JP2013155972A - Refrigeration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二段圧縮機と、ガスクーラと、絞り手段と、蒸発器とを冷媒回路に含む冷凍装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration apparatus including a two-stage compressor, a gas cooler, a throttle means, and an evaporator in a refrigerant circuit.
二段圧縮機と、二段圧縮機の一段目から吐出される冷媒を冷やすインタークーラと、二段圧縮機の二段目から吐出される冷媒を冷やすガスクーラと、ガスクーラの出口に接続された中間熱交換器と、中間熱交換器により冷却された冷媒が流れ込む蒸発器とを有する冷凍装置が、従来より知られている(例えば、特許文献1参照)。 A two-stage compressor, an intercooler that cools the refrigerant discharged from the first stage of the two-stage compressor, a gas cooler that cools the refrigerant discharged from the second stage of the two-stage compressor, and an intermediate connected to the outlet of the gas cooler Conventionally, a refrigeration apparatus having a heat exchanger and an evaporator into which a refrigerant cooled by an intermediate heat exchanger flows is known (see, for example, Patent Document 1).
中間熱交換器は、それぞれに流入される冷媒を熱交換させるための第1及び第2流路を有している。ガスクーラから吐出された冷媒の流路は、二手に分かれて、一方の流路が第1流路に接続され、他方の流路が第2流路に接続されている。このとき、他方の流路には、膨張弁が配置され、膨張弁により膨張させた冷媒を第2流路に流すことで、ガスクーラから吐出されて第1流路に流れ込んだ冷媒が、第2流路の冷媒に冷やされるようになっている。中間熱交換器により冷却した冷媒を利用することで、冷凍装置による冷却効率の改善が図られていた。 The intermediate heat exchanger has first and second flow paths for exchanging heat between the refrigerant flowing into each of the intermediate heat exchangers. The flow path of the refrigerant discharged from the gas cooler is divided into two, one flow path is connected to the first flow path, and the other flow path is connected to the second flow path. At this time, an expansion valve is disposed in the other channel, and the refrigerant expanded by the expansion valve is caused to flow into the second channel, so that the refrigerant discharged from the gas cooler and flowing into the first channel becomes the second channel. It is cooled by the refrigerant in the flow path. By using the refrigerant cooled by the intermediate heat exchanger, the cooling efficiency by the refrigeration apparatus has been improved.
上記のような冷凍装置では、ガスクーラから分岐させた流路のうちの一方を流れる冷媒を膨張弁により減圧させている。膨張弁に流れ込む冷媒は、ガスクーラから吐出されたときの状態をほぼ保ったまま入力されることになる。ガスクーラから吐出された冷媒と外気との間の温度差が小さいような場合、冷媒の状態が安定せず、このような不安定な冷媒が膨張弁に入力されると、冷媒が適切に膨張されなくなる恐れがある。即ち、中間熱交換器での冷媒間の熱交換が、適切に行われない場合がある。 In the refrigeration apparatus as described above, the refrigerant flowing through one of the flow paths branched from the gas cooler is decompressed by the expansion valve. The refrigerant flowing into the expansion valve is input while maintaining the state when discharged from the gas cooler. When the temperature difference between the refrigerant discharged from the gas cooler and the outside air is small, the state of the refrigerant is not stable, and when such unstable refrigerant is input to the expansion valve, the refrigerant is appropriately expanded. There is a risk of disappearing. That is, heat exchange between refrigerants in the intermediate heat exchanger may not be performed properly.
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、中間熱交換器の入口に設けられる膨張弁にて冷媒を適切に膨張させることのできる冷凍装置を得ることを目的とする。 This invention was made in order to solve said subject, and it aims at obtaining the freezing apparatus which can expand a refrigerant | coolant appropriately with the expansion valve provided in the inlet_port | entrance of an intermediate heat exchanger.
上記目的を達成するために、本発明は、二段圧縮機と、前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、前記ガスクーラの出口に接続された中間熱交換器とを備え、前記中間熱交換器は、前記ガスクーラを経て流入される冷媒と、前記中間熱交換器を経た後に、膨張弁により減圧された冷媒との間で熱交換させるように構成されていることを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a two-stage compressor, an inlet connected to a first-stage refrigerant discharge section of the two-stage compressor, and a second-stage refrigerant suction section of the two-stage compressor. An intercooler to which an outlet is connected; a gas cooler having an inlet connected to a second-stage refrigerant discharge portion of the two-stage compressor; and an intermediate heat exchanger connected to an outlet of the gas cooler; The exchanger is configured to exchange heat between the refrigerant flowing in through the gas cooler and the refrigerant reduced in pressure by the expansion valve after passing through the intermediate heat exchanger.
また、本発明は、前記冷凍装置において、前記中間熱交換器は、一端が前記ガスクーラの出口に接続されると共に、他端が冷却対象機器側の蒸発器に接続される第1流路と、一端が前記第1流路と前記冷却対象機器との間の冷媒流路に接続されると共に、他端が前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に接続される第2流路とを備え、前記第2流路の入口に前記膨張弁が接続されていることを特徴とする。 Further, in the refrigeration apparatus according to the present invention, the intermediate heat exchanger has a first flow path having one end connected to the outlet of the gas cooler and the other end connected to the evaporator on the cooling target device side; A second flow path having one end connected to the refrigerant flow path between the first flow path and the device to be cooled and the other end connected to a second-stage refrigerant suction portion of the two-stage compressor; The expansion valve is connected to the inlet of the second flow path.
また、本発明は、前記冷凍装置において、前記第2流路の他端は、前記インタークーラから前記圧縮機の二段目の冷媒吸込部に戻る冷媒流路に合流することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the refrigeration apparatus, the other end of the second flow path joins the refrigerant flow path that returns from the intercooler to the second-stage refrigerant suction section of the compressor.
また、本発明は、前記冷凍装置において、前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the present invention, the refrigerant is carbon dioxide.
本発明の冷凍装置によれば、膨張弁には、十分に過冷却がとられて安定化した冷媒が流れ込むので、膨張弁では、適切に冷媒を膨張させることができる。 According to the refrigeration apparatus of the present invention, since the refrigerant that has been sufficiently subcooled and stabilized flows into the expansion valve, the expansion valve can appropriately expand the refrigerant.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図、図2は制御装置の構成を説明するブロック図である。
図1において、本実施形態における冷凍装置Rは、冷凍機ユニット3と、冷却対象機器としての2つのショーケースユニット5A,5Bと、制御装置Cとを備え、冷凍機ユニット3と各ショーケースユニット5A,5Bとが、冷媒配管7及び9により連結されて所定の冷媒回路1が構成される。
この冷媒回路1によりなされる冷凍サイクルは、高圧側の冷媒圧力(高圧圧力)がその臨界圧力以上(超臨界)となる二酸化炭素を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control apparatus.
In FIG. 1, the refrigeration apparatus R in this embodiment includes a
The refrigeration cycle performed by the
冷凍機ユニット3は、並列に配置された2台の二段圧縮機11,11を備える。本実施形態において、二段圧縮機11は、内部中間圧型多段圧縮式ロータリ圧縮機であり、鋼板から成る円筒状の密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間に配置収納された駆動機としての電動要素(図示せず)と、電動要素により回転駆動される第1回転圧縮要素(1段目圧縮機)18及び第2回転圧縮要素(2段目圧縮機)20から成る回転圧縮機構部にて構成されている。なお、第1回転圧縮要素18は、第2回転圧縮要素20より低圧側で用いられる。
The
第1回転圧縮要素18は、冷媒配管9を介して冷媒回路1の低圧側から二段圧縮機11に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出する。第2回転圧縮要素20は、第1回転圧縮要素18から吐出されて、後述のインタークーラ38で冷やされた中間圧の冷媒を吸い込んで圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路1の高圧側に吐出する。二段圧縮機11は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素の運転周波数を変更することで、第1回転圧縮要素18及び第2回転圧縮要素20の回転数を制御することが可能になっている。
密閉容器12には、第1回転圧縮要素18(二段圧縮機11における一段目)の冷媒吸込部となる低段側吸込口22と、第1回転圧縮要素18の冷媒吐出部となる低段側吐出口24とが形成されている。さらに、密閉容器12には、第2回転圧縮要素20(二段圧縮機11における二段目)の冷媒吸込部となる高段側吸込口26と、第2回転圧縮要素20の冷媒吐出部となる高段側吐出口28とが形成されている。
各二段圧縮機11,11の低段側吸込口22,22には、それぞれ冷媒導入管30が接続され、それぞれの上流側で合流して冷媒配管9に接続される。
The first
The
そして、各二段圧縮機11,11において、中間圧に圧縮された冷媒ガスが吐出される低段側吐出口24,24には、中間圧吐出配管36,36が接続され、それぞれの下流側で合流し、インタークーラ38の入口に接続される。このインタークーラ38は、第1回転圧縮要素18から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ38の出口には、中間圧吸入管40が接続され、この中間圧吸入管40は2つに分岐した後に各二段圧縮機11,11の高段側吸込口26,26に接続される。
高段側吸込口26から第2回転圧縮要素20に吸い込まれた中圧(MP)の冷媒ガスは、当該第2回転圧縮要素20により2段目の圧縮が行われて高温高圧(HP:通常運転状態で12MPa程の超臨界圧力)の冷媒ガスとなる。
In each of the two-
The medium-pressure (MP) refrigerant gas sucked into the second
そして、各二段圧縮機11,11の第2回転圧縮要素20の高段側吐出口28,28には、それぞれ高圧側配管42,42が接続されて、下流側で合流し、合流した高圧側配管42は、オイルセパレータ44を介してガスクーラ46の入口に接続されている。さらに、ガスクーラ46の出口と中間熱交換器80とが、高圧側配管43を介して接続されている。
ここで、中間熱交換器80は、第1流路80A及び第2流路80Bを有し、詳細は後述のスプリットサイクルを構成している。第1流路80Aの一端(入口)は、高圧側配管43を介してガスクーラ46に接続される。さらに、第1流路80Aの他端(出口)が、冷媒配管7を介してショーケースユニット5A,5Bに接続される。第2流路80Bは、後述するように、一端(入口)が、第1流路80Aとショーケースユニット5A,5Bとの間の冷媒流路に接続されるとともに、他端(出口)が、二段圧縮機11の二段目の冷媒吸込部となる高段側吸込口26に接続される。
The high-
Here, the
ガスクーラ46は、二段圧縮機11から吐出された高圧の冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ46の近傍には当該ガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47が配設されている。本実施形態では、ガスクーラ46は、インタークーラ38及び詳細は後述のオイルクーラ74と並設されており、これらは同一の風路45に配設されている。当該風路45には、当該冷凍機ユニット3の配設箇所の外気温度を検出する外気温度センサ(外気温度検出手段)56が設けられている。
また、高段側吐出口28,28には、第2回転圧縮要素20,20から吐出された冷媒の圧力を検出する高圧圧力センサ(高圧圧力検出手段)48と、吐出冷媒温度を検出する吐出温度センサ(吐出温度検出手段)50とが設けられている。さらに、高段側吐出口28からガスクーラ46(オイルセパレータ44)に向かう方向を順方向とする逆止弁90が設けられている。
The
The high-
一方、ショーケースユニット5A,5Bは、例えば、店舗内に設置され、冷媒配管7及び9に対して並列に接続されている。ショーケースユニット5A,5Bは、同様の構成であり、ケース側冷媒配管60を介して冷媒配管7に接続される蒸発器63と、ケース側冷媒配管60による冷媒流路に設けられる絞り手段としてのケース側膨張弁62とを備えている。また、蒸発器63は、ケース側冷媒配管61を介して冷媒配管9に接続される。また、各ショーケースユニット5A,5Bには、蒸発器63に送風する図示しない冷気循環用送風機が設けられている。そして、当該冷媒配管9は、上述したように冷媒導入管30を介して各二段圧縮機11,11の第1回転圧縮要素18への冷媒吸入口となる低段側吸込口22に接続されている。これにより、冷媒回路1においては、蒸発器63、第1回転圧縮要素18、インタークーラ38、第2回転圧縮要素20、ガスクーラ46、及び中間熱交換器80を経由しつつ循環する冷媒主流路が形成される。
On the other hand, the
また、制御装置(制御手段)Cは、汎用のマイクロコンピュータにより構成される。当該制御装置Cには、図2に示すように各種センサが接続されて、各種センサの出力が入力される。また、制御装置Cには、各種弁装置、二段圧縮機11,11、ガスクーラ用送風機47のファンモータ47M等が接続され、制御装置Cは、これらの機器の駆動制御を行う。尚、当該制御装置Cの詳細については各制御に応じて後述する。
Further, the control device (control means) C is constituted by a general-purpose microcomputer. As shown in FIG. 2, various sensors are connected to the control device C, and outputs from the various sensors are input. Further, various valve devices, two-
(A)スプリットサイクル
次に、本実施形態における冷凍装置Rのスプリットサイクルについて説明する。
スプリットサイクルは、ガスクーラ46の出口に接続されて第1流路80Aに流入した冷媒と、第1流路80Aを経て、後述の膨張弁83により膨張させた冷媒との間で熱交換を行わせるサイクルである。
中間熱交換器80とショーケースユニット5A,5Bとを接続する冷媒配管7の冷媒流路には、分流器82が設けられている。分流器82には、冷媒配管7から中間熱交換器80の第2流路80Bに至る第1戻り流路を構成する戻し冷媒配管88が接続されている。分流器82によって、第1流路80Aからの冷媒流は、ショーケースユニット5A,5Bに向かうものと、第1戻り流路に向かうものとに分流される。また、第1戻り流路には、ストレーナ87及び膨張弁83が順に設けられている。
(A) Split cycle Next, the split cycle of the refrigeration apparatus R in this embodiment will be described.
In the split cycle, heat exchange is performed between the refrigerant that is connected to the outlet of the
A
また、インタークーラ38の出口と二段圧縮機11の高段側吸込口26とを接続する中間圧吸入管40の所定部位には、合流器81が設けられ、第2流路80Bの他端と合流器81とが、第2戻り流路を構成する冷媒配管89を介して接続されている。第1戻り流路、第2流路80B、及び第2戻り流路により補助冷媒流路が形成される。
冷媒主流路から第1戻り流路に流れ込んだ冷媒は、制御装置Cの制御のもと、膨張弁83により適宜膨張された後に、第2流路80Bに流れ込む。このため、第2流路80Bに流れる冷媒は、第1流路80Aに流れる冷媒より温度が下がる。中間熱交換器80では、第1流路80Aを流れる冷媒と、第2流路80Bを流れる冷媒との間で、熱交換が行われ、第1流路80Aの冷媒が第2流路80Bの冷媒により冷やされる。
また、第2流路80Bの他端は、インタークーラ38から高段側吸込口26(二段圧縮機11の二段目の冷媒吸込部)に戻る冷媒流路に合流する。このため、インタークーラ38における圧力損失を防止しつつ、円滑に中間熱交換器80から出た冷媒流を冷媒主流路の中間圧側に合流させることが可能となる。
A
The refrigerant that has flowed from the refrigerant main flow path into the first return flow path is appropriately expanded by the
Further, the other end of the
上記制御装置Cには、図2に示すように、吐出温度センサ(吐出温度検出手段)50、ユニット出口側圧力センサ(ユニット出口側圧力検出手段)58、中間圧圧力センサ(中間圧圧力検出手段)49、低圧圧力センサ(吸込圧力検出手段)32、ガスクーラ出口温度センサ(ガスクーラ出口温度検出手段)52、ユニット出口温度センサ(ユニット出口温度検出手段)54、ユニット入口温度センサ(入口温度検出手段)34が接続されている。 As shown in FIG. 2, the control device C includes a discharge temperature sensor (discharge temperature detection means) 50, a unit outlet side pressure sensor (unit outlet side pressure detection means) 58, an intermediate pressure sensor (intermediate pressure pressure detection means). ) 49, low pressure sensor (suction pressure detector) 32, gas cooler outlet temperature sensor (gas cooler outlet temperature detector) 52, unit outlet temperature sensor (unit outlet temperature detector) 54, unit inlet temperature sensor (inlet temperature detector) 34 is connected.
吐出温度センサ50は、前述のように、二段圧縮機11,11の高段側吐出口28に設けられ、第2回転圧縮要素20から吐出された冷媒の吐出温度を検出する。ユニット出口側圧力センサ58は、ショーケースユニット5A,5Bに向かって冷媒配管7を流れる冷媒の圧力を検出するものである。ユニット出口側圧力センサ58は、後述の冷媒量調整タンク100が接続された冷媒配管7の部位と同じかそれより下流に位置する冷媒圧力を検出するように設けられる。
低圧圧力センサ32は、冷媒回路1の低圧側、本実施形態では、各蒸発器63,63の下流側であって、二段圧縮機11,11の低段側吸込口22,22に接続される冷媒配管9に設けられ、当該冷媒導入管30に向かう冷媒の圧力を検出する。中間圧圧力センサ49は、冷媒回路1の中間圧領域、本実施形態では、スプリットサイクルにおいて、中間熱交換器80の第2流路80Bを経た後の冷媒圧力を検出する。
As described above, the
The low-
ガスクーラ出口温度センサ52は、ガスクーラ46の出口側に設けられ、当該ガスクーラ46を出た冷媒の温度(GCT)を検出する。ユニット出口温度センサ54は、冷媒配管7に接続される中間熱交換器80の出口側に設けられ、ユニット出口温度(LT)を検出する。ユニット入口温度センサ34は、二段圧縮機11の低段側吸込口22に接続される冷媒配管9に設けられ、当該冷媒導入管30に向かう冷媒の吸込温度を検出する。
また、上記制御装置Cには、当該スプリットサイクルを構成する膨張弁83が接続されている。膨張弁83は、制御装置Cによる制御の下、ステップモータによって開度を調整される。
以下、膨張弁83の開度制御について詳述する。膨張弁83の開度は、二段圧縮機11の運転開始時点では、所定の初期弁開度となるように制御される。その後、制御装置Cは、以下の第1の制御量、第2の制御量、第3の制御量に基づき膨張弁83の弁開度を増大させる操作量を決定する。
The gas cooler
The control device C is connected to an
Hereinafter, the opening degree control of the
(A−1)膨張弁83の弁開度増大制御
第1の制御量(DTcont)は、二段圧縮機11の吐出冷媒温度DTに基づいて得られる。制御装置Cは、吐出温度センサ50にて検出される温度DTが所定値DT0より高いか否かを判断し、当該吐出冷媒温度DTが所定値DT0より高い場合には、膨張弁83の開度を増大させる方向に作用する制御量とする。当該所定値DT0は、二段圧縮機11の適正な運転を実現可能とする限界温度(一例として+100℃)より少し低い温度(一例として+95℃)とし、温度が上昇した場合、膨張弁83の開度を増大させることで、当該二段圧縮機11の温度上昇を抑制し、二段圧縮機11が限界温度に達しないような制御を行う。
(A-1) Valve Opening Increase Control of the
第2の制御量(MPcont)は、スプリットサイクルの補助冷媒流路に流す冷媒量を調整して中間圧力(MP)の適正化を図る制御量である。本実施形態では、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58により検出される冷媒回路1の高圧側圧力HPと、低圧圧力センサ32により検出される冷媒回路1の低圧側圧力LPとから、適正中間圧力値をまず求める。さらに、制御装置Cは、中間圧圧力センサ49により検出される冷媒回路1の中間圧領域の圧力MPが、適正中間圧力値より高いか否かを判断し、圧力MPが適正中間圧力値よりも低い場合には、膨張弁83の開度を増大させる方向に制御を行う。
尚、適正中間圧力値は、検出された高圧側圧力HPと、低圧側圧力LPとの相乗平均から算出してもよく、これ以外に、予め高圧側圧力HPと低圧側圧力LPとから適正な中間圧力値を実験的に取得し、これに基づいて構築されるデータテーブルから決定しても良い。
The second control amount (MPcont) is a control amount for adjusting the amount of refrigerant flowing through the auxiliary refrigerant flow path in the split cycle to optimize the intermediate pressure (MP). In the present embodiment, the control device C calculates the appropriate value from the high pressure side pressure HP of the
The appropriate intermediate pressure value may be calculated from the geometric mean of the detected high-pressure side pressure HP and the low-pressure side pressure LP. In addition, an appropriate intermediate pressure value may be calculated from the high-pressure side pressure HP and the low-pressure side pressure LP in advance. The intermediate pressure value may be obtained experimentally and determined from a data table constructed based on this.
また、本実施形態では、高圧側圧力HPと、低圧側圧力LPとから求められる適正中間圧力値と、中間圧領域の圧力MPとを比較して第2の制御量(MPcont)を決定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、下記のものを採用しても良い。即ち、中間圧圧力センサ49により検出される冷媒回路1の中間圧領域の圧力MPと、低圧圧力センサ32により検出される冷媒回路1の低圧側圧力LPから過圧縮判定値MPOを求める。そして、当該過圧縮判定値MPOがユニット出口側圧力センサ58により検出される冷媒回路1の高圧側圧力HPよりも低いか否かを判断し、過圧縮判定値MPOが高圧側圧力HPよりも低い場合には、膨張弁83の開度を増大させる方向の制御を行う。当該第2の制御量を膨張弁83の開度制御に反映させることで、高圧側圧力HP、中間圧領域の圧力MP、低圧側圧力LPの圧力差を適正に保つことができ、冷凍サイクルの運転の安定化を図ることができる。
In the present embodiment, the second control amount (MPcont) is determined by comparing the appropriate intermediate pressure value obtained from the high pressure side pressure HP and the low pressure side pressure LP with the pressure MP in the intermediate pressure region. However, the present invention is not limited to this. For example, the following may be adopted. That is, the overcompression determination value MPO is obtained from the pressure MP in the intermediate pressure region of the
第3の制御量(SPcont)は、中間熱交換器80の第1流路80Aから出た冷媒温度LTの適正化を図る制御量である。本実施形態では、制御装置Cは、ガスクーラ出口温度センサ52により検出されるガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTと、ユニット出口温度センサ54により検出される中間熱交換器80の第1流路80Aを経た冷媒流の温度LTとの差(GCT−LT)が所定値SPより小さいか否かを判断し、小さい場合には、膨張弁83の開度を増大させる方向に作用させる。
The third control amount (SPcont) is a control amount for optimizing the refrigerant temperature LT output from the
ここで、所定値SPは、高圧側圧力HPが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なるものとする。本実施形態では、高圧側圧力HPが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度センサ56により検出された外気温度に基づき、当該外気温度が高い場合、例えば、+31℃以上では、超臨界領域であると判断し、外気温度が低い場合、例えば、+31℃未満では飽和領域であるものと判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値SPを上げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値SPを下げた設定とする。本実施形態では、超臨界領域では所定値SPは、35℃、飽和領域では20℃とする。
制御装置Cは、上述した如く得られた3つの制御量、即ち、第1の制御量(DTcont)と、第2の制御量(MPcont)と、第3の制御量(SPcont)とを合算して、膨張弁83の弁開度の操作量を決定し、これに基づき弁開度を増大させる。
Here, the predetermined value SP is different depending on whether the high-pressure side pressure HP is in the supercritical region or the saturation region of the refrigerant. In the present embodiment, whether the high-pressure side pressure HP is a supercritical region or a saturation region is based on the outside air temperature detected by the outside
The control device C adds the three control amounts obtained as described above, that is, the first control amount (DTcont), the second control amount (MPcont), and the third control amount (SPcont). Thus, the operation amount of the valve opening of the
(A−2)膨張弁83の弁開度縮小制御
また、制御装置Cは、中間熱交換器80の第1流路80Aを経た冷媒流の温度LT、又は、二段圧縮機11からの吐出冷媒温度DTとガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTとの差から膨張弁83の弁開度を縮小させる操作量を決定する。
即ち、制御装置Cは、ユニット出口温度センサ54により検出される中間熱交換器80の第1流路80Aを経た冷媒流の温度LTが所定値より低いか否かを判断する。当該所定値は一例として0℃とする。これにより、ユニット出口温度が0℃以下である場合には、膨張弁83の開度を縮小させる方向に操作することで、第1流路80Aを流れる冷媒が、過剰に冷却されてしまう不都合を解消できる。
また、制御装置Cは、吐出温度センサ50にて検出される温度DTと、ガスクーラ出口温度センサ52により検出されるガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTとの差(DTGCT)が所定値TDTより低いか否かを判断し、低い場合には、膨張弁83の開度を縮小させる方向に制御する。
(A-2) Valve opening degree reduction control of the
That is, the control device C determines whether or not the temperature LT of the refrigerant flow that has passed through the
Further, the control device C determines whether the difference (DTGCT) between the temperature DT detected by the
ここで、所定値TDTは、高圧側圧力HPが当該冷媒の超臨界領域である場合と、飽和領域である場合とで異なる。本実施形態では、上記第3の制御量を求めた場合と同様に、高圧側圧力HPが超臨界領域であるか飽和領域であるかは、外気温度に基づき判断する。そして、超臨界領域と判断した場合には、所定値TDTを下げた設定とし、飽和領域と判断した場合には、所定値TDTを上げる設定とする。本実施形態では、超臨界領域では所定値TDTは10℃、飽和領域では35℃とする。
制御装置Cは、中間熱交換器80の第1流路80Aを経た冷媒流の温度LTが所定値(0℃)以下である場合、又は、二段圧縮機11からの吐出冷媒温度DTとガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTとの差が所定値TDTより低い場合、膨張弁83の弁開度の操作量を決定し、上記弁開度増大制御にかかわらず、これに基づき弁開度を縮小させる。
Here, the predetermined value TDT differs depending on whether the high-pressure side pressure HP is in the supercritical region or the saturation region of the refrigerant. In the present embodiment, as in the case of obtaining the third control amount, whether the high-pressure side pressure HP is in the supercritical region or the saturated region is determined based on the outside air temperature. When it is determined that the region is a supercritical region, the predetermined value TDT is set to be lowered. When it is determined that the region is a saturated region, the predetermined value TDT is increased. In the present embodiment, the predetermined value TDT is 10 ° C. in the supercritical region and 35 ° C. in the saturation region.
When the temperature LT of the refrigerant flow passing through the
上述したようなスプリットサイクルを備えた冷凍装置Rでは、中間熱交換器80を経た後の冷媒を、冷媒主流路から分流させた第1戻り流路に流して、膨張させた後に、中間熱交換器80に戻し、戻した冷媒とガスクーラ46からの冷媒とを熱交換させている。
中間熱交換器80で過冷却を十分にとられた冷媒を、膨張弁83により減圧させた後、中間熱交換器80に戻して、ガスクーラ46からの冷媒と熱交換させているため、ガスクーラ46からの冷媒が効率よく冷却される。各蒸発器63,63の入口では、比エンタルピを小さくすることができるようになり、冷凍効果が一層大きくなる。
また、第1戻り流路側に流れる冷媒は、過冷却がとられて安定化しているため、制御装置Cは、膨張弁83での冷媒の膨張制御を適切に行うことができる。また、第2流路80Bを流れた冷媒流は、二段圧縮機11の高段側吸込口26から第2回転圧縮要素20(中間圧部)に戻されるため、二段圧縮機11の低段側吸込口22から第1回転圧縮要素18(低圧部)に吸い込まれる冷媒の量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための第1回転圧縮要素18における圧縮仕事量が減少する。その結果、二段圧縮機11における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。
In the refrigeration apparatus R having the split cycle as described above, the refrigerant that has passed through the
Since the refrigerant that has been sufficiently cooled by the
Further, since the refrigerant flowing to the first return flow path side is supercooled and stabilized, the control device C can appropriately perform expansion control of the refrigerant in the
ここで、上記所謂スプリットサイクルの効果は、中間熱交換器80の第1流路80A及び第2流路80Bを流れる量に依存する。即ち、第2流路80Bを流れる冷媒の量が多すぎれば蒸発器63,63において最終的に蒸発する第1流路80Aからの冷媒の量が不足する。逆に第2流路80Bを流れる冷媒の量が少なすぎれば、スプリットサイクルの効果が薄れてくる。一方、膨張弁83で減圧された冷媒の圧力は、冷媒回路1の中間圧力であり、当該中間圧力を制御することは第2流路80Bの冷媒の量を制御することになる。
Here, the effect of the so-called split cycle depends on the amount of flow through the
ここで、本実施形態では、上述したように二段圧縮機11からの吐出冷媒の温度DT(吐出温度センサ50)が所定値DT0より高い場合に膨張弁83の開度を増大させる方向に作用する第1の制御量と、冷媒回路1の高圧側圧力HPと低圧側圧力LPとから求められる適正中間圧力値よりも、冷媒回路1の中間圧領域の圧力MPが低い場合に膨張弁83の開度を増大させる方向に作用する第2の制御量と、ガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTと中間熱交換器80を経た第2の冷媒流の温度LTとの差(GCT−LT)が所定値SPより小さい場合に膨張弁83の開度を増大させる方向に作用する第3の制御量を演算し、これら第1乃至第3の制御量を合算することにより、膨張弁83の弁開度を増大させる操作量を決定する。また、温度LTが所定値よりも低い場合、又は、温度DT−GCTが所定値TDTより低い場合に膨張弁83の弁開度を縮小する方向で操作量を決定する。
これにより、第1の制御量によって吐出冷媒の温度DTを所定値DT0以下に保つことができ、第2の制御量によって、冷媒回路1の中間圧力MPを適正化でき、これによって、低圧側圧力LP、中間圧力MP、高圧側圧力HPの圧力差を適正に保つことができる。また、第3の制御量によって中間熱交換器80の第1流路80Aを経た冷媒の温度LTを低くし、冷凍効果を保つことができる。これらにより、総じて冷凍装置Rの高効率化と安定化を達成することが可能となる。
Here, in the present embodiment, as described above, when the temperature DT (discharge temperature sensor 50) of the refrigerant discharged from the two-
As a result, the temperature DT of the discharged refrigerant can be kept at a predetermined value DT0 or less by the first control amount, and the intermediate pressure MP of the
また、制御装置Cは、高圧側圧力HPが超臨界領域にある場合、所定値SPを上げ、所定値TDTを下げると共に、高圧側圧力HPが飽和領域にある場合、所定値SPを下げ、所定値TDTを上げることにより、高圧側圧力HPが超臨界領域にある場合と飽和領域にある場合とに分けて第3の制御量と第1の制御量の所定値SP及びTDTを変更して制御することが可能となる。
これにより、高圧側圧力HPが飽和領域にある場合であっても中間熱交換器80における過熱度を確実に確保することができ、二段圧縮機11に液バックが生じる不都合を回避することができる。また、高圧側圧力HPが超臨界領域にある場合には、このような液バックが生じないため、効率を優先した設定とすることができる。
Further, the control device C increases the predetermined value SP and decreases the predetermined value TDT when the high pressure side pressure HP is in the supercritical region, and decreases the predetermined value SP when the high pressure side pressure HP is in the saturation region. By increasing the value TDT, control is performed by changing the third control amount and the predetermined values SP and TDT of the first control amount separately for the case where the high pressure side pressure HP is in the supercritical region and the case where it is in the saturation region. It becomes possible to do.
Thereby, even when the high pressure side pressure HP is in the saturation region, the degree of superheat in the
尚、上記実施形態における第2の制御量を、冷媒回路1の中間圧領域の圧力MPと低圧側圧力LPから求められる過圧縮判定値MPOが、冷媒回路の高圧側圧力HPより低い場合に膨張弁83の開度を増大させる方向に作用する第2の制御量として、第1乃至第3の制御量を合算することにより、膨張弁83の弁開度の操作量を決定することとしても、上記と同様に、冷媒回路の中間圧力MPを適正化でき、これによって、低圧側圧力LP、中間圧力MP、高圧側圧力HPの圧力差を適正に保つことができる。
The second control amount in the above embodiment is expanded when the overcompression determination value MPO obtained from the pressure MP and the low pressure LP in the intermediate pressure region of the
(B)冷媒量調整制御
次に、本実施形態における冷凍装置Rの冷媒回路1の冷媒量調整制御について説明する。冷媒回路1の超臨界圧力となる高圧側には、第1連通回路101を介して冷媒量調整タンク100が接続されている。本実施形態では、冷媒量調整タンク100は、分流器82の配設箇所より下流側で、第1連通回路101を介して冷媒配管7に接続されている。
当該冷媒量調整タンク100は、所定の容積を有する。ものであり、当該タンク100上部に第1連通回路101が接続されている。この第1連通回路101には、絞り機能を有する第1開閉手段としての電動膨張弁102が介設されている。尚、絞り機能を有する開閉手段は、これに限定されるものではなく、例えば、開閉手段は、例えばキャピラリーチューブと電磁弁(開閉弁)により構成しても良い。
(B) Refrigerant amount adjustment control Next, refrigerant amount adjustment control of the
The refrigerant
そして、この冷媒量調整タンク100には、当該タンク100内上部と、冷媒回路1の中間圧領域とを連通する第2連通回路103が接続されている。中間圧領域の一例としては、冷媒回路1のインタークーラ38の出口側の中間圧吸入管40の部位であり、当該部位に、第2連通回路103の他端が接続されている。この第2連通回路103には、第2開閉手段としての電磁弁104が介設されている。
また、この冷媒量調整タンク100には、当該タンク100内下部と、冷媒回路1の中間圧領域とを連通する第3連通回路105が接続されている。中間圧領域の一例としては、上記第2連通回路103の他端の接続先と同様であり、第3連通回路105の他端は、冷媒回路1のインタークーラ38の出口側の中間圧吸入管40に接続されている。この第3連通回路105には、第3の開閉手段としての電磁弁106が介設されている。
The refrigerant
In addition, a
制御装置Cは、図2に示すように入力側にユニット出口側圧力センサ(ユニット出口側圧力検出手段)58と、外気温度センサ56が接続されている。このユニット出口側圧力センサ58は、冷媒量調整タンク100の下流側であって、ショーケースユニット5A,5Bに向かう冷媒の圧力を検出する。制御装置Cには、電動膨張弁(第1開閉手段)102、電磁弁(第2開閉手段)104、及び電磁弁(第3開閉手段)106と、上記ガスクーラ46用のガスクーラ用送風機47のファンモータ47Mが接続されている。制御装置Cは、詳細は後述する如く外気温度センサ56の検出温度と、蒸発器63,63における冷媒の蒸発温度に基づきガスクーラ用送風機47のファンモータ47Mの回転数制御を行う。
As shown in FIG. 2, the control device C is connected to a unit outlet side pressure sensor (unit outlet side pressure detecting means) 58 and an outside
(B−1)冷媒回収動作
以下、冷媒回路1の冷媒回収動作について説明する。制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が所定の回収閾値を超えたか否か、又は、当該ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が先の回収閾値よりも低い所定の回収保護値を超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値となっているか否かを判断する。
本実施形態では、冷媒回路1の中間圧(MP)は、一例として8MPa程を適正値としているため、当該値を回収保護値として設定し、回収閾値は、例えば、9MPa程度に設定する。また、ガスクーラ用送風機47の回転数の最大値は、一例として800rpmとする。また、ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値となってから所定時間経過することを条件としても良い。
これにより、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が回収閾値である9MPaを超えた場合、若しくは、検出圧力が回収閾値以下であっても回収保護値である8MPaを超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値の800rpmとなっている場合には、冷媒回路1内に、過剰のガス冷媒が循環することによって、高圧側圧力が異常上昇したものと判断し、冷媒回収動作を実行する。
(B-1) Refrigerant Recovery Operation Hereinafter, the refrigerant recovery operation of the
In the present embodiment, since the intermediate pressure (MP) of the
Thereby, the control device C exceeds the recovery protection value of 8 MPa when the detected pressure of the unit outlet
この冷媒回収動作では、制御装置Cは、電磁弁106を閉じた状態で、電動膨張弁102及び電磁弁104を開放する。これにより、中間熱交換器80にて冷却されて、冷媒配管7内を、ショーケースユニット5A,5Bに向かって流れる冷媒は、一部が開放されている電動膨張弁102が介設された第1連通回路101を介して冷媒量調整タンク100内に流入する。
このとき、電磁弁104が開放されていることにより、第2連通回路103を介して、冷媒量調整タンク100内の圧力をタンク外に逃がすことができる。そのため、外気温度が高くなった場合など、冷媒回路1内の冷媒が、液化しないガスサイクル運転している場合であっても、冷媒量調整タンク100内の圧力が低下するので、当該タンク内に流入した冷媒は液化して当該タンク100内に溜まる。即ち、冷媒量調整タンク100内の圧力は超臨界圧力以下に降下することによって、冷媒がガス領域から飽和領域となり、液面を確保することができる。
In this refrigerant recovery operation, the control device C opens the
At this time, since the
これにより、迅速に、且つ、効率的に、冷媒回路1内の冷媒を冷媒量調整タンク100に回収することができる。従って、冷媒回路1内の高圧側が余剰となった冷媒によって異常高圧となる不都合を解消することができ、高圧異常による二段圧縮機11,11の過負荷運転を防止することが可能となる。
特に、冷媒量調整タンク100の上部と冷媒回路1の中間圧領域とを第2連通回路103を介して連通させることにより、冷媒回路1の低圧側領域と連通させる場合と異なり、低圧側圧力が上昇されることによる冷却効率の低下を回避することが可能となる。
As a result, the refrigerant in the
In particular, unlike the case where the upper part of the refrigerant
また、本実施形態では、ユニット出口側圧力センサ58により検出された高圧側の圧力が回収閾値以下であっても、所定の回収保護値を超えており、且つ、ガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47の回転数が最高値である場合には、当該冷媒回収動作を行うため、当該ガスクーラ用送風機47の運転状態をも考慮して、冷媒回路1の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。
In the present embodiment, even if the pressure on the high pressure side detected by the unit outlet
(B−2)冷媒保持動作
一方、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施形態では、8MPa以下となったか否かを判断し、回収保護値を下回った場合、冷媒回収動作を終了して冷媒保持動作に移行する。この冷媒保持動作では、制御装置Cは、電磁弁106を閉じた状態を維持し、電磁弁104を閉じ、電動膨張弁102の開度を、先ほどの冷媒回収動作における開度に維持する。
(B-2) Refrigerant holding operation On the other hand, the control device C determines whether or not the high-pressure side pressure detected by the unit outlet-
尚、上記電動膨張弁102の開度を冷媒回収動作における開度よりも小さくしても良い。これにより、電磁弁104が閉じられることで、開放された電動膨張弁102を介し、冷媒回路1の高圧側領域による圧力にて冷媒量調整タンク100内の液面を維持することが可能となる。そのため、冷媒量調整タンク100内における液封を回避でき、安全性を確保することができる。これにより、冷媒回路1内の循環冷媒量を適切に維持することが可能となる。
また、制御装置Cは、当該冷媒保持動作における電動膨張弁102の開度を、冷媒回収動作における開度よりも小さくすることにより、冷媒保持動作において、冷媒量調整タンク100内に冷媒回路1内の冷媒が過剰に回収されることにより、冷媒回路1内の冷媒不足が生じてしまう不都合を効果的に解消することが可能となる。
The opening degree of the
Further, the control device C makes the opening degree of the
(B−3)冷媒放出動作
そして、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が上記回収保護値(この場合8MPa程)より低い所定の放出閾値(本実施形態では、7MPa程)を下回った場合、又は、当該ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が先の回収保護値以下となり、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値よりも低い所定の規定値以下となっているか否かを判断する。なお、当該所定の規定値とは、本実施形態では、一例として最大値の3/8程度、即ち、最高値800rpmとした場合、300rpm程度とする。また、ガスクーラ用送風機47の回転数が所定の規定値以下となってから所定時間経過することを条件としても良い。
これにより、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が放出閾値である7MPaを下回った場合、若しくは、検出圧力が回収保護値である8MPa以下となり、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が所定の規定値(ここでは300rpm)以下となっている場合には、冷媒回路1内の冷媒が不足してきたものと判断し、冷媒放出動作を実行する。
(B-3) Refrigerant Discharge Operation Then, the control device C has a predetermined discharge threshold (in this embodiment, about 7 MPa) in which the pressure detected by the unit outlet
As a result, the control device C detects that the detected pressure of the unit outlet
この冷媒放出動作では、制御装置Cは、電動膨張弁(第1の開閉手段)102及び電磁弁(第2の開閉手段)104を閉じ、電磁弁(第3の開閉手段)106を開放する。これにより、冷媒量調整タンク100内に溜まった液冷媒は、当該タンク100の下部に接続された電磁弁106が開放されている第3連通回路105を介して冷媒回路1に放出する。そのため、冷媒量調整タンク100の上部からガス冷媒が混入した状態で冷媒回路1に放出する場合と異なり、迅速に冷媒量調整タンク100内の冷媒を冷媒回路1に放出できる。これにより、冷凍装置を高い効率にて運転することが可能となる。
In this refrigerant discharge operation, the control device C closes the electric expansion valve (first opening / closing means) 102 and the electromagnetic valve (second opening / closing means) 104 and opens the electromagnetic valve (third opening / closing means) 106. Thereby, the liquid refrigerant accumulated in the refrigerant
(B−4)冷媒保持動作
その後、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施形態では、8MPa以上となったか否かを判断し、回収保護値を超えた場合、冷媒放出動作を終了して上述した如き冷媒保持動作に移行する。以後、冷媒回路1の高圧側圧力に基づき、当該冷媒回収動作−冷媒保持動作―冷媒放出動作―冷媒保持動作を繰り返して実行することにより、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を制御でき、的確に高圧保護及び過負荷運転の防止することができる。これにより、冷凍装置の冷却能力を確保することができ、COPの適正化を図ることが可能となる。
(B-4) Refrigerant holding operation Thereafter, the control device C determines whether or not the high-pressure side pressure detected by the unit outlet-
特に本実施形態では、高圧側圧力のみならず、ガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47の回転数をも考慮して冷媒回収・放出動作を制御することが可能となり、冷媒回路1の高圧側が異常に高くなった状態が続くことによる効率低下を防止することが可能となる。
また、本実施形態において、第2連通回路103及び第3連通回路105は、いずれも冷媒回路1のインタークーラ38の出口側に連通させている。これにより、インタークーラ38における圧力損失を防止して、円滑に冷媒量調整タンク100から冷媒回路1に冷媒を放出することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, it is possible to control the refrigerant recovery / release operation in consideration of not only the high-pressure side pressure but also the rotational speed of the gas
In the present embodiment, the
なお、二段圧縮機11,11が運転を停止した場合には、制御装置Cは、冷媒放出動作を実行するものとする。これにより、二段圧縮機11,11の起動時において冷媒回路1内の冷媒量が不足する不都合を解消することができ、運転する二段圧縮機11による高圧側の圧力に応じて適切な高圧側圧力を実現できる。
また、この場合において、二段圧縮機11(圧縮手段)は、容器12内に第1及び第2回転圧縮要素18、20と電動要素を組み込んだ二段圧縮式ロータリコンプレッサを採用しているが、このほかにも、2台の単段のロータリコンプレッサ、又は、その他の形式のコンプレッサで中間圧部から冷媒を取り出し、導入できる形式のものであってもよいものとする。
Note that, when the two-
In this case, the two-stage compressor 11 (compression means) employs a two-stage compression rotary compressor in which the first and second
(D)ガスクーラ用送風機47の制御
次に、上述した如きガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47の制御について説明する。制御装置Cは、図2に示すように、高圧圧力センサ(高圧圧力検出手段)48,48と、低圧圧力センサ32と、外気温度センサ56が接続されている。ここで、低圧圧力センサ32にて検出される圧力と、蒸発器63,63における蒸発温度TEとは、一定の関係を有するため、制御装置Cは、当該低圧圧力センサ32に検出された圧力により、蒸発器63,63における冷媒の蒸発温度TEを換算して取得する。また、制御装置Cには、ガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47が接続されている。
制御装置Cは、高圧圧力センサ48により検出される高圧側圧力HPが所定の目標値(目標高圧:THP)となるように、ガスクーラ用送風機47の回転数を制御する。ここで、目標高圧THPは、外気温度TA及び蒸発器63,63における冷媒の蒸発温度TEから決定する。
(D) Control of
The control device C controls the rotation speed of the gas
本実施形態の如く冷媒回路1の高圧側が超臨界圧力以上となる冷凍装置Rでは、外気温度TAがある温度、例えば、+30℃以下である場合、飽和サイクルが行われ、+30℃より高い温度では、ガスサイクルが行われる。ガスサイクルが行われるとき、冷媒は液化しないため、そのときの冷媒回路1内の冷媒量で温度と圧力とは一意に決定されない。そのため、外気温度TAによって、目標高圧THPが異なる。
本実施形態では、一例として、外気温度センサ56により検出される外気温度TAが下限温度(例えば0℃)以下である場合、目標高圧THPは、所定の下限値THPLで一定とする。また、外気温度TAが30℃より高い所定温度(上限温度)以上で目標高圧THPは、所定の上限値THPHで一定とする。そして、外気温度TAが下限温度より高く上限温度より低い場合には、以下の如く目標高圧THPを求める。
In the refrigeration apparatus R in which the high pressure side of the
In this embodiment, as an example, when the outside air temperature TA detected by the outside
外気温度TAが所定の基準温度、例えば+30℃より低い程、高圧側圧力の目標値THPを低くする方向で決定し、高いほど目標値THPを高くする方向で決定する。また、上述した如く当該低圧圧力センサ32に検出された圧力により、換算して取得された蒸発器63,63における冷媒の蒸発温度TEが所定の基準温度より高い程、高圧側圧力の目標値THPを高くする方向で決定し、低いほど目標値THPを低くする方向で決定する。
尚、本実施形態では、制御装置Cは目標高圧THPを外気温度TAと、蒸発温度TEとから演算式を用いて算出しているが、これに限定されるものではなく、予め外気温度TA及び蒸発温度TEとから取得されたデータテーブルに基づき、目標高圧THPを取得しても良い。
As the outside air temperature TA is lower than a predetermined reference temperature, for example, + 30 ° C., the target value THP for the high-pressure side pressure is determined to be lowered, and as the temperature is higher, the target value THP is determined to be higher. In addition, as described above, the higher the refrigerant evaporation temperature TE in the
In the present embodiment, the control device C calculates the target high pressure THP from the outside air temperature TA and the evaporation temperature TE using an arithmetic expression. However, the present invention is not limited to this. The target high pressure THP may be acquired based on the data table acquired from the evaporation temperature TE.
そして、制御装置Cは、高圧圧力センサ(高圧圧力検出手段)48により検出された高圧側圧力HPと、目標高圧THPと、これらHPとTHPの偏差e、当該偏差eに基づきP(比例。偏差eの大きさに比例して、当該偏差eを縮小させる方向の制御)と、D(微分。偏差eの変化を縮小させる方向の制御)とから、比例微分演算を実行し、操作量として導出されるガスクーラ用送風機47の回転数を決定する。当該回転数は、目標高圧THPが高いほど、ガスクーラ用送風機47の回転数は上げられ、目標高圧THPが低いほど、ガスクーラ用送風機47の回転数が下げられる。
Then, the control device C uses the high pressure side pressure HP detected by the high pressure sensor 48 (high pressure detection means), the target high pressure THP, the deviation e between the HP and THP, and P (proportional deviation based on the deviation e). Proportional differential operation is performed from D (differentiation, control in the direction to reduce the change of the deviation e), and derived as an operation amount in proportion to the magnitude of e. The rotational speed of the gas
これにより、制御装置Cは、外気温度TAと蒸発器における冷媒の蒸発温度(低圧圧力センサ32にて検出された低圧圧力から換算して取得)TEに基づいてガスクーラ用送風機47の回転数を制御することにより、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Rであっても、適切な高圧圧力となるようにガスクーラ用送風機47の回転数を制御することができる。これにより、ガスクーラ用送風機47の運転による騒音を低減しつつ、高効率な運転を実現することができる。
Thereby, the control apparatus C controls the rotation speed of the gas
本実施形態では、制御装置Cは、外気温度TAと蒸発温度TEに基づき、冷媒回路1の高圧側圧力の目標値THPを、例えば、外気温度TAが低い程、目標値THPを低くし、蒸発温度TEが高い程、目標値THPを高くする方向で当該目標値THPを決定し、高圧側圧力が目標値THPとなるよう、ガスクーラ用送風機47を制御することにより、外気温度TAにより飽和サイクルとガスサイクルに変化する冷媒の状態を考慮し、且つ、蒸発温度TEに基づいて好適な高圧側圧力を実現でき、これにより、高効率な運転を実現できる。本発明は、冷媒として二酸化炭素を使用した超臨界冷媒回路(超臨界冷凍サイクル)において、特に有効となる。
In the present embodiment, the control device C reduces the target value THP of the high-pressure side pressure of the
(E)オイルセパレータ44
二段圧縮機11には、潤滑油としてのオイルが、用いられている。オイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、PAG(ポリアルキルグリコール)等、既存のものが使用される。
上述した如く、二段圧縮機11の高段側吐出口28とガスクーラ46とを接続する高圧側配管42には、オイルセパレータ44が介設されている。このオイルセパレータ44には、捕捉したオイルを二段圧縮機11に戻すオイル戻し回路73が接続されている。このオイル戻し回路73中には、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラ74が設けられている。
(E)
The two-
As described above, the
各二段圧縮機11,11の高段側吐出口28から吐出されて、オイルセパレータ44内に流入した高温高圧冷媒中に含まれるオイルは、冷媒と分離して捕捉される。二段圧縮機11の密閉容器12内は、中間圧に保持されるため、捕捉されたオイルは、オイルセパレータ44内の高圧と密閉容器12内の中間圧との差圧によって、オイルクーラ74を介して二段圧縮機11に戻るように、オイル戻し回路73内を流れる。なお、オイル戻し回路73は、オイルクーラ74の下流側で、2系統に分岐され、それぞれ流量調整弁(電動弁)76を介して二段圧縮機11の密閉容器12に接続されている。オイルは、ガスクーラ46と同一の風路45に配設されるオイルクーラ74を通過するときに、ガスクーラ用送風機47の運転により空冷され、二段圧縮機11の温度上昇が抑制される。また、二段圧縮機11の密閉容器12には、この密閉容器12内に保有するオイルのレベルを検出するオイルレベルセンサ77が設けられている。
尚、本実施形態のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合には、上述した如き制御を行うことで、オイルを円滑に二段圧縮機11に戻すことができると共に、冷凍能力を効果的に改善でき、性能の向上を図ることができる。
The oil contained in the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the high-
When carbon dioxide is used as a refrigerant as in the present embodiment, oil can be smoothly returned to the two-
(F)二段圧縮機の始動性改善(バイパス回路)
次に、二段圧縮機11の始動性改善制御について説明する。図2に示すように、冷凍装置Rのインタークーラ38の出口側の冷媒回路1の中間圧領域、本実施形態では、当該インタークーラ38の出口側に接続される第2連通回路103又は第3連通回路105と、冷媒回路1の低圧側、本実施形態では、蒸発器63,63の冷媒出口側とを連通するバイパス回路84が設けられている。このバイパス回路84には、電磁弁(弁装置)85が介設されている。そして、制御装置Cは、図2に示すように二段圧縮機11,11及び電磁弁85が接続されている。制御装置Cは、二段圧縮機11の運転周波数を検出(取得)可能とする。
(F) Improvement of startability of two-stage compressor (bypass circuit)
Next, startability improvement control of the two-
二段圧縮機11が運転されている状態では、低段側吸込口22から第1回転圧縮要素18の低圧部に吸い込まれた低圧の冷媒ガスは、第1回転圧縮要素18により中間圧に昇圧されて密閉容器12内に吐出される。密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスは、二段圧縮機11の低段側吐出口24から中間圧吐出配管36に吐出されてインタークーラ38で冷却された後に、中間圧吸入管40を流れて、高段側吸込口26に吸い込まれる。中間圧領域は、第1回転圧縮要素18から吐出され、高段側吸込口26を介して第2回転圧縮要素20に吸い込まれるまでの領域とされる。
高段側吸込口26から第2回転圧縮要素20の中圧部に吸い込まれた中圧の冷媒ガスは、第2回転圧縮要素20により2段目の圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高段側吐出口28から高圧側配管42に吐出される。冷媒の高圧側は、オイルセパレータ44、ガスクーラ46、排熱回収熱交換器70、中間熱交換器80、冷媒配管7及びショーケースユニット5A,5Bのケース側膨張弁62,62までの領域が高圧側とされる。
In a state where the two-
The medium-pressure refrigerant gas sucked into the intermediate pressure portion of the second
そして、ケース側膨張弁62,62にて減圧膨張される。ケース側膨張弁62,62より下流の蒸発器63,63から第1回転圧縮要素18に連通する低段側吸込口22までが冷媒回路1の低圧側とされる。
上記二段圧縮機11の運転が停止した後、二段圧縮機11を再始動する際には、制御装置Cは、二段圧縮機11の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁85を開放してバイパス回路84の流路を開放する。当該所定の運転周波数とは、二段圧縮機11が実効的なトルク制御が可能となる運転周波数であり、本実施形態では、一例として35Hzとする。
これにより、二段圧縮機11が、停止状態から起動され、当該所定の運転周波数に上昇するまでの間、電磁弁85が開放されることにより、低段側吐出口24から中間圧吐出配管36に吐出され、インタークーラ38を経た後の中間圧領域の冷媒は、バイパス回路84を介して、冷媒回路1の低圧側領域に流入する。これにより、冷媒回路1の中間圧領域と低圧側領域との圧力が均圧される。
And it is decompressed and expanded by the case
When restarting the two-
Thus, the
従って、二段圧縮機11の起動から所定の運転周波数に上昇するまでの始動時は、所定のトルクが確保できないが、この間、中間圧領域と低圧側領域とを均圧とすることで、外気温度が高いため中間圧が高くなりやすい状況であっても、中間圧が高圧に接近する不都合を解消できる。
そのため、二段圧縮機11の始動時におけるトルク不足が生じている間に、中間圧領域の圧力と高圧領域の圧力とが接近してしまうことによる始動不良を未然に回避することができ、安定した、且つ、高効率な運転を実現することができる。尚、制御装置Cは、検出される二段圧縮機11の運転周波数が所定の運転周波数に上昇した後は、電磁弁85を閉鎖し、バイパス回路84の流路を閉塞することで、上述したような通常の冷凍サイクルを行う。
Therefore, at the time of starting from the start of the two-
Therefore, it is possible to avoid a starting failure due to the pressure in the intermediate pressure region and the pressure in the high pressure region approaching while the torque shortage at the time of starting the two-
(G)二段圧縮機の始動性改善(逆止弁)
また、本実施形態における各二段圧縮機11,11の高圧側配管42には、逆止弁90が設けられている。逆止弁90は、二段圧縮機11からガスクーラ46に向かう方向を順方向とする。
逆止弁90は、リードバルブにより構成されているため、騒音発生を解消することができる。
逆止弁90の設置により、二段圧縮機11,11が停止した場合であっても、ガスクーラ46側の高圧冷媒が二段圧縮機11側と連通しない。そのため、二段圧縮機11の運転が停止して、密閉容器12内にて高圧側と中間圧とが均圧しても、逆止弁90から蒸発器63,63の近傍に設けられたケース側膨張弁62,62までの冷媒回路1の高圧側の圧力を維持することができる。
(G) Improvement of startability of two-stage compressor (check valve)
In addition, a
Since the
Even if the two-
即ち、当該逆止弁90が設けられていない場合には、停止した二段圧縮機11内において高圧側と中圧側とが均圧してしまう。他方、密閉容器12内において低圧側と中圧側とは、低圧側のみがオイルに浸されていることから容易には均圧し難い。しかし、二段圧縮機11を始動する場合には、冷媒回路1内の圧力差が大きいことから、冷媒回路1内全体が均圧するまでの所定時間が必要となり始動性が悪いこととなる。
しかし、本実施形態では、二段圧縮機11を停止した後、逆止弁90によって冷媒回路1の高圧側の圧力が維持されることで、かかる二段圧縮機11の始動性の改善を図ることができる。また、冷媒回路1内全体が均圧とならないため、冷凍サイクル装置の効率化を図ることができる。
That is, when the
However, in the present embodiment, after the two-
この発明の冷凍装置Rによれば、吸入した冷媒を圧縮して吐出する二段圧縮機11と、二段圧縮機11の低段側吐出口24に入口を接続され、及び二段圧縮機11の高段側吸込口26に出口を接続されるインタークーラ38と、二段圧縮機11の高段側吐出口28に入口を接続されるガスクーラ46と、ガスクーラ46の出口に接続された中間熱交換器80とを備えている。中間熱交換器80は、ガスクーラ46を経て流入される冷媒と、前記中間熱交換器80を経た後に、膨張弁83により減圧された冷媒との間で熱交換させるように構成されている。
より具体的には、中間熱交換器80は、一端がガスクーラ46の出口に接続されると共に、他端がショーケースユニット5A,5B側の蒸発器63に接続される第1流路80Aと、一端が二段圧縮機11の高段側吸込口26(二段目の冷媒吸込部)に接続されるとともに、他端が第1流路とショーケースユニット5A,5Bとの間の冷媒流路に接続される第2流路80Bとを備え、第2流路80Bの一端に膨張弁83が接続されている。
According to the refrigeration apparatus R of the present invention, the inlet is connected to the two-
More specifically, the
従って、中間熱交換器80で過冷却を十分にとった後に、膨張弁83により減圧させた冷媒を、ガスクーラ46からの冷媒と熱交換させることで、ガスクーラ46からの冷媒が効率よく冷却されるので、冷凍装置Rの冷却効率が改善される。また、膨張弁83には、十分に過冷却がとられて安定化した冷媒が流れ込むので、膨張弁83では、冷媒の膨張を所望通りに安定して行わせることができる。本願の実施形態のように、冷媒として、臨界点が低く、外気との温度差を取りにくい二酸化炭素を用いた場合でも、中間熱交換器80を経た十分に過冷却のとられた冷媒を、中間熱交換器80の入口に配設された膨張弁83に戻すことで、膨張弁83での膨張制御を冷媒の安定化を実現できる。さらには、膨張弁83では、過冷却がとられた冷媒を膨張させればよいため、膨張弁83としては、小型のものを採用することができる。
Therefore, after sufficient cooling is performed by the
また、中間熱交換器80の第2流路80Bの他端は、インタークーラ38から高段側吸込口26(二段圧縮機11の二段目の冷媒吸込部)に戻る冷媒流路に合流する。
このため、インタークーラ38における圧力損失を防止しつつ、円滑に中間熱交換器80から出た冷媒流を冷媒回路1の中間圧側に合流させることが可能となる。
また、冷媒として、二酸化炭素が用いられている。二酸化炭素は、毒性や可燃性もなく冷媒管理が容易となる。
なお、冷媒として、二酸化炭素を用いた場合を例に挙げたが、その他の冷媒を用いるものでも、本願の効果を得ることができる。
The other end of the
For this reason, it is possible to smoothly join the refrigerant flow from the
Carbon dioxide is used as the refrigerant. Carbon dioxide is easy to manage refrigerant without toxicity or flammability.
In addition, although the case where the carbon dioxide was used was mentioned as an example as a refrigerant | coolant, the effect of this application can be acquired even if it uses another refrigerant | coolant.
5A,5B ショーケースユニット(冷却対象機器)
11 二段圧縮機
24 低段側吐出口(一段目の冷媒吐出部)
26 高段側吸込口(二段目の冷媒吸込部)
28 高段側吐出口(二段目の冷媒吐出部)
38 インタークーラ
46 ガスクーラ
63 蒸発器
80 中間熱交換器
80A 第1流路
80B 第2流路
83 膨張弁
5A, 5B showcase unit (cooling target equipment)
11 Two-
26 High-stage inlet (second-stage refrigerant inlet)
28 Higher stage outlet (second stage refrigerant outlet)
38
Claims (4)
前記二段圧縮機の一段目の冷媒吐出部に入口が接続され、前記二段圧縮機の二段目の冷媒吸込部に出口が接続されたインタークーラと、
前記二段圧縮機の二段目の冷媒吐出部に入口が接続されるガスクーラと、
前記ガスクーラの出口に接続された中間熱交換器とを備え、
前記中間熱交換器は、前記ガスクーラを経て流入される冷媒と、前記中間熱交換器を経た後に、膨張弁により減圧された冷媒との間で熱交換させるように構成されている
ことを特徴とする冷凍装置。 A two-stage compressor,
An intercooler having an inlet connected to a first-stage refrigerant discharge section of the two-stage compressor, and an outlet connected to a second-stage refrigerant suction section of the two-stage compressor;
A gas cooler having an inlet connected to a second-stage refrigerant discharge section of the two-stage compressor;
An intermediate heat exchanger connected to an outlet of the gas cooler,
The intermediate heat exchanger is configured to exchange heat between the refrigerant flowing through the gas cooler and the refrigerant reduced in pressure by an expansion valve after passing through the intermediate heat exchanger. Refrigeration equipment.
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