JP2011179764A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】過冷却熱交換器を最大限利用し、安定した冷房運転を早く実現すること。
【解決手段】圧縮機1の起動時に過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口が過熱状態となるようにバイパス流量制御手段13を所定の開度に設定し、圧縮機1が起動した後は、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が、所定第1値未満の場合には、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度が所定値となるようにバイパス流量制御手段13の開度を制御し、過冷却度が所定第1値以上となった場合には、過冷却度が所定第2値となるようにバイパス流量制御手段13の開度を制御することにより、バイパス回路からの過度の液バックを防止するとともに、過冷却熱交換器11を最大限利用することで安定した冷房運転を継続することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路内を流れる冷媒とを熱交換する過冷却回路を設けた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では、バイパス流量制御手段の開度を、主冷媒回路とバイパス回路との合流部で過熱度がとれる予め定めた開度に設定して圧縮機を起動し、圧縮機の吐出温度が予め定めた温度となれば合流部での乾き度が1以下となるように開度を開方向に制御している(例えば、特許文献1参照)。
図3は、上記特許文献1に記載された従来の冷凍サイクル装置のサイクル構成図を示すものである。
図3に示すように、圧縮機(1a、1b)、放熱器2、絞り機構(3a、3b)、蒸発器(4a、4b)を連結して形成した冷媒回路と、前記放熱器2の出口に主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路21内を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却熱交換器11と、前記バイパス回路21のバイパス流量を制御するバイパス流量制御手段とから構成されている。
特開2004−12112号公報
しかしながら、前記従来の構成では、圧縮機の起動から吐出温度が予め定めた温度未満の場合には、バイパス流量制御手段の開度を主冷媒回路とバイパス回路との合流部での過熱度で制御を行うため、主冷媒回路が気液二相状態となった場合には、合流部で過熱度を確保するためにはバイパス回路側で冷媒の過熱度を大きくとる必要がある。
すなわち、バイパス回路側の流量を小さくする必要があり、バイパス側の流量不足により過冷却熱交換器を十分に利用できず、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が必要とする過冷却度に到達するまでに時間がかかる。
なお、圧縮機が起動されてサイクルが安定するまでは、一般的に室内側より戻る主冷媒回路は気液二相状態となり、特に低外気温度での起動あるいは室内の負荷が極めて小さい場合などに顕著になる。
さらに、圧縮機の吐出温度が予め定めた温度以上となれば、合流部で乾き度1以下となるようにバイパス流量制御手段の開度を開方向に制御を行うが、乾き度1以下での冷媒状態を把握することは困難であるため、バイパス回路を通じて液冷媒を低圧側に多くバイパスさせ、主冷媒回路の冷媒循環量が減少する。室内側の要求に対して主冷媒回路の冷媒循環量が不足する状況となれば、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が低下あるいは二相状態となる。
過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口で必要とする過冷却度が確保できない状態では、液管での圧損などの影響により、室内膨張弁前が二相状態となり、室内膨張弁での各室内機
の負荷に応じた流量制御が正確に行えなくなる。
そのような運転状況が継続することにより、室内機間の分流が悪化し、冷媒の片流れなどが生じることで、室内熱交換器へのオイルの滞留を生じさせたり、液冷媒が多く流れる室内熱交換器では液冷媒を蒸発できないため液バック状態を生じさせたり、あるいは、バイパス回路からの多量の液冷媒が低圧回路にバイパスすることで、液バックを生じさせるといった信頼性を低下させる課題を有している。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路内を流れる冷媒とを熱交換する過冷却熱交換器のバイパス回路から、液冷媒が多量に低圧回路に戻ることを防止でき、安定した冷房運転が早く行える冷凍サイクル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、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、放熱器、絞り機構、蒸発器を連結して形成した冷媒回路と、前記放熱器の出口に主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス冷媒回路内を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却熱交換器と、前記バイパス冷媒回路のバイパス流量を制御するバイパス流量制御手段と、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での冷媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、制御手段とを備え、前記圧縮機の起動時には前記バイパス流量制御手段の開度を前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口が過熱状態となる所定の開度で前記圧縮機を起動するとともに、前記圧縮機の起動後、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値未満の場合には、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口の過熱度が所定値となるようにバイパス流量を制御し、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値以上となった場合には、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第2値となるようにバイパス流量を制御することを特徴とするものである。
これによって、圧縮機の起動時には過冷却熱交換器のバイパス回路側出口が過熱状態となる開度に設定するのでバイパス回路から液冷媒が多量に低圧回路に戻ることを防止できる。
また、圧縮機を起動し、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口が所定第1値の過冷却度となるまでは、過冷却熱交換器のバイパス出口の過熱度が所定値となるように、バイパス流量制御手段の開度を制御することによって、バイパス側の流量不足を回避することができ、過冷却熱交換器の能力を最大限利用できるので、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度を所定第1値に早く到達させることができる。
さらに、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値以上となれば、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度を所定第2値となるように、バイパス流量制御手段の開度を制御することで、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での過冷却度を適正値に保つことができる。
以上のように、バイパス回路からの液冷媒が多量に低圧回路に戻ることを防止すると共に、過冷却熱交換器を最大限利用することによって、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での過冷却度を室内膨張弁前が二相状態とならない値に早く到達させ、その後も適正な値を保つことができる。
本発明によれば、主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路内を流れる冷媒とを熱交換
する過冷却熱交換器のバイパス回路から、液冷媒が多量に低圧回路に戻ることを防止でき、安定した冷房運転が早く行え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サイクル構成図 本発明の実施の形態2における冷凍サイクル装置での圧縮機起動時の制御動作のフローチャート 従来の冷凍サイクル装置のサイクル構成図
第1の発明は、圧縮機、放熱器、絞り機構、蒸発器を連結して形成した冷媒回路と、前記放熱器の出口に主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス冷媒回路内を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却熱交換器と、前記バイパス冷媒回路のバイパス流量を制御するバイパス流量制御手段と、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での冷媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、制御手段とを備え、前記圧縮機の起動時には前記バイパス流量制御手段の開度を前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口が過熱状態となる所定の開度で前記圧縮機を起動するとともに、前記圧縮機の起動後、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値未満の場合には、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口の過熱度が所定値となるようにバイパス流量を制御し、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値以上となった場合には、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第2値となるようにバイパス流量を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置である。
これにより、バイパス回路から液冷媒が戻ることを防止すると共にバイパス側の流量を確保して過冷却熱交換器を最大限利用し、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での必要な過冷却度を早く確保し、その後も過冷却度を適正な値に保つことで、室内膨張弁前が二相となることを抑制できるので、各室内機で負荷に応じた室内膨張弁による流量制御を正確に行えるようになり、安定した冷房運転を行うことができる。
第2の発明は、圧縮機の吐出管から過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の間に設けた第1圧力検出手段と、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口に設けた第1温度検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口から前記圧縮機の吸入管の間に設けた第2圧力検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口に設けた第2温度検出手段とを備え、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での過冷却度を、前記第1圧力検出手段の検出値の飽和温度と前記第1温度検出手段の検出温度との差として算出し、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口での過熱度を、前記第2温度検出手段の検出温度と前記第2圧力検出手段の検出値の飽和温度との差として算出することを特徴とするもので、過冷却度及び過熱度を精度良く検出することができるので、それらを制御対象とする制御動作をより確実に行うことができる。
第3の発明は、放熱器の吸い込み空気温度検出手段と、蒸発器の吸い込み空気温度検出手段と、室内運転容量の検出手段とを備え、前記それぞれの検出手段が検出した放熱器吸い込み空気温度、蒸発器吸い込み空気温度、室内機の運転容量に基づいて圧縮機起動周波数を決定し、前記決定した圧縮機起動周波数に応じて、バイパス流量制御手段の開度を決定することを特徴とするもので、過冷却熱交換器のバイパス回路側出口が過熱状態となるようにバイパス流量制御手段の開度を周波数毎、すなわち冷媒循環量に応じて設定することによって、バイパス回路と主冷媒回路を流れる冷媒の割合を適正に保つことで、起動時にバイパス回路から液冷媒が戻ることを防止することがより確実に行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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は、本発明の第1の実施の形態における冷凍サイクル装置のサイクル構成図を示すものである。
図1において、圧縮機1、室外熱交換器2を放熱器、室内膨張弁3a、3bを絞り機構、室内熱交換器4a、4bを蒸発器として連結して冷媒回路を形成している。室外熱交換器2の出口には、主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路21を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却熱交換器11が配設されている。
バイパス回路21には、バイパス流量を制御するバイパス流量制御手段13と、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の温度を検出する過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段14とを備え、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側の出口には過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度検出手段を備える。
圧縮機1の吐出管及び吸入管には、吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段5と、吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段18をそれぞれ備え、前述の温度検出手段及び圧力検出手段の検知した値に基づいてバイパス流量制御手段の開度を制御する制御手段20とを備えている。
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下冷房運転を行う場合の動作、作用を説明する。
まず、圧縮機1が起動される際には、バイパス流量制御手段13の開度を過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の冷媒状態が過熱状態となるように予め設定した開度とする。圧縮機が起動された後、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値SC1未満の場合には、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度が所定値SHとなるように、バイパス流量制御手段13の開度を制御する。
また、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値SC1以上となった場合には、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第2値SC2となるように、バイパス流量制御手段13の開度を制御する。
なお、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度は、吐出圧力検出手段5で検出される圧力の飽和温度と過冷却熱交換器主冷媒回路側出口温度検出手段12で検出される温度との差によって算出され、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度は、吸入圧力検出手段18で検出される圧力の飽和温度と過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段14で検出される温度との差によって算出される。
以上のように、本実施の形態においては、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度検出手段12と、過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段14と、吐出圧力検出手段5と、吸入圧力検出手段18と、バイパス流量制御手段13と、制御手段20とを備え、圧縮機1を起動する際には、バイパス流量制御手段の開度を過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の冷媒状態が過熱状態となる予め設定した開度とし、圧縮機1が起動した後、バイパス流量制御手段13の開度を、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値SC1未満の場合には、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度が所定値SH1となるように制御し、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値SC1以上となった場合には、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口
の過冷却度を所定第2値SC2となるように制御する。なお、過冷却度は、所定第1値SC1>所定第2値SC2の関係を有している。
以上のように制御することによって、圧縮機1が起動する際には、過冷却熱交換器11のバイパス側出口が過熱状態となる開度にバイパス流量制御手段13の開度を設定するので、バイパス回路21からの液戻りを防止できる。
圧縮機1が起動し、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値未満の場合には、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度が所定値SH1、例えば0となるようにバイパス流量制御手段13の開度を制御するので、バイパス回路21側の流量不足を防止でき、過冷却熱交換器11を最大限利用でき、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口での過冷却度を所定第1値SC1に早く到達させることができる。
また、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値SC1以上となった場合にも、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が、所定第1値SC1>所定第2値SC2の関係を有している所定第2値SC2となるように、バイパス流量制御手段13の開度を制御するので、バイパス回路21からの液戻りを防止できる。
以上に示したように、バイパス回路21からの液戻りを防止すると共にバイパス回路側出口での過熱度でバイパス量を制御しバイパス量の不足を防止するので、過冷却熱交換器11を最大限利用することができ、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度を所定第1値に早く到達させ、その後も過冷却度が所定第2値を確保するように制御を行うので、液管が二相状態となり室内膨張弁3a、3bでの負荷に応じた流量制御が正確に行えなくなり、室内機間の分流の悪化し冷媒の片流れによるオイルの滞留、液戻りなどが生じることを防止することができ、安定した冷房運転を継続して行うことができる。
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態では、構成については第1の実施の形態と同一構成をしており、説明を省略する。
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下冷房運転を行う場合の動作、作用を説明する。
まず、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口での過冷却度の所定第2値を圧縮機1の周波数毎に予め設定し、過冷却度の所定第2値より小さくするので、過冷却度が所定第1値に到達し、室内膨張弁前が液相となり、室内膨張弁3a、3bでの流量制御が可能となって、サイクルが安定し始めた後は、過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口での過冷却度を、圧縮機の周波数、すなわち、冷媒循環量に応じた値とし、液管での圧力損失に応じたより適正な過冷却度を保つことができ、バイパス流量が過大となること及び過冷却度の取れすぎることを防止して、安定した冷房運転を行うことができる。
(実施の形態3)
図2は、本発明の第3の実施の形態の冷凍サイクル装置での圧縮機起動時の制御動作のフローチャートを示すものである。
本実施の形態では、構成については第1の実施の形態と同一構成をしており、説明を省略する。
以上のように構成された冷凍サイクル装置において、圧縮機1の起動時に、制御手段20は、図2のフローチャートに示す制御動作を行う。以下、図2のフローチャートに従っ
て説明する。
まず、圧縮機1を起動する際、外気温度検出手段7によって検出される放熱器吸い込み空気温度T_condと、室内機吸い込み空気温度検出手段15a、15bで検出される蒸発器吸い込み空気温度T_eva1、T_eva2と、室内機運転容量Q_totalとを検出し、圧縮機の起動周波数F_iniを決定する。
つぎに、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口が過熱状態となるように予め設定したバイパス流量制御手段13の初期開度EVB1を、圧縮機の起動周波数F_iniに応じて決定し設定する。
圧縮機1を起動し、吐出圧力検出手段5で検出される吐出圧力と、吸入圧力検出手段18で検出される吸入圧力と、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度検出手段で検出される過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度T_scと、過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段で検出される過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度T_shとを検出し、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度SC及び過冷却熱交換器のバイパス回路側出口の過熱度SHを算出する。
算出した過冷却度SCが所定第1値SC1以上であるかを判定し、所定第1値SC1以上であるならばバイパス流量制御手段13の開度を過冷却熱交換器11の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第2値SC2となるように制御を行う。
その後、吐出圧力と過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度T_scとを検出し、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度SCを算出し、算出したSCが2〜3Kを下回らずに制御できているか判定し、下回っていなければ繰り返し制御を行い、下回っていれば、再度吐出圧力検出手段5で検出される吐出圧力と、吸入圧力検出手段18で検出される吸入圧力と、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度検出手段で検出される過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度T_scと、過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段で検出される過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度T_shとを検出を行い、過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度SC及び過冷却熱交換器のバイパス回路側出口の過熱度SHを算出し、過冷却度SCが所定第1値SC1以上であるかの判定からの動作を繰り返す。
算出した過冷却度SCが所定第1値SC1以上でなければ、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口の過熱度が所定値SH1となるように、バイパス流量制御手段13の開度を制御した後、再度吐出圧力、吸入圧力、過冷却熱交換器主冷媒回路側出口温度、過冷却熱交換器バイパス出口温度の検出を行い、過冷却度SCが所定第1値SC1以上となるまで同様の制御動作を繰り返す。
以上のように、本実施の形態においては、放熱器の吸い込み空気温度検出手段としての外気温度検出手段7と、蒸発器吸い込み空気温度検出手段としての室内吸い込み空気温度検出手段15a、15bと、室内機運転容量の検出手段とを備え、圧縮機1を起動する際のバイパス流量制御手段13の開度を、放熱器吸い込み空気温度、蒸発器吸い込み空気温度、及び室内機の運転容量で決定される圧縮機1の起動周波数F_iniに応じて、過冷却熱交換器11のバイパス回路側出口が過熱状態となる予め設定した開度とすることにより、負荷に応じて圧縮機1の運転容量が変化しても圧縮機起動時のバイパス流量制御手段13の開度を適正に設定することができ、より負荷の変化に対応できるかたちで安定した冷房運転を実現することができる。
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置及びその制御方法は、バイパス回路からの過度の液バックを防止し、安定した冷房運転を早く実現することが可能となるので、主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス回路内を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却回路を設けたヒートポンプ温水暖房機、熱源機等の用途にも適応できる。
1 圧縮機
2 室外熱交換器
3a、3b 室内膨張弁
4a、4b 室内熱交換器
5 吐出圧力検出手段
11 過冷却熱交換器
12 過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口温度検出手段
13 バイパス流量制御手段
14 過冷却熱交換器のバイパス回路側出口温度検出手段
18 吸入圧力検出手段
20 制御手段
21 バイパス回路

Claims (3)

  1. 圧縮機、放熱器、絞り機構、蒸発器を連結して形成した冷媒回路と、前記放熱器の出口に主冷媒回路内を流れる冷媒とバイパス冷媒回路内を流れる冷媒とを熱交換するための過冷却熱交換器と、前記バイパス冷媒回路のバイパス流量を制御するバイパス流量制御手段と、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での冷媒の過冷却度を検出する過冷却度検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と、制御手段とを備え、前記圧縮機の起動時には前記バイパス流量制御手段の開度を前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口が過熱状態となる所定の開度で前記圧縮機を起動するとともに、前記圧縮機の起動後、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値未満の場合には、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口の過熱度が所定値となるようにバイパス流量を制御し、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第1値以上となった場合には、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の過冷却度が所定第2値となるようにバイパス流量を制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 圧縮機の吐出管から過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口の間に設けた第1圧力検出手段と、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口に設けた第1温度検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口から前記圧縮機の吸入管の間に設けた第2圧力検出手段と、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口に設けた第2温度検出手段とを備え、前記過冷却熱交換器の主冷媒回路側出口での過冷却度を、前記第1圧力検出手段の検出値の飽和温度と前記第1温度検出手段の検出温度との差として算出し、前記過冷却熱交換器のバイパス回路側出口での過熱度を、前記第2温度検出手段の検出温度と前記第2圧力検出手段の検出値の飽和温度との差として算出することを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 放熱器の吸い込み空気温度検出手段と、蒸発器の吸い込み空気温度検出手段と、室内運転容量の検出手段とを備え、前記それぞれの検出手段が検出した放熱器吸い込み空気温度、蒸発器吸い込み空気温度、室内機の運転容量に基づいて圧縮機起動周波数を決定し、前記決定した圧縮機起動周波数に応じて、バイパス流量制御手段の開度を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
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