JP5478715B2 - 冷凍サイクル装置及びその運転方法 - Google Patents
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Description
前記膨張機で減圧された冷媒が蒸発する蒸発器と、吐出側が前記主圧縮機での圧縮工程の中間となる位置に接続され、前記膨張機での冷媒の減圧時の動力を用いて前記蒸発器を通過した冷媒の一部を中間圧力まで圧縮する副圧縮機と、前記副圧縮機の冷媒流出側と前記主圧縮機の冷媒流入側とを接続する中間圧バイパス流路と、前記中間圧バイパス流路に設けられ、前記中間圧バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整する中間圧バイパス弁と、前記放熱器の冷媒流出側と前記膨張機の冷媒流入側との間に設けられ、前記膨張機に流入する冷媒を減圧する予膨張弁と、前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を調整するものである。
図1は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路構成を模式的に表す回路構成図である。図2は、主圧縮機1の断面構成を示す概略縦断面図である。図3は、冷凍サイクル装置100の冷房運転時における冷媒の変遷を示すP−h線図である。図4は、冷凍サイクル装置100の暖房運転時における冷媒の変遷を示すP−h線図である。図5は、制御装置83が行なう制御処理の流れを示すフローチャートである。図6は、中間圧バイパス弁9と予膨張弁6との連携制御時における動作を示す説明図である。図1〜図6に基づいて、冷凍サイクル装置100の回路構成及び動作について説明する
電気モーター102に通電されると、電気モーター102を構成している固定子と回転子とにトルクが発生し、シャフト103が回転する。シャフト103の先端部には揺動スクロール104が装着されており、揺動スクロール104が公転運動を行なう。揺動スクロール104の旋回運動とともに圧縮室が中心に向かって容積を減少させながら移動し、冷媒が圧縮される。
<冷房運転モード>
冷凍サイクル装置100が実行する冷房運転時の動作について図1及び図3を参照しながら説明する。なお、図1で示す記号A〜Gは、図3で示す記号A〜Gに対応している。また、冷房運転モードでは、第1四方弁3及び第2四方弁5が図1に「実線」で示されている状態に制御される。ここで、冷凍サイクル装置100の冷媒回路等における圧力の高低については、基準となる圧力との関係により定まるものではなく、主圧縮機1や副圧縮機2での昇圧、予膨張弁6や膨張機7の減圧等によりできる相対的な圧力を高圧、低圧として表わすものとする。また、温度の高低についても同様であるものとする。
冷凍サイクル装置100は、上述した動作を繰り返すことで、室内の空気の熱が室外の空気へ伝達されて、室内を冷房することになる。
冷凍サイクル装置100が実行する暖房運転時の動作について図1及び図4を参照しながら説明する。なお、図1で示す記号A〜Gは、図4で示す記号A〜Gに対応している。また、暖房運転モードでは、第1四方弁3及び第2四方弁5が図1に「破線」で示されている状態に制御される。ここで、冷凍サイクル装置100の冷媒回路等における圧力の高低については、基準となる圧力との関係により定まるものではなく、主圧縮機1や副圧縮機2での昇圧、予膨張弁6や膨張機7の減圧等によりできる相対的な圧力を高圧、低圧として表わすものとする。また、温度の高低についても同様であるものとする。
冷凍サイクル装置100は、上述した動作を繰り返すことで、室外の空気の熱が室内の空気へ伝達されて、室内を暖房することになる。
膨張機7を流れる冷媒流量をGE、副圧縮機2を流れる冷媒流量をGCとする。また、主圧縮機1と副圧縮機2を流れる合計の冷媒流量のうち、副圧縮機2へ流れる冷媒流量の割合(分流比とする)をWとすると、GEとGCの関係は下記式(1)のようになる。
式(1) GC=W×GE
よって、副圧縮機2の行程容積をVC、膨張機7の行程容積をVE、副圧縮機2の流入冷媒密度をDC、膨張機7の流入冷媒密度をDEとして、密度比一定の制約は下記式(2)のように表わされる。
式(2) VC/VE/W=DE/DC
式(3) hE−hF=W×(hB−hA)
実際の運転状態での密度比(DE/DC)が、設計時に想定した設計容積比(VC/VE/W)より大きい冷房運転の場合について説明する。この場合には、密度比一定の制約のため、膨張機7の入口冷媒密度(DE)が小さくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を低下させた状態でバランスしようとする。ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より低下した状態では運転効率が低下してしまう。
実際の運転状態での密度比(DE/EC)が、設計時に想定した設計容積比(VC/VE/W)より小さい冷房運転の場合について説明する。この場合には、密度比一定の制約のため、膨張機7の入口冷媒密度(DE)が大きくなるように、冷凍サイクルは高圧側圧力を上昇させた状態でバランスしようとする。ところが、高圧側圧力が望ましい圧力より上昇した状態では運転効率が低下してしまう。
実際の運転状態での密度比(DE/DC)が、設計時に想定した設計容積比(VC/VE/W)と異なる暖房運転の場合があるが、冷房運転時と同様に副圧縮機2及び膨張機7の動作を制御するようになっているため説明を省略する。
式(4) Tsc=Tc−Tco
Claims (11)
- 冷媒を圧縮する主圧縮機と、
前記主圧縮機で圧縮された冷媒の熱を放散する放熱器と、
前記放熱器を通過した冷媒を減圧する膨張機と、
前記膨張機で減圧された冷媒が蒸発する蒸発器と、
吐出側が前記主圧縮機での圧縮工程の中間となる位置に接続され、前記膨張機での冷媒の減圧時の動力を用いて前記蒸発器を通過した冷媒の一部を中間圧力まで圧縮する副圧縮機と、
前記副圧縮機の冷媒流出側と前記主圧縮機の冷媒流入側とを接続する中間圧バイパス流路と、
前記中間圧バイパス流路に設けられ、前記中間圧バイパス流路を流れる冷媒の流量を調整する中間圧バイパス弁と、
前記放熱器の冷媒流出側と前記膨張機の冷媒流入側との間に設けられ、前記膨張機に流入する冷媒を減圧する予膨張弁と、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の動作を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を調整する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
実際の運転状態での前記膨張機の流入冷媒密度と前記副圧縮機の流入冷媒密度から求めた密度比が、設計時に想定した前記副圧縮機の行程容積と前記膨張機の行程容積と前記副圧縮機へ流れる冷媒流量の割合から求めた設計容積比より大きいとき、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を上昇させ、
一方、前記実際の運転状態での密度比が、前記設計時に想定した設計容積比より小さいとき、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を低下させる
ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記中間圧バイパス弁の開度が最低開度であるときは前記予膨張弁を操作し、
前記予膨張弁の開度が最高開度であるときは前記中間圧バイパス弁を操作することをもって、前記高圧側圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記主圧縮機の冷媒流出側で検知される吐出温度との相関によって高圧側圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記蒸発器を流出する冷媒の過熱度との相関によって高圧側圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記放熱器を流出する冷媒の過冷却度との相関によって高圧側圧力を調整する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記副圧縮機は二段圧縮機であり、
前記副圧縮機からの吐出冷媒を、
低段側圧縮室と後段側圧縮室をつなぐ経路にインジェクションする
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 冷媒として高圧側において超臨界状態となるものを用いている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 主圧縮機で冷媒を圧縮し、
前記主圧縮機で圧縮された冷媒の熱を放熱器で放散し、
前記放熱器を通過した冷媒を膨張機で減圧し、
前記膨張機で減圧された冷媒を蒸発器で蒸発し、
前記膨張機での冷媒の減圧時の動力を用いて前記蒸発器を通過した冷媒の一部を副圧縮機で中間圧力まで圧縮し、
前記副圧縮機で中間圧力まで圧縮された冷媒を前記主圧縮機での圧縮工程の中間となる位置にインジェクションし、
前記副圧縮機の冷媒流出側と前記主圧縮機の冷媒流入側とを中間圧バイパス流路で接続し、
前記中間圧バイパス流路を流れる冷媒の流量を中間圧バイパス弁で調整し、
前記放熱器の冷媒流出側と前記膨張機の冷媒流入側との間で前記膨張機に流入する冷媒を予膨張弁で減圧し、
実際の運転状態での前記膨張機の流入冷媒密度と前記副圧縮機の流入冷媒密度から求めた密度比、及び、設計時に想定した前記副圧縮機の行程容積と前記膨張機の行程容積と前記副圧縮機へ流れる冷媒流量の割合から求めた設計容積比に基づいて、前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を調整している
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。 - 実際の運転状態での密度比が、設計時に想定した設計容積比より大きいとき、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を上昇させるようにしている
ことを特徴とする請求項9に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。 - 実際の運転状態での密度比が、設計時に想定した設計容積比より小さいとき、
前記中間圧バイパス弁及び前記予膨張弁の一方または双方の開度を変更し、もって高圧側圧力を低下させるようにしている
ことを特徴とする請求項9に記載の冷凍サイクル装置の運転方法。
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