特許 6987269 冷凍サイクル装置

(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】6987269

(24)【登録日】2021年12月2日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 331E

   F25B1/00 304H

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-550979(P2020-550979)

(86)(22)【出願日】2018年10月2日

(86)【国際出願番号】JP2018036849

(87)【国際公開番号】WO2020070793

(87)【国際公開日】20200409

【審査請求日】2020年11月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 駿

(72)【発明者】

【氏名】神田 雅浩

【審査官】 森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０５６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０４６９０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０３８３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０９３５４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、中間冷却器、主膨張弁および蒸発器が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記中間冷却器と前記主膨張弁との間または前記凝縮器と前記中間冷却器との間から分岐し、前記中間冷却器を介して前記圧縮機に接続されるエコノマイザ回路と、
前記エコノマイザ回路に設けられたエコノマイザ膨張弁と、
前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサと、
前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の温度を検出する温度センサと、
前記中間圧力センサによって検出された前記中間圧力の飽和ガス温度と前記温度センサの検出値との差であるエコノマイザ過熱度を算出し、前記冷媒回路の運転状態に基づいて前記エコノマイザ過熱度の目標値を求める算出手段と、
前記エコノマイザ過熱度が前記算出手段によって求められた前記目標値に一致するように前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御する流量制御手段と、
を有し、
前記算出手段は、
複数種の運転負荷に対応する複数の成績係数で算出される期間成績係数の計算式において、前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが最も大きい運転負荷を選択して前記目標値を推定する、または前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが大きい方の２以上の運転負荷から前記目標値を推定し、
前記冷媒回路の運転状態に対応する運転負荷において成績係数が最大になる値を前記目標値に設定する、
冷凍サイクル装置。

【請求項2】

圧縮機、凝縮器、中間冷却器、主膨張弁および蒸発器が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記中間冷却器と前記主膨張弁との間または前記凝縮器と前記中間冷却器との間から分岐し、前記中間冷却器を介して前記圧縮機に接続されるエコノマイザ回路と、
前記エコノマイザ回路に設けられたエコノマイザ膨張弁と、
前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサと、
前記冷媒回路において前記中間冷却器および前記主膨張弁の間に設けられ、冷媒の温度を検出する中間冷却器高圧側出口温度センサと、
前記中間圧力センサによって検出された前記中間圧力の飽和ガス温度と前記中間冷却器高圧側出口温度センサの検出値との差である主冷媒液アプローチ温度を算出し、前記冷媒回路の運転状態に基づいて前記主冷媒液アプローチ温度の目標値を求める算出手段と、
前記主冷媒液アプローチ温度が前記算出手段によって求められた前記目標値に一致するように前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御する流量制御手段と、
を有し、
前記算出手段は、
複数種の運転負荷に対応する複数の成績係数で算出される期間成績係数の計算式において、前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが最も大きい運転負荷を選択して前記目標値を推定する、または前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが大きい方の２以上の運転負荷から前記目標値を推定し、
前記冷媒回路の運転状態に対応する運転負荷において成績係数が最大になる値を前記目標値に設定する、
冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記複数種の運転負荷は、１００％負荷、７５％負荷、５０％負荷および２５％負荷を含み、前記重み付けが最も大きい運転負荷は、前記期間成績係数の計算式における、７５％負荷または５０％負荷である、
請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記重み付けが最も大きい運転負荷とは、前記期間成績係数の計算式における、７５％負荷であり、前記重み付けが大きい方の２以上の運転負荷とは、前記期間成績係数の計算式における、７５％負荷および５０％負荷である、
請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記重み付けが最も大きい運転負荷とは、前記期間成績係数の計算式における、５０％負荷であり、前記重み付けが大きい方の２以上の運転負荷とは、前記期間成績係数の計算式における、５０％負荷および７５％負荷である、
請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

前記蒸発器の冷媒出口側に設けられ、冷媒の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、
前記凝縮器の冷媒入口側に設けられ、冷媒の凝縮圧力を検出する凝縮圧力センサと、をさらに有し、
前記算出手段は、
前記蒸発圧力センサによって検出される前記蒸発圧力と前記凝縮圧力センサによって検出される前記凝縮圧力とを用いて前記冷媒回路の運転状態を算出する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒が循環する冷媒回路を有する冷凍サイクル装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍能力および成績係数（ＣＯＰ＝冷凍能力／圧縮機消費電力）の向上を目的として、冷凍サイクルに中間熱交換器が設けられた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に開示された冷凍装置は、凝縮器から流出する冷媒の一部を、中間熱交換器を介して圧縮機にインジェクションするエコノマイザ回路と、エコノマイザ回路に設けられたエコノマイザ膨張弁とを有する。この冷凍装置は、エコノマイザ膨張弁として温度式自動膨張弁が用いられ、中間熱交換器の過熱度が一定になるようにエコノマイザ膨張弁の開度を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５４６３１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された冷凍装置では、中間熱交換器の過熱度が一定になるようにエコノマイザ膨張弁の開度を制御しているため、年間の成績係数の評価指標である期間効率の向上が期待できない。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、期間効率を向上させる冷凍サイクル装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、中間冷却器、主膨張弁および蒸発器が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記中間冷却器と前記主膨張弁との間または前記凝縮器と前記中間冷却器との間から分岐し、前記中間冷却器を介して前記圧縮機に接続されるエコノマイザ回路と、前記エコノマイザ回路に設けられたエコノマイザ膨張弁と、前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサと、前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の温度を検出する温度センサと、前記中間圧力センサによって検出された前記中間圧力の飽和ガス温度と前記温度センサの検出値との差であるエコノマイザ過熱度を算出し、前記冷媒回路の運転状態に基づいて前記エコノマイザ過熱度の目標値を求める算出手段と、前記エコノマイザ過熱度が前記算出手段によって求められた前記目標値に一致するように前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御する流量制御手段と、を有し、前記算出手段は、複数種の運転負荷に対応する複数の成績係数で算出される期間成績係数の計算式において、前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが最も大きい運転負荷を選択して前記目標値を推定する、または前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが大きい方の２以上の運転負荷から前記目標値を推定し、前記冷媒回路の運転状態に対応する運転負荷において成績係数が最大になる値を前記目標値に設定するものである。

【0008】

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、中間冷却器、主膨張弁および蒸発器が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、前記中間冷却器と前記主膨張弁との間または前記凝縮器と前記中間冷却器との間から分岐し、前記中間冷却器を介して前記圧縮機に接続されるエコノマイザ回路と、前記エコノマイザ回路に設けられたエコノマイザ膨張弁と、前記エコノマイザ回路に設けられ、前記圧縮機にインジェクションされる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサと、前記冷媒回路において前記中間冷却器および前記主膨張弁の間に設けられ、冷媒の温度を検出する中間冷却器高圧側出口温度センサと、前記中間圧力センサによって検出された前記中間圧力の飽和ガス温度と前記中間冷却器高圧側出口温度センサの検出値との差である主冷媒液アプローチ温度を算出し、前記冷媒回路の運転状態に基づいて前記主冷媒液アプローチ温度の目標値を求める算出手段と、前記主冷媒液アプローチ温度が前記算出手段によって求められた前記目標値に一致するように前記エコノマイザ膨張弁の開度を制御する流量制御手段と、を有し、前記算出手段は、複数種の運転負荷に対応する複数の成績係数で算出される期間成績係数の計算式において、前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが最も大きい運転負荷を選択して前記目標値を推定する、または前記複数種の運転負荷のうち、重み付けが大きい方の２以上の運転負荷から前記目標値を推定し、前記冷媒回路の運転状態に対応する運転負荷において成績係数が最大になる値を前記目標値に設定するものであってもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、監視対象の目標値を実際に運転される運転負荷において成績係数が大きくなるように設定することで、目標値が一定となるように設定される場合に比べて、エコノマイザ膨張弁の開度が適切に制御され、期間効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。

【図2】図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態１のエコノマイザ流量制御において、冷媒回路の運転状態から監視対象の目標値を決定する方法の一例を示すグラフのイメージ図である。

【図4】図１に示した冷凍サイクル装置の動作手順を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。

【図7】本発明の実施の形態２のエコノマイザ流量制御において、監視対象の主冷媒液アプローチ温度を説明するための模式図である。

【図8】図６に示した冷凍サイクル装置の動作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】

【0011】

実施の形態１．
本実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。冷凍サイクル装置１は、圧縮機２と、凝縮器３と、中間冷却器４と、主膨張弁５と、蒸発器６と、エコノマイザ回路１１と、制御装置１０とを有する。中間冷却器４は、高圧部４ａおよび低圧部４ｂを有する。圧縮機２、凝縮器３、中間冷却器４の高圧部４ａ、主膨張弁５および蒸発器６が冷媒配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路１２が構成される。

【0012】

蒸発器６の冷媒出口側に蒸発圧力センサ８ａが設けられている。蒸発圧力センサ８ａは、蒸発器６を流出する冷媒の蒸発圧力を検出する。凝縮器３の冷媒入口側に凝縮圧力センサ８ｂが設けられている。凝縮圧力センサ８ｂは、凝縮器３に流入する冷媒の凝縮圧力を検出する。

【0013】

圧縮機２は、吸入する冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機２は、回転周波数を制御することで容量を変えることができるインバータ式圧縮機である。圧縮機２は、例えば、シングルスクリュー圧縮機およびツインスクリュー圧縮機などである。圧縮機２の種類は、これらの圧縮機に限定されず、エコノマイザ回路１１を接続できるものであればよい。凝縮器３は、圧縮機２から吐出されるガス冷媒を空気または水等と熱交換させ、ガス冷媒を冷却して凝縮させる熱交換器である。蒸発器６は、主膨張弁５を流出する冷媒を空気、水またはブライン等と熱交換させ、冷媒を蒸発させる熱交換器である。凝縮器３および蒸発器６は、例えば、フィンチューブ式、プレート式またはシェルアンドチューブ式熱交換器である。主膨張弁５は、中間冷却器４から流入する冷媒を減圧して膨張させる。主膨張弁５は、例えば、電子膨張弁である。

【0014】

エコノマイザ回路１１は、中間冷却器４および主膨張弁５の間から分岐して、中間冷却器４の低圧部４ｂを介して圧縮機２に接続されるエコノマイザ配管９と、エコノマイザ配管９に設けられたエコノマイザ膨張弁７とを有する。エコノマイザ膨張弁７は、中間冷却器４と主膨張弁５との間の分岐部１５と中間冷却器４との間に設けられている。エコノマイザ膨張弁７は、例えば、電子膨張弁である。エコノマイザ配管９において中間冷却器４と圧縮機２との間には、温度センサ１３および中間圧力センサ８ｃが設けられている。

【0015】

中間冷却器４は、上述したように、高圧部４ａおよび低圧部４ｂを有する。高圧部４ａには、凝縮器３と主膨張弁５との間の高圧側の冷媒である高圧側冷媒が流通する。低圧部４ｂには、高圧側冷媒の一部をエコノマイザ膨張弁７で減圧した冷媒が流通する。低圧部４ｂから流出する冷媒は、冷凍サイクル全体における中間圧力の冷媒である中間圧冷媒となる。中間冷却器４は、高圧側冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させて高圧側冷媒を冷却する。温度センサ１３は、圧縮機２にインジェクションされる冷媒の温度を検出する。中間圧力センサ８ｃは、圧縮機２にインジェクションされる冷媒の中間圧力を検出する。

【0016】

図１に示した制御装置１０の構成を説明する。図２は、図１に示した制御装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、制御装置１０は、プログラムを記憶するメモリ３１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２とを有する。ＣＰＵ３２がプログラムを実行することで、図２に示すように、冷凍サイクル制御手段３３、算出手段３４および流量制御手段３５が冷凍サイクル装置１に構成される。

【0017】

冷凍サイクル制御手段３３は、蒸発圧力センサ８ａおよび凝縮圧力センサ８ｂの検出値に基づいて、圧縮機２の回転周波数および主膨張弁５の開度を制御する。算出手段３４は、エコノマイザ流量制御の監視対象として、中間圧力の飽和ガス温度Ｔｅｓａと温度センサ１３が検出する冷媒温度Ｔｅとの差であるエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈを算出する。また、算出手段３４は、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈの目標値を冷媒回路１２の運転状態に基づいて決定する。エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈは、ΔＴｅｓｈ＝（Ｔｅ−Ｔｅｓａ）の式で算出される。

【0018】

本実施の形態１では、算出手段３４は冷媒回路１２の運転状態として圧縮機２の圧縮比に基づいて目標値を決定する場合で説明するが、目標値の決定の基となる冷媒回路１２の運転状態は圧縮比に限らない。冷媒回路１２の運転状態として圧縮機２の圧縮比に基づいて目標値を決定する場合、算出手段３４は、蒸発圧力センサ８ａが検出する蒸発圧力と凝縮圧力センサ８ｂが検出する凝縮圧力とから圧縮機２の圧縮比を算出する。圧縮比は、圧縮比＝（凝縮圧力／蒸発圧力）の式で算出される。圧縮比が大きいと、圧縮仕事が増加し、運転負荷が大きくなる。圧縮比が小さいと、圧縮仕事が減少し、運転負荷が小さくなる。圧縮比は運転負荷を示す指標となる。流量制御手段３５は、監視対象のエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが目標値に一致するようにエコノマイザ膨張弁７の開度を制御する。

【0019】

ここで、エコノマイザ流量制御のための、監視対象の目標値について説明する。冷凍サイクル装置の省エネルギの指標として、従来、定格条件での成績係数を用いることが主流であった。定格条件とは、運転負荷が１００％の運転条件である。近年、実際の運転条件に近い指標として期間効率が注目されている。期間効率として、例えば、期間成績係数ＩＰＬＶ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｒｔ Ｌｏａｄ Ｖａｌｕｅ）がある。

【0020】

米国冷凍空調工業会では、期間成績係数ＩＰＬＶ_ＵＳの計算式として、式（１）を定めている。
ＩＰＬＶ_ＵＳ＝０．０１×Ａ＋０．４２×Ｂ＋０．４５×Ｃ＋０．１２×Ｄ・・・（１）
式（１）において、Ａは１００％負荷時のＣＯＰであり、Ｂは７５％負荷時のＣＯＰであり、Ｃは５０％負荷時のＣＯＰであり、Ｄは２５％負荷時のＣＯＰである。

【0021】

式（１）に示すように、期間成績係数は、複数種の運転負荷に対応する複数の成績係数の合成により算出される。式（１）において、各項の係数は、年間の運転時間に占める割合を示す。例えば、年間の運転時間をＴｚとすると、１００％の運転負荷で運転する時間は、０．０１×Ｔｚ［時間］になる。各係数は、年間の運転時間に対する運転負荷の重み付けとなっている。式（１）を参照すると、７５％負荷時は年間の運転時間の４２％を占め、５０％負荷時は年間の運転時間の４５％を占めている。式（１）では、この２つの運転条件における重みが大きくなっている。

【0022】

一方、日本冷凍空調工業会においても、期間成績係数について、米国の期間成績係数ＩＰＬＶ_ＵＳと同様な指標が定められている。式（２）は、日本冷凍空調工業会において、定められた期間成績係数を示す計算式である。
ＩＰＬＶ＝０．０１×Ａ＋０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ ・・・（２）
式（２）において、Ａは１００％負荷時のＣＯＰであり、Ｂは７５％負荷時のＣＯＰであり、Ｃは５０％負荷時のＣＯＰであり、Ｄは２５％負荷時のＣＯＰである。

【0023】

式（２）を参照すると、米国冷凍空調工業会による期間成績係数ＩＰＬＶ_ＵＳと同様に、運転負荷毎に重み付けが異なっている。ただし、式（１）および式（２）を比較すると、同じ運転負荷でも、重み付けの値が異なるところがある。例えば、式（２）において、７５％負荷は年間の運転時間の４７％を占めており、重み付けが最も大きい。

【0024】

一般的な冷凍サイクル装置では、年間を通じて定格条件で運転される時間は非常に短く、年間を通した運転時間のうち９割以上が部分負荷運転で運転されている。そして、部分負荷は全負荷のうち、特に７５〜５０％負荷での運転がその大半を占める。全負荷運転と部分負荷運転では、冷媒循環流量および運転圧縮比が異なり、成績係数も変化する。このような実運転の状況を考慮した、上記の期間成績係数が注目されている。つまり、期間成績係数は部分負荷条件での成績係数を重視した指標となっている。

【0025】

本実施の形態１において、エコノマイザ流量制御の監視対象であるエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈについて、式（２）に示した計算式で算出される期間成績係数が最も大きくなる目標値を事前に求めておくことが考えられる。式（２）を参照すると、４種類の運転負荷のうち、７５％負荷は年間の運転時間の４７％を占めており、重み付けが最も大きい。そこで、重み付けが最大値の運転負荷に注目することが考えられる。

【0026】

注目する運転条件は、重み付けが最大値となる運転負荷の場合に限らず、重み付けが大きい方から２以上の運転負荷であってもよい。注目する運転条件は、式（２）を構成する４種類の運転負荷の全部であってもよい。注目する運転条件の数は限定されない。例えば、冷凍サイクル装置１の試運転期間など事前に、算出手段３４が、各運転条件において、成績係数が最も大きくなる値を設定したときの圧縮機２の圧縮比を算出し、各圧縮比に対する監視対象の目標値を求めてもよい。そして、算出手段３４は、圧縮比と監視対象の目標値との関係を示す情報をメモリ３１に記憶させておく。

【0027】

算出手段３４は、式（２）の計算式に含まれる４種類の運転負荷に対応する４種類の運転条件について、圧縮機２の圧縮比と各圧縮比に対する監視対象の目標値を求めておいてもよい。この場合、４種類の運転条件以外の運転条件についての圧縮比および目標値については、算出手段３４は、４つの運転条件で求めた、圧縮比および目標値の関係から推測することができる。

【0028】

図３は、本発明の実施の形態１のエコノマイザ流量制御において、冷媒回路の運転状態から監視対象の目標値を決定する方法の一例を示すグラフのイメージ図である。図３は、目標値を決定する基準を冷媒回路１２の運転状態のうち、圧縮比とした場合である。図３のグラフの横軸は圧縮比であり、縦軸は監視対象の目標値である。本実施の形態１では、図３の縦軸はエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈの目標値である。

【0029】

図３は、４つの条件について、圧縮比に対応する、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈの目標値を示す点がプロットされている。４つの条件とは、１００％負荷時の成績係数が最大となる条件Ｃｏｎｄ１、７５％負荷時の成績係数が最大となる条件Ｃｏｎｄ２、５０％負荷時の成績係数が最大となる条件Ｃｏｎｄ３および２５％負荷時の成績係数が最大となる条件Ｃｏｎｄ４である。そして、４つのプロットを結ぶ近似曲線が破線で示されている。この近似曲線から、４つのプロットに該当しない圧縮比についても、算出手段３４は、目標値を推定できる。少なくとも２つの条件に対応して監視対象の目標値のデータがあれば、算出手段３４は、図３に示すように近似曲線を引くことができる。

【0030】

また、式（２）の計算式に含まれる４種類の運転負荷に対応する４種類の運転条件以外の目標値について、算出手段３４は、次のように決定してもよい。算出手段３４は、４種類の運転条件で求めた圧縮比および目標値の関係から、上記４種類の運転条件に対応する４つの圧縮比の値が各領域に１つずつ含まれるように、圧縮比の範囲を４つの領域に分ける。そして、算出手段３４は、上記４種類の運転条件に対応する４つの圧縮比の値を、各領域の圧縮比の目標値に設定する。この場合、算出手段３４は、算出した圧縮比の目標値が未知である場合、圧縮比について分割した複数の領域のうち、算出した圧縮比が属する領域を特定し、特定した領域に設定された目標値を、圧縮比の目標値に決定する。ここでは、４種類の運転条件の場合で説明したが、注目する運転条件の数は限定されない。

【0031】

なお、目標値を決定する基になる冷媒回路１２の運転状態は、圧縮比以外のパラメータであってもよい。例えば、冷媒回路１２の運転状態は、圧縮比の代わりに、冷媒回路１２における高圧と低圧との差圧Ｐｄ（凝縮圧力−蒸発圧力）であってもよい。算出手段３４は、差圧Ｐｄに基づいて監視対象の目標値を決定する。また、凝縮圧力の範囲と蒸発圧力の範囲とに対して期間成績係数ＩＰＬＶが最適値になる目標値が特定される目標決定情報をメモリ３１が記憶し、算出手段３４は、目標決定情報を参照し、検出される凝縮圧力と検出される蒸発圧力とから目標値を決定してもよい。また、回転周波数を目標値の決定に用いてもよい。

【0032】

次に、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１の動作を説明する。図４は、図１に示した冷凍サイクル装置の動作手順を示すフローチャートである。冷凍サイクル装置１の運転中に、制御装置１０は、各種センサの検出値を一定の周期で読み取る。算出手段３４は、温度センサ１３が検出した冷媒温度Ｔｅと中間圧力センサ８ｃが検出した中間圧力の飽和ガス温度Ｔｅｓａとからエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈを算出する。

【0033】

続いて、算出手段３４は、蒸発圧力センサ８ａが検出した蒸発圧力と凝縮圧力センサ８ｂが検出した凝縮圧力とを用いて圧縮比を算出する。算出手段３４は、算出した圧縮比を基に、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈの目標値Ｔｓｅｔ１を決定する（ステップＳ１０１）。例えば、算出手段３４は、図３に示したグラフから目標値Ｔｓｅｔ１を決定する。図３に示すグラフは、メモリ３１に記憶されている。

【0034】

そして、流量制御手段３５は、算出されたエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈと目標値Ｔｓｅｔ１とを比較する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の比較の結果、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが目標値Ｔｓｅｔ１よりも小さい場合、流量制御手段３５は、エコノマイザ膨張弁７の開度を小さくする（ステップＳ１０３）。エコノマイザ膨張弁７の開度が小さくなると、中間圧力が下がり、かつ、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒の流量が減少する。その結果、インジェクションされる冷媒のガス温度が上昇するので、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが上昇して目標値Ｔｓｅｔ１に近づく。

【0035】

一方、ステップＳ１０２の比較の結果、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが目標値Ｔｓｅｔ１よりも大きい場合、流量制御手段３５は、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈを小さくするために、エコノマイザ膨張弁７の開度を大きくする（ステップＳ１０４）。エコノマイザ膨張弁７の開度が大きくなると、中間圧力が上がり、かつ、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒の流量が増加する。その結果、インジェクションされる冷媒のガス温度が低下するので、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが低下して目標値Ｔｓｅｔ１に近づく。

【0036】

また、ステップＳ１０２の比較の結果、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが目標値Ｔｓｅｔ１と同等である場合、流量制御手段３５は、エコノマイザ膨張弁７の開度を維持する（ステップＳ１０５）。このようにして、圧縮機２にインジェクションされる冷媒の量および温度が、運転負荷に対応して成績係数が大きくなる最適な値に自動的に制御される。

【0037】

なお、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１において、エコノマイザ回路１１の接続構成は、図１に示す構成に限らない。図５は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の別の構成例を示す冷媒回路図である。図５に示す冷凍サイクル装置１ａでは、エコノマイザ回路１１は、中間冷却器４および凝縮器３の間から分岐して、エコノマイザ膨張弁７および中間冷却器４の低圧部４ｂを介して圧縮機２に接続されている。エコノマイザ膨張弁７は、中間冷却器４と凝縮器３との間の分岐部１５ａと中間冷却器４との間に設けられている。

【0038】

本実施の形態１の冷凍サイクル装置１は、監視対象としてエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈを算出する。そして、冷凍サイクル装置１は、冷媒回路１２の運転状態に基づいてエコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈの目標値を求め、エコノマイザ過熱度ΔＴｅｓｈが目標値に一致するようにエコノマイザ膨張弁７の開度を制御する。

【0039】

本実施の形態１では、監視対象のエコノマイザ過熱度の目標値を実際に運転される運転負荷において成績係数が大きくなるように設定することで、目標値が一定となるように設定される場合に比べて、エコノマイザ膨張弁の開度が適切に制御され、期間効率を向上させることができる。

【0040】

また、本実施の形態１では、算出手段３４は、周波数および圧縮比などに対応する運転負荷で成績係数が最大になる値を目標値に設定している。実際の運転負荷に応じて成績係数が大きくなるようにエコノマイザ流量制御を行うことで、冷凍サイクル装置１は期間成績係数を向上させることができる。

【0041】

この場合、算出手段３４は、目標値を決める方法として、期間成績係数を算出する計算式を構成する複数種の運転負荷から圧縮比に対応する目標値を推定してもよい。この場合、算出手段３４は、計算式に示す複数種の運転負荷以外の運転条件についても、監視対象の推定された最適な目標値を決めることができる。

【0042】

また、算出手段３４は、目標値を決める方法として、期間成績係数を算出する計算式を構成する複数種の運転負荷における圧縮比を基に圧縮比を複数の領域に分け、領域毎に目標値を決定してもよい。

【0043】

また、算出手段３４は、目標値を決める際、重み付けが最も大きい運転負荷に注目してもよく、複数種の運転負荷のうち、重み付けが大きい方の２以上の運転負荷に注目してもよい。この場合、算出手段３４は、圧縮比の目標値を決める基となる運転負荷の数が少ないので、監視対象の目標値の決定をより早く行うことができる。

【0044】

実施の形態２．
エコノマイザ流量制御に関して、実施の形態１はエコノマイザ過熱度を用いる場合で説明したが、本実施の形態２は、中間冷却器の高圧側冷媒出口の冷媒の温度に注目する場合について例示する。本実施の形態２では、実施の形態１の冷凍サイクル装置と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0045】

図１に示した冷媒回路において、冷媒回路１２を流通する冷媒の一部がエコノマイザ回路１１に分流し、中間冷却器４の低圧部４ｂを流通する。中間冷却器４の低圧部４ｂを流通する冷媒は中間冷却器４の高圧部４ａを流通する冷媒を冷却する。そのため、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒は、中間冷却器４の高圧部４ａを流れる冷媒の温度を低下させる。実施の形態１は、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒の温度および圧力を検出してエコノマイザ膨張弁７の開度を制御するものである。これに対して、本実施の形態２は、中間冷却器４の高圧側冷媒出口の冷媒温度の変化を検出し、エコノマイザ膨張弁７の開度を制御するものである。

【0046】

本実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成を説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。本実施の形態２の冷凍サイクル装置１ｂは、中間冷却器４の高圧側冷媒出口に設けられた中間冷却器高圧側出口温度センサ１４を有する。図６に示す冷凍サイクル装置１ｂでは、図１に示した温度センサ１３が設けられていない。図６に示す構成例では、中間冷却器高圧側出口温度センサ１４は、分岐部１５と主膨張弁５との間に設けられている。中間冷却器高圧側出口温度センサ１４は、冷媒回路１２を流通する冷媒であって、中間冷却器４を流出した液冷媒の温度を検出する。

【0047】

本実施の形態２では、算出手段３４は、中間冷却器高圧側出口温度センサ１４が検出する冷媒温度Ｔｍと中間圧力の飽和ガス温度Ｔｅｓａとの差である主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａを算出する。主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａは、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａ＝（Ｔｍ−Ｔｅｓａ）の式で算出される。本実施の形態２では、エコノマイザ流量制御に用いられる監視対象は主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａである。

【0048】

図７は、本発明の実施の形態２のエコノマイザ流量制御において、監視対象の主冷媒液アプローチ温度を説明するための模式図である。図７は、縦軸が圧力を示し、横軸が比エンタルピを示すｐ−ｈ線図である。図７に主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａを模式的に示す。

【0049】

次に、本実施の形態２の冷凍サイクル装置１ｂの動作を説明する。図８は、図６に示した冷凍サイクル装置の動作手順を示すフローチャートである。本実施の形態２においても、監視対象が主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａである場合の目標値を決めるグラフがメモリ３１に記憶されている。グラフは、例えば、図３に示したグラフである。

【0050】

冷凍サイクル装置１ｂの運転中に、制御装置１０は、各種センサの検出値を一定の周期で読み取る。算出手段３４は、中間冷却器高圧側出口温度センサ１４が検出した冷媒温度Ｔｍと中間圧力センサ８ｃが検出した中間圧力の飽和ガス温度Ｔｅｓａとから主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａを算出する。算出手段３４は、蒸発圧力センサ８ａおよび凝縮圧力センサ８ｂの検出値を用いて圧縮比を算出する。算出手段３４は、算出した圧縮比を基に、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａの目標値Ｔｓｅｔ２を決定する（ステップＳ２０１）。算出手段３４は、図３に示したグラフから目標値Ｔｓｅｔ２を決定する。

【0051】

そして、流量制御手段３５は、算出された主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａと目標値Ｔｓｅｔ２とを比較する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２の比較の結果、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａが目標値Ｔｓｅｔ２よりも小さい場合、流量制御手段３５は、エコノマイザ膨張弁７の開度を小さくする（ステップＳ２０３）。エコノマイザ膨張弁７の開度が小さくなると、中間圧力が下がり、かつ、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒の流量が減少する。その結果、中間冷却器内で高圧側冷媒と低圧側冷媒の熱交換量が減少し、冷媒温度Ｔｍが上昇する。そのため、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａが増加して目標値Ｔｓｅｔ２に近づく。

【0052】

一方、ステップＳ２０２の比較の結果、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａが目標値Ｔｓｅｔ２よりも大きい場合、流量制御手段３５は、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａを小さくするために、エコノマイザ膨張弁７の開度を大きくする（ステップＳ２０４）。エコノマイザ膨張弁７の開度が大きくなると、中間圧力が上がり、かつ、エコノマイザ回路１１を流通する冷媒の流量が増加する。その結果、中間冷却器内で高圧側冷媒と低圧側冷媒の熱交換量が増加し、冷媒温度Ｔｍが低下する。そのため、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａは減少して、目標値Ｔｓｅｔ２に近づく。

【0053】

また、ステップＳ２０２の比較の結果、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａが目標値Ｔｓｅｔ２と同等である場合、流量制御手段３５は、エコノマイザ膨張弁７の開度を維持する（ステップＳ２０５）。このようにして、圧縮機２にインジェクションされる冷媒の量および温度が、運転負荷に対応して成績係数が大きくなる最適な値に自動的に制御される。

【0054】

なお、本実施の形態２においても、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａの目標値は、図３に示したグラフに限定されない。主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａの目標値は、式（２）の計算式を構成する４種類の運転負荷の成績係数と圧縮機２の圧縮比との関係から求められてもよい。また、目標値を決める基になる成績係数は、式（２）の計算式を構成する４種類の運転負荷のうち、重み付けが最大値の成績係数であってもよく、重み付けが大きい方から２つ以上の成績係数から推定されるものであってもよい。

【0055】

本実施の形態２の冷凍サイクル装置１ｂは、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａを算出し、圧縮比に基づいて主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａの目標値を求め、主冷媒液アプローチ温度ΔＴｓｃａが目標値に一致するようにエコノマイザ膨張弁７の開度を制御する。

【0056】

本実施の形態２においても、主冷媒液アプローチ温度の目標値を実際に運転される運転負荷において成績係数が大きくなるように設定することで、目標値が一定となるように設定される場合に比べて、エコノマイザ膨張弁の開度が適切に制御され、期間効率を向上させることができる。

【0057】

なお、本実施の形態２において、エコノマイザ回路１１の接続構成が図１に示した構成の場合で説明したが、エコノマイザ回路１１の接続構成は図５に示した構成であってもよい。また、本実施の形態１および２で説明した各構成要素の形態は、一例であって、実施の形態の説明および図面に示す構成に限定されるものではない。また、圧力の高低は、特に絶対的な値との関係で高低が定まるものではなく、冷凍サイクル装置における状態および動作等において相対的に定まることを意味する。

【符号の説明】

【0058】

１、１ａ、１ｂ 冷凍サイクル装置、２ 圧縮機、３ 凝縮器、４ 中間冷却器、４ａ 高圧部、４ｂ 低圧部、５ 主膨張弁、６ 蒸発器、７ エコノマイザ膨張弁、８ａ 蒸発圧力センサ、８ｂ 凝縮圧力センサ、８ｃ 中間圧力センサ、９ エコノマイザ配管、１０ 制御装置、１１ エコノマイザ回路、１２ 冷媒回路、１３ 温度センサ、１４ 中間冷却器高圧側出口温度センサ、１５、１５ａ 分岐部、３１ メモリ、３２ ＣＰＵ、３３ 冷凍サイクル制御手段、３４ 算出手段、３５ 流量制御手段。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】