JP2009092258A - Refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】冷凍サイクル装置に関するものであり、放熱器受熱流体の流入温度および蒸発器与熱流体の流入温度などが如何なる温度であっても、エネルギー効率の高い運転を可能とすることを目的とする。
【解決手段】少なくとも圧縮機1と、放熱器2と、第1減圧機構3と、第2減圧機構5と、蒸発器6とが順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルをなし、内部熱交換器4の高圧側冷媒流路の上流側と下流側とのそれぞれ減圧機構(3、5)において、上流側の減圧機構3の開度を、放熱器2受熱流体の流入温度および蒸発器6与熱流体の流入温度などにより制御し、内部熱交換器4における冷媒間熱交換量を最適化することにより、放熱器2受熱流体の流入温度および蒸発器6与熱流体の流入温度などが如何なる温度であっても、エネルギー効率の高い運転を可能とする。
【選択図】図1The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and an object thereof is to enable an energy-efficient operation regardless of the inflow temperature of a radiator heat receiving fluid and the inflow temperature of an evaporator heating fluid. .
At least a compressor 1, a radiator 2, a first decompression mechanism 3, a second decompression mechanism 5, and an evaporator 6 are sequentially connected to form a refrigeration cycle in which refrigerant circulates, and internal heat exchange is performed. In the decompression mechanisms (3, 5) on the upstream side and downstream side of the high-pressure side refrigerant flow path of the cooler 4, the opening degree of the decompression mechanism 3 on the upstream side is determined according to the inflow temperature of the radiator 2 heat receiving fluid and the evaporator 6 By controlling the heat fluid inflow temperature, etc., and optimizing the amount of heat exchange between the refrigerants in the internal heat exchanger 4, the inflow temperature of the radiator 2 heat receiving fluid, the inflow temperature of the evaporator 6 heating fluid, etc. Even so, energy efficient operation is possible.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、高圧側において超臨界となり得る物質を冷媒として用いる冷凍サイクル装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus using a substance that can be supercritical on the high-pressure side as a refrigerant.
従来、この種の冷凍サイクル装置は、図7に示すようなヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置などとして代表的に利用される。 Conventionally, this type of refrigeration cycle apparatus is typically used as a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater as shown in FIG.
図7において、51は圧縮機、52は放熱器、54は膨張弁、55は蒸発器であり、これらはこの順で環状に構成され、冷媒回路56を形成している。また、冷媒回路56は、放熱器52から膨張弁54へ供給される高圧側冷媒と蒸発器55から圧縮機51へ供給される低圧側冷媒の間で冷媒間熱交換を行う内部熱交換器53を備えている。なお、内部熱交換器53は図8に示すように構成される。図8において、81は高圧側冷媒配管、82は低圧側冷媒配管、83は分岐管であり、内部熱交換器53は、径の大きい低圧側冷媒配管82の内側に低圧側冷媒配管82よりも径の小さい高圧側冷媒配管81を配する二重管構造であり、84は高圧側冷媒流路、85は低圧側冷媒流路である。
In FIG. 7, 51 is a compressor, 52 is a radiator, 54 is an expansion valve, and 55 is an evaporator. These are configured in an annular shape in this order to form a
また、11は貯湯タンク、12は積層ポンプ、13は三方弁、14は給湯混合弁であり、貯湯タンク11の底部から積層ポンプ12、放熱器2、三方弁13を経て貯湯タンク11の塔頂へ還流する給湯回路16を構成し、給湯混合弁14は供給水配管と貯湯タンク11からの給湯配管の混合部に設けられている。
Further, 11 is a hot water storage tank, 12 is a laminated pump, 13 is a three-way valve, and 14 is a hot water mixing valve. From the bottom of the
以上のように構成されたヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置について、以下にその動作を説明する。 The operation of the refrigeration cycle apparatus equipped with the heat pump water heater configured as described above will be described below.
圧縮機51から吐出された高圧の冷媒は放熱器52へ供給され、放熱器52において水と熱交換を行い、温度の低下した冷媒は内部熱交換器53の高圧側冷媒流路84へ供給される。内部熱交換器53においては低圧側冷媒流路85を流れる冷媒と熱交換を行い、放熱した後に膨張弁54に供給される。膨張弁54にて減圧された後、蒸発器55に供給されて吸熱した後、内部熱交換器53の低圧側冷媒流路85を経て、圧縮機51へ吸入される。
The high-pressure refrigerant discharged from the
ところで、内部熱交換器53における熱交換量(以下、内部熱交換量)は放熱器(上記、放熱器)や蒸発器などの効率的な利用に寄与するため、エネルギー効率の高い冷凍サイクル装置を開発するにあたっては、重要な因子の一つである。従来の冷凍サイクル装置においては、吐出温度や演算された吸入過熱度に基づいて減圧機構(膨張弁)における減圧量を制御して、放熱器や蒸発器などを効率的に利用することにより、エネルギー効率の高い冷凍サイクル装置を実現していた(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、内部熱交換量はその伝熱面積、高圧側冷媒の入口温度、低圧側冷媒の入口温度により決まり、放熱器受熱流体の流入温度および蒸発器与熱流体の流入温度などの運転条件が変化しても、それらの変化に応じて内部熱交換量を最適値とすることができず、特定の条件においてしかエネルギー効率の高い運転を行うことができなかった。例えば、中間期条件における内部熱交換量を最適値とするように内部熱交換器を設計しても、冬
期条件や夏期条件においては内部熱交換量を最適値とすることができず、比較的エネルギー効率の低い運転を行っていた。
However, the amount of internal heat exchange is determined by the heat transfer area, the inlet temperature of the high-pressure side refrigerant, and the inlet temperature of the low-pressure side refrigerant, and the operating conditions such as the inflow temperature of the radiator heat receiving fluid and the inflow temperature of the evaporator heating fluid change. However, the amount of internal heat exchange cannot be set to an optimum value according to these changes, and an operation with high energy efficiency can be performed only under specific conditions. For example, even if the internal heat exchanger is designed so that the internal heat exchange amount in the interim condition is the optimum value, the internal heat exchange amount cannot be made the optimum value in the winter condition or the summer condition. It was operating with low energy efficiency.
これまでにも、内部熱交換量を制御して放熱器や蒸発器を効率よく動作させることによって、エネルギー効率の高くする冷凍サイクル装置は提案されてきた。 So far, a refrigeration cycle apparatus that has improved energy efficiency by controlling the amount of internal heat exchange and efficiently operating the radiator and the evaporator has been proposed.
例えば、内部熱交換器の高圧側冷媒流路の上流側と下流側の両方に減圧手段を設け、蒸発器を効率的に動作させることによって冷凍サイクル装置の高効率化を図るものであるが、2つの減圧手段の制御方法についての言及はなく、放熱器受熱流体の流入温度および蒸発器与熱流体の流入温度などの運転条件が変化するときに、エネルギー効率の高い運転を維持することができないという問題点を有していた。 For example, it is intended to increase the efficiency of the refrigeration cycle apparatus by providing decompression means on both the upstream side and the downstream side of the high-pressure side refrigerant flow path of the internal heat exchanger, and operating the evaporator efficiently. There is no mention of a control method for the two decompression means, and energy efficient operation cannot be maintained when operating conditions such as the inflow temperature of the radiator heat receiving fluid and the inflow temperature of the evaporator heating fluid change. It had the problem that.
本発明は上記の問題点を解決するものであり、放熱器受熱流体の流入温度および蒸発器与熱流体の流入温度などが如何なる温度であっても、内部熱交換量が最適値となるように2つの減圧機構を制御し、高いエネルギー効率で運転することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, so that the internal heat exchange amount becomes an optimum value regardless of the inflow temperature of the radiator heat receiving fluid and the inflow temperature of the evaporator heating fluid. An object of the present invention is to provide a refrigeration cycle apparatus that controls two decompression mechanisms and can be operated with high energy efficiency.
上記目的を達成するために、本発明は、冷凍サイクル装置に搭載される内部熱交換器の高圧側冷媒流路の上流側と下流側にそれぞれ減圧機構を設け、上流側の減圧機構の開度を制御することにより、内部熱交換量を調節可能とした。 In order to achieve the above object, the present invention provides a decompression mechanism on each of the upstream side and the downstream side of the high-pressure side refrigerant flow path of the internal heat exchanger mounted in the refrigeration cycle apparatus, and the opening degree of the upstream side decompression mechanism. By controlling the internal heat exchange amount.
本発明によれば、内部熱交換器の高圧側冷媒流路の上流側と下流側にそれぞれ減圧機構を設け、上流側の減圧機構の開度を制御することにより、内部熱交換量を適切に調節することができるので、放熱器において加熱される受熱流体の温度や蒸発器において冷却される与熱流体の温度などが如何なる温度であっても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を得ることができる。 According to the present invention, a pressure reducing mechanism is provided on each of the upstream side and the downstream side of the high-pressure side refrigerant flow path of the internal heat exchanger, and the opening degree of the upstream side pressure reducing mechanism is controlled, so that the amount of internal heat exchange is appropriately adjusted. Since the temperature can be adjusted, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency regardless of the temperature of the heat receiving fluid heated in the radiator or the temperature of the heat receiving fluid cooled in the evaporator. The effect that can be obtained.
本発明の実施の形態においては、少なくとも圧縮機と、放熱器と、第1減圧機構と、第2減圧機構と、蒸発器とが順次接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルをなし、前記第1減圧機構から前記第2減圧機構へ供給される冷媒と前記蒸発器から前記圧縮機へ供給される冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器とを備える冷凍サイクル装置において、前記放熱器において冷媒と熱交換を行う受熱流体の流入温度を検知する放熱器受熱流体流入温度検知手段と、前記蒸発器において冷媒と熱交換を行う与熱流体の流入温度を検知する蒸発器与熱流体流入温度検知手段とを備え、前記第1減圧機構の開度が、前記放熱器受熱流体流入温度検知手段によって検知された温度と前記蒸発器与熱流体流入温度検知手段によって検知された温度とに基づいて制御されることを特徴とする。これにより、放熱器において加熱される受熱流体の温度や蒸発器において冷却される与熱流体の温度に応じて内部熱交換量を適切に制御して、種々の環境において冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を奏する。 In an embodiment of the present invention, at least the compressor, the radiator, the first decompression mechanism, the second decompression mechanism, and the evaporator are sequentially connected to form a refrigeration cycle in which the refrigerant circulates. In the refrigeration cycle apparatus comprising: an internal heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant supplied from the decompression mechanism to the second decompression mechanism and the refrigerant supplied from the evaporator to the compressor; A heat receiving fluid inflow temperature detecting means for detecting the inflow temperature of the heat receiving fluid that exchanges heat with the refrigerant, and an inflow temperature of the evaporator heating fluid that detects the inflow temperature of the heating fluid that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator Detection means, and the opening of the first pressure reducing mechanism is based on the temperature detected by the radiator heat receiving fluid inflow temperature detection means and the temperature detected by the evaporator heating fluid inflow temperature detection means. Characterized in that it is your. As a result, the internal heat exchange amount is appropriately controlled according to the temperature of the heat receiving fluid heated in the radiator and the temperature of the heat receiving fluid cooled in the evaporator, thereby making the refrigeration cycle apparatus highly efficient in various environments. There is an effect that you can drive.
また、前記第1減圧機構の開度は、前記放熱器において冷媒と熱交換を行う受熱流体の目標流出温度を基づいて制御されるものであってもよい。このようにすることによって、放熱器における受熱流体の目標流出温度に応じて内部熱交換量を適切に制御して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。 The opening of the first pressure reducing mechanism may be controlled based on a target outflow temperature of a heat receiving fluid that exchanges heat with a refrigerant in the radiator. By doing in this way, an internal heat exchange amount can be appropriately controlled according to the target outflow temperature of the heat receiving fluid in the radiator, and the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency.
また、前記第1減圧機構の開度は、放熱器において加熱される受熱流体の温度、蒸発器において冷却される与熱流体の温度および前記放熱器において冷媒と熱交換を行う受熱流
体の目標流出温度を基づいて制御されるものであってもよい。このようにすることによって、種々の環境において、放熱器における受熱流体の目標流出温度に応じて内部熱交換量を適切に制御して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
Further, the opening degree of the first pressure reducing mechanism depends on the temperature of the heat receiving fluid heated in the radiator, the temperature of the heat receiving fluid cooled in the evaporator, and the target outflow of the heat receiving fluid that exchanges heat with the refrigerant in the radiator. It may be controlled based on temperature. By doing so, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency by appropriately controlling the internal heat exchange amount in accordance with the target outflow temperature of the heat receiving fluid in the radiator in various environments.
また、前記第1減圧機構の開度は、放熱器において加熱される受熱流体の流入温度が高いほど小さくなるように制御されるものであってもよい。このようにすることによって、受熱流体の流入温度が高いほど内部熱交換量を抑制して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。 Moreover, the opening degree of the first pressure reducing mechanism may be controlled so as to decrease as the inflow temperature of the heat receiving fluid heated in the radiator increases. By doing in this way, internal heat exchange amount can be suppressed, so that the inflow temperature of heat receiving fluid is high, and a refrigerating cycle device can be operated with high energy efficiency.
また、前記第1減圧機構の開度は、蒸発器において冷却される与熱流体の流入温度が高いほど小さくなるように制御されるものであってもよい。このようにすることによって、与熱流体の流入温度が高いほど内部熱交換量を抑制して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。 Moreover, the opening degree of the first pressure reducing mechanism may be controlled so as to become smaller as the inflow temperature of the heating fluid cooled in the evaporator is higher. By doing in this way, an internal heat exchange amount can be suppressed, so that the inflow temperature of a heating fluid is high, and a refrigerating-cycle apparatus can be drive | operated with high energy efficiency.
また、前記第1減圧機構の開度は、内部熱交換量によって制御されるものであってもよい。このようにすることによって、予め設定された目標値に内部熱交換量を制御して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。 Further, the opening degree of the first pressure reducing mechanism may be controlled by an internal heat exchange amount. By doing in this way, the amount of internal heat exchange can be controlled to a preset target value, and the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency.
また、前記第2減圧機構の開度は、圧縮機吐出温度によって制御されるものであってもよい。このようにすることによって、予め設定された目標値に圧縮機より吐出される冷媒の温度を制御して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
また、前記第2減圧機構の開度は、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度によって制御されるものであってもよい。このようにすることによって、予め設定された目標値に圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を制御して、冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができる。
The opening of the second pressure reducing mechanism may be controlled by the compressor discharge temperature. By doing in this way, the temperature of the refrigerant discharged from the compressor is controlled to a preset target value, and the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency.
The opening of the second pressure reducing mechanism may be controlled by the degree of superheat of the refrigerant sucked into the compressor. In this way, the refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency by controlling the degree of superheat of the refrigerant sucked into the compressor to a preset target value.
また、冷媒貯留器を備えない構成であってもよい。このようにすることによって、冷凍サイクル装置をコンパクト化して、格納する筐体を小型化することができる。
また、冷媒として、高圧側で超臨界状態となり得る冷媒を用いてもよい。このようにすることによって、高圧側冷媒温度を高くすることができ、放熱器受熱流体を効率よく加熱することができる。
Moreover, the structure which is not provided with a refrigerant | coolant storage device may be sufficient. By doing in this way, a refrigeration cycle apparatus can be made compact and the housing | casing to store can be reduced in size.
Further, a refrigerant that can be in a supercritical state on the high pressure side may be used as the refrigerant. By doing in this way, the high-pressure side refrigerant temperature can be increased, and the radiator heat receiving fluid can be efficiently heated.
また、前記高圧側において超臨界状態となり得る冷媒として二酸化炭素を用いてもよい。このようにすることによって、冷媒の発火や爆発の危険性を取り除くことができる。 Carbon dioxide may be used as a refrigerant that can be in a supercritical state on the high-pressure side. By doing so, it is possible to remove the risk of ignition and explosion of the refrigerant.
以下、本発明の実施の形態における冷凍サイクル装置について図面を参照しながら述べる。なお、実施の形態はヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置を一例として用いて説明するが、本発明の実施の形態はヒートポンプ給湯機に限定されるものでなく、空気調和機などであってもよい。 Hereinafter, a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the embodiment will be described using a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater as an example, the embodiment of the present invention is not limited to a heat pump water heater, and may be an air conditioner or the like. .
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1における冷凍サイクルの構成について述べる。構成図を図1に示す。図1において、1は圧縮機、2は放熱器(水を受熱流体とする放熱器)、3は第1膨張弁、5は第2膨張弁、6は蒸発器(空気を与熱流体とする蒸発器)であり、7はこれらが環状に連結されて構成される冷媒回路である。また、冷媒回路7は放熱器2から膨張弁5へ供給される高圧側冷媒と蒸発器蒸発器6から圧縮機1へ供給される低圧側冷媒の間で冷媒間熱交換を行う内部熱交換器4を備えている。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the refrigeration cycle in
なお、冷媒回路8内に冷媒貯留器は設けない。一方、11は貯湯タンク、12は積層ポンプ、13は三方弁、14は給湯混合弁であり、16は貯湯タンク11の底部から積層ポ
ンプ12、放熱器2、三方弁13を経て貯湯タンク11の塔頂へ還流する給湯回路16である。本実施の形態における冷凍サイクル装置(ここでは、ヒートポンプ給湯機に搭載の冷凍サイクル装置)は上記冷媒回路7と給湯回路16から構成される。
Note that no refrigerant reservoir is provided in the refrigerant circuit 8. On the other hand, 11 is a hot water storage tank, 12 is a stacking pump, 13 is a three-way valve, 14 is a hot water mixing valve, 16 is a bottom of the hot
また、21は吐出温度検知手段、22は入水温度検知手段、23は外気温度検知手段、29は目標出湯温度決定手段であり、31は第1膨張弁開度制御装置、32は第2膨張弁開度制御装置である。 Further, 21 is a discharge temperature detecting means, 22 is an incoming water temperature detecting means, 23 is an outside air temperature detecting means, 29 is a target hot water temperature determining means, 31 is a first expansion valve opening control device, and 32 is a second expansion valve. It is an opening degree control device.
次に、上記のように構成された冷凍サイクル装置の動作および作用について述べる。圧縮機1により高温高圧に昇温昇圧された超臨界状態の冷媒は、放熱器2にて給湯回路16を循環する水と熱交換して冷却された後、第1膨張弁3において中間圧力PMに減圧される。このとき、第1膨張弁3の開度は、入水温度検知手段22にて検知された入水温度TW1、外気温度検知手段23にて検知された外気温度Tairおよび目標出湯温度決定手段29にて決定された目標出湯温度TW2Gに基づいて第1膨張弁開度制御装置31によって決定される。第1膨張弁開度制御装置31は図2に示すような表を有し、第1膨張弁3の開度を入水温度が高いほど小さく、外気温度が高いほど小さく、目標出湯温度が高いほど小さくなるように制御する。
Next, the operation and action of the refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described. The refrigerant in the supercritical state, which has been heated and raised to a high temperature and a high pressure by the
また、入水温度などの変化に適応するため、図3に示すような処理を一定間隔(例えば、10秒)ごとに行う。減圧された中間圧力PMの冷媒は内部熱交換器4において高圧側冷媒として低圧側冷媒と熱交換した後に、第2膨張弁5において低圧側圧力まで減圧される。このとき、第2膨張弁5の開度は第2膨張弁開度制御装置32によって、吐出温度検知手段21にて検知された吐出温度Tdが、予め設定された目標値に近づくようにフィードバック制御により決定される。減圧された低圧側圧力の冷媒は蒸発器6にて外気と熱交換して加熱された後、内部熱交換器4において高圧側冷媒と熱交換してさらに加熱された後に、圧縮機1に吸入される。本実施の形態における冷凍サイクル装置では、内部熱交換器4として従来例と同様の二重管式内部熱交換器を用いた。
In order to adapt to changes in the incoming water temperature and the like, the process shown in FIG. 3 is performed at regular intervals (for example, 10 seconds). Refrigerant decompressed intermediate pressure P M is after the low-pressure side refrigerant and the heat exchanger as a high-pressure side refrigerant in the
上記のように第1膨張弁3の開度を入水温度、外気温度および目標出湯温度を基づいて制御することによって、放熱器2から内部熱交換器4に供給される冷媒の圧力または温度を一定の範囲内において任意に決定することができるため、内部熱交換量QIHも一定の範囲内において任意に変化することができる。例えば、第1膨張弁3の開度を大きくすれば、中間圧力および冷媒温度は高くなり内部熱交換量QIHは増加するが、開度を小さくすれば、中間圧力および冷媒温度は低くなり、内部熱交換量QIHは減少する。
As described above, the pressure or temperature of the refrigerant supplied from the
このようにすることによって、内部熱交換器における冷媒間熱交換に用いられる伝熱面積を変化させることなく内部熱交換量を調節することを可能とし、入水温度、外気温度および目標出湯温度などの冷凍サイクル装置の運転条件が変化した場合においても、エネルギー効率の高い運転を維持するように内部熱交換量を制御して冷凍サイクル装置に作用する。 By doing so, it is possible to adjust the internal heat exchange amount without changing the heat transfer area used for heat exchange between refrigerants in the internal heat exchanger, such as the incoming water temperature, the outside air temperature, and the target hot water temperature. Even when the operating conditions of the refrigeration cycle apparatus change, the amount of internal heat exchange is controlled to operate the refrigeration cycle apparatus so that the operation with high energy efficiency is maintained.
本実施の形態によれば、上記の構成により、内部熱交換器の高圧側冷媒配管の上流側と下流側にそれぞれ第1膨張弁と第2膨張弁を設け、入水温度、外気温度および目標出湯温度に基づいて第1膨張弁の開度を制御することによって、入水温度、外気温度あるいは目標出湯温度が変化した場合においても、内部熱交換器における伝熱面積を変化あせることなく内部熱交換量を制御することができるため、如何なる入水温度、外気温度および目標出湯温度においても容易に冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を奏する。 According to the present embodiment, with the above configuration, the first expansion valve and the second expansion valve are provided on the upstream side and the downstream side of the high-pressure refrigerant pipe of the internal heat exchanger, respectively, and the incoming water temperature, the outside air temperature, and the target hot water temperature By controlling the opening of the first expansion valve based on the temperature, the amount of internal heat exchange can be achieved without changing the heat transfer area in the internal heat exchanger even when the incoming water temperature, the outside air temperature, or the target hot water temperature changes. Therefore, it is possible to easily operate the refrigeration cycle apparatus with high energy efficiency at any incoming water temperature, outside air temperature, and target hot water temperature.
なお、本実施の形態においては、内部熱交換器として図8に示すような低圧側冷媒配管
の内部に高圧側冷媒配管を備える二重管構造を有するものを用いたが、高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換を行う機能を有する熱交換器であれば、如何なる構造を有するものであってもよい。例えば、高圧側冷媒配管と低圧側冷媒配管が側面で互いに接触するように配置されるような構造であってもよい。
In the present embodiment, an internal heat exchanger having a double pipe structure including a high pressure side refrigerant pipe inside a low pressure side refrigerant pipe as shown in FIG. 8 is used. As long as the heat exchanger has a function of performing heat exchange with the side refrigerant, it may have any structure. For example, a structure in which the high-pressure side refrigerant pipe and the low-pressure side refrigerant pipe are arranged so as to contact each other on the side surface may be employed.
また、例えば、蒸発器6から圧縮機1の間に冷媒貯留器を設ければ、入水温度、外気温度および目標出湯温度などの冷凍サイクル装置の運転条件が変化した場合において、冷媒貯留器に冷媒を貯留して冷媒回路8を循環する冷媒量を調節することによって、放熱器2や蒸発器6を効率よく動作させて、エネルギー効率の高い運転を維持することが可能であるが、本実施の形態における冷凍サイクル装置は、冷媒貯留器を設けることなく内部熱交換量を制御することによって如何なる入水温度、外気温度および目標出湯温度においてもエネルギー効率の高い冷凍サイクル装置を実現している。
Further, for example, if a refrigerant reservoir is provided between the
(実施の形態2)
以下では、本発明の実施の形態2における冷凍サイクル装置の構成について述べる。構成図を図4に示す。図4において、本実施の形態における冷凍サイクル装置は(実施の形態1)と同様に構成され、24は内部熱交換器高圧側入口温度検知手段、25は内部熱交換器高圧側出口温度検知手段、26は蒸発器入口温度検知手段、27は吸入温度検知手段、28は中間圧力検知手段である。
(Embodiment 2)
Below, the structure of the refrigerating-cycle apparatus in
次に、上記のように構成された冷凍サイクル装置の動作および作用について述べる。本実施の形態においては(実施の形態1)と第1膨張弁3および第2膨張弁5の制御方法が異なるが、その他の動作および作用については同様である。以下では、上記2つの膨張弁の制御方法について述べる。本実施の形態における冷凍サイクル装置においては、第1膨張弁3の開度は、内部熱交換量QIHを目標値QIHGに近づけるようにフィードバック制御される。目標内部熱交換量QIHGは図6に示すように入水温度TW1により決まり、図5に示すような処理に則ってその膨張弁開度を決定する。
Next, the operation and action of the refrigeration cycle apparatus configured as described above will be described. In the present embodiment, the control method of the
まず、入水温度検知手段22により入水温度TW1を検知し、検知した入水温度TW1に基づいて目標内部熱交換量QIHGを決定する。次に、蒸発器入口温度検知手段26により蒸発温度Tsatを検知し、吸入温度検知手段27により吸入温度Tsを検知し、これらと圧縮機1の回転周波数および圧縮室容積から冷媒回路7を循環する冷媒循環量Grを演算する。
First, by the entering-water
その後、第1膨張弁開度制御手段31によって、中間圧力検知手段28により検知した中間圧力PM、内部熱交換器高圧側入口温度検知手段24により検知した内部熱交換器高圧側入口温度TIH1、内部熱交換器高圧側出口温度検知手段25により検知した内部熱交換器高圧側出口温度TIH2および前もって演算した冷媒循環量Grとから内部熱交換量QIHを演算する。 Thereafter, the first expansion valve opening degree control means 31 detects the intermediate pressure P M detected by the intermediate pressure detection means 28, the internal heat exchanger high-pressure side inlet temperature T IH1 detected by the internal heat exchanger high-pressure side inlet temperature detection means 24. Then, the internal heat exchange amount Q IH is calculated from the internal heat exchanger high pressure side outlet temperature T IH2 detected by the internal heat exchanger high pressure side outlet temperature detection means 25 and the refrigerant circulation amount Gr calculated in advance.
また、上記のように第1膨張弁3の開度を制御することによって、内部熱交換量QIHを一定の範囲において任意に制御性よく決定することができる。例えば、内部熱交換量が過大である場合は、第1膨張弁3の開度を小さくして、内部熱交換器高圧側入口温度・圧力を低下させることによって、内部熱交間量QIHを目標値に近づけ、逆に、内部熱交換量が過小である場合は、第1膨張弁3の開度を大きくして、内部熱交換器高圧側入口温度・圧力を上昇させることによって、内部熱交間量QIHを目標値に近づけるように制御することができる。
Further, by controlling the opening degree of the
また、第2膨張弁5の開度は、第2膨張弁開度制御装置32によって、蒸発器入口温度検知手段26により検知した蒸発温度Tsatと吸入温度検知手段27により検知した吸
入温度Tsとから圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を演算し、演算された吸入過熱度が、予め設定された目標値に近づくようにフィードバック制御により決定される。
Further, the opening degree of the
このようにすることによって、内部熱交換器における冷媒間熱交換に用いられる伝熱面積を変化させることなく内部熱交換量を調節することを可能とし、入水温度、外気温度および目標出湯温度などの冷凍サイクル装置の運転条件が変化した場合においても、エネルギー効率の高い運転を維持するように内部熱交換量を制御して冷凍サイクル装置に作用する。 By doing so, it is possible to adjust the internal heat exchange amount without changing the heat transfer area used for heat exchange between refrigerants in the internal heat exchanger, such as the incoming water temperature, the outside air temperature, and the target hot water temperature. Even when the operating conditions of the refrigeration cycle apparatus change, the amount of internal heat exchange is controlled to operate the refrigeration cycle apparatus so that the operation with high energy efficiency is maintained.
本実施の形態によれば、上記の構成により、内部熱交換器の高圧側冷媒配管の上流側と下流側にそれぞれ膨張弁を設け、冷凍サイクル装置の各部温度・圧力から演算された内部熱交換量に基づいて上流側に設けた膨張弁の開度を制御することによって、入水温度、外気温度あるいは目標出湯温度などが変化した場合においても、内部熱交換量を制御することができるため、如何なる入水温度、外気温度および目標出湯温度においても冷凍サイクル装置を高いエネルギー効率で運転することができるという効果を奏する。 According to the present embodiment, with the above configuration, expansion valves are provided on the upstream side and the downstream side of the high-pressure side refrigerant pipe of the internal heat exchanger, and the internal heat exchange calculated from the temperature and pressure of each part of the refrigeration cycle apparatus By controlling the opening degree of the expansion valve provided on the upstream side based on the amount, the amount of internal heat exchange can be controlled even when the incoming water temperature, the outside air temperature, the target hot water temperature, or the like changes. The refrigeration cycle apparatus can be operated with high energy efficiency even at the incoming water temperature, the outside air temperature, and the target hot water temperature.
また、ここでは、内部熱交換器の高圧側冷媒配管の下流側に設けられた第2膨張弁を演算された過熱度が予め定められた目標過熱度に近づくようにフィードバック制御する冷凍サイクル装置を示したが、(実施の形態1)に記載のように吐出温度を検知して、これが目標の吐出温度に近づくようにフィードバック制御により第2膨張弁を制御する冷凍サイクル装置であっても、上記効果は損なわれることなく、同様に得ることができる。 Further, here, a refrigeration cycle apparatus that performs feedback control so that the degree of superheat calculated for the second expansion valve provided on the downstream side of the high-pressure side refrigerant pipe of the internal heat exchanger approaches a predetermined target degree of superheat. Although shown, even in the refrigeration cycle apparatus that detects the discharge temperature as described in (Embodiment 1) and controls the second expansion valve by feedback control so that the discharge temperature approaches the target discharge temperature, The effect can be obtained in the same manner without loss.
本発明の冷凍サイクル装置は、放熱器受熱流体の流入温度、蒸発器与熱流体の流入温度などが変化した場合においても、内部熱交換量を制御することによって、高いエネルギー効率で運転を行うことができるという効果を有し、ヒートポンプ給湯機搭載の冷凍サイクル装置や空気調和機搭載の冷凍サイクル装置など、高圧側において超臨界状態となり得る冷媒を用いる冷凍サイクル装置一般に対して有用である。 The refrigeration cycle apparatus of the present invention operates with high energy efficiency by controlling the amount of internal heat exchange even when the inflow temperature of the radiator heat receiving fluid, the inflow temperature of the evaporator heating fluid, and the like change. This is useful for general refrigeration cycle apparatuses using a refrigerant that can be in a supercritical state on the high pressure side, such as a refrigeration cycle apparatus equipped with a heat pump water heater or a refrigeration cycle apparatus equipped with an air conditioner.
1 圧縮機
2 放熱器
3 第1膨張弁
4 内部熱交換器
5 第2膨張弁
6 蒸発器
7 冷媒回路
11 貯湯タンク
12 積層ポンプ
13 三方弁
14 給湯混合弁
15 二方弁
21 吐出温度検知手段
22 入水温度検知手段
23 外気温度検知手段
24 内部熱交換器高圧側入口温度検知手段
25 内部熱交換器高圧側出口温度検知手段
26 蒸発器入口温度検知手段
27 吸入温度検知手段
28 中間圧力検知手段
29 目標沸上げ温度決定手段
31 第1膨張弁開度制御装置
32 第2膨張弁開度制御装置
41 ヒートポンプユニット
42 貯湯ユニット
84 高圧側冷媒流路
85 低圧側冷媒流路
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