JP2022175115A - Refrigeration cycle device and liquid heating device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigerating cycle device and a liquid heating device having the same.
特許文献1は、冷媒を二段階で圧縮する圧縮機と、冷媒を二段階で膨張する二つの膨張装置とを備えた超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルを開示し、冷媒には二酸化炭素を用いている。
特許文献1の超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルは、気液分離器を備え、気液分離器内の気相を主成分とする冷媒は、インジェクション回路から圧縮機の中間連結回路の途中にある冷媒混合器に中間インジェクションされ、低段側回転圧縮回転要素から吐出された冷媒に混合され、高段側回転圧縮回転要素に吸入される。
特許文献1では、低段側回転圧縮回転要素の排除容積に対する高段側回転圧縮回転要素の排除容積の割合(排除容積比)を、圧縮機の吸入圧力を第1膨脹装置における冷媒飽和液圧で除算した商の等エントロピ指数乗根以上とすることで、低段側回転圧縮回転要素の吐出圧力を冷媒の臨界圧力以下にしている。
また、特許文献2は、冷媒として二酸化炭素以外の冷媒を用い、冷媒を二段階で圧縮する圧縮機と、冷媒を二段階で膨張する二つの膨張装置とを備えた冷凍装置を開示している。
特許文献2の冷凍装置は、過冷却熱交換器とインジェクション回路とを備えている。インジェクション回路は、圧縮機から吐出された冷媒の一部をバイパス膨張弁で減圧し、減圧した冷媒を過冷却熱交換器で加熱した後に、圧縮機の低段側と高段側に連通する中間ポートにインジェクションする。中間ポートでは、インジェクション回路からの冷媒と低段から吐出される冷媒とを混合させる。混合した後の冷媒は高段側回転要素に吸入されるが、吸入される冷媒の過熱度に従ってバイパス膨張弁の開度を調整して圧縮機への液戻りを防止している。
The supercritical vapor compression refrigerating cycle of
In
Further, Patent Document 2 discloses a refrigerating device that uses a refrigerant other than carbon dioxide as a refrigerant and includes a compressor that compresses the refrigerant in two stages and two expansion devices that expand the refrigerant in two stages. .
The refrigeration system of Patent Document 2 includes a supercooling heat exchanger and an injection circuit. In the injection circuit, a part of the refrigerant discharged from the compressor is decompressed by a bypass expansion valve, and after the decompressed refrigerant is heated by a subcooling heat exchanger, an intermediate stage that communicates between the low-stage side and the high-stage side of the compressor. Inject into the port. The intermediate port mixes the refrigerant from the injection circuit with the refrigerant discharged from the low stage. The mixed refrigerant is sucked into the high-stage rotating element, and the degree of opening of the bypass expansion valve is adjusted according to the degree of superheat of the sucked refrigerant to prevent the liquid from returning to the compressor.
しかしながら、前記従来の構成では、中間ポートが直接、圧縮機の圧縮室に接続され、過冷却熱交換器(中間熱交換器)を通過した冷媒が圧縮室にインジェクションされる。このように、インジェクションされる冷媒と圧縮途中の冷媒とが圧縮室内で混合されて再圧縮される構成の圧縮機の場合には、インジェクションされる冷媒が液冷媒であれば、液バックが発生して圧縮機の信頼性を低下させるという課題を有していた。また、圧縮室の中でインジェクションされた冷媒と圧縮途中の冷媒とが混合された後の冷媒の過熱度を直接計測することは困難である。 However, in the conventional configuration, the intermediate port is directly connected to the compression chamber of the compressor, and the refrigerant that has passed through the subcooling heat exchanger (intermediate heat exchanger) is injected into the compression chamber. Thus, in the case of a compressor configured such that the refrigerant to be injected and the refrigerant in the process of being compressed are mixed in the compression chamber and recompressed, if the refrigerant to be injected is a liquid refrigerant, liquid backflow occurs. However, there was a problem that the reliability of the compressor was lowered due to Moreover, it is difficult to directly measure the degree of superheat of the refrigerant after the injected refrigerant and the refrigerant in the process of being compressed are mixed in the compression chamber.
本発明は、前記課題を解決するもので、中間熱交換器を通過した後の冷媒の過熱度を所定値以上にすることで、液バックを防止して信頼性の高い冷凍サイクル装置及びそれを備えた液体加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and the refrigeration cycle apparatus and its high reliability by preventing liquid backflow by increasing the degree of superheat of the refrigerant after passing through the intermediate heat exchanger to a predetermined value or more. It is an object of the present invention to provide a liquid heating device comprising:
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、圧縮回転要素から構成される圧縮機構、前記圧縮回転要素から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する利用側熱交換器、中間熱交換器、第1膨張装置、及び熱源側熱交換器が配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、前記利用側熱交換器と前記第1膨張装置との間の前記配管から分岐され、分岐された前記冷媒が、第2膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、前記中間熱交換器より上流側の前記バイパス冷媒回路を流れる前記冷媒の温度を検出する冷却前温度センサと、前記中間熱交換器より下流側の前記バイパス冷媒回路を流れる前記冷媒の温度を検出する冷却後温度センサと、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記冷却前温度センサと前記冷却後温度センサとから取得する温度データに基づいて、前記圧縮回転要素に合流される前記冷媒の過熱度を算出し、算出された前記過熱度が所定値を下回る場合には、前記第2膨張装置の弁開度を小さくなるように動作させることを特徴とするものである。
これにより、圧縮回転要素の圧縮室に液冷媒が混入することで発生する液バックを防止することができる。
In order to solve the above-described conventional problems, the refrigeration cycle apparatus of the present invention includes a compression mechanism comprising a compression rotary element, and a utilization side heat exchanger that heats a utilization side heat medium with refrigerant discharged from the compression rotary element. , an intermediate heat exchanger, a first expansion device, and a heat source side heat exchanger are sequentially connected by piping to form a main refrigerant circuit; and the piping between the user side heat exchanger and the first expansion device. After being decompressed by the second expansion device, the branched refrigerant is heat-exchanged with the refrigerant flowing through the main refrigerant circuit in the intermediate heat exchanger, and is transferred to the refrigerant being compressed by the compression rotary element. a merged bypass refrigerant circuit, a pre-cooling temperature sensor for detecting the temperature of the refrigerant flowing through the bypass refrigerant circuit upstream of the intermediate heat exchanger, and the bypass refrigerant circuit downstream of the intermediate heat exchanger. A post-cooling temperature sensor that detects the temperature of the flowing refrigerant, and a control device, wherein the control device operates the compression rotary element based on temperature data obtained from the pre-cooling temperature sensor and the post-cooling temperature sensor. calculating the degree of superheat of the refrigerant that joins the refrigerant, and if the calculated degree of superheat falls below a predetermined value, the valve opening degree of the second expansion device is reduced. is.
As a result, it is possible to prevent liquid backflow caused by mixing of the liquid refrigerant in the compression chamber of the compression rotary element.
本発明によれば、液バックの発生による圧縮機構の振動の増大を防止すると共に、圧縮機構の信頼性を確保することができる。特に、起動時に、第2の膨張弁を所定位置まで開ける場合、冷媒がガス化せずに液のままインジェクションされるのを防止することができるため、信頼性の高い冷凍サイクル装置、及び、それを備えた液体加熱装置を提供できる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to prevent an increase in vibration of the compression mechanism due to the generation of liquid back, and to secure the reliability of the compression mechanism. In particular, when the second expansion valve is opened to a predetermined position at start-up, it is possible to prevent the refrigerant from being gasified and injected as a liquid. can be provided.
(本開示の基礎となった知見等)
中間冷却器で加熱した冷媒を圧縮室にインジェクションする冷凍サイクルでは、動作時の外気温や水温によって、インジェクションの最適量は異なってくる。そのため、インジェクションする冷媒量を減圧弁によって調整するのが一般的な制御方法である。しかし、インジェクション量を調整する際、インジェクションする冷媒量が多くなり、中間圧側の冷媒が過冷却熱交換器で蒸発しきれずに液のまま圧縮機に流入する。そのため、液圧縮が発生して、圧縮機の信頼性を損なう場合がある。一般的には、圧縮機の信頼性の確保のために、吸入側の液圧縮を防止する制御を行うが、それだけではなく、インジェクションのある冷凍サイクルの場合には、インジェクションでの液圧縮も考慮する必要がある。その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで、本開示は、中間熱交換器を通過した後にインジェクションされる冷媒の液バックを防止して信頼性の高い冷凍サイクル装置、及び、それを備えた液体加熱装置を提供する。
(Knowledge, etc. on which this disclosure is based)
In a refrigeration cycle in which refrigerant heated by an intercooler is injected into a compression chamber, the optimum amount of injection varies depending on the outside air temperature and water temperature during operation. Therefore, a common control method is to adjust the amount of refrigerant to be injected using a pressure reducing valve. However, when the injection amount is adjusted, the amount of refrigerant to be injected increases, and the refrigerant on the intermediate pressure side cannot be completely evaporated in the subcooling heat exchanger and flows into the compressor as a liquid. As a result, liquid compression occurs, which may impair the reliability of the compressor. Generally, in order to ensure the reliability of the compressor, control is performed to prevent liquid compression on the suction side, but in the case of a refrigeration cycle with injection, liquid compression during injection is also considered. There is a need to. In order to solve the problem, the subject matter of the present disclosure has been constructed.
Accordingly, the present disclosure provides a highly reliable refrigeration cycle device that prevents liquid backflow of refrigerant that is injected after passing through an intermediate heat exchanger, and a liquid heating device that includes the same.
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed description than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of well-known matters or redundant descriptions of substantially the same configurations may be omitted. This is to avoid the following description from becoming more redundant than necessary and to facilitate understanding by those skilled in the art.
It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided to allow those skilled in the art to fully understand the present disclosure and are not intended to limit the claimed subject matter thereby.
(実施の形態)
[1-1.構成]
図1は、本実施の形態による液体加熱装置の構成図である。液体加熱装置は、超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルである冷凍サイクル装置、利用側熱媒体回路30から構成されている。また、冷凍サイクル装置は、主冷媒回路10、バイパス冷媒回路20から構成されている。
主冷媒回路10は、冷媒を圧縮する圧縮機構11、利用側熱交換器である放熱器12、中間熱交換器であるエコノマイザ13、第1膨張装置である主膨張弁14、熱源側熱交換器である蒸発器15が、配管16で順次接続されて形成される。冷媒として二酸化炭素(CO2)を用いている。
なお、冷媒としては、二酸化炭素を用いるのが最適だが、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、または、プロパン等の可燃性冷媒も用いることもできる。
圧縮機構11は、回転要素が冷媒を圧縮する途中にバイパス冷媒回路20からの冷媒をインジェクションし、バイパス冷媒回路20からの冷媒と圧縮途中の冷媒とを合流させて再圧縮を行う。放熱器12は、圧縮機構11から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する。
(Embodiment)
[1-1. Constitution]
FIG. 1 is a configuration diagram of a liquid heating apparatus according to this embodiment. The liquid heating device is composed of a refrigeration cycle device, which is a supercritical vapor compression refrigeration cycle, and a utilization-side
The
As the refrigerant, it is most suitable to use carbon dioxide. Reactive refrigerants can also be used.
The
バイパス冷媒回路20は、放熱器12と主膨張弁14との間の配管16から分岐され、圧縮機構11の圧縮途中にある圧縮室に接続されている。
バイパス冷媒回路20には、第2膨張装置であるバイパス膨張弁21が設けられている。放熱器12を通過後の一部の高圧冷媒、又は、エコノマイザ13を通過後の一部の高圧冷媒は、バイパス膨張弁21により減圧されて中間圧冷媒となった後に、エコノマイザ13で主冷媒回路10を流れる高圧冷媒と熱交換され、圧縮機構11の回転要素の中にインジェクションされ、主冷媒回路10の圧縮途中の冷媒と合流される。
The
The
利用側熱媒体回路30は、放熱器12、搬送装置である搬送ポンプ31、及び暖房端末32aが熱媒体配管33で順次接続されて形成される。利用側熱媒体として、水又は不凍液を用いている。
本実施の形態における利用側熱媒体回路30は、暖房端末32aと並列に貯湯タンク32bを備えており、第1切替弁34、第2切替弁35の切り替えによって利用側熱媒体を、暖房端末32a又は貯湯タンク32bに循環させる。なお、利用側熱媒体回路30は、暖房端末32a及び貯湯タンク32bのいずれかを備えていればよい。
The utilization-side
The use-side
放熱器12で生成された高温水は、暖房端末32aで放熱して暖房に利用され、暖房端末32aで放熱された低温水は再び放熱器12で加熱される。
また、放熱器12で生成された高温水は、貯湯タンク32bの上部から貯湯タンク32bに導入され、貯湯タンク32bの下部から低温水が導出されて放熱器12で加熱される。
The high-temperature water generated by the
The hot water generated by the
給湯用熱交換器42は、貯湯タンク32b内に配置され、給水配管43からの給水と貯湯タンク32b内の高温水との間で熱交換させる。すなわち、給湯栓41が開栓されると、給水配管43から給湯用熱交換器42内に給水され、給湯用熱交換器42で加熱されて、給湯栓41で所定温度になるように調整され、給湯栓41からから給湯される。なお、給水配管43から給水され、給湯用熱交換器42で加熱されて、給湯栓41から給湯される湯水と、貯湯タンク32b内の高温水とは、互いに混ざり合うことがない間接加熱である。
給湯用熱交換器42は、伝熱管として銅管あるいはステンレス管を使用する水熱交換器であって、図1に示すように、給水源(水道)から延びる給水配管43と、給湯栓41とが給湯用熱交換器42に接続されている。給水配管43は、常温の水を、給湯用熱交換器42の下端、すなわち、貯湯タンク32b内の下方に導入する。給水配管43より給湯用熱交換器42に導入された常温水は、貯湯タンク32b内を下方から上方に移動しながら、貯湯タンク32b内の高温水から熱を奪い、加熱された高温の加熱水となって給湯栓41から給湯される。
The hot water
The hot water
貯湯タンク32bには、複数の貯湯タンク温度サーモミスタが、複数の異なる高さ位置において温水の温度を計測する。例えば、第1貯湯タンク温度サーミスタ55a、第2貯湯タンク温度サーミスタ55b、第3貯湯タンク温度サーミスタ55cが設けられている。給水配管43より給湯用熱交換器42に入った常温水は、貯湯タンク32b内を下方から上方に移動しながら貯湯タンク32b内の高温水から熱を奪う。そのため、貯湯タンク32b内の温水は、自然と、上部が高温、下部が低温となる。
In the hot
主冷媒回路10には、圧縮機構11の吐出側の配管16に、高圧側圧力検出装置51が設けられている。なお、高圧側圧力検出装置51は、圧縮機構11の吐出側から、主膨張弁14の上流側までの、主冷媒回路10に設けられている。高圧側圧力検出装置51は、主冷媒回路10の高圧冷媒の圧力を検出できればよい。
また、主冷媒回路10の利用側熱交換器12の下流側で、エコノマイザ13の上流側の配管16には、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ57が設けられていている。中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ57は、利用側熱交換器12から流出した冷媒の温度を検出する。さらに、バイパス冷媒回路20には、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56が設けられている。中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56は、第2膨張装置21の下流側で、エコノマイザ13の上流側に、第2膨張装置21から流出した冷媒の温度を検出する。
また、利用側熱媒体回路30は、利用側熱交換器12から流出する利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体出口温度サーミスタ53と、利用側熱交換器12に流入する利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタ54とを備えている。
In the main
An intermediate heat exchanger main
The utilization-side
さらに、バイパス冷媒回路20は、エコノマイザ13の上流側の冷媒温度を検出する中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56と下流側の冷媒温度を検出する中間熱交換器バイパス出口サーミスタ58と、第2膨張装置21の下流側の圧力を、直接的または間接的に検出する中間圧側圧力検出装置52を備えている。
中間圧側圧力検出装置52が、圧力を直接的に検出する場合は、中間圧側圧力検出装置52は、冷媒の圧力を直接、すなわち、機械的に検出する圧力検出装置である。
中間圧側圧力検出装置52が、圧力を間接的に検出する場合は、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力と、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ57で検出される検出温度とに基づいて、または、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度と、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56で検出される検出温度とに基づいて、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)の値を、制御装置60が算出する。制御装置60は演算処理機能を有している。
すなわち、制御装置60は、図2に示すような、圧力―エンタルピー線図(P-h線図)を記憶する。
Further, the
When the intermediate pressure side
When the intermediate pressure side
That is, the
そして、高圧側圧力検出装置51により高圧側圧力(高段側圧縮回転要素11bの吐出圧力)、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ57により利用側熱交換器12の冷媒の出口温度(A点)、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56により中間熱交換器13のバイパス冷媒回路20の冷媒の入口温度(e点)を所定時間ごとに検出する。
そして、A点とe点とはエンタルピーがほぼ同一値であるとの理想条件に基づいて、制御装置60が、e点の圧力とエンタルピーとを算出することで、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)の値を算出し、その値により臨界圧以上であるか否かを判断することができる。
なお、中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ57で検出される検出温度の代わりに、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度を用いても、値はほぼ同一なので構わない。
すなわち、圧縮機構11の吐出圧力と、利用側熱交換器12の冷媒の出口温度(A点)と、中間熱交換器13のバイパス冷媒回路20の冷媒の入口温度(e点)、あるいは、利用側熱交換器12に流入する利用側熱媒体の温度とから、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)が、臨界圧以上であることを判断できるのである。
Then, the high-pressure
Then, based on the ideal condition that the enthalpy at point A and point e are approximately the same value, the
Note that the detected temperature detected by the heat medium
That is, the discharge pressure of the
なお、中間圧側圧力検出装置52は、直接的または間接的に検出する圧力検出装置のうち、どちらか一方を備えていえば良い。
制御装置60は、高圧側圧力検出装置51及び中間圧側圧力検出装置52で検出される検出圧力、熱媒体出口温度サーミスタ53及び熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度によって、圧縮機構11の運転周波数、主膨張弁14とバイパス膨張弁21の弁開度、及び搬送ポンプ31を制御する。
It should be noted that the intermediate pressure side
The
[1-2.動作]
図2は、本実施の形態における冷凍サイクル装置について、理想条件での圧力―エンタルピー線図(P-h線図)であり、図2(a)は高圧が所定圧力未満、図2(b)は高圧が所定圧力以上の場合を示している。図2のa~e点、およびA~B点は、図1に示す液体加熱装置における各ポイントに相当する。
[1-2. motion]
FIG. 2 is a pressure-enthalpy diagram (Ph diagram) under ideal conditions for the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment. indicates that the high pressure is equal to or higher than the predetermined pressure. Points a to e and points AB in FIG. 2 correspond to respective points in the liquid heating apparatus shown in FIG.
図2を用いて、冷凍サイクル装置の動作について説明する。
まず、圧縮機構11から吐出される高圧冷媒(a点)は、放熱器12で放熱した後に冷媒分岐点Aで主冷媒回路10から分岐し、バイパス膨張弁21により中間圧まで減圧されて中間圧冷媒(e点)となり、中間圧冷媒は、エコノマイザ13にて熱交換する。
放熱器12で放熱した後の主冷媒回路10を流れる高圧冷媒は、バイパス冷媒回路20を流れる中間圧冷媒(e点)によって冷却され、エンタルピーが低減された状態(b点)で主膨張弁14にて減圧される。
これにより、主膨張弁14にて減圧された後に、蒸発器15に流入する冷媒(c点)の冷媒エンタルピーも低減される。蒸発器15に流入する時点での冷媒乾き度(全冷媒に対して気相成分が占める重量比率)が低下して冷媒の液成分が増大するため、蒸発器15において蒸発に寄与し、冷媒比率が増大して外気からの吸熱量が増大され、圧縮機構11の吸入側(d点)に戻る。
一方、蒸発器15において蒸発に寄与しない気相成分の量に相当する量の冷媒は、バイパス冷媒回路20にバイパスされて低温の中間圧冷媒(e点)となる。中間圧冷媒は、エコノマイザ13にて主冷媒回路10を流れる高圧冷媒によって加熱されて冷媒エンタルピーが高まった状態で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒合流点Bに至る。
従って、圧縮機構11の合流点(B点)では、圧縮機構11の吸入側(d点)より冷媒圧力が高いため冷媒密度も高く、かつ、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流した冷媒が更に圧縮機構11で圧縮されて吐出されるため、放熱器12に流入する冷媒流量が大幅に増大し、利用側熱媒体である水を加熱する能力が大幅に増大する。
The operation of the refrigeration cycle apparatus will be described with reference to FIG.
First, the high-pressure refrigerant (point a) discharged from the
The high-pressure refrigerant flowing through the main
As a result, the refrigerant enthalpy of the refrigerant (point c) flowing into the
On the other hand, an amount of refrigerant corresponding to the amount of gaseous components that do not contribute to evaporation in the
Therefore, at the confluence point (point B) of the
圧縮機構11の吐出圧力が上昇し、所定値を超えた場合には、制御装置60は、バイパス膨張弁21により減圧された後の冷媒の圧力が、図2(b)に示すように臨界圧を超えた状態となるように、バイパス膨張弁21の弁開度の制御を開始する。
具体的には、制御装置60は、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力が上昇し、第1所定高圧値を超えたと判断した場合に、中間圧側圧力検出装置52で検出される検出圧力が、臨界圧以下の場合には、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作を開始させる。
そして、図2(b)に示すように、制御装置60は、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させ、かつ、圧縮機構11の運転周波数を上昇させて、バイパス冷媒回路20を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力が目標高圧値である第2所定高圧値になるようにする。なお、第2所定高圧値は、第1所定高圧値よりも高い値である。
When the discharge pressure of the
Specifically, when the
Then, as shown in FIG. 2B, the
それと同時に、図2(a)に示すように、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)が臨界圧未満の場合において、制御装置60は図3の制御フローに示すように、バイパス膨張弁21の弁開度を制御する。バイパス冷媒回路20のエコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmを取得し(S1)、過熱度SHmが所定値SHtを下回ったと判断した場合(S2でYES)、バイパス膨張弁21の弁開度を小さくなるように動作させ、冷媒の流量を少なくする(S3)。これにより、主冷媒回路10との熱交換による冷媒の温度上昇幅が大きくなり、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが上昇する。そのため、圧縮機構11にインジェクションされる冷媒はガスとなる。また、取得したエコノマイザ13の下流側の冷媒の過熱度SHmが所定値SHtを超えたと判断した場合(S2でNO)、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させ、冷媒の流量を多くする(S4)。これにより、主冷媒回路10との熱交換による冷媒の温度上昇幅が小さくなり、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが低下し、圧縮機構11の圧縮途中で主冷媒回路10と合流した冷媒の温度が低下し、圧縮機構11から吐出される冷媒の温度である吐出温度が低下する。
このとき、圧縮機構11にインジェクションされる冷媒の過熱度SHmは、エコノマイザ13の圧力損失を考慮した上で、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56と中間熱交換器バイパス出口サーミスタ58から得られる温度の差から算出できる。これは、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)が臨界圧未満の場合には、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56が検出する温度が飽和温度となるからである。なお、中間圧側圧力検出装置52から検出される圧力情報と中間熱交換器バイパス出口サーミスタ58から検出される温度情報から算出することもできる。
At the same time, when the pressure (intermediate pressure) of the refrigerant after being decompressed by the
At this time, the degree of superheat SHm of the refrigerant injected into the
以下、利用側熱媒体回路30に貯湯タンク32bを用いる場合の動作について説明する。
複数の貯湯タンク温度サーミスタのうち、例えば、貯湯タンク32bの最も高い位置に配置されている第1貯湯タンク温度サーミスタ55aで検出される検出温度が所定値未満の場合、貯湯タンク32b内に高温水が足りないと、制御装置60は判断する。
そして、制御装置60は、圧縮機構11を動作させ、放熱器12で低温水を加熱するが、その加熱生成温度である熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度が目標温度と等しくなるように、搬送ポンプ31を動作させる。
これにより、貯湯タンク32bの下部から導出された低温水を放熱器12で加熱する。これによって高温水が生成され、生成された高温水は、貯湯タンク32bの上部から貯湯タンク32bに導入される。このときには、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度が第3所定温度以下のため、図2(a)に記載の状態で動作する。
そして、貯湯タンク32b内には上部から次第に高温水が貯湯されていくため、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度は次第に上昇していくが、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度が第3所定温度を超えた場合には、図2(b)に記載の状態で動作するようにする。
The operation when the hot
Among the plurality of hot water storage tank temperature thermistors, for example, when the temperature detected by the first hot water storage
Then, the
As a result, the
Since hot water is gradually stored in the hot
すなわち、制御装置60は、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させ、かつ、圧縮機構11の運転周波数を上昇させて、バイパス冷媒回路20を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力が目標高圧値である第2所定高圧値になるようにする。制御装置60は、それと同時に、中間圧側圧力検出装置52で検出される検出圧力が、目標中間圧値である所定中間圧値になるようにする。
これにより、放熱器12への熱媒体の入口温度が高くなり、放熱器12における冷媒のエンタルピー差(a-A)が小さくなった分を、放熱器12における冷媒の加熱能力を増加させることで、高温水の貯湯タンク32bへの供給を維持できるようにしている。
そして、制御装置60は、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度が第3所定温度より高い第1所定温度を超えた場合には、圧縮機構11の運転周波数を低下させることで、放熱器12における高圧冷媒の圧力が、目標高圧値である第2所定高圧値を超えないにように、放熱器12における高圧冷媒の圧力上昇を抑えながら、貯湯タンク32bに高温水を貯めることができる。
That is, the
As a result, the inlet temperature of the heat medium to the
Then, when the temperature detected by the heat medium
なお、閾値として、熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度である第3所定温度および第1所定温度の代わりに、それぞれ、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力である第1所定高圧値および第2所定高圧値を用いて、同様の運転動作を実行してもよい。
As the thresholds, instead of the third predetermined temperature and the first predetermined temperature, which are the temperatures detected by the heat medium
利用側熱媒体回路30に暖房端末32aを用いる場合について説明する。
制御装置60は、圧縮機構11を動作させ、放熱器12で循環水を加熱するが、その循環水の温度差である熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度との温度差が目標温度差となるように、搬送ポンプ31を動作させる。
これにより、放熱器12で生成された高温水は、暖房端末32aで放熱して暖房に利用され、暖房端末32aで放熱された低温水は、再び放熱器12で加熱される。このときには、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度との温度差が目標温度差となるように制御され、かつ、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度が第4所定温度以下のため、図2(a)に記載の状態で動作する。
そして、次第に暖房負荷が小さくなるため、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度と熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度との温度差が目標温度差となるように制御している関係上、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度及び熱媒体入口温度サーミスタ54で検出される検出温度は次第に上昇していくが、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度が第4所定温度を超えた場合には、図2(b)に記載の状態で動作するようにする。
A case where the
The
As a result, the high-temperature water generated by the
Since the heating load gradually decreases, control is performed so that the temperature difference between the temperature detected by the heat medium
すなわち、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させ、かつ、圧縮機構11の運転周波数を上昇させて、バイパス冷媒回路20を流れる冷媒の循環量を増加させ、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力が目標高圧値である第2所定高圧値になるようにする。
That is, the
それと同時に、特第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)が臨界圧未満の場合において、制御装置60は、図3の制御フローに示すようにバイパス膨張弁21の弁開度を制御する。バイパス冷媒回路20のエコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmを取得し(S1)、過熱度SHmが所定値SHtを下回ったと判断した場合(S2でYES)、バイパス膨張弁21の弁開度を小さくなるように動作させ、冷媒の流量を少なくする(S3)。これにより、主冷媒回路10との熱交換による冷媒の温度上昇幅が大きくなり、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが上昇する。そのため、圧縮機構11にインジェクションされる冷媒はガスとなる。また、取得したエコノマイザ13の下流側の冷媒の過熱度SHmが所定値SHtを超えたと判断した場合(S2でNO)、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させ、冷媒の流量を多くする(S4)。これにより、主冷媒回路10との熱交換による冷媒の温度上昇幅が小さくなり、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが低下し、圧縮機構11の圧縮途中で主冷媒回路10と合流した冷媒の温度が低下し、圧縮機構11から吐出される冷媒の温度である吐出温度が低下する。
このとき、圧縮機構11にインジェクションされる冷媒の過熱度SHmは、エコノマイザ13の圧力損失を考慮した上で、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56と中間熱交換器バイパス出口サーミスタ58から得られる温度の差から算出できる。これは、第2膨張装置21により減圧された後の冷媒の圧力(中間圧)が臨界圧未満の場合には、中間熱交換器バイパス入口サーミスタ56が検出する温度が飽和温度となるからである。なお、中間圧側圧力検出装置52から検出される圧力情報と中間熱交換器バイパス出口サーミスタ58から検出される温度情報から算出を行うこともできる。
これにより、暖房負荷が小さくなり、放熱器12におけるエンタルピー差(a-A)が小さくなった分を、放熱器12における冷媒の加熱能力を増加させることで、高温水の暖房端末32aへの供給を維持できるようにしている。
At the same time, when the pressure (intermediate pressure) of the refrigerant after being decompressed by the
At this time, the degree of superheat SHm of the refrigerant injected into the
As a result, the heating load is reduced, and the enthalpy difference (aA) in the
そして、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度が、第4所定温度より高い第2所定温度を超えた場合には、圧縮機構11の運転周波数を低下させることで、放熱器12における高圧冷媒の圧力が、目標高圧値である第2所定高圧値を超えないにように、放熱器12における高圧冷媒の圧力上昇を抑えながら、高温水を用いた暖房機器として利用できる。
Then, when the detected temperature detected by the heat medium
[1-3.効果等]
バイパス冷媒回路20のエコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが所定値SHtを下回った場合、バイパス膨張弁21の弁開度を小さくなるように動作させることにより、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが上昇する。そのため、圧縮機構11にインジェクションされる冷媒が、液状態で圧縮されるのを防止することができる。
また、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが所定値SHtを超えた場合、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させることにより、エコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmが低下し、圧縮機構11から吐出される冷媒の温度である吐出温度も低下させることができるため、使用範囲を超える吐出温度の過度な上昇を抑えることができる。
これらのことから、バイパス膨張弁21を用いてエコノマイザ13の下流側で、圧縮機構11の圧縮途中の冷媒と合流前の冷媒の過熱度SHmを制御することにより、圧縮機構11の信頼性を確保することができる。なお、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させる所定値SHtと、バイパス膨張弁21の弁開度を小さくなるように動作させる所定値SHtは同一でもよいし、異なっていてもよい。すなわち、バイパス膨張弁21の弁開度を大きくなるように動作させる所定値SHtが、バイパス膨張弁21の弁開度を小さくなるように動作させる所定値SHtよりも大きくてもよい。
[1-3. effects, etc.]
On the downstream side of the
Further, when the degree of superheat SHm of the refrigerant being compressed in the
For these reasons, the reliability of the
なお、閾値として、熱媒体出口温度サーミスタ53で検出される検出温度である第4所定温度および第2所定温度の代わりに、それぞれ、高圧側圧力検出装置51で検出される検出圧力である第1所定高圧値および第2所定高圧値を用いて、同様の運転動作を実行してもよい。
Instead of the fourth predetermined temperature and the second predetermined temperature, which are the temperatures detected by the heat medium
本実施の形態による冷凍サイクル装置では、冷媒を二酸化炭素とすることが好ましい。これは、放熱器12において、冷媒である二酸化炭素で、利用側熱媒体を加熱したときの、利用側熱媒体の高温化が可能となるためである。
また、利用側熱媒体を水又は不凍液とすることで、暖房端末32aに用い、又は貯湯タンク32bに高温水を貯えることができる。
In the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment, carbon dioxide is preferably used as the refrigerant. This is because, in the
In addition, by using water or antifreeze as the heat medium to be used, it can be used for the
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、中間熱交換器を備えた主冷媒回路とバイパス冷媒回路からなり、バイパス冷媒回路から圧縮機構へインジェクションする冷媒の過熱度を所定値以上にすることで、圧縮機構での液圧縮が発生することを防止することができるため、冷凍サイクル装置を用いた冷凍、空調、および、給湯、暖房機器の液体加熱装置等に有用である。 As described above, the refrigeration cycle apparatus according to the present invention comprises a main refrigerant circuit and a bypass refrigerant circuit provided with an intermediate heat exchanger, and sets the degree of superheat of the refrigerant injected from the bypass refrigerant circuit to the compression mechanism to a predetermined value or more. As a result, it is possible to prevent the occurrence of liquid compression in the compression mechanism, and thus it is useful for refrigeration, air conditioning, hot water supply, liquid heating devices using a refrigeration cycle device, and the like.
10 主冷媒回路
11 圧縮機構
12 放熱器(利用側熱交換器)
13 エコノマイザ(中間熱交換器)
14 主膨張弁(第1膨張装置)
15 蒸発器(熱源側熱交換器)
16 配管
20 バイパス冷媒回路
21 バイパス膨張弁(第2膨張装置)
30 利用側熱媒体回路
31 搬送ポンプ(搬送装置)
32a 暖房端末
32b 貯湯タンク
33 熱媒体配管
34 第1切替弁
35 第2切替弁
41 給湯栓
42 給湯用熱交換器
43 給水配管
51 高圧側圧力検出装置
52 中間圧側圧力検出装置
53 熱媒体出口温度サーミスタ
54 熱媒体入口温度サーミスタ
55a 第1貯湯タンク温度サーミスタ
55b 第2貯湯タンク温度サーミスタ
55c 第3貯湯タンク温度サーミスタ
56 中間熱交換器バイパス入口サーミスタ(冷却前温度センサ)
57 中間熱交換器主冷媒入口サーミスタ
58 中間熱交換器バイパス出口サーミスタ(冷却後温度センサ)
60 制御装置
10 main
13 economizer (intermediate heat exchanger)
14 main expansion valve (first expansion device)
15 evaporator (heat source side heat exchanger)
16 piping 20
30 Heat medium circuit on the
57 Intermediate heat exchanger main
60 control device
Claims (10)
前記利用側熱交換器と前記第1膨張装置との間の前記配管から分岐され、分岐された前記冷媒が、第2膨張装置により減圧された後に、前記中間熱交換器で前記主冷媒回路を流れる前記冷媒と熱交換され、前記圧縮回転要素の圧縮途中の冷媒に合流されるバイパス冷媒回路と、
前記中間熱交換器より上流側の前記バイパス冷媒回路を流れる前記冷媒の温度を検出する冷却前温度センサと、
前記中間熱交換器より下流側の前記バイパス冷媒回路を流れる前記冷媒の温度を検出する冷却後温度センサと、
制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記冷却前温度センサと前記冷却後温度センサとから取得する温度データに基づいて、前記圧縮回転要素に合流される前記冷媒の過熱度を算出し、算出された前記過熱度が所定値を下回る場合には、前記第2膨張装置の弁開度を小さくなるように動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 A compression mechanism composed of a compression rotary element, a utilization side heat exchanger for heating a utilization side heat medium with refrigerant discharged from the compression rotary element, an intermediate heat exchanger, a first expansion device, and a heat source side heat exchanger. a main refrigerant circuit formed by sequentially connecting pipes;
After the refrigerant is branched from the pipe between the user-side heat exchanger and the first expansion device, and the branched refrigerant is depressurized by the second expansion device, the main refrigerant circuit is passed through the intermediate heat exchanger. a bypass refrigerant circuit that exchanges heat with the flowing refrigerant and joins the refrigerant that is being compressed by the compression rotary element;
a pre-cooling temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant flowing through the bypass refrigerant circuit on the upstream side of the intermediate heat exchanger;
a post-cooling temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant flowing through the bypass refrigerant circuit downstream of the intermediate heat exchanger;
a control device;
The control device calculates the degree of superheat of the refrigerant joining the compression rotary element based on the temperature data acquired from the pre-cooling temperature sensor and the post-cooling temperature sensor, and the calculated degree of superheat is A refrigeration cycle apparatus characterized in that, when the second expansion device is below a predetermined value, the valve opening degree of the second expansion device is reduced.
前記中間圧側圧力検出装置で検出される検出圧力が、臨界圧以下の場合には、前記制御装置は、前記第2膨張装置の前記弁開度を大きくなるように動作させることを特徴とする請求項2に記載の冷凍サイクル装置。 an intermediate pressure side pressure detection device that detects the pressure of the refrigerant flowing through the bypass refrigerant circuit downstream of the second expansion device;
When the detected pressure detected by the intermediate pressure side pressure detecting device is equal to or lower than the critical pressure, the control device operates to increase the opening degree of the valve of the second expansion device. Item 3. The refrigeration cycle device according to Item 2.
前記高圧側圧力検出装置で検出される検出圧力が、所定値を越えた場合には、前記制御装置は、前記圧縮回転要素の前記運転周波数を低下させることを特徴とする請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 A high-pressure side pressure detection device that detects the pressure on the high-pressure side of the main refrigerant circuit,
5. The apparatus according to claim 4, wherein when the detected pressure detected by said high pressure side pressure detecting device exceeds a predetermined value, said control device reduces said operating frequency of said compression rotary element. Refrigeration cycle equipment.
前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと
を備え、
前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される検出温度が目標温度と等しくなるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体入口温度サーミスタで検出される検出温度が第1所定温度を超えた場合には、前記圧縮回転要素の運転周波数を低下させることを特徴とする請求項7に記載の液体加熱装置。 a heat medium outlet temperature thermistor for detecting the temperature of the heat transfer medium flowing out of the use heat exchanger;
a heat medium inlet temperature thermistor that detects the temperature of the use-side heat medium flowing into the use-side heat exchanger;
The control device operates the conveying device so that the detected temperature detected by the heat medium outlet temperature thermistor becomes equal to a target temperature, and the detected temperature detected by the heat medium inlet temperature thermistor is set to a first predetermined temperature. 8. A liquid heating apparatus according to claim 7, wherein the operating frequency of said compression rotating element is reduced when the temperature exceeds.
前記利用側熱交換器に流入される前記利用側熱媒体の温度を検出する熱媒体入口温度サーミスタと
を備え、
前記制御装置は、前記熱媒体出口温度サーミスタで検出される検出温度と前記熱媒体入口温度サーミスタで検出される検出温度との温度差が目標温度差となるように、前記搬送装置を動作させるとともに、前記熱媒体出口温度サーミスタの前記検出温度が第2所定温度を超えた場合には、前記圧縮回転要素の運転周波数を低下させることを特徴とする請求項7に記載の液体加熱装置。 a heat medium outlet temperature thermistor for detecting the temperature of the heat transfer medium flowing out of the use heat exchanger;
a heat medium inlet temperature thermistor that detects the temperature of the use-side heat medium flowing into the use-side heat exchanger;
The control device operates the conveying device such that the temperature difference between the temperature detected by the heat medium outlet temperature thermistor and the temperature detected by the heat medium inlet temperature thermistor becomes a target temperature difference. 8. The liquid heating apparatus according to claim 7, wherein when the detected temperature of the heat medium outlet temperature thermistor exceeds a second predetermined temperature, the operating frequency of the compression rotary element is lowered.
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