JP2012102968A - Refrigerating cycle device - Google Patents
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Abstract
【課題】膨張機及び副圧縮機をより安定して起動させることが可能な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル装置1Aは、副圧縮機31、主圧縮機32、放熱器、膨張機36及び蒸発器を含む冷媒回路2を備えている。冷媒回路2には、副圧縮機31及び膨張機36の上流側に第一制御弁41及び第二制御弁42がそれぞれ設けられている。膨張機36をバイパスする第一バイパス路5には膨張弁51が設けられ、副圧縮機をバイパスする第二バイパス路6にはバイパス弁61が設けられている。さらに、冷媒回路2における主圧縮機32と放熱器の間の部分と蒸発器と副圧縮機31の間の部分とを連絡する還流路7には還流弁71が設けられている。
【選択図】図1A refrigeration cycle apparatus capable of starting an expander and a sub-compressor more stably is provided.
A refrigeration cycle apparatus 1A includes a refrigerant circuit 2 including a sub compressor 31, a main compressor 32, a radiator, an expander 36, and an evaporator. The refrigerant circuit 2 is provided with a first control valve 41 and a second control valve 42 on the upstream side of the sub compressor 31 and the expander 36, respectively. An expansion valve 51 is provided in the first bypass passage 5 that bypasses the expander 36, and a bypass valve 61 is provided in the second bypass passage 6 that bypasses the sub compressor. Furthermore, a recirculation valve 71 is provided in the recirculation path 7 that connects a portion between the main compressor 32 and the radiator and a portion between the evaporator and the sub compressor 31 in the refrigerant circuit 2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus.
従来、冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機と、主圧縮機の上流側で冷媒を予備的に昇圧する副圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置では、主圧縮機は電動機によって駆動される一方、副圧縮機は、伝動軸により膨張機と連結されており、膨張機で冷媒から回収した動力によって駆動される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a refrigeration cycle apparatus including an expander that expands a refrigerant to recover power and a sub-compressor that preliminarily boosts the refrigerant upstream of the main compressor is known. In such a refrigeration cycle apparatus, the main compressor is driven by an electric motor, while the sub-compressor is connected to the expander by a transmission shaft, and is driven by power recovered from the refrigerant by the expander.
ところで、上記のような構成では、停止状態からの膨張機及び副圧縮機の起動は、主圧縮機を起動させて高低圧差を作り出すことによってのみ行われるため、膨張機及び副圧縮機を安定して起動させるにはどのようにすればよいかが問題となる。これに対する対策として、例えば特許文献1には、冷媒回路にバイパス路を設け、起動時に主圧縮機から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機の吸入口又は膨張機の吸入口に直接導くとともに、主圧縮機が副圧縮機の吐出口又は膨張機の吐出口までの冷媒を吸入できるようにすることが開示されている。 By the way, in the configuration as described above, the start-up of the expander and the sub-compressor from the stopped state is performed only by starting the main compressor and creating a high-low pressure difference, so that the expander and the sub-compressor are stabilized. The problem is how to start it. As a countermeasure against this, for example, in Patent Document 1, a bypass path is provided in the refrigerant circuit, and the high-pressure refrigerant discharged from the main compressor at the time of startup is directly guided to the suction port of the sub compressor or the suction port of the expander, It is disclosed that the main compressor can suck the refrigerant to the discharge port of the sub compressor or the discharge port of the expander.
しかしながら、特許文献1に開示された対策では、膨張機及び副圧縮機を安定して起動させるにはまだ不十分である。すなわち、主圧縮機の起動と共に膨張機及び副圧縮機の吸入口と吐出口との間にかかる高低圧差は徐々に増加するが、それに伴って伝動軸が軸受に押し付けられる荷重なども増大する。このため、膨張機及び副圧縮機の停止状態によっては、それらの吸入口と吐出口との間にかかる高低圧差から生じる起動トルクが最大静止摩擦力に打ち勝てないことがある。また、膨張機が容積変化により冷媒を膨張させる作動室を有し、この作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされている場合は、その膨張し難い液体が、作動室の容積を増大させる回転の妨げとなる。 However, the countermeasure disclosed in Patent Document 1 is still insufficient to start the expander and the sub compressor stably. That is, the high-low pressure difference between the suction port and the discharge port of the expander and the sub-compressor gradually increases with the start of the main compressor, but the load that the transmission shaft is pressed against the bearing also increases accordingly. For this reason, depending on the stopped state of the expander and the sub-compressor, the starting torque generated from the high-low pressure difference between the suction port and the discharge port may not be able to overcome the maximum static frictional force. In addition, when the expander has a working chamber that expands the refrigerant by changing the volume, and the working chamber is filled with liquid refrigerant or lubricating oil, the hard-to-expand liquid rotates to increase the volume of the working chamber. It becomes an obstacle.
本発明は、このような事情に鑑み、膨張機及び副圧縮機をより安定して起動させることが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the refrigerating-cycle apparatus which can start an expander and a subcompressor more stably in view of such a situation.
前記課題を解決するために、本発明は、冷媒を圧縮する主圧縮機、前記主圧縮機で圧縮された冷媒を放熱させる放熱器、前記前記放熱器で放熱した冷媒を膨張させて動力を回収する膨張機、前記膨張機で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器、及び伝動軸により膨張機と連結され、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記主圧縮機に吸入される前に昇圧する副圧縮機、を含む冷媒回路と、前記冷媒回路に前記膨張機をバイパスするように設けられた第一バイパス路と、前記第一バイパス路に設けられた、前記放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁と、前記冷媒回路に前記副圧縮機をバイパスするように設けられた第二バイパス路と、前記第二バイパス路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁と、前記冷媒回路における前記主圧縮機と前記放熱器の間の部分と前記蒸発器と前記副圧縮機の間の部分とを連絡する還流路と、前記還流路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁と、前記冷媒回路に設けられた、前記蒸発器から前記副圧縮機への冷媒の流入を許可又は禁止する第一制御弁と、前記冷媒回路に設けられた、前記放熱器から前記膨張機への冷媒の流入を許可又は禁止する第二制御弁と、を備える、冷凍サイクル装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a main compressor that compresses refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant compressed by the main compressor, and recovers power by expanding the refrigerant dissipated by the radiator. An expander that evaporates the refrigerant expanded in the expander, and a sub-compressor that is connected to the expander by a transmission shaft and pressurizes the refrigerant evaporated in the evaporator before being sucked into the main compressor , A first bypass passage provided in the refrigerant circuit so as to bypass the expander, and an expansion valve provided in the first bypass passage for decompressing the refrigerant radiated by the radiator A second bypass passage provided in the refrigerant circuit so as to bypass the sub-compressor, a bypass valve that permits or prohibits the flow of the refrigerant through the second bypass passage, and the main compression in the refrigerant circuit Machine and said Provided in the refrigerant circuit, a reflux path that communicates a portion between the heater and a portion between the evaporator and the sub-compressor, a reflux valve that permits or prohibits the flow of the refrigerant through the reflux path, and In addition, a first control valve that permits or prohibits the flow of refrigerant from the evaporator to the sub-compressor, and permits or prohibits the flow of refrigerant from the radiator to the expander provided in the refrigerant circuit. A refrigeration cycle device comprising a second control valve.
上記の構成によれば、弁の制御によって、起動時に膨張機及び副圧縮機の前後の圧力をいったん低圧に均圧化した後に、膨張機及び副圧縮機の吸入側を高圧にすることができる。膨張機及び副圧縮機の前後の圧力をいったん低圧に均圧化することにより、伝動軸が軸受に押し付けられる荷重などを弱めて最大静止摩擦力を低減させることができる。また、膨張機の作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされていたとしても、その液体を吸い出すことができる。その後、膨張機及び副圧縮機の吸入側を高圧にすることにより、膨張機及び副圧縮機の双方に強い力積(力×時間:N・s)を与えることができる。これらの作用により、膨張機及び副圧縮機を従来よりも格段に安定して起動させることができる。 According to the above configuration, by controlling the valve, the pressure before and after the expander and the sub-compressor is once equalized to a low pressure at the time of startup, and then the suction side of the expander and the sub-compressor can be set to a high pressure. . By equalizing the pressure before and after the expander and the sub-compressor to a low pressure, the maximum static frictional force can be reduced by weakening the load that the transmission shaft is pressed against the bearing. Moreover, even if the working chamber of the expander is filled with liquid refrigerant or lubricating oil, the liquid can be sucked out. After that, by increasing the suction side of the expander and the sub compressor, a strong impulse (force × time: N · s) can be given to both the expander and the sub compressor. By these actions, the expander and the sub-compressor can be started much more stably than before.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.
(第一実施形態)
図1に、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置1Aを示す。この冷凍サイクル装置1Aは、空調装置として構成されており、暖房運転と冷房運転とが切替可能となっている。なお、本発明の冷凍サイクル装置は、空調装置に限定されるものではなく、例えば給湯機などに用いられる冷媒の流れ方向が不変の温水生成機として構成されていてもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a
冷凍サイクル装置1Aは、冷媒を循環させる冷媒回路2と、コントローラ4を備えている。冷媒回路2は、副圧縮機31、主圧縮機32、第一四方弁33、室内熱交換器34、第二四方弁35、膨張機36、及び室外熱交換器37を含む。冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボンなどを用いることができる。なお、上述した温水生成機では、冷媒として二酸化炭素を用いてもよい。
The
副圧縮機31の吐出口と主圧縮機32の吸入口は、流路21によって互いに接続されている。第一四方弁33は、流路22,23,28,29によって、主圧縮機32の吐出口、室内熱交換器34、室外熱交換器37、及び副圧縮機の吸入口と接続されている。第二四方弁35は、流路24,25,26,27によって、室内熱交換器34、膨張機36の吸入口、膨張機36の吐出口、及び室外熱交換器37に接続されている。
The discharge port of the
第一四方弁33及び第二四方弁35は、コントローラ4に制御されることにより、冷媒回路2を流れる冷媒の向きを、暖房運転時には実線矢印の向きに切り換え、冷房運転時に破線矢印の向きに切り換える。実線矢印の向きとは、主圧縮機31から吐出された冷媒が室内熱交換器34に導かれ、膨張機36から吐出された冷媒が室外熱交換器37に導かれる向きである。破線矢印の向きとは、主圧縮機31から吐出された冷媒が室外熱交換器37に導かれ、膨張機36から吐出された冷媒が室内熱交換器34に導かれる向きである。すなわち、暖房運転時には、室内熱交換器34が放熱器として機能し、室外熱交換器37が蒸発器として機能する。また、冷房運転時には、室外熱交換器37が放熱器として機能し、室内熱交換器34が蒸発器として機能する。
The first four-
なお、第一四方弁33を主圧縮機32の吐出口と接続する流路22は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に主圧縮機32と放熱器の間にあり、第一四方弁33を副圧縮機31の吸入口と接続する流路29は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に蒸発器と副圧縮機31の間にある。また、第二四方弁35を膨張機36の吸入口と接続する流路25は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に放熱器と膨張機36の間にあり、第二四方弁35を膨張機36の吐出口と接続する流路26は、暖房運転と冷房運転とに拘わらず常に膨張機36と蒸発器の間にある。
The
以下では、特別に記載する場合を除き、室内熱交換器34及び室外熱交換器37の代わりに放熱器及び蒸発器という用語を使用し、暖房運転と冷房運転とを区別することなく説明する。
In the following, unless otherwise specified, the terms heat radiator and evaporator will be used instead of the
主圧縮機32は、電動機45によって駆動される。主圧縮機32及び電動機45は、図2に示すように、第一密閉容器13に収容されている。第一密閉容器13の内部には、潤滑油が貯留されることにより第一油溜まり13aが形成されているとともに、第一油溜まり13aに面する上方空間が形成されている。主圧縮機32は、吸入口を通じて流路21から冷媒を吸入して圧縮し、圧縮した冷媒を吐出口を通じて第一密閉容器13の上方空間に吐出する。第一密閉容器13の上方空間に吐出された冷媒は、第一密閉容器13を貫通して当該上方空間に開口する配管22aを通じて、外部に排出される。すなわち、第一密閉容器13及び配管22aは、上述した流路22を構成する。主圧縮機32から吐出された冷媒は、放熱器(室内熱交換器34又は室外熱交換器37)に流入し、ここで空気と熱交換して放熱する。
The
膨張機36は、伝動軸11により副圧縮機31と連結されている。膨張機36及び副圧縮機36は、動力回収機構を構成する。膨張機36及び副圧縮機31は、図2に示すように、第二密閉容器12に収容されている。第二密閉容器12の内部には、潤滑油が貯留されることにより第二油溜まり12aが形成されている。膨張機36は、放熱器から流出した冷媒を吸入口を通じて流路25から吸入し、吸入した冷媒を膨張させる。このとき、膨張機36は、膨張する冷媒から動力を回収し、回収した動力によって副圧縮機31を駆動する。膨張機36は、膨張した冷媒を吐出口を通じて流路26に吐出する。膨張機36から吐出された冷媒は、蒸発器(室外熱交換器37又は室内熱交換器34)に流入し、ここで空気と熱交換して蒸発する。
The
膨張機36としては、例えば、スクロール式膨張機、ロータリ式膨張機、流体圧モータ式膨張機を用いることができる。なお、流体圧モータ式膨張機とは、膨張工程を含まずに、冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を吐出する工程とを実質的に連続して行うことで、吸入側と吐出側との圧力差によって冷媒を膨張させる流体機械である。スクロール式膨張機及びロータリ式膨張機は、容積変化により冷媒を膨張させる作動室を有する。
As the
副圧縮機31は、蒸発器から流出した冷媒を吸入口を通じて流路29から吸入して昇圧し、昇圧した冷媒を吐出口を通じて流路21に吐出する。すなわち、副圧縮機31は、主圧縮機32に吸入される冷媒を予備的に昇圧する。
The sub-compressor 31 sucks the refrigerant flowing out of the evaporator from the
副圧縮機31としては、スクロール式圧縮機、ロータリ式圧縮機、又は流体圧モータ式圧縮機を用いることができる。なお、流体圧モータ式圧縮機とは、冷媒を圧縮する行程を含まず、冷媒を吸入する工程と、吸入した冷媒を吐出する工程とを実質的に連続して行うことにより、吸入側と吐出側との圧力差によって冷媒を昇圧する圧縮機である。スクロール式圧縮機及びロータリ式圧縮機は、容積変化により冷媒を圧縮する作動室を有する。
As the
本実施形態では、第二密閉容器12は、内部の圧力が主圧縮機32から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている。具体的には、第二密閉容器12が均油管14により第一密閉容器13と連結されており、第二油溜まり12aが第一油溜まり13aと連通している。
In the present embodiment, the second sealed
さらに、本実施形態では、第一四方弁33を副圧縮機31の吸入口と接続する流路29に第一制御弁41設けられており、第二四方弁35を膨張機36の吸入口と接続する流路25に第二制御弁42が設けられている。第一制御弁41は、蒸発器から副圧縮機31への冷媒の流入を許可又は禁止し、第二制御弁42は、放熱器から膨張機36への冷媒の流入を許可又は禁止する。
Further, in the present embodiment, the
また、冷媒回路2には、膨張機36をバイパスするように第一バイパス路5が設けられているとともに、副圧縮機31をバイパスするように第二バイパス路6が設けられている。第一バイパス路5は、第二制御弁42よりも上流側で流路25から分岐し、流路26につながっている。また、第一バイパス路5には、放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁51が設けられている。第二バイパス路6は、第一制御弁41よりも上流側で流路29から分岐し、流路21につながっている。また、第二バイパス路6には、当該第二バイパス路6を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁61が設けられている。
The
さらに、冷媒回路2には、流路22と流路29における第一制御弁41よりも下流側部分とを連絡する還流路7が設けられている。また、還流路7には、当該還流路7を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁71が設けられている。
Further, the
本実施形態では、第一制御弁41、第二制御弁42、バイパス弁61及び還流弁71として、開閉弁が採用されている。ただし、開閉弁の代わりに、全閉から全開まで開度調整可能な流量調整弁を採用することも可能である。
In the present embodiment, on-off valves are employed as the
また、冷凍サイクル装置1Aは、流路22に設けられた、主圧縮機32から吐出された冷媒の圧力(高圧)を検出する圧力センサ47と、膨張機36及び副圧縮機31(すなわち、動力回収機構)の起動を検出するための起動検出器46とを備えている。
The
動力回収機構が起動すると、伝動軸11が回転し始め、膨張機36の吸入口の冷媒と吐出口の冷媒との間に温度差及び圧力差が生じる。そこで、起動検出器46として、膨張機36の吸入口における冷媒の温度と膨張機36の吐出口における冷媒の温度との温度差を計測する温度差計測器を用いることができる。また、前記温度差計測器に代えて、膨張機36の吸入口における冷媒の圧力と膨張機36の吐出口における冷媒の圧力との圧力差を計測する圧力差計測器を用いることもできる。さらに、動力回収機構は主圧縮機32が起動してから略一定の時間で起動することから、起動検出器46として、主圧縮機32の起動開始からの経過時間を計測するタイマーを用いることもできる。
When the power recovery mechanism is activated, the
コントローラ4は、四方弁33,35、電動機45及び上述した各種の弁41,42,51,61,71を制御する。コントローラ4は、まず圧力センサ47及び起動検出器46の検出結果に基づいて冷凍サイクル装置1Aを立ち上げる起動運転を行い、その後に定常運転に移行する。以下、コントローラ4が行う起動運転を、図3のフローチャートを参照して詳細に説明する。
The
まず、コントローラ4は、冷凍サイクル装置1Aの運転を開始すべき旨の指令(例えば起動スイッチのオン)が与えられると、還流弁71を閉じ、バイパス弁61を開き、膨張弁51を所定開度に開く(ステップS11)。このとき、第一制御弁41及び第二制御弁42は閉じられていても開かれていてもよい。この状態で、主圧縮機32を起動させる(ステップS12)。これにより、主圧縮機32、放熱器、膨張弁51及び蒸発器を通るルートに冷媒が流れ、冷凍サイクルの高圧側と低圧側とに適切な圧力差が作り出される。
First, when a command to start the operation of the
次に、コントローラ4は、圧力センサ47で高圧Pを検出し(ステップS13)、検出した高圧Pが所定範囲(P1〜P2)内にあるか否かを判定する(ステップS14)。ステップS14でNoであれば、その状態を維持し、ステップS14でYesであれば、ステップS15に進んで第一制御弁41及び第二制御弁42を閉じる。
Next, the
ここで、所定範囲(P1〜P2)とは、主圧縮機32の目標吐出圧力によって決定される範囲であり、例えば、1.7〜3.5MPaである。
Here, the predetermined range (P1 to P2) is a range determined by the target discharge pressure of the
その後、コントローラ4は、第一制御弁41及び第二制御弁42を閉じてから所定時間が経過するまでその状態を維持する(ステップS16でNo)。すなわち、コントローラ4は、所定時間で規定される所定期間、主圧縮機32を稼働させる第一操作を行う。この第一操作により、膨張機36の前後の圧力及び副圧縮機31の前後の圧力が低圧に均圧化される。これは、膨張機36及び副圧縮機31では内部の微小な隙間を通じて吸入口と吐出口とが連通しているからである。その結果、伝動軸11が軸受に押し付けられる荷重などを弱めて最大静止摩擦力を低減させることができる。さらに、膨張機36の作動室が液冷媒又は潤滑油で満たされている場合には、第一操作により、その液体を主圧縮機32による吸引を利用して吸い出すことができる。
Thereafter, the
ここで、ステップS16における所定時間とは、膨張機36の前後の圧力及び副圧縮機31の前後の圧力が均等な圧力になるのに十分な時間である。このような時間は、予め実験などにより決定することができる。
Here, the predetermined time in step S16 is a time sufficient for the pressure before and after the
第一制御弁41及び第二制御弁42を閉じてから所定時間が経過すると(ステップS16でYes)、コントローラ4は、膨張弁51を全閉にし(ステップS17)、第二制御弁42及び還流弁71を開いて(ステップS18,S19)、第二操作を行う。なお、ステップS17〜S19はこの順に行われることが好ましい。
When a predetermined time elapses after the
まず第二制御弁42を開くことにより、主圧縮機32から吐出された高圧の冷媒を膨張機36に導く。副圧縮機31が一段のロータリ式圧縮機である場合、ピストンの停止位置によっては冷媒が吹抜けてしまい、ピストンに圧力が掛からずに伝動軸11に起動トルクが発生しない場合がある。これに対し、停止位置に関わらず起動トルクが発生し得る膨張機36に先ず高圧冷媒を導くことで、起動の確実性を高める。第一操作によって膨張機36の前後の圧力が低圧に均圧化されているため、この行程(ステップS18)によって膨張機36に強い力積を与えることができる。
First, the
続いて還流弁71を開くことにより、主圧縮機32から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機31にも導く。これにより、副圧縮機31にも強い力積を与えることができる。この高圧冷媒の供給により副圧縮機31が起動すると、吐出側の圧力の方が吸入側の圧力よりも低いため、副圧縮機31は膨張機又は流体圧モータとして機能する。従って、伝動軸11に追加の起動トルクが与えられる。
Subsequently, the high-pressure refrigerant discharged from the
上述した各作用により、動力回収機構を従来よりも格段に安定して起動させることができる。 With the above-described actions, the power recovery mechanism can be activated much more stably than before.
その後、コントローラ4は、起動検出器46により動力回収機構が起動したか否かを判定する。起動検出器46としては、上述したとおり3つの態様が考えられる。
Thereafter, the
起動検出器46が膨張機36の吸入口と吐出口の間の冷媒の温度差を計測する温度差計測手器である場合、実験的に求められた、膨張機36が起動するときの膨張機36の吸入口と吐出口の間の冷媒の温度差ΔTが、閾値としてコントローラ4に予め入力される。コントローラ4は、温度差計測器で計測された温度差がΔTを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。あるいは、コントローラ4は、温度差計測器で計測される温度差の単位時間あたりの増加幅(単位時間遡った時点に温度差計測器で計測された温度差から、温度差計測器で計測された現在の温度差を引いた値)が所定の閾値を上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することもできる。
When the
起動検出器46が膨張機36の吸入口と吐出口の間の冷媒の圧力差を計測する圧力差計測器である場合、実験的に求められた、膨張機36が起動するときの膨張機36の吸入口と吐出口の間の冷媒の圧力差ΔPが、閾値としてコントローラ4に予め入力される。コントローラ4は、圧力差計測器で計測された圧力差がΔPを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。あるいは、コントローラ4は、圧力差計測器で計測される圧力差の単位時間あたりの増加幅(単位時間遡った時点に圧力差計測器で計測された圧力差から、圧力差計測器で計測された現在の圧力差を引いた値)が所定の閾値を上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することもできる。
When the
起動検出器46がタイマーである場合、実験的に求められた、主圧縮機32の起動開始から動力回収機構が起動するまでの時間tが、閾値としてコントローラ4に予め入力される。コントローラ4は、主圧縮機32を駆動する電動機45に制御信号を送信するとともに時間計測を開始し、タイマーで計測される経過時間がtを上回ったときに、動力回収機構が起動したと判定することができる。
When the
起動検出器46によって動力回収機構の起動が検出されると(ステップS20でYes)、コントローラ4は、第一制御弁41を開いて副圧縮機31に低圧冷媒を供給するとともに、還流弁71を閉じる(ステップS22)。この工程により、副圧縮機31は、上述した膨張機又は流体圧モータとしてではなく、本来の機能を奏するようになる。
When the
その後、コントローラ4は、バイパス弁61を閉じる(ステップS23)。これにより、主圧縮機32が吸入する冷媒は全て副圧縮機31を通過することになる。膨張機36で回収された動力によって副圧縮機31が冷媒を昇圧し、この昇圧した冷媒を主圧縮機32が吸入することで、主圧縮機32を駆動する電動機45の駆動力が低減する。
Thereafter, the
もし、動力回収機構が起動しなかった場合は(ステップS20でNo)、コントローラ4は、還流弁71を閉じるとともに、膨張弁51を再度所定開度に開き(ステップS21)、ステップ13に戻る。すなわち、コントローラ4は、起動検出器46によって動力回収機構の起動が検出されるまで、上述した第一操作及び第二操作を繰り返す。これにより、動力回収機構に繰り返し力積を与えることができるため、動力回収機構を確実に起動させることができる。
If the power recovery mechanism has not started (No in step S20), the
<変形例>
前記実施形態では、第二密閉容器12は、内部の圧力が主圧縮機32から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている。すなわち、双方の密閉容器12,13の潤滑油の量が均油管を通じて自動的にバランスされるので、潤滑油の量の調整が容易となる。
<Modification>
In the said embodiment, the 2nd
しかしながら、第二密閉容器12は、内部の圧力が副圧縮機31から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されていてもよい。これを実現するには、例えば図4に示すように構成すればよい。
However, the second
図4に示す構成では、均油管14に開閉弁15が設けられている。また、第二密閉容器12の内部には、第二油溜まり12aに面する上方空間が形成されている。副圧縮機31は、昇圧した冷媒を吐出口を通じて第二密閉容器12の上方空間に吐出する。第二密閉容器12の上方空間に吐出された冷媒は、第二密閉容器12を貫通して当該上方空間に開口する配管21aを通じて、外部に排出される。このように、流路21は、第二密閉容器12と配管21aで構成されていてもよい。
In the configuration shown in FIG. 4, the
図4に示す構成では、冷凍サイクル装置1Aの運転時は、開閉弁15が閉じられる。これにより、第二密閉容器12の内部の圧力が副圧縮機31から吐出される冷媒の圧力と等しくなる。このような構成であれば、例えば膨張機36及び副圧縮機31の少なくとも一方がロータリ式である場合には、前記実施形態よりもベーンの背圧を低圧化することができるので、起動時の摩擦抵抗を低減することができる。
In the configuration shown in FIG. 4, the on-off
なお、冷凍サイクル装置1Aの停止時は、開閉弁15を開いて、双方の密閉容器12,13の潤滑油の量をバランスさせる。
When the
あるいは、図5に示すように、第二密閉容器12の内部が、区画部材16によって膨張機36を取り囲む第一空間12Aと副圧縮機31を取り囲む第二空間12Bに区画されていてもよい。そして、第二密閉容器12は、第一空間12Aの圧力が主圧縮機12から吐出される冷媒の圧力と等しくなり、かつ、第二空間12Bの圧力が副圧縮機31から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されていてもよい。このような構成であれば、図2に示す構成のメリットと図4に示す構成のメリットの双方が得られる。
Alternatively, as shown in FIG. 5, the inside of the second sealed
また、膨張機36及び副圧縮機31が共にロータリ式であり、副圧縮機31の吸入容積が膨張機36と比べて大きい場合、副圧縮機31でのベーンによる摩擦抵抗が大きく、動力回収機構の起動の妨げになることがある。この場合、図5に示す構成によると、膨張機36側で第一密閉容器13との潤滑油の量のバランスを図りつつ、副圧縮機31側での摩擦抵抗を軽減することができる。
Further, when both the
また、前記実施形態では、第一制御弁41及び第二制御弁42並びに還流弁71を閉じ、バイパス弁61を開き、膨張弁51を所定開度に開いた状態で、主圧縮機32を稼働させる第一操作における所定期間が、第一制御弁41及び第二制御弁42を閉じてから所定時間が経過するまでとなっていた。しかしながら、第一操作における所定期間は、これに限られない。
In the above embodiment, the
例えば、図6に示すように、流路25に、冷媒回路2における第二制御弁42と膨張機36の間の部分の冷媒の圧力を検出する圧力センサ48を設け、第一操作における所定期間を、第一制御弁41及び第二制御弁42を閉じてから、圧力センサ48で検出される圧力が所定値を下回るまでとしてもよい。すなわち、ステップS11で第一制御弁41及び第二制御弁42も開く場合には、ステップS15までは膨張機36の吸入側もいったん高圧になるので、図3に示すフローチャート中のステップS16に代えて、圧力センサ48で検出される圧力が所定値以下になったか否かを判定するステップを採用してもよい。
For example, as shown in FIG. 6, the
あるいは、圧力センサ48の代わりに、冷媒回路2における第二制御弁42と膨張機36の間の部分の冷媒の温度を検出する温度センサを用いることも可能である。
Alternatively, instead of the
また、前記実施形態では、第一制御弁41及びバイパス弁61が流路29と第二バイパス路6のそれぞれに設けられた開閉弁であったが、本発明の第一制御弁及びバイパス弁としては、例えば図7に示すように、第二バイパス路6が流路29から分岐する位置に設けられた単一の三方弁43を用いることも可能である。ただし、前記実施形態のように第一制御弁41とバイパス弁61が別々になっていれば、第一制御弁41を閉じた少し後にバイパス弁61を閉じるなどの柔軟な制御ができる点で好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the
(第二実施形態)
次に、図8及び図9を参照して、本発明の第二実施形態に係る冷凍サイクル装置1Bついて説明する。
(Second embodiment)
Next, with reference to FIG.8 and FIG.9, the refrigerating-
図8に示すように、第二実施形態に係る冷凍サイクル装置1Bは、第一実施形態に係る冷凍サイクル装置1Aに短絡路8及び短絡弁81を付加しただけであり、その他の構成は冷凍サイクル装置1Aと同一である。以下では、短絡路8と短絡弁81について詳細を説明し、他の部分についての説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the
短絡路8は、流路22と流路25における第二制御弁42よりも下流側部分とを連絡する。本実施形態では、短絡路8の一端が還流路7における還流弁71よりも上流側部分につながれており、短絡路8が還流路7を介して流路22と連通している。ただし、短絡路8に一端は、流路22に直接つながれていてもよい。
The short-
短絡路8には、当該短絡路8を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する短絡弁81が設けられている。本実施形態では、短絡弁81として、開閉弁が採用されているが、全閉から全開まで開度調整可能な流量調整弁を採用することも可能である。
The
コントローラが行う起動運転は第一実施形態とほぼ同様だが、第二実施形態では、第二操作で第二開閉弁42を開く代わりに短絡弁81を開き、動力回収機構が起動した後は、短絡弁81を閉じるとともに第二開閉弁42を開く。冷凍サイクルが気液二相の変化を伴う場合、放熱器を通過した冷媒は液相もしくは液を多量に含む気液二相であるため、放熱器を通過した冷媒を膨張機36に供給すると、軸受などの摺動部の潤滑油が洗い流されてしまい、摩擦抵抗が増大する。これに対し、第二実施形態では、第二操作で短絡弁81を通じて主圧縮機32から吐出された気相冷媒のみを膨張機36に供給することで、動力回収機構をさらに安定して起動させることができる。
The start-up operation performed by the controller is almost the same as that of the first embodiment, but in the second embodiment, instead of opening the second on-off
次に、コントローラ4が行う起動運転を、図9のフローチャートを参照して詳細に説明する。
Next, the starting operation performed by the
まず、コントローラ4は、冷凍サイクル装置1Aの運転を開始すべき旨の指令(例えば起動スイッチのオン)が与えられると、ステップS31で、還流弁71を閉じ、バイパス弁61を開き、膨張弁51を所定開度に開くとともに、短絡弁81を閉じる。ステップS32〜S36(第一操作を含む工程)は、図3中のステップS12〜S16と同じである。第一操作による作用は、第一実施形態と同じである。
First, when an instruction to start the operation of the
ステップS36でYesになると、コントローラ4は、膨張弁51を全閉にし(ステップS37)、短絡弁81及び還流弁71を開いて(ステップS38,S39)、第二操作を行う。なお、ステップS37〜S39はこの順に行われることが好ましい。
When the answer is Yes in step S36, the
まず短絡弁81を開くことにより、主圧縮機32から吐出された高圧の冷媒を膨張機36に導く。副圧縮機31が一段のロータリ式圧縮機である場合、ピストンの停止位置によっては冷媒が吹抜けてしまい、ピストンに圧力が掛からずに伝動軸11に起動トルクが発生しない場合がある。これに対し、停止位置に関わらず起動トルクが発生し得る膨張機36に先ず高圧冷媒を導くことで、起動の確実性を高める。第一操作によって膨張機36の前後の圧力が低圧に均圧化されているため、この行程(ステップS38)によって膨張機36に強い力積を与えることができる。さらに、第二実施形態では、放熱器を通過しない気相冷媒が膨張機36に供給されるので、上述した効果を得ることができる。
First, the high-pressure refrigerant discharged from the
続いて還流弁71を開くことにより、主圧縮機32から吐出された高圧の冷媒を副圧縮機31にも導く。これにより、副圧縮機31にも強い力積を与えることができる。この高圧冷媒の供給により副圧縮機31が起動すると、吐出側の圧力の方が吸入側の圧力よりも低いため、副圧縮機31は膨張機又は流体圧モータとして機能する。従って、伝動軸11に追加の起動トルクが与えられる。
Subsequently, the high-pressure refrigerant discharged from the
その後、起動検出器46によって動力回収機構の起動が検出されると(ステップS40でYes)、コントローラ4は、第一制御弁41を開いて副圧縮機31に低圧冷媒を供給するとともに、還流弁71を閉じる(ステップS42)。この工程により、副圧縮機31は、上述した膨張機又は流体圧モータとしてではなく、本来の機能を奏するようになる。次いで、コントローラ4は、第二開閉弁42を開くとともに、短絡弁81を閉じる(ステップS43)。最後に、コントローラ4は、バイパス弁61を閉じる(ステップS44)。
Thereafter, when the
もし、動力回収機構が起動しなかった場合は(ステップS20でNo)、コントローラ4は、還流弁71及び短絡弁41を閉じるとともに、膨張弁51を再度所定開度に開き(ステップS21)、ステップ13に戻る。すなわち、コントローラ4は、起動検出器46によって動力回収機構の起動が検出されるまで、上述した第一操作及び第二操作を繰り返す。これにより、動力回収機構に繰り返し力積を与えることができるため、動力回収機構を確実に起動させることができる。
If the power recovery mechanism has not started (No in step S20), the
なお、第一実施形態で説明した変形例が第二実施形態にも適用可能であることは言うまでもない。 Needless to say, the modification described in the first embodiment is also applicable to the second embodiment.
本発明の冷凍サイクル装置は、主圧縮機と、主圧縮機に吸入される冷媒を予備的に昇圧する副圧縮機と、副圧縮機と伝動軸によって連結された膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、電動機で伝動軸を回転させなくとも、膨張機及び副圧縮機のより安定した自立起動を実現できる点で有用である。 A refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a main compressor, a sub-compressor that preliminarily boosts a refrigerant sucked into the main compressor, and an expander connected to the sub-compressor by a transmission shaft. In the apparatus, it is useful in that it is possible to realize more stable self-sustained activation of the expander and the sub-compressor without rotating the transmission shaft with an electric motor.
1A,1B 冷凍サイクル装置
11 伝動軸
12 第二密閉容器
13 第一密閉容器
16 区画部材
2 冷媒回路
31 副圧縮機
32 主圧縮機
33,35 四方弁
34 室内熱交換器
36 膨張機
37 室外熱交換器
4 コントローラ
41 第一制御弁
42 第二制御弁
46 起動検出器
5 第一バイパス路
51 膨張弁
6 第二バイパス路
61 バイパス弁
7 還流路
71 還流弁
8 短絡路
81 短絡弁
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記冷媒回路に前記膨張機をバイパスするように設けられた第一バイパス路と、
前記第一バイパス路に設けられた、前記放熱器で放熱した冷媒を減圧する膨張弁と、
前記冷媒回路に前記副圧縮機をバイパスするように設けられた第二バイパス路と、
前記第二バイパス路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止するバイパス弁と、
前記冷媒回路における前記主圧縮機と前記放熱器の間の部分と前記蒸発器と前記副圧縮機の間の部分とを連絡する還流路と、
前記還流路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する還流弁と、
前記冷媒回路に設けられた、前記蒸発器から前記副圧縮機への冷媒の流入を許可又は禁止する第一制御弁と、
前記冷媒回路に設けられた、前記放熱器から前記膨張機への冷媒の流入を許可又は禁止する第二制御弁と、
を備える、冷凍サイクル装置。 A main compressor that compresses the refrigerant, a radiator that dissipates the refrigerant compressed by the main compressor, an expander that recovers power by expanding the refrigerant that has dissipated heat by the radiator, and a refrigerant expanded by the expander A refrigerant circuit including an evaporator to be evaporated, and a sub-compressor that is connected to an expander by a transmission shaft and pressurizes the refrigerant evaporated in the evaporator before being sucked into the main compressor;
A first bypass path provided to bypass the expander in the refrigerant circuit;
An expansion valve that is provided in the first bypass path and depressurizes the refrigerant radiated by the radiator;
A second bypass path provided in the refrigerant circuit to bypass the sub-compressor;
A bypass valve that permits or prohibits the circulation of the refrigerant through the second bypass path;
A reflux path connecting a portion between the main compressor and the radiator and a portion between the evaporator and the sub compressor in the refrigerant circuit;
A reflux valve that permits or prohibits the circulation of the refrigerant through the reflux path;
A first control valve provided in the refrigerant circuit, which permits or prohibits the inflow of refrigerant from the evaporator to the sub-compressor;
A second control valve provided in the refrigerant circuit, which permits or prohibits the inflow of refrigerant from the radiator to the expander;
A refrigeration cycle apparatus comprising:
前記短絡路を通じた冷媒の流通を許可又は禁止する短絡弁と、をさらに備える、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 A short circuit that communicates a portion between the main compressor and the radiator and a portion between the second control valve and the expander in the refrigerant circuit;
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, further comprising: a short-circuit valve that permits or prohibits the circulation of the refrigerant through the short-circuit path.
前記コントローラは、前記起動検出器によって前記膨張機及び前記副圧縮機の起動が検出されると、前記還流弁及び前記バイパス弁を閉じ、前記第一制御弁を開く、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 Further comprising an activation detector for detecting activation of the expander and the sub-compressor;
The refrigeration according to claim 3, wherein the controller closes the recirculation valve and the bypass valve and opens the first control valve when the activation detector detects activation of the expander and the sub compressor. Cycle equipment.
前記コントローラは、前記起動検出器によって前記膨張機及び前記副圧縮機の起動が検出されると、前記還流弁及び前記バイパス弁を閉じ、前記第一制御弁及び前記第二制御弁を開く、請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 Further comprising an activation detector for detecting activation of the expander and the sub-compressor;
The controller closes the reflux valve and the bypass valve and opens the first control valve and the second control valve when the activation detector detects activation of the expander and the sub compressor. Item 6. The refrigeration cycle apparatus according to Item 5.
前記コントローラは、前記タイマーで計測される経過時間が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項4又は6に記載の冷凍サイクル装置。 The activation detector is a timer that measures an elapsed time from the start of activation of the main compressor,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 4 or 6, wherein the controller determines that the expander and the sub compressor are started when an elapsed time measured by the timer exceeds a predetermined threshold.
前記コントローラは、前記温度差計測器で計測される温度差が所定の閾値を上回ったとき、又は前記温度差計測器で計測される温度差の単位時間あたりの増加幅が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項4又は6に記載の冷凍サイクル装置。 The activation detector is a temperature difference measuring device that measures the temperature difference between the refrigerant temperature at the inlet of the expander and the refrigerant temperature at the outlet of the expander,
The controller is configured such that when the temperature difference measured by the temperature difference measuring instrument exceeds a predetermined threshold, or the increase width per unit time of the temperature difference measured by the temperature difference measuring instrument exceeds a predetermined threshold. The refrigeration cycle apparatus according to claim 4 or 6, wherein it is sometimes determined that the expander and the sub compressor are started.
前記コントローラは、前記圧力差計測器で計測される圧力差が所定の閾値を上回ったとき、又は前記圧力差計測器で計測される圧力差の単位時間あたりの増加幅が所定の閾値を上回ったときに、前記膨張機及び前記副圧縮機が起動したと判定する、請求項4又は6に記載の冷凍サイクル装置。 The activation detector is a pressure difference measuring device that measures a pressure difference between a refrigerant pressure at an inlet of the expander and a refrigerant pressure at an outlet of the expander,
The controller is configured such that when the pressure difference measured by the pressure difference measuring instrument exceeds a predetermined threshold, or the increment of the pressure difference measured by the pressure difference measuring instrument per unit time exceeds a predetermined threshold. The refrigeration cycle apparatus according to claim 4 or 6, wherein it is sometimes determined that the expander and the sub compressor are started.
前記密閉容器は、内部の圧力が前記主圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 Further comprising a sealed container for accommodating the expander and the sub-compressor;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the sealed container is configured so that an internal pressure thereof is equal to a pressure of a refrigerant discharged from the main compressor.
前記密閉容器は、内部の圧力が前記副圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 Further comprising a sealed container for accommodating the expander and the sub-compressor;
The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the sealed container is configured such that an internal pressure is equal to a pressure of a refrigerant discharged from the sub-compressor.
前記密閉容器は、内部が区画部材によって前記膨張機を取り囲む第一空間と前記副圧縮機を取り囲む第二空間に区画され、前記第一空間の圧力が前記主圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなり、かつ、前記第二空間の圧力が前記副圧縮機から吐出される冷媒の圧力と等しくなるように構成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 Further comprising a sealed container for accommodating the expander and the sub-compressor;
The sealed container is partitioned into a first space surrounding the expander by a partition member and a second space surrounding the sub-compressor, and a pressure of the refrigerant discharged from the main compressor is a pressure in the first space. The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the pressure in the second space is equal to the pressure of the refrigerant discharged from the sub-compressor. .
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| AT512651B1 (en) * | 2012-09-26 | 2013-10-15 | Hans Ing Wiesmeier | Process for energy recovery with expansion turbine and compressor in a refrigeration cycle |
-
2010
- 2010-11-12 JP JP2010253521A patent/JP2012102968A/en active Pending
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| AT512651B1 (en) * | 2012-09-26 | 2013-10-15 | Hans Ing Wiesmeier | Process for energy recovery with expansion turbine and compressor in a refrigeration cycle |
| AT512651A4 (en) * | 2012-09-26 | 2013-10-15 | Hans Ing Wiesmeier | Process for energy recovery with expansion turbine and compressor in a refrigeration cycle |
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