空调机 【技术领域】
本发明涉及空调机。更详细地说，涉及包括使制冷剂以压缩机、冷凝器、使制冷剂过冷的过冷用热交换器、膨胀机构及蒸发器的顺序循环的制冷剂回路的空调机。
背景技术
如图10所示，已知作为这种空调机的制冷剂回路301包括主回路306及旁通回路(以虚线表示)313；主回路306顺序地具有：压缩机302，冷凝器303，过冷用的双重管式热交换器310，主膨胀机构304，蒸发器305，四通切换阀309及储液器308；旁通回路313在上述冷凝器303与双重管式热交换器310之间的分支点321上与主回路306分支，通过旁通膨胀机构312及双重管式热交换器310，在上述储流器308入口附近的汇合点322上与主回路306汇合。迄今，作为制冷剂使用HCFC(液态含氯氟烃)22等单一的制冷剂。冷凝器(例如，向室外空气散热)303使压缩机302输出的制冷剂冷凝，沿着主回路306流动的主流制冷剂与沿着旁通回路313流动的旁通流制冷剂在分支点321上分开。主流制冷剂在双重管式热交换器310中，通过与通过旁通膨胀机构312后的上述旁通流制冷剂的热交换而过冷后，通过主膨胀机构304减压。而且，主流制冷剂通过蒸发器(例如，从室内空气吸热)305蒸发，通过四通切换阀309及进行气液分离的储液器308，被吸入压缩机302。另一方面，旁通流制冷剂在通过上述旁通膨胀机构312减压后，通过在双重管式热交换器310中与主流制冷剂的热交换而蒸发。此后，旁通流制冷剂在储液器308入口附近的汇合点322上与主流制冷剂汇合。
这样，通过利用双重管式热交换器310对主流制冷剂进行过冷，与不进行过冷的情况相比，能够增加主流制冷剂的冷冻效果。还有，因为通过从制冷剂流中使旁通流分支而使主流制冷剂的体积流量减小了，所以，如图11B的压力-比焓图(下面，称为“ph图”)中所示，能够减小蒸发器305内及压缩机302吸收侧配管中的压力损耗ΔP(为了比较，图11A中示出了不进行过冷时的压力损耗ΔPo)。因而，能够提高系统的冷冻能力。再者，图11B中以A、B、C表示的位置对应于图10制冷剂回路301上汇合点322附近的A、B、C点的状态。正如通过把图11B部分放大后示出的图11C很好地看清那样，到达A点的旁通流制冷剂与到达B点的主流制冷剂汇合，能够得到C点的状态。
可是，人们希望不断提高空调机的冷冻能力，所以，提高冷冻能力的要求是无止境的。
发明的公开
本发明的目的是为了比以往进一步提高冷冻能力而提案的。
为了达到上述目的，本发明空调机包括使制冷剂以压缩机、冷凝器、过冷用热交换器、第1膨胀机构及蒸发器的顺序流动的制冷剂回路，其特征在于，作为上述制冷剂使用非共沸混合制冷剂。
在这种空调机中，由于构成非共沸混合制冷剂的各制冷剂的沸点互相不同，所以，在表示制冷剂状态的ph图中，在二相区(湿蒸汽范围)内，在等温线上产生梯度(对于比焓轴的倾斜。下面，称为“温度梯度”)。与使用单一制冷剂的情况相比，因该二相区的温度梯度而使蒸发器的入口温度降低。因而，使通过蒸发器而吸热的流体(例如，室内空气)与通过该蒸发器内的上述制冷剂之间的温度差变大，使蒸发器的热交换能力增大。结果是，与使用单一制冷剂的情况相比，使过冷的冷冻能力改善效果只进一步提高了上述蒸发器热交换能力所增大的那一部分。
还有，在一实施例空调机中，上述制冷剂回路包括旁通回路，旁通回路在上述冷凝器与第1膨胀机构之间与主回路分支，在上述压缩机吸入侧上与上述主回路汇合；同时，在旁通回路中，具有第2膨胀机构；上述过冷用热交换器在沿着上述主回路流动的主流制冷剂与通过上述第2膨胀机构后的、沿着上述旁通回路流动的旁通流制冷剂之间进行热交换。
在这种空调机中，利用通过上述第2膨胀机构后的旁通流制冷剂，以简单的回路构成也能够对主流制冷剂进行过冷。
进而，在一实施例空调机中，上述旁通回路在上述冷凝器与过冷用热交换器之间与上述主回路分支。
在这种空调机中，因为利用过冷用热交换器而过冷的对象只是主流制冷剂，所以，过冷用热交换器的尺寸较小就能够实现。
还有，在另一实施例空调机中，上述旁通回路在上述过冷用热交换器与第1膨胀机构之间与上述主回路分支。
在这种空调机中，因为在通过过冷用热交换器以后，与主流制冷剂分支了的旁通流制冷剂进入第2膨胀机构中，所以，二相流体进入第2膨胀机构的可能性变小。因而，没有第2膨胀机构引起振荡的可能性，可稳定地工作。
还有，在一实施例空调机中，上述过冷用热交换器为上述主流制冷剂与上述旁通流制冷剂夹着具有传热性的壁，沿着互相相反的方向流动的反向流型热交换器。
在这种空调机中，在过冷用热交换器的具有传热性的壁的两侧的、非共沸制冷剂即主流制冷剂与旁通流制冷剂之间的平均温度差比较大。例如，变成比同向流型热交换器情况的平均温度差大。结果是，提高了过冷用热交换器的能力。
还有，在另一实施例空调机中，上述过冷用热交换器使用在冰中蓄存的制冷热量，对上述制冷剂进行过冷。
在这种空调机中，因为上述过冷用热交换器使用在冰中蓄存的制冷热量对上述制冷剂进行过冷，所以，能够对上述制冷剂有效地进行过冷。
还有，在另一实施例空调机中，上述制冷剂回路的过冷用热交换器使用从别的制冷剂回路供给的制冷热量，对上述制冷剂进行过冷。
在这种空调机中，因为上述制冷剂回路的过冷用热交换器使用从别的制冷剂回路供给的制冷热量对上述制冷剂进行过冷，所以，能够对上述制冷剂有效地进行过冷。
附图的简单说明
图1A为示出本发明第1实施例空调机制冷剂回路的构成图；图1B为示出上述制冷剂回路的变换例的图；
图2为示出图1制冷剂回路的冷冻循环的ph图；
图3为说明图1制冷剂回路中的蒸发器热交换能力的图；
图4A为示出图1制冷剂回路双重管式热交换器的构成图；图4B为说明反向流型热交换器中的制冷剂温度的图；图4C为说明同向流型热交换器中的制冷剂温度的图；
图5为示出为了与图1的制冷剂回路相比较，把双重管式热交换器作为气-液热交换器使用的制冷剂回路的构成的图
图6为示出图5制冷剂回路的冷冻循环的ph图；
图7A、7B为示出把图1制冷剂回路的冷冻循环与图5制冷剂回路的冷冻循环加以比较的图；
图8为示出本发明第2实施例空调机制冷剂回路的构成图；
图9为示出本发明第3实施例空调机制冷剂回路的构成图；
图10为示出现有的空调机制冷剂回路的构成图；
图11A为示出不进行过冷的通常冷冻循环的ph图；图11B为示出图11A制冷剂回路的冷冻循环的ph图；图11C为把图11B的冷冻循环部分放大后示出的图。
用于实施发明的最佳形态
其次，参照附图，详细说明有关本发明空调机的实施例。
(第1实施例)
如图1中所示，本发明一实施例的空调机包括制冷剂回路1，制冷剂回路1包括主回路6及旁通回路(以虚线表示)13。作为沿着制冷剂回路1循环的制冷剂，使用由R-32／134a或R-407C构成的非共沸混合制冷剂。
主回路6顺序地具有：压缩机2，冷凝器3，作为过冷用热交换器的双重管式热交换器10，作为第1膨胀机构的主膨胀机构4，蒸发器5，四通切换阀9及储液器8。旁通回路13在冷凝器3与双重管式热交换器10之间的分支点21上与主回路6分支，通过作为第2膨胀机构的旁通膨胀机构12及双重管式热交换器10，在储液器8入口附近的汇合点22上与主回路6汇合。双重管式热交换器10，在沿着主回路6流动的主流制冷剂与通过旁通膨胀机构12后的、沿着上述旁通回路13流动的旁通流制冷剂之间进行热交换。即，利用通过旁通膨胀机构12后的旁通流制冷剂，以简单的回路构成也能够对主流制冷剂进行过冷。详细地说，如图4A中所示模式那样，双重管式热交换器10具有：内管10a；在内管10a的外侧以同心圆状设置的外管10b。设定使制冷剂流动的方向，以使沿着内管10a内流动的旁通流制冷剂，与沿着内管10a与外管10b之间的环状间隙10c流动的主流制冷剂夹着具有传热性的内管10a的管壁，沿着互相相反的方向流动(反向流型热交换器)。这样，在热交换器10使用反向流型热交换器的情况下，如图4B所示，在具有传热性的内管10a的管壁的两侧的、与主流制冷剂及旁通流制冷剂之间的流动方向有关的平均温度差变得比较大。例如，变成比图4C所示同向流型热交换器情况的平均温度差大。结果是，能够提高热交换器10的能力。
那么，冷凝器(例如，向室外空气散热)3使图1所示的压缩机2输出的制冷剂冷凝，沿着主回路6流动的主流制冷剂与沿着旁通回路13流动的旁通流制冷剂在分支点21上分开。主流制冷剂在热交换器10中，通过与通过旁通膨胀机构12后的上述旁通流制冷剂的热交换而过冷后，通过主膨胀机构4减压。而且，主流制冷剂通过蒸发器(例如，从室内空气吸热)5蒸发，通过四通切换阀9及进行气液分离的储液器8，被吸入压缩机2。另一方面，旁通流制冷剂在通过旁通膨胀机构12减压后，通过在热交换器10中与主流制冷剂的热交换而蒸发。此后，旁通流制冷剂在储液器8入口附近的汇合点22上与主流制冷剂汇合。
这样，通过利用热交换器10对主流制冷剂进行过冷，与不进行过冷的情况相比，能够增加主流制冷剂的冷冻效果。还有，因为通过从制冷剂流中使旁通流分支而使主流制冷剂的体积流量减小了，所以，与不进行过冷的情况(参照图11A)相比，如图2的压力-比焓图(ph图)中所示，能够减小蒸发器5内及压缩机2吸收侧配管中的压力损耗ΔP。因而，能够提高系统的冷冻能力。再者，图2中以A、B、C表示的地方对应于图1A制冷剂回路1上汇合点22附近的A、B、C点的状态。
而且，由于构成沿着制冷剂回路1流动的非共沸混合制冷剂的各制冷剂的沸点互相不同，所以，在图2中所示的ph图中，在二相区(湿蒸汽范围)内，在等温线上产生梯度(对于比焓轴的倾斜。下面，称为“温度梯度”)。与使用单一制冷剂的情况相比，因该二相区的温度梯度而使蒸发器5的入口温度降低。因而，使通过蒸发器5而吸热的流体(例如，与蒸发器的散热片接触并流通的室内空气)与通过该蒸发器5内的制冷剂之间的温度差变大，使蒸发器5的热交换能力增大。例如，如图3中所示，如果蒸发器5的入口温度降低2deg的话，则使蒸发器5的热交换能力增大15％左右。结果是，与使用单一制冷剂的情况相比，能够使过冷的冷冻能力改善效果只进一步提高了蒸发器5的热交换能力所增大的那一部分。还有，如图1A中所示，因为旁通回路13在冷凝器3与热交换器10之间与主回路6分支，所以，利用热交换器10而过冷的对象只是主流制冷剂。因而，能够把热交换器10的尺寸做得较小。
再者，如图1B中所示，也可以使旁通回路13在热交换器10与主膨胀机构4之间(分支点21A)与主回路6分支。在这样的情况下，因为在通过热交换器10以后，与主流制冷剂分支了的旁通流制冷剂进入旁通膨胀机构12中，所以，二相流体进入旁通膨胀机构12的可能性变小。因而，没有旁通膨胀机构12引起振荡的可能性，可稳定地工作。
如上所述，热交换器10在利用冷凝器3成为冷凝状态的、沿着主回路6流动的主流制冷剂，与通过旁通膨胀机构12后的、旁通流制冷剂之间进行热交换。即，热交换器10基本上作为在通过冷凝器3以后，通过蒸发器5以前的主流制冷剂、与旁通流制冷剂之间进行热交换的液-液热交换器而工作。与此相反，如图5所示，为了对通过冷凝器5后的主流制冷剂进行过冷，也可以使用通过蒸发器5后(压缩机吸入侧)的气相主流制冷剂，使热交换器10作为气-液热交换器工作。只是，在使如图1中所示那样的热交换器10作为液-液热交换器而工作的情况下，如图7A的ph图中所示，因二相区的温度梯度，与在热交换器10中的流动方向有关的平均温度差ΔTm变成比在作为气-液热交换器而工作的情况下的ΔTm(图7B中所示)大。因而，能够使热交换器10的尺寸比较小，不产生压缩机2的吸入侧过热度变大那样的不良情况(参照图6)。结果是，能够更有效地发挥因使用非共沸混合制冷剂所产生的冷冻能力改善的效果。
(第2实施例)
图8示出包括使用冰中蓄存的制冷热量对制冷剂进行过冷的制冷剂回路101的另一实施例空调机。该制冷剂回路101包括主回路106及短路回路113。作为沿着制冷剂回路101循环的制冷剂，使用由R-32／134a或R-407C构成的非共沸混合制冷剂。
主回路106顺序地具有：压缩机102，作为冷凝器的室外热交换器103，用于暂时储存制冷剂的储存罐107，第2电子膨胀阀112，作为第1膨胀机构的第1电子膨胀阀104，作为蒸发器的室内热交换器105，储液器108。把作为过冷用热交换器的蓄热用热交换器110的室外侧连接端110b、室内侧连接端11C并联连接到第2电子膨胀阀112上。在装满作为蓄热媒体的水W的蓄热槽109内设置沿着铅直方向蛇行的冷却管110a，形成蓄热用热交换器110。把第1开闭阀111插到蓄热用热交换器110的主体109与室外侧连接端110b之间的配管上。短路回路113从蓄热用热交换器110的主体109与第1开闭阀111之间分支，在储液器108的入口附近与主回路106汇合。把第2开闭阀114插到短路回路113上。根据空调机的运行状态及来自各热敏电阻Th1、Th2、压力传感器Ps的信号，利用开闭控制装置116控制第1开闭阀111及第2开闭阀114的开闭、第1电子膨胀阀104及第2电子膨胀阀112的开度。
在蓄热运行时，利用开闭控制装置116使第1开闭阀111成为闭状态，使第2开闭阀114成为开状态，使第1电子膨胀阀104成为全闭状态，同时，根据来自热敏电阻Th1、压力传感器Ps的信号控制第2电子膨胀阀112的开度。这时，压缩机102输出的制冷剂(图8中，用实线箭头表示流的方向)利用室外热交换器103冷凝，通过储存罐107、第2电子膨胀阀112，在蓄热用热交换器110中，通过与上述水W的热交换而蒸发后，通过短路回路113的第2开闭阀114，通过主回路106的储液器108，被吸入压缩机102。蓄热槽109内的水W通过与通过冷却管110a的制冷剂的热交换而冷凝，作为冰附着于冷却管110a的表面上。由此，把制冷热量蓄存在蓄热槽109中。
在进行蓄热回收的制冷运行时，利用开闭控制装置116使第1开闭阀111成为开状态，使第二开闭阀114成为闭状态，根据来自热敏电阻Th2、压力传感器Ps的信号控制第1电子膨胀阀104及第2电子膨胀阀112的开度。这时，压缩机102输出的制冷剂(图8中，用虚线箭头表示流的方向)利用室外热交换器103冷凝，通过储存罐107。此后，制冷剂的一部分通过第2电子膨胀阀112，直接到达汇合点110C，但是，其余的制冷剂从分支点110b通过第1开闭阀111，在蓄热用热交换器110中通过与蓄热运行时生成的冰的热交换而过冷后，到达汇合点110C。这时，利用第2电子膨胀阀112的开度确定通过第2电子膨胀阀112的制冷剂与通过蓄热用热交换器110的制冷剂的流量比。因为蓄热用热交换器110使用在冰中蓄存的制冷热量对上述制冷剂进行过冷，所以，能够有效地对通过冷却管110的制冷剂进行过冷。在汇合点110C上汇合起来的制冷剂通过第1电子膨胀阀104减压后，通过在室内热交换器105中与室内空气的热交换而蒸发，通过储液器108，被吸入压缩机102。
这样，通过蓄热用热交换器110对制冷剂进行过冷，与不进行过冷的情况相比，能够增加冷冻效果。而且，由于构成流入室内热交换器105的非共沸混合制冷剂的各制冷剂的沸点互相不同，所以，在图2中所示的ph图中，在二相区(湿蒸汽范围)内，在等温线上产生梯度(对于比焓轴的倾斜。下面，称为“温度梯度”)。与使用单一制冷剂的情况相比，因该二相区的温度梯度而使室内热交换器105的入口温度降低。因而，使通过室内热交换器105而散热的室内空气与通过该室内热交换器105内的制冷剂之间的温度差变大，使室内热交换器105的热交换能力增大。结果是，与使用单一制冷剂的情况相比，能够使过冷的冷冻能力改善效果只进一步提高了室内热交换器105的热交换能力所增大的那一部分。
为了进行通常的制冷运行，不进行蓄热回收，利用开闭控制装置116使第1开闭阀111及第二开闭阀114成为闭状态，使第二电子膨胀阀112成为全开状态，根据来自热敏电阻Th2、压力传感器Ps的信号控制第1电子膨胀阀104的开度，即可。这时，压缩机102输出的制冷剂利用室外热交换器103冷凝，通过储存罐107、第2电子膨胀阀112，通过室内热交换器105而蒸发，通过储液器108，被吸入压缩机102。
(第3实施例)
图9示出包括使用从别的制冷剂回路供给的制冷热量对制冷剂进行过冷的制冷剂回路的、另一实施例的空调机。
这种空调机包括：1台室外单元A，它包括同一结构的两个设备H、I；2台室内单元B、C，把室内单元B、C连接到室外单元A的一个设备H上；2台室内单元D、E，把室内单元D、E连接到室外单元A的另一个设备I上。
室外单元A的一个设备H是用制冷剂配管205把下列装置连接起来的设备：储液器208；利用转换开关207驱动的压缩机201；四通切换阀202；室外热交换器203；过冷用热交换器225；制冷运行时，使制冷剂只沿着一个方向(图中，用实线箭头表示的方向)通过的止回阀209；并联连接到止回阀209上的，制暖运行用的膨胀机构204。同样地，另一个设备I是用制冷剂配管205把下列装置连接起来的设备：储液器208；利用转换开关207驱动的压缩机201；四通切换阀202；室外热交换器203；过冷用热交换器225B；制冷运行时，使制冷剂只沿着一个方向通过的止回阀209；并联连接到止回阀209上的、制暖运行用的膨胀机构204。各室内单元B、C、D、E为同一内部结构，分别是用制冷剂配管212把下列装置连接起来的单元：室内热交换器210；制暖运行时，使制冷剂只沿着与制冷运行时相反的方向通过的止回阀213；并联连接到止回阀213上的、制冷运行用的膨胀机构211。再者，下面，就制冷运行加以说明。
在室内单元B、C中，制冷剂配管215、另一制冷剂配管216形成一个制冷剂回路217，通过制冷剂配管215，把管内单元B、C互相并联连接起来，同时通过制冷剂配管216，把室内单元B、C制冷剂可以循环地连接到室外单元A的一个设备H上。同样地，在室内单元D、E中，制冷剂配管218、另一制冷剂配管219形成另一制冷剂回路220，通过制冷剂配管218，把室内单元D、E互相并联连接起来，同时通过制冷剂配管219，把室内单元D、E制冷剂可以循环地连接到室外单元A的另一个设备I上。把用于检出各个制冷剂回路运行状态的压力传感器235、236设置到各制冷剂回路217、220的压缩机201的吸入侧(室外单元A的制冷剂入口附近)上。
作为沿着这些制冷剂回路217、220循环的制冷剂，使用由R-32／134a或R-407C构成的非共沸混合制冷剂。
把旁通线路230、230B设置在设备H侧的制冷剂回路217与设备I侧的制冷剂回路220之间。旁通回路230(具有制冷剂配管227、228)从制冷剂回路220的室外热交换器203的下流侧(制冷运行时的出口附近)分支，通过开闭阀231、膨胀机构226、制冷剂回路217的过冷用热交换器225，在制冷剂回路220的储液器208的入口附近与制冷剂回路220汇合。旁通回路230B(具有制冷剂配管227B、228B)从制冷剂回路217的室外热交换器203的下流侧(制冷运行时的出口附近)分支，通过开闭阀231B、膨胀机构226B、制冷剂回路220的过冷用热交换器225B，在制冷剂回路217的储液器208的入口附近与制冷剂回路217汇合。过冷用热交换器225例如与图4A中所示双重管式热交换器10同样地构成，在沿着制冷剂回路217流动的主流制冷剂与沿着从制冷剂回路220分支的旁通回路230流动的旁通流制冷剂之间进行热交换。另一方面，过冷热交换器225B，在沿着制冷剂回路220流动的主流制冷剂与沿着从制冷剂回路217分支的旁通回路230B流动的旁通流制冷剂之间进行热交换。
在不进行过冷的通常的制冷运行时，利用未图示的控制装置使旁通回路230、230B的开闭阀231及231B成为闭状态。这时，制冷剂回路217及制冷剂回路220互相独立地进行制冷运行。例如，在制冷剂回路220中，压缩机201输出的制冷剂(图9中，用实线箭头表示流)利用作为冷凝器而起作用的室外热交换器203冷凝，通过处于不进行热交换状态下的热交换器225B、止回阀209。此后，通过各室内单元B、C的膨胀机构211减压，通过作为蒸发器而起作用的室内热交换器210而蒸发，而且，通过室外单元A的储液器208，被吸入压缩机201。在制冷剂回路217中，也是同样的。
在制冷剂回路217、220独立地进行制冷运行时，基于压力传感器235、236的输出，假定例如判断为在制冷剂回路217一侧制冷热量有余，在制冷剂回路220一侧制冷热量不足。根据该判断结果，通过控制装置把开闭阀231设定为闭状态，把开闭阀231B设定为开状态，转移到制冷剂回路220进行过冷的制冷运行。这时，使沿着制冷剂217流动的制冷剂的一部分分支，作为旁通流制冷剂(图9中，用虚线箭头表示流的方向)沿着旁通回路230B流动。结果是，过冷用热交换器225B在沿着制冷剂回路220流动的主流制冷剂与沿着旁通回路230流动的旁通流制冷剂之间进行热交换。即，在制冷剂回路220中，压缩机201输出的制冷剂利用作为冷凝器而起作用的室外热交换器203冷凝，通过热交换器225B进行过冷。由此，通过止回阀209。此后，通过各室内单元B、C的膨胀机构211减压，通过作为蒸发器而起作用的室内热交换器210而蒸发，而且，通过室外单元A的储液器208，被吸入压缩机201。
这样，通过利用热交换器225B对制冷剂进行过冷，与不进行过冷的情况相比，能够增加冷冻效果。而且，由于构成流入室内热交换器210的非共沸混合制冷剂的各制冷剂的沸点互不相同，所以，在图2中所示的ph图中，在二相区(湿蒸汽范围)内，在等温线上产生梯度(对于比焓轴的倾斜。下面，称为“温度梯度”)。与使用单一制冷剂的情况相比，因该二相区的温度梯度而使室内热交换器210的入口温度降低。因而，使通过室内热交换器210而散热的室内空气与通过该室内热交换器210内的制冷剂之间的温度差变大，使室内热交换器210的热交换能力增大。结果是，与使用单一制冷剂的情况相比，能够使过冷的冷冻能力改善效果只进一步提高了室内热交换器210的热交换能力所增大的那一部分。
在制冷剂回路217、220独立地进行制冷运行时，基于压力传感器235、236的输出，在与上述情况相反地判断为在制冷剂回路220一侧制冷热量有余，在制冷剂回路217一侧制冷热量不足的情况下，根据该判断结果，通过控制装置把开闭阀231设定为开状态，把开闭阀231B设定为闭状态，转移到制冷剂回路217进行过冷的制冷运行。
工业上利用的可能性
本发明能够应用于具有进行过冷的制冷剂回路的空调机上，在提高空调机的冷冻能力方面是有用的。