【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空調機、カーエアコン、給湯器等には、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器等を接続してなる冷凍サイクル装置が使われているが、この冷凍サイクル装置内に封入される冷媒としては、フッ素原子を含有する炭化水素類（フロン類）が用いられてきた。しかし、フロン類は、オゾン層を破壊する性質を有していたり、大気中での寿命が長いために温室効果が大きいので地球温暖化に影響を与えたりと、必ずしも満足な冷媒とはいえない。
【０００３】
そこでフロン類の代わりに、オゾン破壊係数がゼロであり、かつ地球温暖化係数もフロン類に比べれば格段に小さい、二酸化炭素（以下、ＣＯ２冷媒という）を冷媒として用いる冷凍サイクル装置の可能性が検討されつつある。例えば、特許第２９３１６６８号公報には、ＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置が開示されている。
【０００４】
本従来例には、放熱器出口側の冷媒圧力である高圧が、例えば、放熱器出口側の冷媒温度に基づいてあらかじめ設定された目標圧力となるように、減圧器の開度を制御することにより、成績係数（ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ））を高く維持しながら冷凍サイクル装置を運転する旨が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に記載の冷凍サイクル装置について、試験検討を行ったところ、減圧器の開度を放熱器出口側の冷媒温度に基づいて制御するのみでは、冷凍サイクル装置の効率を必ずしも高く維持することができないことが明らかになった。
【０００６】
すなわち、減圧器の開度は、理論ＣＯＰが最大となるように、放熱器出口側の冷媒温度に基づいて決定される。したがって、冷凍サイクルの状態によって変化する圧縮機の効率は考慮されていない。ここで、理論ＣＯＰとは、冷媒のモリエル線図上で読み取ることができる、圧縮機の吸入側と吐出側との比エンタルピ差であるΔＬに対する蒸発器入口側と出口側との比エンタルピ差であるΔｉの比（＝Δｉ／ΔＬ）を示すものである。
【０００７】
これに対して、実際の冷凍サイクル装置では、冷凍能力は圧縮機の回転数（蒸発器を流通する質量流量）を増減することにより制御される。ここで、圧縮機の効率は、周知のごとく、所定回転数で最大となるように、回転数の変化に対して上向きに凸となるように変化する。なお、圧縮機の効率とは、圧縮機に与えたエネルギ（例えば電動モータにて圧縮機を駆動するときは、電動モータの消費電力）Ｗｉｎに対する圧縮機が実際にした圧縮仕事（ΔＬ×冷媒流量）Ｗｏｕｔ の比（＝Ｗｏｕｔ ／Ｗｉｎ）を示すものである。
【０００８】
このため、冷凍能力を小さくすべく圧縮機の回転数を単純に小さくすると、圧縮機の効率が低下するために理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、冷凍サイクル装置全体の効率は低下してしまうという問題が発生する。本発明は、上記点に鑑み、高い効率を維持した運転が可能なＣＯ２冷媒を使用した冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の冷凍サイクル装置は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する減圧器最小入力制御器を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器の開度を操作し吐出温度を調整する減圧器吐出温度制御器と、前記吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて前記減圧器吐出温度制御器と前記減圧器最小入力制御器とを切り替えて前記減圧器の開度を操作する減圧器開度操作器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記吸熱器の温度を検知する蒸発温度検知器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し能力を調整する圧縮機能力制御器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の本発明の冷凍サイクル装置は、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を操作し前記吸熱器の凍結を防止する圧縮機フロスト制御器と、前記蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて前記圧縮機能力制御器と前記圧縮機フロスト制御器とを切り替えて前記圧縮機の回転数を操作する圧縮機回転数操作器とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の冷凍サイクル装置は、前記減圧器最小入力制御器は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を制御することをを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を減少させ、前記減圧器の開度を減少したときに前記入力電流が大きくなった場合、もしくは、前記減圧器の開度を拡大したときに前記入力電流が小さくなった場合には、前記減圧器の開度を拡大させることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、二酸化炭素を冷媒として用い、少なくとも、圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器を環状に接続した冷凍サイクル装置であって、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御し、かつ、前記吸熱器の蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を制御すること特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の冷凍サイクル装置の制御方法は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度となるように制御することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する減圧器最小入力制御器を備えている。本実施の形態によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２０】
本発明の第２の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の吐出温度を検知する吐出温度検知器と、吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて減圧器の開度を操作し吐出温度を調整する減圧器吐出温度制御器と、吐出温度検知器が検知した吐出温度に応じて減圧器吐出温度制御器と減圧器最小入力制御器とを切り替えて減圧器の開度を操作する減圧器開度操作器とをさらに備えている。本実施の形態によれば、減圧器開度操作器によって減圧器吐出温度制御器と減圧器最小入力制御器が決定した減圧器開度を切り替えあるいは融合して減圧器を操作することにより、吐出温度が圧縮機の許容使用範囲をはずれて、圧縮機の信頼性を著しく損なうことなく、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２１】
本発明の第３の実施の形態による冷凍サイクル装置は、吸熱器の温度を検知する蒸発温度検知器と、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機の回転数を操作し能力を調整する圧縮機能力制御器とをさらに備えている。本実施の形態によれば、圧縮機能力制御器によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２２】
本発明の第４の実施の形態による冷凍サイクル装置は、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機の回転数を操作し吸熱器の凍結を防止する圧縮機フロスト制御器と、蒸発温度検知器が検知した蒸発温度に応じて圧縮機能力制御器と圧縮機フロスト制御器とを切り替えて圧縮機の回転数を操作する圧縮機回転数操作器とをさらに備えているため、圧縮機回転数操作器によって圧縮機フロスト制御器と圧縮機能力制御器とが決定した圧縮機の回転数を切り替えあるいは融合して圧縮機を操作することにより、吸熱器の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２３】
本発明の第５の実施の形態による冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、減圧器最小入力制御器は、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とする。本実施の形態によれば、冷凍サイクルが安定していない場合において、減圧器開度が激しく変化してしまい冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった恐れがなくなり、結果的には冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができ、かつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２４】
本発明の第６の実施の形態による冷凍サイクル装置の制御方法は、圧縮機の入力電流が最小となるように前記減圧器の開度を決定する。本実施の形態によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２５】
本発明の第７の実施の形態による冷凍サイクル装置の制御方法は、減圧器と圧縮機の入力電流により減圧器の開度を最終決定するものである。本実施の形態によれば、より圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２６】
本発明の第８の実施の形態による冷凍サイクル装置は、圧縮機の入力電流と圧縮機の吐出温度から減圧器の開度を決定するものである。本実施の形態によれば、吐出温度が圧縮機の許容使用範囲をはずれて、圧縮機の信頼性を著しく損なうことなく、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２７】
本発明の第９の実施の形態による冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の入力電流が最小となるように、かつ、前記圧縮機の吐出温度があらかじめ定められた吐出温度より高温とならないように、前記減圧器の開度を制御し、かつ、前記吸熱器の蒸発温度に応じて前記圧縮機の回転数を制御するものである。本実施の形態によれば、吸熱器の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２８】
本発明の第１０の実施の形態による冷凍サイクル装置は、冷凍サイクルが安定していないと判断された場合のみ、前記圧縮機の回転数に応じてあらかじめ定められた減圧器開度とする。本実施の形態によれば、冷凍サイクルが安定していない場合において、減圧器開度が激しく変化してしまい冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった恐れがなくなり、結果的には冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができ、かつ、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。図１の冷凍サイクル装置は、冷媒としてＣＯ２を用い、圧縮機１１、放熱器１２、低圧側流路１３ａと高圧側流路１３ｂが熱交換するように構成された内部熱交換器１３、減圧器１４、吸熱器１５を基本構成要素としている。内部熱交換器１３の低圧側流路１３ａは吸熱器１５から圧縮機１１吸入の間の冷媒が流れるように、高圧側流路１３ｂは放熱器１２から減圧器１４の間の冷媒が流れるように構成されている。さらに、２１は圧縮機１１のモータに印加される入力電流を検知する電流検知器、２２は電流検知器２１で検知された入力電流に基づき、圧縮機入力が最小となる減圧器１４の開度を制御する減圧器最小入力制御器である。
【００３１】
この冷凍サイクル装置の動作について説明する。なお、図中において、実線の矢印は冷媒の流れ方向を示している。圧縮機１１で圧縮されたＣＯ２冷媒は高温高圧状態となり、放熱器１２へ導入される。放熱器１２では、ＣＯ２冷媒は超臨界状態であるので、気液二相状態とはならずに、空気や水などの外部流体に放熱する。その後、ＣＯ２冷媒は、内部熱交換器１３の高圧側流路１３ｂにおいてさらに冷却される。さらに、減圧器１４では減圧されて、低圧の気液二相状態となり、吸熱器１５へ導入される。吸熱器１５では、空気や水などの外部流体を冷却し、ＣＯ２冷媒は吸熱する。その後、内部熱交換器１３の低圧側流路１３ａにおいてガス状態となり、再び圧縮機１１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、放熱器１２で放熱による加熱作用、例えば、暖房や水加熱、吸熱器１５で吸熱による冷却作用、例えば、冷房や除湿を行うことができる。
【００３２】
次に、減圧器最小入力制御器２２について説明する。減圧器最小入力制御器２２における減圧器開度（パルス数）の演算方法（以下、最小入力制御という）を図２のフローチャートを用いて説明する。まず初期設定として、繰り返し数ｎは０とし、減圧器開度ＳｎおよびＳｎ＋１にはあらかじめ定められた減圧器開度の初期値Ｓ０（例えば減圧器の最小開度に設定）、電流検知値Ｉｎにはあらかじめ定められた電流検知値の初期値Ｉ０を（例えばシステムが許容する最大電流値に設定）、それぞれ設定する（ステップ１０１）。つぎに、繰り返し数ｎに１を加えて繰り返し数を更新し（ステップ１０２）、圧縮機１１のモータに印加される入力電流を電流検知器２１で検知し、その値を電流検知値Ｉｎとする（ステップ１０３）。ｎ回目の電流検知値Ｉｎとｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１とを比較し（ステップ１０４）、ｎ回目の電流検知値Ｉｎがｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１より大きい場合には、さらに、ｎ−１回目で決定された減圧器開度Ｓｎ−１とｎ回目で決定されたの減圧器開度Ｓｎとを比較し（ステップ１０５）、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より大きい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎからあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳ（例えば減圧器の最小可変パルス数に設定）を減じた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０６）。あるいは、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より小さい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎにあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを加えた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０７）。一方、（ステップ１０４）で、ｎ回目の電流検知値Ｉｎがｎ−１回目の電流検知値Ｉｎ−１より小さい場合には、さらに、ｎ−１回目で決定された減圧器開度Ｓｎ−１とｎ回目で決定された減圧器開度Ｓｎとを比較し（ステップ１０８）、減圧器開度Ｓｎが減圧器開度Ｓｎ−１より大きい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎにあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを加えた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１０９）。あるいは、減圧器開度Ｓｎ−１が減圧器開度Ｓｎより小さい場合には、ｎ回目の減圧器開度Ｓｎからあらかじめ定められた減圧器開度ΔＳを減じた値をｎ＋１回目の減圧器開度Ｓｎ＋１とする（ステップ１１０）。以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行う。なお、ΔＳはあらかじめ定められた一定値として説明しているが、減圧器開度Ｓｎ＋１やＳｎの偏差によって変化する値（関数）として与えても良い。さらに、電流検知値Ｉｎは、ある一定時間、例えば１０秒間の平均電流検知値としてもよい。
【００３３】
上記の最小入力制御は、ステップ１０４で、電流検知器２１で検知された入力電流の値が前回検出された電流値より大きく、かつ、ステップ１０５で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より大きい場合には、ステップ１０６で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように決定し、ステップ１０４で、電流検知器２１で検知された電流値が前回検出された電流値より大きく、かつ、ステップ１０５で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より小さい場合には、ステップ１０７で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように決定する。あるいは、電流検知器２１で検知された電流値が、ステップ１０４で前回検出された電流値より小さく、かつ、ステップ１０８で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より大きい場合には、ステップ１０９で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように決定し、ステップ１０４で電流検知器２１で検知された電流値が、前回検出された電流値より小さく、かつ、ステップ１０８で、現在の減圧器開度が前回決定された減圧器開度より小さい場合には、ステップ１１０で次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように決定する。
【００３４】
すなわち、減圧器最小入力制御器２２は、減圧器開度を拡大したときに入力電流が大きくなった場合、もしくは、減圧器開度を減少したときに入力電流が小さくなった場合には、減圧器開度を減少させ、減圧器開度を減少したときに入力電流が大きくなった場合、もしくは、減圧器開度を拡大したときに入力電流が小さくなった場合には、減圧器開度を拡大させることで、常に電流値が小さくなるように減圧器開度を調整することができる。つまり、同程度の圧縮機周波数における印加電圧はほぼ一定であるので、印加電圧と電流の積である圧縮機入力は電流値にほぼ比例関係にあるため、常に電流値を小さくなるように減圧器を調整することで、圧縮機入力が最小となるように制御できる。
【００３５】
以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消でき、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００３６】
なお、本実施例では圧縮機入力を検知する手段として圧縮機のモータに印加される入力電流を電流検知センサによって検知するとして説明したが、これ以外の手段で圧縮機入力を検知しても良い。さらに、圧縮機に印加される電流値のみでなく、電圧値も検知して、圧縮機入力の予測精度を向上させてもよい。
【００３７】
また、内部熱交換器１３は必須の構成要素ではなく、省略することも可能である。
【００３８】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。本実施例においては、上記と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図３において、２３は圧縮機１１の吐出温度を検知する吐出温度検知器、２４は吐出温度検知器２３で検知された吐出温度が設定温度となるように減圧器１４の開度を制御する減圧器吐出温度制御器、２５は減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２の出力を吐出温度検知器２３で検知された吐出温度に応じて切り替えあるいは融合して減圧器１４の開度を操作する減圧器開度操作器である。
【００３９】
本実施例においては、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００４０】
減圧器最小入力制御器２２における最小入力制御については実施例１で説明したので説明を省略し、減圧器吐出温度制御器２４における減圧器開度（パルス数）の演算方法（以下、吐出温度制御という）を説明する。吐出温度制御は、吐出温度検知器２３で検知された温度が、あらかじめ定められた吐出温度設定値より高い場合には、次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より大きくなるように操作し、あらかじめ定められた吐出温度設定値より低い場合には、次回の減圧器開度は現在の減圧器開度より小さくなるように操作することで、冷凍サイクルを制御するものである。
【００４１】
さらに、減圧器開度操作器２５における減圧器１４の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。まず、吐出温度検知器２３で検知された温度と第１吐出温度閾値Ｔｄ１（例えば圧縮機１１の許容使用範囲上限をもとに設定）との比較を行い（ステップ２０１）、温度が第１吐出温度閾値Ｔｄ１よりも高い場合には吐出温度メンバシップ値を０に設定し（ステップ２０２）、温度が第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低い場合には第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低い第２吐出温度閾値Ｔｄ２（例えば圧縮機１１の常用使用範囲上限をもとに設定）と吐出温度検知器２３で検知された温度との比較を行い（ステップ２０３）、温度が第２吐出温度閾値Ｔｄ２よりも高い場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で連続した変化をする吐出温度メンバシップ値を設定し（ステップ２０４）、温度が第２吐出温度閾値Ｔｄ２より低い場合には吐出温度メンバシップ値を１に設定する（ステップ２０５）。
【００４２】
その後、最小入力制御を行う減圧器最小入力制御器２２による減圧器１４の開度と吐出温度メンバシップ値との積量と、吐出温度制御を行う減圧器吐出温度制御器２４による減圧器１４の開度と１から吐出温度メンバシップ値を減じた値との積量の和として減圧器１４の開度を決定して減圧器１４の開度を操作する（ステップ２０６）。
【００４３】
すなわち、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より高いと判断されたときは、吐出温度が圧縮機１１の許容使用範囲をはずれており圧縮機１１の信頼性を著しく損なう状態であることから、ステップ２０６では減圧器吐出温度制御器２４による減圧器開度を最優先にして、減圧器１４の開度を増加させることにより高圧を低下させ、吐出温度を低下させる。
【００４４】
また、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低いと判断され、かつステップ２０３で第２吐出温度閾値Ｔｄ２より高いと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１１の使用許容範囲内ではあるが常用使用範囲外であり圧縮機１１の信頼性の面からはあまり好ましくない状態であるので、ステップ２０６では減圧器吐出温度制御器２４による減圧器１４の開度と減圧器最小入力制御器２２による減圧器１４の開度とを混合して減圧器１４を操作することから、吐出温度を圧縮機１４の常用使用範囲内に収めつつ、圧縮機入力が最小となるように減圧器開度を決定する。
【００４５】
また、吐出温度検知器２３で検知される温度Ｔｄがステップ２０１で第１吐出温度閾値Ｔｄ１より低いと判断され、かつステップ２０３で第２吐出温度閾値Ｔｄ２より低いと判断されたときには、吐出温度は圧縮機１１の常用使用範囲内であり圧縮機１１の信頼性には問題ない状態であることから、ステップ２０６では減圧器最小入力制御器２２による減圧器開度を最優先にして、圧縮機入力が最小となるように減圧器開度を決定する。
【００４６】
なお、圧縮機の許容使用範囲上限とは、圧縮機に使用されている材料（特に樹脂材料）から制限される圧縮機の異常運転時も含めた使用上限の温度を指すものとする。また、常用使用範囲上限とは、圧縮機が通常運転時に上限とすべき温度であり、通常、許容使用範囲上限から２０〜３０Ｋ低い温度に設定されるものである。 以上のような操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消でき、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。それと同時に、減圧器開度操作器２５によって減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度を切り替えあるいは融合して減圧器１４を操作することにより、吐出温度が圧縮機１１の許容使用範囲をはずれて、圧縮機１１の信頼性を著しく損なうことなく、実際に圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００４７】
なお、吐出温度検知器２３は、圧縮機１１や吐出配管の温度を直接検知しても良いし、冷凍サイクルの状態の一部を検知して推定するようにしても良い。
【００４８】
（実施例３）
図５は、本発明の他の実施例における冷凍サイクル装置の概略を示す構成図である。本実施例においては、上記と同じ構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。図５において、３１は吸熱器１５での冷媒蒸発温度を検知する蒸発温度検知器、３２は蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が吸熱器１５が凍結する恐れのある蒸発温度より若干高めの温度となるようにあらかじめ定められた第一設定温度以下にならないように圧縮機１１の回転数を制御する圧縮機フロスト制御器、３３は蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が利用者等から要求された能力に応じてあらかじめ定められた第二設定温度となるように圧縮機１１の回転数を制御する圧縮機能力制御器、３４は圧縮機フロスト制御器３２と圧縮機能力制御器３３の出力を蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度に応じて切り替えあるいは融合して圧縮機１１の回転数を操作する圧縮機回転数操作器である。
【００４９】
本実施例では、圧縮機回転数制御器３４によって圧縮機１１が、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００５０】
圧縮機回転数操作器３４および減圧器開度操作器２５による圧縮機１１および減圧器１４の操作方法を図６のフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
まず、圧縮機１１の動作について説明する。蒸発温度検知器３１で検知された温度と第１蒸発温度閾値Ｔｅ１（例えば吸熱器１５が凍結する蒸発温度をもとに設定）との比較を行い（ステップ３０１）、温度が第１蒸発温度閾値Ｔｅ１よりも低い場合には蒸発温度メンバシップ値を０に設定し（ステップ３０２）、温度が第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高い場合には第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高い第２蒸発温度閾値Ｔｅ２（例えば吸熱器１５が凍結する蒸発温度より若干高い温度に設定）と蒸発温度検知器３１で検知された温度との比較を行い（ステップ３０３）、温度が第２蒸発温度閾値Ｔｅ２よりも低い場合には温度に応じて０から１までの範囲で単調で連続した変化をする蒸発温度メンバシップ値を設定し（ステップ３０４）、温度が第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より高い場合には蒸発温度メンバシップ値を１に設定する（ステップ３０５）。
【００５２】
それから、圧縮機能力制御器３３による圧縮機１１の回転数と蒸発温度メンバシップ値との積量と、圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機１１の回転数と１から蒸発温度メンバシップ値を減じた値との積量の和として圧縮機回転数を決定して圧縮機１１を操作する（ステップ３０６）。
【００５３】
すなわち、蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より低いと判断されたときは、蒸発温度が低く吸熱器１５が凍結してしまう恐れがあることから、ステップ３０６では圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機回転数を最優先にして、圧縮機１１の回転数を低下させて第一設定温度となるように蒸発温度を上昇させる。また蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高いと判断され、かつステップ３０３で第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より高いと判断されたときには、蒸発温度は吸熱器１５が凍結してしまう恐れのない状態であることから、ステップ３０６では圧縮機能力制御器３３による圧縮機回転数を最優先にして、利用者等から要求された能力を供給するあらかじめ定められた蒸発温度（第二設定温度）となるように、圧縮機回転数を決定する。つまり、蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が第二設定温度よりも高いときには、能力が不足していると判断し圧縮機能力制御器３３により圧縮機回転数を増加方向に決定し、冷媒循環量を増大させる。逆に蒸発温度検知器３１で検知された蒸発温度が第二設定温度よりも低いときには、能力が過剰であると判断し圧縮機能力制御器３３により圧縮機回転数を減少方向に決定し、冷媒循環量を減少させる。また蒸発温度検知器３１で検知される温度がステップ３０１で第１蒸発温度閾値Ｔｅ１より高いと判断され、かつステップ３０３で第２蒸発温度閾値Ｔｅ２より低いと判断されたときには、蒸発温度が低く吸熱器１５がすぐに凍結してしまう恐れはないが、あまり好ましくない状態であるので、ステップ３０６では圧縮機フロスト制御器３２による圧縮機回転数と圧縮機能力制御器３３による圧縮機回転数とを混合して圧縮機１１を操作することから、吸熱器１５の凍結を防止しつつ、利用者等から要求された能力に応じた蒸発温度となるような運転が実現できる。
【００５４】
さらに、本実施例においては、減圧器吐出温度制御器２４と減圧器最小入力制御器２２とが決定した減圧器開度に基づき減圧器開度操作器２５によって減圧器１４が適切に操作される。
【００５５】
減圧器開度操作器２５による減圧器１４による操作は、実施例２で説明した操作と同様であるので説明を省略するが、このような一連の操作を一定時間間隔で繰り返し行うことで、理論ＣＯＰが最大となるように減圧器の開度を制御しても、圧縮機の回転数が変化することで圧縮機の効率が変化するために冷凍サイクル装置全体の効率が低下してしまうという課題を解消できる。したがって、圧縮機回転数制御器３４によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。それと同時に、圧縮機回転数操作器３４によって圧縮機フロスト制御器３２と圧縮機能力制御器３３とが決定した圧縮機１１の回転数を切り替えあるいは融合して圧縮機１１を操作することにより、吸熱器１５の凍結を防止しつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００５６】
なお、吸熱器２５が水冷式などの熱交換器であって、吸熱器２５が凍結する恐れがない場合などでは、圧縮機フロスト制御器３２を省略し、上記説明した操作から圧縮機フロスト制御器３２にまつわる部分を省略することも可能である。さらに、吐出温度検知器２３、蒸発温度検知器３１は、圧縮機１１や熱交換器の温度を直接検知しても良いし、圧縮機２１や熱交換器の周囲温度や吹出空気温度を検知して間接的に、吐出温度や、放熱器出口温度、蒸発温度を検知しても良い。また、本実施例では圧縮機２１の操作による冷媒循環量の変更を、圧縮機１１の回転数で行うものとして説明したが、圧縮機１１により冷媒循環量を変更する他の手段、例えば、往復型圧縮機のピストンのストローク量の増減などで行っても良い。
【００５７】
（実施例４）
本発明の他の実施例における冷凍サイクル装置の概略を説明する。本実施例の定常運転時の動きは、上述の実施例で説明した動きと同様であるため説明を省略する。本実施例では、圧縮機１１の起動時など冷凍サイクルが安定していないと判断された場合には、一定時間の間、上述の実施例で説明した減圧器最小入力制御器２２における減圧器開度（パルス数）の決定に最小入力制御を行わず、あらかじめ定められたテーブル、例えば、（表１）に示すような圧縮機１１の回転数に応じて定められた減圧器開度を用いるものである。
【００５８】
【表１】
【００５９】
本実施例によれば、電流検知器２１が検出する入力電流の変化が一様でない場合、たとえば、圧縮機１１の起動時など冷凍サイクルが安定していない場合において、その一定時間の間には減圧器最小入力制御器２２が決定する減圧器開度（パルス数）は最小入力となる減圧器開度でなくなるものの、減圧器開度が変化が大きすぎることにより冷凍サイクルが安定するのに長時間かかるといった課題が解消できるため、結果的に冷凍サイクル装置全体の効率を向上させることができる。
【００６０】
なお、冷凍サイクルが安定と判断されている場合には、上述の実施例で説明したように圧縮機回転数制御器３４によって利用者等から要求された能力に応じた圧縮機の運転を行いつつ、実際に要求された一定の能力において圧縮機入力が最小となる冷凍サイクル装置の運転、すなわち、ＣＯＰが最大となる冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【００６１】
また、冷凍サイクルが安定していないと判断する基準として、圧縮機が起動してからの経過時間や、吐出温度検知器２３や蒸発温度検知器３１で検知される温度の変化割合や、電流検知器２１で検知された入力電流の変化割合から判断するとよい。
【００６２】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、本発明によれば、圧縮機の回転数が変化し圧縮機の効率が変化しても、実際に圧縮機の入力が最小となる効率のよい冷凍サイクル装置の運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図２】本発明の一実施例による減圧器開度の演算方法を示すフローチャート
【図３】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図４】本発明のさらに他の実施例による減圧器の動作を示すフローチャート
【図５】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の概略を示す構成図
【図６】本発明のさらに他の実施例による冷凍サイクル装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 内部熱交換器
１４ 減圧器
１５ 吸熱器
２１ 電流検知器
２２ 減圧器最小入力制御器
２３ 吐出温度検知器
２４ 減圧器吐出温度制御器
２５ 減圧器開度操作器
３１ 蒸発温度検知器
３２ 圧縮機フロスト制御器
３３ 圧縮機能力制御器
３４ 圧縮機回転数操作器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a refrigeration cycle device using carbon dioxide as a refrigerant.
[0002]
[Prior art]
Air conditioners, car air conditioners, water heaters, etc. use a refrigeration cycle device that connects a compressor, a radiator, a decompressor, a heat absorber, etc. For these, hydrocarbons containing fluorine atoms (fluorocarbons) have been used. However, fluorocarbons are not necessarily satisfactory refrigerants because they have the property of destroying the ozone layer, and have a long greenhouse effect in the atmosphere, which has a large greenhouse effect and affects global warming. .
[0003]
Therefore, there is a possibility of a refrigeration cycle device using carbon dioxide (hereinafter referred to as CO2 refrigerant) as a refrigerant, which has an ozone depletion potential of zero and a global warming potential much smaller than fluorocarbons, instead of fluorocarbons. It is being considered. For example, Japanese Patent No. 2931668 discloses a refrigeration cycle apparatus using a CO2 refrigerant.
[0004]
In this conventional example, the opening degree of the pressure reducer is controlled so that the high pressure that is the refrigerant pressure at the radiator outlet side becomes a target pressure set in advance based on, for example, the refrigerant temperature at the radiator outlet side. Describes that the refrigeration cycle apparatus is operated while maintaining a high coefficient of performance (COP (Coefficient of Performance)).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the refrigeration cycle apparatus described in the above-mentioned conventional example was tested and studied, the efficiency of the refrigeration cycle apparatus was not necessarily maintained high only by controlling the opening degree of the pressure reducer based on the refrigerant temperature at the radiator outlet side. It turns out that you can't.
[0006]
That is, the opening degree of the pressure reducer is determined based on the refrigerant temperature at the radiator outlet side so that the theoretical COP becomes the maximum. Therefore, the efficiency of the compressor, which varies depending on the state of the refrigeration cycle, is not considered. Here, the theoretical COP is a specific enthalpy difference between the inlet side and the outlet side of the evaporator with respect to ΔL which is a specific enthalpy difference between the suction side and the discharge side of the compressor, which can be read on a Mollier diagram of the refrigerant. It shows a certain ratio of Δi (= Δi / ΔL).
[0007]
On the other hand, in an actual refrigeration cycle device, the refrigeration capacity is controlled by increasing or decreasing the rotation speed of the compressor (mass flow rate flowing through the evaporator). Here, as is well known, the efficiency of the compressor changes so as to become maximum at a predetermined number of rotations and to be convex upward with respect to a change in the number of rotations. Note that the efficiency of the compressor is the compression work (ΔL × refrigerant flow rate) actually performed by the compressor with respect to the energy given to the compressor (for example, the power consumption of the electric motor when the compressor is driven by the electric motor). ) Shows the ratio of Wout (= Wout / Win).
[0008]
For this reason, if the rotation speed of the compressor is simply reduced to reduce the refrigeration capacity, the efficiency of the compressor is reduced. There arises a problem that the efficiency of the entire apparatus is reduced. In view of the above, an object of the present invention is to provide a refrigeration cycle device using a CO2 refrigerant that can be operated while maintaining high efficiency.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 1 is a refrigeration cycle apparatus using carbon dioxide as a refrigerant and connecting at least a compressor, a radiator, a decompressor, and a heat sink in an annular manner. A decompressor minimum input controller for determining an opening degree of the decompressor so as to minimize the current is provided.
[0010]
The refrigeration cycle apparatus of the present invention according to claim 2, wherein a discharge temperature detector for detecting a discharge temperature of the compressor, and an opening degree of the decompressor in accordance with the discharge temperature detected by the discharge temperature detector. A decompressor discharge temperature controller for adjusting the discharge temperature, and switching between the decompressor discharge temperature controller and the decompressor minimum input controller according to the discharge temperature detected by the discharge temperature detector to open the decompressor. A depressurizer opening degree operating device for operating the degree.
[0011]
The refrigeration cycle apparatus according to the present invention is characterized in that an evaporating temperature detector for detecting the temperature of the heat absorber, and the number of rotations of the compressor is operated in accordance with the evaporating temperature detected by the evaporating temperature detector. And a compression function force controller for adjusting the pressure.
[0012]
The refrigeration cycle device according to the present invention according to claim 4, wherein a compressor frost controller that controls the number of rotations of the compressor according to the evaporation temperature detected by the evaporation temperature detector to prevent the heat absorber from freezing, The compressor further includes a compressor rotation speed controller that switches between the compression function force controller and the compressor frost controller according to the evaporation temperature detected by the evaporation temperature detector to control the rotation speed of the compressor. It is characterized by the following.
[0013]
6. The refrigeration cycle apparatus according to claim 5, wherein the pressure-reducing device minimum input controller determines a pressure-reducing device opening degree that is predetermined according to the rotation speed of the compressor only when it is determined that the refrigeration cycle is not stable. It is characterized by the following.
[0014]
7. The method of controlling a refrigeration cycle apparatus according to claim 6, wherein the refrigeration cycle apparatus uses carbon dioxide as a refrigerant and connects at least a compressor, a radiator, a decompressor, and a heat absorber in a ring shape. The opening degree of the pressure reducer is controlled so that the current is minimized.
[0015]
The control method of the refrigeration cycle device according to claim 7, wherein the input current increases when the opening of the pressure reducer is expanded, or when the opening of the pressure reducer is reduced, the input current is reduced. In the case of a decrease, the opening degree of the pressure reducer is reduced, and the input current increases when the opening degree of the pressure reducer is reduced, or when the opening degree of the pressure reducer is increased. When the input current decreases, the opening of the pressure reducer is increased.
[0016]
9. The control method for a refrigeration cycle apparatus according to claim 8, wherein at least a compressor, a radiator, a decompressor, and a heat absorber are connected in a ring using carbon dioxide as a refrigerant, and the input of the compressor is controlled. The opening degree of the pressure reducer is controlled so that the current is minimized and the discharge temperature of the compressor is not higher than a predetermined discharge temperature.
[0017]
The control method for a refrigeration cycle device according to claim 9, wherein the refrigeration cycle device uses carbon dioxide as a refrigerant and connects at least a compressor, a radiator, a decompressor, and a heat sink in an annular manner. The opening degree of the pressure reducer is controlled so that the current is minimized and the discharge temperature of the compressor is not higher than a predetermined discharge temperature, and according to the evaporation temperature of the heat absorber. Thus, the number of rotations of the compressor is controlled.
[0018]
The control method of the refrigeration cycle apparatus according to claim 10 performs control such that the opening degree of the pressure reducer is determined in advance according to the rotation speed of the compressor only when it is determined that the refrigeration cycle is not stable. It is characterized by the following.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The refrigeration cycle apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a pressure reducer minimum input controller that determines the opening of the pressure reducer so that the input current of the compressor is minimized. According to the present embodiment, even when the rotational speed of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes, it is possible to realize an efficient operation of the refrigeration cycle apparatus in which the input of the compressor is actually minimized.
[0020]
A refrigeration cycle apparatus according to a second embodiment of the present invention includes a discharge temperature detector that detects a discharge temperature of a compressor, and a discharge pressure that is controlled by operating an opening degree of a pressure reducer according to the discharge temperature detected by the discharge temperature detector. A decompressor that adjusts the temperature. A depressurizer that controls the opening degree of the decompressor by switching between the discharge temperature controller and the decompressor minimum input controller according to the discharge temperature detected by the discharge temperature detector. And a device opening operation device. According to the present embodiment, the discharger is operated by switching or merging the pressure reducer opening determined by the pressure reducer discharge temperature controller and the pressure reducer minimum input controller by the pressure reducer opening degree controller, and operating the pressure reducer. Even if the temperature goes out of the allowable usage range of the compressor and the compressor speed changes and the compressor efficiency changes without significantly impairing the reliability of the compressor, the input of the compressor is actually minimized. Thus, efficient operation of the refrigeration cycle device can be realized.
[0021]
The refrigeration cycle apparatus according to the third embodiment of the present invention has an evaporating temperature detector for detecting the temperature of a heat absorber, and operates the rotational speed of the compressor in accordance with the evaporating temperature detected by the evaporating temperature detector to increase the capacity. A compression function force controller for adjusting. According to the present embodiment, while operating the compressor according to the capacity requested by the user or the like by the compression function force controller, even if the rotation speed of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes. In addition, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is minimized at the actually required constant capacity, that is, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the COP is maximized, can be realized.
[0022]
A refrigeration cycle apparatus according to a fourth embodiment of the present invention includes a compressor frost controller that controls the number of rotations of the compressor in accordance with the evaporation temperature detected by the evaporation temperature detector to prevent the heat absorber from freezing, The compressor further includes a compressor rotation speed controller that switches between a compression function force controller and a compressor frost controller according to the evaporation temperature detected by the temperature detector to control the rotation speed of the compressor. By operating the compressor by switching or fusing the compressor rotation speed determined by the compressor frost controller and the compression function force controller by the rotation speed controller, it is possible to prevent the heat sink from freezing, While operating the compressor according to the required capacity from the above, even if the compressor speed changes and the efficiency of the compressor changes, the compressor input is minimized at the actually required constant capacity. Refrigeration cycle equipment Operation, i.e., COP can be realized operation of the refrigeration cycle apparatus becomes maximum.
[0023]
In the refrigeration cycle apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, only when it is determined that the refrigeration cycle is not stable, the decompressor minimum input controller is determined in advance according to the rotation speed of the compressor. Depressurizer opening is assumed. According to the present embodiment, when the refrigeration cycle is not stable, there is no fear that the opening degree of the decompressor changes drastically and it takes a long time for the refrigeration cycle to stabilize. A refrigeration cycle device that can improve the overall efficiency and minimize the compressor input at the actually required constant capacity even if the compressor speed changes due to a change in the number of revolutions of the compressor. The operation, that is, the operation of the refrigeration cycle device that maximizes the COP can be realized.
[0024]
In the control method of the refrigeration cycle device according to the sixth embodiment of the present invention, the opening of the pressure reducer is determined so that the input current of the compressor is minimized. According to the present embodiment, even when the rotational speed of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes, it is possible to realize an efficient operation of the refrigeration cycle apparatus in which the input of the compressor is actually minimized.
[0025]
The control method of the refrigeration cycle device according to the seventh embodiment of the present invention is to finally determine the opening degree of the pressure reducer based on the input currents of the pressure reducer and the compressor. According to the present embodiment, an efficient operation of the refrigeration cycle apparatus in which the input of the compressor is minimized can be realized.
[0026]
The refrigeration cycle apparatus according to the eighth embodiment of the present invention determines the opening of the pressure reducer based on the input current of the compressor and the discharge temperature of the compressor. According to the present embodiment, even if the discharge temperature deviates from the allowable use range of the compressor and the compressor speed changes and the compressor efficiency changes without significantly impairing the reliability of the compressor, An efficient operation of the refrigeration cycle apparatus in which the input of the compressor is actually minimized can be realized.
[0027]
The refrigeration cycle apparatus according to the ninth embodiment of the present invention is configured such that the input current of the compressor is minimized, and that the discharge temperature of the compressor is not higher than a predetermined discharge temperature. The opening degree of the decompressor is controlled, and the number of revolutions of the compressor is controlled according to the evaporation temperature of the heat absorber. According to the present embodiment, while preventing freezing of the heat absorber, while operating the compressor according to the capability requested by the user or the like, the number of revolutions of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes. However, it is possible to realize the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is minimum at the actually required constant capacity, that is, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the COP is maximum.
[0028]
In the refrigeration cycle apparatus according to the tenth embodiment of the present invention, only when it is determined that the refrigeration cycle is not stable, the opening degree of the pressure reducer is determined in advance according to the rotation speed of the compressor. According to the present embodiment, when the refrigeration cycle is not stable, there is no fear that the opening degree of the decompressor changes drastically and it takes a long time for the refrigeration cycle to stabilize. A refrigeration cycle device that can improve the overall efficiency and minimize the compressor input at the actually required constant capacity even if the compressor speed changes due to a change in the number of revolutions of the compressor. The operation, that is, the operation of the refrigeration cycle device that maximizes the COP can be realized.
[0029]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
(Example 1)
FIG. 1 is a configuration diagram schematically illustrating a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention. The refrigeration cycle apparatus of FIG. 1 uses CO2 as a refrigerant, and uses a compressor 11, a radiator 12, an internal heat exchanger 13 configured to exchange heat between a low-pressure channel 13a and a high-pressure channel 13b, and a decompressor. 14 and a heat absorber 15 as basic components. The low pressure side flow path 13a of the internal heat exchanger 13 is such that the refrigerant flows between the heat absorber 15 and the suction of the compressor 11, and the high pressure side flow path 13b is that the refrigerant between the radiator 12 and the pressure reducer 14 flows. It is configured. Further, reference numeral 21 denotes a current detector for detecting an input current applied to the motor of the compressor 11, and reference numeral 22 denotes an opening of the decompressor 14 at which the compressor input is minimized based on the input current detected by the current detector 21. Is a decompressor minimum input controller for controlling the pressure.
[0031]
The operation of the refrigeration cycle device will be described. In the drawings, solid arrows indicate the flow direction of the refrigerant. The CO2 refrigerant compressed by the compressor 11 enters a high-temperature and high-pressure state and is introduced into the radiator 12. In the radiator 12, since the CO2 refrigerant is in a supercritical state, it does not enter a gas-liquid two-phase state but radiates heat to an external fluid such as air or water. Thereafter, the CO2 refrigerant is further cooled in the high-pressure side channel 13b of the internal heat exchanger 13. Further, the pressure is reduced in the pressure reducer 14, the gas is in a low-pressure two-phase state, and is introduced into the heat absorber 15. In the heat absorber 15, the external fluid such as air or water is cooled, and the CO2 refrigerant absorbs heat. Thereafter, the gas enters the gas state in the low-pressure side channel 13 a of the internal heat exchanger 13 and is sucked into the compressor 11 again. By repeating such a cycle, the radiator 12 can perform a heating action by heat radiation, for example, heating or water heating, and the heat absorber 15 can perform a cooling action by heat absorption, for example, cooling or dehumidification.
[0032]
Next, the pressure reducer minimum input controller 22 will be described. A method of calculating the pressure reducer opening (number of pulses) in the pressure reducer minimum input controller 22 (hereinafter, referred to as minimum input control) will be described with reference to the flowchart of FIG. First, as an initial setting, the number of repetitions n is set to 0, and a predetermined initial value S0 (for example, set to the minimum opening of the pressure reducer) of the pressure reducer opening is set to the pressure reducer openings Sn and Sn + 1. Sets an initial value I0 of a predetermined current detection value (for example, to a maximum current value allowed by the system) (step 101). Next, the repetition number is updated by adding 1 to the repetition number n (step 102), the input current applied to the motor of the compressor 11 is detected by the current detector 21, and the value is set as the current detection value In. (Step 103). The n-th current detection value In is compared with the (n-1) -th current detection value In-1 (step 104). If the n-th current detection value In is larger than the (n-1) -th current detection value In-1 Further, the decompressor opening Sn-1 determined at the (n-1) -th time is compared with the depressurizer opening Sn determined at the n-th time (step 105). If the opening degree is larger than Sn-1, the value obtained by subtracting a predetermined decompressor opening degree ΔS (for example, set to the minimum variable pulse number of the decompressor) from the nth decompressor opening degree Sn is calculated as the (n + 1) th decompression step. The vessel opening Sn + 1 is set (step 106). Alternatively, if the pressure reducer opening Sn is smaller than the pressure reducer opening Sn-1, a value obtained by adding a predetermined pressure reducer opening ΔS to the nth pressure reducer opening Sn is used as the (n + 1) th pressure reducer opening. The degree is set to Sn + 1 (step 107). On the other hand, in (Step 104), when the n-th current detection value In is smaller than the (n-1) -th current detection value In-1, the depressurizer opening Sn-1 determined at the (n-1) -th time is further determined. Is compared with the pressure reducer opening Sn determined at the n-th time (step 108). If the pressure reducer opening Sn is larger than the pressure reducer opening Sn-1, the n-th pressure reducer opening Sn is set in advance. The value obtained by adding the determined pressure reducer opening ΔS is set as the (n + 1) th pressure reducer opening Sn + 1 (step 109). Alternatively, when the pressure reducer opening Sn-1 is smaller than the pressure reducer opening Sn, a value obtained by subtracting a predetermined pressure reducer opening ΔS from the nth pressure reducer opening Sn is used as the (n + 1) th pressure reducer opening. The degree is set to Sn + 1 (step 110). The above operations are repeated at regular time intervals. Although ΔS has been described as a predetermined constant value, it may be given as a value (function) that changes depending on the deviation of the pressure reducer opening Sn + 1 or Sn. Further, the current detection value In may be an average current detection value for a certain period of time, for example, 10 seconds.
[0033]
In the minimum input control described above, in step 104, the value of the input current detected by the current detector 21 is larger than the current value detected last time, and in step 105, the current pressure reducer opening degree was previously determined. If it is larger than the pressure reducer opening, it is determined in step 106 that the next pressure reducer opening is smaller than the current pressure reducer opening, and in step 104, the current value detected by the current detector 21 is set to the previous value. If the current depressurizer opening is larger than the detected current value and the current depressurizer opening is smaller than the previously determined depressor opening in step 105, the next depressor opening in step 107 is changed to the current depressor opening. Determined to be greater than degrees. Alternatively, when the current value detected by the current detector 21 is smaller than the current value detected last time in step 104, and in step 108, the current decompressor opening is larger than the previously determined depressor opening. In step 109, the next depressurizer opening is determined to be larger than the current depressurizer opening, and the current value detected by the current detector 21 in step 104 is smaller than the current value detected last time. If, in step 108, the current pressure reducer opening is smaller than the previously determined pressure reducer opening, in step 110, the next pressure reducer opening is determined to be smaller than the current pressure reducer opening. I do.
[0034]
That is, the pressure reducer minimum input controller 22 performs the depressurization when the input current increases when the pressure reducer opening is increased, or when the input current decreases when the pressure reducer opening is reduced. If the input current increases when the opening of the pressure reducer is reduced and the opening of the pressure reducer is reduced, or if the input current decreases when the opening of the pressure reducing By expanding, the decompressor opening degree can be adjusted so that the current value always becomes small. That is, since the applied voltage at the same compressor frequency is almost constant, the compressor input which is the product of the applied voltage and the current is almost proportional to the current value. Can be controlled to minimize the compressor input.
[0035]
By repeating the above operation at regular time intervals, even if the opening degree of the pressure reducer is controlled so that the theoretical COP (Coefficient of Performance) is maximized, the rotational speed of the compressor changes and the compressor speed is reduced. The problem that the efficiency of the entire refrigeration cycle device is reduced due to the change in efficiency can be solved, and the operation of the refrigeration cycle device in which the compressor input is actually minimized can be realized.
[0036]
In this embodiment, the input current applied to the compressor motor is detected by the current detection sensor as a means for detecting the compressor input. However, the compressor input may be detected by other means. . Further, not only the current value applied to the compressor but also the voltage value may be detected to improve the prediction accuracy of the compressor input.
[0037]
Further, the internal heat exchanger 13 is not an essential component and can be omitted.
[0038]
(Example 2)
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a refrigeration cycle apparatus according to the embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 3, reference numeral 23 denotes a discharge temperature detector for detecting the discharge temperature of the compressor 11, and reference numeral 24 denotes a pressure reduction for controlling the opening degree of the pressure reducer 14 so that the discharge temperature detected by the discharge temperature detector 23 becomes a set temperature. The discharge temperature controller 25 switches or combines the outputs of the pressure reducer discharge temperature controller 24 and the pressure reducer minimum input controller 22 according to the discharge temperature detected by the discharge temperature detector 23 to open the pressure reducer 14. It is a pressure reducing device opening operation device that operates the degree.
[0039]
In this embodiment, the pressure reducer 14 is appropriately operated by the pressure reducer opening degree operating device 25 based on the pressure reducer opening degree determined by the pressure reducer discharge temperature controller 24 and the pressure reducer minimum input controller 22.
[0040]
Since the minimum input control in the pressure reducer minimum input controller 22 has been described in the first embodiment, the description is omitted, and the method of calculating the pressure reducer opening degree (number of pulses) in the pressure reducer discharge temperature controller 24 (hereinafter, discharge temperature control) Will be described. The discharge temperature control is performed such that when the temperature detected by the discharge temperature detector 23 is higher than a predetermined discharge temperature set value, the next decompressor opening is larger than the current depressor opening. If the discharge temperature is lower than a predetermined discharge temperature set value, the refrigerating cycle is controlled by operating the next decompressor opening to be smaller than the current depressor opening.
[0041]
Further, the operation of the pressure reducer 14 in the pressure reducer opening degree operation device 25 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, a comparison is made between the temperature detected by the discharge temperature detector 23 and a first discharge temperature threshold Td1 (for example, set based on the upper limit of the allowable use range of the compressor 11) (Step 201), and the temperature is set to the first discharge temperature. If the temperature is higher than the temperature threshold Td1, the ejection temperature membership value is set to 0 (step 202). If the temperature is lower than the first ejection temperature threshold Td1, the second ejection temperature threshold is lower than the first ejection temperature threshold Td1. Td2 (for example, set based on the upper limit of the normal use range of the compressor 11) is compared with the temperature detected by the discharge temperature detector 23 (Step 203), and when the temperature is higher than the second discharge temperature threshold Td2. Is set to a discharge temperature membership value that changes monotonously and continuously in a range from 0 to 1 according to the temperature (step 204). If the temperature is lower than the second discharge temperature threshold Td2, the discharge temperature is set. Setting the membership value to 1 (step 205).
[0042]
Thereafter, the product of the opening degree of the pressure reducer 14 and the discharge temperature membership value by the pressure reducer minimum input controller 22 that performs the minimum input control, and the pressure reducer 14 by the pressure reducer discharge temperature controller 24 that performs the discharge temperature control. The opening of the pressure reducer 14 is determined as the sum of the product of the opening and the value obtained by subtracting the discharge temperature membership value from 1, and the opening of the pressure reducer 14 is operated (step 206).
[0043]
That is, when it is determined in step 201 that the temperature Td detected by the discharge temperature detector 23 is higher than the first discharge temperature threshold Td1, the discharge temperature is out of the allowable use range of the compressor 11, and Since the reliability is significantly impaired, in Step 206, the opening degree of the decompressor by the decompressor discharge temperature controller 24 is given the highest priority, the high pressure is reduced by increasing the opening degree of the decompressor 14, and the discharge temperature is reduced. Lower.
[0044]
When the temperature Td detected by the discharge temperature detector 23 is determined to be lower than the first discharge temperature threshold Td1 in Step 201 and is determined to be higher than the second discharge temperature threshold Td2 in Step 203, the discharge temperature is determined. Since it is within the allowable use range of the compressor 11 but outside the normal use range and is not very desirable from the viewpoint of the reliability of the compressor 11, in Step 206, the pressure reducing device 14 is controlled by the pressure reducing device discharge temperature controller 24. Since the opening degree and the opening degree of the decompressor 14 by the decompressor minimum input controller 22 are mixed to operate the decompressor 14, the compressor input is controlled while keeping the discharge temperature within the normal use range of the compressor 14. The decompressor opening is determined to be the minimum.
[0045]
When the temperature Td detected by the discharge temperature detector 23 is determined to be lower than the first discharge temperature threshold Td1 in Step 201 and is determined to be lower than the second discharge temperature threshold Td2 in Step 203, the discharge temperature is determined. Since it is within the normal use range of the compressor 11 and there is no problem with the reliability of the compressor 11, in step 206, the decompressor opening degree by the decompressor minimum input controller 22 is given the highest priority, and the compressor input Is determined so that is minimized.
[0046]
Note that the upper limit of the allowable use range of the compressor refers to the temperature of the upper limit of use including abnormal operation of the compressor limited by the material (particularly, resin material) used in the compressor. The upper limit of the normal use range is a temperature to be set as the upper limit during normal operation of the compressor, and is usually set to a temperature lower by 20 to 30 K than the upper limit of the allowable use range. By repeating the above operations at regular time intervals, even if the opening degree of the pressure reducer is controlled so that the theoretical COP becomes maximum, the rotational speed of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes. In addition, the problem that the efficiency of the entire refrigeration cycle apparatus is reduced can be solved, and the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is actually minimized can be realized. At the same time, by operating or operating the pressure reducer 14 by switching or fusing the pressure reducer opening determined by the pressure reducer discharge temperature controller 24 and the pressure reducer minimum input controller 22 by the pressure reducer opening degree controller 25. The operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is actually minimized can be realized without significantly deteriorating the reliability of the compressor 11 because the temperature deviates from the allowable use range of the compressor 11.
[0047]
Note that the discharge temperature detector 23 may directly detect the temperature of the compressor 11 or the discharge pipe, or may detect and estimate a part of the state of the refrigeration cycle.
[0048]
(Example 3)
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 5, reference numeral 31 denotes an evaporation temperature detector for detecting a refrigerant evaporation temperature in the heat absorber 15; The compressor frost controller 33 controls the number of revolutions of the compressor 11 so that the temperature does not become lower than a first set temperature predetermined so as to reach a temperature of 33 ° C. A compression force controller for controlling the number of revolutions of the compressor 11 so as to attain a predetermined second set temperature in accordance with the capacity required from the above, etc., a compressor frost controller 32 and a compression function force controller A compressor rotation speed controller that switches or fuses the output of 33 according to the evaporation temperature detected by the evaporation temperature detector 31 to control the rotation speed of the compressor 11.
[0049]
In the present embodiment, the compressor 11 is controlled by the compressor speed controller 34 so that the compressor 11 operates based on the decompressor opening degree determined by the decompressor discharge temperature controller 24 and the decompressor minimum input controller 22. Thereby, the pressure reducer 14 is appropriately operated.
[0050]
A method for operating the compressor 11 and the pressure reducer 14 by the compressor speed controller 34 and the pressure reducer opening degree controller 25 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0051]
First, the operation of the compressor 11 will be described. The temperature detected by the evaporating temperature detector 31 is compared with a first evaporating temperature threshold Te1 (for example, set based on the evaporating temperature at which the heat absorber 15 freezes) (step 301), and the temperature is set to the first evaporating temperature threshold. If the temperature is lower than Te1, the evaporating temperature membership value is set to 0 (step 302). If the temperature is higher than the first evaporating temperature threshold Te1, the second evaporating temperature threshold Te2 ( For example, the temperature is set to a temperature slightly higher than the evaporation temperature at which the heat absorber 15 freezes) and the temperature detected by the evaporation temperature detector 31 is compared (step 303), and when the temperature is lower than the second evaporation temperature threshold Te2. Sets the evaporation temperature membership value that changes monotonously and continuously in the range from 0 to 1 according to the temperature (step 304). If the temperature is higher than the second evaporation temperature threshold Te2, the evaporation temperature is set. Setting the temperature membership value to 1 (step 305).
[0052]
Then, the evaporation temperature membership value is subtracted from the product of the rotation speed of the compressor 11 and the evaporation temperature membership value by the compression function force controller 33 and the rotation speed of the compressor 11 by the compressor frost controller 32 and 1. The compressor 11 is operated by determining the compressor rotation speed as the sum of the product amount and the sum (step 306).
[0053]
That is, when it is determined in step 301 that the temperature detected by the evaporating temperature detector 31 is lower than the first evaporating temperature threshold Te1, the evaporating temperature is low and the heat absorber 15 may be frozen. In 306, the compressor rotation speed by the compressor frost controller 32 is given top priority, and the rotation speed of the compressor 11 is reduced to increase the evaporation temperature so as to reach the first set temperature. When the temperature detected by the evaporating temperature detector 31 is determined to be higher than the first evaporating temperature threshold Te1 in step 301 and higher than the second evaporating temperature threshold Te2 in step 303, the evaporating temperature is determined by the heat absorber. In step 306, since the compressor 15 is in a state where there is no risk of freezing, the compressor speed by the compression function force controller 33 is given the highest priority, and a predetermined value for supplying the capability requested by the user or the like is provided. The number of rotations of the compressor is determined so as to become the evaporation temperature (second set temperature). That is, when the evaporating temperature detected by the evaporating temperature detector 31 is higher than the second set temperature, it is determined that the capacity is insufficient, and the compressor rotation speed is determined in the increasing direction by the compression function force controller 33, Increase the amount of refrigerant circulation. Conversely, when the evaporation temperature detected by the evaporation temperature detector 31 is lower than the second set temperature, it is determined that the capacity is excessive, and the compressor rotation speed is determined in the decreasing direction by the compression function force controller 33, and the refrigerant is Reduce the amount of circulation. When the temperature detected by the evaporating temperature detector 31 is determined to be higher than the first evaporating temperature threshold Te1 in Step 301 and lower than the second evaporating temperature threshold Te2 in Step 303, the evaporating temperature is low and the heat absorption is low. There is no possibility that the compressor 15 will be frozen immediately, but it is not so preferable. In step 306, the compressor rotation speed by the compressor frost controller 32 and the compressor rotation speed by the compression function force controller 33 are determined. By operating the compressor 11 with mixing, it is possible to realize an operation in which the evaporation temperature is adjusted to a capacity required by a user or the like while preventing the heat absorber 15 from freezing.
[0054]
Further, in the present embodiment, the pressure reducer 14 is appropriately operated by the pressure reducer opening degree operating device 25 based on the pressure reducer opening degree determined by the pressure reducer discharge temperature controller 24 and the pressure reducer minimum input controller 22. .
[0055]
The operation of the pressure reducer 14 by the pressure reducer opening degree operating device 25 is the same as the operation described in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted. However, by repeating such a series of operations at regular time intervals, the theoretical Even if the degree of opening of the pressure reducer is controlled so that the COP becomes maximum, the efficiency of the compressor changes due to the change in the number of revolutions of the compressor, and the efficiency of the entire refrigeration cycle apparatus decreases. Can be eliminated. Therefore, while the compressor is operated in accordance with the capacity requested by the user or the like by the compressor rotation speed controller 34, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is minimized at the actually requested constant capacity. That is, the operation of the refrigeration cycle device that maximizes the COP can be realized. At the same time, by operating or operating the compressor 11 by switching or fusing the rotation speed of the compressor 11 determined by the compressor frost controller 32 and the compression function force controller 33 by the compressor rotation speed controller 34. The operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is minimized at the actually required constant capacity, that is, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the COP is maximized, can be realized while preventing freezing of the vessel 15.
[0056]
When the heat absorber 25 is a water-cooled heat exchanger or the like and there is no possibility that the heat absorber 25 is frozen, the compressor frost controller 32 is omitted, and the compressor frost controller It is also possible to omit the part related to 32. Further, the discharge temperature detector 23 and the evaporating temperature detector 31 may directly detect the temperature of the compressor 11 or the heat exchanger, or may detect the ambient temperature or the blown air temperature of the compressor 21 or the heat exchanger. Indirectly, the discharge temperature, the radiator outlet temperature, and the evaporation temperature may be detected. Further, in the present embodiment, the change of the refrigerant circulation amount by the operation of the compressor 21 has been described as being performed by the rotation speed of the compressor 11, but other means for changing the refrigerant circulation amount by the compressor 11, for example, reciprocating, It may be carried out by increasing or decreasing the stroke amount of the piston of the type compressor.
[0057]
(Example 4)
An outline of a refrigeration cycle apparatus according to another embodiment of the present invention will be described. The operation at the time of steady operation of the present embodiment is the same as the operation described in the above-described embodiment, and therefore the description is omitted. In this embodiment, when it is determined that the refrigeration cycle is not stable, for example, when the compressor 11 is started, the depressurizer opening in the depressurizer minimum input controller 22 described in the above embodiment is performed for a certain period of time. A method using a predetermined table, for example, a decompressor opening determined according to the rotation speed of the compressor 11 as shown in (Table 1) without performing the minimum input control to determine the degree (number of pulses). It is.
[0058]
[Table 1]
[0059]
According to the present embodiment, when the change of the input current detected by the current detector 21 is not uniform, for example, when the refrigeration cycle is not stable such as when the compressor 11 is started, during the fixed time, Although the decompressor opening degree (number of pulses) determined by the decompressor minimum input controller 22 is not the depressor opening degree which becomes the minimum input, it takes a long time to stabilize the refrigeration cycle due to an excessively large change in the depressor opening degree. Since the problem that it takes time can be solved, the efficiency of the entire refrigeration cycle apparatus can be improved as a result.
[0060]
If it is determined that the refrigeration cycle is stable, the compressor rotation speed controller 34 operates the compressor according to the capacity requested by the user or the like as described in the above embodiment. In addition, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the compressor input is minimized at the actually required constant capacity, that is, the operation of the refrigeration cycle apparatus in which the COP is maximum can be realized.
[0061]
The criteria for judging that the refrigerating cycle is not stable include the elapsed time since the start of the compressor, the change rate of the temperature detected by the discharge temperature detector 23 and the evaporation temperature detector 31, the current detection It may be determined from the change rate of the input current detected by the detector 21.
[0062]
【The invention's effect】
As is clear from the description of the above embodiment, according to the present invention, even when the rotational speed of the compressor changes and the efficiency of the compressor changes, an efficient refrigeration cycle in which the input of the compressor is actually minimized. The operation of the device can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a refrigeration cycle apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of calculating a pressure reducer opening according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a refrigeration cycle apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of a pressure reducer according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a refrigeration cycle apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of a refrigeration cycle apparatus according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Compressor
12 radiator
13 Internal heat exchanger
14 Pressure reducer
15 Heat absorber
21 Current detector
22 Reducer minimum input controller
23 Discharge temperature detector
24 Discharger discharge temperature controller
25 Decompressor opening controller
31 Evaporation temperature detector
32 Compressor frost controller
33 Compression function force controller
34 Compressor speed controller
