JP2008215747A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は空気調和機に関し、特に二酸化炭素を主成分として含む冷媒を用いた空気調和機に関する。 The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to an air conditioner using a refrigerant containing carbon dioxide as a main component.
従来から、二酸化炭素を主成分として含む冷媒を用いた給湯機が提案されている。かかる給湯機は、圧縮機、放熱器、膨張機構及び蒸発器で構成されている。冷媒は、圧縮機、放熱器、膨張機構及び蒸発器をこの順に流れる。そして、放熱器において、冷媒から給湯用の水へと熱が伝達され、当該水が温められる。 Conventionally, a water heater using a refrigerant containing carbon dioxide as a main component has been proposed. Such a water heater includes a compressor, a radiator, an expansion mechanism, and an evaporator. The refrigerant flows through the compressor, the radiator, the expansion mechanism, and the evaporator in this order. In the radiator, heat is transmitted from the refrigerant to the water for hot water supply, and the water is warmed.
ところで、放熱器において冷媒と熱交換する対象を、給湯用の水から空気へと変更することで、当該空気を温めることができる。よって、上記給湯機の技術を用いた空気調和機が提案されている。 By the way, the air can be warmed by changing the object to be heat-exchanged with the refrigerant in the radiator from water for hot water supply to air. Therefore, an air conditioner using the hot water heater technology has been proposed.
なお、本発明に関連する技術を以下に示す。
しかし、上記給湯機を運転する際の条件、例えば圧縮機の圧力等の条件を、そのまま空気調和機に適用すると、空気調和機の効率、特にエネルギー消費効率が低下するおそれがある。 However, if the conditions for operating the water heater, such as the compressor pressure, are applied to the air conditioner as they are, the efficiency of the air conditioner, particularly the energy consumption efficiency, may be reduced.
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、空気調和機におけるエネルギー消費効率を高めることが目的とされる。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and it aims at improving the energy consumption efficiency in an air conditioner.
第1の発明にかかる空気調和機は、圧縮機と、放熱器と、蒸発器と、膨張機構とを備える。圧縮機は、二酸化炭素を主成分として含む冷媒を圧縮する。放熱器は、圧縮機の吐出側に接続される一端と、他端とを有する。蒸発器は、圧縮機の吸入側に接続される一端と、他端とを有する。膨張機構は、放熱器の他端と、蒸発器の他端との間に接続される。放熱器において冷媒との間で熱交換する空気に放熱器が与える熱量(単位はkW)の、圧縮機の1回転あたりの冷媒の吐出量(単位はcm3)に対する比は、1.1以上1.3以下である。 An air conditioner according to a first invention includes a compressor, a radiator, an evaporator, and an expansion mechanism. The compressor compresses a refrigerant containing carbon dioxide as a main component. The radiator has one end connected to the discharge side of the compressor and the other end. The evaporator has one end connected to the suction side of the compressor and the other end. The expansion mechanism is connected between the other end of the radiator and the other end of the evaporator. The ratio of the amount of heat (unit: kW) given by the radiator to the air that exchanges heat with the refrigerant in the radiator to the refrigerant discharge amount (unit: cm 3 ) per rotation of the compressor is 1.1 or more. 1.3 or less.
第2の発明にかかる空気調和機は、圧縮機と、放熱器と、蒸発器と、膨張機構とを備える。圧縮機は、二酸化炭素を主成分として含む冷媒を圧縮する。放熱器は、圧縮機の吐出側に接続される一端と、他端とを有する。蒸発器は、圧縮機の吸入側に接続される一端と、他端とを有する。膨張機構は、放熱器の他端と、蒸発器の他端との間に接続される。蒸発器において冷媒との間で熱交換する空気から蒸発器が得る熱量(単位はkW)の、圧縮機の1回転あたりの冷媒の吐出量(単位はcm3)に対する比は、0.6以上0.9以下である。 An air conditioner according to a second invention includes a compressor, a radiator, an evaporator, and an expansion mechanism. The compressor compresses a refrigerant containing carbon dioxide as a main component. The radiator has one end connected to the discharge side of the compressor and the other end. The evaporator has one end connected to the suction side of the compressor and the other end. The expansion mechanism is connected between the other end of the radiator and the other end of the evaporator. The ratio of the amount of heat (unit: kW) obtained by the evaporator from the air that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator to the amount of refrigerant discharged (unit: cm 3 ) per one rotation of the compressor is 0.6 or more 0.9 or less.
第3の発明にかかる空気調和機は、第1または第2の発明の空気調和機であって、圧縮機の吐出側の圧力が、8(MPa)以上10(MPa)以下である。 An air conditioner according to a third aspect is the air conditioner according to the first or second aspect, wherein the pressure on the discharge side of the compressor is 8 (MPa) or more and 10 (MPa) or less.
第4の発明にかかる空気調和機は、第1乃至第3のいずれか一つの発明の空気調和機であって、圧縮機の吸入側の圧力が、2.5(MPa)以上6.5(MPa)以下である。 An air conditioner according to a fourth invention is the air conditioner according to any one of the first to third inventions, wherein the pressure on the suction side of the compressor is 2.5 (MPa) or more and 6.5 ( MPa) or less.
第5の発明にかかる空気調和機は、第1乃至第4の発明のいずれか一つの空気調和機であって、圧縮機はモータを備える。モータは、固定子と回転子とを有する。回転子の回転軸に沿う方向についてのモータの長さの、固定子の外径に対する比は0.8以上である。 An air conditioner according to a fifth invention is any one of the first to fourth inventions, and the compressor includes a motor. The motor has a stator and a rotor. The ratio of the length of the motor in the direction along the rotation axis of the rotor to the outer diameter of the stator is 0.8 or more.
第6の発明にかかる空気調和機は、第1乃至第5の発明のいずれか一つの空気調和機であって、圧縮機はモータを備える。モータは、固定子と回転子とを有する。回転子の回転軸に沿う方向についてのモータの長さの、回転子の外径に対する比は1.4以上である。 An air conditioner according to a sixth aspect of the present invention is the air conditioner according to any one of the first to fifth aspects, wherein the compressor includes a motor. The motor has a stator and a rotor. The ratio of the length of the motor in the direction along the rotation axis of the rotor to the outer diameter of the rotor is 1.4 or more.
第7の発明にかかる空気調和機は、第5または第6の発明の空気調和機であって、圧縮機は、モータによって回転されるクランク軸を更に備える。クランク軸の外径の、回転子の外径に対する比は0.32以上である。 An air conditioner according to a seventh aspect is the air conditioner according to the fifth or sixth aspect, wherein the compressor further includes a crankshaft rotated by a motor. The ratio of the outer diameter of the crankshaft to the outer diameter of the rotor is 0.32 or more.
第1の発明にかかる空気調和機によれば、熱量の吐出量に対する比が小さいので、圧縮機の定格回転数が小さくても、放熱器において空気に所望の熱量を与えることができ、以って空気調和機において所望の冷房または暖房の能力が得られる。しかも、定格回転数を小さくすることで、空気調和機におけるエネルギー消費効率(COP)を高めることができる。 According to the air conditioner of the first invention, since the ratio of the amount of heat to the discharge amount is small, even if the rated rotational speed of the compressor is small, a desired amount of heat can be given to the air in the radiator. Thus, a desired cooling or heating capability can be obtained in the air conditioner. Moreover, energy consumption efficiency (COP) in the air conditioner can be increased by reducing the rated rotational speed.
第2の発明にかかる空気調和機によれば、熱量の吐出量に対する比が小さいので、圧縮機の定格回転数が小さくても、蒸発器において空気から所望の熱量を得ることができ、以って空気調和機において所望の冷房または暖房の能力が得られる。しかも、定格回転数を小さくすることで、空気調和機におけるエネルギー消費効率(COP)を高めることができる。 According to the air conditioner of the second invention, since the ratio of the amount of heat to the discharge amount is small, a desired amount of heat can be obtained from the air in the evaporator even if the rated rotational speed of the compressor is small. Thus, a desired cooling or heating capability can be obtained in the air conditioner. Moreover, energy consumption efficiency (COP) in the air conditioner can be increased by reducing the rated rotational speed.
第3または第4の発明にかかる空気調和機によれば、空気調和機をより効率良く運転することができる。 According to the air conditioner pertaining to the third or fourth invention, the air conditioner can be operated more efficiently.
第5または第6の発明にかかる空気調和機によれば、モータの径を大きくせずに、モータ出力を高めることができ、以って圧縮機の1回転あたりの冷媒の吐出量を大きくすることができる。よって、圧縮機の径を大きくせずに、放熱器において空気に与えられる熱量の、圧縮機に吐出量に対する比を小さくできる。 According to the air conditioner pertaining to the fifth or sixth aspect of the invention, the motor output can be increased without increasing the diameter of the motor, thereby increasing the refrigerant discharge amount per rotation of the compressor. be able to. Therefore, the ratio of the amount of heat given to the air in the radiator to the amount discharged to the compressor can be reduced without increasing the diameter of the compressor.
第7の発明にかかる空気調和機によれば、モータの回転軸に沿う方向についての長さを大きくすることでクランク軸が長くなっても、クランク軸が撓みにくい。 According to the air conditioner pertaining to the seventh aspect of the invention, even if the crankshaft is lengthened by increasing the length in the direction along the rotation axis of the motor, the crankshaft is not easily bent.
<空気調和機の構成>
図1は、本発明の実施の形態にかかる空気調和機を概念的に示す図である。当該空気調和機は、圧縮機1、放熱器2、膨張機構3及び蒸発器4を備える。圧縮機1、放熱器2、膨張機構3及び蒸発器4は、この順に配管5によって環状に接続される。配管5内には、二酸化炭素を主成分として含む冷媒が、矢印111の方向へと流れる。換言すれば、冷媒は圧縮機1、放熱器2、膨張機構3及び蒸発器4をこの順に循環する。
<Configuration of air conditioner>
FIG. 1 is a diagram conceptually showing an air conditioner according to an embodiment of the present invention. The air conditioner includes a
具体的には、圧縮機1は、吸入側11から吸入された冷媒を圧縮して、吐出側12から排出する。放熱器2は一端21と他端22とを有し、当該一端21は圧縮機1の吐出側12に接続される。蒸発器4は一端41と他端42を有し、当該一端41は圧縮機1の吸入側11に接続される。膨張機構3は、放熱器2の他端22と、蒸発器4の他端42との間に接続される。
Specifically, the
図2は、二酸化炭素の主成分として含む冷媒の状態を、エンタルピと圧力との関係で示す。具体的には図2では、臨界点CP、飽和蒸気線101、飽和液線102、境界線103,104が示されている。飽和蒸気線101は、気体と液体とが混合した状態(以下、「気液混合状態」という。)と、気体の状態との境界を示す。飽和液線102は、気液混合状態と液体の状態との境界を示す。境界線103は、臨界点CPを通る等温線であって、臨界点CPよりエンタルピが小さいところでは、液体の状態と超臨界状態との境界を示す。境界線104は、臨界点CPからエンタルピの大きい方へと延びる等圧線であって、気体の状態と超臨界状態との境界を示す。以下では図2を用いて、循環する冷媒の状態を説明する。
FIG. 2 shows the state of the refrigerant contained as the main component of carbon dioxide in relation to enthalpy and pressure. Specifically, in FIG. 2, a critical point CP, a
圧縮機1は、気体の状態(状態A)にある冷媒を、圧縮して超臨界状態(状態B)へと転移させる。超臨界状態にある冷媒は、その温度や圧力を潜熱なしに変化させることができる。よって、超臨界状態にある冷媒からは、熱を効率よく得ることができる。
The
放熱器2は、自身に流入した冷媒の熱を外部の空気へと伝達することで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを低下させる。これにより放熱器2は、超臨界状態(状態B)にある冷媒を液体の状態(状態C)へと転移させる。このとき、エンタルピの変化量とほぼ等しい熱量Qが、放熱器2から空気へと与えられる。超臨界状態にある冷媒からは熱が効率良く得られるので、放熱器2において外部の空気を効率よく暖めることができる。
The
膨張機構3は、放熱器2側から流れ込む冷媒の圧力を低下させることで、液体の状態(状態C)にある冷媒を気液混合状態(状態D)へと転移させる。このとき、膨張機構3の通過の前後での冷媒のエンタルピはほとんど変化しない。
The
蒸発器4は、自身に流入した冷媒へと外部の空気から熱を伝達することで、圧力をほとんど変化させずに当該冷媒のエンタルピを上昇させる。これにより蒸発器4は、気液混合状態(状態D)にある冷媒を気体の状態(状態A)へと転移させる。このとき、外部の空気から得た熱のほとんどは、潜熱として冷媒の状態変化に用いられる。
The
上述した空気調和機によれば、効率良く空気を調和することができる。具体的には、放熱器2において空気を暖めることができ、蒸発器4において空気を冷やすことができる。よって図1に示されるように、放熱器2を室外に、蒸発器4を室内にそれぞれ設置した場合には、当該空気調和機を冷房機として機能させることができる。
According to the air conditioner described above, air can be harmonized efficiently. Specifically, air can be warmed in the
他方、放熱器2を室内に、蒸発器4を室外に設置することで、当該空気調和機を暖房機として機能させることができる。
On the other hand, by installing the
図3は、冷房と暖房の両方を実行できる空気調和機を概念的に示す。当該空気調和機は、圧縮機1、熱交換器61,62、膨張機構3及び切替弁8を備える。圧縮機1及び膨張機構3の機能は、上述したのと同じであるので説明を省略する。
FIG. 3 conceptually shows an air conditioner that can perform both cooling and heating. The air conditioner includes a
熱交換器61,62はいずれも、外部の空気と冷媒との間で熱の交換を行う。具体的には、熱交換器61,62の一方は、冷媒から外部の空気へと熱を伝達する放熱器2として機能し、他方は、外部の空気から冷媒へと熱を伝達する蒸発器4として機能する。なお、図3では、熱交換器61は室外に、熱交換器62は室内にそれぞれ設定されている。
Both of the
切替弁8は、端子81〜84を有し、端子81と端子84とを連通させ、かつ端子82と端子83とを連通させる態様(態様a)と、端子81と端子82とを連通させ、かつ端子83と端子84とを連通させる態様(態様b)とを、交互に切り替えることができる。
The switching
端子81は、圧縮機1の吸入側11に接続される。端子82は、熱交換器61の一端611に接続される。端子83は、圧縮機1の吐出側12に接続される。端子84は、熱交換器62の一端621に接続される。
The terminal 81 is connected to the
膨張機構3は、熱交換器61の他端612と、熱交換器62の他端622との間に接続される。
The
かかる空気調和機によれば、切替弁8を態様aに切り替えることで、冷媒は矢印111の方向へと流れ、熱交換器61を放熱器2として機能させ、熱交換器62を蒸発器4として機能させることができる。すなわち、空気調和機は冷房機として機能する。
According to this air conditioner, by switching the switching
他方、切替弁8を態様bに切り替えることで、冷媒は矢印112の方向へと流れ、熱交換器61を蒸発器4として機能させ、熱交換器62を放熱器2として機能させることができる。すなわち、空気調和機を暖房機として機能させることができる。
On the other hand, by switching the switching
<空気調和機を運転する際の条件>
図4は、空気調和機を運転する際の条件と、その条件で運転した場合のエネルギー消費効率(COP)を示す。図4では当該条件として、システム高圧P1(MPa)、システム低圧P2(MPa)、圧縮比P1/P2、定格加熱能力Q1(kW)、圧縮機排除容積E(cm3/rev )、及び比Q1/Eのそれぞれの値が、四通り示されている(条件1〜条件4)。
<Conditions for operating the air conditioner>
FIG. 4 shows the conditions for operating the air conditioner and the energy consumption efficiency (COP) when operating under those conditions. In FIG. 4, the system high pressure P1 (MPa), the system low pressure P2 (MPa), the compression ratio P1 / P2, the rated heating capacity Q1 (kW), the compressor displacement volume E (cm 3 / rev), and the ratio Q1 Each value of / E is shown in four ways (
ここで、システム高圧P1は、圧縮機1の吐出側12の圧力であって、状態B(図2)にある冷媒の圧力である。システム低圧P2は、圧縮機1の吸入側11の圧力であって、状態A(図2)にある冷媒の圧力である。圧縮比P1/P2は、圧力P1の圧力P2に対する比である。定格加熱能力Q1は、放熱器2において空気に与えられる熱量である。圧縮機排除容積Eは、圧縮機1の1回転あたりの冷媒の吐出量である。比Q1/Eは、定格加熱能力Q1と圧縮排除容積Eに対する比である。
Here, the system high pressure P1 is the pressure on the
図4では、上述した空気調和機の運転に適した条件を条件4に例示しており、条件1〜3と比較している。
In FIG. 4, the conditions suitable for the operation | movement of the air conditioner mentioned above are illustrated in the
条件1及び条件2には、上述した空気調和機と同じ構成を有する給湯機を運転するのに適した条件が例示されている。すなわち、条件1では、システム高圧P1が12.0(MPa)、システム低圧P2が4.0(MPa)、圧縮比P1/P2が3.0、定格加熱能力Q1が6.0(kW)、圧縮機排除容積Eが4.5(cm3/rev)、比Q1/Eが1.33であり、このときの給湯機のシステムCOPは4.17である。条件2では、システム高圧P1が12.0(MPa)、システム低圧P2が4.0(MPa)、圧縮比P1/P2が3.0、定格加熱能力Q1が4.5(kW)、圧縮機排除容積Eが3.3(cm3/rev)、比Q1/Eが1.36であり、このときの給湯機のシステムCOPは3.46である。
なお、条件1及び条件2はいずれも、所定の環境及び所望の水温において設定されたものである。具体的には、給湯機が設置された位置での乾球温度(DB)及び湿球温度(WB)がそれぞれ16(℃)及び12(℃)の場合であって、水温を17(℃)から65(℃)まで高める場合において、条件1及び条件2は設定されている。
条件3は、空気調和機を運転する際に試験的に用いた条件であり、比Q1/Eには、条件1及び条件2の比Q1/Eよりも大きい値が採用されている。具体的には、システム高圧P1が10.0(MPa)、システム低圧P2が4.5(MPa)、圧縮比P1/P2が2.2、定格加熱能力Q1が20.0(kW)、圧縮機排除容積Eが12.1(cm3/rev)、比Q1/Eが1.65である。
なお、条件3は、所定の環境及び所望の室温において設定されたものである。具体的には、室外の空気の乾球温度(DB)及びが湿球温度(WB)がそれぞれ35(℃)及び24(℃)の場合にであって、室内の空気の乾球温度(DB)及びが湿球温度(WB)をそれぞれ27(℃)及び19(℃)にする場合において、条件3は設定されたものである。条件4についても同様であり、また後述する条件5及び条件6(図7)についても同様である。
The
ところで空気調和機においては、システム高圧P1が8(MPa)以上10(MPa)以下であり、システム低圧P2が2.5(MPa)以上6.5(MPa)以下であることが、当該空気調和機の運転効率を高めることができる点で望ましい。よって、条件3では、システム高圧P1に10.0(MPa)が、システム低圧P2に4.5(MPa)が採用されている。なお、条件4においても同様であり、また後述す条件5及び条件6(図7)についても同様である。
By the way, in the air conditioner, the system high pressure P1 is 8 (MPa) or more and 10 (MPa) or less, and the system low pressure P2 is 2.5 (MPa) or more and 6.5 (MPa) or less. It is desirable in that the operation efficiency of the machine can be increased. Therefore, in
空気調和機を条件3で運転した場合、空気調和機のシステムCOPは3.57となり(図4)、条件1で運転した給湯機よりもシステムCOPが低下することがわかる。
When the air conditioner is operated under
一方、条件4では、条件3において定格加熱能力Q1を19.0(kW)、圧縮機排除容積Eを16.5(cm3/rev)とすることで、比Q/Eを1.15としている。すなわち、条件4の比Q1/Eには、条件1及び条件2の比Q1/Eよりも小さい値が採用されている。
On the other hand, in the
かかる条件4では、空気調和機のシステムCOPは3.80となり、条件3で空気調和機を運転した場合のシステムCOPに比べて大きくなる。以下、この理由を説明する。
Under the
図5は、圧縮比P1/P2が3.0のときの(給湯機の条件である条件1または条件2)、回転数と圧縮機1の効率との関係をグラフで示す。図6は、圧縮比P1/P2が2.2のときの(空気調和機の条件である条件3または条件4)、回転数と圧縮機1の効率との関係をグラフで示す。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotational speed and the efficiency of the
図5では、回転数が大きくなっても圧縮機1の効率はほとんど低下しない。一方、図6では、回転数が大きくなるに従って、圧縮機1の効率が低下している。
In FIG. 5, the efficiency of the
ところで、比Q1/Eが大きい場合、空気調和機において所望の冷房または暖房の能力を得るためには、回転数を大きくする必要がある。他方、比Q1/Eが小さい場合、空気調和機において当該能力を得るためには、回転数は小さくて良い。 By the way, when the ratio Q1 / E is large, it is necessary to increase the rotational speed in order to obtain a desired cooling or heating capability in the air conditioner. On the other hand, when the ratio Q1 / E is small, the rotational speed may be small in order to obtain the capability in the air conditioner.
具体的には、比Q1/Eが1.65である場合(条件3)には、空気調和機において所望の冷房または暖房の能力を得るための回転数、すなわち定格回転数は80〜90(rps)である。他方、比Q1/Eが1.15である場合(条件4)には、定格回転数は60〜70(rps)である。 Specifically, when the ratio Q1 / E is 1.65 (condition 3), the rotational speed for obtaining a desired cooling or heating capability in the air conditioner, that is, the rated rotational speed is 80 to 90 ( rps). On the other hand, when the ratio Q1 / E is 1.15 (condition 4), the rated rotational speed is 60 to 70 (rps).
条件1または条件2のように圧縮比P1/P2が3.0のときであれば、定格回転数が80〜90(rps)であっても、圧縮機1において70%程度の効率が得られる(図5)。しかし、条件3のように圧縮比P1/P2が2.2のときに、定格回転数が80〜90(rps)であると、圧縮機1において65(%)程度の効率しか得られない(図6)。
If the compression ratio P1 / P2 is 3.0 as in
条件4のように比Q1/Eを小さくして、定格回転数を60〜70(rps)まで小さくすることで、圧縮比P1/P2が2.2のときであっても、圧縮機1の効率を70(%)以上に高めることができる(図6)。よって、空気調和機のシステムCOPも高まる。
Even if the compression ratio P1 / P2 is 2.2 by reducing the ratio Q1 / E as in
比Q1/Eを小さくすることで定格回転数を小さくするという観点からは、比Q1/Eは1.3以下であることが望ましい。比Q1/Eを小さくすることで定格回転数は小さくなるが、小さくなりすぎると圧縮機1の効率が低下する可能性がある。よって、比Q1/Eは1.1以上であることが望ましい。
From the viewpoint of reducing the rated rotational speed by reducing the ratio Q1 / E, the ratio Q1 / E is desirably 1.3 or less. By reducing the ratio Q1 / E, the rated rotational speed is reduced, but if it is too small, the efficiency of the
定格加熱能力Q1に替えて、蒸発器4において空気から得られる熱量である定格加熱能力Q2を用いて、空気調和機を運転する条件を設定しても良い。具体的に図7を用いて説明する。
The conditions for operating the air conditioner may be set using the rated heating capacity Q2 which is the amount of heat obtained from the air in the
図7には、条件として、システム高圧P1(MPa)、システム低圧P2(MPa)、圧縮比P1/P2、定格加熱能力Q2(kW)、圧縮機排除容積E(cm3/rev )、及び比Q2/Eのそれぞれの値が、二通り示されている(条件5及び条件6)。
In FIG. 7, the system high pressure P1 (MPa), the system low pressure P2 (MPa), the compression ratio P1 / P2, the rated heating capacity Q2 (kW), the compressor displacement volume E (cm 3 / rev), and the ratio are shown as conditions. Each value of Q2 / E is shown in two ways (
条件5は、空気調和機を運転する際に試験的に用いた条件である。具体的には、定格加熱能力Q2が14.0(kW)、圧縮機排除容積Eが11.1(cm3/rev)、比Q2/Eが1.26である。なお、システム高圧P1及びシステム低圧P2のそれぞれには、条件3及び条件4と同じ値が採用されており、条件6についても同様である。
比Q2/Eが1.26のときの定格回転数は80〜90(rps)であり、圧縮機1において65%程度の効率しか得ることができない(図6)。
When the ratio Q2 / E is 1.26, the rated rotational speed is 80 to 90 (rps), and the
一方、条件6では、条件5において定格加熱能力Q2を14.0(kW)、圧縮機排除容積Eを16.5(cm3/rev)とすることで、比Q2/Eを0.85としている。
On the other hand, in the
比Q2/Eが0.85のときの定格回転数は60〜70(rps)であり、圧縮機1において70(%)以上の効率が得られる(図6)。
When the ratio Q2 / E is 0.85, the rated rotational speed is 60 to 70 (rps), and the
以上より、比Q2/Eを小さくすることで、圧縮機1の効率を高めることができる。よって、空気調和機のシステムCOPを高めることができる。
From the above, the efficiency of the
比Q2/Eを小さくすることで定格回転数を小さくするという観点からは、比Q2/Eは0.9以下であることが望ましい。比Q2/Eを小さくすることで定格回転数は小さくなるが、小さくなりすぎると圧縮機1の効率が低下する可能性がある。よって、比Q2/Eは0.6以上であることが望ましい。
From the viewpoint of reducing the rated rotational speed by reducing the ratio Q2 / E, the ratio Q2 / E is desirably 0.9 or less. By reducing the ratio Q2 / E, the rated rotational speed is reduced, but if it is too small, the efficiency of the
<圧縮機1の構成>
図8は、圧縮機1を概念的に示す断面図である。圧縮機1は、モータ7、クランク軸74、軸受75及び圧縮室76を備える。モータ7は固定子71と回転子72とを有する。クランク軸74は、回転子72の回転軸73に沿って延び、その一端が回転子72に接続され、他端が軸受75に回転自在に支持されている。
<Configuration of
FIG. 8 is a sectional view conceptually showing the
圧縮室76には圧縮機1の吸入側11から冷媒が吸入される。圧縮室76内の冷媒は、クランク軸74の回転によって圧縮され、圧縮機1の吐出側12から排出される。
The refrigerant is sucked into the
回転軸73に沿う方向91についてのモータ7の長さLの、固定子71の外径r1に対する比L/r1は、0.8以上であることが望ましい。なぜなら、モータ7の径を大きくせずに、モータ7の長さLを大きくすることでモータ出力を高めることができ、以って圧縮機排除容積Eを大きくすることができるからである。換言すれば、圧縮機1の径を大きくせずに、比Q/Eを小さくすることができるからである。
The ratio L / r1 of the length L of the
圧縮機1の径を大きくせずに、比Q/Eを小さくするという観点からは、モータ7の長さLの、回転子72の外径r2に対する比L/r2を、1.4以上にしても良い。
From the viewpoint of reducing the ratio Q / E without increasing the diameter of the
モータ7の長さLが大きくなると、クランク軸74は回転軸73に沿って長くなるので、クランク軸74は撓みやすくなる。クランク軸74の撓みを低減するためには、クランク軸74の外径r3の、回転子72の外径r2に対する比r3/r2を0.32以上にすることが望ましい。
When the length L of the
図9は、空気調和機に用いられる圧縮機1について、モータ7の寸法等を条件F3に例示している。図9では、圧縮機1のパイプ15の内径(以下、「パイプ内径」という。)(mm)及びシリンダ容積(cm3/rev)、モータ7の最大トルク(N・m)及び長さL(mm)、固定子71の外径r1(mm)、回転子72の外径r2(mm)、クランク軸74の外径r3(mm)、並びに比L/r1,L/r2,r3/r2のそれぞれの値が示されている。なお、固定子71は、例えば圧入によってパイプ15内に固定されるため、パイプ15の内径と、固定子71の外径とはほぼ等しい。
FIG. 9 illustrates the dimensions of the
条件3Fでは、パイプ内径が125(mm)、シリンダ容積が16.5(cm3/rev)、モータ7の最大トルクが18(N・m)、長さLが110(mm)、外径r1が125(mm)、外径r2が65(mm)、外径r3が22(mm)である。そして、比L/r1は0.88、比L/r2は1.69、比r3/r2は0.34である。
Under condition 3F, the inner diameter of the pipe is 125 (mm), the cylinder volume is 16.5 (cm 3 / rev), the maximum torque of the
なお図9には、条件F3との比較のために、給湯機に用いられる圧縮機1に関する寸法等も条件F1及び条件F2に、それぞれ示されている。
In FIG. 9, for comparison with the condition F3, dimensions and the like related to the
条件F1では、パイプ内径が112(mm)、シリンダ容積が4.2(cm3/rev)、モータ7の最大トルクが6(N・m)、長さLが70(mm)、外径r1が112(mm)、外径r2が55(mm)、外径r3が16(mm)である。そして、比L/r1は0.625、比L/r2は1.27、比r3/r2は0.29である。
In condition F1, the inner diameter of the pipe is 112 (mm), the cylinder volume is 4.2 (cm 3 / rev), the maximum torque of the
条件F2では、パイプ内径が125(mm)、シリンダ容積が11.1(cm3/rev)、モータ7の最大トルクが15(N・m)、長さLが90(mm)、外径r1が125(mm)、外径r2が65(mm)、外径r3が20(mm)である。そして、比L/r1は0.72、比L/r2は1.38、比r3/r2は0.31である。
In condition F2, the inner diameter of the pipe is 125 (mm), the cylinder volume is 11.1 (cm 3 / rev), the maximum torque of the
1 圧縮機
2 放熱器
3 膨張機構
4 蒸発器
7 モータ
11 吸入側
12 吐出側
21,41 一端
22,42 他端
71 固定子
72 回転子
73 回転軸
74 クランク軸
91 方向
741 部分
Q1,Q2 定格加熱能力(熱量)
E 圧縮機排除容積(吐出量)
P1 システム高圧(吐出側の圧力)
P2 システム低圧(吸入側の圧力)
L 長さ
r1,r2,r3 外径
DESCRIPTION OF
E Excluded compressor capacity (discharge amount)
P1 System high pressure (pressure on the discharge side)
P2 system low pressure (pressure on suction side)
L length r1, r2, r3 outer diameter
Claims (7)
前記圧縮機の吐出側(12)に接続される一端(21)と、他端(22)とを有する放熱器(2)と、
前記圧縮機の吸入側(11)に接続される一端(41)と、他端(42)とを有する蒸発器(4)と、
前記放熱器の前記他端と、前記蒸発器の前記他端との間に接続される膨張機構(3)と
を備え、
前記放熱器において前記冷媒との間で熱交換する空気に前記放熱器が与える熱量(Q1)(単位はkW)の、前記圧縮機の1回転あたりの前記冷媒の吐出量(E)(単位はcm3)に対する比(Q1/E)が、1.1以上1.3以下である、空気調和機。 A compressor (1) for compressing a refrigerant containing carbon dioxide as a main component;
A radiator (2) having one end (21) connected to the discharge side (12) of the compressor and the other end (22);
An evaporator (4) having one end (41) connected to the suction side (11) of the compressor and the other end (42);
An expansion mechanism (3) connected between the other end of the radiator and the other end of the evaporator;
The amount of heat (Q1) (unit is kW) given by the radiator to the air that exchanges heat with the refrigerant in the radiator, and the discharge amount (E) of the refrigerant per rotation of the compressor (unit: cm 3 ), an air conditioner having a ratio (Q1 / E) of 1.1 or more and 1.3 or less.
前記圧縮機の吐出側(12)に接続される一端(21)と、他端(22)とを有する放熱器(2)と、
前記圧縮機の吸入側(11)に接続される一端(41)と、他端(42)とを有する蒸発器(4)と、
前記放熱器の前記他端と、前記蒸発器の前記他端との間に接続される膨張機構(3)と
を備え、
前記蒸発器において前記冷媒との間で熱交換する空気から前記蒸発器が得る熱量(Q2)(単位はkW)の、前記圧縮機の1回転あたりの前記冷媒の吐出量(E)(単位はcm3)に対する比(Q2/E)が、0.6以上0.9以下である、空気調和機。 A compressor (1) for compressing a refrigerant containing carbon dioxide as a main component;
A radiator (2) having one end (21) connected to the discharge side (12) of the compressor and the other end (22);
An evaporator (4) having one end (41) connected to the suction side (11) of the compressor and the other end (42);
An expansion mechanism (3) connected between the other end of the radiator and the other end of the evaporator;
The amount of heat (Q2) (unit: kW) that the evaporator obtains from the air that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator, the discharge amount (E) of the refrigerant per revolution of the compressor (unit: cm 3 ) (Q2 / E) is an air conditioner having a ratio of 0.6 to 0.9.
前記回転子の回転軸(73)に沿う方向(91)についての前記モータの長さ(L)の、前記固定子の外径(r1)に対する比(L/r1)が0.8以上である、請求項1乃至請求項4のいずれか一つに記載の空気調和機。 The compressor (1) includes a motor (7) having a stator (71) and a rotor (72),
The ratio (L / r1) of the motor length (L) to the outer diameter (r1) of the stator in the direction (91) along the rotation axis (73) of the rotor is 0.8 or more. The air conditioner according to any one of claims 1 to 4.
前記回転子の回転軸(73)に沿う方向(91)についての前記モータの長さ(L)の、前記回転子の外径(r2)に対する比(L/r2)が1.4以上である、請求項1乃至請求項5のいずれか一つに記載の空気調和機。 The compressor (1) includes a motor (7) having a stator (71) and a rotor (72),
The ratio (L / r2) of the motor length (L) to the outer diameter (r2) of the rotor in the direction (91) along the rotation axis (73) of the rotor is 1.4 or more. The air conditioner according to any one of claims 1 to 5.
前記クランク軸の外径(r3)の、前記回転子の外径(r2)に対する比(r3/r2)が0.32以上である、請求項5または請求項6記載の空気調和機。 The compressor (1) further comprises a crankshaft (74) rotated by the motor (7),
The air conditioner according to claim 5 or 6, wherein a ratio (r3 / r2) of the outer diameter (r3) of the crankshaft to the outer diameter (r2) of the rotor is 0.32 or more.
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