(57)【要約】【課題】冷凍サイクル装置の絞り装置において、冷媒が液とガスの混合した二相状態で膨張する場合に発生する不快な冷媒音を低減する。【解決手段】冷凍サイクル装置は、圧縮機と４方弁と第１の熱交換器と第１の絞り装置と第２の絞り装置と第２の熱交換器とを環状に接続し、第１の絞り装置は圧縮機の入口配管と熱交換を行う内部熱交換器を備える。さらに、第１の絞り装置と第２の絞り装置の間に冷媒の状態量を検出する冷媒状態量検出手段と、冷凍サイクル装置の負荷を検出する負荷検出手段とを備え、冷媒状態量検出手段によって検出された冷媒の状態量と、検出された負荷に対応する飽和液の状態量とを比較して、第１の絞り装置の出口冷媒が所定の比エンタルピ値よりも小さくなるように第２の絞り装置の開度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を昇圧する圧縮機と、４方弁と、前記昇圧された冷媒を冷却する第１の熱交換器と、冷媒を減圧膨張する第１の絞り装置と第２の絞り装置と、前記第２の絞り装置で減圧膨張された冷媒を加熱する第２の熱交換器とを環状に接続し、
前記第１の絞り装置は前記圧縮機の入口配管と熱交換を行う内部熱交換器を有し、
前記第１の絞り装置と第２の絞り装置の間の冷媒の状態量を検出する冷媒状態量検出手段と、
冷凍サイクル装置の冷房または暖房負荷を検出する負荷検出手段と、
前記冷媒状態量検出手段によって検出された前記冷媒の状態量と、前記負荷検出手段で検出された冷房または暖房負荷に対応する飽和液状態量から求めた冷媒状態量目標値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の結果に応じて、前記第１の絞り装置の出口冷媒の比エンタルピ値が所定の値よりも小さくなるように、第２の絞り装置の開度を制御するコントローラと
を備える冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記第１の絞り装置の出口冷媒が液状態となるように第２の絞り装置の開度を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記冷媒状態量検出手段は、冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段であり、
前記比較手段は、前記冷媒温度検出手段によって検出された前記冷媒の温度と、前記冷房または暖房負荷に対応する飽和液温度から求めた冷媒温度目標値とを比較する
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記冷媒状態量検出手段は、冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段であり、
前記比較手段は、前記冷媒圧力検出手段によって検出された前記冷媒の圧力と、前記冷房または暖房負荷に対応する飽和液圧力から求めた冷媒圧力目標値とを比較する
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記内部熱交換器は、前記第１の絞り装置の一部をキャピラリチューブとした
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記冷媒は二酸化炭素である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
コントローラにより第２の絞り装置の開度を初期値から絞るステップと、
冷媒温度検出手段により第１の絞り装置と前記第２の絞り装置の間の冷媒の温度である中間温度Ｔを検出するステップと、
負荷検出手段により検出した冷凍サイクル装置の負荷から、前記第１の絞り装置の出口冷媒の比エンタルピ値が所定の値よりも小さくなる飽和液温度Ｔｘを求めるステップと、
前記飽和液温度Ｔｘにもとづき、第２絞り装置の開度制御の目標値である冷媒温度目標値Ｔ１を求めるステップと、
比較手段により前記中間温度Ｔと前記冷媒温度目標値Ｔ１とを比較するステップと、
Ｔ≦Ｔ１となったときに、コントローラにより第２の絞り装置を絞る操作を停止するステップと
により、前記第２の絞り装置の開度を制御する冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャピラリチューブのような減圧装置を内部熱交換器の一部として用いる冷凍サイクル装置において、減圧するときに生じる冷媒音を抑制する冷凍サイクル装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の冷凍サイクル装置を示す構成図である。放熱器１３の出口配管に設けられたキャピラリチューブ１７と、圧縮機１１の入口配管とを熱交換させる内部熱交換器２４を設けることで、キャピラリチューブ内で冷媒が急激に膨張することを抑制する冷凍サイクル装置である。かかる熱交換により、蒸発器入口の冷媒乾き度を低下させ、液冷媒の割合を増加させることができるので、蒸発器の冷媒側熱伝達率が向上し、冷却性能を向上させることができる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６００２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように冷媒が液とガスの混合した二相状態で膨張する場合には、不快な冷媒音が発生する。
【０００５】
また、冷媒が二相状態で減圧する場合に発生する音を低減させるためには、絞り装置に防音材を巻くなどの対策が考えられるものの、コスト高となるとともに、設置スペースが確保できない。
【０００６】
本発明は、このような課題に対して、キャピラリチューブで減圧する行程における冷媒を液状態にすることで不快な冷媒音の発生を抑制しつつ、コストや設置スペースを増やすことなく、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置の制御方法は、冷媒を昇圧する圧縮機と、４方弁と、昇圧された冷媒を冷却する第１の熱交換器と、冷媒を減圧膨張する第１の絞り装置と第２の絞り装置と、第２の絞り装置で減圧膨張された冷媒を加熱する第２の熱交換器とを環状に接続し、第１の絞り装置は圧縮機の入口配管と熱交換を行う内部熱交換器を有する。さらに、第１の絞り装置と第２の絞り装置の間の冷媒の状態量を検出する冷媒状態量検出手段と、冷凍サイクル装置の冷房または暖房負荷を検出する負荷検出手段と、冷媒状態量検出手段によって検出された冷媒の状態量と、負荷検出手段で検出された冷房または暖房負荷に対応する飽和液状態量から求めた冷媒状態量目標値とを比較する比較手段と、比較手段の結果に応じて、第１の絞り装置の出口冷媒の比エンタルピ値が所定の値よりも小さくなるように、第２の絞り装置の開度を制御するコントローラとを備える。
【０００８】
かかる構成によって、第１の絞り装置の入口から出口までの冷媒を液状態とすることができるので、不快な冷媒音の発生を防ぎつつ、高効率な運転を実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の冷凍サイクル装置によれば、不快な冷媒音の発生を抑制しつつ、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す構成図である。
【図２】従来の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において第２の絞り装置の開度と中間温度との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において第２の絞り装置の開度を変化させた場合のモリエル線図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御フローチャートである。
【図７】従来の冷凍サイクル装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の冷凍サイクル装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の冷凍サイクル装置の構成について、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す構成図である。本実施の形態１における冷凍サイクル装置は、冷媒を昇圧する圧縮機１０１と、４方弁１０２と、圧縮機１０１で昇圧された冷媒を冷却する第１の熱交換器（ここでは放熱器１０３）と、冷媒を減圧膨張する第１の絞り装置１０４と、第１の絞り装置１０４の出口配管に設けた冷媒状態量検出手段（ここでは冷媒温度検出手段１０５）と、冷媒をさらに減圧膨張する第２の絞り装置１０６と、第２の絞り装置１０６から流出した冷媒を加熱する第２の熱交換器（ここでは蒸発器１０７）を順次配管接続したものである。
【００１４】
さらに、第１の絞り装置１０４には圧縮機１０１の入口配管と熱交換する内部熱交換器１０８を有し、冷凍サイクル装置の負荷を検出する負荷検出手段１１０と、負荷検出手段によって検出された値から飽和液状態量（ここでは飽和液温度）と冷媒状態量目標値（ここでは冷媒温度目標値）を求め、冷媒状態量検出手段によって検出された値と比較する比較手段１１１と、比較手段によって得られた値を基に第２の絞り装置１０６の開度を制御するコントローラ１０９とを備えている。
【００１５】
負荷検出手段は、例えば圧縮機の回転数を検出する手段や、室内温度と設定温度の差や、外気温度を検出する手段などがあげられる。すなわち、室内熱交換器の冷凍能力を推定するための検出手段である。
【００１６】
また、冷媒状態量検出手段は、冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出手段であってもよい。
【００１７】
その場合は、飽和液状態量として飽和液圧力を求め、さらに冷媒状態量目標値として冷媒圧力目標値を求めることになる。
【００１８】
図２に従来の冷凍サイクル装置のモリエル線図を、図３に本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のモリエル線図を示す。図３に示すように、本発明の冷凍サイクル装置は、第１の絞り装置と圧縮機の入口配管とを熱交換させているが、第１の絞り装置としてキャピラリチューブのような細径管を用いた場合、冷媒の比エンタルピ値が変化しながら減圧する。これによって、図２に示すように、従来であれば第１の絞り装置の出口冷媒は完全に液とガスのニ相状態となるが、本発明の冷凍サイクル装置の場合は第１の絞り装置の入口から出口までずっと液状態で減圧することとなるので、不快な冷媒音の発生を抑制することができる。
【００１９】
図４に、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、第２の絞り装置の開度と中間温度との関係を示す。ここで中間温度とは、冷媒温度検出手段１０５によって検出される第１と第２の絞り装置の間の冷媒温度である。図４に示すように、冷房負荷が変わると中間温度のピーク点も異なるため、負荷を検出して中間温度のピーク点（Ａｐ、Ｂｐ、Ｃｐ）を明らかにする必要がある。
【００２０】
図５に、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置において、第２の絞り装置の開度を変化させたときのモリエル線図を示す。図５に示すように、第２の絞り装置の開度を小さくするに従って、第１の絞り装置出口冷媒の比エンタルピ値は減少し、第１の絞り装置出口のポイントではＥ１→Ｅ２→Ｅ３のように変化する。
【００２１】
図６に示す本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の制御フローチャートにて動作を説明する。
【００２２】
図６に示すように、まず、要求負荷に応じた冷凍サイクル運転が開始されたのち、ステップ２０１では、第２の絞り装置の開度が初期値Ｘになるように制御する。
【００２３】
次にステップ２０２では、第２の絞り装置の開度を絞るように制御し、ステップ２０３に移る。ステップ２０３では中間温度Ｔを計測し、ステップ２０４に移る。ステップ２０４にて、中間温度の時間に対する変化率ΔＴ［ｄｅｇ／ｓ］と設定値Ａ［ｄｅｇ／ｓ］とが比較され、ΔＴ≧Ａの場合はステップ２０５に移り、ΔＴ＜Ａの場合はステップ２０２に戻る。なお、温度変化率を確認しなくても、第２の絞り装置の開度制御自体は可能である。
【００２４】
そして、ステップ２０５にて、負荷検出手段１１０にて検出した冷凍サイクル装置の負荷にもとづき、飽和液温度Ｔｘを求める。ここでいう飽和液温度とは、第１と第２の絞り装置の間の冷媒温度である中間温度Ｔと、第２の絞り装置の開度との関係において、冷凍サイクル装置の負荷によって決まる中間温度カーブのピークの温度（図４では、Ａｐ、Ｂｐ、Ｃｐ）である。なお、負荷から飽和液温度を求めるには、都度演算によって導いてもよいし、あらかじめ負荷と飽和液温度との関係をテーブル等で記憶しておき、それから読み出してもよい。
【００２５】
さらに、ステップ２０６に移り、負荷検出手段１１０にて検出した冷凍サイクル装置の負荷にもとづく所定の値を飽和液温度Ｔｘに付加し、第２の絞り装置の開度制御の目標値である中間温度目標値Ｔ１を算出しステップ２０７に移る。ステップ２０７では、第２の絞り装置の開度を小さくするように制御し、ステップ２０８に移る。ステップ２０８では、比較手段１１１により中間温度Ｔと目標値Ｔ１とを比較し、Ｔ≦Ｔ１のときはステップ２０９に移り、コントローラ１０９により第２の絞り装置の開度制御を停止し、制御フローを終了する。なお、Ｔ＞Ｔ１のときはステップ２０７に戻り、さらに第２の絞り装置の開度を絞る。
【００２６】
以上のように、第２の絞り装置１０６を制御することによって、キャピラリチューブで減圧する行程における冷媒を液状態にすることができる。これによって、不快な冷媒音の発生を抑制しつつ、コストや設置スペースを増やすことなく、冷凍サイクル装置の省エネルギー化を図ることができる。
【００２７】
また、第１の絞り装置に圧縮機の入口配管と熱交換を行う内部熱交換器を有しているので、併せて高圧側の冷媒密度を低下させることができ、冷凍サイクル装置内の冷媒封入量の増加を抑制することができる。
【００２８】
なお、第１の絞り装置は、キャピラリチューブであってもよい。そうすることによって、設置スペースを増やすことなく、不快な冷媒音の発生を防ぎつつ、高効率な運転を実現することができる。
【００２９】
また、冷媒状態量検出手段は冷媒圧力検出手段であってもよい。かかる構成によって、さらに確実に第１の絞り装置の入口から出口までの冷媒を液状態とすることができるので、不快な冷媒音の発生を防ぎつつ、高効率な運転を実現することができる。
【００３０】
さらに、冷媒は二酸化炭素であってもより。そうすることによって、さらに高効率な冷凍サイクル装置の運転を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯用や空調用など、様々な用途の冷凍サイクル装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１１    圧縮機
１３    放熱器
１７    キャピラリチューブ
２４    内部熱交換器
１０１    圧縮機
１０２    ４方弁
１０３    放熱器
１０４    第１の絞り装置
１０５    冷媒温度検出手段
１０６    第２の絞り装置
１０７    蒸発器
１０８    内部熱交換器
１０９    コントローラ
１１０    負荷検出手段
１１１    比較手段
【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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