JP2017138067A

JP2017138067A - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP2017138067A
Application number: JP2016019982A
Authority: JP
Inventors: 伊織丸橋; Iori Maruhashi; 文紀河野; Fuminori Kono; 道美日下; Michimi Kusaka; 朋一郎田村; Tomoichiro Tamura; 良美林; Yoshimi Hayashi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: JP6643711B2

Abstract

【課題】圧縮機の信頼性を高めるうえで有利な冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】本開示の冷凍サイクル装置１０ａは、蒸発器１と、圧縮機２と、凝縮器３と、液流路３４と、冷媒供給路５０と、冷媒排出路６０とを備えている。蒸発器１は、常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を液相で貯留しつつ液相の冷媒を蒸発させる。圧縮機２は、電動機と、冷却器とを備え、気相の前冷媒を圧縮する。冷却器は、液相の冷媒が流入する流入口及び液相の冷媒が流出する流出口を有し、電動機を冷却する。冷媒供給路５０は、液流路３４の途中に位置する分岐点Ｂと流入口とを接続し、液流路３４を流れる液相の冷媒の一部を冷却器に供給する。【選択図】図１

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機として、冷媒ガスによってモータを冷却する圧縮機が知られている。

例えば、特許文献１には、図５に示す通り、スクロール圧縮機３００が記載されている。スクロール圧縮機３００は、冷媒が循環する冷凍サイクルを繰り返す冷媒回路において冷媒ガスを圧縮する役割を有する。スクロール圧縮機３００は、ケーシング３１０と、圧縮機構３１５と、駆動モータ３１６と、クランクシャフト３１７と、吐出管３２０とを備えている。ケーシング３１０には、圧縮機構３１５と、駆動モータ３１６と、クランクシャフト３１７とが収容されている。また、ケーシング３１０の壁部には、吐出管３２０が気密状に溶接されている。

駆動モータ３１６は、主に、ステータ３５１と、ロータ３５２とから構成されている。ステータ３５１は、ケーシング３１０の内周面に固定されている。ロータ３５２は、ステータ３５１の内側にギャップを設けて配置されている。ステータ３５１の外周面には、ステータ３５１の上端面から下端面に亘りモータ冷却通路３５５が形成されている。クランクシャフト３１７の軸回転により、圧縮機構３１５の圧縮室に低温低圧の冷媒が供給される。圧縮機構３１５の圧縮室に供給された冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となり、圧縮機構３１５の吐出孔から圧縮冷媒が吐出される。圧縮機構３１５から吐出された圧縮冷媒はモータ冷却通路３５５を下降する。その後、圧縮冷媒の流れの向きが反転し、圧縮冷媒は、別のモータ冷却通路３５５等の通路を上昇して、吐出管３２０からスクロール圧縮機３００の外部に吐出される。

また、地球温暖化防止等の環境保全の観点から、冷媒として水を用いた蒸気圧縮式冷凍機も知られている。例えば、特許文献２には、図６に示す通り、冷媒として水を用いる蒸気圧縮式冷凍機における電動圧縮機５００が記載されている。電動圧縮機５００は、圧縮機５０１Ａと電動機５０１Ｂとが一体化されて構成されている。圧縮機５０１Ａは、インペラ５１１及びハウジング５１２を備えている。インペラ５１１は回転軸５１３を有する。ハウジング５１２は、インペラ５１１を囲み、かつ、冷媒流路を形成している。電動機５０１Ｂは、ロータ５２１と、ステータ５２２と、ハウジング５２５とを備えている。ロータ５２１及びステータ５２２がハウジング５２５の内部に収容されている。ロータ５２１は、インペラ５１１の回転軸５１３と一体化されている。ハウジング５２５には冷媒吸入口５２５ａが形成され、冷媒吸入口５２５ａは、冷媒配管５３１に支流配管５３１ａを介して接続されている。

蒸発器からの冷媒の大部分は冷媒配管５３１を通って圧縮機５０１Ａの内部に送られ、蒸発器からの冷媒の一部は支流配管５３１ａを通って電動機５０１Ｂの内部に送られる。電動機５０１Ｂ内へ送られた冷媒は、例えばロータ５２１とステータ５２２との隙間を通過し、その後所定の隙間を通過して圧縮機５０１Ａの内部へ送られる。電動圧縮機５００を備えた蒸気圧縮式冷凍機の冷媒として水が用いられているので、電動圧縮機５００へ送られる冷媒ガスは水蒸気である。

特開２０１５−１６６５５３号公報特開２０１１−１３３１４２号公報

特許文献１及び２に記載の技術は、冷凍サイクル装置の圧縮機の信頼性を高める観点から改良の余地を有している。本開示は、圧縮機の信頼性を高めるのに有利な冷凍サイクル装置を提供する。

本開示は、
常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を液相で貯留しつつ液相の前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電動機と、前記電動機によって駆動されて回転する回転体と、液相の前記冷媒が流入する流入口及び液相の前記冷媒が流出する流出口を有する、前記電動機を冷却する冷却器とを含み、前記回転体の回転によって前記蒸発器で液相の前記冷媒の蒸発により発生した気相の前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された気相の前記冷媒を凝縮させつつ液相の前記冷媒を貯留する凝縮器と、
前記凝縮器に貯留された液相の前記冷媒を流通させて前記蒸発器に供給する液流路と、
前記液流路の途中に位置する分岐点と前記冷却器の前記流入口とを接続し、前記液流路を流れる液相の前記冷媒の一部を前記冷却器に供給する冷媒供給路と、
前記冷却器の前記流出口と前記凝縮器とを接続し、前記冷却器に供給された液相の前記冷媒を前記凝縮器に戻す冷媒排出路と、を備えた、
冷凍サイクル装置を提供する。

上記の冷凍サイクル装置は、圧縮機の信頼性を有利に高めることができる。

第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図図１の圧縮機の一部を示す断面図図１の冷凍サイクル装置の動作の一例を示すフローチャート第２実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成図従来のスクロール圧縮機を示す断面図従来の蒸気圧縮式冷凍機における電動圧縮機を示す断面図

＜本発明者らの検討に基づく知見＞
特許文献１には、スクロール圧縮機３００が圧縮する冷媒の種類は具体的に記載されていない。空気調和に用いられる冷凍サイクル装置の冷媒としては、典型的にはＲ４１０Ａなどのハロゲン化炭化水素が使用されている。特許文献２に記載の技術のように、冷凍サイクル装置における冷媒として水などの常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を用いることも考えられる。この場合、特許文献１及び２に記載の技術のように、気相の冷媒を用いて圧縮機の電動機を冷却しても十分に電動機を冷却できない可能性がある。なぜなら、水などの常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒の気相は、ハロゲン化炭化水素の気相の密度に比べてかなり低い密度を有し、ハロゲン化炭化水素の気相と同等の冷却効果を発揮することは難しいからである。例えば、２０℃及び１ｋＰａの条件における水の気相の密度は、０．００８２７ｋｇ／ｍ³であり、２０℃におけるＲ４１０Ａの気相の密度の約３２８１分の１である。このため、冷凍サイクル装置における冷媒が常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である冷媒である場合に気相の冷媒を用いて圧縮機の電動機を冷却すると、電動機の冷却が不十分となり、電動機の発熱により電動機の部品の温度が上昇する。場合によっては、電動機の部品の温度が耐熱温度を超えて、圧縮機の信頼性が低下する可能性がある。また、電動機の発熱により電動機に使用されているコイルの巻き線抵抗が変化して圧縮機の性能が低下する可能性がある。

本開示の冷凍サイクル装置は、本発明者らによる上記の新たな知見に基づいて案出されたものである。

本開示の第１態様は、
常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を液相で貯留しつつ液相の前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電動機と、前記電動機によって駆動されて回転する回転体と、液相の前記冷媒が流入する流入口及び液相の前記冷媒が流出する流出口を有する、前記電動機を冷却する冷却器とを含み、前記回転体の回転によって前記蒸発器で液相の前記冷媒の蒸発により発生した気相の前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された気相の前記冷媒を凝縮させつつ液相の前記冷媒を貯留する凝縮器と、
前記凝縮器に貯留された液相の前記冷媒を流通させて前記蒸発器に供給する液流路と、
前記液流路の途中に位置する分岐点と前記冷却器の前記流入口とを接続し、前記液流路を流れる液相の前記冷媒の一部を前記冷却器に供給する冷媒供給路と、
前記冷却器の前記流出口と前記凝縮器とを接続し、前記冷却器に供給された液相の前記冷媒を前記凝縮器に戻す冷媒排出路と、を備えた、
冷凍サイクル装置を提供する。

第１態様によれば、凝縮器に貯留された液相の冷媒が液流路及び冷媒供給路を通って冷却器に供給される。このため、冷却器は、液相の冷媒を用いて圧縮機の電動機を冷却できる。その結果、圧縮機の電動機が十分に冷却されやすいので、圧縮機の信頼性を高めることができる。また、電動機の発熱により電動機に使用されているコイルの巻き線抵抗が変化して圧縮機の性能が低下することを抑制できる。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記冷媒排出路に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を調整する圧力調整機構と、前記冷媒排出路において前記冷却器の前記流出口と前記圧力調整機構との間に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の温度を検出する温度センサと、前記冷媒排出路において前記冷却器の前記流出口と前記圧力調整機構との間に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を検出する圧力センサと、をさらに備え、前記圧力調整機構は、前記温度センサによって検出された前記冷媒の温度及び前記圧力センサによって検出された前記冷媒の圧力に基づいて、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒が液相となる圧力に調整する、冷凍サイクル装置を提供する。第２態様によれば、冷媒排出路を流れる冷媒の圧力は、圧力調整機構によって冷媒排出路を流れる冷媒が液相となる圧力に調整されるので、冷却器における液相の冷媒の沸騰を抑制できる。例えば、圧縮機でなされる仕事が大きい運転条件においても、冷却器における冷媒の圧力を飽和圧力以上に調整でき、液相の冷媒の沸騰が抑制される。これにより、電動機を効率的に冷却でき、冷却器の冷却性能及び圧縮機の信頼性を高めることができる。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記液流路において前記凝縮器と前記分岐点との間に配置された循環ポンプをさらに備えた、冷凍サイクル装置を提供する。第３態様によれば、循環ポンプの働きにより、分岐点における液相の冷媒が所定の圧力以上の圧力を有する。これにより、分岐点から蒸発器に向かって延びる液流路における液相の冷媒の流量を安定させることができる。例えば、蒸発器が受ける負荷が小さく、凝縮器に貯留されている液相の冷媒の圧力と蒸発器に貯留されている液相の冷媒の圧力との差が小さい場合でも、分岐点における液相の冷媒が所定の圧力以上の圧力を有する。これにより、分岐点から蒸発器に向かって延びる液流路における液相の冷媒の流量及び冷媒供給路における液相の冷媒の流量が安定する。その結果、冷凍サイクル装置が安定的に運転され、冷却器の冷却性能及び圧縮機の信頼性をより高めることができる。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は例示に過ぎず、これらによって本発明が限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
図１に示す通り、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１０ａは、蒸発器１と、圧縮機２と、凝縮器３と、液流路３４と、冷媒供給路５０と、冷媒排出路６０とを備えている。蒸発器１は、常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を液相で貯留しつつ液相の冷媒を蒸発させる。圧縮機２は、図２に示す通り、電動機２１と、回転体２２と、冷却器２３とを含み、回転体２２の回転によって蒸発器１で液相の冷媒により発生した気相の冷媒を圧縮する。回転体２２は、電動機２１によって駆動されて回転する。冷却器２３は、液相の冷媒が流入する流入口２３ａ及び液相の冷媒が流出する流出口２３ｂを有し、電動機２１を冷却する。凝縮器３は、圧縮機２で圧縮された気相の冷媒を凝縮させつつ液相の冷媒を貯留する。液流路３４は、凝縮器２に貯留された液相の冷媒を流通させて蒸発器１に供給する。冷媒供給路５０は、液流路３４の途中に位置する分岐点Ｂと冷却器２３の流入口２３ａとを接続し、液流路３４を流れる液相の冷媒の一部を冷却器２３に供給する流路である。冷媒排出路６０は、冷却器２３の流出口２３ｂと凝縮器３とを接続し、冷却器２３に供給された液相の冷媒を凝縮器３に戻す流路である。

図１に示す通り、冷凍サイクル装置１０ａは蒸気流路４０をさらに備えている。蒸気流路４０は、上流流路４０ａ及び下流流路４０ｂを含む。上流流路４０ａは、蒸発器１における気相の冷媒の出口と圧縮機２における気相の冷媒の入口とを接続している。下流流路４０ｂは、圧縮機２における気相の冷媒の出口と凝縮器３における気相の冷媒の入口とを接続している。

冷凍サイクル装置１０ａには、常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒が充填されている。例えば、水を主成分として含む冷媒が冷凍サイクル装置１０ａに充填されている。なお、本明細書において、「主成分」とは質量比で最も多く含まれる成分を意味する。冷凍サイクル装置１０ａが運転されているとき、冷凍サイクル装置１０ａの内部の圧力は大気圧よりも低い。

蒸発器１は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。蒸発器１は、液相の冷媒を貯留しつつ、液相の冷媒を蒸発させる。蒸発器１の内部の液相の冷媒は、蒸発器１の外部からもたらされる熱を吸収することによって加熱され、沸騰する。蒸発器１は、直接型の熱交換器として構成されていてもよいし、間接型の熱交換器として構成されていてもよい。例えば、蒸発器１は、フィンチューブ式熱交換器又はシェルチューブ式熱交換器として構成されていてもよい。蒸発器１の内部には、液相の冷媒を加熱するための熱源が設けられていてもよい。例えば、蒸発器１の内部には、熱源となる熱媒体を通過させる配管が設けられていてもよい。蒸発器１によって、空気若しくは空気以外の気体又は液体が冷却される。

蒸発器１において液相の冷媒の蒸発により発生した気相の冷媒は、上流流路４０ａを通って圧縮機２に供給される。圧縮機２に吸い込まれる冷媒の圧力は、例えば、０．３〜５ｋＰａである。圧縮機２において気相の冷媒が圧縮され、圧縮機２から吐出される。圧縮機２から吐出される冷媒の圧力は、例えば、３〜１５ｋＰａである。

圧縮機２は、速度型の圧縮機であってもよいし、容積型の圧縮機であってもよい。圧縮機２の回転体２２は、例えば、図２に示すように、シャフト２２ａ及びインペラ２２ｂを含む。インペラ２２ｂはシャフト２２ａに固定されている。電動機２１は、例えば、ロータ及びステータ（図示省略）を含み、シャフト２２ａの軸線方向にインペラ２２ｂから所定の距離だけ離れた位置で電動機２１のロータがシャフト２２ａに固定されている。電動機２１は、ケーシング（図示省略）の内部に収容されている。

冷却器２３は、例えば、圧縮機２のケーシングの内部で電動機２１を取り囲むように配置されている。冷却器２３は、流入口２３ａを通って供給された液相の冷媒によって電動機２１を間接的に冷却する。冷却器２３は、例えば、圧縮機２のケーシングの内部で電動機２１の周りに形成された液相の冷媒のための流路を有する。この場合、冷却器２３における液相の冷媒のための流路は、例えば、公知のプレート熱交換器の伝熱面、公知の熱交換器に用いられているコルゲート管の伝熱面、又は平滑な伝熱面によって形成されている。冷却器２３は、液相の冷媒を用いて電動機２１を冷却できる限り、着脱可能なジャケットによって形成されていてもよいし、電動機２１の周りに巻き回された配管によって形成されていてもよい。

圧縮機２から吐出された冷媒は、下流流路４０ｂを通って凝縮器３に供給される。凝縮器３は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。凝縮器３は、気相の冷媒を凝縮させつつ液相の冷媒を貯留する。例えば、凝縮器３に供給された過熱状態の気相の冷媒は、凝縮器３の外部への放熱により冷却された液相の冷媒と直接的又は間接的に接触する。これにより、気相の冷媒が冷却されて凝縮する。凝縮器３は、間接型の熱交換器として構成されていてもよいし、直接型の熱交換器として構成されていてもよい。凝縮器３は、例えば、フィンチューブ式熱交換器又はシェルチューブ式熱交換器として構成されている。この場合、例えば、凝縮器３の外部の熱媒体によって凝縮器３の内部の気相の冷媒が冷却され凝縮する。凝縮器３の内部に気相の冷媒を冷却するための吸熱源が設けられていてもよい。例えば、凝縮器３の内部に吸熱源となる熱媒体を通過させる配管が設けられていてもよい。凝縮器３によって、空気若しくは空気以外の気体又は液体が加熱される。

凝縮器３に貯留されている液相の冷媒は、液流路３４を通って蒸発器１に供給される。液流路３４は凝縮器３と蒸発器１とを接続している。液流路３４は、凝縮器３に貯留されている液相の冷媒の液面より下方において凝縮器３に接続されている。また、液流路３４は、蒸発器１に貯留されている液相の冷媒の液面より下方において蒸発器１に接続されている。

図１に示す通り、冷凍サイクル装置１０ａは、例えば、流量調整機構８をさらに備えている。流量調整機構８は例えば液流路３４に配置されている。液相の冷媒は、流量調整機構８を通過することにより減圧される。このため、流量調整機構８は、減圧機構としての機能を有する。流量調整機構８の働きにより、冷凍サイクル装置１０ａの運転状態に応じて液流路３４における液相の冷媒の流量が調整される。流量調整機構８は、例えば開度を調整可能な電動弁である。流量調整機構８は、場合によっては開閉弁であってもよい。この場合、流量調整機構８を閉じることによって凝縮器３から液流路３４を通って蒸発器１に液相の冷媒を供給することを停止することもできる。冷凍サイクル装置１０ａが運転されているときに、凝縮器３に貯留されている液相の冷媒の飽和蒸気圧は、蒸発器１に貯留されている液相の冷媒の飽和蒸気圧よりも大きい。この圧力差及び凝縮器３に貯留されている液相の冷媒の液面の高さと蒸発器１に貯留されている液相の冷媒の液面の高さとの差（液面ヘッド差）を駆動力として、凝縮器３から液流路３４を通って蒸発器１に液相の冷媒が供給される。

液流路３４を流れる液相の冷媒の一部は冷媒供給路５０を通過して冷却器２３に供給される。これにより、凝縮器３に貯留された液相の冷媒が液流路３４及び冷媒供給路５０を通って冷却器２３に供給され、液相の冷媒を用いて圧縮機２の電動機２１を冷却できる。このため、冷却器２３の冷却性能が高いので圧縮機２の信頼性が高まる。液流路３４における分岐点Ｂは、例えば液流路３４において凝縮器３と流量調整機構８との間に位置している。

図１に示す通り、冷凍サイクル装置１０ａは、例えば、循環ポンプ４をさらに備えている。循環ポンプ４は、例えば冷媒供給路５０に配置されている。循環ポンプ４は、循環ポンプ４の吸込口から凝縮器３に貯留されている液相の冷媒の液面までの高さが必要吸込ヘッド（required NPSH）よりも大きくなるような位置に配置されている。冷媒供給路５０は、例えば、第一供給路５０ａ及び第二供給路５０ｂを含む。第一供給路５０ａは、分岐点Ｂから循環ポンプ４の吸込口まで延びている。第二供給路５０ｂは、循環ポンプ４の吐出口から圧縮機２の冷却器２３の流入口２３ａまで延びている。

図１に示す通り、冷凍サイクル装置１０ａは、例えば、圧力調整機構７と、温度センサ５と、圧力センサ６とをさらに備えている。圧力調整機構７は、冷媒排出路６０に配置され、冷媒排出路６０を流れる冷媒の圧力を調整する。圧力調整機構７は、例えば、開度を調整可能な電動弁である。温度センサ５は、冷媒排出路６０において冷却器２３の流出口２３ｂと圧力調整機構７との間に配置され、冷媒排出路６０を流れる冷媒の温度を検出する。温度センサ５としては、熱電対を有する温度センサ又は赤外線検出器を有する温度センサなど公知の温度センサを用いることができる。圧力センサ６は、冷媒排出路６０において冷却器２３の流出口２３ｂと圧力調整機構７との間に配置され、冷媒排出路６０を流れる冷媒の圧力を検出する。圧力センサ６は、例えば、冷媒排出路６０を流れる冷媒の静圧を検出する。圧力調整機構７は、温度センサ５によって検出された冷媒の温度及び圧力センサ６によって検出された冷媒の圧力に基づいて、冷媒排出路６０を流れる冷媒の圧力を、冷媒排出路６０を流れる冷媒が液相となる圧力に調整する。これにより、冷却器２３における液相の冷媒の沸騰を抑制できる。例えば、圧縮機２でなされる仕事が大きい運転条件においても、冷却器２３における冷媒の圧力を飽和圧力以上に調整でき、液相の冷媒の沸騰が抑制される。これにより、電動機２１を効率的に冷却でき、冷却器２３の冷却性能及び圧縮機２の信頼性を高めることができる。

冷凍サイクル装置１０ａの運転中において、凝縮器３の液相の冷媒の飽和蒸気圧と蒸発器１の液相の冷媒の飽和蒸気圧との差、液面ヘッド差、及び循環ポンプ４の出力を駆動力として、液相の冷媒が冷媒供給路５０及び冷媒排出路６０を流れる。このとき、温度センサ５によって検出される温度が所定の範囲に収まるように循環ポンプ４の送液量が調整される。また、温度センサ５によって検出される温度に基づいて定まる飽和圧力に応じて圧力調整機構７が調整される。これにより、電動機２１を適切に冷却でき、圧縮機２の信頼性を高めることができる。また、電動機２１に使用されているコイルの巻き線抵抗の変化による圧縮機２の性能低下を抑制できる。

図１に示す通り、冷媒排出路６０は、例えば、第一排出路６０ａ及び第二排出路６０ｂを含んでいる。第一排出路６０ａは、冷却器２３の流出口２３ｂと圧力調整機構７の入口とを接続する流路である。第二排出流路６０ｂは、圧力調整機構７の出口と凝縮器３とを接続する流路である。温度センサ５及び圧力センサ６は、例えば、第一排出路６０ａに配置されている。第一排出路６０ａにおける温度センサ５及び圧力センサ６の配置は特に制限されない。温度センサ５及び圧力センサ６は、例えば、第一排出路６０ａにおいて圧力調整機構７の近傍に配置されている。温度センサ５及び圧力センサ６の配置の順序は特に限定されない。

図１に示す通り、冷凍サイクル装置１０ａは、例えば制御器９をさらに備えている。制御器９は、例えば、入出力インターフェース、ＣＰＵ等の演算装置、所定のプログラム及び演算装置による演算結果が記憶されるＲＡＭ等の主記憶装置、並びにＲＯＭ等の補助記憶装置を備えたマイクロコンピュータである。制御器９は、有線接続又は無線接続によって温度センサ５及び圧力センサ６に接続されている。制御器９には、温度センサ５によって検出された温度Ｔ１を示す情報及び圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２を示す情報が入力される。制御器９は、有線接続又は無線接続によって循環ポンプ４及び圧力調整機構７に接続されている。制御器９は、循環ポンプ４による送液量を調整するための制御信号を循環ポンプ４に向かって出力する。また、制御器９は、圧力調整機構７を制御するための制御信号を圧力調整機構７に向かって出力する。

制御器９によってなされる冷凍サイクル装置１０ａの動作の一例を示す。図３に示すように、制御器９は、ステップＳ１０１において温度センサ５によって検出された温度Ｔ１及び圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２に関する情報を温度センサ５及び圧力センサ６から取得する。次に、制御器９は、ステップＳ１０２に進み、温度Ｔ１から冷媒の飽和圧力を算出する。例えば、冷媒の温度と冷媒の飽和圧力との関係を示したテーブルが制御器９に記憶されており、制御器９はこのテーブルを参照して温度Ｔ１における冷媒の飽和圧力Ｐ１を決定する。次に、制御器９は、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２で算出した冷媒の飽和圧力Ｐ１が圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２以下であるか否かを判断する。

ステップＳ１０３における判断結果がＹｅｓの場合、制御器９は、ステップＳ１０４に進む。一方、ステップＳ１０３における判断結果がＮｏの場合、制御器９は、ステップＳ１０５に進み、Ｐ１≦Ｐ２となるように圧力調整機構７を調整する。例えば、圧力調整機構７である電動弁の開度を小さくする。制御器９は、ステップＳ１０５の処理が実行された後、ステップＳ１０１の処理に戻る。これにより、圧力調整機構７の働きによって、Ｐ１≦Ｐ２の条件が満たされ、冷却器２３における冷媒の圧力を飽和圧力以上に調整できる。

制御器９は、ステップＳ１０４において、温度Ｔ１が所定の閾値β以下であるか否かを判断する。しきい値βは、温度Ｔ１として許容される温度の上限値である。ステップＳ１０４における判断結果がＹｅｓである場合、制御器９はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０４における判断結果がＮｏである場合、制御器９はステップＳ１０７に進み、圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２が所定のしきい値ＰＱ１以下であるか否かを判断する。しきい値ＰＱ１は、循環ポンプ４のポンプ圧特性及び配管設計の観点から圧力Ｐ２として許容される圧力の上限値である。ステップＳ１０７における判断結果がＹｅｓである場合、制御器９は、ステップＳ１０８に進み、Ｔ１≦βとなるように循環ポンプ４の送液量を調整する。例えば、循環ポンプ４による送液量を増加させる。これにより、圧縮機２でなされる仕事が大きい運転条件において、冷却器２３における冷媒の温度が上昇しすぎることを抑制でき、電動機２１を適切に冷却できる。制御器９は、ステップＳ１０８の後、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０７における判断結果がＮｏである場合、制御器９は、ステップＳ１０９に進み、Ｐ２≦ＰＱ１となるように圧力調整機構７を調整する。例えば、圧力調整機構７である電動弁の開度を大きくする。これにより、Ｐ２が過剰に大きくなることを防止できる。例えば、循環ポンプ４による送液量の増加によってＰ２が過剰に大きくなることを防止できる。制御器９は、ステップＳ１０９の後、ステップＳ１０１に戻る。

制御器９は、ステップＳ１０６において、圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２が所定のしきい値ＰＱ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ１０６における判断結果がＹｅｓである場合、制御器９は一連の処理を終了する。ステップＳ１０６における判断結果がＮｏである場合、制御器９は、ステップＳ１１０に進み、Ｐ２≦ＰＱ１となるように圧力調整機構７を調整する。例えば、圧力調整機構７である電動弁の開度を大きくする。制御器９は、ステップＳ１１０の後、ステップＳ１０１に戻る。

上記の一連の処理は、所定のイベントをトリガとして開始される。上記の一連の処理は、冷凍サイクル装置１０ａの運転開始から所定期間が経過した時に開始されてもよいし、冷凍サイクル装置１０ａの運転中に定期的に開始されてもよい。

（変形例）
冷凍サイクル装置１０ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、冷凍サイクル装置１０ａは、蒸気流路４０に、複数の圧縮機２を備えていてもよい。この場合、低圧側の圧縮機と高圧側の圧縮機との間に中間冷却器が配置されていてもよい。中間冷却器は、低圧側の圧縮機で圧縮された気相の冷媒を冷却する。これにより、高圧側圧縮機の性能及び圧縮機の信頼性を向上させることができる。中間冷却器で気相の冷媒を冷却するために使用される流体（熱媒体）としては、外部空気又は冷凍サイクル装置１０ａの特定部分を流れる冷媒を利用できる。例えば、中間冷却器で気相の冷媒を冷却するために使用される流体として、冷媒供給路５０を流れている液相の冷媒を利用できる。中間冷却器において気相の冷媒を冷却するために使用される流体（熱媒体）として、外部空気と冷媒供給路５０を流れている液相の冷媒とが併用されてもよい。冷凍サイクル装置１０ａは、複数の中間冷却器を備えていてもよい。冷凍サイクル装置１０ａがｎ台（ｎは３以上の整数）の圧縮機を備えている場合、例えばｎ−１台の中間冷却器が蒸気流路４０に配置される。

冷凍サイクル装置１０ａにおいて、Ｐ１≦Ｐ２の条件は常に満たされていることが望ましい。このため、制御器９は、上記のステップＳ１０３の判断に代えて、圧力センサ６によって検出された圧力Ｐ２から温度Ｔ１における冷媒の飽和圧力Ｐ１を差し引いた差が所定の閾値γ（γ＞０）より小さいか否かを判断してもよい。この場合、例えば、ステップＳ１０５に代えて、Ｐ２−Ｐ１が拡大するように圧力調整機構７を調整するステップが実行される。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る冷凍サイクル装置１０ｂは、特に説明する場合を除き、冷凍サイクル装置１０ａと同様に構成される。冷凍サイクル装置１０ａの構成要素と同一又は対応する冷凍サイクル装置１０ｂの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。冷凍サイクル装置１０ａ及びその変形例に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、冷凍サイクル装置１０ｂにもあてはまる。

図４に示す通り、冷凍サイクル装置１０ｂは循環ポンプ４を備えている。循環ポンプ４は、液流路３４において凝縮器３と分岐点Ｂとの間に配置されている。この循環ポンプ４の働きにより、分岐点Ｂにおける液相の冷媒が所定の圧力以上の圧力を有する。これにより、分岐点Ｂから蒸発器１に向かって延びる液流路３４における液相の冷媒の流量を安定させることができる。このため、流量調整機構８を適切に制御できる。また、冷媒供給路５０における液相の冷媒の流量を安定化させやすくなり、圧縮機２の信頼性を高めることができる。

本開示の冷凍サイクル装置は、圧縮機の信頼性及び性能を高めることができ、空気調和装置、チラー、及び蓄熱装置等の用途に利用できる。

１蒸発器
２圧縮機
３凝縮器
４循環ポンプ
５温度センサ
６圧力センサ
７圧力調整機構
１０ａ、１０ｂ冷凍サイクル装置
２１電動機
２２回転体
２３冷却器
２３ａ流入口
２３ｂ流出口
３４液流路
５０冷媒供給路
６０冷媒排出路
Ｂ分岐点

Claims

常温における飽和蒸気圧が大気圧以下である成分を主成分として含む冷媒を液相で貯留しつつ液相の前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
電動機と、前記電動機によって駆動されて回転する回転体と、液相の前記冷媒が流入する流入口及び液相の前記冷媒が流出する流出口を有する、前記電動機を冷却する冷却器とを含み、前記回転体の回転によって前記蒸発器で液相の前記冷媒の蒸発により発生した気相の前記冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された気相の前記冷媒を凝縮させつつ液相の前記冷媒を貯留する凝縮器と、
前記凝縮器に貯留された液相の前記冷媒を流通させて前記蒸発器に供給する液流路と、
前記液流路の途中に位置する分岐点と前記冷却器の前記流入口とを接続し、前記液流路を流れる液相の前記冷媒の一部を前記冷却器に供給する冷媒供給路と、
前記冷却器の前記流出口と前記凝縮器とを接続し、前記冷却器に供給された液相の前記冷媒を前記凝縮器に戻す冷媒排出路と、を備えた、
冷凍サイクル装置。
前記冷媒排出路に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を調整する圧力調整機構と、
前記冷媒排出路において前記冷却器の前記流出口と前記圧力調整機構との間に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記冷媒排出路において前記冷却器の前記流出口と前記圧力調整機構との間に配置され、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を検出する圧力センサと、をさらに備え、
前記圧力調整機構は、前記温度センサによって検出された前記冷媒の温度及び前記圧力センサによって検出された前記冷媒の圧力に基づいて、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒の圧力を、前記冷媒排出路を流れる前記冷媒が液相となる圧力に調整する、
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記液流路において前記凝縮器と前記分岐点との間に配置された循環ポンプをさらに備えた、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。