JPWO2020208736A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第1熱交換器、第1減圧装置、冷媒容器、第2減圧装置、第2熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第3減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部から第3減圧装置および冷媒熱交換器を介して圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、第3減圧装置および冷媒熱交換器は、冷媒容器の内部に配置されているものである。
Description
本発明は、過冷却方式を採用した冷凍サイクル装置に関するものである。
従来、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得ることができる空気調和機がある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の空気調和機は、圧縮機と、四路切換弁と、一端が四路切換弁に接続された室外熱交換器と、メイン膨張機構と、一端が四路切換弁に接続された室内熱交換器と、過冷却用熱交換手段とを備えている。また、この空気調和機は、冷房運転時には、室外熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室内熱交換器に流す一方、暖房運転時には、室内熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室外熱交換器に流す整流手段を備えている。
この空気調和機によれば、冷房運転時であっても、暖房運転時であっても、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却用熱交換手段で過冷却してから、メイン膨張機構を経て、蒸発器として機能する室内熱交換器あるいは室外熱交換器に導入することができる。したがって、冷媒流れ方向を切り換えても、変わり無く過冷却の効果を得ることができる。
特許文献1は、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却する過冷却用熱交換手段として、三重管式熱交換器を用いた構造である。また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、整流手段が必要な構造である。そのため、特許文献1では、それらを設置するスペースが必要となり、大型化してしまうという課題があった。また、部品点数が増加するため、コストが増大するとともに構造が複雑化してしまうという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第1熱交換器、第1減圧装置、冷媒容器、第2減圧装置、第2熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第3減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されているものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、過冷却手段として冷媒容器の内部に第3減圧装置および冷媒熱交換器を用いた構造であり、また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第3減圧装置および冷媒熱交換器が冷媒容器の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能となる。
以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の回路構成の一例を示す概略回路図である。図2は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷房運転時かつバイパス弁26が閉時のp−h線図である。図3は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の暖房運転時かつバイパス弁26が閉時のp−h線図である。図4は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷房運転時かつバイパス弁26が開時のp−h線図である。図5は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の暖房運転時かつバイパス弁26が開時のp−h線図である。
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の回路構成の一例を示す概略回路図である。図2は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷房運転時かつバイパス弁26が閉時のp−h線図である。図3は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の暖房運転時かつバイパス弁26が閉時のp−h線図である。図4は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷房運転時かつバイパス弁26が開時のp−h線図である。図5は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の暖房運転時かつバイパス弁26が開時のp−h線図である。
以下、図1〜図5に基づいて、冷凍サイクル装置100の構成および動作について説明する。この冷凍サイクル装置100は、例えば一般的な家屋、ビル、および、マンション等に設置され、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、設置される室内等の空調対象域の冷房および暖房に使用されるものである。
<冷凍サイクル装置100の構成>
冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、冷媒流路切換装置6、第1熱交換器2、第1減圧装置3a、冷媒容器5、第2減圧装置3b、および、第2熱交換器4、を有し、これらが配管接続されて冷媒回路(以下、主回路30と称する)が形成されている。
冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、冷媒流路切換装置6、第1熱交換器2、第1減圧装置3a、冷媒容器5、第2減圧装置3b、および、第2熱交換器4、を有し、これらが配管接続されて冷媒回路(以下、主回路30と称する)が形成されている。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機1は、例えばインバーターにより周波数が制御されるモーターによって駆動される容積式圧縮機等で構成するとよい。
第1熱交換器2は、冷房運転時における圧縮機1の吐出側に設けられており、凝縮器または蒸発器として機能するものである。そして、第1熱交換器2は、圧縮機1から供給される高温高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第1熱交換器2は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
第1減圧装置3aは、冷房運転時における第1熱交換器2の下流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第1減圧装置3aは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。
第2減圧装置3bは、冷房運転時における第2熱交換器4の上流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第2減圧装置3bは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。
第2熱交換器4は、冷房運転時における圧縮機1の吸入側に設けられており、蒸発器または凝縮器として機能するものである。そして、第2熱交換器4は、第1減圧装置3aおよび第2減圧装置3bから供給される低温低圧高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第2熱交換器4は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
冷媒流路切換装置6は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流れ方向を切り換えるものである。この冷媒流路切換装置6は、例えば四方弁等で構成するとよい。冷房運転時には、冷媒流路切換装置6は、実線で示されるように圧縮機1の吐出側と第1熱交換器2とが接続されるように切り換え、第1熱交換器2を凝縮器として機能させ、第2熱交換器4を蒸発器として機能させる。また、暖房運転時には、冷媒流路切換装置6は、破線で示されるように圧縮機1の吐出側と第2熱交換器4とが接続されるように切り換え、第1熱交換器2を蒸発器として機能させ、第2熱交換器4を凝縮器として機能させる。
冷媒容器5は、第1減圧装置3aと第2減圧装置3bとの間に設置され、冷媒を貯留するものである。冷媒容器5は、主回路30の配管へ接続される第1配管51と第2配管52とを有し、それらは、冷媒容器5の内部を主回路30と連通させるように設けられている。第1配管51は、冷媒の流れに応じて流入配管または流出配管として機能する。第2配管52も、冷媒の流れに応じて流出配管または流入配管として機能する。図1に示すように、第1配管51の冷媒容器5の内部における端部、および、第2配管52の冷媒容器5の内部における端部は、ともに冷媒容器5の下方、詳しくは冷媒容器5の中心よりも下側に配置されている。
冷凍サイクル装置100は、冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を、圧縮機1の吸入側と冷媒流路切換装置6との間の合流部25に合流させるバイパス回路31を備えている。
バイパス回路31の一端である流入部21は、冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を取り出せるように、冷媒容器5の内部と連通するように設けられている。また、バイパス回路31の他端は、冷媒熱交換器20から流出した冷媒が合流部25で主回路30の冷媒と合流するように、合流部25に接続されている。また、バイパス回路31には、開閉により冷媒を通過させる、あるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁26が設けられている。つまり、バイパス弁26が開時は、冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒が合流部25で主回路30の冷媒と合流し、バイパス弁26が閉時は、冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒が合流部25で主回路30の冷媒と合流しないようになっている。このバイパス弁26は、開閉動作のみを行う電磁弁で構成されているが、開度調整が可能な膨張弁で構成してもよい。なお、バイパス弁26の制御については後述する。
冷媒容器5の内部には、バイパス回路31に設けられ、冷媒容器5から流出する冷媒を減圧する第3減圧装置3cと、第3減圧装置3cによって減圧した冷媒と冷媒容器5の内部における冷媒とを熱交換する冷媒熱交換器20とが設けられている。つまり、バイパス回路31には、冷媒が流入する流入部21側から第3減圧装置3c、冷媒熱交換器20の順で設けられている。
冷凍サイクル装置100は、冷凍サイクル装置100を構成する各機器の動作を制御する制御装置50を有している。この制御装置50は、冷凍サイクル装置100の制御を行うために設けられたマイクロコンピューターおよびメモリー等を有している。また、制御装置50は、冷凍サイクル装置100を個別に操作するためのリモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行なうことができるようになっている。
冷凍サイクル装置100は、圧縮機1の周波数を検知する周波数検知器41を有している。また、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1の吐出側を流れる冷媒の圧力(以下、吐出圧力と称する)を検知する吐出圧力検知器42と、圧縮機1の吸入側を流れる冷媒の圧力(以下、吸入圧力と称する)を検知する吸入圧力検知器43とを有している。また、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1の吐出側を流れる冷媒の温度(以下、吐出温度と称する)を検知する吐出温度検知器44と、圧縮機1の吸入側を流れる冷媒の温度(以下、吸入温度と称する)を検知する吸入温度検知器45とを有している。なお、吐出圧力検知器42および吸入圧力検知器43は、例えば圧力センサなどである。また、吐出温度検知器44および吸入温度検知器45は、例えばサーミスタなどである。
制御装置50は、吐出圧力から圧縮機1の吐出側を流れる冷媒の飽和温度(以下、吐出飽和温度と称する)を求めることができ、吸入圧力から圧縮機1の吸入側を流れる冷媒の飽和温度(以下、吸入飽和温度と称する)を求めることができる。
なお、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、吐出圧力検知器42、吸入圧力検知器43、吐出温度検知器44、および、吸入温度検知器45を有しているが、それに限定されない。制御装置50が、「吐出温度」、「吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算される吐出過熱度」、および、「吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算される吸入過熱度」のうち、少なくとも一つを求めることができる構成であればよい。
<冷凍サイクル装置100の動作>
次に、冷凍サイクル装置100の動作の概要について冷房運転および暖房運転を例に説明する。なお、図1では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で表しており、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で表している。また、図2〜図5に示すA〜I(m、n、oを含む)は、図1に示すA〜I(m、n、oを含む)の位置における冷媒の状態に対応している。
次に、冷凍サイクル装置100の動作の概要について冷房運転および暖房運転を例に説明する。なお、図1では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で表しており、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で表している。また、図2〜図5に示すA〜I(m、n、oを含む)は、図1に示すA〜I(m、n、oを含む)の位置における冷媒の状態に対応している。
(冷房運転時かつバイパス弁26が閉時の主回路30の冷媒の流れ)
図1および図2に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第1熱交換器2の入口(C)へ至る。第1熱交換器2へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器2で冷却され、高温高圧の液冷媒(D)となり、第1減圧装置3aへ流入する。第1減圧装置3aで減圧され中圧となった冷媒は、第1配管51を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(E)。
図1および図2に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第1熱交換器2の入口(C)へ至る。第1熱交換器2へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器2で冷却され、高温高圧の液冷媒(D)となり、第1減圧装置3aへ流入する。第1減圧装置3aで減圧され中圧となった冷媒は、第1配管51を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(E)。
バイパス弁26が閉となっている場合、冷媒熱交換器20を冷媒が流れないため、冷媒容器5の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第2配管52を経由して冷媒容器5から流出する(F)。冷媒容器5から流出した冷媒は、第2減圧装置3bでさらに減圧され、第2熱交換器4へ流入する(G)。第2熱交換器4へ流入した低温冷媒は、第2熱交換器4で加熱され、乾き度が高い状態で流出する(H)。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機1の吸入部(A)へ流入する。
(暖房運転時かつバイパス弁26が閉時の主回路30の冷媒の流れ)
図1および図3に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第2熱交換器4の入口(H)へ至る。第2熱交換器4へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第2熱交換器4で冷却され、高温高圧の液冷媒(G)となり、第2減圧装置3bへ流入する。第2減圧装置3bで減圧され中圧となった冷媒は、第2配管52を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(F)。
図1および図3に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第2熱交換器4の入口(H)へ至る。第2熱交換器4へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第2熱交換器4で冷却され、高温高圧の液冷媒(G)となり、第2減圧装置3bへ流入する。第2減圧装置3bで減圧され中圧となった冷媒は、第2配管52を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(F)。
バイパス弁26が閉となっている場合、冷媒熱交換器20を冷媒が流れないため、冷媒容器5の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第1配管51を経由して冷媒容器5から流出する(E)。冷媒容器5から流出した冷媒は、第1減圧装置3aでさらに減圧され、第1熱交換器2へ流入する(D)。第1熱交換器2へ流入した低温冷媒は、第1熱交換器2で加熱され、乾き度が高い状態で流出する(C)。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機1の吸入部(A)へ流入する。
(冷房運転時かつバイパス弁26が開時の主回路30の冷媒の流れ)
図1および図4に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第1熱交換器2の入口(C)へ至る。第1熱交換器2へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器2で冷却され、高温高圧の液冷媒(D)となり、第1減圧装置3aへ流入する。第1減圧装置3aで減圧され中圧となった冷媒は、第1配管51を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(E)。
図1および図4に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第1熱交換器2の入口(C)へ至る。第1熱交換器2へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器2で冷却され、高温高圧の液冷媒(D)となり、第1減圧装置3aへ流入する。第1減圧装置3aで減圧され中圧となった冷媒は、第1配管51を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(E)。
冷媒容器5の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器20を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第2配管52を経由して冷媒容器5から流出する(F)。冷媒容器5から流出した冷媒は、第2減圧装置3bでさらに減圧され、第2熱交換器4へ流入する(G)。第2熱交換器4へ流入した低温冷媒は、第2熱交換器4で加熱され、乾き度が高い状態で流出する(H)。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機1の吸入部(A)へ流入する。
(暖房運転時かつバイパス弁26が開時の主回路30の冷媒の流れ)
図1および図5に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第2熱交換器4の入口(H)へ至る。第2熱交換器4へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第2熱交換器4で冷却され、高温高圧の液冷媒(G)となり、第2減圧装置3bへ流入する。第2減圧装置3bで減圧され中圧となった冷媒は、第2配管52を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(F)。
図1および図5に示すように、圧縮機1によって圧縮され吐出ガス(B)となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第2熱交換器4の入口(H)へ至る。第2熱交換器4へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第2熱交換器4で冷却され、高温高圧の液冷媒(G)となり、第2減圧装置3bへ流入する。第2減圧装置3bで減圧され中圧となった冷媒は、第2配管52を経由して冷媒容器5の内部へ流入する(F)。
冷媒容器5の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器20を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第1配管51を経由して冷媒容器5から流出する(E)。冷媒容器5から流出した冷媒は、第1減圧装置3aでさらに減圧され、第1熱交換器2へ流入する(D)。第1熱交換器2へ流入した低温冷媒は、第1熱交換器2で加熱され、乾き度が高い状態で流出する(C)。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機1の吸入部(A)へ流入する。
(バイパス弁26が開時のバイパス回路31の冷媒の流れ)
図1、図4、および、図5に示すように、冷媒容器5の内部の冷媒の一部は、バイパス回路31の流入部21を通って冷媒容器5から流出する(m)。この冷媒は、第3減圧装置3cによって減圧され、低温冷媒となる(n)。その後、低温冷媒は、冷媒容器5の内部に設けられた冷媒熱交換器20へ流入し、冷媒容器5の内部の中温冷媒との温度差によって熱交換が行われて加熱される(o)。そして、この冷媒は、合流部25で主回路30の冷媒(I)と合流する。
図1、図4、および、図5に示すように、冷媒容器5の内部の冷媒の一部は、バイパス回路31の流入部21を通って冷媒容器5から流出する(m)。この冷媒は、第3減圧装置3cによって減圧され、低温冷媒となる(n)。その後、低温冷媒は、冷媒容器5の内部に設けられた冷媒熱交換器20へ流入し、冷媒容器5の内部の中温冷媒との温度差によって熱交換が行われて加熱される(o)。そして、この冷媒は、合流部25で主回路30の冷媒(I)と合流する。
図6は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒容器5内の構造を示す概略図である。
次に、冷媒容器5について詳細に説明する。
冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒は、液部とガス部との二相の状態、つまり飽和状態となる。液部は冷媒容器5の下に溜まることから、図6に示すように、冷媒容器5の内部において、第1配管51または第2配管52のうち流出管となる方の端部は、冷媒容器5の下方に配置されている。
次に、冷媒容器5について詳細に説明する。
冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒は、液部とガス部との二相の状態、つまり飽和状態となる。液部は冷媒容器5の下に溜まることから、図6に示すように、冷媒容器5の内部において、第1配管51または第2配管52のうち流出管となる方の端部は、冷媒容器5の下方に配置されている。
なお、冷媒容器5を冷房および暖房の両方で使う場合は、冷媒容器5の内部において、第1配管51の端部51aと第2配管52の端部52aとをそれぞれ冷媒容器5の下方に配置し、かつ、それらの高さを一致させる構成とするとよい。これにより、冷暖の必要冷媒量差が不明でも、冷媒容器5の内部に貯留されている冷媒の量が溜まり込むことなく、正常な運転が可能となり、設計も容易となる。
冷媒容器5の内部に設けられた第3減圧装置3cは、キャピラリもしくはオリフィス等、いわゆる流動抵抗係数が変化しない固定のもので構成されている。ここで、第3減圧装置3cが電子膨張弁で構成されている場合、可動部を有しているため端子等を冷媒容器5の外部へ引き出さなければならない。また、冷媒容器5の内部に溜まった液冷媒に浸かると冷媒容器5の外部へ漏電する恐れがあるため、電子膨張弁が液冷媒に浸からないように防水容器等で覆ったりする必要がある。その結果、構造が複雑となり、冷媒容器5の内部へ収納することが難しい。そこで、第3減圧装置3cを、可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成することで、第3減圧装置3cの構造を簡素化でき、冷媒容器5の内部への収納が容易となる。また、第3減圧装置3cが可動部を有していないため、低コスト化が図れる。さらに、第3減圧装置3cの制御が不要となるため、システムの簡素化が図れるとともに、故障しづらくなるため、信頼性を向上させることができる。
バイパス回路31の流入部21は、冷媒容器5内の液冷媒が流入しやすいように、冷媒容器5の内部において、第1配管51の端部51aおよび第2配管52の端部52aと同様に、冷媒容器5の下方に配置されている。さらに、冷媒容器5の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路30側へ供給する必要があるため、バイパス回路31の流入部21は、第1配管51の端部51aおよび第2配管52の端部52aよりも低い位置に配置されている。
なお、第3減圧装置3cがキャピラリもしくはオリフィスといった材料で構成されている場合、冷媒流路が狭い形状となるため、異物が詰まりやすい。そこで、バイパス回路31の、第3減圧装置3cと流入部21との間には、異物を捕捉するストレーナ、金網、あるいは金属の多孔体等の異物捕捉装置7が設けられている。このように、バイパス回路31の、第3減圧装置3cよりも流入部21側に異物捕捉装置7を設けることで、第3減圧装置3cの手前で異物を捕捉することができ、第3減圧装置3cでの異物の詰まりを抑制することができる。なお、第3減圧装置3cがオリフィスである場合、第3減圧装置3cおよび異物捕捉装置7を同じケーシング8内に収納する等して、第3減圧装置3cを異物捕捉装置7と一体化した構成とする。第3減圧装置3cを異物捕捉装置7と一体化した構成とすることで、第3減圧装置3cおよび異物捕捉装置7を収納する冷媒容器5の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。
次に、冷媒熱交換器20について詳細に説明する。
冷媒熱交換器20は、内部に冷媒が流れる伝熱管を備えている。冷媒熱交換器20に用いられる伝熱管には、一般的な円管、あるいは円管表面に突起等の加工を施し、伝熱面積および熱伝達率を向上させたものを用いてもよい。また、表面積が大きい扁平形状の伝熱管を用いてもよい。
冷媒熱交換器20は、内部に冷媒が流れる伝熱管を備えている。冷媒熱交換器20に用いられる伝熱管には、一般的な円管、あるいは円管表面に突起等の加工を施し、伝熱面積および熱伝達率を向上させたものを用いてもよい。また、表面積が大きい扁平形状の伝熱管を用いてもよい。
なお、伝熱管の配置は、冷媒容器5の円周方向に積層させてもよいし、垂直方向に積層させてもよい。また、伝熱管の内部を流れる液冷媒を上昇させるのに必要なガス流速は、流量に応じて決まっているため、伝熱管の配管内径は、液冷媒を上昇させるためのガス流速以上となるように設計されている。
<バイパス弁26の制御>
図7は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100のバイパス弁26の制御フローを示す図である。
次に、冷凍サイクル装置100のバイパス弁26の制御について図7を用いて説明する。
図7は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100のバイパス弁26の制御フローを示す図である。
次に、冷凍サイクル装置100のバイパス弁26の制御について図7を用いて説明する。
(ステップS1)
制御装置50は、圧縮機1の周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いかどうかを判定する。制御装置50が、圧縮機1の周波数が基準周波数より高いと判定した場合(Yes)、ステップS2の処理に進む。一方、制御装置50が、圧縮機1の周波数が基準周波数より高くないと判定した場合(No)、ステップS4の処理に進む。
制御装置50は、圧縮機1の周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いかどうかを判定する。制御装置50が、圧縮機1の周波数が基準周波数より高いと判定した場合(Yes)、ステップS2の処理に進む。一方、制御装置50が、圧縮機1の周波数が基準周波数より高くないと判定した場合(No)、ステップS4の処理に進む。
(ステップS2)
制御装置50は、バイパス弁26を開き、ステップS3の処理に進む。
制御装置50は、バイパス弁26を開き、ステップS3の処理に進む。
(ステップS3)
制御装置50は、吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であるかどうかを判定する。制御装置50が、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合(Yes)、ステップS4の処理に進む。一方、制御装置50が、吐出温度が基準吐出温度以下ではないと判定した場合(No)、ステップS1の処理に戻る。
制御装置50は、吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であるかどうかを判定する。制御装置50が、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合(Yes)、ステップS4の処理に進む。一方、制御装置50が、吐出温度が基準吐出温度以下ではないと判定した場合(No)、ステップS1の処理に戻る。
なお、ステップS3において、上記の処理の代わりに、制御装置50は、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置50が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合(Yes)、ステップS4の処理に進む。一方、制御装置50が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではないと判定した場合(No)、ステップS1の処理に戻る。
また、ステップS3において、上記の処理の代わりに、制御装置50は、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置50が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合(Yes)、ステップS4の処理に進む。一方、制御装置50が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではないと判定した場合(No)、ステップS1の処理に戻る。
(ステップS4)
制御装置50は、バイパス弁26を閉じ、ステップS1の処理に戻る。
制御装置50は、バイパス弁26を閉じ、ステップS1の処理に戻る。
上記のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100では、圧縮機1の周波数が基準周波数より高い場合は、バイパス弁26を開くようにしている。そうすることで、主回路30を流れる冷媒の一部がバイパス回路31を流れるため、第1減圧装置3aおよび第2減圧装置3bから圧縮機1に至るまでの間、つまり低圧側を流れる冷媒の流量が減る。冷媒の圧力損失は冷媒の流量に比例して大きくなるが、特に低圧側の冷媒の圧力損失(以下、低圧側圧損と称する)は性能に大きな影響を及ぼす。そのため、バイパス弁26を開くことで低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100では、圧縮機1の周波数が基準周波数より高くない場合は、許容できる低圧側圧損であるとしてバイパス弁26を閉じたままとしている。つまり、基準周波数は、許容できる低圧側圧損に基づいて決定される閾値である。
また、バイパス弁26が開かれると、冷媒容器5から圧縮機1の吸入側へ二相冷媒が流入するため、圧縮機1の吸入側を流れる冷媒の乾き度が低下して液バック量が多くなり、その結果、吐出温度が低下しやすくなる。また、圧縮機1への過度な液バックは圧縮機1の故障を引き起こす。そこで、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100では、吐出温度が基準吐出温度以下になった場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下になった場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下になった場合は、バイパス弁26を閉じている。バイパス弁26を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機1の故障を抑制することができる。
なお、吐出温度が基準吐出温度以下ではない場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではない場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではない場合は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量であるとして、バイパス弁26を開いたままとする。つまり、基準吐出温度、基準吐出過熱度、および、基準吸入過熱度は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量に基づいて決定される閾値である。
以上、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、冷媒流路切換装置6、第1熱交換器2、第1減圧装置3a、冷媒容器5、第2減圧装置3b、第2熱交換器4、が配管で順次接続された冷媒回路を備えている。また、冷凍サイクル装置100は、流入部21、第3減圧装置3c、および、冷媒熱交換器20を有し、冷媒容器5の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部21から第3減圧装置3cおよび冷媒熱交換器20を介して圧縮機1の吸入側に導くバイパス回路31を備えている。また、第3減圧装置3cおよび冷媒熱交換器20は、冷媒容器5の内部に配置されている。
冷凍サイクル装置100によれば、過冷却手段として冷媒容器5の内部に第3減圧装置3cおよび冷媒熱交換器20を用いた構造である。また、冷凍サイクル装置100によれば、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器5の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第3減圧装置3cおよび冷媒熱交換器20が冷媒容器5の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が図れる。
また、冷凍サイクル装置100によれば、バイパス回路31を有しており、冷媒の一部を圧縮機1の吸入側にバイパスすることができるため、低圧側を流れる冷媒の流量が減って低圧側圧損を抑制でき、消費電力を低減することができる。
また、冷凍サイクル装置100によれば、冷房および暖房の両方で同様の効果が得られる。また、冷凍サイクル装置100によれば、冷媒容器5の下流側の減圧装置の入口の乾き度が飽和液となるため、従来技術に比べて蒸発器内の冷媒量が減少し、結果封入冷媒量が少なくて済む。
なお、冷凍サイクル装置100の運転中に吐出温度が高くなる場合でも、液状態の冷媒を圧縮機1の吸入側へバイパスすることで、吐出温度の上昇を抑制することが可能となる。
また、圧縮機1に高圧シェルを採用した場合、吐出温度が低いと冷凍機油に冷媒が溜まりこみ、冷凍機油の粘度が低下して、潤滑不良を引き起こす。それに対して、冷凍サイクル装置100では、冷媒熱交換器20によって過熱ガスとなった冷媒が圧縮機1の吸入側に吸引されるため、吐出温度の低下を抑制できる。その結果、R1234yfおよびプロパンのように吐出温度が低い冷媒を冷凍サイクル装置100に用いたとしても、信頼性低下を抑制できる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100において、第3減圧装置3cは、流動抵抗係数が固定のもので構成されている。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、第3減圧装置3cは可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成されている。そのため、第3減圧装置3cの構造を簡素化でき、冷媒容器5の内部への収納が容易となる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100において、冷媒容器5は、主回路30の配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第1配管51および第2配管52を備えている。また、冷媒容器5の内部において、バイパス回路31の流入部21は、第1配管51の端部51aおよび第2配管52の端部52aよりも低い位置に配置されている。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、冷媒容器5の内部において、バイパス回路31の流入部21は、第1配管51の端部51aおよび第2配管52の端部52aよりも低い位置に配置されている。そのため、冷媒容器5の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路30側へ供給することができる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100において、バイパス回路31の、第3減圧装置3cと流入部21との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置7が設けられており、異物捕捉装置7は、冷媒容器5の内部に配置されている。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、バイパス回路31の、第3減圧装置3cよりも流入部21側に異物捕捉装置7が設けられている。そのため、第3減圧装置3cの手前で異物を捕捉することができ、第3減圧装置3cでの異物の詰まりを抑制することができる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、第3減圧装置3cと、異物捕捉装置7とを収納するケーシング8を備えたものである。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、第3減圧装置3cおよび異物捕捉装置7がケーシング8に収納され、それらが一体化された構成である。第3減圧装置3cを異物捕捉装置7と一体化した構成とすることで、第3減圧装置3cおよび異物捕捉装置7を収納する冷媒容器5の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100において、バイパス回路31には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁26が設けられている。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、バイパス回路31にバイパス弁26が設けられているため、状況に応じてバイパス回路31に冷媒を流したり流さなかったりすることができる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、圧縮機1の周波数を検知する周波数検知器41と、バイパス弁26を制御する制御装置50と、を備え、制御装置50は、周波数が、基準周波数より高いと判定した場合、バイパス弁26を開く。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、低圧側圧損が許容できない場合は、バイパス弁26を開くことで、低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。
また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100において、制御装置50は、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合、あるいは、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合、あるいは、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合、バイパス弁26を閉じる。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置100によれば、吐出温度の低下量および液バック量が許容できない場合は、バイパス弁26を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機1の故障を抑制することができる。
1 圧縮機、2 第1熱交換器、3 膨張弁、3a 第1減圧装置、3b 第2減圧装置、3c 第3減圧装置、4 第2熱交換器、5 冷媒容器、6 冷媒流路切換装置、7 異物捕捉装置、8 ケーシング、20 冷媒熱交換器、25 合流部、26 バイパス弁、30 主回路、31 バイパス回路、41 周波数検知器、42 吐出圧力検知器、43 吸入圧力検知器、44 吐出温度検知器、45 吸入温度検知器、50 制御装置、51 第1配管、51a 端部、52 第2配管、52a 端部、100 冷凍サイクル装置。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第1熱交換器、第1減圧装置、冷媒容器、第2減圧装置、第2熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第3減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されており、前記冷媒容器は、前記冷媒回路の前記配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第1配管および第2配管を備え、前記冷媒容器の内部において、前記バイパス回路の前記流入部は、前記第1配管の端部および前記第2配管の端部よりも低い位置に配置されているものである。
Claims (10)
- 圧縮機、冷媒流路切換装置、第1熱交換器、第1減圧装置、冷媒容器、第2減圧装置、第2熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、
流入部、第3減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、
前記第3減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている
冷凍サイクル装置。 - 前記第3減圧装置は、流動抵抗係数が固定のもので構成されている
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒容器は、前記冷媒回路の前記配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第1配管および第2配管を備え、
前記冷媒容器の内部において、
前記バイパス回路の前記流入部は、
前記第1配管の端部および前記第2配管の端部よりも低い位置に配置されている
請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記バイパス回路の、前記第3減圧装置と前記流入部との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置が設けられており、
前記異物捕捉装置は、前記冷媒容器の内部に配置されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記冷媒容器の内部には、前記第3減圧装置と、前記異物捕捉装置とを収納するケーシングが設けられている
請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記バイパス回路には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁が設けられている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の周波数を検知する周波数検知器と、
前記バイパス弁を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いと判定した場合、前記バイパス弁を開く
請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 - 吐出温度を検知する吐出温度検知器を備え、
前記制御装置は、
前記吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 吐出温度を検知する吐出温度検知器と、
吐出圧力を検知する吐出圧力検知器と、を備え、
前記制御装置は、
前記吐出温度と前記吐出圧力から求めた吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 吸入温度を検知する吸入温度検知器と、
吸入圧力を検知する吸入圧力検知器と、を備え、
前記制御装置は、
前記吸入温度と前記吸入圧力から求めた吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
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