JP2008082680A - 過冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本願発明はＨＣＦＣ系冷媒用に設計された既設の屋内設備及び屋内配管において、ＨＦＣ系冷媒用冷凍装置に置き換えた場合も冷凍能力を維持し、かつ冷媒の流速の増加を抑制することで圧力損失の増加による運転効率の低下を防ぎ、屋内設備における冷却が充分である時でも安定して冷凍能力を提供することを目的としている。
【解決手段】
副冷凍サイクルの圧縮機が動作し、主冷凍サイクルの圧縮機が停止している時、主冷凍サイクルの運転制御に用いる所定圧力をより低い値に再設定し圧縮機の停止を抑制する。これにより、主冷凍サイクルを冷媒が循環するため、副冷凍サイクルは主冷凍サイクルが現在必要としている冷凍能力に対応した運転を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本願発明はショーケースや空気調和機等の屋内設備に屋内配管を介して接続されて使される冷凍装置において、液化した冷媒をさらに過冷却することを目的とした冷凍装置に関する。

現在、Ｒ２２などのＨＣＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置がコンビニエンスストア（ＣＶＳ）や大型量販店において多く利用されている。これら冷凍装置には図１に示すようなコンデンサを分離設置する分離型、又は、コンデンサを冷凍装置と一体とする一体型がある。しかし、これら冷凍装置で用いられているＨＣＦＣ系冷媒はオゾン層を破壊する性質を有しているため、規制対象となっている。

そのため、今後はオゾン層を破壊しないＲ３２、Ｒ４０７Ａ、Ｒ４１０ＡなどのＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置が増加すると考えられる。また、ＨＣＦＣ系冷媒の規制は段階的に行われるため、既存のＨＣＦＣ系冷媒を用いた設備に対してＨＦＣ系冷媒への置き換えも進行すると考えられる（特許文献１参照）。
特開２００１−２０１２１５号公報

しかし、ＨＦＣ系冷媒はＨＣＦＣ系冷媒と物性が異なるため、ＨＣＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置をそのままＨＦＣ系冷媒用冷凍装置に転用することはできない。よって、ＨＦＣ系冷媒をＨＣＦＣ系冷媒用冷凍装置に用いる際にはその物性に対応する必要がある。

例えば、ＨＦＣ系冷媒はＨＣＦＣ系冷媒に比べて同一蒸発温度において動作圧力が高いため、配管等の耐圧性能に注意が必要である。さらに、ＨＦＣ系冷媒はＨＣＦＣ系冷媒に比べて単位体積当たりの冷凍能力が低いため、ＨＣＦＣ系冷媒と同水準の冷凍能力を得るためには冷媒流量を増加させる必要がある。

そのため、ＣＶＳや大型量販店においてＨＣＦＣ系冷媒用冷凍装置向けに設計された既設の屋内配管を利用して、ＨＦＣ系冷媒用冷凍装置への置き換えを行った場合、ＨＣＦＣ系冷媒を用いていた時と同水準の冷凍能力を確保するためには、冷媒の流速を増加させ冷媒流量を増やす必要がある。しかし、冷媒の流速が増加すると屋内配管中における圧力損失が増加してしまうため、冷媒が循環する際のエネルギー損失が大きくなり運転効率が低下してしまう。

冷媒の流速を増加させずに冷凍能力を維持するためには屋内配管の内径を大きくし、断面積を増加させることで冷媒流量を増加させる方法があるが、既設の屋内設備において屋内配管を敷設し直すためには非常に高額な費用と時間が必要となる。

そこで、本願発明はＨＣＦＣ系冷媒用に設計された既設の屋内設備及び屋内配管において、ＨＦＣ系冷媒用冷凍装置に置き換えた場合でも冷凍能力を維持し、かつ冷媒の流速の増加を抑制することで圧力損失の増加による運転効率の低下を防ぐことを目的としている。さらに、屋内設備における冷却が充分に行われている時でも安定して冷凍能力を提供することを目的としている。

なお、本願発明は既設の屋内設備及び屋内配管を利用する場合に限らず、新しくＨＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置を開発する際に、ＨＣＦＣ系冷媒を用いた冷凍装置と同程度の大きさの冷凍装置によって、必要な冷凍能力を確保することができる。

本願発明は上記のような問題を鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止した時、前記副冷凍サイクルの圧縮機を停止させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定圧力以下となった時に停止し、所定圧力以上となった時に始動する運転制御がなされ、前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定圧力を低下させることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定範囲内にある時に動作する運転制御がなされ、前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定範囲をより低い値にシフトさせることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、前記副冷凍サイクルの圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定範囲内にある時に動作する運転制御がなされ、前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定範囲をより高い値にシフトさせることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４記載の冷凍システムにおいて、前記屋内設備を配管接続する屋内配管を備え、前記屋内配管はＨＣＦＣ系冷媒の仕様に配管設計され、前記主冷凍サイクル及び前記副冷凍サイクルが使用する冷媒はＨＦＣ系冷媒であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５記載の冷凍システムにおいて、前記主冷凍システムの蒸発温度は前記副冷凍システムの蒸発温度より低いことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６記載の冷凍システムにおいて、前記主冷凍システムの前記凝縮器は前記冷凍装置とは別個に設けられていることを特徴とする。

本願発明により、副冷凍サイクルの圧縮機は停止していないが主冷凍サイクルの圧縮機が停止している時、主冷凍サイクルの運転制御に用いられる所定圧力を元の値よりも低い値に再設定し主冷凍サイクルの圧縮機の停止を抑制することができる。これにより、主冷凍サイクルを冷媒が循環するため、副冷凍サイクルは主冷凍サイクルが現在必要としている冷凍能力に対応した運転を行うことができる。

また、副冷凍サイクルの圧縮機は停止していないが主冷凍サイクルの圧縮機が停止している時、副冷凍サイクルの圧縮機の運転制御に用いる低圧圧力の所定範囲をより高い範囲にシフトさせる。これにより、副冷凍サイクルの圧縮機は通常よりも出力が低下するため、副冷凍サイクルによる主冷凍サイクルの冷媒の過冷却が抑制され、主冷凍サイクルの運転が促進される。よって、主冷凍サイクルを冷媒が循環するため、副冷凍サイクルは主冷凍サイクルが現在必要としている冷凍能力に対応した運転を行うことができる。

以下、図面を用いて本願発明の実施方法について詳細に説明する。

図２は本願発明を適用した冷凍装置の冷媒回路図であり、冷凍装置１、コンデンシングユニット２、過冷却ユニット３（副冷凍サイクル）からなる。冷凍装置１の冷媒入口Ａから流入した気体冷媒は液体冷媒となって冷媒出口Ｂから過冷却ユニット３の冷媒入口Ｃへ流入し、過冷却された液体冷媒は冷媒出口Ｄからショーケースや空気調和機などを備える屋内配管（図示しない）へと流出する。

前記屋内配管はＣＶＳや大型量販店に既に敷設されたものであり、ＨＣＦＣ系冷媒を対象として配管径が設計されたものをそのまま利用している。なお、本願発明において当該屋内配管は既設のものに限らず、冷凍装置と共に新設されるものでも適用可能であり、配管径についてもＨＣＦＣ系冷媒用に設計されたものに限るものではない。

本実施例では冷凍装置１として屋内に配設されるインドアユニットを想定しており、熱交換を行う凝縮器をコンデンシングユニット２として冷凍装置１と分離して屋外に設ける構成を採っている。なお、本願発明はこれに限らず凝縮器が冷凍装置と一体化している一体型冷凍装置においても適用可能である。

また、冷凍装置１の冷媒としてＲ４０７Ａを想定しているが、これに限るものではなく蒸発温度が副冷凍サイクルの蒸発温度よりも低く設定できる冷媒であれば適用可能である。

冷凍装置１の構成及び冷媒の流れについて説明する。冷媒入口Ａから流入した気体冷媒はストレーナ１０４によって混入物が取り除かれ、アキュムレータ１０５によって液体冷媒と気体冷媒とに分離される。液体冷媒はアキュムレータ１０５に貯留され、気体冷媒のみが圧縮機１００、１０１により吸引され、高温高圧に圧縮された後に吐出される。

なお、本実施例では圧縮機１００は運転周波数が可変の可変速圧縮機、圧縮機１０１は運転周波数が一定の一定速圧縮機を用いているが、圧縮機１００及び圧縮機１０１共に運転周波数が一定の一定速圧縮機を用いても良い。

圧縮機１００、１０１によって高温高圧に圧縮された気体冷媒は圧縮機中の潤滑油を含有したまま吐出される。吐出された気体冷媒は、オイルセパレータ１０２に流入し油分が分離された後、コンデンシングユニット２に配設された凝縮器２００に流入する。

オイルセパレータ１０２において分離された潤滑油はストレーナ１０６において混入物が取り除かれた後、それぞれ電磁弁１０７、１０８を介して圧縮機１００、１０１に戻される。この際に、各圧縮機について圧縮機中の潤滑油が一定値以上となるように電磁弁１０７、１０８の開閉が制御される。

凝縮器２００において冷却され凝縮した液体冷媒はコンデンシングユニット２から冷凍装置１に戻り、受液器１０３に貯溜される。受液器１０３に貯留された液体冷媒は冷凍装置１の冷媒出口Ｂから過冷却ユニット３の冷媒入口Ｃへ流入し、熱交換器３０５において過冷却された後に過冷却ユニット３の冷媒出口Ｄから、屋内配管を介してショーケースや空気調和機等の屋内設備へと流出する。

また、圧縮機１００、１０１が高温となることを防止するために、リキッドインジェクション回路が設けられている。リキッドインジェクション回路において、受液器１０３から引き出された液体冷媒はストレーナ１０９、１１２において混入物を除去された後、膨張弁１１０、１１３及び電磁弁１１１、１１４を順に介して圧縮機１００、１０１に供給され、各圧縮機の冷却を行う。膨張弁１１０、１１３の開閉度及び電磁弁１１１、１１４の開閉は圧縮機１００、１０１から吐出される冷媒の温度が一定範囲内となるように制御される。

冷凍装置１の運転制御方法について説明する。なお、冷凍装置１の運転制御方法については、本実施例に示す方法に限らず従来の運転制御方法で構わず、いずれの運転制御方法においても過冷却ユニット３による本願発明の効果を得ることができる。

冷凍装置１の圧縮機の吸込み側圧力（低圧圧力）が圧力センサ（図示しない）によって計測され、当該低圧圧力と予め定められた所定圧力Ｉ、所定圧力ＩＩとが比較されることによって運転制御がなされる。なお、所定圧力ＩＩは所定圧力Ｉよりも大きい値である。

低圧圧力が所定圧力Ｉよりも小さい時は、圧縮機１００及び圧縮機１０１共に停止する。低圧圧力が所定圧力Ｉ以上となった時、可変速圧縮機１００は最低運転周波数で始動し、低圧圧力が所定圧力Ｉ以上所定圧力ＩＩ未満の範囲内にある時は低圧圧力の増加に伴って運転周波数が増加する。低圧圧力が所定圧力ＩＩ以上となった時、可変速圧縮機１００は再び最低運転周波数で動作し、一定速圧縮機１０１が始動する。その後、一定速圧縮機１０１は動作し続け、低圧圧力の増加に伴って可変速圧縮機１００の運転周波数が増加する。

また、低圧圧力が減少し、所定圧力ＩＩ以下となった時は一定速圧縮機１０１は停止し、可変速圧縮機１００が最大運転周波数で動作する。その後、可変速圧縮機１００の運転周波数は低圧圧力が所定圧力Ｉとなるまで低圧圧力の減少に伴って減少し、低圧圧力が所定圧力Ｉ以下となった時、可変速圧縮機１００は停止する。

過冷却ユニット３の構成及び冷媒の流れについて説明する。過冷却ユニット３は冷凍装置１、コンデンシングユニット２、屋内配管、屋内設備からなる主冷凍サイクルとは独立した副冷凍サイクルを構成しており、主冷凍サイクルと副冷凍サイクルは熱的に結合している。

過冷却ユニット３の冷媒としてＲ４１０Ａを想定しているが、これに限らず蒸発温度が主冷凍サイクルの蒸発温度よりも高く設定される冷媒であれば適用可能である。。

過冷却ユニット３において、圧縮機３００によって圧縮され吐出された冷媒はオイルセパレータ３０１に流入する。吐出された冷媒は圧縮機中の潤滑油を含んでいるため、オイルセパレータ３０１において潤滑油が取り除かれた後に凝縮器３０２に流入する。なお、吐出冷媒の温度及び圧力は温度センサ３１２及び圧力センサ３１３によって計測される。

なお、本実施例では圧縮機３００として運転周波数が可変の可変速圧縮機を用いているが、運転周波数が一定の一定速圧縮機を用いても良い。

オイルセパレータ３０１において分離された潤滑油はストレーナ３０７において混入物が取り除かれた後に電磁弁３０８を介して圧縮機３００に戻される。なお、過冷却ユニット３は閉じた冷凍サイクルであるため、冷凍回路中に残留する潤滑油は少ない。また、圧縮機は一台しか搭載されていないため、圧縮機３００に戻る潤滑油の量について電磁弁３０８によって調整しなくても構わない。

凝縮器３０２において冷却され凝縮し液体となった冷媒は受液器３０３に貯溜される。受液器３０３に貯留された液体冷媒の一部は、圧縮機３００の温度を一定範囲に保つためのリキッドインジェクションに利用される。

リキッドインジェクション回路において、受液器３０３から引き出された冷媒はストレーナ３０９において混入物が取り除かれた後に膨張弁３１０及び電磁弁３１１を介して圧縮機３００に流入し、圧縮機３００を冷却する。膨張弁３１０の開度及び電磁弁３１１の開閉は圧縮機３００から吐出される冷媒の温度が一定範囲内となるように制御される。

受液器３０３に貯留された液体冷媒は膨張弁３０４によって減圧され、カスケード熱交換器３０５（過冷却用熱交換器）の副冷凍サイクル側に流入し、蒸発することでカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側を流れる高温の液体冷媒を冷却（過冷却）する。なお、カスケード熱交換器３０５の副冷凍サイクル側入口における冷媒温度は温度センサ３１４によって計測され、主冷凍サイクル側入口における冷媒温度は温度センサ３１７によって計測される。

カスケード熱交換器３０５の副冷凍サイクル側出口から流出した冷媒は液体冷媒を一部に含むため、アキュムレータ３０６において液体冷媒と気体冷媒に分離される。液体冷媒はアキュムレータ３０６に貯留され、気体冷媒のみが圧縮機３００に吸引される。また、カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口から流出した冷媒は過冷却ユニット３の冷媒出口Ｄから、屋内配管を介してショーケースや空気調和機等の屋内設備に流出する。

なお、カスケード熱交換器３０５の副冷凍サイクル側出口における冷媒温度は温度センサ３１５によって計測され、主冷凍サイクル側出口における冷媒温度は温度センサ３１８によって計測され、主冷凍サイクル側出口における冷媒圧力は圧力センサ３１９によって計測され、圧縮機３００の低圧側圧力は圧力センサ３１６によって計測される。

本実施例では過冷却ユニット３の構成として凝縮器３０２を一体型としているため、外気と熱交換が可能である屋外に配設されるアウトドアユニットを想定している。しかし、本願発明はこれに限ったものではなく、凝縮器をコンデンシングユニットとして別途設ける構成とし、過冷却ユニット３を屋内に設けるインドアユニットとしても良い。

また、図３に示すように、内部熱交換器３２０を設けることで、カスケード熱交換器３０５において過冷却される前の液体冷媒と、過冷却された液体冷媒とを熱交換させることが可能となる。これにより、カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側の出入口間における液体冷媒の温度差を減少させることができるため、カスケード熱交換器３０５の長寿命化を図ることができる。

過冷却ユニット３の運転制御方法について説明する。

（１）過冷却度一定運転モード
過冷却ユニット３において、カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口の冷媒圧力を圧力センサ３１９によって計測し、当該冷媒圧力における冷媒の飽和温度（冷媒飽和温度）ＳＴを算出する。本実施例では冷媒飽和温度ＳＴの算出は、冷媒圧力と冷媒飽和温度ＳＴの対応表を予め制御装置（図示しない）に記憶させ、当該対応表から冷媒飽和温度ＳＴの近似値を求めている。なお、冷媒飽和温度ＳＴの算出については、冷媒圧力と冷媒飽和温度ＳＴとの関係を表する近似式から求めても良い。

カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口の冷媒温度Ｔ１を温度センサ３１８によって計測し、当該冷媒温度Ｔ１と冷媒飽和温度ＳＴからカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口における冷媒の過冷却度ＳＣを下記の数式１から算出する。

屋内設備が必要とする過冷却度を所定過冷却度ＣＳＣとして予め制御装置に設定し、冷媒過冷却度ＳＣと所定過冷却度ＣＳＣとについて比較を行う。冷媒過冷却度ＳＣと所定過冷却度ＣＳＣの差ＤＳＣを下記の数式２から算出する。

冷媒過冷却度ＳＣが所定過冷却度ＣＳＣよりも大きい時、つまり、ＤＳＣが０よりも大きい時、カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側は過度に過冷却されている。そのため、膨張弁３０４を閉じることによりカスケード熱交換器３０５における冷却を抑制する。本実施例においては、膨張弁３０４の弁開度はにＤＳＣ対応しており、ＤＳＣが大きくなる程、膨張弁３０４の弁開度は減少する。なお、ＤＳＣが所定値以上となる時は膨張弁３０４は閉止される。

冷媒過冷却度ＳＣが所定過冷却度ＣＳＣよりも小さい時、つまり、ＤＳＣが０以下となる時、カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側は過冷却が不足している。そのため、膨張弁３０４を開くことによりカスケード熱交換器３０５における冷却を促進する。上述したように本実施例においては、膨張弁３０４の弁開度はＤＳＣに対応しており、ＤＳＣが小さくなる程、膨張弁３０４の弁開度は増加する。

冷媒過冷却度ＳＣと所定過冷却度ＣＳＣが等しい時、必要とされる過冷却度が実現されているため、膨張弁３０４の弁開度は変更されない。なお、膨張弁３０４の弁開度制御については本手法に限らず、冷媒過冷却度ＳＣと所定過冷却度ＣＳＣの比を用いても良い。

また、カスケード熱交換器３０５の主冷冷凍サイクル側入口及び出口の冷媒温度を温度センサ３１７及び３１８によって計測し、当該入口側温度と当該出口側温度の温度差を冷媒過冷却度ＳＣとして上記制御を行っても良い。

（２）露点以上運転モード
屋内配管の周囲の湿度を計測する屋内湿度センサ（図示しない）により屋内湿度を計測し、この屋内湿度における水蒸気の飽和温度（水蒸気飽和温度）ＷＴを算出する。本実施例では水蒸気飽和温度ＷＴの算出は屋内湿度と水蒸気飽和温度ＷＴの対応表を予め制御装置(図示しない)に記憶させ、当該対応表から水蒸気飽和温度ＷＴの近似値を求めている。なお、水蒸気飽和温度ＷＴの算出については屋内湿度と水蒸気飽和温度ＷＴとの関係を表する近似式から求めても構わない。

また、水蒸気飽和温度ＷＴを算出方法については、屋内配管の周囲の温度を計測する屋内温度センサ（図示しない）を設け、屋内温度と水蒸気飽和温度ＷＴの対応表を予め制御装置（図示しない）に記憶させ、計測された屋内温度から水蒸気飽和温度ＷＴの近似値を求めても良い。なお、水蒸気飽和温度ＷＴの算出については屋内温度と水蒸気飽和温度ＷＴとの関係を表する近似式から求めても構わない。

カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口の冷媒温度Ｔ１を温度センサ３１８によって計測し、冷媒温度Ｔ１と算出された水蒸気飽和温度ＷＴとを比較する。冷媒温度Ｔ１と水蒸気飽和温度ＷＴとの差ＤＷＴを下記の数式３から算出する。

冷媒温度Ｔ１が水蒸気飽和温度ＷＴよりも高い時、つまり、ＤＷＴが０よりも大きい時、屋内配管に結露は発生しにくく、かつ、冷媒温度が高く冷凍能力が不足していると考えられるため、膨張弁３０４の弁開度を増加させカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側を冷却することで冷凍能力を高める。膨張弁３０４の弁開度はＤＷＴに対応しており、ＤＷＴが大きいほど膨張弁３０４の弁開度は増加する。

一方、冷媒温度Ｔ１が水蒸気飽和温度ＷＴよりも低い時、つまり、ＤＷＴが０よりも小さい時、屋内配管において結露が発生してしまうため、膨張弁３０４の弁開度を減少させカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側の冷却を抑制し冷媒温度Ｔ１を上昇させることで結露を防止する。上述したように膨張弁３０４の弁開度はＤＷＴに対応しており、ＤＷＴが小さいほど膨張弁３０４は閉じ、ＤＷＴが所定値よりも小さい時は膨張弁３０４は閉止される。

（３）冷媒温度一定運転モード
カスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側出口の冷媒温度Ｔ１を温度センサ３１８によって計測する。屋内設備が必要とする冷凍能力を出力可能な冷媒温度を予め所定温度ＣＴとして制御装置（図示しない）に記憶させ、冷媒温度Ｔ１と所定温度ＣＴとの差ＤＣＴを下記の数式４から算出する。

冷媒温度Ｔ１が所定温度ＣＴより低い時、つまり、ＤＣＴが０以下である時、冷凍能力は過剰となっているため、膨張弁３０４の弁開度を減少させることでカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側の冷却を抑制する。膨張弁３０４の弁開度はＤＣＴに対応しており、ＤＣＴが小さいほど膨張弁３０４は閉じ、ＤＣＴが所定値よりも小さい場合には膨張弁３０４は閉止される。

一方、冷媒温度Ｔ１が所定温度ＣＴよりも高い時、つまり、ＤＣＴが０以上である時、冷凍能力が不足しているため、膨張弁３０４の弁開度を増加させることでカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側の冷却を促進させる。上述したように膨張弁３０４の弁開度はＤＣＴに対応しており、ＤＣＴが大きいほど膨張弁３０４は開く。

上記いずれの運転モードにおいても、圧縮機３００は圧力センサ３１６によって計測される低圧圧力によって制御される。圧縮機３００の運転周波数はこの低圧圧力が所定範囲内となるように制御され、低圧圧力の上昇に比例して増加し、低圧圧力の下降に比例して減少する。

また、圧縮機３００の運転制御はこの方法に限らず、前記各運転モードにおける膨張弁３０４の弁開度と連動して、弁開度が増加した時に運転周波数が増加し、弁開度が減少した時に運転周波数が減少するようにしても良い。

なお、圧縮機３００が一定速圧縮機である時は、低圧圧力が前記所定範囲の下限値以下となった時に停止し、所定範囲の下限値以上となった時に始動する。また、圧縮機３００の運転制御はこの方法に限らず、前記各運転モードにおける膨張弁３０４の弁開度が所定値以上となった時に動作し、弁開度が所定値以下となった時に停止する方法でも良い。

次に、冷凍装置１と過冷却ユニット３の連係運転制御について説明する。主冷凍サイクルの屋内設備において冷凍能力が過剰となった時、冷凍装置１の圧縮機の吸込み側圧力が大きく低下するため冷凍装置１の圧縮機１００及び１０１は停止してしまい、主冷凍サイクルにおいて冷媒が循環しない状態となる。

過冷却ユニット３はカスケード熱交換器３０５の主冷凍サイクル側の温度又は圧力を計測して運転制御されているため、主冷凍サイクルの冷媒が循環していない状態では主冷凍サイクルが必要としている冷凍能力を計測できず、単独で運転（空回り）してしまう可能性がある。

これに対応するため、過冷却ユニット３の圧縮機３００は停止していないが冷凍装置１の圧縮機１００及び１０１が停止している時、過冷却ユニット３は冷凍装置１の運転制御に用いられる所定圧力Ｉを元の値よりも低い値に再設定し冷凍装置１の圧縮機の停止を抑制する。これにより、主冷凍サイクルを冷媒が循環するため、過冷却ユニット３は主冷凍サイクルが現在必要としている冷凍能力に対応した運転を行うことができる。なお、冷凍装置１の圧縮機の吸込み側圧力が元の所定圧力Ｉよりも大きくなった時、所定圧力Ｉの値を元の値に戻す。

また、同様に過冷却ユニット３の圧縮機３００は停止していないが冷凍装置１の圧縮機１００及び１０１が停止している時、過冷却ユニット３は圧縮機３００の運転制御に用いる低圧圧力の所定範囲をより高い範囲にシフトさせる。これにより、圧縮機３００は通常よりも出力が低下するため、過冷却ユニット３による主冷凍サイクルの冷媒の過冷却が抑制され、主冷凍サイクルの運転が促進される。よって、主冷凍サイクルを冷媒が循環するため、過冷却ユニット３は主冷凍サイクルが現在必要としている冷凍能力に対応した運転を行うことができる。なお、圧縮機３００低圧圧力が元の所定範囲の上限よりも大きくなった時、所定範囲の値を元の値に戻す。

なお、主冷凍サイクルの圧縮機が停止している時は主冷凍サイクルの冷凍能力が過剰となっている状況が多いため、冷凍能力過剰と判断し過冷却ユニット３の運転状況によらず圧縮機３００を停止させるよう運転制御しても良い。

従来の冷凍装置の冷媒回路図である。 本願発明を適用した冷凍装置の冷媒回路図である。 本願発明を適用した内部熱交換器を備えた冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１００、１０１ コンプレッサ
１０２ オイルセパレータ
１０３ 受液器
１０４ ストレーナ
１０５ アキュムレータ
１０６ ストレーナ（オイル用）
１０７、１０８ 電磁弁（オイル用）
１０９、１１２ ストレーナ（リキッドインジェクション用）
１１０、１１３ 膨張弁（リキッドインジェクション用）
１１１、１１４ 電磁弁（リキッドインジェクション用）
２００ 凝縮器
３００ コンプレッサ
３０１ オイルセパレータ
３０２ 凝縮器
３０３ 受液器
３０４ 膨張弁
３０５ カスケード熱交換器
３０６ アキュムレータ
３０７ ストレーナ（オイル用）
３０８ 電磁弁（オイル用）
３０９ ストレーナ（リキッドインジェクション用）
３１０ 膨張弁（リキッドインジェクション用）
３１１ 電磁弁（リキッドインジェクション用）
３１２ 高圧温度センサ
３１３ 高圧圧力センサ
３１４ 副冷凍サイクル側入口温度センサ
３１５ 副冷凍サイクル側出口温度センサ
３１６ 低圧圧力センサ
３１７ 主冷凍サイクル側入口温度センサ
３１８ 主冷凍サイクル側出口温度センサ
３１９ 主冷凍サイクル側出口圧力センサ
３２０ 内部熱交換器

Claims (7)

1. 圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、
   前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、
   前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止した時、前記副冷凍サイクルの圧縮機を停止させることを特徴とする冷凍システム。
2. 圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、
   前記圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定圧力以下となった時に停止し、所定圧力以上となった時に始動する運転制御がなされ、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、
   前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、
   前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定圧力を低下させることを特徴とする冷凍システム。
3. 圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、
   前記圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定範囲内にある時に動作する運転制御がなされ、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、
   前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、
   前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定範囲をより低い値にシフトさせることを特徴とする冷凍システム。
4. 圧縮機、凝縮器を備える冷凍装置と、減圧装置、蒸発器を備える屋内設備とからなる主冷凍サイクルにおいて、
   前記凝縮器と前記減圧装置との間に、当該凝縮器から流出する冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器を備えた副冷凍サイクルを備え、
   前記副冷凍サイクルは圧縮機、凝縮器、減圧装置、前記過冷却用熱交換器を備え、
   前記副冷凍サイクルの圧縮機は当該圧縮機の吸込圧力が所定範囲内にある時に動作する運転制御がなされ、
   前記主冷凍サイクルの圧縮機が停止し、かつ、前記副冷凍サイクルの圧縮機が停止していない時、前記所定範囲をより高い値にシフトさせることを特徴とする冷凍システム。
5. 請求項１乃至請求項４記載の冷凍システムにおいて、
   前記屋内設備を配管接続する屋内配管を備え、
   前記屋内配管はＨＣＦＣ系冷媒の仕様に配管設計され、
   前記主冷凍サイクル及び前記副冷凍サイクルが使用する冷媒はＨＦＣ系冷媒であることを特徴とする冷凍システム。
6. 請求項１乃至請求項５記載の冷凍システムにおいて、
   前記主冷凍システムの蒸発温度は前記副冷凍システムの蒸発温度より低いことを特徴とする冷凍システム。
7. 請求項１乃至請求項６記載の冷凍システムにおいて、
   前記主冷凍システムの前記凝縮器は前記冷凍装置とは別個に設けられていることを特徴とする冷凍システム。