(57)【要約】【課題】負荷に見合った油戻し運転を行うことができる制御装置を提供する。【解決手段】冷媒回路システムを制御する制御装置は、加熱サイクルにおける油戻し運転時の冷媒回路システムの加熱能力と、通常運転時の加熱能力との差が所定の範囲内となるように凝縮器の入口側と出口側のエンタルピ差と、圧縮機の周波数とを制御する。凝縮器出口の目標温度を通常運転時よりも高温に設定することにより、油戻し運転時のエンタルピ差が通常運転時よりも小さくなるよう制御する。【選択図】図６
2018059666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路システムを制御する制御装置であって、加熱サイクルにおける油戻し運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力と通常運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力との差が、所定の範囲内となるように、前記冷媒回路システムが備える凝縮器の入口側と出口側のエンタルピ差と、前記冷媒回路システムを流れる冷媒の循環量と、を制御する、
制御装置。
【請求項２】
前記凝縮器の入口側のエンタルピを所定の目標値に保ち、前記油戻し運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を通常運転時よりも高温に設定することにより、前記凝縮器の出口側のエンタルピを通常運転時よりも高く設定する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
油戻し運転時の前記凝縮器のエンタルピ差が、前記冷媒回路システムが備える圧縮機の周波数と前記エンタルピ差との積が通常運転時と油戻し運転時とで一致するように算出され、前記油戻し運転時には、前記算出されたエンタルピ差に基づく前記凝縮器の出口側の温度を目標温度として設定し、前記凝縮器の出口側の温度が前記目標温度となるように制御する
請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記凝縮器の出口側の目標温度に基づいて、前記凝縮器の出口側に設けられた膨張弁の弁開度を制御する、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記冷媒回路システムは、
冷媒を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮された冷媒を減圧する第１膨張弁と、前記第１膨張弁にて減圧された前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を接続した主流回路と、
前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するインジェクション回路であって、前記分岐した一部の冷媒を減圧する第３膨張弁と、前記第３膨張弁を通過した前記冷媒と前記主流回路を通過する前記冷媒との熱交換を行う中間熱交換器と、を備えるインジェクション回路と、を備え、
通常運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を、前記凝縮器に流入する利用側媒体の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定し、
油戻し運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を、通常運転時における前記目標温度よりも高い温度に設定する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
冷媒を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮された冷媒を減圧する第１膨張弁と、前記第１膨張弁にて減圧された前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を接続した主流回路と、
前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するインジェクション回路であって、前記分岐した一部の冷媒を減圧する第３膨張弁と、前記第３膨張弁を通過した前記冷媒と前記主流回路を通過する前記冷媒との熱交換を行う中間熱交換器と、を備えるインジェクション回路と、
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置と、
を備える冷媒回路システム。
【請求項７】
冷媒回路システムを制御する制御装置が、
加熱サイクルにおける油戻し運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力と通常運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力との差が、所定の範囲内となるように、前記冷媒回路システムが備える凝縮器の入口側と出口側のエンタルピ差と、前記冷媒回路システムを流れる冷媒の循環量と、を制御する
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、冷媒回路システム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から多段圧縮機を備える冷媒回路において、冷却能力およびＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）の向上のため、凝縮器で凝縮された高圧冷媒の一部を分岐し、分岐した冷媒を圧縮機にインジェクションするようにしたインジェクション回路付きの冷媒回路が知られている。例えば、特許文献１には、インジェクション回路付きの冷媒回路において、負荷の高低や凝縮圧力と蒸発圧力の比に応じてインジェクション運転の動作、非動作を切り替え、ＣＯＰを向上させる技術について記載がある。
【０００３】
また、従来から冷媒回路内に流出した冷凍機油を圧縮機に回収するために行われる油戻し運転が行われている。例えば、特許文献２には、暖房運転時に圧縮機の容量を増大して冷媒の循環量を増加させるとともに熱源側ファンの風量を低下させることで、冷媒圧力の過度な上昇を抑制し、暖房運転時でも安定して油戻し運転ができるようにした技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５２８６号公報
【特許文献２】特許第２７６０２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に油戻し運転では、圧縮機の周波数を上昇させ、冷媒循環量を増加させることによって配管内の冷媒の流速を冷凍機油の回収に必要な一定速度以上に保つ制御を行う。しかし、暖房運転時に凝縮器の出口側温度を所定の目標温度に維持したまま、圧縮機の周波数を上昇させると、加熱能力が過大となる等の問題がある。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、冷媒回路システム及び制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、冷媒回路システムを制御する制御装置であって、加熱サイクルにおける油戻し運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力と通常運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力との差が、所定の範囲内となるように、前記冷媒回路システムが備える凝縮器の入口側と出口側のエンタルピ差と、前記冷媒回路システムを流れる冷媒の循環量と、を制御する、制御装置である。
【０００８】
本発明の第２の態様における前記制御装置は、前記凝縮器の入口側のエンタルピを所定の目標値に保ち、前記油戻し運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を通常運転時よりも高温に設定することにより、前記凝縮器の出口側のエンタルピを通常運転時よりも高く設定する。
【０００９】
本発明の第３の態様における前記制御装置では、油戻し運転時の前記凝縮器のエンタルピ差が、前記冷媒回路システムが備える圧縮機の周波数と前記エンタルピ差との積が通常運転時と油戻し運転時とで一致するように算出され、前記油戻し運転時には、前記算出されたエンタルピ差に基づく前記凝縮器の出口側の温度を目標温度として設定し、前記凝縮器の出口側の温度が前記目標温度となるように制御する。
【００１０】
本発明の第４の態様における前記制御装置は、前記凝縮器の出口側の目標温度に基づいて、前記凝縮器の出口側に設けられた膨張弁の弁開度を制御する。
【００１１】
本発明の第５の態様における前記冷媒回路システムは、冷媒を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮された冷媒を減圧する第１膨張弁と、前記第１膨張弁にて減圧された前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を接続した主流回路と、前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するインジェクション回路であって、前記分岐した一部の冷媒を減圧する第３膨張弁と、前記第３膨張弁を通過した前記冷媒と前記主流回路を通過する前記冷媒との熱交換を行う中間熱交換器と、を備えるインジェクション回路と、を備え、前記制御装置は、通常運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を、前記凝縮器に流入する利用側媒体の温度よりも所定の温度だけ高い温度に設定し、油戻し運転時には、前記凝縮器の出口側の目標温度を、通常運転時における前記目標温度よりも高い温度に設定する。
【００１２】
本発明の第６は、冷媒を圧縮する複数の圧縮機と、前記圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮された冷媒を減圧する第１膨張弁と、前記第１膨張弁にて減圧された前記冷媒の一部を貯留するレシーバと、前記レシーバから流出する前記冷媒を減圧する第２膨張弁と、前記第２膨張弁にて減圧された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を接続した主流回路と、前記レシーバから流出する前記冷媒の一部を分岐し、当該分岐した冷媒を、前記複数の圧縮機のうち所定の圧縮機の吸入側に供給するインジェクション回路であって、前記分岐した一部の冷媒を減圧する第３膨張弁と、前記第３膨張弁を通過した前記冷媒と前記主流回路を通過する前記冷媒との熱交換を行う中間熱交換器と、を備えるインジェクション回路と、上記の何れか１つに記載の制御装置と、を備える冷媒回路システムである。
【００１３】
本発明の第７の態様は、冷媒回路システムを制御する制御装置が、加熱サイクルにおける油戻し運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力と通常運転時の前記冷媒回路システムの加熱能力との差が、所定の範囲内となるように、前記冷媒回路システムが備える凝縮器の入口側と出口側のエンタルピ差と、前記冷媒回路システムを流れる冷媒の循環量と、を制御する制御方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、負荷に見合った加熱能力を維持したまま油戻し運転を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における冷媒回路システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における冷媒回路システムの第一のＰ−ｈ線図である。
【図３】本発明の一実施形態における冷媒回路システムの第二のＰ−ｈ線図である。
【図４】本発明の一実施形態における油戻し運転時の制御方法を説明する第一の図である。
【図５】本発明の一実施形態における油戻し運転時の制御方法を説明する第二の図である。
【図６】本発明の一実施形態における油戻し運転の効果を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態における制御装置のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による冷媒回路システムを図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における冷媒回路システムの一例を示す図である。
冷媒回路システム１は、給湯器等に用いられ、加熱サイクル（暖房サイクル）で運転する冷媒回路を構成する。冷媒回路システム１は、外部から供給される給水（利用側媒体）を所定の設定目標温度（例えば８０℃）に上昇させ、この温水をユーザに供給する。本実施形態では、ユーザに供給する給水の設定目標温度（出湯温度）が一定である。なお、給水の設定目標温度を、利用側出口温度と呼ぶ。また、外部からの供給される給水の温度を利用側入口温度と呼ぶ。
【００１７】
図１が示すとおり冷媒回路システム１は、高段側圧縮機１０Ａと、低段側圧縮機１０Ｂと、利用側熱交換器（凝縮器）１１と、第１膨張弁１２と、レシーバ１３と、第２膨張弁１４と、熱源側熱交換器（蒸発器）１５と、アキュムレータ１６と、これらを接続する主流配管１７と、を含んで構成される主流回路と、インジェクション配管２０と、第３膨張弁２１と、中間熱交換器２２を含んで構成されるインジェクション回路と、制御装置１００と、で構成される。
なお、図１に示す冷媒回路システム１の具体的な構成は、冷媒回路システム１の基本的な構成を模式的に示したものであって、さらに他の構成要素が含まれていてもよい。
【００１８】
高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂは冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出する。低段側圧縮機１０Ｂと高段側圧縮機１０Ａとは直列に接続されている。低段側圧縮機１０Ｂの吸入側は、アキュムレータ１６に接続されている。また、低段側圧縮機１０Ｂの吐出側は、高段側圧縮機１０Ａの吸入側に接続される。低段側圧縮機１０Ｂは、アキュムレータ１６から供給された低圧冷媒を吸入して圧縮を行い、中間圧力冷媒を高段側圧縮機１０Ａ側へ吐出する。また、高段側圧縮機１０Ａの吸入側には、インジェクション配管２０が接続されており、後述するようにインジェクション配管２０から中間圧力冷媒が供給される。
高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂの周波数は、インバータ回路により制御装置１００によって制御される。本実施形態では、高段側圧縮機１０Ａの周波数は、高段側圧縮機１０Ａの吐出圧力飽和温度が、予め設定された利用側出口温度（例えば８０℃）に合わせた所定の温度（例えば８２℃）となるように、制御装置１００により制御される。このように本実施形態では、利用側出口温度に応じて目標高圧が決まり、利用側入口温度の変化によらず、その値は一定に制御される。高段側圧縮機１０Ａが吐出した高温高圧の冷媒は利用側熱交換器１１へ供給される。
【００１９】
利用側熱交換器１１は、凝縮器として機能する。利用側熱交換器１１に供給された高圧冷媒は、ユーザが利用する給水と熱交換して放熱し、凝縮されて液化される。一方、利用側熱交換器１１へと供給された給水は、高圧冷媒から吸熱し、所定の設定目標温度（利用側出口温度）に昇温され、ユーザに提供される。なお、図中、点線矢印は、給水の流れ方向を示し、実線矢印は、冷媒の流れ方向（加熱サイクル）を示している。
第１膨張弁１２は、冷媒を減圧する流量制御弁である。利用側熱交換器１１による熱交換後の高圧冷媒は、第１膨張弁１２で減圧、膨張されレシーバ１３へ供給される。第１膨張弁１２の開度は、制御装置１００によって制御される。制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度が、所定の値となるように第１膨張弁１２の開度を制御する。例えば、通常運転時には、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度が、利用側入口温度より所定の値（例えば２℃）だけ高い温度となるよう制御する。例えば、利用側入り口温度が５℃ならば、利用側熱交換器１１の出口側温度の設定目標温度は７℃となる。また、油戻し運転時には、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度が、冷媒回路システム１の加熱能力が通常運転時と比較して同等となる温度を目標温度として第１膨張弁１２の開度を制御する。
【００２０】
レシーバ１３は、供給された冷媒の一部を一時的に貯留する圧力容器である。レシーバ１３では、気体と液体の２相の冷媒が混在して貯留される。レシーバ１３の上流側には上記の第１膨張弁１２が、下流側にはインジェクション配管２０への分岐と、中間熱交換器２２と、第２膨張弁１４がそれぞれ設けられている。レシーバ１３から流出した冷媒の一部は、インジェクション配管２０へ分岐され、残りの冷媒は主流回路を流れる。
第２膨張弁１４は、冷媒を減圧する流量制御弁である。主流回路を流れる液冷媒は中間熱交換器２２において、インジェクション配管２０を流れる（分岐された）一部の冷媒との熱交換により冷却され、第２膨張弁１４において減圧、膨張され低圧冷媒となる。
【００２１】
熱源側熱交換器１５は、蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１５は、第２膨張弁１４から流入した低圧冷媒を、外気等の熱源からの吸熱により蒸発させる。熱源側熱交換器１５を通過した冷媒はアキュムレータ１６へ供給される。冷媒は、アキュムレータ１６で気体と液体に分離され、気体の冷媒のみが低段側圧縮機１０Ｂへ吸入される。低段側圧縮機１０Ｂは冷媒を圧縮して高段側圧縮機１０Ａ側へ吐出する。
【００２２】
一方、レシーバ１３の下流側で分岐した冷媒は、インジェクション配管２０を介して、高段側圧縮機１０Ａの吸入側へ供給される。インジェクション配管２０には、第３膨張弁２１と、中間熱交換器２２が設けられている。
第３膨張弁２１は、分岐した一部の冷媒を減圧する流量制御弁である。
中間熱交換器２２は、第３膨張弁２１を通過する冷媒と主流配管１７を通過する冷媒との熱交換を行う。第３膨張弁２１によって減圧された冷媒は、中間熱交換器２２での熱交換によって加熱され、高段側圧縮機１０Ａへ戻され再圧縮される。このインジェクション回路によって、公知のように冷凍サイクルのＣＯＰを向上させることができる。
【００２３】
制御装置１００は、マイコン等のコンピュータ装置である。制御装置１００は、例えば、上記したように高段側圧縮機１０Ａや第１膨張弁１２など冷媒回路を構成する機器を制御する。特に本実施形態では、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出入口間でのエンタルピ差について、油戻し運転時におけるエンタルピ差の通常運転時におけるエンタルピ差に対する割合が、通用運転時から油戻し運転に切り替わった際の高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数の上昇による冷媒循環量の増加率の逆数となるように利用側熱交換器１１の出口側温度を制御する。具体的には、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度が目標温度となるように第１膨張弁１２の開度を制御する。
【００２４】
また、冷媒回路システム１には、温度センサ、圧力センサ等の検知手段が設置されている。例えば、利用側熱交換器１１の給水（利用側媒体）が通過する入口には、温度センサ３１が設けられている。温度センサ３１は利用側入口温度を計測する。また、利用側熱交換器１１の出口側には温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３は、利用側熱交換器１１の出口側の冷媒の温度を計測する。温度センサ３１、温度センサ３３は計測した温度の情報を制御装置１００へ出力する。また、利用側熱交換器１１の入口側には圧力センサ３２が設けられている。圧力センサ３２は、利用側熱交換器１１の入口側の冷媒の圧力を計測する。圧力センサ３２は、計測した圧力の情報を制御装置１００へ出力する。
次に図１に例示した冷媒回路システム１における冷凍サイクルを用いて、通常運転時と油戻し運転時の加熱能力の変化について説明する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態における冷媒回路システムの第一のＰ−ｈ線図である。
図２は、冷媒回路システム１を動作させたときの冷凍サイクルを表した圧力とエンタルピの関係線図である。図２のＰ−ｈ線図において各記号はそれぞれ次の状態を示す。すなわち、Ａ１は高段側圧縮機１０Ａが吐出した冷媒の状態、Ａ２は利用側熱交換器１１の出口側での冷媒の状態、Ａ３は第１膨張弁１２の出口側での冷媒の状態、Ａ４は第２膨張弁１４の入口側での冷媒の状態、Ａ５は第２膨張弁１４の出口側での冷媒の状態、Ａ６は熱源側熱交換器１５の出口側での冷媒の状態、Ａ７は低段側圧縮機１０Ｂが吐出した冷媒の状態、Ａ８は第３膨張弁２１の出口側での冷媒の状態、Ａ９は高段側圧縮機１０Ａの吸入側での冷媒の状態、をそれぞれ示している。
【００２６】
高段側圧縮機１０Ａから吐出される高温高圧の冷媒（状態Ａ１）は、利用側熱交換器１１にて放熱して凝縮液化し、高圧の液冷媒（状態Ａ２）となる。本実施形態では、利用側熱交換器１１の出口側温度を利用側出口温度に近づけることでエンタルピ差を稼ぎ、加熱能力を増加させてＣＯＰを高めている。高圧の液冷媒は、第１膨張弁１２によって減圧、膨張された冷媒（状態Ａ３）となりレシーバ１３に流入する。レシーバ１３から流出した冷媒のうち主流回路を流れる冷媒は、中間熱交換器２２で冷却され（状態Ａ４）、第２膨張弁１４に至る。そして、冷媒は、第２膨張弁１４によってさらに減圧され（状態Ａ５）、熱源側熱交換器１５へと流入して蒸発し、低圧ガス冷媒（状態Ａ６）となる。低圧ガス冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂにより所定の中間圧力まで昇圧され（状態Ａ７）、高段側圧縮機１０Ａの吸入側に供給される。一方、インジェクション回路に分岐した冷媒は、第３膨張弁２１によって所定の中間圧力まで減圧され（状態Ａ８）、中間熱交換器２２を介して吸熱し、インジェクション配管２０を介して高段側圧縮機１０Ａの吸入側に供給される。ここで、インジェクション配管２０を介して供給された冷媒と低段側圧縮機１０Ｂにより圧縮された冷媒とが混合し、温度が低下（状態Ａ９）した中間圧力の冷媒は、高段側圧縮機１０Ａに供給される。高段側圧縮機１０Ａは、中間圧力の冷媒を圧縮し高温高圧の冷媒（状態Ａ１）を吐出する。以降は、同じサイクルを繰り返す。
【００２７】
図２において図中Δｉで示したのが、利用側熱交換器１１を通過した冷媒の入口（状態Ａ１）と出口（状態Ａ２）におけるエンタルピ差である。この冷凍サイクルによる加熱能力Ｑは、エンタルピ差Δｉと冷媒循環量Ｇｒの積で表される。
Ｑ  ＝  Δｉ  ×  Ｇｒ                                ・・・（１）
ここで冷媒循環量Ｇｒを通常運転時における冷媒循環量とすると、通常運転時における加熱能力Ｑは、上記の式（１）で計算することができる。
【００２８】
次に従来の制御方法で油戻し運転を行った場合の加熱能力Ｑ´について説明する。一般に油戻し運転時には、冷媒の流速が所定の速度（例えばフラッディング速度、ゼロペネトレーション速度など）以上となるように圧縮機の周波数を上昇させる。圧縮機の周波数を上昇させると冷媒循環量Ｇｒ´も増加する。従って、図２に示す冷凍サイクルと同様の運転点で油戻し運転を行うならば、その場合の加熱能力Ｑαは以下の式（２）で計算することができる。
Ｑα  ＝  Δｉ  ×  Ｇｒ´                            ・・・（２）
ここで、エンタルピ差Δｉは通常運転時と同等で、冷媒循環量Ｇｒ´は高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数の上昇により増加するから、油戻し運転時の加熱能力Ｑαは、通常運転時の加熱能力Ｑよりも大きな値（Ｑα＞Ｑ）となる。これにより、負荷に対する加熱能力の過大や、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数上昇による高圧上昇などの問題が生じる。次にこのような問題を回避する本実施形態における油戻し運転の制御方法について説明する。
【００２９】
図３は、本発明の一実施形態における冷媒回路システムの第二のＰ−ｈ線図である。
図３のＰ−ｈ線図において各記号が示す状態は図２で説明したものと同様である。すなわち、Ｂ１は高段側圧縮機１０Ａが吐出した冷媒の状態、Ｂ２は利用側熱交換器１１の出口側での冷媒の状態、Ｂ３は第１膨張弁１２の出口側での冷媒の状態、Ｂ４は第２膨張弁１４の入口側での冷媒の状態、Ｂ５は第２膨張弁１４の出口側での冷媒の状態、Ｂ６は熱源側熱交換器１５の出口側での冷媒の状態、Ｂ７は低段側圧縮機１０Ｂが吐出した冷媒の状態、Ｂ８は第３膨張弁２１の出口側での冷媒の状態、Ｂ９は高段側圧縮機１０Ａの吸入側での冷媒の状態、をそれぞれ示している。また、冷媒回路中の冷媒の流れと状態Ｂ１〜状態Ｂ９の対応関係については図２で説明したものと同様であるので説明を省略する。
【００３０】
次に本実施形態による油戻し運転の制御方法について図３を参照しながら説明する。本実施形態の油戻し運転においても、高段側圧縮機１０Ａの吐出側の圧力および温度は、通常運転時と同等の圧力および温度に制御する（状態Ｂ１）。従って、利用側熱交換器１１の入口側では通常運転時と同等のエンタルピが維持される。しかし、利用側熱交換器１１の出口側の目標温度は、通常運転時の目標温度よりも高温に設定する（状態Ｂ２）。従って、油戻し運転時における利用側熱交換器１１の入口側と出口側のエンタルピ差Δｉ´は、通常運転時のエンタルピ差Δｉよりも小さな値となる（Δｉ´＜Δｉ）。また、インジェクション回路に設けられた第３膨張弁２１の上流側（状態Ｂ３）と下流側（状態Ｂ８）とにおける圧力差が大きいため、インジェクション回路に流入する冷媒循環量が通常運転時に比べ増加し、その分、主流回路の冷媒循環量が減少する。
【００３１】
ここで、本実施形態の油戻し運転における加熱能力Ｑ´は以下の式（３）で計算することができる。
Ｑ´  ＝  Δｉ´  ×  Ｇｒ´                        ・・・（３）
上記のとおりエンタルピ差Δｉ´は通常運転時（Δｉ）より小さく、冷媒循環量Ｇｒ´は高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数の上昇により増加する。従って、油戻し運転時の加熱能力Ｑ´は、上記のＱαよりも小さな値となり、通常運転時の加熱能力Ｑからの増加量が小さくなる。これにより、油戻し運転時の加熱能力の過大を抑制することができる。また、利用側熱交換器１１の過冷却領域が少なくなるため、高圧上昇を抑制することができる。
次に本実施形態における油戻し運転時の加熱能力Ｑ´を、通常運転時の加熱能力Ｑと同等の大きさに維持する制御方法について説明する。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態における油戻し運転時の制御方法を説明する第一の図である。
図４に示すグラフの縦軸はエンタルピ差、横軸は冷媒循環量を示している。図４に示すグラフは、本実施形態の制御装置１００によって実現される冷媒回路システム１を流れる冷媒の循環量と、利用側熱交換器１１における入口側と出口側のエンタルピ差と、の関係性を示している。図４に示すグラフは、冷媒循環量とエンタルピ差との積が常に一定の値である（冷媒循環量とエンタルピ差とは反比例する）ことを示している。つまり、通常運転時におけるエンタルピ差の油戻し運転時におけるエンタルピ差に対する割合は、通常運転時における冷媒循環量の油戻し運転時における冷媒循環量に対する割合の逆数となる。例えば、油戻し運転時の冷媒循環量が通常運転時の１．２倍になるとすれば、油戻し運転時のエンタルピ差は通常運転時の１÷１．２倍となる。
【００３３】
上記のように制御装置１００は、通常運転時における冷媒循環量とエンタルピ差の積と、油戻し運転時における冷媒循環量とエンタルピ差の積とが一致するように油戻し運転時におけるエンタルピ差を制御する。冷凍機油を回収するためには、冷媒の流速をある一定以上の速度にする必要があるため、本実施形態においても、制御装置１００は、油戻し運転時の高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数を従来通りに上昇させる制御を行う。冷媒循環量は、圧縮機の周波数の上昇にほぼ比例して増加するため、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数制御によって、冷媒循環量は従来の油戻し運転と同様に増加する。従って、制御装置１００は、図４のグラフに示される関係性を維持するためにエンタルピ差を小さくする制御を行う。本実施形態では、利用側熱交換器１１の入口側のエンタルピは一定であるため、出口側のエンタルピを上昇させることで利用側熱交換器１１の入口側と出口側のエンタルピ差を小さくする。具体的には、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側の目標温度を引き上げ、その目標温度に向けて第１膨張弁１２の開度制御を行う。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態における油戻し運転時の制御方法を説明する第二の図である。
図５に示すグラフの縦軸は冷媒循環量、横軸は凝縮器出口温度を示している。図５に示すグラフは、図４で説明したエンタルピ差と冷媒循環量の積の関係を実現するための利用側熱交換器１１の出口側温度と、冷媒循環量との関係を示している。なお、高段側圧縮機１０Ａから吐出される冷媒の循環量は、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数の増加にほぼ比例して増加するので、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数と利用側熱交換器１１の出口側温度との関係を図５のグラフと同様のグラフとして表すことも可能である。
【００３５】
制御装置１００は、内蔵する記憶部（図示せず）に図５に例示する冷媒循環量と利用側熱交換器１１の出口側温度との変換テーブル、または、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数と利用側熱交換器１１の出口側温度との変換テーブルを記憶している。これらの変換テーブルは、利用側熱交換器１１におけるエンタルピと冷媒の温度と冷媒の圧力との関係性を示す関数等に基づく計算や実験等で予め作成され記憶部に記録されている。そして、油戻し運転が開始されると、制御装置１００は、油戻し運転における冷媒循環量Ｇｒ´を公知の手法により計算し、図５に例示する変換テーブルを参照して、冷媒循環量Ｇｒ´に対応する利用側熱交換器１１の出口側温度Ｔ´を算出する。算出した出口側温度Ｔ´が油戻し運転時における利用側熱交換器１１の出口側の目標温度である。制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度をＴ´となるように第１膨張弁１２の開度を制御する。すると、そのときの冷媒循環量Ｇｒ´とエンタルピ差Δｉ´との積（加熱能力Ｑ´）は、通常運転時の冷媒循環量Ｇｒとエンタルピ差Δｉとの積（加熱能力Ｑ）と同じ値になる。このように制御することで、通常運転時の加熱能力を維持したまま油戻し運転を行うことができる。
【００３６】
図６は、本発明の一実施形態における油戻し運転の効果を説明する図である。
図６の下図は、通常運転時と油戻し運転時における冷媒循環量を示している。通常運転時の冷媒循環量は四角印、従来の制御方法による油戻し運転時における冷媒循環量は三角印、本実施形態の制御方法による油戻し運転時における冷媒循環量は丸印で表されている。なお、以下に説明する図においても四角印、三角印、丸印に対応する冷媒回路システム１の運転状態は同様であるとする。図６の下図に示すように従来の油戻し運転でも本実施形態の油戻し運転でも、冷凍機油の回収に必要な流速で冷媒を循環させるため油戻し運転時の冷媒循環量は通常運転時に比べ上昇する。
図６の中図は、通常運転時と油戻し運転時におけるエンタルピ差を示している。図６の中図に示すように通常運転時のエンタルピ差と従来の制御方法による油戻し運転時のエンタルピ差は同等であるが、本実施形態の制御方法による油戻し運転ではそれらに比べエンタルピ差は減少する。
図６の上図は、通常運転時と油戻し運転時における加熱能力を示している。図６の上図に示すように通常運転時の加熱能力と本実施形態の制御方法による油戻し運転とでは加熱能力に変化は無く同等となる。一方、従来の制御方法による油戻し運転では、それらに比べ加熱能力が増大する。
【００３７】
次に図７を用いて、油戻し運転時の処理の流れについて説明する。
図７は、本発明の一実施形態における制御装置のフローチャートである。
前提として、制御装置１００は、所定の時間間隔で温度センサ３１、温度センサ３３が計測した温度の情報と、圧力センサ３２が計測した圧力の情報を取得し、取得した温度や圧力の情報を内蔵する記憶部（図示せず）に記録する。また、制御装置１００の記憶部（図示せず）には、図５で例示した冷媒循環量と凝縮器出口温度の変換テーブル（または、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数と凝縮器出口温度の変換テーブル）が記録されている。また、制御装置１００は、高段側圧縮機１０Ａの吐出側の圧力（圧力センサ３２による計測値）が利用側出口温度に基づく圧力（例えば、利用側出口温度より２℃高い温度を飽和温度とする圧力）となるように、高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとが等圧力比となるよう、それぞれの周波数を制御する。また、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側の温度（温度センサ３３の計測値）が、利用側入口温度（温度センサ３１の計測値）より所定の温度（例えば、２℃）だけ高い目標温度となるように第１膨張弁１２の開度を制御する。また、例えば、前回油戻し運転を行ってからの通常運転の実行時間の累積が閾値以上となった等の所定の条件が満たされたことに基づいて、制御装置１００が油戻し運転を開始する場面であるとする。
【００３８】
まず、制御装置１００は、２台の圧縮機（高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂ）の周波数を上昇させる（ステップＳ１１）。例えば、配管を流れる冷媒の流速が冷凍機油の回収に必要な流速となるような周波数が、圧縮機ごとに予め定められていて記憶部に記録されており、制御装置１００は、この情報に基づいて高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数を上昇させる。次に制御装置１００は、凝縮器出口温度を算出する（ステップＳ１２）。この凝縮器出口温度は、通常運転時のエンタルピ差Δｉと冷媒循環量Ｇｒ（または高段側圧縮機１０Ａ等の周波数を用いてもよい）の積が、油戻し運転時のエンタルピ差Δｉ´と冷媒循環量Ｇｒ´の積と同等となるようにして算出された利用側熱交換器１１の出口側の目標温度である。制御装置１００は、ステップＳ１１で算出した各圧縮機の周波数または冷媒循環量を用いて、図５で例示した変換テーブルを参照し、凝縮器出口温度を算出する。
次に制御装置１００は、利用側熱交換器１１の出口側温度がステップＳ１２で算出した凝縮器出口温度となるように、第１膨張弁１２の開度を制御する（ステップＳ１３）。例えば、目標温度ごとに、温度センサ３３が計測した温度と目標温度との差に応じた弁開度が設定されたデータテーブル等が記憶部に記録されていて、制御装置１００はこのデータテーブルに基づいて、第１膨張弁１２の開度を調整する。これにより、利用側熱交換器１１の入口側と出口側のエンタルピ差を目標とするエンタルピ差にすることができ、油戻し運転時の加熱能力を通常運転時と同等にすることができる。
なお、ステップＳ１２における凝縮器出口温度の算出方法は、図５で例示した変換テーブルに基づく算出方法に限定されない。例えば、制御装置１００は、通常運転時における冷媒循環量とエンタルピ差の積と、油戻し運転時における冷媒循環量とエンタルピ差の積とが一致しないまでも、両者の差が所定の範囲内に収まるような任意の温度を凝縮器出口温度として制御を行ってもよい。これにより、油戻し運転時における能力過大を緩和することができる。
【００３９】
本実施形態によれば、制御装置１００は、加熱サイクルにおける油戻し運転時の加熱能力と、通常運転時の加熱能力との差が、所定の範囲内または同等となるように、利用側熱交換器１１の入口側と出口側のエンタルピ差と、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの周波数を制御する。より具体的には、制御装置１００は、利用側熱交換器１１の入口側のエンタルピを所定の目標値に保ち、油戻し運転時には、利用側熱交換器１１の出口側の目標温度を高温側に設定することによりエンタルピを高く設定する。これにより、上記のエンタルピ差が通常運転時より小さくなり、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数上昇による冷媒循環量の増加分を相殺する。また、好ましくは、高段側圧縮機１０Ａ等の周波数とエンタルピ差との積が通常運転時と油戻し運転時とで一致するような油戻し運転時のエンタルピ差を算出し、算出したエンタルピ差に基づく利用側熱交換器１１の出口側の温度を目標温度に設定する。すると、油戻し運転時であっても、通常運転時と変わらず、負荷に見合った加熱能力を維持することができる。これにより、従来、加熱サイクルにおける油戻し運転時に生じがちであった能力が過大となる不具合や、高圧上昇に対する高圧保護制御の作動による圧縮機の一時的な停止、それに伴う温度変動、フィーリングの悪化などを防止することができる。
【００４０】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・冷媒回路システム
１０Ａ・・・高段側圧縮機
１０Ｂ・・・低段側圧縮機
１１・・・利用側熱交換器
１２・・・第１膨張弁
１３・・・レシーバ
１４・・・第２膨張弁
１５・・・熱源側熱交換器
１６・・・アキュムレータ
１７・・・主流配管
２０・・・インジェクション配管
２１・・・第３膨張弁
２２・・・中間熱交換器
３１、３３・・・温度センサ
３２・・・圧力センサ
１００・・・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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