WO2005019742A1

WO2005019742A1 - 冷凍装置

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Publication number: WO2005019742A1
Application number: PCT/JP2004/012064
Authority: WO
Inventors: Ryota Takechi; Shinya Matsuoka; Yasushi Hori; Masahiro Oka
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2005-03-03
Also published as: JP2005069566A; EP1659348A4; EP1659348B1; AU2004267299B2; CN100334407C; US20060048539A1; EP1659348A1; AU2004267299A1; ES2576554T3; CN1738995A; US7360372B2; JP3757967B2

Abstract

　主冷媒回路を流れる冷媒の一部を圧縮機の吸入側に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒を用いて主冷媒回路を流れる冷媒を過冷却状態にすることができる冷凍装置において、主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を高める。空気調和装置（１）は、主冷媒回路（１０）と、圧縮機（２１）の吐出温度を検出する温度センサ（Ｔｄ）と、主冷媒回路（１０）を流れる冷媒の一部を主冷媒回路（１０）から分岐させて圧縮機（２１）の吸入側に戻すバイパス冷媒回路（４１）と、バイパス冷媒回路（４１）を流れる冷媒の流量を調節するバイパス用膨張弁（４２）と、バイパス冷媒回路（４１）を流れる冷媒によって主冷媒回路（１０）を流れる冷媒を冷却する冷却器（２７）と、冷却器（２７）出口の冷媒の過熱度を検出する温度センサ（Ｔｓｈ）と、温度センサ（Ｔｓｈ）により検出される過熱度に基づいてバイパス冷媒回路（４１）を流れる冷媒の過熱度が所定の値となるようにバイパス用膨張弁（４２）を制御する制御部（６０）とを備えている。この所定の値は、温度センサ（Ｔｄ）により検出される吐出温度に基づいて、圧縮機（２１）が湿り運転にならないような値に設定されている。

Description

技術分野

[0001] 本発明は、冷凍装置、特に、主冷媒回路を流れる冷媒の一部を圧縮機の吸入側に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒を用いて主冷媒回路を流れる冷媒を過冷却状態にすることができるように構成された冷凍装置に関する。

背景技術

明

[0002] 従来の蒸気圧縮式の冷媒回路を備えた冷凍装置の 1つとして、主冷媒回路を流れ田

る冷媒の一部を圧縮機の吸入側に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒を用いて主冷媒回路を流れる冷媒を過冷却状態にすることができるように構成された空気調和装置がある。このような空気調和装置は、圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器とを含む主冷媒回路と、熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮機の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されたバイパス冷媒回路と、バイパス冷媒回路に設けられバイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量を調節するバイパス用膨張機構と、バイパス用膨張機構の出ロカ圧縮機の吸入側に戻される冷媒によって、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器に送られる冷媒を冷却するための冷却器と、バイパス冷媒回路に設けられ冷却器の出口側の冷媒の過熱度を検出する過熱度検出機構と、過熱度検出機構により検出される過熱度に基づいてバイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度が所定の過熱度以上となるようにバイパス用膨張機構を制御する膨張機構制御手段とを備えている。

このような空気調和装置では、冷房運転時において、主冷媒回路の熱源側熱交換器力利用側熱交換器へ送られる液冷媒の一部が、バイパス用膨張機構によって流量調節されながら、主冷媒回路から分岐されてバイパス冷媒回路を介して圧縮機の吸入側に戻される。そして、バイパス冷媒回路のバイパス用膨張機構の出口力圧縮機の吸入側に向かって流れる冷媒は、冷却器を通過して、熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる液冷媒と熱交換を行う。ここで、バイパス用膨張機構を通過した後の冷媒は、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる冷媒の温度よりも低くなつているため、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる液冷媒を冷却するとともに、加熱される。ここで、バイパス用膨張機構は、過熱度検出機構により検出されるバイパス冷媒回路側の冷却器出口の冷媒の過熱度が所定の過熱度以上となるように膨張機構制御手段によって制御されているため、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、冷却器を通過した後、所定の過熱度以上まで加熱された後、圧縮機の吸入側に戻されるようになつている。また、冷却器において冷却された主冷媒回路を流れる冷媒は、冷却器におけるバイパス冷媒回路を流れる冷媒との間の交換熱量に応じた過冷却状態まで冷却される。このようにして、この空気調和装置では、主冷媒回路を流れる冷媒が過冷却状態となるように過熱度制御が行われている（例えば、特許文献 1参照）。

特許文献 1：特開平 7 - 4756公報

発明の開示

しかし、上記のような空気調和装置では、過熱度検出機構により検出される過熱度に基づレ、て、主冷媒回路からバイパスされて冷却器を通過する冷媒の過熱度が所定値以上になるようにバイパス用膨張機構を制御する膨張機構制御手段を備えているため、冷却器を通過して圧縮機の吸入側に戻される冷媒は、所定値以上の過熱度を有する状態で主冷媒回路の圧縮機の吸入側に戻されることになる。このため、主冷媒回路の圧縮機の吸入側を流れる冷媒が、バイパス冷媒回路から冷却器を通過した冷媒が戻されて合流した後においても十分な過熱状態となっている場合のように、さらにバイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量を増加させることによって冷却器における熱交換を促進して主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を大きくすることができる場合であっても、常に、冷却器を通過して圧縮機の吸入側に戻される冷媒が、所定値以上の過熱度を有する状態となるように、バイパス用膨張機構が運転制御されているため、主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を大きくすることができない。

本発明の課題は、主冷媒回路を流れる冷媒の一部を圧縮機の吸入側に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒を用いて主冷媒回路を流れる冷媒を過冷却状態にすることができるように構成された冷凍装置において、主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を高めることができるようにする。

第 1の発明にかかる冷凍装置は、主冷媒回路と、吐出温度検出機構と、バイパス冷媒回路と、バイパス用膨張機構と、冷却器と、過熱度検出機構と、膨張機構制御手段とを備えている。主冷媒回路は、圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器とを含んでいる。吐出温度検出機構は、主冷媒回路に設けられ、圧縮機の吐出側の冷媒の吐出温度を検出する。バイパス冷媒回路は、熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路から分岐させて圧縮機の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。バイパス用膨張機構は、バイパス冷媒回路に設けられ、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量を調節する。冷却器は、バイパス用膨張機構の出口から圧縮機の吸入側に戻される冷媒によって、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器に送られる冷媒を冷却する。過熱度検出機構は、バイパス冷媒回路に設けられ、冷却器の出口側の冷媒の過熱度を検出する。膨張機構制御手段は、過熱度検出機構により検出される過熱度に基づいて、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度が所定の過熱度となるようにバイパス用膨張機構を制御する。そして、所定の過熱度の値は、吐出温度検出機構により検出される吐出温度に基づいて、圧縮機が湿り運転にならないような値に設定されている。

この冷凍装置では、冷房運転時において、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる液冷媒の一部が、バイパス用膨張機構によって流量調節されながら、主冷媒回路から分岐されてバイパス冷媒回路を介して圧縮機の吸入側に戻される。そして、バイパス冷媒回路のバイパス用膨張機構の出口力も圧縮機の吸入側に向かって流れる冷媒は、冷却器を通過して、熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる液冷媒と熱交換を行う。ここで、バイパス用膨張機構を通過した後の冷媒は、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる冷媒の温度よりも低くなつているため、主冷媒回路の熱源側熱交換器から利用側熱交換器へ送られる液冷媒を冷却するとともに、加熱される。ここで、バイパス用膨張機構は、従来と同様に、過熱度検出機構により検出されるバイパス冷媒回路側の冷却器出口の冷媒の過熱度が所定の過熱度となるように膨張機構制御手段によって制御されているため、バイパス冷媒回路を流れる冷媒は、冷却器を通過した後、所定の過熱度まで加熱された後、圧縮機の吸入側に戻されるようになっている。また、冷却器において冷却された主冷媒回路を流れる冷媒は、冷却器におけるバイパス冷媒回路を流れる冷媒との間の交換熱量に応じた過冷却状態まで冷却される。しかし、この冷凍装置における膨張機構制御手段は、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度を、吐出温度検出機構によって検出される圧縮機の吐出温度に基づいて、圧縮機が湿り運転とならない範囲で過熱度の値を設定してバイパス用膨張機構を制御することができるようになつている。

これにより、主冷媒回路の圧縮機の吸入側を流れる冷媒が、バイパス冷媒回路から冷却器を通過した冷媒が戻されて合流した後にぉレ、ても十分な過熱状態となってレ、る場合において、圧縮機が湿り運転とならない範囲で過熱度の所定値を小さくすることによって、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量を増加させて、冷却器における熱交換を促進して主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を高めることができる。

第 2の発明にかかる冷凍装置は、第 1の発明にかかる冷凍装置において、膨張機構制御手段は、吐出温度検出機構により検出される吐出温度が所定の値以上になる場合に、所定の値よりも小さくなるようにバイパス用膨張機構を制御する。

この冷凍装置では、膨張機構制御手段が、吐出温度検出機構により検出される吐出温度が所定の値より小さレ、場合には、圧縮機が湿り運転とならなレ、範囲にぉレ、てバイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度を制御しているが、吐出温度検出機構により検出される吐出温度が所定の値以上になる場合には、ノパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度制御の代わりに、吐出温度検出機構により検出される吐出温度が所定の値より小さくなるように、バイパス用膨張機構を制御するようになっている。

これにより、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度を制御することによって主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を高める運転を行いつつ、圧縮機の過熱運転を防止する運転を行うことができる。また、圧縮機の過熱運転を防止するための冷媒回路を設ける別途必要がないため、コストダウンにも寄与できる。

第 3の発明に力、かる冷凍装置は、第 1又は第 2の発明にかかる冷凍装置にぉレ、て、冷却器は、主冷媒回路側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である。この冷凍装置では、冷却器が主冷媒回路側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器であるため、主冷媒回路側を流れる冷媒をバイパス冷媒回路を流れる冷媒の出口温度よりも低い温度まで冷却できるようになつている。

これにより、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の冷熱を有効に利用して、主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度をさらに高めることができる。

第 4の発明にかかる冷凍装置は、第 1一第 3の発明のいずれかにかかる冷凍装置において、主冷媒回路は、圧縮機と熱源側熱交換器と冷却器とを含む熱源ユニットと、利用側熱交換器を含む利用ユニットとが、液冷媒連絡配管及びガス冷媒連絡配管とによって接続されることによって構成されている。利用ユニットは、利用側熱交換器の液冷媒連絡配管側に接続され利用ユニット内を流れる冷媒の流量を調節する利用側膨張機構を有している。

この冷凍装置では、冷房運転時において、熱源側熱交換器において凝縮された冷媒は、冷却器で過冷却状態になった後に、液冷媒連絡配管を介して利用ユニットに送られて、利用ユニット内で膨張されるようになっている。

これにより、液冷媒連絡配管が長配管の場合や、利用ユニットが熱源ユニットよりも高所に設置される場合であっても、液冷媒連絡配管内を流れる冷媒が減圧蒸発して二相流になるのを防ぐことができるようになり、利用ユニットの利用側膨張機構を通過する際の異音等を抑えることができる。

第 5の発明にかかる冷凍装置は、第 4の発明にかかる冷凍装置において、利用ュニットは、複数台あり、液冷媒連絡配管及びガス冷媒連絡配管を介して並列に熱源ユニットに接続されている。

この冷凍装置では、熱源ユニットに対して液冷媒連絡配管及びガス冷媒連絡配管を介して並列に複数の利用ユニットが接続されており、冷房運転時において、熱源側熱交換器において凝縮された冷媒は、冷却器で過冷却状態になった後に、液冷媒連絡配管を介して利用ユニットに分岐されるようになっている。

これにより、液冷媒連絡配管内を流れる冷媒が減圧蒸発して二相流になるのを防ぐことができるようになり、利用ユニット間における冷媒の偏流を防ぐことができる。図面の簡単な説明

[0004] [図 1]本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置の概略冷媒回路図である。

[図 2]冷却器の概略構造を示す断面図である。

[図 3]空気調和装置の制御ブロック図である。

[図 4]冷房運転時における空気調和装置の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。

[図 5]冷却器における主冷媒回路側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒との熱交換の状態を示す交換熱量 -温度線図である。

[図 6]バイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量と、バイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度の値 (tSHa)及び主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度の値 (tSCa)との関係を示す線図である。

符号の説明

[0005] 1 5

2 熱源ユニット

5 利用ユニット

6 液冷媒連絡配管

7 ガス冷媒連絡配管

10 主冷媒回路

21 圧縮機

23 熱源側熱交換器

27 冷却器

41 バイパス冷媒回路

42 バイパス用膨張弁

51 利用側膨張弁

52 利用側熱交換器

60 制御部

Td 高圧冷媒温度センサ

Tsh 冷却器出口バイパス冷媒温度センサ td 吐出温度

tdx 上限吐出温度

tSHa 実測過熱度

tSHs 目標過熱度

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明にかかる冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。

(1)空気調和装置の構成

図 1は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置 1の概略冷媒回路図である。空気調和装置 1は、例えば、ビル等の冷暖房に使用される装置であり、 1台の熱源ユニット 2と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、 2 台）の利用ユニット 5と、熱源ユニット 2と利用ユニット 5とを接続するための液冷媒連絡配管 6及びガス冷媒連絡配管 7とを備えている。

(2)利用ユニットの構成

利用ユニット 5は、主に、利用側膨張弁 51 (利用側膨張機構）と、利用側熱交換器 5 2と、これらを接続する配管とから構成されている。本実施形態において、利用側膨張弁 51は、冷媒圧力の調節ゃ冷媒流量の調節等を行うために、利用側熱交換器 52 の液側に接続された電動膨張弁である。本実施形態において、利用側熱交換器 52 は、クロスフィンチューブ式の熱交換器であり、室内の空気と熱交換するための機器である。本実施形態において、利用ユニット 5は、ユニット内に室内の空気を取り込み、送り出すための室内ファン 53を備えており、室内の空気と利用側熱交換器 52を流れる冷媒との熱交換を行わせることが可能である。

(3)熱源ユニットの構成

熱源ユニット 2は、主に、圧縮機 21と、四路切換弁 22と、熱源側熱交換器 23と、熱源側膨張弁 24と、ブリッジ回路 25と、レシーバ 26と、冷却器 27と、バイパス冷媒回路 41と、液側閉鎖弁 28と、ガス側閉鎖弁 29と、これらを接続する冷媒配管とから構成されている。

圧縮機 21は、本実施形態において、電動機駆動のスクロール式の圧縮機であり、吸入した冷媒ガスを圧縮するための機器である。四路切換弁 22は、冷房運転と暖房運転との切り換え時に、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には圧縮機 21の吐出側と熱源側熱交換器 23 のガス側とを接続するとともに圧縮機 21の吸入側とガス側閉鎖弁 29とを接続し（図 1 の四路切換弁 22の実線を参照）、暖房運転時には圧縮機 21の吐出側とガス側閉鎖弁 29とを接続するとともに圧縮機 21の吸入側と熱源側熱交換器 23のガス側とを接続することが可能である（図 1の四路切換弁 22の破線を参照）。

熱源側熱交換器 23は、本実施形態において、クロスフィンチューブ式の熱交換器であり、空気を熱源として冷媒と熱交換するための機器である。本実施形態において、熱源ユニット 2は、ユニット内に屋外の空気を取り込み、送り出すための室外ファン 3 0を備えており、屋外の空気と熱源側熱交換器 23を流れる冷媒との熱交換を行わせることが可能である。

熱源側膨張弁 24は、本実施形態において、熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間を流れる冷媒の流量の調節等を行うための電動膨張弁である。

レシーバ 26は、熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間を流れる冷媒をー時的に溜めるための容器である。レシーバ 26は、容器上部に入口を有しており、容器下部に出口を有している。レシーバ 26の入口は、ブリッジ回路 25を介して熱源側膨張弁 24及び液側閉鎖弁 28に接続されている。また、レシーバ 26の出口は、冷却器 27及びブリッジ回路 25を介して熱源側膨張弁 24及び液側閉鎖弁 28に接続されている。

ブリッジ回路 25は、熱源側膨張弁 24とレシーバ 26との間に接続された 4つの逆止弁 25a— 25dから構成された回路であり、熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間を流れる冷媒が熱源側熱交換器 23側からレシーバ 26に流入する場合及び利用側熱交換器 52側からレシーバ 26に流入する場合のいずれの場合においても、レシーバ 26の入口からレシーバ 26内に冷媒を流入させ、かつ、レシーバ 26の出口力、ら熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間に冷媒を戻す機能を有している。具体的には、逆止弁 25aは、利用側熱交換器 52から熱源側熱交換器 23へ向かって流れる冷媒をレシーバ 26の入口に導くように接続されている。逆止弁 25bは、熱源側熱交換器 23から利用側熱交換器 52へ向かって流れる冷媒をレシーバ 26の入口に導くように接続されている。逆止弁 25cは、レシーバ 26の出口から冷却器 27を介して流れる冷媒を利用側熱交換器 52側に流すことができるように接続されている。逆止弁 25dは、レシーバ 26の出口から冷却器 27を介して流れる冷媒を熱源側熱交換器 23側に流すことができるように接続されている。これにより、熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間を流れる冷媒は、常に、レシーバ 26の入口から流入し、レシーバ 26の出口から流出して熱源側熱交換器 23と利用側熱交換器 52との間に戻されるようになつている。

液側閉鎖弁 28及びガス側閉鎖弁 29は、それぞれ、液冷媒連絡配管 6及びガス冷媒連絡配管 7に接続されている。液冷媒連絡配管 6は、利用ユニット 5の利用側膨張弁 51と熱源ユニット 2の液側閉鎖弁 28との間を接続している。ガス冷媒連絡配管 7は、利用ユニット 5の利用側熱交換器 52のガス側と熱源ユニット 2のガス側閉鎖弁 29との間を接続している。

尚、上記に説明した利用側膨張弁 51、利用側熱交換器 52、圧縮機 21、四路切換弁 22、熱源側熱交換器 23、熱源側膨張弁 24、ブリッジ回路 25、レシーバ 26、液側閉鎖弁 28及びガス側閉鎖弁 29が順次接続された冷媒回路を空気調和装置 1の主冷媒回路 10とする。

次に、冷却器 27及びバイパス冷媒回路 41について説明する。

冷却器 27は、本実施形態において、 2重管式の熱交換器であり、熱源側熱交換器 23において凝縮されて利用側熱交換器 52に送られる冷媒を冷却するために設けられている。冷却器 27は、本実施形態において、レシーバ 26とブリッジ回路 25との間に接続されている。

バイパス冷媒回路 41は、熱源側熱交換器 23から利用側熱交換器 52へ送られる冷媒の一部を主冷媒回路 10から分岐させて圧縮機 21の吸入側に戻すように主冷媒回路 10に接続されている。具体的には、バイパス冷媒回路 41は、レシーバ 26の出口とブリッジ回路 25の逆止弁 25dとを接続する回路部分から分岐されて冷却器 27の入口に接続された分岐回路 41aと、冷却器 27の出口力圧縮機 21の吸入側に戻すために圧縮機 21の吸入管 31に合流するように接続された合流回路 41bとを有している。そして、分岐回路 41aには、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の流量を調節するためのバイパス用膨張弁 42 (バイパス用膨張機構）が設けられている。ここで、バイパス用膨張弁 42は、冷却器 27に流す冷媒の流量の調節を行うための電動膨張弁である。これにより、主冷媒回路 10を流れる冷媒は、冷却器 27において、バイパス用膨張弁 42の出口力も圧縮機 21の吸入管 31に戻される冷媒によって冷却されるようになっている。

また、冷却器 27は、主冷媒回路 10側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路 41側を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である。具体的には、冷却器 27は、図 2に示されるように、一端がレシーバ 26に接続されるとともに他端がブリツジ回路 25に接続されて主冷媒回路側を流れる冷媒が通過する第 1管部 27aと、第 1 管部 27aの外周を覆うように配置され一端がバイパス用膨張弁 42に接続されるとともに他端が圧縮機 21の吸入管 31に接続されてバイパス冷媒回路側を流れる冷媒が通過する第 2管部 27bとを有している。そして、第 1管部 27aのレシーバ 26に接続された側の入口側端部 27cは、第 2管部 27bの吸入管 31に接続された側の出口側端部 27dに対応するように配置されている。また、第 1管部 27aのブリッジ回路 25に接続された側の出口側端部 27eは、第 2管部 27bのバイパス用膨張弁 24に接続された側の入口側端部 27fに対応するように配置されている。これにより、主冷媒回路側を流れる冷媒（図 2中の矢印 F参照）とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒（図 2中の矢

1

印 F参照）とが対向するように流れるようになるため、主冷媒回路 10を流れる冷媒を

2

バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の出口温度よりも低い温度まで冷却できるようになっている。

さらに、空気調和装置 1は、各部に設けられた圧力センサや温度センサ等のセンサ類と、これらのセンサ類が検出する信号に基づいて各機器を制御して冷房運転ゃ暖房運転等の空調運転を行うための制御部 60とを備えている（図 3参照）。次に、センサ類及び制御部 60について説明する。

(4)センサ類及び制御部

まず、図 1を用いて、空気調和装置 1に設けられた圧力センサや温度センサ等のセンサ類について説明する。

圧縮機 21の吸入管 31には、圧縮機 21の吸入側を流れる低圧のガス冷媒の圧力を検出するための低圧冷媒圧力センサ LPが設けられている。圧縮機 21の吐出管 32 には、圧縮機 21の吐出側を流れる高圧のガス冷媒の圧力を検出するための高圧冷媒圧力センサ HPが設けられている。また、圧縮機 21の吐出管 32には、高圧のガス冷媒の圧力の過上昇を検出するための高圧圧力スィッチ HPSが設けられている。そして、圧縮機 21の吐出管 32には、圧縮機 21の吐出側の冷媒の吐出温度を検出するための高圧冷媒温度センサ Td (吐出温度検出機構）が設けられている。また、熱源ユニット 2の室外ファン 30の空気吸入口には、室外空気の温度を検出するための外気温度センサ Taが設けられている。熱源側熱交換器 23には、冷房運転時には冷媒の凝縮温度に相当し、かつ、暖房運転時には冷媒の蒸発温度に相当する冷媒の温度を検出するための熱源側熱交温度センサ Tbが設けられている。また、バイパス冷媒回路 41の合流回路 41bには、冷却器 27の出口側のバイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度を検出するための冷却器出口バイパス冷媒温度センサ Tsh (過熱度検出機構）が設けられている。また、利用ユニット 5の室内ファン 53の空気吸込口には、室内空気の温度を検出するための室内温度センサ Trが設けられている。利用側熱交換器 52には、冷房運転時には蒸発温度に相当し、かつ、暖房運転時には凝縮温度に相当する冷媒の温度を検出するための利用側熱交温度センサ Tnが設けられている。

次に、制御部 60について説明する。制御部 60は、主に、マイクロコンピュータ力なり、図 3に示されるように、上記に説明した圧力センサ LP、 HP及び温度センサ Td、 Ta、 Tb、 Tsh、 Trの入力信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの入力信号に基づいて各種機器及び弁類 21、 22、 24、 30、 42、 51、 53を制御すること力 Sできるように接続されてレ、る。そして、この制御部 60は、各種機器及び弁類を制御して冷房運転や暖房運転を行うとともに、バイパス冷媒回路 41に設けられたバィパス用膨張弁 42を制御するバイパス用膨張弁制御手段としても機能してレ、る。具体的には、制御部 60のバイパス用膨張弁制御手段は、冷却器 27及びバイパス冷媒回路 41を使用して、主冷媒回路 10を流れる冷媒の一部をバイパス冷媒回路 41を介して圧縮機 21の吸入管 31に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒と主冷媒回路 10を流れる冷媒とを冷却器 27において熱交換させて、主冷媒回路 10を流れる冷媒を過冷却状態にする過熱度制御を行う機能を有している。また、制御部 60のバイパス用膨張弁制御手段は、圧縮機 21の吐出側の冷媒の吐出温度が過度に高い状態で運転されること（以下、過熱運転と呼ぶ）を防止する過熱運転防止制御を行う機能を有している。

そして、制御部 60は、過熱度制御を行う際に、冷却器出口バイパス冷媒温度センサ Tshにより検出されるバイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度の値（以下、実測過熱度 tSHaする）に基づいて、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の実測過熱度 tSHaが所定の過熱度の値 (以下、目標過熱度 tSHsとする）となるようにバイパス用膨張弁 42の開度を制御する。本実施形態において、実測過熱度 tSHaは、冷却器出口バイパス冷媒温度センサ Tshにより検出されるバイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の温度値から低圧冷媒圧力センサ LPにより検出される低圧ガス冷媒の圧力値から算出された冷媒の飽和温度値を差し引いた値である。そして、目標過熱度 tSHsの値は、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される高圧ガス冷媒の吐出温度の値 (以下、実測吐出温度 tdとする）に基づいて、圧縮機 21に液冷媒が吸入される運転 (以下、湿り運転と呼ぶ）にならないような値に設定されている。この目標過熱度 tSHsの値は、本実施形態において、実測吐出温度 tdが所定の吐出温度の値（以下、目標吐出温度 tdsとする）に近づくように可変される。具体的には、目標過熱度 tSHsは、実測吐出温度 tdが目標吐出温度 tdsよりも高い場合には小さくなり、実測吐出温度 tdが目標吐出温度 tdsよりも低い場合には大きくなるように可変される。尚、目標吐出温度 tdsは、圧縮機 21が湿り運転になる吐出温度の値（以下、下限吐出温度 tdmとする）よりも少し高い温度値に設定されている。

また、制御部 60は、実測吐出温度 tdよりも過度に高い温度値（以下、上限吐出温度 tdxとする）以上になる場合に、過熱運転防止制御を行うことにより、この上限吐出温度 tdxよりも小さくなるようにバイパス用膨張弁 42の開度を制御する。そして、実測吐出温度 tdの値が上限吐出温度 tdxよりも低い温度に復帰すると、制御部 60は、再度、過熱度制御を行うようになっている。

すなわち、制御部 60は、制御を行う条件は異なる力過熱度制御を行う際、及び過熱運転防止制御を行う際のいずれにおいても、バイパス用膨張弁 42の開度を制御するように機能している。つまり、制御部 60は、下限吐出温度 tdmよりも高い温度から上限吐出温度 tdxよりも低い温度までの温度範囲において過熱度制御を行い、上限吐出温度 tdx以上の温度範囲において過熱運転防止制御を行うようになっている。このように、バイパス冷媒回路 41は、主冷媒回路 10を流れる冷媒を過冷却状態にする機能と、圧縮機 21の過熱運転を防止する機能との 2つの機能を有している。

(5)空気調和装置の動作

次に、空気調和装置 1の冷房運転時の動作について、図 1及び図 4一図 6を用いて説明する。ここで、図 4は、冷房運転時における空気調和装置 1の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。図 5は、冷却器 27における主冷媒回路 10側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路 41側を流れる冷媒との熱交換の状態を示す交換熱量一温度線図である。図 6は、ノィパス冷媒回路 41を流れる冷媒の流量と、ノィパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度の値 (tSHa)及び主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度の値 (tSCa)との関係を示す線図である。

冷房運転時は、四路切換弁 22が図 1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機 21 の吐出側が熱源側熱交換器 23のガス側に接続され、かつ、圧縮機 21の吸入側がガス側閉鎖弁 29に接続された状態となっている。また、液側閉鎖弁 28、ガス側閉鎖弁 29は開にされ、利用側膨張弁 51は冷媒を減圧するように開度調節されている。熱源側膨張弁 24は開にされている。バイパス用膨張弁 42は、制御部 60のバイパス用膨張弁制御手段によって開度調節されている。

この主冷媒回路 10及びバイパス冷媒回路 41の状態で、熱源ユニット 2の室外ファン 30、圧縮機 21、及び利用ユニット 5の室内ファン 53を起動すると、低圧のガス冷媒は、吸入管 31から圧縮機 21に吸入されて圧力 psから圧力 pdまで圧縮される（図 4の点 A及び点 B参照）。その後、圧縮されたガス冷媒は、四路切換弁 22を経由して熱源側熱交換器 23に送られて、外気と熱交換して凝縮されて、冷媒の飽和温度まで冷却されるか又は飽和温度よりも少し低い温度まで過冷却される（図 4の点 C参照）。この凝縮した冷媒は、熱源側膨張弁 24及びブリッジ回路 25の逆止弁 25bを通じてレシーバ 26に流れ込む。そして、この液冷媒は、レシーバ 26に一時的に溜められた後、冷却器 27に流入し、バイパス冷媒回路 41側を流れる冷媒と熱交換してさらに冷却されて、過冷却状態となる（図 4の点 D及び過冷却度 tSCa参照）。そして、過冷却状態になった冷媒は、ブリッジ回路 25の逆止弁 25c、液側閉鎖弁 28及び液冷媒連絡配管 6を経由して、利用ユニット 5に送られる。そして、利用ユニット 5に送られた冷媒は、利用側膨張弁 51で減圧された後（図 4の点 E参照）、利用側熱交換器 52で室内空気と熱交換して蒸発される（図 4の点 A参照）。この蒸発したガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管 7、ガス側閉鎖弁 29及び四路切換弁 22を経由して、再び、圧縮機 21に吸入される。

このとき、レシーバ 26に溜められた冷媒液の一部は、バイパス用膨張弁 42によって流量調節されながら、主冷媒回路 10から分岐されてバイパス冷媒回路 41を介して圧縮機 21の吸入管 31に戻される。ここで、バイパス用膨張弁 42を通過する冷媒は、圧力 ps近くまで減圧されることによってその一部が蒸発される。そして、バイパス冷媒回路 41のバイパス用膨張弁 42の出口力も圧縮機 21の吸入管 31に向かって流れる冷媒は、冷却器 27を通過して、主冷媒回路 10の熱源側熱交換器 23から利用側熱交換器 52へ送られる液冷媒と熱交換を行う。ここで、バイパス用膨張弁 42を通過した後の冷媒の温度（図 5の温度 tVi参照）は、主冷媒回路 10の熱源側熱交換器 23から利用側熱交換器 52へ送られる冷媒の温度（図 4及び図 5の tMi参照）よりも低くなつているため、図 4及び図 5に示されるように、主冷媒回路 10の熱源側熱交換器 23から利用側熱交換器 52へ送られる液冷媒を温度 tMoまで冷却するとともに、温度 tVo まで加熱される。

ここで、バイパス用膨張弁 42は、制御部 60の過熱度制御によって、冷却器出ロバィパス冷媒温度センサ Tshにより検出される実測過熱度 tSHaに基づいて、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の実測過熱度 tSHaが目標過熱度 tSHsとなるように、開度が制御されている。このため、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒は、冷却器 27を通過した後、目標過熱度 tSHsまで加熱された後、圧縮機 21の吸入管 31に戻されるようになつている。そして、目標過熱度 tSHsの値は、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される高圧ガス冷媒の吐出温度値 tdに基づいて、圧縮機 21が湿り運転にならない目標吐出温度 tdsになるように可変されている。これにより、主冷媒回路 10の圧縮機 21の吸入管 31を流れる冷媒が、バイパス冷媒回路 41から冷却器 27を通過した冷媒が戻されて合流した後においても十分な過熱状態となっている場合、すなわち、吐出温度 tdの値が目標吐出温度 tdsよりも高レ、場合には、目標過熱度 tSHsの値を小さくすることにより、バイパス用膨張弁 42の開度を大きくしてバイパス冷媒回路 41 を流れる冷媒の流量を増加させる。すると、図 6に示されるように、実測過熱度 tSHa 力、さくなると実測過冷却度 tSCaが大きくなる関係にあるため、冷却器 27における熱交換が促進されて主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度を高められる。逆に、吐出温度 tdの値が目標吐出温度 tdsよりも低くなり湿り運転の懸念が生じる場合には、目標過熱度 tSHsの値を大きくすることにより、バイパス用膨張弁 42の開度を小さくしてバイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の流量を減少させて、冷却器 27における熱交換を抑制して主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度 tSCaを小さくするようにする。このようなバイパス用膨張弁 42の過熱度制御を行うことによって、ノィパス冷媒回路 41を流れる冷媒の流量を増加させて、冷却器 27における熱交換を促進して主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度 tSCaを高めることができる。

ところで、空気調和装置 1の運転条件によっては、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される高圧ガス冷媒の吐出温度値 tdが上限吐出温度 tdx以上になる場合がある。このような場合、バイパス用膨張弁 42は、過熱度制御を行っていた制御部 60のバイパス用膨張弁制御手段が過熱運転防止制御を行う。すなわち、この上限吐出温度 t dxよりも小さくなるようにバイパス用膨張弁 42の開度が制御される。これにより、圧縮機 21の吸入側の冷媒温度が低くなり、吐出温度値 tdが上限吐出温度 tdxよりも低い温度に復帰される。この場合、ノパス用膨張弁 42は、吐出温度値 tdが上限吐出温度 tdxを検出した際の開度よりも大きな開度になるように制御されるため、冷却器 27 において主冷媒回路 10側を流れる冷媒が過冷却される運転が継続されている。そして、吐出温度値 tdが上限吐出温度 tdxよりも低い温度に復帰すると、制御部 60のバィパス用膨張弁制御手段は、再度、過熱度制御を行うように切り換わるようになっている。

(6)空気調和装置の特徴

本実施形態の空気調和装置 1には、以下のような特徴がある。

(A) 従来の過熱度制御では、主冷媒回路 10の圧縮機 21の吸入側を流れる冷媒が、バィパス冷媒回路 41から冷却器 27を通過した冷媒が戻されて合流した後においても十分な過熱状態となっている場合において、図 6に示されるように、空気調和装置 1 の運転中の吐出温度 tdに基づいた制御にしていないため、目標過熱度 tSHs 'を湿り運転に対する懸念から本実施形態の目標過熱度 tSHsのような小さい値にすることができない。このため、図 4に示されるように、冷却器 27において冷却された後の主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度を本実施形態で得られる過冷却度 tSCaよりも小さレ、過冷却度 tSCa'までしか高めることができなレ、。

しかし、本実施形態の空気調和装置 1では、バイパス用膨張弁制御手段としての制御部 60が、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度 tSHaを、高圧冷媒温度センサ Tdによって検出される圧縮機 21の吐出温度 tdに基づいて、圧縮機 21が湿り運転とならない範囲で（具体的には、 tdが下限吐出温度 tdmより高い温度である目標過熱度 tdsに近づくように）目標過熱度 tSHsの値を設定してバイパス用膨張弁 41を制御することができるようになっている。これにより、圧縮機 21が湿り運転とならない範囲で目標過熱度 tSHsの値を小さくすることによって、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の流量を従来の過熱度制御における流量 f'よりも大きな流量 fまで増加させて、冷却器 27における熱交換を促進して主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度を高めること力 Sできる。

(B)

本実施形態の空気調和装置 1では、バイパス用膨張弁制御手段としての制御部 60 力高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される吐出温度 tdが所定の値 (具体的には、上限吐出温度 tdx)より小さい場合には、圧縮機 21が湿り運転とならない範囲においてバイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度 tSHaを制御しているが、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される吐出温度 tdが上限吐出温度 tdx以上の値になる場合には、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度制御の代わりに、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される吐出温度 tdが上限吐出温度 tdxより小さくなるように、バイパス用膨張弁 42を制御するようになっている。

これにより、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の過熱度 tSHaを制御することによつて主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度 tSCaを高める運転を行いつつ、圧縮機 21の過熱運転を防止する運転を行うことができる。また、圧縮機 21の過熱運転を防止するための冷媒回路を設ける別途必要がないため、コストダウンにも寄与できる

(C)

本実施形態の空気調和装置 1では、冷却器 27が主冷媒回路 10側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路 41側を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器であるため、主冷媒回路 10側を流れる冷媒をバイパス冷媒回路 41側を流れる冷媒の出口温度 tVoよりも低い温度 tMoまで冷却できるようになつている。

これにより、バイパス冷媒回路 41を流れる冷媒の冷熱を有効に利用して、主冷媒回路 10を流れる冷媒の過冷却度 tSCaをさらに高めることができる。

(D)

本実施形態の空気調和装置 1では、冷房運転時において、熱源側熱交換器 23において凝縮された冷媒は、冷却器 27で過冷却状態になった後に、液冷媒連絡配管 6を介して利用ユニット 5に送られて、利用ユニット 5内で膨張されるようになっている。これにより、液冷媒連絡配管 6が長配管の場合や、利用ユニット 5が熱源ユニット 2よりも高所に設置される場合であっても、液冷媒連絡配管 6内を流れる冷媒が減圧蒸発して二相流になるのを防ぐことができるようになり、利用ユニット 5の利用側膨張弁 5 1を通過する際の異音等を小さくすることができる。

また、熱源側熱交換器 23において凝縮された冷媒は、冷却器 27で過冷却状態になった後に、液冷媒連絡配管 6を介して複数 (本実施形態では、 2基）の利用ユニット 5に分岐されるようになっているため、利用ユニット 5間における冷媒の偏流を防ぐことができる。

(7)変形例 1

前記実施形態では、制御部 60が過熱運転防止制御を行う際に、過熱運転防止制御を行う条件として、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される吐出温度 tdの値をそのまま使用しているが、さらに制御精度を高めるために、圧縮機 21の吐出側における過熱度の上限値を設定して、この値を過熱運転防止制御を行う条件として使用してもよレ、。ここで、圧縮機 21の吐出側における過熱度は、高圧冷媒温度センサ Tdにより検出される吐出温度 tdの値から高圧冷媒圧力センサ HPにより検出される高圧ガス冷媒の圧力値力算出された冷媒の飽和温度値を差し引いた値である。

(8)変形例 2

前記実施形態では、制御部 60が過熱度制御を行う際に、高圧冷媒温度センサ Td により検出される吐出温度 tdの値が目標吐出温度 tdsに近づくように、目標過熱度 t SHsの値を可変するようにしているが、目標過熱度 tSHsの値と吐出温度 tdの値との関係を関数化してもよい。これにより、過熱度制御の安定性を高めることができる。

(9)他の実施形態

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなぐ発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、前記実施形態では、冷暖房切換運転可能な空気調和装置を例にして、説明したが、これに限定されず、冷房専用の空気調和装置や冷暖房同時運転可能な空気調和装置等の他の空気調和装置や冷凍装置に適用可能である。

産業上の利用可能性

本発明を利用すれば、主冷媒回路を流れる冷媒の一部を圧縮機の吸入側に戻すようにバイパスし、そのバイパスされた冷媒を用いて主冷媒回路を流れる冷媒を過冷却状態にすることができるように構成された冷凍装置において、主冷媒回路を流れる冷媒の過冷却度を高めることができるようになる。

Claims

請求の範囲

[1] 圧縮機 (21)と熱源側熱交換器 (23)と利用側熱交換器 (52)とを含む主冷媒回路（ 10)と、

前記主冷媒回路に設けられ、前記圧縮機の吐出側の冷媒の吐出温度 (td)を検出する吐出温度検出機構 (Td)と、

前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器へ送られる冷媒の一部を前記主冷媒回路から分岐させて前記圧縮機の吸入側に戻すように前記主冷媒回路に接続されたバイパス冷媒回路 (41)と、

前記バイパス冷媒回路に設けられ、前記バイパス冷媒回路を流れる冷媒の流量を調節するバイパス用膨張機構 (42)と、

前記バイパス用膨張機構の出口力前記圧縮機の吸入側に戻される冷媒によって、前記主冷媒回路の前記熱源側熱交換器から前記利用側熱交換器に送られる冷媒を冷却するための冷却器（27)と、

前記バイパス回路に設けられ、前記冷却器の出口側の冷媒の過熱度 (tSHa)を検出する過熱度検出機構 (Tsh)と、

前記過熱度検出機構により検出される過熱度（tSHa)に基づいて、前記バイパス冷媒回路を流れる冷媒の過熱度が所定の過熱度 (tSHs)となるように前記バイパス用膨張機構を制御する膨張機構制御手段 (60)とを備え、

前記所定の過熱度の値 (tSHs)は、前記吐出温度検出機構により検出される吐出温度（td)に基づいて、前記圧縮機が湿り運転にならないような値に設定されている、冷凍装置（1)。

[2] 前記膨張機構制御手段 (60)は、前記吐出温度検出機構 (Td)により検出される吐出温度（td)が所定の値 (tdx)以上になる場合に、前記所定の値よりも小さくなるように前記バイパス用膨張機構 (42)を制御する、請求項 1に記載の冷凍装置（1)。

[3] 前記冷却器（27)は、主冷媒回路側を流れる冷媒とバイパス冷媒回路側を流れる冷媒とが対向するように流れる流路を有する熱交換器である、請求項 1又は 2に記載の冷凍装置（1)。

[4] 前記主冷媒回路（10)は、前記圧縮機 (21)と前記熱源側熱交換器 (23)と前記冷却器 (27)とを含む熱源ユニット（2)と、前記利用側熱交換器 (52)を含む利用ュニット（5)とが、液冷媒連絡配管（6)及びガス冷媒連絡配管（7)とによって接続されることによって構成されており、

前記利用ユニットは、前記利用側熱交換器の前記液冷媒連絡配管側に接続され前記利用ユニット内を流れる冷媒の流量を調節する利用側膨張機構（51)を有している、

請求項 1一 3のいずれかに記載の冷凍装置（1)。

[5] 前記利用ユニット (5)は、複数台あり、前記液冷媒連絡配管（6)及び前記ガス冷媒連絡配管（7)を介して並列に前記熱源ユニット（2)に接続されている、請求項 4に記載の冷凍装置（1)。