JP2021012010A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷式の冷凍サイクル装置において、冷房運転時に、冷却水の温度が低い場合には、冷媒回路の高圧圧力が低下し、室内側へ液冷媒を十分に循環できなくなるという課題があった。【解決手段】冷凍サイクル装置（１）は、圧縮機（２１）と、利用側熱交換器（３２ａ、３２ｂ）と、第１電動弁（３１ａ、３１ｂ）と、熱源側熱交換器（２３）と、第２電動弁（２４）と、バイパス回路（２７）と、第３電動弁（２８）と、制御部（４０）とを備える。第１電動弁は、利用側熱交換器への冷媒の流量を調整する。熱源側熱交換器は、冷媒と水とで熱交換を行う。バイパス回路は、圧縮機の吐出側と、第１電動弁と第２電動弁との間とを接続する。第３電動弁は、バイパス回路の冷媒の流量を調整する。制御部は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合に、第１条件を満たすか判断し、第１条件を満たすときに、第３電動弁を所定開度Ｒ１まで開ける。第１条件は、第１電動弁の開度が所定開度Ｐ１を超えるという条件Ａを含む。【選択図】図２

Description

冷凍サイクル装置に関する。

冷媒を用いて室内の空気調和を行う空気調和装置において、水を用いて熱源側熱交換器を冷却（または加熱）する、水冷式の空気調和装置が知られている。特許文献１（特開２００８−７５９４８号公報）は、水冷式の空気調和装置において、冷媒回路の高圧圧力が最適圧力となるように、冷却水の供給流量を調節することを開示している。

水冷式の冷凍サイクル装置において、冷房運転時（利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合）に、冷却水の温度が低い場合には、冷媒回路の高圧圧力が低下し、室内側へ液冷媒を十分に循環できなくなるという課題があった。

第１観点の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、利用側熱交換器と、第１電動弁と、熱源側熱交換器と、第２電動弁と、バイパス回路と、第３電動弁と、制御部とを備える。圧縮機は、冷媒を圧縮する。第１電動弁は、利用側熱交換器への冷媒の流量を調整する。熱源側熱交換器は、冷媒と水とで熱交換を行う。第２電動弁は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合に、熱源側熱交換器の下流側に位置し、冷媒の流量の調整を行う。バイパス回路は、圧縮機の吐出側と、第１電動弁と第２電動弁との間とを接続する。第３電動弁は、バイパス回路の冷媒の流量を調整する。制御部は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合に、第１条件を満たすか判断し、第１条件を満たすときに、第３電動弁を所定開度Ｒ１まで開ける。第１条件は、第１電動弁の開度が所定開度Ｐ１を超えるという条件Ａを含む。

第１観点の冷凍サイクル装置は、第１電動弁の開度によって、バイパス回路の流量を制御するので、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力が確保され、室内側への液冷媒の循環量が確保される。

第２観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の装置であって、第１条件が、さらに、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁の下流側の圧力相当値が所定値以下という条件Ｂを含む。ここで、圧力相当値とは、たとえば、圧力、または、温度である。

第２観点の冷凍サイクル装置は、バイパス回路上の第３電動弁の開度を所定開度開ける条件として、第２電動弁の下流側の圧力相当値が所定値以下との条件を含むので、確実に、第２電動弁の下流側の冷媒圧力が確保される。

第３観点の冷凍サイクル装置は、第２観点の装置であって、第１条件が、さらに、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁の下流側の過冷却度が、所定値以上であるという条件Ｃを含む。

第３観点の冷凍サイクル装置は、過冷却度が確保され、第１電動弁と第２電動弁の間の冷媒が気液二相状態になり、圧力損失が増加することにより、冷媒圧力が低下し、室内側へ液冷媒を十分に循環できなくなるのを防止する。

第４観点の冷凍サイクル装置は、第１観点〜第３観点のいずれかの装置であって、制御部は、第１条件および第２条件を満たすかどうか判断し、第１条件を満たすが第２条件を満たさないと判断した場合、第３電動弁を所定開度Ｒ１だけ開け、第１条件および第２条件を満たすと判断した場合、第３電動弁を所定開度Ｒ１よりも大きい所定開度Ｒ２まで開ける。第２条件は、第１電動弁の開度が所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２を超える条件である。

第４観点の冷凍サイクル装置は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力がより大きく低下していると推定される場合に、バイパス回路の第３電動弁の開度をより大きく開けるので、より迅速に利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力が回復する。

第５観点の冷凍サイクル装置は、第１観点〜第４観点のいずれかの装置であって、制御部は、第１条件を満たし、第３電動弁を所定開度Ｒ１まで開けた後で、所定時間Ｔ１経過後に、第１条件を満たすときは、第３電動弁をさらに所定開度ｒ３開ける。

第５観点の冷凍サイクル装置は、バイパス回路の第３電動弁の開度を調整した後で、所定時間経過後、さらに、第３電動弁の開度を調整するので、より適切な第３電動弁の開度の制御が可能になる。

第６観点の冷凍サイクル装置は、第５観点の装置であって、制御部は、第１条件を満たし、第３電動弁を所定開度Ｒ１だけ開けた後で、所定時間Ｔ１経過後に、第１条件および第２条件を満たすかどうか判断し、第１条件を満たすが第２条件を満たさないと判断した場合、第３電動弁をさらに所定開度ｒ３だけ開け、第１条件および前記第２条件を満たすと判断した場合、第３電動弁をさらに所定開度ｒ３よりも大きい所定開度ｒ４だけ開ける。第２条件は、第１電動弁の開度が所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２を超える条件である。

第６観点の冷凍サイクル装置は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力がより大きく低下していると推定される場合に、バイパス回路の第３電動弁の開度をより大きく開けるので、より迅速に利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力が回復する。

第７観点の冷凍サイクル装置は、第１観点〜第６観点のいずれかの装置であって、制御部は、第１条件を満たし、第３電動弁を所定開度Ｒ１開けた後で、所定時間Ｔ１経過後に、第３条件を満たすときは、前記第３電動弁の開度を所定開度ｒ５だけ小さくする。第３条件は、前記第１電動弁の開度が前記所定開度Ｐ１より小さい所定開度Ｐ３以下である条件である。

第７観点の冷凍サイクル装置は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、第２電動弁下流側の圧力が上昇しすぎるのを防止することができる。

第８観点の冷凍サイクル装置は、第１観点〜第７観点のいずれかの装置であって、制御部は、利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合、熱源側熱交換器の圧力相当値が、第１所定圧力相当値になるように第２電動弁の開度を所定開度Ｑ１に制御する。制御部は、さらに、所定時間Ｔ２経過後に、第３電動弁が閉であるか、または、第３電動弁の開度が第３所定時間以上変更が無いときは、第２電動弁の開度を所定開度Ｑ１よりも大きな所定開度Ｑ２に制御する。ここで、圧力相当値とは、たとえば、圧力、または、温度である。

第８観点の冷凍サイクル装置は、第３電動弁の状態が安定しているときに、第２電動弁の開度を大きくするので、高圧圧力を低下させ、圧縮機の消費電力を削減することができる。

第１実施形態の冷凍サイクル装置１の全体構成を示す図である。 第１実施形態の冷凍サイクル装置１における、第３電動弁２８（バイパス電動弁）の開度制御の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態の冷凍サイクル装置１における、第２電動弁２４（熱源側膨張弁）による目標凝縮圧力制御の流れを示すフローチャートである。 変形例１Ｆの冷凍サイクル装置１における、第３電動弁２８（バイパス電動弁）の開度制御の流れの特徴部分を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
（１）冷凍サイクル装置１の構成
第１実施形態の冷凍サイクル装置１の全体構成の概略を図１に示す。図１は、冷媒回路２を中心に記載している。冷凍サイクル装置１は、冷暖房を行う空気調和装置、冷温水器などに用いることができる。冷凍サイクル装置１は、水冷式である。冷媒回路２を流れる冷媒は、熱源側熱交換器２３において、水回路５を流れる水と熱交換を行う。

本実施形態の冷凍サイクル装置１は、熱源ユニット２０と、利用ユニット３０ａ、３０ｂと、制御部４０と、を有している。利用ユニット３０ａ、３０ｂは、１台または複数台である。図１では、２台の利用ユニット３０ａ、３０ｂが例示されている。

熱源ユニット２０は、圧縮機２１と、アキュムレータ２６と、四方切換弁２２と、熱源側熱交換器２３と、第２電動弁２４と、高圧レシーバ２５と、バイパス回路２７と、第３電動弁２８と、複数の温度センサ１２〜１７と、圧力センサ１８と、液側閉鎖弁６１と、ガス側閉鎖弁６２とを含んでいる。熱源ユニット２０においては、四方切換弁２２と、熱源側熱交換器２３と、第２電動弁２４と、高圧レシーバ２５と、液側閉鎖弁６１とは、順に冷媒配管によって接続されている。なお、第２電動弁２４と液側閉鎖弁６１との間の冷媒配管を液管２９と呼ぶことがある。

圧縮機２１は、冷媒を圧縮する。四方切換弁２２は、図１の破線（暖房）と、実線（冷房）とで冷媒の流れを切り換える。熱源側熱交換器２３は、冷媒回路２を流れる冷媒と、水回路５を流れる水とで熱交換させる。熱源側熱交換器２３は、プレート式熱交換器である。第２電動弁２４は、冷媒配管を流れる冷媒の流量を調整する。高圧レシーバ２５、アキュムレータ２６は、冷媒を一時貯留する。

圧力センサ１８は、圧縮機２１の吐出側に接続され、高圧圧力を計測する。温度センサ１４は、熱源側熱交換器２３の四方切換弁２２側の冷媒配管に配置され、熱源側熱交換器２３の冷媒配管の入口温度を測定する。温度センサ１５は、熱源側熱交換器２３の第２電動弁２４側の冷媒配管に配置され、熱源側熱交換器２３の冷媒配管の出口温度を測定する。温度センサ１６は、熱源側熱交換器２３上に配置され、気液２相状態の冷媒温度を測定する。温度センサ１７は、液管２９上に配置され、冷媒配管の温度を測定する。

バイパス回路２７は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管と、第２電動弁２４と高圧レシーバ２５との間の冷媒配管（液管２９）とを接続している。第３電動弁２８（バイパス電動弁）は、バイパス回路２７上に配置されている。第３電動弁２８の開度は、閉から全開まで、連続的にまたは段階的に変更可能である。第３電動弁２８の開度を変更することにより、バイパス回路２７を流れる冷媒の流量が変化する。バイパス回路２７は、冷房運転時（利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合）に、液管２９の圧力が低下した時に、液管２９に圧縮機２１の吐出側の高圧冷媒を供給し、液管２９の圧力を維持する役割をもつ。バイパス回路２７は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管から、第２電動弁２４と高圧レシーバ２５との間の冷媒配管に接続されているが、これに限らず、第２電動弁２４と利用ユニット３０ａ、３０ｂの液側閉鎖弁６１との間の冷媒配管に接続されていればよい。また、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、第２電動弁２４と後述する第１電動弁３１ａ、３１ｂとの間に供給される構成であればよい。

利用ユニット３０ａは、利用側熱交換器３２ａと、第１電動弁３１ａとを含んでいる。利用ユニット３０ｂは、利用側熱交換器３２ｂと、第１電動弁３１ｂとを含んでいる。第１電動弁３１ａ、３１ｂと利用側熱交換器３２ａ、３２ｂとは冷媒配管で接続され、さらに、第１電動弁３１ａ、３１ｂは冷媒配管で液側閉鎖弁６１に、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂは、冷媒配管で、ガス側閉鎖弁６２に接続されている。

第１電動弁３１ａ、３１ｂは、冷媒を減圧し、また、冷媒流量の調整を行う。利用側熱交換器３２ａ、３２ｂは、冷媒と室内の空気とで熱交換を行う。

制御部４０は、コンピュータである。制御部４０は、プロセッサとメモリとを有している。本実施形態においては、制御部４０は、熱源ユニット２０に配置されている。制御部４０は、別の位置に配置されていても良い。制御部４０は複数のコンピュータから構成され、複数のコンピュータが別の位置に配置され連携して制御を行っても良い。制御部４０は、熱源ユニット２０、利用ユニット３０ａ、３０ｂ内の各機器を制御する。制御部４０は、熱源ユニット２０、利用ユニット３０ａ、３０ｂ内の各機器、および、温度センサ１２〜１７と、接続されている。制御部４０は、各機器の稼動の状態、各センサの測定値などの情報を入手して、その情報に基づいて各機器を制御する。

暖房運転時には、圧縮機２１から吐出した冷媒は、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂ、第１電動弁３１ａ、３１ｂ、高圧レシーバ２５、第２電動弁２４、熱源側熱交換器２３、アキュムレータ２６を経由して、再び圧縮機２１に吸入される。言い換えると、暖房時には、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂが、凝縮器（放熱器）として、熱源側熱交換器２３が、蒸発器として機能する。

冷房運転時には、圧縮機２１から吐出した冷媒は、熱源側熱交換器２３、第２電動弁２４、高圧レシーバ２５、第１電動弁３１ａ、３１ｂ、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂ、アキュムレータ２６を経由して、再び圧縮機２１に吸入される。言い換えると、冷房時には、熱源側熱交換器２３が、凝縮器（放熱器）として、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂが、蒸発器として機能する。

（２）水回路５の構成
上述したように、冷凍サイクル装置１の冷媒は、熱源側熱交換器２３において水と熱交換する。この水は、水回路５内を循環している。水回路５は、熱源側熱交換器２３、水量調整弁１１、循環ポンプ５１、水熱源（図示せず）が水配管で接続されている。水配管上には、第１温度センサ１２と、第２温度センサ１３が配置されている。第１温度センサ１２は、熱源ユニット２０の外側であって、熱源側熱交換器２３の入口の水配管上に配置されている。第２温度センサ１３は、熱源ユニット２０の外側であって、熱源側熱交換器２３の出口の水配管上に配置されている。第１温度センサ１２及び第２温度センサ１３は、上述した位置に限定されず、それぞれ熱源ユニット２０内の熱源側熱交換器２３の入口の水配管上、出口の水配管上に配置されていてもよい。

循環ポンプ５１は、水を水回路５内で循環させる。循環ポンプ５１は、ポンプの入口と出口の差圧が所定範囲内になるように回転数制御される。本実施形態においては、循環ポンプ５１の回転数は、制御部４０とは、独立に制御される。循環ポンプ５１は、図１では、水回路５の熱源側熱交換器２３の出口側に接続されている。循環ポンプ５１は、水回路５の熱源側熱交換器２３の入口側に接続されていてもよく、水回路５内に配置されていれば、他の位置であっても良い。

水量調整弁１１は、水回路５内を流れる水の水量を調整する。水量調整弁１１は、開度の調整の可能な電動弁である。水量調整弁１１は、制御部４０によって制御される。水回路５内の水量は、原始的に循環ポンプ５１の回転数で決まるが、循環ポンプ５１は制御部４０によって制御できないので、制御部４０は、水量調整弁１１によって、水回路５の水量を制御する。水量調整弁１１の制御により水回路５の水量が変化すると、循環ポンプ５１の入口と出口に差圧が生じる。循環ポンプ５１は、生じた差圧に基づき、水回路５の水の循環量を制御する。水量調整弁１１は、図１では、水回路５の熱源側熱交換器２３の入口側に接続されている。水量調整弁１１は、水回路５の熱源側熱交換器２３の出口側に接続されていてもよく、水回路５内に配置されていれば、他の位置であっても良い。

水熱源は、水回路５を流れる水を冷却するものであり、たとえば、クーリングタワーである。

第１温度センサ１２は、熱源側熱交換器２３の入口の水配管の温度を測定する。第２温度センサ１３は、熱源側熱交換器２３の出口の水配管の温度を測定する。第１温度センサ１２および第２温度センサ１３は、サーミスタである。第１温度センサ１２および第２温度センサ１３で測定した温度の測定値は、制御部４０に送られる。

冷凍サイクル装置１の制御部４０は、第１温度センサ１２および第２温度センサ１３で測定した温度の測定値やその他の情報を基にして、水量調整弁１１の開度の調整を行う。

（３）第３電動弁２８（バイパス電動弁）の開度制御
本実施形態の第３電動弁２８の開度制御を、図２のフローチャートを用いて説明する。

本実施形態のバイパス回路２７と第３電動弁２８は、冷凍サイクル装置１の運転条件によっては、必ずしも使用する必要はない。言い換えると、第３電動弁２８は、閉状態でもよい。バイパス回路２７に冷媒を流す場合とは、たとえば、冷凍サイクル装置の冷房運転時、言い換えると、熱源側熱交換器２３を凝縮器として用いているときに、水回路５を流れる冷却水の温度が低すぎる場合である。このような場合には、液管２９の圧力が低下し、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量が不足する恐れがある。このとき、第３電動弁２８を開いて、バイパス回路２７に冷媒を流し、液管２９の冷媒の圧力を保持する必要が生じる。

まず、最初に、制御部４０は、第３電動弁２８の開度を確認する（Ｓ１０１）。本制御は、第３電動弁２８の閉状態で開始する制御であるので、第３電動弁２８の閉状態を確認して、ステップ１０２に進む。

ステップ１０２では、制御部４０は、第１条件を満たしているか否かを判断する。

本実施形態においては、第１条件は、条件Ａ〜Ｃの３条件からなっている。

条件Ａは、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１を超えているという条件である。なお、本実施形態、変形例において、第１電動弁３１ａ、３１ｂが複数存在する場合には、第１電動弁の開度は、最も開度の大きな第１電動弁の開度とする。条件Ａは、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量が不足していることを示す条件である。

条件Ｂは、液管２９の圧力相当値が所定値以下という条件である。ここで、圧力相当値とは、たとえば、圧力、または、温度である。

条件Ｃは、液管２９の過冷却度が、所定値以上であるという条件である。

ステップ１０２では、制御部４０は、条件Ａ〜Ｃのどれか一つでも満たされないときは、第１条件は満たされないと判断して、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、制御部４０は、所定時間Ｔ４の経過を待ち、再び、ステップＳ１０２に戻る。

ステップ１０２で、制御部４０は、条件Ａ〜Ｃが三つとも満たされるとき、第１条件が満たされるとして、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０２で第１条件が満たされるとき、制御部４０は、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１に開き、バイパス回路２７に冷媒を流す（Ｓ１０３）。

次に、ステップＳ１０４では、制御部４０は、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１に保持した状態で、所定時間Ｔ１の経過を待つ。

所定時間Ｔ１の経過後、制御部４０は、もう一度第１条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１０５）。そして、第１条件を満たす場合は、制御部４０は、第２条件を満たすか否かを判断する（Ｓ１０６）。第２条件は、条件Ａ’、Ｂ、Ｃの３条件からなっている。条件Ｂ、Ｃは第１条件と同じである。条件Ａ’は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）を超えるという条件である。言い換えると、第２条件は条件Ａよりもさらに、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量が不足していることを示す条件である。ステップＳ１０６で、第１条件は満たすが、第２条件は満たさないときは、ステップＳ１２２に進み、制御部４０は、第３電動弁２８の開度をさらに所定開度ｒ３だけ開く。ステップＳ１０６で、第１条件を満たし、さらに第２条件も満たすときは、ステップＳ１２１に進み、制御部４０は、第３電動弁２８の開度をさらに所定開度ｒ３より大きい所定開度ｒ４（ｒ４＞ｒ３）だけ開く。

また、ステップＳ１０５で、第１条件を満たさないときは、ステップＳ１０７に進み、第３条件を満たすか否かを判断する。第３条件は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｒ３（Ｒ３＜Ｒ１）より小さいという条件である。ステップＳ１０７で、制御部４０は、第１条件は満たさず、第３条件も満たさないと判断した場合には、ステップＳ１２４に進み、第３電動弁２８の開度をそのまま維持する。ステップＳ１０７で、制御部４０は、第１条件は満たさず、第３条件は満たすと判断した場合には、ステップＳ１２３に進み、第３電動弁２８の開度を所定開度ｒ５だけ小さくする。この場合は、制御部４０は、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量は充足されていると判断し、バイパス回路２７を流れる冷媒量を減らす制御を行う。

言い換えると、本実施形態においては、ステップＳ１０２で第１条件を満たす場合に、制御部４０は、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１に開いた（Ｓ１０３）後、所定時間Ｔ１の経過（Ｓ１０４）後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で、第１〜第３条件の判定によって、第３電動弁２８の開度を変更する。さらに、所定時間Ｔ１の経過（Ｓ１０４）後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で、制御部４０は、第１〜第３条件を判定し、第３電動弁２８の開度を変更する操作を繰り返し、第３電動弁２８の開度を適切に保持してもよい。この制御によって、液管２９の冷媒の圧力を保持し、冷媒循環量を確保することができる。

（４）第２電動弁２４（熱源側膨張弁）の開度制御
従来、水冷式の冷凍サイクル装置は、冷房運転時（利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合）に、所定の目標凝縮圧力を設定し、凝縮圧力が一定になるよう制御していた。しかしながら、所定の目標凝縮圧力は固定のため、凝縮圧力が低くても良い条件の場合であっても、凝縮圧力を目標凝縮圧力まで上げる必要があり、圧縮機の消費電力の抑制が不十分になる。

そこで、本実施形態では、消費電力を抑制するために、目標凝縮圧力相当値を必要に応じて変更する冷凍サイクル装置１の運転を行う。ここで、圧力相当値とは、たとえば、圧力、または、温度である。以下、目標凝縮圧力相当値および凝縮圧力相当値は、それぞれ目標凝縮圧力、凝縮圧力とする。目標凝縮圧力を変更する場合の第２電動弁２４の開度制御について、図３を用いて、説明する。

まず、ステップＳ２０１では、制御部４０は、凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力になるように第２電動弁２４の開度を制御する。凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力になったときの第２電動弁の開度をＱ１とする。

次に、ステップＳ２０２では、所定時間Ｔ２の間、凝縮圧力を一定に保持する。次に、所定時間Ｔ２経過後、ステップＳ２０３、Ｓ２０４では、制御部４０は、第３電動弁２８（バイパス電動弁）の状態を判断する。ステップＳ２０３では、制御部４０は、第３電動弁２８が閉か否かを判断する。閉のときは、ステップＳ２０５へ進む。第３電動弁２８が開のときは、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４では、制御部４０は、第３電動弁２８の開度が、所定時間Ｔ３以上変更されていないかを確認する。変更されているときは、制御部４０は、目標凝縮圧力を変更しないと判断して、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０４で、制御部４０は、第３電動弁２８の開度が所定時間Ｔ３以上変更されていないと判断したときは、ステップＳ２０３で第３電動弁２８が閉と判断した場合と同様に、ステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０５では、制御部４０は、目標凝縮圧力（相当値）を、たとえば１℃下げ、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、制御部４０は、下げた目標凝縮圧力になるように、第２電動弁２４（熱源側膨張弁）の開度を所定開度Ｑ１から所定開度Ｑ１より大きい所定開度Ｑ２（Ｑ２＞Ｑ１）に変更する。冷凍サイクル装置１は、このような制御により、第３電動弁２８の開度に基づき液管２９の圧力が安定しているかどうかを判断し、圧力が安定している場合に目標凝縮圧力を低くすることができ、圧縮機の消費電力を削減することができる。

（５）特徴
（５−１）
本実施形態の冷凍サイクル装置１は、熱源側熱交換器２３において冷媒を循環水を用いて冷却する構成を有している。冷凍サイクル装置１は、熱源ユニット２０と、利用ユニット３０ａ、３０ｂとを有する。利用ユニット３０ａ、３０ｂには、第１電動弁３１ａ、３１ｂと、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂを含む。熱源ユニット２０は、熱源側熱交換器２３をバイパスするバイパス回路２７と、バイパス回路の冷媒流量を調節する第３電動弁２８とを有している。

冷凍サイクル装置１が、多数（たとえば５台以上）の利用ユニットを有している場合、利用ユニットと熱源ユニットを接続する配管が長尺（たとえば２０ｍ以上）になる場合、利用ユニットが熱源ユニットよりも高い位置（たとえば１０ｍ以上）に配置されている場合などにおいては特に、冷媒を送り出す熱源ユニットにおいては、熱源ユニットと利用ユニットとを接続する冷媒配管における圧力損失を相殺する、より高い圧力で冷媒を送り出すことが求められる。

より具体的には、冷凍サイクル装置１の冷房運転時に、冷却水の温度が低すぎるときは液管２９の圧力が低下し、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量が不足する恐れがある。

そこで、本実施形態においては、バイパス回路２７を設けて、第３電動弁２８を開くことによって、バイパス回路２７に冷媒を流し、液管２９の圧力を維持して、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量を確保する。

（５−２）
本実施形態の冷凍サイクル装置１の制御部４０は、第１条件を満たすか否かを判断（Ｓ１０２）し、第１条件を満たすときは、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１だけ開ける（Ｓ１０３）。第１条件とは、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１を超えるという条件Ａを含む。

第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１を超えているときは、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒の循環量が不足している可能性があると考えられる。そこで、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１だけ開けることにより、液管２９の圧力を維持して、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量を確保することができる。

（５−３）
第１条件は、さらに、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂを蒸発器として運転させた場合における、液管２９の圧力相当値が所定値以下という条件Ｂを含む。

この場合も液管２９の圧力が不足し、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量が不足している可能性がある。そこで、第３電動弁２８の開度を所定開度Ｒ１だけ開けることにより、液管２９の圧力を維持して、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量を確保する。

（５−４）
第１条件は、さらに、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂを蒸発器として運転させた場合における、液管２９の圧力の過冷却度が、所定値以上であるという条件Ｃを含む。

過冷却度が不十分であれば、第１電動弁３１ａ、３１ｂと第２電動弁２４の間の冷媒が気液二相状態になり、圧力損失が増加する。これにより、液管２９の圧力が低下し、利用ユニット３０ａ、３０ｂへ液冷媒を十分に循環できなくなる。そこで、制御部４０が第３電動弁の開度を所定開度Ｒ１だけ開けることにより、液管２９の圧力を維持して、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量を確保する。

（５−５）
本実施形態の冷凍サイクル装置１の制御部４０は、第１条件を満たし（Ｓ１０２）、第３電動弁２８を所定開度Ｐ１だけ開けた（Ｓ１０３）後で、所定時間Ｔ１経過後（Ｓ１０４）に、第１条件を満たす（Ｓ１０５）ときは、第３電動弁２８をさらに所定開度ｒ３だけ開ける（Ｓ１２２）。

第３電動弁２８を所定開度Ｒ１だけ開けた（Ｓ１０３）後で、なお、液管２９の圧力が十分高くなっていない、または、液管２９の圧力が低下したときは、制御部４０は第３電動弁２８を所定開度Ｒ１からさらに所定開度ｒ３開ける（Ｓ１２２）。これにより、第３電動弁２８が所定開度Ｒ１空いているときよりも、バイパス回路２７を通じて液管２９に供給される高圧冷媒量を増加させることができ、液管２９の圧力をさらに高くすることができる。

（５−６）
本実施形態の冷凍サイクル装置１の制御部４０は、第１条件を満たし（Ｓ１０２）、第３電動弁２８を所定開度Ｒ１だけ開けた（Ｓ１０３）後で、所定時間Ｔ１経過後（Ｓ１０４）に、第１条件（Ｓ１０５）に加えて、第２条件（Ｓ１０６）を検討する。第２条件は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）を超える条件である。第１条件を満たすが第２条件を満たさないと判断した場合、第３電動弁２８をさらに所定開度ｒ３だけ開け、第１条件および第２条件を満たすと判断した場合、第３電動弁２８をさらに所定開度ｒ３より大きい所定開度ｒ４（ｒ４＞ｒ３）だけ開ける。

制御部４０は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度に応じて、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量の不足量を推定し、それに応じて、第３電動弁２８の開度を決めている。

（５−７）
本実施形態の冷凍サイクル装置１の制御部４０は、第１条件を満たし（Ｓ１０２）、第３電動弁２８を所定開度Ｒ１だけ開けた（Ｓ１０３）後で、所定時間Ｔ１経過後（Ｓ１０４）に、第１条件とともに第３条件（Ｓ１０７）を検討する。第３条件は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１より小さい所定開度Ｐ３以下であるという条件である。第１条件を満たさず第３条件を満たさないと判断した場合、第３電動弁２８の開度を維持し（Ｓ１２４）、第１条件を満たさず第３条件を満たすと判断した場合、第３電動弁２８の開度を所定開度ｒ５だけ閉める。

制御部４０は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が狭く、利用ユニット３０ａ、３０ｂへの冷媒循環量の不足が無いと判断した場合には、第３電動弁２８の開度を絞る方向に制御する。

（５−８）
本実施形態の冷凍サイクル装置１は、利用側熱交換器３２ａ、３２ｂを蒸発器として運転させた場合に、目標凝縮圧力相当値を、冷凍サイクルの運転状態に合わせて可変に制御する。ここで、圧力相当値とは、たとえば、圧力、または、温度である。

具体的には、次の制御を行う。

最初に、制御部４０は、凝縮圧力が所定の目標凝縮圧力になるように、第２電動弁２４の開度を所定開度Ｑ１に制御する（Ｓ２０１）。凝縮圧力が目標凝縮圧力となったところで、制御部４０は、所定時間Ｔ２経過するのを待つ（Ｓ２０２）。次に、制御部４０は、第３電動弁２８（バイパス電動弁）の開度に関する条件が所定の条件を満たすか否かを判断する。条件とは、第３電動弁が閉か（Ｓ２０３）、または、第３電動弁２８の開度が所定時間Ｔ３以上変化していない（Ｓ２０４）という条件である。この条件が満たされるときは、制御部４０は、目標凝縮圧力を下げ（Ｓ２０５）、凝縮圧力が下げた目標凝縮圧力になるように、第２電動弁２４の開度を所定開度Ｑ１より大きい所定開度Ｑ２（Ｑ２＞Ｑ１）に広げる（Ｓ２０６）。

上記ステップＳ２０３、Ｓ２０４の条件は、バイパス回路２７に冷媒が流れていないか、冷媒が流れていても流量が安定しているということを示す条件であり、換言すれば、液管２９の圧力が安定していることを意味する。このような場合には、制御部４０は、目標凝縮圧力を低下させ、圧縮機の消費電力の削減を図ることができる。

（６）変形例
（６−１）変形例１Ａ
第１実施形態においては、第１条件は、条件Ａ〜条件Ｃの３つであった。第１条件は、適宜、もっと多くても少なくても良い。

変形例１Ａにおいては、第１条件は、条件Ａだけである。変形例１Ａの冷凍サイクル装置の構成、および、制御は、その他は、第１実施形態と全く同様である。

（６−２）変形例１Ｂ
変形例１Ａにおいては、第１条件は、条件Ａと条件Ｃである。変形例１Ａの冷凍サイクル装置の構成、および、制御は、その他は、第１実施形態と全く同様である。

（６−３）変形例１Ｃ
第１実施形態においては、第２条件は、条件Ａ’、条件Ｂと条件Ｃの３条件であった。第２条件は、適宜、もっと多くても少なくても良い。

変形例１Ｃにおいては、第２条件は、条件Ａ’だけである。変形例１Ｃの冷凍サイクル装置の構成、および、制御は、その他は、第１実施形態と全く同様である。

（６−４）変形例１Ｄ
第１実施形態においては、第２条件は、条件Ａ’、条件Ｂと条件Ｃの３条件であり、変形例１Ｃにおいては、第２条件は、条件Ａ’だけであった。変形例１Ｄにおいては、第２条件は、条件Ａ’と条件Ｃである。変形例１Ｄの冷凍サイクル装置の構成、および、制御は、その他は、第１実施形態と全く同様である。

（６−５）変形例１Ｅ
第１実施形態においては、ステップＳ１０４で所定時間Ｔ１経過後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で、第１条件〜第３条件について判断していた。変形例１Ｅにおいては、ステップＳ１０４までは、第１実施形態と同じであるが、次に、制御部４０は、第１条件と、第３条件のみについて条件を満たすか否かを判断し、第２条件については判断しない点が異なる。その他は、第１実施形態と同様である。

（６−６）変形例１Ｆ
変形例１Ｆの第３電動弁２８（バイパス電動弁）の制御フローは、第１実施形態とほとんど同じであるが、ステップＳ１０２と、ステップＳ１０３の部分が異なる。変形例１Ｆの第３電動弁２８（バイパス電動弁）の制御フローの第１実施形態と異なる部分を中心に部分的に記載したものを図４に示す。

まず、第１実施形態のステップＳ１０１と同様に、制御部４０は、第３電動弁の閉状態を確認する（Ｓ３０１）。次にステップＳ３０２へ進み、ステップＳ１０２と同様に、制御部４０は、第１条件を満たしているか否かを判断する。

変形例１Ｆでは、第１実施形態と異なり、制御部４０は、ステップＳ３０２で第１条件について判断した後、引き続き、第２条件についても、条件を満たすか否かを判断する（Ｓ３０３）。第２条件の内容は、第１実施形態と同じで、条件Ａ’、Ｂ，Ｃである。条件Ａ’は、第１電動弁３１ａ、３１ｂの開度が所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２（Ｐ２＞Ｐ１）を超えるという条件である。

ステップＳ３０３で第１条件は満たすが、第２条件は満たさないときは、制御部４０は、第３電動弁の開度を所定開度Ｒ１に開く（ステップＳ３０５）。ステップＳ３０３で第１条件を満たし、かつ、第２条件も満たすときは、制御部４０は、第３電動弁の開度を所定開度Ｒ１より大きい所定開度Ｒ２（Ｒ２＞Ｒ１）に開く（ステップＳ３０４）。

変形例１Ｆでは、次に所定時間Ｔ１の経過を待ち（Ｓ３０６）、再び、第１条件〜第３条件について判断して、それに基づいて制御していく点は、第１実施形態と全く同様である。

変形例１Ｆにおいて、第１条件は、変形例１Ａと同様に条件Ａだけであってもよいし、変形例１Ｂと同様に条件Ａと条件Ｃであってもよい。また、第２条件は、変形例１Ｃと同様に条件Ａ’だけであってもよいし、変形例１Ｄと同様に、条件Ａ’と条件Ｃであってもよい。

（６−７）変形例１Ｇ
第１実施形態では、熱源側熱交換器２３は１つであった。熱交換量を増やすために、熱源側熱交換器は複数配置されていても良い。変形例１Ｇでは、熱源側熱交換器２３は２つである。これに対応して、第２電動弁２４も二つ配置されている。その他の冷凍サイクル装置１の構成は、第１実施形態と同様である。変形例１Ｇにおいては、二つの第２電動弁２４の制御において、凝縮圧力は目標凝縮圧力になるように制御される。その他の制御は、第１実施形態と同様である。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１・・・・・・・・・・冷凍サイクル装置
２０・・・・・・・・・熱源ユニット
２１・・・・・・・・・圧縮機
２３・・・・・・・・・熱源側熱交換器
２４・・・・・・・・・第２電動弁（熱源側膨張弁）
２７・・・・・・・・・バイパス回路
２８・・・・・・・・・第３電動弁（バイパス電動弁）
３０ａ、３０ｂ・・・・利用ユニット
３１ａ、３１ｂ・・・・第１電動弁
３２ａ、３２ｂ・・・・利用側熱交換器
４０・・・・・・・・・制御部

特開２００８−７５９４８号公報

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（２１）と、
   利用側熱交換器（３２ａ、３２ｂ）と、
   前記利用側熱交換器への前記冷媒の流量を調整する第１電動弁（３１ａ、３１ｂ）と、
   前記冷媒と水とで熱交換を行う熱源側熱交換器（２３）と、
   前記利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合に、前記熱源側熱交換器の下流側に位置し、前記冷媒の流量の調整を行う第２電動弁（２４）と、
   前記圧縮機の吐出側と、前記第１電動弁と前記第２電動弁との間を接続するバイパス回路（２７）と、
   前記バイパス回路の前記冷媒の流量を調整する第３電動弁（２８）と、
   前記利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合に、第１条件を満たすか判断し、前記第１条件を満たすときに、前記第３電動弁を所定開度Ｒ１まで開ける、制御部（４０）と、
   を備え、
   前記第１条件は、前記第１電動弁の開度が所定開度Ｐ１を超えるという条件Ａを含む、
   冷凍サイクル装置。
2. 前記第１条件が、さらに、前記利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、前記第２電動弁の下流側の圧力相当値が所定値以下という条件Ｂを含む、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１条件が、さらに、前記利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合における、前記第２電動弁の下流側の過冷却度が、所定値以上であるという条件Ｃを含む、
   請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御部は、前記第１条件および第２条件を満たすかどうか判断し、前記第１条件を満たすが前記第２条件を満たさないと判断した場合、前記第３電動弁を前記所定開度Ｒ１だけ開け、前記第１条件および前記第２条件を満たすと判断した場合、前記第３電動弁を前記所定開度Ｒ１よりも大きい所定開度Ｒ２まで開ける、
   前記第２条件は、前記第１電動弁の開度が前記所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２を超える条件である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御部は、前記第１条件を満たし、前記第３電動弁を前記所定開度Ｒ１開けた後で、所定時間Ｔ１経過後に、前記第１条件を満たすときは、前記第３電動弁をさらに所定開度ｒ３だけ開ける、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御部は、前記第１条件を満たし、前記第３電動弁を前記所定開度Ｒ１開けた後で、前記所定時間Ｔ１経過後に、前記第１条件および第２条件を満たすかどうか判断し、前記第１条件を満たすが前記第２条件を満たさないと判断した場合、前記第３電動弁をさらに前記所定開度ｒ３だけ開け、前記第１条件および前記第２条件を満たすと判断した場合、前記第３電動弁をさらに前記所定開度ｒ３よりも大きい所定開度ｒ４開ける、
   前記第２条件は、前記第１電動弁の開度が前記所定開度Ｐ１より大きい所定開度Ｐ２を超える条件である、
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御部は、前記第１条件を満たし、前記第３電動弁を前記所定開度Ｒ１だけ開けた後で、前記所定時間Ｔ１経過後に、第３条件を満たすときは、前記第３電動弁の開度を所定開度ｒ５だけ小さくし、
   前記第３条件は、前記第１電動弁の開度が前記所定開度Ｐ１より小さい所定開度Ｐ３以下である条件である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記制御部は、前記利用側熱交換器を蒸発器として運転させた場合、前記熱源側熱交換器の圧力相当値が、第１所定圧力相当値になるように前記第２電動弁の開度を所定開度Ｑ１に制御し、
   さらに、所定時間Ｔ２経過後に、前記第３電動弁が閉であるか、または、前記第３電動弁の開度が所定時間Ｔ３以上変更が無いときは、前記第２電動弁の開度を所定開度Ｑ１よりも大きな所定開度Ｑ２に制御する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

Images