JPH11270919A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却運転する際の冷媒の分配を改善して、熱
交換効率を大きくした場合であっても、加熱運転する際
に安定して運転できるようにすること。 【解決手段】 冷却運転時では、減圧器１８の入側１８
ｂの冷媒を減圧器１８の出側１８の低温冷媒で熱交換を
行い、減圧器１８の入側１８ｂの冷媒の状態を過冷却状
態とする過冷却用熱交換器２２が設けてある。このた
め、プレ−ト式熱交換器２０のプレ−ト枚数が多い場合
などで、冷却運転時にプレ−ト式熱交換器２０内部の冷
媒の入側２０ａの各プレ−ト間に構成された冷媒通路へ
の冷媒分配流路構造を、その冷媒分配部における冷媒圧
力損失を大きくして、冷媒の分配を改善し、熱交換効率
を大きくしたとしても、加熱運転時において常に減圧器
１８の入側１８ａの冷媒の状態を過冷却状態とすること
ができるため、安定して運転することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクル装置
に係り、さらに詳しくは、冷媒の圧力を変化させて熱交
換を行う冷凍サイクル技術を用いて冷暖房装置や給湯装
置などを構成する冷凍サイクル装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、フロンなどの冷媒を用いて凝
縮あるいは蒸発させて、効率の良い熱交換を行うことが
できる冷凍サイクル装置が使われている。

【０００３】例えば、図２には、アルファ・ラーバル
（ Alfa Laval ）株式会社冷凍技術マニュアル（１９９
７年２月発行）に掲載されている従来の冷凍サイクル装
置３０の概略構成図が示され、図３には、図２の冷凍サ
イクル装置３０のプレート式熱交換器４０の内部構造を
示す組立て分解図が示され、図４には、図３のプレート
式熱交換器４０を組立てた状態における冷媒出入口管４
０ｂ付近の部分断面斜視図が示されている。

【０００４】特に、図４では、冷凍サイクル装置３０の
冷却運転時に冷媒の入口側となる各プレート４２の間に
形成された冷媒流路となる冷媒分配流路構造が示されて
いる。

【０００５】図２に示される従来の冷凍サイクル装置３
０は、圧縮機３２、四方切換弁３４、空気側熱交換器３
６、減圧器３８およびプレート式熱交換器４０などを順
次冷媒配管４４を介して接続され、所定の循環経路を冷
媒を循環させながら熱交換することにより、プレート式
熱交換器４０において水や空気などを冷却したり加熱す
る冷暖房装置、あるいは給湯装置などが構成されてい
る。

【０００６】四方切換弁３４は、圧縮機３２の冷媒の吐
出側と空気側熱交換器３６との間、およびプレート式熱
交換器４０と圧縮機３２の冷媒の吸入側との間に配備さ
れていて、冷却運転時と加熱運転時とで冷媒流路を反転
させるものである。

【０００７】空気側熱交換器３６は、冷却運転時に冷媒
の凝縮器として作用し、加熱運転時には冷媒の蒸発器と
して作用する。プレート式熱交換器４０は、冷却運転時
に冷媒の蒸発器として作用して水などを冷却するととも
に、加熱運転時には冷媒の凝縮器として作用して水など
を加熱する。

【０００８】また、上記したプレート式熱交換器４０の
内部は、図３に示されるように構成されていて、ヘリン
ボーン（杉綾模様）状の波形突起を持ったプレート４２
が複数枚重ね合わされ、それらプレート４２の表面を冷
媒や水が流れるように各プレート４２間に冷媒通路４４
と水通路４６とが交互に形成されている。そして、最外
端のカバープレート４８には、冷媒出入口管４０ａ、４
０ｂが貫通して設けられ、また、他方の最外端のカバー
プレート５０には、水出口管５０ａおよび水入口管５０
ｂ（カバープレート５０の背面に隠れている）が貫通し
て設けられている。

【０００９】また、各プレート４２には、冷媒出入口管
４０ａ、４０ｂから各冷媒通路４４に連通する冷媒連通
穴５２、５４と、水出口管５０ａおよび水入口管５０ｂ
から各水通路４６に連通する水連通穴３３（その下方に
位置するもう一方の水連通穴は、プレート４２などで隠
れている）が貫通して設けられている。

【００１０】さらに、冷媒連通穴５４から各プレート４
２間の冷媒通路４４への冷媒分配流路構造については、
図４に示されるように、流路を小さく絞った絞り機構６
０が形成されている。

【００１１】つぎに、冷媒の流れについて説明する。冷
却運転時における冷媒の流れは、図２に示される実線方
向に流れる。すなわち、圧縮機３２から吐出される冷媒
は、四方切換弁３４を経て空気側熱交換器３６に流入さ
れて凝縮される。空気側熱交換器３６で凝縮された冷媒
は、減圧器３８で減圧されてプレート式熱交換器４０に
流入されて蒸発する。この蒸発した冷媒は、プレート式
熱交換器４０より流出して、四方切換弁３４を経て圧縮
機３２に吸入される。

【００１２】そして、加熱運転時における冷媒の流れ
は、図２に示される破線方向に流れる。すなわち、圧縮
機３２を吐出した冷媒は、四方切換弁３４を経てプレー
ト式熱交換器４０に流入されて凝縮される。プレート式
熱交換器４０で凝縮された冷媒は、減圧器３８で減圧さ
れて空気側熱交換器３６に流入して蒸発する。この蒸発
した冷媒は、空気側熱交換器３６より流出して、四方切
換弁３４を経て圧縮機３２に吸入される。

【００１３】つぎに、プレート熱交換器４０内を流れる
冷媒の流れについて図３および図４を用いて説明する。
冷却運転時に冷媒出入口管４０ｂよりプレート式熱交換
器４０内に流入した冷媒は、冷媒連通穴５４を経て、図
４の絞り機構６０からプレート４２間に形成された各冷
媒流路４４へ流入する。そして、各冷媒流路４４にて蒸
発した冷媒は、冷媒連通穴５２を経て冷媒出入口管４０
ａより流出する。

【００１４】加熱運転時に冷媒出入口管４０ａよりプレ
ート式熱交換器４０内に流入した冷媒は、冷媒連通穴５
２を経て、プレート４２間に形成された各冷媒流路４４
へ流入する。そして、各冷媒流路４４にて凝縮された冷
媒は、図４の絞り機構６０により若干減圧された後、冷
媒連通穴３１を経て冷媒出入口管４０ｂより流出され
る。

【００１５】また、利用側流体（ここでは、水）の流れ
は、図３の水入口管５０ｂからプレート式熱交換器４０
内に流入した水は、水通路４６を流れる途中で熱交換が
行われて冷却あるいは加熱された後、水出口管５０ａか
ら流出される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の冷凍サイクル装置にあっては、熱交換能力を
大きくしようとしてプレート式熱交換器４０のプレート
４２の枚数を多くすると、冷却運転時に冷媒連通穴５４
から各プレート４２間の冷媒通路４４への冷媒の分配性
能が悪化するため、冷媒連通穴５４から冷媒通路４４へ
の冷媒分配流路構造として、図４に示されるような絞り
機構６０が設けられている。ところが、加熱運転時に
は、この絞り機構６０による圧力損失が過大となり、減
圧器３８への入側の冷媒が２相状態になり易いことか
ら、運転が不安定になるという問題があった。

【００１７】この発明は、かかる従来技術の有する課題
に鑑みてなされたもので、冷却運転時におけるプレート
式熱交換器の冷媒の分配を改善して、熱交換効率を大き
くするとともに、加熱運転時においても安定した運転を
行うことができる冷凍サイクル装置を得ることを目的と
する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明に係る冷凍サイクル装置にあっては、冷
媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換を行う熱交換器
と、冷媒の圧力を減圧する減圧器と、複数のプレート間
に冷媒を分配して流す冷媒分配流路構造が形成され、該
冷媒分配流路構造で冷媒の圧力を調整して他の熱交換媒
体との間で熱交換を行うプレート式熱交換器とを少なく
とも含み、前記各部間を順次冷媒配管で接続して冷媒を
循環可能に構成した冷凍サイクル装置において、前記プ
レート式熱交換器と前記熱交換器との間の前記減圧器で
減圧されて温度差の生じた入出力される冷媒間で熱交換
を行い、冷媒を過冷却状態とする過冷却用熱交換器を備
えている。

【００１９】これによれば、プレート式熱交換器と熱交
換器との間に接続された減圧器の入側の冷媒を、減圧後
の出側の低温冷媒で冷却して、冷媒を過冷却状態とする
過冷却用熱交換器を備えているため、冷却運転する際の
冷媒の分配を改善して、熱交換効率を大きくした場合で
あっても、加熱運転する際に安定した運転を行うことが
できる。

【００２０】つぎの発明に係る冷凍サイクル装置にあっ
ては、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前
記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却運転時に前記熱交換器
から前記減圧器を介して前記プレート式熱交換器に流し
て戻す冷媒の流路方向を、加熱運転時には前記プレート
式熱交換器から前記減圧器を介して前記熱交換器に流し
て戻すように冷媒の流路方向を切り換える切換弁をさら
に備え、前記切換弁により冷媒の流路方向を切り換えて
冷却運転と加熱運転とが行われる。

【００２１】これによれば、１つの冷凍サイクル装置を
切換弁によって冷媒の流路方向を切り換えるだけで、冷
却運転と加熱運転の両方を行うことができるようになる
とともに、この場合であっても、冷却運転時における冷
媒の分配を改善し、熱交換効率を大きくした場合でも、
過冷却用熱交換器により加熱運転時に安定した運転を行
うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る冷凍サイク
ル装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、冷凍サイク
ル技術による熱交換で水を冷却したり加熱して、冷房と
暖房の両方を選択的に実施することが可能な冷暖房装置
として実施したものである。

【００２３】図１には、この発明の冷凍サイクル装置１
０の概略構成図が示されている。図１において、冷凍サ
イクル装置１０は、圧縮機１２、四方切換弁１４、空気
側熱交換器１６、減圧器１８およびプレート式熱交換器
２０が順次冷媒配管２４を介して接続されている。

【００２４】本実施の形態における特徴的な構成は、前
記減圧器１８の入側（冷却運転時では１８ｂ）の冷媒を
減圧器１８の出側（冷却運転時では１８ａ）の低温冷媒
で熱交換することにより、減圧器１８の入側１８ｂの冷
媒の状態を過冷却状態にする過冷却用熱交換器２２をさ
らに付加した点である。

【００２５】そして、本実施の形態の冷凍サイクル装置
１０では、図１の圧縮機１２で圧縮された冷媒の吐出側
と空気側熱交換器１６との間、およびプレート式熱交換
器２０と圧縮機１２の吸入側との間に上記した四方切換
弁１４が配備されているため、この四方切換弁１４を切
換えて冷媒の循環方向を実線矢印方向あるいは破線矢印
方向とに切換えることにより、冷却運転と加熱運転とを
選択することができる。

【００２６】その場合、空気側熱交換器１６は、冷却運
転時に冷媒の凝縮器として作用し、加熱運転時には蒸発
器として作用する。また、プレート式熱交換器２０は、
冷却運転時に冷媒の蒸発器として作用して水を冷却する
とともに、加熱運転時には凝縮器として作用して水を加
熱する。

【００２７】このプレート式熱交換器２０の内部構造
は、図３および図４に示した従来例と同様であるので、
構成説明を省略する。

【００２８】つぎに、本実施の形態の冷凍サイクル装置
１０における冷媒の流れについて説明する。まず、冷却
運転時における冷媒は、四方切換弁１４を切り換えて図
１中の冷媒配管２４を実線矢印方向に循環させるように
する。まず、圧縮機１２で圧縮されて吐出された冷媒
は、四方切換弁１４を経て空気側熱交換器１６の入側
（冷却運転時は、１６ｂ）から流入され凝縮される。空
気側熱交換器１６で凝縮された冷媒からの熱は、空気と
の間で熱交換されて冷却される。

【００２９】空気側熱交換器１６で凝縮後、冷却された
冷媒は、出側（冷却運転時は、１６ａ）から吐出され、
過冷却用熱交換器２２に流入されると、減圧器１８で既
に減圧された出側（冷却運転時は、１８ａ）の低温冷媒
との間で熱交換が行われて過冷却状態となる。この冷却
された冷媒は、減圧器１８に流入して減圧されて、さら
に冷却される。

【００３０】この冷却された冷媒は、過冷却用熱交換器
２２に再度流入され、新たに空気側熱交換器１６から減
圧器１８に流入される冷媒を冷却した後、プレート式熱
交換器２０の入側（冷却運転時は、２０ｂ）から流入さ
れて蒸発する。プレート式熱交換器２０内で冷媒が蒸発
すると、気化熱によって周囲から大量の熱を奪うため、
利用側流体である水が熱交換により冷却されて冷房など
に利用される。

【００３１】プレート式熱交換器２０の出側（冷却運転
時は、２０ａ）より流出される蒸発した冷媒は、四方切
換弁１４を経て圧縮機１２に吸入されて再度圧縮され
る。また、加熱運転時における冷媒は、四方切換弁１４
を切り換えて図１中の冷媒配管２４を破線矢印方向に循
環させるようにする。

【００３２】まず、圧縮機１２で圧縮されて吐出された
冷媒は、四方切換弁１４を経てプレート式熱交換器２０
の入側（加熱運転時は、２０ａ）に流入し、凝縮される
と熱を発生する。プレート式熱交換器２０で冷媒が凝縮
されて発生した熱は、利用側流体である水が熱交換によ
り加熱されて暖房などに利用される。

【００３３】プレート式熱交換器２０で凝縮された冷媒
は、出側（加熱運転時は、２０ｂ）から吐出され、過冷
却用熱交換器２２に流入されると、減圧器１８で既に減
圧された出側（加熱運転時は、１８ｂ）からの低温冷媒
との間で熱交換が行われて過冷却状態となる。

【００３４】この冷却された冷媒は、減圧器１８の入側
（加熱運転時は、１８ａ）から流入して減圧されて、さ
らに冷却される。この冷却された冷媒は、過冷却用熱交
換器２２に再度流入されて、新たにプレート式熱交換器
２０から減圧器１８に流入される冷媒を冷却した後、空
気側熱交換器１６の入側（加熱運転時は、１６ａ）から
流入されて蒸発する。

【００３５】空気側熱交換器１６内で蒸発した冷媒は、
気化熱によって周囲から大量の熱を奪って熱を蓄え、空
気側熱交換器１６の出側（加熱運転時は、１６ｂ）より
流出される。空気側熱交換器１６より流出される冷媒
は、四方切換弁１４を経て圧縮機１２に吸入されて再度
圧縮される。

【００３６】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、冷却運転時に上記した冷凍サイクルを繰り返し行う
ことにより、利用側流体である水を効率良く冷却し続け
ることができる。

【００３７】そして、プレート枚数を多くしたプレート
式熱交換器を用いて冷凍サイクル装置を構成する場合
は、冷却運転時にプレート式熱交換器内部の冷媒の入側
となる各プレート間に構成された冷媒通路への冷媒分配
流路構造として、例えば、絞り機構（図４の６０を参
照）を用いて冷媒圧力損失を大きくし、冷媒分配を改善
して、熱交換効率を大きくしたとしても、過冷却用熱交
換器２２により加熱運転時において常に減圧器の入側
（加熱運転時では１８ａ、冷却運転時では１８ｂ）の冷
媒の状態を過冷却状態とすることができるため、安定し
た運転を実施することができる。

【００３８】なお、上記実施の形態では、減圧器の入側
の冷媒の状態を過冷却状態にするため、過冷却熱交換器
の低温側熱源として減圧器の出側の冷媒を用いて実施し
たが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例え
ば、空気あるいは図１の四方切換弁１４と圧縮機１２の
吸入側のと間の冷媒配管を流れる冷媒を用いて冷媒を冷
却するようにしても良く、その場合は上記と同様の効果
を奏することができる。

【００３９】また、上記実施の形態では、冷凍サイクル
装置を切換え可能な冷暖房装置として実施したが、これ
以外にも冷凍サイクル技術を用いた冷房や暖房専用機、
あるいは、給湯機などに適用することも可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、冷却運転する際の冷媒の分配を改善して、熱交換効
率を大きくした場合でも、加熱運転する際に安定して運
転することができる。

【００４１】つぎの発明によれば、１つの冷凍サイクル
装置で冷却運転と加熱運転の両方を切換えて行うことが
できるとともに、冷却運転時における冷媒の分配を改善
し、熱交換効率を大きくした場合でも、過冷却用熱交換
器により加熱運転時に安定した運転を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る冷凍サイクル装置の概略構成
を示す説明図である。

【図２】 従来における冷凍サイクル装置の概略構成を
示す説明図である。

【図３】 図２に示した冷凍サイクル装置のプレート式
熱交換器の内部構造を示す組立て分解図である。

【図４】 図３に示したプレート式熱交換器を組立てた
状態での冷媒出入口管付近の部分断面斜視図である。

【符号の説明】

１０ 冷凍サイクル装置，１２ 圧縮機，１４ 四方切
換弁，１６ 空気側熱交換器，１８ 圧縮器，２０ プ
レート式熱交換器，２２ 過冷却熱交換器，２４ 冷媒
配管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒の熱交換
   を行う熱交換器と、冷媒の圧力を減圧する減圧器と、複
   数のプレート間に冷媒を分配して流す冷媒分配流路構造
   が形成され、該冷媒分配流路構造で冷媒の圧力を調整し
   て他の熱交換媒体との間で熱交換を行うプレート式熱交
   換器とを少なくとも含み、前記各部間を順次冷媒配管で
   接続して冷媒を循環可能に構成した冷凍サイクル装置に
   おいて、 前記プレート式熱交換器と前記熱交換器との間の前記減
   圧器で減圧されて温度差の生じた入出力される冷媒間で
   熱交換を行い、冷媒を過冷却状態とする過冷却用熱交換
   器を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却運転
   時に前記熱交換器から前記減圧器を介して前記プレート
   式熱交換器に流して戻す冷媒の流路方向を、加熱運転時
   には前記プレート式熱交換器から前記減圧器を介して前
   記熱交換器に流して戻すように冷媒の流路方向を切り換
   える切換弁をさらに備え、 前記切換弁により冷媒の流路方向を切り換えて冷却運転
   と加熱運転とを行うことを特徴とする請求項１に記載の
   冷凍サイクル装置。