JP7142785B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、空調装置に関する。 The present invention relates to an air conditioner.
オゾン層破壊の可能性のあるHCFC(Hydro Chloro Fluoro Carbon)冷媒に代わる各種の代替冷媒を使用しつつ、HCFC冷媒に劣らない実機での成績係数を持ち、かつ動作冷媒として安全に代替冷媒を使用できる空調装置が求められている。 While using various alternative refrigerants to replace HCFC (Hydro Chloro Fluoro Carbon) refrigerant, which has the potential to deplete the ozone layer, it has a coefficient of performance in actual equipment that is comparable to HCFC refrigerants, and can safely use alternative refrigerants as operating refrigerants. There is a demand for an air conditioner that can
特開平7-269964号公報(特許文献1)は、このような空調装置の一例を開示する。この空調装置は、冷媒aが封入された流路Aと、冷媒bが封入された流路Bとを有し、これら各冷媒a,b相互が熱交換する中間熱交換器を有する。 Japanese Patent Laying-Open No. 7-269964 (Patent Document 1) discloses an example of such an air conditioner. This air conditioner has a flow path A containing a refrigerant a and a flow path B containing a refrigerant b, and an intermediate heat exchanger in which the refrigerants a and b exchange heat with each other.
近年、地球温暖化防止が緊急の課題となり、モントリオール議定書のキガリ改正および、欧州F-gas規制が制定され、冷凍空調分野においては、地球温暖化係数(以下、GWP)が小さい冷媒への転換が求められている。空調装置の熱源発生装置である蒸気圧縮式の冷凍サイクルには、主にR410A等のHFC(Hydro Fluoro Carbon)冷媒が用いられてきたが、HFC冷媒はGWPが約2000と非常に大きい。このため、プロパン等のHC(Hydrocarbon)冷媒、HFO(Hydro Fluoro Olefin)冷媒とそれらを主成分とした混合冷媒などがHFC冷媒の代替冷媒として候補に挙げられている。 In recent years, the prevention of global warming has become an urgent issue, and the Kigali Amendment to the Montreal Protocol and the F-gas regulations in Europe have been enacted. It has been demanded. HFC (Hydro Fluoro Carbon) refrigerants such as R410A have mainly been used in vapor compression refrigeration cycles, which are heat source generators for air conditioners. For this reason, HC (Hydrocarbon) refrigerants such as propane, HFO (Hydro Fluoro Olefin) refrigerants, mixed refrigerants containing these refrigerants as main components, and the like have been proposed as alternative refrigerants to HFC refrigerants.
プロパンは強燃性冷媒であるので、室内で用いる場合に国際規格(IEC等)、国内規格(ISO、高圧ガス保安法等)により安全対策の設置および冷媒封入量の制限が課されている。このため、熱源として働く一次回路を室外に配置し、室内には一次回路とは別の熱搬送媒体を使用する二次回路を構成し、中間熱交換器で熱交換した熱搬送媒体を室内熱交換器に搬送する間接式空調システムが開発されている。 Propane is a highly flammable refrigerant, so when used indoors, international standards (IEC, etc.) and domestic standards (ISO, High Pressure Gas Safety Law, etc.) impose safety measures and limits on the amount of refrigerant charged. For this reason, the primary circuit that functions as a heat source is placed outdoors, and a secondary circuit that uses a heat transfer medium that is separate from the primary circuit is configured indoors. Indirect air conditioning systems have been developed that deliver to exchangers.
一般的に、間接式空調システムでは、二次回路側の熱搬送媒体として水が用いられ、駆動装置はポンプが用いられる。水の顕熱を利用する場合は、冷媒の潜熱を利用する場合に比べて液流量が大きくなり、水を搬送するポンプと液配管が大型化し動力も増大する。このため、既存冷媒を用いた直接式空調装置の冷媒配管を水配管にリプレースするのは大変であった。また、そもそも、室内に水配管を持ち込むことが禁止される設備、例えば、多くの大型計算機を設置するデータセンターなどには、水は熱搬送媒体として不適合であった。 Generally, in indirect air conditioning systems, water is used as the heat-carrying medium on the secondary circuit side and a pump is used as the drive. When the sensible heat of water is used, the liquid flow rate is larger than when the latent heat of the refrigerant is used, and the size of the pump and liquid piping for conveying water is increased, and the power is also increased. For this reason, it was difficult to replace the refrigerant pipes of the direct air conditioner using the existing refrigerant with the water pipes. In the first place, water is unsuitable as a heat transfer medium for facilities where it is prohibited to bring water pipes indoors, such as data centers where many large computers are installed.
また、一次回路に冷媒としてR32を使用した空調装置の場合、熱物性値から定まる理論成績係数(以下、理論COPと呼ぶ)は高いが、GWPの値が675であって、国際規制の基準よりかなり大きくなる。また、R32は弱い燃焼性の特性であるため、室内で用いる場合には安全対策も必要であった。そこで、理論COPがR32と同等レベルとしつつ、GWPおよび燃焼性の特性を改善するため、低GWPの特性を有するHFO系冷媒を混合した冷媒の開発がなされている。 In addition, in the case of an air conditioner using R32 as a refrigerant in the primary circuit, the theoretical coefficient of performance (hereinafter referred to as theoretical COP) determined from the thermophysical values is high, but the GWP value is 675, which is higher than the international regulatory standards. It gets pretty big. In addition, since R32 is weakly flammable, safety measures were required when used indoors. Therefore, in order to improve the GWP and combustibility characteristics while keeping the theoretical COP at the same level as R32, a refrigerant mixed with an HFO-based refrigerant having low GWP characteristics has been developed.
このような冷媒を使用する間接式空調システムに、特開平7-269964号公報に示す構成を採用することも考えられる。特開平7-269964号公報には、一次回路と二次回路とに異なるフロン冷媒を充填して構成し、一次回路の四方弁により、冷房運転と暖房運転を切替える間接式空調装置が開示されている。この空調装置を高効率と信頼性を確保するための重要ポイントとして、一次回路の過冷却度を十分大きくとることと、二次回路のポンプにガス冷媒を吸引させないことが挙げられる。しかしながら、特開平7-269964号公報に開示された構成ではこれらの重要ポイントを考慮した回路構成になっていない。 It is conceivable to employ the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-269964 for an indirect air-conditioning system using such a refrigerant. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-269964 discloses an indirect air-conditioning system in which the primary circuit and the secondary circuit are filled with different Freon refrigerants, and a four-way valve in the primary circuit switches between cooling operation and heating operation. there is Important points for ensuring high efficiency and reliability of this air conditioner include ensuring a sufficiently large degree of supercooling in the primary circuit and preventing gas refrigerant from being sucked into the secondary circuit pump. However, the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-269964 does not have a circuit configuration that considers these important points.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、第1冷媒を封入した熱源側の第1冷媒回路と第2冷媒を封入した室内側の第2冷媒回路とで構成した空調装置において、高効率と信頼性を確保することができる空調装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an air conditioning system comprising a heat source side first refrigerant circuit containing a first refrigerant and a room side second refrigerant circuit containing a second refrigerant. An object of the present invention is to provide an air conditioner capable of ensuring high efficiency and reliability.
本開示は、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行なうように構成された中間熱交換器を備える空調装置に関する。空調装置は、第1冷媒を封入した第1冷媒回路と、第2冷媒を封入した第2冷媒回路とを備える。第1冷媒回路は、ガス状態の第1冷媒を圧縮する圧縮機と、第1冷媒と外気との間で熱交換を行なう室外熱交換器と、第1冷媒を減圧および膨張させる膨張装置と、中間熱交換器において、第1冷媒が通過する第1流路とを含む。第2冷媒回路は、液状態の第2冷媒を昇圧し搬送するポンプと、中間熱交換器において、第2冷媒が通過する第2流路と、第2冷媒と室内空気との間で熱交換を行なう室内熱交換器と、第2冷媒回路において、第1配管の途中に設けられるガス抜き用の第1タンクとを含む。第1配管は、ポンプに接続され、ポンプが吸入する第2冷媒が通る配管である。 The present disclosure relates to an air conditioner comprising an intermediate heat exchanger configured to exchange heat between a first refrigerant and a second refrigerant. The air conditioner includes a first refrigerant circuit containing a first refrigerant and a second refrigerant circuit containing a second refrigerant. The first refrigerant circuit includes a compressor that compresses a first refrigerant in a gaseous state, an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the first refrigerant and the outside air, an expansion device that decompresses and expands the first refrigerant, and a first flow path through which the first refrigerant passes in the intermediate heat exchanger. The second refrigerant circuit includes a pump that pressurizes and conveys the second refrigerant in a liquid state, a second flow path through which the second refrigerant passes, and heat exchange between the second refrigerant and room air in the intermediate heat exchanger. and a first tank for degassing provided in the middle of the first pipe in the second refrigerant circuit. The first pipe is a pipe connected to the pump and through which the second refrigerant sucked by the pump passes.
本開示の空調装置によれば、第2冷媒回路のポンプの吸引部分にガス抜き用のタンクが設けられているので、ポンプにガス冷媒が吸引されることが抑制される。したがって、空調装置において、高効率と信頼性を確保することができる。 According to the air conditioner of the present disclosure, since the tank for degassing is provided in the suction portion of the pump of the second refrigerant circuit, suction of gas refrigerant into the pump is suppressed. Therefore, high efficiency and reliability can be ensured in the air conditioner.
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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A plurality of embodiments will be described below, but appropriate combinations of the configurations described in the respective embodiments have been planned since the filing of the application. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る空調装置の冷房運転時の冷媒回路図である。図2は、図1の蒸気圧縮式冷凍サイクルのp-h線図である。
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram during cooling operation of an air conditioner according to
図1に示すように、空調装置1は、第1冷媒回路2と、第2冷媒回路3と、制御装置100とを備える。第1冷媒回路2は、「室外側サイクル」、「熱源側サイクル」または「一次回路」に相当する。第2冷媒回路3は、「室内側サイクル」、「利用側サイクル」または「二次回路」に相当する。
As shown in FIG. 1 , the
第1冷媒回路2は、主たる要素として、圧縮機10、四方弁12、室外熱交換器13、膨張装置24、中間熱交換器22の第1流路H1、および配管7を含む。
The
第2冷媒回路3は、主たる要素として、中間熱交換器22の第2流路H2、ポンプ23、第1タンク17、第2タンク18、室内温調ユニット30,40、および配管11L,11Gを含む。室内温調ユニット30,40は、互いに並列的に配管11Lと配管11Gとの間に接続されている。
The
室内温調ユニット30は、室内熱交換器31と、室内空気を室内熱交換器31に送るためのファン(図示せず)と、第2冷媒の流量を調整する流量調整弁33とを含む。室内熱交換器31は、第2冷媒と室内空気との熱交換を行なう。
The indoor
室内温調ユニット40は、室内熱交換器41と、室内空気を室内熱交換器41に送るためのファン(図示せず)と、第2冷媒の流量を調整する流量調整弁43とを含む。室内熱交換器41は、第2冷媒と室内空気との熱交換を行なう。
The indoor
なお、本実施の形態においては2台の室内温調ユニットを有する空調装置を例に挙げているが、室内温調ユニットの台数は何台であってもよい。 In this embodiment, an air conditioner having two indoor temperature control units is taken as an example, but the number of indoor temperature control units may be any number.
第1冷媒回路2は、第1冷媒を封入して閉回路を形成している。実施の形態1で使用される第1冷媒は、例えば、R32等のHFC冷媒、プロパン(R290)等のHC冷媒である。第2冷媒回路3は、第2冷媒を封入して閉回路を形成している。実施の形態1で使用される第2冷媒は、例えば、CF3Iを含むR466A等の混合冷媒である。The
本実施の形態の特徴の1つは、第1冷媒と第2冷媒の少なくとも一方は、地球温暖化係数がR32より小さく、かつ、第2冷媒は、第1冷媒より燃焼下限濃度が高いような、第1冷媒および第2冷媒の組み合わせを使用する点である。 One of the features of this embodiment is that at least one of the first refrigerant and the second refrigerant has a global warming potential smaller than that of R32, and the second refrigerant has a lower combustion limit concentration higher than that of the first refrigerant. , a combination of a first refrigerant and a second refrigerant.
まず、第1冷媒回路2について説明をする。圧縮機10は、低温および低圧のガス状の第1冷媒を吸引して圧縮し、高温および高圧のガス状の第1冷媒を吐出する。四方弁12は、圧縮機10の吐出口の下流側に設けられるとともに、圧縮機10から吐出された冷媒の流路を冷房運転時と暖房運転時とで切替えるように構成される。図1において破線矢印で示す方向に冷媒を循環させる冷房運転時には、四方弁12は、圧縮機10から室外熱交換器13に向かう流路を形成する。一方、後に図4において実線矢印で示す方向に冷媒を循環させる暖房運転時には、四方弁12は、圧縮機10から中間熱交換器22に向かう流路を形成する。
First, the 1st
室外熱交換器13は、冷房運転時に高温高圧のガス状の第1冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサとして機能する。逆に暖房運転時には、室外熱交換器13は、低温低圧の液状の第1冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして機能する。膨張装置24は、内部を通過する冷媒を減圧および膨張させて低温かつ低圧の冷媒にするものである。膨張装置24として、例えば、電子膨張弁を使用することができる。
The
中間熱交換器22は、第1冷媒回路2を循環する第1冷媒と第2冷媒回路3を循環する第2冷媒との間で熱交換が行なわれるように構成される。中間熱交換器22には、第1冷媒隙間流路および、第2冷媒隙間流路が形成されている。第1冷媒隙間流路に低温側出入口と高温側出入口、第2冷媒隙間流路に低温側出入口と高温側出入口が設けられる。第1冷媒隙間流路の高温側出入口と低温側出入口に対して、第2冷媒隙間流路に低温側出入口と高温側出入口を適切な配置とすると、第1冷媒と第2冷媒が対向流となる。
The
一般的にはプレート式熱交換器がコストと効率で優れているので、中間熱交換器22としてプレート式熱交換器を用いることが好ましい。例えば、プレート式熱交換器では、複数枚の長方形状の波板が積層され、複数の長方形隙間が形成される。複数の長方形隙間は、積層方向に交互に第1冷媒隙間流路と第2冷媒隙間流路となる。
It is preferable to use a plate heat exchanger as the
第1冷媒回路2では、圧縮機10からガス状態の第1冷媒を吐出する配管には四方弁12が設けられる。四方弁12は、冷房運転時には第1冷媒を圧縮機10の吐出口から室外熱交換器13側へ導き、暖房運転時は第1冷媒を中間熱交換器22側へ導くように、第1冷媒の循環方向を切替える。
In the first
一方、第2冷媒回路3では、ポンプ23は、回転方向を第1回転方向と、その逆の第2回転方向とに切替え可能に構成されている。ポンプ23は、冷房運転時には液状態の第2冷媒をポンプ23から室内熱交換器31,41へ導き、暖房運転時には液状態の第2冷媒をポンプ23から中間熱交換器22の第2流路H2へ導くように、第2冷媒の循環方向を切替える。
On the other hand, in the second
このようにして、冷房運転時には第1冷媒回路2を循環する第1冷媒により、第2冷媒回路3を循環する第2冷媒が冷却される。一方、暖房運転時には第1冷媒回路2を循環する第1冷媒により、第2冷媒回路3を循環する第2冷媒が加熱される。
In this manner, the second refrigerant circulating in the second
配管7は、圧縮機10、四方弁12、室外熱交換器13、膨張装置24、および中間熱交換器22の第1流路H1を接続するとともに、これら構成要素間を第1冷媒が循環できるようにするものである。また、中間熱交換器22、ポンプ23、第1タンク17、および第2タンク18は、中間熱交換ユニット20を形成し、通常、室外側に配置される。
The
ポンプ23は、液状態の冷媒を昇圧し搬送する手段として適しており、かつ、正逆回転可能であるような形式である。このような形式のポンプには、例えば、ウェスコ式(渦式、再生式とも呼ばれる)、スクリュー式等がある。本実施の形態1の空調装置1では、第2冷媒回路3側のポンプ23では第2冷媒を液状態のままで等容積で昇圧するので、理論的なエンタルピ変化量は小さくて済む。したがって、ポンプ23において必要な動力を小さく抑えることができる。
The
室内熱交換器31,41は、自身の内部を通過する第2冷媒と、室内空気との熱交換を行なうものである。室内熱交換器31,41は、冷房運転時にはいわゆるエバポレータとして機能し、また暖房運転時にはガスクーラとして機能する。
The
配管11L,11Gは、中間熱交換器22、ポンプ23、および室内熱交換器31,41を接続する。これらの構成要素間を配管11L,11Gによって接続することによって、第2冷媒が循環できる第2冷媒回路3が形成される。また、室内熱交換器31,41の入口側にそれぞれ接続された配管11Lには、流量調整弁33,43が設けられている。流量調整弁33,43の開度を調整することによって、ポンプ23から部屋ごとに設置された室内熱交換器31,41を通過する第2冷媒の流量が調整され得る。
The
図1の冷房条件では、中間熱交換器の出口付近の点A2からポンプ23を経由して室内熱交換器31,41の入口までに至る配管11Lは、主として液冷媒を流通させる配管である。室内熱交換器31,41の出口から中間熱交換器の入口E2までに至る配管11Gは、主としてガス冷媒を流通させる配管である。
Under the cooling conditions in FIG. 1, the
部屋ごとに、室内熱交換器31と流量調整弁33で構成された室内温調ユニット30と、室内熱交換器41と流量調整弁43で構成された室内温調ユニット40とが配置され、各室内空気の温度を調整することができる。
For each room, an indoor
第1冷媒回路2および第2冷媒回路3で行なわれる冷媒循環方向の切替えは、制御装置100によって行なわれる。
Switching of the refrigerant circulation direction performed in first
制御装置100は、プロセッサ102と、メモリ103とを含む。メモリ103は、例えば、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータが記憶される。プロセッサ102は、空調装置1の全体の動作を制御する。なお、図1に示した制御装置100は、プロセッサ102がメモリ103に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ103に記憶されている各種のデータが参照される。
制御装置100がリモコンからの信号を受信する場合には、さらに受信装置を含んでいても良い。複数の室内温調ユニットがある場合には、このような受信装置は複数の室内機の各々に対応して設けられる。
If the
なお、制御装置が複数の制御部に分割されている場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して空調装置1の全体制御を行なう。
Note that when the control device is divided into a plurality of control units, each of the plurality of control units includes a processor. In such a case, a plurality of processors work together to control the
制御装置100は、圧力センサ、温度センサ等の出力に応じて圧縮機10、膨張装置24,ポンプ23、流量調整弁33,43および図示しないファンを制御する。
The
制御装置100は、冷媒運転と暖房運転で、第1冷媒回路2の第1冷媒の循環方向を四方弁12により切替える。これに連動させて、制御装置100は、中間熱交換器22で第2冷媒が第1冷媒と対向流で熱交換し、ポンプ23の吸入口で過冷却状態となるように、第2冷媒回路3のポンプ23の回転方向を切替える。
The
(冷房運転制御)
さて、図1と図2に示すように構成された空調装置1が冷房運転モードに設定されている時、圧縮機10は、中間熱交換器22の出口付近の点A1における出口温度を一定に保つように、中間熱交換器22の出口付近に配置された温度センサ63からの信号に基づき、制御装置100は、圧縮機10の回転速度を制御する。(cooling operation control)
Now, when the
また、点A2に示す第2冷媒の中間熱交換器22の出口付近における過冷却度を一定に保つように、温度センサ63からの信号に基づき、制御装置100は、ポンプ23の回転速度を制御する。
In addition, based on the signal from the
また、室内熱交換器31,41の出口付近の点D21,D22で示す位置における過熱度を一定に保つように、室内熱交換器31,41の出口付近に配置された温度センサ68,69からの信号に基づき、制御装置100は、流量調整弁33,43の開度を制御する。
Also, from the
すなわち、温度センサ68,69により検知された点D21,D22における過熱度が、目標として予め設定された「目標過熱度」よりも高い場合には、流量調整弁33,43の開度が増加され、過熱度が低い場合には、流量調整弁33,43の開度が減少される。このようにして、室内熱交換器31,41の出口付近における過熱度が一定に保たれるように流量調整弁33,43の開度が制御される。
That is, when the degrees of superheat at points D21 and D22 detected by the
中間熱交換器22では、第1冷媒は低圧液状態で入口付近の点D1から流入し、第2冷媒から熱を奪いながら相変化し、低圧ガス状態で出口付近のA1へ流出する。一方、第2冷媒は低圧ガス状態で入口付近の点E2から流入し、第1冷媒から熱を奪われながら相変化し、低圧液状態で出口付近の点A2へ流出し、ポンプ23に吸引される。このとき、第1冷媒と第2冷媒とは対向流の形で熱交換を行なうので、高い効率での熱交換を実現できる。ここで、ポンプ23の効率と信頼性を高いレベルに保つためには、ポンプ23に吸入される第2冷媒を液相状態に保つことが重要である。
In the
ところが、点D1の第1冷媒は、過冷却状態でなく気液混合状態であり、熱交換する第2冷媒の過冷却度を高めるのには不向きな状態である。この状態では、例えば、図2のA2点がD1点側に引き寄せられて二相領域に入り、第2冷媒がガス混じりの状態でポンプ23に吸入されやすくなる。
However, the first refrigerant at point D1 is not in a supercooled state but in a gas-liquid mixed state, which is unsuitable for increasing the degree of supercooling of the second refrigerant that exchanges heat. In this state, for example, point A2 in FIG. 2 is drawn toward point D1 and enters the two-phase region, and the second refrigerant is likely to be sucked into
実施の形態1では、これを回避するため、第2冷媒回路3のポンプ23の吸入側の配管にガス抜き用の第1タンク17を配置した。
In
図3は、冷房運転時における図1のポンプ23の付近を拡大して示した図である。図3を参照して、第2冷媒回路3の冷房運転時においてポンプ23の吸収側となる配管11L1と配管11L2の間には、ガス抜き用の第1タンク17が配置される。また、第2冷媒回路3の冷房運転時においてポンプ23の吐出側の配管11L3と配管11L4の間には、ガス抜き用の第2タンク18が配置される。
FIG. 3 is an enlarged view showing the vicinity of the
第1タンク17は、冷房運転時において、タンク筐体17Cの下底側に液冷媒を貯める空間17Aと、タンク筐体17Cの上面側にガス冷媒を貯める空間17Bとを備える。
The
第2タンク18は、暖房運転時において、タンク筐体18Cの下底側に液冷媒を貯める空間18Aと、タンク筐体18Cの上面側にガス冷媒を貯める空間18Bとを備える。
The
ポンプ23は、モータ23Aと、ポンプ部筐体23Bと、渦式の羽根車23Dとを含む。ポンプ部筐体23Bの内部で羽根車23Dを収容する空間はシリンダ23Cである。ポンプ23によって羽根車23Dの回転軸が駆動される。
The
冷房運転時に、中間熱交換器22から、飽和状態に達していないガス混じりの2次冷媒が、配管11Lを経由してガス抜き用の第1タンク17内に流入すると、容器下底側の空間17Aに液冷媒が貯蔵され、ガス冷媒が容器上面側の空間17Bに溜まる。その結果、液冷媒のみが配管11L2を通ってポンプ23のシリンダ23Cの内部に吸入される。シリンダ23C内で羽根車23Dにより昇圧された液冷媒は、配管11L3を通って排出される。ここで、冷房時の吐出側にもガス抜き用の第2タンク18が設けられているが、冷房時の吐出側にガス冷媒が容器上面側の空間18Bに溜まることは少ないので、第2冷媒は、液冷媒のまま、ガス抜き用の第2タンク18と配管11L4を通過する。
During cooling operation, when the secondary refrigerant mixed with gas that has not reached a saturated state flows from the
以上のように、各デバイスを効率良く運転できるとともに、ポンプ23においてもガス冷媒の吸引が抑制されるので、空調装置1全体のエネルギー消費効率に相当する成績係数COPを、高い状態に維持することができる。
As described above, each device can be efficiently operated, and the suction of gas refrigerant in the
(暖房運転制御)
図4は、実施の形態1に係る空調装置の暖房運転時の冷媒回路図である。図5は、図4の蒸気圧縮式冷凍サイクルのp-h線図である。(Heating operation control)
4 is a refrigerant circuit diagram during heating operation of the air conditioner according to
空調装置1が暖房運転モードに設定されている時、中間熱交換器22の出口付近の点D1に示す位置における出口温度を一定に保つように、中間熱交換器22の出口付近の点D1に配置された温度センサ61からの信号に基づき、制御装置100は、圧縮機10の回転速度を制御する。
When the
また、第2冷媒回路3では、2つの室内熱交換器31,41の出口付近の点C21,C22における出口温度をそれぞれ目標の温度に保つように、流量調整弁33,43の各開度が制御される。制御装置100は、室内熱交換器31,41の出口付近に配置された温度センサ75,76からの信号に基づいて、流量調整弁33,43の各開度を制御する。
Further, in the second
上記のように制御することによって、各室内熱交換器31,41の負荷に応じた、効率の良い最適な運転点で空調装置1を運転することができる。
By controlling as described above, the
このときに、効率を落とさないために重要であることは、第1冷媒回路のD1点における過冷却度を確実に確保すること、および、ポンプ23に吸入される第2冷媒を液相状態に保つこと、である。
At this time, it is important to ensure that the degree of subcooling at point D1 of the first refrigerant circuit is ensured, and that the second refrigerant sucked into the
中間熱交換器22では、第1冷媒は高圧ガス状態で入口付近の点A1から流入し、第2冷媒に熱を奪われながら相変化し、高圧液状態で出口付近の点D1に流出する。一方、第2冷媒は高圧液状態で入口付近の点A2から流入し、第1冷媒から熱を奪いながら相変化し、高圧のガス状態で出口付近の点E2に流出する。このとき、第1冷媒と第2冷媒とは対向流となった形で熱交換することによって過冷却度を確実に確保することができ、1次回路の冷凍サイクル効率を維持することができる。
In the
図6は、暖房運転時における図4のポンプ23の付近を拡大して示した図である。図6を参照して、実施の形態1では、暖房運転時においてポンプが逆回転するように回転方向が切替えられる。したがって、第2冷媒回路3において、暖房運転時における冷媒循環方向は、冷房運転時と逆方向となる。
FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the
暖房運転時に室内熱交換器31,41から、飽和状態に達していないガス混じりの2次冷媒が配管11L4を経由してガス抜き用の第2タンク18内に流入すると、容器下底側の空間18Aに液冷媒が貯蔵され、ガス冷媒が容器上面側の空間18Bに溜まる。したがって、液冷媒のみが配管11L3を通ってポンプ23のシリンダ23C内に吸入される。シリンダ23Cで羽根車23Dにより昇圧された液冷媒は、配管11L2を通って排出される。ガス抜き用の第1タンク17は暖房時に吐出側となるので、ガス冷媒が容器上面側の空間17Bに溜まることは少ないので、第2冷媒は、液冷媒のまま、第1タンク17と配管11L1を通過する。
When the secondary refrigerant mixed with gas that has not reached a saturated state flows from the
図5のp-h線図のように、通常、中間熱交換器22の1次冷媒の出口D1点が飽和液点付近に制御されるので、中間熱交換器22の2次冷媒の入口A2点は飽和液点付近に引き寄せられる。したがって、第2冷媒の入口A2点の乾き度が大きくなることは起こりにくい。よって、暖房時のガス抜き効果は、補助的でよいので、第1タンク17の内容積も、第2タンク18に比べて小さいものでよい。以上より、本実施の形態では、ポンプ23の前後に第1タンク17と第2タンク18の大小2個のガス抜き用タンクを配置する構成とした。
As shown in the ph diagram of FIG. 5, the outlet point D1 of the primary refrigerant of the
以上のように制御することによって、暖房運転時においても各デバイスが効率良く運転できるので、空調装置1全体のエネルギー消費効率に相当する成績係数COPをさらに向上させることができる。
By controlling as described above, each device can operate efficiently even during heating operation, so that the coefficient of performance COP corresponding to the energy consumption efficiency of the
(ポンプ23の構成)
図7は、図1の第2冷媒回路3に配置されるポンプの構成の一例を示す図である。図7には、渦式ポンプのシリンダ23Cの構成を示す。シリンダ23C内に、羽根車23Dが配置されている。羽根車23Dの中心軸は、モータの駆動軸に取り付けられている。羽根車23Dは、実線で示す第1回転方向R1と破線で示す第2回転方向とに回転可能である。羽根車23Dが実線矢印に示す第1回転方向R1(反時計まわり)に回転すると、配管72から吸入された液冷媒は、昇圧しながらシリンダ23Cの流路23Eを反時計まわりに流れて、配管73から流出する。逆に、羽根車23Dが破線矢印に示す第2回転方向R2(時計まわり)に回転すると、配管73から吸入された液冷媒は、昇圧しながらシリンダ23Cの流路23Eを時計まわりに流れて、配管72から流出する。(Configuration of pump 23)
FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a pump arranged in the second
図8は、ウェスコポンプの羽根車の1枚あたりの平面図である。図9は、図8の断面IX-IXにおける断面図である。図10は、羽根車の羽根部分を拡大して示した斜視図である。 FIG. 8 is a plan view of one impeller of the Wesco pump. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 8. FIG. FIG. 10 is a perspective view showing an enlarged blade portion of the impeller.
渦式羽根車の羽根は、回転円盤の周囲に等間隔で溝が掘られた形状を有する。1枚の形状は図9のような先が窄まった形状である。具体的には、渦式羽根車の駆動軸周りに回転する各羽根は、図7の実線矢印に示す第1回転方向R1に対する前端側の第1角部と後端側の第2角部とを有する。後端側の第2角部の曲率半径は、前端がわの第1角部の曲率半径よりも大きい。 The blades of the vortex impeller have a shape in which grooves are dug at regular intervals around a rotating disk. The shape of one sheet is a shape with a tapered tip as shown in FIG. Specifically, each blade that rotates around the drive shaft of the vortex impeller has a first corner portion on the front end side and a second corner portion on the rear end side with respect to the first rotation direction R1 indicated by the solid line arrow in FIG. have The radius of curvature of the second corner on the rear end side is larger than the radius of curvature of the first corner on the front end side.
第1回転方向R1に回転する羽根の後端側の角部の曲率半径をより大きくすることによって、昇圧する揚程をいっそう高めることができる。 By increasing the radius of curvature of the corners on the rear end side of the blades rotating in the first rotation direction R1, the lift can be further increased.
実施の形態1では、暖房運転時に羽根車23Dを第1回転方向R1に回転させ、冷房運転時にその逆である第2回転方向R2に回転させて、冷房運転時より暖房運転時のポンプの揚程を高めるようにした。
In the first embodiment, the
冷房運転時に必要な揚程は図2の点A2と点B2の差圧分(ΔPab=P(B2)-P(A2))である。一方、暖房運転時は図5の点B2と点A2の差圧分(ΔPba=P(A2)-P(B2))が必要である。 The head necessary for the cooling operation is the difference in pressure between points A2 and B2 in FIG. 2 (ΔPab=P(B2)-P(A2)). On the other hand, during the heating operation, the pressure difference between points B2 and A2 in FIG. 5 (ΔPba=P(A2)−P(B2)) is required.
点A2と点B2の差圧ΔPabは、点B2から点C21,C22に至る2次液冷媒配管の圧力損失と、点D21,D22から点E22次ガス冷媒配管の圧力損失の合計と等しい。この圧力損失は(冷媒循環量G)の2乗に比例し、冷媒密度に反比例する。 The differential pressure ΔPab between points A2 and B2 is equal to the sum of the pressure loss in the secondary liquid refrigerant pipe from point B2 to points C21 and C22 and the pressure loss in the secondary gas refrigerant pipe from points D21 and D22 to point E2. This pressure loss is proportional to the square of (refrigerant circulation amount G) and inversely proportional to the refrigerant density.
第2冷媒は、室内側に用いるので、最適住環境温度は10℃から25℃程度の範囲である。第2冷媒は暖房時で15℃から30℃程度、冷房時で5℃から20℃程度の範囲で制御されるので、第2冷媒密度の変動は小さい。 Since the second refrigerant is used indoors, the optimum living environment temperature is in the range of about 10°C to 25°C. Since the second refrigerant is controlled within the range of about 15° C. to 30° C. during heating and in the range of about 5° C. to 20° C. during cooling, variations in the density of the second refrigerant are small.
一方で、空調装置に必要とされる能力(=冷媒循環量×エンタルピー差)は、季節により変化する。暖房運転時に最大能力が必要となり、冷媒循環量も最大となる。ゆえに、ポンプで必要な最大揚程は、凝縮温度が小さく、最大能力が必要となる暖房条件で発生すると予測される。したがって、実施の形態1では、図7~図10で説明したように、暖房運転時に第1回転方向R1に回転させて、最大揚程能力を発揮させるようにポンプ23を設計した。
On the other hand, the capacity (=refrigerant circulation amount×enthalpy difference) required for the air conditioner changes depending on the season. The maximum capacity is required during heating operation, and the refrigerant circulation amount is also maximum. Therefore, the maximum lift required by the pump is expected to occur at heating conditions where condensing temperature is low and maximum capacity is required. Therefore, in the first embodiment, as described with reference to FIGS. 7 to 10, the
(冷媒循環方向の切換制御)
図11は、第1冷媒回路2の四方弁12を流れる第1冷媒の向きの正方向および逆方向と、第2冷媒回路3のポンプ23を流れる第2冷媒の向きの正方向および逆方向の組合せ方を示す図である。(Switching control of refrigerant circulation direction)
11 shows the forward and reverse directions of the first refrigerant flowing through the four-
図11においては、四方弁12について、圧縮機10から吐出される第1冷媒が室外熱交換器13に向けて流れる方向を「正方向」とし、圧縮機10から吐出される第1冷媒が中間熱交換器22に向けて流れる方向を「逆方向」として記載した。また、ポンプ23を流れる第2冷媒の向きとしては、ポンプ23から送出される冷媒が室内熱交換器31,41に向けて流れる方向を「正方向」として記載し、ポンプ23から送出される冷媒が中間熱交換器22に向けて流れる方向を「逆方向」として記載した。なお、図9の形状の羽根を有する場合、「第1回転方向」にポンプ23を回転させると、「逆方向」に第2冷媒が流れ、「第2回転方向」にポンプ23を回転させると、「正方向」に第2冷媒が流れることとなる。
In FIG. 11, regarding the four-
中間熱交換器22において、第1冷媒と第2冷媒が対向流として流れるように、冷房運転においては、「正方向」と「正方向」の組み合わせが選択され、暖房運転においては、「逆方向」と「逆方向」の組み合わせが選択される。一方が「正方向」で他方が「逆方向」となる組み合わせは並行流となるので、効率が悪いため使用が禁止される。
In the
暖房運転時、冷房運転時それぞれについて温度環境条件で必要な能力を確保しながら運転制御する方法は、基本的には一般的な制御と同様である。ただし、本発明の実施の形態においては、特に、高効率運転するために以下の1)~3)の点に留意した運転が実行される。 The method of controlling the operation while ensuring the necessary capacity under the temperature environment conditions for each of the heating operation and the cooling operation is basically the same as general control. However, in the embodiment of the present invention, the operation is executed with particular attention to the following points 1) to 3) for highly efficient operation.
第1冷媒が循環する第1冷媒回路では、1)蒸発器出口の第1冷媒の過冷却度(SC:サブクール)が確保されるとともに、2)蒸発器出口の第1冷媒の過熱度(SH:スーパヒート)が確保されるように運転する。 In the first refrigerant circuit in which the first refrigerant circulates, 1) the degree of subcooling (SC: subcool) of the first refrigerant at the evaporator outlet is ensured, and 2) the degree of superheat (SH : Superheat) is ensured.
一方、第2冷媒が循環する第2回路では、3)ポンプ23に吸入される第2冷媒が液相状態に保たれるように運転する。これは、効率だけでなくポンプ信頼性を確保する観点からも重要である。
On the other hand, in the second circuit in which the second refrigerant circulates, 3) the second refrigerant sucked into the
図12は、制御装置100が実行する冷媒循環方向の切替制御を説明するためのフローチャートである。図1、図12を参照して、ステップS1において制御装置100は、リモコンなどで指定された運転モードが冷房であるか暖房であるかを判定する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining switching control of the refrigerant circulation direction executed by the
ステップS1において冷房と判定された場合、制御装置100は、ステップS2において第1冷媒が正方向に循環するように四方弁12を設定する。さらに、制御装置100は、ステップS3において、第2冷媒が正方向に循環するようにポンプ23を回転させる。このように制御することによって、図1の破線矢印に示すように第1冷媒および第2冷媒が循環し、中間熱交換器22の第1流路H1を流れる第1冷媒と第2流路H2を流れる第2冷媒とが対向流となる。
When cooling is determined in step S1, the
一方、ステップS1において暖房と判定された場合、制御装置100は、ステップS4において第1冷媒が逆方向に循環するように四方弁12を設定する。さらに、制御装置100は、ステップS5において、第2冷媒が逆方向に循環するようにポンプ23を回転させる。このように制御することによって、図4の実線矢印に示すように第1冷媒および第2冷媒が循環し、中間熱交換器22の第1流路H1を流れる第1冷媒と第2流路H2を流れる第2冷媒とが対向流となる。
On the other hand, when it is determined in step S1 that heating is performed, the
以上説明した例では、冷房運転と暖房運転を切替える手段として、第1冷媒回路2の第1冷媒の循環方向は、圧縮機10の吐出後に配置した四方弁12によって切替える。一方で、第2冷媒回路3では、ポンプ23の回転方向を切替えることで第2冷媒の循環方向を切替える。これを連動させて実行することによって、中間熱交換器22に流れる第1冷媒と第2冷媒とを対向流の形で熱交換させた状態を維持しつつ、ポンプ23が吸入する第2冷媒を液状態に保つことができる。
In the example described above, the direction of circulation of the first refrigerant in the first
(GWP総量値を削減する冷媒種類の説明)
空調装置の蒸気圧縮機式冷凍サイクルでは、まずは、省エネ性能に優れたHFC冷媒のままで低GWP冷媒化が進められている。例えば、GWPが2090のR410Aから、例えば、GWPが675のR32への転換である。しかしながら、国際規制によるGWP総量値の削減目標に対してかなり隔たりがある。(Explanation of refrigerant types that reduce the total GWP value)
In the vapor compressor refrigerating cycle of air conditioners, first, low GWP refrigerants are being promoted while still using HFC refrigerants, which are excellent in energy-saving performance. For example, conversion from R410A with GWP of 2090 to R32 with GWP of 675, for example. However, there is a considerable gap between the reduction target of the total GWP value by international regulations.
本実施の形態1では、第1冷媒として強燃性冷媒(分類A3)を用い、第2冷媒として不燃性冷媒を用いた例を説明する。第1冷媒としてプロパン(R290)を用いるとGWPは4と小さい。しかし強燃性冷媒を室内で用いる場合には法令等で制限される。
次に、室内側への熱搬送媒体である第2冷媒として、水を嫌う建物の場合を考慮して、不燃、無毒のR466A(R32、R125、CF3Iの混合冷媒)を用いた。R466AのGWPは733で、R32と同等レベル、R410Aの約1/3である。Next, as the second refrigerant, which is a heat transfer medium to the indoor side, nonflammable and nontoxic R466A (mixed refrigerant of R32, R125, and CF 3 I) was used in consideration of the case of a building that dislikes water. The GWP of R466A is 733, which is the same level as R32 and about 1/3 of R410A.
例えば、冷媒封入容積10Lの振り分けを、第1冷媒回路2内に5L、第2冷媒回路3に5Lとする。そして、第1冷媒回路2内の5Lのうち、中間熱交換器22に1Lとする。また、第2冷媒回路3の5Lのうち中間熱交換器22に1L、室内温調ユニット30,40,50の合計に1L、それ以外の配管11に1L封入されていると仮定する。
For example, the refrigerant charge volume of 10 L is divided into 5 L in the first
以下に、各封入冷媒によるGWP総量値(=Σ(GWP×冷媒体積×密度))を比較する。ここでは、冷媒密度の影響は「×Σρ」で表される。冷媒密度は、蒸発熱交換器と凝縮熱交換器の中で、飽和液状態から飽和ガス状態まで変化して分布する。ここでは、第1冷媒の凝縮温度(CT)=45℃、蒸発温度(ET)=10℃を仮定し、各種冷媒ごとに飽和液状態密度と飽和ガス状態密度を物性値データベース(NISTのREFPROP等)から算出し、平均した値ρaveを用いた。 Below, the GWP total amount value (=Σ(refrigerant volume×density)) of each enclosed refrigerant is compared. Here, the effect of refrigerant density is represented by "×Σρ". Refrigerant density varies from a saturated liquid state to a saturated gas state in the evaporative heat exchanger and the condensing heat exchanger. Here, it is assumed that the first refrigerant has a condensation temperature (CT) of 45°C and an evaporation temperature (ET) of 10°C. ) and the average value ρave was used.
各種冷媒のGWP総量値は、GWP総量値=GWP×冷媒体積×平均密度ρave、から算出した。本実施の形態では、R32冷媒直膨式の比GWP総量値を基準として、比GWP総量値を算出し、二次回路の冷媒種による削減効果を示した。 The GWP total amount value of each refrigerant was calculated from GWP total amount value=GWP×refrigerant volume×average density ρave. In the present embodiment, the specific GWP total value was calculated based on the R32 refrigerant direct expansion type refrigerant specific GWP total value, and the reduction effect depending on the type of refrigerant in the secondary circuit was shown.
一方で、乱流時の圧力損失および冷媒循環量は、以下の式で表される。
圧力損失=摩擦係数×冷媒循環量÷{2×冷媒密度×(流路断面積)^2}
冷媒循環量=冷凍(または暖房能力)能力÷蒸発潜熱比(または凝縮潜熱比)
したがって、圧力損失は冷媒密度と蒸発潜熱比(または凝縮潜熱比)に反比例する。圧力損失は冷媒密度が最小のときに最大となるので、ここでは蒸発側飽和ガス密度の値で圧力損失を比較できる。On the other hand, the pressure loss and refrigerant circulation amount during turbulent flow are expressed by the following equations.
Pressure loss = Friction coefficient x Refrigerant circulation amount ÷ {2 x Refrigerant density x (Cross-sectional area of flow path)^2}
Refrigerant circulation amount = cooling (or heating capacity) capacity / evaporation latent heat ratio (or condensation latent heat ratio)
Therefore, the pressure loss is inversely proportional to the refrigerant density and the latent heat of vaporization ratio (or the latent heat of condensation ratio). Since the pressure loss is maximized when the refrigerant density is minimum, the pressure loss can be compared with the saturated gas density on the evaporation side.
図13は、実施の形態1のGWP総量値と、比較例のGWP総量値を説明するための図である。図13における比較例1、比較例2、比較例3は、室内機と室外機を冷媒配管で接続し、空調対象となる空間の近くで冷媒を膨張して熱交換を行なう「直接膨張式(直膨式)サイクル」の場合の比較例である。各比較例では、本発明の実施の形態1の冷媒封入容積10Lから、中間熱交換器22の第1冷媒側1Lと第2冷媒側1Lが省かれた冷媒封入容積8Lに、第1冷媒のみが封入された容積を仮定する。
FIG. 13 is a diagram for explaining the GWP total amount value of the first embodiment and the GWP total amount value of the comparative example. Comparative Examples 1, 2, and 3 shown in FIG. 13 are “direct expansion type” in which the indoor unit and the outdoor unit are connected by a refrigerant pipe, and heat is exchanged by expanding the refrigerant near the space to be air-conditioned. It is a comparative example in the case of "direct expansion type) cycle". In each comparative example, the first refrigerant side 1L and the second refrigerant side 1L of the
比較例2は、1次冷媒種としてR32を封入した直膨式サイクルの場合で、GWP総量値=675×0.45×8≒2433と見積もれる。これを基準値として、比GWP総量値=100%と定義する。 Comparative Example 2 is a case of a direct expansion cycle in which R32 is charged as the primary refrigerant species, and the GWP total amount value is estimated to be 675×0.45×8≈2433. Using this as a reference value, the specific GWP total amount value is defined as 100%.
比較例1では、1次冷媒種としてR410Aを封入した直膨式サイクルの場合で、GWP総量値は8234、比GWP総量値=338.4%である。 In Comparative Example 1, in the case of a direct expansion cycle in which R410A is charged as the primary refrigerant species, the GWP total amount value is 8234, and the specific GWP total amount value is 338.4%.
比較例3では、1次冷媒種としてR290を封入した直膨式サイクルの場合で、GWP総量値は8、比GWP総量値=0.3%である。 In Comparative Example 3, in the case of a direct expansion cycle in which R290 is charged as the primary refrigerant species, the GWP total amount value is 8, and the specific GWP total amount value is 0.3%.
これらに対し、実施の形態1では、第1冷媒としてR290を使用し、第2冷媒としてR466Aを使用して間接式サイクルを形成する。冷媒密度分布の影響を無視すると、実施の形態1では、GWP総量値=4×0.24×5+733×0.58×5=2127となる。比較例1の現行のR410A冷媒を用いた直膨式サイクルのGWP総量値と比較すると、実施の形態1では、GWP総量値を約74%削減できる。
On the other hand, in
さらに、比較例2のR32直膨式サイクルのGWP総量値と比較すると、GWP総量値を約13%削減できる。したがって、実施の形態1の冷媒種の組み合わせは、R32を室内で用いるよりGWP総量を削減できるとともに、冷媒量の制約および安全装置設置義務が生じる比較例2よりは有利である。
Furthermore, when compared with the total GWP value of the R32 direct expansion cycle of Comparative Example 2, the total GWP value can be reduced by about 13%. Therefore, the combination of refrigerant types in
一方で、第2冷媒回路3の配管11Gで生じる圧力損失は、配管11Lに比べて影響が大きい。図2の冷房運転時のp-h線図より、第2冷媒回路側サイクルに圧力損失としてD2点とE2点の圧力差が発生し、その分、第1冷媒回路側サイクルの蒸発温度(ET)および圧縮機吸入圧力(A1点圧力)が低下し、圧縮入力が増加し、一次側サイクル効率が低下する。配管11Gで生じる圧力損失の影響は、直膨式サイクルの場合も生じるので、圧力損失が同等となるように配管径を広げればよく、通常配管径2倍以内であれば実用上許容できるので間接式サイクルによる性能低下要因とはならない。
On the other hand, the pressure loss generated in the
R466冷媒は、R32に比べて、蒸発潜熱比が小さいが、飽和ガス密度は30%大きいので、圧力損失は十分許容される範囲内であり第2冷媒回路3で用いるには実用上問題ない。 Although the R466 refrigerant has a smaller latent heat of vaporization ratio than R32, it has a saturated gas density that is 30% higher.
これに対し、中間熱交換器22で生じる第1冷媒と第2冷媒の温度差は、間接式サイクルによる性能低下要因であって、極力小さくすることが必要である。したがって、本実施の形態では、冷房運転および暖房運転ともに、対向流の熱交換となるように設計した。
On the other hand, the temperature difference between the first refrigerant and the second refrigerant generated in the
以上、本実施の形態1に係る冷媒間接式サイクルを用いた空調装置1によれば、空調装置に封入される冷媒のGWP総量値を削減し、地球温暖化防止に貢献できる。また、発生する損失を抑制し、各デバイスが効率良く運転できるので、冷媒間接式サイクルの空調装置としては高い成績係数COPを維持することができる。加えて、ポンプ23がガス冷媒を吸引することが抑制され、さらに効率が改善される。
As described above, according to the
なお、図1の構成では、ガス抜き用の第1タンク17および第2タンク18が、逆回転可能なポンプ23の両側に設けられているが、暖房運転専用の装置の場合には、第1タンク17は設けなくても良い。暖房運転専用の装置の場合には、第2タンク18が「第1タンク」に対応する。
In the configuration of FIG. 1, the
実施の形態2.
実施の形態2では、第2冷媒回路の冷暖切替え手段として、四方弁を用いた場合を説明する。図14は、実施の形態2に係る空調装置の冷房運転時の冷媒回路図である。図15は、実施の形態2に係る空調装置の暖房運転時の冷媒回路図である。
図14,図15に示されるように、実施の形態2に係る空調装置201は、第1冷媒回路2と、第2冷媒回路203とを備える。第1冷媒回路2は、実施の形態1と同じ構成である。第2冷媒回路203は、実施の形態1に示した第2冷媒回路3の構成において、ポンプ23に代えてポンプ223を含み、四方弁224をさらに含む。ポンプ223は、一方回転方向に回転すればよく、必ずしも逆回転可能に構成される必要はない。
As shown in FIGS. 14 and 15 , an
この場合、好ましくは、中間熱交換器22とポンプ23と第1タンク17、および四方弁223は中間熱交換ユニット220を形成し、通常、室外側に配置される。
In this case, the
実施の形態2では、ポンプ223は冷房運転時および暖房運転時において正回転方向に回転するので、ガス抜き用のタンクは、ポンプの吸入側の第1タンク17のみ配置すればよく、図1に示した第2タンク18は不要である。
In the second embodiment, the
以上、四方弁を用いるので、コストの面で実施の形態1より不利であるではあるが、実施の形態2に係る空調装置201も、実施の形態1に係る空調装置1と同様な効果を奏することができる。
As described above, since the four-way valve is used, the
以上、実施の形態2に係る空調装置201によれば、空調装置に封入される冷媒のGWP総量値を削減し、地球温暖化防止に貢献できる。また。発生する損失を抑制しつつ、各デバイスを効率良く運転できるので、冷媒間接式サイクルの空調装置としては高い成績係数COPを維持することができる。加えて、ポンプ23がガス冷媒を吸引することが抑制され、さらに効率が改善される。
As described above, according to the
最後に、再び図面を参照して実施の形態1および2について総括する。
図1を参照して、この発明は、第1冷媒と第2冷媒との間で熱交換を行なうように構成された中間熱交換器22を備える空調装置1に関する。空調装置1は、第1冷媒を封入した第1冷媒回路2と、第2冷媒を封入した第2冷媒回路3とを備える。第1冷媒回路2は、ガス状態の第1冷媒を圧縮する圧縮機10と、第1冷媒と外気との間で熱交換を行なう室外熱交換器13と、第1冷媒を減圧および膨張させる膨張装置24と、中間熱交換器22において、第1冷媒が通過する第1流路H1とを含む。第2冷媒回路3は、液状態の第2冷媒を昇圧し搬送するポンプ23と、中間熱交換器22において、第2冷媒が通過する第2流路H2と、第2冷媒と室内空気との間で熱交換を行なう室内熱交換器31,41と、第2冷媒回路3において、第1配管11L1,11L2の途中に設けられるガス抜き用の第1タンク17とを含む。第1配管11L1,11L2は、ポンプ23に接続され、ポンプ23が吸入する第2冷媒が通る配管である。Finally, referring to the drawings again, the first and second embodiments will be summarized.
Referring to FIG. 1, the present invention relates to an
このように、ポンプ23の吸入側配管にガス抜き用の第1タンク17を設けたので、ポンプ23にガスが吸引されることによるポンプ23の効率低下が抑制され、第2冷媒の循環量を安定させることができる。
In this way, since the
図3に示すように、好ましくは、第1タンク17は、第1配管11L1,11L2の径よりも広い断面積を有するタンク筐体17Cを有する。第1配管は、冷房運転時の冷媒流の上流側の配管11L1と下流側の配管11L2とに分割される。第1タンク17内における上流側の配管11L1の端部は、下流側の配管11L2の端部よりも高い位置に配置される。
As shown in FIG. 3, preferably, the
このように第1タンク17を構成したので、ガス冷媒が第1タンク17に流入しても、第1タンク17の上部の空間17Bに滞留しやすい。このため、第1タンク17からポンプ23に向けて流れる第2冷媒をガスが無い状態とすることができる。
Since the
なお、同様に、第2タンク18は、第2配管11L3,11L4の径よりも広い断面積を有するタンク筐体18Cを有する。第2配管は、暖房運転時の冷媒流の上流側の配管11L4と下流側の配管11L3とに分割される。第2タンク18内における上流側の配管11L4の端部は、下流側の配管11L3の端部よりも高い位置に配置される。
Similarly, the
第1冷媒回路2は、圧縮機10の吐出口および吸入口に接続された四方弁12をさらに含む。図1に示すように、四方弁12は、冷房運転時には、第1冷媒を圧縮機10の吐出口から室外熱交換器13へ流すとともに第1流路H1を通過した第1冷媒を圧縮機10の吸入口に流すように構成される。図4に示すように、四方弁12は、暖房運転時には、第1冷媒を圧縮機10の吐出口から第1流路H1へ流すとともに室外熱交換器13を通過した第1冷媒を圧縮機10の吸入口に流すように構成される。図3に示すように、第1配管11L1、11L2は、冷房運転時においてポンプ23が吸入する第2冷媒が通る配管である。
The first
このように、第1冷媒回路2に四方弁12を設けたので、中間熱交換器22の第1流路H1を流れる第1冷媒の流れは、冷房運転時と暖房運転時で逆方向となる。冷房運転時の方がポンプ23の吸引側が暖房運転時のポンプ23の吸引側よりもガスが発生しやすいので、第2冷媒回路3では、冷房運転時においてポンプ23の吸入側にガス抜き用の第1タンク17が配置される。図1では2つのガス抜きタンクを配置したが、例えば、ガス抜きタンクを1つだけ配置する場合には、冷房運転時においてポンプ23の吸入側に配置することが好ましい。
In this way, since the four-
より好ましくは、実施の形態1で説明したポンプ23は、回転方向を切替えることによって、第2流路H2を流れる第2冷媒の方向を逆転させることが可能に構成される。第1流路H1を流れる第1冷媒と第2流路H2を流れる第2冷媒とが互いに対向流となるように、ポンプ23の回転方向が決定される。
More preferably, pump 23 described in
実施の形態1では、第1冷媒は第2冷媒と対向流の形式で熱交換するようにポンプ23の回転方向が決定されるので、過冷却度を確実に確保することができ、冷凍サイクルの効率を維持することができる。
In
第2冷媒回路3は、第2配管11L3,11L4の途中に設けられるガス抜き用の第2タンク18をさらに含む。第2配管11L3,11L4は、ポンプ23に接続され、冷房運転時においてポンプ23が吐出する第2冷媒が通る配管である。
The second
図3に示されるように、第1タンク17の内容積は、第2タンク18の内容積よりも大きい。
As shown in FIG. 3, the internal volume of the
暖房運転時では、冷房運転時よりも、ポンプ23の吸引側における第2冷媒の乾き度が大きくなることは起こりにくい。よって、暖房時のガス抜き効果は、補助的な機能である。このため、第2タンク18の内容積は、第1タンク17の内容積に比べて小さいものでよい。このため、第2タンク18を小さくする分だけ、装置全体をコンパクトにすることができる。
During the heating operation, the dryness of the second refrigerant on the suction side of the
ポンプ23は、冷房運転時と暖房運転時で回転方向を切替えることによって、第2流路H2を流れる第2冷媒の方向を逆転させることが可能に構成される。図7~図10に示すように、ポンプ23は、インペラとして駆動軸周りに回転する羽根を複数枚円周方向に配置した渦式の羽根車23Dを有する。羽根車23Dは、駆動軸に対して図7の矢印に示す第1回転方向R1に回転させた時に最大揚程を発揮するように羽根形状に方向性を持たせた形状を有する。図7の実線矢印に示す第1回転方向R1は、暖房運転時に羽根車23Dが回転する方向である。
The
図10に示すように、羽根車23Dの駆動軸周りに回転する各羽根84は、第1回転方向R1に対する前端側の第1角部C1と後端側の第2角部C2とを有する。第2角部C2の曲率半径は、第1角部C1の曲率半径よりも大きい。
As shown in FIG. 10, each
このような構成とすることによって、図7の実線矢印に示す第1回転方向R1に回転させた時の揚程が第1回転方向R1と逆方向である破線矢印に示す第2回転方向R2に回転させた時の揚程よりも大きくなる。 With such a configuration, the lift when rotated in the first rotation direction R1 indicated by the solid line arrow in FIG. It will be larger than the lifting height when it is raised.
好ましくは、実施の形態1およびその変形例で説明したように、第2冷媒は、CF3I単一冷媒またはCF3Iを含む混合冷媒である。Preferably, the second refrigerant is a CF 3 I single refrigerant or a mixed refrigerant containing CF 3 I, as described in
なお、実施の形態1と2では、図1、図3のような冷媒回路について説明したが、室外側の第1冷媒回路2と室内側の第2冷媒回路3がそれぞれ閉じた回路を形成し、中間熱交換器22でカスケード熱交換する構成であれば、他の構成であってもよい。
In
また、実施の形態1と2では、冷媒回路の容積の値も簡略化して説明した。ただし、第2冷媒回路3の容積が全体の半分程度を占めており、中間熱交換器22と室外熱交換器13を連結する冷媒配管に占める容積の割合が無視できない大きさのものであれば、間接式サイクルの第2冷媒を不燃化および低GWP化することによる、全体のGWP総量値を削減する効果が得られる。このため、蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いる用途であれば制約はなく、RAC、PAC、ビル空調機など多様な能力範囲および用途について適用可能である。
Further, in
また、実施の形態1と2において、図1、図3で示した空調装置では、部屋ごとに温度調整するため、複数の室内熱交換器31,41と流量調整弁33,43で構成された室内温調ユニット30,40が設けられたマルチ機種で説明したが、マルチ機種に限らずシングル機種の場合も同様の効果が得られる。
In the first and second embodiments, the air conditioners shown in FIGS. 1 and 3 are configured with a plurality of
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。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
1,201 空調装置、2 第1冷媒回路、3,203 第2冷媒回路、7,11,11G,11L1,11L2,11L3,11L4,11L,72,73 配管、10 圧縮機、12,224 四方弁、13 室外熱交換器、17 第1タンク、17A,17B,18A,18B 空間、17C,18C タンク筐体、18 第2タンク、20,220 中間熱交換ユニット、22 中間熱交換器、23,223 ポンプ、23A モータ、23B ポンプ部筐体、23C シリンダ、23D 羽根車、23E 流路、24 膨張装置、30,40 室内温調ユニット、31,41 室内熱交換器、33,43 流量調整弁、61,63,68,69,75,76 温度センサ、84 羽根、100 制御装置、102 プロセッサ、103 メモリ、C1 第1角部、C2 第2角部、H1 第1流路、H2 第2流路。
1,201 air conditioner, 2 first refrigerant circuit, 3,203 second refrigerant circuit, 7,11,11G,11L1,11L2,11L3,11L4,11L,72,73 piping, 10 compressor, 12,224 four-way valve , 13 outdoor heat exchanger, 17 first tank, 17A, 17B, 18A, 18B space, 17C, 18C tank housing, 18 second tank, 20,220 intermediate heat exchange unit, 22 intermediate heat exchanger, 23,223
Claims (6)
前記第1冷媒を封入した第1冷媒回路と、
前記第2冷媒を封入した第2冷媒回路とを備え、
前記第1冷媒回路は、
ガス状態の前記第1冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記第1冷媒と外気との間で熱交換を行なう室外熱交換器と、
前記第1冷媒を減圧および膨張させる膨張装置と、
前記中間熱交換器において、前記第1冷媒が通過する第1流路とを含み、
前記第2冷媒回路は、
液状態の前記第2冷媒を昇圧し搬送するポンプと、
前記中間熱交換器において、前記第2冷媒が通過する第2流路と、
前記第2冷媒と室内空気との間で熱交換を行なう室内熱交換器と、
前記第2冷媒回路において、第1配管の途中に設けられるガス抜き用の第1タンクとを含み、
前記第1配管は、前記ポンプに接続され、冷房運転時において前記ポンプが吸入する前記第2冷媒が通る配管であり、
前記第2冷媒回路は、第2配管の途中に設けられるガス抜き用の第2タンクをさらに含み、
前記第2配管は、前記ポンプに接続され、前記冷房運転時において前記ポンプが吐出する前記第2冷媒が通る配管であり、
前記ポンプは、前記冷房運転時と暖房運転時で回転方向を切替えることによって、前記第2流路を流れる前記第2冷媒の方向を逆転させることが可能に構成され、
前記第1タンクの内容積は、前記第2タンクの内容積よりも大きい、空調装置。 An air conditioner comprising an intermediate heat exchanger configured to exchange heat between a first refrigerant and a second refrigerant,
a first refrigerant circuit enclosing the first refrigerant;
A second refrigerant circuit in which the second refrigerant is enclosed,
The first refrigerant circuit is
a compressor for compressing the first refrigerant in gaseous state;
an outdoor heat exchanger that exchanges heat between the first refrigerant and the outside air;
an expansion device that decompresses and expands the first refrigerant;
In the intermediate heat exchanger, including a first flow path through which the first refrigerant passes,
The second refrigerant circuit is
a pump that pressurizes and conveys the second refrigerant in a liquid state;
In the intermediate heat exchanger, a second flow path through which the second refrigerant passes;
an indoor heat exchanger that exchanges heat between the second refrigerant and indoor air;
In the second refrigerant circuit, including a first tank for degassing provided in the middle of the first pipe,
The first pipe is a pipe connected to the pump and through which the second refrigerant sucked by the pump passes during cooling operation ,
The second refrigerant circuit further includes a second tank for degassing provided in the middle of the second pipe,
The second pipe is a pipe connected to the pump and through which the second refrigerant discharged by the pump passes during the cooling operation,
The pump is configured to be capable of reversing the direction of the second refrigerant flowing through the second flow path by switching the direction of rotation between the cooling operation and the heating operation,
The air conditioner , wherein the internal volume of the first tank is larger than the internal volume of the second tank .
前記第1配管は、上流側配管と下流側配管とに分割され、
前記第1タンク内における前記上流側配管の端部は、前記下流側配管の前記端部よりも高い位置に配置される、請求項1に記載の空調装置。 The first tank has a tank housing having a cross-sectional area larger than the diameter of the first pipe,
The first pipe is divided into an upstream pipe and a downstream pipe,
2. The air conditioner according to claim 1, wherein an end of said upstream pipe within said first tank is arranged at a position higher than said end of said downstream pipe.
前記圧縮機の吐出口および吸入口に接続された四方弁をさらに含み、
前記四方弁は、
前記冷房運転時には、前記第1冷媒を前記吐出口から前記室外熱交換器へ流すとともに前記第1流路を通過した前記第1冷媒を前記吸入口に流すように構成され、
前記暖房運転時には、前記第1冷媒を前記吐出口から前記第1流路へ流すとともに前記室外熱交換器を通過した前記第1冷媒を前記吸入口に流すように構成され、
前記第1配管は、前記冷房運転時において前記ポンプが吸入する前記第2冷媒が通る配管である、請求項1に記載の空調装置。 The first refrigerant circuit is
further comprising a four-way valve connected to the discharge port and the suction port of the compressor;
The four-way valve is
During the cooling operation, the first refrigerant is caused to flow from the discharge port to the outdoor heat exchanger, and the first refrigerant that has passed through the first flow path is caused to flow to the suction port,
During the heating operation, the first refrigerant is caused to flow from the discharge port to the first flow path, and the first refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger is caused to flow to the suction port,
2. The air conditioner according to claim 1, wherein said first pipe is a pipe through which said second refrigerant sucked by said pump passes during said cooling operation.
前記渦式羽根車は、駆動軸に対して第1回転方向に回転させた時に最大揚程を発揮するように羽根形状に方向性を持たせた形状を有し、
前記第1回転方向は、前記暖房運転時に前記渦式羽根車が回転する方向である、請求項1に記載の空調装置。 The pump has a vortex impeller in which a plurality of blades rotating around a drive shaft are arranged in a circumferential direction as an impeller,
The vortex impeller has a shape in which the blade shape is directional so as to exhibit the maximum lift when rotated in the first rotation direction with respect to the drive shaft,
The air conditioner according to claim 1, wherein said first rotation direction is a direction in which said vortex impeller rotates during said heating operation.
前記第2角部の曲率半径は、前記第1角部の曲率半径よりも大きい、請求項5に記載の空調装置。 Each blade that rotates around the drive shaft of the vortex impeller has a first corner on the front end side and a second corner on the rear end side with respect to the first rotation direction,
The air conditioner according to claim 5 , wherein the radius of curvature of the second corner is larger than the radius of curvature of the first corner.
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