JP2008014602A - Refrigeration cycle device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給湯機や空調機などの冷凍サイクル装置に関し、高い効率を実現する構成に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus such as a water heater or an air conditioner, and relates to a configuration that realizes high efficiency.
従来の共に容積式の圧縮機と膨張機を一軸に連結した構成の冷凍サイクル装置においては、圧縮機と膨張機とが常時同一回転数で回転することから、一定の冷媒循環量でシステムが運転される場合には、本来、膨張機による動力回収によってサイクルの高効率化を図ったにもかかわらず、「密度比=一定」というサイクル運転上の制約のため、必ずしも高効率運転が実現できないという課題がある。 In the conventional refrigeration cycle system with both positive displacement compressors and expanders connected to a single shaft, the compressor and expander always rotate at the same rotational speed, so the system operates with a constant refrigerant circulation rate. In this case, the high efficiency operation cannot always be realized due to the limitation of the cycle operation of “density ratio = constant” even though the efficiency of the cycle is improved by the power recovery by the expander. There are challenges.
図10は、このような課題を解決するためのバイパス流路を用いた冷凍サイクル構成回路を示している。このシステムにはバイパス管路11の通路面積を増減調整する制御弁12が設けられているので、膨張機4を通る冷媒循環量が増減調整され、圧縮機3側を通る冷媒の質量循環量と膨張機4側を通る質量循環量とが異なり、従来のような「密度比=一定」というサイクル運転上の制約がなくなる。(例えば特許文献1参照)。
FIG. 10 shows a refrigeration cycle configuration circuit using a bypass flow path for solving such a problem. Since this system is provided with a
また、蒸発器の出口側に内部熱交換器を設けて、膨張機入り口の冷媒を冷却することにより、膨張機入口側の冷媒密度比を上昇させることも提案されている。この場合、熱交換量の調整を行うためには、図11に示すように、内部熱交換器における熱交換量を、流量制御弁10a、10bを制御することにより変化させ、膨張機流入冷媒密度と圧縮機流入冷媒密度との比である冷媒密度比の変化を小さくし、膨張機の膨張動力を有効に回収するものがある。(例えば特許文献2参照)。
例えば、冷凍サイクル装置が給湯を行うヒートポンプ装置の場合、季節によって冷凍サイクルが大きく変化するので、圧縮機と膨張機の密度比も大きく変わる。 For example, in the case of a heat pump device in which the refrigeration cycle apparatus supplies hot water, the refrigeration cycle changes greatly depending on the season, so the density ratio between the compressor and the expander also changes greatly.
表1は、それぞれの季節条件での圧縮機吸入密度と膨張機吸入冷媒密度の比を示したものである。表1に示すように、冬季運転が最も密度比が大きくなる。これは、冬季運転では冷凍サイクルの低圧側の圧力が低いため圧縮機吸入密度が小さくなる一方で、膨張機入口温度が低いため膨張機の吸入密度は大きくなるためである。 Table 1 shows the ratio between the compressor suction density and the expander suction refrigerant density under each seasonal condition. As shown in Table 1, the density ratio is the largest in winter operation. This is because in the winter operation, the compressor suction density is low because the pressure on the low pressure side of the refrigeration cycle is low, while the suction density of the expander is high because the expander inlet temperature is low.
特許文献1に開示されているように膨張機のバイパス流路を用いる方法では、仮に冬季
運転に合わせて、膨張機、圧縮機の吸入容積を調整した場合、冬季運転ではバイパス流路に全く冷媒を流すことなく運転できるが、夏季運転では、密度比が小さいことから膨張機吸入密度が小さいことになり、圧縮機で搬送される冷媒流量を膨張機で流せないことになる。そこで、夏季運転時にはバイパス流路に冷媒を流す運転を実施することになり、この量は圧縮機で搬送される冷媒流量の40%(=(10−6)/10)となる。すなわち膨張機を流れる冷媒流量は圧縮機流量の60%となり、動力回収量も60%となるので、膨張機による動力回収効果が十分に果たせない運転となる。
In the method using the bypass flow path of the expander as disclosed in
この特許文献1の場合には、膨張機をバイパスする管路を流れる冷媒は、放熱器出口から等エントロピ変化して膨張機出口冷媒と合流するため、システム効率向上には全く寄与しないことになる。従ってバイパスする冷媒流量が多くなる運転条件では、膨張機による膨張動力回収量が低下し、圧縮機の運転動力低減効果が小さくなり、動力回収による冷凍空調装置での高効率運転が望めないという問題点があった。
In the case of this
また、この問題を解決する方法として特許文献2は、内部熱交換器の熱交換量を運転条件に対応して変化させることにより、膨張動力回収量の低減の少ない高効率な運転を可能としようとするものであった。 In addition, as a method for solving this problem, Patent Document 2 intends to enable highly efficient operation with little reduction in the amount of recovered expansion power by changing the heat exchange amount of the internal heat exchanger according to the operation conditions. Was.
しかし、内部熱交換器を用いて冷媒密度を調整する方法は、冷媒密度の調整量が不十分であり、表1に示すような大幅な冷媒の密度比変動に対しては、効果が不十分であった。 However, the method of adjusting the refrigerant density using the internal heat exchanger has an insufficient amount of adjustment of the refrigerant density, and is not effective for a large change in the refrigerant density ratio as shown in Table 1. Met.
上記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒が通過する内部熱交換器と、前記圧縮機と一軸で直結して設けられ、前期内部熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張機と、前記膨張機で膨張した冷媒を加熱する蒸発器とを接続する主冷媒回路と、
前記内部熱交換器と前記膨張機の間より分岐し、冷媒流量を制御する第1の流量制御弁と、前記放熱器で冷却され、前記内部熱交換器を通過する冷媒と前記第1の流量制御弁を通過した冷媒とで熱交換させる前記内部熱交換器とを順に経由して、前記膨張機と前記蒸発器との間に接続された第1のバイパス流路とを有する。
In order to solve the above problems, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention passes through a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor, and a refrigerant that is cooled by the radiator. An internal heat exchanger is connected directly to the compressor in a single axis and connects an expander that expands the refrigerant that has passed through the internal heat exchanger in the previous term and an evaporator that heats the refrigerant expanded by the expander. A main refrigerant circuit;
A first flow control valve that branches from between the internal heat exchanger and the expander and controls a refrigerant flow rate, a refrigerant that is cooled by the radiator and passes through the internal heat exchanger, and the first flow rate A first bypass passage connected between the expander and the evaporator via the internal heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant that has passed through the control valve in order;
本構成によって、動力回収量を最大限確保しながら、「密度比=一定」の制約を回避することができる。 With this configuration, it is possible to avoid the restriction of “density ratio = constant” while ensuring the maximum power recovery amount.
また、望ましくは、前記蒸発器と前記圧縮機の間において、冷媒温度を検出する第1の冷媒温度センサをさらに設けたものである。 Desirably, a first refrigerant temperature sensor for detecting a refrigerant temperature is further provided between the evaporator and the compressor.
本構成によって、「密度比=一定」の制約を回避しつつ、過熱度を最適に制御させることができるので、冷凍サイクル装置全体の性能を向上させることができる。 With this configuration, the degree of superheat can be optimally controlled while avoiding the restriction of “density ratio = constant”, so that the performance of the entire refrigeration cycle apparatus can be improved.
さらに、前記第1のバイパス流路の前記内部熱交換器出口側より分岐し、冷媒の流量を制御する第2の流量制御弁を経由して、前記圧縮機に接続する第2のバイパス流路をさらに有するものである。 Further, a second bypass flow path branched from the internal heat exchanger outlet side of the first bypass flow path and connected to the compressor via a second flow rate control valve for controlling the flow rate of the refrigerant. Is further included.
また、より望ましくは、前記圧縮機の吐出冷媒の温度を検出する第2の冷媒温度センサを設けたものである。 More desirably, a second refrigerant temperature sensor for detecting the temperature of refrigerant discharged from the compressor is provided.
本構成によって、吐出温度を最適に制御させることができるので、冷凍サイクル装置全体の性能をさらに向上させることができる。 With this configuration, the discharge temperature can be optimally controlled, so that the performance of the entire refrigeration cycle apparatus can be further improved.
また、本発明の別の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を冷却する放熱器と、前記放熱器で冷却された冷媒が通過する内部熱交換器と、前記圧縮機と一軸で直結して設けられ、前期内部熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張機と、前記膨張機で膨張した冷媒を加熱する蒸発器とを接続する主冷媒回路と、
前記内部熱交換器と前記膨張機の間より分岐し、冷媒流量を制御する第1の流量制御弁と、前記放熱器で冷却され、前記内部熱交換器を通過する冷媒と前記第1の流量制御弁を通過した冷媒とで熱交換させる前記内部熱交換器とを順に経由して、前記膨張機にインジェクションされる第3のバイパス流路とを有する。
Another refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor, and an internal heat exchanger through which the refrigerant cooled by the radiator passes. And a main refrigerant circuit that is connected directly to the compressor and uniaxially, expands the refrigerant that has passed through the internal heat exchanger in the previous period, and an evaporator that heats the refrigerant expanded by the expander. ,
A first flow control valve that branches from between the internal heat exchanger and the expander and controls a refrigerant flow rate, a refrigerant that is cooled by the radiator and passes through the internal heat exchanger, and the first flow rate A third bypass flow path that is injected into the expander via the internal heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant that has passed through the control valve.
本発明の冷凍サイクル装置は、膨張機のバイパス流路によって、密度比一定の制約を回避できるだけでなく、放熱器出口側の冷媒とバイパス流路の冷媒とで内部熱交換を行うことにより、動力回収に寄与しないバイパス流路を流れる冷媒を最小限に抑制することができる。すなわち、密度比一定の制約を回避しながら、高効率の冷凍サイクルを実現できる。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention not only avoids the restriction of a constant density ratio by the bypass flow path of the expander, but also performs internal heat exchange between the refrigerant on the radiator outlet side and the refrigerant in the bypass flow path. The refrigerant flowing through the bypass channel that does not contribute to recovery can be suppressed to a minimum. That is, a high-efficiency refrigeration cycle can be realized while avoiding the restriction of a constant density ratio.
本発明の冷凍サイクル装置で用いる冷媒は、フロンや二酸化炭素などの種種のものが利用可能である。特に、圧縮機で吐出された冷媒が超臨界状態であるものが、適切である。なかでも、二酸化炭素を用いた系に最も適している。 As the refrigerant used in the refrigeration cycle apparatus of the present invention, various types of refrigerants such as chlorofluorocarbon and carbon dioxide can be used. In particular, it is appropriate that the refrigerant discharged from the compressor is in a supercritical state. Among them, it is most suitable for a system using carbon dioxide.
以下本発明の冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the refrigeration cycle apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施形態の冷凍サイクル装置401は、図1に示すように、主冷媒回路501とバイパス流路502とを有する。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
主冷媒回路501は、冷媒を昇圧する圧縮機101と、この圧縮機101で昇圧された冷媒を冷却する放熱器102と、この放熱器102よりも冷媒下流側に配置されて冷却された冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機103と、この膨張機103で減圧された冷媒を加熱する蒸発器104を順次配管接続して冷凍サイクル回路が構成されている。また、図示はしていないが、膨張機103と圧縮機101は、電動機とともに、一軸で連結されており、膨張機で回収された動力は、電動機を補助して、圧縮機を駆動する動力の一部として利用される。
The
また、主冷媒回路には、圧縮機の吸入冷媒温度を検出する第1の冷媒温度センサ109が設けられている。なお、この温度センサは、直接冷媒温度を検出しても、冷媒配管の温度を測定することにより、間接的に冷媒温度情報を得てもよい。
The main refrigerant circuit is provided with a first
第1のバイパス流路502は、膨張機103の入口部と出口部とを第1の流量制御弁105を介して接続する。さらに、第1の流量制御弁105の出口側冷媒と主冷媒回路501の放熱器102の出口側冷媒とを熱交換するような内部熱交換器108が設けられている。
The first
制御装置107は、第1の冷媒温度センサ109の検出信号に応じて第1の流量制御弁105の開度を制御する制御装置である。
The
以上のように構成された冷凍サイクル装置の作用について、図4のモリエル線図を用いて説明する。 The operation of the refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described with reference to the Mollier diagram of FIG.
図4において、膨張機103を流れる主冷媒回路501の冷媒の流れはA→B→C→D→E→Aで示される。
In FIG. 4, the refrigerant flow in the
次に、第1のバイパス流路502に冷媒が流れる場合の冷凍サイクルについて説明する。図4に示すように、放熱器102出口の冷媒状態はC点であるが、内部熱交換器108によってD点まで移動する。ここで、第1のバイパス流路105を流れる冷媒はD点にて分岐され、第1の流量制御弁105でF点まで減圧されたのち、内部熱交換によってG点まで移動し、膨張機出口冷媒と合流してH点に移動する。すなわち、内部熱交換を行うことによって、膨張機103の吸入冷媒密度は大きくなるので、密度比の変化を小さくすることができる。「密度比=一定」の制約を回避しつつ、冷凍サイクル装置の性能を向上させることができる。
Next, the refrigeration cycle when the refrigerant flows through the first
以上、説明したように、本発明は、たとえば、冬季には、第1の流量制御弁103を全閉にして、夏期には、第1の流量制御弁103を開とすることにより、密度比一定の制約を回避することができる。この際、より望ましくは、夏期における第1の流量制御弁103の開度を条件に応じて変更することにより、より、効率の高い制御が可能となる。また、冬季における第1の流量制御弁103の制御についても、条件に応じて開度を調整してもよい。
As described above, according to the present invention, for example, in the winter season, the first
実際に第1の流量制御弁103の開度の制御方法については、本発明の主目的である密度比一定の制約の回避、に反するものでなければ、特に限定されない。一例として、過熱度による制御を行う場合について、次に説明する。
Actually, the method for controlling the opening degree of the first
ここで、圧縮機101を通る冷媒の体積循環量をVC、冷媒の吸入密度をDCとし、また膨張機103を通る冷媒の体積循環量をVE、冷媒の吸入密度をDEとし、第1の流量制御弁105の開度を開き、第1のバイパス流路502に流れる冷媒の全体に対する重量循環量比をhとおくと、膨張機103を流れる冷媒の重量循環量比は(1−h)で示されることから、
「VC×DC:VE×DE=1:(1−h)」
すなわち、「VE×DE=(1−h)×VC×DC」
という関係が成立する。
Here, the volume circulation amount of refrigerant passing through the
“VC × DC: VE × DE = 1: (1-h)”
That is, “VE × DE = (1−h) × VC × DC”
The relationship is established.
この関係により、第1のバイパス流路502を流れる冷媒循環量を大きくすると、圧縮機吸入の冷媒密度DCは大きくなるように冷凍サイクルがバランスする。すなわち、圧縮機の吸入過熱度を小さくしたい場合は、圧縮機101の吸入冷媒密度が大きくなる方向にすればよいので、第1のバイパス流路502に設けた第1の流量制御弁105の開度を大きくすればよい。
Due to this relationship, when the refrigerant circulation amount flowing through the first
次に、過熱度を測定して第1の流量制御弁105を制御する場合の工程の流れについて、図7のフローチャートを用いて説明する。
Next, the flow of steps when the degree of superheat is measured to control the first
制御が開始されると、ステップS200で、第1の冷媒温度センサ109によって、放熱器104出口の温度が測定される。測定された冷媒温度測定値を基に、過熱度T1が計算される。次に、この過熱度T1と、目標とする過熱度TH1が比較される。そして、計算された過熱度T1と目標過熱度TH1との差が0のとき、または、所定の範囲内のときは、制御を終了する。
When the control is started, the temperature of the outlet of the
次に、過熱度T1と目標過熱度TH1の差が所定の値以上のときは、ステップS201に進む。ステップS201においては、T1がTH1より大きいか、小さいかを判断する
。そして、T1がTH1より大きい場合には、ステップS202に移り、第1の流量制御弁105の開度を大きくするように制御する。第1の流量制御弁105の開度を大きくすれば、バイパス流路502を流れる冷媒流量が大きくなるので、過熱度T1は小さくなるようにバランスする。また、ステップS201で、T1がTH1以下の場合には、ステップS203に移り、第1の流量制御弁105の開度を小さくするように制御する。このことにより、過熱度T1は大きくなるようにバランスするので、目標の値に近づくように制御することができる。そして、ステップS202またはS203の後は、ステップS200に戻り、S200〜S203を繰り返す。S200で過熱度T1が目標過熱度TH1と一致したと判断するまで、工程は繰り返される。
Next, when the difference between the superheat degree T1 and the target superheat degree TH1 is a predetermined value or more, the process proceeds to step S201. In step S201, it is determined whether T1 is larger than TH1 or smaller. If T1 is greater than TH1, the process proceeds to step S202, and control is performed to increase the opening of the first
以上説明したように、本実施形態の冷凍サイクル装置は、第1の流量調整弁105の開度を調整することにより、動力回収量低減を最低限に抑制しながら、「密度比=一定」の制約を回避することができる。すなわち、バイパス流路を流れる冷媒は、単純に密度比の調整をするのではなく、内部熱交換器において、膨張機入口の冷媒を冷却することにより、膨張機入口冷媒密度をより低下させることができるので、さらに、冷媒密度比の調整に寄与する。
As described above, the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment adjusts the opening degree of the first flow
また、上述したように、過熱度制御により、第1の流量調整弁の開度を制御することにより、あわせて、過熱度を最適に制御することができる。 In addition, as described above, the degree of superheat can be optimally controlled by controlling the opening degree of the first flow rate adjustment valve by superheat degree control.
さらに、第1のバイパス流路502に冷媒が流れない場合は、冷凍サイクルが最適の状態であることを示しており、このときは内部熱交換量はゼロとなる。すなわち膨張機103の吸入密度は内部熱交換を行う場合に比べて小さくなるので、膨張機103と圧縮機101の設計吸入密度比の下限値を少しでも高く設定することができる。
Furthermore, when the refrigerant does not flow through the first
次に、本発明の特徴を類似の比較例と比較して説明する。 Next, the features of the present invention will be described in comparison with similar comparative examples.
「密度比=一定」の制約を回避する手段としては、既に述べたように、特許文献1に記載の膨張機のバイパス回路を用いる方法と、内部熱交換器を用いる方法とが有る。この2つの方法を組み合わせると、例えば、図12に示すように、比較例1の冷凍サイクル装置404の構成が考えられる。
As described above, as means for avoiding the restriction of “density ratio = constant”, there are a method using a bypass circuit of an expander described in
比較例1においては、ほとんどの構成が、実施形態1の構成と共通している。比較例1の主冷媒回路501は、実施形態1の主冷媒回路と、原則同じである。比較例1に於いては、第1の膨張機をバイパスし、第1の流量調整弁を経由するバイパス回路505と、放熱器104出口側から分岐し、第3の流量調整弁130を経由し、放熱器108出口側の冷媒と内部熱交換器108に於いて熱交換し、圧縮機入側の主冷媒回路501に復帰するバイパス回路506が設けられている。
In Comparative Example 1, most of the configuration is the same as that of the first embodiment. The main
比較例1の構成の課題の一つは、蒸発器出側で、さらに内部熱交換器が設けられ、この熱交換量が、第3の流量調整弁130の開度によって変動するため、圧縮機吸入冷媒の温度が変動しやすいことである。実施形態1では、蒸発器に流入するまでに内部熱交換量が調整されるため、このような変動が抑制される利点がある。
One of the problems of the configuration of Comparative Example 1 is that an evaporator is further provided on the outlet side of the evaporator, and the amount of heat exchange varies depending on the opening of the third flow
また、比較例1に於いては、バイパス量と、内部熱交換量を調整するため、2つの流量調整弁105,130が必要となるが、実施形態1では、これらを兼用して、1つで済むというメリットもある。流量調整弁が一つで済むために、コストが下がるだけでなく、制御が簡単になる。
Further, in Comparative Example 1, two flow
次に、比較例1のバリエーションとしては、図13に示すような比較例2の冷凍サイク
ル装置405の構成が考えられえる。比較例2においては、比較例1と異なり、低圧側の内部熱交換器108を流れる冷媒は、蒸発器104入り側において分岐されたバイパス流路507を用いている。
Next, as a variation of the comparative example 1, a configuration of the
比較例2では、比較例1と同様に、バイパス量と、内部熱交換量を調整するため、2つの流量調整弁105,130が必要となるが、実施形態1では、これらを兼用して、1つで済むというメリットがある。流量調整バルブが一つで済むために、コストが下がるだけでなく、制御が簡単になる。
In Comparative Example 2, as in Comparative Example 1, two flow
また、比較例1の別のバリエーションとしては、バイパス回路506に相当する部分の主冷媒回路501aを接続しないで、すべての冷媒を内部熱交換器108を経由する構成も考えられる。この場合は流量調整弁130を設ける必要は無く、流量調整弁105は一つでよい。しかし、この場合は、内部熱交換器の熱交換量の制御が困難となる。比較例2で、主冷媒回路の一部分501bを設けない場合も全く同様である。
As another variation of the first comparative example, a configuration in which all the refrigerant passes through the
また、比較例1の場合は、流量制御弁130だけでなく新たにバイパス回路506を設ける必要があるが、実施形態1では、この新たなバイパス回路を設ける必要はないので、冷凍サイクル装置の収納スペースをより小さくでき、小型化を図ることができるというメリットがある。比較例2で、バイパス回路507を設けない場合と比較しても、全く同様のメリットがある。
In the case of Comparative Example 1, it is necessary to provide not only the flow
(実施の形態2)
図2は、実施の形態2の冷凍サイクル装置402の構成図である。本実施例の冷凍サイクル装置の構成について、実施の形態1と異なる点を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the
本実施形態の冷凍サイクル装置402は、第1のバイパス流路502の内部熱交換器108出口側と圧縮機101を第2の流量制御弁111を介して接続する第2のバイパス流路503と、圧縮機吐出冷媒の温度を検出する第2の冷媒温度センサ112を設けた点である。なお、この温度センサは、直接冷媒温度を検出しても、冷媒配管の温度を測定することにより、間接的に冷媒温度情報を得てもよい。
The
圧縮機101には、圧縮の中間過程に第2のバイパス回路からの冷媒がインジェクションされる。圧縮機の形式は特に問わないが、ここでは、スクロール型圧縮機を用いた場合について説明する。
The refrigerant from the second bypass circuit is injected into the
図9に示す圧縮機は、固定スクロール121に対し、旋回スクロール122を旋回運動させ、ガスを圧縮するスクロール型の圧縮機である。図9に示すバイパスポート120は、この圧縮機中間部に設けられている。バイパスポート120にて合流した冷媒は、旋回スクロール122の回転運動によって、容積を減少させつつスクロールの中心方向に移動し、吐出される。
The compressor shown in FIG. 9 is a scroll-type compressor that compresses gas by orbiting the
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、図5のモリエル線図を用いて説明する。 The refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described with reference to the Mollier diagram of FIG.
図5のモリエル線図において、膨張機103を流れる主冷媒回路の冷媒の流れはA→B→C→D→E→Aで示される。ここで、第1のバイパス流路502を流れる冷媒はD点にて分岐され、第1の流量制御弁105でI点まで減圧されたのち、内部熱交換によってJ点に移動する。次に、第2のバイパス流路503を流れる冷媒はJ点にて分岐され、K点で圧縮機101にインジェクションされる。また、J点から分岐され、第1のバイパス流路502を流れる冷媒はL点に移動する。
In the Mollier diagram of FIG. 5, the refrigerant flow in the main refrigerant circuit flowing through the
ここで、第2のバイパス流路503に設けた第2の流量制御弁111の開度を大きくして、第2のバイパス流路503を流れる冷媒循環量を大きくすると、K点の比エンタルピはより小さくなるので、圧縮機101の吐出温度(B点)を小さくするように制御することができる。
Here, when the opening degree of the second flow
すなわち、第2のバイパス流路503を流れる冷媒循環量を大きくすると、圧縮機吐出温度は小さくなるように冷凍サイクルがバランスする。すなわち、圧縮機101の吐出温度を大きくしたい場合は、第2のバイパス流路503に設けた第2の流量制御弁111の開度を小さくすればよい。
That is, when the refrigerant circulation amount flowing through the second
ここで、第1、第2の流量制御弁105、111の制御を、図8のフローチャートを用いて説明する。
Here, the control of the first and second
制御が開始されると、まず、第1の流量制御弁105がステップS300〜S303において制御される。これは、実施形態1のステップS200〜S203の制御と全く同じであるので説明を省略する。
When the control is started, first, the first
次に、ステップS304で、第2の冷媒温度センサ112によって、圧縮機の冷媒吐出温度T2が測定される。次に、この冷媒吐出温度T2と、目標とする吐出温度TH2が比較される。そして、測定された吐出温度T2と目標吐出温度TH2との差が0のとき、または、所定の範囲内のときは、制御を終了する。
Next, in step S304, the refrigerant discharge temperature T2 of the compressor is measured by the second
次に、測定した吐出温度T2と目標吐出温度TH2の差が所定の値以上のときは、ステップS305に進む。ステップS305においては、T2がTH2より大きいか、小さいかを判断する。そして、T2がTH2より大きい場合には、ステップS306に移り、第2の流量制御弁111の開度を大きくするように制御する。第2の流量制御弁111の開度を大きくすれば、第2のバイパス流路503を流れる冷媒流量が大きくなるので、吐出温度T2は小さくなるようにバランスする。また、ステップS305で、T1がTH1より小さい場合には、ステップS307に移り、第2の流量制御弁111の開度を小さくするように制御する。このことにより、吐出温度T2は大きくなるようにバランスするので、目標の値に近づくように制御することができる。そして、ステップS306またはS307の後は、ステップS304に戻り、S304〜S307を繰り返す。S304で吐出温度T2が目標吐出温度TH2と一致したと判断するまで、工程は繰り返される。
Next, when the difference between the measured discharge temperature T2 and the target discharge temperature TH2 is equal to or greater than a predetermined value, the process proceeds to step S305. In step S305, it is determined whether T2 is larger or smaller than TH2. If T2 is greater than TH2, the process proceeds to step S306, and control is performed to increase the opening of the second
以上説明したように、第1、第2の流量調整弁105、111の開度を調整することにより、動力回収量低減を最低限に抑制しながら、「密度比=一定」の制約を回避することができる。
As described above, by adjusting the opening degree of the first and second flow
また、上述したように、過熱度制御により、第1の流量調整弁の開度を制御し、圧縮機吐出冷媒温度により、第2の流量調整弁を制御することにより、あわせて、過熱度、圧縮機吐出温度を最適に制御することができる。
(実施の形態3)
図3は、本発明による実施の形態3の冷凍サイクル装置403の構成図である。本実施の形態の冷凍サイクル装置の構成について、実施の形態1と異なる点を説明する。
In addition, as described above, the degree of superheat is controlled by controlling the opening degree of the first flow rate adjustment valve by controlling the degree of superheat, and controlling the second flow rate adjustment valve by the refrigerant discharge refrigerant temperature. The compressor discharge temperature can be optimally controlled.
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a configuration diagram of the
本実施形態の冷凍サイクル装置の特徴は、バイパス流路502の内部熱交換器108出口側を膨張機103の内部にインジェクションする点である。
A feature of the refrigeration cycle apparatus of the present embodiment is that the outlet side of the
膨張機103には、膨張の中間過程にバイパス回路504からの冷媒がインジェクショ
ンされる。膨張機の形式は特に問わないが、ここでは、スクロール型膨張機を用いた場合について説明する。
The
図14に示す膨張機は、固定スクロール141に対し、旋回スクロール142を旋回運動させ、ガスを膨張させるスクロール型の膨張機である。バイパスポート140は、この膨張機中間部に設けられている。バイパスポート140にて合流した冷媒は、旋回スクロール142の回転運動によって、容積を増加させつつスクロールの中心から周辺方向に移動し、吐出される。
The expander shown in FIG. 14 is a scroll type expander in which the
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、図6を用いて説明する。 The refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described with reference to FIG.
図6のモリエル線図において、膨張機103を流れる主冷媒回路501の冷媒の流れはA→B→C→D→M→P→Q→Aで示される。ここで、第1のバイパス流路504を流れる冷媒はD点にて分岐され、第1の流量制御弁105でR点まで減圧されたのち、内部熱交換によってN点に移動する。次に、第3のバイパス流路504を流れる冷媒は膨張機103の内部にインジェクションされ、膨張機103を流れる冷媒と合流してP点に移動する。そのあと、膨張機103で減圧膨張してQ点に移動し、蒸発器104にて加熱されたのちA点に戻る。
In the Mollier diagram of FIG. 6, the refrigerant flow in the main
すなわち、本実施形態の冷凍サイクル装置は、「密度比=一定」の制約を回避できるだけでなく、バイパス流路504を流れる冷媒を、膨張機103にインジェクションすることにより、動力回収量をさらに高めることが可能である。
That is, the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment can not only avoid the restriction of “density ratio = constant” but also increase the amount of recovered power by injecting the refrigerant flowing through the
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯器、空気調和装置のみならず、食器乾燥用や生ゴミ処理用など、他の用途の冷凍サイクル装置として利用することができる。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention can be used not only as a water heater and an air conditioner but also as a refrigeration cycle apparatus for other uses such as tableware drying and garbage disposal.
101 圧縮機
102 放熱器
103 膨張機
104 蒸発器
105 第1の流量制御弁
106 第1のバイパス流路
107 制御装置
108 内部熱交換器
109 第1の冷媒温度センサ
110 第2のバイパス流路
111 第2の流量制御弁
112 第2の冷媒温度センサ
120 バイパスポート
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記内部熱交換器と前記膨張機の間の前記主冷媒回路より分岐し、冷媒流量を制御する第1の流量制御弁と、前記放熱器で冷却され、前記内部熱交換器を通過する冷媒と前記第1の流量制御弁を通過した冷媒とで熱交換させる前記内部熱交換器とを順に経由して、前記膨張機と前記蒸発器との間の前記主冷媒回路に接続された第1のバイパス流路とを有する冷凍サイクル装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor, an internal heat exchanger through which the refrigerant cooled by the radiator passes, and a direct connection to the compressor are provided. A main refrigerant circuit that connects an expander that expands the refrigerant that has passed through the internal heat exchanger in the previous period and an evaporator that heats the refrigerant expanded in the expander,
A first flow control valve that branches off from the main refrigerant circuit between the internal heat exchanger and the expander and controls a refrigerant flow rate; a refrigerant that is cooled by the radiator and passes through the internal heat exchanger; The first heat exchanger connected to the main refrigerant circuit between the expander and the evaporator is sequentially passed through the internal heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant that has passed through the first flow control valve. A refrigeration cycle apparatus having a bypass flow path.
前記内部熱交換器と前記膨張機の間の前記主冷媒回路より分岐し、冷媒流量を制御する第1の流量制御弁と、前記放熱器で冷却され、前記内部熱交換器を通過する冷媒と前記第1の流量制御弁を通過した冷媒とで熱交換させる前記内部熱交換器とを順に経由して、前記膨張機にインジェクションされる第3のバイパス流路とを有する冷凍サイクル装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that cools the refrigerant compressed by the compressor, an internal heat exchanger through which the refrigerant cooled by the radiator passes, and a direct connection to the compressor are provided. A main refrigerant circuit that connects an expander that expands the refrigerant that has passed through the internal heat exchanger in the previous period, and an evaporator that heats the refrigerant expanded in the expander,
A first flow control valve that branches off from the main refrigerant circuit between the internal heat exchanger and the expander and controls a refrigerant flow rate; a refrigerant that is cooled by the radiator and passes through the internal heat exchanger; A refrigeration cycle apparatus having a third bypass flow path that is injected into the expander through the internal heat exchanger that exchanges heat with the refrigerant that has passed through the first flow control valve.
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