JP2007010282A - 二段圧縮式冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
低負荷運転時もしくは低圧力比運転時に圧縮機に必要とされる動力を総合的に低減した二段圧縮式冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】
低段側圧縮機1、高段側圧縮機2、室外熱交換器4、室外膨張弁5、受液器7、室内膨張弁8、室内熱交換器9を順次配管で接続した二段圧縮式冷凍サイクル装置において、低段側圧縮機1の吐出側と高段側圧縮機2の吐出側を接続するように設けられた高段バイパス配管19と、高段バイパス配管19の途中に設けられ、高段側圧縮機2の吐出側から低段側圧縮機1の吐出側に対して冷媒の逆流を防止する高段バイパス逆止弁18と、低段側圧縮機1の容積に対して0.7〜1.0の容積とされた高段側圧縮機2と、を備え、高段側圧縮機2の運転が停止されて低段側圧縮機1を運転する単段圧縮運転が行われる。
【選択図】図1
Description
したがって、二段圧縮式冷凍サイクル装置は、単段冷凍サイクルに比べ低段側では冷媒流量を少なくできるため圧縮仕事が減少し、冷凍サイクルの省エネ効果が向上する。
また、一般的に中間圧力(pm)は、圧縮機吐出圧力(pd)と圧縮機吸入圧力(ps)の相乗平均pm=√(pd×ps)が理論的にもっとも効率が良いとされ、この圧力を実現するためには、高段側容積(Vth2)と低段側容積(Vth1)との比をVth2/Vth1=0.74±0.03程度にすることがもっとも良い組み合わせとなることが知られている。
ところが、上述した省エネ効果は、低段側圧縮機と高段側圧縮機の二つの圧縮機を同時に運転した場合にのみ効果を発揮するものであり、空調負荷が小さい低負荷運転の場合は、冷凍サイクルの運転圧力比が小さくなるため、容積型圧縮機を用いた場合、圧縮機内部では過圧縮が発生し、圧縮効率が低下し冷凍サイクルの運転効率が悪化する。そこで、特に、二段圧縮冷凍サイクル装置において、低負荷運転時もしくは低圧力比運転時に圧縮動力を低減すること、部品点数を削減して簡単化すること、制御系を含めて無駄な電力を削減することに着目した。
低段側圧縮機1の吸入側は四方弁3と低段側吸入配管10により接続され、低段側圧縮機1の吐出側と接続する低段側吐出配管11は、高段側圧縮機2の吸入側と接続される高段側吸入配管12と接続され、高段側圧縮機2の吐出側は四方弁3と高段側吐出配管13により接続されている。また、低段側圧縮機1の吐出側と高段側圧縮機2の吐出側を接続するように高段バイパス配管19が設けられており、高段バイパス配管19の途中には、高段側圧縮機2の吐出から低段側圧縮機1の吐出に対して冷媒の逆流を防止するように高段バイパス逆止弁18が設けられている。
受液器7の冷媒入口側には、冷房運転及び暖房運転共に受液器7の入口側に冷媒を導くために、逆止弁を4個用いて構成されたブリッジ回路6が設けられている。
二段圧縮運転では、低段側圧縮機1の吸入に吸込まれた低圧の冷媒は、中温中圧の過熱ガス冷媒となり低段側吐出配管11に吐出され、高段側吸入配管12を通り、高段側圧縮機2に吸込まれる。一方、受液器7頭頂部の飽和ガス冷媒は、ガスインジェクション用電磁弁16が開状態に保持され、ガスインジェクション配管17を通り、低段側吐出配管11と高段側吸入配管12の途中にバイパスされ、低段側圧縮機1から吐出されたガス冷媒と混合し高段側圧縮機2に吸込まれる。
高段側圧縮機2に吸込まれたガス冷媒は、高温高圧の過熱ガス冷媒となり高段側吐出配管13に吐出される。低段側吐出配管11と高段側吐出配管13をバイパスする高段バイパス配管19に付設する高段バイパス逆止弁18は、高段側圧縮機2の吐出された高圧冷媒により閉止方向に押付けられるため、低段側吐出配管11から高段側吐出配管13に対して冷媒がバイパスすることは無い。
受液器7では、冷凍サイクルに不必要な余分な冷媒が液冷媒として貯留され、受液器7の出口側配管から液冷媒として流出し、ブリッジ回路6、液阻止弁15を通過して室内膨張弁8に流入する。室内膨張弁8では室内熱交換器9で蒸発ガス化するのに必要な冷媒量が制御され、室内熱交換器9で蒸発した冷媒はガス阻止弁14及び四方弁3を通り、低段側吸入配管10を経て低段側圧縮機1に吸込まれ、冷凍サイクルが形成される。
図2では、高段側圧縮機2の吸込み容積V2sが低段側圧縮機1の吐出容積V1dよりも大きくなっているが、この容積変化(V2s−V1d)はガスインジェクションによるものである。
図3は、低負荷運転もしくは低圧力比運転の場合に、二段圧縮運転した場合のP−V線図である。運転圧力Psで吸込まれた冷媒は、低段側圧縮機1によりV1sからV1dに容積が減少することで運転圧力Pmまで圧縮され、高段側圧縮機2に吸込まれ、高段側圧縮機2によりV2sからV2dに容積が減少することで運転圧力Pd2まで圧縮され、冷凍サイクルの凝縮圧力Pdで高段側圧縮機2から吐出される。ここで、高段側圧縮機2の吸込み容積V2sが低段側圧縮機1の吐出容積V1dよりも大きくなっているが、この容積変化(V2s−V1d)はガスインジェクションによるものである。
高段側圧縮機2により圧縮される運転圧力Pd2は、冷凍サイクルの凝縮圧力Pdよりも高く過圧縮状態となり、図中のハッチング部分だけ圧縮動力が余分に発生し、冷凍サイクル装置の省エネ効果が損なわれる。このため、低負荷運転もしくは低圧力比運転を行う場合は、二段圧縮運転から単段圧縮運転に切り換えることで過圧縮状態を解消し、冷凍サイクル装置の省エネ効果を向上することができる。
図4は、低負荷運転もしくは低圧力比運転の場合に、単段圧縮運転した場合のP−V線図であり、運転圧力Psで吸込まれた冷媒は、低段側圧縮機1によりVsからV1dに容積が減少することで運転圧力Pdまで圧縮され、運転圧力Pdで低段側圧縮機1から吐出される。ここで、低段側圧縮機で圧縮される圧力Pdと冷凍サイクルの凝縮圧力Pdが等しいため、図3に示す過圧縮状態を発生しないため、冷凍サイクル装置の省エネ効果を損なうことなく運転が可能となる。
図5のもので単段圧縮運転を行う方法について説明する。冷媒の流れ方向は、図1と同様に二段圧縮運転の場合を実線矢印で、単段圧縮運転の場合を破線矢印で示し、単段圧縮運転を行う場合は、図5に示す冷凍サイクル装置において、低段側圧縮機1の運転を停止し高段側圧縮機2のみの運転とする。低段側吸入配管10の低圧冷媒は、低段側圧縮機1が停止しているため低段側圧縮機1に対して冷媒は通過せず、低段バイパス逆止弁20を介して低段バイパス配管21を通り、高段側吸入配管12に合流し高段側圧縮機2に吸込まれる。高段側圧縮機2に吸い込まれた冷媒は、高温高圧の過熱ガス冷媒となり高段側吐出配管13に吐出され、四方弁3に流入する。四方弁3以降の冷媒の流れは二段圧縮運転と同様である。
低段側圧縮機1の圧縮容積に対する高段側圧縮機2の圧縮容積の比を0.55より大きくすると冷暖平均COP比も高くなり、低段側圧縮機1の圧縮容積に対する高段側圧縮機2の圧縮容積の比が0.9付近で最大となる。さらに、低段側圧縮機1の圧縮容積に対する高段側圧縮機2の圧縮容積の比を大きくすると冷暖平均COP比は逆に小さくなる。これは、低段側圧縮機1の圧縮容積に対する高段側圧縮機2の圧縮容積の比を大きくすると、ガスインジェクション回路を流れる冷媒循環量が多くなり、高段側圧縮機2の吸込み圧力が低下するため、高段側圧縮機2での圧縮比が高く、冷媒循環量が増加して圧縮動力が増加するためである。したがって、高段側圧縮機2の圧縮容積としては、低段側圧縮機1の圧縮容積の0.7〜1.0、望ましくは0.8〜0.95、つまり、0.74±0.03に対してやや高段側圧縮機2の圧縮容積が大きくなるように設定することが良い。
Claims (5)
- 低段側圧縮機、高段側圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、受液器、室内膨張弁、室内熱交換器を順次配管で接続し、前記受液器から前記低段側圧縮機の吐出と高段側圧縮機の吸入を接続する配管の途中にガス冷媒をインジェクションする二段圧縮式冷凍サイクル装置において、
前記低段側圧縮機の吐出側と前記高段側圧縮機の吐出側を接続するように設けられた高段バイパス配管と、
前記高段バイパス配管の途中に設けられ、前記高段側圧縮機の吐出側から前記低段側圧縮機の吐出側に対して冷媒の逆流を防止する高段バイパス逆止弁と、
前記低段側圧縮機の容積に対して0.7〜1.0の容積とされた前記高段側圧縮機と、
を備え、前記高段側圧縮機の運転が停止されて前記低段側圧縮機を運転する単段圧縮運転が行われることを特徴とする二段圧縮式冷凍サイクル装置。 - 低段側圧縮機、高段側圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、受液器、室内膨張弁、室内熱交換器を順次配管で接続し、前記受液器から前記低段側圧縮機の吐出と高段側圧縮機の吸入を接続する配管の途中にガス冷媒をインジェクションする二段圧縮式冷凍サイクル装置において、
前記低段側圧縮機の吸入側と前記高段側圧縮機の吸入側を接続するように設けられた低段バイパス配管と、
前記低段バイパス配管の途中に設けられ、前記高段側圧縮機の吸入側から前記低段側圧縮機の吸入側への逆流を防止する低段バイパス逆止弁と、
を備え、前記低段側圧縮機の運転が停止されて前記高段側圧縮機を運転する単段圧縮運転が行われることを特徴とする二段圧縮式冷凍サイクル装置。 - 低段側圧縮機、高段側圧縮機、室外熱交換器、室外膨張弁、受液器、室内膨張弁、室内熱交換器を順次配管で接続し、前記受液器から前記低段側圧縮機の吐出と高段側圧縮機の吸入を接続する配管の途中にガス冷媒をインジェクションする二段圧縮式冷凍サイクル装置において、
前記低段側圧縮機の吐出側と前記高段側圧縮機の吐出側を接続するように設けられた高段バイパス配管と、
前記低段側圧縮機の吸入側と前記高段側圧縮機の吸入側を接続するように設けられた低段バイパス配管と、
前記高段バイパス配管の途中に設けられ、前記高段側圧縮機の吐出側から前記低段側圧縮機の吐出側に対して冷媒の逆流を防止する高段バイパス逆止弁と、
前記低段バイパス配管の途中に設けられ、前記高段側圧縮機の吸入側から前記低段側圧縮機の吸入側への逆流を防止する低段バイパス逆止弁と、
を備え、前記低段側圧縮機及び前記高段側圧縮機のいずれか一方の運転が停止されて他方を運転する単段圧縮運転が行われることを特徴とする二段圧縮式冷凍サイクル装置。 - 請求項1に記載のものにおいて、前記低段側圧縮機の吸入側と前記高段側圧縮機の吸入側を接続するように設けられた低段バイパス配管と、前記低段バイパス配管の途中に設けられ、前記高段側圧縮機の吸入側から前記低段側圧縮機の吸入側への逆流を防止する低段バイパス逆止弁と、を設けたことを特徴とする二段圧縮式冷凍サイクル装置。
- 請求項2ないし4に記載のいずれかのものにおいて、前記低段側圧縮機の容積に対する前記高段側圧縮機の容積の比を0.7〜1.0にして運転されることを特徴とする二段圧縮式冷凍サイクル装置。
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