JP2010121849A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラ(110)は、庫内熱交換器(64a)における蒸発温度が室内熱交換器(54)における蒸発温度よりも低くなる冷凍サイクルの実行中に、第1動作と第2動作とを交互に行う。第1動作中のコントローラ(110)は、第2室外膨張弁(67)を開状態に設定して第1固定側操作弁(38b)を閉状態に設定する。第2動作中のコントローラ(110)は、第1固定側操作弁(38b)を開状態に設定すると共に第2室外膨張弁(67)を通過後の冷媒の圧力が第1固定圧縮機(14b)の中間圧の圧縮室(73)の内圧以上になるように第2室外膨張弁(67)の開度を第1動作時よりも拡大する。
【選択図】図8
Description
室外回路(11)には、圧縮機構(40)、室外熱交換器(15)、及びレシーバ(16)が設けられている。圧縮機構(40)は、運転容量が可変の可変圧縮機(14a)と、運転容量が固定の第1固定圧縮機(14b)と、運転容量が固定の第2固定圧縮機(14c)とから構成されている。圧縮機構(40)では、これらの圧縮機(14a,14b,14c)の吐出側が互いに接続されている。また、これらの圧縮機(14a,14b,14c)は、吸入側が後述する第3四路切換弁(33)に接続されている。
室内回路(52)では、その液側端からガス側端へ向かって順に、室内膨張弁(53)と、利用側熱交換器を構成する室内熱交換器(54)とが設けられている。室内膨張弁(53)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。また、室内熱交換器(54)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室内熱交換器(54)の近傍には、室内熱交換器(54)に室内空気を送る室内ファン(55)が設けられている。室内熱交換器(54)では、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。
第1庫内回路(61a)及び第2庫内回路(61b)では、その液側端からガス側端へ向かって順に、庫内膨張弁(63a,63b)と、利用側熱交換器を構成する庫内熱交換器(64a,64b)とがそれぞれ設けられている。各庫内膨張弁(63a,63b)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。各庫内熱交換器(64a,64b)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。各庫内熱交換器(64a,64b)の近傍には、庫内熱交換器(64a,64b)に庫内空気を送る庫内ファン(65a,65b)が設けられている。各庫内熱交換器(64a,64b)では、冷媒と庫内空気との間で熱交換が行われる。
ブースタ回路(81)には、運転容量が可変のブースタ圧縮機(86)が設けられている。ブースタ圧縮機(86)の吐出管(78)には、ブースタ圧縮機(86)側から順に、油分離器(87)、高圧圧力スイッチ(88)、逆止弁(CV12)が設けられている。油分離器(87)には、キャピラリーチューブ(91)が設けられた油戻し管(92)が接続されている。また、ブースタ回路(81)には、ブースタ圧縮機(86)をバイパスするバイパス管(95)が設けられている。バイパス管(95)には、逆止弁(CV13)が設けられている。
次に、冷凍装置(1)が行う運転動作について運転の種類毎に説明する。この冷凍装置(1)は、7種類の運転モードを設定可能に構成されている。具体的には、<i>室内ユニット(50)の冷房のみを行う冷房運転、<ii>室内ユニット(50)の暖房のみを行う暖房運転、<iii>第1庫内ユニット(60a)と第2庫内ユニット(60b)での庫内の冷却のみを行う冷蔵冷凍運転、<iv>第1庫内ユニット(60a)及び第2庫内ユニット(60b)での庫内の冷却と共に室内ユニット(50)での冷房を行う冷却冷房運転、<v>室外熱交換器(15)を用いずに、第1庫内ユニット(60a)及び第2庫内ユニット(60b)での庫内の冷却と室内ユニット(50)での暖房とを行う第1冷却暖房運転、<vi>第1冷却暖房運転で室内ユニット(50)の暖房能力が余るときに行う第2冷却暖房運転、そして<vii>第1冷却暖房運転で室内ユニット(50)の暖房能力が不足するときに行う第3冷却暖房運転が選択可能に構成されている。
冷房運転では、図4に示すように、第1四路切換弁(31)及び第2四路切換弁(32)が共に第1状態に設定された状態で、第1固定圧縮機(14b)の運転が行われる。各庫内膨張弁(63)は閉状態に設定される。冷房運転では、室外熱交換器(15)が凝縮器となって室内熱交換器(54)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、冷房運転では、冷房能力が不足する場合に、第2固定圧縮機(14c)の運転も行われる。その際、第3四路切換弁(33)が第2状態に設定されて、第2固定圧縮機(14c)が室内用圧縮機(35)となる。可変圧縮機(14a)は常に停止している。
暖房運転では、図5に示すように、第1四路切換弁(31)が第2状態に設定されて第2四路切換弁(32)が第1状態に設定された状態で、第1固定圧縮機(14b)の運転が行われる。各庫内膨張弁(63)は閉状態に設定される。暖房運転では、室内熱交換器(54)が凝縮器となって室外熱交換器(15)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、暖房運転では、暖房能力が不足する場合には、第2固定圧縮機(14c)の運転も行われる。その際、第3四路切換弁(33)は第2状態に設定される。可変圧縮機(14a)は常に停止している。
冷蔵冷凍運転では、図6に示すように、第1四路切換弁(31)が第1状態に設定された状態で、可変圧縮機(14a)の運転が行われる。室内膨張弁(53)は閉状態に設定される。冷蔵冷凍運転では、室外熱交換器(15)が凝縮器となって各庫内熱交換器(64)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。なお、冷蔵冷凍運転では、庫内の冷却能力が不足する場合には、第2固定圧縮機(14c)の運転も行われる。その際、第3四路切換弁(33)が第1状態に設定されて、第2固定圧縮機(14c)が庫内用圧縮機(34)となる。第1固定圧縮機(14b)は常に停止している。
冷却冷房運転では、第1四路切換弁(31)及び第2四路切換弁(32)が共に第1状態に設定された状態で、可変圧縮機(14a)及び第1固定圧縮機(14b)の運転が行われる。冷却冷房運転では、室外熱交換器(15)が凝縮器となって室内熱交換器(54)及び各庫内熱交換器(64)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
第1冷却暖房運転では、図10に示すように、第1四路切換弁(31)が第2状態に設定されて第2四路切換弁(32)が第1状態に設定された状態で、可変圧縮機(14a)の運転が行われる。第1冷却暖房運転では、庫内の冷却能力が不足する場合に、第2固定圧縮機(14c)の運転も行われる。その際、第3四路切換弁(33)が第1状態に設定される。第1冷却暖房運転では、室内熱交換器(54)が凝縮器となって各庫内熱交換器(64)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。第1冷却暖房運転中は、第1庫内ユニット(60a)と第2庫内ユニット(60b)との冷却能力(蒸発熱量)と、室内ユニット(50)の暖房能力(凝縮熱量)とがバランスし、100%の熱回収が行われる。
第2冷却暖房運転は、第1冷却暖房運転の際に暖房能力が余っている場合に、図11に示すように、第2四路切換弁(32)を第2状態に切り換えることによって行われる。第2冷却暖房運転では、室外熱交換器(15)が凝縮器として動作する。第2冷却暖房運転時の設定は、第2四路切換弁(32)以外は、基本的に第1冷却暖房運転と同じである。
第3冷却暖房運転は、第1冷却暖房運転の際に暖房能力が不足する場合に、図12に示すように、第2四路切換弁(32)を第1状態に設定すると共に第1室外膨張弁(66)を開状態に設定した状態で、第1固定圧縮機(14b)の運転を行うことによって行われる。第3冷却暖房運転では、室内熱交換器(54)が凝縮器となって各庫内熱交換器(64)及び室外熱交換器(15)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
本実施形態では、運転中に圧縮機(14)の中間圧の圧縮室(73)に中間圧の冷媒を注入するインジェクション動作が行われる。以下では、冷却冷房運転中に可変圧縮機(14a)が庫内用圧縮機(34)を構成して第1固定圧縮機(14b)及び第2固定圧縮機(14c)が室内用圧縮機(35)を構成するときのインジェクション動作について説明する。なお、以下に説明するのは、コントローラ(110)が第2動作中のインジェクション動作である。
室外ユニット(10)は、圧縮機構(40)の運転容量や、四路切換弁(31〜33)等を制御することによって冷媒回路(4)の動作を制御するコントローラ(110)を備えている。コントローラ(110)は制御手段(110)を構成している。
本実施形態では、各油分離器(37)からの冷凍機油を第2圧縮機(14b)に戻さない第1動作のときには、各油分離器(37)からの冷凍機油を第2圧縮機(14b)に戻す第2動作のときに比べて、注入側中間圧が低くなるようにしている。このため、各油分離器(37)からの冷凍機油を第2圧縮機(14b)に戻さない第1動作のときには、第1圧縮機(14a)の中間圧の圧縮室(73)へ流入する冷媒の流量が吐出冷媒の温度を低下させるのに必要な流量に対して多くなり過ぎることが抑制され、第1圧縮機(14a)で冷媒の圧縮にエネルギーが無駄に消費されることが抑制される。ここで、圧縮機(14)は冷凍機油をある程度貯留することができるので、冷凍機油を常に圧縮機(14)へ戻さなくても、圧縮機(14)で冷凍機油が不足する事態が生じる訳ではない。冷凍機油が戻らない間は、貯留している冷凍機油の油面が低下するが、冷凍機油を戻す時間を設けることで、油面を上昇させて、冷凍機油が不足する事態を回避することができる。従って、本実施形態のように各油分離器(37)で分離した冷凍機油を間欠的に第2圧縮機(14b)に戻すようにしても、第2圧縮機(14b)で冷凍機油が不足する事態が生じることを回避することができる。そして、その上で、各油分離器(37)からの冷凍機油を第2圧縮機(14b)に戻さないときには、第1圧縮機(14a)で冷媒の圧縮にエネルギーが無駄に消費されることを抑制しているので、冷凍装置(1)の運転効率の低下を抑制することができる。
上記実施形態は、以下の変形例のように構成してもよい。
第1変形例では、圧縮機構(40)が、図13に示すように、2台の圧縮機により構成されていてもよい。この場合、第3四路切換弁(33)は、冷蔵冷凍運転、第1冷却暖房運転及び第2冷却暖房運転では第1状態に設定され、冷房運転、暖房運転、冷却冷房運転及び第3冷却暖房運転では第2状態に設定される。
第2変形例では、冷凍装置(1)が、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも高い値に設定される超臨界サイクルを行うように構成されていてもよい。この場合、冷凍サイクルの高圧が冷媒の臨界圧力よりも低い値に設定される通常の冷凍サイクルでは凝縮器となる熱交換器が、ガスクーラとして動作する。冷媒としては、例えば二酸化炭素が用いられる。
第3変形例では、圧縮機(14)がスクロール圧縮機以外の圧縮機(ロータリ式圧縮機、スイング圧縮機等)により構成されている。
14a 可変圧縮機(第1圧縮機)
14b 第1固定圧縮機(第2圧縮機)
15 室外熱交換器
30 インジェクション管(インジェクション通路)
36 油分離手段
37 油分離器
40 圧縮機構
46 油戻し通路
54 室内熱交換器(第2蒸発器)
64 庫内熱交換器(第1蒸発器)
67 第2庫外膨張弁(注入側減圧弁)
110 コントローラ(制御手段)
Claims (6)
- 第1圧縮機(14a)及び第2圧縮機(14b)を有する圧縮機構(40)と第1蒸発器(64)と第2蒸発器(54)とが設けられて、第1蒸発器(64)における冷媒の蒸発温度が第2蒸発器(54)における冷媒の蒸発温度よりも低くなって第1蒸発器(64)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(14a)が吸入して第2蒸発器(54)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(14b)が吸入する冷凍サイクルを行う冷媒回路(4)を備えた冷凍装置であって、
上記冷媒回路(4)には、上記第1圧縮機(14a)の中間圧の圧縮室(73)及び上記第2圧縮機(14b)の中間圧の圧縮室(73)に接続されたインジェクション通路(30)と、該インジェクション通路(30)において該第1圧縮機(14a)に接続する第1分岐通路(30a)と該第2圧縮機(14b)に接続する第2分岐通路(30b)とに分岐する箇所の上流に配置された注入側減圧弁(67)と、上記第2分岐通路(30b)に配置された分岐側操作弁(38b)と、上記圧縮機構(40)から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離手段(36)と、該油分離手段(36)で分離された冷凍機油を上記インジェクション通路(30)を介して上記第1圧縮機(14a)及び上記第2圧縮機(14b)へ戻すための油戻し通路(46)と、が設けられ、
上記冷凍サイクルの実行中に、上記注入側減圧弁(67)を開状態に設定すると共に上記第2分岐通路(30b)の分岐側操作弁(38b)を閉状態に設定する第1動作と、該分岐側操作弁(38b)を開状態に設定すると共に上記インジェクション通路(30)における注入側減圧弁(67)を通過後の冷媒の圧力が上記第2圧縮機(14b)の中間圧の圧縮室(73)の内圧以上になるように上記注入側減圧弁(67)の開度を上記第1動作中よりも拡大する第2動作とを交互に行う制御手段(110)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記第1分岐通路(30a)に、開度可変の分岐側操作弁(38a)が設けられる一方、
上記制御手段(110)は、上記第1分岐通路(30a)の分岐側操作弁(38a)を上記第1動作中よりも上記第2動作中の方が小さい開度に調節することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1又は2において、
上記第2分岐通路(30b)の分岐側操作弁(38b)は、開度可変に構成される一方、
上記第2動作中の制御手段(110)は、上記第2分岐通路(30b)の分岐側操作弁(38b)を全開に設定することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1乃至3の何れか1つにおいて、
上記第2動作中の制御手段(110)は、上記第2圧縮機(14b)に吸入される冷媒の圧力が所定の縮小制御判定値以上になると、該第2圧縮機(14b)に吸入される冷媒の圧力が上記縮小制御判定値よりも低くなるように、上記第2蒸発器(54)の液側に設けられた流量調節弁(53)の開度を縮小することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1乃至4の何れか1つにおいて、
上記インジェクション通路(30)における上記注入側減圧弁(67)を通過後の冷媒によって、上記第1蒸発器(64)及び上記第2蒸発器(54)のうち少なくとも一方へ供給される冷媒を冷却する冷却熱交換器(17)を備え、
上記第1動作中の制御手段(110)は、上記インジェクション通路(30)における上記冷却熱交換器(17)を通過後の冷媒の過熱度が所定の目標値になるように上記注入側減圧弁(67)の開度を調節することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1乃至5の何れか1つにおいて、
上記第1蒸発器(64)が庫内空気と冷媒とを熱交換させる庫内熱交換器(64)により構成され、上記第2蒸発器(54)が室内空気と冷媒とを熱交換させる室内熱交換器(54)により構成される冷凍サイクルが行われることを特徴とする冷凍装置。
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