JP4887929B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
本参考技術の空調機(20)は、冷凍装置(20)によって構成されている。空調機(20)は、図1に示すように、1台の室外ユニット(64)と3台の室内ユニット(61a,61b,61c)とを備えている。なお、室内ユニット(61a,61b,61c)の台数は、単なる例示である。
上記空調機(20)の運転動作について説明する。この空調機(20)は、冷房運転と暖房運転とが実行可能になっており、四路切換弁(25)によって運転の切り換えが行われる。
冷房運転時には、四路切換弁(25)が図1に実線で示す第1状態に設定される。室内膨張弁(51a,51b,51c)の開度は適宜調節される。室外膨張弁(43)の開度は全開に設定される。この状態で圧縮機(30)を駆動すると、冷媒回路(10)で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、室外熱交換器(44)が凝縮器として機能し、各室内熱交換器(41a,41b,41c)が蒸発器として機能する。
暖房運転時には、四路切換弁(25)が図1に破線で示す第2状態に設定される。室外膨張弁(43)の開度は適宜調節される。室内膨張弁(51a,51b,51c)の開度は全開に設定される。この状態で圧縮機(30)を駆動すると、冷媒回路(10)で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、各室内熱交換器(41a,41b,41c)が凝縮器として機能し、室外熱交換器(44)が蒸発器として機能する。
先ず、液側調節弁(40)やガス側調節弁(36)の開度を変化させた場合に、冷凍サイクルの運転状態がどの様に変化するかを説明する。
本参考技術では、冷媒調整タンク(35)内の圧力を冷凍サイクルにおける中間圧にすることで、冷媒調整タンク(35)内の冷媒と圧縮機(30)に吸入される冷媒との圧力差が大きくなるようにしている。冷媒調整タンク(35)内の冷媒と圧縮機(30)に吸入される冷媒との圧力差が大きくなると、冷媒調整タンク(35)から圧縮機(30)へ冷媒が流れやすくなり、冷媒調整タンク(35)から圧縮機(30)へ供給可能な液冷媒の量が従来に比べて増加する。従って、液流量調節機構(40)の操作によって圧縮機(30)が吸入する冷媒の密度を従来より大きく変化させることが可能になるので、圧縮機(30)の通過冷媒量と膨張機(31)の通過冷媒量とのバランスを調節する能力を向上させることができる。
参考技術の変形例1について説明する。この変形例1では、図3に示すように、液配管(38)とガスインジェクション配管(37)とに跨って内部熱交換器(45)が設けられている。内部熱交換器(45)は、液配管(38)の途中に設けられる第1流路(46)と、ガスインジェクション配管(37)の途中に設けられる第2流路(47)とを備えている。内部熱交換器(45)では、第1流路(46)と第2流路(47)とが互いに隣接する状態で配置され、第1流路(46)の冷媒と第2流路(47)の冷媒とが熱交換を行うように構成されている。
参考技術の変形例2について説明する。この変形例2では、図4に示すように、液インジェクション配管(39)及び液側調節弁(40)だけが設けられており、ガスインジェクション配管(37)及びガス側調節弁(36)は省略されている。この冷媒回路(10)において、液インジェクション配管(39)は、その一端が冷媒調整タンク(35)の底部に、他端が圧縮機(30)の吸入側にそれぞれ接続されている。この点は、上記参考技術の場合と同様である。
本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、上記参考技術と、その変形例1及び2とについて、図5に示すように、室外回路(14)にバイパス通路としてのバイパス配管(58)を設けるようにしたものである。
上記実施形態および参考技術は、以下の変形例のように構成してもよい。
上記実施形態および参考技術について、コントローラ(90)が、液側調節弁(40)やガス側調節弁(36)を開度制御するだけでなく、冷房運転で室外膨張弁(43)を開度制御し、暖房運転で各室内膨張弁(51a,51b,51c)を開度制御するように構成されていてもよい。冷房運転では、各室内膨張弁(51a,51b,51c)が低圧側膨張機構し、室外膨張弁(43)が高圧側流量調節機構を構成する。暖房運転では、室外膨張弁(43)が低圧側膨張機構し、各室内膨張弁(51a,51b,51c)が高圧側流量調節機構を構成する。
上記実施形態および参考技術について、図6に示すように、液インジェクション配管(39)を、圧縮機(30)の吸入側ではなく、圧縮機(30)における圧縮行程の途中に接続してもよい。液インジェクション配管(39)の出口は、圧縮機(30)における圧縮行程の途中となる空間に開口する。
上記実施形態および参考技術について、図7に示すように、圧縮機(30)を低段側圧縮機構(30a)と高段側圧縮機構(30b)とにより構成して、液インジェクション配管(39)を高段側圧縮機構(30b)の吸入側に接続してもよい。低段側圧縮機構(30a)と高段側圧縮機構(30b)とは互いに直列に接続されている。つまり、圧縮機(30)は、低段側圧縮機構(30a)で圧縮された冷媒を高段側圧縮機構(30b)が吸入してさらに圧縮する2段圧縮を行うように構成されている。
上記実施形態および参考技術について、コントローラ(90)が、冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液側調節弁(40)やガス側調節弁(36)を開度制御するように構成されていてもよい。
上記実施形態および参考技術について、コントローラ(90)は、第4変形例のように冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように液側調節弁(40)を操作する場合に、冷凍サイクルの高圧が制御目標値を下回る状態で圧縮機(30)の吐出冷媒の過熱度が所定値を下回ると、湿り防止動作を行うように構成されていてもよい。この場合、コントローラ(90)は、圧縮機(30)の吐出側に設けられたセンサに基づいて圧縮機(30)の吐出冷媒の過熱度を検出する。
上記実施形態および参考技術について、コントローラ(90)が、圧縮機(30)の吐出冷媒温度と冷凍サイクルの高圧がそれぞれ所定の制御目標値となるように液側調節弁(40)やガス側調節弁(36)を開度制御するように構成されていてもよい。
上記実施形態および参考技術について、図8に示すように、室外膨張弁(43)を逆止弁(CV-4)の位置に設けてもよい。この空調機(20)では、冷房運転時には室外膨張弁(43)を全閉にする。暖房運転時には、圧縮機(30)に向かう冷媒の過熱度が一定になるように、室外膨張弁(43)の開度を調節する。
上記実施形態について、図9に示すように、空調機(20)に設けられる室内ユニット(61)が1台であってもよい。
上記実施形態について、室内膨張弁(51)の代わりにキャピラリチューブを用いてもよい。この場合、冷媒回路(10)に四路切換弁(25)やブリッジ回路(24)を設けずに、空調機(20)を冷房運転のみ実行可能に構成してもよい。
20 空調機(冷凍装置)
30 圧縮機
30a 低段側圧縮機構
30b 高段側圧縮機構
31 膨張機
35 冷媒調整タンク
36 ガス側調節弁(ガス流量調節機構)
37 ガスインジェクション配管(ガスインジェクション通路)
39 液インジェクション配管(液インジェクション通路)
40 液側調節弁(液流量調節機構)
43 室外膨張弁(低圧側膨張機構、高圧側流量調節機構)
45 内部熱交換器
51 室内膨張弁(低圧側膨張機構、高圧側流量調節機構)
58 バイパス配管(バイパス配管)
59 流量調節弁(バイパス量調節機構)
90 コントローラ(制御手段)
Claims (14)
- 動力回収用の膨張機(31)が接続された冷媒回路(10)を備え、該冷媒回路(10)内で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
上記冷媒回路(10)における上記膨張機(31)から蒸発器へ至る冷媒流通経路の途中に配置されて、該膨張機(31)で減圧された冷媒をさらに減圧させる低圧側膨張機構(43,51)と、
上記冷媒回路(10)を循環する冷媒の量を調節するために、該冷媒回路(10)における上記膨張機(31)から低圧側膨張機構(43,51)へ至る冷媒流通経路の途中に配置された冷媒調整タンク(35)と、
上記冷媒調整タンク(35)内の液冷媒を上記圧縮機(30)へ供給するための液インジェクション通路(39)と、
上記液インジェクション通路(39)における冷媒流量を調節する液流量調節機構(40)と、
上記冷媒回路(10)において上記膨張機(31)をバイパスするように該膨張機(31)の上流と下流とを接続するバイパス通路(58)と、
上記バイパス通路(58)における冷媒流量を調節するバイパス量調節機構(59)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記冷媒調整タンク(35)内のガス冷媒を上記圧縮機(30)へ供給するためのガスインジェクション通路(37)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項2において、
上記ガスインジェクション通路(37)における冷媒流量を調節するガス流量調節機構(36)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1又は2において、
上記圧縮機(30)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)を操作する制御手段(90)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1又は2において、
上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)を操作する制御手段(90)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1又は2において、
上記冷媒回路(10)における凝縮器から膨張機(31)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されて、該膨張機(31)を通過する冷媒流量を調節する高圧側流量調節機構(43,51)と、
上記圧縮機(30)の吐出冷媒の温度と上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの高圧とがそれぞれ所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)及び高圧側流量調節機構(43,51)を操作する制御手段(90)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項3において、
上記圧縮機(30)から吐出される冷媒の温度が所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)及びガス流量調節機構(36)を操作する制御手段(90)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項3において、
上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)及びガス流量調節機構(36)を操作する制御手段(90)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項3において、
上記冷媒回路(10)における凝縮器から膨張機(31)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されて、該膨張機(31)を通過する冷媒流量を調節する高圧側流量調節機構(43,51)と、
上記圧縮機(30)の吐出冷媒の温度と上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの高圧とがそれぞれ所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)、ガス流量調節機構(36)、及び高圧側流量調節機構(43,51)を操作する制御手段(90)とを備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1乃至3の何れか1つにおいて、
上記冷媒回路(10)における凝縮器から膨張機(31)へ至る冷媒流通経路の途中に配置されて、該膨張機(31)を通過する冷媒流量を調節する高圧側流量調節機構(43,51)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項10において、
上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの高圧が所定の制御目標値となるように上記液流量調節機構(40)を操作する一方で、該冷凍サイクルの高圧が該制御目標値を下回る状態で上記圧縮機(30)の吐出冷媒の過熱度が所定値を下回る場合には、上記液インジェクション通路(39)の冷媒流量を一定に保つように上記液流量調節機構(40)を操作すると共に、上記膨張機(31)を通過する冷媒流量が減少するように上記高圧側流量調節機構(43,51)を操作する制御手段(90)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項4乃至9,11の何れか1つにおいて、
上記制御手段(90)は、上記冷媒回路(10)で行われる冷凍サイクルの成績係数がその時の運転状態において得られる最高の値となるように、冷凍サイクルの運転状態に基づいて上記制御目標値を設定するように構成されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1乃至12の何れか1つにおいて、
上記冷媒回路(10)内で冷媒を循環させて行う冷凍サイクルの高圧が該冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項13において、
上記冷媒回路(10)には、二酸化炭素が冷媒として充填されていることを特徴とする冷凍装置。
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