特許 6772703 冷媒回路装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6772703

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】冷媒回路装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20201012BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 311E

   F25B1/00 361D

   F25B1/00 371B

   F25B1/10 E

   F25B1/00 341R

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-180366(P2016-180366)

(22)【出願日】2016年9月15日

(65)【公開番号】特開2018-44725(P2018-44725A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2019年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大西 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳

(72)【発明者】

【氏名】柴田 修平

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−００２７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４７２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４４９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１０５２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１２６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８５６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７７０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１６１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０３７２５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から導入された低圧冷媒を中間圧に圧縮する低段圧縮機と、前記低段圧縮機で圧縮された中間圧冷媒を高圧に圧縮する高段圧縮機と、前記高段圧縮機で圧縮された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して前記中間圧にする高段膨張弁と、前記高段膨張弁から導入された中間圧冷媒を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器の気相側出口から導入された中間圧冷媒を前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間に導入する中間配管と、前記気液分離器の液相側出口から導入された中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にして前記蒸発器に導出する低段膨張弁と、を備えた冷媒回路装置であって、
前記気液分離器に導入される冷媒の乾き度が目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させる制御を行う制御部を備えたことを特徴とする冷媒回路装置。

【請求項2】

前記凝縮器と前記高段膨張弁との間の高圧冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記凝縮器と前記高段膨張弁との間の高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力検出部と、
前記高段膨張弁と前記気液分離器との間の中間圧冷媒または前記中間配管内の中間圧冷媒の圧力または温度を検出する中間圧冷媒状態検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記高圧冷媒の温度及び圧力と前記中間圧冷媒の圧力または温度とをもとに、前記気液分離器に導入される冷媒の乾き度を算出することを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記高段圧縮機に吸入される高段冷媒循環量と、前記低段圧縮機に吸入される低段冷媒循環量とから前記乾き度を求めることを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路装置。

【請求項4】

前記高段圧縮機の吸入側の冷媒の温度を検出する高段吸入温度検出部と、
前記高段圧縮機の吸入側の冷媒の圧力を検出する高段吸入圧力検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記高段吸入温度検出部が検出した温度、前記高段吸入圧力検出部が検出した圧力、及び前記高段圧縮機の回転数から前記高段冷媒循環量を算出することを特徴とする請求項３に記載の冷媒回路装置。

【請求項5】

前記高段圧縮機と前記気液分離器との間に高段側流量検出部を備え、前記高段冷媒循環量を検出することを特徴とする請求項３に記載の冷媒回路装置。

【請求項6】

前記低段圧縮機の吸入側の冷媒の温度を検出する低段吸入温度検出部と、
前記低段圧縮機の吸入側の冷媒の圧力を検出する低段吸入圧力検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記低段吸入温度検出部が検出した温度および前記低段吸入圧力検出部が検出した圧力、及び前記低段圧縮機の回転数から前記低段冷媒循環量を算出することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の冷媒回路装置。

【請求項7】

前記気液分離器の液相側出口と前記低段圧縮機との間に低段側流量検出部を備え、前記低段冷媒循環量を検出することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の冷媒回路装置。

【請求項8】

前記制御部は、起動液面制御モードと通常液面制御モードとを持ち、
前記制御部は、前記起動液面制御モードとして、前記冷媒の乾き度が第１の目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が該第１の目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させ、
前記制御部は、前記通常液面制御モードとして、前記冷媒の乾き度が第２の目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が該第２の目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させ、
前記第１の目標値は、前記第２の目標値よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷媒回路装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記冷媒回路装置の起動時に前記起動液面制御モードとなり、前記冷媒回路装置の起動後、所定時間が経過した場合に前記通常液面制御モードに移行することを特徴とする請求項８に記載の冷媒回路装置。

【請求項10】

前記目標値は、前記気液分離器に流入する液相冷媒量よりも前記気液分離器の液相側出口から流出する冷媒量が小さくなるよう設定され、前記中間配管には、前記気液分離器の気相側出口から導入された中間圧の冷媒を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷媒回路装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二段圧縮二段膨張サイクルを有した冷媒回路装置に用いられる気液分離器の水位を簡易な構成で安定制御することができる冷媒回路装置に関する。

【背景技術】

【0002】

二段圧縮二段膨張サイクルでは、圧縮を二段階にすることで圧縮機単段当たりの圧縮比が低減でき、また、ヒートポンプとして動作させる場合には低段側の冷媒流量を必要最小限とすることで低段側の圧縮動力を最小化することができるため、単段サイクルに比べて高効率化することができる。

【0003】

なお、特許文献１には、低段側圧縮機及び高段側圧縮機の２つの圧縮機が設けられた二段圧縮式のヒートポンプ式加熱装置が記載されている。このヒートポンプ式加熱装置は、第１減圧装置、第２減圧装置、気液分離器、インジェクション管路を設けることで、簡易な構成で加熱能力の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１１９１５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、二段圧縮二段膨張サイクルでは、一般に気液分離器を用いて中間圧冷媒の気相冷媒を分離し、この分離した中間圧冷媒と低段圧縮機から吐出された冷媒と合流させて高段圧縮機の入口側に導入している。気液分離器は、水位を制御して、気相冷媒と液相冷媒とを高効率に分離しているが、水位が大きく変化すると、二段圧縮二段膨張サイクルに大きな影響を及ぼす。ここで、従来は気液分離器内の水位を実測する水位計を設けていたが、水位計を設けると耐圧性能が要求される気液分離器の構成が複雑化し、高価なものとなる。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二段圧縮二段膨張サイクルを有した冷媒回路装置に用いられる気液分離器の水位を簡易な構成で安定制御することができる冷媒回路装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷媒回路装置は、低圧冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から導入された低圧冷媒を中間圧に圧縮する低段圧縮機と、前記低段圧縮機で圧縮された中間圧冷媒を高圧に圧縮する高段圧縮機と、前記高段圧縮機で圧縮された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧膨張して前記中間圧にする高段膨張弁と、前記高段膨張弁から導入された中間圧冷媒を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器の気相側出口から導入された中間圧冷媒を前記低段圧縮機の吐出口と前記高段圧縮機の吸入口との間に導入する中間配管と、前記気液分離器の液相側出口から導入された中間圧冷媒を減圧膨張して低圧にして前記蒸発器に導出する低段膨張弁と、を備えた冷媒回路装置であって、前記気液分離器に導入される冷媒の乾き度に応じて前記低段圧縮機の回転数を制御する制御部を備えたことを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記冷媒の乾き度が目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させることを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記凝縮器と前記高段膨張弁との間の高圧冷媒の温度を検出する温度検出部と、前記凝縮器と前記高段膨張弁との間の高圧冷媒の圧力を検出する高圧圧力検出部と、前記高段膨張弁と前記気液分離器との間の中間圧冷媒または前記中間配管内の中間圧冷媒の圧力または温度を検出する中間圧冷媒状態検出部と、を備え、前記制御部は、前記高圧冷媒の温度及び圧力と前記中間圧冷媒の圧力または温度とをもとに、前記気液分離器に導入される冷媒の乾き度を算出することを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記高段圧縮機に吸入される高段冷媒循環量と、前記低段圧縮機に吸入される低段冷媒循環量とから前記乾き度を求めることを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記高段圧縮機の吸入側の冷媒の温度を検出する高段吸入温度検出部と、前記高段圧縮機の吸入側の冷媒の圧力を検出する高段吸入圧力検出部と、を備え、前記制御部は、前記高段吸入温度検出部が検出した温度、前記高段吸入圧力検出部が検出した圧力、及び前記高段圧縮機の回転数から前記高段冷媒循環量を算出することを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記高段圧縮機と前記気液分離器との間に高段側流量検出部を備え、前記高段冷媒循環量を検出することを特徴とする。

【0013】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記低段圧縮機の吸入側の冷媒の温度を検出する低段吸入温度検出部と、前記低段圧縮機の吸入側の冷媒の圧力を検出する低段吸入圧力検出部と、を備え、前記制御部は、前記低段吸入温度検出部が検出した温度および前記低段吸入圧力検出部が検出した圧力、及び前記低段圧縮機の回転数から前記低段冷媒循環量を算出することを特徴とする。

【0014】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記気液分離器の液相側出口と前記低段圧縮機との間に低段側流量検出部を備え、前記低段冷媒循環量を検出することを特徴とする。

【0015】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記制御部は、起動液面制御モードと通常液面制御モードとを持ち、前記制御部は、前記起動液面制御モードとして、前記冷媒の乾き度が第１の目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が該第１の目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させ、前記制御部は、前記通常液面制御モードとして、前記冷媒の乾き度が第２の目標値以上の場合に前記低段圧縮機の回転数を減少させ、前記冷媒の乾き度が該第２の目標値未満の場合に前記低段圧縮機の回転数を増加させ、前記第１の目標値は、前記第２の目標値よりも小さく設定されることを特徴とする。

【0016】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記冷媒回路装置の起動時に前記起動液面制御モードとなり、前記冷媒回路装置の起動後、所定時間が経過した場合に前記通常液面制御モードに移行することを特徴とする。

【0017】

また、本発明にかかる冷媒回路装置は、上記の発明において、前記目標値は、前記気液分離器に流入する液相冷媒量よりも前記気液分離器の液相側出口から流出する冷媒量が小さくなるよう設定され、前記中間配管には、前記気液分離器の気相側出口から導入された中間圧の冷媒を加熱する加熱手段を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、二段圧縮二段膨張サイクルを有した冷媒回路装置に用いられる気液分離器に水位計を設けなくても、水位を安定制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。

【図2】図２は、図１に示した冷媒回路装置のｐ−ｈ線図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態１の制御部による水位制御処理手順を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施の形態２の制御部による水位制御処理手順を示すフローチャートである。

【図5】図５は、本発明の実施の形態３である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態３の制御部による水位制御処理手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、本発明の実施の形態５である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態６である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。

【図9】図９は、本発明の実施の形態６の制御部による水位制御処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

【0021】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。また、図２は、図１に示した冷媒回路装置のｐ−ｈ線図である。この冷媒回路装置は、二段圧縮二段膨張サイクルである。

【0022】

図１に示すように、圧縮機は、低段圧縮機１と高段圧縮機２とを有する二段圧縮機である。図１及び図２に示すように、高段圧縮機２は高段冷媒循環量ＧＨの高圧冷媒ＲＨを生成して凝縮器３に導入する（図２の点Ｐ２から点Ｐ３）。高圧冷媒ＲＨは、凝縮器３によって放熱凝縮されて冷却される（図２の点Ｐ３から点Ｐ４）。凝縮器３は、例えば蒸気生成のための被加熱水を加熱する。その後、高圧冷媒ＲＨは、高段膨張弁５で減圧膨張されて（図２の点Ｐ４から点Ｐ５）中間圧冷媒ＲＭとなって気液分離器７に導入される。中間圧冷媒ＲＭのうちの気体状態である冷媒循環量ＧＭをもつ中間圧冷媒ＲＭ１は、中間配管９を介して低段圧縮機１の吐出口と高段圧縮機２の吸入口との間に導入される（図２の点Ｐ２）。

【0023】

一方、中間圧冷媒ＲＭのうちの液体状態である低段冷媒循環量ＧＬの中間圧冷媒ＲＭ２は、低段膨張弁１０で減圧膨張され（図２の点Ｐ６から点Ｐ７）、低圧冷媒ＲＬとなって蒸発器１２に導入される。蒸発器４は、低圧冷媒ＲＬを加熱して蒸発させ（図２の点Ｐ７から点Ｐ１）、低段圧縮機１に導入する（図２の点Ｐ１）。低段圧縮機１は、導入された低圧冷媒ＲＬを中間圧冷媒まで圧縮する。高段圧縮機２は、低段圧縮機１で圧縮された低段冷媒循環量ＧＬの中間圧冷媒と中間配管９を介して導入される冷媒循環量ＧＭの中間圧冷媒ＲＭ１とを圧縮して、高段冷媒循環量ＧＨの高圧冷媒ＲＨを導出する。

【0024】

また、本実施の形態１では、凝縮器３と高段膨張弁５との間の高圧冷媒ＲＨの温度を検出する温度検出部Ｔ１１と、凝縮器３と高段膨張弁５との間の高圧冷媒ＲＨの圧力を検出する高圧圧力検出部Ｐ１１と、高段膨張弁５と気液分離器７との間の中間圧冷媒ＲＭの圧力を検出する中間圧冷媒状態検出部Ｐ１２とを有する。

【0025】

制御部Ｃには、温度検出部Ｔ１１、高圧圧力検出部Ｐ１１、及び中間圧冷媒状態検出部Ｐ１２から検出結果が入力され、この検出結果をもとに気液分離器７の導入される冷媒の乾き度ｘを算出する。そして、制御部Ｃは、この乾き度ｘが目標値ｘｔ以上の場合に、インバータ２１を介して低段圧縮機１の回転数を減少させ、この乾き度ｘが目標値ｘｔ未満の場合に、インバータ２１を介して低段圧縮機１の回転数を増加させる制御を行う。この制御は例えば、ＰＩＤ制御により行われる。

【0026】

目標値ｘｔは、気液分離器７の気相側出口が水位ＬＶよりも上の状態で、気体状態の中間圧冷媒ＲＭ１のみが中間配管９に導出される水位ＬＶとなるときの乾き度に対応したものであり、予め決定されるものである。

【0027】

乾き度ｘは、図２に示すように、中間圧ＰＭと飽和液線ＰＷとの交点ＰＰ１と、中間圧ＰＭと乾き飽和気線ＰＤとの交点ＰＰ２との間の比エンタルピ差を「１」としたとき、点Ｐ５と交点ＰＰ１との間の比エンタルピ差に対応する値であり、気液二相の中間圧冷媒中に含まれる気相冷媒の質量割合を示す。

【0028】

制御部Ｃは、温度検出部Ｔ１１が検出した高圧冷媒ＲＨの温度及び高圧圧力検出部Ｐ１１が検出した高圧冷媒ＲＨの圧力をもとに点Ｐ４を算出し、中間圧冷媒状態検出部Ｐ１２が検出した中間圧冷媒ＲＭの圧力ＰＭで、点Ｐ４と同一比エンタルピの点Ｐ５を求めることによって乾き度ｘを算出する。

【0029】

ここで、図３に示したフローチャートを参照して、実施の形態１の制御部Ｃによる水位制御処理手順について説明する。まず、制御部Ｃは、上述したように高圧冷媒ＲＨの温度及び圧力と、中間圧冷媒ＲＭの圧力ＰＭとを用いて、現在の乾き度ｘを算出する（ステップＳ１０１）。

【0030】

その後、制御部Ｃは、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。乾き度ｘが目標値ｘｔ以上である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して減少させて（ステップＳ１０３）、本処理を終了する。一方、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上でない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して増加させて（ステップＳ１０４）、本処理を終了する。そして、所定制御時間ごとに上述した処理を繰り返す。

【0031】

本実施の形態１では、気液分離器７に水位計を設けなくても、算出した気液分離器７の乾き度ｘをもとに気液分離器７の水位ＬＶを制御できるので、気液分離器７の水位を簡易な構成で安定制御することができる。

【0032】

なお、上述した中間圧冷媒状態検出部Ｐ１２は、中間配管９内の中間圧冷媒ＲＭ１の圧力を検出してもよい。また、中間圧冷媒状態検出部Ｐ１２は、中間圧冷媒ＲＭの温度を検出してもよい。この場合、制御部Ｃは、図２に示した中間圧ＰＭに替えて等温線ＬＴを用いて点Ｐ５を求め、現在の乾き度ｘを算出する。

【0033】

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、制御部Ｃが起動後の通常状態（定常状態）で水位制御処理を行うものであったが、この実施の形態２では、気液分離器７内に液相の冷媒が存在しない状態からの起動において、起動時と起動後の通常状態とで異なる水位制御処理を行うようにしている。制御部Ｃは、起動時には起動液面制御モードとなり、起動後、所定時間経過した場合に通常液面制御モードとなる。

【0034】

ここで、図４に示したフローチャートを参照して、実施の形態２の制御部Ｃによる水位制御処理手順について説明する。まず、制御部Ｃは、上述したように高圧冷媒ＲＨの温度及び圧力と、中間圧冷媒ＲＭの圧力ＰＭとを用いて、現在の乾き度ｘを算出する（ステップＳ２０１）。

【0035】

その後、制御部Ｃは、現在のモードが起動液面制御モードか通常液面制御モードかを判断する（ステップＳ２０２）。現在のモードが起動液面制御モードである場合（ステップＳ２０２，起動液面制御モード）、乾き度ｘが第１の目標値ｘｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。ここで第１の目標値ｘｔ１は気液分離器７に流入する液相冷媒量が気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量よりも大きくなるように設定されており、単位時間における気液分離器７内の水位上昇速度が一定になるよう制御している。乾き度ｘが第１の目標値ｘｔ１以上である場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して減少させて（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０６に移行する。一方、乾き度ｘが第１の目標値ｘｔ１以上でない場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して増加させて（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０６に移行する。

【0036】

ステップＳ２０６では、起動後、所定時間を経過したか否かを判断する。起動後、所定時間を経過した場合（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）には、通常液面制御モードに移行して（ステップＳ２０７）、本処理を終了する。一方、起動後、所定時間を経過していない場合（ステップＳ２０６，Ｎｏ）には、そのまま本処理を終了する。

【0037】

一方、現在のモードが通常液面制御モードである場合（ステップＳ２０２，通常液面制御モード）、乾き度ｘが第２の目標値ｘｔ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０８）。この第２の目標値ｘｔ２は、第１の目標値ｘｔ１よりも大きい値であり、気液分離器７に流入する液相冷媒量と気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量とが略同一になるように設定されることが望ましい。乾き度ｘが第２の目標値ｘｔ２以上である場合（ステップＳ２０８，Ｙｅｓ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して減少させて（ステップＳ２０９）、本処理を終了する。一方、乾き度ｘが第２の目標値ｘｔ２以上でない場合（ステップＳ２０８，Ｎｏ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して増加させて（ステップＳ２１０）、本処理を終了する。そして、所定制御時間ごとに上述した処理を繰り返す。

【0038】

本実施の形態２では、起動時に気液分離器７内の水位がゼロから起動した場合でも、起動液面制御モードによって水位を目標レベルまで上昇制御した上で、通常液面制御モードに移行させることができる。

【0039】

（実施の形態３）
上述した実施の形態１，２では、図２に示した二段圧縮二段膨張サイクルのｐ−ｈ線図を用いて乾き度ｘを算出していたが、本実施の形態３では、乾き度ｘを高段冷媒循環量ＧＨ及び低段冷媒循環量ＧＬを用いて算出している。

【0040】

ここで、乾き度ｘと高段冷媒循環量ＧＨ及び低段冷媒循環量ＧＬとの関係は、次式（１）で表される。
１−ｘ＝ＧＬ／ＧＨ …（１）
したがって、乾き度ｘは、次式（２）で表される。
ｘ＝１−（ＧＬ／ＧＨ） …（２）
この結果、乾き度ｘは、高段冷媒循環量ＧＨ及び低段冷媒循環量ＧＬと用いて算出することができる。

【0041】

図５は、本発明の実施の形態３である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。図５に示すように、本実施の形態３では、高段圧縮機２の吸入側の冷媒の温度を検出する高段吸入温度検出部Ｔ２１と、高段圧縮機２の吸入側の冷媒の圧力を検出する高段吸入圧力検出部Ｐ２１と、低段圧縮機１の吸入側の冷媒の温度を検出する低段吸入温度検出部Ｔ２２と、低段圧縮機１の吸入側の冷媒の圧力を検出する低段吸入圧力検出部Ｐ２２とを有する。

【0042】

制御部Ｃは、高段吸入温度検出部Ｔ２１が検出した温度、高段吸入圧力検出部Ｐ２１が検出した圧力、及び高段圧縮機２の回転数から高段圧縮機２の吐出口から吐出される高段冷媒循環量ＧＨを算出し、低段吸入温度検出部Ｔ２２が検出した温度、低段吸入圧力検出部Ｐ２２が検出した圧力、及び低段圧縮機１の回転数から低段圧縮機１の吸入口に吸入される低段冷媒循環量ＧＬを算出する。そして、制御部Ｃは、式（２）を用い、高段冷媒循環量ＧＨ及び低段冷媒循環量ＧＬをもとに乾き度ｘを算出する。

【0043】

ここで、図６に示したフローチャートを参照して、実施の形態３の制御部Ｃによる水位制御処理手順について説明する。まず、制御部Ｃは、上述したように、高段吸入温度検出部Ｔ２１が検出した温度、高段吸入圧力検出部Ｐ２１が検出した圧力、及び高段圧縮機２の回転数から高段圧縮機２の吐出口から吐出される高段冷媒循環量ＧＨを算出する（ステップＳ３０１）。さらに、制御部Ｃは、低段吸入温度検出部Ｔ２２が検出した温度、低段吸入圧力検出部Ｐ２２が検出した圧力、及び低段圧縮機１の回転数から低段圧縮機１の吸入口に吸入される低段冷媒循環量ＧＬを算出する（ステップＳ３０２）。そして、制御部Ｃは、式（２）を用いて、乾き度ｘを算出する（ステップＳ３０３）。

【0044】

その後、制御部Ｃは、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０４）。乾き度ｘが目標値ｘｔ以上である場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して減少させて（ステップＳ３０５）、本処理を終了する。一方、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上でない場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して増加させて（ステップＳ３０６）、本処理を終了する。そして、所定制御時間ごとに上述した処理を繰り返す。

【0045】

本実施の形態３では、気液分離器７に水位計を設けなくても、通常の運転制御に用いられる、既存の温度検出手段、圧力検出手段のみを用いて乾き度ｘを算出し気液分離器７の水位ＬＶを制御できるので、気液分離器７の水位を簡易な構成で安定制御することができる。

【0046】

（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、気液分離器７に流入する液相冷媒量と気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量とが略同一になるよう設定することで、気液分離器７の水位ＬＶを一定に制御している。一方、圧縮機の圧縮比が非常に大きくなるなど特殊な条件下で運転を行った場合は、体積効率が悪くなるため、計算の理論値と実際の値との誤差が大きくなり、水位が変動してしまう恐れがある。通常は、あらかじめ設計時に決められた気液分離器７内の水位ＬＶで最大運転効率となるよう、冷媒回路内の冷媒充填量を決定するため、運転時は常に一定の水位を保つことが望ましい。

【0047】

このため、本実施の形態４では、気液分離器７に流入する液相冷媒量よりも気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量が大きくなるよう目標値ｘｔを設定している。ここで目標値ｘｔは、気液分離器７に流入する液相冷媒量と気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量との差分が極力小さくなるように設定することが望ましい。

【0048】

このような設定で運転することにより、気液分離器７の水位を常にゼロレベルに保つことで運転条件の変化による影響を受けることを防止しつつ、過剰の気液二相冷媒が気液分離器７の液相側出口から流出して効率が悪化することをも防止することができる。

【0049】

（実施の形態５）
本実施の形態５では、気液分離器７に流入する液相冷媒量よりも気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量が小さくなるよう目標値ｘｔを設定している。ここで目標値ｘｔは、気液分離器７に流入する液相冷媒量と気液分離器７の液相側出口から流出する冷媒量との差分が極力小さくなるように設定することが望ましい。そして、図７に示すように、中間配管９には、気液分離器７の気相側出口から導入された中間圧冷媒ＲＭ１を加熱する加熱部８を設けている。加熱部８は、気液分離器７の気相側出口から流出した気液二相冷媒を気相冷媒に変換する。加熱部８は例えば熱交換器を用いることができ、熱源として凝縮器から吐出された高圧冷媒や外部熱源を利用することができる。

【0050】

このような設定で運転することにより、気液分離器７の水位を常に気液分離器７の気相側出口と同レベルに保ちつつ、過剰の気液二相冷媒が気液分離器７の気相側出口から流出して効率が悪化することを防止することができる。さらに、気液分離器７の気相側出口から流出した冷媒に液相冷媒が混入した場合でも、加熱部８により、完全に気化させた上で高段圧縮機２に吸入させることができるため、高段圧縮機内での液バックを防止できる。

【0051】

（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６である冷媒回路装置の構成を示す回路図である。図８に示すように、本実施の形態６では、高段圧縮機２から気液分離器７までの間に設けられて高段圧縮機２の吐出口から吐出される高段冷媒循環量ＧＨを検出する高段側流量検出部Ｆ１１と、気液分離器７の液相側出口から低段圧縮機１までの間に設けられて低段圧縮機１の吸入口に吸入される低段冷媒循環量ＧＬを検出する低段側流量検出部Ｆ１２とを有する。

【0052】

制御部Ｃは、高段側流量検出部Ｆ１１が検出した高段冷媒循環量ＧＨと、低段側流量検出部Ｆ１２が検出した低段冷媒循環量ＧＬとをもとに乾き度ｘを算出する。

【0053】

ここで、図９に示したフローチャートを参照して、実施の形態６の制御部Ｃによる水位制御処理手順について説明する。まず、制御部Ｃは、上述したように、高段側流量検出部Ｆ１１によって高段冷媒循環量ＧＨを検出する（ステップＳ４０１）。さらに、制御部Ｃは、低段側流量検出部Ｆ１２によって低段冷媒循環量ＧＬを検出する（ステップＳ４０２）。そして、制御部Ｃは、式（２）を用いて、乾き度ｘを算出する（ステップＳ４０３）。

【0054】

その後、制御部Ｃは、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０４）。乾き度ｘが目標値ｘｔ以上である場合（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して減少させて（ステップＳ４０５）、本処理を終了する。一方、乾き度ｘが目標値ｘｔ以上でない場合（ステップＳ４０４，Ｎｏ）には、低段圧縮機１の回転数を、インバータ２１を介して増加させて（ステップＳ４０６）、本処理を終了する。そして、所定制御時間ごとに上述した処理を繰り返す。

【0055】

本実施の形態６では、気液分離器７に水位計を設けなくても、従来の出力制御などに用いられる、既存流量計を用いて乾き度ｘを算出し気液分離器７の水位ＬＶを制御できるので、気液分離器７の水位を簡易な構成で安定制御することができる。

【0056】

なお、上述した実施の形態１〜６の各構成要素は適宜組み合わせ及び重複組み合わせが可能である。例えば、実施の形態１，２の重複組み合わせを行う場合、制御部Ｃは、それぞれが算出される乾き度ｘの平均値を乾き度ｘとして制御すればよい。このように複数の方法で算出された乾き度を併用することで、誤差をより小さくし、より水位を安定させることができる。

【符号の説明】

【0057】

１ 低段圧縮機
２ 高段圧縮機
３ 凝縮器
５ 高段膨張弁
７ 気液分離器
８ 加熱部
９ 中間配管
１０ 低段膨張弁
１２ 蒸発器
２１ インバータ
Ｃ 制御部
Ｆ１１ 高段側流量検出部
Ｆ１２ 低段側流量検出部
ＧＨ 高段冷媒循環量
ＧＬ 低段冷媒循環量
ＧＭ 冷媒循環量
ＬＴ 等温線
ＬＶ 水位
Ｐ１〜Ｐ７ 点
Ｐ１１ 高圧圧力検出部
Ｐ１２ 中間圧冷媒状態検出部
Ｐ２１ 高段吸入圧力検出部
Ｐ２２ 低段吸入圧力検出部
ＰＤ 乾き飽和気線
ＰＰ１、ＰＰ２ 交点
ＰＷ 飽和液線
ＲＨ 高圧冷媒
ＲＬ 低圧冷媒
ＲＭ、ＲＭ１，ＲＭ２ 中間圧冷媒
Ｔ１１ 温度検出部
Ｔ２１ 高段吸入温度検出部
Ｔ２２ 低段吸入温度検出部
ｘ 乾き度
ｘｔ，ｘｔ１，ｘｔ２ 目標値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】