JP2006250491A - 冷熱生成システム、空気調和装置、冷凍装置、及び冷熱生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮状態でなくてもバイパス運転をするかどうか適切に判断し、常に効率の良い運転状態を維持することを可能した空気調和装置及び冷凍装置を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機５０と、熱源側熱交換器２３と、減圧弁２４と、負荷側熱交換器３１とを順次冷媒配管４０で接続して構成する冷媒回路と、前記圧縮機内の圧縮室５６と、負荷側熱交換器３１とスクロール圧縮機５０とを接続する吸入管４１とを接続するバイパス管４２と、バイパス管４２を開閉するための調整弁４３と、調整弁４３を制御する制御手段７０と、スクロール圧縮機５０の運転周波数を検出する周波数検出手段７１とを備え、制御手段７０は、冷媒回路から要求される冷媒流量と周波数検出手段７１が検出した圧縮機運転周波数とに基づいて調整弁４３の開閉制御を実行するので、過圧縮状態に限らず、常に効率の良い運転状態を維持することを可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷熱生成システム、空気調和装置、冷凍装置、及び冷熱生成方法に関するものである。

一般に、圧縮機は、定格負荷に対応した運転時の圧縮比を想定して設計されていることが多い。例えば、使用頻度が高いと想定される負荷条件や温度条件で最良の運転効率が得られるように運転時の圧縮比を想定して設計されている圧縮機がある。このような圧縮機では、設計されている圧縮比よりも小さい圧縮比で運転した方が良い場合においても、設計されている圧縮比で運転していた。

しかしながら、圧縮機内の圧縮室は、常に閉空間となっているために、閉空間に存在する流体（冷媒）は吐出口に到達するまで圧縮され続け、過圧縮状態となってしまっていた。すなわち、圧縮工程の途中で所望の吐出圧力に到達してしまい、それ以降の圧縮工程が無駄になってしまっていた。このように、過圧縮状態での圧縮工程は圧縮機の運転効率を下げる要因となっていた。

そこで、固定スクロールのラップ溝の巻き終わり部に主吸入孔を設け、主吸入孔内側のラップ溝の底面に複数のバイパス孔を設け、固有圧縮比を変化させ、圧縮機の低回転域での過圧縮を低減することを可能にしたスクロール圧縮機が存在する（例えば、特許文献１参照）。

上記のスクロール圧縮機は、設計されている圧縮比よりも小さい圧縮比が要求される運転状態（低回転域）では開閉弁を開け、設計されている圧縮比に対応した運転状態（高回転域）では開閉弁を閉じる構成になっている。その結果、バイパス孔が圧縮機室内に存在すると、バイパス管を通じて圧縮室内と吸入管が連通しそれ以上圧縮されず、圧縮機の運転効率の低下を防止するようになっていた。すなわち、開閉弁が開いている状態における圧縮機内の圧縮室の容積は、開閉弁を閉じている状態における圧縮機内の圧縮室の容積に比べて小さいものとなる。

したがって、開閉弁が開いている状態における圧縮機内の圧縮室に存在する冷媒量も、開閉弁を閉じている状態における圧縮機内の圧縮室に存在する冷媒量に比べて少ないものとなる。このように、要求される圧縮比に対応して開閉弁の開閉を行なうようになっているので、無駄な圧縮工程を削減して、過圧縮状態を低減している。また、冷媒の一部を吸入管にバイパスすることでその循環量を低減して圧縮室の容量制御も行っている。

特開２０００−３２９０７８号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、過圧縮運転以外にも圧縮室と吸入管を連通して冷媒の一部をバイパスすることで運転効率を向上できる運転状態がある。上記のスクロール圧縮機は、過圧縮回避を目的にバイパス管及び開閉弁を使用しているが、それ以外の運転における運転効率向上を目的にバイパス管及び開閉弁を使用することについては言及していない。

空気調和装置及び冷凍装置に使用されている大多数の圧縮機は、定格負荷に対応した運転状態以外の運転状態において上述したように運転効率が悪化してしまう。つまり、圧縮機の運転周波数が低い領域では、周波数が低下するに伴い、メカロス、冷凍装置油のシール性低下による漏れ損失増加、圧縮機のモータ効率の低下等の度合いが大きくなり運転効率が悪化してしまう。このように、圧縮室と吸入管を連通して冷媒の一部をバイパスするスクロール圧縮機であっても運転効率の低下が生じる場合があり、過圧縮状態ではなくてもバイパス運転を実施した方が運転効率が良くなる場合がある。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、過圧縮状態でなくてもバイパス運転をするかどうか適切に判断し、常に効率の良い運転状態を維持することを可能した空気調和装置及び冷凍装置を提供する。

本発明に係る冷熱生成システムは、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管を開閉するための調整弁と、前記調整弁を制御する制御手段と、前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段とを備え、前記制御手段は、前記冷媒回路から要求される冷媒流量と前記周波数検出手段が検出した運転周波数とに基づいて前記調整弁を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る冷熱生成方法は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管を開閉するための調整弁とを備え、前記圧縮機の運転周波数を検出し、その検出値に基づいて前記圧縮機に入力する電力の想定値である圧縮機入力想定値を算出し、その圧縮機入力想定値に基づいて前記調整弁を制御することを特徴とする。

本発明に係る冷熱生成システムは、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管を開閉するための調整弁と、前記調整弁を制御する制御手段と、前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段とを備え、前記制御手段は、前記冷媒回路から要求される冷媒流量と前記周波数検出手段が検出した運転周波数とに基づいて前記調整弁を制御するので、常に効率の良い運転をすることが可能になる。

また、本発明に係る冷熱生成方法は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管を開閉するための調整弁とを備え、前記圧縮機の運転周波数を検出し、その検出値に基づいて前記圧縮機に入力する電力の想定値である圧縮機入力想定値を算出し、その圧縮機入力想定値に基づいて前記調整弁を制御するので、常に効率の良い運転をすることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１０の全体構成を示す概略構成図である。空気調和装置１０は、室外機（熱源側機器）２０と室内機（負荷側機器）３０とを冷媒配管４０を介して接続して構成されている。

室外機２０は、スクロール圧縮機５０と、四方弁２２と、熱源側熱交換器２３と、減圧手段である減圧弁２４とを順次冷媒配管４０で接続して構成されている。なお、四方弁２２とスクロール圧縮機５０とを接続する冷媒配管４０を特に吸入管４１と称する。また、吸入管４１から分岐したバイパス管４２には、調整弁４３が設けられている。室内機３０は、負荷側熱交換器３１を有しており、負荷側熱交換器３１は室外機２０を構成する四方弁２２と減圧弁２４とに冷媒配管４０で接続されている。

また、室外機２０には、スクロール圧縮機５０の運転周波数を検出する周波数検出手段７１と、スクロール圧縮機５０の運転電流を検出する電流検出手段７２と、スクロール圧縮機５０の運転電圧を検出する電圧検出手段７３と、これらの検出手段の検出した検出値に基づいて調整弁４３を制御する制御手段７０とが備えられている。なお、周波数検出手段７１は、スクロール圧縮機５０の周波数を検出できるものであればよく、例えば、直接接触型の加速度ピックアップや非接触光学式等のセンサ等であればよい。スクロール圧縮機５０の実周波数を検出できない場合は、スクロール圧縮機５０の運転周波数を制御する手段から制御値を検出して使用してもよい。

電流検出手段７２は、スクロール圧縮機５０の運転電流を検出できるものであればよく、例えば、電流センサ等であればよい。また、電圧検出手段７３は、スクロール圧縮機５０の運転電圧を検出できるものであればよく、電圧センサ等であればよい。ここでは、これらの検出手段をスクロール圧縮機５０の外部側面に備えた場合を例に説明するが、スクロール圧縮機５０の運転周波数や運転電流、運転電圧を検出できる場所であればどこに備えられていても構わない。スクロール圧縮機５０の実電流、実電圧を検出できない場合は、スクロール圧縮機５０の運転電流、運転電圧を制御する手段から制御値を検出して使用してもよい。

スクロール圧縮機５０は、吸入管４１から吸入した冷媒を圧縮するための機器である。四方弁２２は、冷房時と暖房時とで冷媒の流れを反転させるものである。熱源側熱交換器２３は、空気または水を熱源として冷媒を凝縮させるものである。減圧弁２４は、一般に膨張弁と称されており、熱源側熱交換器２３で凝縮された冷媒を減圧させる弁である。冷媒配管４０は、圧縮されて気体になったり、減圧されて液体になったりする冷媒を導通させるものである。一般に、冷媒配管４０は、液側冷媒配管とガス側冷媒配管とで構成されている。

吸入管４１は、冷媒をスクロール圧縮機５０内の圧縮室に導くものである。バイパス管４２は、圧縮室５６から吸入管４１に冷媒を排出するものである。調整弁４３は、制御手段７０からの指示に基づいてバイパス管４２の開閉を行なうものである。負荷側熱交換器３１は、内部を流れる冷媒によって室内機３０が設置されている場所周辺の空気を冷却したり、温めたりするものである。なお、制御手段７０は、マイクロコンピュータ等で構成するとよい。

図２は、スクロール圧縮機５０の縦断面を示す縦断面図である。スクロール圧縮機５０は、固定スクロール部５１と旋回スクロール部６１とを密閉容器５５に納めるように構成されている。固定スクロール部５１は、鏡板５２に渦巻状のラップ５３を直立させて密閉容器５５内に固定されている。旋回スクロール部６１は、固定スクロール部５１と実質同一形状であり、鏡板６２に渦巻状のラップ６３を直立させて、ラップ６３とラップ５３とがかみ合うように密閉容器５５内に納められている。

ラップ５３とラップ６３との間には、複数の圧縮室５６が形成されるようになっている。旋回スクロール部６１は、クランク軸６５の回転とともに旋回するようになっている。また、周波数検出手段７１は、スクロール圧縮機５０の運転周波数を検出するものである。ここでは、周波数検出手段７１が、スクロール圧縮機５０外部側面に備えられている場合を例に示している。

固定スクロール部５１のラップ５３の巻き終わりの先端部には、固定スクロール部５１の軸方向に吸入管４１を接続し、圧縮室５６へ冷媒を吸入する吸入孔５８を設けてある。また、吸入孔５８の内側のラップ５３の底面には、固定スクロール部５１の軸方向に１つまたは２つ以上のバイパス管４２を接続し、このバイパス管４２には圧縮室５６へ冷媒を吸入するバイパス孔５９を１つまたは２つ以上設けてある。このバイパス孔５９の位置によって、圧縮室５６内に吸入する冷媒の量を決定することができるようになっている。なお、バイパス管４２には、調整弁４３が設けられている。さらに、固定スクロール部５１の中心には、圧縮された冷媒を吐出する吐出口５７を設けてある。

図３は、スクロール圧縮機５０の横断面を示す横断面図である。旋回スクロール部６１が中心方向に移動するに従って圧縮室５６の容積が縮小するようになっている。すなわち、両スクロール部（固定スクロール部５１、旋回スクロール部６１）が相対運動を行い、圧縮室５６の容積を縮小することで冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒が吐出口５７より密閉容器５５の外部へ吐出されるようになっている。

スクロール圧縮機５０から吐出した冷媒は、熱源側熱交換器２３に流入するようになっている。すなわち、旋回スクロール部６１が図示省略のモータ等の駆動源によってクランク軸６５とともに旋回すると、圧縮室５６の容積は、外周側から中心部へ向かうにつれて徐々に小さくなっていき冷媒の圧縮が行なわれるようになっている。

なお、実施の形態では、空気調和装置１０に備えられている圧縮機がスクロール圧縮機５０である場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、揺動ピストン型ロータリ圧縮機、スクリュー型圧縮機、レシプロ型圧縮機等の他の形式の圧縮機であっても構わない。また、周波数検出手段７１を、スクロール圧縮機５０の外部側面に設けた場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、スクロール圧縮機５０外部上面や内部に設けられていても構わない。

次に、バイパス管４２の調整弁４３を開いて運転するスクロール圧縮機５０の動作を説明する。なお、スクロール圧縮機５０がバイパス管４２の調整弁４３を開いて運転する状態を吸入アンロードと呼ぶことにする。この吸入アンロードには、クランク軸６５の回転に応じて４つの状態が存在する。

第１の状態．前期圧縮状態
第１の状態は、クランク軸６５（旋回スクロール部６１）の回転が開始してから、圧縮室５６にバイパス孔５９が出現するまでの間の状態である。冷媒配管４０を流れて吸入管４１を経て吸入孔５８から圧縮室５６に吸入された冷媒が、所定の圧力まで圧縮される状態を示している。すなわち、圧縮室５６はバイパス孔５９が出現するまでは閉空間となっており、圧縮室５６に吸入された冷媒は一定の量のまま圧縮されて所定の圧力まで上昇するようになっている。バイパス孔径は、旋回スクロール部６１の歯厚より小さく、旋回スクロール部６１の歯で孔をふさぐように構造設計されており、調整弁４３は、複雑な開閉制御が不要である。すなわち、圧縮室５６にバイパス孔５９が出現するかどうかは旋回スクロール部６１の歯でバイパス孔５９がふさがれているかどうかで決まり、構造設計によりバイパス孔５９の出現タイミングを変更することが可能になっている。

第２の状態．アンロード状態
第２の状態は、圧縮室５６にバイパス孔５９が出現してから、そのバイパス孔５９が見えなくなるまでの間の状態である。圧縮室５６にバイパス管４２と連通するバイパス孔５９が出現すると、圧縮室５６はバイパス管４２を介して吸入管４１と連通することになる。すなわち、バイパス孔５９が出現している間は、クランク軸６５の回転が進行しても冷媒の圧力は上昇しない。一方で、圧縮室５６の容積はクランク軸６５の回転の進行に伴って小さくなるために、冷媒の一部はバイパス管４２を経て吸入管４１に排出されるようになっている。すなわち、冷媒の圧力は上昇しないものの所定の圧力を一定に維持することが可能になっている。

第３の状態．後期圧縮状態
第３の状態は、バイパス孔５９が見えなくなってから、吐出口５７が出現するまでの間の状態である。すなわち、圧縮室５６からバイパス孔５９が見えなくなると、圧縮室５６は再び閉空間となって、圧縮室５６内に存在する所定量の冷媒は再度圧縮されて所定の圧力まで上昇するようになっている。

第４の段階．冷媒の吐出
クランク軸６５がさらに回転して、圧縮室５６に吐出口５７が出現してから、圧縮室５６内に存在する所定量の冷媒全量が吐出口５７から外部（冷媒配管４０）に放出されるまでの間の状態である。吐出口５７が圧縮室５６に出現すると、それ以降、旋回スクロール部６１のうず巻きの最後まで吐出口５７が見えなくなることはない。

以上のように、吸入アンロードは進行するようになっている。この吸入アンロードによって、過圧縮状態を回避することが可能になっている。つまり、冷媒の圧縮工程でバイパス孔５９が出現し、そこから冷媒を吸入管４１に排出できるようになっているからである。したがって、第２の段階の状態があるために、第４の段階に至るまで冷媒は圧縮され続けることがなくなり、圧縮比の小さな運転状態においても必要以上に圧力が上昇してしまうことがなく、その分無駄な圧縮工程を省略することを可能にしている。

さらに、この吸入アンロードによって、圧縮室５６内の冷媒容量を制御することを可能にしている。つまり、第２の段階の状態において、圧縮室５６内に存在する所定量の冷媒を吸入管４１に排出することで、吐出する冷媒の流量を低減することができるようになっているからである。なお、吐出する冷媒の流量は、バイパス孔５９の取り付け位置により調整できるようになっている。

実施の形態１．
ここで、スクロール圧縮機５０の圧縮機入力想定値をスクロール圧縮機５０の運転周波数を用いて算出する方法の一例を説明する。

図４は、スクロール圧縮機５０の性能を示す関係図である。図４に基づいて、スクロール圧縮機５０から吐出する冷媒の圧力（圧縮機吐出冷媒圧力）と、スクロール圧縮機５０に吸入する冷媒の圧力（圧縮機吸入冷媒圧力）と、スクロール圧縮機５０に吸入する冷媒の過熱度（圧縮機吸入冷媒過熱度）と、熱源側熱交換器２３の出口における過冷却度（熱源側熱交換器出口過冷却度）とを所定の値に設定した場合のスクロール圧縮機５０の入力値（Ｗ）の一例を説明する。

実線は、調整弁４３を閉じている場合を示し、破線は、調整弁４３を開けている場合を示している。図４（ａ）は、スクロール圧縮機５０の冷凍能力（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図４（ｂ）は、スクロール圧縮機５０の入力値（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図４（ａ）及び図４（ｂ）からわかるように、調整弁４３を閉じている場合は、冷凍能力、入力値ともに、調整弁４３を開けている場合と比較して低くなっている。

所定の冷凍能力Ｑ１が必要な場合において、調整弁４３を閉じているときは運転周波数Ｆ１が必要であり、そのときの入力値はＷ１となることがわかる。一方、調整弁４３を開けているときは運転周波数Ｆ２が必要であり、そのときの冷媒入力量はＷ２となることがわかる。Ｗ１とＷ２とを比較すると、Ｗ１の方が大きいので、調整弁４３を開けてスクロール圧縮機５０を運転した方がスクロール圧縮機５０の入力値を小さくすることが可能になる。すなわち、調整弁４３を開けて運転した方がスクロール圧縮機５０の運転効率が高くなることがわかる。

図５は、スクロール圧縮機５０の性能を示す関係図である。図５は、図４の入力値を運転効率（ＣＯＰ）に替えた場合の関係を示している。
図５（ａ）は、図４（ａ）と同じものである。図５（ｂ）は、図４（ｂ）の入力値を運転効率に替えたものである。所定の冷凍能力Ｑ２が必要な場合において、調整弁４３を閉じているときは運転周波数Ｆ３が必要であり、そのときの運転効率はＣＯＰ１となることがわかる。一方、調整弁４３を開けているときは運転周波数Ｆ４が必要であり、そのときの運転効率はＣＯＰ２となることがわかる。ＣＯＰ１とＣＯＰ２とを比較すると、ＣＯＰ２の方が大きいので、調整弁４３を開けて運転した方がスクロール圧縮機５０の運転効率が高くなることがわかる。

次に、調整弁４３の開閉を判断する手順を説明する。なお、この判断は制御手段７０が行うようになっている。
ステップ１．
制御手段７０は、現在の調整弁４３の状態を把握する。
ステップ２．
制御手段７０は、周波数検出手段７１が検出したスクロール圧縮機５０の運転周波数を入力する。または、制御手段７０は、冷媒回路から要求される運転周波数を推定する。
ステップ３．
制御手段７０は、ステップ２で入力した運転周波数から現在の冷凍能力を算出する。または、制御手段７０は、ステップ２で推定した運転周波数から要求されるであろう冷凍能力を算出する。この冷凍能力の算出は、図４（ａ）に基づいて行われるようになっている。
ステップ４．
制御手段７０は、ステップ３で求めた冷凍能力に対して調整弁４３を開いたときと閉じたときの入力値（圧縮機入力想定値）を求め、どちらが小さいかを判断する。この圧縮機入力想定値の算出は、図４（ｂ）に基づいて行われるようなっている。
ステップ５．
制御手段７０は、ステップ４の判断結果に基づいて、調整弁４３の開閉制御及び運転周波数の設定制御を実行する。

このように、スクロール圧縮機５０の運転周波数に基づいて、冷凍能力及び圧縮機入力想定値を算出するので、過圧縮状態の検知及び判断を行わなくて済むようになっている。すなわち、過圧縮状態の回避のみを目的とすることなく、常に最適な効率を考慮した運転が実現可能になっている。なお、図４及び図５に示した関係図は、予め図示省略の不揮発メモリやＨＤＤ（ハードディスク装置）等の記憶手段に記憶しておくとよい。

調整弁４３を閉じて運転する場合の圧縮機入力想定値と、調整弁４３を開いて運転する場合の圧縮機入力想定値とを比較し、その大きさによって調整弁４３の開閉を制御して運転することができるので、常に運転効率の良い運転が実現可能になる。なお、ここでは圧縮機入力想定値を図４及び図５に基づいて算出した場合を例に示したが、一意的に求めることができる関数を用いて算出してもよい。

実施の形態２．
スクロール圧縮機５０の圧縮機入力想定値を、運転周波数と圧縮機吐出冷媒圧力と圧縮機吸入冷媒圧力とを用いて算出する方法の一例を説明する。

図６は、スクロール圧縮機５０の性能を示す関係図である。図６に基づいて、圧縮機吐出冷媒圧力と、圧縮機吸入冷媒圧力と、圧縮機吸入冷媒過熱度と、熱源側熱交換器出口過冷却度とを所定の値に設定した場合のスクロール圧縮機５０の入力値の一例を説明する。

実線は、調整弁４３を閉じている場合を示し、破線は、調整弁４３を開けている場合を示している。図６（ａ）は、スクロール圧縮機５０の冷凍能力（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図６（ｂ）は、スクロール圧縮機５０の入力値（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図６（ａ）及び図６（ｂ）からわかるように、調整弁４３を閉じている場合は、冷凍能力、入力値ともに、調整弁４３を開けている場合と比較して低くなっている。

所定の冷凍能力Ｑ３が必要な場合において、調整弁４３を閉じているときは運転周波数Ｆ５が必要であり、そのときの入力値はＷ３となることがわかる。一方、調整弁４３を開けているときは運転周波数Ｆ６が必要であり、そのときの入力はＷ４となることがわかる。Ｗ３とＷ４とを比較すると、Ｗ３の方が大きいので、調整弁４３を開けてスクロール圧縮機５０を運転した方がスクロール圧縮機５０の入力値を小さくすることが可能になっている。すなわち、スクロール圧縮機５０の運転効率が高くなることがわかる。

図７は、スクロール圧縮機５０の性能を示す関係図である。図７に基づいて、圧縮機吐出冷媒圧力と圧縮機吸入冷媒圧力とを図６と比較して圧縮比が小さくなるように設定し、圧縮機吸入冷媒過熱度と熱源側熱交換器出口過冷却度を図６と同じに設定した場合のスクロール圧縮機５０の入力値の一例を説明する。

実線は、調整弁４３を閉じている場合を示し、破線は、調整弁４３を開けている場合を示している。図７（ａ）は、スクロール圧縮機５０の冷凍能力（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図７（ｂ）は、スクロール圧縮機５０の入力値（縦軸）とスクロール圧縮機５０の運転周波数（横軸）との関係を示したものである。図７（ａ）及び図７（ｂ）からわかるように、調整弁４３を閉じている場合は、冷凍能力、冷媒入力量ともに、調整弁４３を開いた場合と比較して低くなっている。

所定の冷凍能力Ｑ４が必要な場合において、調整弁４３を閉じているときは運転周波数Ｆ７が必要であり、そのときの入力値はＷ５となることがわかる。一方、調整弁４３を開けているときは運転周波数Ｆ８が必要であり、そのときの入力はＷ６となることがわかる。Ｗ５とＷ６とを比較すると、Ｗ６の方が大きいので、調整弁４３を閉じてスクロール圧縮機５０を運転した方がスクロール圧縮機５０の入力値を小さくすることが可能になっている。すなわち、スクロール圧縮機５０の運転効率が高くなることがわかる。

図６と図７とからわかるように、調整弁４３の開閉状態で異なる入力値が得られる場合がある。このように、圧縮機吐出冷媒圧力と、圧縮機吸入冷媒圧力とによって、入力値が異なる場合があるので、それらの圧力も検出して、圧縮機入力想定値を算出すれば、さらに精度を向上することが可能になる。なお、図示省略の圧力検出手段が、圧縮機吐出冷媒圧力及び圧縮機吸入冷媒圧力の検出を行なうとよい。別の圧力検出方法として、熱源側熱交換器２３、負荷側熱交換器３１の気液二相冷媒が流れる部分に温度検出手段を設けて温度を検出し、その温度から圧力を検出するようにしてもよい。

また、図６及び図７では、圧縮機吐出冷媒圧力と圧縮機吸入冷媒圧力とを検出し、圧縮機入力想定値を算出する場合を例に説明したが、圧縮機吸入冷媒過熱度や熱源側熱交換器出口過冷却度等に基づいて圧縮機入力想定値を算出しても構わない。そうすれば、さらに精度の高い圧縮機入力想定値の算出が可能になる。なお、図６及び図７に示した関係図は、予め図示省略の不揮発メモリやＨＤＤ（ハードディスク装置）等の記憶手段に記憶しておくとよい。また、容量が大きくなる場合には、所定の関数式等で記憶しておくとよい。さらに、図６及び図７の（ｂ）の縦軸を運転効率（ＣＯＰ）とにしても構わないことは実施の形態１と同様である。

次に、調整弁４３の開閉を判断する手順を説明する。なお、この判断は制御手段７０が行うようになっている。
ステップ１ａ．
制御手段７０は、現在の調整弁４３の状態を把握する。
ステップ２ａ．
制御手段７０は、周波数検出手段７１が検出したスクロール圧縮機５０の運転周波数を入力する。または、制御手段７０は、冷凍回路から要求される運転周波数を推定する。このとき、併せて圧縮機吐出冷媒圧力と、圧縮機吸入冷媒圧力とを検出するとよい。
ステップ３ａ．
制御手段７０は、図６、図７及びそれらに代わる関数式を用いて、運転周波数と圧縮機吐出冷媒圧力と圧縮機吸入冷媒圧力とから現在の冷凍能力を算出する。または、制御手段７０は、ステップ２ａで推定した運転周波数から要求されるであろう冷凍能力を算出する。
ステップ４ａ
制御手段７０は、ステップ３ａで求めた冷凍能力に対して調整弁４３を開いたときと閉じたときの圧縮機入力想定値を求め、どちらが小さいかを判断する。この圧縮機入力想定値の算出は、図６（ｂ）、図７（ｂ）及びそれらに代わる関数式に基づいて行われるようなっている。
ステップ５ａ
制御手段７０は、ステップ４ａの判断結果に基づいて、調整弁４３の開閉制御及び運転周波数の設定制御を実行する。

このように、スクロール圧縮機５０の運転周波数に基づいて、冷凍能力及び圧縮機入力想定値を算出するので、過圧縮状態の検知及び判断を行わなくて済むようになっている。
すなわち、過圧縮状態の回避のみを目的とすることなく、常に最適な効率を考慮した運転が実現可能になっている。

したがって、運転周波数と、圧縮機吐出冷媒圧力と、圧縮機吸入冷媒圧力とに基づいて、圧縮機入力想定値を算出し、その圧縮機入力想定値を比較判断することで調整弁４３を制御するようになっている。すなわち、調整弁４３を閉じて運転する場合の圧縮機入力想定値と、調整弁４３を開いて運転する場合の圧縮機入力想定値とを比較し、その大きさによって調整弁４３の開閉を制御して運転することができるので、常に運転効率の良い運転が実現可能になる。

実施の形態３．
図８は、スクロール圧縮機５０の運転周波数と電圧との関係を示す関係図である。
スクロール圧縮機５０の圧縮機入力実測値を算出するために、電流値や電圧値または双方を検出する場合を例に説明する。一般に、運転周波数と電圧値は図８に示すように１対１の関係に設定されている。したがって、三相電源の場合においては、電流値が検出できれば、圧縮機入力実測値は電流値と電圧値との積算に３の平方根とその他効率とを積算すれば算出できるようになっている。または、直接電圧値を検出できれば、電流値と電圧値との積算に３の平方根とその他効率とを積算して圧縮機入力実測値を算出してもよい。

電流値及び電圧値または双方を検出できれば圧縮機入力実測値を算出することができる。そして、この圧縮機入力実測値に基づいて、調整弁４３の開閉制御と運転周波数の設定値の判断が正しいかどうかの確認をすることが可能になる。調整弁４３の開閉制御実施後に、スクロール圧縮機５０の圧縮機入力想定実測値が増加した場合は、それを算出して再度判断手順を行うか、逆の答えを選択するとよい。すなわち、調整弁４３を開いたのであれば閉じ、閉じたのであれば開くようにすればよい。

このように、実施の形態１及び実施の形態２で算出した圧縮機入力想定値に基づいて、常にスクロール圧縮機５０の圧縮効率を考慮した運転が実現可能になるとともに、電流値及び電圧値または双方を検出し圧縮機入力実測値を算出するので、調整弁４３の開閉制御と運転周波数の設定値の判断をフィードバックして確認する運転が実現可能になる。なお、電流及び電圧は、それぞれ電流検出手段７２及び電圧検出手段７３が検出するようになっている。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す概略構成図である。 空気調和装置を構成するスクロール圧縮機の縦断面を示す縦断面図である。 空気調和装置を構成するスクロール圧縮機の横断面を示す横断面図である。 スクロール圧縮機の性能を示す関係図である。 スクロール圧縮機の性能を示す関係図である。 スクロール圧縮機の性能を示す関係図である。 スクロール圧縮機の性能を示す関係図である。 スクロール圧縮機の運転周波数と電圧との関係を示す関係図である。

符号の説明

１０ 空気調和装置、２０ 室外機、２２ 四方弁、２３ 熱源側熱交換器、２４ 減圧弁、３０ 室内機、３１ 負荷側熱交換器、４０ 冷媒配管、４１ 吸入管、４２ バイパス管、４３ 調整弁、５０ スクロール圧縮機、５１ 固定スクロール部、５２ 鏡板、５３ ラップ、５５ 密閉容器、５６ 圧縮室、５７ 吐出口、５８ 吸入孔、５９ バイパス孔、６１ 旋回スクロール部、６２ 鏡板、６３ ラップ、６５ クランク軸、７０ 制御手段、７１ 周波数検出手段、７２ 電流検出手段、７３ 電圧検出手段。

Claims (8)

1. 圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、
   前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、
   前記バイパス管を開閉するための調整弁と、
   前記調整弁を制御する制御手段と、
   前記圧縮機の運転周波数を検出する周波数検出手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記冷媒回路から要求される冷媒流量と前記周波数検出手段が検出した運転周波数とに基づいて前記調整弁を制御する
   ことを特徴とする冷熱生成システム。
2. 前記制御手段は、
   前記周波数検出手段が検出した運転周波数に基づいて前記圧縮機に入力する電力の想定値である圧縮機入力想定値を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の冷熱生成システム。
3. 前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力と前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力とを検出あるいは圧力を検出できうる温度値を検出する手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力と前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力とに基づいて前記圧縮機入力想定値を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷熱生成システム。
4. 前記圧縮機の運転電流を検出する電流検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記電流検出手段が検出した電流値に基づいて前記圧縮機に入力する電力の実測値である圧縮機入力実測値を算出し、前記圧縮機入力実測値と前記圧縮機入力想定値とを比較する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷熱生成システム。
5. 前記圧縮機の運転電圧を検出する電圧検出手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記圧縮機入力実測値を算出し、前記圧縮機入力実測値と前記圧縮機入力想定値とを比較する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷熱生成システム。
6. 前記請求項１〜５のいずれかに記載の冷熱生成システムを搭載した
   ことを特徴とする空気調和装置。
7. 前記請求項１〜５のいずれかに記載の冷熱生成システムを搭載した
   ことを特徴とする冷凍装置。
8. 圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、負荷側熱交換器とを順次接続して構成する冷媒回路と、
   前記圧縮機内の圧縮室と、前記負荷側熱交換器と前記圧縮機とを接続する吸入管とを接続するバイパス管と、
   前記バイパス管を開閉するための調整弁とを備え、
   前記圧縮機の運転周波数を検出し、その検出値に基づいて前記圧縮機に入力する電力の想定値である圧縮機入力想定値を算出し、その圧縮機入力想定値に基づいて前記調整弁を制御する
   ことを特徴とする冷熱生成方法。
   

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