CN101858667A - 制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种制冷装置，进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行，能快速实施高效率的运行。制冷装置是一种具有包括压缩机、冷却器、膨胀机构和加热器的制冷剂回路，进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的制冷装置，将在制冷循环的高压侧的制冷剂压力下的制冷剂的定压比热达到最大值的制冷剂温度作为准冷凝温度，对构成设备进行控制，以使作为所述准冷凝温度与冷却器出口处的制冷剂温度间的温差的准过冷度处在规定的温度范围内。

Description

制冷装置

本发明专利申请是国际申请号为PCT/JP2007/073820、国际申请日为2007年12月11日、进入中国国家阶段的申请号为200780045832.3、名称为“制冷装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及制冷装置，尤其涉及进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的制冷装置。

背景技术

近年来，在作为制冷装置的一种的空调装置中，作为封入制冷剂回路内的制冷剂，人们在研究使用对环境的影响较小的自然制冷剂。而且，在使用二氧化碳等临界温度较低的物质作为自然制冷剂时，就要进行高压侧的制冷剂压力成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行。

在进行这样的高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的空调装置中，有一种如下的结构：为了能进行高效率的运行，针对冷却器出口处的制冷剂温度，将性能系数达到最大值附近的高压侧的制冷剂压力范围预先规定为高压侧的制冷剂压力的设定值，并对节流装置的开度等进行控制，以使高压侧的制冷剂压力成为设定值(参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特许3679323号

但是，在上述高压侧的制冷剂压力的控制方式中，在对节流装置的开度等进行控制以使高压侧的制冷剂压力成为设定值时，由于冷却器出口处的制冷剂温度会发生变化，相应地，性能系数达到最大值附近的高压侧的制冷剂压力范围也会发生变化，因此，不得不反复控制节流装置的开度等，以使高压侧的制冷剂压力成为冷却器出口处的制冷剂温度变化后的高压侧的制冷剂压力的设定值。这样，在以往的高压侧的制冷剂压力的控制方式中，由于高压侧的制冷剂压力的设定值会因节流装置的开度等的控制而发生变化，因此存在性能系数达到最大值附近费时的问题。

发明内容

本发明的目的是在进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的制冷装置中，能快速实施高效率的运行。

第一发明所涉及的制冷装置是一种具有包括压缩机、冷却器、膨胀机构和加热器的制冷剂回路，进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的制冷装置，将在制冷循环的高压侧的制冷剂压力下的制冷剂的定压比热达到最大值的制冷剂温度作为准冷凝温度，对构成设备进行控制，以使作为上述准冷凝温度与冷却器出口处的制冷剂温度间的温差的准过冷度处在规定的温度范围内。

本发明申请者发现，性能系数与准过冷度之间存在相关性。因此，在该制冷装置中，利用这样的知识，采用将准过冷度这一个控制量控制在规定的温度范围内的控制方式。

由此，与进行控制以使与冷却器出口处的制冷剂温度相对应的高压侧的制冷剂压力成为设定值的以往的控制方式相比，控制的收敛性变好，因此，在将准过冷度的规定的温度范围设定成性能系数达到最大值附近的温度范围时，能快速实施高效率的运行。

第二发明所涉及的制冷装置是在第一发明所涉及的制冷装置中，规定的温度范围被设定在5℃至12℃的温度范围内。

本发明申请者发现，在准过冷度处于5℃至12℃的温度范围内时，性能系数达到最大值附近。因此，在该制冷装置中，利用这样的知识，通过将准过冷度的规定的温度范围设定在℃度至12℃的温度范围内，实现了性能系数达到最大值附近的高效率的运行。

第三发明所涉及的制冷装置是在第一发明或第二发明所涉及的制冷装置中，作为构成设备，使用膨胀机构。

在该制冷装置中，为了将准过冷度控制在规定的温度范围内，使用了膨胀机构，因此，控制响应性良好。

附图说明

图1是作为本发明所涉及的制冷装置的一实施方式的空调装置的概略结构图。

图2是图示了制冷循环的压力-焓线图。

图3是表示准过冷度与性能系数间的关系的图。

(符号说明)

1空调装置(制冷装置)

2热源单元

4利用单元

6、7制冷剂连通管

10制冷剂回路

21压缩机

23热源侧热交换器(冷却器、加热器)

24热源侧膨胀机构(膨胀机构)

41利用侧热交换器(加热器、冷却器)

Tqc准冷凝温度

ΔTqsc准过冷度

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明所涉及的制冷装置的实施方式进行说明。

(1)空调装置的结构

图1是作为本发明所涉及的制冷装置的一实施方式的空调装置1的概略结构图。空调装置1是通过进行蒸汽压缩式的制冷循环运行来进行室内的制冷、供暖用的装置。在本实施方式中，空调装置1包括：热源单元2、利用单元4、以及将热源单元2与利用单元4连接的作为制冷剂连通管的第一制冷剂连通管6和第二制冷剂连通管7。即，本实施方式的空调装置1的蒸汽压缩式的制冷剂回路10由热源单元2、利用单元4、制冷剂连通管6、7连接而成。而且，在制冷剂回路10内封入了二氧化碳作为制冷剂，如下文所述，进行将二氧化碳压缩至超过制冷剂的临界压力的压力，经冷却、减压、加热并蒸发后，将其再次压缩的制冷循环运行。

-利用单元-

利用单元4设置于室内等，通过制冷剂连通管6、7与热源单元2连接，构成制冷剂回路10的一部分。

接着，对利用单元4的结构进行说明。利用单元4主要具有构成制冷剂回路10的一部分的利用侧制冷剂回路10a。该利用侧制冷剂回路10a主要具有利用侧热交换器41。

利用侧热交换器41是作为制冷剂的加热器或冷却器起作用的热交换器。利用热交换器41的一端与第一制冷剂连通管6连接，另一端与第二制冷剂连通管7连接。

在本实施方式中，利用单元4包括用于将室内空气吸入单元内并将其重新朝室内供给的利用侧风扇42，能使室内空气与在利用侧热交换器41中流动的制冷剂进行热交换。利用侧风扇42被利用侧风扇驱动电动机42a驱动而旋转。

另外，在利用单元4中设置有各种传感器。具体而言，在使利用侧热交换器41作为制冷剂的冷却器起作用时的利用侧热交换器41的出口，设置有对冷却器出口制冷剂温度Tco进行检测的利用侧热交换器温度传感器43。在本实施方式中，利用侧热交换器温度传感器43由热敏电阻构成。另外，利用单元4具有对构成利用单元4的各部分的动作进行控制的利用侧控制部44。而且，利用侧控制部44具有为了进行利用单元4的控制而设置的微型计算机和存储器等，能与用于单独操作利用单元4的遥控器(未图示)进行控制信号等的交换，或者通过传输线8a与热源单元2进行控制信号等的交换。

-热源单元-

热源单元2设置于室外等，通过制冷剂连通管6、7与利用单元4连接，与利用单元4之间构成制冷剂回路10。

接着，对热源单元2的结构进行说明。热源单元2主要具有构成制冷剂回路10的一部分的热源侧制冷剂回路10b。该热源侧制冷剂回路10b主要具有压缩机21、切换机构22、热源侧热交换器23、热源侧膨胀机构24、第一截止阀25、以及第二截止阀26。

在本实施方式中，压缩机21是由压缩机驱动电动机21a来驱动的密闭式压缩机。

切换机构22是用于切换制冷剂回路10内的制冷剂流的方向的机构，在制冷时，为了使热源侧热交换器23作为被压缩机21压缩的制冷剂的冷却器起作用并使利用侧热交换器41作为在热源侧热交换器23中冷却后的制冷剂的加热器起作用，能将压缩机21的排出侧与热源侧热交换器23的一端连接并将压缩机21的吸入侧与第二截止阀26连接(参照图1的切换机构22的实线)，在供暖时，为了使利用侧热交换器41作为被压缩机21压缩的制冷剂的冷却器起作用并使热源侧热交换器23作为在利用侧热交换器41中冷却后的制冷剂的加热器起作用，能将压缩机21的排出侧与第二截止阀26连接并将压缩机21的吸入侧与热源侧热交换器23的一端连接(参照图1的切换机构22的虚线)。在本实施方式中，切换机构22是与压缩机21的吸入侧、压缩机21的排出侧、热源侧热交换器23和第二截止阀26连接的四通切换阀。另外，切换机构22并不局限于四通切换阀，例如也可以通过组合多个电磁阀等来实现与上面一样的切换制冷剂流方向的功能。

热源侧热交换器23是作为制冷剂的冷却器或加热器起作用的热交换器。热源侧热交换器23的一端与切换机构22连接，另一端与热源侧膨胀机构24连接。

热源单元2具有用于将室外空气吸入单元内并将其重新朝室外排出的热源侧风扇27。该热源侧风扇27能使室外空气与在热源侧热交换器23中流动的制冷剂进行热交换。热源侧风扇27被利用侧风扇驱动电动机27a驱动而旋转。另外，作为热源侧热交换器23的热源，并不局限于室外空气，也可以是水等其它热介质。

热源侧膨胀机构24是用于对制冷剂进行减压的机构，在本实施方式中，是为了对在热源侧制冷剂回路10b内流动的制冷剂进行流量调节等而与热源侧热交换器23的另一端连接的电动膨胀阀。热源侧膨胀机构24的一端与热源侧热交换器23连接，另一端与第一截止阀25连接。

第一截止阀25是与用于在热源单元2与利用单元4之间交换制冷剂的第一制冷剂连通管6连接的阀，与热源侧膨胀机构24连接。第二截止阀26是与用于在热源单元2与利用单元4之间交换制冷剂的第二制冷剂连通管7连接的阀，与切换机构22连接。此处，第一截止阀25和第二截止阀26是具有能与制冷剂回路10的外部连通的维修端口的三通阀。

另外，在热源单元2中设置有各种传感器。具体而言，在压缩机21的排出侧设置有对压缩机排出压力Pd进行检测的压缩机排出压力传感器28，在使热源侧热交换器23作为制冷剂的冷却器起作用时的热源侧热交换器23的出口，设置有对冷却器出口制冷剂温度Tco进行检测的热源侧热交换器温度传感器29。在本实施方式中，热源侧热交换器温度传感器29由热敏电阻构成。另外，热源单元2具有对构成热源单元2的各部分的动作进行控制的热源侧控制部30。而且，热源侧控制部30具有为了进行热源单元2的控制而设置的微型计算机和存储器等，能通过传输线8a与利用单元4的利用侧控制部44进行控制信号等的交换。

-制冷剂连通管-

制冷剂连通管6、7是在将空调装置1设置于设置场所时现场施工的制冷剂管。

如上所述，利用侧制冷剂回路10a、热源侧制冷剂回路10b、制冷剂连通管6、7连接而构成制冷剂回路10。而且，在本实施方式的空调装置1中，由利用侧控制部44、热源侧控制部30以及将控制部30、44彼此连接的传输线8a构成进行空调装置1的各种运行控制的作为控制装置的控制部8。控制部8能接收各种传感器29、30的检测信号等，并能根据它们的检测信号等来控制各种构成设备21、22、24、27、42。

(2)空调装置的动作

接着，使用图1和图2对本实施方式的空调装置1的动作进行说明。此处，图2是图示了本实施方式的制冷循环的压力-焓线图。

-制冷-

在制冷时，切换机构22处于图1的实线所示的状态，即处于压缩机21的排出侧与热源侧热交换器23连接且压缩机21的吸入侧与第二截止阀26连接的状态。热源侧膨胀机构24受到开度调节。另外，截止阀25、26处于打开状态。

在该制冷剂回路10的状态下，当启动压缩机21、热源侧风扇27和利用侧风扇42时，低压的制冷剂(参照图2的点A)被压缩机21吸入，被压缩至超过临界压力(即图2的Pcp)的压力而成为高压的制冷剂(参照图2的点B)。之后，高压的制冷剂经由切换机构22送往作为制冷剂的冷却器起作用的热源侧热交换器23，与由热源侧风扇27供给来的室外空气进行热交换而被冷却(参照图2的点C)。然后，在热源侧热交换器23中冷却后的高压的制冷剂被热源侧膨胀机构24减压成低压的气液两相状态的制冷剂(参照图2的点D)，经由第一截止阀25和第一制冷剂连通管6送往利用单元4。该送往利用单元4的低压的气液两相状态的制冷剂在作为制冷剂的加热器起作用的利用侧热交换器41中与室内空气进行热交换而被加热，蒸发成低压的制冷剂(参照图2的点A)。然后，该在利用侧热交换器41中加热后的低压的制冷剂经由第二制冷剂连通管7送往热源单元2，并经由第二截止阀26和切换机构22而再次被压缩机21吸入。这样进行制冷。

在该制冷时，使用热源侧膨胀机构24来进行准过冷度控制。在该准过冷度控制中，将在制冷循环的高压侧的制冷剂压力(此处是由压缩机排出压力传感器28检测出的压缩机排出压力Pd或者在压缩机排出压力Pd的基础上考虑从压缩机21的排出侧至热源侧热交换器23的压力损耗运算得到的压力)下的制冷剂的定压比热达到最大值的制冷剂温度作为准冷凝温度Tqc，对热源侧膨胀机构24的开度进行调节，以使上述准冷凝温度Tqc与热源侧热交换器23出口处的制冷剂温度(即由热源侧热交换器温度传感器29检测出的冷却器出口制冷剂温度Tco)间的温差即准过冷度ΔTqsc处在规定的温度范围内。

此处，使用图1～图3对将准过冷度ΔTqsc控制在规定的温度范围内的原因进行说明。此处，图3是表示准过冷度ΔTqsc与性能系数间的关系的图。

在以图2所示的点A、点B、点C、点D、点A的顺序反复进行的制冷循环运行中，在得到冷却器出口制冷剂温度Tco时，存在性能系数达到最大值附近的最佳的高压侧的制冷剂压力。

但是，若像以往那样针对冷却器出口制冷剂温度Tco，将性能系数达到最大值附近的高压侧的制冷剂压力范围规定为高压侧的制冷剂压力的设定值，并对热源侧膨胀机构24的开度进行控制，以使高压侧的制冷剂压力成为该设定值，则由于冷却器出口制冷剂温度Tco会发生变化，相应地，性能系数达到最大值附近的高压侧的制冷剂压力范围也会发生变化，因此，不得不反复控制热源侧膨胀机构24的开度，以使高压侧的制冷剂压力成为冷却器出口制冷剂温度Tco变化后的高压侧的制冷剂压力的设定值，存在性能系数达到最大值附近费时的问题。

因此，本发明申请者对与冷却器出口制冷剂温度Tco相对应的高压侧的制冷剂压力范围以外的与性能系数存在相关性的制冷循环的控制量进行了研究，如图3所示，发现性能系数与准过冷度ΔTqsc之间存在相关性。也就是说，在进行高压侧的制冷剂压力超过临界压力Pcp的制冷循环运行时，若将制冷剂的定压比热达到最大值的制冷剂温度作为准冷凝温度Tqc(参照图2的经过点E和临界点Tcp的虚线)，并使相对于该准冷凝温度Tqc的冷却程度即准过冷度ΔTqsc处在规定的温度范围内，则发现性能系数在最大值附近变动。此处，作为准过冷度ΔTqsc的规定的温度范围，如图3所示，较为理想的是在5℃至12℃的温度范围内。

另外，在本实施方式的空调装置1中，利用这样的知识，如上所述，采用将准过冷度ΔTqsc这一个控制量控制在规定的温度范围内的控制方式。

由此，与进行控制以使与冷却器出口制冷剂温度Tco相对应的高压侧的制冷剂压力成为设定值的以往的控制方式相比，控制的收敛性变好，因此，在将准过冷度ΔTqsc的规定的温度范围设定成性能系数达到最大值附近的温度范围时，能快速实施高效率的运行。

另外，在本实施方式中，使用热源侧膨胀机构24来进行准过冷度控制，由于在准过冷度ΔTqsc小于规定的温度范围的下限值(例如5℃)时，能朝减小热源侧膨胀机构24的开度的方向进行控制，在准过冷度ΔTqsc大于规定的温度范围的上限值(例如12℃)时，能朝增大热源侧膨胀机构24的开度的方向进行控制，因此控制响应性良好。

-供暖-

在供暖时，切换机构22处于图1的虚线所示的状态，即处于压缩机21的排出侧与第二截止阀26连接且压缩机21的吸入侧与热源侧热交换器23连接的状态。热源侧膨胀机构24受到开度调节。另外，截止阀25、26处于打开状态。

在该制冷剂回路10的状态下，当启动压缩机21、热源侧风扇27和利用侧风扇42时，低压的制冷剂(参照图2的点A)被压缩机21吸入，被压缩至超过临界压力(即图2的Pcp)的压力而成为高压的制冷剂(参照图2的点B)。之后，该高压的制冷剂经由切换机构22、第二截止阀26和第二制冷剂连通管7送往利用单元4。然后，送往利用单元4的高压的制冷剂在作为制冷剂的冷却器起作用的利用侧热交换器41中与室内空气进行热交换而被冷却后(参照图2的点C)，经由第一制冷剂连通管6送往热源单元2。该送往热源单元2后的高压的制冷剂被热源侧膨胀机构24减压成低压的气液两相状态的制冷剂(参照图2的点D)，流入作为制冷剂的加热器起作用的热源侧热交换器23。然后，流入热源侧热交换器23的低压的气液两相状态的制冷剂与由热源侧风扇27供给来的室外空气进行热交换而被加热，蒸发成低压的制冷剂(参照图2的点A)，并经由切换机构22而再次被压缩机21吸入。这样进行供暖。

在该供暖时，也使用热源侧膨胀机构24来进行准过冷度控制。在该供暖时的准过冷度控制中，与制冷时的不同之处在于将准冷凝温度Tqc与利用侧热交换器41出口处的制冷剂温度(即由利用侧热交换器温度传感器43检测出的冷却器出口制冷剂温度Tco)间的温差作为准过冷度ΔTqsc，但基本上能进行与制冷时相同的控制，由此，与制冷时一样，能快速实现高效率的运行。

包括上面的准过冷度控制的制冷和供暖时的运行控制是由作为运行控制装置起作用的控制部8(具体是利用侧控制部44、热源侧控制部30以及将控制部30、44彼此连接的传输线8a)来进行的。

(3)其它实施方式

上面，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但具体的结构并不局限于上述实施方式，可在不脱离发明主旨的范围内进行变更。

(A)上述实施方式中，作为用于进行准过冷度控制的构成设备，使用了热源侧膨胀机构24，但并不局限于此，例如，可以使用压缩机21，通过调节压缩机21的运行容量来进行准过冷度控制，另外，也可以在制冷时使用热源侧风扇27，通过调节热源侧风扇27的风量来进行准过冷度控制，或者也可以在供暖时使用利用侧风扇42，通过调节利用侧风扇42的风量来进行准过冷度控制。

(B)上述实施方式中，将本发明应用于在热源单元2上通过制冷剂连通管6、7连接有利用单元4的分体型的空调装置1，但并不局限于此，也可将本发明应用于各种制冷装置。

工业上的可利用性

利用本发明，在进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行的制冷装置中，能快速实施高效率的运行。

Claims (2)

1.一种制冷装置(1)，具有包括压缩机(21)、冷却器(23、41)、膨胀机构(24)和加热器(41、23)的制冷剂回路(10)，进行高压侧成为超过制冷剂的临界压力的压力的制冷循环运行，所述制冷装置的特征在于，

将在制冷循环的高压侧的制冷剂压力下的制冷剂的定压比热达到最大值的制冷剂温度作为准冷凝温度(Tqc)，对构成设备进行控制，以使作为所述准冷凝温度与冷却器出口处的制冷剂温度(Tco)间的温差的准过冷度(ΔTqsc)处在规定的温度范围内。

2.如权利要求1所述的制冷装置(1)，其特征在于，所述规定的温度范围被设定在5℃至12℃的温度范围内。

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