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JP6038402B2 - Vapor compression refrigeration cycle - Google Patents

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JP6038402B2 JP2016518654A JP2016518654A JP6038402B2 JP 6038402 B2 JP6038402 B2 JP 6038402B2 JP 2016518654 A JP2016518654 A JP 2016518654A JP 2016518654 A JP2016518654 A JP 2016518654A JP 6038402 B2 JP6038402 B2 JP 6038402B2
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Description

本発明は、低GWP冷媒であるHFO―1234yF,HFO―1234zeなどのHFO冷媒を用いた中間インジェクション方式の冷凍サイクルに関し、特にその運転効率の向上に関する。   The present invention relates to an intermediate injection type refrigeration cycle using HFO refrigerants such as HFO-1234yF and HFO-1234ze, which are low GWP refrigerants, and particularly to improvement of the operation efficiency thereof.

従来、例えば、給湯機や空調機に用いられてきた特定フロンの使用は、オゾン層の破壊や地球温暖化を進展させる懸念があり規制の対象となっている。欧州では、F―gas規制などから低GWP冷媒への転換が進められている。このような背景から、今後は、既存のHFC等の冷媒からHFO冷媒へ転換されることが予想される。
しかし、このHFO冷媒は従来のHFC冷媒と比較して、圧縮機出口での冷媒が低密度、低潜熱量、低吐出温度になってしまうという難点がある。このため、この冷媒を給湯・加熱用途に用いる場合にCOPが低下する、すなわち、運転効率の低下が生じていた。
Conventionally, for example, the use of specific chlorofluorocarbons that have been used in water heaters and air conditioners has been subject to regulations due to concerns about the destruction of the ozone layer and global warming. In Europe, conversion to low GWP refrigerant is being promoted due to F-gas regulations. From such a background, it is expected that the existing refrigerant such as HFC will be converted to an HFO refrigerant in the future.
However, this HFO refrigerant has a disadvantage that the refrigerant at the compressor outlet has a low density, a low latent heat amount, and a low discharge temperature as compared with the conventional HFC refrigerant. For this reason, when this refrigerant is used for hot water supply and heating, the COP is reduced, that is, the operation efficiency is reduced.

ところで、この冷凍サイクル運転効率の効率化については、その一手法として中間インジェクション方式による冷媒効率の向上が行われているが、それによる本冷凍サイクルにおける中間インジェクション回路による成績係数COP(Coefficient of Performance)の改善は、圧縮機の効率の改善とサイクル効率の改善とにより実現される。一般的に、このサイクル効率を改善するには、冷媒温度を上昇させる。冷媒温度を上昇させると、ガスクーラ側での冷媒循環量が増加して暖房能力とCOPとが向上する。これを実現する具体的な手法の1つとして、例えば、圧縮機の側面に予め中間インジェクションポート入口を設けておき、この部分から加熱ガス状態となった冷媒を注入することが考えられる。   By the way, about the efficiency improvement of this refrigerating cycle operation, the refrigerant | coolant efficiency is improved by the intermediate injection system as one method, but the coefficient of performance COP (Coefficient of Performance) by the intermediate injection circuit in this main refrigeration cycle by it is performed. This improvement is realized by improving the efficiency of the compressor and improving the cycle efficiency. Generally, to improve this cycle efficiency, the refrigerant temperature is raised. When the refrigerant temperature is raised, the refrigerant circulation amount on the gas cooler side is increased and the heating capacity and the COP are improved. As one specific method for realizing this, for example, an intermediate injection port inlet may be provided in advance on the side surface of the compressor, and a refrigerant in a heated gas state may be injected from this portion.

この中間インジェクション方式に関し、圧縮機の中間インジェクションポートにおける冷媒の吸入SH(ス―パ―ヒ―ト:過熱度)と、圧縮機出口での冷媒の吐出温度との関係は図12に示されるようであり、これを見ると、圧縮機の中間インジェクションポートにおける吸入SHが増加するに従い、圧縮機出口での冷媒の吐出温度、ひいては冷凍サイクルの成績係数COPが向上していることが確認できる。   Regarding this intermediate injection system, the relationship between the refrigerant suction SH (superheat: superheat degree) at the intermediate injection port of the compressor and the refrigerant discharge temperature at the compressor outlet is shown in FIG. From this, it can be confirmed that as the suction SH at the intermediate injection port of the compressor increases, the refrigerant discharge temperature at the compressor outlet, and consequently the coefficient of performance COP of the refrigeration cycle, improve.

この種の従来例としては特許文献1に示されるものがあり、
その従来の蒸気圧縮式冷凍サイクルの概要については、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮行程の中間部分に冷媒通過口となるインジェクションポートを有する圧縮機、四方弁、熱源側絞り装置、熱源側熱交換器、負荷側絞り装置及び負荷側熱交換器とから構成され、冷媒が循環するようにそれらを環状に接続されている。
(特許文献1参照)
As this type of conventional example, there is one shown in Patent Document 1,
As for the outline of the conventional vapor compression refrigeration cycle, a compressor having an injection port serving as a refrigerant passage in the middle part of the compression stroke for compressing and discharging the sucked refrigerant, a four-way valve, a heat source side expansion device, a heat source side It comprises a heat exchanger, a load side expansion device, and a load side heat exchanger, which are connected in an annular shape so that the refrigerant circulates.
(See Patent Document 1)

上記の特許文献1の蒸気圧縮式冷凍サイクルの構成を以下実施の形態1の図1を用いて説明する。この構成は基本的には、上記特許文献1と特定構成部品(受液器4)を除き、実質的に同様で、この第1図を従来技術の構成の説明にも適宜用いることとする。   The configuration of the vapor compression refrigeration cycle disclosed in Patent Document 1 will be described below with reference to FIG. This configuration is basically the same except for the above-mentioned Patent Document 1 and specific components (liquid receiver 4), and FIG. 1 will be used as appropriate in the description of the configuration of the prior art.

この上記の蒸気圧縮式冷凍サイクルは、新冷媒としてHFOを圧縮機1内部に加熱冷媒を注入する中間インジェクションポート16を有する蒸気圧縮式冷凍サイクル100であって、圧縮機1と、高温側の熱交換器である凝縮器3と、第2の膨張装置である膨張弁8と、低温側の熱交換器である蒸発器7とを冷媒配管で接続して構成される冷凍サイクルと、この冷凍サイクルを制御する制御装置18とで構成される蒸気圧縮式冷凍サイクルであり、上記圧縮機1、凝縮器3、膨張弁8、蒸発器7は、冷媒を循環させる冷媒配管で相互に接続されている。   This vapor compression refrigeration cycle is a vapor compression refrigeration cycle 100 having an intermediate injection port 16 for injecting HFO as a new refrigerant into the compressor 1, and the compressor 1 and the heat on the high temperature side. A refrigeration cycle constructed by connecting a condenser 3 as an exchanger, an expansion valve 8 as a second expansion device, and an evaporator 7 as a low-temperature heat exchanger with refrigerant piping, and this refrigeration cycle The compressor 1, the condenser 3, the expansion valve 8, and the evaporator 7 are connected to each other by a refrigerant pipe for circulating the refrigerant. .

また、第11図のP―H線図(圧力−比エンタルピー線図)を用いて、上記特許文献1による蒸気圧縮式冷凍サイクルの動作を説明する。このP―H線図では、縦軸が冷媒の圧力P、横軸が冷媒の比エンタルピーHを示しており、図11には、飽和液線と飽和蒸気線とからなる飽和曲線(C)と、P―H線(L)とが描かれている。   The operation of the vapor compression refrigeration cycle according to Patent Document 1 will be described with reference to the PH diagram (pressure-specific enthalpy diagram) in FIG. In this PH diagram, the vertical axis indicates the refrigerant pressure P and the horizontal axis indicates the specific enthalpy H of the refrigerant. FIG. 11 shows a saturation curve (C) composed of a saturated liquid line and a saturated vapor line. , And a PH line (L).

まず、上記特許文献1に対応したP―H線(L)の概形を述べると、その概要は、上辺が下辺よりも長い略不等脚台形の部分(前者)と、その不等脚台形の部分に内包されるように右肩上がりの部分に接した平行四辺形部分(後者)との2つの図形が合成されたものである。
以下、前者は、直線p―dは上辺、直線d―eは短脚辺、直線e―fは下辺(下辺<上辺)、直線f―pは長脚辺から構成されている。後者は、直線a―pは上辺、直線p―iは右辺、直線i―jは下辺、直線j―aは左辺から構成されている。なお、bとcとは、重なっており同じ点であるので、b,cと表示してある。
First, the outline of the PH line (L) corresponding to the above-mentioned Patent Document 1 will be described. The outline is a substantially unequal leg trapezoidal part (the former) whose upper side is longer than the lower side, and its unequal leg trapezoid. The two figures are combined with the parallelogram part (the latter) in contact with the upwardly rising part so as to be included in the part.
In the former, the straight line pd is composed of the upper side, the straight line de is composed of the short leg side, the straight line ef is composed of the lower side (lower side <upper side), and the straight line fp is composed of the long leg side. In the latter, the straight line ap is composed of the upper side, the straight line pi is composed of the right side, the straight line ij is composed of the lower side, and the straight line ja is composed of the left side. Since b and c overlap and are the same point, b and c are displayed.

また、上記略不等脚台形の内側に記載された一点鎖線の部分は、中間インジェクションに相当する。この一点鎖線の部分は、直線d―eに平行な直線b―gと、直線e―fに平行な直線g―hとから構成されている。また、i,jは、この直線g―hの延長線上に位置している。   Moreover, the part of the dashed-dotted line described inside the substantially unequal leg trapezoid corresponds to the intermediate injection. The portion of the alternate long and short dash line is composed of a straight line b-g parallel to the straight line de and a straight line gh parallel to the straight line ef. Further, i and j are located on an extension line of the straight line gh.

ここで、図11中に位置しているaからjまでのそれぞれは、図1中の冷凍サイクルのaからjまでのそれぞれに対応している。図1において、aからjのそれぞれは冷凍サイクルの構成上の位置を示しているが、図11において、aからjはそれら位置に相当する冷媒の状態を示す。   Here, each of a to j located in FIG. 11 corresponds to each of a to j of the refrigeration cycle in FIG. In FIG. 1, each of a to j indicates a position on the configuration of the refrigeration cycle. In FIG. 11, a to j indicate the state of the refrigerant corresponding to these positions.

第11図中、aは圧縮機1の出口に対応する冷媒の状態を示し、圧力がPa,比エンタルピーがHaである。   In FIG. 11, a indicates the state of the refrigerant corresponding to the outlet of the compressor 1, where the pressure is Pa and the specific enthalpy is Ha.

aからbに至るまでの期間中においては、状態aが実線に沿って横軸に平行な左方向に位置する状態bに移行する。これは冷媒が凝縮器3を通過する際に、ガス状態から液体状態に凝縮することにより、この冷媒は熱を放出し、エンタルピーを減少することに対応している。状態b(c)では、状態aと比較して、圧力Pbが不変で圧力がPb(Pc)=Pa,比エンタルピーがHb(Hc)へと減少している。
cは、第2の膨張装置8の入口を流れる冷媒の状態を示し、cは、bと同じ位置にプロットされている。ここで、図11のP―H線図において、bとcとが同じ位置にプロットされているのは、図1に示す構成で冷媒配管中を流れる冷媒の位置は異なるが、図11に示すP―H線図上での冷媒の状態(圧力、比エントロピー)は同じためである。
During the period from a to b, the state a shifts to a state b located in the left direction parallel to the horizontal axis along the solid line. This corresponds to the fact that when the refrigerant passes through the condenser 3, it condenses from the gas state to the liquid state, thereby releasing the heat and reducing the enthalpy. In the state b (c), compared with the state a, the pressure Pb is unchanged, the pressure is Pb (Pc) = Pa, and the specific enthalpy is reduced to Hb (Hc).
c shows the state of the refrigerant flowing through the inlet of the second expansion device 8, and c is plotted at the same position as b. Here, in the PH diagram of FIG. 11, b and c are plotted at the same position, although the position of the refrigerant flowing in the refrigerant pipe is different in the configuration shown in FIG. 1, but shown in FIG. This is because the state of the refrigerant (pressure, specific entropy) on the PH diagram is the same.

cからdに至るまでの期間中においては、状態cが実線に沿って横軸に平行な左方向に位置する状態dに移行する。これは冷媒が内部熱交換器5を通過する際に、蒸発器7へ接続される主冷媒配管と、インジェクションポート16へ接続される副冷媒配管(後述する)とが相互に熱交換する。すなわち、主冷媒配管が熱を放出し、副冷媒配管が熱を吸収する。この主冷媒配管を流れる冷媒はそのエンタルピーを減少することに対応している。状態dでは、状態cと比較して、圧力Pdが不変でPd=Pc,比エンタルピーがHdへと減少している。   During the period from c to d, the state c shifts to a state d located in the left direction parallel to the horizontal axis along the solid line. This is because when the refrigerant passes through the internal heat exchanger 5, the main refrigerant pipe connected to the evaporator 7 and the sub refrigerant pipe (described later) connected to the injection port 16 exchange heat with each other. That is, the main refrigerant pipe releases heat and the sub refrigerant pipe absorbs heat. The refrigerant flowing through the main refrigerant pipe corresponds to reducing its enthalpy. In the state d, as compared with the state c, the pressure Pd remains unchanged, Pd = Pc, and the specific enthalpy decreases to Hd.

dからeに至るまでの期間中においては、状態dが実線に沿って縦軸に平行な下方向に位置する状態eに移行する。これは冷媒が第1の膨張装置6を通過する際に、冷媒が膨張することにより、圧力が低下することに対応している。状態eでは、状態dと比較して、比エンタルピーが不変でHe=Hd,圧力がPeへと減少している。   During the period from d to e, the state d shifts to a state e located in a downward direction parallel to the vertical axis along the solid line. This corresponds to the fact that the refrigerant expands when the refrigerant passes through the first expansion device 6, thereby reducing the pressure. In the state e, as compared with the state d, the specific enthalpy is unchanged, He = Hd, and the pressure is reduced to Pe.

eからfに至るまでの期間中においては、状態eが実線に沿って横軸に平行な右方向に位置する状態fに移行する。これは冷媒が蒸発器7を通過する際に、液体状態からガス状態に凝縮することにより熱を吸収し、この冷媒はエンタルピーを増加することに対応している。状態fでは、状態eと比較して、圧力Pfが不変でPf=Pe,比エンタルピーがHfへと増加している。   During the period from e to f, the state e shifts to a state f located in the right direction parallel to the horizontal axis along the solid line. This corresponds to the fact that when the refrigerant passes through the evaporator 7, it absorbs heat by condensing from the liquid state to the gas state, and this refrigerant increases the enthalpy. In the state f, as compared with the state e, the pressure Pf is unchanged, Pf = Pe, and the specific enthalpy increases to Hf.

fからiに至るまでの期間中においては、状態fが右肩上がりの直線状の実線に沿って右上方向に位置する状態iに移行する。これは圧縮機1が圧縮機1の内部において冷媒を中間圧力にまで凝縮することにより、この冷媒は圧力及びエンタルピーを増加することに対応している。状態iでは、圧力PfがPiへ増加するとともに、比エンタルピーHfがHiへと増加している。   During the period from f to i, the state f shifts to a state i positioned in the upper right direction along a straight solid line that rises to the right. This corresponds to the refrigerant 1 increasing its pressure and enthalpy by condensing the refrigerant to an intermediate pressure inside the compressor 1. In the state i, the pressure Pf increases to Pi, and the specific enthalpy Hf increases to Hi.

同様に、中間インジェクションに対応するb(c)からgに至るまでの期間中においては、状態b(c)が一点鎖線に沿って縦軸に平行な下方向に位置する状態gに移行する。これは冷媒が第2の膨張装置8を通過する際に、冷媒が膨張することにより、圧力が低下することに対応している。状態gでは、状態cと比較して、比エンタルピーが不変でHg=Hc,圧力がPgへと減少している。   Similarly, during a period from b (c) to g corresponding to the intermediate injection, the state b (c) shifts to a state g positioned in the downward direction parallel to the vertical axis along the alternate long and short dash line. This corresponds to the fact that when the refrigerant passes through the second expansion device 8, the pressure expands due to the refrigerant expanding. In the state g, as compared with the state c, the specific enthalpy is unchanged, Hg = Hc, and the pressure is reduced to Pg.

gからhに至るまでの期間中においては、状態gが一点鎖線に沿って横軸に平行な右方向に位置する状態hに移行する。これは冷媒が内部熱交換器5を通過する際に、冷媒が熱交換により熱を吸収し、この冷媒はそのエンタルピーを増加することに対応している。状態hでは、状態gと比較して、圧力Phが不変でPh=Pg,比エンタルピーがHhへと増加している。ここで、hは飽和曲線(C)線上、あるいはC線の内側にある。   During the period from g to h, the state g shifts to a state h located in the right direction parallel to the horizontal axis along the alternate long and short dash line. This corresponds to the fact that when the refrigerant passes through the internal heat exchanger 5, the refrigerant absorbs heat by heat exchange, and this refrigerant increases its enthalpy. In the state h, as compared with the state g, the pressure Ph remains unchanged, Ph = Pg, and the specific enthalpy increases to Hh. Here, h is on the saturation curve (C) line or inside the C line.

h,iからjに至るまでの期間中においては、h,i、jは同一直線上にあって、状態hが状態jに向かって一点鎖線に沿って横軸に平行な右方向に動き、これとは逆に、iがjに向かって一点鎖線に沿って横軸に平行な左方向に位置する状態jに移行する。これは、主冷媒配管経由で供給された冷媒と、副冷媒配管経由で供給された冷媒と、の2系統の冷媒が圧縮機1の内部で混合されて熱平均された結果、トータルとしての冷媒のエンタルピーが平均化されることに対応している。状態jでは、状態iと比較して、圧力Pjが不変でPj=Ph=Piであり、比エンタルピーHjはHhとHiとの平均値である。   During the period from h, i to j, h, i, j are on the same straight line, and the state h moves toward the state j in the right direction along the alternate long and short dash line, On the contrary, the state moves to a state j where i is located in the left direction parallel to the horizontal axis along the one-dot chain line toward j. This is because the refrigerant of the two systems, the refrigerant supplied via the main refrigerant pipe and the refrigerant supplied via the sub refrigerant pipe, are mixed inside the compressor 1 and subjected to heat averaging, resulting in a total refrigerant. This corresponds to the enthalpy of being averaged. In the state j, as compared with the state i, the pressure Pj is unchanged and Pj = Ph = Pi, and the specific enthalpy Hj is an average value of Hh and Hi.

jからaに至るまでの期間中においては、状態jが右肩上がりの直線状の実線に沿って右上方向に位置する状態aに移行する。圧縮機1がその内部において冷媒を中圧力から高圧力にまで圧縮することにより、この冷媒は圧力及びエンタルピーを増加する。状態aでは、圧力PjがPaへ増加するとともに、比エンタルピーHjがHaへと増加する。   During the period from j to a, the state j shifts to a state a located in the upper right direction along a straight solid line rising upward. As the compressor 1 compresses the refrigerant from medium pressure to high pressure, the refrigerant increases pressure and enthalpy. In the state a, the pressure Pj increases to Pa, and the specific enthalpy Hj increases to Ha.

これで、圧力がPa,比エンタルピーがHaの状態となり、冷媒が、圧縮機1の出口を流れる元の冷媒の状態aにまで戻って、1サイクルが終了する。
なお、以上の説明から明らかなように、上記P―H線(L)図中にはfからiに至るまでの期間の第1の圧縮工程と、jからaに至るまでの期間の第2の圧縮工程の二つの圧縮工程が存在し、それら二つの圧縮工程にともに共通して該当する部分は、単に圧縮工程という。
Thus, the pressure is Pa and the specific enthalpy is Ha, the refrigerant returns to the original refrigerant state a flowing through the outlet of the compressor 1, and one cycle is completed.
As is clear from the above description, in the PH line (L) diagram, the first compression step in the period from f to i and the second in the period from j to a are shown. There are two compression processes of the compression process, and a portion corresponding to both of the two compression processes is simply referred to as a compression process.

特開2013―15264号公報(0014段落、第1図)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-15264 (paragraph 0014, FIG. 1)

しかし、図11に示した従来の中間インジェクション方式では、インジェクションポート16から注入される冷媒に吸入SHを充分に与えられていない。すなわち、図11において、hは飽和蒸気線の曲線上にあり、jは飽和蒸気線の少し右側にあり、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルに関するP―H線図の圧縮以工程の左側にある。このため、P―H線図のうち、圧縮工程に相当する部分が、P―H線図上で適正な位置に存在していない。すなわち、これは、制御装置18が、圧縮機1の内部で冷媒に吸入SHを充分に与えておらず、jが飽和蒸気線よりも右側に位置するように膨張弁8を制御できていない。   However, in the conventional intermediate injection system shown in FIG. 11, the suction SH is not sufficiently given to the refrigerant injected from the injection port 16. That is, in FIG. 11, h is on the curve of the saturated vapor line, j is slightly on the right side of the saturated vapor line, and is on the left side of the compression process in the PH diagram for the vapor compression refrigeration cycle. For this reason, the portion corresponding to the compression process in the PH diagram does not exist at an appropriate position on the PH diagram. That is, this is because the control device 18 does not sufficiently give the intake SH to the refrigerant inside the compressor 1 and the expansion valve 8 cannot be controlled so that j is located on the right side of the saturated vapor line.

このため、高温側の熱交換器である凝縮器3から発生する熱を利用して2次側での循環水温度を所定の温度(例えば60℃)にまで加熱上昇させる必要がある等、給湯用に熱を得るためには、この従来のインジェクション方式による運転では、自ずから限界があった。   For this reason, it is necessary to heat up the circulating water temperature on the secondary side to a predetermined temperature (for example, 60 ° C.) using the heat generated from the condenser 3 which is a high-temperature side heat exchanger. In order to obtain heat for operation, there is a limit in the operation by this conventional injection method.

このように、従来のHFCに代替して、新冷媒としてHFO冷媒を用いた冷凍サイクルにおいては、圧縮機の出口における吐出温度が大きく低下してしまうため、その給湯能力に自ずから限界があり、従来の提案に従ってインジェクション量を決定しても、中間インジェクションによる性能改善効果と信頼性向上効果とが十分には得られない。   Thus, instead of the conventional HFC, in the refrigeration cycle using the HFO refrigerant as a new refrigerant, the discharge temperature at the outlet of the compressor is greatly reduced, so there is a limit to its hot water supply capacity naturally, Even if the injection amount is determined according to the above proposal, the performance improvement effect and the reliability improvement effect due to the intermediate injection cannot be sufficiently obtained.

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、圧縮機出口側での吐出温度が低くなる傾向があるHFO冷媒を用いた場合にも、冷媒の吐出温度の低下を防止して、高効率な給湯・加温用冷凍サイクルを得るものである。   The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and even when using an HFO refrigerant that tends to lower the discharge temperature on the compressor outlet side, the refrigerant discharge temperature is prevented from lowering, A highly efficient hot water supply / heating refrigeration cycle is obtained.

本発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルは、
冷媒としてHFOを使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
上記蒸気圧縮式冷凍サイクルは、
上記蒸気圧縮式冷凍サイクル内を循環する冷媒を注入するためのインジェクションポートが設けられた圧縮機と、
このインジェクションポートに近接された圧力及び温度を計測する圧力センサ及び温度センサと、
上記冷媒を圧縮膨張させるように開閉する動作を行う膨張装置と、
上記圧力センサ及び温度センサで得られた圧力及び温度に基づいて、前記膨張装置の開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルに関するP―H線図のうち、圧縮工程に相当する部分が、飽和液線と飽和蒸気線とからなる飽和曲線の外側に位置するとともに、臨界圧力よりも下側に位置し、かつ、飽和蒸気線よりも高エンタルピー領域側に位置し、主冷媒配管経由で供給された冷媒と、上記インジェクションポートへ接続される副冷媒配管経由で供給された冷媒と、の2系統の冷媒が上記圧縮機内部で混合されて熱平均された状態が、上記圧縮機が上記圧縮機内部において冷媒を中間圧力にまで圧縮する状態よりも高エンタルピー領域側に位置するように、前記膨張装置を制御するものである。
The vapor compression refrigeration cycle of the present invention is
A vapor compression refrigeration cycle using HFO as a refrigerant,
The vapor compression refrigeration cycle is
A compressor provided with an injection port for injecting refrigerant circulating in the vapor compression refrigeration cycle;
A pressure sensor and a temperature sensor for measuring the pressure and temperature close to the injection port;
An expansion device that opens and closes the refrigerant so as to compress and expand;
A control device for controlling the opening degree of the expansion device based on the pressure and temperature obtained by the pressure sensor and the temperature sensor,
In the control device, the portion corresponding to the compression step in the PH diagram relating to the vapor compression refrigeration cycle is located outside the saturation curve composed of the saturated liquid line and the saturated vapor line, and from the critical pressure. Is located on the lower enthalpy region side than the saturated vapor line and is supplied via the main refrigerant pipe, and is supplied via the sub refrigerant pipe connected to the injection port. The state in which the two refrigerants are mixed and heat averaged in the compressor is positioned on the higher enthalpy region side than the state in which the compressor compresses the refrigerant to an intermediate pressure inside the compressor. to, and controls the expansion device.

発明に係る蒸気圧縮式冷凍サイクルは、中間インジェクション方式の圧縮機内にインジェクションされた冷媒の温度を圧縮機内部で適正な過熱状態に保ち、HFO冷媒を用いた場合であっても圧縮機の内部に注入することにより引き起こされる圧縮機の出口における吐出温度の低下の防止、ひいては冷凍サイクルの運転効率(COP)を改善することができる。   The vapor compression refrigeration cycle according to the invention keeps the temperature of the refrigerant injected into the intermediate injection compressor in an appropriate overheated state inside the compressor, and even when using the HFO refrigerant, It is possible to prevent the discharge temperature from being lowered at the outlet of the compressor caused by the injection, and to improve the operating efficiency (COP) of the refrigeration cycle.

本発明の実施の形態1を示す蒸気圧縮式冷凍サイクル100の回路図である。1 is a circuit diagram of a vapor compression refrigeration cycle 100 showing Embodiment 1 of the present invention. 実施の形態1に係る、冷媒の状態を示すP―H線図である。FIG. 3 is a PH diagram illustrating a state of a refrigerant according to the first embodiment. 中間インジェクションポート16に加熱冷媒を供給した場合の、吐出温度上昇のイメージを表したP―H線図である。FIG. 6 is a PH diagram showing an image of an increase in discharge temperature when heating refrigerant is supplied to the intermediate injection port 16. 実施の形態1に係る、第2の膨張装置8の開度制御フロー図である。It is an opening degree control flowchart of the 2nd expansion device 8 concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る、送風式熱交換器10を用いた場合の蒸気圧縮式冷凍サイクル200の回路図である。It is a circuit diagram of the vapor | steam compression refrigerating cycle 200 at the time of using the ventilation type heat exchanger 10 based on Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る、信号の流れの概要を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an outline of a signal flow according to the second embodiment. 実施の形態2の変形例に係る、制御盤の排熱を用いた場合の蒸気圧縮式冷凍サイクル300の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of a vapor compression refrigeration cycle 300 when exhaust heat from a control panel is used according to a modification of the second embodiment. 実施の形態3に係る、圧縮機1の排熱を利用した場合の蒸気圧縮式冷凍サイクル400の回路図である。6 is a circuit diagram of a vapor compression refrigeration cycle 400 when exhaust heat of the compressor 1 is used according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係る、信号の流れの概要を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating an outline of a signal flow according to a third embodiment. 実施の形態4に係る、受液器4内のガス冷媒インジェクションを利用する場合の蒸気圧縮式冷凍サイクル500の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a vapor compression refrigeration cycle 500 when using gas refrigerant injection in a liquid receiver 4 according to a fourth embodiment. 従来のインジェクション回路9に係る、冷媒の状態を示すP―H線図である。It is a PH diagram which shows the state of the refrigerant | coolant which concerns on the conventional injection circuit 9. FIG. 中間インジェクションポート16における吸入SHと成績係数COPの関係を示したものである。The relationship between inhalation SH and the coefficient of performance COP in the intermediate injection port 16 is shown.

実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る、蒸気圧縮式冷凍サイクル100の全体を示している。以下、一例として、家庭用の給湯機や、ビル用の給湯機として設置される給湯用冷凍サイクルとして説明する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an entire vapor compression refrigeration cycle 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, as an example, a hot water supply refrigeration cycle installed as a home water heater or a building water heater will be described.

具体的詳細な構成を説明するに先立ち、まず、蒸気圧縮式冷凍サイクル100とそれを構成する主要回路について述べる。   Prior to describing a specific detailed configuration, first, the vapor compression refrigeration cycle 100 and main circuits constituting it will be described.

以下、実施の形態1について第1図に基づいて、具体的に述べる。
蒸気圧縮式冷凍サイクル100は、冷媒を圧縮する圧縮機1と、冷媒の流れ方向を変更する四方弁2と、凝縮器3と、高圧液冷媒を溜める高圧容器である受液器4と、熱交換する内部熱交換器5と、蒸発器7と、冷媒を膨張する第1の膨張装置6及び第2の膨張装置8と、インジェクションポート16から注入する冷媒を加熱するインジェクション回路9と、から構成されている。
また、インジェクションポート16の入口近傍には、冷媒の圧力及び温度を計測する圧力センサ13及び温度センサ14が設けられており、更に上記第2の膨張装置8の開度を制御する制御装置18が設けられている。そして、この制御装置18は上記圧力センサ13及び、温度センサ14で得られた冷媒の情報をもとに、第2の膨張装置8の開度を制御する機能を有する。
Hereinafter, the first embodiment will be specifically described with reference to FIG.
The vapor compression refrigeration cycle 100 includes a compressor 1 that compresses a refrigerant, a four-way valve 2 that changes the flow direction of the refrigerant, a condenser 3, a liquid receiver 4 that is a high-pressure container that stores high-pressure liquid refrigerant, An internal heat exchanger 5 to be exchanged, an evaporator 7, a first expansion device 6 and a second expansion device 8 for expanding the refrigerant, and an injection circuit 9 for heating the refrigerant injected from the injection port 16 Has been.
Further, a pressure sensor 13 and a temperature sensor 14 for measuring the pressure and temperature of the refrigerant are provided in the vicinity of the inlet of the injection port 16, and a control device 18 for controlling the opening degree of the second expansion device 8 is further provided. Is provided. The control device 18 has a function of controlling the opening degree of the second expansion device 8 based on the refrigerant information obtained by the pressure sensor 13 and the temperature sensor 14.

受液器4は、凝縮器3の出力側と第2の膨張装置8の入力側とを接続する配管の途中経路に設置されており、この受液器4に溜められた気液2相流状態の冷媒が、後述する主冷媒配管の途中から分岐されている。そして、この受液器4に溜められた気液2相流状態の冷媒のうち、一方が第2の膨張装置8を介して内部熱交換器5の上側の入口、他方が内部熱交換器5の下側の入口に流入する。   The liquid receiver 4 is installed in the middle path of the pipe connecting the output side of the condenser 3 and the input side of the second expansion device 8, and the gas-liquid two-phase flow stored in the liquid receiver 4 The refrigerant in the state is branched from the middle of the main refrigerant pipe described later. Of the refrigerant in the gas-liquid two-phase flow state stored in the liquid receiver 4, one is the upper inlet of the internal heat exchanger 5 through the second expansion device 8, and the other is the internal heat exchanger 5. Flows into the lower entrance.

内部熱交換器5は、内部において、受液器4と膨張装置6とを結ぶ主冷媒配管と、第2の膨張装置8を介して受液器4と膨張装置6とを結ぶ副冷媒配管と、の2系統の冷媒配管が近接するように並べられており、この主冷媒配管を流れる冷媒とこの副冷媒配管を流れる冷媒との間で互いに熱交換が行われる。この結果、主冷媒配管から副冷媒配管へは熱が放出され、副冷媒配管から主冷媒配管へは熱が吸収されて、主冷媒配管を流れる冷媒の温度は低下し、副冷媒配管を流れる冷媒の温度は上昇する。   The internal heat exchanger 5 includes, inside, a main refrigerant pipe connecting the liquid receiver 4 and the expansion device 6, and a sub refrigerant pipe connecting the liquid receiver 4 and the expansion device 6 via the second expansion device 8. These two refrigerant pipes are arranged close to each other, and heat exchange is performed between the refrigerant flowing through the main refrigerant pipe and the refrigerant flowing through the sub refrigerant pipe. As a result, heat is released from the main refrigerant pipe to the sub refrigerant pipe, heat is absorbed from the sub refrigerant pipe to the main refrigerant pipe, the temperature of the refrigerant flowing through the main refrigerant pipe decreases, and the refrigerant flowing through the sub refrigerant pipe Temperature rises.

第1の膨張装置6及び、第2の膨張装置8は、それぞれ主冷媒配管及び、副冷媒配管において冷媒を圧縮膨張させるよう膨張弁が使用される。インジェクション回路9は、この副冷媒配管を含みインジェクションポート16から圧縮機1内部へ注入される冷媒を加熱する。   The first expansion device 6 and the second expansion device 8 use expansion valves so as to compress and expand the refrigerant in the main refrigerant pipe and the sub refrigerant pipe, respectively. The injection circuit 9 heats the refrigerant that is injected into the compressor 1 from the injection port 16 including the sub refrigerant pipe.

インジェクションポート16は、加熱ガス状態となった冷媒を圧縮機1内部へ注入するために圧縮機1の側面に形成されている。また、圧力センサ13及び、温度センサ14は、インジェクションポート16に近接して設置され、冷媒の圧力及び、温度を計測している。また、内部熱交換器5の入口にも温度センサ17が設置されている。さらに、外気温度センサ15は凝縮器3の近傍に配置されており、この凝縮器3近傍での空気温度を計測している。   The injection port 16 is formed on the side surface of the compressor 1 in order to inject the refrigerant in a heated gas state into the compressor 1. Further, the pressure sensor 13 and the temperature sensor 14 are installed in the vicinity of the injection port 16 and measure the pressure and temperature of the refrigerant. A temperature sensor 17 is also installed at the inlet of the internal heat exchanger 5. Furthermore, the outside air temperature sensor 15 is disposed in the vicinity of the condenser 3 and measures the air temperature in the vicinity of the condenser 3.

そして、制御装置18は、通信線等を介して第2の膨張装置8に接続されており、圧力センサ13及び、温度センサ14で得られた冷媒の情報をもとに、第2の膨張装置8の開閉動作を制御する。例えば、制御装置18は、上記圧縮機インジェクションポートから注入される冷媒が、過熱度20℃以上の加熱蒸気で、かつ、圧縮機内部での高低圧比の0.35以上となるように、上記第2の膨張装置8の開度を制御する。   The control device 18 is connected to the second expansion device 8 via a communication line or the like, and based on the refrigerant information obtained by the pressure sensor 13 and the temperature sensor 14, the second expansion device. 8 is controlled. For example, the control device 18 is configured so that the refrigerant injected from the compressor injection port is heated steam having a superheat degree of 20 ° C. or higher and a high-low pressure ratio inside the compressor of 0.35 or higher. The opening degree of the second expansion device 8 is controlled.

なお、凝縮器3が高温側の熱交換器に対応しており、凝縮器3で得られた高熱は2次側での高温用の熱源として利用される。同様に、蒸発器7が低温側の熱交換器に対応しており、蒸発器7で得られた低熱は2次側での低温用の熱源として利用される。   The condenser 3 corresponds to a heat exchanger on the high temperature side, and the high heat obtained by the condenser 3 is used as a heat source for high temperature on the secondary side. Similarly, the evaporator 7 corresponds to a low-temperature heat exchanger, and the low heat obtained by the evaporator 7 is used as a low-temperature heat source on the secondary side.

まず、この実施例のP―H線(L)の概形を述べる。
本願発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの動作は後述されるが、その概要は図11に示された状態h,jが右側にシフトする点(高エンタルピー領域側にシフトしている)を除き、従来のP―H線図と同じであるので説明を省略し、従来との相違点を主体に図2で説明する。
First, an outline of the PH line (L) of this embodiment will be described.
The operation of the vapor compression refrigeration cycle of the present invention will be described later, but the outline thereof is conventional except that the states h and j shown in FIG. 11 are shifted to the right (shifted to the high enthalpy region side). The description is omitted because it is the same as the PH diagram of FIG. 2, and the differences from the prior art will be mainly described with reference to FIG.

第2図におけるP―H線(L)の概形は、上辺が下辺よりも長い略不等脚台形の部分(前者)と、その不等脚台形の部分の右肩上がりの部分に接した平行四辺形部分(後者)との2つの図形が合成されたものである点は同じであるが、後者は前者の外側にある点が異なる。
また、図2中に位置しているaからjまでのそれぞれ(冷媒の状態)が、図1中の冷凍サイクルのaからjまでのそれぞれ(冷凍サイクルの構成上の位置)に対応している点は同じであるが、本願発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの動作は図2に対応している点が異なる。
The approximate shape of the PH line (L) in FIG. 2 is in contact with a substantially uneven trapezoidal trapezoidal part (the former) whose upper side is longer than the lower side, and an upwardly shouldered part of the unequal legged trapezoidal part. The point that two figures with the parallelogram portion (the latter) are synthesized is the same, but the latter is different in that it is outside the former.
Also, each of a to j (refrigerant state) located in FIG. 2 corresponds to each of the refrigeration cycle a to j (position on the configuration of the refrigeration cycle) in FIG. Although the points are the same, the operation of the vapor compression refrigeration cycle of the present invention is different in that it corresponds to FIG.

本願発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルの動作期間を第一の期間(aからgに至るまでの期間)、第二の期間(gからhに至るまでの期間)、第三の期間(hからaに至るまでの期間)の3つの期間に区分けして考える。このうち、第一の期間と第三の期間は従来と同じである。ここでは、従来と異なる第二の期間(gからhに至るまでの期間)について、重点的に述べる。   The operation period of the vapor compression refrigeration cycle of the present invention is divided into a first period (a period from a to g), a second period (a period from g to h), and a third period (h to a It is divided into three periods). Of these, the first period and the third period are the same as in the prior art. Here, the second period (the period from g to h) different from the prior art will be described mainly.

gからhに至るまでの期間中においては、状態gが一点鎖線に沿って横軸に平行な右方向に位置する状態hに移行する。これは冷媒が内部熱交換器5を通過する際に、冷媒が熱交換により熱を吸収し、この冷媒はそのエンタルピーを増加することに対応している。状態hでは、状態gと比較して、圧力Phが不変でPh=Pg,比エンタルピーがHhへと増加していることに対応している。ここで、hは飽和曲線(C)線の外側にある。
すなわち、点gから点hに至るまでの期間中においては、状態gが一点鎖線に沿って横軸に平行な右方向に図11で説明したよりさらに大きく動いている。これは、冷媒が内部熱交換器5を通過する際に、冷媒が熱交換により図11で説明したよりも多くの熱を吸収していることを示しており、この熱を吸収した冷媒がこのインジェクションポート16から供給され、圧縮機1の内部の冷媒のエンタルピーがさらに増加している。
During the period from g to h, the state g shifts to a state h located in the right direction parallel to the horizontal axis along the alternate long and short dash line. This corresponds to the fact that when the refrigerant passes through the internal heat exchanger 5, the refrigerant absorbs heat by heat exchange, and this refrigerant increases its enthalpy. In the state h, as compared with the state g, this corresponds to the fact that the pressure Ph remains unchanged, Ph = Pg, and the specific enthalpy increases to Hh. Here, h is outside the saturation curve (C) line.
That is, during the period from the point g to the point h, the state g moves further along the alternate long and short dash line in the right direction parallel to the horizontal axis as described in FIG. This indicates that when the refrigerant passes through the internal heat exchanger 5, the refrigerant absorbs more heat than described in FIG. 11 by heat exchange, and the refrigerant that has absorbed this heat The enthalpy of the refrigerant supplied from the injection port 16 and inside the compressor 1 is further increased.

さらに、具体的に説明すると、先に第11図を用いて説明した従来のP―H線図よりも状態h,jが高エンタルピー領域側(右側)にシフトしている。即ち、本願発明実施の形態1では圧縮機1の内部で冷媒の比エンタルピーを増大していることがわかる。   More specifically, states h and j are shifted to the high enthalpy region side (right side) as compared with the conventional PH diagram previously described with reference to FIG. That is, it can be seen that the specific enthalpy of the refrigerant is increased in the compressor 1 in the first embodiment of the present invention.

以上のように、上記蒸気圧縮式冷凍サイクル100に関する第2図のP―H線図のうち、それら二つの圧縮工程に対応する部分が共に、以下の3条件を満足する領域に存在する。
条件1:飽和液線と飽和蒸気線とからなる飽和曲線(C)の外側に位置する。
条件2:臨界圧力よりも下側に位置する。(換言すれば、P―H線(L)上の状態h,jが状態a,pよりも下側にある)
条件3:飽和蒸気線よりも充分に高エンタルピー領域側に位置する。(換言すれば、P―H線(L)上の状態h,jが状態iよりも右側にある)
すなわち、これは、制御装置18が、圧縮機1の内部で冷媒に吸入SHを充分に与えて、点jが飽和蒸気線よりも右側に位置するように膨張弁8の開閉動作を制御していることに他ならない。
As described above, in the PH diagram of FIG. 2 relating to the vapor compression refrigeration cycle 100, the portions corresponding to these two compression steps are both present in the region satisfying the following three conditions.
Condition 1: It is located outside a saturation curve (C) composed of a saturated liquid line and a saturated vapor line.
Condition 2: Located below the critical pressure. (In other words, the states h and j on the PH line (L) are below the states a and p)
Condition 3: It is located on the high enthalpy region side sufficiently from the saturated vapor line. (In other words, the states h and j on the PH line (L) are on the right side of the state i)
That is, this is because the control device 18 controls the opening / closing operation of the expansion valve 8 so that the refrigerant SH is sufficiently provided with the suction SH inside the compressor 1 and the point j is located on the right side of the saturated vapor line. It is none other than being.

また、点aから点pに至る直線a―pの部分が、冷媒の吐き出し温度の上昇分ΔHを示している。(図3参照)。   Further, the portion of the straight line a-p from the point a to the point p indicates the increase ΔH in the refrigerant discharge temperature. (See FIG. 3).

蒸気圧縮式冷凍サイクル100における、第2の膨張装置8の開度制御による冷媒温度の調節は、図4に示す処理手順(以下ステップS1〜ステップS5)を実施することで実現される。図4を参照しながら説明する。   In the vapor compression refrigeration cycle 100, the adjustment of the refrigerant temperature by the opening degree control of the second expansion device 8 is realized by performing the processing procedure shown in FIG. 4 (hereinafter, step S1 to step S5). This will be described with reference to FIG.

蒸気圧縮式冷凍サイクル100の運転指令がONになると、外気温度センサ15は、凝縮器3近傍での空気温度を検出する。(ステップS1)。   When the operation command for the vapor compression refrigeration cycle 100 is turned ON, the outside air temperature sensor 15 detects the air temperature in the vicinity of the condenser 3. (Step S1).

制御装置18は、圧力センサ13から冷媒の圧力値を検出されるとともに、温度センサ15から冷媒の温度を取得する。この後、制御装置18は、圧力センサ13から得られた圧力値に基づき、その圧力における冷媒の飽和温度を算出する。(ステップS2)。   The control device 18 detects the pressure value of the refrigerant from the pressure sensor 13 and acquires the temperature of the refrigerant from the temperature sensor 15. Thereafter, the control device 18 calculates the saturation temperature of the refrigerant at the pressure based on the pressure value obtained from the pressure sensor 13. (Step S2).

上記ステップS2で冷媒の飽和温度の算出が完了すると、制御装置18はこの飽和温度と、内部熱交換器5の入口に設置された温度センサ17で得られた温度とを比較して冷媒の過熱度SHを算出する。(ステップS3)。ここで、過熱度SHは、内部熱交換器5の入口側での温度と、出口側での温度との温度差のことである。   When the calculation of the saturation temperature of the refrigerant is completed in step S2, the control device 18 compares the saturation temperature with the temperature obtained by the temperature sensor 17 installed at the inlet of the internal heat exchanger 5 to overheat the refrigerant. The degree SH is calculated. (Step S3). Here, the superheat degree SH is a temperature difference between the temperature on the inlet side of the internal heat exchanger 5 and the temperature on the outlet side.

次に、過熱度SHとあらかじめ設定された目標値である過熱度目標値SHsとを比較し、その比較結果に基づいて、制御装置18は第2の膨張装置8の開度を決定する。   Next, the superheat degree SH is compared with a superheat degree target value SHs that is a preset target value, and the control device 18 determines the opening degree of the second expansion device 8 based on the comparison result.

過熱度SHと過熱度目標値SHsとを比較した結果、過熱度目標値SHsが過熱度SHよりも大きい(過熱度目標値SHs>過熱度SH)場合は、第2の膨張装置8の開度を小さくするように制御し、過熱度目標値SHsが過熱度SHよりも小さい(過熱度目標値SHs<過熱度SH)場合は、第2の膨張装置8の開度を大きくするように制御する(ステップS4)。
ここで、ステップS4において、制御装置18が第2の膨張装置8の開度決定及びその決定結果を第2の膨張装置8に指示する。
As a result of comparing the superheat degree SH with the superheat degree target value SHs, when the superheat degree target value SHs is larger than the superheat degree SH (superheat degree target value SHs> superheat degree SH), the opening degree of the second expansion device 8 When the superheat degree target value SHs is smaller than the superheat degree SH (superheat degree target value SHs <superheat degree SH), the opening degree of the second expansion device 8 is controlled to be increased. (Step S4).
Here, in step S <b> 4, the control device 18 instructs the second expansion device 8 to determine the opening degree of the second expansion device 8 and the determination result.

上記ステップS4で、制御装置18は第2の膨張装置8の開度制御を実施した後、さらに、制御が必要かどうかを判断する。すなわち、蒸気圧縮式冷凍サイクル100の継続運転が必要であるかどうかを判断し、さらに継続運転が必要な場合は、YESへ進んでS1に戻り、継続運転が必要でない場合はNOへ進み、制御装置18による第2の膨張装置8の開度制御を終了する。(ステップS5)。
ここで、ステップS5は、第2の膨張装置8の開度を再度計算させるか、させないかを判断するステップである。
In step S4, the control device 18 further determines whether or not control is necessary after performing the opening degree control of the second expansion device 8. That is, it is determined whether or not the continuous operation of the vapor compression refrigeration cycle 100 is necessary. If further continuous operation is necessary, the process proceeds to YES and returns to S1. If the continuous operation is not necessary, the process proceeds to NO and control is performed. The opening control of the second expansion device 8 by the device 18 is finished. (Step S5).
Here, step S5 is a step of determining whether or not the opening degree of the second expansion device 8 is calculated again.

以降、上記ステップS1〜S5の処理を繰り返し実施する。   Thereafter, the processes in steps S1 to S5 are repeated.

実施の形態2.
この発明の実施の形態2を示す蒸気圧縮式冷凍サイクル200では、システム構成、P―H線図、及び、制御フローは基本的に実施の形態1と同じであるので省略し、実施の形態1との相違点を主体に図5で説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the vapor compression refrigeration cycle 200 showing the second embodiment of the present invention, the system configuration, the PH diagram, and the control flow are basically the same as those in the first embodiment, and are therefore omitted. 5 will be mainly described with reference to FIG.

本実施の形態2は、インジェクションポート16へ導入される副冷媒配管の近傍に、第2の加熱手段である送風式熱交換器10を新たに設置して、内部熱交換器5と送風式熱交換器10との2種類の加熱手段を用いてインジェクションポート16から圧縮機1内部へ注入する冷媒の加熱を実施する。   In the second embodiment, a blower heat exchanger 10 as a second heating means is newly installed in the vicinity of the auxiliary refrigerant pipe introduced into the injection port 16, and the internal heat exchanger 5 and the blower heat are installed. The refrigerant injected into the compressor 1 from the injection port 16 is heated using two types of heating means with the exchanger 10.

このため、インジェクションポート16へ導入される副冷媒配管を流れるHFO冷媒に過熱度SHを付加することが容易となり、実施の形態1と比較して、圧縮機出口側での吐出温度の低下を防止し、さらに高効率な給湯・加温用冷凍サイクルを実現できる。   For this reason, it becomes easy to add the superheat degree SH to the HFO refrigerant flowing through the auxiliary refrigerant pipe introduced into the injection port 16, and compared with the first embodiment, the discharge temperature on the outlet side of the compressor is prevented from being lowered. In addition, a more efficient hot water supply / heating refrigeration cycle can be realized.

さらに、本実施の形態2では、2種類の加熱手段を使用することに加え、第2の加熱手段である送風式熱交換器10にファンが付属しておりインバータにて回転数制御を行う。このため、熱交換器をコンパクトに設計しながら十分な熱交換量を得ることが可能で、所望の温度の過熱冷媒を圧縮機のインジェクションポート16から安定的に供給できる。本実施の形態2では、実施の形態1のP―H線図よりも状態h,jが高エンタルピー領域側(右側)にシフトする。   Further, in the second embodiment, in addition to using two types of heating means, a fan is attached to the blower heat exchanger 10 as the second heating means, and the rotation speed is controlled by an inverter. For this reason, it is possible to obtain a sufficient amount of heat exchange while designing the heat exchanger in a compact manner, and it is possible to stably supply superheated refrigerant at a desired temperature from the injection port 16 of the compressor. In the second embodiment, the states h and j are shifted to the high enthalpy region side (right side) as compared with the PH diagram of the first embodiment.

また、実施の形態2に係わる冷凍サイクルは、送風式熱交換器10の熱交換器面積を増加させることで、上記ファンの設置を省略することも可能である。   Further, in the refrigeration cycle according to the second embodiment, the fan installation can be omitted by increasing the heat exchanger area of the blower heat exchanger 10.

また、送風式熱交換器10に加えて制御盤の排熱を熱源として利用しても構わない(図7参照)。この場合、更なる過熱度SHを付加する効果が期待される。
なお、第6図に示されているように、制御装置18が、圧力センサ13及び、温度センサ14で検出された冷媒の検出値をもとに、第2の膨張装置8及び送風式熱交換器10を制御する際の制御信号の流れが示されている。
Further, the exhaust heat of the control panel may be used as a heat source in addition to the blower heat exchanger 10 (see FIG. 7). In this case, an effect of adding a further superheat degree SH is expected.
As shown in FIG. 6, the control device 18 uses the pressure sensor 13 and the temperature sensor 14 to detect the refrigerant value detected by the second expansion device 8 and the blower heat exchange. The flow of control signals when controlling the instrument 10 is shown.

実施の形態3.
この発明の実施の形態3を示す蒸気圧縮式冷凍サイクル300では、システム構成、P―H線図、及び、制御フローは基本的に実施の形態1と同じであるので省略し、実施の形態2との相違点を主体に図8で説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the vapor compression refrigeration cycle 300 showing the third embodiment of the present invention, the system configuration, the PH diagram, and the control flow are basically the same as those in the first embodiment, and are therefore omitted. 8 will be mainly described with reference to FIG.

本実施の形態3では、実施の形態2の送風式熱交換器10と同じ位置に第2の加熱手段である循環式熱交換器11が設けられており、置き換えられている。すなわち、インジェクションポート16へ導入される副冷媒配管の近傍に、圧縮機1の排熱を回収した液体(空気もしくはブライン)との間で熱交換を行う第2の加熱手段である循環式熱交換器11及びポンプ12を新たに設置して、内部熱交換器5と、循環式熱交換器11との2種類の加熱手段を用いてインジェクションポート16から圧縮機1内部へ注入する冷媒の加熱を実施する。   In the third embodiment, a circulating heat exchanger 11 as a second heating means is provided at the same position as the blower heat exchanger 10 of the second embodiment, and is replaced. In other words, in the vicinity of the sub refrigerant pipe introduced into the injection port 16, circulation heat exchange is a second heating means for exchanging heat with the liquid (air or brine) from which the exhaust heat of the compressor 1 is recovered. The heater 11 and the pump 12 are newly installed to heat the refrigerant injected into the compressor 1 from the injection port 16 using two types of heating means, that is, the internal heat exchanger 5 and the circulation heat exchanger 11. carry out.

ここで、循環式熱交換器11は、副冷媒配管の近傍に圧縮機1の排熱を回収した液体(空気もしくはブライン)を利用して、副冷媒配管を流れる冷媒の加熱をする。ポンプ12は、圧縮機1と循環式熱交換器11との間を接続する配管の途中に配置されており、圧縮機1の排熱を回収した液体(空気もしくはブライン)を循環させている。   Here, the circulation heat exchanger 11 heats the refrigerant flowing through the sub refrigerant pipe using the liquid (air or brine) recovered from the exhaust heat of the compressor 1 in the vicinity of the sub refrigerant pipe. The pump 12 is disposed in the middle of a pipe connecting the compressor 1 and the circulation heat exchanger 11, and circulates liquid (air or brine) recovered from the exhaust heat of the compressor 1.

このため、インジェクションポート16へ導入される副冷媒配管を流れるHFO冷媒に過熱度SHを付加することが容易となり、実施の形態1と比較して、圧縮機出口側での吐出温度の低下を防止し、さらに高効率な給湯・加温用冷凍サイクルを実現できる。本実施の形態3では、実施の形態1のP―H線図よりも状態h,jが高エンタルピー領域側(右側)にシフトする。   For this reason, it becomes easy to add the superheat degree SH to the HFO refrigerant flowing through the auxiliary refrigerant pipe introduced into the injection port 16, and compared with the first embodiment, the discharge temperature on the outlet side of the compressor is prevented from being lowered. In addition, a more efficient hot water supply / heating refrigeration cycle can be realized. In the third embodiment, the states h and j are shifted to the high enthalpy region side (right side) as compared with the PH diagram of the first embodiment.

なお、上記において、実施の形態3の変形例としてインジェクション回路9を圧縮機1に直接巻きつけて熱交換させることで、循環式熱交換器11及びポンプ12と、それに付随する(水もしくはブライン)からなる液体回路を省略することも出来る。ここで、実施の形態3の変形例は、液タイプの巻き付け型であるが、共に熱源が液タイプの加熱型であることに変わりはない。
なお、第9図に示されているように、制御装置18が、圧力センサ13及び、温度センサ14で検出された冷媒の検出値をもとに、第2の膨張装置8及び循環式熱交換器11、ポンプ12を制御する際の制御信号の流れが示されている。
In the above, as a modified example of the third embodiment, the injection circuit 9 is directly wound around the compressor 1 to perform heat exchange, whereby the circulation heat exchanger 11 and the pump 12 and the accompanying heat (water or brine) are attached. The liquid circuit consisting of can also be omitted. Here, the modification of the third embodiment is a liquid-type winding type, but the heat source is still a liquid-type heating type.
As shown in FIG. 9, the control device 18 uses the second expansion device 8 and the circulation heat exchange based on the detected values of the refrigerant detected by the pressure sensor 13 and the temperature sensor 14. The flow of control signals when controlling the vessel 11 and the pump 12 is shown.

実施の形態4.
この発明の実施の形態4を示す蒸気圧縮式冷凍サイクル500では、システム構成、P―H線図、及び、制御フローは基本的に実施の形態1と同じであるので省略し、実施の形態1との相違点を主体に図10で説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the vapor compression refrigeration cycle 500 showing the fourth embodiment of the present invention, the system configuration, the PH diagram, and the control flow are basically the same as those in the first embodiment, and are therefore omitted. 10 will be mainly described with reference to FIG.

実施の形態4は、受液器4内に溜められた気液2相流状態の冷媒のうち加熱蒸気となった気相状態のガス部分(気体冷媒)が、受液器4上部から第2の膨張装置8の入力側へ流れこむように、この気体冷媒用の出力経路を追加して、単一の加熱手段である内部熱交換器5内での熱交換効率を向上させる。   In the fourth embodiment, the gas portion (gas refrigerant) in the gas phase which has become the heating vapor among the refrigerant in the gas-liquid two-phase flow state stored in the receiver 4 is second from the upper portion of the receiver 4. This gas refrigerant output path is added so as to flow into the input side of the expansion device 8, thereby improving the heat exchange efficiency in the internal heat exchanger 5 as a single heating means.

実施の形態4の構成に関し、構成における実施の形態1乃至実施の形態3との違いは、受液器4上部にこの気体冷媒用の出力経路が新たに追加で設けられている点である。この冷媒配管の一端が受液器4上部の液面の近くに接し、他端が第2の膨張装置8の入力側と接続されている。そして、この受液器4に溜められた気液2相流状態の冷媒のうち、加熱蒸気となった気相状態のガス部分が、第2の膨張装置8の入力側へ流れこみ、第2の膨張装置8を介して内部熱交換器5の上側の入口へ流入し、液体部分が内部熱交換器5の下側の入口へ流入する。この後、内部熱交換器5の内部で、副冷媒配管を流れる冷媒と主冷媒配管を流れる冷媒との間で熱交換される。   Regarding the configuration of the fourth embodiment, the difference from the first to third embodiments in the configuration is that an additional output path for the gas refrigerant is additionally provided in the upper part of the liquid receiver 4. One end of the refrigerant pipe is in contact with the liquid surface near the upper part of the receiver 4, and the other end is connected to the input side of the second expansion device 8. Of the refrigerant in the gas-liquid two-phase flow state stored in the liquid receiver 4, the gas portion in the gas phase that has become heated steam flows into the input side of the second expansion device 8, and the second The liquid part flows into the lower inlet of the internal heat exchanger 5 through the expansion device 8. Thereafter, heat is exchanged between the refrigerant flowing through the sub refrigerant pipe and the refrigerant flowing through the main refrigerant pipe inside the internal heat exchanger 5.

このため、内部熱交換器5において、インジェクションポート16へ導入される副冷媒配管を流れるHFO冷媒に過熱度SHを付加することが容易となり、実施の形態1と比較して、圧縮機出口側での吐出温度の低下を防止し、さらに高効率な給湯・加温用冷凍サイクルを実現できる。本実施の形態4では、実施の形態1乃至実施の形態3のP―H線図よりも状態h,jが高エンタルピー領域側(右側)にシフトする。   For this reason, in the internal heat exchanger 5, it becomes easy to add the superheat degree SH to the HFO refrigerant flowing through the sub refrigerant pipe introduced into the injection port 16, and compared with the first embodiment, at the compressor outlet side. The discharge temperature can be prevented from decreasing, and a more efficient hot water supply / heating refrigeration cycle can be realized. In the fourth embodiment, the states h and j are shifted to the high enthalpy region side (right side) as compared with the PH diagrams of the first to third embodiments.

以上のように、本願発明では、吐出温度が低くなる傾向があるHFO冷媒を用いた場合にも、圧縮機に中間インジェクションする冷媒の温度を適正な過熱状態に保ち、圧縮機の出口における吐出温度の低下の防止、ひいては冷凍サイクルの運転効率(COP)の改善することができる。   As described above, in the present invention, even when an HFO refrigerant that tends to lower the discharge temperature is used, the temperature of the refrigerant that is intermediately injected into the compressor is maintained in an appropriate overheated state, and the discharge temperature at the outlet of the compressor. Can be prevented, and as a result, the operating efficiency (COP) of the refrigeration cycle can be improved.

ところで、上記説明では1台の凝縮器3と1台の蒸発器7とを接続した例を用いたが、複数台の凝縮器や、蒸発器が接続されても構わない。   By the way, although the example which connected one condenser 3 and one evaporator 7 was used in the above-mentioned explanation, a plurality of condensers and evaporators may be connected.

また、上記説明では、暖房運転を用いた例で説明したが、これを冷房運転に置き換えた場合でも同様の効果が得られるのは言うまでもない。なお、本システムは一例であって、本発明はこのシステム構成に限定するものではない。   In the above description, the example using the heating operation is described, but it goes without saying that the same effect can be obtained even when this is replaced with the cooling operation. This system is an example, and the present invention is not limited to this system configuration.

また、本願発明の蒸気圧縮式冷凍サイクルは、給湯利用分野のみならず、その他の分野に適用されても良い。   Further, the vapor compression refrigeration cycle of the present invention may be applied not only to the hot water supply utilization field but also to other fields.

この発明の主旨を逸脱しない範囲において、各実施例に開示された技術を適宜組み合わせても良いことは言うまでもない。   Needless to say, the techniques disclosed in the embodiments may be appropriately combined without departing from the gist of the present invention.

1 圧縮機、2 四方弁、3 凝縮器、4 受液器、5 内部熱交換器、6 第1の膨張装置、7 蒸発器、8 第2の膨張装置、9 インジェクション回路、10 送風式熱交換器、11 循環式熱交換器、12 ポンプ、13 圧力センサ、14 温度センサ、15 外気温度センサ、16 インジェクションポート、17 温度センサ、18 制御装置、100,200,300,400,500 蒸気圧縮式冷凍サイクル 1 compressor, 2 four-way valve, 3 condenser, 4 receiver, 5 internal heat exchanger, 6 first expansion device, 7 evaporator, 8 second expansion device, 9 injection circuit, 10 blower type heat exchange , 11 Circulating heat exchanger, 12 Pump, 13 Pressure sensor, 14 Temperature sensor, 15 Outside air temperature sensor, 16 Injection port, 17 Temperature sensor, 18 Controller, 100, 200, 300, 400, 500 Vapor compression refrigeration cycle

Claims (5)

冷媒としてHFOを使用する蒸気圧縮式冷凍サイクルであって、
上記蒸気圧縮式冷凍サイクルは、
上記蒸気圧縮式冷凍サイクル内を循環する冷媒を注入するためのインジェクションポートが設けられた圧縮機と、
このインジェクションポートに近接された圧力及び温度を計測する圧力センサ及び温度センサと、
上記冷媒を圧縮膨張させるように開閉する動作を行う膨張装置と、
上記圧力センサ及び温度センサで得られた圧力及び温度に基づいて、前記膨張装置の開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルに関するP―H線図のうち、圧縮工程に相当する部分が、飽和液線と飽和蒸気線とからなる飽和曲線の外側に位置するとともに、臨界圧力よりも下側に位置し、かつ、飽和蒸気線よりも高エンタルピー領域側に位置し、主冷媒配管経由で供給された冷媒と、上記インジェクションポートへ接続される副冷媒配管経由で供給された冷媒と、の2系統の冷媒が上記圧縮機内部で混合されて熱平均された状態が、上記圧縮機が上記圧縮機内部において冷媒を中間圧力にまで圧縮する状態よりも高エンタルピー領域側に位置するように、前記膨張装置を制御することを特徴とする蒸気圧縮式冷凍サイクル。
A vapor compression refrigeration cycle using HFO as a refrigerant,
The vapor compression refrigeration cycle is
A compressor provided with an injection port for injecting refrigerant circulating in the vapor compression refrigeration cycle;
A pressure sensor and a temperature sensor for measuring the pressure and temperature close to the injection port;
An expansion device that opens and closes the refrigerant so as to compress and expand;
A control device for controlling the opening degree of the expansion device based on the pressure and temperature obtained by the pressure sensor and the temperature sensor,
In the control device, the portion corresponding to the compression step in the PH diagram relating to the vapor compression refrigeration cycle is located outside the saturation curve composed of the saturated liquid line and the saturated vapor line, and from the critical pressure. Is located on the lower enthalpy region side than the saturated vapor line and is supplied via the main refrigerant pipe, and is supplied via the sub refrigerant pipe connected to the injection port. The state in which the two refrigerants are mixed and heat averaged in the compressor is positioned on the higher enthalpy region side than the state in which the compressor compresses the refrigerant to an intermediate pressure inside the compressor. And a vapor compression refrigeration cycle, wherein the expansion device is controlled.
上記インジェクションポートへ導入される冷媒配管の近傍に送風式熱交換器を備え、
この送風式熱交換器を用いて上記インジェクションポートから注入される冷媒を加熱することを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
A blower heat exchanger is provided in the vicinity of the refrigerant pipe introduced into the injection port,
The vapor compression refrigeration cycle according to claim 1, wherein the refrigerant injected from the injection port is heated using the blower heat exchanger.
上記インジェクションポートへ導入される冷媒配管の近傍に循環式熱交換器を備え、
この循環式熱交換器を用いて上記インジェクションポートから注入される冷媒を加熱することを特徴とする請求項1に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
A circulation heat exchanger is provided in the vicinity of the refrigerant pipe introduced into the injection port,
2. The vapor compression refrigeration cycle according to claim 1, wherein the refrigerant injected from the injection port is heated using the circulation heat exchanger.
前記膨張装置の入力側と接続する受液器を備え、
前記受液器に溜められた気液2相流状態の冷媒のうち、加熱蒸気となった気相状態のガス部分が前記膨張装置の入力側へ流れこむように、気体冷媒用の出力経路を追加したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
A liquid receiver connected to the input side of the expansion device;
An output path for the gas refrigerant is added so that the gas part in the gas phase that has become the heating vapor flows into the input side of the expansion device among the gas-liquid two-phase flow state refrigerant stored in the receiver. The vapor compression refrigeration cycle according to any one of claims 1 to 3, wherein the vapor compression refrigeration cycle is performed.
前記制御装置は、
上記インジェクションポートから注入される冷媒が、過熱度20℃以上の加熱蒸気で、かつ、上記圧縮機内部での高低圧比の0.35以上となるように、前記膨張装置の開度を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。
The control device includes:
Controlling the opening degree of the expansion device so that the refrigerant injected from the injection port is heated steam having a superheat degree of 20 ° C. or higher and a high / low pressure ratio inside the compressor of 0.35 or higher. The vapor compression refrigeration cycle according to any one of claims 1 to 4.
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