JP5570364B2 - Two-way refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態は、2元冷凍サイクル装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a binary refrigeration cycle apparatus.
空気調和機やヒートポンプ給湯機などの冷凍サイクル装置には、利用側の熱量を大きくするために一次側冷凍サイクルと二次側冷凍サイクルを備えた2元冷凍サイクル装置が用いられることがある。
2元冷凍サイクル装置の一次側冷凍サイクルには、一次側圧縮機や一次側膨張装置や熱源側熱交換器が設けられており、二次側冷凍サイクルには二次側圧縮機や二次側膨張装置や利用側熱交換器が設けられている。
2元冷凍サイクル装置には中間熱交換器が設けられており、一次側冷凍サイクルと二次側冷凍サイクルとの冷媒間で熱交換する。
また、2元冷凍サイクル装置には、圧縮機に駆動電力を供給するインバータ回路やその他の制御器などを収納した電気部品箱が設けられている。インバータ回路やその他の制御器には、コンデンサやパワートランジスタや抵抗などの発熱する電気部品が使用されている。
これらの発熱部品は、2元冷凍サイクル装置の運転時において、電気部品箱内の発熱部品が熱破壊しないように冷却を行う必要があり、ヒートシンクや送風ファンなどの放熱装置が用いられる。
In refrigeration cycle apparatuses such as air conditioners and heat pump water heaters, a binary refrigeration cycle apparatus having a primary refrigeration cycle and a secondary refrigeration cycle may be used in order to increase the amount of heat on the use side.
The primary side refrigeration cycle of the binary refrigeration cycle apparatus is provided with a primary side compressor, a primary side expansion device, and a heat source side heat exchanger, and the secondary side refrigeration cycle includes a secondary side compressor and a secondary side. An expansion device and a use side heat exchanger are provided.
The two-way refrigeration cycle apparatus is provided with an intermediate heat exchanger, and performs heat exchange between refrigerants in the primary side refrigeration cycle and the secondary side refrigeration cycle.
The binary refrigeration cycle apparatus is provided with an electrical component box that houses an inverter circuit that supplies driving power to the compressor and other controllers. Electric components that generate heat, such as capacitors, power transistors, and resistors, are used in inverter circuits and other controllers.
These heat generating parts need to be cooled so that the heat generating parts in the electric component box are not thermally destroyed during the operation of the two-way refrigeration cycle apparatus, and a heat dissipation device such as a heat sink or a blower fan is used.
しかし、2元冷凍サイクル装置において、電気部品の冷却のためのヒートシンクや送風ファンなどの放熱装置を設ける場合、必要な放熱容量を得るために放熱装置が巨大になり、2元冷凍サイクル装置全体が大型化する問題があった。 However, when a heat radiating device such as a heat sink or a blower fan for cooling an electrical component is provided in the two-way refrigeration cycle device, the heat radiating device becomes enormous in order to obtain a necessary heat radiating capacity. There was a problem of increasing the size.
本発明の実施形態の2元冷凍サイクル装置は、熱源側熱交換機と一次側圧縮機を備える一次側冷凍サイクルと、利用側熱交換機と二次側圧縮機を備える二次側冷凍サイクルを備えている。さらに、一次側冷凍サイクルと二次側冷凍サイクルの作動冷媒を熱交換させるための中間熱交換器と一次側冷凍サイクル及び二次側冷凍サイクルの運転を制御するための発熱する電気部品を収納する電気部品箱が設けられている。
このような2元冷凍サイクル装置において、中間熱交換器と電気部品箱とが熱交換可能に設けられている。
A binary refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention includes a primary side refrigeration cycle including a heat source side heat exchanger and a primary side compressor, and a secondary side refrigeration cycle including a use side heat exchanger and a secondary side compressor. Yes. Furthermore, an intermediate heat exchanger for exchanging heat between the working refrigerant of the primary side refrigeration cycle and the secondary side refrigeration cycle, and an electric component that generates heat for controlling the operation of the primary side refrigeration cycle and the secondary side refrigeration cycle are housed. An electrical component box is provided.
In such a binary refrigeration cycle apparatus, an intermediate heat exchanger and an electric component box are provided so as to be able to exchange heat.
図面を用いて本発明の実施形態について説明を行う。
(第1の実施形態)
第1の実施形態について図1及び図2を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態の2元冷凍サイクル装置100は、一次側冷凍サイクル7と二次側冷凍サイクル13を備えており、2元冷凍サイクル装置100は、一次側冷凍サイクル7の冷媒(一次側冷媒)と二次側冷凍サイクル13の冷媒(二次側冷媒)とが中間熱交換器5で熱交換するように形成されている。
この2元冷凍サイクル装置100は空気調和機やヒートポンプ給湯機などに用いられる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1, the binary
The two-way
例えば、一次側冷媒をR410Aとし、二次側冷媒をR134aとするヒートポンプ給湯機である場合について以下に説明する。 For example, a case where the heat pump water heater is R410A as the primary refrigerant and R134a as the secondary refrigerant will be described below.
一次側冷凍サイクル7には、一次側圧縮機1と、一次側圧縮機1の吸込口と吐出口に接続された一次側四方弁2と、外気と熱交換する熱源側熱交換器3と、一次側膨張装置4と、中間熱交換器5の一次側中間熱交換器5aが備えられており、一次側四方弁2と、熱源側熱交換器3と、一次側膨張装置4と、中間熱交換器5の一次側中間熱交換器5aは一次側冷媒配管6で閉ループ状に順次接続されている。
The primary side refrigeration cycle 7 includes a
二次側冷凍サイクル13には、二次側圧縮機8と、二次側圧縮機8の吸込口と吐出口に接続された二次側四方弁9と、利用側熱交換器11と、二次側膨張装置10と、中間熱交換器5の二次側中間熱交換器5bが備えられており、二次側四方弁9と、利用側熱交換器11と、二次側膨張装置8と、中間熱交換器5bの二次側熱交換器5aは二次側冷媒配管12で閉ループ状に順次接続されている。
The secondary
さらに、二次側冷凍サイクル13には2元冷凍サイクル装置100の運転を制御するための発熱する電気部品を収納した電気部品箱14が備えられている。
この電気部品箱14は略直方体形状の箱型に形成されており、図示しないが、その内部には、一次側圧縮機1及び二次側圧縮機8を駆動するインバータ回路と、一次側膨張装置4及び二次側膨張装置10の開度や、一次側四方弁及び二次側四方弁9の切替えを制御する制御器が備えられている。これらインバータ回路及び制御器によって、一次側冷凍サイクル7と二次側冷凍サイクル13は最適な運転条件で制御される。
Further, the
The
ここで、図2に示すように、電気部品箱14と中間熱交換器5は、接触面積が最大となるように、最大面積を有する面同士が当接して設けられている。
Here, as shown in FIG. 2, the
2元冷凍サイクル装置100は、上述した構成を有することでヒートポンプ給湯機における出湯運転もしくは除霜運転を行う。
The binary
2元冷凍サイクル装置100の出湯運転時の冷媒の流れを図1に実線矢印で示す。
まず、一次側冷凍サイクル7では、一次側圧縮機1の吐出口から一次側四方弁2、一次側中間熱交換器5a、一次側膨張装置4及び熱源側熱交換器3を順次通過し、一次側四方弁2から吸込口を介して一次側圧縮機1へと戻る。
同様に二次側冷凍サイクル13では、二次側圧縮機8で圧縮された二次側冷媒が、二次側四方弁9、利用側熱交換器11、二次側膨張装置10及び二次側中間熱交換器5bを順次通過し、二次側四方弁9から吸込口を介して二次側圧縮機8へと戻る。
このとき、一次側冷媒は熱源側熱交換器3で蒸発し、一次側中間熱交換器5aで凝縮する。また、二次側冷媒は利用側熱交換器11において凝縮し、利用側である図示しない水回路の水に温熱を供給して、二次側中間熱交換器5bでは膨張装置10によって減圧された液状の冷媒が蒸発し、蒸発熱として一次側冷媒の凝縮熱を吸収する。
The flow of the refrigerant during the hot water operation of the two-way
First, in the primary side refrigeration cycle 7, the primary side four-
Similarly, in the secondary
At this time, the primary side refrigerant evaporates in the heat source side heat exchanger 3 and condenses in the primary side intermediate heat exchanger 5a. Further, the secondary refrigerant is condensed in the use
中間熱交換器5の温度は、一次側中間熱交換器5a内の一次側冷媒の凝縮熱と二次側中間熱交換器5b内の二次側冷媒の蒸発熱によって、50℃程度かそれ以下となる。このため、中間熱交換器は外気温よりも高温となり、結露することがない。
The temperature of the
熱源側熱交換器3は、蒸発器として外気と熱交換を行うと霜が付着し熱交換効率が低下する。このため、霜が付着した場合には除霜運転を行い付着した霜を除去する必要がある。 When the heat source side heat exchanger 3 exchanges heat with the outside air as an evaporator, frost adheres and the heat exchange efficiency decreases. For this reason, when frost adheres, it is necessary to perform defrost operation and to remove the attached frost.
次に、2元冷凍サイクル装置100の除霜運転時の冷媒の流れを図1に破線矢印で示す。
上述の出湯運転の状態から一次側四方弁2と、二次側四方弁9を切換える。これにより、図1の破線矢印のように、一次側及び二次側冷凍サイクルの冷媒の流れが出湯運転時と逆になり、一次側冷凍サイクル7では、一次側圧縮機1で圧縮された一次側冷媒は、一次側圧縮機1の吐出口から一次側四方弁2、熱源側熱交換器3、一次側膨張装置4及び一次側中間熱交換器5aを順次通過し、一次側四方弁2から吸込口を介して一次側圧縮機1へ戻る。
同様に、二次側冷凍サイクルでは、二次側圧縮機8で圧縮された二次側冷媒が、二次側圧縮機8の吐出管から二次側四方弁9、二次側中間熱交換器5b、二次側膨張装置10及び利用側熱交換器11を順次通過し、二次側四方弁9から吸込口を介して二次側圧縮機8へと戻る。
このとき、一次側冷媒は熱源側熱交換器3で凝縮し、一次側中間熱交換器5aで蒸発する。また、二次側冷媒は二次側中間熱交換器5bにおいて一次側冷媒から冷熱を得て凝縮し、利用側熱交換器11内では膨張装置10によって減圧された二次側冷媒がし利用側の熱を吸収し蒸発する。そして、利用側に冷熱を供給する。
Next, the flow of the refrigerant during the defrosting operation of the two-way
The primary-side four-
Similarly, in the secondary side refrigeration cycle, the secondary side refrigerant compressed by the
At this time, the primary side refrigerant is condensed in the heat source side heat exchanger 3 and evaporated in the primary side intermediate heat exchanger 5a. Further, the secondary side refrigerant obtains cold heat from the primary side refrigerant in the secondary side intermediate heat exchanger 5b and condenses, and the secondary side refrigerant decompressed by the
中間熱交換器5の温度は、一次側中間熱交換器5a内の一次側冷媒の蒸発熱と二次側中間熱交換器5b内の二次側冷媒の凝縮熱によって30℃程度かそれ以下となる。
The temperature of the
ここで、インバータ回路や制御器には、コンデンサやパワートランジスタや抵抗などの発熱する電気部品が使用されており、これらの発熱する電気部品の許容温度は90℃程度とされている。これを超える温度に異常発熱すると発熱する電気部品の熱破壊を引き起こすことがある。 Here, the inverter circuit and the controller use electric components that generate heat such as capacitors, power transistors, and resistors, and the allowable temperature of these electric components that generate heat is about 90 ° C. Abnormal heat generation at temperatures exceeding this range may cause thermal destruction of the heat-generating electrical components.
本実施形態の電気部品箱14は中間熱交換器5に当接して設けられており、電気部品箱14内で生じた熱は、中間熱交換器5に吸熱されるため、電気部品箱14内の発熱する電気部品の温度が中間熱交換器の温度付近に維持でき、冷却を効果的に行うことが出来る。
The
これにより、電気部品箱14に巨大なヒートシンクを設けたり、冷却用の送風ファンを設けることなく、異常発熱による電気部品箱14内の発熱する伝記部品の熱破壊を防止することができる。これにより電気部品箱14を小型化でき、信頼性が高く小型の2元冷凍サイクル装置100を提供することができる。
Thereby, without destroying the
一般的に、一次側冷媒と二次側冷媒には、特性の異なる作動冷媒が用いられる。
例えば、2元冷凍サイクル装置100は、利用側熱交換器14を水熱交換器とし90℃近い湯を生成するための高温ヒートポンプ給湯機である場合、一次側冷凍サイクルに使用される一次側冷媒に、R410Aのような低外気温(―15℃程度)においても良好な性能を有する作動冷媒が好ましく、二次側冷媒にはR134aのような高温(95℃程度)において良好な性能を有する作動冷媒が好ましい。
また、利用側熱交換器14を空気熱交換器とし90℃近い熱風を吹出すヒートポンプ乾燥機とする場合にも上述のような作動冷媒が好ましい。
(第2の実施形態)
Generally, working refrigerants having different characteristics are used for the primary side refrigerant and the secondary side refrigerant.
For example, when the binary
The working refrigerant as described above is also preferable when the use-
(Second Embodiment)
次に第2の実施形態について説明する。尚、第1の実施形態と同一の構成については一部説明を省略する。
第2の実施形態の2元冷凍サイクル装置100は第1の実施形態と略同一の構成である一次側冷凍サイクル7と二次側冷凍サイクル13を備えている。
第1の実施形態と異なる構成として中間熱交換器5と電気部品箱14とを熱交換させるヒートパイプ装置15が設けられている。
Next, a second embodiment will be described. A part of the same configuration as that of the first embodiment will not be described.
The binary
A
第2の実施形態は図3に示すように中間熱交換器5と電気部品箱14とがヒートパイプ装置15によって伝熱可能に接続されている。ヒートパイプ装置15は伝熱板16、17及びヒートパイプ18から構成されている。中間熱交換器5表面には伝熱板16が当接して設けられており、電気部品箱14表面には伝熱板17が当接して設けられている。この伝熱板16、17はヒートパイプ18を介して接続されており、内部に封入された揮発性の作動液が作動することで良好な熱交換が行われる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the
第2の実施形態のように、中間熱交換器5と電気部品箱14をヒートパイプ装置15(伝熱板16、17及びヒートパイプ18)で接続し、電機部品箱14の熱を中間熱交換器5に吸熱させることで、中間熱交換器5と電気部品箱14とを離して配置させることができ、配置の制約を受けることがない。そして、電気部品箱14内の発熱する電気部品の異常発熱を抑制し、信頼性の高い2元冷凍サイクル装置100を提供することができる。
As in the second embodiment, the
本発明は、上記実施形態に限定されない。さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. Furthermore, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments of the present invention. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment of this invention. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.
1…一次側圧縮機、2…一次側四方弁、3…熱源側熱交換器、4…一次側膨張装置、5…中間熱交換器、6…一次側冷媒配管、7…一次側冷凍サイクル、8…二次側圧縮機、9……二次側四方弁、10…二次側膨張装置、11…利用側熱交換器、12…二次側冷媒配管、13…二次側冷凍サイクル、14…電気部品箱、15…ヒートパイプ装置、16、17…伝熱板、18…ヒートパイプ、100…2元冷凍サイクル装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
利用側熱交換機と二次側圧縮機を備える二次側冷凍サイクルと、
前記一次側冷凍サイクルと前記二次側冷凍サイクルの作動冷媒を熱交換させるための中間熱交換器と、
前記一次側冷凍サイクル及び前記二次側冷凍サイクルの運転を制御するための発熱する電気部品を収納する電気部品箱とを、
備えた2元冷凍サイクル装置において、
前記中間熱交換器と前記電気部品箱とが熱交換可能に設けられたことを特徴とする2元冷凍サイクル装置。 A primary refrigeration cycle comprising a heat source side heat exchanger and a primary side compressor;
A secondary refrigeration cycle comprising a use side heat exchanger and a secondary side compressor;
An intermediate heat exchanger for exchanging heat between the working refrigerant of the primary side refrigeration cycle and the secondary side refrigeration cycle;
An electrical component box that houses electrical components that generate heat for controlling the operation of the primary side refrigeration cycle and the secondary side refrigeration cycle,
In the provided dual refrigeration cycle apparatus,
The two-way refrigeration cycle apparatus, wherein the intermediate heat exchanger and the electric component box are provided so as to be able to exchange heat.
2. The two-way refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the intermediate heat exchanger and the electrical component box are connected to each other by a heat pipe device so that heat can be exchanged.
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