JP2009275969A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱交換器のコストを低減できる冷凍装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１と、空気熱交換器２と、膨張機構３と、複数のプレート式水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとを備える。上記複数のプレート式水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量は、上記プレート式水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、小さくなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、空冷ヒートポンプチラー等の冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置としては、図６に示すように、圧縮機１０１と、空気熱交換器１０２と、膨張弁１０３と、複数のプレート式水熱交換器１０４とを備えたものがある（特開２００５−３３７６８８号公報：特許文献１参照）。

圧縮機１０１、空気熱交換器１０２、膨張弁１０３および複数の水熱交換器１０４は、順に、冷媒流路１１０を介して、環状に接続されている。

複数の水熱交換器１０４は、冷媒流路１１０を介して、直列に接続されている。この複数の水熱交換器１０４の容量は、全て同じである。

この冷媒流路１１０に、冷房運転時と暖房運転時との冷媒の流れを変える四方弁１０５が設けられている。上記水熱交換器１０４には、水流路１２０が設けられている。

この冷凍装置の冷媒流れを説明すると、冷房運転時では、実線の矢印に示すように、圧縮機１０１で圧縮された冷媒は、順に、四方弁１０５、空気熱交換器１０２、膨張弁１０３および水熱交換器１０４を通って、圧縮機１０１へ戻ってくる。このとき、空気熱交換器１０２は、凝縮器となり、水熱交換器１０４は、蒸発器となる。

一方、暖房運転時では、一点鎖線の矢印に示すように、圧縮機１０１で圧縮された冷媒は、順に、四方弁１０５、水熱交換器１０４、膨張弁１０３、空気熱交換器１０２を通って、圧縮機１０１へ戻ってくる。このとき、空気熱交換器１０２は、蒸発器となり、水熱交換器１０４は、凝縮器となる。
特開２００５−３３７６８８号公報

しかしながら、上記従来の冷凍装置では、複数の水熱交換器１０４の容量は、全て同じであるので、例えば、図７に示すように、水熱交換器１０４を蒸発器として用いた場合、一般的に、水熱交換器１０４の熱負荷は、冷媒の上流側ほど、大きくなるが、熱負荷の小さい部分にも熱負荷の大きい部分と同じ容量の水熱交換器１０４を配置しており、コストが高くなる問題がある。

また、水熱交換器１０４内の冷媒は、下流側ほど、比体積が大きくなるため、下流側の水熱交換器１０４の容量が上流側の水熱交換器１０４の容量と同じであることにより、下流側の水熱交換器１０４における冷媒（ガス）の通過抵抗が大きくなって、冷媒の圧力損失が増大して、性能が低下する問題がある。

そこで、この発明の課題は、水熱交換器のコストを低減し、または、水熱交換器における冷媒の圧力損失を低減して性能を向上できる冷凍装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の冷凍装置は、
圧縮機と、
熱交換器と、
膨張機構と、
複数のプレート式熱交換器と
を備え、
上記圧縮機、上記熱交換器、上記膨張機構および上記複数のプレート式熱交換器は、順に、冷媒流路を介して、環状に接続され、
上記複数のプレート式熱交換器は、上記冷媒流路を介して、直列に接続され、
上記複数のプレート式熱交換器の容量は、互いに、異なることを特徴としている。

この発明の冷凍装置によれば、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、互いに、異なるので、熱負荷の大きい部分に容量の大きい水熱交換器を配置すると共に、熱負荷の小さい部分に容量の小さい水熱交換器を配置することにより、コストを低減できる。また、冷媒の比体積が大きくなる部分（蒸発時は冷媒の下流側）に大きい容量の水熱交換器を配置することにより、冷媒（ガス）の通路面積を大きくし、冷媒（ガス）の通過抵抗を小さくし、冷媒の圧力損失を低減して、性能を向上できる。

また、一実施形態の冷凍装置では、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、冷媒の流れ方向へ順に、小さくなる。

この実施形態の冷凍装置によれば、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、冷媒の流れ方向へ順に、小さくなるので、熱負荷の大きい部分に容量の大きい水熱交換器を配置すると共に、熱負荷の小さい部分に容量の小さい水熱交換器を配置しており、コストを低減できる。

また、一実施形態の冷凍装置では、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、上記プレート式熱交換器が蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、大きくなる。

この実施形態の冷凍装置によれば、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、上記プレート式熱交換器が蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、大きくなるので、冷媒の比体積が大きくなる部分（蒸発時は冷媒の下流側）に大きい容量の水熱交換器を配置しており、冷媒（ガス）の通路面積を大きくし、冷媒（ガス）の通過抵抗を小さくし、冷媒の圧力損失を低減して、性能を向上できる。

この発明の冷凍装置によれば、上記複数のプレート式熱交換器の容量は、互いに、異なるので、水熱交換器のコストを低減し、または、水熱交換器における冷媒の圧力損失を低減して性能を向上できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の冷凍装置の第１の実施形態である簡略構成図を示している。この冷凍装置は、圧縮機１と、（熱交換器としての）空気熱交換器２と、（膨張機構としての）膨張弁３と、３つの（プレート式熱交換器としての）プレート式水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとを備えている。

圧縮機１、空気熱交換器２、膨張弁３および第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、順に、冷媒流路１０を介して、環状に接続されている。第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、冷媒流路１０を介して、直列に接続されている。

この冷媒流路１０に、（流路切換弁としての）四方弁５が設けられ、この四方弁５は、冷房運転時と暖房運転時との冷媒流路１０内の冷媒の流れを変える。

空気熱交換器２には、ファンが設けられ、ファンにより送られた空気と冷媒流路１０を流れる冷媒との熱交換を行う。

３つの水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃには、この３つの水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを直列に接続する水流路２０が設けられ、この水流路２０を流れる水と冷媒流路１０を流れる冷媒との熱交換を行う。

この冷凍装置の冷媒流れを説明すると、冷房運転時では、実線の矢印に示すように、圧縮機１で圧縮された冷媒は、順に、四方弁５、空気熱交換器２、膨張弁３、第１の水熱交換器４Ａ、第２の水熱交換器４Ｂおよび第３の水熱交換器４Ｃを通って、圧縮機１へ戻ってくる。このとき、空気熱交換器２は、凝縮器となり、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、蒸発器となる。

一方、暖房運転時では、一点鎖線の矢印に示すように、圧縮機１で圧縮された冷媒は、順に、四方弁５、第３の水熱交換器４Ｃ、第２の水熱交換器４Ｂ、第１の水熱交換器４Ａ、膨張弁３および空気熱交換器２を通って、圧縮機１へ戻ってくる。このとき、空気熱交換器２は、蒸発器となり、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、凝縮器となる。

３つの水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量は、互いに、異なる。つまり、図２に示すように、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量は、冷媒の流れ方向へ順に、小さくなる。第１の水熱交換器４Ａの容量が最も大きく、第３の水熱交換器４Ｃの容量が最も小さい。なお、図２では、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが、蒸発器として作用する場合を示している。

図３Ａに、第１の水熱交換器４Ａを示し、図３Ｂに、第３の水熱交換器４Ｃを示す。第１の水熱交換器４Ａは、第３の水熱交換器４Ｃに比べて、厚みが大きい。水熱交換器４Ａ，４Ｃが、蒸発器として作用する場合、水熱交換器４Ａ，４Ｃは、それぞれ、冷媒流路１０に接続される冷媒の流入路５１および流出路５２と、水流路２０に接続される水の流入路６１および流出路６２とを有する。水熱交換器４Ｂについても同様である。

図４に示すように、水熱交換器４Ａは、積層された複数の伝熱プレート４０を有する。水熱交換器４Ｂ，４Ｃについても同様である。隣接するこの伝熱プレート４０，４０の間に、交互に、冷媒流通路５０と水流通路６０とが形成される。各伝熱プレート４０に、冷媒流通路５０にのみ連通する冷媒の流入路５１および流出路５２と、水流通路６０にのみ連通する水の流入路６１および流出路６２とが形成される。なお、図４では、水熱交換器４Ａが、蒸発器として作用する場合を示している。

具体的に述べると、伝熱プレート４０は、金属製の平板からなり、隣接する伝熱プレート４０，４０において、この伝熱プレート４０の周縁部同士が、当接し、この周縁部が、ろう付けにより接合されて一体に構成されている。なお、図４では、隣接する伝熱プレート４０，４０の間の隙間を実際よりも大きく描き、伝熱プレート４０の枚数を少なく描いている。

各伝熱プレート４０の四隅部には、それぞれ、孔部４１が設けられ、この孔部４１の周囲には、適宜、シール部４２が設けられる。そして、孔部４１およびシール部４２により、冷媒の流入路５１および流出路５２と、水の流入路６１および流出路６２とが形成される。

そして、冷媒は、実線の矢印に示すように、順次、流入路５１、冷媒流通路５０および流出路５２を流れ、水は、点線の矢印に示すように、順次、流入路６１、水流通路６０および流出路６２を流れて、冷媒流通路５０を流れる冷媒と、水流通路６０を流れる水とが、互いに熱交換を行う。

上記構成の冷凍装置によれば、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを蒸発器として用いた場合、一般的に、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの熱負荷は、冷媒の上流側ほど、大きくなるが、複数の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量を、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、小さくしているので、熱負荷の大きい部分に容量の大きい水熱交換器４Ａを配置すると共に、熱負荷の小さい部分に容量の小さい水熱交換器４Ｃを配置しており、コストを低減できる。

（第２の実施形態）
図５は、この発明の冷凍装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、水熱交換器の配列の順番が相違する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。

図５に示すように、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量は、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、大きくなる。つまり、第３の水熱交換器４Ｃ、第２の水熱交換器４Ｂおよび第１の水熱交換器４Ａが、冷媒の流れ方向へ順に、配列される。なお、図５では、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが、蒸発器として作用する場合を示している。

上記構成の冷凍装置によれば、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃ内の冷媒は、下流側ほど、比体積が大きくなるが、複数の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量を、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、大きくしているので、冷媒の比体積が大きくなる部分（蒸発時は冷媒の下流側）に大きい容量の水熱交換器４Ａを配置しており、冷媒（ガス）の通路面積を大きくし、冷媒（ガス）の通過抵抗を小さくし、冷媒の圧力損失を低減して、性能を向上できる。

また、図５では、言い換えると、複数の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃの容量は、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃが凝縮器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、小さくなっているので、熱負荷の大きい部分に容量の大きい水熱交換器４Ａを配置すると共に、熱負荷の小さい部分に容量の小さい水熱交換器４Ｃを配置しており、コストを低減できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、膨張機構として、上記膨張弁３以外に、キャピラリーチューブであってもよい。また、流路切換弁として、上記四方弁５以外に、他の弁であってもよい。また、水熱交換器の数量の増減は自由であり、複数の水熱交換器の容量を、互いに、異なるようにすればよい。

本発明の冷凍装置の第１実施形態を示す簡略構成図である。 プレート式水熱交換器の簡略構成図である。 最大容量の水熱交換器の側面図である。 最小容量の水熱交換器の側面図である。 水熱交換器の分解斜視図である。 本発明の冷凍装置の第２実施形態を示す簡略構成図である。 従来の冷凍装置を示す簡略構成図である。 プレート式水熱交換器の簡略構成図である。

１ 圧縮機
２ 空気熱交換器（熱交換器）
３ 膨張弁（膨張機構）
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ プレート式水熱交換器（プレート式熱交換器）
５ 四方弁（流路切換弁）
１０ 冷媒流路
２０ 水流路
４０ 伝熱プレート
５０ 冷媒流通路
５１ （冷媒の）流入路
５２ （冷媒の）流出路
６０ 水流通路
６１ （水の）流入路
６２ （水の）流出路

Claims (3)

1. 圧縮機（１）と、
   空気熱交換器（２）と、
   膨張機構（３）と、
   複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）と
   を備え、
   上記圧縮機（１）、上記空気熱交換器（２）、上記膨張機構（３）および上記複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）は、順に、冷媒流路（１０）を介して、環状に接続され、
   上記複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）は、上記冷媒流路（１０）を介して、直列に接続され、
   上記複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）の容量は、互いに、異なることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   上記複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）の容量は、冷媒の流れ方向へ順に、小さくなることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   上記複数のプレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）の容量は、上記プレート式水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）が蒸発器として作用するときの冷媒の流れ方向へ順に、大きくなることを特徴とする冷凍装置。

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