JP2009276039A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱交換器における冷媒と水との温度差を増大せず、冷房運転と暖房運転との性能の格差を低減できる冷凍装置を提供する。
【解決手段】第２の水熱交換器４Ｂにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向は、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向と異なる。
【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５に示すように、圧縮機１０１と、空気熱交換器１０２と、膨張弁１０３と、水熱交換器１０４とを備えたものがある（特開２００４−２００７０号公報：特許文献１参照）。

上記圧縮機１０１、上記空気熱交換器１０２、上記膨張弁１０３および上記水熱交換器１０４は、順に、冷媒流路１１０を介して、環状に接続されている。

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、点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。

そして、図６に示すように、冷房運転時では、水熱交換器１０４において、冷媒の流れは、実線の矢印に示すように、水流路１２０内の水の流れに対して、対向流となる。一方、暖房運転時では、水熱交換器１０４において、冷媒の流れは、点線の矢印に示すように、水流路１２０内の水の流れに対して、並行流となる。
特開２００４−２００７０号公報

しかしながら、上記従来の冷凍装置では、冷房運転時では、水熱交換器１０４における冷媒の流れと水の流れとは、対向流となって、冷房運転時の水熱交換器１０４の蒸発性能は向上し、冷房性能は向上する一方、暖房運転時では、水熱交換器１０４における冷媒の流れと水の流れとは、並行流となるため、暖房運転時の水熱交換器１０４の凝縮性能は低下して、暖房性能は低下する問題があった。

特に、近年、水熱交換器１０４として、コンパクトなプレート式熱交換器が用いられている。この水熱交換器においては、暖房運転時（並行流）の性能を維持するために、水熱交換器における冷媒と水との温度差を一層大きくする必要があり、冷凍装置の能力を大きくする必要があった。

そこで、この発明の課題は、水熱交換器における冷媒と水との温度差を増大せず、冷房運転と暖房運転との性能の格差を低減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、
流路切換弁と、
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、
上記複数のプレート式熱交換器には、この複数のプレート式熱交換器を直列に接続する水流路が設けられ、
一つのプレート式熱交換器における冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向は、他の少なくとも一つのプレート式熱交換器における冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向と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、一つのプレート式熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向は、他の少なくとも一つのプレート式熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向と異なるので、冷房運転時および暖房運転時において対向流と並行流とを併存させて、上記プレート式熱交換器における冷媒と水との温度差を増大せず、冷房運転と暖房運転との性能の格差を低減できる。特に、コンパクトなプレート式熱交換器において、好適となる。

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は、上記冷媒流路を介して、直列に接続されている。

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は、上記冷媒流路を介して、直列に接続されているので、上記冷媒流路を簡単な構成にできる。

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は、上記冷媒流路を介して、並列に接続されている。

この発明の冷凍装置によれば、一つのプレート式熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向は、他の少なくとも一つのプレート式熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向と異なるので、プレート式熱交換器における冷媒と水との温度差を増大せず、冷房運転と暖房運転との性能の格差を低減できる。

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一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）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内の冷媒とは、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内の冷媒とは、熱交換を行う。

水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとしては、例えば、プレート式熱交換器を用いる。このプレート式熱交換器は、例えば、積層された複数の伝熱プレートを備え、隣接するこの伝熱プレートの間に交互に冷媒流路と水流路とを形成する。各伝熱プレートに、冷媒流路にのみ連通する冷媒の流入路および流出路と、水流路にのみ連通する水の流入路および流出路とを形成する。そして、冷媒は、順次、冷媒の流入路、冷媒流路および冷媒の流出路を流れ、水は、順次、水の流入路、水流路および水の流出路を流れ、冷媒流路を流れる冷媒と、水流路を流れる水とが、互いに熱交換を行う。

第２の水熱交換器４Ｂにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向は、第１、第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向と異なる。

つまり、冷媒の流れにおいて、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを、全て同じ方向とし、水の流れにおいて、第２の水熱交換器４Ｂを、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと反対方向とする。

冷媒流路１０は、第１、第２および第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出る。水流路２０は、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出て、第１、第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出る。要するに、第２の水熱交換器４Ｂでは、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと比べて、水流路２０を入れ替えている。

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、点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。

そして、冷房運転時では、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、冷媒の流れは、実線の矢印に示すように、水流路２０内の水の流れに対して、対向流となり、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、冷媒の流れは、実線の矢印に示すように、水流路２０内の水の流れに対して、並行流となる。

一方、暖房運転時では、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、冷媒の流れは、点線の矢印に示すように、水流路２０内の水の流れに対して、並行流となり、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、冷媒の流れは、点線の矢印に示すように、水流路２０内の水の流れに対して、対向流となる。

上記構成の冷凍装置によれば、第２の水熱交換器４Ｂにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向は、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおける冷媒流路１０内の冷媒と水流路２０内の水との相対的な流れ方向と異なるので、冷房運転時および暖房運転時において対向流と並行流とを併存させて、水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおける冷媒と水との温度差を増大せず、冷房運転と暖房運転との性能の格差を低減できる。

特に、近年、水熱交換器として、コンパクトなプレート式熱交換器が用いられているが、上記構成とすることで、冷媒と水との温度差を増大することがなくて、冷凍装置の能力を大きくする必要がない。

また、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ので、冷媒流路１０を簡単な構成にできる。

（第２の実施形態）
図２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、第２の水熱交換器における冷媒と水との流れ方向が相違する。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２に示すように、冷媒の流れにおいて、第２の水熱交換器４Ｂを、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと反対方向とし、水の流れにおいて、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを、全て同じ方向とする。

つまり、冷媒流路１０Ａは、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出て、第１、第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出る。水流路２０Ａは、第１、第２および第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出る。要するに、第２の水熱交換器４Ｂでは、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと比べて、冷媒流路１０Ａを入れ替えている。

（第３の実施形態）
図３は、この発明の冷凍装置の第３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３の実施形態では、３つの水熱交換器を接続する冷媒流路が相違する。なお、この第３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３に示すように、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、冷媒流路１０Ｂを介して、並列に接続されている。

また、冷媒の流れにおいて、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを、全て同じ方向とし、水の流れにおいて、第２の水熱交換器４Ｂを、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと反対方向とする。

つまり、冷媒流路１０Ｂは、第１、第２および第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出る。水流路２０Ｂは、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出て、第１、第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出る。要するに、第２の水熱交換器４Ｂでは、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと比べて、水流路２０Ｂを入れ替えている。

（第４の実施形態）
図４は、この発明の冷凍装置の第４の実施形態を示している。上記第３の実施形態と相違する点を説明すると、この第４の実施形態では、第２の水熱交換器における冷媒と水との流れ方向が相違する。なお、この第４の実施形態において、上記第３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４に示すように、冷媒の流れにおいて、第２の水熱交換器４Ｂを、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと反対方向とし、水の流れにおいて、第１から第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃを、全て同じ方向とする。

つまり、冷媒流路１０Ｃは、第２の水熱交換器４Ｂにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出て、第１、第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃにおいて、一方側（図中上側）から入り、他方側（図中下側）から出る。水流路２０Ｃは、第１、第２および第３の水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおいて、他方側（図中下側）から入り、一方側（図中上側）から出る。要するに、第２の水熱交換器４Ｂでは、第１と第３の水熱交換器４Ａ，４Ｃと比べて、冷媒流路１０Ｃを入れ替えている。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記水熱交換器４Ａ，４Ｂ，４Ｃとしては、上記プレート式熱交換器以外に、二重管式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器等を用いてもよい。また、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、一つの水熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向は、他の少なくとも一つの水熱交換器における上記冷媒流路内の冷媒と上記水流路内の水との相対的な流れ方向と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。 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。 本発明の冷凍装置の第３実施形態を示す簡略構成図である。 本発明の冷凍装置の第４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。 要部の作用説明図である。

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 水熱交換器（プレート式熱交換器）
５ 四方弁（流路切換弁）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 冷媒流路
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 水流路

Claims (3)

1. 圧縮機（１）と、
   流路切換弁（５）と、
   空気熱交換器（２）と、
   膨張機構（３）と、
   複数の水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）と
   を備え、
   上記複数の水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）には、この複数の水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を直列に接続する水流路（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）が設けられ、
   一つの水熱交換器（４Ｂ）における冷媒流路（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）内の冷媒と上記水流路（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）内の水との相対的な流れ方向は、他の少なくとも一つの水熱交換器（４Ａ，４Ｃ）における冷媒流路（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）内の冷媒と上記水流路（２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）内の水との相対的な流れ方向と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、
   上記複数の水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）は、上記冷媒流路（１０，１０Ａ）を介して、直列に接続されてい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、
   上記複数の水熱交換器（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）は、上記冷媒流路（１０Ｂ，１０Ｃ）を介して、並列に接続されていることを特徴とする冷凍装置。

Images