JPWO2020100366A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張部、利用側熱交換器及びアキュムレータが配管により接続された冷媒回路と、圧縮機の吐出側とアキュムレータとをバイパス配管により接続するバイパス回路と、バイパス回路に設けられ、バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、圧縮機の吸入側に流れる冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出部と、吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置の開度を調整する制御部と、を備える。

Description

本発明は、アキュムレータを備える冷凍サイクル装置に関する。
従来、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張部、利用側熱交換器及びアキュムレータが配管により接続された冷媒回路を備える冷凍サイクル装置が知られている。冷凍サイクル装置は、四方弁を切り替えることによって暖房運転又は冷房運転を行う。冷凍サイクル装置は、暖房運転時に蒸発器として作用する室外熱交換器が冷却されて着霜した場合、一時的に暖房運転を中止する。そして、冷凍サイクル装置は、四方弁を冷房運転側に切り替えることによって、圧縮機から吐出されたホットガスを室外熱交換器に供給して解氷する。ここで、四方弁が冷房運転側に切り替えられる際、暖房運転時に凝縮器として作用する利用側熱交換器に流れていた高温の冷媒が、吸入配管及びアキュムレータに一時的に流入する。これにより、冷凍サイクル装置は、アキュムレータが凍結することを抑制している。
ここで、アキュムレータにホットガスを供給する冷凍サイクル装置として、特許文献1には、圧縮機の吐出側とアキュムレータとを接続するバイパス回路を備える空気調和機が開示されている。特許文献1は、アキュムレータに液状態の冷媒が溜まったときに、バイパス回路に設けられた弁を開き、圧縮機から吐出された高温且つ高圧の冷媒をアキュムレータに流す。これにより、アキュムレータに溜まった液状態の冷媒が蒸発して、圧縮機に吸入される。
特開平8−136067号公報
しかしながら、特許文献1に開示された空気調和機は、アキュムレータに冷媒が溜まっているか否かを検出していない。従って、アキュムレータにホットガスを流すタイミングを、随時モニタする必要があるため、煩雑である。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アキュムレータにホットガスを流すタイミングを自動的に認識して、随時モニタする煩雑さを解消する冷凍サイクル装置を提供するものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張部、利用側熱交換器及びアキュムレータが配管により接続された冷媒回路と、圧縮機の吐出側とアキュムレータとをバイパス配管により接続するバイパス回路と、バイパス回路に設けられ、バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、圧縮機の吸入側に流れる冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出部と、吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置の開度を調整する制御部と、を備える。
本発明によれば、制御部は、吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置の開度を調整する。制御部は、吸入温度を把握することによって、アキュムレータが凍結しているか否かを判断して、アキュムレータが凍結している場合にアキュムレータにホットガスを供給することができる。このように、冷凍サイクル装置は、アキュムレータにホットガスを供給するタイミングを自動的に認識している。従って、アキュムレータにホットガスを流すタイミングを、随時モニタする必要がないため、煩雑さを解消することができる。
本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1を示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1のバイパス回路11を示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る地熱給湯運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る室外給湯運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る除霜運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態1に係る制御部50を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1に係る制御部50の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100のバイパス回路11を示す回路図である。 本発明の実施の形態2に係るバイパス配管11aの配線を示す模式図である。 本発明の実施の形態2に係る制御部150を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2に係る制御部150の動作を示すフローチャートである。
実施の形態1.
以下、本発明に係る冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1を示す回路図である。図1に示すように、冷凍サイクル装置1は、圧縮機3、流路切替装置4、室外熱交換器5、室外送風機6、膨張部7、利用側熱交換器8、地熱側熱交換器9、アキュムレータ10及び制御部50を備えている。
圧縮機3、流路切替装置4、室外熱交換器5、膨張部7、利用側熱交換器8、地熱側熱交換器9及びアキュムレータ10が配管により接続されて冷媒回路2が構成されている。圧縮機3は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置4は、冷媒回路2において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。流路切替装置4は、圧縮機3に接続され、冷媒回路2に流れる冷媒の向きを暖房運転側又は冷房運転側に切り替える。流路切替装置4は、室外熱交換器5又は地熱側熱交換器9のいずれかが蒸発器として作用するように冷媒回路2に流れる冷媒の向きを切り替える。室外熱交換器5は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換する空気熱交換器であり、暖房運転時には蒸発器として作用し、冷房運転時には凝縮器として作用する。室外送風機6は、室外熱交換器5に空気を送るものである。
膨張部7は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁であり、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。膨張部7は、室外膨張弁7aと室内膨張弁7bと地熱膨張弁7cとから構成されている。室外膨張弁7aは、室外熱交換器5に接続されており、室内膨張弁7bは、利用側熱交換器8に接続されており、地熱膨張弁7cは、地熱側熱交換器9に接続されている。利用側熱交換器8は、例えばプレート式熱交換器であり、水配管13に流れる水と冷媒との間で熱交換するものである。
利用側熱交換器8は、暖房運転時には凝縮器として作用し、冷房運転時には蒸発器として作用する。利用側熱交換器8は、水ポンプ(図示せず)と貯湯タンク(図示せず)とが水配管13により接続されて、熱媒体である水が循環する水回路の一部の構成となっている。利用側熱交換器8は、冷媒回路2に流れる冷媒と水配管13に流れる水との間で熱交換する。利用側熱交換器8は、流路切替装置4によって冷媒の向きが暖房運転側に切り替えられているとき、室外熱交換器5と並列に接続される。本実施の形態1において、冷凍サイクル装置1は、暖房運転時において、給湯装置としての機能を有する。
地熱側熱交換器9は、例えば地中に設けられており、大地と冷媒との間で熱交換するものである。地熱側熱交換器9は、暖房運転時には蒸発器として作用し、冷房運転時には凝縮器として作用する。地熱側熱交換器9は、水ポンプ(図示せず)と地下採熱パイプ(図示せず)とが接続されて、熱媒体である不凍液が循環する水回路の一部を構成となっている。地熱側熱交換器9は、冷媒回路2に流れる冷媒と水回路に流れる不凍液との間で熱交換する。アキュムレータ10は、圧縮機3の吸入側に設けられており、ガス状態の冷媒のみが圧縮機3に流入するように、圧縮機3に吸入される冷媒のうち液状態の冷媒を貯留するものである。
ここで、冷媒回路2について詳細に説明する。圧縮機3の吐出側の配管は、2つに分岐しており、それぞれ流路切替装置4に接続される主管2aと、利用側熱交換器8に接続される副管2bとからなる。主管2aは、圧縮機3、流路切替装置4、室外熱交換器5、室外膨張弁7a、地熱膨張弁7c、地熱側熱交換器9及びアキュムレータ10を順次接続している。副管2bは、利用側熱交換器8及び室内膨張弁7bを順次接続し、主管2aにおける室外膨張弁7aと地熱膨張弁7cとの間に接続されている。なお、アキュムレータ10と室外熱交換器5とは延長配管2cによって接続されている。
冷凍サイクル装置1は、主電磁弁21、副電磁弁22及び延長電磁弁23を備えている。主電磁弁21は、主管2aにおける圧縮機3と流路切替装置4との間に設けられており、副電磁弁22は、副管2bに設けられている。このように、主電磁弁21と副電磁弁22とは、圧縮機3の下流側において並列に設けられているため、圧縮機3から吐出された冷媒は、主電磁弁21又は副電磁弁22を通過して流れる。延長電磁弁23は、延長配管2cに設けられている。
冷凍サイクル装置1は、6個のストレーナ24a〜24fを備えており、ストレーナ24a〜24fは、液体から固体成分を取り除くために用いられる網状の器具である。ストレーナ24aは、アキュムレータ10内に設けられている。ストレーナ24bは、室外熱交換器5と室外膨張弁7aとの間に設けられている。ストレーナ24c,24dは、副管2bにおいて、利用側熱交換器8の両側に設けられている。ストレーナ24e,24fは、主管2aにおいて、地熱側熱交換器9の両側に設けられている。冷凍サイクル装置1は、4個のストップバルブ25a〜25dを備えており、ストップバルブ25a〜25dは、配管接続時等に閉止されることによって冷媒の流れを止める。ストップバルブ25a,25bは、副管2bにおいて、利用側熱交換器8の両側に設けられている。ストップバルブ25c,25dは、主管2aにおいて、地熱側熱交換器9の両側に設けられている。
冷凍サイクル装置1は、4個のサービスポート26a〜26dを備えており、各サービスポート26a〜26dは、それぞれストップバルブ25a〜25dに隣接して設けられ、配管接続時等の点検に用いられる。冷凍サイクル装置1は、2個のチェックバルブ27a,27bを備えており、チェックバルブ27a,27bは、異常時等の点検に用いられる。チェックバルブ27a,27bは、それぞれ圧縮機3の吐出側と、アキュムレータ10の上流側とに設けられている。
冷凍サイクル装置1は、マフラー29を備えており、マフラー29は、圧縮機3の突出側に設けられ圧縮機3から吐出される冷媒から発生する音を抑制する。冷凍サイクル装置1は、圧力センサ30を備えており、圧力センサ30は、圧縮機3の吐出側の冷媒の圧力を検出する。冷凍サイクル装置1は、高圧スイッチ31を備えており、高圧スイッチ31は、圧縮機3の吐出側に設けられ一定圧力以上の場合、冷凍サイクル装置1を停止する。冷凍サイクル装置1は、逆止弁28を備えており、逆止弁28は、副管2bに設けられ利用側熱交換器8から圧縮機3に向けて冷媒が逆流することを防止する。
冷凍サイクル装置1は、温度センサ40a〜40g、吸入温度検出部41、二相温度検出部42及び外気温度検出部43を備えている。温度センサ40a〜40gは、それぞれ圧縮機3の吐出側、室外熱交換器5、地熱側熱交換器9と地熱膨張弁7cとの間、地熱側熱交換器9、地熱側熱交換器9の近傍の地中、利用側熱交換器8と室内膨張弁7bとの間及び水配管13に設けられる。吸入温度検出部41は、圧縮機3の吸入側に設けられ、圧縮機3の吸入側に流れる冷媒の吸入温度を検出する。二相温度検出部42は、室外熱交換器5に設けられ、室外熱交換器5に流れる冷媒の二相温度を検出する。外気温度検出部43は、室外に設けられ、外気温度を検出する。
図2は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1のバイパス回路11を示す回路図である。図2に示すように、冷凍サイクル装置1は、バイパス回路11と流量調整装置12とを備えている。バイパス回路11は、圧縮機3の吐出側とアキュムレータ10とをバイパス配管11aにより接続し、室外熱交換器5と流路切替装置4との間に接続される。ここで、バイパス配管11aは、例えば銅配管である。なお、バイパス回路11は、アキュムレータ10の表面を通過する。流量調整装置12は、バイパス回路11に設けられ、バイパス回路11に流れる冷媒の流量を調整する。
制御部50は、冷凍サイクル装置1全体の動作を制御するものであり、例えばCPUからなる。本実施の形態1では、冷凍サイクル装置1は、暖房運転モードとして、地熱給湯運転モード及び室外給湯運転モードを有する。制御部50は、外気温度が地熱側温度以下の場合、地熱給湯運転モードを実行する。制御部50は、外気温度が地熱側温度よりも高い場合、室外給湯運転モードを実行する。また、冷凍サイクル装置1は、除霜運転モードを有する。除霜運転モードは、室外熱交換器5に霜が付着したときに、室外熱交換器5にホットガスを供給して霜を除去するモードである。更に、冷凍サイクル装置1は、ホットガスバイパス運転モードを有する。ホットガスバイパス運転モードは、アキュムレータ10が凍結したときに、アキュムレータ10にホットガスを供給して氷結を除去するモードである。なお、冷凍サイクル装置1は、冷房運転モードを有していてもよい。
(地熱給湯運転モード)
図3は、本発明の実施の形態1に係る地熱給湯運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。次に、地熱給湯運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。地熱給湯運転モードでは、制御部50は、圧縮機3と室外熱交換器5とが接続されるように流路切替装置4を切り替える。また、制御部50は、室外送風機6を停止している。図3に示すように、圧縮機3に吸入された冷媒は、圧縮機3によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機3から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、主管2aに流れる冷媒と副管2bに流れる冷媒とに分岐する。
副管2bに流れる冷媒は、副電磁弁22を通過して、利用側熱交換器8に流入し、利用側熱交換器8において、水配管13に流れる水と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、水が暖められて湯となる。これにより、給湯対象に湯が供給される。凝縮された液状態の冷媒は、室内膨張弁7bに流入し、室内膨張弁7bにおいて膨張及び減圧されて主管2aに合流する。主管2aに合流した冷媒は、地熱膨張弁7cに流入し、地熱膨張弁7cにおいて膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する地熱側熱交換器9に流入し、地熱側熱交換器9において、水回路に流れる不凍液と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置4を通過して、アキュムレータ10に流入し、その後、圧縮機3に吸入される。
一方、主管2aに流れる冷媒は、主電磁弁21及び流路切替装置4を通過して、室外熱交換器5に流入する。ここで、室外送風機6は停止しているため、室外熱交換器5における熱交換量は少ない。室外熱交換器5から流出した冷媒は、室外膨張弁7aを通過して、室内膨張弁7bから流出した冷媒と合流する。
(室外給湯運転モード)
図4は、本発明の実施の形態1に係る室外給湯運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。次に、室外給湯運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。室外給湯運転モードでは、制御部50は、アキュムレータ10と室外熱交換器5とが接続されるように流路切替装置4を切り替える。また、制御部50は、主電磁弁21を閉止している。図4に示すように、圧縮機3に吸入された冷媒は、圧縮機3によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機3から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、主電磁弁21が閉止しているため、副電磁弁22に流れる。
副電磁弁22に流れる冷媒は、利用側熱交換器8に流入し、利用側熱交換器8において、水配管13に流れる水と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、水が暖められて湯となる。これにより、給湯対象に湯が供給される。凝縮された液状態の冷媒は、室内膨張弁7bに流入し、室内膨張弁7bにおいて膨張及び減圧されて主管2aに流れる。主管2aに流れた冷媒は、室外膨張弁7aに流入し、室外膨張弁7aにおいて膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室外熱交換器5に流入し、室外熱交換器5において、室外送風機6によって送られた室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置4を通過して、アキュムレータ10に流入し、その後、圧縮機3に吸入される。
(除霜運転モード)
図5は、本発明の実施の形態1に係る除霜運転モード時の冷媒の流れを示す回路図である。次に、除霜運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。除霜運転モードでは、制御部50は、圧縮機3と室外熱交換器5とが接続されるように流路切替装置4を切り替える。また、制御部50は、副電磁弁22を閉止し、室外送風機6を停止している。図5に示すように、圧縮機3に吸入された冷媒は、圧縮機3によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機3から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、副電磁弁22が閉止しているため、主電磁弁21に流れる。主電磁弁21に流れる高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、室外熱交換器5に流入する。これにより、冷媒は、室外熱交換器5に付着する霜を融かす。室外熱交換器5から流出した冷媒は、室外膨張弁7a、地熱膨張弁7c、地熱側熱交換器9、流路切替装置4及びアキュムレータ10を通過して、圧縮機3に吸入される。
(ホットガスバイパス運転モード)
次に、ホットガスバイパス運転モードにおける冷媒の流れについて説明する。ホットガスバイパス運転モードでは、制御部50は、流量調整装置12を開く。圧縮機3に吸入された冷媒は、圧縮機3によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機3から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流量調整装置12が開いているため、バイパス回路11に流れる。バイパス回路11に流れる高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、アキュムレータ10の表面に流れる。これにより、冷媒は、アキュムレータ10の表面に発生した氷結を除去する。アキュムレータ10の表面に流れた冷媒は、主管2aに戻る。なお、それ以外の運転は、除霜運転モードと同様とすることができる。
図6は、本発明の実施の形態1に係る制御部50を示すブロック図である。図6に示すように、制御部50は、吸入温度検出部41、二相温度検出部42及び外気温度検出部43の検出結果に基づいて、流量調整装置12の開度を調整する。制御部50は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置12の開度を調整する。具体的には、制御部50は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度が、下限吸入温度閾値を下回った場合、流量調整装置12を開く。下限吸入温度閾値は、例えば−5℃である。ここで、制御部50は、外気温度検出部43によって検出された外気温度が、外気温度閾値を上回った場合、流量調整装置12を開く。外気温度閾値は、例えば0℃である。本実施の形態1では、制御部50は、吸入温度が下限吸入温度閾値を下回り、且つ外気温度が外気温度閾値を上回った場合、流量調整装置12を開き、ホットガスバイパス運転モード及び除霜運転モードを実行する。
一方、制御部50は、外気温度検出部43によって検出された外気温度が外気温度閾値以下の場合、室外熱交換器5を除霜する除霜運転のみを実行する。即ち、制御部50は、ホットガスバイパス運転モードを実行しない。
制御部50は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度が、上限吸入温度閾値を上回った場合、流量調整装置12を閉じる。上限吸入温度閾値は、例えば2℃である。ここで、制御部50は、二相温度検出部42によって検出された冷媒の二相温度が、上限二相温度閾値を上回った場合、流量調整装置12を閉じる。上限二相温度閾値は、例えば5℃である。本実施の形態1では、制御部50は、吸入温度が上限吸入温度閾値を上回り、且つ、二相温度が上限二相温度閾値を上回った場合、流量調整装置12を閉じ、ホットガスバイパス運転モードを終了する。また、この場合、制御部50は、除霜運転モードも終了する。
図7は、本発明の実施の形態1に係る制御部50の動作を示すフローチャートである。次に、制御部50の動作について説明する。図7に示すように、制御部50が、地熱給湯運転モード又は室外給湯運転モードといった暖房運転モードを実行している場合(ステップS1)、制御部50は、除霜の判定を実施するか否かを判断する(ステップS2)。制御部50は、除霜の判定を実施する場合、外気温度が外気温度閾値0℃を上回り、且つ吸入温度が下限吸入温度閾値−5℃を下回ったかを判定する(ステップS3)。制御部50は、外気温度が外気温度閾値0℃を下回るか又は吸入温度が下限吸入温度閾値−5℃以上の場合、除霜運転モードのみを実行する(ステップS4)。
制御部50は、外気温度が外気温度閾値0℃を上回り、且つ吸入温度が下限吸入温度閾値−5℃を下回った場合、除霜運転モードとホットガスバイパス運転モードとをいずれも実行する(ステップS5)。その後、制御部50は、二相温度が上限二相温度閾値5℃を上回り、且つ吸入温度が上限吸入温度閾値2℃を上回ったかを判定する(ステップS6)。制御部50は、二相温度が上限二相温度閾値5℃以下か又は吸入温度が上限吸入温度閾値2℃以下の場合、ステップS6を繰り返す。一方、制御部50は、二相温度が上限二相温度閾値5℃を上回り、且つ吸入温度が上限吸入温度閾値2℃を上回った場合、除霜運転モード及びホットガスバイパス運転モードを終了する(ステップS7)。そして、制御部50は、暖房運転モードに移行する。
本実施の形態1によれば、制御部50は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置12の開度を調整する。長期間にわたり、暖房運転が行われる場合、アキュムレータ10の表面が凍結して、表面の氷が徐々に成長して周囲の配管を圧迫するおそれがある。制御部50は、吸入温度を把握することによって、アキュムレータ10が凍結しているか否かを判断して、アキュムレータ10が凍結している場合にアキュムレータ10にホットガスを供給することができる。このように、冷凍サイクル装置1は、アキュムレータ10にホットガスを供給するタイミングを自動的に認識している。従って、アキュムレータ10にホットガスを流すタイミングを、随時モニタする必要がないため、煩雑さを解消することができる。
また、冷凍サイクル装置1は、アキュムレータ10の表面において成長した氷とホットガスとの間で熱交換させて、解氷する。これにより、暖房運転モードの継続運転時間を伸ばすと共に、成長した氷に起因する配管の変形を抑制することができる。従って、配管の高品質性を維持する冷凍サイクル装置1を実現することができる。
概して、空気調和機は、暖房運転時に蒸発器として作用する室外熱交換器に霜が付着すると、一時的に暖房運転を中止し、四方弁を冷房運転側に切り替えて、室外熱交換器に圧縮機から吐出されたホットガスを供給する除霜運転を実施する。冷媒回路における冷媒の流れが切り替わる際、暖房運転時に凝縮器として作用する利用側熱交換器に流れていた高温の冷媒が、一時的に圧縮機の吸入側の吸入配管及びアキュムレータに流れ込む。従って、アキュムレータが凍結することが抑制される。一方、地熱側熱交換器を備える冷凍サイクル装置は、地熱側熱交換器を使用した給湯運転を実施している場合、地熱側熱交換器ではなく室外熱交換器に冷媒が流れるように、流路切替装置によって冷媒の流れを切り替えて、室外熱交換器を除霜する。この場合、給湯運転時に凝縮器として作用する利用側熱交換器に流れていた高温の冷媒は、圧縮機の吸入側の吸入配管及びアキュムレータに流れない。従って、アキュムレータが凍結するおそれがある。
これに対し、本実施の形態1は、アキュムレータ10が凍結している場合にアキュムレータ10に対して、バイパス回路11に流れるホットガスを供給することができる。このため、アキュムレータ10の凍結を抑制することができる。
また、従来、低温時の冷房運転及び低温時の暖房運転において、アキュムレータに溜まった液状態の冷媒を蒸発させて、冷房能力及び暖房能力を改善しようとする空気調和機が知られている。しかし、この従来の空気調和機は、圧縮機の吸入側の吸入管が凍結することに関して何ら配慮されていない。また、この従来の空気調和機は、アキュムレータ内の冷媒を加熱するものであるため、アキュムレータ内に配管を通す必要がある。これに対し、本実施の形態1は、加熱対象がアキュムレータ10の表面に成長した氷であるため、アキュムレータ10内に配管を通す必要がない。
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100のバイパス回路11を示す回路図である。本実施の形態2は、バイパス配管11aの巻き付けと、制御部150の動作とが、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
図8に示すように、冷凍サイクル装置100は、バイパス回路11と流量調整装置12とを備えている。バイパス回路11は、圧縮機3の吐出側とアキュムレータ10とをバイパス配管11aにより接続し、室外熱交換器5と流路切替装置4との間に接続される。ここで、バイパス配管11aは、例えば銅配管である。なお、バイパス回路11は、アキュムレータ10の表面を通過する。本実施の形態2では、流量調整装置12に接続されるバイパス配管11aは、アキュムレータ10の表面に螺旋状に巻き付けられている。これにより、アキュムレータ10の表面全体にホットガスを流すことができる。また、バイパス配管11aの上流側がアキュムレータ10の下部に巻き付けられ、バイパス配管11aの下流側がアキュムレータ10の上部に巻き付けられている。これにより、圧縮機3から吐出されたホットガスは、最初に液状態の冷媒が溜まっているアキュムレータ10の下部を加熱する。アキュムレータ10の下部は、液状態の冷媒が溜まっているため、凍結し易い。本実施の形態2は、圧縮機3から吐出されたホットガスが、液状態の冷媒が溜まっているアキュムレータ10の下部を最初に加熱するため、よりアキュムレータ10の凍結を抑制することができる。
(入口温度検出部10a及び出口温度検出部10b)
また、冷凍サイクル装置100は、入口温度検出部10aと出口温度検出部10bとを備えている。入口温度検出部10aは、バイパス回路11において流量調整装置12とアキュムレータ10との間に設けられ、アキュムレータ10に流入する冷媒の入口温度T1を検出する。出口温度検出部10bは、バイパス回路11においてアキュムレータ10と流路切替装置4との間に設けられ、アキュムレータ10から流出する冷媒の出口温度T2を検出する。出口温度検出部10bは、予め定められた間隔で出口温度T2を検出するものである。予め定められた間隔は、例えば1分であるが、適宜変更することができる。
図9は、本発明の実施の形態2に係るバイパス配管11aの配線を示す模式図である。図9に示すように、アキュムレータ10の上部及び下部に巻き付けられたバイパス配管11aの密度は、アキュムレータ10の中央部に巻き付けられたバイパス配管11aの密度よりも高い。即ち、バイパス配管11aの密度は、アキュムレータ10の上部及び下部において密部61となっており、アキュムレータ10の中央部において疎部62となっている。アキュムレータ10の上部には、結露した液滴が溜まり易く、凍結し易い。また、アキュムレータ10の下部には、液状態の冷媒が溜まっており、凍結し易い。本実施の形態2は、バイパス配管11aの密度が、アキュムレータ10の上部及び下部において高くなっているため、凍結し易い部分を集中的に加熱することができる。従って、アキュムレータ10の解氷を促進することができる。
図10は、本発明の実施の形態2に係る制御部150を示すブロック図である。制御部150は、冷媒の吸入温度Tsと、冷媒の入口温度T1と、冷媒の出口温度T2とに基づいて、流量調整装置12の開度を調整するものである。吸入温度Tsは、吸入温度検出部41によって検出されたものである。入口温度T1は、入口温度検出部10aによって検出されたものである。出口温度T2は、出口温度検出部10bによって検出されたものである。図10に示すように、制御部150は、第1の判定手段151と、第2の判定手段152と、第3の判定手段153と、第4の判定手段154と、開度調整手段155とを有している。なお、第1の判定手段151、第2の判定手段152、第3の判定手段153、第4の判定手段154及び開度調整手段155は、アルゴリズムからなる。なお、制御部150は、第1の判定手段151を、圧縮機3の運転が開始されてから10時間経過した後に実施し、その後は10時間毎に定期的に実施する。
(第1の判定手段151)
第1の判定手段151は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度Tsが、下限吸入温度閾値Tsthを下回るか(Ts<Tsth)を判定する。ここで、下限吸入温度閾値Tsthは、アキュムレータ10が凍結している可能性が高い温度として設定されるものであり、例えば0℃である。
(第2の判定手段152)
第2の判定手段152は、開度調整手段155によって流量調整装置12が開かれた後、出口温度検出部10bによって検出された冷媒の出口温度T2が、入口温度検出部10aによって検出された冷媒の入口温度T1を下回るか(T2<T1)を判定する。制御部150は、冷媒の出口温度T2が冷媒の入口温度T1を下回っている場合、アキュムレータ10が凍結しており、アキュムレータ10において氷と熱交換された冷媒が冷却されたと判断する。
(第3の判定手段153)
第3の判定手段153は、第2の判定手段152によって出口温度T2が入口温度T1を下回ると判定された場合、出口温度検出部10bによって検出された冷媒の出口温度T2が、出口温度閾値T2thを上回るか(T2>T2th)を判定する。ここで、出口温度閾値T2thは、アキュムレータ10が凍結している可能性が低い温度として設定されるものであり、例えば0℃である。
(第4の判定手段154)
第4の判定手段154は、第3の判定手段153によって出口温度T2が出口温度閾値T2thを上回ると判定された場合、出口温度検出部10bによって今回検出された冷媒の出口温度T2が加算値以上か(T2_≧T2_j−1+T2th2)を判定する。加算値は、出口温度検出部10bによって前回検出された冷媒の出口温度T2に第2の出口温度閾値T2th2を加算したものである。第2の出口温度閾値T2th2は、例えば2℃である。
(開度調整手段155)
開度調整手段155は、第1の判定手段151によって吸入温度Tsが下限吸入温度閾値Tsthを下回ると判定された場合、流量調整装置12を開く。制御部150は、吸入温度Tsが下限吸入温度閾値Tsthを下回る場合、アキュムレータ10が凍結している可能性が高いと判断する。この場合、開度調整手段155が流量調整装置12を開くため、アキュムレータ10にホットガスが流れて、アキュムレータ10の凍結が解消される。なお、この場合、開度調整手段155は、流量調整装置12の開度を20pulse開く。そして、制御部150は、ホットガスを5分間、バイパス回路11に流す。
開度調整手段155は、第2の判定手段152によって出口温度T2が入口温度T1以上と判定された場合、流量調整装置12を閉じるものである。制御部150は、冷媒の出口温度T2が冷媒の入口温度T1以上の場合、アキュムレータ10が凍結している可能性が低いと判断する。この場合、開度調整手段155が流量調整装置12を閉じるため、アキュムレータ10にホットガスは流れない。即ち、アキュムレータ10に過剰にホットガスが流れることを抑制することができる。
開度調整手段155は、第3の判定手段153によって出口温度T2が出口温度閾値T2th以下と判定された場合、流量調整装置12の開度を上げるものである。制御部150は、冷媒の出口温度T2が出口温度閾値T2th以下の場合、アキュムレータ10に流れるホットガスの流量が不足していると判断する。この場合、開度調整手段155が流量調整装置12を更に開くため、アキュムレータ10にホットガスが更に流れて、アキュムレータ10の凍結が解消される。なお、この場合、開度調整手段155は、流量調整装置12の開度を5pulse開く(pulse_=pulse_j−1+5)。
開度調整手段155は、第4の判定手段154によって出口温度T2が加算値未満と判定された場合、流量調整装置12の開度を維持するものである。制御部150は、出口温度T2が加算値未満の場合、未だ、アキュムレータ10の凍結が解消されていないと判断する。この場合、開度調整手段155が流量調整装置12の開度を維持するため、アキュムレータ10にホットガスが流れ続けて、アキュムレータ10の凍結が解消される。
開度調整手段155は、第4の判定手段154によって出口温度T2が加算値以上と判定された場合、流量調整装置12の開度を下げるものである。制御部150は、出口温度T2が加算値以上の場合、アキュムレータ10の凍結が解消されてきていると判断する。この場合、開度調整手段155が流量調整装置12の開度を下げるため、アキュムレータ10に流れるホットガスの量が減る。即ち、アキュムレータ10に過剰にホットガスが流れることを抑制することができる。なお、この場合、開度調整手段155は、流量調整装置12の開度を5pulse閉じる(pulse_=pulse_j−1−5)。
図11は、本発明の実施の形態2に係る制御部150の動作を示すフローチャートである。次に、本実施の形態2の制御部150の動作について説明する。図11に示すように、制御部150は、冷凍サイクル装置100が運転を開始する(ステップS10)と、圧縮機3の運転時間のカウントを開始する(ステップS11)。圧縮機3の運転時間が10時間を経過すると(ステップS12)、第1の判定手段151は、吸入温度検出部41によって検出された冷媒の吸入温度Tsが、下限吸入温度閾値Tsthを下回るか(Ts<Tsth)を判定する(ステップS13)。吸入温度Tsが下限吸入温度閾値Tsth以上の場合(ステップS13のNo)、制御部150は、冷凍サイクル装置100の運転を継続する(ステップS14)。その後、ステップS13に戻る。
一方、吸入温度Tsが下限吸入温度閾値Tsthを下回る場合(ステップS13のYes)、開度調整手段155は流量調整装置12を20pulse開く(ステップS15)。次に、第2の判定手段152は、出口温度検出部10bによって検出された冷媒の出口温度T2が、入口温度検出部10aによって検出された冷媒の入口温度T1を下回るか(T2<T1)を判定する(ステップS16)。出口温度T2が入口温度T1以上の場合(ステップS16のNo)、開度調整手段155は流量調整装置12を閉じる(ステップS17)。その後、ステップS13に戻る。一方、出口温度T2が入口温度T1を下回る場合(ステップS16のYes)、アキュムレータ10の解氷制御が行われる(ステップS18)。具体的には、第3の判定手段153は、出口温度検出部10bによって検出された冷媒の出口温度T2が、出口温度閾値T2thを上回るか(T2>T2th)を判定する(ステップS19)。出口温度T2が出口温度閾値T2th以下の場合(ステップS19のNo)、開度調整手段155は流量調整装置12の開度を5pulse上げる(ステップS20)。
一方、出口温度T2が出口温度閾値T2thを上回る場合(ステップS19のYes)、第4の判定手段154は、出口温度検出部10bによって今回検出された冷媒の出口温度T2が加算値以上か(T2_≧T2_j−1+2)を判定する(ステップS21)。加算値は、出口温度検出部10bによって前回検出された冷媒の出口温度T2に第2の出口温度閾値T2th2を加算したものである。出口温度T2が加算値を下回る場合(ステップS21のNo)、開度制御手段は流量調整装置12の開度を維持する(ステップS22)。その後、ステップS16に戻る。一方、出口温度T2が加算値以上の場合(ステップS21のYes)、開度制御手段は流量調整装置12の開度を5pulse下げる(ステップS23)。その後、ステップS16に戻る。
本実施の形態2によれば、制御部150は、吸入温度Tsを閾値処理することにより、アキュムレータ10の凍結の1次判定を行う。そして、1次判定の後、出口温度T2及び入口温度T1を閾値処理することにより、アキュムレータ10の凍結の2次判定を行う。このように、本実施の形態2は、アキュムレータ10の凍結を2段階判定するため、アキュムレータ10の凍結を察知し易い。このため、アキュムレータ10の凍結を直ちに解消することができる。
また、流量調整装置12に接続されるバイパス配管11aは、アキュムレータ10の表面に螺旋状に巻き付けられている。このため、アキュムレータ10の表面全体にホットガスを流すことができる。更に、アキュムレータ10の上部及び下部に巻き付けられたバイパス配管11aの密度は、アキュムレータ10の中央部に巻き付けられたバイパス配管11aの密度よりも高い。このため、本実施の形態2は、凍結し易い部分を集中的に加熱することができる。従って、アキュムレータ10の解氷を促進することができる。
1 冷凍サイクル装置、2 冷媒回路、2a 主管、2b 副管、2c 延長配管、3 圧縮機、4 流路切替装置、5 室外熱交換器、6 室外送風機、7 膨張部、7a 室外膨張弁、7b 室内膨張弁、7c 地熱膨張弁、8 利用側熱交換器、9 地熱側熱交換器、10 アキュムレータ、10a 入口温度検出部、10b 出口温度検出部、11 バイパス回路、11a バイパス配管、12 流量調整装置、13 水配管、21 主電磁弁、22 副電磁弁、23 延長電磁弁、24a,24b,24c,24d,24e,24f ストレーナ、25a,25b,25c,25d ストップバルブ、26a,26b,26c,26d サービスポート、27a,27b チェックバルブ、28 逆止弁、29 マフラー、30 圧力センサ、31 高圧スイッチ、40a,40b,40c,40d,40e,40f,40g 温度センサ、41 吸入温度検出部、42 二相温度検出部、43 外気温度検出部、50 制御部、61 密部、62 疎部、100 冷凍サイクル装置、150 制御部、151 第1の判定手段、152 第2の判定手段、153 第3の判定手段、154 第4の判定手段、155 開度調整手段。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張部、利用側熱交換器及びアキュムレータが配管により接続された冷媒回路と、圧縮機の吐出側とアキュムレータとをバイパス配管により接続するバイパス回路と、バイパス回路に設けられ、バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、圧縮機の吸入側に流れる冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出部と、吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、流量調整装置の開度を調整する制御部と、バイパス回路に設けられ、アキュムレータに流入する冷媒の入口温度を検出する入口温度検出部と、バイパス回路に設けられ、アキュムレータから流出する冷媒の出口温度を検出する出口温度検出部と、を備え、制御部は、吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度と、入口温度検出部によって検出された冷媒の入口温度と、出口温度検出部によって検出された冷媒の出口温度とに基づいて、流量調整装置の開度を調整するものである

Claims (13)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、膨張部、利用側熱交換器及びアキュムレータが配管により接続された冷媒回路と、
    前記圧縮機の吐出側と前記アキュムレータとをバイパス配管により接続するバイパス回路と、
    前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、
    前記圧縮機の吸入側に流れる冷媒の吸入温度を検出する吸入温度検出部と、
    前記吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度に基づいて、前記流量調整装置の開度を調整する制御部と、
    を備える冷凍サイクル装置。
  2. 前記制御部は、
    前記吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度が、下限吸入温度閾値を下回った場合、前記流量調整装置を開くものである
    請求項1記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記制御部は、
    前記吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度が、上限吸入温度閾値を上回った場合、前記流量調整装置を閉じるものである
    請求項1又は2記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記バイパス回路に設けられ、前記アキュムレータに流入する冷媒の入口温度を検出する入口温度検出部と、
    前記バイパス回路に設けられ、前記アキュムレータから流出する冷媒の出口温度を検出する出口温度検出部と、を更に備え、
    前記制御部は、
    前記吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度と、前記入口温度検出部によって検出された冷媒の入口温度と、前記出口温度検出部によって検出された冷媒の出口温度とに基づいて、前記流量調整装置の開度を調整するものである
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記制御部は、
    前記吸入温度検出部によって検出された冷媒の吸入温度が、下限吸入温度閾値を下回るかを判定する第1の判定手段と、
    前記第1の判定手段によって吸入温度が下限吸入温度閾値を下回ると判定された場合、前記流量調整装置を開く開度調整手段と、
    前記開度調整手段によって前記流量調整装置が開かれた後、前記出口温度検出部によって検出された冷媒の出口温度が、前記入口温度検出部によって検出された冷媒の入口温度を下回るかを判定する第2の判定手段と、を有し、
    前記開度調整手段は、
    前記第2の判定手段によって出口温度が入口温度以上と判定された場合、前記流量調整装置を閉じるものである
    請求項4記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記制御部は、
    前記第2の判定手段によって出口温度が入口温度を下回ると判定された場合、前記出口温度検出部によって検出された冷媒の出口温度が、出口温度閾値を上回るかを判定する第3の判定手段を更に有し、
    前記開度調整手段は、
    前記第3の判定手段によって出口温度が出口温度閾値以下と判定された場合、前記流量調整装置の開度を上げるものである
    請求項5記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記出口温度検出部は、
    予め定められた間隔で出口温度を検出するものであり、
    前記制御部は、
    前記第3の判定手段によって出口温度が出口温度閾値を上回ると判定された場合、前記出口温度検出部によって今回検出された冷媒の出口温度が、前記出口温度検出部によって前回検出された冷媒の出口温度に第2の出口温度閾値を加算した加算値以上かを判定する第4の判定手段を更に有し、
    前記開度調整手段は、
    前記第4の判定手段によって出口温度が加算値未満と判定された場合、前記流量調整装置の開度を維持するものである
    請求項6記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記開度調整手段は、
    前記第4の判定手段によって出口温度が加算値以上と判定された場合、前記流量調整装置の開度を下げるものである
    請求項7記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記流量調整装置に接続される前記バイパス配管は、
    前記アキュムレータの表面に螺旋状に巻き付けられている
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記アキュムレータの上部及び下部に巻き付けられた前記バイパス配管の密度は、
    前記アキュムレータの中央部に巻き付けられた前記バイパス配管の密度よりも高い
    請求項9記載の冷凍サイクル装置。
  11. 前記圧縮機に接続され、前記冷媒回路に流れる冷媒の向きを暖房運転側又は冷房運転側に切り替える流路切替装置を更に備える
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
  12. 前記流路切替装置によって冷媒の向きが前記暖房運転側に切り替えられているとき、前記室外熱交換器に流れる冷媒の二相温度を検出する二相温度検出部を更に備え、
    前記制御部は、
    前記二相温度検出部によって検出された冷媒の二相温度が、上限二相温度閾値を上回った場合、前記流量調整装置を閉じるものである
    請求項11記載の冷凍サイクル装置。
  13. 大地と冷媒とを熱交換させる地熱側熱交換器を更に備え、
    前記流路切替装置によって冷媒の向きが前記暖房運転側に切り替えられているとき、前記室外熱交換器と前記利用側熱交換器とが並列に接続されるものであり、
    前記流路切替装置は、
    前記室外熱交換器又は前記地熱側熱交換器のいずれかが蒸発器として作用するように前記冷媒回路に流れる冷媒の向きを切り替える
    請求項11又は12記載の冷凍サイクル装置。
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