特許ウォッチ

公開番号2025059718
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-10
出願番号2023169983
出願日2023-09-29
発明の名称冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の制御方法
出願人株式会社富士通ゼネラル
代理人個人,個人
主分類F25B 1/00 20060101AFI20250403BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】非共沸混合冷媒を用い中間熱交換器が設けられた場合であっても、特に圧縮機の起動時における非共沸混合冷媒の圧力差を確保して要求能力に合った運転を行うことでユーザに対する快適性の低下を抑制する。
【解決手段】圧縮機1と、凝縮器と、減圧手段3と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路Cと、中間熱交換器6と、中間熱交換器6をバイパスするバイパス回路Bと、バイパス回路Bに設けられるバイパス弁B1と、凝縮器出口温度センサ7と、蒸発器出口温度センサ8と、制御装置9と、を備え、制御装置9は、凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上であるか否かを判定する判定部93と、圧縮機1の起動時にはバイパス弁B1を全開となるように制御し、判定部93において凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上と判定された場合には、バイパス弁B1を全閉となるように制御する駆動制御部94と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間を流れる前記非共沸混合冷媒と前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる前記非共沸混合冷媒とが熱交換する中間熱交換器と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間の経路において、前記中間熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられるバイパス弁と、
前記凝縮器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する凝縮器出口温度センサと、
前記蒸発器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記圧縮機と、前記減圧手段と、前記バイパス弁と、を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記凝縮器出口温度センサが検出した凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上であるか否かを判定し、或いは、前記蒸発器出口温度センサが検出した蒸発器出口温度が蒸発温度所定値以下であるか否かを判定する判定部と、
前記圧縮機の起動時には前記バイパス弁を全開となるように制御し、前記判定部において前記凝縮器出口温度が前記凝縮温度所定値以上と判定された場合、或いは、前記判定部において前記蒸発器出口温度が前記蒸発温度所定値以下と判定された場合には、前記バイパス弁を全閉となるように制御する駆動制御部と、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間を流れる前記非共沸混合冷媒と前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる前記非共沸混合冷媒とが熱交換する中間熱交換器と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間の経路において、前記中間熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられるバイパス弁と、
前記凝縮器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する凝縮器出口温度センサと、
前記蒸発器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記圧縮機と、前記減圧手段と、前記バイパス弁と、を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記凝縮器出口温度センサが検出した凝縮器出口温度と前記蒸発器出口温度センサが検出した蒸発器出口温度との温度差が、予め設定されている温度差所定値以上であるか否かを判定する判定部と、
前記圧縮機の起動時には前記バイパス弁を全開となるように制御し、前記判定部において前記温度差が前記温度差所定値以上と判定された場合には、前記バイパス弁を全閉となるように制御する駆動制御部と、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
室内空気と熱交換する室内熱交換器が前記凝縮器として機能する場合に、
前記判定部が、前記凝縮器出口温度が予め設定される閾値以上であると判定した場合に、前記駆動制御部は、前記バイパス弁を全閉となるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記室内熱交換器は、前記室内熱交換器に空気を流通させる室内ファンを備え、
前記制御装置は、前記駆動制御部によって前記バイパス弁が全閉とされるまでの間、前記室内ファンの回転数の増加を禁止する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間を流れる前記非共沸混合冷媒と前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる前記非共沸混合冷媒とが熱交換する中間熱交換器と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間の経路において、前記中間熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられるバイパス弁と、
前記凝縮器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する凝縮器出口温度センサと、
前記蒸発器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記圧縮機と、前記減圧手段と、前記バイパス弁と、を制御する制御装置と、を備え、
前記圧縮機の起動時に前記バイパス弁を全開となるように制御するステップと、
前記凝縮器出口温度センサから凝縮器出口温度を取得し、或いは、前記蒸発器出口温度センサから蒸発器出口温度を取得するステップと、
前記凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上であるか否かを判定し、或いは、前記蒸発器出口温度が蒸発温度所定値以下であるか否かを判定するステップと、
比較の結果、前記凝縮器出口温度が前記凝縮温度所定値以上である場合、或いは、前記蒸発器出口温度と前記蒸発温度所定値以下である場合に、前記バイパス弁を全閉となるように制御するステップと、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項６】
圧縮機と、凝縮器と、減圧手段と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間を流れる前記非共沸混合冷媒と前記蒸発器と前記圧縮機との間を流れる前記非共沸混合冷媒とが熱交換する中間熱交換器と、
前記凝縮器と前記減圧手段との間の経路において、前記中間熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられるバイパス弁と、
前記凝縮器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する凝縮器出口温度センサと、
前記蒸発器の下流側を流れる前記非共沸混合冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、
前記圧縮機と、前記減圧手段と、前記バイパス弁と、を制御する制御装置と、を備え、
前記圧縮機の起動時に前記バイパス弁を全開となるように制御するステップと、
前記凝縮器出口温度センサから凝縮器出口温度を、前記蒸発器出口温度センサから蒸発器出口温度を取得するステップと、
前記凝縮器出口温度と前記蒸発器出口温度との温度差を算出するステップと、
前記温度差が温度差所定値以上であるか否かを判定するステップと、
前記温度差が前記温度差所定値以上である場合に、前記バイパス弁を全閉となるように制御するステップと、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項７】
室内空気と熱交換する室内熱交換器が前記凝縮器として機能する場合に、
前記凝縮器出口温度と凝縮温度所定値とを比較し、或いは、前記蒸発器出口温度と蒸発温度所定値とを比較するステップ、または、前記温度差と前記温度差所定値とを比較するステップの後に、凝縮器出口温度が予め設定されている閾値以上であるか否かを判定するステップが設けられ、
比較の結果、前記凝縮器出口温度が前記凝縮温度所定値以上である場合、或いは、前記蒸発器出口温度と前記蒸発温度所定値以下であり、または、前記温度差が前記温度差所定値以上であり、かつ、前記凝縮器出口温度が前記閾値以上である場合に、前記バイパス弁が全閉となるように制御されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項８】
前記室内熱交換器は、前記室内熱交換器に空気を流通させる室内ファンを備え、
駆動制御部によって前記バイパス弁が全閉とされるまでの間、前記室内ファンの回転数の増加を禁止するステップを備えていることを特徴とする請求項７に記載の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】
本発明の実施の形態は、冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の制御方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、冷凍サイクル装置において単一冷媒が使用される場合、冷媒が二相状態であってかつ圧力が一定であれば、凝縮器や蒸発器において冷媒の温度は一定である。これに対して、例えば冷媒として非共沸混合冷媒を使用する場合、単一の冷媒とは異なり、等圧力の蒸発／凝縮過程において二相領域でも冷媒の蒸発／凝縮温度が変化し、いわゆる温度勾配（飽和液の温度と飽和蒸気の温度との差）が生じる。そのため、例えば凝縮器の下流側の冷媒の温度が上流側より低くなることがある。
【０００３】
非共沸混合冷媒の温度勾配が大きいと、凝縮器又は蒸発器の出口側の冷媒流路において熱交換を行う空気と冷媒との温度差が単一冷媒を使用した場合と比較して小さくなる。その結果、空気調和機における熱交換量が減ることになるので、凝縮過程においては過冷却度、蒸発過程の場合は吸入過熱度が小さくなり、過冷却度や吸入過熱度を確保しにくくなる。このことは空気調和機における運転効率の低下を招くことになりかねない。
【０００４】
そのため、以下の特許文献１に開示されている発明では、中間熱交換器が設けられている。この中間熱交換器では、凝縮器出口側冷媒（凝縮器を通過した後の冷媒）と蒸発器出口側冷媒（蒸発器を通過した後の冷媒）との熱交換が行われる。このような熱交換を行うことによって、よりエンタルピー差を確保することができるため、過冷却度、吸入過熱度を確保することができ、ＣＯＰ低下を防止することができる、とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平０８－０７５２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、冷凍サイクル装置の圧縮機が起動する時は、冷媒回路内の圧力が均等の状態にあるため、圧縮機の吐出側と吸入側とで圧力差がない。この状態から圧縮機が起動することで圧力差が生じ、冷媒は次第に要求された凝縮温度や蒸発温度に到達する。
【０００７】
一方で、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル装置においては、上述した中間熱交換器を設ける必要があるが、中間熱交換器においては圧力差によってより積極的に高圧側の非共沸混合冷媒と低圧側の非共沸混合冷媒とが熱交換することになる。そのため、非共沸混合冷媒が凝縮しやすい、或いは、蒸発しやすい、という状況が作り出され、冷媒回路内における非共沸混合冷媒の高圧圧力は上昇しにくく、低圧圧力は下降しにくくなる。
【０００８】
また、特に上述した特許文献１における冷媒回路においては、その回路構成上、冷凍サイクル装置が運転状態にある間、常に高圧側の非共沸混合冷媒と低圧側の非共沸混合冷媒とが熱交換する仕組みになっている。このため、冷凍サイクル装置の運転中、冷媒回路内の非共沸混合冷媒の圧力差を確保しにくくなる。従って、冷凍サイクル装置に対して要求された凝縮温度や蒸発温度に到達しにくくなることから、要求能力に合った運転ができないため快適性が低下する。
【０００９】
本発明は、非共沸混合冷媒を用い中間熱交換器が設けられた場合であっても、特に圧縮機の起動時における非共沸混合冷媒の圧力差を確保して要求能力に合った運転を行うことでユーザに対する快適性の低下を抑制することができる冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の制御方法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】
【００１０】
本発明の一態様に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、凝縮器と、減圧機構と、蒸発器が冷媒配管で順次接続され、非共沸混合冷媒が循環する冷媒回路と、凝縮器と減圧機構との間を流れる非共沸混合冷媒と蒸発器と圧縮機との間を流れる非共沸混合冷媒とが熱交換する中間熱交換器と、凝縮器と減圧機構との間の経路において、中間熱交換器をバイパスするバイパス回路と、バイパス回路に設けられるバイパス弁と、凝縮器の下流側を流れる非共沸混合冷媒の温度を検出する凝縮器出口温度センサと、蒸発器の下流側を流れる非共沸混合冷媒の温度を検出する蒸発器出口温度センサと、圧縮機と、減圧機構と、バイパス弁と、を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、凝縮器出口温度センサが検出した凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上であるか否かを判定し、或いは、蒸発器出口温度センサが検出した蒸発器出口温度が蒸発温度所定値以上であるか否かを判定する判定部と、圧縮機の起動時にはバイパス弁を全開となるように制御し、判定部において凝縮器出口温度が凝縮温度所定値以上と判定された場合、或いは、判定部において蒸発器出口温度が蒸発温度所定値以上と判定された場合には、バイパス弁を全閉となるように制御する駆動制御部と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許