JP6671183B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
冷凍サイクル装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6671183B2 JP6671183B2 JP2016018195A JP2016018195A JP6671183B2 JP 6671183 B2 JP6671183 B2 JP 6671183B2 JP 2016018195 A JP2016018195 A JP 2016018195A JP 2016018195 A JP2016018195 A JP 2016018195A JP 6671183 B2 JP6671183 B2 JP 6671183B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- temperature
- refrigerant
- degree
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 title claims description 85
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 214
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 68
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 claims description 66
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 63
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 15
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 91
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 37
- 241000122133 Panicum mosaic virus Species 0.000 description 32
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 31
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 18
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 10
- 239000010721 machine oil Substances 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- -1 polyol ester Chemical class 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Description
図1に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置1は、圧縮機11と、四方弁12と、空気熱交換器(第一の熱交換器)13と、第一のPMV(Pulse Motor Valve、第一の膨張部)14と、水熱交換器(第二の熱交換器)15と、アキュムレータ(気液分離器)16と、主配管17と、吸入圧力センサ18と、吐出圧力センサ19と、第一の温度センサ20と、第二の温度センサ21と、送風機22と、制御部23と、を備えている。
なお、圧縮機11として運転周波数を変更できないものを用いてもよい。
四方弁12は、主配管17内を流れる冷媒R等の向きを切替える。
空気熱交換器13は、例えばフィンチューブ式の熱交換器である。空気熱交換器13は、図示はしないが、ディストリビュータ(分配器)を介して各パスへ分流している。空気熱交換器13は、空気と冷媒R等とを熱交換させる。
一方で、貫通孔からニードルが最も離間したときに、第一のPMV14に冷媒R等が最も流れやすくなる。このとき、第一のPMV14は(完全に)開いた状態になり、第一のPMV14の開度は最も大きくなる。
水配管101における水熱交換器15が設けられた部分よりも水が流れる上流側には、入口水温度センサ104が取付けられている。水配管101における水熱交換器15が設けられた部分よりも下流側には、出口水温度センサ(出口流体温度センサ)105が取付けられている。
水温度センサ104、105は、制御部23に接続され、検出した温度を制御部23に送信する。
流出管28は、下方に向かって凸となるように湾曲したU字形に形成されている。流出管28の一端部は、前述の液面L1よりも上方に配置されている。流出管28に形成された油戻し孔28aは、前述の液面L1よりも下方に配置されている。
流入管27の上端部、及び、流出管28の他端部は、主配管17に接続されている。
吸入圧力センサ18及び吐出圧力センサ19としては、公知の半導体圧力センサを用いることができる。吸入圧力センサ18は、圧縮機11の吸入口11aにおける冷媒R等の圧力を検出する。吐出圧力センサ19は、圧縮機11の吐出口11bにおける冷媒R等の圧力を検出する。圧力センサ18、19は、制御部23に接続され、検出した圧力を制御部23に送信する。
また、1つの空気熱交換器13に対して1つの第一のPMV14を用いているが、1つの空気熱交換器13に対して容量の小さいPMVを2つ並列で使用して、1つの空気熱交換器13に対して2つのPMVを用いてもよい。
圧縮機11、四方弁12、第一のPMV14、及び送風機22は制御部23に接続され、制御部23に制御される。
なお、本冷凍サイクル装置1は主配管17にレシーバを備えない。
制御部23の演算回路は、圧力センサ18、19及び温度センサ20、21の検出結果に基づいて第一のPMV14の開度等を制御する。
演算回路は、メモリから読み出したグラフ、及び吸入圧力センサ18が検出した圧力P1に基づいて、吸入圧力センサ18が検出した圧力P1に対する冷媒Rの飽和温度である低圧飽和温度T1を算出する。メモリから読み出したグラフ、及び吐出圧力センサ19が検出した圧力P2に基づいて、吐出圧力センサ19が検出した圧力P2に対する冷媒Rの飽和温度である高圧飽和温度T2を算出する。
制御部23は、圧縮機11を駆動させるとともに四方弁12を切替え、送風機22を運転させる。これにより、圧縮機11、四方弁12、空気熱交換器13、第一のPMV14、水熱交換器15、アキュムレータ16の順で冷媒R等を流す。空気熱交換器13で冷媒Rを凝縮させ、空気熱交換器13を凝縮器として機能させる。水熱交換器15で冷媒Rを蒸発させ、水熱交換器15を蒸発器として機能させる。こうして、冷凍サイクル装置1を冷却運転にする。
送水ポンプ102を駆動させて水配管101内に水を流すと、水熱交換器15により水が冷却される。
過熱度が目標過熱度になるように制御することで、蒸発器として機能する水熱交換器15の出口における冷媒Rは乾いている。内容積が比較的大きい空気熱交換器13が凝縮器として機能していることで、アキュムレータ16内には液相の冷媒Rがない場合が多い。
圧力損失の推定に使用可能なパラメータとしては、圧縮機11の吐出圧力、吸入圧力、及び圧縮機11の運転周波数等を用いることができる。
送水ポンプ102を駆動させて水配管101内に水を流すと、水熱交換器15により水が加熱される。
具体的には、過冷却度が目標過冷却度よりも大きいときには、第一のPMV14の開度を大きくする。このとき、凝縮器として機能する水熱交換器15から四方弁12を経由してアキュムレータ16に戻ってくる液相の冷媒Rの流量は増加する。すなわち、蒸発器として機能する空気熱交換器13の出口における冷媒Rは二相域となる。アキュムレータ16内に気相だけでなく液相の冷媒Rが収容される。
第一のPMV14の開度は、維持又は小さくなるように制御され、最終的には、過冷却度が目標過冷却度に制御される開度に収束する。この時、アキュムレータ16に流入する液相の冷媒Rの流量と、アキュムレータ16から流出する液相の冷媒Rの流量がバランスしている。
これに伴い、過冷却度は徐々に増加して目標過冷却度に近づいていくので、第一のPMV14の開度は、維持又は大きくなるように制御され、最終的には過冷却度が目標過冷却度に収束する。この時、アキュムレータ16に流入する液相の冷媒Rの流量と、アキュムレータ16から流出する液相の冷媒Rの流量がバランスしている。
一般的には、蒸発器の出口の過熱度は0〜1K程度、つまり、乾き度1をわずかに上回る程度とするのが最も性能が良いといわれている。しかし、これは各パスの出口における乾き度が均一に調整されている場合の話である。各パスの出口における乾き度が不均一な空気熱交換器においては、出口の平均過熱度を0〜1K程度に設定しても蒸発器の性能を100%使い切っているとは言い難く、着霜の不均一さを招く要因にもなっていた。
しかし、冷凍サイクル装置1がレシーバを備えないことと、第一のPMV14の開度の調節により、任意の過冷却度値まで上昇できるようになり、加熱運転時のCOPを増加できるようになる。
次に、第2の実施形態について図3を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図3に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置2は、第1の実施形態の冷凍サイクル装置1の主配管17に代えて、主配管31、第三の温度センサ32A、32B、及び第四の温度センサ33A、33Bを備え、空気熱交換器13A、13B及び第一のPMV14A、14Bをそれぞれ2つ備えている。空気熱交換器13A、13Bは前述の空気熱交換器13と同様に構成され、第一のPMV14A、14Bは前述の第一のPMV14と同様に構成されている。空気熱交換器13Aと空気熱交換器13Bとは、構成が異なっていてもよい。
第一のPMV14Aは、分岐配管35Aにおいて空気熱交換器13Aよりも水熱交換器15側に設けられている。
第三の温度センサ32Aは、第一の温度センサ20と同様に構成されている。第三の温度センサ32Aは、分岐配管35Aにおける空気熱交換器13Aと第一のPMV14Aとの間に設けられている。第四の温度センサ33Aは、分岐配管35Aにおける空気熱交換器13Aよりも四方弁12側に設けられている。
すなわち、分岐配管35Aには四方弁12側から順に第四の温度センサ33A、空気熱交換器13A、第三の温度センサ32A、及び第一のPMV14Aが設けられている。
制御部23は、冷却運転及び除霜運転時には、第一の温度センサ20の温度T4と低圧飽和温度T1との差である過熱度が目標過熱度になるとともに、高圧飽和温度T2と第三の温度センサ32A、32Bが検出する冷媒Rの温度との差である個別過冷却度(過冷却度)が互いに略同等となるように、第一のPMV14A、14Bの開度を調節する。
ここで言う個別過冷却度が互いに略同等とは、例えば、複数の個別過冷却度のうち最大値と最小値との差が2℃以内であることを意味する。すなわち、高圧飽和温度T2と第三の温度センサ32Aの温度との差である個別過冷却度と、高圧飽和温度T2と第三の温度センサ32Bの温度との差である個別過冷却度と、の差が2℃以内となるように、第一のPMV14A、14Bの開度を調節する。
また、第一のPMV14A、14Bの開度をまとめた合算開度を規定する。第一のPMV14A、14B全体としての開度が大きくなれば合算開度が大きくなり、第一のPMV14A、14B全体としての開度が小さくなれば合算開度が小さくなる。
制御部23が合算開度を大きくする場合には、個別過冷却度が大きい方の空気熱交換器の第一のPMVの開度増分比率(開度を大きくする比率)を大きくし、個別過冷却度が小さい方の空気熱交換器の第一のPMVの開度増分比率を小さくして、各空気熱交換器13A、13Bの出口の個別過冷却度が互いに略同等となるように調節する。
制御部23が合算開度を小さくして調節する場合には、個別過冷却度が小さい方の空気熱交換器の第一のPMVの開度減少比率(開度を小さくする比率)を大きくし、個別過冷却度が大きい方の空気熱交換器の第一のPMVの開度減少比率を小さくして、各空気熱交換器13A、13Bの出口の個別過冷却度が互いに略同等となるように調節する。
このとき、各第一のPMVの開度を変化させる比率を、空気熱交換器の内容積や空気熱交換器の周囲に流れる空気の流速等に応じた特定の比率にすることが好ましい。
ここで言う個別過熱度が互いに略同等とは、例えば、複数の個別過熱度のうち最大値と最小値との差が2℃以内であることを意味する。すなわち、第四の温度センサ33Aの温度と低圧飽和温度T1との差である個別過熱度と、第四の温度センサ33Bの温度と低圧飽和温度T1との差である個別過熱度と、の差が2℃以内となるように、第一のPMV14A、14Bの開度を調節する。
したがって、算出した低圧飽和温度T1との差や、他の空気熱交換器の出口の個別過熱度と比較することによって、特定の空気熱交換器の出口のみが乾いていることを検出することができる。
制御部23が合算開度を小さくする場合には、出口が乾いている空気熱交換器以外の第一のPMVの開度減少比率を大きくして、乾いていた出口が湿りになり、個別過熱度が互いに略同等となるように、第一のPMV14A、14Bの開度を調節する。
制御部23が合算開度を維持しつつ調節する場合には、出口が乾いている空気熱交換器の第一のPMVの開度を大きくし、出口が湿っている空気熱交換器の第一のPMVの開度を小さくして、各空気熱交換器13A、13Bの出口の個別過熱度が互いに略同等となるように調節する。
さらに、各個別過冷却度や各個別過熱度を互いに略同等とすることで、空気熱交換器13A、13Bのサイズが互いに異なったり、冷凍サイクル装置2内部での配置条件が異なったり、冷凍サイクル装置の設置状況等によって空気熱交換器13A、13Bの周囲の風速が互いに異なったりした場合でも、それぞれの空気熱交換器13A、13Bの性能を略同等とすることができる。それにより、冷却運転時は圧縮機11の吐出圧力上昇の抑制による高COP化、加熱運転時は着霜進行の均一化、圧縮機11の吸入圧力低下の抑制による高COP化が可能となる。
次に、第3の実施形態について図4を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図4に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置3は、第1の実施形態の冷凍サイクル装置1の各構成に加えて、冷凍サイクル装置3の外気の温度を検出する外気温度センサ38と、水熱交換器15により冷却又は加熱される水の目標温度(設定出口水温)を入力するための入力部39と、を備えている。
入力部39は図示しないボタン等を有している。入力部39は制御部23に接続されている。冷凍サイクル装置3の使用者は、入力部39のボタン等を操作することで、冷凍サイクル装置3により冷却又は加熱される水の目標温度を入力する。入力した目標温度は制御部23に送信され、制御部23のメモリに記憶される。
制御部23のメモリには、外気温度センサ38が検出する温度、及び、出口水温度センサ105が検出する水の温度に基づいて設定される複数の目標過冷却度候補値を記憶されている。複数の目標過冷却度候補値は、外気の温度及び水の目標温度をパラメータとした関数式としてメモリに記憶されてもよいし、テーブルとしてメモリに記憶されてもよい。
例えば、加熱運転時には、外気の温度が高くなるにしたがって目標過冷却度候補値が小さくなり、水の目標温度が低くなるにしたがって目標過冷却度候補値が小さくなる。
制御部23は、複数の目標過冷却度候補値のうち、外気温度センサ38が検出する温度、及び、出口水温度センサ105が検出する水の温度に基づいた目標過冷却度候補値を目標過冷却度に設定する。制御部23は、過冷却度が目標過冷却度になるように第一のPMV14の開度を調節する。
制御部23は、出口水温度センサ105が検出する水の温度が目標温度になるように第一のPMV14や送水ポンプ102等を制御する。
そこで、加熱運転時の目標過冷却度が頻繁に変化することを防止して制御の安定性を高めつつ、冷凍サイクル装置の高COP化を図る場合には、圧縮機11の吐出圧力に代わるものとして水の目標温度、圧縮機11の吸入圧力に代わるものとして外気の温度を少なくとも選択することが重要となる。外気の温度及び水の目標温度から決定された目標過冷却度は、変動要素は外気の温度のみのため、頻繁に変化することはなくなる。
さらに、外気の温度及び水の目標温度に基づいて目標過冷却度を設定することで、目標過冷却度が頻繁に変化することを防止して制御の安定性を高めつつ、高COP化が可能となる。
そこで、目標過冷却度の安定性よりも、第一のPMVの開度の安定性を優先するのであれば、前記2つのパラメータに加えて、圧縮機の運転周波数も加えるとよい。具体的には、目標過冷却度候補は、外気の温度、水の目標温度、及び圧縮機の運転周波数の3つをパラメータとした関数式や3次元的なテーブルとしてメモリに記憶される。
次に、第4の実施形態について図5及び図6を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図5に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置4は、第2の実施形態の冷凍サイクル装置2の各構成に加えて、主配管31の本配管36に接続された接続配管41と、本配管36と接続配管41とを熱交換させる過冷却熱交換器(補助熱交換器)42と、接続配管41に設けられた第二のPMV(第二の膨張部)43及び接続配管温度センサ44と、本配管36に設けられた第五の温度センサ45と、を備えている。
第二のPMV43は、前述の第一のPMV14と同様に構成されている。第二のPMV43は、接続配管41における過冷却熱交換器42よりも冷媒Rが流れる上流側に設けられている。第二のPMV43は、開度を調節することで接続配管41中を流れる冷媒Rの流量を調節可能である。第二のPMV43は、制御部23に接続され、制御部23に制御される。
温度センサ44、45は、第一の温度センサ20と同様に構成されている。接続配管温度センサ44は、接続配管41における過冷却熱交換器42よりも下流側に設けられている。
第五の温度センサ45は、本配管36におけるアキュムレータ16と圧縮機11との間の接続配管41が接続されている部分と圧縮機11との間に設けられている。
温度センサ44、45は、制御部23に接続され、検出した温度を制御部23に送信する。
また、冷凍サイクル装置4が主配管31、空気熱交換器13A、13B、第一のPMV14A、14B、第三の温度センサ32A、32B、及び第四の温度センサ33A、33Bに代えて、主配管17、空気熱交換器13、第一のPMV14を備えてもよい。
制御部23は、冷却運転及び除霜運転時には、第二のPMV43を閉じる。すなわち、接続配管41内を冷媒R等が流れないようにする。このときの冷凍サイクル装置4の制御は第2の実施形態の冷凍サイクル装置2の制御と同一である。
この場合、過冷却熱交換器42は第一のPMV14A、14Bの下流側に位置する。第二のPMV43が開いていても過冷却熱交換器42には低温低圧の二相域の冷媒R同士が流れるため、熱交換を行えない。このため、過冷却回路を構成する接続配管41の出口からは低圧の二相域の冷媒Rが圧縮機11の吸入口11aに合流してくるだけとなり、圧縮機11の信頼性を損なう。したがって、冷却運転時には、第二のPMV43を閉じる。
加熱運転時には、アキュムレータ16の油戻し孔28aから圧縮機11に対して、継続的に液相の冷媒Rが吸い込まれる。圧縮機11が液バック(液相の冷媒Rが圧縮機11に吸入されること)に強いスクロール方式である場合は、圧縮機11に液バックしてもよい。一方で、圧縮機11が液バックに弱いローリングピストン方式である場合は、圧縮機11に過熱ガス(気相の冷媒R)を吸入させて圧縮機11の信頼性を確保する必要がある。
過冷却熱交換器42に接続された本配管36の入口である位置A(図5参照)における冷媒Rの状態は、図7のモリエル線図において、高圧で凝縮器を出た後の状態Aとなる。状態Aは、過冷却熱交換器42を備えないときの第一のPMV14A、14Bの入口の状態S3にほぼ等しい。一方で、過冷却熱交換器42に接続された接続配管41の入口である位置B(図5参照)における冷媒Rの状態は、第二のPMV43で絞られた後の低圧の状態Bとなる。状態Bは、第一のPMV14A、14Bの出口の状態S4にほぼ等しい。状態Aの冷媒Rと状態Bの冷媒Rとが過冷却熱交換器42で熱交換する。
図8(A)の横軸は第二のPMV43の開度を表し、縦軸との交点は、第二のPMV43の開度が0、すなわち第二のPMV43が閉じた状態を表す。横軸が矢印の向きである正の向き向かうにしたがって、第二のPMV43の開度が大きくなり第二のPMV43がより開いた状態になる。
図8(B)についても、接続配管温度センサ44と第五の温度センサ45との違いだけで、図8(A)と同様である。
第二のPMV43を、閉じた状態から開度を少し大きくする。接続配管41内を流れる少量の二相域の冷媒Rは過冷却熱交換器42で加熱され、過冷却熱交換器42の出口では図8(A)及び図7に示す状態B’1のように乾き度が大きく完全に乾いた状態になる。この接続配管41内を流れる冷媒Rを本配管36に合流させると、第五の温度センサ45が設けられた位置での冷媒Rは図8(B)の範囲R11に示すように乾いた状態になる。
すなわち、図8(B)の横軸に示す、第二のPMV43の開度の範囲R11において、第五の温度センサ45が設けられた位置での冷媒Rは乾いた状態になる。範囲R11では、第五の温度センサ45が検出する冷媒Rの温度が低圧飽和温度T1を超える。
範囲R11よりも第二のPMV43の開度をさらに大きくした範囲R13では、接続配管41内を流れる冷媒Rの過冷却熱交換器42の出口での乾き度が小さくなる(液相の冷媒Rの割合が増え)とともに接続配管41内を流れる冷媒Rの流量が増加して、第五の温度センサ45が設けられた位置での冷媒Rの乾き度が小さくなる。
開度V1よりも第二のPMV43の開度を大きくするにしたがって、第五の温度センサ45が設けられた位置での冷媒Rの加熱度、乾き度は減少する。すなわち、第二のPMV43の開度に対する冷媒Rの乾き度、加熱度は、右下がりのグラフになる。
なお、冷媒Rの乾き度、加熱度が右下がりのグラフになる範囲で第二のPMV43の開度を制御した方が、目標となる冷媒Rの乾き度、加熱度に対する第二のPMV43の開度が1対1の対応関係になるため、制御が容易である。
第五の温度センサ45が検出する冷媒Rの温度が低圧飽和温度T1を超える第二のPMV43の開度を範囲R11に調節することで、第五の温度センサ45が設けられた位置での冷媒Rが乾き、圧縮機11が気相の冷媒Rを吸入する。
さらに、圧縮機11が液バックに弱いローリングピストン方式であっても、圧縮機11が吸入する冷媒Rを気相のみとすることができるため、圧縮機11の信頼性が向上する。
次に、第5の実施形態について図9を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図9に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置5は、第4の実施形態の冷凍サイクル装置4の各構成に加えて、圧縮機11から吐出される冷媒Rの温度(吐出温度)を検出する吐出温度センサ51を備えている。
制御部23のメモリには、例えば120℃や130℃のような予め定められた吐出温度閾値(温度閾値)が記憶されている。
なお、温度センサ44、45は冷凍サイクル装置5に備えられなくてもよい。
本実施形態では、制御部23は、吐出温度センサ51が検出する冷媒Rの温度が吐出温度閾値以下になるように第二のPMV43の開度を調節して、圧縮機11内に液相の冷媒Rを吸入させる。
より詳しくは、制御部23は、冷却運転及び除霜運転時には、吐出温度センサ51が検出する冷媒Rの温度が吐出温度閾値以下のときには、例えば第4の実施形態のように第二のPMV43を閉じる。
吐出温度センサ51が検出する冷媒Rの温度が吐出温度閾値を超えるときには、吐出温度センサ51が検出する冷媒Rの温度が吐出温度閾値以下になるように、第二のPMV43の開度を大きくする。このとき、第二のPMV43の開度を図8(B)に示す範囲R12にしてもよいし、範囲R13にしてもよい。
さらに、低外気温度時や高温水取出し時等、圧縮機11の圧縮比増大によって吐出温度が高くなる運転条件においても、吐出温度の抑制が可能となるため、冷凍サイクル装置5の運転が可能となる条件を拡大させることができる。
制御部23は、圧縮機11の吐出圧力、吸入圧力、及び運転周波数に基づいて、吐出温度閾値を一定の時間おきに算出する。吐出温度閾値が、吐出圧力と吸入圧力と関連づけられているのは、理論吐出温度が吐出圧力と吸入圧力に関連付いているためであり、圧縮機11の運転周波数と関連づけられているのは、圧縮機11のモータ入力の増減の影響と関連付いているためである。
これにより、吐出温度が吐出温度閾値以下、吐出過熱度が吐出温度閾値以上という両条件を同時に満たすように制御可能となる。
この変形例のように制御することで、圧縮機11への過度の液バックを防止して、圧縮機11の信頼性を高めることができる。
次に、第6の実施形態について図9を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図9に示す本実施形態の冷凍サイクル装置6では、送風機22は公知のインバータ制御により空気の流れの速度を所定の範囲で調節可能である。送水ポンプ102は、水の流量を変えられるポンプである。
制御部23のメモリには、圧縮機11の吸入圧力の上限値として予め定められた低圧圧力閾値(圧力閾値)が記憶されている。低圧圧力閾値は、冷凍サイクル装置6の運転状態に応じて予め定められる。低圧圧力閾値に基づいた制御を、Maximum Operating Pressure制御(以下、MOP制御)と称する。
制御部23は、冷却運転及び除霜運転時には、吸入圧力センサ18が検出する圧力が低圧圧力閾値を超えた場合、まず、送水ポンプ102により水の流量を低減させる。水の流量が低下すると、出口水温度センサ105で検出される水の温度が低下するため、SH制御を行っている冷凍サイクル装置6の蒸発温度は出口における水の温度が低下するのに伴い低下していき、圧縮機11の吸入圧力が抑制される。
まず、空気熱交換器13A、13Bからの液冷媒の流量が増加することにより、空気熱交換器13A、13B内部に存在する冷媒Rの質量も増加し始め、かつ、アキュムレータ16内の余剰冷媒の液面L1が上昇し始める。それにより、凝縮器として機能する水熱交換器15の内部に存在できる液相の冷媒Rの質量が減少し始めるため、水熱交換器15の出口の過冷却度が低下し始める。そこで、SC制御を行っている制御部23は、目標過冷却度を維持させようとして、第一のPMV14A、14Bの合算開度を小さくし始め、吸入圧力が低下し始める。
しかし、そのままでは空気熱交換器13A、13Bから過熱度の大きなガス冷媒Rがアキュムレータ16へと流入し、アキュムレータ16へ貯留していた余剰の冷媒Rを蒸発させていく。また、アキュムレータ16の油戻し孔28aから冷凍サイクル装置6中に戻される液相の冷媒Rにより、アキュムレータ16の余剰の冷媒Rの液面L1は低下していく。これらにより、水熱交換器15の過冷却度が増加して高圧カット等の弊害を招くこととなる。
さらに、アキュムレータ16内の余剰の冷媒Rの量を安定させ、過冷却度を最適に制御し、高圧カット等の弊害を回避することができる。
1又は複数の追加油戻し孔28bは、流出管28の一端部よりも下方、かつ、液面L1よりも下方に形成されている。
また、追加油戻し孔28bの内径は、油戻し孔28aの内径と同等以下とし、1又は複数の追加油戻し孔28bを形成する。これにより、油戻り量、ならびに、余剰の液相の冷媒Rの戻し量を、必要に応じて微調整することが可能となる。加熱運転時にSC制御を行っている際の蒸発器の出口乾き度の過度の低下を抑制することも可能である。また、アキュムレータ16にほとんど液面が形成されない冷却運転時や、加熱運転時に油リッチ層が下層となっている場合の油戻し性との両立も、この追加油戻し孔28bの個数と位置の調整により両立することができる。
次に、第7の実施形態について図11及び図12を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図11及び図12に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置7は、第2の実施形態の冷凍サイクル装置2の各構成に加えて、本配管36における第一のPMV14A、14Bと水熱交換器15との間に設けられた内部熱交換器56と、内部熱交換器56の入口と出口の本配管36に端部がそれぞれ接続された第二の接続配管57と、第二の接続配管57に設けられた流量調節弁58と、本配管36におけるアキュムレータ16と圧縮機11との間に設けられた第六の温度センサ59と、を備えている。
流量調節弁58は、第一のPMV14と同様に構成され、開度を、完全に閉じた状態、完全に開いた状態、完全に閉じた状態と完全に開いた状態との中間の半開き状態等に調節することができる。
第六の温度センサ59は、制御部23に接続され、検出した温度を制御部23に送信する。
制御部23は、冷却運転及び除霜運転時には、流量調節弁58の開度を半開き状態にする。冷却運転及び除霜運転時には、制御部23がSC制御をしているので、アキュムレータ16内に余剰の液相の冷媒Rが貯まっていない。また、内部熱交換器56へ導かれるのが第一のPMV14A、14Bを通過した後の低温低圧の二相域の冷媒Rなので、内部熱交換器56での交換熱量はほとんど期待できない。
そこで、内部熱交換器56へ導かれた本配管36や第二の接続配管57の途中に液相の冷媒Rが溜まるのを防止するため、流量調節弁58の開度を半開き状態にする。
アキュムレータ16の内部に貯められた余剰の液相の冷媒Rが、油戻し孔28aから圧縮機11へと継続的に吸い込まれることとなる。圧縮機11が液バックに強いスクロール方式である場合は、圧縮機11に液バックしてもよい。一方で、圧縮機11が液バックに弱いローリングピストン方式である場合は、過熱ガスを吸入させて圧縮機11の信頼性を確保する必要がある。
このため本実施形態では、流量調節弁58は第二の過熱度が第二の目標過熱度、例えば5Kとなるように流量制御させて、この問題を回避する。流量調節弁58の開度の制御は、第二の過熱度を増加させる場合には流量調節弁58の開度を小さくする。第二の過熱度を減少させる場合は流量調節弁58の開度を大きくして、内部熱交換器56へ導く高温高圧の液冷媒の流量を調整する。
また、除霜運転後に加熱運転へ復帰した際には、アキュムレータ16内の液面が安定時よりも上昇し、内部熱交換器56は余剰液冷媒に一部浸かることになるため、不要な余剰液冷媒を早急に蒸発させて加熱能力の立ち上がりを早めることができる。
さらに、加熱運転時の安定時の液面L1よりも高い位置に内部熱交換器56を搭載すれば、内部熱交換器56が余剰液冷媒に浸からずに済む。加えて、アキュムレータ16内の余剰液冷媒を不要に蒸発させずに済み、凝縮器として機能する空気熱交換器13A、13Bからの液冷媒量を増加させずに済み、COP低下を抑制できる。
また、除霜運転後に加熱運転へ復帰した際には、アキュムレータ16内の液面が安定時よりも上昇し、内部熱交換器56は余剰液冷媒に一部浸かることになるため、不要な余剰液冷媒を早急に蒸発させて加熱能力の立ち上がりを早めることができる。
そして前述のように、吐出温度センサ51が検出する冷媒Rの温度と高圧飽和温度T2との差である吐出過熱度を算出してもよい。そして、この吐出過熱度が、吐出温度閾値以上になるように第二のPMV43の開度及び圧縮機11の運転周波数を調節してもよい。
また、前述のようにアキュムレータ16の流出管28に追加油戻し孔28bを形成してもよい。
流体は水であるとしたが、流体はアルコール溶液等のブラインでもよい。
Claims (5)
- 圧縮機と、
四方弁と、
第一の熱交換器と、
開度を調節可能な第一の膨張部と、
被温度調節配管が接続される第二の熱交換器と、
気液分離器と、
前記圧縮機、前記四方弁、前記第一の熱交換器、前記第一の膨張部、前記第二の熱交換器、前記気液分離器を順次接続していて、内部に冷媒が収容されている主配管と、
前記圧縮機の吸入口における前記冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサと、
前記圧縮機の吐出口における前記冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサと、
前記主配管における前記四方弁と前記気液分離器とを接続している部分に設けられた第一の温度センサと、
前記主配管における前記第一の膨張部と前記第二の熱交換器とを接続している部分に設けられた第二の温度センサと、
前記第一の熱交換器の周囲に空気の流れを生じさせる送風機と、
前記圧縮機、前記四方弁、前記第一の膨張部、及び前記送風機を制御する制御部と、
を備え、
前記第二の熱交換器の内容積は、前記第一の熱交換器の内容積の2分の1以下であり、
前記制御部は、
前記吸入圧力センサが検出した圧力に対する前記冷媒の飽和温度である低圧飽和温度を算出し、
前記吐出圧力センサが検出した圧力に対する前記冷媒の飽和温度である高圧飽和温度を算出し、
前記四方弁を切替えて、前記第一の熱交換器を凝縮器として機能させ、前記第二の熱交換器を蒸発器として機能させる冷却運転時には、前記第一の温度センサが検出する前記冷媒の温度と前記低圧飽和温度との差である過熱度が、予め定められた目標過熱度になるように前記第一の膨張部の開度を調節し、
前記四方弁を切替えて、前記第一の熱交換器を蒸発器として機能させ、前記第二の熱交換器を凝縮器として機能させる加熱運転時には、前記高圧飽和温度と前記第二の温度センサが検出する前記冷媒の温度との差である過冷却度が、予め定められた目標過冷却度になるように前記第一の膨張部の開度を調節し、
前記第一の熱交換器及び前記第一の膨張部を複数備え、
前記主配管は、
前記第一の熱交換器及び前記第一の膨張部が設けられた複数の分岐配管と、
並列に配置された複数の前記分岐配管を接続する本配管と、
を有し、
それぞれの前記第一の膨張部は、前記分岐配管において前記第一の熱交換器よりも前記第二の熱交換器側に設けられ、
前記送風機は、前記空気の流れの速度を所定の範囲で調節可能であり、
前記制御部は、
前記加熱運転時において、前記送風機の前記空気の流れの速度を前記所定の範囲の下限値まで低下させても、前記吸入圧力センサが検出した圧力が予め定められた圧力閾値を超えるときに、
複数の前記第一の膨張部のうち、一部の前記第一の膨張部の開度が小さくなるように調節して前記吸入圧力センサが検出する圧力が前記圧力閾値以下になるようにし、
残部の前記第一の膨張部の開度を調節して、前記過冷却度が前記目標過冷却度になるようにする冷凍サイクル装置。 - 前記第一の熱交換器及び前記第一の膨張部を複数備え、
前記主配管は、
前記第一の熱交換器及び前記第一の膨張部が設けられた複数の分岐配管と、
並列に配置された複数の前記分岐配管を接続する本配管と、
を有し、
それぞれの前記第一の膨張部は、前記分岐配管において前記第一の熱交換器よりも前記第二の熱交換器側に設けられ、
それぞれの前記分岐配管における前記第一の熱交換器と前記第一の膨張部との間に設けられた第三の温度センサと、
それぞれの前記分岐配管における前記第一の熱交換器よりも前記四方弁側に設けられた第四の温度センサと、
を備え、
前記制御部は、
前記冷却運転時には、前記高圧飽和温度と前記第三の温度センサが検出する前記冷媒の温度との差である個別過冷却度が互いに略同等となるように、複数の前記第一の膨張部の開度を調節し、
前記加熱運転時には、前記第四の温度センサが検出する前記冷媒の温度と前記低圧飽和温度との差である個別過熱度が互いに略同等となるように、複数の前記第一の膨張部の開度を調節する請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 外気の温度を検出する外気温度センサと、
前記被温度調節配管における前記第二の熱交換器よりも、前記被温度調節配管内に収容された流体が流れる下流側に設けられた出口流体温度センサと、
前記第二の熱交換器により冷却又は加熱される前記流体の目標温度を入力するための入力部と、
を備え、
前記制御部は、
前記出口流体温度センサが検出する前記流体の温度が前記目標温度になるように前記第一の膨張部を制御し、
前記外気温度センサが検出する温度、及び、前記出口流体温度センサが検出する前記流体の温度に基づいて設定される複数の目標過冷却度候補値を記憶し、
前記加熱運転時に、複数の前記目標過冷却度候補値のうち、前記外気温度センサが検出する温度、及び、前記出口流体温度センサが検出する前記流体の温度に基づいた前記目標過冷却度候補値を前記目標過冷却度に設定する請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記主配管における前記第一の膨張部と前記第二の熱交換器とを接続している部分と、前記主配管における前記気液分離器と前記圧縮機とを接続している部分と、にそれぞれ端部が接続されている接続配管と、
前記主配管における前記第一の膨張部と前記第二の熱交換器とを接続している部分と前記接続配管とを熱交換させる補助熱交換器と、
前記接続配管における前記補助熱交換器よりも上流側に設けられ、開度を調節することで前記接続配管中を流れる前記冷媒の流量を調節可能な第二の膨張部と、
前記主配管における前記気液分離器と前記圧縮機との間の前記接続配管が接続されている部分と前記圧縮機との間に設けられた第五の温度センサと、
を備え、
前記第二の膨張部は前記制御部に制御され、
前記制御部は、
前記冷却運転時には、前記第二の膨張部を閉じ、
前記加熱運転時には、前記第五の温度センサが検出する前記冷媒の温度が前記低圧飽和温度を超えるように前記第二の膨張部の開度を調節する請求項1から3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記主配管における前記第一の膨張部と前記第二の熱交換器とを接続している部分と、前記主配管における前記気液分離器と前記圧縮機とを接続している部分と、にそれぞれ端部が接続されている接続配管と、
前記主配管における前記第一の膨張部と前記第二の熱交換器とを接続している部分と前記接続配管とを熱交換させる補助熱交換器と、
前記接続配管における前記補助熱交換器よりも上流側に設けられ、開度を調節することで前記接続配管中を流れる前記冷媒の流量を調節可能な第二の膨張部と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、
を備え、
前記第二の膨張部は前記制御部に制御され、
前記制御部は、前記吐出温度センサが検出する前記冷媒の温度が予め定められた温度閾値以下になるように前記第二の膨張部の開度を調節して、前記圧縮機内に液相の前記冷媒を吸入させる請求項1から4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018195A JP6671183B2 (ja) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 冷凍サイクル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016018195A JP6671183B2 (ja) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 冷凍サイクル装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017138037A JP2017138037A (ja) | 2017-08-10 |
JP6671183B2 true JP6671183B2 (ja) | 2020-03-25 |
Family
ID=59566701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016018195A Expired - Fee Related JP6671183B2 (ja) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 冷凍サイクル装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6671183B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10823471B2 (en) | 2018-05-23 | 2020-11-03 | Carrier Corporation | Refrigerant transfer control in multi mode air conditioner with hot water generator |
CN109210674B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-04-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 多联机系统室外风机的控制方法及相关设备 |
CN109210673B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-01-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 室外风机的控制方法、装置和空调系统 |
CN109210675B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-04-24 | 珠海格力电器股份有限公司 | 空调室外风机的控制方法、装置、设备和空调 |
CN115247922B (zh) * | 2022-06-27 | 2024-07-23 | 浙江中广电器集团股份有限公司 | 一种防止压缩机冷媒回流到闪蒸罐的自动控制方法 |
-
2016
- 2016-02-02 JP JP2016018195A patent/JP6671183B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017138037A (ja) | 2017-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6671183B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP6785988B2 (ja) | 空気調和装置 | |
JP5452138B2 (ja) | 冷凍空調装置 | |
JP5500240B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP5991989B2 (ja) | 冷凍空調装置 | |
JP5241872B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP5421717B2 (ja) | 冷凍サイクル装置および温水暖房装置 | |
US20110174005A1 (en) | Refrigerating apparatus | |
JP5355016B2 (ja) | 冷凍装置及び熱源機 | |
JP6814974B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP4905018B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP5449266B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP4462435B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP2015148407A (ja) | 冷凍装置 | |
JP6257809B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP5812726B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
JP6388260B2 (ja) | 冷凍装置 | |
EP3220078A1 (en) | Refrigeration cycle device and hot water heating device provided with the same | |
KR101917391B1 (ko) | 공기 조화기 | |
JP6272364B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP2017101897A (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP2009293887A (ja) | 冷凍装置 | |
JP6555584B2 (ja) | 冷凍装置 | |
JP2018204945A (ja) | 冷凍装置の気液分離ユニット、及び冷凍装置 | |
JP6410935B2 (ja) | 空気調和機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181130 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191029 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200106 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200303 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6671183 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |