WO2020208736A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2020208736A1
WO2020208736A1 PCT/JP2019/015596 JP2019015596W WO2020208736A1 WO 2020208736 A1 WO2020208736 A1 WO 2020208736A1 JP 2019015596 W JP2019015596 W JP 2019015596W WO 2020208736 A1 WO2020208736 A1 WO 2020208736A1
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WO
WIPO (PCT)
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refrigerant
heat exchanger
refrigeration cycle
discharge
suction
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/015596
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
加藤　央平
瑞朗 酒井
宗希 石山
三輪　雅明
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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Priority to PCT/JP2019/015596 priority patent/WO2020208736A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle device that employs a supercooling method.
  • the air conditioner described in Patent Document 1 is connected to a compressor, a four-way switching valve, an outdoor heat exchanger whose one end is connected to a four-way switching valve, a main expansion mechanism, and one end to a four-way switching valve. It is equipped with an indoor heat exchanger and heat exchange means for overcooling. Further, in this air conditioner, the refrigerant from the outdoor heat exchanger is sequentially flowed to the overcooling heat exchange means, the main expansion mechanism, and the indoor heat exchanger during the cooling operation, while the indoor heat exchanger is operated during the heating operation.
  • the refrigerant from the above is sequentially provided with a heat exchange means for overcooling, a main expansion mechanism, and a rectifying means for flowing the refrigerant from the outdoor heat exchanger.
  • the refrigerant from the outdoor heat exchanger or the indoor heat exchanger which functions as a condenser, is passed by the heat exchange means for overcooling regardless of whether it is in the cooling operation or the heating operation. After cooling, it can be introduced into an indoor heat exchanger or an outdoor heat exchanger that functions as an evaporator via a main expansion mechanism. Therefore, even if the refrigerant flow direction is switched, the effect of supercooling can be obtained without change.
  • Patent Document 1 has a structure in which a triple-tube heat exchanger is used as a supercooling heat exchange means for supercooling the refrigerant from the outdoor heat exchanger or the indoor heat exchanger that functions as a condenser. Further, the structure requires a rectifying means in order to obtain the supercooling effect without change even if the refrigerant flow direction is switched. Therefore, in Patent Document 1, there is a problem that a space for installing them is required and the size is increased. Further, since the number of parts increases, there is a problem that the cost increases and the structure becomes complicated.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus capable of miniaturization, cost reduction, and simplification of structure.
  • a compressor, a refrigerant flow path switching device, a first heat exchanger, a first decompression device, a refrigerant container, a second decompression device, and a second heat exchanger are sequentially connected by piping. It has a refrigerant circuit, an inflow section, a third decompression device, and a refrigerant heat exchanger, and at least a part of the liquid refrigerant stored inside the refrigerant container is removed from the inflow section to the third decompression device and the third decompression device.
  • a bypass circuit that leads to the suction side of the compressor via the refrigerant heat exchanger is provided, and the third decompression device and the refrigerant heat exchanger are arranged inside the refrigerant container.
  • a third decompression device and a refrigerant heat exchanger are used inside the refrigerant container as the supercooling means, and the supercooling effect does not change even if the refrigerant flow direction is switched.
  • the structure uses decompression devices on both sides of the refrigerant container. Therefore, since the structure does not require a triple tube heat exchanger and a rectifying means, a space for installing them is not required and the number of parts can be reduced. Further, since the third decompression device and the refrigerant heat exchanger are arranged inside the refrigerant container, welding of pipes can be reduced. As a result, miniaturization, cost reduction, and structural simplification become possible.
  • FIG. 5 is a ph diagram of the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment during the cooling operation and when the bypass valve is closed.
  • FIG. 5 is a ph diagram when the refrigerating cycle apparatus according to the first embodiment is in heating operation and the bypass valve is closed.
  • FIG. 5 is a ph diagram when the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment is in cooling operation and the bypass valve is open.
  • FIG. 5 is a ph diagram when the refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment is in heating operation and the bypass valve is open.
  • It is the schematic which shows the structure in the refrigerant container of the refrigerating cycle apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the control flow of the bypass valve of the refrigeration cycle apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing an example of a circuit configuration of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a ph diagram of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment during the cooling operation and when the bypass valve 26 is closed.
  • FIG. 3 is a ph diagram of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment during the heating operation and when the bypass valve 26 is closed.
  • FIG. 4 is a ph diagram of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment during the cooling operation and when the bypass valve 26 is open.
  • FIG. 5 is a ph diagram of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment during the heating operation and when the bypass valve 26 is open.
  • This refrigeration cycle device 100 is installed in, for example, a general house, building, condominium, etc., and is used for cooling and heating of an air-conditioned area such as a room where it is installed by performing a vapor compression refrigeration cycle operation. Is to be done.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a compressor 1, a refrigerant flow path switching device 6, a first heat exchanger 2, a first decompression device 3a, a refrigerant container 5, a second decompression device 3b, and a second heat exchanger 4. These are connected by pipes to form a refrigerant circuit (hereinafter referred to as a main circuit 30).
  • a main circuit 30 a refrigerant circuit
  • the compressor 1 sucks in the refrigerant, compresses the refrigerant, puts it in a high temperature and high pressure state, and discharges it.
  • the compressor 1 may be composed of, for example, a positive displacement compressor driven by a motor whose frequency is controlled by an inverter.
  • the first heat exchanger 2 is provided on the discharge side of the compressor 1 during the cooling operation, and functions as a condenser or an evaporator. Then, the first heat exchanger 2 exchanges heat between the high-temperature and high-pressure refrigerant supplied from the compressor 1 and the heat medium, and condenses or vaporizes the refrigerant.
  • the heat medium is, for example, air or water.
  • the type of the first heat exchanger 2 is not particularly limited, but for example, it may be composed of a cross-fin type fin-and-tube heat exchanger composed of a heat transfer tube and a large number of fins.
  • the first decompression device 3a is installed on the downstream side of the first heat exchanger 2 during the cooling operation, and decompresses and expands the refrigerant.
  • the first decompression device 3a may be composed of a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve or the like.
  • the second decompression device 3b is installed on the upstream side of the second heat exchanger 4 during the cooling operation, and decompresses and expands the refrigerant.
  • the second decompression device 3b may be composed of a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve or the like.
  • the second heat exchanger 4 is provided on the suction side of the compressor 1 during the cooling operation, and functions as an evaporator or a condenser. Then, the second heat exchanger 4 exchanges heat between the low-temperature low-pressure high-pressure refrigerant supplied from the first decompression device 3a and the second decompression device 3b and the heat medium, and vaporizes or condenses the refrigerant. It is something to make.
  • the heat medium is, for example, air or water.
  • the type of the second heat exchanger 4 is not particularly limited, but for example, it may be composed of a cross-fin type fin-and-tube heat exchanger composed of a heat transfer tube and a large number of fins.
  • the refrigerant flow path switching device 6 switches the refrigerant flow direction between the cooling operation and the heating operation.
  • the refrigerant flow path switching device 6 may be composed of, for example, a four-way valve or the like.
  • the refrigerant flow path switching device 6 switches so that the discharge side of the compressor 1 and the first heat exchanger 2 are connected as shown by the solid line, and the first heat exchanger 2 is used as a condenser. It functions, and the second heat exchanger 4 functions as an evaporator.
  • the refrigerant flow path switching device 6 switches so that the discharge side of the compressor 1 and the second heat exchanger 4 are connected as shown by the broken line, and evaporates the first heat exchanger 2. It functions as a vessel, and the second heat exchanger 4 functions as a condenser.
  • the refrigerant container 5 is installed between the first decompression device 3a and the second decompression device 3b to store the refrigerant.
  • the refrigerant container 5 has a first pipe 51 and a second pipe 52 connected to the pipe of the main circuit 30, and they are provided so as to communicate the inside of the refrigerant container 5 with the main circuit 30.
  • the first pipe 51 functions as an inflow pipe or an outflow pipe depending on the flow of the refrigerant.
  • the second pipe 52 also functions as an outflow pipe or an inflow pipe depending on the flow of the refrigerant.
  • both the end inside the refrigerant container 5 of the first pipe 51 and the end inside the refrigerant container 5 of the second pipe 52 are below the refrigerant container 5, specifically, the refrigerant container 5. It is located below the center of.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a bypass circuit 31 that merges at least a part of the refrigerant stored inside the refrigerant container 5 into the merging portion 25 between the suction side of the compressor 1 and the refrigerant flow path switching device 6. I have.
  • the inflow portion 21 which is one end of the bypass circuit 31 is provided so as to communicate with the inside of the refrigerant container 5 so that at least a part of the refrigerant stored in the refrigerant container 5 can be taken out.
  • the other end of the bypass circuit 31 is connected to the merging section 25 so that the refrigerant flowing out of the refrigerant heat exchanger 20 merges with the refrigerant of the main circuit 30 at the merging section 25.
  • the bypass circuit 31 is provided with a bypass valve 26 for passing the refrigerant by opening and closing or blocking the flow of the refrigerant.
  • the bypass valve 26 is composed of a solenoid valve that only opens and closes, but may be composed of an expansion valve whose opening degree can be adjusted. The control of the bypass valve 26 will be described later.
  • a third decompression device 3c provided in a bypass circuit 31 for depressurizing the refrigerant flowing out of the refrigerant container 5, a refrigerant decompressed by the third decompression device 3c, and a refrigerant inside the refrigerant container 5
  • a refrigerant heat exchanger 20 that exchanges heat with the refrigerant heat exchanger 20 is provided. That is, the bypass circuit 31 is provided with the third decompression device 3c and the refrigerant heat exchanger 20 in this order from the inflow portion 21 side into which the refrigerant flows.
  • the refrigeration cycle device 100 has a control device 50 that controls the operation of each device constituting the refrigeration cycle device 100.
  • the control device 50 has a microcomputer, a memory, and the like provided for controlling the refrigeration cycle device 100. Further, the control device 50 can exchange control signals and the like with a remote controller (not shown) for individually operating the refrigeration cycle device 100.
  • the refrigeration cycle device 100 has a frequency detector 41 that detects the frequency of the compressor 1. Further, the refrigeration cycle device 100 includes a discharge pressure detector 42 that detects the pressure of the refrigerant flowing on the discharge side of the compressor 1 (hereinafter referred to as discharge pressure) and the pressure of the refrigerant flowing on the suction side of the compressor 1 (hereinafter referred to as discharge pressure). It has a suction pressure detector 43 that detects (referred to as suction pressure). Further, the refrigeration cycle device 100 includes a discharge temperature detector 44 that detects the temperature of the refrigerant flowing on the discharge side of the compressor 1 (hereinafter referred to as the discharge temperature) and the temperature of the refrigerant flowing on the suction side of the compressor 1 (hereinafter referred to as the discharge temperature).
  • suction temperature detector 45 that detects (referred to as suction temperature).
  • the discharge pressure detector 42 and the suction pressure detector 43 are, for example, a pressure sensor.
  • the discharge temperature detector 44 and the suction temperature detector 45 are, for example, a thermistor.
  • the control device 50 can obtain the saturation temperature of the refrigerant flowing on the discharge side of the compressor 1 (hereinafter referred to as the discharge saturation temperature) from the discharge pressure, and the saturation temperature of the refrigerant flowing on the suction side of the compressor 1 from the suction pressure. (Hereinafter referred to as suction saturation temperature) can be obtained.
  • the refrigeration cycle device 100 includes, but is not limited to, a discharge pressure detector 42, a suction pressure detector 43, a discharge temperature detector 44, and a suction temperature detector 45.
  • the control device 50 performs a "discharge temperature", a “discharge superheat degree calculated based on the difference between the discharge temperature and the discharge saturation temperature", and a “suction calculated based on the difference between the suction temperature and the suction saturation temperature". Any configuration can be used as long as at least one of the "superheat degree" can be obtained.
  • FIG. 1 the flow of the refrigerant during the cooling operation is represented by a solid line arrow, and the flow of the refrigerant during the heating operation is represented by a broken line arrow.
  • a to I (including m, n, o) shown in FIGS. 2 to 5 correspond to the state of the refrigerant at the positions A to I (including m, n, o) shown in FIG. ..
  • the refrigerant does not flow through the refrigerant heat exchanger 20, so that the medium-temperature refrigerant passes through the second pipe 52 to the refrigerant container without heat exchange inside the refrigerant container 5.
  • the refrigerant flowing out of the refrigerant container 5 is further depressurized by the second decompression device 3b and flows into the second heat exchanger 4 (G).
  • the low-temperature refrigerant that has flowed into the second heat exchanger 4 is heated by the second heat exchanger 4 and flows out in a state of high dryness (H). After that, the refrigerant flows into the suction portion (A) of the compressor 1 via the refrigerant pipe.
  • the refrigerant does not flow through the refrigerant heat exchanger 20, so that the medium-temperature refrigerant passes through the first pipe 51 to the refrigerant container without heat exchange inside the refrigerant container 5.
  • the refrigerant flowing out of the refrigerant container 5 is further decompressed by the first decompression device 3a and flows into the first heat exchanger 2 (D).
  • the low-temperature refrigerant that has flowed into the first heat exchanger 2 is heated by the first heat exchanger 2 and flows out in a state of high dryness (C). After that, the refrigerant flows into the suction portion (A) of the compressor 1 via the refrigerant pipe.
  • the medium-temperature refrigerant inside the refrigerant container 5 exchanges heat with the low-temperature refrigerant flowing through the refrigerant heat exchanger 20, becomes a saturated liquid, and flows out of the refrigerant container 5 via the second pipe 52 (F).
  • the refrigerant flowing out of the refrigerant container 5 is further depressurized by the second decompression device 3b and flows into the second heat exchanger 4 (G).
  • the low-temperature refrigerant that has flowed into the second heat exchanger 4 is heated by the second heat exchanger 4 and flows out in a state of high dryness (H). After that, the refrigerant flows into the suction portion (A) of the compressor 1 via the refrigerant pipe.
  • the medium-temperature refrigerant inside the refrigerant container 5 exchanges heat with the low-temperature refrigerant flowing through the refrigerant heat exchanger 20, becomes a saturated liquid, and flows out of the refrigerant container 5 via the first pipe 51 (E).
  • the refrigerant flowing out of the refrigerant container 5 is further decompressed by the first decompression device 3a and flows into the first heat exchanger 2 (D).
  • the low-temperature refrigerant that has flowed into the first heat exchanger 2 is heated by the first heat exchanger 2 and flows out in a state of high dryness (C). After that, the refrigerant flows into the suction portion (A) of the compressor 1 via the refrigerant pipe.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the structure of the refrigerating cycle device 100 according to the first embodiment in the refrigerant container 5.
  • the refrigerant stored inside the refrigerant container 5 is in a two-phase state of a liquid part and a gas part, that is, a saturated state. Since the liquid portion collects under the refrigerant container 5, as shown in FIG. 6, the end of the first pipe 51 or the second pipe 52, which is the outflow pipe, is the refrigerant container inside the refrigerant container 5. It is located below 5.
  • the end portion 51a of the first pipe 51 and the end portion 52a of the second pipe 52 are arranged below the refrigerant container 5 inside the refrigerant container 5, respectively.
  • the heights of the components are the same.
  • the third decompression device 3c provided inside the refrigerant container 5 is composed of a fixed device such as a capillary or an orifice in which the so-called flow resistance coefficient does not change.
  • the third pressure reducing device 3c is composed of an electronic expansion valve
  • the terminals and the like must be pulled out to the outside of the refrigerant container 5 because they have a movable portion.
  • electric leakage may occur to the outside of the refrigerant container 5, so it is necessary to cover the electronic expansion valve with a waterproof container or the like so that the electronic expansion valve is not immersed in the liquid refrigerant. ..
  • the structure becomes complicated, and it is difficult to store the refrigerant container 5 inside. Therefore, by configuring the third decompression device 3c with a capillary or an orifice having no moving portion and having a fixed flow resistance coefficient, the structure of the third decompression device 3c can be simplified, and the refrigerant container 5 can be used. Easy to store inside. Further, since the third decompression device 3c does not have a movable portion, the cost can be reduced. Further, since the control of the third decompression device 3c becomes unnecessary, the system can be simplified and the failure is less likely to occur, so that the reliability can be improved.
  • the inflow portion 21 of the bypass circuit 31 is similar to the end portion 51a of the first pipe 51 and the end portion 52a of the second pipe 52 inside the refrigerant container 5 so that the liquid refrigerant in the refrigerant container 5 can easily flow in. , Is arranged below the refrigerant container 5. Further, since it is necessary to reliably supply the liquid refrigerant stored inside the refrigerant container 5 to the main circuit 30 side, the inflow portion 21 of the bypass circuit 31 is the end portion 51a of the first pipe 51 and the second pipe. It is arranged at a position lower than the end portion 52a of 52.
  • the third decompression device 3c is made of a material such as a capillary or an orifice, the refrigerant flow path has a narrow shape, so that foreign matter is easily clogged. Therefore, a foreign matter catching device 7 such as a strainer, a wire mesh, or a metal porous body for catching foreign matter is provided between the third decompression device 3c and the inflow portion 21 of the bypass circuit 31. In this way, by providing the foreign matter trapping device 7 on the inflow portion 21 side of the bypass circuit 31 with respect to the third decompression device 3c, the foreign matter can be caught in front of the third decompression device 3c, and the third decompression device can be captured. It is possible to suppress clogging of foreign matter in 3c.
  • the third decompression device 3c When the third decompression device 3c is an orifice, the third decompression device 3c and the foreign matter trapping device 7 are housed in the same casing 8 to integrate the third decompression device 3c with the foreign matter trapping device 7. And.
  • the inside of the refrigerant container 5 accommodating the third decompression device 3c and the foreign matter trapping device 7 can be further simplified.
  • the piping structure can be simplified, the number of brazed parts of the piping can be reduced, and the processing cost can be reduced and the quality can be improved.
  • the refrigerant heat exchanger 20 includes a heat transfer tube through which the refrigerant flows.
  • a heat transfer tube used in the refrigerant heat exchanger 20 a general circular tube or a tube whose surface is processed with protrusions or the like to improve the heat transfer area and heat transfer coefficient may be used. Further, a flat heat transfer tube having a large surface area may be used.
  • the heat transfer tubes may be arranged in the circumferential direction of the refrigerant container 5 or in the vertical direction. Further, since the gas flow velocity required to raise the liquid refrigerant flowing inside the heat transfer pipe is determined according to the flow rate, the inner diameter of the heat transfer pipe pipe should be equal to or larger than the gas flow velocity for raising the liquid refrigerant. Is designed for.
  • FIG. 7 is a diagram showing a control flow of the bypass valve 26 of the refrigeration cycle device 100 according to the first embodiment. Next, the control of the bypass valve 26 of the refrigeration cycle device 100 will be described with reference to FIG.
  • Step S1 The control device 50 determines whether the frequency of the compressor 1 is higher than the preset reference frequency. When the control device 50 determines that the frequency of the compressor 1 is higher than the reference frequency (Yes), the process proceeds to step S2. On the other hand, when the control device 50 determines that the frequency of the compressor 1 is not higher than the reference frequency (No), the process proceeds to step S4.
  • Step S2 The control device 50 opens the bypass valve 26 and proceeds to the process of step S3.
  • Step S3 The control device 50 determines whether or not the discharge temperature is equal to or lower than a preset reference discharge temperature. When the control device 50 determines that the discharge temperature is equal to or lower than the reference discharge temperature (Yes), the process proceeds to step S4. On the other hand, when the control device 50 determines that the discharge temperature is not equal to or lower than the reference discharge temperature (No), the process returns to the process of step S1.
  • step S3 instead of the above processing, the control device 50 determines whether the discharge superheat degree calculated based on the difference between the discharge temperature and the discharge saturation temperature is equal to or less than the preset reference discharge superheat degree. May be determined. In this case, if the control device 50 determines that the discharge superheat degree is equal to or lower than the reference discharge superheat degree (Yes), the process proceeds to step S4. On the other hand, when the control device 50 determines that the discharge superheat degree is not equal to or less than the reference discharge superheat degree (No), the process returns to the process of step S1.
  • step S3 instead of the above processing, the control device 50 determines whether the suction superheat degree calculated based on the difference between the suction temperature and the suction saturation temperature is equal to or less than the preset reference suction superheat degree. May be determined. In this case, if the control device 50 determines that the suction superheat degree is equal to or lower than the reference suction superheat degree (Yes), the process proceeds to step S4. On the other hand, when the control device 50 determines that the suction superheat degree is not equal to or less than the reference suction superheat degree (No), the process returns to the process of step S1.
  • Step S4 The control device 50 closes the bypass valve 26 and returns to the process of step S1.
  • the bypass valve 26 is opened when the frequency of the compressor 1 is higher than the reference frequency.
  • a part of the refrigerant flowing through the main circuit 30 flows through the bypass circuit 31, so that the refrigerant flowing from the first decompression device 3a and the second decompression device 3b to the compressor 1, that is, the refrigerant flowing on the low pressure side
  • the flow rate is reduced.
  • the pressure loss of the refrigerant increases in proportion to the flow rate of the refrigerant, but the pressure loss of the refrigerant on the low pressure side (hereinafter referred to as the pressure loss on the low pressure side) has a great influence on the performance.
  • the bypass valve 26 when the frequency of the compressor 1 is not higher than the reference frequency, the bypass valve 26 is kept closed because it is considered to be an acceptable low pressure side pressure loss. That is, the reference frequency is a threshold value determined based on the allowable low pressure drop.
  • the bypass valve 26 when the bypass valve 26 is opened, the two-phase refrigerant flows from the refrigerant container 5 to the suction side of the compressor 1, so that the dryness of the refrigerant flowing on the suction side of the compressor 1 decreases and the amount of liquid back increases. As a result, the discharge temperature tends to decrease. Further, excessive liquid backing to the compressor 1 causes a failure of the compressor 1. Therefore, in the refrigeration cycle device 100 according to the present embodiment, when the discharge temperature becomes equal to or lower than the reference discharge temperature, or when the discharge superheat degree becomes equal to or lower than the reference discharge superheat degree, or the suction superheat degree becomes the reference suction. When the degree of superheat is lower than that, the bypass valve 26 is closed. By closing the bypass valve 26, it is possible to suppress a decrease in the discharge temperature and a failure of the compressor 1 due to excessive liquid backing.
  • the allowable discharge temperature is lowered.
  • the bypass valve 26 is left open, assuming that the amount and the amount of liquid back are acceptable. That is, the reference discharge temperature, the reference discharge superheat degree, and the reference suction superheat degree are threshold values determined based on the allowable decrease in discharge temperature and the allowable liquid back amount.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a compressor 1, a refrigerant flow path switching device 6, a first heat exchanger 2, a first decompression device 3a, a refrigerant container 5, a second decompression device 3b, and a second heat exchanger 4. It is equipped with a refrigerant circuit that is sequentially connected by piping. Further, the refrigeration cycle device 100 has an inflow section 21, a third decompression device 3c, and a refrigerant heat exchanger 20, and at least a part of the liquid refrigerant stored inside the refrigerant container 5 is taken into the inflow section 21. A bypass circuit 31 is provided which guides the compressor 1 to the suction side via the third decompression device 3c and the refrigerant heat exchanger 20. Further, the third decompression device 3c and the refrigerant heat exchanger 20 are arranged inside the refrigerant container 5.
  • a third decompression device 3c and a refrigerant heat exchanger 20 are used inside the refrigerant container 5 as supercooling means.
  • the refrigerating cycle device 100 has a structure in which decompression devices are used on both sides of the refrigerant container 5 in order to obtain a supercooling effect without change even if the refrigerant flow direction is switched. Therefore, since the structure does not require a triple tube heat exchanger and a rectifying means, a space for installing them is not required and the number of parts can be reduced. Further, since the third decompression device 3c and the refrigerant heat exchanger 20 are arranged inside the refrigerant container 5, welding of pipes can be reduced. As a result, miniaturization, cost reduction, and structural simplification can be achieved.
  • the bypass circuit 31 is provided and a part of the refrigerant can be bypassed to the suction side of the compressor 1, the flow rate of the refrigerant flowing on the low pressure side is reduced to the low pressure side. Pressure loss can be suppressed and power consumption can be reduced.
  • the same effect can be obtained in both cooling and heating. Further, according to the refrigeration cycle device 100, since the dryness of the inlet of the decompression device on the downstream side of the refrigerant container 5 becomes a saturated liquid, the amount of refrigerant in the evaporator is reduced as compared with the prior art, and as a result, the amount of filled refrigerant Is less.
  • the third decompression device 3c is configured to have a fixed flow resistance coefficient.
  • the third decompression device 3c is composed of a capillary or an orifice having no moving portion and having a fixed flow resistance coefficient. Therefore, the structure of the third decompression device 3c can be simplified, and the refrigerant container 5 can be easily stored inside.
  • the refrigerant container 5 includes a first pipe 51 and a second pipe 52 which are connected to the pipe of the main circuit 30 and function as an outflow pipe or an inflow pipe. Further, inside the refrigerant container 5, the inflow portion 21 of the bypass circuit 31 is arranged at a position lower than the end portion 51a of the first pipe 51 and the end portion 52a of the second pipe 52.
  • the inflow portion 21 of the bypass circuit 31 is lower than the end portion 51a of the first pipe 51 and the end portion 52a of the second pipe 52. It is placed in position. Therefore, the liquid refrigerant stored inside the refrigerant container 5 can be reliably supplied to the main circuit 30 side.
  • a foreign matter catching device 7 for catching foreign matter is provided between the third decompression device 3c and the inflow portion 21 of the bypass circuit 31, and the foreign matter is caught.
  • the device 7 is arranged inside the refrigerant container 5.
  • the foreign matter trapping device 7 is provided on the inflow portion 21 side of the bypass circuit 31 with respect to the third decompression device 3c. Therefore, foreign matter can be captured in front of the third decompression device 3c, and clogging of the foreign matter in the third decompression device 3c can be suppressed.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a third decompression device 3c and a casing 8 for accommodating the foreign matter trapping device 7.
  • the third decompression device 3c and the foreign matter trapping device 7 are housed in the casing 8, and they are integrated.
  • the inside of the refrigerant container 5 accommodating the third decompression device 3c and the foreign matter trapping device 7 can be further simplified.
  • the piping structure can be simplified, the number of brazed parts of the piping can be reduced, and the processing cost can be reduced and the quality can be improved.
  • the bypass circuit 31 is provided with a bypass valve 26 that allows the refrigerant to pass through or shuts off the flow of the refrigerant by opening and closing.
  • the bypass valve 26 since the bypass valve 26 is provided in the bypass circuit 31, the refrigerant can flow or not flow in the bypass circuit 31 depending on the situation.
  • the refrigeration cycle device 100 includes a frequency detector 41 for detecting the frequency of the compressor 1 and a control device 50 for controlling the bypass valve 26, and the control device 50 has a frequency. If it is determined that the frequency is higher than the reference frequency, the bypass valve 26 is opened.
  • the flow rate of the refrigerant flowing on the low pressure side can be reduced by opening the bypass valve 26, and the low pressure side pressure loss can be reduced. ..
  • the control device 50 determines that the discharge temperature is equal to or lower than the reference discharge temperature, or the discharge is calculated based on the difference between the discharge temperature and the discharge saturation temperature.
  • Bypass valve 26 when it is determined that the superheat degree is less than or equal to the reference discharge superheat degree, or when it is determined that the suction superheat degree calculated based on the difference between the suction temperature and the suction saturation temperature is not more than the reference suction superheat degree. Close.
  • the bypass valve 26 is closed to suppress the decrease in discharge temperature and excessive liquid back. It is possible to suppress the failure of the compressor 1 due to the above.
  • 1 Compressor 2 1st heat exchanger, 3 expansion valve, 3a 1st depressurizing device, 3b 2nd depressurizing device, 3c 3rd depressurizing device, 4 2nd heat exchanger, 5 refrigerant container, 6 refrigerant flow path switching device , 7 Foreign matter trap, 8 Casing, 20 Refrigerant heat exchanger, 25 Confluence, 26 Bypass valve, 30 Main circuit, 31 Bypass circuit, 41 Frequency detector, 42 Discharge pressure detector, 43 Suction pressure detector, 44 Discharge Temperature detector, 45 suction temperature detector, 50 control device, 51 first piping, 51a end, 52 second piping, 52a end, 100 refrigeration cycle device.

Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部から第３減圧装置および冷媒熱交換器を介して圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、第３減圧装置および冷媒熱交換器は、冷媒容器の内部に配置されているものである。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明は、過冷却方式を採用した冷凍サイクル装置に関するものである。
　従来、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得ることができる空気調和機がある（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の空気調和機は、圧縮機と、四路切換弁と、一端が四路切換弁に接続された室外熱交換器と、メイン膨張機構と、一端が四路切換弁に接続された室内熱交換器と、過冷却用熱交換手段とを備えている。また、この空気調和機は、冷房運転時には、室外熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室内熱交換器に流す一方、暖房運転時には、室内熱交換器からの冷媒を、順次、過冷却用熱交換手段、メイン膨張機構、室外熱交換器に流す整流手段を備えている。
　この空気調和機によれば、冷房運転時であっても、暖房運転時であっても、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却用熱交換手段で過冷却してから、メイン膨張機構を経て、蒸発器として機能する室内熱交換器あるいは室外熱交換器に導入することができる。したがって、冷媒流れ方向を切り換えても、変わり無く過冷却の効果を得ることができる。
特開平１０－２２０８９８号公報
　特許文献１は、凝縮器として機能する室外熱交換器あるいは室内熱交換器からの冷媒を過冷却する過冷却用熱交換手段として、三重管式熱交換器を用いた構造である。また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、整流手段が必要な構造である。そのため、特許文献１では、それらを設置するスペースが必要となり、大型化してしまうという課題があった。また、部品点数が増加するため、コストが増大するとともに構造が複雑化してしまうという課題があった。
　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
　本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されているものである。
　本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、過冷却手段として冷媒容器の内部に第３減圧装置および冷媒熱交換器を用いた構造であり、また、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第３減圧装置および冷媒熱交換器が冷媒容器の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が可能となる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路構成の一例を示す概略回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時かつバイパス弁が閉時のｐ－ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時かつバイパス弁が閉時のｐ－ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷房運転時かつバイパス弁が開時のｐ－ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の暖房運転時かつバイパス弁が開時のｐ－ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の冷媒容器内の構造を示す概略図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のバイパス弁の制御フローを示す図である。
　以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、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。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の回路構成の一例を示す概略回路図である。図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転時かつバイパス弁２６が閉時のｐ－ｈ線図である。図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時かつバイパス弁２６が閉時のｐ－ｈ線図である。図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転時かつバイパス弁２６が開時のｐ－ｈ線図である。図５は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転時かつバイパス弁２６が開時のｐ－ｈ線図である。
　以下、図１～図５に基づいて、冷凍サイクル装置１００の構成および動作について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、例えば一般的な家屋、ビル、および、マンション等に設置され、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、設置される室内等の空調対象域の冷房および暖房に使用されるものである。
＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
　冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、冷媒流路切換装置６、第１熱交換器２、第１減圧装置３ａ、冷媒容器５、第２減圧装置３ｂ、および、第２熱交換器４、を有し、これらが配管接続されて冷媒回路（以下、主回路３０と称する）が形成されている。
　圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１は、例えばインバーターにより周波数が制御されるモーターによって駆動される容積式圧縮機等で構成するとよい。
　第１熱交換器２は、冷房運転時における圧縮機１の吐出側に設けられており、凝縮器または蒸発器として機能するものである。そして、第１熱交換器２は、圧縮機１から供給される高温高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化または蒸発ガス化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第１熱交換器２は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
　第１減圧装置３ａは、冷房運転時における第１熱交換器２の下流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１減圧装置３ａは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。
　第２減圧装置３ｂは、冷房運転時における第２熱交換器４の上流側に設置され、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２減圧装置３ｂは、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。
　第２熱交換器４は、冷房運転時における圧縮機１の吸入側に設けられており、蒸発器または凝縮器として機能するものである。そして、第２熱交換器４は、第１減圧装置３ａおよび第２減圧装置３ｂから供給される低温低圧高圧の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化させるものである。ここで、熱媒体は、例えば空気または水などである。第２熱交換器４は、その形式を特に限定するものではないが、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
　冷媒流路切換装置６は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流れ方向を切り換えるものである。この冷媒流路切換装置６は、例えば四方弁等で構成するとよい。冷房運転時には、冷媒流路切換装置６は、実線で示されるように圧縮機１の吐出側と第１熱交換器２とが接続されるように切り換え、第１熱交換器２を凝縮器として機能させ、第２熱交換器４を蒸発器として機能させる。また、暖房運転時には、冷媒流路切換装置６は、破線で示されるように圧縮機１の吐出側と第２熱交換器４とが接続されるように切り換え、第１熱交換器２を蒸発器として機能させ、第２熱交換器４を凝縮器として機能させる。
　冷媒容器５は、第１減圧装置３ａと第２減圧装置３ｂとの間に設置され、冷媒を貯留するものである。冷媒容器５は、主回路３０の配管へ接続される第１配管５１と第２配管５２とを有し、それらは、冷媒容器５の内部を主回路３０と連通させるように設けられている。第１配管５１は、冷媒の流れに応じて流入配管または流出配管として機能する。第２配管５２も、冷媒の流れに応じて流出配管または流入配管として機能する。図１に示すように、第１配管５１の冷媒容器５の内部における端部、および、第２配管５２の冷媒容器５の内部における端部は、ともに冷媒容器５の下方、詳しくは冷媒容器５の中心よりも下側に配置されている。
　冷凍サイクル装置１００は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を、圧縮機１の吸入側と冷媒流路切換装置６との間の合流部２５に合流させるバイパス回路３１を備えている。
　バイパス回路３１の一端である流入部２１は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の少なくとも一部を取り出せるように、冷媒容器５の内部と連通するように設けられている。また、バイパス回路３１の他端は、冷媒熱交換器２０から流出した冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流するように、合流部２５に接続されている。また、バイパス回路３１には、開閉により冷媒を通過させる、あるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁２６が設けられている。つまり、バイパス弁２６が開時は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流し、バイパス弁２６が閉時は、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒が合流部２５で主回路３０の冷媒と合流しないようになっている。このバイパス弁２６は、開閉動作のみを行う電磁弁で構成されているが、開度調整が可能な膨張弁で構成してもよい。なお、バイパス弁２６の制御については後述する。
　冷媒容器５の内部には、バイパス回路３１に設けられ、冷媒容器５から流出する冷媒を減圧する第３減圧装置３ｃと、第３減圧装置３ｃによって減圧した冷媒と冷媒容器５の内部における冷媒とを熱交換する冷媒熱交換器２０とが設けられている。つまり、バイパス回路３１には、冷媒が流入する流入部２１側から第３減圧装置３ｃ、冷媒熱交換器２０の順で設けられている。
　冷凍サイクル装置１００は、冷凍サイクル装置１００を構成する各機器の動作を制御する制御装置５０を有している。この制御装置５０は、冷凍サイクル装置１００の制御を行うために設けられたマイクロコンピューターおよびメモリー等を有している。また、制御装置５０は、冷凍サイクル装置１００を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行なうことができるようになっている。
　冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の周波数を検知する周波数検知器４１を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の圧力（以下、吐出圧力と称する）を検知する吐出圧力検知器４２と、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の圧力（以下、吸入圧力と称する）を検知する吸入圧力検知器４３とを有している。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の温度（以下、吐出温度と称する）を検知する吐出温度検知器４４と、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の温度（以下、吸入温度と称する）を検知する吸入温度検知器４５とを有している。なお、吐出圧力検知器４２および吸入圧力検知器４３は、例えば圧力センサなどである。また、吐出温度検知器４４および吸入温度検知器４５は、例えばサーミスタなどである。
　制御装置５０は、吐出圧力から圧縮機１の吐出側を流れる冷媒の飽和温度（以下、吐出飽和温度と称する）を求めることができ、吸入圧力から圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の飽和温度（以下、吸入飽和温度と称する）を求めることができる。
　なお、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、吐出圧力検知器４２、吸入圧力検知器４３、吐出温度検知器４４、および、吸入温度検知器４５を有しているが、それに限定されない。制御装置５０が、「吐出温度」、「吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算される吐出過熱度」、および、「吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算される吸入過熱度」のうち、少なくとも一つを求めることができる構成であればよい。
＜冷凍サイクル装置１００の動作＞
　次に、冷凍サイクル装置１００の動作の概要について冷房運転および暖房運転を例に説明する。なお、図１では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で表しており、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で表している。また、図２～図５に示すＡ～Ｉ（ｍ、ｎ、ｏを含む）は、図１に示すＡ～Ｉ（ｍ、ｎ、ｏを含む）の位置における冷媒の状態に対応している。
（冷房運転時かつバイパス弁２６が閉時の主回路３０の冷媒の流れ）
　図１および図２に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第１熱交換器２の入口（Ｃ）へ至る。第１熱交換器２へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第１熱交換器２で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｄ）となり、第１減圧装置３ａへ流入する。第１減圧装置３ａで減圧され中圧となった冷媒は、第１配管５１を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｅ）。
　バイパス弁２６が閉となっている場合、冷媒熱交換器２０を冷媒が流れないため、冷媒容器５の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第２配管５２を経由して冷媒容器５から流出する（Ｆ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第２減圧装置３ｂでさらに減圧され、第２熱交換器４へ流入する（Ｇ）。第２熱交換器４へ流入した低温冷媒は、第２熱交換器４で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｈ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。
（暖房運転時かつバイパス弁２６が閉時の主回路３０の冷媒の流れ）
　図１および図３に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第２熱交換器４の入口（Ｈ）へ至る。第２熱交換器４へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第２熱交換器４で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｇ）となり、第２減圧装置３ｂへ流入する。第２減圧装置３ｂで減圧され中圧となった冷媒は、第２配管５２を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｆ）。
　バイパス弁２６が閉となっている場合、冷媒熱交換器２０を冷媒が流れないため、冷媒容器５の内部では熱交換が行われないまま、中温冷媒は第１配管５１を経由して冷媒容器５から流出する（Ｅ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第１減圧装置３ａでさらに減圧され、第１熱交換器２へ流入する（Ｄ）。第１熱交換器２へ流入した低温冷媒は、第１熱交換器２で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｃ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。
（冷房運転時かつバイパス弁２６が開時の主回路３０の冷媒の流れ）
　図１および図４に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第１熱交換器２の入口（Ｃ）へ至る。第１熱交換器２へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第１熱交換器２で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｄ）となり、第１減圧装置３ａへ流入する。第１減圧装置３ａで減圧され中圧となった冷媒は、第１配管５１を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｅ）。
　冷媒容器５の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器２０を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第２配管５２を経由して冷媒容器５から流出する（Ｆ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第２減圧装置３ｂでさらに減圧され、第２熱交換器４へ流入する（Ｇ）。第２熱交換器４へ流入した低温冷媒は、第２熱交換器４で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｈ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。
（暖房運転時かつバイパス弁２６が開時の主回路３０の冷媒の流れ）
　図１および図５に示すように、圧縮機１によって圧縮され吐出ガス（Ｂ）となって流出した高温高圧のガス冷媒は、冷媒配管を通じて第２熱交換器４の入口（Ｈ）へ至る。第２熱交換器４へ流入した高温高圧のガス冷媒は、第２熱交換器４で冷却され、高温高圧の液冷媒（Ｇ）となり、第２減圧装置３ｂへ流入する。第２減圧装置３ｂで減圧され中圧となった冷媒は、第２配管５２を経由して冷媒容器５の内部へ流入する（Ｆ）。
　冷媒容器５の内部の中温冷媒は、冷媒熱交換器２０を流れる低温冷媒と熱交換し、飽和液となって第１配管５１を経由して冷媒容器５から流出する（Ｅ）。冷媒容器５から流出した冷媒は、第１減圧装置３ａでさらに減圧され、第１熱交換器２へ流入する（Ｄ）。第１熱交換器２へ流入した低温冷媒は、第１熱交換器２で加熱され、乾き度が高い状態で流出する（Ｃ）。その後、冷媒は、冷媒配管を経由して圧縮機１の吸入部（Ａ）へ流入する。
（バイパス弁２６が開時のバイパス回路３１の冷媒の流れ）
　図１、図４、および、図５に示すように、冷媒容器５の内部の冷媒の一部は、バイパス回路３１の流入部２１を通って冷媒容器５から流出する（ｍ）。この冷媒は、第３減圧装置３ｃによって減圧され、低温冷媒となる（ｎ）。その後、低温冷媒は、冷媒容器５の内部に設けられた冷媒熱交換器２０へ流入し、冷媒容器５の内部の中温冷媒との温度差によって熱交換が行われて加熱される（ｏ）。そして、この冷媒は、合流部２５で主回路３０の冷媒（Ｉ）と合流する。
　図６は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒容器５内の構造を示す概略図である。
　次に、冷媒容器５について詳細に説明する。
　冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒は、液部とガス部との二相の状態、つまり飽和状態となる。液部は冷媒容器５の下に溜まることから、図６に示すように、冷媒容器５の内部において、第１配管５１または第２配管５２のうち流出管となる方の端部は、冷媒容器５の下方に配置されている。
　なお、冷媒容器５を冷房および暖房の両方で使う場合は、冷媒容器５の内部において、第１配管５１の端部５１ａと第２配管５２の端部５２ａとをそれぞれ冷媒容器５の下方に配置し、かつ、それらの高さを一致させる構成とするとよい。これにより、冷暖の必要冷媒量差が不明でも、冷媒容器５の内部に貯留されている冷媒の量が溜まり込むことなく、正常な運転が可能となり、設計も容易となる。
　冷媒容器５の内部に設けられた第３減圧装置３ｃは、キャピラリもしくはオリフィス等、いわゆる流動抵抗係数が変化しない固定のもので構成されている。ここで、第３減圧装置３ｃが電子膨張弁で構成されている場合、可動部を有しているため端子等を冷媒容器５の外部へ引き出さなければならない。また、冷媒容器５の内部に溜まった液冷媒に浸かると冷媒容器５の外部へ漏電する恐れがあるため、電子膨張弁が液冷媒に浸からないように防水容器等で覆ったりする必要がある。その結果、構造が複雑となり、冷媒容器５の内部へ収納することが難しい。そこで、第３減圧装置３ｃを、可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成することで、第３減圧装置３ｃの構造を簡素化でき、冷媒容器５の内部への収納が容易となる。また、第３減圧装置３ｃが可動部を有していないため、低コスト化が図れる。さらに、第３減圧装置３ｃの制御が不要となるため、システムの簡素化が図れるとともに、故障しづらくなるため、信頼性を向上させることができる。
　バイパス回路３１の流入部２１は、冷媒容器５内の液冷媒が流入しやすいように、冷媒容器５の内部において、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａと同様に、冷媒容器５の下方に配置されている。さらに、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路３０側へ供給する必要があるため、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。
　なお、第３減圧装置３ｃがキャピラリもしくはオリフィスといった材料で構成されている場合、冷媒流路が狭い形状となるため、異物が詰まりやすい。そこで、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃと流入部２１との間には、異物を捕捉するストレーナ、金網、あるいは金属の多孔体等の異物捕捉装置７が設けられている。このように、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃよりも流入部２１側に異物捕捉装置７を設けることで、第３減圧装置３ｃの手前で異物を捕捉することができ、第３減圧装置３ｃでの異物の詰まりを抑制することができる。なお、第３減圧装置３ｃがオリフィスである場合、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を同じケーシング８内に収納する等して、第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とする。第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とすることで、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を収納する冷媒容器５の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。
　次に、冷媒熱交換器２０について詳細に説明する。
　冷媒熱交換器２０は、内部に冷媒が流れる伝熱管を備えている。冷媒熱交換器２０に用いられる伝熱管には、一般的な円管、あるいは円管表面に突起等の加工を施し、伝熱面積および熱伝達率を向上させたものを用いてもよい。また、表面積が大きい扁平形状の伝熱管を用いてもよい。
　なお、伝熱管の配置は、冷媒容器５の円周方向に積層させてもよいし、垂直方向に積層させてもよい。また、伝熱管の内部を流れる液冷媒を上昇させるのに必要なガス流速は、流量に応じて決まっているため、伝熱管の配管内径は、液冷媒を上昇させるためのガス流速以上となるように設計されている。
＜バイパス弁２６の制御＞
　図７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００のバイパス弁２６の制御フローを示す図である。
　次に、冷凍サイクル装置１００のバイパス弁２６の制御について図７を用いて説明する。
（ステップＳ１）
　制御装置５０は、圧縮機１の周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いかどうかを判定する。制御装置５０が、圧縮機１の周波数が基準周波数より高いと判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２の処理に進む。一方、制御装置５０が、圧縮機１の周波数が基準周波数より高くないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ４の処理に進む。
（ステップＳ２）
　制御装置５０は、バイパス弁２６を開き、ステップＳ３の処理に進む。
（ステップＳ３）
　制御装置５０は、吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であるかどうかを判定する。制御装置５０が、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吐出温度が基準吐出温度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
　なお、ステップＳ３において、上記の処理の代わりに、制御装置５０は、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置５０が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
　また、ステップＳ３において、上記の処理の代わりに、制御装置５０は、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であるかどうかを判定してもよい。この場合、制御装置５０が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４の処理に進む。一方、制御装置５０が、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではないと判定した場合（Ｎｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。
（ステップＳ４）
　制御装置５０は、バイパス弁２６を閉じ、ステップＳ１の処理に戻る。
　上記のように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の周波数が基準周波数より高い場合は、バイパス弁２６を開くようにしている。そうすることで、主回路３０を流れる冷媒の一部がバイパス回路３１を流れるため、第１減圧装置３ａおよび第２減圧装置３ｂから圧縮機１に至るまでの間、つまり低圧側を流れる冷媒の流量が減る。冷媒の圧力損失は冷媒の流量に比例して大きくなるが、特に低圧側の冷媒の圧力損失（以下、低圧側圧損と称する）は性能に大きな影響を及ぼす。そのため、バイパス弁２６を開くことで低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の周波数が基準周波数より高くない場合は、許容できる低圧側圧損であるとしてバイパス弁２６を閉じたままとしている。つまり、基準周波数は、許容できる低圧側圧損に基づいて決定される閾値である。
　また、バイパス弁２６が開かれると、冷媒容器５から圧縮機１の吸入側へ二相冷媒が流入するため、圧縮機１の吸入側を流れる冷媒の乾き度が低下して液バック量が多くなり、その結果、吐出温度が低下しやすくなる。また、圧縮機１への過度な液バックは圧縮機１の故障を引き起こす。そこで、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、吐出温度が基準吐出温度以下になった場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下になった場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下になった場合は、バイパス弁２６を閉じている。バイパス弁２６を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機１の故障を抑制することができる。
　なお、吐出温度が基準吐出温度以下ではない場合、あるいは、吐出過熱度が基準吐出過熱度以下ではない場合、あるいは、吸入過熱度が基準吸入過熱度以下ではない場合は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量であるとして、バイパス弁２６を開いたままとする。つまり、基準吐出温度、基準吐出過熱度、および、基準吸入過熱度は、許容できる吐出温度の低下量および許容できる液バック量に基づいて決定される閾値である。
　以上、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、冷媒流路切換装置６、第１熱交換器２、第１減圧装置３ａ、冷媒容器５、第２減圧装置３ｂ、第２熱交換器４、が配管で順次接続された冷媒回路を備えている。また、冷凍サイクル装置１００は、流入部２１、第３減圧装置３ｃ、および、冷媒熱交換器２０を有し、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、流入部２１から第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０を介して圧縮機１の吸入側に導くバイパス回路３１を備えている。また、第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０は、冷媒容器５の内部に配置されている。
　冷凍サイクル装置１００によれば、過冷却手段として冷媒容器５の内部に第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０を用いた構造である。また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒流れ方向を切り換えても変わり無く過冷却効果を得るために、冷媒容器５の両側に減圧装置を用いた構造である。そのため、三重管式熱交換器および整流手段が不要な構造であることから、それらを設置するスペースが不要になるとともに、部品点数を削減できる。さらに、第３減圧装置３ｃおよび冷媒熱交換器２０が冷媒容器５の内部に配置されているため、配管の溶接を少なくすることができる。その結果、小型化、低コスト化、および、構造の簡素化が図れる。
　また、冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１を有しており、冷媒の一部を圧縮機１の吸入側にバイパスすることができるため、低圧側を流れる冷媒の流量が減って低圧側圧損を抑制でき、消費電力を低減することができる。
　また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷房および暖房の両方で同様の効果が得られる。また、冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒容器５の下流側の減圧装置の入口の乾き度が飽和液となるため、従来技術に比べて蒸発器内の冷媒量が減少し、結果封入冷媒量が少なくて済む。
　なお、冷凍サイクル装置１００の運転中に吐出温度が高くなる場合でも、液状態の冷媒を圧縮機１の吸入側へバイパスすることで、吐出温度の上昇を抑制することが可能となる。
　また、圧縮機１に高圧シェルを採用した場合、吐出温度が低いと冷凍機油に冷媒が溜まりこみ、冷凍機油の粘度が低下して、潤滑不良を引き起こす。それに対して、冷凍サイクル装置１００では、冷媒熱交換器２０によって過熱ガスとなった冷媒が圧縮機１の吸入側に吸引されるため、吐出温度の低下を抑制できる。その結果、Ｒ１２３４ｙｆおよびプロパンのように吐出温度が低い冷媒を冷凍サイクル装置１００に用いたとしても、信頼性低下を抑制できる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、第３減圧装置３ｃは、流動抵抗係数が固定のもので構成されている。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、第３減圧装置３ｃは可動部を有していないキャピラリもしくはオリフィス等の流動抵抗係数が固定のもので構成されている。そのため、第３減圧装置３ｃの構造を簡素化でき、冷媒容器５の内部への収納が容易となる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、冷媒容器５は、主回路３０の配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第１配管５１および第２配管５２を備えている。また、冷媒容器５の内部において、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、冷媒容器５の内部において、バイパス回路３１の流入部２１は、第１配管５１の端部５１ａおよび第２配管５２の端部５２ａよりも低い位置に配置されている。そのため、冷媒容器５の内部に貯留されている液冷媒を確実に主回路３０側へ供給することができる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃと流入部２１との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置７が設けられており、異物捕捉装置７は、冷媒容器５の内部に配置されている。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１の、第３減圧装置３ｃよりも流入部２１側に異物捕捉装置７が設けられている。そのため、第３減圧装置３ｃの手前で異物を捕捉することができ、第３減圧装置３ｃでの異物の詰まりを抑制することができる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、第３減圧装置３ｃと、異物捕捉装置７とを収納するケーシング８を備えたものである。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７がケーシング８に収納され、それらが一体化された構成である。第３減圧装置３ｃを異物捕捉装置７と一体化した構成とすることで、第３減圧装置３ｃおよび異物捕捉装置７を収納する冷媒容器５の内部をより簡素化できる。また、配管構造も簡素化できるため、配管のロウ付け箇所を削減でき、加工費削減および品質向上が可能である。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、バイパス回路３１には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁２６が設けられている。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、バイパス回路３１にバイパス弁２６が設けられているため、状況に応じてバイパス回路３１に冷媒を流したり流さなかったりすることができる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の周波数を検知する周波数検知器４１と、バイパス弁２６を制御する制御装置５０と、を備え、制御装置５０は、周波数が、基準周波数より高いと判定した場合、バイパス弁２６を開く。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、低圧側圧損が許容できない場合は、バイパス弁２６を開くことで、低圧側を流れる冷媒の流量が減り、低圧側圧損を低減させることができる。
　また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御装置５０は、吐出温度が基準吐出温度以下であると判定した場合、あるいは、吐出温度と吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が基準吐出過熱度以下であると判定した場合、あるいは、吸入温度と吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が基準吸入過熱度以下であると判定した場合、バイパス弁２６を閉じる。
　本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００によれば、吐出温度の低下量および液バック量が許容できない場合は、バイパス弁２６を閉じることで、吐出温度の低下を抑制しつつ、過度な液バックによる圧縮機１の故障を抑制することができる。
　１　圧縮機、２　第１熱交換器、３　膨張弁、３ａ　第１減圧装置、３ｂ　第２減圧装置、３ｃ　第３減圧装置、４　第２熱交換器、５　冷媒容器、６　冷媒流路切換装置、７　異物捕捉装置、８　ケーシング、２０　冷媒熱交換器、２５　合流部、２６　バイパス弁、３０　主回路、３１　バイパス回路、４１　周波数検知器、４２　吐出圧力検知器、４３　吸入圧力検知器、４４　吐出温度検知器、４５　吸入温度検知器、５０　制御装置、５１　第１配管、５１ａ　端部、５２　第２配管、５２ａ　端部、１００　冷凍サイクル装置。

Claims (10)

  1. 　圧縮機、冷媒流路切換装置、第１熱交換器、第１減圧装置、冷媒容器、第２減圧装置、第２熱交換器、が配管で順次接続された冷媒回路と、
    　流入部、第３減圧装置、および、冷媒熱交換器を有し、前記冷媒容器の内部に貯留されている液冷媒の少なくとも一部を、前記流入部から前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器を介して前記圧縮機の吸入側に導くバイパス回路と、を備え、
    　前記第３減圧装置および前記冷媒熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている
    　冷凍サイクル装置。
  2. 　前記第３減圧装置は、流動抵抗係数が固定のもので構成されている
    　請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記冷媒容器は、前記冷媒回路の前記配管と接続され、流出配管または流入配管として機能する第１配管および第２配管を備え、
    　前記冷媒容器の内部において、
    　前記バイパス回路の前記流入部は、
    　前記第１配管の端部および前記第２配管の端部よりも低い位置に配置されている
    　請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記バイパス回路の、前記第３減圧装置と前記流入部との間には、異物を捕捉する異物捕捉装置が設けられており、
    　前記異物捕捉装置は、前記冷媒容器の内部に配置されている
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記冷媒容器の内部には、前記第３減圧装置と、前記異物捕捉装置とを収納するケーシングが設けられている
    　請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記バイパス回路には、開閉により冷媒を通過させるあるいは冷媒の流れを遮断するバイパス弁が設けられている
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　前記圧縮機の周波数を検知する周波数検知器と、
    　前記バイパス弁を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記周波数が、あらかじめ設定された基準周波数より高いと判定した場合、前記バイパス弁を開く
    　請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 　吐出温度を検知する吐出温度検知器を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記吐出温度が、あらかじめ設定された基準吐出温度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
    　請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 　吐出温度を検知する吐出温度検知器と、
    　吐出圧力を検知する吐出圧力検知器と、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記吐出温度と前記吐出圧力から求めた吐出飽和温度との差に基づいて演算した吐出過熱度が、あらかじめ設定された基準吐出過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
    　請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 　吸入温度を検知する吸入温度検知器と、
    　吸入圧力を検知する吸入圧力検知器と、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記吸入温度と前記吸入圧力から求めた吸入飽和温度との差に基づいて演算した吸入過熱度が、あらかじめ設定された基準吸入過熱度以下であると判定した場合、前記バイパス弁を閉じる
    　請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
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