JP6522295B2 - Refrigeration system - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクルを実行する冷凍装置に関し、例えばHFO(ハイドロフルオロオレフィン)冷媒を用いる冷凍装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration system that executes a refrigeration cycle, for example, to a refrigeration system that uses an HFO (hydrofluoroolefin) refrigerant.
冷凍装置の分野において、冷媒によるオゾン層破壊、地球温暖化が問題として挙げられ、オゾン層破壊係数を有する冷媒の消費量規制や地球温暖化係数(GWP)の高い冷媒の代替化、あるいは冷媒漏洩の防止策など要素ごとに検討が進められている。特に自動車空調用の代替冷媒として、HFO-1234yf(2,3,3,3−テトラフルオロ−1−プロペン)が有望とされている。 In the field of refrigeration equipment, ozone layer destruction by refrigerants and global warming are raised as problems, and consumption control of refrigerants having ozone layer destruction coefficients, substitution of refrigerants with high global warming potential (GWP), or refrigerant leakage Each factor is being considered, including measures to prevent In particular, HFO-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoro-1-propene) is considered promising as an alternative refrigerant for automobile air conditioning.
HFO冷媒は物性上、高圧ガス温度が低くなる傾向にあり、圧縮機から吐出される冷媒の過熱度が小さくなりやすく、これにより、圧縮機に吸入される冷媒に液相が含まれる湿り状態になると、液圧縮による圧縮機の信頼性を損なうことになる。これを回避するためには、冷媒を十分に過熱させた上で圧縮機に吸入させればよいが、冷凍装置が備える熱交換器において冷媒を過熱すると、熱交換器の能力が低下したり、冷房時の除湿性能低下により熱交換器に付随するファンに結露が生じ、水飛びを発生させたりする問題が生じうる。 HFO refrigerants tend to have low high-pressure gas temperatures due to their physical properties, and the degree of superheat of the refrigerant discharged from the compressor tends to be small, thereby causing the refrigerant drawn into the compressor to be wet. If so, the reliability of the compressor due to liquid compression will be impaired. In order to avoid this, the refrigerant may be sufficiently overheated and then drawn into the compressor. However, if the refrigerant is overheated in the heat exchanger provided in the refrigeration system, the capacity of the heat exchanger may be reduced, Dehumidification performance deterioration at the time of cooling may cause condensation on the fan attached to the heat exchanger, which may cause a problem of causing water splash.
そこで、特許文献1は、蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を過熱する過熱機構を冷凍装置に設けることを提案している。この過熱機構は、放熱器(凝縮器)から膨張機構に送られる冷媒によって蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を加熱するというものである。
特許文献1の提案によると、過熱機構によって蒸発器から圧縮機に送られる冷媒を加熱することで、圧縮機に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぐようにしているため、圧縮機において液圧縮が生じるのを回避できる。特許文献1は、過熱機構によって冷媒を加熱するので、熱交換器の能力や冷房時の除湿性能に悪影響を与えない。
Therefore,
According to the proposal of
しかし、放熱器から膨張機構に送られる冷媒は温度が低くなっているので、特許文献1の提案では蒸発器から圧縮機に送られる冷媒に十分な過熱を与えることができないおそれがある。
そこで本発明は、蒸発器から圧縮機に送られる冷媒に十分な過熱を与えることのできる冷凍装置を提供することを目的とする。
However, since the temperature of the refrigerant sent from the radiator to the expansion mechanism is low, there is a possibility that the proposal of
Then, an object of the present invention is to provide a refrigerator which can give sufficient superheat to the refrigerant sent to a compressor from an evaporator.
かかる目的のもと、本発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機によって圧縮された冷媒が放熱して凝縮させる凝縮器と、凝縮器において凝縮された冷媒を減圧する膨張機構と、膨張機構において減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、が接続されて冷媒の循環回路を構成する主回路と、蒸発器と圧縮機の間において、主回路に並列に設けられ、蒸発器で蒸発された冷媒を、凝縮器を流れる冷媒と熱交換させてから主回路に戻す過熱回路と、を備えることを特徴とする。
本発明の冷凍装置は、高温の冷媒が導入される凝縮器を流れる冷媒と蒸発器で蒸発された冷媒を熱交換させるので、蒸発器で蒸発された冷媒に十分な過熱を与えることができる。
With such a purpose, the refrigeration apparatus of the present invention comprises a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for causing a refrigerant compressed by the compressor to radiate and condense, and an expansion mechanism for reducing the pressure of the refrigerant condensed in the condenser. And an evaporator for evaporating the refrigerant decompressed in the expansion mechanism are connected to form a circulation circuit of the refrigerant, and the evaporator and the compressor are provided in parallel to the main circuit, And heating the refrigerant evaporated in the heat exchange with the refrigerant flowing through the condenser and returning the refrigerant to the main circuit.
Since the refrigeration system of the present invention exchanges heat between the refrigerant flowing in the condenser into which the high-temperature refrigerant is introduced and the refrigerant evaporated in the evaporator, the refrigerant evaporated in the evaporator can be sufficiently superheated.
本発明の冷凍装置において、蒸発器で蒸発された冷媒が、主回路を経由して圧縮機に吸入される通常運転と、蒸発器で蒸発された冷媒が、過熱回路を経由し、主回路に戻されてから圧縮機に吸入される過熱運転と、を選択的に行う運転切替え機構を備えることができる。
この冷凍装置によると、通常運転と過熱運転を切り替えるので、熱負荷に応じた運転制御が可能である。
In the refrigeration apparatus of the present invention, the normal operation in which the refrigerant evaporated in the evaporator is drawn into the compressor via the main circuit, and the refrigerant evaporated in the evaporator are transmitted to the main circuit via the superheat circuit. It is possible to provide an operation switching mechanism that selectively performs an overheat operation to be sucked into the compressor after being returned.
According to this refrigeration system, since the normal operation and the overheat operation are switched, operation control according to the heat load is possible.
本発明の冷凍装置において、運転切替え機構は、圧縮機に吸入される冷媒、及び、圧縮機から吐出される冷媒の一方又は双方の状態に応じて、通常運転と過熱運転を切り替えることができる。
この冷凍装置によると、冷媒の状態に応じて通常運転と過熱運転を切り替えるので、適切なタイミングで運転の切り替えを行うことができる。
In the refrigeration apparatus of the present invention, the operation switching mechanism can switch the normal operation and the overheat operation depending on the state of one or both of the refrigerant sucked into the compressor and the refrigerant discharged from the compressor.
According to this refrigeration apparatus, since the normal operation and the overheat operation are switched according to the state of the refrigerant, the operation can be switched at an appropriate timing.
本発明の冷凍装置において、過熱回路は、凝縮器を介して冷媒の放熱を受けて、主回路に戻す冷媒を過熱する熱交換器を備えることが、過熱を効率よく行うために好ましい。 In the refrigeration apparatus of the present invention, it is preferable that the superheating circuit includes a heat exchanger that receives the heat radiation of the refrigerant via the condenser and overheats the refrigerant returned to the main circuit in order to efficiently perform the superheating.
本発明の冷凍装置において、冷房運転時には凝縮器として機能するとともに、暖房運転時には蒸発器として機能する室外熱交換器と、冷房運転時には蒸発器として機能するとともに、暖房運転時には凝縮器として機能する室内熱交換器と、を備える。この冷房及び暖房を切替えて使用される冷凍装置において、過熱回路は、冷房運転時に、凝縮器として機能する室外熱交換器から集熱する第1過熱回路と、暖房運転時に、凝縮器として機能する室内熱交換器から集熱する第2過熱回路と、を備える。
この冷凍装置によると、冷房と暖房を切り替えて運転できる装置において、冷房運転時と暖房運転時の双方において、蒸発器で蒸発された冷媒に過熱を与えることができる。
In the refrigeration system according to the present invention, the room functions as a condenser during cooling operation, and as an outdoor heat exchanger functioning as an evaporator during heating operation, and functions as an evaporator during cooling operation, and also functions as a condenser during heating operation. a heat exchanger, Ru equipped with. In the refrigeration system used by switching between cooling and heating, the heating circuit functions as a first heating circuit that collects heat from an outdoor heat exchanger that functions as a condenser during cooling operation, and functions as a condenser during heating operation. a condensing heat second heating circuit from the indoor heat exchanger, Ru equipped with.
According to this refrigeration apparatus, in the apparatus capable of switching and operating between cooling and heating, the refrigerant evaporated by the evaporator can be superheated both in the cooling operation and the heating operation.
本発明によれば、蒸発器で蒸発された冷媒と高温の冷媒が導入される凝縮器を流れる冷媒とを熱交換させるので、蒸発器で蒸発された冷媒に十分な過熱を与えることができる。 According to the present invention, the refrigerant evaporated in the evaporator and the refrigerant flowing through the condenser into which the high temperature refrigerant is introduced are heat exchanged, so that the refrigerant evaporated in the evaporator can be sufficiently superheated.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1に示すように、第1実施形態にかかる冷凍装置1は、圧縮機10と、室外熱交換器13と、膨張弁15と、室内熱交換器16と、四方弁18と、を備え、冷凍サイクルを実行する主回路が構成される。
冷凍装置1は、HFO冷媒を冷媒として用いることを前提としており、主回路に加えて第1過熱回路20と第2過熱回路30を備え、この第1過熱回路20又は第2過熱回路30を稼働させることにより、圧縮機10に吸入される冷媒を過熱する。本実施形態は、HFO冷媒として、HFO−1234yf(2,3,3,3−テトラフルオロ−1−プロペン)からなる単一冷媒を使用して、冷凍サイクルを行う装置である。ここで、HFO−1234yfは、CF3−CF=CH2の化学式で表される。
以下、冷凍装置1の構成、冷凍装置1の動作及び効果の順に説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
As shown in FIG. 1, the
The
Hereinafter, the configuration of the
[冷凍装置1の構成]
主回路の構成は以下の通りである。
圧縮機10には、圧縮された高温・高圧の冷媒(気体)が吐出される冷媒配管L1の一端が接続されている。冷媒配管L1の他端は、四方弁18の第1ポートP1に接続されている。四方弁18は、第1ポートP1〜第4ポートP4と4つのポートが設けられており、冷凍装置1の冷房運転、暖房運転に応じて、内部の流路を切り替える。
四方弁18の第2ポートP2には、冷媒配管L2の一端が接続されている。冷媒配管L2の他端は、室外熱交換器13に接続されている。
四方弁18の第3ポートP3には、冷媒配管L9の一端が接続されている。冷媒配管L9の他端は、圧縮機10の吸入側に接続されている。
四方弁18の第4ポートP4には、冷媒配管L4の一端が接続されている。冷媒配管L4の他端は、室内熱交換器16に接続されている。
室外熱交換器13には、冷媒配管L3の一端が接続され、冷媒配管L3の他端は室内熱交換器16に接続されている。冷媒配管L3には、膨張弁15が設けられており、冷媒配管L3を通過する冷媒を断熱膨張させる。
[Configuration of refrigeration system 1]
The configuration of the main circuit is as follows.
The
One end of a refrigerant pipe L2 is connected to the second port P2 of the four-
One end of a refrigerant pipe L9 is connected to the third port P3 of the four-
One end of a refrigerant pipe L4 is connected to the fourth port P4 of the four-
One end of a refrigerant pipe L3 is connected to the
圧縮機10は、冷媒を圧縮する装置であり、外部の駆動源により圧縮動作を行う密閉式圧縮機及び駆動モータを内蔵する密閉式圧縮機のいずれも適用することができる。また、圧縮機構の方式についても制約はなく、ロータリー式、スクロール式のいずれをも適用することができる。また、ここでは一台の圧縮機10を用いる例を示しているが、圧縮機10を複数台が並列に接続して用いることもできる。
The
室外熱交換器13は、通過する冷媒と室外空気との間で熱交換を行う空気熱交換器として構成されており、例えばフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が適用される。室外熱交換器13には室外ファン14が付随して設けられており、室外ファン14を動作させることにより吸引される室外空気を、室外熱交換器13を送風にして通過させることで、室外空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる。
The
室内熱交換器16は、室内空気と冷媒との間で熱交換を行う空気熱交換器として構成されており、例えばフィン・アンド・チューブ型の熱交換器が適用される。室内熱交換器16には室内ファン17が付随して設けられており、室内ファン17を動作させることにより吸引される室内空気を、室内熱交換器16を送風にして通過させることで、室内空気と冷媒との間で熱交換を行なわせる。
The
膨張弁15は、冷房運転時に、室外熱交換器13から室内熱交換器16に送られる冷媒を減圧する機構であり、例えば、電子膨張弁が適用される。
The
以上の主回路構成を備える冷凍装置1は、冷房運転の際には、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒が、冷媒配管L1、四方弁18、冷媒配管L2、室外熱交換器13、冷媒配管L3、室内熱交換器16、冷媒配管L4、四方弁18及び冷媒配管L9の順に通過して、圧縮機10に吸入される。また、暖房運転の際には、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒が、冷媒配管L1、四方弁18、冷媒配管L4、室内熱交換器16、冷媒配管L3、室外熱交換器13、冷媒配管L2、四方弁18及び冷媒配管L9の順に通過して、圧縮機10に吸入される。ただし、以下説明する第1過熱回路20又は第2過熱回路30が動作する場合には、冷媒の流れの一部が変更される。
In the
第1過熱回路20は、冷房運転時に機能するものであり、図1に示すように、第1過熱熱交換器21と、一端が第1過熱熱交換器21に繋がり、他端が冷媒配管L4に繋がる冷媒配管L5と、一端が第1過熱熱交換器21に繋がり、他端が冷媒配管L4に繋がる冷媒配管L6と、を備え、冷媒配管L4、冷媒配管L5、第1過熱熱交換器21及び冷媒配管L6により、冷媒の循環回路が構成される。
The
第1過熱熱交換器21は、室外熱交換器13に近接して設けられ、冷媒が通過する過程で室外熱交換器13を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機10に吸入される冷媒を過熱する。第1過熱熱交換器21は、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器から構成される。後述する第2過熱熱交換器31も同様である。
The first
第1過熱回路20は、冷媒配管L4上であって、冷媒配管L5と冷媒配管L4の接続部位と冷媒配管L6と冷媒配管L4の接続部位との間に開閉弁V1を、また、冷媒配管L5上に開閉弁V2を備える。第1過熱回路20は、また、冷媒配管L6上に逆止弁V5を備える。逆止弁V5は、第1過熱熱交換器21から冷媒配管L4に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管L4から第1過熱熱交換器21に向けた冷媒の流れを阻止する。
第1過熱回路20は、開閉弁V1及び開閉弁V2の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第1過熱熱交換器21にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。この選択は、後述するように、コントローラ50が担う。
The
The
第1過熱熱交換器21は室外熱交換器13と熱交換が可能なように、室外熱交換器13に近接して配置する。具体的には、図4(a)に示すように室外ファン14による室外空気の送風の向きAを基準にして、室外熱交換器13より下流側、又は、図4(b)に示すように、室外熱交換器13より上流側に第1過熱熱交換器21を配置できる。下流側及び上流側のいずれであっても、室外熱交換器13の周囲の空気は冷媒からの放熱により例えば40〜50℃に暖められるので、第1過熱熱交換器21を通る冷媒を過熱することができる。図4(a)に示す下流側に第1過熱熱交換器21を設ける場合には、室外熱交換器13を通過して暖められた空気が第1過熱熱交換器21を通過する。図4(b)に示す上流側に第1過熱熱交換器21を設ける場合には、室外熱交換器13に吸い込まれる前の空気が第1過熱熱交換器21を通過する。
この配置は、室内熱交換器16に対する第2過熱熱交換器31の配置位置についても同様に適用することができる。
The first
This arrangement can be similarly applied to the arrangement position of the second
第2過熱回路30は、暖房運転時に機能するものであり、図1に示すように、第2過熱熱交換器31と、一端が第2過熱熱交換器31に繋がり、他端が冷媒配管L2に繋がる冷媒配管L7と、一端が第2過熱熱交換器31に繋がり、他端が冷媒配管L2に繋がる冷媒配管L8と、を備え、冷媒配管L2、冷媒配管L7、第2過熱熱交換器31及び冷媒配管L8により、冷媒の循環回路が構成される。
The
第2過熱熱交換器31は、室内熱交換器16に近接して設けられ、冷媒が通過する過程で室内熱交換器16を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機10に吸入される冷媒を過熱する。
The second
第2過熱回路30は、冷媒配管L2上であって、冷媒配管L7と冷媒配管L2の接続部位と冷媒配管L8と冷媒配管L2の接続部位との間に開閉弁V3を、また、冷媒配管L7上に開閉弁V4を備える。第2過熱回路30は、また、冷媒配管L8上に逆止弁V6を備える。逆止弁V6は、第2過熱熱交換器31から冷媒配管L2に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管L2から第2過熱熱交換器31に向けた冷媒の流れを阻止する。
第2過熱回路30は、開閉弁V3及び開閉弁V4の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第2過熱熱交換器31にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。
The
The
冷凍装置1は、冷凍装置1の動作を司るコントローラ50を備えている。
具体的には、圧縮機10、室外ファン14及び室内ファン17の運転、停止、膨張弁15の開度、四方弁18の流路切替えを制御する。また、コントローラ50は、第1過熱回路20及び第2過熱回路30に設けられる開閉弁V1〜V4の開閉動作を制御する。
コントローラ50は、冷媒配管L1に付設された温度センサSにより、圧縮機10により圧縮された冷媒の温度(T)を検知する。コントローラ50は、検知した温度Tと閾値温度TRを比較することにより、開閉弁V1〜V4の開閉動作を制御する。
The
Specifically, operation and stop of the
The
[冷凍装置1の動作]
次に、冷凍装置1の動作について、図2を参照して冷房運転を、図3を参照して暖房運転の順に説明する。なお、図2において、コントローラ50及び温度センサSの記載は省略する。
冷凍装置1は、冷房運転又は暖房運転を行いながら、第1過熱回路20又は第2過熱回路30を機能させることにより、冷媒を過熱することができる。
なお、本願明細書において、「高圧」とは冷凍サイクルにおける高圧を意味し、「低圧」とは冷凍サイクルにおける低圧を意味している。また、図2、図3の白抜きの矢印は、冷媒が流れる向きを示している。図6も同様である。
[Operation of refrigeration system 1]
Next, with regard to the operation of the
The
In the present specification, “high pressure” means high pressure in the refrigeration cycle, and “low pressure” means low pressure in the refrigeration cycle. Moreover, the white arrow of FIG. 2, FIG. 3 has shown the direction into which the refrigerant | coolant flows. The same applies to FIG.
[冷房運転]
冷房運転は、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転(図2(a))と、第1過熱回路20の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転(図2(b))と、があるので、以下この順に説明する。なお、冷凍装置1は、コントローラ50からの指示により、通常運転から過熱運転に切り替えること、また、過熱運転から通常運転に切り替えることができる。コントローラ50は、温度センサSにより検知した冷媒の温度Tが閾値温度TRを超えていれば通常運転(TR<T)を行うように開閉弁V1〜V4の開閉を制御し、温度Tが閾値温度TR以下であれば通常運転(TR≧T)を行うように開閉弁V1〜V4の開閉を制御する。
[Cooling operation]
The cooling operation includes a normal operation (FIG. 2 (a)) in which the refrigerant is not drawn into the circulation circuit and an overheat operation (FIG. 2 (b)) in which the refrigerant is drawn into the circulation circuit of the
[通常運転:図2(a)]
冷凍装置1は、冷房運転時には、四方弁18の第1ポートP1と第2ポートP2が繋がれて、また、第3ポートP3と第4ポートP4が繋がれている。つまり、冷房運転時には、冷媒配管L1と冷媒配管L2が繋がれ、また、冷媒配管L4と冷媒配管L9が繋がれている。
また、第1過熱回路20及び第2過熱回路30の開閉弁V1〜V4の開(ON)・閉(OFF)の状態は、以下の通りである。なお、図2において、開いている開閉弁V1〜V4は白抜きで示し、また、閉じている開閉弁V1〜V4は黒塗りで示している。図3及び図6も同様である。
V1:開(ON) V2:閉(OFF) V3:閉(OFF) V4:開(ON)
[Normal operation: Fig. 2 (a)]
In the
Moreover, the states of the open (ON) and closed (OFF) states of the on-off valves V1 to V4 of the
V1: Open (ON) V2: Closed (OFF) V3: Closed (OFF) V4: Open (ON)
さて、圧縮機10が運転されると、圧縮機10で圧縮された高温高圧の冷媒(気体)は冷媒配管L1に吐出され、四方弁18を通って冷媒配管L2を流れる。開閉弁V3が開いているので、高温高圧の冷媒は、室外熱交換器13に流入し、室外ファン14により送風される室外空気へ放熱して凝縮する。また、開閉弁V4が閉じられ、かつ、逆止弁V6が設けられているために、冷媒は第2過熱回路30に流入できない。
室外熱交換器13で凝縮して生成された常温高圧の冷媒(液体)は、室外熱交換器13から冷媒配管L3を流れる過程で膨張弁15により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となり、室内熱交換器16に向けて流れる。
室内熱交換器16に流入した冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発する。室内ファン17の動作により室内熱交換器16を通過する室内空気は、冷却されて室内へ供給される。
室内熱交換器16で蒸発して低温低圧とされた冷媒(気体)は、冷媒配管L4、四方弁18及び冷媒配管L9を順に通ってから圧縮機10に吸入され、圧縮機10により高温高圧にされた後に、冷媒配管L1に吐出される。このとき、開閉弁V2が閉じられ、かつ、逆止弁V5が設けられているために、冷媒は第1過熱回路20に流入できない。
冷凍装置1は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の冷房が実現される。
ここで、室内熱交換器16で蒸発して低温低圧とされた冷媒は、理想的には気体であるが、液相が混じることがある。その場合には、以下説明する過熱運転を実行する。これは暖房運転時でも同じである。
Now, when the
The normal temperature / high pressure refrigerant (liquid) generated by condensation in the
The refrigerant flowing into the
The refrigerant (gas) evaporated in the
The
Here, although the refrigerant evaporated at the
[過熱運転:図2(b)]
次に、過熱運転について、図2(b)を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機10から高温高圧の冷媒が吐出され、室外熱交換器13、膨張弁15及び室内熱交換器16を通過した後に圧縮機10に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
[Overheat operation: Fig. 2 (b)]
Next, the overheat operation will be described with reference to FIG.
The basic high-temperature and high-pressure refrigerant is discharged from the
はじめに、第1過熱回路20及び第2過熱回路30の開閉弁V1〜V4の開(ON)・閉(OFF)の状態は、以下の通りである。
V1:閉(OFF) V2:開(ON) V3:開(ON) V4:閉(OFF)
First, the open (ON) and closed (OFF) states of the on-off valves V1 to V4 of the
V1: closed (OFF) V2: open (ON) V3: open (ON) V4: closed (OFF)
室内熱交換器16を通過した低温低圧の冷媒(気体)は、開閉弁V1が閉じているとともに開閉弁V2が開いているので、開閉弁V1の手前で冷媒配管L5に流入し、第1過熱熱交換器21を通過してから冷媒配管L6を流れる。冷媒配管L6に設けられる逆止弁V5はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁V5を通過してから冷媒配管L4に流入し、以下は、通常運転と同様にして圧縮機10に吸入される。
The low-temperature low-pressure refrigerant (gas) that has passed through the
第1過熱回路20を以上の順番で流れる冷媒は、第1過熱熱交換器21を通過する際に、室内熱交換器16を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管L6を通って冷媒配管L4に戻される。このように、第1過熱回路20を通過してから圧縮機10に吸入される冷媒は、第1過熱熱交換器21において過熱される。
The refrigerant flowing through the
[暖房運転]
暖房運転についても、冷媒を第2過熱回路30の循環回路に引き込まない通常運転(図3(a))と、第1過熱回路20の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転(図3(b))と、があるので、以下この順に説明する。なお、暖房運転についても冷房運転と同様に、コントローラ50が温度センサSにより検知した冷媒の温度Tと閾値温度TRの比較結果に基づいて、通常運転から過熱運転への切り替え、過熱運転から通常運転への切り替えることができる。
[Heating operation]
Also in the heating operation, the normal operation in which the refrigerant is not drawn into the circulation circuit of the second heating circuit 30 (FIG. 3A) and the heating operation in which the refrigerant is drawn into the circulation circuit of the first heating circuit 20 (FIG. 3B) Because there are, and will be described below in this order. Similarly to the cooling operation even heating operation, based on the comparison result of the temperature T and the threshold temperature T R of the
[通常運転:図3(a)]
冷凍装置1は、暖房運転時には、四方弁18の第1ポートP1と第4ポートP4が繋がれ、また、第2ポートP2と第3ポートP3が繋がれている。つまり、暖房運転時には、冷媒配管L1と冷媒配管L4が繋がれ、また、冷媒配管L3と冷媒配管L9が繋がれている。
また、第1過熱回路20及び第2過熱回路30の開閉弁V1〜V4の開(ON)・閉(OFF)の状態は、以下の通りであり、冷房運転と同じである。
V1:開(ON) V2:閉(OFF) V3:開(ON) V4:閉(OFF)
[Normal operation: Fig. 3 (a)]
During the heating operation, the
Further, the states of opening (ON) and closing (OFF) of the on-off valves V1 to V4 of the
V1: Open (ON) V2: Closed (OFF) V3: Open (ON) V4: Closed (OFF)
さて、圧縮機10が運転されると、圧縮機10で圧縮された高温高圧の冷媒(気体)は冷媒配管L1に吐出され、四方弁18を通って冷媒配管L4を流れる。開閉弁V1が開いているので、高温高圧の冷媒は、室内熱交換器16に流入し、室内ファン17により送風される室内空気と熱交換され、室内側に放熱することにより、凝縮液化される。また、開閉弁V2が閉じられ、かつ、逆止弁V5が設けられているために、冷媒は第1過熱回路20に流入できない。
室内熱交換器16で凝縮して生成された常温高圧の冷媒(液体)は、室内熱交換器16から冷媒配管L3を流れる過程で膨張弁15により減圧されて、低温低圧の気液二相状態の冷媒となり、室外熱交換器13に向けて流れる。
室外熱交換器13に流入した冷媒は、室外空気から吸熱して蒸発する。
室外熱交換器13で蒸発して低温低圧とされた冷媒(気体)は、冷媒配管L2、四方弁18及び冷媒配管L9を順に通ってから圧縮機10に吸入され、圧縮機10により高温高圧にされた後に、冷媒配管L1に吐出される。このとき、開閉弁V4が閉じられ、かつ、逆止弁V6が設けられているために、冷媒は第2過熱回路30に流入できない。
冷凍装置1は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の暖房が実現される。
Now, when the
The normal temperature / high pressure refrigerant (liquid) generated by condensation in the
The refrigerant flowing into the
The refrigerant (gas) evaporated in the
The
[過熱運転:図3(b)]
次に、過熱運転について、図3(b)を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機10から高温高圧の冷媒が吐出され、室内熱交換器16、膨張弁15及び室外熱交換器13を通過した後に圧縮機10に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
[Overheat operation: Fig. 3 (b)]
Next, the overheat operation will be described with reference to FIG.
The basic high-temperature and high-pressure refrigerant is discharged from the
はじめに、第1過熱回路20及び第2過熱回路30の開閉弁V1〜V4の開(ON)・閉(OFF)の状態は、以下の通りである。
V1:開(ON) V2:閉(OFF) V3:閉(OFF) V4:開(ON)
First, the open (ON) and closed (OFF) states of the on-off valves V1 to V4 of the
V1: Open (ON) V2: Closed (OFF) V3: Closed (OFF) V4: Open (ON)
室外熱交換器13を通過した低温低圧の冷媒(気体)は、開閉弁V2が閉じているとともに開閉弁V4が開いているので、開閉弁V2の手前で冷媒配管L7に流入し、第2過熱熱交換器31を通過してから冷媒配管L7を流れる。冷媒配管L7に設けられる逆止弁V6はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁V6を通過してから冷媒配管L2に流入し、以下は、通常運転と同様にして圧縮機10に吸入される。
The low-temperature low-pressure refrigerant (gas) that has passed through the
第2過熱回路30を以上の順番で流れる冷媒は、第2過熱熱交換器31を通過する際に、室内熱交換器16を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管L8から冷媒配管L2に戻される。このように、第2過熱回路30を通過してから圧縮機10に吸入される冷媒は、第2過熱熱交換器21において過熱される。
The refrigerant flowing through the
[冷凍装置1の効果]
以上説明したように、冷凍装置1は第1過熱回路20と第2過熱回路30を備え、冷房運転時には第1過熱回路20を用いて冷媒を過熱してから、また、暖房運転時には第2過熱回路30を用いて冷媒を過熱してから、圧縮機10に吸入させる。したがって、高圧のガス温度が低くなる傾向にあるHFO冷媒を用いても、圧縮機10に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぎ、液圧縮による圧縮機10の信頼性を損なうのを防止することができる。
[Effect of the refrigeration system 1]
As described above, the refrigerating
冷凍装置1は、冷房運転時に適用される第1過熱回路20が高温の冷媒が流れる室外熱交換器13からの放熱される熱との間で熱交換させる。したがって、第1過熱回路20を流れる冷媒(過熱対象冷媒)と室外熱交換器13を流れる冷媒の温度差を大きくすることができるので、過熱対象冷媒を過熱する程度を大きくすることができる。また、冷房運転時において、室内熱交換器16を用いて冷媒を過熱させることがないので、室内熱交換器16の性能を落とすおそれがない。このことは、暖房運転時に適用される第2過熱回路30についても同様である。
これに対して引用文献1の過熱機構は、冷房運転時の室外熱交換器13を通過して液化された冷媒と過熱対象冷媒を熱交換させるものであるから、両者の温度差は小さいために、本実施形態に比べると、過熱対象冷媒を過熱する程度が小さい。
The
On the other hand, since the superheating mechanism of
冷凍装置1は、四方弁18を用いて冷媒を逆向きにして流すことにより、冷房と暖房を選択的に運転できるが、冷房運転時に対応する第1過熱回路20と暖房運転時に対応する第2過熱回路30を設けている。したがって、圧縮機10は、冷房運転及び暖房運転のいずれであっても、HFO冷媒を用いると生じやすい液圧縮を避けることができる。
The
また、冷凍装置1は、温度センサSによる冷媒の吐出温度の検出結果に基づいて、通常運転と過熱運転を切り替えることができる。したがって、常に過熱運転を行うのに対して、熱負荷に応じた運転制御が可能という利点がある。つまり、常に過熱運転を行って熱負荷が高いと過度な過熱運転となり、冷凍機油の劣化が生たり、最悪の場合には圧縮機10の駆動源である電動機が過熱する恐れがある。これに対して、熱負荷に応じて運転を切り換えることで、上記のような問題を防ぐことができる。
In addition, the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る冷凍装置2ついて、図5〜図7を参照して説明する。
冷凍装置2は冷房専用の装置であり、冷房運転と暖房運転を切り替えるための四方弁18を備えていないことを除くと、冷凍装置1と基本的な構成は一致する。したがって、冷凍装置1と同様の構成要素には冷凍装置1と同じ符号を付けるとともに、以下では、冷凍装置1との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a refrigerating
The
[構成]
冷凍装置2における主回路の構成について、図5を参照して説明する。
圧縮機10には、冷媒の吐出側に冷媒配管L2の一端が接続されており、冷媒配管L2の他端は、室外熱交換器13に接続されている。
室外熱交換器13には、冷媒配管L3の一端が接続されている。冷媒配管L3の他端は、室内熱交換器16に接続されている。冷媒配管L3には、膨張弁15が設けられており、冷媒配管L3を通過する冷媒を断熱膨張させる。
室内熱交換器16には、冷媒配管L4の一端が接続されており、冷媒配管L4の他端は、圧縮機10の吸入側に接続されている。
[Constitution]
The configuration of the main circuit in the
In the
One end of a refrigerant pipe L3 is connected to the
One end of a refrigerant pipe L4 is connected to the
以上の回路構成を備える冷凍装置2は、冷房運転の際に、圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒(気体)は、冷媒配管L1、室外熱交換器13、冷媒配管L3、室内熱交換器16及び冷媒配管L4の順に通過して、圧縮機10に吸入される。ただし、以下説明する第3過熱回路40が動作する場合には、冷媒の流れの一部が変更される。
なお、冷凍装置2は冷房専用であるから、冷凍装置1が備える第2過熱回路30に対応する冷媒の循環回路を備えていない。
In the
In addition, since the
第3過熱回路40は、第3過熱熱交換器41と、一端が第3過熱熱交換器41に繋がり、他端が冷媒配管L4に繋がる冷媒配管L15と、一端が第3過熱熱交換器41に繋がり、他端が冷媒配管L4に繋がる冷媒配管L16と、を備え、冷媒配管L4、冷媒配管L15、第3過熱熱交換器41及び冷媒配管L16により、冷媒の循環回路が構成される。
The
第3過熱熱交換器41は、第1過熱熱交換器21と同様に機能する部材であり、室外熱交換器13に近接して設けれ、冷媒が通過する過程で室外熱交換器13を流れる冷媒との間で熱交換することにより、圧縮機10に吸入される冷媒を過熱する。
The third
第3過熱回路40は、冷媒配管L4上であって、冷媒配管L15と冷媒配管L4の接続部位と冷媒配管L16と冷媒配管L4の接続部位との間に開閉弁V11を、また、冷媒配管L5上に開閉弁V12を備える。第3過熱回路40は、また、冷媒配管L16上に逆止弁V15を備える。逆止弁V15は、第3過熱熱交換器41から冷媒配管L4に向けた冷媒の流れを許容するが、この逆、つまり冷媒配管L4から第3過熱熱交換器41に向けた冷媒の流れを阻止する。
第3過熱回路40は、開閉弁V11及び開閉弁V12の開閉を制御することにより、冷媒を循環回路に引き込み第3過熱熱交換器41にて過熱する過熱運転と、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転と、のいずれかが選択的に行われる。
なお、図5において示す、冷媒配管L15と冷媒配管L16の冷媒配管L4に対する接続位置は一例であり、圧縮機10に近接する位置にて冷媒配管L15と冷媒配管L16を冷媒配管L4に接続することができる。
The
The
The connection position of the refrigerant pipe L15 and the refrigerant pipe L16 to the refrigerant pipe L4 shown in FIG. 5 is an example, and the refrigerant pipe L15 and the refrigerant pipe L16 are connected to the refrigerant pipe L4 at a position close to the
第3過熱熱交換器41は室外熱交換器13と熱交換が可能なように、室外熱交換器13に近接して配置する。具体的には、図7(a)に示すように室外ファン14による室外空気の送風の向きAを基準にして、室外熱交換器13より下流側、又は、図7(b)に示すように、室外熱交換器13より上流側に第3過熱熱交換器41を配置できる。下流側及び上流側のいずれであっても、第3過熱熱交換器41を通る冷媒を過熱することができる。
第3過熱熱交換器41は、図7に示すように、例えば銅製の冷媒配管を蛇行させた形態を有しているだけで、冷却フィンを備えていないが、この形態であっても、過熱するのに必要な熱を室外熱交換器13から得る熱交換器として機能する。つまり、本発明において、機能として熱交換をし得る部材を広く熱交換器として用いることができる。なお、第3過熱熱交換器41は、冷却フィンを備えていないので、低コスト化に寄与する。これに対して冷却フィンを備える第1過熱熱交換器21及び第2過熱熱交換器31は、第3過熱熱交換器41よりも熱交換量を大きくできる。
The third
As shown in FIG. 7, the third
[冷凍装置2の動作]
次に、冷凍装置2の動作について、図6を参照して説明する。
冷凍装置2は、冷房運転を行いながら、第3過熱回路40を動作させることにより、冷媒を過熱することができる。
[Operation of refrigeration system 2]
Next, the operation of the
The
冷凍装置2の冷房運転においても、冷媒を循環回路に引き込まない通常運転(図6(a))と、第3過熱回路40の循環回路に冷媒を引き込む過熱運転(図6(b))と、があるので、以下この順に説明する。なお、第1実施形態と同様に、コントローラ50が温度センサSにより検知した冷媒の温度Tと閾値温度TRの比較結果に基づいて、通常運転から過熱運転への切り替え、過熱運転から通常運転への切り替えを行う。
Also in the cooling operation of the
[通常運転:図6(a)]
冷凍装置2は、通常運転を行う際の開閉弁V11,V12の開(ON)・閉(OFF)は以下の通りである。
V11:開(ON) V12:閉(OFF)
[Normal operation: Fig. 6 (a)]
The
V11: Open (ON) V12: Closed (OFF)
さて、圧縮機10の運転が行われると、圧縮機10で圧縮された高温高圧(気体)の冷媒は冷媒配管L2に吐出され、室外熱交換器13に流入し、室外ファン14により送風される室外空気へ放熱して凝縮する。
室外熱交換器13で凝縮して生成された常温高圧の冷媒(液体)は、室外熱交換器13から冷媒配管L3を流れる過程で膨張弁15により減圧されて、低温低圧の気液二相状態となり、室内熱交換器16に向けて流れる。
室内熱交換器16に流入した冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発する。室内ファン17の動作により室内熱交換器16を通過する室内空気は、冷却されて室内へ供給される。
室内熱交換器16で蒸発して低温低圧とされた冷媒(気体)は、冷媒配管L4を通ってから圧縮機10に吸入され、圧縮機10により高温高圧にされた後に、冷媒配管L2に吐出される。このとき、開閉弁V12が閉じられ、かつ、逆止弁V15が設けられているために、冷媒は第3過熱回路40に流入できない。
冷凍装置2は、以上のサイクルが繰り返される間、室内の冷房が実現される。
Now, when the
The normal temperature / high pressure refrigerant (liquid) generated by condensation in the
The refrigerant flowing into the
The refrigerant (gas) evaporated in the
The
[過熱運転:図6(b)]
次に、過熱運転について、図6(b)を参照して説明する。
過熱運転の際にも圧縮機10から高温高圧の冷媒が吐出され、室外熱交換器13、膨張弁15及び室内熱交換器16を通過した後に圧縮機10に吸入されるという基本的な冷媒の流れは変わらないので、以下では、通常運転との相違点を中心に説明する。
[Overheat operation: Fig. 6 (b)]
Next, the overheat operation will be described with reference to FIG.
The basic high-temperature and high-pressure refrigerant is discharged from the
はじめに、第3過熱回路40の開閉弁V11,V12の開(ON)・閉(OFF)の状態は、以下の通りである。
V11:開(ON) V12:閉(OFF)
First, the open (ON) and closed (OFF) states of the on-off valves V11 and V12 of the
V11: Open (ON) V12: Closed (OFF)
室内熱交換器16を通過した低温低圧の冷媒(気体)は、開閉弁V11が閉じているとともに開閉弁V12が開いているので、開閉弁V11の手前で冷媒配管L15に流入し、第3過熱熱交換器41を通過してから冷媒配管L16を流れる。冷媒配管L16に設けられる逆止弁V15はこの冷媒の流れに対して順方向を向いているので、逆止弁V15を通過してから冷媒配管L4に流入し、圧縮機10に吸入される。
The low-temperature low-pressure refrigerant (gas) that has passed through the
第3過熱回路40を以上の順番で流れる冷媒は、第3過熱熱交換器41を通過する際に、室内熱交換器16を流れる高温高圧の冷媒との間の熱交換により過熱されてから、冷媒配管L16を通り冷媒配管L4に戻される。このように、第3過熱回路40を通過してから圧縮機10に吸入される冷媒は、第3過熱熱交換器41において過熱される。
The refrigerant flowing through the
[冷凍装置2の効果]
以上説明したように、冷凍装置2は第3過熱回路40を備え、冷房運転時に第3過熱回路40を用いて冷媒を過熱してから、圧縮機10に吸入させる。したがって、高圧のガス温度が低くなる傾向にあるHFO冷媒を用いても、圧縮機10に吸入される冷媒が湿り状態になるのを防ぎ、液圧縮による圧縮機10の信頼性を損なうのを防止することができる。
[Effect of the refrigeration system 2]
As described above, the
冷凍装置2は、第3過熱回路40が高温の冷媒が流れる室外熱交換器13からの放熱される熱との間で熱交換させる。したがって、冷凍装置1と同様に、過熱対象冷媒を過熱する程度を大きくすることができるとともに、室内熱交換器16の性能を落とすおそれがない。
The
以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
上記実施形態は、冷媒の状態を検出するのに、冷媒配管L1に付設された温度センサSを用いたが、本発明はこれに限定されない。検出する対象は温度に限らず、例えば冷媒の圧力を検出することによって冷媒の状態を知ることができるし、検出の位置も圧縮機10の吐出側に限らず、吸入側で検出することもできる。
As mentioned above, although the present invention was explained based on a desirable embodiment, unless it deviates from the main point of the present invention, it is possible to sort out the composition quoted by the above-mentioned embodiment, or to change suitably to other composition. It is.
Although the said embodiment used temperature sensor S attached to refrigerant | coolant piping L1 to detect the state of a refrigerant | coolant, this invention is not limited to this. The object to be detected is not limited to temperature, and for example, the state of the refrigerant can be known by detecting the pressure of the refrigerant, and the position of detection can be detected not only on the discharge side of the
1,2 冷凍装置
10 圧縮機
13 室外熱交換器
14 室外ファン
15 膨張弁
16 室内熱交換器
17 室内ファン
18 四方弁
20 第1過熱回路
21 第1過熱熱交換器
30 第2過熱回路
31 第2過熱熱交換器
40 第3過熱回路
41 第3過熱熱交換体
L1〜L9,L15,L16 冷媒配管
P1 第1ポート
P2 第2ポート
P3 第3ポート
P4 第4ポート
S 温度センサ
V1〜V4,V11,V12 開閉弁
V5,V6,V15 逆止弁
1, 2
Claims (4)
前記蒸発器と前記圧縮機の間において、前記主回路に並列に設けられ、前記蒸発器で蒸発された前記冷媒を、前記凝縮器を流れる前記冷媒と熱交換させてから前記主回路に戻す過熱回路と、
冷房運転時には前記凝縮器として機能するとともに、暖房運転時には前記蒸発器として機能する室外熱交換器と、
前記冷房運転時には前記蒸発器として機能するとともに、前記暖房運転時には前記凝縮器として機能する室内熱交換器と、を備え、
前記過熱回路は、
前記冷房運転時に、前記凝縮器として機能する前記室外熱交換器から集熱する第1過熱回路と、
前記暖房運転時に、前記凝縮器として機能する前記室内熱交換器から集熱する第2過熱回路と、
を備えることを特徴とする冷凍装置。 A compressor for compressing a refrigerant, a condenser for radiating and condensing the refrigerant compressed by the compressor, an expansion mechanism for decompressing the refrigerant condensed in the condenser, and a pressure reduced in the expansion mechanism A main circuit which is connected to an evaporator for evaporating the refrigerant and which constitutes a circulation circuit of the refrigerant;
Between the evaporator and the compressor, it is provided in parallel with the main circuit, and the refrigerant evaporated in the evaporator is subjected to heat exchange with the refrigerant flowing through the condenser and then returned to the main circuit Circuit,
An outdoor heat exchanger that functions as the condenser during cooling operation and functions as the evaporator during heating operation;
An indoor heat exchanger that functions as the evaporator during the cooling operation and functions as the condenser during the heating operation;
The heating circuit is
A first superheating circuit which collects heat from the outdoor heat exchanger functioning as the condenser during the cooling operation;
A second superheating circuit collecting heat from the indoor heat exchanger functioning as the condenser during the heating operation;
A refrigeration apparatus comprising:
前記蒸発器で蒸発された前記冷媒が、前記過熱回路を経由し、前記主回路に戻されてから前記圧縮機に吸入される過熱運転と、を選択的に行う運転切替え機構を備える、
請求項1に記載の冷凍装置。 Normal operation in which the refrigerant evaporated by the evaporator is drawn into the compressor via the main circuit;
The system further includes an operation switching mechanism that selectively performs an overheat operation in which the refrigerant evaporated by the evaporator is returned to the main circuit via the overheat circuit and then sucked into the compressor.
The refrigeration apparatus according to claim 1.
前記圧縮機に吸入される前記冷媒、及び、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の一方又は双方の状態に応じて、前記通常運転と前記過熱運転を切り替える、
請求項2に記載の冷凍装置。 The operation switching mechanism is
The normal operation and the superheating operation are switched according to the state of one or both of the refrigerant sucked into the compressor and the refrigerant discharged from the compressor.
The refrigeration apparatus according to claim 2.
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍装置。 The superheating circuit includes a heat exchanger which is disposed downstream of the air flow to the condenser, receives heat radiated from the refrigerant via the air flow, and superheats the refrigerant returned to the main circuit.
The freezing apparatus as described in any one of Claims 1-3.
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