WO2018055741A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
Definitions
- the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus configured to switch a refrigerant flow path between cooling and heating.
- the condenser In an air conditioner, in order to effectively utilize the performance of the heat exchanger and increase the efficiency, the condenser is used with a reduced number of branches and a high flow rate, and in the case of an evaporator, It is effective to increase the number of branches and use it at a low flow rate.
- the reason for this is that heat transfer that depends on the flow rate is dominant for the performance improvement in the condenser, and that the pressure loss dependent on the flow rate is dominant for the performance improvement in the evaporator. It is.
- Patent Document 1 An outdoor heat exchanger focusing on such characteristics of a condenser and an evaporator has been proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-117936 (Patent Document 1).
- this heat exchanger at least two of the plurality of unit channels are connected to each other in series or in parallel depending on whether the cooling operation or the heating operation is performed, thereby allowing the refrigerant to pass therethrough.
- the number or length of the roads can be changed. Since the number or length of the flow paths is appropriately selected and used, the efficiency can be improved.
- the air conditioner described in JP-A-2015-117936 is formed so that the number of first unit channels and the number of second unit channels are equal during cooling operation.
- the number of the second unit channels is equal to the number of the first unit channels, there is a problem that the flow rate becomes slow and the heat transfer performance is deteriorated.
- the inflow direction of the refrigerant is the same during cooling operation and heating operation, if the distribution device on the inlet side is designed for gas inflow, distribution will not be uniform because it will be affected by gravity and inertial force when the two-phase refrigerant flows in.
- the pressure loss increases and the performance deteriorates because the gas refrigerant flows through the capillary tube having a small diameter.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and the flow path switching device realizes counterflow in both cooling and heating, and evenly distributes the refrigerant regardless of cooling / heating.
- An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus configured to distribute and having improved heat transfer performance.
- the order in which the compressor, the first heat exchange device, the expansion valve, the second heat exchange device, and the refrigerant discharged from the compressor circulate is the first order and the first order.
- the flow path is changed so as to be switched to the second order, and the refrigerant flows from the refrigerant inlet of the first heat exchange device in any of the first order and the second order, and the refrigerant of the first heat exchange device
- a first flow path switching device configured to switch the flow path so that the refrigerant flows out from the outlet.
- the first order is an order in which the refrigerant circulates in the order of the compressor, the first heat exchange device, the expansion valve, and the second heat exchange device
- the second order is the refrigerant, the compressor, the second heat exchange device, It is the order which circulates in order of an expansion valve and a 1st heat exchange apparatus.
- the first heat exchange device sequentially supplies the refrigerant to the first heat exchange unit and the second heat exchange unit when the first heat exchange unit, the second heat exchange unit, and the order in which the refrigerant circulates are the first order.
- a second flow path configured to switch the flow path so as to flow the refrigerant in parallel with the first heat exchange section and the second heat exchange section when the circulation order of the refrigerant is the second order. Switching device.
- the second flow path switching device includes a first distribution device configured to distribute the refrigerant to the plurality of refrigerant flow paths of the first heat exchange unit, the plurality of refrigerant flow paths of the first heat exchange unit, The refrigerant inlet of the first heat exchange device according to whether the second distribution device configured to distribute to the two heat exchange units and the order in which the refrigerant circulates is the first order or the second order. Switching between connecting to the distribution device or connecting to the second distribution device and passing the refrigerant flowing out from the refrigerant outlet of the first heat exchange section through the second heat exchange section or from the refrigerant outlet of the second heat exchange section And a switching unit that switches whether to merge with the refrigerant that has flowed out.
- the refrigerant can be evenly distributed regardless of cooling and heating.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. It is a figure which shows how the flow path switching is performed by the flow path switching device in the refrigeration cycle apparatus of FIG. It is the figure which showed the specific 1st structural example of the refrigerating-cycle apparatus of Embodiment 1.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a refrigerant flow during cooling in the configuration example of the six-way valve 102.
- FIG. It is the figure which showed the refrigerant
- FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an arrangement in a stage direction and a column direction of a heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1. It is a figure which shows the Ph diagram of a refrigerating-cycle apparatus. It is a figure which shows the relationship of the flow-path number ratio (Nb / Na) of the 1st heat exchange part 5a and the 2nd heat exchange part 5b with respect to the temperature difference ratio between the air-refrigerant of a refrigerating cycle.
- FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2.
- FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3.
- FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 4.
- FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 4.
- FIG. 25 is a view showing a XXV-XXV cross section of FIG. 24.
- 6 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5.
- FIG. It is a figure which shows the state at the time of the cooling of the 3rd flow-path switching valve 3c of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on Embodiment 5.
- FIG. It is a figure which shows the state at the time of the heating of the 3rd flow-path switching valve 3c of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on Embodiment 5.
- FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6. It is a figure which shows the state at the time of the cooling of the 4th flow-path switching valve of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 6. FIG. It is a figure which shows the state at the time of the heating of 4th flow-path switching valve 3d of the refrigerating-cycle apparatus which concerns on Embodiment 6. FIG. It is a figure which shows the 1st structural example of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 7. FIG. It is a figure which shows the 2nd structural example of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 7. FIG. It is a figure which shows the 3rd structural example of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 7. FIG.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
- a refrigeration cycle apparatus 50 includes a compressor 1, a first heat exchange device 5 (outdoor heat exchanger), an expansion valve 7, and a second heat exchange device 8 (indoor heat exchanger).
- the first flow path switching device 2 is provided.
- the first flow path switching device 2 has ports P1 to P6.
- the port P1 is connected to the refrigerant discharge port of the compressor 1, and the port P2 is connected to the refrigerant suction port of the compressor 1.
- the port P3 is connected to the refrigerant inlet of the first heat exchange device 5, and the port P4 is connected to the refrigerant outlet of the first heat exchange device 5.
- the port P5 is connected to one end of the expansion valve 7, and the other end of the expansion valve 7 is connected to one end of the second heat exchange device 8. The other end of the second heat exchange device 8 is connected to the port P6.
- the first flow path switching device 2 changes the flow path so that the order in which the refrigerant discharged from the compressor 1 circulates is switched between the first order (cooling) and the second order (heating), and the first order
- the refrigerant flows from the refrigerant inlet (P3) of the first heat exchange device 5 and flows out of the refrigerant outlet (P4) of the first heat exchange device 5 in any of the second and second orders. Configured to switch paths.
- the first order (cooling) is an order in which the refrigerant circulates in the order of the compressor 1, the first heat exchange device 5, the expansion valve 7, and the second heat exchange device 8.
- the second order (heating) is an order in which the refrigerant circulates in the order of the compressor 1, the second heat exchange device 8, the expansion valve 7, and the first heat exchange device 5.
- the circulation of the refrigerant in the first order (cooling) is also referred to as the circulation of the refrigerant in the first direction (cooling).
- the circulation of the refrigerant in the second order (heating) is also referred to as the circulation of the refrigerant in the second direction (heating).
- the first heat exchange device 5 includes a first heat exchange unit 5a, an outlet header 6, a second heat exchange unit 5b, and a second flow path switching device 12.
- the second flow path switching device 12, the first heat exchange device 5, the first heat exchange unit 5a, the second heat exchange unit 5b, and the order in which the refrigerant circulates is the first order (cooling)
- the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b The flow paths are configured to flow in parallel with the refrigerant.
- the second flow path switching device 12 includes a first distribution device 4a configured to distribute the refrigerant to a plurality of refrigerant flow channels (for example, four) of the first heat exchange unit 5a, and the first heat exchange unit.
- 5a includes a second distribution device 4b configured to distribute to a plurality of refrigerant channels (for example, four) 5a and the second heat exchange unit 5b, and a switching unit 3. Whether the switching unit 3 connects the refrigerant inlet of the first heat exchange device 5 to the first distribution device 4a according to whether the order in which the refrigerant circulates is the first order (cooling) or the second order (heating).
- the refrigerant that has flowed out from the refrigerant outlet of the first heat exchange unit 5a is allowed to pass through the second heat exchange unit 5b, or has flowed out of the refrigerant outlet of the second heat exchange unit 5b It is configured to switch whether to merge with the refrigerant.
- the first distribution device 4a and the second distribution device 4b it is possible to use an appropriate combination of a distributor in which flat plates are stacked to form a flow path, and a device that distributes or merges refrigerants such as a header and a distributor.
- the switching unit 3 includes a first switching valve 3a and a second switching valve 3b.
- the first switching valve 3a allows the refrigerant to pass through the first distribution device 4a and the order in which the refrigerant circulates is the second order (heating).
- the refrigerant is configured to pass through the second distribution device 4b.
- the second switching valve 3b connects the refrigerant outlet of the first heat exchange unit 5a to the refrigerant inlet of the second heat exchange unit 5b, and the refrigerant circulates.
- the order to perform is a 2nd order (heating), it is comprised so that the refrigerant
- FIG. 2 is a diagram showing how the flow path switching device performs the flow path switching in the refrigeration cycle apparatus of FIG.
- the refrigerant circulation direction when the cooling operation is executed is indicated by a solid arrow in FIG. 1, and at this time, as shown in FIG. 2, in the flow path switching device 2, the refrigerant flows from the port P1 to the port P3.
- the flow path is formed so that the refrigerant flows from the port P4 to the port P5 and the refrigerant flows from the port P6 to the port P2.
- the flow path is formed so that the refrigerant flowing in from the port P11 flows out from the port P12 via the distribution device 4a and the refrigerant flowing in from the port P13 flows out from the port P14.
- the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b are connected in series, and the refrigerant sequentially flows through them.
- the refrigerant circulation direction when the heating operation is performed is indicated by broken-line arrows in FIG. 1, and at this time, as shown in FIG. , The refrigerant flows from the port P5 to the port P3, and the refrigerant flows from the port P4 to the port P2. Further, in the flow path switching device 12, the flow path is arranged so that the refrigerant flowing from the port P11 is distributed to the ports P12 and P14 via the distribution device 4b, and the refrigerant flowing from the port P13 flows out from the port P15. It is formed. At this time, the 1st heat exchange part 5a and the 2nd heat exchange part 5b become parallel connection, and a refrigerant flows through these in parallel.
- the flow path is switched by a control signal from the control device 30.
- FIG. 3 is a diagram showing a specific first configuration example of the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagram showing a specific second configuration example of the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment.
- a refrigeration cycle apparatus 51 includes a six-way valve 102 corresponding to the flow path switching apparatus 2 in FIG. 1, a flow path switching apparatus 112 corresponding to the flow path switching apparatus 12, the compressor 1, and an expansion.
- a valve 7, an indoor heat exchanger 8, a first heat exchange part 5 a and a second heat exchange part 5 b, and an outlet header 6 are included.
- the channel switching device 112 includes an inlet header 4a configured to distribute the refrigerant to a plurality of refrigerant channels (for example, four) of the first heat exchange unit 5a, and a plurality of refrigerants of the first heat exchange unit 5a.
- Distributor 4b0 comprised so that it may distribute to a refrigerant
- control device 30 in FIG. 1 is not shown in FIG. 3, but a control device for controlling the six-way valve 102 and the switching valves 3a and 3b is similarly provided. The same applies to the drawings after FIG.
- the first distribution device is the inlet header 4a
- the second distribution device is the distributor 4b0.
- the first distribution device is the first inlet header 4a
- the second distribution device is the second inlet header 4b.
- a refrigeration cycle apparatus 52 shown in FIG. 4 includes a flow path switching device 212 in place of the flow path switching device 112 in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 51 shown in FIG.
- the distributor 4b0 is replaced with the inlet header 4b in the configuration of the flow path switching device 112.
- the configuration of the other part of the refrigeration cycle apparatus 52 is the same as that of the refrigeration cycle apparatus 51.
- the operation will be described mainly with reference to FIG.
- the first flow path switching valve 3a passes the refrigerant through the header 4a, and when the circulation direction is the second direction (heating), the first flow path switching valve 3a passes the refrigerant to the distributor 4b0 or It is configured to pass through the inlet header 4b.
- the switching valve 3b connects the refrigerant outlet header 6 of the first heat exchange unit 5a to the refrigerant inlet of the second heat exchange unit 5b, and the circulation direction is the second direction.
- the refrigerant outlet header 6 of the first heat exchange unit 5a is configured to merge with the outlet of the second heat exchange unit 5b.
- FIG. 5 is a diagram showing the refrigerant flow during cooling in the configuration example of the six-way valve 102.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a refrigerant flow during heating in the configuration example of the six-way valve 102.
- the six-way valve 102 includes a valve body provided with a cavity therein and a slide valve body that slides inside the valve body.
- the slide valve body in the six-way valve 102 is set to the state shown in FIG. In this case, similar to the flow path switching device 2 during cooling in FIG. 2, the refrigerant flows from the port P1 to the port P3, flows from the port P4 to the port P5, and flows from the port P6 to the port P2. A path is formed.
- the slide valve element in the six-way valve 102 is set to the state shown in FIG. In this case, similar to the flow path switching device 2 at the time of heating in FIG. 2, the refrigerant flows from the port P1 to the port P6, flows from the port P5 to the port P3, and flows from the port P4 to the port P2. A path is formed.
- the refrigerant flows as shown by the solid line arrow in FIG. 4 during the cooling operation, and the refrigerant flows as shown by the broken line arrow in FIG. 4 during the heating operation. Flowing.
- the connection relationship between the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b is changed by switching the switching valves 3a and 3b of the flow path switching device 112 in cooperation with the switching of the six-way valve 102, and The distribution device used for distributing the refrigerant to the plurality of refrigerant flow paths of the first heat exchange unit 5a is also switched.
- FIG. 7 is a diagram showing the refrigerant flow in the outdoor heat exchanger during cooling. 4 and 7, at the time of cooling, the first flow path switching valve 3a is set so as to guide the refrigerant flowing from the compressor 1 into the flow path switching device 212 to the inlet header 4a. At this time, since the flow path leading to the inlet header 4b is closed, no refrigerant flows through the inlet header 4b.
- the inlet header 4a is used for the distribution of the refrigerant during cooling by the first flow path switching valve 3a.
- the switching valve 3b is set to connect the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b in series.
- high-temperature and high-pressure gas refrigerant flows from the compressor 1 into the flow path switching device 212, and passes through the first flow path switching valve 3a and the first inlet header 4a, so that the first heat exchange unit 5a. Flows into.
- the refrigerant that has flowed in is condensed and further condensed in the second heat exchange section 5b from the first heat exchange section 5a via the outlet header 6 and the second flow path switching valve 3b.
- the refrigerant condensed in the second heat exchange part 5b further passes through the six-way valve 102, reaches the indoor heat exchanger 8 from the expansion valve 7 and evaporates there, and returns to the compressor 1 through the six-way valve 102 (FIG. 4). (See solid arrow).
- FIG. 8 is a diagram showing the flow of refrigerant in the outdoor heat exchanger during heating.
- first flow path switching valve 3a is set to guide the refrigerant that has flowed from expansion valve 7 into flow path switching device 212 to inlet header 4b.
- inlet header 4b is used for the distribution of the refrigerant during heating by the first flow path switching valve 3a.
- the switching valve 3b is set to connect the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b in parallel.
- the refrigerant distributed from the inlet header 4b to the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b flows in parallel through the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b, and then To join.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 reaches the indoor heat exchanger 8 via the six-way valve 102 and condenses, and passes through the expansion valve 7 and the six-way valve 102 to be the first. It flows into the flow path switching valve 3a. Further, the refrigerant flows from the first flow path switching valve 3a via the second inlet header 4b into the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b, and the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit. Evaporated in 5b.
- the refrigerant that has flowed into the first heat exchange unit 5a merges with the refrigerant that has passed through the second heat exchange unit 5b on the outlet side of the second heat exchange unit 5b via the outlet header 6 and the second flow path switching valve 3b. To do.
- the merged refrigerant further returns to the compressor 1 via the six-way valve 102 (see the broken line arrow in FIG. 4).
- the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b are connected in series, and the outdoor heat exchanger as a whole has a number of flow paths on the inlet side that becomes gas-rich during cooling. Becomes Na, and the number of flow paths is Nb on the outlet side where the liquid is rich. That is, the number of flow paths on the refrigerant inlet side is greater than the number of flow paths on the outlet side.
- the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b are connected in parallel.
- the overall outdoor heat exchanger is the sum (Na + Nb) of the number of channels Na of the first heat exchange unit 5a and the number of channels Nb of the second heat exchange unit 5b.
- FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an arrangement in the stage direction and the column direction of the heat exchanger of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1.
- FIG. 9 shows the arrangement in the step direction and the column direction of each flow path of the first heat exchange unit 5a and the heat exchange unit 5b described in FIG. 1, FIG. 3, and FIG.
- the number of rows R of the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b is equal
- the number of stages C of the heat exchanger is equal to the number of stages Ca of the first heat exchange unit 5a and the number of stages Cb of the second heat exchange unit 5b.
- the number of rows R of the heat exchanger is the number of rows Ra of the first heat exchange unit 5a and the number of rows of the second heat exchange unit 5b.
- the number of columns is Rb, it is preferable to configure each heat exchange unit so that Ra> Rb.
- the heat exchanger is preferably configured to flow along the direction of gravity because the liquid phase ratio increases and becomes susceptible to gravity as the flow becomes downstream when the refrigerant condenses. When the refrigerant evaporates, the gas phase ratio increases as the flow goes downstream, making it less susceptible to gravity.Therefore, it is not necessary to flow the refrigerant along the direction of gravity, and the heat exchanger is configured to flow against the direction of gravity. You may do it.
- FIG. 10 is a diagram showing a Ph diagram of the refrigeration cycle apparatus.
- the liquid part has a smaller ratio in the condenser than the gas / two-phase part. Therefore, for the first heat exchange part 5a and the second heat exchange part 5b, the heat transfer area A is Aa and Ab, the heat exchange volume V is Va and Vb, respectively, and the number of flow paths N is Na and Nb, respectively. , Aa> Ab, Va> Vb, Na> Nb, the heat exchange unit is configured.
- FIG. 11 is a diagram showing the relationship of the flow rate ratio (Nb / Na) of the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b with respect to the temperature difference ratio between the air and the refrigerant in the refrigeration cycle.
- the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b are configured so that the flow rate ratio (Nb / Na) decreases as the temperature difference ratio between the air and the refrigerant decreases. Is preferred.
- the ratio of the number of channels obtained from the relationship shown in FIG. 11 indicates the ratio of the state under a certain condition.
- the size, cost, wind speed distribution, structure, refrigerant distribution, etc. of the outdoor unit The ratio may be changed somewhat due to restrictions.
- the pressure loss decreases with increasing liquid ratio and decreases with increasing density and flow velocity, and the heat transfer performance also decreases. Therefore, it is necessary to increase the flow velocity and improve the heat transfer performance while keeping the pressure loss equal to or less. Therefore, the flow path number ratio (Nb / Na) is preferably less than 100% at least for any air-refrigerant temperature difference ratio.
- FIG. 12 is a diagram showing the relationship of the heat exchange capacity ratio (Vb / Va) of the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b with respect to the temperature difference ratio between the air and the refrigerant in the refrigeration cycle. As shown in FIG. 12, it is preferable to configure the first heat exchange unit 5a and the second heat exchange unit 5b so that the heat exchange capacity ratio decreases as the temperature difference between the air and the refrigerant becomes smaller. .
- the heat exchange capacity ratio obtained from the relationship shown in FIG. 12 indicates the ratio of the state under a certain condition, and the actual heat exchanger has the outdoor unit size, cost, wind speed distribution, structure, refrigerant distribution, etc. The ratio may be changed somewhat due to restrictions.
- the heat exchange capacity ratio is within the range of 0% ⁇ heat exchange capacity ratio ⁇ 50%. That is, when the heat exchange capacity ratio is 0%, the second heat exchange part 5b is not present, so the heat exchange capacity ratio is at least larger than 0%. Further, when the heat exchange capacity ratio is 50% or more, the heat exchange capacity of the first heat exchange section 5a having high heat transfer performance as a gas / two-phase section is smaller than the heat exchange capacity of the second heat exchange section 5b. This is because the performance is degraded.
- the outdoor heat exchanger functions as an evaporator during heating operation, flows in low-pressure two-phase refrigerant, functions as a condenser during cooling operation, and flows in high-pressure gas refrigerant.
- a distribution device header 4a
- a distribution device suitable for heating are used. (Distributor 4b0).
- the header 4a When the gas refrigerant flows in (cooling), it is distributed by the header 4a having a large diameter because the refrigerant is low in density and pressure loss tends to increase instead of being hardly affected by gravity and inertial force.
- the two-phase refrigerant when the two-phase refrigerant is inflow (during heating), it is easily affected by gravity and inertial force, and the distribution is likely to be uneven. The effect of is relatively small.
- a header 4b is used instead of the distributor 4b0. Even in this case, it is preferable to consider the same as in the configuration of FIG. In the flow path switching device 212 of the refrigeration cycle apparatus 52 shown in FIG. 4, the refrigerant pipe 13 passing through the inlet header 4 a and the refrigerant pipe 14 passing through the inlet header 4 b merge at the junction 15.
- the diameter of the pipe 13 from the inlet header 4a to the junction 15 is D1, the length is L1, the diameter of the pipe 14 from the inlet header 4b to the junction 15 is D2, and the length is L2. At this time, it is preferable that the relationship of D1> D2 and L1 ⁇ L2 is satisfied.
- the diameter of the pipe 17 from the second flow path switching valve 3b to the junction part 19 is D3, the length is L3, and the pipe 18 from the second inlet header 4b to the junction part 19
- the diameter is D4 and the length is L4
- the relationship of D3> D4 and L3 ⁇ L4 is established.
- the pipe diameter D2 and the pipe diameter D4 may be equal, and the pipe length L2 and the pipe length L4 may be equal.
- FIG. 13 is a diagram for explaining an arrangement example of the piping of the merging portion of the present embodiment.
- FIG. 14 is a view of the joining portion of the pipe shown in FIG. 13 as viewed from the XIV-XIV direction.
- FIG. 15 is a diagram for explaining an arrangement example of pipes in a confluence portion of a comparative example.
- FIG. 16 is a view of the joining portion of the pipe shown in FIG. 15 as viewed from the XVI-XVI direction.
- the two-phase refrigerant exchanges heat from the pipe 14.
- the liquid refrigerant flows into the pipe 13, which is not preferable from the viewpoint of effective use of the refrigerant.
- the pipe 13 exists above the pipe 14 in the direction of gravity, and the mounting angle of the pipe 13 to the junction 15 as shown in FIG. If it is °, it is attached so that 90 ° ⁇ ⁇ 180 ° or ⁇ 180 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °. Further, it is most preferable that the pipe 13 is attached so that the angle becomes ⁇ 180 ° as shown by the solid line.
- the flow path switching device 2 and the flow path switching device 12 of the first embodiment shown in FIG. 1 can be realized with various configurations. Here are some configuration examples.
- FIG. 17 is a diagram showing a first modification of the flow path switching device.
- a refrigeration cycle apparatus 53 shown in FIG. 17 includes a flow path switching device 302 instead of the six-way valve 102 in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 52 shown in FIG.
- the flow path switching device 302 includes a four-way valve 100 and a bridge circuit using four check valves 7aa to 7ad.
- FIG. 18 is a diagram showing a second modification of the flow path switching device.
- 18 includes a flow path switching device 402 instead of the six-way valve 102 in the configuration of the refrigeration cycle device 52 shown in FIG.
- the flow path switching device 402 includes a four-way valve 100 and a bridge circuit using four on-off valves 101a to 101d.
- FIG. 19 is a diagram showing a third modification of the flow path switching device.
- 19 includes a flow path switching device 302 instead of the six-way valve 102 and a flow path switching device 512 instead of the flow path switching device 212 in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 52 shown in FIG. including.
- the flow path switching device 302 includes a four-way valve 100 and a bridge circuit using four check valves 7aa to 7ad.
- the channel switching device 512 is obtained by replacing the switching valves 3a and 3b with four on-off valves 101e to 101h in the configuration of the channel switching device 212.
- flow path switching device 402 in FIG. 18 and the flow path switching device 512 in FIG. 19 may be used in combination.
- the refrigerant flow can be switched and controlled similarly to the configuration shown in FIG.
- the 1st inlet header 4a and the 2nd inlet header 4b showed the example arrange
- a refrigeration cycle apparatus is formed by connecting devices such as a gas-liquid branching device, a receiver, an accumulator, and a high / low pressure heat exchanger. May be.
- the outdoor unit heat exchanger (first heat exchange unit 5a, second heat exchange unit 5b) and indoor unit heat exchanger (indoor heat exchanger 8) are, for example, a plate fin heat exchanger, a fin-and-tube heat exchanger, Either a flat tube (multi-hole tube) heat exchanger or a corrugated heat exchanger may be used.
- the heat exchange medium that exchanges heat with the refrigerant may be water or antifreeze (for example, propylene glycol, ethylene glycol, etc.) in addition to air.
- the type of heat exchanger and the shape of the fins may be different for the outdoor unit heat exchanger and the indoor unit heat exchanger.
- a flat tube may be applied to the outdoor unit heat exchanger
- a fin-and-tube heat exchanger may be applied to the indoor unit heat exchanger.
- the outdoor unit includes the first heat exchanging unit 5a and the second heat exchanging unit 5b is described. Sometimes they may be formed in series. In addition, since the role at the time of air conditioning is switched by an outdoor unit and an indoor unit, series and parallel are also switched.
- the outdoor unit heat exchanger is divided into two parts, a first heat exchange unit 5a and a second heat exchange unit 5b, but at least one of the outdoor unit heat exchangers is divided into three or more. It may be divided. For example, the configuration may be changed so that the heat exchange capacity and the number of flow paths of each indoor / outdoor unit heat exchanger are optimized for each of the gas phase, the two-phase, and the liquid phase.
- the refrigerant flows into the heat exchanger of the outdoor unit in the same direction in any of the cooling and heating modes, and the divided heat exchangers are connected in series during cooling (during condensation) It is formed to be connected in parallel during heating (evaporation). Furthermore, by providing a plurality of distribution devices suitable for cooling / heating on the outdoor heat exchanger inlet side, the refrigerant can be evenly distributed to the plurality of flow paths of the heat exchanger in both cooling / heating. .
- FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a difference in COP peaks when the number of passes is variable between cooling and heating according to the first embodiment.
- the heat exchanger capacity of the first heat exchange unit 5a is larger than the heat exchanger capacity of the second heat exchange unit 5b, and the flow path of the first heat exchange unit 5a
- the number is larger than the number of flow paths of the second heat exchange unit 5b. For this reason, when the 1st heat exchange part 5a and the 2nd heat exchange part 5b are arranged in series at the time of cooling and arranged in parallel at the time of heating, as shown in FIG. The number of flow paths is changed so that the number of passes).
- the coefficient of performance (COP) can be improved for each of the cooling and heating, and the period efficiency (APF: Annual Performance Factor) can be improved. .
- the refrigerant flowing into the second heat exchange unit 5b has a slower flow rate by making the heat exchanger capacity of the first heat exchange unit 5a larger than the heat exchanger capacity of the second heat exchange unit 5b during cooling.
- the ratio of the phase region can be increased.
- the flow rate of the refrigerant flowing into the second heat exchange unit 5b can be increased by increasing the number of channels of the first heat exchange unit 5a than the number of channels of the second heat exchange unit 5b during cooling.
- the pressure loss in the gas / two-phase region is reduced by increasing the number of flow paths and heat exchanger capacity of the first heat exchange section 5a to be greater than the number of flow paths and heat exchanger capacity of the second heat exchange section 5b.
- heat transfer performance can be improved in the liquid phase region where the pressure loss is small.
- the diameter D1 and the length L1 of the pipe 13 from the first inlet header 4a to the merging portion 15 and the diameter D2 and the length L2 of the pipe 14 from the second inlet header 4b to the merging portion 15 are used.
- the flow paths are formed so that the relationship between the diameter D4 of 18 and the length L4 is D3> D4 and L3 ⁇ L4.
- the pipe 13 exists above the pipe 14 in the direction of gravity, and the mounting angle of the pipe 13 to the junction 15 is 0 ° as shown by the broken line. Then, it is attached so that 90 ° ⁇ ⁇ 180 ° or ⁇ 180 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °. For this reason, when the two-phase refrigerant flows from the second inlet header 4b to the first heat exchange unit 5a during heating, it is possible to prevent the liquid refrigerant from flowing into the first inlet header 4b at the junction 15.
- the heat transfer performance in the heat exchange section can be improved by distributing the refrigerant evenly.
- the operating pressure of the refrigeration cycle decreases on the high pressure side and increases on the low pressure side, so that the compressor input is reduced and the performance of the refrigeration cycle can be improved.
- the length of each flow path through which the refrigerant flows can be obtained by setting the number of flow paths of the outdoor heat exchanger to the sum of the flow paths of the first heat exchange section 5a and the second heat exchange section 5b during heating.
- the length can be shortened.
- the pressure drop at the time of evaporation can be reduced by increasing the number of flow paths and shortening the length of the flow paths during heating.
- FIG. FIG. 21 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 2.
- the refrigeration cycle apparatus 56 according to Embodiment 2 includes a compressor 1, a six-way valve 102, a flow path switching device 612, an expansion valve 7, an indoor heat exchanger 8, and a first.
- the heat exchange part 5a, the 2nd heat exchange part 5b, and the outdoor unit exit header 6 are included.
- the flow path switching device 612 includes a first flow path switching valve 3a, a second flow path switching valve 3b, a first inlet header 4a, a second inlet header 4b, check valves 7ba to 7bd, and check valves. 7ca-7ce.
- the basic configuration of the refrigeration cycle apparatus 56 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but check valves 7ba to 7bd are provided downstream of the first inlet header 4a and downstream of the second inlet header 4b. And check valves 7ca to 7ce are provided.
- symbol is attached
- the flow path switching device 2 may be formed by using any one of the flow path switching devices 302 and 402 instead of the six-way valve 102, and the flow path switching device 12.
- a circuit may be formed using on-off valves 101 e to 101 g instead of the switching valves 3 a and 3 b.
- the first flow path switching valve 3a and the second inlet header 4b are connected to the junction 15.
- the flow path to reach becomes a stagnant portion without flow.
- the gas refrigerant dissipates heat to the outside air in the staying portion, there is a possibility that the refrigerant enters the liquid refrigerant state and stays there. Since the amount of refrigerant circulating due to the liquid refrigerant staying in the staying portion is reduced, there is a problem that the amount of refrigerant necessary for achieving the maximum performance is increased.
- check valves 7ba-7bd and check valves 7ca ⁇ are provided downstream of the first inlet header 4a and downstream of the second inlet header 4b, respectively.
- 7ce By providing 7ce, a circuit that prevents the refrigerant from staying and backflowing is formed.
- the check valve 7ba to 7bd and the check valve 7ca to 7ce are provided downstream of the first inlet header 4a and the second inlet header 4b, so that the refrigerant flows to the second inlet header 4b side during cooling. It can prevent staying. Further, it is possible to prevent the refrigerant from flowing backward during heating.
- the attachment angle of the gas side pipe of the junction 15 of the first inlet header 4a, the second inlet header 4b, and the first heat exchange unit 5a is indicated by a broken line in FIG.
- the direction of gravity is 0 °
- ⁇ 90 ° ⁇ ⁇ 90 ° may be obtained, and the degree of freedom of arrangement of the pipes is increased.
- FIG. 22 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3.
- the refrigeration cycle apparatus 57 according to Embodiment 3 includes a compressor 1, a six-way valve 102, a flow path switching device 712, an expansion valve 7, an indoor heat exchanger 8, and a first.
- the heat exchange part 5a, the 2nd heat exchange part 5b, and the outdoor unit exit header 6 are included.
- the flow path switching device 712 includes a first flow path switching valve 3a, a second flow path switching valve 3b, a first inlet header 4a, a second inlet header 4b, open / close valves 101aa to 101ad, and open / close valves 101ba to 101ba. 101be.
- the basic configuration of the refrigeration cycle apparatus 57 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but the on-off valves 101aa to 101ad are provided downstream of the first inlet header 4a and downstream of the second inlet header 4b, respectively. The difference is that the on-off valves 101ba to 101be are provided.
- symbol is attached
- the flow path switching device 2 may be formed by using any one of the flow path switching devices 302 and 402 instead of the six-way valve 102, and the flow path switching device 12.
- a circuit may be formed using on-off valves 101 e to 101 g instead of the switching valves 3 a and 3 b.
- the compressor frequency when the compressor frequency is lowered for high pressure reduction or capacity reduction during high outdoor air heating, low outdoor air cooling, and low capacity air conditioning operation, the required compression ratio is reduced.
- the degree of supercooling cannot be secured at the condenser outlet, and two-phase flows into the expansion valve inlet side.
- the compressor frequency when the compressor frequency is lowered to the lower limit frequency is equal to or higher than the target capacity when the air conditioning load is low, the compressor frequently repeats operation and stoppage. There is.
- the refrigeration cycle apparatus closes at least one of the on-off valves 101aa to 101ad during the cooling operation at the low outside air temperature or the low-capacity cooling operation.
- coolant location which flows in into the 1st heat exchange part 5a is restrict
- a circuit for reducing the heat exchanger capacity (AK value) may be formed.
- the AK value is a value obtained by multiplying the heat transfer rate K and the heat transfer area A in the heat exchanger, and represents the heat transfer characteristics of the heat exchanger.
- the heat exchanger capacity may be lowered by setting the flow path so that the second flow path switching valve 3b is switched reversely to that during normal cooling and heating so as not to pass through the second heat exchange section 5b.
- this method is not specifically described, it can be applied to each configuration of the first or second embodiment.
- the on-off valves 101aa to 101ad are closed and a part (at least one or more) of the on-off valves 101ba to 101be is closed to generate the first heat.
- Embodiment 3 an example of the operation of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3 will be described.
- it since it is the same as that of Embodiment 1 about basic air conditioning operation, it abbreviate
- At least one of the on / off valves 101aa to 101ad is closed and the on / off valves 101ba to 101be are closed during a cooling operation at a low outside air temperature or a low capacity cooling operation.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the first inlet header 4a via the six-way valve 102 and the first flow path switching valve 3a, and then opens inside the on-off valves 101ba to 101be. It flows into the 1st heat exchange part 5a through an on-off valve, and is condensed.
- the refrigerant condensed in the first heat exchange unit 5a is further condensed in the second heat exchange unit 5b from the first heat exchange unit 5a via the outdoor unit outlet header 6 and the second flow path switching valve 3b. Thereafter, the refrigerant evaporates in the indoor heat exchanger 8 from the second heat exchange section 5b via the six-way valve 102 and the expansion valve 7, and returns to the compressor 1 again through the six-way valve 102 (solid arrow in FIG. 22). reference).
- heat exchanger capacity may be changed by switching the flow path of the second flow path switching valve 3b so as not to pass through the second heat exchange section 5b.
- the on-off valves 101aa to 101ad are closed, and a part (at least one) of the on-off valves 101ba to 101be is closed.
- the high-temperature and high-pressure gas refrigerant from the compressor 1 flows into the indoor heat exchanger 8 via the six-way valve 102 and is condensed.
- the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 8 flows into the second inlet header 4b via the expansion valve 7, the six-way valve 102, and the first flow path switching valve 3a.
- the refrigerant flows from the second inlet header 4b into the first heat exchange unit 5a or the second heat exchange unit 5b through the open valves in the open / close valves 101ba to 101be, and is evaporated.
- the refrigerant that has flowed into the first heat exchange unit 5a merges with the refrigerant that has passed through the second heat exchange unit 5b on the outlet side of the second heat exchange unit 5b via the outdoor unit outlet header 6 and the second flow path switching valve 3b. After that, the flow returns to the compressor 1 via the six-way valve 102 (see the broken line arrow in FIG. 22).
- the refrigeration cycle apparatus of Embodiment 3 can change the capacity of the heat exchanger by switching the on-off valve and the flow path switching valve during high outside air heating, low outside air cooling, and low capacity air conditioning operation.
- At least one of the on-off valves 101aa to 101ad is closed and the on-off valves 101ba to 101be are closed at the time of cooling operation at a low outside air temperature or at the time of low-capacity cooling operation.
- the opening / closing valves 101aa to 101ad are closed during heating operation at high outside air temperature or low capacity heating operation, and at least one of the opening / closing valves 101ba to 101be is closed to lower the heat exchange capacity (AK value).
- AK value heat exchange capacity
- At the time of cooling operation at low outside air temperature or low capacity cooling operation at least one of the on-off valves 101aa to 101ad is closed and the on-off valves 101ba to 101be are closed, so that the compressor is frequently started and stopped. Can be prevented from being repeated.
- the on-off valves 101aa to 101ad are closed, and at least one of the on-off valves 101ba to 101be is closed, so that the compressor frequently starts and stops. Repeating can be prevented.
- the operating range of the refrigeration cycle apparatus can be expanded compared to the conventional one.
- FIG. 23 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 4.
- a refrigeration cycle apparatus 58 according to Embodiment 4 includes a compressor 1, a six-way valve 102, a flow path switching device 812, an expansion valve 7, an indoor heat exchanger 8, and a first.
- the heat exchange part 5a, the 2nd heat exchange part 5b, and the outdoor unit exit header 6 are included.
- the channel switching device 812 includes a first channel switching valve 3a, a second channel switching valve 3b, and a third inlet header 4c.
- the basic configuration of the refrigeration cycle apparatus 58 according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, but instead of the first inlet header 4a and the second inlet header 4b, an integrated type that bisects the internal volume.
- the third entry header 4c is different.
- symbol is attached
- FIG. 24 is a schematic diagram of the third inlet header 4c of the refrigeration cycle apparatus according to the fourth embodiment.
- FIG. 25 is a view showing a section XXV-XXV in FIG.
- the third inlet header 4c includes a cylindrical header housing 4cx and a partition plate 4cy provided in the housing 4cx.
- the third inlet header 4c is divided into a region 4ca and a region 4cb by the partition plate 4cy.
- the region 4ca is a region through which the gas refrigerant flows during the cooling operation, and corresponds to the inlet header 4a.
- Region 4cb is a region through which the two-phase refrigerant flows during the heating operation, and corresponds to the inlet header 4b.
- the region 4ca and the region 4cb are partitioned by the partition plate 4cy so that the refrigerant does not leak from each other.
- the header housing 4cx is cylindrical, but may be a rectangular parallelepiped.
- the inlet of the inlet header 4c into which the refrigerant flows from the first flow path switching valve 3a is provided at the lower part of the header, but the inlet may be provided at an arbitrary position on the side or at the upper part.
- the partition plate 4cy is preferably provided so that the volume of the gas side region 4ca is 50% or more of the volume of the header housing 4cx.
- the gas side region 4ca is better to suppress the pressure loss during distribution, and the two-phase region 4cb is better to reduce the pipe diameter so that it is less susceptible to the effects of gravity and inertial force during distribution. is there.
- the diameter of the pipe 13 from the gas side region 4ca of the third inlet header 4c to the merging portion 15 is D5, the length is L5, and from the two-phase side region 4cb of the third inlet header 4c to the merging portion 15
- the diameter of the pipe 14 is D6 and the length is L6
- the diameter of the pipe 17 from the second flow path switching valve 3b to the merging portion 19 is D8, the length is L8, and the diameter of the pipe 18 from the two-phase region 4cb of the third inlet header 4c to the merging portion 19 is the same.
- D9 and the length are L9, it is preferable to configure the flow path so that the relationship of D8> D9 and L8 ⁇ L9 is established.
- the gas side pipes are attached at the junctions 15 and 19 of the third inlet header 4 c in FIG. 23, the first heat exchange part 5 a, and the second heat exchange part 5 b.
- the angle is preferably attached so that 90 ° ⁇ ⁇ 180 ° or ⁇ 180 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 ° when the direction of gravity is 0 °.
- the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 4 provides the same effects as those of Embodiment 1 by providing an integrated third inlet header 4c instead of the first inlet header 4a and the second inlet header 4b.
- the number of parts can be further reduced. Mounting can be simplified by reducing the number of parts. Costs can be reduced by reducing the number of parts and simplifying the installation work.
- the pressure loss during condensation can be reduced by setting the gas side volume of the third inlet header 4c ⁇ 50% (because the pressure loss is reduced by securing the gas side flow path).
- the compressor outlet temperature can be reduced by reducing the increase in the compressor high-pressure side pressure.
- the compressor input can be reduced by reducing the increase in the pressure on the compressor high-pressure side.
- FIG. FIG. 26 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5.
- a refrigeration cycle apparatus 59 according to Embodiment 5 includes a compressor 1, a six-way valve 102, a flow path switching device 912, an expansion valve 7, an indoor heat exchanger 8, and a first.
- the heat exchange part 5a, the 2nd heat exchange part 5b, and the outdoor unit exit header 6 are included.
- the flow path switching device 912 includes a third flow path switching valve 3c and a third inlet header 4c.
- the refrigeration cycle apparatus 59 according to the fifth embodiment has the same basic configuration as that of the fourth embodiment, but is integrated with the first flow path switching valve 3a and the second flow path switching valve 3b. The difference is that a three-channel switching valve 3c is provided. In addition, the same code
- FIG. 27 is a diagram illustrating a state of the third flow path switching valve 3c of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5 during cooling.
- FIG. 28 is a diagram illustrating a state of the third flow path switching valve 3c of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5 during heating.
- the third flow path switching valve 3c includes ports 3ca to 3cf through which refrigerant enters and exits, a plurality of valve bodies 105, and a plunger that drives the plurality of valve bodies 105 up and down around one axis.
- (Movable iron core) 104, a coil 103 for driving the plunger 104, and a valve seat 106 are provided.
- the 3rd flow-path switching valve 3c has a function which controls the valve body 105 with the coil 103 at the time of an air conditioning operation, and switches a flow path. At the time of cooling, as shown in FIG.
- the coil 103 is deenergized, the plunger 104 is moved downward by the spring, and a flow path through which the refrigerant flows is formed as indicated by a solid arrow.
- the coil 103 is energized, the plunger 104 is sucked and moved upward, and a flow path through which the refrigerant flows is formed as indicated by a broken line arrow.
- the diameter of the pipe 13 from the third inlet header 4c gas side to the merging portion 15 is D5, the length is L5, and the diameter of the pipe 14 from the third inlet header 4c two-phase side to the merging portion 15 is the same. If D6 and the length are L6, it is preferable to form the flow path so that the relationship of D5> D6 and L5 ⁇ L6 is established. Further, the diameter of the pipe 17 from the third flow path switching valve 3c to the junction 19 is D7, the length is L7, and the diameter of the pipe 18 from the third inlet header 4c two-phase side to the junction 19 is D8, long. When the length is L8, it is preferable to form the flow path so that the relationship of D7> D8 and L7 ⁇ L8 is established.
- Embodiment 5 an operation example of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5 will be described.
- it since it is the same as that of Embodiment 4 about basic air conditioning operation, it abbreviate
- the third flow path switching valve 3c has the form shown in FIG. 27, and the refrigerant that has flowed from the six-way valve 102 (port P3) into the port 3cb flows out from the port 3cc toward the third inlet header 4c. At that time, since the flow path of the port 3ca is closed by the valve body 105 and the valve seat 106, the refrigerant does not flow.
- the refrigerant that has flowed into the port 3ce from the outdoor unit outlet header 6 flows out from the port 3cf toward the second heat exchange unit 5b. At that time, since the flow path of the port 3cd is closed by the valve body 105 and the valve seat 106, the refrigerant does not flow.
- the third flow path switching valve 3c is configured as shown in FIG. 28, and the refrigerant flowing into the port 3cb from the six-way valve 102 (port P3) flows out from the port 3ca toward the third inlet header 4c. To do. At that time, since the flow path of the port 3cc is closed by the valve body 105 and the valve seat 106, the refrigerant does not flow.
- the refrigerant that has flowed into the port 3ce from the outdoor unit outlet header 6 flows out from the port 3cd toward the outlet-side flow path of the second heat exchange unit 5b, and merges with the refrigerant that has passed through the second heat exchange unit 5b.
- the flow path of the port 3cf is closed by the valve body 105 and the valve seat 106, the refrigerant does not flow.
- the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 5 includes the first flow path switching valve 3a and the integrated third flow path switching valve 3c instead of the second flow path switching valve 3b. While obtaining the same effect, the number of parts can be further reduced.
- the plunger (driving unit) and the coil can be constructed with one configuration. For this reason, it can be set as the structure which suppressed cost.
- the third flow path switching valve 3c can control a plurality of flow paths at the same time by controlling a uniaxial valve body, and is excellent in operability.
- FIG. 29 is a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6.
- refrigeration cycle apparatus 60 according to Embodiment 6 includes compressor 1, six-way valve 102, flow path switching device 612, first heat exchange unit 5a, and second heat exchange unit 5b. And an outdoor unit outlet header 6, an expansion valve 7, and an indoor heat exchanger 8.
- the channel switching device 612 includes a fourth channel switching valve 3d.
- the basic configuration of the refrigeration cycle apparatus 60 according to the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment, but the first flow path switching valve 3a, the second flow path switching valve 3b, the first inlet header 4a, the first A difference is that an integrated fourth flow path switching valve 3d is provided instead of the two-inlet header 4b.
- symbol is attached
- FIG. 30 is a diagram illustrating a state of the fourth flow path switching valve 3d of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6 during cooling.
- FIG. 31 is a diagram illustrating a state during heating of the fourth flow path switching valve 3d of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6.
- the fourth flow path switching valve 3d is rotated in the circumferential direction by a port 200a to 200f through which a heat exchange medium flowing in the refrigeration cycle flows in or out and a uniaxial valve body.
- a valve body 203a that rotates the valve body 203a, a valve body 203b that drives up and down, a coil 201 that drives the valve body 203b up and down, and a valve seat 204.
- the attachment angle of the side pipe is preferably 90 ° ⁇ ⁇ 180 ° or ⁇ 180 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °, assuming that the direction of gravity is 0 ° as indicated by the broken line.
- the port 200b of the fourth flow path switching valve 3d As the junction 15 between the port 200b (gas side) of the fourth flow path switching valve 3d and the port 200c (two-phase side) of the fourth flow path switching valve 3d, the port 200b of the fourth flow path switching valve 3d.
- the diameter of the pipe 14 from the (gas side) to the junction 15 is D9
- the length is L9
- the diameter of the pipe 14 from the port 200c (two-phase side) of the fourth flow path switching valve 3d to the junction 15 is D10.
- the length is L10, it is preferable to form the flow path so that the relationship of D9> D10 and L9 ⁇ L10 is established.
- the pipe diameter from the fourth flow path switching valve 3d (port 200e) to the junction 19 is D11, and the length is L11.
- the pipe diameter from the fourth flow path switching valve 3d liquid side (port 200c) to the merging portion 19 is D12 and the length is L12, the flow path is formed so that the relationship of D11> D12 and L11 ⁇ L12 is established. It is preferable to do.
- Embodiment 6 an operation example of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6 will be described.
- it since it is the same as that of Embodiment 4 about basic air conditioning operation, it abbreviate
- the fourth flow path switching valve 3d has the form shown in FIG. 30, and the refrigerant flowing from the six-way valve 102 (port P3) into the port 200a flows out from the port 200b toward the first heat exchange unit 5a. . At that time, since the flow path of the port 200c is closed by the valve body 203a, the refrigerant does not flow.
- the refrigerant that has flowed into the port 200d from the outdoor unit outlet header 6 flows out from the port 200e toward the second heat exchange unit 5b. At that time, since the flow path is closed by the valve body 203b and the valve seat 204, the refrigerant does not flow into the port 200f.
- the fourth flow path switching valve 3d has the form shown in FIG. 31, and the refrigerant flowing from the six-way valve 102 (port P3) to the port 200a flows out of the port 200c, and the first heat exchange unit 5a and the 2 It flows in parallel to the heat exchange part 5b. At that time, since the flow path is closed by the valve body 203a, the refrigerant does not flow through the port 200b.
- the refrigerant flowing into the port 200d from the outdoor unit outlet header 6 flows out from the port 200f to the outlet side flow path of the second heat exchange unit 5b, and merges with the refrigerant that has passed through the second heat exchange unit 5b. At that time, since the flow path is closed by the valve body 203b and the valve seat 204, the refrigerant does not flow into the port 200e.
- the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 6 includes an integrated fourth flow instead of the first flow path switching valve 3a, the second flow path switching valve 3b, the first inlet header 4a, and the second inlet header 4b.
- Embodiment 7 FIG.
- the integrated fourth flow path switching valve 3d is provided, and the functions of the inlet headers 4a and 4b and the switching valves 3a and 3b are realized by one component. You may use combining the structure of this Embodiment 6 with a high-low pressure heat exchanger, a receiver, and a gas-liquid separator.
- FIG. 32 is a diagram illustrating a first configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the seventh embodiment.
- FIG. 33 is a diagram illustrating a second configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the seventh embodiment.
- FIG. 34 is a diagram illustrating a third configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the seventh embodiment.
- the refrigeration cycle apparatus includes the compressor 1, the six-way valve 102, the fourth flow path switching valve 3d, the first heat exchange unit 5a, and the second heat exchange unit.
- the point including 5b, the outdoor unit exit header 6, the expansion valve 7, and the indoor heat exchanger 8 is the same.
- the following configuration is added so that the refrigerant is in a supercooled state or a saturated liquid state in the flow path from the downstream side of the indoor heat exchanger 8 to the expansion valve 7 or 7b or 7c during the heating operation.
- the high / low pressure heat exchanger 350 is configured to exchange heat between the refrigerant flowing from the indoor heat exchanger 8 toward the expansion valve 7 and the refrigerant flowing through the suction side piping of the compressor 1 during heating.
- the refrigeration cycle apparatus 62 shown in FIG. 33 is different from the refrigeration cycle apparatus of the sixth embodiment in that the refrigeration cycle apparatus 62 shown in FIG. 33 further includes a receiver 351, and includes an expansion valve 7a and an expansion valve 7b instead of the expansion valve 7.
- the receiver 351 exchanges heat between the liquid refrigerant stored on the way from the high-pressure side expansion valve 7b to the low-pressure side expansion valve 7a during heating and the refrigerant flowing through the suction side piping of the compressor 1. Composed.
- the refrigeration cycle apparatus 63 shown in FIG. 34 differs from the refrigeration cycle apparatus of Embodiment 6 in that the refrigeration cycle apparatus 63 shown in FIG. 34 further includes a gas-liquid separator 352 and a gas escape expansion valve 7c.
- the refrigerant is brought into a supercooled state or a saturated liquid state in the flow path from the downstream side of the indoor heat exchanger 8 to the expansion valve 7 or 7b or 7c during the heating operation. be able to.
- each element may be provided so as to be in a supercooled state or a saturated liquid state downstream of the expansion valve 7 during the cooling operation.
- the first heat exchange unit 5a, the second heat exchange unit 5b, and the indoor heat exchanger 8 are replaced with the first indoor unit heat exchange unit, the second indoor unit heat exchange unit, and the outdoor heat exchanger, respectively.
- the refrigerant flow may be reversed between cooling and heating.
- Embodiment 7 an operation example of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 7 will be described.
- it since it is the same as that of Embodiment 6 about basic air conditioning operation, it abbreviate
- the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 8 is exchanged between the low-pressure and low-temperature refrigerant flowing from the port P2 of the six-way valve 102 toward the compressor 1 with high-low pressure. After the heat is exchanged in the vessel 350 and the degree of supercooling increases, it flows into the expansion valve 7.
- the low-temperature and low-pressure refrigerant flowing out from the expansion valve 7 during cooling is lower in temperature than the low-pressure and low-temperature refrigerant flowing from the port P2 of the six-way valve 102 toward the compressor 1. Since the difference is small, heat is not exchanged in the high / low pressure heat exchanger 350 and flows into the indoor heat exchanger 8.
- the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 8 is expanded by the expansion valve 7b on the high-pressure side, and then gas-liquid is separated by the receiver 351, and further the hexagonal valve 102.
- Heat is exchanged in the receiver 351 with the low-pressure and low-temperature refrigerant flowing from the port P2 toward the compressor 1, and at least the saturated liquid flows into the low-pressure side expansion valve 7a.
- the refrigerant that has flowed out of the expansion valve 7a during cooling is gas-liquid separated by the receiver 351, and further flows from the port P2 of the six-way valve 102 toward the compressor 1. Heat exchange with the refrigerant, and at least the saturated liquid flows into the expansion valve 7b on the low pressure side.
- the refrigerant condensed in the indoor heat exchanger 8 during heating is expanded in the expansion valve 7 and then gas-liquid separated in the gas-liquid separator 352, so that the saturated liquid is a six-way valve. It flows into port P5 of 102. Further, the gas refrigerant separated in the gas-liquid separator 352 merges with the evaporated refrigerant via the expansion valve 7c and flows into the port P4 of the six-way valve 102.
- the gas-liquid separator 352 is filled with the liquid refrigerant after condensation, and the saturated liquid or the supercooled liquid flows into the expansion valve 7.
- the refrigeration cycle apparatus 61 shown in FIG. 32 includes a high-low pressure heat exchanger 350 and an expansion valve 7, and performs heat exchange between the high-pressure liquid refrigerant and the low-pressure gas refrigerant in the supercooling region on the condenser outlet side during condensation. Further, the degree of supercooling can be obtained on the high pressure side of the expansion valve 7. Moreover, since the degree of supercooling can be increased on the high pressure side of the expansion valve 7, the degree of dryness on the evaporator inlet side, which is the low pressure portion, can be reduced.
- the port 200c in the inlet header 4b in the first embodiment, the inlet header 4c in the third embodiment
- the refrigerant on the two-phase inflow side can be more evenly distributed.
- the refrigeration cycle apparatus 62 shown in FIG. 33 is provided with a receiver 351 and expansion valves 7a and 7b divided into a high-pressure side and a low-pressure side, so that the saturated liquid separated in two phases in the receiver 351 serving as an intermediate pressure region can be obtained.
- the expansion valve on the low-pressure side By flowing into the expansion valve on the low-pressure side, the dryness of the evaporator inlet side of the receiver 351 serving as the low-pressure part can be reduced.
- the degree of supercooling can be increased on the high pressure side, the degree of dryness on the evaporator inlet side, which is the low pressure portion, can be reduced.
- the port 200c inlet header 4b in the first embodiment, inlet header 4c in the third embodiment
- the refrigerant on the phase inflow side can be more evenly distributed.
- the refrigeration cycle apparatus 63 shown in FIG. 34 is provided with a gas-liquid separator 352, an expansion valve 7 and a gas escape expansion valve 7c, so that two-phase separation is achieved in the gas-liquid separator 352 that is in a low pressure region. Liquid or low dryness refrigerant can flow into the evaporator. Further, by opening and closing the gas escape expansion valve 7c, it is possible to select whether the refrigerant flowing downstream is a saturated liquid or a two-phase state.
- the port 200c (the inlet header 4b in the first embodiment, the inlet in the third embodiment)
- the two-phase refrigerant at the two-phase inflow side of the header 4c can be more evenly distributed.
- Embodiment 8 FIG.
- the indoor unit includes a similar circuit configuration, and is arranged in parallel during cooling. You may form so that it may become a series at the time of heating.
- series and parallel are also switched.
- FIG. 35 is a diagram showing a connection state during cooling and heating when the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger are respectively divided.
- the outdoor heat exchanger functions as a condenser, and the heat exchanger divided into two is connected in series.
- the indoor heat exchanger functions as an evaporator, and the two divided heat exchangers are connected in parallel.
- the outdoor heat exchanger functions as an evaporator, and the heat exchanger divided into two is connected in parallel.
- the indoor heat exchanger functions as a condenser, and the two divided heat exchangers are connected in series.
- FIG. 36 is a diagram illustrating a first configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the eighth embodiment.
- FIG. 37 is a diagram illustrating a second configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the eighth embodiment.
- FIG. 38 is a diagram illustrating a third configuration example of the refrigeration cycle apparatus according to the eighth embodiment.
- the refrigeration cycle apparatus 64 shown in FIG. 36 employs the same flow path switching configuration as the outdoor unit in the indoor unit in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 55 shown in FIG.
- the configuration on the outdoor unit side is the same as that in FIG.
- the indoor unit of the refrigeration cycle apparatus 64 includes heat exchange units 8a and 8b into which an indoor heat exchanger is divided, an outlet header 9, a flow path switching unit 1412 that switches connection of the heat exchange units 8a and 8b, A flow path switching device 1402 that switches the refrigerant outlet and the refrigerant inlet so that they are the same during cooling and heating.
- the flow path switching device 1412 includes inlet headers 1004a and 1004b and on-off valves 1101e to 1101g.
- the flow path switching device 1402 includes check valves 7ae, 7af, 7ag, and 7ah.
- the operation of the refrigeration cycle apparatus 64 during cooling will be described.
- the on-off valves 101f, 101g, 1101e, 1101h are closed, and the on-off valves 101e, 101h, 1101f, 1101g are opened.
- the four-way valve 100 is controlled so as to form a flow path as indicated by a solid line.
- the compressor 1 When the compressor 1 is operated, the refrigerant flows as indicated by solid arrows.
- the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the inlet header 4a of the outdoor heat exchanger via the four-way valve 100, the check valve 7ab, and the on-off valve 101e, and is distributed to a plurality of flow paths of the heat exchange unit 5a.
- the refrigerant that has passed through the heat exchange unit 5a passes through the outlet header 6 and the on-off valve 101h, passes through the heat exchange unit 5b, and then reaches the expansion valve 7 through the check valve 7ac.
- the refrigerant that has been depressurized after passing through the expansion valve 7 reaches the inlet header 1004b of the indoor heat exchange section via the check valve 7ag and the on-off valve 1101f, and reaches the plurality of flow paths and the heat exchange section 8b of the heat exchange section 8a. Distributed.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 8a passes through the outlet header 9 and the on-off valve 1101g, merges with the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 8b, and then passes through the check valve 7af and the four-way valve 100. Return to inlet.
- the heat exchanging units 5a and 5b of the outdoor unit are connected in series, and the heat exchanging units 8a and 8b of the indoor unit are connected in parallel.
- the operation of the refrigeration cycle apparatus 64 during heating will be described.
- the on-off valves 101f, 101g, 1101e, 1101h are opened, and the on-off valves 101e, 101h, 1101f, 1101g are closed.
- the four-way valve 100 is controlled so as to form a flow path as indicated by a broken line.
- the compressor 1 When the compressor 1 is operated, the refrigerant flows as indicated by broken line arrows.
- the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the inlet header 1004a of the indoor heat exchanger via the four-way valve 100, the check valve 7ah, and the on-off valve 1101e, and is distributed to the plurality of flow paths of the heat exchange unit 8a.
- the refrigerant that has passed through the heat exchange unit 8a passes through the outlet header 9 and the on-off valve 1101h, passes through the heat exchange unit 8b, and then reaches the expansion valve 7 through the check valve 7ae.
- the refrigerant that has been depressurized after passing through the expansion valve 7 reaches the inlet header 4b of the outdoor heat exchange section via the check valve 7aa and the on-off valve 101f, and passes through the plurality of flow paths of the heat exchange section 5a and the heat exchange section 5b. Distributed to the flow path.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 5a passes through the outlet header 6 and the on-off valve 101g, merges with the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 5b, and then passes through the check valve 7ad and the four-way valve 100. Return to inlet.
- the heat exchange units 5a and 5b of the outdoor unit are connected in parallel, and the heat exchange units 8a and 8b of the indoor unit are connected in series.
- the refrigeration cycle apparatus 65 shown in FIG. 37 includes a flow path switching device 402 instead of the flow path switching apparatus 302 on the outdoor unit side in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 64 shown in FIG. Instead of the device 1402, a flow path switching device 1502 is included.
- the flow path switching device 402 includes on-off valves 101a to 101d.
- the flow path switching device 1502 includes on-off valves 1101a to 1101d.
- the configuration of the other parts is the same as in FIG.
- the operation of the refrigeration cycle apparatus 65 during cooling will be described.
- the on-off valves 101f, 101g, 1101e, 1101h are closed, and the on-off valves 101e, 101h, 1101f, 1101g are opened.
- the four-way valve 100 is controlled so as to form a flow path as indicated by a solid line.
- the above is the same as the refrigeration cycle apparatus 64 of FIG. 36, but the refrigeration cycle apparatus 65 further performs opening / closing control in the flow path switching device 402 and the flow path switching device 1502.
- the on-off valves 101b, 101c, 1101a, and 1101d are opened, and the on-off valves 101a, 101d, 1101c, and 1101b are closed.
- the flow of the refrigerant is the same as that indicated by the solid line arrow in FIG.
- the operation of the refrigeration cycle apparatus 65 during heating will be described.
- the on-off valves 101f, 101g, 1101e, 1101h are opened, and the on-off valves 101e, 101h, 1101f, 1101g are closed.
- the four-way valve 100 is controlled so as to form a flow path as indicated by a broken line.
- the above is the same as the refrigeration cycle apparatus 64 of FIG. 36, but the refrigeration cycle apparatus 65 further performs opening / closing control in the flow path switching device 402 and the flow path switching device 1502.
- the on-off valves 101b, 101c, 1101a, and 1101d are closed, and the on-off valves 101a, 101d, 1101c, and 1101b are opened.
- the refrigerant flow is the same as that indicated by the broken line arrow in FIG.
- 38 is a configuration in which the configuration of the outdoor unit is slightly changed in the configuration of the refrigeration cycle device 52 shown in FIG. 4, and the flow path switching configuration is also adopted in the indoor unit.
- the configuration on the outdoor unit side in the configuration of the refrigeration cycle apparatus 52, the connection destination of the port P2 and the connection destination of the port P4 of the six-way valve are switched, and the expansion valve 7d is added.
- the other configuration on the outdoor unit side is the same as that in FIG.
- the indoor unit of the refrigeration cycle apparatus 66 includes heat exchange units 8a and 8b into which the indoor heat exchanger is divided, an outlet header 9, and a flow path switching unit 1612 that switches connection of the heat exchange units 8a and 8b.
- the flow path switching device 1612 includes inlet headers 1004a and 1004b and switching valves 1003a and 1003b.
- the six-way valve is controlled to form a flow path as shown by the solid line.
- the switching valves 3a, 3b, 1003a, and 1003b have their flow paths switched to the side indicated by the solid line.
- the expansion valve 7 is fully opened, and the opening degree of the expansion valve 7d is controlled as a normal expansion valve.
- the compressor 1 When the compressor 1 is operated, the refrigerant flows as indicated by solid arrows.
- the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the inlet header 4a of the outdoor heat exchanger via the ports P1 and P3 of the six-way valve 102 and the switching valve 3a, and is distributed to a plurality of flow paths of the heat exchange unit 5a. Is done.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging section 5a passes through the outlet header 6 and the switching valve 3b and then passes through the heat exchanging section 5b and then reaches the expansion valve 7d.
- the decompressed refrigerant passing through the expansion valve 7d reaches the inlet header 1004b of the indoor heat exchange section via the ports P2 and P6 of the six-way valve 102 and the switching valve 1003a, and the plurality of flow paths and heat of the heat exchange section 8a. It is distributed to the exchange unit 8b.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 8a passes through the outlet header 9 and the switching valve 1003b, and merges with the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 8b, and then the ports P5 and P5 of the expansion valve 7 and the six-way valve 102 that are fully opened. It returns to the suction port of the compressor 1 via P4.
- the heat exchanging units 5a and 5b of the outdoor unit are connected in series, and the heat exchanging units 8a and 8b of the indoor unit are connected in parallel.
- the six-way valve 102 is controlled to form a flow path as indicated by a broken line.
- the switching valves 3a, 3b, 1003a, and 1003b have their flow paths switched to the side indicated by the broken line.
- the expansion valve 7d is fully opened, and the opening degree of the expansion valve 7 is controlled as a normal expansion valve.
- the compressor 1 When the compressor 1 is operated, the refrigerant flows as indicated by broken line arrows.
- the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the inlet header 1004a of the indoor heat exchanger via the ports P1 and P6 of the six-way valve 102 and the switching valve 1003a, and is distributed to a plurality of flow paths of the heat exchange unit 8a.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging section 8a passes through the outlet header 9 and the switching valve 1003b, and then passes through the heat exchanging section 8b before reaching the expansion valve 7.
- the refrigerant that has been depressurized through the expansion valve 7 reaches the inlet header 4b of the outdoor heat exchange section via the ports P5 and P3 of the six-way valve 102 and the first flow path switching valve 3a, and is supplied to the plurality of heat exchange sections 5a.
- the flow path and the heat exchange section 5b are distributed to the flow paths.
- the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 5a passes through the outlet header 6 and the switching valve 3b, and merges with the refrigerant that has passed through the heat exchanging portion 5b. To return to the compressor inlet.
- the heat exchange units 5a and 5b of the outdoor unit are connected in parallel, and the heat exchange units 8a and 8b of the indoor unit are connected in series.
- the first heat exchange unit in each of the outdoor unit and the indoor unit, is formed to have a larger heat exchanger capacity than the second heat exchange unit, and the number of flow paths is increased.
- the heat transfer performance can be improved in the liquid phase region where the pressure loss is small while reducing the pressure loss in the gas / two-phase region.
- the outdoor unit by making the first heat exchanging part 5a larger than the second heat exchanging part 5b, the liquid phase area ratio of the refrigerant flowing into the second heat exchanging part 5b at the time of cooling becomes large, and the flow rate is slowed down. Can be formed.
- the liquid phase area ratio of the refrigerant flowing into the second heat exchanging part 8b at the time of heating becomes large, and the flow velocity is slowed down. Can be formed.
- the heat transfer performance can be improved by changing the distribution device during cooling and heating to distribute the refrigerant evenly.
- the operating pressure of the refrigeration cycle can be reduced on the high pressure side and increased on the low pressure side.
- the compressor input is reduced, and the performance of the refrigeration cycle can be improved.
- the configuration may be other than the configuration on the indoor unit side shown in FIGS.
- any one of the flow path switching devices 12, 112, 212, 512, 612, 712, 812, 912, 1012, 1412, and 1612 described in the first to seventh embodiments is a flow path on the indoor unit side of the eighth embodiment. You may employ
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Abstract
第2流路切替装置(12)は、冷媒を第1熱交換部の複数の冷媒通路に分配するように構成された第1分配装置(4a)と、冷媒を第1熱交換部の複数の冷媒通路と第2熱交換部とに分配するように構成された第2分配装置(4b)と、冷媒が循環する順序が第1順序(冷房)であるか第2順序(暖房)であるかに従って、第1熱交換装置の冷媒入口を第1分配装置に接続するか第2分配装置に接続するかを切替えるとともに、第1熱交換部(5a)の冷媒出口から流出した冷媒を第2熱交換部を通過させるか、第2熱交換部(5b)の冷媒出口から流出した冷媒に合流させるかを切替える切替部(3)とを含む。これにより、冷房/暖房に係わらず冷媒を均等に分配するように構成され、伝熱性能が向上した冷凍サイクル装置が実現する。
Description
この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、冷房時と暖房時で冷媒流路を切り替えるように構成された冷凍サイクル装置に関する。
空気調和装置において、熱交換器の性能を有効に活用し、効率を上げる運転を行なうためには、凝縮器の場合は分岐数を減らして流速が早い状態で使用し、蒸発器の場合は、分岐数を増やして流速が遅い状態で使用するのが効果的である。その理由は、凝縮器では流速に依存する熱伝達が性能の向上に対して支配的であり、蒸発器では流速に依存した圧力損失を減少させることが性能の向上に対して支配的であるためである。
凝縮器と蒸発器のこのような特性に着目した室外熱交換器が、例えば特開2015-117936号公報(特許文献1)において提案されている。この熱交換器は、複数の単位流路のうちの少なくとも2つの単位流路が、冷房運転を行なうか、暖房運転を行なうかによって互いに直列または並列に連結されることによって、冷媒が通過する流路の個数または長さを変えることができる。流路の個数または長さが適当に選択されて利用されるので、効率を向上させることができる。
また、凝縮器/蒸発器として機能する際に、熱交換器本体の各冷媒配管内の冷媒流の方向が同じになり、冷房/暖房共に対向流方式によって熱交換が可能である熱交換器が知られている(たとえば、特開平8-189724号公報(特許文献2)参照)。
上記特開2015-117936号公報に記載の空気調和機は、冷房運転時に第1単位流路の個数と、第2単位流路の個数とが等しくなるよう形成されている。第2単位流路の個数が第1単位流路の個数と等しい場合、流速が遅くなり伝熱性能が低下してしまうという問題がある。これは、冷媒の流量と流路の断面積が一定であるとすると、単位流路を流れる流量[kg/s]=冷媒密度[kg/m3]×流速[m/s]×断面積[m2]で表されるので、凝縮器において液相領域が増加するに伴い冷媒の密度が増加すると、冷媒の流速が低下するからである。
また一般に、室外熱交換器において暖房[蒸発時]は低圧の二相冷媒が流入し、冷房[凝縮時]は高圧のガス冷媒が流入する。このため、従来の回路では冷暖で流入方向が異なるため、各入口側には冷媒の分配に適した分配装置が設けられている(ガス流入時は重力や慣性力の影響を受けにくい代わりに低密度のため圧力損失が増大し易いため口径の大きなヘッダにて分配し、二相流入時は重力や慣性力の影響を受けやすいためキャピラリーチューブ等配管圧損の大きな要素を設けることで重力や慣性力の影響を相対的に小さくしている)。しかし、上記特開平8-189724号公報の装置では、冷暖房時のいずれにおいても冷媒の流入方向を同一にしている。冷房運転時および暖房運転時に冷媒の流入方向を同一にすると、入口側の分配装置をガス流入時用に設計すると、二相冷媒流入時には重力や慣性力の影響を受けるため分配が均等でなくなる一方で、二相冷媒流入時用に設計すると、ガス冷媒流入時径の小さいキャピラリーチューブを流れるため圧力損失が増大し、性能が低下する。
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、流路切替装置によって冷房時、暖房時のいずれにおいても対向流化を実現するとともに、冷房/暖房に係わらず冷媒を均等に分配するように構成され、伝熱性能が向上した冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第1熱交換装置と、膨張弁と、第2熱交換装置と、圧縮機から吐出された冷媒が循環する順序を第1順序と第2順序とに切替えるように流路を変更するとともに、第1順序および第2順序のいずれの順序であっても第1熱交換装置の冷媒入口から冷媒が流入し、第1熱交換装置の冷媒出口から冷媒が流出するように流路を切り替えるように構成された第1流路切替装置とを備える。第1順序は、冷媒が、圧縮機、第1熱交換装置、膨張弁、第2熱交換装置の順に循環する順序であり、第2順序は、冷媒が、圧縮機、第2熱交換装置、膨張弁、第1熱交換装置の順に循環する順序である。第1熱交換装置は、第1熱交換部と、第2熱交換部と、冷媒が循環する順序が第1順序である場合に、第1熱交換部および第2熱交換部に順次冷媒を流すとともに、冷媒が循環する順序が第2順序である場合に、第1熱交換部および第2熱交換部に並行して冷媒を流すように流路を切り替えるように構成された第2流路切替装置とを含む。第2流路切替装置は、冷媒を第1熱交換部の複数の冷媒流路に分配するように構成された第1分配装置と、冷媒を第1熱交換部の複数の冷媒流路と第2熱交換部とに分配するように構成された第2分配装置と、冷媒が循環する順序が第1順序であるか第2順序であるかに従って、第1熱交換装置の冷媒入口を第1分配装置に接続するか第2分配装置に接続するかを切替えるとともに、第1熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒を第2熱交換部を通過させるか、第2熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒に合流させるかを切替える切替部とを含む。
本発明によれば、熱交換器入口側にて冷暖で複数の分配器を設けることで、冷暖房に係わらず冷媒を均等分配することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
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の構成を示した図である。図1を参照して、冷凍サイクル装置50は、圧縮機1と、第1熱交換装置5(室外熱交換器)と、膨張弁7と、第2熱交換装置8(室内熱交換器)と、第1流路切替装置2とを備える。
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図1を参照して、冷凍サイクル装置50は、圧縮機1と、第1熱交換装置5(室外熱交換器)と、膨張弁7と、第2熱交換装置8(室内熱交換器)と、第1流路切替装置2とを備える。
第1流路切替装置2は、ポートP1~P6を有する。ポートP1は圧縮機1の冷媒吐出口に接続され、ポートP2は、圧縮機1の冷媒吸入口に接続される。ポートP3は第1熱交換装置5の冷媒入口に接続され、ポートP4は第1熱交換装置5の冷媒出口に接続される。ポートP5は膨張弁7の一方端に接続され、膨張弁7の他方端は、第2熱交換装置8の一方端に接続される。第2熱交換装置8の他方端は、ポートP6に接続される。
第1流路切替装置2は、圧縮機1から吐出された冷媒が循環する順序を第1順序(冷房)と第2順序(暖房)とに切替えるように流路を変更するとともに、第1順序および第2順序のいずれの順序であっても第1熱交換装置5の冷媒入口(P3)から冷媒が流入し、第1熱交換装置5の冷媒出口(P4)から冷媒が流出するように流路を切り替えるように構成される。
ここで、第1順序(冷房)は、冷媒が、圧縮機1、第1熱交換装置5、膨張弁7、第2熱交換装置8の順に循環する順序である。また、第2順序(暖房)は、冷媒が、圧縮機1、第2熱交換装置8、膨張弁7、第1熱交換装置5の順に循環する順序である。以下では、第1順序(冷房)で冷媒が循環することを、第1方向(冷房)に冷媒が循環するともいう。また、第2順序(暖房)で冷媒が循環することを、第2方向(暖房)に冷媒が循環するともいう。
第1熱交換装置5は、第1熱交換部5aと、出口ヘッダ6と、第2熱交換部5bと、第2流路切替装置12とを含む。第2流路切替装置12は、第1熱交換装置5は、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、冷媒が循環する順序が第1順序(冷房)である場合に、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bに順次冷媒を流すとともに、冷媒が循環する順序が第2順序(暖房)である場合に、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bに並行して冷媒を流すように流路を切り替えるように構成される。
第2流路切替装置12は、冷媒を第1熱交換部5aの複数の冷媒流路(たとえば4本)に分配するように構成された第1分配装置4aと、冷媒を第1熱交換部5aの複数の冷媒流路(たとえば4本)と第2熱交換部5bとに分配するように構成された第2分配装置4bと、切替部3とを含む。切替部3は、冷媒が循環する順序が第1順序(冷房)であるか第2順序(暖房)であるかに従って、第1熱交換装置5の冷媒入口を第1分配装置4aに接続するか第2分配装置4bに接続するかを切替えるとともに、第1熱交換部5aの冷媒出口から流出した冷媒を第2熱交換部5bを通過させるか、第2熱交換部5bの冷媒出口から流出した冷媒に合流させるかを切替えるように構成される。
第1分配装置4aおよび第2分配装置4bとしては、平板を積層して流路を形成した分配器やヘッダ、ディストリビュータ等の冷媒を分配または合流させる装置を適宜組み合わせて使用することができる。
切替部3は、第1切替弁3aと、第2切替弁3bとを含む。第1切替弁3aは、冷媒が循環する順序が第1順序(冷房)である場合に、冷媒を第1分配装置4aに通過させ、冷媒が循環する順序が第2順序(暖房)である場合に、冷媒を第2分配装置4bに通過させるように構成される。第2切替弁3bは、冷媒が循環する順序が第1順序(冷房)である場合に、第1熱交換部5aの冷媒出口を第2熱交換部5bの冷媒入口に接続し、冷媒が循環する順序が第2順序(暖房)である場合に、第1熱交換部5aの冷媒出口を第2熱交換部5bの出口に合流させるように構成される。
図2は、図1の冷凍サイクル装置において、流路切替装置によってどのように流路の切替が行なわれるかを示す図である。冷房運転が実行される場合の冷媒の循環方向が図1において実線矢印で示されており、このとき、図2に示すように、流路切替装置2では、ポートP1からポートP3に冷媒が流れ、ポートP4からポートP5に冷媒が流れ、ポートP6からポートP2に冷媒が流れるように、流路が形成される。また、流路切替装置12では、ポートP11から流入した冷媒が分配装置4aを経由してポートP12から流出するとともに、ポートP13から流入した冷媒がポートP14から流出するように、流路が形成される。このとき、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bは直列接続となり、これらには順次冷媒が流れる。
一方、暖房運転が実行される場合の冷媒の循環方向が図1において破線矢印で示されており、このとき、図2に示すように、流路切替装置2では、ポートP1からポートP6に冷媒が流れ、ポートP5からポートP3に冷媒が流れ、ポートP4からポートP2に冷媒が流れるように、流路が形成される。また、流路切替装置12では、ポートP11から流入した冷媒が分配装置4bを経由してポートP12およびポートP14に分配され、ポートP13から流入した冷媒がポートP15から流出するように、流路が形成される。このとき、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bは並列接続となり、これらには並行して冷媒が流れる。
流路切替装置2と流路切替装置12では、制御装置30からの制御信号によって流路の切替が実行される。
図3は、実施の形態1の冷凍サイクル装置の具体的な第1構成例を示した図である。図4は、実施の形態1の冷凍サイクル装置の具体的な第2構成例を示した図である。図3を参照して、冷凍サイクル装置51は、図1の流路切替装置2に対応する六方弁102と、流路切替装置12に対応する流路切替装置112と、圧縮機1と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bと、出口ヘッダ6とを含む。
流路切替装置112は、冷媒を第1熱交換部5aの複数の冷媒流路(たとえば4本)に分配するように構成された入口ヘッダ4aと、冷媒を第1熱交換部5aの複数の冷媒流路(たとえば4本)と第2熱交換部5bとに分配するように構成されたディストリビュータ4b0と、切替弁3a,3bとを含む。
図面が複雑になるのを避けるため、図1の制御装置30は、図3には記載していないが、六方弁102、切替弁3a,3bを制御する制御装置は同様に設けられている。図3以降の図においても同様である。
なお、図3に示す構成例では、第1分配装置は、入口ヘッダ4aであり、第2分配装置は、ディストリビュータ4b0である。これに対し、図4に示す構成例では、第1分配装置は、第1入口ヘッダ4aであり、第2分配装置は、第2入口ヘッダ4bである。図4に示す冷凍サイクル装置52は、図3に示す冷凍サイクル装置51の構成において、流路切替装置112に代えて流路切替装置212を含む。流路切替装置212は、流路切替装置112の構成において、ディストリビュータ4b0が入口ヘッダ4bに置換されている。他の部分の冷凍サイクル装置52の構成は、冷凍サイクル装置51と同じである。以降、主に図4を参照しながら動作説明を行なう。
第1流路切替弁3aは、循環方向が第1方向(冷房)である場合に、冷媒をヘッダ4aに通過させ、循環方向が第2方向(暖房)である場合に、冷媒をディストリビュータ4b0または入口ヘッダ4bに通過させるように構成される。切替弁3bは、循環方向が第1方向(冷房)である場合に、第1熱交換部5aの冷媒出口ヘッダ6を第2熱交換部5bの冷媒入口に接続し、循環方向が第2方向(暖房)である場合に、第1熱交換部5aの冷媒出口ヘッダ6を第2熱交換部5bの出口に合流させるように構成される。
図5は、六方弁102の構成例における冷房時の冷媒流れを示した図である。図6は、六方弁102の構成例における暖房時の冷媒流れを示した図である。六方弁102は、内部に空洞が設けられた弁本体と、弁本体内部でスライドするスライド弁体とを含む。
冷房時には、六方弁102中のスライド弁体は図5に示した状態に設定される。この場合、図2の冷房時における流路切替装置2と同様に、ポートP1からポートP3に冷媒が流れ、ポートP4からポートP5に冷媒が流れ、ポートP6からポートP2に冷媒が流れるように流路が形成される。
暖房時には、六方弁102中のスライド弁体は図6に示した状態に設定される。この場合、図2の暖房時における流路切替装置2と同様に、ポートP1からポートP6に冷媒が流れ、ポートP5からポートP3に冷媒が流れ、ポートP4からポートP2に冷媒が流れるように流路が形成される。
六方弁102を図5、図6に示したように切り替えることによって、冷房運転時には図4中の実線矢印に示すように冷媒が流れ、暖房運転時には図4中の破線矢印に示すように冷媒が流れる。このときに、六方弁102の切替と連携して流路切替装置112の切替弁3a,3bも切換えることによって、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bの接続関係も変更され、また第1熱交換部5aの複数の冷媒流路に冷媒を分配するために使用される分配装置も切換えられる。
図7は、冷房時における室外熱交換器の冷媒の流れを示した図である。図4、図7を参照して、冷房時には、第1流路切替弁3aは、圧縮機1から流路切替装置212に流入した冷媒を入口ヘッダ4aに導くように設定される。このとき、入口ヘッダ4bに通じる流路は閉止されているので、入口ヘッダ4bには冷媒は流れない。第1流路切替弁3aによって、冷房時における冷媒の分配には、入口ヘッダ4aが使用される。
また、冷房時には、切替弁3bは、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bとを直列接続するように設定される。これにより、冷房時には、入口ヘッダ4aから第1熱交換部5aおよび出口ヘッダ6を通過した冷媒が、第2熱交換部5bを流れる。
その結果、冷房時には、圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が流路切替装置212へと流入し、第1流路切替弁3a、第1入口ヘッダ4aを経由して、第1熱交換部5aへと流入する。流入した冷媒は、凝縮され、第1熱交換部5aから出口ヘッダ6、第2流路切替弁3bを経由して、第2熱交換部5bでさらに凝縮される。第2熱交換部5bで凝縮された冷媒は、さらに六方弁102を経由し膨張弁7から室内熱交換器8に至ってそこで蒸発し、六方弁102を経由して圧縮機1へ戻る(図4実線矢印参照)。
図8は、暖房時における室外熱交換器の冷媒の流れを示した図である。図4、図8を参照して、暖房時には、第1流路切替弁3aは、膨張弁7から流路切替装置212に流入した冷媒を入口ヘッダ4bに導くように設定される。このとき、入口ヘッダ4aに通じる流路は閉止されているので、入口ヘッダ4aには冷媒は流れない。第1流路切替弁3aによって、暖房時における冷媒の分配には、入口ヘッダ4bが使用される。
また、暖房時には、切替弁3bは、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bとを並列接続するように設定される。これにより、暖房時には、入口ヘッダ4bから第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bに分配された冷媒は、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを並行して流れ、その後に合流される。
その結果、暖房時には、圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、六方弁102を経由して室内熱交換器8に至って凝縮し、膨張弁7、六方弁102を経由して第1流路切替弁3aへ流入する。さらに冷媒は、第1流路切替弁3aから第2入口ヘッダ4bを経由して第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bに流入し、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bで蒸発される。第1熱交換部5aに流入した冷媒は、出口ヘッダ6、第2流路切替弁3bを経由して、第2熱交換部5bの出口側で第2熱交換部5bを通過した冷媒と合流する。合流した冷媒は、さらに六方弁102を経由して圧縮機1へ戻る(図4破線矢印参照)。
[第1熱交換部5aと第2熱交換部5bの各構成]
ここで、冷房時と暖房時において、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bの伝熱面積をAa,Abとし、熱交換容量をVa,Vbとし、流路数をNa,Nbとすると、Aa>Ab、Va>Vb、Na>Nbとなるように第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを構成する。
ここで、冷房時と暖房時において、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bの伝熱面積をAa,Abとし、熱交換容量をVa,Vbとし、流路数をNa,Nbとすると、Aa>Ab、Va>Vb、Na>Nbとなるように第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを構成する。
すると、図7に示した冷房時には、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bとは直列に接続され、室外熱交換器全体としては、冷房時にガスリッチとなる入口側では、流路数はNaとなり、液リッチとなる出口側では、流路数はNbとなる。すなわち冷媒入口側の流路数の方が出口側の流路数よりも多くなる。
また、図8に示した暖房時には、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bとは並列に接続される。このとき、室外熱交換器全体としては、第1熱交換部5aの流路数Naと第2熱交換部5bの流路数Nbとの和(Na+Nb)となる。
図9は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の熱交換器の段方向、列方向の配置を示す概略構成図である。図9には、図1、図3および図4に記載された第1熱交換部5aと熱交換部5bの各流路の段方向、列方向の配置が示される。第1熱交換部5aと第2熱交換部5bの列数Rが同等の場合、熱交換器の段数Cは、第1熱交換部5aの段数Caおよび第2熱交換部5bの段数Cbとすると、Ca>Cbの関係となるように各熱交換部を構成することが好ましい。また、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bの段数Cが同等の場合、熱交換器の列数Rは、第1熱交換部5aの列数Raおよび第2熱交換部5bの列数Rbとすると、Ra>Rbの関係となるように各熱交換部を構成することが好ましい。
なお、冷媒の凝縮時には流れが下流になるに従い液相比率が上がり重力の影響を受けやすくなるため、重力方向に沿って流れるように熱交換器を構成することが好ましい。冷媒の蒸発時には流れが下流になるに従いガス相比率が上がり、重力の影響を受けにくくなるため、かならずしも重力方向に沿って冷媒を流す必要はなく、重力方向に逆らって流れるよう熱交換器を構成しても良い。
図10は、冷凍サイクル装置のP‐h線図を示す図である。本実施の形態の冷凍サイクル装置において、液部はガス・二相部より凝縮器における比率が小さい。このため、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bについて、伝熱面積AをそれぞれAaおよびAbとし、熱交容積VをそれぞれVaおよびVbとし、流路数NをそれぞれNaおよびNbとして、Aa>Ab、Va>Vb、Na>Nbの関係となるように熱交換部を構成する。このようにして、圧力損失の大きいガス・二相部の大半または全部を第1熱交換部5aで熱交換させ、第2熱交換部5bを流れる冷媒の大半または全部が液相となるように室外熱交換器を分割することが好ましい。
図11は、冷凍サイクルの空気-冷媒間の温度差比に対する第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bの流路数比(Nb/Na)の関係を示す図である。図11に示すように、空気-冷媒間の温度差比が小さくなるにしたがって流路数比(Nb/Na)が小さくなるように、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを構成する方が好ましい。
なお、図11により示した関係により得られる流路数比はある1条件における状態の比率を示しており、実際の熱交換器では、室外機のサイズ、コスト、風速分布、構造、冷媒分配等の制約により多少比率を変更してもよい。
また、圧力損失は液比率増加に伴い、密度増加、流速低下により低下し、伝熱性能も低下するため、圧力損失を同等以下にしつつ、流速を増加させ伝熱性能を向上する必要がある。そのため、流路数比(Nb/Na)は少なくともどの空気-冷媒間の温度差比であっても100%よりも小さくすることが好ましい。
図12は、冷凍サイクルの空気-冷媒間の温度差比に対する第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bの熱交容量比(Vb/Va)の関係を示す図である。図12に示すように、空気-冷媒間の温度差が小さい条件になるに従い、熱交容量比が低減するように、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを構成する方が好ましい。
なお、図12により示した関係より得られる熱交容量比はある1条件における状態の比率を示しており、実際の熱交換器は室外機のサイズ、コスト、風速分布、構造、冷媒分配等の制約により多少比率を変更してもよい。
ただし、熱交容量比は、0%<熱交容量比<50%で示される比率の範囲内である。すなわち、熱交容量比が0%では第2熱交換部5bが無いことになるため、熱交容量比は少なくとも0%よりも大きくなるからである。また、熱交容量比が50%以上となると、ガス・二相部となる伝熱性能の高い第1熱交換部5aの熱交容量が第2熱交換部5bの熱交容量よりも小さくなるため、性能が低下してしまうからである。
[室外熱交換器の冷媒入口部分の分配装置の構成]
室外熱交換器は、暖房運転時には蒸発器として働き低圧の二相冷媒が流入し、冷房運転時に凝縮器として働き、高圧のガス冷媒が流入する。このため、図3に示した冷凍サイクル装置51の流路切替装置112では、冷房と暖房とで流入冷媒の状態が異なるため、冷房時に適した分配装置(ヘッダ4a)と暖房時に適した分配装置(ディストリビュータ4b0)とが設けられている。
室外熱交換器は、暖房運転時には蒸発器として働き低圧の二相冷媒が流入し、冷房運転時に凝縮器として働き、高圧のガス冷媒が流入する。このため、図3に示した冷凍サイクル装置51の流路切替装置112では、冷房と暖房とで流入冷媒の状態が異なるため、冷房時に適した分配装置(ヘッダ4a)と暖房時に適した分配装置(ディストリビュータ4b0)とが設けられている。
ガス冷媒の流入時(冷房時)は、冷媒の分配時に重力や慣性力の影響を受けにくい代わりに冷媒が低密度で圧力損失が増大し易いため、口径の大きなヘッダ4aにて分配する。一方、二相冷媒の流入時(暖房時)は重力や慣性力の影響を受けやすく、分配が不均等になりやすいため、ディストリビュータ4b0およびキャピラリーチューブ等配管圧損の大きな要素を設け、重力や慣性力の影響を相対的に小さくしている。
図4に示した構成では、ディストリビュータ4b0に代えてヘッダ4bを用いる。この場合でも、図3の構成と同様な考慮をすることが好ましい。図4に示した冷凍サイクル装置52の流路切替装置212において、入口ヘッダ4aを経由した冷媒配管13と入口ヘッダ4bを経由した冷媒配管14とは合流部15において合流する。
入口ヘッダ4aから合流部15までの配管13の径をD1、長さをL1とし、入口ヘッダ4bから合流部15までの配管14の径をD2、長さをL2とする。このときに、D1>D2、L1<L2の関係が成り立つことが好ましい。また、第2熱交換部5bに関しても第2流路切替弁3bから合流部19までの配管17の径をD3、長さをL3とし、第2入口ヘッダ4bから合流部19までの配管18の径をD4、長さをL4とすると、D3>D4、L3<L4の関係が成り立つことが好ましい。なお、配管径D2と配管径D4は等しくてもよく、配管長L2と配管長L4とは等しくてもよい。
このように配管径と配管長を工夫することで、分配装置としてヘッダ4bを用いる場合でも、二相冷媒状態での重力や慣性力の影響を相対的に小さくすることができる。
さらに合流部15における配管の配置についても好ましい配置が存在する。図13は、本実施の形態の合流部の配管の配置例を説明するための図である。図14は、図13に示す配管の合流部をXIV-XIV方向から見た図である。図15は、比較例の合流部の配管の配置例を説明するための図である。図16は、図15に示す配管の合流部をXVI-XVI方向から見た図である。
図15、図16に示した比較例のように、配管13の取付角度が、重力方向(0°)と同じ角度をなすように配管13が取り付けられると、配管14から二相冷媒が熱交換部5aに流れる際に、配管13に液冷媒が流れ込んでしまい、冷媒の有効活用の点からは好ましくない。
したがって、本実施の形態では、配管13が配管14よりも重力方向の上側に存在し、図14に示すように合流部15への配管13の取付角度が、破線で示すように重力方向を0°とすると、90°<θ≦180°または-180°≦θ<-90°となるように取り付けられている。また、実線で示すように角度が±180°となるように配管13が取り付けられていることが最も好ましい。
なお、図1に示した実施の形態1の流路切替装置2および流路切替装置12は、種々の構成で実現することができる。ここに、いくつかの構成例を示す。
図17は、流路切替装置の変形例1を示した図である。図17に示す冷凍サイクル装置53は、図4に示した冷凍サイクル装置52の構成において、六方弁102に代えて流路切替装置302を含む。流路切替装置302は、四方弁100と、4つの逆止弁7aa~7adを用いたブリッジ回路とを含む。
図18は、流路切替装置の変形例2を示した図である。図18に示す冷凍サイクル装置54は、図4に示した冷凍サイクル装置52の構成において、六方弁102に代えて流路切替装置402を含む。流路切替装置402は、四方弁100と、4つの開閉弁101a~101dを用いたブリッジ回路とを含む。
図19は、流路切替装置の変形例3を示した図である。図19に示す冷凍サイクル装置55は、図4に示した冷凍サイクル装置52の構成において、六方弁102に代えて流路切替装置302を含み、流路切替装置212に代えて流路切替装置512を含む。流路切替装置302は、四方弁100と、4つの逆止弁7aa~7adを用いたブリッジ回路とを含む。流路切替装置512は、流路切替装置212の構成において、切替弁3a,3bを4つの開閉弁101e~101hに置換したものである。
なお、図示しないが、図18の流路切替装置402と図19の流路切替装置512とを組み合わせて使用しても良い。
以上のような変形例においても、図4に示した構成と同様に冷媒の流れを切替制御することができる。
なお、第1入口ヘッダ4aおよび第2入口ヘッダ4bは、図中では長手方向が垂直方向となるように配置した例を示したが、長手方向を水平に配置してもよい。また、膨張弁7の取付位置を室内機にしてもよい。
以上の構成は冷媒の流れの切替えを実現可能かつ冷暖房運転が可能な最小要素であり、気液分岐器、レシーバー、アキュームレータ、高低圧熱交換器等の機器が接続されて冷凍サイクル装置が形成されてもよい。
室外機熱交換器(第1熱交換部5a、第2熱交換部5b)および室内機熱交換器(室内熱交換器8)は、たとえば、プレートフィン熱交換器、フィンアンドチューブ熱交換器、扁平管(多穴管)熱交換器、コルゲート型熱交換器のいずれであってもよい。
冷媒と熱交換させる熱交換媒体は、空気の他に、水、不凍液(例えばプロピレングリコール、エチレングリコール等)であってもよい。
熱交換器の種類およびフィンの形状等は室外機熱交換器および室内機熱交換器で別々であってもよい。例えば、室外機熱交換器は扁平管が適用され、室内機熱交換器はフィンアンドチューブ熱交換器が適用されてもよい。
また、本実施の形態では、室外機が第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを備える場合についてのみ記載しているが、室内機に関して同様の回路構成を備え、冷房時に並列、暖房時に直列となるよう形成されていてもよい。なお、室外機と室内機とで冷暖房時の役割が入替わるため直列・並列も入替わる。
本実施の形態では、室外機熱交換器は第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bの2つに分割されているが、室内外機熱交換器の少なくともいずれかは3つ以上に分割されてもよい。例えば、ガス相・二相・液相の各相別に各室内外機熱交換器の熱交容量、流路数が最適となるように構成を変更しても良い。
次に、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置は、冷暖房時のいずれにおいても同一方向で室外機の熱交換器に冷媒が流入するとともに、分割した熱交換器を冷房時(凝縮時)に直列接続となり、暖房時(蒸発時)に並列接続となるよう形成する。そしてさらに、室外熱交換器入口側において冷房/暖房に適した複数の分配装置を設けることで、冷房/暖房のいずれにおいても冷媒を熱交換器の複数の流路に均等に分配することができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置は、冷暖房時のいずれにおいても同一方向で室外機の熱交換器に冷媒が流入するとともに、分割した熱交換器を冷房時(凝縮時)に直列接続となり、暖房時(蒸発時)に並列接続となるよう形成する。そしてさらに、室外熱交換器入口側において冷房/暖房に適した複数の分配装置を設けることで、冷房/暖房のいずれにおいても冷媒を熱交換器の複数の流路に均等に分配することができる。
図20は、実施の形態1に係る冷房と暖房とでパス数を可変とした時のCOPのピークの差を示す概略構成図である。実施の形態1に係る冷凍サイクル装置によれば、第1熱交換部5aの熱交換器容量を第2熱交換部5bの熱交換器容量よりも大きく、第1熱交換部5aの流路の数は、第2熱交換部5bの流路の数よりも多い。このため、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bが冷房時に直列配置となり、暖房時に並列配置となると、図20に示すように、冷房時と暖房時においてそれぞれ適した流路数(パス数)となるように流路数が変更される。
また、最適な流路数を形成することで、冷房、暖房の各々で成績係数(COP:Coefficient of Performance)を向上させることができると共に期間効率(APF:Annual Performance Factor)を向上させことができる。
また、冷房時に第1熱交換部5aの熱交換器容量を第2熱交換部5bの熱交換器容量よりも大きくすることで、第2熱交換部5bに流入する冷媒が流速の遅くなる液相領域の比率を大きくすることができる。
また、冷房時に第1熱交換部5aの流路数を第2熱交換部5bの流路数よりも多くすることで、第2熱交換部5bに流入する冷媒の流速を上げることができる。
また、第1熱交換部5aの流路数、熱交換器容量を第2熱交換部5bの流路数、熱交換器容量よりも多くすることで、ガス・二相領域の圧損を低減しつつ、圧損の小さい液相領域では伝熱性能を向上することができる。
また、本実施の形態では、第1入口ヘッダ4aから合流部15までの配管13の径D1、長さL1と、第2入口ヘッダ4bから合流部15までの配管14の径D2、長さL2との関係が、D1>D2、L1<L2となり、第2流路切替弁3bから合流部19までの配管17の径D3、長さL3と、第2入口ヘッダ4bから合流部19までの配管18の径D4、長さL4との関係がD3>D4、L3<L4となるように流路を形成する。これによって、冷房時には、第1入口ヘッダ4aから合流部まで流れる際の圧力損失を低減することができる。また、暖房時には、第1入口ヘッダ4aから合流部まで流れる際に二相冷媒を均等に分配することができる(重力の影響よりも配管圧損の影響が大になるため)。
また、図13、図14に示すように、配管13が配管14よりも重力方向の上側に存在し、合流部15への配管13の取付角度が、破線で示すように重力方向を0°とすると、90°<θ≦180°または-180°≦θ<-90°となるように取り付けられている。このため、暖房時に二相冷媒が第2入口ヘッダ4bから第1熱交換部5a流れる際、合流部15で液冷媒が第1入口ヘッダ4bに流入するのを防止することができる。
これらの構成によって、冷媒を均等に分配することで、熱交換部における伝熱性能を向上することができる。伝熱性能が向上することで、冷凍サイクルの動作圧力が高圧側で低下し、低圧側で上昇するため、圧縮機入力が低減し、冷凍サイクルの性能を向上させることができる。
また、暖房時に、室外熱交換器の流路数を、第1熱交換部5aと第2熱交換部5bの流路数の和となるようにすることで、冷媒が流れる各流路の長さを短くすることができる。また、暖房時に、流路数を増加させ、流路の長さを短くすることで、蒸発時の圧力降下を低減することができる。
実施の形態2.
図21は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図21を参照して、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置56は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置612と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置612は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bと、逆止弁7ba~7bdと、逆止弁7ca~7ceとを含む。
図21は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図21を参照して、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置56は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置612と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置612は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bと、逆止弁7ba~7bdと、逆止弁7ca~7ceとを含む。
なお、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置56は、基本構成は実施の形態1と同じであるが、第1入口ヘッダ4aの下流と、第2入口ヘッダ4bの下流に逆止弁7ba~7bdおよび逆止弁7ca~7ceを設けている点が異なる。なお、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
また、図による記載はしないが、流路切替装置2として、六方弁102に代えて、流路切替装置302,402のいずれの回路を用いて回路を形成してもよく、流路切替装置12の切替部3として、切替弁3a,3bに代えて、開閉弁101e~101gを用いて回路を形成してもよい。
実施の形態1のように入口ヘッダ4aおよび4bの下流に逆止弁を設けていない回路を構成すると、例えば冷房時、第1流路切替弁3aから第2入口ヘッダ4bを経て合流部15に至る流路は流れの無い滞留部となる。この滞留部においてガス冷媒が外気に放熱することで液冷媒状態となり、冷媒が滞留してしまう可能性がある。滞留部に液冷媒が滞留することで循環する冷媒量が減少するため、最大性能を発揮するために必要な冷媒量が増加してしまうといった課題がある。
また、逆止弁が無いと暖房時は合流部15から少なくともガス冷媒が第1入口ヘッダ4aを経由して他の経路に流入する可能性があり、流入した場合、各経路の二相流入時の乾き度が設計時と比較して変化してしまい、結果として伝熱性能が低下してしまうといった課題がある。
上記のような現象を発生させないため、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置では第1入口ヘッダ4aの下流と、第2入口ヘッダ4bの下流にそれぞれ逆止弁7ba~7bdおよび逆止弁7ca~7ceを設けることで、冷媒の滞留および逆流をさせない回路を形成している。
なお、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の基本的な冷暖房運転については実施の形態1と同様のため省略する。
次に、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
実施の形態2では、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bの下流に逆止弁7ba~7bdおよび逆止弁7ca~7ceを設けることで、冷房時に第2入口ヘッダ4b側に冷媒が滞留することを防止することができる。また、暖房時に冷媒の逆流を防止することができる。
実施の形態2では、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bの下流に逆止弁7ba~7bdおよび逆止弁7ca~7ceを設けることで、冷房時に第2入口ヘッダ4b側に冷媒が滞留することを防止することができる。また、暖房時に冷媒の逆流を防止することができる。
また、冷媒の逆流が防止されるので、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bと、第1熱交換部5aとの合流部15のガス側配管の取付角度を、図14の破線で示すように重力方向を0°としたときに-90°<θ<90°としてもよくなり、配管の配置の自由度が増す。
また、冷媒の滞留を防止することで、最大性能を発揮するために必要な冷媒量を少なくすることができる。
実施の形態3.
図22は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図22を参照して、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置57は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置712と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置712は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bと、開閉弁101aa~101adと、開閉弁101ba~101beとを含む。
図22は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図22を参照して、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置57は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置712と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置712は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bと、開閉弁101aa~101adと、開閉弁101ba~101beとを含む。
なお、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置57は、基本構成は実施の形態1と同じであるが、第1入口ヘッダ4aの下流と、第2入口ヘッダ4bの下流にそれぞれ開閉弁101aa~101adおよび開閉弁101ba~101beを設けている点が異なる。なお、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
また、図による記載はしないが、流路切替装置2として、六方弁102に代えて、流路切替装置302,402のいずれの回路を用いて回路を形成してもよく、流路切替装置12の切替部3として、切替弁3a,3bに代えて、開閉弁101e~101gを用いて回路を形成してもよい。
たとえば、実施の形態1のような冷凍サイクル装置では、高外気暖房時、低外気冷房時および低容量冷暖房運転時において、高圧低減または能力低減のために圧縮機周波数が低下すると、必要な圧縮比が確保できなくなり、場合によっては高圧低下により凝縮器出口で過冷却度を確保できず膨張弁入口側に二相流入してしまうといった課題がある。
また、圧縮機周波数を下限周波数まで低下させたときの空調能力が、空調負荷が低いときの目標能力以上となってしまう場合には、頻繁に圧縮機が運転と停止とを繰り返してしまうといった課題がある。
上記のような動作をさせないため、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置では低外気温時の冷房運転時または低容量冷房運転時に開閉弁101aa~101adのうち少なくとも1つ以上を閉止し、開閉弁101ba~101beを閉止することで、第1熱交換部5aに流入する冷媒箇所を制限する。このように制御することによって、熱交換器容量(AK値)を下げる回路を形成してもよい。なお、AK値は熱交換器における熱通過率Kと伝熱面積Aとを乗じた値であり、熱交換器の伝熱特性を表すものである。
なお、第2流路切替弁3bを通常の冷暖房時と逆に切替えて第2熱交換部5bを経由させないように流路を設定することによって熱交換器容量を下げても良い。この方法は、特に記載していないが、実施の形態1または2の各構成に対しても適用可能である。
また、高外気温時の暖房運転または低容量暖房運転時は、開閉弁101aa~101adを閉止しかつ開閉弁101ba~101beの内の一部(少なくとも1つ以上)を閉止して、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bへの冷媒の流入箇所を制限することで熱交換器容量(AK値)を下げる回路を形成してもよい。
次に、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の動作の一例について説明する。なお、基本的な冷暖房運転については実施の形態1と同様のため省略する。
低外気温時の冷房運転時または低容量冷房運転時に開閉弁101aa~101adのうち少なくとも1つ以上を閉止し、開閉弁101ba~101beを閉止する。圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、六方弁102、第1流路切替弁3aを経由して、第1入口ヘッダ4aに流入した後、開閉弁101ba~101beの内開いている開閉弁を通じて第1熱交換部5aに流入し、凝縮される。第1熱交換部5aで凝縮された冷媒は、第1熱交換部5aから室外機出口ヘッダ6、第2流路切替弁3bを経由して第2熱交換部5bでさらに凝縮される。その後、冷媒は、第2熱交換部5bから六方弁102および膨張弁7を経由し室内熱交換器8で蒸発し、再び六方弁102を経由して圧縮機1へ戻る(図22の実線矢印参照)。
なお、第2流路切替弁3bの流路を切替えて第2熱交換部5bを経由させないようにして、熱交換器容量を変更してもよい。
また、高外気温時の暖房運転または低容量暖房運転時には、開閉弁101aa~101adを閉止し、かつ開閉弁101ba~101beの内の一部(少なくとも1つ以上)を閉止する。このとき圧縮機1より高温高圧のガス冷媒は、六方弁102を経由して室内熱交換器8に流入し、凝縮される。室内熱交換器8で凝縮された冷媒は、膨張弁7、六方弁102、第1流路切替弁3aを経由して、第2入口ヘッダ4bに流入する。その後冷媒は、第2入口ヘッダ4bから開閉弁101ba~101beの内開いている開閉弁を通じて第1熱交換部5aまたは第2熱交換部5bに流入し、蒸発される。第1熱交換部5aに流入した冷媒は、室外機出口ヘッダ6、第2流路切替弁3bを経由して第2熱交換部5b出口側で第2熱交換部5bを通過した冷媒と合流した後に、六方弁102を経由して圧縮機1へ戻る(図22の破線矢印参照)。
次に、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。実施の形態3の冷凍サイクル装置は、高外気暖房、低外気冷房時や低容量冷暖房運転時に、開閉弁の開閉および流路切替弁を切換えることで熱交換器の容量を変更することができる。
実施の形態3では、低外気温時の冷房運転時または低容量冷房運転時に開閉弁101aa~101adのうち少なくとも1つ以上を閉止し、開閉弁101ba~101beを閉止することで、熱交容量(AK値)を下げ凝縮圧力を上げる事で圧縮比、過冷却度を確保することができる。
また、高外気温時の暖房運転または低容量暖房運転時に開閉弁101aa~101adを閉止し、かつ開閉弁101ba~101beの内少なくとも1つ以上を閉止して、熱交容量(AK値)を下げ凝縮圧力を上げることによって、圧縮比、過冷却度を確保することができる。
また、低外気温時の冷房運転時または低容量冷房運転時に、開閉弁101aa~101adのうち少なくとも1つ以上を閉止し、開閉弁101ba~101beを閉止することで、圧縮機が頻繁に発停を繰り返すことを防止することができる。
また、高外気温時の暖房運転または低容量暖房運転時に、開閉弁101aa~101adを閉止し、開閉弁101ba~101beの内少なくとも1つ以上を閉止することで、圧縮機が頻繁に発停を繰り返すことを防止することができる。
高外気暖房、低外気冷房時や低容量冷暖房運転時でも運転を継続可能にすることで、冷凍サイクル装置の運転範囲を従来よりも拡大することができる。
実施の形態4.
図23は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図23を参照して、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置58は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置812と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置812は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第3入口ヘッダ4cとを含む。
図23は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図23を参照して、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置58は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置812と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置812は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第3入口ヘッダ4cとを含む。
なお、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置58は、基本構成は実施の形態1と同じであるが、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bの代わりに、内容積を二分する一体型の第3入口ヘッダ4cを設けている点が異なる。なお、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
図24は、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の第3入口ヘッダ4cの概略図である。図25は、図24のXXV-XXV断面を示した図である。図24、図25を参照して、第3入口ヘッダ4cは、円筒状のヘッダ筐体4cxと、筐体4cx内に設けられた仕切り板4cyとを有する。仕切り板4cyによって、第3入口ヘッダ4cは、領域4caと領域4cbとに二分される。領域4caは、冷房運転時にガス冷媒を流す領域であり、入口ヘッダ4aに相当する。領域4cbは暖房運転時に二相冷媒を流す領域であり、入口ヘッダ4bに相当する。領域4caと領域4cbとは、仕切り板4cyによって相互に冷媒が漏れないように仕切られている。
なお、図25では、ヘッダ筐体4cxは、円筒形であるが、断面が矩形の直方体であってもよい。図23では、第1流路切替弁3aから冷媒が流入する入口ヘッダ4cの流入口はヘッダ下部に設けられているが、側面の任意位置または上部に流入口が設けられていても良い。
また、仕切り板4cyは、ガス側領域4caの容積がヘッダ筐体4cxの容積の50%以上となるように設けることが好ましい。ガス側領域4caの方が分配時に圧力損失を抑えた方が良く、二相側領域4cbの方が分配時に重力や慣性力等の影響を受けにくいように管径を細くした方が良いからである。
同様な理由から、第3入口ヘッダ4cのガス側領域4caから合流部15までの配管13の径をD5、長さをL5とし、第3入口ヘッダ4cの二相側領域4cbから合流部15までの配管14の径をD6、長さをL6とすると、D5>D6、L5<L6の関係が成り立つように流路を構成することが好ましい。また、第2流路切替弁3bから合流部19までの配管17の径をD8、長さをL8とし、第3入口ヘッダ4cの二相側領域4cbから合流部19までの配管18の径をD9、長さをL9とすると、D8>D9、L8<L9の関係が成り立つように流路を構成することが好ましい。
図13、図14に示した形状と同様に、図23における第3入口ヘッダ4cと、第1熱交換部5a、第2熱交換部5bとの合流部15,19でのガス側配管の取付角度は、重力方向を0°とすると、90°<θ≦180°または-180°≦θ<-90°となるように取り付けることが好ましい。
実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の動作例については、基本的には実施の形態1と同様のため省略する。
次に、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。実施の形態4に係る冷凍サイクル装置は、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bの代わりに一体型の第3入口ヘッダ4cを設けることで、実施の形態1と同様の効果を得つつ、部品点数をさらに低減することができる。部品点数を低減することで取り付け作業を簡素にすることができる。部品点数削減および取り付け作業簡素化によりコストを低減することができる。
また、第3入口ヘッダ4cのガス側の容積≧50%とすることで凝縮時の圧力損失を低減することができる(ガス側流路確保することで圧損が小さくなるため)。凝縮時の圧力損失を低減することで、圧縮機高圧側圧力の高圧化を低減することができる。圧縮機高圧側圧力の高圧化を低減することで、圧縮機出口温度を低減することができる。また、圧縮機高圧側圧力の高圧化を低減することで、圧縮機入力を低減することができる。
実施の形態5.
図26は、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図26を参照して、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置59は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置912と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置912は、第3流路切替弁3cと、第3入口ヘッダ4cとを含む。
図26は、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図26を参照して、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置59は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置912と、膨張弁7と、室内熱交換器8と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6とを含む。流路切替装置912は、第3流路切替弁3cと、第3入口ヘッダ4cとを含む。
なお、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置59は、基本構成は実施の形態4と同じであるが、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bの代わりに一体型の第3流路切替弁3cを設けている点が異なる。なお、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
図27は、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の第3流路切替弁3cの冷房時の状態を示す図である。図28は、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の第3流路切替弁3cの暖房時の状態を示す図である。
図27、図28を参照して、第3流路切替弁3cは、冷媒が出入りするポート3ca~3cfと、複数の弁体105と、複数の弁体105を1軸で上下に駆動させるプランジャ(可動鉄心)104と、プランジャ104を駆動するコイル103と、弁座106とを備える。第3流路切替弁3cは、冷暖房運転時にコイル103により弁体105を制御して流路を切替える機能を有する。冷房時には、図27に示すように、コイル103は非通電とされ、バネによってプランジャ104が下方に移動し、実線矢印に示すように冷媒が流れる流路が形成される。暖房時には、図28に示すように、コイル103に通電され、プランジャ104が吸引され上方に移動し、破線矢印に示すように冷媒が流れる流路が形成される。
また、図26において、第3入口ヘッダ4cガス側から合流部15までの配管13の径をD5、長さをL5、第3入口ヘッダ4c二相側から合流部15までの配管14の径をD6、長さをL6とすると、D5>D6、L5<L6の関係が成り立つように流路を形成することが好ましい。また、第3流路切替弁3cから合流部19までの配管17の径をD7、長さをL7とし、第3入口ヘッダ4c二相側から合流部19までの配管18の径をD8、長さをL8とすると、D7>D8、L7<L8の関係が成り立つように流路を形成することが好ましい。
次に、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の動作例を説明する。なお、基本的な冷暖房運転については実施の形態4と同様のため省略する。
冷房時には、第3流路切替弁3cは、図27に示した形態となり、六方弁102(ポートP3)からポート3cbに流入した冷媒は、ポート3ccから第3入口ヘッダ4cに向けて流出する。その際ポート3caは、弁体105と弁座106により流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
また、室外機出口ヘッダ6からポート3ceへ流入した冷媒は、ポート3cfから第2熱交換部5bに向けて流出する。その際ポート3cdは、弁体105と弁座106により流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
一方、暖房時には、第3流路切替弁3cは、図28に示した形態となり、六方弁102(ポートP3)からポート3cbへ流入した冷媒は、ポート3caから第3入口ヘッダ4cに向けて流出する。その際ポート3ccは、弁体105と弁座106により流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
また、室外機出口ヘッダ6からポート3ceへ流入した冷媒は、ポート3cdから第2熱交換部5bの出口側流路に向けて流出し、第2熱交換部5bを通過した冷媒と合流する。その際ポート3cfは弁体105と弁座106により流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
次に、実施の形態5に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。実施の形態5に係る冷凍サイクル装置は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bの代わりに一体型の第3流路切替弁3cを設けることで、実施の形態4と同様の効果を得つつ、部品点数をさらに低減することができる。
また、第3流路切替弁3cは1軸で複数の弁体を動かすため、プランジャ(駆動部)とコイルが1つの構成で構築できる。このため、コストを抑えた構成とすることができる。
また、第3流路切替弁3cは1軸の弁体を制御することによって複数の流路を同時に制御でき、操作性に優れている。
実施の形態6.
図29は、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図29を参照して、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置60は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置612と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6と、膨張弁7と、室内熱交換器8とを含む。流路切替装置612は、第4流路切替弁3dを備える。
図29は、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図29を参照して、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置60は、圧縮機1と、六方弁102と、流路切替装置612と、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6と、膨張弁7と、室内熱交換器8とを含む。流路切替装置612は、第4流路切替弁3dを備える。
なお、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置60は、基本構成は実施の形態1と同じであるが、第1流路切替弁3a、第2流路切替弁3b、第1入口ヘッダ4a、第2入口ヘッダ4bの代わりに、一体型の第4流路切替弁3dを設けている点が異なる。なお、実施の形態1と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
図30は、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の第4流路切替弁3dの冷房時の状態を示す図である。図31は、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の第4流路切替弁3dの暖房時の状態を示す図である。
図30、図31を参照して、第4流路切替弁3dは、冷凍サイクル中を流れる熱交換媒体が流入又は流出するポート200a~200fと、1軸の弁体で周方向に弁が回転する弁体203aと、弁体203aを回転させるモータ202と、上下に駆動する弁体203bと、弁体203bを上下に駆動するコイル201と、弁座204とを有する。
また、図13、図14に示した形状と同様に、図30における第4流路切替弁3dと、第1熱交換部5a、第2熱交換部5bとの合流部15、19でのガス側配管の取付角度は、破線で示すように重力方向を0°とすると、90°<θ≦180°または-180°≦θ<-90°となるように取り付けることが好ましい。
また、第4流路切替弁3dのポート200b(ガス側)と、第4流路切替弁3dのポート200c(二相側)との合流部15について、第4流路切替弁3dのポート200b(ガス側)から合流部15までの配管13の径をD9、長さをL9とし、第4流路切替弁3dのポート200c(二相側)から合流部15までの配管14の径をD10、長さをL10とすると、D9>D10、L9<L10の関係が成り立つように流路を形成することが好ましい。同様に、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bとの合流部19について、第4流路切替弁3d(ポート200e)から合流部19までの配管径をD11、長さをL11とし、第4流路切替弁3d液側(ポート200c)から合流部19までの配管径をD12、長さをL12とすると、D11>D12、L11<L12の関係が成り立つように流路を形成することが好ましい。
次に、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の動作例について説明する。なお、基本的な冷暖房運転については実施の形態4と同様のため省略する。
冷房時、第4流路切替弁3dは、図30に示した形態となり、六方弁102(ポートP3)からポート200aへ流入した冷媒は、ポート200bから第1熱交換部5aに向けて流出する。その際ポート200cは弁体203aにより流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
また、室外機出口ヘッダ6からポート200dへ流入した冷媒は、ポート200eから第2熱交換部5bに向けて流出する。その際ポート200fには、弁体203bと弁座204により流路が閉止されるため、冷媒は流れない。
暖房時、第4流路切替弁3dは、図31に示した形態となり、六方弁102(ポートP3)からポート200aへ流入した冷媒は、ポート200cから流出し、第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bに並行して流入する。その際、弁体203aにより流路が閉止されるため、ポート200bには冷媒は流れない。
また、室外機出口ヘッダ6からポート200dへ流入した冷媒は、ポート200fから第2熱交換部5bの出口側流路に流出し、第2熱交換部5bを通過した冷媒と合流する。その際、弁体203bと弁座204により流路が閉止されるため、ポート200eには冷媒は流れない。
次に、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。実施の形態6に係る冷凍サイクル装置は、第1流路切替弁3aと、第2流路切替弁3bと、第1入口ヘッダ4aと、第2入口ヘッダ4bの代わりに一体型の第4流路切替弁3dを設けることで、実施の形態1と同様の効果を得つつ、部品点数を低減することができる。
実施の形態7.
実施の形態6では、一体型の第4流路切替弁3dを設け、入口ヘッダ4a,4b、切替弁3a,3bの働きを1つの部品で実現した。この実施の形態6の構成に高低圧熱交換器、レシーバー、気液分離器を組み合わせて用いても良い。
実施の形態6では、一体型の第4流路切替弁3dを設け、入口ヘッダ4a,4b、切替弁3a,3bの働きを1つの部品で実現した。この実施の形態6の構成に高低圧熱交換器、レシーバー、気液分離器を組み合わせて用いても良い。
図32は、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の第1構成例を示す図である。図33は、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の第2構成例を示す図である。図34は、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の第3構成例を示す図である。
図32~図34のいずれの構成例においても、冷凍サイクル装置が、圧縮機1と、六方弁102と、第4流路切替弁3dと、第1熱交換部5aと、第2熱交換部5bと、室外機出口ヘッダ6と、膨張弁7と、室内熱交換器8とを含む点は同じである。
これらの構成に加えて、暖房運転時に室内熱交換器8下流側から膨張弁7または7bまたは7cに至る流路で、冷媒が過冷却状態または飽和液状態となるように以下の構成が追加される。
図32に示す冷凍サイクル装置61は、高低圧熱交換器350をさらに備える点が実施の形態6の冷凍サイクル装置と異なる。高低圧熱交換器350は、暖房時に室内熱交換器8から膨張弁7に向かって流れる冷媒と圧縮機1の吸入口側配管に流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。
図33に示す冷凍サイクル装置62は、レシーバー351をさらに備え、膨張弁7に代えて膨張弁7aと膨張弁7bを備える点が実施の形態6の冷凍サイクル装置と異なる。レシーバー351は、暖房時に高圧側の膨張弁7bから低圧側の膨張弁7aに向かう途中に貯留された液冷媒と圧縮機1の吸入口側配管に流れる冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。
図34に示す冷凍サイクル装置63は、気液分離器352と、ガス逃し用膨張弁7cとをさらに備える点が実施の形態6の冷凍サイクル装置と異なる。
図32~図34に示した構成とすることによって、暖房運転時において室内熱交換器8下流側から膨張弁7または7bまたは7cに至る流路で、冷媒を過冷却状態または飽和液状態とすることができる。
また、室内側にて同様の効果を得る場合、冷房運転時に膨張弁7下流で過冷却状態または飽和液状態となるよう各要素を設けてもよい。簡略のため図は省略するが、第1熱交換部5a、第2熱交換部5bと室内熱交換器8をそれぞれ第1室内機熱交換部、第2室内機熱交換部および室外熱交換器に置換し、冷媒流れは、冷房時と暖房時で逆にすればよい。
次に、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の動作例について説明する。なお、基本的な冷暖房運転については実施の形態6と同様のため省略する。
図32に示した冷凍サイクル装置61では、暖房時、室内熱交換器8にて凝縮された冷媒は、六方弁102のポートP2から圧縮機1に向けて流れる低圧低温の冷媒と高低圧熱交換器350において熱交換し、過冷却度が増加した後に、膨張弁7へ流入する。
また、図32に示した冷凍サイクル装置61では、冷房時、膨張弁7から流出後の低温低圧の冷媒は、六方弁102のポートP2から圧縮機1に向けて流れる低圧低温の冷媒とは温度差が小さいため高低圧熱交換器350では熱交換されず、室内熱交換器8へ流入する。
図33に示した冷凍サイクル装置62では、暖房時、室内熱交換器8にて凝縮された冷媒は、高圧側の膨張弁7bで膨張した後、レシーバー351で気液分離され、さらに六方弁102のポートP2から圧縮機1に向けて流れる低圧低温の冷媒とレシーバー351中で熱交換し、少なくとも飽和液が低圧側の膨張弁7aへ流入する。
また、図33に示した冷凍サイクル装置62では、冷房時、膨張弁7aから流出した冷媒は、レシーバー351で気液分離され、さらに六方弁102のポートP2から圧縮機1に向けて流れる低圧低温の冷媒と熱交換し、少なくとも飽和液が低圧側の膨張弁7bへ流入する。
図34に示した冷凍サイクル装置63では、暖房時、室内熱交換器8にて凝縮された冷媒は、膨張弁7で膨張後、気液分離器352で気液分離され、飽和液が六方弁102のポートP5へ流入する。また、気液分離器352において分離されたガス冷媒は膨張弁7cを経由して、蒸発後の冷媒と合流し六方弁102のポートP4へ流入する。
また、図34に示した冷凍サイクル装置63では、冷房時、気液分離器352は、凝縮後の液冷媒で満たされた状態となり、飽和液または過冷却液が膨張弁7へ流入する。
次に、実施の形態7に係る冷凍サイクル装置の効果について説明する。
図32に示した冷凍サイクル装置61は、高低圧熱交換器350と膨張弁7を設け、凝縮時に凝縮器出口側の過冷却領域において、高圧液冷媒と低圧ガス冷媒とで熱交換することによって、膨張弁7の高圧側ではより過冷却度を得ることができる。また、膨張弁7の高圧側で過冷却度が大きく得られることで、低圧部となる蒸発器入口側の乾き度を小さくすることができる。また、蒸発器入口側の乾き度を小さくすることで冷媒が二相から液相一相に近づくので、ポート200c(実施の形態1の場合入口ヘッダ4b、実施の形態3の場合入口ヘッダ4cの二相流入側)での冷媒をより均等に分配することができる。
図32に示した冷凍サイクル装置61は、高低圧熱交換器350と膨張弁7を設け、凝縮時に凝縮器出口側の過冷却領域において、高圧液冷媒と低圧ガス冷媒とで熱交換することによって、膨張弁7の高圧側ではより過冷却度を得ることができる。また、膨張弁7の高圧側で過冷却度が大きく得られることで、低圧部となる蒸発器入口側の乾き度を小さくすることができる。また、蒸発器入口側の乾き度を小さくすることで冷媒が二相から液相一相に近づくので、ポート200c(実施の形態1の場合入口ヘッダ4b、実施の形態3の場合入口ヘッダ4cの二相流入側)での冷媒をより均等に分配することができる。
図33に示した冷凍サイクル装置62は、レシーバー351と、高圧側および低圧側に分けた膨張弁7a,7bを設けることで、中圧領域となるレシーバー351内で二相分離された飽和液が低圧側の膨張弁に流入することで、低圧部となるレシーバー351の蒸発器入口側の乾き度を小さくすることができる。また、高圧側で過冷却度が大きく得られることで、低圧部となる蒸発器入口側の乾き度を小さくすることができる。また、蒸発器入口側の乾き度を小さくすることで冷媒が二相から液相一相に近づくので、ポート200c(実施の形態1の場合入口ヘッダ4b、実施の形態3の場合入口ヘッダ4c二相流入側)での冷媒をより均等に分配することができる。
図34に示した冷凍サイクル装置63は、気液分離器352と、膨張弁7とガス逃し用膨張弁7cを設けることで、低圧領域となる気液分離器352内で二相分離された飽和液又は低乾き度の冷媒を蒸発器に流入させることができる。また、ガス逃し用膨張弁7cを開閉させることで下流側を流れる冷媒状態を飽和液にするか二相状態にするか選択することができる。また、蒸発器入口側を飽和液または低乾き度にすることで冷媒が二相から液相一相に近づくので、ポート200c(実施の形態1の場合入口ヘッダ4b、実施の形態3の場合入口ヘッダ4cの二相流入側)での二相冷媒をより均等に分配することができる。
実施の形態8.
実施の形態1~7では、室外機が第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを備える場合についてのみ記載しているが、室内機に関しても同様の回路構成を備え、冷房時に並列、暖房時に直列となるよう形成されていてもよい。なお、室外機と室内機とで冷暖房時の役割が入替わるため直列・並列も入替わる。
実施の形態1~7では、室外機が第1熱交換部5aおよび第2熱交換部5bを備える場合についてのみ記載しているが、室内機に関しても同様の回路構成を備え、冷房時に並列、暖房時に直列となるよう形成されていてもよい。なお、室外機と室内機とで冷暖房時の役割が入替わるため直列・並列も入替わる。
図35は、室外熱交換器と室内熱交換器とをそれぞれ分割した場合の冷房時と暖房時の接続状態を示した図である。図35を参照して、冷房時には、室外熱交換器は、凝縮器として働き、2分割された熱交換器は直列接続される。また、冷房時には、室内熱交換器は、蒸発器として働き、2分割された熱交換器は並列接続される。
一方、暖房時には、室外熱交換器は、蒸発器として働き、2分割された熱交換器は並列接続される。また、暖房時には、室内熱交換器は、凝縮器として働き、2分割された熱交換器は直列接続される。
図36は、実施の形態8に係る冷凍サイクル装置の第1構成例を示す図である。図37は、実施の形態8に係る冷凍サイクル装置の第2構成例を示す図である。図38は、実施の形態8に係る冷凍サイクル装置の第3構成例を示す図である。
図36に示す冷凍サイクル装置64は、図19に示した冷凍サイクル装置55の構成において、室内機にも室外機と同様な流路の切替構成を採用したものである。室外機側の構成については、図19と同様であるので説明は省略する。
冷凍サイクル装置64の室内機は、室内熱交換器が分割された熱交換部8a,8bと、出口ヘッダ9と、熱交換部8a,8bの接続を切替える流路切替装置1412と、室内機の冷媒出口と冷媒入口を冷房時と暖房時で同じになるように切替える流路切替装置1402とを含む。
流路切替装置1412は、入口ヘッダ1004a,1004bと、開閉弁1101e~1101gとを含む。流路切替装置1402は、逆止弁7ae,7af,7ag,7ahを含む。
次に冷房時における冷凍サイクル装置64の動作について説明する。冷房時には、開閉弁101f、101g、1101e、1101hが閉止され、開閉弁101e、101h、1101f、1101gが開かれる。また四方弁100は、実線で示すように流路を形成するように制御される。圧縮機1が運転されると、実線矢印で示すように冷媒が流れる。
圧縮機1から吐出された冷媒は、四方弁100、逆止弁7ab、開閉弁101eを経由して室外熱交換器の入口ヘッダ4aに流入し、熱交換部5aの複数の流路に分配される。
熱交換部5aを通過した冷媒は、出口ヘッダ6、開閉弁101hを経由して、熱交換部5bを通過した後に、逆止弁7acを経由して膨張弁7に至る。膨張弁7を通過して減圧された冷媒は、逆止弁7ag、開閉弁1101fを経由して室内熱交換部の入口ヘッダ1004bに至り熱交換部8aの複数の流路および熱交換部8bに分配される。熱交換部8aを通過した冷媒は、出口ヘッダ9および開閉弁1101gを経由し、熱交換部8bを通過した冷媒と合流し、その後逆止弁7afおよび四方弁100を経由して圧縮機1の吸入口に戻る。
以上説明したように、冷房時には、図35に示したように、室外機の熱交換部5a,5bは直列に接続され、室内機の熱交換部8a,8bは並列に接続される。
次に、暖房時における冷凍サイクル装置64の動作について説明する。暖房時には、開閉弁101f、101g、1101e、1101hが開かれ、開閉弁101e、101h、1101f、1101gが閉止される。また四方弁100は、破線で示すように流路を形成するように制御される。圧縮機1が運転されると、破線矢印で示すように冷媒が流れる。
圧縮機1から吐出された冷媒は、四方弁100、逆止弁7ah、開閉弁1101eを経由して室内熱交換器の入口ヘッダ1004aに流入し、熱交換部8aの複数の流路に分配される。
熱交換部8aを通過した冷媒は、出口ヘッダ9、開閉弁1101hを経由し、熱交換部8bを通過した後に、逆止弁7aeを経由して膨張弁7に至る。膨張弁7を通過して減圧された冷媒は、逆止弁7aa、開閉弁101fを経由して室外熱交換部の入口ヘッダ4bに至り熱交換部5aの複数の流路および熱交換部5bの流路に分配される。熱交換部5aを通過した冷媒は、出口ヘッダ6および開閉弁101gを経由し、熱交換部5bを通過した冷媒と合流した後、逆止弁7adおよび四方弁100を経由して圧縮機1の吸入口に戻る。
以上説明したように、暖房時には、図35に示したように、室外機の熱交換部5a,5bは並列に接続され、室内機の熱交換部8a,8bは直列に接続される。
図37に示す冷凍サイクル装置65は、図36に示した冷凍サイクル装置64の構成において、室外機側の流路切替装置302に代えて流路切替装置402を含み、室内機側の流路切替装置1402に代えて流路切替装置1502を含む。流路切替装置402は、開閉弁101a~101dを含む。流路切替装置1502は、開閉弁1101a~1101dを含む。他の部分の構成については、図36と同様であるので説明は省略する。
次に冷房時における冷凍サイクル装置65の動作について説明する。冷房時には、開閉弁101f、101g、1101e、1101hが閉止され、開閉弁101e、101h、1101f、1101gが開かれる。また四方弁100は、実線で示すように流路を形成するように制御される。以上については、図36の冷凍サイクル装置64と同じであるが、冷凍サイクル装置65では、流路切替装置402および流路切替装置1502中の開閉制御がさらに行なわれる。具体的には、冷房時には、開閉弁101b、101c、1101a、1101dが開かれ、開閉弁101a、101d、1101c、1101bが閉止される。冷媒の流れについては、図36の実線矢印に示したものと同じであるので説明は省略する。
次に暖房時における冷凍サイクル装置65の動作について説明する。暖房時には、開閉弁101f、101g、1101e、1101hが開かれ、開閉弁101e、101h、1101f、1101gが閉止される。また四方弁100は、破線で示すように流路を形成するように制御される。以上については、図36の冷凍サイクル装置64と同じであるが、冷凍サイクル装置65では、流路切替装置402および流路切替装置1502中の開閉制御がさらに行なわれる。具体的には、暖房時には、開閉弁101b、101c、1101a、1101dが閉止され、開閉弁101a、101d、1101c、1101bが開かれる。冷媒の流れについては、図36の破線矢印に示したものと同じであるので説明は省略する。
図38に示す冷凍サイクル装置66は、図4に示した冷凍サイクル装置52の構成において、室外機の構成を少し変更し、かつ室内機にも流路の切替構成を採用したものである。室外機側の構成については、冷凍サイクル装置52の構成において、六方弁のポートP2の接続先とポートP4の接続先が入れ替えられ、かつ膨張弁7dが追加されている。室外機側の他の構成については、図4と同様であるので説明は省略する。
冷凍サイクル装置66の室内機は、室内熱交換器が分割された熱交換部8a,8bと、出口ヘッダ9と、熱交換部8a,8bの接続を切替える流路切替装置1612とを含む。
流路切替装置1612は、入口ヘッダ1004a,1004bと、切替弁1003a,1003bとを含む。
次に冷房時における冷凍サイクル装置66の動作について説明する。冷房時には、六方弁は実線で示すように流路を形成するように制御される。また切替弁3a,3b,1003a,1003bは、実線で示される側に流路が切り替えられる。膨張弁7は全開とされ、膨張弁7dは通常の膨張弁として開度が制御される。圧縮機1が運転されると、実線矢印で示すように冷媒が流れる。
圧縮機1から吐出された冷媒は、六方弁102のポートP1,P3、切替弁3aを経由して、室外熱交換器の入口ヘッダ4aに流入し、熱交換部5aの複数の流路に分配される。
熱交換部5aを通過した冷媒は、出口ヘッダ6、切替弁3bを経由して、熱交換部5bを通過した後に、膨張弁7dに至る。膨張弁7dを通過して減圧された冷媒は、六方弁102のポートP2,P6および切替弁1003aを経由して室内熱交換部の入口ヘッダ1004bに至り熱交換部8aの複数の流路および熱交換部8bに分配される。熱交換部8aを通過した冷媒は、出口ヘッダ9および切替弁1003bを経由し、熱交換部8bを通過した冷媒と合流し、その後全開となっている膨張弁7および六方弁102のポートP5,P4を経由して圧縮機1の吸入口に戻る。
以上説明したように、冷房時には、図35に示したように、室外機の熱交換部5a,5bは直列に接続され、室内機の熱交換部8a,8bは並列に接続される。
次に、暖房時における冷凍サイクル装置66の動作について説明する。暖房時には、六方弁102は破線で示すように流路を形成するように制御される。また切替弁3a,3b,1003a,1003bは、破線で示される側に流路が切り替えられる。膨張弁7dは全開とされ、膨張弁7は通常の膨張弁として開度が制御される。圧縮機1が運転されると、破線矢印で示すように冷媒が流れる。
圧縮機1から吐出された冷媒は、六方弁102のポートP1,P6および切替弁1003aを経由して室内熱交換器の入口ヘッダ1004aに流入し、熱交換部8aの複数の流路に分配される。
熱交換部8aを通過した冷媒は、出口ヘッダ9、切替弁1003bを経由し、熱交換部8bを通過した後に、膨張弁7に至る。膨張弁7を通過して減圧された冷媒は、六方弁102のポートP5,P3および第1流路切替弁3aを経由して室外熱交換部の入口ヘッダ4bに至り熱交換部5aの複数の流路および熱交換部5bの流路に分配される。熱交換部5aを通過した冷媒は、出口ヘッダ6および切替弁3bを経由し、熱交換部5bを通過した冷媒と合流した後、全開となっている膨張弁7dおよび六方弁のポートP2,P4を経由して圧縮機の吸入口に戻る。
以上説明したように、暖房時には、図35に示したように、室外機の熱交換部5a,5bは並列に接続され、室内機の熱交換部8a,8bは直列に接続される。
実施の形態8の冷凍サイクル装置によれば、室外機、室内機の各々において、第1熱交換部が第2熱交換部よりも熱交換器容量大きく、流路数が多くなるよう形成することで、冷暖でそれぞれ最適な流路数を形成することができる。これにより、ガス・二相領域の圧損を低減しつつ、圧損の小さい液相領域では伝熱性能を向上することができる。
また、室外機において第1熱交換部5aを第2熱交換部5bよりも大きくすることで、冷房時に第2熱交換部5bに流入する冷媒の液相領域比率が大きくなり、流速を遅くするよう形成できる。
また、室内機において第1熱交換部8aを第2熱交換部8bよりも大きくすることで、暖房時に第2熱交換部8bに流入する冷媒の液相領域比率が大きくなり、流速を遅くするよう形成できる。
また室外機、室内機の各々において、冷房・暖房時に分配装置を変更して冷媒を均等に分配することで、伝熱性能を向上することができる。伝熱性能が向上することで、冷凍サイクルの動作圧力が高圧側で低下し、低圧側で上昇することができる。冷凍サイクルの動作圧力が高圧側で低下し、低圧側で上昇することで圧縮機入力が低減し、冷凍サイクルの性能を向上させることができる。
なお、図36~図38に示した室内機側の構成以外であっても良い。たとえば、実施の形態1~7で説明した流路切替装置12,112,212,512,612,712,812,912,1012,1412,1612のいずれを実施の形態8の室内機側の流路切替装置として採用しても良い。また、室外機側の構成についても実施の形態1~7で説明した構成のいずれを採用しても良い。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 圧縮機、2,12,112,212,302,402,512,612,712,812,912,1012,1402,1412,1502,1612 流路切替装置、3 切替部、3a~3d,1003a,1003b 切替弁、3ca~3cf,200a~200f,P1~P6,P11~P15 ポート、4a,4b,4c,1004a,1004b 入口ヘッダ、4b0 ディストリビュータ、4ca ガス側領域、4cb 二相側領域、4cx ヘッダ筐体、4cy 仕切り板、5 第1熱交換装置、5a,5b,8a,8b 熱交換部、6,9 出口ヘッダ、7,7a~7d 膨張弁、7aa~7ah,7ba~7bd,7ca~7ce 逆止弁、8 第2熱交換装置、13,14,17,18 配管、15,19 合流部、30 制御装置、50~66 冷凍サイクル装置、100 四方弁、101a~101h,101aa~101ad,101ba~101be,1101a~1101h 開閉弁、102 六方弁、103,201 コイル、104 プランジャ、105,203a,203b 弁体、106,204 弁座、202 モータ、350 高低圧熱交換器、351 レシーバー、352 気液分離器。
Claims (15)
- 圧縮機と、
第1熱交換装置と、
膨張弁と、
第2熱交換装置と、
前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する順序を第1順序と第2順序とに切替えるように流路を変更するとともに、前記第1順序および前記第2順序のいずれの順序であっても前記第1熱交換装置の冷媒入口から冷媒が流入し、前記第1熱交換装置の冷媒出口から冷媒が流出するように流路を切り替えるように構成された第1流路切替装置とを備え、
前記第1順序は、冷媒が、前記圧縮機、前記第1熱交換装置、前記膨張弁、前記第2熱交換装置の順に循環する順序であり、
前記第2順序は、冷媒が、前記圧縮機、前記第2熱交換装置、前記膨張弁、前記第1熱交換装置の順に循環する順序であり、
前記第1熱交換装置は、
第1熱交換部と、
第2熱交換部と、
前記冷媒が循環する順序が前記第1順序である場合に、前記第1熱交換部および前記第2熱交換部に順次冷媒を流すとともに、前記冷媒が循環する順序が前記第2順序である場合に、前記第1熱交換部および前記第2熱交換部に並行して冷媒を流すように流路を切り替えるように構成された第2流路切替装置とを含み、
前記第2流路切替装置は、
前記冷媒を前記第1熱交換部の複数の冷媒流路に分配するように構成された第1分配装置と、
前記冷媒を前記第1熱交換部の複数の冷媒流路と前記第2熱交換部とに分配するように構成された第2分配装置と、
前記冷媒が循環する順序が前記第1順序であるか前記第2順序であるかに従って、前記第1熱交換装置の前記冷媒入口を前記第1分配装置に接続するか前記第2分配装置に接続するかを切替えるとともに、前記第1熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒を前記第2熱交換部を通過させるか、第2熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒に合流させるかを切替える切替部とを含む、冷凍サイクル装置。 - 前記切替部は、
前記冷媒が循環する順序が前記第1順序である場合に、冷媒を前記第1分配装置に通過させ、前記冷媒が循環する順序が前記第2順序である場合に、冷媒を前記第2分配装置に通過させるように構成された第1切替弁と、
前記冷媒が循環する順序が前記第1順序である場合に、前記第1熱交換部の冷媒出口を前記第2熱交換部の冷媒入口に接続し、前記冷媒が循環する順序が前記第2順序である場合に、前記第1熱交換部の冷媒出口を前記第2熱交換部の出口に合流させるように構成された第2切替弁とを含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1分配装置は、ヘッダであり、
前記第2分配装置は、ディストリビュータである、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1分配装置は、第1入口ヘッダであり、
前記第2分配装置は、第2入口ヘッダである、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2流路切替装置は、
前記第1分配装置の出口に接続された第1配管と、
前記第1配管に設けられた第1逆止弁と、
前記第2分配装置の出口に接続された第2配管と、
前記第2配管に設けられた第2逆止弁と、
前記第1配管と前記第2配管とが合流した後、前記第1熱交換部に冷媒を送る第3配管とをさらに含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2流路切替装置は、
前記第1分配装置の出口に接続された第1配管と、
前記第1配管に設けられた第1開閉弁と、
前記第2分配装置の出口に接続された第2配管と、
前記第2配管に設けられた第2開閉弁と、
前記第1配管と前記第2配管とが合流した後、前記第1熱交換部に冷媒を送る第3配管とをさらに含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1分配装置および前記第2分配装置は、内容積が仕切り板で2分された入口ヘッダである、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記仕切り板は、前記入口ヘッダの容積を前記第1分配装置に相当する部分が50%以上となるように仕切るように構成される、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記切替部は、
軸と、
前記軸に沿う方向に前記軸を移動させるコイルと、
前記軸の動きに連動して動く複数の弁体と、
前記複数の弁体によって流路が切り替えられる複数の流路が形成された弁本体とを含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記切替部は、
軸と、
前記軸に沿う方向に前記軸を移動させるコイルと、
前記軸を中心として前記軸を回転させるモータと、
前記軸に沿う方向の前記軸の動きに連動して動く第1の弁体と、
前記軸の回転に連動して動く第2の弁体と、
前記第1の弁体および前記第2の弁体によって流路が切り替えられる複数の流路が形成された弁本体とを含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1熱交換部の熱交換容量は、前記第2熱交換部の熱交換容量よりも大きく、前記第1熱交換部において並行して冷媒が流れる冷媒流路の数は、前記第2熱交換部において並行して冷媒が流れる冷媒流路の数よりも多くなるように、前記第1熱交換部および前記第2熱交換部が構成される、請求項1~10のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第2流路切替装置は、
前記第1分配装置の出口に接続された第1配管と、
前記第2分配装置の出口に接続された第2配管と、
前記第1配管と前記第2配管とが合流した後、前記第1熱交換部に冷媒を送る第3配管とをさらに含み、
前記第3配管に沿う方向から前記第1配管と前記第2配管との合流部を見た時に、前記第1配管が前記第2配管に合流する角度は、重力方向を0°とすると、90°より大きくかつ180°以下であるか、または-180°以上でかつ-90°より小さい、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2流路切替装置は、
前記第1分配装置の出口に接続された第1配管と、
前記第2分配装置の出口に接続された第2配管と、
前記第1配管と前記第2配管とが合流した後、前記第1熱交換部に冷媒を送る第3配管とをさらに含み、
前記第1配管の配管径は、前記第2配管の配管径よりも大きく、
前記第1配管の配管長は、前記第2配管の配管長よりも短い、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2流路切替装置は、
前記切替部の出口に接続された第1配管と、
前記第2分配装置の出口に接続された第2配管と、
前記第1配管と前記第2配管とが合流した後、前記第1熱交換部に冷媒を送る第3配管とをさらに含み、
前記第1配管の配管径は、前記第2配管の配管径よりも大きく、
前記第1配管の配管長は、前記第2配管の配管長よりも短い、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2熱交換装置は、
第3熱交換部と、
第4熱交換部と、
前記冷媒が循環する順序が前記第2順序である場合に、前記第3熱交換部および前記第4熱交換部に順次冷媒を流すとともに、前記冷媒が循環する順序が前記第1順序である場合に、前記第3熱交換部および前記第4熱交換部に並行して冷媒を流すように流路を切り替えるように構成された第3流路切替装置とを含み、
前記第3流路切替装置は、
前記冷媒を前記第3熱交換部の複数の冷媒流路に分配するように構成された第3分配装置と、
前記冷媒を前記第3熱交換部の複数の冷媒流路と前記第4熱交換部とに分配するように構成された第4分配装置と、
前記冷媒が循環する順序が前記第1順序であるか前記第2順序であるかに従って、前記第1熱交換装置の前記冷媒入口を前記第1分配装置に接続するか前記第2分配装置に接続するかを切替えるとともに、前記第3熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒を前記第4熱交換部を通過させるか、第4熱交換部の冷媒出口から流出した冷媒に合流させるかを切替える切替部とを含む、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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