JP2013015264A - Air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、冷媒間の熱交換を行う内部熱交換器を有する空気調和装置に関するものである。 The present invention relates to an air conditioner having an internal heat exchanger that performs heat exchange between refrigerants.
従来、例えば外気温度がマイナス10℃となるような寒冷地において、圧縮機に吸入される冷媒の流量が外気の低下に伴って減少することになるために、暖房能力が低下してしまうことがある。そこで、冷媒を圧縮機にインジェクションすることによって十分な暖房能力を発揮できるようにした空気調和装置が存在する。このような空気調和装置では、圧縮機のインジェクションポートから冷媒を供給することによって、圧縮機室の冷媒密度を増加させ、冷媒循環量を増加させることで暖房能力の増大を行っている。 Conventionally, for example, in a cold district where the outside air temperature is minus 10 ° C., the flow rate of the refrigerant sucked into the compressor decreases as the outside air decreases, so that the heating capacity may decrease. is there. Thus, there is an air conditioner that can exhibit sufficient heating capacity by injecting refrigerant into the compressor. In such an air conditioner, the refrigerant density is supplied from the injection port of the compressor, thereby increasing the refrigerant density in the compressor chamber and increasing the refrigerant circulation amount, thereby increasing the heating capacity.
そのような空気調和装置として、「圧縮機、室内熱交換器、第1の減圧装置、室外熱交換器を環状に接続し、前記室内熱交換器から温熱を供給する空気調和装置において、前記室内熱交換器と前記第1の減圧装置との間の冷媒と、前記室外熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒とを熱交換する第1の内部熱交換器と、前記室内熱交換器と前記第1の減圧装置との間の冷媒を、一部バイパスして前記圧縮機内の圧縮室にインジェクションするインジェクション回路と、該インジェクション回路に設けられたインジェクション用減圧装置と、該インジェクション用減圧装置で減圧された冷媒と前記室内熱交換器と前記第1の減圧装置との間の冷媒とを熱交換する第2の内部熱交換器とを備えた空気調和装置」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 As such an air conditioner, “in an air conditioner in which a compressor, an indoor heat exchanger, a first pressure reducing device, an outdoor heat exchanger are connected in an annular shape and heated from the indoor heat exchanger is supplied, A first internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant between the heat exchanger and the first pressure reducing device, and the refrigerant between the outdoor heat exchanger and the compressor; and the indoor heat exchanger. Injection circuit for partially bypassing the refrigerant between the first decompression device and the compression chamber in the compressor, the decompression device for injection provided in the injection circuit, and the decompression device for injection An air conditioner having a second internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant depressurized in step (a) and the refrigerant between the indoor heat exchanger and the first decompression device has been proposed (for example, , Patent Literature Reference).
しかし、従来の空気調和装置には以下のような問題があった。例えば、特許文献1に記載の空気調和装置では、暖房運転時は、圧縮機の吸入側である低圧側において熱交換する第1の内部熱交換器において、冷却される熱交換量が大きくなる。このため、冷媒のエンタルピが圧縮機のインジェクションポート圧力の飽和液エンタルピ以下になる場合は、圧縮機のインジェクションポートに流れると熱交換する第2の内部熱交換器での熱交換量が低下し、蒸発器での冷却効果拡大の効果が十分に得られなくなる。このため、第2の内部熱交換器を有効に利用できず、成績効率(成績係数)であるCOPの向上率が小さくなることがあった。
However, the conventional air conditioner has the following problems. For example, in the air conditioner described in
また、冷房運転時に空調対象空間である室内空気温度が高い場合又は暖房運転時に外気温度が高い場合は、圧縮機の吸入側における圧力である低圧圧力が上昇し、これにともない、インジェクションポートにおける圧力が上昇する。その結果、インジェクションポートに流れる冷媒の飽和温度が上昇するため、内部熱交換器において、蒸発側となる冷媒における冷却効果拡大の効果が得られなくなることがあった。 Also, when the indoor air temperature, which is the air-conditioning target space during the cooling operation, is high or when the outside air temperature is high during the heating operation, the low-pressure pressure, which is the pressure on the suction side of the compressor, increases, and accordingly, the pressure at the injection port Rises. As a result, since the saturation temperature of the refrigerant flowing through the injection port increases, the effect of increasing the cooling effect of the refrigerant on the evaporation side may not be obtained in the internal heat exchanger.
そこで本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、様々な運転条件下でも、装置全体として高効率の運転を実現できる空気調和装置を提供することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an air conditioner that can realize high-efficiency operation as a whole device even under various operating conditions.
上述の目的を達成するために、この発明は以下の手段を講じたものである。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
本発明に係る空気調和装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮行程の中間部分に冷媒通過口となるインジェクションポートを有する圧縮機、四方弁、熱源側絞り装置、熱源側熱交換器、負荷側絞り装置及び負荷側熱交換器を環状に接続して主冷媒回路を構成し、主冷媒回路から分岐した冷媒の減圧を行うバイパス絞り装置と、バイパス絞り装置を通過した冷媒と主冷媒回路を通過する冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、内部熱交換器が熱交換した冷媒をインジェクションポート又は圧縮機の吸入側のいずれかに流すための流路設定を行う流路切替手段とを有する1以上の流路切替冷媒回路をさらに備えるものである。 An air conditioner according to the present invention includes a compressor having an injection port serving as a refrigerant passage at an intermediate portion of a compression stroke for compressing and discharging sucked refrigerant, a four-way valve, a heat source side expansion device, a heat source side heat exchanger, A bypass throttle device configured to form a main refrigerant circuit by annularly connecting a load-side throttle device and a load-side heat exchanger and depressurizing the refrigerant branched from the main refrigerant circuit, and a refrigerant and main refrigerant circuit that have passed through the bypass throttle device An internal heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant passing through the flow path, and a flow path switching means for setting the flow path for flowing the refrigerant heat exchanged by the internal heat exchanger to either the injection port or the suction side of the compressor And one or more flow path switching refrigerant circuits.
本発明によれば、流路切替手段を有し、冷房運転、暖房運転等の運転状態に応じて、圧縮機のインジェクションポートから冷媒を流入させるか圧縮機の吸入側に冷媒を流すかを選択することができるので、運転状態にかかわらず、高効率な運転を実現可能な空気調和装置を得ることができる。 According to the present invention, the flow path switching means is provided, and it is selected whether the refrigerant flows from the injection port of the compressor or the refrigerant flows to the suction side of the compressor according to the operation state such as the cooling operation and the heating operation. Therefore, it is possible to obtain an air conditioner capable of realizing highly efficient operation regardless of the operation state.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、以下で説明する温度、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、装置等における状態、動作等において相対的に定まる関係に基づいて表記しているものとする。また、機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, the levels of temperature and pressure described below are not particularly determined in relation to absolute values, but are based on relationships that are relatively determined in the state, operation, etc. of the device. It shall be written. In addition, when there is no need to distinguish or specify a device or the like, the suffix may be omitted.
図1は本発明に係る実施の形態1の空気調和装置100の構成を示す図である。ここでは、冷凍サイクル装置の一例として、空気調和装置100について説明する。図1において、室外機1及び室内機2が有する機器をガス管5及び液管7で配管接続して、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路(冷媒回路)を構成する。特に、圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器12、熱源側絞り装置11、負荷側絞り装置8、室内熱交換器6を配管接続して主となる冷媒回路(主冷媒回路)を構成する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an air-
室外機1は、主冷媒回路のうち、圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器12、熱源側絞り装置11を有している。圧縮機3は、吸入した冷媒に圧力を加えて吐出する(送り出す)。ここで、本実施の形態の圧縮機3は、インバータ回路(図示せず)により、計測制御装置18の指示に基づいて駆動周波数を任意に変化することができる。このため、圧縮機3は、全体として吐出容量(単位時間あたりの冷媒の吐出量)と、その吐出容量に伴って能力を変化させることができるインバータ圧縮機となる。また、圧縮機3内の圧縮室(図示せず)において、圧縮行程の途中部分に、インジェクションバイパス配管13aからの冷媒を流入させるインジェクションポート(図示せず)を設けている。四方弁4は、計測制御装置18の指示に基づいて、冷暖房の形態(モード)に対応した弁の切り替えを行い、冷媒の経路が切り替わるようにする。
The
室外熱交換器12は冷媒と空気(室外の空気)との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置11を介して流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁4側から流入した圧縮機3において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。例えば、室外熱交換器12には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、空気を送るファン(図示せず)が設けられている。熱源側絞り装置11は、例えば、暖房運転時において、計測制御装置18の指示に基づいて開度を調整して冷媒を減圧等することができる電子膨張弁である。
The outdoor heat exchanger 12 performs heat exchange between the refrigerant and air (outdoor air). For example, during the heating operation, it functions as an evaporator, performs heat exchange between the refrigerant and the air that has flowed in through the heat source side expansion device 11, and evaporates and vaporizes the refrigerant. Further, during the cooling operation, it functions as a condenser, performs heat exchange between the refrigerant compressed in the
また、室外機1は、バイパス配管17a、バイパス絞り装置14a、インジェクションバイパス配管13a、吸入バイパス配管15a、流路切替弁16aを有し、主冷媒回路に対して流路切替冷媒回路20を構成する。バイパス配管17aは、主冷媒回路から分岐した(バイパスした)冷媒を内部熱交換器9aに流す配管である。バイパス絞り装置14aは、計測制御装置18の指示に基づいて開度を調整して、流路切替冷媒回路20を流れる冷媒の減圧、冷媒量の調整等することができる電子膨張弁である。内部熱交換器9aは、主冷媒回路側を流れる冷媒と、バイパス絞り装置14aを通過して流路切替冷媒回路20側を流れる冷媒との熱交換を行う。流路切替手段である流路切替弁16aは、内部熱交換器9aを通過した冷媒を、インジェクションバイパス配管13aに通過させるか、吸入バイパス配管15aに通過させるかを切り替えて冷媒の流路設定を行う。インジェクションバイパス配管13aは、一端がインジェクションポートに接続しており、バイパスした冷媒をインジェクションポートに流す(インジェクションバイパスをする)ための配管である。また、吸入バイパス配管15aは、一端が圧縮機の吸入側(低圧側)に接続しており、バイパスした冷媒を圧縮機3の吸入側に流す(吸入バイパスをする)ための配管である。
The
一方、室内機2は、室内熱交換器6、負荷側絞り装置(膨張弁)8を有している。室内熱交換器6は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス管5から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化(又は気液二相化)させ、液管7側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置8により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス管5側に流出させる。負荷側絞り装置8は、計測制御装置18の指示に基づいて開度を調整して冷媒を減圧等することができる電子膨張弁である。
On the other hand, the
ここで、空気調和装置100の冷媒回路に使用できる冷媒には、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒等がある。例えば、非共沸混合冷媒には、HFC(ハイドロフルオロカーボン)冷媒であるR407C(R32/R125/R134a)等がある。この非共沸混合冷媒は、沸点が異なる冷媒の混合物であるので、液相冷媒と気相冷媒との組成比率が異なるという特性を有している。擬似共沸混合冷媒には、HFC冷媒であるR410A(R32/R125)やR404A(R125/R143a/R134a)等がある。この擬似共沸混合冷媒は、非共沸混合冷媒と同様の特性の他、HCFC冷媒であるR22の約1.6倍の動作圧力という特性を有している。
Here, the refrigerant that can be used in the refrigerant circuit of the
また、単一冷媒には、HCFC(ハイドロクロロフルオロカーボン)冷媒であるR22やHFC冷媒であるR134a、HFO冷媒であるR1234yf、R1234ze等がある。これらの単一冷媒は、混合物ではないので、取り扱いが容易であるという特性を有している。その他、自然冷媒である二酸化炭素やプロパン、イソブタン、アンモニア等を使用することもできる。ここで、上述したR22はクロロジフルオロメタン、R32はジフルオロメタンを、R125はペンタフルオロエタンを、R134aは1、1、1、2−テトラフルオロエタンを、R143aは1、1、1−トリフルオロエタンをそれぞれ示している。このような冷媒を、空気調和装置100の用途や目的に応じて使用するとよい。
Examples of the single refrigerant include R22 which is an HCFC (hydrochlorofluorocarbon) refrigerant, R134a which is an HFC refrigerant, R1234yf and R1234ze which are HFO refrigerants, and the like. Since these single refrigerants are not a mixture, they have a characteristic that they are easy to handle. In addition, carbon dioxide, propane, isobutane, ammonia, etc., which are natural refrigerants, can also be used. Here, R22 is chlorodifluoromethane, R32 is difluoromethane, R125 is pentafluoroethane, R134a is 1,1,1,2-tetrafluoroethane, and R143a is 1,1,1-trifluoroethane. Respectively. Such a refrigerant may be used according to the use and purpose of the
また、室外機1、室内機2には各温度センサ、圧力センサ等の検知手段が設置されている。室外機1において、温度センサ46は圧縮機3の吐出側の配管に取り付けられて、その位置における温度(吐出温度)を検知する。同様に、温度センサ45は室外熱交換器12と熱源側絞り装置11との間の配管に取り付けられて温度を検知する。また、温度センサ49は内部熱交換器9aと負荷側絞り装置8との間、温度センサ47aはバイパス絞り装置14aと内部熱交換器9aとの間、温度センサ48aは内部熱交換器9aと流路切替弁16aとの間の配管にそれぞれ取り付けられて冷媒の温度を検知する。また、温度センサ44は室外機1の周囲の外気温度を検知する。
The
また、圧力センサ51は圧縮機3の吐出側の配管に取り付けられて、吐出側の圧力(吐出圧力)を検知する。また、圧縮機3の吸入側の配管に取り付けられて、吸入側の圧力(吸入圧力)を検知する。
The
一方、室内機2内の温度センサ42は、室内熱交換器6とガス管5との間、温度センサ43は室内熱交換器6と負荷側絞り装置8の間にそれぞれ取り付けられ、その位置における冷媒の温度を検知する。また、温度センサ41は室内熱交換器6において熱交換される前の負荷側媒体(ここでは空調対象の空気)の温度を検知する。
On the other hand, the
また、室外機1内の計測制御装置18は各温度センサ、圧力センサの検知した温度、圧力、空気調和装置の使用者から指示される運転内容等に基づいて、空気調和装置が有する機器の制御等を行う。具体的には、圧縮機3の運転、四方弁4の流路の切り替え、室外熱交換器12に空気を送るファン(図示せず)の送風量、各絞り装置の開度等を制御する。ここでは、計測制御装置18を室外機1内に設けているが、設置場所については特に限定するものではない。また、例えば、室内機2内に別の制御装置を備え、負荷側絞り装置8についてはその制御装置が制御するようにしてもよい。
The
図2は暖房運転において圧縮機3の吸入圧力が低い状態でインジェクションポートへの冷媒のバイパスを行っている状態を示すp−h線図である。次に、この空気調和装置100の運転動作について冷媒の流れに基づいて説明する。まず、比較的外気温度が低い場合の暖房運転時の動作について図1及び図2により説明する。
FIG. 2 is a ph diagram showing a state where the refrigerant is bypassed to the injection port in the heating operation with the suction pressure of the
暖房運転時に、計測制御装置18は、四方弁4における冷媒の流路が図1の破線方向となるように設定する。圧縮機3は吸入した冷媒を吐出する。圧縮機3から吐出された高温高圧のガス冷媒(図2の点(a))は四方弁4を経て室外機1を流出し、ガス管5を経て室内機2に流入する。そして、室内機2において、凝縮器となる室内熱交換器6に流入し、放熱しながら凝縮液化して高圧の液冷媒となる(図2の点(b))。冷媒が放熱した熱は、負荷側の空気や水などの負荷側媒体に与えることで暖房を行う。
During the heating operation, the
室内熱交換器6から流出した高圧の冷媒は、負荷側絞り装置8で若干減圧された後(図2の点(c))、液管7を経由して、室外機1に流入する。室外機1に流入した冷媒は分岐して、一部の冷媒は、主冷媒回路を内部熱交換器9a側に流れ、残りの冷媒はバイパス配管17a側に流れる。内部熱交換器9a側に流れた冷媒は、バイパス配管17a側に流れてバイパス絞り装置14aを通過した中温の冷媒と熱交換し、冷却される(図2の点(d))。さらに、熱源側絞り装置11で低圧まで減圧されて二相冷媒となる(図2の点(e))。そして、蒸発器となる室外熱交換器12に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される(図2の点(f))。その後、四方弁4を経て、圧縮機3に吸入される。
The high-pressure refrigerant that has flowed out of the indoor heat exchanger 6 is slightly decompressed by the load side expansion device 8 (point (c) in FIG. 2), and then flows into the
一方、バイパス配管17a側に分岐してバイパスされた冷媒は、バイパス絞り装置14で、中間圧まで減圧され、中温の二相冷媒となる(図2の点(g))。そして、前述したように内部熱交換器9aで主冷媒回路側を通過する冷媒と熱交換することで加熱される(図2の点(h))。流路切替弁16a、インジェクションバイパス配管13aを経由し、インジェクションポートを介して圧縮機3にインジェクションされる。圧縮機3内部では、主冷媒回路において吸入された冷媒(図2の点(f))が中間圧まで圧縮、加熱される(図2の点(i))。その後、インジェクションポートから流入した冷媒と合流し、温度が低下した後で(図2の点(j))、高圧まで圧縮されて吐出される(図2の点(a))。
On the other hand, the refrigerant branched and bypassed to the
ここで、空気調和装置100の冷媒回路の構成は、いわゆるガスインジェクション回路となっている。これは、例えば、凝縮器となる室内熱交換器6を出て中間圧まで減圧された冷媒のうち、ガス冷媒を圧縮機3にインジェクションするものである。一般には、気液分離器で中間圧の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離してガス冷媒をインジェクションする構成が多い。本実施の形態の空気調和装置100では、図2に示されるように、内部熱交換器9aで熱交換することにより、熱的に液冷媒とガス冷媒とを分離し、ガス冷媒をインジェクションする構成としている。
Here, the configuration of the refrigerant circuit of the
ガスインジェクション回路としてすることにより以下のような効果が得られる。まず、ガスインジェクションを行うことにより、圧縮機3から吐出される冷媒の流量が増加する。例えば、圧縮機3から吐出される冷媒流量Gdisは、圧縮機3で吸入される冷媒流量Gsucとインジェクションされる冷媒流量Ginjとの和となる。従って、凝縮器となる熱交換器に流れる冷媒流量が増加するので、特に暖房運転の場合には、暖房能力を増加させることができる。
By using a gas injection circuit, the following effects can be obtained. First, by performing gas injection, the flow rate of the refrigerant discharged from the
一方、図2に示されるように、内部熱交換器9aでの熱交換により、蒸発器となる熱交換器に流入する冷媒エンタルピが低下し、蒸発器での冷媒エンタルピ差が増大する。従って、暖房運転時には、蒸発器となる室外熱交換器12においては、外気からの吸熱による熱交換量が増加するため暖房能力が増加する。また、ガスインジェクションを行う場合は効率改善効果も得られる。蒸発器に流入する冷媒は、一般に気液二相冷媒であるが、このうち、ガス冷媒は蒸発器における熱交換に寄与しない。圧縮機3から見ると、この低圧のガス冷媒も、蒸発器で蒸発したガス冷媒と一緒に高圧に昇圧する仕事を行っていることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, due to heat exchange in the
ガスインジェクションを行うことで、蒸発器に流入するガス冷媒のうちの一部を中間圧で抜き出してインジェクションすることになる。このため、圧縮機3は、インジェクションに係る冷媒は中間圧から高圧に昇圧し、圧縮することになる。したがって、インジェクションされる流量のガス冷媒については、低圧から中間圧まで昇圧する圧縮仕事が不要になり、この分、効率改善がなされる。
By performing the gas injection, a part of the gas refrigerant flowing into the evaporator is extracted at an intermediate pressure and injected. For this reason, the
また、一部がバイパス配管17a側に流れることで、蒸発器に流れる冷媒量が減少するため、蒸発器を通過する際の圧力損失が低減する。これにより圧縮機3の吸入側に吸入圧力が増加するため効率が改善される。この効率の改善率は、圧力損失が大きいほど効果が大きい。したがって、蒸発器から圧縮機吸入に至る配管が長い場合や、圧縮機3の運転容量が大きく、循環する冷媒量が多いほど効果が大きくなる。
Moreover, since the refrigerant | coolant amount which flows into an evaporator reduces because a part flows into the
図3は暖房運転において圧縮機3の吸入圧力が高い状態でインジェクションポートへの冷媒のバイパスを行っている状態を示すp−h線図である。次に、比較的外気温度が高い場合の暖房運転時の運転動作について図1及び図3により説明する。冷媒の流れ等による冷凍サイクルの形状等については、図2の場合と同様であるが、外気温度が高いため、圧縮機3の吸入側における吸入圧力が増加する。インジェクションポートにおける圧力(インジェクション圧力)Pm [MPa]は、圧縮機3の圧縮室内におけるインジェクションポートの位置にもよるが、一般的に、圧縮機3の吐出側の吐出圧力Pd [MPa]及び圧縮機3の吸入側の吸入圧力Ps [MPa]から次式(1)で推測することが知られている。
FIG. 3 is a ph diagram showing a state in which the refrigerant is bypassed to the injection port in a state where the suction pressure of the
Pm =(Pd ×Ps )1/2 …(1) P m = (P d × P s ) 1/2 (1)
式(1)から分かるように吸入圧力Ps が増加するとインジェクション圧力Pm も増加する。そして、インジェクション圧力Pm が増加することで、インジェクションポートに吸入される中温の冷媒温度も高くなるため、内部熱交換器9aでの冷却量が減少する。
As can be seen from equation (1), when the suction pressure P s increases, the injection pressure P m also increases. Then, by injection pressure P m is increased, since the higher temperature of the refrigerant medium temperature sucked into the injection port, the cooling amount in the
内部熱交換器9aでの冷却量が減少すると、内部熱交換器9aでの熱交換による蒸発器での冷凍効果(図3の点(f)と図3の点(g)のエンタルピ差)の増大効果が減少するため、暖房能力の増大効果が減少する。したがって、COPの向上率はインジェクション圧力Pm が大きいほど減少することになる。
When the cooling amount in the
図4は暖房運転において圧縮機3の吸入圧力が高い状態で吸入側に冷媒のバイパスを行っている場合を示すp−h線図である。前述したように、暖房運転においては、室外機1に流入した冷媒は分岐して、一部の冷媒は内部熱交換器9a側に流れ、残りの冷媒はバイパス配管17a側に流れる。内部熱交換器9a側に流れた冷媒は、バイパス配管17a側に流れてバイパス絞り装置14aを通過した低温の冷媒と熱交換し、冷却される(図4の点(d))。さらに、熱源側絞り装置11で低圧まで減圧されて二相冷媒となる(図4の点(e))。そして、蒸発器となる室外熱交換器12に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される(図4の点(f))。その後、四方弁4を経て、圧縮機3に吸入される。
FIG. 4 is a ph diagram illustrating a case where the refrigerant is bypassed to the suction side in the heating operation with the suction pressure of the
一方、バイパス配管17a側にバイパスされた冷媒は、バイパス絞り装置14で、低圧まで減圧され、低温の二相冷媒となる(図4の点(g))。そして、前述したように内部熱交換器9aで高圧冷媒と熱交換して加熱され(図4の点(h))、流路切替弁16a、吸入バイパス配管15aを介して、室外熱交換器12を通過した冷媒と合流して圧縮機3に吸入される。
On the other hand, the refrigerant bypassed to the
圧縮機3の吸入側にバイパスする冷媒と内部熱交換器9aで熱交換を行った場合は、圧縮機3のインジェクション圧力の飽和温度よりも低い低温冷媒との熱交換となる。このため、蒸発器での冷凍効果(図4の点(f)と図4の点(g)とのエンタルピ差)の増大効果がインジェクションバイパスに比較し大きく、暖房能力の増大効果が増加する。
When heat is exchanged between the refrigerant bypassed to the suction side of the
また、圧縮機3のインジェクション圧力Pm が高いほど(吸入圧力Ps が高いほど)、冷媒密度が高くなるため、圧縮機3の運転容量が同一の場合、冷媒循環量が増加する。このため、吸入バイパス回路適用時の圧力損失低減によるCOP向上率が増加する。ここで、インジェクションバイパスと比較して、吸入バイパスともに、バイパスによる蒸発器から圧縮機3の吸入側に至る圧力損失の低減効果があるが、吸入バイパスの方が冷凍効果の増大効果が大きいため、圧力損失低減によるCOP向上率が大きい。
Further, the higher the injection pressure P m of the compressor 3 (the higher the suction pressure P s ), the higher the refrigerant density. Therefore, when the operating capacity of the
図5は流路切替弁16aを切り替えることで実現可能なインジェクションバイパス回路及び吸入バイパス回路のそれぞれのインジェクション圧力Pm に対するCOP向上率の関係を表す図である。図5は、圧縮機3における圧縮機運転容量とインジェクション圧力によって、流路切替弁16aにおける冷媒の流路をインジェクションバイパス配管13a側にするか、吸入バイパス配管15a側にするかを選択する最適なポイントが存在することを示している。
Figure 5 is a graph depicting the relationship of the COP improvement ratio relative to each of the injection pressure P m of the injection bypass circuit and the suction bypass circuit can be realized by switching the flow path switching valve 16a. FIG. 5 shows an optimum selection of whether the refrigerant flow path in the flow path switching valve 16a is on the
例えば、圧縮機運転容量が小さい場合、インジェクション圧力が図5に示す点A以下であれば流路切替弁16aにおける冷媒の流路を図1の実線側として、インジェクションバイパス配管13aに冷媒を流すインジェクションバイパス回路とする。一方、点A以上であれば図1の破線側として吸入バイパス配管15aに流す吸入バイパス回路とすることでCOPの高い運転を実現できる。同様に、圧縮機運転容量が大きい場合は、(図5の点B)の状態をもって流路切替弁16aを切り替えることでCOPの高い運転を実現することができる。
For example, when the compressor operating capacity is small, if the injection pressure is equal to or lower than point A shown in FIG. 5, the refrigerant flow in the flow path switching valve 16a is set to the solid line side in FIG. 1, and the refrigerant flows through the
流路切替弁16aの流路を切り替える判定条件を、例えば、圧縮機3の運転容量とインジェクション圧力の関数のデータとしてあらかじめ計測制御装置18の記憶手段等(図示せず)に保持しておく等によって、計測制御装置18は制御可能とする。
Determination conditions for switching the flow path of the flow path switching valve 16a are stored in advance in a storage unit (not shown) of the
インジェクション圧力Pm は、圧縮機吐出の吐出圧力Pd [MPa]及び圧縮機吸入の吸入圧力Ps [MPa]から前述の推測式から求めてもよい。また、インジェクションバイパス回路としている場合は、温度センサ47aの検知に係る温度がインジェクション圧力Pm の飽和温度となるため、温度センサ47aの検知に係る温度に基づいて圧力に換算して求めてもよい。
The injection pressure P m may be obtained from the above-described estimation formula from the discharge pressure P d [MPa] of the compressor discharge and the suction pressure P s [MPa] of the compressor suction. Also, if you are injection bypass circuit, since the temperature of the detection of the
図6は冷房運転時のp−h線図である。次に、冷房運転時の空気調和装置100の運転動作について図1及び図6により説明する。暖房運転時に、計測制御装置18は、四方弁4における冷媒の流路が図1の実線方向となるように設定する。基本的にp−h線図上の冷凍サイクルが辿る方向等については暖房運転の場合と同様である。圧縮機3は吸入した冷媒を高温高圧のガス冷媒として吐出する(図6の点(a))。冷媒は四方弁4を経て、凝縮器となる室外熱交換器12で放熱しながら凝縮液化し高圧の液冷媒となる(図6の点(b))。室外熱交換器12を出た高圧の冷媒は、熱源側絞り装置11で若干減圧された後(図6の点(c))、内部熱交換器9aで、バイパス配管17aに一部冷媒をバイパスした後で、バイパス絞り装置14aで減圧され、流路切替弁16a、インジェクションバイパス配管13aを経由し、インジェクションポートに吸入される中温となった冷媒と熱交換し、冷却される(図6の点(d))。そして、その後、液管7を経由し、室内機2に流入する。冷媒は負荷側絞り装置8で低圧まで減圧され二相冷媒となり(図6の点(e))、その後、蒸発器となる室内熱交換器6に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化される(図6の点(f))。負荷側の空気や水などの負荷側媒体の熱を冷媒に吸熱することで冷房を行う。その後、ガス管5を経由し、室外機1に流入し、四方弁4を経て、圧縮機3に吸入される。
FIG. 6 is a ph diagram during cooling operation. Next, the operation of the
一方、インジェクションバイパス配管13aにバイパスされた冷媒は、バイパス絞り装置14で、中間圧まで減圧され、中温の二相冷媒となり(図6の点(g))、その後は内部熱交換器9aで高圧冷媒と熱交換し加熱され(図6の点(h))、圧縮機3にインジェクションされる。圧縮機3内部では、吸入された冷媒(図6の点(f))が中間圧まで圧縮、加熱された(図6の点(i))後で、インジェクションされる冷媒と合流し、温度低下した後で(図6の点(j))、高圧まで圧縮され吐出される(図6の点(a))。
On the other hand, the refrigerant bypassed to the
冷房運転時のp−h線図は暖房運転時とほぼ同一になり、どちらの運転モードでも同様の運転を実現できる。そして流路切替弁16aを切り替えることで、運転状態に応じて高効率な運転を実現することができる。 The ph diagram during cooling operation is almost the same as during heating operation, and the same operation can be realized in either operation mode. And by switching the flow path switching valve 16a, highly efficient driving | operation is realizable according to a driving | running state.
図7は暖房運転時に計測制御装置18が行う制御動作を説明する図である。暖房運転時には、まず、圧縮機3の容量、熱源側絞り装置11の開度、バイパス絞り装置14aの開度、負荷側絞り装置8の開度が初期値に設定される(ステップS1)。そして、所定時間が経過したものと判断すると(ステップS2)、運転状態に応じて各アクチュエータを制御するため、以下の処理を行う。
FIG. 7 is a diagram illustrating a control operation performed by the
インジェクション圧力Pm を、例えば前述した(1)式に基づいて圧縮機吐出圧力Pd 、圧縮機吸入圧力Ps から演算等により推測する(ステップS3)。そして、インジェクション圧力Pm 、圧縮機3の運転容量から得られるCOPの大きさに基づいて、インジェクションバイパスを行うか吸入バイパスを行うかを決定し、流路切替弁16aによる流路設定を行う(ステップS4)。
The injection pressure P m is estimated by calculation or the like from the compressor discharge pressure P d and the compressor suction pressure P s based on the above-described equation (1), for example (step S3). Then, based on the injection pressure P m and the COP obtained from the operating capacity of the
また、圧縮機3の容量について、基本的に室内機2の温度センサ41の計測に係る空気温度が、空気調和装置を使用する者が設定する温度になるような制御を行う。このため、温度センサ41の計測に係る空気温度と使用者による設定値とを比較する(ステップS5)。そして、空気温度が設定値を含む所定範囲内であると判断すると、圧縮機3の容量をそのまま維持するようにし、次のステップS7に進む。また、空気温度が所定範囲の下限より低いと判断すると、圧縮機3の容量を増加し、空気温度が所定範囲の上限より高いと判断すると、圧縮機3の容量を減少する圧縮機容量変更制御を行い(ステップS6)、次のステップS7に進む。
Further, the capacity of the
各絞り装置の開度制御は以下のように行う。まず、負荷側絞り装置8の開度については、圧力センサ52の検知に係る高圧冷媒の圧力から飽和温度に換算する。そして、飽和温度と温度センサ43の検知に係る室内熱交換器6の冷媒流出口の温度との温度差となる室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過冷却度SCが予め設定された所定温度となる目標値(例えば10℃)になるように開度を制御する。このため、室内熱交換器6の冷媒流出口の冷媒過冷却度SCと目標値とを比較する(ステップS7)。そして、室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過冷却度SCが目標値を含む所定範囲内であると判断すると、負荷側絞り装置8の開度をそのまま維持するようにし、次のステップS9に進む。また、室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過冷却度SCが所定範囲の上限より大きいと判断すると、負荷側絞り装置8の開度を大きくし、冷媒過冷却度SCが所定範囲の下限より小さいと判断すると、負荷側絞り装置8の開度を小さくする負荷側絞り装置開度変更制御を行い(ステップS8)、次のステップS9に進む。
The opening control of each expansion device is performed as follows. First, the opening degree of the load
次に、バイパス絞り装置14aの開度については、高効率運転をはかることと冷凍機油の劣化防止をはかることとに基づいて制御を行う。温度センサ48aの検知に係る内部熱交換器9aの冷媒流出口の温度と温度センサ47aの検知に係る内部熱交換器9aに流入するバイパス絞り装置14aを通過した低圧側の冷媒の飽和温度との温度差となる内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHが、予め設定された所定温度となる目標値(例えば1℃)になるように開度を制御する。このため、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHと目標値とを比較する(ステップS9)。そして、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHが目標値を含む所定範囲内であると判断すると、次のステップS11に進む。また、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHが所定範囲の上限より大きいと判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を大きくし、冷媒過熱度SHが所定範囲の下限より小さいと判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を小さくするバイパス絞り装置開度変更制御を行い(ステップS10)、次のステップS12に進む。このようにして冷媒のバイパス量を制御することで、内部熱交換器9aの熱交換性能を高くすることができるとともに、冷媒エンタルピ差も適度に確保できるような運転をすることができる。このため、高効率の運転を行うことができる。ここで、このような運転を行うために内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHの目標値はなるべく小さく設定する方がよい。
Next, the opening degree of the bypass expansion device 14a is controlled based on the high efficiency operation and the prevention of deterioration of the refrigerating machine oil. The temperature of the refrigerant outlet of the
さらに、バイパス絞り装置14aは、圧縮機3の吐出温度上昇による冷凍機油の劣化防止のための開度制御を行う。温度センサ46の検知に係る圧縮機3の吐出温度が、予め設定された所定温度となる設定値(例えば100℃)以下になるように制御される。このため、温度センサ46の検知に係る圧縮機3の吐出温度と設定値とを比較する(ステップS11)。そして、圧縮機3の吐出温度が設定値以下であると判断すると、バイパス絞り装置14aの開度をそのまま維持するようにし、次のステップS12に進む。また、圧縮機3の吐出温度が設定値より高いと判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を大きくするバイパス絞り装置開度変更制御を行い(ステップS10)、次のステップS12に進む。
Further, the bypass expansion device 14 a performs opening degree control for preventing deterioration of the refrigerating machine oil due to an increase in the discharge temperature of the
次に、熱源側絞り装置11の開度については、温度センサ49の検知に係る温度から熱源側絞り装置11に流入する冷媒の飽和圧力に換算する。そして、飽和圧力が予め設定された所定圧力となる目標値(例えば2MPa)になるように制御する。ここで、目標値は、バイパス絞り装置14aに冷媒が流れるように、インジェクション圧力Pm よりも高くなるように設定する。このため、計測制御装置18は、熱源側絞り装置11の冷媒流入口の飽和圧力と目標値とを比較する(ステップS12)。そして、熱源側絞り装置11の冷媒流入口の飽和圧力が目標値を含む所定範囲内であると判断すると、熱源側絞り装置11の開度をそのまま維持するようにする。そして、ステップS2に戻って処理を続ける。また、熱源側絞り装置11の冷媒流入口の飽和圧力が目標値より所定範囲の上限より高いと判断すると、熱源側絞り装置11の開度を大きくし、熱源側絞り装置11の冷媒流入口の飽和圧力が目標値より低いと判断すると、熱源側絞り装置11の開度を小さくする負荷側絞り装置開度変更制御を行う(ステップS13)。そして、ステップS2に戻って処理を続ける。
Next, the opening degree of the heat source side expansion device 11 is converted into the saturation pressure of the refrigerant flowing into the heat source side expansion device 11 from the temperature related to the detection by the temperature sensor 49. Then, control is performed so that the saturation pressure becomes a target value (for example, 2 MPa) that is a predetermined pressure set in advance. Here, the target value, as the refrigerant flows into the bypass throttle device 14a, set to be higher than the injection pressure P m. For this reason, the
ここで、上述した説明においては熱源側絞り装置11の飽和圧力の目標値をあらかじめ設定したものとしているが、この値は一定にする必要はない。例えば、圧力センサ52の検知に係る高圧冷媒(圧縮機3の吐出側の冷媒)の圧力と熱源側絞り装置11の飽和圧力との圧力差が所定の値(例えば0.3MPa)になるような目標値に設定できるようにしてもよい。このようにすることで、運転中の高圧圧力の状態によらず、バイパス絞り装置14aを通過する前後における差圧を確保することができ、インジェクションにおいて安定した冷媒供給を行うことが可能になる。
Here, in the above description, the target value of the saturation pressure of the heat source side expansion device 11 is set in advance, but this value need not be constant. For example, the pressure difference between the pressure of the high-pressure refrigerant (the refrigerant on the discharge side of the compressor 3) related to detection by the
また、上述した説明においては、温度センサ49の検知に係る温度を換算して熱源側絞り装置11の飽和圧力を求めるようにしたが、温度センサ49の代わりに圧力センサを設け、熱源側絞り装置11に流入する冷媒の圧力を直接検知するようにしてもよい。 In the above description, the saturation pressure of the heat source side expansion device 11 is obtained by converting the temperature related to the detection by the temperature sensor 49. However, instead of the temperature sensor 49, a pressure sensor is provided, and the heat source side expansion device is obtained. You may make it detect the pressure of the refrigerant | coolant which flows in into 11 directly.
さらに、上述した説明においては、凝縮器となる室内熱交換器6の冷媒流出口の冷媒過冷却度SCが目標値となるように負荷側絞り装置8の開度を制御している。このような開度制御を行うことで、凝縮器での熱交換性能を高く確保するとともに、冷媒エンタルピ差も適度に確保するように運転することができ、高効率の運転を行うことができる。このような運転を行うことができる凝縮器の冷媒流出口における冷媒過冷却度SCは、熱交換器の特性によって異なるが、概ね、凝縮温度と、空気、水等の熱交換媒体との温度差の1/2程度の温度である5〜10℃前後である。
Furthermore, in the above description, the opening degree of the load
このとき、冷媒過冷却度SCの目標値はこの値よりも高い値(例えば10〜15℃前後)に設定する。これにより、暖房能力を増加した運転も行うことができる。そこで、運転状況に応じて、冷媒過冷却度SCの目標値を変更してもよい。例えば、装置起動時は高めの目標値に設定しておいて暖房能力を確保するようにし、室温が安定しているときには低めの目標値に設定して高効率の運転を行うようにすることができる。 At this time, the target value of the refrigerant supercooling degree SC is set to a value higher than this value (for example, around 10 to 15 ° C.). Thereby, the driving | running which increased the heating capability can also be performed. Therefore, the target value of the refrigerant supercooling degree SC may be changed according to the operating situation. For example, when starting up the device, a higher target value is set to ensure heating capacity, and when the room temperature is stable, a lower target value is set to perform high-efficiency operation. it can.
図8は冷房運転時に計測制御装置18が行う制御動作を説明する図である。冷房運転時には、まず、圧縮機3の容量、熱源側絞り装置11の開度、バイパス絞り装置14aの開度、負荷側絞り装置8の開度が初期値に設定される(ステップS101)。ここで、冷房運転の場合には、圧力損失を最小にするため、熱源側絞り装置11の開度を、全開に固定維持する。そして、所定時間が経過したものと判断すると(ステップS102)、運転状態に応じて各アクチュエータを制御するため、以下の処理を行う。
FIG. 8 is a diagram illustrating a control operation performed by the
インジェクション圧力Pm を、圧縮機吐出圧力Pd 、圧縮機吸入圧力Ps から演算等により推測する(ステップS103)。そして、インジェクション圧力Pm 、圧縮機3の運転容量から得られるCOPの大きさに基づいて、インジェクションバイパスを行うか吸入バイパスを行うかを決定し、流路切替弁16aによる流路設定を行う(ステップS104)。
The injection pressure P m is estimated by calculation or the like from the compressor discharge pressure P d and the compressor suction pressure P s (step S103). Then, based on the injection pressure P m and the COP obtained from the operating capacity of the
また、圧縮機3の容量について、基本的に室内機2の温度センサ41の計測に係る空気温度が、空気調和装置を使用する者が設定する温度になるような制御を行う。このため、温度センサ41の計測に係る空気温度と使用者による設定値とを比較する(ステップS105)。そして、空気温度が設定値を含む所定範囲内であると判断すると、圧縮機3の容量をそのまま維持するようにし、次のステップS107に進む。また、空気温度が所定範囲の下限より低いと判断すると、圧縮機3の容量を減少し、空気温度が所定範囲の上限より高いと判断すると、圧縮機3の容量を増加する圧縮機容量変更制御を行い(ステップS106)、次のステップS107に進む。
Further, the capacity of the
各絞り装置の開度制御は以下のように行う。まず、負荷側絞り装置8の開度については、圧力センサ51の検知に係る低圧冷媒の圧力から飽和温度に換算する。そして、飽和温度と温度センサ42の検知に係る室内熱交換器6の冷媒流出口の温度との温度差となる室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過熱度SHが予め設定された目標値(例えば3℃)になるように開度を制御する。このため、室内熱交換器6の冷媒流出口の冷媒過熱度SHと目標値とを比較する(ステップS107)。そして、室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過熱度SHが目標値を含む所定範囲内であると判断すると、負荷側絞り装置8の開度をそのまま維持するようにし、次のステップS109に進む。また、室内熱交換器6の冷媒流出口における冷媒過熱度SHが所定範囲の上限より大きいと判断すると、負荷側絞り装置8の開度を小さくし、冷媒過熱度SHが所定範囲の下限より小さいと判断すると、負荷側絞り装置8の開度を大きくする負荷側絞り装置開度変更制御を行い(ステップS108)、次のステップに進む。
The opening control of each expansion device is performed as follows. First, the opening degree of the load
次に、バイパス絞り装置14aの開度については、高効率運転をはかることと冷凍機油の劣化防止をはかることとに基づいて制御を行う。温度センサ48aの検知に係る内部熱交換器9aの冷媒流出口の温度と温度センサ47aの検知に係る内部熱交換器9aに流入するバイパス絞り装置14aを通過した低圧側の冷媒の飽和温度との温度差となる内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過熱度SHが、予め設定された目標値(例えば3℃)になるように開度を制御する。このため、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過冷却度SCと目標値とを比較する(ステップS109)。そして、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過冷却度SCが目標値を含む所定範囲内であると判断すると、バイパス絞り装置14aの開度をそのまま維持するようにし、次のステップS111に進む。また、内部熱交換器9aの冷媒流出口の冷媒過冷却度SCが所定範囲の上限より大きいと判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を大きくし、冷媒過冷却度SCが所定範囲の下限より小さいと判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を小さくするバイパス絞り装置開度変更制御を行い(ステップS110)、ステップS102に戻る。
Next, the opening degree of the bypass expansion device 14a is controlled based on the high efficiency operation and the prevention of deterioration of the refrigerating machine oil. The temperature of the refrigerant outlet of the
さらに、バイパス絞り装置14aは、圧縮機3の吐出温度上昇による冷凍機油の劣化防止のための開度制御を行う。温度センサ46の検知に係る圧縮機3の吐出温度が、予め設定された設定値(例えば100℃)以下になるように制御される。このため、温度センサ46の検知に係る圧縮機3の吐出温度と設定値とを比較する(ステップS111)。そして、圧縮機3の吐出温度が設定値以下であると判断すると、バイパス絞り装置14aの開度をそのまま維持するようにし、ステップS102に戻る。また、圧縮機3の吐出温度が設定値より高い吐判断すると、バイパス絞り装置14aの開度を大きくするバイパス絞り装置開度変更制御を行い(ステップS110)、ステップS102に戻る。
Further, the bypass expansion device 14 a performs opening degree control for preventing deterioration of the refrigerating machine oil due to an increase in the discharge temperature of the
ここで、圧縮機3の吐出温度の設定値は、吐出温度そのものでなくてもよく、圧縮機3の吐出温度と圧縮機3の吐出圧力から換算される飽和温度との温度差である圧縮機3の吐出過熱度に基づいて設定してもよい。
Here, the set value of the discharge temperature of the
また、内部熱交換器9aの配置位置は、図1に係る構成の位置に限るものではない。例えば、上流下流の位置関係が反対であっても同様の効果を得ることができる。また、バイパス配管17aを接続する位置も図1の位置に限るものではなく、他の中間圧部分、高圧液部から冷媒を分岐させることができる位置であれば同様の効果を得ることができる。このとき、バイパス絞り装置14aの制御安定性を考慮すると、気液二相状態の冷媒を分岐する位置であるよりは、完全に液の状態となった冷媒を分岐できる位置にバイパス配管17aを接続する方が望ましい。
Further, the arrangement position of the
以上のように実施の形態1の空気調和装置によれば、流路切替弁16aにより、圧縮機のインジェクションポートから冷媒を流入させるか圧縮機3の吸入側に冷媒を流すかを選択することができる。このため、冷房運転、暖房運転等の様々な運転状態に応じて、バイパス絞り装置14aの開度を調整しながら流路切替冷媒回路20に冷媒をバイパスさせることで、高効率な運転を実現可能な空気調和装置を得ることができる。
As described above, according to the air conditioning apparatus of the first embodiment, the flow path switching valve 16a can be used to select whether the refrigerant flows from the injection port of the compressor or the refrigerant flows to the suction side of the
また、圧縮機3における圧縮機運転容量とインジェクション圧力に基づいて、流路切替弁16aの流路設定を行ってインジェクションバイパス回路とするか吸入バイパス回路とするかを選択できるようにしたので、COPの高い高効率の運転を行うことができる。このとき、圧縮機3の吐出圧力及び吸入圧力からインジェクション圧力を導き出すことで、より正確なインジェクション圧力を得ることができる。さらに、内部熱交換器9aの冷媒過熱度SHが目標値が示す所定温度となるように、圧縮機3の冷媒吐出温度等が所定の温度となるようにバイパス絞り装置14aの開度を制御するようにしたので、効率よく、また冷凍機油の保護を図りつつ運転を行うことができる。また、暖房運転時には、温度センサ49の検知に係る温度から換算した熱源側絞り装置11に流入する冷媒の圧力等に基づき、熱源側絞り装置11の開度を制御するようにしたので、蒸発器となる室外熱交換器12を通過する冷媒量を制御することができ、効率よく運転することができる。
In addition, since it is possible to select the injection bypass circuit or the suction bypass circuit by setting the flow path of the flow path switching valve 16a based on the compressor operating capacity and the injection pressure in the
ここで、本実施の形態では、熱源側絞り装置11と負荷側絞り装置8との間に内部熱交換器9a、及びバイパス絞り装置14a、流路切替弁16aを配置しているので、冷暖いずれの運転モードでも、同様のインジェクションバイパスや吸入バイパスを行った運転を選択的に行うことができる。また、図1では高低圧を検知する圧力センサを設け、冷媒の飽和温度を検知する構成としているが、凝縮器、蒸発器中間の冷媒温度センサで飽和温度を検知してもよい。
Here, in the present embodiment, the
実施の形態2.
図9は本発明に係る実施の形態2の空気調和装置100の構成を示す図である。図9において、図1等と同じ番号を付している機器等については、実施の形態1で説明したことと同様の動作を行う。図9に示すように、実施の形態2では、図1に記載した流路切替冷媒回路20を2つ設置している。一方の流路切替冷媒回路20において、図1の内部熱交換器9a、バイパス絞り装置14a、流路切替弁16a等のように、添え字「a」を記載したものと同じ機能等を有する他方の流路切替冷媒回路20の機器等は、添え字に「b」を記載して示している。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the air-
本実施の形態では、流路切替冷媒回路20を2つ配設した構成とし、流路切替弁16a、16bをそれぞれ切り替えることによって、インジェクションバイパス回路、吸入バイパス回路を別々に行ったり、併用したりして運転することができる。
In the present embodiment, two flow path switching
本実施の形態の空気調和装置100においても、実施の形態1と同様に、冷房、暖房いずれの運転でも同様の運転を行うことができる。ここでは暖房運転について説明する。図9の空気調和装置100において、流路切替弁16aを実線で表す流路、流路切替弁16bを破線で表す流路に設定した場合、バイパス配管17aを流通する流路は、インジェクションバイパス回路となり、バイパス配管17bを流通する流路は、吸入バイパス回路となる。このように、例えば、主冷媒回路の冷媒の流れに対して上流側となる位置にバイパス配管17の一端が接続されている流路切替冷媒回路20をインジェクションバイパス回路とする。そして、下流となる位置にバイパス配管17の一端が接続されている流路切替冷媒回路20を吸入バイパス回路とする。
Also in the
ここで、室内機2から液管7を経由する冷媒を、インジェクションバイパス回路の内部熱交換器9a、吸入バイパス回路の内部熱交換器9bを通過するようにそれぞれ流路切替弁16a、16bを設定する。これにより内部熱交換器9a、9bを経由する過程で、熱源側絞り装置11に流入する冷媒の温度が徐々に冷却される。このため、冷媒間の温度差が小さい状態で熱交換可能であり、熱交換効率が高くなり、内部熱交換器9a、9bを有効に利用できるという特徴がある。
Here, the flow
図10は圧縮機3の運転容量が高いときのインジェクション内部熱交換器容量比率に対するCOP向上率を表す概念図である。ここで、内部熱交換器容量とは、熱コンダクタンスを表すものであり、伝熱面積と熱通過率の積に相当するものである。そして、インジェクション内部熱交換器容量比率とは、インジェクションバイパスに係る内部熱交換器(本実施の形態では内部熱交換器9a)と吸入バイパスに係る内部熱交換器(本実施の形態では内部熱交換器9b)との熱交換容量の和に対するインジェクションバイパスに係る内部熱交換器の熱交換容量の割合を表すものとする。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing the COP improvement rate with respect to the injection internal heat exchanger capacity ratio when the operating capacity of the
図10より、インジェクション内部熱交換器容積比率が大きいほど、インジェクションバイパスによるCOP向上率が大きくなる。逆にインジェクション内部熱交換器容積比率が小さい場合は、吸入バイパスでの熱交換器容量が大きくなるため、吸入バイパスによるCOP向上率が大きくなる。したがって、それぞれのCOP向上率の合成効果として、最大COPとなるインジェクション熱交換容量比率が存在する。図9の空気調和装置100の場合、内部熱交換器9aと内部熱交換器9bとの熱交換器容量の比率が、6:4程度であるときが最もCOPが高くなる。そこで、例えば、内部熱交換器9a、9bが二重管熱交換器でそれぞれの配管サイズが同一の場合、二重管の長さを6:4となるように予め設定することで圧縮機3の運転容量が高い場合において高効率な運転を実現することが可能となる。
From FIG. 10, the larger the injection internal heat exchanger volume ratio, the larger the COP improvement rate due to the injection bypass. Conversely, when the volume ratio of the internal heat exchanger for injection is small, the capacity of the heat exchanger in the suction bypass increases, and the COP improvement rate due to the suction bypass increases. Therefore, there is an injection heat exchange capacity ratio that gives the maximum COP as a combined effect of the respective COP improvement rates. In the case of the
図11は圧縮機3の運転容量が低いときのインジェクション内部熱交換器容量比率に対するCOP向上率を表す概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram showing the COP improvement rate with respect to the injection internal heat exchanger capacity ratio when the operating capacity of the
図11より、圧縮機3の運転容量が低い場合は、蒸発器となる熱交換器及び蒸発器から圧縮機3の吸入側までの配管における圧力損失が小さいため、吸入バイパスによる圧力損失低減によるCOP向上率の効果が小さくなる。このため、インジェクションバイパス回路側の内部熱交換器9における内部熱交換器容量の比率が大きいほど、インジェクションバイパスのCOPと吸入バイパスとのCOP向上率の合成効果は大きくなる。したがって、図9の空気調和装置100において、流路切替弁16a、16bにおける冷媒の流路が図9の実線方向となるように設定し、2つの流路切替冷媒回路20がともにインジェクションバイパスとなるようにする。これにより、圧縮機の運転容量が低い場合においてCOPを大きくした運転を実現することができる。
From FIG. 11, when the operating capacity of the
また、図示していないが、圧縮機3の吸入圧力Ps を高く、インジェクション圧力Pm を高くする場合は、前述のようにインジェクションによるCOP向上率が低下するため、吸入バイパスによるCOP向上率が相対的に高くなる。このため、インジェクション内部熱交換器容量比率が小さいほど、インジェクションバイパスのCOPと吸入バイパスとのCOP向上率の合成効果は大きくなる。したがって、図9の空気調和装置100において、流路切替弁16a、16bにおける冷媒の流路が図9の破線方向となるように設定し、2つの流路切替冷媒回路20がともに吸入バイパスとなるようにする。これにより、インジェクション圧力Pm が高い場合においてCOPを大きくした運転を実現することができる。
Although not shown, when the suction pressure P s of the
以上のように、実施の形態2の空気調和装置100によれば、流路切替冷媒回路20を複数配置し、それぞれインジェクションバイパス回路として機能するか又は吸入バイパスとして機能するかを選択することができるようにしたので、両回路を組み合わせて効率のよい運転を行うことができる。このとき、流路切替冷媒回路20において、内部熱交換器9の熱交換器容量を異ならせるようにしたので、インジェクション内部熱交換器容量比率を細分化する等によって、空調負荷や運転状態に応じて柔軟に対応してCOPを大きくし、高効率の運転を実現することができる。そして、インジェクションバイパス回路となる方を、主冷媒回路において流れる冷媒に対して上流側に位置するようにすることで、インジェクションバイパス回路に流れる冷媒量を優先して調整等することができる。
As described above, according to the
実施の形態3.
上述の実施の形態では、空気調和装置100に室外機1、室内機2をそれぞれ1台搭載した場合を例として説明したが、これに限定するものではない。例えば、空気調和装置100に室外機1を複数台搭載する、室内機2を複数台搭載する等の構成としても同様の効果を奏することができる。
In the above-described embodiment, the case where one
また、上述の実施の形態では、ルームエアコン、パッケージエアコン等の空気調和装置100として説明した。本発明は、冷暖房運転等多様な運転を行うことができる空気調和装置に特に有効であるが、例えば、冷凍装置、冷蔵庫、加湿器、調湿装置、ヒートポンプ給湯器等の冷凍サイクル装置に適用することも可能である。
In the above-described embodiment, the
1 室外機、2 室内機、3 圧縮機、4 四方弁、5 ガス管、6 室内熱交換器、7 液管、8 負荷側絞り装置、9a,9b 内部熱交換器、11 熱源側絞り装置、12 室外熱交換器、13a,13b インジェクションバイパス配管、14a,14b バイパス絞り装置、15a,15b 吸入バイパス配管、16a,16b 流路切替弁、17a、17b バイパス配管、18 計測制御装置、20 流路切替冷媒回路、41,42,43,44,45,46,47a,47b,48a,48b,49 温度センサ、51,52 圧力センサ、100 空気調和装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記主冷媒回路から分岐した冷媒の減圧を行うバイパス絞り装置と、
該バイパス絞り装置を通過した冷媒と前記主冷媒回路を通過する冷媒との熱交換を行う内部熱交換器と、
該内部熱交換器が熱交換した冷媒を、前記インジェクションポートに接続された配管又は前記圧縮機の吸入側に接続された配管のいずれかに流すための流路設定を行う流路切替手段と
を有する1以上の流路切替冷媒回路をさらに備えることを特徴とする空気調和装置。 Compressor having an injection port serving as a refrigerant passage in the middle part of the compression stroke for compressing and discharging the sucked refrigerant, four-way valve, heat source side throttle device, heat source side heat exchanger, load side throttle device, and load side heat exchange A main refrigerant circuit that circulates the refrigerant by connecting the vessel in an annular shape,
A bypass throttle device for depressurizing the refrigerant branched from the main refrigerant circuit;
An internal heat exchanger that performs heat exchange between the refrigerant that has passed through the bypass throttle device and the refrigerant that has passed through the main refrigerant circuit;
A flow path switching means for setting a flow path for flowing the refrigerant heat-exchanged by the internal heat exchanger to either a pipe connected to the injection port or a pipe connected to the suction side of the compressor; An air conditioner further comprising one or more flow path switching refrigerant circuits.
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