JP2013029269A - 超臨界サイクルヒートポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多段圧縮機2の中間圧とされる密閉ハウジング14内に、気液分離器6で分離された中間圧冷媒ガスを注入するインジェクション回路11を備え、作動媒体にCO2冷媒を用いた超臨界サイクルヒートポンプ1にあって、多段圧縮機2の潤滑油にPOE油17を用いるとともに、中間圧冷媒の圧力および温度下でのPOE油17のCO2冷媒に対する溶解度に基づいて、その溶解度と温度とからPOE油17の粘度を求め、POE油17の粘度を一定の粘度ゾーン以上にキープすべく、第1電子膨張弁5を介して中間圧冷媒の圧力を制御し、その圧力を予め設定されている使用制限範囲に制御する制御部25を備えている。
【選択図】図1
Description
すなわち、本発明にかかる超臨界サイクルヒートポンプは、低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を備え、前記低段側圧縮機構で圧縮した中間圧の冷媒ガスを密閉ハウジング内に吐き出し、その冷媒ガスを前記高段側圧縮機構により吸入して高圧に圧縮する多段圧縮機、放熱器、第1電子膨張弁、気液分離器、第2電子膨張弁および蒸発器をこの順に接続して冷凍サイクルを構成し、前記気液分離器で分離された中間圧冷媒ガスを前記多段圧縮機の前記密閉ハウジング内に注入するインジェクション回路を設け、作動媒体としてCO2冷媒を用いた超臨界サイクルヒートポンプであって、前記多段圧縮機の潤滑油として、ポリオールエステル系油またはその混合油を用いるとともに、前記中間圧冷媒の圧力および温度下での前記油の前記CO2冷媒に対する溶解度に基づいて、該溶解度と温度とから前記油の粘度を求め、該油の粘度を一定の粘度ゾーン以上にキープすべく、第1電子膨張弁を介して前記中間圧冷媒の圧力を制御し、その圧力を予め設定されている使用制限範囲に制御する制御部を備えていることを特徴とする。
図1には、本発明の一実施形態に係るCO2冷媒を用いた超臨界サイクルヒートポンプの冷凍サイクル図が示されている。
超臨界サイクルヒートポンプ(CO2サイクルヒートポンプ)1は、多段圧縮機2を備えており、この多段圧縮機2、オイルセパレータ3、放熱器4、第1電子膨張弁5、気液分離器6、第2電子膨張弁7および蒸発器8をこの順に順次冷媒配管9を介して接続することにより、閉サイクルの冷媒回路(冷凍サイクル)10を構成している。
POE油17の粘度は、圧力および温度によって決まるCO2冷媒に対する溶解度に依存している。POE油17のCO2冷媒に対する溶解度は、図3に示される温度をパラメータとした圧力−溶解度特性図から明らかな通り、温度が同じであれば、圧力が高くなる程、溶解度が大きくなり、また、圧力が同じであれば、温度が低くなる程、溶解度が大きくなる特性を有しており、例えば、圧力が5.4MPaの場合、温度が60℃であれば、溶解度は20wt%となる。
上記の超臨界サイクルヒートポンプ1において、多段圧縮機2の低段側圧縮機構15で中間圧に圧縮されたCO2冷媒は、密閉ハウジング14内に吐き出され、インジェクション回路11より密閉ハウジング14内に注入される中間圧の冷媒ガスと共に高段側圧縮機構16に吸入される。この冷媒は、高段側圧縮機構16で高圧に2段圧縮され、冷媒回路(冷凍サイクル)10側へと吐出され、オイルセパレータ3で冷媒ガス中の潤滑油17が分離された後、放熱器4に導入される。
2 多段圧縮機
4 放熱器
5 第1電子膨張弁
6 気液分離器
7 第2電子膨張弁
8 蒸発器
10 冷媒回路(冷凍サイクル)
11 インジェクション回路
14 密閉ハウジング
15 低段側圧縮機構
16 高段側圧縮機構
17 潤滑油(POE油)
18 吐出圧力センサ
19,21,23 温度センサ
20 吸入圧力センサ
22 中間圧力センサ
24 油温センサ
25 制御部
L 制限線
Claims (3)
- 低段側圧縮機構および高段側圧縮機構を備え、前記低段側圧縮機構で圧縮した中間圧の冷媒ガスを密閉ハウジング内に吐き出し、その冷媒ガスを前記高段側圧縮機構により吸入して高圧に圧縮する多段圧縮機、放熱器、第1電子膨張弁、気液分離器、第2電子膨張弁および蒸発器をこの順に接続して冷凍サイクルを構成し、前記気液分離器で分離された中間圧冷媒ガスを前記多段圧縮機の前記密閉ハウジング内に注入するインジェクション回路を設け、作動媒体としてCO2冷媒を用いた超臨界サイクルヒートポンプであって、
前記多段圧縮機の潤滑油をポリオールエステル系油またはその混合油とするとともに、
前記中間圧冷媒の圧力および温度下での前記油の前記CO2冷媒に対する溶解度に基づいて、該溶解度と温度とから前記油の粘度を求め、該油の粘度を一定の粘度ゾーン以上にキープすべく、第1電子膨張弁を介して前記中間圧冷媒の圧力を制御し、その圧力を予め設定されている使用制限範囲に制御する制御部を備えていることを特徴とする超臨界サイクルヒートポンプ。 - 前記制御部は、前記インジェクション回路より注入される中間圧冷媒および前記多段圧縮機の吸入冷媒の圧力および温度を検出し、それぞれの冷媒過熱度を前記第1電子膨張弁および前記第2電子膨張弁により目標過熱度に制御するとともに、前記油の粘度を一定の粘度ゾーン以上にキープすべく、前記第1電子膨張弁を介して前記中間圧冷媒の圧力を制御し、その圧力を予め設定されている使用制限範囲に制御する構成とされていることを特徴とする請求項1に記載の超臨界サイクルヒートポンプ。
- 前記制御部は、低圧と中間圧および中間圧と高圧の関係により予め設定されている低段側使用制限範囲および高段側使用制限範囲内において、前記密閉ハウジング内の前記油の粘度に応じて使用制限範囲を変化させ、該油の粘度が規定値に満たない場合でも、該規定値よりも低い第2の規定値を満たしておれば、一部の制限された圧力範囲での運転を可能としていることを特徴とする請求項1または2に記載の超臨界サイクルヒートポンプ。
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