JP2014178079A - Air conditioning equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空調装置に関する。 The present invention relates to an air conditioner.
従来から、2つの圧縮機が直列接続されてなる2段圧縮機構を有する空調装置が知られている。特許文献1は、低段側圧縮機および高段側圧縮機を備え、両方の圧縮機を駆動させた二段圧縮運転と、高段側圧縮機を停止させ低段側圧縮機のみを駆動させた単段圧縮運転とが切り換えられるように構成される空調装置を開示する。この空調装置は、低段側圧縮機の吐出口と高段側圧縮機の吸入口とを接続する直列接続配管と、高段側圧縮機の吐出口に接続された吐出配管と、直列接続配管と吐出配管とを接続するバイパス配管とを備える。二段圧縮運転時には、まず低段側圧縮機で冷媒が圧縮される。低段側圧縮機で圧縮された冷媒は直列接続配管を通って高段側圧縮機に吸入され、この高段側圧縮機でさらに圧縮される。そして、高段側圧縮機で圧縮された冷媒が吐出配管に吐出される。一方、単段圧縮運転時には、低段側圧縮機で圧縮された冷媒がバイパス配管を通って高段側圧縮機をバイパスする。高段側圧縮機をバイパスした冷媒はそのまま吐出配管に吐出される。 Conventionally, an air conditioner having a two-stage compression mechanism in which two compressors are connected in series is known. Patent Document 1 includes a low-stage compressor and a high-stage compressor, a two-stage compression operation in which both compressors are driven, and a high-stage compressor is stopped and only a low-stage compressor is driven. An air conditioner configured to be switched between single-stage compression operation is disclosed. The air conditioner includes a serial connection pipe that connects a discharge port of a low-stage compressor and a suction port of a high-stage compressor, a discharge pipe that is connected to a discharge port of the high-stage compressor, and a serial connection pipe. And a bypass pipe for connecting the discharge pipe. During the two-stage compression operation, the refrigerant is first compressed by the low-stage compressor. The refrigerant compressed by the low-stage compressor is sucked into the high-stage compressor through the serial connection pipe and further compressed by the high-stage compressor. And the refrigerant | coolant compressed with the high stage side compressor is discharged to discharge piping. On the other hand, during single-stage compression operation, the refrigerant compressed by the low-stage compressor bypasses the high-stage compressor through the bypass pipe. The refrigerant that bypasses the high-stage compressor is discharged as it is into the discharge pipe.
特許文献2は、低段側圧縮機としての第1圧縮機構部および第2圧縮機構部と、高段側圧縮機としての第3圧縮機構部とにより2段圧縮機構が構成される空調装置を開示する。低段側圧縮機と高段側圧縮機は常時直列接続される。また、空調状態に応じて、第1圧縮機構部と第2圧縮機構部との接続状態が変化される。例えば、冷房時には第1圧縮機構部と第2圧縮機構部が直列接続され、暖房時には第1圧縮機構部と第2圧縮機構部が並列接続される。 Patent Document 2 discloses an air conditioner in which a two-stage compression mechanism is configured by a first compression mechanism section and a second compression mechanism section as low-stage side compressors, and a third compression mechanism section as a high-stage side compressor. Disclose. The low stage compressor and the high stage compressor are always connected in series. Further, the connection state between the first compression mechanism unit and the second compression mechanism unit is changed according to the air conditioning state. For example, the first compression mechanism unit and the second compression mechanism unit are connected in series during cooling, and the first compression mechanism unit and the second compression mechanism unit are connected in parallel during heating.
空調装置が2段圧縮機構を有する場合、凝縮器から流出された冷媒のうちのガス冷媒を高段側圧縮部の吸入口に流すための冷媒配管(インジェクション配管)を設けることにより、効率的な空調運転を行うことができる。特許文献1および特許文献2に記載の空調装置もインジェクション配管が設けられている。 When the air conditioner has a two-stage compression mechanism, it is efficient by providing a refrigerant pipe (injection pipe) for flowing the gas refrigerant out of the refrigerant flowing out of the condenser to the suction port of the high-stage compression unit. Air-conditioning operation can be performed. The air conditioning apparatuses described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are also provided with injection piping.
(発明が解決しようとする課題) (Problems to be solved by the invention)
ところで、空調装置の効率を表す指標として、従来ではCOP(エネルギー消費効率:Coefficient of performance)が用いられてきた。COPは、定格運転時の圧縮機動力(消費動力)に対する冷暖房能力を表す(COP=定格運転時冷暖房能力/定格運転時圧縮機動力)。つまり、COPは、定格運転時の性能を表すにすぎない。しかし、実際には外気温度の変化等によって、必要な運転容量は変化する。そこで、実際の使用時に近い状態での評価を行うため、近年ではCOPに代わり、APFが用いられるようになっている。APF(通年エネルギー消費効率:Annual performance Factor)は、1年を通して空調装置を使用した場合における、圧縮機動力(消費動力)に対する冷暖房能力を表す(APF=1年で発揮した冷暖房能力/1年で消費した圧縮機動力)。 By the way, COP (Coefficient of performance) has been conventionally used as an index representing the efficiency of an air conditioner. COP represents the cooling / heating capacity with respect to the compressor power (consumed power) during rated operation (COP = cooling / heating capacity during rated operation / compressor power during rated operation). That is, COP only represents the performance during rated operation. In practice, however, the required operating capacity changes due to changes in the outside air temperature. Therefore, in order to perform an evaluation in a state close to actual use, in recent years, APF has been used instead of COP. APF (Annual performance factor) represents the cooling / heating capacity for compressor power (consumed power) when using an air conditioner throughout the year (APF = cooling / heating capacity demonstrated in one year / year) Compressor power consumed).
1年を通じて空調装置の運転状況を見ると、定格運転(全負荷運転)時間よりも、むしろ部分負荷運転(低負荷運転)時間の方が長い。したがって、APFの向上を図る上で、部分負荷運転での効率(部分負荷効率)を向上させることが有効である。この場合、空調装置に2段圧縮機構を設け、部分負荷運転時にインジェクション配管に冷媒を流すことにより、部分負荷効率を向上させることができる。 Looking at the operating status of the air conditioner throughout the year, the partial load operation (low load operation) time is longer than the rated operation (full load operation) time. Therefore, in order to improve the APF, it is effective to improve the efficiency in partial load operation (partial load efficiency). In this case, the partial load efficiency can be improved by providing a two-stage compression mechanism in the air conditioner and flowing the refrigerant through the injection pipe during the partial load operation.
また、2段圧縮機構は上述したように低段側圧縮機と高段側圧縮機とを直列接続して構成されているので、2台の圧縮部を有しているといえども、1台の圧縮部しか有していない圧縮機構と比較して冷媒の吐出流量が増加するわけではない。したがって、要求されている空調負荷が大きくなって、運転容量を増大させるために冷媒の流量を増加させる必要性が生じた場合には、例えば圧縮機回転数を増加させなければならない。しかしながら、圧縮機の回転数の増加には限界があるので、十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことが困難な場合が予想される。特に、圧縮機がエンジンで駆動される方式の空調装置(エンジン駆動式空調装置)である場合、圧縮機回転数がエンジン回転数に依存する。このためエンジンの上限回転数以上に圧縮機回転数を上げることができない。つまり、従来の2段圧縮機構を有する空調装置は、運転容量の小さい部分負荷運転時等にインジェクション配管に冷媒を流すことによって部分負荷効率を高めることはできるが、運転容量の大きい全負荷運転時(定格運転時)に十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことができないおそれがある。 Further, since the two-stage compression mechanism is configured by connecting the low-stage compressor and the high-stage compressor in series as described above, even if it has two compression units, The refrigerant discharge flow rate does not increase as compared with the compression mechanism having only the compression portion. Therefore, when the required air-conditioning load becomes large and it becomes necessary to increase the flow rate of the refrigerant in order to increase the operation capacity, for example, the compressor rotational speed must be increased. However, since there is a limit to the increase in the rotational speed of the compressor, it is expected that it is difficult to flow a sufficient flow rate of refrigerant through the refrigerant circuit. In particular, when the compressor is an air conditioner driven by an engine (engine driven air conditioner), the compressor speed depends on the engine speed. For this reason, the compressor speed cannot be increased beyond the upper limit speed of the engine. In other words, the conventional air conditioner having a two-stage compression mechanism can increase the partial load efficiency by flowing the refrigerant through the injection pipe at the time of partial load operation with a small operation capacity, but at the time of full load operation with a large operation capacity. There is a possibility that a refrigerant having a sufficient flow rate (during rated operation) cannot be passed through the refrigerant circuit.
本発明は、運転容量の小さい部分負荷運転時等にインジェクション配管に冷媒を流すことにより部分負荷効率の向上を図ることができるとともに、運転容量の大きい全負荷運転時等には十分な流量の冷媒を冷媒回路に流すことができる空調装置を提供することを目的とする。 The present invention can improve the partial load efficiency by flowing the refrigerant through the injection pipe at the time of partial load operation with a small operation capacity, etc., and at a sufficient flow rate at the time of full load operation with a large operation capacity. An object of the present invention is to provide an air conditioner that can flow through the refrigerant circuit.
(課題を解決するための手段)
本発明は、第1吸入口および第1吐出口を有し、第1吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第1吐出口から吐出する第1圧縮部と、第2吸入口および第2吐出口を有し、第2吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第2吐出口から吐出する第2圧縮部と、第1吐出口に接続され、第1吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第1吐出配管と、第2吐出口に接続され、第2吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第2吐出配管と、第1吐出配管および第2吐出配管を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器と、凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器と、凝縮器と蒸発器とを接続する中間配管と、蒸発器から流出した冷媒を第1吸入口に導くよう構成された第1吸入配管と、蒸発器から流出した冷媒を第2吸入口に導くよう構成された第2吸入配管と、第1吐出配管と第2吸入配管とを接続するバイパス配管と、バイパス配管の途中に介装されたバイパス弁と、中間配管とバイパス配管とを接続するインジェクション配管と、インジェクション配管の途中に介装されたインジェクション弁と、定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比が予め定められた閾値よりも大きいときにバイパス弁およびインジェクション弁が閉弁し、運転容量比が閾値以下であるときにバイパス弁およびインジェクション弁が開弁するように、バイパス弁の動作およびインジェクション弁の動作を制御する弁制御部と、を備える、空調機を提供する。
(Means for solving the problem)
The present invention includes a first compression section that has a first suction port and a first discharge port, sucks gas refrigerant from the first suction port, compresses the sucked gas refrigerant, and discharges the gas refrigerant from the first discharge port, A second compression section having two suction ports and a second discharge port, which sucks the gas refrigerant from the second suction port and compresses the sucked gas refrigerant and discharges it from the second discharge port; and is connected to the first discharge port A first discharge pipe through which the gas refrigerant discharged from the first discharge port flows, a second discharge pipe connected to the second discharge port and through which the gas refrigerant discharged from the second discharge port flows, and a first discharge pipe And a condenser configured to condense the refrigerant flowing in and flowing through the second discharge pipe, an evaporator configured to evaporate the refrigerant flowing out of the condenser, and the condenser and the evaporator The intermediate pipe connecting the A first suction pipe configured to lead to one suction port, a second suction pipe configured to guide the refrigerant flowing out of the evaporator to the second suction port, and a first discharge pipe and a second suction pipe are connected. The bypass pipe, the bypass valve interposed in the middle of the bypass pipe, the injection pipe connecting the intermediate pipe and the bypass pipe, the injection valve interposed in the middle of the injection pipe, and the operating capacity relative to the rated capacity. The bypass valve and the injection valve are closed when the operating capacity ratio representing the ratio is larger than a predetermined threshold, and the bypass valve and the injection valve are opened when the operating capacity ratio is less than the threshold. An air conditioner comprising: a valve control unit that controls the operation of the valve and the operation of the injection valve.
本発明によれば、定格容量に対する運転容量の比率(運転容量比)が所定の閾値よりも大きいとき、つまり運転容量が大きいときに、バイパス弁およびインジェクション弁が閉弁する。このためバイパス配管およびインジェクション配管が閉鎖される。よって、第1圧縮部の吐出口から第1吐出配管に吐出された冷媒は、バイパス配管に流れることなく凝縮器側に流入する。また、第2圧縮部の吐出口から第2吐出配管に吐出された冷媒も凝縮器側に流入する。すなわち、運転容量が大きいときには、第1圧縮部と第2圧縮部が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。つまり、1台の圧縮部が冷媒を吐出する場合と比較して、冷媒の吐出量が2倍にされる。このため例えば運転容量の大きい全負荷容量運転時等に十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。 According to the present invention, when the ratio of the operating capacity to the rated capacity (operating capacity ratio) is greater than the predetermined threshold, that is, when the operating capacity is large, the bypass valve and the injection valve are closed. For this reason, the bypass pipe and the injection pipe are closed. Therefore, the refrigerant discharged from the discharge port of the first compression section to the first discharge pipe flows into the condenser side without flowing into the bypass pipe. Moreover, the refrigerant | coolant discharged to the 2nd discharge piping from the discharge outlet of the 2nd compression part also flows into the condenser side. That is, when the operating capacity is large, the first compression unit and the second compression unit are connected in parallel, and each compression unit discharges the refrigerant. That is, the discharge amount of the refrigerant is doubled as compared with the case where one compressor discharges the refrigerant. For this reason, for example, a sufficient amount of refrigerant can be passed through the refrigerant circuit during full load capacity operation with a large operation capacity.
一方、運転容量比が所定の閾値以下であるとき、つまり運転容量が小さいときに、バイパス弁およびインジェクション弁が開弁する。バイパス弁が開弁することにより、第1圧縮部で圧縮された冷媒がバイパス配管を通って第2圧縮部の吸入口から第2圧縮部に吸入される。すなわち、運転容量が小さいときは、第1圧縮部と第2圧縮部が直列接続される。また、インジェクション弁が開弁することにより、凝縮器から流出した冷媒がインジェクション配管を流れる。インジェクション配管を流れた冷媒はインジェクション配管からバイパス配管に流れ、さらに第2圧縮部に吸入される。このように、運転容量が所定の閾値以下の部分負荷運転時に冷媒をインジェクションすることで、部分負荷効率を高めることができる。また、運転容量が小さいときは、冷媒回路に流す冷媒流量がさほど多くない。このため圧縮部を直列接続しても、十分に必要な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。 On the other hand, when the operating capacity ratio is equal to or less than a predetermined threshold, that is, when the operating capacity is small, the bypass valve and the injection valve are opened. When the bypass valve is opened, the refrigerant compressed by the first compression unit passes through the bypass pipe and is sucked into the second compression unit from the suction port of the second compression unit. That is, when the operating capacity is small, the first compression unit and the second compression unit are connected in series. Further, when the injection valve is opened, the refrigerant flowing out of the condenser flows through the injection pipe. The refrigerant that has flowed through the injection pipe flows from the injection pipe to the bypass pipe, and is further sucked into the second compression section. As described above, the partial load efficiency can be increased by injecting the refrigerant during the partial load operation in which the operation capacity is equal to or less than the predetermined threshold. Further, when the operation capacity is small, the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant circuit is not so large. For this reason, even if the compression parts are connected in series, a sufficiently necessary amount of refrigerant can be passed through the refrigerant circuit.
本発明において、「運転容量」とは、空調負荷に応じて空調装置に要求される能力(熱量)を表し、その単位はkWである。運転容量は、例えば室内空調する場合における室内温度と設定温度との差、外気温度、冷媒回路内を流れる冷媒の圧力や温度等に基づいて求めることができる。 In the present invention, the “operating capacity” represents a capacity (amount of heat) required for the air conditioner according to the air conditioning load, and its unit is kW. The operating capacity can be determined based on, for example, the difference between the room temperature and the set temperature in the case of indoor air conditioning, the outside air temperature, the pressure or temperature of the refrigerant flowing in the refrigerant circuit, and the like.
前記弁制御部は、運転容量比が閾値以下であるときに、バイパス配管内を流れる冷媒の圧力に基づいて、インジェクション弁の開度を制御するのがよい。これによれば、第1圧縮部と第2圧縮部が直列接続されているときに、バイパス配管内を流れる冷媒の圧力(中間圧力)に基づいてインジェクション弁の開度を制御することにより、インジェクション配管内を流れる冷媒の流量が最適化される。このため運転容量比が所定の閾値以下である部分負荷運転時の効率をより高めることができる。 The valve control unit may control the opening degree of the injection valve based on the pressure of the refrigerant flowing in the bypass pipe when the operation capacity ratio is equal to or less than the threshold value. According to this, when the 1st compression part and the 2nd compression part are connected in series, the opening degree of the injection valve is controlled based on the pressure (intermediate pressure) of the refrigerant flowing in the bypass pipe, thereby the injection. The flow rate of the refrigerant flowing in the pipe is optimized. For this reason, the efficiency at the time of the partial load driving | operation whose operating capacity ratio is below a predetermined threshold value can be improved more.
また、前記閾値は50%であるのがよい。運転容量比が50%以下である部分負荷運転時間は、1年を通じた空調装置の運転時間の半分以上を占める。したがって、運転容量比が50%以下であるときに2つの圧縮部を直列接続するとともにインジェクション配管に冷媒を流すことによって、運転容量比が50%以下の場合の効率が高められ、ひいてはAPFを大きく向上させることができる。 The threshold value is preferably 50%. The partial load operation time with an operation capacity ratio of 50% or less accounts for more than half of the operation time of the air conditioner throughout the year. Therefore, when the operating capacity ratio is 50% or less, the efficiency when the operating capacity ratio is 50% or less can be increased by connecting the two compression parts in series and flowing the refrigerant through the injection pipe, thereby increasing the APF. Can be improved.
また、本発明の空調装置は、インジェクション配管を流れる冷媒を加熱して蒸発させるためのサブ熱交換器を備えるとよい。また、本発明の空調装置は、第1圧縮部および第2圧縮部を駆動させるエンジンを備えるエンジン駆動式空調装置であるのがよい。そして、サブ熱交換器では、エンジンを冷却した冷却水(エンジン冷却水)とインジェクション配管を流れる冷媒とを熱交換させるとよい。この場合において、弁制御部は、暖房時の運転容量比が閾値以下であるときに、バイパス弁およびインジェクション弁が開弁するように、バイパス弁の動作およびインジェクション弁の動作を制御するとよい。これによれば、暖房運転中であって運転容量比が50%以下の部分負荷運転時における効率を高めることができる。 The air conditioner of the present invention may include a sub heat exchanger for heating and evaporating the refrigerant flowing through the injection pipe. The air conditioner according to the present invention may be an engine-driven air conditioner including an engine that drives the first compression unit and the second compression unit. And in a sub heat exchanger, it is good to heat-exchange the cooling water (engine cooling water) which cooled the engine, and the refrigerant | coolant which flows through injection piping. In this case, the valve control unit may control the operation of the bypass valve and the operation of the injection valve so that the bypass valve and the injection valve are opened when the operating capacity ratio during heating is equal to or less than the threshold value. According to this, the efficiency at the time of the partial load operation during the heating operation and the operation capacity ratio of 50% or less can be increased.
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係る空調装置1の構成を示す概略図である。この空調装置1は、ガスエンジンEGにより駆動するエンジン駆動式空調装置である。図1に示すように、この空調装置1は、圧縮ユニット10と、室内に設置される室内熱交換器20A,20Bと、室外に設置される室外熱交換器30と、冷媒を膨張させる膨張弁40と、四方切換弁50と、冷媒を気液分離させるアキュムレータ60と、サブ熱交換器70と、制御装置80と、ガスエンジンEGとを備える。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an air conditioner 1 according to the present embodiment. The air conditioner 1 is an engine-driven air conditioner that is driven by a gas engine EG. As shown in FIG. 1, this air conditioner 1 includes a
圧縮ユニット10は、第1圧縮部11と、第2圧縮部12とを備える。第1圧縮部11と第2圧縮部12は、ガスエンジンEGの駆動力により駆動される。第1圧縮部11は第1吸入口11aと第1吐出口11bとを有し、第1吸入口11aから冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して第1吐出口11bから吐出する。第2圧縮部12は第2吸入口12aと第2吐出口12bとを有し、第2吸入口12aから冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して第2吐出口12bから吐出する。
The
第1吐出口11bに第1吐出配管131の一方端が接続され、第2吐出口12bに第2吐出配管132の一方端が接続される。第1吐出配管131の他方端および第2吐出配管132の他方端は図1の点Aで合流するとともに第1配管91の一方端に接続される。また、第1吸入口11aに第1吸入配管141の一方端が接続され、第2吸入口12aに第2吸入配管142の一方端が接続される。第1吸入配管141と第2吸入配管142は図1の点Bで合流するとともに第5配管95の一方端に接続される。
One end of the
第1吐出配管131と第2吸入配管142がバイパス配管151で接続される。このバイパス配管151の途中にバイパス弁152が介装される。また、バイパス配管151に中間圧力センサ153が取付けられる。中間圧力センサ153はバイパス配管151を流れるガス冷媒の圧力(中間圧力)Pmを検出する。
The
第1吐出配管131の途中に第1逆止弁161が介装される。第1逆止弁161により、第1圧縮部11の第1吐出口11bから点Aに向かう冷媒の流れが許容され、その反対方向に向かう冷媒の流れが遮断される。また、第2吸入配管142の途中に第2逆止弁162が介装される。第2逆止弁162により、点Bから第2圧縮部12の第2吸入口12aに向かう冷媒の流れが許容され、その反対方向に向かう冷媒の流れが遮断される。
A
第2吸入配管142の途中であって、バイパス配管151が連通する部分よりも下流側(第2吸入口12a側)の位置に、温度センサ171が取付けられる。温度センサ171は、第2吸入配管142を通って第2吸入口12aから第2圧縮部12に吸入されるガス冷媒の温度Tsを検出する。
A
点Aで第1吐出配管131と第2吐出配管132に接続した第1配管91の途中に吐出圧力センサ172が取付けられる。吐出圧力センサ172は、第1配管91を流れるガス冷媒の圧力(吐出圧力)Pdを検出する。また、点Bで第1吸入配管141と第2吸入配管142に接続した第5配管95の途中に吸入圧力センサ173が取付けられる。吸入圧力センサ173は、第5配管95を流れるガス冷媒の圧力(吸入圧力)Psを検出する。
A
また、第1配管91の他方端は四方切換弁50に接続される。四方切換弁50は図1に示すように4つのポート(第1ポート51、第2ポート52、第3ポート53、第4ポート54)を有する。四方切換弁50は、第1ポート51が第2ポート52に接続され且つ第3ポート53が第4ポート54に接続される暖房接続状態と、第1ポート51が第3ポート53に接続され且つ第2ポート52が第4ポート54に接続される冷房接続状態とに、その接続状態を切り換えることができるように構成される。上述の第1配管91は四方切換弁50の第1ポート51に接続される。第2ポート52には第2配管92の一方端が接続される。第3ポート53には第3配管93の一方端が接続され、第4ポート54には第4配管94の一方端が接続される。
The other end of the
第2配管92の他方端側は分岐し、一方の分岐管に室内熱交換器20Aが接続され、他方の分岐管に室内熱交換器20Bが接続される。各分岐管にはそれぞれ流量制御弁21A,21Bが設けられている。また、第3配管93の他方端に室外熱交換器30が接続される。室内熱交換器20A,20Bと室外熱交換器30とは中間配管96で接続される。室内熱交換器20A,20Bは、第2配管92または中間配管96から内部に冷媒を流入するとともに、流入した冷媒と周囲空気とを熱交換させる。室外熱交換器30は、中間配管96または第3配管93から内部に冷媒を流入するとともに、流入した冷媒と外気とを熱交換させる。図1からわかるように、中間配管96の途中に膨張弁40が介装される。膨張弁40はそこを通る冷媒を膨張させる。
The other end of the
第4配管94の他方端はアキュムレータ60に接続される。アキュムレータ60はそこに流入した冷媒を気液分離する。アキュムレータ60で気液分離された冷媒のうちのガス冷媒が第5配管95を流れる。
The other end of the
また、図1に示すように、中間配管96の途中の部分であって膨張弁40が介装されている部分よりも室内熱交換器20A,20B寄りの部分にインジェクション配管97の一方端が連通する。このインジェクション配管97の他方端は、バイパス配管151に連通する。つまり、中間配管96とバイパス配管151がインジェクション配管97で接続される。インジェクション配管97の途中にインジェクション弁98が介装される。インジェクション弁98は開度が可変の流量調節弁である。したがって、インジェクション弁98の開度を変化させることによりインジェクション配管97内を流れる冷媒の流量が変化される。また、インジェクション配管97の途中にサブ熱交換器70が介装される。サブ熱交換器70には、インジェクション配管97を流れる冷媒が流入する。サブ熱交換器70に流入した冷媒は、ガスエンジンEGを冷却した冷却水と熱交換する。このサブ熱交換器70によって、インジェクション配管97を流れる冷媒のうち液冷媒が蒸発される。
Further, as shown in FIG. 1, one end of the
制御装置80は、各センサ(温度センサ171、中間圧力センサ153、吐出圧力センサ172、吸入圧力センサ173等)が検出した情報を入力する。また、制御装置80はバイパス弁152およびインジェクション弁98に電気的に接続されていて、各種センサから入力した情報等に基づいて、バイパス弁152およびインジェクション弁98の開閉状態や開度を制御する。
The
次に、この空調装置1の空調運転(暖房運転、冷房運転)について簡単に説明する。まず、暖房運転について説明する。なお、暖房時には四方切換弁50が暖房接続状態にされる。暖房時に圧縮ユニット10が作動すると、圧縮ユニット10で圧縮された高圧ガス冷媒が第1配管91に吐出される。第1配管91に吐出された高圧ガス冷媒は第1ポート51から四方切換弁50に入る。暖房時には四方切換弁50の第1ポート51が第2ポート52に接続されており、第2ポート52は第2配管92に接続されているので、第1ポート51から四方切換弁50に入った高圧ガス冷媒は第2ポート52から四方切換弁50を出るとともに第2配管92内を流れて室内熱交換器20A,20Bに流入する。室内熱交換器20A,20Bに流入した高圧ガス冷媒は室内熱交換器20A,20B内を流通する間に室内空気に熱を吐き出して凝縮する。このとき高圧ガス冷媒から吐き出された熱によって室内空気が暖められて、室内暖房される。
Next, the air conditioning operation (heating operation, cooling operation) of the air conditioner 1 will be briefly described. First, the heating operation will be described. During heating, the four-
室内空気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室内熱交換器20A,20Bから流出し、中間配管96を流れる。そして、膨張弁40で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化された後に室外熱交換器30に流入する。室外熱交換器30に流入した冷媒は室外熱交換器30内を流通する間に外気の熱を奪って蒸発する。
The refrigerant that is condensed by discharging heat to the room air partially liquefies and flows out of the
外気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化して室外熱交換器30から流出し、第3配管93を流れる。そして、第3ポート53から四方切換弁50に入る。暖房時には四方切換弁50の第3ポート53は第4ポートに接続されており、第4ポート54は第4配管に接続されているので、第3ポート53から四方切換弁50に入った冷媒は第4ポート54から四方切換弁50を出て第4配管94に流れる。そして、第4配管94からアキュムレータ60に流入する。アキュムレータ60では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみが第5配管95を流れて圧縮ユニット10に帰還する。
The refrigerant that has evaporated the heat of the outside air partially vaporizes and flows out of the
次に、冷房運転について説明する。なお、冷房時には四方切換弁50が冷房接続状態にされる。冷房時に圧縮ユニット10が作動すると、圧縮された高圧ガス冷媒が圧縮ユニット10から第1配管91に吐出される。第1配管91に吐出された高圧ガス冷媒は第1ポート51から四方切換弁50に入る。冷房時には四方切換弁50の第1ポート51が第3ポートに接続されており、第3ポート53は第3配管93に接続されているので、第1ポート51から四方切換弁50に入ったガス冷媒は第3ポート53から四方切換弁50を出て第3配管93を流れ、室外熱交換器30に流入する。室外熱交換器30に流入した高圧ガス冷媒は室外熱交換器30内を流通する間に外気に熱を吐き出して凝縮する。
Next, the cooling operation will be described. During cooling, the four-
外気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化して室外熱交換器30から流出されて中間配管96を流れる。そして、膨張弁40で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化された後に室内熱交換器20A,20Bに流入する。室内熱交換器20A,20Bに流入した冷媒は室内熱交換器20A,20B内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされて、室内冷房される。
The refrigerant condensed by exhausting heat to the outside air is partially liquefied and flows out of the
室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化して室内熱交換器20A,20Bから流出し、第2配管92を流れる。そして、第2ポート52から四方切換弁50に入る。冷房時には四方切換弁50の第2ポート52は第4ポート54に接続されており、第4ポート54は第4配管94に接続されているので、第3ポート53から四方切換弁50に入った冷媒は第4ポート54から四方切換弁50を出て第4配管94に流れる。そして、第4配管94からアキュムレータ60に流入する。アキュムレータ60では冷媒が液冷媒と低圧のガス冷媒とに分離される。そして、低圧ガス冷媒のみが第5配管95を流れて圧縮ユニット10に帰還する。
The refrigerant that has evaporated the heat of the indoor air is partially vaporized, flows out of the
このように、暖房時には、室内熱交換器20A,20Bが凝縮器となり室外熱交換器30が蒸発器となる。一方、冷房時には、室外熱交換器30が凝縮器となり、室内熱交換器20A、20Bが凝縮器となる。なお、本実施形態では、圧縮ユニット10から吐出した冷媒が圧縮ユニット10に帰還するまでに流れた部分を冷媒回路と呼ぶ。したがって、圧縮ユニット10から吐出された冷媒は冷媒回路を流れて圧縮ユニット10に帰還する。冷媒が冷媒回路を流れることによって空調(冷暖房)が行われる。
Thus, during heating, the
暖房運転中、制御装置80は、バイパス弁152およびインジェクション弁98の動作(開閉状態および開度)を制御する。図2は、制御装置80が暖房運転中にバイパス弁152およびインジェクション弁98の動作を制御するために実行する弁制御ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、暖房運転中に所定の微小間隔ごとに実行される。
During the heating operation, the
弁制御ルーチンが起動すると、制御装置80は、まず図2のステップ(以下、ステップをSと略記する)10にて運転容量比Rを計算する。運転容量比Rとは、空調装置の定格容量Vmax(kW)に対する運転容量V(kW)の比(V/Vmax)の百分率を表す(なお、容量を能力と称する場合もある)。運転容量Vは、空調負荷(暖房負荷)に応じて空調装置1に要求される運転容量(能力)である。例えば、運転容量比Rが50%という場合、空調装置1は、定格容量の50%の運転容量を発揮するように運転される。運転容量Vは、吐出圧力センサ172により検出された吐出圧力Pd、吸入圧力センサ173により検出された吸入圧力Ps、空調する空間の温度、設定温度等に基づいて算出される。
When the valve control routine is activated, the
次いで、制御装置80は、計算した運転容量比Rが50%以下であるか否かを判断する(S11)。運転容量比Rが50%を越えている場合(S11:No)、制御装置80はS13に処理を進め、バイパス弁152およびインジェクション弁98に閉作動信号を出力する。これによりバイパス弁152およびインジェクション弁98が閉作動する。なお、既にバイパス弁152およびインジェクション弁98が閉弁している場合は、バイパス弁152およびインジェクション弁98は閉状態を維持する。制御装置80はS13にてバイパス弁152およびインジェクション弁98に閉作動信号を出力した後に、この制御ルーチンを終了する。
Next, the
図3は、バイパス弁152およびインジェクション弁98が閉弁している場合における、圧縮ユニット10内の冷媒の流れを示す図である。バイパス弁152およびインジェクション弁98が閉弁している場合、バイパス配管151およびインジェクション配管97が閉鎖される。
FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of the refrigerant in the
この場合、第5配管95を流れる冷媒は点Bで第1吸入配管141を流れる冷媒と第2吸入配管142を流れる冷媒に分岐する。第1吸入配管141を流れる冷媒は第1吸入口11aから第1圧縮部11に吸入され、第1圧縮部11の内部で圧縮され、第1圧縮部11の第1吐出口11bから第1吐出配管131に吐出される。第1圧縮部11の吐出口11bから第1吐出配管131に吐出された冷媒は、バイパス配管151に流れることなく図1の点Aに向かう。
In this case, the refrigerant flowing through the
一方、第2吸入配管142を流れる冷媒は第2吸入口12aから第2圧縮部12に吸入され、第2圧縮部12の内部で圧縮され、第2圧縮部12の第2吐出口12bから第2吐出配管132に吐出される。第2吐出配管132に吐出された冷媒は図1の点Aに向かう。
On the other hand, the refrigerant flowing through the
第1圧縮部11から第1吐出配管131に吐出された冷媒と第2圧縮部12から第2吐出配管132に吐出された冷媒は点Aで合流して第1配管91に流れ、さらに四方切換弁50、第2配管92を通って室内熱交換器20A,20B(凝縮器)に流入する。すなわち、運転容量比Rが50%を越えるようなとき、つまり必要な運転容量が大きい高部分負荷運転時あるいは全負荷運転時には、第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。
The refrigerant discharged from the
第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続された状態で両圧縮部が駆動している場合は、圧縮部が1台の場合と比較して冷媒ガスの圧縮容積(圧縮部内における冷媒ガスの排除容積)が2倍となる。そのため一度の圧縮過程で圧縮ユニット10から吐き出される冷媒ガス量が多い。よって、圧縮ユニット10から冷媒回路内に十分な量の冷媒を流すことができるので、冷媒流量の不足に起因した空調能力不足の発生を回避できる。
When both compression parts are driven in a state where the
また、制御装置80は、図2のS11にて運転容量比Rが50%以下であると判断した場合(S11:Yes)、S12に処理を進める。運転容量比Rが50%以下であるような場合は、例えば流量制御弁21Bが閉鎖し、室内熱交換器20Bに冷媒が流れず室内熱交換器20Aのみに冷媒が流れるような部分負荷運転を実施するような場合である。このような場合、制御装置80は、S12にて、バイパス弁152およびインジェクション弁98に開作動信号を出力する。これによりバイパス弁152およびインジェクション弁98が開作動する。なお、既にバイパス弁152およびインジェクション弁98が開弁している場合は、バイパス弁152およびインジェクション弁98は開状態を維持する。制御装置はS12にてバイパス弁152およびインジェクション弁98に開作動信号を出力した後に、この制御ルーチンを終了する。
Moreover, when it is judged that the operating capacity ratio R is 50% or less in S11 of FIG. 2 (S11: Yes), the
図4は、バイパス弁152およびインジェクション弁98が開弁している場合における、圧縮ユニット10内の冷媒の流れを示す図である。バイパス弁152およびインジェクション弁98が開弁すると、バイパス配管151によって第1圧縮部11の第1吐出口11bと第2圧縮部12の第2吸入口12aが連通する。このため第1圧縮部11と第2圧縮部12が直列接続される。この場合、第1圧縮部11が低段側圧縮機となり、第2圧縮部12が高段側圧縮機となる。したがって、第5配管95を流れる冷媒は点Bから第1吸入配管141を流れ、まず第1圧縮部11に吸入される。第1圧縮部11に吸収された冷媒は中間圧まで圧縮されてから第1吐出配管131に吐出される。第1吐出配管131に吐出された冷媒はバイパス配管151を流れ、さらに第2吸入配管142に入る。そして、第2圧縮部12に吸入され、第2圧縮部12で高圧まで圧縮されてから第2吐出配管132に吐出される。その後、点Aから第1配管91に流れる。このように、運転容量比Rが50%以下の低部分負荷運転時には、第1圧縮部11と第2圧縮部12が直列接続され、冷媒は圧縮ユニット10によって2段階に圧縮される。
FIG. 4 is a diagram illustrating the flow of the refrigerant in the
また、インジェクション弁98が開弁しているため、バイパス配管151と中間配管96がインジェクション配管97で連通される。このため室内熱交換器(凝縮器)20A,20Bから流出した冷媒の一部がインジェクション配管97を流れる。そして、インジェクション配管97の途中に介装されたサブ熱交換器70を通過することによってエンジン冷却水と熱交換する。これにより、インジェクション配管97を流れる冷媒のうち液冷媒が蒸発する。
In addition, since the
サブ熱交換器70を通過したガス冷媒はインジェクション配管97からバイパス配管151に流れる。そして、第1圧縮部11で中間圧に昇圧されたガス冷媒と合流し、第2圧縮部12に吸入される。
The gas refrigerant that has passed through the
このように、本実施形態によれば、運転容量比Rが50%を越えている高部分負荷運転時あるいは全負荷容量運転時には、第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続され、運転容量比Rが50%以下である低部分負荷運転時には、第1圧縮部11と第2圧縮部12が直列接続されるとともに、第1圧縮部11と第2圧縮部12との間にガス冷媒がインジェクションされる。
Thus, according to the present embodiment, the
図5は、バイパス弁152とインジェクション弁98が閉弁している状態、すなわち第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続された状態で空調装置1が暖房運転を実施している場合における、p−h線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。図5において、圧縮ユニット10に供給される直前の低圧ガス冷媒は点Aに示す位置で表わされる。冷媒が圧縮ユニット10に供給されて圧縮されると、点Aに示す位置で表わされる低圧ガス冷媒が点Bに示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒に状態変化する。点Aに示す位置から点Bに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Lが、圧縮ユニット10の仕事量(圧縮機動力)に相当する。
FIG. 5 shows a case where the air conditioner 1 is performing a heating operation in a state where the
また、点Bに示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒が室内熱交換器20A,20Bで凝縮されることにより、点Cに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒に変化する。点Bに示す位置から点Cに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Φが、実際に室内熱交換器20A,20Bで熱交換された熱交換量、すなわち空調装置1が発揮した暖房能力(運転容量)に相当する。LとΦとの比(Φ/L)により効率が表わされる。
Further, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant represented by the position indicated by the point B is condensed by the
また、点Cに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒が膨張弁40で膨張されることにより、点Dに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒に状態変化する。そして、点Dに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒が室外熱交換器30で蒸発されることにより、点Aに示す低圧ガス冷媒に状態変化する。このような冷凍サイクルが繰り返されることにより暖房運転が継続される。
Further, when the low-temperature high-pressure liquid refrigerant represented by the position indicated by the point C is expanded by the
図6は、バイパス弁152とインジェクション弁98が開弁している状態、すなわち第1圧縮部11と第2圧縮部12が直列接続され、且つインジェクション配管97に冷媒が流れている状態で暖房運転している場合における、p−h線図上に示された冷凍サイクルを表す図である。図6において、圧縮ユニット10に供給される直前の低圧ガス冷媒は点Aに示す位置で表わされる。点Aに示す位置で表わされる冷媒は、まず第1圧縮部11で圧縮されることにより、点B1に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒に状態変化する。点Aに示す位置から点B1に示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量L1が、第1圧縮部11の仕事量(圧縮動力)に相当する。
FIG. 6 shows a heating operation in a state where the
また、第1圧縮部11で圧縮された冷媒は、バイパス配管151内でインジェクション配管97から流入されるガス冷媒と合流されるが、このときインジェクション配管97から流入するガス冷媒で冷却されることにより比エンタルピが低下する。したがって、点B1に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒は、インジェクション配管97からの冷媒と合流することにより点B2に示す位置まで状態変化する。つまり、圧力が変化しないまま、温度が若干低下する。
In addition, the refrigerant compressed by the
また、点B2に示す位置で表わされる中圧ガス冷媒は、その後に第2圧縮部12で圧縮されることにより、点B3に示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒に状態変化する。点B2に示す位置から点B3に示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量L2が、第2圧縮部12の仕事量(圧縮動力)に相当する。
In addition, the intermediate pressure gas refrigerant represented by the position indicated by the point B2 is then compressed by the
また、点B3に示す位置で表わされる高温高圧ガス冷媒が室内熱交換器20A,20B内で凝縮されることにより、点Cに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒に変化する。点B3に示す位置から点Cに示す位置まで冷媒が状態変化する際における比エンタルピの変化量Φが、実際に室内熱交換器20A,20Bで熱交換された熱交換量、すなわち空調装置1が発揮した暖房能力(運転容量)に相当する。L1,L2およびΦにより効率が表わされる。
Further, the high-temperature high-pressure gas refrigerant represented by the position indicated by the point B3 is condensed in the
また、点Cに示す位置で表わされる低温高圧液冷媒の一部が、中間配管96を流れる際の圧力損失によって若干圧力を低下させた点C’の位置で、インジェクション配管97に流れる。インジェクション配管97に流れた冷媒はサブ熱交換器70で熱交換されることにより加熱されて蒸発した後に、第1圧縮部11から吐出された冷媒(点B1に示す位置で表わされる冷媒)に合流する。一方、インジェクション配管97に流れない冷媒は膨張弁40で膨張されることにより、点C’に示す位置から点Dに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒に状態変化する。そして、点Dに示す位置で表わされる低温低圧気液二相冷媒が室外熱交換器30で蒸発されることにより、点Aに示す低圧ガス冷媒に状態変化する。このような冷凍サイクルが繰り返されることにより暖房運転が継続される。
Further, a part of the low-temperature high-pressure liquid refrigerant represented by the position indicated by the point C flows to the
図6に示すように、バイパス弁152を開弁させて第1圧縮部11と第2圧縮部12とを直列接続させた場合、圧縮過程で冷媒が二段階に圧縮される。二段階目の圧縮開始時(点B2)の冷媒の状態は、一段階目の圧縮終了時(点B1)の冷媒の状態と異なる。具体的には、二段階目の圧縮開始時の冷媒の温度は、インジェクション配管97から流入する冷媒に冷やされることによって、一段階目の圧縮終了時の冷媒の温度よりも低くされる。このため、二段階目の圧縮開始時の冷媒の状態を表す点(B2)を通過する等エントロピ線と一段階目の圧縮終了時の冷媒の状態を表す点(B1)を通過する等エントロピ線が異なる。この場合、図6からわかるように、二段階目の圧縮過程における比エンタルピに対する圧力上昇勾配が、一段階目の圧縮過程における比エンタルピに対する圧力上昇勾配よりも大きくなる。圧力上昇勾配が大きければ大きいほど、圧縮動力が少ない。つまり、冷媒ガスのインジェクションによる冷却効果によって、二段階目の圧縮時における圧縮機動力L2を大幅に減らすことができる。
As shown in FIG. 6, when the
また、図6に示す場合においては、空調装置1の効率は、L1と、L2と、Φにより表わされる。また、第2圧縮部12の圧縮機動力L2は第1圧縮部11の圧縮機動力L1より、圧力差が小さいため、かなり小さい。第2圧縮部12で圧縮される冷媒をより多くすれば、少ない圧縮機動力でより多くの冷媒を圧縮できることになり、効率を高めることができる。つまり、インジェクション配管97に冷媒をより多く流すことによって、効率を高めることができる。
In the case shown in FIG. 6, the efficiency of the air conditioner 1 is represented by L1, L2, and Φ. Further, the compressor power L2 of the
また、図6に示す場合は、運転容量比Rが50%以下の場合である。つまり、運転容量Vが少ない低部分負荷運転時に効率が高められている。1年を通して空調装置の運転状況を見た場合、運転容量比Rが50%以下である低部分負荷運転時間が全運転時間の半分以上を占める。本実施形態によれば、運転容量比Rが50%以下である場合における効率が高められるので、APFを大きく向上させることができる。 Further, the case shown in FIG. 6 is a case where the operating capacity ratio R is 50% or less. That is, the efficiency is improved during low partial load operation with a small operation capacity V. When the operation status of the air conditioner is viewed throughout the year, the low partial load operation time in which the operation capacity ratio R is 50% or less accounts for more than half of the total operation time. According to this embodiment, since the efficiency when the operating capacity ratio R is 50% or less is increased, the APF can be greatly improved.
一方で、運転容量比Rが50%を越える高部分負荷運転あるいは定格運転(全負荷運転)時には、第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続されるために、圧縮ユニット10から吐出される冷媒の流量を多くすることができる。このため、運転容量Vが大きいときに十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができ、冷媒流量の不足に起因した空調能力不足の発生を回避できる。
On the other hand, at the time of high partial load operation or rated operation (full load operation) in which the operating capacity ratio R exceeds 50%, the
ところで、インジェクション配管97を流れる冷媒の流量(インジェクション流量)を多くすれば、一般的には効率の向上が期待できる。また、中間圧力Pmが高過ぎるとインジェクション流量が減少するため第1圧縮部11の動力低減効果が低下する。したがって、最も効率を高めることができるインジェクション流量および中間圧力Pmが存在する。本実施形態では、運転容量比Rが50%以下であるときに制御装置80が中間圧力Pmの大きさに基づいてインジェクション弁98の開度を制御することによって、状況に応じて最適な冷媒流量をインジェクション配管97に流すことができるようにされている。図7は、インジェクション弁98の開度を制御するために制御装置80が実行する開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、制御装置80がインジェクション弁98に開作動信号を出力したときに微小間隔ごとに実行される。
By the way, if the flow rate (injection flow rate) of the refrigerant flowing through the
開度制御ルーチンが起動すると、制御装置80は、まず図7のS21にて、目標中間圧力Pm*を計算する。目標中間圧力Pm*は、最も効率が高められるように設定されるバイパス配管151を流れる冷媒の圧力である。つまり、効率から見た中間圧力Pmの最適値が目標中間圧力Pm*である。この目標中間圧力Pm*は、要求されている空調負荷、吸入圧力Psおよび吐出圧力Pdに基づいて算出される。本実施形態では、目標中間圧力Pm*と、要求負荷量と、吸入圧力Psと、吐出圧力Pdとの関係を示した目標中間圧力テーブルが制御装置80に予め記憶されている。制御装置80は、S21にて、要求負荷量、吸入圧力Psおよび吐出圧力Pdに基づいて、目標中間圧力テーブルから最適な目標中間圧力Pm*を選択する。
When the opening degree control routine is activated, the
次いで、制御装置80は、第2圧縮部12に吸入される冷媒の過熱度ΔTs(℃)を計算する(S22)。過熱度ΔTsは、温度センサ171により検出される温度(第2圧縮部12に吸入される冷媒の温度)Tsと中間圧力センサ153により検出される中間圧力Pmから求めることができる。この過熱度ΔTsは、図6の点B2の位置で表わされる冷媒が飽和蒸気圧曲線とどの程度離れているかを表す。過熱度ΔTsが小さいほど冷媒が飽和蒸気に近く、より湿りやすい。過熱度ΔTsが大きいほど冷媒の状態が飽和蒸気圧曲線から離れており、湿り難い。
Next, the
続いて、制御装置80は、現在の中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*未満であるか否かを判断する(S23)。中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*以上である場合(S23:No)、制御装置80はS25に処理を進め、中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*よりも大きいか否かを判断する。中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*よりも大きくない場合(S25:No)、中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*と等しいということであり、この場合は制御装置80はこのルーチンを終了する。一方、S25にて中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*よりも大きいと判断した場合(S25:Yes)、制御装置80は、開度減少信号をインジェクション弁98に出力する(S27)。これによりインジェクション弁98の開度が減少されてインジェクション配管97内を流れる冷媒の流量が減少するとともに、中間圧力Pmが減少する。制御装置80は、その後、このルーチンを終了する。
Subsequently, the
また、S23にて、中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*未満であると判断した場合(S23:Yes)、制御装置80はS24に処理を進め、過熱度ΔTsが5℃よりも大きいか否かを判断する。過熱度ΔTsが5℃以下である場合(S24:No)は、第2圧縮部12に吸入される冷媒が飽和蒸気に近い状態であることを表す。この場合、湿った冷媒が第2圧縮部12に吸入されることを防止するために、制御装置80はS27に処理を進めて開度減少信号をインジェクション弁98に出力する。これによりインジェクション弁98の開度が減少されてインジェクション配管97内を流れる冷媒の流量が減少するとともに中間圧力Pmが減少する。また、インジェクション流量の減少によって、第2圧縮部12に吸入される冷媒の冷却が抑えられるため過熱度ΔTsの極端な減少が抑えられ、その結果、第2圧縮部12に湿った冷媒が吸入されることが効果的に防止される。その後、制御装置80はこのルーチンを終了する。
If it is determined in S23 that the intermediate pressure Pm is less than the target intermediate pressure Pm * (S23: Yes), the
S24にて過熱度ΔTsが5℃よりも大きいと判断した場合(S24:Yes)、制御装置80は、開度増加信号をインジェクション弁98に出力する(S26)。これによりインジェクション弁98が開度が増加されてインジェクション配管97内を流れる冷媒の流量が増加する。制御装置80はその後、この制御ルーチンを終了する。
When it is determined in S24 that the degree of superheat ΔTs is greater than 5 ° C. (S24: Yes), the
このような開度制御ルーチンを制御装置80が実行することによって、運転容量比Rが50%以下の低部分負荷運転時に、中間圧力Pmおよびインジェクション配管97を流れる冷媒の流量が最適化される。
When the
また、本実施形態では、第1圧縮部11および第2圧縮部12に、効率の良いスクロール圧縮機を用いている。図8は、本実施形態で用いたスクロール圧縮機の部分概略断面図である。図8に示すスクロール圧縮機100は、冷媒ガスを圧縮する圧縮室110と、圧縮室110に冷媒ガスを供給する第1通路101および第2通路102と、圧縮室110で圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための第3通路103とを有する。第1通路101および第2通路102はこの圧縮機の吸入口(11a、12b)に連通する。第3通路103はこの圧縮機の吐出口(11b、12b)に連通する。
In the present embodiment, an efficient scroll compressor is used for the
なお、一般にスクロール圧縮機は、固定ラップ(固定スクロール)に対する旋回ラップ(旋回スクロール)の偏芯回転に伴って、両ラップ(両スクロール)間に形成される独立した2つの圧縮室が外周側から内周側に移動される。内周側への移動の過程で圧縮室の容積が徐々に狭められる。そして、圧縮室がほぼ中央に移動してきたときにその圧縮室(図8における圧縮室110c)が第3通路103を介して吐出口(11b、12b)に連通することにより、その圧縮室内の冷媒が外部に吐出される。また、外周に形成された2つの圧縮室(図8における圧縮室110aおよび110b)は、あるタイミングで第1通路101および第2通路102に連通する。このときにこれらの圧縮室と吸入口(11a,12a)が連通されるので、これらの圧縮室に冷媒が供給される。つまり、第1通路101および第2通路102を介して外側の圧縮室110a、110bに冷媒が供給されるとともに、これらの圧縮室の容積が徐々に狭められながら外周側から内周側に移動していくことによりこれらの圧縮室の内部の冷媒が徐々に圧縮される。そして、中央に近づいた圧縮室が第3通路103を介して吐出口に連通したときに、その圧縮室内の冷媒ガスが吐出口から吐出される。
In general, a scroll compressor has two independent compression chambers formed between both wraps (both scrolls) from the outer peripheral side along with the eccentric rotation of the turning wrap (turning scroll) with respect to the fixed wrap (fixed scroll). Move to the inner circumference. The volume of the compression chamber is gradually reduced in the process of moving toward the inner periphery. Then, when the compression chamber has moved substantially to the center, the compression chamber (
また、図8からわかるように、第1通路101および第2通路102の途中にリード弁104,104が取付けられている。このリード弁104,104によって、吸入口((11aまたは12a)から圧縮室110に向かう方向に流れる冷媒ガスの流れが許容され、その反対方向に向かう方向に流れる冷媒ガスの流れが遮断される。このため、第1通路101および第2通路102内での冷媒ガスの逆流が防止される。
As can be seen from FIG. 8,
スクロール圧縮機は、その内部の圧縮室が吐出口および吸入口に間歇的に接続されるように構成されているため、圧縮室が吐出口および吸入口に接続されるタイミングで圧力脈動が生じる。この圧力脈動がインジェクション配管97に伝わった場合、インジェクション配管97を流れる冷媒流量が変動する。よって、インジェクション流量を最適化するためには、圧力脈動および逆流を抑えなければならない。この点に関し、本実施形態で用いるスクロール圧縮機100は、吸入口と圧縮室とを結ぶ通路(第1通路101、第2通路102)の途中にリード弁が取付けられている。したがって、このスクロール圧縮機100が第2圧縮部12に用いられた場合、第2圧縮部12の吸入口12aに連通するインジェクション配管97内を流れる冷媒に圧力脈動が伝達することおよび逆流が抑えられる。その結果、インジェクション流量を最適化することができる。
Since the scroll compressor is configured such that the internal compression chamber is intermittently connected to the discharge port and the suction port, pressure pulsation occurs at the timing when the compression chamber is connected to the discharge port and the suction port. When this pressure pulsation is transmitted to the
以上のように、本実施形態の空調装置1は、第1吸入口11aおよび第1吐出口11bを有し、第1吸入口11aからガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第1吐出口11bから吐出する第1圧縮部11と、第2吸入口12aおよび第2吐出口12bを有し、第2吸入口12aからガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して第2吐出口12bから吐出する第2圧縮部12と、第1吐出口11bに接続され、第1吐出口11bから吐出されたガス冷媒が流れる第1吐出配管131と、第2吐出口12bに接続され、第2吐出口12bから吐出されたガス冷媒が流れる第2吐出配管132と、第1吐出配管131および第2吐出配管132を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器(暖房運転時は室内熱交換器20A,20B)と、凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器(暖房運転時は室外熱交換器30)と、凝縮器と蒸発器とを接続する中間配管96と、蒸発器から流出した冷媒を第1吸入口11aに導くよう構成された第1吸入配管141と、蒸発器から流出した冷媒を第2吸入口12aに導くよう構成された第2吸入配管142と、第1吐出配管131と第2吸入配管142とを接続するバイパス配管151と、バイパス配管151の途中に介装されたバイパス弁152と、中間配管96とバイパス配管151とを接続するインジェクション配管97と、インジェクション配管97の途中に介装されたインジェクション弁98と、バイパス弁152およびインジェクション弁98の動作を制御する弁制御部としての制御装置80とを備える。また、制御装置80は、暖房運転時に定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比Rが50%よりも大きいときにバイパス弁152およびインジェクション弁98が閉弁し、運転容量比Rが50%以下であるときにバイパス弁152およびインジェクション弁98が開弁するように、バイパス弁152の動作およびインジェクション弁98の動作を制御する。
As described above, the air conditioner 1 of the present embodiment has the
本実施形態の空調装置1によれば、暖房運転中であって運転容量が大きい場合、具体的には運転容量比Rが50%を越える高部分負荷運転あるいは全負荷容量運転を実施する場合に、第1圧縮部11と第2圧縮部12が並列接続され、それぞれの圧縮部が冷媒を吐出する。これにより、1台の圧縮部が冷媒を吐出する場合と比較して、冷媒の吐出量が2倍にされる。このため冷媒の吐出量が増加する。その結果、必要な運転容量が大きいときに十分な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。
According to the air conditioner 1 of the present embodiment, when the operation capacity is large during heating operation, specifically, when high partial load operation or full load capacity operation in which the operation capacity ratio R exceeds 50% is performed. The
一方、暖房運転中であって運転容量が小さい場合、具体的には運転容量比Rが50%以下の低部分負荷運転を実施する場合、第1圧縮部11と第2圧縮部12が直列接続される。また、インジェクション弁98が開弁することにより、室内熱交換器20A,20Bから流出した冷媒がインジェクション配管97を流れる。インジェクション配管97を流れた冷媒はインジェクション配管97からバイパス配管151に流れ、さらに第2圧縮部12に吸入される。このように冷媒をインジェクションすることで、効率を向上させることができる。つまり、運転容量が小さいときに効率を向上させることができる。また、運転容量が小さいときは、冷媒回路に流す冷媒流量がさほど多くない。このため圧縮部を直列接続しても、十分に必要な量の冷媒を冷媒回路に流すことができる。
On the other hand, when heating operation is being performed and the operation capacity is small, specifically, when performing a low partial load operation with an operation capacity ratio R of 50% or less, the
また、一般に、運転容量比Rが50%以下である部分負荷運転時間は、1年を通じた空調装置の運転時間の半分以上を占める場合が多い。したがって、運転容量比Rが50%以下であるときに2つの圧縮部を直列接続するとともにインジェクション配管97に冷媒を流すことによって効率を高めることで、APFを大きく向上させることができる。
In general, the partial load operation time in which the operation capacity ratio R is 50% or less often occupies half or more of the operation time of the air conditioner throughout the year. Therefore, when the operating capacity ratio R is 50% or less, the APF can be greatly improved by increasing the efficiency by connecting the two compression parts in series and flowing the refrigerant through the
また、本実施形態に係る制御装置80は、暖房運転時の運転容量比Rが50%以下であるときに開度制御ルーチンを実行し、中間圧力Pmに基づいてインジェクション弁98の開度を制御している。より具体的には、制御装置80は、暖房運転時の運転容量比Rが50%以下であるときに、最も効率が高まるような目標中間圧力Pm*を計算し、実際の中間圧力Pmが目標中間圧力Pm*に近づくように、インジェクション弁98の開度を制御する。このような開度制御を実行することにより、最も効率的に部分負荷運転を行うことができる。
Further, the
また、制御装置80は、暖房運転時の運転容量比Rが50%以下であるときに、第2圧縮部12に吸入される冷媒の過熱度ΔTsを計算し、過熱度ΔTsが5℃以下であるときにはインジェクション流量が低下するように、インジェクション弁98の開度を制御している。このようにインジェクション弁98を制御することにより、第2圧縮部12に湿った冷媒が吸入されることを防止できる。
Further, the
また、本実施形態の空調装置1は、インジェクション配管97を流れる冷媒を加熱して蒸発させるためのサブ熱交換器70を備え、このサブ熱交換器70でガスエンジンEGを冷却した冷却水(エンジン冷却水)とインジェクション配管97を流れる冷媒とを熱交換させている。このようにエンジンの排熱をうまく利用してインジェクションさせる冷媒を蒸発させることができる。
Further, the air conditioner 1 of the present embodiment includes a
また、本実施形態で用いるスクロール圧縮機100は、冷媒ガスが吸入される吸入口(11a,12a)と、冷媒ガスが吐出される吐出口(11b,12b)と、内部に形成される圧縮室110(110a,110b,110c)と、圧縮室110(110a,110b)と吸入口とを接続する吸入側通路(第1通路101、第2通路102)と、圧縮室110(110c)と吐出口とを接続する吐出側通路(第3通路103)と、吸入側通路に設けられ、吸入口から圧縮室110(110a,110b)に向かう冷媒の流れを許容しその反対の流れを遮断するリード弁104とを備える。リード弁104の存在によって、スクロール圧縮機100で発生する圧力脈動がインジェクション配管97を流れる冷媒に伝達されることが防止される。よって、インジェクション流量を最適化することができ、これにより効率をより向上させることができる。
Further, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、暖房運転中であって運転容量比Rが50%以下の部分負荷運転時に、第1圧縮部11と第2圧縮部12を直列接続するとともにインジェクション配管97内に冷媒が流れるように構成したが、冷房運転中であって運転容量比Rが所定の閾値(例えば50%)以下の部分負荷運転時に、第1圧縮部11と第2圧縮部12を直列接続するとともにインジェクション配管97内に冷媒が流れるように構成してもよい。なお、この場合、サブ熱交換器70で冷媒を蒸発させるのではなく、気液分離器によって凝縮器(室外熱交換器)を流出した冷媒を液冷媒とガス冷媒に分離し、分離したガス冷媒のみをインジェクション配管97内に流すように構成すればよい。また、上記実施形態では、運転容量比Rが50%以下であるか否かによって第1圧縮部11と第2圧縮部12とを並列接続するか直列接続するかを切り換えているが、切り換えの閾値はこれに限定されない。例えば運転容量比Rが60%以下であるか否かによって第1圧縮部11と第2圧縮部12とを並列接続するか直列接続するかを切り換えても良い。また、本発明が適用される圧縮部としては、スクロール圧縮機でもよいし、それ以外の圧縮機でもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention should not be limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the
1…空調装置、10…圧縮ユニット、11…第1圧縮部、11a…第1吸入口、11b…第1吐出口、12…第2圧縮部、12a…第2吸入口、12b…第2吐出口、131…第1吐出配管、132…第2吐出配管、141…第1吸入配管、142…第2吸入配管、151…バイパス配管、152…バイパス弁、153…中間圧力センサ、171…温度センサ、172…吐出圧力センサ、173…吸入圧力センサ、20A,20B…室内熱交換器(凝縮器、蒸発器)、21A,21B…流量制御弁、30…室外熱交換器(蒸発器、凝縮器)
40…膨張弁、50…四方切換弁、60…アキュムレータ、70…サブ熱交換器、80…制御装置(弁制御部)、91…第1配管、92…第2配管、93…第3配管、94…第4配管、95…第5配管、96…中間配管、97…インジェクション配管、98…インジェクション弁、100…スクロール圧縮機、101…第1通路、102…第2通路、103…第3通路、104…リード弁、110…圧縮室、EG…ガスエンジン、Pd…吐出圧力、Ps…吸入圧力、Pm…中間圧力、Pm…目標中間圧力、R…運転容量比、V…運転容量、Vmax…定格容量、ΔTs…過熱度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air conditioning apparatus, 10 ... Compression unit, 11 ... 1st compression part, 11a ... 1st suction port, 11b ... 1st discharge port, 12 ... 2nd compression part, 12a ... 2nd suction port, 12b ... 2nd discharge Outlet, 131 ... first discharge pipe, 132 ... second discharge pipe, 141 ... first suction pipe, 142 ... second suction pipe, 151 ... bypass pipe, 152 ... bypass valve, 153 ... intermediate pressure sensor, 171 ...
40 ... expansion valve, 50 ... four-way switching valve, 60 ... accumulator, 70 ... sub heat exchanger, 80 ... control device (valve control unit), 91 ... first pipe, 92 ... second pipe, 93 ... third pipe, 94: Fourth piping, 95: Fifth piping, 96: Intermediate piping, 97: Injection piping, 98: Injection valve, 100: Scroll compressor, 101: First passage, 102: Second passage, 103:
Claims (3)
第2吸入口および第2吐出口を有し、前記第2吸入口からガス冷媒を吸入するとともに吸入したガス冷媒を圧縮して前記第2吐出口から吐出する第2圧縮部と、
前記第1吐出口に接続され、前記第1吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第1吐出配管と、
前記第2吐出口に接続され、前記第2吐出口から吐出されたガス冷媒が流れる第2吐出配管と、
前記第1吐出配管および前記第2吐出配管を流れる冷媒が流入されるとともに流入された冷媒を凝縮するよう構成される凝縮器と、
前記凝縮器から流出した冷媒を蒸発するよう構成される蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する中間配管と、
前記蒸発器から流出した冷媒を前記第1吸入口に導くよう構成された第1吸入配管と、
前記蒸発器から流出した冷媒を前記第2吸入口に導くよう構成された第2吸入配管と、
前記第1吐出配管と前記第2吸入配管とを接続するバイパス配管と、
前記バイパス配管の途中に介装されたバイパス弁と、
前記中間配管と前記バイパス配管とを接続するインジェクション配管と、
前記インジェクション配管の途中に介装されたインジェクション弁と、
定格容量に対する運転容量の比率を表す運転容量比が予め定められた閾値よりも大きいときに前記バイパス弁および前記インジェクション弁が閉弁し、前記運転容量比が前記閾値以下であるときに前記バイパス弁および前記インジェクション弁が開弁するように、前記バイパス弁の動作および前記インジェクション弁の動作を制御する弁制御部と、
を備える、空調装置。 A first compression section that has a first suction port and a first discharge port, sucks gas refrigerant from the first suction port, compresses the sucked gas refrigerant, and discharges the gas refrigerant from the first discharge port;
A second compression section that has a second suction port and a second discharge port, sucks gas refrigerant from the second suction port, compresses the sucked gas refrigerant, and discharges it from the second discharge port;
A first discharge pipe connected to the first discharge port, through which the gas refrigerant discharged from the first discharge port flows;
A second discharge pipe connected to the second discharge port, through which the gas refrigerant discharged from the second discharge port flows;
A condenser configured to condense the refrigerant flowing in and flowing in the refrigerant flowing through the first discharge pipe and the second discharge pipe;
An evaporator configured to evaporate the refrigerant flowing out of the condenser;
An intermediate pipe connecting the condenser and the evaporator;
A first suction pipe configured to guide the refrigerant flowing out of the evaporator to the first suction port;
A second suction pipe configured to guide the refrigerant flowing out of the evaporator to the second suction port;
A bypass pipe connecting the first discharge pipe and the second suction pipe;
A bypass valve interposed in the middle of the bypass pipe;
An injection pipe connecting the intermediate pipe and the bypass pipe;
An injection valve interposed in the middle of the injection pipe;
The bypass valve and the injection valve are closed when an operation capacity ratio representing a ratio of the operation capacity to the rated capacity is larger than a predetermined threshold value, and when the operation capacity ratio is less than the threshold value, the bypass valve And a valve control unit for controlling the operation of the bypass valve and the operation of the injection valve so that the injection valve is opened,
An air conditioner.
前記弁制御部は、前記運転容量比が前記閾値以下であるときに、前記バイパス配管内を流れる冷媒の圧力に基づいて、前記インジェクション弁の開度を制御する、空調装置。 The air conditioner according to claim 1,
The said valve control part is an air conditioner which controls the opening degree of the said injection valve based on the pressure of the refrigerant | coolant which flows through the said bypass piping, when the said operation capacity ratio is below the said threshold value.
前記閾値が50%である、空調装置。 In the air conditioner according to claim 1 or 2,
An air conditioner in which the threshold is 50%.
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