JP2021055874A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
〈全体構成〉
実施形態に係る冷凍装置(1)は、冷却対象の冷却と、室内の空調とを同時に行う。ここでいう冷却対象は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの設備内の空気を含む。以下では、このような設備を冷設と称する。
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(C)、流路切換機構(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)、中間冷却器(17)、及び冷却ファン(17a)を有する。
圧縮要素(C)は、冷媒を圧縮する。圧縮要素(C)は、第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)を有する。圧縮要素(C)は、二段圧縮式に構成される。第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は、低段側圧縮機を構成する。第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は、互いに並列に接続される。第1圧縮機(21)は、高段側圧縮機を構成する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)は、直列に接続される。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)は、直列に接続される。第1圧縮機(21)は第1圧縮部を構成し、第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は第2圧縮部を構成する。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、モータによって圧縮機構が駆動される回転式圧縮機である。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、運転周波数、ないし回転数が調節可能な可変容量式に構成される。
流路切換機構(30)は、冷媒の流路を切り換える。流路切換機構(30)は、第1配管(31)、第2配管(32)、第3配管(33)、第4配管(34)、第1三方弁(TV1)、及び第2三方弁(TV2)を有する。第1配管(31)の流入端と、第2配管(32)の流入端とは、第1吐出管(21b)に接続する。第1配管(31)及び第2配管(32)は、圧縮要素(C)の吐出圧が作用する配管である。第3配管(33)の流出端と、第4配管(34)の流出端とは、第3圧縮機(23)の第3吸入管(23a)に接続する。第3配管(33)及び第4配管(34)は、圧縮要素(C)の吸入圧が作用する配管である。
室外熱交換器(13)は、熱源熱交換器を構成している。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。室外第1管(o1)の一端は、室外熱交換器(13)の液端に接続される。室外第1管(o1)の他端には、室外第2管(o2)の一端、及び室外第3管(o3)の一端がそれぞれ接続される。室外第2管(o2)の他端は、レシーバ(15)の頂部に接続される。室外第4管(o4)の一端は、レシーバ(15)の底部に接続される。室外第4管(o4)の他端には、室外第5管(o5)の一端、及び室外第3管(o3)の他端がそれぞれ接続される。室外第5管(o5)の他端は、第2液連絡配管(4)に接続する。室外第6管(o6)の一端は、室外第5管(o5)の途中に接続する。室外第6管(o6)の他端は、第1液連絡配管(2)に接続する。室外第7管(o7)の一端は、室外第6管(o6)の途中に接続する。室外第7管(o7)の他端は、室外第2管(o2)の途中に接続する。
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、冷媒を減圧する減圧機構である。室外膨張弁(14)は、熱源膨張弁である。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、中間流路(41)に接続される。中間流路(41)の一端は、第2圧縮機(22)の第2吐出管(22b)、及び第3圧縮機(23)の第3吐出管(23b)に接続される。中間流路(41)の他端は、第1圧縮機(21)の第1吸入管(21a)に接続される。換言すると、中間流路(41)の他端は、圧縮要素(C)の中間圧力部に接続される。
室外回路(11)は、油分離回路(42)を含む。油分離回路(42)は、油分離器(43)と、第1油戻し管(44)と、第2油戻し管(45)と、第3油戻し管(46)とを有する。油分離器(43)は、第1圧縮機(21)の第1吐出管(21b)に接続される。油分離器(43)は、圧縮要素(C)から吐出された冷媒中から油を分離する。第1油戻し管(44)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第1油戻し管(44)の流出端は、第2圧縮機(22)の第2吸入管(22a)に接続される。第2油戻し管(45)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第2油戻し管(45)の流出端は、中間流路(41)の流入端に接続する。第3油戻し管(46)は、主戻し管(46a)、冷設側分岐管(46b)、及び室内側分岐管(46c)を有する。主戻し管(46a)の流入端は、油分離器(43)に連通する。主戻し管(46a)の流出端には、冷設側分岐管(46b)の流入端と、室内側分岐管(46c)の流入端とが接続される。冷設側分岐管(46b)の流出端は、第2圧縮機(22)のケーシング内の油溜まりに連通する。室内側分岐管(46c)の流出端は、第3圧縮機(23)のケーシング内の油溜まりに連通する。
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。第1逆止弁(CV1)は、第1吐出管(21b)に接続される。第2逆止弁(CV2)は、第2吐出管(22b)に接続される。第3逆止弁(CV3)は、第3吐出管(23b)に接続される。第4逆止弁(CV4)は、室外第2管(o2)に接続される。第5逆止弁(CV5)は、室外第3管(o3)に接続される。第6逆止弁(CV6)は、室外第6管(o6)に接続される。第7逆止弁(CV7)は、室外第7管(o7)に接続される。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。
室内ユニット(50)は、屋内に設置される利用ユニットである。室内ユニット(50)は、室内ファン(52)と、室内回路(51)とを有する。室内回路(51)の液端には、第1液連絡配管(2)が接続される。室内回路(51)のガス端には、第1ガス連絡配管(3)が接続される。
冷設ユニット(60)は、庫内を冷却する利用ユニットである。冷設ユニット(60)は、冷設ファン(62)と冷設回路(61)とを有する。冷設回路(61)の液端には、第2液連絡配管(4)が接続される。冷設回路(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)は、各種のセンサを有する。各種のセンサは、高圧圧力センサ(71)、高圧温度センサ(72)、冷媒温度センサ(73)、室内温度センサ(74)を含む。高圧圧力センサ(71)は、第1圧縮機(21)の吐出冷媒の圧力(高圧冷媒の圧力(HP))を検出する。高圧温度センサ(72)は、第1圧縮機(21)の吐出冷媒の温度(高圧冷媒の温度(Td))を検出する。冷媒温度センサ(73)は、放熱器となる状態の室内熱交換器(54)の出口冷媒の温度(Th2)を検出する。室内温度センサ(74)は、室内ユニット(50)の対象空間(室内空間)の室内空気の温度(室内温度(Ti))を検出する。
制御器であるコントローラ(100)は、制御基板上に搭載されたマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを含む。コントローラ(100)は、運転指令やセンサの検出信号に基づいて、冷凍装置(1)の各機器を制御する。コントローラ(100)による各機器の制御により、冷凍装置(1)の運転が切り換えられる。
冷凍装置(1)の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置(1)の運転は、冷設運転、冷房運転、冷房/冷設運転、暖房運転、暖房/冷設運転、暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及びデフロスト運転を含む。
図2に示す冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、室内膨張弁(53)が全閉状態となり、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、及び冷設ファン(62)が運転され、室内ファン(52)は停止する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図3に示す冷房運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室内膨張弁(53)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、及び室内ファン(52)が運転され、冷設ファン(62)は停止する。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)が運転され、第2圧縮機(22)は停止する。冷房運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図4に示す冷房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室内膨張弁(53)の各開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転される。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)が運転される。冷房/冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図5に示す暖房運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)及び冷設ファン(62)が停止する。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)が運転され、第2圧縮機(22)は停止する。暖房運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図6に示す暖房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態に設置される。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)が停止する。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)が運転される。暖房/冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクル(第3冷凍サイクル)が行われる。
図7に示す暖房/冷設熱回収運転は、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、室外膨張弁(14)が全閉状態となり、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室内ファン(52)及び冷設ファン(62)が運転され、室外ファン(12)が停止する。冷却ファン(17a)は、暖房/冷設熱回収運転の開始時において、原則として運転される。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設熱回収運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発し、室外熱交換器(13)が実質的に停止する冷凍サイクル(第1冷凍サイクル)が行われる。なお、冷却ファン(17a)は、暖房/冷設熱回収運転の開始時において、原則として停止させてもよい。
図8に示すように、暖房/冷設余熱運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室内膨張弁(53)及び室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)が停止する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設余熱運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)及び室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクル(第2冷凍サイクル)が行われる。
デフロスト運転では、図3に示す冷房運転と同じ動作が行われる。デフロスト運転では、第2圧縮機(22)及び第1圧縮機(21)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱する。この結果、室外熱交換器(13)の表面の霜が内部から加熱される。室外熱交換器(13)の除霜に利用された冷媒は、室内熱交換器(54)で蒸発した後、第2圧縮機(22)に吸入され、再び圧縮される。
第1運転は、暖房/冷設運転、暖房/熱回収運転、及び暖房/冷設余熱運転を含む。ここで、第1運転は、室内ユニット(50)で室内を暖房しながら、冷設ユニット(60)で庫内を冷却する運転である。従来例の冷凍装置の第1運転では、室内熱交換器の加熱能力(暖房能力)に応じて、暖房/冷設運転、暖房/熱回収運転、及び暖房/冷設余熱運転を切り換えていた。具体的には、暖房負荷に対して暖房能力が不足する場合には暖房/冷設運転を実行し、暖房負荷と暖房能力とがバランスする場合、暖房/熱回収運転を実行し、暖房負荷に対して暖房能力が余る場合、暖房/冷設余熱運転を実行していた。このような制御では、暖房能力の過不足に応じて、これらの3つの運転が比較的高頻度で切り換わる。このため、流路切換機構(流路切換機構(30))の切換頻度が多くなってしまう問題があった。
暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及び暖房/冷設運転の各運転の制御、及び冷却ファン(17a)の風量の制御について、図9を参照しながら説明する。ここでは、まず暖房/冷設熱回収運転を行っている状態を基準に説明する。
暖房/冷設熱回収運転において、室内熱交換器(54)の暖房能力と暖房負荷とのバランスが崩れ、暖房能力が過剰であることを示す第1条件が成立すると、コントローラ(100)は、冷却ファン(17a)の風量を増大させる。なお、ここでいう冷却ファン(17a)の風量を増大させることは、冷却ファン(17a)が停止していた状態から冷却ファン(17a)を運転すること、及び運転状態の冷却ファン(17a)の風量が増大することを含む。
暖房/冷設熱回収運転において、暖房能力が過剰であることを示す条件(第3条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最大である条件との双方が成立すると、暖房/冷設熱回収運転から暖房/冷設余熱運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第1冷凍サイクルから第2冷凍サイクルに切り換える。
上記c1)〜c3)のいずれかの条件が成立し、且つc4)冷却ファン(17a)の風量が最大である場合、またはc5)全ての室内ユニット(50)が一時的に停止状態(いわゆるサーモオフ状態)である場合、コントローラ(100)は、第1冷凍サイクルから第2冷凍サイクルに切り換える。第2冷凍サイクル、すなわち暖房/冷設余熱運転では、上述した通り、冷却ファン(17a)は運転を停止する。しかしながら、暖房/冷設余熱運転においても、暖房/冷設熱回収運転と同様にして、冷却ファン(17a)の風量を制御してもよい。
暖房/冷設余熱運転において、暖房能力が不足することを示す条件(第4条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最小である条件との双方が成立すると、暖房/冷設余熱運転から暖房/冷設熱回収運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第2冷凍サイクルから第1冷凍サイクルに切り換える。
暖房/冷設熱回収運転において、暖房能力が不足することを示す条件(第5条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最小である条件との双方が成立すると、暖房/冷設熱回収運転から暖房/冷設運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第1冷凍サイクルから第3冷凍サイクルに切り換える。
上記e1)〜e5)のいずれかの条件が成立し、且つe6)冷却ファン(17a)の風量が最小であると、コントローラ(100)は、第1冷凍サイクルから第3冷凍サイクルに切り換える。第3冷凍サイクル、すなわち暖房/冷設運転では、上述した通り、冷却ファン(17a)は運転を停止する。しかしながら、暖房/冷設運転においても、暖房/冷設熱回収運転と同様にして、冷却ファン(17a)の風量を制御してもよい。
暖房/冷設運転において、暖房能力が過剰であることを示す条件(第6条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最大である条件との双方が成立すると、暖房/冷設運転から暖房/冷設熱回収運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第3冷凍サイクルから第1冷凍サイクルに切り換える。
実施形態では、直列に接続される第1圧縮部(21)及び第2圧縮部(22,23)を含む圧縮要素(C)と、熱源熱交換器(13)と、第1利用熱交換器(54)と、第2利用熱交換器(64)と、流路切換機構(30)とを有し、前記流路切換機構(30)の切換により少なくとも第1冷凍サイクルと第2冷凍サイクルを行うように構成された冷媒回路(6)と、制御器(100)とを備えた冷凍装置であって、前記冷媒回路(6)は、前記第1冷凍サイクル及び前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1圧縮部(21)と前記第2圧縮部(22,23)の間の中間圧力部(21a)に冷媒を導入する中間流路(41)と、前記中間流路(41)を流れる冷媒を熱媒体により冷却する中間冷却器(17)とを有し、前記第1冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)を停止させ、前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、前記第2冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)及び前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を増大させる。
上記実施形態においては、以下のような構成としてもよい。
6 冷媒回路
13 室外熱交換器(熱源熱交換器)
17 中間冷却器
17a 冷却ファン(中間ファン)
21 第1圧縮機(第1圧縮部)
21a 中間圧力部
22 第2圧縮機(第2圧縮部)
23 第3圧縮機(第3圧縮部)
30 流路切換機構
41 中間流路
54 室内熱交換器(第1利用熱交換器)
64 冷設熱交換器(第2利用熱交換器)
100 コントローラ(制御器)
〈全体構成〉
実施形態に係る冷凍装置(1)は、冷却対象の冷却と、室内の空調とを同時に行う。ここでいう冷却対象は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの設備内の空気を含む。以下では、このような設備を冷設と称する。
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(C)、流路切換機構(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)、中間冷却器(17)、及び冷却ファン(17a)を有する。
圧縮要素(C)は、冷媒を圧縮する。圧縮要素(C)は、第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)を有する。圧縮要素(C)は、二段圧縮式に構成される。第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は、低段側圧縮機を構成する。第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は、互いに並列に接続される。第1圧縮機(21)は、高段側圧縮機を構成する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)は、直列に接続される。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)は、直列に接続される。第1圧縮機(21)は第1圧縮部を構成し、第2圧縮機(22)及び第3圧縮機(23)は第2圧縮部を構成する。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、モータによって圧縮機構が駆動される回転式圧縮機である。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、運転周波数、ないし回転数が調節可能な可変容量式に構成される。
流路切換機構(30)は、冷媒の流路を切り換える。流路切換機構(30)は、第1配管(31)、第2配管(32)、第3配管(33)、第4配管(34)、第1三方弁(TV1)、及び第2三方弁(TV2)を有する。第1配管(31)の流入端と、第2配管(32)の流入端とは、第1吐出管(21b)に接続する。第1配管(31)及び第2配管(32)は、圧縮要素(C)の吐出圧が作用する配管である。第3配管(33)の流出端と、第4配管(34)の流出端とは、第3圧縮機(23)の第3吸入管(23a)に接続する。第3配管(33)及び第4配管(34)は、圧縮要素(C)の吸入圧が作用する配管である。
室外熱交換器(13)は、熱源熱交換器を構成している。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。室外第1管(o1)の一端は、室外熱交換器(13)の液端に接続される。室外第1管(o1)の他端には、室外第2管(o2)の一端、及び室外第3管(o3)の一端がそれぞれ接続される。室外第2管(o2)の他端は、レシーバ(15)の頂部に接続される。室外第4管(o4)の一端は、レシーバ(15)の底部に接続される。室外第4管(o4)の他端には、室外第5管(o5)の一端、及び室外第3管(o3)の他端がそれぞれ接続される。室外第5管(o5)の他端は、第2液連絡配管(4)に接続する。室外第6管(o6)の一端は、室外第5管(o5)の途中に接続する。室外第6管(o6)の他端は、第1液連絡配管(2)に接続する。室外第7管(o7)の一端は、室外第6管(o6)の途中に接続する。室外第7管(o7)の他端は、室外第2管(o2)の途中に接続する。
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、冷媒を減圧する減圧機構である。室外膨張弁(14)は、熱源膨張弁である。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、中間流路(41)に接続される。中間流路(41)の一端は、第2圧縮機(22)の第2吐出管(22b)、及び第3圧縮機(23)の第3吐出管(23b)に接続される。中間流路(41)の他端は、第1圧縮機(21)の第1吸入管(21a)に接続される。換言すると、中間流路(41)の他端は、圧縮要素(C)の中間圧力部に接続される。
室外回路(11)は、油分離回路(42)を含む。油分離回路(42)は、油分離器(43)と、第1油戻し管(44)と、第2油戻し管(45)と、第3油戻し管(46)とを有する。油分離器(43)は、第1圧縮機(21)の第1吐出管(21b)に接続される。油分離器(43)は、圧縮要素(C)から吐出された冷媒中から油を分離する。第1油戻し管(44)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第1油戻し管(44)の流出端は、第2圧縮機(22)の第2吸入管(22a)に接続される。第2油戻し管(45)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第2油戻し管(45)の流出端は、中間流路(41)の流入端に接続する。第3油戻し管(46)は、主戻し管(46a)、冷設側分岐管(46b)、及び室内側分岐管(46c)を有する。主戻し管(46a)の流入端は、油分離器(43)に連通する。主戻し管(46a)の流出端には、冷設側分岐管(46b)の流入端と、室内側分岐管(46c)の流入端とが接続される。冷設側分岐管(46b)の流出端は、第2圧縮機(22)のケーシング内の油溜まりに連通する。室内側分岐管(46c)の流出端は、第3圧縮機(23)のケーシング内の油溜まりに連通する。
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。第1逆止弁(CV1)は、第1吐出管(21b)に接続される。第2逆止弁(CV2)は、第2吐出管(22b)に接続される。第3逆止弁(CV3)は、第3吐出管(23b)に接続される。第4逆止弁(CV4)は、室外第2管(o2)に接続される。第5逆止弁(CV5)は、室外第3管(o3)に接続される。第6逆止弁(CV6)は、室外第6管(o6)に接続される。第7逆止弁(CV7)は、室外第7管(o7)に接続される。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。
室内ユニット(50)は、屋内に設置される利用ユニットである。室内ユニット(50)は、室内ファン(52)と、室内回路(51)とを有する。室内回路(51)の液端には、第1液連絡配管(2)が接続される。室内回路(51)のガス端には、第1ガス連絡配管(3)が接続される。
冷設ユニット(60)は、庫内を冷却する利用ユニットである。冷設ユニット(60)は、冷設ファン(62)と冷設回路(61)とを有する。冷設回路(61)の液端には、第2液連絡配管(4)が接続される。冷設回路(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)は、各種のセンサを有する。各種のセンサは、高圧圧力センサ(71)、高圧温度センサ(72)、冷媒温度センサ(73)、室内温度センサ(74)を含む。高圧圧力センサ(71)は、第1圧縮機(21)の吐出冷媒の圧力(高圧冷媒の圧力(HP))を検出する。高圧温度センサ(72)は、第1圧縮機(21)の吐出冷媒の温度(高圧冷媒の温度(Td))を検出する。冷媒温度センサ(73)は、放熱器となる状態の室内熱交換器(54)の出口冷媒の温度(Th2)を検出する。室内温度センサ(74)は、室内ユニット(50)の対象空間(室内空間)の室内空気の温度(室内温度(Ti))を検出する。
制御器であるコントローラ(100)は、制御基板上に搭載されたマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを含む。コントローラ(100)は、運転指令やセンサの検出信号に基づいて、冷凍装置(1)の各機器を制御する。コントローラ(100)による各機器の制御により、冷凍装置(1)の運転が切り換えられる。
冷凍装置(1)の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置(1)の運転は、冷設運転、冷房運転、冷房/冷設運転、暖房運転、暖房/冷設運転、暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及びデフロスト運転を含む。
図2に示す冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、室内膨張弁(53)が全閉状態となり、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、及び冷設ファン(62)が運転され、室内ファン(52)は停止する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図3に示す冷房運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室内膨張弁(53)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、及び室内ファン(52)が運転され、冷設ファン(62)は停止する。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)が運転され、第2圧縮機(22)は停止する。冷房運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図4に示す冷房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室内膨張弁(53)の各開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転される。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)が運転される。冷房/冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図5に示す暖房運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)及び冷設ファン(62)が停止する。第1圧縮機(21)及び第3圧縮機(23)が運転され、第2圧縮機(22)は停止する。暖房運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図6に示す暖房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態に設置される。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)が停止する。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)が運転される。暖房/冷設運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクル(第3冷凍サイクル)が行われる。
図7に示す暖房/冷設熱回収運転は、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、室外膨張弁(14)が全閉状態となり、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室内ファン(52)及び冷設ファン(62)が運転され、室外ファン(12)が停止する。冷却ファン(17a)は、暖房/冷設熱回収運転の開始時において、原則として運転される。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設熱回収運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発し、室外熱交換器(13)が実質的に停止する冷凍サイクル(第1冷凍サイクル)が行われる。なお、冷却ファン(17a)は、暖房/冷設熱回収運転の開始時において、原則として停止させてもよい。
図8に示すように、暖房/冷設余熱運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室内膨張弁(53)及び室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷設ファン(62)、及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)が停止する。第1圧縮機(21)及び第2圧縮機(22)が運転され、第3圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設余熱運転では、圧縮要素(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)及び室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクル(第2冷凍サイクル)が行われる。
デフロスト運転では、図3に示す冷房運転と同じ動作が行われる。デフロスト運転では、第2圧縮機(22)及び第1圧縮機(21)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱する。この結果、室外熱交換器(13)の表面の霜が内部から加熱される。室外熱交換器(13)の除霜に利用された冷媒は、室内熱交換器(54)で蒸発した後、第2圧縮機(22)に吸入され、再び圧縮される。
第1運転は、暖房/冷設運転、暖房/熱回収運転、及び暖房/冷設余熱運転を含む。ここで、第1運転は、室内ユニット(50)で室内を暖房しながら、冷設ユニット(60)で庫内を冷却する運転である。従来例の冷凍装置の第1運転では、室内熱交換器の加熱能力(暖房能力)に応じて、暖房/冷設運転、暖房/熱回収運転、及び暖房/冷設余熱運転を切り換えていた。具体的には、暖房負荷に対して暖房能力が不足する場合には暖房/冷設運転を実行し、暖房負荷と暖房能力とがバランスする場合、暖房/熱回収運転を実行し、暖房負荷に対して暖房能力が余る場合、暖房/冷設余熱運転を実行していた。このような制御では、暖房能力の過不足に応じて、これらの3つの運転が比較的高頻度で切り換わる。このため、流路切換機構(流路切換機構(30))の切換頻度が多くなってしまう問題があった。
暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及び暖房/冷設運転の各運転の制御、及び冷却ファン(17a)の風量の制御について、図9を参照しながら説明する。ここでは、まず暖房/冷設熱回収運転を行っている状態を基準に説明する。
暖房/冷設熱回収運転において、室内熱交換器(54)の暖房能力と暖房負荷とのバランスが崩れ、暖房能力が過剰であることを示す第1条件が成立すると、コントローラ(100)は、冷却ファン(17a)の風量を増大させる。なお、ここでいう冷却ファン(17a)の風量を増大させることは、冷却ファン(17a)が停止していた状態から冷却ファン(17a)を運転すること、及び運転状態の冷却ファン(17a)の風量が増大することを含む。
暖房/冷設熱回収運転において、暖房能力が過剰であることを示す条件(第3条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最大である条件との双方が成立すると、暖房/冷設熱回収運転から暖房/冷設余熱運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第1冷凍サイクルから第2冷凍サイクルに切り換える。
上記c1)〜c3)のいずれかの条件が成立し、且つc4)冷却ファン(17a)の風量が最大である場合、またはc5)全ての室内ユニット(50)が一時的に停止状態(いわゆるサーモオフ状態)である場合、コントローラ(100)は、第1冷凍サイクルから第2冷凍サイクルに切り換える。第2冷凍サイクル、すなわち暖房/冷設余熱運転では、上述した通り、冷却ファン(17a)は運転を停止する。しかしながら、暖房/冷設余熱運転においても、暖房/冷設熱回収運転と同様にして、冷却ファン(17a)の風量を制御してもよい。
暖房/冷設余熱運転において、暖房能力が不足することを示す条件(第4条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最小である条件との双方が成立すると、暖房/冷設余熱運転から暖房/冷設熱回収運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第2冷凍サイクルから第1冷凍サイクルに切り換える。
暖房/冷設熱回収運転において、暖房能力が不足することを示す条件(第5条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最小である条件との双方が成立すると、暖房/冷設熱回収運転から暖房/冷設運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第1冷凍サイクルから第3冷凍サイクルに切り換える。
上記e1)〜e5)のいずれかの条件が成立し、且つe6)冷却ファン(17a)の風量が最小であると、コントローラ(100)は、第1冷凍サイクルから第3冷凍サイクルに切り換える。第3冷凍サイクル、すなわち暖房/冷設運転では、上述した通り、冷却ファン(17a)は運転を停止する。しかしながら、暖房/冷設運転においても、暖房/冷設熱回収運転と同様にして、冷却ファン(17a)の風量を制御してもよい。
暖房/冷設運転において、暖房能力が過剰であることを示す条件(第6条件)と、冷却ファン(17a)の風量が最大である条件との双方が成立すると、暖房/冷設運転から暖房/冷設熱回収運転に切り換わる。換言すると、コントローラ(100)は、これらの少なくとも2つの条件が成立すると、第3冷凍サイクルから第1冷凍サイクルに切り換える。
実施形態では、直列に接続される第1圧縮部(21)及び第2圧縮部(22,23)を含む圧縮要素(C)と、熱源熱交換器(13)と、第1利用熱交換器(54)と、第2利用熱交換器(64)と、流路切換機構(30)とを有し、前記流路切換機構(30)の切換により少なくとも第1冷凍サイクルと第2冷凍サイクルを行うように構成された冷媒回路(6)と、制御器(100)とを備えた冷凍装置であって、前記冷媒回路(6)は、前記第1冷凍サイクル及び前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1圧縮部(21)と前記第2圧縮部(22,23)の間の中間圧力部(21a)に冷媒を導入する中間流路(41)と、前記中間流路(41)を流れる冷媒を熱媒体により冷却する中間冷却器(17)とを有し、前記第1冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)を停止させ、前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、前記第2冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)及び前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を増大させる。
上記実施形態においては、以下のような構成としてもよい。
6 冷媒回路
13 室外熱交換器(熱源熱交換器)
17 中間冷却器
17a 冷却ファン(中間ファン)
21 第1圧縮機(第1圧縮部)
21a 中間圧力部
22 第2圧縮機(第2圧縮部)
23 第3圧縮機(第3圧縮部)
30 流路切換機構
41 中間流路
54 室内熱交換器(第1利用熱交換器)
64 冷設熱交換器(第2利用熱交換器)
100 コントローラ(制御器)
Claims (9)
- 直列に接続される第1圧縮部(21)及び第2圧縮部(22,23)を含む圧縮要素(C)と、熱源熱交換器(13)と、第1利用熱交換器(54)と、第2利用熱交換器(64)と、流路切換機構(30)とを有し、前記流路切換機構(30)の切換により少なくとも第1冷凍サイクルと第2冷凍サイクルを行うように構成された冷媒回路(6)と、
制御器(100)とを備えた冷凍装置であって、
前記冷媒回路(6)は、
前記第1冷凍サイクル及び前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1圧縮部(21)と前記第2圧縮部(22,23)の間の中間圧力部(21a)に冷媒を導入する中間流路(41)と、
前記中間流路(41)を流れる冷媒を熱媒体により冷却する中間冷却器(17)とを有し、
前記第1冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)を停止させ、前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、
前記第2冷凍サイクルは、前記熱源熱交換器(13)及び前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、
前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を増大させることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件と、前記中間冷却器(17)の冷却能力が所定値以上であることを示す条件との双方が成立すると、前記第2冷凍サイクルを行うように前記流路切換機構(30)を制御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、
前記制御器(100)は、前記第2冷凍サイクル中に前記中間冷却器(17)が冷媒の冷却を行っているときに、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が不足することを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を減少させることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項3において、
前記制御器(100)は、前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が不足することを示す条件と、前記中間冷却器(17)の冷却能力が所定値以下であることを示す条件との双方が成立すると、前記第1冷凍サイクルを行うように前記流路切換機構(30)を制御することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
前記冷媒回路(6)は、前記流路切換機構(30)の切換により、第3冷凍サイクルを行うように構成され、
前記第3冷凍サイクルは、前記第1利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記熱源熱交換器(13)及び前記第2利用熱交換器(64)を蒸発器とする冷凍サイクルであり、
前記中間流路(41)は、前記第3冷凍サイクルにおいて、前記中間圧力部(21a)に冷媒を導入するように構成され、
前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクル中に前記中間冷却器(17)が冷却の冷却を行っているときに、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が不足することを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を減少させることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項5において、
前記制御器(100)は、前記第1冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が不足することを示す条件と、前記中間冷却器(17)の冷却能力が所定値以下である条件との双方が成立すると、前記第3冷凍サイクルを行うように前記流路切換機構(30)を制御することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項5又は6において、
前記制御器(100)は、前記第3冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件が成立すると、前記中間冷却器(17)の冷却能力を増大させることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項7において、
前記制御器(100)は、前記第3冷凍サイクルにおいて、前記第1利用熱交換器(54)の加熱能力が過剰であることを示す条件と、前記中間冷却器(17)の冷却能力が所定値以上である条件との双方が成立すると、前記第1冷凍サイクルを行うように前記流路切換機構(30)を制御することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1〜8のいずれか1つにおいて、
前記中間流路(41)を流れる冷媒を冷却する前記熱媒体としての空気を搬送する中間ファン(17a)をさらに備え、
前記制御器(100)は、前記中間ファン(17a)の風量を調節することにより前記冷却能力を調節することを特徴とする冷凍装置。
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