JP2014031915A - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気圧縮機式の冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a vapor compressor type refrigeration cycle apparatus.
従来、空気調和装置を含む冷凍装置が冷凍サイクル稼動時に環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合、圧縮機の絶縁や冷凍機油の変質など信頼性面に問題があり、この問題を解決するために絞り機構として絞り量可変の電動膨張弁、能力可変圧縮機を使用して吐出温度を調整してきた(例えば、特許文献1,2参照)。
Conventionally, when a refrigeration system including an air conditioner is in an overload state in which the discharge temperature of the compressor exceeds a predetermined reference value due to a change in environmental temperature during the refrigeration cycle operation, There is a problem in reliability such as alteration, and in order to solve this problem, an electric expansion valve with variable throttle amount and a variable capacity compressor have been used as the throttle mechanism to adjust the discharge temperature (for example,
また、絞り機構前の液冷媒を圧縮機吸入口に導入する液バイパス機構により吐出温度の上昇を抑えて圧縮機の信頼性を確保してきた。 In addition, the liquid bypass mechanism that introduces the liquid refrigerant before the throttling mechanism into the compressor suction port suppresses an increase in the discharge temperature, thereby ensuring the reliability of the compressor.
この様な背景の中にあって最近、HCFC系冷媒の代替冷媒としてHFC系冷媒の採用が検討され始めている。このHFC系冷媒は、オゾン層の保護に加え、地球温暖化の防止に効果を発揮する。すなわち、従来のHCFC系冷媒(R410A、R407Cなど)に比較して低GWPである。よって、HFC系冷媒での一種であるR32やR32を含む混合冷媒の適用が叫ばれている。 Against this background, recently, the adoption of HFC refrigerant as an alternative refrigerant for HCFC refrigerant has begun to be examined. This HFC-based refrigerant is effective in preventing global warming in addition to protecting the ozone layer. That is, it has a low GWP compared to conventional HCFC refrigerants (R410A, R407C, etc.). Therefore, the application of a mixed refrigerant containing R32 or R32, which is a kind of HFC-based refrigerant, is called out.
上記R32を空調装置に用いた場合、従来冷媒であるR22、R407C及びR410Aに比べて理論COPや熱伝達率が高く、圧力損失が小さいため、実際のサイクル効率が高くなるという効果がある。しかしながら、従来冷媒と比べて冷媒の熱物性である断熱指数が大きいため、圧縮機の吐出温度が約10〜20℃程度高いという特性がある。特に、過負荷の外気温度条件時にはさらに吐出温度が上昇する。 When R32 is used in an air conditioner, the theoretical COP and heat transfer rate are higher and the pressure loss is smaller than the conventional refrigerants R22, R407C, and R410A, so that the actual cycle efficiency is increased. However, since the heat insulation index which is the thermophysical property of the refrigerant is larger than that of the conventional refrigerant, there is a characteristic that the discharge temperature of the compressor is higher by about 10 to 20 ° C. In particular, the discharge temperature further increases during an overload outside air temperature condition.
しかし、一定速圧縮機と固定絞りであるキャピラリーチューブを用いた冷凍サイクル装置では過負荷時に吐出温度を調整できない。また、液バイパス機構は吐出温度が一定以上となった時に開成する電磁弁が必要となるため、コストアップの要因となっていた。 However, in a refrigeration cycle apparatus using a constant speed compressor and a capillary tube that is a fixed throttle, the discharge temperature cannot be adjusted during an overload. Further, the liquid bypass mechanism requires a solenoid valve that opens when the discharge temperature becomes a certain level or more, which has been a factor in increasing costs.
本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、一定速圧縮機とキャピラリーチューブを用い、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、低コストで過負荷時における圧縮機の吐出温度の上昇を抑制して圧縮機の信頼性を確保可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としたものである。 The present invention has been made in view of these points, and uses a constant speed compressor and a capillary tube, resulting in an overload state in which the discharge temperature of the compressor exceeds a predetermined reference value due to a change in environmental temperature or the like. In this case, it is an object of the present invention to provide a refrigeration cycle apparatus capable of ensuring the reliability of the compressor by suppressing an increase in the discharge temperature of the compressor at the time of overload at low cost.
本発明は、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブとし、前記キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒で熱交換する構成としたものである。 The present invention is a refrigeration cycle in which a constant speed compressor, a condenser, a throttle device, and an evaporator are connected in an annular shape, and the throttle device is a capillary tube, and heat is exchanged between the high pressure side refrigerant and the low pressure side refrigerant of the capillary tube. It is what.
これにより、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することが可能となる。 This suppresses an increase in the compressor discharge temperature without using a solenoid valve even when the discharge temperature of the compressor exceeds a predetermined reference value due to a change in environmental temperature or the like. Is possible.
本発明は、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度上昇を抑制することが可能となるので、低コストで信頼性の高い冷凍サイクルとすることができる。 The present invention suppresses an increase in the discharge temperature of the compressor without using a solenoid valve even when the discharge temperature of the compressor exceeds a predetermined reference value due to a change in environmental temperature or the like. Therefore, a highly reliable refrigeration cycle can be achieved at low cost.
第1の発明は、一定速圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブとし、前記キャピラリーチューブの高圧側冷媒と低圧側冷媒の間で互いに熱交換する熱交換機構を設置した構成としてあり、電磁弁を用いることなく低コストで過負荷時の圧縮機の吐出温度の上昇を抑制でき圧縮機の信頼性を確保可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。 According to a first aspect of the present invention, in a refrigeration cycle in which a constant speed compressor, a condenser, a throttle device, and an evaporator are connected in an annular shape, the throttle device is a capillary tube, and between the high-pressure side refrigerant and the low-pressure side refrigerant of the capillary tube A refrigeration cycle system that has a heat exchange mechanism for exchanging heat with each other, can suppress the rise in the discharge temperature of the compressor at the time of overload, and can ensure the reliability of the compressor without using a solenoid valve. Can be provided.
第2の発明は、第1の発明において、冷媒としてR32またはR32を主成分とする混合冷媒を用いたものであり、オゾン層の保護に加え、従来冷媒(R410A、R407Cなど)に比較して低GWPであるから、地球温暖化の防止に大きく貢献しつつ、R32やR32を主成分とする混合冷媒の問題点である過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を抑制でき、圧縮機の信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。 The second invention uses a refrigerant mixture mainly composed of R32 or R32 as a refrigerant in the first invention, and in addition to protecting the ozone layer, compared to conventional refrigerants (R410A, R407C, etc.) The low GWP contributes greatly to the prevention of global warming, while suppressing the rise in compressor discharge temperature during overload, which is a problem with mixed refrigerants mainly composed of R32 and R32. It is possible to provide a refrigeration cycle apparatus that ensures the performance.
第3の発明は、第2の発明におけるR32を主成分とする混合冷媒は、R32とHFO1234yfの混合冷媒としたものである。 In the third invention, the mixed refrigerant mainly comprising R32 in the second invention is a mixed refrigerant of R32 and HFO1234yf.
これにより、第2の発明と同様、地球温暖化の防止に大きく貢献しつつ、R32を主成分とする混合冷媒の問題点である過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を抑制でき、圧縮機の信頼性を確保した冷凍サイクル装置を提供することができる。 Thereby, like the second invention, while greatly contributing to the prevention of global warming, an increase in the discharge temperature of the compressor at the time of overload, which is a problem of the mixed refrigerant containing R32 as a main component, can be suppressed. It is possible to provide a refrigeration cycle apparatus that ensures the reliability.
第4の発明は、第1〜3の発明において、キャピラリーチューブは冷房運転用と暖房運転用を設置した構成としてあり、冷房、暖房でそれぞれの最適な絞り量とすることができ、効率を向上できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the capillary tube is provided with a cooling operation and a heating operation, so that the optimum throttle amount can be obtained for each of the cooling and heating, thereby improving efficiency. it can.
第5の発明は、第1〜4の発明において、キャピラリーチューブの高圧側配管と低圧側配管を相互に密着させて熱交換させる構成としてあり、過負荷時の圧縮機の吐出温度上昇を効率よく抑制できる。 According to a fifth invention, in the first to fourth inventions, the high-pressure side pipe and the low-pressure side pipe of the capillary tube are in close contact with each other to exchange heat, and the discharge temperature rise of the compressor at the time of overload is efficiently increased. Can be suppressed.
以下に、本発明の冷凍サイクル装置について説明する。なお、この実施の形態よって本発明が限定されるものではない。 The refrigeration cycle apparatus of the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の冷凍サイクル装置を空気調和機に用いた時の冷凍サイクル図である。尚、冷房運転と暖房運転では凝縮器12と蒸発器14が入れ替わるため、暖房運転時には符
号に()を付して併記した。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a refrigeration cycle diagram when the refrigeration cycle apparatus of the present invention is used in an air conditioner. In addition, since the
本発明の空気調和機はR32またはR32を主成分とする混合冷媒を用いたもので、混合冷媒はR32とHFO1234yfとの混合冷媒である。よって、地球温暖化防止に効果を発揮するが、過負荷の外気温度条件時には従来冷媒に比べ更に吐出温度が高くなる問題点がある。この問題点を以下に述べる構成によって、解消している。 The air conditioner of the present invention uses R32 or a mixed refrigerant mainly composed of R32, and the mixed refrigerant is a mixed refrigerant of R32 and HFO1234yf. Therefore, although effective in preventing global warming, there is a problem that the discharge temperature becomes higher than that of the conventional refrigerant when the outside air temperature condition is overloaded. This problem is solved by the configuration described below.
すなわち、本実施の形態による空気調和機は、室外機側に、冷媒を圧縮する一定速圧縮機1、冷房暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁2、冷房運転時には凝縮器12となり暖房運転時には蒸発器14となり冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器3、室外熱交換器3内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン11を備えている。
That is, the air conditioner according to the present embodiment has, on the outdoor unit side, a
そして、上記冷媒の吐出温度上昇問題を解決する熱交換機構8が設けてある。この熱交換機構は、冷房運転時には開成し暖房運転時に閉止する冷房時逆止弁4、暖房時に絞り装置となる暖房用キャピラリー5、暖房運転時には開成し冷房運転時に閉止する暖房時逆止弁6、冷房時に絞り装置であるキャピラリー13となる冷房用キャピラリー7、冷房用キャピラリー7または暖房時に絞り装置であるキャピラリー13となる暖房用キャピラリー5近傍の高圧側冷媒配管と低圧側冷媒配管相互を密着させて熱交換を行なうように構成してある。
And the heat exchange mechanism 8 which solves the discharge temperature rise problem of the said refrigerant | coolant is provided. The heat exchanging mechanism includes a
さらに、室内機側には、冷房運転時には蒸発器14となり暖房運転時には凝縮器12となり冷媒と室内空気の熱を交換する室内熱交換器9、室内熱交換器9内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン10を備えている。
Furthermore, on the indoor unit side, an
そして、上記室外機22は屋外に、室内機21は屋内に設置されており、室外機22と室内機21は液側接続管23とガス側接続管24で接続されている。
The
このように構成された、空気調和機について動作を説明する。 Operation | movement is demonstrated about the air conditioner comprised in this way.
先ず、冷房運転時には、一定速圧縮機1によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁2を通る。そして、室外ファン11によって外気と熱交換を促進して放熱し高圧の液冷媒となり熱交換機構8に送られ、冷房運転時に開成する冷房時逆止弁4を通って、冷房用キャピラリー7に送られる。この時暖房時逆止弁6は閉止している。
First, during the cooling operation, the refrigerant compressed by the
冷房用キャピラリー7では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり熱交換機構8で高圧側冷媒と相互に熱交換して、液接続管23を通って、室内熱交換器9に送られる。
In the
室内ファン10によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器9を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して、室内ファン10により室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管24を通過して四方弁2に入り一定速圧縮機1に戻る。
The indoor air sucked by the
また、暖房運転時には、一定速圧縮機1によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁2を通り、ガス接続管24に送られる。室内ファン10によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器9を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン10によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管23を通って熱交換機構8に送られ、暖房運転時に開成する暖房時逆止弁6を通って暖房用キャピラリー5に送られる。この時冷房時逆止弁4は閉止している。
During the heating operation, the refrigerant compressed by the
暖房用キャピラリー5において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、熱交換機構8で高圧側冷媒と相互に熱交換して、室外熱交換器3に送られて、室外ファン11によって外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁2を経由して一定速圧縮機1へ戻される。
The pressure is reduced in the
このようにして冷暖房運転がなされる。 In this way, the air conditioning operation is performed.
次に図2を用いて従来技術の冷凍サイクルについて説明する。図2は従来技術の冷凍サイクルのPH線図である。図2において実線は通常運転時の冷凍サイクルであり、A点は圧縮機吸入、B点は圧縮機吐出、C点は凝縮器出口、D点は蒸発器入口を示している。 Next, a conventional refrigeration cycle will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a PH diagram of a prior art refrigeration cycle. In FIG. 2, the solid line represents the refrigeration cycle during normal operation, point A represents compressor suction, point B represents compressor discharge, point C represents a condenser outlet, and point D represents an evaporator inlet.
また、破線は過負荷時の冷凍サイクルでありA’点は圧縮機吸入、B’点は圧縮機吐出、C’点は凝縮器出口、D’点は蒸発器入口を示している。T1はB’点を通る等温線の温度を示し、T2はB点を通る等温線の温度であり、T1>T2の関係にある。 Further, the broken line indicates the refrigeration cycle at the time of overload. The A ′ point indicates the compressor suction, the B ′ point indicates the compressor discharge, the C ′ point indicates the condenser outlet, and the D ′ point indicates the evaporator inlet. T1 indicates the temperature of the isotherm passing through the point B ', T2 is the temperature of the isotherm passing through the point B, and T1> T2.
図2に示す様に、環境温度の変化などにより通常運転が過負荷運転となった場合には高圧圧力、低圧圧力が上昇するとともに、圧縮機吐出温度も上昇することになり、環境温度が想定以上に上昇した場合など条件によっては圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越える場合がある。 As shown in FIG. 2, when the normal operation becomes an overload operation due to a change in the environmental temperature or the like, the high pressure and the low pressure are increased, and the compressor discharge temperature is also increased. The discharge temperature of the compressor may exceed a predetermined reference value depending on conditions such as a rise above.
しかしながら、本発明の熱交換機構8を用いた場合は、これを抑制することができる。その熱交換機構8の動作について図3を用いて詳細に説明する。図3は過負荷運転時のPH線図を示しており、実線は本発明の冷凍サイクルを示し、破線は従来技術の冷凍サイクルを示している。 However, this can be suppressed when the heat exchange mechanism 8 of the present invention is used. The operation of the heat exchange mechanism 8 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows a PH diagram during overload operation, where the solid line indicates the refrigeration cycle of the present invention, and the broken line indicates the prior art refrigeration cycle.
A’点、B’点、C’点及びD’点は従来技術の冷凍サイクルの各ポイントを示している。A’点は圧縮機吸入、B’点は圧縮機吐出、C’点は凝縮器出口、D’点は蒸発器入口を示している。 A 'point, B' point, C 'point and D' point indicate points of the prior art refrigeration cycle. A 'point indicates compressor suction, B' point indicates compressor discharge, C 'point indicates condenser outlet, and D' point indicates evaporator inlet.
また、A点,B点、C点、D点、E点及びF点は本発明の冷凍サイクルの各ポイントを示している。A点は圧縮機吸入、B点は圧縮機吐出、C点は凝縮器出口、D点は蒸発器入口を示しており、E点はキャピラリー入口、F点はキャピラリー出口を示している。 Moreover, A point, B point, C point, D point, E point, and F point have shown each point of the refrigerating cycle of this invention. Point A indicates compressor suction, point B indicates compressor discharge, point C indicates a condenser outlet, point D indicates an evaporator inlet, point E indicates a capillary inlet, and point F indicates a capillary outlet.
冷房運転時には凝縮器である室外熱交換器3出口がC点、冷房用キャピラリー7入口がE点、出口がF点となり、蒸発器である室内熱交換器9の入口がD点となる。
During the cooling operation, the outlet of the outdoor heat exchanger 3 that is a condenser is the point C, the inlet of the cooling
室外熱交換器3を通った高温高圧の液冷媒は、熱交換機構8に入る。一方、低温低圧の二相となった冷媒が熱交換機構8を通るため互いに熱交換を行なうことになる。従って、室外熱交換器3を通った高温高圧の液冷媒は熱交換機構8で熱交換して放熱するため、C点からE点に変化する。E点の冷媒は冷房用キャピラリー7に入って断熱膨張してF点となり低温低圧の二相冷媒となり、熱交換機構8で熱交換して吸熱するためF点からD点に変化する。この様にして熱交換機構8での熱交換が行なわれる。
The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 3 enters the heat exchange mechanism 8. On the other hand, the low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant passes through the heat exchange mechanism 8 and exchanges heat with each other. Therefore, the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 3 exchanges heat by the heat exchange mechanism 8 to dissipate heat, so that the point C changes to the point E. The refrigerant at point E enters the cooling
この時、冷房用キャピラリー7に入る冷媒の過冷却度は従来技術の冷凍サイクルに比べて大きくなることになる。冷房用キャピラリー7を通る冷媒循環量は高圧圧力と低圧圧力の圧力差とはほぼ比例の関係にある。
At this time, the degree of supercooling of the refrigerant entering the cooling
また、図4にキャピラリーチューブ13を流れる冷媒量と過冷却度の関係を示す。図4に示す様に一定圧力差の元では過冷却度の小さな領域では冷媒循環量の変化が大きく、一定の過冷却度以上となった場合には冷媒循環量はほぼ一定となる。従来技術の冷凍サイク
ルではキャピラリーチューブ13入口での過冷却度は小さいため、本発明の冷凍サイクルにより過冷却度を大きくすることで、キャピラリーチューブ13を流れる冷媒循環量は増加しその割合は大きいことになる。
FIG. 4 shows the relationship between the amount of refrigerant flowing through the
従って、一定速圧縮機1の循環量を増加させるため一定速圧縮機1の吸入密度を大きくするために低圧圧力がやや上昇するため一定速圧縮機1の吐出温度は低下することになる。また、このとき低圧圧力が上昇するため、圧縮機の入力が低下して冷凍サイクルの効率が向上する。
Therefore, in order to increase the circulation amount of the
図3に示すT1はB’点を通る等温線の温度を示し、T3はB点を通る等温線の温度であり、T1>T3の関係にある。 T1 shown in FIG. 3 indicates the temperature of the isotherm passing through the point B ', T3 is the temperature of the isotherm passing through the point B, and T1> T3.
さらにまた、従来技術の冷凍サイクルにおいて通常運転ではキャピラリー入口での過冷却度は大きいため、本発明の冷凍サイクルとした場合においても、キャピラリーを流れる冷媒量はやや増加する傾向にあるが、過負荷運転時に比べて大きな差は生じない。 Furthermore, since the degree of supercooling at the capillary inlet is large in normal operation in the refrigeration cycle of the prior art, even in the case of the refrigeration cycle of the present invention, the amount of refrigerant flowing through the capillary tends to increase slightly, but overload There is no big difference compared to driving.
暖房運転時にも同様の動作により過負荷運転時にキャピラリーを流れる冷媒量が増加して一定速圧縮機1の吐出温度は低下することになるが、詳細な説明は割愛する。
During the heating operation, the amount of refrigerant flowing through the capillaries increases during the overload operation due to the same operation, and the discharge temperature of the
このようにして一定速圧縮機1、凝縮器12、絞り装置、蒸発器14を環状に連接した冷凍サイクルにおいて、前記絞り装置をキャピラリーチューブ13とし、前記キャピラリーチューブ13の高圧側冷媒と低圧側冷媒を熱交換する構成とすることで、電磁弁を用いることなく低コストで環境温度の変化などにより一定速圧縮機1の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、圧縮機の吐出温度の上昇を抑制して一定速圧縮機1の信頼性を確保可能となる。む。
In this way, in the refrigeration cycle in which the
本発明によれば、環境温度の変化などにより圧縮機の吐出温度が所定の基準値を越えるような過負荷状態となった場合においても、電磁弁を用いることなく圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することが可能となるので、低コストで信頼性の高い冷凍サイクルとすることができ、家庭用はもちろん産業用の冷凍サイクルにも広く適用できるものである。 According to the present invention, the compressor discharge temperature can be increased without using the solenoid valve even when the compressor discharge temperature exceeds a predetermined reference value due to a change in environmental temperature or the like. Since it can be suppressed, it can be a low-cost and highly reliable refrigeration cycle, and can be widely applied not only to household use but also to industrial refrigeration cycles.
1 一定速圧縮機
8 熱交換機構
5 暖房用キャピラリー
7 冷房用キャピラリー
12 凝縮器
13 キャピラリーチューブ
14 蒸発器
1 Constant Speed Compressor 8
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