JP2009162403A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば家庭用エアコン等の空気調和機に関し、特に冷媒として可燃性冷媒を用いたものに関する。 The present invention relates to an air conditioner such as a home air conditioner, and more particularly to a combustible refrigerant used as a refrigerant.
冷凍サイクルで用いられてきたフロン系冷媒の代替冷媒として、R290(プロパン)やR600a(イソブタン)等のHC冷媒が冷蔵庫等に用いられている。しかしながら、HC冷媒は、可燃性冷媒であるため、冷媒量が多く、配管接続される空気調和機の室内側に流入させるためには制約が多い。このため、屋外側にHC冷媒を用いた1次側の冷凍サイクル、屋内側に水やブライン等の顕熱流体により熱搬送を行う2次側の液流体サイクルを配置し、両者の間は冷媒−流体熱交換器で熱交換を行っているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
上述した空気調和機では、次のような問題があった。すなわち、上述した1次側の冷凍サイクルと2次側の液流体サイクル間で熱交換を行うための冷媒−流体熱交換器では、熱ロスが発生しやすく、冷凍効率が低下する虞があった。 The air conditioner described above has the following problems. That is, in the above-described refrigerant-fluid heat exchanger for exchanging heat between the primary-side refrigeration cycle and the secondary-side liquid-fluid cycle, heat loss is likely to occur, and refrigeration efficiency may be reduced. .
そこで本発明は、1次側の冷凍サイクルと2次側の液流体サイクルの熱交換を行う冷媒−流体熱交換器における熱ロスを最小とすることができる空気調和機を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an air conditioner that can minimize heat loss in a refrigerant-fluid heat exchanger that performs heat exchange between a primary-side refrigeration cycle and a secondary-side liquid-fluid cycle. Yes.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和機は次のように構成されている。 In order to solve the problems and achieve the object, the air conditioner of the present invention is configured as follows.
圧縮機、四方切換弁、室外側熱交換器、膨張装置、冷媒−流体熱交換器を順次接続してなり、冷媒として炭化水素系冷媒を用いる冷凍サイクルと、液ポンプ、冷媒−流体熱交換器、室内側熱交換器を順次接続してなる液流体サイクルとを、上記冷媒−流体熱交換器で熱交換させて室内の冷暖房を行なう空気調和機において、上記圧縮機の吸込側と、上記室外側熱交換器と上記膨張装置間との中間部分で熱交換を行なう内部熱交換器と、冷房運転時に冷凍サイクルの冷媒が、上記内部熱交換器でスーパーヒート状態となるように制御を行う制御部とを備えていることを特徴とする。 A compressor, a four-way switching valve, an outdoor heat exchanger, an expansion device, a refrigerant-fluid heat exchanger are sequentially connected, and a refrigeration cycle using a hydrocarbon-based refrigerant as a refrigerant, a liquid pump, a refrigerant-fluid heat exchanger In an air conditioner that performs heat exchange with a liquid-fluid cycle formed by sequentially connecting indoor heat exchangers with the refrigerant-fluid heat exchanger to perform indoor air conditioning, the suction side of the compressor, and the chamber An internal heat exchanger that exchanges heat between the outer heat exchanger and the expansion device, and a control that controls the refrigerant in the refrigeration cycle to be in a superheat state in the internal heat exchanger during cooling operation And a portion.
本発明によれば、1次側冷凍サイクルと2次側液流体サイクルの熱交換を行う冷媒−流体熱交換器における熱ロスを最小とすることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to minimize heat loss in the refrigerant-fluid heat exchanger that performs heat exchange between the primary-side refrigeration cycle and the secondary-side liquid fluid cycle.
図1は本発明の一実施の形態に係る空気調和機10の構造を示す説明図である。空気調和機10は、冷凍サイクル20と、液流体サイクル30と、これらのサイクルで共用する冷媒−流体熱交換器40と、各部を連携制御する制御部50とを備えている。なお、図1中実線矢印Rは冷房時、破線矢印Dは暖房時の冷媒の流れ方向を示している。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of an
冷凍サイクル20は、圧縮機21、四方弁22、室外側熱交換器23、内部熱交換器24、膨張弁25、冷媒−流体熱交換器40、圧縮機21が順次接続されている。なお、図1中26は温度センサ(出力値:Ta)、27は温度センサ(出力値:Tb)、28は温度センサ(出力値:Tc)を示している。冷媒としてHC系の冷媒が用いられる。
In the
液流体サイクル30は、液ポンプ31、冷媒−流体熱交換器40、室内側熱交換器(FCU)32が順次接続されている。なお、図1中33はリザーバタンクを示している。液流体には通常、水もしくはブライン(塩化カルシウム水溶液や塩化ナトリウム水溶液等)が用いられる。
In the
このように構成された空気調和機10は、次のように動作する。すなわち、冷房時においては、圧縮機21及び液ポンプ31を作動させて、図1中実線矢印Cに沿って冷媒及び液流体が通流する。冷凍サイクル20では、圧縮機21を出た高温高圧の冷媒蒸気は、四方弁22を通って、室外側熱交換器23に流入し、外気によって熱を奪われ、凝縮、液化する。室外側熱交換器23を出た高圧液冷媒は、内部熱交換器24を通過し、膨張弁25に流入し減圧され、低圧の気液二相冷媒となって冷媒−流体熱交換器40に流入する。そして冷媒−流体熱交換器40内の冷媒流路を流れる間に、ブライン流路内を流れるブラインによって加熱され、低圧の液冷媒の大部分が蒸気となり、冷媒−流体熱交換器40から流出する。この低圧の冷媒は、四方弁22を通って、再び圧縮機21に吸入される。
The
一方、液流体サイクル30では、液ポンプ31によって吐出されたブラインは、冷媒−流体熱交換器40を介して室内側熱交換器32に流入し、室内空気と熱交換して、室内を冷房する。室内空気によって加熱され、温度が上昇したブラインは、冷媒−流体熱交換器40に流入する。そして冷媒−流体熱交換器40内のブライン流路内を流れる間に、冷媒流路内を流れる冷媒によって冷却され、ブライン温度は低下する。冷媒−流体熱交換器40を出たブラインは、再び液ポンプ31へ流入する。このように、冷房運転時に冷媒−流体熱交換器40を冷媒とブラインの同一方向に流れる平行流となるようにされている。
On the other hand, in the
次に、制御部50による制御について説明する。冷凍サイクル20では、冷房運転時に冷媒−流体熱交換器40が蒸発器として機能するが、この冷媒−流体熱交換器40内で液冷媒を完全に蒸発させず、スーパーヒートを起こさせないように制御を行う。具体的には、冷媒−流体熱交換器40入口の温度センサ26の温度Taと内部熱交換器24出ロ側にある温度センサ28の温度Tcが、Ta>Tb、かつ、Ta<Tc(+β)を満たすように膨張弁25の開度または圧縮機21の運転周波数を調節することで、冷媒−流体熱交換器40内でスーパーヒートしないように制御する。
Next, control by the
図2のように冷媒を冷媒−流体熱交換器40内でスーパーヒートをさせずに出口から流出させるようにする。この結果、冷媒−流体熱交換器40の出口部においても冷媒の温度がTrと水の温度Twとの間の温度差ΔTが確保できる。
As shown in FIG. 2, the refrigerant is allowed to flow out of the outlet without being superheated in the refrigerant-
一方、スーパーヒートしないまま冷媒−流体熱交換器40から流出した冷媒が液混じりの状態で圧縮機21に戻ると、圧縮機21の信頼性が損なわれるため、内部熱交換器24により室外側熱交換器(凝縮器)23の出口の冷媒と熱交換させ、冷媒をスーパーヒートさせる。
On the other hand, if the refrigerant that has flowed out of the refrigerant-
図3は比較のため、冷媒−流体熱交換器40において冷媒がスーパーヒートする場合の制御について示したものである。すなわち、蒸発時に冷媒−流体熱交換器40の入口側にある温度センサ26の温度Taと出口側にある温度センサ27の温度Tbとの差を取り、Ta<Tb(+α)となるように制御することで、冷媒−流体熱交換器40内で冷媒がスーパーヒートするように制御する。これにより、冷媒が冷媒−流体熱交換器40の出ロ側でスーパーヒートを起こして温度Trが上昇し、水の温度Twとの温度差ΔT′が減少する。
For comparison, FIG. 3 shows control when the refrigerant superheats in the refrigerant-
したがって、図2に示した本発明のものにおいて、図3に示した従来のものと同等の熱交換量を得る場合には、蒸発温度(蒸発圧力)をTr´に上昇させることができ、圧縮機21の負荷を減少させ、ひいては冷凍サイクル効率(サイクルCOP)を上げることができる。
Therefore, in the case of the present invention shown in FIG. 2, when a heat exchange amount equivalent to the conventional one shown in FIG. 3 is obtained, the evaporation temperature (evaporation pressure) can be increased to Tr ′, and compression The load on the
なお、上記α及びβは固定値または冷媒流量等を考慮した変数である。 Note that α and β are variables that take a fixed value or a refrigerant flow rate into consideration.
次に、暖房時においては、冷凍サイクル20では、圧縮機21を出た高温高圧の冷媒蒸気は、四方弁22を通って、冷媒−流体熱交換器40に流入する。冷媒−流体熱交換器40内の冷媒流路に流入した冷媒は、ブライン流路内を流れるブラインによって冷却され、凝縮、液化する。冷媒−流体熱交換器40を出た高圧液冷媒は、膨張弁25に流入し減圧され、低圧の気液二相冷媒となり、内部熱交換器24を通り、蒸発器として動作する室外側熱交換器23へ流入する。この低圧の気液二相冷媒は室外側熱交換器23で外気から熱を奪って蒸発し、低圧蒸気冷媒となって室外側熱交換器23を流出する。この低圧の蒸気冷媒は、四方弁22を通って、再び圧縮機21に吸入される。
Next, during heating, in the
また、液流体サイクル30では、液ポンプ11によって吐出されたブラインは、冷媒−流体熱交換器40を介して室内側熱交換器32に流入し、室内空気と熱交換して、室内を暖房する。室内空気に熱を奪われ、温度が低下したブラインは、冷媒−流体熱交換器40に流入する。そして冷媒−流体熱交換器40内のブライン流路内を流れる間に、冷媒流路内を流れる冷媒によって加熱され、ブライン温度は上昇する。冷媒−流体熱交換器40を出たブラインは、再び室内側熱交換器32へ流入する。このように、暖房運転時には、冷媒−流体熱交換器40を冷媒とブラインの逆方向に流れる対向流となる。
In the
上述したように本実施の形態に係る空気調和機10においては、冷房運転時に冷媒−流体熱交換器40の出口側で冷媒と水との温度差ΔTを十分に確保することで、冷凍サイクル効率を向上させることができる。
As described above, in the
図4は、冷凍サイクル20の冷媒にプ口パンを用いた場合の圧縮機21の吸込温度(サクション温度)とサイクルCOP、内部熱交換器24の高圧側出口温度との関係を示したグラフである。内部熱交換器24内での熱交換量を大きくすると高圧側内部熱交換器24の出口温度が下がり、圧縮機21の吸込温度が上昇する。そして、吸込温度の上昇に伴い、サイクルCOPが上昇している。このようにプロパンを冷媒として用いると吐出温度等システムに差し支えない限り、内部熱交換器24の熱交換量を大きくし、吸込温度を大きくすることでシステム効率を向上させることができる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the suction temperature (suction temperature) of the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、温度センサ25は冷媒−流体熱交換器40内の任意の箇所、温度センサ26は内部熱交換器24入口側に設けるようにしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
Claims (3)
液ポンプ、冷媒−流体熱交換器、室内側熱交換器を順次接続してなる液流体サイクルとを、
上記冷媒−流体熱交換器で熱交換させて室内の冷暖房を行なう空気調和機において、
上記圧縮機の吸込側と、上記室外側熱交換器と上記膨張装置間との中間部分で熱交換を行なう内部熱交換器と、
冷房運転時に冷凍サイクルの冷媒が、上記内部熱交換器でスーパーヒート状態となるように制御を行う制御部とを備えていることを特徴とする空気調和機。 A refrigeration cycle in which a compressor, a four-way switching valve, an outdoor heat exchanger, an expansion device, a refrigerant-fluid heat exchanger are sequentially connected, and a hydrocarbon-based refrigerant is used as a refrigerant;
A liquid fluid cycle in which a liquid pump, a refrigerant-fluid heat exchanger, and an indoor heat exchanger are sequentially connected,
In the air conditioner that performs heat exchange with the refrigerant-fluid heat exchanger to cool and heat the room,
An internal heat exchanger that exchanges heat at the suction side of the compressor and an intermediate portion between the outdoor heat exchanger and the expansion device;
An air conditioner comprising: a control unit that performs control so that the refrigerant of the refrigeration cycle is in a superheat state in the internal heat exchanger during cooling operation.
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- 2007-12-28 JP JP2007340187A patent/JP2009162403A/en active Pending
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