JP2024078026A - Vapor compression refrigeration cycle equipment - Google Patents

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Abstract

【課題】圧縮機潤滑油への冷媒の溶け込み量が増加している場合に、圧縮機の運転開始から短時間で吐出温度を上昇させ、オイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を提供すること。【解決手段】本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、主冷媒回路１０とバイパス冷媒回路２０と制御装置５０とを備え、制御装置５０は、圧縮機起動モードを有し、圧縮機起動モードでは、圧縮機１１の運転開始からの所定期間、主冷媒回路１０とバイパス冷媒回路２０との双方に冷媒が流通するように第１膨張装置１４と第２膨張装置２１を制御することを特徴とする。【選択図】図１[Problem] To provide a vapor compression refrigeration cycle device that can increase the discharge temperature in a short time from the start of compressor operation and reduce the amount of refrigerant dissolved in the compressor lubricating oil when the amount of refrigerant dissolved in the compressor lubricating oil is increasing. [Solution] The vapor compression refrigeration cycle device of the present invention comprises a main refrigerant circuit 10, a bypass refrigerant circuit 20, and a control device 50, and the control device 50 has a compressor start-up mode, and in the compressor start-up mode, the control device 50 controls a first expansion device 14 and a second expansion device 21 so that refrigerant flows through both the main refrigerant circuit 10 and the bypass refrigerant circuit 20 for a predetermined period from the start of operation of the compressor 11. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a vapor compression refrigeration cycle device.

特許文献１は、吐出温度に応じて圧縮機運転周波数を制御することにより、急激な低圧圧力の低下による発泡現象が少なくなる。これにより生じる圧縮機潤滑油の圧縮機外への吐出が少なくなり、圧縮機の信頼性を確保することができる空気調和機の保護制御装置を提案している。 Patent Document 1 proposes a protection and control device for an air conditioner that controls the compressor operating frequency according to the discharge temperature, thereby reducing the foaming phenomenon caused by a sudden drop in low pressure. This reduces the discharge of compressor lubricating oil outside the compressor, ensuring the reliability of the compressor.

特開平７－１９０５０９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-190509

しかしながら、外気温が低く、長期運転停止状態の場合は、圧縮機が冷えており、圧縮機潤滑油への冷媒の溶け込み量が増加している。
このように、圧縮機潤滑油への冷媒の溶け込み量が増加している場合には、冷凍サイクル中の冷媒循環量が減少して、圧縮機内の低圧圧力が下がり、圧縮機の信頼性を損なうおそれがある。 However, when the outside air temperature is low and the system has been shut down for an extended period of time, the compressor is cold and the amount of refrigerant dissolved in the compressor lubricating oil increases.
In this way, when the amount of refrigerant dissolving in the compressor lubricating oil increases, the amount of refrigerant circulating in the refrigeration cycle decreases, the low pressure inside the compressor drops, and there is a risk of compromising the reliability of the compressor.

本発明は、圧縮機潤滑油への冷媒の溶け込み量が増加している場合に、圧縮機の運転開始から短時間で吐出温度を上昇させ、オイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができる蒸気圧縮式冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a vapor compression refrigeration cycle device that can increase the discharge temperature in a short time after the compressor starts operating and reduce the amount of refrigerant that dissolves in the oil when the amount of refrigerant that dissolves in the compressor lubricating oil is increasing.

請求項１記載の本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、圧縮機１１、利用側熱交換器１２、中間熱交換器１３、第１膨張装置１４、及び熱源側熱交換器１５が冷媒配管１６で順次接続されて形成される主冷媒回路１０と、前記利用側熱交換器１２と前記第１膨張装置１４との間の前記冷媒配管１６から分岐し、第２膨張装置２１、前記中間熱交換器１３、前記圧縮機１１の圧縮途中に順次接続されて形成されるバイパス冷媒回路２０と、前記第１膨張装置１４と前記第２膨張装置２１の弁開度を制御する制御装置５０と、を備え、前記制御装置５０は、圧縮機起動モードを有し、前記圧縮機起動モードでは、前記圧縮機１１の運転開始からの所定期間、前記主冷媒回路１０と前記バイパス冷媒回路２０との双方に冷媒が流通するように前記第１膨張装置１４と前記第２膨張装置２１を制御することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、前記圧縮機起動モードでは、前記バイパス冷媒回路２０における前記中間熱交換器１３の出口側の前記冷媒の乾き度が所定値以上となるように前記第２膨張装置２１を制御することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、前記圧縮機起動モードでは、前記利用側熱交換器１２を流れる利用側熱媒体の流量を所定値以下に設定し、又は前記利用側熱媒体を前記利用側熱交換器に流さないことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、前記制御装置５０は、前記圧縮機１１の温度が設定温度より低い場合に、前記圧縮機起動モードを行うことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、前記制御装置５０は、前記圧縮機１１の吐出スーパーヒートが所定値以上となるか、前記圧縮機１１の吸入スーパーヒートが所定値以下となるか、又は前記圧縮機１１の吸入圧が正圧になれば、前記圧縮機起動モードを終了することを特徴とする。 The vapor compression refrigeration cycle apparatus of the present invention described in claim 1 comprises: a main refrigerant circuit 10 formed by sequentially connecting a compressor 11, a utilization side heat exchanger 12, an intermediate heat exchanger 13, a first expansion device 14, and a heat source side heat exchanger 15 with a refrigerant piping 16; a bypass refrigerant circuit 20 branched from the refrigerant piping 16 between the utilization side heat exchanger 12 and the first expansion device 14 and sequentially connected to a second expansion device 21, the intermediate heat exchanger 13, and the compressor 11 during compression; and a control device 50 for controlling valve openings of the first expansion device 14 and the second expansion device 21, wherein the control device 50 has a compressor start-up mode, and in the compressor start-up mode, the control device 50 controls the first expansion device 14 and the second expansion device 21 so that refrigerant flows through both the main refrigerant circuit 10 and the bypass refrigerant circuit 20 for a predetermined period from the start of operation of the compressor 11.
The present invention described in claim 2 is characterized in that, in the vapor compression refrigeration cycle apparatus described in claim 1, in the compressor start-up mode, the second expansion device 21 is controlled so that the dryness of the refrigerant on the outlet side of the intermediate heat exchanger 13 in the bypass refrigerant circuit 20 becomes a predetermined value or higher.
The present invention as described in claim 3 is characterized in that, in the vapor compression refrigeration cycle apparatus as described in claim 1, in the compressor start-up mode, the flow rate of the use-side heat medium flowing through the use-side heat exchanger 12 is set to a predetermined value or less, or the use-side heat medium is not flowed through the use-side heat exchanger.
The present invention described in claim 4 is characterized in that, in the vapor compression refrigeration cycle apparatus described in any one of claims 1 to 3, the control device 50 performs the compressor start-up mode when the temperature of the compressor 11 is lower than a set temperature.
The present invention as set forth in claim 5 is characterized in that, in the vapor compression refrigeration cycle apparatus as set forth in any one of claims 1 to 3, the control device 50 terminates the compressor start-up mode when the discharge superheat of the compressor 11 becomes equal to or greater than a predetermined value, when the suction superheat of the compressor 11 becomes equal to or less than a predetermined value, or when the suction pressure of the compressor 11 becomes positive pressure.

本発明によれば、圧縮機起動モードでは、圧縮機に流入する冷媒量を増加させることで、圧縮機の仕事量を増加させ、短時間で吐出温度を上昇させることができる。そして、吐出温度を上昇させることで、オイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができるため、オイルの粘性を低下させることがなく、圧縮機内の機械の摩耗を抑えることができ、圧縮機の信頼性を確保することができる。また、圧縮機からのオイル吐出量を減少させて熱交換器の熱交換率低下を防止することができる。 According to the present invention, in the compressor start-up mode, the amount of refrigerant flowing into the compressor is increased, thereby increasing the workload of the compressor and raising the discharge temperature in a short period of time. Furthermore, by raising the discharge temperature, the amount of refrigerant dissolved in the oil can be reduced, so that the viscosity of the oil is not reduced, wear on the machinery inside the compressor can be suppressed, and the reliability of the compressor can be ensured. In addition, the amount of oil discharged from the compressor can be reduced to prevent a decrease in the heat exchange rate of the heat exchanger.

本発明の一実施例による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の構成図FIG. 1 is a block diagram of a vapor compression refrigeration cycle device according to an embodiment of the present invention. 本実施例による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の制御フローControl flow of the vapor compression refrigeration cycle device according to this embodiment インジェクション比とインジェクション温度又は吐出温度との関係を示すグラフGraph showing the relationship between injection ratio and injection temperature or discharge temperature オイル温度及び圧力と冷媒の溶解度との関係を示すグラフGraph showing the relationship between oil temperature and pressure and refrigerant solubility 圧縮機が冷えた状態での起動後の状態を示すグラフGraph showing compressor condition after start-up when cold

本発明の第１の実施の形態による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、制御装置が圧縮機起動モードを有し、圧縮機起動モードでは、圧縮機の運転開始からの所定期間、主冷媒回路とバイパス冷媒回路との双方に冷媒が流通するように第１膨張装置と第２膨張装置を制御するものである。本実施の形態によれば、第１膨張装置を開状態にすることによって、圧縮機の吸入密度が上昇して圧縮機への冷媒の流入量が増加する。また、第２膨張装置を開状態にすることによって、圧縮機にインジェクションされる冷媒の流入量が増加する。このように、圧縮機起動モードでは、圧縮機に流入する冷媒量を増加させることで、圧縮機の仕事量を増加させ、短時間で吐出温度を上昇させることができる。そして、吐出温度を上昇させることで、オイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができるため、圧縮機の信頼性を高めることができる。また、圧縮機からのオイル吐出量を減少させて熱交換器の熱交換率低下を防止することができる。 In the vapor compression refrigeration cycle device according to the first embodiment of the present invention, the control device has a compressor start mode, and in the compressor start mode, the first expansion device and the second expansion device are controlled so that the refrigerant flows through both the main refrigerant circuit and the bypass refrigerant circuit for a predetermined period from the start of operation of the compressor. According to this embodiment, by opening the first expansion device, the suction density of the compressor increases and the amount of refrigerant flowing into the compressor increases. Also, by opening the second expansion device, the amount of refrigerant injected into the compressor increases. In this way, in the compressor start mode, the amount of refrigerant flowing into the compressor is increased, thereby increasing the workload of the compressor and raising the discharge temperature in a short time. And by raising the discharge temperature, the amount of refrigerant dissolved in the oil can be reduced, thereby improving the reliability of the compressor. Also, by reducing the amount of oil discharged from the compressor, a decrease in the heat exchange rate of the heat exchanger can be prevented.

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、圧縮機起動モードでは、バイパス冷媒回路における中間熱交換器の出口側の冷媒の乾き度が所定以上となるように第２膨張装置を制御するものである。本実施の形態によれば、圧縮機にインジェクションされる冷媒温度を高めることができ、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を短時間で上昇させることができる。 The second embodiment of the present invention is a vapor compression refrigeration cycle device according to the first embodiment, in which in the compressor start-up mode, the second expansion device is controlled so that the dryness of the refrigerant on the outlet side of the intermediate heat exchanger in the bypass refrigerant circuit is equal to or higher than a predetermined value. According to this embodiment, the temperature of the refrigerant injected into the compressor can be increased, and the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor can be increased in a short period of time.

本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、圧縮機起動モードでは、利用側熱交換器を流れる利用側熱媒体の流量を所定値以下に設定し、又は利用側熱媒体を利用側熱交換器に流さないものである。本実施の形態によれば、利用側熱交換器から流出する冷媒温度を低下させないことで、圧縮機に吸入される冷媒温度を高めることができるとともにインジェクションされる冷媒温度も高めることができ、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を短時間で上昇させることができる。 In the third embodiment of the present invention, in the vapor compression refrigeration cycle device according to the first embodiment, in the compressor start-up mode, the flow rate of the use-side heat medium flowing through the use-side heat exchanger is set to a predetermined value or less, or the use-side heat medium is not flowed through the use-side heat exchanger. According to this embodiment, by not lowering the temperature of the refrigerant flowing out of the use-side heat exchanger, it is possible to increase the temperature of the refrigerant sucked into the compressor and also to increase the temperature of the refrigerant injected, and it is possible to increase the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor in a short period of time.

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、制御装置が、圧縮機の温度が設定温度よりも低い場合に、圧縮機起動モードを行うものである。本実施の形態によれば、冷媒のオイルへの溶け込み量が多い状態で、圧縮機起動モードを行わせることができる。 The fourth embodiment of the present invention is a vapor compression refrigeration cycle device according to any one of the first to third embodiments, in which the control device performs the compressor start mode when the compressor temperature is lower than the set temperature. According to this embodiment, the compressor start mode can be performed when a large amount of refrigerant has dissolved in the oil.

本発明の第５の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置において、制御装置が、圧縮機の吐出スーパーヒートが所定値以上となるか、圧縮機の吸入スーパーヒートが所定値以下となるか、又は圧縮機の吸入圧が正圧になれば、圧縮機起動モードを終了するものである。本実施の形態によれば、オイルへの冷媒の溶け込み量が減少した状態で圧縮機起動モードを終了させることができる。 In the fifth embodiment of the present invention, in the vapor compression refrigeration cycle device according to any one of the first to third embodiments, the control device ends the compressor start-up mode when the compressor discharge superheat is equal to or greater than a predetermined value, the compressor suction superheat is equal to or less than a predetermined value, or the compressor suction pressure becomes positive. According to this embodiment, the compressor start-up mode can be ended when the amount of refrigerant dissolved in the oil has decreased.

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施例による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の構成図である。蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、主冷媒回路１０とバイパス冷媒回路２０とから構成されている。
主冷媒回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１、放熱器として機能する利用側熱交換器１２、エコノマイザとして機能する中間熱交換器１３、主膨張弁である第１膨張装置１４、蒸発器として機能する熱源側熱交換器１５が、冷媒配管１６で順次接続されて形成される。
なお、図示のように、蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、圧縮機１１と利用側熱交換器１２との間に四方弁１７を備えていてもよい。四方弁１７は、主冷媒回路１０を流れる冷媒の方向を変更することができる。すなわち四方弁１７を切り替えることで、圧縮機１１から吐出される冷媒は、熱源側熱交換器１５、第１膨張装置１４、中間熱交換器１３、利用側熱交換器１２の順に流れ、圧縮機１１に吸入される。この場合には、熱源側熱交換器１５は放熱器として機能し、利用側熱交換器１２は蒸発器として機能する。 An embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings.
1 is a block diagram of a vapor compression refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment. The vapor compression refrigeration cycle apparatus is composed of a main refrigerant circuit 10 and a bypass refrigerant circuit 20.
The main refrigerant circuit 10 is formed by sequentially connecting a compressor 11 that compresses the refrigerant, a utilization side heat exchanger 12 that functions as a radiator, an intermediate heat exchanger 13 that functions as an economizer, a first expansion device 14 that is a main expansion valve, and a heat source side heat exchanger 15 that functions as an evaporator with refrigerant piping 16.
As shown in the figure, the vapor compression refrigeration cycle apparatus may include a four-way valve 17 between the compressor 11 and the utilization side heat exchanger 12. The four-way valve 17 can change the direction of the refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 10. That is, by switching the four-way valve 17, the refrigerant discharged from the compressor 11 flows through the heat source side heat exchanger 15, the first expansion device 14, the intermediate heat exchanger 13, and the utilization side heat exchanger 12 in this order, and is then drawn into the compressor 11. In this case, the heat source side heat exchanger 15 functions as a radiator, and the utilization side heat exchanger 12 functions as an evaporator.

バイパス冷媒回路２０は、利用側熱交換器１２と第１膨張装置１４との間の冷媒配管１６から分岐され、圧縮機１１の圧縮途中にある圧縮室に接続されている。
バイパス冷媒回路２０には、第２膨張装置２１が設けられている。利用側熱交換器１２を通過後の一部の高圧冷媒、又は、中間熱交換器１３を通過後の一部の高圧冷媒は、第２膨張装置２１により減圧されて中間圧冷媒となった後に、中間熱交換器１３で主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒と熱交換され、圧縮機１１の中にインジェクションされる。圧縮機１１の中にインジェクションされる冷媒は、圧縮機１１の圧縮途中の冷媒と合流する。
圧縮機１１では、インジェクションされる冷媒と圧縮途中の冷媒とを合流させて再圧縮を行う。 The bypass refrigerant circuit 20 branches off from the refrigerant pipe 16 between the utilization side heat exchanger 12 and the first expansion device 14 , and is connected to a compression chamber located midway through compression in the compressor 11 .
The bypass refrigerant circuit 20 is provided with a second expansion device 21. A portion of the high-pressure refrigerant after passing through the user-side heat exchanger 12, or a portion of the high-pressure refrigerant after passing through the intermediate heat exchanger 13 is decompressed by the second expansion device 21 to become an intermediate-pressure refrigerant, and then exchanges heat with the high-pressure refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 10 in the intermediate heat exchanger 13 and is injected into the compressor 11. The refrigerant injected into the compressor 11 merges with the refrigerant being compressed by the compressor 11.
In the compressor 11, the injected refrigerant and the refrigerant being compressed are joined together to perform recompression.

利用側熱媒体回路３０は、利用側熱交換器１２、搬送ポンプ３１、及び暖房端末（図示せず）や貯湯タンク（図示せず）が熱媒体配管３２によって接続されて形成される。利用側熱媒体回路３０を流れる利用側熱媒体には、水又は不凍液を用いることができる。
利用側熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒により利用側熱媒体を加熱する。
利用側熱交換器１２で加熱された利用側熱媒体は、暖房端末で放熱して暖房に利用され、暖房端末で放熱された低温になった利用側熱媒体は再び利用側熱交換器１２で加熱される。
また、利用側熱交換器１２で加熱された利用側熱媒体は、貯湯タンクの上部から貯湯タンクに導入され、貯湯タンクの下部から低温の利用側熱媒体が導出されて利用側熱交換器１２で加熱される。 The use-side heat medium circuit 30 is formed by connecting the use-side heat exchanger 12, a conveying pump 31, a heating terminal (not shown), and a hot water tank (not shown) by heat medium piping 32. The use-side heat medium flowing through the use-side heat medium circuit 30 can be water or antifreeze liquid.
The utilization side heat exchanger 12 heats the utilization side heat medium with the refrigerant discharged from the compressor 11 .
The use-side heat medium heated in the use-side heat exchanger 12 is radiated at a heating terminal and used for heating, and the use-side heat medium radiated at the heating terminal and cooled is heated again in the use-side heat exchanger 12.
In addition, the use-side heat medium heated in the use-side heat exchanger 12 is introduced into the hot water storage tank from the top of the hot water storage tank, and low-temperature use-side heat medium is discharged from the bottom of the hot water storage tank and heated in the use-side heat exchanger 12.

圧縮機１１から吐出される高圧冷媒は、利用側熱交換器１２で放熱した後に主冷媒回路１０から分岐し、第２膨張装置２１により中間圧まで減圧されて中間圧冷媒となり、中間圧冷媒は、中間熱交換器１３にて熱交換する。
利用側熱交換器１２で放熱した後の主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒は、バイパス冷媒回路２０を流れる中間圧冷媒によって冷却され、エンタルピーが低減された状態で第１膨張装置１４にて減圧される。
第１膨張装置１４にて減圧された冷媒は、熱源側熱交換器１５に流入する時点での冷媒乾き度（全冷媒に対して気相成分が占める重量比率）が低下して冷媒の液成分が増大しており、熱源側熱交換器１５において蒸発し、圧縮機１１の吸入側に戻る。
一方、第２膨張装置２１により中間圧まで減圧された中間圧冷媒は、中間熱交換器１３にて主冷媒回路１０を流れる高圧冷媒によって加熱されて冷媒エンタルピーが高まった状態で、圧縮機１１の圧縮途中の冷媒に合流する。 The high-pressure refrigerant discharged from the compressor 11 dissipates heat in the user-side heat exchanger 12, then branches off from the main refrigerant circuit 10, and is reduced in pressure to an intermediate pressure by the second expansion device 21 to become an intermediate-pressure refrigerant, which then undergoes heat exchange in the intermediate heat exchanger 13.
The high-pressure refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 10 after dissipating heat in the user-side heat exchanger 12 is cooled by the intermediate-pressure refrigerant flowing through the bypass refrigerant circuit 20, and is decompressed in the first expansion device 14 with its enthalpy reduced.
The refrigerant decompressed in the first expansion device 14 has a reduced refrigerant dryness (the weight ratio of the gas phase components to the total refrigerant) when it flows into the heat source side heat exchanger 15, and the liquid component of the refrigerant has increased, so the refrigerant evaporates in the heat source side heat exchanger 15 and returns to the suction side of the compressor 11.
On the other hand, the intermediate-pressure refrigerant whose pressure has been reduced to an intermediate pressure by the second expansion device 21 is heated by the high-pressure refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 10 in the intermediate heat exchanger 13, and then joins the refrigerant being compressed in the compressor 11 with its refrigerant enthalpy increased.

圧縮機１１には、圧縮機１１の温度を検出する圧縮機温度センサ４１が設けられている。
また、圧縮機１１の吐出側の冷媒配管１６には、冷媒吐出温度センサ４２が設けられている。冷媒吐出温度センサ４２は、圧縮機１１から吐出される冷媒の冷媒吐出温度を検出する。
圧縮機１１の吸入側の冷媒配管１６には、冷媒吸入圧力検出手段４３が設けられている。冷媒吸入圧力検出手段４３は、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入圧力を検出する。
バイパス冷媒回路２０における中間熱交換器１３の出口側のバイパス配管２２には、インジェクション冷媒温度センサ４４が設けられている。インジェクション冷媒温度センサ４４は、圧縮機１１にインジェクションされる冷媒温度を検出する。 The compressor 11 is provided with a compressor temperature sensor 41 that detects the temperature of the compressor 11 .
In addition, a refrigerant discharge temperature sensor 42 is provided on the refrigerant pipe 16 on the discharge side of the compressor 11. The refrigerant discharge temperature sensor 42 detects the refrigerant discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11.
The refrigerant pipe 16 on the suction side of the compressor 11 is provided with a refrigerant suction pressure detection means 43. The refrigerant suction pressure detection means 43 detects the suction pressure of the refrigerant sucked into the compressor 11.
An injection refrigerant temperature sensor 44 is provided in the bypass piping 22 on the outlet side of the intermediate heat exchanger 13 in the bypass refrigerant circuit 20. The injection refrigerant temperature sensor 44 detects the temperature of the refrigerant injected into the compressor 11.

本実施例による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置は、第１膨張装置１４と第２膨張装置２１との弁開度を制御する制御装置５０を備えている。また、制御装置５０は、搬送ポンプ３１の回転数を制御する。搬送ポンプ３１の回転数を制御することで、利用側熱交換器１２を流れる利用側熱媒体の流量を変更することができる。
制御装置５０は、圧縮機起動モードを有している。圧縮機起動モードでは、圧縮機１１の運転開始からの所定期間、主冷媒回路１０とバイパス冷媒回路２０との双方に冷媒が流通するように第１膨張装置１４と第２膨張装置２１を制御する。
制御装置５０は、圧縮機温度センサ４１で検出される圧縮機１１の温度が設定温度Ｔｓより低ければ圧縮機起動モードを行う。このように、圧縮機１１の温度が設定温度Ｔｓよりも低い場合に、圧縮機起動モードを行うことで、冷媒のオイルへの溶け込み量が多い状態で、圧縮機起動モードを行わせることができる。
また、制御装置５０は、圧縮機起動モードでは、インジェクション冷媒温度センサ４４で検出される冷媒温度Ｔｉからバイパス冷媒回路２０における中間熱交換器１３の出口側の冷媒の乾き度を推定し、乾き度が所定以上となるように第２膨張装置２１を制御する。従って、圧縮機１１にインジェクションされる冷媒温度を高めることができ、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度を短時間で上昇させることができる。
また、制御装置５０は、圧縮機起動モードでは、搬送ポンプ３１の回転数を制御することで、利用側熱交換器１２を流れる利用側熱媒体の流量を所定値以下に設定し、又は利用側熱媒体を利用側熱交換器に流さない。従って、利用側熱交換器１２から流出する冷媒温度を低下させないため、圧縮機１１に吸入される冷媒温度を高めることができるとともにインジェクションされる冷媒温度も高めることができ、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度を短時間で上昇させることができる。
また、制御装置５０は、冷媒吐出温度センサ４２で検出される冷媒吐出温度から、圧縮機１１の吐出スーパーヒートが所定値以上となるか、圧縮機１１の吸入スーパーヒートが所定値以下となるか、又は冷媒吸入圧力検出手段４３によって検出される圧縮機１１の吸入圧が正圧になれば、圧縮機起動モードを終了する。従って、オイルへの冷媒の溶け込み量が減少した状態で圧縮機起動モードを終了させることができる。 The vapor compression refrigeration cycle apparatus according to this embodiment includes a control device 50 that controls the valve opening degree of the first expansion device 14 and the second expansion device 21. The control device 50 also controls the rotation speed of the conveying pump 31. By controlling the rotation speed of the conveying pump 31, the flow rate of the use-side heat medium flowing through the use-side heat exchanger 12 can be changed.
The control device 50 has a compressor start-up mode. In the compressor start-up mode, the control device 50 controls the first expansion device 14 and the second expansion device 21 so that refrigerant flows through both the main refrigerant circuit 10 and the bypass refrigerant circuit 20 for a predetermined period from the start of operation of the compressor 11.
The control device 50 performs the compressor start-up mode when the temperature of the compressor 11 detected by the compressor temperature sensor 41 is lower than the set temperature Ts. In this way, by performing the compressor start-up mode when the temperature of the compressor 11 is lower than the set temperature Ts, the compressor start-up mode can be performed in a state where a large amount of refrigerant has dissolved into the oil.
In addition, in the compressor start-up mode, the control device 50 estimates the dryness fraction of the refrigerant on the outlet side of the intermediate heat exchanger 13 in the bypass refrigerant circuit 20 from the refrigerant temperature Ti detected by the injection refrigerant temperature sensor 44, and controls the second expansion device 21 so that the dryness fraction becomes a predetermined value or more. Therefore, the temperature of the refrigerant injected into the compressor 11 can be increased, and the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 can be increased in a short time.
Furthermore, in the compressor start-up mode, the control device 50 controls the rotation speed of the conveying pump 31 to set the flow rate of the use-side heat medium flowing through the use-side heat exchanger 12 to a predetermined value or less, or does not allow the use-side heat medium to flow through the use-side heat exchanger. Therefore, since the temperature of the refrigerant flowing out of the use-side heat exchanger 12 is not lowered, the temperature of the refrigerant sucked into the compressor 11 can be increased, and the temperature of the refrigerant injected can also be increased, so that the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compressor 11 can be increased in a short period of time.
The control device 50 also ends the compressor start-up mode when the discharge superheat of the compressor 11 becomes equal to or higher than a predetermined value based on the refrigerant discharge temperature detected by the refrigerant discharge temperature sensor 42, the suction superheat of the compressor 11 becomes equal to or lower than a predetermined value, or the suction pressure of the compressor 11 detected by the refrigerant suction pressure detection means 43 becomes positive. Therefore, the compressor start-up mode can be ended in a state where the amount of refrigerant dissolved in the oil has decreased.

図２は、本実施例による蒸気圧縮式冷凍サイクル装置の制御フローである。
制御装置５０は、圧縮機温度センサ４１で検出される圧縮機１１の温度が設定温度Ｔｓより低ければ（Ｓ１でＹｅｓ）、圧縮機起動モードを行う。
圧縮機１１の温度が設定温度Ｔｓより低ければ（Ｓ１でＹｅｓ）、第２膨張装置２１の弁開度を大きくすることで（Ｓ２）、主冷媒回路１０とバイパス冷媒回路２０との双方に冷媒を流通させる。
制御装置５０は、圧縮機温度センサ４１で検出される圧縮機１１の温度が設定温度Ｔｓ以上であれば（Ｓ１でＮｏ）、圧縮機起動モードを行わない。 FIG. 2 is a control flow of the vapor compression refrigeration cycle device according to this embodiment.
If the temperature of the compressor 11 detected by the compressor temperature sensor 41 is lower than the set temperature Ts (Yes in S1), the control device 50 executes the compressor start-up mode.
If the temperature of the compressor 11 is lower than the set temperature Ts (Yes in S1), the valve opening of the second expansion device 21 is increased (S2), causing refrigerant to circulate through both the main refrigerant circuit 10 and the bypass refrigerant circuit 20.
If the temperature of the compressor 11 detected by the compressor temperature sensor 41 is equal to or higher than the set temperature Ts (No in S1), the control device 50 does not execute the compressor start-up mode.

制御装置５０は、インジェクション冷媒温度センサ４４で検出される冷媒温度Ｔｉによって所定のインジェクションスーパーヒート以上であれば（Ｓ３でＹｅｓ）、第２膨張装置２１の弁開度を更に大きくする（Ｓ４）。
制御装置５０は、インジェクション冷媒温度センサ４４で検出される冷媒温度Ｔｉによって所定のインジェクションスーパーヒートを下回れば（Ｓ３でＮｏ）、第２膨張装置２１の弁開度を小さくする（Ｓ５）。 If the refrigerant temperature Ti detected by the injection refrigerant temperature sensor 44 is equal to or higher than a predetermined injection superheat (Yes in S3), the control device 50 further increases the valve opening of the second expansion device 21 (S4).
If the refrigerant temperature Ti detected by the injection refrigerant temperature sensor 44 falls below a predetermined injection superheat (No in S3), the control device 50 reduces the valve opening of the second expansion device 21 (S5).

制御装置５０は、冷媒吸入圧力検出手段４３によって検出される圧縮機１１の吸入圧が正圧になれば（Ｓ６でＮｏ）、第２膨張装置２１の弁開度をゼロ、すなわち第２膨張装置２１を閉塞し（Ｓ７）、圧縮機起動モードを終了する。
制御装置５０は、冷媒吸入圧力検出手段４３によって検出される圧縮機１１の吸入圧が負圧であれば（Ｓ６でＹｅｓ）、所定のインジェクションスーパーヒートを確保するように第２膨張装置２１の弁開度を制御する（Ｓ４、Ｓ５）。
なお、圧縮機起動モードの終了は、圧縮機１１の吸入圧の代わりに、又は圧縮機１１の吸入圧とともに、圧縮機１１の吐出スーパーヒートが所定値以上となることを条件とすることができる。
また、圧縮機起動モードの終了は、圧縮機１１の吸入圧の代わりに、又は圧縮機１１の吸入圧とともに、圧縮機１１の吸入スーパーヒートが所定値以下となることを条件とすることができる。 When the suction pressure of the compressor 11 detected by the refrigerant suction pressure detection means 43 becomes positive (No in S6), the control device 50 sets the valve opening of the second expansion device 21 to zero, i.e., closes the second expansion device 21 (S7), and terminates the compressor start-up mode.
If the suction pressure of the compressor 11 detected by the refrigerant suction pressure detection means 43 is negative pressure (Yes in S6), the control device 50 controls the valve opening of the second expansion device 21 to ensure a specified injection superheat (S4, S5).
The compressor start mode may be terminated on the condition that the discharge superheat of the compressor 11 becomes equal to or greater than a predetermined value, instead of or in addition to the suction pressure of the compressor 11.
In addition, the compressor start mode may be terminated on the condition that the suction superheat of the compressor 11 becomes equal to or lower than a predetermined value instead of or in addition to the suction pressure of the compressor 11 .

また、図２では説明を省略したが、圧縮機起動モードでは、搬送ポンプ３１の回転数を制御することで、利用側熱交換器１２を流れる利用側熱媒体の流量を、停止又は所定値以下に設定することで、圧縮機１１に吸入される冷媒温度を高めることができるとともにインジェクションされる冷媒温度も高めることができる。 Although not shown in FIG. 2, in the compressor start mode, the rotation speed of the conveying pump 31 is controlled to stop or set the flow rate of the utilization side heat medium flowing through the utilization side heat exchanger 12 to a predetermined value or less, thereby increasing the temperature of the refrigerant sucked into the compressor 11 and also increasing the temperature of the refrigerant injected.

図３（ａ）は冷媒のインジェクション量とインジェクション温度との関係を示すグラフ、図３（ｂ）は冷媒のインジェクション量と吐出温度及びインジェクションスーパーヒートとの関係を示すグラフである。
図３（ａ）に示すように、バイパス冷媒回路２０からの冷媒のインジェクション量が増加（インジェクション比が大）すると、インジェクション湿り度は上がり、中間熱交換器１３での熱交換量の増加に伴ってインジェクション温度は低下する。
図３（ｂ）に示すように、圧縮機１１から吐出される冷媒吐出温度は、インジェクション量が少ない期間では上昇するが、インジェクション量が増加（インジェクション比が大）すると、インジェクション量の増加とともに低下する。
また、図３（ｂ）に示すように、圧縮機１１から吐出される冷媒吐出温度が高くなると吐出スーパーヒートは大きくなり、圧縮機１１から吐出される冷媒吐出温度が低くなると吐出スーパーヒートは小さくなる。このように、インジェクション量を増加させると過冷却度を大きくできて加熱能力を高めることができるが、インジェクションスーパーヒートを確保できなくなると冷媒吐出温度が低下する。 FIG. 3(a) is a graph showing the relationship between the injection amount of refrigerant and the injection temperature, and FIG. 3(b) is a graph showing the relationship between the injection amount of refrigerant and the discharge temperature and the injection superheat.
As shown in FIG. 3A, when the injection amount of the refrigerant from the bypass refrigerant circuit 20 increases (the injection ratio increases), the injection wetness increases and the injection temperature decreases as the heat exchange amount in the intermediate heat exchanger 13 increases.
As shown in FIG. 3B, the refrigerant discharge temperature discharged from the compressor 11 increases when the injection amount is small, but decreases as the injection amount increases (injection ratio increases).
3B, the discharge superheat increases as the refrigerant discharge temperature discharged from the compressor 11 increases, and the discharge superheat decreases as the refrigerant discharge temperature discharged from the compressor 11 decreases. In this way, by increasing the injection amount, the degree of subcooling can be increased and the heating capacity can be improved, but if the injection superheat cannot be secured, the refrigerant discharge temperature decreases.

図４はオイル温度及び圧力と冷媒の溶解度との関係を示すグラフである。冷媒の溶解度が１０％、２０％、３０％、１００％の場合のオイル温度と圧力との関係を示している。
溶解度１００％は冷媒が飽和状態であり、図４に示すように、オイル温度が低くなると冷媒のオイルへの溶け込み量が増加する。従って、オイル温度を高くすることでオイルへの冷媒の溶解度は減少する。すなわち、吐出スーパーヒートを大きくすることでオイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができる。 4 is a graph showing the relationship between the oil temperature and pressure and the solubility of the refrigerant when the solubility of the refrigerant is 10%, 20%, 30%, and 100%.
A solubility of 100% is when the refrigerant is saturated, and as shown in Figure 4, the amount of refrigerant dissolved in the oil increases as the oil temperature decreases. Therefore, the solubility of the refrigerant in the oil decreases by increasing the oil temperature. In other words, the amount of refrigerant dissolved in the oil can be reduced by increasing the discharge superheat.

図５は、外気温が低く長期運転停止状態の場合で圧縮機が冷えた状態での起動後の状態を示している。
図５（ａ）は、圧縮機潤滑油への冷媒の溶け込み量を示しており、起動時には溶解度が高いことを示している。
図５（ｂ）は、溶解度が高い状態で圧縮機１１を起動した場合における吐出圧力と吸入圧力の状態を示している。図５（ｂ）に示すように、冷媒が圧縮機潤滑油に溶け込んでいる状態では、吸入圧力は負圧になっている。
図５（ｃ）は、溶解度が高い状態で圧縮機１１を起動した場合における吐出温度と吸入温度の状態を示している。図５（ｃ）に示すように、吸入温度はなかなか上昇せず、吐出温度の上昇にも時間を要している。
図５（ｄ）は、溶解度が高い状態で圧縮機１１を起動した場合における圧縮機１１の吸入スーパーヒートの状態を示している。図５（ｄ）に示すように、溶解度が高い状態であると吸入スーパーヒートは起動直後に急激に上昇するが、圧縮機１１の温度上昇とともに溶解度が下がって冷媒が溶け出すと、吸入スーパーヒートは低下する。 FIG. 5 shows a state after startup when the outside air temperature is low and operation has been stopped for a long period of time, and the compressor is cold.
FIG. 5(a) shows the amount of refrigerant dissolved in the compressor lubricating oil, indicating that the solubility is high at the time of startup.
The compressor 11 is then started up with the refrigerant in the lubricating oil, and the refrigerant is then discharged from the compressor 11. The refrigerant is then discharged from the compressor 11. The refrigerant is then discharged from the compressor 11. The refrigerant is then discharged from the compressor 11.
Fig. 5(c) shows the discharge temperature and suction temperature when the compressor 11 is started in a state where the solubility is high. As shown in Fig. 5(c), the suction temperature does not rise easily, and it takes time for the discharge temperature to rise.
Fig. 5(d) shows the state of the suction superheat of the compressor 11 when the compressor 11 is started in a state where the solubility is high. As shown in Fig. 5(d), when the solubility is high, the suction superheat rises rapidly immediately after the start, but when the solubility decreases with the temperature rise of the compressor 11 and the refrigerant starts to dissolve, the suction superheat decreases.

本実施例では、第１膨張装置１４を開状態にすることによって、圧縮機１１の吸入密度を上昇させて圧縮機１１への冷媒の流入量を増加するとともに、第２膨張装置２１を開状態にすることによって、圧縮機１１にインジェクションされる冷媒の流入量を増加させる。このように、圧縮機起動モードでは、圧縮機１１に流入する冷媒量を増加させることで、圧縮機１１の仕事量を増加させ、短時間で吐出温度を上昇させることができる。そして、吐出温度を上昇させることで、オイルへの冷媒の溶け込み量を減少させることができるため、圧縮機１１の信頼性を高めることができる。また、圧縮機１１からのオイル吐出量を減少させて熱交換器の熱交換率低下を防止することができる。 In this embodiment, by opening the first expansion device 14, the suction density of the compressor 11 is increased to increase the amount of refrigerant flowing into the compressor 11, and by opening the second expansion device 21, the amount of refrigerant injected into the compressor 11 is increased. In this way, in the compressor start-up mode, by increasing the amount of refrigerant flowing into the compressor 11, the workload of the compressor 11 is increased and the discharge temperature can be increased in a short time. In addition, by increasing the discharge temperature, the amount of refrigerant dissolved in the oil can be reduced, thereby improving the reliability of the compressor 11. In addition, by reducing the amount of oil discharged from the compressor 11, a decrease in the heat exchange rate of the heat exchanger can be prevented.

以上のように、圧縮機の運転開始から短時間で吐出温度を上昇させることができる。 As described above, the discharge temperature can be increased in a short time after the compressor starts operating.

１０ 主冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 利用側熱交換器
１３ 中間熱交換器
１４ 第１膨張装置
１５ 熱源側熱交換器
１６ 冷媒配管
１７ 四方弁
２０ バイパス冷媒回路
２１ 第２膨張装置
２２ バイパス配管
３０ 利用側熱媒体回路
３１ 搬送ポンプ
３２ 熱媒体配管
４１ 圧縮機温度センサ
４２ 冷媒吐出温度センサ
４３ 冷媒吸入圧力検出手段
４４ インジェクション冷媒温度センサ
５０ 制御装置 REFERENCE SIGNS LIST 10 Main refrigerant circuit 11 Compressor 12 Use side heat exchanger 13 Intermediate heat exchanger 14 First expansion device 15 Heat source side heat exchanger 16 Refrigerant piping 17 Four-way valve 20 Bypass refrigerant circuit 21 Second expansion device 22 Bypass piping 30 Use side heat medium circuit 31 Conveyor pump 32 Heat medium piping 41 Compressor temperature sensor 42 Refrigerant discharge temperature sensor 43 Refrigerant suction pressure detection means 44 Injection refrigerant temperature sensor 50 Control device

Claims (5)

圧縮機、利用側熱交換器、中間熱交換器、第１膨張装置、及び熱源側熱交換器が冷媒配管で順次接続されて形成される主冷媒回路と、
前記利用側熱交換器と前記第１膨張装置との間の前記冷媒配管から分岐し、第２膨張装置、前記中間熱交換器、前記圧縮機の圧縮途中に順次接続されて形成されるバイパス冷媒回路と、
前記第１膨張装置と前記第２膨張装置の弁開度を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、圧縮機起動モードを有し、
前記圧縮機起動モードでは、前記圧縮機の運転開始からの所定期間、前記主冷媒回路と前記バイパス冷媒回路との双方に冷媒が流通するように前記第１膨張装置と前記第２膨張装置を制御する
ことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。 a main refrigerant circuit formed by sequentially connecting a compressor, a utilization side heat exchanger, an intermediate heat exchanger, a first expansion device, and a heat source side heat exchanger by refrigerant piping;
a bypass refrigerant circuit that is branched off from the refrigerant piping between the utilization side heat exchanger and the first expansion device, and is sequentially connected to a second expansion device, the intermediate heat exchanger, and a portion of the compressor that is in the middle of compression;
a control device for controlling valve opening degrees of the first expansion device and the second expansion device;
Equipped with
The control device has a compressor start mode,
a first expansion device that controls the second expansion device so that refrigerant flows through both the main refrigerant circuit and the bypass refrigerant circuit for a predetermined period of time from the start of operation of the compressor, the first expansion device and the second expansion device being controlled. 前記圧縮機起動モードでは、前記バイパス冷媒回路における前記中間熱交換器の出口側の前記冷媒の乾き度が所定値以上となるように前記第２膨張装置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。 2. The vapor compression refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein in the compressor start-up mode, the second expansion device is controlled so that the dryness of the refrigerant on an outlet side of the intermediate heat exchanger in the bypass refrigerant circuit becomes equal to or higher than a predetermined value. 前記圧縮機起動モードでは、前記利用側熱交換器を流れる利用側熱媒体の流量を所定値以下に設定し、又は前記利用側熱媒体を前記利用側熱交換器に流さない
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。 2. The vapor compression refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein, in the compressor start-up mode, a flow rate of the use-side heat medium flowing through the use-side heat exchanger is set to a predetermined value or less, or the use-side heat medium is not flowed through the use-side heat exchanger. 前記制御装置は、前記圧縮機の温度が設定温度より低い場合に、前記圧縮機起動モードを行う
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。 4. The vapor compression refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the control device performs the compressor start-up mode when a temperature of the compressor is lower than a set temperature. 前記制御装置は、前記圧縮機の吐出スーパーヒートが所定値以上となるか、前記圧縮機の吸入スーパーヒートが所定値以下となるか、又は前記圧縮機の吸入圧が正圧になれば、前記圧縮機起動モードを終了する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル装置。 4. The vapor compression refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the control device terminates the compressor start-up mode when a discharge superheat of the compressor becomes equal to or greater than a predetermined value, when a suction superheat of the compressor becomes equal to or less than a predetermined value, or when a suction pressure of the compressor becomes positive.
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