JP2014085097A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率の運転を行うことができる冷凍サイクル装置を得る。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷媒を凝縮させる凝縮器３と、冷媒と空気との熱交換を行って冷媒を過冷却する第１の過冷却器６と、分岐配管１４にて分岐した冷媒同士の熱交換を行って一方の冷媒を過冷却する第２の過冷却器８と、分岐した他方の冷媒の流量調整を行って第２の過冷却器に通過させる流量調整装置１２と、流量調整装置１２及び第２の過冷却器８を通過した冷媒が流れるバイパス経路１１と、冷媒を減圧する膨張弁９と、冷媒を蒸発させる蒸発器１０とを冷媒配管で接続して冷媒回路を構成し、空気の温度に基づいて、第１の過冷却器６における熱交換量と第２の過冷却器８における熱交換量とを制御する制御装置２０とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に係るものである。特に冷媒を過冷却状態にするために空気熱交換器と冷媒間熱交換器との２種類の熱交換器を有するものに関する。

従来、例えば冷凍サイクル装置である冷蔵・冷凍用途の冷凍機（冷凍装置）は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で順に接続して基本的な冷媒回路を構成する。さらに凝縮器と膨張弁との間に過冷却器を設けて冷媒を飽和液から過冷却状態へさらに冷却することで、蒸発器でのエンタルピ差を拡大し、能力増大、性能改善等を実現する構成もある。ここで、冷媒を過冷却する手段としては、例えば空気と冷媒とを熱交換する空気熱交換器、冷媒同士を熱交換する冷媒間熱交換器等がある。冷凍サイクル装置において、これらの熱交換器を有し、冷媒回路を構成しているものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００９−１０９０６５号公報（第４頁、第１図） 特開２０１２−２１７４４号公報（第３頁、第１図）

上記の特許文献１に記載の冷凍サイクル装置は、冷凍機の能力調整用として冷媒間熱交換器を使用して、運転容量が小さい領域における圧縮機の信頼性を確保するものである。また、特許文献２に記載の冷凍サイクル装置は、高圧調整用として冷媒間熱交換器を使用して運転条件に応じて高圧を安定的に制御するものである。

しかし、いずれの特許文献の冷凍サイクル装置も、それぞれの用途のために冷媒間熱交換器を用いた運転を行っており、空気熱交換器と併せて効率のよい運転を行うような熱交換量の制御（過冷却制御）がなされていなかった。

そこで、この発明は、高効率の運転を行うことができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒と空気との熱交換を行って冷媒を過冷却する第１の過冷却器と、冷媒を分岐する分岐配管により分岐された冷媒同士で熱交換を行って、分岐に係る一方の冷媒を過冷却する第２の過冷却器と、分岐に係る他方の一方の流量調整を行って第２の過冷却器に通過させる流量調整手段と、該流量調整手段及び第２の過冷却器を通過した冷媒が流れるバイパス配管と、冷媒を減圧する減圧手段と、冷媒を蒸発させる蒸発器とを冷媒配管で接続して冷媒回路を構成し、空気の温度に基づいて、第１の過冷却器における熱交換量と第２の過冷却器における熱交換量とを制御する制御装置とを備えるものである。

この発明によれば、制御装置が、外気温に応じて、第１の過冷却器の熱交換量と第２の過冷却器の熱交換量とを制御するようにしたので、運転条件に応じて入力の抑制をはかることができ、高効率の運転を実現することができる。

この発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における冷凍サイクルのモリエル線図である。 この発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における外気温、電気入力及び過冷却比率の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における電気入力を最小とする過冷却比率と外気温との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係わる冷凍機１が行う過冷却制御の処理を示す図である。 この発明の実施の形態２に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。以下、この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置の代表として冷凍機１について説明する。ここで、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。そして、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

本実施の形態の冷凍機１は、圧縮機２、凝縮器３、液溜５、第１の過冷却器６、第２の過冷却器８、膨張弁９、蒸発器１０を冷媒配管で接続し、主となる冷媒回路を構成している。また、凝縮器ファン４、第１の過冷却器ファン７を有している。ここで、冷凍機１がすべての機器を収容しているが、例えば蒸発器１０を別の筐体に収容して配管接続する等、冷凍機１を複数の筐体の集合として構成するようにしてもよい。

圧縮機２は、冷媒を吸入して圧縮し、高温・高圧のガス状態にして吐出する。ここで、本実施の形態の圧縮機２は、圧縮室（図示せず）にインジェクション（冷媒導入）をするためのインジェクション管２ａを有している。また、例えばインバータ回路等により回転数を制御し、冷媒の吐出量を調整できるタイプの圧縮機で構成するとよい。凝縮器３は、圧縮機２において圧縮された冷媒と例えば屋外の空気（外気）との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。また、凝縮器ファン４は、凝縮器３に外気を送り込み、凝縮器３を流れる冷媒との熱交換を促す。液溜５は、冷媒回路内の余剰冷媒を溜める。

第１の過冷却器６は空気（本実施の形態では外気とする）と冷媒との熱交換を行う空気熱交換器で構成する。第１の過冷却器ファン７は、第１の過冷却器６に外気を送り込み、第１の過冷却器６を流れる冷媒との熱交換を促す。ここで、第１の過冷却器ファン７は、インバータ回路等により回転数を制御し、第１の過冷却器６に送り込む外気の風量を調整することができる。

また、第２の過冷却器８は冷媒同士を熱交換する冷媒間熱交換器で構成する。第２の過冷却器８において、第１経路８ａは、主となる冷媒回路側を流れる冷媒の経路である。また、第２経路８ｂはバイパス流路側を流れる冷媒の経路である。本実施の形態では、第２の過冷却器と膨張弁９との間に分岐配管１４を接続する。そして、第２の過冷却器８の第１経路８ａを通過した冷媒の一部を、分岐配管１４によって主となる冷媒回路から分岐させ、第２経路８ｂを通過させて冷媒同士を熱交換する。バイパス流路側の構成については後述する。

減圧装置（絞り装置）となる膨張弁９は第２の過冷却器８を通過した冷媒を減圧する。開度を変化させることで、冷媒の圧力、流量を調整することができる。蒸発器１０は、例えば冷凍機１における冷却対象となる空気と膨張弁９により減圧された冷媒との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させる。ここで、図１では、膨張弁９と蒸発器１０とを１台ずつ示しているが、例えば、膨張弁９と蒸発器１０との組み合わせを複数台並列に配管接続するようにしてもよい。

次にバイパス流路側の構成について説明する。バイパス流路側は、バイパス経路１１及びバイパス流量調整装置となる流量調整弁１２で構成する。バイパス経路（バイパス配管）１１は、本実施の形態では、インジェクション管２ａと第２の過冷却器８（第２経路８ｂ）との間を接続する。そして、第２の過冷却器８から流出した冷媒をバイパス経路１１、インジェクション管２ａを介して圧縮機２に流入させる。また、バイパス流量調整装置となる流量調整弁１２は、分岐配管１４によってバイパス流路側に流れる冷媒を減圧し、流量を調整する。そして、第２の過冷却器８の第２経路８ｂを通過させる。

温度検知手段となる温度センサ１５ａ〜１５ｄは、設置された位置における温度を検知する。本実施の形態では、温度センサ１５ａは、液溜５と第１の過冷却器６との間（第１の過冷却器６の冷媒流入口）に設置される。また、温度センサ１５ｂは、第１の過冷却器６と第２の過冷却器８との間（第１の過冷却器６の冷媒流出口）に設置される。さらに、温度センサ１５ｃは、第２の過冷却器８の冷媒流出口に設置される。そして、温度センサ１５ｄは、外気（空気）の温度を検知できる位置に設置される。

制御装置２０は、例えば温度センサ１５ａ〜１５ｄ等の検知に係る温度等に基づいて、冷凍機１を構成する機器を制御する。本実施の形態では、第１の過冷却器６、第２の過冷却器８の熱交換量を、外気温に基づく比（比率）とするため、第１の過冷却器６、第２の過冷却器８の冷媒流出口における過冷却度の目標値の設定、第１の過冷却器６、第２の過冷却器８の冷媒流出口における過冷却度の演算等を行う。そして、流量調整弁１２、第１の過冷却器ファン７を制御する過冷却制御の処理を行う。ここで、制御装置２０は、例えば計時手段（タイマー等）を複数有しており、それぞれ計時（カウント）を行うことができる。

図２はこの発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における冷凍サイクルに係るモリエル線図である。まず、本実施の形態１の冷凍機１における動作について、冷媒の流れを中心に説明する。ここで、図２中の点Ａから点Ｋは、図１での点Ａから点Ｋと対応する。また、ここでの説明に用いている高圧、中圧、低圧の表現は、厳密なものではなく、冷媒回路内の冷媒の圧力をおおまかに分類したものである。

圧縮機２は吸入した冷媒（点Ａ）を、内部にある圧縮室（図示せず）において圧縮して吐出する。吐出に係る冷媒は高温高圧の過熱ガスとなる（点Ｄ）。ここで、圧縮室の中途部分が開口しており、圧縮途中の冷媒（点Ｂ）を、後述するようにインジェクション管２ａから流入する冷媒（点Ｋ）と圧縮過程において合流させ、合流に係る冷媒（点Ｃ）を圧縮して吐出する。

また、凝縮器３において、凝縮器ファン４により搬送された外気と熱交換した冷媒は凝縮により高圧の飽和液となる（点Ｅ）。そして、液溜５を通過して第１の過冷却器６に至る。第１の過冷却器６において、第１の過冷却器ファン７により搬送された外気と熱交換した冷媒は、高圧の過冷却液となる（点Ｆ）。

さらに第２の過冷却器８の第１経路８ａを通過した冷媒は、膨張弁９に至る経路と、流量調整弁１２に至る経路とに分岐して流れる。流量調整弁１２側に流れた冷媒は、流量調整弁１２を通過することで減圧される。このとき、冷媒は中圧の気液二相状態となり（点Ｊ）、流量調整弁１２を通過する前の冷媒よりも低温の状態で第２の過冷却器８の第２経路８ｂを通過する。ここで、第２の過冷却器８においては、第１経路８ａを通過する冷媒と第２経路８ｂを通過する冷媒との間で熱交換が行われる。このとき、第１経路８ａを通過する冷媒は、第２経路８ｂを通過する冷媒によって冷却され、第１経路８ａを通過する前の状態よりも低温となり、過冷却度が大きくなる（点Ｇ）。膨張弁９側に流れた冷媒は、膨張弁９を通過して低圧二相状態となる（点Ｈ）。そして、蒸発器１０において、図示しない蒸発器ファンにより搬送された庫内空気と熱交換した冷媒は、低圧の飽和ガス又は過熱ガスの状態で圧縮機２へ至る（点Ａ）。

一方、第２の過冷却器８の第２経路８ｂを通過する冷媒は、第１経路８ａを通過する冷媒によって加熱される（点Ｋ）。このとき、冷媒は高乾き度の中圧の気液二相か中圧過熱ガスの状態である。そして、バイパス経路１１を通過してインジェクション管２ａへ至り、前述したように圧縮機２の圧縮室で圧縮機２が吸入した冷媒と合流する（点Ｃ）。

また、本実施の形態の冷凍機１は、各種センサ（検知手段）を有している。例えば、温度センサ１５ａは凝縮器３から第１の過冷却器６の間、温度センサ１５ｂは第１の過冷却器６と第２の過冷却器８との間、温度センサ１５ｃは第２の過冷却器８と膨張弁９と流量調整弁１２の間の冷媒温度をそれぞれ検知する。また、温度センサ１５ｄは外気の温度（外気温）を検知する。冷凍機１は様々な要因により運転条件が変化し、運転に必要な冷媒は運転条件に応じて変化する。液溜５は余剰冷媒を溜めることで、冷媒回路において必要な冷媒の変化量を吸収する機能を有する。ここで、液溜５内部は液冷媒とガス冷媒が共存しており、気液二相状態である。凝縮器３の内部についても、冷媒経路の中途から気液二相状態となるため、温度センサ１５ａを凝縮器３内の気液二相状態の冷媒温度を検知可能な位置に設けるようにしてもよい。

制御装置２０は、温度センサ１５ａ〜１５ｄ、その他の各種センサ（図示せず）の検知に係る信号に基づいて、圧縮機２の回転数、凝縮器ファン４の回転数、第１の過冷却器ファン７の回転数、膨張弁９の開度、流量調整弁１２の開度等を制御する処理を行って、冷凍機１を適切に運転させる。

次に本実施の形態における各過冷却器の機能について説明する。過冷却器は冷媒を過冷却状態にすることが機能であり、その指標として過冷却度、冷却量がある。各過冷却器の過冷却度は、次式（１）、（２）で表される。
（第１の過冷却器６出口での過冷却度）
＝（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｂの検知値） …（１）
（第２の過冷却器８出口での過冷却度）
＝（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値） …（２）

また、各過冷却器の冷却量は、次式（３）、（４）で表される。
（第１の過冷却器６での冷却量）
＝（冷媒の定圧比熱）×（冷媒循環量）
×｛（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｂの検知値）｝…（３）
（第２の過冷却器８での冷却量）
＝（冷媒の定圧比熱）×（冷媒循環量）
×｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝…（４）

そして、総冷却量に対する第２の過冷却器８の冷却量の割合は、次式（５）で表される。総冷却量は、凝縮器３での冷却量を除いた、過冷却器６と過冷却器８での冷却量の和である。以後、総冷却量に対する第２の過冷却器８の冷却量の割合を過冷却比率とする。
（総冷却量に対する第２の過冷却器８の冷却量の割合）
＝｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝
÷｛（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝…（５）

さらに過冷却器の機能による効果について説明する。冷凍サイクルにおける冷媒の過冷却度は、図２の点Ｅにおける冷媒の温度と、点Ｇにおける冷媒の温度との差で定義される。冷媒の過冷却度が増加する場合、辺ＧＨが低エンタルピ側へ移動する。ここで、冷凍機１の効率を示すＣＯＰ（＝冷却能力÷電気入力（消費電力））は、冷凍サイクルが横に長い四角形に類似した形状（エンタルピ差が大きく、高低圧差が小さい）ほど、大きくなる。したがって、冷媒の過冷却度が大きくなるほど、ＣＯＰが増加する。ただし、大きい過冷却度を実現させようとすると、実現する過冷却度に合わせて過冷却器を大型化する、電気入力を大きくする等しなければならないことから限界がある。以上より、機器に応じて高ＣＯＰを実現する冷媒の過冷却度が存在する。

本実施の形態の冷凍機１において、空気熱交換器である第１の過冷却器６では、冷媒温度を外気温以下にすることが不可能である。さらに外気温に近づけようとすると、空気の搬送量が非常に大きくなり、そのための電気入力も必要となる。また、冷媒間熱交換器である第２の過冷却器８は、冷媒温度を中圧の飽和温度以下にすることが不可能である。さらに中圧の飽和温度に近づけようとすると、冷媒の搬送量が非常に大きくなり、そのための電気入力も必要となる。ここで中圧は圧縮機２に依存する。また、冷凍機１の冷媒配管に十分な断熱措置を施さなければ、冷媒配管の温度が外気の露点温度以下となると、結露や氷結が発生し好ましくない。このような制約によって、冷媒の過冷却度に制約を受ける場合がある。

次に高ＣＯＰを実現する冷媒の過冷却度が存在するときに、各過冷却器における過冷却比が、運転条件により異なることについて説明する。前述したように、空気熱交換器の性能は外気温に依存する。また、冷媒間熱交換器の性能は中圧に依存するが、中圧は高圧と低圧とに影響を受ける。ここで、高圧は凝縮器３に依存するが、冷媒の凝縮は外気温の影響を受けるため、間接的には冷媒間熱交換器の性能は外気温の影響を受けることになる。

図３はこの発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における外気温、電気入力及び過冷却比率の関係を示す図である。横軸は総過冷却量に対する第２の過冷却器８の熱交換量の比率である過冷却比率を表す。縦軸は第１の過冷却器６と第２の過冷却器８に必要な電気入力を表す。ここで、第１の過冷却器６に必要な電気入力は、第１の過冷却器ファン７に必要な電力となる。また、第２の過冷却器８で必要な電気入力は、圧縮機２における電気入力の内、図２における（点Ｄでのエンタルピ−点Ｃでのエンタルピ）×（バイパス経路１１を通過する冷媒量）に相当する電力である。図３では外気温を高温、中間、低温に分けている。ここで高温、中間、低温は、外気温の相対的な比較に基づくものである。

図３（ａ）は、外気温が高い場合を示している。冷媒から空気への放熱が冷却量となるので、外気温が高くなると放熱量が低下し、熱交性能が低下する。また、外気温が高いと冷凍能力（負荷）が増大する傾向にある。このため、熱交性能低下をさらに促進することになる。したがって過冷却比率を低下させるには、第１の過冷却器６に送る第１の過冷却器ファン７の風量を大幅に増加させるとよい。電気入力も同じ傾向にある。また、過冷却比率を増加させるには、第２の過冷却器８において、バイパス経路１１を通過させる冷媒量を増加すればよい。このとき、電気入力は単調に減少する。以上のことから、冷媒を過冷却するために必要となる電気入力は、過冷却比率が大きくなるほど単調に減少する。

図３（ｂ）は、外気温が中間の場合を示している。第１の過冷却器６の熱交性能は外気温が高い場合に比べて高くなる。このため、外気温が高い場合に比べて、中間の場合の電気入力は少なくてすむ。ここで、過冷却比率を低下させるには、外気温が高温の場合と同様に、第１の過冷却器６に送る第１の過冷却器ファン７の風量を増加させるとよい。電気入力も単調に増加する傾向にある。逆に過冷却比率を増加させると、第１の過冷却器６に送る第１の過冷却器ファン７の風量に対して電気入力が指数的に低下する。電気入力に占める第１の過冷却器ファン７（ファンモータ）の電気入力比率が低下し、第２の過冷却器８（圧縮機２）の電気入力が支配的となる。また第２の過冷却器８ではバイパス経路１１での循環量を増加するため、第２の過冷却器８（圧縮機２）の電気入力は単調に増加する。このため、過冷却に要する電気入力は最小値を持つ。また外気が高くなるほど、図３（ａ）のような風量増加に伴う電気入力増加の影響が強くなり、最小値となる過冷却比率が大きくなる。

図３（ｃ）は、外気温が低い場合を示している。外気温が低くなると第１の過冷却器６の熱交換の性能はさらに高くなる。過冷却比率を低下させるために、第１の過冷却器６に送る第１の過冷却器ファン７の風量と電気入力とは単調に増加する。一方、過冷却比率を増加させるには、第２の過冷却器８でバイパス経路１１での循環量を増加すればよく、電気入力は単調に増加する。ただし、外気温が低いほど冷凍機１の負荷は小さくなる傾向にある。このため、圧縮機２の入力も低下するが、冷凍機１の電気入力に対する圧縮機２における入力の比率が増加する。過冷却比率を増加させると、圧縮機２の入力全体の比率も大きくなる。このため、過冷却に要する電気入力は、過冷却比率に対して単調増加する。

図４はこの発明の実施の形態１に係わる冷凍機１における電気入力を最小とする過冷却比率と外気温との関係を示す図である。図３に基づけば、高ＣＯＰを実現するための、外気温に対して電気入力が最小となる過冷却比率は図４のようになる。ここで、図４のしきい値１、しきい値２は、第１の過冷却器６、第２の過冷却器８、圧縮機２の影響を受ける。これらの機器の仕様が定まれば、予め評価や試算で把握することができる。また、電気入力が最小となる過冷却比率において、０と１の値は厳密なものではなく、０と１に近い値（ほぼ０と１）でもよい。

図５はこの発明の実施の形態１に係わる冷凍機１が行う過冷却制御の処理を示す図である。次に過冷却器での具体的な動作について図５のフローチャートに基づいて説明する。ここで、時間Ｔ１と時間Ｔ２は予め設定した時間であり、時間Ｔ１の方が時間Ｔ２より大きい（２倍以上）。

Ｓ００１において、過冷却制御を開始すると、Ｓ００２において、タイマー１とタイマー２とを０にする（リセットする）。そして、Ｓ００３において、温度センサ１５ｄからの信号に基づいて外気温を検知する。また、Ｓ００４において、検知した外気温に基づいて、第１の過冷却器６の冷媒流出口における過冷却度の目標値ＳＣｍ１と第２の過冷却器８の出口における過冷却度の目標値ＳＣｍ２とを設定する。設定については、図４に基づいて高ＣＯＰとなる過冷却比率を決定し、決定した過冷却比率から、さらに目標値ＳＣｍ１と目標値ＳＣｍ２とを設定する。

Ｓ００５において、タイマー２が時間Ｔ２（Ｔ２以上）になったかどうかを判定する。タイマー２が時間Ｔ２になったものと判定すると、Ｓ００６で各温度センサ１５により温度を検知し、さらにタイマー２を０とする（リセットする）。Ｓ００７において、第１の過冷却器６の冷媒流出口における過冷却度ＳＣ１及び第２の過冷却器８の冷媒流出口における過冷却度ＳＣ２を演算する。タイマー２が時間Ｔ２になっていないものと判定すると、Ｓ０１８において、タイマー１とタイマー２とをカウントアップする。

そして、Ｓ００８でＳＣ２とＳＣｍ２とを比較する。ＳＣ２＜ＳＣｍ２−Δ２であると判定すると、Ｓ００９で流量調整弁１２の開度を増加させる。また、ＳＣｍ２−Δ２≦ＳＣ２≦ＳＣｍ２＋Δ２であると判定すると、Ｓ０１０で流量調整弁１２の開度を維持させる。さらにＳＣ２＞ＳＣｍ２＋Δ２であると判定すると、Ｓ０１１で流量調整弁１２の開度を減少させる。

流量調整弁１２の開度を決定した後、Ｓ０１２において、タイマー１が時間Ｔ１（Ｔ１以上）になったかどうかを判定する。タイマー１が時間Ｔ１（Ｔ１以上）になったものと判定すると、Ｓ０１３でタイマー１を０とする（リセットする）。タイマー１が時間Ｔ１になっていないものと判定すると、Ｓ０１８において、タイマー１とタイマー２とをカウントアップする。

そして、Ｓ０１４においてＳＣ１とＳＣｍ１とを比較する。ＳＣ１＜ＳＣｍ１−Δ１であると判定すると、Ｓ０１５で第１の過冷却器ファン７の回転数を増加させて風量を増やす。ＳＣｍ１−Δ１≦ＳＣ１≦ＳＣｍ１＋Δ１であると判定すると、Ｓ０１６で第１の過冷却器ファン７の回転数を保持させて風量を維持する。さらにＳＣ１＞ＳＣｍ１＋Δ１であると判定すると、第１の過冷却器ファン７の回転数を減少させて風量を減らす。

第１の過冷却器ファン７の回転数を決定した後、Ｓ０１９において、タイマー１とタイマー２とをカウント（計時）する。

以上のように実施の形態１の冷凍機１によれば、外気温に応じて、第１の過冷却器６と第２の過冷却器８とにおける熱交換量を制御して過冷却比率を変化させるようにしたので、運転条件に応じて電気入力の抑制をはかることができ、ＣＯＰを高くすることができる。このため、冷凍機１の定格条件だけでなく、年間を通じた年間消費電力量も削減することができる。また、第１の過冷却器６と第２の過冷却器８との制御の時間間隔が異なっているので、相互干渉することなく安定した制御を実現することができる。ここで、空気熱交換器の方が、冷媒間熱交換器よりも熱容量が大きく時間応答が遅い。このため、空気熱交換器である第１の過冷却器６の制御時間間隔は、冷媒間熱交換器である第２の過冷却器８の制御時間間隔より大きくすることで、さらに制御の安定性をはかることができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。本実施の形態においても冷凍機１について説明する。実施の形態１においては、図１に示すように、第２の過冷却器８における、２つの経路（第１経路８ａ、第２経路８ｂ）の冷媒流れを対向流となるように配管接続した。本実施の形態の冷凍機１においては、図６に示すように、並行流となるように配管接続するものである。例えば、第２の過冷却器８において、熱交換に係る冷媒が並行流となるように流れるようにすると、過冷却器による冷媒の過冷却度を実現する場合、図１の冷凍機１と比較して第２の過冷却器８における熱交換量を低減することができる。

図６において図１等と同一の符号を付しているものは、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。温度センサ１５ｅは、流量調整弁１２を通過し、第２の過冷却器８の第２経路８ｂに流入する冷媒の温度を検知する。また、温度センサ１５ｆは、第２の過冷却器８の第２経路８ｂから流出し、バイパス経路１１を流れる冷媒の温度を検知する。

本実施の形態における冷凍機１の場合、第１の過冷却器６を通過した冷媒は、第２の過冷却器８の第１経路８ａの手前で分岐するため、第１の過冷却器６と第２の過冷却器８の第１経路８ａとを通過する冷媒量が異なる。したがって、過冷却比率は以下のようになる。
（第１の過冷却器６出口での過冷却度）
＝（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｂの検知値） …（６）
（第２の過冷却器８出口での過冷却度）
＝（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値） …（７）

（第１の過冷却器６での冷却量）
＝（冷媒の定圧比熱）×（第１の過冷却器６での冷媒通過量）
×｛（温度センサ１５ａの検知値）−（温度センサ１５ｂの検知値）｝…（８）
（第２の過冷却器８での冷却量）
＝（冷媒の定圧比熱）×（第２の過冷却器の第１経路８ａの冷媒通過量）
×｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝…（９）

（第２の過冷却器８での冷却量）
＝（第２の過冷却器８の第１経路８ｂでの冷媒循環量）
×｛（温度センサ１５ｂの検知値で定まるエンタルピ）
−（温度センサ１５ｅの検知値により定まる飽和圧力及び温度センサ１５ｆの検知値で定まるエンタルピ）｝ …（１０）

（過冷却比率）＝１−１／（１＋Ａ・Ｂ） …（１１）
ここで、
Ａ＝｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝
÷｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ａの検知値）｝
Ｂ＝１−（冷媒の定圧比熱）
×｛（温度センサ１５ｂの検知値）−（温度センサ１５ｃの検知値）｝
÷｛（温度センサ１５ｂの検知値で定まるエンタルピ）
−（温度センサ１５ｅの検知値により定まる飽和圧力及び温度センサ１５ｆの検知値で定まるエンタルピ）
＋（冷媒の定圧比熱）×｛（温度センサ１５ｂの検知値）
−（温度センサ１５ｃの検知値）｝

以上のように実施の形態２によれば、第２の過冷却器８において冷媒が並行流となるように構成した場合でも、外気温に応じて過冷却比率を変化させることができるので、運転条件に応じて電気入力の抑制をはかることができ、ＣＯＰを高くすることができる。このため、冷凍機１の定格条件だけでなく、年間を通じた年間消費電力量も削減することができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係わる冷凍サイクル装置の構成を示す図である。本実施の形態においても冷凍機１について説明する。図７において図１等と同一の符号を付しているものは、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。ファン１３は、凝縮器３と第１の過冷却器６とにおいて冷媒と熱交換する外気を送り込む空気の流れを生成する。

例えば実施の形態１の冷凍機１は、凝縮器ファン４と第１の過冷却器ファン７とを備えており、凝縮器３に搬送する外気の量と第１の過冷却器６に搬送する外気の量をそれぞれ調整することができた。本実施の形態の冷凍機１では、ファン１３が凝縮器３と第１の過冷却器６との両方に、同じ風速で外気を搬送するため、凝縮器３と第１の過冷却器６とに、それぞれ搬送量を調整することができない。

ここで、凝縮器３は冷凍サイクルにおける高圧を一定に保つ機能を有しており、第１の過冷却器６で冷媒を過冷却させることより重要である。これは、バイパス経路１１を通過する冷媒の量よりも蒸発器１０を通過する冷媒の量の方が多く、圧縮機２入力に対する内訳が大きいため、凝縮器３で定まる高圧を制御することが、圧縮機２入力に対する低減効果が大きく、冷凍機１の効率により重要だからである。よって、図４における入力最小となる冷却比は大きくなる。ただし、外気が低い場合は、凝縮器３の熱交換性能もよく、冷凍機１全体の電気入力における圧縮機２の電気入力の比率が大きくなる。このため、過冷却比率を低下させるほうが電気入力を最小にできる傾向は実施の形態１と同じである。

以上のように、凝縮器３と第１の過冷却器６とに共通するファン１３を有している場合でも、外気温に応じて過冷却比率を変化させることができるので、運転条件に応じて電気入力の抑制をはかることができ、ＣＯＰを高くすることができる。このため、冷凍機１の定格条件だけでなく、年間を通じた年間消費電力量も削減することができる。

実施の形態４．
例えば、上述した実施の形態１等においては、圧縮機２のインジェクション管２ａとバイパス経路１１とを配管接続し、圧縮機２にインジェクションすることが可能であったがこれに限定するものではない。例えば、圧縮機２と蒸発器１０との間の冷媒配管とバイパス経路１１とを配管接続するようにしても同じ効果を奏する。圧縮機２のインジェクション管２ａを必要としないため、コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、検知手段として温度センサ１５のみを用いたが、本発明はこれに限定するものではなく、温度センサに代え、一部を圧力センサとしてもよい。例えば、実施の形態１で説明した図１の温度センサ１５ａは、冷媒回路において二相冷媒（気液二相冷媒）に係る温度を検知することができるが、温度センサ１５ａの代わりに高圧側に圧力センサを設ける。そして、圧力センサの検知に係る圧力に基づき、制御装置２０が飽和温度を演算するようにしてもよい。同様に、実施の形態２で説明した図６の温度センサ１５ｅは、冷媒回路において二相冷媒に係る温度を検知することができるが、温度センサ１５ｅの代わりに中圧側に圧力センサを設け、制御装置２０が飽和温度を演算するようにしてもよい。温度は変化に時間がかかるため、温度センサ１５による検知は変化の追従に対しては時間遅れが生じる。一方、圧力の時間応答性は速いので、制御収束性を向上させることができる。

１ 冷凍機、２ 圧縮機、２ａ インジェクション管、３ 凝縮器、４ 凝縮器ファン、５ 液溜、６ 第１の過冷却器、７ 第１の過冷却器ファン、８ 第２の過冷却器、８ａ 第１経路、８ｂ 第２経路、９ 膨張弁、１０ 蒸発器、１１ バイパス経路、１２ 流量調整弁、１３ ファン、１４ 分岐配管、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ 温度センサ、２０ 制御装置。

この発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を凝縮させる凝縮器と、冷媒と空気との熱交換を行って冷媒を過冷却する第１の過冷却器と、冷媒を分岐する分岐配管により分岐された冷媒同士で熱交換を行って、分岐に係る一方の冷媒を過冷却する第２の過冷却器と、分岐に係る他方の一方の流量調整を行って第２の過冷却器に通過させる流量調整手段と、該流量調整手段及び第２の過冷却器を通過した冷媒が流れるバイパス配管と、冷媒を減圧する減圧手段と、冷媒を蒸発させる蒸発器とを冷媒配管で接続して冷媒回路を構成し、
空気の温度が低いほど、第２の過冷却器における熱交換量よりも第１の過冷却器における熱交換量を多くする制御を行う制御装置とを備えるものである。

Claims (9)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   前記冷媒と空気との熱交換を行って前記冷媒を過冷却する第１の過冷却器と、
   前記冷媒を分岐する分岐配管により分岐された前記冷媒同士で熱交換を行って、分岐に係る一方の冷媒を過冷却する第２の過冷却器と、
   前記分岐に係る他方の一方の流量調整を行って前記第２の過冷却器に通過させる流量調整手段と、
   該流量調整手段及び前記第２の過冷却器を通過した冷媒が流れるバイパス配管と、
   前記冷媒を減圧する減圧手段と、
   前記冷媒を蒸発させる蒸発器と
   を冷媒配管で接続して冷媒回路を構成し、
   前記空気の温度に基づいて、前記第１の過冷却器における熱交換量と前記第２の過冷却器における熱交換量とを制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、前記空気の温度が低いほど、前記第２の過冷却器における熱交換量よりも前記第１の過冷却器における熱交換量を多くする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、第１の過冷却器において冷媒と熱交換する空気の量を制御して、前記第１の過冷却器における熱交換量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第１の過冷却器に前記空気を搬送するファンをさらに備え、
   前記制御装置は、ファンの回転数を制御して前記空気の量を制御することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、前記流量調整手段の開度を制御して、前記第２の過冷却器における熱交換量を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、前記第２の過冷却器における熱交換量の制御を、前記第１の過冷却器における熱交換量の制御よりも短い時間間隔で行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記圧縮機は、インジェクション配管を有し、インジェクション配管から流入する冷媒を圧縮行程の中間部分に流入させて吐出可能な圧縮機であり、
   前記バイパス配管を前記インジェクション配管と接続することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記バイパス配管を、前記圧縮機の吸入側の配管と接続することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記凝縮器と前記第１の過冷却器とに共通して空気を搬送するファンをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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