JP2025007831A - Refrigeration equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、冷凍装置に関する。 This disclosure relates to a refrigeration device.
特許文献1には、低元冷凍サイクルと高元冷凍サイクルとを有する二元冷凍装置が開示されている。低元冷凍サイクルは、室内の負荷装置、例えばショーケースの温度を調整するために用いられる。そのため、低元冷凍サイクルは、ショーケースの配置換え等により冷媒回路が開放されることがあり、冷媒漏れが発生する可能性があるので、地球温暖化係数の低い二酸化炭素等の冷媒が用いられている。これに対して、高元冷凍サイクルは、低元冷凍サイクルの放熱器で冷却された冷媒をさらに冷却するために用いられる。高元冷凍サイクルの冷媒回路は、低元冷凍サイクルの冷媒回路とは異なり開放されることがないため、低元冷凍サイクルの冷媒よりも地球温暖化係数は高いが熱交換効率の高いR32等の冷媒が用いられている。
高元冷凍サイクルで用いられるR32等の冷媒は、燃焼性や毒性を有することがあるため、できるだけ使用量を少なくすることが望まれる。 Refrigerants such as R32 used in high-temperature refrigeration cycles can be flammable and toxic, so it is desirable to use as little of them as possible.
本開示は、異なる冷媒を用いた2つの冷媒回路を備える冷凍装置において、燃焼性や毒性を有する冷媒の使用量を抑えることを目的とする。 The purpose of this disclosure is to reduce the amount of flammable or toxic refrigerant used in a refrigeration system equipped with two refrigerant circuits using different refrigerants.
(1)本開示の冷凍装置は、二酸化炭素である第1冷媒を放熱させる第1熱交換器を含む第1冷媒回路と、
燃焼性若しくは毒性を有する第2冷媒、又は、地球温暖化係数(GWP)が4以上の第2冷媒を放熱させる第2熱交換器、及び、前記第2冷媒を減圧させる減圧器を含む第2冷媒回路と、
前記第1熱交換器で放熱された後の前記第1冷媒と前記第2熱交換器で放熱された後に前記減圧器で減圧された前記第2冷媒とを熱交換させる第3熱交換器と、を備え、
前記第2熱交換器が、複数の扁平多穴管を有する。
(1) A refrigeration device according to the present disclosure includes a first refrigerant circuit including a first heat exchanger that dissipates heat from a first refrigerant, which is carbon dioxide;
A second refrigerant circuit including a second heat exchanger that dissipates heat from a second refrigerant that is flammable or toxic, or a second refrigerant that has a global warming potential (GWP) of 4 or more, and a pressure reducer that reduces the pressure of the second refrigerant;
a third heat exchanger that exchanges heat between the first refrigerant after heat dissipation in the first heat exchanger and the second refrigerant after heat dissipation in the second heat exchanger and reduced in pressure by the pressure reducer;
The second heat exchanger includes a plurality of flat multi-hole tubes.
この構成によれば、扁平多穴管を有する第2熱交換器は、一般的な円管状の伝熱管を有する熱交換器と比較して効率よく熱交換が行えるため、冷媒の使用量を少なくすることができる。そのため、燃焼性又は毒性を有する第2冷媒、又はGWPが4以上の第2冷媒の漏洩リスクを低減することができる。 According to this configuration, the second heat exchanger having flat multi-hole tubes can perform heat exchange more efficiently than a heat exchanger having a typical circular heat transfer tube, so the amount of refrigerant used can be reduced. This reduces the risk of leakage of a second refrigerant that is flammable or toxic, or has a GWP of 4 or more.
(2)上記(1)の冷凍装置において、好ましくは、前記第1冷媒回路及び前記第2冷媒回路の運転を制御する制御装置と、前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器に供給する空気流を生成するファンと、をさらに備え、
前記第1熱交換器と前記第2熱交換器とが、前記ファンによって生成された空気流の流れ方向に並べて配置され、
前記制御装置が、前記第1冷媒回路及び前記第2冷媒回路の双方を運転させて、前記第1熱交換器により前記第1冷媒を放熱させるとともに前記第2熱交換器により前記第2冷媒を放熱させる第1モードと、前記第1冷媒回路を単独で運転させて、前記第1熱交換器により前記第1冷媒を蒸発させる第2モードとを実行する。
(2) In the refrigeration device of (1) above, preferably, the refrigeration device further includes a control device that controls operation of the first refrigerant circuit and the second refrigerant circuit, and a fan that generates an air flow to be supplied to the first heat exchanger and the second heat exchanger,
the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged side by side in a flow direction of the airflow generated by the fan,
The control device executes a first mode in which both the first refrigerant circuit and the second refrigerant circuit are operated to cause the first refrigerant to dissipate heat through the first heat exchanger and the second refrigerant to dissipate heat through the second heat exchanger, and a second mode in which the first refrigerant circuit is operated alone to evaporate the first refrigerant through the first heat exchanger.
第2熱交換器の扁平多穴管は、空気流の方向に細長い横断面形状を有し、空気流に対する抵抗になり難いので、第1冷媒回路を単独で運転させる第2モードにおいて、第1熱交換器における熱交換効率の低下を抑制することができる。 The flat multi-hole tubes of the second heat exchanger have a long and narrow cross-sectional shape in the direction of the air flow and are unlikely to provide resistance to the air flow, so that in the second mode in which the first refrigerant circuit is operated alone, a decrease in the heat exchange efficiency in the first heat exchanger can be suppressed.
(3)上記(1)又は(2)の冷凍装置において、好ましくは、前記第2熱交換器は、複数の前記扁平多穴管と、隣接する前記扁平多穴管の間に配置される、蛇行するフィンと、を備える。 (3) In the refrigeration device of (1) or (2) above, preferably, the second heat exchanger includes a plurality of the flat multi-hole tubes and serpentine fins arranged between adjacent flat multi-hole tubes.
蛇行するフィン(いわゆるコルゲートフィン)を有する第2熱交換器は、コルゲートフィンに入り込んだ水の排水性が悪い。本開示の冷凍装置において、第2熱交換器は冷媒を放熱させる放熱器として用いられるので、入り込んだ水が凍結することを抑制することができる。 The second heat exchanger, which has serpentine fins (so-called corrugated fins), has poor drainage of water that gets into the corrugated fins. In the refrigeration device disclosed herein, the second heat exchanger is used as a radiator that dissipates heat from the refrigerant, so that the water that gets in can be prevented from freezing.
(4)上記(1)~(3)のいずれかに記載の冷凍装置において、好ましくは、前記第2冷媒回路における前記第2冷媒の使用量が1000g以下である。 (4) In the refrigeration device described in any one of (1) to (3) above, preferably, the amount of the second refrigerant used in the second refrigerant circuit is 1000 g or less.
この構成によれば、扁平多穴管を用いることにより、第2冷媒の使用量を1000g以下に減らすことが可能となり、漏洩時のリスクを下げることが可能となる。 With this configuration, by using a flat multi-hole tube, it is possible to reduce the amount of second refrigerant used to 1,000 g or less, thereby reducing the risk of leakage.
(5)上記(4)のいずれかに記載の冷凍装置は、好ましくは、前記第2冷媒回路における前記第2冷媒の使用量が150g以下である。 (5) In the refrigeration device described in any of (4) above, the amount of the second refrigerant used in the second refrigerant circuit is preferably 150 g or less.
上記構成によれば、扁平多穴管を用いることにより、第2冷媒の使用量を150g以下に減らすことが可能となり、漏洩時のリスクを一層下げることが可能となる。 According to the above configuration, by using a flat multi-hole pipe, it is possible to reduce the amount of second refrigerant used to 150 g or less, further reducing the risk of leakage.
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。
(冷凍装置の全体構成)
図1は、本開示の一実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。
図1に示すように、本実施形態の冷凍装置10は、空調対象空間である室内の空気の温度を所定の目標温度に調整する空気調和機である。本実施形態の冷凍装置10は、室内の冷房と暖房とを行う。ただし、冷凍装置10は、冷房専用であってもよい。冷凍装置10は、庫内の空気を冷却する冷蔵庫、冷凍庫などであってもよい。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Overall configuration of the refrigeration device)
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration device according to one embodiment of the present disclosure.
As shown in Fig. 1, the
冷凍装置10は、室外機11(熱源ユニット)と室内機12(利用ユニット)とを有している。冷凍装置10は、例えば、1台の室外機11と、この室外機11に接続される1台の室内機12とを有している。ただし、冷凍装置10は、室外機11に並列に接続される複数の室内機12を有していてもよい。冷凍装置10は、複数の室外機11を備えていてもよい。
The
冷凍装置10は、第1冷媒回路21と、第2冷媒回路22とを有している。第1冷媒回路21は、第1冷媒を循環させ、第2冷媒回路22は、第2冷媒を循環させる。本実施形態では、第1冷媒として二酸化炭素が用いられている。本実施形態では、第2冷媒として、燃焼性又は毒性を有する冷媒、地球温暖化係数(GWP)が高い冷媒が用いられる。例えば第2冷媒としてR290(プロパン)が用いられる。冷凍装置10は、さらに補助熱交換器27と、制御装置51と、室外ファン41と、室内ファン42とを有している。
The
(第1冷媒回路21の構成)
第1冷媒回路21は、室内機12と室外機11との間で第1冷媒を循環させる。第1冷媒回路21は、第1圧縮機24、四路切換弁25、第1室外熱交換器(熱源熱交換器;第1熱交換器)26、第1膨張弁28、第1閉鎖弁29、室内熱交換器(利用熱交換器)30、第2閉鎖弁31、第1アキュムレータ32、及びこれらを接続する冷媒配管40等を備える。
(Configuration of the first refrigerant circuit 21)
The
室外機11は、第1冷媒回路21を構成する第1圧縮機24、四路切換弁25、第1室外熱交換器26、第1膨張弁28、第1閉鎖弁29、第2閉鎖弁31、及び第1アキュムレータ32を備えている。室内機12は、第1冷媒回路21を構成する室内熱交換器30を備えている。室外機11には、室外の空気を室外機11内に取り込んで第1室外熱交換器26に供給する室外ファン41が設けられている。室内機12には、室内の空気を室内機12の内部に取り込んで室内熱交換器30に供給する室内ファン42が設けられている。
The
第1圧縮機24は、低圧のガス状の第1冷媒を吸引し高圧のガス状の第1冷媒を吐出する。第1圧縮機24は、インバータ制御によって運転回転数を調整可能なモータを備えている。第1圧縮機24は、モータがインバータ制御されることによって容量(能力)を変更可能な可変容量型(能力可変型)である。ただし、第1圧縮機24は一定容量型であってもよい。第1圧縮機24は複数台設けられていてもよい。この場合、容量可変型の圧縮機と一定容量形の圧縮機とが混在していてもよい。
The
四路切換弁25は、冷媒配管40における第1冷媒の流れを反転させ、第1圧縮機24から吐出される第1冷媒を第1室外熱交換器26と室内熱交換器30との一方に切り換えて供給する。これにより、冷凍装置10は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行うことができる。
The four-
第1室外熱交換器26は、クロスフィンチューブ式の熱交換器である。第1室外熱交換器26は、室外ファン41によって取り込んだ室外の空気と第1冷媒とを熱交換し、第1冷媒を放熱又は蒸発させる。第1室外熱交換器26は、後述する第2室外熱交換器36と同様の、マイクロチャネル式の熱交換器であってもよい。
The first
第1膨張弁28は、第1冷媒を減圧して膨張させる減圧器である。第1膨張弁28は、冷媒流量の調節等を行うことが可能な電動弁により構成されている。第1膨張弁28は、第1室外熱交換器26及び後述する補助熱交換器27において放熱された高圧のガス状の第1冷媒を減圧し膨張させることによって、低圧の気液二相冷媒にする。減圧器としては、第1膨張弁28に代えてキャピラリチューブを用いてもよい。
The
第1閉鎖弁29は、手動の開閉弁である。第1閉鎖弁29は、閉じることによって冷媒配管40における第1冷媒の流れを遮蔽し、開くことによって、冷媒配管40における第1冷媒の流れを許容する。
The first shut-off
室内熱交換器30は、例えばクロスフィンチューブ式又はマイクロチャネル式の熱交換器である。室内熱交換器30は、室内ファン42によって取り込んだ室内の空気と第1冷媒とを熱交換し、第1冷媒を放熱又は蒸発させる。
The
第2閉鎖弁31は、手動の開閉弁である。第2閉鎖弁31は、閉じることによって冷媒配管40における第1冷媒の流れを遮蔽し、開くことによって、冷媒配管40における第1冷媒の流れを許容する。
The
第1アキュムレータ32は、第1圧縮機24の吸入配管に設けられている。第1アキュムレータ32は、第1圧縮機24に吸入される前の低圧の第1冷媒を一時的に貯留し、第1冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第1アキュムレータ32で分離されたガス冷媒である第1冷媒は第1圧縮機24に吸入される。
The
(第2冷媒回路22の構成)
第2冷媒回路22は、室外機11の内部で冷媒を循環させる。第2冷媒回路22は、第2冷媒としてR290(プロパン)を用いる。第2冷媒回路22は、第2圧縮機34、第2室外熱交換器(第2熱交換器)36、第2膨張弁38、第2アキュムレータ39、及びこれらを接続する冷媒配管50等を備える。
(Configuration of the second refrigerant circuit 22)
The second
第2圧縮機34は、低圧のガス状の第2冷媒を吸引し高圧のガス状の第2冷媒を吐出する。第2圧縮機34は、インバータ制御によって運転回転数を調整可能なモータを備えている。第2圧縮機34は、モータがインバータ制御されることによって容量(能力)を変更可能な可変容量型(能力可変型)である。ただし、第2圧縮機34は一定容量型であってもよい。第2圧縮機34は複数台設けられていてもよい。この場合、容量可変型の第2圧縮機と一定容量形の第2圧縮機とが混在していてもよい。
The
第2室外熱交換器36は、マイクロチャネル式の熱交換器である。第2室外熱交換器36は、室外ファン41によって供給される室外の空気と冷媒とを熱交換し、冷媒を放熱(凝縮)させる。
The second
第2膨張弁38は、第2冷媒を減圧して膨張させる減圧器である。本実施形態の第2膨張弁38は、冷媒流量の調節等を行うことが可能な電動弁により構成されている。第2膨張弁38は、第2室外熱交換器36において放熱された高圧の第2冷媒を減圧し膨張させることによって、低圧の気液二相冷媒にする。減圧器としては、第2膨張弁38に代えてキャピラリチューブを用いてもよい。
The
第2アキュムレータ39は、第2圧縮機34の吸入配管に設けられている。第2アキュムレータ39は、第2圧縮機34に吸入される前の低圧の第2冷媒を一時的に貯留し、第2冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する。第2アキュムレータ39で分離したガス冷媒である第2冷媒は、第2圧縮機34に吸入される。
The
(補助熱交換器27の構成)
補助熱交換器(第3熱交換器)27は、第1室外熱交換器26において放熱された第1冷媒をさらに放熱させる。補助熱交換器27は、第2室外熱交換器36において放熱され第2膨張弁38で減圧された第2冷媒を蒸発させる。補助熱交換器27は、例えばプレート型熱交換器である。
(Configuration of the auxiliary heat exchanger 27)
The auxiliary heat exchanger (third heat exchanger) 27 further dissipates heat from the first refrigerant that has had heat dissipated in the first
具体的に、補助熱交換器27は、第1伝熱管(第1伝熱流路)27aと第2伝熱管(第2伝熱流路)27bとを有する。第1伝熱管27aの一端は、第1室外熱交換器26まで延びる冷媒配管に接続されている。第1伝熱管27aの他端は、第1膨張弁28まで延びる冷媒配管に接続されている。第2伝熱管27bの一端は、第2膨張弁38まで延びる冷媒配管に接続されている。第2伝熱管27bの他端は、第2アキュムレータ39まで延びる冷媒配管に接続されている。
Specifically, the
補助熱交換器27は、第1伝熱管27aを流れる第1冷媒と第2伝熱管27bを流れる第2冷媒との間で熱交換させる。第1伝熱管27aには、第1室外熱交換器26で放熱された第1冷媒(ガス状の冷媒)が流入する。第2伝熱管27bには、第2膨張弁38で減圧して膨張された第2冷媒(気液二相冷媒)が流入する。
The
したがって、補助熱交換器27は、第1室外熱交換器26を通過し第1伝熱管27aを流れる第1冷媒と、第2膨張弁(減圧器)38を通過し第2伝熱管27bを流れる第2冷媒との間で熱交換させる。補助熱交換器27によって、第1伝熱管27aを流れる第1冷媒は放熱され、第2伝熱管27bを流れる第2冷媒は蒸発される。
Therefore, the
以上より、補助熱交換器27は、第1冷媒回路21及び第2冷媒回路22に含まれている。したがって、補助熱交換器27は、第1冷媒回路21及び第2冷媒回路22の構成要素ともいえる。
As described above, the
(制御装置51の構成)
制御装置51は、第1圧縮機24、四路切換弁25、第1膨張弁28、室外ファン41、室内ファン42、第2圧縮機34、第2膨張弁38等の動作を制御する。制御装置51は、プロセッサとメモリーとを含む。制御装置51のプロセッサは、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ゲートアレイ、又は、FPGA(Field Programmable Gate Array)等により構成される。ASIC、又はゲートアレイ、FPGA等のプログラマブルロジックデバイスは、制御プログラムと同様の処理を実行可能に構成される。制御装置51のメモリーは、SRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の揮発性メモリーや、フラッシュメモリ、ハードディスク、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリーを含む。不揮発性メモリーには、コンピュータプログラムである制御プログラムや制御データが記憶される。
(Configuration of control device 51)
The
制御装置51は、プロセッサが制御プログラムを実行することによっての各種機能を発揮する。具体的に、制御装置51は、冷房運転である第1モードと、暖房運転である第2モードとを実行する。
The
(冷房運転)
冷凍装置10が冷房運転を行う場合、制御装置51は、第1冷媒回路21と第2冷媒回路22の双方を駆動する。四路切換弁25は、図1において実線で示す状態に保持される。第1冷媒回路21の第1圧縮機24は、高温高圧のガス状の第1冷媒を吐出する。第1冷媒は、四路切換弁25を経て第1室外熱交換器26に流入する。本実施形態の第1冷媒は二酸化炭素であり、第1圧縮機24によって臨界点を超える圧力まで昇圧される。第1冷媒は、室外ファン41の作動により室外空気と熱交換して放熱する。さらに、第1冷媒は、補助熱交換器27に流入する。
(Cooling operation)
When the
一方、第2冷媒回路22の第2圧縮機34は、高温高圧のガス状の第2冷媒を吐出する。第2冷媒は、第2室外熱交換器36に流入し、室外ファン41の作動により室外空気と熱交換して放熱(凝縮)する。さらに第2冷媒は、第2膨張弁38に流入し、所定の低圧に減圧される。その後、第2冷媒は、補助熱交換器27に流入する。
Meanwhile, the
補助熱交換器27において、第1冷媒回路21の第1冷媒は、第2冷媒回路22の第2冷媒と熱交換して放熱する。その後、第1冷媒は、第1膨張弁28で減圧して膨張され、室内機12の室内熱交換器30に流入する。室内機12において、第1冷媒は、室内熱交換器30で室内空気と熱交換して蒸発する。第1冷媒の蒸発によって冷却された室内空気は、室内ファン42によって室内に吹き出され、当該室内を冷房する。室内熱交換器30で蒸発した第1冷媒は、冷媒配管40を通って室外機11に戻り、四路切換弁25及び第1アキュムレータ32を経て第1圧縮機24に吸い込まれる。
In the
補助熱交換器27において、第2冷媒回路22の第2冷媒は、第1冷媒回路21の第1冷媒と熱交換して蒸発する。その後、第2冷媒は、第2アキュムレータ39を経て第2圧縮機34に吸い込まれる。
In the
(暖房運転)
冷凍装置10によって暖房運転を行う場合、制御装置51は、第1冷媒回路21を駆動し、第2冷媒回路22を停止する。四路切換弁25は、図1において破線で示す状態に保持される。第1圧縮機24から吐出された高温高圧のガス状の第1冷媒は、四路切換弁25を通過して室内機12の室内熱交換器30に流入する。室内熱交換器30において、第1冷媒は室内空気と熱交換して放熱する。第1冷媒の放熱によって加熱された室内空気は、室内ファン42によって室内に吹き出され、当該室内を暖房する。
(Heating operation)
When the
その後、第1冷媒は、冷媒配管40を通って室外機11に戻り、第1膨張弁28で所定の低圧に減圧され、補助熱交換器27を通過して第1室外熱交換器26に流入する。第2冷媒回路22は駆動されていないので、補助熱交換器27では実質的に第1冷媒と第2冷媒との熱交換は行われない。第1室外熱交換器26に流入した第1冷媒は室外空気と熱交換して蒸発する。第1室外熱交換器26で蒸発して気化した第1冷媒は、四路切換弁25を経て第1圧縮機24に吸い込まれる。
The first refrigerant then returns to the
(デフロスト運転)
冷凍装置10は、暖房運転で第1室外熱交換器26に付着した霜を除去するためのデフロスト運転が可能である。デフロスト運転は、例えば上述の冷房運転と同様に、高温高圧の第1冷媒を第1室外熱交換器26に流入させることによって行うことができる。
(Defrost operation)
The
(冷房運転時における第1冷媒回路の冷凍サイクル)
図7は、冷房運転時における第1冷媒回路の冷凍サイクルを説明するためのモリエル線図である。図7において、符号Lは、例えば夏場の外気温度における等温線を示している。
第1冷媒回路21に用いられる第1冷媒は二酸化炭素であり、第1圧縮機24によって臨界点Pを超える圧力まで昇圧される。そのため、冷房運転の際に、第1室外熱交換器26では第1冷媒が外気温度程度までしか放熱されず、図7に示すエンタルピー差Δh1しか確保できない。本実施形態では、補助熱交換器27において第1冷媒を外気温度よりも低温の第2冷媒と熱交換させることで、第1冷媒をさらに放熱し、さらなるエンタルピー差Δh2を確保することができる。そのため、二酸化炭素冷媒を用いた冷凍装置10の冷凍能力Hを高めることができる。
(Refrigeration cycle of the first refrigerant circuit during cooling operation)
7 is a Mollier diagram for explaining the refrigeration cycle of the first refrigerant circuit during cooling operation, in which the reference character L indicates an isothermal line at an outside air temperature in summer, for example.
The first refrigerant used in the first
第1冷媒回路21は、例えば室内機12の入れ替えによって冷媒配管40が取り外されることがある。このとき、第1冷媒回路21が開放されることになり、冷媒漏れの可能性がある。第1冷媒回路21には、第1冷媒として二酸化炭素が用いられるので、漏洩による悪影響は小さい。これに対して、第2冷媒回路22は、室外機11の内部だけで第2冷媒を循環させるので開放されることはほとんどない。本実施形態では、第2冷媒として燃焼性を有するR290(プロパン)が用いられているが、第2冷媒回路22は開放されることがほとんどないので、漏洩する可能性は低い。
The
図2は、冷凍装置における室外機の内部を示す平面図である。図3は、冷凍装置における室外機の内部を示す側面図である。
室外機11は、ケーシング55を備えている。ケーシング55は、直方体形状に形成されている。ケーシング55の内部は、図2に示すように、区画壁56によって機械室S1と、熱交換室S2とに区画されている。熱交換室S2側に配置されたケーシング55の2つの隣接する側壁55a,55bには、空気取入口55a1,55b1が形成されている。空気取入口55b1が形成された一方の側壁55bに隣接した他の側壁55cには、空気吹出口55c1が形成されている。
Fig. 2 is a plan view showing the inside of an outdoor unit of the refrigeration apparatus, and Fig. 3 is a side view showing the inside of the outdoor unit of the refrigeration apparatus.
The
ケーシング55の機械室S1には、第1圧縮機24、第2圧縮機34、第1アキュムレータ32、第2アキュムレータ39、補助熱交換器27等が収容されている。ケーシング55の熱交換室S2には、第1室外熱交換器26、第2室外熱交換器36、室外ファン41等が収容されている。室外ファン41は、回転軸cまわりに回転する。室外ファン41は、空気取入口55a1,55b1からケーシング55内に空気を取り入れ、空気吹出口55c1からケーシング55外に空気を排出する。図2及び図3に示す矢印aは、空気取入口55a1,55b1からケーシング55に取り入れられ第1、第2室外熱交換器26,36を通過する空気の流れの方向を示し、矢印bは、空気吹出口55c1からケーシング55の外部に排出される空気の流れの方向を示す。
The machine chamber S1 of the casing 55 houses the
図2に示すように、第1室外熱交換器26は、上面視で略L字形状に形成されている。第1室外熱交換器26は、空気取入口55a1,55b1が形成された2つの側壁55a,55bの間の角部dの付近で屈曲し、2つの側壁55a,55bに沿って配置されている。
As shown in FIG. 2, the first
図2に示すように、第2室外熱交換器36は、上面視で直線状に形成されている。第2室外熱交換器36は、ケーシング55の側壁55aに略沿って配置されている。上面視において、第2室外熱交換器36の長さは、第1室外熱交換器26の長さよりも小さい。
As shown in FIG. 2, the second
図3に示すように、第2室外熱交換器36の上下方向の長さは、第1室外熱交換器26の上下方向の長さよりも小さい。第2室外熱交換器36の下端と第1室外熱交換器26の下端とは、ケーシング55の底板上に設置され、略同じ高さに配置されている。そのため、第1室外熱交換器26は、第2室外熱交換器36よりも上方に突出している。以上より、第1室外熱交換器26における空気の通過面積は、第2室外熱交換器36における空気の通過面積よりも大きい。
As shown in FIG. 3, the vertical length of the second
第1室外熱交換器26と第2室外熱交換器36とは、共通の室外ファン41によって空気が供給される。第2室外熱交換器36は、第1室外熱交換器26よりも室外ファン41による空気流方向aの下流側に配置されている。したがって、第2室外熱交換器36には、第1室外熱交換器26を通過した後の空気が供給される。
Air is supplied to the first
図4は、冷凍装置における第1室外熱交換器を概略的に示す説明図である。
第1室外熱交換器26は、多数のフィン26aと、伝熱管26bとを有している。多数のフィン26aは、側面視で長方形の板状に形成され、互いに平行に並べて配置されている。多数のフィン26aは、板面が上下方向に沿って配置されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram that illustrates a schematic diagram of a first outdoor heat exchanger in the refrigeration system.
The first
伝熱管26bは、断面が円形状に形成された円筒管である。伝熱管26bは、銅を主成分とする材料で形成されている。伝熱管26bは、銅製又は銅合金製である。伝熱管26bは、直線状に形成された複数の直管部26b1と、U字状に形成された曲管部26b2とを有している。直管部26b1は、多数のフィン26aが並ぶ方向に延び、当該フィン26aを貫通している。曲管部26b2は、上面視における第1室外熱交換器26の両端部に配置され、隣接する2本の直管部26b1を互いに接続している。複数の直管部26b1は、図3に示すように上下方向及び空気流方向aに千鳥状に配置されている。上面視における第1室外熱交換器26の両端部には、管板26cが設けられている。この管板26cによって第1室外熱交換器26の形状が保持されている。
The
図5は、冷凍装置における第2室外熱交換器を概略的に示す説明図である。図6は、第2室外熱交換器の拡大断面図である。
第2室外熱交換器36は、多数のフィン36aと、複数の伝熱管36bと、ヘッダ36c、36dとを有している。伝熱管36bは、アルミニウムを主成分とする材料で形成されている。伝熱管36bは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。複数の伝熱管36bは、上下方向に並べて互いに平行に配置されている。各伝熱管36bは略水平に配置されている。
Fig. 5 is an explanatory diagram that shows a schematic of a second outdoor heat exchanger in the refrigeration device, and Fig. 6 is an enlarged cross-sectional view of the second outdoor heat exchanger.
The second
ヘッダ36c、36dは、各伝熱管36bの長手方向の一端部と、他端部とにそれぞれ連結されている。ヘッダ36c、36dは、液冷媒が流れる液ヘッダ36cと、ガス冷媒が流れるガスヘッダ36dとを含む。ヘッダ36c、36dは、第2室外熱交換器36の外部から流入した第2冷媒を各伝熱管36bに分流したり、各伝熱管36bから流入した第2冷媒を合流して第2室外熱交換器36の外部へ流出させたりする。
The
本実施形態の伝熱管36bは、図6に示すように、内部に複数の冷媒流路36b1を有する多穴管である。複数の冷媒流路36b1は、空気流方向aに沿って一列に並べて形成されている。伝熱管36bを長手方向に直交する方向に切断した横断面の形状は、複数の冷媒流路36b1が並ぶ方向である空気流方向aに長手に形成されている。言い換えると、伝熱管36bは、横断面において、上下方向の長さ(厚さ)L1よりも空気流方向a(水平方向)の長さL2が大きい扁平管である。以下、第2室外熱交換器36の伝熱管36bのことを「扁平多穴管」ともいう。扁平多穴管36bの上面及び下面は略水平に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
扁平多穴管36bの上下方向の長さL1は、例えば1mm~3mmに設定されている。扁平多穴管36bの空気流方向aの長さL2は、例えば、10mm~30mmに設定されている。これに対して、第1室外熱交換器26における伝熱管26bの外径は、例えば、5~10mmに設定されている。そのため、空気流方向aからみて、扁平多穴管36bのほうが伝熱管26bよりも上下方向の長さが小さく、空気流に対する抵抗が小さくなっている。扁平多穴管36bは、横断面における空気流方向a(水平方向)の長さL1が上下方向の長さL2よりも大きいので、その上面に水が溜まりやすい(残りやすい)構造となっている。
The length L1 in the vertical direction of the flat
一方、第1室外熱交換器26における伝熱管26bは、第2室外熱交換器36における扁平多穴管36bよりも上下方向の長さが大きいので強度が高い。本実施形態における第1室外熱交換器26は、第2室外熱交換器36よりも室外機11の外部側(側壁55a、55bにより近い位置)に配置されているが、強度の高い第1室外熱交換器26がより外部側に配置されているので、室外機11への外部からの衝撃等に起因する第1、第2室外熱交換器26,36の損傷を抑制することができる。
On the other hand, the
第2室外熱交換器36における扁平多穴管36bの各冷媒流路36b1の面積は、第1室外熱交換器26における伝熱管(円筒管)26bの冷媒流路の面積よりも小さい。そのため、第2室外熱交換器36は、第2冷媒が扁平多穴管36bに触れる機会が多くなり、第1室外熱交換器26よりも効率よく熱交換を行うことができる。これにより、第2冷媒の使用量を可及的に少なくすることが可能となる。本実施形態の第2冷媒は、燃焼性を有するR290(プロパン)が用いられているので、漏洩リスクを低減するために第2冷媒を少なくすることが極めて有効である。例えば、第2冷媒の使用量は、1000g以下とすることができる。好ましくは、第2冷媒の使用量は、150g以下とすることができる。
The area of each refrigerant flow path 36b1 of the flat
第2室外熱交換器36のフィン36aは、いわゆるコルゲートフィンである。フィン36aは、上下方向に隣接する扁平多穴管36bの間に配置されている。フィン36aは、板材を波状に折り曲げることによって形成されている。したがって、フィン36aは、上下の扁平多穴管36bの間で上下に蛇行しながら扁平多穴管36bの長手方向に延びている。各フィン36aの上端と下端とは、それぞれ扁平多穴管36bにろう付けによって接合されている。コルゲートフィン36aは、上下の扁平多穴管36bの間で蛇行しているので、内部に水が入り込むと排出され難い構造となっている。
The
本実施形態の冷凍装置10は、暖房運転を行う際に第1冷媒回路21のみを運転させ、第2冷媒回路22は停止させる。そのため、室外ファン41によって生成された空気流は第1室外熱交換器26を流れる第1冷媒と熱交換し、第2室外熱交換器36を通過するだけとなる。第2室外熱交換器36の扁平多穴管36bは、空気流方向aに細長い横断面形状を有し、空気流に対する抵抗が小さいので、第1室外熱交換器26における熱交換効率の低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、暖房運転では、第2室外熱交換器36は用いられないので、第2室外熱交換器36で霜が生じることはほとんどなく、霜が溶けて扁平多穴管36b上やコルゲートフィン36a内に水が溜まったり当該水が凍結したりすることもほとんどない。そのため、コルゲートフィン36aに入り込んだ水の凍結によって扁平多穴管36bとコルゲートフィン36aとの接着部(ろう付け部)が損傷してしまうのを抑制することができる。暖房運転の際に、第1室外熱交換器26では霜が発生することがあるが、デフロスト運転等で霜が溶け水が滴下しても伝熱管26b上に溜まり難いので、当該水が再度凍結することを抑制することができる。
In addition, since the second
[他の実施形態]
上記実施形態では、第2冷媒回路22で用いられる第2冷媒として、R290(プロパン)を例示しているが、これに限定されるものではない。第2冷媒としては、燃焼性、毒性を有する他の冷媒を用いることができる。また、GWP(地球温暖化係数)が比較的高い冷媒(例えば自然冷媒よりも高いGWP4以上675以下の冷媒)を用いることが可能である。燃焼性を有する冷媒としては、上述したR290(プロパン)の他、R32,R1234yf、R474a、R600a(イソブタン)等を用いることができる。毒性を有する冷媒としては、NH3(アンモニア)等を用いることができる。GWPの高い冷媒としては、R32、R454B、R454C等を用いることができる。このうちR32のGWPが、最大の675となる。
[Other embodiments]
In the above embodiment, R290 (propane) is exemplified as the second refrigerant used in the second
第2室外熱交換器36は、扁平多穴管36bが上下方向に沿って配置されたもの、例えば、図5に示す第2室外熱交換器36を90°回転させた形態としてもよい。このような場合であっても、コルゲートフィン36aの内側に入り込んだ水は排水し難くなるが、第2室外熱交換器36は第2冷媒を放熱させる放熱器として用いられ、蒸発器としては用いられないため、霜が発生したり、霜が溶けて水が溜まったり凍結したりすることが抑制される。
The second
第2室外熱交換器36は、コルゲートフィン36aではなく、第1室外熱交換器26のフィン26aと同様の、長方形の平板状のフィンを備えたものであってもよい。この場合、多数のフィンが上下方向に沿った状態で並べて配置され、扁平多穴管36bが複数のフィンを貫通する形態とすることができる。この場合、フィンは、扁平多穴管36bにおける空気流方向aの一方側の端部を露出するように切りかかれていてもよい。
The second
[実施形態の作用効果]
(1)上記実施形態の冷凍装置10は、二酸化炭素である第1冷媒を放熱させる第1熱交換器(第1室外熱交換器)26を含む第1冷媒回路21と、燃焼性若しくは毒性を有する第2冷媒、又は、GWP(地球温暖化係数)が4以上の第2冷媒を放熱させる第2熱交換器(第2室外熱交換器)36、及び、第2冷媒を減圧させる減圧器(第2膨張弁)38を含む第2冷媒回路22と、第1熱交換器26で放熱された後の第1冷媒と第2熱交換器36で放熱された後に減圧器38で減圧された第2冷媒とを熱交換させる第3熱交換器(補助熱交換器)27と、を備える。第2熱交換器36は、複数の扁平多穴管36bを有する。
[Effects of the embodiment]
(1) The
一般に、扁平多穴管を有する熱交換器は、一般的な円管状の伝熱管を有する熱交換器と比較して効率よく熱交換が行えるため、冷媒の使用量を少なくすることができる。上記実施形態では、第2熱交換器36が扁平多穴管36bを有しているので、燃焼性若しくは毒性を有する第2冷媒、又は、GWPが4以上の第2冷媒の使用量を少なくすることができ、第2冷媒の漏洩リスクを低減することができる。
In general, a heat exchanger with flat multi-hole tubes can perform heat exchange more efficiently than a heat exchanger with a typical circular heat transfer tube, and therefore can reduce the amount of refrigerant used. In the above embodiment, the
(2)上記実施形態の冷凍装置10は、第1冷媒回路21及び第2冷媒回路22の運転を制御する制御装置51と、第1熱交換器26及び第2熱交換器36に供給する空気流を生成するファン(室外ファン)41と、をさらに備える。第1熱交換器26と第2熱交換器36とは、ファン41によって生成された空気流の流れ方向aに並べて配置される。制御装置51は、第1冷媒回路21及び第2冷媒回路22の双方を運転させて、第1熱交換器26により第1冷媒を放熱させるとともに第2熱交換器36により第2冷媒を放熱させる第1モード(冷房運転の運転モード)と、第1冷媒回路21を単独で運転させて、第1熱交換器26により第1冷媒を蒸発させる第2モード(暖房運転の運転モード)とを実行する。
(2) The
第1冷媒回路21を単独で運転させる第2モードでは、ファン41によって生成された空気流は第1熱交換器26を流れる第1冷媒と熱交換し、第2熱交換器36を通過するだけとなる。第2熱交換器36の扁平多穴管36bは、空気流方向aに細長い横断面形状を有し、空気流に対する抵抗になり難いので、第1熱交換器26における熱交換効率の低下を抑制することができる。
In the second mode in which the first
(3)上記実施形態の冷凍装置10において、第2熱交換器36は、複数の扁平多穴管36bと、隣接する扁平多穴管36bの間に配置される、蛇行するフィン(コルゲートフィン)36aと、を備える。
(3) In the
隣接する扁平多穴管36bの間に蛇行するフィン36aを有する第2熱交換器36においては、当該フィン36aに水が入り込むと排出され難く、溜まった水が凍結することでコルゲートフィン36aと扁平多穴管36bとの接着部(ろう付け部)を損傷させる恐れが生じる。本実施形態の冷凍装置10においては、第2熱交換器36は放熱器として用いられるので、霜が発生したり、霜が溶けて水が溜まったりすることが抑制される。また、コルゲートフィンは熱交換効率が高いので、冷媒の使用量をより少なくすることが可能となる。
In the
(4)上記実施形態の冷凍装置10において、前記第2冷媒回路22における前記第2冷媒の使用量が1000g以下である。上述したような扁平多穴管36bを有する第2熱交換器36は、円管状の伝熱管26bを有する第1熱交換器26よりも効率よく熱交換が行えるため、冷媒の使用量を1000g以下と少なくすることができる。そのため、第2冷媒の漏洩リスクを低減することができる。
(4) In the
(5)上記実施形態の冷凍装置10において、前記第2冷媒回路22における前記第2冷媒の使用量が150g以下である。上述したような扁平多穴管36bを有する第2熱交換器36は、円管状の伝熱管26bを有する第1熱交換器26よりも効率よく熱交換が行えるため、冷媒の使用量を150g以下と少なくすることができる。そのため、第2冷媒の漏洩リスクを一層低減することができる。
(5) In the
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。 Although the embodiments have been described above, it will be understood that various changes in form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims.
10 :冷凍装置
21 :第1冷媒回路
22 :第2冷媒回路
26 :第1室外熱交換器(第1熱交換器)
27 :補助熱交換器(第3熱交換器)
36 :第2室外熱交換器(第2熱交換器)
36a :コルゲートフィン
36b :扁平多穴管
38 :第2膨張弁(減圧器)
41 :室外ファン
51 :制御装置
a :空気流方向
10: Refrigeration device 21: First refrigerant circuit 22: Second refrigerant circuit 26: First outdoor heat exchanger (first heat exchanger)
27: Auxiliary heat exchanger (third heat exchanger)
36: Second outdoor heat exchanger (second heat exchanger)
36a:
41: Outdoor fan 51: Control device a: Air flow direction
Claims (5)
燃焼性若しくは毒性を有する第2冷媒、又は、地球温暖化係数が4以上の第2冷媒を放熱させる第2熱交換器(36)、及び、前記第2冷媒を減圧させる減圧器(38)を含む第2冷媒回路(22)と、
前記第1熱交換器(26)で放熱された後の前記第1冷媒と前記第2熱交換器(36)で放熱された後に前記減圧器(38)で減圧された前記第2冷媒とを熱交換させる第3熱交換器(27)と、を備え、
前記第2熱交換器(36)が、複数の扁平多穴管(36b)を有する、冷凍装置。 A first refrigerant circuit (21) including a first heat exchanger (26) for dissipating heat from a first refrigerant, which is carbon dioxide;
a second refrigerant circuit (22) including a second heat exchanger (36) for dissipating heat of a second refrigerant that is flammable or toxic, or a second refrigerant that has a global warming potential of 4 or more, and a pressure reducer (38) for reducing the pressure of the second refrigerant;
a third heat exchanger (27) for exchanging heat between the first refrigerant after heat dissipation in the first heat exchanger (26) and the second refrigerant after heat dissipation in the second heat exchanger (36) and reduced in pressure in the pressure reducer (38),
The second heat exchanger (36) has a plurality of flat multi-hole tubes (36b).
前記第1熱交換器(26)と前記第2熱交換器(36)とが、前記ファン(41)によって生成された空気流の流れ方向(a)に並べて配置され、
前記制御装置(51)が、前記第1冷媒回路(21)及び前記第2冷媒回路(22)の双方を運転させて、前記第1熱交換器(26)により前記第1冷媒を放熱させるとともに前記第2熱交換器(36)により前記第2冷媒を放熱させる第1モードと、前記第1冷媒回路(21)を単独で運転させて、前記第1熱交換器(26)により前記第1冷媒を蒸発させる第2モードとを実行する、請求項1に記載の冷凍装置。 a control device (51) that controls operation of the first refrigerant circuit (21) and the second refrigerant circuit (22), and a fan (41) that generates an air flow to be supplied to the first heat exchanger (26) and the second heat exchanger (36),
The first heat exchanger (26) and the second heat exchanger (36) are arranged side by side in a flow direction (a) of the air flow generated by the fan (41),
2. The refrigeration device according to claim 1, wherein the control device (51) executes a first mode in which both the first refrigerant circuit (21) and the second refrigerant circuit (22) are operated to cause the first refrigerant to dissipate heat through the first heat exchanger (26) and the second refrigerant to dissipate heat through the second heat exchanger (36), and a second mode in which the first refrigerant circuit (21) is operated alone to evaporate the first refrigerant through the first heat exchanger (26).
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