(57)【要約】【課題】過冷却熱交換によるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることで、効率が良く、かつ、低外気温度時に十分な加熱能力を得ることができる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、過冷却熱交換器２３が設けられた冷媒回路２と、過冷却熱交換器２３を経由する主バイパス路３および副バイパス路３ａと、主バイパス路３中のバイパス膨張手段３１を備え、バイパス膨張手段３１は、主バイパス路３出口温度が圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力での飽和温度となり、かつ、副バイパス路３ａ出口温度が予め定められた所定の温度となるように制御される。【選択図】図１
2011174672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、前記凝縮器と前記過冷却熱交換器の間または前記過冷却熱交換器と前記主膨張手段の間で前記冷媒回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して前記蒸発器と前記圧縮機との間で前記冷媒回路に接続される主バイパス路と、前記主バイパス路の前記過冷却熱交換器よりも上流側に設けられたバイパス膨張手段と、前記主バイパス路の前記過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、前記過冷却熱交換器または他の加熱源を経由して前記主バイパス路の分岐部よりも下流側の主バイパス路または前記蒸発器と前記圧縮機の間の前記冷媒回路に接続される副バイパス路と、前記主バイパス路において前記過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、前記副バイパス路において前記過冷却熱交換器または他の加熱源から流出する冷媒の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、前記第１温度センサの検出温度と前記第２温度センサの検出温度とにより前記バイパス膨張手段の動作を制御し、前記主バイパス路出口の冷媒を湿り状態または飽和気相状態とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷媒回路の低圧側の飽和温度を検出する飽和温度検出手段をさらに備え、前記主バイパス路出口の冷媒状態が過熱状態である場合には、前記第１温度センサの検出温度が、前記飽和温度検出手段が検出した飽和温度となるように前記バイパス膨張手段の動作を制御し、前記主バイパス路出口の冷媒状態が湿り状態または飽和気相状態である場合には、前記第２温度センサの検出温度が予め定められた所定温度となるように前記バイパス膨張手段の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記飽和温度検出手段は、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検出し、検出した圧力から飽和温度を算出することを特徴する請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記所定温度は、前記第１温度センサの検出温度が過熱ガス温度から飽和ガス温度となった時点での前記第２温度センサの検出温度から所定の補正値を減じて算出することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記補正値は、外気温度が低くなるほど前記圧縮機に吸入される冷媒の乾き度が小さくなるように定められたことを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記凝縮器は、冷媒と水との間で熱交換を行わせる熱交換器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置を有する温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮器から流出した冷媒の一部をバイパスし、主流冷媒とバイパス流冷媒との間で熱交換を行って主流冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置および温水暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒回路の凝縮器の下流側に過冷却熱交換器が設けられ、この過冷却熱交換器に膨張させた冷媒を流入させることにより凝縮器から流出した冷媒を過冷却する冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許文献１には、図９に示すような冷凍サイクル装置１００が開示されている。
【０００３】
この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１１０と、バイパス路１２０とを備えている。冷媒回路１１０は、圧縮機１１１、凝縮器１１２、過冷却熱交換器１１３、主膨張弁１１４および蒸発器１１５が配管により環状に接続されて構成されている。
【０００４】
バイパス路１２０は、凝縮器１１２と過冷却熱交換器１１３の間で冷媒回路１１０から分岐し、過冷却熱交換器１１３を経由して蒸発器１１５と圧縮機１１１の間で冷媒回路１１０に接続されている。また、バイパス路１２０には、過冷却熱交換器１１３よりも上流側にバイパス膨張弁１２１が設けられている。
【０００５】
さらに、冷凍サイクル装置１００には、圧縮機１１１に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサ１３１と、蒸発器１１５から流出する冷媒の温度（蒸発器出口温度）Ｔｅｏを検出する温度センサ１４１と、バイパス路１２０において過冷却熱交換器１１３から流出する冷媒の温度（バイパス側出口温度）Ｔｂｏを検出する温度センサ１４２とが設けられている。
【０００６】
そして、特許文献１には、圧力センサ１３１で検出される圧力から当該圧力での飽和温度Ｔｓが算出され、蒸発器１１５出口での過熱度（Ｔｅｏ−Ｔｓ）が目標過熱度となるように主膨張弁１１４の開度が制御され、過冷却熱交換器１１３出口での過熱度（Ｔｂｏ−Ｔｓ）が目標過熱度となるようにバイパス膨張弁１２１の開度が制御されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−６８５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の冷凍サイクル装置では、温度センサ１４２が検出するバイパス側出口温度Ｔｂｏは、過冷却熱交換器１１３のバイパス側出口の冷媒が、湿り状態や飽和気相状態である場合には一定であり、過熱状態となった場合のみ変化する。このため、過冷却熱交換器１１３のバイパス側出口の冷媒が過熱状態となるような目標値（目標過熱度）を設定して、バイパス膨張弁１２１の開度を制御していた。
【０００９】
しかし、過冷却熱交換器１１３のバイパス側出口での過熱度（Ｔｂｏ−Ｔｓ）が目標過熱度となるようにバイパス膨張弁１２１の開度を制御する場合には、過冷却熱交換器１１
３はさらに多くの冷媒を蒸発させることができる状態であり、過冷却熱交換器１１３の性能を最大限に活用できていない。
【００１０】
すなわち、蒸発器１１５などを流れる主流冷媒とバイパス路１２０を流れるバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器１１５におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側（主膨張弁１１４〜圧縮機１１１の吸入側）の冷媒経路における圧力損失低減効果を最大とすることができず高い運転効率を得ることができない。
【００１１】
しかも、蒸発器１１５をバイパスする冷媒が過熱されると圧縮機１１１に吸入される冷媒の比体積が増加し冷媒循環量の減少が生じるばかりか圧縮機１１１の吐出温度も高くなる。このため、大きな加熱能力が求められる低外気温度時には、吐出温度を抑えて信頼性を確保する観点から圧縮機１１１の回転数をあまり大きくすることができず、加熱能力が不足するおそれがある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、過冷却熱交換器のバイパス側出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、蒸発器におけるエンタルピ増大効果および低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることができ、かつ、低外気温度時に十分な加熱能力を得ることができる冷凍サイクル装置、および温水暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置および温水暖房装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、凝縮器と過冷却熱交換器の間または過冷却熱交換器と主膨張手段の間で冷媒回路から分岐し、過冷却熱交換器を経由して蒸発器と圧縮機との間で冷媒回路に接続される主バイパス路と、主バイパス路の過冷却熱交換器よりも上流側に設けられたバイパス膨張手段と、主バイパス路の過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、過冷却熱交換器または他の加熱源を経由して主バイパス路の分岐部よりも下流側の主バイパス路または蒸発器と圧縮機の間の冷媒回路に接続される副バイパス路と、主バイパス路において過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、副バイパス路において過冷却熱交換器または他の加熱源から流出する冷媒の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、第１温度センサの検出温度と第２温度センサの検出温度とによりバイパス膨張手段の動作を制御し、主バイパス路出口の冷媒を湿り状態または飽和気相状態とするものである。
【００１４】
これによって、主バイパス路出口の冷媒が乾き度変化による温度変化のない飽和状態であっても、過冷却熱交換器の主バイパス路側から流出する冷媒を湿り状態または飽和気相状態に保つことができる。
【００１５】
したがって、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。また、圧縮機の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機の回転数を大きくすることが可能になり、冷媒循環量が増加して十分な加熱能力を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷凍サイクル装置および温水暖房装置は、過冷却熱交換器のバイパス側出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができ
る。また、低外気温度時にも十分な加熱能力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図
【図３】本発明の第１の実施の形態における制御装置が行う制御のフローチャート
【図４】本発明の第１の実施の形態における補正値と外気温度の相関関係を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図
【図６】本発明の第２の実施の形態における制御装置が行う制御のフローチャート
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図
【図９】従来の冷凍サイクル装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張手段および蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、凝縮器と過冷却熱交換器の間または過冷却熱交換器と主膨張手段の間で冷媒回路から分岐し、過冷却熱交換器を経由して蒸発器と圧縮機との間で冷媒回路に接続される主バイパス路と、主バイパス路の過冷却熱交換器よりも上流側に設けられたバイパス膨張手段と、主バイパス路の過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、過冷却熱交換器または他の加熱源を経由して主バイパス路の分岐部よりも下流側の主バイパス路または蒸発器と圧縮機の間の冷媒回路に接続される副バイパス路と、主バイパス路において過冷却熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する第１温度センサと、副バイパス路において過冷却熱交換器または他の加熱源から流出する冷媒の温度を検出する第２温度センサと、制御装置とを備え、第１温度センサの検出温度と第２温度センサの検出温度とによりバイパス膨張手段の動作を制御し、主バイパス路出口の冷媒を湿り状態または飽和気相状態とするものである。
【００１９】
これにより、主バイパス路出口の冷媒が乾き度変化による温度変化のない飽和状態であっても、副バイパス路出口の冷媒は過冷却熱交換器または他の加熱源で加熱されて過熱状態となるので、副バイパス路入口の状態変化すなわち主バイパス路出口の乾き度変化を温度変化として把握することができる。
【００２０】
このため、過冷却熱交換器の主バイパス路側から流出する冷媒を湿り状態または飽和気相状態に保つことができ、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。
【００２１】
また、圧縮機の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機の回転数を大きくすることが可能になり、冷媒循環量が増加して十分な加熱能力を得ることができる。
【００２２】
第２の発明は、第１の発明において、冷媒回路の低圧側の飽和温度を検出する飽和温度検出手段をさらに備え、主バイパス路出口の冷媒状態が過熱状態である場合には、第１温度センサの検出温度が、飽和温度検出手段が検出した飽和温度となるようにバイパス膨張手段の動作を制御し、主バイパス路出口の冷媒状態が湿り状態または飽和気相状態である場合には、第２温度センサの検出温度が予め定められた所定温度となるようにバイパス膨張手段の動作を制御するものである。
【００２３】
これにより、主バイパス路から流出する冷媒の温度が圧縮機に吸入される冷媒の飽和温度に維持されるため、過冷却熱交換器の主バイパス路側から流出する冷媒を湿り状態または飽和気相状態に保つことができる。
【００２４】
第３の発明は、第１または第２の発明において、飽和温度検出手段が、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検出し、検出した圧力から飽和温度を算出することにより、バイパス路出口での冷媒状態（過熱状態または飽和状態）を、正確に判断することができる。
【００２５】
第４の発明は、第２の発明において、所定温度を、第１温度センサの検出温度が過熱ガス温度から飽和ガス温度となった時点での第２温度センサの検出温度から所定の補正値を減じて算出することにより、主バイパス路から流出する冷媒が飽和気相状態となる副バイパス路出口における過熱冷媒の温度が正確に把握できるので、圧縮機に吸入される冷媒を所望の乾き度に調整することができる。
【００２６】
第５の発明は、第４の発明において、前記補正値は、外気温度が低くなるほど前記圧縮機に吸入される冷媒の乾き度が小さくなるように定められたことにより、外気温度の低下に伴う圧縮比の増大などの要因により圧縮機の吐出温度が適正範囲を超えて上昇することを吐出温度を低下させ過ぎずに適正に抑制するので、低外気温度時に高い運転効率を維持したまま圧縮機の回転数を大きくすることが可能になり、冷媒循環量が増加して十分な加熱能力を得ることができる。
【００２７】
第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、凝縮器は、冷媒と水との間で熱交換を行わせる熱交換器とすることにより、凝縮器が冷媒対空気熱交換器の場合だけでなく、冷媒対水熱交換器の場合にも適用でき、第１〜５のいずれか１つの発明と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明の冷凍サイクル装置を有する温水暖房装置とすることにより、第１〜６のいずれか１つの発明と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水暖房装置の概略構成図を示すものである。図１において、冷凍サイクル装置１Ａは、冷媒を循環させる冷媒回路２と、主バイパス路３と、副バイパス路３ａと、制御装置４とを備えている。冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、または単一冷媒等を用いることができる。
【００３１】
冷媒回路２は、圧縮機２１、凝縮器２２、過冷却熱交換器２３、主膨張弁（主膨張手段）２４および蒸発器２５が配管により環状に接続されて構成されている。本実施の形態では、蒸発器２５と圧縮機２１の間に、気液分離を行うサブアキュムレータ２６および主アキュムレータ２７が設けられている。また、冷媒回路２には、暖房運転と冷房運転またはデフロスト運転とを切り換えるための四方弁２８が設けられている。
【００３２】
本実施の形態では、冷凍サイクル装置１Ａが、加熱手段により生成した温水を暖房に利用する温水暖房装置の加熱手段を構成しており、凝縮器２２が、冷媒と水との間で熱交換を行わせて水を加熱する熱交換器となっている。
【００３３】
具体的には、凝縮器２２に供給管７１と回収管７２が接続されており、供給管７１を通じて凝縮器２２に水が供給され、凝縮器２２で加熱された水（温水）が回収管７２を通じて回収されるようになっている。回収管７２により回収された温水は、例えばラジエータ等の暖房機に直接的または貯湯タンクを介して送られ、これにより暖房が行われる。
【００３４】
主バイパス路３は、過冷却熱交換器２３と主膨張弁２４の間で冷媒回路２から分岐し、過冷却熱交換器２３を経由して蒸発器２５と圧縮機２１の間で冷媒回路２に接続されている。本実施の形態では、主バイパス路３は、サブアキュムレータ２６と主アキュムレータ２７の間で冷媒回路２に接続されている。また、主バイパス路３には、過冷却熱交換器２３よりも上流側にバイパス膨張弁（バイパス膨張手段）３１が設けられている。
【００３５】
副バイパス路３ａは、主バイパス路３における過冷却熱交換器２３出口と冷媒回路２への合流部との間から分岐し、再び過冷却熱交換器２３を経由して、主バイパス路３における副バイパス路３ａの分岐部と、冷媒回路２への合流部との間に接続されている。
【００３６】
過冷却熱交換器２３において、副バイパス路３ａを流れる冷媒が、凝縮器２２から流出し過冷却熱交換器２３に流入した直後の冷媒と熱交換するように構成されるのが、過冷却熱交換器２３において副バイパス路３ａを流れる冷媒と冷媒回路２を流れる冷媒との温度差が大きくとれ、効率のよい熱交換ができる点で望ましい。
【００３７】
主バイパス路３には、主バイパス路３から流出する冷媒の温度（主バイパス側出口温度）Ｔｂｍを検出する第１温度センサ６１が設けられている。また、副バイパス路３ａには、過冷却熱交換器２３の副バイパス路３ａ側から流出する冷媒の温度（副バイパス側出口温度）Ｔｂｂを検出する第２温度センサ６２が設けられている。
【００３８】
飽和温度検出手段は、検出部と算出部とからなり、検出部は圧力センサ５１として、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力（吸入圧力）Ｐｓを検出するように冷媒回路２に設けられている。算出部は後述する制御装置４の一部として設けられ、予め制御装置４のメモリなどに記憶されているテーブルや、冷媒物性式などを用いて、圧力センサ５１が検出した吸入圧力Ｐｓから飽和温度を算出する。
【００３９】
また、冷媒回路２には、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（吐出温度）Ｔｄを検出する吐出温度センサ６３が設けられている。さらに、冷凍サイクル装置１Ａには、室外の空気温度（外気温度）Ｔｏａを検出する外気温度センサ６４が設けられている。
【００４０】
制御装置４は、各種のセンサ５１、６１、６２、６３、６４で検出される検出値等に基づいて、圧縮機２１の回転数、四方弁２８の切り換え、ならびに主膨張弁２４およびバイパス膨張弁３１の開度を制御する。
【００４１】
次に、冷凍サイクル装置１Ａの動作について説明する。暖房運転では、圧縮機２１から吐出された冷媒が四方弁２８を介して凝縮器２２に送られ、冷房運転やデフロスト運転では、圧縮機２１から吐出された冷媒が四方弁２８を介して蒸発器２５に送られる。図１では、暖房運転時の冷媒の流れ方向を矢印で示している。以下、暖房運転における冷媒の状態変化を説明する。
【００４２】
圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、凝縮器２２に流入し、凝縮器２２を通過する水に放熱する。凝縮器２２から流出した高圧冷媒は、過冷却熱交換器２３に流入し、バイパス膨張弁３１で減圧された低圧冷媒によって過冷却される。過冷却熱交換器２３から流出した高圧冷媒は、主膨張弁２４側とバイパス膨張弁３１側とに分配される。
【００４３】
主膨張弁２４側に分配された高圧冷媒は、主膨張弁２４によって減圧されて膨張した後に、蒸発器２５に流入する。蒸発器２５に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱する。一方、バイパス膨張弁３１側に分配された高圧冷媒は、バイパス膨張弁３１によって減圧されて膨張した後に、過冷却熱交換器２３に流入する。過冷却熱交換器２３に流入した
低圧冷媒は、凝縮器２２から流出した高圧冷媒によって加熱される。その後、過冷却熱交換器２３から流出した低圧冷媒は、主バイパス路３側と副バイパス路３ａ側に分配される。
【００４４】
副バイパス路３ａ側に分流された低圧冷媒は、再度、過冷却熱交換器２３に流入する。過冷却熱交換器２３に流入した低圧冷媒は、凝縮器２２から流出した高圧冷媒によって再加熱される。その後、過冷却熱交換器２３から流出した低圧冷媒は、主バイパス路側に分流された低圧冷媒と合流する。合流後の低圧冷媒は、蒸発器２５から流出した低圧冷媒と合流し、再度圧縮機２１に吸入される。
【００４５】
本実施の形態では、詳しくは後述するが、まず主バイパス路３出口での冷媒状態が過熱状態から飽和状態になるようにバイパス膨張弁３１の開度が制御される。そして、図２中のａ点で示すように主バイパス路３出口での冷媒状態が飽和状態において、副バイパス路３ａ出口の冷媒状態は過冷却熱交換器２３で再加熱されることにより、図２中のｂ点で示すように過熱状態となる。
【００４６】
そして、主バイパス路３出口の冷媒の乾き度が図２中のａ´点に変化した場合は、副バイパス路３ａ入口の冷媒状態も同様に変化するので、結果として副バイパス路３ａ出口の冷媒状態は図２中のｂ´点に変化する。すなわち主バイパス路３出口の乾き度変化を副バイパス路３ａ出口の温度変化として把握することができる。つまり、副バイパス路３ａ出口における過熱冷媒の温度により主バイパス路３出口での乾き度を判断することが可能となる。
【００４７】
これにより、冷媒の過冷却度と主バイパス路３を流れるバイパス量を最適にでき、過冷却により蒸発器２５でのエンタルピ差を増大させるとともに、主バイパス路３によって冷媒をバイパスさせることにより冷媒回路２の低圧側（主膨張弁１１４〜圧縮機１１１の吸入側）の冷媒流路を流れる吸熱効果の小さい気相冷媒の量を抑え、これにより冷媒回路２の低圧側冷媒流路での圧力損失を低減させることができる。
【００４８】
そして、冷媒回路２の低圧側冷媒流路での圧力損失が低減すれば、その分圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力が上昇して比体積が減少するため、冷媒循環量が増加する。また、蒸発器２５でのエンタルピ差を増大させれば、バイパスにより蒸発器２５を通過する冷媒の質量流量が低下したとしても、蒸発器２５での吸熱量を確保することができる。
【００４９】
したがって、最大限の凝縮器２２の加熱能力向上効果と冷凍サイクル装置１Ａの成績係数向上効果が得られる。また、低外気温度時に圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力が低下して冷媒循環量が減少し、これにより凝縮器２２の加熱能力が低下することを防止できる。
【００５０】
次に、制御装置４が行う制御動作について説明する。本実施の形態では、暖房運転時に、第１温度センサ６１で検出される主バイパス側出口温度Ｔｂｍが圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力から算出された飽和温度ＳＴｓとなり、かつ、第２温度センサ６２で検出される副バイパス側出口温度Ｔｂｂが、主バイパス側出口温度Ｔｂｍが過熱温度から飽和温度ＳＴｓになった時点の副バイパス側出口温度Ｔｂｂから外気温度Ｔｏａにより算出した補正値Ｋを減じた所定の温度である副バイパス路出口温度制御目標値となるように、バイパス膨張手段３１の開度を制御する。
【００５１】
以下、暖房運転時の制御装置４の制御を図３に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００５２】
まず、制御装置４は、吐出温度センサ６３で吐出温度Ｔｄを検出し（ステップＳ１）、この吐出温度Ｔｄが予め定められ制御装置４のメモリなどに記憶された吐出温度制御目標値となるように主膨張弁２４の開度を調整する（ステップＳ２）。具体的には、吐出温度Ｔｄが吐出温度制御目標値より高ければ、主膨張弁２４の開度を大きくして、主膨張弁２４を流れる冷媒量を多くし、吐出温度Ｔｄが吐出温度制御目標値より低ければ、主膨張弁２４の開度を小さくして、主膨張弁２４を流れる冷媒量を少なくする。
【００５３】
ついで、飽和温度検出手段の検出部としての圧力センサ５１で吸入圧力Ｐｓを検出し（ステップＳ３）、飽和温度検出手段の算出部が、検出した吸入圧力Ｐｓから圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力での飽和温度ＳＴｓを算出する（ステップＳ４）。さらに、制御装置４は、第１温度センサ６１で主バイパス路３出口温度Ｔｂｍを検出し、第２温度センサ６２で副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂを検出する（ステップＳ５）。その後、制御装置４は、主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しいか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００５４】
主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しくない場合には（ステップＳ６でＮＯ）、過冷却熱交換器２３の主バイパス路３側出口の冷媒状態が過熱状態であり、主バイパス路を流れるバイパス流量が不足している状態であると考えられるため、制御装置４は、主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しくなるようにバイパス膨張弁３１を調整する。具体的には、バイパス膨張弁３１の開度を大きくして、バイパス膨張弁３１を流れる冷媒量を多くする。その後ステップＳ１に戻る。
【００５５】
一方、主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しい場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、過冷却熱交換器２３の主バイパス路３側出口の冷媒状態が飽和状態であり、バイパス流量は十分か、多すぎる状態であると考えられる。そこで、制御装置４は、主バイパス路３出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になった時点か否かを判定するために、前回検知時の主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しいか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００５６】
前回検知時の主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しくない場合には（ステップＳ８でＮＯ）、今回の検知が主バイパス路３出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になった時点であると考えられる。そこで、制御装置４は、外気温度センサ６４で外気温度Ｔａｏを検出し（ステップＳ９）、補正値Ｋを算出する。補正値Ｋは、例えば、図４のような外気温度との相関関係をもつ相関式であるＫ＝ｆ（Ｔａｏ）により算出する（ステップＳ１０）。
【００５７】
ついで、主バイパス路３出口の冷媒状態が過熱状態から飽和状態になった時点の副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂから補正値Ｋを減じて、副バイパス路出口温度制御目標値を算出する（ステップＳ１１）。その後、副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂが副バイパス路出口温度制御目標値となるようにバイパス膨張弁３１の開度を調整する（ステップＳ１２）。具体的には、副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂが副バイパス路出口温度制御目標値より高ければ、バイパス膨張弁３１の開度を大きくして、バイパス膨張弁３１を流れる冷媒量を多くし、副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂが副バイパス路出口温度制御目標値より低ければ、バイパス膨張弁３１の開度を小さくして、バイパス膨張弁３１を流れる冷媒量を少なくする。その後ステップＳ１に戻る。
【００５８】
一方、前回検知時の主バイパス路３出口温度Ｔｂｍが飽和温度ＳＴｓと等しい場合には（ステップＳ８でＹＥＳ）、主バイパス路３出口の冷媒状態がすでに飽和状態になっており、副バイパス路出口温度制御目標値がすでに設定されているので、そのままステップＳ１２に移行して、上述のように副バイパス路３ａ出口温度Ｔｂｂが副バイパス路出口温度
制御目標値となるようにバイパス膨張弁３１の開度を調整した後、ステップＳ１に戻る。
【００５９】
以上のように、本実施の形態においては、主バイパス路３出口の冷媒が乾き度変化による温度変化のない飽和状態であっても、副バイパス路３ａ出口の冷媒は過冷却熱交換器２３で再加熱されて過熱状態となるので、副バイパス路３ａ入口の状態変化すなわち主バイパス路３出口の乾き度変化を温度変化として把握することができる。
【００６０】
つまり、副バイパス路３ａ出口における過熱冷媒の温度により主バイパス路３出口での乾き度を判断することができる。
【００６１】
そして、主バイパス路３出口の冷媒状態が過熱状態の時は第１温度センサ６１の検出温度が圧力センサ５１で検出される圧力から算出された飽和温度となるようにバイパス膨張弁３１の開度を制御し、飽和状態の時は第２温度センサ６２の検出温度が副バイパス路出口温度制御目標値となるようにバイパス膨張弁３１の開度を制御する。
【００６２】
つまり、バイパス膨張弁３１の開度は、主バイパス路３出口温度が圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力での飽和温度となり、かつ、副バイパス路３ａ出口温度が副バイパス路出口温度制御目標値となるように制御される。
【００６３】
したがって、主バイパス路３から流出する冷媒の温度が飽和温度に維持されるため、過冷却熱交換器２３の主バイパス路３側から流出する冷媒を湿り状態または飽和気相状態に保つことができる。例えば、圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度を所望の範囲（例えば約０．８以上約１．０未満）に収めることができる。
【００６４】
また、副バイパス路出口温度制御目標値を、第１温度センサ６１の検出温度が過熱ガス温度から飽和ガス温度となった時点の第２温度センサ６２の検出温度から補正値を減じた温度として定めることにより、主バイパス路３から流出する冷媒が飽和気相状態となる副バイパス路３ａ出口における過熱冷媒の温度が正確に把握できるので、圧縮機２１に吸入される冷媒を所望の乾き度（例えば約０．９）に調整することがより正確にできる。
【００６５】
また、補正値Ｋを、外気温度が低くなるほど圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなるように、外気温度に応じて定めたことにより、外気温度の低下に伴う圧縮比の増大などの要因により圧縮機２１の吐出温度が適正範囲を超えて上昇することを、吐出温度を低下させ過ぎずに適正に抑制するので、低外気温度時に高い運転効率を維持したまま圧縮機２１の回転数を大きくすることが可能になり、冷媒循環量が増加できる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態では、主バイパス路３出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、蒸発器２５などを流れる主流冷媒と主バイパス路３などを流れるバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器２５におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。また、圧縮機２１の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機２１の回転数を大きくすることが可能になり、十分な加熱能力を得ることができる。
【００６７】
また、主バイパス路３は、必ずしも過冷却熱交換器２３と主膨張弁２４の間で冷媒回路２から分岐している必要はなく、凝縮器２２と過冷却熱交換器２３の間で冷媒回路２から分岐していてもよい。
【００６８】
なお、図１では、圧力センサ５１が冷媒回路２における主バイパス路３が接続される位置と主アキュムレータ２７の間に設けられているが、圧力センサ５１は、蒸発器２５と圧
縮機２１の間であれば冷媒回路２のどの位置に設けられていてもよい。あるいは、圧力センサ５１は、主バイパス路３の過冷却熱交換器２３よりも下流側に設けられていてもよい。
【００６９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水暖房装置の概略構成図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、実施の形態１では、飽和温度検出手段として、検出部の圧力センサ５１と、制御装置４ａに算出部を設けているのに対し、本実施の形態では、飽和温度検出手段として蒸発温度センサ５２を設けた点である。蒸発温度センサ５２は、蒸発器２５の冷媒流路の流れ方向の入口部から略中央部のいずれかに設けられ、蒸発器２５の冷媒の蒸発温度、つまり、飽和温度を検出するように設けられている。
【００７０】
蒸発温度センサ５２の設置に伴い、制御装置４は、圧力センサ５１が検出した吸入圧力Ｐｓから飽和温度ＳＴｓを算出することなく、蒸発温度センサ５２の検出値から飽和温度ＳＴｓを得ることができ、これに基づいてバイパス膨張弁３１の開度を制御する。
【００７１】
つまり、図３に示した第１の実施の形態におけるフローチャートのステップ３とステップ４のかわりに、図６に示すフローチャートのステップＳ３’のように、蒸発温度センサ５２で蒸発器２５中央部付近における冷媒温度、すわなち、飽和温度ＳＴｓを検出する。
【００７２】
そして、第１の実施の形態と同様に、ステップＳ１〜ステップＳ７の動作を繰り返す。
【００７３】
本実施の形態でも実施の形態１と同様に、主バイパス路３出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器２５におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。また、圧縮機２１の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機２１の回転数を大きくすることが可能になり、十分な加熱能力を得ることができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態では、高価な圧力センサのかわりに安価な温度センサを用いることで、容易に冷凍サイクル装置を実現できる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、飽和温度ＳＴｓとして蒸発温度センサ５２が検出した値をそのまま用いているが、蒸発器２５入口から蒸発温度センサ５２が設けられた位置までの冷媒の圧力損失や温度勾配を考慮して、蒸発温度センサ５２が検出した値を補正して、飽和温度ＳＴｓとしてもよい。
【００７６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の第３の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水暖房装置の概略構成図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、実施の形態１では、副バイパス路３ａが過冷却熱交換器２３を経由して凝縮器２２から流出する高温の冷媒と熱交換しているのに対し、他の加熱源として電気ヒータ８１を副バイパス路３ａに装着して熱交換させている点である。
【００７７】
本実施の形態でも実施の形態１と同様に、主バイパス路３出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器２５におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。また、圧縮機２１の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機２１の回転数を大きくすること
が可能になり、十分な加熱能力を得ることができる。
【００７８】
（実施の形態４）
図８は、本発明の第４の実施の形態における冷凍サイクル装置および温水暖房装置の概略構成図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、他の加熱源として冷媒回路２における高圧部（圧縮機２１吐出側〜主膨張弁２４またはバイパス膨張弁３１）と副バイパス路３ａを密着させる配管密着部８２を設けている点である。
【００７９】
本実施の形態でも実施の形態１と同様に、主バイパス路３出口の冷媒を、湿り状態または飽和気相状態にすることで、主流冷媒とバイパス流冷媒との熱交換による蒸発器２５におけるエンタルピ増大効果および冷媒のバイパスによる低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることが可能となり、より高い運転効率を得ることができる。また、圧縮機２１の吐出温度が抑えられるため、低外気温度時に圧縮機２１の回転数を大きくすることが可能になり、十分な加熱能力を得ることができる。
【００８０】
なお、配管密着部８２のかわりに、熱交換器を装着して副バイパス路３ａと冷媒回路２における高圧部とを熱交換させるようにしてもよい。
【００８１】
以上の実施の形態において、吐出温度Ｔｄが吐出温度制御目標値になるように主膨張弁２４の開度が制御されているが、主膨張弁２４の開度を制御する方法はこれに限られるものではない。例えば、主膨張弁２４の開度は、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力が目標値になるように制御されてもよい。あるいは、主膨張弁２４の開度を圧縮機２１出口での過熱度または凝縮器２２出口での過冷却度に基づいて制御することも可能である。
【００８２】
また、補正値Ｋは、圧縮機２１による冷媒の圧縮比が高くなるほど圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなるように、冷媒の圧縮比に応じて定められていることが好ましい。このようになっていれば、圧縮比上昇に伴う吐出温度上昇を抑制しながら圧縮機２１の回転数を上昇させることができ、加熱能力を十分に得ることができる。この場合、圧縮機２１と凝縮器２２との間に圧力センサをさらに設け、圧縮機２１の吐出圧力と吸入圧力を検出しながら制御を行えばよい。
【００８３】
さらに別の観点からは、補正値Ｋは、圧縮機２１の回転数が高くなるほど圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度が小さくなるように、圧縮機２１の回転数に応じて定められていることが好ましい。このようになっていれば、回転数上昇に伴う吐出温度上昇を抑制しながら圧縮機２１の回転数を上昇させることができ、加熱能力を十分に得ることができる。
【００８４】
また、本発明の主膨張手段およびバイパス膨張手段は、必ずしも膨張弁である必要はなく、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機であってもよい。この場合、例えば、膨張機と連結された発電機によって負荷を変化させることにより、膨張機の回転数を制御すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の冷凍サイクル装置は、蒸発器におけるエンタルピ増大効果および低圧側冷媒経路の圧力損失低減効果を最大とすることができ、かつ、低外気温度時に十分な加熱能力を得ることができるので、冷凍サイクル装置によって温水を生成し、その温水を暖房に利用する温水暖房装置に特に有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１  Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  冷凍サイクル装置
２  冷媒回路
２１  圧縮機
２２  凝縮器
２３  過冷却熱交換器
２４  主膨張弁（主膨張手段）
２５  蒸発器
３  主バイパス路
３ａ  副バイパス路
３１  バイパス膨張弁（バイパス膨張手段）
４  制御装置
５１  圧力センサ
５２  蒸発温度センサ
６１  第１温度センサ
６２  第２温度センサ
６３  吐出温度センサ
６４  外気温度センサ
８１  電気ヒータ
８２  配管密着部
【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】
2011174672.tif 000009
【図８】
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【図９】
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