JP2009144933A - 冷媒回路 - Google Patents
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Abstract
【構成】制御部90は、メモリ91に格納しているプログラムやデータ、タイマー92、および蒸発器18の冷媒入口18aの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサ93、蒸発器18の復路パイプ18dの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサ94、内部熱交換器16の低圧側冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95からの入力信号に基づいて信号を出力して、送風装置14や電源周波数を変換するインバータ11cを介して2段式圧縮機11を運転し、電子膨張弁17の弁開閉量を可変制御する。
【選択図】 図2
Description
冷媒回路は、低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とする圧縮機と、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を放熱させて低温高圧の冷媒とするガスクーラと、ガスクーラで低温高圧となった冷媒を絞り膨張させて低温低圧の冷媒とする膨張弁と、冷媒を蒸発させて圧縮機に帰還させる蒸発器とから構成され、蒸発器の冷媒入口と冷媒出口の冷媒温度の過熱度(冷媒温度差)に基づいて膨張弁の絞り弁開閉制御を行っている。蒸発器は金属パイプをコイル状に巻回させて冷却水に浸漬し、冷媒が蒸発するときに発生する蒸発潜熱でその周囲にアイスバンク(氷魂)を形成し、このアイスバンクの蓄熱を利用して冷却水の温度を略0℃に保つようにしている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、蒸発器の冷媒入口と冷媒出口の冷媒温度を計測した過熱度に基づいて膨張弁の絞り弁開閉制御を行っているために、過熱度がゼロになると蒸発器の冷媒の乾き度(湿り蒸気中の蒸気分の割合)が不明になり、乾き度が小さい冷媒回路の運転になってしまう虞がある。乾き度が小さくなると蒸発器での冷媒の蒸発量が減少して蒸発潜熱の発生量が減ることにより冷凍能力が極端に低下してしまうという課題がある。
また、このような飲料ディスペンサの冷媒回路には一般にHFC冷媒が用いられているが、係る冷媒はオゾン層を破壊する原因ともされており、地球環境に対する影響の少ない冷媒を用いた冷媒回路の開発が要求されている。
本発明は、上記実情に鑑みて、地球環境に対する影響の少ない冷媒を用いて、冷凍能力を確保することが可能な冷媒回路を提供することを目的とする。
前記蒸発器の冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサと、
前記内部熱交換器の低圧側冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサと、
前記内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度と前記蒸発器入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度との温度差が第1の所定値以下になると前記膨張弁を第1の所定角度閉じて冷媒通流量を絞り、前記蒸発器での冷媒蒸発量を増加させる制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする。
前記制御手段は、前記蒸発器本体冷媒温度センサが出力する冷媒温度と前記蒸発器入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度との温度差が第2の所定値の範囲になると前記膨張弁を第2の所定角度閉じて冷媒通流量を絞り、前記蒸発器での冷媒蒸発量を増加させる制御を行うことを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係る冷媒回路は、上述した請求項1または請求項2において、前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
また、請求項2の発明によれば、蒸発器の本体の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサを、さらに備え、制御手段は、蒸発器本体冷媒温度センサが出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度との温度差が第2の所定値の範囲になると膨張弁を第2の所定角度閉じて冷媒通流量を絞り、蒸発器での冷媒蒸発量を増加させる制御を行うことにより、膨張弁の絞り弁を第2の所定角度閉じることにより、蒸発器への冷媒供給量が減少して蒸発器の冷媒の乾き度が大きくなるので、蒸発器での冷媒蒸発量が増加して蒸発潜熱の発生量が増えることにより冷凍能力の低下が防止でき、冷凍能力を確保することが可能な冷媒回路を提供することが可能となる。
図1は、本発明に係る冷媒回路を備えた飲料ディスペンサの外観図である。同図に示すように、飲料ディスペンサ1は、前面に開口を有するディスペンサ本体2と、ディスペンサ本体2の前面開口を開閉可能にする態様で当該ディスペンサ本体2の前面の一側に支承された前扉3とを有し、前扉3の表面には、飲料選択ボタン4aを備えた操作パネル4が配設してある。また、前扉3の内側下方には、シロップ飲料を供給する飲料ノズルや飲料原料を供給するチューブ式ポンプが配設され、その下方には飲料容器であるカップの置き台になるカップレスト5と、カップレスト5にカップを載置する際のカップ位置決めとしてのカップガイド6と、飛び散った飲料等を集めるドリップトレイ7とが設けられ、高さ調整可能なレベリング調整脚8を備えている。
図2は、本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す回路図である。冷媒回路10は、2段式圧縮機11、中間熱交換器12、ガスクーラ13、送風装置14、ストレーナ15、内部熱交換器16、電子膨張弁17、蒸発器18、ならびにこれらを接続する冷媒管路Lにより構成され、冷媒を図中矢印方向に循環させて冷却を行うものである。ここで、冷媒としては、不燃性、安全性、不腐食性を有し、更にオゾン層を破壊することがない地球環境に対する影響の少ない二酸化炭素を用いている。
内部熱交換器16は、ガスクーラ13からストレーナ15を介して供給された周囲温度に近い温度まで冷却された冷媒(例えば40℃、10MPa)と、蒸発器18から2段式圧縮機11に帰還する低温低圧の冷媒(例えば0℃、3MPa)とを熱交換させるものであり、その内部には、ガスクーラ13から供給された冷媒が通流する冷媒管路16aと、蒸発器18で蒸発させた冷媒が通流する冷媒管路16bとが、互いに熱交換可能な態様で配設してあり、冷媒管路16aを通流した冷媒は冷却されて(例えば35℃、10MPa)電子膨張弁17に供給され、冷媒管路16bを通流した冷媒は暖められて(例えば25〜30℃、3MPa)2段式圧縮機11に帰還する。
電子膨張弁17は、内部熱交換器16で熱交換させた冷媒を絞り膨張させて減圧して低温低圧(例えば−10℃、3MPa)の状態に調整して蒸発器18に供給するものである。
また、冷媒回路10には蒸発器18の冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサ93と、蒸発器18の本体の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサ94と、内部熱交換器16の低圧側冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95と、を備えている。
図3は本発明に係る冷媒回路の実施の形態を示す蒸発器18を示し、金属パイプをコイル状に巻回させたもので、図2に示す電子膨張弁17から供給された低温低圧の冷媒が流入する冷媒入口18aを有する一段置きのコイル状に巻回された往路パイプ18bと、冷媒が内部熱交換器16を介して2段式圧縮機11に流出する冷媒出口18eを有する一段置きのコイル状に巻回された復路パイプ18dと、往路パイプ18bと復路パイプ18dとを継合するUベンド18cと、からなり、往路パイプ18bと復路パイプ18dとを交互に密着させて巻回している。そして、冷媒入口18aから流入した冷媒は往路パイプ18bを順次下方向に通流し、Uベンド18cで通流方向を変えて復路パイプ18dを上方向に通流し、その間に蒸発して蒸発潜熱を発生させてその周囲にアイスバンク(氷魂)Bを形成し、冷媒出口18eから流出して内部熱交換器16を介して2段式圧縮機11に帰還する。
また、蒸発器18の冷媒入口18aの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサ93と、蒸発器18の復路パイプ(本体)18dの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサ94と、を備えている。
図4は、本発明に係る冷媒回路10の制御系を示したブロック図である。同図に示すように制御部(制御手段)90にはメモリ91やタイマー92等が付設されている。制御部90は、メモリ91に格納しているプログラムやデータ、タイマー92、および蒸発器18の冷媒入口18aの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサ93、蒸発器18の復路パイプ(本体)18dの冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサ94、内部熱交換器16の低圧側冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95からの入力信号に基づいて信号を出力して、送風装置14や電源周波数を変換するインバータ11cを介して2段式圧縮機11を運転し、電子膨張弁17の弁開閉量を可変制御する。
制御部90は、2段式圧縮機11、送風装置14を運転すると、蒸発器入口冷媒温度センサ93、蒸発器本体冷媒温度センサ94、内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95が出力する温度信号で各冷媒温度の確認を行い(ステップS101)、内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95が出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサ93が出力する冷媒温度を次式を用いて比較する(ステップS102)。
比較した過熱度(冷媒温度差)が第1の所定値(例えば8℃)以下であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を第1の所定角度(例えば10パルス)閉じる(ステップS103)。
このように内部熱交換器低圧側入口冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度の過熱度が第1の所定値(例えば8℃)以下であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を第1の所定角度(例えば10パルス)閉じることにより、蒸発器18への冷媒供給量が減少して蒸発器18の冷媒の乾き度(湿り蒸気中の蒸気分の割合)が大きくなるので、蒸発器18での冷媒蒸発量が増加して蒸発潜熱の発生量が増えることにより冷凍能力の低下が防止でき、地球環境に対する影響の少ない二酸化炭素を冷媒として用いて、冷凍能力を確保することが可能な冷媒回路を提供することが可能となる。
内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95が出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサ93が出力する冷媒温度を比較した過熱度が第1の所定値(例えば8℃)以上であると判断すると、蒸発器本体冷媒温度センサ94が出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサ93が出力する冷媒温度を次式を用いて比較する(ステップS104)。
比較した過熱度が第2の所定値(例えば1℃〜3℃)の範囲内であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を第2の所定角度(例えば5パルス)閉じる(ステップS105)。
このように蒸発器本体冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度の過熱度が第2の所定値(例えば1℃〜3℃)の範囲内であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を第2の所定角度(例えば5パルス)閉じることにより、蒸発器18への冷媒供給量が減少して蒸発器18の冷媒の乾き度(湿り蒸気中の蒸気分の割合)が大きくなるので、蒸発器18での冷媒蒸発量が増加して蒸発潜熱の発生量が増えることにより冷凍能力の低下が防止でき、地球環境に対する影響の少ない二酸化炭素を冷媒として用いて、冷凍能力を確保することが可能な冷媒回路を提供することが可能となる。
蒸発器本体冷媒温度センサ94が出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサ93が出力する冷媒温度を比較した過熱度が第2の所定値(例えば1℃〜3℃)の範囲外であると判断すると、蒸発器本体冷媒温度センサ94が出力する冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度センサ93が出力する冷媒温度を次式を用いてさらに比較する(ステップS106)。
比較した過熱度が例えば5℃以上であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を例えば5パルス開く(ステップS107)。
このように蒸発器本体冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度の過熱度が例えば5℃以上であると判断すると、電子膨張弁17の絞り弁を例えば5パルス開いて蒸発器18への冷媒供給量を増加させる。
また、蒸発器本体冷媒温度と蒸発器入口冷媒温度の過熱度が例えば5℃未満であると判断すると、所定時間(例えば1分)毎に、蒸発器入口冷媒温度センサ93、蒸発器本体冷媒温度センサ94、内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ95が出力する温度信号で各冷媒温度の確認を行う(ステップS101)。
10 冷媒回路
11 2段式圧縮機
12 中間熱交換器
13 ガスクーラ
14 送風装置
16 内部熱交換器
17 電子膨張弁
18 蒸発器
20 冷却水槽
90 制御部(制御手段)
93 蒸発器入口冷媒温度センサ
94 蒸発器本体冷媒温度センサ
95 内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサ
B アイスバンク(氷魂)
L 冷媒管路
W 冷却水
Claims (3)
- 低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒とする圧縮機と、前記圧縮機で圧縮されて高温高圧となった冷媒を機外空気と熱交換させることで放熱させるガスクーラと、前記ガスクーラで放熱された冷媒と前記圧縮機に帰還する低温低圧の冷媒とを熱交換させて低温高圧の冷媒とする内部熱交換器と、前記内部熱交換器で低温高圧となった冷媒を絞り膨張させて低温低圧の冷媒とする膨張弁と、前記膨張弁で低温低圧とした冷媒を蒸発させて蒸発潜熱を発生させる蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒を前記内部熱交換器を介して前記圧縮機に帰還させる冷媒管路と、を設けた冷媒回路において、
前記蒸発器の冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器入口冷媒温度センサと、
前記内部熱交換器の低圧側冷媒入口の冷媒温度を計測して温度信号を出力する内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサと、
前記内部熱交換器低圧側入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度と前記蒸発器入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度との温度差が第1の所定値以下になると前記膨張弁を第1の所定角度閉じて冷媒通流量を絞り、前記蒸発器での冷媒蒸発量を増加させる制御を行う制御手段と、を備えていることを特徴とする冷媒回路。 - 前記蒸発器の本体の冷媒温度を計測して温度信号を出力する蒸発器本体冷媒温度センサを、さらに備え、
前記制御手段は、前記蒸発器本体冷媒温度センサが出力する冷媒温度と前記蒸発器入口冷媒温度センサが出力する冷媒温度との温度差が第2の所定値の範囲になると前記膨張弁を第2の所定角度閉じて冷媒通流量を絞り、前記蒸発器での冷媒蒸発量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の冷媒回路。 - 前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷媒回路。
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