JP2020201011A - 空調機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、冷媒サイクルシステム100を示す。冷媒サイクルシステム100は、熱源から冷熱又は温熱を取得して、ユーザに冷熱又は温熱を提供するためのものである。ここで、「熱源から冷熱を取得する」とは熱源に放熱することを意味する。「熱源から温熱を取得する」とは熱源から吸熱することを意味する。「ユーザに冷熱を提供する」とはユーザがいる環境から吸熱することを意味する。また、「ユーザに温熱を提供する」とはユーザがいる環境に放熱することを意味する。
(2−1)熱源ユニット10
熱源ユニット10は、熱源である外気から、冷熱又は温熱を取得する。熱源ユニット10は、圧縮機11、四路切換弁12、熱源熱交換器13、熱源膨張弁14、過冷却膨張弁15、過冷却熱交換器16、液閉鎖弁18、ガス閉鎖弁19を有する。
カスケードユニット30は、第1冷媒と第2冷媒の間で熱交換をさせるためのものである。
利用ユニット50は、ユーザに冷熱又は温熱を提供するためのものである。利用ユニット50は、利用熱交換器51、利用膨張弁52を有する。利用熱交換器51は、冷熱又は温熱をユーザに利用させるためのものである。利用熱交換器51は、マイクロチャネル熱交換器であり、扁平多穴管を有する。利用膨張弁52は、二次側サイクル40を循環する第2冷媒の量を調節する。さらに、利用膨張弁52は、第2冷媒を減圧させる減圧装置として機能する。
一次側連絡配管は、一次側液連絡配管21及び一次側ガス連絡配管22を含む。一次側液連絡配管21は、熱源ユニット10の液閉鎖弁18と、カスケードユニット30とを接続する。一次側ガス連絡配管22は、熱源ユニット10のガス閉鎖弁19と、カスケードユニット30とを接続する。
二次側連絡配管は、二次側液連絡配管41及び二次側ガス連絡配管42を含む。二次側液連絡配管41は、カスケードユニット30の液閉鎖弁38と、利用ユニット50とを接続する。二次側ガス連絡配管42は、カスケードユニット30のガス閉鎖弁39と、利用ユニット50とを接続する。
(3−1)冷房運転
(3−1−1)一次側サイクル20の動作
圧縮機11は、第1冷媒である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁12を経由して、熱源熱交換器13へ到達する。熱源熱交換器13は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第1冷媒である冷媒は外気へ熱を放出する。高圧液冷媒は、全開にされた熱源膨張弁14を通過し、過冷却熱交換器16を通過し、液閉鎖弁18及び一次側液連絡配管21を経由して、一次側膨張弁31へ到達する。適切な開度を設定された一次側膨張弁31は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、カスケード熱交換器35の第1冷媒通路351に入る。カスケード熱交換器35は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第1冷媒は第2冷媒から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、第1冷媒通路351を出て、一次側ガス連絡配管22及びガス閉鎖弁19を通過し、四路切換弁12を経由して、圧縮機11に吸入される。
圧縮機33は、第2冷媒である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁34を経由して、カスケード熱交換器35の第2冷媒通路352へ入る。カスケード熱交換器35は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第2冷媒は第1冷媒へ熱を放出する。高圧液冷媒は、第2冷媒通路352を出て、二次側膨張弁32へ到達する。適切な開度を設定された二次側膨張弁32は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、液閉鎖弁38及び二次側液連絡配管41を通過し、利用膨張弁52へ到達する。適切な開度を設定された利用膨張弁52は、低圧気液二相冷媒の圧力をさらに低下させる。低圧気液二相冷媒は、利用熱交換器51へ到達する。利用熱交換器51は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第2冷媒である冷媒は、ユーザのいる環境から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、利用熱交換器51を出て、二次側ガス連絡配管42及びガス閉鎖弁39を通過し、四路切換弁12を経由して、圧縮機33に吸入される。
(3−2−1)一次側サイクル20の動作
圧縮機11は、第1冷媒である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁12を経由して、ガス閉鎖弁19及び一次側ガス連絡配管22を通過し、カスケード熱交換器35の第1冷媒通路351へ入る。カスケード熱交換器35は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第1冷媒は第2冷媒に熱を放出する。高圧液冷媒は、全開にされた一次側膨張弁31を通過し、次いで一次側液連絡配管21、液閉鎖弁18及び過冷却熱交換器16を通過し、熱源膨張弁14へ到達する。適切な開度を設定された熱源膨張弁14は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、熱源熱交換器13に到達する。熱源熱交換器13は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第1冷媒である冷媒は外気から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、四路切換弁12を通過し、圧縮機11に吸入される。
圧縮機33は、第2冷媒である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁34を経由して、ガス閉鎖弁39及び二次側ガス連絡配管42を通過し、利用熱交換器51に到達する。利用熱交換器51は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第2冷媒である冷媒は、ユーザのいる環境に対して熱を放出する。高圧液冷媒は、利用膨張弁52へ到達する。適切な開度を設定された利用膨張弁52は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、二次側液連絡配管41及び液閉鎖弁38を通過し、二次側膨張弁32へ到達する。適切な開度を設定された二次側膨張弁32は、低圧気液二相冷媒の圧力をさらに低下させる。低圧気液二相冷媒は、カスケード熱交換器35の第2冷媒通路352へ入る。カスケード熱交換器35は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第2冷媒は第1冷媒から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、第2冷媒通路352を出て、四路切換弁34を通過し、圧縮機33に吸入される。
表1〜表6に二次側連絡配管の管径の例を示す。「馬力」及び「冷房能力」の欄には、実現すべき能力を異なる単位で記した数値が示されている。「単元」の欄には、「冷凍能力」で示した能力を単元サイクルにおいて実現するために必要な、ガス連絡配管及び液連絡配管の管径が示されている。「二元」の欄には、「冷凍能力」で示した能力を二元サイクルにおいて実現するために必要な、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。
表1には、冷媒として二酸化炭素を用いる冷媒サイクルシステム100における、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。
二次側サイクル40の冷凍能力が4.5kW以上かつ5.6kW以下である場合において、二次側ガス連絡配管42の管径が7.9mmである。この管径は、同等能力の単元サイクルにおけるガス連絡配管の管径9.5mmよりも小さい。
二次側液連絡配管41の管径が7.9mmである。この管径は、同等能力の単元サイクルにおける液連絡配管の管径9.5mmよりも小さい。
表2には、冷媒としてR32を用いる冷媒サイクルシステム100における、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。
二次側サイクル40の冷凍能力が16kW以上かつ22.4kW以下である場合において、二次側ガス連絡配管42の管径が15.9mmである。この管径は、同等能力の単元サイクルにおけるガス連絡配管の管径19.1mmよりも小さい。
表3には、冷媒としてR454Bを用いる冷媒サイクルシステム100における、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。
二次側サイクル40の冷凍能力が9.0kW以上かつ11.2kW以下である場合において、二次側ガス連絡配管42の管径が15.9mmである。この管径は、同等能力の単元サイクルにおけるガス連絡配管の管径19.1mmよりも小さい。
表4には、冷媒としてR1234yfを用いる冷媒サイクルシステム100における、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。
(4−6)冷媒が混合冷媒である場合
表6には、冷媒としてR32、R1234yf、及びR1123からなる混合冷媒を用いる冷媒サイクルシステム100における、二次側ガス連絡配管42及び二次側液連絡配管41の管径が示されている。ここで、混合冷媒におけるR32、R1234yf、及びR1123の比率は、それぞれ、21.5%、18.5%、及び60%である。
(5)特徴
(5−1)
一次側サイクル20における連絡配管の管径よりも、二次側サイクル40における連絡配管の管径の方が小さい。したがって、二次側サイクルにおいて冷媒の流速を速めることができるので、圧縮機から流出した冷凍機油が圧縮機に戻りやすくなる。
二次側ガス連絡配管42の管径は、一次側ガス連絡配管22の管径の90%以下であるか、又は、二次側液連絡配管41の管径は、一次側液連絡配管21の管径の90%以下であってもよい。
一次側サイクル20の圧縮比よりも、二次側サイクル40の圧縮比の方が小さくともよい。
前述の実施形態において、冷媒サイクルシステム100は、1台の熱源ユニット10、1台のカスケードユニット30、1台の利用ユニット50を有する。これに代えて、冷媒サイクルシステム100は、1台の熱源ユニット10と、複数台のカスケードユニット30、及び複数台の利用ユニット50を有していてもよい。
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。
13 :熱源熱交換器
20 :一次側サイクル
21 :一次側液連絡配管
22 :一次側ガス連絡配管
30 :カスケードユニット
35 :カスケード熱交換器
40 :二次側サイクル
41 :二次側液連絡配管
42 :二次側ガス連絡配管
50 :利用ユニット
52 :利用膨張弁
100 :冷媒サイクルシステム
Claims (19)
- 第1冷媒を循環させる蒸気圧縮式の一次側サイクル(20)と、
第2冷媒を循環させる蒸気圧縮式の二次側サイクル(40)と、
前記第1冷媒と前記第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器(35)と、
を備え、
前記一次側サイクルは、前記第1冷媒に冷熱又は温熱を与えるための熱源熱交換器(13)と、前記カスケード熱交換器及び前記熱源熱交換器を連絡する一次側連絡配管(21、22)と、を有し、
前記二次側サイクルは、前記第2冷媒が前記カスケード熱交換器から得る前記冷熱又は前記温熱を利用するための利用熱交換器(51)と、前記カスケード熱交換器及び前記利用熱交換器を連絡する二次側連絡配管(41、42)と、を有し、
前記一次側連絡配管は、一次側ガス連絡配管及(22)び一次側液連絡配管(21)を有し、
前記二次側連絡配管は、二次側ガス連絡配管(42)及び二次側液連絡配管(41)を有し、
前記一次側ガス連絡配管の管径よりも前記二次側ガス連絡配管の管径の方が小さいか、又は、前記一次側液連絡配管の管径よりも前記二次側液連絡配管の管径の方が小さい、
冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が4.5kW以上かつ5.6kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が7.9mm(5/16インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が7.1kW以上かつ9.0kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が9.5mm(3/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が16kW以上かつ22.4kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が12.7mm(1/2インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が5.6kW以上かつ8.0kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が4.8mm(3/16インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が11.2kW以上かつ16kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が6.4mm(1/4インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が16kW以上かつ28kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が7.9mm(5/16インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒は二酸化炭素であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が33.5kW以上かつ45kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が9.5mm(3/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR32であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が16kW以上かつ22.4kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が15.9mm(5/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR32であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が2.8kW以上かつ3.6kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が4.8mm(3/16インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR32であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が14kW以上かつ16kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が7.9mm(5/16インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR32であり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が28kW以上かつ33.5kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が9.5mm(3/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR454Bであり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が9.0kW以上かつ11.2kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が15.9mm(5/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR454Bであり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が16.0kW以上かつ22.4kW以下であり、
前記二次側ガス連絡配管の前記管径が19.1mm(3/4インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR454Bであり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が16kW以上かつ22.4kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が9.5mm(3/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR454Bであり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が45kW以上かつ56kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が12.7mm(1/2インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記第2冷媒はR454Bであり、
前記二次側サイクルの冷凍能力が85kW以上かつ109kW以下であり、
前記二次側液連絡配管の前記管径が15.9mm(5/8インチ)である、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記二次側ガス連絡配管の前記管径は、前記一次側ガス連絡配管の前記管径の90%以下であるか、又は、前記二次側液連絡配管の前記管径は、前記一次側液連絡配管の前記管径の90%以下である、
請求項1から17のいずれか1項に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記一次側サイクルの圧縮比よりも、前記二次側サイクルの圧縮比の方が小さい、
請求項1から18のいずれか1項に記載の冷媒サイクルシステム。
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