(57)【要約】【課題】低温外気における高温出湯対応の冷媒回路システムにおいて、除霜時に吸入ガス冷媒温度が高くなるため、吐出ガス冷媒温度やモータ温度が上昇し、圧縮機にストレスが作用するという課題があった。【解決手段】圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、弁開度可変の主膨張弁、熱源側熱交換器を順次接続して成る冷媒回路と、利用側熱交換器で冷媒と熱交換する他の作動流体を流通させる流体回路と、利用側熱交換器と主膨張弁との間の冷媒回路から分岐して圧縮機の冷媒圧縮室に接続される第１冷媒インジェクション回路と、第１インジェクション回路に配備された弁開度可変の第１冷媒流量調整弁とを有する冷媒回路システムにおいて、主膨張弁と熱源側熱交換器との間の冷媒回路から分岐して圧縮機の冷媒圧縮室に接続される第２冷媒インジェクション回路と、第２インジェクション回路に配備された弁開度可変の第２冷媒流量調整弁とを備えている。【選択図】図１
2012026610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、弁開度可変の主膨張弁、熱源側熱交換器を順次接続して成る冷媒回路と、前記利用側熱交換器で冷媒と熱交換する他の作動流体を流通させる流体回路と、前記利用側熱交換器と前記主膨張弁との間の冷媒回路から分岐して前記圧縮機の冷媒圧縮室に接続される第１冷媒インジェクション回路と、前記第１インジェクション回路に配備された弁開度可変の第１冷媒流量調整弁とを有する冷媒回路システムにおいて、
前記主膨張弁と前記熱源側熱交換器との間の冷媒回路から分岐して前記圧縮機の冷媒圧縮室に接続される第２冷媒インジェクション回路と、前記第２インジェクション回路に配備された弁開度可変の第２冷媒流量調整弁とを備えていることを特徴とする冷媒回路システム。
【請求項２】
圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、弁開度可変の主膨張弁、熱源側熱交換器を順次接続して成る冷媒回路と、前記利用側熱交換器で冷媒と熱交換する他の作動流体が流通させる流体回路と、前記利用側熱交換器と前記主膨張弁との間の冷媒回路から分岐して前記圧縮機の冷媒圧縮室に接続される第１冷媒インジェクション回路と、前記第１インジェクション回路に配備された弁開度可変の第１冷媒流量調整弁とを有する冷媒回路システムにおいて、
前記冷媒回路における前記第１インジェクション回路の分岐部と前記利用側熱交換器との間の冷媒回路に、弁開度可変の第３冷媒流量調整弁を配備したことを特徴とする冷媒回路システム。
【請求項３】
冷媒回路の圧縮機として、密閉ケーシング内に固設された固定スクロールと、前記固定スクロールの下方に配備された揺動スクロールと、前記固定スクロールの台板および前記揺動スクロールの台板にそれぞれ立設された渦巻ラップと、前記渦巻ラップのそれぞれの先端に渦巻方向に沿って刻設された凹溝部と、前記凹溝部内にそれぞれ出没自在に収容されて対面するそれぞれの台板と摺接するチップシール部材とを備えた吐出容量可変のスクロール圧縮機を用い、前記チップシール部材を、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする材料で構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷媒回路システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気圧縮方式の冷媒回路を用いて別の流体回路内を循環する作動流体を加熱する冷媒回路システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気圧縮方式の冷媒回路は、冷凍空調用途のみならず出湯用途（チラー）でも利用されている。低外気において高温出湯を行なうためには、冷媒の蒸発温度が低下し、かつ凝縮圧力が高くなるので高圧縮比運転となり、一般的に容積型圧縮機にとっては吐出ガス冷媒温度が高くなり易い運転となる。そこで、吐出ガス冷媒温度を低下させるために、凝縮器出口から圧縮機吸入側へ冷媒のインジェクションを行なう吸入インジェクション方式（例えば下記の特許文献１に記載）や、圧縮室内に直に冷媒インジェクションを行なう中間インジェクション方式が行なわれている。
蒸気圧縮方式の冷媒回路において、蒸発器表面の着霜を溶かす除霜運転をホットガス方式で行なう場合、蒸発器内で液化した冷媒は四方弁を経て凝縮器へ流れるが、凝縮器で強制的に熱交換させない場合は、液冷媒がそのまま圧縮機へ戻る所謂液バック運転となる。
【０００３】
一方、高温出湯用途の冷媒回路におけるデフロスト運転では、凝縮器で流体回路内を循環する高温の作動流体により冷媒が加熱されるので、圧縮機に戻るガス冷媒温度は高くなる。そのため、吐出ガス冷媒温度は高温になるから、圧縮機を保護するためには、前述した吸入インジェクション方式や中間インジェクション方式により冷却しながらデフロスト運転を行なう必要がある。
圧縮室内に直にインジェクション可能な中間インジェクション内蔵型の圧縮機を適用した高温出湯用途の冷媒回路システムでは、その高低圧を調整する主膨張弁の上流側（高圧側）に中間インジェクション流量を調整する冷媒流量調整弁が配置され、加熱運転時において凝縮圧力と圧縮室圧との圧力差を利用して前記の冷媒流量調整弁により冷媒を圧縮室内にインジェクションし、吐出ガス冷媒温度を調節するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９１０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した中間インジェクション内蔵型の圧縮機を適用した高温出湯用途の冷媒回路システムでは、デフロスト運転時に高低圧が加熱運転時とは反転する。すなわち、蒸発器内が高圧になり凝縮器内が低圧になるため、圧力差を利用した冷媒インジェクションを行なうことができず、圧縮機の吐出ガス冷媒温度上昇やモータ温度上昇といった、圧縮機にストレスを作用させる運転とならざるを得ない。場合によっては、圧縮機保護のために運転停止に至ったり、出湯温度が低下したりする等の問題が発生する。また、通常運転でない除霜運転の運転時間を極力短くしたいという要望も多々あった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、除霜運転時の吐出ガス温度上昇を抑制できるとともに、除霜時間を短縮化することも可能な冷媒回路システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る冷媒回路システムは、圧縮機、四方弁、利用側熱交換器、弁開度可変の主膨張弁、熱源側熱交換器を順次接続して成る冷媒回路と、利用側熱交換器で冷媒と熱交換する他の作動流体を流通させる流体回路と、利用側熱交換器と主膨張弁との間の冷媒回路から分岐して圧縮機の圧縮室に接続される第１冷媒インジェクション回路と、第１インジェクション回路に配備された弁開度可変の第１冷媒流量調整弁とを有する冷媒回路システムにおいて、主膨張弁と熱源側熱交換器との間の冷媒回路から分岐して圧縮機の圧縮室に接続される第２冷媒インジェクション回路と、第２インジェクション回路に配備された弁開度可変の第２冷媒流量調整弁とを備えているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の冷媒回路システムは、主膨張弁と熱源側熱交換器との間の冷媒回路から分岐して圧縮機の圧縮室に接続された第２冷媒インジェクション回路と、第２インジェクション回路に配備された弁開度可変の第２冷媒流量調整弁とを備えているので、除霜運転時に吸入ガス温度が上昇する場合は第２冷媒流量調整弁を用いて第２冷媒インジェクション回路から圧縮機の圧縮室内へ冷媒を注入することができる。すなわち、吸入インジェクション方式によることなく圧縮室内への中間インジェクション方式によって、吐出ガス冷媒温度を所定値以下に調整することができる。これにより、圧縮機内の油温低下を伴わずに給油できるから、軸受部の信頼性を確保し易くなる。加えて、凝縮器側への冷媒循環量を低減して圧縮機への中間インジェクション量を増やすことにより、除霜時間を短縮化できるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における冷媒回路システムを示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１および実施の形態２における冷媒回路システムに用いられる圧縮機を示す構成図である。
【図３】前記圧縮機の圧縮室およびその近傍を示す部分構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における冷媒回路システムの除霜運転動作を示す動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２における冷媒回路システムを示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１.
この発明の実施の形態１における冷媒回路システムおよびこれに用いられる圧縮機を図１〜図３に示す。この実施形態の冷媒回路システムは、容積形の圧縮機１、四方弁４、空気と熱交換する熱源側熱交換器３、弁開度可変のリニア開閉式電磁弁（ＬＥＶ）である主膨張弁５、利用側熱交換器２を冷媒配管を介して順次接続して成る冷媒回路８と、利用側熱交換器２で冷媒と熱交換する他の作動流体を流通させる流体回路２０と、利用側熱交換器２と主膨張弁５との間の冷媒回路８から分岐して圧縮機１の圧縮室４０に接続される第１冷媒インジェクション回路９と、第１インジェクション回路９の途中に配備された弁開度可変の第１冷媒流量調整弁（ＬＥＶ）６とを有している。そして、主膨張弁５と熱源側熱交換器３との間の冷媒回路８の分岐部１２から分岐して圧縮機１の圧縮室４０と第１冷媒流量調整弁６との間の第１冷媒インジェクション回路９に接続された第２冷媒インジェクション回路１１と、第２インジェクション回路１１に配備された弁開度可変の第２冷媒流量調整弁（ＬＥＶ）７とを備えている。すなわち、この圧縮機１は、圧縮室４０内に直接冷媒をインジェクション可能なインジェクション機能を有している。
【００１１】
この実施形態１および後述の実施形態２では、冷媒回路８の圧縮機１として、吐出容量可変のスクロール圧縮機が使用されている。このスクロール圧縮機は、図２および図３に示すように、密閉ケーシング３０内に固設された固定スクロール３１と、固定スクロール３１の下方に配備された揺動スクロール３２と、固定スクロール３１の台板３１Ａおよび揺動スクロール３２の台板３２Ａにそれぞれ立設された渦巻ラップ３３，３４と、渦巻ラップ３３，３４のそれぞれの先端面に渦巻方向に沿って刻設された凹溝部３５，３６と、凹溝部３５，３６内にそれぞれ出没自在に収容されていて対面するそれぞれの台板３２Ａ，３１Ａと摺接するチップシール部材３７，３８と、揺動スクロール３２を揺動駆動させるモータ３９とを備えている。符号４０は固定スクロール３１と揺動スクロール３２との間に形成される圧縮室であり、４１，４２はそれぞれモータ３９の駆動軸を回動自在に軸支する軸受部である。
【００１２】
前記のチップシール部材３７，３８は、熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とし、ガラス、炭素繊維などの無機質充填材を含む複合材料で構成されている。この複合材料は、無機質充填材の種類とＰＰＳに対する配合割合とによるが、概ね、比重が１．５７〜１．９８、引張り強さが７８０〜１３００ｋｇ／ｃｍ２、伸びが０．５〜１．１％、曲げ弾性率が１．０×１０５〜１．５×１０５ｋｇ／ｃｍ２、熱変形温度（１８．５ｋｇ／ｃｍ２荷重下）が２６０℃以上、ガラス転位温度が８８〜９２℃、融点が２２７〜２８２℃であり、良好な耐熱性、耐薬品性、電気的特性を併せ持っている。
【００１３】
次に実施の形態１における動作を説明する。本実施形態では、高温出湯用途のチラーシステムにおける通常の出湯加熱運転時の動作を図１を用いて説明する。通常の出湯加熱運転時の冷媒の流れを図１における実線で示す。圧縮機１内に吸入された冷媒を圧縮室４０で圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを利用側熱交換器２に導き、利用側熱交換器２内で流体回路２０内を循環する作動流体と熱交換する。利用側熱交換器２内で冷媒が流体回路２０内の作動流体を加熱し、作動流体がさらに流体回路２０内を循環する水を加熱して高温の湯にした後、その出湯を利用している。高温出湯をするためには冷媒の凝縮温度を高くする必要があるが、低外気の条件下で高温出湯する場合、冷媒回路システムにおける運転圧力比は高圧縮比となり、圧縮機１にとっては吐出ガス冷媒温度が高くなる運転となる。この冷媒回路システムでは、圧縮機１の圧縮室４０内に直接冷媒インジェクションが可能であり、吐出ガス冷媒温度上昇時には、第１冷媒流量調整弁６への開度指令パルス数を増加出力し圧縮室４０内への冷媒インジェクション流量を増し、吐出ガス冷媒温度を所定値以下に抑えるように制御する。
その後、冷媒は、利用側熱交換器２から主膨張弁５に到達して圧力を減じられ、熱源側熱交換器３内で低外気から吸熱した後に、再び四方弁４を通り、吸入側配管８Ａから圧縮機１内に吸入される一連の冷凍サイクルを繰り返す。ここで、低外気から吸熱するために蒸発器内の冷媒温度を低外気よりも低く制御しているため、熱源側熱交換器３表面に着霜し、その着霜が成長すると熱源側熱交換器３内での冷媒の熱交換が阻害され、冷媒の湿り度が高くなって液バック運転となり、圧縮機１にストレスを作用させる運転となる。
【００１４】
このように成長した着霜を除霜するために、ホットガス方式のデフロスト運転が実行される。このデフロスト運転時の冷媒の流れを図４において実線で示す。通常の加熱運転時から四方弁４の流路を切り替え、圧縮機１の吐出側配管８Ｂから吐出された高温の吐出冷媒ガスを熱源側熱交換器３内に導いて熱交換器表面の除霜を行なう。熱交換後の冷媒は、主膨張弁５で圧力を減じられ、利用側熱交換器２に流れる。利用側熱交換器２内では流体回路２０内の高温の作動流体が循環しているため、冷媒は作動流体から加熱されて温度が高くなり、圧縮機１への吸入ガス冷媒温度は高くなる。
このように除霜運転時に吸入ガス冷媒温度が高くなるために吐出ガス冷媒温度が上昇するが、本実施形態では、第２冷媒流量調整弁７を主膨張弁５の上流側に備えるため、差圧により圧縮室４０内に冷媒インジェクションを行なうことが可能であり、吐出ガス冷媒温度を所定値以下に下げることができる。更に除霜運転時に利用側熱交換器２への冷媒流量より圧縮室４０内への冷媒インジェクション流量を多くすることにより、冷媒が冷媒回路８内を循環する時間を短縮することができる。これにより、除霜時間を短縮化することが可能となる。加えて、この冷媒回路システムの圧縮機１では、圧縮室４０内のチップシール部材３７，３８がＰＰＳ材で構成されているので、液冷媒に対する耐磨耗力が高くなっている。これにより、過多量の冷媒インジェクションであっても可能となる。
【００１５】
以上のように、この実施形態１の冷媒回路システムは、第２冷媒流量調整弁７を主膨張弁５の上流側に備えていることにより、吐出ガス冷媒温度を所定値以下に抑えることができる。すなわち、除霜運転時に吸入ガス冷媒温度が上昇するが、吸入インジェクション方式によらず圧縮室４０内への中間インジェクション方式によって、吐出ガス冷媒温度を所定値以下に制御することができる。従って、圧縮機１内の油温低下を伴わずに給油することができ、軸受部４１，４２の信頼性を確保し易くなる。加えて、除霜時間を短縮できるという効果も併せ持つ。
【００１６】
実施の形態２.
次にこの発明における実施の形態２を説明する。この実施の形態２における冷媒回路システムを図５に示す。ここでは実施の形態１と異なる点について主に記述する。
スクロール圧縮機である圧縮機１を含む冷媒回路８を基本構成とするところは実施の形態１と同様であるが、第２インジェクション回路１１および第２冷媒流量調整弁７を持たないことと、第１インジェクション回路９の分岐部１０と利用側熱交換器２との間の冷媒回路８に、弁開度可変の第３冷媒流量調整弁（ＬＥＶ）１３が配備されていることが異なるところである。
【００１７】
続いて、実施の形態２における冷媒回路システムの動作を図５により説明する。実施の形態２では、四方弁４により冷媒の流れが切り換えられ、熱源側熱交換器３からの冷媒の圧力を主膨張弁５で減じ、さらに第３冷媒流量調整弁１３で圧力を減じるため、主膨張弁５の上流側と第３冷媒流量調整弁１３の下流側との間が、冷媒回路８における高圧と低圧の間の中間圧力になる。
以上のように、分岐部１０と利用側熱交換器２との間の冷媒回路８に、弁開度可変の第３冷媒流量調整弁（ＬＥＶ）１３を配備しているので、主膨張弁５上流側と第３冷媒流量調整弁１３の下流側との間が中間圧力に設定されるから、このような中間圧力と圧縮室４０内の圧力との差圧によって冷媒の中間インジェクションが可能となる。従って、吐出ガス冷媒温度を調整しながら除霜運転を行なうことができる。
【００１８】
尚、上記の実施形態では、圧縮機としてスクロール圧縮機を用いた例を示したが、本発明はそれに限定されるものでなく、例えば容量式で圧縮室に冷媒を注入可能な構造の圧縮機であれば、二段式圧縮機など、前記したスクロール圧縮機以外のものを適用することも可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  圧縮機
２  利用側熱交換器
３  熱源側熱交換器
４  四方弁
５  主膨張弁
６  第１冷媒流量調整弁
７  第２冷媒流量調整弁
８  冷媒回路
９  第１インジェクション回路
１０  分岐部
１１  第２インジェクション回路
１２  分岐部
１３  第３冷媒流量調整弁
２０  流体回路
３０  密閉ケーシング
３１  固定スクロール
３１Ａ  台板
３２  揺動スクロール
３２Ａ  台板
３３  渦巻ラップ
３４  渦巻ラップ
３５  凹溝部
３６  凹溝部
３７  チップシール部材
３８  チップシール部材
４０  圧縮室
【図１】
2012026610.tif 000003
【図２】
2012026610.tif 000004
【図３】
2012026610.tif 000005
【図４】
2012026610.tif 000006
【図５】
2012026610.tif 000007