JP2011231966A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷凍サイクル装置1010は、圧縮機101、凝縮器103、第一流量制御弁104、冷媒貯留容器105、第二流量制御弁106、第一蒸発器107の順に配管で接続され、第一蒸発器107の冷媒出口がエジェクタ109の吸引冷媒流入口1092と配管で接続される第1冷媒経路と、圧縮機101、第二蒸発器110の順に配管で接続され、第二蒸発器110の冷媒入口がエジェクタ109の混合冷媒流出口1093と配管で接続される第2冷媒経路と、凝縮器103の冷媒出口と第一流量制御弁104とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁108、エジェクタ109の駆動冷媒流入口1091の順に配管で接続される第三冷媒経路とを備えた。
【選択図】図1
Description
駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置において、
圧縮機、放熱器、第一流量制御弁、冷媒貯留容器、第二流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、
前記圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、前記第二蒸発器の冷媒入口が前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路と、
前記放熱器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口の順に配管で接続される第三冷媒経路と
を備えたことを特徴とする。
(冷凍サイクル装置1010の構成)
図1〜図8を参照して実施の形態1を説明する。
図1は、実施の形態1における冷凍サイクル装置1010の構成を示す模式図である。冷凍サイクル装置1010は、駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口1091と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口1092と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口1093とを有するエジェクタ109を備えている。
図2は、エジェクタ109の構成を示す図である。エジェクタ109は、ノズル部201、混合部202、ディフューザー部203で構成される。ノズル部201は、減圧部201a(絞り部)、喉部201b、末広部201cで構成される。エジェクタ109は、凝縮器103から流出した高圧の冷媒(駆動冷媒)を駆動冷媒流入口1091から流入し、流入した駆動冷媒を減圧部201aで減圧膨張させて喉部201bで音速とし、更に末広部201cで超音速として減圧・加速させる。これにより超高速の気液二相冷媒がノズル部201から流出する。一方、吸引冷媒流入口1092の冷媒は、ノズル部201から流出した超高速の冷媒により引き込まれる(吸引冷媒)。ノズル部201の出口、つまり、混合部202の入口から超高速の駆動冷媒と低速の吸引冷媒とが混ざり合いはじめ、互いの運動量交換により圧力が回復(上昇)する。さらに、ディフューザー部203においても流路拡大による減速で圧力が回復し、ディフューザー部203の混合冷媒流出口1093から駆動冷媒と吸引冷媒との混合した混合冷媒が流出する。
図4は、圧縮機101の内部構造を示す模式図である。図4を用いて圧縮機101の内部構造の概要を説明する。シェル401は圧縮機構、駆動機構を内蔵する。圧縮機101は、吸入管402から低圧ガス冷媒を吸入し、吐出管403から高圧ガス冷媒を吐出する。圧縮機構404は、図4の場合はスクロールタイプを想定して図示しているが、スクロールタイプに限らず、ロータリ型でもピストン型でもよい。圧縮機構404によって圧縮されたガス冷媒は、一旦シェル空間405に吐出され、シェル内を高圧ガスで満たしながら吐出管403から流出する。
図5は、冷凍サイクル装置1010のモリエル線図である。図5に示すモリエル線図を用いて、冷凍サイクル装置1010の暖房運転の場合の動作を説明する。図5のモリエル線図の横軸は冷媒の比エンタルピを示し、縦軸は圧力を示す。線図中に黒丸で示すA等の各点は、図1の冷凍サイクル装置1010における各配管の冷媒状態(黒丸で示す(A)等)を示す。
次に冷凍サイクル装置1010の除霜運転の場合を説明する。暖房運転において室外熱交換器(第一蒸発器107、第二蒸発器110)は蒸発器として機能するため、室外熱交換内を流れる冷媒の飽和温度は外気よりも低い温度となる。蒸発温度が0℃未満になると、大気中の水蒸気が霜となって室外熱交換器に付着する。
室外熱交換器に霜が付着すると熱抵抗が増大して蒸発能力が低下するため、定期的に除霜運転を実施する必要がある。除霜運転では四方弁102を切り替え、第三流量制御弁108を全閉する。除霜運転では暖房運転時における放熱器が吸熱器とし機能し、吸熱器が放熱器として機能する。
冷房運転は、除霜運転と同じ動作により実現できる。
図6は、冷凍機油の密度が液冷媒より小さい非相溶性の冷凍機油を用いた場合の冷媒貯留容器105の構造を示す。図6の(a)は冷媒貯留容器105の平面図である。図6の(b)は、冷媒貯留容器105の縦断面図である。この場合、冷凍機油は液冷媒の上層部に滞留するため、図3に示す冷媒配管301、302の配置構造では、液冷媒のみが流出して冷凍機油が圧縮機101へ戻らない。このため、油層が存在する位置の冷媒配管301、302の側面に油戻し穴301−1、302−1を設け、冷凍機油を冷媒と共に循環させる。なお、冷媒配管301、302の両方に油戻し穴を設けるのはリバースサイクルを考慮したからである。油戻し穴302−1は、冷媒配管302の容器底部側の開口から寸法H2の位置に形成される。寸法H2は、容器底部と開口との距離H4、貯留される液冷媒の液面までの高さH1、冷凍器油の層の厚さH3等によって決まるが、これらの諸元は、冷媒貯留容器105の形状や冷凍サイクル装置1010の性能などから決定される。油戻し穴302−1の個数の制約はなく、冷凍機油が確実に流出するならば、単数個でも構わない。また、油戻し穴302−1の直径が大きすぎると冷凍機油のみが流出して蒸発器性能が低下するので、油戻し穴302−1の直径は油戻し穴の位置、冷凍機油の粘度などにより決定する。油戻し穴301−1についても同様である。
図9〜図11を参照して実施の形態2を説明する。
図9は実施の形態2の冷凍サイクル装置1020を示す。
図10は、実施の形態2の冷媒貯留容器105の構造を示す。図10の(a)は冷媒貯留容器105の平面図である。図10の(b)は、冷媒貯留容器105の縦断面図である。実施の形態2では、第二蒸発器110と四方弁102、圧縮機101の吸入口402を接続する冷媒配管310が、冷媒貯留容器105の内部を通った構造となっている。なお実施の形態1を示す図1においても、図9と同様に、冷媒配管310が冷媒貯留容器105の内部を通過する構成にしてもよい。
図12、図13を参照して実施の形態3の冷凍サイクル装置1030を説明する。実施の形態3では、冷凍機油の枯渇を回避すると共に、低外気温度において圧縮機101の吸入密度が小さくり、暖房能力が低下するような環境において、インジェクションポート付きの圧縮機を利用することで暖房能力を向上する。
Claims (10)
- 駆動冷媒の流入する駆動冷媒流入口と、吸引冷媒の流入する吸引冷媒流入口と、駆動冷媒と吸引冷媒との混合された混合冷媒が流出する混合冷媒流出口とを有するエジェクタを備え、冷媒を循環させる冷凍サイクル装置において、
圧縮機、放熱器、第一流量制御弁、冷媒貯留容器、第二流量制御弁、第一蒸発器の順に配管で接続され、前記第一蒸発器の冷媒出口が前記エジェクタの前記吸引冷媒流入口と配管で接続される第一冷媒経路と、
前記圧縮機、第二蒸発器の順に配管で接続され、前記第二蒸発器の冷媒入口が前記エジェクタの前記混合冷媒流出口と配管で接続される第二冷媒経路と、
前記放熱器の冷媒出口と前記第一流量制御弁とを接続する配管の途中から分岐し、第三流量制御弁、前記エジェクタの前記駆動冷媒流入口の順に配管で接続される第三冷媒経路と
を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記冷凍サイクル装置は、さらに、
前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁との間に配置され、前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁とに配管で接続された内部熱交換器と、
前記冷媒貯留容器と前記内部熱交換器とを接続する配管から分岐し、第四流量制御弁、前記内部熱交換器の順に接続され、前記内部熱交換器を経て前記圧縮機と前記第二蒸発器とを接続する配管の途中に接続されるバイパス回路と
を備えたことを特徴とする請求項1の冷凍サイクル装置。 - 前記第二蒸発器と前記圧縮機とを接続する前記配管は、
前記冷媒貯留容器の内部を通過することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載する冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒貯留容器は、
容器上部から挿入され、開口である端部が容器底部の付近に位置し、前記開口から冷媒が流入する冷媒流入管と、
前記容器上部から挿入され、開口である端部が前記容器底部の付近に位置し、前記開口から冷媒が流出する冷媒流出管と
を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒貯留容器の前記冷媒流出管は、
前記容器底部の付近の前記端部から前記容器上部までの途中に、少なくとも一つの油戻し穴が側面に形成されたことを特徴とする請求項4記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒貯留容器の前記冷媒流入管は、
前記容器底部の付近の前記端部から前記容器上部までの途中に、少なくとも一つの冷媒流出穴が側面に形成されたことを特徴とする請求項4または5のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒貯留容器の前記冷媒流入管は、
前記端部である開口が封止されると共に、前記端部に前記容器底部に溜まった圧縮機油を吸引する油吸引穴が形成されたことを特徴とする請求項6記載の冷凍サイクル装置。 - 前記エジェクタは、
前記駆動冷媒流入口にニードル弁を備えることにより、前記第三流量制御弁を兼用することを請求項1〜7のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷凍サイクル装置は、
前記冷媒として、炭化水素系冷媒と、ハイドロフルオロオレフィン系冷媒とのいずれかの冷媒を使用することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機は、
インジェクションポートを備え、
前記冷凍サイクル装置は、さらに、
前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁との間に配置され、前記冷媒貯留容器と前記第二流量制御弁とに配管で接続された内部熱交換器と、
前記冷媒貯留容器と前記内部熱交換器とを接続する配管から分岐し、第四流量制御弁、前記内部熱交換器の順に接続され、前記内部熱交換器を経て前記圧縮機の前記インジェクションポートに接続されるバイパス回路と
を備えたことを特徴とする請求項1の冷凍サイクル装置。
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