JP2009270748A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱源側熱交換器4が高段側の圧縮要素2dの吐出側に接続され、接続配管72,73,74,75が熱源側熱交換器4と膨張機構5とを接続している。接続配管77,2aは、利用側熱交換器6と低段側の圧縮要素2cの吸入側とを接続している。液ガス熱交換器8は、接続配管72,73,74,75を流れる冷媒と、接続配管77,2aを流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。液ガス三方弁8Cは、接続配管72,73,74,75のうち液ガス熱交換器8を通過する部分に冷媒を流す状態と、液ガス熱交換器8を通過する部分の一端側と他端側とを接続する液ガスバイパス配管8Bに冷媒を流す状態と、を切り換える。
【選択図】図1
Description
<1−1>空気調和装置の構成
図1は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、超臨界域で作動する冷媒(ここでは、二酸化炭素)を使用して二段圧縮式冷凍サイクルを行う装置である。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について、図1、図2および図3を用いて説明する。
液ガス利用接続状態では、液ガス熱交換器8において、液側の液ガス熱交換器8Lを通過する冷媒と、ガス側の液ガス熱交換器8Gを通過する冷媒との間で熱交換が行われるように、液ガス三方弁8Cの接続状態が制御部99によって切り換え制御される。
液ガス非利用接続状態では、液ガス熱交換器8における熱交換が行われないように、制御部99が液ガス三方弁8Cの接続状態を制御して、接続配管72と液ガスバイパス配管8Bとを接続する状態にする。
このような冷凍サイクルにおいて、制御部99は、以下のような目標能力出力制御を行う。
また、制御部99は、上記目標能力出力制御を行いつつ、上述の液ガス利用接続状態と、液ガス非利用接続状態とを切り換える液ガス熱交換器切換制御を行う。
上記実施形態では、利用側温度センサ6Tの検知温度に基づいて(定まる目標蒸発温度に基づいて)制御部99が液ガス三方弁8Cの接続状態を切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、熱源側熱交換器4が放熱器として機能する場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1、2では、液ガス三方弁8Cの接続状態を切り換えて、液ガス利用接続状態と液ガス非利用接続状態とを切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1〜3では、液ガス三方弁8Cが設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1〜4では、二段階で圧縮される圧縮機構2が1つだけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
<2−1>空気調和装置の構成
第2実施形態の空気調和装置201では、上記第1実施形態の空気調和装置1の液ガス熱交換器8、液ガス三方弁8C等が設けられていない代わりに、エコノマイザ回路9およびエコノマイザ熱交換器20を有しており、圧縮機構2の低段側の圧縮要素2cから吐出される冷媒を高段側の圧縮要素2dに導く中間冷媒管22が設けられている冷媒回路210が採用されている。以下、上記実施形態の相違点を中心に説明する。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について、図6、図7および図8を用いて説明する。
エコノマイザ利用状態では、エコノマイザ膨張機構9eの開度を調節することで、エコノマイザ回路9に冷媒を流す。
エコノマイザ非利用状態では、エコノマイザ回路9におけるエコノマイザ膨張機構9eが全閉状態とされる。これにより、分岐中流配管9bにおける冷媒流れが無くなり、エコノマイザ熱交換器20が機能しない状態となる(図6,図7および図8の点Q‘、点M’、点D‘参照)。
このような冷凍サイクルにおいて、制御部99は、以下のような目標能力出力制御を行う。
また、制御部99は、上記目標能力出力制御を行いつつ、上述のエコノマイザ利用状態と、エコノマイザ非利用状態とを切り換えるエコノマイザ切換制御を行う。
上記実施形態では、利用側温度センサ6Tの検知温度に基づいて(定まる目標蒸発温度に基づいて)制御部99がエコノマイザ膨張機構9eの開度切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、熱源側熱交換器4が放熱器として機能する場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1、2では、エコノマイザ膨張機構9eの開度を調節して、エコノマイザ利用状態とエコノマイザ非利用状態とを切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、中間冷媒管22を流れる冷媒の過熱度を低下させる手段としてエコノマイザ回路9を通じて合流点Yにおいて冷媒をインジェクションさせる場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1〜4では、二段階で圧縮される圧縮機構2が1つだけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
<3−1>空気調和装置の構成
第3実施形態の空気調和装置301では、図14に示すように、上記第1実施形態の空気調和装置1の液ガス熱交換器8および第2実施形態のエコノマイザ回路9の両方が設けられた冷媒回路310が採用されている。以下、上記実施形態の相違点を中心に説明する。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について、図14、図15および図16を用いて説明する。
エコノマイザ状態では、制御部99が接続配管73には冷媒が流れないようにしつつ接続配管73gに冷媒が流れるように切換三方弁28Cの接続状態を切り換えて、エコノマイザ膨張機構9eの開度を上げて、エコノマイザ回路9に冷媒を流すように冷凍サイクルを行う。ここでは、図14,図15および図16において点A,点B,点C,点D,点K,点X,点R,点Y,点Q,点L,点Pで示すように、上記第2実施形態におけるエコノマイザ利用状態と同様の冷凍サイクルが行われる。
液ガス状態では、制御部99が、接続配管73gには冷媒が流れないようにしつつ接続配管73に冷媒が流れるように切換三方弁28Cの接続状態を切り換えて、液ガス熱交換器8を機能させた冷凍サイクルを行う。ここでは、図14,図15および図16において点A,点B,点C’,点D’,点K,点T,点L’,点P’で示すように、上記実施形態1における液ガス利用接続状態と同様の冷凍サイクルが行われる。
両機能非利用状態では、制御部99が接続配管73には冷媒が流れないようにしつつ接続配管73gに冷媒が流れるように切換三方弁28Cの接続状態を切り換えて、エコノマイザ膨張機構9eを全閉状態として、エコノマイザ回路9も液ガス熱交換器8も利用しないように冷凍サイクルを行う。ここでは、図14,図15および図16において点A,点B,点C,点D’’,点K,点X,点Q’’,点L’’,点Pで示すような単純な冷凍サイクルが行われる。
このような冷凍サイクルにおいて、制御部99は、以下のような目標能力出力制御を行う。
制御部99は、圧縮機構2の吐出冷媒温度が異常上昇しない範囲となることを最優先とし、熱源側熱交換器4において必要とされる放出熱量を供給できることを二番目の優先事項とし、運転効率を良好にすること(成績係数を向上させることや、圧縮効率を上げることとのバランスで適宜決定できる)が三番目の優先事項となるように、上記状態を切り換える制御を行う。
上記実施形態では、制御部99が、エコノマイザ状態と、液ガス状態と、両機能非利用状態とを切り換える制御を行う場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、利用側温度センサ6Tの検知温度に基づいて(定まる目標蒸発温度に基づいて)制御部99が切換三方弁28Cやエコノマイザ膨張機構9eの開度切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、熱源側熱交換器4が放熱器として機能する場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態および変形例1〜3では、切換三方弁28Cの接続状態を切り換えて、液ガス状態と、エコノマイザ状態および両機能非利用状態と、を切り換える場合を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、膨張機構5および膨張機構95eの両方が設けられた冷媒回路310を例に挙げて説明した。
上記実施形態では、エコノマイザ回路9に分岐する分岐点Xが、液ガス熱交換器8によってバイパスされている冷媒回路310を例に挙げて説明した。
さらに、図21に示すように、この冷媒回路310Dにおいて、膨張機構5および膨張機構95eを共通化させた膨張機構305Eを有する冷媒回路310Eを採用するようにしてもよい。
また、図22に示すように、切換三方弁28Cを接続配管75hと膨張機構5から延びる接続配管75iとの間に配置して、膨張機構5と利用側熱交換器6とを接続する接続配管76の合流点Vにおいて、液ガス熱交換器8Lを通過した戻り冷媒を合流させるようにした冷媒回路310Fを採用するようにしてもよい。
さらに、図23に示すように、この冷媒回路310Fにおいて、膨張機構5および膨張機構95eを共通化させた膨張機構305Fを有する冷媒回路310Eを採用するようにしてもよい。
また、図24に示すように、中間冷媒管22において中間冷却器7およびこの中間冷却器7をバイパスさせるための中間冷却バイパス回路7Bおよび中間冷却バイパス開閉弁7Cを設け、さらに、液側の液ガス熱交換器8Lをバイパスさせるための液ガスバイパス配管8Bおよび液ガス三方弁8Cを設けた、冷媒回路301Hを採用するようにしてもよい。
上記実施形態および変形例1〜10では、二段階で圧縮される圧縮機構2が1つだけ設けられた冷媒回路を例に挙げて説明した。
以上、本発明の実施形態およびその変形例について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態およびその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
2 圧縮機構
3 切換機構
4 熱源側熱交換器
5 膨張機構
6 利用側熱交換器
7 中間冷却器
8 液ガス熱交換器
20 エコノマイザ熱交換器
22 中間冷媒管
99 制御部
X 分岐点
Y 合流点
Claims (10)
- 冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置(701)であって、
冷媒を減圧させる膨張機構(5)と、
前記膨張機構と接続され、冷媒を蒸発させる蒸発器(6)と、
冷媒を吸入して圧縮させて吐出する第1圧縮要素(2c)と、前記第1圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第2圧縮要素(2d)と、を有する二段圧縮要素(2)と、
前記第2圧縮要素の吐出側に接続された放熱器(4)と、
前記放熱器と前記膨張機構とを接続する第1冷媒配管(72,73,74,75)と、
前記蒸発器と前記第1圧縮要素の吸入側とを接続する第2冷媒配管(77,2a)と、
前記第1冷媒配管(72,73,74,75)を流れる冷媒と、前記第2冷媒配管(77,2a)を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第1熱交換器(8,8L,8G)と、
前記第1冷媒配管(72,73,74,75)のうち前記第1熱交換器(8L)を通過する部分の一端側と他端側とを接続する第1熱交バイパス配管(8B)と、
前記第1冷媒配管のうち前記第1熱交換器(8L)を通過する部分(73,74)に冷媒を流す状態と、前記第1熱交バイパス配管(8B)に冷媒を流す状態と、を切り換え可能な熱交換器切換機構(8C)と、
を備えた冷凍装置(1)。 - 前記蒸発器の周辺の空気温度と、前記第1圧縮要素および第2圧縮要素の少なくともいずれか一方の吐出冷媒温度と、の少なくともいずれか一方を検知する温度検知部(6T,2T)と、
前記温度検知部により検知される値が空気温度である場合には前記空気温度が所定高温空気温度より高いこと、前記温度検知部により検知される値が冷媒温度である場合には前記冷媒温度が所定低温冷媒温度よりも低いこと、という条件を満たした場合に、前記熱交換器切換機構を制御することで前記第1冷媒配管のうち前記第1熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させる制御部(99)と、
をさらに備えた、
請求項1に記載の冷凍装置(1)。 - 冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置(1)であって、
冷媒を減圧させる第1膨張機構(5)および第2膨張機構(9e)と、
前記第1膨張機構(5)と接続され、冷媒を蒸発させる蒸発器(6)と、
冷媒を吸入して圧縮させて吐出する第1圧縮要素(2c)と、前記第1圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第2圧縮要素(2d)と、を有する二段圧縮要素(2)と、
前記第1圧縮要素(2c)から吐出した冷媒を前記第2圧縮要素(2d)に吸入させるための第3冷媒配管(22)と、
前記第2圧縮要素(2d)の吐出側に接続された放熱器(4)と、
前記放熱器(4)と前記第1膨張機構(5)とを接続する第1冷媒配管(72,73c,75c)と、
前記第1冷媒配管(72,73c,75c)から分岐して、前記第2膨張機構(9e)まで延びる第4冷媒配管(9a)と、
前記第2膨張機構(9e)から前記第3冷媒配管(22)まで延びている第5冷媒配管(9b、9c)と、
前記第1冷媒配管(72,73c,75c)を流れる冷媒と前記第5冷媒配管(9b,9c)を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第2熱交換器(20)と、
前記蒸発器(6)の周辺の空気温度と、前記第1圧縮要素(2c)および第2圧縮要素(2d)の少なくともいずれか一方の吐出冷媒温度と、の少なくともいずれか一方を検知する温度検知部(6T,2T)と、
前記温度検知部(6T、2T)により検知される値が空気温度である場合には前記空気温度が所定低温空気温度より低いこと、前記温度検知部(6T、2T)により検知される値が冷媒温度である場合には前記冷媒温度が所定高温冷媒温度よりも高いこと、という条件を満たした場合に、前記第2膨張機構(9e)を制御して通過する冷媒量を増量させる制御部(99)と、
を備えた冷凍装置(1)。 - 前記第3冷媒配管(22)を通過する冷媒を冷却可能な外部冷却部(7)と、
前記外部冷却部(7)を通過する流体温度を検知する外部温度検知部(7T)と、
前記第3冷媒配管(22)を通過する冷媒温度を検知する第3冷媒温度検知部(22T)と、
をさらに備え、
前記制御部(99)は、前記外部温度検知部(7T)による検知温度と前記第3冷媒温度検知部(22T)の検知温度との差が所定値未満になった場合に、前記第2膨張機構(9e)を制御して通過する冷媒量を増量させる、
請求項3に記載の冷凍装置(1)。 - 冷凍サイクルの少なくとも一部で作動冷媒が超臨界状態となる冷凍装置(1)であって、
冷媒を減圧させる第1膨張機構(5)および第2膨張機構(9e)と、
冷媒を蒸発させる蒸発器(6)と、
冷媒を吸入して圧縮させて吐出する第1圧縮要素(2c)と、前記第1圧縮要素から吐出された冷媒を吸入してさらに圧縮させて吐出する第2圧縮要素(2d)と、を有する二段圧縮要素(2)と、
前記第2圧縮要素(2d)の吐出側に接続された放熱器(4)と、
前記放熱器(4)と前記第1膨張機構(5)とを接続する第1冷媒配管(72,73,74,75)と、
前記蒸発器(6)と前記第1圧縮要素(2c)の吸入側とを接続する第2冷媒配管(77,2a)と、
前記第1圧縮要素(2c)から吐出した冷媒を前記第2圧縮要素(2d)に吸入させるための第3冷媒配管(22)と、
前記第1冷媒配管(72,73g,74g,75g)を流れる冷媒と前記第2冷媒配管(77,2a)を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第1熱交換器(8,8L,8G)と、
前記第1冷媒配管(72,73g,74g,75g)から分岐して前記第2膨張機構(9e)まで延びる第4冷媒配管(9a)と、
前記第2膨張機構(9e)と前記第3冷媒配管(22)とを接続する第5冷媒配管(9b,9c)と、
前記第1冷媒配管(72,73g,74g,75g)を流れる冷媒と前記第5冷媒配管(9b,9c)を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる第2熱交換器(20)と、
前記蒸発器(6)の周辺の空気温度と、前記第1圧縮要素(2c)および第2圧縮要素(2d)の少なくともいずれか一方の吐出冷媒温度と、の少なくともいずれか一方を検知する温度検知部(6T,2T)と、
前記温度検知部(6T,2T)により検知される値が空気温度である場合には前記空気温度が所定低温空気温度より低いこと、前記温度検知部により検知される値が冷媒温度である場合には前記冷媒温度が所定高温冷媒温度よりも高いこと、という条件を満たした場合に、前記第2膨張機構(9e)を制御して通過する冷媒量を増量させる第2膨張制御部(99)と、
を備えた冷凍装置(1)。 - 前記第1冷媒配管(72,73g,74g,75g)のうち前記第1熱交換器(8L)を通過する部分の一端側と他端側とを接続する第1熱交バイパス配管(8B)と、
前記第1冷媒配管(72,73g,74g,75g)のうち前記第1熱交換器(8L)を通過する部分に冷媒を流す状態と、前記第1熱交バイパス配管(8B)に冷媒を流す状態と、を切り換え可能な熱交換器切換機構(8C)と、
をさらに備えた、
請求項5に記載の冷凍装置(1)。 - 前記蒸発器(6)の周辺の空気温度と、前記第1圧縮要素(2c)および第2圧縮要素(2d)の少なくともいずれか一方の吐出冷媒温度と、の少なくともいずれか一方を検知する温度検知部(6T,2T)と、
前記温度検知部(6T,2T)により検知される値が空気温度である場合には前記空気温度が所定高温空気温度より高いこと、前記温度検知部(6T,2T)により検知される値が冷媒温度である場合には前記冷媒温度が所定低温冷媒温度よりも低いこと、という条件を満たした場合に、前記熱交換器切換機構(8C)を制御して前記第1冷媒配管のうち前記第1熱交換器を通過する部分を流れる冷媒量を増大させる熱交切換制御部(99)と、
をさらに備えた、
請求項6に記載の冷凍装置(1)。 - 前記第3冷媒配管(22)を通過する冷媒を冷却可能な外部冷却部(7)と、
前記外部冷却部(7)を通過する流体温度を検知する外部温度検知部(7T)と、
前記第3冷媒配管(22)を通過する冷媒温度を検知する第3冷媒温度検知部(22T)と、
をさらに備え、
前記第2膨張制御部(99)は、前記外部温度検知部(7T)による検知温度と前記第3冷媒温度検知部(22T)の検知温度との差が所定値未満になった場合に、前記第2膨張機構(9e)を制御して通過する冷媒量を増量させる、
請求項5から7のいずれか1項に記載の冷凍装置(1)。 - 前記第1圧縮要素(2c)、および、前記第2圧縮要素(2d)は、それぞれ回転駆動することで圧縮仕事を行うための共通の回転軸(21c)を有している、
請求項1から8のいずれか1項に記載の冷凍装置(1)。 - 前記作動冷媒は、二酸化炭素である、
請求項1から9のいずれか1項に記載の冷凍装置(1)。
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