JP5429310B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について説明する。本実施形態1の空調機(20)は、本発明に係る冷凍装置(20)によって構成されている。空調機(20)は、図1に示すように、1台の室外ユニット(64)と3台の室内ユニット(61a,61b,61c)とを備えている。なお、室内ユニット(61a,61b,61c)の台数は、単なる例示である。
上記空調機(20)の運転動作について説明する。この空調機(20)は、冷房運転(冷却運転)と暖房運転とが実行可能になっており、四路切換弁(33)によって運転の切り換えが行われる。
暖房運転時には、四路切換弁(25)が図1に破線で示す第2状態に設定される。各室内膨張弁(51a,51b,51c)は、開度が個別に調節される。ガス冷媒用膨張弁(36)は、全開状態に保持される。この状態で圧縮機(30)を駆動すると、冷媒回路(10)で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室内熱交換器(41a,41b,41c)が凝縮器として機能し、室外熱交換器(44)が蒸発器として機能する。
冷房運転時には、四路切換弁(25)が図1に実線で示す第1状態に設定される。各室内膨張弁(51a,51b,51c)は、開度が個別に調節される。また、ガス冷媒用膨張弁(36)は、開度が適宜調節される。この状態で圧縮機(30)を駆動すると、冷媒回路(10)で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器(44)が凝縮器として機能し、室内熱交換器(41a,41b,41c)が蒸発器として機能する。
この実施形態1では、冷却運転の際に室外回路(14)から室内回路(11)へ向かう液冷媒が過冷却状態になるようにしている。過冷却状態の冷媒は、圧力損失を受けてもすぐには気液二相状態にはならずに液状態で留まる。従って、室内回路(11)へ液単相の状態のまま冷媒を供給することができる。これにより、これにより、室内回路(11)に至るまでに冷媒が気液二相状態に変化する場合に比べて冷媒が受ける圧力損失が減少する。また、室外熱交換器(41)の入口と出口における冷媒のエンタルピ差が増加すると共に、室内熱交換器(41)に流入する液冷媒の割合が増加するので、該室内熱交換器(41)における単位冷媒流量当たりの冷却能力が向上する。よって、冷凍装置(20)の運転効率を向上させることができる。
実施形態1の変形例1について説明する。この変形例1では、図3に示すように、熱源側回路(14)にインジェクション管(42)が設けられている。インジェクション管(42)は、一端がブリッジ回路(24)と膨張機(31)の流入側との間に接続され、他端が圧縮機(30)の吸入側に接続されている。インジェクション管(42)には、戻し冷媒用減圧機構である戻し冷媒用膨張弁(55)が設けられている。戻し冷媒用膨張弁(55)は、開度可変の電子膨張弁によって構成されている。内部熱交換器(45)は、液配管(38)とインジェクション管(42)とに跨って設けられている。第2流路(47)は、インジェクション管(42)の一部になっている。この変形例1では、内部熱交換器(45)と戻し冷媒用膨張弁(55)とが、本発明に係る冷却手段(45,55)を構成している。
実施形態1の変形例2について説明する。図4に示すように、この変形例2では、上記変形例1と同様に、熱源側回路(14)にインジェクション管(42)が設けられている。インジェクション管(42)は、一端がブリッジ回路(24)と膨張機(31)の流入側との間に接続され、他端がガス供給管(37)における内部熱交換器(45)の下流に接続されている。インジェクション管(42)には、戻し冷媒用減圧機構である戻し冷媒用膨張弁(55)が設けられている。戻し冷媒用膨張弁(55)は、開度可変の電子膨張弁によって構成されている。
実施形態1の変形例3について説明する。この変形例3では、図5に示すように、液配管(38)とガス供給管(37)の間に液供給管(52)が設けられている。液供給管(52)は、一端が液配管(38)における内部熱交換器(45)の下流に接続され、他端がガス供給管(37)におけるガス冷媒用膨張弁(36)と内部熱交換器(45)との間に接続されている。液供給管(52)には、液冷媒用減圧機構である液冷媒用膨張弁(53)が設けられている。液冷媒用膨張弁(53)は、開度可変の電子膨張弁によって構成されている。この変形例3では、内部熱交換器(45)とガス冷媒用膨張弁(36)と液冷媒用膨張弁(53)とが、本発明に係る冷却手段(36,45,53)を構成している。なお、液供給管(52)の一端は、液配管(38)における内部熱交換器(45)の上流に接続されていてもよい。
参考形態1の空調機(20)は、上記実施形態1と同様に、本発明に係る冷凍装置(20)によって構成されている。以下に、本発明の参考形態1について上記実施形態1とは異なる点を説明する。
参考形態1の変形例について説明する。この変形例では、図7に示すように、インジェクション管(42)の一端が、ブリッジ回路(24)と膨張機(31)の流入側との間に接続されている。
上記実施形態は、以下の変形例のように構成してもよい。
上記実施形態について、図8に示すように、室外熱交換器(44)とブリッジ回路(24)との間に開度可変の室外膨張弁(43)を設けてもよい。この空調機(20)では、冷房運転時には室外膨張弁(43)を全開にする。暖房運転時には、圧縮機(30)に向かう冷媒の過熱度を調節するために、室外膨張弁(43)の開度を調節する。
上記実施形態について、図9に示すように、逆止弁(CV-4)の代わりに開度可変の室外膨張弁(43)を設けてもよい。この空調機(20)では、冷房運転時には室外膨張弁(43)を全閉にする。暖房運転時には、圧縮機(30)に向かう冷媒の過熱度が一定になるように、室外膨張弁(43)の開度を調節する。
上記実施形態について、図10に示すように、膨張機(31)の流出側をブリッジ回路(24)の第1逆止弁(CV-1)及び第4逆止弁(CV-4)の流入側に接続し、気液分離器(35)の底部をブリッジ回路(24)における第1逆止弁(CV-1)の流出側及び第2逆止弁(CV-2)の流入側に接続してもよい。この場合、液配管(38)を第1閉鎖弁(17)に接続する。また、気液分離器(35)には、底面から邪魔板(39)を立設する。邪魔板(39)は、液配管(38)が開口する位置と、ブリッジ回路(24)からの冷媒配管が開口する位置との間に設ける。これにより、冷房運転時にブリッジ回路(24)から気液二相状態の冷媒が流入するが、邪魔板(39)があるので液冷媒に混じってガス冷媒が液配管(38)から流出するのを阻止することができる。
上記実施形態について、図11に示すように、ガス供給管(37)を、圧縮機(30)の吸入側ではなく、圧縮行程の途中となる空間に開口するように接続してもよい。なお、図示しないが、インジェクション管(42)を同様に接続してもよい。
上記実施形態について、図12に示すように、圧縮機(30)を低段側圧縮機構(30a)と高段側圧縮機構(30b)とにより構成してもよい。低段側圧縮機構(30a)と高段側圧縮機構(30b)とは互いに直列に接続されている。つまり、圧縮機(30)は、低段側圧縮機構(30a)で圧縮された冷媒を高段側圧縮機構(30b)が吸入してさらに圧縮する2段圧縮を行うように構成されている。この場合、ガス供給管(37)を高段側圧縮機構(30b)の吸入側に接続してもよい。なお、図示しないが、インジェクション管(42)を同様に接続してもよい。
上記実施形態について、図13に示すように、室内ユニット(61)が複数台ではなく1台であってもよい。
上記実施形態について、室内ユニット(61)に室内膨張弁(51)を設けなくてもよい。この参考形態2によれば、室内熱交換器(41)に液単相の冷媒が流入する。従って、室内熱交換器(41)が複数パスに配列された伝熱管により構成されている場合に、伝熱管の位置によって冷媒の状態に偏りが生じることを防止することができる。
11 室内回路(利用側回路)
14 室外回路(熱源側回路)
20 空調機(冷凍装置)
28 内部熱交換器(過冷却用熱交換器)
30 圧縮機
30a 低段側圧縮機構
30b 高段側圧縮機構
31 膨張機
35 気液分離器
36 ガス冷媒用膨張弁(冷却手段、ガス冷媒用減圧機構)
37 ガス供給管
41 室内熱交換器(利用側熱交換器)
42 インジェクション管
44 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
45 内部熱交換器(冷却手段、冷却用熱交換器)
51 室内膨張弁(利用側膨張弁)
52 液供給管
53 液冷媒用膨張弁(冷却手段、液冷媒用減圧機構)
55 戻し冷媒用膨張弁(冷却手段、戻し冷媒用減圧機構)
Claims (7)
- 圧縮機(30)、膨張機(31)、及び熱源側熱交換器(44)が設けられた熱源側回路(14)と、利用側熱交換器(41)が設けられた利用側回路(11)とが接続され、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷媒回路(10)を備え、
上記熱源側熱交換器(44)が凝縮器となって上記利用側熱交換器(41)が蒸発器となる冷却運転を実行可能な冷凍装置であって、
上記熱源側回路(14)には、上記膨張機(31)から流入する冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する気液分離器(35)と、上記冷却運転において上記気液分離器(35)から上記利用側回路(11)へ向かう液冷媒を冷却する冷却手段(36,45,53,55)とが設けられ、
上記冷媒回路(10)には、二酸化炭素が冷媒として充填され、
上記利用側回路(11)には、上記冷却運転中における上記利用側熱交換器(41)の上流側に開度可変の利用側膨張弁(51)が設けられる一方、
上記冷却手段(36,45)は、上記気液分離器(35)内のガス冷媒を上記圧縮機(30)の吸入側へ送るためのガス供給管(37)に設けられて該ガス供給管(37)の冷媒を減圧させるガス冷媒用減圧機構(36)と、上記冷却運転において上記気液分離器(35)から利用側回路(11)へ向かう液冷媒を上記ガス冷媒用減圧機構(36)で減圧されて二相状態となった冷媒と熱交換させて過冷却状態に冷却する冷却用熱交換器(45)とを備え、
上記冷却用熱交換器(45)で過冷却状態となった液冷媒が、上記利用側回路(11)へ液単相の状態のまま供給されることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記冷却手段(36,45,53)は、上記気液分離器(35)から利用側回路(11)へ向かう液冷媒の一部を上記冷却用熱交換器(45)へ送るための液供給管(52)に設けられて該液供給管(52)の冷媒を減圧させる液冷媒用減圧機構(53)を備え、
上記冷却用熱交換器(45)では、上記冷却運転の際に上記気液分離器(35)から利用側回路(11)へ向かう液冷媒が上記液冷媒用減圧機構(53)で減圧された冷媒とも熱交換可能になっていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1又は2において、
上記冷却手段(36,45,55)は、上記熱源側熱交換器(44)で凝縮した冷媒の一部を上記圧縮機(30)へ送るためのインジェクション管(42)に設けられて該インジェクション管(42)の冷媒を減圧させる戻し冷媒用減圧機構(55)を備え、
上記冷却用熱交換器(45)では、上記冷却運転の際に上記気液分離器(35)から利用側回路(11)へ向かう液冷媒が上記戻し冷媒用減圧機構(55)で減圧された冷媒とも熱交換可能になっていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記冷却手段(36,45)は、上記熱源側熱交換器(44)で凝縮した冷媒の一部を上記圧縮機(30)へ送るためのインジェクション管(42)に設けられて該インジェクション管(42)の冷媒を減圧させる戻し冷媒用減圧機構(55)と、上記冷却運転において上記気液分離器(35)から利用側回路(11)へ向かう液冷媒を上記戻し冷媒用減圧機構(55)で減圧された冷媒と熱交換させて冷却する冷却用熱交換器(45)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1から4の何れか1つにおいて、
上記圧縮機(30)と上記膨張機(31)とは、1本の駆動軸で互いに連結されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1から5の何れか1つにおいて、
上記利用側回路(11)は、上記冷媒回路(10)に複数設けられて、上記熱源側回路(14)に対して互いに並列に接続されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1から6の何れか1つにおいて、
上記冷媒回路(10)では、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高くなるように冷媒を循環させることを特徴とする冷凍装置。
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