JP6723375B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の冷媒回路を含む冷凍サイクル装置に関するものである。
従来から、圧縮機、凝縮器、減圧部及び蒸発器を含む第1の冷媒回路と、過冷却用の熱交換器を含む第2の冷媒回路とを備えた冷凍サイクル装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の冷凍サイクル装置は、第1の冷媒回路の凝縮器で凝縮された冷媒が、第2の冷媒回路の過冷却熱交換器によって、過冷却がつけられる。
特開2007−232245号公報
従来の冷凍サイクル装置では、第2の冷媒回路の第1の冷媒回路への寄与が、過冷却をつけることに留まり、更なる性能向上を実現しにくいという課題がある。
本発明は、従来技術における上記問題を解決するためになされたものであり、COPを向上させることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、第1の圧縮機、第1の熱交換器、第2の熱交換器の第1の冷媒流路、第1の減圧部、第3の熱交換器、及び第4の熱交換器の第2の冷媒流路を含み、第1の冷媒が流れる第1の冷媒回路と、第2の圧縮機、第5の熱交換器、第2の減圧部、第2の熱交換器の第3の冷媒流路、及び第4の熱交換器の第4の冷媒流路を含み、第2の冷媒が流れる第2の冷媒回路と、を備え、第1の冷媒回路は、第1の圧縮機、第1の熱交換器、第1の冷媒流路、第1の減圧部、第3の熱交換器、及び第2の冷媒流路の順番に第1の冷媒が流れるように構成され、第2の冷媒回路は、第2の圧縮機、第5の熱交換器、第2の減圧部、第3の冷媒流路、及び第4の冷媒流路の順番に第2の冷媒が流れるように構成され、第2の熱交換器の第3の冷媒流路へ流入する第2の冷媒によって、第2の熱交換器の第1の冷媒流路へ流入する第1の冷媒が冷却され、第4の熱交換器の第4の冷媒流路へ流入する第2の冷媒によって、第4の熱交換器の第2の冷媒流路へ流入する第1の冷媒が冷却されるものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記構成を備えているので、COPを向上させることができる。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成説明図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の制御装置Cntの機能ブロック図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒の流れの説明図である。 実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100のp−h線図である。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の構成説明図である。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒の流れの説明図である。 実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の構成説明図である。 実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の制御装置Cntの機能ブロック図である。 実施の形態3の変形例の構成説明図である。 実施の形態3の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。 実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の構成説明図である。 実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の制御装置Cntの機能ブロック図である。 実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の冷媒の流れの説明図である。 実施の形態4の変形例の構成説明図である。 実施の形態4の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。
本発明に係る冷凍サイクル装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面の形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正がなされうる。
実施の形態1.
図1Aは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成説明図である。
図1Bは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の制御装置Cntの機能ブロック図である。
[構成説明]
冷凍サイクル装置100は、第1の冷媒回路C1と、第2の冷媒回路C2とを備えている。つまり、冷凍サイクル装置100は、2元冷凍サイクルを有している。第1の冷媒回路C1が、第1の冷凍サイクル(低元側冷凍サイクル)に対応し、第2の冷媒回路C2が、第2の冷凍サイクル(高元側冷凍サイクル)に対応する。第2の冷媒回路C2の冷却能力は第1の冷媒回路C1の冷却能力よりも低い。第1の冷媒回路C1と第2の冷媒回路C2とは、独立した冷媒回路になっている。第1の冷媒回路C1を循環する第1の冷媒と、第2の冷媒回路C2を循環する第2の冷媒とは、同じ種類のものでもよいし、別の種類のものでもよい。
冷凍サイクル装置100は、例えば、空調対象空間を冷却する空気調和装置、及び庫内を冷却する冷蔵庫等が該当する。冷凍サイクル装置100が冷蔵庫である場合には、冷凍サイクル装置100は、冷蔵用途及び冷凍用途のいずれであってもよい。冷凍サイクル装置100が空気調和装置である場合において、室内機の台数は単数でも複数でもよい。また、室内機の台数が複数である場合には、各室内機の容量が同一でもよいし、異なっていてもよい。
冷凍サイクル装置100は、制御装置Cntを備えている。また、冷凍サイクル装置100は、送風機2Aと、送風機5Aと、送風機8Aとを備えている。更に、冷凍サイクル装置100は、各種の構成を接続する冷媒配管P1〜冷媒配管P11を備えている。
(第1の冷媒回路C1)
第1の冷媒回路C1は、第1の圧縮機1と、第1の熱交換器2と、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路と、第1の減圧部4と、第3の熱交換器5と、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路とを含む。第1の冷媒回路C1には、第1の冷媒が流れる。第1の冷媒回路C1は、第1の圧縮機1、第1の熱交換器2、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路、第1の減圧部4、第3の熱交換器5、及び第4の熱交換器6の第2の冷媒流路の順番に第1の冷媒が流れるように構成されている。具体的には、第1の冷媒回路C1は、冷媒配管P1〜冷媒配管P6を備えている。冷媒配管P1は、第1の圧縮機1の冷媒の吐出部と第1の熱交換器2とを接続する。冷媒配管P2は、第1の熱交換器2と第2の熱交換器3の第1の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P3は、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路と第1の減圧部4とを接続する。冷媒配管P4は、第1の減圧部4と第3の熱交換器5とを接続する。冷媒配管P5は、第3の熱交換器5と第4の熱交換器6の第2の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P6は、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路と第1の圧縮機1の冷媒吸入部とを接続する。
第1の冷媒回路C1は、冷凍サイクル装置100の冷却対象を冷却する第1の機能を有する。第1の機能は、例えば、蒸発器として機能する第3の熱交換器5を冷却することで実現できる。また、第1の機能は、例えば、送風機5Aを駆動して第3の熱交換器5に空気を供給し、この空気を冷却することで実現できる。
(第2の冷媒回路C2)
第2の冷媒回路C2は、第2の圧縮機7と、第5の熱交換器8と、第2の減圧部9と、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路と、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路とを含む。第2の冷媒回路C2には、第2の冷媒が流れる。第2の冷媒回路C2は、第2の圧縮機7、第5の熱交換器8、第2の減圧部9、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路、及び第4の熱交換器6の第4の冷媒流路の順番に第2の冷媒が流れるように構成されている。具体的には、第2の冷媒回路C2は、冷媒配管P7〜冷媒配管P11を備えている。冷媒配管P7は、第2の圧縮機7の冷媒の吐出部と第5の熱交換器8とを接続する。冷媒配管P8は、第5の熱交換器8と第2の減圧部9とを接続する。冷媒配管P9は、第2の減圧部9と第2の熱交換器3の第3の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P10は、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路と第4の熱交換器6の第4の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P11は、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路と第2の圧縮機7の冷媒吸入部とを接続する。
第2の冷媒回路C2は、第1の冷媒回路C1の過冷却をつける第2の機能、及び第1の冷媒回路C1の第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒を冷却する第3の機能を有する。第2の機能は、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路へ流入する第2の冷媒によって、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路へ流入する第1の冷媒を冷却することで実現することができる。第3の機能は、第4の熱交換器の第4の冷媒流路へ流入する第2の冷媒によって、第4の熱交換器の第2の冷媒流路へ流入する第1の冷媒を冷却することで実現することができる。
(圧縮機)
第1の圧縮機1は、第1の冷媒を圧縮し、高温及び高圧にする。第2の圧縮機7は、第2の冷媒を圧縮し、高温及び高圧にする。第1の圧縮機1及び第2の圧縮機7は、例えば、インバーター制御の圧縮機を採用することができる。
(熱交換器及び送風機)
第1の熱交換器2は、一方が冷媒配管P1を介して第1の圧縮機1に接続され、他方が冷媒配管P2を介して第2の熱交換器3に接続されている。第1の熱交換器2には送風機2Aが付設されている。第1の熱交換器2では、空気と第1の冷媒とが熱交換する。
第2の熱交換器3は、第1の冷媒流路及び第3の冷媒流路を含む。第2の熱交換器3は、上述した第2の機能を有する。第2の熱交換器3は、第1の冷媒流路を流れる第1の冷媒と、第3の冷媒流路を流れる第2の冷媒とが熱交換できるように構成されている。第2の熱交換器3の第1の冷媒流路は、一方が冷媒配管P2を介して第1の熱交換器2に接続され、他方が冷媒配管P3を介して第1の減圧部4に接続されている。第2の熱交換器3の第3の冷媒流路は、一方が冷媒配管P9を介して第2の減圧部9に接続され、他方が冷媒配管P10を介して第4の熱交換器6に接続されている。
第3の熱交換器5は、一方が冷媒配管P4を介して第1の減圧部4に接続され、他方が冷媒配管P5を介して第4の熱交換器6に接続されている。第3の熱交換器5には送風機5Aが付設されている。第3の熱交換器5は、空気と第1の冷媒とが熱交換する。第3の熱交換器は、上述した第1の機能を有する。冷凍サイクル装置100が空気調和装置であれば、第3の熱交換器5で冷却された空気は、空調対象空間に供給される。
第4の熱交換器6は、第2の冷媒流路及び第4の冷媒流路を含む。第4の熱交換器6は、上述した第3の機能を有する。第4の熱交換器6は、第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒と、第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒とが熱交換できるように構成されている。第4の熱交換器6の第2の冷媒流路は、一方が冷媒配管P5を介して第3の熱交換器5に接続され、他方が冷媒配管P6を介して第1の圧縮機1に接続されている。第4の熱交換器6の第4の冷媒流路は、一方が冷媒配管P10を介して第2の熱交換器3に接続され、他方が冷媒配管P11を介して第2の圧縮機7に接続されている。
第5の熱交換器8は、一方が冷媒配管P7を介して第2の圧縮機7に接続され、他方が冷媒配管P8を介して第2の減圧部9に接続されている。第5の熱交換器8には送風機8Aが付設されている。第5の熱交換器8は、空気と第2の冷媒とが熱交換する。
なお、第1の熱交換器2及び第5の熱交換器8は、冷媒(第1の冷媒及び第2の冷媒)と空気とが熱交換する態様を一例として説明したが、それに限定されるものではない。第1の熱交換器2及び第5の熱交換器8は、冷媒と空気以外の熱媒体とが熱交換する態様であってもよい。つまり、第1の熱交換器2及び第5の熱交換器8には、第1の冷媒回路C1及び第2の冷媒回路C2とは独立した熱媒体回路が接続されていてもよい。熱媒体には、例えば、水、ブライン、冷媒等を採用することができる。なお、熱媒体が水及びブラインである場合には、空気を供給する送風機2A及び送風機8Aの代わりに、水及びブラインを搬送するポンプを採用することができる。また、熱媒体が冷媒である場合には、空気を供給する送風機2A及び送風機8Aの代わりに、冷媒を圧縮する圧縮機を採用することができる。
(減圧部)
第1の減圧部4及び第2の減圧部9は、開度を制御できる電磁弁で構成することができる。また、第1の減圧部4及び第2の減圧部9には、毛細管を採用することもできる。
(制御装置Cnt)
制御装置Cntは、動作制御部90Aと、記憶部90Bとを備えている。動作制御部90Aは、第1の圧縮機1の回転数及び第2の圧縮機7の回転数を制御する。また、動作制御部90Aは、第1の減圧部4及び第2の減圧部9が電磁弁である場合には、第1の減圧部4の開度及び第2の減圧部9の開度を制御する。更に、動作制御部90Aは、送風機2Aのファン回転数、送風機5Aのファン回転数及び送風機8Aのファン回転数を制御する。記憶部90Bには各種データが格納される。
制御装置Cntに含まれる各機能部は、専用のハードウェア、又は、メモリに格納されるプログラムを実行するMPU(Micro Processing Unit)で構成される。制御装置Cntが専用のハードウェアである場合、制御装置Cntは、例えば、単一回路、複合回路、ASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(field-programmable gate array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置Cntが実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。制御装置CntがMPUの場合、制御装置Cntが実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。MPUは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置Cntの各機能を実現する。メモリは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。
[実施の形態1の動作説明]
図1Cは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒の流れの説明図である。
図1Cでは、第1の冷媒の流れを太い実線で示し、第2の冷媒の流れを点線で示している。
第1の冷媒回路C1の第1の冷媒は、第1の圧縮機1から吐出されると第1の熱交換器2に流入する。第1の熱交換器2に流入した第1の冷媒は、送風機2Aから供給される空気に放熱する。第1の熱交換器2から流出した第1の冷媒は、第2の熱交換器3に流入する。第2の熱交換器3の第1の冷媒は、第2の冷媒に冷却される。その結果、第1の冷媒回路C1における過冷却がつけられる(過冷却度が大きくなる)。第2の熱交換器3から流出した第1の冷媒は、第1の減圧部4で減圧され、温度及び圧力が低下する。第1の減圧部4から流出した第1の冷媒は、第3の熱交換器5に流入する。第3の熱交換器5に流入した第1の冷媒は、送風機5Aから供給される空気から吸熱して、空気を冷却する。第3の熱交換器5から流出した第1の冷媒は、第4の熱交換器6に流入する。第4の熱交換器6の第1の冷媒は、第2の冷媒に冷却される。
第2の冷媒回路C2の第2の冷媒は、第2の圧縮機7から吐出されると第5の熱交換器8に流入する。第5の熱交換器8に流入した第2の冷媒は、送風機8Aから供給される空気に放熱する。第5の熱交換器8から流出した第2の冷媒は、第2の減圧部9で減圧され、温度及び圧力が低下する。第1の減圧部4から流出した第2の冷媒は、第2の熱交換器3に流入して、第1の冷媒に過冷却をつける。第2の熱交換器3から流出した冷媒は、第4の熱交換器6に流入する。第4の熱交換器6の第2の冷媒は、第1の冷媒を冷却する。
[実施の形態1の効果]
図1Dは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100のp−h線図である。図1Dでは、第1の冷媒回路C1の第1の冷凍サイクル及び第2の冷媒回路C2の第2の冷凍サイクルを、p−h線図中に表している。図1Dでは、第2の熱交換器3での過冷却の作用、及び第4の熱交換器6での吸入冷却の作用がある場合のp−h線図を破線で示している。また、図1Dでは、第2の熱交換器3での過冷却の作用のみがある場合のp−h線図を実線で示している。
第4の熱交換器6が設置されている場合と第4の熱交換器6が設置されていない場合とを比べると、第1の冷媒回路C1は、冷媒循環量は変化しない。しかし、第4の熱交換器6が設置されている場合と第4の熱交換器6が設置されていない場合とを比べると、第1の冷媒回路C1は、エンタルピー差Δhcが減少する。これについて説明する。
第4の熱交換器6の作用により、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の温度が低下する。図1Dに示すように、第1の圧縮機1に吸入される冷媒の温度は、Ts1からTs2へ低下する。その結果、等エントロピー線の傾きが大きくなり、第1の圧縮機1のエンタルピー差Δhcが減少する。図1Dに示すように、エンタルピー差Δhcは、エンタルピー差Δhc1からエンタルピー差Δhc2へ減少する。
このように、冷凍サイクル装置100では、エンタルピー差Δhcが減少するため、第1の圧縮機1の入力(供給電力)を抑えることができ、COPを向上させることができる。
また、第4の熱交換器6の作用により、第1の圧縮機1から吐出される冷媒の温度が低下する。図1Dに示すように、第1の圧縮機1から吐出される冷媒の温度は、Td1からTd2に低下する。その結果、第1の圧縮機1の回転数の上限値をより高く設定することができ、第1の圧縮機1の運転範囲を拡大することができる。つまり、冷凍サイクル装置100は、第1の圧縮機1から吐出される冷媒の温度を低下させることができ、第1の圧縮機1の運転範囲を拡大することができる。
また、図1Dでは図示を省略しているが、第1の冷媒は、乾き度が1に近づくにつれて、飽和ガス状態となり、第1の圧縮機1の圧縮機効率が向上する。したがって、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の乾き度が1となるように、冷凍サイクル装置100を制御するとよい。これにより、エンタルピー差Δhcは更に減少し、冷凍サイクル装置100のCOPを向上させることができる。
第1の冷媒回路C1の蒸発温度Ter1が低くなるほど、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の密度が小さくなる。したがって、第1の冷媒回路C1の蒸発温度Ter1が低くなるほど、第1の冷媒回路C1の冷媒循環量が減少する。また、第1の圧縮機1における第1の冷媒の圧縮比が増加し、圧縮機入力も増加する。したがって、第1の冷媒回路C1の蒸発温度Ter1が低くなるほど、冷凍サイクル装置100のCOPが低下してしまう。ここで、冷凍サイクル装置100では、第2の冷媒回路C2の蒸発温度Ter2が第1の冷媒回路C1の蒸発温度Ter1よりも高い。したがって、冷凍サイクル装置100は、第1の冷媒回路C1における過冷却を第2の冷媒回路C2でつけ、更に、第1の冷媒回路の第1の圧縮機1に吸入される冷媒の温度を第2の冷媒回路C2で低下させる方が、システム全体のCOPを向上させることができる。
なお、第1の冷媒及び第2の冷媒は、それぞれ利用温度帯が異なり、各温度帯に適した別々の冷媒を採用してもよい。第1の冷媒及び第2の冷媒は、R410A、R407C及びR404A等のフロン系の冷媒を採用してもよいし、CO2及びプロパン等の自然冷媒を採用してもよいし、その他の冷媒を採用してもよい。また、第1の冷媒回路C1及び第2の冷媒回路C2の冷凍機油は同一でもよいし、第1の冷媒回路C1及び第2の冷媒回路C2は独立しているため、別々の冷凍機油を採用してもよい。
なお、冷凍サイクル装置100は、第2の冷媒回路C2の蒸発温度又は低圧が、第1の冷媒回路C1の蒸発温度又は低圧よりも高い状態で運転する。
実施の形態2.
次に、実施の形態2について図を参照して説明するが、上記の実施の形態1と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図2Aは、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の構成説明図である。
図2Bは、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒の流れの説明図である。
図2Bでは、第1の冷媒の流れを太い実線で示し、第2の冷媒の流れを点線で示している。
実施の形態2では、第4の熱交換器6は、第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒の流れ方向と、第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている。具体的には、冷媒配管P10及び冷媒配管P11は、第4の熱交換器6への接続関係が、実施の形態1と実施の形態2とで比較すると逆になっている。
第4の熱交換器6において、第1の冷媒回路C1を流れる第1の冷媒と第2の冷媒回路C2を流れる第2の冷媒とを熱交換させ、第1の冷媒の熱を第2の冷媒へ吸熱させる場合には、蒸発温度Ter1は、最大でも第2の冷媒回路C2内を流れる蒸発温度Ter2までしか冷却できない。ここで、蒸発温度Ter1は、蒸発温度Ter2よりも高い。
圧縮機損傷などの信頼性の観点より一般的な冷凍サイクル装置は、圧縮機の吸入部において過熱度がつくような設計としている。第2の冷媒の流れ方向と、第1の冷媒の流れ方向とが並行する場合には、第1の冷媒を冷却できる温度範囲が次の式(1)で示される範囲となる。
[数1]
Ter1>Ter2+SHs2 ・・・(1)
ここで、蒸発温度Ter2は、第2の冷媒回路C2における第4の熱交換器6の入口温度に対応する。また、過熱度SHs2は、第2の圧縮機7の吸入部における過熱度に対応している。
対して、第2の冷媒の流れ方向と、第1の冷媒の流れ方向とが対向する場合には、第1の冷媒を冷却できる温度範囲が次の式(2)で示される範囲となる。
[数2]
Ter1>Ter2 ・・・(2)
[実施の形態2の効果]
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100と同様の効果を有することに加えて次の効果を有する。実施の形態2では、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒の流れ方向と、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒の流れ方向とが対向している。これらの方向が対向する場合には、これらの方向が並行である場合と比べると、第1の冷媒の冷却できる温度範囲の下限値がより小さくなる。したがって、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200は、更に、第1の圧縮機1に吸入される冷媒温度を低下させることができ、COPを向上させることができる。
実施の形態3.
次に、実施の形態3について図を参照して説明する。実施の形態1、2と共通する部分については同一符号を付して説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
図3Aは、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の構成説明図である。
図3Bは、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の制御装置Cntの機能ブロック図である。
実施の形態3では、各種の検出部が冷媒回路に備えられている。そして、冷凍サイクル装置300は、各種の検出部から取得する過熱度に基づいて、第2の減圧部9を制御する。実施の形態3の冷媒回路は、実施の形態2と同様である場合を一例に説明するが、実施の形態1と同様であってもよい。
冷凍サイクル装置300は、第2の圧縮機7の低圧側の圧力を検出する圧力検出部10Aと、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部10Bとを備えている。また、制御装置Cntは、圧力検出部10Aの検出圧力及び第1の出口温度検出部10Bの検出温度に基づいて、第2の冷媒回路C2を制御する。
制御装置Cntは、過熱度を算出する過熱度算出部90Cを備えている。制御装置Cntの過熱度算出部90Cは、圧力検出部10Aの検出圧力に対応する飽和温度と、第1の出口温度検出部10Bの検出温度との差分に基づいて第2の冷媒回路C2の過熱度を算出する。なお、ここで算出する過熱度は、第2の冷媒回路C2の第2の圧縮機7の吸入部における過熱度である。圧力検出部10Aの検出圧力に対応する飽和温度は、蒸発温度に対応する。
制御装置Cntの動作制御部90Aは、過熱度が0以上となるように、第2の減圧部9を制御する。この過熱度は、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部における過熱度である。
[実施の形態3の効果]
実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100及び実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200と同様の効果を有することに加えて次の効果を有する。実施の形態3では、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部における過熱度が、0以上となるように第2の減圧部9を制御する。つまり、第2の冷媒は、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部において気相となっており、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部において乾き度が1となっている。したがって、冷凍サイクル装置300では、第2の圧縮機7に液冷媒を含む第2の冷媒が流入し、信頼性が低下することを抑制することができる。
冷凍サイクル装置300は、第2の冷媒が、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部において乾き度が1である飽和ガス状態となっているので、圧縮機効率を向上させ、COPを向上させることができる。
冷凍サイクル装置300は、第2の冷媒が、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路の全域に渡って気液二相となっている。したがって、冷凍サイクル装置300では、第4の熱交換器6における熱交換効率を向上させることができる。
なお、実施の形態3では、過熱度に基づいて第2の減圧部9の開度を制御する態様について説明したが、それに限定されるものではない。例えば、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部の過熱度の代わりに、第2の圧縮機7の冷媒の吐出部の温度に基づいて第2の減圧部9の開度を制御することもできる。まず、吐出温度検出部(図示省略)を、第2の圧縮機7の冷媒の吐出部と、第5の熱交換器8との間に設ける。具体的には、吐出温度検出部を冷媒配管P7に設ける。そして、制御装置Cntは、第2の冷媒回路C2の高圧圧力及び低圧圧力と、先述した図1Dのp−H線図上における第2の圧縮機7の圧縮過程の傾きと、に基づいて、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部の過熱度を適正値にするような、第2の圧縮機7の冷媒の吐出温度の目標値を演算する。制御装置Cntは、第2の圧縮機7の冷媒の吐出温度の目標値に基づいて、第2の減圧部9の開度を制御する。このような構成であっても、冷凍サイクル装置300と同様の効果を得ることができる。
[実施の形態3の変形例]
図3Cは、実施の形態3の変形例の構成説明図である。
図3Dは、実施の形態3の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。
実施の形態3の変形例では、制御装置Cntが、圧力検出部10Aの代わりに蒸発温度検出部10Cを用いて過熱度を算出する。
変形例に係る冷凍サイクル装置300は、第2の冷媒回路C2の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部10Cと、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部10Bとを備えている。また、制御装置Cntは、蒸発温度検出部10Cの検出温度及び第1の出口温度検出部10Bの検出温度に基づいて、第2の冷媒回路C2を制御する。蒸発温度検出部10Cは、冷媒配管P5に設けられており、第3の熱交換器5の出口温度を検出する。なお、蒸発温度検出部10Cは、蒸発温度を検出することができれば、設けられる位置は特に限定されるものではなく、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路でもよいし、冷媒配管P10でもよい。
制御装置Cntの過熱度算出部90Cは、蒸発温度検出部10Cの検出温度と、第1の出口温度検出部10Bの検出温度との差分に基づいて第2の冷媒回路C2の過熱度を算出する。ここで、この過熱度は、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部における過熱度である。
変形例に係る冷凍サイクル装置300でも、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300と同様の効果を得ることができる。
実施の形態4.
次に、実施の形態4について図を参照して説明する。実施の形態1〜3と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
図4Aは、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の構成説明図である。
図4Bは、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の制御装置Cntの機能ブロック図である。
図4Cは、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の冷媒の流れの説明図である。図4C(a)は、第1の弁流路を形成せず、第2の弁流路を形成したときの冷媒の流れを示している。また、図4C(b)は、第2の弁流路を形成せず、第1の弁流路を形成したときの冷媒の流れを示している。
実施の形態4では、実施の形態3で説明した各種の検出部に加えて第2の出口温度検出部10Dを備えている。実施の形態4では、バイパス回路Bcを備えている。実施の形態4の冷媒回路は、実施の形態2に準じた態様を一例に説明するが、実施の形態1に準じた態様であってもよい。
冷凍サイクル装置400は、第1の冷媒回路C1に設けられ、第4の熱交換器6の入口側と第4の熱交換器6の出口側とに接続され、第4の熱交換器6をバイパスするバイパス回路Bcを備えている。バイパス回路Bcは、冷媒配管P13及び冷媒配管P14を備えている。
冷凍サイクル装置400は、第1の冷媒回路C1のうち第3の熱交換器5と第4の熱交換器6の第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、バイパス回路Bcが接続されている第1の流路制御弁41を備えている。
冷凍サイクル装置400の第1の冷媒回路C1は、バイパス回路Bcに設けられた第2の流路制御弁42を含む。第2の流路制御弁42は、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路と第1の圧縮機1の冷媒の吸入部との間の流路(冷媒配管P6)を流れる第1の冷媒が、バイパス回路Bcへ流れ込まないように構成されている。第2の流路制御弁42は、例えば、逆止弁で構成することができる。なお、第2の流路制御弁42は、制御装置Cntによって開閉が制御される電磁弁で構成することもできる。
第1の流路制御弁41は、第3の熱交換器5に接続された弁入口aと、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口bと、バイパス回路Bcに接続された第2の弁出口cとを含む。第1の流路制御弁41は、弁入口aから第1の弁出口bへ第1の冷媒を流す第1の弁流路と、弁入口aから第2の弁出口cへ第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成されている。弁入口aは、冷媒配管P5に接続されている。第1の弁出口bは、冷媒配管P12に接続されている。第2の弁出口cは、冷媒配管P13に接続されている。
冷凍サイクル装置400は、第3の熱交換器5と第1の流路制御弁41との間の流路(冷媒配管P5)の温度を検出する第2の出口温度検出部を備えている。制御装置Cntは、圧力検出部10Aの検出圧力及び第1の出口温度検出部10Bの検出温度に基づいて第2の冷媒回路C2を制御する。また、制御装置Cntは、圧力検出部10Aの検出圧力及び第2の出口温度検出部10Dの検出温度に基づいて第1の冷媒回路C1を制御する。
制御装置Cntは、比較部90Dを備えている。比較部90Dは、圧力検出部10Aの検出圧力に対応する飽和温度と、第2の出口温度検出部10Dの検出温度とを比較する。
比較部90Dは、圧力検出部10Aの検出圧力に対応する飽和温度(蒸発温度)が、第2の出口温度検出部10Dの検出温度よりも高いと判定した場合には、動作制御部90Aは、次の制御を実行する。動作制御部90Aは、第2の弁流路に第1の冷媒が流れるように第1の流路制御弁41を切り替えて、第1の冷媒をバイパス回路Bcに流す(図4C(b)参照)。これにより、第2の冷媒の熱を第1の冷媒が吸熱してしまうことを回避することができる。
比較部90Dは、圧力検出部10Aの検出圧力に対応する飽和温度(蒸発温度)が、第2の出口温度検出部10Dの検出温度以下であると判定した場合には、動作制御部90Aは、次の制御を実行する。動作制御部90Aは、第1の弁流路に第1の冷媒が流れるように第1の流路制御弁41を切り替えて、第1の冷媒を第4の熱交換器6の第2の冷媒流路に流す(図4C(a)参照)。これにより、第1の冷媒の熱を第2の冷媒に吸熱させ、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の温度を低下させることができる。
[実施の形態4の効果]
例えば外気温度が低い場合には、第4の熱交換器6において、第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒の温度よりも、第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒の温度が高くなってしまう場合がある。そこで、冷凍サイクル装置400では、バイパス回路Bc等を備えており、第4の熱交換器6において、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の温度が上昇してしまうことを回避することができる。
なお、説明は省略するが、実施の形態4でも、実施の形態3と同様に、過熱度を算出し、第2の減圧部9を制御する機能を有している。
[実施の形態4の変形例]
図4Dは、実施の形態4の変形例の構成説明図である。
図4Eは、実施の形態4の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。
実施の形態4の変形例では、実施の形態3の変形例に準じ、圧力検出部10Aの代わりに蒸発温度検出部10Cを備えた態様である。つまり、実施の形態4の変形例では、冷凍サイクル装置400は、第2の冷媒回路の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部10Cを備えている。制御装置Cntは、蒸発温度検出部10Cの検出温度及び第1の出口温度検出部10Bの検出温度に基づいて第2の冷媒回路C2を制御する。また、制御装置Cntは、蒸発温度検出部10Cの検出温度及び第2の出口温度検出部10Dの検出温度に基づいて第1の冷媒回路C1を制御する。
制御装置Cntは、蒸発温度検出部10Cの検出温度が、第2の出口温度検出部10Dの検出温度よりも高い場合には、第2の弁流路に第1の冷媒が流れるように第1の流路制御弁41を切り替えて、第1の冷媒をバイパス回路に流す。また、制御装置Cntは、蒸発温度検出部10Cの検出温度が、第2の出口温度検出部10Dの検出温度以下である場合には、第1の弁流路に第1の冷媒が流れるように第1の流路制御弁41を切り替えて、第1の冷媒を第4の熱交換器6の第2の冷媒流路に流す。
変形例に係る冷凍サイクル装置400でも、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400と同様の効果を得ることができる。
実施の形態1〜4において、圧力検出部10Aは、圧力センサーで構成することができる。第1の出口温度検出部10B、蒸発温度検出部10C及び第2の出口温度検出部10Dは、例えば、サーミスタ等で構成した温度センサーで構成することができる。
1 第1の圧縮機、2 第1の熱交換器、2A 送風機、3 第2の熱交換器、4 第1の減圧部、5 第3の熱交換器、5A 送風機、6 第4の熱交換器、7 第2の圧縮機、8 第5の熱交換器、8A 送風機、9 第2の減圧部、10A 圧力検出部、10B 第1の出口温度検出部、10C 蒸発温度検出部、10D 第2の出口温度検出部、41 第1の流路制御弁、42 第2の流路制御弁、90A 動作制御部、90B 記憶部、90C 過熱度算出部、90D 比較部、100 冷凍サイクル装置、200 冷凍サイクル装置、300 冷凍サイクル装置、400 冷凍サイクル装置、Bc バイパス回路、C1 第1の冷媒回路、C2 第2の冷媒回路、Cnt 制御装置、P1 冷媒配管、P10 冷媒配管、P11 冷媒配管、P12 冷媒配管、P13 冷媒配管、P14 冷媒配管、P2 冷媒配管、P3 冷媒配管、P4 冷媒配管、P5 冷媒配管、P6 冷媒配管、P7 冷媒配管、P8 冷媒配管、P9 冷媒配管、a 弁入口、b 第1の弁出口、c 第2の弁出口。

Claims (19)

  1. 第1の圧縮機、第1の熱交換器、第2の熱交換器の第1の冷媒流路、第1の減圧部、第3の熱交換器、及び第4の熱交換器の第2の冷媒流路を含み、第1の冷媒が流れる第1の冷媒回路と、
    第2の圧縮機、第5の熱交換器、第2の減圧部、前記第2の熱交換器の第3の冷媒流路、及び前記第4の熱交換器の第4の冷媒流路を含み、第2の冷媒が流れる第2の冷媒回路と、
    を備え、
    前記第1の冷媒回路は、前記第1の圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1の冷媒流路、前記第1の減圧部、前記第3の熱交換器、及び前記第2の冷媒流路の順番に前記第1の冷媒が流れるように構成され、
    前記第2の冷媒回路は、前記第2の圧縮機、前記第5の熱交換器、前記第2の減圧部、前記第3の冷媒流路、及び前記第4の冷媒流路の順番に前記第2の冷媒が流れるように構成され
    前記第2の熱交換器の前記第3の冷媒流路へ流入する前記第2の冷媒によって、前記第2の熱交換器の前記第1の冷媒流路へ流入する前記第1の冷媒が冷却され、
    前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路へ流入する前記第2の冷媒によって、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路へ流入する前記第1の冷媒が冷却される
    冷凍サイクル装置。
  2. 前記第4の熱交換器は、
    前記第2の冷媒流路を流れる前記第1の冷媒の流れ方向と、前記第4の冷媒流路を流れる前記第2の冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている
    請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記第2の圧縮機の低圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
    前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
    前記圧力検出部の検出圧力及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて、前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備えた
    請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
    請求項3に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記第2の冷媒回路の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
    前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
    前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて、前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備えた
    請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記制御装置は、
    前記蒸発温度検出部の検出温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
    請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記制御装置は、
    前記過熱度が0以上となるように、前記第2の減圧部を制御する
    請求項4又は6に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
    前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁とをさらに備え、
    前記第1の流路制御弁は、
    前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
    前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成されている
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記第1の冷媒回路は、
    前記バイパス回路に設けられた第2の流路制御弁を含み、
    前記第2の流路制御弁は、
    前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路と前記第1の圧縮機の冷媒の吸入部との間の流路を流れる前記第1の冷媒が、前記バイパス回路へ流れ込まないように構成されている
    請求項8に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
    前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁と、
    前記第2の圧縮機の低圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
    前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
    前記第3の熱交換器と前記第1の流路制御弁との間の流路の温度を検出する第2の出口温度検出部と、
    前記第1の冷媒回路及び前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備え、
    前記第1の流路制御弁は、
    前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
    前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成され、
    前記制御装置は、
    前記圧力検出部の検出圧力及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第2の冷媒回路を制御し、
    前記圧力検出部の検出圧力及び前記第2の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第1の冷媒回路を制御する
    請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  11. 前記制御装置は、
    前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度よりも高い場合には、前記第2の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記バイパス回路に流し、
    前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度以下である場合には、前記第1の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に流す
    請求項10に記載の冷凍サイクル装置。
  12. 前記制御装置は、
    前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
    請求項10又は11に記載の冷凍サイクル装置。
  13. 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
    前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁と、
    前記第2の冷媒回路の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
    前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
    前記第3の熱交換器と前記第1の流路制御弁との間の流路の温度を検出する第2の出口温度検出部と、
    前記第1の冷媒回路及び前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備え、
    前記第1の流路制御弁は、
    前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
    前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成され、
    前記制御装置は、
    前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第2の冷媒回路を制御し、
    前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第2の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第1の冷媒回路を制御する
    請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。
  14. 前記制御装置は、
    前記蒸発温度検出部の検出温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度よりも高い場合には、前記第2の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記バイパス回路に流し、
    前記蒸発温度検出部の検出温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度以下である場合には、前記第1の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に流す
    請求項13に記載の冷凍サイクル装置。
  15. 前記制御装置は、
    前記蒸発温度検出部の検出温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて、前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
    請求項13又は14に記載の冷凍サイクル装置。
  16. 前記制御装置は、
    前記過熱度が0以上となるように、前記第2の減圧部を制御する
    請求項12又は15に記載の冷凍サイクル装置。
  17. 前記第1の冷媒回路は、
    前記バイパス回路に設けられた第2の流路制御弁を含み、
    前記第2の流路制御弁は、
    前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路と前記第1の圧縮機の冷媒の吸入部との間の流路を流れる前記第1の冷媒が、前記バイパス回路へ流れ込まないように構成されている
    請求項10〜16のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  18. 前記第2の冷媒回路の冷却能力が前記第1の冷媒回路の冷却能力よりも低い
    請求項1〜17のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  19. 前記第2の冷媒回路の蒸発温度又は低圧が前記第1の冷媒回路の蒸発温度又は低圧よりも高い状態で運転する
    請求項1〜9のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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