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公開番号2024088461
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-02
出願番号2022203650
出願日2022-12-20
発明の名称冷凍サイクル装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20240625BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】R290冷媒でインジェクションを行っても吐出過熱度(吐出SH)を十分に確保し、機器を効率良く運転するとともに、機器の信頼性の向上を図ることができる冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機11、四方弁12、利用側熱交換器13、エコノマイザ14、内部熱交換器15、第1膨張装置16、熱源側熱交換器17が冷媒配管18で順次接続されて形成される主冷媒回路10と、利用側熱交換器13とエコノマイザ14の間の冷媒配管18から冷媒が分岐され、その冷媒が、第2膨張装置21により減圧された後に、エコノマイザ14で主冷媒回路10を流れる冷媒と熱交換され、圧縮機11の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路20を備え、利用側熱交換器13を凝縮器として用いる場合には、内部熱交換器15では、主冷媒回路10を流れる高圧冷媒と、熱源側熱交換器17を流出して主冷媒回路10を流れる低圧冷媒で熱交換する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、エコノマイザ、内部熱交換器、第１膨張装置、及び熱源側熱交換器が冷媒配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、
前記利用側熱交換器と前記エコノマイザとの間の前記冷媒配管から冷媒が分岐され、分岐された前記冷媒が、第２膨張装置により減圧された後に、前記エコノマイザで前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記圧縮機の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と
を備え、
前記冷媒としてプロパンを用い、
前記利用側熱交換器を凝縮器として用いる場合には、前記内部熱交換器では、前記主冷媒回路を流れる高圧冷媒と、前記熱源側熱交換器を流出して前記主冷媒回路を流れる低圧冷媒とで熱交換する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
前記内部熱交換器を流れる前記高圧冷媒を、前記エコノマイザを流れた後の前記高圧冷媒とする
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記内部熱交換器を流れる前記高圧冷媒と、前記内部熱交換器を流れる前記低圧冷媒とを対向流とする
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記利用側熱交換器を蒸発器として用いる場合には、前記内部熱交換器では、前記エコノマイザより上流で前記主冷媒回路を流れる前記低圧冷媒と、前記四方弁より下流で前記圧縮機に吸入される前の前記低圧冷媒とで熱交換する
ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記内部熱交換器では、前記高圧冷媒が流れる高圧側流路を、前記低圧冷媒が流れる低圧側流路より狭くする
ことを特徴とする請求項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。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒としてプロパンを用いる冷凍サイクル装置に関するものである。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、冷媒が、暖房運転時に、圧縮機、室内熱交換器、上流側膨張弁、中圧レシーバ、下流側膨張弁、室外熱交換器の順に流れるように冷媒配管で接続された冷媒回路と、中圧レシーバの冷媒を圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、インジェクション回路に設けられ、インジェクションする冷媒の量を調整するインジェクション膨張弁と、上流側膨張弁、下流側膨張弁及びインジェクション膨張弁を制御する制御手段を備えた空気調和機を提案している。
そして、制御手段では、中圧レシーバ内に液冷媒が貯まっているか否かを判定する液貯留判定部を有し、中圧レシーバ内に液冷媒が貯まっていると判定されると、インジェクション膨張弁を開いてインジェクションを行うことで、吹出温度のむらや、吐出温度の低下による圧縮機内のオイル希釈度の変化を防止している。
このようなインジェクション回路を備えた空気調和機では、圧縮機の圧縮途中に冷媒をインジェクションすることで圧縮機から吐出される冷媒密度を上昇させ、冷媒循環量を増大させることで暖房能力が向上する。加えて上記構成では、中間熱交換器を介して、熱源側熱交換器に流入する冷媒の過冷却度を大きくすることとで吸熱量を増大させている。
このような従来技術では、特に室外の空気温度が低い場合や、Ｒ４１０ＡやＲ３２に比べて低密度なＲ２９０などの冷媒を用いる場合の暖房能力向上に有効であり、温水暖房機などで、このようなインジェクション回路を搭載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－１４８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷媒としてプロパン（R290冷媒）を用いる場合には、気液二相状態でインジェクションを行うことで機器を最大限効率よく運転できるが、特許文献１の空気調和機に、冷媒としてR290冷媒を用いてインジェクションを行うと以下の課題が生じる。
R290冷媒は、R410AやR32冷媒などに比べて物性上吐出温度が上がりにくいため、気液二相インジェクションを行うと、運転条件によっては吐出過熱度がほとんど取れず、吐出温度を用いた膨張弁制御が難しい。
また、R290冷媒を気液二相状態でインジェクションを行うと吐出温度が低下するため、凝縮器での冷媒と被加熱媒体との温度差が狭まり、凝縮器の放熱量が低下する。
また、R290冷媒を気液二相状態でインジェクションを行うと、圧縮室内で液冷媒の占める割合が多くなり、液冷媒と潤滑油が混ざることで潤滑油の粘度が低下してしまい、メカの潤滑不足が生じる。
【０００５】
そこで本発明は、R290冷媒でインジェクションを行っても吐出過熱度（吐出SH）を十分に確保し、機器を効率良く運転するとともに、機器の信頼性の向上を図ることができる冷凍サイクル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】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機１１、四方弁１２、利用側熱交換器１３、エコノマイザ１４、内部熱交換器１５、第１膨張装置１６、及び熱源側熱交換器１７が冷媒配管１８で順次接続されて形成される主冷媒回路１０と、前記利用側熱交換器１３と前記エコノマイザ１４との間の前記冷媒配管１８から冷媒が分岐され、分岐された前記冷媒が、第２膨張装置２１により減圧された後に、前記エコノマイザ１４で前記主冷媒回路１０を流れる前記冷媒と熱交換され、前記圧縮機１１の圧縮途中の前記冷媒に合流されるバイパス冷媒回路２０とを備え、前記冷媒としてプロパンを用い、前記利用側熱交換器１３を凝縮器として用いる場合には、前記内部熱交換器１５では、前記主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒と、前記熱源側熱交換器１７を流出して前記主冷媒回路１０を流れる低圧冷媒とで熱交換することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記内部熱交換器１５を流れる前記高圧冷媒を、前記エコノマイザ１４を流れた後の前記高圧冷媒とすることを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記内部熱交換器１５を流れる前記高圧冷媒と、前記内部熱交換器１５を流れる前記低圧冷媒とを対向流とする
ことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、前記利用側熱交換器１３を蒸発器として用いる場合には、前記内部熱交換器１５では、前記エコノマイザ１４より上流で前記主冷媒回路１０を流れる前記低圧冷媒と、前記四方弁１２より下流で前記圧縮機１１に吸入される前の前記低圧冷媒とで熱交換することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、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において、前記内部熱交換器１５では、前記高圧冷媒が流れる高圧側流路１５ａを、前記低圧冷媒が流れる低圧側流路１５ｂより狭くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、内部熱交換器によって、主冷媒回路を流れる高圧冷媒と、熱源側熱交換器を流出して主冷媒回路を流れる低圧冷媒とで熱交換することにより、圧縮機に吸入される冷媒の吸入過熱度を大きくとることができ、冷媒としてプロパンを用いてインジェクションを行っても吐出過熱度を確実に取ることができるため、膨張弁制御を安定して行うことができる。そして、圧縮機からの吐出温度が上昇するため、凝縮器では、冷媒と被加熱媒体との温度差が拡大するため、凝縮器からの放熱量が増大し、機器の省エネ性が向上する。更に、圧縮室内で吸入過熱度の大きくとれた低圧ガス冷媒と、二相状態でインジェクションされた冷媒が混合されて圧縮室内で液冷媒の占める割合が減少するので、潤滑油の粘度低下が抑制され、機器の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の一実施例による冷凍サイクル装置の構成図
同冷凍サイクル装置での圧力―エンタルピー線図（Ｐ－ｈ線図）
同冷凍サイクル装置の構成図
内部熱交換器の有無によるＣＯＰ及び吐出過熱度を比較したグラフ
内部熱交換器の有無による放熱器（利用側熱交換器）のＴ－ｈ線図
内部熱交換器の有無による放熱器（利用側熱交換器）の対数平均温度差を説明する図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態による冷凍サイクル装置は、冷媒としてプロパンを用い、利用側熱交換器を凝縮器として用いる場合には、内部熱交換器では、主冷媒回路を流れる高圧冷媒と、熱源側熱交換器を流出して主冷媒回路を流れる低圧冷媒とで熱交換するものである。本実施の形態によれば、内部熱交換器によって、主冷媒回路を流れる高圧冷媒と、熱源側熱交換器を流出して主冷媒回路を流れる低圧冷媒とで熱交換することにより、圧縮機に吸入される冷媒の吸入過熱度を大きくとることができ、冷媒としてプロパンを用いてインジェクションを行っても吐出過熱度を確実に取ることができるため、膨張弁制御を安定して行うことができる。そして、圧縮機からの吐出温度が上昇するため、凝縮器では、冷媒と被加熱媒体との温度差が拡大するため、凝縮器からの放熱量が増大し、機器の省エネ性が向上する。更に、圧縮室内で吸入過熱度の大きくとれた低圧ガス冷媒と、二相状態でインジェクションされた冷媒が混合されて圧縮室内で液冷媒の占める割合が減少するので、潤滑油の粘度低下が抑制され、機器の信頼性が向上する。
【００１０】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による冷凍サイクル装置において、内部熱交換器を流れる高圧冷媒を、エコノマイザを流れた後の高圧冷媒とするものである。本実施の形態によれば、エコノマイザを流れた後の高圧冷媒と熱源側熱交換器を流出した低圧冷媒とを熱交換することで、熱源側熱交換器でのエンタルピ―差を更に拡大でき、吸熱量が増加することで機器の省エネ性が向上する。
（【００１１】以降は省略されています）

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