JP2020165581A - 非共沸冷媒回路 - Google Patents
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Abstract
Description
非共沸冷媒(非共沸混合冷媒)は、沸点の異なる冷媒が混合された混合冷媒を言う。単一冷媒や疑似共沸冷媒とは違い、非共沸冷媒には、図9のモリエル線図に示しているように、気液二相時の温度すべりが存在する。図9に等温線を破線で示している。こうした温度すべりに起因して、蒸発器の入口温度T1は、蒸発器の出口温度T2よりも低い。そのため、非共沸冷媒を使用する場合、外気温が低いと、暖房等の加熱時に蒸発器の入口側(上流側)に着霜が発生し易い。
特許文献1では、除霜運転時において、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、バイパス経路を通じて減圧機構により減圧した後、除霜運転時における室外熱交換器の入口に流入させている。その冷媒は、除霜運転時における室交換機入口の出口から流出し、直接圧縮機へと向かう。
その上、冷媒から霜への放熱により冷媒の除霜能力が低下するため、室外熱交換器の出口側(加熱時における入口側)における除霜能力に劣る。そのため、室外熱交換器の入口から出口までの全体に着霜した場合は、除霜に長時間を要する。
〔第1実施形態〕
図1(a)および(b)に示す冷媒回路1は、沸点が異なる2種以上の冷媒が混合されてなる非共沸冷媒が封入された、非共沸冷媒用の冷媒回路である。
本実施形態の冷媒回路1は、室外熱交換器12と室内熱交換器14とを備えた空気調和機である。但し、冷媒回路1は、冷凍サイクルを利用した他の装置、例えば、冷凍機や給湯機等を構成していてもよい。
図示しない室外機には、室外熱交換器12に向けて風を送るファン12Aが設けられている。図示しない室内機には、室内熱交換器14に向けて風を送るファン14Aが設けられている。
図1(a)に矢印で示す向きに冷媒回路1を冷媒が流れるとき、冷媒回路1は熱負荷の冷却(冷房)に利用される。室外熱交換器12に発生した霜Fを融解させて除去する除霜運転時にも、冷房運転時と同様の向きに冷媒回路1を冷媒が流れる。
一方、図1(b)に矢印で示す向きに冷媒回路1を冷媒が流れるとき、冷媒回路1は熱負荷の加熱(暖房)に利用される。
図1および図2には、外気温が低いと室外熱交換器12に着霜が発生する暖房時を基準として、室外熱交換器12の加熱時入口側12inと、加熱時出口側12outとを示すものとする。加熱時入口側12inは、冷却時の出口側に相当する。加熱時出口側12outは、冷却時の入口側に相当する。
室外熱交換器12の加熱時入口側12inには、冷媒の温度を検出する温度センサ12Sが設けられていることが好ましい。なお、室外熱交換器12の加熱時出口側12out等に、他の温度センサが設けられていてもよい。
冷房時に対して冷媒の流れが逆向きとなる暖房時には、並行流、すなわち、ポートP3から、次第に風下側A2へかつ上方へ向けて流れ、冷房時の流入箇所P1からヘッダ12Hに向けて流出する。
なお、第1電磁弁231および第2電磁弁232の両方を開いて、主流路21とバイパス流路22とに、ある流量比にて冷媒を分配させることも妨げられない。
上述の吐出流路25は、ヘッダ12Hよりも上流側で、主流路21とバイパス流路22とに分岐している。
ヘッダ12Hから、室外熱交換器12の除霜運転時入口側の複数の流入箇所P1に流入した冷媒は、内部流路120を終端まで流れてポートP3から流出する。
冷媒から霜Fへの放熱に伴い冷媒の除霜能力が低下するところ、バイパス流路22によれば、室外熱交換器12の着霜が発生し易い加熱時入口側12inの内部流路120の区間120Bに、吐出冷媒を直接的に供給することができる。そのため、主流路21を通じて室外熱交換器12に流入した冷媒が、流入箇所P1から接続箇所P2までの区間120Aを経て入口側区間120Bに間接的に供給される場合と比べて、入口側区間120Bを流れる冷媒の除霜能力が高い。
流れ方向切替部15に制御指令を与えて暖房運転から除霜運転に移行したならば、先ず、室外熱交換器12の着霜し易い加熱時入口側12inの除霜のため、第1電磁弁231および第2電磁弁232に制御指令を与えることで、第1電磁弁231を閉じて第2電磁弁232を開く(ステップS11)。すると、バイパス流路22を通じて、吐出冷媒が内部流路120における加熱時入口側12inに供給されるため、室外熱交換器12の加熱時入口側12inの領域における除霜が開始される。
所定の条件が成立したならば(ステップS12でYes)、第1、第2電磁弁231,232に制御指令を与えることで、第1電磁弁231を開き、第2電磁弁232を閉じる(ステップS13)。すると、主流路21を通じて、吐出冷媒が加熱時出口側12outの流入箇所P1から内部流路120に供給され、加熱時入口側12inのポートP3まで内部流路120の全体を流れる。つまり、室外熱交換器12の全体に亘る除霜が開始される。
なお、図3に示す例とは逆に、全体の除霜(ステップS13およびステップS14)を入口側区間120Bの除霜(ステップS11およびステップS12)に先行させてもよい。
次に、図5〜図8を参照し、本発明の第2実施形態に係る非共沸冷媒用の冷媒回路2を説明する。
第2実施形態では、バイパス流路26を通じて、室外熱交換器12の入口側区間120Bの中でも着霜量が多い風上側A1に吐出冷媒を流入させる。
以下、第1実施形態と相違する事項を中心に説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同じ符合を付している。
図6に示すように、第1電磁弁231および第3電磁弁233がいずれも開かれると、バイパス流路22を通じて室外熱交換器12の加熱時入口側12inのポートP3に吐出冷媒を供給可能となる。このとき第2電磁弁232および第4電磁弁234はいずれも閉じている。
図7に示すように、第2電磁弁232および第4電磁弁234がいずれも開かれると、主流路21を通じて室外熱交換器12の加熱時出口側12outの流入箇所P1に吐出冷媒を供給可能となる。このとき第1電磁弁231および第4電磁弁234はいずれも閉じている。
このとき、図6に示すように、バイパス流路26を通じて、吐出冷媒が風上側A1の位置でポートP3から内部流路120に流入するため、室外熱交換器12において最も着霜し易く着霜量が多い、加熱時入口側12inでかつ風上側A1の領域に、吐出冷媒を直接的に供給して霜Fを融解させることができる。
圧縮機10側の区間120Aと、第2流出路272との間には圧力差が存在するため、ポートP3に流入した吐出冷媒は、区間120Aには流入しないで第2流出路272に流出する。但し、接続箇所P2よりも区間120A側に図示しない電磁弁を設け、その電磁弁を第2電磁弁232および第4電磁弁234の開閉に連動して開閉させることもできる。
所定の条件が成立したならば(ステップS12でYes)、第1、第3電磁弁231,233を開き、第2、第4電磁弁232,234を閉じる(ステップS23)。すると、主流路21を通じて、吐出冷媒が流入箇所P1から内部流路120に供給され、室外熱交換器12の全体に亘る除霜が開始される。
所定の条件が成立したならば(ステップS14でYes)、除霜運転を終えて暖房運転に復帰することができる。暖房運転時には、引き続き、第1、第3電磁弁231,233が開いており、第2、第4電磁弁232,234が閉じている。
10 圧縮機
12 室外熱交換器(第1熱交換器)
12in 加熱時入口側
12out 加熱時出口側
12A ファン
12H ヘッダ
12S 温度センサ
13 減圧部
14 室内熱交換器(第2熱交換器)
14A ファン
15 方向切替部
21 主流路
22 バイパス流路
23 バイパス調整部
24 抵抗付与部
25 吐出流路
26 バイパス流路
120 内部流路
120A 区間
120B 入口側区間
121 チューブ
122 フィン
231 第1電磁弁
232 第2電磁弁
233 第3電磁弁
234 第4電磁弁
271 第1流出路
272 第2流出路
A1 風上側
A2 風下側
F 霜
P1 流入箇所
P2 接続箇所
P3 ポート
T1 入口温度
T2 出口温度
Y 分岐箇所
Claims (8)
- 非共沸冷媒用の冷媒回路であって、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
熱源および前記冷媒を熱交換させる第1熱交換器と、
前記冷媒の圧力を減少させる減圧部と、
熱負荷および前記冷媒を熱交換させる第2熱交換器と、
前記冷媒回路における前記冷媒の流れの向きを切り替える流れ方向切替部と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記第1熱交換器に流入させることが可能な主流路およびバイパス流路と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記主流路と前記バイパス流路とに択一的に流入させること、および分配させることの少なくとも一方が可能なバイパス調整部と、を備え、
前記冷媒回路は、前記冷媒の流れの向きに応じて、前記熱負荷の冷却と加熱とに利用可能であり、
前記主流路は、
加熱時における前記第1熱交換器の出口側に前記冷媒を流入させることが可能であり、
前記バイパス流路は、
加熱時における前記第1熱交換器の入口側に前記冷媒を流入させることが可能である、
ことを特徴とする非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス流路は、前記第1熱交換器に備わる内部流路の途中に接続される、
請求項1に記載の非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス流路は、前記第1熱交換器に向けて送られる風の風上側の位置で前記第1熱交換器に前記冷媒を流入可能である、
請求項1または2に記載の非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス流路は、前記冷媒の流れに抵抗を与える抵抗付与部を含む、
請求項1から3のいずれか一項に記載の非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス調整部は、
前記主流路に備わる第1電磁弁と、
前記バイパス流路に備わる第2電磁弁と、を含む、
請求項1から4のいずれか一項に記載の非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス調整部は、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記主流路と前記バイパス流路とに択一的に流入させることが可能であり、
前記バイパス流路は、加熱時における前記第1熱交換器の前記入口側に接続され、
前記第1熱交換器には、
加熱時における前記第1熱交換器の入口から前記冷媒を前記減圧部に向けて流出させることが可能な第1流出路と、前記第1熱交換器の前記入口側における内部流路の途中から前記減圧部に向けて前記冷媒を流出させることが可能な第2流出路とが設けられ、
前記冷媒回路は、
前記第1流出路に備わる第3電磁弁と、
前記第2流出路に備わる第4電磁弁と、を備える、
請求項1から5のいずれか一項に記載の非共沸冷媒回路。 - 加熱時における前記第1熱交換器の入口は、加熱時における前記第1熱交換器の出口に対して下方に位置している、
請求項1から6のいずれか一項に記載の非共沸冷媒回路。 - 前記バイパス調整部は、
前記冷媒回路を前記冷媒が流れる向きが冷却運転時と同様の除霜運転時において前記バイパス流路に前記冷媒を流入させる、
請求項1から7のいずれか一項に記載の非共沸冷媒回路。
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