JP2021105474A - 冷凍システム及び冷凍システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の液バック及び異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を拡大可能にする。【解決手段】一実施形態に係る冷凍システムは、気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記第１膨張弁の開度制御を行うための制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、冷凍システム及び該冷凍システムの制御方法に関する。

冷凍サイクルを構成する冷凍システムにおいて、凝縮器と蒸発器との間の冷媒流路に気液分離器を設け、凝縮器から出た冷媒を膨張弁で減圧し、気液混合となった冷媒を気液分離器で気相部と液相部とに分離し、気液分離器内の気相部のガス冷媒を蒸発器をバイパスして圧縮機に供給することが行われている。これによって、高圧冷媒用の耐圧配管を配置する領域を少なくし、低コスト化を図ることができる。特許文献１及び２にはこのような冷凍システムが開示されている。特に、特許文献２に記載された冷凍システムは、冷媒として超臨界状態で高圧となるＣＯ_２を用いるため、このような措置が有効である。

特許文献１では、保冷庫外の外気温度が低下すると、気液分離器内の中間圧力が低下して、中間圧力と蒸発圧力との圧力差が減少すると、蒸発器に流入する冷媒の循環量が減少し、冷凍システムの冷凍能力が低下するために、該中間圧力を制御して冷凍能力の低下を防止するようにしている。特許文献２では、蒸発器の冷却負荷の変動によって必要冷媒量が変動しても、気液分離器に液冷媒を一次貯留し、かつ気液分離器の気相部を圧縮機に直接供給することで、必要冷媒量の変動に対応している。

特開平０９−２２９４９７号公報 特開２００７−２６３４８７号公報

冷凍システムにおいては、圧縮機に液冷媒が吸入される、所謂液バックを防止する必要があると共に、圧縮機の入口におけるガス冷媒の異常過熱に起因した圧縮機モータ等の故障を回避する必要がある。特に、冷媒として超臨界状態で高圧となるＣＯ_２冷媒を用いる場合、異常過熱が起こりやすい。気液分離器内の冷媒は飽和状態となっているので、圧力と温度とは一義的に対応し、蒸発器で冷却される冷却負荷側の温度は、気液分離器内の冷媒の圧力又は温度によって支配される。Ｃ級温度帯（−２０〜＋１０℃）の冷凍庫の場合、Ｆ級温度帯（−２０℃以下）の冷凍庫と比べて、冷却負荷側の温度帯が高いため、蒸発器を経た冷媒の過熱度を十分に取ることができない。そのため、圧縮機の液バックを回避するため、気液分離器内の圧力調整が必要となってくる。また、気液分離器内の圧力は外気温度によっても影響を受ける。このように、圧縮機の液バックや異常過熱を回避するために、冷凍システムの運転可能な温度範囲が制約を受けるという問題がある。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、圧縮機の液バック及び異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を拡大可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る冷凍システムは、気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記第１膨張弁の開度制御を行うための制御部と、を備える。

本開示に係る冷凍システムの制御方法は、気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記膨張弁の開度制御を行うための制御部と、を備える冷凍システムの制御方法であって、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度と相関のある検出値を検出する検出ステップと、前記検出値に基づいて前記気液分離器の圧力が目標圧力となるように前記第１膨張弁を制御する制御ステップと、を備える。

本開示に係る冷凍システム及び冷凍システムの制御方法によれば、圧縮機への液バックや圧縮機の異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を広げることができ、これによって、冷凍システムの用途を拡大できる。

一実施形態に係る冷凍システムを示す系統図である。 一実施形態に係る冷凍システムのモリエル線図である。 一実施形態に係る制御部の記憶部に記憶されるマップを示す図表である。 一実施形態に係る気液分離器の目標圧力を示すグラフである。 一実施形態に係る冷凍システムの制御方法を示す工程図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る冷凍システムを示す系統図である。冷凍システム１０は、
冷媒循環路１２（第１冷媒流路）に、圧縮機１４と、気液分離器１６と、蒸発器１８とが設けられている。気液分離器１６で冷媒の気相部及び液相部が分離され、気液分離器１６の液相部から冷媒が冷媒循環路１２を通って蒸発器１８に導かれ、蒸発器１８を通過後の冷媒は圧縮機１４で圧縮される。気液分離器１６の気相部と圧縮機１４の入口側とはバイパス路２４（第２冷媒流路）で接続されている。冷媒循環路１２には、気液分離器１６の液相部と蒸発器１８を経た冷媒とを熱交換するための熱交換器２０が設けられ、バイパス路２４に膨張弁２６（第１膨張弁）が設けられている。

さらに、蒸発器１８における冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサ２８が設けられている。センサ２８の検出値は制御部３０に送られ、制御部３０は、センサ２８の検出値に基づいて気液分離器１６の目標圧力を設定する。冷媒が飽和状態にあるとき、飽和圧力と飽和温度とは一義的に対応する。従って、冷媒の飽和圧力を検出すれば、冷媒の飽和温度を求めることができる。この目標圧力は、冷凍システム１０の運転条件下で、圧縮機１４の液バックや異常過熱が起らない圧力値として設定される。制御部３０は、気液分離器１６が目標圧力の圧力値になるように膨張弁２６の開度制御を行う。

このような構成によれば、蒸発器１８を経た冷媒は、熱交換器２０で気液分離器１６の液相部の冷媒と熱交換して加熱されるため、過熱度不足を解消できる。従って、冷却負荷が例えばＣ級温度帯の冷凍倉庫であっても、圧縮機の液バックを抑制できる。また、蒸発器１８の蒸発温度を低く設定すると、熱交換器２０の出口側で過熱度が過剰になるが、膨張弁２６の開度を制御し、気液分離器１６の冷媒圧力を圧縮機の液バック及び異常過熱が起きない目標圧力に制御するため、液バックや異常過熱を回避しながら、冷却負荷の冷却温度など、冷凍システム１０の運転適用範囲を拡大できる。

一実施形態では、圧縮機１４の出口側に凝縮器３２が設けられ、圧縮機１４から吐出されたガス冷媒は凝縮器３２で冷却媒体ｗ１と熱交換して冷却される。凝縮器３２で冷却された冷媒は膨張弁３４を通って減圧された後、気液分離器１６に送られ気相と液相に分離される。気液分離器１６で分離されたガス冷媒は、バイパス路２４を経て圧縮機１４に送られる。気液分離器１６内の液相部を形成する液冷媒は、気液分離器１６から出て、熱交換器２０で蒸発器１８で蒸発した低温のガス冷媒と熱交換して該ガス冷媒を加熱する。気液分離器１６から熱交換器２０に送られた液相部は、熱交換器２０を出て膨張弁２２を経て減圧され、蒸発器１８で被冷却媒体ｗ２（冷却負荷）を冷却し、自身は蒸発する。

気液分離器１６は、フラッシュタンク、アキュムレータ、又はレシーバ等であってもよく、要は、供給された冷媒を気液分離する機能があればよい。また、冷媒としてＣＯ_２が用いられる場合、凝縮器３２はガスクーラとして作動する。

図２は、冷凍システム１０がＣ級（冷却温度−２０℃〜＋１０℃）の温度帯を有し、かつ冷媒としてＣＯ_２を用いたときの冷凍システム１０のモリエル線図の一例を示す。図２において、Ｋ点はＣＯ_２の臨界点であり、Ｋ点より左側のラインＸは飽和液線であり、Ｋ点より右側のラインＹは飽和蒸気線である。ａ点は圧縮機１４の出口における冷媒の状態量であり、ｂ点は凝縮器３２としてのガスクーラの出口における冷媒の状態量であり、ｃ点は気液分離器１６で気液混合状態の冷媒の状態量であり、ｄ点は気液分離器１６で気液分離された後の気相部の状態量であり、ｅ点は気液分離器１６の液相部の状態量を示している。ｆ点は膨張弁２６の出口、ｇ点は膨張弁２２の出口側（蒸発器１８の入口側）、ｉ点は蒸発器１８の出口における夫々の冷媒の状態量を示している。ｊ点において、冷媒循環路１２にバイパス路２４が合流すると、合流後のエンタルピｈは、ｉ点より下がったガス冷媒となり、その後、圧縮機１４に吸引され圧縮される。なお、理解の便宜のため、図１中の同一の場所にも符号ａ〜ｊを付している。

以下、冷凍システム１０がＣ級の冷却温度帯を有する冷凍システムであり、かつ冷媒ととしてＣＯ_２を用いたときの気液分離器１６の圧力と冷凍システム１０の運転条件との関連につき幾つかの事例を説明する。気液分離器１６で冷媒ｒは飽和状態となっており、気液分離器１６の飽和圧力が４．８ＭＰａのとき飽和温度は１２．６℃であり、飽和圧力が４．３ＭＰａのとき飽和温度は８．１℃であり、飽和圧力が３．７ＭＰａのとき飽和温度は２．２℃である。

ケース１；冷却庫内の冷却負荷温度を０℃とし、気液分離器１６の圧力（飽和圧力）を４．３ＭＰａ（飽和温度８．１℃）とし、蒸発器１８の蒸発温度Ｔｅを−５℃、蒸発器１８の出口側冷媒の過熱度ＳＨを５℃と設定した場合
気液分離器１６から熱交換器２０に供給される液冷媒の温度は８．１℃であり、一方、蒸発器１８から熱交換器２０に供給されるガス冷媒は０℃となる。両者の温度差が十分あるので、十分熱交換が可能であり、該ガス冷媒は６℃に加熱されて圧縮機１４に吸引されるため、液バック及び異常過熱が起こるおそれはない。

ケース２；冷却庫内の冷却温度を０℃とし、気液分離器１６の圧力（飽和圧力）を３．９ＭＰａ（飽和温度２．２℃）とし、蒸発器１８の蒸発温度Ｔｅを−５℃、蒸発器１８の出口側冷媒の過熱度ＳＨを５℃と設定した場合
気液分離器１６から熱交換器２０に供給される液冷媒の温度は２．２℃であり、一方、蒸発器１８から熱交換器２０に供給されるガス冷媒は０℃であるので、両者は十分に熱交換できず、過熱度ＳＨを十分に取ることができない。従って、０℃の冷媒が圧縮機１４に送られることになるので、液バックが起こるおそれがある。

ケース３；冷却庫内の冷却温度を０℃と設定し、気液分離器１６の目標圧力（飽和圧力）を４．８ＭＰａ（飽和温度１２．６℃）とし、蒸発器１８の蒸発温度Ｔｅを−１５℃、蒸発器１８の出口側冷媒の過熱度ＳＨを５℃と設定した場合
気液分離器１６から熱交換器２０に供給される液冷媒の温度は１２．６℃であり、一方、蒸発器１８から熱交換器２０に供給されるガス冷媒は−１０℃であるので、両者の熱交換量が多大となり、過熱されたガス冷媒が圧縮機１４に送られることになる。圧縮機１４に吸入される吸入ガスの温度が１００〜１５０℃を超えると異常過熱となり、モータなどが故障するおそれがある。

ケース１〜３から、気液分離器１６の圧力を、ケース１のように、圧縮機の液バックや異常過熱を回避可能な目標圧力に制御すれば、これらの現象を抑制できることがわかる。

一実施形態では、図１に示すように、センサ２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ又は２８ｅ）は、膨張弁２２の出口側と圧縮機１４の入口側との間の冷媒循環路１２に設けられ、この領域の冷媒循環路１２を流れる冷媒の圧力又は温度を検出する。この領域の冷媒圧力又は冷媒温度を検出すれば、設定された蒸発器１８の運転条件などから圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。従って、センサ２８の検出値に基づいて、気液分離器１６の目標圧力を設定し、気液分離器１６の圧力が目標圧力となるよう膨張弁２６の開度を制御すれば、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避できる。そのため、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システム１０の運転適用範囲を広げることができる。
なお、図１に示す実施形態では、センサ２８（２８ａ、２８ｃ）は圧力センサであり、センサ２８（２８ｂ、２８ｄ、２８ｅ）は温度センサである。

膨張弁２２の出口側と圧縮機１４の入口側との間の領域は、図２のエンタルピｈのｇ点からｉ点までの領域に相当する。この領域は、飽和蒸気線のラインＹより右側を除いて飽和領域であり、この領域の温度又は圧力を検出することで、一義的に蒸発温度を求めることができる。ｇ点及びｊ点においても過熱度がわかれば、蒸発圧力から容易に蒸発温度を求めることができる。こうして求めた蒸発温度に基づいて気液分離器１６の圧力を目標圧力に制御することで、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システム１０の運転適用範囲を広げることができる。

一実施形態では、図１に示すように、センサ２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ又は２８ｄ）は、熱交換器２０の出口側と圧縮機１４の入口側との間の冷媒循環路１２に設けられ、この領域の冷媒圧力又は温度を検出する。センサ２８によって、上記領域の冷媒循環路１２における冷媒圧力又は冷媒温度を検出するため、設定された蒸発器１８の運転条件などから、圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。従って、上記検出値に基づいて、膨張弁２６の開度を制御し、気液分離器１６の圧力を設定された目標圧力に制御すれば、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避できる。そのため、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システム１０の運転適用範囲を広げることができる。

一実施形態では、図１に示すように、センサ２８（２８ａ又は２８ｂ）は、バイパス路２４と冷媒循環路１２とが合流する合流点（ｊ点）と圧縮機１４の入口との間の冷媒循環路１２に設けられ、この領域の冷媒循環路１２を流れる冷媒の温度又は圧力を検出する。膨張弁２６によって減圧されたバイパス路２４の冷媒が冷媒循環路１２に合流することで、冷媒のエンタルピｈが変動する（図２；ｉ点→ｊ点）。本実施形態によれば、このエンタルピｈの変動後の検出値が得られるので、該変動を加味した演算を必要としない。そのため、気液分離器１６の目標圧力の設定が容易になる。

一実施形態では、図１に示すように、センサ２８（２８ｅ）は、蒸発器１８の入口の冷媒循環路１２に設けられ、この領域の冷媒循環路１２を流れる冷媒の圧力又は温度を検出する。蒸発器１８の入口における冷媒の圧力又は温度を検出することで、これらの検出値と、設定された蒸発器１８の運転条件などとから、圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。こうして、得られた演算値に基づいて気液分離器１６の目標圧力を設定することで、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システム１０の運転適用範囲を広げることができる。

一実施形態では、図１に示すように、制御部３０は、気液分離器１６の目標圧力とセンサ２８の検出値との相関関係を記憶した記憶部３６を備えている。制御部３０は、センサ２８の検出値及び上記相関関係に基づいて、気液分離器１６の目標圧力を設定し、気液分離器１６の圧力が目標圧力となるように膨張弁２６の開度を制御する。この実施形態によれば、過去のデータから、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避可能な気液分離器１６の目標圧力を精度良く設定できる。

図３は、記憶部３６に記憶されたマップの一例を示す。ｇ点からｉ点の間の領域で冷媒は飽和状態であるので、センサ２８の検出値から一義的に蒸発温度を求めることができる。しかし、ｉ点及びｊ点は過熱領域であるので、センサ２８の検出値に基づいて過熱度を加味した演算を行って蒸発温度を求める必要がある。なお、図３のモリエル線図上では、ｇ点から飽和蒸気線Ｙまでが飽和状態である。

一実施形態では、気液分離器１６の目標圧力は、圧縮機１４の異常過熱を起こさず、かつ圧縮機１４への液バックを起さない範囲に設定される。図４は、気液分離器１６の目標圧力の一例を示すグラフである。図４に示すように、目標圧力は、センサ２８により検出された圧力又は温度の検出値と共に増加する可変範囲内に設定される。図４において、領域Ａは、圧縮機に異常過熱を引き起こす領域であり、領域Ｂは、圧縮機に吸引される冷媒の温度が不足して液バックを起こすおそれがある領域である。範囲Ｃは、センサ２８の検出値と共に増加する上記問題を起さない可変範囲であり、可変範囲Ｃの中で例えばラインＤ上に目標圧力が設定される。目標圧力を可変範囲Ｃの中に設定することで、圧縮機１４の異常過熱や圧縮機への液バックを回避できる目標圧力を設定できる。

一実施形態では、図１に示すように、冷凍システム１０は気液分離器１６の上流側の冷媒循環路１２に膨張弁３４を備えている。膨張弁３４によって、気液分離器１６の圧力を一次制御できる。膨張弁３４の一次制御と膨張弁２６の二次制御（精密制御）との組み合わせによって、気液分離器１６の圧力を目標圧力に精度良く制御できる。

一実施形態に係る冷凍システム１０の制御方法は、図５に示すように、蒸発器１８における冷媒の蒸発温度と相関のある検出値を検出する検出ステップＳ１０と、検出ステップＳ１０で検出された検出値に基づいて気液分離器１６の目標圧力を設定し、気液分離器１６が該目標圧力となるように膨張弁２６を制御する制御ステップＳ１２と、を備える。これによって、気液分離器１６の圧力を圧縮機１４の液バックや異常過熱が起きない目標圧力に制御できるため、圧縮機１４の液バックや異常過熱を回避しながら、冷却負荷の冷却温度など、冷凍システム１０の運転適用範囲を拡大できる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一つの態様に係る冷凍システムは、気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路（例えば、図１に示す冷媒循環路１２）と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路（例えば、図１に示すバイパス路２４）と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁（例えば、図１に示す膨張弁２６）と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサ（例えば、図１に示すセンサ２８）と、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記第１膨張弁の開度制御を行うための制御部（例えば、図１に示す制御部３０）と、を備える。

このような構成によれば、上記熱交換器を備えるため、蒸発器を経た冷媒をこの熱交換器で加熱することで、該冷媒の過熱度不足を解消できるため、冷却負荷がＣ級温度帯であっても、圧縮機の液バックを抑止できる。蒸発器の蒸発温度を低く設定すると、熱交換器の出口側で過熱度が過剰になるが、第１膨張弁の開度を制御し、気液分離器内の冷媒圧力を圧縮機の液バック及び異常過熱が起きない目標圧力に制御するため、液バックや異常過熱を回避しながら、冷却負荷の冷却温度など、冷凍システムの運転適用範囲を拡大できる。

（２）一態様に係る冷凍システムでは、（１）に記載の冷凍システムであって、前記熱交換器と前記蒸発器との間に設けられた第２膨張弁（例えば、図１に示す膨張弁２２）を備え、前記センサは、前記第２膨張弁の出口側と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる。

このような構成によれば、第２膨張弁と圧縮機との間の領域の冷媒圧力又は冷媒温度を検出すれば、設定された蒸発器の運転条件などから圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。従って、上記検出値に基づいて、第１膨張弁の開度を制御し、気液分離器の圧力を設定された目標圧力に制御すれば、圧縮機の液バックや異常過熱を回避できる。そのため、圧縮機の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を広げることができる。

（３）別な態様に係る冷凍システムでは、（１）又は（２）に記載の冷凍システムであって、前記センサは、前記熱交換器の出口側と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる。

このような構成によれば、上記センサによって、熱交換器の出口側と圧縮機の入口側との間の冷媒の圧力又は温度を検出するため、設定された蒸発器の運転条件などから圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。従って、上記検出値に基づいて、第１膨張弁の開度を制御し、気液分離器の圧力を設定された目標圧力に制御すれば、圧縮機の液バックや異常過熱を回避できる。そのため、圧縮機の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を広げることができる。

（４）さらに別な態様に係る冷凍システムでは、（３）に記載の冷凍システムであって、前記センサは、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とが合流する合流点（例えば、図１に示すｊ点）と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる。

このような構成によれば、上記合流点で第２冷媒流路から第１冷媒流路に流入するガス冷媒による温度又は圧力の変動後の検出値が得られるので、該変動を加味した演算を必要としない。そのため、気液分離器の目標圧力の設定が容易になる。

（５）さらに別な態様に係る冷凍システムは、（２）に記載の冷凍システムであって、前記センサは、前記蒸発器の入口側の前記第１冷媒流路に設けられ、前記冷媒の圧力又は温度を検出するように構成される。

このような構成によれば、蒸発器入口側の第１冷媒流路における冷却温度の検出値と、蒸発器の運転条件とから、圧縮機入口の冷媒圧力又は冷却温度を演算できる。こうして、得られた演算値に基づいて気液分離器の目標圧力を設定することで、圧縮機の液バックや異常過熱を回避しながら、冷凍システムの運転適用範囲を広げることができる。

（６）さらに別な態様に係る冷凍システムは、（１）乃至（５）の何れかに記載の冷凍システムであって、前記制御部は、前記気液分離器の目標圧力と前記検出値との相関関係を記憶した記憶部（例えば、図１に示す記憶部３６）を有し、前記制御部は、前記検出値及び前記相関関係に基づいて前記気液分離器の目標圧力を設定し、前記気液分離器の圧力が前記目標圧力となるように前記第１膨張弁の開度を制御するように構成される。

このような構成によれば、過去のデータから、圧縮機への液バックや圧縮機の異常過熱を回避可能な気液分離器の目標圧力を精度良く設定できる。

（７）さらに別な態様に係る冷凍システムは、（１）乃至（６）の何れかに記載の冷凍システムであって、前記目標圧力は、前記センサにより検出された温度又は圧力の検出値と共に増加する可変範囲（例えば、図４に示す可変範囲Ｃ）である。

このような構成によれば、気液分離器の目標圧力を上記可変範囲とすることで、圧縮機の液バックや異常過熱を回避できる目標圧力に設定できる。

（８）一つの態様に係る冷凍システムの制御方法は、気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記膨張弁の開度制御を行うための制御部と、を備える冷凍システムの制御方法であって、前記蒸発器における冷媒の蒸発温度と相関のある検出値を検出する検出ステップと、前記検出値に基づいて前記気液分離器の圧力が目標圧力となるように前記第１膨張弁を制御する制御ステップと、を備える。

このような方法によれば、気液分離器の圧力を圧縮機の液バックや異常過熱が起きない目標圧力に制御できるため、圧縮機の液バックや異常過熱を回避しながら、冷却負荷の冷却温度など、冷凍システムの運転適用範囲を拡大できる。

１０ 冷凍システム
１２ 冷媒循環路
１４ 圧縮機
１６ 気液分離器
１８ 蒸発器
２０ 熱交換器
２２ 膨張弁（第２膨張弁）
２４ バイパス路
２６ 膨張弁（第１膨張弁）
２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ） センサ
２８（２８ａ、２８ｃ） 圧力センサ
２８（２８ｂ、２８ｄ、２８ｅ） 温度センサ
３０ 制御部
３２ 凝縮器
３４ 膨張弁
３６ 記憶部
Ｋ 臨界点
Ｘ 飽和液線
Ｙ 飽和蒸気線
ｗ１ 冷却媒体
ｗ２ 被冷却媒体

Claims (8)

1. 気相部および液相部を有する気液分離器と、
   前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、
   前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、
   前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、
   前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、
   前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、
   前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、
   前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、
   前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記第１膨張弁の開度制御を行うための制御部と、
   を備える冷凍システム。
2. 前記熱交換器と前記蒸発器との間に設けられた第２膨張弁を備え、
   前記センサは、前記第２膨張弁の出口側と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記センサは、前記熱交換器の出口側と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる請求項１又は２に記載の冷凍システム。
4. 前記センサは、前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路とが合流する合流点と前記圧縮機の入口側との間の前記第１冷媒流路に設けられる請求項３に記載の冷凍システム。
5. 前記センサは、前記蒸発器の入口側の前記第１冷媒流路に設けられ、前記冷媒の圧力又は温度を検出するように構成された請求項２に記載の冷凍システム。
6. 前記制御部は、前記気液分離器の目標圧力と前記検出値との相関関係を記憶した記憶部を有し、
   前記制御部は、前記検出値及び前記相関関係に基づいて前記気液分離器の目標圧力を設定し、前記気液分離器の圧力が前記目標圧力となるように前記第１膨張弁の開度を制御するように構成された請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷凍システム。
7. 前記目標圧力は、前記センサにより検出された温度又は圧力の検出値と共に増加する可変範囲である請求項１乃至６の何れか一項に記載の冷凍システム。
8. 気相部および液相部を有する気液分離器と、前記気液分離器の前記液相部からの冷媒が導かれる蒸発器と、前記蒸発器を通過後の冷媒を圧縮するための圧縮機と、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する第１冷媒流路と、前記気液分離器の前記気相部と前記第１冷媒流路とを接続するための第２冷媒流路と、前記気液分離器の前記液相部と前記蒸発器を経た前記冷媒とを熱交換するための熱交換器と、前記第２冷媒流路に設けられる第１膨張弁と、前記蒸発器における前記冷媒の蒸発温度と相関のある圧力又は温度を検出するためのセンサと、前記センサの検出結果に基づいて設定される前記気液分離器の目標圧力に基づいて、前記膨張弁の開度制御を行うための制御部と、を備える冷凍システムの制御方法であって、
   前記蒸発器における冷媒の蒸発温度と相関のある検出値を検出する検出ステップと、
   前記検出値に基づいて前記気液分離器の圧力が目標圧力となるように前記第１膨張弁を制御する制御ステップと、を備えた冷凍システムの制御方法。

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