JP7474911B1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷凍サイクル装置の運転効率を向上させる。【解決手段】凝縮器と蒸発器の間の冷媒経路から分岐した冷媒をエコノマイザ膨張弁により減圧し、圧縮機において中間圧に減圧された冷媒に合流させるエコノマイザ回路と、凝縮器と蒸発器の間の冷媒経路から分岐した冷媒を過冷却膨張弁により減圧し、圧縮機の吸入側の冷媒に合流させる過冷却回路と、圧縮機から吐出する冷媒の第1冷媒温度を検出する第1温度センサと、エコノマイザ膨張弁の開度と、過冷却膨張弁の開度を調整する制御部とを備え、制御部は、圧縮機の回転数が第1回転数の場合に過冷却膨張弁の開度を第1開度に設定し、回転数が第1回転数よりも大きい第2回転数の場合に、過冷却膨張弁の開度を第1開度よりも大きい第2開度に設定し、第1冷媒温度に応じて、エコノマイザ膨張弁の開度を制御する。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
近年、エネルギー枯渇問題、地球温暖化問題が注目を浴び、冷凍機や空気調和機に使用される冷媒についても、COP(Coefficient Of Performance)が高く環境負荷がより小さいものが望まれている。特に地球温暖化問題に対する注目度は高く、冷媒が漏れることでの直接的影響すなわちGWP(地球温暖化係数)が低く、間接的影響すなわち消費エネルギーが小さい冷媒が求められている。
冷凍機等の性能を向上させるための手段として、主に、圧縮機の入力を減らすことのできるエコノマイザや、主に低圧側の圧力損失を低減させることのできる過冷却バイパスの技術が知られている。
特開2009-204244号公報
エコノマイザと過冷却バイパスとを用いて、運転効率を向上したいという要望があった。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、冷凍サイクル装置における運転効率の向上を目的とする。
本発明は、冷凍サイクル装置であって、凝縮器と蒸発器の間の冷媒経路から分岐した冷媒をエコノマイザ膨張弁により減圧し、圧縮機において中間圧に減圧された冷媒に合流させるエコノマイザ回路と、前記凝縮器と前記蒸発器の間の前記冷媒経路から分岐した冷媒を過冷却膨張弁により減圧し、前記圧縮機の吸入側の冷媒に合流させる過冷却回路と、前記圧縮機から吐出する冷媒の第1冷媒温度を検出する第1温度センサと、前記エコノマイザ膨張弁の開度と、前記過冷却膨張弁の開度を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記圧縮機の回転数が第1回転数の場合に前記過冷却膨張弁の開度を第1開度に設定し、前記回転数が前記第1回転数よりも大きい第2回転数の場合に、前記過冷却膨張弁の開度を前記第1開度よりも大きい第2開度に設定し、前記第1冷媒温度に応じて、前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御し、前記エコノマイザ回路及び前記過冷却回路は、共通熱交換器に接続され、前記制御部は、前記回転数が第3回転数の場合に、前記共通熱交換器を流れる冷媒を前記圧縮機の吸入側の冷媒に合流させ、前記回転数が前記第3回転数よりも小さい第4回転数の場合に、前記共通熱交換器を流れる冷媒を前記圧縮機の中間圧の冷媒に合流させる。
また、本発明の他の形態は、冷凍サイクル装置であって、凝縮器と蒸発器の間の冷媒経路から分岐した冷媒をエコノマイザ膨張弁により減圧し、圧縮機において中間圧に減圧された冷媒に合流させるエコノマイザ回路と、前記凝縮器と前記蒸発器の間の前記冷媒経路から分岐した冷媒を過冷却膨張弁により減圧し、前記圧縮機の吸入側の冷媒に合流させる過冷却回路と、前記圧縮機から吐出する冷媒の第1冷媒温度を検出する第1温度センサと、前記過冷却回路と前記蒸発器の間の冷媒の第2冷媒温度を検出する第2温度センサと、前記エコノマイザ膨張弁の開度と、前記過冷却膨張弁の開度を調整する制御部とを備え、前記制御部は、前記第2冷媒温度に基づいて、前記過冷却膨張弁の開度を制御し、前記第1冷媒温度に基づいて、前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御し、前記冷媒には、温度勾配のある混合冷媒が用いられる。
本発明によれば、冷凍サイクル装置の運転効率を向上させることができる。
第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 第1の実施形態に係る制御を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 第2の実施形態に係る制御を示すフローチャートである。 p-h線図である。 第3の実施形態に係るエコノマイザ回路、過冷却回路及び共通熱交換器を示す図である。 バイパス優位の場合のエコノマイザ回路と、過冷却回路及び共通熱交換器を示す図である。 第4の実施形態に係るエコノマイザ回路、過冷却回路及び共通熱交換器を示す図である。 バイパス優位の場合のエコノマイザ回路と、過冷却回路及び共通熱交換器を示す図である。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1を示す図である。なお、冷凍サイクル装置1は、冷凍機や空気調和機に用いられる。本実施形態に係る冷凍サイクル装置1においては、冷媒は、温度勾配のある混合冷媒であるものとする。このような混合冷媒としては、R448A等が挙げられる。ただし、冷媒は、単一冷媒であってもよい。
冷凍サイクル装置1は、凝縮器(熱源側熱交換器)11と、膨張弁12と、蒸発器(負荷側熱交換器)13と、圧縮機14と、エコノマイザ回路20と、過冷却回路30と、を備えている。冷媒は、凝縮器11において、周囲と熱交換し、高温気体から液体に変化する。続いて、冷媒は、エコノマイザ回路20及び過冷却回路30を経由し、膨張弁12において減圧され、蒸発器13において、周囲と熱交換し、液体から低温低圧の気体に変化する。冷媒は、続いて、圧縮機14において圧縮されて、高温高圧の気体として圧縮機14から吐出する。
エコノマイザ回路20においては、主流経路101にエコノマイザ熱交換器21が設けられ、第1分流経路102にエコノマイザ膨張弁22が設けられている。凝縮器11で熱交換した液冷媒の一部は、第1分流経路102を流れ、エコノマイザ膨張弁22で圧縮機14の中間圧力まで減圧される。減圧された液冷媒は、エコノマイザ熱交換器21で主流側の冷媒との間で熱交換することで蒸気化し、インジェクション流路103を経由して、圧縮機14の中間に流入する。圧縮機14においては、主流経路101を流れるガス冷媒と、インジェクション流路103から流入した、中間圧に減圧されたガス冷媒とが合流する。これにより、圧縮機14が主流において吸い込む冷媒量を減らし、圧縮機14の入力(動力)を低減することができる。
過冷却回路30においては、主流経路101に過冷却熱交換器31が設けられ、第2分流経路104に過冷却膨張弁32が設けられている。凝縮器11で熱交換し、エコノマイザ回路20の主流経路101を通過した冷媒の一部は、第2分流経路104を流れ、過冷却膨張弁32で圧縮機14の吸入圧力まで減圧される。減圧された冷媒は、過冷却熱交換器31で、主流側の冷媒との間で熱交換することで蒸気化し、過冷却バイパス105を介して圧縮機14の吸入側の配管(主流経路101の配管)に流入する。過冷却バイパス105のガス冷媒は、圧縮機14の吸入側において、主流経路101を流れる冷媒と合流する。これにより、膨張弁12及び負荷側熱交換器13を経由する主流を流れる冷媒流量を減らし、圧力損失を低減することができる。
本実施形態の冷凍サイクル装置1は、エコノマイザ回路20と過冷却回路30を併用する。本実施形態の冷凍サイクル装置1は、エコノマイザ回路20を制御すべく、エコノマイザ膨張弁22の開度を制御し、さらに、過冷却回路30を制御すべく、過冷却膨張弁32の開度を制御する制御部40を備える。さらに、冷凍サイクル装置1においては、圧縮機14の吐出側において、圧縮機14と凝縮器11の間の配管に、第1温度センサ51が設けられている。制御部40は、第1温度センサ51により検知された、圧縮機14から吐出する冷媒の温度である第1冷媒温度を取得し、第1冷媒温度に基づく制御を行う。
図2は、制御部40による制御を示すフローチャートである。制御を開始すると、まず、ステップS100において、制御部40は、圧縮機14の回転数を取得する。次に、ステップS102において、制御部40は、回転数に基づいて、過冷却膨張弁32の開度を設定する。具体的には、制御部40は、回転数が大きくなるにつれて、過冷却膨張弁32の開度がより大きくなるように制御する。制御部40は、例えば、回転数が一定量大きくなる度に、過冷却膨張弁32の開度を一定量大きくする。
圧縮機14の回転数が大きい程、圧力損失が大きくなる。そこで、本実施形態においては、このように、回転数が大きい程、過冷却回路30における過冷却膨張弁32の開度を大きくし、過冷却バイパス105を経由する冷媒量を増加させることで、負荷側熱交換器13を経由する冷媒流量を減らすこととした。これにより、圧力損失を低減することができる。
なお、制御部40は、回転数が第1回転数の場合に過冷却膨張弁32の開度を第1開度に設定し、回転数が第1回転数よりも大きい第2回転数の場合に、過冷却膨張弁32の開度を第1開度よりも大きい第2開度に設定すればよく、そのための具体的な制御は、実施形態に限定されるものではない。
次に、ステップS104において、制御部40は、第1温度センサ51から第1冷媒温度を取得する。次に、ステップS106において、制御部40は、第1冷媒温度と第1温度閾値とを比較する。第1温度閾値は、予め設定されているものとする。過冷却バイパス105に液冷媒が流入すると圧縮機14の吐出温度は低下する。こ第1温度閾値は、のような状態を検出するための温度である。
第1冷媒温度が第1温度閾値よりも小さい場合には(ステップS106でY)、制御部40は、エコノマイザ膨張弁22の開度をより小さい値にし(ステップS108)、その後処理をステップS112へ進める。ステップS108においては、制御部40は、例えば、エコノマイザ膨張弁22の開度を一定量小さくする。
一方で、第1冷媒温度が第1温度以上の場合には(ステップS106でN)、制御部40は、エコノマイザ膨張弁22の開度を、過冷却膨張弁32の開度に応じて設定し(ステップS110)、その後処理をステップS112へ進める。圧縮機14の回転数が小さくなるほど、過冷却膨張弁32の開度としては、より小さい値が設定されるので、これに対し、エコノマイザ膨張弁22の開度としては、より大きい値が設定される。このように、エコノマイザ膨張弁22の開度は、過冷却膨張弁32の開度に基づいて、制御される。
ステップS112において、制御部40は、制御を終了するか否かを判断する。制御部40は、空調運転が終了した場合には、制御を終了すると判断する。制御部40は、制御を終了すると判断した場合には(ステップS112でY)、当該制御を終了する。制御部40は、制御を終了しないと判断した場合には(ステップS112でN)、処理をステップS100へ進め、制御を継続する。
上述のように、圧力損失を低減すべく、圧縮機14の回転数に応じて、過冷却回路30の過冷却膨張弁32の開度が調整される。しかしながら、圧縮機14の回転数が大きくなるのに応じて、過冷却膨張弁32の開度が大きくなり過ぎると、過冷却バイパス105に液冷媒が流れ、過冷却回路30の性能低下に繋がる。過冷却回路30の性能低下を防ぐためには、エコノマイザ膨張弁22の開度を小さくする必要がある。これにより、インジェクション流路103に流れる冷媒量が減少し、エコノマイザ回路20の主流経路101を流れる冷媒の冷却を減らし、過冷却熱交換器31に流入する主流経路101の温度を上げ、過冷却熱交換器31における熱交換量を増やすことができる。
過冷却バイパス105における液戻りは、圧縮機14からの吐出温度の低下として表れる。そこで、本実施形態においては、制御部40は、吐出温度に相当する第1冷媒温度を監視し、第1冷媒温度が第1温度閾値以下の場合には、エコノマイザ膨張弁22の開度を小さくすることとした。これにより、エコノマイザ回路20の主流経路101の冷媒の冷却が減り、過冷却回路30に流入する冷媒の温度が上昇する。したがって、過冷却熱交換器31における熱交換量を増やすことができる。
また、圧縮機14の回転数が比較的低い場合には、圧力損失の低減効果は小さい。そこで、この場合には、制御部40は、過冷却膨張弁32の開度を小さくし、その一方で、エコノマイザ膨張弁22の開度を大きくするよう制御する。すなわち、圧縮機14の回転数が比較的低い場合には、インジェクション量を増加させる。これにより、エコノマイザ回路20による圧縮機14の入力低減の効果を大きくすることができる。
以上のように、第1の実施形態の冷凍サイクル装置1は、エコノマイザ膨張弁22の開度と過冷却膨張弁32の開度とを調整する。これにより、過冷却回路30による圧力損失低減の効果と、エコノマイザ回路20による圧縮機14の入力低減の効果を最適化し、冷凍サイクル装置1における運転効率を向上させることができる。
(第2の実施形態)
次に、図3を参照しつつ、第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置2について、第1の実施形態に係る冷凍サイクル装置1と異なる点を主に説明する。第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置2は、第1温度センサ51に加えて第2温度センサ52を備えている。第2温度センサ52は、過冷却回路30と膨張弁12の間の配管に設置され、過冷却回路30と膨張弁12の間を流れる冷媒の温度である第2冷媒温度を検知する。また、第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置2においては、冷媒は、温度勾配のある混合冷媒であるものとする。このような混合冷媒としては、R448A等が挙げられる。
本実施形態の冷凍サイクル装置2においては、制御部40は、第2温度センサ52により検知された第2冷媒温度に基づいて、過冷却膨張弁32の開度を制御し、さらに第1冷媒温度に基づいて、エコノマイザ膨張弁22の開度を制御する。
図4は、第2の実施形態に係る冷凍サイクル装置2の制御部41による制御を示すフローチャートである。制御を開始すると、まず、ステップS200において、制御部41は、第2温度センサ52から第2冷媒温度を取得する。次に、ステップS202において、制御部41は、第2冷媒温度に基づいて、過冷却膨張弁32の開度を設定する。具体的には、制御部41は、第2冷媒温度が目標冷媒温度よりも高い場合に、過冷却膨張弁32の開度を大きくする。制御部41は、例えば、過冷却膨張弁32の開度を一定量大きくする。ここで、目標冷媒温度は、制御部41により、運転状態等に応じて設定されるものとする。また、制御部41は、目標冷媒温度と第2冷媒温度の差に応じて、過冷却膨張弁32の開度を調整してもよい。
次に、ステップS204において、制御部41は、第1温度センサ51から第1冷媒温度を取得する。次に、ステップS206において、制御部41は、第1冷媒温度と第1温度閾値とを比較する。第1温度閾値は、予め設定されているものとする。第1冷媒温度が第1温度閾値よりも小さい場合には(ステップS206でY)、制御部41は、エコノマイザ膨張弁22の開度をより小さい値にし(ステップS208)、その後処理をステップS212へ進める。ステップS208においては、制御部41は、例えば、エコノマイザ膨張弁22の開度を一定量小さくする。
一方で、第1冷媒温度が第1温度閾値以上の場合には(ステップS206でN)、制御部41は、エコノマイザ膨張弁22の開度を、過冷却膨張弁32の開度に応じて設定し(ステップS210)、その後処理をステップS212へ進める。圧縮機14の回転数が小さくなるほど、過冷却膨張弁32の開度としては、より小さい値が設定されるので、これに対し、エコノマイザ膨張弁22の開度としては、より大きい値が設定される。
ステップS212において、制御部41は、制御を終了するか否かを判断する。制御部41は、空調運転が終了した場合には、制御を終了すると判断する。制御部41は、制御を終了すると判断した場合には(ステップS212でY)、当該制御を終了する。制御部41は、制御を終了しないと判断した場合には(ステップS212でN)、処理をステップS100へ進め、制御を継続する。
本実施形態の冷凍サイクル装置2においては、冷媒として温度勾配のある混合冷媒が用いられる。このような非共沸混合冷媒は、液温を下げることで、蒸発器13へ流入する冷媒温度を下げることができ、熱交換の対象となる空気との温度差を大きくすることができ、熱交換量を増やすことができる。
図5は、R448Aのp-h線図である。R448においては、蒸発器13へ流入する冷媒温度が-42℃であるところ、-46℃まで下げることができる。このように、混合冷媒においては、蒸発圧力が変わらない場合であっても、蒸発温度を下げることが可能となり、冷凍サイクル装置2の性能を向上させることができる。一方で、例えば、-42℃の蒸発温度における熱交換量と同等の熱交換量に調整する場合には、流入冷媒温度が-46℃まで下がっているところ、冷媒の平均温度を-42℃とすればよいため、蒸発圧力を上げることが可能となる。すなわち、圧縮過程における圧力差を小さくすることができ、圧縮機14の入力を低減することができる。
液冷媒の温度を下げる効果は、エコノマイザ熱交換器21に比べて過冷却熱交換器31の方が大きい。そこで、本実施形態の冷凍サイクル装置2は、上述のように、液冷媒の温度である第2冷媒温度に応じて、過冷却膨張弁32の開度を調整する。一方で、本実施形態においても、過冷却膨張弁32の開度が大きくなり過ぎた場合には、過冷却バイパス105に液冷媒が流れ、圧縮機14からの吐出温度の低下として現れる。そこで、第1の実施形態における制御と同様に、制御部41は、吐出温度に相当する第1冷媒温度が第1温度閾値以下の場合には、エコノマイザ膨張弁22の開度を小さくする。
以上のように、第2の実施形態の冷凍サイクル装置2は、エコノマイザ膨張弁22の開度と過冷却膨張弁32の開度とを調整する。これにより、過冷却回路30による圧力損失低減の効果と、エコノマイザ回路20による圧縮機14の電力低減の効果を最適化し、冷凍サイクル装置2における運転効率を向上させることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置3について、他の実施形態と異なる点を主に説明する。第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置3は、エコノマイザ回路及び過冷却回路で共通して利用される共通熱交換器をさらに備えている。エコノマイザ熱交換器21及び過冷却熱交換器31の開度の調整だけでは、その流量に限界がある。一方で、これらの熱交換器21、31のサイズを大きくすると、冷凍サイクル装置3の全体が大きくなってしまい、好ましくない。そこで、本実施形態における冷凍サイクル装置3は、エコノマイザ熱交換器及び過冷却熱交換器として利用可能な共通熱交換器400を備えている。
図6は、第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置3における、エコノマイザ回路200と、過冷却回路300と、共通熱交換器400と、を示す図である。主流経路101には、第1分岐点121、第2分岐点122及び第3分岐点123がこの順に設けられている。
第3分岐点123の下流側の主流経路101にエコノマイザ回路200が設けられている。第3分岐点123で分岐した第3分流経路133は、さらに分岐する。これにより、主流側の冷媒は、エコノマイザ熱交換器21、共通熱交換器400及び過冷却熱交換器31を経由する。これらの熱交換器を経由した冷媒は、その後合流して負荷側熱交換器13側に流れる。
第1分岐点121で分岐する第1分流経路131には、過冷却膨張弁32が設けられ、その下流には、第4分岐点124が設けられている。第4分岐点124で分岐する一方の経路は、過冷却熱交換器31を経由して、過冷却バイパス105に接続する。他方の経路には、第1逆止弁401が設けられ、その後共通熱交換器400を経由し、さらに第5分岐点125で分岐する。その一方の経路には、第2開閉弁412が設けられ、その下流で過冷却熱交換器31と過冷却バイパス105の間に接続する。他方の経路には、第2逆止弁402が設けられ、その下流でエコノマイザ熱交換器21とインジェクション流路103の間に接続する。
第2分岐点122で分岐する第2分流経路132には、エコノマイザ膨張弁22が設けられ、その下流には、第6分岐点126が設けられている。第6分岐点126で分岐する一方の経路は、エコノマイザ熱交換器21を経由して、インジェクション流路103に接続する。他方の経路には、第1開閉弁411が設けられ、その下流で第1逆止弁401と共通熱交換器400の間に接続する。
制御部40は、圧縮機14の回転数が予め設定された回転数閾値以下の場合には、エコノマイザ優位とし、共通熱交換器400をエコノマイザ熱交換器として利用する。ここで、回転数閾値は、予め設定されているものとする。制御部40は、図6に示すように、第1逆止弁401を閉じ、第1開閉弁411を開く。また、制御部40は、第2開閉弁412を閉じ、第2逆止弁402を開く。
この場合、主流経路101側の冷媒は、エコノマイザ熱交換器21、過冷却熱交換器31、及びエコノマイザ熱交換器として機能する共通熱交換器400に並列に流入する。これらを通過した主流経路101側の冷媒は、各熱交換器21、31、400で冷却され、合流した後、負荷側熱交換器13側、すなわち膨張弁12に向けて流れる。
一方で、エコノマイザ膨張弁22で減圧された冷媒は、第6分岐点126で分岐して、エコノマイザ熱交換器21と、エコノマイザ熱交換器として機能する共通熱交換器400と、に並列に流入する。そして、流入した冷媒は、各熱交換器21、400で加熱され、インジェクションされる。また、過冷却膨張弁32で減圧された冷媒は、過冷却熱交換器31で蒸発し、過冷却バイパス105を介して圧縮機14の吸入側にバイパスされる。このように、エコノマイザ回路200に大量の冷媒を流した場合でも、エコノマイザ熱交換器21に加えて、共通熱交換器400がエコノマイザ熱交換器として機能するので、蒸発不足が生じるのを防ぐことができる。
また、制御部40は、圧縮機14の回転数が回転数閾値よりも大きい場合には、バイパス優位とし、共通熱交換器400を過冷却熱交換器として利用する。具体的には、制御部40は、図7に示すように、第1逆止弁401を開き、第1開閉弁411を閉じる。また、制御部40は、第2開閉弁412を開き、第2逆止弁402を閉じる。
この場合、凝縮器11から流出した高圧冷媒は、その一部がエコノマイザ膨張弁22及び過冷却膨張弁32側に流れる。主流経路101側の残りの冷媒は、エコノマイザ熱交換器21、過冷却熱交換器31、及び過冷却熱交換器として機能する共通熱交換器400に並列に流入する。これらを通過した冷媒は、各熱交換器21、31、400で冷却され、合流した後、負荷側熱交換器13側、すなわち膨張弁12に向けて流れる。
一方で、エコノマイザ膨張弁22で減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器21に流入し、エコノマイザ熱交換器21で加熱され、蒸発し、インジェクションされる。また、過冷却膨張弁32で減圧された冷媒は、第4分岐点124で分岐し、過冷却熱交換器31及び過冷却熱交換器として機能する共通熱交換器400に並列に流入する。流入した冷媒は、これらの熱交換器31、400で加熱され、蒸発し、過冷却バイパス105を介して圧縮機14の吸入側にバイパスされる。このように、過冷却回路300に大量の冷媒を流した場合でも、過冷却熱交換器31に加えて、共通熱交換器400が過冷却熱交換器として機能するので、過冷却バイパス105に液冷媒が流れるのを防ぐことができる。
以上のように、共通熱交換器400を切り替えて利用することができるので、冷凍サイクル装置3における運転効率を向上させることができる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る冷凍サイクル装置4について、他の実施形態と異なる点を主に説明する。第4の実施形態に係る冷凍サイクル装置4は、第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置3と同様に、共通熱交換器を備えている。第3の実施形態に係る冷凍サイクル装置3は、低圧側の回路をインジェクション流路と過冷却バイパスで切り替える構成であった。これに対し、第4の実施形態に係る冷凍サイクル装置4では、高圧側の回路もインジェクション流路と過冷却バイパスで切り替える。
図8は、第4の実施形態に係る冷凍サイクル装置4における、エコノマイザ回路210と、過冷却回路310と、共通熱交換器410と、を示す図である。主流経路501には、第11分岐点521及び第12分岐点522がこの順に設けられている。
第12分岐点522の下流側の主流経路501にエコノマイザ回路210が設けられている。第12分岐点522で分岐した第12分流経路532は、共通熱交換器410を経由した後、主流経路501のうち、エコノマイザ回路210と過冷却回路310の間の位置で合流する。この経路において、第12分岐点522と共通熱交換器410の間には、第11開閉弁611が設けられている。また、この経路において、共通熱交換器410の出口側の経路には、第13分岐経路523が設けられている。第13分岐経路523で分岐する一方の経路には、第12逆止弁602が設けられ、その下流で、エコノマイザ熱交換器21の出口側の主流経路501に接続する。他方の経路には、第12開閉弁612が設けられ、その下流で、過冷却熱交換器31の出口側の主流経路501に接続する。
一方、第11分岐点521で分岐する第11分流経路531には、エコノマイザ膨張弁22が設けられ、その下流には、第14分岐点524が設けられている。第14分岐点524で分岐する一方の経路は、エコノマイザ熱交換器21を経由し、インジェクション流路103に接続する。他方の経路には、第13開閉弁613が設けられ、その下流で共通熱交換器410に接続する。共通熱交換器410の出口側の経路には第15分岐点525が設けられている。第15分岐点525で分岐する一方の経路には、第14逆止弁604が設けられ、その下流で、エコノマイザ熱交換器21とインジェクション流路103の間に接続する。他方の経路には、第14開閉弁614が設けられ、その下流で、過冷却熱交換器31と過冷却バイパス105の間に接続する。
エコノマイザ熱交換器21の出口側の主流経路501には、第16分岐点526及び第17分岐点527がこの順に設けられている。第16分岐点526及び第17分岐点527を経由した主流経路501は、さらに過冷却熱交換器31を経由し、負荷側熱交換器13側、すなわち、膨張弁12に接続する。第17分岐点527で分岐した第13分流経路533には第11逆止弁601が設けられ、その下流で、第12分流経路532に接続する。
第16分岐点526で分岐した第14分流経路534には、過冷却膨張弁32が設けられ、その下流には、第18分岐点528が設けられている。第18分岐点528で分岐した一方の経路は、過冷却熱交換器31を経由し、過冷却バイパス105に接続する。他方の経路には、第13逆止弁603が設けられ、その下流で、第13開閉弁613と共通熱交換器410の間に接続する。
制御部40は、圧縮機14の回転数が予め設定された回転数閾値以下の場合には、エコノマイザ優位とし、共通熱交換器410をエコノマイザ熱交換器として利用する。具体的には、制御部40は、図8に示すように、第11逆止弁601及び第13逆止弁603を閉じ、第12逆止弁602及び第14逆止弁604を開く。また、制御部40は、第11開閉弁611及び第13開閉弁613を開き、第12開閉弁612及び第14開閉弁614を閉じる。
この場合、凝縮器11から流出した高圧冷媒は、その一部が、第11分岐点521でインジェクション用の冷媒として、第11分流経路531に分岐する。残りの冷媒は、エコノマイザ熱交換器21と、エコノマイザ熱交換器として機能する共通熱交換器410と、に並列に流入する。エコノマイザ熱交換器21及び共通熱交換器410に流入した冷媒は、熱交換冷却後に合流する。合流した冷媒は、その一部が第16分岐点526で過冷却用の冷媒として第14分流経路534に分岐した後、過冷却熱交換器31で冷却され、負荷側に流れる。
一方で、エコノマイザ膨張弁22で減圧された冷媒はエコノマイザ熱交換器21と、エコノマイザ熱交換器として機能する共通熱交換器410に並列に流入し、熱交換器で加熱、蒸発し、インジェクションされる。また、過冷却膨張弁32で減圧された冷媒は、過冷却熱交換器31で蒸発し、圧縮機14の吸入側にバイパスされる。このような構成にすることで、エコノマイザ回路と過冷却回路を高圧側においても切り替えることができる。
制御部40は、圧縮機14の回転数が回転数閾値よりも大きい場合には、バイパス優位とし、共通熱交換器400を過冷却熱交換器として利用する。具体的には、制御部40は、図9に示すように、第11逆止弁601及び第13逆止弁603を開き、第12逆止弁602及び第14逆止弁604を閉じる。また、制御部40は、第11開閉弁611及び第13開閉弁613を閉じ、第12開閉弁612及び第14開閉弁614を開く。
この場合、凝縮器11から流出した高圧冷媒は、エコノマイザ熱交換器21のみに流入する。そして、エコノマイザ熱交換器21から流出した冷媒は、過冷却熱交換器31と、過冷却熱交換器として機能する共通熱交換器410に並行に流入する。エコノマイザ膨張弁22で減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器21に入り、熱交換器で加熱、蒸発し、インジェクションされる。一方で、過冷却膨張弁32で減圧された冷媒は、過冷却熱交換器31と、過冷却熱交換器として機能する共通熱交換器410に流入し、熱交換器で蒸発し、圧縮機14の吸入側にバイパスされる。
以上のように、第4の実施形態においても、共通熱交換器400を切り替えて利用することができるので、冷凍サイクル装置4における運転効率を向上させることができる。
なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、例えばある実施形態の変形例を他の実施形態に適用するなど、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
そうした第1の変形例としては、制御部による制御における各処理のタイミングは実施形態に限定されるものではない。例えば、圧縮機14の回転数を取得する処理と、第1冷媒温度(圧縮機の吐出温度)を取得する処理の実行タイミングは、同時でもよく、第1冷媒温度取得が先でもよい。
第2の変形例としては、第3の実施形態及び第4の実施形態において説明した共通熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の構成は、一例である。共通熱交換器を備えた冷凍サイクル装置は、共通熱交換器を切り替えて利用できるような構成であればよく、そのための具体的な構成は実施形態に限定されるものではない。
1~4 空気調和機
11 熱源側熱交換器
12 膨張弁
13 負荷側熱交換器
14 圧縮機
20、200、210 エコノマイザ回路
21 エコノマイザ熱交換器
22 エコノマイザ膨張弁
30、300、310 過冷却回路
31 過冷却熱交換器
32 過冷却膨張弁
40、41 制御部
51 第1温度センサ
52 第2温度センサ
101 主流経路
102 第1分流経路
103 インジェクション流路
104 第2分流経路
105 過冷却バイパス
400、410 共通熱交換器

Claims (4)

  1. 凝縮器と蒸発器の間の冷媒経路から分岐した冷媒をエコノマイザ膨張弁により減圧し、圧縮機において中間圧に減圧された冷媒に合流させるエコノマイザ回路と、
    前記凝縮器と前記蒸発器の間の前記冷媒経路から分岐した冷媒を過冷却膨張弁により減圧し、前記圧縮機の吸入側の冷媒に合流させる過冷却回路と、
    前記圧縮機から吐出する冷媒の第1冷媒温度を検出する第1温度センサと、
    前記エコノマイザ膨張弁の開度と、前記過冷却膨張弁の開度を調整する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記圧縮機の回転数が第1回転数の場合に前記過冷却膨張弁の開度を第1開度に設定し、
    前記回転数が前記第1回転数よりも大きい第2回転数の場合に、前記過冷却膨張弁の開度を前記第1開度よりも大きい第2開度に設定し、
    前記第1冷媒温度に応じて、前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御し、
    前記エコノマイザ回路及び前記過冷却回路は、共通熱交換器に接続され、
    前記制御部は、
    前記回転数が第3回転数の場合に、前記共通熱交換器を流れる冷媒を前記圧縮機の吸入側の冷媒に合流させ、
    前記回転数が前記第3回転数よりも小さい第4回転数の場合に、前記共通熱交換器を流れる冷媒を前記圧縮機の中間圧の冷媒に合流させる、冷凍サイクル装置。
  2. 前記制御部は、前記回転数が大きくなるほど、前記過冷却膨張弁の開度を大きくする、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第1冷媒温度が第1温度閾値よりも低い場合に、前記エコノマイザ膨張弁の開度をより小さくする、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記冷媒は、温度勾配のある混合冷媒である、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
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