JP2008134024A - Refrigerating cycle device - Google Patents

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JP2006321736A
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Akira Komori
晃 小森
Yuichi Kusumaru
雄一 藥丸
Masaya Honma
雅也 本間
Hiroshi Hasegawa
寛 長谷川
Yuji Ogata
雄司 尾形
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refrigerating cycle device capable of keeping high power recovering efficiency of an expander even when an operating condition is changed. <P>SOLUTION: This refrigerating cycle device 300A comprises a main refrigerant circuit 301 including a main pipe 330 for successively connecting a compressing mechanism 120, a radiator 310, an expanding mechanism 130, an evaporator 320 and their elements, and a bypass circuit 302 for bypassing a part of the refrigerant after compressed by the compressing mechanism 120 before radiating the heat by the radiator 310 to the neighborhood of the expanding mechanism 130 without flowing into the radiator 310, and joining it with the refrigerant after radiating the heat by the radiator 310 before expanded. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、膨張機を備えた冷凍サイクル装置に関する。   The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including an expander.

昨今、資源問題や地球温暖化問題の深刻化を受けて、給湯器や空気調和装置に用いられる冷凍サイクル装置の省エネルギー化に関する研究開発が活発に行われている。従来の冷凍サイクル装置は、膨張弁で冷媒を膨張させる仕組みになっているが、膨張弁に代えて膨張機を採用することにより、冷媒の膨張エネルギーを膨張機で回収し、回収したエネルギーを圧縮機の補助動力として利用する試みが提案されている。例えば、特許文献1には、圧縮機と膨張機とがシャフトで連結された、いわゆる膨張機一体型圧縮機を用いた空気調和装置が開示されている。   In recent years, research and development relating to energy saving of refrigeration cycle apparatuses used in water heaters and air conditioners have been actively conducted in response to the seriousness of resource problems and global warming problems. The conventional refrigeration cycle system has a mechanism that expands the refrigerant with an expansion valve. By using an expander instead of the expansion valve, the expansion energy of the refrigerant is recovered with the expander, and the recovered energy is compressed. Attempts have been made to use it as auxiliary power for aircraft. For example, Patent Literature 1 discloses an air conditioner using a so-called expander-integrated compressor in which a compressor and an expander are connected by a shaft.

通常、冷凍サイクル装置では、運転条件の変化(例えば、熱交換するべき水や空気の温度変化)にともない、圧縮機または膨張機の入口における冷媒の圧力および温度が変化するため、圧縮機および膨張機のそれぞれに流入する冷媒の密度も変化する。   Usually, in the refrigeration cycle apparatus, the pressure and temperature of the refrigerant at the inlet of the compressor or expander change with changes in operating conditions (for example, changes in the temperature of water or air to be heat-exchanged). The density of refrigerant flowing into each of the machines also changes.

したがって、特許文献1に開示されている膨張機一体型圧縮機のように、圧縮機と膨張機の回転数が常に等しく、かつ圧縮機と膨張機の容積が一定である場合、圧縮機と膨張機のそれぞれにおける冷媒の体積流量にアンバランスを生じ、圧縮仕事に対する動力回収量が低下し、成績係数が却って低下する可能性すらある。この問題を回避するため、特許文献1の空気調和装置では、流量調整弁を有するバイパス経路を膨張機に対して並列に設けている。
特開2001−116371号公報
Therefore, as in the expander-integrated compressor disclosed in Patent Document 1, when the rotation speeds of the compressor and the expander are always equal and the volumes of the compressor and the expander are constant, the compressor and the expander There is an unbalance in the volume flow rate of the refrigerant in each of the machines, the power recovery amount for the compression work is reduced, and the coefficient of performance may even be reduced. In order to avoid this problem, in the air conditioner of Patent Document 1, a bypass path having a flow rate adjustment valve is provided in parallel to the expander.
JP 2001-116371 A

膨張機に対して並列にバイパス経路を設けると、膨張機に流入する冷媒の体積流量を自由に変化させることが可能になるので、体積流量のアンバランスを解消することが可能である。しかしながら、体積流量を広範に変化させるには、相当量の冷媒をバイパス回路に流す必要がある。バイパス回路に流す冷媒の割合が多くなればなるほど、膨張機における動力回収効率が低下し、成績係数の向上効果を期待できなくなる。   If a bypass path is provided in parallel to the expander, the volume flow rate of the refrigerant flowing into the expander can be freely changed, so that the volume flow unbalance can be eliminated. However, in order to change the volume flow rate widely, it is necessary to flow a considerable amount of refrigerant through the bypass circuit. As the proportion of the refrigerant flowing through the bypass circuit increases, the power recovery efficiency in the expander decreases, and the effect of improving the coefficient of performance cannot be expected.

本発明は、かかる問題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、運転条件が変化しても、膨張機の動力回収効率を高く維持することが可能な冷凍サイクル装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus capable of maintaining high power recovery efficiency of an expander even when operating conditions change. There is to do.

すなわち、本発明は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器と、
放熱器で放熱した冷媒を膨張させる膨張機と、
膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
圧縮機で圧縮されて放熱器で放熱する前の冷媒の一部が、放熱器に流入することなく、放熱器から膨張機へ向かう経路または膨張機にバイパスして、放熱器で放熱した膨張前の冷媒または膨張過程にある冷媒に合流するように、始端が圧縮機または圧縮機から放熱器への経路に接続され、終端が膨張機または放熱器から膨張機へ向かう経路に接続されたバイパス回路と、
を備えた、冷凍サイクル装置を提供する。
That is, the present invention
A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator that dissipates the refrigerant compressed by the compressor;
An expander that expands the refrigerant radiated by the radiator;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expander;
Before expansion, a part of the refrigerant compressed by the compressor and radiated by the radiator is bypassed to the path from the radiator to the expander or the expander without flowing into the radiator and radiated by the radiator The bypass circuit has a start end connected to the path from the compressor or compressor to the radiator and a terminal end connected to the path from the expander or the radiator to the expander so as to merge with the refrigerant in the expansion process or the refrigerant in the expansion process When,
A refrigeration cycle apparatus is provided.

上記圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮機構、冷媒を膨張させる膨張機構、および圧縮機構と膨張機構とを連結するシャフトを有する膨張機一体型圧縮機(流体機械)の圧縮機構として構成することができる。同様に、上記膨張機は、膨張機一体型圧縮機の膨張機構として構成することができる。   The compressor may be configured as a compression mechanism of an expander-integrated compressor (fluid machine) having a compression mechanism that compresses the refrigerant, an expansion mechanism that expands the refrigerant, and a shaft that connects the compression mechanism and the expansion mechanism. it can. Similarly, the expander can be configured as an expansion mechanism of an expander-integrated compressor.

上記冷凍サイクル装置によれば、バイパス回路を設けたことにより、圧縮後の低密度かつ高エンタルピーの冷媒の一部を、膨張前または膨張過程にある高密度の冷媒に混合することができる。運転状況に応じて、バイパスさせる冷媒の流量を適切に調整することにより、圧縮機と膨張機の回転数が等しく、かつ圧縮機と膨張機の容積が一定という条件の下でも、放熱器と膨張機との間または膨張機内における冷媒の密度を適切に制御することができる。つまり、冷媒の体積流量を変化させることができるので、圧縮機と膨張機のそれぞれにおける体積流量のアンバランスを解消ないし緩和することができる。したがって、季節変動や負荷変動等によって運転条件が変動したとしても、膨張機の動力回収効率を高く維持することができ、ひいては優れた成績係数を持つ冷凍サイクル装置を提供できる。さらに、本発明によれば、膨張機(膨張機構)の容積を大きく設計することが可能である。一般に、膨張機は、容積が大きくなるにつれて冷媒の漏れ率が低下するので、効率が高まる。また、膨張機の容積を大きくすることにより、膨張機と圧縮機の容積比を小さくすることが可能である。   According to the refrigeration cycle apparatus, by providing the bypass circuit, a part of the low-density and high-enthalpy refrigerant after compression can be mixed with the high-density refrigerant before or in the expansion process. By appropriately adjusting the flow rate of the refrigerant to be bypassed according to the operating conditions, the radiator and the expansion unit can be expanded even under the condition that the rotation speeds of the compressor and the expander are equal and the volumes of the compressor and the expander are constant. It is possible to appropriately control the density of the refrigerant between the compressor and the expander. That is, since the volume flow rate of the refrigerant can be changed, the imbalance between the volume flow rates in the compressor and the expander can be eliminated or alleviated. Therefore, even if the operating conditions fluctuate due to seasonal fluctuations, load fluctuations, etc., the power recovery efficiency of the expander can be maintained high, and thus a refrigeration cycle apparatus having an excellent coefficient of performance can be provided. Furthermore, according to the present invention, the volume of the expander (expansion mechanism) can be designed to be large. In general, the expander has an increased efficiency because the leakage rate of the refrigerant decreases as the volume increases. Further, by increasing the volume of the expander, the volume ratio between the expander and the compressor can be reduced.

冷媒の種類や装置の運転状況にもよるが、一般に、圧縮後の冷媒の密度と、膨張前の冷媒の密度との間には、相当大きな開きがある。したがって、圧縮後の高温低密度の冷媒をほんの僅かバイパスさせるだけで、膨張前または膨張過程にある冷媒の密度を大きく変化させることが可能である。バイパスさせる冷媒は僅かでよい(例えば、圧縮後の冷媒の全量の10質量%以内)ため、放熱器の能力低下が成績係数に及ぼす影響は小さく、動力回収を行うことによる成績係数の向上を十分に期待できる。   Depending on the type of refrigerant and the operating conditions of the apparatus, there is generally a considerable gap between the density of refrigerant after compression and the density of refrigerant before expansion. Therefore, it is possible to greatly change the density of the refrigerant before expansion or in the expansion process by slightly bypassing the high-temperature and low-density refrigerant after compression. Since only a small amount of refrigerant is bypassed (for example, within 10% by mass of the total amount of refrigerant after compression), the reduction in the performance of the radiator has little effect on the coefficient of performance, and the improvement of the coefficient of performance is sufficiently achieved by recovering power. Can be expected.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図である。冷凍サイクル装置300Aは、冷媒が循環する主冷媒回路301を備えている。主冷媒回路301は、冷媒を圧縮する圧縮機構120、圧縮機構120で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器310、放熱器310で放熱した冷媒を膨張させる膨張機構130、膨張機構130で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器320、および、これらの要素をこの順番に接続する複数本の主配管330によって構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the refrigeration cycle apparatus of the first embodiment. The refrigeration cycle apparatus 300A includes a main refrigerant circuit 301 through which refrigerant circulates. The main refrigerant circuit 301 includes a compression mechanism 120 that compresses the refrigerant, a radiator 310 that radiates the refrigerant compressed by the compression mechanism 120, an expansion mechanism 130 that expands the refrigerant radiated by the radiator 310, and a refrigerant expanded by the expansion mechanism 130. And a plurality of main pipes 330 that connect these elements in this order.

圧縮機構120、膨張機構130、シャフト127および電動機180は、それぞれ、膨張機一体型圧縮機100Aの一部を構成する。膨張機一体型圧縮機100Aにおいて、圧縮機構120と膨張機構130とは、シャフト127によって互いに連結されており、常に同期回転する。電動機180がシャフト127を回転駆動することにより、圧縮機構120が作動する。膨張機構130は、冷媒が膨張する際の膨張力をトルクに変換してシャフト127に与え、電動機180によるシャフト127の回転駆動をアシストする。冷媒の膨張エネルギーをいったん電気エネルギーに変換することなく圧縮機構120に直接伝達するこの仕組みにより、高い動力回収効率を見込める。   The compression mechanism 120, the expansion mechanism 130, the shaft 127, and the electric motor 180 each constitute a part of the expander-integrated compressor 100A. In the expander-integrated compressor 100A, the compression mechanism 120 and the expansion mechanism 130 are connected to each other by a shaft 127 and always rotate synchronously. The compression mechanism 120 is activated by the electric motor 180 driving the shaft 127 to rotate. The expansion mechanism 130 converts the expansion force when the refrigerant expands into torque and applies it to the shaft 127 to assist the rotational drive of the shaft 127 by the electric motor 180. High power recovery efficiency can be expected by this mechanism in which the expansion energy of the refrigerant is directly transmitted to the compression mechanism 120 without being converted into electrical energy.

冷凍サイクル装置300Aは、さらに、主冷媒回路301から分岐したバイパス回路302を備えている。バイパス回路302は、バイパス配管360および流量調整弁350を含む。バイパス回路302の始端は、主冷媒回路301の圧縮機構120と放熱器310との間の部分(主配管330)に接続され、終端は主冷媒回路301の放熱器310と膨張機構130との間の部分(主配管330)に接続されている。圧縮機構120で圧縮されて放熱器310で放熱する前の冷媒の一部は、放熱器310に流入することなく、放熱器310から膨張機構130へ向かう経路にバイパスし、放熱器310で放熱した膨張前の冷媒に合流する。   The refrigeration cycle apparatus 300 </ b> A further includes a bypass circuit 302 branched from the main refrigerant circuit 301. The bypass circuit 302 includes a bypass pipe 360 and a flow rate adjustment valve 350. The start end of the bypass circuit 302 is connected to a portion (main pipe 330) between the compression mechanism 120 and the radiator 310 of the main refrigerant circuit 301, and the end is between the radiator 310 and the expansion mechanism 130 of the main refrigerant circuit 301. (Main piping 330). A part of the refrigerant compressed by the compression mechanism 120 and radiated by the radiator 310 is bypassed to the path from the radiator 310 to the expansion mechanism 130 without flowing into the radiator 310 and is radiated by the radiator 310. Merges with refrigerant before expansion.

流量調整弁350(流量調整器)は、バイパス回路302を流通する冷媒の流量を調整可能にする。バイパス回路302を流通する冷媒の流量を調整することにより、膨張機構130に吸入される冷媒の体積流量を自由に調整することが可能である。流量調整弁350に代えて、冷媒を圧送しうるポンプを採用してもよい。   The flow rate adjustment valve 350 (flow rate adjuster) makes it possible to adjust the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass circuit 302. By adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass circuit 302, the volume flow rate of the refrigerant drawn into the expansion mechanism 130 can be freely adjusted. Instead of the flow rate adjustment valve 350, a pump capable of pumping the refrigerant may be employed.

冷凍サイクル装置300Aは、さらに、第1温度センサ311、第2温度センサ313および第3温度センサ315を備えている。第1温度センサ311は、主冷媒回路301とバイパス回路302の終端との接続位置(合流位置)と、膨張機構130との間における主冷媒回路301上に設けられており、主冷媒回路301とバイパス回路302の終端との接続位置から、膨張機構130へ向かって主冷媒回路301を流通する、合流後の冷媒の温度を計測する。第2温度センサ313は、主冷媒回路301とバイパス回路302の始端との接続位置(分岐位置)と、圧縮機構120との間における主冷媒回路301上に設けられており、圧縮機構120から吐出された分岐前の冷媒の温度を計測する。第3温度センサ315は、膨張機構130と蒸発器320との間における主冷媒回路301上に設けられており、膨張機構130で膨張して蒸発器に流入する前の冷媒の温度を計測する。第3温度センサ315は、気液二相領域にある冷媒の温度を計測するので、蒸発器320の内部に設けてもよい。これらの温度センサ311,313,315は、例えば熱電対やサーミスタを用いたセンサであり、その出力信号は、図示しない増幅回路およびA/D変換回路を経由して、冷凍サイクル装置300Aの制御器305(図6参照)に与えられる。   The refrigeration cycle apparatus 300 </ b> A further includes a first temperature sensor 311, a second temperature sensor 313, and a third temperature sensor 315. The first temperature sensor 311 is provided on the main refrigerant circuit 301 between the connection position (merging position) between the main refrigerant circuit 301 and the end of the bypass circuit 302 and the expansion mechanism 130. The temperature of the combined refrigerant that flows through the main refrigerant circuit 301 toward the expansion mechanism 130 from the connection position with the end of the bypass circuit 302 is measured. The second temperature sensor 313 is provided on the main refrigerant circuit 301 between the connection position (branch position) between the main refrigerant circuit 301 and the start end of the bypass circuit 302 and the compression mechanism 120, and is discharged from the compression mechanism 120. The temperature of the refrigerant before branching is measured. The third temperature sensor 315 is provided on the main refrigerant circuit 301 between the expansion mechanism 130 and the evaporator 320, and measures the temperature of the refrigerant before being expanded by the expansion mechanism 130 and flowing into the evaporator. Since the third temperature sensor 315 measures the temperature of the refrigerant in the gas-liquid two-phase region, the third temperature sensor 315 may be provided inside the evaporator 320. These temperature sensors 311, 313, and 315 are sensors using, for example, thermocouples or thermistors, and their output signals are sent to the controller of the refrigeration cycle apparatus 300 </ b> A via an amplification circuit and an A / D conversion circuit (not shown). 305 (see FIG. 6).

図6に示すように、制御器305は、温度センサ311,313,315の計測結果や、電動機180の動作状態(回転数、電流値、消費電力)等の実測値に基づいて、冷凍サイクル装置300Aの成績係数が最大値に近づくように、流量調整弁350の開度を制御する。具体的には、上記実測値から、膨張機構130に吸入される冷媒の状態と、圧縮機構120に吸入される冷媒の状態とを推定する。推定するべき冷媒の状態は、膨張機構130に吸入される前の冷媒の密度ρeと、圧縮機構120に吸入される前の冷媒の密度ρcとでありうる。密度ρe,ρcは、それぞれ、膨張機構130の入口における冷媒の密度ρeと、圧縮機構120の入口における冷媒の密度ρcであり、これらが分かれば、成績係数が最大値に近づくように流量調整弁350の開度を制御できる。   As shown in FIG. 6, the controller 305 is based on the measurement results of the temperature sensors 311, 313, 315 and the actual measurement values such as the operating state (rotation speed, current value, power consumption) of the electric motor 180, etc. The opening degree of the flow rate adjustment valve 350 is controlled so that the coefficient of performance of 300A approaches the maximum value. Specifically, the state of the refrigerant sucked into the expansion mechanism 130 and the state of the refrigerant sucked into the compression mechanism 120 are estimated from the measured values. The state of the refrigerant to be estimated may be the refrigerant density ρe before being sucked into the expansion mechanism 130 and the refrigerant density ρc before being sucked into the compression mechanism 120. The densities ρe and ρc are the refrigerant density ρe at the inlet of the expansion mechanism 130 and the refrigerant density ρc at the inlet of the compression mechanism 120, respectively, and if these are known, the flow rate adjustment valve is set so that the coefficient of performance approaches the maximum value. The opening degree of 350 can be controlled.

密度ρe,ρcを導出するには、一般に、冷媒の温度と圧力とが必要であるが、本実施形態では圧力センサを用いずに導出する方法を採用している。冷媒の密度ρe,ρcは、例えば、温度センサ311,313,315の計測結果や、電動機180の動作状態(回転数、電流値、消費電力)等の実測値を用いて推定(導出)することができる。電動機180の動作状態は、電動機180を駆動するインバータや電流センサから知ることができる。センサ等から得られる実測値と、密度ρe,ρcの推定値との対応関係を計算機シミュレーションや試験機から予め調べ、当該対応関係を見出すための相関式やデータベースを冷凍サイクル装置300Aの制御器305(図6)に持たせておく。これにより、圧力センサを使用せずに密度ρe,ρcを推定可能となる。   In order to derive the densities ρe and ρc, generally, the temperature and pressure of the refrigerant are required. In this embodiment, a method of deriving without using the pressure sensor is adopted. The density ρe and ρc of the refrigerant is estimated (derived) using, for example, measurement results of the temperature sensors 311, 313, and 315 and actual measurement values such as the operating state (rotation speed, current value, power consumption) of the electric motor 180. Can do. The operating state of the electric motor 180 can be known from an inverter or current sensor that drives the electric motor 180. The correspondence between the actually measured value obtained from the sensor or the like and the estimated values of the densities ρe and ρc is checked in advance by computer simulation or a testing machine, and a correlation equation or database for finding the correspondence is obtained by the controller 305 of the refrigeration cycle apparatus 300A. (Fig. 6). This makes it possible to estimate the densities ρe and ρc without using a pressure sensor.

例えば、圧縮機構120の入口における冷媒の密度ρcは、第3温度センサ315の計測結果と、冷凍サイクルの過熱度とから推定可能である。冷凍サイクルの過熱度は、運転状況に応じて所定範囲内(例えば2℃〜5℃)に設定される値であり、例えば、ファン風量の増減により蒸発器320の熱交換量を変化させて調整することができる。膨張機構130の入口における冷媒の密度ρeは、(1)温度センサ311,313,315の3点の計測結果から推定する方法や、(2)第1温度センサ311の計測結果と電動機180の消費電力とから推定する方法がある。ただし、密度ρe,ρcを推定する方法は多様であり、これらに限定されない。   For example, the refrigerant density ρc at the inlet of the compression mechanism 120 can be estimated from the measurement result of the third temperature sensor 315 and the degree of superheat of the refrigeration cycle. The degree of superheat of the refrigeration cycle is a value that is set within a predetermined range (for example, 2 ° C. to 5 ° C.) according to operating conditions, and is adjusted by changing the heat exchange amount of the evaporator 320 by increasing or decreasing the fan air volume, for example. can do. The refrigerant density ρe at the inlet of the expansion mechanism 130 can be estimated from (1) a method of estimating from three measurement results of the temperature sensors 311, 313, and 315, or (2) a measurement result of the first temperature sensor 311 and consumption of the electric motor 180. There is a method of estimating from electric power. However, there are various methods for estimating the densities ρe and ρc, and the present invention is not limited to these.

また、制御器305は、必要とされる加熱能力または冷却能力が発揮される回転数で電動機180が駆動するように、インバータ317に指令を与える。インバータ317は、制御器305からの指令に基づいて電動機180を制御する。インバータ317は、マイクロコンピュータ等の制御系を含むインバータユニットとして構成することができる。したがって、制御器305の役割をインバータ317のマイクロコンピュータに兼用させてもよい。   In addition, the controller 305 gives a command to the inverter 317 so that the electric motor 180 is driven at a rotation speed at which the required heating capacity or cooling capacity is exhibited. Inverter 317 controls electric motor 180 based on a command from controller 305. The inverter 317 can be configured as an inverter unit including a control system such as a microcomputer. Therefore, the role of the controller 305 may be shared by the microcomputer of the inverter 317.

図9Aに示すごとく、本実施形態の冷凍サイクル装置300Aが給湯器500に適用される場合、放熱器310は、水を温める加熱器の役割を担う。制御器305は、放熱器310の加熱能力QGCを導出するために、給湯器500に設けられた水温センサ502および湯温センサ503の出力信号と、同じく給湯器500に設けられたポンプ501からの回転数信号とを取得する。水温センサ502は、放熱器310に水を送る経路504(配管504)に設けられ、放熱器310に流入する水の温度Tinを計測する。湯温センサ503は、放熱器310から貯湯タンク506等のユースポイントへとお湯を送る経路505(配管505)に設けられ、放熱器310から流出するお湯の温度Toutを計測する。ポンプ501の回転数から放熱器310を通過した水量Vinが求まる。湯温Toutと水温Tinとの差ΔT(=Tout−Tin)、および水量Vinから放熱器310の加熱能力QGC(kW)が求まる。 As shown in FIG. 9A, when the refrigeration cycle apparatus 300 </ b> A of the present embodiment is applied to the water heater 500, the radiator 310 plays a role of a heater that warms water. The controller 305 derives from the output signals of the water temperature sensor 502 and the hot water temperature sensor 503 provided in the water heater 500 and the pump 501 provided in the water heater 500 in order to derive the heating capacity Q GC of the radiator 310. The rotation speed signal is acquired. A water temperature sensor 502, a radiator 310 provided in a path 504 to send water (pipe 504), for measuring the temperature T in the water flowing into the radiator 310. The hot water temperature sensor 503 is provided in a path 505 (pipe 505) for sending hot water from the radiator 310 to a use point such as the hot water storage tank 506, and measures the temperature T out of hot water flowing out from the radiator 310. Water V in passing through the radiator 310 from the rotational speed of the pump 501 is obtained. The heating capacity Q GC (kW) of the radiator 310 is obtained from the difference ΔT (= T out −T in ) between the hot water temperature T out and the water temperature T in and the amount of water V in .

図2は図1に示す膨張機一体型圧縮機100Aの縦断面図であり、図3Aは図2に示すA1−A1断面図であり、図3BはB1−B1断面図である。図2に示すように、膨張機一体型圧縮機100Aは、密閉容器101、密閉容器101内に配置された圧縮機構120、同じく密閉容器101内に配置された膨張機構130、圧縮機構120と膨張機構130とを連結するシャフト127、および、シャフト127を回転駆動する電動機180を備えている。   2 is a longitudinal sectional view of the expander-integrated compressor 100A shown in FIG. 1, FIG. 3A is a sectional view taken along the line A1-A1 shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a sectional view taken along the line B1-B1. As shown in FIG. 2, the expander-integrated compressor 100 </ b> A includes a sealed container 101, a compression mechanism 120 disposed in the sealed container 101, an expansion mechanism 130 disposed in the same sealed container 101, a compression mechanism 120, and an expansion mechanism. A shaft 127 that couples the mechanism 130 and an electric motor 180 that rotationally drives the shaft 127 are provided.

圧縮機構120には、冷媒を吸入させる吸入管112と、圧縮後の冷媒を吐出させる吐出管113とが、密閉容器101の内外を貫通する形で接続されている。同様に、膨張機構130には、冷媒を吸入させる吸入管114と、膨張後の冷媒を吐出する吐出管115とが、密閉容器101の内外を貫通する形で接続されている。これら吸入管112,114および吐出管113,115は、それぞれ、図1に示す主冷媒回路301を構成する主配管330に相当する部品である。膨張機構130の吸入管114には、バイパス回路302を構成するバイパス配管360が接続され、膨張機構130の入口に冷媒がバイパスする。このように吸入管114にバイパス配管360を接続すれば、膨張機構130のシリンダの加工が不要、密閉容器101の外部での接続が可能といった構造上の利点がある。ただし、後述する第5実施形態の冷凍サイクル装置300E(図14参照)のように、膨張機構130にバイパス回路302を直結することも可能である。   A suction pipe 112 that sucks in the refrigerant and a discharge pipe 113 that discharges the compressed refrigerant are connected to the compression mechanism 120 so as to penetrate the inside and outside of the sealed container 101. Similarly, a suction pipe 114 that sucks refrigerant and a discharge pipe 115 that discharges the refrigerant after expansion are connected to the expansion mechanism 130 so as to penetrate the inside and outside of the sealed container 101. The suction pipes 112 and 114 and the discharge pipes 113 and 115 are parts corresponding to the main pipe 330 constituting the main refrigerant circuit 301 shown in FIG. A bypass pipe 360 constituting a bypass circuit 302 is connected to the suction pipe 114 of the expansion mechanism 130, and the refrigerant bypasses the inlet of the expansion mechanism 130. If the bypass pipe 360 is connected to the suction pipe 114 in this way, there is a structural advantage that the processing of the cylinder of the expansion mechanism 130 is unnecessary and the connection outside the sealed container 101 is possible. However, it is also possible to directly connect the bypass circuit 302 to the expansion mechanism 130 as in a refrigeration cycle apparatus 300E (see FIG. 14) of a fifth embodiment described later.

なお、図1では、放熱器310と膨張機構130とを連絡する主配管330(吸入管114)とバイパス配管360との接続位置よりも膨張機構130側に第1温度センサ311が配置されているが、図2中では省略してある。   In FIG. 1, the first temperature sensor 311 is disposed closer to the expansion mechanism 130 than the connection position between the main pipe 330 (suction pipe 114) that connects the radiator 310 and the expansion mechanism 130 and the bypass pipe 360. However, it is omitted in FIG.

電動機180は、シャフト127に固定されたロータ181と、密閉容器101に固定されたステータ182とで構成されている。密閉容器101の上部には、端子184が設けられており、この端子184に一端が接続し、他端がステータ182に接続する配線183により、電動機180に電力が供給される。   The electric motor 180 includes a rotor 181 fixed to the shaft 127 and a stator 182 fixed to the sealed container 101. A terminal 184 is provided on the upper portion of the sealed container 101, and electric power is supplied to the electric motor 180 through a wiring 183 having one end connected to the terminal 184 and the other end connected to the stator 182.

圧縮機構120は、スクロール式であり、旋回スクロール124、固定スクロール122、オルダムリング128、軸受部材121、吸入管112および吐出管113を備えている。シャフト127の偏心軸127aに嵌合され、かつ、オルダムリング128により自転運動を拘束された旋回スクロール124は、渦巻き形状のラップ124aが、固定スクロール122のラップ122aと噛み合いながら、シャフト127の回転に伴って旋回運動を行い、ラップ124a,122aの間に形成される三日月形状の作動室124hが外側から内側に移動しながら容積を縮小することにより、吸入管112から吸入された冷媒を圧縮する。圧縮された冷媒は、固定スクロール122の中央部に形成された吐出ポート126を経由して、吐出管113から吐出される。   The compression mechanism 120 is of a scroll type and includes a turning scroll 124, a fixed scroll 122, an Oldham ring 128, a bearing member 121, a suction pipe 112, and a discharge pipe 113. The orbiting scroll 124 fitted to the eccentric shaft 127a of the shaft 127 and constrained to rotate by the Oldham ring 128 rotates the shaft 127 while the spiral wrap 124a meshes with the wrap 122a of the fixed scroll 122. Accordingly, a swirl motion is performed, and the crescent-shaped working chamber 124h formed between the wraps 124a and 122a reduces the volume while moving from the outside to the inside, thereby compressing the refrigerant sucked from the suction pipe 112. The compressed refrigerant is discharged from the discharge pipe 113 via a discharge port 126 formed at the center of the fixed scroll 122.

なお、圧縮機構120にバイパス配管360を直結する、すなわち、上記吐出ポート126からバイパス回路302を直接分岐させるようにしてもよい。   The bypass pipe 360 may be directly connected to the compression mechanism 120, that is, the bypass circuit 302 may be directly branched from the discharge port 126.

図2、図3Aおよび図3Bに示すごとく、膨張機構130は、2段ロータリ式であり、上軸受部材131、第1シリンダ132、中板133、第2シリンダ134、下軸受部材135、第1ローラ136(第1ピストン)、第2ローラ137(第2ピストン)、第1ベーン138、第2ベーン141、第1バネ139および第2バネ142を備えている。   As shown in FIGS. 2, 3A, and 3B, the expansion mechanism 130 is a two-stage rotary type, and includes an upper bearing member 131, a first cylinder 132, an intermediate plate 133, a second cylinder 134, a lower bearing member 135, a first bearing member. A roller 136 (first piston), a second roller 137 (second piston), a first vane 138, a second vane 141, a first spring 139, and a second spring 142 are provided.

図2に示すごとく、第1シリンダ132は、シャフト127を支持する上軸受部材131の下部に固定されている。第1シリンダ132の下部には、中板133が固定されており、その中板133の下部に第2シリンダ134が固定されている。第1ローラ136は、第1シリンダ132内に配置されており、シャフト127の第1偏心部127bに回転可能に嵌合している。第2ローラ137は、第2シリンダ134内に配置されており、シャフト127の第2偏心部127cに回転可能に嵌合している。図3Aに示すごとく、第1ベーン138は、第1シリンダ132に形成されたベーン溝にスライド可能に配置されている。図3Bに示すごとく、第2ベーン141は、第2シリンダ134のベーン溝にスライド可能に配置されている。第1ベーン138は、第1バネ139によって第1ローラ136に押し付けられ、第1シリンダ132と第1ローラ136との間の空間を吸入側空間140(作動室A)と吐出側空間144a(作動室B)とに仕切る。第2ベーン141は、第2バネ142によって第2ローラ137に押し付けられ、第2シリンダ134と第2ローラ137との間の空間を吸入側空間144b(作動室C)と吐出側空間143(作動室D)とに仕切る。中板133には、第1シリンダ132の吐出側空間144aと、第2シリンダ134の吸入側空間144bとを連通して、両空間144a,144bによる1つの膨張室(作動室B+作動室C)を形成する連通孔145が形成されている。   As shown in FIG. 2, the first cylinder 132 is fixed to the lower portion of the upper bearing member 131 that supports the shaft 127. An intermediate plate 133 is fixed to the lower portion of the first cylinder 132, and a second cylinder 134 is fixed to the lower portion of the intermediate plate 133. The first roller 136 is disposed in the first cylinder 132 and is rotatably fitted to the first eccentric portion 127b of the shaft 127. The second roller 137 is disposed in the second cylinder 134 and is rotatably fitted to the second eccentric portion 127c of the shaft 127. As shown in FIG. 3A, the first vane 138 is slidably disposed in a vane groove formed in the first cylinder 132. As shown in FIG. 3B, the second vane 141 is slidably disposed in the vane groove of the second cylinder 134. The first vane 138 is pressed against the first roller 136 by the first spring 139, and the space between the first cylinder 132 and the first roller 136 forms a suction side space 140 (working chamber A) and a discharge side space 144 a (working). Partition into room B). The second vane 141 is pressed against the second roller 137 by the second spring 142, and the space between the second cylinder 134 and the second roller 137 forms a suction side space 144 b (working chamber C) and a discharge side space 143 (working). Partition into room D). The middle plate 133 communicates with the discharge side space 144a of the first cylinder 132 and the suction side space 144b of the second cylinder 134, so that one expansion chamber (working chamber B + working chamber C) is formed by both spaces 144a and 144b. A communication hole 145 is formed.

本実施形態において、第1ベーン138と第2ベーン141は、シャフト127の周りにおける角度位置が一致している。また、第1偏心部127bと第2偏心部127cの偏心方向も一致している。ただし、角度位置および/または偏心方向が、一定角度ずれた配置とすることも可能である。   In the present embodiment, the first vane 138 and the second vane 141 have the same angular position around the shaft 127. Further, the eccentric directions of the first eccentric portion 127b and the second eccentric portion 127c also coincide. However, the angular position and / or the eccentric direction may be arranged so as to deviate by a certain angle.

図3A,3Bに示すごとく、吸入管114から膨張機構130に吸入された冷媒は、第1シリンダ132に形成された吸入ポート116を経由して吸入側空間140に案内される。第1シリンダ132の吸入側空間140は、シャフト127の回転にともなって、吸入ポート116との連通が遮断され、吐出側空間144aへと変化する。シャフト127がさらに回転すると、第1シリンダ132の吐出側空間144aに移動した冷媒は、中板133の連通孔145を経由して、第2シリンダ134の吸入側空間144bに案内される。シャフト127がさらに回転すると、第2シリンダ134の吸入側空間144bの容積が増加し、第1シリンダ132の吐出側空間144aの容積が減少するが、第2シリンダ134の吸入側空間144bの容積増加量が、第1シリンダ132の吐出側空間144aの容積減少量よりも大きいので、冷媒は膨張する。そしてこの際、冷媒の膨張力がシャフト127に加わるので、電動機180の負荷が軽減される。シャフト127がさらに回転すると、第1シリンダ132の吐出側空間144aと第2シリンダ134の吸入側空間144bとの連通が遮断され、第2シリンダ134の吸入側空間144bは、吐出側空間143へと変化する。第2シリンダ134の吐出側空間143に移動した冷媒は、第2シリンダ134に形成された吐出ポート146を経由して、吐出管115から吐出される。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the refrigerant sucked into the expansion mechanism 130 from the suction pipe 114 is guided to the suction side space 140 through the suction port 116 formed in the first cylinder 132. As the shaft 127 rotates, the suction side space 140 of the first cylinder 132 is disconnected from the suction port 116 and changes to the discharge side space 144a. When the shaft 127 further rotates, the refrigerant that has moved to the discharge side space 144a of the first cylinder 132 is guided to the suction side space 144b of the second cylinder 134 via the communication hole 145 of the intermediate plate 133. When the shaft 127 further rotates, the volume of the suction side space 144b of the second cylinder 134 increases and the volume of the discharge side space 144a of the first cylinder 132 decreases, but the volume of the suction side space 144b of the second cylinder 134 increases. Since the amount is larger than the volume reduction amount of the discharge side space 144a of the first cylinder 132, the refrigerant expands. At this time, since the expansion force of the refrigerant is applied to the shaft 127, the load on the electric motor 180 is reduced. When the shaft 127 further rotates, the communication between the discharge side space 144a of the first cylinder 132 and the suction side space 144b of the second cylinder 134 is cut off, and the suction side space 144b of the second cylinder 134 enters the discharge side space 143. Change. The refrigerant that has moved to the discharge side space 143 of the second cylinder 134 is discharged from the discharge pipe 115 via the discharge port 146 formed in the second cylinder 134.

吸入管114は、膨張機構130の冷媒吸入部である吸入ポート116に接続されている。そして、密閉容器101の外部に引き出されている吸入管114に、バイパス配管360が接続されている。吸入管114とバイパス配管360との接続は、T字管等の継手を用いて行なうことができる。なお、密閉容器101内において、吸入管114とバイパス配管360とが接続されていてもよい。   The suction pipe 114 is connected to a suction port 116 that is a refrigerant suction portion of the expansion mechanism 130. A bypass pipe 360 is connected to the suction pipe 114 drawn out of the sealed container 101. The suction pipe 114 and the bypass pipe 360 can be connected using a joint such as a T-shaped pipe. Note that the suction pipe 114 and the bypass pipe 360 may be connected in the sealed container 101.

なお、圧縮機構や膨張機構の型式は、本実施形態に限定されるわけではなく、スクロール式やロータリ式のような容積式の機構を適宜採用できる。   Note that the types of the compression mechanism and the expansion mechanism are not limited to the present embodiment, and a positive displacement mechanism such as a scroll type or a rotary type can be appropriately employed.

次に、バイパス回路302によって得られる効果を詳細に説明する。
冷媒の種類は、冷凍サイクルの高圧で超臨界となる二酸化炭素であり、図1の冷凍サイクル装置300Aを給湯器500(図9A参照)に適用する場合を例にして説明を行う。なお、冷媒は二酸化炭素に限らず、冷凍サイクルの高圧が超臨界とならないフロン系の冷媒も使用可能である。
Next, the effect obtained by the bypass circuit 302 will be described in detail.
The type of the refrigerant is carbon dioxide that becomes supercritical at a high pressure in the refrigeration cycle, and the case where the refrigeration cycle apparatus 300A in FIG. 1 is applied to the water heater 500 (see FIG. 9A) will be described as an example. Note that the refrigerant is not limited to carbon dioxide, and a chlorofluorocarbon refrigerant in which the high pressure of the refrigeration cycle is not supercritical can be used.

最初に、バイパス回路302に冷媒を全く流さない場合を考える。
本実施形態の膨張機一体型圧縮機100Aにおいて、圧縮機構120の容積Vcと膨張機構130の容積Veは、共にある設計値を持つ。圧縮機構120と膨張機構130の容積比(Vc/Ve)は一定であり、図4Aのモリエル線図中の点N1における冷媒の密度ρeと、点Lにおける冷媒の密度ρcとの比(ρe/ρc)に等しくなることが理想的である。密度ρeは、膨張機構130の入口における膨張前の冷媒の密度であり、密度ρcは、圧縮機構120の入口における冷媒の密度である。
First, consider a case where no refrigerant flows through the bypass circuit 302.
In the expander-integrated compressor 100A of the present embodiment, the volume Vc of the compression mechanism 120 and the volume Ve of the expansion mechanism 130 both have certain design values. The volume ratio (Vc / Ve) between the compression mechanism 120 and the expansion mechanism 130 is constant, and the ratio (ρe) of the refrigerant density ρe at point N 1 and the refrigerant density ρc at point L in the Mollier diagram of FIG. 4A. Ideally equal to / ρc). The density ρe is the density of the refrigerant before expansion at the inlet of the expansion mechanism 130, and the density ρc is the density of the refrigerant at the inlet of the compression mechanism 120.

膨張機構130の入口における冷媒の密度ρeは、運転条件に応じて、例えば、600kg/m3〜1000kg/m3の範囲で変化する。圧縮機構120の入口における冷媒の密度ρcは、例えば、90kg/m3〜110kg/m3の範囲で変化する。密度比(ρe/ρc)に換算すると、約7〜11となる。例えば、夏季には放熱器310で暖めるべき水の温度が高いので、放熱器310から吐出される冷媒の温度も高い。すなわち、密度ρeは小さくなり、密度比(ρe/ρc)は約7となる。したがって、圧縮機構120と膨張機構130の容積比(Vc/Ve)が約7となるように設計を行えば、夏季条件では、特別な工夫を講じなくとも、LMN11で表される理想的な冷凍サイクルで運転を行え、高い動力回収効率を達成できる。 Density ρe of the refrigerant at the inlet of the expansion mechanism 130, depending on the operating conditions, for example, varies in the range of 600kg / m 3 ~1000kg / m 3 . Density ρc of the refrigerant at the inlet of the compression mechanism 120, for example, varies in the range of 90kg / m 3 ~110kg / m 3 . When converted to a density ratio (ρe / ρc), it is about 7-11. For example, since the temperature of water to be warmed by the radiator 310 is high in summer, the temperature of the refrigerant discharged from the radiator 310 is also high. That is, the density ρe is reduced, and the density ratio (ρe / ρc) is about 7. Therefore, if the design is made such that the volume ratio (Vc / Ve) of the compression mechanism 120 and the expansion mechanism 130 is about 7, the ideal represented by LMN 1 O 1 in summer conditions without special measures. Operation with a typical refrigeration cycle and high power recovery efficiency.

一方、冬季になると水温が下がってくるので、放熱器310から吐出される冷媒の温度も下がり、冷凍サイクルの点N1は低温側の点N2へとシフトする。すなわち、冷媒の密度ρeは夏季に比べて大きくなり、密度比(ρe/ρc)は上昇し、最大で約11となる。ところが、密度比(ρe/ρc)は変化するのに容積比(Vc/Ve)は変化できないため、ここで、圧縮機構120と膨張機構130のそれぞれにおける体積流量にアンバランスが生ずる。他方、バイパス回路302の存在を無視する限り、冷媒の質量流量は冷媒回路のどこで測っても一定である。結局、体積流量を無理矢理バランスさせる作用が働き、容積Veに見合う体積の冷媒が膨張機構130に入っていかなくなる。 On the other hand, since the water temperature decreases in the winter season, the temperature of the refrigerant discharged from the radiator 310 also decreases, and the point N 1 of the refrigeration cycle shifts to a point N 2 on the low temperature side. That is, the density ρe of the refrigerant is larger than that in the summer, and the density ratio (ρe / ρc) is increased to about 11 at the maximum. However, since the volume ratio (Vc / Ve) cannot be changed while the density ratio (ρe / ρc) changes, the volume flow rates in the compression mechanism 120 and the expansion mechanism 130 are unbalanced. On the other hand, as long as the presence of the bypass circuit 302 is ignored, the mass flow rate of the refrigerant is constant no matter where the refrigerant circuit is measured. Eventually, the action of forcibly balancing the volume flow rate works, and the refrigerant having a volume corresponding to the volume Ve does not enter the expansion mechanism 130.

膨張機構130に入っていく冷媒の体積が少なくなると、冷凍サイクルの元々の膨張過程N11は、図4Aに示すごとく、膨張過程N22へとシフトする。膨張過程N22は、圧力P1〜P2が動力回収に寄与する等エントロピー膨張であり、圧力P2〜P3は動力回収に寄与しない等エンタルピー膨張である。膨張機構130に入っていく体積が不足しているので、冷媒は、高圧から低圧まで等エントロピー膨張できず、膨張不足が起こる。結果的に、夏季の動力回収量(h1−h3)に比べ、冬季の動力回収量(h2−h4)は小さくなる。このことを膨張過程のP−V線図に表すと、図5Aのようになる。圧力P2〜P3は、エンタルピー一定の定積変化である。夏季と冬季の動力回収量の差は、面積S1に相当する。 When the volume of the refrigerant entering the expansion mechanism 130 decreases, the original expansion process N 1 O 1 of the refrigeration cycle shifts to an expansion process N 2 O 2 as shown in FIG. 4A. The expansion process N 2 O 2 is isentropic expansion in which the pressures P 1 to P 2 contribute to power recovery, and the pressures P 2 to P 3 are isentropic expansion that does not contribute to power recovery. Since the volume entering the expansion mechanism 130 is insufficient, the refrigerant cannot be isentropically expanded from high pressure to low pressure, resulting in insufficient expansion. As a result, the power recovery amount in winter (h 2 -h 4 ) is smaller than the power recovery amount in summer (h 1 -h 3 ). This is shown in FIG. 5A in a PV diagram of the expansion process. The pressures P 2 to P 3 are constant volume changes with a constant enthalpy. The difference in power recovery between summer and winter corresponds to the area S 1 .

これに対し、バイパス回路302を用いた場合を考える。
圧縮機構120と放熱器310との間の高温低密度の冷媒を、膨張前の低温高密度の冷媒に混合すると、膨張機構130の入り口における冷媒の密度ρeは低くなる。すると、体積流量のアンバランスが緩和され、容積Veに見合う体積の冷媒が膨張機構130に入っていくようになる。図4Bのモリエル線図に示すごとく、バイパス回路302を用いる前の冷凍サイクルの膨張過程N22は、高エンタルピー側の膨張過程N33へとシフトし、膨張不足が緩和される。このときの動力回収量(h5−h6)は、夏季の動力回収量(h1−h3)に近く、バイパス回路302を無視した場合の冬季の動力回収量(h2−h4)よりも大きい。図5BのP−V線図に示すごとく、面積S2(<S1)が夏季と冬季の動力回収量の差となる。
On the other hand, consider the case where the bypass circuit 302 is used.
When the high-temperature and low-density refrigerant between the compression mechanism 120 and the radiator 310 is mixed with the low-temperature and high-density refrigerant before expansion, the refrigerant density ρe at the inlet of the expansion mechanism 130 becomes low. Then, the imbalance in volume flow rate is alleviated, and a volume of refrigerant corresponding to the volume Ve enters the expansion mechanism 130. As shown in the Mollier diagram of FIG. 4B, the expansion process N 2 O 2 of the refrigeration cycle before using the bypass circuit 302 is shifted to the expansion process N 3 O 3 on the high enthalpy side, and the expansion shortage is alleviated. The power recovery amount (h 5 -h 6 ) at this time is close to the summer power recovery amount (h 1 -h 3 ), and the winter power recovery amount (h 2 -h 4 ) when the bypass circuit 302 is ignored. Bigger than. As shown in the PV diagram of FIG. 5B, the area S 2 (<S 1 ) is the difference in the amount of recovered power in summer and winter.

なお、低密度の冷媒の一部をバイパスさせることにより、放熱器310を通過する冷媒の質量流量が減少し、放熱器310の能力が僅かに低下する。しかしながら、冷媒を全くバイパスさせない場合の動力回収量(h2−h4)と、冷媒をバイパスさせた場合の動力回収量(h5−h6)との差が、放熱器310の能力低下分を上回るように制御を行えば問題ない。要するに、冷媒の密度ρeが低すぎる場合に、バイパス回路302を用いて密度ρeを大きくし、成績係数を高めるという趣旨である。 Note that by bypassing a part of the low-density refrigerant, the mass flow rate of the refrigerant passing through the radiator 310 is reduced, and the ability of the radiator 310 is slightly reduced. However, the difference between the power recovery amount (h 2 −h 4 ) when the refrigerant is not bypassed and the power recovery amount (h 5 −h 6 ) when the refrigerant is bypassed is the reduction in the capacity of the radiator 310. There is no problem if the control is performed to exceed the above. In short, when the density ρe of the refrigerant is too low, the bypass circuit 302 is used to increase the density ρe and increase the coefficient of performance.

図7に、制御器305による冷凍サイクル装置300Aの制御フローチャートを示す。制御器305は、本フローチャートに表される制御を定期的に実行することにより、冷凍サイクル装置300Aの成績係数(COP:coefficient of performance)を常に最適値付近に維持する。   In FIG. 7, the control flowchart of refrigeration cycle apparatus 300A by the controller 305 is shown. The controller 305 regularly maintains the coefficient of performance (COP) of the refrigeration cycle apparatus 300A near the optimum value by periodically executing the control shown in this flowchart.

ステップST1において、制御器305は、温度センサ311,313,315から信号を取得する。次に、ステップST2において、電動機180の電流値および回転数を特定するデータをインバータ317より取得する。   In step ST1, the controller 305 acquires signals from the temperature sensors 311, 313, and 315. Next, in step ST <b> 2, data specifying the current value and rotation speed of the electric motor 180 is acquired from the inverter 317.

次に、ステップST3において、放熱器310の加熱能力QGCを導出する。放熱器310の加熱能力QGCは、図9Aで説明した通り、放熱器310の入口における水温Tinと出口における湯温Toutとの差ΔT、および放熱器310を通過した水量Vinから求めることができる。 Next, in step ST3, the heating capability Q GC of the radiator 310 is derived. The heating capacity Q GC of the radiator 310 is obtained from the difference ΔT between the water temperature T in at the inlet and the hot water temperature T out at the outlet of the radiator 310 and the amount of water V in that has passed through the radiator 310 as described with reference to FIG. 9A. be able to.

放熱器310の加熱能力QGCを導出する他の1つの方法は、次の通りである。放熱器310に流入する冷媒のエンタルピーhGC_inと放熱器310から吐出された冷媒のエンタルピーhGC_outとを推定する。推定したエンタルピーの差Δh=(hGC_in−hGC_out)に、電動機180の回転数に対応して定まる変数QCを乗ずることにより、加熱能力QGCを求めることができる(QGC=QC・Δh)。 Another method for deriving the heating capability Q GC of the radiator 310 is as follows. Estimating the enthalpy h GC_in of refrigerant flowing into the radiator 310 and the enthalpy h GC_out refrigerant discharged from the radiator 310. By multiplying the estimated enthalpy difference Δh = (h GC_in −h GC_out ) by a variable Q C determined corresponding to the rotation speed of the electric motor 180, the heating capacity Q GC can be obtained (Q GC = Q C · Δh).

具体的には、図9Bに示すごとく、放熱器310の入口と出口のそれぞれに、温度センサ325,327および圧力センサ326,328を設け、それら温度センサ325,327および圧力センサ326,328の出力信号を制御器305に与える。放熱器310の入口側のセンサ325,326は、放熱器310と圧縮機構120との間の主冷媒回路301上に設けるとよい。放熱器310の出口側のセンサ327,328は、放熱器310と膨張機構130との間の主冷媒回路301上であって、主冷媒回路301とバイパス回路302との合流点よりも放熱器310側に設けるとよい。   Specifically, as shown in FIG. 9B, temperature sensors 325 and 327 and pressure sensors 326 and 328 are provided at the inlet and the outlet of the radiator 310, respectively, and outputs of the temperature sensors 325 and 327 and the pressure sensors 326 and 328 are provided. A signal is provided to the controller 305. The sensors 325 and 326 on the inlet side of the radiator 310 are preferably provided on the main refrigerant circuit 301 between the radiator 310 and the compression mechanism 120. Sensors 327 and 328 on the outlet side of the radiator 310 are on the main refrigerant circuit 301 between the radiator 310 and the expansion mechanism 130, and more than the junction point of the main refrigerant circuit 301 and the bypass circuit 302. It should be provided on the side.

なお、蒸発器320で空気や水を冷却する場合には、放熱器310の加熱能力QGCに代えて、蒸発器320の冷却能力QEVAを導出する。例えば、空気調和装置において、蒸発器320の冷却能力QEVAは、ファン回転数、過熱度、主冷媒回路301における冷媒の温度、電動機180の電流値や回転数のように、直接知ることができる条件の1つまたは複数を用いて求めることができる。より正確には、(1)放熱器310のファン回転数と、放熱器310の入口および出口のそれぞれにおける冷媒の温度とから、蒸発器320の入口における冷媒のエンタルピーを導出し、(2)圧縮機構120の吐出温度より過熱度を導出し、(3)電動機180の回転数から特性循環量(単位時間あたりの冷媒の循環量)を導出する。そして、これら(1)〜(3)の結果を用いて蒸発器320の能力QEVAを導出することができる。 When cooling the air or water with the evaporator 320, the cooling capacity Q EVA of the evaporator 320 is derived instead of the heating capacity Q GC of the radiator 310. For example, in the air conditioner, the cooling capacity Q EVA of the evaporator 320 can be directly known, such as the fan rotation speed, the degree of superheat, the refrigerant temperature in the main refrigerant circuit 301, the current value and the rotation speed of the electric motor 180. It can be determined using one or more of the conditions. More precisely, (1) the enthalpy of the refrigerant at the inlet of the evaporator 320 is derived from the fan rotation speed of the radiator 310 and the temperature of the refrigerant at each of the inlet and outlet of the radiator 310, and (2) compression The degree of superheat is derived from the discharge temperature of the mechanism 120, and (3) the characteristic circulation amount (refrigerant circulation amount per unit time) is derived from the rotation speed of the electric motor 180. And the capability Q EVA of the evaporator 320 can be derived | led-out using the result of these (1)-(3).

図7に戻って説明を続ける。ステップST3において、現在の加熱能力QGCを導出した後、導出した加熱能力QGCが要求能力Qreq以上であるかどうかを判断する。要求能力Qreqは、給湯器であれば貯湯タンクに溜めるべきお湯の温度や水温、空気調和装置であれば冷暖房温度や風量に応じて定まる値である。加熱能力QGCが要求能力Qreq以上である場合には、ステップST5に進み、QGCとQreqとの差の絶対値と、予め定められたしきい値φQとの大小比較を行う。QGCとQreqとの差の絶対値がしきい値φQ未満でない場合、つまり、しきい値φQ以上である場合には、ステップST6において、インバータ317(図6参照)に指令を与え、電動機180の回転数を低下する制御を行う。 Returning to FIG. 7, the description will be continued. In step ST3, the after deriving a current heating capacity Q GC, the derived heating capacity Q GC to determine if a whether the required capacity Q req above. The required capacity Q req is a value determined according to the temperature and water temperature of hot water to be stored in the hot water storage tank in the case of a water heater, and the air conditioning temperature and air volume in the case of an air conditioner. If the heating capacity Q GC is greater than or equal to the required capacity Q req , the process proceeds to step ST5, where the absolute value of the difference between Q GC and Q req is compared with a predetermined threshold value φQ. If the absolute value of the difference between Q GC and Q req is not less than threshold value φQ, that is, greater than or equal to threshold value φQ, a command is given to inverter 317 (see FIG. 6) in step ST6, and the electric motor Control to reduce the rotational speed of 180 is performed.

ST4において、加熱能力QGCが要求能力Qreq未満である場合には、ステップST7に進み、QGCとQreqとの差の絶対値と、予め定められたしきい値φQとの大小比較を行う。QGCとQreqとの差の絶対値がしきい値φQ以上である場合には、ステップST8において、インバータ317(図6参照)に指令を与え、電動機180の回転数を増加する制御を行う。このように、本実施形態では、QGCがQreqを中心として一定範囲内に収まっている限り、電動機180の回転数が変化しないようになっている、つまり、不感帯を設けている。 If the heating capacity Q GC is less than the required capacity Q req in ST4, the process proceeds to step ST7, and the magnitude comparison between the absolute value of the difference between Q GC and Q req and a predetermined threshold φQ is performed. Do. If the absolute value of the difference between Q GC and Q req is greater than or equal to the threshold value φQ, in step ST8, a command is given to the inverter 317 (see FIG. 6) to perform control to increase the rotation speed of the electric motor 180. . Thus, in this embodiment, as long as the Q GC is within a certain range around the Q req, the rotational speed of the electric motor 180 is adapted to not change, that is, provided a dead zone.

GCがQreqを中心として一定範囲内(例えばQreq±5%)に収まっていることを条件として、ステップST9に進み、冷凍サイクルの現在の密度比(ρe/ρc)と、最適密度比(ρe/ρc)OPとの大小比較を行う。膨張機構130の入口における冷媒の密度ρeと、圧縮機構120の入口における冷媒の密度ρcは、先に説明したように、温度センサ311,313,315の計測結果と、電動機180の消費電力および回転数とを用いて推定する。 On condition that Q GC is within around a Q req within a certain range (e.g., Q req ± 5%), the process proceeds to step ST9, the current density ratio of the refrigeration cycle (ρe / ρc), optimal density ratio (Ρe / ρc) Comparison with OP is performed. As described above, the refrigerant density ρe at the inlet of the expansion mechanism 130 and the refrigerant density ρc at the inlet of the compression mechanism 120 are the measurement results of the temperature sensors 311, 313, 315, the power consumption and rotation of the motor 180. Estimate using numbers.

最適密度比(ρe/ρc)OPについて説明する。図10は、冷媒の密度ρe、膨張機効率ηe、バイパス開度ξbおよび成績係数(COP)の関係を示す相関図である。冷媒の密度ρeを横軸、その他を左右の縦軸にとっている。膨張機効率ηeは、(実回収動力/理論回収動力)を意味する。 The optimum density ratio (ρe / ρc) OP will be described. FIG. 10 is a correlation diagram showing the relationship among refrigerant density ρe, expander efficiency η e , bypass opening ξ b, and coefficient of performance (COP). The refrigerant density ρe is on the horizontal axis, and the other is on the left and right vertical axes. The expander efficiency η e means (actual recovery power / theoretical recovery power).

膨張機効率ηeは、冷凍サイクルの高低圧PH,PLと吸入される冷媒温度Teとによって定まり、冷媒の密度ρeが大きくなるにつれて低下することが知られている。他方、冷媒の密度ρeは、バイパス開度ξbが大きくなるにつれて大きくなるが、バイパス開度ξbを大きくしすぎると、放熱器310を流れる冷媒の量が少なくなり、逆に成績係数が低下する。したがって、成績係数カーブは、膨張機構率ηeおよびバイパス開度ξbに対応する極大点を持ち、最適密度比(ρe/ρc)OPは、成績係数の極大点に対応して予め定めることができる。 Expander efficiency eta e is high and low pressure P H of the refrigeration cycle, determined by the refrigerant temperature T e sucked and P L, is known to decrease as the density of the refrigerant ρe increases. On the other hand, the density ρe of the refrigerant is larger as the bypass opening xi] b increases, when the bypass opening xi] b is too large, the amount of the refrigerant flowing through the condenser 310 is reduced, lowering the coefficient of performance in the opposite To do. Therefore, the coefficient of performance curve has a local maximum corresponding to the expansion mechanism rate η e and the bypass opening ξ b , and the optimal density ratio (ρe / ρc) OP is determined in advance corresponding to the local maximum of the coefficient of performance. it can.

図10に示すような成績係数カーブは、電動機180の回転数、過熱度、放熱器310で加熱するべき水の温度、外気温等の条件にも依存する。例えば、上記条件と最適密度比とを対応付けたデータベースを予め作成し、このデータベースを制御器305にインプットすることができる。このようにすれば、上記条件を検索キーとして用いてデータベースを参照することにより、季節や運転状況に応じた最適密度比(ρe/ρc)OPを随時選択および設定することが可能となる。 The coefficient of performance curve as shown in FIG. 10 also depends on conditions such as the number of revolutions of the electric motor 180, the degree of superheat, the temperature of water to be heated by the radiator 310, and the outside air temperature. For example, a database in which the above conditions are associated with the optimum density ratio can be created in advance, and this database can be input to the controller 305. In this way, it is possible to select and set the optimum density ratio (ρe / ρc) OP according to the season and driving situation at any time by referring to the database using the above conditions as search keys.

なお、圧縮機構120の入口における冷媒の密度ρcは、そう大きく変化しないので、これを一定値として予め制御器305にインプットしておき、膨張機構130の入口における冷媒の密度ρeのみを温度等の実測値から推定し、現在の密度比(ρe/ρc)を導出するようにしてもよい。   Since the refrigerant density ρc at the inlet of the compression mechanism 120 does not change so much, it is input as a constant value to the controller 305 in advance, and only the refrigerant density ρe at the inlet of the expansion mechanism 130 is changed to a temperature or the like. The current density ratio (ρe / ρc) may be derived by estimation from actual measurement values.

ステップST9において、現在の密度比(ρe/ρc)が最適密度比(ρe/ρc)OP以上であると判断した場合には、ステップST10に進み、現在の密度比(ρe/ρc)と最適密度比(ρe/ρc)OPとの差の絶対値と、予め定められたしきい値φ(ρe/ρc)との大小比較を行う。上記絶対値がしきい値φ(ρe/ρc)未満でない、つまり、しきい値φ(ρe/ρc)以上である場合には、ステップST11において、バイパス開度(流量調整弁350の開度)を拡大する制御を行う。 If it is determined in step ST9 that the current density ratio (ρe / ρc) is equal to or greater than the optimum density ratio (ρe / ρc) OP , the process proceeds to step ST10, where the current density ratio (ρe / ρc) and the optimum density are determined. The absolute value of the difference from the ratio (ρe / ρc) OP is compared with a predetermined threshold value φ (ρe / ρc). When the absolute value is not less than the threshold value φ (ρe / ρc), that is, not less than the threshold value φ (ρe / ρc), in step ST11, the bypass opening (the opening of the flow rate adjusting valve 350). Control to enlarge.

他方、現在の密度比(ρe/ρc)が最適密度比(ρe/ρc)OP未満である場合には、ステップST12に進み、両者の差の絶対値と、しきい値φ(ρe/ρc)との大小比較を行う。上記絶対値がしきい値φ(ρe/ρc)以上である場合には、ステップST13において、バイパス開度(流量調整弁350の開度)を縮小する制御を行う。現在の密度比(ρe/ρc)が最適密度比(ρe/ρc)OPを中心として一定範囲内に収まっている限り、流量調整弁350の開度が変化しないようになっている、つまり、不感帯を設けている。 On the other hand, if the current density ratio (ρe / ρc) is less than the optimum density ratio (ρe / ρc) OP , the process proceeds to step ST12, and the absolute value of the difference between the two and the threshold value φ (ρe / ρc) Compare size with. If the absolute value is greater than or equal to the threshold value φ (ρe / ρc), in step ST13, control is performed to reduce the bypass opening (the opening of the flow rate adjustment valve 350). As long as the current density ratio (ρe / ρc) is within a certain range centered on the optimum density ratio (ρe / ρc) OP , the opening degree of the flow regulating valve 350 is not changed, that is, the dead zone. Is provided.

以上の手順により、要求能力Qreqを発揮しつつ、成績係数が最大値に近づくように、流量調整弁350の制御を行うことができる。 With the above procedure, the flow rate adjustment valve 350 can be controlled so that the coefficient of performance approaches the maximum value while exhibiting the required capacity Q req .

また、図7に示すフローチャートに代えて、図8に示すフローチャートにしたがって制御を行うようにしてもよい。   Further, the control may be performed according to the flowchart shown in FIG. 8 instead of the flowchart shown in FIG.

ステップS1において、制御器305は、現在のバイパス開度ξbをメモリから読み出し、温度センサ311,313,315より信号を取得する。ステップS2において、電動機180の電流値および回転数を特定するデータをインバータ317より取得する。ステップS3において、現在の加熱能力QGCまたは冷却能力QEVAと電動機180の消費電力とを導出する。ステップS1〜S3の処理は、図7のフローチャートのステップST1〜ST3の処理に対応する。 In step S < b > 1, the controller 305 reads the current bypass opening ξ b from the memory and acquires signals from the temperature sensors 311, 313, and 315. In step S <b> 2, data specifying the current value and the rotation speed of the electric motor 180 is acquired from the inverter 317. In step S3, the current heating capacity Q GC or cooling capacity Q EVA and the power consumption of the motor 180 are derived. The processing of steps S1 to S3 corresponds to the processing of steps ST1 to ST3 in the flowchart of FIG.

次に、ステップS4において、加熱能力QGCまたは冷却能力QEVAが要求能力Qreq以上であるかどうかを判断し、要求能力Qreq未満である場合には、ステップS5に進み、電動機180の回転数を増加する。ステップS4,S5の処理は、図7のフローチャートのステップST4〜ST8の処理に置き換えてもよい。 Next, in step S4, when the heating capacity Q GC or cooling capacity Q EVA it is determined whether a required capacity Q req to less than the required capacity Q req, the process proceeds to step S5, rotation of the electric motor 180 Increase the number. The processes in steps S4 and S5 may be replaced with the processes in steps ST4 to ST8 in the flowchart of FIG.

次に、ステップS6において、温度センサ311,313,315の計測結果と、電動機180の消費電力とから、現在の密度ρe,ρcを導出(推定)する。次に、ステップS7において、バイパス制御目標開度ξobjと、制御しきい値Δξとを導出する。成績係数が最大となるバイパス制御目標開度ξobjは、冷媒の密度ρe,ρcに対応した相関式やデータベースの形で制御器305に予めインプットされうる。したがって、ステップ7は、ステップS6で求めた密度ρe,ρcを検索キーとして用い、データベースから適切なバイパス制御目標開度ξobjを見出す処理であったり、求めた密度ρe,ρcをパラメータとして用い、予め定めた相関式からバイパス制御目標開度ξobjを見出す処理であったりする。制御しきい値Δξは、例えば、バイパス制御目標開度ξobjの±5%が割り当てられる。 Next, in step S <b> 6, current densities ρe and ρc are derived (estimated) from the measurement results of the temperature sensors 311, 313 and 315 and the power consumption of the electric motor 180. Next, in step S7, a bypass control target opening ξ obj and a control threshold value Δξ are derived. The bypass control target opening ξ obj that maximizes the coefficient of performance can be input in advance to the controller 305 in the form of a correlation equation or database corresponding to the refrigerant density ρe, ρc. Therefore, step 7 is a process of finding an appropriate bypass control target opening ξ obj from the database using the density ρe, ρc obtained in step S6 as a search key, or using the obtained density ρe, ρc as a parameter. It may be a process of finding a bypass control target opening ξ obj from a predetermined correlation equation. For example, ± 5% of the bypass control target opening ξ obj is assigned to the control threshold value Δξ.

次に、ステップS8において、バイパス制御目標開度ξobjと、現在のバイパス開度ξbとの大小比較を行う。現在のバイパス開度ξbがバイパス制御目標開度ξobj以上の場合には、ステップS9に進み、両者の差が制御しきい値Δξ未満かどうかを判断し、しきい値Δξ未満であると判断した場合には、ステップS10において、バイパス開度(流量調整弁350の開度)を縮小する。他方、現在のバイパス開度ξbがバイパス制御目標開度ξobj以上である場合には、ステップS9に進み、両者の差がしきい値Δξ未満かどうかを判断し、しきい値Δξ未満であると判断した場合には、ステップS12において、バイパス開度(流量調整弁350の開度)を拡大する。 Next, in step S8, the bypass control target opening degree ξ obj is compared with the current bypass opening degree ξ b . If the current bypass opening ξ b is greater than or equal to the bypass control target opening ξ obj , the process proceeds to step S9, where it is determined whether or not the difference between the two is less than the control threshold value Δξ. If it is determined, the bypass opening (the opening of the flow rate adjustment valve 350) is reduced in step S10. On the other hand, if the current bypass opening ξ b is equal to or greater than the bypass control target opening ξ obj , the process proceeds to step S9 to determine whether the difference between the two is less than the threshold value Δξ. If it is determined that there is, the bypass opening (the opening of the flow rate adjusting valve 350) is increased in step S12.

(第2実施形態)
第1実施形態の冷凍サイクル装置300Aは、主冷媒回路301とバイパス回路302との接続位置よりも膨張機構130側で、冷媒の温度を計測し、密度ρeを導出する構成となっている。しかしながら、バイパス配管360を膨張機構130の吸入ポート116(図2参照)に直結するといった実施形態も考えられるし、センサ類を配置するために必要な配管の長さを十分取れなかったりすることも考えられる。そのような場合には、下記(1)〜(3)より膨張機構130に吸入される冷媒の密度ρeを間接的に導出する(推定する)ことができる。
(Second Embodiment)
The refrigeration cycle apparatus 300A according to the first embodiment is configured to measure the temperature of the refrigerant and derive the density ρe on the expansion mechanism 130 side from the connection position of the main refrigerant circuit 301 and the bypass circuit 302. However, an embodiment in which the bypass pipe 360 is directly connected to the suction port 116 (see FIG. 2) of the expansion mechanism 130 is also conceivable, and the length of the pipe necessary for arranging the sensors may not be sufficient. Conceivable. In such a case, the density ρe of the refrigerant sucked into the expansion mechanism 130 can be indirectly derived (estimated) from the following (1) to (3).

(1)圧縮機構120の回転数(電動機180の回転数)
(2)バイパス回路302を流れた冷媒に合流する前の、放熱器310から吐出された冷媒の密度
(3)バイパス回路302を流れる冷媒の流量(流量調整弁350の開度)
(1) Rotation speed of compression mechanism 120 (rotation speed of electric motor 180)
(2) Density of refrigerant discharged from the radiator 310 before joining the refrigerant that has flowed through the bypass circuit 302 (3) Flow rate of refrigerant that flows through the bypass circuit 302 (opening degree of the flow rate adjustment valve 350)

具体的には、図11に示す本実施形態の冷凍サイクル装置300Bのごとく、放熱器310と、主冷媒回路301とバイパス回路302の終端との接続位置との間における主冷媒回路301上に温度センサ311を設けることができる。温度センサ311により、バイパス回路302を流れた冷媒に合流する前の、放熱器310から吐出された冷媒の温度を計測する。バイパス回路302を流れる冷媒の流量は、流量調整弁350の開度から特定することが可能である。流量調整弁350の開度を特定するデータは、制御器305のメモリに常時保持させておくことができる。また、電動機180の回転数を特定するためのデータは、必要に応じてインバータ317から取得してもよいし、制御器305自身が常時保持していてもよい。   Specifically, as in the refrigeration cycle apparatus 300B of the present embodiment shown in FIG. 11, the temperature on the main refrigerant circuit 301 between the radiator 310 and the connection position of the main refrigerant circuit 301 and the end of the bypass circuit 302 is increased. A sensor 311 can be provided. The temperature of the refrigerant discharged from the radiator 310 before joining the refrigerant that has flowed through the bypass circuit 302 is measured by the temperature sensor 311. The flow rate of the refrigerant flowing through the bypass circuit 302 can be specified from the opening degree of the flow rate adjustment valve 350. Data specifying the opening degree of the flow rate adjustment valve 350 can be held in the memory of the controller 305 at all times. Moreover, the data for specifying the rotation speed of the electric motor 180 may be acquired from the inverter 317 as necessary, or the controller 305 itself may always hold the data.

(第3実施形態)
第1実施形態の冷凍サイクル装置300Aは、適用対象を給湯器としたが、本発明がこれに限定されるわけではない。例えば、図12に示す冷凍サイクル装置300Cは、空気調和装置を適用対象として想定したものである。本実施形態の冷凍サイクル装置300Cの構成は、四方弁380,380により、放熱器310と蒸発器320の機能が相互に切り替わるようになっている。その他は、基本的に、第1実施形態の冷凍サイクル装置300Aと共通である。
(Third embodiment)
In the refrigeration cycle apparatus 300A of the first embodiment, the application target is a water heater, but the present invention is not limited to this. For example, the refrigeration cycle apparatus 300C shown in FIG. 12 assumes an air conditioner as an application target. In the configuration of the refrigeration cycle apparatus 300C of the present embodiment, the functions of the radiator 310 and the evaporator 320 are switched to each other by the four-way valves 380 and 380. Others are basically the same as the refrigeration cycle apparatus 300A of the first embodiment.

放熱器310および蒸発器320は、それぞれ、フィンアンドチューブ型の熱交換器である。放熱器310または蒸発器320として機能する2つの熱交換器のうち、一方が室内ユニットに組み込まれ、他方が室外ユニットに組み込まれる。室内を冷房する場合には、室内ユニットの熱交換器が蒸発器320、室外ユニットの熱交換器が放熱器310として機能する。室内を暖房する場合には、室内ユニットの熱交換器が放熱器310、室外ユニットの熱交換器が蒸発器320として機能する。   Each of the radiator 310 and the evaporator 320 is a fin-and-tube heat exchanger. Of the two heat exchangers functioning as the radiator 310 or the evaporator 320, one is incorporated in the indoor unit and the other is incorporated in the outdoor unit. When the room is cooled, the heat exchanger of the indoor unit functions as the evaporator 320, and the heat exchanger of the outdoor unit functions as the radiator 310. When the room is heated, the heat exchanger of the indoor unit functions as the radiator 310, and the heat exchanger of the outdoor unit functions as the evaporator 320.

もちろん、四方弁によって冷媒の流通方向を切り替える機構を、他の実施形態の冷凍サイクル装置に適用してもよい。その場合、放熱器および蒸発器は、冷媒と気体空気との熱交換を行うフィンアンドチューブ熱交換器だけでなく、冷媒と水との熱交換を行う二重管式熱交換器のような水熱交換器であってもよい。   Of course, you may apply the mechanism which switches the distribution direction of a refrigerant | coolant with a four-way valve to the refrigerating-cycle apparatus of other embodiment. In that case, the radiator and the evaporator are not only fin-and-tube heat exchangers that exchange heat between the refrigerant and gaseous air, but also water such as double-tube heat exchangers that exchange heat between the refrigerant and water. It may be a heat exchanger.

(第4実施形態)
第1実施形態の冷凍サイクル装置300Aは、圧力センサを使用せずに全ての制御を行うようにしているが、本実施形態の冷凍サイクル装置300Dに示すごとく、圧力センサ312,314を用いるようにしてもよい。第1圧力センサ312は、膨張機構130の入口における冷媒の圧力を計測し、第2圧力センサ314は、圧縮機構120の入口における冷媒の圧力を計測する。これらの圧力センサ312,314と、温度センサ311,313とを用いることにより、密度ρe,ρcを直接的に導出することができる。このような圧力センサ312,314は、例えば圧電素子を用いたセンサであり、その出力信号は、温度センサ311,313,315と同様、制御器305に与えられる。
(Fourth embodiment)
The refrigeration cycle apparatus 300A of the first embodiment performs all controls without using a pressure sensor. However, as shown in the refrigeration cycle apparatus 300D of the present embodiment, the pressure sensors 312 and 314 are used. May be. The first pressure sensor 312 measures the refrigerant pressure at the inlet of the expansion mechanism 130, and the second pressure sensor 314 measures the refrigerant pressure at the inlet of the compression mechanism 120. By using these pressure sensors 312 and 314 and the temperature sensors 311 and 313, the densities ρe and ρc can be directly derived. Such pressure sensors 312 and 314 are sensors using, for example, piezoelectric elements, and output signals thereof are given to the controller 305 in the same manner as the temperature sensors 311, 313 and 315.

また、図13に示す冷凍サイクル装置300Dは、オイルセパレータ390と、ガス分離器370とをさらに備えている。オイルセパレータ390は、バイパス回路302を流通する冷媒から冷凍機油を分離し、分離した冷凍機油を主冷媒回路301における蒸発器320と圧縮機120との間に戻す。これにより、バイパス回路302に冷凍機油が流れていくことを防止できる。   The refrigeration cycle apparatus 300D shown in FIG. 13 further includes an oil separator 390 and a gas separator 370. The oil separator 390 separates the refrigeration oil from the refrigerant flowing through the bypass circuit 302 and returns the separated refrigeration oil between the evaporator 320 and the compressor 120 in the main refrigerant circuit 301. Thereby, it can prevent that refrigeration oil flows into the bypass circuit 302.

(第5実施形態)
先の実施形態の冷凍サイクル装置300A,300B,300C,300Dでは、膨張機構130に接続された主配管330(吸入管114)にバイパス配管360が接続されている。しかしながら、この構成は必須でない。すなわち、図14に示す冷凍サイクル装置300Eのごとく、バイパス配管360を膨張機構130に直結してもよい。この場合、バイパス配管360を膨張機構130のどこに接続するのかが問題となる。考えられる1つの好適な構成は、第1シリンダ132の吸入ポート116(図2参照)にバイパス配管360を接続する構成である。このようにすれば、第1実施形態と同じ効果を得ることができる。
(Fifth embodiment)
In the refrigeration cycle apparatuses 300A, 300B, 300C, and 300D of the previous embodiment, the bypass pipe 360 is connected to the main pipe 330 (suction pipe 114) connected to the expansion mechanism 130. However, this configuration is not essential. That is, the bypass pipe 360 may be directly connected to the expansion mechanism 130 as in the refrigeration cycle apparatus 300E shown in FIG. In this case, where the bypass pipe 360 is connected to the expansion mechanism 130 becomes a problem. One possible suitable configuration is a configuration in which a bypass pipe 360 is connected to the suction port 116 (see FIG. 2) of the first cylinder 132. If it does in this way, the same effect as a 1st embodiment can be acquired.

他の1つの好適な構成は、図15に示すごとく、膨張機一体型圧縮機100Bの第2シリンダ134にバイパス配管360を接続する構成である。図15に示す膨張機一体型圧縮機100Bは、第2シリンダ134にバイパス配管360を直結している点以外、図2に示す膨張機一体型圧縮機100Aと共通である。第1実施形態でも説明したように、ロータリ式の膨張機構130は、第1シリンダ132と第2シリンダ134とで1つの膨張室を形成し、その膨張室に冷媒を閉じこめて膨張させる仕組みになっている。したがって、その膨張室にバイパス回路302を接続し、低密度の冷媒を膨張室に直接送り込めば、膨張過程にある冷媒の密度ρeを変化させることができる。具体的には、バイパス回路302を流れた冷媒が膨張室に直接注入されるように、バイパス回路320(バイパス配管)の接続先が定められている。本実施形態では、第2シリンダ134にバイパス回路302(バイパス配管360)が接続している。   Another preferred configuration is a configuration in which a bypass pipe 360 is connected to the second cylinder 134 of the expander-integrated compressor 100B, as shown in FIG. The expander-integrated compressor 100B illustrated in FIG. 15 is common to the expander-integrated compressor 100A illustrated in FIG. 2 except that the bypass pipe 360 is directly connected to the second cylinder 134. As described in the first embodiment, the rotary type expansion mechanism 130 has a mechanism in which one expansion chamber is formed by the first cylinder 132 and the second cylinder 134 and the refrigerant is confined in the expansion chamber for expansion. ing. Therefore, if the bypass circuit 302 is connected to the expansion chamber and a low-density refrigerant is sent directly to the expansion chamber, the density ρe of the refrigerant in the expansion process can be changed. Specifically, the connection destination of the bypass circuit 320 (bypass piping) is determined so that the refrigerant flowing through the bypass circuit 302 is directly injected into the expansion chamber. In the present embodiment, the bypass circuit 302 (bypass pipe 360) is connected to the second cylinder 134.

図16Aおよび図16Bは、それぞれ、図15の膨張機一体型圧縮機100Bの膨張機構130の動作説明図である。第1シリンダ132への冷媒の吸入開始時点を0°として、各シリンダ132,134の様子をシャフト127の回転角度90°おきに時系列で示す。膨張機構130の構成は、第2シリンダ134にバイパス配管360が接続されている以外、他の実施形態と共通である。第1シリンダ132に接続された吸入管114は、ベーンとのなす角度が約45°である。バイパス配管360としての混合ノズル147は、ベーンとのなす角度が約67.5°の位置おいて第2シリンダ134に接続されている。この混合ノズル147は、第2シリンダ134に形成されている注入ポート148を介して、第2シリンダ134内に低密度かつ高エンタルピーの冷媒を噴射する機能を有する。   16A and 16B are operation explanatory diagrams of the expansion mechanism 130 of the expander-integrated compressor 100B of FIG. The state of each cylinder 132, 134 is shown in time series at intervals of 90 ° of the rotation angle of the shaft 127, assuming that the refrigerant suction start time to the first cylinder 132 is 0 °. The configuration of the expansion mechanism 130 is the same as that of the other embodiments except that the bypass pipe 360 is connected to the second cylinder 134. The suction pipe 114 connected to the first cylinder 132 has an angle of about 45 ° with the vane. The mixing nozzle 147 as the bypass pipe 360 is connected to the second cylinder 134 at a position where the angle formed with the vane is about 67.5 °. The mixing nozzle 147 has a function of injecting a low density and high enthalpy refrigerant into the second cylinder 134 via an injection port 148 formed in the second cylinder 134.

図16Aに示すごとく、回転角度0°のとき、冷媒201は吸入管114に準備された状態であり、第1シリンダ132の吸入側空間140の容積はゼロである。シャフト127が反時計方向に回転することにともない、第1シリンダ132の吸入側空間140への冷媒201の吸入が開始される。少なくとも回転角度が270°までは、中板133の連通孔145と吸入側空間140とが連通していないので、冷媒201は第2シリンダ134に移動しない。シャフト127の回転角度が270°から360°の間で連通孔145が開き始め、第2シリンダ134の吸入側空間144bへの冷媒201の流れ込みが始まる。   As shown in FIG. 16A, when the rotation angle is 0 °, the refrigerant 201 is prepared in the suction pipe 114, and the volume of the suction side space 140 of the first cylinder 132 is zero. As the shaft 127 rotates counterclockwise, the suction of the refrigerant 201 into the suction side space 140 of the first cylinder 132 is started. At least until the rotation angle is 270 °, the communication hole 145 of the intermediate plate 133 and the suction side space 140 do not communicate with each other, so the refrigerant 201 does not move to the second cylinder 134. When the rotation angle of the shaft 127 is between 270 ° and 360 °, the communication hole 145 begins to open, and the refrigerant 201 starts to flow into the suction side space 144b of the second cylinder 134.

図16Bに示すごとく、回転角度が360°になると、第1シリンダ132では冷媒201の吸入が終了する。その時点から、第1シリンダ132の吐出側空間144aおよび第2シリンダ134の吸入側空間144bに充填された冷媒201が膨張し始める。一方、第1シリンダ132では新たな冷媒202の吸入が始まる。シャフト127がさらに回転して回転角度が382.5°を超えると、バイパス回路302を流れた冷媒が、混合ノズル147および第2シリンダ134の注入ポート148を経由して吸入側空間144bに流入し始める。吸入側空間144bに低密度の冷媒が流入すると、その低密度の冷媒は、第1シリンダ132の吐出側空間144aおよび第2シリンダ134の吸入側空間144bからなる膨張室において、超臨界の液相的状態から気液二相状態へと膨張し始めた冷媒201と衝突する。これにより、気液二相への変化が促進される。第2シリンダ134においては、回転角度が630°から720°の間で、吐出側空間143aと吐出ポート146との連通が始まり、膨張後の冷媒201の吐出が始まる。   As shown in FIG. 16B, when the rotation angle reaches 360 °, the first cylinder 132 finishes sucking the refrigerant 201. From that point, the refrigerant 201 filled in the discharge side space 144a of the first cylinder 132 and the suction side space 144b of the second cylinder 134 starts to expand. On the other hand, the first cylinder 132 starts to suck new refrigerant 202. When the shaft 127 further rotates and the rotation angle exceeds 382.5 °, the refrigerant flowing through the bypass circuit 302 flows into the suction side space 144b via the mixing nozzle 147 and the injection port 148 of the second cylinder 134. start. When a low density refrigerant flows into the suction side space 144b, the low density refrigerant is supercritical liquid phase in the expansion chamber composed of the discharge side space 144a of the first cylinder 132 and the suction side space 144b of the second cylinder 134. It collides with the refrigerant 201 that has started to expand from the target state to the gas-liquid two-phase state. Thereby, the change to a gas-liquid two phase is accelerated | stimulated. In the second cylinder 134, when the rotation angle is between 630 ° and 720 °, communication between the discharge side space 143a and the discharge port 146 starts, and discharge of the refrigerant 201 after expansion starts.

膨張機構130は、毎秒数十回転の速さで動作するので、冷媒の膨張過程は一瞬で終了することになる。ところが、図17に示すごとく、単相から気液二相への変化が膨張機構130の動作に追いつかず、相変化遅れによる圧力低下を招来することがある。相変化遅れによる圧力低下は、斜線部に相当する動力回収ロスを伴う。   Since the expansion mechanism 130 operates at a speed of several tens of revolutions per second, the expansion process of the refrigerant ends in an instant. However, as shown in FIG. 17, the change from the single phase to the gas-liquid two phase may not catch up with the operation of the expansion mechanism 130 and may cause a pressure drop due to the phase change delay. The pressure drop due to the phase change delay is accompanied by a power recovery loss corresponding to the shaded area.

しかしながら、本実施形態によれば、膨張過程の冷媒に低密度の冷媒を混合する。つまり、超臨界(または液相)の液相的状態にある冷媒に、ガス冷媒を混合することにより、気体と液体との界面を積極的に形成する。こうした界面は、冷媒の液相から気液二相への変化を促進する。これにより、図15に示すような相変化遅れの発生が防止され、相変化遅れにともなう動力回収ロスも発生せず、より優れた成績係数が達成される。特に、膨張過程が始まってから気液二相への変化が開始するまでに上記混合を行うことが好ましい。膨張過程は、第1シリンダ132の吐出側空間144aと第2シリンダ134の吸入側空間144bとが連通孔145を介して1つにつながった時点から始まるので、混合ノズル147は、連通孔145が形成されている位置からシャフト127の回転方向に90°までの角度範囲内において、第2シリンダ134に接続していることが好ましい。場合によっては、連通孔145内にガス冷媒の注入が行えるように、中板133に注入ポートを形成し、さらに、中板133に混合ノズル147を接続するようにしてもよい。   However, according to this embodiment, a low-density refrigerant is mixed with the refrigerant in the expansion process. That is, the gas / liquid interface is positively formed by mixing the gas refrigerant with the refrigerant in the supercritical (or liquid phase) liquid phase state. Such an interface promotes the change of the refrigerant from the liquid phase to the gas-liquid two phase. Accordingly, the occurrence of a phase change delay as shown in FIG. 15 is prevented, a power recovery loss due to the phase change delay does not occur, and a better coefficient of performance is achieved. In particular, it is preferable to carry out the above mixing from the start of the expansion process to the start of the change to the gas-liquid two phase. The expansion process starts when the discharge side space 144a of the first cylinder 132 and the suction side space 144b of the second cylinder 134 are connected together via the communication hole 145, so that the mixing nozzle 147 has the communication hole 145. It is preferable to connect to the second cylinder 134 within an angle range of 90 ° in the rotation direction of the shaft 127 from the formed position. In some cases, an injection port may be formed in the intermediate plate 133 so that the gas refrigerant can be injected into the communication hole 145, and the mixing nozzle 147 may be connected to the intermediate plate 133.

(第6実施形態)
先の冷凍サイクル装置300A〜300Eは、いずれも、膨張機一体型圧縮機100A,100Bが使用されている。しかしながら、図18に示すごとく、圧縮機220と膨張機230とが分離されている冷凍サイクル装置300Fも、本発明の好適な実施形態である。冷凍サイクル装置300Fは、簡単にいえば、従来の冷凍サイクル装置の膨張弁を膨張機230で置き換えたうえで、バイパス回路302を設けた構成となっている。
(Sixth embodiment)
The refrigeration cycle apparatuses 300A to 300E all use the expander-integrated compressors 100A and 100B. However, as shown in FIG. 18, a refrigeration cycle apparatus 300F in which the compressor 220 and the expander 230 are separated is also a preferred embodiment of the present invention. In brief, the refrigeration cycle apparatus 300F has a configuration in which a bypass circuit 302 is provided after an expansion valve of a conventional refrigeration cycle apparatus is replaced with an expander 230.

冷凍サイクル装置300Fは、圧縮機220の回転数と膨張機230の回転数とを独立して制御することにより、冷凍サイクルの高圧を制御し、冷凍サイクル効率を最適化することが可能であることが知られている。しかしながら、圧縮機220を駆動する電動機や膨張機230によって駆動される発電機の効率は、回転数に応じて大きく変化する。高効率で運転できる回転数の範囲は、そう広くない。したがって、圧縮機220や膨張機230の回転数の制御だけに頼って冷凍サイクル効率を最適化しようとしても、電動機や発電機の効率低下がネックとなり、成績係数を満足に高めることが困難となることが予測される。また、圧縮機220や膨張機230自体の効率も回転数によって変化する。   The refrigeration cycle apparatus 300F can control the high pressure of the refrigeration cycle and optimize the refrigeration cycle efficiency by independently controlling the rotation speed of the compressor 220 and the rotation speed of the expander 230. It has been known. However, the efficiency of the electric motor that drives the compressor 220 and the generator that is driven by the expander 230 varies greatly depending on the rotational speed. The range of rotational speeds that can be operated with high efficiency is not so wide. Therefore, even if it is attempted to optimize the refrigeration cycle efficiency only by controlling the rotation speed of the compressor 220 or the expander 230, the efficiency reduction of the motor or the generator becomes a bottleneck, and it becomes difficult to satisfactorily increase the coefficient of performance. It is predicted. Further, the efficiency of the compressor 220 and the expander 230 itself also changes depending on the rotational speed.

そこで分離型の冷凍サイクル装置300Fに本発明を適用し、圧縮機220や膨張機230の回転数を変化させることに代えて、バイパス回路302を用いることによって冷媒の密度ρeを変化させ、冷凍サイクル効率の最適化を図る制御方法を提案できる。この方法によれば、圧縮機220を駆動する電動機や膨張機230によって駆動される発電機の効率を高く保ちつつ、冷凍サイクル効率の最適化を図ることができる。もちろん、圧縮機220を駆動する電動機や膨張機230によって駆動される発電機の回転数と、バイパス回路302の冷媒流量との両方を制御し、冷凍サイクル効率の最適化を図るようにしてもよい。また、図18の例では、第1温度センサ311が、バイパス回路302と主冷媒回路301との合流点よりも放熱器310側に配置されているが、この第1温度センサ311は、上記合流点よりも膨張機230側に配置してもよい。   Therefore, the present invention is applied to the separation type refrigeration cycle apparatus 300F, and instead of changing the rotation speed of the compressor 220 or the expander 230, the density ρe of the refrigerant is changed by using the bypass circuit 302, and the refrigeration cycle is changed. A control method for optimizing efficiency can be proposed. According to this method, the efficiency of the refrigeration cycle can be optimized while keeping the efficiency of the electric motor driving the compressor 220 and the generator driven by the expander 230 high. Of course, both the rotation speed of the electric motor that drives the compressor 220 and the generator driven by the expander 230 and the refrigerant flow rate of the bypass circuit 302 may be controlled to optimize the refrigeration cycle efficiency. . In the example of FIG. 18, the first temperature sensor 311 is disposed closer to the radiator 310 than the confluence of the bypass circuit 302 and the main refrigerant circuit 301. The first temperature sensor 311 You may arrange | position to the expander 230 side rather than a point.

本発明にかかる冷凍サイクル装置は、動力回収効率に優れ、空気調和装置、給湯器、各種乾燥機、冷凍冷蔵庫等に有用である。   The refrigeration cycle apparatus according to the present invention is excellent in power recovery efficiency, and is useful for an air conditioner, a water heater, various dryers, a refrigerator refrigerator, and the like.

第1実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigerating-cycle apparatus of 1st Embodiment. 図1のブロック図に示す膨張機一体型圧縮機の詳細な縦断面図Detailed longitudinal sectional view of the expander-integrated compressor shown in the block diagram of FIG. 図2に示す膨張機一体型圧縮機のA1−A1横断面図A1-A1 cross-sectional view of the expander-integrated compressor shown in FIG. 図2に示す膨張機一体型圧縮機のB1−B1横断面図B1-B1 cross-sectional view of the expander-integrated compressor shown in FIG. 冷媒の密度変化にともなう問題点を説明するモリエル線図Mollier diagram explaining problems associated with changes in refrigerant density 本発明の効果を説明するモリエル線図Mollier diagram explaining the effect of the present invention 冷媒の密度変化にともなう問題点を説明するP−V線図PV diagram explaining problems associated with refrigerant density change 本発明の効果を説明するP−V線図PV diagram explaining the effect of the present invention 図1に示す冷凍サイクル装置の制御系のブロック図Block diagram of the control system of the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. 図1に示す冷凍サイクル装置の制御フローチャートControl flowchart of the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. 図1に示す冷凍サイクル装置の他の1つの好適な制御フローチャートAnother preferred control flowchart of the refrigeration cycle apparatus shown in FIG. 放熱器の加熱能力の導出に用いられるセンサ群の配置図Arrangement of sensor groups used to derive the heating capacity of the radiator 放熱器の加熱能力の導出に用いられるセンサ群の他の例の配置図Arrangement of another example of sensor group used for deriving heating capacity of radiator 冷媒の密度ρe、膨張機効率ηe、バイパス開度ξbおよび成績係数の関係を示す相関図Correlation diagram showing relationship between refrigerant density ρe, expander efficiency ηe, bypass opening ξ b and coefficient of performance 第2実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigerating-cycle apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigeration cycle apparatus of 3rd Embodiment. 第4実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigerating-cycle apparatus of 4th Embodiment. 第5実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigerating-cycle apparatus of 5th Embodiment. 図14のブロック図に示す膨張機一体型圧縮機の詳細な縦断面図Detailed longitudinal sectional view of the expander-integrated compressor shown in the block diagram of FIG. 膨張機構の動作説明図Explanatory drawing of operation of expansion mechanism 図16Aに続く説明図Explanatory drawing following FIG. 16A 相変化遅れによる圧力低下の説明図Illustration of pressure drop due to phase change delay 第6実施形態の冷凍サイクル装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the refrigerating-cycle apparatus of 6th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100A,100B 膨張機一体型圧縮機
120 圧縮機構
127 シャフト
130 膨張機構
132 第1シリンダ
133 中板
134 第2シリンダ
136 第1ピストン
137 第2ピストン
138 第1ベーン
141 第2ベーン
140,144b 吸入側空間
144a,143 吐出側空間
145 連通孔
180 電動機
300A,300B,300C,300D,300E,300F 冷凍サイクル装置
301 主冷媒回路
302 バイパス回路
305 制御器
311 第1温度センサ
313 第2温度センサ
315 第3温度センサ
310 放熱器
320 蒸発器
330 主配管
350 流量調整弁
360 バイパス配管
100A, 100B Expander-integrated compressor 120 Compression mechanism 127 Shaft 130 Expansion mechanism 132 First cylinder 133 Middle plate 134 Second cylinder 136 First piston 137 Second piston 138 First vane 141 Second vane 140, 144b Suction side space 144a, 143 Discharge side space 145 Communication hole 180 Electric motor 300A, 300B, 300C, 300D, 300E, 300F Refrigeration cycle device 301 Main refrigerant circuit 302 Bypass circuit 305 Controller 311 First temperature sensor 313 Second temperature sensor 315 Third temperature sensor 310 Radiator 320 Evaporator 330 Main Piping 350 Flow Control Valve 360 Bypass Piping

Claims (10)

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を放熱させる放熱器と、
前記放熱器で放熱した前記冷媒を膨張させる膨張機と、
前記膨張機で膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機で圧縮されて前記放熱器で放熱する前の前記冷媒の一部が、前記放熱器に流入することなく、前記放熱器から前記膨張機へ向かう経路または前記膨張機にバイパスして、前記放熱器で放熱した膨張前の前記冷媒または膨張過程にある前記冷媒に合流するように、始端が前記圧縮機または前記圧縮機から前記放熱器への経路に接続され、終端が前記膨張機または前記放熱器から前記膨張機へ向かう経路に接続されたバイパス回路と、
を備えた、冷凍サイクル装置。
A compressor for compressing the refrigerant;
A radiator that dissipates heat of the refrigerant compressed by the compressor;
An expander for expanding the refrigerant radiated by the radiator;
An evaporator for evaporating the refrigerant expanded by the expander;
A part of the refrigerant before being compressed by the compressor and radiating heat by the radiator is bypassed to the path from the radiator to the expander or the expander without flowing into the radiator. The starting end is connected to the compressor or a path from the compressor to the radiator so as to join the refrigerant before expansion radiated by the radiator or the refrigerant in the expansion process, and the terminal end is the expander or A bypass circuit connected to a path from the radiator to the expander;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記バイパス回路が、当該バイパス回路を流通する前記冷媒の流量を調整する流量調整器を含み、
当該冷凍サイクル装置の成績係数が最大値に近づくように、前記流量調整器を制御する制御器をさらに備えた、請求項1記載の冷凍サイクル装置。
The bypass circuit includes a flow regulator for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass circuit;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, further comprising a controller that controls the flow rate regulator so that the coefficient of performance of the refrigeration cycle apparatus approaches a maximum value.
前記圧縮機、前記放熱器、前記膨張機および前記蒸発器をこの順番に接続し、これらの要素とともに主冷媒回路を構成する主配管をさらに備え、
前記制御器は、前記主冷媒回路における前記冷媒の状態に応じて前記流量調整器を制御する、請求項2記載の冷凍サイクル装置。
The compressor, the radiator, the expander and the evaporator are connected in this order, further comprising a main pipe constituting a main refrigerant circuit together with these elements,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 2, wherein the controller controls the flow rate regulator in accordance with a state of the refrigerant in the main refrigerant circuit.
前記バイパス回路の前記終端が、前記主冷媒回路の前記放熱器と前記膨張機との間の部分である前記主配管に接続され、
前記制御器は、前記主冷媒回路と前記バイパス回路の前記終端との接続位置から、前記膨張機へ向かって前記主冷媒回路を流通する、合流後の前記冷媒の状態に応じて、前記流量調整器を制御する、請求項3記載の冷凍サイクル装置。
The end of the bypass circuit is connected to the main pipe which is a portion between the radiator and the expander of the main refrigerant circuit,
The controller adjusts the flow rate according to the state of the refrigerant after merging, which flows through the main refrigerant circuit from the connection position of the main refrigerant circuit and the end of the bypass circuit toward the expander. The refrigeration cycle apparatus according to claim 3, wherein the refrigeration cycle apparatus is controlled.
前記主冷媒回路と前記バイパス回路の前記終端との接続位置と、前記膨張機との間における前記主冷媒回路上に設けられ、合流後の前記冷媒の温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサの計測結果を用いて前記膨張機の入口における前記冷媒の状態を推定し、その推定結果に基づいて、前記流量調整器を制御する、請求項4記載の冷凍サイクル装置。
A temperature sensor that is provided on the main refrigerant circuit between the main refrigerant circuit and the end of the bypass circuit and the expander, and that measures the temperature of the refrigerant after merging;
The refrigeration cycle according to claim 4, wherein the controller estimates a state of the refrigerant at an inlet of the expander using a measurement result of the temperature sensor, and controls the flow rate regulator based on the estimation result. apparatus.
前記圧縮機が、前記冷媒を圧縮する圧縮機構、前記冷媒を膨張させる膨張機構、および前記圧縮機構と前記膨張機構とを連結するシャフトを有する膨張機一体型圧縮機の前記圧縮機構として構成され、
前記膨張機が、前記膨張機一体型圧縮機の前記膨張機構として構成されている、請求項1記載の冷凍サイクル装置。
The compressor is configured as the compression mechanism of an expander-integrated compressor having a compression mechanism that compresses the refrigerant, an expansion mechanism that expands the refrigerant, and a shaft that connects the compression mechanism and the expansion mechanism.
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the expander is configured as the expansion mechanism of the expander-integrated compressor.
前記膨張機は、シリンダと、前記シリンダの内外を貫くシャフトと、前記シャフトに取り付けられて前記シリンダ内を偏心回転するピストンと、前記シリンダと前記ピストンとの間に形成される空間を吸入側空間と吐出側空間とに仕切る仕切り部材とを備えたロータリ膨張機であり、
前記バイパス回路を流れた前記冷媒が前記吸入側空間に直接注入されるように、前記シリンダに前記バイパス回路が接続している、請求項1記載の冷凍サイクル装置。
The expander includes a cylinder, a shaft penetrating the inside and outside of the cylinder, a piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the cylinder, and a space formed between the cylinder and the piston as a suction side space. And a rotary expander provided with a partition member that partitions into a discharge side space,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the bypass circuit is connected to the cylinder so that the refrigerant flowing through the bypass circuit is directly injected into the suction side space.
前記膨張機は、
第1シリンダと、
前記第1シリンダの内外を貫くシャフトと、
前記シャフトに取り付けられて前記第1シリンダ内を偏心回転する第1ピストンと、
前記シャフトを共有する形で前記第1シリンダと同心状に配置された第2シリンダと、
前記シャフトに取り付けられて前記第2シリンダ内を偏心回転する第2ピストンと、
前記第1シリンダと前記第1ピストンとの間に形成される空間を第1吸入側空間と第1吐出側空間とに仕切る第1仕切り部材と、
前記第2シリンダと前記第2ピストンとの間に形成される空間を第2吸入側空間と第2吐出側空間とに仕切る第2仕切り部材と、
前記第1吐出側空間と前記第2吸入側空間とを連通して1つの膨張室を形成する連通孔を有するとともに、前記第1シリンダと前記第2シリンダとを隔てる中板とを備え、前記膨張室において前記冷媒を膨張させる多段ロータリ膨張機とされ、
前記バイパス回路を流れた前記冷媒が前記膨張室に直接注入されるように、前記バイパス回路の接続先が定められている、請求項1記載の冷凍サイクル装置。
The expander is
A first cylinder;
A shaft penetrating the inside and outside of the first cylinder;
A first piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the first cylinder;
A second cylinder disposed concentrically with the first cylinder so as to share the shaft;
A second piston attached to the shaft and rotating eccentrically in the second cylinder;
A first partition member that partitions a space formed between the first cylinder and the first piston into a first suction side space and a first discharge side space;
A second partition member that partitions a space formed between the second cylinder and the second piston into a second suction side space and a second discharge side space;
The first discharge side space and the second suction side space communicate with each other to form a single expansion chamber, and include an intermediate plate that separates the first cylinder and the second cylinder, A multi-stage rotary expander that expands the refrigerant in an expansion chamber;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein a connection destination of the bypass circuit is determined so that the refrigerant that has flowed through the bypass circuit is directly injected into the expansion chamber.
前記バイパス回路の前記終端が、前記主冷媒回路の前記放熱器と前記膨張機との間の部分である前記主配管に接続され、
前記制御器は、前記放熱器から、前記主冷媒回路と前記バイパス回路の前記終端との接続位置へ向かって前記主冷媒回路を流通する、合流前の前記冷媒の状態に応じて、前記流量調整器を制御する、請求項3記載の冷凍サイクル装置。
The end of the bypass circuit is connected to the main pipe which is a portion between the radiator and the expander of the main refrigerant circuit,
The controller adjusts the flow rate according to the state of the refrigerant before merging through the main refrigerant circuit from the radiator toward the connection position between the main refrigerant circuit and the end of the bypass circuit. The refrigeration cycle apparatus according to claim 3, wherein the refrigeration cycle apparatus is controlled.
前記放熱器と、前記主冷媒回路と前記バイパス回路の前記終端との接続位置との間における前記主冷媒回路上に設けられ、合流前の前記冷媒の温度を計測する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサの計測結果を用いて前記膨張機の入口における前記冷媒の状態を推定し、その推定結果に基づいて、前記流量調整器を制御する、請求項9記載の冷凍サイクル装置。
A temperature sensor that is provided on the main refrigerant circuit between the radiator and the connection position of the main refrigerant circuit and the end of the bypass circuit, and further measures the temperature of the refrigerant before joining;
The refrigeration cycle according to claim 9, wherein the controller estimates a state of the refrigerant at an inlet of the expander using a measurement result of the temperature sensor, and controls the flow rate controller based on the estimation result. apparatus.
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JP2016538455A (en) * 2013-10-28 2016-12-08 グリー グリーン リフリジレーション テクノロジー センター カンパニー リミテッド オブ ズーハイGree Green Refrigeration Technology Center Co., Ltd. Of Zhuhai Expansion and compression device and air conditioner provided with the same

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