JPWO2015140877A1 - 絞り装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒を用いる冷媒回路を構成する絞り装置16であって、円筒形状の弁体44と、弁座を有し、弁体44が弁軸方向に移動して、弁座に挿入することにより開口面積を変化させる絞り部43とを有し、絞り部43に挿入する弁体44の先端部分を、弁体44の軸方向と直交する方向から0より大きい角度をつけて形成する構造とする。
Description
本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置等の冷凍サイクル装置に用いる絞り装置等に関するものである。
ビル用マルチエアコン等のように、冷媒を循環する冷媒回路を構成して空気調和等を行う冷凍サイクル装置においては、一般的に、不燃性であるR410A、弱い可燃性を有するR32、強い可燃性を示すプロパン等の水素と炭素を含む物質が冷媒として用いられる。これらの物質は、大気中に放出された場合に、大気中で分解されて別の物質に変わるまでの寿命は異なるが、冷凍サイクル装置内においては、安定性が高く、数十年の長い間冷媒として使用することができる。
これに対して、水素と炭素を含む物質の中には、冷凍サイクル装置内においても安定性が悪く、冷媒としては使用し難いものも存在する。これらの安定性が悪い物質としては、たとえば、不均化反応を起こす性質のものがある。不均化とは、同一種類の物質同士が反応して別の物質に変化する性質のことである。たとえば、液状態等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い状態で、冷媒に対して何らかの強いエネルギーが加わると、このエネルギーによって、不均化反応が起き、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化してしまう。不均化反応が起きると、発熱し、急激な温度上昇が起き、そのため圧力が急激に上昇する可能性がある。たとえば、不均化反応を起こす性質の物質を冷凍サイクル装置の冷媒として用い、銅等の配管内に封入していると、配管が内部の冷媒の圧力上昇に耐え切れず、配管が破裂してしまう、等の事故が起きる可能性がある。この不均化反応を起こす性質の物質としては、たとえば、1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)、アセチレン等が知られている。
また、1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)を熱サイクル用作動媒体として用いる熱サイクルシステム(冷凍サイクル装置)が存在している(たとえば、特許文献1)。
特許文献1に記載されている熱サイクルシステム等の冷凍サイクル装置においては、熱サイクル用作動媒体として、1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)を使用することが記載されている。1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)は、不均化反応を起こす性質の物質である。そのまま冷媒として使用すると、液や二相等の隣り合う物質同士の距離が非常に近い液状態の物質が存在する場所で、何らかのエネルギーによって、隣り合う物質同士が反応して、別の物質に変化し、冷媒として機能しなくなるばかりか、急激な圧力上昇により配管破裂等の事故が起こる可能性がある。このため、冷媒として使用するためには、この不均化反応を起こさないように使用しなければならないという課題がある。そこで、この不均化反応を起こさせないための工夫が必要になるが、特許文献1等には、不均化反応を起こさせない装置等を実現する方法については、何ら記述されていない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷媒が外部から受けるエネルギーが低くなるような構造の絞り装置等を得るものである。
本発明に係る絞り装置は、不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒を用いる冷媒回路を構成する絞り装置であって、円筒形状の弁体と、弁座を有し、弁体が弁軸方向に移動して、弁座に挿入することにより開口面積を変化させる絞り部とを有し、絞り部に挿入する弁体の先端部分を、弁体の軸方向と直交する方向から0より大きい角度をつけて形成する構造とするもので、絞り装置に冷媒が流入する時の衝突エネルギーを低減することができ、不均化反応を起こす性質の物質を、安全に冷媒として使用できるものである。
本発明の絞り装置は、流入管の出口形状または向きを工夫して、容器内部で冷媒と容器内壁面とが衝突する際の衝突エネルギーが低くなるようにしたので、1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)等の不均化反応を起こす性質の物質が、不均化反応して冷媒として使用できなくなる、配管破裂等の事故発生等を防ぎ、安全に冷媒として使用することができる絞り装置を得ることができる。
以下、発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面等を参照しながら説明する。ここで、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図における上方を「上側」とし、下方を「下側」として説明する。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1について、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の設置例を示す概略図である。図1に示す冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成して冷媒による冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。ここで、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、空調対象空間(室内空間7)の空気調和を行う空気調和装置を例として説明する。
本発明の実施の形態1について、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の設置例を示す概略図である。図1に示す冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成して冷媒による冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。ここで、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、空調対象空間(室内空間7)の空気調和を行う空気調和装置を例として説明する。
図1においては、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2と、を有している。室外機1と室内機2とは、冷媒を導通する延長配管(冷媒配管)4で接続され、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、室内機2に配送されるようになっている。
室外機1は、通常、ビル等の建物9の外の空間(たとえば、屋上等)である室外空間6に配置され、室内機2に冷熱または温熱を供給するものである。室内機2は、建物9の内部の空間(たとえば、居室等)である室内空間7に温調された空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間7に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。
図1に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置においては、室外機1と各室内機2とが2本の延長配管4を用いて、それぞれ接続されている。
なお、図1においては、室内機2が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではない。天井埋込型や天井吊下式等、室内空間7に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。
図1においては、室外機1が室外空間6に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外機1は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよい。また、排気ダクトで廃熱を建物9の外に排気することができるのであれば建物9の内部に設置してもよい。さらに、水冷式の室外機1を用いて建物9の内部に設置するようにしてもよい。どのような場所に室外機1を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。
また、室外機1及び室内機2の接続台数を図1に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置が設置される建物9に応じて台数を決定すればよい。
図2は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置(以下、冷凍サイクル装置100と称する)の回路構成の一例を示す回路構成図である。図2に基づいて、冷凍サイクル装置100の詳しい構成について説明する。図2に示すように、室外機1と室内機2とが、内部に冷媒が流れる延長配管(冷媒配管)4で接続されている。
[室外機1]
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレータ19とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレータ19とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。
圧縮機10は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第1冷媒流路切替装置11は、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器12は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器(または放熱器)として機能する。そして、第一の熱交換器となる熱源側熱交換器12は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、その冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。熱源側熱交換器12は、室内空間7を冷房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間7を暖房する運転の場合には蒸発器として作用する。アキュムレータ19は、圧縮機10の吸入側に設けられており、運転モード変化等により冷媒回路中で余剰となる冷媒を貯留するものである。
室外機1には、圧縮機10、第1冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレータ19、高圧検出装置37、低圧検出装置38、及び、制御装置60が備えられている。また、圧縮機10は、たとえば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用するか、あるいは、密閉容器内が高圧の冷媒圧雰囲気となり、圧縮室で圧縮された高圧冷媒を密閉容器内に吐出する高圧シェル構造のものを使用する。また、室外機1は、制御装置60を備えており、各種検出装置での検出情報、リモコンからの指示等に基づいて、機器の制御を行う。たとえば、圧縮機10の駆動周波数、送風機の回転数(ON/OFF含む)、第1冷媒流路切替装置11の切り替え等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。ここで、本実施の形態の制御装置60は、たとえばCPU(Central Processing Unit )等の制御演算処理手段を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。また、記憶手段(図示せず)を有しており、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理手段がプログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。
[室内機2]
室内機2には、それぞれ第二の熱交換器となる負荷側熱交換器15が搭載されている。この負荷側熱交換器15は、延長配管4によって室外機1に接続するようになっている。この負荷側熱交換器15は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。負荷側熱交換器15は、室内空間7を暖房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間7を冷房する運転の場合には蒸発器として作用する。
室内機2には、それぞれ第二の熱交換器となる負荷側熱交換器15が搭載されている。この負荷側熱交換器15は、延長配管4によって室外機1に接続するようになっている。この負荷側熱交換器15は、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。負荷側熱交換器15は、室内空間7を暖房する運転の場合には凝縮器として作用する。また、室内空間7を冷房する運転の場合には蒸発器として作用する。
この図2では、4台の室内機2が接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機2a、室内機2b、室内機2c、室内機2dとして図示している。また、室内機2a〜室内機2dに応じて、負荷側熱交換器15も、紙面下側から負荷側熱交換器15a、負荷側熱交換器15b、負荷側熱交換器15c、負荷側熱交換器15dとして図示している。なお、図1と同様に、室内機2の接続台数を図2に示す4台に限定するものではない。
冷凍サイクル装置100が実行する各運転モードについて説明する。この冷凍サイクル装置100は、各室内機2からの指示に基づいて、室外機1の運転モードを冷房運転モードか暖房運転モードかのいずれかに決定する。すなわち、冷凍サイクル装置100は、室内機2の全部で同一運転(冷房運転か暖房運転)をすることができ、室内の温度調節を行う。なお、冷房運転モード、暖房運転モードのいずれにおいても、各室内機2の運転/停止は自由に行うことができる。
冷凍サイクル装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2の全てが冷房運転(停止も含む)を実行する冷房運転モード、及び、駆動している室内機2の全てが暖房運転(停止も含む)を実行する暖房運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。
[冷房運転モード]
図3は、冷凍サイクル装置100の吐出温度が低い場合の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図3では、全部の負荷側熱交換器15において冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モードについて説明する。なお、図3では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図3は、冷凍サイクル装置100の吐出温度が低い場合の冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図3では、全部の負荷側熱交換器15において冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モードについて説明する。なお、図3では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図3に示す冷房運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となり、室外機1から流出する。
室外機1を流出した高圧の液冷媒は、延長配管4を通って、室内機2(2a〜2d)のそれぞれに流入する。室内機2(2a〜2d)に流入した高圧の液冷媒は、絞り装置16(16a〜16d)に流入して、絞り装置16(16a〜16d)で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となる。さらに、蒸発器として作用する負荷側熱交換器15(15a〜15d)のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器15の周囲を流通する空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。そして、低温低圧のガス冷媒は、室内機2(2a〜2d)から流出し、延長配管4を通って再び室外機1へ流入し、第1冷媒流路切替装置11を通り、アキュムレータ19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、絞り装置16a〜16dの開度(開口面積)は、負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28の検出温度と、室外機1の制御装置60から各室内機2の制御装置(図示せず)に通信で送信された蒸発温度と、の温度差(過熱度)が目標値に近づくように制御される。
なお、冷房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器15(サーモオフを含む)へは冷媒を流す必要がないため、運転を停止させる。このとき、停止している室内機2に対応する絞り装置16は、全閉または冷媒が流れない小さい開度としておく。
[暖房運転モード]
図4は、冷凍サイクル装置100の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図4では、全部の負荷側熱交換器15において温熱負荷が発生している場合を例に暖房運転モードについて説明する。なお、図4では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図4は、冷凍サイクル装置100の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図4では、全部の負荷側熱交換器15において温熱負荷が発生している場合を例に暖房運転モードについて説明する。なお、図4では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図4に示す暖房運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器12を経由させずに室内機2へ流入させるように切り替える。低温低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出され、第1冷媒流路切替装置11を通り、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温高圧のガス冷媒は、延長配管4を通って室内機2(2a〜2d)のそれぞれに流入する。室内機2(2a〜2d)に流入した高温高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器15(15a〜15d)のそれぞれに流入し、負荷側熱交換器15(15a〜15d)の周囲を流通する空気に放熱しながら凝縮液化し、高温高圧の液冷媒となる。負荷側熱交換器15(15a〜15d)から流出した高温高圧の液冷媒は、絞り装置16(16a〜16d)に流入し、絞り装置16(16a〜16d)で絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となり、室内機2(2a〜2d)から流出する。室内機2から流出した低温低圧の二相冷媒は、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。
このとき、絞り装置16a〜16dの開度(開口面積)は、室外機1の制御装置60から各室内機2の制御装置(図示せず)に通信で送信された凝縮温度と、負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置27の検出温度と、の温度差(過冷却度)が目標値に近づくように制御される。
室外機1に流入した低温低圧の二相冷媒は、熱源側熱交換器12に流入し、熱源側熱交換器12の周囲に流れる空気から吸熱し、蒸発して低温低圧のガス冷媒または低温低圧の乾き度の大きい二相冷媒となる。低温低圧のガス冷媒または二相冷媒は、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して、再び圧縮機10に吸入される。
暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない負荷側熱交換器15(サーモオフを含む)へは冷媒を流す必要がない。しかし、暖房運転モードにおいて、暖房負荷のない負荷側熱交換器15と対応する絞り装置16を全閉または冷媒が流れない小さい開度とすると、運転していない負荷側熱交換器15の内部で冷媒が周囲空気によって冷やされて凝縮し、冷媒が溜まり込んでしまい、冷媒回路全体として冷媒不足に陥ってしまう可能性がある。そこで、暖房運転時においては、熱負荷のない負荷側熱交換器15と対応する絞り装置16の開度(開口面積)は全開等の大きい開度にし、冷媒の溜まり込みを防止する。
また、第1冷媒流路切替装置11は、四方弁を用いるのが一般的であるが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
また、ここでは、冷媒回路中に余剰冷媒を貯留するアキュムレータ19を備える場合について説明をしたが、延長配管4が短い場合、室内機2の台数が1台である場合等のように、余剰冷媒が少ない場合は、アキュムレータ19を備えていなくてもよい。
以上、説明した通り、本実施の形態の冷凍サイクル装置100では、絞り装置16(16a〜16d)には、高圧の液冷媒が流入し、低温低圧の二相冷媒が流出する。しかし、たとえば、冷媒回路中に充填した冷媒量が少ない場合等は、凝縮器を流出した冷媒が二相状態となっている場合もある。また、室内機2を複数備えるマルチ型の空気調和装置等においては、延長配管4が長い場合が多く、この場合、冷房運転においては、延長配管4での圧力損失のため、冷媒が二相化してしまっている場合もある。このような場合は、絞り装置16には、気体と液体の混合状態である二相状態の冷媒が流入する。
[冷媒の種類]
冷凍サイクル装置100で使用する冷媒として、R32、R410A等のように、通常、冷媒として使用されている物質を使用する場合は、冷媒回路内での冷媒の安定性を改善するための工夫を施すことなく、このまま普通に使用すればよい。しかし、本実施の形態では、冷媒として、C2H1F3で表され分子構造中に二重結合を1つ有する1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)等のような不均化反応を起こす性質の物質、または、不均化反応を起こす性質の物質と別の物質とを混合した混合冷媒を用いるものとする。混合冷媒を生成させるために、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質としては、たとえば、C3H2F4で表されるテトラフルオロプロペン(CF3CF=CH2で表される2,3,3,3−テトラフルオロプロペンであるHFO−1234yf、CF3CH=CHFで表される1,3,3,3−テトラフルオロ−1−プロペンであるHFO−1234ze等)や化学式がCH2F2で表されるジフルオロメタン(HFC−32)等が用いられる。ただ、これらに限るものではなく、HC−290(プロパン)等を混合させてもよく、冷凍サイクル装置の冷媒として使用できる熱性能を有する物質であれば、どのようなものを用いてもよく、どのような混合比としてもよい。
冷凍サイクル装置100で使用する冷媒として、R32、R410A等のように、通常、冷媒として使用されている物質を使用する場合は、冷媒回路内での冷媒の安定性を改善するための工夫を施すことなく、このまま普通に使用すればよい。しかし、本実施の形態では、冷媒として、C2H1F3で表され分子構造中に二重結合を1つ有する1,1,2−トリフルオロエチレン(HFO−1123)等のような不均化反応を起こす性質の物質、または、不均化反応を起こす性質の物質と別の物質とを混合した混合冷媒を用いるものとする。混合冷媒を生成させるために、不均化反応を起こす性質の物質に混合させる物質としては、たとえば、C3H2F4で表されるテトラフルオロプロペン(CF3CF=CH2で表される2,3,3,3−テトラフルオロプロペンであるHFO−1234yf、CF3CH=CHFで表される1,3,3,3−テトラフルオロ−1−プロペンであるHFO−1234ze等)や化学式がCH2F2で表されるジフルオロメタン(HFC−32)等が用いられる。ただ、これらに限るものではなく、HC−290(プロパン)等を混合させてもよく、冷凍サイクル装置の冷媒として使用できる熱性能を有する物質であれば、どのようなものを用いてもよく、どのような混合比としてもよい。
ここで、不均化反応を起こす性質の物質は、液状態、二相状態等のように、隣り合う物質同士の距離が非常に近い状態において、何らかの強いエネルギーが加わると、隣り合う物質同士が反応して別の物質に変化する可能性がある。このため、冷媒回路において何の対策も行わずに不均化反応を起こす性質の物質を冷媒として使用すると、別の物質となって冷媒として機能しなくなるばかりか、発熱による急激な圧力上昇のため配管破裂等の事故が起こる可能性がある。そこで、不均化反応を起こす性質の物質を冷媒として使用するために、冷媒回路において、液体の状態または気体と液体との混合状態である二相状態となる場所において、不均化反応を起こさないような工夫が必要となる。ここで、冷媒と構造物とが衝突したときのエネルギーも、物質が不均化反応を起こす要因になる。そこで、冷媒回路の構成部品を、冷媒に与える衝突エネルギーを低減するような構造にすることで、不均化反応が起き難くなるようにする。
[絞り装置16(16a〜16d)]
図5は、本発明の実施の形態1に係る絞り装置16(16a〜16d)の構成の概略図である。図5において、絞り装置16は、第1接続管41、第2接続管42、絞り部43、弁体44、及び、モーター45から構成されている。図5において、実線矢印は暖房運転時に冷媒が流れる向きを示しており、破線矢印は冷房運転時に冷媒が流れる向きを示している。
図5は、本発明の実施の形態1に係る絞り装置16(16a〜16d)の構成の概略図である。図5において、絞り装置16は、第1接続管41、第2接続管42、絞り部43、弁体44、及び、モーター45から構成されている。図5において、実線矢印は暖房運転時に冷媒が流れる向きを示しており、破線矢印は冷房運転時に冷媒が流れる向きを示している。
第1接続管41は、延長配管4側の配管と接続している。熱源側熱交換器12が蒸発器として作用し、負荷側熱交換器15が凝縮器として作用する場合には冷媒流入側の配管となる。熱源側熱交換器12が凝縮器として作用し、負荷側熱交換器15が蒸発器として作用する場合には冷媒流出側の配管となる。また、第2接続管42は負荷側熱交換器15側の配管と接続している。熱源側熱交換器12が蒸発器として作用し、負荷側熱交換器15が凝縮器として作用する場合には冷媒流出側の配管となる。熱源側熱交換器12が凝縮器として作用し、負荷側熱交換器15が蒸発器として作用する場合には冷媒流入側の配管となる。ここで、図5に示すように、第1接続管41と第2接続管42とは、絞り部43を間に挟んで直交する方向に配置されている。
弁座を有する絞り部43は、第1接続管41と第2接続管42との間に配置され、弁座の開口部分に弁体44が挿入される度合いにより、通過する冷媒の流れを調整し、冷媒を減圧する。弁体44は、移動可能とし、絞り部43とともに絞り装置16を通過する冷媒流量及び冷媒圧力(絞り量)を制御する。制御については、弁体44が移動して、弁体44と絞り部43との距離(位置関係)を変化することにより、絞り部43と弁体44との間の隙間の面積(開口面積)を変化させて冷媒流量及び冷媒圧力を変化させて制御する。モーター45は、制御装置60からの指示に基づいて弁体44を移動させて、絞り部43と弁体44との距離を調整する。モーター45は、たとえばステッピングモーター等で構成される。
前述したように、負荷側熱交換器15が蒸発器として作用する冷房運転時には、室外機1を流出し、室内機2に流入した高圧の液冷媒が、第2接続管42から流入する。絞り部43において、弁体44によって絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となって、第1接続管41から流出し、負荷側熱交換器15(15a〜15d)に流入する。この際、モーター45によって弁体44の位置(図5の上下方向における位置)が制御され、絞り部43と弁体44との間の冷媒が通過する開口面積が変化させられ、冷媒の絞り量が制御される。ここで、弁体44はたとえば円筒(円柱)状をしている。円筒状だと、回転しながら弁体44の軸方向に移動しても断面積が変わらないため、絞り装置16の弁体44として使用しやすい。そして、第1接続管41から流入する冷媒の流れ方向と第2接続管42から流出する冷媒の流れ方向とは、ほぼ直交する方向になっている。冷房運転時においては、第2接続管42から流入する冷媒は円筒状の弁体44に対して縦方向(弁軸方向)に衝突する。円筒状の構造物は、軸方向に冷媒が流れると、軸端の円の部分に冷媒が衝突する。冷媒と弁体44の軸端の円の部分(円筒側面と底面との境界(縁)の部分)との衝突においては、大きな衝突エネルギーが発生する。このため、冷媒中の不均化反応を起こす性質の物質にとっては、不均化反応を起こさせる要因となる可能性がある。
一方、前述したように、負荷側熱交換器15が凝縮器として作用する暖房運転時には、負荷側熱交換器15(15a〜15d)を流出した高圧の液冷媒が、第1接続管41から流入する。絞り部43において、弁体44によって絞られて、減圧され、低温低圧の二相冷媒となって、第2接続管42を介して絞り装置16から流出し、また、室内機2から流出する。このとき、第1接続管41から流入する冷媒の流れ方向と第2接続管42から流出する冷媒の流れ方向とは、ほぼ直交する方向になっている。暖房運転時には、冷媒は円筒状の弁体44に対して横向き(円周方向)に衝突する。円筒状の構造物に、横向き(円周方向)に冷媒が流れる場合は、冷媒に乱れ成分をあまり発生させることがないことはよく知られており、冷媒の不均化反応を起こさせることもない。
そこで、弁体44の先端部分(弁体44において流路側の方の円柱底面部分)を、図5に示すように、第2接続管42から流入する冷媒の流れ方向(図5の縦(上下)方向、軸方向)と直交する方向(図5の横(左右)方向、円周方向)に対し、0(ゼロ)よりも大きい角度θの傾きを持つ構造(たとえば円錐状の構造等)とする。弁体44をこのような構造とすると、弁体44は、冷媒の流れ方向に対して、0(ゼロ)よりも大きい角度θの傾きがあるため、その分、冷媒と弁体44との衝突エネルギーが小さくなり、不均化反応が起き難くなる。
ここで、弁体44と冷媒との衝突エネルギーは、式(1)で求められる。
このうち、冷媒の速度変化は、弁体44の先端部分における角度θに依存し、式(2)で表される。
すなわち、冷媒と弁体44との衝突エネルギーは式(2)に比例し、衝突エネルギーの低減率は、θが0(ゼロ)のときの式(2)の計算結果である1との差によって得られる。よって、弁体44を、軸方向に直交する方向(円周方向)に対する角度θが、0(ゼロ)よりも大きい値を持つ構造にすると、冷媒との衝突エネルギーが小さくなるので不均化反応が起き難くなる。また、冷媒の不均化反応を起こさせないために、どの程度の衝突エネルギーの低減が必要かは、冷媒の状態(圧力や温度)、冷媒の速度等によっても異なるが、従来の絞り装置と比較して衝突エネルギーを5%以上低減させることができれば効果が大きい。5%の衝突エネルギーの低減効果が得られるのは、式(2)の計算結果が0.95のときである。このとき、θは約18度となる。よって、弁体44の軸方向に直交する方向(円周方向)に対する角度θを18度以上、すなわち、円錐の開き角度が144度以下となるような弁体44にすると、衝突エネルギーの低減効果が大きくなる。角度θの上限については、絞り部43との間で、冷媒の開口面積を有効に変化させることができる円錐の開き角度を確保することができれば、特に定めるものではない(角度θが大きすぎると、絞り装置としての機能が果たせなくなる)。
図6は本発明の実施の形態1に係る絞り装置16(16a〜16d)の構成の別例の概略図である。ここで、絞り装置16(16a〜16d)の弁体44の先端の構造は、円錐状に限るものではなく、多面体構造でもよい。たとえば、弁体44の先端は、その多くの部分が、第2接続管42から流入する冷媒の流れ方向と直交する方向(円周方向)に対し、0(ゼロ)よりも大きい角度θの傾きを持つ構造であればよい。図6のように、一部の部分が流れに対し、直交する円板状となる形状(円錐台)等であってもよい。この場合、第2接続管42から流入する冷媒の流れ方向と直交する方向(円周方向)に対し、0(ゼロ)よりも大きい角度θの傾きを持つ構造をしている部分が、弁体44の円周方向断面積に対して50%以上を占めていればよい。
また、絞り装置16のモーター45としては、前述したようにステッピングモーター等が使われるが、それに限るものではない。モーター45として、ステッピングモーターを使用する場合は、弁体44は、回転しながら上下動をし、開口面積を変化させる。回転しながら上下動をする場合は、弁体44の軸端の構造は、円錐状にしておくと、回転に伴う形状変化がなく、開口面積の制御がしやすい。また、モーター45で直接弁体44を駆動する直動式の絞り装置と、モーター45と弁体44との間にギアを介在させているギア式の絞り装置とが存在するが、どちらに対しても適用でき、同様の効果を奏する。
また、ここでは、冷媒が、暖房運転時には絞り装置16の第1接続管41から流入して第2接続管42から流出し、冷房運転時には絞り装置16の第2接続管42から流入して第1接続管41から流出する場合について説明をした。当然、冷房運転時と暖房運転時の冷媒の流れる方向が逆方向であっても、絞り装置16としての機能が損なわれるわけではなく、どちら向きに流れるように構成しても構わない。いずれの場合においても、冷媒が絞り装置16に流入する流れ方向が冷房運転時と暖房運転時とで逆向きに流れるものであれば、冷房運転時か暖房運転時のいずれかの場合に、冷媒が第2接続管42から絞り装置16に流入するため、同様の効果を奏する。
また、先に説明した通り、絞り装置16には、高圧の液冷媒ではなく、高圧の二相冷媒が流入する場合もあるが、二相冷媒は気体状と液体状の冷媒が混合した冷媒である。二相冷媒中の液冷媒についても不均化反応を起こさせないようにする必要があるため、同様の構造にすると効果がある。
また、第1接続管41と第2接続管42とが、直交する方向であり、冷房運転と暖房運転とで、流れる方向が逆転する場合を例に説明をしたが、これに限るものではない。本冷凍サイクル装置の運転状態のうち、第2接続管42から冷媒が流入し、弁体44の軸方向から冷媒が流入する運転状態が存在しさえすればよく、ずっと、第2接続管42が流入管として機能していてもよい。また、弁体44の周囲を通過した後、弁体44の軸方向と直交する方向ではない方向に、冷媒の流路が構成されていてもよい。当然、弁体44の周囲を通過した後、一旦、弁体44の軸方向と直交する方向に、冷媒の流路が向けられ、その後、更に流路が変えられて、第1接続管41が、第2接続管42と平行する方向に向いていてもよい。
[延長配管4]
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と室内機2とを接続する延長配管4には冷媒が流れている。
以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と室内機2とを接続する延長配管4には冷媒が流れている。
なお、高圧検出装置37,低圧検出装置38は、冷凍サイクル高圧と低圧を目標値に制御するために設置されているが、飽和温度を検出する温度検出装置でもよい。
また、第1冷媒流路切替装置11は四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
また、一般的に、熱源側熱交換器12及び負荷側熱交換器15a〜15dには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば負荷側熱交換器15a〜15dとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、熱源側熱交換器12としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができる。放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんな熱交換器でも用いることができる。
また、ここでは、負荷側熱交換器15a〜15dが4つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。更に、室外機1が複数接続され、1つの冷凍サイクルを構成していてもよい。
また、室内機2が冷房運転か暖房運転のいずれかの運転のみを行う冷房暖房切替型の冷凍サイクル装置100を例に説明を行ったが、これに限定するものではない。たとえば、室内機2が冷房運転と暖房運転のいずれかの運転を任意に選択でき、システム全体として、冷房運転を行う室内機2と暖房運転を行う室内機2との混在運転を行うことができる冷凍サイクル装置にも適用することができ、同様の効果を奏する。
また、室内機2が1つだけ接続できるルームエアコン等の空気調和装置、ショーケースやユニットクーラを接続する冷凍装置等にも適用することができ、冷凍サイクルを使用する冷凍サイクル装置であれば、同様の効果を奏する。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2について、図面に基づいて説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。図7に示す冷凍サイクル装置100は、室外機1と熱媒体変換機3とが、熱媒体変換機3に備えられている負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bを介して冷媒が内部を流れる延長配管4で接続されている。また、熱媒体変換機3と室内機2とも、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bを介して水やブライン等の熱媒体が内部を流れる配管5で接続されている。
本発明の実施の形態2について、図面に基づいて説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の回路図である。図7に示す冷凍サイクル装置100は、室外機1と熱媒体変換機3とが、熱媒体変換機3に備えられている負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bを介して冷媒が内部を流れる延長配管4で接続されている。また、熱媒体変換機3と室内機2とも、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bを介して水やブライン等の熱媒体が内部を流れる配管5で接続されている。
この冷凍サイクル装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード及び駆動している室内機2の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モードがある。また、冷房負荷の方が大きい場合に実行する冷房主体運転モード、及び、暖房負荷の方が大きい場合に実行する暖房主体運転モードがある。
[全冷房運転モード]
全冷房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して、熱源側熱交換器12へ流入し、周囲の空気に放熱して凝縮液化し、高圧液冷媒となり、逆止弁13aを通って室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、開閉装置17aを通り、絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱し、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
全冷房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して、熱源側熱交換器12へ流入し、周囲の空気に放熱して凝縮液化し、高圧液冷媒となり、逆止弁13aを通って室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、開閉装置17aを通り、絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱し、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
熱媒体循環回路Bにおいては、熱媒体は、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bの双方で冷媒により冷却される。冷却された熱媒体は、ポンプ21a及びポンプ21bによって配管5内を流動する。第2熱媒体流路切替装置23a〜23dを介して、利用側熱交換器26a〜26dに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて室内空間7の冷房を行う。利用側熱交換器26a〜26dから流出した冷媒は、熱媒体流量調整装置25a〜25dに流入し、第1熱媒体流路切替装置22a〜22dを通って、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bへ流入して冷却され、再びポンプ21a及びポンプ21bへ吸い込まれる。なお、熱負荷のない利用側熱交換器26a〜26dに対応する熱媒体流量調整装置25a〜25dは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器26a〜26dに対応する熱媒体流量調整装置25a〜25dは開度を調整し、利用側熱交換器26a〜26dでの熱負荷を調節する。
[全暖房運転モード]
全暖房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して第1接続配管4a、逆止弁13bを通り、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となり、開閉装置17bを通って、熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管4b及び逆止弁13cを通り、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の動作は、全冷房運転モードの場合と同じである。全暖房運転モードでは、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bにおいて、熱媒体が冷媒によって加熱され、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気に放熱して、室内空間7の暖房を行う。
全暖房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して第1接続配管4a、逆止弁13bを通り、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となり、開閉装置17bを通って、熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管4b及び逆止弁13cを通り、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の動作は、全冷房運転モードの場合と同じである。全暖房運転モードでは、負荷側熱交換器15a及び負荷側熱交換器15bにおいて、熱媒体が冷媒によって加熱され、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気に放熱して、室内空間7の暖房を行う。
[冷房主体運転モード]
冷房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気に放熱して凝縮し、二相冷媒となり、逆止弁13aを通って、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器15bに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器15aに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱して低圧のガス冷媒となり、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
冷房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気に放熱して凝縮し、二相冷媒となり、逆止弁13aを通って、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器15bに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器15aに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱して低圧のガス冷媒となり、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
熱媒体循環回路Bにおいては、負荷側熱交換器15bで冷媒の温熱が熱媒体に伝えられる。そして、暖められた熱媒体はポンプ21bによって配管5内を流動する。第1熱媒体流路切替装置22a〜22d及び第2熱媒体流路切替装置23a〜23dを操作して暖房要求のある利用側熱交換器26a〜26dに流入した熱媒体は、室内空気に放熱する。室内空気は加熱されて室内空間7の暖房を行う。一方、負荷側熱交換器15aで冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられる。そして、冷やされた熱媒体はポンプ21aによって配管5内を流動する。第1熱媒体流路切替装置22a〜22d及び第2熱媒体流路切替装置23a〜23dを操作して冷房要求のある利用側熱交換器26a〜26dに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて室内空間7の冷房を行う。なお、熱負荷のない利用側熱交換器26a〜26dに対応する熱媒体流量調整装置25a〜25dは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器26a〜26dに対応する熱媒体流量調整装置25a〜25dは開度を調整し、利用側熱交換器26a〜26dでの熱負荷を調節する。
[暖房主体運転モード]
暖房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して、第1接続配管4a及び逆止弁13bを通って、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器15bに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器15aに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱し、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管4b及び逆止弁13cを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の動作、第1熱媒体流路切替装置22a〜22d、第2熱媒体流路切替装置23a〜23d、熱媒体流量調整装置25a〜25d、及び、利用側熱交換器26a〜26d、の動作は冷房主体運転モードと同一である。
暖房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して、第1接続配管4a及び逆止弁13bを通って、室外機1から流出する。そして、延長配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器15bに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、絞り装置16bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器15aに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱し、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出する。そして、延長配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管4b及び逆止弁13cを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11及びアキュムレータ19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の動作、第1熱媒体流路切替装置22a〜22d、第2熱媒体流路切替装置23a〜23d、熱媒体流量調整装置25a〜25d、及び、利用側熱交換器26a〜26d、の動作は冷房主体運転モードと同一である。
[冷媒の種類及び絞り装置16(16a、16b)]
冷媒の種類及び絞り装置16(16a、16b)に関しては、実施の形態1で説明した構成と同様のものを適用して構成することができる。そして、本実施の形態の冷凍サイクル装置100においても同様の効果を奏する。
冷媒の種類及び絞り装置16(16a、16b)に関しては、実施の形態1で説明した構成と同様のものを適用して構成することができる。そして、本実施の形態の冷凍サイクル装置100においても同様の効果を奏する。
[延長配管4及び配管5]
本実施の形態における各運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する延長配管4には冷媒が流れ、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
本実施の形態における各運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する延長配管4には冷媒が流れ、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
利用側熱交換器26にて暖房負荷と冷房負荷とが混在して発生している場合は、暖房運転を行っている利用側熱交換器26に対応する第1熱媒体流路切替装置22及び第2熱媒体流路切替装置23を加熱用の負荷側熱交換器15bに接続される流路へ切り替える。また、冷房運転を行っている利用側熱交換器26に対応する第1熱媒体流路切替装置22及び第2熱媒体流路切替装置23を冷却用の負荷側熱交換器15aに接続される流路へ切り替える。このため、各室内機2にて、暖房運転、冷房運転を自由に行うことができる。
なお、第1熱媒体流路切替装置22及び第2熱媒体流路切替装置23は、三方弁等の三方流路を切り替えられるもの、開閉弁等の二方流路の開閉を行うものを2つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであればよい。また、ステッピングモーター駆動式の混合弁等の三方流路の流量を変化させられるもの、電子式膨張弁等の2方流路の流量を変化させられるものを2つ組み合わせる等して第1熱媒体流路切替装置22及び第2熱媒体流路切替装置23として用いてもよい。さらに、熱媒体流量調整装置25は、二方弁以外でも、三方流路を持つ制御弁とし利用側熱交換器26をバイパスするバイパス管と共に設置するようにしてもよい。また、熱媒体流量調整装置25は、ステッピングモーター駆動式で流路を流れる流量を制御できるものを使用するとよく、二方弁でも三方弁の一端を閉止したものでもよい。また、熱媒体流量調整装置25として、開閉弁等の二方流路の開閉を行うものを用い、ON/OFFを繰り返して平均的な流量を制御するようにしてもよい。
また、第1冷媒流路切替装置11及び第2冷媒流路切替装置18は四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
また、利用側熱交換器26と熱媒体流量調整装置25とが1つしか接続されていない場合でも同様のことが成り立つのは言うまでもなく、更に負荷側熱交換器15及び絞り装置16として、同じ動きをするものが複数個設置されていても、当然問題ない。さらに、熱媒体流量調整装置25は、熱媒体変換機3に内蔵されている場合を例に説明したが、これに限るものではなく、室内機2に内蔵されていてもよく、熱媒体変換機3と室内機2とは別体に構成されていてもよい。
熱媒体としては、たとえばブライン(不凍液)や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、冷凍サイクル装置100においては、熱媒体が室内機2を介して室内空間7に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。
また、一般的に、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器26a〜26dには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば利用側熱交換器26a〜26dとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができる。また、熱源側熱交換器12としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができる。放熱あるいは吸熱できる構造のものであればどんなものでも用いることができる。
また、ここでは、利用側熱交換器26a〜26dが4つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。更に、室外機1が複数接続され、1つの冷凍サイクルを構成していてもよい。
また、負荷側熱交換器15a、15bが2つである場合を例に説明を行ったが、当然、これに限るものではなく、熱媒体を冷却または/及び加熱できるように構成すれば、幾つ設置してもよい。
また、ポンプ21a及び21bはそれぞれ一つとは限らず、複数の小容量のポンプを並列に並べてもよい。
また、圧縮機10、四方弁(第1冷媒流路切替装置)11、熱源側熱交換器12を室外機1に収容し、空調対象空間の空気と冷媒とを熱交換させる利用側熱交換器26を室内機2に収容し、負荷側熱交換器15及び絞り装置16を熱媒体変換機3に収容し、室外機1と熱媒体変換機3との間を延長配管4で接続して冷媒を循環させ、室内機2と熱媒体変換機3との間をそれぞれ2本一組の配管5で接続して熱媒体を循環させ、負荷側熱交換器15で冷媒と熱媒体とを熱交換させるシステムについて、冷房運転を行う室内機2と暖房運転を行う室内機2との混在運転が可能なシステムを例に説明を行ったが、これに限るものではない。たとえば、実施の形態1で説明した室外機1と熱媒体変換機3とを組み合わせて、室内機2で冷房運転または暖房運転のみを行うシステムにも適用することができ、同様の効果を奏する。
実施の形態3.
前述した実施の形態1及び実施の形態2では、主となる冷媒回路を構成し、多量の冷媒が通過する絞り装置16について、不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒の衝突エネルギーを抑制するための装置構成について説明した。しかしながら、説明した装置構成は、主冷媒回路上の絞り装置16だけでない。たとえば、冷凍サイクル装置が有するバイパス回路上に設置された絞り装置にも適用することができる。
前述した実施の形態1及び実施の形態2では、主となる冷媒回路を構成し、多量の冷媒が通過する絞り装置16について、不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒の衝突エネルギーを抑制するための装置構成について説明した。しかしながら、説明した装置構成は、主冷媒回路上の絞り装置16だけでない。たとえば、冷凍サイクル装置が有するバイパス回路上に設置された絞り装置にも適用することができる。
1 熱源機(室外機)、2a、2b、2c、2d 室内機、3 熱媒体変換機、4 延長配管(冷媒配管)、4a 第1接続配管、4b 第2接続配管、5 配管(熱媒体配管)、6 室外空間、7 室内空間、8 天井裏等の室外空間及び室内空間とは別の空間、9 ビル等の建物、10 圧縮機、11 第1冷媒流路切替装置(四方弁)、12 熱源側熱交換器、13a、13b、13c、13d 逆止弁、15、15a、15b、15c、15d 負荷側熱交換器、16a、16b、16c、16d 絞り装置、17a、17b 開閉装置、18、18a、18b 第2冷媒流路切替装置、19 アキュムレータ、21a、21b ポンプ、22、22a、22b、22c、22d 第1熱媒体流路切替装置、23、23a、23b、23c、23d 第2熱媒体流路切替装置、25、25a、25b、25c、25d 熱媒体流量調整装置、26、26a、26b、26c、26d 利用側熱交換器、27 負荷側熱交換器液冷媒温度検出装置、28 負荷側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、37 高圧検出装置、38 低圧検出装置、41 第1接続管、42 第2接続管、43 絞り部、44 弁体、45 モーター、60 制御装置、100 冷凍サイクル装置、A 冷媒循環回路、B 熱媒体循環回路。
本発明に係る絞り装置は、HFO−1123を含む混合冷媒を用いる冷媒回路を構成する絞り装置であって、円筒形状の弁体と、弁座を有し、弁体が弁軸方向に移動して、弁座に挿入することにより開口面積を変化させる絞り部とを有し、絞り部に挿入する弁体の先端部分を、弁体の軸方向と直交する方向から0より大きい角度をつけて形成する構造とするもので、絞り装置に冷媒が流入する時の衝突エネルギーを低減することができ、不均化反応を起こす性質の物質を、安全に冷媒として使用できるものである。
Claims (14)
- 不均化反応を起こす性質の物質を含む冷媒を用いる冷媒回路を構成する絞り装置であって、
円筒形状の弁体と、
弁座を有し、前記弁体が弁軸方向に移動して、前記弁座に挿入することにより開口面積を変化させる絞り部とを有し、
前記絞り部に挿入する前記弁体の先端部分を、前記弁体の軸方向と直交する方向から0より大きい角度をつけて形成する構造とする絞り装置。 - 前記弁体の前記先端部分が、円錐状または多面体形状である請求項1に記載の絞り装置。
- 前記弁体が回転しながら移動し、前記開口面積を変化させる請求項1または請求項2に記載の絞り装置。
- 前記角度は18度以上である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の絞り装置。
- 前記角度をθとすると、cos(θ)が0.95以下を満たす角度である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の絞り装置。
- 前記冷媒として、1,1,2−トリフルオロエチレンまたは1,1,2−トリフルオロエチレンを含む混合冷媒を使用する請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の絞り装置。
- 圧縮機、第一の熱交換器、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の絞り装置及び第二の熱交換器を冷媒配管で接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置。
- 前記絞り装置に、液状態の冷媒または二相状態の冷媒を流入させる請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第二の熱交換器が凝縮器として作用する場合と蒸発器として作用する場合とで、前記絞り装置を通過する冷媒の流れる方向が反転するように前記冷媒回路を構成する請求項7または請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記絞り装置は、冷媒が流入する方向と流出する方向とがほぼ直交する構造であり、前記第二の熱交換器が凝縮器として作用する場合と蒸発器として作用する場合のいずれかにおいて、前記冷媒を前記弁体の軸方向から流入させる請求項9に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記絞り装置は、冷媒が流入する方向と流出する方向とがほぼ直交する構造であり、前記第二の熱交換器を蒸発器として作用させる場合には前記弁体の軸方向に沿って前記冷媒を流入させ、前記第二の熱交換器を凝縮器として作用させる場合には前記弁体の軸方向と直交する方向に沿って前記冷媒を流入させる請求項9に記載の冷凍サイクル装置。
- 対象空間の空気調和を行う複数台の室内機と、
1台または複数台の熱源側ユニットとを備える請求項7〜請求項11のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記絞り装置と前記第二の熱交換器とを室内機に収容し、前記第二の熱交換器を凝縮器として作用させる場合には前記冷媒を前記弁体の軸方向と直交する方向から流入させる請求項7〜請求項12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記絞り装置と前記第二の熱交換器とを、室外機と室内機とは別体で離れた位置に設置可能な中継器に収容する請求項7〜請求項12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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