JP2018028407A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構成が簡素な冷凍サイクル装置を提供すること及びパワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐことのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【解決手段】冷凍サイクル装置を適用した空気調和装置は、冷媒回路における各熱交換器の間の冷媒の一部を圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管31と、冷却用分岐配管31に熱的に接触し、圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子36を冷媒の一部により冷却する冷却器32と、冷却用分岐配管31の冷却器32よりも下流側にのみ設けられた膨張弁33とを備えている。
【選択図】図3

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関するものである。
冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機では、圧縮機の電動機の運転状態を制御するために、インバータ回路などの電気回路が搭載される。一般的にこのインバータ回路には高熱を生ずるパワー素子が用いられ、従来の空気調和機ではこのパワー素子が動作可能な温度よりも高温にならないように、パワー素子を冷却する手段が設けられている。
例えば、特許文献1は、圧縮機と熱源側熱交換器と膨張機構と利用側熱交換器とが接続されて冷凍サイクルを行う主回路と該主回路を流れる高圧液冷媒の一部を分岐させて上記主回路の高圧圧力状態よりも低い圧力状態の冷媒中に導く分岐回路とを有する冷媒回路と、パワー素子を有して冷媒回路の構成部品の駆動部に電力を供給する電力供給装置と、分岐回路に接続されて該分岐回路を流れる冷媒によってパワー素子を冷却する冷却器とを備えた冷凍装置が記載されている。
特許第5516602号公報
しかしながら、特許文献1は、分岐回路の冷却器の上流側に接続された絞り機構(絞り弁)と、分岐回路の冷却器の下流側に接続された絞り弁と、を備える構成であるため、弁が多く構成が複雑化すると共に、故障要因が多くなり故障発生のリスクが高くなるおそれがあった。また、冷却器の上流側に絞り機構(絞り弁)が接続されているので、上流側からの冷媒が過剰に膨張させられることで冷却器によってパワー素子が過剰に冷却され、それによってパワー素子が結露する可能性があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構成が簡素化な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
また、パワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐことのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側にのみ設けられた可変絞りとを備える。
上記構成では、パワー素子の冷却に作動する構成が、可変絞りのみなので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。
また、冷却用分岐配管に可変絞りを設けているので、冷却用分岐配管の入口と冷却用分岐配管の出口との差圧が低い場合であっても、可変絞りの開度を調整することにより、冷却用分岐配管に導入される冷媒の流量を確保してパワー素子を冷却することができる。
また、可変絞りの開度を調整することにより、必要最小限の冷媒をパワー素子を冷却するために流すことができるので、パワー素子の発熱量が小さい場合に、冷却用分岐配管に流れる冷媒の量を減少させ、冷媒を過剰にパワー素子の冷却に費やすことで気化しきらずに液相を含んだまま圧縮機に冷媒が流入することを防止することができる。
また、可変絞りが冷却器よりも下流側(すなわち低圧側)のみに設けられている。すなわち、冷却器よりも上流側の冷却用分岐配管に絞りが設けられていない。したがって、可変絞りの開度を絞ることで冷却器を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止した圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、可変絞りの開度を絞る場合がある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側に設けられた上流側固定絞りと、前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側に設けられた下流側固定絞りと、前記冷却用分岐配管の前記下流側固定絞りよりも下流側に設けられた開閉弁とを備える。
上記構成では、パワー素子の冷却に作動する構成が、キャピラリと開閉弁のみなので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。また、構成を安価に実現することができる。
また、冷却器の上流側に固定絞りを備えているので、冷却用分岐配管が連通する各熱交換器の間の冷媒が直接冷却器に導入されない。また、冷却器の下流側に固定絞りを備えているので、冷却用分岐配管が連通する圧縮機の入口側の冷媒が直接冷却器に導入されない。したがって、冷却器の上流側から冷却器に導入する冷媒及び冷却器の下流側から冷却器に導入する冷媒に対して所望の圧力損失を生じさせ、冷却器を通過する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。
また、上記構成では、下流側固定絞りの下流側に開閉弁を設けている。冷却器を通過した冷媒はガス相になり、ガス相の冷媒の流速は速くなるので、開閉弁を通過する際の冷媒の圧力損失が高くなる。これにより、開閉弁を通過する冷媒の圧力を下げることができる。よって、開閉弁と同じ回路上に設けられる固定絞りの圧力損失を低く設定することができる。すなわち、開閉弁によって固定絞りの一部代替をすることができる。
また、開閉弁が冷却器よりも下流側(すなわち低圧側)に設けられている。したがって、開閉弁を閉めることで冷却器を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止する圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、開閉弁を閉じる場合がある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、を備え、前記冷却用分岐配管は、前記冷却器よりも上流側に位置する上流側配管と、前記冷却器よりも下流側に位置する下流側配管とを有し、前記上流側配管は、第1開閉弁及び該第1開閉弁の下流側に設けられる第1固定絞りを具備する第1上流配管と、第2固定絞りを具備して前記第1上流配管と並列して形成される第2上流配管とを有し、前記下流側配管は、第2開閉弁及び該第2開閉弁の上流側に設けられる第3固定絞りを具備する第1下流配管と、第3開閉弁及び該第3開閉弁の上流側に設けられる第4固定絞りを具備して前記第1下流配管と並列して形成される第2下流配管とを有し、前記第3固定絞りと前記第4固定絞りとは、異なる圧力損失とされている。
上記構成では、冷却器の上流側に、第1開閉弁及び第1固定絞りを設けた第1上流配管と、第2固定絞りのみを設けた第2上流配管とを設けている。これにより、第1開閉弁が閉状態の場合には、第2上流配管のみ冷媒が流通し、第1開閉弁が開状態の場合には、第1上流配管及び第2上流配管に冷媒が流通する。したがって、冷媒用分岐配管の入口と冷媒用分岐配管の出口との差圧が低い場合であっても、第1開閉弁を開くことにより、冷媒用分岐配管に導入される冷媒の流量を確保してパワー素子を冷却することができる。
また、上流側配管に第1固定絞り及び第2固定絞りを備えているので、冷却用分岐配管が連通する各熱交換器の間の冷媒が直接冷却器に導入されない。また、下流側配管に第3固定絞り及び第4固定絞りを備えているので、冷却用分岐配管が連通する圧縮機の入口側の冷媒が直接冷却器に導入されない。したがって、冷却器の上流側から冷却器に導入する冷媒及び冷却器の下流側から冷却器に導入する冷媒に対して所望の圧力損失を生じさせ、冷却器を通過する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。
また、冷却器の下流側に、第2開閉弁及び第3固定絞りを設けた第1下流配管と、第3開閉弁及び第4固定絞りを設けた第2下流配管とを設けられ、第3固定絞りと第4固定絞りとは圧力損失が異なっている。第2開閉弁及び第3開閉弁が両方開状態の場合には、第1下流配管及び第2下流配管の両方に冷媒が流通する。第2開閉弁が開状態で第3開閉弁が閉状態の場合には、第1下流配管のみに冷媒が流通する。第2開閉弁が閉状態で第3開閉弁が開状態の場合には、第2下流配管のみに冷媒が流通する。このように、冷却器の下流側で3段階の圧力損失を生じさせることができるので、冷却器を流通する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。よって、冷却器を流通する冷媒の蒸発温度を所望の温度に調整することができる。
また、第1固定絞り、第3固定絞り及び第4固定絞りの下流側にそれぞれ開閉弁を設けている。冷却器を通過した冷媒はガス相になり、ガス相の冷媒の流速は速くなるので、開閉弁を通過する際の冷媒の圧力損失が高くなる。これにより、開閉弁を通過する冷媒の圧力を下げることができる。よって、開閉弁と同じ回路上に設けられる固定絞りの圧力損失を低く設定することができる。すなわち、開閉弁によって固定絞りの一部代替をすることができる。
また、冷却器よりも下流側(すなわち低圧側)に第2開閉弁及び第3開閉弁が設けられている。したがって、第2開閉弁及び第3開閉弁を閉状態とすることで冷却器を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止する圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、開閉弁を閉じる場合がある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、各前記熱交換器の間の前記冷媒回路に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、前記冷媒回路の前記冷却器よりも熱源側熱交換器側または利用側熱交換器側に設けられた弁部と、前記冷却器及び前記弁部と並列的に設けられる固定絞りとを備える。
上記構成では、パワー素子の冷却に作動する構成が、開閉弁及び可変絞りだけなので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。
また、冷却器は、各熱交換器の間の冷媒回路と熱的に接触している。したがって、冷却器を通過する冷媒が比較的高圧となり、蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
また、弁部を閉状態にすることで冷却器に冷媒を流通するのを止めることができる。したがって、例えば、冷房と暖房とを切り替える場合など、冷媒の温度が急激に変化する場合に弁部を閉状態とすることで、冷却器に流通する冷媒の温度が急激に変化することに起因する冷却器の損傷を抑制することができる。
本発明によれば、冷凍サイクル装置の構成を簡素化しつつ、パワー素子の過剰な冷却や結露を防ぐことができる。
本発明の第1実施形態から第3実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図の要部である。 本発明の実施形態に係る冷却装置の拡大図である。 本発明の第1実施形態に係る冷却装置の模式図である。 図3の冷却装置のモリエル線図である。 本発明の第2実施形態に係る冷却装置の模式図である。 図5の冷却装置のモリエル線図である。 本発明の第3実施形態に係る冷却装置の模式図である。 図7の冷却装置のモリエル線図である。 本発明の第4実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図の要部である。 本発明の第4実施形態に係る冷却装置の模式図である。 図9の冷却装置のモリエル線図である。
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
図1では、冷凍サイクル装置の適用の一例として空気調和装置1を示している。なお、冷凍サイクル装置は、図には明示しないが、ヒートポンプに適用可能である。空気調和装置1は、室外機2と、室外機2から導出されるガス側配管3および液側配管4と、このガス側配管3と液側配管4との間に接続されている室内機(図示省略)と、から構成されている。
室外機2は、冷媒を圧縮するインバータ駆動の圧縮機11と、冷媒の循環方向を切り換える四方切換弁12と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器(熱源側熱交換器)13と、暖房用の室外膨張弁(EEVH)14と、液冷媒を貯留するレシーバ15と、液冷媒に過冷却を与える過冷却熱交換器16と、過冷却熱交換器16に分流される冷媒量を制御する過冷却用膨張弁18と、圧縮機11に吸入される冷媒ガスから液分を分離し、ガス分のみを圧縮機11に吸入させるアキュムレータ17と、ガス側操作弁(図示省略)と、液側操作弁(図示省略)とを備えている。
室外機2側の上記各機器は、吐出配管21A、ガス配管21B、液配管21C、ガス配管21D、吸入配管21E、および過冷却用の過冷却用分岐配管21Fなどの冷媒配管を介して公知の如く接続され、室外側冷媒回路22を構成している。また、室外機2には、室外熱交換器13に対して外気を送風する室外ファン23が設けられている。
ガス側配管3および液側配管4は、室外機2のガス側操作弁および液側操作弁に接続される冷媒配管であり、現場での据え付け施工時に、室外機2とそれに接続される室内機との間の距離に応じてその長さが設定されるようになっている。ガス側配管3および液側配管4の途中には室内機が接続されている。これによって、密閉された1系統の冷凍サイクル24が構成されている。なお、室内機には、図示省略の室内熱交換器(利用側熱交換器)が配置されている。
上記空気調和装置1において、暖房運転は、以下のように行われる。圧縮機11により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管21Aに吐出された後、四方切換弁12によりガス配管21D側に循環される。この冷媒は、ガス側操作弁、ガス側配管3を経て室外機2から導出され、室内側のガス側配管(図示省略)を経て室内機へと導入される。
室内機に導入された高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器において室内空気と熱交換される。この熱交換によって室内空気は加熱されて室内の暖房に供される。一方、冷媒は凝縮され、液側配管4を経て室外機2に戻される。
室外機2に戻った冷媒は、液側操作弁、液配管21Cを経て過冷却熱交換器16に至り、冷房時の場合と同様に過冷却が付与された後、レシーバ15に流入され、いったん貯留されることにより循環量が調整される。この液冷媒は、液配管21Cを介して室外膨張弁(EEVH)14に供給され、そこで断熱膨張された後、室外熱交換器13へと流入される。
室外熱交換器13では、室外ファン23から送風される外気と冷媒とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して蒸発ガス化される。この冷媒は、室外熱交換器13からガス配管21B、四方切換弁12、吸入配管21Eを経て過冷却用分岐配管21Fからの冷媒と合流され、アキュムレータ17に導入される。アキュムレータ17では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離されてガス分のみが圧縮機11へと吸入され、圧縮機11において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって暖房運転が行われる。
一方、冷房運転は、以下のように行われる。圧縮機11で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出配管21Aに吐出される。その後、冷媒ガスは、四方切換弁12によりガス配管21B側に循環され、室外熱交換器13で室外ファン23により送風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、室外膨張弁を通過し、レシーバ15にいったん貯留される。
レシーバ15で循環量が調整された液冷媒は、液配管21Cを介して過冷却熱交換器16を流通される過程で、過冷却用分岐配管21Fに一部が分流され、過冷却用膨張弁18で断熱膨張された冷媒と熱交換されて過冷却度が付与される。この液冷媒は、液側操作弁を経て室外機2から液側配管4へと導出され、更に液側配管4に導出された液冷媒は、室内機に流入する。
室内機に流入した冷媒は、断熱膨張され、気液二相流となって室内熱交換器へと流入する。室内熱交換器では、気液二相流となった冷媒が室内空気と熱交換される。この熱交換により室内空気は冷却されて室内の冷房に供される。一方、冷媒はガス化され、ガス側配管3に流入する。
ガス側配管3に流入した冷媒ガスは、再び室外機2に戻り、ガス側操作弁、ガス配管21D、四方切換弁12を経て吸入配管21Eに至り、過冷却用分岐配管21Fからの冷媒ガスと合流された後、アキュムレータ17に導入される。アキュムレータ17では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離され、ガス分のみが圧縮機11へと吸入される。圧縮機に吸入された冷媒は、圧縮機11において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって冷房運転が行われる。このように冷媒サイクル装置としての空気調和装置1は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。
このような冷凍サイクル装置において、圧縮機11の運転を制御するため、インバータ回路などの電気回路41が設けられている。この電気回路41にはパワー素子36が設けられ、電気回路41は冷却装置30により冷却される。以下、電気回路41を冷却する冷却装置30について説明する。
図3に示されているように、冷却装置30は、冷却用分岐配管31と、冷却器32と、膨張弁(可変絞り)33と、制御部34と、素子温度検出器35と、を備えている。
冷却用分岐配管31は、図1に示されているように、上述した室外機2において、室外熱交換器13と室内熱交換器とを接続するために各熱交換器の間に設けられた液配管21Cと、圧縮機11の入口側に接続される吸入配管21Eとをバイパスして接続する。すなわち、冷却用分岐配管31は、冷媒回路における各熱交換器の間の液冷媒の一部を圧縮機11の入口側にバイパスさせる。冷却用分岐配管31には、冷却器32が設けられ、冷却用分岐配管31と冷却器32とは熱的に接触している。
図3に示されているように、膨張弁33は、冷却用分岐配管31の冷却器32よりも下流側(図3の低圧側)にのみ1つ設けられている。したがって、冷却器32よりも上流側の冷却用分岐配管31には、膨張弁等の絞り手段が設けられていない。膨張弁33は、開度を0%(閉状態)から100%(全開状態)の間で調節可能となっている。
制御部34は、膨張弁33の開度を制御するものである。制御部34は、素子温度検出器35の検出温度を入力し、当該入力に基づき膨張弁33の開度を制御する。
素子温度検出器35は、パワー素子36の温度を検出する。素子温度検出器35は、パワー素子36の表面に取り付けられてパワー素子36の表面温度を検出する。または、素子温度検出器35は、パワー素子36の近傍に取り付けられてパワー素子36の表面から放射される温度を検出する。なお、図3では、素子温度検出器35は、パワー素子36の近傍に取り付けられている状態を示している。
次に、冷却器32について図2を用いて説明する。
図2に示されているように、冷却器32は、コントロールボックス40を筐体としてその内部に電気回路41などが収容される。コントロールボックス40は、ボックス本体40Aからなる。ボックス本体40Aは、電気回路41などが収容される筐体部材である。このボックス本体40Aは、上述した室外機2の各構成が支持されるベース42にネジ50Aにより着脱可能に取り付けられる。
ボックス本体40Aは、その筐体部材の内外に貫通する貫通穴が形成され、ボックス本体40Aは、貫通穴を塞ぐように伝熱板43がネジ50Bにより着脱可能に取り付けられている。伝熱板43は、アルミブロックからなる伝熱部材であり、かつ貫通穴を開閉する蓋部材として構成される。
電気回路41は、パワー素子36が基板44に設けられて接続されている。基板44は、ボックス本体40Aとしての筐体部材の内側で、伝熱板43に対してスペーサ45を介在してネジ50Cにより着脱可能に取り付けられている。電気回路41のパワー素子36は、ボックス本体40Aとしての筐体部材の内側で、伝熱板43に対して伝熱シート46を介してネジ50Dにより着脱可能に取り付けられている。
冷媒ジャケット47は、内部に冷媒が流通する冷却用分岐配管31を有し、冷却用分岐配管31がアルミブロックである伝熱部材47Aの内部に挿入して設けられている。冷却用分岐配管31は、図1に示すように、室外機2において室外熱交換器13と室内熱交換器との間となる液配管21Cと吸入配管21Eとをバイパスして接続されていて、液配管21Cから液冷媒の一部が流通される。伝熱部材47Aは、ボックス本体40Aとしての筐体部材の外側で、伝熱板43に対して伝熱シート48を介してネジ50Eにより着脱可能に取り付けられている。伝熱部材47Aは、その外縁に、取付片49がネジ50Fにより着脱可能に取り付けられている。取付片49は、伝熱部材47Aの外周に延出するように取り付けられる。この取付片49は、ブラケット51に対してネジ50Gにより着脱可能に取り付けられている。ブラケット51は、ベース42に対してネジ50Hにより着脱可能に取り付けられている。
このような構成の冷凍サイクル装置は、冷媒ジャケット47の内部の冷却用分岐配管31に流通する冷媒により伝熱板43を介してパワー素子36が冷却される。これにより、パワー素子36が動作可能な温度よりも高温にならないようにしている。
制御部34は、素子温度検出器35の検出温度を得て膨張弁33の開度を所定のシーケンスに従って制御する。制御部34は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。なお、CPU、RAM、ROM及び記憶媒体等の図示は省略している。
具体的な制御部34の制御としては、例えば、素子温度検出器35の検出温度に基づき膨張弁33を閉状態とする設定下限温度を50℃とし、素子温度検出器35の検出温度に基づき膨張弁33を全開状態とする設定上限温度を60℃とし、検出温度が50℃から60℃の間は、検出温度に応じた膨張弁33の開度とするように設定することができる。なお、上記制御は一例であって、膨張弁33を閉状態とする検出温度及び膨張弁33を全開状態にする検出温度は他の温度であってもよい。また、制御部34は素子温度検出器35の検出温度以外に基づいて膨張弁33の開度を制御してもよい。例えば、冷却用分岐配管31の入口と冷却用分岐配管31の出口との差圧に基づいて膨張弁33の開度を制御してもよいし、冷却用分岐配管31を流れる冷媒の流量や、冷却用分岐配管31の出口における過熱度に基づいて膨張弁33の開度を制御してもよい。
図4は、空気調和装置1が正常に運転されている状態におけるモリエル線図である。図4に示されているように、室外熱交換器13と室内熱交換器との間から冷媒の一部を圧縮機11の入口側にバイパスさせ、冷却装置30にて冷媒とパワー素子36との熱交換によってパワー素子36を冷却している。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、パワー素子36の冷却に作動する構成が、膨張弁を1つ設けたのみの構成なので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。
また、冷却用分岐配管31に膨張弁33を設けているので、冷却用分岐配管31の入口と冷却用分岐配管31の出口との差圧が低い場合であっても、膨張弁33の開度を調整することにより、冷却用分岐配管31に導入される冷媒の流量を確保してパワー素子36を冷却することができる。
また、膨張弁33の開度を調整することにより、必要最小限の冷媒をパワー素子36を冷却するために流すことができるので、パワー素子36の発熱量が小さい場合に、冷却用分岐配管31に流れる冷媒の量を減少させ、冷媒を過剰にパワー素子36の冷却に費やすことで気化しきらずに液相を含んだまま圧縮機11に冷媒が流入することを防止することができる。
また、膨張弁33が冷却器32よりも下流側(すなわち低圧側)のみに設けられている。すなわち、冷却器32よりも上流側の冷却用分岐配管31に絞りが設けられていない。したがって、膨張弁33の開度を小さくすることで冷却器32を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止した圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、膨張弁の開度を閉状態にすることがある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
また、本実施形態では、冷却対象であるパワー素子36自体の温度を検出している。したがって、例えばパワー素子36を通過した冷媒の温度を検出するなど間接的にパワー素子36の温度を検出するよりも、冷却対象の温度を的確に把握することができる。また、的確に把握したパワー素子36の温度に基づき、膨張弁33の開度を制御しているので、冷却器32に流れる冷媒の流量を的確に制御することができ、パワー素子36の温度を的確に制御することができる。これにより、パワー素子36の過熱や過剰な冷却による結露の発生を防ぐことができる。また、パワー素子36の温度を的確に制御できるので、パワー素子36の冷却のために冷媒回路から冷却用分岐配管31に導入する冷媒量を必要最小限にすることができる。したがって、冷媒回路の冷媒が減少することに起因する空気調和装置1の能力低下を最小限にすることができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図5及び図6を用いて説明する。
第2実施形態では、冷却装置60の構成及び制御部34の制御内容が一部第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示されているように、冷却装置60は、冷却用分岐配管61と、冷却器32と、制御部34と、素子温度検出器35と、を備えている。冷却用分岐配管61は、冷却器32よりも上流側(図5の高圧側)に位置する上流側配管61Aと、冷却器32よりも下流側(図5の低圧側)に位置する下流側配管61Bとを有する。冷却用分岐配管61には、冷却器32が設けられ、冷却用分岐配管61と冷却器32とは熱的に接触している。上流側配管61Aには、上流側キャピラリ62Aが設けられている。下流側配管61Bには、下流側キャピラリ62B及び下流側キャピラリ62Bよりも下流側に位置する電磁弁(開閉弁)63が設けられている。電磁弁63は、通電状態のときに開状態を維持し、通電状態が解除されると閉状態となる。
制御部34は、電磁弁63の開閉を制御するものである。具体的な制御部34の制御としては、例えば、素子温度検出器35の検出温度に基づき電磁弁63を開制御する設定上限温度を60℃とし、素子温度検出器35の検出温度に基づき電磁弁63を閉制御する設定下限温度を50℃とするように設定することができる。
図6は、空気調和装置1が正常に運転されている状態におけるモリエル線図である。図6に示されているように、室外熱交換器13と室内熱交換器との間から冷媒の一部を圧縮機11の入口側にバイパスさせ、冷却装置60において冷媒とパワー素子36との熱交換によってパワー素子36を冷却している。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、パワー素子36の冷却に作動する構成が、キャピラリ及び電磁弁のみなので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。また、電磁弁を用いているので、膨張弁を用いるよりも、構成を安価に実現することができる。
また、冷却器32の上流側に上流側キャピラリ62Aを備えているので、上流側配管61Aが連通する各熱交換器の間の冷媒が直接冷却器32に導入されない。また、冷却器32の下流側に下流側キャピラリ62Bを備えているので、下流側配管61Bが連通する圧縮機11の入口側の冷媒が直接冷却器32に導入されない。したがって、冷却器32の上流側から冷却器32に導入する冷媒及び冷却器32の下流側から冷却器32に導入する冷媒に対して所望の圧力損失を生じさせ、冷却器32を通過する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。本実施形態では、図6に示されるように、冷却器32に導入する冷媒の圧力は、中圧程度となっている。
また、本実施形態では、下流側キャピラリ62Bの下流側に電磁弁63を設けている。冷却器32を通過した冷媒はガス相になり、ガス相の冷媒の流速は速くなるので、電磁弁63を通過する際の冷媒の圧力損失が高くなる。これにより、電磁弁63を通過する冷媒の圧力を下げることができる。よって、電磁弁63と同じ回路上に設けられる下流側キャピラリ62Bの圧力損失を低く設定することができる。すなわち、電磁弁63によって下流側キャピラリ62Bの一部代替をすることができる。これにより、下流側キャピラリ62Bの径を大きくすることや、全長を短くすることができるので、下流側キャピラリ62Bにゴミ等を詰まりにくくすることができる。
また、電磁弁63が冷却器32よりも下流側(すなわち低圧側)に設けられている。したがって、電磁弁63を閉めることで冷却器32を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止する圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、電磁弁63を閉じる場合がある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
また、本実施形態では、冷却対象であるパワー素子36自体の温度を検出している。したがって、例えばパワー素子36を通過した冷媒の温度を検出するなど間接的にパワー素子36の温度を検出するよりも、冷却対象の温度を的確に把握することができる。また、的確に把握したパワー素子36の温度に基づき、電磁弁63の開閉制御をしているので、冷却器32に流れる冷媒の流量を的確に制御することができ、パワー素子36の温度を的確に制御することができる。これにより、パワー素子36の過熱や過剰な冷却による結露の発生を防ぐことができる。また、パワー素子36の温度を的確に制御できるので、パワー素子36の冷却のために冷媒回路から冷却用分岐配管31に導入する冷媒量を必要最小限にすることができる。したがって、冷媒回路の冷媒が減少することに起因する空気調和装置1の能力低下を最小限にすることができる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について、図7及び図8を用いて説明する。
第3実施形態では、冷却装置70の構成及び制御部34の制御内容が一部第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図7に示すように、冷却装置70は、冷却用分岐配管71と、冷却器32と、制御部34と、素子温度検出器35と、を備えている。冷却用分岐配管71には、冷却器32が設けられ、冷却用分岐配管71と冷却器32とは熱的に接触している。冷却用分岐配管71は、冷却器32よりも上流側に位置する上流側配管71Aと、冷却器32よりも下流側に位置する下流側配管71Bとを有する。
上流側配管71Aは、第1上流配管71Cと、第1上流配管71Cと並列して形成される第2上流配管71Dとを有する。第1上流配管71Cは、第1電磁弁(第1開閉弁)73C及び第1電磁弁73Cよりも下流側に設けられる第1キャピラリ72Cを有する。第2上流配管71Dは、第2キャピラリ72Dを有する。
下流側配管71Bは、第1下流配管71Eと、第1下流配管71Eと並列して形成される第2下流配管71Fとを有する。第1下流配管71Eは、第2電磁弁(第2開閉弁)73E及び第2電磁弁73Eよりも上流側に設けられる第3キャピラリ72Eを有する。第2下流配管71Fは、第3電磁弁(第3開閉弁)73F及び第3電磁弁73Fよりも上流側に設けられる第4キャピラリ72Fを有する。第3キャピラリ72Eと、第4キャピラリ72Fとは異なった圧力損失とされている。また、第1キャピラリ72Cと、第2キャピラリ72Dとは異なった圧力損失とされている。第1電磁弁73C、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fは、通電状態のときに開状態を維持し、通電状態が解除されると閉状態となる。制御部34は、素子温度検出器35の検出温度に基づき第1電磁弁73C、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fの開閉を制御するものである。
図8は、空気調和装置1が正常に運転されている状態におけるモリエル線図である。図8に示されているように、室外熱交換器13と室内熱交換器との間から冷媒の一部を圧縮機11の入口側にバイパスさせ、冷却装置70にて冷媒とパワー素子36との熱交換によってパワー素子36を冷却している。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記構成では、冷却器32の上流側に、第1電磁弁73C及び第1キャピラリ72Cを設けた第1上流配管71Cと、第2キャピラリ72Dのみを設けた第2上流配管71Dとを設けている。これにより、第1電磁弁73Cが閉状態の場合には、第2上流配管71Dのみ冷媒が流通し、第1電磁弁73Cが開状態の場合には、第1上流配管71C及び第2上流配管71Dに冷媒が流通する。したがって、冷却用分岐配管31の入口と冷却用分岐配管31の出口との差圧が低い場合であっても、第1電磁弁73Cを開状態とすることにより、冷却用分岐配管31に導入される冷媒の流量を確保してパワー素子36を冷却することができる。
また、上流側配管71Aに第1キャピラリ72C及び第2キャピラリ72Dを備えているので、冷却用分岐配管31が連通する各熱交換器の間の冷媒が直接冷却器32に導入されない。また、下流側配管71Bに第3キャピラリ72E及び第4キャピラリ72Fを備えているので、冷却用分岐配管31が連通する圧縮機11の入口側の冷媒が直接冷却器32に導入されない。したがって、冷却器32の上流側から冷却器32に導入する冷媒及び冷却器32の下流側から冷却器32に導入する冷媒に対して所望の圧力損失を生じさせ、冷却器32を通過する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。本実施形態では、図8に示されるように、冷却器32に導入する冷媒の圧力は、中圧程度となっている。
また、冷却器32の下流側に、第2電磁弁73E及び第3キャピラリ72Eを設けた第1下流配管71Eと、第3電磁弁73F及び第4キャピラリ72Fを設けた第2下流配管71Fとを設け、第3キャピラリ72Eと第4キャピラリ72Fとは圧力損失が異なっている。第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fの両方が開状態の場合には、第1下流配管71E及び第2下流配管71Fの両方に冷媒が流通する。第2電磁弁73Eが開状態で第3電磁弁73Fが閉状態の場合には、第1下流配管71Eのみに冷媒が流通する。第2電磁弁73Eが閉状態で第3電磁弁73Fが開状態の場合には、第2下流配管71Fのみに冷媒が流通する。このように、冷却器32の下流側で3段階の圧力損失を生じさせることができるので、冷却器32を流通する冷媒の圧力を所望の圧力にすることができる。よって、冷却器32を流通する冷媒の蒸発温度を所望の温度に調整することができる。
また、上記構成では、第3キャピラリ72E及び第4キャピラリ72Fの下流側にそれぞれ第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fを設けている。冷却器32を通過した冷媒はガス相になり、ガス相の冷媒の流速は速くなるので、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fを通過する際の冷媒の圧力損失が高くなる。これにより、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fを通過する冷媒の圧力を好適に下げることができる。よって、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fと同じ回路上に設けられるキャピラリの圧力損失を低く設定することができる。すなわち、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fによって第3キャピラリ72E及び第4キャピラリ72Fの一部代替をすることができる。これにより、第3キャピラリ72E及び第4キャピラリ72Fの径を大きくすることや、全長を短くすることができるので、第3キャピラリ72E及び第4キャピラリ72Fにゴミ等を詰まりにくくすることができる。
また、冷却器32よりも下流側(すなわち低圧側)に第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fが設けられている。したがって、第2電磁弁73E及び第3電磁弁73Fを閉状態とすることで冷却器を流れる冷媒の圧力を高圧側の圧力とすることができる。これにより、例えば、複数の圧縮機を組み合わせた冷媒回路において1つの圧縮機を停止しているときに、その停止する圧縮機を制御する電気回路に設けられたパワー素子は発熱しないので冷却する必要がなく、電磁弁を閉じる場合がある。その場合に、冷却器を流れる冷媒の圧力が高圧側の圧力となり蒸発温度が高くなるので、パワー素子が結露するのを防止することができる。
また、本実施形態では、冷却対象であるパワー素子36自体の温度を検出している。したがって、例えばパワー素子36を通過した冷媒の温度を検出するなど間接的にパワー素子36の温度を検出するよりも、冷却対象の温度を的確に把握することができる。また、的確に把握したパワー素子36の温度に基づき、膨張弁33の開度を制御しているので、冷却器32に流れる冷媒の流量を的確に制御することができ、パワー素子36の温度を的確に制御することができる。これにより、パワー素子36の過熱や過剰な冷却による結露の発生を防ぐことができる。また、パワー素子36の温度を的確に制御できるので、パワー素子36の冷却のために冷媒回路から冷却用分岐配管31に導入する冷媒量を必要最小限にすることができる。したがって、冷媒回路の冷媒が減少することに起因する空気調和装置1の能力低下を最小限にすることができる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態について、図9から図11を用いて説明する。
第4実施形態では、冷媒回路、冷却装置80の構成及び制御部34の制御内容が一部第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図9及び図10に示すように、冷却装置80は、液配管21Cの過冷却熱交換器16よりも室内熱交換器側に設けられたキャピラリ82と、キャピラリ82と並列に形成される並列配管81と、並列配管81に設けられた冷却器32と、並列配管81に設けられて冷却器32よりも室内熱交換器側に配置される電磁弁(弁部)83と、制御部34と、素子温度検出器35と、を備えている。並列配管81は冷却器32と熱的に接触している。電磁弁83は、通電状態のときに開状態を維持し、通電状態が解除されると閉状態となる。制御部34は、素子温度検出器35の検出温度に基づき電磁弁83の開閉を制御する。なお、本実施形態における冷媒回路には、第1実施形態から第3実施形態のようなバイパス回路は設けられていない。
図11は、空気調和装置1が正常に運転されている状態におけるモリエル線図である。図11に示されているように、室外熱交換器13と室内熱交換器との間の冷媒回路に設けられて冷却装置80にて冷媒とパワー素子36との熱交換によってパワー素子36を冷却している。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、パワー素子36の冷却に作動する構成が、電磁弁83及びキャピラリ82を1つずつ設けただけなので、構成を簡素化することができ、故障要因を少なくして故障発生のリスクを低減することができる。
また、冷却器32は、各熱交換器の間の冷媒回路と熱的に接触している。したがって、冷却器32を通過する冷媒が比較的高圧となり、蒸発温度が高くなるので、パワー素子36が結露するのを防止することができる。
また、電磁弁83を閉状態にすると、並列配管81に冷媒が流通しなくなり、冷却器32に冷媒を流通するのを止めることができる。したがって、例えば、冷房と暖房とを切り替える場合など、冷媒の温度が急激に変化する場合に電磁弁83を閉状態とすることで、冷却器32に流通する冷媒の温度が急激に変化することに起因する冷却器32の損傷を抑制することができる。
また、冷却装置80を液配管21Cに設けているので、たとえ冷却装置を通過した冷媒が液相を含んだものであっても、その後の冷媒回路の中で冷媒が適正に気化されるので、液相を含んだまま圧縮機11に冷媒が流入することがない。したがって、いわゆる液バックにより圧縮機11が損傷することを防止できる。また、冷却装置80を液配管21Cに設けているので、冷却装置80を通過する冷媒が高圧側となるので、冷却装置80の結露を抑制することができる。
なお、本実施形態では、電磁弁83を冷却器32よりも室内熱交換器側に設けたが、電磁弁83は、冷却器32よりも室外熱交換器側に設けてもよい。また、本実施形態では、液配管21Cにキャピラリ82を設け、キャピラリ82に並列に形成される並列配管81に冷却器32及び電磁弁83を設けた構成について説明したが、液配管21Cに冷却器32及び電磁弁83を設け、冷却器32及び電磁弁83に並列に形成される配管にキャピラリ82を設けてもよい。また、本実施形態では、電磁弁83を用いたが、電磁弁ではなく膨張弁を用いてもよい。また、本実施形態では、冷却装置80を過冷却熱交換器16よりも室内熱交換器側に設置したが、冷却装置80を過冷却熱交換器16よりも室外熱交換器側に設置してもよい。
本発明は、上記各実施形態に係る発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、キャピラリを用いているが、キャピラリの代わりにオリフィスを用いてもよい。また、上記各実施形態の電磁弁は、制御部によって開閉制御されていたが、手動で開閉してもよい。
1 空気調和装置
2 室外機
3 ガス側配管
4 液側配管
11 圧縮機
13 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
30 冷却装置
31 冷却用分岐配管
32 冷却器
33 膨張弁(可変絞り)
34 制御部
35 素子温度検出器
36 パワー素子
60 冷却装置
61 冷却用分岐配管
61A 上流側配管
61B 下流側配管
62A 上流側キャピラリ(上流側固定絞り)
62B 下流側キャピラリ(下流側固定絞り)
63 電磁弁(開閉弁)
70 冷却装置
71 冷却用分岐配管
71A 上流側配管
71B 下流側配管
71C 第1上流配管
71D 第2上流配管
71E 第1下流配管
71F 第2下流配管
72C 第1キャピラリ(第1固定絞り)
72D 第2キャピラリ(第2固定絞り)
72E 第3キャピラリ(第3固定絞り)
72F 第4キャピラリ(第4固定絞り)
73C 第1電磁弁(第1開閉弁)
73E 第2電磁弁(第2開閉弁)
73F 第3電磁弁(第3開閉弁)
80 冷却装置
82 キャピラリ(固定絞り)
83 電磁弁(弁部)

Claims (4)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、
    前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、
    前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、
    前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側にのみ設けられた可変絞りとを備える冷凍サイクル装置。
  2. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、
    前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、
    前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、
    前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも上流側に設けられた上流側固定絞りと、
    前記冷却用分岐配管の前記冷却器よりも下流側に設けられた下流側固定絞りと、
    前記冷却用分岐配管の前記下流側固定絞りよりも下流側に設けられた開閉弁とを備える冷凍サイクル装置。
  3. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、
    前記冷媒回路における各前記熱交換器の間の冷媒の一部を前記圧縮機の入口側にバイパスさせる冷却用分岐配管と、
    前記冷却用分岐配管に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器とを備え、
    前記冷却用分岐配管は、前記冷却器よりも上流側に位置する上流側配管と、前記冷却器よりも下流側に位置する下流側配管とを有し、
    前記上流側配管は、第1開閉弁及び該第1開閉弁の下流側に設けられる第1固定絞りを具備する第1上流配管と、第2固定絞りを具備して前記第1上流配管と並列して形成される第2上流配管とを有し、
    前記下流側配管は、第2開閉弁及び該第2開閉弁の上流側に設けられる第3固定絞りを具備する第1下流配管と、第3開閉弁及び該第3開閉弁の上流側に設けられる第4固定絞りを具備して前記第1下流配管と並列して形成される第2下流配管とを有し、
    前記第3固定絞りと前記第4固定絞りとは、異なる圧力損失とされている冷凍サイクル装置。
  4. 圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び利用側熱交換器が配管にて接続されて冷媒を循環させる冷媒回路と、
    各前記熱交換器の間の前記冷媒回路に熱的に接触し、前記圧縮機の運転を制御する電気回路に設けられたパワー素子を前記冷媒の一部により冷却する冷却器と、
    前記冷媒回路の前記冷却器よりも熱源側熱交換器側または利用側熱交換器側に設けられた弁部と、
    前記冷却器及び前記弁部と並列的に設けられる固定絞りとを備える冷凍サイクル装置。
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