WO2013001688A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2013001688A1
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refrigeration cycle
cycle apparatus
refrigerant
electromagnetic valve
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悠介 有井
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus equipped with a compressor capable of injection.
  • a refrigeration cycle apparatus equipped with a compressor capable of injection.
  • One of the purposes of injecting into the compressor is to lower the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor.
  • a method of lowering the discharge temperature of gas refrigerant discharged from the compressor a method of injecting refrigerant into the intermediate pressure part (intermediate port) of the compressor, a method of injecting refrigerant into the suction side of the compressor, and those injections There are methods that combine methods.
  • refrigeration cycle apparatuses that employ a system in which refrigerant is injected into the suction side of a compressor also aim to lower the temperature of the lubricating oil and motor of the compressor (for example, Patent Document 1). reference). Furthermore, some refrigeration cycle apparatuses that combine two injection systems are intended to avoid compressor breakage due to liquid compression at the start of the compressor (see, for example, Patent Document 2).
  • JP 59-217458 (2nd page, FIG. 1 etc.)
  • JP-A-5-340615 (3rd, 4th page, FIG. 1 etc.)
  • the refrigeration cycle apparatus that employs a method of injecting refrigerant into the intermediate pressure portion of the compressor has the advantage that the refrigeration capacity increases if a double tube coil or the like is provided to provide supercooling.
  • the refrigerant is directly injected into the intermediate pressure portion of the compressor, when the refrigerant enters in a liquid state (in a large amount), liquid compression occurs, which may cause a compressor start-up failure.
  • the refrigeration cycle apparatus described in Patent Document 1 has an effect of lowering not only the discharge temperature but also the compressor motor temperature (oil temperature). This is particularly effective in a region where the evaporation temperature is low, where the motor temperature is likely to rise.
  • the refrigerant circulation amount in the system is reduced, so that the refrigerating capacity is reduced.
  • the low pressure is likely to increase, which may cause a reduction in energy saving effect and a pump-down failure.
  • Patent Document 2 has both advantages and disadvantages of a method of injecting refrigerant into the intermediate pressure portion of the compressor and a method of injecting refrigerant into the suction side of the compressor.
  • the two injection circuits are always in operation, and there is no mention of the control for switching between the two injection circuits. I don't know what to do. Therefore, it cannot be said that the capacity of the refrigeration cycle is fully exhibited.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its first object to provide a refrigeration cycle apparatus that realizes injection control that improves the startability of the compressor.
  • a second object is to provide a refrigeration cycle apparatus that realizes injection control that reduces the motor temperature of the compressor (or the temperature of oil in the compressor) without reducing the refrigeration capacity. .
  • the refrigeration cycle apparatus includes a compressor that compresses and discharges a refrigerant, a condenser that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor and a heat medium, and supercools the refrigerant that has flowed out of the condenser
  • a heat source side circuit piped to the subcool coil, an injection circuit branching the pipe downstream of the subcool coil in the heat source circuit, and connected to the intermediate pressure portion of the compressor via the subcool coil, and the injection A first pipe installed on the compressor side from a connection point where a pipe is branched downstream of the subcooling coil in the circuit and connected to the suction side of the compressor and the bypass circuit of the injection circuit is connected.
  • the opening and closing of the first solenoid valve and the second solenoid valve are controlled in accordance with either the start-up from the low-pressure cut stop of the compressor.
  • the refrigeration cycle apparatus at the time of starting the compressor, at the time of normal operation of the compressor, when the motor temperature of the compressor rises during normal operation, or at the time of starting from the low pressure cut stop of the compressor Since the injection circuit and bypass circuit are used properly according to the condition, the start-up performance of the compressor (when starting normally or starting from low-pressure cut stop) can be improved while suppressing the decline in refrigeration capacity. Moreover, the motor temperature of the compressor can be lowered.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a refrigerant circuit configuration example of a refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Based on FIG. 1, the structure and operation
  • the relationship of the size of each component may be different from the actual one.
  • the same reference numerals denote the same or equivalent parts, and this is common throughout the entire specification.
  • the forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples, and are not limited to these descriptions.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 realizes injection control that improves startup failure when the compressor 1 is started.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 realizes injection control for improving the refrigeration capacity during normal operation of the compressor 1.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 realizes injection control that reduces the motor temperature of the compressor 1 (or the temperature of oil in the compressor) without reducing the refrigeration capacity.
  • This refrigeration cycle apparatus 100 is used as an outdoor unit such as a refrigerator, a freezer, an air conditioner, and a showcase.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 flows out of the inverter compressor 1 (hereinafter referred to as the compressor 1), the condenser 2 that exchanges heat with air discharged from the compressor 1 and condenses the refrigerant, and the condenser 2
  • An accumulator 8 for separating the gas-liquid of the refrigerant returned from the cooler (load-side heat exchanger) connected in series and mounted for heat exchange and evaporation; It has a heat source side circuit connected in series by piping.
  • the condenser 2 functions as a radiator depending on the refrigerant.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 has an injection circuit 55 that branches off the downstream side of the subcool coil 4 in the heat source side circuit and is connected to an intermediate pressure part (intermediate port) of the compressor 1. Furthermore, the refrigeration cycle apparatus 100 includes a bypass circuit 56 that connects between the subcool coil 4 and the compressor 1 of the injection circuit 55 and between the load side apparatus and the accumulator 8.
  • the electronic expansion valve 5 is provided on the inflow side of the subcooling coil 4 of the injection circuit 55
  • the electromagnetic valve (second electromagnetic valve) 7 is provided on the bypass circuit 56, the branch point of the bypass circuit 56 of the injection circuit 55 and the compressor 1. Between the two, electromagnetic valves (first electromagnetic valves) 6 are respectively installed.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 can branch the liquid refrigerant that has flowed out of the subcool coil 4, and can branch one to the load device side and the other to the injection circuit 55.
  • the refrigerant flowing into the injection circuit 55 is decompressed by the electronic expansion valve 5, exchanges heat with the liquid refrigerant flowing out of the liquid reservoir 3 by the subcool coil 4, and then passes through the electromagnetic valve 6 to the intermediate port of the compressor 1. Injected.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 can bypass the refrigerant flowing through the injection circuit 55 to the suction side (upstream side of the accumulator 8) of the compressor 1 via the bypass circuit 56. Bypassing the refrigerant to the suction side of the compressor 1 via the bypass circuit 56 may be referred to as “suction injection”.
  • the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 are closed.
  • the compressor 1 compresses and discharges the refrigerant into a high temperature and high pressure state.
  • the compressor 1 has a structure in which refrigerant flowing through the injection circuit 55 can be injected (injected) into an intermediate pressure portion in the compressor 1.
  • the compressor 1 is configured by a capacity control type in which the rotation speed can be controlled by an inverter.
  • the compressor 1 may select any of a rotary method, a screw method, a reciprocating method, and a scroll method.
  • the condenser 2 condenses and liquefies the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant discharged from the compressor 1 and a heat medium such as air or water.
  • the liquid reservoir 3 is provided between the condenser 2 and the subcool coil 4 in the heat source side circuit, and accumulates refrigerant that has flowed out of the condenser 2.
  • the subcool coil 4 is formed of a double tube coil, and exchanges heat between the refrigerant that has flowed out of the liquid reservoir 3 and the refrigerant that flows through the injection circuit 55.
  • the accumulator 8 is provided on the suction side of the compressor 1 and separates gas and liquid and stores excess refrigerant.
  • the electronic expansion valve 5 can be variably controlled in opening, and expands the refrigerant flowing through the injection circuit 55 by reducing the pressure.
  • the electromagnetic valve 6 opens and closes the injection circuit 55 in an electromagnetic manner. That is, whether or not to inject into the compressor 1 is determined by controlling the opening and closing of the electromagnetic valve 6.
  • the electromagnetic valve 7 opens and closes the bypass circuit 56 electromagnetically. That is, the flow of the refrigerant to the bypass circuit 56 is determined by opening and closing the electromagnetic valve 7.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 is equipped with a control device 50 composed of a microcomputer or the like that can perform overall control.
  • the control device 50 has functions of performing drive frequency control of the compressor 1, opening control of the electronic expansion valve 5, opening / closing control of the electromagnetic valve 6 and the electromagnetic valve 7, and the like.
  • the control device 50 controls these actuators (for example, the compressor 1, the electronic expansion valve 5, the electromagnetic valve 6, the electromagnetic valve 7, etc.) to execute each operation described below.
  • the refrigerant flow during basic operation of the refrigeration cycle apparatus 100 will be described.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 1 flows into the condenser 2, dissipates heat by heat exchange with the heat medium supplied to the condenser 2, becomes a high-pressure liquid refrigerant, and flows out of the condenser 2.
  • the high-pressure liquid refrigerant that has flowed out of the condenser 2 flows into the liquid reservoir 3.
  • the refrigerant that has flowed out of the liquid reservoir 3 flows into the subcool coil 4 and is supercooled by the refrigerant if the refrigerant flows through the injection circuit 55.
  • the refrigerant that has flowed out of the subcool coil 4 is used by the load side device, and is then sucked into the compressor 1 again via the accumulator 8.
  • the injection into the compressor 1 and the circulation of the refrigerant to the bypass circuit 56 are determined by opening and closing of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus 100, the opening and closing of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 can be controlled at an optimal timing.
  • the opening / closing timing of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 when the compressor 1 is started will be described.
  • the opening / closing timings of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 when improving the refrigeration capacity during normal operation of the compressor 1 will be described.
  • the opening / closing timing of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 when the motor temperature of the compressor 1 is lowered will be described.
  • the refrigeration cycle apparatus including a plurality of refrigerant circuits will be described in the second embodiment, and the return from the pump-down stop will be described in the third embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the opening / closing timing of the solenoid valves (solenoid valve 6 and solenoid valve 7) of the refrigeration cycle apparatus 100.
  • FIG. 2A is a timing chart of the opening / closing control of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7, and
  • FIG. 2B is a flowchart showing the flow of opening / closing control of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7.
  • the solenoid valves 6 and 7 are closed ((1) in FIG. 2 (a), S1 and S2 in FIG. 2 (b)). Therefore, the refrigerant present in the injection circuit 55 is a high-pressure liquid refrigerant.
  • a high-pressure liquid refrigerant is injected into the intermediate port of the compressor 1. In this case, the liquid compression state occurs, the torque acting on the compressor 1 is large, and an overcurrent acts. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus 100, when the compressor 1 is started (until the operating frequency of the compressor 1 reaches a predetermined frequency (for example, 30 Hz)), the electromagnetic valve 6 is closed and the electromagnetic valve 7 is opened (see FIG. (2) in 2 (a), S3 and S5 in FIG. 2 (b).
  • the liquid refrigerant does not flow into the intermediate port of the compressor 1 because the electromagnetic valve 6 is closed until the predetermined frequency is reached after the compressor 1 is started. Therefore, liquid compression is not performed when the compressor 1 is started, and overcurrent can be prevented from acting when the compressor 1 is started. Further, since the solenoid valve 7 is opened at the same time, all the liquid refrigerant accumulated in the injection circuit 55 can be released to the low pressure side via the bypass circuit 56. Therefore, at the next time (when the operating frequency of the compressor 1 becomes equal to or higher than a predetermined frequency (for example, 30 Hz)), the timing at which the solenoid valve 6 is opened ((3) in FIG. 2 (a), FIG. 2 (b)). S3, S4), almost no liquid refrigerant exists in the injection circuit 55, and the compressor 1 does not perform liquid compression.
  • a predetermined frequency for example, 30 Hz
  • the injection control for improving the start failure at the start of the compressor 1 can be realized, and the continuous operation is smoothly executed from the start of the compressor 1 to the normal operation of the compressor 1. be able to.
  • FIG. 3 is a pressure-enthalpy diagram showing the state transition of the refrigerant when injection control of the refrigeration cycle apparatus 100 is not performed.
  • FIG. 4 is a pressure-enthalpy diagram showing refrigerant state transition when the refrigeration cycle apparatus 100 performs injection control.
  • the opening / closing timing of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 when improving the refrigeration capacity during normal operation of the compressor 1 will be described with reference to FIGS.
  • the refrigeration capacity is expressed by refrigerant circulation amount ⁇ enthalpy difference, and the enthalpy difference is indicated by h1 ⁇ h2 shown in FIG.
  • the enthalpy difference h1 ⁇ h2 increases because the subcooling coil 4 is structured to take much supercooling (see FIG. 4). For this reason, the overall refrigerating capacity is also increased compared to the case where the injection control is not performed. Further, when suction injection is performed via the bypass circuit 56, the subcooling coil 4 has a structure in which a large amount of supercooling is performed, and the enthalpy difference is the same as that when the injection is allowed to flow into the intermediate port.
  • the refrigerant circulation amount is small, so that the refrigeration capacity is lowered as compared with the case where the injection is made to flow into the intermediate port.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 As described above, during normal operation, if the suction injection is performed, the refrigerant circulation amount is reduced, so that the refrigerating capacity is lowered.
  • a part of the liquid refrigerant flowing into the injection circuit 55 is depressurized by the electronic expansion valve 5, and supercooling is performed by exchanging heat between the depressurized two-phase refrigerant and the liquid refrigerant. Therefore, in order to increase the refrigerating capacity, it is necessary to inject into the intermediate port of the compressor 1. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus 100, the electromagnetic valve 6 is opened and the electromagnetic valve 7 is closed during normal operation of the compressor 1 ((3) in FIG. 2 (a), S3 and S4 in FIG. 2 (b)). In addition, the normal operation said here shows the case where the frequency of the compressor 1 becomes a predetermined frequency (for example, 30 Hz) or more.
  • a predetermined frequency for example, 30 Hz
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of control processing of the electronic expansion valve 5.
  • the opening degree of the electronic expansion valve 5 is controlled by a temperature (discharge temperature) detected by a temperature sensor (thermistor) (not shown) provided in the discharge pipe of the compressor 1.
  • a temperature sensor thermoistor
  • the control device 50 when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the control value (for example, 100 ° C.) of the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor 1 (S11 in FIG. 5; NO), the control device 50 is electronic. Control is performed to reduce the opening degree of the expansion valve 5 and raise the discharge temperature (S12 in FIG. 5). Conversely, when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than the control value of the discharge temperature (S11 in FIG. 5; YES), the control device 50 increases the degree of opening of the electronic expansion valve 5 to control the discharge temperature. (S13 in FIG. 5).
  • the control value for example, 100 ° C.
  • the opening of the electronic expansion valve 5 is not completely closed.
  • the opening degree control of the electronic expansion valve 5 shown here is only an example.
  • a temperature sensor thermoistor
  • the amount of supercooling in the subcooling coil 4 is calculated from the temperature of the liquid refrigerant.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 since the refrigerant is injected into the intermediate port of the compressor 1 during the normal operation of the compressor 1, the refrigeration capacity can be improved.
  • the measurement of the motor temperature of the compressor 1 can be substituted by measuring the temperature of the refrigerating machine oil accumulated on the bottom surface of the compressor 1 by a temperature sensor (thermistor) provided under the shell of the compressor 1. It is. That is, “when the motor temperature of the compressor 1 rises” refers to the case where the temperature detected by the temperature sensor (thermistor) provided under the compressor 1 shell exceeds a certain value (for example, 80 ° C.). (S6 in FIG. 2B).
  • the refrigerant is bypassed to the compressor suction so as to lower the motor temperature, so that the suction injection is executed. While the refrigerating capacity is somewhat reduced during the operation, continuous operation can be performed without stopping the compressor 1.
  • the method of lowering the motor temperature of the compressor 1 includes a method of reducing the heat generation of the motor by lowering the operating frequency of the compressor 1, for example, in addition to performing the suction injection.
  • the motor temperature lowering control of the compressor 1 shown here is the most effective for lowering the motor temperature of the compressor 1 because the low-temperature refrigerant is directly introduced from the suction side of the compressor 1. It's a method.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a refrigerant circuit configuration example of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the configuration and operation of the refrigeration cycle apparatus 200 will be described based on FIG.
  • the difference from the first embodiment will be mainly described, and the description of the same parts as in the first embodiment such as the refrigerant circuit configuration will be omitted.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 according to the second embodiment realizes injection control that improves the start-up failure when the compressor 1 is started, similar to the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment. Further, the refrigeration cycle apparatus 200 according to the second embodiment realizes injection control for improving the refrigeration capacity during normal operation, similar to the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment. Furthermore, the refrigeration cycle apparatus 200 according to the second embodiment, like the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment, increases the motor temperature of the compressor 1 (or the temperature of oil in the compressor) without reducing the refrigeration capacity. The injection control to be lowered is realized.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 is used as an outdoor unit such as a refrigerator, a freezer, an air conditioner, and a showcase, for example.
  • Embodiment 1 the case where the refrigerant circuit is one system is shown as an example, but in the embodiment, the case where the refrigerant circuit is a plurality of systems (two systems in FIG. 6) is shown as an example. Injection control similar to that of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 can also be applied to the refrigeration cycle apparatus 200 having two or more inverter compressors (the compressor 11 and the compressor 12).
  • the refrigeration cycle apparatus 200 is configured to join two refrigerant circuits upstream of the liquid reservoir 30 and to divert again to the two refrigerant circuits downstream of the liquid reservoir 30.
  • a check valve 91 that allows the refrigerant to flow only in one direction is provided between the condenser 21 and the liquid reservoir 30, that is, downstream of the condenser 21.
  • a check valve 92 that allows the refrigerant to flow only in one direction is provided between the condenser 22 and the liquid reservoir 30, that is, downstream of the condenser 22.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 is provided with the check valve 91 and the check valve 92 so that, for example, when the compressor 11 is operating and the compressor 12 is stopped, the compressor 12 that is stopped is stopped.
  • the refrigerant is configured not to flow backward.
  • the compressor 1, the condenser 2, the liquid reservoir 3, the subcooling coil 4, the electronic expansion valve 5, the electromagnetic valve 6, the electromagnetic valve 7, the accumulator 8, the injection circuit 55, and the bypass circuit 56 of the refrigeration cycle apparatus 100 are refrigerated.
  • check valves In a circuit having two or more compressors (compressor 11 and compressor 12) as in the refrigeration cycle apparatus 200, check valves (check valve 91 and check valve 92) are connected.
  • the discharge pressure (upstream side of the check valve) of each compressor may be lower than the pressure on the liquid outlet side (downstream side of the check valve) of the heat source unit.
  • the stopped compressor for example, the compressor 12
  • the refrigerant pressure in the compressor 12 is temporarily in a reverse pressure state. become.
  • the injection control for improving the start failure at the start of the compressor 1 can be realized, and the continuous operation can be smoothly performed from the start of the compressor 1 to the normal operation.
  • the refrigeration capacity can be improved.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 when the temperature of the motor of the compressor 1 rises, the refrigerant is bypassed to the suction of the compressor so as to lower the motor temperature, so that the suction injection is executed. Although the refrigeration capacity is somewhat reduced during this period, the compressor 1 can be continuously operated without being stopped.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining the opening / closing timing of the solenoid valve of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing for determining the opening / closing pattern of the solenoid valve of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3.
  • FIG. 9 is an image diagram schematically showing an increase in low pressure when the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3 is pumped down. The characteristic points of the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 7A is a timing chart of the opening / closing control of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7
  • FIG. 7B is a flowchart showing the flow of opening / closing control of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7.
  • the refrigeration cycle apparatus according to the third embodiment has a circuit configuration similar to that of the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment or the refrigeration cycle apparatus 200 according to the second embodiment. ) Has a feature in the control of the solenoid valve 6 and the solenoid valve 7 at the time of return starting.
  • the defrost heater of the load side device is often turned off / on by turning on / off the compressor. Therefore, when the number of times the compressor starts and stops during the pump down (the liquid electromagnetic valve is closed) or when the operation time is long, the time for turning on the heater is shortened. As a result, the frost attached to the heat exchanger of the load side device may take a long time to completely melt, or the defrost operation may be terminated before it completely melts. .
  • the electromagnetic valve 7 is opened when the compressor 1 is started as described in the first embodiment. That is, since the high pressure and the low pressure are bypassed via the bypass circuit 56 when the compressor 1 is started, the high pressure side refrigerant that should have been once stored is returned to the low pressure side, and the low pressure pressure is reduced. Will rise. Therefore, when the compressor 1 is restarted due to precipitation of refrigerant dissolved in the refrigerating machine oil during pump down or a minute leak from the valve device in the system, the low pressure increases at once. (Arrow (d) in FIG. 9). For this reason, it is necessary to operate the compressor 1 for a long time before the compressor 1 is stopped again by the low pressure cut, which causes the cause of the defrost failure (arrow (e) in FIG. 9).
  • the compressor 1 when returning from the pump down, the compressor 1 (particularly, the compressor 11 and the compressor 12 in the second embodiment) is started from a stopped state.
  • the timing for opening the solenoid valve 6 is slightly shifted (to the high frequency side) as shown below, and the compressor 1 is operated when the torque of the compressor 1 is small in a more stable operation state.
  • a refrigerant may be injected into one intermediate port.
  • the discharge temperature is high, the compressor 1 may stop due to abnormal discharge temperature. Therefore, in addition to the frequency of the compressor 1, the discharge temperature is also included as a parameter at the timing of injecting the refrigerant. .
  • the electromagnetic valve 6 is opened.
  • the compressor 1 cannot be started even in this control, the next and subsequent startups are performed as shown in the first embodiment.
  • the control at the start of the compressor 1 stopped by the low pressure cut is different from the control at the start of the compressor 1 described in the first embodiment. .
  • Whether the control is performed at the time of starting the compressor 1 described in the first embodiment or the control at the time of starting the compressor 1 described in the third embodiment is determined according to the flowchart shown in FIG. Good. That is, the control device 50 determines whether or not the compressor 1 is started from the low pressure cut (S31 in FIG. 8). If so (S31 in FIG. 8; YES), the control device 50 has been described in the third embodiment. Control at startup of the compressor 1 is executed (S33 in FIG. 8), otherwise (S31 in FIG. 8; NO), control at startup of the compressor 1 described in the first embodiment is executed (S31 in FIG. 8). S32 of FIG. The reason for stopping the compressor 1 may be stored in the storage unit of the control device 50 or the like.
  • the characteristic items of the present invention have been described separately in the first to third embodiments.
  • the control shown in the first to third embodiments is roughly divided into the following four purposes. (1) Control for improving the startability of the compressor when starting the refrigeration cycle apparatus (Embodiments 1 and 2) (2) Control for improving the refrigerating capacity during normal operation of the compressor 1 (Embodiments 1 and 2) (3) Control for decreasing the compressor motor temperature (or the temperature of the refrigerating machine oil) during normal operation of the compressor 2 (Embodiments 1 and 2) (4) Control for improving occurrence of pump-down failure by using control of Embodiment 1 (Embodiment 3)
  • Embodiments 1 to 3 it is possible to realize injection control that improves the startability of the compressor. Further, according to the refrigeration cycle apparatuses according to Embodiments 1 to 3, it is possible to realize injection control that reduces the motor temperature of the compressor (or the temperature of oil in the compressor) without reducing the refrigeration capacity. Furthermore, according to the refrigeration cycle apparatus according to Embodiments 1 to 3, even if the compressor 1 is started from a low pressure cut, the occurrence of pump-down failure can be suppressed.
  • control patterns are merely examples, and it goes without saying that the control patterns may be changed according to the purposes (1) to (4). Moreover, you may combine each control pattern suitably according to the use condition and intended purpose of a refrigerating-cycle apparatus.

Abstract

冷凍サイクル装置１００は、制御装置５０が、圧縮機１の起動時、圧縮機１の通常運転時、通常運転中における圧縮機１のモーター温度上昇時、又は、圧縮機１の低圧カット停止からの起動時のいずれかに応じて、電磁弁６及び電磁弁７の開閉を制御するものである。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明は、インジェクションできる圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置に関するものである。
　従来から、インジェクションできる圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置が存在している。圧縮機にインジェクションする目的の１つは、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を下げることである。圧縮機から吐出されるガス冷媒の吐出温度を下げる方式として、圧縮機の中間圧力部（中間ポート）に冷媒をインジェクションする方式と、圧縮機の吸入側に冷媒をインジェクションする方式と、それらのインジェクション方式を組み合わせた方式と、がある。
　また、圧縮機の吸入側に冷媒をインジェクションする方式を採用している冷凍サイクル装置においては、圧縮機の潤滑油およびモーターの温度を下げることも目的にしているものもある（たとえば、特許文献１参照）。さらに、２つのインジェクション方式を組み合わせた冷凍サイクル装置においては、圧縮機の起動時の液圧縮による圧縮機破損を回避することを目的にしているものもある（たとえば、特許文献２参照）。
特開昭５９―２１７４５８号公報（第２ページ、図１等） 特開平５―３４０６１５号公報（第３、４ページ、図１等）
　圧縮機の中間圧力部に冷媒をインジェクションする方式を採用している冷凍サイクル装置は、二重管コイルなどを設けて過冷却をとれる構造にすれば冷凍能力が上昇するという長所がある。その一方で、圧縮機の中間圧力部に直接冷媒をインジェクションするため、冷媒が液の状態で（大量に）入る場合、液圧縮になり圧縮機起動不良の原因となってしまうことがある。
　特許文献１に記載されているような冷凍サイクル装置は、吐出温度のみではなく、圧縮機のモーター温度（油の温度）を下げる効果もある。これは、モーター温度が上がりやすい蒸発温度が低い領域では特に有効となる。その一方で、系内の冷媒循環量が低下するため、冷凍能力が低下してしまうという短所があった。また、高低圧バイパスとなるため、低圧が上がりやすく、省エネ効果の低減やポンプダウン不良の原因となってしまうことがある。
　特許文献２に記載されている冷凍サイクル装置は、圧縮機の中間圧力部に冷媒をインジェクションする方式及び圧縮機の吸入側に冷媒をインジェクションする方式の長所及び短所を併せ持つことになる。しかしながら、冷凍サイクルが動作している際は常に２つのインジェクション回路が作動するようになっており、２つのインジェクション回路の切り替えについての制御には言及がなく、インジェクションの流量調整やインジェクション圧力調整をどのようにするのかが分からない。そのため、冷凍サイクルの能力を十分に発揮しているとはいえない。
　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、圧縮機の起動性を改善するインジェクション制御を実現した冷凍サイクル装置を提供することを第１の目的としている。第１の目的に加え、冷凍能力を低下させずに圧縮機のモーター温度（もしくは圧縮機内の油の温度）を低下させるインジェクション制御を実現した冷凍サイクル装置を提供することを第２の目的としている。
　本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と熱媒体とで熱交換する凝縮器、及び、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却するサブクールコイルを配管接続した熱源側回路と、前記熱源回路における前記サブクールコイルの下流側で配管を分岐し、前記サブクールコイルを介して前記圧縮機の中間圧力部に接続するインジェクション回路と、前記インジェクション回路における前記サブクールコイルの下流側で配管を分岐し、前記圧縮機の吸入側に接続するバイパス回路と、前記インジェクション回路の前記バイパス回路を接続した接続点より前記圧縮機側に設置された第１電磁弁と、前記バイパス回路に設置された第２電磁弁と、前記圧縮機の周波数、前記第１電磁弁の開閉、及び、前記第２電磁弁の開閉を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記圧縮機の起動時、前記圧縮機の通常運転時、通常運転中における前記圧縮機のモーター温度上昇時、又は、前記圧縮機の低圧カット停止からの起動時のいずれかに応じて、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の開閉を制御するものである。
　本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、圧縮機の起動時、圧縮機の通常運転時、通常運転中における圧縮機のモーター温度上昇時、又は、圧縮機の低圧カット停止からの起動時のそれぞれに応じてインジェクション回路とバイパス回路を使い分けるように構成したので、冷凍能力の低下を抑えた上で、圧縮機の起動性（通常起動時、低圧カット停止からの起動時）を改善することができ、また、圧縮機のモーター温度を低下させることができる。
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の電磁弁の開閉タイミングを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置のインジェクション制御を行わなかった場合の冷媒の状態遷移を示す圧力―エンタルピ線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の中間インジェクション制御を行った場合の冷媒の状態遷移を示す圧力―エンタルピ線図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の電子膨張弁の制御処理の流れ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の冷媒回路構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の電磁弁の開閉タイミングを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の電磁弁の開閉パターンを決定するための処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のポンプダウン時の低圧の上昇イメージ図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路構成例を示す模式図である。図１に基づいて、冷凍サイクル装置１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
　実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の起動時の起動不良を改善するインジェクション制御を実現したものである。また、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の通常運転時の冷凍能力向上を図るインジェクション制御を実現したものである。さらに、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００は、冷凍能力を低下させずに圧縮機１のモーター温度（もしくは圧縮機内の油の温度）を低下させるインジェクション制御を実現したものである。この冷凍サイクル装置１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、空気調和装置、ショーケース等の室外機として利用される。
　冷凍サイクル装置１００は、インバータ圧縮機１（以下、圧縮機１と称する）と、圧縮機１からの吐出ガスを空気と熱交換し、冷媒を凝縮させる凝縮器２と、凝縮器２から流出した液冷媒を溜める液溜め３と、液溜め３から流出した液冷媒を過冷却させるためのサブクールコイル４と、負荷側装置（少なくとも冷媒を減圧するための膨張弁、及び、減圧した冷媒を空気と熱交換させ、蒸発させるための冷却器（負荷側熱交換器）が直列に接続されて搭載された負荷側ユニット）から戻ってきた冷媒の気液を分離するためのアキュムレーター８と、を冷媒配管で直列に配管接続した熱源側回路を有している。なお、凝縮器２は、冷媒によっては放熱器として機能する。
　また、冷凍サイクル装置１００は、熱源側回路におけるサブクールコイル４の下流側で分岐し、圧縮機１の中間圧力部（中間ポート）に接続するインジェクション回路５５を有している。さらに、冷凍サイクル装置１００は、インジェクション回路５５のサブクールコイル４と圧縮機１との間と、負荷側装置とアキュムレーター８との間と、を接続するバイパス回路５６を有している。そして、インジェクション回路５５のサブクールコイル４の流入側には電子膨張弁５が、バイパス回路５６には電磁弁（第２電磁弁）７が、インジェクション回路５５のバイパス回路５６の分岐点と圧縮機１との間には電磁弁（第１電磁弁）６が、それぞれ設置されている。
　よって、冷凍サイクル装置１００は、サブクールコイル４から流出した液冷媒を分岐し、一方を負荷装置側へ、もう一方をインジェクション回路５５に分流可能になっている。インジェクション回路５５に流入した冷媒は、電子膨張弁５により減圧され、サブクールコイル４にて液溜め３から流出した液冷媒と熱交換し、その後、電磁弁６を通って圧縮機１の中間ポートにインジェクションされる。また、冷凍サイクル装置１００は、インジェクション回路５５を流れる冷媒をバイパス回路５６を介して圧縮機１の吸入側（アキュムレーター８の上流側）へバイパスすることを可能としている。バイパス回路５６を介して圧縮機１の吸入側へ冷媒をバイパスすることを「吸入インジェクション」と称する場合がある。なお、圧縮機１の停止時は電磁弁６及び電磁弁７は閉の状態である。
　圧縮機１は、冷媒を高温・高圧の状態に圧縮して吐出するものである。この圧縮機１は、インジェクション回路５５を流れる冷媒が圧縮機１内の中間圧力部にインジェクション（注入）可能な構造となっている。圧縮機１は、インバータにより回転数が制御可能な容量制御タイプで構成する。また、圧縮機１は、ロータリ方式、スクリュー方式、レシプロ方式、スクロール方式の内、どれを選択してもよい。
　凝縮器２は、圧縮機１からの吐出冷媒と空気や水等の熱媒体との間で熱交換を行なって冷媒を凝縮液化するものである。液溜め３は、熱源側回路における凝縮器２とサブクールコイル４との間に設けられ、凝縮器２から流出した冷媒を溜めるものである。サブクールコイル４は、二重管コイルで構成され、液溜め３から流出した冷媒とインジェクション回路５５を流れる冷媒とを熱交換させるものである。アキュムレーター８は、圧縮機１の吸入側に設けられており、気液を分離し、余剰冷媒を蓄えるものである。
　電子膨張弁５は、開度が可変に制御可能であり、インジェクション回路５５を流れる冷媒を減圧して膨張させるものである。電磁弁６は、インジェクション回路５５を電磁式に開閉するものである。つまり、電磁弁６が開閉制御されることで、圧縮機１にインジェクションするかどうかが決定される。電磁弁７は、バイパス回路５６を電磁式に開閉するものである。つまり、電磁弁７が開閉させることで、バイパス回路５６への冷媒の流通が決定される。
　冷凍サイクル装置１００には、全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成された制御装置５０が搭載されている。この制御装置５０は、圧縮機１の駆動周波数制御、電子膨張弁５の開度制御、電磁弁６及び電磁弁７の開閉制御等を行なう機能を有している。制御装置５０は、これらアクチュエーター（たとえば圧縮機１や電子膨張弁５、電磁弁６、電磁弁７等）を制御して、以下で説明する各運転を実行するようになっている。
　冷凍サイクル装置１００の基本的な運転時における冷媒の流れを説明する。
　圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２に流入し、凝縮器２に供給される熱媒体との熱交換により放熱することで高圧液冷媒となり、凝縮器２から流出する。凝縮器２から流出した高圧液冷媒は、液溜め３に流入する。液溜め３から流出した冷媒は、サブクールコイル４に流入し、インジェクション回路５５に冷媒が流れていれば、その冷媒によって過冷却される。サブクールコイル４から流出した冷媒は、負荷側装置で利用された後、アキュムレーター８を介して圧縮機１に再度吸入される。
　圧縮機１へのインジェクション、及び、バイパス回路５６への冷媒の流通は、電磁弁６及び電磁弁７の開閉によって決定される。そこで、冷凍サイクル装置１００では、電磁弁６及び電磁弁７の開閉を最適なタイミングで制御できるようになっている。まず、圧縮機１の起動時の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミングについて説明する。次に、圧縮機１の通常運転時の冷凍能力を向上させる際の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミングについて説明する。最後に、圧縮機１のモーター温度を低下させる際の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミングについて説明する。なお、複数系統の冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置については実施の形態２で、ポンプダウン停止からの復帰については実施の形態３で、それぞれ説明する。
［圧縮機１の起動時の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミング］
　図２は、冷凍サイクル装置１００の電磁弁（電磁弁６及び電磁弁７）の開閉タイミングを説明するための説明図である。図２（ａ）が電磁弁６及び電磁弁７の開閉制御のタイミングチャートを、図２（ｂ）が電磁弁６及び電磁弁７の開閉制御の流れを示すフローチャートである。
　上述したように圧縮機１の停止時は、電磁弁６及び７は閉の状態である（図２（ａ）の（１）、図２（ｂ）のＳ１、Ｓ２）。そのため、インジェクション回路５５内に存在する冷媒は、高圧の液冷媒となっている。この状態で圧縮機１を起動すると、圧縮機１の中間ポートに高圧の液冷媒がインジェクションされることになる。この場合、液圧縮状態となってしまい圧縮機１に作用するトルクが大きく、過電流が働く。そこで、冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１の起動時（圧縮機１の運転周波数が所定周波数（たとえば３０Ｈｚ）になるまで）は、電磁弁６を閉、電磁弁７を開とする（図２（ａ）の（２）、図２（ｂ）のＳ３、Ｓ５）。
　したがって、圧縮機１の起動後、所定周波数となるまでは、電磁弁６を閉にしているため、圧縮機１の中間ポートに液冷媒が流れ込むことはない。よって、圧縮機１の起動時において液圧縮をすることがなく、圧縮機１の起動時に過電流が働くことを抑制することができる。また、同時に電磁弁７を開にしているため、インジェクション回路５５内に溜まっている液冷媒をバイパス回路５６を介して全て低圧側へと逃がすことができる。よって、次回（圧縮機１の運転周波数が所定周波数（たとえば３０Ｈｚ）以上になったとき）、電磁弁６を開にするタイミングにおいても（図２（ａ）の（３）、図２（ｂ）のＳ３、Ｓ４）、インジェクション回路５５内には液冷媒はほとんど存在せず、圧縮機１が液圧縮をすることはない。
　以上のように、冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１の起動時の起動不良を改善するインジェクション制御を実現でき、圧縮機１の起動から圧縮機１の通常運転までスムーズに連続運転を実行することができる。
［通常運転時の冷凍能力を向上させる際の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミング］
　図３は、冷凍サイクル装置１００のインジェクション制御を行わなかった場合の冷媒の状態遷移を示す圧力―エンタルピ線図である。図４は、冷凍サイクル装置１００のインジェクション制御を行った場合の冷媒の状態遷移を示す圧力―エンタルピ線図である。図１～図４に基づいて、圧縮機１の通常運転時の冷凍能力を向上させる際の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミングについて説明する。なお、冷凍能力は、冷媒循環量×エンタルピ差で表され、エンタルピ差は図３に示すｈ１－ｈ２で示される。
　インジェクション制御を行った場合、サブクールコイル４にて過冷却を多くとる構造になっているため、エンタルピ差ｈ１－ｈ２が増加する（図４参照）。そのため、全体の冷凍能力もインジェクション制御を行わない場合に比べ大きくなる。また、バイパス回路５６を介して吸入インジェクションした場合も、サブクールコイル４にて過冷却を多くとる構造になっており、エンタルピ差は中間ポートにインジェクションを流入させる場合と同じである。しかし、中間ポートにインジェクションを流入させる場合と比べて吸入側にインジェクションを入れる場合では、冷媒循環量が小さくなるため、冷凍能力は中間ポートにインジェクションを流入させる場合より低下する。
　このように通常運転時においては、吸入インジェクションをすると冷媒循環量が減少するため冷凍能力が低下する。冷凍サイクル装置１００においては、インジェクション回路５５に流入した液冷媒の一部を電子膨張弁５にて減圧し、減圧した二相冷媒と液冷媒を熱交換させることで過冷却を取っている。そのため冷凍能力増加のためには、圧縮機１の中間ポートにインジェクションさせる必要がある。そこで、冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の通常運転時には電磁弁６を開、電磁弁７を閉とする（図２（ａ）の（３）、図２（ｂ）のＳ３、Ｓ４）。なお、ここで言う通常運転とは、圧縮機１の周波数がある所定周波数（たとえば３０Ｈｚ）以上になった場合を示す。
　ここで、電子膨張弁５の制御の一例を説明する。図５は、電子膨張弁５の制御処理の流れを示すフローチャートである。電子膨張弁５の開度は、圧縮機１の吐出配管に設けられた図示省略の温度センサー（サーミスタ）の検知温度（吐出温度）により制御される。
　つまり、制御装置５０は、圧縮機１から吐出された冷媒の吐出温度の制御値（たとえば１００℃）に対して、温度センサーの検知温度がそれ以下の場合（図５のＳ１１；ＮＯ）、電子膨張弁５の開度を小さくし、吐出温度を上昇させるような制御を行う（図５のＳ１２）。逆に、制御装置５０は、温度センサーの検知温度が吐出温度の制御値以上の場合（図５のＳ１１；ＹＥＳ）、電子膨張弁５の開度を大きくし、吐出温度を低下させるような制御を行う（図５のＳ１３）。
　なお、圧縮機１の停止時は、電子膨張弁５の開度は完全に閉の状態にはならない。また、ここで示す電子膨張弁５の開度制御は、あくまで一例である。たとえば、サブクールコイル４の出口直後の負荷側装置へと続く液配管に温度センサー（サーミスタ）を設けて、液冷媒の温度から、サブクールコイル４での過冷却量を算出することにより電子膨張弁５の開度を調整する方法もある。
　以上のように、冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１の通常運転時に圧縮機１の中間ポートに冷媒をインジェクションするようにしているので、冷凍能力を向上することができる。
［圧縮機１のモーター温度を低下させる際の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミング］
　蒸発温度が低い領域で使用する場合、冷媒循環量が小さく、圧縮機１のモーターの発熱が冷やされにくくなる。圧縮機１の中間ポートにインジェクションさせるパターンでは、圧縮機１のモーターの発熱を抑制することができず、やがて圧縮機１がモーターの巻線保護制御のため異常停止する可能性がある。圧縮機１が異常停止すると、次に圧縮機１が運転再開するのはモーターの温度が下がってからとなる。しかし、一旦、圧縮機１が異常停止するほどモーター温度が上昇すると、モーター温度が低下するまでに長い時間を要する場合がある。その場合には、冷凍サイクル装置１００を運転できない時間帯が増加し、冷凍能力の低下に繋がってしまう。
　したがって、圧縮機１の異常停止を回避するためには、吸入インジェクションを実行し、圧縮機１に直接低温の冷媒を吸入することで、モーター温度を低下させる必要がある。そこで、冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１のモーター温度上昇時は、電磁弁６を閉（開でも良い）、電磁弁７を開とする（図２（ａ）の（４）、図２（ｂ）のＳ６、Ｓ７）。ただし、電磁弁６および電磁弁７の両方を開にする場合は、電磁弁７の低圧側にキャピラリチューブなどの減圧装置をつける必要がある。
　圧縮機１の通常運転時の説明においては、吸入インジェクションすることは冷凍能力が低下すると述べているが、多少冷凍能力が下がっても、圧縮機１が異常停止してしまうよりは冷凍能力は維持できる。そのため、圧縮機１のモーター温度が上昇した際には、吸入インジェクションを実行することが望ましい。
　なお、圧縮機１のモーターは、圧縮機１の内部にあるため、モーターの温度を直接測定することは困難である。そこで、圧縮機１のモーター温度の測定は、圧縮機１のシェル下に設けられた温度センサー（サーミスタ）によって圧縮機１の底面に溜まった冷凍機油の温度を測定することによって代用することも可能である。すなわち、「圧縮機１のモーター温度上昇時」とは、圧縮機１のシェル下に設けられた、温度センサー（サーミスタ）の検知温度がある値以上（たとえば８０℃）になった場合のことを言う（図２（ｂ）のＳ６）。
　以上のように、冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１のモーターの温度が上昇した際にはモーター温度を下げるように圧縮機の吸入に冷媒をバイパスするようにしているので、吸入インジェクションを実行している間は冷凍能力が多少減少するものの、圧縮機１を停止させることなく連続運転をすることができる。
　なお、圧縮機１のモーター温度を低下させる方法は、吸入インジェクションを実行する以外にも、たとえば圧縮機１の運転周波数を低下させモーターの発熱を減少させる方法もある。しかし、ここで示した圧縮機１のモーター温度低下制御は、直接、圧縮機１の吸入側から低温の冷媒を流入させているため、圧縮機１のモーター温度を低下させるには最も効果的な方法といえる。
実施の形態２．
　図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の冷媒回路構成例を示す模式図である。図６に基づいて、冷凍サイクル装置２００の構成及び動作について説明する。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、冷媒回路構成など実施の形態１と同一の箇所については説明を割愛するものとする。
　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と同様に圧縮機１の起動時の起動不良を改善するインジェクション制御を実現したものである。また、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と同様に通常運転時の冷凍能力向上を図るインジェクション制御を実現したものである。さらに、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と同様に冷凍能力を低下させずに圧縮機１のモーター温度（もしくは圧縮機内の油の温度）を低下させるインジェクション制御を実現したものである。この冷凍サイクル装置２００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、空気調和装置、ショーケース等の室外機として利用される。
　実施の形態１では、冷媒回路が１系統である場合を例に示したが、実施の形態では、冷媒回路が複数系統（図６では２系統）である場合を例に示している。このような２台以上のインバータ圧縮機（圧縮機１１、圧縮機１２）を持つ冷凍サイクル装置２００についても、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同様のインジェクション制御を適用できる。
　冷凍サイクル装置２００は、２系統の冷媒回路を液溜め３０の上流側で合流し、液溜め３０の下流側で再度２系統の冷媒回路に分流するように構成されている。そして、凝縮器２１と液溜め３０との間、つまり凝縮器２１の下流側には、冷媒の流れを一方向にのみ許容する逆止弁９１が設置されている。また、凝縮器２２と液溜め３０との間、つまり凝縮器２２の下流側には、冷媒の流れを一方向にのみ許容する逆止弁９２が設置されている。冷凍サイクル装置２００は、逆止弁９１、逆止弁９２を設けることで、たとえば圧縮機１１が運転しており圧縮機１２が停止しているような場合に、停止している圧縮機１２の方へ冷媒が逆流しないように構成されている。
　なお、冷凍サイクル装置１００の圧縮機１、凝縮器２、液溜め３、サブクールコイル４、電子膨張弁５、電磁弁６、電磁弁７、アキュムレーター８、インジェクション回路５５、バイパス回路５６が、冷凍サイクル装置２００の圧縮機１１及び圧縮機１２、凝縮器２１及び凝縮器２２、液溜め３０、サブクールコイル４１及びサブクールコイル４２、電子膨張弁５１及び電子膨張弁５２、電磁弁６１及び電磁弁６２、電磁弁７１及び電磁弁７２、アキュムレーター８１及びアキュムレーター８２、インジェクション回路５５ａ及びインジェクション回路５５ｂ、バイパス回路５６ａ及びバイパス回路５６ｂにそれぞれ対応している。
　冷凍サイクル装置２００のように、２台以上の圧縮機（圧縮機１１、圧縮機１２）がある回路においては、逆止弁（逆止弁９１、逆止弁９２）が接続されているため、各圧縮機の吐出圧力（逆止弁より上流側）が、熱源機の液出口側（逆止弁より下流側）の圧力より低くなる可能性がある。その場合、停止している圧縮機（たとえば圧縮機１２）が起動するときに、圧縮機１２の中間ポートに冷媒をインジェクションする制御では、圧縮機１２内の冷媒圧力が一時的に逆圧の状態になる。つまり、圧縮機１２内の圧力の大小関係として、圧縮機１２の吸入側の圧力が低く、圧縮機１２の中間ポートの圧力が高く、圧縮機１２の吐出側の圧力が中程度（圧縮機１２の吸入側圧力よりも高く、圧縮機１２の中間ポート１２の圧力よりも低い圧力状態）となる（吸入側：中間ポート：吐出側＝低：高：中）。
　そうすると、１台の圧縮機が接続されているものと比べてより大きなトルクが作用し、過電流による起動不良が発生しやすくなる。つまり、２台以上の圧縮機が並列に接続された場合、実施の形態１で示した制御がより有効になる。このような現象は、特に１台以上の圧縮機が運転中で、その他の圧縮機が起動しようとする際に顕著に現れる。
　以上のように、冷凍サイクル装置２００においては、圧縮機１の起動時の起動不良を改善するインジェクション制御を実現でき、圧縮機１の起動から通常運転までスムーズに連続運転を実行することができる。加えて、冷凍サイクル装置２００においては、圧縮機１の通常運転時に圧縮機１の中間ポートに冷媒をインジェクションするようにしているので、冷凍能力を向上することができる。さらに、冷凍サイクル装置２００においては、圧縮機１のモーターの温度が上昇した際にはモーター温度を下げるように圧縮機の吸入に冷媒をバイパスするようにしているので、吸入インジェクションを実行している間は冷凍能力が多少減少するものの、圧縮機１を停止させることなく連続運転をすることができる。
実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の電磁弁の開閉タイミングを説明するための説明図である。図８は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の電磁弁の開閉パターンを決定するための処理の流れを示すフローチャートである。図９は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置のポンプダウン時の低圧の上昇を模式的に示すイメージ図である。図７～９に基づいて、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の特徴点について説明する。なお、この実施の形態３では上述した実施の形態１、２との相違点を中心に説明するものとし、冷媒回路構成など実施の形態１、２と同一の箇所については説明を割愛するものとする。また、図７（ａ）が電磁弁６及び電磁弁７の開閉制御のタイミングチャートを、図７（ｂ）が電磁弁６及び電磁弁７の開閉制御の流れを示すフローチャートである。
　実施の形態３に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００又は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００と同様の回路構成を備え、圧縮機１のポンプダウン停止（低圧カット）から復帰起動する際の電磁弁６及び電磁弁７の制御に特徴を有している。
［ポンプダウン停止から復帰する際における電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミング］
　図９に示すように、負荷側装置のデフロスト時などの際には、液電磁弁（通常、蒸発器および絞り装置の上流に設置されている。実施の形態３に係る冷凍サイクルでは図示省略）を閉にしてポンプダウンさせ、低圧側の冷媒を高圧側に溜めることが一般的である。そして、低圧側の冷媒が高圧側へ移動するため、低圧圧力が低下し、やがて圧縮機は低圧カットにて停止する（図９の矢印（イ））。ただし、一般的に低圧カットにて圧縮機が停止した後も、冷凍機油に溶解していた冷媒の析出や、系内の弁装置からの微小な漏れ等により徐々に低圧圧力が上昇し（図９の矢印（ロ））、低圧がある値以上になると再び圧縮機が再起動することがある（図９の矢印（ハ））。
　デフロスト運転時、負荷側装置のデフロストヒータは、圧縮機のＯＮ／ＯＦＦによってヒーターのＯＦＦ／ＯＮをしている場合が多い。そのため、このようにポンプダウン中（液電磁弁が閉の状態）での圧縮機の発停回数が多かったり、運転時間が長かったりする場合はヒーターがＯＮになる時間が短くなる。その結果、負荷側装置の熱交換器に付着した霜が完全に溶解するまでの時間が長くなったり、完全に溶解する前にデフロスト運転が終了してしまったりなど、デフロスト不良につながる場合がある。
　冷凍サイクル装置１００においては、実施の形態１で説明したように圧縮機１の起動時に電磁弁７を開とする。つまり、圧縮機１の起動時にはバイパス回路５６を介して高低圧がバイパスした状態になっているため、一旦溜めたはずの高圧側の冷媒が、低圧側へと再び戻される状態になり、低圧圧力が上昇することになる。したがって、ポンプダウン中に冷凍機油に溶解していた冷媒の析出や、系内の弁装置からの微小な漏れ等により低圧が上昇し、圧縮機１が再起動する際には、一気に低圧が上がってしまう（図９の矢印（ニ））。そのため、再び低圧カットにより圧縮機１を停止させるまでに圧縮機１を長時間運転させる必要があり、デフロスト不良の原因を作ってしまっていた（図９の矢印（ホ））。
　冷凍サイクル装置１００では、ポンプダウン停止（低圧カット）から復帰し、圧縮機１が再起動する際は、電磁弁６を開、電磁弁７を閉とする。ただし、起動直後から電磁弁６を開にすると、実施の形態１の［圧縮機１の起動時の電磁弁６及び電磁弁７の開閉タイミング］で述べた理由により、起動できないパターンが想定され、起動性とポンプダウン性能といった点でジレンマが生じる。
　しかし、ポンプダウンからの復帰時は、圧縮機１（特に、実施の形態２では圧縮機１１、圧縮機１２）が停止した状態からの起動となる。その場合、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の液出口と圧縮機の吐出圧力はほぼ等しくなり、実施の形態２で示した圧縮機（圧縮機１１、圧縮機１２）内の圧力の大小関係は吸入側：中間ポート：吐出側＝低：高：高となり、起動性は若干改善される。
　そこで上記のジレンマを解決するために、電磁弁６を開にするタイミングを以下に示すように若干ずらし（高周波数側にする）、より安定した運転状態で圧縮機１のトルクが小さい時に圧縮機１の中間ポートに冷媒をインジェクションさせてもよい。ただし、吐出温度の上昇が大きい場合はその限りではない。吐出温度が高い場合は、吐出温度異常にて圧縮機１が停止してしまう可能性もあるため、冷媒をインジェクションさせるタイミングには圧縮機１の周波数の他に、吐出温度もパラメータとして持っておく。
　つまり、圧縮機１の運転周波数が所定周波数（たとえば４５Ｈｚ）以上もしくは吐出温度が所定温度（たとえば９０℃）以上になった時点で電磁弁６を開にする。ただし、この制御においても圧縮機１を起動できない場合は、次回以降の起動は実施の形態１で示す制御を行う。
　上述したように圧縮機１の停止時は、電磁弁６及び７は閉の状態である（図７（ａ）の（１）、図７（ｂ）のＳ２１、Ｓ２２）。ポンプダウン停止（低圧カット）から復帰し、圧縮機１が再起動する際は、電磁弁６を開、電磁弁７を閉とする（図７（ａ）の（２）、図７（ｂ）のＳ２４）。このとき、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置では、圧縮機１の運転周波数が所定周波数（たとえば４５Ｈｚ）以上もしくは吐出温度が所定温度（たとえば９０℃）以上になったかどうかを判断する（図７（ｂ）のＳ２３）。その後は、実施の形態１で説明した制御と同様の制御を実行する（通常運転時の制御、圧縮機１のモーター温度を低下させる際の制御）。
　すなわち、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置では、低圧カットで停止した圧縮機１の起動時の制御を、実施の形態１で説明した圧縮機１の起動時の制御と異なるものとしているのである。なお、実施の形態１で説明した圧縮機１の起動時の制御とするのか、実施の形態３で説明した圧縮機１の起動時の制御とするのか、ということは図８に示すフローチャートに従って決定するとよい。つまり、制御装置５０は、圧縮機１が低圧カットからの起動であるのかどうかを判断し（図８のＳ３１）、そうであれば（図８のＳ３１；ＹＥＳ）、実施の形態３で説明した圧縮機１の起動時の制御を実行し（図８のＳ３３）、そうでなければ（図８のＳ３１；ＮＯ）、実施の形態１で説明した圧縮機１の起動時の制御を実行する（図８のＳ３２）。なお、圧縮機１の停止理由は、制御装置５０の記憶手段等に記憶しておくとよい。
　以上のように、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置においては、実施の形態１又は実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の有する効果に加え、低圧カットからの圧縮機１の起動であっても、圧縮機１の通常起動時の電磁弁の制御と異なる制御を実行することにより、通常機構時に発生する可能性が高いポンプダウン不良を抑制することができる。
　以上、本発明の特徴事項を実施の形態１～３に分けて説明した。実施の形態１～３で示した制御は、大きく分けて次の４つの目的から成り立っている。
（１）冷凍サイクル装置起動時の圧縮機の起動性を改善するための制御（実施の形態１、２）
（２）圧縮機１の通常運転時の冷凍能力を向上させる制御（実施の形態１、２）
（３）圧縮機２の通常運転中に圧縮機のモーター温度(または冷凍機油の温度)が上昇したときにそれらを低下させる制御（実施の形態１、２）
（４）実施の形態１の制御を用いることによりポンプダウン不良が生じることを改善する制御（実施の形態３）
　したがって、実施の形態１～３に係る冷凍サイクル装置によれば、圧縮機の起動性を改善するインジェクション制御を実現することができる。また、実施の形態１～３に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍能力を低下させずに圧縮機のモーター温度（もしくは圧縮機内の油の温度）を低下させるインジェクション制御を実現することができる。さらに、実施の形態１～３に係る冷凍サイクル装置によれば、低圧カットからの圧縮機１の起動であっても、ポンプダウン不良の発生を抑制することができる。
　なお、これらの制御パターンはあくまで一例であるので、それぞれ（１）～（４）の目的に応じて制御パターンを変更してもよいことは言うまでもない。また、冷凍サイクル装置の使用状況や使用目的に応じて各制御パターンを適宜組み合わせてもよい。
　１　圧縮機、２　凝縮器、３　液溜め、４　サブクールコイル、５　電子膨張弁、６　電磁弁、７　電磁弁、８　アキュムレーター、１１　圧縮機、１２　圧縮機、２１　凝縮器、２２　凝縮器、３０　液溜め、４１　サブクールコイル、４２　サブクールコイル、５０　制御装置、５１　電子膨張弁、５２　電子膨張弁、５５　インジェクション回路、５５ａ　インジェクション回路、５５ｂ　インジェクション回路、５６　バイパス回路、５６ａ　バイパス回路、５６ｂ　バイパス回路、６１　電磁弁、６２　電磁弁、７１　電磁弁、７２　電磁弁、８１　アキュムレーター、８２　アキュムレーター、９１　逆止弁、９２　逆止弁、１００　冷凍サイクル装置、２００　冷凍サイクル装置。

Claims (10)

  1. 　冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒と熱媒体とで熱交換する凝縮器、及び、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却するサブクールコイルを配管接続した熱源側回路と、
    　前記熱源回路における前記サブクールコイルの下流側で配管を分岐し、前記サブクールコイルを介して前記圧縮機の中間圧力部に接続するインジェクション回路と、
    　前記インジェクション回路における前記サブクールコイルの下流側で配管を分岐し、前記圧縮機の吸入側に接続するバイパス回路と、
    　前記インジェクション回路の前記バイパス回路を接続した接続点より前記圧縮機側に設置された第１電磁弁と、
    　前記バイパス回路に設置された第２電磁弁と、
    　前記圧縮機の周波数、前記第１電磁弁の開閉、及び、前記第２電磁弁の開閉を制御する制御装置と、を有し、
    　前記制御装置は、
    　前記圧縮機の起動時、前記圧縮機の通常運転時、通常運転中における前記圧縮機のモーター温度上昇時、又は、前記圧縮機の低圧カット停止からの起動時のいずれかに応じて、前記第１電磁弁及び前記第２電磁弁の開閉を制御する
    　ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機の起動時、
    　前記第１電磁弁を閉、前記第２電磁弁を開に制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機の通常運転時、
    　前記第１電磁弁を開、前記第２電磁弁を閉に制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機が起動してから前記圧縮機の周波数が所定周波数以上になったときに、前記圧縮機が通常運転状態にあることを判断する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記制御装置は、
    　通常運転中における前記圧縮機のモーター温度上昇時、
    　前記第２電磁弁を開に制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機のシェルの温度が所定値以上になっているとき前記圧縮機のモーター温度上昇時であると判断する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機の低圧カット停止からの起動時、
    　前記第１電磁弁を開、前記第２電磁弁を閉に制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 　前記制御装置は、
    　前記圧縮機の周波数が所定周波数以上もしくは前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が所定温度以上になった時点で前記第１電磁弁を開にする
    　ことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 　前記圧縮機の停止理由を記憶する記憶手段を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記記憶手段に記憶されている情報により前記圧縮機が低圧カットで停止したのかどうかを判断する
    　ことを特徴とする請求項７又は８に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 　前記圧縮機を２台以上並列に接続した
    　ことを特徴とする請求項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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