JP2020201007A - 冷媒サイクルシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、冷媒サイクル装置の一実施形態としての空気調和装置100は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである第1冷媒回路1、第2冷媒回路2、第3冷媒回路3によって、ビル等の建物内の部屋の冷房や暖房を行う装置である。
(2−1)利用側ユニット
利用側ユニット30A、30B、50A、50Bは、ビル等の室内に設置されている。
第1冷媒回路1の一部を構成する熱源側ユニット10は、ビル等の建物の室外、例えば屋上や地上に設置されている。熱源側ユニット10は、液冷媒連絡管4aとガス冷媒連絡管4bとを介して、第1カスケードユニット20または第2カスケードユニット40に接続されている。
第1カスケードユニット20と第2カスケードユニット40とは、例えば、ビル等の建物の部屋の天井裏の空間に設置されている。
制御部60は、図2に示すように、熱源側制御部61と、第1カスケード制御部62、第2カスケード制御部63、利用側制御部64、65、66、67と、を有している。各制御部60、61、62、63、64、65、66、67は、CPU又はGPUといったプロセッサと、メモリと等を含む。プロセッサは、メモリに記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の処理を行う事が可能である。
次に、空気調和装置100の基本動作について説明する。空気調和装置100の基本動作には、冷房運転及び暖房運転がある。なお、以下に説明する空気調和装置100の基本動作は、空気調和装置100(熱源側ユニット10、利用側ユニット30A、30B、50A、50B、第1カスケードユニット20及び第2カスケードユニット40)の構成機器を制御する制御部60によって行われる。
例えば、利用側ユニット30A、30B、50A、50Bの全てが冷房運転(利用側熱交換器31a、31b、51a、51bの全てが冷媒の蒸発器として機能し、かつ、熱源側熱交換器12が冷媒の放熱器として機能する運転)を行う際には、切換機構13、25、45が冷房運転状態(図1の実線で示された状態)に切り換えられる。
冷房運転の際、第1冷媒回路1において、圧縮機11から吐出された高圧の第1冷媒は、切換機構13を通じて熱源側熱交換器12に送られる。熱源側熱交換器12に送られた第1冷媒は、第1冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器12において、熱源側ファンによって供給される室外空気と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。この第1冷媒は、膨張弁14を通じて熱源側ユニット10から流出する。
第2冷媒回路2において、圧縮機24から吐出された高圧の第2冷媒は、切換機構25を通じて、第1カスケード熱交換器21に送られる。第1カスケード熱交換器21に送られた第2冷媒は、第2冷媒の放熱器として機能する第1サブ熱交換部21bと第1メイン熱交換部21aとにおいて、第1冷媒回路1を流れる第1冷媒と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。この第2冷媒は、膨張弁26を通じて第1カスケードユニット20から流出する。第1カスケードユニット20から流出した第2冷媒は、各利用側ユニット30A、30Bに送られる。
第3冷媒回路3において、圧縮機44から吐出された高圧の第3冷媒は、切換機構45を通じて、第2カスケード熱交換器41に送られる。第2カスケード熱交換器41に送られた第3冷媒は、第3冷媒の放熱器として機能する第2サブ熱交換部41bと第2メイン熱交換部41aとにおいて、第1冷媒回路1を流れる第1冷媒と熱交換を行って冷却されることによって凝縮する。この第3冷媒は、膨張弁46を通じて第2カスケードユニット40から流出する。第2カスケードユニット40から流出した第3冷媒は、各利用側ユニット50A、50Bに送られる。
例えば、利用側ユニット30A、30B、50A、50Bの全てが暖房運転(利用側熱交換器31a、31b、51a、51bの全てが冷媒の放熱器として機能し、かつ、熱源側熱交換器12が冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う際には、切換機構13、25、45が暖房運転状態(図1の破線で示された状態)に切り換えられる。
暖房運転の際、第1冷媒回路1において、圧縮機11から吐出された高圧の第1冷媒は、切換機構13を通じて熱源側ユニット10から流出する。
第2冷媒回路2において、暖房運転の際、圧縮機24から吐出された高圧の第2冷媒は、切換機構25を通じて第1カスケードユニット20から流出する。
第3冷媒回路3において、圧縮機44から吐出された高圧の第3冷媒は、切換機構45を通じて第2カスケードユニット40から流出する。
(4−1)
空気調和装置100の第1メイン熱交換部21aと第2メイン熱交換部41aはプレート熱交換器であって、第1サブ熱交換部21bと第2サブ熱交換部41bとは、二重管である。各熱交換部はこれに限られない。
空気調和装置100の第1冷媒回路1、第2冷媒回路2、第3冷媒回路3には、それぞれ、第1冷媒、第2冷媒、第3冷媒として、冷媒の安定性及び性能が高いR32が充填されている。
本開示に示す冷媒サイクルシステムは、冷媒サイクルシステムの具体例として空気調和装置100を用いて説明を行っているが、冷媒サイクルシステムの形態はこれに限られない。例えば、冷媒サイクルシステムは、ヒートポンプ式の給湯機等であってもよい。
(5−1)
冷媒サイクルシステムとしての空気調和装置100は、第1冷媒回路1と、第2冷媒回路2と、第1カスケード熱交換器21と、を備える。第1冷媒回路1は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第2冷媒回路2は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第1カスケード熱交換器21は、第1冷媒回路1を流れる第1冷媒と、第2冷媒回路2を流れる第2冷媒と、の間で熱交換を行わせる。空気調和装置100は、切換機構13、25を有す。切換機構13、25は、第1冷媒回路1及び第2冷媒回路2の少なくともいずれか一方にあって、回路の冷媒の流路を切り替える。第1カスケード熱交換器21は、第1メイン熱交換部21aと、第1サブ熱交換部21bと、を有す。第1サブ熱交換部21bは、第1メイン熱交換部21aを通過した第1冷媒を過熱状態にするためのものである。
空気調和装置100の第1メイン熱交換部21aは、第1サブ熱交換部21bよりも熱交換能力が大きい。
空気調和装置100は、第3冷媒回路3と、第2カスケード熱交換器41と、をさらに備える。第3冷媒回路3は、蒸気圧縮式冷凍サイクルである。第2カスケード熱交換器41は、第1冷媒回路1を流れる第1冷媒と、第3冷媒回路3を流れる第3冷媒と、の間で熱交換を行わせる。第2カスケード熱交換器41は、第2メイン熱交換部41aと、第2サブ熱交換部42bと、を有す。第2サブ熱交換部42bは、第2メイン熱交換部41aを通過した冷媒を過熱状態にするためのものである。第1カスケード熱交換器21と、第2カスケード熱交換器41とは、第1冷媒回路1において並列に接続される。
空気調和装置100の第1冷媒回路1、第2冷媒回路2、第3冷媒回路3には、それぞれ、第1冷媒、第2冷媒、第3冷媒として、冷媒の安定性が高いR32が充填されている。しかし、本開示に示す冷媒サイクルシステムには、R32以外の冷媒が充填されていてもよい。例えば、第1冷媒はR32であって、第2冷媒及び第3冷媒は、二酸化炭素であることが好ましい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
2 第2冷媒回路
3 第3冷媒回路
13,25 切換機構
21 第1カスケード熱交換器
21a 第1メインカスケード熱交換部
21b 第1サブカスケード熱交換部
22 第1流量調整弁
41 第2カスケード熱交換器
41a 第2メインカスケード熱交換部
41b 第2サブカスケード熱交換部
60 制御部
100 冷媒サイクルシステム
Claims (8)
- 蒸気圧縮式冷凍サイクルである第1冷媒回路(1)と、
蒸気圧縮式冷凍サイクルである第2冷媒回路(2)と、
前記第1冷媒回路(1)を流れる第1冷媒と、前記第2冷媒回路(2)を流れる第2冷媒と、の間で熱交換を行わせる第1カスケード熱交換器(21)と、
を備え、
前記第1冷媒回路(1)及び前記第2冷媒回路(2)の少なくともいずれか一方は、回路の冷媒の流路を切り替える切換機構(13、25)を有し、
前記第1カスケード熱交換器(21)は、第1メイン熱交換部(21a)と、前記第1メイン熱交換部(21a)を通過した前記第1冷媒を過熱状態にするための第1サブ熱交換部(21b)と、を有す、
冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1冷媒回路(1)において前記第1カスケード熱交換器(21)に流れる前記第1冷媒の量を調整する第1流量調整弁(22)と、
前記第1流量調整弁(22)の開度を調整する制御部(60)と、
をさらに備え、
前記第1冷媒回路(1)の前記第1カスケード熱交換器(21)が蒸発器となるとき、前記制御部(60)は、前記第1サブ熱交換部(21b)から出る前記第1冷媒が過熱状態になるように前記第1流量調整弁(22)の開度を調整する、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1メイン熱交換部(21a)は、前記第1サブ熱交換部(21b)よりも熱交換能力が大きい、
請求項1または2に記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1メイン熱交換部(21a)は、プレート熱交換器、又は、複数の扁平管を積層した熱交換器であって、
前記第1サブ熱交換部(21b)は、二重管、又は、配管を接触させた構造の熱交換部である、
請求項1から3のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 蒸気圧縮式冷凍サイクルである第3冷媒回路(3)と、
前記第1冷媒回路(1)を流れる前記第1冷媒と、前記第3冷媒回路(3)を流れる第3冷媒と、の間で熱交換を行わせる第2カスケード熱交換器(41)と、
をさらに備え、
前記第2カスケード熱交換器(41)は、第2メイン熱交換部(41a)と、前記第2メイン熱交換部(41a)を通過した冷媒を過熱状態にするための第2サブ熱交換部(41b)と、を有し、
前記第1カスケード熱交換器(21)と、前記第2カスケード熱交換器(41)とは、前記第1冷媒回路(1)において並列に接続される、
請求項1から請求項4のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1冷媒及び前記第2冷媒は、HFC冷媒、HFO冷媒、自然冷媒のいずれか1つ、あるいは、HFC冷媒、HFO冷媒、自然冷媒、CF3I、のうちのいずれか2つ以上を含む混合冷媒である、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1冷媒、及び、前記第2冷媒は、R32である、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム(100)。 - 前記第1冷媒はR32であって、前記第2冷媒は二酸化炭素である、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の冷媒サイクルシステム(100)。
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