JPH0827087B2 - 二段圧縮冷凍サイクル装置 - Google Patents

二段圧縮冷凍サイクル装置

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JPH0827087B2
JPH0827087B2 JP2219260A JP21926090A JPH0827087B2 JP H0827087 B2 JPH0827087 B2 JP H0827087B2 JP 2219260 A JP2219260 A JP 2219260A JP 21926090 A JP21926090 A JP 21926090A JP H0827087 B2 JPH0827087 B2 JP H0827087B2
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、冷暖房や給湯または超低温装置などの、よ
り高温または低温を得るための二段圧縮冷凍サイクル装
置に関する。
従来の技術 従来、低温冷凍装置や高温ヒートポンプのように冷凍
サイクルの蒸発圧力と凝縮圧力との比(圧縮比)が大き
い場合には、圧縮機の吐出温度上昇の防止、および圧縮
機効率を向上させるために、従来の1段の圧縮機を2台
直列に設けた2段圧縮装置が使用されている。この場
合、低段側圧縮機の吐出ガスは高圧の液冷媒や中間圧の
二相冷媒と直接、あるいは間接的に熱交換して冷却され
た後、高段側圧縮機に吸引され、そこで高圧まで圧縮、
吐出される。こうすることによって高段側圧縮機の吸入
ガス温度を低下させてその吐出温度上昇を防止するもの
である。また、低段側、高段側圧縮機での圧縮比を適当
に設定することによって各段の圧縮機効率の良い条件で
運転することができ、総合的にみて冷凍サイクル効率が
向上するものであった。
発明が解決しようとする課題 しかしながらこのような従来の二段圧縮冷凍サイクル
装置では、低温冷凍装置や高温ヒートポンプのような単
機能の用途にのみもっぱら用いられており、冷暖房給湯
装置のように多用途に用いられた例はあまりなく、具体
的な構成の提案もされていなかった。そのため、動作条
件の大きく変動する用途に用いた場合には十分なサイク
ル効果が得られないなどの問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するもので、冷暖房装
置や冷暖房給湯装置のように加熱と冷却の両機能をもつ
装置に適用でき、たとえば比較的圧縮比の小さい冷暖房
運転や圧縮比の大きい高温給湯運転など、動作条件の大
きく変動するような条件下でも、常にサイクル効率の高
い運転が可能となる二段圧縮冷凍サイクル装置を提供す
ることを目的としている。
課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、低段側圧縮
機、開閉弁、四方弁、室内側熱交換器、第1絞り装置、
室外側熱交換器を順に接続して低段側冷凍サイクルを構
成し、高段側圧縮機、給湯用熱交換器、第2絞り装置を
順に接続し、高段側圧縮機の吸入側を開閉弁を介して低
段側圧縮機と前記四方弁の間の配管に接続し、第2絞り
装置の出口が、四方弁の切替操作により室内側熱交換器
または室外側熱交換器のうちの蒸発器となる側の入口に
接続されるように逆止弁群を設け、低段側圧縮機の出口
と高段側圧縮機の出口とを開閉弁を介して接続し、さら
に給湯用熱交換器と第2絞り装置の間に第3絞り装置を
設け、その出口冷媒と高段側圧縮機の吸入冷媒とを熱交
換させたことを課題解決手段としている。
作用 本発明は上記した課題解決手段により、圧縮比の比較
的小さい冷暖房運転のような場合には、低段側圧縮機の
みの運転を行い、四方弁を冷房、暖房で切り換えること
によって従来の高効率なサイクルで運転できる。また、
圧縮比の大きい高温給湯運転のような場合には、低段側
圧縮機と高段側圧縮機の両方を運転し、低段側圧縮機の
吐出ガスを高段側圧縮機に吸入させる二段圧縮運転を行
うことにより、高圧縮比に適した高効率な運転ができ
る。また、暖房と給湯の同時運転のような場合には、低
段側圧縮機と高段側圧縮機の両方を運転し、低段側圧縮
機の吐出ガスの一部を高段側圧縮機に吸入させ、給湯用
には二段圧縮された冷媒を用い、暖房用には低段側圧縮
機の吐出ガスの残りの冷媒を用いることにより、それぞ
れの条件において効率の高い運転ができる。また、冷房
運転時には四方弁の切替操作と逆止弁群の作用により凝
縮排熱を給湯に利用することができ、さらに高効率なサ
イクルを実現することができる。
実施例 以下、本発明の一実施例を冷暖房および給湯を行う場
合について第1図に基づいて説明する。
図に示すように、低段側圧縮機1は開閉弁2、四方弁
3、室内側熱交換器4、逆止弁群5、第1絞り装置6お
よび室外側熱交換器7を順に接続して冷暖房用回路(低
段側冷凍サイクル)を構成している。なお、逆止弁群5
は4つの逆止弁をブリッジ状に組み合わせている。高段
側圧縮機8は出口に給湯用熱交換器9、第3絞り装置1
0、中間熱交換器11、および第2絞り装置12を接続し、
第2絞り装置12の出口を逆止弁群5の点aに接続してお
り、点aは逆止弁群5の作用により常に冷暖房用回路の
低圧側となっている。中間交換器11は低段側圧縮機1よ
り吐出した冷媒と第3絞り装置10の出口冷媒とがここで
直接熱交換し、冷却された吸入ガスが高段側圧縮機8に
吸入されるように構成されている。開閉弁13は低段側圧
縮機1の出口と中間熱交換器11を接続する配管の途中に
設けられている。開閉弁14は低段側圧縮機1の出口と高
段側圧縮機8の出口を接続する配管の途中に設けられて
いる。
つぎに、この装置の動作について説明する。
まず、比較的圧縮比の小さい冷房または暖房運転時に
は、開閉弁2を開放、開閉弁13、14を閉止し、低段側圧
縮機1のみを運転する。暖房時には四方弁3を破線で示
した回路に切替ることにより、低段側圧縮機1で吐出さ
れた冷媒は室内側熱交換器4で放熱、凝縮して暖房に寄
与し、逆止弁群5を通り、第1絞り装置6で低圧まで減
圧されて室外側熱交換器7に流入し、ここで外気より吸
熱、蒸発して四方弁3に流入し、再び低段側圧縮機1に
吸入される。また、冷房時には四方弁3を実線で示した
回路に切替ることにより、低段側圧縮機1で吐出された
冷媒は室外側熱交換器7で放熱、凝縮して、逆止弁群5
を通り、第1絞り装置6で低圧まで減圧されて室内側熱
交換器4に流入し、ここで吸熱、蒸発して冷房に寄与
し、さらに四方弁3に流入して再び低段側圧縮機1に吸
入される。ここにおいて、逆止弁群5の点aは常に低圧
となり、また、第2絞り装置12を閉状態にしておくこと
により、給湯熱交換器9などへの冷媒の溜まり込みが起
こることなく、従来の高効率な冷暖房サイクルが実現さ
れる。
つぎに、高温の給湯運転時には開閉弁2、14を閉止
し、開閉弁13を開放し、低段側圧縮機1、高段側圧縮機
8の両方を運転する。四方弁3は破線で示す回路とする
ことにより、低段側圧縮機1より吐出した冷媒は開閉弁
13を通って中間熱交換器11に流入し、給湯用熱交換器9
で凝縮し第3絞り装置10で減圧された気液二相冷媒と直
接熱交換して冷却され、冷却されたガスが高段側圧縮機
8に吸入され圧縮される。高段側圧縮機8で圧縮された
冷媒は、給湯用熱交換器9で凝縮して給湯用に寄与し、
第3絞り装置10、中間熱交換器11、第2絞り装置12を通
って逆止弁群5の点aに流入し、さらに室外側熱交換器
7で外気より吸熱、蒸発し、四方弁3を通って再び低段
側圧縮機1に吸入される。このように、圧縮比の大きい
高温給湯運転時には二段圧縮運転を行うことにより、高
段側圧縮機8の吐出ガス温度の低減による安全性の向上
と蒸発潜熱の増大による冷凍サイクルの高効率化が実現
できる。
つぎに、暖房と高温給湯の同時運転時には開閉弁2、
13を開放、開閉弁14を閉止し、低段側圧縮機1、高段側
圧縮機8の両方を運転する。四方弁3は破線で示す回路
にすることにより、低段側圧縮機1で圧縮された冷媒の
一部は開閉弁2、四方弁3を通って室内側熱交換器4で
放熱、凝縮して暖房に寄与し、逆止弁群5を通り、第1
絞り装置6で低圧まで減圧される。また、低段側圧縮機
1で圧縮された残りの冷媒は、開閉弁13を通って中間熱
交換器11に流入して冷却され、冷却されたガスが高段側
圧縮機8で圧縮、吐出されて、給湯用熱交換器9で給湯
用に寄与する。さらに中間熱交換器11、第2絞り装置12
を通り、逆止弁群5の点aで暖房に寄与した冷媒と合流
して室外側熱交換器7に流入し、ここで外気より吸熱、
蒸発して再び低段側圧縮機1に吸入される。このよう
に、暖房は低段側圧縮機1の吐出ガスで、高温給湯は高
段側圧縮機8を用いた二段圧縮運転を行うことにより、
それぞれの温度条件で効率の高いサイクルが実現でき
る。また、ここにおいて、開閉弁13を閉止し、開閉弁14
を開放して低段側圧縮機1のみで同様の運転を行うこと
もでき、特に給湯温度の低い場合などは低段側圧縮機1
のみで運転を行えば効率の高い運転ができるものであ
る。
つぎに、冷房と高温給湯の同時運転時には開閉弁13を
開放、開閉弁2、14を閉止し、低段側圧縮機1、高段側
圧縮機8の両方を運転する。四方弁3は実線で示す回路
にすることにより、低段側圧縮機1で圧縮された冷媒は
開閉弁13を通って中間熱交換器11に流入し、給湯用熱交
換器9で凝縮し第3絞り装置10で減圧された気液二相冷
媒と直接熱交換して冷却され、冷却されたガスが高段側
圧縮機8に吸入され圧縮される。高段側圧縮機8で圧縮
された冷媒は、給湯用熱交換器9で凝縮して給湯用に寄
与し、第3絞り装置10、中間熱交換器11、第2絞り装置
12を通って逆止弁群5の点aに流入し、さらに室内側熱
交換器4で蒸発して冷房に寄与し、四方弁3を通って再
び低段側圧縮機1に吸入される。このように、圧縮比の
比較的大きい冷房、高温給湯の同時運転時には二段圧縮
運転を行うことにより、高効率なサイクルが実現でき
る。また、この場合には冷房の排熱を給湯に用いている
のでエネルギーの有効利用が行えるものである。また、
ここにおいて、開閉弁13を閉止し、開閉弁14を開放して
低段側圧縮機1のみで同様の運転を行うこともでき、特
に給湯温度の低い場合などは低段側圧縮機1のみで運転
を行えば、さらに効率の高い運転ができるものである。
発明の効果 以上の実施例から明かなように本発明によれば、低段
側圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、第1絞り装置、室
外側熱交換器を順に接続して低段側圧冷凍サイクルを構
成し、高段側圧縮機の吸入側を開閉弁を介して前記低段
側圧縮機と前記四方弁の間の配管に接続し、前記高段側
圧縮機の口に給湯用熱交換器を介して接続した第2絞り
装置の出口を、前記四方弁の切替操作により前記室内側
熱交換器または室外側熱交換器のうちの蒸発器となる側
の入口に逆止弁を介して接続したので、圧縮比の比較的
小さい冷暖房運転、圧縮比の大きい高温給湯運転それぞ
れにおいて、高効率なサイクルが実現できる。また、冷
暖房と給湯の同時運転のような場合にも、給湯温度条件
によって、低段側圧縮機のみでの運転と低段側、高段側
の両圧縮機での運転を使い分けることによって、高効率
なサイクルが実現できる。また、特に冷房運転時には排
熱を給湯に利用することができるので、エネルギーの有
効利用ができるなど、多大な効果を有するものである。
また、低段側圧縮機の出口と高段側圧縮機の出口とを
開閉弁を介して接続しているから、開閉弁の開閉と低段
側、高段側の両圧縮機の運転を使い分けることによって
高効率のサイクルが実現できる。
さらに、給湯用熱交換器と第2絞り装置の間に第3絞
り装置を設け、前記第3絞り装置の出口冷媒と高段側圧
縮機の吸入冷媒とを熱交換させようにしたから、低段側
圧縮機で圧縮された冷媒は中間熱交換器に流入して冷却
され、冷却されたガスが高段側圧縮機で圧縮、吐出され
て圧縮比の大きい二段圧縮冷凍サイクル装置を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の二段圧縮冷凍サイクル装置
の回路図ある。 1……低段側圧縮機、3……四方弁、4……室内側熱交
換器、5……逆止弁群、6……第1絞り装置、7……室
外側熱交換器、8……高段側圧縮機、9……給湯用熱交
換器、12……第2絞り装置。
フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−67253(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低段側圧縮機、開閉弁、四方弁、室内側熱
    交換器、第1絞り装置、室外側熱交換器を順に接続して
    低段側冷凍サイクルを構成し、高段側圧縮機、給湯用熱
    交換器、第2絞り装置を順に接続し、前記高段側圧縮機
    の吸入側を開閉弁を介して前記低段側圧縮機と前記四方
    弁の間の配管に接続し、前記第2絞り装置の出口が、前
    記四方弁の切替操作により前記室内側熱交換器または前
    記室外側熱交換器のうちの蒸発器となる側の入口に接続
    されるように逆止弁群を設け、前記低段側圧縮機の出口
    と前記高段側圧縮機の出口とを開閉弁を介して接続し、
    さらに前記給湯用熱交換器と前記第2絞り装置の間に第
    3絞り装置を設け、その出口冷媒と前記高段側圧縮機の
    吸入冷媒とを熱交換させたことを特徴とする二段圧縮冷
    凍サイクル装置。
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