JP2012189258A - Refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は空気調和機といった冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus such as an air conditioner.
例えば、特許文献1の図6に開示されるように、二酸化炭素といった低い地球温暖化係数を有する冷媒を利用した冷凍サイクル装置、すなわち、空気調和機は広く知られている。この空気調和機は1次冷媒回路および2次冷媒回路を備えている。1次冷媒回路では冷媒(以下「第1冷媒」という)に二酸化炭素が利用される。2次冷媒回路では冷媒に二酸化炭素よりも良好なエネルギー消費効率を有する冷媒(以下「第2冷媒」という)、例えば、プロパンが利用される。1次冷媒回路と2次冷媒回路とは冷媒−冷媒熱交換器で相互に連結される。2次冷媒回路は冷媒−冷媒熱交換器の働きで冷房運転時に室外熱交換器と膨張弁との間で二酸化炭素から吸熱する。こうして二酸化炭素のエンタルピーは室内熱交換器への流入に先立って十分に低下する。二酸化炭素の遷臨界サイクルにおいて、二酸化炭素の臨界温度よりも外気温が高くても、室内熱交換器で十分なエンタルピー差(冷凍効果)が確保されることができる。
For example, as disclosed in FIG. 6 of
このような空気調和機は暖房運転時に2次冷媒回路を休止させる。なぜならば、暖房運転時には室外熱交換器は放熱器から蒸発器に役目を変えるからである。すなわち、1次冷媒回路が冷房運転から暖房運転に切り替わると、冷媒−冷媒熱交換器の位置が放熱器と膨張弁入口との間から膨張弁出口と蒸発器との間に変更されるため、仮に膨張弁出口と蒸発器との間で二酸化炭素が冷却されると、二酸化炭素の蒸発温度が過度に下げられてしまい、圧縮機の吸入圧力が低下するからである。吸入圧力の低下は圧縮比の増大を誘引し、その結果、圧縮動力は増加してしまう。また、空気熱交換器の第1冷媒側は冷房運転時には超臨界圧で高圧に達し、暖房運転時には亜臨界圧で低圧になることから、臨界圧の高圧や冷暖切り替えに伴う大きな圧力変動を受けることになり、耐圧の課題も有している。したがって、暖房運転時でも2次冷媒回路が有効に機能することが望まれる。 Such an air conditioner pauses the secondary refrigerant circuit during heating operation. This is because the outdoor heat exchanger changes its role from a radiator to an evaporator during heating operation. That is, when the primary refrigerant circuit is switched from the cooling operation to the heating operation, the position of the refrigerant-refrigerant heat exchanger is changed between the radiator and the expansion valve inlet to the expansion valve outlet and the evaporator. This is because if carbon dioxide is cooled between the expansion valve outlet and the evaporator, the evaporation temperature of carbon dioxide is excessively lowered, and the suction pressure of the compressor is lowered. A decrease in the suction pressure induces an increase in the compression ratio, and as a result, the compression power increases. In addition, the first refrigerant side of the air heat exchanger reaches a high pressure at the supercritical pressure during the cooling operation and becomes a low pressure at the subcritical pressure during the heating operation. In other words, it has a problem of withstand voltage. Therefore, it is desired that the secondary refrigerant circuit functions effectively even during heating operation.
本発明によれば、冷房運転時および暖房運転時に第3熱交換器の1次冷媒回路側を臨界圧未満の中間圧力に設定でき、かつ、暖房運転時に2次冷媒回路を有効に機能させることができる冷凍サイクル装置が提供されることができる。 According to the present invention, the primary refrigerant circuit side of the third heat exchanger can be set to an intermediate pressure lower than the critical pressure during cooling operation and heating operation, and the secondary refrigerant circuit can function effectively during heating operation. A refrigeration cycle apparatus capable of performing the following can be provided.
冷凍サイクル装置の一形態は、第1熱交換器および第2熱交換器の間で冷媒経路に順番に組み込まれる第1膨張弁、第3熱交換器および第2膨張弁を有し、第1圧縮機から選択的に前記第1熱交換器または前記第2熱交換器に高温高圧の第1冷媒が供給されると前記冷媒経路を通って前記第2熱交換器または前記第1熱交換器から前記第1冷媒を前記第1圧縮機に戻す1次冷媒回路と、前記第3熱交換器に接続されて、第2圧縮機および第3膨張弁の間で第4熱交換器に高温高圧の第2冷媒を供給し、前記第3膨張弁で減圧された前記第2冷媒を前記第3熱交換器を通って前記第2圧縮機に戻す2次冷媒回路とを備える。 One form of the refrigeration cycle apparatus includes a first expansion valve, a third heat exchanger, and a second expansion valve that are sequentially incorporated in the refrigerant path between the first heat exchanger and the second heat exchanger. When the first high-temperature and high-pressure refrigerant is selectively supplied from the compressor to the first heat exchanger or the second heat exchanger, the second heat exchanger or the first heat exchanger passes through the refrigerant path. From the first refrigerant circuit for returning the first refrigerant to the first compressor and the third heat exchanger, and the high temperature and high pressure are connected to the fourth heat exchanger between the second compressor and the third expansion valve. And a secondary refrigerant circuit that returns the second refrigerant decompressed by the third expansion valve to the second compressor through the third heat exchanger.
こういった冷凍サイクル装置では、2次冷媒回路の第2冷媒は冷房運転時に第3熱交換器で第1冷媒から吸熱する。第1熱交換器が放熱器として働く場合には、蒸発器として働く第2熱交換器への流入に先立って第1冷媒のエンタルピーは減少する。その結果、第1冷媒の臨界温度より外気温が高くても、第2熱交換器で十分にエンタルピー差(冷凍効果)が確保されることができる。また、2次冷媒回路や第3熱交換器の追加に代えて、圧縮機の吸入側と膨張弁の手前との間に内部熱交換器を組み込み、蒸発器として働く熱交換器でエンタルピー差(冷凍効果)を大きくすることが考えられる。こうした内部熱交換器の場合と異なり、本発明に係る冷凍サイクル装置の一形態では過熱度が高まらないので、第1圧縮機の吐出温度が過度に高温になることは抑えられることができる。したがって、良好な冷房運転は実現されることができる。 In such a refrigeration cycle apparatus, the second refrigerant in the secondary refrigerant circuit absorbs heat from the first refrigerant in the third heat exchanger during the cooling operation. When the first heat exchanger acts as a radiator, the enthalpy of the first refrigerant decreases prior to the inflow into the second heat exchanger that acts as an evaporator. As a result, even if the outside air temperature is higher than the critical temperature of the first refrigerant, a sufficient enthalpy difference (refrigeration effect) can be ensured in the second heat exchanger. Also, instead of adding a secondary refrigerant circuit or a third heat exchanger, an internal heat exchanger is incorporated between the suction side of the compressor and the front of the expansion valve, and the enthalpy difference ( It is conceivable to increase the freezing effect). Unlike the case of such an internal heat exchanger, since the degree of superheat does not increase in one form of the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, the discharge temperature of the first compressor can be suppressed from becoming excessively high. Therefore, a favorable cooling operation can be realized.
同様に、2次冷媒回路の第2冷媒は暖房運転時にも第3熱交換器で第1冷媒から吸熱する。第2熱交換器が放熱器として働く場合には、蒸発器として働く第1熱交換器への流入に先立って第1冷媒のエンタルピーは減少する。冷房運転から暖房運転に切り替わった後に冷房運転時と同様に2次冷媒回路が動作しても、蒸発器となった第1熱交換器の蒸発温度が第3熱交換器の働きで意図した温度以上に過度に低下し第1熱交換器の効率が悪化することは回避されることができる。また、内部熱交換器を使ってエンタルピー差(冷凍効果)を大きくする場合と異なり、圧縮機の吐出温度が過度に高温になることを抑えることができる。 Similarly, the second refrigerant in the secondary refrigerant circuit absorbs heat from the first refrigerant in the third heat exchanger during heating operation. When the second heat exchanger acts as a radiator, the enthalpy of the first refrigerant decreases prior to the inflow into the first heat exchanger that acts as an evaporator. Even if the secondary refrigerant circuit operates in the same way as during cooling operation after switching from cooling operation to heating operation, the evaporation temperature of the first heat exchanger that is the evaporator is the temperature intended by the function of the third heat exchanger. It can be avoided that the efficiency of the first heat exchanger is deteriorated due to excessive reduction. Moreover, unlike the case where the enthalpy difference (refrigeration effect) is increased using an internal heat exchanger, it is possible to suppress the discharge temperature of the compressor from becoming excessively high.
冷凍サイクル装置は、前記第2熱交換器から放出される熱エネルギーを受ける暖気の環境に、前記第4熱交換器から放出される熱エネルギーを受ける暖気を送り込むダクトをさらに備えてもよい。前述の一形態に係る冷凍サイクル装置では、冷房運転時だけでなく暖房運転時でも2次冷媒回路は運転されることができるため、暖房運転時に2次冷媒回路の凝縮器として働く第4熱交換器からエネルギーが回収されることができる。すなわち、第3熱交換器で回収された低温の熱は第2圧縮機の働きで高温の熱に変換されることができる。第3熱交換器で第1冷媒から取り出された熱エネルギーは暖気として第2熱交換器から放出される熱エネルギーに加えられることができる。こうして熱エネルギーは無駄なく利用されることができる。全体として熱エネルギーは効率的に利用されることができる。その結果、良好な暖房運転は実現されることができる。 The refrigeration cycle apparatus may further include a duct that feeds warm air that receives the thermal energy released from the fourth heat exchanger into an environment of warm air that receives the thermal energy released from the second heat exchanger. In the refrigeration cycle apparatus according to the above-described embodiment, the secondary refrigerant circuit can be operated not only during the cooling operation but also during the heating operation. Therefore, the fourth heat exchange functioning as a condenser of the secondary refrigerant circuit during the heating operation. Energy can be recovered from the vessel. That is, the low temperature heat recovered by the third heat exchanger can be converted to high temperature heat by the action of the second compressor. The heat energy extracted from the first refrigerant in the third heat exchanger can be added to the heat energy released from the second heat exchanger as warm air. Thus, heat energy can be used without waste. Overall, thermal energy can be used efficiently. As a result, good heating operation can be realized.
冷凍サイクル装置は、前記ダクトを開閉する開閉板と、前記開閉板の開閉を制御する制御回路とをさらに備えてもよい。こういった開閉板によれば、冷房運転時には、第2熱交換器で生成される冷気に、第4熱交換器から放出される熱エネルギーが加えられることは回避されることができる。その結果、第2熱交換器で効率的に空気は冷却されることができる。 The refrigeration cycle apparatus may further include an open / close plate that opens and closes the duct and a control circuit that controls opening and closing of the open / close plate. According to such an opening / closing plate, it is possible to prevent the heat energy released from the fourth heat exchanger from being added to the cold air generated by the second heat exchanger during the cooling operation. As a result, the air can be efficiently cooled in the second heat exchanger.
冷凍サイクル装置では、前記第3熱交換器に流入する前記第1冷媒の圧力値が、前記第1熱交換器における冷媒圧力値と前記第2熱交換器における冷媒圧力値との中間値になるように、前記第1膨張弁および前記第2膨張弁が制御されればよい。第2熱交換器の蒸発圧力が所定の圧力に設定される際に、第1膨張弁および第2膨張弁の一方でその途中まで減圧し、他方で所定の圧力まで減圧するように調整することで、第1膨張弁および第2膨張弁の間で第1熱交換器の圧力と第2熱交換器の圧力との中間圧力は確立されることができる。 In the refrigeration cycle apparatus, the pressure value of the first refrigerant flowing into the third heat exchanger is an intermediate value between the refrigerant pressure value in the first heat exchanger and the refrigerant pressure value in the second heat exchanger. In this way, the first expansion valve and the second expansion valve may be controlled. When the evaporation pressure of the second heat exchanger is set to a predetermined pressure, one of the first expansion valve and the second expansion valve is depressurized to the middle, and the other is adjusted to depressurize to the predetermined pressure. Thus, an intermediate pressure between the pressure of the first heat exchanger and the pressure of the second heat exchanger can be established between the first expansion valve and the second expansion valve.
本発明によれば、冷房運転時および暖房運転時に第3熱交換器の1次冷媒回路側を臨界圧未満の中間圧力に設定でき、かつ、暖房運転時に2次冷媒回路を有効に機能させることができる冷凍サイクル装置を提供することができる。 According to the present invention, the primary refrigerant circuit side of the third heat exchanger can be set to an intermediate pressure lower than the critical pressure during cooling operation and heating operation, and the secondary refrigerant circuit can function effectively during heating operation. It is possible to provide a refrigeration cycle apparatus capable of
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置、すなわち、空気調和機11の構成を概略的に示す。空気調和機11は1次冷媒回路12および2次冷媒回路13を備える。1次冷媒回路12および2次冷媒回路13はそれぞれ冷凍回路を構成する。1次冷媒回路12では、例えば遷臨界サイクルを形成するCO2(二酸化酸素)といった自然冷媒が第1冷媒として使用される。ただし、例えばフロンよりも小さい地球温暖化係数を有する物質で遷臨界サイクルを形成する物質であれば、第1冷媒にはCO2以外の物質が利用されてもよい。第1冷媒は外気(または室外に相当する環境の空気)と室内の空気(または室内に相当する環境の空気)との間で熱エネルギーをやり取りする。
FIG. 1 schematically shows a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention, that is, an
2次冷媒回路13では、CO2以外の物質、例えばプロパンが第2冷媒として使用される。その他、第2冷媒にはプロパンに代えてHFC系、HFO系、HC系、アンモニア、またはそれらの混合物が用いられてもよい。特に、第2冷媒には、第1冷媒よりも高いエネルギー消費効率を有する物質が用いられればよい。第2冷媒は第1冷媒から吸熱し高温高圧の状態にしてから外気に向かって熱エネルギーを放出する。
In the secondary
1次冷媒回路12は圧縮機(以下「第1圧縮機」という)14を備える。第1圧縮機14は第1循環経路15に組み込まれる。第1循環経路15は四方弁16の第1口16aおよび第2口16bを相互に結ぶ。第1圧縮機14の吸込口14aは四方弁16の第1口16aに冷媒配管を介して接続される。第1口16aからガス冷媒は第1圧縮機14の吸込口14aに供給される。第1圧縮機14は低圧のガス冷媒を所定の圧力まで圧縮する。第1圧縮機14の吐出口14bは四方弁16の第2口16bに冷媒配管を介して接続される。第1圧縮機14の吐出口14bからガス冷媒は四方弁16の第2口16bに供給される。第1循環経路15は、例えば銅管などの冷媒配管で形成される。
The
四方弁16の第3口16cおよび第4口16dには第2循環経路17を形成する冷媒配管が接続される。第2循環経路17は四方弁16の第3口16cおよび第4口16dを相互に結ぶ。第2循環経路17には、第3口16c側から順番に、第1熱交換器、すなわち、室外熱交換器18および第2熱交換器、すなわち、室内熱交換器19が組み込まれる。室外熱交換器18は第1口18aおよび第2口18bを有する。第1口18aおよび第2口18bの間で冷媒は室外熱交換器18を通過する。室外熱交換器18は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーの交換を実現する。室外熱交換器18の第1口18aは四方弁16の第3口16cに冷媒配管を介して接続される。四方弁16の働きで、室外熱交換器18の第1口18aは、第1圧縮機14の吸込口14aおよび圧縮機14の吐出口14bのうちいずれかに切り替え可能に接続される。第2循環経路17は、例えば銅管などの冷媒配管で形成されればよい。
Refrigerant piping that forms the
室外熱交換器18に関連づけられて送風ファン21が設置される。送風ファン21は羽根車の回転に応じて気流を生成する。気流は室外熱交換器18を通過する。通過する気流の流量は羽根車の毎分回転数に応じて調整される。気流の流量に応じて室外熱交換器18では冷媒と空気との間で交換される熱エネルギー量が調整される。
A
室内熱交換器19は第1口19aおよび第2口19bを有する。第1口19aおよび第2口19bの間で冷媒は室内熱交換器19を通過する。室内熱交換器19は、通過する冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーの交換を実現する。室内熱交換器19の第2口19bは四方弁16の第4口16dに接続される。四方弁16の働きで、室内熱交換器19の第2口19bは、第1圧縮機14の吸込口14aおよび圧縮機14の吐出口14bのうちいずれかに切り替え可能に接続される。
The
室内熱交換器19に関連づけられて送風ファン22が設置される。送風ファン22は羽根車の回転に応じて気流を生成する。気流は室内熱交換器19を通過する。通過する気流の流量は羽根車の毎分回転数に応じて調整される。気流の流量に応じて室内熱交換器19では冷媒と空気との間で交換される熱エネルギー量が調整されることができる。室内熱交換器19および送風ファン22は例えば室内機に組み込まれる。室内機は例えば建物内の室内空間RMに設置される。その他、室内機は室内空間RMに相当する環境空間に設置されればよい。
A
室外熱交換器18および室内熱交換器19の間で第2循環経路17には室外熱交換器18側から順番に第1膨張弁23、第3熱交換器、すなわち、冷媒−冷媒熱交換器24および第2膨張弁25が組み込まれる。第1膨張弁23および第2膨張弁25はそれぞれ第1冷媒の流通路の開度を制御する。その開度に応じて第1冷媒の流通量は調整される。こうした調整に応じて第1膨張弁23の上流および下流で第1冷媒に圧力差が生じる。同様に、第2膨張弁25の上流および下流で第1冷媒に圧力差が生じる。
Between the
冷媒−冷媒熱交換器24は1次冷媒回路12の第2循環経路17を提供する第1流通路26を備える。第1流通路26は第1口26aおよび第2口26bを有する。第1口26aおよび第2口26bの間で冷媒は第1流通路26を通過する。第1流通路26の第1口26aは第1膨張弁23に冷媒配管を介して接続される。第1流通路26の第2口26bは第2膨張弁25に接続される。
The refrigerant-
同時に、冷媒−冷媒熱交換器24は第2流通路27を備える。第2流通路27は第1流通路に相対して延びる。例えば、第2流通路27は第1流通路26に平行に延びてもよい。第2流通路27は第1口27aおよび第2口27bを有する。第1口27aおよび第2口27bの間で冷媒は第2流通路27を通過する。第2流通路27の第1口27aおよび第2口27bには第3循環経路28を形成する冷媒配管が接続される。第3循環経路28は第2流通路27の第1口27aおよび第2口27bを相互に結ぶ。第3循環経路28は、例えば銅管などの冷媒配管で形成される。
At the same time, the refrigerant-
第3循環経路28には、圧縮機(以下「第2圧縮機」という)31、第4熱交換器、すなわち、空気熱交換器32および第3膨張弁33が順番に組み込まれる。第2圧縮機31は低圧のガス冷媒を所定の圧力まで圧縮する。第2圧縮機31の働きで高温高圧に圧縮された第2冷媒は空気熱交換器32に供給される。空気熱交換器32は通過する第2冷媒と周囲の空気との間で熱エネルギーの交換を実現する。空気熱交換器32は凝縮器として機能する。空気熱交換器32から熱エネルギーは放出される。
In the
前述のように、冷媒−冷媒熱交換器24は1次冷媒回路12の第2循環経路17に組み込まれると同時に2次冷媒回路13の第3循環経路28に組み込まれる。第1流通路26内の第1冷媒と第2流通路27内の第2冷媒との間で熱エネルギーの交換が実現される。こうした熱エネルギーの交換にあたって、熱交換器に代えて、例えば、第1流通路26の配管と第2流通路27の配管とを相互に接触させる構造を採用することも可能である。こうして冷媒−冷媒熱交換器24で第1冷媒は冷却される。
As described above, the refrigerant-
空気熱交換器32に関連づけられて送風ファン34が設置される。送風ファン34は羽根車の回転に応じて気流を生成する。気流は空気熱交換器32を通過する。通過する気流の流量は羽根車の毎分回転数に応じて調整される。気流の流量に応じて空気熱交換器32では冷媒と空気との間で交換される熱エネルギー量が調整されることができる。
A
空気熱交換器32にはダクト35が接続される。送風ファン34はダクト35内に配置される。ダクト35は送風ファン34から排気口36まで延びる。送風ファン34と排気口36との間でダクト35には分岐ダクト37が接続される。分岐ダクト37は、例えば室内熱交換器19まで延びる。分岐ダクト37は送風ファン34から送り出される気流を室内熱交換器19まで導くことができる。ここでは、分岐ダクト37から送り込まれる暖気は室内熱交換器19の送風ファン22から送り出される熱交換後の気流に混ぜ合わせられる。その他、送風ファン34から送り出される気流は分岐ダクト37から直接に室内空間RMに噴き出されてもよい。
A
ダクト35には開閉板38が設置される。この開閉板38は、例えば第1位置と第2位置との間で相対変位する。開閉板38が第1位置に位置決めされると、ダクト35の排気口36は開放される。その一方で、分岐ダクト37の入口は閉鎖される。したがって、送風ファン34から送り出される気流は排気口36から外部に排出され、分岐ダクト37に対して気流の流入は阻止される。開閉板38が第2位置に位置決めされると、ダクト35の排気口36は閉鎖される。その一方で、分岐ダクト37の入口は開放される。その結果、送風ファン34から送り出される気流は分岐ダクト37から室内熱交換器19、すなわち、室内空間RMに導かれる。
An opening /
なお、室内熱交換器19および送風ファン22以外の構成要素はいずれも室内空間RMの外側、すなわち、室外に設置されればよい。室内熱交換器19および送風ファン22以外の構成要素は、例えば、1つの室外機内に収容されてもよい。2次冷媒回路13は建物の外側に設置されることが望まれる。
All the components other than the
1次冷媒回路12の第2循環経路17には3つの圧力センサー41、42、43が取り付けられる。圧力センサー41は室外熱交換器18の第2口18b側に配置される。圧力センサー41は室外熱交換器18の圧力を検出する。圧力センサー41は圧力情報信号を出力する。この圧力情報信号では検出された圧力値が特定される。同様に、圧力センサー42は室内熱交換器19の第1口19a側に配置される。圧力センサー42は室内熱交換器19の圧力を検出する。圧力センサー42は圧力情報信号を出力する。この圧力情報信号では検出された圧力値が特定される。圧力センサー43は冷媒−冷媒熱交換器24の第1口26a側に配置される。圧力センサー43は冷媒−冷媒熱交換器24の圧力を検出する。すなわち、圧力センサー43は第1膨張弁23と第2膨張弁25との間で冷媒の圧力を検出する。圧力センサー43は圧力情報信号を出力する。この圧力情報信号では検出された圧力値が特定される。なお、圧力センサー43は冷媒−冷媒熱交換器24の第2口26b側に配置されてもよい。こうした圧力センサー43は、第1口26a側および第2口26b側のいずれか一方に取り付けられてもよく、第1口26a側および第2口26b側の両方に取り付けられてもよい。
Three
図2に示されるように、空気調和機11は制御回路45を備える。制御回路45には四方弁16、第1圧縮機14、第2圧縮機31、第1膨張弁23、第2膨張弁25、第3膨張弁33、開閉板38の駆動源46、送風ファン21、送風ファン34および送風ファン22が接続される。制御回路45は四方弁16、第1圧縮機14、第2圧縮機31、第1膨張弁23、第2膨張弁25、第3膨張弁33、駆動源46、送風ファン21、送風ファン34および送風ファン22にそれぞれ制御信号を供給する。制御信号は、四方弁16の動作や、第1圧縮機14および第2圧縮機31の動作周波数、第1膨張弁23、第2膨張弁25および第3膨張弁33の開度、送風ファン21、送風ファン22および送風ファン34の毎分回転数、駆動源46の駆動量を制御するための信号である。四方弁16は制御信号に応じて第1状態または第2状態に設定される。第1状態では四方弁16で第1口16aは第4口16dに接続されると同時に第2口16bは第3口16cに接続される。第2状態では四方弁16で第1口16aは第3口16cに接続されると同時に第2口16bは第4口16dに接続される。第1圧縮機14および第2圧縮機31は制御信号で特定される周波数で動作する。第1膨張弁23、第2膨張弁25および第3膨張弁33は制御信号で特定される開度で冷媒の流通量を調整する。送風ファン21、22、34では熱交換量に応じて制御信号により回転数が制御される。駆動源46は制御信号で特定される駆動量に従って第1位置および第2位置の間で開閉板38を駆動する。
As shown in FIG. 2, the
制御回路45には圧力センサー41、42、43、第1開度センサー47、第2開度センサー48および第3開度センサー49が接続される。第1開度センサー47は第1膨張弁23の開度を測定する。第2開度センサー48は第2膨張弁25の開度を測定する。第3開度センサー49は第3膨張弁33の開度を測定する。第1開度センサー47、第2開度センサー48および第3開度センサー49はそれぞれ開度情報信号を制御回路45に供給する。個々の開度情報信号では、第1開度センサー47、第2開度センサー48および第3開度センサー49で測定された開度が特定される。制御回路45は、開度情報信号で特定される膨張弁の開度と、この制御時点で目標とする圧力に相当する膨張弁開度とのずれを補正する。制御回路45には圧力センサー41、42、43から圧力情報信号が供給される。
The
次に空気調和機11の動作を簡単に説明する。冷房運転が設定されると、制御回路45は四方弁16に制御信号を供給する。図3に示されるように、四方弁16は第1状態に設定される。制御回路45は駆動源46に制御信号を供給する。開閉板38は第1位置に位置決めされる。排気口36は開放される。制御回路45は第1膨張弁23および第2膨張弁25の開度を検出する。第1膨張弁23の開度が閾値よりも大きいか否かが判定される。第1膨張弁23の開度が閾値よりも大きければ、制御回路45は閾値の開度まで第1膨張弁23の開度を絞る。開度の調整にあたって第1膨張弁23には制御回路45から制御信号が供給される。閾値は予め設定される。
Next, the operation of the
続いて制御回路45は第1圧縮機14を動作させる。動作にあたって第1圧縮機14には制御回路45から制御信号が供給される。第1圧縮機14から高温高圧のガス冷媒が吐出される。第1冷媒、すなわち、CO2は1次冷媒回路12内を循環する。第1冷媒は、四方弁16の第3口16cから第4口16dまで第2循環経路17を流通し、四方弁16の第1口16aから第1圧縮機14の吸込口14aに戻される。このとき、制御回路45は、第2膨張弁25を全開した後に、第1膨張弁23の開度を設定する。第1膨張弁23および第2膨張弁25には制御回路45から制御信号が供給される。室内熱交換器19つまり蒸発器における蒸発圧力が設定温度と室温との差に応じて設定される目標の蒸発圧力より高めになるように第1膨張弁23の開度は設定される。
Subsequently, the
同様に、制御回路45は第2圧縮機31を動作させる。動作にあたって第2圧縮機31には制御回路45から制御信号が供給される。第2圧縮機31から高温高圧のガス冷媒が吐出される。第2冷媒は2次冷媒回路13の第3循環経路28を循環する。ガス状態の第2冷媒は空気熱交換器32で凝縮される。凝縮された第2冷媒は第3膨張弁33で減圧される。減圧された第2冷媒は冷媒−冷媒熱交換器24に供給される。冷媒−冷媒熱交換器24で第2流通路27内の第2冷媒は第1流通路26内の第1冷媒から吸熱して蒸発する。蒸発した第2冷媒は第2圧縮機31に戻される。
Similarly, the
制御回路45は、目標とすべき蒸発圧力になるように第2膨張弁25の開度を調整する。蒸発圧力は室内熱交換器19の第1口19a側に設けられた圧力センサー42で検出される。こうして室内熱交換器19は目標とすべき蒸発圧力を得る。ここでは、第1膨張弁23の制御が第2膨張弁25の制御に対して先行することから、冷媒−冷媒熱交換器24の第1流通路26に高圧の冷媒が流れ込むことが防止される。この制御に加えて、制御回路45は、室外熱交換器18の第2口18b側に備えた圧力センサー41で放熱器の圧力も検出し、圧力センサー41、42の圧力から冷媒−冷媒熱交換器24の第1流通路26の中間圧力を演算する。この中間圧力に圧力センサー43で検出された値が合致するように第1膨張弁23の開度と第2膨張弁25の開度とは制御されるとよい。
The
1次冷媒回路12では第1圧縮機14から高温高圧の第1冷媒が室外熱交換器18に供給される。第1冷媒は室外熱交換器18、第1膨張弁23、冷媒−冷媒熱交換器24、第2膨張弁25および室内熱交換器19を順番に流通する。このとき、図4に示されるように、第1圧縮機14と第1膨張弁23との間で第1冷媒は高圧pdに保持される。室外熱交換器18では一定圧で第1冷媒の熱エネルギーが外気に放出される。続いて第1膨張弁23と第2膨張弁25との間では第1冷媒は中間圧力pmに保持される。冷媒−冷媒熱交換器24では一定圧で第1冷媒の熱エネルギーが第2冷媒に受け渡される。その結果、第2膨張弁25の入口で冷媒のエンタルピーは減少し、室内熱交換器19において大きなエンタルピー差(冷凍効果)が確保される。その後、第2膨張弁25で第1冷媒は低圧psまで減圧される。減圧された第1冷媒は室内熱交換器19で周囲の空気から吸熱する。冷気が生成される。冷気は送風ファン22の働きで室内空間RMに流される。
In the
次に、暖房運転が設定されると、制御回路45は四方弁16に制御信号を供給する。このとき、図5に示されるように、四方弁16は第2状態に設定される。制御回路45は駆動源46に制御信号を供給する。開閉板38は第2位置に位置決めされる。排気口36は閉鎖される。制御回路45は第1膨張弁23および第2膨張弁25の開度を検出する。第2膨張弁25の開度が閾値よりも大きいか否かが判定される。第2膨張弁25の開度が閾値よりも大きければ、制御回路45は閾値の開度まで第2膨張弁25の開度を絞る。開度の調整にあたって第2膨張弁25には制御回路45から制御信号が供給される。閾値は前述と同様に設定されればよい。
Next, when the heating operation is set, the
続いて制御回路45は第1圧縮機14を動作させる。動作にあたって第1圧縮機14には制御回路45から制御信号が供給される。第1圧縮機14から高温高圧のガス冷媒が吐出される。第1冷媒、すなわち、CO2は1次冷媒回路12内を循環する。第1冷媒は、四方弁16の第4口16dから第3口16cまで第2循環経路17を流通し、四方弁16の第1口16aから第1圧縮機14の吸込口14aに戻される。このとき、制御回路45は、第1膨張弁23を全開した後に、第2膨張弁25の開度を設定する。第1膨張弁23および第2膨張弁25には制御回路45から制御信号が供給される。室外熱交換器18つまり蒸発器における蒸発圧力が外気温度との差に応じて設定される目標の蒸発圧力より高めになるように第2膨張弁25の開度は設定される。
Subsequently, the
同様に、制御回路45は第2圧縮機31を動作させる。動作にあたって第2圧縮機31には制御回路45から制御信号が供給される。第2圧縮機31から高温高圧のガス冷媒が吐出される。第2冷媒は2次冷媒回路13の第3循環経路28を循環する。ガス状態の第2冷媒は空気熱交換器32で凝縮される。凝縮された第2冷媒は第3膨張弁33で減圧される。減圧された第2冷媒は冷媒−冷媒熱交換器24に供給される。冷媒−冷媒熱交換器24で第2流通路27内の第2冷媒は第1流通路26内の第1冷媒から吸熱して蒸発する。蒸発した第2冷媒は第2圧縮機31に戻される。
Similarly, the
制御回路45は、目標とすべき蒸発圧力になるように第1膨張弁23の開度を調整する。蒸発圧力は室外熱交換器18の第2口18b側に設けられた圧力センサー41で検出される。こうして室外熱交換器18は目標とすべき蒸発圧力を得る。ここでは、第2膨張弁25の制御が第1膨張弁23の制御に対して先行することから、冷媒−冷媒熱交換器24の第1流通路26に高圧の冷媒が流れ込むことが防止される。この制御に加えて、制御回路45は、室内熱交換器19の第1口19a側に備えた圧力センサー42で放熱器の圧力も検出し、圧力センサー41、42の圧力から冷媒−冷媒熱交換器24の第1流通路26の中間圧力を演算する。この中間圧力に圧力センサー43で検出される値が合致するように第1膨張弁23の開度と第2膨張弁25の開度とは制御されるとよい。
The
1次冷媒回路12では第1圧縮機14から高温高圧の第1冷媒が室内熱交換器19に供給される。第1冷媒は室内熱交換器19、第2膨張弁25、冷媒−冷媒熱交換器24、第1膨張弁23および室外熱交換器18を順番に流通する。このとき、図4に示されるように、第1圧縮機14と第2膨張弁25との間で第1冷媒は高圧pdに保持される。続いて第2膨張弁25と第1膨張弁23との間では第1冷媒は中間圧力pmに保持される。冷媒−冷媒熱交換器24では一定圧で第1冷媒の熱エネルギーが第2冷媒に受け渡される。その結果、第1膨張弁23入口のエンタルピーが減少し、室外熱交換器18において大きなエンタルピー差(冷凍効果)が確保される。その後、第1膨張弁23で第1冷媒は低圧psまで減圧される。減圧された第1冷媒は室外熱交換器18で周囲の空気から吸熱する。その後、第1冷媒は第1圧縮機14に戻される。
In the
図6に示されるように、2次冷媒回路13や冷媒−冷媒熱交換器24の追加に代えて、圧縮機の吸入側と膨張弁の手前との間に内部熱交換器が組み込まれる場合には、点線で示されるように、蒸発器として働く熱交換器でエンタルピー差(冷凍効果)は増大することができる。しかしながら、この場合には、内部熱交換器の働きで圧縮機の吸入側では過熱度が高まることから、圧縮機の吐出温度が過度に高温まで上昇してしまう。
As shown in FIG. 6, instead of adding the secondary
本実施形態に係る空気調和機11では、暖房運転時には、室内熱交換器19では一定圧で第1冷媒の熱エネルギーが室内へ放出される。室内熱交換器19の周囲で空気には室内熱交換器19から放出される熱エネルギーが受け渡される。送風ファン22の働きで暖気は室内空間RMに流される。同時に、空気熱交換器32では第2冷媒の熱エネルギーが放出される。空気熱交換器32の周囲で空気には空気熱交換器32から放出される熱エネルギーが受け渡される。送風ファン34および分岐ダクト37の働きで暖気は室内空間RMに供給される。その結果、暖房時の熱効率は高められることができる。
In the
本発明者は空気調和機11の成績係数(COP)を算出した。算出にあたって本発明者は[表1]の運転条件および動作点を設定した。冷暖房能力は10馬力(=約28kW)に設定された。2次冷媒回路13の冷媒にはR32(HFC−32)が採用された。暖房運転時には2次冷媒回路13の凝縮器すなわち空気熱交換器32から熱回収分の熱が算出され、1次冷媒回路12の放熱器すなわち室内熱交換器19の熱に加算された。これにより2次冷媒回路13で暖房能力全体の約10%が確保された。
算出にあたって本発明者は第1比較例および第2比較例を設定した。第1比較例では単純な冷凍サイクル回路が用いられた。すなわち、1次冷媒回路12に相当する空気調和機が設定された。しかも、この空気調和機では1次冷媒回路12から第1膨張弁23および冷媒−冷媒熱交換器24が削除された。冷暖房能力は10馬力(=約28kW)に設定された。算出にあたって本発明者は[表2]の運転条件を設定した。
第2比較例では冷凍サイクル装置内で一般的な内部熱交換器が採用された。冷暖房能力は10馬力(=約28kW)に設定された。算出にあたって本発明者は[表3]の運転条件を設定した。
算出の結果、冷房運転時では、第1比較例に比べて第2比較例ではCOPが10%増大することが確認された。第1比較例に比べて空気調和機11ではCOPが18.9%増大することが確認された。その一方で、暖房運転時では、第1比較例に比べて第2比較例ではCOPが2.2%増大することが確認された。第1比較例に比べて空気調和機11ではCOPが5.0%増大することが確認された。
As a result of the calculation, it was confirmed that the COP increased by 10% in the second comparative example during the cooling operation compared to the first comparative example. It was confirmed that COP increased by 18.9% in the
11 空気調和機、12 1次冷媒回路、13 2次冷媒回路、14 第1圧縮機、17 冷媒経路、18 第1熱交換器(室外熱交換器)、19 第2熱交換器(室内熱交換器)、23 第1膨張弁、24 第3熱交換器(冷媒−冷媒熱交換器)、25 第2膨張弁、31 第2圧縮機、32 第4熱交換器(空気熱交換器)、33 第3膨張弁、35 ダクト、37 ダクト(分岐ダクト)、38 開閉板、45 制御回路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第3熱交換器に接続されて、第2圧縮機および第3膨張弁の間で第4熱交換器に高温高圧の第2冷媒を供給し、前記第3膨張弁で減圧された前記第2冷媒を前記第3熱交換器を通って前記第2圧縮機に戻す2次冷媒回路と
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A first expansion valve, a third heat exchanger, and a second expansion valve that are sequentially incorporated in the refrigerant path between the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the first compressor selectively from the first compressor; When the high-temperature and high-pressure first refrigerant is supplied to the first heat exchanger or the second heat exchanger, the first refrigerant is passed through the refrigerant path from the second heat exchanger or the first heat exchanger. A primary refrigerant circuit returning to one compressor;
The second heat exchanger connected to the third heat exchanger is supplied between the second compressor and the third expansion valve to supply a high-temperature and high-pressure second refrigerant to the fourth heat exchanger, and is depressurized by the third expansion valve. A refrigeration cycle apparatus comprising: a secondary refrigerant circuit that returns two refrigerants to the second compressor through the third heat exchanger.
暖房運転時に、前記第2熱交換器から放出される熱エネルギーを受ける暖気の環境に、前記第4熱交換器から放出される熱エネルギーを受ける暖気を送り込むダクトをさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus according to claim 1,
A refrigeration further comprising a duct for sending warm air receiving thermal energy released from the fourth heat exchanger to an environment of warm air receiving thermal energy released from the second heat exchanger during heating operation Cycle equipment.
前記ダクトを開閉する開閉板と、
前記開閉板の開閉を制御する制御回路と
をさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。 The refrigeration cycle apparatus according to claim 2,
An opening and closing plate for opening and closing the duct;
The refrigeration cycle apparatus further comprising: a control circuit that controls opening and closing of the opening and closing plate.
前記第3熱交換器に流入する前記第1冷媒の圧力値が、前記第1熱交換器における冷媒圧力値と前記第2熱交換器における冷媒圧力値との中間値になるように、前記第1膨張弁および前記第2膨張弁を制御する制御回路をさらに備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
In the refrigerating cycle device according to any one of claims 1 to 3,
The first refrigerant flowing into the third heat exchanger has a pressure value intermediate between a refrigerant pressure value in the first heat exchanger and a refrigerant pressure value in the second heat exchanger. The refrigeration cycle apparatus further comprising a control circuit for controlling the first expansion valve and the second expansion valve.
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