JP2008106987A - Refrigerating cycle apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置、特に、圧縮機と膨張機との回転数比が一定となる冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus in which a rotation speed ratio between a compressor and an expander is constant.
オゾン層破壊および地球温暖化防止の観点から、自然環境に適した炭酸ガス冷媒(CO2)を用いた冷凍サイクル装置が、近年、注目されている。CO2冷媒は、臨界温度が略31℃と低い。そのため、従来の冷媒に比べて、冷凍サイクル装置のCOPが低下する。そこで、CO2冷媒を用いた冷凍サイクル装置では、COPを向上させる手段が重要となる。 In recent years, a refrigeration cycle apparatus using a carbon dioxide refrigerant (CO 2 ) suitable for the natural environment has attracted attention from the viewpoint of ozone layer destruction and prevention of global warming. CO 2 refrigerant has a critical temperature as low as about 31 ° C. Therefore, the COP of the refrigeration cycle apparatus is lower than that of a conventional refrigerant. Therefore, in a refrigeration cycle apparatus using a CO 2 refrigerant, means for improving COP is important.
そこで、以前より、圧縮機と膨張機との回転数比が常に一定となる冷凍サイクル装置、例えば、圧縮機と膨張機とが回転軸により機械的に連結された膨張機一体型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が用いられている。当該膨張機一体型圧縮機では、膨張機において発生する膨張エネルギーが回収され、圧縮機における冷媒の圧縮に利用される。これにより、圧縮機を回転駆動する電動機等の動力が低減されるため、COPを向上させることができる。 Therefore, a refrigeration cycle apparatus in which the rotational speed ratio between the compressor and the expander is always constant, for example, an expander-integrated compressor in which the compressor and the expander are mechanically connected by a rotating shaft has been provided. A refrigeration cycle apparatus is used. In the expander-integrated compressor, the expansion energy generated in the expander is recovered and used for compressing the refrigerant in the compressor. Thereby, since the motive power of the electric motor etc. which rotationally drive a compressor is reduced, COP can be improved.
上記膨張機一体型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置では、回転軸の回転数をN、圧縮機のシリンダ容積をVc、膨張機のシリンダ容積をVeとすると、圧縮機の体積循環量は(Vc×N)、膨張機の体積循環量は(Ve×N)となる。また、圧縮機および膨張機のそれぞれを流れる冷媒の質量循環量Gは等しい。そのため、圧縮機に吸入される冷媒(圧縮機吸入冷媒)の密度Dcは(G/(Vc×N))となり、膨張機に吸入される冷媒(膨張機吸入冷媒)の密度Deは、(G/(Ve×N))となる。また、これらの密度比(De/Dc)は、(G/(Ve×N))/(G/(Vc×N))=Vc/Veとなる。Vc/Ve(設計容積比)は機器の設計時に定まる定数である。以上より、当該冷凍サイクル装置は、圧縮機吸入冷媒と膨張機吸入冷媒との密度比De/Dcが常に一定の値(Vc/Ve)となるように運転される(以下、このことを、「密度比一定の拘束」と呼ぶ。)。 In the refrigeration cycle apparatus provided with the above-described compressor integrated with an expander, when the rotational speed of the rotary shaft is N, the cylinder volume of the compressor is Vc, and the cylinder volume of the expander is Ve, the volume circulation amount of the compressor is (Vc × N), the volume circulation amount of the expander is (Ve × N). Moreover, the mass circulation amount G of the refrigerant | coolant which flows through each of a compressor and an expander is equal. Therefore, the density Dc of the refrigerant sucked into the compressor (compressor sucked refrigerant) is (G / (Vc × N)), and the density De of the refrigerant sucked into the expander (expander sucked refrigerant) is (G / (Ve × N)). In addition, the density ratio (De / Dc) is (G / (Ve × N)) / (G / (Vc × N)) = Vc / Ve. Vc / Ve (design volume ratio) is a constant determined when the device is designed. As described above, the refrigeration cycle apparatus is operated so that the density ratio De / Dc between the compressor intake refrigerant and the expander intake refrigerant is always a constant value (Vc / Ve). This is called “constant density ratio”.)
しかし、冷凍サイクル装置の運転条件は必ずしも一定ではない。そのため、所定の密度比で最適となるように設計された冷凍サイクル装置では、運転条件が設計時に想定したものから変化した場合、例えば、放熱器において十分に冷媒の熱を放熱できない場合、密度比一定の拘束から高圧側圧力(圧縮機から吐出され、膨張機に吸入されるまでの冷媒の圧力)を上昇させることによりサイクルはバランスしようとする。そのため、圧縮機吐出冷媒の圧力と温度とが上昇し、冷凍サイクルの効率が低下する。これにより、冷凍サイクルのバランスが崩れ、最適なCOPを維持することが困難となる。最適なCOPを維持するためには、運転条件に応じて、運転条件に最適な動作状態(冷媒圧力、温度)とすることが必要となる。 However, the operating conditions of the refrigeration cycle apparatus are not always constant. Therefore, in a refrigeration cycle apparatus designed to be optimal at a predetermined density ratio, if the operating conditions change from what was assumed at the time of design, for example, if the heat of the refrigerant cannot be sufficiently dissipated in the radiator, the density ratio The cycle tries to balance by increasing the high-pressure side pressure (the pressure of the refrigerant discharged from the compressor and sucked into the expander) from a certain constraint. For this reason, the pressure and temperature of the refrigerant discharged from the compressor increase, and the efficiency of the refrigeration cycle decreases. As a result, the balance of the refrigeration cycle is lost, making it difficult to maintain an optimal COP. In order to maintain the optimum COP, it is necessary to set the operation state (refrigerant pressure, temperature) optimum for the operation condition according to the operation condition.
そこで、このような場合に、膨張機に吸入される冷媒を圧縮機に吸入される冷媒と熱交換させて冷却する冷凍サイクル装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。当該冷凍サイクル装置では、放熱器において十分に冷媒の熱を放熱できない場合、膨張機に吸入される冷媒を冷却することにより、膨張機に吸入される冷媒の密度を上げる。これにより、密度比一定の拘束を回避し、冷凍サイクルのバランスを図ることとしている。
しかしながら、圧縮機に吸入される冷媒は気液二相の冷媒ではなく、気体である。そのため、圧縮機に吸入される冷媒は、膨張機に吸入される高温の冷媒との熱交換に伴って温度が上昇してしまう。したがって、圧縮機に吸入される冷媒では、膨張機に吸入される冷媒を十分に冷却することができないという問題があった。 However, the refrigerant sucked into the compressor is not a gas-liquid two-phase refrigerant but a gas. Therefore, the temperature of the refrigerant sucked into the compressor rises with heat exchange with the high-temperature refrigerant sucked into the expander. Therefore, the refrigerant sucked into the compressor has a problem that the refrigerant sucked into the expander cannot be sufficiently cooled.
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、密度比一定の拘束を受ける冷凍サイクル装置において、運転条件に拘わらず、冷凍サイクルのバランスを保ちつつ効率の向上を図ることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to improve efficiency while maintaining the balance of the refrigeration cycle regardless of the operating conditions in the refrigeration cycle apparatus subject to a constant density ratio constraint. Is to plan.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、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蒸発させる蒸発器と、が順次接続され、前記圧縮機の回転数と前記膨張機の回転数との比が一定である冷媒回路と、前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、前記内部熱交換器による熱交換量を制御する制御装置と、を備えたものである。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that dissipates heat from the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and evaporates the refrigerant expanded by the expander. An evaporator, sequentially connected, a refrigerant circuit in which a ratio between the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant, a high-temperature side flow path into which the refrigerant flowing out of the radiator flows, An internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant in the high-temperature side channel and the refrigerant in the low-temperature side channel, and a low-temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows. And a control device that controls the amount of heat exchange by the exchanger.
上記冷凍サイクル装置は、放熱器から流出した冷媒(膨張機に吸入される冷媒)と、膨張機から吐出された冷媒とを熱交換する内部熱交換器を備えている。そのため、運転条件が設計時に想定したものから変化した場合、例えば、放熱器において冷媒の熱を十分に放熱できない場合であっても、内部熱交換器において、膨張機に吸入される冷媒は膨張機から吐出された冷媒によって冷却される。これにより、膨張機に吸入される冷媒の密度が上がるため、膨張機に吸入される冷媒の冷却不足に起因する高圧側圧力の上昇を防止することができる。したがって、高圧側圧力の上昇による圧縮機の効率の低下を防止することができる。 The refrigeration cycle apparatus includes an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing out of the radiator (refrigerant sucked into the expander) and the refrigerant discharged from the expander. Therefore, when the operating conditions change from what was assumed at the time of design, for example, even when the heat of the refrigerant cannot be sufficiently dissipated in the radiator, the refrigerant sucked into the expander is expanded in the internal heat exchanger. It is cooled by the refrigerant discharged from. Thereby, since the density of the refrigerant sucked into the expander increases, an increase in the high-pressure side pressure due to insufficient cooling of the refrigerant sucked into the expander can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the efficiency of the compressor due to an increase in the high-pressure side pressure.
また、上記冷凍サイクル装置では、膨張機から吐出された冷媒は気液二相状態にあるため、内部熱交換器において、温度一定での熱交換(潜熱変化による熱交換)が行われる。そのため、膨張機から吐出された冷媒は、圧縮機に吸入される冷媒(気体の冷媒)と異なり、膨張機に吸入される冷媒と高い温度差を保ったまま熱交換を行うことができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機に吸入される冷媒(膨張機吸入冷媒)を十分に冷却することができる。 In the refrigeration cycle apparatus, since the refrigerant discharged from the expander is in a gas-liquid two-phase state, heat exchange at a constant temperature (heat exchange due to changes in latent heat) is performed in the internal heat exchanger. Therefore, unlike the refrigerant (gaseous refrigerant) sucked into the compressor, the refrigerant discharged from the expander can exchange heat while maintaining a high temperature difference from the refrigerant sucked into the expander. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the refrigerant sucked into the expander (expander intake refrigerant) can be sufficiently cooled.
さらに、上記冷凍サイクル装置は、内部熱交換器による熱交換量を制御する制御装置を備えている。そのため、熱交換量を運転状態に応じて適宜変更することが可能となる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、運転条件に拘わらず冷凍サイクルのバランスをとることができる。 Furthermore, the refrigeration cycle apparatus includes a control device that controls the amount of heat exchange by the internal heat exchanger. Therefore, the heat exchange amount can be appropriately changed according to the operation state. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the refrigeration cycle can be balanced regardless of operating conditions.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続されたバイパス流路と、前記冷媒回路の前記バイパス流路が並列接続された部分に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes: a bypass flow path connected in parallel to the high temperature side flow path of the internal heat exchanger; an open / close valve provided in a portion where the bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel; It is preferable to have a flow rate control device that controls opening and closing of the valve.
上記制御装置によれば、開閉弁を開閉することにより、内部熱交換器の高温側流路を流れる冷媒(放熱器から流出した冷媒)の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the control device described above, the flow rate of the refrigerant flowing through the high temperature side passage of the internal heat exchanger (the refrigerant flowing out of the radiator) can be controlled by opening and closing the on-off valve. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続されたバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes a bypass flow channel connected in parallel to the high temperature side flow channel of the internal heat exchanger, an open / close valve provided in the bypass flow channel, and a flow rate control device that controls the open / close valve. It is preferable to have.
上記制御装置によれば、開閉弁を開閉してバイパス流路へ流れる冷媒の流量を制御することにより、内部熱交換器の高温側流路を流れる冷媒(放熱器から流出した冷媒)の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the above control device, the flow rate of the refrigerant flowing through the high-temperature side channel of the internal heat exchanger (the refrigerant flowing out of the radiator) is controlled by opening and closing the on-off valve and controlling the flow rate of the refrigerant flowing into the bypass channel. Can be controlled. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続されたバイパス流路と、前記冷媒回路の前記バイパス流路が並列接続された部分に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes: a bypass channel connected in parallel to the low temperature side channel of the internal heat exchanger; an on-off valve provided in a portion where the bypass channel of the refrigerant circuit is connected in parallel; It is preferable to have a flow rate control device that controls opening and closing of the valve.
上記制御装置によれば、開閉弁を開閉することにより、内部熱交換器の低温側流路を流れる冷媒(膨張機から吐出された冷媒)の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the control device described above, the flow rate of the refrigerant (refrigerant discharged from the expander) flowing through the low-temperature channel of the internal heat exchanger can be controlled by opening and closing the on-off valve. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続されたバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes a bypass flow channel connected in parallel to the low temperature flow channel of the internal heat exchanger, an open / close valve provided in the bypass flow channel, and a flow control device that controls the open / close valve. It is preferable to have.
上記制御装置によれば、開閉弁を開閉してバイパス流路へ流れる冷媒の流量を制御することにより、内部熱交換器の低温側流路を流れる冷媒(膨張機から吐出された冷媒)の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the control device, the flow rate of the refrigerant (refrigerant discharged from the expander) flowing in the low-temperature side flow path of the internal heat exchanger by controlling the flow rate of the refrigerant flowing into the bypass flow path by opening and closing the on-off valve. Can be controlled. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された高圧側バイパス流路と、前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された低圧側バイパス流路と、前記冷媒回路の前記高圧側バイパス流路が並列接続された部分に設けられた高圧側開閉弁と、前記冷媒回路の前記低圧側バイパス流路が並列接続された部分に設けられた低圧側開閉弁と、前記高圧側開閉弁および前記低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes a high-pressure side bypass passage connected in parallel to the high-temperature side passage of the internal heat exchanger, and a low-pressure side bypass passage connected in parallel to the low-temperature side passage of the internal heat exchanger. A high-pressure side opening / closing valve provided in a portion where the high-pressure side bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel; and a low-pressure side opening / closing valve provided in a portion where the low-pressure side bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel It is preferable to have a valve and a flow rate control device that controls opening / closing of one or both of the high-pressure side on-off valve and the low-pressure side on-off valve.
上記制御装置によれば、高圧側開閉弁および低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御することにより、内部熱交換器の高温側流路または低温側流路を流れる冷媒の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the above control device, the flow rate of the refrigerant flowing through the high-temperature side flow path or the low-temperature side flow path of the internal heat exchanger is controlled by opening or closing one or both of the high-pressure side on-off valve and the low-pressure side on-off valve. can do. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記制御装置は、前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された高圧側バイパス流路と、前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された低圧側バイパス流路と、前記高圧側バイパス流路に設けられた高圧側開閉弁と、前記低圧側バイパス流路に設けられた低圧側開閉弁と、前記高圧側開閉弁および前記低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御する流量制御装置と、を有していることが好ましい。 The control device includes a high-pressure side bypass passage connected in parallel to the high-temperature side passage of the internal heat exchanger, and a low-pressure side bypass passage connected in parallel to the low-temperature side passage of the internal heat exchanger. A high pressure side on / off valve provided in the high pressure side bypass flow path, a low pressure side on / off valve provided in the low pressure side bypass flow path, one or both of the high pressure side on / off valve and the low pressure side on / off valve It is preferable to have a flow rate control device that controls opening and closing.
上記流量制御装置によれば、高圧側開閉弁および低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御して高圧側バイパス流路または低圧側バイパス流路へ流れる冷媒の流量を制御することにより、内部熱交換器の高温側流路または低温側流路を流れる冷媒の流量を制御することができる。これにより、内部熱交換器による熱交換量を制御することができる。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機吸入冷媒と膨張機吐出冷媒との熱交換量を、簡単な流量制御により適宜変更することが可能となる。 According to the above flow rate control device, by controlling the flow rate of the refrigerant flowing into the high pressure side bypass flow path or the low pressure side bypass flow path by opening / closing either one or both of the high pressure side open / close valve and the low pressure side open / close valve, It is possible to control the flow rate of the refrigerant flowing through the high temperature side channel or the low temperature side channel of the internal heat exchanger. Thereby, the heat exchange amount by the internal heat exchanger can be controlled. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the heat exchange amount between the expander intake refrigerant and the expander discharge refrigerant can be appropriately changed by simple flow rate control.
前記冷凍サイクル装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a pressure sensor that detects a pressure of the refrigerant discharged from the compressor, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the pressure sensor is a predetermined value based on a detection value of the pressure sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、圧縮機吐出冷媒の圧力が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は圧縮機から吐出された冷媒の圧力に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、運転条件に拘わらず、高圧側圧力が自動的に好適に調節され、サイクルを安定化させることができる。 The flow control device of the refrigeration cycle apparatus changes the opening degree of the on-off valve so that the pressure of the refrigerant discharged from the compressor becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the pressure of the refrigerant discharged from the compressor. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the high-pressure side pressure is automatically and suitably adjusted regardless of the operating conditions, and the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記膨張機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a pressure sensor that detects a pressure of a refrigerant sucked into the expander, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the pressure sensor is a predetermined value based on a detection value of the pressure sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、膨張機吸入冷媒の圧力が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は膨張機に吸入される冷媒の圧力に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、運転条件に拘わらず、高圧側圧力が自動的に好適に調節され、サイクルを安定化させることができる。 The flow rate control device of the refrigeration cycle device changes the opening degree of the on-off valve so that the pressure of the expander suction refrigerant becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the pressure of the refrigerant sucked into the expander. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the high-pressure side pressure is automatically and suitably adjusted regardless of the operating conditions, and the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a pressure sensor that detects a pressure of a refrigerant sucked into the compressor, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the pressure sensor is a predetermined value based on a detection value of the pressure sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は圧縮機に吸入される冷媒の圧力に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、低圧側圧力(膨張機から吐出され、圧縮機に吸入されるまでの冷媒の圧力)が自動的に好適に調節され、サイクルを安定化させることができる。 The flow rate control device of the refrigeration cycle device changes the opening degree of the on-off valve so that the pressure of the refrigerant sucked into the compressor becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the pressure of the refrigerant sucked into the compressor. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the low pressure side pressure (the pressure of the refrigerant discharged from the expander and sucked into the compressor) is automatically and suitably adjusted, and the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記膨張機から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサを備え、前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a pressure sensor that detects a pressure of the refrigerant discharged from the expander, and the flow rate control device has a detection value of the pressure sensor that is a predetermined value based on a detection value of the pressure sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、膨張機から吐出された冷媒の圧力が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は膨張機から吐出された冷媒の圧力に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、低圧側圧力が自動的に好適に調節され、サイクルを安定化させることができる。 The flow rate control device of the refrigeration cycle device changes the opening degree of the on-off valve so that the pressure of the refrigerant discharged from the expander becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the pressure of the refrigerant discharged from the expander. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, the low-pressure side pressure is automatically and suitably adjusted, and the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する温度センサを備え、前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a temperature sensor that detects a temperature of the refrigerant discharged from the compressor, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the temperature sensor is a predetermined value based on a detection value of the temperature sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、圧縮機から吐出された冷媒の温度が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は圧縮機から吐出された冷媒の温度に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、圧縮機から吐出された冷媒の温度が自動的に好適に調節されるため、サイクルを安定化させることができる。 The flow rate control device of the refrigeration cycle device changes the opening degree of the on-off valve so that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the temperature of the refrigerant discharged from the compressor. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, since the temperature of the refrigerant discharged from the compressor is automatically and suitably adjusted, the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記膨張機に吸入される冷媒の温度を検出する温度センサを備え、前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle apparatus includes a temperature sensor that detects a temperature of a refrigerant sucked into the expander, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the temperature sensor is a predetermined value based on a detection value of the temperature sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、膨張機に吸入される冷媒の温度が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は膨張機に吸入される冷媒の温度に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機に吸入される冷媒の温度が自動的に好適に調節されるため、サイクルを安定化させることができる。 The flow control device of the refrigeration cycle apparatus changes the opening degree of the on-off valve so that the temperature of the refrigerant sucked into the expander becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the temperature of the refrigerant sucked into the expander. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, since the temperature of the refrigerant sucked into the expander is automatically and suitably adjusted, the cycle can be stabilized.
前記冷凍サイクル装置は、前記膨張機から吐出された冷媒の温度を検出する温度センサを備え、前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更することが好ましい。 The refrigeration cycle device includes a temperature sensor that detects a temperature of the refrigerant discharged from the expander, and the flow rate control device is configured such that a detection value of the temperature sensor is a predetermined value based on a detection value of the temperature sensor. Thus, it is preferable to change the opening degree of the on-off valve.
上記冷凍サイクル装置の流量制御装置は、膨張機から吐出された冷媒の温度が所定の値となるように開閉弁の開度を変更する。これにより、内部熱交換器における熱交換量は膨張機から吐出された冷媒の温度に応じて適宜調整される。したがって、上記冷凍サイクル装置によれば、膨張機から吐出された冷媒の温度が自動的に好適に調節されるため、サイクルを安定化させることができる。 The flow rate control device of the refrigeration cycle device changes the opening degree of the on-off valve so that the temperature of the refrigerant discharged from the expander becomes a predetermined value. Thereby, the heat exchange amount in the internal heat exchanger is appropriately adjusted according to the temperature of the refrigerant discharged from the expander. Therefore, according to the refrigeration cycle apparatus, since the temperature of the refrigerant discharged from the expander is automatically and suitably adjusted, the cycle can be stabilized.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、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蒸発させる蒸発器と、が順次接続され、前記圧縮機の回転数と前記膨張機の回転数との比が一定である冷媒回路と、前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された第1のバイパス流路と、前記冷媒回路における前記放熱器に並列接続された第2のバイパス流路と、前記冷媒回路の前記第1のバイパス流路が並列接続された部分に設けられた第1の開閉弁と、前記第2のバイパス流路に設けられた第2の開閉弁と、前記第1の開閉弁と前記第2の開閉弁とを開閉制御する流量制御装置と、を備えるものである。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that dissipates heat from the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and evaporates the refrigerant expanded by the expander. An evaporator, sequentially connected, a refrigerant circuit in which a ratio between the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant, a high-temperature side flow path into which the refrigerant flowing out of the radiator flows, An internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant in the high-temperature side channel and the refrigerant in the low-temperature side channel, and a low-temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows. A first bypass channel connected in parallel to the high temperature channel of the exchanger; a second bypass channel connected in parallel to the radiator in the refrigerant circuit; and the first bypass of the refrigerant circuit. 1st opening and closing provided in the part where the flow path was connected in parallel When, those comprising a second on-off valve provided in the second bypass passage, and a flow control device which controls the opening and closing of the said first on-off valve and the second on-off valve.
上記冷凍サイクル装置は、放熱器から流出した冷媒(膨張機に吸入される冷媒)の一部と、膨張機から吐出された冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、放熱器に並列接続された第2のバイパス流路とを備えている。そのため、運転条件が設計時に想定したものから変化した場合であっても、冷凍サイクルのバランスを図ることができる。例えば、放熱器において十分に冷媒の熱を放熱できない場合には、内部熱交換器において、膨張機に吸入される冷媒を膨張機から吐出された冷媒によって冷却する。これにより、膨張機に吸入される冷媒の密度を上げて、冷凍サイクルのバランスを図ることができる。一方、例えば、放熱器において過剰に放熱されてしまうため、冷凍サイクルのバランスが崩れるような状況下にある場合、放熱器に流入する冷媒の一部を第2のバイパス流路に流入させる。これにより、放熱量を制御し、膨張機に吸入される冷媒の密度を下げることにより、冷凍サイクルのバランスを図ることができる。 The refrigeration cycle apparatus is connected in parallel to an internal heat exchanger that exchanges heat between a part of the refrigerant flowing out of the radiator (refrigerant sucked into the expander) and the refrigerant discharged from the expander, and the radiator. And a second bypass flow path. Therefore, even if the operating conditions are changed from those assumed at the time of design, the refrigeration cycle can be balanced. For example, when the heat of the refrigerant cannot be sufficiently dissipated in the radiator, the refrigerant sucked into the expander is cooled by the refrigerant discharged from the expander in the internal heat exchanger. Thereby, the density of the refrigerant | coolant suck | inhaled by an expander can be raised and the balance of a refrigerating cycle can be aimed at. On the other hand, for example, since heat is dissipated excessively in the radiator, a part of the refrigerant flowing into the radiator is caused to flow into the second bypass channel when the balance of the refrigeration cycle is lost. Thereby, the balance of a refrigerating cycle can be aimed at by controlling the amount of heat radiation and reducing the density of the refrigerant sucked into the expander.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、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蒸発させる蒸発器と、が順次接続され、前記圧縮機の回転数と前記膨張機の回転数との比が一定である冷媒回路と、前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された第1のバイパス流路と、前記冷媒回路における前記放熱器に並列接続された第2のバイパス流路と、前記冷媒回路の前記第1のバイパス流路が並列接続された部分に設けられた第1の開閉弁と、前記第2のバイパス流路に設けられた第2の開閉弁と、前記第1の開閉弁と前記第2の開閉弁とを開閉制御する流量制御装置と、を備えるものである。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that dissipates heat from the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and evaporates the refrigerant expanded by the expander. An evaporator, sequentially connected, a refrigerant circuit in which a ratio between the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant, a high-temperature side flow path into which the refrigerant flowing out of the radiator flows, An internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant in the high-temperature side channel and the refrigerant in the low-temperature side channel, and a low-temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows. A first bypass passage connected in parallel to the low temperature side passage of the exchanger; a second bypass passage connected in parallel to the radiator in the refrigerant circuit; and the first bypass of the refrigerant circuit. 1st opening and closing provided in the part where the flow path was connected in parallel When, those comprising a second on-off valve provided in the second bypass passage, and a flow control device which controls the opening and closing of the said first on-off valve and the second on-off valve.
上記冷凍サイクル装置は、放熱器から流出した冷媒(膨張機に吸入される冷媒)と、膨張機から吐出された冷媒の一部とを熱交換する内部熱交換器と、放熱器に並列接続された第2のバイパス流路とを備えている。そのため、運転条件が設計時に想定したものから変化した場合(例えば、放熱器において十分に冷媒の熱を放熱できない場合や、放熱器において過剰に放熱されすぎる場合)であっても、冷凍サイクルのバランスを図ることができる。 The refrigeration cycle apparatus is connected in parallel to an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant flowing out of the radiator (refrigerant sucked into the expander) and a part of the refrigerant discharged from the expander, and the radiator. And a second bypass flow path. Therefore, even if the operating conditions have changed from what was assumed at the time of design (for example, when the heat of the refrigerant cannot be sufficiently dissipated in the radiator or when the radiator dissipates excessive heat), the balance of the refrigeration cycle Can be achieved.
前記圧縮機と前記膨張機とは同軸の回転軸により連結されていることが好ましい。 It is preferable that the compressor and the expander are connected by a coaxial rotating shaft.
このことにより、圧縮機の回転軸と膨張機の回転軸とを動力伝達機構を介して連結する場合に比べて、圧縮機と膨張機とをコンパクトに配置することができる。なお、回転軸は一体物であってもよく、複数の部材を同軸状に結合させたものであってもよい。 Thereby, compared with the case where the rotating shaft of a compressor and the rotating shaft of an expander are connected via a power transmission mechanism, a compressor and an expander can be arrange | positioned compactly. In addition, the rotating shaft may be a single body, or a plurality of members coupled in a coaxial manner.
前記冷媒は二酸化炭素であってもよい。 The refrigerant may be carbon dioxide.
一般的に、冷凍サイクル装置の冷媒として二酸化炭素を用いた場合、COPはフロン等を冷媒としたものに比べ低下する。そのため、例えば、膨張機一体型圧縮機等の動力回収型の膨張機を用いてCOPを向上させることが必要となる。ところが、膨張機一体型圧縮機のような圧縮機と膨張機との回転数比が常に一定となる膨張機を用いた冷凍サイクル装置では、密度比一定の拘束をうけてしまう。そのため、当該冷凍サイクル装置では、サイクルのバランスが崩れやすく、そのままでは却ってCOPが低下するおそれがある。しかし、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上述のように冷凍サイクルのバランスをとりつつCOPを向上させることができる。そのため、冷媒として二酸化炭素を用いた場合であっても上述のような問題を解決することができ、COPを向上させることができる。 In general, when carbon dioxide is used as the refrigerant of the refrigeration cycle apparatus, the COP is lower than that using chlorofluorocarbon as a refrigerant. Therefore, for example, it is necessary to improve the COP by using a power recovery type expander such as an expander-integrated compressor. However, in a refrigeration cycle apparatus using an expander in which the rotational speed ratio between the compressor and the expander, such as an expander-integrated compressor, is always constant, the density ratio is constant. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus, the balance of the cycle is likely to be lost, and there is a risk that the COP may decrease instead. However, according to the refrigeration cycle apparatus of the present invention, COP can be improved while balancing the refrigeration cycle as described above. Therefore, even when carbon dioxide is used as the refrigerant, the above-described problems can be solved and COP can be improved.
以上のように、本発明によれば、密度比一定の拘束を受ける冷凍サイクル装置において、運転条件に拘わらず、冷凍サイクルのバランスを保ちつつ効率の向上を図ることができる。 As described above, according to the present invention, in a refrigeration cycle apparatus that receives a constant density ratio constraint, efficiency can be improved while maintaining the balance of the refrigeration cycle regardless of operating conditions.
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。なお、本実施形態の冷凍サイクル装置は、冷凍装置、空気調和装置、給湯機等に使用可能であるが、以下では、給湯機に使用する場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although the refrigerating-cycle apparatus of this embodiment can be used for a refrigerating device, an air conditioning apparatus, a hot water heater, etc., the case where it uses for a hot water heater is demonstrated below.
(第1の実施形態)
−冷凍サイクル装置の構成−
図1に示すように、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、圧縮機2と、放熱器3と、膨張機4と、蒸発器5と、が順次接続された冷媒回路10を備えている。また、冷媒回路10の放熱器3と膨張機4との間には、バイパス流路11が並列接続されている。
(First embodiment)
-Configuration of refrigeration cycle equipment-
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the present embodiment includes a
冷凍サイクル装置1の圧縮機2と膨張機4とは同軸の回転軸6によって連結されている。回転軸6の圧縮機2と膨張機4との間には、電動機7が設けられており、圧縮機2と膨張機4と電動機7とは回転軸6によって一体となり、同期して動作する。また、圧縮機2と膨張機4と電動機7とは、同一のケーシング8a内に収納され、膨張機一体型圧縮機8として冷媒回路10に組み込まれている。
The
放熱器3は、高温側流路3aと低温側流路3bとを有する熱交換器である。放熱器3の高温側流路3aは冷媒回路10に接続されており、低温側流路3bは、図示しない給水タンク、給水ポンプ等と接続されている。また、低温側流路3bには、給水ポンプにより給水タンク内の水が供給される。放熱器3は、高温側流路3aを流れる高温高圧の冷媒と低温側流路3bを流れる水とを熱交換させ、水を加熱すると共に、高温側流路3aを流れる冷媒を冷却する。
The
また、冷凍サイクル装置1の放熱器3の下流側には、内部熱交換器15が設けられている。内部熱交換器15は、高温高圧の冷媒を流通させる高温側流路13と、低温低圧の冷媒を流通させる低温側流路14とを有しており、高温側流路13を流れる冷媒と低温側流路14を流れる冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器15の高温側流路13は、冷媒回路10の放熱器3と膨張機4との間に接続され、低温側流路14は冷媒回路10の膨張機4と蒸発器5との間に接続されている。なお、前述のバイパス流路11は、内部熱交換器15の高温側流路13をバイパスするように設けられている。
An
冷媒回路10のバイパス流路11と並列接続された部分には、内部熱交換器15の高温側流路13へ流れる冷媒量を制御するための開閉弁12が設けられている。
An opening / closing
冷凍サイクル装置1は、開閉弁12を開閉制御する流量制御装置20を備えている。また、冷媒回路10の圧縮機2と放熱器3との間には、圧縮機2から吐出された冷媒の圧力を検出する圧力センサ31が設けられている。圧力センサ31は流量制御装置20に接続されている。流量制御装置20は、圧力センサ31の検出値に基づき、圧縮機2から吐出された冷媒の圧力が所定の範囲内となるように開閉弁12を開閉制御する。なお、流量制御装置20の具体的な制御方法については、後に詳述する。
The refrigeration cycle apparatus 1 includes a flow
この冷媒回路10には、高圧部分(圧縮機2から放熱器3を経て膨張機4に至る部分)において超臨界状態(臨界温度、臨界圧力を超えた状態)となる冷媒が充填されている。本実施形態では、そのような冷媒として二酸化炭素(CO2)が充填されている。ただし、冷媒の種類は特に限定されるものではない。
The
以上が、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1の構成である。 The above is the configuration of the refrigeration cycle apparatus 1 according to the present embodiment.
−冷凍サイクル装置の動作−
次に、冷凍サイクル装置1の運転時の動作について説明する。なお、動作と共に冷媒の状態についても図2のモリエル線図を参照しつつ説明する。以下、圧縮機2のシリンダ容積をVc、膨張機4のシリンダ容積をVe、圧縮機2に吸入される冷媒の密度(圧縮機吸入冷媒)をDc、膨張機4に吸入される冷媒の密度(膨張機吸入冷媒密度)をDeとして説明する。図2において、一点鎖線は飽和線Sを示し、飽和線Sより下方では冷媒は気液二相状態となる。また、右上がりの直線は等密度線D1(850kg/m2),D2(750kg/m2)を示し、左上がりの破線は等温度線t1(35℃),t2(20℃)を示している。
-Operation of refrigeration cycle equipment-
Next, the operation during operation of the refrigeration cycle apparatus 1 will be described. The state of the refrigerant as well as the operation will be described with reference to the Mollier diagram of FIG. Hereinafter, the cylinder volume of the
まず、実際の運転状態での密度比(De/Dc)が設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)と略同等である場合について説明する。このとき、開閉弁12は流量制御装置20によって全閉状態に制御される。
First, the case where the density ratio (De / Dc) in the actual operation state is substantially equal to the design volume ratio (Vc / Ve) assumed at the time of design will be described. At this time, the on-off
冷凍回路10を流れる低圧のガス状態(点A)の冷媒は、圧縮機2において圧縮されて高温高圧の超臨界状態(点B’)となる。その後、圧縮機2から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器3の高温側流路3aに流入する。放熱器3において、高温側流路3aに流入した冷媒は、低温側流路3bに供給される水と熱交換することにより冷却され、低温(t2)の液体状態(点E)となる。一方、低温側流路3bに供給された水は、高温側流路3aに流入した冷媒から吸熱し、加熱される。
The refrigerant in the low-pressure gas state (point A) flowing through the
高温側流路3aにおいて冷却された冷媒は、開閉弁12が全閉状態にあるため、内部熱交換器15側には流れず、全てバイパス流路11に流れ込む。その後、液体状態(点E)の冷媒は膨張機4に吸入されて減圧され、飽和液を経て気液二相状態(点F)となる。なお、膨張機4では、冷媒の圧力エネルギーが動力に変換され、その動力は回転軸6に伝達される。この回転軸6に伝達された動力により、電動機7の入力が低減される。
The refrigerant cooled in the high temperature
膨張機4から吐出された減圧後の気液二相状態(点F)の冷媒は、蒸発器5に流入する。そして、冷媒は、蒸発器5付近の空気によって加熱され、蒸発を伴いながらガス状態となる(点A)。その後、冷媒は、再び圧縮機2に吸入され、同様のサイクルが繰り返される。
The refrigerant in the gas-liquid two-phase state after decompression (point F) discharged from the
次に、実際の運転状態での密度比(De/Dc)が、設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)と異なる場合について説明する。 Next, a case where the density ratio (De / Dc) in the actual operation state is different from the design volume ratio (Vc / Ve) assumed at the time of design will be described.
例えば、放熱器3において冷媒が十分に冷却されない場合、実際に膨張機4に吸入される冷媒の密度Deが小さくなる。つまり、密度比(De/Dc)が、設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)より小さくなる。このような場合、冷凍サイクル装置1のサイクルは設計範囲から外れ、冷凍サイクル装置1は正常に稼働できなくなる。例えば、放熱器3に供給される水の温度が30℃以上であるため、冷媒が温度t1(35℃)までしか冷却されない場合、サイクルは破線の閉ループABCDのようになる。
For example, when the refrigerant is not sufficiently cooled in the
このような場合、開閉弁12を全閉状態のままにしておくと、放熱器3において冷媒を温度t1(35℃)までしか冷却できず、膨張機4に吸入される冷媒の密度(De)が温度t2(20℃)まで冷却できる場合に比べて低下してしまう。しかし、圧縮機2と膨張機4とが同期して動作する膨張機一体型圧縮機8を用いた冷凍サイクル装置1では、密度比(De/Dc)は常に一定でなければならない(密度比一定の拘束)。そのため、冷凍サイクル装置1のサイクルは、高圧側圧力(圧縮機2から放熱器3を経て膨張機4に至る部分における圧力)を上昇させることにより密度比を一定に保ち、サイクルを安定化させようとする。これにより、圧縮機2の吐出冷媒は、設計時に想定された圧力(点B’)よりも高い圧力(点B)となる。
In such a case, if the on-off
ところが、高圧側圧力が望ましい圧力(点B’)より上昇すると(点B)、圧縮機2の吐出温度と圧力とが上昇し、圧縮仕事量が増加することにより、電動機7への入力が増加してしまう。これにより、冷凍サイクル装置1の運転効率が低下する。また、許容範囲外の運転となり信頼性が低下する。
However, when the high-pressure side pressure rises above the desired pressure (point B ′) (point B), the discharge temperature and pressure of the
そこで、本発明に係る冷凍サイクル装置1では、このような場合、開閉弁12を開き、冷媒をバイパス流路11だけでなく、高温側流路13側にも流入するようにする。具体的には、圧力センサ31によって検出された圧縮機2の吐出冷媒の圧力P1が流量制御装置20に入力される。すると、流量制御装置20は、開閉弁12を、圧力センサ31の検出値P1に応じて所定量だけ開く。開閉弁12が開かれると、膨張機4から吐出された冷媒は、バイパス流路11のみでなく高温側流路13側にも流入する。
Therefore, in such a refrigeration cycle apparatus 1 according to the present invention, in such a case, the on-off
冷媒回路10のバイパス流路11が並列接続された部分に流入した冷媒は(点C’)、やがて内部熱交換器15の高温側流路13に流入し、低温側流路14を流れる温度t3(5℃)の冷媒により温度t2(20℃)まで十分に冷却される(点E)。これにより、膨張機4に吸入される冷媒の密度は上昇し、密度比(De/Dc)が設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)に近づき、サイクルが安定化することとなる。そして、圧縮機2の吐出冷媒の圧力は上昇することなく、設計時に設定した望ましい圧力となる(点B’)。
The refrigerant that has flowed into the portion where the
その後、冷媒は、膨張機4に流入し、減圧されて液相(点E)から飽和液を経て、温度t3(5℃)の気液二相状態へと圧力を降下させる(点F)。そして、冷媒は、内部熱交換器15の低温側流路14に流入し、高温側流路13を流れる冷媒によって加熱されて温度が上昇する(点D’)。その後、冷媒は蒸発器5に流入し、蒸発器5において加熱され、気液二相状態(点D’)から蒸発を伴いながら気相(点A)へと変化する。
Thereafter, the refrigerant flows into the
なお、開閉弁12の開度により、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒の流量は変化する。そのため、開閉弁12の開度を制御することにより、内部熱交換器15において冷却される冷媒の流量も変化する。したがって、流量制御装置20が、開閉弁12の開度を変化させることにより熱交換量が変化することとなり、膨張機4に吸入される冷媒の温度を調節することができる。これにより、点Eの温度を、開閉弁12の開度により、内部熱交換器15の低温側流路14の下流端付近(点D’)の温度t3(5℃)から高温側流路13の上流端付近(点C’)の温度t1(35℃)までの範囲で任意に設定することができる。また、内部熱交換器15の低温側流路14を流れる冷媒は、減圧された気液二相状態である。そのため、一定の低温t3(5℃)に保たれ、高温側流路13を流れる冷媒を十分に冷却することができる。
Note that the flow rate of the refrigerant flowing through the high temperature
−開閉弁の制御−
次に、流量制御装置20による開閉弁12の制御方法について図3のフローチャートを参照しながら説明する。
-Control of on-off valve-
Next, a control method of the on-off
まず、ステップS1において、圧縮機2の吐出冷媒の圧力P1の下限値(Pmin)と上限値(Pmax)とが流量制御装置20に入力される。上記値が入力されると、ステップS2に進み、圧力センサ31によって圧縮機2の吐出冷媒の圧力P1が検出され、検出値が流量制御装置20に入力される。
First, in step S <b> 1, a lower limit value (Pmin) and an upper limit value (Pmax) of the pressure P <b> 1 of the refrigerant discharged from the
圧力P1が入力されると、ステップS3に進み、流量制御装置20は、圧力P1が下限値(Pmin)よりも大きい値であるか否かを判定する。圧力P1が下限値(Pmin)以下の場合、ステップS4に進む。ステップS4では、開閉弁12の開度を小さくし、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を減少させる。つまり、内部熱交換器15における熱交換量を減じる。なお、開閉弁12の開度変更量はP1とPminとの差に応じて調節される。
When the pressure P1 is input, the process proceeds to step S3, and the
一方、圧力P1が下限値(Pmin)よりも大きい値である場合、ステップS5に進む。ステップS5では、圧力P1が上限値(Pmax)よりも小さいか否かを判定する。圧力P1が上限値(Pmax)以上の場合、ステップS6に進む。ステップS6では、開閉弁12の開度を大きくし、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を増加させる。つまり、内部熱交換器15における熱交換量を増加させる。なお、開閉弁12の開度変更量はP1とPmaxとの差に応じて調節される。
On the other hand, when the pressure P1 is larger than the lower limit (Pmin), the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the pressure P1 is smaller than an upper limit value (Pmax). If the pressure P1 is greater than or equal to the upper limit (Pmax), the process proceeds to step S6. In step S <b> 6, the opening degree of the on-off
一方、圧力P1が上限値(Pmax)よりも小さい場合、ステップS7に進む。ステップS7では、開閉弁12の開度を変更することなく維持する。ただし、ここでは、開閉弁12の開度を僅かに変動させることも、開閉弁12の開度変更なしに含まれることとする。
On the other hand, when the pressure P1 is smaller than the upper limit (Pmax), the process proceeds to step S7. In step S7, the opening degree of the on-off
ステップS4、ステップS6またはステップS7を経た後、ステップS2に戻る。そして、上述の各ステップを繰り返す。 After step S4, step S6 or step S7, the process returns to step S2. Then, the above steps are repeated.
以上より、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、膨張機4に吸入される冷媒と膨張機4から吐出された冷媒とを熱交換させる内部熱交換器15を備えている。そのため、運転条件が設計時に想定したものから変化した場合、例えば、放熱器3に供給される冷却水の温度が高く、冷媒が十分に冷却されないような場合であっても、内部熱交換器15において膨張機4の吸入冷媒を好適な温度に冷却することができる。これにより、膨張機4の吸入冷媒の密度を上げることができるため、膨張機4の吸入冷媒の冷却不足に起因する高圧側圧力の上昇を防止することができる。したがって、高圧側圧力の上昇による圧縮機2の信頼性の低下を防止することができる。また、圧縮仕事量の増加による電動機7への入力の増加を防止することもでき、COPの向上を図ることができる。
As described above, the refrigeration cycle apparatus 1 according to this embodiment includes the
また、本冷凍サイクル装置1では、膨張機4に吸入される冷媒を膨張機4からの吐出冷媒により冷却する。膨張機4から吐出された冷媒は、膨張機4により減圧されて気液二相状態にあるため、温度一定での熱交換(潜熱変化による熱交換)が行われる。そのため、膨張機4から吐出された冷媒は、膨張機4に吸入される冷媒と高い温度差を保ったまま熱交換を行うことができる。したがって、上記冷凍サイクル装置1によれば、膨張機4の吸入冷媒を膨張機4の吐出冷媒により十分に冷却することができる。
In the refrigeration cycle apparatus 1, the refrigerant sucked into the
さらに、本冷凍サイクル装置1は、内部熱交換器15の高温側流路13をバイパスするバイパス流路11と、高温側流路13を流れる冷媒の流量を調節するための開閉弁12とを備えている。そのため、高温側流路13への冷媒の流量を調節することにより、内部熱交換器15での熱交換量を好適に調節することができる。したがって、本冷凍サイクル装置1によれば、運転条件等に応じて、内部熱交換器15を用いて膨張機4への吸入冷媒の冷却を補うことができる。また、内部熱交換器15における熱交換が不要な場合においては、開閉弁12を閉じることにより、放熱器3によってのみ冷媒を冷却することが可能であり、このような変更を簡単な流量制御により行うことができる。これにより、本冷凍サイクル装置1によれば、運転条件に拘わらず冷凍サイクルのバランスを図ることができる。
Further, the refrigeration cycle apparatus 1 includes a
また、本冷凍サイクル装置1は、内部熱交換器15の高温側流路13に流れる冷媒の流量を自動的に調節する流量制御装置20と、圧縮機2の吐出冷媒の圧力を検出する圧力センサ31とを備えている。上述したように、流量制御装置20は、圧縮機2の吐出冷媒の圧力P1と予め設定されたP1の上限値Pmaxまたは下限値Pminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、圧縮機2から吐出された冷媒の圧力P1は所定の範囲内となるように制御される。したがって、本冷凍サイクル装置1によれば、運転条件が変化した場合であっても、内部熱交換器15を流れる冷媒の流量が自動的に調節され、膨張機4に吸入される冷媒は、圧縮機2から吐出された冷媒の圧力P1に応じて必要な分だけ冷却される。そのため、本冷凍サイクル装置1では、運転条件に拘わらず、サイクルの高圧側圧力が好適に調節されるため、サイクルを安定化させることができる。
Further, the refrigeration cycle apparatus 1 includes a flow
(変形例1)
変形例1に係る冷凍サイクル装置1は、図4(a)に示すように、圧力センサ31の代わりに、内部熱交換器15の高温側流路13と膨張機4との間に、膨張機4の吸入冷媒の圧力P2を検出する圧力センサ32を設けたものである。
(Modification 1)
As shown in FIG. 4A, the refrigeration cycle apparatus 1 according to Modification 1 includes an expander between the high temperature
変形例1の流量制御装置20は、圧力センサ32が検出した膨張機4の吸入冷媒の圧力P2に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、上記第1の実施形態と同様に、膨張機4の吸入冷媒の圧力P2と予め設定されたP2の上限値Pmaxまたは下限値Pminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、膨張機4の吸入冷媒の圧力P2は所定の範囲内となるように制御される。
The
したがって、本冷凍サイクル装置1によっても、運転条件が変化した場合であっても、内部熱交換器15を流れる冷媒の流量が自動的に調節され、膨張機4に吸入される冷媒は膨張機4の吸入冷媒の圧力P2に応じて必要な分だけ冷却される。そのため、本冷凍サイクル装置1においても、運転条件に拘わらず、サイクルの高圧側圧力が好適に調節されるため、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
Therefore, even with the present refrigeration cycle apparatus 1, even when the operating conditions change, the flow rate of the refrigerant flowing through the
(変形例2)
変形例2に係る冷凍サイクル装置1は、図4(b)に示すように、圧力センサ31の代わりに、蒸発器5と圧縮機2との間に、圧縮機2の吸入冷媒の圧力P3を検出する圧力センサ33を設けたものである。
(Modification 2)
As shown in FIG. 4B, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the modified example 2 sets the pressure P3 of the refrigerant sucked in the
変形例2の流量制御装置20は、圧力センサ33が検出した圧縮機2の吸入冷媒の圧力P3に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、上記第1の実施形態と同様に、圧縮機2の吸入冷媒の圧力P3と予め設定されたP3の上限値Pmaxまたは下限値Pminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、圧縮機2の吸入冷媒の圧力P3は所定の範囲内となるように制御される。例えば、低圧側圧力が高い場合、開閉弁12の開度が大きくなるように制御される。これにより、内部熱交換器15における熱交換量が増加し、これに伴い圧縮機2の吸入冷媒の温度が上昇すると共に冷媒密度が小さくなる。そのため、圧縮機に吸入される冷媒量が減少し、低圧側圧力が低下する。したがって、本冷凍サイクル装置1によっても、運転条件に拘わらず、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
The
(変形例3)
変形例3に係る冷凍サイクル装置1は、図4(c)に示すように、変形例2の圧力センサ33の代わりに、膨張機4と内部熱交換器15の低温側流路14との間に、膨張機4の吐出冷媒の圧力P4を検出する圧力センサ34を設けたものである。
(Modification 3)
As shown in FIG. 4C, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the
変形例3の流量制御装置20は、圧力センサ34が検出した膨張機4の吐出冷媒の圧力P4に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、膨張機4の吐出冷媒の圧力P4と予め設定されたP4の上限値Pmaxまたは下限値Pminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、膨張機4の吐出冷媒の圧力P4は所定の範囲内となるように制御される。つまり、低圧側圧力が所定の範囲内となるように制御される。したがって、本冷凍サイクル装置1によっても、運転条件に拘わらず、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
The
(変形例4)
変形例4に係る冷凍サイクル装置1は、図5(a)に示すように、第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1において用いられていた圧力センサ31の代わりに、圧縮機2と放熱器3との間に、圧縮機2の吐出冷媒の温度T1を検出する温度センサ35を設けたものである。このような場合、流量制御装置20による開閉弁12の開閉制御は、図6のフローチャートのようになる。以下、図6を参照しながら開閉弁12の開閉制御について説明する。
(Modification 4)
As shown in FIG. 5A, the refrigeration cycle apparatus 1 according to
まず、ステップS11において、圧縮機2の吐出冷媒の温度T1の下限値(Tmin)と上限値(Tmax)とが流量制御装置20に入力される。上記値が入力されると、ステップS12に進み、温度センサ35によって圧縮機2の吐出冷媒の温度T1が検出され、検出値が流量制御装置20に入力される。
First, in step S11, a lower limit value (Tmin) and an upper limit value (Tmax) of the temperature T1 of the refrigerant discharged from the
温度T1が入力されると、ステップS13に進み、流量制御装置20は、温度T1が下限値(Tmin)よりも大きい値であるか否かを判定する。温度T1が下限値(Tmin)以下の場合、ステップS14に進む。ステップS14では、開閉弁12の開度を小さくし、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を減少させる。つまり、内部熱交換器15における熱交換量を減少させる。なお、開閉弁12の開度変更量はT1とTminとの差に応じて調節される。
When the temperature T1 is input, the process proceeds to step S13, and the
一方、温度T1が下限値(Pmin)よりも大きい値である場合、ステップS15に進む。ステップS15では、温度T1が上限値(Tmax)よりも小さいか否かを判定する。温度T1が上限値(Tmax)以上の場合、ステップS16に進む。ステップS16では、開閉弁12の開度を大きくし、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を増加させる。つまり、内部熱交換器15における熱交換量を増加させる。なお、開閉弁12の開度変更量はT1とTmaxとの差に応じて調節される。
On the other hand, when temperature T1 is a value larger than a lower limit (Pmin), it progresses to step S15. In step S15, it is determined whether or not the temperature T1 is lower than an upper limit value (Tmax). If the temperature T1 is equal to or higher than the upper limit (Tmax), the process proceeds to step S16. In step S <b> 16, the opening degree of the on-off
一方、温度T1が上限値(Tmax)よりも小さい場合、ステップS17に進む。ステップS17では、開閉弁12の開度を変更することなく維持する。ただし、ここでは、開閉弁12の開度を僅かに変動させることも、開閉弁12の開度変更なしに含まれることとする。
On the other hand, when the temperature T1 is lower than the upper limit (Tmax), the process proceeds to step S17. In step S17, the opening degree of the on-off
ステップS14、ステップS16またはステップS17を経た後、ステップS12に戻る。そして、上述の各ステップを繰り返す。 After step S14, step S16 or step S17, the process returns to step S12. Then, the above steps are repeated.
このようにして、変形例4の流量制御装置20は、温度センサ35が検出した圧縮機2の吐出冷媒の温度T1に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、上記第1の実施形態と同様に、圧縮機2の吐出冷媒の温度T1と予め設定されたT1の上限値Tmaxまたは下限値Tminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、圧縮機2の吐出冷媒の温度T1は所定の範囲内となるように制御される。
In this manner, the
ここで、圧縮機2から吐出された冷媒の温度を所定の範囲内となるように制御すると、当該冷媒の圧力も所定の範囲内に保持される。つまり、冷凍サイクル装置1において、圧縮機2の吐出冷媒の温度を制御することにより、圧縮機2の吐出冷媒の圧力を制御することができる。これにより、本冷凍サイクル装置1でも、運転条件が変化した場合に、自動的に内部熱交換器15を流れる冷媒の流量が調節され、膨張機4に吸入される冷媒は圧縮機2の吐出冷媒の温度T1に応じて必要な分だけ冷却される。したがって、本冷凍サイクル装置1においても、運転条件に拘わらず、サイクルの高圧側圧力が好適に調節されるため、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
Here, when the temperature of the refrigerant discharged from the
(変形例5)
変形例5に係る冷凍サイクル装置1は、図5(b)に示すように、変形例4における温度センサ35の代わりに、内部熱交換器15の高温側流路13と膨張機4との間に、膨張機4の吸入冷媒の温度T2を検出する温度センサ36を設けたものである。
(Modification 5)
As shown in FIG. 5B, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the modified example 5 is provided between the high temperature
変形例5の流量制御装置20は、温度センサ36が検出した膨張機4の吸入冷媒の温度T2に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、膨張機4の吸入冷媒の温度T2と予め設定されたT2の上限値Tmaxまたは下限値Tminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、膨張機4の吸入冷媒の温度T2は所定の範囲内となるように制御される。つまり、高圧側の冷媒の温度が所定の範囲内となるように制御される。したがって、本冷凍サイクル装置1によっても、運転条件に拘わらず、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
The
(変形例6)
変形例6に係る冷凍サイクル装置1は、図5(c)に示すように、変形例4における温度センサ35の代わりに、膨張機4と内部熱交換器15の低温側流路14との間に、膨張機4の吐出冷媒の温度T3を検出する温度センサ37を設けたものである。
(Modification 6)
As shown in FIG. 5C, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the modified example 6 is arranged between the
変形例6の流量制御装置20は、温度センサ37が検出した膨張機4の吐出冷媒の温度T3に基づき、開閉弁12の開度を変更する。また、流量制御装置20は、膨張機4の吐出冷媒の温度T3と予め設定されたT3の上限値Tmaxまたは下限値Tminとの差に応じて、自動的に開閉弁12の開度を調節する。これにより、膨張機4の吐出冷媒の温度T3は所定の範囲内となるように制御される。例えば、低圧側の冷媒の温度が高い場合、開閉弁12の開度が小さくなるように制御され、内部熱交換器15における熱交換量が減少する。これにより、膨張機4の吸入冷媒の温度は上昇し、密度は低下する。これに伴い、膨張機4が吐出する冷媒量は増加し、吐出冷媒の圧力は上昇する。このようにして、気液二相状態である膨張機4の吐出冷媒の温度は低下することとなる。したがって、本冷凍サイクル装置1によっても、運転条件に拘わらず、運転の効率を向上させることができると共に、サイクルを安定化させることができる。
The
(変形例7)
変形例7の冷凍サイクル装置1は、図7(a)に示すように、第1の実施形態において、冷媒回路10のバイパス流路11と並列接続された部分に設けられていた開閉弁12をバイパス流路11の中途部に設けたものである。開閉弁12は、第1の実施形態と同様に内部熱交換器15の高温側流路13へ流れる冷媒量を制御するためのものであり、流量制御装置20によって開閉制御される。その他の構成は第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様であるので説明を省略する。
(Modification 7)
As shown in FIG. 7A, the refrigeration cycle apparatus 1 of
なお、流量制御装置20による開閉弁12の開閉制御については第1の実施形態のものと逆となる。図8のフローチャートに示すように、ステップS1〜S3、S5、S7については第1の実施形態のものと同様である。以下、第1の実施形態のフローチャート(図3参照)と異なるステップS24、S26についてのみ説明する。
Note that the opening / closing control of the opening / closing
ステップS3において、圧力P1が吐出冷媒の圧力の下限値(Pmin)以下の場合、ステップS24に進む。ステップS24では、開閉弁12の開度を大きくし、バイパス流路11に流れる冷媒量を増加させる。つまり、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を減少させることにより、内部熱交換器15における熱交換量を減じる。なお、開閉弁12の開度変更量はP1とPminとの差に応じて調節される。
In step S3, when the pressure P1 is equal to or lower than the lower limit (Pmin) of the pressure of the discharged refrigerant, the process proceeds to step S24. In step S24, the opening degree of the on-off
一方、圧力P1が下限値(Pmin)よりも大きい値である場合、ステップS5に進む。ステップS5では、圧力P1が上限値(Pmax)よりも小さいか否かを判定する。圧力P1が上限値(Pmax)以上の場合、ステップS26に進む。ステップS26では、開閉弁12の開度を小さくし、バイパス流路11に流れる冷媒量を減少させる。つまり、内部熱交換器15の高温側流路13を流れる冷媒量を増加させることにより、内部熱交換器15における熱交換量を増加させる。なお、開閉弁12の開度変更量はP1とPmaxとの差に応じて調節される。
On the other hand, when the pressure P1 is larger than the lower limit (Pmin), the process proceeds to step S5. In step S5, it is determined whether or not the pressure P1 is smaller than an upper limit value (Pmax). If the pressure P1 is equal to or higher than the upper limit (Pmax), the process proceeds to step S26. In step S <b> 26, the opening degree of the on-off
一方、圧力P1が上限値(Pmax)よりも小さい場合、ステップS7に進む。ステップS7では、開閉弁12の開度を変更することなく維持する。ただし、ここでは、開閉弁12の開度を僅かに変動させることも、開閉弁12の開度変更なしに含まれることとする。
On the other hand, when the pressure P1 is smaller than the upper limit (Pmax), the process proceeds to step S7. In step S7, the opening degree of the on-off
ステップS7、ステップS26またはステップS24を経た後、ステップS2に戻る。そして、上述の各ステップを繰り返す。 After step S7, step S26 or step S24, the process returns to step S2. Then, the above steps are repeated.
以上より、開閉弁12をバイパス流路11の中途部に設けた場合であっても、内部熱交換器15において、第1の実施形態と同様の熱交換量制御を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the on-off
(変形例8)
変形例8の冷凍サイクル装置1は、図7(b)に示すように、第1の実施形態において、冷媒回路10のバイパス流路11と並列接続された部分、かつ、内部熱交換器15の高温側流路13の上流側に設けられていた開閉弁12を、内部熱交換器15の高温側流路13の下流側に設けたものである。開閉弁12は、第1の実施形態と同様に内部熱交換器15の高温側流路13へ流れる冷媒量を制御するためのものであり、流量制御装置20によって開閉制御される。その他の構成は第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様であるので説明を省略する。このような形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を奏することができる。
(Modification 8)
As shown in FIG. 7B, the refrigeration cycle apparatus 1 of
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、図9に示すように、第1の実施形態における内部熱交換器15の高温側流路13をバイパスするバイパス流路11に代えて、内部熱交換器15の低温側流路14をバイパスするバイパス流路21を設けたものである。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 9, the refrigeration cycle apparatus 1 according to the second embodiment replaces the
バイパス流路21は、冷媒回路10の膨張機4と蒸発器5との間に内部熱交換器15の低温側流路14に対して並列に接続されている。また、冷媒回路10のバイパス流路21と並列接続された部分には、内部熱交換器15の低温側流路14へ流れる冷媒量を制御するための開閉弁22が設けられている。なお、その他の構成は第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
The
なお、本実施形態の流量制御装置20は、開閉弁12の代わりに開閉弁22を開閉制御する。開閉制御の具体的な方法については、第1の実施形態の開閉弁12の場合と同様であるため、説明を省略する。本実施形態では、開閉弁22が開かれると、膨張機4から吐出された冷媒は、バイパス流路21のみでなく内部熱交換器15の低温側流路14に流れる。これにより、内部熱交換器15では、膨張機4の吸入冷媒と吐出冷媒との熱交換が行われ、膨張機4の吸入冷媒は吐出冷媒によって冷却されることとなる。
Note that the
以上より、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1においても、第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様に、膨張機4の吸入冷媒の冷却不足に起因する高圧側圧力の上昇を防止し、圧縮機2の信頼性の低下を防止することができる。また、その他の効果についても同様に奏することができる。
As described above, also in the refrigeration cycle apparatus 1 according to the present embodiment, similarly to the refrigeration cycle apparatus 1 according to the first embodiment, an increase in the high-pressure side pressure due to insufficient cooling of the refrigerant sucked in the
(変形例1)
変形例1の冷凍サイクル装置1は、図10(a)に示すように、第2の実施形態において、冷媒回路10のバイパス流路21と並列接続された部分に設けられていた開閉弁22をバイパス流路21の中途部に設けたものである。開閉弁22は、第2の実施形態と同様に内部熱交換器15の低温側流路14へ流れる冷媒量を制御するためのものであり、流量制御装置20によって開閉制御される。その他の構成は第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様であり、流量制御装置20による開閉弁12の開閉制御については第1の実施形態の変形例7と同様である(図8参照)。このような形態であっても、内部熱交換器15において、第2の実施形態と同様の熱交換量制御を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
(Modification 1)
As shown in FIG. 10A, the refrigeration cycle apparatus 1 of Modification 1 includes an on-off
(変形例2)
変形例2の冷凍サイクル装置1は、図10(b)に示すように、第2の実施形態において、冷媒回路10のバイパス流路21と並列接続された部分、かつ、内部熱交換器15の低温側流路14の上流側に設けられていた開閉弁22を、内部熱交換器15の低温側流路14の下流側に設けたものである。開閉弁22は、第2の実施形態と同様に内部熱交換器15の低温側流路14へ流れる冷媒量を制御するためのものであり、流量制御装置20によって開閉制御される。その他の構成は第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様であるので説明を省略する。このような形態によっても、第2の実施形態と同様の効果を奏することができる。
(Modification 2)
The refrigeration cycle apparatus 1 of
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、第1の実施形態におけるバイパス流路11および開閉弁12に加え、第2の実施形態におけるバイパス流路21および開閉弁22を設けたものである。
(Third embodiment)
The refrigeration cycle apparatus 1 according to the third embodiment is provided with the
図11(a)に示すように、冷媒回路10の放熱器3と膨張機4との間には、バイパス流路11が並列接続され、冷媒回路10の膨張機4と蒸発器5との間には、バイパス流路21が並列接続されている。バイパス流路11は内部熱交換器15の高温側流路13をバイパスするように設けられており、バイパス流路21は内部熱交換器15の低温側流路14をバイパスするように設けられている。また、冷媒回路10のバイパス流路11と並列接続された部分には開閉弁12が設けられており、冷媒回路10のバイパス流路21と並列接続された部分には開閉弁22が設けられている。なお、その他の構成は第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
As shown in FIG. 11A, a
以上より、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1においても、第1の実施形態や第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様に、膨張機4の吸入冷媒の冷却不足に起因する高圧側圧力の上昇を防止し、圧縮機2の信頼性の低下を防止することができる。また、その他の効果についても同様に奏することができる。
As described above, also in the refrigeration cycle apparatus 1 according to the present embodiment, the high pressure side caused by insufficient cooling of the refrigerant sucked in the
なお、第3の実施形態では、開閉弁12は冷媒回路10のバイパス流路11と並列接続された部分に設けられており、開閉弁22は冷媒回路10のバイパス流路21と並列接続された部分に設けられていたが、図11(b)に示すように、開閉弁12,22をそれぞれバイパス流路11,21の中途部に設けることとしてもよい。このような形態であっても、内部熱交換器15において、第3の実施形態と同様の熱交換量制御を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
In the third embodiment, the opening / closing
(第4の実施形態)
図12(a)に示すように、第4の実施形態に係る冷凍サイクル装置1は、第1の実施形態の冷凍サイクル装置1に放熱器3をバイパスするバイパス流路41と、バイパス流路41へ流れる冷媒量を制御するための開閉弁42とを設けたものである。開閉弁42は、バイパス流路41の中途部に設けられている。本実施形態では、流量制御装置20は、圧力センサ31の検出値P1に応じて開閉弁12を開閉制御すると共に、開閉弁42を開閉制御する。
(Fourth embodiment)
As shown to Fig.12 (a), the refrigeration cycle apparatus 1 which concerns on 4th Embodiment has the
具体的には、第1の実施形態と同様に、実際の運転状態での密度比(De/Dc)が設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)よりも小さい場合、例えば、放熱器3において冷媒が十分に冷却されない場合、流量制御装置20により、開閉弁12は開かれる。このとき、開閉弁42は閉じられたままである。開閉弁12が開くと、放熱器3から流出した冷媒は、バイパス流路11だけでなく、冷媒回路10側にも流入する。これにより、内部熱交換器15の高温側流路13に冷媒が流れ、膨張機4の吸入冷媒が冷却されることとなる。
Specifically, as in the first embodiment, when the density ratio (De / Dc) in the actual operation state is smaller than the design volume ratio (Vc / Ve) assumed at the time of design, for example, the
一方、実際の運転状態での密度比(De/Dc)が、設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)よりも大きい場合、例えば、放熱器3において冷媒を過剰に放熱しすぎてしまう場合、実際に膨張機4に吸入される冷媒の密度Deが大きくなる。これにより、密度比(De/Dc)が、設計時に想定した設計容積比(Vc/Ve)より大きくなる。このような場合、冷凍サイクル装置1のサイクルは設計範囲から外れ、冷凍サイクル装置1は正常に稼働できなくなる。
On the other hand, when the density ratio (De / Dc) in the actual operation state is larger than the design volume ratio (Vc / Ve) assumed at the time of design, for example, the
このような場合、本実施形態にかかる流量制御装置20は、開閉弁12を閉じて開閉弁42を開く。開閉弁42が開くと、圧縮機2から吐出された冷媒の一部がバイパス流路41に流入する。これにより、放熱器3に流入する冷媒量が減少するため、放熱器3における冷媒の放熱量が低減される。
In such a case, the
以上より、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1では、第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と同様に、膨張機4の吸入冷媒の冷却不足に起因する高圧側圧力の上昇を防止し、圧縮機2の信頼性の低下を防止することができる。また、逆に、膨張機4の吸入冷媒が過剰に冷却される場合であっても、開閉弁42を開くことにより放熱器3における放熱量を低減することができるため、サイクルを正常な状態に維持することができる。したがって、本実施形態に係る冷凍サイクル装置1によれば、運転条件に拘わらず、より確実に冷凍サイクルの安定化を図ることができる。
As described above, in the refrigeration cycle apparatus 1 according to the present embodiment, similarly to the refrigeration cycle apparatus 1 according to the first embodiment, an increase in the high-pressure side pressure due to insufficient cooling of the refrigerant sucked in the
なお、図12(b)に示すように、第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置1に放熱器3をバイパスするバイパス流路41と、バイパス流路41へ流れる冷媒量を制御するための開閉弁42とを設けた冷凍サイクル装置1であっても、同様の効果を奏することができる。
In addition, as shown in FIG.12 (b), the opening and closing for controlling the
なお、前記各実施形態では、圧縮機2と膨張機4とは同一のケーシング8a内に収納されていたが、圧縮機2と膨張機4とはそれぞれのケーシングに収納され、別体に形成されていてもよい。また、圧縮機2と膨張機4とは同軸の回転軸6によって連結されていたが、圧縮機2の回転軸と膨張機4の回転軸とは別体でもよく、また、同軸でなくてもよい。
In each of the above embodiments, the
以上説明したように、本発明は、冷凍サイクル装置、特に、圧縮機と膨張機との回転数比が一定となる冷凍サイクル装置(冷凍装置、空気調和装置、給湯機等)について有用である。 As described above, the present invention is useful for a refrigeration cycle apparatus, particularly a refrigeration cycle apparatus (a refrigeration apparatus, an air conditioner, a water heater, or the like) in which the rotation speed ratio between a compressor and an expander is constant.
1 冷凍サイクル装置
2 圧縮機
3 放熱器
4 膨張機
5 蒸発器
6 回転軸
7 電動機
8 膨張機一体型圧縮機
10 冷媒回路
11 バイパス流路(バイパス流路、高圧側バイパス流路、第1のバイパス流路)
12 開閉弁(開閉弁、高圧側開閉弁、第1の開閉弁)
13 高温側流路
14 低温側流路
15 熱交換器
20 流量制御装置
21 バイパス流路(バイパス流路、低圧側バイパス流路、第1のバイパス流路)
22 開閉弁(開閉弁、低圧側開閉弁、第1の開閉弁)
31 圧力センサ
32 圧力センサ
33 圧力センサ
34 圧力センサ
35 温度センサ
36 温度センサ
37 温度センサ
41 バイパス流路(第2のバイパス流路)
42 開閉弁(第2の開閉弁)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 On-off valve (on-off valve, high-pressure side on-off valve, first on-off valve)
13 High-temperature
22 On-off valve (on-off valve, low-pressure side on-off valve, first on-off valve)
31
42 On-off valve (second on-off valve)
Claims (18)
前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、
前記内部熱交換器による熱交換量を制御する制御装置と、を備えた冷凍サイクル装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and an evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expander are sequentially connected, A refrigerant circuit in which the ratio of the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant;
It has a high temperature side channel into which the refrigerant that has flowed out of the radiator flows and a low temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows, and the refrigerant in the high temperature side channel and the low temperature side channel An internal heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant inside,
A refrigeration cycle apparatus comprising: a control device that controls a heat exchange amount by the internal heat exchanger.
前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続されたバイパス流路と、
前記冷媒回路の前記バイパス流路が並列接続された部分に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A bypass flow path connected in parallel to the high temperature flow path of the internal heat exchanger;
An on-off valve provided in a portion where the bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A flow rate control device for opening and closing the on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続されたバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A bypass flow path connected in parallel to the high temperature flow path of the internal heat exchanger;
An on-off valve provided in the bypass channel;
A flow rate control device for opening and closing the on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続されたバイパス流路と、
前記冷媒回路の前記バイパス流路が並列接続された部分に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A bypass flow path connected in parallel to the low temperature flow path of the internal heat exchanger;
An on-off valve provided in a portion where the bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A flow rate control device for opening and closing the on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続されたバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた開閉弁と、
前記開閉弁を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A bypass flow path connected in parallel to the low temperature flow path of the internal heat exchanger;
An on-off valve provided in the bypass channel;
A flow rate control device for opening and closing the on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された高圧側バイパス流路と、
前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された低圧側バイパス流路と、
前記冷媒回路の前記高圧側バイパス流路が並列接続された部分に設けられた高圧側開閉弁と、
前記冷媒回路の前記低圧側バイパス流路が並列接続された部分に設けられた低圧側開閉弁と、
前記高圧側開閉弁および前記低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A high pressure side bypass flow path connected in parallel to the high temperature side flow path of the internal heat exchanger;
A low-pressure side bypass passage connected in parallel to the low-temperature side passage of the internal heat exchanger;
A high-pressure side on-off valve provided in a portion where the high-pressure side bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A low-pressure side on-off valve provided in a portion where the low-pressure side bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A flow rate control device that controls opening / closing one or both of the high-pressure side on-off valve and the low-pressure side on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された高圧側バイパス流路と、
前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された低圧側バイパス流路と、
前記高圧側バイパス流路に設けられた高圧側開閉弁と、
前記低圧側バイパス流路に設けられた低圧側開閉弁と、
前記高圧側開閉弁および前記低圧側開閉弁のいずれか一方または両方を開閉制御する流量制御装置と、
を有している、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The controller is
A high pressure side bypass flow path connected in parallel to the high temperature side flow path of the internal heat exchanger;
A low-pressure side bypass passage connected in parallel to the low-temperature side passage of the internal heat exchanger;
A high-pressure side on-off valve provided in the high-pressure side bypass flow path;
A low-pressure side on-off valve provided in the low-pressure side bypass flow path;
A flow rate control device that controls opening / closing one or both of the high-pressure side on-off valve and the low-pressure side on-off valve;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, comprising:
前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the compressor;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the pressure sensor so that the detection value of the pressure sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant sucked into the expander;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the pressure sensor so that the detection value of the pressure sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant sucked into the compressor;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the pressure sensor so that the detection value of the pressure sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記圧力センサの検出値に基づき、前記圧力センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A pressure sensor for detecting the pressure of the refrigerant discharged from the expander;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the pressure sensor so that the detection value of the pressure sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant discharged from the compressor;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the temperature sensor so that the detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant sucked into the expander;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the temperature sensor so that the detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記流量制御装置は、前記温度センサの検出値に基づき、前記温度センサの検出値が所定の値となるように、前記開閉弁の開度を変更する、請求項2〜5のいずれか1つに記載の冷凍サイクル装置。 A temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant discharged from the expander;
The flow rate control device changes the opening degree of the on-off valve based on a detection value of the temperature sensor so that the detection value of the temperature sensor becomes a predetermined value. The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、
前記内部熱交換器の前記高温側流路に並列接続された第1のバイパス流路と、
前記冷媒回路における前記放熱器に並列接続された第2のバイパス流路と、
前記冷媒回路の前記第1のバイパス流路が並列接続された部分に設けられた第1の開閉弁と、
前記第2のバイパス流路に設けられた第2の開閉弁と、
前記第1の開閉弁と前記第2の開閉弁とを開閉制御する流量制御装置と、
を備える冷凍サイクル装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and an evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expander are sequentially connected, A refrigerant circuit in which the ratio of the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant;
It has a high temperature side channel into which the refrigerant that has flowed out of the radiator flows and a low temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows, and the refrigerant in the high temperature side channel and the low temperature side channel An internal heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant inside,
A first bypass channel connected in parallel to the high temperature side channel of the internal heat exchanger;
A second bypass passage connected in parallel to the radiator in the refrigerant circuit;
A first on-off valve provided in a portion where the first bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A second on-off valve provided in the second bypass flow path;
A flow control device for controlling opening and closing of the first on-off valve and the second on-off valve;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記放熱器から流出した冷媒が流入する高温側流路と、前記膨張機から吐出された冷媒が流入する低温側流路とを有し、前記高温側流路内の冷媒と前記低温側流路内の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、
前記内部熱交換器の前記低温側流路に並列接続された第1のバイパス流路と、
前記冷媒回路における前記放熱器に並列接続された第2のバイパス流路と、
前記冷媒回路の前記第1のバイパス流路が並列接続された部分に設けられた第1の開閉弁と、
前記第2のバイパス流路に設けられた第2の開閉弁と、
前記第1の開閉弁と前記第2の開閉弁とを開閉制御する流量制御装置と、
を備える冷凍サイクル装置。 A compressor that compresses the refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor, an expander that expands the refrigerant, and an evaporator that evaporates the refrigerant expanded by the expander are sequentially connected, A refrigerant circuit in which the ratio of the rotation speed of the compressor and the rotation speed of the expander is constant;
It has a high temperature side channel into which the refrigerant that has flowed out of the radiator flows and a low temperature side channel into which the refrigerant discharged from the expander flows, and the refrigerant in the high temperature side channel and the low temperature side channel An internal heat exchanger for exchanging heat with the refrigerant inside,
A first bypass channel connected in parallel to the low temperature side channel of the internal heat exchanger;
A second bypass passage connected in parallel to the radiator in the refrigerant circuit;
A first on-off valve provided in a portion where the first bypass flow path of the refrigerant circuit is connected in parallel;
A second on-off valve provided in the second bypass flow path;
A flow control device for controlling opening and closing of the first on-off valve and the second on-off valve;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006289816A JP2008106987A (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Refrigerating cycle apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006289816A JP2008106987A (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Refrigerating cycle apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008106987A true JP2008106987A (en) | 2008-05-08 |
Family
ID=39440477
Family Applications (1)
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JP2006289816A Pending JP2008106987A (en) | 2006-10-25 | 2006-10-25 | Refrigerating cycle apparatus |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008106987A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013204967A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Control device for heat pump, heat pump, and control method for heat pump |
JP2015028401A (en) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 三菱重工業株式会社 | Supercritical heat pump cycle and its control method |
-
2006
- 2006-10-25 JP JP2006289816A patent/JP2008106987A/en active Pending
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JP2013204967A (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Control device for heat pump, heat pump, and control method for heat pump |
JP2015028401A (en) * | 2013-07-30 | 2015-02-12 | 三菱重工業株式会社 | Supercritical heat pump cycle and its control method |
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