JP2005233551A

JP2005233551A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2005233551A
Application number: JP2004045269A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kikuchi; 宏満菊地; Jiro Okajima; 次郎岡島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】暖房時、配管径の小さい過冷却回路に液冷媒のみを流し、配管径の大きい部分にガス冷媒を流すことで圧損改善を図り、暖房能力の向上や、室外熱交換器の着霜量の低減を図ることができる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】圧縮機３、四方弁４及び室外熱交換器１０などにより構成された室外機１と、室内流量制御弁７及び室内熱交換器６などにより構成された室内機２とをガス側延長配管５と液側延長配管８とで接続して構成され、かつ室外熱交換器１０と室内流量制御弁７との間に過冷却回路１２を備えたものにおいて、過冷却回路１２の直前に、暖房時に、配管径の小さい過冷却回路に気液分離後の液冷媒のみを流すための液配管１４と、配管径の大きい部分に気液分離後のガス冷媒を流すためのガス配管１３とがそれぞれ接続された気液分離器９を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ冷媒などの冷媒を使用した冷凍サイクル装置、かつ過冷却回路を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の過冷却回路を有する冷凍サイクル装置では、冷房時、室外熱交換器出口で冷媒は液となり、過冷却回路を通過する。過冷却回路通過後、液冷媒の一部を膨張弁で絞り、低温低圧にした冷媒と高圧液冷媒とを過冷却回路で熱交換させることにより過冷却度を増すことができる。よって、過冷却回路を取り付けることにより、エンタルピー差を稼ぐことができ、冷房時の能力向上につながる。
しかし、暖房時、過冷却回路に流れる冷媒は、ガスと液が混ざった二相状態である。圧損は、ガス冷媒の方が液冷媒よりも大きく、配管径が小さくなればなるほど大きくなる。よって、過冷却回路のように配管径が小さい部分では、圧損が大きくなり、暖房能力や、室外熱交換器の着霜にも影響してくる。
また、従来技術として、過冷却用熱交換器でのバイパス流の圧損がＲ２２よりも小さな冷媒Ｒ４１０Ａを用いることにより、過冷却用熱交換器での圧損を抑えつつバイパス流量を増加させて、蒸発器入口での冷媒を飽和状態に近づけて、ＣＯＰの向上を図った冷凍機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−４４４６１号公報

従来の過冷却回路を有する冷凍サイクル装置では、暖房時、過冷却回路に流れる冷媒は、ガスと液が混ざった二相状態であるので、圧損は、ガス冷媒の方が液冷媒よりも大きく、配管径が小さくなればなるほど大きくなる。よって、過冷却回路のように配管径が小さい部分では、圧損が大きくなり、暖房能力や、室外熱交換器の着霜にも影響してくるという問題があった。また、特許文献１記載のものでは、冷媒の種類に依存するものであり、配管径の小さい過冷却回路に液冷媒のみを流すような構成ではなかった。

この発明は、暖房時、配管径の小さい過冷却回路に液冷媒のみを流し、配管径の大きい部分にガス冷媒を流すことで圧損改善を図り、暖房能力の向上や、室外熱交換器の着霜量の低減を図ることができる冷凍サイクル装置を提供するものである。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、四方弁及び室外熱交換器などにより構成された室外機と、室内流量制御弁及び室内熱交換器などにより構成された室内機とをガス側延長配管と液側延長配管とで接続して構成され、かつ室外熱交換器と室内流量制御弁との間に過冷却回路を備えたものにおいて、過冷却回路の直前に、暖房時に、配管径の小さい過冷却回路に気液分離後の液冷媒のみを流すための液配管と、配管径の大きい部分に気液分離後のガス冷媒を流すためのガス配管とがそれぞれ接続された気液分離器を設けたものである。

この発明の冷凍サイクル装置は、暖房時、過冷却回路の直前に気液分離器を設けることで、配管径の小さい過冷却回路に液冷媒を、配管径の大きい部分にガス冷媒を流し、さらにガス冷媒を室外熱交換器に直接バイパスさせてやることで圧損を改善し、暖房能力の向上、着霜量の低減を図ることができるという効果がある。

実施の形態１.
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図である。
図１において、冷凍サイクル装置は、室外機１及び室内機２から構成されている。室外機１は、インバータ駆動圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器１０、アキュムレータ１１などにより構成されている。また、室内機２は、室内流量制御弁７、室内熱交換器６などにより構成されている。室外機１と室内機２は、ガス側延長配管５及び液側延長配管８により接続され、冷凍サイクルを構成している。また、室外熱交換器１０には過冷却回路１２が接続され、さらにこの過冷却回路１２の先には気液分離器９が接続され、液側延長配管８を介して室内流量制御弁７に接続されている。気液分離器９には、気液分離後のガス冷媒を流通させるガス配管１３の一端部が接続され、その他端部はインバータ駆動圧縮機３の吸入側に接続されている。また、気液分離後の液冷媒のみを流通させる液配管１４は通常のとおり室外熱交換器１０に接続されている。

暖房運転の場合、インバータ駆動圧縮機３により吐出された高圧高温ガス冷媒は、室内熱交換器６に流入して冷却され凝縮して液冷媒となる。そしてこの液冷媒は室内流量制御弁７により低温低圧となり液とガスの二相状態で液延長配管８、過冷却回路１２を通り、室外機１０、アキュムレータ１１を経てインバータ駆動圧縮機３に戻る。
室内流量制御弁７により低温低圧となった冷媒は、液とガスの二相状態で液側延長配管８を通り、気液分離器９によってガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、配管径の細い過冷却回路１２には気液分離後の液冷媒のみを液配管１４を通して流し、一方、配管径の大きい部分であるガス配管１３に気液分離後のガス冷媒のみを流すことにより、過冷却回路１２部分での圧損を改善し、暖房能力の向上を図ることができる。
暖房時、過冷却回路入口の乾き度X＝0.25とすると、図１に示す気液分離後の液配管１４を流れる液冷媒流量は、全流量の75％になる。
圧損ΔＰは、ΔＰ∝Ｇr^1.75 なので液冷媒流量が全流量の75％になれば、圧損は、気液分離器９取り付け前と比べると、

となるので約40％削減することができる。
例えば、10HP暖房の場合、
能力31.5kW 室内入口エンタルピー−室内出口エンタルピー≒50[kcal/kg]
31.5＝Gr/3600×50×4.2 Gr≒540[kg/ｈ]
液冷媒流量を405[kg/ｈ]にすることで圧損を約40％に削減できる。
よって、暖房時に低圧側の圧損を改善することによりモリエル線図上では、図２に示すイの状態からロの状態に移るので圧縮機入力の低減が可能となり、暖房性能の向上につながる効果がある。

実施の形態２.
図３は、この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図である。
図３において、冷凍サイクル装置は、室外機１及び室内機２から構成されている。室外機１は、インバータ駆動圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器１０、アキュムレータ１１などにより構成されている。また、室内機２は、室内流量制御弁７、室内熱交換器６などにより構成されている。室外機１と室内機２は、ガス側延長配管５及び液側延長配管８により接続され、冷凍サイクルを構成している。また、室外熱交換器１０には過冷却回路１２が接続され、さらにこの過冷却回路１２の先には気液分離器９が接続され、液側延長配管８を介して室内流量制御弁７に接続されている。気液分離器９には、気液分離後のガス冷媒を流通させるガス配管１３の一端部が接続されている。この実施の形態２では、このガス配管１３の他端部を室外熱交換器１０の特に下部に直接バイパスさせるバイパス回路１３ａを形成するとともに、その途中にバイパス回路電磁弁１５を設けて、バイパス回路１３ａの他端部を室外熱交換器１０とアキュムレータ１１との間に接続したものである。また、気液分離後の液冷媒のみを流通させる液配管１４は通常のとおり室外熱交換器１０に接続されている。

暖房時、実施の形態１と同様、冷媒は、液とガスの二相状態で液側延長配管８を通り、気液分離器９によってガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、配管径の細い過冷却回路１２には気液分離後の液冷媒のみを液配管１４を通して流し、一方、配管径の大きい部分であるガス配管１３に気液分離後のガス冷媒のみを流すことにより、過冷却回路１２部分での圧損を改善し、暖房能力の向上を図ることができる。さらに、気液分離器９によって分離されたガス冷媒を室外熱交換器１０の特に下部にバイパス回路１３ａで直接バイパスさせてやることにより、着霜しにくい状態にし、着霜量を低減することができる。
暖房時の室外熱交換器１０において、熱交換器の下部は、上部に比べると、風量が小さいので熱交換量が少なくなり、着霜量が多くなることが考えられる。
そこで、着霜量を減らすために過冷却回路１２の前でガスと液に分離した冷媒のうちガス冷媒を直接熱交換器１０の下部(熱交換器下部から１パスもしくは２パス分)にバイパスさせてやる。これにより、着霜量を減らすことでデフロストに入る回数が少なくすることができ、連続運転が可能になるので暖房能力の向上につながる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置のデフロスト時の構成図であり、実施の形態２の冷媒回路において、デフロスト時、バイパス回路１３ａを利用し、着霜量が多い部分にバイパス回路電磁弁１５を開くことにより、直接ホットガスを流し、デフロスト時間を短縮することを目的とする。
デフロスト時の冷媒回路を図４に示す。図４に示すように、デフロスト時は、四方弁４が切換わり、冷房時と同じ回路になる。よって室外熱交換器１０にホットガスが流れるので室外熱交換器１０に付着した霜をホットガスの熱で溶かすことができる。
デフロスト時は、冷房時と同じ回路であるので室内には冷たい空気が流れ込む。よって少しでもデフロストの回数を減らすこと、デフロスト時間を短くすることが必要である。
室外熱交換器１０の中でも特に室外熱交換器１０の下部は、上部で溶けた霜が水となって溜まり霜が溶けにくい状態になることから、図４に示すように、バイパス回路電磁弁１５を開きバイパス回路１３ａにより温度の高いガス冷媒を直接室外熱交換器１０の下部に流し、デフロスト時間を大幅に短縮することができる。
バイパス回路電磁弁１５の開閉は、室外熱交換器出口温度センサTH5で判断する。例えば、図５に示すように、デフロスト開始時にバイパス回路電磁弁１５のスイッチをONしてやることで室外熱交換器１０の下部の霜を除去し易くする。所定時間経過し、室外熱交換器出口温度センサTH5が上昇し始めたとき(例えば10℃)に電磁弁１５のスイッチをOFFする。

この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図である。この発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置のモリエル線図である。この発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図である。この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置のデフロスト時の構成図である。この発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の室外熱交換器出口温度変化を示す特性図である。

符号の説明

１室外機、２室内機、３インバータ駆動圧縮機、４四方弁、５ガス側延長配管、６室内熱交換器、７室内流量制御弁、８液側延長配管、９気液分離器、１０室外熱交換器、１１アキュムレータ、１２過冷却回路、１３気液分離後のガス配管、１３ａバイパス回路、１４気液分離後の液配管、１５バイパス回路電磁弁。

Claims

圧縮機、四方弁及び室外熱交換器などにより構成された室外機と、室内流量制御弁及び室内熱交換器などにより構成された室内機とをガス側延長配管と液側延長配管とで接続して構成され、かつ前記室外熱交換器と前記室内流量制御弁との間に過冷却回路を備えた冷凍サイクル装置において、
前記過冷却回路の直前に、暖房時に、配管径の小さい過冷却回路に気液分離後の液冷媒のみを流すための液配管と、配管径の大きい部分に気液分離後のガス冷媒を流すためのガス配管とがそれぞれ接続された気液分離器を設けたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
暖房時に、気液分離後のガス冷媒を流すためのガス配管を、圧縮機吸入管にバイパスさせるバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
暖房時に、気液分離後のガス冷媒を流すためのガス配管を、室外熱交換器下部に直接バイパスさせるバイパス回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
デフロスト時に、着霜量が多い室外熱交換器部分にバイパス回路を用いて直接ホットガスを流すことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の冷凍サイクル装置。