JP5233960B2 - 冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、凝縮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および温水暖房装置に関する。

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凝縮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凝縮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）。

図６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。

図６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、凝縮器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。

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。

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、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。

特開平１０−６８５５３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮機吐出管温度Ｔｄは主流冷媒とバイパス流冷媒の混合された圧縮機吸入冷媒によって略決定される（他の変化要因がない場合）のであるから、吐出管温度Ｔｄが目標温度Ｔｄ（ｔａｒｇｅｔ）付近であっても合流前の主流側とバイパス側の冷媒循環量が適正ではない、効率の悪い冷凍サイクル状態で主膨張弁の制御が収束する可能性がある。

特に主流側冷媒の循環量が過多となりバイパス流側冷媒の循環量が過少となった状態で主膨張弁の制御が収束した場合は、過冷却熱交換器が十分に作用しないために、蒸発器でのエンタルピー差増大効果と、バイパスによる低圧側配管の圧力損失低減効果が小さくなり、効率が悪く、加熱能力が十分でない冷凍サイクル状態を長時間維持してしまうという課題を有していた。

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、加熱能力を向上させることができる冷凍サイクル装置および温水暖房装置を提供することを目的とする。

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、凝縮器、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、前記過冷却熱交換器と前記主膨張手段との間とで前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、前記バイパス路において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と、前記第２温度センサで検出された温度から算出される前記バイパス路出口の過熱度とに基づいて、前記主膨張手段を流れる冷媒量を調整することを特徴とするもものである。

これによって、圧縮機から吐出する冷媒の温度とバイパス路出口での過熱度から、不適正な冷媒分配（主流冷媒の循環量が過多であり、バイパス流冷媒の循環量が過少である）による効率の悪い冷凍サイクル状態で、主膨張手段が制御的に収束していることが判断でき、この場合に、主膨張手段を強制的に所定操作量閉じるので、主流冷媒の循環量が減少するとともにバイパス流冷媒の循環量が増加して、迅速に冷媒分配が改善され、過冷却熱交換器が十分に作用して、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピー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迅速に十分活用することができ、効率が良く、十分な加熱能力を得ることができる冷凍サイクル装置を提供できる。

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、加熱能力を向上させることができる冷凍サイクル装置および温水暖房装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図 図１に示す冷凍サイクル装置のモリエル線図 本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の概略構成図 同冷凍サイクル装置の運転制御のフローチャート 従来の冷凍サイクル装置の概略構成図

第１の発明は、圧縮機、凝縮器、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、前記過冷却熱交換器と前記主膨張手段との間とで前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張
手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、前記バイパス路において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と、前記第２温度センサで検出された温度から算出される前記バイパス路出口の過熱度とに基づいて、前記主膨張手段を流れる冷媒量を調整することを特徴とするもものである。

これによって、圧縮機から吐出する冷媒の温度とバイパス路出口での過熱度から、不適正な冷媒分配（主流冷媒の循環量が過多であり、バイパス流冷媒の循環量が過少である）による効率の悪い冷凍サイクル状態で、主膨張手段が制御的に収束していることが判断でき、この場合に、主膨張手段を強制的に所定操作量閉じるので、主流冷媒の循環量が減少するとともにバイパス流冷媒の循環量が増加して、迅速に冷媒分配が改善され、過冷却熱交換器が十分に作用して、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピー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迅速に十分活用することができ、効率が良く、十分な加熱能力を得ることができる冷凍サイクル装置を提供できる。

第２の発明は、第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上のとき、主膨張手段を流れる冷媒量を少なくするように制御することを特徴とするものである。

これにより、圧縮機から吐出する冷媒の温度とバイパス路出口での過熱度から、不適正な冷媒分配（主流冷媒の循環量が過多であり、バイパス流冷媒の循環量が過少である）による効率の悪い冷凍サイクル状態で、主膨張手段が制御的に収束していることが判断でき、この場合に、主膨張手段を強制的に所定操作量閉じるので、主流冷媒の循環量が減少するとともにバイパス流冷媒の循環量が増加して、迅速に冷媒分配が改善され、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクル状態を形成することができる。

第３の発明は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサを設け、前記圧力センサで検出された圧力から、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力における飽和温度を算出し、前記算出した飽和温度と第２温度センサで検出された温度とから、バイパス路出口の過熱度を算出することを特徴とするもので、圧力センサで検出される圧力から、圧縮機に吸入される冷媒の圧力での飽和温度を算出することにより、バイパス路出口での過熱度を、正確に算出することができる。

第４の発明は、バイパス路出口での過熱度が大きくなるほど、主膨張手段の変更開度を大きくするように設定したことを特徴とするもので、バイパス路出口での過熱度から、冷媒分配の適正度合いの大小が判断でき、適正度合いに応じた操作量で主膨張手段を閉じるので、制御性が向上し、迅速に冷媒分配が改善され、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクル状態を形成することができる。

第５の発明は、第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とするもので、主膨張手段が閉操作するとバイパス膨張手段が開操作となるので、バイパス膨張手段の絞りすぎによる吸入圧力の異常低下を防止しながら、迅速に冷媒分配が改善されるので、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクル状態を形成することができる。

第６の発明は、第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度
センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が予め設定された所定の過熱度以上で、さらに、圧力センサで検出される圧力が所定圧力値以下のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とするもので、圧力センサの検出値から、吸入圧力が低下していることを判断するので、バイパス膨張手段が絞りすぎている状態に限定してバイパス膨張手段を開けることができるので、無駄な開閉操作がなく、吸入圧力の異常低下を防止しながら、迅速に冷媒分配が改善されるので、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクル状態を形成することができる。

第７の発明は、蒸発器から流出する冷媒の温度または圧縮機に吸入される冷媒の温度を検出する第３温度センサを設け、第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上で、さらに、圧力センサで検出された圧力値と前記第３温度センサで検出された温度とから算出される前記蒸発器出口の過熱度または前記圧縮機の吸入側の過熱度が所定の過熱度以上のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とするものである。

これにより、蒸発器出口での過熱度または圧縮機吸入側の過熱度から、吸入圧力が低下していることを判断するので、バイパス膨張手段が絞りすぎている状態に限定してバイパス膨張手段を開けることができるので、無駄な開閉操作がなく、吸入圧力の異常低下を防止しながら、迅速に冷媒分配が改善されるので、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクルを形成することができる。

第８の発明は、バイパス路出口での過熱度が大きくなるほど、バイパス膨張手段の変更開度を大きくするように設定したことを特徴とするもので、バイパス路出口での過熱度から、バイパス膨張手段の絞り状態が判断でき、主膨張手段の閉操作時にバイパス膨張手段の絞り状態に応じた開操作量となるので、より正確に吸入圧力の異常低下を防止しながら、迅速に冷媒分配が改善されるので、過冷却熱交換器が十分に作用して、効率が良く、適正な冷凍サイクル状態となる。

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。

（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。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。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、または単一冷媒等を用いることができる。

冷媒回路２は、圧縮機２１、凝縮器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。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、通常運転とデフロスト運転を切り換えるための四方弁２８が設けられている。

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、凝縮器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。

具体的には、凝縮器２２に供給管７１と回収管７２が接続されており、供給管７１を通じて凝縮器２２に水が供給され、凝縮器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。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。

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の間で冷媒回路２につながっている。本実施の形態では、サブアキュムレータ２６と主アキュムレータ２７の間でバイパス路３が冷媒回路２につながっている。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。

通常運転では、圧縮機２１から吐出された冷媒が四方弁２８を介して凝縮器２２に送られ、デフロスト運転では、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。以下、通常運転における冷媒の状態変化を説明する。

圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、凝縮器２２に流入し、凝縮器２２を通過する水に放熱する。凝縮器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。

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。

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、凝縮器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。

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、これにより凝縮器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。

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。

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。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。すなわち、冷媒の過冷却度とバイパス量を最大にすれば、最大限の凝縮器２２の加熱能力向上効果と冷凍サイクル装置１ＡのＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）向上効果が得られる。

本実施の形態では、詳しくは後述するが、主流側冷媒の循環量が過多となり、バイパス流側冷媒の循環量が過少となった、不適正な冷媒分配状態となったときに、主膨張弁２４
が所定開度閉じ、バイパス膨張弁３１が所定開度開くように制御される。従って、バイパス路３において、バイパス流側の冷媒循環量は増加し、過冷却熱交換器２３から流出した冷媒の状態は、図２中にａ点で示すような過熱状態からａ′点で示すような飽和状態に近づく。

一方、蒸発器２５では主流側冷媒の循環量が減少するため、蒸発器２５を流出した冷媒の状態は、図２中のｂ点で示すような湿り状態からｂ′点で示すような過熱状態に近づくことになる。すなわち、過冷却熱交換器２３が十分に作用し、過冷却熱交換器２３出口の冷媒状態は、図２中のｃ点で示すような過冷却度の小さい状態から、ｃ′点で示すような過冷却度の大きい状態になり、蒸発器２５でのエンタルピー増大効果とバイパスによる圧力損失低減効果が十分に得られる。

以下、運転制御の動作について説明する。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（バイパス側出口温度）Ｔｂｏを検出する第２温度センサ６２が設けられている。一方、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１温度センサ６１とが設けられている。

制御装置４は、第１制御装置４Ａおよび第２制御装置４Ｂを備え、各種のセンサ５１、６１、６２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の開度を制御する。

本実施の形態では、第１制御装置４Ａは、通常運転時に、第１温度センサ６１で検出される吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の温度となるように、主膨張弁２４を制御するとともに、第１温度センサ６１で検出される温度が予め定められた所定の温度範囲内であり、かつ第２温度センサ６２で検出されるバイパス側出口温度Ｔｂｏと圧力センサ５１で検出される吸入圧力Ｐｓに基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上となった場合に、予め定められた所定の第１操作量閉じるように主膨張弁２４を制御する。

また、第２制御装置４Ｂは、通常運転時に、第２温度センサ６２で検出されるバイパス側出口温度Ｔｂｏと圧力センサ５１で検出される吸入圧力Ｐｓに基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度となるように、バイパス膨張弁３１を制御するとともに、第１温度センサ６１で検出される温度が予め定められた所定の温度範囲内であり、かつ、第２温度センサ６２で検出されるバイパス側出口温度Ｔｂｏとバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上であり、かつ圧力センサ５１で検出される吸入圧力Ｐｓが予め定められた所定の圧力以下となった場合に、予め定められた所定の第２操作量閉じるようにバイパス膨張弁３１を制御する。

次に、通常運転時の制御装置４の制御を図３に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置４は、第１温度センサ６１で吐出温度Ｔｄを検出し（ステップＳ１）、この吐出温度Ｔｄが吐出温度制御目標値となるように主膨張弁２４の開度を調整する（ステップＳ２）。

ついで、制御装置４は、圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓを検出するとともに、第２温度センサ６２でバイパス側出口温度Ｔｂｏを検出する（ステップＳ３）。さらに、制御装置４は、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飽和温度ＳＴｓを算出する（ステップＳ４）。

この飽和温度ＳＴｓの算出は、冷媒物性式を用いて行われる。その後、制御装置４は、ＳＨｅ＝Ｔｅｏ−ＳＴｓ、によりバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂを算出し（ステップＳ５）、この過熱度ＳＨｂが過熱度制御目標値となるようにバイパス膨張弁３１の開度を調整する（ステップＳ６）。その後、制御装置４は、吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲以内か否かを判定する（ステップＳ７）。

吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲外の場合には（ステップＳ７でＮＯ）、冷凍サイクル状態が起動時等の過渡的な状態であると考えられるため、制御装置４は、そのままステップＳ１に戻る。

一方、吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲以内の場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、主膨張弁が目標値付近に制御されて、冷凍サイクル状態が安定的な状態であると考えられるため、制御装置４は、冷媒分配が適正な状態か否かを判定するために、バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上か否かを判定する（ステップＳ８）。

バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度より小さい場合には（ステップＳ８でＮＯ）、主流側冷媒とバイパス側冷媒の循環量の分配が適正であり、冷凍サイクル状態が適正な状態であると考えられるため、制御装置４は、そのままステップＳ１に戻る。

一方、バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上の場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、バイパス側冷媒は、図２中に示す点ａの状態（流量不足により過熱度過大）、主流側冷媒は、点ｂの状態（流量過多により湿り過ぎ）であり、過冷却熱交換器２３の性能が十分に活用できていないと考えられるため、制御装置４は、主膨張弁２４の開度を予め定められた所定操作量下げる（ステップＳ９）。

その後、制御装置４は、再度、圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓを検出し（ステップＳ１０）、吸入圧力Ｐｓが予め定められた所定の圧力以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＮＯの場合には、バイパス膨張弁３１の開度は適正であると考えられるため、そのままステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ１１でＹＥＳの場合には、バイパス膨張弁３１の開度は過小であると考えられるため、制御装置４は、バイパス膨張弁３１の開度を予め定められた所定操作量上げて（ステップＳ１２）、ステップＳ１に戻る。

以上のように、本実施の形態においては、冷媒回路２において圧縮機２１から吐出する冷媒の温度を検出する第１温度センサ６１と、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサ５１と、バイパス路３において過冷却熱交換器２３から流出する冷媒の温度を検出する第２温度センサ６２と、第１温度センサ６１で検出される温度が所定の温度となるように、主膨張弁２４を制御するとともに、第１温度センサ６１で検出される温度が所定の温度範囲内であり、かつ、第２温度センサ６２で検出される温度と圧力センサ５１で検出される吸入圧力Ｐｓに基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度が予め定められた所定の過熱度以上となった場合に、主膨張弁２４を所定の第１操作量閉じるように制御する、第１制御装置４Ａを備えた構成とする。

これにより、圧縮機２１から吐出する冷媒の温度とバイパス路３出口での過熱度から、不適正な冷媒分配（主流冷媒の循環量が過多であり、バイパス流冷媒の循環量が過少である）による効率の悪い冷凍サイクル状態であることが判断でき、この場合に、主膨張弁２
４を強制的に所定操作量閉じるので、主流冷媒の循環量が減少するとともにバイパス流冷媒の循環量が増加して、冷媒循環量を迅速に適正な配分にできる。

また、本実施の形態では、第１温度センサ６１で検出される温度が所定の温度範囲内であり、かつ第２温度センサ６２で検出される温度に基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度が予め定められた所定の過熱度以上であり、かつ、圧力センサ５１で検出される圧力が所定の圧力以下となった場合に、バイパス膨張弁３１を所定の第２操作量開けるように制御する、第２制御装置４Ｂを備えた構成とする。

これにより、圧力センサ５１の検出値から、吸入圧力が低下していることを判断するので、バイパス膨張手段が絞りすぎの状態に限定してバイパス膨張手段を開けることができるので、無駄な開閉操作がなく、吸入圧力の異常低下を防止することができる。

また、過冷却熱交換器が十分に作用して、蒸発器２５のエンタルピー差増大効果とバイパスによる圧力損失低減効果が得られ、迅速に、効率が良く、十分な加熱能力となる適正な冷凍サイクルを形成することができる。

また、本実施の形態の所定の第１操作量を、バイパス路３出口での過熱度が大きくなるほど操作量が大きくなるように、バイパス路３出口での過熱度に応じて定める構成をとることにより、バイパス路３出口での過熱度から、冷媒分配の適正度合いの大小が判断でき、適正度合いに応じた操作量で主膨張弁２４を閉じるので、制御性が向上し、適正な冷媒分配状態に、より早く改善することができる。

また、本実施の形態の所定の第２操作量を、バイパス路３出口での過熱度が大きくなるほど操作量が大きくなるように、バイパス路３出口での過熱度に応じて定めることにより、バイパス路３出口での過熱度から、バイパス膨張弁３１の絞り状態が判断でき、主膨張弁２４の閉操作時にバイパス膨張弁３１の絞り状態に応じた開操作量となるので、より正確に吸入圧力の異常低下を防止しながら、より早く適正な冷媒分配状態に改善することができる。

また、本実施の形態の所定の第２操作量を、圧力センサ５１で検出される圧力が低くなるほど操作量が大きくなるように、圧力に応じて定めることにより、圧力低下状態に応じた開操作量となるので、より正確に吸入圧力の異常低下を防止しながら、より早く適正な冷媒分配状態に改善することができる。

なお、図１では、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、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。

（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１Ｂを示す。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、第１制御装置４Ａは、通常運転時に、第１温度センサ６１で検出される吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の温度となるように、主膨張弁２４を制御するとともに、第１温度センサ６１で検出される温度が予め定められた所定の温度範囲内であり、かつ第２温度センサ６２で検出されるバイパス側出口温度Ｔｂｏと圧力センサ５１で検出される吸入圧力Ｐｓに基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上となった場合に、予め定められた所定
の第１操作量閉じるように主膨張弁２４を制御する。

ただし、本実施の形態では、蒸発器から流出する冷媒の温度または圧縮機に吸入される冷媒の温度を検出する第３温度センサ６３をさらに備え、制御装置４Ｂが、第１温度センサ６１で検出される温度が所定の温度範囲内であり、かつ、第２温度センサ６２で検出される温度に基づいて算出されるバイパス路３出口での過熱度が予め定められた所定の過熱度以上であり、かつ圧力センサ５１で検出される圧力と第３温度センサ６３で検出される温度に基づいて算出される蒸発器２５出口での過熱度または圧縮機２１吸入側の過熱度が所定の過熱度以上となった場合に、バイパス膨張弁３１を所定の第２操作量開けるように制御する点で実施の形態１とは異なる。

具体的に、図４に示すように、本実施の形態では、さらに、冷媒回路２に、蒸発器２５から流出する冷媒の温度（蒸発器出口温度）Ｔｅｏを検出する第３温度センサ６３が設けられている。

次に、通常運転時の制御装置４の制御を、図５に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。

まず、制御装置４は、第１温度センサ６１で吐出温度Ｔｄを検出し（ステップＳ２１）、この吐出温度Ｔｄが吐出温度制御目標値となるように主膨張弁２４の開度を調整する（ステップＳ２２）。

ついで、制御装置４は、圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓを検出するとともに、第２温度センサ６２でバイパス側出口温度Ｔｂｏを検出する（ステップＳ２３）。さらに、制御装置４は、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飽和温度ＳＴｓを算出する（ステップＳ２４）。この飽和温度ＳＴｓの算出は、冷媒物性式を用いて行われる。

その後、制御装置４は、ＳＨｂ＝Ｔｂｏ−ＳＴｓ、によりバイパス路３出口での過熱度ＳＨｂを算出し（ステップＳ２５）、この過熱度ＳＨｂが過熱度制御目標値となるようにバイパス膨張弁３１の開度を調整する（ステップＳ２６）。その後、制御装置４は、吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲以内か否かを判定する（ステップＳ２７）。

吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲外の場合には（ステップＳ２７でＮＯ）、冷凍サイクル状態が起動時等の過渡的な状態であると考えられるため、制御装置４は、そのままステップＳ２１に戻る。

一方、吐出温度Ｔｄが予め定められた所定の吐出温度範囲以内の場合には（ステップＳ２７でＹＥＳ）、主膨張弁が目標値付近に制御されて、冷凍サイクル状態が安定的な状態であると考えられるため、制御装置４は、冷媒分配が適正な状態か否かを判定するために、バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上か否かを判定する（ステップＳ２８）。

バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度より小さい場合には（ステップＳ２８でＮＯ）、主流側冷媒とバイパス側冷媒の循環量の分配が適正であり、冷凍サイクル状態が適正な状態であると考えられるため、制御装置４は、そのままステップＳ２１に戻る。

一方、バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが予め定められた所定の過熱度以上の場合に
は（ステップＳ２８でＹＥＳ）、バイパス側冷媒は、図２中に示す点ａの状態（流量不足により過熱度過大）、主流側冷媒は、点ｂの状態（流量過多により湿り過ぎ）であり、過冷却熱交換器２３の性能が十分に活用できていないと考えられるため、制御装置４は、主膨張弁２４の開度を予め定められた所定操作量下げる（ステップＳ２９）。

その後、制御装置４は、圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓと第３温度センサ６３で蒸発器出口温度Ｔｅｏを検出し（ステップＳ３０）、飽和温度ＳＴｓと、ＳＨｅ＝Ｔｅｏ−ＳＴｓ、により蒸発器出口での過熱度ＳＨｅを算出する（ステップＳ３１）。

次に、過熱度ＳＨｅが予め定められた所定の過熱度以上か否かを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２でＮＯの場合には、バイパス膨張弁３１の開度は適正であると考えられるため、そのままステップＳ２１に戻る。

一方、ステップＳ３２でＹＥＳの場合には、バイパス膨張弁３１の開度は過小であると考えられるため、制御装置４は、バイパス膨張弁３１の開度を予め定められた所定操作量上げて（ステップＳ３３）、ステップＳ２１に戻る。

本実施の形態のような制御を行っても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態の所定の第２操作量を、蒸発器２５出口での過熱度が大きくなるほど操作量が大きくなるように、蒸発器２５出口での過熱度に応じて定めることにより、バイパス路３出口での過熱度から、バイパス膨張弁３１の絞り状態が判断でき、主膨張弁２４の閉操作時にバイパス膨張弁３１の絞り状態に応じた開操作量となるので、より正確に吸入圧力の異常低下を防止しながら、より早く適正な冷媒分配状態に改善することができる。

なお、本実施形態では、蒸発器出口温度Ｔｅｏを検出する第３温度センサ６３が用いられているが、本発明の第３温度センサは、冷媒回路２において圧縮機２１に流入する冷媒の温度（圧縮機吸入温度）Ｔｓを検出するものであってもよい。この場合のフローチャートは、図５に示すフローチャートの蒸発器出口温度Ｔｅｏを圧縮機吸入温度Ｔｓに変更したものとなり、ステップＳ３２では、圧縮機２１の吸入側での過熱度ＳＨｓを、ＳＨｓ＝Ｔｓ−ＳＴｓ、により算出すればよい。

また、前記実施の形態１および２では、バイパス路３出口での過熱度ＳＨｂが目標値になるようにバイパス膨張弁３１が制御されているが、バイパス膨張弁３１を制御する方法はこれに限られるものではない。例えば、バイパス膨張弁３１は、過冷却熱交換器２３出口の温度または過冷却度が目標値になるように制御されてもよい。

あるいは、バイパス膨張弁３１を凝縮器２２出口での冷媒の過冷却度に基づいて制御することも可能である。

また、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、凝縮器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。

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。

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。

１Ａ、１Ｂ 冷凍サイクル装置
２ 冷媒回路
３ バイパス路
４ 制御装置
４Ａ 第１制御装置
４Ｂ 第２制御装置
２１ 圧縮機
２２ 凝縮器
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 圧力センサ
６１ 第１温度センサ
６２ 第２温度センサ
６３ 第３温度センサ

Claims (9)

1. 圧縮機、凝縮器、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、前記過冷却熱交換器と前記主膨張手段の間とで前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機との間の前記冷媒回路に接続したバイパス路と、前記バイパス路の前記過冷却熱交換器の上流側に設けたバイパス膨張手段と、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、前記バイパス路において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と、前記第２温度センサで検出された温度から算出される前記バイパス路出口の過熱度とに基づいて、前記主膨張手段を流れる冷媒量を調整することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上のとき、主膨張手段を流れる冷媒量を少なくするように制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサを設け、前記圧力センサで検出された圧力から、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力における飽和温度を算出し、前記算出した飽和温度と第２温度センサで検出された温度とから、バイパス路出口の過熱度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. バイパス路出口での過熱度が大きくなるほど、主膨張手段の変更開度を大きくするように設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内で、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が予め設定された所定の過熱度以上で、さらに、圧力センサで検出される圧力が所定圧力値以下のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 蒸発器から流出する冷媒の温度または圧縮機に吸入される冷媒の温度を検出する第３温度センサを設け、第１温度センサで検出される温度が所定温度範囲内、かつ、第２温度センサで検出された温度から算出されるバイパス路出口の過熱度が所定の過熱度以上で、さらに、圧力センサで検出された圧力値と前記第３温度センサで検出された温度とから算出される前記蒸発器出口の過熱度または前記圧縮機の吸入側の過熱度が所定の過熱度以上のとき、バイパス膨張手段を流れる冷媒量を多くするように制御することを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
8. バイパス路出口での過熱度が大きくなるほど、バイパス膨張手段の変更開度を大きくするように設定したことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置を備えた温水暖房装置。