JPWO2016185689A1 - Air conditioning and hot water supply system - Google Patents
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Abstract
本発明に係る空調給湯システムは、給湯用圧縮機と給湯用熱交換器とカスケード熱交換器とを備えた第1冷凍サイクルと、空調用圧縮機と室外熱交換器と室内熱交換器とカスケード熱交換器とを備えた第2冷凍サイクルと、を備えている。第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である。これにより、圧縮機の耐久性を損なうことなく、第2冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。An air conditioning and hot water supply system according to the present invention includes a first refrigeration cycle including a hot water supply compressor, a hot water supply heat exchanger, and a cascade heat exchanger, an air conditioning compressor, an outdoor heat exchanger, an indoor heat exchanger, and a cascade. And a second refrigeration cycle including a heat exchanger. The amount of hot water supply refrigerant enclosed in the first refrigeration cycle is such that the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed with the air conditioning refrigerant is equal to or lower than the upper limit pressure of the air conditioning compressor. . Thereby, the reliability of a 2nd freezing cycle can be improved, without impairing the durability of a compressor.
Description
本発明は、空調用冷媒が循環する冷凍サイクルと、給湯用冷媒が循環する冷凍サイクルとを備え、カスケード熱交換器を介して空調用冷媒と給湯用冷媒との間で熱交換を行う空調給湯システムに関する。 The present invention includes an air conditioning hot water supply that includes a refrigeration cycle in which an air conditioning refrigerant circulates and a refrigeration cycle in which a hot water supply refrigerant circulates, and performs heat exchange between the air conditioning refrigerant and the hot water supply refrigerant via a cascade heat exchanger. About the system.
従来から、冷房、暖房、給湯に必要な温冷熱を同時に供給できる空調給湯システムが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, air conditioning and hot water supply systems that can simultaneously supply hot and cold heat necessary for cooling, heating, and hot water supply are known.
このような空調給湯システムにおいては、空調用冷媒が循環する冷凍サイクルと給湯用冷媒が循環する冷凍サイクルとが、カスケード熱交換器において熱的に接続され、いわゆる二元冷凍サイクルが形成されている。 In such an air conditioning and hot water supply system, the refrigeration cycle through which the air conditioning refrigerant circulates and the refrigeration cycle through which the hot water supply refrigerant circulates are thermally connected in a cascade heat exchanger to form a so-called dual refrigeration cycle. .
従来の空調給湯システムとして、例えば、圧縮機と第1熱交換器と膨張機構と第2熱交換器とが接続されるとともに二酸化炭素冷媒が充填された給湯用冷媒回路を備えた給湯装置が提案されている。このような空調給湯システムにおいて、第1熱交換器を温水生成用の熱交換器とし、第2熱交換器をカスケード熱交換器として、給湯装置をユニット化することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional air-conditioning hot water supply system, for example, a hot water supply apparatus including a hot water supply refrigerant circuit that is connected to a compressor, a first heat exchanger, an expansion mechanism, and a second heat exchanger and is filled with carbon dioxide refrigerant is proposed. Has been. In such an air-conditioning hot-water supply system, it has been proposed that the first heat exchanger is a heat exchanger for generating hot water, the second heat exchanger is a cascade heat exchanger, and the hot water supply device is unitized (for example, Patent Document 1).
上記特許文献1においては、カスケード熱交換器内に給湯用冷媒および空調用冷媒の2種冷媒が流通している。このため、万一、腐食等に起因する経年劣化や異物の衝突などにより2種の冷媒の流路を隔てているカスケード熱交換器内の壁面が破損すると、当該破損部を通じて、給湯用冷媒と空調用冷媒とが混合されてしまうという問題がある。
In
特に、給湯用冷媒として二酸化炭素冷媒を用いる場合、二酸化炭素冷媒は、空調用冷媒として一般的に用いられているR410A、R407C、R32と比べて圧力が高いため、圧力の高い給湯用冷媒が、空調用冷媒が循環する冷凍サイクル側に流入する。空調用冷媒と二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒の物性は、元の空調用冷媒と比較して、同一温度における飽和液圧力が大幅に上昇する。 In particular, when a carbon dioxide refrigerant is used as the hot water supply refrigerant, the carbon dioxide refrigerant is higher in pressure than R410A, R407C, and R32, which are generally used as air conditioning refrigerants. It flows into the refrigeration cycle side where the air-conditioning refrigerant circulates. As for the physical properties of the mixed refrigerant in which the air-conditioning refrigerant and the carbon dioxide refrigerant are mixed, the saturated liquid pressure at the same temperature is significantly increased as compared with the original air-conditioning refrigerant.
一般に、空調用圧縮機においては、通常の空調システムで運転される凝縮温度である50℃における圧力の1.5倍高い圧力が空調用圧縮機の使用上限圧力として設定される。 Generally, in an air conditioning compressor, a pressure 1.5 times higher than the pressure at 50 ° C., which is a condensation temperature operated in a normal air conditioning system, is set as the upper limit pressure for use of the air conditioning compressor.
そして、空調用冷媒が循環する冷凍サイクルに二酸化炭素冷媒が流入すると、冷媒の飽和液圧力が高くなるため、空調用圧縮機の使用上限圧力を超えた運転となるおそれがある。これにより、空調用圧縮機の耐久性を損なうという問題を有している。 When the carbon dioxide refrigerant flows into the refrigeration cycle in which the air-conditioning refrigerant circulates, the saturated liquid pressure of the refrigerant becomes high, and there is a possibility that the operation exceeds the use upper limit pressure of the air-conditioning compressor. This has a problem of impairing the durability of the air conditioning compressor.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、給湯用冷媒が空調用の冷凍サイクル内に混入した場合でも、空調用圧縮機の使用上限圧力以下の範囲内で運転することができる空調給湯システムを提供することを目的とする。これにより、圧縮機の耐久性を損なうことがなく、第2冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。 The present invention has been made in view of the above points, and even when a hot water supply refrigerant is mixed in a refrigeration cycle for air conditioning, the air conditioning can be operated within a range not more than the upper limit pressure of the air conditioning compressor. An object is to provide a hot water supply system. Thereby, the reliability of a 2nd freezing cycle can be improved, without impairing the durability of a compressor.
本発明の空調給湯システムは、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機と、給湯用冷媒と給湯用熱媒体とを熱交換させる給湯用熱交換器と、給湯用冷媒と空調用冷媒とを熱交換させるカスケード熱交換器と、を備えた第1冷凍サイクルと、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、空調用冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、空調用冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、カスケード熱交換器と、を備えた第2冷凍サイクルと、を備えている。第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である。 The air conditioning hot water supply system of the present invention heats the hot water supply compressor that compresses the hot water supply refrigerant, the hot water supply heat exchanger that exchanges heat between the hot water supply refrigerant and the hot water supply heat medium, the hot water supply refrigerant, and the air conditioning refrigerant. A first refrigeration cycle comprising: a cascade heat exchanger to be exchanged; an air conditioning compressor that compresses an air conditioning refrigerant; an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the air conditioning refrigerant and outdoor air; and an air conditioning refrigerant; A second refrigeration cycle including an indoor heat exchanger for exchanging heat with indoor air and a cascade heat exchanger. The amount of hot water supply refrigerant enclosed in the first refrigeration cycle is such that the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed with the air conditioning refrigerant is equal to or lower than the upper limit pressure of the air conditioning compressor. .
また、上記構成において、給湯用冷媒は、二酸化炭素冷媒であり、空調用冷媒は、R410A、R32、R407Cのうちのいずれかであり、第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、第2冷凍サイクルに封入される空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下でもよい。 In the above configuration, the hot water supply refrigerant is a carbon dioxide refrigerant, the air conditioning refrigerant is any one of R410A, R32, and R407C, and the amount of hot water supply refrigerant enclosed in the first refrigeration cycle is Further, it may be 24.5 wt% or less of the amount of air-conditioning refrigerant sealed in the second refrigeration cycle.
また、上記構成において、カスケード熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであってもよい。 In the above configuration, the cascade heat exchanger may be either a plate heat exchanger or a shell-and-tube heat exchanger.
また、上記構成において、給湯用熱交換器は、プレート式熱交換器またはシェルアンドチューブ式熱交換器のいずれかであってもよい。 In the above configuration, the hot water supply heat exchanger may be either a plate heat exchanger or a shell and tube heat exchanger.
本発明の空調給湯システムによれば、第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量を、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量としている。これにより、第1冷凍サイクル内に封入された給湯用冷媒が第2冷凍サイクル内に流入した場合でも、第2冷凍サイクルの動作圧力を、第2冷凍サイクル内に設置された空調用圧縮機の使用上限圧力以下とすることができる。その結果、空調用圧縮機の耐久性を損なうことがなく、第2冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。 According to the air conditioning and hot water supply system of the present invention, the amount of the hot water supply refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is equal to the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed into the air conditioning refrigerant. The amount is less than the upper limit of use pressure. Thereby, even when the hot water supply refrigerant sealed in the first refrigeration cycle flows into the second refrigeration cycle, the operating pressure of the second refrigeration cycle is set to be equal to that of the air conditioning compressor installed in the second refrigeration cycle. It can be made below the upper limit of use pressure. As a result, the reliability of the second refrigeration cycle can be improved without impairing the durability of the air conditioning compressor.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施の形態に係る空調給湯システムのサイクル構成図である。 FIG. 1 is a cycle configuration diagram of an air conditioning and hot water supply system according to an embodiment of the present invention.
図1に示される空調給湯システムは、室外ユニット10と、室内機30と、熱生成ユニット40とを備えている。本実施形態においては、1台の室外ユニット10に対して、2台の室内機30、1台の熱生成ユニット40が接続されている。なお、冷凍サイクル構成に関しては、図1に示されたものに限定されない。例えば、室外ユニット10は2台以上、室内機30は1台もしくは3台以上、熱生成ユニット40は2台以上、並列に接続可能である。
The air conditioning hot water supply system shown in FIG. 1 includes an
室外ユニット10と、室内機30と、熱生成ユニット40とは、空調用冷媒が流通する配管で連結されている。
The
室外ユニット10と室内機30とは、高温高圧のガス化した空調用冷媒が流れるガス管25と、低圧の空調用冷媒が流れる吸入管26と、高圧の液化した空調用冷媒が流れる液管27とで接続されている。室内機30が、図1に示すように2台存在するときは、室内機30は3本の配管に対して並列に接続される。一方、室外ユニット10と熱生成ユニット40とは、室内機30と同じく配管に対し並列に接続されるが、ガス管25と液管27とで接続されている。
The
室外ユニット10は、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機11を備えている。空調用圧縮機11の吸入側には、空調用圧縮機11にガス冷媒を供給するアキュムレータ12が接続されている。空調用圧縮機11の吐出側には、吐出するガス状態の空調用冷媒に含まれる冷凍機油を分離する油分離器13が接続されている。油分離器13で分離された冷凍機油は、油戻し管14により空調用圧縮機11に戻される。油戻し管14の連通は、油戻し管開閉弁15の開閉により制御される。
The
また、室外ユニット10は、室外熱交換器16を備えている。室外熱交換器16の近傍には、室外熱交換器16に室外ユニット10の周囲の空気を供給する室外送風ファン17が設けられている。そして、室外熱交換器16は、室外送風ファン17により送られる空気と、空調用冷媒とが熱交換するように構成されており、一般的には、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が適用される。
The
室外ユニット10は、室外熱交換器16に供給する空調用冷媒の流量を調整する室外冷媒流量調整弁18と、ガス管25における空調用冷媒の流量を制御する室外ガス管開閉弁19と、吸入管26における空調用冷媒の流量を制御する室外吸入管開閉弁20とを備えている。
The
室内機30は、室内熱交換器31と、室内熱交換器31に室内機30の周囲の空気を供給する室内送風ファン32と、室内熱交換器31に供給する空調用冷媒の流量を調整する室内冷媒流量調整弁33とを備えている。室内熱交換器31は、室内送風ファン32で送られる空気と、空調用冷媒とが熱交換するように構成されており、一般的には、フィン・チューブ型やマイクロチューブ型の熱交換器が適用される。
The
また、室内機30は、ガス管25との空調用冷媒の流通の有無を制御する室内ガス管開閉弁34と、吸入管26との空調用冷媒の流通の有無を制御する室内吸入管開閉弁35とを備えている。
The
空調用圧縮機11と、アキュムレータ12と、油分離器13と、室外熱交換器16と、室外冷媒流量調整弁18と、室外ガス管開閉弁19と、室外吸入管開閉弁20と、室内熱交換器31と、室内冷媒流量調整弁33と、室内ガス管開閉弁34と、室内吸入管開閉弁35とにより、第2冷凍サイクルが構成されている。
熱生成ユニット40は、給湯用冷媒を圧縮する給湯用圧縮機41と、給湯用冷媒と水を主成分とする熱媒体と熱交換する給湯用熱交換器42と、給湯用冷媒の流量を調整する給湯用冷媒流量調整弁43とを備えている。
The
さらに、熱生成ユニット40は、ガス管25から供給される空調用冷媒と給湯用冷媒とが熱交換するカスケード熱交換器44と、カスケード熱交換器44に供給する空調用冷媒の流量を調整する熱生成ユニット冷媒流量調整弁45と、給湯用熱交換器42に熱媒体を供給する熱媒体ポンプ46とを備えている。
Furthermore, the
給湯用圧縮機41と、給湯用熱交換器42と、給湯用冷媒流量調整弁43と、カスケード熱交換器44と、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45と、熱媒体ポンプ46とにより、第1冷凍サイクルが構成されている。
A hot
なお、熱媒体には水道水を用いることが一般的であるが、寒冷地の場合はエチレングリコールやアルコールを所定量水に溶解させた不凍液を用いてもよい。 In general, tap water is used as the heat medium, but in a cold district, an antifreeze solution in which a predetermined amount of ethylene glycol or alcohol is dissolved in water may be used.
給湯用熱交換器42で70〜90℃にまで沸き上げられた熱媒体は、貯湯タンク(図示せず)に蓄えられる。熱媒体が飲料水の場合は直接給湯に使われる。一方、熱媒体が不凍液など飲料水でない場合は、室内に設置されたラジエータなどに供給されて暖房用途に、あるいは貯湯タンクで熱を飲料水に受け渡して給湯用途に利用される。
The heat medium boiled up to 70 to 90 ° C. by the hot water
次に、本実施形態における熱生成ユニット40の内部構造について説明する。
Next, the internal structure of the
図2は、本実施形態における熱生成ユニット40の内部構造を示す平面図である。図3は、熱生成ユニット40の内部構造を示す正面図である。
FIG. 2 is a plan view showing the internal structure of the
熱生成ユニット40には、給湯用圧縮機41と給湯用熱交換器42と給湯用冷媒流量調整弁43とカスケード熱交換器44とで形成される冷凍サイクル、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45、および熱媒体ポンプ46がケーシング50に格納されている。
The
本実施形態においては、給湯用熱交換器42には、例えば、二重管式熱交換器が用いられている。二重管式熱交換器は、略円形断面の管(外管)の中に、1本以上の管(内管)が挿入されて形成された熱交換器である。内管が複数本ある場合は、内管同士をらせん状によじって外管に挿入される。給湯用冷媒に二酸化炭素冷媒が用いられる場合は、給湯用熱交換器42の内管に二酸化炭素冷媒、外管と内管の間に熱媒体が流される。
In the present embodiment, for example, a double-pipe heat exchanger is used as the hot water
なお、二重管式熱交換器の材料には、熱伝導性能の高い銅管が用いられることが多い。 In addition, a copper pipe with high heat conduction performance is often used as the material of the double pipe heat exchanger.
また、給湯用熱交換器42には、例えば、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などを用いてもよい。また、カスケード熱交換器44には、例えば、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器が用いられる。
Moreover, for the hot water
二重管式熱交換器の熱交換能力は、二重管の長さに比例する。したがって、二重管式熱交換器は、限られた設置容積の中で最大限の熱交換能力を確保するために、二重管を巻いて成型されている。二重管式熱交換器を設置するときは、二重管内の熱媒体が通る部分に空気が滞留し、熱交換性能が著しく低下することを防ぐために、二重管ができるだけ水平になるようにする。 The heat exchange capacity of the double pipe heat exchanger is proportional to the length of the double pipe. Therefore, the double-pipe heat exchanger is formed by winding a double pipe in order to secure the maximum heat exchange capability within a limited installation volume. When installing a double-pipe heat exchanger, make sure that the double pipe is as horizontal as possible in order to prevent air from accumulating in the part where the heat medium passes through the double pipe and causing a significant decline in heat exchange performance. To do.
図2および図3に示されるように、給湯用圧縮機41は、ゴムなどの防振部材60を挟み込んだ上で、固定部材67によりケーシング50の底板部材51に固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the hot
また、給湯用熱交換器42も防振材61を介して底板部材51に固定されており、カスケード熱交換器44は、給湯用熱交換器の上面に固定されている。
Further, the hot water
図2および図3に示される給湯用熱交換器42およびカスケード熱交換器44は、ともに発泡スチロールや厚手のフェルトなどの断熱材と、さらに断熱材を囲う構成部材を含む。特に、給湯用熱交換器については、上部に設置されるカスケード熱交換器44の重量による断熱材の変形が想定されるため、強度の高い鉄板で囲われ、断熱材表面が保護されている。
Each of the hot water
なお、カスケード熱交換器44は、必ずしも給湯用熱交換器42を囲う構成部材と接する必要はない。この場合、カスケード熱交換器44とその周りの断熱材は、カスケード熱交換器44とその周りの断熱材の重量を支えるだけの十分な強度を持つ構成部材で囲われた上で、熱生成ユニット40の側板部材52に固定される。
The
また、熱媒体ポンプ46は、図2に示されるように、ケーシング50の背面側の側板部材53に固定されている。熱媒体ポンプ46の下端面は、カスケード熱交換器44の下端面より低い位置となるように設置されている。
Further, the
さらに、図2および図3に示されるように、底板部材51には、鉛直上から見て給湯用熱交換器42と熱媒体ポンプ46とが底板部材51に投影する領域内に、排水口62が設けられている。底板部材51の上面には、水が速やかに排水口62から熱生成ユニット40の外部に排出できるように、排水口62に向けて適切な傾斜がつけられている。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the
熱媒体配管63、64、65内の熱媒体の流れは、熱媒体ポンプ46の駆動により生じる。熱生成ユニット40内に流入した熱媒体は、熱媒体配管63を経由して熱媒体ポンプ46に流入し、熱媒体配管64に送出される。さらに熱媒体は給湯用熱交換器42に入って、給湯用冷媒により加熱されて70〜90℃の高温となった後、熱媒体配管65を経由して、熱生成ユニット40の外部に送出される。
The flow of the heat medium in the
熱媒体配管63、64、65の大部分は、加工性の良い銅管が用いられることが多いが、樹脂材料も用いられる。一方、熱媒体ポンプ46の熱媒体吸入部、吐出部には樹脂材料が用いられることが多い。また、二重管式熱交換器である給湯用熱交換器42には、前述したとおり、銅を用いることが多く、接続口も銅管となっている。
Most of the
このように、熱媒体が流れる経路(熱媒体配管63→熱媒体ポンプ46→熱媒体配管64→給湯用熱交換器42→熱媒体配管65)には、樹脂材料と銅が混在し、異なる材料同士の接続部分が存在する。この熱媒体ポンプ接続部には、シール材(図示せず)が挟み込まれて固定され、熱媒体の漏れが無いように構成されている。
In this way, in the path through which the heat medium flows (
なお、空調用冷媒には、一般的に家庭用空調機やビル用空調機に使われる冷媒であるR410A、R32、R407Cなどが用いられ、給湯用冷媒には、二酸化炭素冷媒が用いられる。 Note that R410A, R32, R407C, and the like, which are refrigerants generally used for home air conditioners and building air conditioners, are used as the air conditioning refrigerant, and carbon dioxide refrigerant is used as the hot water supply refrigerant.
また、本実施形態においては、第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機11の使用上限圧力以下となる量としている。具体的には、給湯用冷媒として二酸化炭素冷媒が用いられ、空調用冷媒としてR410A、R32、R407Cのうちのいずれかが用いられた場合には、第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量は、第2冷凍サイクルに封入される空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下としている。
Further, in the present embodiment, the amount of hot water supply refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is such that the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed with the air conditioning refrigerant is equal to that of the
ここで、第1冷凍サイクルと第2冷凍サイクルとを熱接続しているカスケード熱交換器44の構造は、空調用冷媒と給湯用冷媒とが混ざり合わないように各冷媒の流路が隔てられている。
Here, in the structure of the
図4はカスケード熱交換器44の分解した状態の構造を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the structure of the
図4に示されるように、カスケード熱交換器44は、一面が開放された薄い箱型に形成された複数の伝熱プレート70を備えている。各伝熱プレート70が重ね合わせられ、ロウ付けなどにより密着されることにより、重ね合わされた各伝熱プレート70との間に冷媒流路空間71が形成される。
As shown in FIG. 4, the
各伝熱プレート70の両端には、それぞれ端部フレーム72が取り付けられるようになっている。一方の端部フレーム72の4隅には、それぞれノズル73が設けられている。端部フレーム72の下部の一方側のノズル73は、空調用冷媒の流入口74aとされ、上部の一方側のノズル73は、空調用冷媒の流出口74bとされている。一方、端部フレーム72の上部の他方側のノズル73は、給湯用冷媒の流入口74cとされ、下部の他方側のノズル73は、給湯用冷媒の流出口74dとされている。
End frames 72 are attached to both ends of each
また、各ノズル73には、各伝熱プレート70の4隅を貫通するパイプ75が接続されている。空調用冷媒の流入口74aには、空調用冷媒の流入パイプ75aが接続され、空調用冷媒の流出口74bには、空調用冷媒の流出パイプ75bが接続されている。給湯用冷媒の流入口74cには、給湯用冷媒の流入パイプ75cが接続され、給湯用冷媒の流出口74dには、給湯用冷媒の流出パイプ75dが接続されている。
Each
空調用冷媒の流入パイプ75aおよび流出パイプ75bは、冷媒流路空間71の内、1つおきの冷媒流路空間71にそれぞれ連通されている。これにより、図4中実線矢印で示すように、流入口74aからカスケード熱交換器44内に流入した空調用冷媒は、流入パイプ75aを通って連通する冷媒流路空間71にそれぞれ流れた後、流出パイプbを通って流出口74bからカスケード熱交換器44外へ流出する。
The
また、給湯用冷媒の流入パイプ75cおよび流出パイプ75dは、冷媒流路空間71の内、1つおきの冷媒流路空間71にそれぞれ連通されている。これにより、図4中破線矢印で示すように、流入口74cからカスケード熱交換器44内に流入した給湯用冷媒は、流入パイプ75cを通って連通する冷媒流路空間71にそれぞれ流れた後、流出パイプ75dを通って流出口74dからカスケード熱交換器44外へ流出する。
In addition, the
このように、空調用冷媒が流れる冷媒流路空間71と、給湯用冷媒が流れる冷媒流路空間71とが交互に配置されていることから、給湯用冷媒と空調用冷媒とが伝熱プレート70の壁面を介して相互に熱交換することができる。
Thus, since the refrigerant
カスケード熱交換器44が前述のように構成されているため、万が一、腐食などに起因する経年劣化や異物の衝突などにより、伝熱プレート70やパイプ75が破損した場合には、空調用冷媒と給湯用冷媒とが、破損部を通じて混ざり合うことになってしまう。この場合に、空調用冷媒と給湯用冷媒である二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒は、元の空調用冷媒と比較して、同一温度における飽和液圧力が大幅に上昇することになる。
Since the
図5は一般的に空調用冷媒として用いられるR410Aと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of R410A generally used as an air conditioning refrigerant and a carbon dioxide refrigerant and the pressure.
図5に示されるように、R410Aの飽和液圧力は、30℃、40℃、50℃のいずれの場合においても、二酸化炭素との混合比率が増えるに従って高くなる傾向がある。そして、通常の空調システムで運転される凝縮温度である50℃における飽和液圧力は、R410A単体の場合には3.1MPaであるのに対して、R410Aと二酸化炭素冷媒とが1:1で混合された混合冷媒の飽和液圧力は6.7MPaとなる。 As shown in FIG. 5, the saturated liquid pressure of R410A tends to increase as the mixing ratio with carbon dioxide increases in any of 30 ° C., 40 ° C., and 50 ° C. The saturated liquid pressure at 50 ° C., which is the condensation temperature operated in a normal air conditioning system, is 3.1 MPa in the case of R410A alone, but R410A and carbon dioxide refrigerant are mixed at 1: 1. The saturated liquid pressure of the mixed refrigerant thus obtained is 6.7 MPa.
通常の空調システムにおいては、空調用として用いられるR410A用圧縮機の信頼性が確保できる上限の圧力、すなわち使用上限圧力は、通常の運転時における圧力の1.5倍高い圧力に設定されるのが一般的である。すなわち、R410Aの50℃における飽和液圧力が3.1MPaの場合、1.5倍高い圧力として算出される4.6MPaが使用上限圧力として設定される。 In an ordinary air conditioning system, the upper limit pressure that can ensure the reliability of the compressor for R410A used for air conditioning, that is, the upper limit pressure for use is set to a pressure 1.5 times higher than the pressure during normal operation. Is common. That is, when the saturated liquid pressure of R410A at 50 ° C. is 3.1 MPa, 4.6 MPa calculated as 1.5 times higher pressure is set as the use upper limit pressure.
したがって、R410A用圧縮機の信頼性を確保するためには、圧縮機が使用上限圧力以下で運転される必要がある。 Therefore, in order to ensure the reliability of the compressor for R410A, the compressor needs to be operated at a pressure lower than the use upper limit pressure.
しかしながら、R410Aと二酸化炭素冷媒とが1:1で混合された混合冷媒が、空調用の冷凍サイクルにおいて凝縮温度が50℃となるように運転された場合には、飽和液圧力が6.7MPaとなり、空調用として用いられるR410A用圧縮機の使用上限圧力4.6MPaを超えた運転となってしまうという問題がある。 However, when a mixed refrigerant in which R410A and carbon dioxide refrigerant are mixed at 1: 1 is operated so as to have a condensation temperature of 50 ° C. in a refrigeration cycle for air conditioning, the saturated liquid pressure becomes 6.7 MPa. There is a problem that the operation exceeds the upper limit pressure of 4.6 MPa of the compressor for R410A used for air conditioning.
ここで、図5に示されるように、R410Aに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が24.5wt%のとき、R410Aと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の50℃における飽和液圧力は4.6MPaとなる。一方、R410Aに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が24.5wt%を超えると、R410Aと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の50℃における飽和液圧力は4.6MPaを超えることになる。 Here, as shown in FIG. 5, when the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant to R410A is 24.5 wt%, the saturated liquid pressure at 50 ° C. of the mixed refrigerant of R410A and the carbon dioxide refrigerant is 4.6 MPa. On the other hand, when the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant to R410A exceeds 24.5 wt%, the saturated liquid pressure at 50 ° C. of the mixed refrigerant of R410A and carbon dioxide refrigerant exceeds 4.6 MPa.
また、図6は、R410Aと二酸化炭素冷媒とが混合した混合冷媒のモリエール線図と、R410Aのモリエール線図を示す。図6において、実線で示す曲線は、それぞれR410A単体の飽和液線および飽和ガス線である。また、図6において、破線で示す曲線は、R410Aと二酸化炭素冷媒とが100:24.5wt%の比率で混合した混合冷媒の飽和液線および飽和ガス線である。また、実線による等温線は、R410A単体の50℃等温線であり、破線による等温線は、混合冷媒の50℃等温線である。 FIG. 6 shows a Mollier chart of a mixed refrigerant in which R410A and a carbon dioxide refrigerant are mixed, and a Mollier chart of R410A. In FIG. 6, the curves shown by the solid lines are the saturated liquid line and saturated gas line of R410A alone, respectively. Moreover, in FIG. 6, the curve shown with a broken line is the saturated liquid line and saturated gas line of the mixed refrigerant which mixed R410A and the carbon dioxide refrigerant in the ratio of 100: 24.5 wt%. Moreover, the isotherm by a solid line is a 50 degreeC isotherm of R410A simple substance, and the isotherm by a broken line is a 50 degreeC isotherm of a mixed refrigerant.
図5および図6に示されるように、R410Aに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が24.5wt%のとき、R410Aと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の50℃における飽和液圧力は4.6MPaとなる。これは、R410A単体の50℃における飽和液圧力に対して1.5倍高い値であり、空調用として用いられるR410A用圧縮機の使用上限圧力と等しい圧力である。 As shown in FIGS. 5 and 6, when the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant to R410A is 24.5 wt%, the saturated liquid pressure at 50 ° C. of the mixed refrigerant of R410A and carbon dioxide refrigerant is 4.6 MPa. This is a value 1.5 times higher than the saturated liquid pressure at 50 ° C. of R410A alone, and is equal to the upper limit pressure of the R410A compressor used for air conditioning.
一方、R410Aに対する二酸化炭素冷媒の混合比率が24.5wt%を超えると、R410Aと二酸化炭素冷媒の混合冷媒の50℃における飽和液圧力は4.6MPaを超えることになる。 On the other hand, when the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant to R410A exceeds 24.5 wt%, the saturated liquid pressure at 50 ° C. of the mixed refrigerant of R410A and carbon dioxide refrigerant exceeds 4.6 MPa.
なお、R410Aと二酸化炭素冷媒との混合物の物性値については、NISTのRefprop ver.9.0を用いて導出された値である。 In addition, about the physical-property value of the mixture of R410A and a carbon dioxide refrigerant | coolant, NIST Refprop ver. It is a value derived using 9.0.
前述のように、本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下としているので、第1冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器44の破損部を通じて、第2冷凍サイクル内に流入した場合であっても、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率を24.5wt%以下とすることができる。これにより、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒の混合冷媒の動作圧力を、第2冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機11の使用上限圧力以下とすることが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the amount of hot water supply refrigerant enclosed in the air conditioning and hot water supply system is 24.5 wt% or less of the amount of air conditioning refrigerant enclosed, so the carbon dioxide refrigerant enclosed in the first refrigeration cycle. However, even if it flows into the second refrigeration cycle through the damaged portion of the
図7は空調用冷媒として用いられるR32と二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of R32 and carbon dioxide refrigerant used as air conditioning refrigerant and the pressure.
図7に示されるように、R32の50℃における飽和液圧力は、3.1MPaであり、R32用圧縮機の使用上限圧力は、1.5倍高い圧力として算出される4.7MPaに設定されることになる。そして、図7に示されるように、二酸化炭素冷媒とR32との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率と50℃における飽和液圧力との関係から、R32用圧縮機の使用上限圧力である4.7MPa以下に収まる混合比率は28.7wt%以下と算出することができる。 As shown in FIG. 7, the saturated liquid pressure at 50 ° C. of R32 is 3.1 MPa, and the upper limit pressure of the R32 compressor is set to 4.7 MPa calculated as 1.5 times higher pressure. Will be. Then, as shown in FIG. 7, the upper limit pressure of the R32 compressor is determined from the relationship between the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant in the mixed refrigerant of carbon dioxide refrigerant and R32 and the saturated liquid pressure at 50 ° C. The mixing ratio falling within 7 MPa can be calculated as 28.7 wt% or less.
本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下としている。これにより、第1冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器44の破損部を通じて、第2冷凍サイクル内に流入した場合であっても、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率をR32用圧縮機の使用上限圧力以下である28.7wt%以下とすることができる。
In the present embodiment, the amount of the hot water supply refrigerant enclosed in the air conditioning hot water supply system is 24.5 wt% or less of the amount of the air conditioning refrigerant enclosed. Thereby, even when the carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle flows into the second refrigeration cycle through the damaged portion of the
図8は空調用冷媒として用いられるR407Cと二酸化炭素冷媒との混合比率と圧力の関係を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of R407C used as the air conditioning refrigerant and the carbon dioxide refrigerant and the pressure.
空調用冷媒として、R407Cを用いた場合については、R410A用圧縮機の仕様を流用するのが一般的であり、R407C用圧縮機の使用上限圧力は、R410A用圧縮機の使用上限圧力と同じ4.6MPaである。 When R407C is used as the air-conditioning refrigerant, it is common to use the specifications of the R410A compressor, and the upper limit pressure of the R407C compressor is the same as the upper limit pressure of the R410A compressor. .6 MPa.
図8に示されるように、二酸化炭素冷媒とR407Cとの混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率と50℃における飽和液圧力との関係から、R407C用圧縮機の使用上限圧力以下に収まる混合比率は34.9wt%以下と算出することができる。 As shown in FIG. 8, from the relationship between the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant in the mixed refrigerant of carbon dioxide refrigerant and R407C and the saturated liquid pressure at 50 ° C., the mixing ratio that falls below the upper limit use pressure of the compressor for R407C is It can be calculated as 34.9 wt% or less.
本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下としている。これにより、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合冷媒における二酸化炭素冷媒の混合比率をR407C用圧縮機の使用上限圧力以下である34.9wt%以下とすることができる。 In the present embodiment, the amount of the hot water supply refrigerant enclosed in the air conditioning hot water supply system is 24.5 wt% or less of the amount of the air conditioning refrigerant enclosed. Thereby, the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant in the mixed refrigerant of the carbon dioxide refrigerant and the air conditioning refrigerant can be set to 34.9 wt% or less, which is equal to or lower than the use upper limit pressure of the compressor for R407C.
このように、本実施形態においては、空調給湯システムにおける給湯用冷媒の封入量を空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下としているので、空調用冷媒として、R410A、R32、R407Cのいずれかが用いられた場合でも、給湯用冷媒が混入した際に、この混合冷媒の飽和液圧力を空調用圧縮機11の使用上限圧力以下に保持することが可能となる。
Thus, in this embodiment, since the amount of the hot water supply refrigerant enclosed in the air conditioning hot water supply system is 24.5 wt% or less of the amount of the air conditioning refrigerant enclosed, any one of R410A, R32, and R407C is used as the air conditioning refrigerant. Even when the hot water supply refrigerant is mixed, the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant can be kept below the upper limit pressure of the
次に、室外ユニット10、室内機30、および熱生成ユニット40の動作について、図1の冷凍サイクル図を参照しながら説明する。
Next, operations of the
冷房単独運転時は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19が開、室外吸入管開閉弁20が閉に設定される。室内機30において、室内ガス管開閉弁34が閉、室内吸入管開閉弁35が開に設定される。熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が全閉に設定される。
During the single cooling operation, in the
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒は、室外ガス管開閉弁19を経由して室外熱交換器16に入り、室外ユニット10周囲の空気により冷却され液状態になる。液状態の空調用冷媒は、全開状態の室外冷媒流量調整弁18を経由して液管27に流入し、室内機30に到達する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
室内機30に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁33で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器31に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁35を経由して吸入管26に入り、室外ユニット10に戻る。室外ユニット10に戻った空調用冷媒はアキュムレータ12を経由して、空調用圧縮機11に戻る。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
また、暖房単独運転時は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19が閉、室外吸入管開閉弁20を開に設定される。室内機30において、室内ガス管開閉弁34が開、室内吸入管開閉弁35が閉に設定される。熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45を全閉に設定される。
Further, during the heating single operation, in the
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、室内機30に到達する。室内機30に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁34を経由して、室内熱交換器31に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁33を経由して液管27に流入し、室外ユニット10に戻る。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
室外ユニット10に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外熱交換器16に入り、室外ユニット10周囲の空気により加熱されて蒸発する。蒸発し気化した空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁20、アキュムレータ12を経由して空調用圧縮機11に戻る。
The air-conditioning refrigerant that has returned to the
給湯単独運転時は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19が閉、室外吸入管開閉弁20が開に設定され、室内機30において、室内ガス管開閉弁34と室内吸入管開閉弁35がともに閉に設定され、熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が開かれる。
During the hot water supply single operation, in the
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、熱生成ユニット40に到達する。一方で、熱生成ユニット40内では、給湯用圧縮機41が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機41、給湯用熱交換器42、給湯用冷媒流量調整弁43、カスケード熱交換器44の順で循環する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
熱生成ユニット40に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器44にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45を経由して、液管27に流入し、室外ユニット10に戻る。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
室外ユニット10に戻った空調用冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室外熱交換器16に入り、室外ユニット10周囲の空気により加熱されて蒸発する。蒸発し気化した空調用冷媒は、室外吸入管開閉弁20、アキュムレータ12を経由して空調用圧縮機11に戻る。
The air-conditioning refrigerant that has returned to the
一方、カスケード熱交換器44で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機41に入る。給湯用圧縮機41で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器42に入り、熱媒体を70〜90℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁43で減圧された後、再びカスケード熱交換器44に戻る。
On the other hand, the hot water supply refrigerant heated by the air conditioning refrigerant in the
冷房と暖房の同時運転時において、冷房負荷と暖房負荷がほぼ等しい場合は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19と室外吸入管開閉弁20はともに閉に設定される。冷房を行う室内機30では、室内ガス管開閉弁34が閉、室内吸入管開閉弁35が開に設定され、暖房を行う室内機30では、室内ガス管開閉弁34が開、室内吸入管開閉弁35が閉に設定される。また、熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が全閉に設定される。
If the cooling load and the heating load are substantially equal during simultaneous cooling and heating operations, both the outdoor gas pipe opening / closing
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、暖房を行う室内機30に到達する。暖房を行う室内機30に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁34を経由して、室内熱交換器31に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁33を経由して液管27に流入する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
液管27に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機30に到達する。冷房を行う室内機30に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁33で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器31に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁35を経由して吸入管26に入り、室外ユニット10に戻る。室外ユニット10に戻った空調用冷媒はアキュムレータ12を経由して、空調用圧縮機11に戻る。
The liquid-state air-conditioning refrigerant that has flowed into the
なお、冷房負荷の方が暖房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機30から、冷房を行う室内機30に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁20が閉とされたままで室外ガス管開閉弁19が開とされ、空調用圧縮機11が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器16に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁18と液管27を経由して、冷房を行う室内機30に供給する。
When the cooling load is larger than the heating load, since there is not enough liquid refrigerant to be supplied from the
逆に、暖房負荷の方が冷房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機30から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機30では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁19が閉とされたままで室外吸入管開閉弁20が開とされて、暖房を行う室内機30から流出した液冷媒を、液管27経由で室外ユニット10に戻す。
Conversely, when the heating load is larger than the cooling load, the liquid refrigerant supplied from the
室外ユニット10に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧された後、室外熱交換器16にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁20を経由して、アキュムレータ12、空調用圧縮機11に戻る。
The liquid refrigerant returned to the
冷房と給湯の同時運転時において、冷房負荷と給湯負荷がほぼ等しい場合は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19と室外吸入管開閉弁20はともに閉に設定される。冷房を行う室内機30では、室内ガス管開閉弁34が閉、室内吸入管開閉弁35が開に設定され、熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が開かれる。
If the cooling load and the hot water supply load are substantially equal during the simultaneous operation of cooling and hot water supply, both the outdoor gas pipe opening / closing
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、熱生成ユニット40に到達する。一方で、熱生成ユニット40内では、給湯用圧縮機41が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機41、給湯用熱交換器42、給湯用冷媒流量調整弁43、カスケード熱交換器44の順で循環する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
熱生成ユニット40に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器44にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45を経由して、液管27に流入する。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
液管27に流入した液状態の空調用冷媒は、冷房を行う室内機30に到達する。冷房を行う室内機30に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁33で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器31に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁35を経由して吸入管26に入り、室外ユニット10に戻る。室外ユニット10に戻った空調用冷媒はアキュムレータ12を経由して、空調用圧縮機11に戻る。
The liquid-state air-conditioning refrigerant that has flowed into the
一方、カスケード熱交換器44で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機41に入る。給湯用圧縮機41で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器42に入り、熱媒体を70〜90℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁43で減圧された後、再びカスケード熱交換器44に戻る。
On the other hand, the hot water supply refrigerant heated by the air conditioning refrigerant in the
なお、冷房負荷が給湯負荷よりも大きい場合は、熱生成ユニット40から冷房を行う室内機30に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁20を閉としたままで室外ガス管開閉弁19が開とされて、空調用圧縮機11が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器16に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁18と液管27を経由して、冷房を行う室内機30に供給する。
When the cooling load is larger than the hot water supply load, since there is not enough liquid refrigerant to be supplied from the
一方、給湯負荷の方が冷房負荷より大きい場合は、熱生成ユニット40から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機30では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁19が閉とされたままで室外吸入管開閉弁20が開とされて、暖房を行う室内機30から流出した液冷媒の一部を、液管27経由で室外ユニット10に戻す。
On the other hand, when the hot water supply load is larger than the cooling load, the liquid refrigerant supplied from the
室外ユニット10に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧された後、室外熱交換器16にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁20を経由して、アキュムレータ12、空調用圧縮機11に戻る。
The liquid refrigerant returned to the
暖房と給湯の同時運転時は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19が閉、室外吸入管開閉弁20が開に設定される。室内機30において、室内ガス管開閉弁34が開、室内吸入管開閉弁35が閉に設定される。熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が開かれる。
During the simultaneous operation of heating and hot water supply, in the
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、室内機30と熱生成ユニット40に到達する。室内機30に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁34を経由して、室内熱交換器31に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁33を経由して液管27に流入する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
熱生成ユニット40に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器44にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45を経由して、液管27に流入する。この液冷媒は、暖房を行う室内機30から流出した液冷媒と合流し、室外ユニット10に戻る。室外ユニットに戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧された後、室外熱交換器16にて蒸発させる。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁20を経由して、アキュムレータ12、空調用圧縮機11に戻る。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
一方、カスケード熱交換器44で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機41に入る。給湯用圧縮機41で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器42に入り、熱媒体を70〜90℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁43で減圧された後、再びカスケード熱交換器44に戻る。
On the other hand, the hot water supply refrigerant heated by the air conditioning refrigerant in the
冷房と暖房と給湯の同時運転時は、冷房負荷と、暖房負荷と給湯負荷との和がほぼ等しい場合は、室外ユニット10において、室外ガス管開閉弁19と室外吸入管開閉弁20がともに閉に設定される。冷房を行う室内機30では、室内ガス管開閉弁34が閉、室内吸入管開閉弁35が開に設定され、暖房を行う室内機30では、室内ガス管開閉弁34が開、室内吸入管開閉弁35が閉に設定される。また、熱生成ユニット40において、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45が開かれる。
During the simultaneous operation of cooling, heating and hot water supply, if the sum of the cooling load and the heating load and hot water supply load is substantially equal, both the outdoor gas pipe opening / closing
空調用圧縮機11で圧縮された高温高圧の空調用冷媒はガス管25に流入し、暖房を行う室内機30と熱生成ユニット40に到達する。一方で、熱生成ユニット40内では、給湯用圧縮機41が稼動し、給湯用冷媒が、給湯用圧縮機41、給湯用熱交換器42、給湯用冷媒流量調整弁43、カスケード熱交換器44の順で循環する。
The high-temperature and high-pressure air-conditioning refrigerant compressed by the air-
暖房を行う室内機30に到達した空調用冷媒は、室内ガス管開閉弁34を経由して、室内熱交換器31に流入して、室内空気に放熱し暖房を行う。この過程で空調用冷媒は凝縮して液化し、全開状態の室内冷媒流量調整弁33を経由して液管27に流入する。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
熱生成ユニット40に到達した空調用冷媒は、カスケード熱交換器44にて給湯用冷媒を加熱し、自身は冷却されて液化した後、熱生成ユニット冷媒流量調整弁45を経由して、液管27に流入する。
The air-conditioning refrigerant that has reached the
暖房を行う室内機30と熱生成ユニット40から液管27に流入した液化した空調用冷媒は合流し、冷房を行う室内機30に到達する。冷房を行う室内機30に到達した空調用冷媒は、室内冷媒流量調整弁33で減圧されて低温低圧の気液二相状態になった後、室内熱交換器31に流入して、室内空気から熱を奪って冷房を行う。この過程で空調用冷媒は蒸発し、室内吸入管開閉弁35を経由して吸入管26に入り、室外ユニット10に戻る。室外ユニット10に戻った空調用冷媒はアキュムレータ12を経由して、空調用圧縮機11に戻る。
The
一方、カスケード熱交換器44で空調用冷媒により加熱された給湯用冷媒は気化し、給湯用圧縮機41に入る。給湯用圧縮機41で高温高圧に圧縮された給湯用冷媒は、給湯用熱交換器42に入り、熱媒体を70〜90℃にまで加熱する。この過程で給湯用冷媒は冷却されて液化し、給湯用冷媒流量調整弁43で減圧された後、再びカスケード熱交換器44に戻る。
On the other hand, the hot water supply refrigerant heated by the air conditioning refrigerant in the
なお、冷房負荷が、暖房負荷と給湯負荷の和よりも大きい場合は、暖房を行う室内機30と熱生成ユニット40から冷房を行う室内機30に供給する液冷媒が足りないため、その一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で生成する。すなわち、室外吸入管開閉弁20が閉とされたままで室外ガス管開閉弁19が開とされ、空調用圧縮機11が吐出した冷媒の一部を、室外熱交換器16に供給して液化し、室外冷媒流量調整弁18と液管27を経由して、冷房を行う室内機30に供給する。
Note that when the cooling load is larger than the sum of the heating load and the hot water supply load, there is not enough liquid refrigerant to be supplied from the
一方、暖房負荷と給湯負荷の和が冷房負荷より大きい場合は、暖房を行う室内機30と熱生成ユニット40から供給される液冷媒を、冷房を行う室内機30では全て蒸発させることができないため、液冷媒の一部を室外ユニット10の室外熱交換器16で蒸発させる。すなわち、室外ガス管開閉弁19が閉とされたままで室外吸入管開閉弁20が開とされ、暖房を行う室内機30と熱生成ユニット40から流出した液冷媒の一部を、液管27経由で室外ユニット10に戻す。
On the other hand, when the sum of the heating load and the hot water supply load is larger than the cooling load, the liquid refrigerant supplied from the
室外ユニット10に戻った液冷媒は、室外冷媒流量調整弁18で減圧された後、室外熱交換器16にて蒸発する。気化した空調用冷媒は室外吸入管開閉弁20を経由して、アキュムレータ12、空調用圧縮機11に戻る。
The liquid refrigerant returned to the
次に、熱生成ユニット40における熱媒体の動作について、図2および図3を参照しながら説明する。
Next, the operation of the heat medium in the
給湯単独運転時、冷房と給湯の同時運転時、暖房と給湯の同時運転時、および冷房と暖房と給湯の同時運転時に、給湯用圧縮機41と熱媒体ポンプ46は稼動する。熱媒体ポンプが稼働中、熱媒体は、上水道などの熱生成ユニット40外から熱生成ユニット40内に流入し、熱媒体配管63を通って熱媒体ポンプ46に入る。
The hot
熱媒体ポンプ46に流入した熱媒体は、吐出口から熱媒体配管64に流入し、給湯用熱交換器42に入る。熱媒体は、二重管式熱交換器である給湯用熱交換器42にて、給湯用圧縮機41が吐出した高温の給湯用冷媒と熱交換し、70〜90℃まで加熱された後、熱媒体配管65を経由して、熱生成ユニット40外に送出される。
The heat medium flowing into the
前述したように、熱媒体が流れる経路(熱媒体配管63→熱媒体ポンプ46→熱媒体配管64→給湯用熱交換器42→熱媒体配管65)には、樹脂材料と銅が混在し、異なる材料同士の接続部分が存在する。
As described above, in the path through which the heat medium flows (the
本実施形態においては、給湯用熱交換器42は、給湯用圧縮機41が固定されている底板部材51とは接触しておらず、側板部材52に固定されて設置されている。このため、給湯用圧縮機41の運転時の振動は、底板部材51を通じて直接給湯用熱交換器42に伝わることはない。
In the present embodiment, the hot water
ここで、空調給湯システムの運転中に、カスケード熱交換器44内の給湯用冷媒および空調用冷媒の流路を隔てる壁に破損が生じ、破損部から給湯用冷媒が第1冷凍サイクル内に混入した場合、空調給湯システムは瞬時には止まらない。このため、圧力が上がった状態で空調給湯システムが運転される状況に陥る。
Here, during the operation of the air conditioning and hot water supply system, a wall separating the flow path of the hot water supply refrigerant and the air conditioning refrigerant in the
この場合に、本実施形態においては、第1冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の量を第2冷凍サイクル内に封入する空調用冷媒の量に対して24.5wt%以下にしている。これにより、第1冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、第2冷凍サイクル内に流入した場合でも、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合物における二酸化炭素冷媒の混合比率は24.5wt%以下を保持することができる。したがって、第2冷凍サイクルの動作圧力を、第2冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機11の使用上限圧力以下とすることができる。
In this case, in the present embodiment, the amount of carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is 24.5 wt% or less with respect to the amount of air-conditioning refrigerant sealed in the second refrigeration cycle. Thereby, even when the carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle flows into the second refrigeration cycle, the mixing ratio of the carbon dioxide refrigerant in the mixture of the carbon dioxide refrigerant and the air conditioning refrigerant is 24.5 wt%. The following can be held: Therefore, the operating pressure of the second refrigeration cycle can be made equal to or lower than the upper limit pressure for use of the
以上述べたように、本実施形態においては、第1冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の量を第2冷凍サイクル内に封入する空調用冷媒の量に対して24.5wt%以下にしている。これにより、第1冷凍サイクル内に封入された二酸化炭素冷媒が、カスケード熱交換器44の破損部を通じて、第2冷凍サイクル内に流入した場合でも、二酸化炭素冷媒と空調用冷媒との混合物における二酸化炭素冷媒の混合比率は24.5wt%以下を保持することができる。したがって、第2冷凍サイクルの動作圧力を、第2冷凍サイクル内に設置した空調用圧縮機11の使用上限圧力以下とすることができる。その結果、空調用圧縮機11の耐久性を損なうことがなく、第2冷凍サイクルの信頼性を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the amount of carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is 24.5 wt% or less with respect to the amount of air-conditioning refrigerant sealed in the second refrigeration cycle. . As a result, even when the carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle flows into the second refrigeration cycle through the damaged portion of the
また、カスケード熱交換器44にプレート式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器などの容積に対する伝熱面積が大きいタイプの熱交換器を用いてもよい。これにより、第1冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の封入量を低減することができる。これにより、カスケード熱交換器44内の破損部を通じて第2冷凍サイクル内に流入する二酸化炭素冷媒の量を少なくすることができる。その結果、給湯用冷媒と空調用冷媒との混合冷媒の動作圧力上昇幅を抑えることができ、空調用圧縮機11の耐久性を損なうことを防止することができる。
The
また、給湯用熱交換器にプレート式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器などの容積に対する伝熱面積が大きいタイプの熱交換器を用いてもよい。これにより、第1冷凍サイクル内に封入する二酸化炭素冷媒の封入量を低減することができる。これにより、カスケード熱交換器44内の破損部を通じて第2冷凍サイクル内に流入する二酸化炭素冷媒の量をすくなくすることができる。その結果、給湯用冷媒と空調用冷媒との混合冷媒の動作圧力上昇幅を抑えることができ、空調用圧縮機11の耐久性を損なうことを防止することができる。
Moreover, you may use the type of heat exchanger with a large heat-transfer area with respect to the volume, such as a plate type heat exchanger and a shell and tube type heat exchanger, for the hot water supply heat exchanger. Thereby, the amount of carbon dioxide refrigerant sealed in the first refrigeration cycle can be reduced. As a result, the amount of carbon dioxide refrigerant flowing into the second refrigeration cycle through the damaged portion in the
なお、上記実施形態においては、空調用冷媒として、R410A、R32、R407Cのうちのいずれかが用いられた場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、他の空調用冷媒を用いた場合でも、第1冷凍サイクルに封入される給湯用冷媒の封入量を、空調用冷媒に給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、空調用圧縮機11の使用上限圧力以下となる量にすれば、同様の作用、効果を得ることができる。
In addition, in the said embodiment, although the case where any one of R410A, R32, R407C was used as a refrigerant | coolant for an air conditioning was demonstrated, it is not limited to this. That is, even when other air conditioning refrigerants are used, the amount of hot water supply refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is equal to the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed with the air conditioning refrigerant. If the amount is equal to or lower than the upper limit pressure of the
本発明は、冷房、暖房、給湯に必要な温冷熱を同時に供給できる空調給湯システムにおいて、空調用圧縮機11の耐久性を損なうことがなく、信頼性の高い第2冷凍サイクルを提供するものとして好適に利用することができる。
The present invention provides a highly reliable second refrigeration cycle in an air conditioning and hot water supply system capable of simultaneously supplying hot and cold heat necessary for cooling, heating, and hot water supply without impairing the durability of the
10 室外ユニット
11 空調用圧縮機
16 室外熱交換器
30 室内機
31 室内熱交換器
40 熱生成ユニット
41 給湯用圧縮機
42 給湯用熱交換器
43 給湯用冷媒流量調整弁
44 カスケード熱交換器
45 熱生成ユニット冷媒流量調整弁
46 熱媒体ポンプ
50 ケーシング
51 底板部材
52,53 側板部材
61 防振材
63,64,65 熱媒体配管
70 伝熱プレート
71 冷媒流路空間
73 ノズル
75 パイプDESCRIPTION OF
Claims (5)
前記空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機と、前記空調用冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、前記空調用冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、前記カスケード熱交換器と、を備えた第2冷凍サイクルと、
を備えた空調給湯システムにおいて、
前記第1冷凍サイクルに封入される前記給湯用冷媒の封入量は、前記空調用冷媒に前記給湯用冷媒が混入した場合における混合冷媒の飽和液圧力が、前記空調用圧縮機の使用上限圧力以下となる量である空調給湯システム。A hot water supply compressor that compresses the hot water supply refrigerant, a hot water supply heat exchanger that exchanges heat between the hot water supply refrigerant and the hot water supply heat medium, and a cascade heat exchanger that exchanges heat between the hot water supply refrigerant and the air conditioning refrigerant A first refrigeration cycle comprising:
An air conditioning compressor that compresses the air conditioning refrigerant, an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the air conditioning refrigerant and outdoor air, an indoor heat exchanger that exchanges heat between the air conditioning refrigerant and indoor air, and A second refrigeration cycle comprising a cascade heat exchanger;
In the air conditioning and hot water supply system equipped with
The amount of the hot water supply refrigerant enclosed in the first refrigeration cycle is such that the saturated liquid pressure of the mixed refrigerant when the hot water supply refrigerant is mixed with the air conditioning refrigerant is equal to or lower than the upper limit pressure of the air conditioning compressor. The amount of air conditioning hot water supply system that is
前記第1冷凍サイクルに封入される前記給湯用冷媒の封入量は、前記第2冷凍サイクルに封入される前記空調用冷媒の封入量の24.5wt%以下である請求項1に記載の空調給湯システム。The hot water supply refrigerant is a carbon dioxide refrigerant, and the air conditioning refrigerant is any one of R410A, R32, and R407C.
2. The air conditioning hot water supply according to claim 1, wherein an amount of the hot water supply refrigerant sealed in the first refrigeration cycle is 24.5 wt% or less of an amount of the air conditioning refrigerant sealed in the second refrigeration cycle. system.
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