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WO2004013549A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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WO2004013549A1
WO2004013549A1 PCT/JP2003/009285 JP0309285W WO2004013549A1 WO 2004013549 A1 WO2004013549 A1 WO 2004013549A1 JP 0309285 W JP0309285 W JP 0309285W WO 2004013549 A1 WO2004013549 A1 WO 2004013549A1
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WO
WIPO (PCT)
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refrigerant
heat exchanger
pressure
heat source
side heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2003/009285
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiromune Matsuoka
Kazuhide Mizutani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
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Priority to US10/495,103 priority patent/US7171825B2/en
Priority to DE60335110T priority patent/DE60335110D1/de
Priority to EP03741544A priority patent/EP1526345B1/en
Priority to AT03741544T priority patent/ATE489590T1/de
Priority to JP2004525788A priority patent/JP4733979B2/ja
Priority to AU2003281797A priority patent/AU2003281797B2/en
Publication of WO2004013549A1 publication Critical patent/WO2004013549A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02—Subcoolers

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus, and more particularly to a refrigeration apparatus having a vapor compression type refrigerant circuit.
  • One of the conventional refrigeration systems having a vapor compression type refrigerant circuit is an air conditioner used for air conditioning of buildings and the like.
  • Such an air conditioner mainly includes a heat source unit, a plurality of utilization units, a refrigerant gas communication pipe for connecting these units, and a refrigerant liquid communication pipe. Since the refrigerant gas communication pipe and the refrigerant liquid connection pipe of this air conditioner are installed so as to connect the heat source unit and a plurality of use units, the pipe is long, and many bends and branches are formed in the middle. It has a complicated piping shape that has existed. Therefore, when updating the air conditioner, only the heat source unit and the use unit are updated, and the refrigerant gas communication pipe and the refrigerant liquid communication pipe of the existing equipment are often used as they are.
  • This air conditioner includes a refrigerant circuit including a compressor, a heat source side heat exchanger and a use side heat exchanger, and a heat source side auxiliary heat exchanger connected in parallel to the heat source side heat exchanger.
  • the refrigerant on the discharge side of the compressor increases during the cooling operation, the refrigerant on the discharge side of the compressor is introduced into the auxiliary heat exchanger on the heat source side to condense, and the refrigerant liquid It is possible to reduce the refrigerant pressure in the refrigerant circuit between the discharge side of the compressor including the communication pipe and the use side heat exchanger. As a result, it is possible to update the heat source unit and the use unit using R41OA as the working refrigerant, and to divert the refrigerant liquid communication pipe of the existing equipment using the working refrigerant such as R22. .
  • the heat source side auxiliary heat exchanger when the pressure increases, the heat source side auxiliary heat exchanger is activated to temporarily increase the condensation capacity of the refrigerant and suppress the rise in the discharge pressure of the compressor. If the condensation temperature of the refrigerant in the heat exchanger or auxiliary heat exchanger on the heat source side cannot be lowered sufficiently, the refrigerant flows from the heat source side heat exchanger including the refrigerant liquid communication pipe to the use side heat exchanger. The refrigerant pressure is reduced below the allowable operating pressure of the refrigerant liquid communication pipe, but it may be condensed only to a saturated state or a gas-liquid two-phase state. For this reason, the cooling capacity of each usage unit may be reduced.
  • the air conditioner is not only used when replacing the heat source unit and the use unit that use refrigerants such as R41OA and R32, which also have high-pressure saturation pressure characteristics, as the working refrigerant, but also new air conditioners.
  • R41OA and R32 which also have high-pressure saturation pressure characteristics, as the working refrigerant, but also new air conditioners.
  • the heat source unit having the compressor and the heat source side heat exchanger and the use unit having the use side heat exchanger have a lower allowable operating pressure than the components constituting the heat source unit.
  • the first expansion mechanism is for reducing the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger and sent to the use side heat exchanger to a pressure lower than the allowable operating pressure of the refrigerant communication pipe.
  • the cooler cools the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger and sent to the use side heat exchanger.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger can be sent to the use side heat exchanger after the decompression operation by the first expansion mechanism and the cooling operation by the cooler. . Therefore, the pressure of the refrigerant sent to the use-side heat exchanger can be reduced to a pressure lower than the allowable operating pressure of the refrigerant communication pipe, and the supercooled state can be maintained. Thus, when the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger is decompressed and sent to the use side heat exchanger, a decrease in the refrigeration capacity of the use side heat exchanger can be prevented.
  • the refrigeration apparatus according to claim 2 further includes a pressure detection mechanism for detecting the pressure of the refrigerant after the pressure is reduced by the first expansion mechanism.
  • the pressure of the refrigerant after the pressure is reduced by the first expansion mechanism can be detected by the pressure detection mechanism. Therefore, the refrigerant pressure between the first expansion mechanism and the use-side heat exchanger is set to a predetermined value. Pressure value can be adjusted. In this way, when the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger is decompressed and sent to the use side heat exchanger, the refrigerant pressure is stably controlled, and the refrigeration capacity of the use side heat exchanger is prevented from lowering. Can be.
  • a refrigeration apparatus according to claim 3 is the refrigeration apparatus according to claim 2, wherein the pressure detection mechanism is a pressure sensor. It is.
  • the pressure detection mechanism is a pressure sensor, the refrigerant pressure between the first expansion mechanism and the use-side heat exchanger can be constantly monitored during operation of the refrigeration apparatus.
  • the cooler is provided between the first expansion mechanism and the use-side heat exchanger.
  • the pressure detection mechanism is a thermistor provided between the first expansion mechanism and the cooler.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger is decompressed by the first expansion mechanism to become a saturated refrigerant liquid or a two-phase refrigerant, and sent to the cooler for supercooling. After being cooled to the state, it is sent to the use side heat exchanger.
  • the pressure detection mechanism including a thermistor provided between the first expansion mechanism and the cooler measures the temperature of the refrigerant after the pressure is reduced by the first expansion mechanism. Since the measured refrigerant temperature is the temperature of the refrigerant in the saturated state or the gas-liquid two-phase state, it can be known by converting the refrigerant saturation pressure from this temperature.
  • the pressure of the refrigerant after the pressure is reduced by the first expansion mechanism by the pressure detection mechanism including the thermistor is indirectly measured. This makes it possible to stably control the refrigerant pressure between the first expansion mechanism and the use-side heat exchanger.
  • the main refrigerant circuit stores the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger, and then sends the refrigerant to the first expansion mechanism. It has a receiver.
  • the receiver can introduce the refrigerant liquid condensed into the heat source side heat exchanger and temporarily store the refrigerant liquid.
  • the refrigerant liquid condensed in the heat source side heat exchanger does not remain in the heat source side heat exchanger, and discharge can be promoted.
  • the cooler is a heat exchanger using a refrigerant flowing in the main refrigerant circuit as a cooling source.
  • the main refrigerant circuit depressurizes a part of the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger and introduces the refrigerant into the cooler to reduce the main refrigerant circuit side.
  • An auxiliary refrigerant circuit is provided for exchanging heat with the flowing refrigerant and then returning the heat-exchanged refrigerant to the suction side of the compressor.
  • a part of the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger is reduced to a refrigerant pressure that can be returned to the suction side of the compressor, and is used as the cooling source of the cooler.
  • a cooling source at a temperature sufficiently lower than the temperature of the refrigerant flowing on the circuit side can be obtained. Thereby, the refrigerant flowing in the main refrigerant circuit side can be cooled to a supercooled state.
  • the auxiliary refrigerant circuit is provided at a second expansion mechanism provided between the heat source side heat exchanger and the cooler, and at an outlet side of the cooler.
  • a temperature detecting mechanism including a thermistor.
  • this refrigeration apparatus includes the second expansion mechanism and the temperature detection mechanism, the second expansion mechanism is adjusted based on the refrigerant temperature measured by the temperature detection mechanism provided at the outlet of the cooler. It is possible to adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the cooler. As a result, the refrigerant flowing in the main refrigerant circuit side can be reliably cooled, and the refrigerant at the outlet of the cooler can be evaporated and then returned to the compressor.
  • the refrigeration apparatus according to claim 9 is the refrigeration apparatus according to claims 1 to 8, wherein the refrigerant flowing through the main refrigerant circuit and the auxiliary refrigerant circuit has a saturation pressure characteristic higher than R407C.
  • the refrigerant liquid condensed in the heat source side heat exchanger can be decompressed by the first expansion mechanism and sent to the use side heat exchanger, so that the first expansion mechanism and the use side heat exchange Even if the permissible operating pressure of the piping that constitutes the circuit between the heater and the equipment, such as those that can only be used up to the saturation pressure at room temperature of R407C, is less than R407C It is possible to use a refrigerant having a high saturation pressure characteristic as a working refrigerant.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air conditioner as an example of a refrigeration device of the present invention. It is.
  • FIG. 2 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle of the air conditioner during the cooling operation.
  • Fig. 3 is a Mollier diagram of the refrigeration cycle of the air conditioner during heating operation.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air conditioner according to Modification 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air conditioner according to Modification 2 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a refrigerant circuit of an air conditioner 1 as an example of a refrigeration device of the present invention.
  • the air conditioner 1 is used to connect one heat source unit 2 and a plurality of (two in this embodiment) use units 5 connected in parallel to the heat source unit 2 and the heat source unit 2 and the use unit 5.
  • a refrigerant liquid communication pipe 6 and a refrigerant gas communication pipe 7 are provided, and are used, for example, for cooling and heating a building or the like.
  • the air conditioner 1 uses R41OA as a working refrigerant, which also has a high-pressure saturation pressure characteristic in 1 ⁇ 2 ⁇ 1 4407 ⁇ .
  • the type of the working refrigerant is not limited to R41OA, but may be R32 or the like.
  • the air conditioner 1 is obtained by updating the heat source unit and the use unit of the existing air conditioner using R22 and R407C to the heat source unit 2 and the use unit 5. It is composed.
  • the refrigerant liquid communication pipe 6 and refrigerant gas communication pipe 7 use the existing refrigerant liquid communication pipe and refrigerant gas communication pipe, and operate only at the saturation pressure characteristics such as R22 and R407C. Something that cannot be done.
  • the refrigerant liquid communication pipe 6 and the refrigerant gas communication pipe 7 exceed the operating pressure of about 3 MPa corresponding to the saturated pressure of R22 and R407C at room temperature.
  • the equipment, piping, etc., constituting the heat source unit 2 and the utilization unit 5 are designed to be able to handle the saturation pressure (about 4 MPa) of R41OA at room temperature.
  • the utilization unit 5 mainly includes a utilization-side expansion valve 51, a utilization-side heat exchanger 52, and a pipe connecting these.
  • the use-side expansion valve 51 is an electric expansion valve connected to the liquid side of the use-side heat exchanger 52 in order to adjust the refrigerant pressure, adjust the flow rate of the refrigerant, and the like.
  • the use side heat exchanger 52 is a cross-fin tube type heat exchanger for exchanging heat with indoor air.
  • the use unit 5 includes a fan (not shown) for taking in and sending out indoor air into the unit, and converts the indoor air and the refrigerant flowing through the use-side heat exchanger 52. Heat exchange is possible.
  • the heat source unit 2 mainly includes a compressor 21, an oil separator 22, a four-way switching valve 23, a heat source side heat exchanger 24, a bridge circuit 25, a receiver 26, and a heat source.
  • the compressor 21 is a scroll-type compressor driven by an electric motor and compresses the sucked refrigerant gas.
  • the oil separator 22 is a container provided on the discharge side of the compressor 21 for gas-liquid separation of oil contained in the compressed and discharged refrigerant gas.
  • the oil separated in the oil separator 22 is returned to the suction side of the compressor 21 via an oil return pipe 43.
  • the four-way switching valve 23 is a valve for switching the flow direction of the refrigerant when switching between the cooling operation and the heating operation, and the outlet of the oil separator 22 and the heat source side heat exchanger 24 during the cooling operation.
  • the compressor 21 and the refrigerant gas communication pipe 7 see the solid line of the four-way switching valve in Fig. 1).
  • the outlet of the oil separator 22 is connected.
  • the heat source side heat exchanger 24 is a cross-fin tube type heat exchanger for exchanging heat with refrigerant using air as a heat source.
  • the heat source unit 2 includes a fan (not shown) for taking in and sending out outdoor air into the unit, and flows through the outdoor air and the heat source side heat exchanger 24. It is possible to exchange heat with the refrigerant.
  • the receiver 26 is a container for temporarily storing the coolant flowing between the heat source side heat exchanger 24 and the use side heat exchanger 52.
  • the receiver 26 has an inlet at the upper part of the container and an outlet at the lower part of the container.
  • the inlet and outlet of the receiver 26 are connected to a refrigerant circuit between the heat source side heat exchanger 24 and the cooler 28 via a bridge circuit 25, respectively.
  • a heat source side expansion valve 27 is connected between the outlet of the receiver 26 and the bridge circuit 25.
  • the heat source side expansion valve 27 is an electric expansion valve for adjusting the refrigerant pressure and the refrigerant flow between the heat source side heat exchanger 24 and the use side heat exchanger 52. It is.
  • the bridge circuit 25 is a circuit composed of four check valves 25 a to 25 d connected between the heat source side heat exchanger 24 and the cooler 28, and the heat source side heat exchanger
  • the refrigerant flowing in the refrigerant circuit between 24 and the use side heat exchanger 52 flows into the receiver 26 from the heat source side heat exchanger 24 side and the receiver 2 from the use side heat exchanger 52 side
  • the refrigerant flows into the receiver 26 from the inlet side of the receiver 26, and the heat source side heat exchanger 24 and the user side heat exchange from the outlet of the receiver 26. It has a function of returning the refrigerant liquid to the refrigerant circuit between the heat exchanger 52 and the heat exchanger.
  • the check valve 25 a is connected to guide the refrigerant flowing from the use side heat exchanger 52 to the heat source side heat exchanger 24 to the inlet of the receiver 26.
  • the check valve 25 b is connected so as to guide the refrigerant flowing from the heat source side heat exchanger 24 to the use side heat exchanger 52 to the inlet of the receiver 26.
  • the check valve 25c is connected so that the refrigerant flowing from the outlet of the receiver 26 through the heat source side expansion valve 27 can be returned to the use side heat exchanger 52 side.
  • the check valve 25 d is connected so that the refrigerant flowing from the outlet of the receiver 26 through the heat source side expansion valve 27 can be returned to the heat source side heat exchanger 24. Has been continued.
  • the refrigerant flowing into the receiver 26 from the refrigerant circuit between the heat source side heat exchanger 24 and the use side heat exchanger 52 always flows from the inlet of the receiver 26, and From the outlet, the refrigerant is returned to the refrigerant circuit between the heat source side heat exchanger 24 and the use side heat exchanger 52.
  • the cooler 28 is a heat exchanger for cooling the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 24 and sent to the use side heat exchanger 52.
  • the refrigerant pressure between the use side heat exchanger 52 and the heat source side expansion valve 27 (the refrigerant pressure after pressure reduction) ) Is provided with a first pressure detecting mechanism 31.
  • the first pressure detection mechanism 31 is a pressure sensor. The opening of the heat source side expansion valve 27 is adjusted so that the refrigerant pressure value measured by the first pressure detection mechanism 31 becomes a predetermined pressure value.
  • the liquid-side gate valve 30 and the gas-side gate valve 41 are connected to a refrigerant liquid communication pipe 6 and a refrigerant gas communication pipe 7, respectively.
  • the refrigerant liquid communication pipe 6 connects between the liquid side of the use side heat exchanger 52 of the utilization unit 5 and the liquid side of the heat source side heat exchanger 24 of the heat source unit 2.
  • the refrigerant gas communication pipe 7 connects between the gas side of the use side heat exchanger 52 of the use unit 5 and the four-way switching valve 23 of the heat source unit 2.
  • the first auxiliary refrigerant circuit 29 after decompressing a part of the refrigerant at the outlet of the receiver 26, introducing the refrigerant into the cooler 28, and performing heat exchange with the refrigerant flowing toward the use side heat exchanger 52, This is a refrigerant circuit for returning the heat-exchanged refrigerant to the suction side of the compressor 21.
  • the first auxiliary refrigerant circuit 29 includes a first branch circuit 29 a branched from a circuit connecting the outlet of the receiver 26 and the heat source side expansion valve 27 to the cooler 28.
  • An auxiliary expansion valve 29 b provided in the first branch circuit 29 a, a first junction circuit 29 c joining from the outlet of the cooler 28 to the suction side of the compressor 21, and a first junction.
  • the first in circuit 29c T JP2003 / 009285
  • the auxiliary expansion valve 29 b is an electric expansion valve for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the cooler 28.
  • the first temperature detecting mechanism 29 d is a thermistor provided for measuring the refrigerant temperature at the outlet of the cooler 28.
  • the opening of the auxiliary expansion valve 29b is adjusted based on the refrigerant temperature measured by the first temperature detection mechanism 29d. Specifically, it is adjusted by superheat control between the first temperature detection mechanism 29 d and the refrigerant temperature of the heat source side heat exchanger 24 (not shown). Thereby, the refrigerant at the outlet of the cooler 28 is completely evaporated and returned to the suction side of the compressor 21.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 is provided between the four-way switching valve 23 of the main refrigerant circuit 10 and the use-side heat exchanger 52, and is compressed in the compressor 21 so that the use-side heat exchange is performed.
  • This is a refrigerant circuit that can return to the main refrigerant circuit 10 after condensing a part of the refrigerant sent to the heat exchanger 52.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 mainly includes a second branch circuit 4 for branching a part of the refrigerant compressed in the compressor 21 and sent to the use side heat exchanger 52 from the main refrigerant circuit 10.
  • the condenser 42b is a heat exchanger that exchanges heat with a refrigerant using air as a heat source.
  • a condenser opening / closing valve 42 d for circulating the Z flow of the refrigerant to the condenser 42 b is provided on the side of the second merging circuit 42 c of the condenser 42 b.
  • the condenser on-off valve 42d is an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant flowing into the condenser 42b.
  • the second merging circuit 42c is provided with a second pressure detecting mechanism 42e for detecting the refrigerant pressure on the second merging circuit 42c side (outlet side) of the condenser 42b. I have.
  • the second pressure detecting mechanism 42 e is a pressure sensor. The opening degree of the condenser on-off valve 42d is adjusted such that the refrigerant pressure value measured by the second pressure detecting mechanism 42e becomes equal to or lower than a predetermined pressure value.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 further includes a bypass circuit 42 f that allows the refrigerant flowing from the compressor 21 to the use side heat exchanger 52 to bypass the condenser 42 b.
  • a bypass circuit 42 f that allows the refrigerant flowing from the compressor 21 to the use side heat exchanger 52 to bypass the condenser 42 b.
  • a non-return mechanism 44 that allows only the flow of air is provided.
  • the check mechanism 44 is a check valve.
  • the bypass circuit 42 f is provided with a condenser on-off valve 42 d so that the flow rate of the refrigerant flowing into the condenser 42 b can be secured by adjusting the opening of the condenser on-off valve 42 d.
  • FIG. 2 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle when the air conditioner 1 is operated for cooling
  • FIG. 3 is a Mollier diagram of a refrigeration cycle when the air conditioner 1 is operated for heating.
  • the four-way switching valve 23 is in the state shown by the solid line in FIG. 1, that is, the discharge side of the compressor 21 is connected to the gas side of the heat source side heat exchanger 24, and the compressor 2
  • the suction side of 1 is connected to the gas side of the use side heat exchanger 52.
  • the liquid-side gate valve 30 and the gas-side gate valve 41 are opened, and the opening of the use-side expansion valve 51 is adjusted so as to reduce the pressure of the refrigerant.
  • the heat-source-side expansion valve 27 is in a state where the opening thereof is adjusted to control the refrigerant pressure in the first pressure detection mechanism 31 to a predetermined pressure value.
  • the auxiliary expansion valve 29b is in a state where the opening is adjusted by superheat control between the first temperature detection mechanism 29d and the refrigerant temperature of the heat source side heat exchanger 24 (not shown).
  • the condenser on-off valve 42 d of the second auxiliary refrigerant circuit 42 is closed.
  • the refrigerant flowing from the use-side heat exchanger 52 to the compressor 2 ′′ I mainly flows through the check mechanism 44.
  • the heat source side expansion valve 27 causes the pressure P d1 to the pressure P a1 higher than the allowable operating pressure Pa1 of the refrigerant liquid communication pipe 6 at the heat source side expansion valve 27.
  • the pressure is reduced to a lower pressure P e1 (see the point in Fig. 2).
  • the depressurized refrigerant is in a gas-liquid two-phase state.
  • the depressurized refrigerant exchanges heat with the refrigerant flowing through the first auxiliary refrigerant circuit 29 in the cooler 28 to be cooled and becomes a supercooled liquid (see the point in FIG. 2).
  • the refrigerant liquid sent to the use unit 5 is decompressed by the use-side expansion valve 51 (see the point in FIG. 2), and then heat-exchanges with the indoor air in the use-side heat exchanger 52 to evaporate. (See point in Figure 2).
  • the evaporated refrigerant gas is sucked into the compressor 21 again via the refrigerant gas communication pipe 7, the gas-side gate valve 41, the check mechanism 44, and the four-way switching valve 23.
  • the pressure measured by the first pressure detection mechanism 31 is controlled to a predetermined pressure value (that is, the pressure Pe1 ) by adjusting the opening of the heat source side expansion valve 27 .
  • a part of the refrigerant liquid stored in the receiver 26 is reduced to near the pressure Ps1 by the auxiliary expansion valve 29b provided in the first branch circuit 29a of the first auxiliary refrigerant circuit 29.
  • the refrigerant is introduced into the cooler 28 and exchanges heat with the refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 10 to evaporate.
  • the evaporated refrigerant is returned to the suction side of the compressor 21 through the first merging circuit 29c.
  • the pressure of the refrigerant is reduced and adjusted to a pressure Pe1 lower than the allowable operating pressure Pa1 of the refrigerant liquid communication pipe 6, and the refrigerant liquid is sufficiently supercooled to the use side heat exchanger 52.
  • the supplied cooling operation is performed.
  • the heating operation will be described.
  • the four-way switching valve 23 is indicated by the broken line in FIG. 1, that is, the discharge side of the compressor 21 is connected to the gas side of the use side heat exchanger 52, and the compressor 2
  • the intake side of 1 is connected to the gas side of the heat source side heat exchanger 24.
  • the liquid-side gate valve 30 and the gas-side gate valve 41 are opened, and the opening of the use-side expansion valve 51 and the heat-source-side expansion valve 25 is adjusted so as to reduce the pressure of the refrigerant.
  • the auxiliary expansion valve 29b is closed, and the first auxiliary refrigerant circuit is not used.
  • the condenser opening / closing valve 42 d of the second auxiliary refrigerant circuit 42 is adjusted in opening to control the refrigerant pressure in the second pressure detecting mechanism 42 e to a predetermined pressure value. In a state of knotting.
  • the refrigerant gas After flowing into the second branch circuit 42a, the refrigerant gas returns to the second merging circuit 42c through the bypass circuit 42f of the second auxiliary refrigerant circuit 42, and flows into the condenser 42b and condenses. The flow is branched to the flow returning to the merging circuit 42c through the switch valve 42d.
  • the refrigerant gas flowing through the bypass circuit 42 f is somewhat depressurized by the capillary 42 g and returns to the second merging circuit 42 G (see point C 2 in FIG. 3).
  • a refrigerant gas flows into the condenser 42b at a flow rate corresponding to the opening degree of the condenser on-off valve 42d, exchanges heat with the outside air and is condensed into a refrigerant liquid to form a second refrigerant circuit 4b.
  • the refrigerant gas returned to the second merging circuit 42c is mixed in the second branch circuit 42a by the pressure reduction effect due to the reduction of the refrigerant gas volume due to the condensation of the refrigerant gas in the condenser 42b.
  • the opening of the condenser on-off valve 42d is adjusted to a pressure Pe2 by the refrigerant pressure measured by the second pressure detecting mechanism 42e provided in the second merging circuit 42c. This realizes control of the amount of refrigerant gas condensed in the condenser 42b, that is, pressure control of the refrigerant gas sent to the use-side heat exchanger 52.
  • the state of the refrigerant gas (point D 2 in FIG. 3) after the pressure is reduced by the pressure reduction control is on the line of the refrigerant compression process by the compressor 21 (on the line connecting point A 2 and point B 2 in FIG. 3). ) Nearby.
  • the refrigerant gas sent to the use-side heat exchanger 52 is supplied to the compressor According to 21, the refrigerant is sent at a refrigerant temperature equivalent to the refrigerant temperature when compressed to the pressure Pe2 .
  • the refrigerant gas sent to the use-side heat exchanger 52 is reduced to the pressure Pe2 as described above, and then returned to the main refrigerant circuit 10, where the gas-side gate valve 41 and the refrigerant gas communication pipe 7 Is sent to User Unit 5 through
  • the refrigerant gas sent to the user units 5 is condensed in the use side heat exchanger 5 2 and the indoor air heat exchanger (see E 2 in terms of FIG. 3).
  • the condensed refrigerant liquid is reduced to a pressure P f2 by the use side expansion valve 51 (see point F 2 in FIG. 3), and then sent to the heat source unit 2 via the refrigerant liquid communication pipe 6.
  • the refrigerant liquid sent to the heat source unit 2 is decompressed to a pressure P s2 by the heat source side expansion valve 25 (see point G 2 in FIG. 3), and then is heated and cooled by the heat source side heat exchanger 24. exchange to be evaporated (see a 2 points in Figure 3).
  • the evaporated refrigerant gas is sucked into the compressor 21 again via the four-way switching valve 23.
  • the refrigerant pressure is reduced and adjusted to a pressure Pe2 lower than the allowable operating pressure Pa2 of the refrigerant gas communication pipe 7, and the refrigerant temperature is equal to the refrigerant temperature obtained by compressing the refrigerant gas by the compressor 21.
  • a heating operation is performed in which the refrigerant temperature is adjusted and supplied to the use-side heat exchanger 52.
  • the air conditioner 1 of the present embodiment has the following features.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 24 is subjected to a pressure reducing operation by the heat source side expansion valve 27 and a cooling operation by the cooler 28, and then to the use side heat exchanger. 5 can be sent to two. Therefore, the pressure of the refrigerant sent to the use-side heat exchanger 52 can be reduced, and the supercooled state can be maintained.
  • the refrigerant pressure after the pressure is reduced by the heat source side expansion valve 27 can be detected by the first pressure detection mechanism 31, the heat source side expansion valve 27 and the use side heat exchanger 52 are connected to each other. During this time, the refrigerant pressure can be adjusted to a predetermined pressure value (pressure Pe1 in FIG. 2).
  • the refrigerant pressure is stably controlled, and the use side heat exchanger 5 2 can prevent a decrease in cooling capacity.
  • the enthalpy difference h D1 before pressure reduction by the heat source side expansion valve 27 Since h E1 is larger, the cooling capacity per unit flow rate of the refrigerant is larger.
  • the first pressure detecting mechanism 31 is a pressure sensor, the refrigerant pressure between the heat source side expansion valve 27 and the use side heat exchanger 52 is constantly monitored during the cooling operation. The reliability of refrigerant pressure control is high.
  • the refrigerant liquid condensed in the heat source side heat exchanger 24 is reduced by the heat source side expansion valve 27 to a pressure Pe1 lower than the allowable operating pressure Pa1 of the refrigerant liquid communication pipe 6.
  • the pipes constituting the circuit between the heat source side expansion valve 27 and the use side heat exchanger 52 can be sent to the use side heat exchanger 52.
  • the permissible pressure includes that which can only be used up to the saturation pressure of R 407 C at room temperature, use a refrigerant having a saturation pressure characteristic higher than R 407 C as the working refrigerant. Is possible.
  • the refrigerant having a saturation pressure characteristic higher than R407C is operated. Even in the case of updating to a newly installed air conditioner 1 used as a refrigerant, the refrigerant liquid communication pipe 6 of the existing device can be diverted.
  • the air conditioner 1 since the air conditioner 1 includes a receiver 26 for storing the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 24 and then sending the refrigerant to the heat source side expansion valve 27, the air conditioner 1 has a heat source side heat exchanger.
  • the refrigerant liquid condensed in the exchanger 24 does not remain in the heat source side heat exchanger 24, thereby facilitating discharge.
  • the submerged portion of the heat side heat exchanger 24 can be reduced, and heat exchange can be promoted.
  • the refrigerant liquid can be sent to the use side heat exchanger 52 in a supercooled state, so that the air conditioner 1 may branch to a plurality of use units 5 as in the present embodiment, or may be a heat source unit. Even when there is a height difference from the container 2 to the utilization unit 5, the refrigerant is kept in a liquid state, and it is possible to make it difficult for the refrigerant to drift.
  • the cooler 28 is a heat exchanger using the refrigerant flowing in the main refrigerant circuit 10 as a cooling source, so that another cooling source is unnecessary.
  • the refrigerant introduced into the cooler 28 by the first auxiliary refrigerant circuit 29 is used as a cooling source.
  • the first auxiliary refrigerant circuit 29 is configured to cool a part of the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 24 to a refrigerant pressure at which the refrigerant can be returned to the suction side of the compressor 21, and cool the refrigerant.
  • the first auxiliary refrigerant circuit 29 includes the auxiliary expansion valve 29b and the first temperature detection mechanism 29d provided at the outlet of the cooler 28, the first temperature detection mechanism 2 It is possible to adjust the opening degree of the auxiliary expansion valve 29 b based on the refrigerant temperature measured by 9 d to adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the cooler 28.
  • the refrigerant flowing in the main refrigerant circuit 10 can be reliably cooled, and the refrigerant at the outlet of the cooler 28 can be evaporated and then returned to the compressor 21.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 condenses a part of the refrigerant that is compressed in the compressor 21 and sent to the use side heat exchanger 52.
  • the pressure of the refrigerant sent to the use-side heat exchanger 52 can be reduced. This makes it possible to stably control the pressure of the refrigerant sent to the use-side heat exchanger 52.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 includes a condenser 42b, and condenses the refrigerant sent to the use side heat exchanger 52 by the condenser 42b, thereby forming a refrigerant gas.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 includes a condenser opening / closing valve 42 d that allows the flow of the refrigerant to the condenser 42 b to be shut off. It is also possible to flow / cut off the flow of the refrigerant to 2b.
  • a second pressure detecting mechanism 4 for detecting the refrigerant pressure between the condenser 42 b and the use side heat exchanger 52 is provided in the second merging circuit 42 G of the second auxiliary refrigerant circuit 42. Since 2e is provided, it is possible to stably control the refrigerant pressure sent to the use-side heat exchanger 52.
  • the pressure control by the second auxiliary refrigerant circuit 4 2 state after pressure reduction control (refer to D 2 points in FIG. 3), the line of compression step by the compressor 2 1 (and A 2 and B 2 in FIG. 3 On the line connecting).
  • the temperature of the refrigerant gas sent to the use-side heat exchanger 52 can be made equal to the refrigerant temperature when the compressor 21 compresses the gas to the pressure Pe2 . It is easy to secure the heating load.
  • the air conditioner 1 further includes a bypass circuit 42 f provided in the second auxiliary refrigerant circuit 42 and a check mechanism 44 provided in the main refrigerant circuit 10, so that the compressor 2 When sending the refrigerant from 1 to the use side heat exchanger 52, the refrigerant flows through the second auxiliary refrigerant circuit 42, and when sending the refrigerant from the use side heat exchanger 52 to the compressor 21 The refrigerant can flow through the check mechanism 44 of the refrigerant circuit 10. This makes it possible to switch the flow path of the refrigerant gas during the cooling operation and the heating operation.
  • a part of the refrigerant gas sent from the compressor 21 to the use side heat exchanger 52 is condensed by the second auxiliary refrigerant circuit 42 so that the use side Since the refrigerant gas sent to the heat exchanger 52 can be reduced to a pressure Pe2 lower than the allowable operating pressure Pa2 of the refrigerant gas communication pipe 7, the compressor 21 and the use side heat can be reduced as in the present embodiment.
  • R40 A refrigerant having a saturation pressure characteristic higher than 7 C can be used as a working refrigerant.
  • the refrigerant having a saturation pressure characteristic higher than R407C is operated. Even in the case of updating to a newly installed air conditioner 1 used as a refrigerant, the refrigerant gas communication pipe 7 of the existing device can be diverted.
  • the first pressure detection mechanism 31 composed of a pressure sensor is provided between the cooler 28 in the heat source unit 2 of the air conditioner 1 and the liquid-side gate valve 30.
  • an air conditioner 101 including a heat source unit 102 provided with a first pressure detection mechanism 13 1 composed of a thermistor between a bridge circuit 25 and a cooler 28. Is also good. Note that the other configuration of the air conditioner 101 is the same as that of the air conditioner 1, and a description thereof will be omitted.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger 24 is decompressed by the heat source side expansion valve 27 to become a saturated refrigerant liquid or a two-phase refrigerant, and the cooler 28 After being cooled to the supercooled state, it is sent to the use-side heat exchanger 24.
  • a thermistor is provided between the heat source side expansion valve 27 and the cooler 28.
  • the first pressure detection mechanism 13 1 measures the temperature of the refrigerant after the pressure is reduced by the heat source side expansion valve 27. Since the measured refrigerant temperature is the temperature of the refrigerant in the saturated state or the gas-liquid two-phase state, it can be known by converting the refrigerant saturation pressure from this temperature.
  • the refrigerant pressure after the pressure is reduced by the heat source side expansion valve 27 by the first pressure detection mechanism 13 1 is indirectly measured. This makes it possible to stably control the refrigerant pressure between the heat-source-side expansion valve 27 and the use-side heat exchanger 52 as in the above-described embodiment.
  • the second auxiliary refrigerant circuit 42 in the heat source unit 2 of the air conditioner 1 includes the air-cooled condenser 42 b, but as shown in FIG.
  • the air conditioner 201 may include the heat source unit 202 provided with the second auxiliary refrigerant circuit 242 provided with the condenser 242 b having the refrigerant flowing through the cooling medium as the cooling source.
  • the cooling source of the condenser 242 b is, similarly to the cooling source of the cooler 28, a refrigerant whose pressure has been reduced by the auxiliary expansion valve 229 b of the first auxiliary refrigerant circuit 229.
  • the first auxiliary refrigerant circuit 229 is mainly branched from a circuit connecting the outlet of the receiver 26 and the heat source side expansion valve 27 to the first branch toward the cooler 28 and the condenser 24 b.
  • the circuit is composed of a circuit 229 a and a first merging circuit 229 c which merges from the outlet of the cooler 28 and the outlet of the condenser 24 b to the suction side of the compressor 21.
  • the first branch circuit 229a is downstream of the main branch circuit 229a, the auxiliary expansion valve 229b provided in the main branch circuit 229a, and the auxiliary expansion valve 229b.
  • a condenser branch circuit 229c connected to the inlet of the cooler 28, and connected to the inlet of the condenser 2442b, which is provided downstream of the auxiliary expansion valve 229b.
  • a condenser-side branch circuit 222 e connected thereto.
  • the cooler-side branch circuit 229 c includes a branch on-off valve 229 d for interrupting the flow of the refrigerant to the cooler 28.
  • the condenser-side branch circuit 229 e is provided with a branch on-off valve 229 f for shutting off the flow of the refrigerant to the condenser 242 b.
  • the first merging circuit 2 29 G has a main merging circuit 2 29 i merging to the suction side of the compressor 21, and a cooler side merging merging from the outlet of the cooler 28 to the main merging circuit 2 29 i.
  • the other configuration of the air conditioner 201 is the same as that of the air conditioner 1, and therefore the description is omitted.
  • the air conditioner 201 opens the branch on-off valve 229 d so that the cooler 28 can be used, and the branch on-off valve 22 so as not to use the condenser 242 b.
  • the cooling operation after performing the operation of closing 9 f, the same cooling operation as that of the air conditioner 1 can be performed.
  • the branch on-off valve 22 9 d is closed to prevent the use of the cooler 28, and the branch on-off valve 22 9 f is opened to enable use of the condenser 24 b.
  • the same heating operation as in the air conditioner 1 can be performed. That is, the pressure control of the main refrigerant circuit 210 can be stably performed by the switching operation of the branch on-off valves 229 d and 229 f according to the operation mode.
  • an air-cooled heat source unit using outside air as a heat source unit is used as a heat source unit of an air conditioner, but a water-cooled or ice storage type heat source unit may be used.
  • the pressure sensor is used for the second pressure detection mechanism, but a pressure switch may be used. As a result, the control response becomes faster. Also, the condenser on-off valve
  • a solenoid valve without a throttle function may be used instead of an electric expansion valve.
  • a smooth control response cannot be obtained as compared with the case where an electric expansion valve is used, but a quick control response can be obtained.
  • the bypass circuit is provided with cavities.
  • the piping diameter of the bypass circuit may be reduced.
  • the operation in the case where the discharge pressure of the compressor is always higher than the refrigerant liquid communication pipe or the refrigerant gas communication pipe has been described, but the operation is combined with capacity control such as inverter control of the compressor. Control may be used. For example, usually However, by controlling the capacity of the compressor, the refrigerant pressure measured by the discharge pressure sensor etc. of the compressor is controlled to be lower than the allowable operating pressure between the refrigerant liquid communication pipe and the refrigerant gas communication pipe.
  • the heat source unit and the use unit of the air conditioner using the existing R22 and R407C are updated to the heat source unit 2 and the use unit 5, and R22
  • the present invention is not limited to this.
  • an air conditioner using a refrigerant having high saturation pressure characteristics, such as R41OA or R32, as the working refrigerant using refrigerant gas communication pipes and refrigerant liquid communication pipes that can be prepared locally is constructed. It becomes possible to do.
  • the refrigerant condensed in the heat source side heat exchanger can be sent to the use side heat exchanger after the pressure reduction operation by the first expansion mechanism and the cooling operation by the cooler, so that the heat source side heat exchange
  • the refrigerant condensed in the heat exchanger is decompressed and sent to the use side heat exchanger, a decrease in the refrigeration capacity of the use side heat exchanger can be prevented.

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Description

明 細 書
技術分野
本発明は、 冷凍装置、 特に、 蒸気圧縮式の冷媒回路を備えた冷凍装置に関する
背景技術
従来の蒸気圧縮式の冷媒回路を備えた冷凍装置の一つとして、 ビル等の空気調 和に用いられる空気調和装置がある。 このような空気調和装置は、 主に、 熱源ュ ニッ卜と、 複数の利用ュニッ卜と、 これらのュニット間を接続するための冷媒ガ ス連絡配管及び冷媒液連絡配管とを備えている。 この空気調和装置の冷媒ガス連 絡配管及び冷媒液連絡配管は、 熱源ュニッ卜と複数の利用ュニッ卜とを接続する ように設置されているため、 配管が長く、 途中に多くの曲げや分岐が存在した複 雑な配管形状を有している。 このため、 空気調和装置を更新する際には、 熱源ュ ニッ卜及び利用ュニットのみを更新して、 既設装置の冷媒ガス連絡配管及び冷媒 液連絡配管をそのまま流用することが多い。
また、 従来の空気調和装置は、 R 2 2のような H C F C系の冷媒を使用してい るものが多い。 このような空気調和装置の冷媒回路を構成する配管、 機器等には 、 作動冷媒の常温での飽和圧力に応じた強度を有するものが使用されている。 し かし、 近年の環境問題への配慮から、 ^1 0 0系冷媒を^1 〇系冷媒又は1"1〇系 冷媒に切り替える取り組みが進められている。 このため、 ビル等の空気調和に用 いられる空気調和装置では、 R 2 2を作動冷媒として使用した既設装置の熱源ュ ニット及ぴ利用ュニットを R 2 2と飽和圧力特性が近似する H F C系冷媒の R 4 0 7 Cを作動冷媒として使用した装置に更新して、 既設装置の冷媒ガス連絡配管 及び冷媒液連絡配管を流用している。
一方、 上記の空気調和装置において、 冷凍効率を向上させて消費電力を低減す ることが望まれている。 このようなニーズに対応するために、 R 2 2 R 4 0 7 Cよりも高圧の飽和圧力特性を有する H F C系冷媒の R 4 1 0 Aや R 3 2等を使 用することが考えられる。 しかし、 R 4 1 O Aや R 3 2等の冷媒を作動冷媒とし て使用しょうとすると、 熱源ユニット及び利用ユニットだけでなく、 冷媒ガス連 絡配管や冷媒液連絡配管についても、 これらの飽和圧力特性に対応した強度を有 する配管に更新しなければならないため、 設置工事等の手間が従来よりも増加す るという問題が生じる。
このような問題を解決することが可能な空気調和装置として、 特開 2 0 0 2 - 1 0 6 9 8 4号公報に記載の空気調和装置が開示されている。 この空気調和装置 は、 圧縮機、 熱源側熱交換器及び利用側熱交換器を含む冷媒回路と、 熱源側熱交 換器に並列に接続された熱源側補助熱交換器とを備えている。 そして、 この空気 調和装置は、 冷房運転時において、 圧縮機の吐出側の冷媒圧力が上昇すると、 熱 源側補助熱交換器に圧縮機の吐出側の冷媒を導入して凝縮させて、 冷媒液連絡配 管を含む圧縮機の吐出側から利用側熱交換器までの間の冷媒回路の冷媒圧力を低 下させることが可能である。 これにより、 R 4 1 O Aを作動冷媒として使用した 熱源ュニッ卜及び利用ュニッ卜に更新するとともに、 R 2 2等の作動冷媒を用い た既設装置の冷媒液連絡配管を流用することが可能になる。
しかし、 上記の空気調和装置では、 圧力上昇時に、 熱源側補助熱交換器を作動 させることによって、 冷媒の凝縮能力を一時的に増加させて圧縮機の吐出圧力の 上昇を抑えるため、 熱源側熱交換器や熱源側補助熱交換器における冷媒の凝縮温 度が十分に低くできない場合には、 冷媒液連絡配管を含む熱源側熱交換器から利 用側熱交換器までの間の冷媒回路を流れる冷媒圧力は冷媒液連絡配管の運転許容 圧力以下に減圧されるが、 飽和状態又は気液二相状態までしか凝縮されない場合 がある。 このため、 各利用ユニットにおける冷房能力が低下するおそれがある。 また、 上記のように、 R 2 2や R 4 0 7 C等を使用した既設の空気調和装置の 冷媒ガス連絡配管や冷媒液連絡配管を流用しつつ、 1^ 2 2ゃ1^ 4 0 7〇ょリも高 圧の飽和圧力特性を有する R 4 1 O Aや R 3 2等の冷媒を作動冷媒として使用す る熱源ュニット及び利用ュニッ卜に更新する場合のみならず、 新規に空気調和装 置を設置する場合においても、 R 4 1 O Aや R 3 2等の高圧の飽和圧力特性を有 する冷媒ガス連絡配管や冷媒液連絡配管を準備することができない場合もある。 このような場合にも、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換 器へ送る際に、 各利用ュニッ卜における冷房能力の低下を防ぐ必要がある。 発明の開示
この発明の目的は、 蒸気圧縮式の冷媒回路を含む冷凍装置において、 熱源側熱 交換器で凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換器へ送る際に、 利用側熱交換器 における冷凍能力の低下を防ぐことにある。
請求項 1に記載の冷凍装置は、 圧縮機と熱源側熱交換器とを有する熱源ュニッ 卜と、 利用側熱交換器を有する利用ユニットとが、 熱源ユニットを構成する部品 よりも運転許容圧力の低い冷媒連絡配管を介して接続されて、 蒸気圧縮式の主冷 媒回路を構成する冷凍装置であって、 第 1膨張機構と、 冷却器とを備えている。 第 1膨張機構は、 熱源側熱交換器において凝縮されて利用側熱交換器に送られる 冷媒を冷媒連絡配管の運転許容圧力より低い圧力まで減圧するためのものである 。 冷却器は、 熱源側熱交換器において凝縮されて利用側熱交換器に送られる冷媒 を冷却するためのものである。
この冷凍装置では、 熱源側熱交搀器において凝縮された冷媒を第 1膨張機構に よる減圧操作及び冷却器による冷却操作の後に、 利用側熱交換器に送ることがで きるようになつている。 このため、 利用側熱交換器に送られる冷媒を冷媒連絡配 管の運転許容圧力より低い圧力まで減圧するとともに、 過冷却状態を保つことが できる。 これにより、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換 器に送る際に、 利用側熱交換器における冷凍能力の低下を防ぐことができる。 請求項 2に記載の冷凍装置は、 請求項 1において、 第 1膨張機構によって減圧 された後の冷媒圧力を検出するための圧力検出機構をさらに備えている。
この冷凍装置では、 圧力検出機構によって、 第 1膨張機構で減圧された後の冷 媒圧力を検出することができるため、 第 1膨張機構と利用側熱交換器との間の冷 媒圧力を所定の圧力値に調節することができる。 これにより、 熱源側熱交換器で 凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換器に送る際に、 冷媒圧力を安定的に制御 するとともに、 利用側熱交換器における冷凍能力の低下を防ぐことができる。 請求項 3に記載の冷凍装置は、 請求項 2において、 圧力検出機構は圧力センサ である。
この冷凍装置では、 圧力検出機構が圧力センサであるため、 冷凍装置の運転中 において、 第 1膨張機構と利用側熱交換器との間の冷媒圧力を常時監視できる。 請求項 4に記載の冷凍装置は、 請求項 2において、 冷却器は、 第 1膨張機構と 利用側熱交換器との間に設けられている。 そして、 圧力検出機構は、 第 1膨張機 構と冷却器との間に設けられたサーミスタである。
この冷凍装置では、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒は、 第 1膨張機構によつ て減圧されて飽和状態の冷媒液又は二相流の冷媒となり、 冷却器へ送られて過冷 却状態まで冷却された後、 利用側熱交換器へ送られる。 ここで、 第 1膨張機構と 冷却器との間に設けられたサ一ミスタからなる圧力検出機構は、 第 1膨張機構で 減圧された後の冷媒温度を測定することになる。 この測定された冷媒温度は、 飽 和状態又は気液二相状態の冷媒の温度であるため、 この温度から冷媒の飽和圧力 を換算して知ることができる。 すなわち、 サーミスタからなる圧力検出機構によ つて第 1膨張機構で減圧された後の冷媒圧力を間接的に測定することになる。 こ れにより、 第 1膨張機構と利用側熱交換器との間の冷媒圧力を安定的に制御する ことができる。
請求項 5に記載の冷凍装置は、 請求項 1 ~ 4のいずれかにおいて、 主冷媒回路 は、 熱源側熱交換器において凝縮された冷媒を溜めた後、 第 1膨張機構に冷媒を 送るためのレシーバを備えている。
この冷凍装置では、 レシーバによって、 熱源側熱交換器に凝縮された冷媒液を 導入して一時的に溜めることができるようになつている。 これにより、 熱源側熱 交換器で凝縮された冷媒液が熱源側熱交換器内に溜まったままにならず、 排出を 促進することができる。
請求項 6に記載の冷凍装置は、 請求項 1 〜5のいずれかにおいて、 冷却器は、 主冷媒回路内を流れる冷媒を冷却源とした熱交換器である。
この冷凍装置では、 主冷媒回路内を流れる冷媒を冷却源として使用しているた め、 他の冷却源が不要である。
請求項 7に記載の冷凍装置は、 請求項 6において、 主冷媒回路は、 熱源側熱交 換器において凝縮された冷媒の一部を減圧して冷却器に導入して主冷媒回路側を 003/009285
5 流れる冷媒と熱交換させた後、 熱交換された冷媒を圧縮機の吸入側に戻すための 補助冷媒回路を備えている。
この冷凍装置では、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒の一部を圧縮機の吸入側 に戻すことができる冷媒圧力まで減圧したものを冷却器の冷却源として使用して いるため、 主冷媒回路側を流れる冷媒の温度よリも十分に低い温度の冷却源を得 ることができる。 これにより、 主冷媒回路側を流れる冷媒を過冷却状態まで冷却 することができる。
請求項 8に記載の冷凍装置は、 請求項 7において、 補助冷媒回路は、 熱源側熱 交換器と冷却器との間に設けられた第 2膨張機構と、 冷却器の出口側に設けられ たサーミスタからなる温度検出機構とを備えている。
この冷凍装置では、 第 2膨張機構と温度検出機構とを備えているため、 冷却器 の出口に設けられた温度検出機構によって測定される冷媒温度に基づいて第 2膨 張機構を調節して、 冷却器を流れる冷媒の流量を調節することが可能である。 こ れにより、 主冷媒回路側を流れる冷媒を確実に冷却するとともに、 冷却器出口の 冷媒を蒸発させた後、 圧縮機に戻すことができる。
請求項 9に記載の冷凍装置は、 請求項 1 〜8において、 主冷媒回路及び補助冷 媒回路を流れる冷媒は、 R 4 0 7 Cよりも高い飽和圧力特性を有している。
この冷凍装置では、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒液を第 1膨張機構によつ て減圧して利用側熱交換器へ送ることができるため、 第 1膨張機構と利用側熱交 換器との間の回路を構成する配管■機器等の運転許容圧力が R 4 0 7 Cの常温に おける飽和圧力程度までしか使用できないものを含む場合であっても、 R 4 0 7 Cよりも高い飽和圧力特性を有する冷媒を作動冷媒として使用することが可能で ある。 これにより、 例えば、 作動冷媒として R 2 2や R 4 0 7 Cを使用した既設 の冷凍装置において、 R 4 0 7 Cよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を作動 冷媒として使用する新設の冷凍装置に更新する場合でも、 既設装置の熱源側熱交 換器と利用側熱交換器との間の冷媒液連絡配管を流用することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の冷凍装置の一例としての空気調和装置の冷媒回路の概略図 である。
第 2図は、 冷房運転時における空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図で る。
第 3図は、 暖房運転時における空気調和装置の冷凍サイクルのモリエル線図で あ o
第 4図は、 本発明の変形例 1の空気調和装置の冷媒回路の概略図である。 第 5図は、 本発明の変形例 2の空気調和装置の冷媒回路の概略図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 本発明の冷凍装置の一例としての空気調和装置について、 図面に基づ いて説明する。
( 1 ) 空気調和装置の全体構成
図 1は、 本発明の冷凍装置の一例としての空気調和装置 1の冷媒回路の概略図 である。 空気調和装置 1は、 1台の熱源ユニット 2と、 それに並列に接続された 複数台 （本実施形態では、 2台） の利用ュニット 5と、 熱源ュニット 2と利用ュ ニット 5とを接続するための冷媒液連絡配管 6及ぴ冷媒ガス連絡配管 7とを備え ており、 例えば、 ビル等の冷暖房に使用される装置である。
空気調和装置 1は、 本実施形態において、 1^ 2 2ゃ1^ 4 0 7〇等ょリも高圧の 飽和圧力特性を有する R 4 1 O Aを作動冷媒として使用している。 尚、 作動冷媒 の種類は、 R 4 1 O Aに限定されず、 R 3 2等でもよい。 また、 空気調和装置 1 は、 本実施形態において、 既設の R 2 2や R 4 0 7 C等を使用した空気調和装置 の熱源ュニット及び利用ュニッ卜を熱源ュニット 2及び利用ュニット 5に更新し て構成されたものである。 すなわち、 冷媒液連絡配管 6及び冷媒ガス連絡配管 7 は、 既設の冷媒液連絡配管及び冷媒ガス連絡配管を流用しており、 R 2 2や R 4 0 7 C等の飽和圧力特性以下でしか運転することができないものである。 このた め、 R 4 1 O Aや R 3 2等の高圧の飽和圧力特性を有する作動冷媒を使用する場 合には、 冷媒液連絡配管 6及び冷媒ガス連絡配管 7の許容運転圧力以下で運転す る必要がある。 具体的には、 冷媒液連絡配管 6及び冷媒ガス連絡配管 7は、 R 2 2や R 4 0 7 Cの常温における飽和圧力に対応する約 3 M P aの運転圧力を超え ない範囲で使用されなければならない。 尚、 熱源ユニット 2及び利用ユニット 5 を構成する機器、 配管等は、 R 4 1 O Aの常温における飽和圧力 （約 4 M P a ) に対応できるように設計されている。
( 2 ) 利用ュニッ卜の構成
利用ュニット 5は、 主に、 利用側膨張弁 5 1と、 利用側熱交換器 5 2と、 これ らを接続する配管とから構成されている。 本実施形態において、 利用側膨張弁 5 1は、 冷媒圧力の調節ゃ冷媒流量の調節等を行うために、 利用側熱交換器 5 2の 液側に接続された電動膨張弁である。 本実施形態において、 利用側熱交換器 5 2 は、 クロスフィンチューブ式の熱交換器であり、 室内の空気と熱交換するための ものである。 本実施形態において、 利用ユニット 5は、 ユニット内に室内の空気 を取り込み、 送り出すためのファン （図示せず） を備えており、 室内の空気と利 用側熱交換器 5 2を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。
( 3 ) 熱源ュニッ卜の構成
熱源ユニット 2は、 主に、 圧縮機 2 1と、 油分離器 2 2と、 四路切換弁 2 3と 、 熱源側熱交換器 2 4と、 ブリッジ回路 2 5と、 レシーバ 2 6と、 熱源側膨張弁 2 7と、 冷却器 2 8と、 第 1補助冷媒回路 2 9と、 液側仕切弁 3 0と、 ガス側仕 切弁 4 1 と、 第 2補助冷媒回路 4 2と、 これらを接続する配管とから構成されて いる。
圧縮機 2 1は、 本実施形態において、 電動機駆動のスクロール式の圧縮機であ リ、 吸入した冷媒ガスを圧縮するためのものである。
油分離器 2 2は、 圧縮機 2 1の吐出側に設けられ、 圧縮 '吐出された冷媒ガス 中に含まれる油を気液分離するための容器である。 油分離器 2 2において分離さ れた油は、 油戻し管 4 3を介して、 圧縮機 2 1の吸入側に戻されるようになって いる。
四路切換弁 2 3は、 冷房運転と暖房運転との切り換え時に、 冷媒の流れの方向 を切り換えるための弁であり、 冷房運転時には油分離器 2 2の出口と熱源側熱交 換器 2 4のガス側とを接続するとともに圧縮機 2 1の吸入側と冷媒ガス連絡配管 7側とを接続し （図 1の四路切換弁の実線を参照） 、 暖房運転時には油分離器 2 2の出口と冷媒ガス連絡配管 7側とを接続するとともに圧縮機 2 1の吸入側と熱 源側熱交換器 2 4のガス側とを接続することが可能である （図 1の四路切換弁の 破線を参照） 。
熱源側熱交換器 2 4は、 本実施形態において、 クロスフィンチューブ式の熱交 換器であり、 空気を熱源として冷媒と熱交換するためのものである。 本実施形態 において、 熱源ュニッ卜 2は、 ュニッ卜内に屋外の空気を取り込み、 送り出すた めのファン （図示せず） を備えており、 屋外の空気と熱源側熱交換器 2 4を流れ る冷媒とを熱交換させることが可能である。
レシーバ 2 6は、 熱源側熱交換器 2 4と利用側熱交換器 5 2との間を流れる冷 媒を一時的に溜めるための容器である。 レシーバ 2 6は、 容器上部に入口を有し ており、 容器下部に出口を有している。 レシーバ 2 6の入口及び出口は、 それぞ れ、 プリッジ回路 2 5を介して熱源側熱交換器 2 4と冷却器 2 8との間の冷媒回 路に接続されている。 また、 レシーバ 2 6の出口とブリッジ回路 2 5との間には 、 熱源側膨張弁 2 7が接続されている。 本実施形態において、 熱源側膨張弁 2 7 は、 熱源側熱交換器 2 4と利用側熱交換器 5 2との間の冷媒圧力の調節や冷媒流 量の調節等を行うための電動膨張弁である。
プリッジ回路 2 5は、 熱源側熱交換器 2 4と冷却器 2 8との間に接続された 4 つの逆止弁 2 5 a ~ 2 5 dから構成された回路であり、 熱源側熱交換器 2 4と利 用側熱交換器 5 2との間の冷媒回路を流れる冷媒が熱源側熱交換器 2 4側からレ シーバ 2 6に流入する場合及び利用側熱交換器 5 2側からレシーバ 2 6に流入す る場合のいずれの場合においても、 レシーバ 2 6の入口側からレシーバ 2 6内に 冷媒を流入させ、 かつ、 レシーバ 2 6の出口から熱源側熱交換器 2 4と利用側熱 交換器 5 2との間の冷媒回路に冷媒液を戻す機能を有している。 具体的には、 逆 止弁 2 5 aは、 利用側熱交換器 5 2側から熱源側熱交換器 2 4へ向かって流れる 冷媒をレシーバ 2 6の入口に導くように接続されている。 逆止弁 2 5 bは、 熱源 側熱交換器 2 4側から利用側熱交換器 5 2へ向かって流れる冷媒をレシーバ 2 6 の入口に導くように接続されている。 逆止弁 2 5 cは、 レシーバ 2 6の出口から 熱源側膨張弁 2 7を通じて流れる冷媒を利用側熱交換器 5 2側に戻すことができ るように接続されている。 逆止弁 2 5 dは、 レシーバ 2 6の出口から熱源側膨張 弁 2 7を通じて流れる冷媒を熱源側熱交換器 2 4側に戻すことができるように接 続されている。 これにより、 熱源側熱交換器 2 4と利用側熱交換器 5 2との間の 冷媒回路からレシーバ 2 6に流入する冷媒は、 常に、 レシーバ 2 6の入口から流 入し、 レシーバ 2 6の出口から冷媒が熱源側熱交換器 2 4と利用側熱交換器 5 2 との間の冷媒回路に戻されるようになつている。
冷却器 2 8は、 熱源側熱交換器 2 4において凝縮されて利用側熱交換器 5 2に 送られる冷媒を冷却するための熱交換器である。 また、 冷却器 2 8の利用側熱交 換器 5 2側 （出口側） には、 利用側熱交換器 5 2と熱源側膨張弁 2 7との間の冷 媒圧力 （減圧後の冷媒圧力） を検出するための第 1圧力検出機構 3 1が設けられ ている。 本実施形態において、 第 1圧力検出機構 3 1は圧力センサである。 熱源 側膨張弁 2 7は、 第 1圧力検出機構 3 1で測定される冷媒圧力値が所定の圧力値 になるように開度調節される。
液側仕切弁 3 0及びガス側仕切弁 4 1は、 それぞれ、 冷媒液連絡配管 6及び冷 媒ガス連絡配管 7に接続されている。 冷媒液連絡配管 6は、 利用ユニット 5の利 用側熱交換器 5 2の液側と熱源ュニッ卜 2の熱源側熱交換器 2 4の液側との間を 接続している。 冷媒ガス連絡配管 7は、 利用ユニット 5の利用側熱交換器 5 2の ガス側と熱源ユニット 2の四路切換弁 2 3との間を接続している。 ここで、 上記 に説明された利用側膨張弁 5 1、 利用側熱交換器 5 2、 圧縮機 2 1、 油分離器 2 2、 四路切換弁 2 3、 熱源側熱交換器 2 4、 ブリッジ回路 2 5、 レシーバ 2 6、 熱源側膨張弁 2 7、 冷却器 2 8、 液側仕切弁 3 0及びガス側仕切弁 4 1が順次接 続された冷媒回路を空気調和装置 1の主冷媒回路 1 0とする。
次に、 熱源ュニット 2に設けられた第 1補助冷媒回路 2 9及び第 2補助冷媒回 路 4 2について説明する。
第 1補助冷媒回路 2 9は、 レシーバ 2 6の出口の冷媒の一部を減圧して冷却器 2 8に導入して利用側熱交換器 5 2に向かって流れる冷媒と熱交換させた後、 熱 交換された冷媒を圧縮機 2 1の吸入側に戻すための冷媒回路である。 具体的には 、 第 1補助冷媒回路 2 9は、 レシーバ 2 6の出口と熱源側膨張弁 2 7とを接続す る回路から分岐されて冷却器 2 8に向かう第 1分岐回路 2 9 aと、 第 1分岐回路 2 9 aに設けられた補助側膨張弁 2 9 bと、 冷却器 2 8の出口から圧縮機 2 1の 吸入側に合流する第 1合流回路 2 9 cと、 第 1合流回路 2 9 cに設けられた第 1 T JP2003/009285
10 温度検出機構 2 9 dとを備えている。
補助側膨張弁 2 9 bは、 冷却器 2 8に流す冷媒流量の調節を行うための電動膨 張弁である。 第 1温度検出機構 2 9 dは、 冷却器 2 8出口の冷媒温度を測定する ために設けられたサ一ミスタである。 そして、 補助側膨張弁 2 9 bの開度は、 第 1温度検出機構 2 9 dで測定される冷媒温度に基づいて調節される。 具体的には 、 第 1温度検出機構 2 9 dと図示しない熱源側熱交換器 2 4の冷媒温度との過熱 度制御によって調節されている。 これにより、 冷却器 2 8出口の冷媒は、 完全に 蒸発して圧縮機 2 1の吸入側に戻されるようになつている。
第 2補助冷媒回路 4 2は、 主冷媒回路 1 0の四路切換弁 2 3と利用側熱交換器 5 2との間に設けられており、 圧縮機 2 1において圧縮されて利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒の一部を凝縮させた後に主冷媒回路 1 0に戻すことが可能な冷 媒回路である。 第 2補助冷媒回路 4 2は、 主に、 圧縮機 2 1において圧縮されて 利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒の一部を主冷媒回路 1 0から分岐するための 第 2分岐回路 4 2 aと、 分岐された冷媒を凝縮させることが可能な凝縮器 4 2 b と、 凝縮された冷媒を主冷媒回路 1 0に戻すことが可能な第 2合流回路 4 2 cと を備えている。 本実施形態において、 凝縮器 4 2 bは、 空気を熱源として冷媒と 熱交換する熱交換器である。
また、 凝縮器 4 2 bの第 2合流回路 4 2 c側には、 凝縮器 4 2 bへの冷媒の流 れを流通 Z遮断するための凝縮器開閉弁 4 2 dが設けられている。 凝縮器開閉弁 4 2 dは、 凝縮器 4 2 bに流入する冷媒流量の調節が可能な電動膨張弁である。 また、 第 2合流回路 4 2 cには、 凝縮器 4 2 bの第 2合流回路 4 2 c側 （出口 側） の冷媒圧力を検出するための第 2圧力検出機構 4 2 eが設けられている。 本 実施形態において、 第 2圧力検出機構 4 2 eは、 圧力センサである。 凝縮器開閉 弁 4 2 dは、 第 2圧力検出機構 4 2 eによって測定される冷媒圧力値が所定の圧 力値以下になるように開度調節される。
さらに、 第 2補助冷媒回路 4 2は、 凝縮器 4 2 bをバイパスして圧縮機 2 1か ら利用側熱交換器 5 2へ向かう冷媒を流すことが可能なバイパス回路 4 2 f をさ らに備えている。 そして、 主冷媒回路 1 0の第 2分岐回路 4 2 aとの接続部と第 2合流回路 4 2 cとの接続部との間には、 利用側熱交換器 5 2から圧縮機 2 1へ の流れのみを許容する逆止機構 4 4が設けられている。 本実施形態において、 逆 止機構 4 4は、 逆止弁である。 バイパス回路 4 2 f には、 凝縮器 4 2 bへ流入す る冷媒流量を凝縮器開閉弁 4 2 dの開度調節によつて確保することができるよう に、 凝縮器開閉弁 4 2 d及び凝縮器 4 2 bの圧力損失に相当するキヤビラリ 4 2 gが設けられている。
( 4 ) 空気調和装置の動作
次に、 空気調和装置 1の動作について、 図 1〜図 3を用いて説明する。 ここで 、 図 2は空気調和装置 1を冷房運転する際の冷凍サイクルのモリエル線図であり 、 図 3は空気調和装置 1を暖房運転する際の冷凍サイクルのモリエル線図である
①冷房運転
まず、 冷房運転について説明する。 冷房運転時は、 四路切換弁 2 3が図 1の実 線で示される状態、 すなわち、 圧縮機 2 1の吐出側が熱源側熱交換器 2 4のガス 側に接続され、 かつ、 圧縮機 2 1の吸入側が利用側熱交換器 5 2のガス側に接続 された状態となっている。 また、 液側仕切弁 3 0、 ガス側仕切弁 4 1は開にされ 、 利用側膨張弁 5 1は冷媒を減圧するように開度調節されている。 熱源側膨張弁 2 7は、 第 1圧力検出機構 3 1における冷媒圧力を所定の圧力値に制御するため に開度調節された状態にある。 補助側膨張弁 2 9 bは、 第 1温度検出機構 2 9 d と図示しない熱源側熱交換器 2 4の冷媒温度との過熱度制御によリ開度調節され た状態にある。 ここで、 第 2補助冷媒回路 4 2の凝縮器開閉弁 4 2 dは閉止され ている。 これにより、 利用側熱交換器 5 2から圧縮機 2 "Iへ流れる冷媒は、 主と して、 逆止機構 4 4を通じて流れるようになつている。
この主冷媒回路 1 0及び補助冷媒回路 2 9、 4 2の状態で、 熱源ユニット 2の ファン （図示せず） 、 利用ュニット 5のファン （図示せず） 及び圧縮機 2 1を起 動すると、 冷媒ガスは、 圧縮機 2 1に吸入されて圧力 Ps1から圧力 Pd1まで圧縮 された後、 油分離器 2 2に送られて油と冷媒ガスとに気液分離される （図 2の点 A1 B参照） 。 その後、 圧縮された冷媒ガスは、 四路切換弁 2 3を経由して熱 源側熱交換器 2 4に送られて、 外気と熱交換して凝縮される （図 2の点 参照 ) 。 この凝縮した冷媒液は、 ブリッジ回路 2 5の逆止弁 2 5 bを通じてレシーバ P2003/009285
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2 6に流れ込む。 そして、 冷媒液は、 レシーバ 2 6に一時的に溜められた後、 熱 源側膨張弁 2 7において、 冷媒液連絡配管 6の運転許容圧力 Pa1よりも高圧の圧 力 Pd1から圧力 Pa1よりも低圧の圧力 Pe1まで減圧される （図 2の点 参照） 。 このとき、 減圧された冷媒は、 気液二相の状態となっている。 この減圧された冷 媒は、 冷却器 2 8において、 第 1補助冷媒回路 2 9側を流れる冷媒と熱交換して 冷却されて過冷却液となり （図 2の点 参照） 、 液側仕切弁 3 0及ぴ冷媒液連 絡配管 6を経由して利用ユニット 5側に送られる。 そして、 利用ユニット 5に送 られた冷媒液は、 利用側膨張弁 5 1で減圧された後 （図 2の点 参照） 、 利用 側熱交換器 5 2で室内空気と熱交換して蒸発される （図 2の点 参照） 。 この 蒸発した冷媒ガスは、 冷媒ガス連絡配管 7、 ガス側仕切弁 4 1、 逆止機構 4 4及 び四路切換弁 2 3を経由して、 再び、 圧縮機 2 1に吸入される。 ここで、 第 1圧 力検出機構 3 1で測定される圧力は、 熱源側膨張弁 2 7の開度調節によって所定 の圧力値 （すなわち、 圧力 Pe1) に制御されている。 また、 レシーバ 2 6に溜め られた冷媒液の一部は、 第 1補助冷媒回路 2 9の第 1分岐回路 2 9 aに設けられ た補助側膨張弁 2 9 bによって圧力 Ps1近くまで減圧された後、 冷却器 2 8に導 入され、 主冷媒回路 1 0側を流れる冷媒と熱交換されて蒸発される。 そして、 蒸 発された冷媒は、 第 1合流回路 2 9 cを通じて圧縮機 2 1の吸入側に戻される。 このようにして、 冷媒圧力を冷媒液連絡配管 6の運転許容圧力 Pa1よりも低い圧 力 Pe1に減圧調節するとともに、 冷媒液を十分に過冷却状態にして利用側熱交換 器 5 2に供給する冷房運転が行われる。 次に、 暖房運転について説明する。 暖房運転時は、 四路切換弁 2 3が図 1の破 線で示される状態、 すなわち、 圧縮機 2 1の吐出側が利用側熱交換器 5 2のガス 側に接続され、 かつ、 圧縮機 2 1の吸入側が熱源側熱交換器 2 4のガス側に接続 された状態となっている。 また、 液側仕切弁 3 0、 ガス側仕切弁 4 1は開にされ 、 利用側膨張弁 5 1及び熱源側膨張弁 2 5は冷媒を減圧するように開度調節され ている。 ここで、 補助側膨張弁 2 9 bは閉止されており、 第 1補助冷媒回路を使 用しない状態になっている。 第 2補助冷媒回路 4 2の凝縮器開閉弁 4 2 dは、 第 2圧力検出機構 4 2 eにおける冷媒圧力を所定の圧力値に制御するために開度調 節された状態にある。
この主冷媒回路 1 0及び補助冷媒回路 2 9、 4 2の状態で、 熱源ユニット 2の ファン （図示せず） 、 利用ュニット 5のファン （図示せず） 及び圧縮機 2 1を起 動すると、 冷媒ガスは、 圧縮機 2 1に吸入されて圧力 Ps2から Pd2まで圧縮され た後、 油分離器 2 2に送られて油と冷媒ガスとに気液分離される （図 3の点 A2 、 B2参照） 。 その後、 圧縮された冷媒ガスは、 四路切換弁 2 3を経由して利用 ユニット 5側に送られる。 ここで、 冷媒ガスは、 四路切換弁 2 3とガス側仕切弁 4 1との間に設けられた逆止機構 4 4によって流れが遮断されて、 第 2補助冷媒 回路 4 2を経由して利用ュニット 5側に流れる。
冷媒ガスは、 第 2分岐回路 4 2 aに流れ込んだ後、 第 2補助冷媒回路 4 2のバ ィパス回路 4 2 f を通じて第 2合流回路 4 2 cに戻る流れと凝縮器 4 2 b及び凝 縮器開閉弁 4 2 dを通じて合流回路 4 2 cに戻る流れとに分岐される。 バイパス 回路 4 2 f を流れる冷媒ガスは、 キヤビラリ 4 2 gによっていくらか減圧されて 第 2合流回路 4 2 Gに戻る （図 3の点 C2参照） 。 一方、 凝縮器 4 2 bには、 凝 縮器開閉弁 4 2 dの開度に応じた流量の冷媒ガスが流れ込み、 外気と熱交換して 凝縮されて冷媒液となって第 2合流回路 4 2 cに戻る （図 3の点 H2、 1 2参照） 。 第 2合流回路 4 2 cに戻って混合された冷媒ガスは、 凝縮器 4 2 bにおける冷 媒ガスの凝縮に伴う冷媒ガスの体積の減少による減圧作用によって、 第 2分岐回 路 4 2 aを流れる冷媒ガスの圧力 Pd2から冷媒ガス連絡配管 7の運転許容圧力 Pa 2よりも低圧の圧力 Pe2の冷媒ガスとなって主冷媒回路 1 0に戻され、 利用側熱交 換器 5 2に送られる （図 3の点 D 2参照） 。 ここで、 凝縮器開閉弁 4 2 dは、 第 2合流回路 4 2 cに設けられた第 2圧力検出機構 4 2 eにより測定される冷媒圧 力によって圧力 Pe2になるように開度調節されており、 凝縮器 4 2 bにおける冷 媒ガスの凝縮量、 すなわち、 利用側熱交換器 5 2へ送られる冷媒ガスの圧力制御 を実現している。 また、 この減圧制御によって減圧された後の冷媒ガスの状態 （ 図 3の点 D2) は、 圧縮機 2 1による冷媒の圧縮工程の線上 （図 3の点 A2と点 B2 を結ぶ線上） 付近にある。 このことは、 この減圧制御によって、 圧縮機 2 1によ つて圧力 P e2まで圧縮した際の冷媒温度とほぼ同じ温度を得ることができること を示している。 これにより、 利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒ガスは、 圧縮機 2 1によって、 圧力 Pe2まで圧縮された場合の冷媒温度と同等の冷媒温度で送ら れる。
利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒ガスは、 上記のように、 圧力 Pe2まで減圧 された後、 主冷媒回路 1 0に戻されて、 ガス側仕切弁 4 1及び冷媒ガス連絡配管 7を通じて、 利用ユニット 5に送られる。 そして、 利用ユニット 5に送られた冷 媒ガスは、 利用側熱交換器 5 2で室内空気と熱交換して凝縮される （図 3の点 E 2参照） 。 この凝縮した冷媒液は、 利用側膨張弁 5 1で圧力 Pf2まで減圧された後 (図 3の点 F2参照） 、 冷媒液連絡配管 6を経由して熱源ユニット 2に送られる 。 そして、 熱源ユニット 2に送られた冷媒液は、 熱源側膨張弁 2 5で圧力 Ps2ま で減圧された後 （図 3の点 G2参照） 、 熱源側熱交換器 2 4で外気と熱交換して 蒸発される （図 3の点 A2参照） 。 この蒸発した冷媒ガスは、 四路切換弁 2 3を 経由して、 再び、 圧縮機 2 1に吸入される。 このようにして、 冷媒圧力を冷媒ガ ス連絡配管 7の運転許容圧力 Pa2よリも低い圧力 Pe2に減圧調節するとともに、 冷媒ガスを圧縮機 2 1によって圧縮して得られる冷媒温度と同等の冷媒温度に調 節して利用側熱交換器 5 2に供給する暖房運転が行われる。
( 5 ) 本実施形態の空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置 1には、 以下のような特徴がある。
①冷房運転時の特徵
本実施形態の空気調和装置 1では、 熱源側熱交換器 2 4において凝縮された冷 媒を熱源側膨張弁 2 7による減圧操作及び冷却器 2 8による冷却操作の後に、 利 用側熱交換器 5 2に送ることができるようになつている。 このため、 利用側熱交 換器 5 2に送られる冷媒を減圧するとともに過冷却状態を保つことができる。 ま た、 第 1圧力検出機構 3 1によって、 熱源側膨張弁 2 7で減圧された後の冷媒圧 力を検出することができるため、 熱源側膨張弁 2 7と利用側熱交換器 5 2との間 の冷媒圧力を所定の圧力値 （図 2の圧力 Pe1) に調節することができる。 これに よリ、 熱源側熱交換器 2 4で凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換器 5 2に送 る際に、 冷媒圧力を安定的に制御するとともに、 利用側熱交換器 5 2における冷 房能力の低下を防ぐことができる。 本実施形態においては、 図 2に示すように、 熱源側膨張弁 2 7による減圧前のェンタルピ差 h D1よりも減圧後のェンタルピ差 h E1の方が大きいため、 冷媒単位流量当たりの冷房能力が大きくなつている。 また、 空気調和装置 1では、 第 1圧力検出機構 3 1が圧力センサであるため、 冷房運転中において、 熱源側膨張弁 2 7と利用側熱交換器 5 2との間の冷媒圧力 を常時監視でき、 冷媒圧力の制御の信頼性が高い。
また、 空気調和装置 1では、 熱源側熱交換器 2 4で凝縮された冷媒液を熱源側 膨張弁 2 7によって冷媒液連絡配管 6の運転許容圧力 Pa1よりも低い圧力 P e1ま で減圧して利用側熱交換器 5 2へ送ることができるため、 本実施形態のように、 熱源側膨張弁 2 7と利用側熱交換器 5 2との間の回路を構成する配管 '機器等の 運転許容圧力が R 4 0 7 Cの常温における飽和圧力程度までしか使用できないも のを含む場合であっても、 R 4 0 7 Cよりも高い飽和圧力特性を有する冷媒を作 動冷媒として使用することが可能である。 これにより、 本実施形態のように、 作 動冷媒として R 2 2や R 4 0 7 Cを使用した既設の空気調和装置において、 R 4 0 7 Cよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を作動冷媒として使用する新設の 空気調和装置 1に更新する場合でも、 既設装置の冷媒液連絡配管 6を流用するこ とができる。
また、 空気調和装置 1は、 熱源側熱交換器 2 4において凝縮された冷媒を溜め た後、 熱源側膨張弁 2 7に冷媒を送るためのレシーバ 2 6を備えているため、 熱 源側熱交換器 2 4で凝縮された冷媒液が熱源側熱交換器 2 4内に溜まったままに ならず、 排出を促進することができる。 これにより、 熱 側熱交換器 2 4の液没 部分を減らして、 熱交換を促進することができる。
また、 空気調和装置 1では、 冷媒液を過冷却状態で利用側熱交換器 5 2に送る ことができるため、 本実施形態のように複数の利用ュニッ卜 5への分岐が生じる 場合や熱源ュニッ卜 2から利用ュニット 5への高低差ある場合であっても、 冷媒 が液状態で保たれて冷媒の偏流を生じにくくすることができる。
また、 空気調和装置 1では、 冷却器 2 8は主冷媒回路 1 0内を流れる冷媒を冷 却源とした熱交換器であるため、 他の冷却源が不要である。 本実施形態において は、 第 1補助冷媒回路 2 9によって冷却器 2 8に導入される冷媒を冷却源として いる。 第 1補助冷媒回路 2 9は、 熱源側熱交換器 2 4で凝縮された冷媒の一部を 圧縮機 2 1の吸入側に戻すことができる冷媒圧力まで減圧したものを冷却器の冷 却源として使用しており、 主冷媒回路 1 0側を流れる冷媒の温度よりも十分に低 い温度の冷却源を得ることができるため、 主冷媒回路 1 0側を流れる冷媒を過冷 却状態まで冷却することが可能である。 さらに、 第 1補助冷媒回路 2 9は、 補助 側膨張弁 2 9 bと冷却器 2 8の出口に設けられた第 1温度検出機構 2 9 dとを備 えているため、 第 1温度検出機構 2 9 dによって測定される冷媒温度に基づいて 補助側膨張弁 2 9 bの開度調節をして、 冷却器 2 8を流れる冷媒の流量を調節す ることが可能である。 これにより、 主冷媒回路 1 0側を流れる冷媒を確実に冷却 するとともに、 冷却器 2 8出口の冷媒を蒸発させた後、 圧縮機 2 1に戻すことが できる。
②暖房運転時の特徴
本実施形態の空気調和装置 1では、 暖房運転時に、 第 2補助冷媒回路 4 2によ つて、 圧縮機 2 1において圧縮されて利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒の一部 を凝縮させて利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒の圧力を低下させることができ る。 これにより、 利用側熱交換器 5 2へ送られる冷媒の圧力を安定的に制御する ことが可能になる。 本実施形態において、 第 2補助冷媒回路 4 2は、 凝縮器 4 2 bを備えており、 この凝縮器 4 2 bによって利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒 を凝縮させて、 冷媒ガスの体積を減少させることによって減圧できるため、 確実 に、 かつ、 応答よく冷媒圧力を低下させることができる。 また、 第 2補助冷媒回 路 4 2は、 凝縮器 4 2 bへの冷媒の流れを流通 Z遮断することがでぎる凝縮器開 閉弁 4 2 dを備えているため、 適時、 凝縮器 4 2 bへの冷媒の流れを流通/遮断 することも可能である。 さらに、 第 2補助冷媒回路 4 2の第 2合流回路 4 2 Gに は、 凝縮器 4 2 bと利用側熱交換器 5 2との間の冷媒圧力を検出するための第 2 圧力検出機構 4 2 eが設けられているため、 利用側熱交換器 5 2に送られる冷媒 圧力を安定的に制御することが可能である。
また、 第 2補助冷媒回路 4 2による圧力制御によると、 減圧制御後の状態 （図 3の点 D2参照） は、 圧縮機 2 1による圧縮工程の線上 （図 3の A2と B2とを結ぶ 線上） 付近にある。 この減圧制御によって、 利用側熱交換器 5 2に送る冷媒ガス の温度を圧縮機 2 1によって圧力 Pe2まで圧縮された場合の冷媒温度と同等の冷 媒温度にすることができるため、 所望の暖房負荷を確保するのが容易である。 また、 空気調和装置 1では、 第 2補助冷媒回路 4 2に設けられたバイパス回路 4 2 f と主冷媒回路 1 0に設けられた逆止機構 4 4とをさらに備えているため、 圧縮機 2 1から利用側熱交換器 5 2へ冷媒を送る際には第 2補助冷媒回路 4 2を 通じて冷媒を流し、 利用側熱交換器 5 2から圧縮機 2 1へ冷媒を送る際には主冷 媒回路 1 0の逆止機構 4 4を通じて冷媒を流すことができる。 これにより、 冷房 運転時と暖房運転時の冷媒ガスの流路を切り換えることができる。
また、 空気調和装置 1では、 図 3に示すように、 圧縮機 2 1から利用側熱交換 器 5 2へ送られる冷媒ガスの一部を第 2補助冷媒回路 4 2によって凝縮すること で利用側熱交換器 5 2へ送る冷媒ガスを冷媒ガス連絡配管 7の運転許容圧力 Pa2 よりも低い圧力 Pe2まで減圧することができるため、 本実施形態のように、 圧縮 機 2 1と利用側熱交換器 5 2との間の回路を構成する配管■機器等の運転許容圧 力が R 4 0 7 Cの常温における飽和圧力程度までしか使用できないものを含む場 合であっても、 R 4 0 7 Cよりも高い飽和圧力特性を有する冷媒を作動冷媒とし て使用することが可能である。 これにより、 本実施形態のように、 作動冷媒とし て R 2 2や R 4 0 7 Cを使用した既設の空気調和装置において、 R 4 0 7 Cより も高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を作動冷媒として使用する新設の空気調和装 置 1に更新する場合でも、 既設装置の冷媒ガス連絡配管 7を流用することができ る。
( 6 ) 変形例 1
前記実施形態では、 空気調和装置 1の熱源ュニット 2内の冷却器 2 8と液側仕 切弁 3 0との間に圧力センサからなる第 1圧力検出機構 3 1が設けられているが 、 図 4に示すように、 ブリッジ回路 2 5と冷却器 2 8との間にサ一ミスタからな る第 1圧力検出機構 1 3 1を設けた熱源ユニット 1 0 2を含む空気調和装置 1 0 1としてもよい。 尚、 空気調和装置 1 0 1の他の構成は、 空気調和装置 1 と同じ であるため、 説明を省略する。
空気調和装置 1 0 1では、 熱源側熱交換器 2 4で凝縮された冷媒は、 熱源側膨 張弁 2 7によって減圧されて飽和状態の冷媒液又は二相流の冷媒となり、 冷却器 2 8へ送られて過冷却状態まで冷却された後、 利用側熱交換器 2 4へ送られる。 ここで、 熱源側膨張弁 2 7と冷却器 2 8との間に設けられたサーミスタからなる 第 1圧力検出機構 1 3 1は、 熱源側膨張弁 2 7で減圧された後の冷媒温度を測定 することになる。 この測定された冷媒温度は、 飽和状態又は気液二相状態の冷媒 の温度であるため、 この温度から冷媒の飽和圧力を換算して知ることができる。 すなわち、 第 1圧力検出機構 1 3 1によって熱源側膨張弁 2 7で減圧された後の 冷媒圧力を間接的に測定することになる。 これにより、 前記実施形態と同様、 熱 源側膨張弁 2 7と利用側熱交換器 5 2との間の冷媒圧力を安定的に制御すること ができる。
( 7 ) 変形例 2
前記実施形態では、 空気調和装置 1の熱源ユニット 2内の第 2補助冷媒回路 4 2が空冷式の凝縮器 4 2 bを備えているが、 図 5に示すように、 主冷媒回路 2 1 0を流れる冷媒を冷却源とする凝縮器 2 4 2 bを備えた第 2補助冷媒回路 2 4 2 が設けられた熱源ュニット 2 0 2を含む空気調和装置 2 0 1としてもよい。 ここ で、 凝縮器 2 4 2 bの冷却源は、 冷却器 2 8の冷却源と同様、 第 1補助冷媒回路 2 2 9の補助側膨張弁 2 2 9 bで減圧した冷媒である。
第 1補助冷媒回路 2 2 9は、 主に、 レシーバ 2 6の出口と熱源側膨張弁 2 7と を接続する回路から分岐されて冷却器 2 8及び凝縮器 2 4 2 bに向かう第 1分岐 回路 2 2 9 aと、 冷却器 2 8の出口及び凝縮器 2 4 2 bの出口から圧縮機 2 1の 吸入側に合流する第 1合流回路 2 2 9 cとから構成されている。 第 1分岐回路 2 2 9 aは、 主分岐回路 2 2 9 aと、 主分岐回路 2 2 9 aに設けられた補助側膨張 弁 2 2 9 bと、 補助側膨張弁 2 2 9 bの下流側に設けられ冷却器 2 8の入口に接 続される冷却器側分岐回路 2 2 9 cと、 補助側膨張弁 2 2 9 bの下流側に設けら れ凝縮器 2 4 2 bの入口に接続される凝縮器側分岐回路 2 2 9 eとを備えている 。 冷却器側分岐回路 2 2 9 cは、 冷却器 2 8への冷媒の流れを流通 遮断するた めの分岐開閉弁 2 2 9 dを備えている。 また、 凝縮器側分岐回路 2 2 9 eは、 凝 縮器 2 4 2 bへの冷媒の流れを流通ノ遮断するための分岐開閉弁 2 2 9 f を備え ている。 第 1合流回路 2 2 9 Gは、 圧縮機 2 1の吸入側に合流する主合流回路 2 2 9 i と、 冷却器 2 8の出口から主合流回路 2 2 9 iに合流する冷却器側合流回 路 2 2 9 cと、 凝縮器 2 4 2 bの出口から主合流回路 2 2 9 iに合流する凝縮器 側合流回路 2 2 9 hと、 主合流回路 2 2 9 iに設けられた第 1温度検出機構 2 2 9 jとを備えている。 尚、 空気調和装置 2 0 1の他の構成は、 空気調和装置 1と 同じであるため、 説明を省略する。
空気調和装置 2 0 1は、 冷却器 2 8を使用できるようにするために分岐開閉弁 2 2 9 dを開とし、 凝縮器 2 4 2 bを使用しないようにするために分岐開閉弁 2 2 9 f を閉とする操作を行った後に、 冷房運転することによって、 空気調和装置 1と同様の冷房運転を行うことができる。 また、 冷却器 2 8を使用しないように するために分岐開閉弁 2 2 9 dを閉とし、 凝縮器 2 4 2 bを使用できるようにす るために分岐開閉弁 2 2 9 f を開とする操作を行った後に、 暖房運転することに よって、 空気調和装置 1と同様の暖房運転を行うことができる。 すなわち、 運転 モードに応じた分岐開閉弁 2 2 9 d、 2 2 9 f の切り換え操作によって、 主冷媒 回路 2 1 0の圧力制御を安定的に行うことができる。
( 8 ) 他の実施形態
以上、 本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、 具体的な構成は 、 これらの実施形態に限られるものではなく、 発明の要旨を逸脱しない範囲で変 更可能である。
①前記実施形態においては、 空気調和装置の熱源ュニットとして外気を熱源と した空冷式の熱源ュニットを使用したが、 水冷式や氷蓄熱式の熱源ュニットを使 用してもよい。
②前記実施形態においては、 第 2圧力検出機構に圧力センサを使用したが、 圧 カスイッチでもよい。 これにより、 制御応答が早くなる。 また、 凝縮器開閉弁は
、 電動膨張弁ではなく、 絞り機能のない電磁弁でもよい。 これにより、 電動膨張 弁を使用する場合に比べて滑らかな制御応答は得られないが、 素早い制御応答を 得ることができる。
③前記実施形態においては、 バイパス回路にキヤビラリを設けたが、 圧力損失 が確保できればよいため、 バイパス回路の部分の配管径を小さくするだけでもよ い。
④前記実施形態においては、 圧縮機の吐出圧力が常に冷媒液連絡配管や冷媒ガ ス連絡配管よりも高い圧力である場合の運転について説明したが、 圧縮機のイン バータ制御等による容量制御と組み合わせた制御としてもよい。 例えば、 通常は 、 圧縮機の容量制御により、 圧縮機の吐出圧力センサ等で測定される冷媒圧力が 冷媒液連絡配管ゃ冷媒ガス連絡配管の許容運転圧力よリも低くなるように制御し ており、 第 1及び第 2圧力検出機構で検出される圧力が冷媒液連絡配管及び冷媒 ガス連絡配管の許容運転圧力に近づく場合にのみ熱源側膨張弁や凝縮器開閉弁を 開けて冷媒圧力を低下させる等の運転が可能である。
⑤前記実施形態においては、 既設の R 2 2や R 4 0 7 C等を使用した空気調和 装置の熱源ュニット及ぴ利用ュニットを熱源ュニット 2及び利用ュニッ卜 5に更 新して、 R 2 2や R 4 0 7 C等の飽和圧力特性以下でしか運転することができな い既設の冷媒液連絡配管及び冷媒ガス連絡配管を流用した構成について説明した が、 これに限定されない。 例えば、 新規に空気調和装置を設置する場合において も、 R 4 1 O Aや R 3 2等の高圧の飽和圧力特性を有する冷媒ガス連絡配管や冷 媒液連絡配管を準備することができない場合もあるため、 このような場合にも、 前記実施形態と同様に、 本発明を適用することが可能である。 これにより、 現地 において準備可能な冷媒ガス連絡配管や冷媒液連絡配管を用いて、 R 4 1 O Aや R 3 2等の高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を作動冷媒として使用した空気調和 装置を構成することが可能になる。 産業上の利用可能性
本発明を利用すれば、 熱源側熱交換器において凝縮された冷媒を第 1膨張機構 による減圧操作及び冷却器による冷却操作の後に、 利用側熱交換器に送ることが できるため、 熱源側熱交換器で凝縮された冷媒を減圧して利用側熱交換器に送る 際に、 利用側熱交換器における冷凍能力の低下を防ぐことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 圧縮機 （21 ) と熱源側熱交換器 （24) とを有する熱源ユニット （2、 1 02、 202) と、 利用側熱交換器 （52) を有する利用ユニット （5) とが 、 前記熱源ュニットを構成する部品よりも運転許容圧力の低い冷媒連絡配管 （6 ) を介して接続されて、 蒸気圧縮式の主冷媒回路 （1 0、 1 1 0、 21 0) を構 成する冷凍装置 （ 1、 1 01、 201 ) であって、
前記熱源側熱交換器において凝縮されて前記利用側熱交換器に送られる冷媒を 前記冷媒連絡配管の運転許容圧力よリ低い圧力まで減圧するための第 1膨張機構 (27) と、
前記熱源側熱交換器において凝縮されて前記利用側熱交換器に送られる冷媒を 冷却するための冷却器 （28) と、
を備えた冷凍装置 （1、 101、 201 ) 。
2. 前記第 1膨張機構によって減圧された後の冷媒圧力を検出するための圧力 検出機構 （31、 1 31 ) をさらに備えた請求項 1に記載の冷凍装置 （1、 1 0
1、 201 ) 。
3. 前記圧力検出機構 （31 ) は、 圧力センサである、 請求項 2に記載の冷凍 装置 （ 1、 201 ) 。
4. 前記冷却器 （28) は、 前記第 1膨張機構 （27) と前記利用側熱交換器 (52) との間に設けられており、
前記圧力検出機構 （1 31 ) は、 前記第 1膨張機構と前記冷却器との間に設け られたサ一ミスタである、
請求項 2に記載の冷凍装置 （1 01 ) 。
5. 前記主冷媒回路 （1 0、 1 1 0、 21 0) は、 前記熱源側熱交換器 （24 ) において凝縮された冷媒を溜めた後、 前記第 1膨張機構 （27) に冷媒を送る ためのレシーバ （26) を備えている、 請求項 1〜 4のいずれかに記載の冷凍装 置 （1、 1 01、 201 ) 。
6. 前記冷却器 （28) は、 前記主冷媒回路 （1 0、 1 1 0、 21 0) 内を流 れる冷媒を冷却源とした熱交換器である、 請求項 1〜5のいずれかに記載の冷凍 装置 （ 1、 101、 201) 。
7. 前記主冷媒回路 （10、 1 10、 210) は、 前記熱源側熱交換器 （24 ) において凝縮された冷媒の一部を減圧して前記冷却器 （28) に導入して前記 主冷媒回路側を流れる冷媒と熱交換させた後、 熱交換された冷媒を前記圧縮機 （ 21 ) の吸入側に戻すための補助冷媒回路 （29、 229) を備えている、 請求 項 6に記載の冷凍装置 （1、 101、 201) 。
8. 前記補助冷媒回路 （29、 229) は、 前記熱源側熱交換器 （24) と前 記冷却器 （28) との間に設けられた第 2膨張機構 （29 b、 229 b) と、 前 記冷却器の出口側に設けられたサーミスタからなる温度検出機構 （29d、 22 9 j ) とを備えている、 請求項 7に記載の冷凍装置 （1、 101、 201 ) 。
9. 前記主冷媒回路 （10、 1 10、 210) 及び前記補助冷媒回路 （29、 229) を流れる冷媒は、 R407 Cよりも高い飽和圧力特性を有している、 請 求項 1〜 8のいずれかに記載の冷凍装置 （1、 101、 201 ) 。
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