JP2017155944A - Refrigeration cycle device and hot water heating device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱器から流出した冷媒の一部をバイパスし、主流冷媒とバイパス流冷媒との間で熱交換を行って主流冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that bypasses a part of refrigerant flowing out of a radiator and performs heat exchange between the mainstream refrigerant and the bypass refrigerant to supercool the mainstream refrigerant.
従来、この種の冷凍サイクル装置および温水暖房装置は冷媒回路の放熱器の下流側に過冷却熱交換器が設けられ、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放熱器から流出した冷媒を過冷却している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of refrigeration cycle apparatus and hot water heating apparatus is provided with a supercooling heat exchanger on the downstream side of the radiator of the refrigerant circuit, and from the radiator by allowing the expanded refrigerant to flow into the supercooling heat exchanger. The refrigerant that has flowed out is supercooled (see, for example, Patent Document 1).
図5は、特許文献1に記載された従来の冷凍サイクル装置を示すものである。
FIG. 5 shows a conventional refrigeration cycle apparatus described in
図5に示すように、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、放熱器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。
As shown in FIG. 5, the
バイパス路120は、過冷却熱交換器113と主膨張弁114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。
The
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(圧縮機吐出管温度)Tdを検出する温度センサ141と、蒸発器115に流入する冷媒の温度(蒸発器入口温度)Teを検出する温度センサ142と、バイパス路120において過冷却熱交換器113に流入する冷媒の温度(バイパス側入口温度)Tbiを検出する温度センサ143と、バイパス路120において過冷却熱交換器113から流出する冷媒の温度(バイパス側出口温度)Tboを検出する温度センサ144とを備えている。
Further, the
そして、温度センサ142で検出される蒸発器入口温度Teから圧縮機の吐出管の目標温度Td(target)が設定され、温度センサ141で検出された吐出管温度Tdが、その目標温度Td(target)となるように、主膨張弁114を制御する主膨張弁制御部と、過冷却熱交換器113でのバイパス側出口温度Tboとバイパス側入口温度Tbiとの差(Tbo−Tbi)が所定の目標値となるようにバイパス膨張弁121を制御するバイパス膨張弁制御部から構成されている。
The target temperature Td (target) of the discharge pipe of the compressor is set from the evaporator inlet temperature Te detected by the
しかしながら、前記従来の構成では、バイパス膨張弁121はバイパス路120の入口側と出口側の温度差、即ち、バイパス路120出口の過熱度を制御するように動作するので、バイパス路120出口の冷媒状態を湿り状態に制御することができない。
However, in the conventional configuration, the
その為に、外気温度が−20℃のような極低温時の暖房運転時にバイパス膨張弁121を開けた場合、バイパス路120の冷媒流量が適正量まで増加するまでの間に、バイパス
路120を流れる冷媒が、過冷却熱交換器113にて極端に加熱されて、圧縮機111の吸入冷媒状態が過度の過熱状態となり、圧縮機111の吐出温度が異常上昇してしまう可能性がある。
Therefore, when the
従って、極低温外気温度時はバイパス路120を使用することができず、バイパス路120使用による運転効率向上効果を得ることができないために、効率が悪く、十分な加熱能力を確保できないという課題を有していた。
Therefore, since the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、適正な冷凍サイクル状態に迅速に制御することで、低外気温度においても、加熱能力と効率を向上させることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a refrigeration cycle apparatus capable of improving heating capacity and efficiency even at a low outside air temperature by quickly controlling to an appropriate refrigeration cycle state. With the goal.
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、過冷却熱交換器、主膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記放熱器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐され、前記過冷却熱交換器を経由して、前記圧縮機の圧縮室、または、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続されたバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けられたバイパス膨張手段と、前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第1温度センサと、前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する第1飽和温度検出手段と、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する第2温度センサと、制御装置と、を備え、前記第1温度センサで検出される温度が、前記第1飽和温度検出手段で検出される飽和温度より高く、かつ、前記第2温度センサで検出される温度の所定時間における温度上昇値が所定値以上となったときに、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の開度を閉方向に動作させることを特徴とするものである。 In order to solve the conventional problems, a refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a compressor, a radiator, a supercooling heat exchanger, a main expansion means, a refrigerant circuit in which an evaporator is connected in an annular shape, and the radiator. Branched from the refrigerant circuit between the main expansion means, and connected to the compressor circuit of the compressor or the refrigerant circuit between the evaporator and the compressor via the supercooling heat exchanger The bypass passage, bypass expansion means provided on the upstream side of the supercooling heat exchanger in the bypass passage, a first temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing out of the supercooling heat exchanger, A first saturation temperature detecting means for detecting a saturation temperature of the refrigerant sucked into the compressor; a second temperature sensor for detecting a temperature of the refrigerant discharged from the compressor; and a controller. The temperature detected by the temperature sensor is the first saturation. The main expansion means and the bypass expansion means when the temperature rise value in a predetermined time of the temperature detected by the second temperature sensor is higher than a predetermined value that is higher than the saturation temperature detected by the temperature detection means. The opening is operated in the closing direction.
これにより、バイパス路の冷媒質量流量が過度に少ないことを検出でき、その場合に主膨張手段とバイパス膨張手段での減圧量を増加させることで、低圧側の蒸発器における冷媒の蒸発が促進され、低圧側に滞留していた液冷媒が高圧側に移動する。 As a result, it is possible to detect that the refrigerant mass flow rate in the bypass passage is excessively small. In this case, by increasing the pressure reduction amount in the main expansion means and the bypass expansion means, the evaporation of the refrigerant in the low pressure side evaporator is promoted. The liquid refrigerant staying on the low pressure side moves to the high pressure side.
したがって、バイパス膨張手段入口の冷媒が液状態となり、バイパス路への冷媒質量流量が迅速に増加することで、バイパス路出口の冷媒が短時間で飽和状態になるため、圧縮機の吐出温度の異常上昇を抑制できる。 Therefore, the refrigerant at the inlet of the bypass expansion means is in a liquid state, and the refrigerant mass flow rate to the bypass passage rapidly increases, so that the refrigerant at the outlet of the bypass passage is saturated in a short time. The rise can be suppressed.
本発明によれば、適正な冷凍サイクル状態に迅速に制御することで、低外気温度においても、加熱能力と効率を向上させることができる冷凍サイクル装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refrigerating-cycle apparatus which can improve a heating capability and efficiency also at low outdoor temperature can be provided by controlling to a suitable refrigerating-cycle state rapidly.
第1の発明は、圧縮機、放熱器、過冷却熱交換器、主膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記放熱器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐され、前記過
冷却熱交換器を経由して、前記圧縮機の圧縮室、または、前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続されたバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けられたバイパス膨張手段と、前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第1温度センサと、前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する第1飽和温度検出手段と、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する第2温度センサと、制御装置と、を備え、前記第1温度センサで検出される温度が、前記第1飽和温度検出手段で検出される飽和温度より高く、かつ、前記第2温度センサで検出される温度の所定時間における温度上昇値が所定値以上となったときに、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の開度を閉方向に動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置である。
A first invention includes a compressor, a radiator, a supercooling heat exchanger, a main expansion unit, a refrigerant circuit in which an evaporator is annularly connected, and a branch from the refrigerant circuit between the radiator and the main expansion unit A bypass path connected to the compressor chamber of the compressor or the refrigerant circuit between the evaporator and the compressor via the supercooling heat exchanger, and the excess of the bypass path. Bypass expansion means provided on the upstream side of the cooling heat exchanger, a first temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing out of the supercooling heat exchanger, and detecting the saturation temperature of the refrigerant sucked into the compressor A first saturation temperature detecting means, a second temperature sensor for detecting a temperature of the refrigerant discharged from the compressor, and a control device, wherein the temperature detected by the first temperature sensor is the first temperature sensor. Higher than the saturation temperature detected by the saturation temperature detection means, The opening degree of the main expansion means and the bypass expansion means is operated in the closing direction when the temperature rise value at a predetermined time of the temperature detected by the second temperature sensor becomes a predetermined value or more. The refrigeration cycle apparatus.
これにより、バイパス路の冷媒質量流量が過度に少ないことを判断でき、その場合に主膨張手段とバイパス膨張手段での減圧量を増加させることで、低圧側の蒸発器における冷媒の蒸発が促進され、低圧側に滞留していた液冷媒が高圧側に移動する。 Thus, it can be determined that the refrigerant mass flow rate in the bypass passage is excessively small, and in this case, by increasing the pressure reduction amount in the main expansion means and the bypass expansion means, evaporation of the refrigerant in the low pressure side evaporator is promoted. The liquid refrigerant staying on the low pressure side moves to the high pressure side.
したがって、バイパス膨張手段入口の冷媒が液状態となり、バイパス路への冷媒質量流量が迅速に増加することで、バイパス路出口の冷媒が短時間で飽和状態になるため、圧縮機の吐出温度の異常上昇を抑制できる。 Therefore, the refrigerant at the inlet of the bypass expansion means is in a liquid state, and the refrigerant mass flow rate to the bypass passage rapidly increases, so that the refrigerant at the outlet of the bypass passage is saturated in a short time. The rise can be suppressed.
したがって、外気温度が−20℃のような極低温時においても、過冷却熱交換器での主流冷媒とバイパス路を流がれる冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピー差増大効果、および、高圧側から低圧側への冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を活用することができ、より高い運転効率と十分な加熱能力を得ることができる。 Therefore, even when the outside air temperature is extremely low such as −20 ° C., the effect of increasing the enthalpy difference in the evaporator by heat exchange between the mainstream refrigerant in the supercooling heat exchanger and the refrigerant flowing through the bypass, and high pressure The pressure loss reduction effect of the low-pressure side refrigerant path by bypassing the refrigerant from the side to the low-pressure side can be utilized, and higher operating efficiency and sufficient heating capacity can be obtained.
第2の発明は、第1の発明において、前記温度上昇値が小さいときより大きいときの方が、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の閉方向への動作量が大きいことを特徴とする。 The second invention is characterized in that, in the first invention, when the temperature increase value is larger than when the temperature rise value is small, the operation amount in the closing direction of the main expansion means and the bypass expansion means is large.
これにより、減圧量の不足度合いに応じた主膨張手段とバイパス膨張手段の操作量となるので、幅広い負荷条件においても、バイパス膨張手段入口の冷媒状態が速やかに液化され、より短時間でバイパス路の出口の冷媒が飽和状態に制御することができる。 As a result, the amount of operation of the main expansion means and the bypass expansion means according to the degree of shortage of the decompression amount is obtained, so that the refrigerant state at the inlet of the bypass expansion means is quickly liquefied even in a wide range of load conditions, and the bypass path can be shortened in a shorter time The refrigerant at the outlet can be controlled to be saturated.
したがって、圧縮機の吐出温度が、目標に対して過度の上昇することを軽減でき、冷凍サイクルの制御性と、圧縮機の信頼性とをさらに向上することができる。 Therefore, excessive increase of the discharge temperature of the compressor with respect to the target can be reduced, and the controllability of the refrigeration cycle and the reliability of the compressor can be further improved.
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記放熱器から流出する冷媒の温度を検出する第3温度センサと、前記放熱器を流れる冷媒の飽和温度を検出する第2飽和温度検出手段と、前記放熱器に流入する利用側熱媒体の温度を検出する第4温度センサと、前記放熱器から流出する前記利用側熱媒体の温度を検出する第5温度センサとを備え、前記第3温度センサで検出される温度と前記第2飽和温度検出手段で検出される飽和温度との温度差である過冷却度が、前記第4温度センサで検出される温度と前記第5温度センサで検出される温度との温度差よりも所定温度大きくなったときに、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の開度の閉方向への動作を終了させることを特徴とするものである。 According to a third invention, in the first or second invention, a third temperature sensor that detects a temperature of the refrigerant flowing out of the radiator, and a second saturation temperature detection that detects a saturation temperature of the refrigerant flowing through the radiator. Means, a fourth temperature sensor for detecting the temperature of the utilization side heat medium flowing into the radiator, and a fifth temperature sensor for detecting the temperature of the utilization side heat medium flowing out of the radiator. The degree of supercooling, which is the temperature difference between the temperature detected by the third temperature sensor and the saturation temperature detected by the second saturation temperature detection means, is determined by the temperature detected by the fourth temperature sensor and the fifth temperature sensor. When the temperature difference between the detected temperature and the detected temperature becomes a predetermined temperature, the operation of the main expansion means and the bypass expansion means in the closing direction is terminated.
これにより、放熱器出口冷媒の過冷却度が適正値を越えた場合には、主膨張手段とバイパス膨張手段の閉動作を終了するので、膨張手段の絞り過ぎによる高圧の異常上昇や低圧の異常低下を抑制できる。 As a result, when the degree of supercooling of the refrigerant at the outlet of the radiator exceeds an appropriate value, the closing operation of the main expansion means and the bypass expansion means is terminated. Reduction can be suppressed.
したがって、主膨張手段とバイパス膨張手段の絞り過ぎによる効率の悪い冷凍サイクルでの運転を防止することができるので、さらにエネルギー効率を向上させることができる。 Therefore, it is possible to prevent the operation in the refrigeration cycle having a low efficiency due to excessive throttling of the main expansion means and the bypass expansion means, so that energy efficiency can be further improved.
第4の発明は、第1〜第3の発明のいずれかの発明の冷凍サイクル装置を備えた温水暖房装置で、放熱器が冷媒対空気熱交換器の場合だけでなく、冷媒対水熱交換器の場合にも適用できる。 A fourth invention is a hot water heating apparatus including the refrigeration cycle apparatus according to any one of the first to third inventions, and not only when the radiator is a refrigerant-to-air heat exchanger, but also to the refrigerant-to-water heat exchange. It can also be applied to the case of a vessel.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(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および温水暖房装置の概略構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a refrigeration cycle apparatus and a hot water heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
図1において、冷凍サイクル装置1Aは、冷媒を循環させる冷媒回路2と、バイパス路3と、制御装置4とを備えている。
In FIG. 1, the
冷媒としては、例えば、R407C等の非共沸混合冷媒、R410A等の擬似共沸混合冷媒、またはR32等の単一冷媒等を用いることができる。 As the refrigerant, for example, a non-azeotropic refrigerant mixture such as R407C, a pseudo-azeotropic refrigerant mixture such as R410A, or a single refrigerant such as R32 can be used.
冷媒回路2は、圧縮機21、放熱器22、過冷却熱交換器23、主膨張弁(主膨張手段)24および蒸発器25が配管により環状に接続されて構成されている。
The
本実施の形態では、蒸発器25と圧縮機21の間に、気液分離を行うサブアキュムレータ26および主アキュムレータ27が設けられている。また、冷媒回路2には、通常運転と除霜運転とを切り換えるための四方弁28が設けられている。
In the present embodiment, a sub-accumulator 26 and a
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、放熱器22が、冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっている。
In the present embodiment, the
具体的には、放熱器22に供給管71と回収管72が接続されており、供給管71を通じて放熱器22に水が供給され、放熱器22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。
Specifically, a
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。
The hot water collected by the
本実施の形態では、バイパス路3は、過冷却熱交換器23と主膨張弁24の間で冷媒回路2から分岐し、過冷却熱交換器23を経由して蒸発器25と圧縮機21の間における、サブアキュムレータ26と主アキュムレータ27の間の冷媒回路2に接続されている。
In the present embodiment, the
また、バイパス路3には、過冷却熱交換器23よりも上流側にバイパス膨張弁(バイパス膨張手段)31が設けられている。
The
また、冷媒回路2には、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力(吸入圧力)Psを検出する第1圧力センサ51と、圧縮機21から吐出される冷媒の温度(吐出温度)Tdを検出する第2温度センサ62と、放熱器22から流出する冷媒の圧力(凝縮圧力)Pcを検出する第2圧力センサ52と、放熱器22から流出する冷媒の温度(放熱器出口温度)Tcoを検出する第3温度センサ63と、が設けられている。
In the
また、バイパス路3には、過冷却熱交換器23から流出する冷媒の温度(バイパス路出
口温度)Tboを検出する第1温度センサ61が設けられている。
The
一方、供給管71には、放熱器22に流入する水の温度(入水温度)Twiを検出する第4温度センサ64と、回収管72には、放熱器22から流出する水の温度(出水温度)Twoを検出する第5温度センサ65が設けられている。
On the other hand, the
なお、制御装置4は、第1圧力センサ51、第2圧力センサ52、第1温度センサ61、第2温度センサ62、第3温度センサ63、第4温度センサ64、第5温度センサ65で検出される検出値等に基づいて、圧縮機21の回転数、四方弁28の切り換え、ならびに主膨張弁24およびバイパス膨張弁31の開度を動作させる。
The
通常運転では、圧縮機21から吐出された冷媒が、四方弁28を介して、放熱器22に送られ、除霜運転では、圧縮機21から吐出された冷媒が、四方弁28を介して、蒸発器25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。
In the normal operation, the refrigerant discharged from the
まず、本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの通常運転における冷媒の状態変化について、図1に基づいて説明する。
First, the state change of the refrigerant in the normal operation of the
圧縮機21から吐出された高圧冷媒は、放熱器22に流入し、放熱器22を通過する水に放熱する。放熱器22から流出した高圧冷媒は、過冷却熱交換器23に流入し、バイパス膨張弁31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23から流出した高圧冷媒は、主膨張弁24側とバイパス膨張弁31側とに分配される。
The high-pressure refrigerant discharged from the
主膨張弁24側に分配された高圧冷媒は、主膨張弁24によって減圧されて膨張した後に、蒸発器25に流入する。蒸発器25に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱する。
The high-pressure refrigerant distributed to the
一方、バイパス膨張弁31側に分配された高圧冷媒は、バイパス膨張弁31によって減圧されて膨張した後に、過冷却熱交換器23に流入する。過冷却熱交換器23に流入した低圧冷媒は、放熱器22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23から流出した低圧冷媒は、蒸発器25から流出した低圧冷媒と合流し、再度圧縮機21に吸入される。
On the other hand, the high-pressure refrigerant distributed to the
本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの構成は、低外気温度時に圧縮機21に吸入される冷媒の圧力が低下して冷媒循環量が減少し、これにより放熱器22の加熱能力が低下することを防止するためのものである。
In the configuration of the
これを実現するには、過冷却により蒸発器25でのエンタルピー差を増大させるとともに、バイパス路3によって冷媒をバイパス路3に流通させることにより冷媒回路2の低圧側部分を流れる吸熱効果の小さい気相冷媒の量を抑え、これにより冷媒回路2の低圧側部分での圧力損失を低減させることが重要である。
In order to realize this, the enthalpy difference in the
冷媒回路2の低圧側部分での圧力損失が低減すれば、その分圧縮機21に吸入される冷媒の圧力が上昇して比体積が減少するため、冷媒循環量が増加する。
If the pressure loss in the low pressure side portion of the
また、蒸発器25でのエンタルピー差を増大させれば、バイパス路3に冷媒を流通することにより蒸発器25を通過する冷媒の質量流量が低下したとしても、蒸発器25での吸熱量を確保することができる。
Further, if the enthalpy difference in the
すなわち、冷媒の過冷却度とバイパス路3の冷媒の質量流量を最大にすれば、最大限の
放熱器22の加熱能力向上効果と冷凍サイクル装置1Aの成績係数向上効果が得られる。
That is, if the degree of supercooling of the refrigerant and the mass flow rate of the refrigerant in the
しかしながら、外気温度が−20℃のような極低温時や利用側負荷の小さい場合に、バイパス路3に冷媒を流す効果を活用する場合は、バイパス路3に流れる冷媒の流量が適正になるまでの間に、圧縮機の吐出温度が異常上昇するといった問題がある。
However, when the effect of flowing the refrigerant through the
従って、バイパス路3に冷媒を流通させることによる性能向上効果を幅広い条件で活用し、機器の効率を向上するためには、この吐出温度の異常上昇を抑制することが重要なのである。
Therefore, it is important to suppress the abnormal increase in the discharge temperature in order to utilize the performance improvement effect by circulating the refrigerant through the
そのために、本実施の形態では、制御装置4は、通常運転時(特にバイパス開始時)に、バイパス路出口温度Tboが、吸入圧力Psに基づいて算出される吸入飽和温度Tsより所定温度Tm以上高く、かつ、所定時間における吐出温度Tdの変化量Atdが所定の変化量Am以上となった場合に、主膨張弁24とバイパス膨張弁31を、変化量Atdに基づいて算出された主膨張弁操作開度Otmおよびバイパス膨張弁操作開度Otb分開度を閉方向に動作させている。
Therefore, in the present embodiment, the
また、制御装置4は、凝縮圧力Pcに基づいて算出される凝縮飽和温度Tcと放熱器出口温度Tcoの差分により算出される過冷却度Scが、出水温度Twoと入水温度Twiの差分により算出される水の温度差Dwより所定の温度差Dm以上となった場合に、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の開度閉方向への動作を終了させている。
Further, the
また、制御装置4は、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の開度を閉方向に動作させる所定開度は、例えば、図2のように設定され、吐出温度上昇速度が早いほど、減圧量が大きくなるようにしているので、吐出温度の過度の上昇を抑制できるようにしている。
Further, the
次に、本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの通常運転時の制御仕様を、図3に示すフローチャートに基づいて、具体的に説明する。
Next, the control specifications during normal operation of the
なお、図4は、本実施の形態の冷凍サイクル装置1Aの通常運転時における運転時間とその状態変化との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the operation time and the state change during normal operation of the
まず、制御装置4は、第1圧力センサ51、第2圧力センサ52、第1温度センサ61、第2温度センサ62、第3温度センサ63、第4温度センサ64、第5温度センサ65で、吐出温度Tdと、バイパス出口温度Tboと、放熱器出口温度Tcoと、入水温度Twiと、出水温度Twoと、吸入圧力Psと、凝縮圧力Pcとを検出する(ステップS1)。
First, the
次に、圧力センサ51で検出した吸入圧力Psから、圧縮機21に吸入される冷媒の圧力での吸入飽和温度Tsを算出する(ステップS2)。この吸入飽和温度Tsの算出は、冷媒物性式を用いて行われる。
Next, the suction saturation temperature Ts at the pressure of the refrigerant sucked into the
そして、バイパス路出口温度Tboと吸入飽和温度Tsを比較し、TboがTsより、予め設定された所定温度Tm以上高いか否かを判断する(ステップS3)。 Then, the bypass passage outlet temperature Tbo and the suction saturation temperature Ts are compared, and it is determined whether Tbo is higher than Ts by a predetermined temperature Tm that is set in advance (step S3).
バイパス路出口温度Tboが、吸入飽和温度Tsより、所定温度Tm以上高くない場合には(ステップS3でNO)、バイパス路3の冷媒流量が適正であると判断し、通常の制御に移行する。
If the bypass passage outlet temperature Tbo is not higher than the suction saturation temperature Ts by a predetermined temperature Tm or more (NO in step S3), it is determined that the refrigerant flow rate in the
一方、バイパス路出口温度Tboが、吸入飽和温度Tsより、所定温度Tm以上高い場
合には(ステップS3でYES)、バイパス路3の冷媒流量が不足していると判断し、その後、第2温度センサ62で検出した吐出温度Tdから、吐出温度変化量Atdを算出する(ステップS4)。
On the other hand, if the bypass passage outlet temperature Tbo is higher than the suction saturation temperature Ts by a predetermined temperature Tm or more (YES in step S3), it is determined that the refrigerant flow rate in the
この吐出温度変化量Atdの算出は、今回検出した吐出温度Td(n)と一定時間前に検出した吐出温度Td(n−1)の差分により求められる。 The calculation of the discharge temperature change amount Atd is obtained from the difference between the discharge temperature Td (n) detected this time and the discharge temperature Td (n−1) detected a predetermined time ago.
ついで、制御装置4は、算出された吐出温度変化量Atdが、予め設定された所定の変化量Am以上か否かを判断する(ステップS5)。
Next, the
吐出温度変化量Atdが所定の変化量Am未満の場合は(ステップS5でNO)、吐出温度の上昇速度が遅く、異常な温度上昇はしないと判断し、通常の制御に移行する。 If the discharge temperature change amount Atd is less than the predetermined change amount Am (NO in step S5), it is determined that the increase rate of the discharge temperature is slow and that there is no abnormal temperature increase, and the routine proceeds to normal control.
一方、吐出温度変化量Atdが所定の変化量Am以上の場合は(ステップS5でYES)、吐出温度の上昇速度が速く、吐出温度が上限値に達する可能性があると判断し、ステップS6に移行する。 On the other hand, if the discharge temperature change amount Atd is equal to or greater than the predetermined change amount Am (YES in step S5), it is determined that the discharge temperature rises rapidly and the discharge temperature may reach the upper limit value, and the process proceeds to step S6. Transition.
ステップS6では、出水温度Twoと入水温度Twiの差分から水の温度差Dwが算出される。 In step S6, the water temperature difference Dw is calculated from the difference between the water temperature Two and the water temperature Twi.
そして、第2圧力センサ52で検出した凝縮圧力Pcから放熱器22出口での冷媒の凝縮飽和温度Tcが算出されるとともに、凝縮飽和温度Tcと放熱器出口温度Tcoの差分から過冷却度Scが算出される(ステップS7)。
Then, the condensation saturation temperature Tc of the refrigerant at the
その後、制御装置4は、過冷却度Scと水の温度差Dwを比較し、ScがDwより所定の温度差Dm以上大きいか否かを判断する(ステップS8)。
Thereafter, the
過冷却度Scが水の温度差Dwより所定の温度差Dw以上大きい場合(ステップS8でYES)、放熱器22出口の冷媒状態が液状態であり、低圧側に液冷媒が滞留していないと判断し、通常の制御に移行する。
When the degree of supercooling Sc is greater than the water temperature difference Dw by a predetermined temperature difference Dw or more (YES in step S8), the refrigerant state at the outlet of the
一方、過冷却度Scが水の温度差Dwより所定の温度差Dw以上大きくない場合(ステップS8でNO)、放熱器22出口の冷媒の過冷却が不十分であり、低圧側に冷媒が滞留していると判断し、ステップS9に移行する。
On the other hand, if the degree of supercooling Sc is not greater than the water temperature difference Dw by a predetermined temperature difference Dw or more (NO in step S8), the refrigerant at the outlet of the
ステップS9では、算出した吐出温度変化量Atdから主膨張弁24の操作開度Otmとバイパス膨張弁31の操作開度Otbをそれぞれ算出する。各操作開度OtmとOtbの算出方法は、例えばOtm=fm(Atd)、Otb=fb(Atd)のように吐出温度変化量Atdの関数として設定しておけばよい。
In step S9, the operation opening degree Otm of the
そして、主膨張弁24を閉方向に開度Otm操作するとともに、バイパス膨張弁31を閉方向に開度Otb操作する。
Then, the opening degree Otm of the
すなわち、本実施の形態においては、制御装置4は、図4に示すように、バイパス路3出口の冷媒過熱度が大きく、かつ、圧縮機21の吐出冷媒温度の所定時間における温度上昇値が所定値以上となったときに、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の開度を、閉方向に所定開度動作させるように制御し、所定開度は、所定時間における温度上昇値が大きいほど大きくなるように設定している。
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
この状態において、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の開度を閉方向に動作させるの
で、これによって、蒸発器25における冷媒の蒸発が促進され、サブアキュムレータ26および主アキュムレータ27などの低圧部に、低乾き度の状態で滞留している冷媒を高圧側に移動する。
In this state, the opening degrees of the
これにより、放熱器22出口の冷媒が液化することで、バイパス路3側への冷媒質量流量が迅速に増加し、バイパス路3の出口冷媒は飽和状態に制御されるので、図4に示すように、圧縮機21の吐出温度の異常上昇が抑制できる。
As a result, the refrigerant at the outlet of the
したがって、外気温度が−20℃のような極低温時においても、バイパスによる過冷却熱交換器23での主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器25におけるエンタルピー差増大効果、および、冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を活用することができ、より高い運転効率と十分な加熱能力を得ることができる。
Therefore, even when the outside air temperature is extremely low such as −20 ° C., the effect of increasing the enthalpy difference in the
また、吐出温度の過度の上昇をより抑制することができるため、冷凍サイクルの制御性と、圧縮機21の信頼性をさらに向上できる。
Moreover, since the excessive raise of discharge temperature can be suppressed more, the controllability of a refrigerating cycle and the reliability of the
また、制御装置4は、図4に示すように、放熱器22出口の冷媒過冷却度が、放熱器22から流出する水と放熱器22に流入する水の温度差より所定値以上大きくなったときに、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の開度を閉方向に所定開度動作する制御を終了するように設定している。
Further, as shown in FIG. 4, in the
これにより、放熱器22出口冷媒の過冷却度が適正値を越えた場合には、主膨張弁24とバイパス膨張弁31の閉動作を終了するので、膨張手段の絞り過ぎによる高圧の異常上昇や低圧の異常低下を抑制できる。
As a result, when the degree of supercooling of the refrigerant at the outlet of the
したがって、主膨張手段とバイパス膨張手段の絞り過ぎによる効率の悪い冷凍サイクルでの運転を防止することができるので、さらにエネルギー効率を向上させることができる。 Therefore, it is possible to prevent the operation in the refrigeration cycle having a low efficiency due to excessive throttling of the main expansion means and the bypass expansion means, so that energy efficiency can be further improved.
すなわち、本実施の形態の図3に示すフローチャートに基づいて、冷凍サイクル装置1Aを通常運転することで、放熱器22出口の冷媒が短時間で液化され、バイパス路3側への冷媒質量流量が迅速に増加することで、バイパス路3出口の冷媒状態は、図4のa″点ように短時間で飽和状態に制御されるため、図4に示すように、圧縮機21の吐出温度の異常上昇を抑制できるのである。
That is, based on the flowchart shown in FIG. 3 of the present embodiment, the refrigerant at the outlet of the
さらに、放熱器22から流出する水と放熱器22に流入する水の温度差から、放熱器22出口の冷媒過冷却度の適正値が判断でき、膨張弁の減圧量が過度に大きくなる前に閉動作を終了するため、吐出圧力の異常上昇や吸入圧力の異常低下を抑制できる。
Furthermore, the appropriate value of the refrigerant supercooling degree at the outlet of the
なお、図1では、第1圧力センサ51が冷媒回路2におけるバイパス路3がつながる位置と主アキュムレータ27の間に設けられているが、第1圧力センサ51は、蒸発器25と圧縮機21の間であれば、冷媒回路2のどの位置に設けられていてもよい。あるいは、圧力センサ51は、バイパス路3の過冷却熱交換器23よりも下流側に設けられていてもよい。
In FIG. 1, the
また、本実施の形態では、第1圧力センサ51により吸入飽和温度を算出しているが、吸入飽和温度は、冷媒回路2およびバイパス路3における低圧の二相冷媒が流通する部分の温度を検出して代用してもよい。
Further, in the present embodiment, the suction saturation temperature is calculated by the
さらに、バイパス路3は、必ずしも過冷却熱交換器23と主膨張弁24の間で冷媒回路
2から分岐している必要はなく、放熱器22と過冷却熱交換器23の間で冷媒回路2から分岐していてもよい。
Further, the
また、バイパス路3の接続部は、必ずしも圧縮機21の吸入配管である必要はなく、インジェクション機構のある圧縮機の場合は、例えば、インジェクションポートに接続すればよい。
Moreover, the connection part of the
また、図1では、第2圧力センサ52が冷媒回路2における放熱器22と過冷却熱交換器23の間に設けられているが、第2圧力センサ52は、圧縮機の吐出配管から主膨張弁の間であれば、冷媒回路2のどの位置に設けられていてもよい。配管の圧力損失が大きい場合は、圧力損失分を補正した値を検出値として使用すればよい。
In FIG. 1, the
さらに、本発明の主膨張手段およびバイパス膨張手段は、必ずしも膨張弁である必要はなく、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機であってもよい。この場合、例えば、膨張機と連結された発電機によって負荷を変化させることにより、膨張機の回転数を制御すればよい。 Furthermore, the main expansion means and bypass expansion means of the present invention are not necessarily expansion valves, and may be an expander that recovers power from the expanding refrigerant. In this case, for example, the rotational speed of the expander may be controlled by changing the load with a generator connected to the expander.
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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly useful for a hot water heater that generates hot water using a refrigeration cycle apparatus and uses the hot water for heating.
1A 冷凍サイクル装置
2 冷媒回路
3 バイパス路
4 制御装置
21 圧縮機
22 放熱器
23 過冷却熱交換器
24 主膨張弁(主膨張手段)
25 蒸発器
31 バイパス膨張弁(バイパス膨張手段)
51 第1圧力センサ(第1飽和温度検出手段)
52 第2圧力センサ(第2飽和温度検出手段)
61 第1温度センサ
62 第2温度センサ
63 第3温度センサ
64 第4温度センサ
65 第5温度センサ
DESCRIPTION OF
25
51 1st pressure sensor (1st saturation temperature detection means)
52 Second pressure sensor (second saturation temperature detecting means)
61
Claims (4)
前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けられたバイパス膨張手段と、
前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第1温度センサと、
前記圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度を検出する第1飽和温度検出手段と、
前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する第2温度センサと、
制御装置と、
を備え、
前記第1温度センサで検出される温度が、前記第1飽和温度検出手段で検出される飽和温度より高く、かつ、前記第2温度センサで検出される温度の所定時間における温度上昇値が所定値以上となったときに、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の開度を閉方向に動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A refrigerant circuit in which a compressor, a radiator, a supercooling heat exchanger, a main expansion unit, and an evaporator are connected in a ring shape; and the refrigerant circuit is branched between the radiator and the main expansion unit, and the supercooling heat Via a exchanger, a compression chamber of the compressor, or a bypass connected to the refrigerant circuit between the evaporator and the compressor;
Bypass expansion means provided on the upstream side of the subcooling heat exchanger in the bypass path;
A first temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing out of the supercooling heat exchanger;
First saturation temperature detection means for detecting a saturation temperature of refrigerant sucked into the compressor;
A second temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant discharged from the compressor;
A control device;
With
The temperature detected by the first temperature sensor is higher than the saturation temperature detected by the first saturation temperature detecting means, and the temperature rise value at a predetermined time of the temperature detected by the second temperature sensor is a predetermined value. When it becomes above, the opening degree of the said main expansion means and the said bypass expansion means is operated in a closing direction, The refrigerating-cycle apparatus characterized by the above-mentioned.
前記放熱器を流れる冷媒の飽和温度を検出する第2飽和温度検出手段と、
前記放熱器に流入する利用側熱媒体の温度を検出する第4温度センサと、
前記放熱器から流出する前記利用側熱媒体の温度を検出する第5温度センサと、
を備え、
前記第3温度センサで検出される温度と前記第2飽和温度検出手段で検出される飽和温度との温度差である過冷却度が、前記第4温度センサで検出される温度と前記第5温度センサで検出される温度との温度差よりも所定温度大きくなったときに、前記主膨張手段と前記バイパス膨張手段の開度の閉方向への動作を終了させることを特徴とする前記請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。 A third temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing out of the radiator;
Second saturation temperature detection means for detecting the saturation temperature of the refrigerant flowing through the radiator;
A fourth temperature sensor for detecting the temperature of the use side heat medium flowing into the radiator;
A fifth temperature sensor for detecting the temperature of the use side heat medium flowing out of the radiator;
With
The degree of supercooling, which is the temperature difference between the temperature detected by the third temperature sensor and the saturation temperature detected by the second saturation temperature detecting means, is the temperature detected by the fourth temperature sensor and the fifth temperature. 2. The operation in the closing direction of the opening degree of the main expansion means and the bypass expansion means is terminated when a predetermined temperature becomes larger than a temperature difference with a temperature detected by a sensor. Or the refrigeration cycle apparatus of 2.
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2017
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JP2020134122A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Heat pump system |
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CN113669934B (en) * | 2021-07-12 | 2022-11-04 | 浙江中广电器集团股份有限公司 | Flash tank system and serial double-throttling control method thereof |
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