WO2025192467A1 - 冷凍装置 - Google Patents
冷凍装置Info
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- WO2025192467A1 WO2025192467A1 PCT/JP2025/008502 JP2025008502W WO2025192467A1 WO 2025192467 A1 WO2025192467 A1 WO 2025192467A1 JP 2025008502 W JP2025008502 W JP 2025008502W WO 2025192467 A1 WO2025192467 A1 WO 2025192467A1
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- heat exchange
- refrigeration
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
Definitions
- This disclosure relates to a refrigeration device.
- the magnetic refrigeration device described in Patent Document 1 has multiple refrigeration units and a heat exchanger through which the heat medium, cooled or heated by the magnetic working material of the refrigeration units, flows.
- the heat medium that has passed through all of the multiple refrigeration units is merged at a single rotary valve-type switching valve that serves as a junction.
- the merged heat medium flows through a single heat exchanger and is used, for example, to cool or heat air.
- the purpose of this disclosure is to increase the flexibility of the layout of heat exchange paths in heat exchange elements.
- the first aspect relates to a refrigeration device.
- the refrigeration device has a plurality of refrigeration units (U), a first heat exchange element (H1), and a second heat exchange element (H2), as well as a heat medium circuit (C) through which a heat medium flows.
- Each of the plurality of refrigeration units (U) has a solid working material (22) that exhibits a calorific effect in response to external energy, a first refrigeration section (20A) and a second refrigeration section (20B) that respectively exchange heat between the solid working material (22) and the heat medium, and a modulation section (23) that induces a calorific effect in the solid working material in the first refrigeration section (20A) and the second refrigeration section (20B).
- the heat medium circuit (C) has a switching mechanism (50) that switches the flow path of the heat medium circuit (C) so as to perform a first operation in which the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) is sent to the first heat exchange element (H1) and simultaneously the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) is sent to the second heat exchange element (H2), and a second operation in which the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) is sent to the second heat exchange element (H2) and simultaneously the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) is sent to the first heat exchange element (H1), in each of the multiple freezing units (U).
- the multiple freezing units (U) include a first freezing unit (U1) and a second freezing unit (U2).
- the first heat exchange element (H1) has a first heat exchange path (61) through which the heat medium flows after passing through the first freezing section (20A) or the second freezing section (20B) of the first freezing unit (U1), and a second heat exchange path (62) through which the heat medium flows after passing through the first freezing section (20A) or the second freezing section (20B) of the second freezing unit (U2).
- recovery unit refers to a unit consisting of multiple elements, and these multiple elements may be structurally separated.
- a first heat exchange path (61) corresponding to the first refrigeration unit (U1) and a second heat exchange path (62) corresponding to the second refrigeration unit (U2) are formed in one first heat exchange element (H1). Therefore, compared to a configuration in which, for example, one heat exchange path corresponding to both the first and second refrigeration units is formed in one first heat exchange element, the degree of freedom of the heat exchange paths (61, 62) can be improved. As a result, the layout of the heat exchange paths (61, 62) can be improved, and the heat exchange efficiency of the first heat exchange element (H1) can be improved.
- the first heat exchange element (H1) in the first embodiment includes a single first heat exchanger (60) having a first heat exchange path (61) and a second heat exchange path (62).
- a first heat exchange path (61) corresponding to the first refrigeration unit (U1) and a second heat exchange path (62) corresponding to the second refrigeration unit (U2) are formed in one first heat exchanger (60), which is the first heat exchange element. This improves the degree of freedom in the layout of the heat exchange paths in the first heat exchanger (60). The number of heat exchangers can be reduced.
- the first heat exchange element (H1) in the first aspect includes one second heat exchanger (60A) having a first heat exchange path (61) and one third heat exchanger (60B) having a second heat exchange path (62).
- a first heat exchange path (61) is formed in the second heat exchanger (60A), and a second heat exchange path (62) is formed in the third heat exchanger (60B).
- different heat exchange paths are formed in the second heat exchanger (60A) and the third heat exchanger (60B), which are separated from each other. This improves the degree of freedom in the arrangement of the second heat exchanger (60A) and the third heat exchanger (60B), and improves the degree of freedom in the layout of the heat exchange paths.
- the refrigeration device further includes a first casing (11) that houses a first refrigeration unit (U1), a second refrigeration unit (U2), and a first heat exchange element (H1).
- first heat exchange path (61) and a second heat exchange path (62) are formed in one first heat exchange element (H1)
- separate piping is required to connect the first refrigeration unit (U1) to the first heat exchange path (61) and separate piping to connect the second refrigeration unit (U2) to the second heat exchange path (62). Therefore, if the first refrigeration unit (U1) and the first heat exchange path (61) are far apart, or if the second refrigeration unit (U2) and the second heat exchange path (62) are far apart, the piping connecting them becomes long, making piping work difficult and increasing piping costs.
- the first refrigeration unit (U1), the second refrigeration unit (U2), and the first heat exchange element (H1) are housed in a single first casing (11), so the piping connecting the first refrigeration unit (U1) to the first heat exchange path (61) and the piping connecting the second refrigeration unit (U2) to the second heat exchange path (62) can be shortened. As a result, it is possible to prevent piping work from becoming difficult and piping costs from increasing.
- the second heat exchange element (H2) of the fourth aspect includes a fourth heat exchanger (7).
- the refrigeration system further includes a second casing (6) that houses the fourth heat exchanger (7), a junction (51) that joins the heat medium from the first refrigeration unit (U1) and the heat medium from the second refrigeration unit (U2), a first connection pipe (2) that connects the outlet of the junction (51) with the inlet of the fourth heat exchanger (7), a branch section (52) that branches the heat medium between the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2), and a second connection pipe (3) that connects the outlet of the fourth heat exchanger (7) with the inlet of the branch section (52).
- the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2) are housed in the first casing (11), and the fourth heat exchanger (7) is housed in the second casing (6).
- the heat medium flow paths from the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2) merge at a junction (51) and then connect to the fourth heat exchanger (7) via a single first connecting pipe (2).
- the heat medium flow paths from the fourth heat exchanger (7) branch off at a branch section (52) via a single second connecting pipe (3) and then connect to the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2).
- the sixth aspect is the fifth aspect, in which the first casing (11) is arranged outside the room and the second casing (6) is arranged inside the room.
- the relatively large first casing (11) is placed outside the room, which reduces restrictions on the placement of the first casing (11).
- the second casing (6) placed inside the room can be made smaller.
- the refrigeration device further includes a first flow rate regulator (53) that regulates the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61), and a second flow rate regulator (54) that regulates the flow rate of the heat medium flowing through the second heat exchange path (62).
- the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) and the flow rate of the heat medium flowing through the second heat exchange path (62) can be adjusted separately.
- the heat exchange capacity of the heat medium in the first heat exchange path (61), the heat exchange capacity of the heat medium in the second heat exchange path (62), the heat load of the first refrigeration unit (U1), or the heat load of the second refrigeration unit (U2) can be adjusted separately.
- the refrigeration device further includes a first bypass flow path (55) that bypasses the heat medium on the upstream side of the first heat exchange path (61) to the downstream side of the first heat exchange path (61), a first valve (57) that opens and closes the first bypass flow path (55), a second bypass flow path (56) that bypasses the heat medium on the upstream side of the second heat exchange path (62) to the downstream side of the second heat exchange path (62), and a second valve (58) that opens and closes the second bypass flow path (56).
- a first bypass flow path (55) that bypasses the heat medium on the upstream side of the first heat exchange path (61) to the downstream side of the first heat exchange path (61)
- a first valve (57) that opens and closes the first bypass flow path (55)
- a second bypass flow path (56) that bypasses the heat medium on the upstream side of the second heat exchange path (62) to the downstream side of the second heat exchange path (62)
- a second valve (58) that opens and closes the second bypass
- the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) can be reduced by opening the first valve (57), and the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) can be increased by closing the first valve (57).
- the flow rate of the heat medium flowing through the second heat exchange path (62) can be reduced by opening the second valve (58), and the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) can be increased by closing the second valve (58).
- the heat exchange capacity of the heat medium in the first heat exchange path (61), the heat exchange capacity of the heat medium in the second heat exchange path (62), the heat load of the first refrigeration unit (U1), or the heat load of the second refrigeration unit (U2) can be individually adjusted.
- a ninth aspect is the second aspect, wherein the first heat exchanger (60) is an air heat exchanger that exchanges heat between a heat medium and air.
- the first heat exchange path (61) has a plurality of first heat transfer sections (65a) arranged along a first direction.
- the second heat exchange path (62) has a plurality of second heat transfer sections (66a) arranged along the first direction.
- the heat medium flows sequentially through the plurality of first heat transfer sections (65a) from one end side to the other end side in the first direction.
- the second heat exchange path (62) the heat medium flows sequentially through the plurality of second heat transfer sections (66a) from the other end side to one end side in the first direction.
- the direction in which the heat medium flows through the plurality of first heat transfer sections (65a) in the first heat exchange path (61) is opposite to the direction in which the heat medium flows through the plurality of second heat transfer sections (66a) in the first heat exchange path (61).
- a tenth aspect is any one of the first to ninth aspects, wherein the first freezing section (20A) and the second freezing section (20B) have a magnetic working material as the solid working material, and the modulation sections (23) of the first freezing section (20A) and the second freezing section (20B) are configured to impart magnetic field modulation to the magnetic working material.
- the refrigeration device constitutes a magnetic refrigeration device.
- FIG. 1 is a piping diagram showing the overall configuration of a refrigeration system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a structural diagram of the main part of the refrigeration unit.
- FIG. 3 is a block diagram of the controller and the devices controlled by it.
- FIG. 4 is a schematic diagram of the outdoor heat exchanger as viewed from the upstream side of the air flow.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the outdoor heat exchanger in a third direction.
- FIG. 6 is a piping diagram for explaining the first operation.
- FIG. 7 is a piping diagram for explaining the second operation.
- FIG. 8 is a piping diagram showing the overall configuration of a refrigeration system according to the first modification.
- FIG. 9 is a piping diagram showing the overall configuration of a refrigeration system according to the second modification.
- FIG. 1 is a piping diagram showing the overall configuration of a refrigeration system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a structural diagram of the main part of the refrigeration unit.
- FIG. 3 is a
- the refrigeration system (1) has an outdoor unit (10) located outside the room, an indoor unit (5) located inside the room, and a first connecting pipe (2) and a second connecting pipe (3) connecting the outdoor unit (10) and the indoor unit (5).
- the refrigeration device (1) is formed with a heat medium circuit (C) through which a heat medium flows.
- the heat medium is, for example, water.
- the heat medium circuit (C) has a plurality of refrigeration units (U), a first heat exchange element (H1), and a second heat exchange element (H2).
- the plurality of refrigeration units (U) include a first refrigeration unit (U1) and a second refrigeration unit (U2).
- the number of refrigeration units (U) is merely an example, and there may be three or more, as will be described in detail below.
- the indoor unit (5) has an indoor casing (6).
- the indoor casing (6) is a second casing placed indoors.
- a second heat exchange element (H2) is provided inside the indoor casing (6).
- the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2) have basically the same configuration, and therefore may be simply referred to as the refrigeration unit (U).
- the configuration of the refrigeration unit (U) will be described in detail below.
- the refrigeration unit (U) has a first refrigeration section (20A) and a second refrigeration section (20B).
- the first refrigeration section (20A) has a first bed (21A), a first magnetic working material (22A) accommodated inside the first bed (21A), and a first magnetic field modulation section (23A) that applies magnetic field modulation to the first magnetic working material (22A).
- the second refrigeration section (20B) has a second bed (21B), a second magnetic working material (22B) accommodated inside the second bed (21B), and a second magnetic field modulation section (23B) that applies magnetic field modulation to the second magnetic working material (22B).
- first bed (21A) and the second bed (21B) may be simply referred to as beds (21)
- first magnetic working material (22A) and the second magnetic working material (22B) may be simply referred to as magnetic working material (22)
- first magnetic field modulation unit (23A) and the second magnetic field modulation unit (23B) may be simply referred to as magnetic field modulation unit (23).
- the bed (21) is a storage unit that stores the magnetic working material (22).
- the bed (21) is a hollow column.
- a flow path through which the heat medium reciprocates is formed inside the bed (21).
- the bed (21) is formed with a first outlet (O1), a first inlet (I1), a second outlet (O2), and a second inlet (I2).
- the first outlet (O1) is a port for sending the heat medium in the bed (21) to the first heat exchange element (H1).
- the first inlet (I1) is a port for sending the heat medium on the first heat exchange element (H1) side into the bed (21).
- the second outlet (O2) is a port for sending the heat medium in the bed (21) to the second heat exchange element (H2).
- the second inlet (I2) is a port for sending the heat medium on the second heat exchange element (H2) side into the bed (21).
- the magnetic working material (22) is a solid working material that exhibits a caloric effect in response to external energy.
- the magnetic working material (22) exhibits a magnetocaloric effect in response to modulation of a magnetic field.
- the magnetic working material (22) is composed of materials such as Gd5 ( Ge0.5Si0.5 ) 4 , La( Fe1-xSix ) 13 , La(Fe1 - xCoxSiy ) 13 , La (Fe1 -xSix ) 13Hy , and Mn( As0.9Sb0.1 ).
- the magnetic working material (22) is composed of multiple types of materials with different Curie temperatures.
- the first refrigeration section (20A) and the second refrigeration section (20B) are of a so-called cascade type.
- the magnetic working material (22) may also be composed of only one type of material having a predetermined Curie temperature.
- the first refrigeration section (20A) and the second refrigeration section (20B) may be of a so-called single-phase type.
- the magnetic field modulation unit (23) is a modulation unit that induces a calorific effect in the magnetic working material (22). It switches between a first state shown by a solid line in FIG. 2 and a second state shown by a dashed line in FIG. 2. In the first state, the magnetic field modulation unit (23) applies a magnetic field to the magnetic working material (22) or strengthens the applied magnetic field. In the second state, the magnetic field modulation unit (23) removes the magnetic field applied to the magnetic working material (22) or weakens the applied magnetic field.
- the controller (100) controls the first magnetic field modulation unit (23A) and the second magnetic field modulation unit (23B) so that the first state and the second state are in opposite phase to each other between the first magnetic field modulation unit (23A) and the second magnetic field modulation unit (23B).
- the refrigeration unit (U) is configured to alternately perform a first modulation operation (operation shown in Figure 2(A)) in which the first magnetic field modulation section (23A) is in a first state and the second magnetic field modulation section (23B) is in a second state, and a second modulation operation (operation shown in Figure 2(B)) in which the first magnetic field modulation section (23A) is in the second state and the second magnetic field modulation section (23B) is in the first state.
- a magnetic field is applied to the first magnetic working material (22A) or this magnetic field becomes stronger, and simultaneously the magnetic field of the second magnetic working material (22B) is removed or this magnetic field becomes weaker.
- the first magnetic working material (22A) radiates heat to the heat medium in the first bed (21A), and simultaneously the second magnetic working material (22B) absorbs heat from the heat medium in the second bed (21B).
- a magnetic field is applied to the second magnetic working material (22B) or this magnetic field becomes stronger, and simultaneously the magnetic field of the first magnetic working material (22A) is removed or this magnetic field becomes weaker.
- the second magnetic working material (22B) radiates heat to the heat medium in the second bed (21B), and simultaneously the first magnetic working material (22A) absorbs heat from the heat medium in the first bed (21A).
- the heat medium circuit (C) has a first outlet path (31), a first inlet path (32), a second outlet path (33), a second inlet path (34), a third outlet path (35), a third inlet path (36), a fourth outlet path (37), and a fourth inlet path (38). These paths are provided in each refrigeration unit (U).
- the heat medium circuit (C) has a first relay pipe (39), a second relay pipe (40), a first connecting pipe (2), and a second connecting pipe (3).
- the first outlet passage (31), the first inlet passage (32), the second outlet passage (33), the second inlet passage (34), the third outlet passage (35), the third inlet passage (36), the fourth outlet passage (37), the fourth inlet passage (38), the first relay pipe (39), and the second relay pipe (40) are housed within the outdoor casing (11) of the outdoor unit (10). At least a portion of the first connecting pipe (2) and the second connecting pipe (3) is disposed outside the outdoor casing (11) and the indoor casing (6).
- One end of the first outlet passage (31) is connected to the first outlet (O1) of the first freezing section (20A), and the other end of the first outlet passage (31) is connected to the first relay pipe (39).
- One end of the first inlet passage (32) is connected to the first inlet (I1) of the first freezing section (20A), and the other end of the first inlet passage (32) is connected to the second relay pipe (40).
- One end of the second outlet passage (33) is connected to the first outlet (O1) of the second freezing section (20B), and the other end of the second outlet passage (33) is connected to the first relay pipe (39).
- One end of the second inlet passage (34) is connected to the first inlet (I1) of the second freezing section (20B), and the other end of the second inlet passage (34) is connected to the second relay pipe (40).
- One end of the third outlet passage (35) is connected to the second outlet (O2) of the first freezing section (20A), and the other end of the third outlet passage (35) is connected to the first connecting pipe (2) via a first rotary selector valve (51).
- One end of the third inlet passage (36) is connected to the second inlet (I2) of the first freezing section (20A), and the other end of the third inlet passage (36) is connected to the second connecting pipe (3) via a second rotary selector valve (52).
- One end of the fourth outlet passage (37) is connected to the second outlet (O2) of the second freezing section (20B), and the other end of the fourth outlet passage (37) is connected to the first connecting pipe (2) via a first rotary selector valve (51).
- One end of the fourth inlet channel (38) is connected to the second inlet (12) of the second freezing section (20B), and the other end of the fourth inlet channel (38) is connected to the second connecting pipe (3) via the second rotary switching valve (52).
- the pump (45) is housed in the outdoor casing (11) of the outdoor unit (10).
- the pump (45) is provided in the first interconnecting pipe (2).
- the pump (45) transports the heat medium so that the heat medium flows in the first interconnecting pipe (2) from the refrigeration unit (U) side toward the second heat exchange element (H2) side.
- the pump (45) may be provided in the second interconnecting pipe (3).
- the switching mechanism (50) of this embodiment switches the flow path of the heat medium circuit (C) so as to perform a first operation in which the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) is sent to the first heat exchange element (H1) and simultaneously the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) is sent to the second heat exchange element (H2), and a second operation in which the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) is sent to the second heat exchange element (H2) and simultaneously the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) is sent to the first heat exchange element (H1).
- the switching mechanism (50) includes a plurality of check valves (CV1 to CV4), a first rotary switching valve (51), and a second rotary switching valve (52).
- a plurality of check valves are provided in each refrigeration unit (U).
- the first rotary selector valve (51) is shared by the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2).
- the second rotary selector valve (52) is shared by the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2).
- the plurality of check valves (CV1 to CV4), the first rotary selector valve (51), and the second rotary selector valve (52) are housed in the outdoor casing (11) of the outdoor unit (10).
- the multiple check valves include a first check valve (CV1), a second check valve (CV2), a third check valve (CV3), and a fourth check valve (CV4).
- the check valves allow the flow of heat transfer medium in the direction indicated by the symbol in the diagram, and prohibit the flow of heat transfer medium in the opposite direction.
- the first check valve (CV1) is provided in the first outlet passage (31)
- the second check valve (CV2) is provided in the first inlet passage (32)
- the third check valve (CV3) is provided in the second outlet passage (33)
- the fourth check valve (CV4) is provided in the second inlet passage (34).
- the first rotary switching valve (51) is rotated by a motor to switch the communication state of the flow path.
- the first rotary switching valve (51) constitutes a junction section where the heat medium from the first refrigeration unit (U1) and the heat medium from the second refrigeration unit (U2) join together.
- the first rotary switching valve (51) has an outlet port (OP), a first port (P1), a second port (P2), a third port (P3), and a fourth port (P4).
- the outlet port (OP) is connected to the first connecting pipe (2), the first port (P1) is connected to the third outlet passage (35) of the first refrigeration unit (U1), the second port (P2) is connected to the fourth outlet passage (37) of the first refrigeration unit (U1), the third port (P3) is connected to the third outlet passage (35) of the second refrigeration unit (U2), and the fourth port (P4) is connected to the fourth outlet passage (37) of the second refrigeration unit (U2).
- the first rotary switching valve (51) is switched between a first state in which the first port (P1) and the third port (P3) are opened and the second port (P2) and the fourth port (P4) are closed, and a second state in which the second port (P2) and the fourth port (P4) are opened and the first port (P1) and the third port (P3) are closed.
- the outlet port (OP) is in communication with the first port (P1) and the third port (P3)
- the outlet port (OP) is in communication with the second port (P2) and the fourth port (P4).
- the second rotary switching valve (52) is rotated by a motor to switch the communication state of the flow path.
- the second rotary switching valve (52) constitutes a dividing section that divides the heat medium on the second heat exchange element (H2) side between the first refrigeration unit (U1) and the second refrigeration unit (U2).
- the second rotary switching valve (52) has an inlet port (IP), a fifth port (P5), a sixth port (P6), a seventh port (P7), and an eighth port (P8).
- the second rotary switching valve (52) has an inlet port (IP) connected to the second interconnection pipe (3), a fifth port (P5) connected to the third inlet passage (36) of the first refrigeration unit (U1), a sixth port (P6) connected to the fourth inlet passage (38) of the first refrigeration unit (U1), a seventh port (P7) connected to the third inlet passage (36) of the second refrigeration unit (U2), and an eighth port (P8) connected to the fourth inlet passage (38) of the second refrigeration unit (U2).
- IP inlet port
- P5 connected to the third inlet passage (36) of the first refrigeration unit (U1)
- a sixth port (P6) connected to the fourth inlet passage (38) of the first refrigeration unit (U1)
- a seventh port (P7) connected to the third inlet passage (36) of the second refrigeration unit (U2)
- an eighth port (P8) connected to the fourth inlet passage (38) of the second refrigeration unit (U2).
- the second rotary switching valve (52) is switched between a first state in which the fifth port (P5) and the seventh port (P7) are opened and the sixth port (P6) and the eighth port (P8) are closed, and a second state in which the sixth port (P6) and the eighth port (P8) are opened and the fifth port (P5) and the seventh port (P7) are closed.
- the inlet port (IP) communicates with the fifth port (P5) and the seventh port (P7)
- the inlet port (IP) communicates with the sixth port (P6) and the eighth port (P8).
- the second heat exchange element (H2) of this embodiment has one indoor heat exchanger (7).
- the indoor heat exchanger (7) is an example of a fourth heat exchanger.
- the indoor heat exchanger (7) is housed in the indoor casing (6) of the indoor unit (5).
- the first connecting pipe (2) is connected to the inlet of the indoor heat exchanger (7), and the second connecting pipe (3) is connected to the outlet of the indoor heat exchanger (7).
- the indoor heat exchanger (7) of this embodiment is an air heat exchanger.
- the indoor heat exchanger (7) is a fin-and-tube heat exchanger.
- An indoor fan (8) is provided near the indoor heat exchanger (7).
- the indoor fan (8) transports indoor air from the indoor space and passes this air through the indoor heat exchanger (7).
- heat is exchanged between the air and the heat medium.
- the air heated or cooled in the indoor heat exchanger (7) is supplied to the indoor space by the indoor fan (8).
- the first heat exchange element (H1) of this embodiment has one outdoor heat exchanger (60).
- the outdoor heat exchanger (60) is an example of a first heat exchanger.
- the outdoor heat exchanger (60) is housed in the outdoor casing (11) of the outdoor unit (10).
- the outdoor heat exchanger (60) of this embodiment is an air heat exchanger.
- the outdoor heat exchanger (60) is a fin-and-tube heat exchanger.
- the outdoor heat exchanger (60) has a plurality of heat exchange paths.
- the plurality of heat exchange paths includes a first heat exchange path (61) and a second heat exchange path (62).
- the first heat exchange path (61) and the second heat exchange path (62) are flow paths through which a heat medium flows inside the outdoor heat exchanger (60).
- the first heat exchange path (61) corresponds to the first refrigeration unit (U1).
- One end of the first heat exchange path (61) is connected to the first outlet path (31) of the first refrigeration unit (U1) and the second outlet path (33) of the first refrigeration unit (U1).
- the other end of the first heat exchange path (61) is connected to the first inlet path (32) of the first refrigeration unit (U1) and the second inlet path (34) of the first refrigeration unit (U1).
- the heat medium that has passed through the first refrigeration section (20A) or the second refrigeration section (20B) of the first refrigeration unit (U1) flows through the first heat exchange path (61). Strictly speaking, refrigerant from refrigeration units other than the first refrigeration unit (U1) does not flow through the first heat exchange path (61).
- the second heat exchange path (62) corresponds to the second refrigeration unit (U2).
- One end of the second heat exchange path (62) is connected to the first outlet path (31) of the second refrigeration unit (U2) and the second outlet path (33) of the second refrigeration unit (U2).
- the other end of the second heat exchange path (62) is connected to the first inlet path (32) of the second refrigeration unit (U2) and the second inlet path (34) of the second refrigeration unit (U2).
- the heat medium that has passed through the first refrigeration section (20A) or the second refrigeration section (20B) of the second refrigeration unit (U2) flows through the second heat exchange path (62). Strictly speaking, refrigerant from refrigeration units other than the second refrigeration unit (U2) does not flow through the second heat exchange path (62).
- An outdoor fan (63) is provided near the outdoor heat exchanger (60).
- the outdoor fan (63) transports outdoor air and passes this air through the outdoor heat exchanger (60).
- heat is exchanged between the air and the heat medium.
- the controller (100) shown in FIG. 3 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and an MPU (Micro Processing Unit), an electric circuit, and an electronic circuit.
- the controller (100) includes an outdoor control unit (101) provided in the outdoor unit (10) and an indoor control unit (102) provided in the indoor unit (5).
- the outdoor control unit (101) and the indoor control unit (102) can communicate with each other wirelessly or via a wire.
- the controller (100) controls each device in response to an operation command.
- the outdoor control unit (101) controls the switching between the first and second states of the magnetic field modulation unit (23), the ON/OFF switching of the pump (45), the flow rate of the pump (45), the switching between the first and second states of the first rotary switching valve (51), the switching between the first and second states of the second rotary switching valve (52), the ON/OFF switching of the outdoor fan (63), and the rotation speed of the outdoor fan (63).
- the indoor control unit (102) controls the ON/OFF switching of the indoor fan (8) and the rotation speed of the indoor fan (8).
- the outdoor heat exchanger has a plurality of fins (F), a first heat transfer pipe (65), and a second heat transfer pipe (66).
- the fins (F) are formed in the shape of rectangular plates. As shown in FIG. 5, when viewed from the thickness direction of the fins (F), the fins (F) are formed in a rectangular shape with short sides along the air flow direction and long sides perpendicular to the short sides. Multiple fins (F) are arranged in their thickness direction.
- the direction along the long sides may be referred to as the first direction
- the direction along the short sides as the second direction
- the direction along the thickness of the fins (F) as the third direction.
- the first direction corresponds to the vertical direction.
- the first heat transfer tube (65) is a pipe that forms the first heat exchange path (61) therein.
- the first heat transfer tube (65) has a plurality of first heat transfer portions (65a) and a plurality of first U-shaped portions (65b) connecting adjacent first heat transfer portions (65a).
- the first heat transfer section (65a) constitutes a first straight pipe section that extends linearly along the third direction.
- the first heat transfer section (65a) penetrates multiple fins (F).
- the multiple first heat transfer sections (65a) (the white-painted pipes in Figure 5) are arranged along the first direction.
- the first U-shaped portions (65b) are provided at both side end portions of the outdoor heat exchanger (60) in the third direction.
- the first U-shaped portions (65b) are formed in a U-shape when viewed from the second direction.
- a first inlet end (65c) is formed at one end (upper end in Figure 4) in the first direction of the first heat transfer pipe (65).
- the first inlet end (65c) forms an opening for allowing the heat medium to flow into the first heat exchange path (61).
- a first outlet end (65d) is formed at the other end (lower end in Figure 4) in the first direction of the first heat transfer pipe (65).
- the first outlet end (65d) forms an opening for allowing the heat medium to flow out of the first heat exchange path (61).
- the second heat transfer tube (66) is a pipe that forms the second heat exchange path (62) therein.
- the second heat transfer tube (66) has a plurality of second heat transfer portions (66a) and a plurality of second U-shaped portions (66b) connecting adjacent second heat transfer portions (66a).
- the second heat transfer section (66a) constitutes a second straight pipe section that extends linearly along the third direction.
- the second heat transfer section (66a) penetrates multiple fins (F).
- the multiple second heat transfer sections (66a) (the dotted pipes in Figure 5) are arranged along the first direction.
- the first heat transfer portions (65a) and the second heat transfer portions (66a) are arranged in a line so as to overlap in the first direction.
- the first heat transfer portions (65a) and the second heat transfer portions (66a) are arranged alternately one by one in the first direction.
- the second U-shaped portions (66b) are provided at both side end portions of the first heat exchanger (60) in the third direction.
- the second U-shaped portions (66b) are formed in a U-shape when viewed from the second direction.
- a second outlet end (66d) is formed at one end (upper end in Figure 4) in the first direction of the second heat transfer pipe (66).
- the second inlet end (66c) forms an opening for allowing the heat medium to flow out of the second heat exchange path (62).
- a second inlet end (66c) is formed at the other end (lower end in Figure 4) in the first direction of the second heat transfer pipe (66).
- the second inlet end (66c) forms an opening for allowing the heat medium to flow into the second heat exchange path (62).
- the heat medium flows from one end to the other end in the first direction.
- the heat medium flows from the other end to one end in the first direction.
- the heat medium flows sequentially through the plurality of first heat transfer sections (65a) from one end to the other end in the first direction.
- the heat medium flows sequentially through the plurality of second heat transfer sections (66a) from the other end to one end in the first direction.
- the heat medium on the inlet side has a larger temperature difference from the air, and therefore the amount of heat exchanged on the inlet side is larger. Therefore, if, in the first direction, the direction of the heat medium flowing through the plurality of first heat transfer sections (65a) is the same as the direction of the heat medium flowing through the plurality of second heat transfer sections (66a), the first heat exchanger (60) will have unevenly distributed portions where the amount of heat exchanged is large. As a result, the heat exchange efficiency of the first heat exchanger (60) will decrease.
- the direction in which the heat medium flows through the plurality of first heat transfer portions (65a) is opposite to the direction in which the heat medium flows through the plurality of second heat transfer portions (66a) in the first direction.
- This allows the locations where the temperature difference between the heat medium and the air becomes large to be dispersed between one end and the other end in the first direction.
- the heat exchange efficiency of the first heat exchanger (60) can be improved.
- the refrigeration system (1) switches between cooling operation and heating operation.
- the cooling operation is an operation in which the indoor space is cooled by the indoor heat exchanger (7).
- the heating operation is an operation in which the indoor space is heated by the indoor heat exchanger (7).
- the controller (100) sets the first rotary switching valve (51) to the second state and the second rotary switching valve (52) to the first state.
- the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) of each refrigeration unit (U) is sent to the outdoor heat exchanger (60), and the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) of each refrigeration unit (U) is sent to the indoor heat exchanger (7).
- the controller (100) causes each refrigeration unit (U) to perform a first modulation operation.
- each refrigeration unit (U) heat is released from the first magnetic working material (22A) of the first freezing section (20A) to the heat medium, and simultaneously, the heat medium is cooled by the second magnetic working material (22B) of the second freezing section (20B).
- the heat of the first magnetic working material (22A) in the first refrigeration section (20A) is released to the heat medium.
- the heat medium in the first refrigeration section (20A) passes through the first outlet passage (31) and the first relay pipe (39) and flows into the first heat exchange path (61) of the outdoor heat exchanger (60).
- the heat of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) is released to the outdoor air.
- the heat medium that has flowed out of the first heat exchange path (61) passes through the second relay pipe (40) and the second inlet passage (34) and flows into the second refrigeration section (20B) of the first refrigeration unit (U1).
- the heat medium is cooled by the second magnetic working material (22B).
- the heat of the first magnetic working material (22A) in the first refrigeration section (20A) is released to the heat medium.
- the heat medium in the first refrigeration section (20A) passes through the first outlet passage (31) and the first relay pipe (39) and flows into the second heat exchange path (62) of the outdoor heat exchanger (60).
- the heat of the heat medium flowing through the second heat exchange path (62) is released to the outdoor air.
- the heat medium that has flowed out of the second heat exchange path (62) passes through the second relay pipe (40) and the second inlet passage (34) and flows into the second refrigeration section (20B) of the second refrigeration unit (U2).
- the heat medium is cooled by the second magnetic working material (22B).
- the indoor heat exchanger (7) the indoor air is cooled by the heat medium.
- the heat medium flowing out of the indoor heat exchanger (7) passes through the second connecting pipe (3) and is diverted at the second rotary selector valve (52) into the third inlet passage (36) of the first refrigeration unit (U1) and the third inlet passage (36) of the second refrigeration unit (U2).
- the heat medium of the first refrigeration unit (U1) is sent again to the first refrigeration section (20A).
- the heat medium of the second refrigeration unit (U2) is sent again to the first refrigeration section (20A).
- the controller (100) sets the first rotary switching valve (51) to the first state and the second rotary switching valve (52) to the second state.
- the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) of each refrigeration unit (U) is sent to the outdoor heat exchanger (60), and the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) of each refrigeration unit (U) is sent to the indoor heat exchanger (7).
- the controller (100) causes each refrigeration unit (U) to perform a second modulation operation.
- the controller (100) sets the first rotary selector valve (51) to the second state and the second rotary selector valve (52) to the first state.
- the heat medium that has passed through the first freezing section (20A) of each refrigeration unit (U) is sent to the outdoor heat exchanger (60), and the heat medium that has passed through the second freezing section (20B) of each refrigeration unit (U) is sent to the indoor heat exchanger (7).
- the controller (100) causes each refrigeration unit (U) to perform a second modulation operation.
- the basic flow of the heat medium in the first operation of heating operation is the same as that in the first operation of cooling operation.
- the heat medium flowing through the first heat exchange path (61) absorbs heat from the outdoor air.
- the heat medium flowing through the second heat exchange path (62) absorbs heat from the outdoor air.
- the heat medium heats the indoor air.
- the outdoor heat exchanger (60) which is the first heat exchange element (H1), has a first heat exchange path (61) through which a heat medium that has passed through the first freezing section (20A) or the second freezing section (20B) of the first freezing unit (U1) flows, and a second heat exchange path (62) through which a heat medium that has passed through the first freezing section (20A) or the second freezing section (20B) of the second freezing unit (U2) flows.
- the refrigeration system (1) includes an outdoor casing (11) that houses a first refrigeration unit (U1), a second refrigeration unit (U2), and an outdoor heat exchanger (60) that is a first heat exchange element (H1).
- the outdoor casing (11) accommodates the first refrigeration unit (U1), the second refrigeration unit (U2), the outdoor heat exchanger (60), the first relay pipe (39), and the second relay pipe (40), and therefore its size is relatively large.
- the outdoor casing (11) is installed outdoors, it is not subject to significant restrictions in terms of installation space.
- the indoor casing (6) that is installed indoors can be made smaller.
- the refrigeration system (1) of the first modification has a first flow rate control valve (53) and a second flow rate control valve (54).
- the first flow rate control valve (53) constitutes a first flow rate control unit that adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the first heat exchange path (61).
- the second flow rate control valve (54) constitutes a second flow rate control unit that adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the second heat exchange path (62).
- the first flow rate control valve (53) is provided in the second relay pipe (40) of the first refrigeration unit (U1).
- the second flow rate control valve (54) is provided in the second relay pipe (40) of the second refrigeration unit (U2).
- the controller (100) adjusts the opening of the first flow control valve (53) and the opening of the second flow control valve (54). This allows the outdoor heat exchanger (60) to adjust the amount of heat exchange between the heat medium and air in the first heat exchange path (61) and the amount of heat exchange between the heat medium and air in the second heat exchange path (62) depending on the operating conditions. As a result, the heat exchange capacity of the first heat exchanger (60), the heat load of the first refrigeration unit (U1), and the heat load of the second refrigeration unit (U2) can be adjusted individually.
- the first flow rate control valve (53) and the second flow rate control valve (54) may be provided in the first relay pipe (39).
- the first flow rate adjustment unit and the second flow rate adjustment unit may be pumps with variable operating capacity.
- the refrigeration system (1) of the second modification includes a first bypass flow path (55), a second bypass flow path (56), a first bypass control valve (57) which is a first valve, and a second bypass control valve (58) which is a second valve.
- the first bypass flow path (55) bypasses the heat medium on the upstream side of the first heat exchange path (61) to the downstream side of the first heat exchange path (61). Specifically, one end of the first bypass flow path (55) is connected to the first relay pipe (39) of the first refrigeration unit (U1), and the other end of the first bypass flow path (55) is connected to the second relay pipe (40) of the first refrigeration unit (U1).
- the first bypass control valve (57) is provided in the first bypass flow path (55).
- the first bypass control valve (57) opens and closes the first bypass flow path (55).
- the first bypass control valve (57) adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the first bypass flow path (55).
- the second bypass flow path (56) bypasses the heat medium on the upstream side of the second heat exchange path (62) to the downstream side of the second heat exchange path (62).
- one end of the second bypass flow path (56) is connected to the first relay pipe (39) of the second refrigeration unit (U2), and the other end of the second bypass flow path (56) is connected to the second relay pipe (40) of the second refrigeration unit (U2).
- the second bypass control valve (58) is provided in the second bypass flow path (56).
- the second bypass control valve (58) opens and closes the second bypass flow path (56).
- the second bypass control valve (58) adjusts the flow rate of the heat medium flowing through the first bypass flow path (55).
- the controller (100) adjusts the opening degree of the first flow control valve (53) and the opening degree of the second flow control valve (54).
- the heat medium from the first refrigeration unit (U1) can be bypassed to the downstream side of the first heat exchange path (61).
- the heat exchange capacity of the first heat exchanger (60) and the heat load of the first refrigeration unit (U1) can be adjusted according to the opening degree of the first bypass control valve (57).
- the controller (100) When starting heating or cooling operation, the controller (100) opens the first bypass control valve (57) to bypass the heat medium. As a result, the thermal load on the first refrigeration unit (U1) is reduced, allowing the magnetic working material (22) of the first refrigeration unit (U1) to quickly approach the Curie temperature. As a result, the heating capacity or cooling capacity can be quickly increased.
- the heat medium from the second refrigeration unit (U2) can be bypassed to the downstream side of the second heat exchange path (62).
- the heat exchange capacity of the first heat exchanger (60) and the heat load of the second refrigeration unit (U2) can be adjusted according to the opening degree of the second bypass control valve (58).
- the controller (100) When starting heating or cooling operation, the controller (100) opens the second bypass control valve (58) to bypass the heat medium. As a result, the thermal load on the second refrigeration unit (U2) is reduced, allowing the magnetic working material (22) of the second refrigeration unit (U2) to quickly approach the Curie temperature. As a result, the heating capacity or cooling capacity can be quickly increased.
- the first valve for bypassing the heat medium to the first bypass flow path (55) may be an on-off valve provided in the first bypass flow path (55).
- the first valve may be one three-way valve or two on-off valves that selectively connect the first relay pipe (39) to the first bypass flow path (55) and the first heat exchange path (61).
- the second valve for bypassing the heat medium to the second bypass flow path (56) may be an on-off valve provided in the second bypass flow path (56).
- the second valve may be one three-way valve or two on-off valves that selectively connect the first relay pipe (39) to the second bypass flow path (56) and the second heat exchange path (62).
- Such a bypass flow path may be provided in the flow path on the indoor heat exchanger side.
- a third bypass flow path may be provided that bypasses the heat medium in the fourth outlet flow path (37) to the third inlet flow path (36), and a third valve may be provided that opens and closes the third bypass flow path.
- a fourth bypass flow path may be provided that bypasses the heat medium in the third outlet flow path (35) to the fourth inlet flow path (38), and a fourth valve may be provided that opens and closes the fourth bypass flow path.
- These bypass flow paths and valves are provided in each refrigeration unit (U). These valves include flow control valves, on-off valves, three-way valves, etc.
- the first heat exchange element (H1) of Modification 3 includes a first outdoor heat exchanger (60A) and a second outdoor heat exchanger (60B).
- the first outdoor heat exchanger (60A) and the second outdoor heat exchanger (60B) are separate heat exchangers.
- the first outdoor heat exchanger (60A) constitutes a second heat exchanger having a first heat exchange path (61).
- the second outdoor heat exchanger (60B) constitutes a third heat exchanger having a second heat exchange path (62).
- the first heat exchange element (H1) may include three or more heat exchangers, each having a heat exchange path.
- a first outdoor fan (63A) is provided near the first outdoor heat exchanger (60A)
- a second outdoor fan (63B) is provided near the second outdoor heat exchanger (60B).
- the refrigeration system (1) of Modification 4 shown in FIG. 11 has at least three refrigeration units (U).
- the three refrigeration units (U) are a first refrigeration unit (U1), a second refrigeration unit (U2), and a third refrigeration unit (U3).
- the outdoor heat exchanger (60) has a first heat exchange path (61), a second heat exchange path (62), and a third heat exchange path (67).
- the third heat exchange path (67) connects the first relay pipe (39) of the third refrigeration unit (U3) to the second relay pipe (40) of the third refrigeration unit (U3).
- the third outlet passage (35) and the fourth outlet passage (37) of the third refrigeration unit (U3) connect to the first rotary selector valve (51).
- the third inlet passage (36) and the fourth inlet passage (38) of the third refrigeration unit (U3) connect to the second rotary selector valve (52).
- the heat medium cooled or heated in one of the first freezing section (20A) and the second freezing section (20B) of the third freezing unit (U3) flows through the third heat exchange path (67).
- the heat medium cooled or heated in the other of the first freezing section (20A) and the second freezing section (20B) of the third freezing unit (U3) merges with the heat medium from the other freezing unit (U) at the first rotary selector valve (51).
- the heat medium diverted by the second rotary selector valve (52) returns to one of the first freezing section (20A) and the second freezing section (20B) of the third freezing unit (U3).
- the refrigeration system (1) of Modification 5 shown in FIG. 12 is a combination of Modifications 3 and 4.
- the refrigeration system (1) has a first outdoor heat exchanger (60A) and a second outdoor heat exchanger (60B).
- the first outdoor heat exchanger (60A) has a first heat exchange path (61) and a second heat exchange path (62).
- the second outdoor heat exchanger (60B) has one first heat exchange path (61).
- the first outdoor heat exchanger (60A) may have three or more heat exchange paths.
- the number of the first outdoor heat exchangers (60A) and the second outdoor heat exchangers (60B) may be two or more.
- the first heat exchange path (61) has a plurality of flow paths parallel to one another.
- the second heat exchange path (62) has a plurality of flow paths parallel to one another.
- the first heat exchange path (61) has a first flow path (71) and a second flow path (72)
- the second heat exchange path (62) has a third flow path (73) and a fourth flow path (74).
- the first flow path (71) and the second flow path (72) have a first heat transfer portion (65a) that is a first heat transfer portion
- the third flow path (73) and the fourth flow path (74) have a second heat transfer portion (66a) that is a second heat transfer portion, as in the embodiment.
- the first flow path (71) is formed near one end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction
- the second flow path (72) is formed near the other end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the inflow end of the first flow path (71) is located at one end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the outflow end of the first flow path (71) is located at a middle portion of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the inflow end of the second flow path (72) is located at a middle portion of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the outflow end of the second flow path (72) is located at the other end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the third flow path (73) is formed near the other end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction
- the fourth flow path (74) is formed near one end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the inflow end of the third flow path (73) is located at the other end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the outflow end of the third flow path (73) is located at a middle portion of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the inflow end of the fourth flow path (74) is located at a middle portion of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the outflow end of the fourth flow path (74) is located at one end of the outdoor heat exchanger (60) in the first direction.
- the first heat transfer sections (65a) of the first flow path (71) and the second heat transfer sections (66a) of the fourth flow path (74) are arranged alternately in the first direction.
- the first heat transfer sections (65a) of the second flow path (72) and the second heat transfer sections (66a) of the third flow path (73) are arranged alternately in the first direction.
- the first heat exchange element (H1) may be an indoor heat exchanger.
- the second heat exchange element (H2) may be an outdoor heat exchanger.
- the first heat exchange element (H1) may exchange heat between the heat medium in the heat medium circuit (C) and another fluid (e.g., water or brine).
- the second heat exchange element (H2) may exchange heat between the heat medium in the heat medium circuit (C) and another fluid (e.g., water or brine).
- the refrigeration system (1) may also be applied to devices other than air conditioners, such as coolers for cooling the interior of a storage unit, heat pump chilling units, hot water supply systems, etc.
- the refrigeration device (1) may be a solid refrigeration device of a type other than a magnetic refrigeration device that induces a magnetocaloric effect in the magnetic working material (22).
- the refrigeration device (1) has a solid refrigerant material that exhibits a caloric effect in response to external energy, and an inducing unit that induces a caloric effect in the solid refrigerant material.
- the solid refrigerant material here includes materials with properties intermediate between liquid and solid, such as flexible crystals.
- solid refrigeration devices include 1) a type that induces an electrocaloric effect in a solid refrigerant material, 2) a type that induces a barocaloric effect in a solid refrigerant material, and 3) a type that induces an elastic caloric effect in a solid refrigerant material.
- the inducer applies an electric field fluctuation to the solid refrigerant material. This causes the solid refrigerant material to undergo a phase transition from ferroelectric to paraelectric, causing the solid refrigerant material to generate or absorb heat.
- the inducer applies pressure fluctuations to the solid refrigerant material, causing the solid refrigerant material to undergo a phase transition, generating or absorbing heat.
- the inducer applies stress fluctuations to the solid refrigerant material, causing the solid refrigerant material to undergo a phase transition, generating or absorbing heat.
- the magnetic field modulation unit (23) may be a linear drive type using a permanent magnet, a rotary drive type using a permanent magnet, a stationary type using an electromagnet, or a stationary type using an electromagnet and a permanent magnet.
- the switching mechanism (50) does not have to be a rotary switching valve, and may be configured by combining valves such as an on-off valve, a three-way valve, a four-way switching valve, or a flow control valve.
- the confluence section does not have to be provided in the first rotary switching valve (51), and may be a piping structure or header structure for merging the heat medium.
- the branch section does not have to be provided in the second rotary switching valve (52), and may be a piping structure or header structure for the heat medium.
- Both the first casing (11) and the second casing (6) may be placed outdoors or indoors.
- the present disclosure is useful for refrigeration devices.
- Second connecting pipe Second connecting pipe 6. Indoor casing (second casing) 7 Indoor heat exchanger (4th heat exchanger) 11 Outdoor casing (first casing) 20A First Refrigeration Section 20B 2nd refrigeration section 22 Magnetic working material (solid working material) 23 Magnetic field modulation section (modulation section) 50 Switching mechanism 51 First rotary switching valve (junction) 52 Second rotary switching valve (diverter section) 53 First flow control valve (first flow control part) 54 Second flow control valve (second flow control part) 55 First bypass flow path 56 Second bypass flow path 57 First bypass control valve (first valve) 58 Second bypass control valve (second valve) 60 Outdoor heat exchanger (first heat exchanger) 60A 1st outdoor heat exchanger (2nd heat exchanger) 60B 2nd outdoor heat exchanger (3rd heat exchanger) 61 First heat exchange path 62 Second heat exchange path 65a First heat transfer section 66a Second heat transfer section C Heat carrier circuit H1 First heat exchange element H2 Second heat exchange element U Refrigeration Unit U1 First refrigeration unit U2 Second refrigeration unit
Landscapes
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Abstract
第1熱交換要素(H1)は、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第2熱交換パス(62)とを有する。
Description
本開示は、冷凍装置に関する。
固体作業物質を有する冷凍部を用いて熱媒体を冷却する、または加熱する冷凍装置がある。特許文献1に記載の磁気冷凍装置は、複数の冷凍ユニットと、冷凍ユニットの磁気作業物質で冷却あるいは加熱された熱媒体が流れる熱交換器とを有する。この磁気冷凍装置では、複数の冷凍ユニットの全てを通過した各熱媒体が、合流部である1つの回転バルブ式の切換弁で合流する。合流した熱媒体は、1つの熱交換器を流れ、例えば空気の冷却や加熱に利用される。
特許文献1に記載のような固体冷凍装置では、合流した熱媒体が送られる1つの熱交換要素に、1つの熱交換パスしかない。このため、1つの熱交換要素では、熱交換パスのレイアウトの自由度が制限されてしまう。その結果、熱交換流路のレイアウトの改善することが難しく、熱交換要素の熱交換効率を向上できない、という問題があった。
本開示の目的は、熱交換要素における熱交換パスのレイアウトの自由度を向上させることである。
第1の態様は、冷凍装置を対象とする。冷凍装置は、複数の冷凍ユニット(U)と、第1熱交換要素(H1)と、第2熱交換要素(H2)とを有するとともに、熱媒体が流れる熱媒体回路(C)を備える。複数の冷凍ユニット(U)の各々は、外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体作業物質(22)を有するとともに固体作業物質(22)と熱媒体とをそれぞれ熱交換させる第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)と、第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)の各固体作業物質に熱量効果を誘発させる変調部(23)とをそれぞれ有する。熱媒体回路(C)は、複数の冷凍ユニット(U)のそれぞれにおいて、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送る第1動作と、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送る第2動作とを行うように熱媒体回路(C)の流路を切り換える切換機構(50)を有する。複数の冷凍ユニット(U)は、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)とを含む。第1熱交換要素(H1)は、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第2熱交換パス(62)とを有する。
なお、ここでいう「冷凍ユニット」は、複数の要素からなる単位を意味するものであり、これらの複数の要素は、構造的に分離されていてもよい。
第1の態様では、1つの第1熱交換要素(H1)に、第1冷凍ユニット(U1)に対応する第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)に対応する第2熱交換パス(62)とが形成される。このため、例えば1つの第1熱交換要素に、第1冷凍ユニットと第2冷凍ユニットとの双方に対応する1つの熱交換パスを形成する構成と比較すると、熱交換パス(61,62)の自由度を向上できる。その結果、熱交換パス(61,62)のレイアウトを改善でき、第1熱交換要素(H1)の熱交換効率を向上できる。
第2の態様は、第1の態様において、第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを有する1つの第1熱交換器(60)を含む。
第2の態様では、第1熱交換要素である1つの第1熱交換器(60)において、第1冷凍ユニット(U1)に対応する第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)に対応する第2熱交換パス(62)とが形成される。これにより、第1熱交換器(60)における熱交換パスのレイアウトの自由度を向上できる。熱交換器の数量を減らすことができる。
第3の態様は、第1の態様において、第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)を有する1つの第2熱交換器(60A)と、第2熱交換パス(62)を有する1つの第3熱交換器(60B)とを含む。
第3の態様では、第2熱交換器(60A)に第1熱交換パス(61)が形成され、第3熱交換器(60B)に第2熱交換パス(62)が形成される。本態様では、互いに分離された第2熱交換器(60A)と第3熱交換器(60B)とに、異なる熱交換パスが形成される。このため、第2熱交換器(60A)や第3熱交換器(60B)の配置の自由度を向上でき、熱交換パスのレイアウトの自由度を向上できる。
第4の態様は、第1~第3のいずれか1つの態様において、冷凍装置は、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)と、第1熱交換要素(H1)とを収容する第1ケーシング(11)をさらに備える。
1つの第1熱交換要素(H1)に第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)を形成すると、第1冷凍ユニット(U1)と第1熱交換パス(61)とを繋ぐ配管と、第2冷凍ユニット(U2)と第2熱交換パス(62)と繋ぐ配管とが個別に必要になる。したがって、第1冷凍ユニット(U1)と第1熱交換パス(61)とが離れていたり、第2冷凍ユニット(U2)と第2熱交換パス(62)とが離れていたりすると、これらを繋ぐ配管が長くなり、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりする。
これに対し、本態様では、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)と、第1熱交換要素(H1)とが1つの第1ケーシング(11)に収容されるので、第1冷凍ユニット(U1)と第1熱交換パス(61)と繋ぐ配管や、第2冷凍ユニット(U2)と第2熱交換パス(62)と繋ぐ配管を短くできる。その結果、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりすることを抑制できる。
第5の態様は、第4の態様において、第2熱交換要素(H2)は、第4熱交換器(7)を含む。冷凍装置は、第4熱交換器(7)を収容する第2ケーシング(6)と、第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体とを合流させる合流部(51)と、合流部(51)の流出部と第4熱交換器(7)の流入部とを連通させる第1連絡配管(2)と、熱媒体を第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに分流させる分流部(52)と、第4熱交換器(7)の流出部と分流部(52)の流入部とを連通させる第2連絡配管(3)とをさらに備える。
第5の態様では、第1冷凍ユニット(U1)および第2冷凍ユニット(U2)が第1ケーシング(11)に収容され、第4熱交換器(7)が第2ケーシング(6)に収容される。第1冷凍ユニット(U1)および第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体の流路は、合流部(51)で合流してから1本の第1連絡配管(2)を介して第4熱交換器(7)と繋がる。第4熱交換器(7)から熱媒体の流路は、1本の第2連絡配管(3)を介して分流部(52)で分岐してから、第1冷凍ユニット(U1)および第2冷凍ユニット(U2)と繋がる。このため、第1ケーシング(11)と第2ケーシング(6)との間に設けられる連絡配管の数を減らすことができる。したがって、第1連絡配管(2)や第2連絡配管(3)の長さが大きくなったとしても、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりすることを抑制できる。
第6の態様は、第5の態様において、第1ケーシング(11)は、室外に配置され、第2ケーシング(6)は、室内に配置される。
第6の態様では、比較的大きい第1ケーシング(11)を室外に配置するので、第1ケーシング(11)の配置の制限を抑制できる。加えて、室内に配置される第2ケーシング(6)を小型化できる。
第7の態様は、第1~第6のいずれか1つの態様において、冷凍装置は、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を調節する第1流量調節部(53)と、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量を調節する第2流量調節部(54)とをさらに備える。
第7の態様では、1つの熱交換要素において、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量と、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量を個別に調節できる。その結果、第1熱交換パス(61)における熱媒体の熱交換能力、第2熱交換パス(62)における熱媒体の熱交換能力、第1冷凍ユニット(U1)の熱負荷、あるいは第2冷凍ユニット(U2)の熱負荷を個別に調節できる。
第8の態様は、第1~第7のいずれか1つの態様において、冷凍装置は、第1熱交換パス(61)の上流側の熱媒体を、第1熱交換パス(61)の下流側にバイパスさせる第1バイパス流路(55)と、第1バイパス流路(55)を開閉する第1弁(57)と、第2熱交換パス(62)の上流側の熱媒体を、第2熱交換パス(62)の下流側にバイパスさせる第2バイパス流路(56)と、第2バイパス流路(56)を開閉する第2弁(58)とをさらに備える。
第8の態様では、第1弁(57)を開けることで、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を減らすことができ、第1弁(57)を閉めることで、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を増やすことができる。第2弁(58)を開けることで、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量を減らすことができ、第2弁(58)を閉めることで、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を増やすことができる。以上により、第1熱交換パス(61)における熱媒体の熱交換能力、第2熱交換パス(62)における熱媒体の熱交換能力、第1冷凍ユニット(U1)の熱負荷、あるいは第2冷凍ユニット(U2)の熱負荷を個別に調節できる。
第9の態様は、第2の態様において、第1熱交換器(60)は、熱媒体と空気とを熱交換させる空気熱交換器である。第1熱交換パス(61)は、第1方向に沿って配列される複数の第1伝熱部(65a)を有する。第2熱交換パス(62)は、第1方向に沿って配列される複数の第2伝熱部(66a)を有する。第1熱交換パス(61)では、第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れる。第2熱交換パス(62)では、第1方向の他端側から一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる。
第9の態様では、第1熱交換パス(61)において、複数の第1伝熱部(65a)を熱媒体が流れる方向と、第1熱交換パス(61)において、複数の第2伝熱部(66a)を熱媒体が流れる方向とが逆向きになる。これにより、第1熱交換器(60)において、熱媒体の温度が偏ってしまうことを抑制できる。その結果、第1熱交換器(60)の全体としての熱交効率を向上できる。
第10の態様は、第1~第9の態様のいずれか1つの態様において、第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)は、固体作業物質としての磁気作業物質を有し、第1冷凍部(20A)および前記第2冷凍部(20B)の各変調部(23)は、磁気作業物質に磁場変調を付与するように構成される。
第10の態様では、冷凍装置が、磁気冷凍装置を構成する。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表す場合がある。
(1)全体構成
本開示の冷凍装置(1)は、磁気冷凍装置を構成する。冷凍装置(1)は、磁気熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する。冷凍装置(1)は、例えば空気調和装置に適用される。
本開示の冷凍装置(1)は、磁気冷凍装置を構成する。冷凍装置(1)は、磁気熱量効果を利用して熱媒体の温度を調節する。冷凍装置(1)は、例えば空気調和装置に適用される。
図1に示すように、冷凍装置(1)は、室外に配置される室外ユニット(10)と、室内に配置される室内ユニット(5)と、室外ユニット(10)と室内ユニット(5)とを連結する第1連絡配管(2)および第2連絡配管(3)を有する。
冷凍装置(1)には、熱媒体が流れる熱媒体回路(C)が形成される。熱媒体は、例えば水である。熱媒体回路(C)は、複数の冷凍ユニット(U)と、第1熱交換要素(H1)と、第2熱交換要素(H2)とを有する。複数の冷凍ユニット(U)は、第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とを含む。冷凍ユニット(U)の数は、単なる一例であり、詳細は後述するように3つ以上であってもよい。
室外ユニット(10)は、室外ケーシング(11)を有する。室外ケーシング(11)は、室外に配置される第1ケーシングである。室外ケーシング(11)の内部には、第1冷凍ユニット(U1)、第2冷凍ユニット(U2)、および第1熱交換要素(H1)が設けられる。
室内ユニット(5)は、室内ケーシング(6)を有する。室内ケーシング(6)は、室内に配置される第2ケーシングである。室内ケーシング(6)の内部には、第2熱交換要素(H2)が設けられる。
熱媒体回路(C)は、熱媒体を搬送するための搬送装置であるポンプ(45)と、熱媒体の流路を切り換えるための切換機構(50)を有する。本実施形態の切換機構(50)は、複数の逆止弁(CV1~CV4)と、第1回転式切換弁(51)と、第2回転式切換弁(52)とを含む。
(2-1)冷凍ユニット
第1冷凍ユニット(U1)および第2冷凍ユニット(U2)の構成は基本的に同じであるので、これらを単に冷凍ユニット(U)と呼ぶ場合がある。以下では、冷凍ユニット(U)の構成について詳細に説明する。
第1冷凍ユニット(U1)および第2冷凍ユニット(U2)の構成は基本的に同じであるので、これらを単に冷凍ユニット(U)と呼ぶ場合がある。以下では、冷凍ユニット(U)の構成について詳細に説明する。
図2に示すように、冷凍ユニット(U)は、第1冷凍部(20A)と第2冷凍部(20B)とを有する。第1冷凍部(20A)は、第1ベッド(21A)と、第1ベッド(21A)の内部に収容される第1磁気作業物質(22A)と、第1磁気作業物質(22A)に磁場変調を付与する第1磁場変調部(23A)とを有する。第2冷凍部(20B)は、第2ベッド(21B)と、第2ベッド(21B)の内部に収容される第2磁気作業物質(22B)と、第2磁気作業物質(22B)に磁場変調を付与する第2磁場変調部(23B)とを有する。以下では、第1ベッド(21A)および第2ベッド(21B)を単にベッド(21)と、第1磁気作業物質(22A)および第2磁気作業物質(22B)を単に磁気作業物質(22)と、第1磁場変調部(23A)と第2磁場変調部(23B)を単に磁場変調部(23)と呼ぶ場合がある。
(2-2)ベッド
ベッド(21)は、磁気作業物質(22)を収容する収容部である。ベッド(21)は、中空状のカラムである。ベッド(21)の内部には熱媒体が往復的に動く流路が形成される。ベッド(21)には、第1流出口(O1)、第1流入口(I1)、第2流出口(O2)、および第2流入口(I2)が形成される。第1流出口(O1)は、ベッド(21)内の熱媒体を第1熱交換要素(H1)側に送るためのポートである。第1流入口(I1)は、第1熱交換要素(H1)側の熱媒体をベッド(21)内に送るためのポートである。第2流出口(O2)は、ベッド(21)内の熱媒体を第2熱交換要素(H2)側に送るためのポートである。第2流入口(I2)は、第2熱交換要素(H2)側の熱媒体をベッド(21)内に送るためのポートである。
ベッド(21)は、磁気作業物質(22)を収容する収容部である。ベッド(21)は、中空状のカラムである。ベッド(21)の内部には熱媒体が往復的に動く流路が形成される。ベッド(21)には、第1流出口(O1)、第1流入口(I1)、第2流出口(O2)、および第2流入口(I2)が形成される。第1流出口(O1)は、ベッド(21)内の熱媒体を第1熱交換要素(H1)側に送るためのポートである。第1流入口(I1)は、第1熱交換要素(H1)側の熱媒体をベッド(21)内に送るためのポートである。第2流出口(O2)は、ベッド(21)内の熱媒体を第2熱交換要素(H2)側に送るためのポートである。第2流入口(I2)は、第2熱交換要素(H2)側の熱媒体をベッド(21)内に送るためのポートである。
(2-3)磁気作業物質
磁気作業物質(22)は、外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体作業物質である。磁気作業物質(22)は、磁場の変調に伴い磁気熱量効果を発揮する。磁気作業物質(22)は、例えば、Gd5(Ge0.5Si0.5)4、La(Fe1-xSix)13、La(Fe1-xCoxSiy)13、La(Fe1-xSix)13Hy、Mn(As0.9Sb0.1)などの材料で構成される。
磁気作業物質(22)は、外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体作業物質である。磁気作業物質(22)は、磁場の変調に伴い磁気熱量効果を発揮する。磁気作業物質(22)は、例えば、Gd5(Ge0.5Si0.5)4、La(Fe1-xSix)13、La(Fe1-xCoxSiy)13、La(Fe1-xSix)13Hy、Mn(As0.9Sb0.1)などの材料で構成される。
本実施形態の磁気作業物質(22)は、キュリー温度が異なる複数種の物質から構成される。言い換えると、第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)は、いわゆるカスケード式である。磁気作業物質(22)は、所定のキュリー温度を有する一種類の物質のみから構成されてもよい。言い換えると、第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)は、いわゆる単相式であってもよい。
(2-4)磁場変調部
磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に熱量効果を誘発させる変調部である。図2の実線で示す第1状態と、図2の破線で示す第2状態とに切り換わる。第1状態中の磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に磁場を印加する、あるいは印加する磁場を強くする。第2状態中の磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に印加した磁場を取り除く、あるいは印加する磁場を弱くする。コントローラ(100)は、第1磁場変調部(23A)と第2磁場変調部(23B)との間で、第1状態と第2状態とが互いに逆位相となるように、第1磁場変調部(23A)と第2磁場変調部(23B)とを制御する。具体的には、冷凍ユニット(U)は、第1磁場変調部(23A)が第1状態となり且つ第2磁場変調部(23B)が第2状態となる第1変調動作(図2(A)が示す動作)と、第1磁場変調部(23A)が第2状態となり第2磁場変調部(23B)が第1状態となる第2変調動作(図2(B)が示す動作)とを交互に行うように構成される。
磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に熱量効果を誘発させる変調部である。図2の実線で示す第1状態と、図2の破線で示す第2状態とに切り換わる。第1状態中の磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に磁場を印加する、あるいは印加する磁場を強くする。第2状態中の磁場変調部(23)は、磁気作業物質(22)に印加した磁場を取り除く、あるいは印加する磁場を弱くする。コントローラ(100)は、第1磁場変調部(23A)と第2磁場変調部(23B)との間で、第1状態と第2状態とが互いに逆位相となるように、第1磁場変調部(23A)と第2磁場変調部(23B)とを制御する。具体的には、冷凍ユニット(U)は、第1磁場変調部(23A)が第1状態となり且つ第2磁場変調部(23B)が第2状態となる第1変調動作(図2(A)が示す動作)と、第1磁場変調部(23A)が第2状態となり第2磁場変調部(23B)が第1状態となる第2変調動作(図2(B)が示す動作)とを交互に行うように構成される。
第1変調動作中の冷凍ユニット(U)では、第1磁気作業物質(22A)に磁場が印加され、あるいはこの磁場が強くなると同時に、第2磁気作業物質(22B)の磁場が取り除かれ、あるいはこの磁場が弱くなる。その結果、第1磁気作業物質(22A)が第1ベッド(21A)内の熱媒体に放熱すると同時に、第2磁気作業物質(22B)が第2ベッド(21B)内の熱媒体から吸熱する。第2変調動作中の冷凍ユニット(U)では、第2磁気作業物質(22B)に磁場が印加され、あるいはこの磁場が強くなると同時に、第1磁気作業物質(22A)の磁場が取り除かれ、あるいはこの磁場が弱くなる。その結果、第2磁気作業物質(22B)が第2ベッド(21B)内の熱媒体に放熱すると同時に、第1磁気作業物質(22A)が第1ベッド(21A)内の熱媒体から吸熱する。
(2-5)熱媒体流路
図1に示すように、熱媒体回路(C)は、第1流出路(31)、第1流入路(32)、第2流出路(33)、第2流入路(34)、第3流出路(35)、第3流入路(36)、第4流出路(37)、および第4流入路(38)を有する。これらの流路は、各冷凍ユニット(U)にそれぞれ設けられる。熱媒体回路(C)は、第1中継管(39)、第2中継管(40)、第1連絡配管(2)、および第2連絡配管(3)を有する。
図1に示すように、熱媒体回路(C)は、第1流出路(31)、第1流入路(32)、第2流出路(33)、第2流入路(34)、第3流出路(35)、第3流入路(36)、第4流出路(37)、および第4流入路(38)を有する。これらの流路は、各冷凍ユニット(U)にそれぞれ設けられる。熱媒体回路(C)は、第1中継管(39)、第2中継管(40)、第1連絡配管(2)、および第2連絡配管(3)を有する。
第1流出路(31)、第1流入路(32)、第2流出路(33)、第2流入路(34)、第3流出路(35)、第3流入路(36)、第4流出路(37)、第4流入路(38)、第1中継管(39)、および第2中継管(40)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)内に収容される。第1連絡配管(2)と第2連絡配管(3)とは、少なくとも一部が室外ケーシング(11)と室内ケーシング(6)の外に配置される。
第1流出路(31)の一端は、第1冷凍部(20A)の第1流出口(O1)と接続し、第1流出路(31)の他端は第1中継管(39)と接続する。第1流入路(32)の一端は、第1冷凍部(20A)の第1流入口(I1)と接続し、第1流入路(32)の他端は第2中継管(40)と接続する。第2流出路(33)の一端は、第2冷凍部(20B)の第1流出口(O1)と接続し、第2流出路(33)の他端は第1中継管(39)と接続する。第2流入路(34)の一端は、第2冷凍部(20B)の第1流入口(I1)と接続し、第2流入路(34)の他端は第2中継管(40)と接続する。
第3流出路(35)の一端は、第1冷凍部(20A)の第2流出口(O2)と接続し、第3流出路(35)の他端は、第1回転式切換弁(51)を介して第1連絡配管(2)と接続する。第3流入路(36)の一端は、第1冷凍部(20A)の第2流入口(I2)と接続し、第3流入路(36)の他端は、第2回転式切換弁(52)を介して第2連絡配管(3)と接続する。第4流出路(37)の一端は、第2冷凍部(20B)の第2流出口(O2)と接続し、第4流出路(37)の他端は、第1回転式切換弁(51)を介して第1連絡配管(2)と接続する。第4流入路(38)の一端は、第2冷凍部(20B)の第2流入口(I2)と接続し、第4流入路(38)の他端は、第2回転式切換弁(52)を介して第2連絡配管(3)と接続する。
(2-6)ポンプ
ポンプ(45)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)に収容される。ポンプ(45)は、第1連絡配管(2)に設けられる。ポンプ(45)は、第1連絡配管(2)において、冷凍ユニット(U)側から第2熱交換要素(H2)側に向かって熱媒体が流れるように、熱媒体を搬送する。ポンプ(45)は、第2連絡配管(3)に設けられてもよい。
ポンプ(45)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)に収容される。ポンプ(45)は、第1連絡配管(2)に設けられる。ポンプ(45)は、第1連絡配管(2)において、冷凍ユニット(U)側から第2熱交換要素(H2)側に向かって熱媒体が流れるように、熱媒体を搬送する。ポンプ(45)は、第2連絡配管(3)に設けられてもよい。
(2-7)切換機構
本実施形態の切換機構(50)は、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送る第1動作と、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送る第2動作とを行うように、熱媒体回路(C)の流路を切り換える。上述したように、切換機構(50)は、複数の逆止弁(CV1~CV4)と、第1回転式切換弁(51)と、第2回転式切換弁(52)とを含む。
本実施形態の切換機構(50)は、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送る第1動作と、第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を第2熱交換要素(H2)に送ると同時に第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を第1熱交換要素(H1)に送る第2動作とを行うように、熱媒体回路(C)の流路を切り換える。上述したように、切換機構(50)は、複数の逆止弁(CV1~CV4)と、第1回転式切換弁(51)と、第2回転式切換弁(52)とを含む。
複数の逆止弁(CV1~CV4)は、各冷凍ユニット(U)にそれぞれ設けられる。第1回転式切換弁(51)は、第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに共用される。第2回転式切換弁(52)は、第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに共用される。複数の逆止弁(CV1~CV4)、第1回転式切換弁(51)、および第2回転式切換弁(52)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)に収容される。
複数の逆止弁は、第1逆止弁(CV1)、第2逆止弁(CV2)、第3逆止弁(CV3)、および第4逆止弁(CV4)を含む。逆止弁は、図中の記号において、流路上の先端が指向する方向の熱媒体の流れを許容し、その逆の方向の熱媒体の流れを禁止する。第1逆止弁(CV1)は、第1流出路(31)に設けられ、第2逆止弁(CV2)は、第1流入路(32)に設けられ、第3逆止弁(CV3)は、第2流出路(33)に設けられ、第4逆止弁(CV4)は、第2流入路(34)に設けられる。
第1回転式切換弁(51)は、モータによって回転駆動されることで、流路の連通状態を切り換える。本実施形態の第1回転式切換弁(51)は、第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体を合流させる合流部を構成する。第1回転式切換弁(51)は、流出ポート(OP)、第1ポート(P1)、第2ポート(P2)、第3ポート(P3)、および第4ポート(P4)を有する。第1回転式切換弁(51)において、流出ポート(OP)は、第1連絡配管(2)と接続し、第1ポート(P1)は、第1冷凍ユニット(U1)の第3流出路(35)と接続し、第2ポート(P2)は、第1冷凍ユニット(U1)の第4流出路(37)と接続し、第3ポート(P3)は、第2冷凍ユニット(U2)の第3流出路(35)と接続し、第4ポート(P4)は、第2冷凍ユニット(U2)の第4流出路(37)と接続する。第1回転式切換弁(51)は、第1ポート(P1)と第3ポート(P3)を開けると同時に第2ポート(P2)と第4ポート(P4)を閉じる第1状態と、第2ポート(P2)と第4ポート(P4)を開けると同時に第1ポート(P1)と第3ポート(P3)を閉じる第2状態とに切り換わる。第1状態の第1回転式切換弁(51)では、流出ポート(OP)が第1ポート(P1)および第3ポート(P3)と連通し、第2状態の第1回転式切換弁(51)では、流出ポート(OP)が第2ポート(P2)および第4ポート(P4)と連通する。
第2回転式切換弁(52)は、モータによって回転駆動されることで、流路の連通状態を切り換える。本実施形態の第2回転式切換弁(52)は、第2熱交換要素(H2)側の熱媒体を第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに分流させる分流部を構成する。第2回転式切換弁(52)は、流入ポート(IP)、第5ポート(P5)、第6ポート(P6)、第7ポート(P7)、および第8ポート(P8)を有する。第2回転式切換弁(52)において、流入ポート(IP)は、第2連絡配管(3)と接続し、第5ポート(P5)には、第1冷凍ユニット(U1)の第3流入路(36)が接続し、第6ポート(P6)には、第1冷凍ユニット(U1)の第4流入路(38)が接続し、第7ポート(P7)には、第2冷凍ユニット(U2)の第3流入路(36)が接続し、第8ポート(P8)には、第2冷凍ユニット(U2)の第4流入路(38)が接続する。第2回転式切換弁(52)は、第5ポート(P5)と第7ポート(P7)を開けると同時に第6ポート(P6)と第8ポート(P8)を閉じる第1状態と、第6ポート(P6)と第8ポート(P8)を開けると同時に第5ポート(P5)と第7ポート(P7)を閉じる第2状態とに切り換わる。第1状態の第2回転式切換弁(52)では、流入ポート(IP)が第5ポート(P5)および第7ポート(P7)と連通し、第2状態の第1回転式切換弁(51)では、流入ポート(IP)が第6ポート(P6)および第8ポート(P8)と連通する。
(2-8)室内熱交換器
本実施形態の第2熱交換要素(H2)は、1つの室内熱交換器(7)を有する。室内熱交換器(7)は、第4熱交換器の一例である。室内熱交換器(7)は、室内ユニット(5)の室内ケーシング(6)に収容される。室内熱交換器(7)の流入部には、第1連絡配管(2)が接続され、室内熱交換器(7)の流出部には、第2連絡配管(3)が接続される。本実施形態の室内熱交換器(7)は、空気熱交換器である。室内熱交換器(7)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
本実施形態の第2熱交換要素(H2)は、1つの室内熱交換器(7)を有する。室内熱交換器(7)は、第4熱交換器の一例である。室内熱交換器(7)は、室内ユニット(5)の室内ケーシング(6)に収容される。室内熱交換器(7)の流入部には、第1連絡配管(2)が接続され、室内熱交換器(7)の流出部には、第2連絡配管(3)が接続される。本実施形態の室内熱交換器(7)は、空気熱交換器である。室内熱交換器(7)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
室内熱交換器(7)の近傍には、室内ファン(8)が設けられる。室内ファン(8)は、室内空間の室内空気を搬送し、この空気を室内熱交換器(7)に通過させる。室内熱交換器(7)では、空気と熱媒体とが熱交換する。室内熱交換器(7)で加熱または冷却された空気は、室内ファン(8)によって室内空間に供給される。
(2-9)室外熱交換器
図1に示すように、本実施形態の第1熱交換要素(H1)は、1つの室外熱交換器(60)を有する。室外熱交換器(60)は、第1熱交換器の一例である。室外熱交換器(60)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)に収容される。本実施形態の室外熱交換器(60)は、空気熱交換器である。室外熱交換器(60)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
図1に示すように、本実施形態の第1熱交換要素(H1)は、1つの室外熱交換器(60)を有する。室外熱交換器(60)は、第1熱交換器の一例である。室外熱交換器(60)は、室外ユニット(10)の室外ケーシング(11)に収容される。本実施形態の室外熱交換器(60)は、空気熱交換器である。室外熱交換器(60)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
室外熱交換器(60)は、複数の熱交換パスを有する。複数の熱交換パスは、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを含む。第1熱交換パス(61)および第2熱交換パス(62)は、室外熱交換器(60)の内部において、熱媒体が流れる流路である。
第1熱交換パス(61)は、第1冷凍ユニット(U1)に対応する。第1熱交換パス(61)の一端は、第1冷凍ユニット(U1)の第1流出路(31)、および第1冷凍ユニット(U1)の第2流出路(33)と接続する。第1熱交換パス(61)の他端は、第1冷凍ユニット(U1)の第1流入路(32)、および第1冷凍ユニット(U1)の第2流入路(34)と接続する。第1熱交換パス(61)には、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる。厳密にいうと、第1熱交換パス(61)には、第1冷凍ユニット(U1)以外の他の冷凍ユニットの冷媒は流れない。
第2熱交換パス(62)は、第2冷凍ユニット(U2)に対応する。第2熱交換パス(62)の一端は、第2冷凍ユニット(U2)の第1流出路(31)、および第2冷凍ユニット(U2)の第2流出路(33)と接続する。第2熱交換パス(62)の他端は、第2冷凍ユニット(U2)の第1流入路(32)、および第2冷凍ユニット(U2)の第2流入路(34)と接続する。第2熱交換パス(62)には、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる。厳密にいうと、第2熱交換パス(62)には、第2冷凍ユニット(U2)以外の他の冷凍ユニットの冷媒は流れない。
室外熱交換器(60)の近傍には、室外ファン(63)が設けられる。室外ファン(63)は、室外空気を搬送し、この空気を室外熱交換器(60)に通過させる。室外熱交換器(60)では、空気と熱媒体とが熱交換する。
(2-10) コントローラ
図3に示すコントローラ(100)は、CPU(Central Processing Unit)およびMPU(Micro Processing Unit)のようなプロセッサ、電気回路、および電子回路を含む。コントローラ(100)は、室外ユニット(10)に設けられる室外制御部(101)と、室内ユニット(5)に設けられる室内制御部(102)とを含む。室外制御部(101)と室内制御部(102)は、無線または有線を介して相互に通信可能である。コントローラ(100)は、運転指令に応じて各機器を制御する。
図3に示すコントローラ(100)は、CPU(Central Processing Unit)およびMPU(Micro Processing Unit)のようなプロセッサ、電気回路、および電子回路を含む。コントローラ(100)は、室外ユニット(10)に設けられる室外制御部(101)と、室内ユニット(5)に設けられる室内制御部(102)とを含む。室外制御部(101)と室内制御部(102)は、無線または有線を介して相互に通信可能である。コントローラ(100)は、運転指令に応じて各機器を制御する。
具体的には、室外制御部(101)は、磁場変調部(23)の第1状態と第2状態の切り換え、ポンプ(45)のONとOFFの切り換え、ポンプ(45)の流量、第1回転式切換弁(51)の第1状態と第2状態の切り換え、第2回転式切換弁(52)の第1状態と第2状態の切り換え、室外ファン(63)のONとOFFの切り換え、室外ファン(63)の回転数を制御する。室内制御部(102)は、室内ファン(8)のONとOFFの切り換え、室内ファン(8)の回転数を制御する。
(3)室外熱交換器の詳細
図4および図5に示すように、室外熱交換器は、複数のフィン(F)と、第1伝熱管(65)と、第2伝熱管(66)とを有する。
図4および図5に示すように、室外熱交換器は、複数のフィン(F)と、第1伝熱管(65)と、第2伝熱管(66)とを有する。
(3-1)フィン
フィン(F)は、矩形の板状に形成される。図5に示すように、フィン(F)は、その板厚方向からみる場合に、空気流れ方向に沿った短辺と、短辺に直交する長辺とを有する長方形状に形成される。複数のフィン(F)は、それらの板厚方向に配列される。以下では、長辺に沿う方向を第1方向、短辺に沿う方向を第2方向、フィン(F)の板厚に沿う方向を第3方向と呼ぶ場合がある。本実施形態では、第1方向が鉛直方向に対応する。
フィン(F)は、矩形の板状に形成される。図5に示すように、フィン(F)は、その板厚方向からみる場合に、空気流れ方向に沿った短辺と、短辺に直交する長辺とを有する長方形状に形成される。複数のフィン(F)は、それらの板厚方向に配列される。以下では、長辺に沿う方向を第1方向、短辺に沿う方向を第2方向、フィン(F)の板厚に沿う方向を第3方向と呼ぶ場合がある。本実施形態では、第1方向が鉛直方向に対応する。
(3-2)第1伝熱管
第1伝熱管(65)は、その内部に第1熱交換パス(61)を形成する配管である。第1伝熱管(65)は、複数の第1伝熱部(65a)と、隣り合う第1伝熱部(65a)を繋ぐ複数の第1U字部(65b)とを有する。
第1伝熱管(65)は、その内部に第1熱交換パス(61)を形成する配管である。第1伝熱管(65)は、複数の第1伝熱部(65a)と、隣り合う第1伝熱部(65a)を繋ぐ複数の第1U字部(65b)とを有する。
第1伝熱部(65a)は、第3方向に沿って直線状に延びる第1直管部を構成する。第1伝熱部(65a)は、複数のフィン(F)を貫通する。複数の第1伝熱部(65a)(図5の白塗りを付した配管)は、第1方向に沿って配列される。
第1U字部(65b)は、室外熱交換器(60)における第3方向の両側の側端部に設けられる。第1U字部(65b)は、第2方向からみる場合に、U字状に形成される。
第1伝熱管(65)の第1方向の一端(図4の上端)側には、第1流入端(65c)が形成される。第1流入端(65c)は、熱媒体を第1熱交換パス(61)に流入させるための開口を形成する。第1伝熱管(65)の第1方向の他端(図4の下端)側には、第1流出端(65d)が形成される。第1流出端(65d)は、第1熱交換パス(61)の熱媒体を流出させるための開口を形成する。
(3-3)第2伝熱管
第2伝熱管(66)は、その内部に第2熱交換パス(62)を形成する配管である。第2伝熱管(66)は、複数の第2伝熱部(66a)と、隣り合う第2伝熱部(66a)を繋ぐ複数の第2U字部(66b)とを有する。
第2伝熱管(66)は、その内部に第2熱交換パス(62)を形成する配管である。第2伝熱管(66)は、複数の第2伝熱部(66a)と、隣り合う第2伝熱部(66a)を繋ぐ複数の第2U字部(66b)とを有する。
第2伝熱部(66a)は、第3方向に沿って直線状に延びる第2直管部を構成する。第2伝熱部(66a)は、複数のフィン(F)を貫通する。複数の第2伝熱部(66a)(図5のドット塗りを付した配管)は、第1方向に沿って配列される。
より詳細には、本実施形態の室外熱交換器(60)では、第1伝熱部(65a)と第2伝熱部(66a)とが、第1方向において重なるように一列に並んで配置される。第1伝熱部(65a)と第2伝熱部(66a)とは、第1方向において交互に1つずつ配列される。
第2U字部(66b)は、第1熱交換器(60)における第3方向の両側の側端部に設けられる。第2U字部(66b)は、第2方向からみる場合に、U字状に形成される。
第2伝熱管(66)の第1方向の一端(図4の上端)側には、第2流出端(66d)が形成される。第2流入端(66c)は、第2熱交換パス(62)の熱媒体を流出させるための開口を形成する。第2伝熱管(66)の第1方向の他端(図4の下端)側には、第2流入端(66c)が形成される。第2流入端(66c)は、熱媒体を第2熱交換パス(62)に流入させるための開口を形成する。
(3-4)第1熱交換パスと第2熱交換パスの熱媒体の流れの関係
第1伝熱管(65)では、第1方向の一端側から他端側に向かって熱媒体が流れる。これに対し、第2伝熱管(66)では、第1方向の他端側から一端側に向かって熱媒体が流れる。具体的には、第1熱交換パス(61)では、第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れる。第2熱交換パス(62)では、第1方向の他端側から一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる。
第1伝熱管(65)では、第1方向の一端側から他端側に向かって熱媒体が流れる。これに対し、第2伝熱管(66)では、第1方向の他端側から一端側に向かって熱媒体が流れる。具体的には、第1熱交換パス(61)では、第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れる。第2熱交換パス(62)では、第1方向の他端側から一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる。
第1熱交換パス(61)や第2熱交換パス(62)では、その流入側の熱媒体の方が、空気との温度差が大きいため、その流入側における熱交換量が大きくなる。このため、仮に、第1方向において、複数の第1伝熱部(65a)を流れる熱媒体の向きと、複数の第2伝熱部(66a)を流れる熱媒体の向きとが同じであると、第1熱交換器(60)において熱交換量が大きくなる部分が偏在してしまう。その結果、第1熱交換器(60)の熱交換効率が低下してしまう。
これに対し、本実施形態では、第1方向において、複数の第1伝熱部(65a)を流れる熱媒体の向きと、複数の第2伝熱部(66a)を流れる熱媒体の向きとが逆であるので、熱媒体と空気の温度差が大きくなる箇所を、第1方向の一端側と他端側とで分散できる。その結果、第1熱交換器(60)の熱交換効率を向上できる。
(4)運転動作
冷凍装置の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置(1)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。冷房運転は、室内熱交換器(7)によって室内空間を冷却する運転である。暖房運転は、室内熱交換器(7)によって室内空間を加熱する運転である。
冷凍装置の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置(1)は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。冷房運転は、室内熱交換器(7)によって室内空間を冷却する運転である。暖房運転は、室内熱交換器(7)によって室内空間を加熱する運転である。
(4-1)冷房運転
冷房運転では、コントローラ(100)が、ポンプ(45)、室外ファン(63)、室内ファン(8)を運転させる。冷房運転では、図6に示す第1動作と、図7に示す第2動作とが交互に繰り返し行われる。
冷房運転では、コントローラ(100)が、ポンプ(45)、室外ファン(63)、室内ファン(8)を運転させる。冷房運転では、図6に示す第1動作と、図7に示す第2動作とが交互に繰り返し行われる。
(4-1-1)冷房運転の第1動作
冷房運転の第1動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第2状態とし、第2回転式切換弁(52)を第1状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第1変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)の熱が、熱媒体に放出されると同時に、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)で熱媒体が冷却される。
冷房運転の第1動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第2状態とし、第2回転式切換弁(52)を第1状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第1変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)の熱が、熱媒体に放出されると同時に、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)で熱媒体が冷却される。
具体的には、第1冷凍ユニット(U1)では、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)の熱が熱媒体に放出される。第1冷凍部(20A)の熱媒体は、第1流出路(31)、第1中継管(39)を通過し、室外熱交換器(60)の第1熱交換パス(61)に流入する。第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の熱は、室外空気に放出される。第1熱交換パス(61)を流出した熱媒体は、第2中継管(40)、第2流入路(34)を通過し、第1冷凍ユニット(U1)の第2冷凍部(20B)を流れる。第1冷凍ユニット(U1)の第2冷凍部(20B)では、第2磁気作業物質(22B)によって熱媒体が冷却される。
同様に、第2冷凍ユニット(U2)では、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)の熱が熱媒体に放出される。第1冷凍部(20A)内の熱媒体は、第1流出路(31)、第1中継管(39)を通過し、室外熱交換器(60)の第2熱交換パス(62)に流入する。第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の熱は、室外空気に放出される。第2熱交換パス(62)を流出した熱媒体は、第2中継管(40)、第2流入路(34)を通過し、第2冷凍ユニット(U2)の第2冷凍部(20B)を流れる。第2冷凍ユニット(U2)の第2冷凍部(20B)では、第2磁気作業物質(22B)によって熱媒体が冷却される。
第1冷凍ユニット(U1)の第4流出路(37)に流出した熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)の第4流出路(37)に流出した熱媒体とは、第1回転式切換弁(51)で合流し、第1連絡配管(2)を通過した後、室内熱交換器(7)を流れる。室内熱交換器(7)では、熱媒体によって室内空気が冷却される。室内熱交換器(7)を流出した熱媒体は、第2連絡配管(3)を通過し、第2回転式切換弁(52)において、第1冷凍ユニット(U1)の第3流入路(36)と、第2冷凍ユニット(U2)の第3流入路(36)とに分流する。第1冷凍ユニット(U1)の熱媒体は、再び第1冷凍部(20A)に送られる。第2冷凍ユニット(U2)の熱媒体は、再び第1冷凍部(20A)に送られる。
(4-1-2)冷房運転の第2動作
冷房運転の第2動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第1状態とし、第2回転式切換弁(52)を第2状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第2変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)の熱が、熱媒体に放出されると同時に、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)で熱媒体が冷却される。
冷房運転の第2動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第1状態とし、第2回転式切換弁(52)を第2状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第2変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)の熱が、熱媒体に放出されると同時に、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)で熱媒体が冷却される。
具体的には、第1冷凍ユニット(U1)では、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)の熱が熱媒体に放出される。第2冷凍部(20B)の熱媒体は、第2流出路(33)、第1中継管(39)を通過し、室外熱交換器(60)の第1熱交換パス(61)に流入する。第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の熱は、室外空気に放出される。第1熱交換パス(61)を流出した熱媒体は、第2中継管(40)、第1流入路(32)を通過し、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)を流れる。第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)では、第1磁気作業物質(22A)によって熱媒体が冷却される。
同様に、第2冷凍ユニット(U2)では、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)の熱が熱媒体に放出される。第2冷凍部(20B)内の熱媒体は、第2流出路(33)、第1中継管(39)を通過し、室外熱交換器(60)の第2熱交換パス(62)に流入する。第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の熱は、室外空気に放出される。第2熱交換パス(62)を流出した熱媒体は、第2中継管(40)、第1流入路(32)を通過し、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)を流れる。第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)では、第1磁気作業物質(22A)によって熱媒体が冷却される。
第1冷凍ユニット(U1)の第3流出路(35)に流出した熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)の第3流出路(35)に流出した熱媒体とは、第1回転式切換弁(51)で合流し、第1連絡配管(2)を通過した後、室内熱交換器(7)を流れる。室内熱交換器(7)では、熱媒体によって室内空気が冷却される。室内熱交換器(7)を流出した熱媒体は、第2連絡配管(3)を通過し、第2回転式切換弁(52)において、第1冷凍ユニット(U1)の第4流入路(38)と、第2冷凍ユニット(U2)の第4流入路(38)とに分流する。第1冷凍ユニット(U1)の熱媒体は、再び第2冷凍部(20B)に送られる。第2冷凍ユニット(U2)の熱媒体は、再び第2冷凍部(20B)に送られる。
(4-2)暖房運転
暖房運転では、コントローラ(100)が、ポンプ(45)、室外ファン(63)、室内ファン(8)を運転させる。暖房運転では、図6に示す第1動作と、図7に示す第2動作とが交互に繰り返し行われる。
暖房運転では、コントローラ(100)が、ポンプ(45)、室外ファン(63)、室内ファン(8)を運転させる。暖房運転では、図6に示す第1動作と、図7に示す第2動作とが交互に繰り返し行われる。
(4-2-1)暖房運転の第1動作
暖房運転の第1動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第2状態とし、第2回転式切換弁(52)を第1状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第2変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、熱媒体の熱が第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)に奪われると同時に、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)で熱媒体が加熱される。
暖房運転の第1動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第2状態とし、第2回転式切換弁(52)を第1状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第2変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、熱媒体の熱が第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)に奪われると同時に、第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)で熱媒体が加熱される。
図6に示すように、暖房運転の第1動作の基本的な熱媒体の流れは、冷房運転の第1動作と同じである。室外熱交換器(60)では、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体が室外空気から吸熱する。同時に、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体が室外空気から吸熱する。室内熱交換器(7)では、熱媒体が室内空気を加熱する。
(4-2-2)暖房運転の第2動作
暖房運転の第2動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第1状態とし、第2回転式切換弁(52)を第2状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第1変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、熱媒体の熱が第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)に奪われると同時に、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)で熱媒体が加熱される。
暖房運転の第2動作では、コントローラ(100)が、第1回転式切換弁(51)を第1状態とし、第2回転式切換弁(52)を第2状態とする。その結果、各冷凍ユニット(U)の第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が室外熱交換器(60)に送られ、各冷凍ユニット(U)の第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体が室内熱交換器(7)に送られる。コントローラ(100)は、各冷凍ユニット(U)で第1変調動作を実行させる。その結果、各冷凍ユニット(U)では、熱媒体の熱が第2冷凍部(20B)の第2磁気作業物質(22B)に奪われると同時に、第1冷凍部(20A)の第1磁気作業物質(22A)で熱媒体が加熱される。
図7に示すように、暖房運転の第2動作の基本的な熱媒体の流れは、冷房運転の第2動作と同じである。室外熱交換器(60)では、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体が室外空気から吸熱する。同時に、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体が室外空気から吸熱する。室内熱交換器(7)では、熱媒体が室内空気を加熱する。
(5)特徴
(5-1)
第1熱交換要素(H1)である室外熱交換器(60)は、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第2熱交換パス(62)とを有する。
(5-1)
第1熱交換要素(H1)である室外熱交換器(60)は、第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第1熱交換パス(61)と、第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第2熱交換パス(62)とを有する。
この構成では、従来例の熱交換器のように、複数の冷凍ユニットに対応する熱交換パスを1つに集約せず、室外熱交換器(60)に複数の熱交換パス(61,62)を形成している。このため、室外熱交換器(60)では、熱交換パス(61,62)のレイアウトの自由度が向上する。
具体的には、図4および図5に示すように、第1熱交換パス(61)では、第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れる。第2熱交換パス(62)では、第1方向の他端側から一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる。この構成では、室外熱交換器(60)において、空気と熱媒体との温度差が大きい部分が偏ってしまうことを抑制できる。したがって、熱交換パス(61,62)のレイアウトの自由度を向上することで、室外熱交換器(60)の熱交換効率を向上できる。
室外熱交換器(60)では、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)を形成することで、熱媒体の流路抵抗を低減でき、さらにはポンプ(45)の動力を低減できる。
室外熱交換器(60)は、1つであるので、室外ユニット(10)の部品点数を削減でき、室外ユニット(10)をコンパクト化できる。
(5-2)
冷凍装置(1)は、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)と、第1熱交換要素(H1)である室外熱交換器(60)とを収容する室外ケーシング(11)を備える。
冷凍装置(1)は、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)と、第1熱交換要素(H1)である室外熱交換器(60)とを収容する室外ケーシング(11)を備える。
この構成では、第1冷凍ユニット(U1)と室外熱交換器(60)の距離が近づく。このため、第1熱交換パス(61)に対応する第1中継管(39)および第2中継管(40)を短くできる。加えて、第2冷凍ユニット(U2)と室外熱交換器(60)の距離が近づく。このため、第2熱交換パス(62)に対応する第1中継管(39)および第2中継管(40)を短くできる。その結果、複数の熱交換パス(61,62)に対応する配管の数が増えたとしても、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりすることを抑制できる。
(5-3)
冷凍装置(1)は、第4熱交換器である室内熱交換器(7)を収容する室内ケーシング(6)と、第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体とを合流させる合流部を構成する第1回転式切換弁(51)と、第1回転式切換弁(51)の流出部と室内熱交換器(7)の流入部とを連通させる第1連絡配管(2)と、熱媒体を第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに分流させる分流部を構成する第2回転式切換弁(52)と、室内熱交換器(7)の流出部と第2回転式切換弁(52)の流入部とを連通させる第2連絡配管(3)とを備える。
冷凍装置(1)は、第4熱交換器である室内熱交換器(7)を収容する室内ケーシング(6)と、第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体と、第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体とを合流させる合流部を構成する第1回転式切換弁(51)と、第1回転式切換弁(51)の流出部と室内熱交換器(7)の流入部とを連通させる第1連絡配管(2)と、熱媒体を第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに分流させる分流部を構成する第2回転式切換弁(52)と、室内熱交換器(7)の流出部と第2回転式切換弁(52)の流入部とを連通させる第2連絡配管(3)とを備える。
この構成では、室内ケーシング(6)と室外ケーシング(11)とを繋ぐ連絡配管(2,3)の数を最小限に抑えることができる。このため、特に室内ケーシング(6)と室外ケーシング(11)との距離が離れたとしても、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりすることを抑制できる。
このように、本実施形態では、冷凍ユニット(U)の数に応じて本数が多くなる第1中継管(39)および第2中継管(40)を室外ケーシング(11)に収容し、且つ比較的長くなる連絡配管(2,3)は、2本としている。このため、配管作業が困難となったり、配管のコストが上がったりすることを効果的に抑制できる。
室外ケーシング(11)は、第1冷凍ユニット(U1)、第2冷凍ユニット(U2)、室外熱交換器(60)、第1中継管(39)、第2中継管(40)を収容するので、そのサイズは比較的大きくなる。しかし、室外ケーシング(11)は、室外に設置されるので、配置スペースの制約を大きく受けない。加えて、室内に配置される室内ケーシング(6)を小型化できる。
(6)変形例
実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、原則として、上記実施形態と異なる点について説明する。
実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、原則として、上記実施形態と異なる点について説明する。
(6-1)変形例1
図8に示すように、変形例1の冷凍装置(1)は、第1流量調節弁(53)と、第2流量調節弁(54)とを有する。第1流量調節弁(53)は、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を調節する第1流量調節部を構成する。第2流量調節弁(54)は、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量調節する第2流量調節部を構成する。第1流量調節弁(53)は、第1冷凍ユニット(U1)の第2中継管(40)に設けられる。第2流量調節弁(54)は、第2冷凍ユニット(U2)の第2中継管(40)に設けられる。
図8に示すように、変形例1の冷凍装置(1)は、第1流量調節弁(53)と、第2流量調節弁(54)とを有する。第1流量調節弁(53)は、第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を調節する第1流量調節部を構成する。第2流量調節弁(54)は、第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量調節する第2流量調節部を構成する。第1流量調節弁(53)は、第1冷凍ユニット(U1)の第2中継管(40)に設けられる。第2流量調節弁(54)は、第2冷凍ユニット(U2)の第2中継管(40)に設けられる。
上述した暖房運転や冷房運転において、コントローラ(100)は、第1流量調節弁(53)の開度や、第2流量調節弁(54)の開度を調節する。これにより、室外熱交換器(60)では、運転条件に応じて、第1熱交換パス(61)の熱媒体と空気の熱交換量や、第2熱交換パス(62)の熱媒体と空気の熱交換量を調節できる。その結果、第1熱交換器(60)の熱交換能力、第1冷凍ユニット(U1)の熱負荷、あるいは第2冷凍ユニット(U2)の熱負荷を個別に調節できる。
第1流量調節弁(53)や第2流量調節弁(54)は、第1中継管(39)に設けられてもよい。
第1流量調節部や第2流量調節部は、運転容量が可変なポンプであってもよい。
(6-2)変形例2
図9に示すように、変形例2の冷凍装置(1)は、第1バイパス流路(55)と、第2バイパス流路(56)と、第1弁である第1バイパス調節弁(57)と、第2弁である第2バイパス調節弁(58)とを有する。
図9に示すように、変形例2の冷凍装置(1)は、第1バイパス流路(55)と、第2バイパス流路(56)と、第1弁である第1バイパス調節弁(57)と、第2弁である第2バイパス調節弁(58)とを有する。
第1バイパス流路(55)は、第1熱交換パス(61)の上流側の熱媒体を、第1熱交換パス(61)の下流側にバイパスさせる。具体的には、第1バイパス流路(55)の一端は、第1冷凍ユニット(U1)の第1中継管(39)と接続し、第1バイパス流路(55)の他端は、第1冷凍ユニット(U1)の第2中継管(40)と接続する。
第1バイパス調節弁(57)は、第1バイパス流路(55)に設けられる。第1バイパス調節弁(57)は、第1バイパス流路(55)を開閉する。第1バイパス調節弁(57)は、第1バイパス流路(55)流れる熱媒体の流量を調節する。
第2バイパス流路(56)は、第2熱交換パス(62)の上流側の熱媒体を、第2熱交換パス(62)の下流側にバイパスさせる。具体的には、第2バイパス流路(56)の一端は、第2冷凍ユニット(U2)の第1中継管(39)と接続し、第2バイパス流路(56)の他端は、第2冷凍ユニット(U2)の第2中継管(40)と接続する。
第2バイパス調節弁(58)は、第2バイパス流路(56)に設けられる。第2バイパス調節弁(58)は、第2バイパス流路(56)を開閉する。第2バイパス調節弁(58)は、第1バイパス流路(55)流れる熱媒体の流量を調節する。
上述した暖房運転や冷房運転において、コントローラ(100)は、第1流量調節弁(53)の開度や、第2流量調節弁(54)の開度を調節する。
第1バイパス調節弁(57)を開けることで、第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体を、第1熱交換パス(61)の下流側にバイパスさせることができる。その結果、第1バイパス調節弁(57)の開度に応じて、第1熱交換器(60)の熱交換能力や、第1冷凍ユニット(U1)の熱負荷を調節できる。
コントローラ(100)は、暖房運転や冷房運転の起動時において、第1バイパス調節弁(57)を開け、熱媒体をバイパスさせる。その結果、第1冷凍ユニット(U1)の熱負荷が小さくなるので、第1冷凍ユニット(U1)の磁気作業物質(22)を速やかにキュリー温度に近づけることができる。その結果、暖房能力や冷房能力を速やかに増大できる。
同様に、第2バイパス調節弁(58)を開けることで、第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体を、第2熱交換パス(62)の下流側にバイパスさせることができる。その結果、第2バイパス調節弁(58)の開度に応じて、第1熱交換器(60)の熱交換能力や、第2冷凍ユニット(U2)の熱負荷を調節できる。
コントローラ(100)は、暖房運転や冷房運転の起動時において、第2バイパス調節弁(58)を開け、熱媒体をバイパスさせる。その結果、第2冷凍ユニット(U2)の熱負荷が小さくなるので、第2冷凍ユニット(U2)の磁気作業物質(22)を速やかにキュリー温度に近づけることができる。その結果、暖房能力や冷房能力を速やかに増大できる。
第1バイパス流路(55)に熱媒体をバイパスさせるための第1弁は、第1バイパス流路(55)に設けた開閉弁であってもよい。第1弁は、第1中継管(39)を、第1バイパス流路(55)および第1熱交換パス(61)と選択的に連通させる1つの三方弁や、2つの開閉弁であってもよい。
第2バイパス流路(56)に熱媒体をバイパスさせるための第2弁は、第2バイパス流路(56)に設けた開閉弁であってもよい。第2弁は、第1中継管(39)を、第2バイパス流路(56)および第2熱交換パス(62)と選択的に連通させる1つの三方弁や、2つの開閉弁であってもよい。
このようなバイパス流路を室内熱交換器側の流路に設けてもよい。具体的には、図6の第1動作において、第4流出路(37)の熱媒体を第3流入路(36)にバイパスさせる第3バイパス流路と、第3バイパス流路を開閉する第3弁を設けてよい。図7の第2動作において、第3流出路(35)の熱媒体を第4流入路(38)にバイパスさせる第4バイパス流路と、第4バイパス流路を開閉する第4弁を設けてよい。これらのバイパス流路や弁は、各冷凍ユニット(U)に設けられる。これらの弁は、流量調節弁、開閉弁、三方弁などで構成される。
(6-3)変形例3
図10に示すように、変形例3の第1熱交換要素(H1)は、第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とを有する。第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とは、互いに分離された熱交換器である。第1室外熱交換器(60A)は、第1熱交換パス(61)を有する1つの第2熱交換器を構成する。第2室外熱交換器(60B)は、第2熱交換パス(62)を有する1つの第3熱交換器を構成する。なお、第1熱交換要素(H1)は、各々が熱交換パスを有する3つ以上の熱交換器を有してもよい。本例では、第1室外熱交換器(60A)の近傍に第1室外ファン(63A)が設けられ、第2室外熱交換器(60B)の近傍に第2室外ファン(63B)が設けられる。
図10に示すように、変形例3の第1熱交換要素(H1)は、第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とを有する。第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とは、互いに分離された熱交換器である。第1室外熱交換器(60A)は、第1熱交換パス(61)を有する1つの第2熱交換器を構成する。第2室外熱交換器(60B)は、第2熱交換パス(62)を有する1つの第3熱交換器を構成する。なお、第1熱交換要素(H1)は、各々が熱交換パスを有する3つ以上の熱交換器を有してもよい。本例では、第1室外熱交換器(60A)の近傍に第1室外ファン(63A)が設けられ、第2室外熱交換器(60B)の近傍に第2室外ファン(63B)が設けられる。
変形例3では、第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とを個別に配置できるので、熱交換パス(61,62)のレイアウトの自由度を向上できる。その結果、熱交換パス(61,62)レイアウトの改善により、第1熱交換要素(H1)の熱交換効率を向上できる。
(6-4)変形例4
図11に示す変形例4の冷凍装置(1)は、少なくとも3つの冷凍ユニット(U)を有する。3つの冷凍ユニット(U)は、第1冷凍ユニット(U1)、第2冷凍ユニット(U2)、および第3冷凍ユニット(U3)である。室外熱交換器(60)は、第1熱交換パス(61)、第2熱交換パス(62)、および第3熱交換パス(67)を有する。第3熱交換パス(67)は、第3冷凍ユニット(U3)の第1中継管(39)と、第3冷凍ユニット(U3)の第2中継管(40)と接続する。第3冷凍ユニット(U3)の第3流出路(35)および第4流出路(37)は、第1回転式切換弁(51)と接続する。第3冷凍ユニット(U3)の第3流入路(36)および第4流入路(38)は、第2回転式切換弁(52)と接続する。
図11に示す変形例4の冷凍装置(1)は、少なくとも3つの冷凍ユニット(U)を有する。3つの冷凍ユニット(U)は、第1冷凍ユニット(U1)、第2冷凍ユニット(U2)、および第3冷凍ユニット(U3)である。室外熱交換器(60)は、第1熱交換パス(61)、第2熱交換パス(62)、および第3熱交換パス(67)を有する。第3熱交換パス(67)は、第3冷凍ユニット(U3)の第1中継管(39)と、第3冷凍ユニット(U3)の第2中継管(40)と接続する。第3冷凍ユニット(U3)の第3流出路(35)および第4流出路(37)は、第1回転式切換弁(51)と接続する。第3冷凍ユニット(U3)の第3流入路(36)および第4流入路(38)は、第2回転式切換弁(52)と接続する。
変形例4の冷凍装置(1)では、第3冷凍ユニット(U3)の第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)の一方で冷却または加熱された熱媒体が、第3熱交換パス(67)を流れる。同時に、第3冷凍ユニット(U3)の第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)の他方で冷却および加熱された熱媒体は、他の冷凍ユニット(U)からの熱媒体と第1回転式切換弁(51)で合流する。第2回転式切換弁(52)で分流した熱媒体は、第3冷凍ユニット(U3)の第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)の一方に戻る。
(6-5)変形例5
図12に示す変形例5の冷凍装置(1)は、変形例3と変形例4の組み合わせである。冷凍装置(1)は、第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とを有する。第1室外熱交換器(60A)は、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを有する。第2室外熱交換器(60B)は、1つの第1熱交換パス(61)を有する。変形例5において、第1室外熱交換器(60A)は、3つ以上の熱交換パスを有してもよい。第1室外熱交換器(60A)や第2室外熱交換器(60B)の数を2つ以上としてもよい。
図12に示す変形例5の冷凍装置(1)は、変形例3と変形例4の組み合わせである。冷凍装置(1)は、第1室外熱交換器(60A)と第2室外熱交換器(60B)とを有する。第1室外熱交換器(60A)は、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを有する。第2室外熱交換器(60B)は、1つの第1熱交換パス(61)を有する。変形例5において、第1室外熱交換器(60A)は、3つ以上の熱交換パスを有してもよい。第1室外熱交換器(60A)や第2室外熱交換器(60B)の数を2つ以上としてもよい。
(6-6)変形例6
図13に示す変形例6の第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)が、互いに並列な複数の流路を有する。第2熱交換パス(62)は互いに並列な複数の流路を有する。具体的には、第1熱交換パス(61)は、第1流路(71)と第2流路(72)とを有し、第2熱交換パス(62)は第3流路(73)と第4流路(74)とを有する。第1流路(71)および第2流路(72)は、実施形態と同様、第1伝熱部である第1伝熱部(65a)を有し、第3流路(73)および第4流路(74)は、実施形態と同様、第2伝熱部である第2伝熱部(66a)を有する。
図13に示す変形例6の第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)が、互いに並列な複数の流路を有する。第2熱交換パス(62)は互いに並列な複数の流路を有する。具体的には、第1熱交換パス(61)は、第1流路(71)と第2流路(72)とを有し、第2熱交換パス(62)は第3流路(73)と第4流路(74)とを有する。第1流路(71)および第2流路(72)は、実施形態と同様、第1伝熱部である第1伝熱部(65a)を有し、第3流路(73)および第4流路(74)は、実施形態と同様、第2伝熱部である第2伝熱部(66a)を有する。
第1流路(71)は、室外熱交換器(60)のうち、第1方向の一端寄りに形成され、第2流路(72)は、室外熱交換器(60)のうち第1方向の他端寄りに形成される。第1流路(71)の流入端は、室外熱交換器(60)における第1方向の一端部に位置する。第1流路(71)の流出端は、室外熱交換器(60)における第1方向の中間部に位置する。第2流路(72)の流入端は、室外熱交換器(60)における第1方向の中間部に位置する。第2流路(72)の流出端は、室外熱交換器(60)における第1方向の他端部に位置する。
第3流路(73)は、室外熱交換器(60)のうち、第1方向の他端寄りに形成され、第4流路(74)は、室外熱交換器(60)のうち第1方向の一端寄りに形成される。第3流路(73)の流入端は、室外熱交換器(60)における第1方向の他端部に位置する。第3流路(73)の流出端は、室外熱交換器(60)における第1方向の中間部に位置する。第4流路(74)の流入端は、室外熱交換器(60)における第1方向の中間部に位置する。第4流路(74)の流出端は、室外熱交換器(60)における第1方向の一端部に位置する。
室外熱交換器(60)の上部において、第1流路(71)の第1伝熱部(65a)と、第4流路(74)の第2伝熱部(66a)とが第1方向に交互に配列される。室外熱交換器(60)の下部において、第2流路(72)の第1伝熱部(65a)と、第3流路(73)の第2伝熱部(66a)とが第1方向に交互に配列される。
第1流路(71)および第2流路(72)では、第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れる。第3流路(73)および第4流路(74))では、第1方向の他端側から一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる。この構成においても、室外熱交換器(60)において、空気と熱媒体との温度差が大きい部分が偏ってしまうことを抑制できる。したがって、室外熱交換器(60)の熱交換効率を向上できる。
(6-7)変形例7
図14~図16に示す変形例7の第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とが空気流れ方向に並んで配列される。具体的には、室外熱交換器(60)には、空気流れの上流側に第1熱交換パス(61)が形成され、空気流れの下流側に第2熱交換パス(62)が形成される。第1熱交換パス(61)および第2熱交換パス(62)の構成は、上述した実施形態と同様である。変形例7では、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを空気流れ方向に配列することで、第1熱交換パス(61)の熱媒体と、第2熱交換パス(62)の熱媒体とが互いに熱交換することを抑制できる。
図14~図16に示す変形例7の第1熱交換要素(H1)は、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とが空気流れ方向に並んで配列される。具体的には、室外熱交換器(60)には、空気流れの上流側に第1熱交換パス(61)が形成され、空気流れの下流側に第2熱交換パス(62)が形成される。第1熱交換パス(61)および第2熱交換パス(62)の構成は、上述した実施形態と同様である。変形例7では、第1熱交換パス(61)と第2熱交換パス(62)とを空気流れ方向に配列することで、第1熱交換パス(61)の熱媒体と、第2熱交換パス(62)の熱媒体とが互いに熱交換することを抑制できる。
変形例7において、第1熱交換パス(61)に対応するフィン(F)と、第2熱交換パス(62)に対応するフィン(F)とを分離してもよい。この場合、第1熱交換要素(H1)は、変形例3のように、互いに分離された第1室外熱交換器(60A)と、第2室外熱交換器(60B)とによって構成される。
変形例7の第1熱交換パス(61)は、変形例6のように、互いに並列な流路(第1流路(71)および第2流路(72))を有してもよい。変形例7の第2熱交換パス(62)は、変形例6のように、互いに並列な流路(第3流路(73)および第4流路(74))を有してもよい。
(7)その他の実施形態
上記実施形態、および各変形例においては、以下のような構成としてもよい。
上記実施形態、および各変形例においては、以下のような構成としてもよい。
第1熱交換要素(H1)は、室内熱交換器であってもよい。第2熱交換要素(H2)は、室外熱交換器であってもよい。
第1熱交換要素(H1)は、熱媒体回路(C)の熱媒体と、他の流体(例えば水やブライン)とを熱交換させてもよい。第2熱交換要素(H2)は、熱媒体回路(C)の熱媒体と、他の流体(例えば水やブライン)とを熱交換させてもよい。
冷凍装置(1)は、空気調和装置以外の装置、例えば庫内を冷却する冷却器、ヒートポンプ式のチリングユニット、給湯装置などに適用されてもよい。
冷凍装置(1)は、磁気作業物質(22)に磁気熱量効果を誘発する磁気冷凍装置以外の他の方式の固体冷凍装置であってもよい。冷凍装置(1)は、外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体冷媒物質と、固体冷媒物質に熱量効果を誘発させる誘発部とを有する。ここでいう固体冷媒物質は、柔軟結晶などの液体と固体の中間の性質を有するものも含む。他の方式の固体冷凍装置としては、1)固体冷媒物質に電気熱量効果を誘発する方式、2)固体冷媒物質に圧力熱量効果を誘発する方式、3)固体冷媒物質に弾性熱量効果を誘発する方式が挙げられる。
1)の方式の固体冷凍装置は、誘発部が固体冷媒物質に電場変動を付与する。これにより固体冷媒物質が強誘電体から常誘電体へ相転移するなどして、固体冷媒物質が発熱または吸熱する。
2)の方式の固体冷凍装置は、誘発部が固体冷媒物質に圧力変動を付与することで、固体冷媒物質が相転移し発熱または吸熱する。
3)の方式の固体冷凍装置は、誘発部が固体冷媒物質に応力変動を付与することで、固体冷媒物質が相転移し発熱または吸熱する。
磁場変調部(23)は、永久磁石を用いたリニア駆動型、永久磁石を用いた回転駆動型、電磁石を用いた静止型、電磁石と永久磁石を用いた静止型のいずれかであってもよい。
切換機構(50)は、回転式切換弁でなくてもよく、開閉弁、三方弁、四方切換弁、流量調節弁などの弁を組みあわせて構成してもよい。
合流部は、第1回転式切換弁(51)に設けられなくてもよく、熱媒体の合流用の配管構造やヘッダ構造であってもよい。分流部は、第2回転式切換弁(52)に設けられなくてもよく、熱媒体の配管構造やヘッダ構造であってもよい。
第1ケーシング(11)と第2ケーシング(6)との双方を室外に配置したり、室内に配置したりしてもよい。
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
以上に述べた「第1」、「第2」、「第3」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。
以上に説明したように、本開示は、冷凍装置について有用である。
1 冷凍装置
2 第1連絡配管
3 第2連絡配管
6 室内ケーシング(第2ケーシング)
7 室内熱交換器(第4熱交換器)
11 室外ケーシング(第1ケーシング)
20A 第1冷凍部
20B 第2冷凍部
22 磁気作業物質(固体作業物質)
23 磁場変調部(変調部)
50 切換機構
51 第1回転式切換弁(合流部)
52 第2回転式切換弁(分流部)
53 第1流量調節弁(第1流量調節部)
54 第2流量調節弁(第2流量調節部)
55 第1バイパス流路
56 第2バイパス流路
57 第1バイパス調節弁(第1弁)
58 第2バイパス調節弁(第2弁)
60 室外熱交換器(第1熱交換器)
60A 第1室外熱交換器(第2熱交換器)
60B 第2室外熱交換器(第3熱交換器)
61 第1熱交換パス
62 第2熱交換パス
65a 第1伝熱部
66a 第2伝熱部
C 熱媒体回路
H1 第1熱交換要素
H2 第2熱交換要素
U 冷凍ユニット
U1 第1冷凍ユニット
U2 第2冷凍ユニット
2 第1連絡配管
3 第2連絡配管
6 室内ケーシング(第2ケーシング)
7 室内熱交換器(第4熱交換器)
11 室外ケーシング(第1ケーシング)
20A 第1冷凍部
20B 第2冷凍部
22 磁気作業物質(固体作業物質)
23 磁場変調部(変調部)
50 切換機構
51 第1回転式切換弁(合流部)
52 第2回転式切換弁(分流部)
53 第1流量調節弁(第1流量調節部)
54 第2流量調節弁(第2流量調節部)
55 第1バイパス流路
56 第2バイパス流路
57 第1バイパス調節弁(第1弁)
58 第2バイパス調節弁(第2弁)
60 室外熱交換器(第1熱交換器)
60A 第1室外熱交換器(第2熱交換器)
60B 第2室外熱交換器(第3熱交換器)
61 第1熱交換パス
62 第2熱交換パス
65a 第1伝熱部
66a 第2伝熱部
C 熱媒体回路
H1 第1熱交換要素
H2 第2熱交換要素
U 冷凍ユニット
U1 第1冷凍ユニット
U2 第2冷凍ユニット
Claims (10)
- 複数の冷凍ユニット(U)と、第1熱交換要素(H1)と、第2熱交換要素(H2)とを有するとともに、熱媒体が流れる熱媒体回路(C)を備え、
前記複数の冷凍ユニット(U)の各々は、
外部エネルギーに対する熱量効果を発揮する固体作業物質(22)を有するとともに該固体作業物質(22)と熱媒体とをそれぞれ熱交換させる第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)と、
前記第1冷凍部(20A)および第2冷凍部(20B)の各固体作業物質(22)に熱量効果を誘発させる変調部(23)とをそれぞれ有し、
前記熱媒体回路(C)は、
前記複数の冷凍ユニット(U)のそれぞれにおいて、前記第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を前記第1熱交換要素(H1)に送ると同時に前記第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体を前記第2熱交換要素(H2)に送る第1動作と、前記第1冷凍部(20A)を通過した熱媒体を前記第2熱交換要素(H2)に送ると同時に前記第2冷凍部(20A)を通過した熱媒体を前記第1熱交換要素(H1)に送る第2動作とを行うように、前記熱媒体回路(C)の流路を切り換える切換機構(50)を有し、
前記複数の冷凍ユニット(U)は、第1冷凍ユニット(U1)と、第2冷凍ユニット(U2)とを含み、
前記第1熱交換要素(H1)は、
前記第1冷凍ユニット(U1)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第1熱交換パス(61)と、
前記第2冷凍ユニット(U2)の第1冷凍部(20A)または第2冷凍部(20B)を通過した熱媒体が流れる第2熱交換パス(62)とを有する
冷凍装置。 - 前記第1熱交換要素(H1)は、前記第1熱交換パス(61)と前記第2熱交換パス(62)とを有する1つの第1熱交換器(60)を含む
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記第1熱交換要素(H1)は、
前記第1熱交換パス(61)を有する1つの第2熱交換器(60A)と、
前記第2熱交換パス(62)を有する1つの第3熱交換器(60B)とを含む
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記第1冷凍ユニット(U1)と、前記第2冷凍ユニット(U2)と、前記第1熱交換要素(H1)とを収容する第1ケーシング(11)をさらに備える
請求項1~3のいずれか1つに記載の冷凍装置。 - 前記第2熱交換要素(H2)は、第4熱交換器(7)を含み、
前記第4熱交換器(7)を収容する第2ケーシング(6)と、
前記第1冷凍ユニット(U1)からの熱媒体と、前記第2冷凍ユニット(U2)からの熱媒体とを合流させる合流部(51)と、
前記合流部(51)の流出部と前記第4熱交換器(7)の流入部とを連通させる第1連絡配管(2)と、
前記熱媒体を前記第1冷凍ユニット(U1)と第2冷凍ユニット(U2)とに分流させる分流部(52)と、
前記第4熱交換器(7)の流出部と前記分流部(52)の流入部とを連通させる第2連絡配管(3)とをさらに備える
請求項4に記載の冷凍装置。 - 前記第1ケーシング(11)は、室外に配置され、
前記第2ケーシング(6)は、室内に配置される
請求項5に記載の冷凍装置。 - 前記第1熱交換パス(61)を流れる熱媒体の流量を調節する第1流量調節部(53)と、
前記第2熱交換パス(62)を流れる熱媒体の流量を調節する第2流量調節部(54)と
をさらに備える
請求項1~6のいずれか1つに記載の冷凍装置。 - 前記第1熱交換パス(61)の上流側の熱媒体を、該第1熱交換パス(61)の下流側にバイパスさせる第1バイパス流路(55)と、
前記第1バイパス流路(55)を開閉する第1弁(57)と、
前記第2熱交換パス(62)の上流側の熱媒体を、該第2熱交換パス(62)の下流側にバイパスさせる第2バイパス流路(56)と、
前記第2バイパス流路(56)を開閉する第2弁(58)と
をさらに備える
請求項1~7のいずれか1つに記載の冷凍装置。 - 前記第1熱交換器(60)は、前記熱媒体と空気とを熱交換させる空気熱交換器であり、
前記第1熱交換パス(61)は、第1方向に沿って配列される複数の第1伝熱部(65a)を有し、
前記第2熱交換パス(62)は、前記第1方向に沿って配列される複数の第2伝熱部(66a)を有し、
前記第1熱交換パス(61)では、前記第1方向の一端側から他端側に向かって複数の第1伝熱部(65a)を順に熱媒体が流れ、
前記第2熱交換パス(62)では、前記第1方向の前記他端側から前記一端側に向かって複数の第2伝熱部(66a)を順に熱媒体が流れる
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記第1冷凍部(20A)および前記第2冷凍部(20B)は、前記固体作業物質としての磁気作業物質を有し、
前記第1冷凍部(20A)および前記第2冷凍部(20B)の各変調部(23)は、前記磁気作業物質に磁場変調を付与するように構成される
請求項1~9のいずれか1つに記載の冷凍装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024037246A JP2025138258A (ja) | 2024-03-11 | 2024-03-11 | 冷凍装置 |
| JP2024-037246 | 2024-03-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025192467A1 true WO2025192467A1 (ja) | 2025-09-18 |
Family
ID=97063646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2025/008502 Pending WO2025192467A1 (ja) | 2024-03-11 | 2025-03-07 | 冷凍装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| WO (1) | WO2025192467A1 (ja) |
Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008175414A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
| JP2010271885A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Fuji Electric Retail Systems Co Ltd | 自動販売機 |
| JP2012242020A (ja) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Denso Corp | ヒートポンプ装置 |
| JP2021156391A (ja) * | 2020-03-27 | 2021-10-07 | ダイキン工業株式会社 | 回転バルブ型多方切換弁 |
-
2024
- 2024-03-11 JP JP2024037246A patent/JP2025138258A/ja active Pending
-
2025
- 2025-03-07 WO PCT/JP2025/008502 patent/WO2025192467A1/ja active Pending
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP2025138258A (ja) | 2025-09-25 |
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