JP5332093B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍装置、特に冷凍サイクル中に冷媒が超臨界状態となる冷凍装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration apparatus, and more particularly to a refrigeration apparatus in which a refrigerant enters a supercritical state during a refrigeration cycle.
従来、圧縮機、放熱器、第1膨張弁、受液器、第2膨張弁、および蒸発器を順次接続した冷媒回路を備える冷凍装置が公に知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような冷凍装置の冷媒回路に冷媒として二酸化炭素などの超臨界冷媒を採用した場合において、圧縮機の冷媒吐出側から第1膨張弁の冷媒流入側へ流れる冷媒(以下、高圧側冷媒という)が運転開始時から亜臨界状態となったり、放熱器に流入する冷媒の温度が低い場合などに高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移したりすることがある。高圧側冷媒がこのように亜臨界状態になっている状況において放熱器から流出する冷媒の過冷却が不十分である場合、第1膨張弁から流出する冷媒が気液二相状態になってしまい、受液器の冷媒液面制御が困難になる。 When a supercritical refrigerant such as carbon dioxide is employed as the refrigerant in the refrigerant circuit of such a refrigeration apparatus, the refrigerant flows from the refrigerant discharge side of the compressor to the refrigerant inflow side of the first expansion valve (hereinafter referred to as a high-pressure side refrigerant). May become a subcritical state from the start of operation, or when the temperature of the refrigerant flowing into the radiator is low, the high-pressure side refrigerant may transition from the supercritical state to the subcritical state. In the situation where the high-pressure side refrigerant is in the subcritical state, when the supercooling of the refrigerant flowing out from the radiator is insufficient, the refrigerant flowing out from the first expansion valve becomes a gas-liquid two-phase state. Therefore, it is difficult to control the liquid level of the liquid receiver.
本発明の課題は、上記のような冷凍装置において高圧側冷媒が亜臨界状態になった場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることにある。 An object of the present invention is to enable stable liquid level control of a liquid receiver even when the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state in the refrigeration apparatus as described above.
第1発明に係る冷凍装置は、圧縮機構、放熱器、第1膨張機構、受液器、第2膨張機構、蒸発器、制御部、第1温度検知部及び第2温度検知部を備える。圧縮機構は、冷媒を圧縮する。放熱器は、圧縮機構の冷媒吐出側に接続される。第1膨張機構は、放熱器の出口側に接続される。受液器は、第1膨張機構の冷媒流出側に接続される。第2膨張機構は、受液器の出口側に接続される。蒸発器は、第2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に圧縮機構の冷媒吸入側に接続される。制御部は、圧縮機構の冷媒吐出側から第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒(以下、高圧側冷媒という)の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。第1温度検知部は、放熱器の第1特定領域に設けられる。なお、ここにいう「第1特定領域」とは、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移した場合に高圧側冷媒が気液二相状態となる領域である。第2温度検知部は、放熱器の第1特定領域に設けられる。そして、制御部は、高圧側冷媒が超臨界状態のとき、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるように前記第1電動膨張弁および前記第2電動膨張弁を制御する第1受液器液面制御を行う。また、制御部は、第1温度検知部によって検知される温度と第2温度検知部によって検知される温度との差が所定の閾値以下となった場合に高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移したと判断し、第1膨張機構による減圧の度合いを最小にし、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるようにする第2受液器液面制御を行う。 The refrigeration apparatus according to the first invention includes a compression mechanism, a radiator, a first expansion mechanism, a liquid receiver, a second expansion mechanism, an evaporator, a control unit, a first temperature detection unit, and a second temperature detection unit. The compression mechanism compresses the refrigerant. The radiator is connected to the refrigerant discharge side of the compression mechanism. The first expansion mechanism is connected to the outlet side of the radiator. The liquid receiver is connected to the refrigerant outflow side of the first expansion mechanism. The second expansion mechanism is connected to the outlet side of the liquid receiver. The evaporator is connected to the refrigerant outflow side of the second expansion mechanism and to the refrigerant suction side of the compression mechanism. When the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism (hereinafter referred to as a high-pressure side refrigerant) transitions from the supercritical state to the subcritical state, the control unit uses the first expansion mechanism. Minimize the degree of decompression. A 1st temperature detection part is provided in the 1st specific area | region of a heat radiator. Here, the “first specific region” is a region where the high-pressure side refrigerant is in a gas-liquid two-phase state when the high-pressure side refrigerant transitions to the subcritical state. The second temperature detection unit is provided in the first specific region of the radiator. The control unit controls the first electric expansion valve and the second electric expansion valve so that the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism is saturated when the high-pressure side refrigerant is in a supercritical state. Perform liquid level control. In addition, when the difference between the temperature detected by the first temperature detection unit and the temperature detected by the second temperature detection unit is equal to or less than a predetermined threshold , the control unit makes a transition to the subcritical state. And the second liquid receiver liquid level control is performed so that the degree of decompression by the first expansion mechanism is minimized and the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism is saturated .
この冷凍装置では、制御部が、高圧側冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態になった場合に第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態にすることができる。したがって、この冷凍装置では、適切な膨張機構(膨張弁の場合は適切な最大開度を有する膨張弁)を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近い状態とすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。 In this refrigeration apparatus, the control unit minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism when the state of the high-pressure side refrigerant changes from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration system, the refrigerant high-pressure side refrigerant flows out from the transition and also the first expansion mechanism from the supercritical state to a subcritical state may be saturated. Therefore, in this refrigeration apparatus, even if a high-pressure refrigerant transits from a supercritical state to a subcritical state by selecting an appropriate expansion mechanism (an expansion valve having an appropriate maximum opening in the case of an expansion valve), The refrigerant flowing out from the first expansion mechanism can be brought into a state close to saturation. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state.
また、この冷凍装置では、第1温度検知部によって検知される温度と第2温度検知部によって検知される温度との差が所定の閾値以下となった場合に、制御部が第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が亜臨界状態にあるか否かを容易に判定することができる。 Further, in this refrigeration apparatus, when the difference between the temperature detected by the first temperature detection unit and the temperature detected by the second temperature detection unit is equal to or less than a predetermined threshold value, the control unit uses the first expansion mechanism. Minimize the degree of decompression. For this reason, in this refrigeration apparatus, it can be easily determined whether or not the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state.
第2発明に係る冷凍装置は、第1発明に係る冷凍装置であって、第1膨張機構は、第1膨張弁である。そして、制御部は、圧縮機構の冷媒吐出側から第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に第1膨張弁を全開にする。 A refrigeration apparatus according to a second aspect of the present invention is the refrigeration apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the first expansion mechanism is a first expansion valve. Then, the control unit fully opens the first expansion valve when the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism transitions from the supercritical state to the subcritical state.
この冷凍装置では、制御部が、圧縮機構の冷媒吐出側から第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に第1膨張弁を全開にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張弁から流出する冷媒を飽和状態に近づけることができる。したがって、この冷凍装置では、第1膨張弁として適切な最大開度を有する膨張弁を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近い状態とすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。 In this refrigeration apparatus, the control unit fully opens the first expansion valve when the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism transitions from the supercritical state to the subcritical state. . For this reason, in this refrigeration apparatus, the refrigerant flowing out of the first expansion valve can be brought close to the saturated state even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration system, if an expansion valve having an appropriate maximum opening is selected as the first expansion valve, the high-pressure refrigerant flows out of the first expansion mechanism even when the refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. The refrigerant to be made can be brought into a state close to saturation. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state.
第3発明に係る冷凍装置は、圧縮機構、放熱器、第1膨張機構、受液器、第2膨張機構、蒸発器、制御部、第3温度検知部を備える。圧縮機構は、冷媒を圧縮する。放熱器は、圧縮機構の冷媒吐出側に接続される。第1膨張機構は、放熱器の出口側に接続される。受液器は、第1膨張機構の冷媒流出側に接続される。第2膨張機構は、受液器の出口側に接続される。蒸発器は、第2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に圧縮機構の冷媒吸入側に接続される。制御部は、圧縮機構の冷媒吐出側から第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒(以下、高圧側冷媒という)の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。第3温度検知部は、放熱器の第2特定領域に設けられる。なお、ここにいう「第2特定領域」とは、高圧側冷媒が超臨界状態であるときに高圧側冷媒が臨界点温度以下にならない領域であって高圧側冷媒が亜臨界状態であるときに高圧側冷媒が飽和温度になる領域である。そして、制御部は、高圧側冷媒が超臨界状態のとき、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるように前記第1電動膨張弁および前記第2電動膨張弁を制御する第1受液器液面制御を行う。また、制御部は、第3温度検知部によって検知される温度が冷媒の臨界点温度以下になった場合に、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移したと判断し、第1膨張機構による減圧の度合いを最小にし、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるようにする第2受液器液面制御を行う。 A refrigeration apparatus according to a third aspect includes a compression mechanism, a radiator, a first expansion mechanism, a liquid receiver, a second expansion mechanism, an evaporator, a control unit, and a third temperature detection unit. The compression mechanism compresses the refrigerant. The radiator is connected to the refrigerant discharge side of the compression mechanism. The first expansion mechanism is connected to the outlet side of the radiator. The liquid receiver is connected to the refrigerant outflow side of the first expansion mechanism. The second expansion mechanism is connected to the outlet side of the liquid receiver. The evaporator is connected to the refrigerant outflow side of the second expansion mechanism and to the refrigerant suction side of the compression mechanism. When the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism (hereinafter referred to as a high-pressure side refrigerant) transitions from the supercritical state to the subcritical state, the control unit uses the first expansion mechanism. Minimize the degree of decompression. The third temperature detector is provided in the second specific region of the radiator. Here, the “second specific region” refers to a region where the high-pressure side refrigerant is not below the critical point temperature when the high-pressure side refrigerant is in the supercritical state and the high-pressure side refrigerant is in the subcritical state. This is the region where the high-pressure side refrigerant reaches the saturation temperature. The control unit controls the first electric expansion valve and the second electric expansion valve so that the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism is saturated when the high-pressure side refrigerant is in a supercritical state. Perform liquid level control. In addition, the control unit determines that the high-pressure side refrigerant has transitioned to the subcritical state when the temperature detected by the third temperature detection unit is equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant, and reduces the decompression by the first expansion mechanism. Second liquid receiver liquid level control is performed to minimize the degree and to saturate the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism .
この冷凍装置では、制御部が、高圧側冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態になった場合に第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるようにすることができる。したがって、この冷凍装置では、適切な膨張機構(膨張弁の場合は適切な最大開度を有する膨張弁)を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近い状態とすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。 In this refrigeration apparatus, the control unit minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism when the state of the high-pressure side refrigerant changes from the supercritical state to the subcritical state. For this reason, in this refrigeration apparatus, the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism can be saturated even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration apparatus, even if a high-pressure refrigerant transits from a supercritical state to a subcritical state by selecting an appropriate expansion mechanism (an expansion valve having an appropriate maximum opening in the case of an expansion valve), The refrigerant flowing out from the first expansion mechanism can be brought into a state close to saturation. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state.
また、この冷凍装置では、第3温度検知部によって検知される温度が冷媒の臨界点温度以下になった場合に、制御部が第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が亜臨界状態にあるか否かを容易に判定することができる。 Further, in this refrigeration apparatus, when the temperature detected by the third temperature detection unit becomes equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant, the control unit minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism. For this reason, in this refrigeration apparatus, it can be easily determined whether or not the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state.
第4発明に係る冷凍装置は、第3発明に係る冷凍装置であって、第1膨張機構は、第1膨張弁である。そして、制御部は、第3温度検知部によって検知される温度が冷媒の臨界点温度以下になった場合に第1膨張弁を全開にする。 A refrigeration apparatus according to a fourth aspect is the refrigeration apparatus according to the third aspect, wherein the first expansion mechanism is a first expansion valve. And a control part fully opens a 1st expansion valve, when the temperature detected by the 3rd temperature detection part becomes below the critical point temperature of a refrigerant | coolant.
この冷凍装置では、第3温度検知部によって検知される温度が冷媒の臨界点温度以下になった場合に、制御部が第1膨張弁を全開にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が亜臨界状態にあるか否かを容易に判定することができる。 In this refrigeration apparatus, when the temperature detected by the third temperature detection unit becomes equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant, the control unit fully opens the first expansion valve. For this reason, in this refrigeration apparatus, it can be easily determined whether or not the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state.
第1発明に係る冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近づけることができる。したがって、この冷凍装置では、適切な膨張機構(膨張弁の場合は適切な最大開度を有する膨張弁)を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態にすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。また、第1温度検知部によって検知される温度と第2温度検知部によって検知される温度との差が所定の閾値以下となった場合に、制御部が第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が亜臨界状態にあるか否かを容易に判定することができる。 In the refrigeration apparatus according to the first invention, the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism can be brought close to the saturated state even when the high-pressure side refrigerant transits from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration apparatus, even if a high-pressure refrigerant transits from a supercritical state to a subcritical state by selecting an appropriate expansion mechanism (an expansion valve having an appropriate maximum opening in the case of an expansion valve), The refrigerant flowing out from the first expansion mechanism can be saturated. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Further, when the difference between the temperature detected by the first temperature detection unit and the temperature detected by the second temperature detection unit is equal to or less than a predetermined threshold, the control unit minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism. To. For this reason, in this refrigeration apparatus, it can be easily determined whether or not the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state.
第2発明に係る冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張弁から流出する冷媒を飽和状態に近づけることができる。したがって、この冷凍装置では、第1膨張弁として適切な最大開度を有する膨張弁を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近い状態とすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。 In the refrigeration apparatus according to the second aspect of the invention, the refrigerant flowing out of the first expansion valve can be brought close to the saturated state even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration system, if an expansion valve having an appropriate maximum opening is selected as the first expansion valve, the high-pressure refrigerant flows out of the first expansion mechanism even when the refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. The refrigerant to be made can be brought into a state close to saturation. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state.
第3発明に係る冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移しても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態に近づけることができる。したがって、この冷凍装置では、適切な膨張機構(膨張弁の場合は適切な最大開度を有する膨張弁)を選定すれば高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態にすることができる。よって、この冷凍装置では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合であっても安定した受液器の冷媒液面制御を可能とすることができる。また、第3温度検知部によって検知される温度が冷媒の臨界点温度以下になった場合に、制御部が第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする。このため、この冷凍装置では、高圧側冷媒が亜臨界状態にあるか否かを容易に判定することができる。 In the refrigeration apparatus according to the third aspect of the invention, the refrigerant flowing out of the first expansion mechanism can be brought close to the saturated state even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Therefore, in this refrigeration apparatus, even if a high-pressure refrigerant transits from a supercritical state to a subcritical state by selecting an appropriate expansion mechanism (an expansion valve having an appropriate maximum opening in the case of an expansion valve), The refrigerant flowing out from the first expansion mechanism can be saturated. Therefore, in this refrigeration apparatus, stable liquid level control of the receiver is possible even when the high-pressure side refrigerant transitions from the supercritical state to the subcritical state. Further, when the temperature detected by the third temperature detection unit becomes equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant, the control unit minimizes the degree of pressure reduction by the first expansion mechanism. For this reason, in this refrigeration apparatus, it can be easily determined whether or not the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state.
<空気調和装置の構成>
本発明の実施の形態に係る空気調和装置1の概略冷媒回路2を図1に示す。
<Configuration of air conditioner>
A schematic
この空気調和装置1は、二酸化炭素を冷媒として冷房運転および暖房運転が可能な空気調和装置であって、主に冷媒回路2、送風ファン26,32、制御装置23、高圧圧力センサ21、中間圧圧力センサ24、および温度センサ22等から構成されている。
This
冷媒回路2には主に、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、第1電動膨張弁15、受液器16、第2電動膨張弁17、および室内熱交換器31が配備されており、各装置は、図1に示されるように、冷媒配管を介して接続されている。
The
そして、本実施の形態において、空気調和装置1は、分離型の空気調和装置であって、室内熱交換器31および室内ファン32を主に有する室内ユニット30と、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、第1電動膨張弁15、受液器16、第2電動膨張弁17、高圧圧力センサ21、温度センサ22、および制御装置23を主に有する室外ユニット10と、室内ユニット30の冷媒液等配管と室外ユニット10の冷媒液等配管とを接続する第1連絡配管41と、室内ユニット30の冷媒ガス等配管と室外ユニット10の冷媒ガス等配管とを接続する第2連絡配管42とから構成されているともいえる。なお、室外ユニット10の冷媒液等配管と第1連絡配管41とは室外ユニット10の第1閉鎖弁18を介して、室外ユニット10の冷媒ガス等配管と第2連絡配管42とは室外ユニット10の第2閉鎖弁19を介してそれぞれ接続されている。
And in this Embodiment, the
(1)室内ユニット
室内ユニット30は、主に、室内熱交換器31および室内ファン32等を有している。
(1) Indoor unit The
室内熱交換器31は、空調室内の空気である室内空気と冷媒との間で熱交換をさせるための熱交換器である。
The
室内ファン32は、ユニット30内に空調室内の空気を取り込み、室内熱交換器31を介して冷媒と熱交換した後の空気である調和空気を再び空調室内への送り出すためファンである。
The
そして、この室内ユニット30は、このような構成を採用することによって、冷房運転時には室内ファン32により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器31を流れる液冷媒とを熱交換させて調和空気(冷気)を生成し、暖房運転時には室内ファン32により内部に取り込んだ室内空気と室内熱交換器31を流れる超臨界冷媒とを熱交換させて調和空気(暖気)を生成することが可能となっている。
By adopting such a configuration, the
(2)室外ユニット
室外ユニット10は、主に、圧縮機11、四路切換弁12、室外熱交換器13、第1電動膨張弁15、受液器16、第2電動膨張弁17、室外ファン26、制御装置23、高圧圧力センサ21、中間圧圧力センサ24、および温度センサ22等を有している。
(2) Outdoor unit The
圧縮機11は、吸入管を流れる低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して超臨界状態とした後、吐出管に吐出するための装置である。
The
四路切換弁12は、各運転に対応して、冷媒の流れ方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には圧縮機11の吐出側と室外熱交換器13の高温側とを接続するとともに圧縮機11の吸入側と室内熱交換器31のガス側とを接続し、暖房運転時には圧縮機11の吐出側と第2閉鎖弁19とを接続するとともに圧縮機11の吸入側と室外熱交換器13のガス側とを接続することが可能である。
The four-
室外熱交換器13は、冷房運転時において圧縮機11から吐出された高圧の超臨界冷媒を空調室外の空気を熱源として冷却させることが可能であり、暖房運転時には室内熱交換器31から戻る液冷媒を蒸発させることが可能である。
The
第1電動膨張弁15は、室外熱交換器13の低温側から流出する超臨界冷媒(冷房運転時)あるいは受液器16を通って流入する液冷媒(暖房運転時)を減圧するためのものである。
The first
受液器16は、運転モードや空調負荷に応じて余剰となる冷媒を貯蔵しておくためのものである。
The
第2電動膨張弁17は、受液器16を通って流入してくる液冷媒(冷房運転時)あるいは室内熱交換器31の低温側から流出する超臨界冷媒(暖房運転時)を減圧するためのものである。
The second
室外ファン26は、ユニット10内に室外の空気を取り込み、室外熱交換器13を介して冷媒と熱交換した後の空気を排気するためファンである。
The
高圧圧力センサ21は、圧縮機11の吐出側に設けられている。
The
温度センサ22は、第1電動膨張弁15の室外熱交換器側に設けられている。
The
中間圧圧力センサ24は、第1電動膨張弁15と受液器16との間に設けられている。
The
制御装置23は、高圧圧力センサ21、中間圧圧力センサ24、温度センサ22、第1電動膨張弁15、および第2電動膨張弁17等に通信接続されており、温度センサ22から送られてくる温度情報や、高圧圧力センサ21から送られてくる高圧圧力情報、中間圧圧力センサ24から送られてくる中間圧圧力情報に基づいて第1電動膨張弁15および第2電動膨張弁17の開度を制御する。ここで、モリエ線図を利用して第1電動膨張弁15および第2電動膨張弁17の開度制御について詳述する。
The
この制御装置23は、高圧圧力センサ21から送信される高圧圧力情報が臨界圧力以上である場合、圧縮機11の冷媒吐出側から第1電動膨張弁15の冷媒流入側へ流れる冷媒(以下、高圧側冷媒という)が超臨界状態であると判断し、第1受液器液面制御および過熱度制御を行う。本実施の形態に係る空気調和装置1には圧縮機11の吐出側に高圧圧力センサ21、第1電動膨張弁15の室外熱交換器側に温度センサ22が配置されているため、モリエ線図(図2参照)を利用して第1電動膨張弁15から流出する冷媒の飽和圧力を求めることができる。そこで、この空気調和装置1では、第1受液器液面制御時において、制御装置23が、第1電動膨張弁15から流出した冷媒が図2のD0点の状態になるように、つまり、中間圧圧力センサ24が示す値が上記で求められた飽和圧力と一致するように1電動膨張弁15と第2電動膨張弁17の開度を適宜調節にする。なお、図2において、A0→B0は圧縮行程を示し、B0→C0は冷却行程を示し、C0→D0は第1膨張行程(第1電動膨張弁15による減圧)を示し、D0→E0は第2膨張行程(第2電動膨張弁17による減圧)を示し、E0→A0は蒸発行程を示している。また、Kは臨界点を示し、Tmは等温線を示している。なお、このとき、同時に過熱度制御も行われているので、制御装置23は併せて第2電動膨張弁17の開度も制御する。なお、本実施の形態では、制御装置23は、中間圧圧力センサ24が示す圧力が{臨界圧力(MPa)−0.3(MPa)}の圧力以下となるように第1電動膨張弁15および第2電動膨張弁17を制御する。ここで、{臨界圧力(MPa)−0.3(MPa)}という圧力は、次のように決定されている。発明者の行った試験の結果から第1電動膨張弁15と第2電動膨張弁17との間の圧力(以下、中間圧力という)の制御は冷媒の場合で目標値から±0.1MPa以内の程度の範囲で制御できることが明らかとなっている。そして、中間圧力が臨界点近傍にならないようにするためには、安全率を3として中間圧力の目標値を臨界圧力(MPa)−0.3(MPa)とするのが好ましい。
When the high-pressure information transmitted from the high-
そして、ここで、高圧側冷媒が亜臨界状態になると、制御装置23は、過熱度制御を行う同時に第2受液器液面制御を行う。高圧側冷媒が亜臨界状態になると、冷凍サイクルは図3に実線で示されるような冷凍サイクルとなる。なお、図3において破線で示される冷凍サイクルは、図2に示される冷凍サイクル、つまり、高圧側冷媒が超臨界状態のときの冷凍サイクルである。図3から明らかなように、高圧側冷媒が亜臨界状態になると、圧力が著しく低下する。この状態で制御装置23が第1電動膨張弁15に対して第1受液器液面制御時と同一の開度を要求するとその冷凍サイクルは、A0→B1→C1→D1→E0→A0となり、第1電動膨張弁15から流出する冷媒が気液二相状態となり、実質的に受液器16内の貯蔵冷媒の液面を安定化することができなくなる。そこで、制御装置23は、高圧圧力センサ21から送信される高圧圧力情報が臨界圧力未満となった場合、つまり、高圧側冷媒が亜臨界状態となった場合、第1電動膨張弁15を全開状態とする第2受液器液面制御を行う。すると、その冷凍サイクルは、図4に実線で示される冷凍サイクルとなる。なお、図4において破線で示される冷凍サイクルは、図2に示される冷凍サイクル、つまり、高圧側冷媒が超臨界状態のときの冷凍サイクルである。すなわち、冷凍サイクルがA0→B 0 →C 0 →C 1 →D2→E0→A0となるため、第1電動膨張弁15から流出する冷媒は飽和状態に近い状態となる。この空気調和装置1では、冷房運転時においてこのような安定した受液器液面制御が実現されている。
Then, here, when the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state, the
<空気調和装置の動作>
空気調和装置1の運転動作について、図1を用いて説明する。この空気調和装置1は、上述したように冷房運転および暖房運転を行うことが可能である。
<Operation of air conditioner>
The operation of the
(1)冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁12が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機11の吐出側が室外熱交換器13の高温側に接続され、かつ、圧縮機11の吸入側が第2閉鎖弁19に接続された状態となる。また、このとき、第1閉鎖弁18および第2閉鎖弁19は開状態とされる。
(1) Cooling operation During the cooling operation, the four-
この冷媒回路2の状態で、圧縮機11を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機11に吸入され、圧縮されて超臨界状態となった後、四路切換弁12を経由して室外熱交換器13に送られ、室外熱交換器13において冷却される。
When the
そして、この冷却された超臨界冷媒は、第1電動膨張弁15に送られる。そして、第1電動膨張弁15に送られた超臨界冷媒は、減圧されて飽和状態とされた後に受液器16を経由して第2電動膨張弁17に送られる。第2電動膨張弁17に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に第1閉鎖弁18を経由して室内熱交換器31に供給され、室内空気を冷却するとともに蒸発されてガス冷媒となる。
Then, the cooled supercritical refrigerant is sent to the first
そして、そのガス冷媒は、第2閉鎖弁19、内部熱交換器14、および四路切換弁12を経由して、再び、圧縮機11に吸入される。このようにして、冷房運転が行われる。なお、制御装置23は、この冷房運転において上記制御を実行する。
Then, the gas refrigerant is sucked into the
(2)暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁12が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機11の吐出側が第2閉鎖弁19に接続され、かつ、圧縮機11の吸入側が室外熱交換器13のガス側に接続された状態となっている。また、このとき、第1閉鎖弁18および第2閉鎖弁19は開状態とされる。
(2) Heating operation During the heating operation, the four-
この冷媒回路2の状態で、圧縮機11を起動すると、ガス冷媒が、圧縮機11に吸入され、圧縮されて超臨界状態となった後、四路切換弁12、および第2閉鎖弁19を経由して室内熱交換器31に供給される。
When the
そして、その超臨界冷媒は、室内熱交換器31において室内空気を加熱するとともに冷却される。冷却された超臨界冷媒は、第1閉鎖弁を通って第2電動膨張弁17に送られる。第2電動膨張弁17に送られた超臨界冷媒は、減圧されて飽和状態とされた後に受液器16を経由して第1電動膨張弁15に送られる。第1電動膨張弁15に送られた飽和状態の冷媒は、減圧されて液冷媒となった後に内熱交換器14を経由して室外熱交換器13に送られて、室外熱交換器13において蒸発されてガス冷媒となる。そして、このガス冷媒は、四路切換弁12を経由して、再び、圧縮機11に吸入される。このようにして、暖房運転が行われる。
Then, the supercritical refrigerant is cooled while heating the indoor air in the
<空気調和装置の特徴>
本実施の形態に係る空気調和装置1では、制御装置23が、高圧圧力センサ21から送信される高圧圧力情報が臨界圧力未満となった場合、つまり、高圧側冷媒が亜臨界状態となった場合、第1電動膨張弁15を全開状態とし、第1電動膨張弁15から流出する冷媒を飽和状態に近い状態にすることができる。このため、この空気調和装置1では、高圧側冷媒が亜臨界状態となっても安定した受液器液面制御を行うことができる。
<Characteristics of air conditioner>
In the
<変形例>
(A)
先の実施の形態では、本願発明が1台の室外ユニット10に対して1台の室内ユニット30が設けられるセパレート式の空気調和装置1に応用されたが、本願発明は図5に示される1台の室外ユニットに対して複数台の室内ユニットが設けられるマルチ式の空気調和装置101に応用されてもよい。なお、図5において、先の実施の形態に係る空気調和装置1の構成部品と同じ部品については同一の符号を用いている。また、図5において、符号102は冷媒回路を示し、符号110は室外ユニットを示し、符号130a,130bは室内ユニットを示し、符号31a,31bは室内熱交換器を示し、符号32a,32bは室内ファンを示し、符号33a,33bは第2電動膨張弁を示し、符号34a,34bは室内制御装置を示し、符号141,142は連絡配管を示している。なお、かかる場合、制御装置23は、室内制御装置34a,34bを介して第2電動膨張弁33a,33bを制御する。また、本変形例では第2電動膨張弁33a,33bが室内ユニット130a,130bに収容されたが、第2電動膨張弁33a,33bが室外ユニット110に収容されてもかまわない。
<Modification>
(A)
In the previous embodiment, the present invention was applied to the separate
(B)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では、特に言及していなかったが、受液器16と第2電動膨張弁17との間に過冷却熱交換器(内部熱交換器であってもよい)を設けてもよい。なお、かかる場合、第1受液器液面制御では、図6に示されるような冷凍サイクルが実現されるように制御装置23により第1電動膨張弁15の開度が制御される。なお、図6において、A0→B0は圧縮行程を示し、B0→C0は冷却行程を示し、C0→D0は第1膨張行程(第1電動膨張弁15による減圧)を示し、D0→F0は過冷却工程(過冷却熱交換器による冷却)を示し、F0→E3は第2膨張行程(第2電動膨張弁17による減圧)を示し、E3→A0は蒸発行程を示している。また、Kは臨界点を示し、Tmは等温線を示している。つまり、この第1受液器液面制御では、第1電動膨張弁15から流出する冷媒が飽和状態となるように制御装置23が第1電動膨張弁15の開度を制御する。
(B)
Although not particularly mentioned in the
また、第2受液器液面制御では、冷凍サイクルは図7に実線で示されるような冷凍サイクルとなり、制御装置23がこの状態で第1電動膨張弁15に対して受液器液面制御時と同一の開度を要求するとその冷凍サイクルは、A0→B1→C1→D1→F1→E3→A0となり、第1電動膨張弁15から流出する冷媒が気液二相状態となり、実質的に受液器16内の貯蔵冷媒の液面を安定化することができなくなる。そこで、制御装置23は、高圧圧力センサ21から送信される高圧圧力情報が臨界圧力未満となった場合、つまり、高圧側冷媒が亜臨界状態となった場合、第1電動膨張弁15を全開状態とする。すると、その冷凍サイクルは、図8に実線で示される冷凍サイクルとなる。すなわち、冷凍サイクルがA0→B1→C1→D0→F0→E3→A0となるため、第1電動膨張弁15から流出する冷媒は飽和状態に近い状態となる。この空気調和装置1では、冷房運転時においてこのような安定した受液器液面制御が実現される。
Further, in the second liquid receiver liquid level control, the refrigeration cycle becomes a refrigeration cycle as shown by a solid line in FIG. 7, and the
(C)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では、第1電動膨張弁15や、受液器16、第2電動膨張弁17などが室外ユニット10に配置されていたが、これらの配置は特に限定されない。例えば、第2電動膨張弁17が室内ユニット30に配置されていてもよい。
(C)
In the
(D)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では、冷媒の減圧手段として電動膨張弁が採用されたが、これに代えて、膨張機などが採用されてもよい。
(D)
In the air-
(E)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では、特に言及していなかったが、受液器16と圧縮機11の吸入管と接続しガス抜き回路を形成してもよい。かかる場合、ガス抜き回路に電動膨張弁や電磁弁などを設けておくのが好ましい。
(E)
Although not particularly mentioned in the
(F)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では中間圧圧力センサ24が設けられたが、中間圧圧力センサ24を取り除いてもよい。かかる場合、第1受液器液面制御時において、例えば、予め、第1電動膨張弁15と第2電動膨張弁17の総開度を圧縮機11の吸入管における過熱度を変数として関数化しておくか或いはその総開度と過熱度との関係を表した制御テーブルを作成する等した上で、第1電動膨張弁15と第2電動膨張弁17の開度比を高圧圧力と第1電動膨張弁入口温度とを変数として関数化しておくこと等が考えられる。このようにすれば、第1電動膨張弁15と第2電動膨張弁17の開度は一義的に決定できる。
(F)
In the
(G)
先の実施の形態に係る空気調和装置1では、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態へ遷移したことを高圧圧力センサ21によって検知した。しかし、高圧側冷媒が超臨界状態から亜臨界状態に遷移したことを検知する方法は他にも考えられる。例えば、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移した場合に高圧側冷媒が気液二相状態となる領域、具体的には放熱器の伝熱管の特定領域に2本の温度センサを設置し、その2本の温度センサから得られる温度情報がほぼ一致すれば(例えば、それらの温度情報の差が所定の閾値以下となった場合にほぼ一致と判断する)高圧側冷媒が亜臨界状態に遷移したと判断することができる。また、例えば、高圧側冷媒が超臨界状態であるときに高圧側冷媒が臨界点温度以下にならない領域であって高圧側冷媒が亜臨界状態であるときに高圧側冷媒が飽和温度になる領域、具体的には放熱器の伝熱管の特定領域に温度センサを設置し、その温度センサから得られる温度情報が臨界点温度以下になったときに高圧側冷媒が亜臨界状態に遷移したと判断することができる。なお、かかる場合、温度センサは1本で十分である。
(G)
In the
本発明に係る冷凍装置は、安定した受液器の冷媒液面制御が可能となるという特徴を有し、特に二酸化炭素などを冷媒として採用した冷凍装置に有益である。 The refrigerating apparatus according to the present invention has a feature that the liquid level control of the liquid receiver can be stably performed, and is particularly useful for a refrigerating apparatus that employs carbon dioxide or the like as a refrigerant.
1,101 空気調和装置(冷凍装置)
11 圧縮機(圧縮機構)
13 室外熱交換器
15 第1電動膨張弁(第1膨張機構)
16 受液器
17,33a,33b 第2電動膨張弁(第2膨張機構)
21 高圧圧力センサ(圧力検知部)
23 制御装置
31,31a,31b 室内熱交換器
1,101 Air conditioning equipment (refrigeration equipment)
11 Compressor (compression mechanism)
13
16
21 High pressure sensor (pressure detector)
23
Claims (4)
前記圧縮機構の冷媒吐出側に接続される放熱器(13)と、
前記放熱器の出口側に接続される第1膨張機構(15)と、
前記第1膨張機構の冷媒流出側に接続される受液器(16)と、
前記受液器の出口側に接続される第2膨張機構(17,33a,33b)と、
前記第2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に前記圧縮機構の冷媒吸入側に接続される蒸発器(31,31a,31b)と、
前記圧縮機構の冷媒吐出側から前記第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に前記第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする制御部(23)と、
前記放熱器の第1特定領域に設けられる第1温度検知部と、
前記放熱器の前記第1特定領域に設けられる第2温度検知部と、
を備え、
前記第1特定領域は、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移した場合に高圧側冷媒が気液二相状態となる領域であり、
前記制御部は、
高圧側冷媒が超臨界状態のとき、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるように前記第1電動膨張弁および前記第2電動膨張弁を制御する第1受液器液面制御を行い、
前記第1温度検知部によって検知される温度と前記第2温度検知部によって検知される温度との差が所定の閾値以下となった場合に、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移したと判断し、前記第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする第2受液器液面制御を行う、
冷凍装置(1,101)。 A compression mechanism (11) for compressing the refrigerant;
A radiator (13) connected to the refrigerant discharge side of the compression mechanism;
A first expansion mechanism (15) connected to the outlet side of the radiator;
A liquid receiver (16) connected to the refrigerant outflow side of the first expansion mechanism;
A second expansion mechanism (17, 33a, 33b) connected to the outlet side of the liquid receiver;
An evaporator (31, 31a, 31b) connected to the refrigerant outflow side of the second expansion mechanism and connected to the refrigerant suction side of the compression mechanism;
A control unit that minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism when the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism transitions from a supercritical state to a subcritical state. (23)
A first temperature detector provided in a first specific region of the radiator;
A second temperature detector provided in the first specific region of the radiator;
With
The first specific region is a region where the high-pressure side refrigerant is in a gas-liquid two-phase state when the high-pressure side refrigerant transitions to the subcritical state,
The controller is
When the high-pressure side refrigerant is in a supercritical state, the first liquid receiver liquid level control is performed to control the first electric expansion valve and the second electric expansion valve so that the refrigerant flowing out from the first expansion mechanism is saturated. Done
When the difference between the temperature detected by the first temperature detector and the temperature detected by the second temperature detector is equal to or less than a predetermined threshold, it is determined that the high-pressure side refrigerant has transitioned to the subcritical state. performs second liquid receiver liquid level control to minimize the vacuum pressure of by the first expansion mechanism,
Refrigeration equipment (1, 101).
前記制御部は、前記第1温度検知部によって検知される温度と前記第2温度検知部によって検知される温度との差が所定の閾値以下となった場合に前記第1膨張弁を全開にする、
請求項1に記載の冷凍装置。 The first expansion mechanism is a first expansion valve;
The control unit fully opens the first expansion valve when a difference between a temperature detected by the first temperature detection unit and a temperature detected by the second temperature detection unit becomes a predetermined threshold value or less. ,
The refrigeration apparatus according to claim 1.
前記圧縮機構の冷媒吐出側に接続される放熱器(13)と、
前記放熱器の出口側に接続される第1膨張機構(15)と、
前記第1膨張機構の冷媒流出側に接続される受液器(16)と、
前記受液器の出口側に接続される第2膨張機構(17,33a,33b)と、
前記第2膨張機構の冷媒流出側に接続されると共に前記圧縮機構の冷媒吸入側に接続される蒸発器(31,31a,31b)と、
前記圧縮機構の冷媒吐出側から前記第1膨張機構の冷媒流入側へ流れる冷媒の状態が超臨界状態から亜臨界状態に遷移した場合に前記第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする制御部(23)と、
前記放熱器の第2特定領域に設けられる第3温度検知部と、
を備え、
前記第2特定領域は、高圧側冷媒が超臨界状態であるときに高圧側冷媒が臨界点温度以下にならない領域であって高圧側冷媒が亜臨界状態であるときに高圧側冷媒が飽和温度になる領域であり、
前記制御部は、
高圧側冷媒が超臨界状態のとき、第1膨張機構から流出する冷媒を飽和状態になるように前記第1電動膨張弁および前記第2電動膨張弁を制御する第1受液器液面制御を行い、
前記第3温度検知部によって検知される温度が前記冷媒の臨界点温度以下になった場合に、高圧側冷媒が亜臨界状態へ遷移したと判断し、前記第1膨張機構による減圧の度合いを最小にする第2受液器液面制御を行う、
冷凍装置。 A compression mechanism (11) for compressing the refrigerant;
A radiator (13) connected to the refrigerant discharge side of the compression mechanism;
A first expansion mechanism (15) connected to the outlet side of the radiator;
A liquid receiver (16) connected to the refrigerant outflow side of the first expansion mechanism;
A second expansion mechanism (17, 33a, 33b) connected to the outlet side of the liquid receiver;
An evaporator (31, 31a, 31b) connected to the refrigerant outflow side of the second expansion mechanism and connected to the refrigerant suction side of the compression mechanism;
A control unit that minimizes the degree of decompression by the first expansion mechanism when the state of the refrigerant flowing from the refrigerant discharge side of the compression mechanism to the refrigerant inflow side of the first expansion mechanism transitions from a supercritical state to a subcritical state. (23)
A third temperature detector provided in a second specific region of the radiator;
With
The second specific region is a region where the high-pressure side refrigerant does not fall below a critical point temperature when the high-pressure side refrigerant is in a supercritical state, and when the high-pressure side refrigerant is in a subcritical state, the high-pressure side refrigerant reaches a saturation temperature. Is an area that
The controller is
When the high-pressure side refrigerant is in a supercritical state, the first liquid receiver liquid level control is performed to control the first electric expansion valve and the second electric expansion valve so that the refrigerant flowing out from the first expansion mechanism is saturated. Done
When the temperature detected by the third temperature detection unit is equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant, it is determined that the high-pressure side refrigerant has transitioned to the subcritical state, and the degree of decompression by the first expansion mechanism is minimized. The second liquid receiver liquid level control is performed .
Refrigeration equipment.
前記制御部は、前記第3温度検知部によって検知される温度が前記冷媒の臨界点温度以下になった場合に前記第1膨張弁を全開にする、
請求項3に記載の冷凍装置。 The first expansion mechanism is a first expansion valve;
The control unit fully opens the first expansion valve when the temperature detected by the third temperature detection unit is equal to or lower than the critical point temperature of the refrigerant.
The refrigeration apparatus according to claim 3.
Priority Applications (6)
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