JP2009281659A - Refrigerating cycle device - Google Patents

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Yoshiki Yamaoka
由樹 山岡
Kenji Shirai
健二 白井
Hisao Kusuhara
尚夫 楠原
Masayuki Hamada
真佐行 濱田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating cycle device capable of operating with high energy efficiency even under frost formation conditions, and capable of preventing the contact of a ventilation fan and ice. <P>SOLUTION: The refrigerating cycle circulating a refrigerant is formed by annularly connecting a compressor (not shown in the figure), a radiator (not shown in the figure), a pressure reducing mechanism (not shown in the figure), and an evaporator 4 in this order, the evaporator 4 is composed of a heat transfer tube 31 substantially perpendicularly inserted into multiple fins 32 at predetermined pitches and carrying the refrigerant, the fin 32 disposed in the most downwind side has a length in a vertical direction shorter than the fin 32 disposed in an upwind side, and an upper end of the fin 32 in a downwind side is positioned in a vertical direction lower side than an upper end of the fin 32 in an upwind side. The development of ice to a lower end of the fin 32 of a downwind side under the frost formation conditions is suppressed, the deterioration of heat radiation performance and the deterioration of an air capacity of the evaporator 4 are suppressed, operation with high energy efficiency can be carried out, and the contact of the ventilation fan (not shown in the figure) with ice is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関するもので、特に、高圧側において超臨界となり得る物質を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に関するものである。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus that uses a substance that can be supercritical on the high-pressure side as a refrigerant.

従来、この種の冷凍サイクル装置は、図4に示すようなヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置として代表的に利用されている。したがって、以下では、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置を例にとって、その従来の構成と動作について説明する。   Conventionally, this type of refrigeration cycle apparatus is typically used as a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater as shown in FIG. Therefore, below, the conventional structure and operation | movement are demonstrated taking the example of the refrigerating-cycle apparatus carrying a heat pump water heater.

図4において、従来のヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置は、ヒートポンプユニット41と、貯湯ユニット42から構成され、ヒートポンプユニット41は、圧縮機1と、放熱器となるガスクーラ2と、減圧機構である膨張弁3と、蒸発器4が順番に環状に接続されて構成された冷媒回路5を有している。なお、冷媒回路5中には、四方弁など冷媒の循環方向を逆転させる装置を備えていない。また、蒸発器4は、図5に示すような伝熱管31とフィン32からなるフィンアンドチューブ式の熱交換器であって、伝熱管31は、大気流れ方向に沿って千鳥状に配され、フィン32に対して垂直に挿入された構造を有する。風上側と風下側に配された2列からなるフィン32はそれらの上端を揃えて配されるのが通常である。   In FIG. 4, a conventional refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater is composed of a heat pump unit 41 and a hot water storage unit 42. The heat pump unit 41 is a compressor 1, a gas cooler 2 serving as a radiator, and a pressure reducing mechanism. The expansion valve 3 and the evaporator 4 have a refrigerant circuit 5 configured in such a manner that they are sequentially connected in an annular shape. Note that the refrigerant circuit 5 is not provided with a device that reverses the circulation direction of the refrigerant, such as a four-way valve. Further, the evaporator 4 is a fin-and-tube heat exchanger composed of heat transfer tubes 31 and fins 32 as shown in FIG. 5, and the heat transfer tubes 31 are arranged in a staggered manner along the air flow direction. It has a structure inserted perpendicularly to the fins 32. The fins 32 that are arranged in two rows on the leeward side and the leeward side are usually arranged with their upper ends aligned.

一方、貯湯ユニット42は、貯湯タンク51と、積層ポンプ52と、三方弁53と、給湯混合弁54と、貯湯タンク51の底部から積層ポンプ52、ガスクーラ2、三方弁53を経て貯湯タンク51の塔頂へ還流する沸き上げ回路55を備えている。   On the other hand, the hot water storage unit 42 is connected to the hot water storage tank 51, the stacking pump 52, the three-way valve 53, the hot water mixing valve 54, and the bottom of the hot water storage tank 51 through the stacking pump 52, the gas cooler 2, and the three-way valve 53. A boiling circuit 55 for refluxing to the top of the column is provided.

次に、上記のような冷凍サイクル装置について、蒸発器4に霜が付着するような条件における加熱(もしくは冷却)運転時および除霜運転時の動作について説明する。   Next, about the above refrigeration cycle apparatuses, the operation | movement at the time of the heating (or cooling) operation and the defrosting operation on the conditions that frost adheres to the evaporator 4 is demonstrated.

加熱運転においては、圧縮機1から吐出された高圧の冷媒は、ガスクーラ2において水と熱交換して放熱した後に、膨張弁3に供給され減圧される。膨張弁3において減圧されて低温低圧となった冷媒は、蒸発器4に供給されて大気より吸熱して再び圧縮機1に供給される。   In the heating operation, the high-pressure refrigerant discharged from the compressor 1 exchanges heat with water in the gas cooler 2 and dissipates heat, and then is supplied to the expansion valve 3 and decompressed. The refrigerant that has been decompressed at the expansion valve 3 to become low temperature and low pressure is supplied to the evaporator 4, absorbs heat from the atmosphere, and is supplied to the compressor 1 again.

このように冷媒を動作させて加熱運転を行う場合、蒸発器4を流通する冷媒の蒸発温度は、大気温度より7〜10℃程度低く、冷媒の蒸発温度が−1℃〜−2℃程度より低くなると、蒸発器4のフィン32とフィン32に挟まれた大気流路33に、大気中の水分が凝縮した結露水が凍結して霜となり付着する。霜の付着が始まると大気流路33が閉塞し、ガスクーラ2において十分な加熱能力を得ることができなくなってしまうとともに、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができなくなってしまう。そのため、冷凍サイクル装置は、蒸発器4への霜の付着を検知すると、下記の除霜運転を行って霜を除去する。   When the heating operation is performed by operating the refrigerant in this way, the evaporation temperature of the refrigerant flowing through the evaporator 4 is about 7 to 10 ° C. lower than the atmospheric temperature, and the evaporation temperature of the refrigerant is about −1 ° C. to −2 ° C. If it becomes low, the condensed water which condensed the water | moisture content in air | atmosphere will freeze and adhere to the atmospheric | air flow path 33 pinched | interposed between the fin 32 and the fin 32 of the evaporator 4 as frost. When the frost starts to adhere, the air flow path 33 is blocked, and the gas cooler 2 cannot obtain sufficient heating capability, and the refrigeration cycle apparatus cannot be operated with high energy efficiency. Therefore, when the refrigeration cycle apparatus detects adhesion of frost to the evaporator 4, it performs the following defrosting operation to remove the frost.

除霜運転においては、加熱運転時と同様の順に冷媒回路5中に冷媒を循環させ、蒸発器4に比較的高温の冷媒を供給して、冷媒の有する熱エネルギーを用いて、蒸発器4のフィン32に付着した霜を融かして除去する。このとき、ガスクーラ2において冷媒が極力放熱しないように水流量などを操作するのが通常である。   In the defrosting operation, the refrigerant is circulated in the refrigerant circuit 5 in the same order as in the heating operation, a relatively high-temperature refrigerant is supplied to the evaporator 4, and the heat energy of the refrigerant is used for the evaporator 4. The frost adhering to the fin 32 is melted and removed. At this time, it is normal to operate the water flow rate or the like so that the refrigerant does not radiate heat as much as possible in the gas cooler 2.

上記のような除霜運転を行う冷凍サイクル装置においては、四方弁などを用いて冷媒の循環方向を逆転させて除霜運転を行う冷凍サイクル装置に比べて、除霜運転に長い時間を
要したり、除霜運転後に融け残りを生じたりしやすく、冷凍サイクル装置のエネルギー効率を低下せるという課題があった。
The refrigeration cycle apparatus that performs the defrosting operation as described above requires a longer time for the defrosting operation than the refrigeration cycle apparatus that performs the defrosting operation by reversing the refrigerant circulation direction using a four-way valve or the like. There is a problem that it is easy to cause unmelted after the defrosting operation and to reduce the energy efficiency of the refrigeration cycle apparatus.

上記の課題を解決する冷凍サイクル装置として、例えば、特許文献1に記載されたような冷凍サイクル装置が提案されている。この冷凍サイクル装置は、四方弁などの冷媒の循環方向を逆転させる手段を備えずとも、図5に示すように、蒸発器4を、風上側に配した風上フィン11と、風下側に配した風下フィン12で構成し、風上フィン11、風下フィン12のそれぞれを、フィン32と、フィン32に挿入された伝熱管31で形成し、風上フィン11の伝熱管31から、風下フィン12の伝熱管31に向けて順に冷媒が流通するようにし、除霜運転時に霜の付着量の多い風上フィン11に挿入された伝熱管31から風下フィン12に挿入された伝熱管31の順に熱い冷媒を供給することによって除霜性能を向上させるようにしたものがある。
特開2006−23005号公報
As a refrigeration cycle apparatus that solves the above problems, for example, a refrigeration cycle apparatus as described in Patent Document 1 has been proposed. This refrigeration cycle apparatus does not include means for reversing the direction of refrigerant circulation such as a four-way valve, and as shown in FIG. Each of the leeward fins 12 and the leeward fins 12 is formed by the fins 32 and the heat transfer tubes 31 inserted into the fins 32. From the heat transfer tubes 31 of the windward fins 11, the leeward fins 12 are formed. The refrigerant flows in order toward the heat transfer tubes 31, and the heat transfer tubes 31 inserted in the leeward fins 12 are hot in the order from the heat transfer tubes 31 inserted in the windward fins 11 having a large amount of frost adhesion during the defrosting operation. Some have improved the defrosting performance by supplying a refrigerant.
JP 2006-23005 A

しかしながら、従来の冷凍サイクル装置の構成によれば、図6に示すように風下フィン12が風上フィン11よりも鉛直方向の長さが短く、かつ風下フィン12の下端が風上フィン11の下端よりも鉛直方向で上側にある蒸発器4を搭載する冷凍サイクル装置においては、特許文献1に記載された冷凍サイクル装置のように、風上側から風下側に向かって順に冷媒が流れるように伝熱管31を構成すると、風下フィン12の下端に、除霜運転によって融かされた霜が水滴となって表面張力により残存し、また、風下フィン12の下端周囲を流れる大気の風量が大きいため、加熱運転再開時に残存する水滴が冷却されて再凍結し、蒸発器4の放熱性能が低下し、冷凍サイクル装置の運転におけるエネルギー効率が低下するだけでなく、氷がより大きく成長すると送風ファン(図示せず)と接触して、冷凍サイクル装置が正常に運転できなくなるという課題があった。   However, according to the configuration of the conventional refrigeration cycle apparatus, as shown in FIG. 6, the leeward fin 12 is shorter in the vertical direction than the leeward fin 11, and the lower end of the leeward fin 12 is the lower end of the upwind fin 11. In the refrigeration cycle apparatus equipped with the evaporator 4 on the upper side in the vertical direction, as in the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1, the heat transfer tube is configured such that the refrigerant flows in order from the windward side toward the leeward side. When 31 is configured, the frost melted by the defrosting operation becomes water droplets at the lower end of the leeward fin 12 and remains due to surface tension, and the amount of air flowing around the lower end of the leeward fin 12 is large. Water droplets remaining at the time of resuming operation are cooled and re-frozen, the heat dissipation performance of the evaporator 4 is lowered, energy efficiency in the operation of the refrigeration cycle apparatus is lowered, and ice is further reduced. In contact with to hear grow the blower fan (not shown), there is a problem that the refrigeration cycle apparatus can not be operated normally.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、風下側のフィンの放熱性能の低下および風量の低下を抑制し、着霜条件下においても、高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, suppresses the heat dissipation performance of the leeward fin and the airflow, and can operate with high energy efficiency even under frosting conditions. It is an object of the present invention to provide a refrigeration cycle apparatus capable of continuing normal operation without a fan coming into contact with ice.

上記目的を達成するために、本発明の冷凍サイクル装置は、少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧機構と、蒸発器とが順に環状に接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルをなし、前記蒸発器は、一定のピッチで平行に積層されるとともにその間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに前記フィンに密着接合され内部を冷媒が流動する伝熱管とから構成され、前記伝熱管は、風上側と風下側とに少なくとも2列以上配され、最も風下側に配される前記フィンは、風上側に配される前記フィンよりも鉛直方向の長さが短いフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、前記気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向を鉛直方向に設置され、風下側の前記フィンの上端は、風上側の前記フィンの上端よりも鉛直方向下側に位置させたもので、着霜条件下において蒸発器の風下側のフィン下端への氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In order to achieve the above object, the refrigeration cycle apparatus of the present invention comprises a refrigeration cycle in which at least a compressor, a radiator, a decompression mechanism, and an evaporator are sequentially connected in an annular manner to circulate a refrigerant. The container is stacked in parallel at a constant pitch and a number of plate-like fins through which a gas such as air flows, and is inserted into the fins at a predetermined pitch at a substantially right angle and is closely bonded to the fins. The inside of the heat transfer tube is configured such that a refrigerant flows therein, and the heat transfer tubes are arranged in at least two rows on the windward side and the leeward side, and the fins arranged on the most leeward side are arranged on the windward side. A fin-and-tube heat exchanger with a shorter vertical length than the fins, wherein the main flow direction of the gas, that is, the column direction, is horizontal, and the perpendicular direction, that is, the step direction, is perpendicular to the main flow direction of the gas. The upper end of the fin on the leeward side is positioned vertically lower than the upper end of the fin on the leeward side, and ice is applied to the lower end of the fin on the leeward side of the evaporator under frosting conditions. Suppresses growth, suppresses the heat dissipation performance of the evaporator and the airflow, and can operate the refrigeration cycle device with high energy efficiency even under frosting conditions, and the blower fan comes into contact with ice The operation can be continued normally.

本発明の冷凍サイクル装置は、風下側のフィンが風上側のフィンより鉛直方向の長さが短く、かつ風下側のフィンの下端が風上側のフィンの下端よりも鉛直方向上側にある蒸発
器を搭載する冷凍サイクル装置において、着霜条件下での風下側のフィン下端への氷の成長を抑制することにより、風下側のフィンの放熱性能の低下および風量の低下を抑制し、着霜条件下においても、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができるという効果を得ることができる。
The refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes an evaporator in which the leeward fin has a shorter vertical length than the windward fin and the lower end of the leeward fin is vertically higher than the lower end of the windward fin. In the installed refrigeration cycle device, by suppressing the growth of ice on the leeward fin lower end under frosting conditions, it is possible to suppress the decrease in heat dissipation performance and the air volume of the leeward fins, In this case, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and an effect that the operation can be continued normally without the blower fan coming into contact with ice can be obtained.

第1の発明は、少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧機構と、蒸発器とが順に環状に接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルをなし、前記蒸発器は、一定のピッチで平行に積層されるとともにその間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに前記フィンに密着接合され内部を冷媒が流動する伝熱管とから構成され、前記伝熱管は、風上側と風下側とに少なくとも2列以上配され、最も風下側に配される前記フィンは、風上側に配される前記フィンよりも鉛直方向の長さが短いフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、前記気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向を鉛直方向に設置され、風下側の前記フィンの上端は、風上側の前記フィンの上端よりも鉛直方向下側に位置させたもので、着霜条件下において蒸発器の風下側のフィン下端への氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   According to a first aspect of the present invention, at least a compressor, a radiator, a pressure reducing mechanism, and an evaporator are sequentially connected in an annular manner to form a refrigeration cycle in which refrigerant circulates, and the evaporators are stacked in parallel at a constant pitch. And a large number of plate-like fins through which a gas such as air flows, and a heat transfer tube inserted into the fins at a predetermined pitch substantially perpendicular to the fins and tightly joined to the fins and in which the refrigerant flows. The heat transfer tubes are arranged in at least two rows on the leeward side and the leeward side, and the fins arranged on the most leeward side are shorter in length in the vertical direction than the fins arranged on the leeward side. It is a fin-and-tube heat exchanger, and the main flow direction of the gas, that is, the column direction is installed in the horizontal direction, the perpendicular direction to the main flow direction of the gas, that is, the step direction is installed in the vertical direction, and the upper end of the fin on the leeward side is It is positioned vertically lower than the upper end of the fin on the leeward side, suppresses the growth of ice on the lower end of the fin on the leeward side of the evaporator under frosting conditions, reduces the heat dissipation performance of the evaporator, and It is possible to operate the refrigeration cycle apparatus with high energy efficiency even under frosting conditions while suppressing a decrease in air volume, and to continue normal operation without the blower fan coming into contact with ice.

第2の発明は、特に、第1の発明の風下側のフィンの下端は、風上側のフィンの下端よりも鉛直方向上側にあり、前記風下側の前記フィンの下端と風上側の前記フィンの下端の鉛直方向距離は、風下側の前記フィンの上端と、風上側の前記フィンの上端の鉛直方向距離よりも小さいもので、着霜条件下において蒸発器の風下側のフィン下端への氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In the second invention, in particular, the lower end of the fin on the leeward side of the first invention is vertically above the lower end of the fin on the leeward side, and the lower end of the fin on the leeward side and the lower end of the fin on the leeward side The vertical distance at the lower end is smaller than the vertical distance between the upper end of the fin on the leeward side and the upper end of the fin on the leeward side. Suppresses growth, suppresses the heat dissipation performance of the evaporator and the airflow, and can operate the refrigeration cycle device with high energy efficiency even under frosting conditions, and the blower fan comes into contact with ice The operation can be continued normally.

第3の発明は、特に、第1又は第2の発明の蒸発器に気体を導入する回転式送風手段を備え、前記蒸発器の重心は、前記回転式送風手段の回転中心よりも鉛直方向下側にあるもので、着霜条件下において蒸発器の風下側のフィン下端への氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In particular, the third invention is provided with a rotary blower for introducing gas into the evaporator of the first or second invention, and the center of gravity of the evaporator is lower than the rotation center of the rotary blower in the vertical direction. It suppresses the growth of ice on the leeward fin bottom of the evaporator under frosting conditions, suppresses the heat dissipation performance of the evaporator and the airflow, and even under frosting conditions. The refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and the operation can be continued normally without the blower fan coming into contact with ice.

第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか一つの発明の蒸発器よりも風下側の風回路中に躯体を配し、前記躯体の上端は前記蒸発器の最も風下側の列の最下段に配される伝熱管よりも鉛直方向下側にあるもので、蒸発器の鉛直方向上側の風量を増加させて風下側のフィン下端への氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In the fourth aspect of the invention, in particular, a casing is arranged in the wind circuit on the leeward side of the evaporator according to any one of the first to third aspects, and the upper end of the casing is in the most leeward row of the evaporator. It is on the lower side in the vertical direction than the heat transfer tube arranged at the lowest stage, increasing the air volume on the upper side in the vertical direction of the evaporator to suppress the growth of ice on the fin bottom on the leeward side, and the heat dissipation performance of the evaporator The refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency even under frosting conditions, and the operation can be continued normally without the blower fan coming into contact with ice. .

第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか一つの発明の伝熱管は、風下側から風上側へ順に冷媒が流通するように構成されているもので、風下側のフィンに付着した霜が除霜運転中早期に融かされて除去されるため、融け残りが生じにくく、氷の成長を抑制し、蒸発器の放熱性能の低下および風量の低下を抑制して、着霜条件下においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In the fifth invention, in particular, the heat transfer tube according to any one of the first to fourth inventions is configured such that the refrigerant flows in order from the leeward side to the leeward side, and is attached to the fin on the leeward side. Since frost is melted and removed early during defrosting operation, it is difficult for unmelted parts to be generated, ice growth is suppressed, deterioration of the heat dissipation performance of the evaporator and reduction in air flow are suppressed, In this case, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and the operation can be continued normally without the blower fan coming into contact with ice.

第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか一つの発明の冷凍サイクル装置において、除霜運転時に、圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器の順に冷媒が循環するもので、四方弁などの冷媒循環方向を逆転させる手段を備えない冷凍サイクル装置においても、少ないエネルギーで融け残りなく除霜運転を行うことができ、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   In the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to fifth inventions, the sixth invention is the one in which the refrigerant circulates in the order of the compressor, the radiator, the decompression mechanism, and the evaporator during the defrosting operation. Even in a refrigeration cycle apparatus that does not have a means for reversing the refrigerant circulation direction such as a valve, the defrosting operation can be performed with little energy without melting, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and air blowing The fan can continue to operate normally without contacting the ice.

第7の発明は、特に、第1〜5のいずれか一つの発明の冷凍サイクル装置において、除霜運転時に、圧縮機から吐出される冷媒が、少なくとも放熱器をバイパスして蒸発器に供給されるもので、放熱器などにおける冷媒の放熱を抑制し、少ないエネルギーで融け残りなく除霜運転を行うことができ、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   According to a seventh aspect of the invention, in particular, in the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to fifth aspects, during the defrosting operation, the refrigerant discharged from the compressor is supplied to the evaporator, bypassing at least the radiator. Therefore, it is possible to suppress the heat radiation of the refrigerant in the radiator, etc., to perform the defrosting operation with little energy and without melting, to operate the refrigeration cycle apparatus with high energy efficiency, and the blower fan and the ice. The operation can be continued normally without contact.

第8の発明は、特に、第1〜7のいずれか一つの発明の冷媒として、高圧側で超臨界状態となり得る物質を用いるもので、高圧側冷媒温度を高くすることができ、放熱器受熱流体を効率よく加熱することができる。   In the eighth invention, in particular, as the refrigerant of any one of the first to seventh inventions, a substance that can be in a supercritical state on the high pressure side is used. The fluid can be efficiently heated.

第9の発明は、特に、第8の発明の冷媒として、二酸化炭素を用いるもので、冷媒の発火や爆発の危険性を取り除くことができる。   In the ninth aspect of the invention, carbon dioxide is used as the refrigerant of the eighth aspect of the invention, and the risk of ignition or explosion of the refrigerant can be eliminated.

以下、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置について図面を参照しながら述べる。なお、実施の形態は、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置を一例として用いて説明するが、本発明の実施の形態は、ヒートポンプ給湯機に限定されるものでなく、空気調和機や車両用空調装置などであってもよい。なお、下記の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the embodiment will be described using a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater as an example, the embodiment of the present invention is not limited to a heat pump water heater, and is an air conditioner or a vehicle air conditioner. It may be a device or the like. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置の蒸発器の斜視図、図2は、同冷凍サイクル装置のヒートポンプユニットの正面図である。尚、上記従来の冷凍サイクル装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of an evaporator of a refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of a heat pump unit of the refrigeration cycle apparatus. In addition, about the same part as the said conventional refrigeration cycle apparatus, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

なお、冷媒回路5中には、二酸化炭素が冷媒として循環し、四方弁などの冷媒循環方向を逆転させる手段を備えない。   In the refrigerant circuit 5, carbon dioxide circulates as a refrigerant, and there is no means for reversing the refrigerant circulation direction such as a four-way valve.

本実施の形態における冷凍サイクル装置(ここでは、ヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置)は、上記冷媒回路5と沸き上げ回路55から構成される。   A refrigeration cycle apparatus (here, a refrigeration cycle apparatus mounted on a heat pump water heater) in the present embodiment includes the refrigerant circuit 5 and the boiling circuit 55.

図1、2において、13は冷媒流入管、14は冷媒流出管であり、図2において、16は、回転式送風手段である送風ファン、17は、ガスクーラ2を覆う躯体であるガスクーラカバー、18は、電源ボックスである。   1 and 2, reference numeral 13 denotes a refrigerant inflow pipe, reference numeral 14 denotes a refrigerant outflow pipe, and in FIG. 2, reference numeral 16 denotes a blower fan which is a rotary blower, 17 denotes a gas cooler cover which is a casing covering the gas cooler 2, and 18. Is a power box.

図1に示すように、蒸発器4は、風下フィン12は、風上フィン11よりも鉛直方向のフィン32の長さが短く、風下フィン12の下端と風上フィン11の下端の鉛直方向距離L2が風下フィン12の上端と風上フィン11の上端の鉛直方向距離L1よりも小さくなる(L1>L2)ように配されて構成されている。   As shown in FIG. 1, in the evaporator 4, the leeward fin 12 has a shorter vertical fin 32 than the leeward fin 11, and the vertical distance between the lower end of the leeward fin 12 and the lower end of the upwind fin 11. L2 is arranged so as to be smaller than the vertical distance L1 between the upper end of the leeward fin 12 and the upper end of the leeward fin 11 (L1> L2).

また、ガスクーラカバー17は、風回路中に配され、風下フィン12の最下段に挿入された冷媒流入管13は、ガスクーラカバー17の上端よりも鉛直方向上側になるように配される。送風ファン16は、蒸発器4の重心がその回転中心よりも鉛直方向下側になるように配される。また、図1に示すように、風下フィン12の最下段に冷媒流入管13が挿
入されて配され、風上フィン11に、冷媒流出管14が挿入されて配されるように構成されている。
Further, the gas cooler cover 17 is arranged in the wind circuit, and the refrigerant inflow pipe 13 inserted in the lowermost stage of the leeward fin 12 is arranged to be vertically higher than the upper end of the gas cooler cover 17. The blower fan 16 is arranged so that the center of gravity of the evaporator 4 is vertically lower than the rotation center. Further, as shown in FIG. 1, the refrigerant inflow pipe 13 is inserted and arranged at the lowest stage of the leeward fin 12, and the refrigerant outflow pipe 14 is inserted and arranged in the upwind fin 11. .

次に、上記のように構成された本実施の形態における冷凍サイクル装置の動作および作用について述べる。加熱運転時の基本動作については、従来の冷凍サイクル装置と同じであるので、本発明における特徴的な動作および作用について説明する。   Next, the operation and action of the refrigeration cycle apparatus in the present embodiment configured as described above will be described. Since the basic operation during the heating operation is the same as that of the conventional refrigeration cycle apparatus, the characteristic operation and action in the present invention will be described.

蒸発器4に付着した霜を融かして除去する除霜運転を中心に述べる。加熱運転により蒸発器4への着霜が進行すると、付着した霜を除去する除霜運転を開始する。除霜運転の開始は、例えば、蒸発器4における冷媒の蒸発温度により判断される。除霜運転を開始すると、冷媒回路5内の冷媒の循環方向は変えずに、圧縮機1、膨張弁3および積層ポンプ52を予め定められた除霜運転時の設定で動作させる。   The defrosting operation for melting and removing the frost attached to the evaporator 4 will be mainly described. When the frosting on the evaporator 4 proceeds by the heating operation, the defrosting operation for removing the attached frost is started. The start of the defrosting operation is determined by, for example, the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 4. When the defrosting operation is started, the compressor 1, the expansion valve 3 and the stacking pump 52 are operated at a predetermined setting during the defrosting operation without changing the circulation direction of the refrigerant in the refrigerant circuit 5.

とくに、積層ポンプ52については、沸き上げ回路55を循環する水流量を抑制するように操作し、ガスクーラ2における冷媒の放熱を抑制させる。除霜運転が開始されて蒸発器4に、温度が0℃以上の冷媒が供給されると、冷媒の熱エネルギーによって霜が融かされ、蒸発器4のフィン32を伝ってドレンパン(図示せず)に水となって滴下する。このとき、蒸発器4の風下フィン12に挿入された冷媒流入管13の周囲に付着した霜から順次融解し、最後に冷媒流出管14の周囲に付着した霜が融かされる。なお、除霜運転の終了は、例えば、蒸発器4における冷媒の蒸発温度により判断される。除霜運転の終了が判定されると、圧縮機1、膨張弁3および積層ポンプ52を通常の加熱運転時の動作状態に戻して、加熱運転を再開する。   In particular, the stacking pump 52 is operated so as to suppress the flow rate of water circulating in the boiling circuit 55, thereby suppressing the heat radiation of the refrigerant in the gas cooler 2. When the defrosting operation is started and a refrigerant having a temperature of 0 ° C. or higher is supplied to the evaporator 4, the frost is melted by the heat energy of the refrigerant, and the drain pan (not shown) travels through the fins 32 of the evaporator 4. ) And drops as water. At this time, the frost adhering to the periphery of the refrigerant inflow pipe 13 inserted into the leeward fin 12 of the evaporator 4 is sequentially melted, and finally the frost adhering to the periphery of the refrigerant outflow pipe 14 is melted. Note that the end of the defrosting operation is determined by, for example, the refrigerant evaporation temperature in the evaporator 4. When the end of the defrosting operation is determined, the compressor 1, the expansion valve 3 and the laminated pump 52 are returned to the operation state during the normal heating operation, and the heating operation is resumed.

加熱運転を再開すると、風下フィン12下端のフィン32とフィン32に挟まれた大気流路33に表面張力により残存している水滴は冷却されて再度凍結するが、風下フィン12を、風上フィン11に対して比較的下方に配し、さらに風回路中の下方にガスクーラカバー17を配することによって、風下フィン12の下端周辺よりも風下フィン12の上側を流れる大気の風速の方が大きくなるため、水滴が氷へと成長するのを抑制することができる。さらに、送風ファン16が蒸発器4の重心よりも上方に配されることにより、風下フィン12の上側を流れる大気の風速が大きくなる。   When the heating operation is restarted, the water droplets remaining due to the surface tension in the fin 32 at the lower end of the leeward fin 12 and the air flow path 33 sandwiched between the fins 32 are cooled and frozen again. 11 and a gas cooler cover 17 disposed below the wind circuit, the wind speed of the air flowing above the lee fin 12 is higher than that around the lower end of the lee fin 12. Therefore, it is possible to suppress water droplets from growing into ice. Furthermore, since the blower fan 16 is disposed above the center of gravity of the evaporator 4, the wind speed of the atmosphere flowing above the leeward fin 12 is increased.

また、蒸発器4の冷媒流入管13を、風下フィン12の最下端に配し、冷媒流出管14を風上フィン11に挿入するような構成にすることによって、除霜運転開始後、早期に風下フィン12に付着した霜が融けるため、加熱運転再開までの時間を長く有し、フィン32の上部より滴下してくる水滴が、大気流路33に残存しにくい。   In addition, by arranging the refrigerant inflow pipe 13 of the evaporator 4 at the lowermost end of the leeward fin 12 and inserting the refrigerant outflow pipe 14 into the leeward fin 11, early after the defrosting operation is started. Since the frost adhering to the leeward fins 12 melts, it takes a long time to resume the heating operation, and water drops dripping from the upper part of the fins 32 hardly remain in the atmospheric flow path 33.

上記のように蒸発器4とガスクーラカバー17を構成することによって、着霜条件下での風下フィン12下端における氷の成長を抑制することができるため、蒸発器4の放熱性能の低下、および通過する風量の低下を抑制することができる。   By constituting the evaporator 4 and the gas cooler cover 17 as described above, it is possible to suppress the growth of ice at the lower end of the leeward fin 12 under the frosting condition. It is possible to suppress a decrease in the air volume.

このようにすることによって、風下フィン12の下端への氷柱成長による蒸発器4の性能の低下を防止して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファン16が氷と接触することなく正常に運転を継続することができる。   By doing in this way, the fall of the performance of the evaporator 4 by the ice column growth to the lower end of the leeward fin 12 can be prevented, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and the blower fan 16 can be operated with ice. The operation can be continued normally without contact.

本実施の形態によれば、上記の通り、風下フィン12が風上フィン11よりも鉛直方向の長さが短く、かつ風下フィン12の下端が風上フィン11の下端よりも上部にある冷凍サイクル装置においても、風下フィン12の下端と風上フィン11の下端との距離L2を風下フィン12の上端と風上フィン11の上端との距離L1よりも小さくし(L1>L2)、除霜運転時に、風下側から風上側へ冷媒が流れるように伝熱管31を構成することによって、着霜条件下においても、蒸発器4への霜の融け残りやフィン32下端への氷の成
長を抑制することができるため、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができ、かつ送風ファン16が氷と接触することなく正常に運転を継続することができるという効果を奏する。
According to the present embodiment, as described above, the refrigeration cycle in which the leeward fin 12 is shorter in the vertical direction than the leeward fin 11 and the lower end of the leeward fin 12 is above the lower end of the upwind fin 11. Also in the apparatus, the distance L2 between the lower end of the leeward fin 12 and the lower end of the leeward fin 11 is made smaller than the distance L1 between the upper end of the leeward fin 12 and the upper end of the windward fin 11 (L1> L2), and the defrosting operation is performed. Sometimes, by configuring the heat transfer tube 31 so that the refrigerant flows from the leeward side to the leeward side, frost remaining on the evaporator 4 and ice growth on the lower ends of the fins 32 are suppressed even under frosting conditions. Therefore, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency, and the operation can be continued normally without the blower fan 16 coming into contact with ice.

(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置の構成図である。尚、上記第1の実施の形態における冷凍サイクル装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater in the second embodiment of the present invention. In addition, about the same part as the refrigerating-cycle apparatus in the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本実施の形態における冷凍サイクル装置は、図3に示すように、圧縮機1の吐出側と蒸発器4に接続された冷媒流入管13との間を、途中にバイパス弁21を有するバイパス回路22でバイパスしたもので、蒸発器4の構成は、上記第1の実施の形態と同一である。   As shown in FIG. 3, the refrigeration cycle apparatus in the present embodiment includes a bypass circuit 22 having a bypass valve 21 between the discharge side of the compressor 1 and the refrigerant inlet pipe 13 connected to the evaporator 4. The configuration of the evaporator 4 is the same as that of the first embodiment.

次に、上記のように構成された本実施の形態における冷凍サイクル装置の動作および作用について述べる。   Next, the operation and action of the refrigeration cycle apparatus in the present embodiment configured as described above will be described.

本実施の形態においては、除霜運転の開始が判断されると、バイパス弁21を開いてバイパス回路22を通じて、圧縮機1から吐出された冷媒は、ガスクーラ2を経ずに蒸発器4に供給される。そして、除霜運転の終了が判定されると、バイパス弁21を閉じて通常の加熱運転を再開する。   In the present embodiment, when the start of the defrosting operation is determined, the refrigerant discharged from the compressor 1 through the bypass circuit 22 by opening the bypass valve 21 is supplied to the evaporator 4 without passing through the gas cooler 2. Is done. When the end of the defrosting operation is determined, the bypass valve 21 is closed and the normal heating operation is resumed.

上記のようにバイパス弁21を操作して動作させることによって、蒸発器4の風下フィン12の最下段に挿入された冷媒流入管13に高温の冷媒を供給することができるため、風下フィン12の下端への氷の成長を抑制することができる。なお、本実施の形態により得ることができる効果は、上記第1の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。   Since the bypass valve 21 is operated and operated as described above, a high-temperature refrigerant can be supplied to the refrigerant inflow pipe 13 inserted in the lowermost stage of the leeward fin 12 of the evaporator 4. Ice growth to the lower end can be suppressed. The effects that can be obtained by the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

本発明に係る冷凍サイクル装置は、高いエネルギー効率で運転を行うことができ、かつ送風ファンが氷と接触することなく正常に運転を継続することができるという効果を有し、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置や空気調和機搭載の冷凍サイクル装置など、高圧側において超臨界状態となり得る冷媒を用いる冷凍サイクル装置一般に対して有用である。   The refrigeration cycle apparatus according to the present invention has the effect that it can be operated with high energy efficiency and can continue to operate normally without the blower fan coming into contact with ice, and is installed in a heat pump water heater. This is useful for a general refrigeration cycle apparatus using a refrigerant that can be in a supercritical state on the high pressure side, such as a refrigeration cycle apparatus or a refrigeration cycle apparatus mounted on an air conditioner.

本発明の実施の形態1における冷凍サイクル装置の蒸発器の斜視図The perspective view of the evaporator of the refrigeration cycle apparatus in Embodiment 1 of this invention 同冷凍サイクル装置のヒートポンプユニットの正面図Front view of the heat pump unit of the refrigeration cycle apparatus 本発明の実施の形態2におけるヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置の構成図Configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater in Embodiment 2 of the present invention 従来のヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置の構成図Configuration diagram of a conventional refrigeration cycle system equipped with a heat pump water heater 同冷凍サイクル装置の蒸発器の斜視図Perspective view of the evaporator of the refrigeration cycle apparatus 他の蒸発器の例を示す斜視図A perspective view showing an example of another evaporator

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
2 ガスクーラ(放熱器)
3 膨張弁(減圧機構)
4 蒸発器
5 冷媒回路
11 風上フィン
12 風下フィン
13 冷媒流入管
14 冷媒流出管
15、33 大気流路
16 送風ファン(回転式送風手段)
17 ガスクーラカバー(躯体)
18 電源ボックス
21 バイパス弁
22 バイパス回路
31 伝熱管
32 フィン
41 ヒートポンプユニット
42 貯湯ユニット
51 貯湯タンク
52 積層ポンプ
53 三方弁
54 混合弁
55 沸き上げ回路
1 Compressor 2 Gas cooler (heat radiator)
3 Expansion valve (pressure reduction mechanism)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Evaporator 5 Refrigerant circuit 11 Upwind fin 12 Downwind fin 13 Refrigerant inflow pipe 14 Refrigerant outflow pipe 15, 33 Atmospheric flow path 16 Blower (rotary blower)
17 Gas cooler cover (frame)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Power supply box 21 Bypass valve 22 Bypass circuit 31 Heat transfer tube 32 Fin 41 Heat pump unit 42 Hot water storage unit 51 Hot water storage tank 52 Laminated pump 53 Three-way valve 54 Mixing valve 55 Boiling circuit

Claims (9)

少なくとも圧縮機と、放熱器と、減圧機構と、蒸発器とが順に環状に接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルをなし、前記蒸発器は、一定のピッチで平行に積層されるとともにその間を空気などの気体が流動する多数の平板状のフィンと、前記フィンに略直角に所定のピッチで挿入されるとともに前記フィンに密着接合され内部を冷媒が流動する伝熱管とから構成され、前記伝熱管は、風上側と風下側とに少なくとも2列以上配され、最も風下側に配される前記フィンは、風上側に配される前記フィンよりも鉛直方向の長さが短いフィンアンドチューブ式の熱交換器であり、前記気体の主流方向すなわち列方向を水平方向に、前記気体の主流方向に直角方向すなわち段方向を鉛直方向に設置され、風下側の前記フィンの上端は、風上側の前記フィンの上端よりも鉛直方向下側に位置させたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 At least a compressor, a radiator, a decompression mechanism, and an evaporator are connected in order to form a refrigeration cycle in which refrigerant circulates, and the evaporators are stacked in parallel at a constant pitch and air is interposed therebetween. A plurality of plate-like fins through which a gas flows, and heat transfer tubes inserted into the fins at a predetermined pitch substantially perpendicular to the fins and in close contact with the fins, in which a refrigerant flows. Are arranged in at least two rows on the leeward side and the leeward side, and the fins arranged on the most leeward side are fin-and-tube type heats that are shorter in the vertical direction than the fins arranged on the leeward side. It is an exchanger, and the main flow direction of the gas, that is, the row direction is installed in the horizontal direction, and the direction perpendicular to the main flow direction of the gas, that is, the step direction is installed in the vertical direction. Refrigeration cycle apparatus is characterized in that is positioned vertically lower than the upper end of the fin. 風下側のフィンの下端は、風上側のフィンの下端よりも鉛直方向上側にあり、前記風下側の前記フィンの下端と風上側の前記フィンの下端の鉛直方向距離は、風下側の前記フィンの上端と、風上側の前記フィンの上端の鉛直方向距離よりも小さい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 lower end of the leeward fin is vertically above the lower end of the fin on the leeward side, and the vertical distance between the lower end of the fin on the leeward side and the lower end of the fin on the leeward side of the fin on the leeward side is The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the refrigeration cycle apparatus is smaller than a vertical distance between the upper end and the upper end of the fin on the windward side. 蒸発器に気体を導入する回転式送風手段を備え、前記蒸発器の重心は、前記回転式送風手段の回転中心よりも鉛直方向下側にあることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 The rotary blower means for introducing gas into the evaporator is provided, and the center of gravity of the evaporator is vertically below the rotation center of the rotary blower means. Refrigeration cycle equipment. 蒸発器よりも風下側の風回路中に躯体を配し、前記躯体の上端は前記蒸発器の最も風下側の列の最下段に配される伝熱管よりも鉛直方向下側にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 A casing is arranged in a wind circuit on the leeward side of the evaporator, and an upper end of the casing is vertically lower than a heat transfer tube arranged in the lowest stage of the most leeward row of the evaporator. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 3. 伝熱管は、風下側から風上側へ順に冷媒が流通するように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat transfer tube is configured such that refrigerant flows in order from the leeward side to the leeward side. 除霜運転時に、圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器の順に冷媒が循環することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 6. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein during the defrosting operation, the refrigerant circulates in the order of a compressor, a radiator, a decompression mechanism, and an evaporator. 除霜運転時に、圧縮機から吐出される冷媒が、少なくとも放熱器をバイパスして蒸発器に供給されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 6. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein during the defrosting operation, the refrigerant discharged from the compressor is supplied to the evaporator while bypassing at least the radiator. 冷媒として、高圧側で超臨界状態となり得る物質を用いることを特長とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a substance that can be in a supercritical state on a high-pressure side is used as the refrigerant. 冷媒として、二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項8に記載の冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus according to claim 8, wherein carbon dioxide is used as the refrigerant.
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