JP6984046B2 - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle device.
冷凍サイクル装置は、気体の冷媒を圧縮して昇温させる圧縮機と、昇圧及び昇温された気体の冷媒を放熱凝縮して液化させる凝縮器と、液化された冷媒を減圧膨張させて、その一部を蒸発させる膨張弁と、残りの液体の冷媒を蒸発気化させて、周りから熱を奪い取る蒸発器とを備えている。また、蒸発器において気化された冷媒は圧縮機に還流される。このように、冷凍サイクル装置においては、冷媒が、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器との間を循環する。また、冷媒は、凝縮器を通過する間に、凝縮器の外部環境に熱を放出する。冷媒は、蒸発器を通過する間に、蒸発器の外部環境から熱を吸収する。凝縮器と蒸発器は、いずれも、冷媒と外部環境の間で熱の収受を行う熱交換器であって、基本的な機械的構成が共通する。 The refrigeration cycle device includes a compressor that compresses and raises the temperature of the gaseous refrigerant, a condenser that dissipates and condenses the pressurized and heated gaseous refrigerant to liquefy it, and decompresses and expands the liquefied refrigerant. It is equipped with an expansion valve that evaporates a part of the refrigerant and an evaporator that evaporates and vaporizes the remaining liquid refrigerant to remove heat from the surroundings. Further, the refrigerant vaporized in the evaporator is returned to the compressor. Thus, in the refrigeration cycle device, the refrigerant circulates between the compressor, the condenser, the expansion valve, and the evaporator. The refrigerant also releases heat to the external environment of the condenser while passing through the condenser. The refrigerant absorbs heat from the evaporator's external environment while passing through the evaporator. Both the condenser and the evaporator are heat exchangers that exchange heat between the refrigerant and the external environment, and have a common basic mechanical configuration.
冷凍サイクル装置は、冷蔵庫又は冷凍庫の熱源として使用されるが、空気調和装置の熱源としても使用される。冷蔵庫等の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、蒸発器は常に冷蔵庫等の庫内に配置され、凝縮器は常に庫外に配置される。 The refrigeration cycle device is used as a heat source for refrigerators or freezers, but is also used as a heat source for air conditioners. In a refrigerating cycle device used as a heat source of a refrigerator or the like, the evaporator is always arranged in the refrigerator or the like, and the condenser is always arranged outside the refrigerator.
空気調和装置を冷房機として使用する場合は、室内に配置される熱交換器を蒸発器として機能させ、また室外に配置される熱交換器を凝縮器として機能させる必要がある。空気調和装置を暖房機として使用する場合は、室内に配置される熱交換器を凝縮器として機能させ、また室外に配置される熱交換器を蒸発器として機能させる必要がある。そのため、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を変更する流路切換装置を備える必要がある。なお、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置において、室内に配置される熱交換器は利用側熱交換器と呼ばれ、室外に配置される熱交換器は熱源側熱交換器と呼ばれる。 When the air conditioner is used as a cooler, it is necessary to make the heat exchanger arranged in the room function as an evaporator and the heat exchanger arranged outside the room to function as a condenser. When the air conditioner is used as a heater, it is necessary to make the heat exchanger arranged in the room function as a condenser and the heat exchanger arranged outside the room to function as an evaporator. Therefore, in the refrigeration cycle device used as a heat source of the air conditioner, it is necessary to provide a flow path switching device that changes the flow direction of the refrigerant between the cooling operation and the heating operation. In the refrigeration cycle device used as a heat source of the air conditioner, the heat exchanger arranged indoors is called a user side heat exchanger, and the heat exchanger arranged outdoors is called a heat source side heat exchanger. ..
従来、空気調和装置の熱源として使用される冷凍サイクル装置においては、四方弁が流路切換装置として多用されている。例えば、特許文献1には、流路切換装置として四方弁を備える車両用空調装置が示されている。
Conventionally, in a refrigeration cycle device used as a heat source for an air conditioner, a four-way valve is often used as a flow path switching device. For example,
四方弁の具体的な構成は特許文献2に示されている。特許文献2に記載の四方弁は、第1〜4のポートが開口する弁ハウジングと、弁ハウジングの内部に配置されて、第1〜4のポートが配置された平面に垂直な軸周りに回転する弁体を備えている。この四方弁においては、弁体を軸周りに回転させることによって、第1のポートと第2のポートとが連通接続されると共に第3のポートと第4のポートとが連通接続する状態と、第1のポートと第4のポートとが連通接続されると共に第2のポートと第3のポートとが連通接続する状態とを切り換えることができる。
The specific configuration of the four-way valve is shown in
従来、車両用の空気調和装置においては、R407Cと呼ばれるフロン系の冷媒が多用されていた。しかしながら、R407CはGWP(Global Warming Potential:地球温暖化係数)が大きいので、地球温暖化防止の観点から低GWPへの置き換えが求められている。そこで、車両用の空気調和装置用の代替冷媒として、不燃性と低GWP性を兼ね備える二酸化炭素が有望視されている。車両用の空気調和装置の冷媒として二酸化炭素を使用することは、特許文献1にも記載されている。
Conventionally, in an air conditioner for a vehicle, a fluorocarbon-based refrigerant called R407C has been frequently used. However, since R407C has a large GWP (Global Warming Potential), it is required to replace it with a low GWP from the viewpoint of preventing global warming. Therefore, carbon dioxide, which has both nonflammability and low GWP properties, is regarded as promising as an alternative refrigerant for air conditioners for vehicles. It is also described in
二酸化炭素は、冷凍サイクル装置の冷媒として使用する場合の設計圧力は14.0Mpaであって、R407Cの設計圧力2.94Mpaに比べて、相当に大きい。そのため、二酸化炭素を冷媒として使用する場合は、冷凍サイクル装置の耐圧性能を高める必要がある。当然、流路切換装置の耐圧性能を高める必要がある。 When carbon dioxide is used as a refrigerant for a refrigeration cycle device, the design pressure is 14.0 Mpa, which is considerably larger than the design pressure of 2.94 Mpa for R407C. Therefore, when carbon dioxide is used as a refrigerant, it is necessary to improve the pressure resistance performance of the refrigeration cycle device. Naturally, it is necessary to improve the withstand voltage performance of the flow path switching device.
しかしながら、四方弁は構造が複雑なので、流路切換装置として使用される四方弁の耐圧性能を高めようとすると、四方弁の外形寸法と質量が増大するという問題がある。その結果、冷凍サイクル装置全体の外形寸法と質量が増大する。特に、車両用の空気調和装置は小型化と軽量化の要求が厳しいので、流路切換装置を小型化軽量化することが強く求められている。 However, since the structure of a four-way valve is complicated, there is a problem that the external dimensions and mass of the four-way valve increase when trying to improve the pressure resistance performance of the four-way valve used as a flow path switching device. As a result, the external dimensions and mass of the entire refrigeration cycle device increase. In particular, since there are strict demands for miniaturization and weight reduction of air conditioners for vehicles, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction of flow path switching devices.
また、四方弁によっては、冷凍サイクル装置の停止時における圧縮機への冷媒の流入を遮断できないので、圧縮機内に冷媒が滞留する冷媒寝込みと呼ばれる現象が発生する。冷媒寝込みが発生すると、圧縮機内の潤滑油に冷媒が溶け込んで潤滑油の粘度が低下し、その結果、潤滑不良を引き起こす。また、冷媒寝込みが発生した後で、圧縮機を再起動させると、潤滑油に溶け込んでいた冷媒が一気にガス化し、潤滑油が泡立った状態となって充分な給油ができなくなる虞もある。 Further, depending on the four-way valve, the inflow of the refrigerant into the compressor when the refrigeration cycle device is stopped cannot be blocked, so that a phenomenon called refrigerant stagnation in which the refrigerant stays in the compressor occurs. When the refrigerant slumps, the refrigerant dissolves in the lubricating oil in the compressor and the viscosity of the lubricating oil decreases, resulting in poor lubrication. Further, if the compressor is restarted after the refrigerant has fallen, the refrigerant dissolved in the lubricating oil may be gasified at once, and the lubricating oil may be in a foamed state and sufficient refueling may not be possible.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高圧の冷媒を使用することができる冷凍サイクル装置であって、小型化軽量化が可能で、冷媒寝込みの抑制が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a refrigerating cycle apparatus capable of using a high-pressure refrigerant, which can be made smaller and lighter, and can suppress refrigerant stagnation. The purpose is to provide.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒が流入する流入ポートと、冷媒が流出する流出ポートと、冷媒が流入又は流出する第1及び第2の流出入ポートと、流入ポートと第1の流出入ポートとの間を連絡する第1の連絡流路と、第1の流出入ポートと流出ポートとの間を連絡する第2の連絡流路と、流出ポートと第2の流出入ポートとの間を連絡する第3の連絡流路と、第2の流出入ポートと流入ポートとの間を連絡する第4の連絡流路と、第1〜4の連絡流路のそれぞれに配置されて、第1〜4の連絡流路のそれぞれを開閉する第1〜4の二方弁と、を備える流路切換装置と、流路切換装置の流出ポートと流入ポートとの間に配置される圧縮機と、流路切換装置の第1の流出入ポートに接続される利用側熱交換器と、流路切換装置の第2の流出入ポートに接続される熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と熱源側熱交換器との間に配置される膨張弁と、流路切換装置の流出ポートを出発して、圧縮機を通って、流路切換装置の流入ポートに帰還する第1の環状流路と、流路切換装置の第1の流出入ポートを出発して、利用側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器を、順に通って、流路切換装置の第2の流出入ポートに帰還する第2の環状流路と、を備えるとともに、第1〜4の連絡流路のそれぞれにおいて、複数台の第1〜4の二方弁が並列に配置されている。
The refrigeration cycle apparatus according to the present invention has an inflow port for inflow of refrigerant, an outflow port for outflow of refrigerant, first and second inflow / outflow ports for inflow or outflow of refrigerant, an inflow port and a first inflow / outflow port. Between the first communication flow path connecting the ports, the second communication flow path connecting the first inflow / outflow port and the outflow port, and the outflow port and the second inflow / outflow port. A third communication flow path connecting the two, a fourth communication flow path connecting the second inflow / outflow port and the inflow port, and a first communication flow path arranged in each of the first to fourth communication channels. A flow path switching device including first to fourth two-way valves that open and close each of the
本発明に係る冷凍サイクル装置においては、従来の四方弁に代えて4個の二方弁で流路切換装置を構成している。二方弁は四方弁に比べて構造が簡単なので、比較的容易に耐圧性能を高めることができる。そのため、耐圧性能を高めた場合の外形寸法と質量の増加が小さい。また、第1〜4の連絡流路を同時に閉鎖できるので、冷凍サイクル装置の停止時において、圧縮機を第2の環状流路から隔離して、冷媒寝込みを防止することができる。 In the refrigeration cycle device according to the present invention, the flow path switching device is configured by four two-way valves instead of the conventional four-way valves. Since the two-way valve has a simpler structure than the four-way valve, the pressure resistance can be improved relatively easily. Therefore, the increase in external dimensions and mass when the withstand voltage performance is improved is small. Further, since the first to fourth connecting channels can be closed at the same time, the compressor can be isolated from the second annular channel when the refrigeration cycle device is stopped, and the refrigerant can be prevented from falling asleep.
以下、本発明の実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成と作用を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。 Hereinafter, the configuration and operation of the refrigeration cycle apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing, the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1の構成を示す説明図である。冷凍サイクル装置1は、図示しない車両に搭載されて、当該車両の車室内の空気の温度調整、つまり、車室の冷暖房を行う装置である。また、冷凍サイクル装置1は、二酸化炭素を冷媒として使用する。(First Embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a
図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、冷媒が流れる方向を変更する流路切換装置2を備えている。流路切換装置2は、冷媒が流入する流入ポート2aと、冷媒が流出する流出ポート2bと、冷媒が流入又は流出する第1及び第2の流出入ポート2c,2dとを備えている。流路切換装置2の詳細な構成については、後述する。
As shown in FIG. 1, the refrigerating
流路切換装置2の流入ポート2aと流出ポート2bの間には、圧縮機3が配置されている。流出ポート2bと圧縮機3の間には管路4aが配置されている。そのため、流出ポート2bから流出した冷媒は、管路4aを通って圧縮機3の内部に流入する。また、圧縮機3と流入ポート2aの間には管路4bが配置されている。そのため、圧縮機3の内部で圧縮されて、高温高圧になった冷媒は、管路4bを通って、流入ポート2aに流入する。このように、冷媒は流路切換装置2と圧縮機3の間を循環する。また、管路4aと管路4bによれば、流路切換装置2の流出ポート2bを出発して、圧縮機3を通って、流路切換装置2の流入ポート2aに帰還する第1の環状流路4が形成される。
A
また、図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、利用側熱交換器5と熱源側熱交換器6と膨張弁7を備えている。利用側熱交換器5は管路8aを介して流路切換装置2の第1の流出入ポート2cに接続されている。熱源側熱交換器6は管路8dを介して流路切換装置2の第2の流出入ポート2dに接続されている。膨張弁7は、利用側熱交換器5と熱源側熱交換器6の間に配置されている。膨張弁7は、管路8bを介して利用側熱交換器5に、管路8cを介して熱源側熱交換器6に、それぞれ接続されている。このように、管路8a,8b,8c,8dによれば、流路切換装置2の第1の流出入ポート2cを出発して、利用側熱交換器5、膨張弁7、熱源側熱交換器6を、順に通って、流路切換装置2の第2の流出入ポート2dに帰還する第2の環状流路8が形成される。なお、第2の環状流路8において冷媒が流れる方向は、流路切換装置2によって変更される。流路切換装置2のかかる作用については、後で詳述する。
Further, as shown in FIG. 1, the refrigerating
利用側熱交換器5は、空気調整の対象である区画に設置されて、当該区画内の空気を冷却又は加温する熱交換器である。また、利用側熱交換器5は、図示しないファンを備えている。熱源側熱交換器6は、空気調整の対象である区画の外部に設置されて、冷媒に担持される熱を大気に放出、あるいは大気に担持される熱を冷媒に放出させる熱交換器である。熱源側熱交換器6も、図示しないファンを備えている。
The user-
膨張弁7は、利用側熱交換器5あるいは熱源側熱交換器6から吐出される液化された冷媒を減圧膨張させて、その一部を蒸発させる装置である。
The
また、図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、制御装置9を備えている。制御装置9は、冷凍サイクル装置1の全体を制御するコンピュータである。流路切換装置2、圧縮機3、利用側熱交換器5、熱源側熱交換器6及び膨張弁7は、制御装置9によって制御される。
Further, as shown in FIG. 1, the refrigerating
図2は、冷凍サイクル装置1が備える流路切換装置2の構成を示す説明図である。図2に示すように、流路切換装置2は、流入ポート2aと第1の流出入ポート2cとの間を連絡する第1の連絡流路21と、第1の流出入ポート2cと流出ポート2bとの間を連絡する第2の連絡流路22と、流出ポート2bと第2の流出入ポート2dとの間を連絡する第3の連絡流路23と、第2の流出入ポート2dと流入ポート2aとの間を連絡する第4の連絡流路24とを備えている。また、第1〜4の連絡流路21〜24は、それぞれ第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4を備えている。第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4は制御装置9によって制御されて、第1〜4の連絡流路21〜24のそれぞれを開閉する二方弁である。なお、図2において、INは第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の流入口を、OUTは第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の流出口を、それぞれ示している。後述するように、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4が開弁されている場合、冷媒は流入口INから流出口OUTに向かって流れる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a flow
図3Aと図3Bは、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の構成と作用を示す図である。図3Aは閉弁状態にある第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の断面図であり、図3Bは開弁状態にある第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の断面図である。図3Aと図3Bに示すように、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4は、ケーシング31を備えていて、ケーシング31には流入口INと流出口OUTが形成されている。ケーシング31の内部には、弁体32とばね33が配置されている。ばね33は弁体32を弁座34に向かう方向に付勢する弾性部材である。
3A and 3B are diagrams showing the configuration and operation of the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4. 3A is a cross-sectional view of the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4 in the closed state, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4 in the open state. As shown in FIGS. 3A and 3B, the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4 include a
図3Aに示す状態において、弁体32は、ばね33に押されて弁座34に当接している。そのため、ケーシング31から流出口OUTに向かう流路が閉塞されるので、流入口INを通ってケーシング31の内部に流入した冷媒は流出口OUTに流れない。また、図3Aに示す状態において、ケーシング31の内部にある冷媒の流体圧は、弁体32を弁座34に当接させる方向に作用する。
In the state shown in FIG. 3A, the
図3Aと図3Bに示すように、弁体32の裏側、つまり弁体32の弁座34と当接する面の反対側の面には磁性材料で構成されたロッド35が固定されている。また、ケーシング31にはソレノイドコイル36が固定されている。そして、ソレノイドコイル36の中心にはロッド35が挿通されている。そのため、制御装置9によって制御されて、ソレノイドコイル36に通電されると、図3Bに示すように、ロッド35はソレノイドコイル36に引き寄せられて、図3Bにおいて上方に移動する。その結果、弁体32は弁座34から離れる。その結果、流入口INを通ってケーシング31の内部に流入した冷媒は流出口OUTを通って流出する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a
図1に示すように、流路切換装置2の流入ポート2aは圧縮機3の吐出口に接続され、流出ポート2bは圧縮機3の流入口に接続されている。そのため、圧縮機3が動作している場合、つまり冷凍サイクル装置1が動作している場合、流路切換装置2の流入ポート2aにおける冷媒の流体圧は、流出ポート2bにおける冷媒の流体圧よりも、常に高くなる。また、図2に示すように、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4において、流入口INは流入ポート2aに近い側に、流出口OUTは流出ポート2bに近い側に、それぞれ位置している。そのため、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4が閉弁されている場合に弁体32に作用する冷媒の流体圧は、弁体32を弁座34に押し付ける方向に作用する。つまり、弁体32に作用する冷媒の流体圧は閉弁状態を維持する方向に作用する。このように、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の閉弁状態は冷媒の流体圧によって維持されるので、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4が不用意に開弁することが抑制される。
As shown in FIG. 1, the
前述したように、流路切換装置2は制御装置9によって制御され、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4は制御装置9によって制御されて開閉される。また、制御装置9は、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の開閉状態を、冷房運転モード、暖房運転モード、均圧モード、返油モード及び停止モードに対応した状態にすることができる。なお、上記モードの変更は、制御装置9に対する手動操作によってなされる。
As described above, the flow
(冷房運転モード)
冷凍サイクル装置1を冷房運転モードで動作させる時、すなわち、冷凍サイクル装置1を冷房機として機能させる時は、第2の電磁開閉弁SV2と第4の電磁開閉弁SV4を開弁させ、第1の電磁開閉弁SV1と第3の電磁開閉弁SV3を閉弁させる。そうすると、図4に示すように、流路切換装置2において、流入ポート2aと第2の流出入ポート2dの間に冷媒が流れる流路が形成される。また流出ポート2bと第1の流出入ポート2cの間に冷媒が流れる流路が形成される。そのため、圧縮機3から吐出される冷媒は管路4b、流路切換装置2、管路8dを順に辿って、熱源側熱交換器6に流入する。その後、冷媒は、熱源側熱交換器6から、管路8c、膨張弁7及び管路8bを順に辿って、利用側熱交換器5に流入する。利用側熱交換器5に流入した冷媒は管路8aを通って流路切換装置2に流入する。流路切換装置2に流入した冷媒は管路4aを通って、圧縮機3に還流する。このように、冷媒は第2の環状流路8を反時計回りに、つまり、図4において矢印で示す方向に循環する。(Cooling operation mode)
When operating the refrigerating
前述したように、冷房モードにおいては、冷媒が第2の環状流路8を反時計回りに循環するので、熱源側熱交換器6は凝縮器として機能する。また、利用側熱交換器5は蒸発器として機能する。そのため、熱源側熱交換器6においては冷媒に担持された熱が大気に放出される。利用側熱交換器5においては、利用側熱交換器5が配置された区画内の空気に担持されていた熱が冷媒に吸収される。その結果、利用側熱交換器5が配置された区画内の空気が冷却される。
As described above, in the cooling mode, the refrigerant circulates counterclockwise in the second
(暖房運転モード)
冷凍サイクル装置1を暖房運転モードで動作させる時、すなわち、冷凍サイクル装置1を暖房機として機能させる時は、第1の電磁開閉弁SV1と第3の電磁開閉弁SV3を開弁させ、第2の電磁開閉弁SV2と第4の電磁開閉弁SV4を閉弁させる。そうすると、図5に示すように、流路切換装置2において、流入ポート2aと第1の流出入ポート2cの間に冷媒が流れる流路が形成される。また流出ポート2bと第2の流出入ポート2dの間に冷媒が流れる流路が形成される。そのため、圧縮機3から吐出される冷媒は管路4b、流路切換装置2、管路8aを順に辿って、利用側熱交換器5に流入する。その後、冷媒は、利用側熱交換器5から、管路8b、膨張弁7及び管路8cを順に辿って、熱源側熱交換器6に流入する。熱源側熱交換器6に流入した冷媒は管路8dを通って流路切換装置2に流入する。流路切換装置2に流入した冷媒は管路4aを通って、圧縮機3に還流する。このように、冷媒は第2の環状流路8を時計回りに、つまり、図5において矢印で示す方向に循環する。(Heating operation mode)
When operating the refrigerating
前述したように、暖房運転モードにおいては、冷媒が第2の環状流路8を時計回りに循環するので、利用側熱交換器5は凝縮器として機能する。また、熱源側熱交換器6は蒸発器として機能する。そのため、利用側熱交換器5においては冷媒に担持された熱が、利用側熱交換器5が配置された区画内の空気に放出される。熱源側熱交換器6においては、大気に担持されていた熱が冷媒に吸収される。その結果、利用側熱交換器5が配置された区画内の空気が加温される。
As described above, in the heating operation mode, the refrigerant circulates clockwise in the second
(均圧モード)
冷房運転モードにおいては、熱源側熱交換器6内の冷媒は利用側熱交換器5の冷媒に比べて、高圧の状態にある。一方、暖房運転モードにおいては、熱源側熱交換器6内の冷媒は利用側熱交換器5の冷媒に比べて、低圧の状態にある。そのため、冷房運転モードから直接、暖房運転モードに、あるいは、暖房運転モードから直接、冷房運転モードに切り換えると、高圧の冷媒が圧縮機3に流入するので、圧縮機3に過大な負荷が加わる。このような現象を回避するために、冷凍サイクル装置1においては、以下に説明する均圧モードを経て、冷房運転モードと暖房運転モードを相互に切り換える。(Pressure equalization mode)
In the cooling operation mode, the refrigerant in the heat source
均圧モードにおいては、制御装置9に制御されて、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の全てが開弁される。第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の全てが開弁されると、第1の環状流路4及び第2の環状流路8内の冷媒の圧力が均等になる。その後、冷房運転モードあるいは暖房運転モードを選択して、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4のそれぞれを、開弁あるいは閉弁して、その後に圧縮機3を動作させると、圧縮機3に高圧の冷媒が流入することがない。そのため、圧縮機3に過大な負荷が加わることがない。
In the pressure equalization mode, all of the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4 are opened under the control of the
(返油モード)
冷凍サイクル装置1を運転すると、圧縮機3の潤滑油の一部が冷媒に混じって、第1の環状流路4及び第2の環状流路8内に流出する。その結果、圧縮機3において潤滑不良が生じることがある。このような現象を回避するために、冷凍サイクル装置1においては、必要に応じて、以下に説明する返油モードを選択して、第1の環状流路4及び第2の環状流路8内に流出した潤滑油を、圧縮機3に還流させることができる。(Oil return mode)
When the
返油モードにおいては、制御装置9に制御されて、第1の電磁開閉弁SV1が閉弁され、第2〜4の電磁開閉弁SV2〜SV4が開弁される。圧縮機3を停止させた状態において、返油モードを選択すると、第1の環状流路4及び第2の環状流路8内に流出した潤滑油が圧縮機3に還流される。
In the oil return mode, the first electromagnetic on-off valve SV1 is closed and the second to fourth electromagnetic on-off valves SV2 to SV4 are opened under the control of the
(停止モード)
冷凍サイクル装置1が停止した状態においては、停止モードを選択することができる。停止モードが選択されると、制御装置9に制御されて、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の全てが閉弁される。第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4の全てが閉弁されると、圧縮機3が第2の環状流路8から隔離される。つまり、圧縮機3と第2の環状流路8の間の冷媒の流通が遮断される。その結果、圧縮機3に冷媒が流入しないので、圧縮機3内に冷媒が滞留しない。そのため、圧縮機3内での冷媒寝込みの発生が防止される。(Stop mode)
When the refrigerating
(第2の実施の形態)
上記の第1の実施の形態においては、流路切換装置2の第1〜4の連絡流路21〜24のそれぞれに、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4を1台ずつ配置する例を示した。しかしながら、流路切換装置2は、第1〜4の連絡流路21〜24のそれぞれに、第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4が1台ずつ配置されたものには限定されない。流路切換装置2は、第1〜4の連絡流路21〜24のそれぞれに、複数台の第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4を並列に配置しても良い。例えば、図6に示すように、第1の連絡流路21に2台の第1の電磁開閉弁SV1a,SV1bを、第2の連絡流路22に2台の第2の電磁開閉弁SV2a,SV2bを、第3の連絡流路23に2台の第3の電磁開閉弁SV3a,SV3bを、第4の連絡流路24に2台の第4の電磁開閉弁SV4a,SV4bを、それぞれ配置しても良い。このように、第1〜4の連絡流路21〜24のそれぞれに、複数台の第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4を並列に配置すれば、第1〜4の連絡流路21〜24における流路抵抗が小さくなるので、冷凍サイクル装置1の効率が改善される。(Second embodiment)
In the first embodiment described above, an example in which one electromagnetic on-off valve SV1 to SV4 of the first to fourth valves SV1 to SV4 are arranged in each of the connecting
(第1の変形例)
第1及び第2の実施の形態に係る冷凍サイクル装置1に、第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を判別するセンサを備えても良い。例えば、図7に示すように、流入ポート2aと圧縮機3の間の管路、つまり管路4aに圧力センサP1を、第1の流出入ポート2cと利用側熱交換器5の間の管路、つまり管路8aに圧力センサP2を、流出ポート2bと圧縮機3の間の管路、つまり管路4aに圧力センサP3を、第2の流出入ポート2dと熱源側熱交換器6の間の管路、つまり管路8dに圧力センサP4を、それぞれ備えても良い。なお、圧力センサP1,P2,P3,P4は各管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知するセンサである。 (First modification)
The refrigerating
図7に記載の冷凍サイクル装置1において、圧力センサP1〜P4で計測される圧力の値p1〜p4が、p1≧p4>p2≧p3の関係にあれば、図7において、冷媒が第2の環状流路8内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。
In the
また、図7に記載の冷凍サイクル装置1において、圧力センサP1〜P4で計測される圧力の値p1〜p4が、p1≧p2>p4≧p3の関係にあれば、図7において、冷媒が第2の環状流路8内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。
Further, in the refrigerating
(第2の変形例)
第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、図7に示した4台の圧力センサP1〜P4の組には限定されない。図8に示すように、冷凍サイクル装置1に2台の圧力センサP2,P4を備えても良い。(Second modification)
The sensor for determining the direction in which the refrigerant flows in the second
図8に記載の冷凍サイクル装置1において、圧力センサP2,P4で計測される圧力の値p2,p4が、p4>p2の関係にあれば、図8において、冷媒が第2の環状流路8内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。
In the
また、図8に記載の冷凍サイクル装置1において、圧力センサP2,P4で計測される圧力の値p2,p4が、p2>p4の関係にあれば、図8において、冷媒が第2の環状流路8内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。
Further, in the
(第3の変形例)
第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、圧力センサP1〜P4には限定されない。図9に示すように、第1の流出入ポート2cと利用側熱交換器5の間の管路、つまり管路8aに温度センサT1を、第2の流出入ポート2dと熱源側熱交換器6の間の管路、つまり管路8dに温度センサT2を、それぞれ備えても良い。なお、温度センサT1,T2は各管路内を流れる冷媒の温度を計測するセンサである。 (Third modification example)
The sensor for determining the direction in which the refrigerant flows in the second
図9に記載の冷凍サイクル装置1において、温度センサT1,T2で計測される温度t1,t2が、t2>t1の関係にあれば、図9において、冷媒が第2の環状流路8内を反時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、冷房運転サイクルで運転されていると判断できる。
In the
また、図9に記載の冷凍サイクル装置1において、温度センサT1,T2で計測される温度t1,t2が、t1>t2の関係にあれば、図9において、冷媒が第2の環状流路8内を時計周りに循環していると判断できる。つまり、冷凍サイクル装置1が、暖房運転サイクルで運転されていると判断できる。
Further, in the refrigerating
(第4の変形例)
第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を判別するセンサは、圧力センサP1〜P4あるいは温度センサT1,T2には限定されない。これらに代えて、第2の環状流路8内を流れる冷媒の流速及び流向を直接測定する流速センサF1,F2を備えても良い。すなわち、図10に示すように、第1の流出入ポート2cと利用側熱交換器5の間の管路、つまり管路8aに流速センサF1を、第2の流出入ポート2dと熱源側熱交換器6の間の管路、つまり管路8dに流速センサF2を、それぞれ備えても良い。(Fourth modification)
The sensor for determining the direction in which the refrigerant flows in the second
なお、上記においては、冷凍サイクル装置1に流速センサF1と流速センサF2の両方を備える例を示したが、流速センサF1,F2の何れか一方を省いてもよい。冷凍サイクル装置1に、流速センサF1,F2の何れか一方を備えていれば、第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を判別することができる。
In the above, an example in which both the flow velocity sensor F1 and the flow velocity sensor F2 are provided in the
以上説明したように、上記の第1及び第2の実施の形態に係る冷凍サイクル装置1は、流路切換装置2において、従来の四方弁に代えて第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4を備えている。第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4は二方弁であって、四方弁に比べて構造が簡単なので、耐圧性能の強化が容易である。そのため、高圧力で循環される冷媒を使用する場合であっても、流路切換装置2を小型及び軽量に構成することが容易になる。その結果、冷凍サイクル装置1の小型化及び軽量化が容易になる。
As described above, the refrigerating
また、流路切換装置2を構成する第1〜4の電磁開閉弁SV1〜SV4は、互いに独立して開閉させることができるので、流路切換装置2において、暖房運転モードと冷房運転モードに加えて、停止モード、変圧モード、返油モードを選択することができる。そのため、圧縮機3における、冷媒寝込みあるいは潤滑不良の発生が抑制される。
Further, since the first to fourth electromagnetic on-off valves SV1 to SV4 constituting the flow
また、上記の各変形例に係る冷凍サイクル装置1は、第2の環状流路8に、圧力センサP1〜P4、温度センサT1,T2 あるいは流速センサF1,F2を備えて、第2の環状流路8内において冷媒が流れる方向を確認することができる。そのため、制御が容易である。
Further, the
なお、本発明の技術的範囲は、上記の実施の形態によっては限定されない。本発明は特許請求の範囲に示された技術的思想の限りにおいて、自由に、応用、変形、あるいは改良して実施することができる。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be freely applied, modified, or improved as far as the technical idea shown in the claims is concerned.
特に、本発明の技術的範囲は、二酸化炭素を冷媒として使用する冷凍サイクル装置には限定されない。 In particular, the technical scope of the present invention is not limited to the refrigeration cycle apparatus using carbon dioxide as a refrigerant.
また、背景技術の説明において、車両用の空気調和装置を例示したが、本発明に係る冷凍サイクル装置の用途は、車両用の空気調和装置には限定されない。 Further, in the description of the background technology, the air conditioner for a vehicle is exemplified, but the application of the refrigeration cycle device according to the present invention is not limited to the air conditioner for a vehicle.
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。 The present invention allows for various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the invention. Further, the above-described embodiments are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by the embodiment but by the claims. And, various modifications made within the scope of the claims and within the scope of the equivalent invention are considered to be within the scope of the present invention.
本出願は、2018年12月25日に出願された日本国特許出願2018−240670号に基づく。本明細書中に日本国特許出願2018−240670号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2018-24670 filed on December 25, 2018. The specification of Japanese Patent Application No. 2018-240670, the scope of claims, and the entire drawing shall be incorporated into this specification as a reference.
本発明は、冷凍サイクル装置として好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used as a refrigeration cycle device.
1 冷凍サイクル装置、2 流路切換装置、2a 流入ポート、2b 流出ポート、2c 第1の流出入ポート、2d 第2の流出入ポート、3 圧縮機、4 第1の環状流路、4a,4b 管路、5 利用側熱交換器、6 熱源側熱交換器、7 膨張弁、8 第2の環状流路、8a,8b,8c,8d 管路、9 制御装置、21 第1の連絡流路、22 第2の連絡流路、23 第3の連絡流路、24 第4の連絡流路、31 ケーシング、32 弁体、33 ばね、34 弁座、35 ロッド、36 ソレノイドコイル、SV1,SV1a,SV1b 第1の電磁開閉弁、SV2,SV2a,SV2b 第2の電磁開閉弁、SV3,SV3a,SV3b 第3の電磁開閉弁、SV4,SV4a,SV4b 第4の電磁開閉弁、IN 入口ポート、OUT 出口ポート、P1,P2,P3,P4 圧力センサ、T1,T2 温度センサ、F1,F2 流速センサ 1 Refrigeration cycle device, 2 Flow path switching device, 2a Inflow port, 2b Outflow port, 2c First inflow / outflow port, 2d Second inflow / outflow port, 3 Compressor, 4 First annular flow path, 4a, 4b Pipeline, 5 Utilization side heat exchanger, 6 Heat source side heat exchanger, 7 Expansion valve, 8 Second annular flow path, 8a, 8b, 8c, 8d pipeline, 9 Control device, 21 First communication flow path , 22 2nd communication flow path, 23 3rd communication flow path, 24 4th communication flow path, 31 casing, 32 valve body, 33 spring, 34 valve seat, 35 rod, 36 solenoid coil, SV1, SV1a, SV1b 1st solenoid on-off valve, SV2, SV2a, SV2b 2nd solenoid on-off valve, SV3, SV3a, SV3b 3rd solenoid on-off valve, SV4, SV4a, SV4b 4th solenoid on-off valve, IN inlet port, OUT outlet Port, P1, P2, P3, P4 pressure sensor, T1, T2 temperature sensor, F1, F2 flow velocity sensor
Claims (6)
前記冷媒が流出する流出ポートと、
前記冷媒が流入又は流出する第1及び第2の流出入ポートと、
前記流入ポートと前記第1の流出入ポートとの間を連絡する第1の連絡流路と、
前記第1の流出入ポートと前記流出ポートとの間を連絡する第2の連絡流路と、
前記流出ポートと前記第2の流出入ポートとの間を連絡する第3の連絡流路と、
前記第2の流出入ポートと前記流入ポートとの間を連絡する第4の連絡流路と、
前記第1〜4の連絡流路のそれぞれに配置されて、前記第1〜4の連絡流路のそれぞれを開閉する第1〜4の二方弁と、
を備える流路切換装置と、
前記流路切換装置の前記流出ポートと前記流入ポートとの間に配置される圧縮機と、
前記流路切換装置の前記第1の流出入ポートに接続される利用側熱交換器と、
前記流路切換装置の前記第2の流出入ポートに接続される熱源側熱交換器と、
前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間に配置される膨張弁と、
前記流路切換装置の前記流出ポートを出発して、前記圧縮機を通って、前記流路切換装置の前記流入ポートに帰還する第1の環状流路と、
前記流路切換装置の前記第1の流出入ポートを出発して、前記利用側熱交換器、前記膨張弁、前記熱源側熱交換器を、順に通って、前記流路切換装置の前記第2の流出入ポートに帰還する第2の環状流路と、を備えるとともに、
前記第1〜4の連絡流路のそれぞれにおいて、複数台の前記第1〜4の二方弁が並列に配置されている、
冷凍サイクル装置。 The inflow port where the refrigerant flows in and
The outflow port from which the refrigerant flows out and
The first and second inflow / outflow ports into which the refrigerant flows in or out, and
A first communication flow path connecting the inflow port and the first inflow / outflow port,
A second communication flow path connecting the first outflow / inflow port and the outflow port,
A third communication flow path connecting the outflow port and the second outflow / inflow port,
A fourth communication flow path connecting the second inflow / outflow port and the inflow port,
A two-way valve arranged in each of the first to fourth communication channels and opening and closing each of the first to fourth communication channels, and a first to fourth two-way valve.
A flow path switching device equipped with
A compressor arranged between the outflow port and the inflow port of the flow path switching device, and
A user-side heat exchanger connected to the first inflow / outflow port of the flow path switching device, and
A heat source side heat exchanger connected to the second inflow / outflow port of the flow path switching device, and
An expansion valve arranged between the user-side heat exchanger and the heat source-side heat exchanger,
A first annular flow path that departs from the outflow port of the flow path switching device, passes through the compressor, and returns to the inflow port of the flow path switching device.
Starting from the first inflow / outflow port of the flow path switching device, passing through the utilization side heat exchanger, the expansion valve, and the heat source side heat exchanger in order, the second of the flow path switching device. A second annular flow path that returns to the inflow / outflow port of the
A plurality of the first to fourth two-way valves are arranged in parallel in each of the first to fourth communication channels .
Refrigeration cycle equipment.
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The pipeline connected to the flow path switching device is provided with a sensor for determining the direction in which the refrigerant flows in the second annular flow path.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1.
前記流入ポートと前記圧縮機の間の管路、前記第1の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、前記第2の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、前記流出ポートと前記圧縮機の間の管路、のそれぞれに配置されて、
各前記管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知する圧力センサである、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 The sensor is
The pipeline between the inflow port and the compressor, the pipeline between the first inflow / outflow port and the utilization side heat exchanger, and between the second inflow / outflow port and the heat source side heat exchanger. Arranged in each of the conduit, the conduit between the outflow port and the compressor,
A pressure sensor that detects the magnitude of the pressure of the refrigerant flowing in each of the above pipelines.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2.
前記第1の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、及び前記第2の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、のそれぞれに配置されて、
各前記管路内を流れる冷媒の圧力の大きさを検知する圧力センサである、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 The sensor is
Arranged in each of the pipeline between the first inflow / outflow port and the utilization side heat exchanger, and the conduit between the second inflow / outflow port and the heat source side heat exchanger.
A pressure sensor that detects the magnitude of the pressure of the refrigerant flowing in each of the above pipelines.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2.
前記第1の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、及び前記第2の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路、のそれぞれに配置されて、
各前記管路内を流れる冷媒の温度の高低を検知する温度センサである、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 The sensor is
Arranged in each of the pipeline between the first inflow / outflow port and the utilization side heat exchanger, and the conduit between the second inflow / outflow port and the heat source side heat exchanger.
A temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant flowing in each of the pipelines.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2.
前記第1の流出入ポートと前記利用側熱交換器の間の管路、又は前記第2の流出入ポートと前記熱源側熱交換器の間の管路に配置されて、
各前記管路内において前記冷媒が流れる方向を検知する流速センサである、
請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 The sensor is
Arranged in the pipeline between the first inflow / outflow port and the utilization side heat exchanger, or in the conduit between the second inflow / outflow port and the heat source side heat exchanger.
A flow velocity sensor that detects the direction in which the refrigerant flows in each of the pipelines.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2.
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