专利名称：制冷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行制冷循环的制冷装置，特别涉及具有通过制冷剂的膨胀而产生动力的膨胀机的制冷装置。
背景技术：
以往公知有利用作为闭合回路的制冷剂回路使制冷剂循环来进行制冷循环的制冷装置，并作为空调机等被广泛采用。作为这种制冷装置，例如像特开平2001-107881号公报公开的那样，公知有把制冷循环的高压设定得高于制冷剂的临界压力的制冷装置。该制冷装置具有由涡旋式流体机械构成的膨胀机作为制冷剂的膨胀机构。并且，利用轴连接该膨胀机和压缩机，把在膨胀机中得到的动力用来驱动压缩机，实现COP(能效系数)的提高。
在上述公报的制冷装置中，通过膨胀机的制冷剂的质量流量和通过压缩机的制冷剂的质量流量总是相等。这是因为制冷剂回路是闭合回路。另一方面，膨胀机和压缩机的入口处的制冷剂的密度随着制冷装置的运转条件而变化。与此相对，在上述公报的制冷装置中，膨胀机和压缩机相互连接，不能改变膨胀机和压缩机的排放容积比。因此，具有在运转条件变化时制冷装置不能稳定持续运转的问题。
针对该问题，如特开平2001-116371号公报公开的那样，提出了在制冷剂回路中设置对膨胀机进行旁通的旁通管的对策。即，在膨胀机的排量不足时，使散热后的制冷剂的一部分流入旁通管，由此确保制冷剂的循环量，稳定地持续进行制冷循环。
但是，根据制冷装置的运转条件，有时膨胀机的排量会过剩，此时也不能稳定持续运转。在福田充宏等2人著的「压縮機—膨張機一体流体機械を組込んだ二酸化炭素サイクルの理論性能」、第35回空気調和·冷凍連合講演会講演論文集，第57-60页中，公开了针对该问题的对策。具体来讲，在该文献中，不仅设置膨胀机的旁通管，还在膨胀机的上游设置膨胀阀，由此来对应该情况。即，利用膨胀阀将朝向膨胀机的制冷剂减压，预先增大流入膨胀机的制冷剂的比体积，由此稳定地持续进行运转。
但是，像非专利文献1那样在制冷剂回路中设置膨胀机的旁通管和膨胀机的上游膨胀阀时，虽然可以在所有条件下稳定地进行制冷循环，但是在膨胀机中获得的动力减少，具有制冷装置的能效系数(COP)降低的问题。
此处，参照图6说明上述问题。另外，该图表示散热器出口的高压制冷剂的温度和压力一定时的制冷剂蒸发温度和COP的关系。并且，假定从散热器放出的高压制冷剂全部以原有状态流入膨胀机，此时在膨胀机中得到的动力为最大，制冷装置的COP为最大。在该图中，利用双点划线表示该假定理想状态下的制冷装置的COP和制冷剂蒸发温度的关系。
假定根据制冷剂蒸发温度0℃的运转条件设定膨胀机和压缩机的排量。此时，在制冷剂蒸发温度为0℃的运转状态下，从散热器放出的所有高压制冷剂直接流入膨胀机，制冷装置的COP达到最大。
但是，在制冷剂蒸发温度高于0℃时，制冷循环的低压上升，从而压缩机入口处的制冷剂密度增大。因此，形成与压缩机相比膨胀机的排量过小的状态，需要使从散热器放出的制冷剂的一部分流入旁通管。因此，在膨胀机中得到的动力降低，如图6实线所示，制冷装置的COP低于理想状态值。
并且，在制冷剂蒸发温度低于0℃时，制冷循环的低压降低，压缩机入口处的制冷剂密度减小。因此，形成与压缩机相比膨胀机的排量过大的状态，需要使从散热器放出的制冷剂预先在膨胀阀中膨胀后流入膨胀机。因此，此时在膨胀机中得到的动力也降低，如图6实线所示，制冷装置的COP低于理想状态值。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，无论在哪种运转条件下都能够进行制冷装置的运转，并且提高制冷装置的COP。
第一发明以使制冷剂在制冷剂回路(10)中循环而进行制冷循环的制冷装置为对象。并且，具有膨胀机(23)，设在上述制冷剂回路(10)中，通过高压制冷剂的膨胀产生动力；第1压缩机(21)，设在上述制冷剂回路(10)中，并且与第1电动机(31)和上述膨胀机(23)连接，被该第1电动机(31)和膨胀机(23)所产生的动力驱动，而压缩制冷剂；容量可变的第2压缩机(22)，与第1压缩机(21)并列设在上述制冷剂回路(10)中，并且与第2电动机(32)连接，被该第2电动机(32)所产生的动力驱动，而压缩制冷剂。
第二发明是在上述第一发明中，具有控制单元(50)，其调节第2压缩机(22)的容量，以使制冷循环的高压达到规定的目标值。
第三发明是在上述第一发明中，具有旁通通路(40)，其使制冷剂回路(10)中的膨胀机(23)的入口侧和出口侧连通；调节阀(41)，用于调节上述旁通通路(40)中的制冷剂流量。
第四发明是在上述第三发明中，具有控制单元(50)，其调节第2压缩机(22)的容量和调节阀(41)的开度，以使制冷循环的高压达到规定的目标值。
第五发明是在上述第四发明中，控制单元(50)构成为，在调节阀(41)为全闭状态、制冷循环的高压低于规定的目标值时，使第2压缩机(22)运转，进行该第2压缩机(22)的容量调节，在第2压缩机(22)为停止状态、制冷循环的高压高于规定的目标值时，打开调节阀(41)，进行该调节阀(41)的开度调节。
第六发明是在上述第一、第二、第三、第四或第五发明中，在制冷剂回路(10)中填充二氧化碳作为制冷剂，使制冷剂在制冷剂回路(10)中循环的制冷循环的高压被设定为高于二氧化碳的临界压力。
在上述第一发明中，制冷剂在制冷剂回路(10)内循环，并依次重复压缩、散热、膨胀、吸热的各个步骤，进行制冷循环。制冷剂的膨胀过程是在膨胀机(23)中进行。在该膨胀机(23)中，散热后的高压制冷剂膨胀，从该高压制冷剂回收动力。制冷剂的压缩过程是在第1压缩机(21)或第2压缩机(22)中进行。在第1压缩机(21)和第2压缩机(22)双方运转的状态下，吸热后的制冷剂的一部分被吸入第1压缩机(21)，剩余部分被吸入第2压缩机(22)。第1压缩机(21)由膨胀机(23)所回收的动力和第1电动机(31)所产生的动力驱动，将所吸入的制冷剂压缩。另一方面，第2压缩机(22)由第2电动机(32)所产生的动力驱动，将所吸入的制冷剂压缩。
在该第一发明中，第1压缩机(21)与膨胀机(23)连接。因此，在制冷装置的运转中，第1压缩机(21)一直运转。另一方面，第2压缩机(22)不与膨胀机(23)连接，而被第2电动机(32)驱动，并且其容量可以改变。在制冷装置的运转中，第2压缩机(22)被适当地调节容量。即，在制冷装置的运转中，第2压缩机(22)有时可以停止。
在上述第二发明中，控制单元(50)调节第2压缩机(22)的容量。该控制单元(50)所进行的第2压缩机(22)的容量调节是为了使制冷循环的高压达到规定的目标值。例如，该控制单元(50)在制冷循环的高压高于目标值时，进行降低第2压缩机(22)的容量的动作，相反在制冷循环的高压低于目标值时，进行增大第2压缩机(22)的容量的动作。
在上述第三发明中，在制冷剂回路(10)中设有旁通通路(40)和调节阀(41)。在调节阀(41)打开的状态下，散热后的高压制冷剂的一部分流入旁通通路(40)，剩余部分流入膨胀机(23)。并且，在改变调节阀(41)的开度时，旁通通路(40)的制冷剂流入量变化。
在上述第四发明中，控制单元(50)调节第2压缩机(22)的容量和调节阀(41)的开度。该控制单元(50)所进行的第2压缩机(22)的容量调节和调节阀(41)的开度调节是为了使制冷循环的高压达到规定的目标值。例如，该控制单元(50)在制冷循环的高压高于目标值时，进行降低第2压缩机(22)的容量的动作和扩大调节阀(41)的开度的动作，相反在制冷循环的高压低于目标值时，进行增大第2压缩机(22)的容量的动作和缩小调节阀(41)的开度的动作。
在上述第五发明中，控制单元(50)进行以下动作。即，控制单元(50)只在不能进行针对第2压缩机(22)和调节阀(41)中任一方的控制动作时，进行针对另一方的控制动作。
具体来讲，在调节阀(41)打开的状态下制冷循环的高压低于目标值时，控制单元(50)缩小调节阀(41)的开度。在调节阀(41)全闭时制冷循环的高压仍然低于规定的目标值时，控制单元(50)起动第2压缩机(22)，开始其容量调节。
另一方面，在第2压缩机(22)运转的状态下制冷循环的高压高于规定的目标值时，控制单元(50)降低第2压缩机(22)的容量。并且，在第2压缩机(22)已停止但制冷循环的高压仍然高于规定的目标值时，控制单元(50)打开调节阀(41)，开始其开度调节。
这样，在上述第五发明中，第2压缩机(22)只在调节阀(41)全闭时运转，调节阀(41)只在第2压缩机(22)停止时打开。
在上述第六发明中，作为制冷剂回路(10)的制冷剂，使用二氧化碳(CO2)。由第1压缩机(21)或第2压缩机(22)压缩的二氧化碳成为高于其临界压力的高压。并且，高于临界压力的高压二氧化碳流入膨胀机(23)。
在本发明的制冷装置中，在其制冷剂回路(10)中，与第1压缩机(21)并列设置不与膨胀机(23)连接的第2压缩机(22)。因此，在只依靠与膨胀机(23)连接的第1压缩机(21)时排量不足的运转条件下，通过使第2压缩机(22)运转可以弥补排量的不足部分，能够以合适的条件继续进行制冷循环。并且，即使在以往那样必须利用膨胀阀等预先使制冷剂膨胀后再流入膨胀机(23)的运转条件下，也可以将散热后的高压制冷剂不预先膨胀即导入膨胀机(23)，能够避免在膨胀机(23)中得到的动力降低。
即，根据本发明，即使在以往那样为了以合适条件继续进行制冷循环而不得不牺牲COP的运转条件下，也能够继续进行制冷循环，同时确保较高的COP。因此，根据本发明，可以与运转条件无关地实现制冷装置的稳定运转，并且能够提高制冷装置的COP。
在上述第三发明中，在制冷剂回路(10)中设有旁通通路(40)和调节阀(41)。此处，关于容量可变的压缩机，一般其容量的可变范围存在制约。因此，根据制冷装置的使用情况，也存在只依靠第2压缩机(22)的容量调节不能继续以合适条件进行制冷循环的运转条件。对此，根据本发明，通过调节朝向旁通通路(40)的高压制冷剂的流入量，即使在这种运转条件下也能够继续进行稳定的制冷循环。即，即使在只依靠膨胀机(23)的排量不能确保必要的制冷循环量的运转条件下，通过向旁通通路(40)导入高压制冷剂，也可以弥补制冷剂质量流量的不足部分，能够以合适条件继续进行制冷循环。
在上述第五发明中，只在第2压缩机(22)停止、不能进行其容量调节时，打开调节阀(41)，向旁通通路(40)导入高压制冷剂。因此，可以把陷入由于制冷剂流入量的减少使得在膨胀机(23)中得到的动力降低的运转状态的频度抑制到最小限度，能够以尽可能高的COP状态使制冷装置运转。
图1是表示实施方式1的制冷剂回路的结构的配管系统图。
图2是表示实施方式1的制冷剂回路的制冷循环的莫里尔线图(压力-焓图)。
图3A是表示实施方式1的制冷剂回路在外部气温降低时的制冷运转中的制冷循环的莫里尔线图(压力-焓图)。
图3B是表示实施方式1的制冷剂回路在外部气温降低时的制热运转中的制冷循环的莫里尔线图(压力-焓图)。
图4A是表示实施方式1的制冷剂回路在外部气温上升时的制冷运转中的制冷循环的莫里尔线图(压力-焓图)。
图4B是表示实施方式1的制冷剂回路在外部气温上升时的制热运转中的制冷循环的莫里尔线图(压力-焓图)。
图5是表示实施方式2的制冷剂回路的结构的配管系统图。
图6是表示以往的制冷装置的制冷剂蒸发温度和能效系数(COP)的关系图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
(发明的实施方式1)如图1所示，本实施方式1是利用本发明的制冷装置构成的空调机。该空调机具有制冷剂回路(10)和作为控制单元的控制器(50)。本实施方式的空调机构成为使制冷剂在制冷剂回路(10)中循环，切换进行制冷运转和制热运转。
在上述制冷剂回路(10)中填充二氧化碳(CO2)作为制冷剂。在制冷剂回路(10)中设有室内热交换器(11)、室外热交换器(12)、第1四路切换阀(13)、第2四路切换阀(14)、第1压缩机(21)、第2压缩机(22)和膨胀机(23)。
上述室内热交换器(11)由所谓的十字鳍(cross fin)型的鳍管热交换器构成。利用图外的风扇向室内热交换器(11)供给室内空气。在室内热交换器(11)中进行所供给的室内空气和制冷剂回路(10)的制冷剂之间的热交换。在上述制冷剂回路(10)中，该室内热交换器(11)的一端通过配管连接第1四路切换阀(13)的第1端口，另一端通过配管连接第2四路切换阀(14)的第1端口。
上述室外热交换器(12)由所谓的十字鳍型鳍管热交换器构成。利用图外的风扇向室外热交换器(12)供给室外空气。在室外热交换器(12)中进行所供给的室外空气和制冷剂回路(10)的制冷剂之间的热交换。在上述制冷剂回路(10)中，该室外热交换器(12)的一端通过配管连接第1四路切换阀(13)的第2端口，另一端通过配管连接第2四路切换阀(14)的第2端口。
上述第1压缩机(21)和第2压缩机(22)均由柱塞式流体机械构成。即，这两个压缩机(21、22)由排量一定的容积型流体机械构成。在制冷剂回路(10)中，第1压缩机(21)和第2压缩机(22)的各自输出侧通过配管连接第1四路切换阀(13)的第3端口，各自吸入侧通过配管连接第1四路切换阀(13)的第4端口。这样，在制冷剂回路(10)中，第1压缩机(21)和第2压缩机(22)相互并列连接。
上述膨胀机(23)由柱塞式流体机械构成。即，该膨胀机(23)由排量一定的容积型流体机械构成。在制冷剂回路(10)中，膨胀机(23)的流入侧通过配管连接第2四路切换阀(14)的第3端口，流出侧通过配管连接第2四路切换阀(14)的第4端口。
另外，关于上述压缩机(21、22)和膨胀机(23)，构成它们的流体机械不限于柱塞式。即，例如也可以把涡管式容积型流体机械用作压缩机(21、22)和膨胀机(23)。
上述第1压缩机(21)通过驱动轴连接膨胀机(23)和第1电动机(31)。该第1压缩机(21)借助在膨胀机(23)中的制冷剂膨胀所得到的动力、和向第1电动机(31)通电所得到的动力双方，被旋转驱动。并且，利用一个驱动轴连接的第1压缩机(21)和膨胀机(23)的各自旋转速度总是相等。即，第1压缩机(21)的排量和膨胀机(23)的排量之比总是恒定。
另一方面，第2压缩机(22)通过驱动轴连接第2电动机(32)。该第2压缩机(22)只借助通过向第2电动机(32)通电得到的动力被旋转驱动。即，第2压缩机(22)可以以与第1压缩机(21)和膨胀机(23)不同的旋转速度旋转。
上述第1电动机(31)和第2电动机(32)分别从图外的逆变器提供规定频率的交流电。供给第1电动机(31)的交流频率和供给第2电动机(32)的交流频率分别单独设定。
在改变供给上述第1电动机(31)的交流频率时，第1压缩机(21)和膨胀机(23)的旋转速度变化，相应地第1压缩机(21)和膨胀机(23)的排量变化。即，第1压缩机(21)和膨胀机(23)的容量可以改变。另一方面，在改变供给上述第2电动机(32)的交流频率时，第2压缩机(22)的旋转速度变化，相应地第2压缩机(22)的排量变化。即，第2压缩机(22)的容量可以改变。
如上所述，第1四路切换阀(1 3)的第1端口连接室内热交换器(11)，第2端口连接室外热交换器(12)，第3端口连接第1和第2压缩机(21、22)的输出侧，第4端口连接第1和第2压缩机(21、22)的吸入侧。该第1四路切换阀(13)可以进行以下状态切换，即，第1端口与第4端口连通并且第2端口与第3端口连通的状态(图1中实线所示的状态)，及第1端口与第3端口连通并且第2端口与第4端口连通的状态(图1中虚线所示的状态)。
另一方面，第2四路切换阀(14)的第1端口连接室内热交换器(11)，第2端口连接室外热交换器(12)，第3端口连接膨胀机(23)的流入侧，第4端口连接膨胀机(23)的流出侧。该第2四路切换阀(14)可以进行以下状态切换，即，第1端口与第4端口连通并且第2端口与第3端口连通的状态(图1中实线所示的状态)，及第1端口与第3端口连通并且第2端口与第4端口连通的状态(图1中虚线所示的状态)。
在上述制冷剂回路(10)中还设有旁通配管(40)。该旁通配管(40)的一端连接在膨胀机(23)的流入侧和第2四路切换阀(14)之间，另一端连接在膨胀机(23)的流出侧和第2四路切换阀(14)之间。即，旁通配管(40)构成使膨胀机(23)的入口侧和出口侧连通的旁通通路。
在上述旁通管(40)中设有作为调节阀的旁通阀(41)。该旁通阀(41)由所谓电子膨胀阀构成，利用脉冲电机等使阀体旋转，由此可以改变开度。在改变旁通阀(41)的开度时，流过旁通配管(40)的制冷剂流量变化。并且，在使旁通阀(41)全闭时，旁通配管(40)成为切断状态，从而所有高压制冷剂被输送给膨胀机(23)。
上述控制器(50)构成为进行第2压缩机(22)的容量调节和旁通配管(40)的制冷剂流量调节，以使制冷循环的高压达到规定的目标值。具体来讲，该控制器(50)进行调节供给第2电动机(32)的交流频率的动作、和调节旁通阀(41)的开度的动作。并且，该控制器(50)也进行调节供给第1电动机(31)的交流频率来控制第1压缩机(21)的容量的动作。
运转动作参照图1和图2对上述空调机的制冷运转时和制热运转时的动作进行说明。另外，在该说明中，点A、点B、点C、点D均意味着图2的莫里尔线图所表示的关系。另外，此处说明第2压缩机(22)停止、旁通阀(41)全闭的状态下的动作。这种状态下的运转是在下述条件下进行的，即，蒸发器出口和散热器出口的制冷剂的比容积之比、与第1压缩机(21)和膨胀机(23)的排量之比一致的运转条件。
(制冷运转)在制冷运转时，第1四路切换阀(13)和第2四路切换阀(14)被切换为图1中实线所示的状态。在该状态下向第1电动机(31)通电时，制冷剂在制冷剂回路(10)中循环，进行制冷循环。此时，室外热交换器(12)成为散热器，室内热交换器(11)成为蒸发器。并且，制冷循环的高压PH被设定得高于制冷剂即二氧化碳的临界压力Pc(参照图2)。
从第1压缩机(21)输出点A状态的高压制冷剂。该高压制冷剂通过第1四路切换阀(13)流入室外热交换器(12)。在室外热交换器(12)中，高压制冷剂向室外空气中散热，在压力为PH的状态下，焓降低，形成点B状态。
从室外热交换器(12)流出的高压制冷剂通过第2四路切换阀(14)流入膨胀机(23)。在膨胀机(23)中使所导入的高压制冷剂膨胀，该高压制冷剂的内能被转换为旋转动力。借助在膨胀机(23)中的膨胀，高压制冷剂的压力和焓降低，从而形成点C状态。即，通过膨胀机(23)，使制冷剂的压力从PH降低为PL。
从膨胀机(23)输出的压力为PL的低压制冷剂通过第2四路切换阀(14)流入室内热交换器(11)。在室内热交换器(11)中，低压制冷剂从室内空气中吸热，在压力为PL的状态下，焓上升，形成点D状态。并且，在室内热交换器(11)中，室内空气被低压制冷剂冷却，该冷却后的室内空气被送回室内。
从室内热交换器(11)放出的低压制冷剂通过第1四路切换阀(13)被吸入第1压缩机(21)。被吸入第1压缩机(21)的制冷剂被压缩到压力PH，形成点A状态，然后从第1压缩机(21)输出。
(制热运转)在制热运转时，第1四路切换阀(13)和第2四路切换阀(14)切换为图1中虚线所示的状态。在该状态下向第1电动机(31)通电时，制冷剂在制冷剂回路(10)中循环，进行制冷循环。此时，室内热交换器(11)成为散热器，室外热交换器(12)成为蒸发器。并且，制冷循环的高压PH和制冷运转时相同，被设定得高于制冷剂即二氧化碳的临界压力Pc(参照图2)。
从第1压缩机(21)输出点A状态的高压制冷剂。该高压制冷剂通过第1四路切换阀(13)流入室内热交换器(11)。在室内热交换器(11)中，高压制冷剂向室内空气中散热，在压力为PH的状态下，焓降低，形成点B状态。并且，在室内热交换器(11)中，室内空气被高压制冷剂加热，被加热的室内空气被送回室内。
从室内热交换器(11)流出的高压制冷剂通过第2四路切换阀(14)流入膨胀机(23)。在膨胀机(23)中使所导入的高压制冷剂膨胀，该高压制冷剂的内能被转换为旋转动力。借助在膨胀机(23)中的膨胀，高压制冷剂的压力和焓降低，并形成点C状态。即，通过膨胀机(23)，使制冷剂的压力从PH降低为PL。
从膨胀机(23)输出的压力为PL的低压制冷剂通过第2四路切换阀(14)流入室外热交换器(12)。在室外热交换器(12)中，低压制冷剂从室外空气中吸热，在压力为PL的状态下，焓上升，形成点D状态。
从室外热交换器(12)放出的低压制冷剂通过第1四路切换阀(13)被吸入第1压缩机(21)。被吸入第1压缩机(21)的制冷剂被压缩到压力PH，形成点A状态，然后从第1压缩机(21)输出。
控制器的动作上述控制器(50)进行第2压缩机(22)的容量调节和旁通配管(40)的制冷剂流量调节，以使制冷循环的高压PH达到规定的目标值。
向该控制器(50)输入制冷循环的低压PL的测量值、发挥散热器作用的室外热交换器(12)或室内热交换器(11)的出口的制冷剂温度T的测量值。并且，向该控制器(50)输入制冷循环的高压PH的测量值。另外，控制器(50)调节供给第2电动机(32)的交流频率和旁通阀(41)的开度，以使制冷循环的高压PH的测量值达到设定的目标值。
(目标值的设定)控制器(50)根据所输入的低压PL和制冷剂温度T的测量值，把最佳的制冷循环的高压值设定为目标值。此时，控制器(50)使用预先存储的相关算式和数值数据的表等，算出制冷循环的高压最佳值、即制冷循环的COP为最大的高压值，把所得到的值设定为目标值。并且，控制器(50)比较所输入的高压PH的测量值和所设定的目标值，根据结果进行下述动作。
(高压PH的测量值＝目标值)在高压PH的测量值和目标值一致时，不必改变第2压缩机(22)的容量和旁通配管(40)的制冷剂的流量。因此，控制器(50)使供给第2电动机(32)的交流频率和旁通阀(41)的开度保持原状态。因此，如果第2压缩机(22)为停止状态，则第2压缩机(22)被保持为停止状态。并且，如果旁通阀(41)全闭，则旁通阀(41)被保持为全闭状态。
(高压PH的测量值＞目标值)在高压PH的测量值高于目标值时，假设第1压缩机(21)和第2压缩机(22)双方都运转的状态时，可以判断第1压缩机(21)和第2压缩机(22)的排量合计值过大。因此，控制器(50)降低供给第2电动机(32)的交流频率，降低第2压缩机(22)的旋转速度，减小其排量。即，控制器(50)降低第2压缩机(22)的容量。
在即使第2压缩机(22)停止时高压PH的测量值仍然高于目标值的情况下，可以判断为膨胀机(23)的排量过小。因此，该情况时，控制器(50)将旁通阀(41)打开，向膨胀机(23)和旁通配管(40)双方导入制冷剂。即，使制冷剂不仅在膨胀机(23)中流通，也在旁通管(40)中流通，确保制冷剂的循环量。
(高压PH的测量值＜目标值)在高压PH的测量值低于目标值时，假设第2压缩机(22)停止、旁通阀(41)打开的状态，可以判断膨胀机(23)和旁通管(40)的制冷剂流量的合计值过大。因此，控制器(50)减小旁通阀(41)的开度，削减旁通配管(40)中的制冷剂流量。
在即使旁通阀(41)全闭但高压PH的测量值仍然低于目标值的情况下，可以判断为第1压缩机(21)的排量过小。因此，该情况时，控制器(50)开始向第2电动机(32)供电，起动第2压缩机(22)。然后，控制器(50)适当增减供给第2电动机(32)的交流频率，改变第2压缩机(22)的旋转速度，调节其排量。即，控制器(50)进行第2压缩机(22)的容量控制。
在即使第2压缩机(22)的旋转速度为最大、即第2压缩机(22)为最大容量，但高压PH的测量值仍然低于目标值时，可以判断为膨胀机(23)的排量过大。因此，控制器(50)降低供给第1电动机(31)的交流频率，使膨胀机(23)的旋转速度降低，削减其排量。
实施方式1的效果在本实施方式1的空调机中，在其制冷剂回路(10)中，与第1压缩机(21)并列设置不与膨胀机(23)连接的第2压缩机(22)。因此，在只依靠与膨胀机(23)连接的第1压缩机(21)时排量不足的运转条件下，通过使第2压缩机(22)运转可以弥补排量的不足部分，能够以合适的条件继续进行制冷循环。
此处，在上述空调机中，在第2压缩机(22)停止、旁通阀(41)关闭的状态下，从高压PH的测量值与目标值一致的运转条件开始，外部气温降低。此时，如果是在制冷运转中，则在作为散热器的室外热交换器(12)的出口，制冷剂的状态如图3A所示，从点B状态变化为点B’状态。即，室外热交换器(12)出口处的制冷剂温度降低，制冷剂的比容积减小。如果是在制热运转中，则如图3B所示，作为蒸发器的室外热交换器(12)的制冷剂压力从PL降低为PL’。即，制冷循环的低压降低，室外热交换器(12)出口处的比容积增大。
这样，在外部气温降低的情况下，在不具有第2压缩机(22)的以往空调机中，需要利用设在膨胀机(23)上游的膨胀阀使制冷剂膨胀，向膨胀机(23)导入预先增大了比容积的制冷剂，由此使压缩机侧和膨胀机侧的排量平衡。
对此，在本实施方式中，通过使第1压缩机(21)和第2压缩机(22)双方运转，使压缩机侧的排量与膨胀机侧的排量平衡。因此，在制冷时，如图3A所示，可以把点B’状态的制冷剂直接导入膨胀机(23)而进行该图实线所示的制冷循环。并且，在制热时，如图3B所示，可以把点B状态的制冷剂直接导入膨胀机(23)而进行该图实线所示的制冷循环。
即，即使在以往那样必须利用膨胀阀等预先使制冷剂膨胀后再流入膨胀机(23)的运转条件下，也可以将散热后的高压制冷剂不预先膨胀即导入膨胀机(23)，能够避免使在膨胀机(23)中得到的动力降低。因此，根据本实施方式，可以与运转条件无关地实现稳定的制冷循环动作，可以提高空调机的COP。
另一方面，在上述空调机中，在第2压缩机(22)停止、旁通阀(41)关闭的状态下，从高压PH的测量值与目标值一致的运转条件开始，外部气温上升。此时，如果是在制冷运转中，则在作为散热器的室外热交换器(12)的出口，制冷剂的状态如图4A所示，从点B状态变化为点B’状态。即，室外热交换器(12)出口处的制冷剂温度上升，制冷剂的比容积增大。另外，如果是在制热运转中，则如图4B所示，作为蒸发器的室外热交换器(12)的制冷剂压力从PL上升为PL’。即，制冷循环的低压上升，室外热交换器(12)出口处的比容积减小。
这样，在外部气温上升的情况下，在本实施方式中，将旁通阀(41)打开，从而也向旁通配管(40)导入制冷剂，由此使压缩侧和膨胀侧的制冷剂的体积流量平衡。并且，在制冷运转中，如图4A所示，通过膨胀机(23)的点C’状态的制冷剂和通过旁通阀(41)的点E状态的制冷剂流入作为蒸发器的室内热交换器(11)。另外，在制热运转中，如图4B所示，通过膨胀机(23)的点C’状态的制冷剂和通过旁通阀(41)的点E状态的制冷剂流入作为蒸发器的室外热交换器(12)。
因此，根据本实施方式，在只依靠膨胀机(23)的排量不能确保所需要的制冷循环量的运转条件下，通过向旁通管(40)导入高压制冷剂，可以弥补制冷剂流量的不足部分，能够以合适条件继续进行制冷循环。
的确，向旁通配管(40)导入部分高压制冷剂时，相应地流入膨胀机(23)的高压制冷剂的量减少，导致在膨胀机(23)中得到的动力降低。但是，在设计空调机时，为了能够在频度最高的运转条件下获得最大的COP，一般是设计压缩机和膨胀机(23)，使成为必须向旁通配管(40)导入制冷剂的运转条件的频度不怎么高。并且，针对这种频度较低的运转条件，如果想要只通过控制第2压缩机(22)的容量来对应，则基于电动机(31、32)的损耗等理由，有可能反而使频度较高的运转条件下的空调机的COP降低。
因此，根据本实施方式，在频度较低的特殊运转条件下，通过向旁通配管(40)导入制冷剂，继续进行制冷循环，提高空调机的使用便利性，另一方面，在频度较高的运转条件下，把所有高压制冷剂导入膨胀机(23)，由此可以获得较高的COP。
(发明的实施方式2)本发明的实施方式2是在上述实施方式1中改变制冷剂回路(10)和控制器(50)的结构而形成的。此处，在本实施方式中，说明与上述实施方式1的不同之处。
如图5所示，在本实施方式的制冷剂回路(10)中，省略了旁通配管(40)和旁通阀(41)。与此对应，本实施方式的控制器(50)构成为只进行第1压缩机(21)和第2压缩机(22)的容量调节。即，该控制器(50)在高压PH的测量值高于目标值时，降低第2电动机(32)的旋转速度，削减第2压缩机(22)的容量，相反在高压PH的测量值低于目标值时，增加第2电动机(32)的旋转速度，增大第2压缩机(22)的容量。
例如，在空调机应该对应的运转条件的幅度不怎么大的情况下，以及在第2压缩机(22)可以保持高效率的较宽范围内调节容量的情况下，也可以像本实施方式那样省略旁通配管(40)和旁通阀(41)。
产业上的利用可能性如上所述，本发明可用于具有膨胀机的制冷装置。
权利要求
1.一种制冷装置，使制冷剂在制冷剂回路(10)中循环以进行制冷循环，具有膨胀机(23)，设在上述制冷剂回路(10)中，通过高压制冷剂的膨胀产生动力；第1压缩机(21)，设在上述制冷剂回路(10)中，并且与第1电动机(31)和上述膨胀机(23)连接，被该第1电动机(31)和膨胀机(23)所产生的动力驱动，而压缩制冷剂；容量可变的第2压缩机(22)，与第1压缩机(21)并列设在上述制冷剂回路(10)中，并且与第2电动机(32)连接，被该第2电动机(32)所产生的动力驱动，而压缩制冷剂。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其中，具有控制单元(50)，其调节第2压缩机(22)的容量，以使制冷循环的高压达到规定的目标值。
3.根据权利要求1所述的制冷装置，其中，具有旁通通路(40)，使制冷剂回路(10)中的膨胀机(23)的入口侧和出口侧连通；调节阀(41)，用于调节上述旁通通路(40)中的制冷剂流量。
4.根据权利要求3所述的制冷装置，其中，具有控制单元(50)，其调节第2压缩机(22)的容量和调节阀(41)的开度，以使制冷循环的高压达到规定的目标值。
5.根据权利要求4所述的制冷装置，其中，控制单元(50)构成为，在调节阀(41)为全闭状态、制冷循环的高压低于规定的目标值时，使第2压缩机(22)运转，进行该第2压缩机(22)的容量调节，在第2压缩机(22)为停止状态、制冷循环的高压高于规定的目标值时，打开调节阀(41)，进行该调节阀(41)的开度调节。
6.根据权利要求1所述的制冷装置，其中，在制冷剂回路(10)中填充二氧化碳作为制冷剂，使制冷剂在制冷剂回路(10)中循环的制冷循环的高压被设定为高于二氧化碳的临界压力。
全文摘要
在制冷装置的制冷剂回路(10)中填充二氧化碳作为制冷剂。在制冷剂回路(10)中并列设置第1压缩机(21)和第2压缩机(22)。第1压缩机(21)连接膨胀机(23)和第1电动机(31)双方，并由两者驱动。另一方面，第2压缩机(22)只连接第2电动机(32)，并由第2电动机(32)驱动。在制冷剂回路(10)中设置对膨胀机(23)进行旁通的旁通配管(40)。在该旁通配管(40)上设置旁通阀(41)。并且，进行第2压缩机(22)的容量调节和旁通阀(41)的开度调节，无论在哪种运转条件下都可以进行制冷装置的运转，提高制冷装置的COP。
文档编号F25B1/00GK1735779SQ200380108560
公开日2006年2月15日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年1月8日
发明者鉾谷克己, 森胁道雄, 冈本昌和, 熊仓英二, 冈本哲也 申请人:大金工业株式会社