JP6942265B2 - 熱源装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
[冷凍サイクル装置]
図1は、この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。この実施の形態の冷凍サイクル装置100は、倉庫等の冷却空間を冷却する冷凍装置に適用されるものである。なお、冷凍サイクル装置100は、ビル等の空調を行う空気調和装置に適用することができる。冷凍サイクル装置100は、熱源装置200と負荷装置400とを有している。熱源装置200は、冷却空間の外部に設けられ、負荷装置400に熱を供給するものである。熱源装置200は、例えば屋外に設けられるが、機械室等に設けられてもよい。負荷装置400は、冷却空間の内部に設けられ、冷却空間を冷却するものである。負荷装置400は、膨張弁105と負荷側熱交換器106と負荷側送風機(図示を省略)を有している。膨張弁105は、冷媒を膨張させるものである。膨張弁105は、例えば開度を調整することができる電子式膨張弁であるが、開度を調整することができない毛細管であってもよい。なお、膨張弁105は、負荷装置400の外部に設けられてもよい。負荷側熱交換器106は、空気を冷媒と熱交換させるものである。負荷側熱交換器106は、フィンおよびチューブで形成されたフィンチューブ式の熱交換器である。負荷側熱交換器106は、冷媒と水等の熱媒体を熱交換させるプレート式の熱交換器等であってもよい。この実施の形態の負荷側熱交換器106は、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。負荷側送風機(図示を省略)は、負荷側熱交換器106に空気を送風するものである。負荷側送風機(図示を省略)が送風を行うことで、負荷側熱交換器106と熱交換した空気が、冷却空間に吹き出される。
熱源装置200と負荷装置400とが冷媒配管で接続されることで、冷媒回路109が形成される。冷媒回路109は、スクリュー圧縮機102と熱源側熱交換器104と膨張弁105と負荷側熱交換器106とが冷媒配管で接続されることで形成され、冷媒が循環するものである。スクリュー圧縮機102で圧縮された高温高圧の冷媒は、熱源側熱交換器104で凝縮しながら放熱する。熱源側熱交換器104で凝縮した冷媒は、膨張弁105で膨張する。膨張弁105で膨張した冷媒は、負荷側熱交換器106で蒸発しながら空気から吸熱し、空気を冷却する。負荷側熱交換器106で蒸発した冷媒は、スクリュー圧縮機102に吸入され、再び圧縮される。
図2は、図1に記載のスクリュー圧縮機の一例を示す図である。図2に示すように、スクリュー圧縮機102を形成する筒状のケーシング10の内部に、モータ103とスクリューロータ3aと高圧スクリューロータ3bとスクリュー軸4とゲートロータ6aと高圧ゲートロータ6bと備えている。また、ケーシング1の内部には、低圧側と高圧側とを仕切る隔壁(図示せず)が設けられている。スクリューロータ3aを有する低圧圧縮部で圧縮された冷媒は、中間室11に吐出される。中間室11の冷媒は、高圧スクリューロータ3bを有する高圧圧縮部で圧縮され、ケーシング10に設けられた吐出口(図示を省略)から吐出される。モータ103は、ケーシング1の内部に固定されたステータ2aとステータ2aの内側に設けられたモータロータ2bとを有している。スクリューロータ3aおよび高圧スクリューロータ3bとモータロータ2bとは、互いに同一軸線上に設けられている。スクリューロータ3aおよび高圧スクリューロータ3bとモータロータ2bとは、スクリュー軸4で接続されている。スクリューロータ3aの外周面には、圧縮室5aを形成する複数の螺旋状の圧縮溝が形成されており、高圧スクリューロータ3bの外周面には、高圧圧縮室5bを形成する複数の螺旋状の圧縮溝が形成されている。ゲートロータ6aは、スクリューロータ3aの外周面に形成された圧縮溝と噛み合わされる複数の歯を有している。高圧ゲートロータ6bは、高圧スクリューロータ3bの外周面に形成された圧縮溝と噛み合わされる複数の歯を有している。圧縮室5aは、ケーシング10の内周面、スクリューロータ3a、およびゲートロータ6aなどで形成される。高圧圧縮室5bは、ケーシング10の内周面、高圧スクリューロータ3b、および高圧ゲートロータ6bなどで形成される。スクリューロータ3aおよび高圧スクリューロータ3bは、モータロータ2bが回転することで、回転駆動される。スクリューロータ3aが回転することで、ゲートロータ6aの歯がスクリューロータ3aの圧縮溝の内側を相対的に移動する。高圧スクリューロータ3bが回転することで、高圧ゲートロータ6bの歯が高圧スクリューロータ3bの圧縮溝の内側を相対的に移動する。上記の動作によって、圧縮室5aおよび高圧圧縮室5bのそれぞれは、吸入行程、圧縮行程および吐出行程を一サイクルとして、このサイクルを繰り返す。
図3は、図2に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吸入工程の一例を示す図である。図4は、図2に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の圧縮工程の一例を示す図である。図5は、図2に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吐出工程の一例を示す図である。図3〜図5では、ドットのハッチングで示した圧縮室5aに着目して、圧縮工程を説明する。図3は、吸入行程における圧縮室5aの状態を示している。スクリューロータ3aが実線矢印の方向に回転すると、図4に示すように圧縮室5aの容積が縮小する。さらに、スクリューロータ3aが回転すると、図5に示すように、圧縮室5aが吐出部12と連通する。圧縮室5aで圧縮された高圧の冷媒は、吐出部12から吐出される。吐出部12から吐出された冷媒は、高圧圧縮室5bに吸入されて、更に圧縮される。なお、高圧圧縮室5bは、圧縮室5aと同様に冷媒を圧縮するため、説明を省略する。
また、例えば、図16は、実施の形態1の変形例1を示す図である。図17は、実施の形態1の変形例1の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。図16および図17に示すように、変形例1は、起動時に、低圧圧力と吸入ガス温度とを利用して、スライドバルブ7の制御を実行する。この実施の形態の例の冷凍サイクル装置100は、閾値D、閾値E、閾値Fの3つの閾値を有している。閾値D、閾値E、閾値Fは、予め設定されており、例えば、制御装置110に記憶されている。3つの閾値の関係性は、閾値D>閾値E>閾値Fとなっている。閾値D>閾値E>閾値Fとすることで、ハンチングを抑制することができる。
したがって、低圧圧力が高くなると吐出ガス温度も高くなり、スクリューロータ3a、高圧スクリューロータ3bが焼き付くおそれが大きくなる。低圧圧力が高い場合は、吸込SHの上限を下げる必要がある。そこで、吸入ガス温度と低圧圧力との関係を利用して、スライドバルブ7を制御することで、実施の形態1と比較して、低圧が低いときにスライドバルブ7を第1の位置として運転することができる範囲が拡大する。スライドバルブ7を第1の位置として運転することができる範囲が拡大することで、冷凍サイクル装置100の効率が向上し、冷却対象を効率よく冷却することができる。
また、例えば、変形例2の冷凍サイクル装置100は、起動後、図15の制御を実行する前に、圧縮室5aの吸入容積を小さくしておく。つまり、冷凍サイクル装置100の起動後の第1時刻t1までの準備時間は、吸込SHの大きさにかかわらず圧縮室5aの吸入容積を小さくしておく。そして、冷凍サイクル装置100は、準備時間が経過した後であって設定時間が経過までは、図15の制御を実行する。変形例2のように、冷凍サイクル装置100の起動後、準備時間が経過するまでは、無条件で圧縮室5aの吸入容積を小さくしておくことで、スクリューロータ3a、高圧スクリューロータ3bの焼き付き等のおそれを更に低減することができる。なお、準備時間は、設定時間と比較して短い時間であり、例えば設定時間が数十分であるときは、準備時間は数分よりも短い時間である。
図18は、この発明の実施の形態2に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。図19は、実施の形態2の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。なお、図18において、図6と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。この実施の形態の例のスクリュー圧縮機102は、第1の駆動装置90aと第1の連結棒80aと第1のスライドバルブ70aと第2の駆動装置90bと第2の連結棒80bと第2のスライドバルブ70bとを有している。すなわち、実施の形態1は、2個のスライドバルブ7が同時にスライド移動するものであり、実施の形態2は、第1のスライドバルブ70aと第2のスライドバルブ70bのそれぞれが独立してスライド移動するものである。
図20は、この発明の実施の形態3に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。なお、図20において、図1と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。この実施の形態のスクリュー圧縮機102は、接続配管170とバイパス弁172とを有している。接続配管170は、この実施の形態の「バイパス部」に相当するものであり、バイパス弁172は、この実施の形態の「調整部」に相当するものである。
Claims (12)
- スクリューロータと、前記スクリューロータを収容し該スクリューロータとともに圧縮室を形成するケーシングと、前記ケーシングに形成され、前記圧縮室の第1の圧力部と該第1の圧力部よりも低い圧力の第2の圧力部とを接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられ、前記圧縮室の圧縮比を調整する調整部と、を備えたスクリュー圧縮機と、
前記スクリュー圧縮機が吸入する冷媒の温度または過熱度を検出する吸入センサと、
前記スクリュー圧縮機が起動してから設定時間が経過する前、且つ前記吸入センサの検出結果が第1の設定値よりも高いときに、前記バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置と、を備え、
前記バイパス部は、前記調整部が前記スクリューロータの回転軸方向に沿ってスライド移動することで、開口面積が調整される
熱源装置。 - 前記制御装置は、前記設定時間が経過する前の第1時刻が経過する前は、前記吸入センサの検出結果にかかわらず、前記バイパス部を連通させる制御を実行する、
請求項1に記載の熱源装置。 - 前記バイパス部が複数個設けられた、
請求項1または請求項2に記載の熱源装置。 - 前記バイパス部が偶数個設けられた、
請求項3に記載の熱源装置。 - 一対の前記バイパス部が、前記スクリューロータを挟んで線対称となる位置に設けられた、
請求項3または請求項4に記載の熱源装置。 - 前記制御装置は、前記吸入センサの検出結果が前記第1の設定値よりも高い第2の設定値のときに、前記圧縮比を第1の圧縮比とするように前記調整部を制御し、前記吸入センサの検出結果が前記第1の設定値よりも高く且つ前記第2の設定値よりも低いときに、前記圧縮比を第1の圧縮比よりも小さい第2の圧縮比とするように前記調整部を制御する、
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の熱源装置。 - 前記バイパス部は、前記第1の圧力部と前記第2の圧力部とを繋ぐように前記ケーシングに形成されたバイパス開口部を有し、
前記調整部は、前記バイパス開口部を覆って前記第1の圧力部と前記第2の圧力部とを連通させない第1の位置と、前記バイパス開口部の少なくとも一部分を覆わずに前記第1の圧力部と前記第2の圧力部とを連通させる第2の位置と、をスライド移動するスライドバルブを有する、
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の熱源装置。 - 前記バイパス部は、前記第1の圧力部と前記第2の圧力部とを繋ぐ接続配管を有し、
前記調整部は、前記接続配管に設けられて該接続配管に流れる冷媒の流れを調整するバイパス弁を有する、
請求項1〜請求項7の何れか一項に記載の熱源装置。 - 前記スクリュー圧縮機は、前記圧縮室を収容した低圧側と、前記圧縮室で圧縮された冷媒を圧縮する高圧圧縮室を収容した高圧側と、を仕切る隔壁を有する、
請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の熱源装置。 - 前記第2の圧力部は、前記圧縮室が冷媒を吸入する吸入部と連通する、
請求項1〜請求項9の何れか一項に記載の熱源装置。 - スクリューロータと、前記スクリューロータを収容し該スクリューロータとともに圧縮室を形成するケーシングと、前記ケーシングに形成され、前記圧縮室の第1の圧力部と該第1の圧力部よりも低い圧力の第2の圧力部とを接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられ、前記圧縮室の圧縮比を調整する調整部と、を備えたスクリュー圧縮機と、
前記スクリュー圧縮機が起動してから第1時刻が経過する前は、前記バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置と、を備え、
前記バイパス部は、前記調整部が前記スクリューロータの回転軸方向に沿ってスライド移動することで、開口面積が調整される
熱源装置。 - 請求項1〜請求項11の何れか一項に記載の熱源装置と、
前記熱源装置と接続された負荷装置と、を有する、
冷凍サイクル装置。
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