JP6275283B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図であり、負荷側の水の温度を上げる加熱運転(給湯運転)を実施している時の状態が示されている。
四方弁2は、圧縮機1を吐出した高温高圧ガス冷媒の流れ方向を凝縮器3または蒸発器5に切り換えるものである。
凝縮器3は、プレート式熱交換器で構成され、主回路30を流れる冷媒と、冷却負荷(図示せず)から供給される被熱交換媒体と熱交換させて放熱させるものである。
主膨張弁4は、高圧冷媒を減圧させ低圧二相冷媒にするものである。
蒸発器5は、例えばプレートフィン式熱交換器等で構成され、冷媒を空気と熱交換させて蒸発させるものである。
通常の給湯運転時は、吐出ガスバイパス弁7および吸入バイパス弁9は全閉とし、吐出ガスバイパス回路6および吸入バイパス回路8の冷媒の流れはない。通常の給湯運転では、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機1に吸引され、圧縮されて高温高圧ガスとなって吐出される。圧縮機1から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁2を経由して凝縮器3へ流入する。凝縮器3に流入した高温高圧ガス冷媒は、被熱交換媒体である水に放熱し、高圧液冷媒となる。凝縮器3を流出した高圧液冷媒は、主膨張弁4へ流入し、減圧膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となる。主膨張弁4を流出した気液二相冷媒は、蒸発器5に流入し、被熱交換媒体である空気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。蒸発器5を流出した低温低圧のガス冷媒は、再び四方弁2を通過したのち圧縮機1に再び吸引される。
図2によれば、本実施の形態1で用いるHFO−1234yf冷媒は、従来使用していたR410A冷媒やR407C冷媒に比べて、飽和蒸気圧力が低い。このため、外気が例えば−25℃以下となるような極寒冷地域において給湯運転をすると、蒸発温度が大気圧における飽和蒸気温度である−29.5℃を下回り、圧縮機吸入圧力が大気圧以下の負圧運転となることが予想される。圧縮機吸入圧力が負圧となると、冷凍サイクル内に空気が吸引され、冷凍サイクルの動作不良等の不都合が生じる。
負圧防止運転は、圧縮機吸入圧力が負圧に近い運転状態になった場合に開始され、蒸発器5にほとんど冷媒を流さず、凝縮器3から流出した高圧冷媒のほとんどを吸入バイパス回路8に流入させるようにする運転である。そして、圧縮機吸入圧力が負圧より高くなるように吐出ガスバイパス弁7を制御することで、負圧防止を図る。また、本実施の形態1では、吐出ガスバイパス弁7の制御に加えてさらに吸入バイパス弁9を制御し、圧縮機吸入過熱度が適正な状態となるように制御するようにしている。
実施の形態2は、図1に示した実施の形態1の構成にさらに二方弁を備えたものである。なお、その他の構成要素については図1と同じである。以下、実施の形態2が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態3は、図1に示した実施の形態1の構成にさらにエジェクタおよび吸引管を設けたものである。なお、その他の構成要素については図1と同じである。以下、実施の形態3が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
エジェクタ11は、吐出ガスバイパス回路6の吐出ガスバイパス弁7の下流に配置され、蒸発器5側の冷媒を吸引管12を介して、吸引するものである。
エジェクタ11は、ノズル11a、絞り部11b、ディフューザ11cの3つの部分で構成され、入口から流入した主流はノズル11aで絞られ、絞り部11bでは入口に比べて流速が速い状態となる。入口における冷媒の圧力をP1、流速をv1、密度をρ1、絞り部11bにおける冷媒の圧力をP2、流速をv2、密度をρ2とすると、ベルヌーイの式により下記の関係が成立する。
実施の形態4は、図1に示した実施の形態1の構成にさらにレシーバを設けたものである。なお、その他の構成要素については図1と同じである。以下、実施の形態4が実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
レシーバ13は、凝縮器3と吸入バイパス弁9とを接続する配管に配置され、運転中に発生した余剰冷媒を貯溜するものである。
図11は、本発明の実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の変形例1を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
図12は、本発明の実施の形態4に係る冷凍サイクル装置の変形例2を示す冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。
上記実施の形態1〜4では、圧縮機1から吐出して凝縮器3に向かう冷媒の一部を吐出ガスバイパス回路6に流入させることで主回路30から分岐し、その分岐冷媒を圧縮機1の吸入側に戻す構成としている。そして、分岐冷媒を圧縮機1の吸入側に戻すにあたり、分岐冷媒を、吸入バイパス回路8を流れる冷媒と吸入バイパス弁9の下流側で合流させて戻す構成としている。これに対し、本実施の形態5では、主回路30から分岐した分岐冷媒を圧縮機1の吸入側に戻すにあたり、分岐冷媒を、吸入バイパス回路8を流れる冷媒と吸入バイパス弁9の上流側で合流させて戻す構成としたものである。
凝縮器バイパス弁17は、凝縮器バイパス回路16に流す吐出ガスのバイパス量を調整するものである。
図15に示されるように、本実施の形態5に係る冷凍サイクル装置は、図4に示した実施の形態1のシステム構成において、制御装置20が、吐出ガスバイパス弁7に代えて凝縮器バイパス弁17を制御可能に接続されている点が図4と異なる。また、制御装置20の機能的な構成として、制御装置20が負圧防止制御手段20Aと、過熱度制御手段20Bとを備えている。負圧防止制御手段20Aは、吸入バイパス弁9の開度を制御して圧縮機1の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行うものである。過熱度制御手段20Bは、圧縮機1の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された設定値となるように、凝縮器バイパス弁17の開度を調整するものである。この負圧防止制御手段20Aおよび過熱度制御手段20Bは、CPUと制御プログラムとにより機能的に構成されている。それ以外の構成は図4と同様である。
実施の形態6は、いわば、実施の形態5と、レシーバ13を備えたことを特徴とする実施の形態4とを組み合わせた構成に相当する。以下、実施の形態6が実施の形態5と異なる部分を中心に説明する。
図17に示されるように、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置のシステム構成図は、レシーバ13を設けたものである。なお、その他の構成要素については図13に示した実施の形態5と同じである。
図18は、本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の変形例1の冷媒回路図である。
図19は、本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の変形例2の冷媒回路図である。
Claims (24)
- 圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、R407Cに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部と前記凝縮器から流出した冷媒とを合流して前記圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、
前記バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、
前記負圧調整弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備え、
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じる冷凍サイクル装置。 - 前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項1記載の冷凍サイクル装置。
- 前記四方弁と前記蒸発器との間に二方弁を備えた請求項2記載の冷凍サイクル装置。
- 前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時に前記二方弁を閉止する請求項3記載の冷凍サイクル装置。
- 前記バイパス回路において、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路に設けられたエジェクタと、
前記蒸発器と前記四方弁との間の冷媒を前記エジェクタの吸引部に吸引させる吸引回路とを備えた請求項2記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器と二方弁と四方弁とが環状に接続され、R407Cに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部と前記凝縮器から流出した冷媒とを合流して前記圧縮機の吸入側に流入させるバイパス回路と、
前記バイパス回路の流量を調整する負圧調整弁と、
前記負圧調整弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備え、
前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時に前記二方弁を閉止する冷凍サイクル装置。 - 前記バイパス回路は、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を吸入側にバイパスする吐出ガスバイパス回路と、前記凝縮器から流出した冷媒を前記吐出ガスバイパス回路に合流させて前記圧縮機の吸入側に流入させる吸入バイパス回路とを有し、
前記負圧調整弁は前記吐出ガスバイパス回路の流量を調整する吐出ガスバイパス弁である請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第1の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吐出ガスバイパス弁を制御する請求項7記載の冷凍サイクル装置。 - 前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記吸入圧力があらかじめ設定された第2の設定値となるように前記吐出ガスバイパス弁の開度を調整する請求項7または8記載の冷凍サイクル装置。
- 前記吸入バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する吸入バイパス弁をさらに有する請求項8または請求項9記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第3の設定値となるように、前記吸入バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項10記載の冷凍サイクル装置。
- 前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有する請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 圧縮機と凝縮器と主膨張弁と蒸発器とが環状に接続され、R407Cに比べて沸点が高い冷媒が循環する主回路と、
前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記凝縮器の出口側にバイパスする凝縮器バイパス回路と、
前記凝縮器バイパス回路および前記凝縮器から流出した冷媒を合流して前記圧縮機の吸入側に流入させる吸入バイパス回路と、
前記吸入バイパス回路の流量を調整する吸入バイパス弁と、
前記吸入バイパス弁を制御して前記圧縮機の吸入圧力が負圧になるのを防止する負圧防止運転を行う負圧防止制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吸入圧力を検知する圧力センサを有し、
前記負圧防止制御手段は、前記圧力センサで検知した前記吸入圧力があらかじめ設定された第1の設定値を下回る場合に前記負圧防止運転を開始して前記吸入バイパス弁を制御する請求項15記載の冷凍サイクル装置。 - 前記負圧防止制御手段は、前記負圧防止運転時、前記主膨張弁を閉じると共に、前記吸入圧力があらかじめ設定された第2の設定値となるように前記吸入バイパス弁の開度を調整する請求項15または請求項16記載の冷凍サイクル装置。
- 前記凝縮器バイパス回路の流量を調整して前記圧縮機の吸入ガスの過熱度を制御する凝縮器バイパス弁をさらに有する請求項15〜請求項17のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吸入ガスの過熱度が、あらかじめ設定された第3の設定値となるように前記凝縮器バイパス弁の開度を調整する過熱度制御手段をさらに備えた請求項18記載の冷凍サイクル装置。
- 前記主回路は、前記圧縮機から吐出された冷媒の流れ方向を切り替える四方弁をさらに備えた請求項15〜請求項19のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記凝縮器の出口側にレシーバを有する請求項15〜請求項20のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記凝縮器の出口側に前記主回路と並列にレシーバを有する請求項15〜請求項20のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機吸入側にアキュームレータを有する請求項15〜請求項20のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記冷媒は、HFO−1234yfの単独冷媒、HFO−1234zeの単独冷媒、HFO−1234yfまたはHFO−1234zeを含む混合冷媒のいずれかである請求項1〜請求項23のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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