JP2003083644A - 冷媒回路 - Google Patents
冷媒回路Info
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Abstract
クルで、暖房運転時に生じる冷媒の余剰分を貯留する冷
媒量調整用タンクにおいて、冷媒液が凝縮し易い成分が
先に貯留されるため、冷媒回路全体の冷媒の組成が標準
組成でなくなり、冷凍能力の不足や、高圧圧力が高くな
るという問題があった。 【解決手段】 膨張弁4と熱交換器5との間の冷媒配管
からバイパス用配管7を介して接続された冷媒量調整用
タンク8から、逆止弁10を有するバイパス用配管9を
介して、冷媒回路へ冷媒を戻すものである。
Description
る冷凍サイクルの冷媒量の制御に関するものである。
方弁、熱交換器、膨張弁、アキュムレータからなる従来
の冷凍サイクルとして、特開平7−120119号公報
に記載されたものを図2に示す。図2において、101
は圧縮機、102は冷房運転時と暖房運転時の冷媒の流
れを変える四方弁、103は室内熱交換器、104〜1
07は逆止弁、108は受液器、109は膨張弁、11
0は室外熱交換器、111は室内送風ファン、112は
室外送風ファンである。次に動作について説明する。冷
房運転時、圧縮機101で圧縮された冷媒は、四方弁1
02を通って室外熱交換器110に流れ、逆止弁10
4、受液器108、膨張弁109、逆止弁107、室内
熱交換器103を順次流れて、四方弁102を介して圧
縮機101へ戻ってくる。また、暖房運転時において
は、圧縮された冷媒は圧縮機101から四方弁102を
通って室内熱交換器103に流れ、逆止弁105、受液
器108、膨張弁109、逆止弁106、室外熱交換器
110を順次流れて、四方弁102を介して圧縮機10
1へ戻ってくる。ここで、運転時に冷媒回路に必要な冷
媒を比較すると、一般的には室外熱交換器110の方が
室内熱交換器103よりも冷媒を凝縮する効率が良いの
で冷媒が通る部分の内容積を小さくすることができ、暖
房運転時の方が冷房運転時よりも必要な冷媒は少なくて
済む。そして、膨張弁109の手前に設けた受液器10
8は、冷媒液を溜めることにより、冷房運転時と暖房運
転時の必要な冷媒量の差を調整するものである。
p−h線図で表すと、図3のようになる。この図におい
て、a−b間は圧縮機101による圧縮行程、b−c間
は熱交換器103もしくは110による凝縮行程、c−
d間は膨張弁109による膨張行程、d−a間は熱交換
器110もしくは103による蒸発行程を示す。このと
き、この冷媒回路の受液器108には冷媒液と冷媒ガス
が混在しているため、図3の点cに示すように、受液器
内部の冷媒は飽和液状態となっている。この飽和液冷媒
は、受液器108を出た後、図示されない液配管やスト
レーナ、液ライン電磁弁と、膨張弁109を通り、蒸発
器に流れ込むが、過冷却されてないため、液配管等に抵
抗が有る場合は、冷媒液と冷媒ガスが混在したフラッシ
ュガス状態となりやすい。冷媒がフラッシュガス状態と
なると、膨張弁109を流れる冷媒量が著しく減少する
ため、所定の冷凍能力が得られなくなる。
配管にバイパス配管を介して冷媒量調整用タンクを設
け、一時的に余剰冷媒液を溜め込む方法が有る。図4
は、別の従来の空冷ヒートポンプチラーにおける基本的
な冷媒回路の一例である。この図において、201は圧
縮機、202は冷暖房運転時に冷媒の流れを切替える四
方弁、203は空気側熱交換器、204は膨張弁、20
5は水側熱交換器、206はアキュムレータ、208は
水側熱交換器205の液出口側の冷媒配管にバイパス配
管207を介して設けた冷媒量調整用タンクである。
る。冷房運転時、圧縮機201で圧縮された冷媒は、四
方弁202を通って空気側熱交換器203、膨張弁20
4、水側熱交換器205を通り、四方弁202を通って
アキュムレータ206を介して圧縮機201へ戻ってく
る。また、暖房運転時においては、圧縮機201で圧縮
された冷媒は、四方弁202を通って、水側熱交換器2
05、膨張弁204、空気側熱交換器203を通り、四
方弁202を通ってアキュムレータ206を介して圧縮
機201へ戻ってくる。ここで、冷房運転時と暖房運転
時で冷媒回路に必要な冷媒量を比較すると、水側熱交換
器205の方が空気側熱交換器203より冷媒を凝縮す
る効率が良いので、熱交換器の冷媒側における内容積を
小さくすることができ、冷房運転時よりも暖房運転時の
方が冷媒回路に必要な冷媒量は少なくて済み、余剰分の
冷媒液は、バイパス配管207を介して冷媒量調整用タ
ンク208に流れ込んで貯留される。このとき、冷媒量
調整用タンク208内は、冷媒液で満たされる。また、
暖房運転後に、冷房運転に切替えると、今度は逆に冷媒
回路に必要な冷媒量が不足するため、冷媒量調整用タン
ク208内に貯留した冷媒液が冷媒回路に流れ込み、不
足分を補うこととなる。このとき、冷媒量調整用タンク
208内は冷媒ガスのみとなる。
において必要な冷媒量は冷房運転時の必要量よりも少な
くなるので、余剰分は冷媒量調整用タンク208に流れ
込む。逆に、冷房運転時には冷媒量が不足し、冷媒量調
整用タンク208から流れ出す冷媒が不足分を補う。
は、暖房運転時の余剰冷媒液量で決められている。
は、例えば、冷媒として、HFC134a、HFC3
2、HFC125を定まった比率で混合した混合冷媒:
HFC407Cを使用した場合に以下のような問題が発
生する。まず、アキュムレータ206内に冷媒液が溜ま
った状態で暖房を開始する場合について説明する。停止
中は、アキュムレータ206内部に溜まった冷媒液は、
その成分の内で最も凝縮しやすいHFC134aが多い
組成となっており、アキュムレータ206を除いた冷媒
回路内の冷媒は、残りの成分であるHFC32及びHF
C125が多い組成となっているので、暖房運転を開始
すると、冷媒量調整用タンク208に流れ込む余剰冷媒
液も、HFC32及びHFC125が多い組成となって
しまう。その結果、冷媒量調整用タンク208を除く冷
媒回路内において、HFC32及びHFC125が減少
し、その一方で、HFC134aを多く含むアキュムレ
ータ206内の液冷媒が蒸発して冷媒回路内を流れるの
で、冷媒量調整用タンク208を除く冷媒回路内の冷媒
はHFC134aが多い組成となり、冷媒の特性上、冷
凍能力は減少傾向となる。
溜まってない状態で暖房運転を開始する場合について、
説明する。停止中は、冷媒回路内の冷媒は標準の組成で
あるが、暖房運転を開始すると、始動時の過渡的状態で
は、水側熱交換器205で、凝縮し易いHFC134a
が他の成分であるHFC32及びHFC125よりも先
に液化するので、冷媒量調整用タンク208に流れ込む
余剰冷媒液はHFC134aが多い傾向となる。その結
果、冷媒量調整用タンク208を除く冷媒回路内の冷媒
は、残りの成分であるHFC32及びHFC125が多
い組成となってしまい、冷媒の特性上、冷凍能力は増加
傾向となる。しかしながら、高圧圧力も上昇傾向となっ
てしまうので、高圧圧力上昇を回避するために圧縮機2
01の吐出口と四方弁202との間の冷媒配管に設けら
れる保護装置である、図示されない高圧開閉器の作動に
よる警報発令及び運転停止が起こり易くなってしまう。
タンク208内に冷媒ガスと冷媒液が同時に貯留され
る。このとき、冷媒量調整用タンク208内の冷媒ガス
は蒸発し易いHFC32及びHFC125が標準組成よ
りも多くなり、冷媒量調整用タンク208を除く冷媒回
路内の冷媒においてHFC32及びHFC125が減少
する。すなわち、冷媒量調整用タンク208を除く冷媒
回路内の冷媒組成は、冷媒量調整用タンク208内の冷
媒ガス量により変化するので、それに伴って冷凍能力が
変化してしまうという問題が生じる。
めになされたもので、冷媒回路中を流れる混合冷媒の組
成を標準組成に保つことを目的としたものである。
縮器と蒸発器の役割を兼ねる第1の熱交換器と、膨張弁
と、凝縮器と蒸発器の役割を兼ねる第2の熱交換器と、
アキュムレータとを冷媒配管により接続した冷媒回路に
おいて、前記膨張弁と前記第2の熱交換器との間の冷媒
配管に、第1のバイパス用配管を取り付け、この第1の
バイパス用配管に冷媒量調整用タンクを接続し、前記膨
張弁と前記第2の熱交換器との間の冷媒配管のうち、前
記第1のバイパス用配管の取り付け位置よりも膨張弁側
に第2のバイパス用配管を取り付け、この第2のバイパ
ス用配管に逆止弁を設け、さらに前記冷媒量調整タンク
に接続させたものである。
である。
バイパス用配管の径よりも小径である。
態1を示す空冷ヒートポンプチラーにおける基本的な冷
媒回路の一例である。図において、1は圧縮機、2は冷
暖房運転時に冷媒の流れを切替える四方弁、3は空気側
熱交換器、4は膨張弁、5は水側熱交換器、6はアキュ
ムレータ、8はバイパス配管7を介して設けた冷媒量調
整用タンク、9は冷媒量調整用タンク8に溜まった冷媒
液を冷媒回路に戻す、逆止弁10を有するバイパス配管
である。このバイパス配管9にはバイパス配管7より小
径の管を用い、例えば、バイパス配管7に外径9.52
mmの管を用いた場合に、バイパス配管9には、外径
6.4mmの管を用いる。なお、この冷媒回路において
は、冷媒は非共沸の混合冷媒HFC407Cを用いる。
る。図1の冷媒回路において、暖房運転時において余剰
分はバイパス配管7を介して冷媒量調整用タンク8に流
れ込み、冷房運転時には冷媒量調整用タンク8から流れ
出す冷媒が不足分を補う点は、従来の技術を示す図4の
冷媒回路と同じである。異なる点は、暖房運転時に、冷
媒回路の主配管におけるバイパス配管9取付位置の圧力
がバイパス配管7取付位置の圧力より低いことを利用し
て、冷媒量調整用タンク8の上部に設けられた逆止弁1
0を有するバイパス配管9を通じ、冷媒量調整用タンク
8に溜まった冷媒の一部を、常時、冷媒回路に戻してい
る点である。
まった状態で運転を停止しているものと想定する。この
とき、アキュムレータ6内部に溜まった冷媒液は、その
成分の内で最も凝縮しやすいHFC134aが多い組成
となっている。したがって、アキュムレータ6を除いた
冷媒回路内の冷媒は、残りの成分であるHFC32及び
HFC125が多い組成となっている。したがって、こ
の状態で暖房運転を開始すると、冷媒量調整用タンク8
に流れ込む余剰冷媒液もHFC32及びHFC125が
多い組成である。一方、HFC134aを多く含むアキ
ュムレータ6内の液冷媒が蒸発して冷媒回路内を流れる
ので、冷媒量調整用タンク8を除く冷媒回路内の冷媒は
HFC134aが多い組成となる。ここで、冷媒回路の
主配管におけるバイパス配管7とバイパス配管9の取付
位置の圧力差を利用して、冷媒量調整用タンク8に溜ま
ったHFC32及びHFC125が多い組成の冷媒液の
一部は、冷媒量調整用タンク8の上部に設けられた逆止
弁10を有するバイパス配管9を通じて冷媒回路に戻さ
れるので、時間経過と共にHFC134aが多い組成の
冷媒と混じり合い、運転安定時には冷媒回路内の冷媒は
標準組成に戻る。このとき、バイパス配管9を通じて冷
媒回路に戻される冷媒量は、バイパス配管9の径をバイ
パス配管7よりも小さくすることで調整し、暖房運転安
定時において冷媒量調整用タンク8に一定量の余剰冷媒
を確保できるように設定する。
ってない状態で運転を停止しているものと想定する。こ
のとき、冷媒回路内の冷媒は標準組成である。この状態
で暖房運転を開始すると、始動時の過渡的状態において
は、水側熱交換器5において、凝縮し易いHFC134
aが他の成分であるHFC32及びHFC125よりも
先に液化するので、冷媒量調整用タンク8に流れ込む余
剰冷媒液はHFC134aが多い傾向となる。ここで、
冷媒回路の主配管におけるバイパス配管7とバイパス配
管9の取付位置の圧力差を利用して、冷媒量調整用タン
ク8の上部に設けられた逆止弁10を有するバイパス配
管9を通じ、冷媒量調整用タンク8に溜まった冷媒の一
部は、膨張弁4の直前で冷媒回路に戻されるので、HF
C134aが多い組成の冷媒液の一部は冷媒回路に戻
り、HFC32、HFC125が多い組成の冷媒と混じ
り合い、運転安定時には冷媒回路内の冷媒は標準組成に
戻る。
ク8のガス抜きの役目を果たすので、暖房運転時に余剰
冷媒液を冷媒量調整用タンク8に溜める際に、バイパス
配管7を介して円滑に流し込むことができる。なお、こ
の効果については、非共沸の混合冷媒に限らず、単一冷
媒及び共沸冷媒であっても同様に得られる。
冷房運転時に必要とする冷媒量の差が顕著なヒートポン
プチラーに関して述べているが、四方弁で冷媒の流れを
変えることができる他の空調機器にもこの発明を適用で
きることは、言うまでもない。
ねる第1の熱交換器と、膨張弁と、凝縮器と蒸発器の役
割を兼ねる第2の熱交換器と、アキュムレータとを冷媒
配管により接続した冷媒回路において、前記膨張弁と前
記第2の熱交換器との間の冷媒配管に、第1のバイパス
用配管を取り付け、この第1のバイパス用配管に冷媒量
調整用タンクを接続し、前記膨張弁と前記第2の熱交換
器との間の冷媒配管のうち、前記第1のバイパス用配管
の取り付け位置よりも膨張弁側に第2のバイパス用配管
を取り付け、この第2のバイパス用配管に逆止弁を設
け、さらに前記冷媒量調整タンクに接続させたので、こ
の第2のバイパス用配管が冷媒量調整用タンクのガス抜
きの役目を果たし、暖房運転時に余剰冷媒液を冷媒量調
整用タンクに溜める際に、円滑に冷媒を流し込むことが
できる。
第2のバイパス用配管を通じて暖房運転時に流れ込んだ
液の一部を常時循環させることにより、一時的に標準組
成と成分比率が異なる冷媒が冷媒量調整用タンクに溜ま
り込むことにより、冷媒回路中の冷媒組成が変化して
も、定常運転時には標準組成に戻すことができる。
バイパス用配管の径よりも小径であることにより、暖房
運転時に冷媒量調整用タンクから第2のバイパス用配管
を通じて冷媒回路へ戻す冷媒量を調整し、定常運転時に
は冷媒量調整用タンク内の冷媒量を一定に保つことがで
きる。
ーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
号公報記載の基本的な冷媒回路の一例である。
路を説明するp−h線図である。
ラーにおける基本的な冷媒回路の一例である。
4 膨張弁、 5 水側熱交換器、 6 アキュムレー
タ、 7 バイパス配管、 8 冷媒量調整用タンク、
9 バイパス配管、 10 逆止弁。
Claims (3)
- 【請求項1】 圧縮機と、四方弁と、凝縮器と蒸発器の
役割を兼ねる第1の熱交換器と、膨張弁と、凝縮器と蒸
発器の役割を兼ねる第2の熱交換器と、アキュムレータ
とを冷媒配管により接続した冷媒回路において、前記膨
張弁と前記第2の熱交換器との間の冷媒配管に、第1の
バイパス用配管を取り付け、この第1のバイパス用配管
に冷媒量調整用タンクを接続し、前記膨張弁と前記第2
の熱交換器との間の冷媒配管のうち、前記第1のバイパ
ス用配管の取り付け位置よりも膨張弁側に第2のバイパ
ス用配管を取り付け、この第2のバイパス用配管に逆止
弁を設け、さらに、前記冷媒量調整タンクに接続させた
ことを特徴とする冷媒回路。 - 【請求項2】 使用する冷媒が混合冷媒であることを特
徴とする請求項1に記載の冷媒回路。 - 【請求項3】 第2のバイパス用配管の径が第1のバイ
パス用配管の径よりも小径であることを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の冷媒回路。
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