JP2011007381A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の温度低下を抑制して、高いエネルギー効率で運転できる冷凍サイクル装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１、放熱器２、減圧機構３、蒸発器４が順に接続され冷媒が循環する冷媒回路５と、前記蒸発器４の温度を検知する蒸発器温度検知手段１２と、制御装置（１１、１３）とを備え、前記蒸発器４に霜が付着した場合に霜を除去する除霜運転の動作開始から所定時間経過後に、前記蒸発器温度検知手段１２が検知する検知温度が所定温度よりも低いときは、前記冷媒回路５内を循環する冷媒循環量を増加させるように構成したことを特徴とするもので、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧側において超臨界となり得る物質を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、この種の冷凍サイクル装置は、図５に示すようなヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置などとして代表的に利用される。

図５において、１は圧縮機、２は放熱器、３は膨張弁、４は蒸発器であり、これらはこの順で環状に構成され、冷媒回路５を形成している。
以上のように、構成された冷凍サイクル装置について、以下に除霜運転時の動作を説明する。

圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、放熱器２を通過して膨張弁３に供給される。膨張弁３に供給された冷媒は、減圧された後に蒸発器４に供給されて、冷媒の有する熱エネルギーを用いて、蒸発器４に付着した霜を融解させて除去する。その後、霜の融解に熱エネルギーを消費した冷媒は、圧縮機１へ吸入される。

ところで、除霜運転中は加熱もしくは冷却運転を行うことができないため、早期に除霜運転を完了することが実使用性の改善のために必要であるが、冷媒循環量を増加して除霜運転時間の短縮を図っている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００７−３３３３４０号公報 特開２００７−３３３３４１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のヒートポンプ給湯機は、除霜運転が必要であると判断すると、ヒーポン往き管中に設けられた補助タンクに温水を貯めて、貯めた温水を用いて除霜運転を行うため、除霜運転用の温水を生成するために消費電力量が増大するとともに、補助タンクに貯める温水を生成する間は、本来の加熱能力が低下するもしくは加熱運転を行うことができないという課題を有していた。

一方、上記特許文献２に記載のヒートポンプ給湯機は、除霜運転が必要であると判断すると、圧縮機から吐出される冷媒の圧力や温度を上昇させることによりヒートポンプサイクルに保有する熱量を増加させるため、ヒートポンプサイクルを最適な動作点で動作させることができず効率低下を招くとともに、圧縮機内部の部品が温度上昇により損傷し得るという課題を有していた。

本発明は上記の問題点を解決するものであり、圧縮機の温度低下を抑制して、高いエネルギー効率で運転できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が順に接続され冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器
温度検知手段と、制御装置とを備え、前記蒸発器に霜が付着した場合に霜を除去する除霜運転の動作開始から所定時間経過後に、前記蒸発器温度検知手段が検知する検知温度が所定温度よりも低いときは、前記冷媒回路内を循環する冷媒循環量を増加させるように構成したことを特徴とするもので、蒸発器への着霜量が多い場合にのみ、除霜運転時の冷媒循環量を多くして融け残りがないように除霜運転を行い、着霜量が少ない場合には、除霜運転時の冷媒循環量を比較的少なめにして、除霜運転から加熱もしくは冷却運転へと早く復帰できるように除霜運転を行うことで、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。

本発明によれば、圧縮機の温度低下を抑制して、高いエネルギー効率で運転できる冷凍サイクル装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図 同除霜運転時の膨張弁の開度を決定するフローチャート 本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成図 同除霜運転時の二方弁の開閉を決定するフローチャート 従来の冷凍サイクル装置の構成図

第１の発明は、圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が順に接続され冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知手段と、制御装置とを備え、前記蒸発器に霜が付着した場合に霜を除去する除霜運転の動作開始から所定時間経過後に、前記蒸発器温度検知手段が検知する検知温度が所定温度よりも低いときは、前記冷媒回路内を循環する冷媒循環量を増加させるように構成したことを特徴とするもので、蒸発器への着霜量が多い場合にのみ、除霜運転時の冷媒循環量を多くして融け残りがないように除霜運転を行い、着霜量が少ない場合には、除霜運転時の冷媒循環量を比較的少なめにして、除霜運転から加熱もしくは冷却運転へと早く復帰できるように除霜運転を行うことで、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。

第２の発明は、圧縮機の出口と蒸発器の入口とを連通するバイパス回路と、前記バイパス回路の冷媒の流れを調整する弁機構とを備え、前記弁機構の開度を大きくすることで、冷媒循環量を増加させるもので、蒸発器へ圧縮機から吐出される高温の冷媒を多量に直接供給することができ、高速かつ融け残りなく霜を除去することができるため、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を奏する。

第３の発明は、減圧機構の減圧量を大きくして冷媒循環量を増加させるもので、蒸発器に多量の冷媒を供給することができ、高速かつ融け残りなく霜を除去することができるため、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。

第４の発明は、圧縮機の回転周波数を大きくして冷媒循環量を増加させるもので、蒸発器に多量の冷媒を供給することができ、高速かつ融け残りなく霜を除去することができるため、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。

以下、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置について、図面を参照しながら述べる。なお、実施の形態はヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置を一例として用いて説明するが、ヒートポンプ給湯機に限定されるものでなく、空気調和機や車両用空調装置などであってもよい。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成について述べる。構成図を図１に示す。図１において、１１は膨張弁３の開度を調整する制御装置、１２は蒸発器温度検知手段である。膨張弁３の開度を調整する制御装置１１は、膨張弁３の開度を制御することによって、冷凍サイクル装置を循環する冷媒の循環量を制御するものである。

次に、上記のように構成された冷凍サイクル装置の作用について述べる。加熱運転中は、圧縮機１により高温高圧に昇温昇圧された超臨界状態の冷媒は、放熱器２にて給湯回路８を循環する水と熱交換して冷却された後、膨張弁３において減圧される。減圧された冷媒は、蒸発器４にて外気と熱交換して加熱された後に、圧縮機１に吸入される。

除霜運転時の冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートを図２に示す。

図２において、蒸発器４への着霜を検知すると、まず、膨張弁３の開度を調整する制御装置１１は、膨張弁３の開度を大きくし、冷媒の循環量を増加させるように動作する。その後、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器４の温度が所定の温度（例えば、５℃）以上であれば、除霜運転を終了して加熱運転を再開する。

一方、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器４の温度が、所定の温度よりも低いまま、除霜運転開始から所定の時間（例えば、１０分間）以上が経過した場合は、膨張弁３の開度を調整する制御装置１１は、膨張弁３の開度を全開にして、さらに冷媒の循環量を増加させるように動作する。

その後、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器４の温度が、所定の温度（例えば、５℃）以上になれば、除霜運転を終了して加熱運転を再開する。

上記のように膨張弁３を動作させることにより、蒸発器４に付着した霜の量が多い場合のみ、除霜運転中における冷媒の循環量を増加させることによって、より多くの熱エネルギーを蒸発器４に供給され、蒸発器４に付着した霜を融け残りなく融解させて除去することができる。一方、蒸発器４に付着した霜の量が比較的少ない場合には、除霜運転中の冷媒の循環量を比較的少なくすることによって、圧縮機１の温度低下を抑制し、除霜運転終了後により早く加熱運転へと復帰することができる。

こうすることで、蒸発器４への着霜量が多い場合には、融け残り生成による蒸発器性能の低下を防止し、着霜量が比較的少ない場合には、除霜運転による圧縮機１の温度低下を抑制して、除霜運転から加熱運転への復帰を早くすることによって、冷凍サイクルを高いエネルギー効率で運転することができる。

本実施の形態によれば、上記のように膨張弁を制御して動作させる膨張弁の開度を調整する制御装置を備え、除霜運転の開始とともに膨張弁の開度を大きくし、融け残りを検知した場合にのみ、膨張弁の開度を全開にして冷媒の循環量を増加させるように制御することによって、蒸発器への着霜量に応じて適切な除霜運転を行い、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を奏する。

なお、ここでは除霜運転中に霜が付着した蒸発器が低圧側熱交換器として除霜運転を行う場合について説明したが、冷媒の循環方向を逆転させることができる四方弁などを用いることによって、霜が付着した蒸発器を高圧側熱交換器として除霜運転を行うものであってもよい。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の構成について述べる。構成図を図３に示す。

図３において、６はバイパス回路、７は二方弁、１３は圧縮機１の回転周波数および二方弁７の動作を制御する制御装置である。図３に示すように、本実施の形態における冷凍サイクル装置においては、圧縮機１の出口と蒸発器４の入口とをバイパス回路６によって連通され、バイパス回路６上に二方弁７が設けられて構成される。

また、圧縮機１の回転周波数および二方弁７の動作を制御する制御装置１３は、圧縮機１の回転周波数と二方弁７の開閉によって、冷凍サイクル装置を循環する冷媒の循環量を制御するものである。

次に、上記のように構成された冷凍サイクル装置の動作および作用について述べる。加熱運転中の動作は、実施の形態１に同じであるので説明を省略する。除霜運転時の冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャートを図４に示す。

図４において、蒸発器４への着霜を検知すると、まず、膨張弁３の開度を調整する制御装置１１は、膨張弁３の開度を大きくし、冷媒の循環量を増加させるように動作する。その後、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器温度が所定の温度（例えば、５℃）以上であれば、除霜運転を終了して加熱運転を再開する。

一方、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器４の温度が所定の温度よりも低いまま、除霜運転開始から所定の時間（例えば、１０分間）以上が経過した場合は、圧縮機１の回転周波数および二方弁７の動作を制御する制御装置１３が、バイパス回路６上に設けられた二方弁７を開けて、バイパス回路６を連通させるとともに、圧縮機１の回転周波数を増加させて、さらに冷媒の循環量を増加させるように動作する。

その後、蒸発器温度検知手段１２で検知する蒸発器４の温度が所定の温度（例えば、５℃）以上になれば、除霜運転を終了して加熱運転を再開する。

上記のように、圧縮機１および二方弁７を動作させることによって、蒸発器４に付着した霜の量が多い場合のみ、除霜運転中における冷媒の循環量を増加させて、より多くの熱エネルギーを蒸発器４に供給することで、蒸発器４に付着した霜を融け残りなく融解させて除去することができる。

一方、蒸発器４に付着した霜の量が比較的少ない場合には、除霜運転中の冷媒の循環量を比較的少なくすることによって、圧縮機１の温度低下を抑制し、除霜運転終了後により早く加熱運転へと復帰することができる。

なお、本実施の形態により得ることができる効果については、実施の形態１に同じであるので説明を省略する。

なお、本実施の形態においては、蒸発器４に付着した霜の量が多い場合に、二方弁７を開けてバイパス回路６を連通させるとともに、圧縮機１の回転周波数を増加させて、除霜運転を行う冷凍サイクル装置について説明したが、二方弁７を開けてバイパス回路６を流通させるか、もしくは圧縮機１の回転周波数を増加させるかのうちどちらか一方だけを行って除霜運転を行うものであっても、類似の効果を得ることができる。

本発明の冷凍サイクル装置は、除霜運転から加熱もしくは冷却運転への復帰時間を短く
することによって、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転できるという効果を有するので、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置、空気調和機や車両用空調装置に搭載の冷凍サイクル装置など、高圧側において超臨界状態となり得る冷媒を用いる冷凍サイクル装置一般に対して有用である。

１ 圧縮機
２ 放熱器
３ 膨張弁（減圧機構）
４ 蒸発器
５ 冷媒回路
６ バイパス回路
７ 二方弁
８ 給湯回路
１１ 制御装置（膨張弁の開度を制御）
１２ 蒸発器温度検出手段
１３ 制御装置（圧縮機回転周波数および二方弁の動作を制御）

Claims (4)

1. 圧縮機、放熱器、減圧機構、蒸発器が順に接続され冷媒が循環する冷媒回路と、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度検知手段と、制御装置とを備え、前記蒸発器に霜が付着した場合に霜を除去する除霜運転の動作開始から所定時間経過後に、前記蒸発器温度検知手段が検知する検知温度が所定温度よりも低いときは、前記冷媒回路内を循環する冷媒循環量を増加させるように構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機の出口と蒸発器の入口とを連通するバイパス回路と、前記バイパス回路の冷媒の流れを調整する弁機構とを備え、前記弁機構の開度を大きくすることで、冷媒循環量を増加させる請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 減圧機構の減圧量を大きくして冷媒循環量を増加させる請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 圧縮機の回転周波数を大きくして冷媒循環量を増加させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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