CN103380334A - 冷冻循环装置 - Google Patents

冷冻循环装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103380334A
CN103380334A CN2011800670900A CN201180067090A CN103380334A CN 103380334 A CN103380334 A CN 103380334A CN 2011800670900 A CN2011800670900 A CN 2011800670900A CN 201180067090 A CN201180067090 A CN 201180067090A CN 103380334 A CN103380334 A CN 103380334A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
compressor
temperature
magnetic valve
heat converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800670900A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103380334B (zh
Inventor
小山昌喜
小谷正直
饭岛辽太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of CN103380334A publication Critical patent/CN103380334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103380334B publication Critical patent/CN103380334B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022Compressor control arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031Sensor arrangements
    • F25B2313/0314Temperature sensors near the indoor heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031Sensor arrangements
    • F25B2313/0315Temperature sensors near the outdoor heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/02Compressor control
    • F25B2600/026Compressor control by controlling unloaders
    • F25B2600/0261Compressor control by controlling unloaders external to the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2513Expansion valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2521On-off valves controlled by pulse signals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2104Temperatures of an indoor room or compartment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2106Temperatures of fresh outdoor air

Abstract

本发明提供一种冷冻循环装置,其具备压缩机(1)、室外热交换器(2)、能够进行开度控制的膨胀阀(3)以及室内热交换器(4)。另外,还具备使上述压缩机的压缩中途的制冷剂分流至该压缩机的吸入侧的旁通流路(11)、打开关闭该旁通流路的电磁阀(12)、以及通过控制该电磁阀的打开状态的时间和关闭状态的时间来调整从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的流量从而进行容量控制的控制部(20)。上述控制部基于占空比进行控制,该占空比是电磁阀的打开时间与作为该打开时间以及关闭时间之和的占空周期的比,并且,以如下方式进行控制,在电磁阀处于打开状态时,若压缩机的吸入压力相对于电磁阀打开前的吸入压力在允许偏差以上则将上述电磁阀控制成关闭状态并基于上述占空比决定该关闭时间。

Description

冷冻循环装置
技术领域
本发明涉及具备能够控制容量的容量控制压缩机的冷冻循环装置。另外,本发明适用于环保(环境对应)效果明显的面向新一代住房的空调热水供应系统等冷冻循环装置,并且特别适用于具备能够进行宽范围的运转且即便在超小容量运转模式下也能够高效地进行容量控制的涡旋式压缩机的冷冻循环装置。背景技术
近年来,从削减普通住宅所消耗的能源即由空调机消耗的能源、由热水供应机消耗的能源的观点出发,对建筑物的绝热材料使用高绝热材料来减轻热负载的趋势加强。另外,也存在通过装备太阳能发电、太阳能热水器来实现一年的累计消耗电力为零的不消耗化石燃料的住宅的构想。
在这样的构想中,对于空调机、热水供应机等冷冻循环装置所使用的例如涡旋式压缩机而言,要求能够用一台涡旋式压缩机在宽范围内进行容量控制。即、在空调机的制冷运转中,通常在开始运转时室内的温度较高,故需要迅速地运转。在这样的情况下,在启动时以大容量进行高速运转(高速旋转),但若在室内冷却至一定程度而转移至稳定运转状态,则以小容量进行低速运转(低速旋转)。假定在该稳定运转状态下的低速运转时,特别是实施了最近的节能化,并在设置于配备了高绝热材料的建筑物的空调机中使用的情况下,则会以非常低的旋转速度进行运转。
然而,若在涡旋式压缩机中过度地进行低速旋转,则在构造上容易在滑动轴承产生油膜破裂而导致轴承损伤,另外,由于是低速旋转,所以不能平稳地进行用于使曲轴旋转的马达驱动等而很难进行稳定的运转动作。因此,通常在小容量运转时,在某种程度上维持旋转速度来进行容量控制,例如反复运行在将室内冷却到某种程度后使涡旋式压缩机停止、在室内的温度上升的情况下再次启动的运转模式。
然而,在这样的小容量运转时反复进行停止、启动的运转模式不仅低效,而且无法实施舒适的空气调节,因此提出了设法进行容量控制的技术。通常,在通过涡旋式压缩机进行容量控制的情况下,对基于马达驱动的旋转速度进行控制,或者改进局部的构造并进行使旋转速度恒定而使排出量可变的控制,也采用同时进行上述两种控制的方法。例如,作为使排出量可变的技术,公知有具备形成为在曲轴的轴向上解除密封(Seal)而不压缩的构造的容量调整机构的涡旋式机器(参照专利文献1),另外,公知有搭载有涡旋式压缩机的空调机,该涡旋式压缩机具备将压缩中途的制冷剂气体排出到吸入侧而推迟压缩的开始的容量控制机构(参照专利文献2)。
在专利文献1中,利用配管将形成于设置在压缩机的一端侧的外壳结合金属零件与同非旋转涡旋部件连接的活塞之间的高压室、排出室、低压的吸入管分别以夹设有电磁阀的方式结合,在对电磁阀进行脉冲宽度调整(PWM)控制而使其接通(打开)时,从高压室朝向低压的吸入管的管内连通,非旋转涡旋部件向外壳结合金属零件侧移动,曲轴在轴向上的密封被解除而不再压缩。另外,在使电磁阀切断(关闭)时,从高压室朝向排出室的管内连通,非旋转涡旋部件向与外壳结合金属零件相反的一侧的曲轴侧移动,曲轴在轴向的密封正常,进行通常的压缩动作。
根据专利文献1的涡旋式机器,在进行通常的容量控制时使电磁阀切断(关闭)地运转,在进行小容量控制时使电磁阀接通(打开)而使制冷剂气体返回低压侧的吸入管,由此调整制冷剂气体的排出量,能够进行0%~100%的宽范围的容量控制。其结果是,能够在与由上述滑动轴承的油膜破裂、扭矩变化的问题导致实际上无法实施的马达旋转速度的下限设定值(马达的驱动信号为频率5Hz左右,在实际的设计中设定为高于5Hz的15Hz~20Hz左右)以下的超低速运转的情况相当的小容量控制(超小容量运转模式)下进行压缩动作,并将该压缩后的制冷剂气体经由排出管导向冷冻循环,由此能够使制冷剂气体缓慢地循环。
在专利文献2中,空调机具备:设置有旁通口的涡旋式压缩机、使旁通口在吸入压力气氛下开口的流路、开闭流路的控制阀、以及通过基于根据空调机的运转负载设定的短周期的时间分配的多个控制模式来开闭控制阀的控制机构。
根据专利文献2的搭载有涡旋式压缩机的空调机,将压缩中途的制冷剂气体排出到吸入室,缩小完成吸入时的封闭容积,由此能够进行60%的容量控制,并且,通过基于短循环的时间分配的多个模式来开闭用于将压缩中途的制冷剂气体排出到吸入室的控制阀,从而阶段性地实现了60%~100%的容量控制运转。
发明内容
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平8-334094号公报
专利文献2:日本特开平11-324951号公报
发明要解决的课题
在使用了对排出量进行可变控制的压缩机的容量控制运转中,由于用于容量控制的电磁阀等控制阀的开闭,排出压力以及吸入压力发生变化。特别地,若脉冲宽度调整控制(以下,称为PWM控制)的接通(打开)-切断(关闭)周期(占空周期)较大,则吸入压力的变化较大,在对空调机使用了该容量控制方式的情况下,排出温度发生变化,无法维持舒适性。另外,在该容量控制方式中,在控制阀的开闭时产生损失,因此,若缩短占空周期则变化减少,但损失增大,效率降低。
上述的专利文献1的结构是对电磁阀进行PWM控制使之通断,由此进行容量调整,能够进行宽范围的容量控制。但是,对于专利文献1的结构而言,仅记载了为了调整为目标容量而对电磁阀进行PWM控制,改变通断时间的比率(占空比)来进行容量控制,而未考虑抑制效率的降低并提高舒适性。
另外,专利文献2的结构基于设置于冷凝器以及蒸发器的温度传感器以及压力传感器的信号来检测冷冻循环的负载状态,从而进行容量控制运转与满载运转的切换,因此容量控制运转根据预先决定的时间分配进行配旁通运转。但是,与专利文献1相同,该专利文献2的结构也未考虑抑制效率降低并提高舒适性。
本发明的目的在于实现即便在超小容量运转模式下也能进行高效的运转控制而且能够提高舒适性的冷冻循环装置。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的,本发明的冷冻循环装置具备压缩机、室外热交换器、能够进行开度控制的膨胀阀以及室内热交换器,其特征在于,还具备:旁通流路,其使上述压缩机的压缩中途的制冷剂分流至该压缩机的吸入侧;电磁阀,其用于打开关闭上述旁通流路;以及控制部,其通过控制上述电磁阀的打开(接通)状态的时间(τ1)和关闭(切断)状态的时间(τ2)来调整从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的流量从而进行容量控制,上述控制部基于占空比(d)进行控制,上述占空比(d)是上述电磁阀的打开时间与作为该打开时间以及关闭时间之和的占空周期(T)的比,并且,以如下方式进行控制,在上述电磁阀处于打开状态时,若上述压缩机的吸入侧的压力(Ps)相对于上述电磁阀打开前的吸入压力(Ps0)在允许偏差(ΔP)以上则将上述电磁阀控制成关闭状态并基于上述占空比决定该关闭时间。
本发明的其它特征的冷冻循环装置具备压缩机、室外热交换器、能够进行开度控制的膨胀阀以及室内热交换器冷冻循环装置,其特征在于,还具备:旁通流路,其使上述压缩机的压缩中途的制冷剂分流至该压缩机的吸入侧;电磁阀,其用于打开关闭上述旁通流路;以及控制部,其通过控制上述电磁阀的打开(接通)状态的时间(τ1)和关闭(切断)状态的时间(τ2)来调整从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的流量从而进行容量控制,上述控制部基于占空比(d)进行控制,上述占空比(d)是上述电磁阀的打开时间与作为该打开时间以及关闭时间之和的占空周期(T)的比,并且,以如下方式进行控制,在上述电磁阀处于打开状态时,若作为蒸发器的上述室内热交换器或者室外热交换器(蒸发器侧热交换器)的蒸发器温度(Tev)相对于上述电磁阀打开前的蒸发器温度(Tev0)在允许偏差(ΔTev)以上则将上述电磁阀控制成关闭状态并基于上述占空比决定该关闭时间。
发明的效果
根据本发明,能够得到即便在超小容量运转模式下也能进行高效的运转控制而且能够提高舒适性的冷冻循环装置。
附图说明
图1是表示本发明的冷冻循环装置的实施例1的简要结构图。
图2是对冷冻循环装置中的PWM控制和蒸发压力的变化进行说明的线图。
图3是对本发明的实施例1的压缩机转速控制程序进行说明的流程图。
图4是对本发明的实施例1的膨胀阀开度控制程序进行说明的流程图。
图5是表示本发明的实施例2的冷冻循环装置的简要结构图。
图6是对本发明的实施例2的压缩机转速控制程序进行说明的流程图。
图7是表示本发明的实施例3的冷冻循环装置的简要结构图。
图8是对本发明的实施例3的冷冻循环装置中的PWM控制和蒸发温度的变化进行说明的线图。
图9是对本发明的实施例3的压缩机转速控制程序进行说明的流程图。
图10是表示本发明所使用的容量控制压缩机的一个例子的纵剖视图。
图11是对图10所示的容量控制压缩机的通常运转时的制冷剂气体的流动进行说明的主要部分放大剖视图。
图12是对图10所示的容量控制压缩机的旁通运转时的制冷剂气体的流动进行说明的主要部分放大剖视图。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的冷冻循环装置的具体实施例进行说明。
实施例1
根据图1~图4对本发明的冷冻循环装置的实施例1进行说明。
图1是表示本发明的实施例1的冷冻循环装置的简要结构图,将本发明用于室内空调机(air conditioner)。
对图1所示的冷冻循环装置与其制冷运转时的动作一起进行说明。由压缩机1压缩后的制冷剂从高压侧连接配管7流入四通阀5,从该四通阀5内通过而流至室外连接配管8。然后,制冷剂通过室外热交换器2与室外空气进行热交换而散热,由此冷凝、液化,通过膨胀阀3而减压。被减压而成为低温、低压的制冷剂进入室内热交换器4,对室内空气进行冷却,并且自身蒸发、气化,从室内连接配管9再次流入上述四通阀5后,从四通阀5的低压侧连接口流出并通过低压侧连接配管10,返回上述压缩机1的吸入侧并再次被压缩,反复进行以上循环。
此外,在从制冷运转向制热运转切换的情况下,切换上述四通阀5的制冷剂配管连接对象。在制热运转时,从压缩机101排出的高温高压的制冷剂从高压侧连接配管7通过四通阀5,向室内连接配管9流出并流向室内热交换器4,向室内空气散热,由此进行制热运转,自身冷凝。然后,冷凝后的制冷剂在膨胀阀3减压,在室外热交换器2与室外空气进行热交换而蒸发、气化,从室外连接配管8流入四通阀5后,流向低压侧连接配管10,返回压缩机1的吸入侧并再次被压缩,反复进行以上循环。
11是将排出压力的制冷剂气体导向压缩机1的吸入侧的旁通配管(旁通流路),该旁通配管11的一端与压缩机吸入侧的上述低压侧连接配管10连接。在该旁通配管11上设置有被脉冲宽度调整(PWM)控制信号控制成打开(接通)状态和关闭(切断)状态的电磁阀12,构成为使旁通配管11与上述低压侧连接配管10的连通通断。
例如,在处于超低负载运转模式(超小容量运转模式)时,使上述电磁阀12反复成为打开状态和关闭状态,反复进行排出侧制冷剂向吸入侧的流入的通断,由此实现进行从压缩机向冷冻循环排出的制冷剂的小容量控制的容量调整机构。
接下来,对图1所示的冷冻循环装置的控制系统进行说明。图1所示的13是安装于压缩机1的排出侧配管(高压侧连接配管7)的排出温度传感器,检测来自压缩机的制冷剂排出温度(流向冷凝器的制冷剂入口温度)。另外,14是安装于室内热交换器4的大致中间位置的室内热交换器温度传感器,该温度传感器14用于在上述室内热交换器4作为蒸发器而发挥作用的制冷运转时检测制冷剂的蒸发温度。并且,15是安装于室外热交换器2的大致中间位置的室外热交换器温度传感器,该温度传感器15用于在上述室外热交换器2作为蒸发器而发挥作用的制热运转时检测制冷剂的蒸发温度。此外,16是检测设置有上述室内热交换器4的房间的温度的室内温度传感器,17是检测设置上述室外热交换器2的位置附近的外部空气温度的室外温度传感器。
另一方面,在上述压缩机1上连接有变频器(马达驱动电路)18,该变频器18与商用交流电源19连接。变频器18对商用交流电源19的电压进行整流而将其变换成与指令对应的频率的电压,并将该电压输出到设置于上述压缩机1内的马达。另外,上述变频器18与控制部20连接,基于来自该控制部20的指令驱动上述马达。此外,在该控制部20分别连接有上述四通阀5、上述膨胀阀3、室外风扇21、室内风扇22、上述室内热交换器温度传感器14、上述室外热交换器温度传感器15、上述室内温度传感器16、上述室外温度传感器17、上述排出温度传感器13、吸入压力传感器23、上述变频器18、以及遥控式的操作器(未图示,以下称为遥控器)等,构成为通过该控制部20来控制冷冻循环装置(室内空调机)整体。
接下来,对上述冷冻循环装置的制冷运转时的动作进行说明。制冷运转开始时,上述控制部20使四通阀5成为制冷运转时的状态,使压缩机1、室外风扇21以及室内风扇22以作为初始值而预先设定的规定转速运转。从压缩机1排出的制冷剂反复进行通过上述四通阀5、室外热交换器2、膨胀阀3、室内热交换器4,然后再次通过上述四通阀5而返回上述压缩机1的循环,从而完成制冷运转。上述膨胀阀3例如由电子膨胀阀构成,使内置于电子膨胀阀的脉冲马达旋转以使膨胀阀3打开初始的规定开度。在该制冷运转时,上述室内热交换器(利用侧热交换器)4作为蒸发器而发挥作用。
在作为冷冻循环装置的室内空调机中,利用设置于上述室内热交换器4的通风通路入口附近的室内温度传感器16检测室内温度,另外,根据上述检测到的室内温度与通过上述遥控器设定的设定温度之差,上述控制部20对变频器18进行控制而使压缩机转速可变。由此,进行压缩机1的与空调负载对应的运转。
并且,以规定的控制时间为单位检测上述排出温度传感器13的检测温度(排出制冷剂温度),根据该检测温度与根据上述室内热交换器温度传感器14的检测温度(蒸发温度)、室内温度传感器16的检测温度(室内温度)、上述压缩机1以及室外风扇21的转速指令值决定的目标排出温度之差,以上述控制时间为单位对上述膨胀阀3的开度进行控制。通过该排出过热度控制来将压缩机1的吸入侧的吸入过热度控制成几乎为零,良好地保持冷冻循环装置的性能系数。
另一方面,若由上述排出温度传感器13检测出的排出制冷剂温度变成设定值以上,则在该检测温度下降到规定的设定值之前,减小压缩机1的运转频率并且对上述膨胀阀3的开度进行控制以使排出制冷剂温度成为设定值。通过该排出温度控制来防止压缩机1异常地加热,防止压缩机1的烧熔等破损。
接下来,对上述冷冻循环装置的制热运转时的动作进行说明。在制热运转时,上述控制部20将四通阀5切换至制热运转侧,另外,使压缩机1、室外风扇21以及室内风扇22以作为初始值而预先设定的规定转速运转。从压缩机1排出的制冷剂反复进行依次流过四通阀5、室内热交换器4、膨胀阀3、室外热交换器2并再次通过上述四通阀5而返回上述压缩机1的循环,从而完成制热运转。该制热运转时,上述室内热交换器(利用侧热交换器)4作为冷凝器而发挥作用。
上述控制部20将遥控器的设定温度与由上述室内温度传感器16检测出的室内温度之差作为空调负载而检测,根据该空调负载对压缩机的运转频率(变频器18的输出频率)进行控制。由此,进行压缩机1的与制热负载对应的运转。
并且,由上述排出温度传感器13以规定的控制时间为单位检测排出制冷剂温度,根据该检测出的排出制冷剂温度与根据室外热交换器温度传感器15的检测温度(蒸发温度)、室外温度传感器17的检测温度(外部空气温度)、压缩机1以及室外风扇21的转速指令值决定的目标排出温度之差,以上述控制时间为单位对膨胀阀3的开度进行控制。通过该排出过热度控制来将压缩机1的吸入侧的吸入过热度控制成几乎为零,良好地保持冷冻循环装置的性能系数。
另一方面,若由上述排出温度传感器13检测出的排出制冷剂温度变成设定值以上,则在该检测温度下降到规定的设定值之前,减小压缩机1的运转频率并且对上述膨胀阀3的开度进行控制以使排出制冷剂温度成为设定值。通过该排出温度控制来防止压缩机1异常地加热,防止压缩机1的烧熔等破损。
接下来,对使用了进行在超低负载时从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的小容量控制的容量调整机构的控制、即超低负载运转模式(超小容量运转模式)进行说明。在该超低负载运转模式下,在进行超小容量控制的容量调整机构中,对设置于上述旁通配管11的上述电磁阀12进行脉冲宽度调整(PWM)控制而将其控制成打开(接通)状态和关闭(切断)状态,由此进行容量调整运转。
在电磁阀12处于打开状态时,设置于压缩室1的出口的止回阀121(参照图10)关闭,排出制冷剂气体通过旁通配管11而流入低压侧连接配管(吸入管)。因此,制冷剂不向四通阀5侧流动,冷冻循环中的制冷剂流量减少,因而能力减弱。另一方面,若使上述电磁阀12成为关闭状态,则能够使来自压缩机的排出制冷剂气体向上述四通阀5侧流动。
因此,在使上述容量调整机构工作的超低负载运转模式下,反复使上述电磁阀12成为打开状态和关闭状态,反复进行旁通配管11的开闭,从而能够进行容量调整。
利用图2对该电磁阀12的PWM控制时的蒸发压力的变化的情况进行说明。PWM控制信号接通(电磁阀成为打开状态),由此蒸发压力上升。另外,若PWM控制信号切断(电磁阀成为关闭状态)则上述蒸发压力下降。这样,伴随着电磁阀12的通断,蒸发压力反复变化。
将利用了上述旁通配管11的容量调整运转时的蒸发压力的变化幅度设为ΔP1。另外,在该容量调整运转时蒸发压力整体上升,变化的蒸发压力的平均压力相对于容量调整运转前的蒸发压力上升ΔP2。若容量调整运转时的ΔP1增大,则蒸发温度随之发生变化,蒸发器中的热交换量发生变化,因此冷冻循环装置的能力发生变化,从而产生吹出温度的变化。因此,为了维持舒适的空调,优选减小ΔP1。另外,若ΔP2增大,则吸热量减少,因此热交换量也减少。为了减小上述ΔP1以及ΔP2,减小PWM控制信号的占空周期T(=τ1+τ2)即可,但在PWM容量控制运转中,在电磁阀12的开闭时,由于排出制冷剂气体的逆流、旁通配管11的压力损失等而产生能源损失。因此,为了高效地进行容量控制运转,优选不缩短上述占空周期T。
因此,在本实施例中,为了实现高效且蒸发压力变化小的舒适的空调而按照图3以及图4所示的流程图来决定适当的占空周期并行容量调整运转控制。
首先,利用图3所示的流程图对压缩机转速控制程序进行说明。如上所述,对于压缩机的转速而言,读入由设置于室内热交换器4的通风通路入口附近的室内温度传感器16检测出的室内温度Teain(步骤31),求出其与通过遥控器设定的设定温度(室内温度目标值)T*eain之差ΔTeain(步骤32),通过变频器18使压缩机1的转速与该差对应地变化(步骤33、34)。此处,以使压缩机转速fz随着上述设定温度与检测出的上述室内温度之差的减小而减小的方式进行控制。
在步骤35中,若压缩机转速fz小于容量控制运转开始时的转速fzopt,则将压缩机转速固定为fzopt,决定根据室内温度与室内温度目标值之差决定的初始占空比d(d=τ1/(τ1+τ2))(步骤36、37),进行使电磁阀12通断的PWM容量控制运转。此时,在PWM控制信号接通的同时也开启控制部的计时器,开始进行经过时间τ1的测量。另外,开始进行吸入压力传感器23对吸入压力的测定,在测量到的吸入压力Ps相比于PWM控制信号接通之前的吸入压力Ps0超过预先设定的允许偏差ΔP之前,使PWM控制信号保持接通不变,反复进行压力测定(步骤38~41)。若测量到的Ps与初始吸入压力Ps0之差超过ΔP,则切断PWM控制信号,使电磁阀12成为关闭状态并且关闭计时器,结束经过时间测定,将τ1定为打开时间(步骤42)。根据该打开时间τ1和当前的占空比d决定关闭时间τ2,由该占空周期完成PWM容量控制运转(步骤43)。由此,将由电磁阀的开闭带来的吸入压力的变化设定在ΔP的范围内,因此,能够通过将上述ΔP设定在不损害空调舒适性的范围内来由最佳占空周期进行运转。
图4是对本实施例的冷冻循环装置的膨胀阀开度控制程序进行说明的流程图。若通过图3所示的压缩机转速控制程序而开始PWM容量控制运转,则蒸发温度上升,相对于容量控制运转前的蒸发压力增大ΔP2(参照图2)。为了尽量减小该ΔP2而进行膨胀阀3的开度控制。
首先,在步骤45中,读入冷冻循环的状态量。即,读入由上述各传感器检测出的室内温度、室外温度、室内热交换器温度、室外热交换器温度等,并且读入压缩机1的转速、室内外风扇21、22的转速、膨胀阀3的开度等。接下来,在步骤46中,当PWM控制信号切断时,膨胀阀3以使排出温度传感器13的检测温度(排出制冷剂温度)Td接近根据室外热交换器温度传感器15的检测温度(冷凝温度)Tao、室外温度传感器17的检测温度(外部空气温度)Tai、压缩机1的转速fz以及室外风扇21的转速指令值fp决定的目标排出温度Td*的方式进行开度控制(步骤47~51)。
在上述步骤46中,当PWM控制信号切断时,决定容量控制运转开始时的压缩机转速fzopt除以此时的占空比d后得到的修正压缩机转速fz′(步骤52),切换为以使排出温度传感器13的检测温度(排出制冷剂温度)Td接近根据该修正压缩机转速fz′和室外热交换器温度传感器15的检测温度(冷凝温度)Tao、室外温度传感器17的检测温度(外部空气温度)Tai、室外风扇21的转速指令值fp决定的目标排出温度Td*的方式对膨胀阀3进行控制的程序(步骤52~57)。在PWM容量控制运转时,占空比d越大则循环制冷剂循环量减少得越多,故由此能够将膨胀阀开度变更为对于PWM容量控制运转时减少的制冷剂循环量也适当的开度,能够防止ΔP2的上升。
根据本实施例的冷冻循环装置,将由电磁阀12的开闭带来的吸入压力(蒸发压力)的变化决定在基于上述允许偏差ΔP的范围内,因此能够将蒸发压力的变化抑制在一定范围内,能够提高空调等的舒适性,而且也能够防止过度缩短占空周期所造成的损失增加,因此能够进行高效率的容量控制运转。另外,还能得到有简单的构造实现0%~100%的宽范围的容量控制的效果。
因此,根据本实施例,即便在超小容量运转模式下也能够进行高效的运转控制而且能够得到可提高舒适性的冷冻循环装置。
实施例2
图5是表示本发明的实施例2的冷冻循环装置的简要结构图,与实施例1相同,该冷冻循环装置也用于室内空调机。在该图5中,标注了与上述图1相同的附图标记的部分表示相同或者相当的部分。另外,在该实施例2中,与实施例1的不同点是,取掉了吸入压力传感器,取而代之,在室内热交换器4的通风通路出口附近设置吹出温度传感器24,利用该吹出温度传感器24检测吹出温度。
在进行使用了进行小容量控制的容量调整机构的控制的情况下,接通PWM控制信号(即,电磁阀12成为打开状态),由此蒸发压力上升,若切断PWM控制信号(即,电磁阀12成为关闭状态)则蒸发压力下降。此时,蒸发温度也发生变化,蒸发器中的热交换量发生变化,因此冷冻循环发生变化,从而产生吹出温度的变化、冷冻能力的变化。因此,能够根据蒸发器侧热交换器(制冷运转时为室内热交换器4,制热运转时为室外热交换器2)的温度、和由上述吹出温度传感器24测量出的室内热交换机4的吹出温度来推测蒸发压力的变化。
利用图6对本实施例2的冷冻循环装置的压缩机转速控制程序进行说明。如上所述,对于压缩机1的转速而言,读入由设置于室内热交换器4的通风通路入口附近的室内温度传感器16检测出的室内温度Teain(步骤31),求出其与通过遥控器设定的设定温度(室内温度目标值)T*eain之差ΔTeain(步骤32),通过变频器18使压缩机1的转速与该差对应地变化(步骤33、34)。此处,以使压缩机转速fz随着上述设定温度与检测出的上述室内温度之差的减小而减小的方式进行控制。
在步骤35中,若压缩机转速fz小于容量控制运转开始时的转速fzopt,则将压缩机转速固定为fzopt,决定根据室内温度与室内温度目标值之差决定的初始占空比d(步骤36、37),进行使电磁阀12通断的PWM容量控制运转。此时,在接通PWM控制信号的同时开启控制部的计时器,开始经过时间τ1的测量。另外,开始蒸发器侧的热交换器的温度传感器(14或15)对蒸发器侧热交换器温度Tev0的测定(步骤61),并且根据该测定开始时的蒸发器侧热交换器温度Tev0和由上述吹出温度传感器24检测出的室内热交换器4的吹出温度Teaout并按照预先设定且作为控制常量而保持的表来计算允许偏差ΔTev(步骤62)。在测量出的蒸发器侧热交换器温度Tev相比于PWM控制信号接通前的蒸发器侧热交换器温度Tev0超过上述允许偏差ΔTev之前,PWM控制信号保持接通不变,反复进行蒸发器侧热交换器温度Tev的测定(步骤63~65)。若测量出的蒸发器侧热交换器温度Tev与初始热交换器温度Tev0之差超过上述允许偏差ΔTev,则切断PWM控制信号,使电磁阀12成为关闭状态,并且关闭计时器来结束经过时间测定,将τ1定为打开时间。根据该τ1与当前的占空比d来决定关闭时间τ2,由该占空周期完成PWM容量控制运转(步骤66、67)。
另一方面,按照与图4所示的实施例1中的膨胀阀开度控制程序相同的程序进行膨胀阀3的开度控制。
根据本实施例,将由电磁阀12的开闭带来的吸入压力(蒸发压力)的变化定在基于上述允许偏差ΔTev的范围内,因此将上述允许范围ΔTev设定在适当的范围,由此即便不具备用于测量蒸发压力的压力传感器(吸入压力传感器)也能够将蒸发压力的变化抑制在一定范围内,能够廉价地制作装置,而且能够实现空调舒适性高且可进行高效率的容量控制运转的冷冻循环装置。
实施例3
图7是表示本发明的实施例3的冷冻循环装置的简要结构图,与实施例1、2相同,该冷冻循环装置也用于室内空调机。在该图7中,标注了与上述图1、图5相同的附图标记的部分表示相同或者相当的部分。另外,在该实施例3中,与实施例1、2的不同的点是,取掉了实施例1的吸入压力传感器23、实施例2的设置于室内热交换器4的通风通路出口附近的吹出温度传感器24。
在进行使用了进行小容量控制的容量调整机构的控制的情况下,PWM控制信号接通(即,电磁阀12成为打开状态),由此蒸发压力上升,若PWM控制信号切断(即,电磁阀12成为关闭状态)则蒸发压力降低。此时,蒸发温度也发生变化,蒸发器中的热交换量发生变化,因此冷冻循环发生变化,产生排出温度的变化、冷冻能力的变化。因此,能够通过测量蒸发器侧热交换器(制冷运转时为室内热交换器4,制热运转时为室外热交换器2)的温度来推测蒸发压力的变化并进行控制。
如上所述,在通常运转时,蒸发器侧热交换器以在其出口的吸入过热度为零、即干燥度为1的方式实施排出过热度控制而运转。在蒸发器侧热交换器的入口,通常干燥度为0.1~0.3左右,因此在热交换器内具有从入口朝向出口干燥度逐渐增大的分布。在容量控制运转时,制冷剂的循环量减少,相对于流入蒸发器侧热交换器的制冷剂的量,从蒸发器侧热交换器流出的制冷剂量减少,因此蒸发压力上升,蒸发温度上升,但由于与空气的热交换,蒸发器内的液体制冷剂从液相相变为气相,干燥度增大。因此,在蒸发器侧热交换器内,从其出口侧逐渐变得干燥,热交换量从靠近出口侧变得非常小。在将热交换器温度传感器(14或15)配置于该热交换器的中央附近的情况下,由该传感器测定出的蒸发器侧热交换器温度(蒸发器温度)Tev如图8所示。即,若PWM控制信号接通则上述蒸发器温度Tev缓慢上升,从热交换器的出口侧逐渐变得干燥,所以若设置有上述热交换器温度传感器(14或者15)的附近变得干燥则测定温度急剧上升。由此,能够根据蒸发器侧热交换器内的温度测定位置掌握蒸发器内的干燥度分布。因此,在切断PWM控制信号的时刻,将上述蒸发器温度的允许偏差ΔTev设定为发生急剧的温度上升后的值,由此能够根据温度测定位置的情况来决定占空周期T。
在本实施例中,将上述热交换器温度传感器14或15的设置位置设在热交换器的中央附近,但以使其处于能够适当允许空调能力的变化的范围内的方式适当选择上述设置位置即可。
利用图9对本实施例3的冷冻循环装置的压缩机转速控制程序进行说明。如上所述,对于压缩机1的转速而言,读入由设置于室内热交换器4的通风通路入口附近的室内温度传感器16检测出的室内温度Teain(步骤31),求出其与由遥控器设定的设定温度(室内温度目标值)T*eain之差ΔTeain(步骤32),通过变频器18使压缩机1的转速与该差对应地变化(步骤33、34)。此处,以使压缩机转速fz随着上述设定温度与检测出的上述室内温度之差的减小而减小的方式进行控制。
在步骤35中,若压缩机转速fz小于容量控制运转开始时的转速fzopt,则将压缩机转速固定为fzopt,决定根据室内温度与室内温度目标值之差决定的初始占空比d(步骤36、37),进行使电磁阀12通断的PWM容量控制运转。此时,在PWM控制信号接通的同时开启控制部的计时器,开始经过时间τ1的测量。另外,开始蒸发侧的热交换器的温度传感器(14或15)对蒸发器侧热交换器温度(蒸发器温度)Tev0的测定(步骤61),并且根据该测定开始时的蒸发器温度Tev0、和由设置于作为蒸发器的室内热交换器4或者室外热交换器2的通风通路入口附近的室内温度传感器16或者室外温度传感器17测定的空气温度Tai或者Tao并按照预先设定且作为控制常量而保持的表来计算允许偏差ΔTev。热交换器在设置有上述热交换器温度传感器14或15的温度测定位置较干燥(制冷剂的干燥度大),由此将该允许偏差ΔTev设定为发生急剧的温度上升后的值(步骤68)。在测量热交换器温度Tev相比于PWM控制信号接通前的热交换器温度Tev0超过允许偏差ΔTev之前,PWM控制信号保持接通不变,反复进行蒸发器侧热交换器温度Tev的测定(步骤63~65)。若测量出的蒸发器侧热交换器温度Tev与初始热交换器温度Tev0之差超过上述允许偏差ΔTev,则切断PWM控制信号,使电磁阀12成为关闭状态,并且关闭计时器来结束经过时间测定,将τ1定为打开时间。根据该τ1和当前的占空比d决定关闭时间τ2,由该占空周期进行PWM容量控制运转(步骤66、67)。
另一方面根据与图4所示的实施例1的膨胀阀开度控制程序相同的程序进行膨胀阀3的开度控制。
根据本实施例,将由电磁阀12的开闭引起的吸入压力(蒸发压力)的变化定在基于上述允许偏差ΔTev的范围内,由此通过将上述允许范围ΔTev设定为适当的范围,从而即便不具备用于测量蒸发压力的吸入压力传感器23(参照图1)、用于测量室内的空气吹出温度的吹出温度传感器24(参照图5),也能够将蒸发压力的变化抑制在一定范围内,能够更加廉价地制作装置,并且能够实现空调舒适性高且可进行高效率的容量控制运转的冷冻循环装置。
接下来,对本发明的上述各实施例的冷冻循环装置所使用的容量控制压缩机的一个例子进行说明。图10是表示作为本发明所使用的容量控制压缩机的一个例子的涡旋式压缩机的纵剖视图,图11是对图10所示的涡旋式压缩机的通常运转时(容量调整机构的电磁阀12处于关闭状态的运转模式时)的制冷剂气体的流动进行说明的主要部分放大剖视图,图12是对图10所示的容量控制压缩机的旁通运转时(容量调整机构的电磁阀12处于打开状态的运转模式时)的制冷剂气体的流动进行说明的主要部分放大剖视图。
涡旋式压缩机1在设置有吸入制冷剂气体的吸入管113、排出压缩的制冷剂气体的排出管114的封闭壳体(腔室)115内设置有由具有漩涡状的涡卷的固定涡盘102和与该固定涡盘102啮合的具有漩涡状的涡卷的旋转涡盘101构成的压缩机构部。另外,在该压缩机构部的下方设置有由转子100a以及定子100b构成的马达100,在上述转子100a一体连结有作为旋转主轴的曲轴106。该曲轴106被设置于框架105的主轴承105a和设置于封闭壳体115内的下方的下框架111的副轴承112旋转支承。在上述旋转涡盘101的背面设置有旋转轴承130,设置于上述曲轴106的上端侧的偏心部106a插入于上述旋转轴承130。107是欧氏环(自转防止部件),若通过该欧氏环(オルダムリング)107使上述曲轴106旋转,则旋转涡盘101进行旋转运动而不自转,将从上述吸入管113吸入的制冷剂气体压缩。
设置于上述旋转涡盘101以及固定涡盘102的各自的端板的上述漩涡状涡卷构成为涡旋夹角相互不同的非对称涡卷,由此,通过上述旋转涡盘101与固定涡盘102的啮合而形成为分别形成于旋转涡盘涡卷的内线侧和外线侧的两个压缩室的最大封闭容积不同的非对称漩涡形状。
即,通过使由旋转涡盘101以及固定涡盘102的渐开线形成的各漩涡状涡卷相互啮合,从而在旋转涡盘101的终绕侧的涡卷的外线侧与内线侧分别形成压缩室,但形成于外线侧的压缩室与形成于内线侧的压缩室的大小不同,形成为相位相对于曲轴106的轴旋转错开大约180度。
具体而言,在上述固定涡盘102的靠近中央处开设有排出口108,该漩涡状涡卷的内线侧的终绕端大约180度地延长至旋转涡盘101的漩涡状涡卷的终绕端附近。因此,在将旋转涡盘101以及固定涡盘102的各漩涡状涡卷组合而形成压缩室时,由旋转涡盘101的漩涡状涡卷的外线侧与固定涡盘102的漩涡状涡卷的内线侧封闭而形成第一压缩室,由旋转涡盘101的漩涡状涡卷的内线侧与固定涡盘102的漩涡状涡卷的外线侧封闭而形成第二压缩室,第一压缩室与第二压缩室大小不同,形成为相位相对于曲轴106的旋转错开大约180度。
另外,在该涡旋式压缩机中,在固定涡盘102的排出口108的外圆周侧形成有与压缩室连通的释放口125,在该释放口125设置有作为过压缩防止阀的释放阀124。安装于固定涡盘102的顶板(端板上表面)的排出头罩118覆盖上述排出口108以及释放阀124而形成排出头空间123,并且具备用于打开或者关闭设置于规定位置的贯通孔119的具有止回阀作用的排出阀121。
并且,旁通配管11将上述排出头空间123内的制冷剂气体导向封闭壳体115外部,该旁通配管11的一端侧与排出头罩118侧结合,贯通封闭壳体115,且另一端侧向封闭壳体115外伸出。该旁通配管11的另一端侧与用于吸入制冷剂气体的上述吸入管113连通,另外,在上述旁通配管11的中途设置有电磁阀12。该电磁阀12构成为,被在上述各实施例中说明的脉冲宽度调整(PWM)控制信号驱动控制成打开状态和关闭状态。
上述排出头罩118、旁通配管11、以及电磁阀12形成用于在电磁阀12成为打开状态时将排出头空间123内的制冷剂气体从旁通配管11导向吸入管113的旁通流路。另外,在超小容量运转模式下,反复动作而形成电磁阀12的打开状态和关闭状态,反复进行旁通流路的使用和非使用,由此作为用于进行小容量控制容量调整机构而动作。
上述吸入管113用于取入冷冻循环的制冷剂气体,与固定涡盘102连通。上述封闭壳体115内的曲轴106的下端侧为用于储存液体的储液部116。另外,在曲轴106的上述转子100a与上述副轴承112之间设置有用于使旋转稳定的飞轮117。
在由固定涡盘102、旋转涡盘101、以及框架105形成的背压室(中间室)109,从上述储液部116供给来的液体通过设置于曲轴106的偏心部106a周围的旋转轴承130而被引导。在背压室109中构成为,液体中的制冷剂气体发泡而压力上升时,利用控制阀(未图示)将该上升压力释放到吸入侧而保持规定的压力水平。该吸入侧与设置于固定涡盘102的涡旋体的外圆周的固定外周槽连通,但由于该固定外周槽与制冷剂气体的吸入口连通,所以固定外周槽内总是形成吸入压力。在旋转涡盘101中,在中央部分作用有排出压力,在其外周侧的部分作用有中间压力。因此,以适当的压力将旋转涡盘101按压于固定涡盘102,保持涡盘涡卷间的轴向的密封。
在该涡旋式压缩机的情况下,若由压缩室压缩后的制冷剂气体高于上述排出头空间123内的压力,则上述压缩室的制冷剂气体经由上述释放口125以及释放阀124排出至排出头空间123。在低于上述排出头空间123内的压力的情况下,上述释放阀124关闭,上述制冷剂气体从排出口108排出到上述排出头空间123内并且从上述贯通孔119推开排出阀121而排出至排出室103。排出至排出室103的制冷剂气体构成为,通过形成于上述固定涡盘102以及框架105与上述封闭壳体115之间的通路而流入设置于马达100的排出空间104,从此处经由上述排出管114向冷冻循环排出。因此,上述封闭壳体115内是形成排出压力的空间的高压腔室方式的构造。
在涡旋式压缩机1的外部具备:用于驱动马达100的作为马达驱动电路的变频器18、生成用于对上述电磁阀12的打开状态和关闭状态进行驱动控制的脉冲宽度调整控制信号的电磁阀驱动电路12a、以及通过操作指示对上述变频器18以及电磁阀驱动电路12a的动作进行控制的作为操作指示控制机构的控制部20。
该涡旋式压缩机的压缩动作分为电磁阀12处于关闭状态的第一运转模式和电磁阀12处于打开状态的第二运转模式。
图11示出了涡旋式压缩机所具备的容量调整机构的电磁阀12处于关闭状态的第一运转模式下的制冷剂气体的流动。
在第一运转模式下,电磁阀驱动电路12a在脉冲宽度调整控制信号的矩形波的下降区间的周期τ2使电磁阀12成为关闭状态,并且变频器18驱动马达100而使转子100a以及曲轴106旋转。伴随于此,旋转涡盘101开始旋转运动。通过该动作,由旋转涡盘101以及固定涡盘102的涡旋体的啮合形成的第一压缩室以及第二压缩室一边减小其容积一边向中心方向移动。
由此,从吸入管113流入的制冷剂气体被上述第一庄缩室以及第二压缩室压缩,高压化后制冷剂气体从形成于固定涡盘102的排出口108排出至排出头空间123。在该压缩的过程中,若压缩室的压力高于排出头空间123的压力,则如上所述经由上述释放口125以及释放阀124将高压化后的制冷剂气体排出至排出头空间123。
此外,释放阀124是表示设置在安装于按压部126的前端侧的螺旋弹簧127的前端的阀板部分,但有时也将还包括按压部126、螺旋弹簧127的释放阀机构部整体称为释放阀。
上述排出头空间123的制冷剂气体压力略高于排出压力,且也高于排出室103的压力,将覆盖排出头罩118的贯通孔119的排出阀121推开,将制冷剂气体排出至排出室103。
在上述第一运转模式下,使上述电磁阀12成为关闭状态而不使用旁通配管11,使制冷剂气体流至冷冻循环侧,因此也可以称为负载运转。
图12示出了涡旋式压缩机所具备的容量调整机构的电磁阀12处于打开状态的第二运转模式下的制冷剂气体的流动。
在第二运转模式下,电磁阀驱动电路12a在脉冲宽度调整控制信号的矩形波的上升区间的周期τ1使电磁阀12成为打开状态,并且变频器18驱动马达100而使转子100a以及曲轴106旋转。伴随于此,旋转涡盘101开始旋转运动。与上述第一运转模式相同,通过该动作,通过旋转涡盘101以及固定涡盘102的涡旋体的啮合而形成的第一压缩室以及第二压缩室一边减小其容积一边向中心方向移动。
在该第二运转模式下,电磁阀12形成为打开状态,因此上述排出头空间123内的制冷剂气体经由连接上述排出头空间123与上述吸入管113的上述旁通配管11流入吸入管113。因此,上述排出头空间123内的压力下降至略高于吸入压力的大小的大致吸入压力以下。
因此,排出头空间123的压力高于排出室103的压力,覆盖排出头罩118的贯通孔119的排出阀121关闭,因此制冷剂气体不被排出至排出室103。在该第二运转模式的状态下,若从吸入管113流入的制冷剂气体被第一压缩室以及第二压缩室压缩,则其压力高于上述排出头空间123的压力,因此制冷剂气体经由上述释放口125以及释放阀124排出至排出头空间123。另外,比上述释放口125的部分更向中心侧移动的压缩室内的制冷剂气体从排出口108排出至排出头空间123。排出至排出头空间123的制冷剂气体通过上述旁通配管11以及打开状态的电磁阀12而流向上述吸入管113。
在上述第二运转模式下,使上述电磁阀12成为打开状态而使制冷剂气体从旁通配管11返回吸入管113侧,不将制冷剂气体排出至冷冻循环侧,因此也可以称为空载运转。
此外,上述释放口125与释放阀124优选设置于与所有的旋转角度区域的压缩室连通的位置。其理由是,能够避免涡盘涡卷的内部压缩,能使空载运转的压缩动作变小。
在实施例1的涡旋式压缩机中,利用变频器18驱动马达100,并且切换在来自电磁阀驱动电路12a的脉冲宽度调整控制信号的矩形波的下降区间的周期τ2使电磁阀12成为关闭状态的负载运转(第一运转模式)、和在上述矩形波的上升区间的周期τ1使电磁阀12成为打开状态的空载运转(第二运转模式),从而能够进行容量控制。
在使涡旋式压缩机以较高速运转的高速运转模式下,也能够通过上述电磁阀12的开闭进行容量控制,但在从高速旋转到略高于基于马达驱动的旋转速度的下限设定值的规定设定值的旋转范围中,实施变频器18对马达100的转速控制,在上述规定的设定值以下的低速旋转范围内需要进一步减小容量的情况下,使进行小容量控制的上述容量调整机构(电磁阀对旁通通路的开闭控制)动作,作为超小容量运转模式而优选改变上述负载运转与空载运转的比率进行运转。
在上述的具备容量调整机构的涡旋式压缩机中,通过简单构造的容量调整机构,即便在上述超小容量运转模式下也能够高效地进行小容量控制。即,能够执行与进行基于马达驱动的旋转速度的下限设定值(对马达100的驱动信号为频率5Hz左右)以下的超低速运转的情况相当的超小容量控制(超小容量运转模式)中的压缩动作而不会使马达驱动的效率低下,能得到可实现0%~100%的宽范围的容量控制的优异的涡旋式压缩机。另外,本实施例的涡旋式压缩机所具备的上述容量调整机构是简单的构造,所以能够容易地实现涡旋式压缩机的低成本化、小型化、轻型化以及批量生产。
如上所述,根据本实施例的冷冻循环装置,对于作为负载运转与空载运转的切换时间的周期的占空周期,以使蒸发压力的偏差在一定值以内的方式进行控制,因此能够将吸入压力的上升以及变化抑制在阈值以内,能够实现舒适的空调等而提高舒适性。而且,根据本实施例,也能够防止过度缩短占空周期所带来的损失增加,所以也能够实现高效的运转,能够实现高效且可进行0%~100%的宽范围的容量控制的具有优异的性能的冷冻循环装置。另外,根据本实施例,能够通过简单的结构实现高效且宽范围的容量控制,所以也能够实现低成本化。
符号的说明
1—压缩机,2—室外热交换器,3—膨胀阀,4—室内热交换器,5—四通阀,7—高压侧连接配管,8—室外连接配管,9—室内连接配管,10—低压侧连接配管,11—旁通配管(旁通流路),12—电磁阀,12a—电磁阀驱动电路,13—排出温度传感器,14—室内热交换器温度传感器,15—室外热交换器温度传感器,16—室内温度传感器,17—室外温度传感器,18—变频器,19—商用交流电源,20—控制部,21—室外风扇,22—室内风扇,23—吸入压力传感器,24—吹出温度传感器,100—马达(100a—转子,100b—定子),101—旋转涡盘,102—固定涡盘,103—排出室,104—排出空间,105—框架,105a—主轴承,106—曲轴,106a—偏心部,107—欧氏环,108—排出口,109—背压室(中间室),111—下框架,112—副轴承,113—吸入管,114—排出管,115—封闭壳体,116—储液部,117—飞轮,118—排出头罩,119—贯通孔,121—排出阀,123—排出头空间,124—释放阀,125—释放口,126—按压部,127—螺旋弹簧,130—旋转轴承。

Claims (16)

1.一种冷冻循环装置,其具备压缩机、室外热交换器、能够进行开度控制的膨胀阀以及室内热交换器,其特征在于,具备:
旁通流路,其使上述压缩机的压缩中途的制冷剂分流至该压缩机的吸入侧;
电磁阀,其用于打开关闭上述旁通流路;以及
控制部,其通过控制上述电磁阀的打开(接通)状态的时间和关闭(切断)状态的时间来调整从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的流量从而进行容量控制,
上述控制部基于占空比进行控制,所述占空比是上述电磁阀的打开时间与作为该打开时间以及关闭时间之和的占空周期的比,
并且,以如下方式进行控制,在上述电磁阀处于打开状态时,若上述压缩机的吸入侧的压力相对于上述电磁阀打开前的吸入压力在允许偏差以上,则将上述电磁阀控制成关闭状态并基于上述占空比决定该关闭时间。
2.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
基于室内温度与设定的室内温度目标值之差来决定上述占空比。
3.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
上述控制部以使从上述压缩机排出的排出制冷剂温度接近目标排出温度的方式对上述膨胀阀的开度进行控制。
4.根据权利要求3所述的冷冻循环装置,其特征在于,
在上述电磁阀控制为关闭状态时,基于上述室外热交换器的温度(冷凝温度)、外部空气温度、压缩机的转速以及室外风扇的转速指令值来决定上述目标排出温度,在上述电磁阀控制为打开状态时,决定对上述电磁阀的开闭控制开始时的压缩机转速乘以此时的占空比后得到的修正压缩机转速,基于该修正压缩机转速和室外热交换器的温度(冷凝温度)、外部空气温度以及室外风扇的转速指令值来决定上述目标排出温度。
5.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
由设置于上述压缩机的吸入侧的吸入压力传感器检测上述压缩机的吸入侧的压力。
6.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
通过基于作为蒸发器的上述室内热交换器或者室外热交换器的温度、和上述室内热交换器的排出温度推测蒸发压力的变化,从而判断上述压缩机的吸入侧的压力相对于上述电磁阀打开前的吸入压力是否在允许偏差以上。
7.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
设置检测作为蒸发器的上述室内热交换器或者室外热交换器的中央附近的温度的温度传感器,基于由该温度传感器检测出的温度推测蒸发压力的变化,判断上述压缩机的吸入侧的压力相对于上述电磁阀打开前的吸入压力是否在允许偏差以上。
8.一种冷冻循环装置,其具备压缩机、室外热交换器、能够进行开度控制的膨胀阀以及室内热交换器,其特征在于,具备:
旁通流路,其使上述压缩机的压缩中途的制冷剂分流至该压缩机的吸入侧;
电磁阀,其用于开闭上述旁通流路;以及
控制部,其通过控制上述电磁阀的打开(接通)状态的时间和关闭(切断)状态的时间来调整从压缩机排出至冷冻循环的制冷剂的流量从而进行容量控制,
上述控制部基于占空比进行控制,所述占空比是上述电磁阀的打开时间与作为该打开时间以及关闭时间之和的占空周期的比,
并且,以如下方式进行控制,在上述电磁阀处于打开状态时,若作为蒸发器的上述室内热交换器或者室外热交换器(蒸发器侧热交换器)的蒸发器温度相对于上述电磁阀打开前的蒸发器温度在允许偏差以上,则将上述电磁阀控制成关闭状态并基于上述占空比决定该关闭时间。
9.根据权利要求8上述的冷冻循环装置,其特征在于,
在上述室内热交换器的通风路出口附近设置吹出温度传感器,根据上述电磁阀打开前的蒸发器温度和由上述排出温度传感器检测出的室内热交换器的排出温度,并按照预先设定且作为控制常量而保持的表来计算上述允许偏差。
10.根据权利要求8上述的冷冻循环装置,其特征在于,
具备检测上述蒸发器侧热交换器的中央附近的温度的蒸发器温度传感器、和设置于上述蒸发器侧热交换器的通风通路入口附近的温度传感器,根据由上述蒸发器温度传感器检测出的测定开始时的蒸发器温度和由设置于上述蒸发器侧热交换器的通风通路入口附近的温度传感器测定出的空气温度,并按照预先设定且作为控制常量而保持的表来计算上述允许偏差。
11.根据权利要求8所述的冷冻循环装置,其特征在于,
基于室内温度与设定的室内温度目标值之差来决定上述占空比。
12.根据权利要求8所述的冷冻循环装置,其特征在于,
上述控制部以使从上述压缩机排出的排出制冷剂温度接近目标排出温度的方式对上述膨胀阀的开度进行控制。
13.根据权利要求12所述的冷冻循环装置,其特征在于,
在上述电磁阀控制为关闭状态时,基于上述室外热交换器的温度(冷凝温度)、外部空气温度、压缩机的转速以及室外风扇的转速指令值来决定上述目标排出温度,在上述电磁阀控制为打开状态时,决定对上述电磁阀的开闭控制开始时的压缩机转速乘以此时的占空比后得到的修正压缩机转速,基于该修正压缩机转速、室外热交换器的温度(冷凝温度)、外部空气温度以及室外风扇的转速指令值来决定上述目标排出温度。
14.根据权利要求1所述的冷冻循环装置,其特征在于,
上述压缩机在封闭壳体内使旋转涡盘的涡旋体与固定涡盘的涡旋体相互啮合而形成压缩室,上述固定涡盘在中央部分形成排出口,并且在该排出口的外圆周侧设置有与上述压缩室连通的释放口、和打开关闭该释放口的释放阀。
15.根据权利要求14所述的冷冻循环装置,其特征在于,
上述旁通流路是连接设置于上述涡旋式压缩机的释放口和设置于上述涡旋式压缩机的吸入侧的吸入管的旁通配管,在该旁通配管上设置有上述电磁阀。
16.根据权利要求15所述的冷冻循环装置,其特征在于,
上述涡旋式压缩机具备安装于上述固定涡盘的顶板并覆盖上述排出口以及释放阀而形成排出头空间的排出头罩,该排出头罩具备与上述封闭壳体内的排出室连通的贯通孔、和打开关闭该贯通孔的排出阀,并且以将上述排出头空间与上述吸入管连接的方式设置上述旁通配管,上述电磁阀构成为被脉冲宽度调整(PWM)控制信号驱动控制成打开状态与关闭状态。
CN201180067090.0A 2011-02-22 2011-02-22 冷冻循环装置 Expired - Fee Related CN103380334B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/053839 WO2012114454A1 (ja) 2011-02-22 2011-02-22 冷凍サイクル装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103380334A true CN103380334A (zh) 2013-10-30
CN103380334B CN103380334B (zh) 2016-03-16

Family

ID=46720274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180067090.0A Expired - Fee Related CN103380334B (zh) 2011-02-22 2011-02-22 冷冻循环装置

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2679930A4 (zh)
JP (1) JP5965895B2 (zh)
CN (1) CN103380334B (zh)
WO (1) WO2012114454A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104215008A (zh) * 2014-10-08 2014-12-17 烟台荏原空调设备有限公司 一种螺杆式冷冻机容量调节的方法及系统
US20190248209A1 (en) * 2016-10-14 2019-08-15 Sanden Automotive Climate Systems Corporation Vehicle Air Conditioner
CN112219074A (zh) * 2018-06-15 2021-01-12 三菱电机株式会社 冷冻循环装置
CN113670969A (zh) * 2021-09-09 2021-11-19 中国矿业大学(北京) 一种冻融循环模拟装置
CN114556033A (zh) * 2019-09-30 2022-05-27 大金工业株式会社 冷冻循环装置以及四通阀

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5914307B2 (ja) * 2012-12-03 2016-05-11 リンナイ株式会社 ヒートポンプ暖房システム
US9477235B2 (en) 2013-02-18 2016-10-25 Liebert Corporation Methods of controlling a cooling system based on pressure differences across a scroll compressor
US9476624B2 (en) 2013-02-18 2016-10-25 Liebert Corporation Scroll compressor differential pressure control during compressor shutdown transitions
US9829233B2 (en) 2013-02-18 2017-11-28 Liebert Corporation Scroll compressor differential pressure control during compressor startup transitions
US10113763B2 (en) 2013-07-10 2018-10-30 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle apparatus
JP2019020080A (ja) * 2017-07-20 2019-02-07 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 空気調和装置及びその運転方法
DE102017123560A1 (de) * 2017-10-10 2019-04-11 Eut Edelstahl Umformtechnik Gmbh Selbstregulierende Einstellvorrichtung für ein Durchflussregelventil, ein Temperierungssystem als auch eine Verteilervorrichtung mit derselben, sowie Verfahren hierzu
KR102052341B1 (ko) * 2017-11-29 2019-12-04 (주)퓨처시스텍 다양한 냉매에 적용되는 차량용 냉동 시스템을 위한 전자 팽창 제어 밸브 장치
CN116336619A (zh) * 2021-12-23 2023-06-27 青岛海尔空调器有限总公司 用于调节空调冷媒的方法及装置、空调、存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0277555U (zh) * 1988-11-30 1990-06-14
JPH04340058A (ja) * 1991-01-28 1992-11-26 Toshiba Corp 冷凍サイクル装置
JPH0626470A (ja) * 1992-07-09 1994-02-01 Toshiba Corp スクロール式圧縮機
JPH0942783A (ja) * 1995-07-31 1997-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機の膨張弁制御装置
CN101627268A (zh) * 2007-02-15 2010-01-13 开利公司 通过降低吸气压力提高效率的脉宽调制

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58193055A (ja) * 1982-05-04 1983-11-10 株式会社東芝 ヒ−トポンプ形エアコン
JPS62126289A (ja) * 1985-11-25 1987-06-08 Toshiba Corp 空気調和装置
JPH05106922A (ja) * 1991-10-18 1993-04-27 Hitachi Ltd 冷凍装置の制御方式
JPH05149608A (ja) * 1991-11-29 1993-06-15 Daikin Ind Ltd 空気調和装置の運転制御装置
US5741120A (en) * 1995-06-07 1998-04-21 Copeland Corporation Capacity modulated scroll machine
JPH11324951A (ja) * 1998-05-19 1999-11-26 Mitsubishi Electric Corp 空気調和機
US6213731B1 (en) * 1999-09-21 2001-04-10 Copeland Corporation Compressor pulse width modulation
JP3849467B2 (ja) * 2001-07-11 2006-11-22 松下電器産業株式会社 空気調和機
JP2005016884A (ja) * 2003-06-27 2005-01-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機
ES2692800T3 (es) * 2005-10-26 2018-12-05 Carrier Corporation Sistema refrigerante con componentes de modulación de anchura de pulsos y compresor de velocidad variable
JP4920432B2 (ja) * 2007-01-23 2012-04-18 三菱電機株式会社 空気調和システム
US8047012B2 (en) * 2007-05-24 2011-11-01 Computer Process Controls, Inc. Refrigeration system and method using multiple variable capacity devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0277555U (zh) * 1988-11-30 1990-06-14
JPH04340058A (ja) * 1991-01-28 1992-11-26 Toshiba Corp 冷凍サイクル装置
JPH0626470A (ja) * 1992-07-09 1994-02-01 Toshiba Corp スクロール式圧縮機
JPH0942783A (ja) * 1995-07-31 1997-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 空気調和機の膨張弁制御装置
CN101627268A (zh) * 2007-02-15 2010-01-13 开利公司 通过降低吸气压力提高效率的脉宽调制

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104215008A (zh) * 2014-10-08 2014-12-17 烟台荏原空调设备有限公司 一种螺杆式冷冻机容量调节的方法及系统
CN104215008B (zh) * 2014-10-08 2016-05-25 烟台荏原空调设备有限公司 一种螺杆式冷冻机容量调节的方法及系统
US20190248209A1 (en) * 2016-10-14 2019-08-15 Sanden Automotive Climate Systems Corporation Vehicle Air Conditioner
US10870332B2 (en) * 2016-10-14 2020-12-22 Sanden Automotive Climate Systems Corporation Vehicle air conditioner
CN112219074A (zh) * 2018-06-15 2021-01-12 三菱电机株式会社 冷冻循环装置
CN112219074B (zh) * 2018-06-15 2022-12-06 三菱电机株式会社 冷冻循环装置
CN112219074B9 (zh) * 2018-06-15 2023-01-20 三菱电机株式会社 冷冻循环装置
CN114556033A (zh) * 2019-09-30 2022-05-27 大金工业株式会社 冷冻循环装置以及四通阀
CN114556033B (zh) * 2019-09-30 2023-08-11 大金工业株式会社 冷冻循环装置以及四通阀
CN113670969A (zh) * 2021-09-09 2021-11-19 中国矿业大学(北京) 一种冻融循环模拟装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103380334B (zh) 2016-03-16
JP5965895B2 (ja) 2016-08-10
WO2012114454A1 (ja) 2012-08-30
JPWO2012114454A1 (ja) 2014-07-07
EP2679930A4 (en) 2015-04-29
EP2679930A1 (en) 2014-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103380334B (zh) 冷冻循环装置
US11635243B2 (en) Scroll compressors with different volume indexes and systems and methods for same
US9341393B2 (en) Refrigerating cycle apparatus having an injection circuit and operating with refrigerant in supercritical state
CN102449408B (zh) 空调装置
KR100208322B1 (ko) 한냉지용 히트펌프 공기조화기
CN103216963B (zh) 空调及其启动控制方法
JP5306478B2 (ja) ヒートポンプ装置、二段圧縮機及びヒートポンプ装置の運転方法
WO2009147826A1 (ja) 冷凍サイクル装置
WO2006113780A2 (en) Modulating proportioning reversing valve
CN101586866A (zh) 一种提高变频空调出风温度舒适性的控制方法
JP2004212006A (ja) 冷凍装置
US9222706B2 (en) Refrigeration cycle apparatus and operating method of same
CN103597296A (zh) 制冷循环
JP2020165585A (ja) 冷凍装置用ユニット、熱源ユニット、及び冷凍装置
US7779642B2 (en) Air conditioner and driving method thereof
EP1696125A1 (en) Capacity-variable air conditioner
CN100540904C (zh) 用于控制冷却系统的压缩机的系统及其控制方法
US20100307177A1 (en) Rapid compressor cycling
WO2006112157A1 (ja) 冷凍サイクル装置及びその運転方法
JP2003042585A (ja) 空気調和機
KR100865144B1 (ko) 공기 조화기 및 그 운전방법
KR101128797B1 (ko) 공기조화기의 제어방법
JP2009236398A (ja) 空気調和装置
KR100625806B1 (ko) 하이 브리드 에어컨
CN1971052A (zh) 容量可变压缩机及其操作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20151020

Address after: Tokyo, Japan

Applicant after: Hitachi Appliances, Inc.

Address before: Tokyo, Japan

Applicant before: Hitachi, Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160812

Address after: Hongkong, China

Patentee after: Johnson Controls Hitachi air conditioning technology (Hong Kong) Co.,Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Hitachi Appliances, Inc.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180622

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: HITACHI-JOHNSON CONTROLS AIR CONDITIONING, Inc.

Address before: Hongkong, China

Patentee before: Johnson Controls Hitachi air conditioning technology (Hong Kong) Co.,Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160316