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技術 冷凍サイクル装置

出願人 東芝キヤリア株式会社
発明者 高山司田中誠
出願日 2015年6月3日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-112893
公開日 2016年12月28日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 2016-223741
状態 特許登録済
技術分野 不可逆サイクルによる圧縮式冷凍機械 気液分離装置、除霜装置、制御または安全装置
主要キーワード 収容域 基準設定値 運転停止操作 停止開度 運転開始操作 検知圧力 飽和冷媒温度 運転条件設定
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

圧縮機の断続運転運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供する。

解決手段

圧縮機1、凝縮器3、膨張弁4、蒸発器5を含む冷凍サイクルを備えるとともに、凝縮器3から流出する液冷媒の一部を圧縮機1内に注入する第1バイパス10、および圧縮機1から吐出される冷媒の一部を減圧して圧縮機1の吸込側に戻す第2バイパス20を備える。そして、蒸発器5における冷媒の過熱度に応じて膨張弁4の開度を制御する。圧縮機1から吐出される冷媒の温度に応じて第1バイパス10の開閉および流量を制御し、蒸発器5の周囲温度に応じて第2バイパス20の開閉を制御する。

概要

背景

圧縮機、凝縮器膨張弁蒸発器を含む冷凍サイクルでは、外気の熱を蒸発器で汲み上げその汲上げ熱を凝縮器で室内空気温水に供給する暖房運転加熱運転に際し、外気温度が高くなると、蒸発器の吸熱量が増大する。蒸発器の吸熱量が増大すると、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度や圧力が上昇し、これに伴い圧縮機が過熱状態となって圧縮機の吐出冷媒温度が異常上昇することがある。吐出冷媒温度が異常上昇すると、圧縮機内モータが損傷する可能性もある。

対策として、圧縮機の吐出冷媒温度が所定値以上に上昇した場合に圧縮機の回転数を減少させて蒸発器の吸熱量を低減し、これにより圧縮機の過熱を防ぐ制御が知られている。

概要

圧縮機の断続運転運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供する。圧縮機1、凝縮器3、膨張弁4、蒸発器5を含む冷凍サイクルを備えるとともに、凝縮器3から流出する液冷媒の一部を圧縮機1内に注入する第1バイパス10、および圧縮機1から吐出される冷媒の一部を減圧して圧縮機1の吸込側に戻す第2バイパス20を備える。そして、蒸発器5における冷媒の過熱度に応じて膨張弁4の開度を制御する。圧縮機1から吐出される冷媒の温度に応じて第1バイパス10の開閉および流量を制御し、蒸発器5の周囲温度に応じて第2バイパス20の開閉を制御する。

目的

本発明の実施形態の目的は、圧縮機の断続運転や運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

圧縮機、凝縮器膨張弁蒸発器を含む冷凍サイクルと、前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機内注入する第1バイパスと、前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を減圧して前記圧縮機の吸込側に戻す第2バイパスと、前記蒸発器における冷媒の過熱度に応じて前記膨張弁の開度を制御し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第1バイパスの開閉および流量を制御し、前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第2バイパスの開閉を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置

請求項2

前記第1バイパスに配置された流量調整弁および第1開閉弁と、前記第1バイパスにおける前記流量調整弁および前記第1開閉弁の位置よりも冷媒の流れ方向において下流側の位置に配置された逆止弁と、前記第2バイパスに配置された第2開閉弁および減圧手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記蒸発器における冷媒の過熱度が目標値となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第1開閉弁の開閉および前記流量調整弁の開度を制御し、前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第2開閉弁の開閉を制御する、ことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。

請求項3

前記第1バイパスにおける前記流量調整弁および前記第1開閉弁の位置と前記逆止弁の位置との間に配置された流通抵抗手段、をさらに備えることを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。

請求項4

前記制御手段は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合に前記第1開閉弁を開くとともに前記流量調整弁の開度をその吐出冷媒温度Tdに応じた開度に制御し、その吐出冷媒温度Tdが設定値Td1(<Td2)未満に低下した場合に前記第1開閉弁を閉じて前記流量調整弁の開度を停止開度に設定する、前記蒸発器の周囲温度Toが設定値To2以上に上昇した場合に前記第2開閉弁を開き、その周囲温度Toが設定値To1(<To2)未満に低下した場合に前記第2開閉弁を閉じる、ことを特徴とする請求項2記載の冷凍サイクル装置。

請求項5

前記制御手段は、前記吐出冷媒温度Tdが前記設定値Td1未満に低下しないまま前記流量調整弁の開度が所定開度以上となった場合、前記吐出冷媒温度Tdが前記設定値Td1未満に低下するまで前記圧縮機の能力を低減する、ことを特徴とする請求項4記載の冷凍サイクル装置。

請求項6

前記制御手段は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合、前記第1開閉弁を開くとともに、吐出冷媒温度Tdの単位時間当たりの相対的な温度変化量ΔTdを求め、かつ基準設定値Tdxと吐出冷媒温度Tdとの絶対的な温度変化量TDを求め、これら温度変化量ΔTdおよび温度変化量TDとに基づいて前記流量調整弁の開度を増減し、前記吐出冷媒温度Tdが設定値Td1(<Td2)未満に低下した場合、前記第1開閉弁を閉じて前記流量調整弁の開度を停止開度に設定する、ことを特徴とする請求項4記載の冷凍サイクル装置。

請求項7

前記凝縮器から前記膨張弁に流れる液冷媒を貯え、貯えた液冷媒の一部または貯えた液冷媒に含まれる潤滑油を前記第1バイパスに導く冷媒タンクと、をさらに備え、前記制御手段は、前記凝縮器から流出する冷媒の凝縮温度Tcが設定値Tc2以上に上昇した場合に前記圧縮機から吐出される冷媒の温度Tdにかかわらず前記第1開閉弁を開いて前記流量調整弁を所定開度に設定し、その凝縮温度Tcが設定値Tc1未満に低下した場合に前記第1開閉弁を閉じて前記流量調整弁を停止開度に設定する、ことを特徴とする請求項2乃至請求項6のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、圧縮機、凝縮器膨張弁蒸発器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

背景技術

0002

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷凍サイクルでは、外気の熱を蒸発器で汲み上げその汲上げ熱を凝縮器で室内空気温水に供給する暖房運転加熱運転に際し、外気温度が高くなると、蒸発器の吸熱量が増大する。蒸発器の吸熱量が増大すると、圧縮機に吸込まれる冷媒の温度や圧力が上昇し、これに伴い圧縮機が過熱状態となって圧縮機の吐出冷媒温度が異常上昇することがある。吐出冷媒温度が異常上昇すると、圧縮機内モータが損傷する可能性もある。

0003

対策として、圧縮機の吐出冷媒温度が所定値以上に上昇した場合に圧縮機の回転数を減少させて蒸発器の吸熱量を低減し、これにより圧縮機の過熱を防ぐ制御が知られている。

先行技術

0004

特開平5−99519号公報
特開平4−36550号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記のように圧縮機の回転数を減少させる制御では、外気条件によっては吸熱量を十分に低減することができないまま、保護制御が働いて圧縮機が断続運転したり運転停止することがある。圧縮機の断続運転や運転停止は、暖房運転や加熱運転を中断するものなのでできるだけ避けたい。

0006

本発明の実施形態の目的は、圧縮機の断続運転や運転停止を生じることなく圧縮機の過熱を防止できる冷凍サイクル装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

請求項1の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含む冷凍サイクルと、前記凝縮器から流出する液冷媒の一部を前記圧縮機内に注入する第1バイパスと、前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を減圧して前記圧縮機の吸込側に戻す第2バイパスと、制御手段と、を備える。制御手段は、前記蒸発器における冷媒の過熱度に応じて前記膨張弁の開度を制御し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度に応じて前記第1バイパスの開閉および流量を制御し、前記蒸発器の周囲温度に応じて前記第2バイパスの開閉を制御する。

図面の簡単な説明

0008

第1実施形態の構成を示すブロック図。
第1実施形態の制御を示すフローチャート
図2における液インジェクション制御を具体的に示すタイムチャート
図2におけるホットガスバイパス制御を具体的に示すタイムチャート。
第3実施形態の液インジェクション制御に関する開度制御条件を示す図。
第4実施形態の構成を示すブロック図。
第5実施形態の構成を示すブロック図。
図7における冷媒タンクの構成を具体的に示す断面図。

実施例

0009

[1]第1実施形態
以下、第1実施形態として、空気調和機熱源機に搭載される冷凍サイクル装置を例に説明する。
図1に示すように、圧縮機1の吐出口に四方弁2を介して利用側熱交換器3が配管接続され、その利用側熱交換器3に電動膨張弁流量調整弁ともいう)4を介して熱源側熱交換器5が配管接続される。そして、熱源側熱交換器5が上記四方弁2およびアキュームレータ6を介して圧縮機1の吸込口に配管接続される。これら配管接続により、ヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成される。

0010

利用側熱交換器3および熱源側熱交換器5として、例えば、フィンチューブ熱交換器に代表される冷媒—空気熱交換器を用いる。あるいは、利用側熱交換器3として冷媒—水熱交換器を用い、熱源側熱交換器5として冷媒—空気熱交換器を用いてもよい。

0011

空気調和機の暖房運転時あるいは熱源機の加熱運転時は、矢印で示すように、圧縮機1から吐出されるガス冷媒が四方弁2を通って利用側熱交換器3に流れ、その利用側熱交換器3から流出する液冷媒が電動膨張弁4を通って熱源側熱交換器5に流れる。そして、熱源側熱交換器5から流出するガス冷媒が四方弁2およびアキュームレータ6を通って圧縮機1に吸込まれる。利用側熱交換器3が凝縮器として機能し、熱源側熱交換器5が蒸発器として機能する。

0012

空気調和機の冷房運転時あるいは熱源機の冷却運転時は、圧縮機1から吐出されるガス冷媒が四方弁2を通って熱源側熱交換器5に流れ、その熱源側熱交換器5から流出する液冷媒が電動膨張弁4を通って利用側熱交換器3に流れる。そして、利用側熱交換器3から流出するガス冷媒が四方弁2およびアキュームレータ6を通って圧縮機1に吸込まれる。熱源側熱交換器5が凝縮器として機能し、利用側熱交換器3が蒸発器として機能する。

0013

利用側熱交換器3と電動膨張弁4との間の配管にバイパス(第1バイパス)10の一端が接続され、そのバイパス10の他端が圧縮機1のインジェクションポートに接続される。バイパス10は、凝縮器から流出する液冷媒の一部を圧縮機1のインジェクションポートを通して圧縮機1内に注入する。

0014

このバイパス10の中途部に、かつ冷媒の流れ方向に沿って、冷媒の流量を調整するための流量調整弁11および当該バイパス10を開閉するための二方弁(第1開閉弁)12が順に配置される。さらに、バイパス10における流量調整弁11および二方弁12の位置よりも冷媒の流れ方向において下流側の位置に、圧縮機1内からの冷媒の逆流を阻止するための逆止弁13が配置される。

0015

なお、電動膨張弁4および流量調整弁11は、入力される駆動パルス信号の数に応じて開度が連続的に変化する例えばパルスモータバルブである。

0016

圧縮機1の吐出口と四方弁2との間の高圧側配管にバイパス(第2バイパス)20の一端が接続され、そのバイパス20の他端がアキュームレータ6と圧縮機1の吸込口との間の低圧側配管に接続される。バイパス20は、圧縮機1から吐出される冷媒の一部を減圧して圧縮機1の吸込側に戻すもので、減圧手段としてキャピラリチューブ22を含む。このバイパス20の中途部に、かつ冷媒の流れ方向においてキャピラリチューブ22より上流側の位置に、当該バイパス20を開閉するための二方弁(第2開閉弁)21が配置される。

0017

圧縮機1の吐出口と四方弁2との間の高圧側配管に、かつバイパス20の接続部よりも冷媒の流れ方向において上流側となる位置に、圧縮機1から吐出される冷媒の温度(吐出冷媒温度という)Tdを検知する温度センサ31が配置される。電動膨張弁4と熱源側熱交換器5との間の配管に、かつ熱源側熱交換器5の近傍に、冷媒の蒸発温度Teを検知する温度センサ32が配置される。熱源側熱交換器5の周囲に、その熱源側熱交換器5に流入する熱源である例えば室外空気の温度(周囲温度または外気温度という)Toを検知する温度センサ33が配置される。

0018

四方弁2とアキュームレータ6との間の低圧側配管に、圧縮機1に吸込まれる冷媒の温度(吸込み冷媒温度という)Tsを検知する温度センサ34が配置される。アキュームレータ6と圧縮機1の吸込口との間の低圧側配管に、かつバイパス20の接続部よりも冷媒の流れ方向において上流側となる位置に、圧縮機1に吸込まれる冷媒の圧力(吸込み冷媒圧力という)Psを検知する圧力センサ35が配置される。

0019

圧縮機1内のモータ(圧縮機モータという)にインバータ40が配線接続される。インバータ40は、交流電源41の電圧直流電圧に変換し、その直流電圧をコントローラ50からの指示に応じた周波数Fおよびその周波数Fに応じたレベル交流電圧に変換し、その交流電圧を圧縮機モータに対する駆動電力として出力する。このインバータ40の出力周波数Fの変化により、圧縮機モータの回転数つまり圧縮機1の能力が変化する。以下、出力周波数Fのことを運転周波数Fという。

0020

コントローラ50は、当該冷凍サイクル装置を制御する。このコントローラ50に、四方弁2、電動膨張弁4、流量調整弁11、二方弁12、二方弁21、温度センサ31,32,33,34、圧力センサ35、インバータ40が信号線接続される。また、運転条件設定用の操作部51がコントローラ50に信号線接続される。

0021

コントローラ50は、当該冷凍サイクル装置の運転を制御するもので、暖房運転時または加熱運転時の主要な機能として次の(1)〜(3)の手段を有する。
(1)熱源側熱交換器(蒸発器)5における冷媒の過熱度SH(=Ts−Te)に応じて電動膨張弁4の開度を制御する第1制御手段。

0022

(2)圧縮機1の吐出冷媒温度Tdに応じてバイパス10の開閉および流量を制御(液インジェクション制御)する第2制御手段。

0023

(3)熱源側熱交換器(蒸発器)5の周囲温度Toに応じてバイパス20の開閉を制御(ホットガスバイパス制御)する第3制御手段。

0024

なお、上記(1)の第1制御手段は、具体的には、熱源側熱交換器(蒸発器)5における冷媒の過熱度SH(=Ts−Te)が予め定めた目標値となるように電動膨張弁4の開度を制御する。上記(2)の第2制御手段は、具体的には、圧縮機1の吐出冷媒度Tdに応じて二方弁12の開閉および流量調整弁11の開度を制御する。上記(3)の第3制御手段は、具体的には、熱源側熱交換器(蒸発器)5の周囲温度Toに応じて二方弁21の開閉を制御する。

0025

つぎに、暖房運転時または加熱運転時にコントローラ50が実行する制御を図2のフローチャートを参照しながら説明する。
操作部51で運転開始操作があった場合(ステップS1のYES)、コントローラ50は、電動膨張弁4および流量調整弁11を所定の初期開度に設定し(ステップS2)、この状態で圧縮機1の運転を開始する(ステップS3)。そして、コントローラ50は、タイムカウントtを開始し(ステップS4)、そのタイムカウントtに一定時間t1とを比較する(ステップS5)。

0026

一定時間t1が経過すると(ステップS5のYES)、コントローラ50は、起動が安定したとの判断の下に、圧縮機1の運転周波数Fを負荷に応じて制御する(ステップS6)。負荷とは、利用側熱交換器3において冷媒と熱交換する媒体たとえば室内空気・冷媒・温水の温度である。

0027

この運転周波数Fの制御に伴い、コントローラ50は、温度センサ34の検知温度Tsと温度センサ32の検知温度Teとの差を熱源側熱交換器(蒸発器)5における冷媒の過熱度SH(=Ts−Te)として検出し、その過熱度SHが目標値SHtとなるように電動膨張弁4の開度を制御する(ステップS7)。そして、コントローラ50は、タイムカウントtと一定時間t2(>t1)とを比較する(ステップS8)。タイムカウントtが一定時間t2未満の場合(ステップS8のNO)、コントローラ50は、上記ステップS6からの処理を繰り返す。

0028

この過熱度制御については、過熱度SHを検出するための温度センサ34をホットガスバイパス用のバイパス20の接続部より冷媒の流れ方向において上流側の配管に配置しているので、バイパス20から流入するガス冷媒の温度の影響を受けることなく、過熱度SHを正確に検出することができる。

0029

タイムカウントtが一定時間t2に達した場合(ステップS8のYES)、コントローラ50は、過熱度制御が安定したとの判断の下に、液インジェクション制御を実行する(ステップS9)。この液インジェクション制御の中身ついては後述する。そして、コントローラ50は、この液インジェクション制御の実行に伴い、タイムカウントtと一定時間t3(>t2)とを比較する(ステップS10)。タイムカウントtが一定時間t3未満の場合(ステップS10のNO)、コントローラ50は、上記ステップS6からの処理を繰り返す。

0030

タイムカウントtが一定時間t3に達した場合(ステップS10のYES)、コントローラ50は、液インジェクション制御が安定したとの判断の下に、ホットガスバイパス制御を実行する(ステップS11)。このホットガスバイパス制御の中身ついては後述する。そして、コントローラ50は、操作部51の運転停止操作監視する(ステップS12)。運転停止操作がない場合(ステップS12のNO)、コントローラ50は、ステップS6からの処理を繰り返す。

0031

運転停止操作があった場合(ステップS12のYES)、コントローラ50は、圧縮機1の運転を停止し(ステップS13)、かつ電動膨張弁4および流量調整弁11を停止開度に設定する(ステップS14)。

0032

以下、上記ステップS9の液インジェクション制御を図3のフローチャートを参照しながら説明する。
圧縮機1の吐出冷媒温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合(ステップS9a)、コントローラ50は、二方弁12を開くとともに(ステップS9b)、流量調整弁11の開度をその吐出冷媒温度Tdに応じた開度に制御する(ステップS9c)。そして、コントローラ50は、液冷媒注入であることを表わす指標となるフラグf1を“1”セットし(ステップS9d)、ステップS9aの判定に戻る。

0033

二方弁12が開くと、利用側熱交換器3から流出する液冷媒の一部がバイパス10に流入する。バイパス10に流入した液冷媒は、流量調整弁11を通り、さらに二方弁12および逆止弁13を通り、圧縮機1内に注入される。この液冷媒の注入により、圧縮機1の内部が冷却される。この場合、吐出冷媒温度Tdが高いほど、流量調整弁11の開度が大きく設定されて、多くの液冷媒が圧縮機1内に注入される。吐出冷媒温度Tdの下降に伴い、流量調整弁11の開度が縮小されて、液冷媒の注入量が低減される。こうして、吐出冷媒温度Tdに見合う最適な量の液冷媒が圧縮機1内に注入される。

0034

液冷媒の注入によって吐出冷媒温度Tdが設定値Td2未満に低下した場合(ステップS9aのNO)、コントローラ50は、フラグf1が“1”であるか否かを判定する(ステップS9e)。フラグf1が“1”の場合(ステップS9eのYES)、コントローラ50は、液冷媒注入中であるとの判断の下に、吐出冷媒温度Tdと設定値Td1(<Td2)とを比較する(ステップS9f)。

0035

吐出冷媒温度Tdが設定値Td1以上の場合(ステップS9fのNO)、コントローラ50は、ステップS9aの判定に戻る。

0036

吐出冷媒温度Tdが設定値Td1未満に低下した場合(ステップS9fのYES)、コントローラ50は、二方弁12を閉じるとともに(ステップS9g)、流量調整弁11の開度を停止開度に設定する(ステップS9h)。液冷媒の注入が終了となる。停止開度は、全閉より少しだけ大きい開度のことである。この停止開度の設定により、流量調整弁11における少量の冷媒の流通が可能となり、液冷媒の溜まり込みなどを防ぐことができる。そして、コントローラ50は、フラグf1を“0”リセットし(ステップS9i)、ステップS9aの判定に戻る。

0037

一方、上記ステップS11のホットガスバイパス制御を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
周囲温度Toが設定値To2以上に上昇した場合(ステップS11a)、コントローラ50は、二方弁21を開く(ステップS11b)。そして、コントローラ50は、ホットガスバイパス中であることの指標となるフラグf2を“1”セットし(ステップS11c)、ステップS11aの判定に戻る。

0038

二方弁21が開くと、圧縮機1から吐出されたガス冷媒の一部がバイパス20に流入する。バイパス20に流入したガス冷媒は、二方弁21を通り、さらにキャピラリチューブ22で減圧されて、圧縮機1の吸込み側に流れる。

0039

周囲温度(外気温度)Toが設定値To2以上に上昇した場合、熱源側熱交換器5の吸熱量が増大する。熱源側熱交換器5の吸熱量が増大すると、圧縮機1に吸込まれる冷媒の温度や圧力が上昇し、これに伴い圧縮機1が過熱状態となって圧縮機1の吐出冷媒温度Tdが異常上昇することがある。吐出冷媒温度Tdが異常上昇すると、圧縮機1内の圧縮機構部が摩耗したり、圧縮機モータが損傷する可能性がある。

0040

この不具合を防ぐべく、周囲温度Toが設定値To2以上に上昇した場合、上記のように、圧縮機1から吐出されるガス冷媒の一部を圧縮機1の吸込み側に戻すいわゆるホットガスバイパスを行う。このホットガスバイパスを行うことで、圧縮機1の容量を低減できる。圧縮機1の容量を低減できれば、熱源側熱交換器5の吸熱量が低減する。熱源側熱交換器5の吸熱量を低減できれば、圧縮機1の過熱を防ぐことができる。これにより、吐出冷媒温度Tdの異常上昇を防ぐことができる。ひいては、圧縮機1内の圧縮機モータの損傷を防ぐことができる。

0041

周囲温度Toが設定値To2未満に低下した場合(ステップS11aのNO)、コントローラ50は、フラグf2が“1”であるか否かを判定する(ステップS11d)。フラグf2が“1”の場合(ステップS11dのYES)、コントローラ50は、ホットガスバイパス中であるとの判断の下に、周囲温度Toと設定値To1(<To2)とを比較する(ステップS11e)。

0042

周囲温度Toが設定値To1以上の場合(ステップS11eのNO)、コントローラ50は、ステップS11aの判定に戻る。

0043

周囲温度Toが設定値To1未満の場合(ステップS11eのYES)、コントローラ50は、二方弁21を閉じる(ステップS11f)。ホットガスバイパスが終了となる。そして、コントローラ50は、フラグf2を“0”リセットし(ステップS11g)、ステップS11aの判定に戻る。

0044

利用側熱交換器3において冷媒と熱交換する媒体(室内空気・冷媒・温水など)の温度が高い場合、利用側熱交換器3における冷媒の放熱量が少なくなる。利用側熱交換器3における冷媒の放熱量が少なくなると、ホットガスバイパスを行って圧縮機1の容量を低減しても、圧縮機1に吸込まれる冷媒の温度や圧力の上昇を抑えることが困難になることがある。このままでは、吐出冷媒温度Tdが異常上昇してしまう。

0045

そこで、ホットガスバイパスを行ったにもかかわらず、吐出冷媒温度Tdの上昇が避けられない場合には、液インジェクション制御が有効に機能する。すなわち、吐出冷媒温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合、液冷媒がバイパス10を通って圧縮機1内に注入される。この液冷媒の注入により、圧縮機1の内部が冷却される。

0046

このように、ホットガスバイパス制御を液インジェクション制御がバックアップすることにより、利用側熱交換器3における冷媒の放熱量が少なくても、圧縮機1の過熱を防ぐことができる。これにより、吐出冷媒温度Tdの異常上昇を防ぐことができる。ひいては、圧縮機1内の圧縮機構部の摩耗や圧縮機モータの損傷を防ぐことができる。高圧保護等の保護制御が働いて圧縮機1が断続運転したり運転停止することもなく、圧縮機1の継続的な運転が可能となる。圧縮機1の継続的な運転が可能となるので、暖房運転時は快適性が向上するとともに、加熱運転時は温水を早期に加熱することができる。

0047

[2]第2実施形態
第2実施形態では、コントローラ50は、液インジェクション制御による液冷媒の注入に際し、圧縮機1の吐出冷媒温度Tdが設定値Td1未満に低下しないまま流量調整弁の開度が所定開度以上となった場合、吐出冷媒温度Tdが設定値Td1未満に低下するまで圧縮機1の能力(運転周波数F)を低減する。

0048

このように、ホットガスバイパス制御および液インジェクション制御のサポートとして圧縮機1の能力制御を加えることにより、吐出冷媒温度Tdの異常上昇をさらに確実に防ぐことができる。
他の構成および制御については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

0049

[3]第3実施形態
第3実施形態は、コントローラ50の液インジェクション制御が第1実施形態の場合と少し異なる。
コントローラ50は、圧縮機1の吐出冷媒温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合、二方弁12を開くとともに、吐出冷媒温度Tdの単位時間当たりの相対的な温度変化量ΔTdを求め、かつ基準設定値Tdxと吐出冷媒温度Tdとの絶対的な温度変化量TDを求め、これら温度変化量ΔTdおよび温度変化量TDとに基づいて流量調整弁11の開度を増減する。そして、コントローラ50は、吐出冷媒温度Tdが設定値Td1(<Td2)未満に低下した場合、二方弁12を閉じて流量調整弁11の開度を停止開度に設定する。

0050

具体的には、吐出冷媒温度Tdが設定値Td2以上に上昇した場合、コントローラ50は、現時点の吐出冷媒温度Tdnと所定時間前の吐出冷媒温度Tdn-1との差ΔTd(=Tdn−Tdn-1)を単位時間当たりの相対的な温度変化量として求めるとともに、基準設定値Tdxと現時点の吐出冷媒温度Tdnとの差TD(=Tdx−Tdn)を単位時間当たりの絶対的な温度変化量として求める。基準設定値Tdxは、設定値Td1と設定値Td2との間の所定の値である。

0051

コントローラ50は、図5に示す開度制御条件を内部メモリに記憶している。この開度制御条件は、温度変化量ΔTdと流量調整弁11の開度Qとの関係を、複数段の温度変化量TD1〜TD5をパラメータとして定めたものである。なお、このパラメータの段数については、5段階に限らず、もっと間隔が狭いより多くの段数を定めてもよいことはもちろんである。

0052

コントローラ50は、現時点で求めた温度変化量ΔTdおよび現時点で求めた温度変化量TDに基づいてこの開度制御条件を参照することにより、現時点で設定すべき流量調整弁11の開度Qを求める。そして、コントローラ50は、流量調整弁11の開度を求めた開度Qに設定する。

0053

温度変化量ΔTdおよび温度変化量TDが共に正側に大きい場合、コントローラ50は、吐出冷媒温度Tdが高いと判断し、かつ吐出冷媒温度Tdが時間経過とともに更に上昇すると予測する。この場合、コントローラ50は、流量調整弁11の開度を増加する。

0054

逆に、温度変化量ΔTdおよび温度変化量TDが共に負側に小さい場合、コントローラ50は、冷凍サイクルが液バック運転状態であり、その液バックの傾向が時間経過とともに顕著になると予測する。この場合、コントローラ50は、流量調整弁11の開度を減少する。

0055

温度変化量ΔTdが正側に大きくて、温度変化量TDが負側に小さい場合、コントローラ50は、吐出冷媒温度Tdが時間経過とともに上昇するものの、吐出冷媒温度Tdの絶対値は低いと判断する。この場合、コントローラ50は、流量調整弁11の開度をまたは零に近い値に設定する。

0056

以上の開度制御により、液冷媒注入に際しての吐出冷媒温度Tdの変動をできるだけ抑えることができる。ひいては、利用側熱交換器3において冷媒と熱交換する媒体の不要な温度変動を防ぐことできる。
他の構成および制御については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

0057

[4]第4実施形態
第4実施形態では、図6に示すように、バイパス10において、流量調整弁11および二方弁12の位置と、逆止弁13の位置との間に、流通抵抗手段としてキャピラリチューブ14が配置される。

0058

キャピラリチューブ14は、内径が例えば1.0〜1.5mmの細い管を小径巻回したもので、一般的には冷凍サイクルの減圧機構として用いられる。なお、流量調整弁11の開口の内径は、例えば2.5mmである。二方弁12の開口の内径は、例えば1.8mmである。

0059

このキャピラリチューブ14をバイパス10に配置することにより、例えば流量調整弁11の信号線断線流路詰りなどの故障に起因して流量調整弁11の開度制御が不可能な状況となっても、多量の液冷媒が圧縮機1内に流入して圧縮機1が故障する不具合を防ぐことができる。また、二方弁12の信号線断線や流路詰りなどの故障に起因して二方弁12を閉成できない状況となっても、多量の液冷媒が圧縮機1内に流入して圧縮機1が故障する不具合を防ぐことができる。

0060

バイパス10におけるキャピラリチューブ14の位置が冷媒の流れ方向において逆止弁13よりも上流側であることにより、圧縮機1のインジェクションポートからバイパス10に逆流しようとする冷媒を逆止弁13とインジェクションポートとの間の配管の容積分のみに抑えることができる。仮に、バイパス10におけるキャピラリチューブ14の位置が冷媒の流れ方向において逆止弁13よりも下流側である場合には、キャピラリチューブ14の容積分が圧縮機1のインジェクションポートからバイパス10に逆流しようとする冷媒の収容域になるという不具合が生じる。このような不具合は生じない。
他の構成および制御については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

0061

[5]第5実施形態
第5実施形態では、図7に示すように、利用側熱交換器3と電動膨張弁4との間の配管に冷媒タンク60が配置され、この冷媒タンク60にバイパス10の一端が接続される。冷媒タンク60は、暖房運転時や加熱運転時、利用側熱交換器3から電動膨張弁4に流れる液冷媒(冷凍機油を含む)を貯え、貯えた液冷媒の一部または貯えた液冷媒に含まれる潤滑油をバイパス10に導く。

0062

また、利用側熱交換器3と冷媒タンク60との間の配管において、利用側熱交換器3の近傍に、利用側熱交換器3から流出する冷媒の凝縮温度Tcを検知する温度センサ36が配置される。そして、温度センサ36がコントローラ50に信号線接続される。

0063

冷媒タンク60の具体的な構成を図8に示す。
利用側熱交換器3とつながる配管61は、冷媒タンク60の上部を貫通して冷媒タンク60内の上下方向における略中間位置まで入り込んで開口する。電動膨張弁4とつながる配管62は、冷媒タンク60の上部を貫通して冷媒タンク60内の上下方向における略1/4ぐらいの位置まで入り込んで開口する。配管62の開口位置が配管61の開口位置よりも高いところに設定することにより、配管61から冷媒タンク60内に流入した液冷媒が配管62に容易に入り込まないようにしている。バイパス10の一端は、冷媒タンク60の底部を貫通して冷媒タンク60内に臨む。

0064

コントローラ50は、温度センサ36で検知される凝縮温度Tcが設定値Tc2以上に上昇した場合、吐出冷媒温度Tdに基づく液インジェクション制御にかかわらず、二方弁12を開いて流量調整弁11を所定開度に設定する。そして、コントローラ50は、凝縮温度Tcが設定値Tc1未満に低下した場合、二方弁12を閉じて流量調整弁11を停止開度に設定する。

0065

凝縮温度Tcに対する設定値Tc2は、冷凍サイクルに充填される冷媒および冷凍機油(圧縮機1用の潤滑油)の物性に応じて選定される。

0066

例えばR410A冷媒が使用され、かつ所定の物性を有する冷凍機油が使用される場合、例えば45℃未満の温度域ではR410A冷媒の密度が冷凍機油の密度より高くなる。この場合、冷媒の流速が減少する冷媒タンク60内では、R410A冷媒と冷凍機油とが分離して、R410A冷媒が下方に位置し、冷凍機油が上方に位置する。

0067

45℃以上の温度域では、R410A冷媒の密度が冷凍機油の密度より低くなる。この場合、冷媒の流速が減少する冷媒タンク60内では、R410A冷媒と冷凍機油とが分離して、図8に示すように、R410A冷媒が上方に位置し、冷凍機油OILが下方に位置する。

0068

この点に着目し、凝縮温度Tcに対する設定値Tc2として上記45℃が選定される。凝縮温度Tcが45℃以上に上昇して冷媒タンク60内の下方に冷凍機油OILが存する状況になると、二方弁12が開いて流量調整弁11が所定開度に開き、冷媒タンク60内の下方の冷凍機油OILが圧縮機1内に注入される。

0069

このように、冷媒タンク60内の下方に冷凍機油OILを集め、集めた冷凍機油OILを圧縮機1内に注入することにより、圧縮機1内の機械的な摺動部分の油膜が最適かつ十分な状態に確保され、その摺動部分の潤滑が良好となる。
他の構成および制御については第1実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

0070

[6]変形例
上記各実施形態では、温度センサ34の検知温度Tsと温度センサ32の検知温度Teとの差を熱源側熱交換器(蒸発器)5における冷媒の過熱度SH(=Ts−Te)として検出する構成としたが、圧力センサ35の検知圧力Psから飽和冷媒温度を算出し、算出した飽和冷媒温度と温度センサ32の検知温度Teとの差を過熱度SHとして検出してもよい。

0071

温度センサよりも検知精度に優れる圧力センサ35を過熱度検出に用いることにより、過熱度制御の精度および信頼性を高めることができる。
圧力センサ35の配置位置はホットガスバイパス用のバイパス20の接続部より冷媒の流れ方向において上流側にあるので、圧力センサ35の検知圧力がバイパス20から流入するガス冷媒の温度や圧力の影響を受けることもない。

0072

その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0073

1…圧縮機、2…四方弁、3…利用側熱交換器(凝縮器)、4…電動膨張弁、5…熱源側熱交換器(蒸発器)、6…アキュームレータ、10…バイパス(第1バイパス)、11…流量調整弁、12…二方弁(第1開閉弁)、13…逆止弁、14…キャピラリチューブ(流通抵抗手段)、20…バイパス(第2バイパス)、21…二方弁(第2開閉弁)、22…キャピラリチューブ(減圧手段)、31,32,33,34…温度センサ、35…圧力センサ、40…インバータ、50…コントローラ、60…冷媒タンク

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