JP2021055872A - 熱源ユニット及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実施形態1について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、冷凍装置(1)は、室外に設置される室外ユニット(10)と、庫内の空気を冷却する冷設ユニット(50)と、室内の空調を行う室内ユニット(60)とを備える。本実施形態の冷凍装置(1)は、一台の室外ユニット(10)と、複数台の冷設ユニット(50)と、複数台の室内ユニット(60)とを備える。なお、冷凍装置(1)が備える冷設ユニット(50)又は室内ユニット(60)の台数は、一台であってもよい。
室外ユニット(10)は、屋外に設置される熱源ユニットである。室外ユニット(10)は、室外ファン(12)と、室外回路(11)とを有する。室外回路(11)は、圧縮要素(20)、切換ユニット(30)、室外熱交換器(13)、室外膨張弁(14)、レシーバ(15)、冷却熱交換器(16)、及び中間冷却器(17)を有する。また、室外ユニット(10)は、室外制御器(110)を備える。
圧縮要素(20)は、冷媒を圧縮する。圧縮要素(20)は、第1圧縮機(21a)、第2圧縮機(21b)、及び第3圧縮機(21c)を有する。圧縮要素(20)は、二段圧縮式に構成される。第2圧縮機(21b)及び第3圧縮機(21c)は、低段側圧縮機を構成する。第2圧縮機(21b)及び第3圧縮機(21c)は、互いに並列に接続される。第1圧縮機(21a)は、高段側圧縮機を構成する。第1圧縮機(21a)及び第2圧縮機(21b)は、直列に接続される。第1圧縮機(21a)及び第3圧縮機(21c)は、直列に接続される。
切換ユニット(30)は、冷媒回路(6)における冷媒の流通経路を切り換える。切換ユニット(30)は、第1接続管(31)、第2接続管(32)、第3接続管(33)、第4接続管(34)、第1三方弁(TV1)、及び第2三方弁(TV2)を有する。
室外熱交換器(13)は、熱源側熱交換器である。室外熱交換器(13)は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。室外ファン(12)は、室外熱交換器(13)の近傍に配置される。室外ファン(12)は、室外空気を搬送する。室外熱交換器は、その内部を流れる冷媒と、室外ファン(12)が搬送する室外空気とを熱交換させる。
室外流路(O)は、室外第1管(o1)、室外第2管(o2)、室外第3管(o3)、室外第4管(o4)、室外第5管(o5)、室外第6管(o6)、及び室外第7管(o7)を含む。
室外膨張弁(14)は、室外第1管(o1)に接続される。室外膨張弁(14)は、熱源側膨張弁である。室外膨張弁(14)は、開度が可変な電子膨張弁である。
レシーバ(15)は、冷媒を貯留する容器を構成している。レシーバ(15)では、冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。レシーバ(15)の頂部には、室外第2管(o2)の他端と、ガス抜き管(37)の一端が接続される。ガス抜き管(37)の他端は、インジェクション管(38)の途中に接続される。ガス抜き管(37)には、ガス抜き弁(39)が接続される。ガス抜き弁(39)は、開度が可変な電子膨張弁である。
冷却熱交換器(16)は、レシーバ(15)で分離された冷媒(主として液冷媒)を冷却する。冷却熱交換器(16)は、第1冷媒流路(16a)と、第2冷媒流路(16b)とを有する。第1冷媒流路(16a)は、室外第4管(o4)の途中に接続される。第2冷媒流路(16b)は、インジェクション管(38)の途中に接続される。
中間冷却器(17)は、中間圧配管(73)の途中に設けられる。中間冷却器(17)の一端は、中間圧配管(73)を介して、第2圧縮機(21b)の第2吐出管(25b)と、第3圧縮機(21c)の第3吐出管(25c)とに接続される。中間冷却器(17)の他端は、中間圧配管(73)を介して、第1圧縮機(21a)の第1吸入管(24a)に接続される。
室外回路(11)は、油分離回路(80)を含む。油分離回路(80)は、油分離器(45)と、主油戻し管(81)と、第1副油戻し管(85)とを有する。油分離回路(80)は、圧縮要素(20)から冷媒と共に吐出された潤滑油を、圧縮要素(20)へ戻すための回路である。また、詳しくは後述するが、第1副油戻し管(85)は、圧縮要素の運転容量を調節するためのガス配管を兼ねる。
室外回路(11)は、第1逆止弁(CV1)、第2逆止弁(CV2)、第3逆止弁(CV3)、第4逆止弁(CV4)、第5逆止弁(CV5)、第6逆止弁(CV6)、及び第7逆止弁(CV7)を有する。これらの逆止弁(CV1〜CV7)は、図1に示す矢印方向の冷媒の流れを許容し、この矢印と反対方向の冷媒の流れを禁止する。
室外回路(11)には、吐出圧センサ(90)と、第1吸入圧センサ(91)と、第2吸入圧センサ(92)と、中間圧センサ(93)とが設けられる。また、図示しないが、室外回路(11)には、複数の温度センサが設けられる。
室外制御器(110)は、演算処理を行う中央演算処理装置/CPU(111)と、プログラム及びデータ等を記憶するメモリ(112)とを備える。室外制御器(110)は、CPU(111)がメモリ(112)に記録されたプログラムを実行することによって、室外ユニット(10)に設けられた機器の動作を制御する制御動作を行う。
上述したように、圧縮要素(20)は、第1圧縮機(21a)、第2圧縮機(21b)、及び第3圧縮機(21c)を有する。本実施形態の圧縮要素(20)を構成する各圧縮機(21a,21b,21c)は、全密閉型のスクロール圧縮機である。また、各圧縮機(21a,21b,21c)は、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機である。
上述したように、油分離回路(80)は、油分離器(45)と、主油戻し管(81)と、第1副油戻し管(85)とを有する。
図2に示すように、油分離器(45)は、本体容器(46)と、入口管(47)と、第1出口管(48)と、第2出口管(49)とを備える。この油分離器(45)は、いわゆるサイクロン型の油分離器であり、旋回流を利用して潤滑油を冷媒から分離する。
主油戻し管(81)は、油分離器(45)の潤滑油を圧縮要素(20)の中間圧部へ導入するための配管である。主油戻し管(81)は、幹管(81a)と、第1分岐管(81b)と、第2分岐管(81c)とを備える。幹管(81a)は、その一端が油分離器(45)の第2出口管(49)に接続される。第1分岐管(81b)及び第2分岐管(81c)の一端は、幹管(81a)の他端に接続する。
第1副油戻し管(85)は、油分離器(45)の潤滑油を圧縮要素(20)の低圧部へ導入するための配管である。また、後述するように、第1副油戻し管(85)は、圧縮要素(20)の運転容量を調節するためのガス配管を兼ねる。
冷設ユニット(50)は、例えばコンビニエンスストア等の店内に設置された冷蔵ショーケースである。この冷設ユニット(50)は、利用側機器である。各冷設ユニット(50)は、庫内ファン(52)と冷設回路(51)とを有する。各冷設回路(51)の液端には、第1液連絡配管(2)が接続される。各冷設回路(51)のガス端には、第1ガス連絡配管(3)が接続される。
室内ユニット(60)は、利用側機器であって、屋内に設置される。室内ユニット(60)は、室内空間を対象空間とし、室内空間の空気調和を行う。各室内ユニット(60)は、室内ファン(62)と室内回路(61)とを有する。室内回路(61)の液端には、第2液連絡配管(4)が接続される。室内回路(61)のガス端には、第2ガス連絡配管(5)が接続される。
冷凍装置(1)の運転動作について説明する。冷凍装置(1)は、冷設運転と、冷房運転と、暖房運転とを選択的に行う。
図4に示すように、冷設運転では、冷設ユニット(50)が作動し、室内ユニット(60)が停止する。
図5に示すように、冷房運転では、室内ユニット(60)が冷房を行う。なお、図5は、室内ユニット(60)と冷設ユニット(50)の両方が作動する状態を示す。この冷房運転では、冷設ユニット(50)が停止する場合がある。この場合は、冷設ユニット(50)に対応する第2圧縮機(21b)が停止する。
図6に示すように、暖房運転では、室内ユニット(60)が暖房を行う。なお、図6は、室内ユニット(60)と冷設ユニット(50)の両方が作動すると同時に、室外熱交換器(13)が休止する状態を示す。
油分離回路(80)は、圧縮要素(20)から冷媒と共に吐出された潤滑油を、圧縮要素(20)へ戻すための動作を行う。また、油分離回路(80)は、圧縮要素(20)の運転容量を調節するための動作も行う。
油分離器(45)の本体容器(46)には、第1圧縮機(21a)から吐出された冷媒が、入口管(47)を通って流入する。この冷媒には、油滴状の潤滑油が含まれている。冷媒に含まれる潤滑油は、本体容器(46)の内部において冷媒から分離され、本体容器(46)の底部に溜まる。本体容器(46)の底部に溜まった潤滑油は、第2出口管(49)を通って主油戻し管(81)の幹管(81a)へ流入する。一方、本体容器(46)の内部において潤滑油を除去された冷媒は、第1出口管(48)を通って第2高圧配管(72)へ流入する。
上述したように、油分離回路(80)の第1副油戻し管(85)は、圧縮要素(20)の運転容量を調節するためのガス配管を兼ねる。油分離回路(80)は、第1副油戻し管(85)を用いて、圧縮要素(20)の運転容量を調節するための動作を行う。
第2圧縮機(21b)と第3圧縮機(21c)のそれぞれにおいて、ケーシング(22b,22c)に貯留された潤滑油は、圧縮機構(26b,26c)へ供給されて圧縮機構(26b,26c)の潤滑に利用される。圧縮機構(26b,26c)へ供給された潤滑油の一部は、冷媒と共に圧縮機構(26b,26c)からケーシング(22b,22c)の内部空間(23b,23c)へ吐出される。内部空間(23b,23c)内を冷媒と共に流れる潤滑油は、吐出管(25b,25c)から中間圧配管(73)へ流入し、冷媒と共に第1圧縮機(21a)へ吸入される。
室外制御器(110)が行う制御動作について説明する。ここでは、室外制御器(110)が行う第1動作および第2動作について、説明する。
第1動作において、室外制御器(110)は、各圧縮機(21a,21b,21c)の運転周波数を調節する。室外制御器(110)は、中間圧センサ(93)の計測値に基づいて第1圧縮機(21a)の運転周波数を調節し、第1吸入圧センサ(91)の計測値に基づいて第2圧縮機(21b)の運転周波数を調節し、第2吸入圧センサ(92)の計測値に基づいて第3圧縮機(21c)の運転周波数を調節する。
第2動作において、室外制御器(110)は、第1副調節弁(86)の開度を調節する。この第2動作において、室外制御器(110)は、図7に示すステップST1からステップST5の処理を行う。
本実施形態の室外ユニット(10)は、冷設ユニット(50)に接続され、該冷設ユニット(50)との間で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。室外ユニット(10)は、圧縮要素(20)と、油分離器(45)と、主油戻し管(81)と、第1主調節弁(82b)と、第1副油戻し管(85)と、第1副調節弁(86)とを備える。圧縮要素(20)は、低圧冷媒を吸入して圧縮し、圧縮後の高圧冷媒を吐出する。油分離器(45)は、高圧冷媒から潤滑油を分離する。主油戻し管(81)は、圧縮要素(20)のうち圧力が低圧冷媒よりも高くて高圧冷媒よりも低い部分である中間圧部(23b)に、油分離器(45)を接続する。第1主調節弁(82b)は、主油戻し管(81)に設けられる。第1副油戻し管(85)は、圧縮要素(20)のうち低圧冷媒が流れる部分である低圧部(24b)に、油分離器(45)を接続する。第1副調節弁(86)は、第1副油戻し管(85)に設けられる。
本実施形態の圧縮要素(20)は、第1圧縮機構(26a)と、第2圧縮機構(26b)とを有する。第2圧縮機構(26b)は、圧縮要素(20)へ流入した冷媒を吸入して圧縮する。第1圧縮機構(26a)は、第2圧縮機構(26b)が圧縮した冷媒を吸入して更に圧縮する。
本実施形態の圧縮要素(20)において、第2圧縮機構(26b)と第1圧縮機構(26a)のそれぞれは、電動機(27a,27b)によって回転駆動される流体機械である。本実施形態の室外ユニット(10)は、室外制御器(110)を更に備える。室外制御器(110)は、第1動作と第2動作とを行う。第1動作は、第2圧縮機構(26b)の回転速度が基準速度よりも高いときに、第1主調節弁(82b)を開状態にして第1副調節弁(86)を閉状態にする動作である。第2動作は、第2圧縮機構(26b)の回転速度が基準速度以下のときに、第1副調節弁(86)を開状態にする動作である。本実施形態において、基準速度は、第2圧縮機(21b)の運転周波数が下限周波数であるときの第2圧縮機構(26b)の回転速度である。
本実施形態の室外制御器(110)は、第2動作において、第1副調節弁(86)を開状態に保ち、且つ第2圧縮機構(26b)へ吸入される冷媒の圧力に基づいて第1副調節弁(86)の開度を調節する。
本実施形態の室外制御器(110)は、第2動作において、第1主調節弁(82b)を閉状態に保つ。従って、第2動作中には、第1主調節弁(82b)が閉状態になり、第1副調節弁(86)が開状態になる。
本実施形態の圧縮要素(20)において、主油戻し管(81)によって油分離器(45)に接続される中間圧部(23b)は、圧縮要素(20)において第2圧縮機構(26b)が圧縮して吐出した冷媒が存在する部分である。また、この圧縮要素(20)において、第1副油戻し管(85)によって油分離器(45)に接続される低圧部(24b)は、圧縮要素(20)において第2圧縮機構(26b)へ吸入される冷媒が存在する部分である。
本実施形態の圧縮要素(20)は、第1圧縮機(21a)と第2圧縮機(21b)とを有する。第2圧縮機(21b)には、第2圧縮機構(26b)と、第2圧縮機構(26b)を収容する第2ケーシング(22b)とが設けられる。第1圧縮機(21a)には、第1圧縮機構(26a)と、第1圧縮機構(26a)を収容する第1ケーシング(22a)とが設けられる。第2圧縮機(21b)において、第2圧縮機構(26b)は、圧縮した冷媒を第2ケーシング(22b)の内部空間(23b)へ吐出する。主油戻し管(81)は、中間圧部である第2ケーシング(22b)の内部空間(23b)に、油分離器(45)を接続する。
本実施形態の冷凍装置(1)は、室外ユニット(10)と、冷設ユニット(50)と、室外ユニット(10)と冷設ユニット(50)を連絡配管(2,3,4,5)で接続することによって構成された冷媒回路(6)とを備える。この冷凍装置(1)は、冷媒回路(6)において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う。
実施形態2について説明する。本実施形態の冷凍装置(1)は、実施形態1の冷凍装置(1)において、油分離回路(80)と室外制御器(110)とを変更したものである。ここでは、本実施形態の冷凍装置(1)について、実施形態1の冷凍装置(1)と異なる点を説明する。
図8に示すように、本実施形態の油分離回路(80)には、第2副油戻し管(87)が追加されている。
本実施形態の油分離回路(80)は、上述した第1副油戻し管(85)を用いて圧縮要素(20)の運転容量を調節する動作に加えて、第2副油戻し管(87)を用いて圧縮要素(20)の運転容量を調節する動作を行う。
本実施形態の室外制御器(110)は、第1動作と、上述した第1副調節弁(86)を対象とする第2動作とに加えて、第2副調節弁(88)を対象とする第2動作を行う。
図9に示すように、本実施形態の室外制御器(110)は、第1動作において、第1副調節弁(86)だけでなく第2副調節弁(88)も閉状態に保つ。それ以外の点において、本実施形態の室外制御器(110)が行う第1動作は、実施形態1の室外制御器(110)が行う第1動作と同じである。
第2副調節弁(88)を対象とする第2動作において、室外制御器(110)は、第2副調節弁(88)の開度を調節する。この第2動作において、室外制御器(110)は、図9に示すステップST11からステップST15の処理を行う。
実施形態1及び2の冷凍装置(1)については、次のような変形例を適用してもよい。なお、以下の変形例は、冷凍装置(1)の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
図10に示すように、実施形態1及び2の冷凍装置(1)では、油分離回路(80)に第3副油戻し管(83)が設けられていてもよい。なお、図10は、実施形態1の油分離回路(80)に第3副油戻し管(83)を追加したものを示す。
実施形態1及び2の冷凍装置(1)は、室外ユニット(10)と冷設ユニット(50)とを備える一方、室内ユニット(60)が省略されていてもよい。この変形例の冷凍装置(1)は、専ら庫内の冷却を行う。また、この変形例の冷凍装置(1)を構成する室外ユニット(10)では、第3圧縮機(21c)が省略される。
実施形態1及び2の冷凍装置(1)が備える利用側ユニットは、室内の空気調和を行う室内ユニット(60)に限定されない。本実施形態の冷凍装置(1)において、利用側ユニットは、冷媒によって水を加熱し又は冷却するように構成されていてもよい。本変形例の利用側ユニットには、冷媒と水を熱交換させる熱交換器が、利用側熱交換器として設けられる。
実施形態1及び2の冷凍装置(1)は、利用側ユニットとして、温蔵庫の庫内空気を加熱する加熱ユニットを備えていてもよい。この加熱ユニットは、温蔵庫の庫内空間を対象空間とし、庫内空間の温度(具体的には、庫内空間の気温)が設定温度となるように、その利用側熱交換器において加熱した空気を庫内空間へ吹き出す。
2 第1液連絡配管 (連絡配管)
3 第1ガス連絡配管(連絡配管)
4 第2液連絡配管 (連絡配管)
5 第2ガス連絡配管(連絡配管)
6 冷媒回路
10 熱源ユニット(室外ユニット)
20 圧縮要素
21a 第1圧縮機(高段圧縮機)
21b 第2圧縮機(低段圧縮機)
21c 第3圧縮機(低段圧縮機)
22a 第1ケーシング(高段ケーシング)
22b 第2ケーシング(低段ケーシング)
22c 第3ケーシング(低段ケーシング)
23b 内部空間(中間圧部)
23c 内部空間(中間圧部)
24b 第2吸入管(低圧部)
24c 第3吸入管(低圧部)
26a 第1圧縮機構(高段圧縮機構)
26b 第2圧縮機構(低段圧縮機構)
26c 第3圧縮機構(低段圧縮機構)
27a 第1電動機(電動機)
27b 第2電動機(電動機)
27c 第3電動機(電動機)
43 油分離器
50 冷設ユニット(利用側機器)
60 室内ユニット(利用側機器)
81 主油戻し管(第1配管)
82b 第1主調節弁(第1弁)
85 第1副油戻し管(第2配管)
86 第1副調節弁(第2弁)
110 制御器(制御器)
Claims (8)
- 利用側機器(50,60)に接続され、該利用側機器(50,60)との間で冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う熱源ユニットであって、
低圧冷媒を吸入して圧縮し、圧縮後の高圧冷媒を吐出する圧縮要素(20)と、
上記高圧冷媒から潤滑油を分離する油分離器(45)と、
上記圧縮要素(20)のうち圧力が上記低圧冷媒よりも高くて上記高圧冷媒よりも低い部分である中間圧部(23b,23c)に上記油分離器(45)を接続する第1配管(81)と、
上記第1配管(81)に設けられた第1弁(82b)と、
上記圧縮要素(20)のうち上記低圧冷媒が流れる部分である低圧部(24b,24c)に上記油分離器(45)を接続する第2配管(85,87)と、
上記第2配管(85,87)に設けられた第2弁(86,88)とを備える
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1において、
上記圧縮要素(20)は、
上記圧縮要素(20)へ流入した冷媒を吸入して圧縮する低段圧縮機構(26b,26c)と、
上記低段圧縮機構(26b,26c)が圧縮した冷媒を吸入して更に圧縮する高段圧縮機構(26a)とを有する
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項2において、
上記低段圧縮機構(26b,26c)と上記高段圧縮機構(26a)のそれぞれは、電動機(27a,27b,27c)によって回転駆動される流体機械であり、
上記低段圧縮機構(26b,26c)の回転速度が基準速度よりも高いときに上記第1弁(82b)を開状態にして上記第2弁(86,88)を閉状態にする第1動作と、上記低段圧縮機構(26b,26c)の回転速度が上記基準速度以下のときに上記第2弁(86,88)を開状態にする第2動作とを行う制御器(110)を更に備える
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項3において、
上記制御器(110)は、上記第2動作において、上記第2弁(86,88)を開状態に保ち、且つ上記低段圧縮機構(26b,26c)へ吸入される冷媒の圧力に基づいて上記第2弁(86,88)の開度を調節する
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項3又は4において、
上記制御器(110)は、上記第2動作において、上記第1弁(82b)を閉状態に保つ
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項2乃至5のいずれか一つにおいて、
上記第1配管(81)によって上記油分離器(45)に接続される上記中間圧部(23b,23c)は、上記圧縮要素(20)において上記低段圧縮機構(26b,26c)が圧縮して吐出した冷媒が存在する部分であり、
上記第2配管(85,87)によって上記油分離器(45)に接続される上記低圧部(24b,24c)は、上記圧縮要素(20)において上記低段圧縮機構(26b,26c)へ吸入される冷媒が存在する部分である
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項6において、
上記圧縮要素(20)は、
上記低段圧縮機構(26b,26c)と該低段圧縮機構(26b,26c)を収容する低段ケーシング(22b,22c)とが設けられた低段圧縮機(21b,21c)と、
上記高段圧縮機構(26a)と該高段圧縮機構(26a)を収容する高段ケーシング(22a)とが設けられた高段圧縮機(21a)とを有し、
上記低段圧縮機(21b,21c)は、上記低段圧縮機構(26b,26c)が圧縮した冷媒を上記低段ケーシング(22b,22c)の内部空間(23b)へ吐出し、
上記第1配管(81)は、上記中間圧部である上記低段ケーシング(22b,22c)の内部空間(23b)に上記油分離器(45)を接続する
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1乃至7のいずれか一つの熱源ユニット(10)と、
利用側機器(50,60)と、
上記熱源ユニット(10)と上記利用側機器(50,60)を連絡配管(2,3,4,5)で接続することによって構成された冷媒回路(6)とを備え、
上記冷媒回路(6)において冷媒を循環させて冷凍サイクルを行う
ことを特徴とする冷凍装置。
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