JP2013213590A - 二元冷凍装置の立ち上げ制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、上記中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、高元冷媒より低沸点の低元冷媒が循環すると共に、上記中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備えた二元冷凍装置の立ち上げ制御方法において、立上がり運転において低元側冷媒回路において高圧カットが生じないように、立上がり運転における高元側冷媒回路の圧縮機の回転数の低元側冷媒回路の圧縮機の回転数に対する比を定常運転における高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比より高く設定する、ことを特徴とする二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。
【選択図】図5
Description
この二元冷凍装置は、たとえば、特許文献1ないし3に開示されているように、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、低元冷媒が循環すると共に、中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備える。
低元側の低元冷媒は、高元冷媒より低沸点であり、これにより常温での冷媒の凝縮圧力の上昇を防止することが可能であるが、反面、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路との間で、冷媒特性の違いに起因して、立ち上がり速度のアンバランスが生じる。
このような立ち上がり速度のアンバランスがありながら、高元側冷媒回路と低元側冷媒回路とを同時に起動するとすれば、低元側冷媒回路の加熱能力が高元側冷媒回路の冷却能力に対して勝ち過ぎてしまい、定常運転に達する前に低元側冷媒回路が高圧カットにより停止する事態が生じ得る。
しかしながら、立ち上がり速度のアンバランスは、各元の冷媒特性の違いのみならず、起動初期の運転温度における各元の負荷のかかり方、起動時の温度条件等様々な要因により影響を受けることから、上述のような対処方法では十分とはいえない技術的問題が引き起こされる。
この場合、二元冷凍装置の高元冷媒と低元冷媒との組合わせには、実用的に様々なものが想定され、このような冷媒の組み合わせの如何を問わず定常運転までの円滑な立ち上がりを可能とする立ち上げ制御技術が業界内で要望される一方、二元冷凍装置の運転制御自体に干渉することなしに、定常運転までの円滑な立ち上がりを補助的に支援可能とする立ち上げ制御技術も業界内で要望されている。
以上の技術的課題に鑑み、本発明の目的は、二元冷凍装置の運転制御自体に干渉することなしに、定常運転までの円滑な立ち上がりを補助的に支援可能とする二元冷凍装置の立ち上げ制御方法を提供することにある。
圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、上記中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、高元冷媒より低沸点の低元冷媒が循環すると共に、上記中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備えた二元冷凍装置の立ち上げ制御方法において、
立上がり運転において低元側冷媒回路において高圧カットが生じないように、立上がり運転における高元側冷媒回路の圧縮機の回転数の低元側冷媒回路の圧縮機の回転数に対する比を定常運転における高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比より高く設定する、構成としている。
本明細書において、定常運転とは、外乱が系に入力されない限り、負荷に応じて収束した安定な運転状態を意味し、立ち上がり運転とは、系の起動からこのような定常運転までの運転状態を意味するものとして用いる。
さらにまた、高元側冷媒回路の冷媒の低圧および/または低元側冷媒回路の冷媒の高圧を検知し、検知した低圧および/または高圧に応じて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を変動させるのがよい。
加えて、立上がり運転から定常運転に向けて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比をリニアに変動させるのでもよい。
また、タイマーを用いて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を段階的に変動させるのでもよい。
圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、上記中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、高元冷媒より低沸点の低元冷媒が循環すると共に、上記中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備えた二元冷凍装置の立ち上げ制御方法において、
低元側冷媒回路において、冷媒高圧圧力が高圧異常より低い所定圧力に達した場合に、二元冷凍装置を停止する段階と、
高元側冷媒回路の膨張機構前後の冷媒差圧が、二元冷凍装置の前回起動の際よりも高く保たれている間に高元側冷媒回路を再起動することにより、低元側冷媒回路の冷媒高圧圧力を所定圧力まで下げる段階と、
低元側冷媒回路の冷媒高圧圧力が所定圧力まで下がったら、低元側冷媒回路を再起動する段階と、を有する構成としている。
カウント数が所定回数を超えたら、二元冷凍装置を停止する段階とをさらに有するのがよい。
さらに、前記カウント数の所定回数は、2以上5以下であるのがよい。
さらにまた、立ち上げ運転から定常運転に至るまで、定常運転の直前において、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を極大とし、そこから定常運転まで減少するように変動させてもよい。
高元側冷媒回路12は、概略的には、高元側圧縮機18の吐出側に一端が接続された高元側冷媒往管20の他端が、凝縮器22、膨張弁24を介して中間熱交換器16の1次側流路入口に接続され、1次側流路出口に一端が接続された高元側冷媒復管26の他端が、高元側圧縮機18の吸入側に接続され、冷媒回路を構成している。
中間熱交換器16は、乾式の蒸発器として構成され、中間熱交換器16の内部に高元側冷媒回路12と接続された熱交換管(図示せず)が配設され、胴側に低元側冷媒ガスが充満するようにする。これにより、高元側冷媒と管外の低元側冷媒ガスとが熱交換し、低元側冷媒が凝縮すると共に、中間熱交換器16の出口で高元側冷媒が乾きガスとなって高元側圧縮機18に吸引されるようにしてある。
高元側圧縮機18は、たとえば、容量制御式の往復圧縮機または回転あるいは遠心圧縮機が用いられる。特に、往復式圧縮機であれば、潤滑剤をクランク室等の低圧チャンバーに戻し、スクリュー圧縮機であれば、圧縮機ケーシングの低圧域又は中間圧域に戻すようにする。高元側冷媒回路12における高元側圧縮機18の駆動用モータ38には、インバータ装置40を設けて駆動用モータ38を回転数制御できるようにしてある。
特に、低元側冷媒回路14において、低元側冷媒がかなりの低温である場合には、低元側冷媒に混入している潤滑剤の粘性が増大していることから、潤滑剤をアキュムレータ46の上流側冷媒流路に戻すと、潤滑剤がアキュムレータ46に付着して、低元側冷媒回路14の圧力損失を増大するか、あるいは低元側冷媒回路14を閉塞するおそれがあるので、高元側圧縮機18と同様に、油分離器を設けて、油分離器により分離された潤滑剤を低元側圧縮機28の低圧域又はアキュムレータ46と低元側圧縮機28間の冷媒流路に戻してもよい。
低元側冷媒ガスは、低元側冷媒復管32を通って低元側圧縮機28に吸入される。低元側冷媒復管32には、吸入圧力調整弁(図示せず)が設けられ、ここで低元側冷媒ガスの圧縮機吸入圧が調整される。また、低元側冷媒復管32には、圧縮機吸入圧を検出する圧力センサ(図示せず)が設けられている。
低元側冷媒復管32と中間熱交換器16の胴部とを接続するホットガスライン56が設けられ、ホットガスライン56には、ホットガス電動弁(図示せず)と、運転開始時又は停止時にホットガスライン56を開閉するホットガス電磁弁(図示せず)が付設されている。
このような構成の二元冷凍装置において、立ち上げ運転において、低元側冷媒回路14が高圧カットにより停止する事態を防止するために、以下のような手段を講じている。
たとえば、本実施形態において、立ち上げ運転の際、低元側冷媒回路の高圧カットを防止するために、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比の調整をするか(図3)、あるいは二元冷凍装置10をいったん停止して、高元側冷媒回路を低元側冷媒回路より先に再起動するか(図5)の二者択一として説明したが、それに限定されるこことなく、前者の場合、冷媒の組合わせの如何に係らず、定常運転までの円滑な立ち上がりが可能となる一方、後者の場合、二元冷凍装置10の運転制御自体には干渉することなく、低元側冷媒回路14の高圧カット発生を補助的に防止することで、定常運転までの円滑な立ち上がりを支援することが可能であることから、両者を併行して行ってもよい。
12 高元側冷媒回路
14 低元側冷媒回路
16 中間熱交換器
18 高元側圧縮機
20 高元側冷媒往管
22 凝縮器
24 膨張弁
26 高元側冷媒復管
28 低元側圧縮機
30 低元側冷媒往管
32 低元側冷媒復管
34 膨張弁
36 蒸発器
38 駆動用モータ
40 インバータ装置
42 油分離器
44 受液器
46 アキュムレータ
48 駆動用モータ
50 インバータ装置
52 制御部
54 受液器
56 ホットガスライン
Claims (9)
- 圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、上記中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、高元冷媒より低沸点の低元冷媒が循環すると共に、上記中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備えた二元冷凍装置の立ち上げ制御方法において、
立上がり運転において低元側冷媒回路において高圧カットが生じないように、立上がり運転における高元側冷媒回路の圧縮機の回転数の低元側冷媒回路の圧縮機の回転数に対する比を定常運転における高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比より高く設定する、ことを特徴とする二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。 - 立上がり運転から定常運転に向けて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を低下させる、請求項1に記載の立ち上げ制御方法。
- 高元側冷媒回路の冷媒の低圧および/または低元側冷媒回路の冷媒の高圧を検知し、検知した低圧および/または高圧に応じて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を変動させる、請求項2に記載の立ち上げ制御方法。
- 立上がり運転から定常運転に向けて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比をリニアに変動させる、請求項3に記載の立ち上げ制御方法。
- タイマーを用いて、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を段階的に変動させる、請求項2に記載の立ち上げ制御方法。
- 圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、中間熱交換器の蒸発部とが順に接続されて構成され、高元冷媒が循環する高元側冷媒回路と、圧縮機と、上記中間熱交換器の凝縮部と、膨張機構と、蒸発器とが順に接続されて構成され、高元冷媒より低沸点の低元冷媒が循環すると共に、上記中間熱交換器において高元冷媒と低元冷媒とが熱交換する少なくとも1つの低元側冷媒回路とを備えた二元冷凍装置の立ち上げ制御方法において、
低元側冷媒回路において、冷媒高圧圧力が高圧異常より低い所定圧力に達した場合に、二元冷凍装置を停止する段階と、
高元側冷媒回路の膨張機構前後の冷媒差圧が、二元冷凍装置の前回起動の際よりも高く保たれている間に高元側冷媒回路を再起動することにより、低元側冷媒回路の冷媒高圧圧力を所定圧力まで下げる段階と、
低元側冷媒回路の冷媒高圧圧力が所定圧力まで下がったら、低元側冷媒回路を再起動する段階と、を有することを特徴とする二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。 - 前記停止段階から前記低元側冷媒回路の再起動段階までのループ回数をカウントする段階と、
カウント数が所定回数を超えたら、二元冷凍装置を停止する段階とをさらに有する、請求項6に記載の二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。 - 前記カウント数の所定回数は、2以上5以下である、請求項7に記載の二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。
- 立ち上げ運転から定常運転に至るまで、定常運転の直前において、高元側冷媒回路の低元側冷媒回路に対する圧縮機の回転数比を極大とし、そこから定常運転まで減少するように変動させる、請求項2に記載の二元冷凍装置の立ち上げ制御方法。
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