JP2006071137A - 冷凍装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 膨張機を備える冷凍装置において、膨張機で回収できる動力量は減少させずに、運転状態の如何に拘わらず圧縮機の通過冷媒量と膨張機の通過冷媒量とをバランスさせる。
【解決手段】 空調機(10)の冷媒回路(11)には、冷媒調整タンク(14)が設けられる。冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)の直後に配置される。冷媒回路(11)には、液インジェクション配管(31)とガスインジェクション配管(33)とが設けられる。液側調節弁(32)を開くと、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒が液インジェクション配管(31)を通って圧縮機(15)の吸入側へ供給される。一方、ガス側調節弁(34)を開くと、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒がガスインジェクション配管(33)を通って圧縮機(15)の吸入側へ供給される。そして、液側調節弁(32)やガス側調節弁(34)の開度を調節することで、圧縮機(15)が吸入する冷媒の状態を変化させる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、動力回収用の膨張機が接続された冷媒回路を備える冷凍装置に関するものである。
従来より、特許文献1や特許文献2に開示されているように、動力回収用の膨張機が接続された冷媒回路を備え、この冷媒回路内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られている。この種の冷凍装置では、膨張機が圧縮機と軸などによって機械的に連結されている。そして、膨張機における冷媒の膨張により得られた動力を圧縮機の駆動に利用し、圧縮機を駆動するモータへの入力を削減することで成績係数(COP)の向上を図っている。
上記冷凍装置では、閉回路である冷媒回路に圧縮機と膨張機が接続されている。このため、圧縮機を通過する冷媒の質量流量と、膨張機を通過する冷媒の質量流量は、常に等しくなければならない。ところが、圧縮機が吸入する冷媒や膨張機へ流入する冷媒の状態(温度、圧力、密度など)は、冷凍装置の運転状態によって変動する。このため、例えば圧縮機と膨張機の回転速度を個別に設定できないような場合には、圧縮機を通過する冷媒量と膨張機を通過する冷媒量のバランスが崩れてしまい、適切な条件で冷凍サイクルを行うことが出来なくなるおそれがある。
そこで、特許文献1に開示された冷凍装置では、膨張機をバイパスするバイパス通路を設けている。そして、膨張機を通過する冷媒量が相対的に過少となる運転状態では、バイパス通路へも冷媒を流入させ、それによって圧縮機の通過冷媒量と膨張機の通過冷媒量とをバランスさせている。更に、特許文献2に開示された冷凍装置では、膨張機と直列に膨張弁を設けている。そして、膨張機を通過する冷媒量が相対的に過多となる運転状態では、膨張機と膨張弁の両方で冷媒を膨張させ、それによって圧縮機の通過冷媒量と膨張機の通過冷媒量とをバランスさせている。
特開2001−116371号公報 特開2003−121018号公報
上述のように、膨張機を備える従来の冷凍装置では、膨張機を通過する冷媒の状態を変化させることによって、圧縮機の通過冷媒量と膨張機の通過冷媒量とをバランスさせている。このため、膨張機で冷媒から回収できる動力が減少してしまい、COPの向上が不充分となるおそれがある。つまり、冷媒の一部が膨張機をバイパスすることになると、膨張機を通過する冷媒量が減少することとなり、膨張機で得られる動力が減少してしまう。また、膨張弁と膨張機の両方で冷媒を膨張させると、膨張機の出入口における圧力差が減少することとなり、この場合も膨張機で得られる動力が減少してしまう。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機を備える冷凍装置において、膨張機で回収できる動力量は減少させずに、運転状態の如何に拘わらず圧縮機の通過冷媒量と膨張機の通過冷媒量とをバランスさせることを可能とすることにある。
第1の発明は、動力回収用の膨張機(16)が接続された冷媒回路(11)を備え、該冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置を対象としている。そして、上記冷媒回路(11)を循環する冷媒の量を調節するために該冷媒回路(11)における膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置された冷媒調整タンク(14)と、上記冷媒調整タンク(14)内の液冷媒を上記圧縮機(15)の吸入側へ供給するための液インジェクション通路(31)と、上記液インジェクション通路(31)における冷媒流量を調節するための液流量調節機構(32)とを備えるものである。
第2の発明は、上記第1の発明において、冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路のうち蒸発器よりも下流側に配置されるものである。
第3の発明は、上記第1の発明において、冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路のうち蒸発器よりも上流側に配置されるものである。
第4の発明は、上記第3の発明において、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒を圧縮機(15)の吸入側へ供給するためのガスインジェクション通路(33)と、上記ガスインジェクション通路(33)における冷媒流量を調節するためのガス流量調節機構(34)とを備えるものである。
第5の発明は、上記第1,第2,第3又は第4の発明において、冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定されるものである。
第6の発明は、上記第1,第2又は第3の発明において、冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)を備えるものである。
第7の発明は、上記第4の発明において、冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)を備えるものである。
第8の発明は、上記第1,第2又は第3の発明において、冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、上記冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)を備えるものである。
第9の発明は、上記第4の発明において、冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、上記冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)を備えるものである。
第10の発明は、上記第6,第7,第8又は第9の発明において、制御手段(90)は、冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの成績係数がその時の運転状態において得られる最高の値となるように、冷凍サイクルの運転状態に基づいて制御目標値を設定するように構成されるものである。
第11の発明は、上記第5〜第10の何れか1つの発明において、冷媒回路(11)には、二酸化炭素が冷媒として充填されているものである。
−作用−
上記第1の発明では、冷媒回路(11)に膨張機(16)が設けられる。この冷媒回路(11)において、圧縮機(15)から吐出された冷媒は、例えば室外空気へ放熱してから膨張機(16)で膨張し、続いて空気等から吸熱して蒸発した後に圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。冷媒回路(11)では、このように冷媒が循環し、冷凍サイクルが行われる。冷媒回路(11)には、冷媒調整タンク(14)が設けられる。この冷媒調整タンク(14)は、内部に貯留された液冷媒の量を変化させることにより、冷媒回路(11)を循環する冷媒量を調節するためのものである。
この発明の冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒を、液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給可能となっている。液インジェクション通路(31)における冷媒流量は、液流量調節機構(32)を操作することによって調節される。例えば、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の過熱度が高くなってその密度が小さくなり過ぎると、圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量に比べて過少となり、冷凍サイクルの高圧を適切な値に設定できなくなるおそれがある。このような場合に液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ液冷媒を供給すると、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の密度が増大し、圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量とバランスする。
上記第2の発明では、冷媒回路(11)の蒸発器から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路に冷媒調整タンク(14)が配置される。この冷媒回路(11)において、蒸発器から流出した冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ一旦流入する。そして、圧縮機(15)は、冷媒調整タンク(14)内の飽和ガス冷媒を吸入する。
上記第3の発明では、冷媒回路(11)の膨張機(16)から蒸発器へ至る冷媒流通経路に冷媒調整タンク(14)が配置される。この冷媒回路(11)において、膨張機(16)から流出した冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ一旦流入する。そして、蒸発器へは、冷媒調整タンク(14)内の飽和液冷媒が供給される。
上記第4の発明では、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒を、ガスインジェクション通路(33)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給可能となっている。ガスインジェクション通路(33)における冷媒流量は、ガス流量調節機構(34)を操作することによって調節される。例えば、圧縮機(15)へ吸入される冷媒が湿り状態となってその密度が大きくなり過ぎると、圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量に比べて過多となり、冷凍サイクルの高圧を適切な値に設定できなくなるおそれがある。このような場合にガスインジェクション通路(33)を通じて圧縮機(15)の吸入側へガス冷媒を供給すると、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の密度が減少し、圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量とバランスする。
上記第5,第6及び第7の発明では、冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定される。つまり、圧縮機(15)から吐出される冷媒は、超臨界状態となっている。
上記第6の発明では、液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)が設けられる。制御手段(90)が液流量調節機構(32)を操作すると、液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化する。これに伴って圧縮機(15)の吸入冷媒の状態が変化し、圧縮機(15)の吐出冷媒の温度も変化する。そして、制御手段(90)は、圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように、液流量調節機構(32)を操作して液インジェクション通路(31)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節する。
上記第7の発明では、液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)が設けられる。制御手段(90)が液流量調節機構(32)を操作すると、液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化する。一方、制御手段(90)がガス流量調節機構(34)を操作すると、ガスインジェクション通路(33)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化する。これに伴って圧縮機(15)の吸入冷媒の密度が変化し、圧縮機(15)の吐出冷媒の温度も変化する。そして、制御手段(90)は、圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように、液流量調節機構(32)を操作して液インジェクション通路(31)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節し、あるいはガス流量調節機構(34)を操作してガスインジェクション通路(33)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節する。
上記第8の発明では、液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)が設けられる。制御手段(90)が液流量調節機構(32)を操作すると、液インジェクション通路(31)から圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化し、圧縮機(15)の吸入冷媒の状態が変化する。そして、圧縮機(15)の吐出冷媒の密度が変化することから、膨張機(16)へ流入する冷媒の密度も変化し、それに伴って冷凍サイクルの高圧が変化する。そこで、制御手段(90)は、冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように、液流量調節機構(32)を操作して液インジェクション通路(31)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節する。
上記第9の発明では、液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)が設けられる。制御手段(90)が液流量調節機構(32)を操作すると、液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化する。一方、制御手段(90)がガス流量調節機構(34)を操作すると、ガスインジェクション通路(33)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ供給される冷媒の流量が変化する。このように液流量調節機構(32)やガス流量調節機構(34)を操作すると、圧縮機(15)の吸入冷媒の状態が変化する。そして、圧縮機(15)の吐出冷媒の密度が変化することから、膨張機(16)へ流入する冷媒の密度も変化し、それに伴って冷凍サイクルの高圧が変化する。そこで、制御手段(90)は、冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように、液流量調節機構(32)を操作して液インジェクション通路(31)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節し、あるいはガス流量調節機構(34)を操作してガスインジェクション通路(33)から圧縮機(15)への冷媒供給量を調節する。
上記第10の発明では、制御手段(90)が冷凍サイクルの運転状態に基づいて制御目標値を設定する。その際、制御手段(90)は、冷凍サイクルの高圧がその時の運転状態で最高のCOPを得られる値となるように、制御目標値の値を定める。
上記第11の発明では、冷媒回路(11)に充填する冷媒として二酸化炭素(CO2)が用いられる。
本発明では、冷媒回路(11)に液インジェクション通路(31)が設けられており、この液インジェクション通路(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ液冷媒を供給可能となっている。そして、何ら対策を講じなければ圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とのバランスが崩れてしまる運転状態であっても、圧縮機(15)の吸入側へ液冷媒を供給して圧縮機(15)の吸入冷媒の密度を調節することで、両者をバランスさせて冷凍サイクルの高圧を適切な値に設定することが可能となる。
このように、本発明によれば、放熱後の全ての冷媒をそのままの状態で膨張機(16)へ導入しながら、圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とのバランスをとることができる。従って、本発明によれば、膨張機(16)で回収できる動力量は減少させずに、運転状態の如何に拘わらず圧縮機(15)の通過冷媒量と膨張機(16)の通過冷媒量とをバランスさせることが可能となる。
特に、上記第4の発明では、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒をガスインジェクション通路(33)によって圧縮機(15)の吸入側へ供給可能となっている。従って、この発明によれば、何ら対策を講じなければ圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量に比べて過多となるような運転状態でも、ガスインジェクション通路(33)から圧縮機(15)の吸入側へガス冷媒を供給することで、圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とをバランスさせることが可能となる。
上記第10の発明では、その時の運転状態で最高のCOPを得られるように制御手段(90)が制御目標値を設定する。従って、この第10の発明によれば、圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とを単にバランスさせるだけでなく、冷凍サイクルの運転条件を最適化することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
《発明の実施形態1》
本発明の実施形態1について説明する。本実施形態の空調機(10)は、本発明に係る冷凍装置によって構成されている。
図1に示すように、上記空調機(10)は、冷媒回路(11)を備えている。この冷媒回路(11)は、二酸化炭素(CO2)が冷媒として充填された閉回路である。冷媒回路(11)には、圧縮機(15)と、膨張機(16)と、室外熱交換器(12)と、室内熱交換器(13)と、冷媒調整タンク(14)とが設けられている。また、冷媒回路(11)には、2つの四方切換弁(21,22)が設けられている。
上記圧縮機(15)及び膨張機(16)は、何れも容積型の流体機械(揺動ピストン型のロータリ流体機械、ローリングピストン型のロータリ流体機械、スクロール流体機械など)によって構成されている。圧縮機(15)と膨張機(16)は、モータ(17)と共に1つのケーシングに収納されている。図示しないが、圧縮機(15)と膨張機(16)とモータ(17)は、1本の軸によって連結されている。
上記室外熱交換器(12)及び室内熱交換器(13)は、何れも冷媒を空気と熱交換させるフィン・アンド・チューブ熱交換器によって構成されている。また、上記冷媒調整タンク(14)は、縦長の円筒状に形成されたタンクである。
上記2つの四方切換弁(21,22)は、それぞれが4つのポートを備えている。そして、各四方切換弁(21,22)は、第1のポートと第3のポートが連通し且つ第2のポートと第4のポートが連通する第1状態(図1に実線で示す状態)と、第1のポートと第4のポートが連通し且つ第2のポートと第3のポートが連通する第2状態(図1に破線で示す状態)とに切り換え自在となっている。
上記冷媒回路(11)の構成について説明する。圧縮機(15)は、その吸入側が第1四方切換弁(21)の第2のポートに、その吐出側が第1四方切換弁(21)の第1のポートにそれぞれ接続されている。第1四方切換弁(21)は、第3のポートが室外熱交換器(12)の一端に、第4のポートが室内熱交換器(13)の一端にそれぞれ接続されている。膨張機(16)は、その流入側が第2四方切換弁(22)の第3のポートに、その流出側が冷媒調整タンク(14)の上部にそれぞれ接続されている。冷媒調整タンク(14)の下部は、第2四方切換弁(22)の第4のポートに接続されている。第2四方切換弁(22)は、第1のポートが室外熱交換器(12)の他端に、第2のポートが室内熱交換器(13)の他端にそれぞれ接続されている。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。
上記冷媒回路(11)には、液インジェクション通路を構成する液インジェクション配管(31)と、ガスインジェクション通路を構成するガスインジェクション配管(33)とが設けられている。液インジェクション配管(31)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の底部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。液インジェクション配管(31)の途中には、液側流量調節機構としての液側調節弁(32)が設けられている。ガスインジェクション配管(33)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の頂部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。ガスインジェクション配管(33)の途中には、ガス側流量調節機構としてのガス側調節弁(34)が設けられている。液側調節弁(32)とガス側調節弁(34)は、何れも開度可変の電動弁によって構成されている。
上記空調機(10)には、制御手段としてのコントローラ(90)が設けられている。このコントローラ(90)は、液側調節弁(32)とガス側調節弁(34)の開度調節を行うように構成されている。具体的に、このコントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の目標値を制御目標値として設定し、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるように液側調節弁(32)とガス側調節弁(34)の開度を調節する。その際、コントローラ(90)は、その時点の運転状態において冷凍サイクルの成績係数(COP)が最高となるような冷凍サイクルの高圧の値を、制御目標値に設定する。
−運転動作−
上記空調機(10)の動作について説明する。
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)が第1状態(図1に実線で示す状態)に設定され、冷媒回路(11)内で冷媒が図1に実線の矢印で示すように循環する。その際には、室外熱交換器(12)がガスクーラとなり、室内熱交換器(13)が蒸発器となる。
具体的に、圧縮機(15)から吐出された超臨界状態の冷媒は、室外熱交換器(12)へ流入して室外空気へ放熱し、その後に膨張機(16)へ流入する。膨張機(16)では流入した冷媒が膨張し、それによって得られた動力が圧縮機(15)へ伝達される。膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。冷媒調整タンク(14)から流出した液冷媒は、室内熱交換器(13)へ流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器(13)では、室内空気が冷媒によって冷却される。室内熱交換器(13)で蒸発した冷媒は、圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)が第2状態(図1に破線で示す状態)に設定され、冷媒回路(11)内で冷媒が図1に破線の矢印で示すように循環する。その際には、室内熱交換器(13)がガスクーラとなり、室外熱交換器(12)が蒸発器となる。
具体的に、圧縮機(15)から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器(13)へ流入して室内空気へ放熱し、その後に膨張機(16)へ流入する。室内熱交換器(13)では、室内空気が冷媒によって加熱される。膨張機(16)では流入した冷媒が膨張し、それによって得られた動力が圧縮機(15)へ伝達される。膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。冷媒調整タンク(14)から流出した液冷媒は、室外熱交換器(12)へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(12)で蒸発した冷媒は、圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
−コントローラの制御動作−
先ず、液側調節弁(32)やガス側調節弁(34)の開度を変化させた場合に、冷凍サイクルの運転状態がどの様に変化するかを説明する。
図2のモリエル線図(圧力−エンタルピ線図)には、冷媒の蒸発圧力(即ち冷凍サイクルの低圧)がPLであって、ガスクーラ出口における冷媒温度がTgcである冷凍サイクルを図示してある。この運転状態で最高の成績係数が得られる冷凍サイクルは、A−B−C−Dで表された冷凍サイクルであるとする。つまり、圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度がTdとなった場合(即ち冷凍サイクルの高圧がPHとなった場合)に、冷凍サイクルのCOPが最高になると仮定する。
なお、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力を超えるいわゆる超臨界サイクルでは、冷媒の蒸発圧力(即ち冷凍サイクルの低圧)と、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の状態(具体的には過熱度あるいは湿り度)と、ガスクーラ出口での冷媒温度とを決めれば、それに応じて冷凍サイクルのCOPが最高となる冷凍サイクルの高圧を特定できる。
冷媒回路(11)において、A'−B'−C'−D'で表された冷凍サイクルが行われていたとする。このときには、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の状態が点A'の状態となっている。点A'の状態の冷媒は、点Aの状態の冷媒に比べて密度が低くなっている。この場合に、液インジェクション配管(31)からの液冷媒の供給を開始し、あるいは液インジェクション配管(31)からの液冷媒の供給量を増大させると、圧縮機(15)へ吸入される冷媒は、点A'の状態から点Aの状態へ近付き、その密度が上昇する。圧縮機(15)へ吸入される冷媒の密度が上昇すると、それに伴って膨張機(16)へ流入する冷媒の密度も上昇する。このため、点C'は、温度Tgcの等温線上を密度が大きくなる方向へ移動し、点Cに近付いてゆく。そして、冷凍サイクルの高圧PH'が上昇して圧力PHに近付くと共に、圧縮機(15)の吐出冷媒の温度が低下して温度Tdに近付くこととなり、冷凍サイクル全体がA−B−C−Dで表される理想的なものに近くなってゆく。
また、冷媒回路(11)において、A''−B''−C''−D''で表された冷凍サイクルが行われていたとする。このときには、圧縮機(15)へ吸入される冷媒の状態が点A''の状態となっている。点A''の状態の冷媒は、点Aの状態の冷媒に比べて密度が高くなっている。この場合に、ガスインジェクション配管(33)からのガス冷媒の供給を開始し、あるいはガスインジェクション配管(33)からのガス冷媒の供給量を増大させると、圧縮機(15)へ吸入される冷媒は、点A''の状態から点Aの状態へ近付き、その密度が低下する。圧縮機(15)へ吸入される冷媒の密度が低下すると、それに伴って膨張機(16)へ流入する冷媒の密度も低下する。このため、点C''は、温度Tgcの等温線上を密度が小さくなる方向へ移動し、点Cに近付いてゆく。そして、冷凍サイクルの高圧PH''が低下して圧力PHに近付くと共に、圧縮機(15)の吐出冷媒の温度が上昇して温度Tdに近付くこととなり、冷凍サイクル全体がA−B−C−Dで表される理想的なものに近くなってゆく。
次に、コントローラ(90)の制御動作について説明する。上述のように、コントローラ(90)は、圧縮機(15)からの吐出冷媒温度に関する制御目標値を設定する。具体的に、コントローラ(90)は、冷凍サイクルの低圧圧力の実測値とガスクーラ出口の冷媒温度の実測値とを、センサ等から取得する。一方、このコントローラ(90)は、冷凍サイクルのCOPが最高となる圧縮機(15)の吐出冷媒温度を、冷凍サイクルの低圧圧力とガスクーラ出口の冷媒温度との関数として予め記憶している。その際、圧縮機(15)の吸入冷媒の状態は、例えば「過熱度5℃である」あるいは「飽和状態である」というように、予め定めておく。コントローラ(90)は、この記憶する関数に取得した実測値を代入して演算を行い、それによって得られた値を制御目標値に設定する。
そして、コントローラ(90)は、設定した制御目標値を圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値と対比し、その結果に基づいて液側調節弁(32)やガス側調節弁(34)の開度を制御する。
例えば、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高かったとする。このとき、ガス側調節弁(34)が開いている状態であれば、コントローラ(90)はガス側調節弁(34)の開度を絞ってゆく。ガス側調節弁(34)が全閉になっても依然として圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高ければ、コントローラ(90)は液側調節弁(32)の開度を増大させてゆく。逆に、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも低かったとする。このとき、液側調節弁(32)が開いている状態であれば、コントローラ(90)は液側調節弁(32)の開度を絞ってゆく。液側調節弁(32)が全閉になっても依然として圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも低ければ、コントローラ(90)はガス側調節弁(34)の開度を増大させてゆく。
−実施形態1の効果−
本実施形態の空調機(10)では、冷媒回路(11)に液インジェクション配管(31)が設けられており、この液インジェクション配管(31)を通じて圧縮機(15)の吸入側へ液冷媒を供給可能となっている。そして、何ら対策を講じなければ圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とのバランスが崩れてしまう運転状態であっても、圧縮機(15)の吸入側へ液冷媒を供給して圧縮機(15)の吸入冷媒の密度を調節することで、両者をバランスさせて冷凍サイクルの高圧を適切な値に設定することが可能となる。
このように、本実施形態によれば、ガスクーラから流出した冷媒の全てをそのままの状態で膨張機(16)へ導入しながら、圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量をバランスさせることができる。従って、本実施形態によれば、膨張機(16)で回収できる動力量は減少させずに、運転状態の如何に拘わらず圧縮機(15)の通過冷媒量と膨張機(16)の通過冷媒量とをバランスさせることが可能となる。
また、本実施形態の空調機(10)では、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒をガスインジェクション配管(33)によって圧縮機(15)の吸入側へ供給可能となっている。従って、本実施形態によれば、何ら対策を講じなければ圧縮機(15)を通過できる冷媒量が膨張機(16)を通過できる冷媒量に比べて過多となるような運転状態でも、ガスインジェクション配管(33)から圧縮機(15)の吸入側へガス冷媒を供給することで、圧縮機(15)を通過できる冷媒量と膨張機(16)を通過できる冷媒量とをバランスさせることが可能となる。
《発明の実施形態2》
本発明の実施形態2について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態1の空調機(10)において冷媒回路(11)とコントローラ(90)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態1と異なる点を説明する。
図3に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)では、第2四方切換弁(22)に代えてブリッジ回路(40)が設けられている。上記ブリッジ回路(40)は、4つの逆止弁(41〜44)をブリッジ状に接続したものである。このブリッジ回路(40)は、第1逆止弁(41)及び第4逆止弁(44)の流入側が膨張機(16)の流出側に、第2逆止弁(42)及び第3逆止弁(43)の流出側が膨張機(16)の流入側に、第1逆止弁(41)の流出側及び第2逆止弁(42)の流入側が室内熱交換器(13)の他端に、第3逆止弁(43)の流入側及び第4逆止弁(44)の流出側が室外熱交換器(12)の他端にそれぞれ接続されている。
また、本実施形態の冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)の配置が上記実施形態1と相違している。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。具体的に、この冷媒調整タンク(14)は、その上部が第1四方切換弁(21)の第2のポートに、その頂部が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。
また、本実施形態の冷媒回路(11)では、液インジェクション配管(31)及び液側調節弁(32)だけが設けられており、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)は省略されている。この冷媒回路(11)において、液インジェクション配管(31)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の底部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。この点は、上記実施形態1の場合と同様である。
また、本実施形態のコントローラ(90)は、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)を省略したことに伴い、液側調節弁(32)の開度調節だけを行うように構成されている。つまり、このコントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の目標値を制御目標値として設定し、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるように液側調節弁(32)の開度を調節する。
−運転動作−
上記空調機(10)の動作について説明する。
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第1四方切換弁(21)が第1状態(図3に実線で示す状態)に設定され、冷媒回路(11)内で冷媒が図3に実線の矢印で示すように循環する。その際には、室外熱交換器(12)がガスクーラとなり、室内熱交換器(13)が蒸発器となる。
具体的に、圧縮機(15)から吐出された超臨界状態の冷媒は、室外熱交換器(12)へ流入して室外空気へ放熱し、その後に膨張機(16)へ流入する。膨張機(16)では流入した冷媒が膨張し、それによって得られた動力が圧縮機(15)へ伝達される。膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器(13)へ流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。室内熱交換器(13)では、室内空気が冷媒によって冷却される。室内熱交換器(13)を通過した冷媒は冷媒調整タンク(14)へ流入し、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒が圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。その際、冷媒調整タンク(14)には液冷媒が貯留されているため、冷媒調整タンク(14)から圧縮機(15)へ吸入されるガス冷媒は飽和状態となる。
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第1四方切換弁(21)が第2状態(図1に破線で示す状態)に設定され、冷媒回路(11)内で冷媒が図3に破線の矢印で示すように循環する。その際には、室内熱交換器(13)がガスクーラとなり、室外熱交換器(12)が蒸発器となる。
具体的に、圧縮機(15)から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器(13)へ流入して室内空気へ放熱し、その後に膨張機(16)へ流入する。室内熱交換器(13)では、室内空気が冷媒によって加熱される。膨張機(16)では流入した冷媒が膨張し、それによって得られた動力が圧縮機(15)へ伝達される。膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器(12)へ流入し、室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(12)を通過した冷媒は冷媒調整タンク(14)へ流入し、冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒が圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。その際、冷媒調整タンク(14)には液冷媒が貯留されているため、冷媒調整タンク(14)から圧縮機(15)へ吸入されるガス冷媒は飽和状態となる。
−コントローラの制御動作−
上記コントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度に関する制御目標値を設定する。その際、コントローラ(90)は、上記実施形態1の場合と同様にして制御目標値を設定する。つまり、コントローラ(90)は、冷凍サイクルの低圧圧力の実測値とガスクーラ出口の冷媒温度の実測値とに基づいて演算を行い、冷凍サイクルのCOPが最高となる圧縮機(15)の吐出冷媒温度を算出し、その値を制御目標値に設定する。
そして、コントローラ(90)は、設定した制御目標値を圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値と対比し、その結果に基づいて液側調節弁(32)の開度を制御する。つまり、コントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高ければ液側調節弁(32)の開度を拡大する一方、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも低ければ液側調節弁(32)の開度を縮小する。
《発明の実施形態3》
本発明の実施形態3について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態2の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態2と異なる点を説明する。
図4に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)には、内部熱交換器(50)が追加されている。内部熱交換器(50)は、第1流路(51)と第2流路(52)とを備えており、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒を熱交換させる。また、内部熱交換器(50)では、第2流路(52)に臨む伝熱面積が第1流路(51)に臨む伝熱面積よりも大きくなっている。この内部熱交換器(50)は、第1流路(51)がブリッジ回路(40)と室外熱交換器(12)の間の配管に接続され、第2流路(52)がブリッジ回路(40)と室内熱交換器(13)の間の配管に接続されている。
−運転動作−
冷房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図4に実線の矢印で示すように循環する。その際、内部熱交換器(50)では、室外熱交換器(12)から流出した液冷媒が第1流路(51)を流れ、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒が第2流路(52)を流れる。つまり、内部熱交換器(50)では、伝熱面積の広い第2流路(52)を気液二相状態の冷媒が流れる。このため、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒との間における熱交換量が比較的多くなり、第1流路(51)を通過する間に液冷媒の温度が比較的大きく低下する。第1流路(51)を通過する間に温度低下した冷媒は、その後に膨張機(16)へ送られる。このように、膨張機(16)へは、内部熱交換器(50)で冷却されて密度が大きくなった冷媒が導入される。
一方、暖房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図4に破線の矢印で示すように循環する。その際、内部熱交換器(50)では、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒が第1流路(51)を流れ、室内熱交換器(13)から流出した液冷媒が第2流路(52)を流れる。つまり、内部熱交換器(50)では、伝熱面積の狭い第1流路(51)を気液二相状態の冷媒が流れる。このため、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒との間における熱交換量が比較的少なくなり、第1流路(51)を通過する間に液冷媒の温度はさほど低下しない。第1流路(51)を通過した冷媒は、その後に膨張機(16)へ送られる。このように、膨張機(16)へは、内部熱交換器(50)でさほど冷却されずに密度も殆ど変化しなかった冷媒が導入される。
《発明の実施形態4》
本発明の実施形態4について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態3の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態3と異なる点を説明する。
図5に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)の配置が上記実施形態3と相違している。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。
上記冷媒回路(11)には、第5逆止弁(45)と第6逆止弁(46)とが追加されている。第5逆止弁(45)は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)と室内熱交換器(13)を接続する配管に設けられている。この第5逆止弁(45)は、その流入側が室内熱交換器(13)寄りとなり、その流出側が内部熱交換器(50)寄りとなる姿勢で配置されている。第6逆止弁(46)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と室外熱交換器(12)を接続する配管に設けられている。この第6逆止弁(46)は、その流入側が室外熱交換器(12)寄りとなり、その流出側が内部熱交換器(50)寄りとなる姿勢で配置されている。
また、上記冷媒回路(11)には、導入管(60)が追加されている。この導入管(60)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の頂部に接続されている。導入管(60)の他端側は二手に分岐しており、分岐した一方が第1導入分岐管(61)となって他方が第2導入分岐管(62)となっている。第1導入分岐管(61)は、第5逆止弁(45)と内部熱交換器(50)の間に接続されている。この第1導入分岐管(61)には、第1電磁弁(56)が設けられている。第2導入分岐管(62)は、第6逆止弁(46)と内部熱交換器(50)の間に接続されている。この第2導入分岐管(62)には、第2電磁弁(57)が設けられている。
また、上記冷媒回路(11)には、第1導出管(68)と第2導出管(69)とが追加されている。第1導出管(68)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の下部に、他端が室内熱交換器(13)と第5逆止弁(45)の間にそれぞれ接続されている。この第1導出管(68)には、その一端から他端へ向かう冷媒の流通だけを許容する第7逆止弁(47)が設けられている。第2導出管(69)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の下部に、他端が室外熱交換器(12)と第6逆止弁(46)の間にそれぞれ接続されている。この第2導出管(69)には、その一端から他端へ向かう冷媒の流通だけを許容する第8逆止弁(48)が設けられている。
−運転動作−
冷房運転時には、第1電磁弁(56)が開かれ、第2電磁弁(57)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図5に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過し、その後に第1導入分岐管(61)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)では、流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒に分離される。冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第1導出管(68)を通って室内熱交換器(13)へ送られる。
一方、暖房運転時には、第1電磁弁(56)が閉じられ、第2電磁弁(57)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図5に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過し、その後に第2導入分岐管(62)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)では、流入した冷媒が液冷媒とガス冷媒に分離される。冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第2導出管(69)を通って室外熱交換器(12)へ送られる。
−実施形態4の変形例1−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図6に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、第1電磁弁(56)及び第2電磁弁(57)に代えて第1三方弁(26)が設けられている。第1三方弁(26)は、導入管(60)において第1導入分岐管(61)と第2導入分岐管(62)が合流する箇所に設けられている。この第1三方弁(26)は、その第2のポートに第1導入分岐管(61)が、その第3のポートに第2導入分岐管(62)がそれぞれ接続されている。
また、上記冷媒回路(11)では、第1導出管(68)及び第2導出管(69)に代えて導出管(65)が設けられている。この導出管(65)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の下部に接続されている。導出管(65)の他端側は二手に分岐しており、分岐した一方が第1導出分岐管(66)となって他方が第2導出分岐管(67)となっている。第1導出分岐管(66)は、室内熱交換器(13)と第5逆止弁(45)の間に接続されている。第2導出分岐管(67)は、室外熱交換器(12)と第6逆止弁(46)の間に接続されている。
この導出管(65)には、第2三方弁(27)が設けられている。この第2三方弁(27)は、第1導出分岐管(66)と第2導出分岐管(67)が合流する箇所に設けられている。この第2三方弁(27)は、その第2のポートに第1導出分岐管(66)が、その第3のポートに第2導出分岐管(67)がそれぞれ接続されている。
冷房運転時において、第1三方弁(26)及び第2三方弁(27)は、何れも第1のポートと第2のポートが連通する状態(図6に実線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図6に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過し、その後に第1導入分岐管(61)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って室内熱交換器(13)へ送られる。
一方、暖房運転時には、第1三方弁(26)及び第2三方弁(27)は、何れも第1のポートと第3のポートが連通する状態(図6に破線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図6に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過し、その後に第2導入分岐管(62)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って室外熱交換器(12)へ送られる。
−実施形態4の変形例2−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図7に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、ブリッジ回路(40)に代えて第2四方切換弁(22)が設けられている。第2四方切換弁(22)は、第1のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)に、第2のポートが内部熱交換器(50)の第2流路(52)に、第3のポートが膨張機(16)の流入側に、第4のポートが膨張機(16)の流出側にそれぞれ接続されている。
また、上記冷媒回路(11)では、第1,第2電磁弁(56,57)と第5〜第8逆止弁(45〜48)とが省略され、その代わりに第3四方切換弁(23)及び第4四方切換弁(24)が設けられている。第3四方切換弁(23)は、第1のポートが第1導出管(68)に、第2のポートが内部熱交換器(50)の第2流路(52)に、第3のポートが室内熱交換器(13)の他端に、第4のポートが第1導入分岐管(61)にそれぞれ接続されている。第4四方切換弁(24)は、第1のポートが室外熱交換器(12)の他端に、第2のポートが第2導入分岐管(62)に、第3のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)に、第4のポートが第2導出管(69)にそれぞれ接続されている。
冷房運転時には、全ての四方切換弁(21〜24)が図7に実線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図7に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過し、その後に第1導入分岐管(61)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って室内熱交換器(13)へ送られる。
一方、暖房運転時には、全ての四方切換弁(21〜24)が図7に破線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図7に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過し、その後に第2導入分岐管(62)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って室外熱交換器(12)へ送られる。
−実施形態4の変形例3−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図8に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、ブリッジ回路(40)に代えて第2四方切換弁(22)が設けられている。第2四方切換弁(22)は、第1のポートが後述する第3四方切換弁(23)に、第2のポートが内部熱交換器(50)の第2流路(52)に、第3のポートが膨張機(16)の流入側に、第4のポートが膨張機(16)の流出側にそれぞれ接続されている。
また、上記冷媒回路(11)では、第6逆止弁(46)が省略され、その代わりに第3四方切換弁(23)及び第3電磁弁(58)が追加されている。第3四方切換弁(23)は、第1のポートが室外熱交換器(12)の他端に、第2のポートが第2四方切換弁(22)の第1のポートに、第3のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)の一端に、第4のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)の他端にそれぞれ接続されている。第3電磁弁(58)は、第3四方切換弁(23)の第4のポートと内部熱交換器(50)の第1流路(51)との間に配置されている。
上記冷媒回路(11)では、第2導入分岐管(62)及び第2導出管(69)の接続位置が変更されている。第2導入分岐管(62)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と第3電磁弁(58)の間に接続されている。第2導出管(69)は、第3四方切換弁(23)の第4のポートと第3電磁弁(58)の間に接続されている。
冷房運転時には、全ての四方切換弁(21〜23)が図8に実線で示す状態に設定されると共に、第1電磁弁(56)及び第3電磁弁(58)が開かれて第2電磁弁(57)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図8に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過し、その後に第1導入分岐管(61)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第1導出管(68)を通って室内熱交換器(13)へ送られる。
一方、暖房運転時には、全ての四方切換弁(21〜23)が図8に破線で示す状態に設定されると共に、第1電磁弁(56)及び第3電磁弁(58)が閉じられて第2電磁弁(57)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図8に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過し、その後に第2導入分岐管(62)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、第2導出管(69)を通って室外熱交換器(12)へ送られる。
《発明の実施形態5》
本発明の実施形態5について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態1の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態1と異なる点を説明する。
図9に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)では、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)の配置が上記実施形態1と相違している。第1四方切換弁(21)は、第1のポートが圧縮機(15)の吐出側に、第2のポートが冷媒調整タンク(14)の下部に、第3のポートが室外熱交換器(12)の一端に、第4のポートが室内熱交換器(13)の他端にそれぞれ接続されている。第2四方切換弁(22)は、第1のポートが室外熱交換器(12)の他端に、第2のポートが室内熱交換器(13)の一端に、第3のポートが膨張機(16)の流入側に、第4のポートが圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。そして、液インジェクション配管(31)とガスインジェクション配管(33)は、何れも圧縮機(15)の吸入側と第2四方切換弁(22)の間に接続されている。
−運転動作−
冷房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第1状態(図9に実線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図9に実線の矢印で示すように循環する。つまり、圧縮機(15)から吐出された冷媒は、室外熱交換器(12)、膨張機(16)、冷媒調整タンク(14)、室内熱交換器(13)を順に通過し、その後に圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
一方、暖房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第2状態(図9に破線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図9に破線の矢印で示すように循環する。つまり、圧縮機(15)から吐出された冷媒は、室内熱交換器(13)、膨張機(16)、冷媒調整タンク(14)、室外熱交換器(12)を順に通過し、その後に圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
《発明の実施形態6》
本発明の実施形態6について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態5の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態5と異なる点を説明する。
図10に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)の配置が上記実施形態5と相違している。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。具体的に、この冷媒調整タンク(14)は、その上部が第2四方切換弁(22)の第4のポートに、その頂部が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。冷媒調整タンク(14)の配置を変更したことに伴い、第1四方切換弁(21)は、その第2のポートが膨張機(16)の流出側に接続される。
また、本実施形態の冷媒回路(11)では、液インジェクション配管(31)及び液側調節弁(32)だけが設けられており、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)は省略されている。この冷媒回路(11)において、液インジェクション配管(31)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の底部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。この点は、上記実施形態5の場合と同様である。
また、本実施形態のコントローラ(90)は、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)を省略したことに伴い、液側調節弁(32)の開度調節だけを行うように構成されている。このコントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の目標値を制御目標値として設定し、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるように液側調節弁(32)の開度を調節する。つまり、このコントローラ(90)は、上記実施形態2のものと同様に構成されている。
−運転動作−
冷房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第1状態(図10に実線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図10に実線の矢印で示すように循環する。つまり、圧縮機(15)から吐出された冷媒は、室外熱交換器(12)、膨張機(16)、室内熱交換器(13)、冷媒調整タンク(14)を順に通過し、その後に圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
一方、暖房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第2状態(図10に破線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図10に破線の矢印で示すように循環する。つまり、圧縮機(15)から吐出された冷媒は、室内熱交換器(13)、膨張機(16)、室外熱交換器(12)、冷媒調整タンク(14)を順に通過し、その後に圧縮機(15)へ吸入されて圧縮される。
《発明の実施形態7》
本発明の実施形態7について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態5の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態5と異なる点を説明する。
図11に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)には、内部熱交換器(50)が追加されている。この内部熱交換器(50)は、上記実施形態3のものと同様に構成されている。つまり、内部熱交換器(50)では、第1流路(51)と第2流路(52)とが設けられると共に、第1流路(51)に臨む伝熱面積が第2流路(52)に臨む伝熱面積よりも大きくなっている。この内部熱交換器(50)は、第1流路(51)が第2四方切換弁(22)の第1のポートと室外熱交換器(12)の間に接続され、第2流路(52)が第2四方切換弁(22)の第2のポートと室内熱交換器(13)の間に接続されている。
−運転動作−
冷房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第1状態(図11に実線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図11に実線の矢印で示すように循環する。つまり、ガスクーラとして機能する室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過してから膨張機(16)へ流入する。また、蒸発器として機能する室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過してから圧縮機(15)へ吸入される。
一方、暖房運転時において、第1四方切換弁(21)及び第2四方切換弁(22)は、何れも第2状態(図11に破線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図11に破線の矢印で示すように循環する。つまり、ガスクーラとして機能する室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過してから膨張機(16)へ流入する。また、蒸発器として機能する室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過してから圧縮機(15)へ吸入される。
《発明の実施形態8》
本発明の実施形態8について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態7の空調機(10)において冷媒回路(11)及びコントローラ(90)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態7と異なる点を説明する。
図12に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)には、第1電磁弁(71)及び第2電磁弁(72)が追加されている。第1電磁弁(71)は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)と室内熱交換器(13)の間に配置されている。第2電磁弁(72)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と室外熱交換器(12)の間に配置されている。
上記冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)の配置が上記実施形態7と相違している。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。
冷媒調整タンク(14)の配置を変更したことに伴い、上記冷媒回路(11)では、第1四方切換弁(21)の第2のポートに膨張機(16)の流出側が接続される。また、この冷媒回路(11)には、第1導入管(63)と第2導入管(64)と導出管(65)とが追加されている。
上記第1導入管(63)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の上部に、他端が室内熱交換器(13)と第1電磁弁(71)の間にそれぞれ接続されている。この第1導入管(63)には、第3電磁弁(73)が設けられている。上記第2導入管(64)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の上部に、他端が室外熱交換器(12)と第2電磁弁(72)の間にそれぞれ接続されている。この第2導入管(64)には、第4電磁弁(74)が設けられている。
上記導出管(65)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の頂部に接続されている。導出管(65)の他端側は二手に分岐しており、分岐した一方が第1導出分岐管(66)となって他方が第2導出分岐管(67)となっている。第1導出分岐管(66)は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)と第1電磁弁(71)の間に接続されている。この第1導出分岐管(66)には、第1逆止弁(76)が設けられている。この第1逆止弁(76)は、冷媒調整タンク(14)から流出する方向の冷媒の流通だけを許容する。第2導出分岐管(67)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と第2電磁弁(72)の間に接続されている。この第2導出分岐管(67)には、第2逆止弁(77)が設けられている。この第2逆止弁(77)は、冷媒調整タンク(14)から流出する方向の冷媒の流通だけを許容する。
また、本実施形態の冷媒回路(11)では、液インジェクション配管(31)及び液側調節弁(32)だけが設けられており、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)は省略されている。この冷媒回路(11)において、液インジェクション配管(31)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の底部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。この点は、上記実施形態7の場合と同様である。
また、本実施形態のコントローラ(90)は、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)を省略したことに伴い、液側調節弁(32)の開度調節だけを行うように構成されている。このコントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の目標値を制御目標値として設定し、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるように液側調節弁(32)の開度を調節する。つまり、このコントローラ(90)は、上記実施形態2のものと同様に構成されている。
−運転動作−
冷房運転時には、第2電磁弁(72)及び第3電磁弁(73)が開かれ、第1電磁弁(71)及び第4電磁弁(74)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図12に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、第1導入管(63)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
一方、暖房運転時には、第2電磁弁(72)及び第3電磁弁(73)が閉じられ、第1電磁弁(71)及び第4電磁弁(74)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図12に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、第2導入管(64)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第1流路(51)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
−実施形態8の変形例1−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図13に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、第1〜第4電磁弁(71〜74)が省略され、その代わりに第1三方弁(26)及び第2三方弁(27)が設けられている。
第1三方弁(26)は、室内熱交換器(13)と内部熱交換器(50)の第2流路(52)とを繋ぐ配管の途中に設けられている。この第1三方弁(26)は、第1のポートが室内熱交換器(13)に、第3のポートが内部熱交換器(50)の第2流路(52)にそれぞれ接続されている。また、第1三方弁(26)の第2のポートには、第1導入管(63)が接続されている。
第2三方弁(27)は、室外熱交換器(12)と内部熱交換器(50)の第1流路(51)とを繋ぐ配管の途中に設けられている。この第2三方弁(27)は、第1のポートが室外熱交換器(12)に、第2のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)にそれぞれ接続されている。また、第2三方弁(27)の第3のポートには、第2導入管(64)が接続されている。
冷房運転時において、第1三方弁(26)及び第2三方弁(27)は、何れも第1のポートと第2のポートが連通する状態(図13に実線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図13に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、第1導入管(63)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
一方、暖房運転時には、第1三方弁(26)及び第2三方弁(27)は、何れも第1のポートと第3のポートが連通する状態(図13に破線で示す状態)に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図13に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、第2導入管(64)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第1流路(51)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
−実施形態8の変形例2−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図14に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、第1〜第4電磁弁(71〜74)と第1,第2逆止弁(76,77)が省略され、その代わりに第3四方切換弁(23)及び第4四方切換弁(24)が設けられている。
上記第3四方切換弁(23)は、室内熱交換器(13)と内部熱交換器(50)の第2流路(52)とを繋ぐ配管の途中に設けられている。この第3四方切換弁(23)は、第1のポートが室内熱交換器(13)に接続され、第4のポートが内部熱交換器(50)の第2流路(52)に接続されている。また、第3四方切換弁(23)は、第2のポートに第1導出分岐管(66)が、第3のポートが第1導入管(63)がそれぞれ接続されている。
上記第4四方切換弁(24)は、室外熱交換器(12)と内部熱交換器(50)の第1流路(51)とを繋ぐ配管の途中に設けられている。この第4四方切換弁(24)は、第1のポートが室外熱交換器(12)に接続され、第3のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)に接続されている。また、第4四方切換弁(24)は、第2のポートに第2導出分岐管(67)が、第4のポートが第2導入管(64)がそれぞれ接続されている。
冷房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3,第4四方切換弁(23,24)も図14に実線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図14に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、第1導入管(63)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
一方、暖房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3,第4四方切換弁(23,24)も図14に破線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図14に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、第2導入管(64)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第1流路(51)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
−実施形態8の変形例3−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図15に示すように、本変形例の冷媒回路(11)には、第3四方切換弁(23)が追加されている。また、この冷媒回路(11)では、第1,第2導入管(63,64)に代えて導入管(60)が設けられている。
上記冷媒回路(11)において、第3四方切換弁(23)は、室外熱交換器(12)から内部熱交換器(50)の第1流路(51)を経て第2四方切換弁(22)へ至る部分に配置されている。具体的に、第3四方切換弁(23)は、第1のポートが室外熱交換器(12)の他端に、第2のポートが第2四方切換弁(22)の第1のポートに、第3のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)の一端に、第4のポートが内部熱交換器(50)の第1流路(51)の他端にそれぞれ接続されている。また、この冷媒回路(11)において、第2電磁弁(72)は、第3四方切換弁(23)の第4のポートと内部熱交換器(50)の間に配置されている。尚、この冷媒回路(11)においても、第2導出分岐管(67)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と第2電磁弁(72)の間に接続されている。
上記導入管(60)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の上部に接続されている。導入管(60)の他端側は二手に分岐しており、分岐した一方が第1導入分岐管(61)となって他方が第2導入分岐管(62)となっている。第1導入分岐管(61)は、室内熱交換器(13)と第1電磁弁(71)の間に接続されている。この第1導入分岐管(61)には、第3電磁弁(73)が設けられている。第2導入分岐管(62)は、第3四方切換弁(23)の第4のポートと第2電磁弁(72)の間に接続されている。この第2導入分岐管(62)には、第4電磁弁(74)が設けられている。
冷房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3四方切換弁(23)も図15に実線で示す状態に設定されると共に、第2電磁弁(72)及び第3電磁弁(73)が開かれて第1電磁弁(71)及び第4電磁弁(74)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図15に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、第1導入分岐管(61)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
一方、暖房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3四方切換弁(23)も図15に破線で示す状態に設定されると共に、第2電磁弁(72)及び第3電磁弁(73)が閉じられて第1電磁弁(71)及び第4電磁弁(74)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図15に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、第2導入分岐管(62)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第1流路(51)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。
−実施形態8の変形例4−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。本変形例は、本実施形態の変形例2(図14を参照)において、内部熱交換器(50)の構成を変更したものである。
図16に示すように、本実施形態の内部熱交換器(50)には、第1流路(51)と第2流路(52)に加えて第3流路(53)が設けられている。この内部熱交換器(50)は、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒を熱交換させ、第1流路(51)の冷媒と第3流路(53)の冷媒を熱交換させるように構成されている。また、内部熱交換器(50)では、第2流路(52)に臨む伝熱面積が第1流路(51)や第3流路(53)に臨む伝熱面積よりも大きくなっている。
上記内部熱交換器(50)の第1流路(51)は、その一端が第4四方切換弁(24)の第3のポートに、他端が第2四方切換弁(22)の第1のポートにそれぞれ接続されている。また、内部熱交換器(50)の第2流路(52)は、その一端が第2四方切換弁(22)の第4のポートに、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。また、内部熱交換器(50)の第3流路(53)は、その一端が第3四方切換弁(23)の第4のポートに、他端が第2四方切換弁(22)の第2のポートにそれぞれ接続されている。
冷房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3,第4四方切換弁(23,24)も図16に実線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図16に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、第1導入管(63)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第1導出分岐管(66)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第3流路(53)を通過する。第3流路(53)を通過した冷媒は、その後に内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入し、この第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。また、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)へ流入し、この第1流路(51)を通過後に膨張機(16)へ流入する。
一方、暖房運転時には、第1,第2四方切換弁(21,22)だけでなく第3,第4四方切換弁(23,24)も図16に破線で示す状態に設定される。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図16に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、第2導入管(64)を通って冷媒調整タンク(14)へ流入する。冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒は、第2導出分岐管(67)を通って内部熱交換器(50)へ流入し、その第1流路(51)を通過する。第1流路(51)を通過した冷媒は、その後に内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入し、この第2流路(52)を通過後に圧縮機(15)へ吸入される。また、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第3流路(53)へ流入し、この第3流路(53)を通過後に膨張機(16)へ流入する。
《発明の実施形態9》
本発明の実施形態9について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態1の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態1と異なる点を説明する。
図17に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)には、内部熱交換器(50)が追加されている。この内部熱交換器(50)は、第1流路(51)と第2流路(52)とを備えており、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒を熱交換させる。内部熱交換器(50)の第1流路(51)は、第2四方切換弁(22)の第2のポートと室内熱交換器(13)を繋ぐ配管の途中に配置されている。一方、内部熱交換器(50)の第2流路(52)は、第2四方切換弁(22)の第3のポートと膨張機(16)を繋ぐ配管の途中に配置されている。
−運転動作−
冷房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図17に実線の矢印で示すように循環する。その際、冷媒調整タンク(14)から流出した液冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)へ流入する。また、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入する。内部熱交換器(50)では、第2流路(52)を流れる冷媒が第1流路(51)を流れる冷媒によって冷却される。そして、膨張機(16)へは、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過する際に冷却された冷媒が導入される。
一方、暖房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図17に破線の矢印で示すように循環する。その際、冷媒調整タンク(14)から流出した液冷媒は、内部熱交換器(50)を通らずに室外熱交換器(12)へ流入する。また、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過し、その後に内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入する。このため、内部熱交換器(50)では、第1流路(51)の冷媒と第2流路(52)の冷媒の間で殆ど熱交換が行われない。そして、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過した冷媒は、概ね室内熱交換器(13)から流出した時の状態のままで膨張機(16)へ流入する。
《発明の実施形態10》
本発明の実施形態10について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態9の空調機(10)において冷媒回路(11)とコントローラ(90)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態9と異なる点を説明する。
図18に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)では、冷媒調整タンク(14)の配置が上記実施形態9と相違している。この冷媒回路(11)において、冷媒調整タンク(14)は、室外熱交換器(12)と室内熱交換器(13)のうち蒸発器として機能する方から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されている。冷媒調整タンク(14)の配置を変更したことに伴い、この冷媒回路(11)では、膨張機(16)の流出側が第2四方切換弁(22)の第4のポートに接続されている。また、この冷媒回路(11)では、内部熱交換器(50)の配置が上記実施形態9と相違している。
具体的に、冷媒調整タンク(14)は、その下部が第1四方切換弁(21)の第2のポートに接続されている。一方、内部熱交換器(50)の第1流路(51)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の頂部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。尚、内部熱交換器(50)の第2流路(52)が第2四方切換弁(22)の第3のポートと膨張機(16)を繋ぐ配管の途中に配置される点は、上記実施形態9の場合と同様である。
また、上記冷媒回路(11)には、第1電磁弁(81)とバイパス配管(80)とが設けられている。第1電磁弁(81)は、第2四方切換弁(22)の第3のポートと内部熱交換器(50)の第2流路(52)との間に配置されている。バイパス配管(80)は、その一端が第2四方切換弁(22)と第1電磁弁(81)の間に、他端が内部熱交換器(50)の第2流路(52)と膨張機(16)の間にそれぞれ接続されている。このバイパス配管(80)には、第2電磁弁(82)が設けられている。
また、本実施形態の冷媒回路(11)では、液インジェクション配管(31)及び液側調節弁(32)だけが設けられており、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)は省略されている。この冷媒回路(11)において、液インジェクション配管(31)は、その一端が冷媒調整タンク(14)の底部に、他端が圧縮機(15)の吸入側にそれぞれ接続されている。この点は、上記実施形態1の場合と同様である。
また、本実施形態のコントローラ(90)は、ガスインジェクション配管(33)及びガス側調節弁(34)を省略したことに伴い、液側調節弁(32)の開度調節だけを行うように構成されている。このコントローラ(90)は、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の目標値を制御目標値として設定し、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値となるように液側調節弁(32)の開度を調節する。つまり、このコントローラ(90)は、上記実施形態2のものと同様に構成されている。
−運転動作−
冷房運転時には、第1電磁弁(81)が開かれて第2電磁弁(82)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図18に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入する。また、冷媒調整タンク(14)から流出したガス冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)へ流入する。内部熱交換器(50)では、第2流路(52)を流れる冷媒が第1流路(51)を流れる冷媒によって冷却される。そして、膨張機(16)へは、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過する際に冷却された冷媒が導入される。
一方、暖房運転時には、第1電磁弁(81)が閉じられて第2電磁弁(82)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図18に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、バイパス配管(80)へ流入し、内部熱交換器(50)を通らずに膨張機(16)へ流入する。つまり、膨張機(16)へ流入する冷媒は、概ね室内熱交換器(13)から流出した時の状態のままとなる。また、冷媒調整タンク(14)から流出したガス冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)を通過して圧縮機(15)へ吸入される。
−実施形態10の変形例−
本実施形態では、冷媒回路(11)を次のように構成してもよい。
図19に示すように、本変形例の冷媒回路(11)では、内部熱交換器(50)とバイパス配管(80)の配置が変更されている。
上記内部熱交換器(50)の第1流路(51)は、その一端が第2四方切換弁(22)の第4のポートに、他端が冷媒調整タンク(14)の上部にそれぞれ接続されている。尚、内部熱交換器(50)の第2流路(52)が第2四方切換弁(22)の第3のポートと膨張機(16)を繋ぐ配管の途中に配置される点は、同様である。
本変形例の冷媒回路(11)において、第1電磁弁(81)は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)と冷媒調整タンク(14)の間に配置されている。また、この冷媒回路(11)において、バイパス配管(80)は、その一端が内部熱交換器(50)の第1流路(51)と第2四方切換弁(22)の間に、他端が第1電磁弁(81)と冷媒調整タンク(14)の間にそれぞれ接続されている。尚、バイパス配管(80)に第2電磁弁(82)が設けられる点は、同様である。
冷房運転時には、第1電磁弁(81)が開かれて第2電磁弁(82)が閉じられる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図19に実線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)へ流入する。また、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第1流路(51)へ流入する。内部熱交換器(50)では、第2流路(52)を流れる冷媒が第1流路(51)を流れる冷媒によって冷却される。そして、膨張機(16)へは、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過する際に冷却された冷媒が導入される。
一方、暖房運転時には、第1電磁弁(81)が閉じられて第2電磁弁(82)が開かれる。そして、冷媒回路(11)では、冷媒が図19に破線の矢印で示すように循環する。具体的に、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、バイパス配管(80)へ流入し、内部熱交換器(50)を通らずに圧縮機(15)へ吸入される。また、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、内部熱交換器(50)の第2流路(52)を通過後に膨張機(16)へ流入する。そして、膨張機(16)へ流入する冷媒は、概ね室内熱交換器(13)から流出した時の状態のままとなる。
《発明の実施形態11》
本発明の実施形態11について説明する。本実施形態の空調機(10)は、上記実施形態1の空調機(10)において冷媒回路(11)の構成を変更したものである。ここでは、本実施形態の空調機(10)について、上記実施形態1と異なる点を説明する。
図20に示すように、本実施形態の冷媒回路(11)には、熱交換部(85)が設けられている。この冷媒回路(11)において、熱交換部(85)は、第2四方切換弁(22)の第1のポートと室外熱交換器(12)を繋ぐ配管の途中に設けられている。また、熱交換部(85)は、冷媒調整タンク(14)の内部に収納されており、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒に浸かった状態となっている。
−運転動作−
冷房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図20に実線の矢印で示すように循環する。その際、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ流入して液冷媒とガス冷媒に分離され、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒が室内熱交換器(13)へ送られる。また、室外熱交換器(12)から流出した冷媒は、熱交換部(85)へ流入し、冷媒調整タンク(14)内の液冷媒によって冷却される。熱交換部(85)で冷却された冷媒は、その後に膨張機(16)へ流入する。
一方、暖房運転時には、冷媒回路(11)内で冷媒が図20に破線の矢印で示すように循環する。その際、膨張機(16)から流出した気液二相状態の冷媒は、冷媒調整タンク(14)へ流入して液冷媒とガス冷媒に分離される。冷媒調整タンク(14)内の液冷媒は、熱交換部(85)を通過後に室外熱交換器(12)へ流入する。また、室内熱交換器(13)から流出した冷媒は、膨張機(16)へ流入する。
《その他の実施形態》
上記の各実施形態において、コントローラ(90)は、冷凍サイクルの高圧が所定の目標値となるように液側調節弁(32)やガス側調節弁(34)を開度制御するように構成されていてもよい。
この場合、コントローラ(90)は、冷凍サイクルの高圧に関する制御目標値を設定する。具体的に、コントローラ(90)は、冷凍サイクルの低圧圧力の実測値とガスクーラ出口の冷媒温度の実測値とを、センサ等から取得する。一方、このコントローラ(90)は、冷凍サイクルのCOPが最高となる冷凍サイクルの高圧を、冷凍サイクルの低圧圧力とガスクーラ出口の冷媒温度との関数として予め記憶している。その際、圧縮機(15)の吸入冷媒の状態は、例えば「過熱度5℃である」あるいは「飽和状態である」というように、予め定めておく。コントローラ(90)は、この記憶する関数に取得した実測値を代入して演算を行い、それによって得られた値を制御目標値に設定する。
そして、上記実施形態1,5,7,9,11のコントローラ(90)のように液側調節弁(32)及びガス側調節弁(34)の開度制御を行うものは、設定した制御目標値を冷凍サイクルの高圧の実測値と対比し、その結果に基づいて液側調節弁(32)やガス側調節弁(34)の開度を調節する。
例えば、冷凍サイクルの高圧の実測値が制御目標値よりも低かったとする。このとき、ガス側調節弁(34)が開いている状態であれば、コントローラ(90)はガス側調節弁(34)の開度を絞ってゆく。ガス側調節弁(34)が全閉になっても依然として圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高ければ、コントローラ(90)は液側調節弁(32)の開度を増大させてゆく。逆に、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高かったとする。このとき、液側調節弁(32)が開いている状態であれば、コントローラ(90)は液側調節弁(32)の開度を絞ってゆく。液側調節弁(32)が全閉になっても依然として圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも低ければ、コントローラ(90)はガス側調節弁(34)の開度を増大させてゆく。
また、上記実施形態2〜4,6,8,10のコントローラ(90)のように液側調節弁(32)の開度制御を行うものは、設定した制御目標値を冷凍サイクルの高圧の実測値と対比し、その結果に基づいて液側調節弁(32)の開度を調節する。
例えば、冷凍サイクルの高圧の実測値が制御目標値よりも低かったとすると、コントローラ(90)は、液側調節弁(32)の開度を増大させてゆく。逆に、圧縮機(15)の吐出冷媒温度の実測値が制御目標値よりも高かったとすると、コントローラ(90)は、ガス側調節弁(34)の開度を増大させてゆく。
以上説明したように、本発明は、動力回収用の膨張機(16)が接続された冷媒回路(11)を備える冷凍装置について有用である。
実施形態1の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 冷媒回路で行われる冷凍サイクルを示すモリエル線図(圧力−エンタルピ線図)である。 実施形態2の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態3の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態4の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態4の変形例1の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態4の変形例2の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態4の変形例3の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態5の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態6の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態7の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態8の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態8の変形例1の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態8の変形例2の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態8の変形例3の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態8の変形例4の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態9の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態10の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態10の変形例の空調機における冷媒回路の配管系統図である。 実施形態11の空調機における冷媒回路の配管系統図である。
符号の説明
(10) 空調機(冷凍装置)
(11) 冷媒回路
(14) 冷媒調整タンク
(15) 圧縮機
(16) 膨張機
(31) 液インジェクション配管(液インジェクション通路)
(32) 液側調節弁(液流量調節機構)
(33) ガスインジェクション配管(ガスインジェクション通路)
(34) ガス側調節弁(ガス流量調節機構)
(90) コントローラ(制御手段)

Claims (11)

  1. 動力回収用の膨張機(16)が接続された冷媒回路(11)を備え、該冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
    上記冷媒回路(11)を循環する冷媒の量を調節するために該冷媒回路(11)における膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路の途中に配置された冷媒調整タンク(14)と、
    上記冷媒調整タンク(14)内の液冷媒を上記圧縮機(15)の吸入側へ供給するための液インジェクション通路(31)と、
    上記液インジェクション通路(31)における冷媒流量を調節するための液流量調節機構(32)と
    を備えている冷凍装置。
  2. 請求項1に記載の冷凍装置において、
    冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路のうち蒸発器よりも下流側に配置されている冷凍装置。
  3. 請求項1に記載の冷凍装置において、
    冷媒調整タンク(14)は、膨張機(16)から圧縮機(15)へ至る冷媒流通経路のうち蒸発器よりも上流側に配置されている冷凍装置。
  4. 請求項3に記載の冷凍装置において、
    冷媒調整タンク(14)内のガス冷媒を圧縮機(15)の吸入側へ供給するためのガスインジェクション通路(33)と、
    上記ガスインジェクション通路(33)における冷媒流量を調節するためのガス流量調節機構(34)と
    を備えている冷凍装置。
  5. 請求項1,2,3又は4に記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定されている冷凍装置。
  6. 請求項1,2又は3に記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、
    圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
  7. 請求項4に記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、
    圧縮機(15)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
  8. 請求項1,2又は3に記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、
    上記冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)を操作する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
  9. 請求項4に記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定され、
    上記冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液流量調節機構(32)及びガス流量調節機構(34)を操作する制御手段(90)を備えている冷凍装置。
  10. 請求項6,7,8又は9に記載の冷凍装置において、
    制御手段(90)は、冷媒回路(11)で行われる冷凍サイクルの成績係数がその時の運転状態において得られる最高の値となるように、冷凍サイクルの運転状態に基づいて制御目標値を設定するように構成されている冷凍装置。
  11. 請求項5乃至10の何れか1つに記載の冷凍装置において、
    冷媒回路(11)には、二酸化炭素が冷媒として充填されている冷凍装置。
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