JP2011099571A - 冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な吐出温度の上昇があった場合にも、吐出温度を速やかに低減できる冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水暖房装置を提供すること。
【解決手段】圧縮機１１、凝縮器１２、過冷却熱交換器１３、主膨張弁１４、蒸発器１５が環状に接続された冷媒回路１Ａと、前記凝縮器１２と前記過冷却熱交換器１３の間または前記凝縮器１２と前記主膨張弁１４との間から分岐して、バイパス膨張弁２１、前記過冷却熱交換器１３を介して前記圧縮機１１の吸入側または前記圧縮機１１中間圧室に接続したバイパス路２０と、制御装置３０とを備え、前記制御装置３０は、前記圧縮機１１の吐出温度が予め設定された所定吐出温度以上、かつ、前記圧縮機１１の運転周波数が予め設定された所定運転周波数以上の場合に、前記バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置
【選択図】図１

Description

本発明は、凝縮器から流出した冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水暖房装置に関する。

従来、冷媒回路の凝縮器の下流側に過冷却熱交換器を設け、この過冷却熱交換器に膨張させた冷媒を流入させることにより凝縮器から流出した冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７にこの種の冷凍サイクル装置１００を示す。

この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１１０と、バイパス路１２０とを備えている。冷媒回路１１０は、圧縮機１１１、凝縮器１１２、過冷却熱交換器１１３、主膨張弁１１４および蒸発器１１５が配管により環状に接続されて構成されている。バイパス路１２０は、凝縮器１１２と過冷却熱交換器１１３の間で冷媒回路１１０から分岐し、過冷却熱交換器１１３を経由して蒸発器１１５と圧縮機１１１の間で冷媒回路１１０につながっている。また、バイパス路１２０には、過冷却熱交換器１１３よりも上流側にバイパス膨張弁１２１が設けられている。

さらに、冷凍サイクル装置１００には、圧縮機１１１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）を検出する吐出温度センサ１３１と、凝縮器１１２の冷媒の温度（凝縮温度）Ｔｃを検出する凝縮温度センサ１４１と、蒸発器１１５の冷媒の温度（蒸発温度）Ｔｅを検出する蒸発温度センサ１４２とが設けられている。

このような冷凍サイクル装置において、圧縮機１１１の吐出温度を低減するには、主膨張弁１１４の開度と、バイパス膨張弁１２１の開度とを、適切に制御する必要がある。

上記特許文献１に開示された主膨張弁１１４、および、バイパス膨張弁１２１の制御方法について説明する。バイパス膨張弁１２１は、吐出温度センサ１３１が検出した吐出温度が予め定めた設定値より高いときには、バイパス膨張弁１２１の開度を増加させ、吐出温度が予め定めた設定値より低いときには、バイパス膨張弁１２１の開度を減少させるように制御する。

主膨張弁１１４は、凝縮温度センサ１４１が検出した凝縮温度と、蒸発温度センサ１４２が検出した蒸発温度と、バイパス膨張弁１２１の開度とに、基づいて算出した目標吐出温度により、吐出温度制御を行う。具体的には、圧縮機１１１の吐出温度が目標吐出温度より高いときには、主膨張弁１１４の開度を増加させ、圧縮機１１１の吐出温度が目標吐出温度より低いときには、主膨張弁１１４の開度を減少させるように制御する。

特許第３４４０９１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように、バイパス膨張弁を、実際に検知した吐出温度のみから制御する制御方法では、実際に吐出温度がかなり上昇していないと制御が実行されない。このため、吐出温度が上昇しやすい運転条件において、急激に吐出温
度が上昇した際に、バイパス膨張弁の開度の変更が追いつかず、吐出温度が過度に上昇してしまい、冷凍サイクル装置の性能が低下したり、圧縮機の信頼性に悪影響を与える恐れが生じるといった課題がある。

上記事情に鑑み、本発明は、急激な吐出温度の上昇があった場合にも、吐出温度を速やかに低減できる冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水暖房装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の吐出温度が予め設定された所定吐出温度以上、かつ、前記圧縮機の運転周波数が予め設定された所定運転周波数以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が過度に高い状態に近く、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、吐出温度と圧縮機の運転周波数に基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる。

また、本発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発器に流入する熱源側流体が予め設定された所定温度以下、かつ、前記凝縮器に流入する利用側流体が予め設定された所定温度以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、外気温度と入水温度に基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる。

また、本発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発圧力または蒸発温度が予め設定された所定値以下、かつ、凝縮圧力または凝縮温度が予め設定された所定値以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、蒸発圧力、あるいは、蒸発温度と凝縮圧力、あるいは、凝縮温度とに基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる。

本発明によれば、急激な吐出温度の上昇があった場合にも、吐出温度を速やかに低減できる冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水暖房装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図 図１に示す冷凍サイクル装置のモリエル線図 図１に示す冷凍サイクル装置の他のモリエル線図 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 図１に示す冷凍サイクル装置における吐出温度の傾向図 従来の冷凍サイクル装置の概略構成図

第１の発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の吐出温度が予め設定された所定吐出温度以上、かつ、前記圧縮機の運転周波数が予め設定された所定運転周波数以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が過度に高い状態に近く、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、吐出温度と圧縮機の運転周波数に基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよいバイパス膨張弁の制御が可能である。

第２の発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発器に流入する熱源側流体が予め設定された所定温度以下、かつ、前記凝縮器に流入する利用側流体が予め設定された所定温度以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、外気温度と入水温度に基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよいバイパス膨張弁の制御が可能である。

第３の発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発圧力または蒸発温度が予め設定された所定値以下、かつ、凝縮圧力または凝縮温度が予め設定された所定値以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置で、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、蒸発圧力、あるいは、蒸発温度と凝縮圧力、あるいは、凝縮温度とに基づいて検知し、バイパス膨張弁の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよいバイパス膨張弁の制御が可能である。

第４の発明は、制御装置は、バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるとともに、主膨張弁の開度は予め設定された所定開度だけ減少させるように動作させることを特徴とするもので、蒸発器を流れる冷媒が減少し、バイパス路を流れる冷媒が増加するために、より吐出温度を低下させることができるために、吐出温度が上昇しやす
い運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよい主膨張弁、バイパス膨張弁の制御が可能である。

第５の発明は、バイパス膨張弁の予め設定された所定開度および主膨張弁の予め設定された所定開度は、圧縮機運転周波数、蒸発器に流入する熱源側流体の温度、放熱器に流入する利用側流体の温度、蒸発圧力、蒸発温度、凝縮圧力、凝縮温度のうちの少なくともいずれかの値から算出されることを特徴とするもので、吐出温度が過度に高い状態に近く、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、吐出温度と圧縮機の運転周波数に基づいて検知し、バイパス膨張弁の増加させる開度（バイパス膨張弁用所定開度）、あるいは、主膨張弁の減少させる開度（主膨張弁用所定開度）を吐出温度が上昇しやすい運転条件の場合には、大きな値とすることができるため、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよい主膨張弁、バイパス膨張弁の制御が可能である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１Ａを示す。この冷凍サイクル装置１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、バイパス路２０と、制御装置３０とを備えている。冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の疑似共沸混合冷媒、または単一冷媒等を用いることができる。

冷媒回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、過冷却熱交換器１３、主膨張弁１４および蒸発器１５が配管により環状に接続されて構成されている。本実施の形態では、冷媒回路１０には、通常運転とデフロスト運転とを切り換えるための四方弁１６が設けられている。

本実施の形態では、冷凍サイクル装置１Ａが、加熱手段により生成した温水を暖房に利用する温水暖房装置の加熱手段を構成しており、凝縮器１２が、冷媒と水との間で熱交換を行ない、水を加熱する熱交換器となっている。

具体的には、凝縮器１２に供給管７１と回収管７２が接続されており、供給管７１を通じて凝縮器１２に水が供給され、凝縮器１２で加熱された水（温水）が回収管７２を通じて回収されるようになっている。回収管７２により回収された温水は、例えばラジエータ等の暖房機に直接的または貯湯タンクを介して送られ、これにより暖房が行われる。

バイパス路２０は、過冷却熱交換器１３と主膨張弁１４の間で冷媒回路１０から分岐し、過冷却熱交換器１３を経由して蒸発器１５と圧縮機１１の間で冷媒回路１０につながっている。また、バイパス路２０には、過冷却熱交換器１３よりも上流側にバイパス膨張弁２１が設けられている。

さらに、冷凍サイクル装置１Ａには、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）を検出する吐出温度センサ３１と、凝縮器１２に流入する水（利用側流体）の温度（入水温度）Ｔｗｉを検出する入水温度センサ３２と、蒸発器１５に流入する空気（熱源側流体）の温度（外気温度）Ｔａｉを検出する外気温度センサ３３と、凝縮器１２の冷媒の温度（凝縮温度）Ｔｃを検出する凝縮温度センサ４１と、蒸発器１５の冷媒の温度（蒸発温度）Ｔｅを検出する蒸発温度センサ４２とが設けられている。また、バイパス路２０には、過冷却熱交換器１３から流出する冷媒の温度（バイパス側出口温度）Ｔｂｏを検出するバイパス側出口温度センサ５１が設けられている。

通常運転では、圧縮機１１から吐出された冷媒が四方弁１６を介して凝縮器１２に送られ、デフロスト運転では、圧縮機１１から吐出された冷媒が四方弁２６を介して蒸発器１５に送られる。図１では、通常運転時の冷媒の流れ方向を矢印で示している。以下、通常運転における冷媒の状態変化を説明する。

圧縮機１１から吐出された高圧冷媒は、凝縮器１２に流入し、凝縮器１２を通過する水に放熱する。凝縮器１２から流出した高圧冷媒は、過冷却熱交換器１３に流入し、バイパス膨張弁２１で減圧された低圧冷媒によって過冷却される。過冷却熱交換器１３から流出した高圧冷媒は、主膨張弁１４側とバイパス膨張弁２１側とに分流する。

主膨張弁１４側に分流した高圧冷媒は、主膨張弁１４によって減圧された後に、蒸発器１５に流入する。蒸発器１５に流入した低圧冷媒は、ここで空気（外気）から吸熱する。一方、バイパス膨張弁２１側に分流した高圧冷媒は、バイパス膨張弁２１によって減圧された後に、過冷却熱交換器１３に流入する。過冷却熱交換器１３に流入した低圧冷媒は、凝縮器１２から流出した高圧冷媒によって加熱される。その後、過冷却熱交換器１３から流出した低圧冷媒は、蒸発器１５から流出した低圧冷媒と合流し、再度、圧縮機１１に吸入される。

制御装置３０は、各種のセンサ３１、３２、３３、４１、４２、５１で検出される検出値等に基づいて、圧縮機１１の回転数、四方弁１６の切り換え、ならびに主膨張弁１４およびバイパス膨張弁２１の開度を制御する。

主膨張弁１４、バイパス膨張弁２１の開度の制御方法は後述するものとし、まず、主膨張弁１４、バイパス膨張弁２１の開度の調整により、圧縮機１１の吐出温度が低減できる理由について、図３、図４に示す圧力・エンタルピ線図を用いて説明する。

通常運転時には、図３に示すように、バイパス路２０を流れる冷媒が過冷却熱交換器１３で過度に過熱（スーパーヒート）されないようにバイパス膨張弁２１が制御される。従って、バイパス路２０において過冷却熱交換器１３から流出した冷媒の状態は、図３中にｇ点で示すように湿り状態となる。

一方、蒸発器１５では冷媒がほぼ飽和ガスとなるまで過熱されるため、蒸発器１５を流出した冷媒の状態は、図３中のｅ点になる。そして、圧縮機１１に吸入される冷媒は、それらの冷媒が合流したものであるから、ｇ点とｅ点の間のｈ点の状態になる。

ここで、圧縮機１１の信頼性確保などのために、吐出温度を低減したい場合には、バイパス膨張弁２１の開度を増加させる。これにより、バイパス路２０を流れる冷媒が増加し、バイパス路２０を流れる冷媒が過冷却熱交換器１３で十分に加熱されなくなる。あるいは、バイパス膨張弁２１の開度を増加させるとともに、主膨張弁１４の開度を減少させる。

これにより、蒸発器１５を流れる冷媒が減少し、バイパス路２０を流れる冷媒が増加するので、バイパス路２０を流れる冷媒が過冷却熱交換器１３で十分に加熱されなくなる。これらの結果、バイパス路２０において過冷却熱交換器１３から流出した冷媒の状態は、図４中にｇ’点で示すようにさらに湿り状態となる。

一方、蒸発器１５では冷媒がほぼ飽和ガスとなるまで過熱されるため、蒸発器１５を流出した冷媒の状態は、図４中のｅ点になる。そして、圧縮機１１に吸入される冷媒は、それらの冷媒が合流したものであるから、ｇ’点とｅ点の間のｈ’点の状態になる。この結
果、圧縮機１１から吐出された冷媒（図４中のａ’点）の温度（吐出温度）は、図３中のａ点と比べて、低下する。

次に、制御装置３０が行う主膨張弁１４およびバイパス膨張弁２１の開度の制御方法について説明する。

まず、主膨張弁１４の制御について説明する。主膨張弁１４は、目標吐出温度（Ｔｄｍ）となるように吐出温度制御が行われる。具体的には、圧縮機１１の吐出温度が目標吐出温度（Ｔｄｍ）より高いときには、主膨張弁１４の開度を増加させ、圧縮機１１の吐出温度が目標吐出温度より低いときには、主膨張弁１４の開度を減少させるように制御する。なお、目標吐出温度（Ｔｄｍ）は、凝縮温度センサ４１が検出した凝縮温度と、蒸発温度センサ４２が検出した蒸発温度とに基づいて算出するのが望ましい。

次に、バイパス膨張弁２１の制御を図４に示すフローチャートを参照して説明する。

制御装置３０は、吐出温度センサ３１で吐出温度（Ｔｄ）を検出し（ステップＳ１）、この吐出温度（Ｔｄ）と、予め設定された所定吐出温度（ＴｄＡ）とを比較する（ステップＳ２）。なお、所定吐出温度（ＴｄＡ）は、圧縮機１１の信頼性確保の観点などから設定される温度であり、主膨張弁１４の制御で用いている目標吐出温度（Ｔｄｍ）より、高い温度に設定するのが望ましい。

ステップＳ２で、吐出温度（Ｔｄ）が所定吐出温度（ＴｄＡ）より低いと判定された場合には、圧縮機１１の信頼性確保の観点から考えて、吐出温度が過度に高い状態ではないので、性能を重視したバイパス膨張弁２１の制御を行う。すなわち、バイパス側出口温度センサ５１でバイパス出口温度（Ｔｂｏ）を検出し（ステップＳ３）、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）を算出する（ステップＳ４）。バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）は、例えば、ＳＨｂｏ＝Ｔｂｏ−Ｔｅ、により算出され、このときのＴｅは、蒸発温度センサ４２が検出する蒸発温度である。

なお、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）の算出には、蒸発温度（Ｔｅ）の代わりに、蒸発圧力センサ（図示せず）が検知した蒸発圧力から演算した飽和温度を用いてもよい。

次に、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）を、０と比較する（ステップＳ５）。バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）が、０よりも小さければ、過冷却熱交換器１３で過熱（スーパーヒート）がとれていないと判定される。

この場合には、バイパス路２０を流れる冷媒が多すぎるために、冷凍サイクル装置の性能が低下する恐れがあるので、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度だけ減少させる（ステップＳ６）。一方、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）が、０よりも大きければ、過冷却熱交換器１３で過度に過熱（スーパーヒート）がとれていると判定される。

この場合には、バイパス路２０を流れる冷媒が少なすぎるために、冷凍サイクル装置の性能が低下する恐れがあるので、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度だけ増加させる（ステップＳ７）。ステップＳ６、または、ステップＳ７終了後は、ステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２で、吐出温度（Ｔｄ）が所定吐出温度（ＴｄＡ）より高いと判定された場合には、圧縮機の信頼性確保の観点から考えて、吐出温度が過度に高い状態に近いと判定し、信頼性を重視したバイパス膨張弁２１の制御を行う。

すなわち、まず、圧縮機１１の運転周波数（Ｈｚ）と予め設定された所定運転周波数（ＨｚＡ）とを比較する（ステップＳ８）。圧縮機１１の運転周波数（Ｈｚ）が予め設定された所定運転周波数（ＨｚＡ）より低い場合には、吐出温度が過度に高い状態に近いが、急激に吐出温度が上昇する可能性は低いと判定し、通常のバイパス膨張弁２１の制御を維持するために、ステップＳ３に戻る。

一方、圧縮機１１の運転周波数（Ｈｚ）が予め設定された所定運転周波数（ＨｚＡ）より高い場合には、吐出温度が急激に上昇する可能性があると判定し、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させる（ステップＳ９）。ステップＳ９終了後は、ステップＳ１に戻る。

以上説明したように、本実施の形態では、吐出温度が過度に高い状態に近く、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、吐出温度と圧縮機１１の運転周波数に基づいて検知し、バイパス膨張弁２１の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよいバイパス膨張弁の制御が可能である。

なお、図１では、バイパス路２０は、蒸発器１５と圧縮機１１の間で冷媒回路１０に接続しているが、圧縮機１１の中間圧力部に接続してもよい。

また、制御装置３０は、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させるとともに、主膨張弁１４の開度を予め設定された所定開度（主膨張弁用所定開度）だけ減少させると、蒸発器１５を流れる冷媒が減少し、バイパス路２０を流れる冷媒が増加するために、より吐出温度を低下させることができる。

さらに、上記述べたバイパス膨張弁用所定開度、および、主膨張弁用所定開度は、圧縮機１１の運転周波数（Ｈｚ）、外気温度センサ３３が検出する蒸発器１５に流入する空気（熱源側流体）の温度（外気温度）（Ｔａｉ）、入水温度センサ３２が検出する凝縮器１２に流入する水（利用側流体）の温度（入水温度）（Ｔｗｉ）、凝縮温度センサ４２が検出する凝縮器１５の冷媒の温度（凝縮温度）（Ｔｃ）、蒸発温度センサ４１が検出する蒸発器１２の冷媒の温度（蒸発温度）（Ｔｅ）、凝縮圧力センサ（図示せず）が検出する凝縮器１５を流れる冷媒の圧力、蒸発圧力センサ（図示せず）が検出する蒸発器１５を流れる冷媒の圧力のいずれかの値に基づいて算出するのが望ましい。

この場合には、例えば、外気温度（Ｔａｉ）が低く、入水温度（Ｔｗｉ）が高い場合には、ステップＳ９で増加させる所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）を、これら以外の場合と比較して、大きな値とすることができる。このため、吐出温度が上昇しやすい運転条件である、外気温度（Ｔａｉ）が低く、入水温度（Ｔｗｉ）が高いときには、バイパス膨張弁２１の開度の増加量を大きくでき、より吐出温度を低下させることができる。

すなわち、これにより、吐出温度が過度に高い状態に近く、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、吐出温度と圧縮機１１の運転周波数に基づいて検知し、バイパス膨張弁２１の増加させる開度（バイパス膨張弁用所定開度）、あるいは、主膨張弁１４の増加させる開度（主膨張弁用所定開度）を吐出温度が上昇しやすい運転条件の場合には、大きな値とすることができるため、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよい主膨張弁、バイパス膨張弁の制御が可能である。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の制御装置３０が行う主膨張弁１４
およびバイパス膨張弁２１の開度の制御方法について説明する。主膨張弁１４、バイパス膨張弁２１の制御を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

制御装置３０は、主膨張弁１４、および、バイパス膨張弁２１を、それぞれ予め定めた初期開度にした（ステップＳ１１）後、圧縮機１１を起動する（ステップＳ１２）。圧縮機１１の起動後、外気温度センサ３３で蒸発器１５に流入する空気（熱源側流体）の温度（外気温度）（Ｔａｉ）を検出（ステップＳ１３）し、入水温度センサ３２で凝縮器１２に流入する水（利用側流体）の温度（入水温度）（Ｔｗｉ）を検出する（ステップＳ１４）。次に、この外気温度（Ｔａｉ）が、予め設定された所定外気温度（ＴａｉＡ）以下で、かつ、入水温度（Ｔｗｉ）が、予め設定された所定入水温度（ＴｗｉＡ）以上か否かを判定する。（ステップＳ１５）そして、外気温度（Ｔａｉ）が低く、かつ、入水温度（Ｔｗｉ）が高いと判定された場合には、ステップＳ１６に進み、それ以外の場合には、ステップＳ１８に進む。

外気温度（Ｔａｉ）が低く、かつ、入水温度（Ｔｗｉ）が高いと判定された場合には、吐出温度が上昇しやすい運転条件であると判定し、圧縮機１１の信頼性を重視した主膨張弁１４、および、バイパス膨張弁２１の制御を行う。すなわち、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させる（ステップＳ１６）とともに、主膨張弁１４の開度を予め設定された所定開度（主膨張弁用所定開度）だけ減少させる（ステップＳ１７）。これにより、蒸発器１５を流れる冷媒が減少し、バイパス路２０を流れる冷媒が増加するために、吐出温度が低下するし、吐出温度が急激に上昇することを防止することができる。

一方、ステップＳ１３において、外気温度（Ｔａｉ）が低く、かつ、入水温度（Ｔｗｉ）が高いと判定されなかった場合には、バイパス側出口温度センサ５１でバイパス出口温度（Ｔｂｏ）を検出し（ステップＳ１８）、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）を算出する（ステップＳ１９）。そして、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）を、０と比較し（ステップＳ２０）、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）が、０よりも小さければ、過冷却熱交換器１３で過熱（スーパーヒート）がとれていないと判定する。

この場合には、バイパス路２０を流れる冷媒が多すぎるために、冷凍サイクル装置の性能が低下する恐れがあるので、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度だけ減少させる（ステップＳ２１）。一方、バイパス出口過熱度（ＳＨｂｏ）が、０よりも大きければ、過冷却熱交換器１３で過度に過熱（スーパーヒート）がとれていると判定する。この場合には、バイパス路２０を流れる冷媒が少なすぎるために、冷凍サイクル装置の性能が低下する恐れがあるので、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度だけ増加させる（ステップＳ２２）。

ステップＳ２１、または、ステップＳ２２終了後は、ステップＳ２３に進み、主膨張弁１４の制御を行う。すなわち、吐出温度センサ３１で吐出温度（Ｔｄ）を検出し（ステップＳ２３）、この吐出温度（Ｔｄ）と、目標吐出温度（Ｔｄｍ）とを比較する（ステップＳ２４）。なお、目標吐出温度（Ｔｄｍ）は、凝縮温度センサ４１が検出した凝縮温度と、蒸発温度センサ４２が検出した蒸発温度とに基づいて算出するのが望ましい。

ステップ２４において、圧縮機１１の吐出温度（Ｔｄ）が目標吐出温度（Ｔｄｍ）より高いと判定された場合には、主膨張弁１４の開度を予め定めた所定開度だけ増加させ（ステップＳ２６）、吐出温度（Ｔｄ）が目標吐出温度（Ｔｄｍ）より高いと判定された場合には、主膨張弁１４の開度を予め定めた所定開度だけ減少させる（ステップＳ２５）。ステップＳ２５、ステップＳ２６終了後は、ステップＳ１に戻る。

以上説明したように、本実施の形態では、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、外気温度と入水温度に基づいて検知し、バイパス膨張弁２１の開度を一定の開度だけ増加させ、主膨張弁１４の開度を一定の開度だけ減少させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよい主膨張弁、バイパス膨張弁の制御が可能である。

ここで、所定外気温度（ＴａｉＡ）、および、所定入水温度（ＴｗｉＡ）の設定方法について補足する。図６は、温水暖房装置をさまざまな、外気温度、入水温度で運転した場合の吐出温度の傾向を示した図である。図６のｘ軸は外気温度、ｙ軸は入水温度、ｚ軸は吐出温度をそれぞれ示している。

図６より、外気温度が低いほど、かつ、入水温度が高いほど、吐出温度が高くなる傾向にあることがわかる。また、外気温度が−７℃以下で、かつ、入水温度が４５℃以上の領域で、吐出温度が９０℃以上なることがわかる。このような結果をもとに、例えば、所定外気温度（ＴａｉＡ）を−７℃、所定入水温度（ＴｗｉＡ）を４５℃と設定すればよい。

また、制御装置３０は、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させるとともに、主膨張弁１４の開度を予め設定された所定開度（主膨張弁用所定開度）だけ減少させるとしているが、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させるだけでもよい。

これにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件であることを、外気温度と入水温度に基づいて検知し、バイパス膨張弁２１の開度を一定の開度だけ増加させることにより、吐出温度が上昇しやすい運転条件においても、急激な吐出温度の上昇に対応できる応答性のよい主膨張弁、バイパス膨張弁の制御が可能である。

また、外気温度（Ｔａｉ）、すなわち、蒸発器１５に流入する空気（熱源側流体）の温度と、蒸発器１５の冷媒の温度（蒸発温度）、または、蒸発器１５の冷媒の圧力（蒸発圧力）とは、相関関係がある。

したがって、外気温度（Ｔａｉ）、すなわち、蒸発器１５に流入する空気（熱源側流体）の温度の代わりに、蒸発温度、または、蒸発圧力を用いても、同様の効果が得られる。同様に、入水温度（Ｔｗｉ）、すなわち、凝縮器１２に流入する水（利用側流体）の温度と、凝縮器１２の冷媒の温度（凝縮温度）、または、凝縮器１２の冷媒の圧力（凝縮圧力）とは、相関関係がある。したがって、入水温度（Ｔｗｉ）、すなわち、凝縮器１２に流入する水（利用側流体）の温度の代わりに、凝縮温度、または、凝縮圧力を用いても、同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、圧縮機１１の運転開始の直後でのみ、ステップＳ１５〜Ｓ１６を行い、外気温度、入水温度に基づいた判定により、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させるとともに、主膨張弁１４の開度を予め設定された所定開度（主膨張弁用所定開度）だけ減少させるとしているが、これに限らず、例えば、圧縮機１１の運転周波数が大きく変更された直後や、デアイス運転を終了し、通常運転に戻った直後に、ステップＳ１５〜Ｓ１６を行い、外気温度、入水温度に基づいた判定により、バイパス膨張弁２１の開度を予め設定された所定開度（バイパス膨張弁用所定開度）だけ増加させるとともに、主膨張弁１４の開度を予め設定された所定開度（主膨張弁用所定開度）だけ減少させてもよい。

本発明は、冷凍サイクル装置によって温水を生成し、その温水を暖房に利用する温水暖
房装置に特に有用である。

１Ａ 冷凍サイクル装置
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１３ 過冷却熱交換器
１４ 主膨張弁
１５ 蒸発器
２０ バイパス路
２１ バイパス膨張弁
３０ 制御装置
３１ 吐出温度センサ
３２ 入水温度センサ
３３ 外気温度センサ
４１ 凝縮温度センサ
４２ 蒸発温度センサ
５１ バイパス側出口温度センサ

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の吐出温度が予め設定された所定吐出温度以上、かつ、前記圧縮機の運転周波数が予め設定された所定運転周波数以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発器に流入する熱源側流体が予め設定された所定温度以下、かつ、前記凝縮器に流入する利用側流体が予め設定された所定温度以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記凝縮器と前記主膨張弁との間から分岐して、バイパス膨張弁、前記過冷却熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側または前記圧縮機中間圧室に接続したバイパス路と、制御装置とを備え、前記制御装置は、蒸発圧力または蒸発温度が予め設定された所定値以下、かつ、凝縮圧力または凝縮温度が予め設定された所定値以上の場合に、前記バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるよう動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 制御装置は、バイパス膨張弁の開度を予め設定された所定開度だけ増加させるとともに、主膨張弁の開度は予め設定された所定開度だけ減少させるように動作させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. バイパス膨張弁の予め設定された所定開度および主膨張弁の予め設定された所定開度は、圧縮機運転周波数、蒸発器に流入する熱源側流体の温度、放熱器に流入する利用側流体の温度、蒸発圧力、蒸発温度、凝縮圧力、凝縮温度のうちの少なくともいずれかの値から算出されることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置の凝縮器にて温水を加熱する構成とした温水暖房装置。