JP2011247476A - Refrigerating cycle with refrigerant pipe for defrosting operation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ、冷凍機、空調機等の冷凍サイクルに関するものであり、より詳しくは、熱交換器に付着する霜を取るデフロスト運転用の冷媒管を備えた冷凍サイクルに関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle such as a heat pump, a refrigerator, and an air conditioner. More specifically, the present invention relates to a refrigeration cycle including a refrigerant tube for defrost operation that removes frost adhering to a heat exchanger.
ヒートポンプ等の冷凍サイクルは、従来周知のように、圧縮機、第1、2の熱交換器、膨張弁等から構成され、これらは互いに冷媒管によって接続されている。そして圧縮機を起動して冷媒を第1の熱交換器、膨張弁、第2の熱交換器等の間を循環させると、冷媒が液体、気体と状態変化する。このとき第1の熱交換器は凝縮器、第2の熱交換器は蒸発器としてそれぞれ作用し、第1の熱交換器において熱が外部に放出され、第2の熱交換器において外部から熱が吸収される。従って、第1の熱交換器を加熱源、第2の熱交換器を冷却源として、冷暖房装置、給湯装置、冷凍機等として利用することができる。 As is well known in the art, a refrigeration cycle such as a heat pump includes a compressor, first and second heat exchangers, an expansion valve, and the like, which are connected to each other by a refrigerant pipe. When the compressor is started and the refrigerant is circulated between the first heat exchanger, the expansion valve, the second heat exchanger, and the like, the state of the refrigerant changes to liquid and gas. At this time, the first heat exchanger functions as a condenser and the second heat exchanger functions as an evaporator, heat is released to the outside in the first heat exchanger, and heat is externally applied in the second heat exchanger. Is absorbed. Therefore, the first heat exchanger can be used as a heating source, the second heat exchanger can be used as a cooling source, and the air conditioning apparatus, the hot water supply apparatus, the refrigerator, and the like can be used.
冷凍サイクルの運転を継続していると、冷却源となる第2の熱交換器には霜が付着して、熱交換の効率が低下してしまう。従って第2の熱交換器の霜を取る、いわゆるデフロスト運転を定期的に実施する必要がある。デフロスト運転の方法も周知であり、冷媒を流す方向を変えて、蒸発器として作用していた第2の熱交換器を凝縮器として作用させ、凝縮器として作用していた第1の熱交換器を蒸発器として作用させる。具体的には、四方弁等によって冷媒管路を切り替えて、圧縮機で圧縮された冷媒を第2の熱交換器、膨張弁、第1の熱交換器の順に送る。そうすると、高温高圧にされた冷媒は第2の熱交換器において凝縮し、膨張弁において低圧にされ、第1の熱交換器において気化して圧縮機に戻る。従って、第2の熱交換器において熱を放出するので、付着した霜を融かすことができる。一方第1の熱交換器は外部から必要な熱を吸収する。 If the operation of the refrigeration cycle is continued, frost adheres to the second heat exchanger serving as a cooling source, and the efficiency of heat exchange decreases. Therefore, it is necessary to periodically perform a so-called defrost operation in which the second heat exchanger is defrosted. The method of defrost operation is also well-known, the direction which flows a refrigerant | coolant is changed, the 2nd heat exchanger which was acting as an evaporator is made to act as a condenser, and the 1st heat exchanger which was acting as a condenser To act as an evaporator. Specifically, the refrigerant line is switched by a four-way valve or the like, and the refrigerant compressed by the compressor is sent in the order of the second heat exchanger, the expansion valve, and the first heat exchanger. Then, the high-temperature and high-pressure refrigerant is condensed in the second heat exchanger, is reduced to a low pressure in the expansion valve, is vaporized in the first heat exchanger, and returns to the compressor. Therefore, since heat is released in the second heat exchanger, the attached frost can be melted. On the other hand, the first heat exchanger absorbs necessary heat from the outside.
特許文献1には、所定のバイパス路を備え、デフロスト運転時に冷媒の一部を熱交換器を通さずにバイパスさせて圧縮機に戻すことができる給湯器が記載されている。特許文献1に記載の給湯器は、圧縮機、空気熱交換器、膨張弁、水熱交換器、バイパス管等から構成されている。通常の運転においては圧縮機から送られた冷媒は、水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を循環する。従って、空気熱交換器において外部の空気から熱を吸収し、水熱交換器において水を加熱して給湯することができる。空気熱交換器には前記したように霜が付着する。この霜を取るデフロスト運転時には、圧縮機から送られる冷媒は、空気熱交換器、膨張弁、水熱交換器の順に送られるが、冷媒の一部は、膨張弁の上流側の管路から圧縮機の吸入側に接続されているバイパス管によってバイパスされる。これによって冷媒の一部は、水熱交換器を通らないで直接圧縮機に戻り、水熱交換器を通って戻される他の冷媒と合流することになる。
従来周知のデフロスト運転によっても、熱交換器に付着した霜を取ることはできる。しかしながら解決すべき問題が認められる。具体的には、霜が付着してしまった一方の熱交換器をデフロストするとき、デフロストに要する熱量を他方の熱交換器において外部から吸収しなければならない点に問題が認められる。つまり他方の熱交換器は、通常運転時には加熱源として運転しているところ、デフロスト運転時には冷却源として運転しなければならないので、いわゆるマイナス運転になってしまう。従って、せっかく給湯用に加熱した湯や、暖房した空気を熱源として熱量を奪ってしまい、一時的に湯の温度が低下したり暖房の温度が低下して装置の性能が低下してしまう。またエネルギー効率も悪い。さらには、デフロストに要する熱量を他方の熱交換器において吸収しなければならないので、十分な熱量を得るのに長時間を要してしまうという問題もあるし、熱源の温度が低い場合には十分にデフロスト出来ないという問題もある。 The frost adhering to the heat exchanger can also be removed by a conventionally known defrost operation. However, there are problems to be solved. Specifically, when defrosting one heat exchanger to which frost has adhered, there is a problem in that the amount of heat required for defrosting must be absorbed from the outside in the other heat exchanger. That is, the other heat exchanger operates as a heating source during normal operation, but must operate as a cooling source during defrost operation. Therefore, hot water heated for hot water supply or heated air is used as a heat source, and the amount of heat is taken away, so that the temperature of the hot water is temporarily lowered or the temperature of the heating is lowered to deteriorate the performance of the apparatus. It is also not energy efficient. Furthermore, since the amount of heat required for defrost must be absorbed by the other heat exchanger, there is a problem that it takes a long time to obtain a sufficient amount of heat, and it is sufficient when the temperature of the heat source is low. There is also a problem that it cannot be defrosted.
特許文献1に記載の給湯器においては、デフロスト運転時に冷媒の一部は水熱交換器を通らないでバイパスされるので、水熱交換器で吸収される熱量を抑制することができ、ある程度マイナス運転を抑制することはできる。しかしながら、せっかく加熱した湯から熱量を奪ってしまうので、湯の温度が低下することは避けられない。また冷媒の一部がバイパスされてしまうので、デフロストに必要な熱量を得るには時間も要してしまう。さらには、冷媒が液体として圧縮機に送られてしまう、いわゆる液バック運転の危険もある。つまり、バイパスされる冷媒は水熱交換器を通らないので液体として戻されることになるが、水熱交換器を通って戻される冷媒の量が少ない場合には、合流後の冷媒の一部は液体になる可能性が高い。そうすると液バック運転によって圧縮機が故障する危険がある。
In the water heater described in
本発明は、上記したような問題点を解決した冷凍サイクルを提供することを目的としており、具体的には、冷凍サイクルにおいてデフロスト運転するとき、通常運転時に加熱した湯、空気等の加熱対象から熱量を奪うことがなく、従ってこれらの温度が低下することはなく、必要なエネルギーは最小で済むと共にデフロストに要する時間も短くて済み、液バック運転を確実に防止して安全に運転できる、冷凍サイクルを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle that solves the above-described problems. Specifically, when a defrost operation is performed in a refrigeration cycle, the object is heated from hot objects such as hot water and air that are heated during normal operation. Refrigeration that does not take away heat and therefore does not reduce these temperatures, requires minimal energy and requires less time for defrosting, reliably preventing liquid back operation The purpose is to provide a cycle.
本発明は、上記目的を達成するために、冷凍サイクルを、圧縮機、凝縮器である第2の熱交換器、膨張弁、蒸発器である第1の熱交換器等から構成し、この順番で冷媒が循環するようにする。圧縮機の上流側にはアキュムレータを、下流側には冷媒の流れの方向を切り換える切換弁を設ける。そして、凝縮器と膨張弁の間にレシーバを介装する。このレシーバから、開閉弁が介装されたデフロスト用冷媒管によってアキュムレータに接続する。また、膨張弁には逆止弁が介装されたバイパス管を並列に接続する。切換弁を操作して開閉弁を開くと、冷媒は圧縮機、第1の熱交換器、バイパス管、レシーバ、デフロスト用冷媒管、アキュムレータの順に循環して、第1の熱交換器はデフロストされる。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a refrigeration cycle comprising a compressor, a second heat exchanger as a condenser, an expansion valve, a first heat exchanger as an evaporator, and the like. In order to circulate the refrigerant. An accumulator is provided on the upstream side of the compressor, and a switching valve for switching the direction of the refrigerant flow is provided on the downstream side. A receiver is interposed between the condenser and the expansion valve. The receiver is connected to the accumulator by a defrost refrigerant pipe interposing an opening / closing valve. Further, a bypass pipe having a check valve interposed therein is connected in parallel to the expansion valve. When the switching valve is operated to open the on-off valve, the refrigerant circulates in the order of the compressor, the first heat exchanger, the bypass pipe, the receiver, the defrost refrigerant pipe, and the accumulator, and the first heat exchanger is defrosted. The
かくして、請求項1記載の発明は、上記目的を達成するために、少なくとも、圧縮機と、第2の熱交換器と、膨張弁またはキャピラリーチューブからなる第1の絞り機構と、第1の熱交換器とを備え、これらがこの順番で接続されて冷媒が循環するようになっている冷凍サイクルであって、前記圧縮機の上流側には冷媒の気液を分離するアキュムレータが、下流側には冷媒の流れの方向を切り換える方向切換機構がそれぞれ設けられ、前記第2の熱交換器と前記第1の絞り機構の間には、冷媒を貯蔵する冷媒バッファが設けられ、前記冷媒バッファからは、開閉弁が介装されたデフロスト用冷媒管が前記アキュムレータに接続され、そして、前記第1の絞り機構には、逆止弁が介装された第1のバイパス管が並列に接続されており、前記方向切換機構を操作すると共に前記開閉弁を開くと、冷媒は、前記圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記デフロスト用冷媒管、前記アキュムレータの順に循環するように構成されている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の冷凍サイクルにおいて、前記第1の熱交換器は外部の空気との間で熱交換する空気熱交換器になっており、前記第2の熱交換器は冷暖房用として使用される冷温水との間で熱交換する冷温水熱交換器になっており、前記第2の熱交換器と前記冷媒バッファの間には、膨張弁またはキャピラリーチューブからなる第2の絞り機構と、逆止弁が介装された第2のバイパス管が並列に設けられ、前記冷凍サイクルには、給湯用熱交換器である第3の熱交換器も設けられ、該第3の熱交換器は前記方向切換機構から分岐した管路に接続されていると共に前記冷媒バッファに接続されており、前記方向切換機構を操作して暖房運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第2の熱交換器、前記第2のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記第1の絞り機構、前記第1の熱交換器の順に循環し、冷房運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記第2の絞り機構、前記第2の熱交換器の順に循環し、給湯運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第3の熱交換器、前記冷媒バッファ、前記第1の絞り機構、前記第1の熱交換器の順に循環し、冷房給湯運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第3の熱交換器、前記冷媒バッファ、前記第2の絞り機構、前記第2の熱交換器の順に循環するように構成される。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の冷凍サイクルにおいて、前記冷媒バッファは、レシーバからなるように構成される。
Thus, in order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the refrigeration cycle of the first aspect, the first heat exchanger is an air heat exchanger that exchanges heat with external air, and the second heat exchanger The heat exchanger is a cold / hot water heat exchanger that exchanges heat with cold / hot water used for air conditioning, and an expansion valve or a capillary tube is provided between the second heat exchanger and the refrigerant buffer. And a second bypass pipe interposing a check valve are provided in parallel, and the refrigeration cycle is also provided with a third heat exchanger that is a heat exchanger for hot water supply. The third heat exchanger is connected to a pipe branched from the direction switching mechanism and connected to the refrigerant buffer. When the heating operation position is selected by operating the direction switching mechanism, the refrigerant is , Compressor, second heat exchanger, second vibrator When the cooling operation position is selected by circulating in the order of the pipe, the refrigerant buffer, the first throttle mechanism, and the first heat exchanger, the refrigerant becomes the compressor, the first heat exchanger, and the first heat exchanger. When the bypass pipe, the refrigerant buffer, the second throttle mechanism, and the second heat exchanger are circulated in this order and the hot water supply operation position is selected, the refrigerant is the compressor, the third heat exchanger, and the refrigerant buffer. When the cooling hot water supply operation position is selected in the order of circulation of the first throttle mechanism and the first heat exchanger, the refrigerant is the compressor, the third heat exchanger, the refrigerant buffer, the second heat exchanger, and the second heat exchanger. The throttle mechanism is configured to circulate in the order of the second heat exchanger.
According to a third aspect of the present invention, in the refrigeration cycle according to the first or second aspect, the refrigerant buffer is constituted by a receiver.
以上のように本発明によると、少なくとも、圧縮機と、第2の熱交換器と、膨張弁またはキャピラリーチューブからなる第1の絞り機構と、第1の熱交換器とを備え、これらがこの順番で接続されて冷媒が循環するようになっている冷凍サイクルを対象として構成されているので、本発明は実質的にほとんどの冷凍サイクルに適用することができる。本発明によると、第2の熱交換器と第1の絞り機構の間には、冷媒を貯蔵する冷媒バッファが設けられている。従って、通常の運転においては、冷媒は第2の熱交換器で凝縮した後に冷媒バッファに送られることになり、冷媒は比較的高温の状態で所定量が冷媒バッファに貯められることになる。すなわち冷媒バッファには十分な熱エネルギーが常時確保されることになり、デフロスト運転時にこの熱エネルギーを利用することができる。本発明によると、圧縮機の上流側には冷媒の気液を分離するアキュムレータが、下流側には冷媒の流れの方向を切り換える方向切換機構がそれぞれ設けられ、そして、冷媒バッファからは、開閉弁が介装されたデフロスト用冷媒管がアキュムレータに接続されている。また、第1の絞り機構には、逆止弁が介装された第1のバイパス管が並列に接続されている。このような冷凍サイクルにおいて、方向切換機構を操作すると共に開閉弁を開くと、冷媒は、圧縮機、第1の熱交換器、第1のバイパス管、冷媒バッファ、デフロスト用冷媒管、アキュムレータの順に循環するように構成されている。従って、デフロスト運転を効率よく実施することができる。すなわち、このような運転をするとき、第1の熱交換器で凝縮して熱を放出した冷媒は比較的低温になって冷媒バッファに送られることになるが、冷媒バッファには前記したように比較的高温の冷媒が貯蔵されている。この高温の冷媒がデフロスト用冷媒管を介してアキュムレータに送られるので、冷媒はアキュムレータ内で容易に気化する。この冷媒を圧縮機で再び第1の熱交換器に送ってデフロストすることができる。つまり効率的にデフロストすることができる。そして、この循環においては冷媒を気化させるために、格別に他の熱交換器において外部から熱を吸収させる必要がない。そうすると、湯、空気等の本来の加熱対象から熱量を奪う必要がなく、これらの温度が低下することがない。すなわちデフロスト運転時にも冷凍サイクルの性能は低下しない。本発明においては、このように実質的に冷媒バッファに蓄積された熱エネルギーを利用しているので、短時間でデフロストできるという効果も得られる。さらには、圧縮機の上流側に設けられているアキュムレータによって、冷媒は確実に気液分離されるので、いわゆる液バック運転をしてしまう危険も防止されている。ところで本発明において、デフロスト運転を実施すると、冷凍バッファ内の冷媒の温度は若干低下することになる。そうすると通常運転に戻したときに、冷媒の過冷却をさらに大きく採ることができる、という効果も得られる。 As described above, according to the present invention, at least the compressor, the second heat exchanger, the first throttle mechanism including the expansion valve or the capillary tube, and the first heat exchanger are provided. Since it is configured for a refrigeration cycle that is connected in order and circulates the refrigerant, the present invention can be applied to substantially most refrigeration cycles. According to the present invention, the refrigerant buffer for storing the refrigerant is provided between the second heat exchanger and the first throttle mechanism. Accordingly, in normal operation, the refrigerant is condensed in the second heat exchanger and then sent to the refrigerant buffer, and a predetermined amount of the refrigerant is stored in the refrigerant buffer in a relatively high temperature state. That is, sufficient heat energy is always secured in the refrigerant buffer, and this heat energy can be used during the defrost operation. According to the present invention, an accumulator for separating the gas and liquid of the refrigerant is provided on the upstream side of the compressor, and a direction switching mechanism for switching the direction of the flow of the refrigerant is provided on the downstream side. Is connected to the accumulator. In addition, a first bypass pipe having a check valve interposed therein is connected in parallel to the first throttle mechanism. In such a refrigeration cycle, when the direction switching mechanism is operated and the on-off valve is opened, the refrigerant is in the order of the compressor, the first heat exchanger, the first bypass pipe, the refrigerant buffer, the defrost refrigerant pipe, and the accumulator. It is configured to circulate. Therefore, the defrosting operation can be performed efficiently. That is, when such an operation is performed, the refrigerant that has condensed and released heat in the first heat exchanger becomes relatively low temperature and is sent to the refrigerant buffer. A relatively high temperature refrigerant is stored. Since this high-temperature refrigerant is sent to the accumulator via the defrost refrigerant pipe, the refrigerant is easily vaporized in the accumulator. This refrigerant can be sent to the first heat exchanger again by the compressor and defrosted. That is, it can defrost efficiently. In this circulation, in order to vaporize the refrigerant, it is not necessary to absorb heat from the outside in a special heat exchanger. If it does so, it is not necessary to take heat quantity from the original heating object, such as hot water and air, and these temperatures do not fall. That is, the performance of the refrigeration cycle does not deteriorate during the defrost operation. In the present invention, since the heat energy substantially accumulated in the refrigerant buffer is used in this way, an effect that defrosting can be performed in a short time is also obtained. Furthermore, since the refrigerant is surely gas-liquid separated by the accumulator provided on the upstream side of the compressor, the risk of so-called liquid back operation is also prevented. In the present invention, when the defrost operation is performed, the temperature of the refrigerant in the refrigeration buffer slightly decreases. If it does so, when returning to normal driving | operation, the effect that the supercooling of a refrigerant | coolant can be taken further will also be acquired.
本発明は、デフロスト運転用の冷媒管を備えた冷凍サイクルに関するものであって、この冷媒管に特徴がある。以下、本発明の第1の実施の形態について説明する。
第1の形態に係る冷凍サイクル1は、後で詳しく説明するように本発明に特有の構成を備えているが、概略的には冷暖房および給湯を適宜切り換えて運転することができるヒートポンプであり、冷媒配管のフローが図1に示されている。すなわち冷凍サイクル1は、従来周知のように冷媒を圧縮する圧縮機2、凝縮器あるいは蒸発器の作用を奏する第1〜3の熱交換器4、5、6等から構成され、複数本の冷媒管によって互いに接続され、密閉サイクルが構成されている。簡略的に説明すると、第1の熱交換器4は屋外に設けられ、蒸発器あるいは凝縮器として作用して外部の空気と熱交換するように、第2の熱交換器5は、同様に蒸発器あるいは凝縮器として作用して冷暖房用の冷温水を冷却したり加熱するように、第3の熱交換器は凝縮器として作用して給湯用の湯を加熱するように、それぞれ構成されている。以下、第1〜3の熱交換器4、5、6は、適宜、それぞれ空気熱交換器4、冷温水熱交換器5、給湯熱交換器6として呼称する。
The present invention relates to a refrigeration cycle provided with a refrigerant pipe for defrost operation, and this refrigerant pipe is characterized. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
The
以下詳しく説明する。
圧縮機2からは冷媒吐出管R1が出ており、冷媒吐出管R1には、従来周知の形態をした三方弁8が接続されている。三方弁8からの一方の分岐、すなわち給湯熱交換器用管R2は、給湯熱交換器6の冷媒ポートに接続されている。そして他方の分岐である分岐冷媒管R3は、従来周知の四方弁9の1個のポートに接続されている。そしてこの四方弁9の他の3個のポートには、空気熱交換器用管R4、冷温水熱交換器用管R5、冷媒戻管R6が接続され、それぞれ空気熱交換器4、冷温水熱交換器6、アキュムレータ11に接続されている。アキュムレータ11は、周知のように冷媒の気液を分離する装置であり、その出口ポートが冷媒吸入管R7によって圧縮機2に接続され、圧縮機2に液体の冷媒が吸入されないように保護している。三方弁8および四方弁9を切換操作すると、圧縮機2から吐出される冷媒は空気熱交換器4、冷温水熱交換器5、給湯熱交換器6のそれぞれに選択的に送り出すことができる。従って、三方弁8と四方弁9とは、冷媒の流れの方向を切り換える方向切換機構ということができる。
This will be described in detail below.
A refrigerant discharge pipe R1 exits from the
空気熱交換器4は、屋外に設置されていると共にファン13が設けられ、外気と効率よく熱交換して、暖房運転をするときや給湯運転をするときには蒸発器として、冷房運転をするときには凝縮器として作用する。空気熱交換器4からは後で説明するレシーバ14に、第1のレシーバ側冷媒管R8によって接続されている。第1のレシーバ側冷媒管R8には、第1の膨張弁15が介装され、第1の膨張弁15と並列に、第1の逆止弁16が介装された第1のバイパス管R9が接続されている。従って冷媒は、空気熱交換器4からレシーバ14の方向に流れるときには第1の逆止弁16、第1のバイパス管R9を流れ、逆方向に流れるときには第1の膨張弁15を流れることになる。第1のレシーバ側冷媒管R8は、レシーバ14側において二股に分岐しており、一方の分岐は第1のレシーバ側逆止弁18を介してレシーバ14に接続されている。第1のレシーバ側逆止弁18は、空気熱交換器4からレシーバ14側には冷媒を流すが、逆方向には流さないようになっている。第1のレシーバ側冷媒管R8の他方の分岐は、第1の開閉弁19を介してレシーバ14に接続され、弁を開くと冷媒がレシーバ14から空気熱交換器4に送られるようになっている。
The
冷温水熱交換器5は、冷暖房用に室内を循環させている冷温水と、冷媒とが熱交換する熱交換器であり、従来周知のプレート型熱交換器から構成されている。冷温水熱交換器5を凝縮器として作用させると冷温水を加熱して室内を暖房することができ、蒸発器として作用させると冷温水を冷却して室内を冷房することができる。冷温水交換器5も、第2のレシーバ側冷媒管R10によってレシーバ14に接続されている。そして第2のレシーバ側冷媒管R10にも、第1のレシーバ側冷媒管R8と同様に、第2の膨張弁21が介装され、第2の膨張弁21と並列に、第2の逆止弁22が介装された第2のバイパス管R11が接続されている。従って冷媒は、冷温水熱交換器5からレシーバ14の方向に流れるときには第2の逆止弁22、第2のバイパス管R11を流れ、逆方向に流れるときには第2の膨張弁21を流れることになる。第2のレシーバ側冷媒管R10も、レシーバ14側において二股に分岐しており、一方の分岐は第2のレシーバ側逆止弁23を介してレシーバ14に接続されている。第2のレシーバ側逆止弁23も、冷温水熱交換器5からレシーバ14側には冷媒を流すが逆方向には流さない。第2のレシーバ側冷媒管R10の他方の分岐は、第2の開閉弁24を介してレシーバ14に接続され、弁を開くと冷媒がレシーバ14から冷温水熱交換器5に送られるようになっている。
The cold / hot
給湯熱交換器6は、凝縮器として作用するプレート型熱交換器であり、水道水を加熱して比較的高温に加熱し給湯することができる。給湯熱交換器6も、第3のレシーバ側冷媒管R12によってレシーバ14に接続されている。第3のレシーバ側冷媒管R12には、第3のレシーバ側逆止弁25が介装されており、レシーバ14から冷媒が逆流しないようになっている。本実施の形態においては、第3のレシーバ側冷媒管R12には、キャピラリーチューブ27と、バイパス用開閉弁28が並列に接続されている。給湯熱交換器6で凝縮された冷媒はバイパス用開閉弁28を通してレシーバ14に送ることもできるし、弁を閉めればキャピラリーチューブ27で減圧してレシーバ14に送ることもできる。キャピラリーチューブ27で冷媒の圧力を低下させることによって圧縮機2に負荷をかけずに冷媒の過冷却を大きく採ることができ、高温の温水を得ることができるようになっている。
The hot water
レシーバ14は、所定の容量の容器からなり冷媒を貯蔵する冷媒のバッファであり、例えば冷媒は液体として約3.5リットルが貯蔵されている。冷暖房の運転時、あるいは給湯運転時には、レシーバ14に貯蔵されている冷媒は、例えば50〜55℃のように比較的高温になっている。本発明においては、このように比較的高温かつ十分な量で貯蔵されている冷媒の熱エネルギーを利用してデフロストするように構成されている。
The
冷凍サイクル1には、本発明に特有の冷媒管、すなわちデフロスト用冷媒管R13が設けられている。デフロスト用冷媒管R13は、デフロスト運転時に冷媒を流す管であり、レシーバ14とアキュムレータ11とを接続している。デフロスト用冷媒管R13には、デフロスト用冷媒管開閉弁29が介装されている。
The
本実施の形態に係る冷凍サイクル1の作用を説明する。冷凍サイクル1にも、図1には示されていないが、コントローラが設けられており、コントローラからの指令によって自動的に各種弁や装置が駆動されるようになっている。しかしながら以下の説明においては手動的に操作するように説明する。本実施の形態に係る冷凍サイクル1においては、後で説明するデフロスト運転に特徴があるが、最初に通常の運転について説明する。
The operation of the
(A)暖房運転
三方弁8と四方弁9とを切り換えて、圧縮機2の冷媒吐出管R1と、分岐冷媒管R3と、冷温水熱交換器用管R5とを連通させる。このように四方弁9を切り換えると、空気熱交換器用管R4と冷媒戻管R6とが連通する。第1の開閉弁19を開き、第2の開閉弁24とデフロスト用冷媒管開閉弁29とを閉じる。圧縮機2を駆動すると、圧縮機2から吐出される冷媒は、冷温水熱交換器5、第2のバイパス管R11、レシーバ14、第1のレシーバ側冷媒管R8、第1の膨張弁15、空気熱交換器4、アキュムレータ11の順に流れ、圧縮機2に循環する。従って冷媒は、冷温水熱交換器5において凝縮して熱を放出して冷温水を加熱し、空気熱交換器4において蒸発して外気から熱を吸収する。加熱された冷温水によって暖房することができる。
(A) Heating operation The three-
(B)冷房運転
三方弁8と四方弁9とを切り換えて、圧縮機2の冷媒吐出管R1と、分岐冷媒管R3と、空気熱交換器用管R4とを連通させる。このように四方弁9を切り換えると、図1に示されているように冷温水熱交換器用管R5と冷媒戻管R6とが連通する。第2の開閉弁24を開き、第1の開閉弁19とデフロスト用冷媒管開閉弁29とを閉じる。圧縮機2を駆動すると、圧縮機2から吐出される冷媒は、空気熱交換器4、第1のバイパス管R9、レシーバ14、第2のレシーバ側冷媒管R10、第2の膨張弁21、冷温水熱交換器5、アキュムレータ11の順に流れ、圧縮機2に循環する。従って冷媒は、空気熱交換器4において凝縮して外気に熱を放出し、冷温水熱交換器5において蒸発して冷温水を冷却する。冷却された冷温水によって冷房することができる。
(B) Cooling operation The three-
(C)給湯運転
三方弁8を切り換えて、圧縮機2の冷媒吐出管R1と給湯熱交換器用管R2とを連通させる。また四方弁9を切り換えて、空気熱交換器用管R4と冷媒戻管R6とを連通させる。第1の開閉弁19を開き、第2の開閉弁24とデフロスト用冷媒管開閉弁29とを閉じる。圧縮機2を駆動すると、圧縮機2から吐出される冷媒は、給湯熱交換器6、第3のレシーバ側冷媒管R12、レシーバ14、第1のレシーバ側冷媒管R8、第1の膨張弁15、空気熱交換器4、アキュムレータ11の順に流れ、圧縮機2に循環する。従って冷媒は、給湯熱交換器6において凝縮して熱を放出して水道水を加熱し、空気熱交換器4において蒸発して外気から熱を吸収する。従って給湯することとができる。
(C) Hot water supply operation The three-
(D)冷房給湯運転
三方弁8を切り換えて、圧縮機2の冷媒吐出管R1と給湯熱交換器用管R2とを連通させる。また四方弁9を切り換えて、冷温水熱交換器用管R5と冷媒戻管R6とを連通させる。第2の開閉弁24を開き、第1の開閉弁19とデフロスト用冷媒管開閉弁29とを閉じる。圧縮機2を駆動すると、圧縮機2から吐出される冷媒は、給湯熱交換器6、第3のレシーバ側冷媒管R12、レシーバ14、第2のレシーバ側冷媒管R10、第2の膨張弁21、冷温水熱交換器5、アキュムレータ11の順に流れ、圧縮機2に循環する。従って冷媒は、給湯熱交換器6において凝縮して熱を放出して水道水を加熱し、冷温水熱交換器5において蒸発して冷温水を冷却する。給湯できると共に、冷却された冷温水によって冷房することができる。
(D) Cooling and hot water supply operation The three-
(E)デフロスト運転
暖房運転、給湯運転を所定の時間継続すると、空気熱交換器4には霜が付着して熱交換の効率が低下してしまう。従って定期的に空気熱交換器4に付着した霜を取る、いわゆるデフロストを実施する必要がある。次のようにデフロスト運転をする。三方弁8と四方弁9とを切り換えて、圧縮機2の冷媒吐出管R1と、分岐冷媒管R3と、空気熱交換器用管R4とを連通させる。第1の開閉弁19と第2の開閉弁24とを閉じる。デフロスト用冷媒管開閉弁29を開く。圧縮機2を駆動すると圧縮機2から吐出される冷媒は、空気熱交換器4、第1のバイパス管R9、レシーバ14、デフロスト用冷媒管R13、アキュムレータ11の順に流れ、圧縮機2に循環する。この循環において冷媒は次のように変化する。まず空気熱交換器4において凝縮して付着した霜を融かす。液化した冷媒は低温になってレシーバ14に遅られる。レシーバ14には比較的高温の冷媒が十分な量だけ貯蔵されているので、高温の冷媒がデフロスト用冷媒管R13を経由してアキュムレータ11に流れる。冷媒は高温なのでアキュムレータにて容易に気化する。気化した冷媒は圧縮機2で再び吐出される。以下同様にして空気熱交換器4がデフロストされる。本実施の形態においては、デフロスト運転時に冷媒を蒸発させるのに格別に熱交換器を使用する必要がない。従って他の熱交換器、例えば第2、3の熱交換器5、6において外部から熱を吸収する必要がなく、冷凍サイクル1の効率を低下させることがない。また、液体の冷媒がアキュムレータ11に戻されるが、アキュムレータ11において冷媒は確実に気液分離されるので圧縮機2に液体の冷媒が戻る危険もない。
(E) Defrost operation If heating operation and hot water supply operation are continued for a predetermined time, frost adheres to the
図2には第2の実施の形態に係る冷凍サイクル1’の冷媒フローが示されている。前実施の形態と同様の装置、冷媒管、等については同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第2の実施の形態に係る冷凍サイクル1’は、熱交換器が第1、2の熱交換器4、5、すなわち空気熱交換器4と冷温水熱交換器5の2個からなる一般的なヒートポンプとして構成されている。当業者であれば容易に理解されるように、冷凍サイクル1’によって暖房運転と冷房運転を切換運転することができる。第2の実施の形態に係る冷凍サイクル1’においても、デフロスト運転時には、冷媒を圧縮機2、空気熱交換器4、第1のバイパス管R9、レシーバ14、デフロスト用冷媒管R13、アキュムレータ11、圧縮機2の順に循環させる。そうすると前実施の形態と同様に、格別に冷温水熱交換器5において熱を吸収する必要がなく、効率的にデフロストすることができる。
FIG. 2 shows the refrigerant flow of the
本実施の形態については色々な変形が可能である。例えばレシーバ14は冷媒を所定量だけ貯蔵できればいいので、単なる容器として構成しても良いし、冷媒管の一部を太くして所定の容量の冷媒が滞留するようにしても良い。また、冷媒の圧力を低下させる絞り機構として、本実施の形態においては膨張弁が設けられているが、これらはキャピラリーチューブに換えることも可能である。本発明は冷暖房、給湯に使用されるヒートポンプに適用できるだけでなく、冷凍機、あるいは他の冷凍サイクルにも適用することができる。
Various modifications can be made to the present embodiment. For example, the
1 冷凍サイクル 2 圧縮機
4 第1の熱交換器 空気熱交換器
5 第2の熱交換器 冷温水熱交換器
6 第3の熱交換器 給湯熱交換器
9 四方弁 11 アキュムレータ
14 レシーバ 15 第1の膨張弁
16 第1の逆止弁 18 第1のレシーバ側逆止弁
19 第1の開閉弁 21 第2の膨張弁
22 第2の逆止弁 23 第2のレシーバ側逆止弁
24 第2の開閉弁 25 第3のレシーバ側逆止弁
27 キャピラリーチューブ 28 バイパス用開閉弁
29 デフロスト用冷媒管開閉弁
R1 冷媒吐出管 R2 給湯熱交換器用管
R3 分岐冷媒管 R4 空気熱交換器用管
R5 冷温水熱交換器用管 R6 冷媒戻管
R7 冷媒吸入管 R8 第1のレシーバ側冷媒管
R9 第1のバイパス管 R10 第2のレシーバ側冷媒管
R11 第2のバイパス管 R12 第3のレシーバ側冷媒管
R13 デフロスト用冷媒管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧縮機の上流側には冷媒の気液を分離するアキュムレータが、下流側には冷媒の流れの方向を切り換える方向切換機構がそれぞれ設けられ、
前記第2の熱交換器と前記第1の絞り機構の間には、冷媒を貯蔵する冷媒バッファが設けられ、前記冷媒バッファからは、開閉弁が介装されたデフロスト用冷媒管が前記アキュムレータに接続され、
そして、前記第1の絞り機構には、逆止弁が介装された第1のバイパス管が並列に接続されており、
前記方向切換機構を操作すると共に前記開閉弁を開くと、冷媒は、前記圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記デフロスト用冷媒管、前記アキュムレータの順に循環するようになっていることを特徴とする冷凍サイクル。 At least a compressor, a second heat exchanger, a first throttle mechanism composed of an expansion valve or a capillary tube, and a first heat exchanger are provided, and these are connected in this order to circulate the refrigerant. A refrigeration cycle
An accumulator for separating the gas and liquid of the refrigerant is provided on the upstream side of the compressor, and a direction switching mechanism for switching the flow direction of the refrigerant is provided on the downstream side.
A refrigerant buffer for storing refrigerant is provided between the second heat exchanger and the first throttling mechanism, and a defrost refrigerant pipe having an open / close valve is provided from the refrigerant buffer to the accumulator. Connected,
The first throttle mechanism is connected in parallel with a first bypass pipe having a check valve interposed therein,
When the direction switching mechanism is operated and the on-off valve is opened, the refrigerant includes the compressor, the first heat exchanger, the first bypass pipe, the refrigerant buffer, the defrost refrigerant pipe, and the accumulator. A refrigeration cycle characterized by being circulated in order.
前記第2の熱交換器は冷暖房用として使用される冷温水との間で熱交換する冷温水熱交換器になっており、
前記第2の熱交換器と前記冷媒バッファの間には、膨張弁またはキャピラリーチューブからなる第2の絞り機構と、逆止弁が介装された第2のバイパス管が並列に設けられ、
前記冷凍サイクルには、給湯用熱交換器である第3の熱交換器も設けられ、該第3の熱交換器は前記方向切換機構から分岐した管路に接続されていると共に前記冷媒バッファに接続されており、
前記方向切換機構を操作して暖房運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第2の熱交換器、前記第2のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記第1の絞り機構、前記第1の熱交換器の順に循環し、
冷房運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1のバイパス管、前記冷媒バッファ、前記第2の絞り機構、前記第2の熱交換器の順に循環し、
給湯運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第3の熱交換器、前記冷媒バッファ、前記第1の絞り機構、前記第1の熱交換器の順に循環し、
冷房給湯運転位置を選択すると、冷媒は、圧縮機、前記第3の熱交換器、前記冷媒バッファ、前記第2の絞り機構、前記第2の熱交換器の順に循環するようになっていることを特徴とする冷凍サイクル。 The refrigeration cycle according to claim 1, wherein the first heat exchanger is an air heat exchanger that exchanges heat with external air.
The second heat exchanger is a cold / hot water heat exchanger for exchanging heat with cold / hot water used for air conditioning.
Between the second heat exchanger and the refrigerant buffer, a second throttle mechanism composed of an expansion valve or a capillary tube and a second bypass pipe interposing a check valve are provided in parallel,
The refrigeration cycle is also provided with a third heat exchanger, which is a heat exchanger for hot water supply, and the third heat exchanger is connected to a pipe branched from the direction switching mechanism and connected to the refrigerant buffer. Connected,
When the direction switching mechanism is operated to select the heating operation position, the refrigerant is a compressor, the second heat exchanger, the second bypass pipe, the refrigerant buffer, the first throttle mechanism, the first Circulate in the order of heat exchangers,
When the cooling operation position is selected, the refrigerant circulates in the order of the compressor, the first heat exchanger, the first bypass pipe, the refrigerant buffer, the second throttle mechanism, and the second heat exchanger. ,
When the hot water supply operation position is selected, the refrigerant circulates in the order of the compressor, the third heat exchanger, the refrigerant buffer, the first throttle mechanism, and the first heat exchanger.
When the cooling hot water supply operation position is selected, the refrigerant circulates in the order of the compressor, the third heat exchanger, the refrigerant buffer, the second throttle mechanism, and the second heat exchanger. A refrigeration cycle characterized by
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