特開2021-96057(P2021-96057A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-96057(P2021-96057A)
(43)【公開日】2021年6月24日
(54)【発明の名称】室外機及びこれを備えた空気調和装置
(51)【国際特許分類】
   F25B 1/00 20060101AFI20210528BHJP
   F25B 13/00 20060101ALI20210528BHJP
   F25B 43/00 20060101ALI20210528BHJP
【FI】
   F25B1/00 331Z
   F25B1/00 321A
   F25B1/00 396B
   F25B13/00 A
   F25B13/00 331A
   F25B43/00 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2019-229316(P2019-229316)
(22)【出願日】2019年12月19日
(71)【出願人】
【識別番号】516299338
【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼野 雅司
(72)【発明者】
【氏名】中西 道明
(72)【発明者】
【氏名】平松 誠司
(72)【発明者】
【氏名】平尾 豊隆
【テーマコード(参考)】
3L092
【Fターム(参考)】
3L092AA02
3L092BA18
3L092BA21
(57)【要約】
【課題】非共沸混合冷媒を用いた場合であっても膨張弁の上流側で確実に過冷却を付けることができる室外機を提供する。
【解決手段】室外機2は、沸点が異なる低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁7と、膨張弁7の冷媒流れにおける上流側と下流側とを熱的に接続する伝熱部と、を備えている。伝熱部は、膨張弁7に接続された第1冷媒配管13及び第2冷媒配管14に対して固定された熱伝導部材15を備えている。熱伝導部材15としては、グラフェン等が用いられる。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
沸点が異なる低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁の冷媒流れにおける上流側と下流側とを熱的に接続する伝熱部と、
を備えている室外機。
【請求項2】
前記伝熱部は、前記膨張弁に接続された上流側配管及び下流側配管に対して固定された熱伝導部材を備えている請求項1に記載の室外機。
【請求項3】
前記伝熱部は、前記膨張弁に接続された上流側配管と下流側配管とを互いに物理的に接触させて固定する配管固定部を備えている請求項1に記載の室外機。
【請求項4】
前記伝熱部は、前記膨張弁に接続された上流側配管と圧縮機に接続された吸入配管とを熱交換させる過冷却熱交換器を備えている請求項1に記載の室外機。
【請求項5】
前記膨張弁の冷媒流れにおける上流側でかつ凝縮器の下流側に設けられた気液分離器と、
前記気液分離器の液相側と前記膨張弁との間に設けられた第1上流側配管と、
前記気液分離器の気相側と前記第1上流側配管の途中位置との間に設けられた第2上流側配管と、
を備え、
前記伝熱部は、前記膨張弁に接続された下流側配管と前記第2上流側配管とを熱的に接続する請求項1に記載の室外機。
【請求項6】
前記第2上流側配管と前記下流側配管は、前記伝熱部において、前記第2上流側配管を流れる冷媒と、前記下流側配管を流れる冷媒とが対向流となるように設けられている請求項5に記載の室外機。
【請求項7】
請求項1から6のいずれかに記載の室外機と、
前記室外機に接続された室内機と、
を備えている空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、室外機及びこれを備えた空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
冷凍機に用いられる混合冷媒の中でも、沸点が異なる冷媒が混合された非共沸混合冷媒がある。非共沸混合冷媒は、図11に示すように、温度すべりが生じる。つまり、混合した各冷媒の沸点や凝縮点が異なるため、湿り蒸気中(飽和液線と飽和蒸気線との間)の等温線が単一冷媒のように圧力(p)一定にならず、p−h線図上では右下がりの等温線となる。すなわち、非共沸混合冷媒には温度すべりが生じる(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2018−141574号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
温度すべりによって、凝縮器出口の冷媒温度と空気温度との差が小さくなるため、過冷却を確保し難い状態となる。
過冷却を促進するためには、冷媒量の追加が必要となる。しかし、過剰な冷媒量増加は、性能(COP)の悪化や、液バックによる圧縮機故障のおそれを生じさせる。
過冷却が不足すると、電子膨張弁(EEV)の動作が不能気味となることで、蒸発器への確実な液冷媒冷却が困難となるだけでなく、冷媒流動音増大のおそれもある。
【0005】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、非共沸混合冷媒を用いた場合であっても膨張弁の上流側で確実に過冷却を付けることができる室外機及びこれを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る室外機は、沸点が異なる低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁の冷媒流れにおける上流側と下流側とを熱的に接続する伝熱部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
非共沸混合冷媒を用いた場合であっても膨張弁の上流側で確実に過冷却を付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本開示の第1実施形態に係る冷媒回路を示した概略構成図である。
図2】室外機の内部構造を示した側面図である。
図3】熱伝導部材の設置状態を示した正面図である。
図4】熱伝導部材に形成された溝を示した正面図である。
図5】第1実施形態のp−h線図である。
図6】本開示の第2実施形態に係る冷媒回路を示した概略構成図である。
図7】配管固定部を示した正面図である。
図8】本開示の第3実施形態に係る冷媒回路を示した概略構成図である。
図9】第3実施形態のp−h線図である。
図10】本開示の第4実施形態を示した概略構成図である。
図11】非共沸混合冷媒のp−h線図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態の空気調和装置1の冷媒回路構成が示されている。空気調和装置1は、圧縮機3の吐出側に設けた四方弁4を切り替えることによって、暖房運転と冷房運転を行うことができる。図1において、実線の矢印A1で示した方向が暖房運転時の冷媒流れ方向を示し、破線の矢印A2で示した方向が冷房運転時やデフロスト運転時の冷媒流れ方向を示している。
【0010】
空気調和装置1は、冷媒として、例えば、R32とR1234yfとが混合された非共沸混合冷媒であるR454Cを用いている。R32は、R123yfに対して低い沸点を有した低沸点冷媒とされている。R1234yfは、R32に対して高い沸点を有した高沸点冷媒とされている。なお、R454Cに変えて、R454Bや他のR400番台の非共沸混合冷媒を用いても良い。
【0011】
空気調和装置1は、非共沸混合冷媒(以下、単に「冷媒」という場合もある。)を圧縮する圧縮機3と、四方弁4と、室外熱交換器5と、膨張弁7と、室内熱交換器9とを備えている。これら圧縮機3、四方弁4、室外熱交換器5、膨張弁7及び室内熱交換器9を冷媒配管によって接続することで冷凍サイクルを行う冷媒回路が構成される。
【0012】
圧縮機3と、四方弁4と、室外熱交換器5と、膨張弁7とは、室外機2内に設置されている。室内熱交換器9は、室内機10内に設置されている。
【0013】
圧縮機3は、例えばスクロール圧縮機やロータリー圧縮機とされており、図示しない電動モータによって駆動される。電動モータは、インバータ装置を備えており、図示しない制御部からの指令によって回転数が任意に変更されるようになっている。
【0014】
四方弁4は、暖房運転時には圧縮機3から吐出された冷媒が室内熱交換器9へ導かれるように切り換えられ、冷房運転時やデフロスト運転時には圧縮機3から吐出された冷媒が室外熱交換器5へ導かれるように切り換えられる。四方弁4の制御は、図示しない制御部によって行われる。
【0015】
室外熱交換器5は、暖房運転時には蒸発器として動作し、冷房運転時やデフロスト運転時には凝縮器として動作する。室外熱交換器5に対して、室外ファン6から空気(外気)が送られるようになっている。
【0016】
室内熱交換器9は、暖房運転時には凝縮器として動作し、冷房運転時やデフロスト運転時には蒸発器として動作する。室内熱交換器9に対して、室内ファン11から空気が室内に向けて送られるようになっている。
【0017】
膨張弁7は、凝縮器として動作する熱交換器5,9にて凝縮液化された冷媒を膨張させる。膨張弁7の開度は、制御部によって制御される。
【0018】
膨張弁7の両側には、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とが接続されている。第1冷媒配管13は、冷房運転時には冷媒流れにおいて上流側配管となり、暖房運転時には冷媒流れにおいて下流側配管となる。第2冷媒配管14は、冷房運転時には冷媒流れにおいて下流側配管となり、暖房運転時には冷媒流れにおいて上流側配管となる。
【0019】
第1冷媒配管13と第2冷媒配管14との間には、これら配管13,14同士を熱的に接続する伝熱部として、熱伝導部材15が設けられている。熱伝導部材15としては、ステンレス鋼等の金属と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する高熱伝導率を有する素材が用いられ、例えば銅やグラフェン(graphene)等を用いることができる。
【0020】
図2には、室外機2の内部構造が示されている。同図に示すように、圧縮機3の側方に膨張弁7が設けられている。膨張弁7の下方には、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とが互いに平行な状態で下方へと延在するように配置されている。
【0021】
図3に示すように、膨張弁7の直下には、互いに離間した第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを挟み込んで覆うように熱伝導部材15が固定されている。熱伝導部材15には、図4に示すように、第1冷媒配管13及び第2冷媒配管14の形状に対応した溝15a,15bが形成されている。各溝15a,15bに対して第1冷媒配管13及び第2冷媒配管14が嵌め合わされた状態で収納されるようになっている。
【0022】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
膨張弁7の冷媒流れにおける上流側と下流側に設けられた第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを熱的に接続する熱伝導部材15を設けることとした、これにより、膨張弁7によって絞られて冷却された下流側の冷媒で、膨張弁7の上流側の冷媒を冷却することができる。これにより、図5に示すように、膨張弁7に導かれる上流側の冷媒に対して過冷却B1を付けることができる。
【0023】
熱伝導部材15を用いて膨張弁7に接続された第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを固定することとしたので、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14との熱伝導を向上させることができる。
熱伝導部材15を介して第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを固定することとしたので、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14の形状に依存せずに比較的自由に設計することができる。特に、熱伝導部材15に配管形状に応じた溝15a,15bを形成することとしたので、容易に設計することができる。
【0024】
[第2実施形態]
次に、本開示の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを熱的に接続する伝熱部の構成が異なる。したがって、以下の説明では、第1実施形態に対する相違点について説明し、同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【0025】
図6に示されているように、本実施形態の伝熱部は、符号Cで示した膨張弁7の直近の位置において、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを互いに物理的に接触させて固定する配管固定部17を備えている。
【0026】
配管固定部17は、より具体的には、図7に示すように、クリップ18を用いて第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを互いに接触させて固定する。クリップ18は、同図に示したように2個でも良いし、1個あるいは3個以上であっても良い。また、クリップ18に代えて、ろう付けによって配管13,14同士を固定しても良い。
【0027】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
膨張弁7に接続された第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを互いに物理的に接触させて固定する配管固定部17を設けることとしたので、第1冷媒配管13と第2冷媒配管14との熱伝導を向上させることができる。
第1冷媒配管13と第2冷媒配管14とを互いに物理的に接触させて固定するだけで済むので、軽量かつ省スペースで構成することができる。
【0028】
[第3実施形態]
次に、本開示の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、膨張弁7の上流側配管と下流側配管とを熱的に接続する伝熱部の構成が異なる。したがって、以下の説明では、第1実施形態に対する相違点について説明し、同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【0029】
図8に示されているように、冷房用膨張弁7aと暖房用膨張弁7bとが設けられている。なお、図8には、冷房時の冷媒流れの方向が白抜き矢印で示されている。
冷房用膨張弁7aと暖房用膨張弁7bとの間には、第3冷媒配管20が設けられている。冷房用膨張弁7aには、第3冷媒配管20と第2冷媒配管14とが接続されており、暖房用膨張弁7bには、第3冷媒配管20と第1冷媒配管13とが接続されている。
【0030】
冷房時には、冷房用膨張弁7aに対して開度制御が行われ、暖房用膨張弁7bは開とされたまま開度制御は行われない。したがって、冷房時には、第3冷媒配管20が冷媒流れにおける上流側配管となり、第2冷媒配管14が冷媒流れにおける下流側配管となる。
暖房時には、暖房用膨張弁7bに対して開度制御が行われ、冷房用膨張弁7aは開とされたまま開度制御は行われない。したがって、暖房時には、第3冷媒配管20が冷媒流れにおける上流側配管となり、第1冷媒配管13が冷媒流れにおける下流側配管となる。
このように、冷房用膨張弁7aと暖房用膨張弁7bとの間に設けられた第3冷媒配管20が常に冷媒流れにおける上流側配管となる。
【0031】
第3冷媒配管20と圧縮機3の吸入側に接続された吸入配管22との間には、過冷却熱交換器(伝熱部)25が設けられている。過冷却熱交換器25としては、液ガス熱交換器とされ、例えば二重管熱交換器を用いることができる。
【0032】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
膨張弁7a,7bに接続された上流側配管である第3冷媒配管20と、圧縮機3に接続された吸入配管22とを熱交換させる過冷却熱交換器25を設けることとしたので、蒸発器を出た後の吸入冷媒を用いて膨張弁7a,7bの上流側の液冷媒を冷却することができる。膨張弁7a,7bの下流側でかつ蒸発器の上流側の冷媒よりも低い温度の吸入冷媒を用いるので、より効果的に冷却を行うことができる。これにより、図9に示したように、過冷却B2を付けることができる。また、蒸発後の冷媒が膨張弁7a、7bの冷媒によって加熱されるので、図9に示すように過熱度B3を付けることができる。
【0033】
[第4実施形態]
次に、本開示の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して、膨張弁7の上流側配管と下流側配管とを熱的に接続する伝熱部の構成が異なる。したがって、以下の説明では、第1実施形態に対する相違点について説明し、同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【0034】
図10に示されているように、膨張弁7の冷媒流れの上流側でかつ凝縮器の下流側には、気液分離器30が設けられている。気液分離器30は、所定の容積を内部に要する容器とされている。
【0035】
気液分離器30の下方には、第1上流側配管32の上流端が接続されている。第1上流側配管32の下流側は、膨張弁7に接続されている。第1上流側配管32には、気液分離器30にて分離された液冷媒が流れるようになっている。
【0036】
気液分離器30の上方には、第2上流側配管33の上流端が接続されている。第2上流側配管33の下流側は、第1上流側配管32途中位置に接続されている。第2上流側配管33には、気液分離器30にて分離されたガス冷媒が導かれるようになっている。
【0037】
第2上流側配管33の途中位置には、伝熱部35が設けられている。伝熱部35は、第2上流側配管33と、膨張弁7の冷媒流れ下流側に接続された下流側配管37とを接続する。伝熱部35としては、第1実施形態で示した熱伝導部材15や第2実施形態で示した配管固定部17などを用いることができる。
【0038】
第2上流側配管33は、伝熱部35において、下流側配管37を流れる冷媒に対して第2上流側配管33を流れる冷媒流れが対向流(カウンターフロー)となるように設けられている。具体的には、図10に示すように、第2上流側配管33を下方に延在させた後に反転させて上方に向けた上で伝熱部35に接続されるようになっている。これにより、伝熱部35における伝熱性能を向上させることができるようになっている。
【0039】
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
気液分離器30にて分離されたガス冷媒は、第2上流側配管33を流れ、伝熱部35を介して、膨張弁7で絞られた後に下流側配管37を流れる冷媒によって冷却される。これにより、第2上流側配管33を流れる冷媒は凝縮され、第1上流側配管32に合流する。第1上流側配管32を流れる液冷媒は、第2上流側配管33を流れる冷媒と合流することによって冷却され、過冷却が付けられることになる。
【0040】
なお、本実施形態では、第2上流側配管33を流れるガス冷媒を、下流側配管37を流れる冷媒によって冷却することとしたが、第3実施形態のように吸入配管22を流れるガス冷媒によって第2上流側配管33を流れるガス冷媒を冷却するようにしても良い。
また、本実施形態では、冷媒として非共沸混合冷媒を用いることとしたが、非共沸混合冷媒に代えて、単一冷媒や非共沸ではない混合冷媒を用いることとしても良い。
【0041】
以上説明した各実施形態に記載の室外機及びこれを備えた空気調和装置は、例えば以下のように把握される。
【0042】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、沸点が異なる低沸点冷媒と高沸点冷媒とが混合された非共沸混合冷媒を膨張させる膨張弁(7,7a,7b)と、前記膨張弁(7,7a,7b)の冷媒流れにおける上流側と下流側とを熱的に接続する伝熱部(15,17,25,35)と、を備えている。
【0043】
膨張弁の冷媒流れにおける上流側と下流側とを熱的に接続する伝熱部を設けることによって、膨張弁によって絞られて冷却された下流側の冷媒で、膨張弁の上流側の冷媒を冷却することができる。これにより、膨張弁に導かれる上流側の冷媒に対して過冷却を付けることができる。
【0044】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、前記伝熱部(15)は、前記膨張弁(7)に接続された上流側配管(13,14)及び下流側配管(14,13)に対して固定された熱伝導部材(15)を備えている。
【0045】
熱伝導部材を用いて膨張弁に接続された上流側配管と下流側配管とを固定することとしたので、上流側配管と下流側配管との熱伝導を向上させることができる。
熱伝導部材を介して上流側配管と下流側配管とを固定することとしたので、上流側配管と下流側配管の形状に依存せずに比較的自由に設計することができる。
熱伝導部材としては、ステンレス鋼等の金属と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する高熱伝導率を有する素材が用いられ、例えば銅やグラフェン(graphene)等を用いることができる。
【0046】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、前記伝熱部(17)は、前記膨張弁(7)に接続された上流側配管(13,14)と下流側配管(14,13)とを互いに物理的に接触させて固定する配管固定部(17)を備えている。
【0047】
膨張弁に接続された上流側配管と下流側配管とを互いに物理的に接触させて固定する配管固定部を設けることとしたので、上流側配管と下流側配管との熱伝導を向上させることができる。
上流側配管と下流側配管とを互いに物理的に接触させて固定するだけで済むので、軽量かつ省スペースで構成することができる。
配管固定部としては、例えば、上流側配管と下流側配管とをろう付けする構成や、上流側配管と下流側配管とを互いにクリップで固定する構成などが挙げられる。
【0048】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、前記伝熱部(25)は、前記膨張弁(7a,7b)に接続された上流側配管(20)と圧縮機(3)に接続された吸入配管(22)とを熱交換させる過冷却熱交換器(25)を備えている。
【0049】
膨張弁に接続された上流側配管と圧縮機に接続された吸入配管とを熱交換させる過冷却熱交換器を設けることとしたので、蒸発器を出た後の吸入冷媒を用いて膨張弁の上流側の液冷媒を冷却することができる。膨張弁の下流側でかつ蒸発器の上流側の冷媒よりも低い温度の吸入冷媒を用いるので、より効果的に冷却を行うことができる。
過冷却熱交換器としては、液ガス熱交換器とされ、例えば二重管熱交換器を用いることができる。
【0050】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、前記膨張弁(7)の冷媒流れにおける上流側でかつ凝縮器の下流側に設けられた気液分離器(30)と、前記気液分離器(30)の液相側と前記膨張弁(7)との間に設けられた第1上流側配管(32)と、前記気液分離器(30)の気相側と前記第1上流側配管(32)の途中位置との間に設けられた第2上流側配管(33)と、を備え、前記伝熱部(35)は、前記膨張弁(7)に接続された下流側配管(37)と前記第2上流側配管(33)とを熱的に接続する。
【0051】
気液分離器にて分離されたガス冷媒は、第2上流側配管を流れ、伝熱部を介して、膨張弁で絞られた後に下流側配管を流れる冷媒によって冷却される。これにより、第2上流側配管を流れる冷媒は凝縮され、第1上流側配管に合流する。第1上流側配管を流れる液冷媒は、第2上流側配管を流れる冷媒と合流することによって冷却され、過冷却が付けられることになる。
なお、冷媒としては、非共沸混合冷媒に代えて、単一冷媒や非共沸ではない混合冷媒としても良い。
【0052】
本開示の一態様に係る室外機(2)は、前記第2上流側配管(33)と前記下流側配管(37)は、前記伝熱部(35)において、前記第2上流側配管(33)を流れる冷媒と、前記下流側配管(37)を流れる冷媒とが対向流となるように設けられている。
【0053】
第2上流側配管を流れる冷媒と下流側配管を流れる冷媒とを対向流とさせるようにしたので、伝熱性能をより向上させることができる。
【0054】
空気調和装置(1)は、上記のいずれかに記載の室外機(2)と、前記室外機に接続された室内機(10)と、を備えている。
【符号の説明】
【0055】
1 空気調和装置
2 室外機
3 圧縮機
4 四方弁
5 室外熱交換器
6 室外ファン
7 膨張弁
7a 冷房用膨張弁
7b 暖房用膨張弁
9 室内熱交換器
10 室内機
11 室内ファン
13 第1配管
14 第2配管
15 熱伝導部材(伝熱部)
17 配管固定部(伝熱部)
18 クリップ
20 第3冷媒配管
22 吸入配管
25 過冷却熱交換器(伝熱部)
30 気液分離器
32 第1上流側配管
33 第2上流側配管
35 伝熱部
37 下流側配管
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11