JP2008267729A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主冷媒回路が複数必要な場合であっても、主冷媒回路と同じ数量の過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成回路用開閉弁を必要とせずに、空調運転が簡単で、且つコンパクトで生産性の良い空気調和装置を提供する。
【解決手段】圧縮機４、８、凝縮器５、９、過冷却熱交換器２１１、２１２、主膨張弁１９１、１９２及び蒸発器７、１１がそれぞれ環状に接続されて構成される複数の主冷媒回路１、２と、複数の過冷却熱交換器２１１、２１２をそれぞれ冷却するための複数の過冷却生成用蒸発器６、７、過冷却生成回路用圧縮機１２、過冷却生成回路用凝縮器１３及び過冷却生成用膨張弁１４を備えた過冷却生成冷媒回路３とを有する空気調和装置において、複数の過冷却生成用蒸発器２１１、２１２を直列に接続し、最終段の過冷却生成用蒸発器２１２出口の冷媒の過熱度により過冷却生成用膨張弁１４の容量制御を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、凝縮液冷媒の過冷却を促進させて冷房性能の改善を行う過冷却促進のための冷媒回路構成に関するものである。

図２は、過冷却生成冷媒回路を利用して過冷却促進を行う空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図であり、主冷媒回路の凝縮液冷媒の過冷却増加を過冷却生成冷媒回路を用いることによって冷却効果の改善を図っている。なお、この冷媒回路構成は、一般の空気調和装置だけでなく冷凍装置についても同様に適用することができる。

図２の空気調和装置の冷媒回路は、本発明の背景となった冷媒回路の例であり、２つの主冷媒回路１、２と過冷却生成冷媒回路３を有するシステムにおいて、第１主冷媒回路１の第１主冷媒回路用凝縮器５出口冷媒を過冷却する過冷却生成冷媒回路３の第１過冷却生成用蒸発器６と、第２主冷媒回路２の第２主冷媒回路用凝縮器９出口冷媒を過冷却する過冷却生成冷媒回路３の第２過冷却生成用蒸発器１０とを並列に接続し、各過冷却生成用蒸発器６、１０の出口の過熱度をセンサー１５１、１５２で検知して各過冷却生成用膨張弁１４１、１４２の容量制御を行う。

図２の２つの主冷媒回路１、２は、主冷媒回路用圧縮機４、８、主冷媒回路用凝縮器５、９と主冷媒回路用蒸発器７、１１に冷媒を減圧して供給する主冷媒回路用膨張弁１９１、１９２が冷媒配管によってそれぞれの主冷媒回路ごとに直列に環状となって接続されている。

また、過冷却生成冷媒回路３は、過冷却生成回路用圧縮機１２、過冷却生成回路用凝縮器１３、並列に接続された複数の過冷却生成用蒸発器６、１０に冷媒を減圧して供給する過冷却生成用膨張弁１４１、１４２及び過冷却生成回路用開閉弁１８１、１８２が冷媒配管によって環状に接続されている。

次に動作について説明する。
図２の２つの主冷媒回路１、２では、それぞれの主冷媒回路用圧縮機４、８により圧縮された高温高圧の冷媒は、主冷媒回路用凝縮器５、９に行き、ここで送風機２０により送られてきた外気との熱交換で冷却され凝縮液化された後、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用蒸発器６、１０により過冷却用熱交換器２１１、２１２で更に熱交換で冷却されて過冷却度を増大させる。

凝縮液化し、過冷却度が増大した冷媒は、主冷媒回路用膨張弁１９１、１９２を通って低温低圧になり、主冷媒回路用蒸発器７、１１に行き冷凍効果を発揮し、蒸発し、ガスとなって主冷媒回路用圧縮機４、８に戻る運転となる。このとき冷媒は過冷却用熱交換器２１１、２１２によって過冷却度が大きくなっているため、これが無い場合に比べ、主冷媒回路用蒸発器７、１１では大きな冷凍効果が得られ、性能改善が図られる。

なお、過冷却生成冷媒回路３において過冷却生成運転が行われているときは、過冷却生成回路用開閉弁１８１、１８２を開としている。

この時、過冷却生成回路用圧縮機１２によって圧縮され、高温高圧となった冷媒は、過冷却生成回路用凝縮器１３に行き、ここで送風機２０によって送られてきた外気と熱交換され、冷却されて凝縮液化する。このあと、過冷却生成用膨張弁１４１、１４２を通って低温低圧となり、過冷却生成回路用開閉弁１８１、１８２から過冷却生成用蒸発器６、１０に行き、主冷媒回路１、２の過冷却用熱交換器２１１、２１２を流れる冷媒を冷却して自らは蒸発し、ガスとなって過冷却生成回路用圧縮機１２へ戻る運転となる。

また、過冷却生成用膨張弁１４１、１４２の容量制御は、過冷却生成用蒸発器６、１０の出口温度をセンサー１５１、１５２で検知して行っているが、外気条件や空調負荷条件によって最適な過冷却生成運転を行うために過冷却生成回路用開閉弁１８１、１８２を主冷媒回路のオン・オフに伴い過冷却生成冷媒回路３の各主冷媒回路１、２に対応した各過冷却生成用蒸発器６、１０への冷媒供給をそれぞれオン・オフさせる機構を必要としている。

この場合の空気調和装置では、主冷媒回路１、２は２回路であるため、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用蒸発器６、１０の２つが並列に接続されているが、主冷媒回路が更に多くなると、過冷却生成用蒸発器と同じ数量の過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成回路用開閉弁が必要となり、空調運転制御が複雑になり、コストが高くなるとともに機器寸法も大きくなってくる。

前述した空気調和装置では、主冷媒回路の空調性能を改善させる効果はあるが、主冷媒回路が複数必要な場合には、主冷媒回路と同じ数量の過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成回路用開閉弁が必要となり、更に空調運転制御が複雑になり、コストが高いため生産性やコンパクト性が十分でないといった課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、主冷媒回路が複数必要な場合であっても、主冷媒回路と同じ数量の過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成回路用開閉弁を必要とせずに、空調運転が簡単で、且つコンパクトで生産性の良い空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、少なくとも圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器がそれぞれ環状に接続されて構成される複数の主冷媒回路と、前記複数の過冷却熱交換器をそれぞれ冷却するための複数の過冷却生成用蒸発器、過冷却生成回路用圧縮機、過冷却生成回路用凝縮器及び過冷却生成用膨張弁を備えた過冷却生成冷媒回路とを有する空気調和装置において、前記複数の過冷却生成用蒸発器を直列に接続し、最終段の過冷却生成用蒸発器出口の冷媒の過熱度により過冷却生成用膨張弁の容量制御を行うものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、複数の主冷媒回路の各蒸発器に冷水を直列に通水する構成としたものである。
また、本発明に係る空気調和装置は、前記複数の主冷媒回路の各過冷却熱交換器から蒸発器へ流れる冷媒の方向と、前記過冷却生成冷媒回路の過冷却生成用蒸発器から過冷却生成回路用圧縮機へ流れる冷媒の方向とを同じ方向とする。

本発明においては、複数の主冷媒回路を有する各凝縮器出口の液冷媒を本体と別回路で過冷却を増大させ、高効率化する過冷却生成冷媒回路をもつ空気調和装置において、複数の過冷却生成用蒸発器を直列に接続し、最終段の過冷却生成用蒸発器出口の冷媒の過熱度により過冷却生成用膨張弁の容量制御を行うようにしており、複数の主冷媒回路の内、運転停止する主冷媒回路が発生しても、これに対応する過冷却生成用蒸発器では過冷却生成冷媒回路の冷媒は通過するのみであり、また、過冷却生成回路用開閉弁が不要で過冷却生成用膨張弁は１台で構成可能となるため、空調運転制御が簡単で、且つコンパクトで生産性の良い空気調和装置とすることができる。
また、本発明においては、複数の主冷媒回路の各蒸発器に冷水を直列に通水し、各蒸発器の冷水温度に応じた主冷媒回路の各蒸発器の蒸発温度を上昇させ、効率良く熱交換させることができ、それぞれの主冷媒回路用熱交換器用での熱交換をまとめて制御する制御器も１台の構成で可能であるため、コンパクトな空気調和装置とすることができる。
また、本発明においては、複数の主冷媒回路において、各過冷却熱交換器から蒸発器へ流れる冷媒の方向と、過冷却生成冷媒回路において過冷却生成用蒸発器から過冷却生成回路用圧縮機へ流れる冷媒の方向とを同じ方向とすることにより過冷却生成用蒸発器に流れる冷媒を効率良く蒸発させ、主冷媒回路の過冷却用熱交換器においてそこに流れる冷媒を更に冷却することで、過冷却度を増大させることができる。

図１は本発明の一実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成の冷媒回路図である。ここでは基本的なシステム構成を示しており、２つの主冷媒回路で構成される例が示されている。

本実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成は、２つの主冷媒回路１、２と過冷却生成冷媒回路３を有するシステムから構成されており、第１主冷媒回路１の第１主冷媒回路用凝縮器５出口冷媒を過冷却する過冷却生成冷媒回路３の第１過冷却生成用蒸発器６と、第２主冷媒回路２の第２主冷媒回路用凝縮器９出口冷媒を過冷却する過冷却生成冷媒回路３の第２過冷却生成用蒸発器１０とを直列に接続し、第２過冷却生成用蒸発器１０出口の冷媒の過熱度をセンサー１５で検知して過冷却生成用膨張弁１４の容量制御を行う。なお、この過冷却生成用膨張弁１４の制御を含めて各部の制御は図示しない制御装置（例えばマイコンにより構成される）によってなされる。

本実施の形態の２つの主冷媒回路１、２は、アキュムレータ４ａ、８ａ、主冷媒回路用圧縮機４、８、四方切替弁１６、１７（ここでは冷却側に切り替えられている）、主冷媒回路用凝縮器５、９、主冷媒回路用蒸発器７、１１に冷媒を減圧して供給する主冷媒回路用膨張弁１９１、１９２が、冷媒配管によってそれぞれの主冷媒回路１、２ごとに直列に環状となって接続されている。

過冷却生成冷媒回路３は、過冷却生成回路用圧縮機１２、過冷却生成回路用凝縮器１３と、直列に接続された過冷却生成用蒸発器６、及び過冷却生成用蒸発器１０に冷媒を減圧して供給する過冷却生成用膨張弁１４が冷媒配管によって全て直列に環状に接続されている。

次に動作について説明する。
本実施の形態の２つの主冷媒回路１、２では、それぞれの主冷媒回路用圧縮機４、８により圧縮された高温高圧の冷媒は主冷媒回路用凝縮器５、９に行き、ここで送風機２０により送られてきた外気との熱交換で冷却され凝縮液化したあと、過冷却生成冷媒回路３の過冷却生成用蒸発器６、１０により過冷却用熱交換器２１１、２１２で更に熱交換で冷却されて過冷却度を増大させる。

凝縮液化し、過冷却度が増大した主冷媒回路１、２の冷媒は、主冷媒回路用膨張弁１９１、１９２を通って低温低圧状態になり、主冷媒回路用蒸発器７、１１に行き冷凍効果を発揮し、蒸発し、ガスとなってアキュムレータ４ａ、８ａを介して主冷媒回路用圧縮機４、８に戻る運転となる。このとき、冷媒は過冷却用熱交換器２１１、２１２によって過冷却度が大きくなっているため、これが無い場合に比べ、主冷媒回路用蒸発器７、１１では大きな冷凍効果が得られ、性能改善が図られる。

過冷却生成冷媒回路３において過冷却生成運転が行われているときは、過冷却生成用膨張弁１４で冷媒流量を制御している。この時、過冷却生成回路用圧縮機１２によって圧縮され、高温高圧となった冷媒は、過冷却生成回路用凝縮器１３に行き、ここで送風機２０によって送られてきた外気と熱交換され、冷却されて凝縮液化する。

このあと、冷媒は過冷却生成用膨張弁１４を通って低温低圧状態となり、直列に接続された過冷却生成用蒸発器６及び過冷却生成用蒸発器１０に行き、主冷媒回路１、２の過冷却用熱交換器２１１、２１２を流れる冷媒を冷却して自らは蒸発し、ガスとなって過冷却生成回路用圧縮機１２へ戻る運転となる。

また、過冷却生成用膨張弁１４を流れる冷媒の流量制御は、過冷却生成用蒸発器１０の出口温度をセンサー１５で検知して行っている。

これら運転中に、例えば第２主冷媒回路２の負荷が小さくなり、この主冷媒回路２を流れる冷媒流量が減少したり、或いはこれを停止したりするときには、第２主冷媒回路用蒸発器１１を流れる冷媒流量も減少したり、或いは停止する。このとき、過冷却生成冷媒回路３の第２過冷却生成用蒸発器１０では、第２過冷却用熱交換器２１２との熱交換量が小さくなるか、或いは熱交換しない状態となって、第２過冷却生成用蒸発器１０の出口での冷媒は液状態となるが、この第２過冷却生成用蒸発器１０の出口に取り付けられたセンサー１５によって液状態であることを検知し、過冷却生成用膨張弁１４を絞って、このような運転状態に対して適切な冷媒流量にする制御が行われる。

なお、冷熱を取り出す第１主冷媒回路用熱交換器２２１と第２主冷媒回路用熱交換器２２２の両者に対して上記の図２の例では、冷水は並列に流れる構成となっているが、これを負荷側から戻ってくる冷水をまず第１主冷媒回路用熱交換器２２１に導入し、その後、第２主冷媒回路用熱交換器２２２に流す直列の構成としてもよい。このように直列に水を流す構成とすることによって、図２のように並列に水を流す場合に比べて、第１主冷媒回路用熱交換器２２１を流れる水の温度は高くなり、このため第１主冷媒回路用熱交換器２２１の冷媒蒸発温度も図２の場合より高くなって第１主冷媒回路１における効率の改善が図られる。

また、各主冷媒回路１、２において、各過冷却用熱交換器２１１、２１２へ流れる冷媒の方向と、過冷却生成冷媒回路３において直列に接続された各過冷却生成用蒸発器６、１０へ流れる冷媒の方向とを同じ方向とする構成としてもよい。

このように各過冷却生成用蒸発器６、１０においては、蒸発中の圧力損失による冷媒の温度降下も考慮した蒸発器となるため、過冷却生成冷媒回路３において効率よく運転させることができる。

以上のように本実施の形態では、複数の主冷媒回路を有するシステムに対して、主冷媒回路１、２のオン・オフに伴い過冷却生成冷媒回路３の各主冷媒回路１、２に対応した各過冷却生成用蒸発器６、７への冷媒供給をオン・オフさせる機構を必要とすることなく安定した運転を実現できる。

また、図２の冷媒回路のように過冷却生成用蒸発器６、７と同じ数量の過冷却生成用膨張弁（１４１、１４２）及び過冷却生成回路用開閉弁（１８１、１８２）が必要となる空気調和装置に比べ、本実施の形態においては、空調運転制御が簡素になり、コストも抑制できるとともに機器寸法もコンパクトにできる。

なお、主冷媒回路１、２の主冷媒回路用蒸発器７、１１は、冷媒対水熱交換器あるいは冷媒対空気熱交換器でもよく、主冷媒回路１、２は図示の回路に限定されることなく油分離器、受液器、ドライアやストレーナなど他のものを設置してもよいことは言うまでもない。

また、過冷却生成冷媒回路３においても図示の回路に限定されることなく油分離器、受液器、ドライアやストレーナなど他のものを設置してもよいことは言うまでもない。

また、図１の例では主冷媒回路を２つ、過冷却生成用蒸発器を２つ設置した例を図示しているが、これに限定されることなく、それぞれの必要とする主冷媒回路及び過冷却生成冷媒回路に応じて、過冷却生成用蒸発器の数を変えてもよいことは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 本発明の背景となった空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１：第１主冷媒回路、２：第２主冷媒回路、３：過冷却生成冷媒回路、４：第１主冷媒回路用圧縮機、５：第１主冷媒回路用凝縮器、６：第１過冷却生成用蒸発器、７：第１主冷媒回路用蒸発器、８：第２主冷媒回路用圧縮機、９：第２主冷媒回路用凝縮器、１０：第２過冷却生成用蒸発器、１１：第２主冷媒回路用蒸発器、１２：過冷却生成回路用圧縮機、１３：過冷却生成回路用凝縮器、１４：過冷却生成用膨張弁、１４１：第１過冷却生成用膨張弁、１４２：第２過冷却生成用膨張弁、１５１、１５２：センサー、１６：第１主冷媒回路用四方切替弁、１７：第２主冷媒回路用四方切替弁、１８１：第１過冷却生成回路用開閉弁、１８２：第２過冷却生成回路用開閉弁、１９１：第１主冷媒回路用膨張弁、１９２：第２主冷媒回路用膨張弁、２０：送風機、２１１：第１過冷却用熱交換器、２１２：第２過冷却用熱交換器、２２１：第１主冷媒回路用熱交換器、２２２：第２主冷媒回路用熱交換器。

Claims (3)

1. 少なくとも圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器がそれぞれ環状に接続されて構成される複数の主冷媒回路と、
   前記複数の過冷却熱交換器をそれぞれ冷却するための複数の過冷却生成用蒸発器、過冷却生成回路用圧縮機、過冷却生成回路用凝縮器及び過冷却生成用膨張弁を備えた過冷却生成冷媒回路と
   を有する空気調和装置において、
   前記複数の過冷却生成用蒸発器を直列に接続し、
   最終段の過冷却生成用蒸発器出口の冷媒の過熱度により過冷却生成用膨張弁の容量制御を行なうことを特徴とする空気調和装置。
2. 複数の主冷媒回路の各蒸発器に冷水を直列に通水する構成としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記複数の主冷媒回路の各過冷却熱交換器から蒸発器へ流れる冷媒の方向と、前記過冷却生成冷媒回路の過冷却生成用蒸発器から過冷却生成回路用圧縮機へ流れる冷媒の方向とを同じ方向とすることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。

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