JP5278451B2 - 冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置 - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍サイクル装置及びそれを用いた温水暖房装置に関するものである。
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）。
図４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４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。
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。
しかしながら、前記従来の構成では、主膨張手段は従来から知られている一般的な制御方法（例えばＰＩ制御）で吐出温度を制御するので、バイパス出口の冷媒状態は、主膨張手段の減圧量と吐出温度変化方向の相関に影響のない過熱状態に常に制御する必要がある。
そのため、バイパス出口冷媒状態を湿り状態に制御することができないので、バイパスによる運転効率向上効果を最大限発揮することができないばかりか、外気温度が−２０℃のような極低温時にバイパスにより吐出温度が異常上昇するのを抑制するために、主膨張
手段の減圧量を低下させて蒸発温度を上げた運転状態とする必要があり、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。
手段の減圧量を低下させて蒸発温度を上げた運転状態とする必要があり、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。
たとえ、バイパス出口の冷媒状態を湿り状態にしたとしても、吐出温度はバイパス側の湿り冷媒の影響により、主膨張手段の減圧量と吐出温度変化方向の相関が変化するため、従来の一般的な制御方法では、目標温度に制御することが困難であり、この場合も、効率の悪い運転状態を維持する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制御することで、低い外気温度においても効率が良く十分な加熱能力を確保す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、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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より高い場合には、前記主膨張手段を開度閉方向に動作させることを特徴とするものである。
これによって、バイパス出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が目標とする温度より高い場合に、主膨張手段が開度閉方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が増加するために圧縮機吸入冷媒のエンタルピーが低下し、吐出温度を低下させて、吐出温度を目標温度に近づけることが可能となる。
また、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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より低い場合には、前記主膨張手段を開度開方向に動作させることを特徴とするものである。
これによって、バイパス出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が目標とする温度より低い場合に、主膨張手段が開度開方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が減少するために圧縮機吸入冷媒のエンタルピーが増加し、吐出温度を上昇させて、吐出温度を目標温度に近づけることが可能となる。
本発明によれば、適正な冷凍サイクル状態に制御することで、低い外気温度においても効率が良く十分な加熱能力を確保す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。
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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より高い場合には、前記主膨張手段を開度閉方向に動作させることを特徴とするものである。
これによって、バイパス出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が目標とする温度より高い場合に、主膨張手段が開度閉方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が増加するために圧縮機吸入冷媒のエンタルピーが低下し、吐出温度を低下させて、吐出温度を目標温度に近づけることが可能となる。
したがって、バイパス路出口冷媒状態を飽和状態に維持しながら吐出温度を適正に制御するので、過冷却熱交換器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最大とすることが可能となり、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とともに、外気温度が−２０℃のような極低温時にも吐出温度の異常上昇を抑制しながら、効率の良い加熱運転を維持することができる。
第２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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より低い場合には、前記主膨張手段を開度開方向に動作させることを特徴とすることを特徴とするものである。
これにより、バイパス出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が目標とする温度より低い場合に、主膨張手段が開度開方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が低下するために圧縮機吸入冷媒のエンタルピーが上昇し、吐出温度を上昇させて、吐出温度を目標温度に近づけることが可能となる。
したがって、上記第１の発明の効果に加え、湿り圧縮による圧縮機損傷を防止することができ、圧縮機の信頼性が向上する。
第３の発明は、第１または第２の発明において、所定時間における前記第１温度センサで検出される温度の変化量に基づいて決定させる開度にて、前記主膨張手段を動作させることを特徴とするものである。
これにより、負荷変動などによる運転状態の変化で吐出温度が急激に変化した場合においても、変化量に応じた開度の修正動作がおこなわれるので、制御の安定性が向上する。したがって、より迅速に上記発明の効果が得られ、快適性も向上できる。
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明の冷凍サイクル装置を有する温水暖房装置とすることにより、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。
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。
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、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。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、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。
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。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。
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を介して放熱器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、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。
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、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。
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。
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。
本実施の形態では、詳しくは後述するが、バイパス路３の出口冷媒が飽和状態であり、圧縮機２１の吐出冷媒温度が、予め設定された所定の目標温度より高い場合には、主膨張弁２４が所定開度閉じ、圧縮機２１の吐出冷媒温度が、予め設定された所定の目標温度より低い場合には、主膨張弁２４が所定開度開くように制御される。これにより、主膨張弁２４が開度閉方向に動作した場合は、蒸発器２５側の冷媒流量が減少し、蒸発器２５から流出した冷媒状態は図２中のｅ点からｅ′点のようにエンタルピーが増加するとともに、バイパス路３側の冷媒流量は増加し、図２中のｂ点からｂ′点のようにエンタルピーが低下する。
しかしながら、蒸発器２５の流出冷媒のエンタルピー変化は、冷媒流速低下による熱伝達率低下および気相状態での熱交換という観点から、大きく変化しないといえる。即ち、蒸発器２５側の流出冷媒とバイパス路３側の流出冷媒の混合流である圧縮機２１の吸入冷媒状態は、循環量が増加するとともにエンタルピーが低下方向に変化するバイパス路３の流出冷媒の影響が支配的となり、圧縮機２１の吸入冷媒のエンタルピーは、図２中のｓからｓ′のように低下方向に変化し、圧縮機２１の吐出冷媒温度は、図２中のＴｄからＴｄ′のように低下方向に変化する。
一方、主膨張弁２４が開度開方向に動作した場合は、前述の主膨張弁２４が開度閉方向に動作した場合と反対の作用が生じ、圧縮機２１の吐出冷媒温度は上昇する。したがって、圧縮機２１の吐出冷媒温度は、所定の目標温度に制御されることとなる。
以下、運転制御の動作について説明する。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。一方、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２温度センサ６２が設けられている。
制御装置４は、各種のセンサ５１、６１、６２、６３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、制御装置４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路出口温度Ｔｂｏが、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飽和温度Ｔｓとなるように、バイパス膨張弁３１を制御する。
また、制御装置４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目標温度Ｔｄｔとなるように、主膨張弁２４を制御しており、バイパス路出口温度Ｔｂｏが、飽和温度Ｔｓに略等しく、かつ、吐出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｔより高い場合は、その偏差に基づいて決定された操作量閉じるように主膨張弁２４を制御する。
また、バイパス路出口温度Ｔｂｏが、飽和温度Ｔｓに略等しく、かつ、吐出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｔより低い場合は、その偏差に基づいて決定された操作量開くように主膨張弁２４を制御する。さらに、所定時間における吐出温度Ｔｄの変化が、低下傾向にあるときは、その変化量に基づいて決定された操作量開き、上昇傾向にあるときは、その変化量に基づいて決定された操作量閉じるように主膨張弁２４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２温度センサ６２でバイパス路出口温度Ｔｂｏを、圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓを検出する（ステップＳ１）。
ついで、制御装置４は、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飽和温度Ｔｓを算出する（ステップＳ２）。この飽和温度Ｔｓの算出は、冷媒物性式を用いて行われる。そして、制御装置４は、バイパス路出口温度Ｔｂｏが飽和温度Ｔｓ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Ｓ３）。
その後、制御装置４は、第１温度センサ６１で吐出温度Ｔｄｎを検出し（ステップＳ４）、Ｄ＝Ｔｄｎ−Ｔｄｔ、により目標吐出温度Ｔｄｔとの偏差Ｄを、Ｖ＝Ｔｄｎ−Ｔｄｎ−１により前回の吐出温度Ｔｄｎ−１からの温度変化量Ｖを算出する（ステップＳ５）。そして、Ｏｐ＝Ｄ＋Ｖ、により今回の主膨張弁２４の操作量を算出する（ステップＳ６）。
ここで、制御装置４は、操作量Ｏｐが０であるか否かを判断する（ステップＳ７）。操作量が０の場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、主膨張弁２４は動作させる必要がないと考えられるので、ステップＳ１に戻る。
一方、操作量Ｏｐが０以外の場合には（ステップＳ７でＮＯ）、主膨張弁２４の開閉方向を決定する必要があり、まず、バイパス路出口温度Ｔｂｏが飽和温度Ｔｓと等しいか否かを判定する（ステップＳ８）。バイパス路出口温度Ｔｂｏが飽和温度Ｔｓと等しい場合
には（ステップＳ８でＹＥＳ）、バイパス路出口の冷媒状態が飽和ガスまたは気液二相状態であり、バイパス流量を増やす（主膨張弁側流量を減らす）と吐出温度が低下し、バイパス流量を減らす（主膨張弁側流量を増やす）と吐出温度が上昇することがわかる。
には（ステップＳ８でＹＥＳ）、バイパス路出口の冷媒状態が飽和ガスまたは気液二相状態であり、バイパス流量を増やす（主膨張弁側流量を減らす）と吐出温度が低下し、バイパス流量を減らす（主膨張弁側流量を増やす）と吐出温度が上昇することがわかる。
そして、制御装置４は、ステップＳ５およびステップＳ６で算出した操作量Ｏｐの符号が負であるか否かを判断する（ステップＳ９）。操作量Ｏｐの符号が負の場合には（ステップＳ９でＹＥＳ）、吐出温度を上昇させる必要があると考えられるので、主膨張弁２４を操作量Ｏｐ開けて（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻る。一方、操作量Ｏｐの符号が正の場合には（ステップＳ９でＮＯ）、吐出温度を低下させる必要があると考えられるので、主膨張弁２４を操作量Ｏｐ閉じて（ステップＳ１１）、ステップＳ１に戻る。
一方、バイパス路出口温度Ｔｂｏが飽和温度Ｔｓと等しくない場合には（ステップＳ８でＮＯ）、バイパス路出口の冷媒状態が過熱ガスであり、バイパス流量を増やす（主膨張弁側流量を減らす）と吐出温度が上昇し、バイパス流量を減らす（主膨張弁側流量を増やす）と吐出温度が低下することがわかる。
そして、制御装置４は、ステップＳ５およびステップＳ６で算出した操作量Ｏｐの符号が負であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。操作量Ｏｐの符号が負の場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、吐出温度を上昇させる必要があると考えられるので、主膨張弁２４を操作量Ｏｐ閉じて（ステップＳ１３）、ステップＳ１に戻る。一方、操作量Ｏｐの符号が正の場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、吐出温度を低下させる必要があると考えられるので、主膨張弁２４を操作量Ｏｐ開けて（ステップＳ１１４）、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、制御装置４とを備えた構成であり、制御装置４は、第２温度センサ６２で検出されるバイパス路出口温度Ｔｂｏが、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飽和温度Ｔｓ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で検出される吐出温度Ｔｄが、予め定められた所定の目標温度Ｔｄｔとなるように、主膨張弁２４を制御しており、バイパス路出口温度Ｔｂｏが、飽和温度Ｔｓに略等しく、かつ、吐出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｔより高い場合は、その偏差に基づいて決定された操作量閉じるように主膨張弁２４を制御する。
また、バイパス路出口温度Ｔｂｏが、飽和温度Ｔｓに略等しく、かつ、吐出温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｔより低い場合は、その偏差に基づいて決定された操作量開くように主膨張弁２４を制御する。さらに、所定時間における吐出温度Ｔｄの変化が、低下傾向にあるときは、その変化量に基づいて決定された操作量開き、上昇傾向にあるときは、その変化量に基づいて決定された操作量閉じるように主膨張弁２４を制御する。
これにより、バイパス路３の出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が所定の目標温度より高い場合に、主膨張弁２４が開度閉方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が増加して、圧縮機２１の吸入冷媒のエンタルピーが低下し、吐出温度を低下させることができる。
また、バイパス路３の出口冷媒が飽和状態に制御され、吐出温度が所定の目標温度より低い場合には、主膨張弁２４が開度開方向に動作するので、バイパス側の湿り冷媒流量が低下して、圧縮機２１の吸入冷媒のエンタルピーが上昇し、吐出温度を上昇させることができる。
したがって、バイパス路３の出口冷媒状態を飽和状態に維持しながら吐出温度を適正に制御するので、過冷却熱交換器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最大とすることが可能となり、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とともに、外気温度が−２０℃のような極低温時にも、吐出温度の異常上昇を抑制しながら効率の良い加熱運転を維持することができる。
また、本実施の形態では、制御装置４は、さらに、所定時間における第１温度センサ６１で検出される吐出温度の変化量に基づいて決定させる開度にて、主膨張弁２４を制御する。
これにより、負荷変動などによる運転状態の変化で吐出温度が急激に変化した場合においても、変化量に応じた開度の修正動作がおこなわれるので、制御の安定性が向上する。したがって、より迅速に上記発明の効果が得られ、快適性も向上できる。
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。
また、本実施の形態では、圧力センサ５１により飽和温度を算出しているが、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。
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、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。
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。
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 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 圧力センサ
６１ 第１温度センサ
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 圧力センサ
６１ 第１温度センサ
Claims (4)
- 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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より高い場合には、前記主膨張手段を開度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。
- 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し、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、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所定の目標温度となるように前記主膨張手段を動作させ、かつ、前記バイパス回路を流れる冷媒が前記過冷却熱交換器の出口にて飽和状態となるように前記バイパス膨張手段を動作させるとともに、前記第１温度センサで検出される温度が、前記所定の目標温度より低い場合には、前記主膨張手段を開度開方向に動作させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
- 所定時間における前記第１温度センサで検出される温度の変化量に基づいて決定させる開度にて、前記主膨張手段を動作させ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。
- 前記請求項１〜３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。
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