JP2020201013A - 空調機 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)全体構成
図1は、冷媒サイクルシステム100を示す。冷媒サイクルシステム100は、熱源から冷熱又は温熱を取得して、ユーザに冷熱又は温熱を提供するためのものである。
(2−1)熱源ユニット10
熱源ユニット10は、熱源である外気から、冷熱又は温熱を取得する。熱源ユニット10は、圧縮機11、四路切換弁12、熱源熱交換器13、熱源膨張弁14、過冷却膨張弁15、過冷却熱交換器16、液閉鎖弁18、ガス閉鎖弁19を有する。
カスケードユニット30は、第1流体と第2流体の間で熱交換をさせるためのものである。
利用ユニット50は、ユーザに冷熱又は温熱を提供するためのものである。利用ユニット50は、利用熱交換器51、利用膨張弁52を有する。利用熱交換器51は、冷熱又は温熱をユーザに利用させるためのものである。利用熱交換器51は、マイクロチャネル熱交換器であり、扁平多穴管を有する。扁平多穴管は、例えば穴径が0.05mm以上かつ2.0mm以下の冷媒流路を有する。利用膨張弁52は、二次側サイクル40を循環する第2流体の量を調節する。さらに、利用膨張弁52は、第2流体を減圧させる減圧装置として機能する。
(3−1)冷房運転
(3−1−1)一次側サイクル20の動作
圧縮機11は、第1流体である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁12を経由して、熱源熱交換器13へ到達する。熱源熱交換器13は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第1流体である冷媒は外気へ熱を放出する。高圧液冷媒は、全開にされた熱源膨張弁14を通過し、過冷却熱交換器16を通過し、液閉鎖弁18を経由して、一次側膨張弁31へ到達する。適切な開度を設定された一次側膨張弁31は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、カスケード熱交換器35の第1流体通路351に入る。カスケード熱交換器35は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第1流体は第2流体から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、第1流体通路351を出て、ガス閉鎖弁19を通過し、四路切換弁12を経由して、圧縮機11に吸入される。
圧縮機33は、第2流体である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁34を経由して、カスケード熱交換器35の第2流体通路352へ入る。カスケード熱交換器35は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第2流体は第1流体へ熱を放出する。高圧液冷媒は、第2流体通路352を出て、液閉鎖弁38を通過し、二次側膨張弁32へ到達する。適切な開度を設定された二次側膨張弁32は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、利用膨張弁52へ到達する。適切な開度を設定された利用膨張弁は、低圧気液二相冷媒の圧力をさらに低下させる。低圧気液二相冷媒は、利用熱交換器51へ到達する。利用熱交換器51は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第2流体である冷媒は、ユーザのいる環境から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、利用熱交換器51を出て、ガス閉鎖弁39を通過し、四路切換弁12を経由して、圧縮機33に吸入される。
(3−2−1)一次側サイクル20の動作
圧縮機11は、第1流体である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁12を経由して、ガス閉鎖弁19を通過し、カスケード熱交換器35の第1流体通路351へ入る。カスケード熱交換器35は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第1流体は第2流体に熱を放出する。高圧液冷媒は、全開にされた一次側膨張弁31を通過し、次いで液閉鎖弁18及び過冷却熱交換器16を通過し、熱源膨張弁14へ到達する。適切な開度を設定された熱源膨張弁14は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、熱源熱交換器13に到達する。熱源熱交換器13は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第1流体である冷媒は外気から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、四路切換弁12を通過し、圧縮機11に吸入される。
圧縮機33は、第2流体である低圧ガス冷媒を吸入し、高圧ガス冷媒を吐出する。高圧ガス冷媒は、四路切換弁34を経由して、ガス閉鎖弁39を通過し、利用熱交換器51に到達する。利用熱交換器51は、高圧ガス冷媒を凝縮させ、それによって高圧液冷媒を作る。このとき、第2流体である冷媒は、ユーザのいる環境に対して熱を放出する。高圧液冷媒は、利用膨張弁52へ到達する。適切な開度を設定された利用膨張弁52は、高圧液冷媒を減圧し、それによって低圧気液二相冷媒を作る。低圧気液二相冷媒は、液閉鎖弁38を通過し、二次側膨張弁32へ到達する。適切な開度を設定された二次側膨張弁32は、低圧気液二相冷媒の圧力をさらに低下させる。低圧気液二相冷媒は、カスケード熱交換器35の第2流体通路352へ入る。カスケード熱交換器35は、低圧気液二相冷媒を蒸発させ、それによって低圧ガス冷媒を作る。このとき、第2流体は第1流体から熱を吸収する。低圧ガス冷媒は、第2流体通路352を出て、四路切換弁34を通過し、圧縮機33に吸入される。
利用熱交換器51の容積は第1容積V1である。カスケード熱交換器35の第2流体通路352の容積は第2容積V2である。第1容積V1と第2容積V2とは、
(5−1)
利用熱交換器51は、扁平多穴管を有する。扁平多穴管を有するタイプの熱交換器は、容積が小さい傾向にある。したがって、カスケード熱交換器35の容積と利用熱交換器51の容積の差分が小さいので、冷媒サイクルシステム100に充填する冷媒量を少なくできる。
利用熱交換器51の扁平多穴管は、穴径が0.05mm以上かつ2.0mm以下の冷媒流路を有する。よって、利用熱交換器51の容積は小さい傾向にある。したがって、カスケード熱交換器35の容積と利用熱交換器51の容積の差分が小さいので、冷媒サイクルシステム100に充填する冷媒量を少なくできる。
カスケード熱交換器35は、プレート熱交換器である。したがって、第1流体と第2流体の間で効率的な熱交換が可能である。
第1容積V1と、第2容積V2とが、
上述の実施形態では利用ユニット50の数は1台である。これに代えて、利用ユニットの台数は2以上であってもよい。この場合、上記数式において第1容積V1は、全ての利用ユニットの利用熱交換器の容積の総和である。
(1)全体構成
図2は、冷媒サイクルシステム100’を示す。冷媒サイクルシステム100’は、1台の熱源ユニット10、2台のカスケードユニット30A、30B、4台の利用ユニット50A、50B、50C,50Dを有する点において、第1実施形態と異なっている。
(2−1)熱源ユニット10
熱源ユニット10は、第1実施形態の熱源ユニット10と同様の構成を有する。
カスケードユニット30A、30Bは、第1実施形態のカスケードユニット30と同様の構成を有する。
ここで、全てのカスケード熱交換器35の第2流体通路352の容積の総和である第2容積V2は、
利用ユニット50A、50B、50C、50Dは、第1実施形態の利用ユニット50Aと同様の構成を有する。
(3−1)第1の二次側サイクル40A
以下の関係が成り立つように熱交換器の容積が設計される。
以下の関係が成り立つように熱交換器の容積が設計される。
以下の関係が成り立つように熱交換器の容積が設計される。
第2実施形態においては、複数の二次側サイクル40A、40Bについて、第1実施形態で用いられた利用熱交換器51およびカスケード熱交換器35が用いられる。したがって、カスケード熱交換器35の容積と利用熱交換器51の容積の差分が小さいので、冷媒サイクルシステム100に充填する冷媒量を少なくできる。
(5−1)変形例2A
上述の実施形態では、カスケードユニット30A、30Bの数は2台である。これに代えて、カスケードユニットの台数は3以上であってもよい。
上述の実施形態では、利用ユニット50A、50B、50C、50Dが有する4つの利用熱交換器51は、第1実施形態と同様に扁平多穴管を有するものである。これに代えて、4つの利用熱交換器51の一部が扁平多穴管を有するものであり、4つの利用熱交換器51の一部がクロスフィン熱交換器であってもよい。
第1実施形態の各変形例を第2実施形態に適用してもよい。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
20 :一次側サイクル
30 :カスケードユニット
30A :カスケードユニット
30B :カスケードユニット
35 :カスケード熱交換器
35A :カスケード熱交換器
35B :カスケード熱交換器
40 :二次側サイクル
40A :二次側サイクル
40B :二次側サイクル
50 :利用ユニット
50A :利用ユニット
50B :利用ユニット
50C :利用ユニット
50D :利用ユニット
51 :利用熱交換器(二次側熱交換器)
351 :第1流体通路
352 :第2流体通路
V1 :第1容積
V2 :第2容積
Claims (5)
- 第1冷媒を循環させる蒸気圧縮式の一次側サイクル(20)と、
第2冷媒を循環させる蒸気圧縮式の二次側サイクル(40)と、
前記第1冷媒と前記第2冷媒との間で熱交換を行わせるカスケード熱交換器(35)と、
を備え、
前記二次側サイクルは、前記第2冷媒が前記カスケード熱交換器から得る冷熱又は温熱を利用するための二次側熱交換器(51)、を有し、
前記二次側熱交換器は、扁平多穴管を有する、
冷媒サイクルシステム。 - 前記扁平多穴管は、穴径が0.05mm以上かつ2.0mm以下の冷媒流路を有する、
請求項1に記載の冷媒サイクルシステム。 - 前記カスケード熱交換器は、プレート熱交換器である、
請求項1又は請求項2に記載の冷媒サイクルシステム。 - 複数の前記二次側サイクル(40A、40B)と、
複数の前記カスケード熱交換器(35A、35B)と、
を備える、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷媒サイクルシステム。
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