JP2008241192A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は冷凍サイクル装置に関し、特に冷凍サイクルの効率の向上に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to improving the efficiency of a refrigeration cycle.
従来の冷凍サイクル装置としては、例えば「第2圧縮機(12)から吐出された冷媒は、四路切換弁(13)を通過して熱源側熱交換器(14)に流入し、熱媒体と対向流の状態で熱交換を行って凝縮し、高圧圧力の液冷媒(図2の点5)となる。熱源側熱交換器(14)を流出した高圧圧力の液冷媒は、第1膨張弁(15)で減圧され、中間圧力の二相冷媒(図2の点4’)となって気液分離器(16)に流入する。中間圧力の二相冷媒は、気液分離器(16)においてガス冷媒(図2の点3’)と液冷媒(図2の点5’)とに分離され、ガス冷媒はガス配管(19)を通じて第2圧縮機(12)に吸入される。一方、液冷媒は第2膨張弁(17)で減圧され、低圧圧力の二相冷媒(図2の点6)となる。上記低圧冷媒は、利用側熱交換器(18)において、所定の熱媒体と対向流の状態で熱交換を行って蒸発し、低圧圧力のガス冷媒となる(図2の点1)。」(例えば特許文献1参照)というものが提案されている。
As a conventional refrigeration cycle apparatus, for example, “the refrigerant discharged from the second compressor (12) passes through the four-way switching valve (13) and flows into the heat source side heat exchanger (14), Heat exchange is performed in the counterflow state to condense and become a high-pressure liquid refrigerant (
近年、冷凍サイクルの効率の向上を目的とした冷媒回路が用いられるようになった。特に、環境問題に鑑み、非共沸冷媒の特性を積極的に活用した冷媒回路も多く用いられている。非共沸冷媒を用いた冷凍サイクルの効率を向上させる方法として、蒸発器の熱交換効率を向上させる方法がある(例えば特許文献1参照)。
蒸発器の熱交換効率を向上させるためには、蒸発器入り口の低温低圧二相状態の冷媒をできるだけ液状に近づける必要がある。このためには、膨張弁で減圧される前の高圧液冷媒の温度をできるだけ低下させる必要がある。従来の方法は、膨張弁前の高圧液冷媒を、中間圧に減圧した低温二相冷媒で冷却していた。したがって、膨張弁前の高圧液冷媒を、中間圧に減圧した低温二相冷媒の温度以下に冷却できないという問題があった。
In recent years, refrigerant circuits aimed at improving the efficiency of the refrigeration cycle have been used. In particular, in view of environmental problems, many refrigerant circuits that actively utilize the characteristics of non-azeotropic refrigerants are also used. As a method for improving the efficiency of a refrigeration cycle using a non-azeotropic refrigerant, there is a method for improving the heat exchange efficiency of an evaporator (see, for example, Patent Document 1).
In order to improve the heat exchange efficiency of the evaporator, it is necessary to make the low-temperature low-pressure two-phase refrigerant at the inlet of the evaporator as close to liquid as possible. For this purpose, it is necessary to reduce the temperature of the high-pressure liquid refrigerant before being reduced by the expansion valve as much as possible. In the conventional method, the high-pressure liquid refrigerant before the expansion valve is cooled with a low-temperature two-phase refrigerant reduced to an intermediate pressure. Therefore, there is a problem that the high-pressure liquid refrigerant before the expansion valve cannot be cooled below the temperature of the low-temperature two-phase refrigerant reduced to the intermediate pressure.
この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、膨張弁前の高圧液冷媒を、中間圧に減圧した低温二相冷媒の温度以下に冷却できる冷凍サイクル装置を得ることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and by obtaining a refrigeration cycle apparatus capable of cooling the high-pressure liquid refrigerant before the expansion valve to a temperature equal to or lower than the temperature of the low-temperature two-phase refrigerant reduced to an intermediate pressure. is there.
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第1の減圧装置及び蒸発器が順次接続した冷凍サイクル装置において、前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスして、前記凝縮器と前記圧縮機内の圧縮室との間の冷媒に合流させる第1の副冷媒回路と、該第1の副冷媒回路に設けられた第2の減圧装置と、該第2の減圧装置で減圧された冷媒と、前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する第1のサブクーラと、該第1のサブクーラと前記第1の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスして、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒に合流させる第2の副冷媒回路と、該第2の副冷媒回路に設けられた第3の減圧装置と、該第3の減圧装置で減圧された冷媒と、前記第1のサブクーラと前記第1の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する第2のサブクーラとを備えたものである。 In the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, in the refrigeration cycle apparatus in which a compressor, a condenser, a first decompression device, and an evaporator are sequentially connected, a part of the refrigerant between the condenser and the first decompression device is provided. A first sub refrigerant circuit that bypasses and merges with the refrigerant between the condenser and the compression chamber in the compressor; a second decompression device provided in the first sub refrigerant circuit; A first subcooler for exchanging heat between the refrigerant decompressed by the second decompression device and the refrigerant between the condenser and the first decompression device; the first subcooler and the first decompression device; A second sub-refrigerant circuit that partially bypasses the refrigerant between the two and joins the refrigerant between the evaporator and the compressor, and a third decompressor provided in the second sub-refrigerant circuit The refrigerant decompressed by the third decompression device, the first subcooler, and the first reduction A refrigerant between the device is obtained and a second sub-cooler for exchanging heat.
この発明においては、凝縮器と第1の減圧装置との間に、第1のサブクーラと第2のサブクーラを備えたので、第1のサブクーラにおいて中間圧に減圧した低温二相冷媒によって冷却された第1の減圧装置前の高圧液冷媒を、さらに第2のサブクーラにおいて低圧に減圧した低温二相冷媒で冷却することができる。したがって、第1の減圧装置前の高圧液冷媒を、中間圧に減圧した低温二相冷媒の温度以下に冷却することができる。 In the present invention, since the first subcooler and the second subcooler are provided between the condenser and the first decompression device, the first subcooler is cooled by the low-temperature two-phase refrigerant decompressed to an intermediate pressure. The high-pressure liquid refrigerant before the first decompression device can be further cooled with the low-temperature two-phase refrigerant decompressed to a low pressure in the second subcooler. Therefore, the high-pressure liquid refrigerant before the first pressure reducing device can be cooled below the temperature of the low-temperature two-phase refrigerant reduced to the intermediate pressure.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の冷媒回路である。冷凍サイクル装置は、本発明の圧縮機に相当するインジェクション圧縮機11、本発明の凝縮器に相当する空気側熱交換器12、第1のサブクーラ13、本発明の第2の減圧装置に相当する第2の膨張弁14、本発明の第1の副冷媒回路に相当するインジェクション回路100、第2のサブクーラ15、本発明の第3の減圧装置に相当する第3の膨張弁16、電磁弁17、第2の副冷媒回路101、本発明の第1の減圧装置に相当する第1の膨張弁18、及び本発明の蒸発器に相当する水側熱交換器19で構成されている。インジェクション圧縮機11は例えばスクロール形式であり、インジェクションポート11aを介して圧縮室内にインジェクション回路100から供給される冷媒をインジェクションすることが可能な構造となっている。第2の膨張弁14及び第1の膨張弁18は例えば開度を可変に制御することができる電子膨張弁である。第3の膨張弁16は例えば温度式膨張弁であり、水側熱交換器19を出た低圧ガス冷媒の温度を感温部16aで検出し、この検出温度に応じて弁の開度が制御される。空気側熱交換器12は、送風機等で送風される外気と熱交換する例えばフィンチューブ型熱交換器である。水側熱交換器は、所定の冷房領域(例えば、室内や列車の車両内等)の冷房に用いられる熱冷媒(例えば水等)と対向流の状態で熱交換する例えば二重管式の熱交換器である。この冷凍サイクル装置の冷媒としては、例えばR407C等の非共沸混合冷媒が用いられている。なお、R410A等の擬似共沸混合冷媒、又はR22等の単一冷媒等を用いることもできる。
1 is a refrigerant circuit of a refrigeration cycle apparatus according to
また、冷凍サイクル装置には、制御装置401、圧縮機容量検知手段402、及び温度センサ403が設けられている。温度センサ403は、冷凍サイクル装置の周囲の外気温度Tを計測する。圧縮機容量検知手段402は、インジェクション圧縮機11の容量Qを計測する。制御装置401は、温度センサ403が計測した外気温度T、圧縮機容量検知手段402が計測したインジェクション圧縮機11の容量Q、設定温度T0及びインジェクション圧縮機11の設定容量Q0等の情報を格納する格納手段を有している。また、格納手段に格納されている情報等に基づき、インジェクション圧縮機11の回転数、第2の膨張弁14及び第1の膨張弁18の開度、及び電磁弁17の開閉等を制御する制御手段を有している。なお、この格納手段は制御装置401の外部に設けられてもよい。
Further, the refrigeration cycle apparatus is provided with a
始めに、本実施形態1の冷凍サイクル装置における冷凍サイクル動作について説明する。
図2は、本実施形態1の冷凍サイクル装置における冷凍サイクル動作を示すP−h線図の一例である。横軸は比エンタルピ[kJ/kg]、縦軸は冷媒圧力[MPa]となっている。図1及びこの図2を用いて冷凍サイクル動作について以下説明する。
First, the refrigeration cycle operation in the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment will be described.
FIG. 2 is an example of a Ph diagram illustrating the refrigeration cycle operation in the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment. The horizontal axis represents specific enthalpy [kJ / kg], and the vertical axis represents refrigerant pressure [MPa]. The refrigeration cycle operation will be described below with reference to FIG. 1 and FIG.
インジェクション圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒(状態1)は、空気側熱交換器12へ流入する。その後、空気側熱交換器12において外気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒(状態2)となる。空気側熱交換器12を出た高圧液冷媒は第1のサブクーラ13へ流入する。高圧液冷媒(状態2)は第1のサブクーラ13で、インジェクション回路100に分岐され第2の膨張弁14で中間圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態3)。第1のサブクーラ13を出た高圧液冷媒は、その一部がインジェクション回路100に分岐され、主流は第2のサブクーラ15へ流入する。高圧液冷媒(状態3)は第2のサブクーラ15で、第2の副冷媒回路101に分岐され第3の膨張弁16で低圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態4)。第2のサブクーラ15を出た高圧液冷媒は、その一部が第2の副冷媒回路101に分岐され、主流は第1の膨張弁18へ流入する。高圧液冷媒(状態4)は、第1の膨張弁18で減圧され、低圧二相状態となり(状態5)、水側熱交換器19へ流入する。水側熱交換器19では、水側熱交換器19の二重管の一方を冷媒流れ方向と対向して流れる熱冷媒(例えば水等)から吸熱し、蒸発して低圧ガス冷媒となる(状態6)。その後、第2の副冷媒回路101の低圧ガス冷媒(状態11)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant (state 1) discharged from the
一方、インジェクション回路100に分岐された冷媒(状態3)は、第2の膨張弁14で中間圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態7)、第1のサブクーラ13へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態8)。その後、インジェクションポート11aを介してインジェクション圧縮機11にインジェクションされる。インジェクション圧縮機11では、低圧ガス冷媒(状態12)を吸入し、昇圧する過程で、インジェクション回路100よりインジェクションされる冷媒(状態8)を吸引し、それぞれを合流させる(状態9)。その後、高圧まで昇圧され吐出される(状態1)。
On the other hand, the refrigerant branched to the injection circuit 100 (state 3) is reduced to an intermediate pressure by the second expansion valve 14 to become a low-temperature two-phase refrigerant (state 7), flows into the first subcooler 13 and flows into the main stream. To increase the specific enthalpy (state 8). Thereafter, it is injected into the
また、第2の副冷媒回路101に分岐された冷媒(状態4)は、第3の膨張弁16で低圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態10)、第2のサブクーラ15へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態11)。その後、第2の副冷媒回路101を介して水側熱交換器19を出た低圧ガス冷媒(状態6)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
The refrigerant branched to the second sub refrigerant circuit 101 (state 4) is decompressed to a low pressure by the
なお、本実施形態1では、第3の膨張弁16で減圧された冷媒の圧力(状態10)は第1の膨張弁18で減圧された冷媒の圧力(状態5)よりも小さくなっているが、これはあくまでも一例である。これら圧力の大小関係は、インジェクション圧縮機11の容量、第3の膨張弁16の開度設定、冷凍サイクル装置の周囲の外気温度、冷房領域(例えば、室内や列車の車両内等)の温度、又はユーザーが希望する冷房領域の希望温度等の条件に応じて変化する。
In the first embodiment, the pressure of the refrigerant decompressed by the third expansion valve 16 (state 10) is smaller than the pressure of the refrigerant decompressed by the first expansion valve 18 (state 5). This is just an example. These pressures are related to the capacity of the
冷凍サイクル装置の運転条件によって、空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が変化する。例えば、冷房領域(例えば、室内や列車の車両内等)の温度が低い場合や冷房領域の希望温度が高い場合、熱媒体(例えば水等)と冷房領域の空気との熱交換は少ない。そのため、冷媒と熱交換するために水側熱交換器19内に流入する熱媒体の温度は低いままである。このとき、水側熱交換器19内での冷媒と熱媒体の熱交換は少ないので、インジェクション圧縮機11の容量は小さくなる。したがって、空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量は少なくなる。また、例えば、冷凍サイクル装置の周囲の外気温度Tが低い場合、空気側熱交換器12で外気と熱交換する冷媒の過冷却度は大きくなる。そのため、冷媒の冷凍能力が大きくなるので、インジェクション圧縮機11の容量は小さくなる。したがって、空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量は少なくなる。
The amount of refrigerant flowing between the air-side heat exchanger 12 and the
空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が少なくなると、第2の副冷媒回路101を流れる冷媒量も少なくなり、第3の膨張弁16を作動するために必要な冷媒量が得られなくなる。また、水側熱交換器19に流れる冷媒量も少なくなり、冷凍サイクル装置の運転が不安定となる可能性がある。第3の膨張弁16を作動するために必要な冷媒量が得られなくなった場合、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断し、すべての冷媒を水側熱交換器19に流すことにより、冷凍サイクル装置の運転の安定化を図ることができる。
When the amount of refrigerant flowing between the air-side heat exchanger 12 and the
図3は、本実施形態1における電磁弁17の制御フローチャートである。制御装置401の格納手段には、あらかじめ設定温度T0及びインジェクション圧縮機11の設定容量Q0が格納されている。圧縮機容量検知手段402で計測されたインジェクション圧縮機11の容量Qが設定容量Q0以下、又は温度センサ403で計測された外気温度Tが設定温度T0以下になった場合、第3の膨張弁16を作動するために必要な冷媒量が第2の副冷媒回路101に流れないと判断して、制御装置401は電磁弁17の開閉を制御する。
FIG. 3 is a control flowchart of the
ステップS201では、インジェクション圧縮機11の容量Qと設定容量Q0とを比較する。インジェクション圧縮機11の容量Qが設定容量Q0よりも大きいときは、ステップS202へ進む。インジェクション圧縮機11の容量Qが設定容量Q0よりも小さいときは、ステップS204へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS201に戻る。ステップS202では、外気温度Tと設定温度T0とを比較する。外気温度Tが設定温度T0よりも高いときは、ステップS203へ進み、電磁弁17を開く。その後、ステップS201に戻る。外気温度Tが設定温度T0よりも低いときは、ステップS204へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS201に戻る。
In step S201, the capacity Q of the
このように構成された冷凍サイクル装置においては、第1のサブクーラ13において中間圧に減圧した低温二相冷媒によって冷却された高圧液冷媒を、さらに第2のサブクーラ15において低圧に減圧した低温二相冷媒で冷却することができる。このため、第1の膨張弁18で減圧された水側熱交換器19入り口の低圧二相冷媒はより液状に近づくので、水側熱交換器19内でのエンタルピ差(状態5−6間)をより大きくできる。したがって、水側熱交換器19の熱交換効率、つまり冷凍サイクル装置の効率をより向上できる。
In the refrigeration cycle apparatus configured as described above, the high-pressure liquid refrigerant cooled by the low-temperature two-phase refrigerant reduced to the intermediate pressure in the first subcooler 13 is further reduced to the low-pressure two-phase in the second subcooler 15. It can be cooled with a refrigerant. For this reason, since the low-pressure two-phase refrigerant at the inlet of the water-
また、空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が少ないときは、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断し、すべての冷媒を水側熱交換器19に流すので、冷凍サイクル装置の運転の安定化を図ることができる。
When the amount of refrigerant flowing between the air-side heat exchanger 12 and the
なお、本実施形態1では水側熱交換器19が蒸発器となる冷房運転時について説明してきたが、空気側熱交換器12と水側熱交換器19の配置を入れ替えた暖房運転時においても同様の効果が得られる。つまり、第1のサブクーラ13において中間圧に減圧した低温二相冷媒によって冷却された高圧液冷媒を、さらに第2のサブクーラ15において低圧に減圧した低温二相冷媒で冷却することができるので、第1の膨張弁18で減圧された空気側熱交換器12入り口の低圧二相冷媒はより液状に近づき、空気側熱交換器12内でのエンタルピ差を大きくすることができる。このため、空気側熱交換器12の吸熱能力が向上し、冷凍サイクル装置の効率を向上できる。
In the first embodiment, the cooling operation when the water-
また、水側熱交換器19と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が少ないときは、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断し、すべての冷媒を空気側熱交換器12に流すので、冷凍サイクル装置の運転の安定化を図ることができる。
When the amount of refrigerant flowing between the water-
実施の形態2.
実施形態1では、冷房運転(又は暖房運転)を行う冷凍サイクル装置について説明してきたが、実施形態1の冷媒回路に四方弁及び逆止弁を設けることにより、本発明の効果を生かした冷暖房運転可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。なお、本実施形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一機能については同一の符号を用いて述べることとする。
In the first embodiment, the refrigeration cycle apparatus that performs the cooling operation (or heating operation) has been described. However, by providing the refrigerant circuit of the first embodiment with the four-way valve and the check valve, the cooling / heating operation that takes advantage of the effects of the present invention. A possible refrigeration cycle apparatus can be provided. In the second embodiment, items not particularly described are the same as those in the first embodiment, and the same functions are described using the same reference numerals.
図4は、この発明の実施の形態2における冷凍サイクル装置の冷媒回路である。実施形態1の冷媒回路に対し、四方弁20、逆止弁ユニット21、及び逆止弁ユニット22が設けられている。四方弁20は、インジェクション圧縮機11の冷媒吐出側に設けられている。逆止弁ユニット21は、空気側熱交換器12から第1のサブクーラ13への冷媒流れを許容する逆止弁21a及び水側熱交換器19から第1のサブクーラ13への冷媒流れを許容する逆止弁21bから構成されている。また、逆止弁ユニット22は、第1の膨張弁18から水側熱交換器19への冷媒流れを許容する逆止弁22a及び第1の膨張弁18から空気側熱交換器12への冷媒流れを許容する逆止弁22bから構成されている。
FIG. 4 is a refrigerant circuit of the refrigeration cycle apparatus in
始めに、図4及び図2を用いて、本実施形態2の冷凍サイクル装置における冷房運転時の冷凍サイクル動作について説明する。冷房運転時には、四方弁20の冷媒流路は図4の実線方向となる。インジェクション圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒(状態1)は、四方弁20を経て空気側熱交換器12へ流入する。その後、空気側熱交換器12において外気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒(状態2)となる。空気側熱交換器12を出た高圧液冷媒は、逆止弁21aを経て第1のサブクーラ13へ流入する。高圧液冷媒(状態2)は第1のサブクーラ13で、インジェクション回路100に分岐され第2の膨張弁14で中間圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態3)。第1のサブクーラ13を出た高圧液冷媒は、その一部がインジェクション回路100に分岐され、主流は第2のサブクーラ15へ流入する。高圧液冷媒(状態3)は第2のサブクーラ15で、第2の副冷媒回路101に分岐され第3の膨張弁16で低圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態4)。第2のサブクーラ15を出た高圧液冷媒は、その一部が第2の副冷媒回路101に分岐され、主流は第1の膨張弁18へ流入する。高圧液冷媒(状態4)は、第1の膨張弁18で減圧され、低圧二相状態となり(状態5)、逆止弁22aを経て水側熱交換器19へ流入する。水側熱交換器19では、水側熱交換器19内の二重管の一方を冷媒流れ方向と対向して流れる熱冷媒(例えば水等)から吸熱し、蒸発して低圧ガス冷媒となる(状態6)。その後、第2の副冷媒回路101の低圧ガス冷媒(状態11)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
First, the refrigeration cycle operation during the cooling operation in the refrigeration cycle apparatus of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 2. During the cooling operation, the refrigerant flow path of the four-
一方、インジェクション回路100に分岐された冷媒(状態3)は、第2の膨張弁14で中間圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態7)、第1のサブクーラ13へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態8)。その後、インジェクションポート11aを介してインジェクション圧縮機11にインジェクションされる。インジェクション圧縮機11では、低圧ガス冷媒(状態12)を吸入し、昇圧する過程で、インジェクション回路100よりインジェクションされる冷媒(状態8)を吸引し、それぞれを合流させる(状態9)。その後、高圧まで昇圧され吐出される(状態1)。
On the other hand, the refrigerant branched to the injection circuit 100 (state 3) is reduced to an intermediate pressure by the second expansion valve 14 to become a low-temperature two-phase refrigerant (state 7), flows into the first subcooler 13 and flows into the main stream. To increase the specific enthalpy (state 8). Thereafter, it is injected into the
また、第2の副冷媒回路101に分岐された冷媒(状態4)は、第3の膨張弁16で低圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態10)、第2のサブクーラ15へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態11)。その後、第2の副冷媒回路101を介して水側熱交換器19を出た低圧ガス冷媒(状態6)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
The refrigerant branched to the second sub refrigerant circuit 101 (state 4) is decompressed to a low pressure by the
続いて、図4及び図2を用いて、本実施形態2の冷凍サイクル装置における暖房運転時の冷凍サイクル動作について説明する。厳密には、冷房運転時のP−h線図と暖房運転時のP−h線図では、各状態(状態1〜12)での冷媒圧力[MPa]や比エンタルピ[kJ/kg]の値は異なる。しかし、冷房運転時及び暖房運転時のP−h線図はほぼ同一形状となるため、図2を参照して以下暖房運転時の冷凍サイクル動作について説明する。暖房運転時には、四方弁20の冷媒流路は図4の破線方向となる。インジェクション圧縮機11から吐出された高温高圧のガス冷媒(状態1)は、四方弁20を経て水側熱交換器19へ流入する。水側熱交換器19では、水側熱交換器19内の二重管の一方を冷媒流れ方向と対向して流れる熱冷媒(例えば水等)に放熱し、凝縮液化し、高圧液冷媒(状態2)となる。水側熱交換器19を出た高圧液冷媒は、逆止弁21bを経て第1のサブクーラ13へ流入する。高圧液冷媒(状態2)は第1のサブクーラ13で、インジェクション回路100に分岐され第2の膨張弁14で中間圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態3)。第1のサブクーラ13を出た高圧液冷媒は、その一部がインジェクション回路100に分岐され、主流は第2のサブクーラ15へ流入する。高圧液冷媒(状態3)は第2のサブクーラ15で、第2の副冷媒回路101に分岐され第3の膨張弁16で低圧に減圧され低温となった冷媒と熱交換し、冷却される(状態4)。第2のサブクーラ15を出た高圧液冷媒は、その一部が第2の副冷媒回路101に分岐され、主流は第1の膨張弁18へ流入する。高圧液冷媒(状態4)は、第1の膨張弁18で減圧され、低圧二相状態となり(状態5)、逆止弁22bを経て空気側熱交換器12へ流入する。空気側熱交換器12では、低圧二相状態の冷媒は外気から吸熱しながら蒸発して低圧ガス冷媒となる(状態6)。その後、第2の副冷媒回路101の低圧ガス冷媒(状態11)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
Then, the refrigerating cycle operation | movement at the time of the heating operation in the refrigerating cycle apparatus of this
一方、インジェクション回路100に分岐された冷媒(状態3)は、第2の膨張弁14で中間圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態7)、第1のサブクーラ13へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態8)。その後、インジェクションポート11aを介してインジェクション圧縮機11にインジェクションされる。インジェクション圧縮機11では、低圧ガス冷媒(状態12)を吸入し、昇圧する過程で、インジェクション回路100よりインジェクションされる冷媒(状態8)を吸引し、それぞれを合流させる(状態9)。その後、高圧まで昇圧され吐出される(状態1)。
On the other hand, the refrigerant branched to the injection circuit 100 (state 3) is reduced to an intermediate pressure by the second expansion valve 14 to become a low-temperature two-phase refrigerant (state 7), flows into the first subcooler 13 and flows into the main stream. To increase the specific enthalpy (state 8). Thereafter, it is injected into the
また、第2の副冷媒回路101に分岐された冷媒(状態4)は、第3の膨張弁16で低圧まで減圧されて低温の二相冷媒となり(状態10)、第2のサブクーラ15へ流入して主流の高圧液冷媒に加熱されて比エンタルピを増大させる(状態11)。その後、第2の副冷媒回路101を介して空気側熱交換器12を出た低圧ガス冷媒(状態6)と合流し(状態12)、インジェクション圧縮機11に吸入される。
The refrigerant branched to the second sub refrigerant circuit 101 (state 4) is decompressed to a low pressure by the
図5は、本実施形態2における電磁弁17の制御フローチャートである。冷房運転時と暖房運転時では設定温度及びインジェクション圧縮機11の設定容量が異なる。このため、制御装置401の格納手段には、あらかじめ冷房運転時の設定温度T0及び設定容量Q0、暖房運転時の設定温度T1及び設定容量Q1がそれぞれ格納されている。冷房運転時においては、圧縮機容量検知手段402で計測されたインジェクション圧縮機11の容量Qが設定容量Q0以下、又は温度センサ403で計測された外気温度Tが設定温度T0以下になった場合、第3の膨張弁16を作動するために必要な冷媒量が第2の副冷媒回路101に流れないと判断して、制御装置401は電磁弁17の開閉を制御する。また、暖房運転時においては、圧縮機容量検知手段402で計測されたインジェクション圧縮機11の容量Qが設定容量Q1以下、又は温度センサ403で計測された外気温度Tが設定温度T1以下になった場合、第3の膨張弁16を作動するために必要な冷媒量が第2の副冷媒回路101に流れないと判断して、制御装置401は電磁弁17の開閉を制御する。
FIG. 5 is a control flowchart of the
ステップS501では、冷房運転か暖房運転かを判定する。冷房運転ならばステップS502へ進み、暖房運転ならばステップS506へ進む。冷房運転時、ステップS502では、インジェクション圧縮機11の容量Qと冷房運転時の設定容量Q0とを比較する。インジェクション圧縮機11の容量Qが冷房運転時の設定容量Q0よりも大きいときは、ステップS503へ進む。インジェクション圧縮機11の容量Qが冷房運転時の設定容量Q0よりも小さいときは、ステップS505へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS501に戻る。ステップS503では、外気温度Tと冷房運転時の設定温度T0とを比較する。外気温度Tが冷房運転時の設定温度T0よりも高いときは、ステップS504へ進み、電磁弁17を開く。その後、ステップS501に戻る。外気温度Tが冷房運転時の設定温度T0よりも低いときは、ステップS505へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS501に戻る。
In step S501, it is determined whether the operation is cooling or heating. If it is a cooling operation, the process proceeds to step S502, and if it is a heating operation, the process proceeds to step S506. During the cooling operation, in step S502, the capacity Q of the
暖房運転時、ステップS506では、インジェクション圧縮機11の容量Qと暖房運転時の設定容量Q1とを比較する。インジェクション圧縮機11の容量Qが暖房運転時の設定容量Q1よりも大きいときは、ステップS507へ進む。インジェクション圧縮機11の容量Qが暖房運転時の設定容量Q1よりも小さいときは、ステップS509へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS501に戻る。ステップS503では、外気温度Tと暖房運転時の設定温度T1とを比較する。外気温度Tが暖房運転時の設定温度T0よりも高いときは、ステップS508へ進み、電磁弁17を開く。その後、ステップS501に戻る。外気温度Tが暖房運転時の設定温度T1よりも低いときは、ステップS509へ進み、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断する。その後、ステップS501に戻る。
During the heating operation, in step S506, the capacity Q of the
このように構成された冷凍サイクル装置においては、四方弁20を切り替えることにより、冷房運転時は、第1のサブクーラ13において中間圧に減圧した低温二相冷媒によって冷却された高圧液冷媒を、さらに第2のサブクーラ15において低圧に減圧した低温二相冷媒で冷却することができる。このため、第1の膨張弁18で減圧された水側熱交換器19入り口の低圧二相冷媒はより液状に近づくので、水側熱交換器19内でのエンタルピ差(状態5−6間)をより大きくできる。したがって、水側熱交換器19の熱交換効率、つまり冷凍サイクル装置の効率をより向上できる。
In the refrigeration cycle apparatus configured as described above, by switching the four-
また、空気側熱交換器12と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が少ないときは、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断し、すべての冷媒を水側熱交換器19に流すので、冷凍サイクル装置の運転の安定化を図ることができる。
When the amount of refrigerant flowing between the air-side heat exchanger 12 and the
暖房運転時においては、第1のサブクーラ13において中間圧に減圧した低温二相冷媒によって冷却された高圧液冷媒を、さらに第2のサブクーラ15において低圧に減圧した低温二相冷媒で冷却することができるので、第1の膨張弁18で減圧された空気側熱交換器12入り口の低圧二相冷媒はより液状に近づき、空気側熱交換器12内でのエンタルピ差を大きくすることができる。このため、空気側熱交換器12の吸熱能力が向上し、冷凍サイクル装置の効率を向上できる。
During the heating operation, the high-pressure liquid refrigerant cooled by the low-temperature two-phase refrigerant reduced to the intermediate pressure in the first subcooler 13 may be further cooled by the low-temperature two-phase refrigerant reduced to the low pressure in the second subcooler 15. Therefore, the low-pressure two-phase refrigerant at the inlet of the air-side heat exchanger 12 reduced in pressure by the
また、水側熱交換器19と第1の膨張弁18との間を流れる冷媒量が少ないときは、電磁弁17を閉じて第2の副冷媒回路101への冷媒の流入を遮断し、すべての冷媒を空気側熱交換器12に流すので、冷凍サイクル装置の運転の安定化を図ることができる。
When the amount of refrigerant flowing between the water-
11 インジェクション圧縮機、11a インジェクションポート、12 空気側熱交換器、13 第1のサブクーラ、14 第2の膨張弁、15 第2のサブクーラ、16 第3の膨張弁、16a 感温部、17 電磁弁、18 第1の膨張弁、19 水側熱交換器、20 四方弁、21 逆止弁ユニット、21a,21b 逆止弁、22 逆止弁ユニット、22a,22b 逆止弁、100 インジェクション回路、101 第2の副冷媒回路、401 制御装置、402 圧縮機容量検知手段、403 温度センサ、Q 容量、Q0 設定容量(冷房運転時)、Q1 設定容量(暖房運転時)、T 外気温度、T0 設定温度(冷房運転時)、T1 設定温度(暖房運転時)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスして、前記蒸発器と前記圧縮機内の圧縮室との間の冷媒に合流させる第1の副冷媒回路と、
該第1の副冷媒回路に設けられた第2の減圧装置と、
該第2の減圧装置で減圧された冷媒と、前記凝縮器と前記第1の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する第1のサブクーラと、
該第1のサブクーラと前記第1の減圧装置との間の冷媒を一部バイパスして、前記蒸発器と前記圧縮機との間の冷媒に合流させる第2の副冷媒回路と、
該第2の副冷媒回路に設けられた第3の減圧装置と、
該第3の減圧装置で減圧された冷媒と、前記第1のサブクーラと前記第1の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する第2のサブクーラと、
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 In the refrigeration cycle apparatus in which the compressor, the condenser, the first pressure reducing device, and the evaporator are sequentially connected,
A first sub refrigerant circuit that bypasses a part of the refrigerant between the condenser and the first pressure reducing device and joins the refrigerant between the evaporator and the compression chamber in the compressor;
A second decompression device provided in the first sub refrigerant circuit;
A first subcooler for exchanging heat between the refrigerant decompressed by the second decompression device and the refrigerant between the condenser and the first decompression device;
A second sub refrigerant circuit that partially bypasses the refrigerant between the first subcooler and the first pressure reducing device and joins the refrigerant between the evaporator and the compressor;
A third decompression device provided in the second sub refrigerant circuit;
A second subcooler for exchanging heat between the refrigerant decompressed by the third decompressor and the refrigerant between the first subcooler and the first decompressor;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記第2の減圧装置で減圧された冷媒と比較して低圧であることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigerant decompressed by the third decompression device is
2. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the refrigeration cycle apparatus has a lower pressure than the refrigerant decompressed by the second decompression apparatus.
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