JPS62202965A - 冷凍サイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は空気調和Ｗ笠に適用される冷凍サイクルに係
り、特に蓄熱材を応用した二元冷凍りイクルに関する。

（従来の技術） 室内を冷暖房する空気調和機には、コンプレッサからの
冷媒を循環さＵる冷凍１ノイクルが組み込二良れている
。この冷凍サイクルの中には、各サイクル毎にコンブレ
ラ１すを備えた二元冷凍サイクルが１ｍｌされている。

二元冷凍り゛イクルは第６図に示１′ように構成され、
Ｖ段側冷凍ＩＪイクル１と下段側冷凍サイクル２とを共
通の二屯管式熱交換冴３により熱交換可能に相み合Ｉわ
Ｉ、ニーｂのである。上段側冷凍サイクル１Ｇ、１、コ
ンプレッサ４、凝縮器５．膨Ｊ１３弁などの減１．ｉ０
機構６、蒸′ｆｅ器としＣの熱交模本３を順次接続して
閑じた冷媒循環回路を構成す′る一方、ｆ段側冷凍ザイ
クル２も：１ンブレッＩＪ′７、凝縮器としての交換器
３、膨１ム弁等の減圧機構８、蒸発器９を順次接続して
閑じた冷媒循環回路が構成される。

しかして、上段側冷？’Ｊｉ　Ｉｊイクル１と下段側冷
凍サイクル２は、共通の一二−ｒ管式熱交換器３の銅製
熱交換パイプを介してＬ段調Ｎ発冷媒と下段側凝ｗ＃Ａ
冷媒とを直接熱交換させている。この熱交換関係のため
二元冷凍サイクルで上段側冷凍サイクルを運転さμる場
合、下段側冷凍サイクル２もほぼ同期的に運転さＵな１
ノればならず、いずれか一方の単独運転は不可能であっ
た。このため、従来の二元冷凍サイクルは二段ｒ−ｈｉ
ｔによる冷凍効率ｉ！ｔ￥ｓの効果しかなく、冷？Ｊｆ
　Ｉ）イクルの運転は大きな１−１杓を交番プていた。

また、従来の二元冷油サイクルにおいては、第７図に示
すように、。１段側冷？１ｌｉｌナイクル１は下段側冷
凍サイクル２とｌｌ１１１ｇ１的に運転ざぜる必要があ
る一方、下段側の熱供給能力と上段側熱放出能力（熱回
収能力）とは熱的に需給バランスさせる必要があり、設
計上大きな制約があった。例えば上段側冷凍サイクルを
インバータ駆動したＪ！１合、下段側もインバータ駆動
させる必要があった。

（発明が解決しＪ：つとする問題点） 従来の二元冷凍サイクルにおいては、上段側冷凍サイク
ルと下段側冷凍サイクル２と番よｌｉ”ｉ１期的に運転
させる必要があったり、１段側と下段側とは常に熱的バ
ランスを保つ必要があり、設計上大さなａｄｌ約を受参
ノでいた。

この発明は上述した事情を考慮してなされたｂので各段
の冷凍サイクルの運転自由度を増加さＵるととムに、設
計上の自由度を増大さＵで実用上の冷凍効率を改善した
冷凍サイクルを提供Ｊることを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するだめの手段） この発明に係る冷凍サイクルはそれぞれ二］ンノ°レッ
サを備えた第１段および第２段冷凍り°イクルを右する
ものにおいて、第１段冷凍サイクルの熱交換パイプと第
２段冷凍り゛イクルの熱交換パイプどを蓄熱材を介して
熱交換ｉｉＪ能に配設したちのＣある。

（作用） この発明の冷凍り°イクルは第１段冷凍サイクルの熱交
換パイプと第２段冷２ＩＩ１１ナイクルの熱交換パイプ
とを蓄熱材を介して熱交換可能に配設し、一方の熱交換
パイプからの放熱量を蓄熱材に一旦貯え、蓄熱させた後
、この蓄熱ｍを他方の熱交換パイプ内を通る冷媒と熱交
換させるようにしたものである。

（実施例） この発明に係る冷凍１Ｊイクルの実施例について添附図
面を参照して説明する。

第１Ｖは空気調和機等に過用されるこの発明の赫木冷凍
り°イクルを示’ｊ’　１１この冷凍サイクルは第１段
の上段側冷凍サイクル１（）と第２段の下段側冷凍サイ
クル１１を熱交換可能に配設した二元冷凍゛リ−イクル
である。」一段側冷ＦＪｉ　ＩＪ′イクル１０はコンプ
レツナ１２、凝縮器１３、膨張弁等の減圧機構１４ａｊ
よび蒸発器１５を順次接続して１１１じた冷媒循環回路
を構成している。

一方、下段側冷凍サイクル１１はコンプレッサ１６、凝
縮器１７、膨張弁等の減圧機構１８および蒸ｆｅ器１９
を順次接続して１１１じた冷媒循環Ｕ路を構成している
。

上段側冷凍サイクル１０の蒸発器１５と下段側冷凍サイ
クル１１の凝縮器１７は蓄熱槽２０内に熱交換可能に設
けられる。具体的には蓄熱槽２０内にパラフィンや水等
の蓄熱材２１が充填される一方、この蓄熱材２１を介し
て蒸ｙｌ！ＰＩ！　１５の熱交換パイプ１５ａと凝縮器
１７の熱交換パイプ１７８とが熱交換可能に配設される
。

次に、冷凍サイクルの作用について説明り゛る。

この二元冷凍１Ｊイクルの基本サイクルは、下段側冷凍
サイクル１１を運転さぜることにより、蓄熱槽２０の蓄
熱１２１　ニーｋｌ熱１ｊｌ　＠　７ｆｔ　エルｕ　Ｔ
　’（Ｅわら、］コンプレッサ６の運転により吐出され
た高温・高圧冷媒を凝縮器１７の熱交換パイプ１７ａ内
に案内し、この熱交換パイプ１７ａを通して吐出冷媒の
熱量を蓄熱材２１に故熱し、吐出冷媒は凝縮される。凝
縮された冷媒は減圧機構１８で膨服し、減圧された後、
蒸発器１９に案内され、ここで周囲から熱を吸収して蒸
発せしめられる。

蒸発した冷媒はコンプレッサ１６に還流されて１つの冷
凍Ｉサイクルが終了Ｊ゛る。

この下段側冷凍サイクル１１の運転継続により、蓄熱材
２１に熱ωが次第に蓄えられていく。蓄えられた蓄熱ω
は、上段側冷凍り°イクル１０に伝達される。

上段側冷凍サイクル１０では蒸発Ｆｉ１５の熱交換パイ
プ１５ａ内を通る冷媒が、蓄熱４４２１から熱を奪って
蒸発されて、コンプレッサ１２に吸い込まれ、このコン
プレッサ１２で圧縮される。コンプレッサ１２からの吐
出冷奴は凝縮器１３に送られ、ここで放熱される。この
放熱により、室内が暖房されたり、給温に供されるよう
になっている。

凝縮器１３で放熱Ｊることにより凝縮された冷媒は、減
圧機構１４を通る際に膨張して減圧され、続いて蒸発器
１５の熱交換パイプ１５ａに案内される。上段側冷凍サ
イクル１０の１つのサイクルが終γする。

この二元冷凍サイクルは上段側冷凍サイクル１０とＦ段
側冷凍１ナイクル１１とが蓄熱槽２０内でｆｆｒ熱材２
１を介して熱交換可能に設＜Ｊられているので、上段側
冷凍サイクル１０とト段側冷凍サイクル１１とは、第２
図および第３図に承りように、必ずしも同期的に運転さ
せる必要はない。下段側冷凍サイクル１１が停止してい
ても、上段側冷凍サイクル１０は蓄熱材２１に貯えられ
た蓄熱＋ｉｌを利用して運転を継続させることができる
。

第２図および第３図は二元冷凍サイクルの運転状態を模
式化したもので１．Ｖ段調冷凍サイクル１０が０「Ｆで
下＆２１１１１冷２！Ｊ＋（ノイクル１１がＯＮの状態
は、いわゆる発熱運転を示し、この運転１１５には運’
Ｆｌ’ｊ継続により蓄熱Ｉｆｉ２０の蓄熱材２１に熱（
ｄが順次発熱されでいく。放熱運転は、上段側冷凍９イ
クル１０がＯＮで下段側冷凍１ナイクル１１がＯト１の
状態であり、熱バランス的には、供給熱間と放熱熱ｈ１
とが時間的にバラスンしていればよい。

このため、上段側冷凍サイクル１０ヤ下段側冷凍ナイク
ル１１に時間差や運転パターンの変化を持たせることが
できる。

二元冷凍サイクルの上段側と下段側との周で生ずる時間
差や運転パターンは、蓄熱材２１の蓄熱量ｈ１や各コン
プレッサ１２．１６のコンブレツナ容ａｔを変化ざぜる
ことにより、変えることができる。例えば、上段側冷凍
サイクル１０のコンプレッサ１２の容量を固定して脅え
た場合、下段側冷凍り゛イクル１１のフンブレツリ容Ｊ
ａを大ぎくすれば、下段側冷凍サイクル１１の運転率を
減少させることかできる。また、蓄熱材２１の蓄熱’ｆ
ｌＷ１を大ぎくすれば、下段側冷凍サイクル１１の０Ｎ
１０１：Ｆ運転の周期を長くＪることができ、運転パタ
ーンを自由に設計することができる。

また、第１図に示される二元冷凍サイクルを用いること
により、下段側冷凍サイクル１１の運転ＯＮ／（ＪＦＦ
ｌ数を減少させることができ、その分、省エネルギ化を
図ることができる。さらに、上段側ンク凍サイクル１０
と下段側冷凍サイクル１１との運転を完全に分＋ｍさせ
たり、偏位させることににす、第３図に示すように二元
冷凍サイクル全体の電力入力を時間的に平均化させるこ
とができる。例えば深夜電力を利用して下段側冷凍サイ
クル１１を運転して蓄熱槽２０に熱間を蓄え、蓄えられ
た蓄熱量を利用して号器上段側冷凍サイクル１０を運転
してもよい。その際、上段側冷凍り。

イクル１０のみをインバータ駆動運転としてらよい。

さらに、蓄熱Ｗｊ２０の蓄熱材２１に下段側冷凍サイク
ル１１の運転により予熱あるいは蓄熱さＵてＪ３　＜こ
とにより、上段側冷凍サイクル１０の暖房立十りを改善
することができる。その際、Ｌ目側冷凍サイクル１０は
ＯＮ　／　ＯＦ　Ｆ簡の運転ロスを減少させることがで
きるので、省エネルギ化を図ることができる。

次に、この発明に悼る冷凍ナイクル他の実施例を第４同
に示す。

この実施例に示された冷凍サイクルは、ピー１−ボンＩ
す二元冷凍サイクルであって、この二元冷凍１Ｊイクル
も第１段の、上段側冷凍り゛イクル１０Ａと第２段の下
段側冷凍１）イクル１１△とが蓄熱槽２０内で熱交換可
能に組み立てられる。上段側冷凍サイクルＩＯＡはコン
プレッサ２４、四方弁２５、室内側熱交１！ｉ！！２４
２（３、膨張弁やキ１１ピラリチューブ等の減圧機構２
６２１、上段側熱交換１１２７を順次接続し、閉じた冷
媒循環回路を構成している。

一方、下段側冷凍サイクル１１Ａはコンプレッサ２８、
四方弁２９、下段側熱交換器３０、膨張弁などの減圧機
構３１、下段側蒸発ｉ！ｌｉ等の室外側熱交換！３２を
順次接続して、閉じた冷媒循環回路を構成している。

そして、上段側熱交１９！器２７の熱交換パイプ２７　
ａと下段側熱交換器３０の熱交換パイプ３０ａとは箔熱
槽２０に充填された蓄熱材２１内に熱交換可能に配設さ
れる。このヒートポンプ式二元冷凍１ナイクルに４３い
ては、蓄熱材２１に蓄熱される蓄熱ωを利用して、上段
側冷凍サイクル１０Ａの室内側熱交換器２６にＪ：す、
室内を冷暖房することができる。暖房運転は実線矢印ａ
で、冷ｎ運転は破線矢印すでそれぞれ承り。

第５図はヒートポンプ式二元冷凍サイクルの変形例を示
ずものである。

この変形例に示されたヒートポンプ式二元冷凍サイクル
は下段側冷凍り°イクル１１ＢにＦ段調熱交１榮ｊ芥：
　Ｊ　Ｏをバイパスするバイパス除霜回路Ｌ３５をＷＪ
Ａｊたちのである。このバイパス除霜回路３５にＬＬ除
霜用電磁弁３６が設けられる一方、この電磁弁３６に連
動り゛る電磁弁３７．３８が下段側熱交換器３０の熱交
換パイプ３０　ａの両側に備えられる。ぞれ以外の構成
は第４図に示される冷凍サイクルと実費的に同一である
ので、同じ符号を付し、説明を省略する。

第５図に示されたピー１−ポンプす二元冷凍リイクルを
用いることにより連続］暖房運転を行イ【うことかでさ
゛る。

この連続暖房運転ｔ１．１には、上段側冷凍り゛イクル
１０Ａは四方弁２５が暖房運転にヒラ１−され、室内側
熱交換器２６で放熱されることににす、室内は連続的に
暖房される。

この暖房運転時には、下段側冷凍サイクル１１Ｂも運転
され、蓄熱槽２０の蓄熱４Ａ２１に吐出冷媒の熱δ責が
蓄熱される。このとき、四方弁２９は暖房側にセットさ
れ、両電磁弁３７．３８は聞かれ、除２１１電磁弁３９
はｌｆｆ１じられている。

連続暖ｆｆ！運転の継続により、下段側冷凍サイクル１
１Ｂの室外側熱交換器３２にｆ１霜が生じ、付着した霜
は暖房運転の継続により次第に成長し、熱交換ｇ！Ｉ能
が損われるので、下段側冷凍サイクル１１Ｂは周１？１
的に反転線２Ｉｉされる１、この除霜運転時には下段側
冷凍サイクル１１Ｂの四方弁２９は冷房側に切り換えら
れ、コンプレッサ２８から吐出された高温、高圧冷媒を
一点鎖線Ｃで示すように室外側熱交換器３２に直接導き
、室外側熱交換器３２のフィンに（＝Ｊ着した霜を取り
除く。除霜することにより凝縮された冷媒は、誠１１機
４４３１を通って凝縮された後、バイパス除霜回路３５
に案内され、続いて四方５？　２９を杆゛Ｃ二１ンブレ
ッナ２８に戻される。除霜運転時には、除霜用電ｌａ弁
３′６　ヲＦｆｌ　ｅ、両電磁弁３７．３８８１ＩＪＬ
；ル。イー１６した霜が取り除かれると、四方弁２９は
再び暖房側に切り換えられ、除霜運転が終了する。

この除霜運転ｎ、ｓにも、蓄熱槽２０の蓄熱材２１に貯
えられた蓄熱ら１を利用して上段側冷凍１ナイクル１０
Ａは暖房運転を続けることができるので、運転効率を向
上さＵることができる。

〔発明の効宋〕

以上に述べたように、この発明に係る冷凍サイクルにＪ
３いては、第１段冷凍１ｉイクルの熱交換パイプと第２
段冷凍サイクルの熱交換パイプとを蓄熱材を介して熱交
換可能に配設したから、蓄熱材のｎ熱量を利用すること
により、第２段冷凍サイクルの運転を第２段冷凍サイク
ルの運転り日ら狭口して行なうことができ、運転の自由
度が増加Ｊるとともに、第１段冷凍サイクルに関係なく
第２［９冷凍ψイクルを設計できるので設８１の自由瓜
も増入りる。また、一方、冷凍サイクルの運転を利用し
゛（蓄ｐＡ４４に熱量を蓄えることにＪ：す、上記−１
ｊの冷ｌ（ノイクルの運転０Ｎ１０ＦＦ回数を減少さＵ
（省エネルギ化を図ることがで０″るどとムに、他方の
冷凍り°イクルの運転時の立上りを改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る冷凍ナイクルの一実施例を示す
二元冷凍サイクル図、第２図ｊ３　にび第３図は上記冷
凍サイクルのそれぞれの異なる運転パターンを示ず図、
第４図はこの発明に係る冷凍サイクルの他の実施例を示
すヒートポンプ式二元冷凍サイクル図、第５図は上記ピ
ー１−ポンプ式二元冷凍ナイクルの変形例を示す図、第
６図は従来の二元冷凍ザイクルの一例を示ず図、第７図
は従来の二元冷凍サイクルの運転パターンを示す図であ
る。 １０．１０Ａ・・・上段側（第１段）冷凍サイクル、１
１，１１△、１１Ｂ・・・−ト段側（第２段）冷凍１ナ
イクル、１２，１６．２４．２８・・・コンプレッサ、
１３．１７・・・凝縮器、１４，１８，２６ａ。 ３１・・・減圧機構、１５．１９・・・蒸発器、１５ａ
。 １７ａ、２７ａ、３０ａ・・・熱交換パイプ、２０・・
・蓄熱槽、２１・・・ｎ熱材、２５．２９・・・四方弁
、２６・・・宇内側熱交換本、３２・・・室外側熱交換
器。 代理人弁理１：　　則　　近　　憲　　佑同　　　　　
　　　潟　　　　山　　　　幸　　　人蔓　ｌ　図 苓　２　図 奈３　図 蔓４　図 某　５　図 蔓　６　図 弔　７　国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンプレッサを備えた第１段冷凍サイクルと、コン
   プレッサを備えた第２段冷凍サイクルとを有する冷凍サ
   イクルにおいて、第１段冷凍サイクルの熱交換パイプと
   第２段冷凍サイクルの熱交換パイプとを蓄熱材を介して
   熱交換可能に配設したことを特徴とする冷凍サイクル。 ２、蓄熱材は蓄熱槽内に充填され、この蓄熱槽内に両熱
   交換パイプが熱交換可能に配設された特許請求の範囲第
   １項に記載の冷凍サイクル。 ３、第１段冷凍サイクルの熱交換パイプおよび第２段冷
   凍サイクルの熱交換パイプは、一方が凝縮器用、他方が
   熱蒸発器用にそれぞれ形成された特許請求の範囲第１項
   に記載の冷凍サイクル。