JP5408061B2 - Refrigeration cycle apparatus and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール型圧縮機を搭載する冷凍サイクル装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus equipped with a scroll compressor and a control method thereof.
図6は、スクロール型圧縮機の歯の構造の一例を説明する図である。図6は、スクロール型圧縮機の固定スクロール1と旋回スクロール2を分解して示している。固定スクロール1の渦巻状の歯1aと旋回スクロール2の渦巻状の歯1bとが歯が組み合わされてスクロール型圧縮機が形成される。固定スクロール1はハウジング(図示せず)と一体になっており、旋回スクロール2がシャフト(図示せず)の回転によって円運動する。冷媒は、周縁部から吸入し、両スクロールで仕切られる冷媒を収容する空間の容積が変化し、圧縮された冷媒はスクロール中心部から吐出される。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a tooth structure of a scroll compressor. FIG. 6 shows an exploded view of the
スクロール型圧縮機を運転する際に急激に高圧や吐出温度を上昇させると、スクロール中心部のみが急激に温度が上がり、周縁部と中心部の温度差が大きくなる。そのため、スクロール中心部のみが膨張し、歯先が対向する面と接触し、接触部で摩耗量が増大し、(1)漏れ損失増大による性能低下、(2)摩耗により異物が発生し弁が詰まるもしくは異物かみこみによるロック、(3)接触部の高温による焼き付き、(4)歯先にチップシールがある場合には、チップシールが高温になり溶損することによる性能低下、等の問題が生じることがある。 If the high pressure or the discharge temperature is suddenly increased when the scroll compressor is operated, only the scroll central portion suddenly rises in temperature, and the temperature difference between the peripheral portion and the central portion becomes large. Therefore, only the scroll center part expands, the tooth tip comes into contact with the opposing surface, the amount of wear increases at the contact part, (1) performance degradation due to increased leakage loss, and (2) foreign matter is generated due to wear and the valve Locking due to clogging or entrapment of foreign matter, (3) seizure due to high temperature of the contact portion, and (4) if there is a tip seal at the tooth tip, the tip seal becomes hot and the performance deteriorates due to melting, etc. Sometimes.
従来技術では、これらのことが発生しないように、歯先のクリアランスを大きくし歯先が接触しないようにするように制御している(特許文献1参照)。もしくは、スクロールの周縁部と中心部で大きな温度分布が発生しないようゆっくりと圧力や温度を上げるように制御される。 In the prior art, control is performed so as to prevent the occurrence of these problems by increasing the clearance of the tooth tip and preventing the tooth tip from contacting (see Patent Document 1). Alternatively, the pressure and temperature are controlled so as to increase slowly so that a large temperature distribution does not occur at the peripheral and central portions of the scroll.
しかしながら、歯先のクリアランスを大きくすると性能低下を招き、起動速度を遅くすると運転時間が長くなり、どちらも効率が悪くなる。本発明は、起動速度を速くしながらも、温度差が急激に増加することを防止することができる冷凍サイクル装置およびその制御方法を提供することを目的とする。 However, if the clearance between the tooth tips is increased, the performance is lowered, and if the starting speed is decreased, the operation time becomes longer, both of which become inefficient. An object of this invention is to provide the refrigerating-cycle apparatus which can prevent that a temperature difference increases rapidly, and its control method, while making starting speed high.
本願請求項1に係る発明の冷凍サイクル装置は、
冷媒を圧縮して吐出するスクロール型圧縮機(10)と、
前記圧縮機(10)の下流側に配置された第1の熱交換器(20)と、
前記第1の熱交換器(20)の下流側に配置された弁開度が制御可能な絞り弁(30)と、
前記絞り弁の下流側に配置された第2の熱交換器(40)と、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール中心部温度に対応する第1の温度を検出する第1の温度センサ(51、53)と、
前記第1の温度センサ(51、53)からの信号が入力し、少なくとも前記第1の温度に基づいて定まる値と予め定められた基準値とを比較して、前記値が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する制御部(60)と、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール周縁部温度に対応する第2の温度を検出する第2の温度センサ(52、54)と、を備え、
前記制御部(60)には前記第2の温度センサ(52、54)の信号が入力し、前記制御部(60)は、前記第1の温度と前記第2の温度との温度差と予め定められた温度差の基準値とを比較し、前記温度差が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する、ことを特徴とする。
The refrigeration cycle apparatus of the invention according to
A scroll compressor (10) for compressing and discharging the refrigerant;
A first heat exchanger (20) disposed downstream of the compressor (10);
A throttle valve (30) having a controllable valve opening disposed on the downstream side of the first heat exchanger (20);
A second heat exchanger (40) disposed downstream of the throttle valve;
A first temperature sensor (51, 53) for detecting a first temperature corresponding to a scroll center temperature of the scroll compressor (10);
A signal from the first temperature sensor (51, 53) is input, a value determined based on at least the first temperature is compared with a predetermined reference value, and the value is equal to or greater than the reference value. In some cases, a control unit (60) outputs a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to increase, or outputs a signal for controlling the opening of the throttle valve (30). When,
A second temperature sensor (52, 54) for detecting a second temperature corresponding to the scroll peripheral temperature of the scroll compressor (10),
A signal from the second temperature sensor (52, 54) is input to the control unit (60), and the control unit (60) preliminarily calculates a temperature difference between the first temperature and the second temperature. Compare with a reference value of a predetermined temperature difference, and if the temperature difference is greater than or equal to the reference value, output a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be large, or the throttle valve A signal for controlling to maintain the opening degree of (30) is output .
請求項1に係る発明によると、スクロール中心部温度と基準値とを比較して膨張弁開度を制御するので、起動速度を速めながらスクロール中心部温度と周縁部温度との温度差が急激に増加することを確実に防止することができる。 According to the first aspect of the invention, since the expansion valve opening degree is controlled by comparing the scroll center temperature with the reference value, the temperature difference between the scroll center temperature and the peripheral temperature rapidly increases while increasing the starting speed. It is possible to reliably prevent the increase.
請求項2に係る発明の冷凍サイクル装置は、前記第1の温度は、前記スクロール型圧縮機(10)の吐出温度である。これにより、スクロール中心部温度に対応する温度を容易に検出することができる。
In the refrigeration cycle apparatus of the invention according to
請求項3に係る発明の冷凍サイクル装置は、前記第2の温度は、前記スクロール型圧縮機(10)の吸入温度である。これにより、スクロール周縁部温度に対応する温度を容易に検出することができる。
In the refrigeration cycle apparatus of the invention according to
請求項4に係る発明の冷凍サイクル装置は、
第1の熱交換機(20)を流出した高圧冷媒と、前記スクロール型圧縮機(10)に流入する低圧冷媒とで熱交換を行う内部熱交換器(70)と、
第2の熱交換器の出口側に配置された第3の温度センサ(55)と、
を備え、
前記第3の温度センサ(55)の検出温度に前記内部熱交換器(70)の熱交換量に基づく補正量を加えた温度を前記スクロール型圧縮機(10)の吸入温度とする。
The refrigeration cycle apparatus of the invention according to
An internal heat exchanger (70) that performs heat exchange between the high-pressure refrigerant that has flowed out of the first heat exchanger (20) and the low-pressure refrigerant that flows into the scroll compressor (10);
A third temperature sensor (55) disposed on the outlet side of the second heat exchanger;
With
The temperature obtained by adding a correction amount based on the heat exchange amount of the internal heat exchanger (70) to the temperature detected by the third temperature sensor (55) is defined as the suction temperature of the scroll compressor (10).
これにより、内部熱交換器(70)を有する冷凍サイクル装置において、スクロール周縁部温度に対応する温度を検出することができる。 Thereby, in the refrigeration cycle apparatus having the internal heat exchanger (70), a temperature corresponding to the scroll peripheral temperature can be detected.
請求項5に係る発明の冷凍サイクル装置では、前記補正量は、外気温度と給水温度により決定される。
In the refrigeration cycle apparatus of the invention according to
これにより、内部熱交換器(70)を有する冷凍サイクル装置において、補正量を容易に算出することができる。 Thereby, in the refrigeration cycle apparatus having the internal heat exchanger (70), the correction amount can be easily calculated.
請求項6に係る発明の冷凍サイクル装置では、前記基準値は、運転開始からの時間に依存し、時間経過に対して減少することがない。 In the refrigeration cycle apparatus of the invention according to claim 6 , the reference value depends on the time from the start of operation and does not decrease with the passage of time.
これにより、起動速度を速くしながらも、温度差が急激に増加することを防止することができる。 Thereby, it is possible to prevent the temperature difference from rapidly increasing while increasing the startup speed.
請求項7に係る発明の冷凍サイクル装置では、前記すくなくとも第1の温度に基づいて定まる値は、第1の温度の単位時間あたりの変化量である。 In the refrigeration cycle apparatus of the invention according to claim 7 , the value determined based on at least the first temperature is a change amount of the first temperature per unit time.
第1の温度の変化量をみることにより、温度差が急激に増加することを防止することができる。 By looking at the amount of change in the first temperature, it is possible to prevent the temperature difference from rapidly increasing.
請求項8に係る発明の冷凍サイクル装置は、
前記制御部(60)は、前記第1の温度と前記第2の温度との温度差の単位時間当たりの変化量と予め定められた温度差の変化量の基準値とを比較し、前記変化量が前記基準値以上である場合、前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する。
The refrigeration cycle apparatus of the invention according to claim 8 is:
The control unit (60) compares a change amount per unit time of the temperature difference between the first temperature and the second temperature with a reference value of a predetermined change amount of the temperature difference, and the change When the amount is equal to or greater than the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased or a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) is maintained. Is output.
温度差の単位時間当たりの変化量を目標値とするので、急激な温度差の増加を確実に防止することができる。 Since the amount of change of the temperature difference per unit time is set as the target value, it is possible to reliably prevent an abrupt increase in temperature difference.
請求項9に係る発明の冷凍サイクル制御方法は、
冷媒を圧縮して吐出するスクロール型圧縮機(10)と、
前記圧縮機(10)の下流側に配置された第1の熱交換器(20)と、
前記第1の熱交換器(20)の下流側に配置された弁開度が制御可能な絞り弁(30)と、
前記絞り弁の下流側に配置された第2の熱交換器(40)と、
を備える冷凍サイクル装置における冷凍サイクル制御方法であって、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール中心部温度に対応する第1の温度を検出し、
少なくとも前記第1の温度に基づいて定まる値と予め定められた基準値とを比較し、
前記値が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力し、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール周縁部温度に対応する第2の温度を検出し、
前記第1の温度と前記第2の温度との温度差と予め定められた温度差の基準値とを比較し、
前記温度差が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する、ことを特徴とする。
The refrigeration cycle control method of the invention according to claim 9 comprises:
A scroll compressor (10) for compressing and discharging the refrigerant;
A first heat exchanger (20) disposed downstream of the compressor (10);
A throttle valve (30) having a controllable valve opening disposed on the downstream side of the first heat exchanger (20);
A second heat exchanger (40) disposed downstream of the throttle valve;
A refrigeration cycle control method in a refrigeration cycle apparatus comprising:
Detecting a first temperature corresponding to a scroll center temperature of the scroll compressor (10);
Comparing a value determined based on at least the first temperature with a predetermined reference value;
When the value is greater than or equal to the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased or a signal for controlling to maintain the opening of the throttle valve (30) outputs a,
Detecting a second temperature corresponding to a scroll peripheral temperature of the scroll compressor (10);
Comparing a temperature difference between the first temperature and the second temperature with a reference value of a predetermined temperature difference;
When the temperature difference is equal to or greater than the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased is output, or the opening of the throttle valve (30) is controlled to be maintained. A signal is output .
これにより、簡易な構成で、起動速度を速くしながらも、確実に温度差が急激に増加することを防止することができる。 Thereby, it is possible to reliably prevent the temperature difference from rapidly increasing with a simple configuration while increasing the startup speed.
請求項10に係る発明の冷凍サイクル制御方法は、前記基準値は、運転開始からの時間に依存し、時間経過に対して減少することがない。
In the refrigeration cycle control method of the invention according to
これにより、起動速度を速くしながらも、確実に温度差が急激に増加することを防止することができる。 Thereby, it is possible to reliably prevent the temperature difference from rapidly increasing while increasing the starting speed.
請求項11に係る発明の冷凍サイクル制御方法では、前記すくなくとも第1の温度に基づいて定まる値は、第1の温度の単位時間あたりの変化量である。 In the refrigeration cycle control method according to an eleventh aspect of the invention, the value determined based on at least the first temperature is the amount of change per unit time of the first temperature.
これにより、温度差が急激に増加することを確実に防止することができる。 Thereby, it can prevent reliably that a temperature difference increases rapidly.
請求項12に係る発明の冷凍サイクル制御方法では、
前記制御部(60)は、前記第1の温度と前記第2の温度との温度差の単位時間当たりの変化量と予め定められた温度差の変化量の基準値とを比較し、前記変化量が前記基準値以上である場合、前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する。
In the refrigeration cycle control method of the invention according to claim 12 ,
The control unit (60) compares a change amount per unit time of the temperature difference between the first temperature and the second temperature with a reference value of a predetermined change amount of the temperature difference, and the change When the amount is equal to or greater than the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased or a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) is maintained. Is output.
これにより、温度差が急激に増加することを確実に防止することができる。
なお、上記部材に付加したカッコ書きの番号は、以下に説明する実施態様との対応関係を示すもので、本発明を限定するものではない。
Thereby, it can prevent reliably that a temperature difference increases rapidly.
The numbers in parentheses added to the above members indicate the correspondence with the embodiments described below, and do not limit the present invention.
以下、図面を参照して、本願発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるスクロール型圧縮機を含むヒートポンプ式給湯装置を示す概略図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a heat pump hot water supply apparatus including a scroll compressor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、ヒートポンプ式給湯装置は、スクロール型圧縮機10と、水冷媒熱交換器20と、膨張弁30と、空気熱交換器40とを有する環状の回路からなる冷凍サイクル装置を備える。冷凍サイクル装置内では、冷媒が圧縮機1により吸入、吐出されて、回路内を循環する。ヒートポンプ式給湯装置は、外気からの吸熱量および圧縮機1の圧縮仕事量に相当する熱量を、水冷媒熱交換器20を介して給水に与えることで給水を沸き上げるものである。本実施形態で使用する冷媒は、例えば二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いることができる。本実施形態の冷凍サイクル装置では、膨張弁30を使用しているが、同様の機能をもつ減圧弁あるいはエジェクタ等を使用する冷凍サイクル装置を使用してもよい。特許請求の範囲の「絞り弁」は、膨張弁、減圧弁、エジェクタ等を包含するものである。
As shown in FIG. 1, the heat pump type hot water supply apparatus is a refrigeration cycle apparatus including an annular circuit having a
スクロール型圧縮機10は、内蔵する電動モータによって圧縮機構を駆動して冷媒を圧縮させる電動圧縮機であって、二酸化炭素を主成分とする吸入冷媒を臨界圧力以上になるまで圧縮して吐出する。スクロール型圧縮機10は、ケーシング内に固定された渦巻き状の固定スクロールと、固定スクロールと噛合って圧縮室を形成する渦巻き状の旋回スクロールを備えている。旋回スクロールが固定スクロールに対して旋回することにより、圧縮室の体積が拡大、縮小されて冷媒を吸入、圧縮できる。冷媒は、スクロール型圧縮機1の外周部から吸入され、圧縮されて、中央部から吐出する。
The
水冷媒熱交換器20は、スクロール型圧縮機10から吐出された高温冷媒と水循環通路を流れる給湯水との間で熱交換して給湯水を加熱する高圧側熱交換器である。
The water-
膨張弁30は、水冷媒交換器20から流出した液相冷媒等を等エンタルピ的に減圧して膨張させる。本実施形態の膨張弁30は電子膨張弁であって、開度を調節することにより冷媒量を調節することができる。
The
空気冷媒熱交換器40は、送風機45により送風される外気から吸熱して膨張弁30から流出した低圧冷媒を蒸発させる。なお、冷凍サイクル回路内に冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を蓄え、気相冷媒を圧縮機10に供給する気液分離器を備えるようにしてもよい。
The air
冷凍サイクル装置を制御する制御部60は、プロセッサ(CPU)、メモリ(RAM)、不揮発性メモリ(ROM)等を含むコンピュータ制御回路を有する。本実施形態における冷凍サイクル装置の制御条件を決定するために、制御部70に温度センサ51〜54からの信号が入力し、制御部70による処理の結果、膨張弁30の開度を制御する信号が出力される。温度センサ51は、スクロール型圧縮機10の中心部の温度を検知し、温度センサ52は、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度を検知する。また、温度センサ53は、スクロール型圧縮機10の吐出温度を検知し、温度センサ54は、スクロール型圧縮機10の吸入温度を検知する。
The
スクロール型圧縮機10は、旋回スクロールと固定スクロールとの両渦巻状歯部間に画成される複数の圧縮室を、旋回スクロールの旋回運動によって中心に移動させてその容積を減少して冷媒の圧縮を行っている。したがって、スクロール型圧縮機を運転する際に急激に高圧や吐出温度を上昇させると、スクロール中心部のみが急激に温度が上がり、周縁部と中心部の温度差が大きくなる。本実施形態では、周縁部と中心部の温度差が大きくならないように、かつ起動速度を速くするように冷凍サイクル装置を制御する。
The
図2(a)は、本実施形態の冷凍サイクル装置の制御フローを示す図であり、図2(b)は、スクロール型圧縮機の中心部の温度と周縁部の温度との差の基準値を示す図である。図2の制御フローの各ステップは、制御部60により実行される。
Fig.2 (a) is a figure which shows the control flow of the refrigerating-cycle apparatus of this embodiment, FIG.2 (b) is a reference value of the difference of the temperature of the center part of a scroll type compressor, and the temperature of a peripheral part. FIG. Each step of the control flow in FIG. 2 is executed by the
スクロール型圧縮機の運転を開始すると、例えば吐出温度の目標値に向けて、膨張弁30の開度を絞ってゆく制御が行われる。ステップS1では、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度を検知する温度検出器52からの信号により、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度T1を求める。さらに、スクロール型圧縮機10の中心部の温度を検知する温度検出器51からの信号により、スクロール型圧縮機10の中心部の温度T2を求める。
When the operation of the scroll compressor is started, for example, control for narrowing the opening of the
ステップS2では、中心部の温度T2から周縁部の温度T1を減算して、中心部の温度T2と周縁部の温度T1との差T3を算出する。 In step S2, the temperature T1 at the peripheral portion is subtracted from the temperature T2 at the central portion to calculate a difference T3 between the temperature T2 at the central portion and the temperature T1 at the peripheral portion.
ステップS3では、算出された温度差T3と、スクロール型圧縮機の起動からの経過時間に応じて予め決定されている基準値T0とが比較される。図2(b)に、基準値T0の一例が示されている。図2(b)のグラフの縦軸は、スクロール型圧縮機の中心部の温度と周縁部の温度との差の基準値(℃)を示し、横軸は、時間(分)を示す。図2(b)の例では、運転開始からt1になるまでは、直線的に温度を上げて、t1に達するとt2になるまで一定温度に保ち、t2以後は、また直線的に温度を上げるように制御する。なお、図2(b)の基準値は、単なる一例であり、一定温度に保つ時間をとらずに直線的に温度を上昇してもよいし、一定温度に保つ時間を複数段階としてもよい。 In step S3, the calculated temperature difference T3 is compared with a reference value T0 that is determined in advance according to the elapsed time since the start of the scroll compressor. FIG. 2B shows an example of the reference value T0. The vertical axis of the graph of FIG. 2B indicates a reference value (° C.) of the difference between the temperature at the center and the peripheral temperature of the scroll compressor, and the horizontal axis indicates time (minutes). In the example of FIG. 2B, the temperature is increased linearly from the start of operation until t1 and is kept constant until t2 is reached, and after t2, the temperature is increased linearly again. To control. Note that the reference value in FIG. 2B is merely an example, and the temperature may be increased linearly without taking the time for keeping the constant temperature, or the time for keeping the constant temperature may be a plurality of stages.
ステップS3において、温度差T3が基準値T0より小であれば、ステップ1に戻る。温度差T3が基準値T0以上であれば、ステップS4で、膨張弁30の開度を大きくするか、膨張弁の開度を保持する。これによりスクロール型圧縮機の中心部の温度と周縁部の温度差の拡大を抑制することができる。その後ステップS1に戻る。
In step S3, if the temperature difference T3 is smaller than the reference value T0, the process returns to step 1. If the temperature difference T3 is greater than or equal to the reference value T0, in step S4, the opening degree of the
図3は、本実施形態による膨張弁の開度の制御と、スクロール型圧縮機の中心部の温度と周縁部の温度差との関係を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the control of the opening degree of the expansion valve according to the present embodiment and the temperature difference between the central portion and the peripheral portion of the scroll compressor.
図3の上部に示す温度差と時間のグラフにおいて、基準値T0のグラフを破線で示す。図3に示す基準値T0を採用して、図2のスクロール中心部とスクロール周縁部の温度差を目標値とする制御を行った結果を、図3の実線で示す。図3の点線は、図2の制御を行わなかった結果を示す。 In the graph of temperature difference and time shown in the upper part of FIG. 3, the graph of the reference value T0 is indicated by a broken line. The solid line in FIG. 3 shows the result of control using the reference value T0 shown in FIG. 3 and the temperature difference between the scroll center and the scroll peripheral edge in FIG. 2 as the target value. The dotted line in FIG. 3 shows the result of not performing the control in FIG.
図3の下部に示す、弁開度と時間のグラフでは、実線は、図2の制御を行った場合の、時間に沿った弁開度の推移を示し、破線は、図2の制御を行わなかった場合の、時間に沿った弁開度の推移を示す。 In the graph of the valve opening and time shown in the lower part of FIG. 3, the solid line indicates the transition of the valve opening along the time when the control of FIG. 2 is performed, and the broken line performs the control of FIG. 2. The change of the valve opening along the time when there was not is shown.
図3を参照すると、スクロール型圧縮機の運転が開始してから、弁開度は次第に小さくなるように制御される。ある時間t3で、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差が基準値を超えるようになる。スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差が基準値以上となると、本実施形態による制御では、図2に示すように、膨張弁開度を大きく、あるいはその開度を保持する。これにより、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差が大きくならないようにする。引き続き時間t2まで、膨張弁開度を大きくする、あるいはその開度を保持する制御を行う。時間t2を過ぎると、また膨張弁開度を絞る制御を行う。図3の温度差−時間のグラフの実線でわかるように、本実施形態による制御では、基準値を超えることがないようにして、膨張弁開度が絞られてゆく。また、時間t3までは、膨張弁開度を急速に絞ることができるので、起動速度を速くしながら、温度差が急激に増加することを防止することができる。 Referring to FIG. 3, after the operation of the scroll compressor is started, the valve opening is controlled to be gradually reduced. At a certain time t3, the temperature difference between the scroll center and the scroll peripheral edge exceeds the reference value. When the temperature difference between the scroll center portion and the scroll peripheral portion is equal to or greater than the reference value, the control according to the present embodiment increases the expansion valve opening or maintains the opening as shown in FIG. Thereby, the temperature difference between the scroll center portion and the scroll peripheral portion is prevented from becoming large. Subsequently, control is performed to increase the opening degree of the expansion valve or to maintain the opening degree until time t2. When the time t2 has passed, control is performed to throttle the expansion valve opening again. As can be seen from the solid line in the temperature difference-time graph of FIG. 3, in the control according to the present embodiment, the opening degree of the expansion valve is reduced so as not to exceed the reference value. Moreover, since the opening degree of the expansion valve can be rapidly reduced until time t3, it is possible to prevent the temperature difference from rapidly increasing while increasing the starting speed.
図3の弁開度のグラフの点線は、本実施形態の制御を行わず、時間t3を越えても従来どおり膨張弁の開度を絞る場合を示している。この点線で示されるような膨張弁の開度制御が行われると、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差がより拡大して、図3の温度差のグラフの点線で示されるように、その温度差は基準値を超えた状態となる。これでは、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差が過大となり、スクロール中心部の歯先が膨張して突出し、歯先接触が発生し、さまざまな問題が生じる。本実施形態の制御によれば、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差による歯先の膨張を抑制することができる。 The dotted line of the valve opening graph in FIG. 3 shows the case where the control of the present embodiment is not performed and the opening of the expansion valve is throttled as usual even when the time t3 is exceeded. When the opening degree control of the expansion valve as shown by the dotted line is performed, the temperature difference between the scroll center part and the scroll peripheral part further expands, and as shown by the dotted line in the temperature difference graph of FIG. The temperature difference exceeds the reference value. In this case, the temperature difference between the scroll center portion and the scroll peripheral portion becomes excessive, the tooth tip of the scroll center portion expands and protrudes, and tooth tip contact occurs, causing various problems. According to the control of this embodiment, the expansion of the tooth tip due to the temperature difference between the scroll center portion and the scroll peripheral portion can be suppressed.
図2のフローでは、スクロール型圧縮機10の中心部の温度T2は、中心部の温度を検知する温度検出器51により求め、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度T1は、周縁部の温度を検知する温度検出器52により求めている。しかしながら、特に中心部の温度を検知する温度検出器51を配置することが困難である場合が多い。
In the flow of FIG. 2, the temperature T2 at the center of the
図4は、スクロール型圧縮機の吸入温度と吐出温度との関係を示す図である。スクロール型圧縮機10の中心部の温度T2は、スクロール型圧縮機10の吐出冷媒温度あるいは吐出側配管温度等で示されるスクロール型圧縮機10の吐出温度で代用することができる。すなわち、スクロール型圧縮機10の吐出側に配置された温度センサ53で検出される吐出温度をスクロール型圧縮機10の中心部の温度T2とみなすことができる。このようにすると、温度センサ51をスクロール型圧縮機10の中心部に配置する必要はなくなる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the suction temperature and the discharge temperature of the scroll compressor. The temperature T2 at the center of the
また、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度T1は、スクロール型圧縮機10の吸入温度、すなわち吸入冷媒温度あるいは吸入側配管温度で代用することができる。すなわち、スクロール型圧縮機10の吸入側、換言すれば空気冷媒熱交換器の流出側に配置された温度センサ54で検出される吸入温度をスクロール型圧縮機10の周縁部の温度T1とみなすことができる。
Further, the temperature T1 at the peripheral edge of the
本実施形態では、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差を目標値として膨張弁開度を制御しているが、図4に見られるように、スクロール周縁部の温度に対応するスクロール型圧縮機の吸入温度は、吐出温度に比較してほぼ一定に推移している。したがって、スクロール中心部の温度あるいはスクロール型圧縮器の吐出温度を目標値とすることもできる。これは、スクロール周縁部の温度がそれほど変化しないので、スクロール中心部の温度あるいはスクロール型圧縮器の吐出温度は、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差を示すと考えられるからである。 In this embodiment, the expansion valve opening degree is controlled with the temperature difference between the scroll center and the scroll peripheral part as a target value. As shown in FIG. 4, the scroll compressor corresponding to the temperature of the scroll peripheral part is used. The suction temperature of the gas is almost constant compared to the discharge temperature. Therefore, the temperature at the center of the scroll or the discharge temperature of the scroll compressor can be set as the target value. This is because the temperature at the scroll peripheral part does not change so much, so the temperature at the scroll central part or the discharge temperature of the scroll compressor is considered to indicate the temperature difference between the scroll central part and the scroll peripheral part.
さらに、本実施形態では、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差と比較される基準温度として、スクロール型圧縮機10の起動からの経過時間に対応して決まる基準温度を採用している。しかし、温度差の単位時間当たりの変化量について基準値を設けておき、検出器から求められる温度差の変化量を算出して、この変化量が基準値を超える場合に、膨張弁30の開度を維持するか、大きくするかの制御を行うようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, a reference temperature determined in accordance with the elapsed time from the start of the
以上のように、本実施形態では、スクロール中心部とスクロール周縁部の温度差が急激に拡大することを抑制するので、従来のように、スクロール中心部のみが膨張し、歯先接触が発生し、接触部で摩耗量が増大することがない。したがって、(1)漏れ損失増大による性能低下、(2)摩耗により異物が発生し弁が詰まる、もしくは異物かみこみによるロック、(3)接触部の高温による焼き付き、(4)歯先にチップシールがある場合には、チップシールが高温になり溶損することによる性能低下、等の問題が生じることを防止することができる。 As described above, in this embodiment, since the temperature difference between the scroll center portion and the scroll peripheral portion is suppressed from rapidly expanding, only the scroll center portion expands and the tooth tip contact occurs as in the conventional case. The amount of wear does not increase at the contact portion. Therefore, (1) performance degradation due to increased leakage loss, (2) foreign matter is generated due to wear and the valve is clogged or locked due to foreign matter biting, (3) seizure due to high temperature of the contact part, (4) tip seal on tooth tip If there is, it is possible to prevent problems such as performance degradation due to melting of the chip seal due to high temperature.
図5は、本発明が適用される冷凍サイクル装置の他の例である。図5は、図1の冷凍サイクル装置に内部熱交換器を付加した例を示す図である。 FIG. 5 is another example of a refrigeration cycle apparatus to which the present invention is applied. FIG. 5 is a diagram showing an example in which an internal heat exchanger is added to the refrigeration cycle apparatus of FIG.
内部熱交換器70は、水冷媒熱交換機20を流出した高圧冷媒と、圧縮機10に流入する低圧冷媒とで熱交換を行うものである。内部熱交換器70は、高圧冷媒が流れる高圧冷媒流路と、低圧冷媒が流れる低圧冷媒流路とを一体的に有しており、高圧冷媒流路を流れる冷媒の流れ方向と低圧冷媒流路を流れる冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている。内部熱交換器70により、膨張弁30入口の高圧冷媒の温度を下げることにより、減圧した時の冷媒のガス化を抑制し、空気冷媒熱交換器40の吸熱量が増すことによって効率を高めることができる。
The
内部熱交換器70を備える冷凍サイクル装置では、空気冷媒熱交換器40の出口側に温度検出センサ55が設けられていて、空気冷媒熱交換器40の温度あるいは空気冷媒熱交換器40の出口側の温度を検出する。温度検出センサ55で検出した温度を内部熱交換器70の熱交換量で補正した温度を、スクロール型圧縮機10の吸入温度とすることができ、スクロール型圧縮機10の周縁部の温度T1に代えて用いることができる。このようにすれば、内部熱交換器70を有する冷凍サイクル装置でも、容易にスクロール型圧縮機10の吸入温度を検出することができる。
In the refrigeration cycle apparatus including the
内部熱交換器70の熱交換量は、外気温度と給水温度で決定されるので、外気温と給水温度を検出して、制御部60に入力して、外気温度と給水温度に基づいて内部熱交換器70の熱交換量を算出することができる。外気温については、例えば空気冷媒熱交換器40の周辺に外気温センサを配置して外気温を検出することができる。また、給水温度については、水冷媒熱交換器20の給水通路の入り口に給水温度センサを配置して、給水温度を検出することができる。
Since the heat exchange amount of the
1 固定スクロール
1a 固定スクロールの歯
2 可動スクロール
2a 固定スクロールの歯
10 スクロール型圧縮機
20 水冷媒熱交換器
30 膨張弁
40 空気熱交換器
51 スクロール中心部の温度センサ
52 スクロール周縁部の温度センサ
53 スクロール型圧縮機の吐出温度
54 スクロール型圧縮機の吸入温度
60 制御部
70 内部熱交換器
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記圧縮機(10)の下流側に配置された第1の熱交換器(20)と、
前記第1の熱交換器(20)の下流側に配置された弁開度が制御可能な絞り弁(30)と、
前記絞り弁の下流側に配置された第2の熱交換器(40)と、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール中心部温度に対応する第1の温度を検出する第1の温度センサ(51、53)と、
前記第1の温度センサからの信号が入力し、少なくとも前記第1の温度に基づいて定まる値と予め定められた基準値とを比較して、前記値が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する制御部(60)と、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール周縁部温度に対応する第2の温度を検出する第2の温度センサ(52、54)と、を備え、
前記制御部(60)には前記第2の温度センサ(52、54)の信号が入力し、前記制御部(60)は、前記第1の温度と前記第2の温度との温度差と予め定められた温度差の基準値とを比較し、前記温度差が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力することを特徴とする冷凍サイクル装置。 A scroll compressor (10) for compressing and discharging the refrigerant;
A first heat exchanger (20) disposed downstream of the compressor (10);
A throttle valve (30) having a controllable valve opening disposed on the downstream side of the first heat exchanger (20);
A second heat exchanger (40) disposed downstream of the throttle valve;
A first temperature sensor (51, 53) for detecting a first temperature corresponding to a scroll center temperature of the scroll compressor (10);
When the signal from the first temperature sensor is input and a value determined based on at least the first temperature is compared with a predetermined reference value, and the value is equal to or greater than the reference value, the throttle valve A control unit (60) for outputting a signal for controlling to increase the opening of (30) or outputting a signal for controlling to maintain the opening of the throttle valve (30);
A second temperature sensor (52, 54) for detecting a second temperature corresponding to the scroll peripheral temperature of the scroll compressor (10),
A signal from the second temperature sensor (52, 54) is input to the control unit (60), and the control unit (60) preliminarily calculates a temperature difference between the first temperature and the second temperature. Compare with a reference value of a predetermined temperature difference, and if the temperature difference is greater than or equal to the reference value, output a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be large, or the throttle valve A refrigeration cycle apparatus that outputs a signal for controlling to maintain the opening degree of (30) .
第2の熱交換器の出口側に配置された第3の温度センサ(55)と、
を備え、
前記第3の温度センサ(55)の検出温度に前記内部熱交換器(70)の熱交換量に基づく補正量を加えた温度を前記スクロール型圧縮機(10)の吸入温度とする請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 An internal heat exchanger (70) that performs heat exchange between the high-pressure refrigerant that has flowed out of the first heat exchanger (20) and the low-pressure refrigerant that flows into the scroll compressor (10);
A third temperature sensor (55) disposed on the outlet side of the second heat exchanger;
With
Claim 3, the suction temperature of the third temperature sensor (55) for detecting the temperature in the internal heat exchanger (70) based on the heat exchange amount of the correction amount added temperature of the scroll compressor (10) The refrigeration cycle apparatus described in 1.
前記圧縮機(10)の下流側に配置された第1の熱交換器(20)と、
前記第1の熱交換器(20)の下流側に配置された弁開度が制御可能な絞り弁(30)
と、
前記絞り弁の下流側に配置された第2の熱交換器(40)と、
を備える冷凍サイクル装置における冷凍サイクル制御方法であって、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール中心部温度に対応する第1の温度を検出し、
少なくとも前記第1の温度に基づいて定まる値と予め定められた基準値とを比較し、
前記値が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力し、
前記スクロール型圧縮機(10)のスクロール周縁部温度に対応する第2の温度を検出し、
前記第1の温度と前記第2の温度との温度差と予め定められた温度差の基準値とを比較し、
前記温度差が前記基準値以上である場合前記絞り弁(30)の開度を大きくするように制御する信号を出力するか、もしくは前記絞り弁(30)の開度を保持するように制御する信号を出力する、ことを特徴とする冷凍サイクル制御方法。 A scroll compressor (10) for compressing and discharging the refrigerant;
A first heat exchanger (20) disposed downstream of the compressor (10);
Throttle valve (30) arranged on the downstream side of the first heat exchanger (20) and having a controllable valve opening degree
When,
A second heat exchanger (40) disposed downstream of the throttle valve;
A refrigeration cycle control method in a refrigeration cycle apparatus comprising:
Detecting a first temperature corresponding to a scroll center temperature of the scroll compressor (10);
Comparing a value determined based on at least the first temperature with a predetermined reference value;
When the value is greater than or equal to the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased or a signal for controlling to maintain the opening of the throttle valve (30) outputs a,
Detecting a second temperature corresponding to a scroll peripheral temperature of the scroll compressor (10);
Comparing a temperature difference between the first temperature and the second temperature with a reference value of a predetermined temperature difference;
When the temperature difference is equal to or greater than the reference value, a signal for controlling the opening of the throttle valve (30) to be increased is output, or the opening of the throttle valve (30) is controlled to be maintained. A refrigeration cycle control method characterized by outputting a signal .
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