圧縮手段における冷媒の漏れが抑制されているため、二段圧縮機１における性能を高め、効率のよい冷凍サイクル装置を得ることができることになる。

以上のように、実施の形態１による冷凍サイクル装置である空気調和装置によれば、沸点が高いテトラフルオロプロピレンを含む冷媒を循環させるようにしたので、例えば、約４Ｍｐａにおいて約６５℃程度の温度となるＲ−４１０Ａ冷媒に対応した耐圧強度の冷凍サイクル装置を用いた場合でも、高温（例えば７０℃以上）で凝縮器となる室内側熱交換器２に流入させ、熱交換対象である室内空気２２を高温に、短時間で加熱することができる。また、テトラフルオロプロピレンは、地球温暖化係数が、例えば自然冷媒である二酸化炭素と同等で、いわゆるノンフロンの冷媒であるため、環境の点からも好適な空気調和装置を得ることができる。

また、インジェクション管５を介して二段圧縮機１の中間連結管１４に冷媒を流入させるようにしたので、二段圧縮機１から吐出する冷媒の吐出温度を下げることができる。そのため、二重結合を有し、化学的に不安定なテトラフルオロプロピレン冷媒に必要以上の温度を加えることなく、分解、劣化等を防ぐことができる。さらに、圧縮機として、低圧段側圧縮手段１１と高圧段側圧縮手段１２とを有する二段圧縮機１を用いてテトラフルオロプロペン冷媒を圧縮するようにしたので、それぞれの圧縮手段における運転圧力比を相対的に小さくすることにより、各圧縮手段における冷媒の漏れを抑制することができるので、二段圧縮機１全体の漏れ損失を少なくすることで性能を高め、効率のよい冷凍サイクル装置を得ることができることになる。このとき、各圧縮手段をロータリ圧縮機にすることで、構成を簡便にすることができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置の構成を示す図である。本実施の形態においても、冷凍サイクル装置として空気調和装置について説明する。図４において、図１と同じ符号を付している手段等は、上述した実施の形態１において説明した動作と基本的には同じ動作を行う手段である。

図４において、本実施の形態における圧縮機１Ａは圧縮手段１６を有する。本実施の形態の圧縮手段１６は固定スクロールに対して揺動スクロール（旋回スクロール）を揺動させて冷媒の圧縮を行うスクロール圧縮機であるものとする。そして、圧縮手段１６を構成する圧縮室の一部分（例えば固定スクロール部分）を開口してインジェクションポートを設け、インジェクション管５から送られた冷媒を圧縮室内に流入させるようにする。ここではスクロール圧縮機としたが、インジェクションポートを設けて、インジェクション管５から送られた冷媒を圧縮室内に流入させることができれば、圧縮機の圧縮形式を限定するものではない。図１の空気調和装置（冷凍サイクル装置）による、上述した圧縮機１Ａにおける圧縮機内部の機構動作以外の暖房運転時の他の手段の動作については、制御手段５０の制御に基づいて、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行う。

以上のように実施の形態２による空気調和装置においては、インジェクション管５を流れる冷媒を、圧縮機１Ａの圧縮を行う手段の部分に直接流入させるようにしたので、冷媒の吐出温度を下げることができる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３による冷凍サイクル装置に係る構成を示す図である。本実施の形態においては、冷凍サイクル装置を利用したヒートポンプ式の暖房・給湯装置について説明する。ヒートポンプ式の暖房・給湯装置は、冷媒との熱交換対象として水２３（他の液体でもよい。）を用いて、冷凍サイクル（ヒートポンプ）を利用して暖房運転、給湯を行う装置である。図５において、図１と同じ符号を付している手段等は、上述した実施の形態１において説明した動作と基本的には同じ動作を行う手段である。本実施の形態においても、冷媒回路Ａ内を循環する冷媒としてテトラフルオロプロペン冷媒を用いるものとする。

図５において、本実施の形態における暖房・給湯装置は、二段圧縮機１、冷媒−水熱交換器４１の冷媒側伝熱管、第１の膨張弁３、第２の膨張弁６、蒸発器１７、気液分離器４、インジェクション管５及び流量調整弁１５を配管等で接続することにより冷媒回路Ａを構成している。ここでは、二段圧縮機１を用いているが、例えば実施の形態２で説明した圧縮機１Ａを用いるようにしてもよい。

冷媒−水熱交換器４１は、冷凍サイクル装置における機能としては、凝縮器として機能する。伝熱管を流れる水２３と冷媒との間で熱交換を行わせ、二段圧縮機１が吐出したガス冷媒が有する熱量を放出させることで冷媒を凝縮させて冷却し、液化させるとともに、水側伝熱管を流れる水２３を加熱する。蒸発器１７は、上述したように、第１の膨張弁３、第２の膨張弁６の流量調整により圧力が低くなった液と例えば室外の空気との間で熱交換を行わせ、冷媒に熱量を吸収させて蒸発させて加熱し、ガス化させる。

一方、冷媒−水熱交換器４１の水側伝熱管、ポンプ４２及び貯湯タンク４３を配管等で接続することにより水回路Ｂを構成している。ポンプ４２は、水回路Ｂ内において水２３を循環させるために、水２３を加圧する。貯湯タンク４３は、例えば冷媒−水熱交換器４１において熱交換された水２３を貯めておくタンクである。ここで、例えば本装置で給湯を行う場合、貯湯タンク４３に貯められた水２３（湯）を取り出すための出水口４４を備えている。また、取り出されて少なくなった水２３を水回路Ｂに補給するための給水口４５も備えている。また、本実施の形態では水回路Ｂにより水２３を循環させるようにしているが、例えば構成を回路に限定せず、貯湯タンク４３に冷媒側伝熱管を通過させて水２３を加熱するようにしてもよい。

次に、本実施の形態に係る、ヒートポンプ式暖房・給湯装置の動作について説明する。図５に示す冷媒回路Ａに沿った矢印は冷媒の流れを表している。まず、冷媒回路Ａにおける冷媒の流れについて説明する。

二段圧縮機１において、低圧段側圧縮手段１１により圧縮して加圧された冷媒は、中間連結管１４を介して高圧段側圧縮手段１２に吸入される。そして、高圧段側圧縮手段１２により圧縮された冷媒は、高温、高圧のガス冷媒となって二段圧縮機１（密閉容器１３）から吐出される。吐出に係る冷媒の圧力（凝縮圧力）は、第１の膨張弁３の開度等により調整するが、その調整制御は制御手段５０が行う。吐出された冷媒は、配管を通過して冷媒−水熱交換器４１に流入する。冷媒−水熱交換器４１の冷媒側伝熱管を通過した冷媒は凝縮され、液化される。このとき、冷媒は、冷媒−水熱交換器４１の水側伝熱管を流れる水回路Ｂ内の水２３を加熱する。

液化された冷媒は、第１の膨張弁３を通過することにより減圧され、その際、気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は、気液分離器４においてガス冷媒と液冷媒とに分離され、ガス冷媒がインジェクション管５側に流れる。このとき、制御手段５０が流量調整弁１５の開度を調整し、インジェクション管５を流れるガス冷媒の量を制御する。

気液分離器４で分離された液冷媒は、配管を介して室外機１０に流入し、第２の膨張弁６を通過することによりさらに減圧される。減圧された冷媒は、室外側熱交換器７を通過することにより蒸発され、ガス化される。ガス化された冷媒は、再び、低圧段側圧縮手段１１に吸入される。

一方、インジェクション管５側に流れたガス冷媒は、中間連結管１４に流入し、低圧段側圧縮手段１１が圧縮した冷媒と混ざって、高圧段側圧縮手段１２に吸入される。吸入された冷媒は、上述したように高圧段側圧縮手段１２により圧縮される。

次に水回路Ｂにおける水２３の流れについて説明する。図５に示す水回路Ｂに沿った破線矢印は水２３の流れを表している。水回路Ｂでは、ポンプ４２によって加圧された水２３は、冷媒−水熱交換器４１の水側伝熱管を通過し、冷媒により加熱される（逆にいえば冷媒を冷却する）。加熱された水２３は、貯湯タンク４３に流入して貯められる。また、貯湯タンク４３の水２３は、ポンプ４２により水回路Ｂを循環することにより、さらに加熱され、高温になる。この水２３が出水口４４等から取り出され、利用される。

以上のように、実施の形態３による冷凍サイクル装置であるヒートポンプ式暖房・給湯装置によれば、沸点が高いテトラフルオロプロピレンを含む冷媒を循環させるようにしたので、例えば、Ｒ−４１０Ａ冷媒に対応した耐圧強度の冷凍サイクル装置を用いた場合でも、７０℃以上で凝縮器となる冷媒−水熱交換器４１に流入させ、水回路Ｂを流れる水２３を、高温に、短時間で加熱することができる。また、テトラフルオロプロピレンは、地球温暖化係数が、例えば自然冷媒である二酸化炭素と同等で、いわゆるノンフロンの冷媒であるため、環境の点からも好適なヒートポンプ式の暖房・給湯装置を得ることができる。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置の構成を示す図である。上述した実施の形態では、インジェクション管５の一端を気液分離器４に接続し、気液分離器４で分離したガス冷媒がインジェクション管５に流れるようにしたが、これに限定するものではない。例えば、実施の形態１のような空気調和装置において、気液分離器４を用いずに、冷媒同士で熱交換を行わせる冷媒−冷媒熱交換器１８を設け、室内側熱交換器２（凝縮器）を通過した高圧の冷媒と第１の膨張弁３によって減圧された冷媒の一部とを熱交換させ、減圧された冷媒の冷媒―冷媒熱交換器１８の出口側をインジェクション管５と接続して、温度の低い冷媒をインジェクション管５を介して中間連結管１４に流入させるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態においては、気液分離器４からインジェクション管５を介してガス冷媒を圧縮機に流入させるようにしたが、例えば圧縮機における吐出温度を下げるために、場合によっては気液二相冷媒（場合によっては液冷媒）を流入させるようにしてもよい。

実施の形態５．
上述の実施の形態では、冷媒回路Ａを循環する冷媒として、テトラフルオロプロペン冷媒について説明したが、例えばテトラフルオロプロペン冷媒と他の冷媒との混合冷媒を用いるようにしてもよい。他の冷媒については特に限定するものではないが、例えば可燃性を抑制するために、Ｒ−１２５冷媒やＲ−１３４ａ冷媒のような不燃冷媒を加えてもよい。また、テトラフルオロプロペン冷媒はかなり沸点が高いので、沸点の低いＲ−３２冷媒やＲ−１２５冷媒または自然冷媒であるＨＣ冷媒を加えて、動作圧力を少し高くして使いやすくしてもよい。なお、この場合、凝縮圧力はテトラフルオロプロペン冷媒単体よりも若干増加するが、沸点の低い冷媒の量を適当に調整することで、Ｒ−４１０Ａ冷媒よりも凝縮圧力を十分低くした混合冷媒にすることは可能である。

また、上述の実施の形態ではテトラフルオロプロペン冷媒を用いている。地球温暖化係数が低いテトラフルオロプロペン冷媒が、環境面から考えると最も適した冷媒であるが、他にも冷媒の圧力が約４Ｍｐａのときに飽和温度が７０℃以上となる冷媒に適用することができる。例えば、熱物性等が類似するＨＦＣ−１３４ａ冷媒等、他の冷媒にも本発明を適用することができる。

この発明の実施の形態１による空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 Ｒ−４１０Ａ冷媒とテトラフルオロプロペン冷媒のｐ−ｈ線図を表す図である。 本実施の形態に係る冷媒の循環に係る概略をｐ−ｈ線図で表した図である。 この発明の実施の形態２による空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。 この発明の実施の形態３による暖房・給湯機の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態４による空気調和装置の構成を示す冷媒回路図である。

符号の説明

Ａ 冷媒回路、Ｂ 水回路、１ 二段圧縮機、１Ａ 圧縮機、２ 室内側熱交換器、３ 第１の膨張弁、４ 気液分離器、５ インジェクション管、６ 第２の膨張弁、７ 室外側熱交換器、８ 四方弁、９ 室内ファン、１０ 室外機、１１ 低圧段側圧縮手段、１２ 高圧段側圧縮手段、１３ 密閉容器、１４ 中間連結管、１５ 流量調整弁、１６ 圧縮手段、１７ 蒸発器、１８ 冷媒-冷媒熱交換器、２０ 室内機、２１ テトラフルオロプロペン冷媒、２２ 室内空気、２３ 水、４１ 冷媒−水熱交換器、４２ ポンプ、４３ 貯湯タンク、４４ 取水口、４５給水口、５０ 制御手段。

Claims (7)

1. 圧縮行程の中間部分にさらに冷媒を流入させて吐出可能な圧縮機と、
   熱交換により前記冷媒を凝縮する凝縮器と、
   凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、
   減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、テトラフルオロプロペンを含む冷媒を循環させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機は、多段の冷媒圧縮手段を直列に連結した圧縮機であることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記冷媒圧縮手段は、ロータリ型の圧縮手段であることを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記冷媒圧縮手段間の連結部分に前記冷媒を流入させることを特徴とする請求項２又は３記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記圧縮機の冷媒圧縮手段に、直接、前記冷媒を流入させることを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機はスクロール圧縮機であり、固定スクロール部分に前記冷媒の流入口を設けることを特徴とする請求項５記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記凝縮器に流入させたときの冷媒の温度が７０℃以上となるように、前記冷媒回路の各手段を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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