WO2024079852A1 - Refrigeration cycle device - Google Patents
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- WO2024079852A1 WO2024079852A1 PCT/JP2022/038257 JP2022038257W WO2024079852A1 WO 2024079852 A1 WO2024079852 A1 WO 2024079852A1 JP 2022038257 W JP2022038257 W JP 2022038257W WO 2024079852 A1 WO2024079852 A1 WO 2024079852A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
Definitions
- This disclosure relates to a refrigeration cycle device.
- a refrigeration cycle device that increases the efficiency of heat exchange by using an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing through a first flow path and the refrigerant flowing through a second flow path in a refrigerant circuit.
- the refrigeration cycle device of JP 2003-130483 A uses one of the two internal heat exchangers during cooling operation and the other during heating operation by controlling the opening and closing of two solenoid valves. In this way, the refrigeration cycle device of JP 2003-130483 A (Patent Document 1) selectively uses one of the two internal heat exchangers during cooling operation and the other during heating operation.
- Patent Document 1 The refrigeration cycle device in JP 2003-130483 A (Patent Document 1) has two internal heat exchangers that are used separately during cooling and heating operation, so although pressure loss does not increase, the efficiency of the refrigeration cycle device cannot be sufficiently improved.
- the objective of this disclosure is to provide a refrigeration cycle device capable of highly efficient heat exchange in an internal heat exchanger.
- the present disclosure relates to a refrigeration cycle device including a refrigerant circuit through which a refrigerant circulates.
- the refrigerant circuit includes a compressor, a flow path switching device that switches the flow path of the refrigerant, a first heat exchanger, a first expansion valve, a second expansion valve, a second heat exchanger, and an internal heat exchanger.
- the refrigerant circuit is configured such that during heating operation, the refrigerant flows in the following order: compressor, flow path switching device, first heat exchanger, first expansion valve, internal heat exchanger, second expansion valve, second heat exchanger, flow path switching device, internal heat exchanger, and compressor.
- the internal heat exchanger exchanges heat between a first flow path through which the refrigerant flows between the first expansion valve and the second expansion valve, and a second flow path through which the refrigerant flows between the flow path switching device and the compressor.
- the second flow path is configured such that the refrigerant branches and merges after heat exchange.
- the number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path.
- the refrigeration cycle device disclosed herein has a second flow path between the four-way valve and the compressor, which has a greater number of branches than the first flow path and into which the flowing refrigerant branches and merges after heat exchange. According to the present disclosure, by branching the refrigerant, it is possible to prevent an increase in pressure loss, and by making the second flow path more branches than the first flow path, it is possible to prevent a decrease in the refrigerant speed in the first flow path, and heat exchange can be performed with high efficiency in the internal heat exchanger.
- FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle device in a first embodiment. This is a PH diagram for heating. This is a PH diagram for cooling.
- FIG. 13 is a diagram showing the temperature distribution of the internal heat exchanger in the case of heating.
- FIG. 13 is a diagram showing the temperature distribution of the internal heat exchanger in the case of cooling.
- 5 is a flowchart showing control of a compressor in the case of heating. 5 is a flowchart showing control of a first expansion valve in the case of heating. 10 is a flowchart showing control of a second expansion valve in the case of heating. 10 is a flowchart showing fan control in the case of heating. 5 is a flowchart showing control of a compressor in the case of cooling.
- FIG. 5 is a flowchart showing control of a second expansion valve in the case of cooling.
- 5 is a flowchart showing control of a first expansion valve in the case of cooling.
- 10 is a flowchart showing fan control in the case of cooling.
- FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle device in a second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle device in a third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle device in a fourth embodiment.
- FIG. 1 illustrates a multi-lobular tube configuration.
- Embodiment 1 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 10 in a first embodiment.
- the refrigeration cycle apparatus 10 includes a refrigerant circuit 1 and a heat medium circuit 2.
- a refrigerant flowing through the refrigerant circuit 1 and a heat medium flowing through the heat medium circuit 2 are heat exchanged via a first heat exchanger 13.
- the refrigerant is, for example, a natural refrigerant such as R290.
- the heat medium is, for example, water, brine, or the like.
- the refrigerant circuit 1 includes a compressor 11, a four-way valve 12, a first heat exchanger 13, a first expansion valve 14, internal heat exchangers 15 and 16 included in the internal heat exchanger IHX, a second expansion valve 24, a second heat exchanger 25, and a control device 100.
- the compressor 11 draws in refrigerant and compresses it to a high-pressure, high-temperature state.
- the compressor 11 is configured to change its operating frequency according to a control signal received from the control device 100.
- the compressor 11 incorporates a drive motor with a variable rotation speed that is inverter-controlled, and when the operating frequency is changed, the rotation speed of the drive motor changes.
- the output of the compressor 11 is adjusted by changing the operating frequency of the compressor 11.
- Various types of compressors 11 can be used, such as a rotary type, a reciprocating type, a scroll type, and a screw type.
- the four-way valve 12 is controlled to be in either a heating operation state or a cooling operation state by a control signal received from the control device 100.
- the ports are connected as shown by the solid lines.
- the ports are connected as shown by the dashed lines.
- the first heat exchanger 13 exchanges heat between the refrigerant and the heat medium.
- the first heat exchanger 13 is a plate heat exchanger.
- a heat exchanger other than a plate heat exchanger such as a shell-and-tube heat exchanger, may also be used.
- the second heat exchanger 25 is an air-cooled heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and air supplied from a fan 26 as a blower.
- the second heat exchanger 25 evaporates and gasifies the refrigerant or condenses and liquefies the refrigerant by exchanging heat with the air.
- the first heat exchanger 13 and the second heat exchanger 25 may both be heat exchangers that exchange heat with a heat medium.
- the first heat exchanger 13 and the second heat exchanger 25 may both be air-cooled heat exchangers.
- the first heat exchanger 13 and the second heat exchanger 25 may be such that the first heat exchanger 13 is air-cooled and the second heat exchanger 25 exchanges heat with a heat medium.
- the first expansion valve 14 and the second expansion valve 24 expand the refrigerant and reduce its pressure.
- the first expansion valve 14 and the second expansion valve 24 are, for example, electronic expansion valves (LEV: Linear Expansion Valves) whose opening can be controlled as desired.
- LEV Linear Expansion Valves
- the internal heat exchanger 15 includes flow paths 15a and 15b.
- medium-pressure medium-temperature refrigerant that has passed through the first heat exchanger 13 functioning as a condenser and has been decompressed by the first expansion valve 14 flows through flow path 15a of the internal heat exchanger 15.
- low-pressure low-temperature refrigerant that has passed through the second heat exchanger 25 functioning as an evaporator flows through flow path 15b of the internal heat exchanger 15.
- the internal heat exchanger 15 exchanges heat between the medium-pressure medium-temperature refrigerant and the low-pressure low-temperature refrigerant.
- the refrigerants flowing through flow paths 15a and 15b flow in opposite directions.
- the internal heat exchanger 16 includes flow paths 16a and 16b.
- the medium-pressure and medium-temperature refrigerant that has passed through flow path 15a flows through flow path 16a of the internal heat exchanger 16.
- the low-pressure and low-temperature refrigerant that has passed through the second heat exchanger 25, which functions as an evaporator flows through flow path 16b of the internal heat exchanger 16.
- the internal heat exchanger 16 exchanges heat between the medium-pressure and medium-temperature refrigerant and the low-pressure and low-temperature refrigerant.
- the refrigerants flowing through flow paths 16a and 16b are counterflows flowing in different directions.
- the internal heat exchangers 15 and 16 may be configured with solder tubes connecting two tubes, or with double tubes in which one tube is placed inside the other tube.
- medium-pressure, medium-temperature refrigerant that has passed through flow path 16a flows through flow path 15a of the internal heat exchanger 15.
- low-pressure, low-temperature refrigerant that has passed through the first heat exchanger 13, which functions as an evaporator flows through flow path 15b of the internal heat exchanger 15.
- the internal heat exchanger 15 exchanges heat between the medium-pressure, medium-temperature refrigerant and the low-pressure, low-temperature refrigerant.
- the refrigerants flowing through flow paths 15a and 15b are parallel flows flowing in the same direction.
- the refrigerant flowing through the low-pressure side of the internal heat exchangers 15, 16 is a gas refrigerant with a high dryness, which has a low density and a high flow rate, resulting in a large pressure loss.
- the refrigerant flowing through the medium-pressure side of the internal heat exchangers 15, 16 is a refrigerant with a low dryness, which has a high density and a low flow rate, resulting in a small pressure loss. For this reason, when considering pressure loss, it is desirable to make the number of branches in the flow path of the refrigerant on the medium-pressure side smaller than the number of branches in the flow path of the refrigerant on the low-pressure side.
- the refrigeration cycle device 10 further includes temperature sensors 111 to 116.
- the temperature sensor 111 is disposed on the discharge side of the compressor 11 and measures the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11.
- the temperature sensor 112 measures the temperature of the refrigerant flowing through the second heat exchanger 25.
- the temperature sensor 113 measures the temperature of the refrigerant flowing between the second expansion valve 24 and the second heat exchanger 25.
- the temperature sensor 114 measures the temperature of the refrigerant flowing between the first expansion valve 14 and the first heat exchanger 13.
- the temperature sensor 115 measures the temperature of the heat medium flowing through the heat medium circuit 2.
- the temperature sensor 116 measures the outside air temperature.
- the refrigeration cycle device 10 further includes a pressure sensor 121.
- the pressure sensor 121 measures the pressure of the refrigerant discharged from the compressor 11.
- the control device 100 is composed of a CPU (Central Processing Unit) 101, memory 102 (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)), an input/output buffer (not shown), etc.
- the CPU 101 deploys a program stored in the ROM into the RAM etc. and executes it.
- the program stored in the ROM is a program in which the processing procedures of the control device 100 are written.
- the control device 100 controls each device in the refrigeration cycle device 10 in accordance with these programs. This control is not limited to processing by software, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).
- the control device 100 controls the frequency of the compressor 11, the opening of the first expansion valve 14 and the second expansion valve 24, and the rotation speed of the fan 26 based on information from the various sensors described above.
- the control device 100 controls the four-way valve 12 to switch between heating and cooling operations.
- the heat medium circuit 2 includes a radiator 31 and a pump 32.
- the radiator 31 exchanges heat between the indoor air and the heat medium.
- the pump 32 circulates the heat medium flowing through the heat medium circuit 2.
- the refrigerant circuit 1 is configured so that the refrigerant flows in the following order: compressor 11, four-way valve 12, first heat exchanger 13, first expansion valve 14, internal heat exchangers 15 and 16, second expansion valve 24, second heat exchanger 25, four-way valve 12, internal heat exchangers 16 and 15, and compressor 11.
- the flow path through which the refrigerant flows from the first expansion valve 14 to the second expansion valve 24 is defined as the first flow path.
- the refrigerant passes through the first flow path, in which flow paths 15a and 16a are connected in series.
- the flow path through which the refrigerant flows from the four-way valve 12 to the compressor 11 is defined as the second flow path.
- the refrigerant passes through the second flow path, in which flow paths 16b and 15b are arranged in parallel.
- the first flow path does not branch, and in this case the number of branches of the first flow path is set to 0.
- the second flow path branches into two, so the number of branches is 2. In other words, the number of branches of the second flow path is greater than the number of branches of the first flow path.
- the internal heat exchangers 15 and 16 exchange heat between the first flow path and the second flow path, which has more branches than the first flow path.
- the second flow path is configured so that the refrigerant branches and merges after heat exchange.
- the refrigerant circuit 1 is configured so that during cooling operation, the refrigerant flows in the following order: compressor 11, four-way valve 12, second heat exchanger 25, second expansion valve 24, internal heat exchangers 16 and 15, first expansion valve 14, first heat exchanger 13, four-way valve 12, internal heat exchangers 16 and 15, and compressor 11.
- the flow path through which the refrigerant flows from the second expansion valve 24 to the first expansion valve 14 is defined as the first flow path.
- the refrigerant passes through the first flow path, in which flow path 16a and flow path 15a are connected in series.
- the flow path through which the refrigerant flows from the four-way valve 12 to the compressor 11 is defined as the second flow path.
- the refrigerant passes through the second flow path, in which flow path 16b and flow path 15b are arranged in parallel.
- the first flow path does not branch, and in this case the number of branches of the first flow path is set to 0.
- the second flow path branches into two, so the number of branches is 2. In other words, the number of branches of the second flow path is greater than the number of branches of the first flow path.
- the internal heat exchangers 15, 16 exchange heat between the first flow path and the second flow path, which has more branches than the first flow path.
- the second flow path is configured so that the refrigerant branches and exchanges heat before merging. This allows for highly efficient heat exchange in the internal heat exchangers 15, 16, and reduces the pressure loss of the refrigerant passing through the low-pressure second flow path.
- Figure 2 is the ph diagram in the case of heating.
- Figure 3 is the ph diagram in the case of cooling.
- the high-pressure refrigerant is heat-exchanged with the heat medium by the first heat exchanger 13 from A1 to A2.
- the refrigerant is then depressurized by the first expansion valve 14 from A2 to A3 to become medium pressure.
- the refrigerant is then heat-exchanged with the low-pressure refrigerant by the internal heat exchangers 15 and 16 from A3 to A4.
- the refrigerant is supercooled as it passes through the internal heat exchangers 15 and 16.
- the refrigerant is then depressurized by the second expansion valve 24 from A4 to A5 to become low pressure.
- the refrigerant is then heat-exchanged with the air in the second heat exchanger 25 from A5 to A6, and is heat-exchanged with the medium-pressure refrigerant by the internal heat exchangers 15 and 16.
- the refrigerant is then compressed by the compressor 11 from A6 to A1 to become high pressure.
- the high-pressure, high-temperature refrigerant exchanges heat with air from B1 to B2 by the second heat exchanger 25.
- the refrigerant is then depressurized by the second expansion valve 24 from B2 to B3 to medium pressure.
- the refrigerant then exchanges heat with the low-pressure refrigerant by the internal heat exchangers 15 and 16 from B3 to B4.
- the refrigerant does not become supercooled when passing through the internal heat exchangers 15 and 16.
- the refrigerant is then depressurized by the first expansion valve 14 from B4 to B5 to low pressure.
- the refrigerant then exchanges heat with the heat medium by the first heat exchanger 13 from B5 to B6, and exchanges heat with the medium-pressure refrigerant by the internal heat exchangers 15 and 16.
- the refrigerant is then compressed by the compressor 11 from B6 to B1 to high pressure.
- the internal volume of the first heat exchanger 13 is configured to be different from the internal volume of the second heat exchanger 25. Specifically, the internal volume of the first heat exchanger 13 is configured to be smaller than the internal volume of the second heat exchanger 25.
- the value obtained by multiplying the internal volume by the density of the refrigerant is the amount of refrigerant that fills the heat exchanger.
- the amount of refrigerant in the first heat exchanger 13 that functions as a condenser during heating operation is the reference for the total amount of refrigerant.
- the internal volume of the first heat exchanger 13 that functions as a condenser during heating operation is smaller than the internal volume of the second heat exchanger 25 that functions as a condenser during cooling operation, so that the heating operation requires less refrigerant than the cooling operation. If the refrigerant amount is charged based on the cooling operation standard, the refrigerant amount will be excessive during heating operation, so it is necessary to install a refrigerant amount adjustment container such as a receiver or accumulator. On the other hand, in the refrigerant circuit 1 in which the refrigerant amount is determined based on the heating operation standard, the refrigerant amount will not be excessive during heating operation, so there is no need to install a refrigerant container such as a receiver.
- the capacity of the first heat exchanger 13 may be configured to be greater than the capacity of the second heat exchanger 25.
- the refrigeration cycle device may use an air-cooled first heat exchanger 13 and a plate heat exchanger as the second heat exchanger 25.
- Figure 4 is a diagram showing the temperature distribution of the internal heat exchangers 15, 16 in the case of heating.
- Figure 5 is a diagram showing the temperature distribution of the internal heat exchangers 15, 16 in the case of cooling.
- P1 to P7 shown in Figures 4 and 5 indicate the positions of the piping around the internal heat exchangers 15, 16 in the refrigerant circuit 1 of Figure 1.
- the refrigerant on the medium pressure side passes through flow path 15a in a two-phase gas-liquid state from position P1 to position P2.
- the refrigerant on the low pressure side passes through flow path 15b in a gas state from position P6 to position P7.
- the refrigerant passing through flow path 15a and the refrigerant passing through flow path 15b flow in opposite directions and exchange heat.
- the refrigerant passing through flow path 15a is in a two-phase gas-liquid state and there is little change in temperature due to the latent heat that changes the state.
- the refrigerant passing through flow path 15b is in a gas state and the temperature rises from position P6 to position P7 due to the sensible heat that changes the temperature.
- the refrigerant on the medium pressure side passes through flow path 16a in a liquid state from position P2 to position P3.
- the refrigerant on the low pressure side passes through flow path 16b in a gaseous state from position P4 to position P5.
- the refrigerant passing through flow path 16a and the refrigerant passing through flow path 16b flow in opposite directions and exchange heat.
- the refrigerant passing through flow path 16a is in a liquid state, and the temperature decreases from position P2 to position P3 due to sensible heat that changes the temperature.
- the refrigerant passing through flow path 16b is in a gaseous state, and the temperature increases from position P4 to position P5 due to sensible heat that changes the temperature.
- the refrigerant on the medium pressure side passes through flow path 16a in a two-phase gas-liquid state from position P3 to position P2.
- the refrigerant on the low pressure side passes through flow path 16b in a gas state from position P4 to position P5.
- the refrigerant passing through flow path 16a and the refrigerant passing through flow path 16b flow in parallel and exchange heat.
- the refrigerant passing through flow path 16a is in a two-phase gas-liquid state and there is little change in temperature due to latent heat that changes the state.
- the refrigerant passing through flow path 16b is in a gas state and the temperature rises from position P4 to position P5 due to sensible heat that changes the temperature.
- the refrigerant on the medium pressure side passes through flow path 15a in a two-phase gas-liquid state from position P2 to position P1.
- the refrigerant on the low pressure side passes through flow path 15b in a gas state from position P6 to position P7.
- the refrigerant passing through flow path 15a and the refrigerant passing through flow path 15b flow in parallel and exchange heat.
- the refrigerant passing through flow path 15a is in a two-phase gas-liquid state and there is little change in temperature due to latent heat that changes the state.
- the refrigerant passing through flow path 15b is in a gas state and the temperature rises from position P6 to position P7 due to sensible heat that changes the temperature.
- the refrigerant flowing between flow paths 16a and 16b of the internal heat exchanger 16 flows in a counterflow manner and is supercooled to a liquid state.
- the temperature is constant from position P1 to position P2, but the temperature drops from position P2 to position P3, so it is more efficient to have a larger temperature difference at position P3.
- a counterflow flow in which the refrigerant inlet (position P4) exchanges heat with position P3 can ensure a larger temperature difference than a parallel flow in which the refrigerant outlet (position P5) exchanges heat with position P3.
- the temperature difference can be maintained between the low-pressure side and the medium-pressure side even if the state changes, and heat exchange can be performed with high efficiency.
- the refrigerant flowing in flow paths 16a and 15a of the internal heat exchanger 16 is in a gas-liquid two-phase state without being supercooled.
- the refrigerant flowing between flow paths 16a and 16b is in a parallel flow
- the refrigerant flowing between flow paths 15a and 15b is in a parallel flow.
- FIG. 6 is a flowchart showing the control of the compressor 11 in the case of heating.
- step S the control device 100 measures T115, which is the temperature of the heat medium obtained from the temperature sensor 115 arranged on the heat medium circuit 2 side of the first heat exchanger 13.
- the control device 100 determines whether T115 is higher than a preset target temperature (S12). If the control device 100 determines that T115 is higher than the target temperature (YES in S12), it reduces the frequency of the compressor 11 (S13) and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that T115 is lower than the target temperature (NO in S12), it increases the frequency of the compressor 11 (S14) and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the temperature on the heat medium circuit 2 side to reach the target temperature by the process shown in FIG. 6.
- FIG. 7 is a flowchart showing the control of the first expansion valve 14 in the case of heating.
- the control device 100 calculates the degree of subcooling (SC) from the refrigerant pressure obtained from the pressure sensor 121 located on the discharge side of the compressor 11 and the refrigerant temperature obtained from the temperature sensor 114 located at a position that detects the temperature of the refrigerant after passing through the first heat exchanger 13 (S21).
- SC degree of subcooling
- control device 100 acquires the pressure P of the refrigerant discharged from the compressor 11 from the pressure sensor 121, and calculates the saturation temperature of the refrigerant from the acquired pressure P. Furthermore, the control device 100 acquires the temperature T114 of the refrigerant that has passed through the first heat exchanger 13 from the temperature sensor 114. The control device 100 calculates the degree of subcooling (SC) of the refrigerant that has passed through the first heat exchanger 13 by subtracting the temperature T114 from the saturation temperature.
- SC subcooling
- the control device 100 determines whether the SC calculated in S21 is higher than a predetermined target SC (S22). If the control device 100 determines that the SC is higher than the target SC (YES in S22), it increases the opening of the first expansion valve 14 (S23), reduces the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that the SC is lower than the target SC (NO in S22), it decreases the opening of the first expansion valve 14 (S24), increases the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can adjust the refrigerant pressure by controlling the opening of the first expansion valve 14 so that the SC in the refrigerant circuit 1 becomes the target SC through the process shown in FIG. 7.
- FIG. 8 is a flowchart showing the control of the second expansion valve 24 in the case of heating.
- the control device 100 measures T111, which is the refrigerant temperature obtained from the temperature sensor 111 arranged on the discharge side of the compressor 11.
- the control device 100 determines whether T111 is higher than a preset target temperature (S32). If the control device 100 determines that T111 is higher than the target temperature (YES in S32), it increases the opening of the second expansion valve 24 (S33), reduces the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that T111 is lower than the target temperature (NO in S32), it decreases the opening of the second expansion valve 24 (S34), increases the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 to a target temperature by the process shown in FIG. 8.
- FIG. 9 is a flowchart showing the control of the fan 26 in the case of heating.
- the control device 100 measures the outside air temperature T116 obtained from the temperature sensor 116.
- the control device 100 determines the rotation speed of the fan 26 so that it becomes the rotation speed that is preset for each outside air temperature T116 (S42), and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the rotation speed of the fan 26 to change to a rotation speed that corresponds to the outside air temperature by the process shown in FIG. 9.
- FIG. 10 is a flowchart showing the control of the compressor 11 in the case of cooling.
- the control device 100 measures T115, which is the temperature of the heat medium obtained from the temperature sensor 115 arranged on the heat medium circuit 2 side of the first heat exchanger 13.
- the control device 100 determines whether T115 is lower than a preset target temperature (S52). If the control device 100 determines that T115 is lower than the target temperature (YES in S52), it decreases the frequency of the compressor 11 (S53) and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that T115 is higher than the target temperature (NO in S52), it increases the frequency of the compressor 11 (S54) and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the temperature on the heat medium circuit 2 side to reach the target temperature by the process shown in FIG. 10.
- FIG. 11 is a flowchart showing the control of the second expansion valve 24 in the case of cooling.
- the control device 100 calculates a value obtained by subtracting the refrigerant temperature T112 obtained from the temperature sensor 112 that detects the temperature of the refrigerant in the second heat exchanger 25 from the refrigerant temperature T113 obtained from the temperature sensor 113 that is positioned to detect the temperature of the refrigerant after passing through the second heat exchanger 25 (S61).
- the control device 100 determines whether the value of T113-T112 calculated in S61 is higher than a predetermined target value (S62). If the control device 100 determines that the value of T113-T112 is higher than the target value (YES in S62), it increases the opening of the second expansion valve 24 (S63), reduces the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that the value of T113-T112 is lower than the target value (NO in S62), it decreases the opening of the second expansion valve 24 (S64), increases the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine.
- control device 100 can adjust the refrigerant pressure by controlling the opening of the second expansion valve 24 so that the value of T113-T112 in the refrigerant circuit 1 becomes the target value.
- FIG. 12 is a flowchart showing the control of the first expansion valve 14 in the case of cooling.
- the control device 100 measures T111, which is the refrigerant temperature obtained from the temperature sensor 111 arranged on the discharge side of the compressor 11.
- the control device 100 determines whether T111 is higher than a preset target temperature (S72). If the control device 100 determines that T111 is higher than the target temperature (YES in S72), it increases the opening of the first expansion valve 14 (S73), reduces the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine. If the control device 100 determines that T111 is lower than the target temperature (NO in S72), it decreases the opening of the first expansion valve 14 (S74), increases the refrigerant pressure, and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 to a target temperature by the process shown in FIG. 12.
- FIG. 13 is a flowchart showing the control of the fan 26 in cooling mode.
- the control device 100 measures the outside air temperature T116 obtained from the temperature sensor 116.
- the control device 100 determines the rotation speed of the fan 26 so that it is the rotation speed that is preset for each outside air temperature T116 (S82), and returns the process from the subroutine to the main routine.
- the control device 100 can control the rotation speed of the fan 26 to change to a rotation speed that corresponds to the outside air temperature by the process shown in FIG. 13.
- the control device 100 controls the various devices of the refrigeration cycle device 10 as shown in the processes of Figures 6 to 13. Specifically, during heating operation, the control device 100 controls the various devices of the refrigeration cycle device 10 so that the refrigerant on the inlet side of the internal heat exchangers 15, 16 is in a two-phase gas-liquid state and the refrigerant on the outlet side of the internal heat exchangers 15, 16 is in a liquid state. During cooling operation, the control device 100 controls the various devices of the refrigeration cycle device 10 so that the refrigerant on the inlet side and outlet side of the internal heat exchangers 15, 16 is in a two-phase gas-liquid state.
- control device 100 can maintain the temperature difference between the low-pressure side and the high-pressure side in both heating and cooling operations, as described in Figures 4 and 5, and perform heat exchange with high efficiency in the internal heat exchangers 15 and 16.
- Embodiment 2 ⁇ Circuit configuration of refrigeration cycle device 10A> 14 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 10A in embodiment 2.
- the refrigeration cycle apparatus 10A further includes internal heat exchangers 17 and 18 included in the internal heat exchanger IHX, as compared with the refrigeration cycle apparatus 10 in embodiment 1.
- the configuration of the heat medium circuit 2 connected to the refrigerant circuit 1A is omitted.
- differences from embodiment 1 will be mainly described.
- the internal heat exchanger 17 includes a flow path 17a and a flow path 17b.
- the internal heat exchanger 18 includes a flow path 18a and a flow path 18b.
- the flow path through which the refrigerant flows from the first expansion valve 14 to the second expansion valve 24 is called the first flow path.
- the refrigerant passes through the first flow path, which is made up of flow paths 15a and 16a connected in series, and flow paths 17a and 18a connected in series.
- Flow paths 15a and 16a, and flow paths 17a and 18a are configured to branch into two paths in parallel.
- the flow path from four-way valve 12 to compressor 11 is the second flow path.
- the refrigerant passes through the second flow path, in which flow paths 16b and 15b are arranged in parallel, and flow paths 18b and 17b are arranged in parallel.
- Flow paths 15b, 16b, 17b, and 18b are each configured to branch into four paths in parallel.
- the flow path through which the refrigerant flows from the second expansion valve 24 to the first expansion valve 14 is called the first flow path.
- the refrigerant passes through the first flow path, which connects flow paths 16a and 15a in series, and also connects flow paths 18a and 17a in series.
- Flow paths 16a and 15a, and flow paths 18a and 17a are configured to branch into two paths in parallel.
- the flow path from four-way valve 12 to compressor 11 is the second flow path.
- the refrigerant passes through the second flow path, in which flow paths 16b and 15b are arranged in parallel, and flow paths 18b and 17b are arranged in parallel.
- Flow paths 15b, 16b, 17b, and 18b are each configured to branch into four paths in parallel.
- the first flow path includes multiple auxiliary flow paths, ie, flow paths 15a and 16a, and flow paths 17a and 18a, which are branched into two.
- the second flow path includes multiple auxiliary flow paths, ie, flow paths 15b, 16b, 17b, and 18b, which are branched into four in parallel. In this way, since the number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path, heat can be exchanged with high efficiency using the internal heat exchangers 15-18, and the pressure loss of the refrigerant passing through the low-pressure second flow path can be reduced.
- Embodiment 3. ⁇ Circuit configuration of refrigeration cycle device 10B> 15 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 10B in embodiment 3.
- the refrigeration cycle apparatus 10B further includes an internal heat exchanger 19 included in the internal heat exchanger IHX, as compared with the refrigeration cycle apparatus 10 in embodiment 1.
- the configuration of the heat medium circuit 2 connected to the refrigerant circuit 1B is omitted.
- differences from embodiment 1 will be mainly described.
- the internal heat exchanger 19 includes flow paths 19a and 19b.
- the flow path through which the refrigerant flows from the first expansion valve 14 to the second expansion valve 24 is defined as the first flow path.
- the refrigerant passes through the first flow path, which includes flow paths 15a, 16a, and 19a connected in series.
- the flow path through which the refrigerant flows from the four-way valve 12 to the compressor 11 is defined as the second flow path.
- the refrigerant passes through the second flow path, which includes flow paths 19b, 16b, and 15b arranged in parallel.
- flow path 15a, flow path 16a, and flow path 19a as multiple auxiliary flow paths included in the first flow path are configured to be connected in series.
- flow path 19b, flow path 16b, and flow path 15b as multiple auxiliary flow paths included in the second flow path are branched into three in parallel. In this way, since the number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path, heat can be exchanged with high efficiency using internal heat exchangers 15, 16, and 19, and the pressure loss of the refrigerant passing through the low-pressure second flow path can be reduced.
- FIG. 16 is a diagram showing a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 10C in embodiment 4.
- the refrigeration cycle apparatus 10C is different from the refrigeration cycle apparatus 10 in embodiment 1 in that a multi-leaf tube 20 is used as an internal heat exchanger IHX instead of the internal heat exchangers 15 and 16.
- the multi-leaf tube 20 functions as an internal heat exchanger.
- the configuration of the heat medium circuit 2 connected to the refrigerant circuit 1C is omitted.
- differences from embodiment 1 will be mainly described.
- FIG 17 is a diagram showing the configuration of the multi-leaf pipe 20.
- a multi-leaf pipe 20 is a double pipe with the inside of the pipe made into a multi-leaf shape.
- the multi-leaf pipe 20 includes a first flow path through which the medium-pressure refrigerant flows and a second flow path through which the low-pressure refrigerant flows.
- the first flow path includes flow paths 20A, 20B, 20C, and 20D.
- the second flow path includes flow paths 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e.
- the refrigerant flows from the first expansion valve 14 to the second expansion valve 24 through the first flow path of the multileaf tube 20, which is divided into four parallel flow paths 20A, 20B, 20C, and 20D.
- the refrigerant flows from the four-way valve 12 to the compressor 11 through the second flow path of the multileaf tube 20, which is divided into five parallel flow paths 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e.
- the refrigerant flows from the second expansion valve 24 to the first expansion valve 14 through the first flow path of the multileaf tube 20, which is divided into four parallel flow paths 20A, 20B, 20C, and 20D.
- the refrigerant flows from the four-way valve 12 to the compressor 11 through the second flow path of the multileaf tube 20, which is divided into five parallel flow paths 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e.
- the flow paths 20A, 20B, 20C, and 20D as the multiple auxiliary flow paths included in the first flow path are branched into four paths in parallel.
- the flow paths 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e as the multiple auxiliary flow paths included in the second flow path are branched into five paths in parallel. In this way, since the number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path, heat exchange can be performed with high efficiency using the multi-leaf tube 20, and the pressure loss of the refrigerant passing through the low-pressure second flow path can be reduced.
- the present disclosure relates to a refrigeration cycle device 10 including a refrigerant circuit 1 through which a refrigerant circulates.
- the refrigerant circuit 1 includes a compressor 11, a four-way valve 12 as a flow path switching device for switching a flow path of the refrigerant, a first heat exchanger 13, a first expansion valve 14, a second expansion valve 24, a second heat exchanger 25, and internal heat exchangers 15 and 16.
- the refrigerant circuit 1 is configured such that, during heating operation, the refrigerant flows through the compressor 11, the four-way valve 12, the first heat exchanger 13, the first expansion valve 14, the internal heat exchangers 15 and 16, the second expansion valve 24, the second heat exchanger 25, the four-way valve 12, the internal heat exchangers 15 and 16, and the compressor 11 in that order.
- the internal heat exchangers 15 and 16 exchange heat between a first flow path through which the refrigerant flows between the first expansion valve 14 and the second expansion valve 24 and a second flow path through which the refrigerant flows between the four-way valve 12 and the compressor 11.
- the second flow path is configured such that the refrigerant branches and merges after heat exchange.
- the number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path.
- the refrigerant circuit 1 is configured such that, by switching the four-way valve 12, the flow direction of the refrigerant is reversed in the first flow path, but the flow direction of the refrigerant is not reversed in the second flow path.
- the refrigerant flowing in the first flow path flows countercurrent to the refrigerant flowing in the second flow path.
- the refrigerant flowing in the first flow path flows parallel to the refrigerant flowing in the second flow path.
- the capacity of the first heat exchanger 13 is different from the capacity of the second heat exchanger 25 .
- the capacity of the first heat exchanger 13 is smaller than the capacity of the second heat exchanger 25 .
- the system further includes a control device 100 for controlling the refrigerant circuit 1.
- the four-way valve 12 switches the flow path so that the refrigerant flows differently during heating operation and cooling operation.
- the control device 100 controls the frequency of the compressor 11, the opening of the first expansion valve 14, and the opening of the second expansion valve 24 so that the refrigerant state on the inlet side of the internal heat exchangers 15, 16 in the first flow path is a gas-liquid two-phase state, and the refrigerant state on the outlet side of the internal heat exchangers 15, 16 is a liquid state.
- control device 100 controls the frequency of the compressor 11, the opening of the first expansion valve 14, and the opening of the second expansion valve 24 so that the state of the refrigerant on the inlet and outlet sides of the internal heat exchangers 15, 16 in the first flow path is a gas-liquid two-phase state.
- the first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths
- the second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths.
- the first flow path is configured so that the plurality of first auxiliary flow paths are connected in series.
- the second flow path is configured so that the plurality of second auxiliary flow paths are arranged in parallel, with two or more branches.
- the first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths
- the second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths.
- the first flow path is configured such that the plurality of first auxiliary flow paths are arranged in parallel, with two or more branches.
- the second flow path is configured such that the plurality of second auxiliary flow paths are arranged in parallel, with the number of branches being greater than the number of first auxiliary flow paths in the first flow path.
- the refrigeration cycle devices 10, 10A, 10B, and 10C of this embodiment have a greater number of branches than the first flow path, and a second flow path into which the flowing refrigerant branches, exchanges heat, and then merges is provided between the four-way valve 12 and the compressor 11.
- a second flow path into which the flowing refrigerant branches, exchanges heat, and then merges is provided between the four-way valve 12 and the compressor 11.
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Abstract
Description
本開示は、冷凍サイクル装置に関する。 This disclosure relates to a refrigeration cycle device.
従来、冷媒回路において第1流路を流れる冷媒と第2流路を流れる冷媒との間で熱交換をする内部熱交換器により熱交換の効率を上げる冷凍サイクル装置が知られている。 Conventionally, a refrigeration cycle device is known that increases the efficiency of heat exchange by using an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing through a first flow path and the refrigerant flowing through a second flow path in a refrigerant circuit.
特開2003-130483号公報(特許文献1)の冷凍サイクル装置は、2つの電磁弁の開閉を制御することにより、冷房運転中に2つの内部熱交換器のうち一方の内部熱交換器を使用し、暖房運転中に他方の内部熱交換器を使用する。このように、特開2003-130483号公報(特許文献1)の冷凍サイクル装置は、2つの内部熱交換器を冷房運転中と暖房運転中とで片方ずつ使い分ける。 The refrigeration cycle device of JP 2003-130483 A (Patent Document 1) uses one of the two internal heat exchangers during cooling operation and the other during heating operation by controlling the opening and closing of two solenoid valves. In this way, the refrigeration cycle device of JP 2003-130483 A (Patent Document 1) selectively uses one of the two internal heat exchangers during cooling operation and the other during heating operation.
冷媒規制の観点からR290等の自然冷媒への転換が試みられている。しかし、R290は、吐出温度が低い特性があるため冷凍サイクル装置の効率を上げるためには圧縮機に吸入される前の冷媒の温度を高める必要がある。このため、冷凍サイクル装置において、内部熱交換器の長さを長くすることが考えられるが、内部熱交換器の長さを長くすると圧力損失が増大し成績係数(COP:Coefficient of Performance)が悪化する恐れがある。 In light of refrigerant regulations, attempts are being made to switch to natural refrigerants such as R290. However, because R290 has the characteristic of having a low discharge temperature, in order to increase the efficiency of the refrigeration cycle equipment, it is necessary to raise the temperature of the refrigerant before it is sucked into the compressor. For this reason, it is considered to increase the length of the internal heat exchanger in the refrigeration cycle equipment, but increasing the length of the internal heat exchanger increases pressure loss and there is a risk of the coefficient of performance (COP) deteriorating.
圧力損失の増大を抑制するための構成として、冷媒の流路の分岐数を増加させることも考えられる。しかし、単純に分岐数を増加させると、高圧側の冷媒の流路において冷媒速度が低下してしまい、内部熱交換器における伝熱性能が低下してしまう。 Increasing the number of branches in the refrigerant flow path is one possible configuration to suppress the increase in pressure loss. However, simply increasing the number of branches will result in a decrease in the refrigerant velocity in the high-pressure refrigerant flow path, reducing the heat transfer performance in the internal heat exchanger.
特開2003-130483号公報(特許文献1)の冷凍サイクル装置は、2つの内部熱交換器を冷房運転中と暖房運転中とで片方ずつ使い分ける構成のため、圧力損失は増大しないものの、冷凍サイクル装置の効率を十分に向上させることはできなかった。 The refrigeration cycle device in JP 2003-130483 A (Patent Document 1) has two internal heat exchangers that are used separately during cooling and heating operation, so although pressure loss does not increase, the efficiency of the refrigeration cycle device cannot be sufficiently improved.
本開示の目的は、内部熱交換器において高い効率で熱交換することができる冷凍サイクル装置を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide a refrigeration cycle device capable of highly efficient heat exchange in an internal heat exchanger.
本開示は、冷媒が循環する冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に関する。冷媒回路は、圧縮機と、冷媒の流路を切替える流路切替装置と、第1熱交換器と、第1膨張弁と、第2膨張弁と、第2熱交換器と、内部熱交換器と、を含む。冷媒回路は、暖房運転中において、圧縮機、流路切替装置、第1熱交換器、第1膨張弁、内部熱交換器、第2膨張弁、第2熱交換器、流路切替装置、内部熱交換器、圧縮機の順に冷媒が流れるように構成される。内部熱交換器は、第1膨張弁と第2膨張弁との間で冷媒が流れる第1流路と、流路切替装置と圧縮機との間で冷媒が流れる第2流路との間で熱交換する。第2流路は、冷媒が分岐して熱交換した後に合流するように構成される。第2流路における分岐数は、第1流路における分岐数よりも多い。 The present disclosure relates to a refrigeration cycle device including a refrigerant circuit through which a refrigerant circulates. The refrigerant circuit includes a compressor, a flow path switching device that switches the flow path of the refrigerant, a first heat exchanger, a first expansion valve, a second expansion valve, a second heat exchanger, and an internal heat exchanger. The refrigerant circuit is configured such that during heating operation, the refrigerant flows in the following order: compressor, flow path switching device, first heat exchanger, first expansion valve, internal heat exchanger, second expansion valve, second heat exchanger, flow path switching device, internal heat exchanger, and compressor. The internal heat exchanger exchanges heat between a first flow path through which the refrigerant flows between the first expansion valve and the second expansion valve, and a second flow path through which the refrigerant flows between the flow path switching device and the compressor. The second flow path is configured such that the refrigerant branches and merges after heat exchange. The number of branches in the second flow path is greater than the number of branches in the first flow path.
本開示の冷凍サイクル装置は、分岐数が第1流路よりも多く、流れる冷媒が分岐して熱交換した後に合流する第2流路が四方弁と圧縮機との間に設けられている。本開示によれば、冷媒を分岐させることにより圧力損失を増大させないようにすることができるとともに、第1流路よりも第2流路の分岐数を多くすることにより第1流路の冷媒速度を低下させないようにすることができ、内部熱交換器において高い効率で熱交換することができる。 The refrigeration cycle device disclosed herein has a second flow path between the four-way valve and the compressor, which has a greater number of branches than the first flow path and into which the flowing refrigerant branches and merges after heat exchange. According to the present disclosure, by branching the refrigerant, it is possible to prevent an increase in pressure loss, and by making the second flow path more branches than the first flow path, it is possible to prevent a decrease in the refrigerant speed in the first flow path, and heat exchange can be performed with high efficiency in the internal heat exchanger.
以下、本開示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。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されている。 Below, the embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiments described below, when numbers, quantities, etc. are mentioned, the scope of the present disclosure is not necessarily limited to those numbers, quantities, etc., unless otherwise specified. The same reference numbers will be used for the same parts or equivalent parts, and duplicate descriptions may not be repeated. It is intended from the beginning that the configurations in the embodiments will be used in appropriate combinations.
実施の形態1.
<冷凍サイクル装置10の回路構成>
図1は、実施の形態1における冷凍サイクル装置10の回路構成を示す図である。冷凍サイクル装置10は、冷媒回路1と熱媒体回路2とを備える。冷媒回路1を流れる冷媒と、熱媒体回路2を流れる熱媒体とは、第1熱交換器13を介して熱交換される。冷媒は、たとえば、R290等の自然冷媒である。熱媒体は、たとえば、水、ブラインなどである。
<Circuit configuration of
1 is a diagram showing a circuit configuration of a
冷媒回路1は、圧縮機11と、四方弁12と、第1熱交換器13と、第1膨張弁14と、内部熱交換器IHXに含まれる内部熱交換器15,16と、第2膨張弁24と、第2熱交換器25と、制御装置100とを備える。
The
圧縮機11は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮することで高圧高温の状態にする。圧縮機11は、制御装置100から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。具体的には、圧縮機11は、インバータ制御された回転速度が可変の駆動モータを内蔵しており、運転周波数が変更されると駆動モータの回転速度が変化する。圧縮機11の運転周波数を変更することにより圧縮機11の出力が調整される。圧縮機11には種々のタイプ、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用することができる。
The
四方弁12は、制御装置100から受ける制御信号によって暖房運転状態および冷房運転状態のいずれかになるように制御される。暖房運転状態は、実線で示すように各ポートが連通する状態である。冷房運転状態は、破線で示すように各ポートが連通する状態である。暖房運転状態で圧縮機11を運転することによって、実線矢印に示す向きに冷媒が冷媒回路1中を循環する。冷房運転状態で圧縮機11を運転することによって、破線矢印に示す向きに冷媒が冷媒回路1中を循環する。
The four-
第1熱交換器13は、冷媒を熱媒体と熱交換させる。第1熱交換器13は、プレート熱交換器である。第1熱交換器13としては、プレート熱交換器以外のシェルアンドチューブ熱交換器等の熱交換器を用いても良い。
The first heat exchanger 13 exchanges heat between the refrigerant and the heat medium. The
第2熱交換器25は、送風機としてのファン26から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なう空冷式の熱交換器である。第2熱交換器25は、空気との熱交換により冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化する。なお、第1熱交換器13および第2熱交換器25は、両方とも熱媒体と熱交換するものを用いてもよい。第1熱交換器13および第2熱交換器25は、両方とも空冷式の熱交換器を用いてもよい。第1熱交換器13および第2熱交換器25は、第1熱交換器13が空冷式であり第2熱交換器25が熱媒体と熱交換するものであってもよい。
The
第1膨張弁14および第2膨張弁24は、冷媒を膨張し減圧させる。第1膨張弁14および第2膨張弁24は、たとえば、開度を任意に制御することができる電子膨張弁(LEV:Linear Expansion Valve)である。
The
内部熱交換器15は、流路15aと流路15bとを含む。暖房の場合において、内部熱交換器15の流路15aには、凝縮器として機能する第1熱交換器13を通過し、第1膨張弁14により減圧された中圧中温の冷媒が流れる。暖房の場合において、内部熱交換器15の流路15bには、蒸発器として機能する第2熱交換器25を通過した低圧低温の冷媒が流れる。内部熱交換器15は、暖房の場合において、中圧中温の冷媒と低圧低温の冷媒とを熱交換させる。暖房の場合において、流路15aと流路15bとを流れる冷媒は異なる方向に流れる対向流となる。
The
内部熱交換器16は、流路16aと流路16bとを含む。暖房の場合において、内部熱交換器16の流路16aには、流路15aを通過した後の中圧中温の冷媒が流れる。暖房の場合において、内部熱交換器16の流路16bには、蒸発器として機能する第2熱交換器25を通過した低圧低温の冷媒が流れる。内部熱交換器16は、暖房の場合において、中圧中温の冷媒と低圧低温の冷媒とを熱交換させる。暖房の場合において、流路16aと流路16bとを流れる冷媒は異なる方向に流れる対向流となる。なお、内部熱交換器15,16は、2つの管を接続するはんだ管、あるいは一方の管の中に他方の管を配置する二重管により構成されるようにすればよい。
The
次に、冷房の場合について説明する。冷房の場合において、内部熱交換器16の流路16aには、凝縮器として機能する第2熱交換器25を通過し、第2膨張弁24により減圧された中圧中温の冷媒が流れる。冷房の場合において、内部熱交換器16の流路16bには、蒸発器として機能する第1熱交換器13を通過した低圧低温の冷媒が流れる。内部熱交換器16は、冷房の場合において、中圧中温の冷媒と低圧低温の冷媒とを熱交換させる。冷房の場合において、流路16aと流路16bとを流れる冷媒は同じ方向に流れる並行流となる。
Next, the cooling operation will be described. In the cooling operation, medium-pressure and medium-temperature refrigerant that has passed through the
冷房の場合において、内部熱交換器15の流路15aには、流路16aを通過した後の中圧中温の冷媒が流れる。冷房の場合において、内部熱交換器15の流路15bには、蒸発器として機能する第1熱交換器13を通過した低圧低温の冷媒が流れる。内部熱交換器15は、冷房の場合において、中圧中温の冷媒と低圧低温の冷媒とを熱交換させる。冷房の場合において、流路15aと流路15bとを流れる冷媒は同じ方向に流れる並行流となる。
In the case of cooling, medium-pressure, medium-temperature refrigerant that has passed through
ここで、内部熱交換器15,16の低圧側を流れる冷媒は、乾き度が高いガス冷媒であり、密度が小さく流速が大きいため圧力損失が大きい。一方、内部熱交換器15,16の中圧側を流れる冷媒は、乾き度が低い冷媒であり、密度が大きく流速が小さいため圧力損失が小さい。このため、圧力損失を考えると、中圧側の冷媒の流路の分岐数を低圧側の冷媒の流路の分岐数よりも少なくすることが望ましい。
Here, the refrigerant flowing through the low-pressure side of the
冷凍サイクル装置10は、温度センサ111~116をさらに含む。温度センサ111は、圧縮機11の吐出側に配置され、圧縮機11から吐出される冷媒の温度を計測する。温度センサ112は、第2熱交換器25を流れる冷媒の温度を計測する。温度センサ113は、第2膨張弁24と第2熱交換器25との間を流れる冷媒の温度を計測する。温度センサ114は、第1膨張弁14と第1熱交換器13との間を流れる冷媒の温度を計測する。温度センサ115は、熱媒体回路2を流れる熱媒体の温度を計測する。温度センサ116は、外気温を計測する。
The
冷凍サイクル装置10は、圧力センサ121をさらに含む。圧力センサ121は、第1熱交換器13が凝縮器として機能する場合において、圧縮機11から吐出後の冷媒の圧力を計測する。
The
制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)101と、メモリ102(ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))と、入出力バッファ(図示せず)等を含んで構成される。CPU101は、ROMに格納されているプログラムをRAM等に展開して実行する。ROMに格納されるプログラムは、制御装置100の処理手順が記されたプログラムである。制御装置100は、これらのプログラムに従って、冷凍サイクル装置10における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
The
制御装置100は、上記した各種センサの情報を基に、圧縮機11の周波数、第1膨張弁14,第2膨張弁24の開度、ファン26の回転速度を制御する。制御装置100は、四方弁12を制御することにより、暖房運転と冷房運転との切替えを行なう。
The
熱媒体回路2は、ラジエータ31と、ポンプ32とを備える。ラジエータ31は、室内空気と熱媒体とを熱交換する。ポンプ32は、熱媒体回路2を流れる熱媒体を循環させる。
The
暖房運転中と冷房運転中の冷媒の流れについて説明する。冷媒回路1は、暖房運転中において、圧縮機11、四方弁12、第1熱交換器13、第1膨張弁14、内部熱交換器15,16、第2膨張弁24、第2熱交換器25、四方弁12、内部熱交換器16,15、圧縮機11の順に冷媒が流れるように構成される。
The flow of refrigerant during heating and cooling operations will be explained. During heating operation, the
暖房運転中において、第1膨張弁14から第2膨張弁24へと冷媒が流れる流路を第1流路とする。冷媒は、流路15aと流路16aとが直列に繋がる第1流路を通過する。暖房運転中において、四方弁12から圧縮機11へと冷媒が流れる流路を第2流路とする。冷媒は、流路16bと流路15bとが並列に並ぶ第2流路を通過する。ここで、第1流路は、分岐しておらず、この場合の第1流路の分岐数を0とする。それに対し、第2流路は2分岐しており、分岐数が2である。つまり、第2流路の分岐数は、第1流路の分岐数よりも多い。
During heating operation, the flow path through which the refrigerant flows from the
暖房運転中において、内部熱交換器15,16は、第1流路と第1流路よりも分岐数が多い第2流路との間で熱交換する。第2流路は、冷媒が分岐して熱交換した後に合流するように構成される。
During heating operation, the
冷媒回路1は、冷房運転中において、圧縮機11、四方弁12、第2熱交換器25、第2膨張弁24、内部熱交換器16,15、第1膨張弁14、第1熱交換器13、四方弁12、内部熱交換器16,15、圧縮機11の順に冷媒が流れるように構成される。
The
冷房運転中において、第2膨張弁24から第1膨張弁14へと冷媒が流れる流路を第1流路とする。冷媒は、流路16aと流路15aとが直列に繋がる第1流路を通過する。冷房運転中において、四方弁12から圧縮機11へと冷媒が流れる流路を第2流路とする。冷媒は、流路16bと流路15bとが並列に並ぶ第2流路を通過する。ここで、第1流路は、分岐しておらず、この場合の第1流路の分岐数を0とする。それに対し、第2流路は2分岐しており、分岐数が2である。つまり、第2流路の分岐数は、第1流路の分岐数よりも多い。
During cooling operation, the flow path through which the refrigerant flows from the
冷房運転中において、内部熱交換器15,16は、第1流路と第1流路よりも分岐数が多い第2流路との間で熱交換する。第2流路は、冷媒が分岐して熱交換した後に合流するように構成される。これにより、内部熱交換器15,16において高い効率で熱交換することができるとともに、低圧側の第2流路を通過する冷媒の圧力損失を低減することができる。
During cooling operation, the
次に、暖房の場合と冷房の場合とでp-h線図がどのように変化するかについて説明する。図2は、暖房の場合におけるp-h線図である。図3は、冷房の場合におけるp-h線図である。 Next, we will explain how the ph diagram changes in the case of heating and cooling. Figure 2 is the ph diagram in the case of heating. Figure 3 is the ph diagram in the case of cooling.
図2に示すように、暖房運転中、高圧の冷媒は、A1からA2にかけて第1熱交換器13により熱媒体と熱交換される。次いで、冷媒は、A2からA3にかけて第1膨張弁14により減圧されて中圧となる。次いで、冷媒は、A3からA4にかけて内部熱交換器15,16により低圧側の冷媒と熱交換される。暖房運転中、内部熱交換器15,16を冷媒が通過する際に、冷媒は過冷却となる。次いで、冷媒は、A4からA5にかけて第2膨張弁24により減圧されて低圧となる。次いで、冷媒は、A5からA6にかけて第2熱交換器25において空気と熱交換されるとともに、内部熱交換器15,16により中圧側の冷媒と熱交換される。次いで、冷媒は、A6からA1にかけて圧縮機11により圧縮されて高圧となる。
As shown in FIG. 2, during heating operation, the high-pressure refrigerant is heat-exchanged with the heat medium by the
図3に示すように、冷房運転中、高圧高温の冷媒は、B1からB2にかけて第2熱交換器25により空気と熱交換される。次いで、冷媒は、B2からB3にかけて第2膨張弁24により減圧されて中圧となる。次いで、冷媒は、B3からB4にかけて内部熱交換器15,16により低圧側の冷媒と熱交換される。冷房運転中、内部熱交換器15,16を冷媒が通過する際に、冷媒は過冷却にはならない。次いで、冷媒は、B4からB5にかけて第1膨張弁14により減圧されて低圧となる。次いで、冷媒は、B5からB6にかけて第1熱交換器13により熱媒体と熱交換されるとともに、内部熱交換器15,16により中圧側の冷媒と熱交換される。次いで、冷媒は、B6からB1にかけて圧縮機11により圧縮されて高圧となる。
As shown in FIG. 3, during cooling operation, the high-pressure, high-temperature refrigerant exchanges heat with air from B1 to B2 by the
第1熱交換器13の内容積は、第2熱交換器25の内容積と異なるように構成されている。具体的には、第1熱交換器13の内容積は、第2熱交換器25の内容積よりも小さくなるように構成されている。ここで、内容積に冷媒の密度を掛けた値が、熱交換器の中を満たす冷媒の量となる。冷媒回路1では、暖房運転中に凝縮器として機能する第1熱交換器13の冷媒量が全体の冷媒量の基準となる。冷媒回路1では、暖房運転において凝縮器として機能する第1熱交換器13の内容積が冷房運転において凝縮器として機能する第2熱交換器25の内容積よりも小さくなるので、暖房運転は、冷房運転よりも必要冷媒量が少ない。仮に、冷房運転基準で冷媒量を充填すると暖房運転時に冷媒量が過多となるため、レシーバ、アキュムレータ等の冷媒量調整容器を設置する必要がある。一方で、暖房運転基準で冷媒量を決定する冷媒回路1では、暖房運転時に冷媒量が過多とならないため、レシーバなどの冷媒容器を設置する必要がない。
The internal volume of the
なお、第1熱交換器13の容量が、第2熱交換器25の容量よりも大きくなるように構成されるようにしてもよい。この場合の冷凍サイクル装置は、第1熱交換器13を空冷式とし、第2熱交換器25をプレート熱交換式の熱交換器を用いればよい。
The capacity of the
次に、暖房の場合と冷房の場合とで内部熱交換器15,16を通る冷媒の温度分布について説明する。図4は、暖房の場合における内部熱交換器15,16の温度分布を示す図である。図5は、冷房の場合における内部熱交換器15,16の温度分布を示す図である。図4,図5に示すP1~P7は、図1の冷媒回路1における内部熱交換器15,16の周囲の配管の位置を示している。
Next, the temperature distribution of the refrigerant passing through the
図4に示すように、暖房の場合において、中圧側の冷媒は、位置P1から位置P2へ向けて気液二相状態で流路15aを通過する。このとき、低圧側の冷媒は、位置P6から位置P7に向けてガス状態で流路15bを通過する。暖房の場合において、流路15aを通過する冷媒と流路15bを通過する冷媒とは、対向流となり熱交換される。流路15aを通過する冷媒は、気液二相状態であり状態が変化する潜熱のため温度変化が少ない。流路15bを通過する冷媒は、ガス状態であり温度が変化する顕熱のため位置P6から位置P7に向けて温度が上昇する。
As shown in FIG. 4, in the case of heating, the refrigerant on the medium pressure side passes through
図4に示すように、暖房の場合において、中圧側の冷媒は、位置P2から位置P3へ向けて液状態で流路16aを通過する。このとき、低圧側の冷媒は、位置P4から位置P5に向けてガス状態で流路16bを通過する。暖房の場合において、流路16aを通過する冷媒と流路16bを通過する冷媒とは、対向流となり熱交換される。流路16aを通過する冷媒は、液状態であり温度が変化する顕熱のため位置P2から位置P3に向けて温度が下降する。流路16bを通過する冷媒は、ガス状態であり温度が変化する顕熱のため位置P4から位置P5に向けて温度が上昇する。
As shown in FIG. 4, in the case of heating, the refrigerant on the medium pressure side passes through
図5に示すように、冷房の場合において、中圧側の冷媒は、位置P3から位置P2へ向けて気液二相状態で流路16aを通過する。このとき、低圧側の冷媒は、位置P4から位置P5に向けてガス状態で流路16bを通過する。冷房の場合において、流路16aを通過する冷媒と流路16bを通過する冷媒とは、並行流となり熱交換される。流路16aを通過する冷媒は、気液二相状態であり状態が変化する潜熱のため温度変化が少ない。流路16bを通過する冷媒は、ガス状態であり温度が変化する顕熱のため位置P4から位置P5に向けて温度が上昇する。
As shown in FIG. 5, in the case of cooling, the refrigerant on the medium pressure side passes through
図5に示すように、冷房の場合において、中圧側の冷媒は、位置P2から位置P1へ向けて気液二相状態で流路15aを通過する。このとき、低圧側の冷媒は、位置P6から位置P7に向けてガス状態で流路15bを通過する。冷房の場合において、流路15aを通過する冷媒と流路15bを通過する冷媒とは、並行流となり熱交換される。流路15aを通過する冷媒は、気液二相状態であり状態が変化する潜熱のため温度変化が少ない。流路15bを通過する冷媒は、ガス状態であり温度が変化する顕熱のため位置P6から位置P7に向けて温度が上昇する。
As shown in FIG. 5, in the case of cooling, the refrigerant on the medium pressure side passes through
暖房の場合、図4に示すように、内部熱交換器16の流路16aと流路16bとの間を流れる冷媒は、対向流であるとともに、過冷却となり液状態となる。つまり、暖房の場合は、位置P1から位置P2は温度が一定だが、位置P2から位置P3では温度が下がるため、位置P3の部分で温度差が大きい方が効率が良い。このため、対向流にして冷媒入口(位置P4)側を位置P3と熱交換させる方が、冷媒出口(位置P5)側を位置P3と熱交換させる並行流よりも温度差が確保できる。これにより、並行流となる場合に比べ状態が変化しても低圧側と中圧側とで温度差を保つことができ、高い効率で熱交換を行なうことができる。
In the case of heating, as shown in FIG. 4, the refrigerant flowing between
冷房の場合、図5に示すように、内部熱交換器16の流路16aおよび流路15aでは、流れる冷媒が過冷却とならずに気液二相状態となる。流路16aと流路16bとの間を流れる冷媒は、並行流であるとともに、流路15aと流路15bとの間を流れる冷媒は、並行流である。これにより、冷房の場合は、中圧側が常に気液二相状態であっても並行流であるために低圧側と中圧側とで温度差を確保可能であり、熱交換の効率が低下し過ぎることはない。このように、冷房あるいは暖房において並行流としなければならないが、過冷却とならない冷房の場合に並行流とした方が過冷却となる暖房の場合に並行流とする場合よりも効率がよい。
In the case of cooling, as shown in FIG. 5, the refrigerant flowing in
図4,5に示すように、実施の形態1の内部熱交換器15,16では、暖房の場合も冷房の場合も低圧側と高圧側とで温度差を保って熱交換することができる。これにより、内部熱交換器15,16において高い効率で熱交換することができる
次に、制御装置100が各種機器を制御する際のフローチャートについて説明する。図6~図9は、暖房運転中の処理である。図10~図13は、冷房運転中の処理である。図6~図13の処理は、制御装置100の制御におけるメインルーチンから、サブルーチンとして繰返し呼び出されて実行される。
As shown in Figures 4 and 5, in the
図6は、暖房の場合における圧縮機11の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS(以下、単に「S」と示す)11において、第1熱交換器13の熱媒体回路2側に配置されている温度センサ115から取得した熱媒体の温度であるT115を計測する。
FIG. 6 is a flowchart showing the control of the
次いで、制御装置100は、T115が予め設定した目標温度よりも高いか否かを判定する(S12)。制御装置100は、T115が目標温度よりも高いと判定した場合(S12でYES)、圧縮機11の周波数を減少させ(S13)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、T115が目標温度よりも低いと判定した場合(S12でNO)、圧縮機11の周波数を増加させ(S14)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図6の処理により、熱媒体回路2側の温度が目標温度となるように制御することができる。
The
図7は、暖房の場合における第1膨張弁14の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS21において、圧縮機11の吐出側に配置されている圧力センサ121から取得した冷媒の圧力と、第1熱交換器13を通過後の冷媒の温度を検出する位置に配置されている温度センサ114から取得した冷媒の温度とから、過冷却度(SC)を演算する(S21)。
FIG. 7 is a flowchart showing the control of the
具体的には、制御装置100は、圧縮機11から吐出される冷媒の圧力Pを圧力センサ121から取得し、取得した圧力Pから冷媒の飽和温度を算出する。さらに、制御装置100は、第1熱交換器13を通過した冷媒の温度T114を温度センサ114から取得する。制御装置100は、飽和温度から温度T114を減算することで、第1熱交換器13を通過した冷媒の過冷却度(SC)を算出する。
Specifically, the
次いで、制御装置100は、S21で算出したSCが予め定めた目標SCより高いか否かを判定する(S22)。制御装置100は、SCが目標SCよりも高いと判定した場合(S22でYES)、第1膨張弁14の開度を増加させ(S23)、冷媒の圧力を低下し、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、SCが目標SCよりも低いと判定した場合(S22でNO)、第1膨張弁14の開度を減少させ(S24)、冷媒の圧力を上昇させ、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図7の処理により、冷媒回路1においてSCが目標SCとなるように、第1膨張弁14の開度を制御することにより冷媒の圧力を調整することができる。
The
図8は、暖房の場合における第2膨張弁24の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS31において、圧縮機11の吐出側に配置されている温度センサ111から取得した冷媒の温度であるT111を計測する。
FIG. 8 is a flowchart showing the control of the
次いで、制御装置100は、T111が予め設定した目標温度よりも高いか否かを判定する(S32)。制御装置100は、T111が目標温度よりも高いと判定した場合(S32でYES)、第2膨張弁24の開度を増加させ(S33)、冷媒の圧力を低下し、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、T111が目標温度よりも低いと判定した場合(S32でNO)、第2膨張弁24の開度を減少させ(S34)、冷媒の圧力を上昇させ、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図8の処理により、圧縮機11から吐出される冷媒の温度が目標温度となるように制御することができる。
The
図9は、暖房の場合におけるファン26の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS41において、温度センサ116から取得した外気温T116を計測する。次いで、制御装置100は、外気温T116毎に予め設定されているファン26の回転速度となるように回転速度を決定し(S42)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
FIG. 9 is a flowchart showing the control of the
制御装置100は、図9の処理により、ファン26の回転速度を外気温に応じた回転速度に変更するように制御することができる。
The
図10は、冷房の場合における圧縮機11の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS51において、第1熱交換器13の熱媒体回路2側に配置されている温度センサ115から取得した熱媒体の温度であるT115を計測する。
FIG. 10 is a flowchart showing the control of the
次いで、制御装置100は、T115が予め設定した目標温度よりも低いか否かを判定する(S52)。制御装置100は、T115が目標温度よりも低いと判定した場合(S52でYES)、圧縮機11の周波数を減少させ(S53)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、T115が目標温度よりも高いと判定した場合(S52でNO)、圧縮機11の周波数を増加させ(S54)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図10の処理により、熱媒体回路2側の温度が目標温度となるように制御することができる。
The
図11は、冷房の場合における第2膨張弁24の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS61において、第2熱交換器25を通過後の冷媒の温度を検出する位置に配置されている温度センサ113から取得した冷媒の温度T113から第2熱交換器25内の冷媒の温度を検出する温度センサ112から取得した冷媒の温度T112を減算した値を演算する(S61)。
FIG. 11 is a flowchart showing the control of the
次いで、制御装置100は、S61で算出したT113-T112の値が予め定めた目標値より高いか否かを判定する(S62)。制御装置100は、T113-T112の値が目標値よりも高いと判定した場合(S62でYES)、第2膨張弁24の開度を増加させ(S63)、冷媒の圧力を低下し、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、T113-T112の値が目標値よりも低いと判定した場合(S62でNO)、第2膨張弁24の開度を減少させ(S64)、冷媒の圧力を上昇させ、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図11の処理により、冷媒回路1においてT113-T112の値が目標値となるように、第2膨張弁24の開度を制御することにより冷媒の圧力を調整することができる。
By processing the data shown in FIG. 11, the
図12は、冷房の場合における第1膨張弁14の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS71において、圧縮機11の吐出側に配置されている温度センサ111から取得した冷媒の温度であるT111を計測する。
FIG. 12 is a flowchart showing the control of the
次いで、制御装置100は、T111が予め設定した目標温度よりも高いか否かを判定する(S72)。制御装置100は、T111が目標温度よりも高いと判定した場合(S72でYES)、第1膨張弁14の開度を増加させ(S73)、冷媒の圧力を低下し、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。制御装置100は、T111が目標温度よりも低いと判定した場合(S72でNO)、第1膨張弁14の開度を減少させ(S74)、冷媒の圧力を上昇させ、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
Then, the
制御装置100は、図12の処理により、圧縮機11から吐出される冷媒の温度が目標温度となるように制御することができる。
The
図13は、冷房の場合におけるファン26の制御を示すフローチャートである。制御装置100は、まずステップS81において、温度センサ116から取得した外気温T116を計測する。次いで、制御装置100は、外気温T116毎に予め設定されているファン26の回転速度となうように回転速度を決定し(S82)、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。
FIG. 13 is a flowchart showing the control of the
制御装置100は、図13の処理により、ファン26の回転速度を外気温に応じた回転速度に変更するように制御することができる。
The
制御装置100は、図6~図13の処理のように、冷凍サイクル装置10の各種機器を制御する。具体的に、制御装置100は、暖房運転中において、内部熱交換器15,16の入口側の冷媒の状態を気液二相状態とし、内部熱交換器15,16の出口側の冷媒の状態を液状態とするように、冷凍サイクル装置10の各種機器を制御する。制御装置100は、冷房運転中において、内部熱交換器15,16の入口側および出口側の冷媒の状態を気液二相状態とするように、冷凍サイクル装置10の各種機器を制御する。
The
これにより、制御装置100は、図4,5において説明したように、暖房の場合も冷房の場合も低圧側と高圧側とで温度差を保って内部熱交換器15,16において高い効率で熱交換することができる。
As a result, the
実施の形態2.
<冷凍サイクル装置10Aの回路構成>
図14は、実施の形態2における冷凍サイクル装置10Aの回路構成を示す図である。冷凍サイクル装置10Aは、実施の形態1の冷凍サイクル装置10と比較し、内部熱交換器IHXに含まれる内部熱交換器17,18をさらに備えている。実施の形態2における冷凍サイクル装置10Aでは、冷媒回路1Aと接続される熱媒体回路2の構成を省略している。実施の形態2では、実施の形態1と異なる点を主に説明する。
<Circuit configuration of
14 is a diagram showing a circuit configuration of a
内部熱交換器17は、流路17aと流路17bとを含む。内部熱交換器18は、流路18aと流路18bとを含む。
The
暖房運転中において、第1膨張弁14から第2膨張弁24へと冷媒が流れる流路を第1流路とする。冷媒は、流路15aと流路16aとが直列に繋がるとともに、流路17aと流路18aとが直列に繋がる第1流路を通過する。流路15aおよび流路16aと、流路17aおよび流路18aとは、並列に2分岐するように構成されている。
During heating operation, the flow path through which the refrigerant flows from the
暖房運転中において、四方弁12から圧縮機11へと流れる流路を第2流路とする。冷媒は、流路16bと流路15bとが並列に並ぶとともに、流路18bと流路17bとが並列に並ぶ第2流路を通過する。流路15b、流路16b、流路17b、および流路18bは、それぞれ並列に4分岐するように構成される。
During heating operation, the flow path from four-
冷房運転中において、第2膨張弁24から第1膨張弁14へと冷媒が流れる流路を第1流路とする。冷媒は、流路16aと流路15aとが直列に繋がるとともに、流路18aと流路17aとが直列に繋がる第1流路を通過する。流路16aおよび流路15aと、流路18aおよび流路17aとは、並列に2分岐するように構成されている。
During cooling operation, the flow path through which the refrigerant flows from the
冷房運転中において、四方弁12から圧縮機11へと流れる流路を第2流路とする。冷媒は、流路16bと流路15bとが並列に並ぶとともに、流路18bと流路17bとが並列に並ぶ第2流路を通過する。流路15b、流路16b、流路17b、および流路18bは、それぞれ並列に4分岐するように構成される。
During cooling operation, the flow path from four-
図14に示すように、第1流路に含まれる複数の補助流路としての流路15aおよび流路16aと、流路17aおよび流路18aとは、2分岐している。図14に示すように、第2流路に含まれる複数の補助流路としての流路15b、流路16b、流路17b、および流路18bは、並列に4分岐している。このように、第2流路における分岐数が第1流路における分岐数よりも多いため、内部熱交換器15~18を用い高い効率で熱交換することができるとともに、低圧側の第2流路を通過する冷媒の圧力損失を低減することができる。
As shown in FIG. 14, the first flow path includes multiple auxiliary flow paths, ie,
実施の形態3.
<冷凍サイクル装置10Bの回路構成>
図15は、実施の形態3における冷凍サイクル装置10Bの回路構成を示す図である。冷凍サイクル装置10Bは、実施の形態1の冷凍サイクル装置10と比較し、内部熱交換器IHXに含まれる内部熱交換器19をさらに備えている。実施の形態3における冷凍サイクル装置10Bでは、冷媒回路1Bと接続される熱媒体回路2の構成を省略している。実施の形態3では、実施の形態1と異なる点を主に説明する。
Embodiment 3.
<Circuit configuration of
15 is a diagram showing a circuit configuration of a
内部熱交換器19は、流路19aと流路19bとを含む。暖房運転中において、第1膨張弁14から第2膨張弁24へと冷媒が流れる流路を第1流路とする。冷媒は、流路15a、流路16a、および流路19aが直列に繋がる第1流路を通過する。暖房運転中において、四方弁12から圧縮機11へと流れる流路を第2流路とする。冷媒は、流路19b、流路16b、および流路15bが並列に並ぶ第2流路を通過する。
The
図15に示すように、第1流路に含まれる複数の補助流路としての流路15a、流路16a、および流路19aは、直列に繋がるように構成されている。図15に示すように、第2流路に含まれる複数の補助流路としての流路19b、流路16b、および流路15bは、並列に3分岐している。このように、第2流路における分岐数が第1流路における分岐数よりも多いため、内部熱交換器15,16,19を用い高い効率で熱交換することができるとともに、低圧側の第2流路を通過する冷媒の圧力損失を低減することができる。
As shown in FIG. 15,
実施の形態4.
<冷凍サイクル装置10Cの回路構成>
図16は、実施の形態4における冷凍サイクル装置10Cの回路構成を示す図である。冷凍サイクル装置10Cは、実施の形態1の冷凍サイクル装置10と比較し、内部熱交換器15,16の代わりに内部熱交換器IHXとして多葉管20が用いられる。多葉管20は、内部熱交換器として機能する。実施の形態4における冷凍サイクル装置10Cでは、冷媒回路1Cと接続される熱媒体回路2の構成を省略している。実施の形態4では、実施の形態1と異なる点を主に説明する。
Embodiment 4.
<Circuit configuration of
Fig. 16 is a diagram showing a circuit configuration of a
多葉管20の構成について説明する。図17は、多葉管20の構成を示す図である。多葉管20とは、二重管の内側を多葉形状にしたものである。たとえば、多葉管20は、中圧側の冷媒が流れる第1流路と低圧側の冷媒が流れる第2流路とを含む。図17に示すように、第1流路は、流路20A,20B,20C,20Dを含む。第2流路は、流路20a,20b,20c,20d,20eを含む。
The configuration of the
暖房運転中において、冷媒は、第1膨張弁14から第2膨張弁24へと多葉管20の第1流路であり、並列に4分岐している流路20A,20B,20C,20Dを流れる。暖房運転中において、冷媒は、四方弁12から圧縮機11へと多葉管20の第2流路であり、並列に5分岐している流路20a,20b,20c,20d,20eを流れる。
During heating operation, the refrigerant flows from the
冷房運転中において、冷媒は、第2膨張弁24から第1膨張弁14へと多葉管20の第1流路であり、並列に4分岐している流路20A,20B,20C,20Dを流れる。冷房運転中において、冷媒は、四方弁12から圧縮機11へと多葉管20の第2流路であり、並列に5分岐している流路20a,20b,20c,20d,20eを流れる。
During cooling operation, the refrigerant flows from the
図16に示すように、第1流路に含まれる複数の補助流路としての流路20A,20B,20C,20Dは、並列に4分岐している。図16に示すように、第2流路に含まれる複数の補助流路としての流路20a,20b,20c,20d,20eは、並列に5分岐している。このように、第2流路における分岐数が第1流路における分岐数よりも多いため、多葉管20を用い高い効率で熱交換することができるとともに、低圧側の第2流路を通過する冷媒の圧力損失を低減することができる。
As shown in FIG. 16, the
<まとめ>
本開示は、冷媒が循環する冷媒回路1を備えた冷凍サイクル装置10に関する。冷媒回路1は、圧縮機11と、冷媒の流路を切替える流路切替装置としての四方弁12と、第1熱交換器13と、第1膨張弁14と、第2膨張弁24と、第2熱交換器25と、内部熱交換器15,16と、を含む。冷媒回路1は、暖房運転中において、圧縮機11、四方弁12、第1熱交換器13、第1膨張弁14、内部熱交換器15,16、第2膨張弁24、第2熱交換器25、四方弁12、内部熱交換器15,16、圧縮機11の順に冷媒が流れるように構成される。内部熱交換器15,16は、第1膨張弁14と第2膨張弁24との間で冷媒が流れる第1流路と、四方弁12と圧縮機11との間で冷媒が流れる第2流路との間で熱交換する。第2流路は、冷媒が分岐して熱交換した後に合流するように構成される。第2流路における分岐数は、第1流路における分岐数よりも多い。
<Summary>
The present disclosure relates to a
好ましくは、冷媒回路1は、四方弁12を切替えることにより、第1流路において冷媒の流通方向が反転する一方で、第2流路において冷媒の流通方向が反転しないように構成される。暖房運転中において、第1流路を流れる冷媒は、第2流路を流れる冷媒に対して対向流となるように流れる。冷房運転中において、第1流路を流れる冷媒は、第2流路を流れる冷媒に対して並行流となるように流れる。
Preferably, the
好ましくは、第1熱交換器13の容量は、第2熱交換器25の容量と異なる。
好ましくは、第1熱交換器13の容量は、第2熱交換器25の容量よりも小さい。
Preferably, the capacity of the
Preferably, the capacity of the
好ましくは、冷媒回路1を制御する制御装置100をさらに備える。四方弁12は、暖房運転中と冷房運転中とで冷媒の流れが異なるように流路を切替える。制御装置100は、暖房運転中において、第1流路における内部熱交換器15,16の入口側の冷媒の状態を気液二相状態とし、内部熱交換器15,16の出口側の冷媒の状態を液状態とするように、圧縮機11の周波数、第1膨張弁14の開度、および第2膨張弁24の開度を制御する。
Preferably, the system further includes a
好ましくは、制御装置100は、冷房運転中において、第1流路における内部熱交換器15,16の入口側および出口側の冷媒の状態を気液二相状態とするように、圧縮機11の周波数、第1膨張弁14の開度、および第2膨張弁24の開度を制御する。
Preferably, during cooling operation, the
好ましくは、第1流路は、複数の第1補助流路を含み、第2流路は、複数の第2補助流路を含む。第1流路は、複数の第1補助流路が直列に繋がるように構成されている。第2流路は、複数の第2補助流路が並列に2分岐以上並ぶように構成されている。 Preferably, the first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths, and the second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths. The first flow path is configured so that the plurality of first auxiliary flow paths are connected in series. The second flow path is configured so that the plurality of second auxiliary flow paths are arranged in parallel, with two or more branches.
好ましくは、第1流路は、複数の第1補助流路を含み、第2流路は、複数の第2補助流路を含む。第1流路は、複数の第1補助流路が並列に2分岐以上並ぶように構成されている。第2流路は、複数の第2補助流路が並列に第1流路における複数の第1補助流路の分岐数よりも多くなるように構成されている。 Preferably, the first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths, and the second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths. The first flow path is configured such that the plurality of first auxiliary flow paths are arranged in parallel, with two or more branches. The second flow path is configured such that the plurality of second auxiliary flow paths are arranged in parallel, with the number of branches being greater than the number of first auxiliary flow paths in the first flow path.
本実施の形態の冷凍サイクル装置10,10A,10B,10Cは、分岐数が第1流路よりも多く、流れる冷媒が分岐して熱交換した後に合流する第2流路が四方弁12と圧縮機11との間に設けられている。本開示によれば、冷媒を分岐させることにより圧力損失を増大させないようにすることができるとともに、第1流路よりも第2流路の分岐数を多くすることにより第1流路の冷媒速度を低下させないようにすることができ、内部熱交換器において高い効率で熱交換することができる。
The
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。本開示の範囲は、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 herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, not by the description of the embodiments above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1,1A,1B,1C 冷媒回路、2 熱媒体回路、10,10A,10B,10C 冷凍サイクル装置、11 圧縮機、12 四方弁、13 第1熱交換器、14 第1膨張弁、15,16,17,18,19 内部熱交換器、15a,15b,16a,16b,17a,17b,18a,18b,19a,19b,20A,20B,20C,20D,20a,20b,20c,20d,20e 流路、20 多葉管、24 第2膨張弁、25 第2熱交換器、26 ファン、31 ラジエータ、32 ポンプ、100 制御装置、101 CPU、102 メモリ、111,112,113,114,115,116 温度センサ、121 圧力センサ。 1, 1A, 1B, 1C refrigerant circuit, 2 heat medium circuit, 10, 10A, 10B, 10C refrigeration cycle device, 11 compressor, 12 four-way valve, 13 first heat exchanger, 14 first expansion valve, 15, 16, 17, 18, 19 internal heat exchanger, 15a, 15b, 16a, 16b, 17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b, 20A, 20B, 20C, 20D, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e flow path, 20 multi-leaf pipe, 24 second expansion valve, 25 second heat exchanger, 26 fan, 31 radiator, 32 pump, 100 control device, 101 CPU, 102 memory, 111, 112, 113, 114, 115, 116 temperature sensor, 121 pressure sensor.
Claims (8)
前記冷媒回路は、圧縮機と、冷媒の流路を切替える流路切替装置と、第1熱交換器と、第1膨張弁と、第2膨張弁と、第2熱交換器と、内部熱交換器と、を含み、
前記冷媒回路は、暖房運転中において、前記圧縮機、前記流路切替装置、前記第1熱交換器、前記第1膨張弁、前記内部熱交換器、前記第2膨張弁、前記第2熱交換器、前記流路切替装置、前記内部熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が流れるように構成され、
前記内部熱交換器は、前記第1膨張弁と前記第2膨張弁との間で冷媒が流れる第1流路と、前記流路切替装置と前記圧縮機との間で冷媒が流れる第2流路との間で熱交換し、
前記第2流路は、冷媒が分岐して熱交換した後に合流するように構成され、
前記第2流路における分岐数は、前記第1流路における分岐数よりも多い、冷凍サイクル装置。 A refrigeration cycle device having a refrigerant circuit through which a refrigerant circulates,
the refrigerant circuit includes a compressor, a flow path switching device that switches a flow path of the refrigerant, a first heat exchanger, a first expansion valve, a second expansion valve, a second heat exchanger, and an internal heat exchanger;
The refrigerant circuit is configured such that, during a heating operation, a refrigerant flows through the compressor, the flow path switching device, the first heat exchanger, the first expansion valve, the internal heat exchanger, the second expansion valve, the second heat exchanger, the flow path switching device, the internal heat exchanger, and the compressor in this order;
the internal heat exchanger exchanges heat between a first flow path in which a refrigerant flows between the first expansion valve and the second expansion valve and a second flow path in which a refrigerant flows between the flow path switching device and the compressor,
The second flow path is configured such that the refrigerant branches and merges after heat exchange,
A refrigeration cycle apparatus, wherein a number of branches in the second flow path is greater than a number of branches in the first flow path.
暖房運転中において、前記第1流路を流れる冷媒は、前記第2流路を流れる冷媒に対して対向流となるように流れ、
冷房運転中において、前記第1流路を流れる冷媒は、前記第2流路を流れる冷媒に対して並行流となるように流れる、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 the refrigerant circuit is configured such that, by switching the flow path switching device, a flow direction of the refrigerant is reversed in the first flow path, while a flow direction of the refrigerant is not reversed in the second flow path,
During a heating operation, the refrigerant flowing through the first flow path flows in a counter flow direction to the refrigerant flowing through the second flow path,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 , wherein during a cooling operation, the refrigerant flowing through the first flow passage flows in parallel with the refrigerant flowing through the second flow passage.
前記流路切替装置は、暖房運転中と冷房運転中とで冷媒の流れが異なるように流路を切替え、
前記制御装置は、暖房運転中において、前記第1流路における前記内部熱交換器の入口側の冷媒の状態を気液二相状態とし、前記内部熱交換器の出口側の冷媒の状態を液状態とするように、前記圧縮機の周波数、前記第1膨張弁の開度、および前記第2膨張弁の開度を制御する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 A control device for controlling the refrigerant circuit is further provided.
the flow path switching device switches the flow path so that the refrigerant flows differently during a heating operation and a cooling operation,
5. The refrigeration cycle device according to claim 1, wherein the control device controls a frequency of the compressor, an opening degree of the first expansion valve, and an opening degree of the second expansion valve so that, during heating operation, the state of the refrigerant on the inlet side of the internal heat exchanger in the first flow path is a gas-liquid two-phase state, and the state of the refrigerant on the outlet side of the internal heat exchanger is a liquid state.
前記第2流路は、複数の第2補助流路を含み、
前記第1流路は、前記複数の第1補助流路が直列に繋がるように構成され、
前記第2流路は、前記複数の第2補助流路が並列に2分岐以上並ぶように構成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths,
The second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths,
The first flow path is configured such that the plurality of first auxiliary flow paths are connected in series,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1 , wherein the second flow path is configured such that the plurality of second auxiliary flow paths are arranged in parallel and branched into two or more paths.
前記第2流路は、複数の第2補助流路を含み、
前記第1流路は、前記複数の第1補助流路が並列に2分岐以上並ぶように構成され、
前記第2流路は、前記複数の第2補助流路が並列に前記第1流路における前記複数の第1補助流路の分岐数よりも多くなるように構成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 The first flow path includes a plurality of first auxiliary flow paths,
The second flow path includes a plurality of second auxiliary flow paths,
The first flow path is configured such that the plurality of first auxiliary flow paths are arranged in parallel to each other and branch into two or more branches,
7. The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the second flow path is configured such that the number of second auxiliary flow paths is greater than the number of branches of the first auxiliary flow paths in the first flow path.
Priority Applications (1)
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