JP2022011445A - 冷凍システムおよび熱源ユニット - Google Patents

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Abstract

Figure 2022011445000001
【課題】蒸発器となる複数の熱交換器における冷媒の偏流を抑制する。
【解決手段】二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)とレシーバ(60)とガス抜き通路(61)とガス抜き弁(62)とを有する。冷凍システムでは、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われる。制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。
【選択図】図1

Description

本開示は、冷凍システムおよび熱源ユニットに関する。
特許文献1には、冷媒として二酸化炭素が充填された冷媒回路を備える空気調和装置が開示されている。この空気調和装置では、室外熱交換器が放熱器となり各室内熱交換器が蒸発器となる冷房運転が行われる。
この冷房運転において、圧縮機で超臨界域まで圧縮された冷媒は、圧縮機から吐出された後、四路切換弁と室外熱交換器とを経由して室外膨張弁に流入する。室外膨張弁に流入した冷媒は、超臨界域から二相域まで減圧される。室外膨張弁から流出した二相状態の冷媒は、逆止弁ブリッジ回路を経由してレシーバに流入する。レシーバでは、二相状態の冷媒が容器内に一時的に貯留される。レシーバから流出した液冷媒は、逆止弁ブリッジ回路と2つの室内膨張弁とを経由して2つの室内熱交換器に分流する。
特開2009-243829号公報
しかしながら、特許文献1の装置の冷房運転では、運転条件によっては、超臨界状態の冷媒がレシーバに流入してレシーバ内の圧力が冷媒の臨界圧力を上回るおそれがある。この場合、レシーバ内の冷媒をガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離することが困難となり、レシーバから蒸発器となる複数の熱交換器へ向かう冷媒を液冷媒にすることが困難となる。そのため、蒸発器となる複数の熱交換器において冷媒が偏流するおそれがある。
本開示の第1の態様は、冷凍システムに関し、この冷凍システムは、二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)と、制御部(15)とを備え、前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス状態の冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われ、前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。
第1の態様では、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にすることにより、レシーバ(60)内のガス状態の冷媒をガス抜き通路(61)を通じて排出してレシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。これにより、第1運転において、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
本開示の第2の態様は、第1の態様において、前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも低い第2圧力(Pth2)から前記第1圧力(Pth1)よりも高い第3圧力(Pth3)までの第1範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1範囲内において予め定められた目標圧力となるように、前記ガス抜き弁(62)の開度を調節することを特徴とする冷凍システムである。
第2の態様では、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)を目標圧力にすることができる。なお、目標圧力は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)を冷媒の臨界圧力よりも低い圧力にすることができるので、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
本開示の第3の態様は、第2の態様において、前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第3圧力(Pth3)から前記第3圧力(Pth3)よりも高い第4圧力(Pth4)までの第2範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を大きくすることを特徴とする冷凍システムである。
第3の態様では、ガス抜き弁(62)の開度が大きくなるほど、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなる。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲よりも高い第2範囲である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほどガス抜き弁(62)の開度を大きくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲に近づけることができる。
本開示の第4の態様は、第3の態様において、前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、前記ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度に維持することを特徴とする冷凍システムである。
第4の態様では、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲の上限である第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、ガス抜き弁(62)の開度を最大開度に維持することにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を迅速に低下させることができる。
本開示の第5の態様は、第2~第4の態様のいずれか1つにおいて、前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を小さくすることを特徴とする冷凍システムである。
第5の態様では、ガス抜き弁(62)の開度が小さくなるほど、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなる。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲の下限である第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほどガス抜き弁(62)の開度を小さくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲に近づけることができる。
本開示の第6の態様は、第1~第5の態様のいずれか1つにおいて、前記複数の熱交換器(12)は、利用熱交換器(70)を含み、前記冷媒回路(11)は、利用膨張弁(75)を有し、前記第1運転は、前記利用熱交換器(70)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第1暖房運転であり、前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、前記利用膨張弁(75)の開度を調節することを特徴とする冷凍システムである。
第6の態様では、第1暖房運転を行うことにより、利用熱交換器(70)が設けられた空間の暖房を行うことができる。
本開示の第7の態様は、第6の態様において、前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも高い設定圧力(Ps)を上回ると、前記利用膨張弁(75)の開度を小さくすることを特徴とする冷凍システムである。
第7の態様では、利用膨張弁(75)の開度を小さくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。
本開示の第8の態様は、第6または第7の態様において、前記複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)を含み、前記冷媒回路(11)は、熱源膨張弁(65)を有し、前記冷凍システムでは、前記利用熱交換器(70)および前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第2暖房運転が行われることを特徴とする冷凍システムである。
第8の態様では、第2暖房運転を行うことにより、利用熱交換器(70)が設けられた空間の暖房を行うことができる。
本開示の第9の態様は、第8の態様において、前記制御部(15)は、前記第2暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように前記利用膨張弁(75)の開度を調節し、前記熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持することを特徴する冷凍システムである。
第9の態様では、第2暖房運転において、熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持することができる。
本開示の第10の態様は、第8または第9の態様において、前記冷凍システムでは、前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ前記利用熱交換器(70)が蒸発器となり、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から前記利用熱交換器(70)に冷媒が流れる冷房運転が行われ、前記制御部(15)は、前記冷房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて前記熱源膨張弁(65)の開度を調節することを特徴とする冷凍システムである。
第10の態様では、冷房運転において、熱源膨張弁(65)によってレシーバ(60)内の圧力(RP)を調節することができる。
本開示の第11の態様は、熱源ユニットに関し、この熱源ユニットは、それぞれに利用回路(31)が設けられる複数の利用ユニット(30)とともに、二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)を有する冷凍システムを構成し、前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われる熱源ユニットであって、前記複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)と接続されて前記冷媒回路(11)を構成する熱源回路(21)と、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする熱源制御部(23)とを備える。
第11の態様では、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にすることにより、レシーバ(60)内のガス状態の冷媒をガス抜き通路(61)を通じて排出してレシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。これにより、第1運転において、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
図1は、実施形態1の冷凍システムの構成を例示する配管系統図である。 図2は、実施形態1における制御部の構成を例示するブロック図である。 図3は、レシーバ圧力制御について説明するためのフローチャートである。 図4は、実施形態2の冷凍システムの構成を例示する配管系統図である。 図5は、実施形態2における制御部の構成を例示するブロック図である。 図6は、第1暖房兼冷設稼働運転における冷媒の流れを例示する図である。 図7は、利用膨張弁制御について説明するためのフローチャートである。 図8は、第2暖房兼冷設稼働運転における冷媒の流れを例示する図である。 図9は、冷房兼冷設稼働運転における冷媒の流れを例示する図である。
以下、図面を参照して実施の形態を詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
(実施形態1)
図1は、実施形態1の冷凍システム(10)の構成を例示する。冷凍システム(10)は、熱源ユニット(20)と、複数の利用ユニット(30)とを備える。この例では、冷凍システム(10)には、2つの利用ユニット(30)が設けられる。冷凍システム(10)は、室内の冷房を行う。熱源ユニット(20)は、室外に設置される。複数の利用ユニット(30)は、室内に設置される。
熱源ユニット(20)は、熱源回路(21)と、熱源ファン(22)と、熱源制御部(23)とを備え、複数の利用ユニット(30)の各々は、利用回路(31)と、利用ファン(32)と、利用制御部(33)とを備える。熱源ユニット(20)の熱源回路(21)および複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)は、ガス連絡通路(P11)および液連絡通路(P12)により接続される。この例では、複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)が熱源ユニット(20)の熱源回路(21)に対して並列に接続される。具体的には、熱源回路(21)のガス端にガス連絡通路(P11)が接続され、熱源回路(21)の液端に液連絡通路(P12)が接続され、利用回路(31)のガス端がガス連絡通路(P11)に接続され、利用回路(31)の液端が液連絡通路(P12)に接続される。
このように、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されることで、冷媒回路(11)が構成される。冷媒回路(11)には、二酸化炭素である冷媒が充填される。冷媒回路(11)では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。この冷凍サイクルでは、冷媒回路(11)の高圧圧力が冷媒の臨界圧力以上となる。
〔熱源回路〕
熱源回路(21)は、圧縮要素(40)と、熱源熱交換器(50)と、レシーバ(60)と、ガス抜き通路(61)と、ガス抜き弁(62)と、熱源膨張弁(65)と、圧力逃がし弁(66)とを有する。また、熱源回路(21)には、第1~第4熱源通路(P21~P24)が設けられる。例えば、第1~第4熱源通路(P21~P24)は、冷媒配管により構成される。
〈圧縮要素〉
圧縮要素(40)は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。具体的には、圧縮要素(40)は、冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮する。
この例では、圧縮要素(40)は、1つの圧縮機により構成される。圧縮要素(40)の入口は、圧縮機の吸入ポートにより構成され、圧縮要素(40)の出口は、圧縮機の吐出ポートにより構成される。例えば、圧縮要素(40)を構成する圧縮機は、電動機と電動機により回転駆動される圧縮機構とを有する回転式の圧縮機である。また、圧縮要素(40)を構成する圧縮機は、回転数(運転周波数)が調節可能な可変容量式の圧縮機である。
第1熱源通路(P21)は、圧縮要素(40)の入口を構成する圧縮機の吸入ポートとガス連絡通路(P11)の一端とを接続する。
〈熱源ファン〉
熱源ファン(22)は、熱源熱交換器(50)の近傍に配置され、熱源熱交換器(50)に熱源空気を搬送する。この例では、熱源空気は、室外空気である。
〈熱源熱交換器〉
熱源熱交換器(50)は、熱源熱交換器(50)を流れる冷媒と熱源熱交換器(50)に搬送される熱源空気とを熱交換させる。例えば、熱源熱交換器(50)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
第2熱源通路(P22)は、熱源熱交換器(50)のガス端と圧縮要素(40)の出口を構成する圧縮機の吐出ポートとを接続する。
〈レシーバ〉
レシーバ(60)は、冷媒を貯留し、貯留した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離させる。例えば、レシーバ(60)は、円筒状に形成された圧力容器である。レシーバ(60)は、入口と、液出口と、ガス出口とを有する。液出口は、レシーバ(60)の下部(具体的には上下方向の中央よりも下方の部分)に設けられる。ガス出口は、レシーバ(60)の上部(具体的には上下方向の中央よりも上方の部分)に設けられる。
第3熱源通路(P23)は、レシーバ(60)の入口と熱源熱交換器(50)の液端とを接続する。第4熱源通路(P24)は、レシーバ(60)の液出口と液連絡通路(P12)の一端とを接続する。
〈ガス抜き通路〉
ガス抜き通路(61)は、レシーバ(60)からガス状態の冷媒を排出させる通路である。例えば、ガス抜き通路(61)は、冷媒配管により構成される。この例では、ガス抜き通路(61)の一端は、レシーバ(60)のガス出口に接続され、ガス抜き通路(61)の他端は、圧縮要素(40)の入口に繋がる第1熱源通路(P21)の中途部に接続される。レシーバ(60)からガス抜き通路(61)に排出されたガス状態の冷媒は、圧縮要素(40)に吸入される。
〈ガス抜き弁〉
ガス抜き弁(62)は、ガス抜き通路(61)に設けられる。ガス抜き弁(62)が閉状態から開状態になると、レシーバ(60)からガス抜き通路(61)へガス状態の冷媒が排出されるようになる。ガス抜き弁(62)が開状態から閉状態になると、レシーバ(60)からガス抜き通路(61)へガス状態の冷媒が排出されないようになる。この例では、ガス抜き弁(62)は、開度が調節可能である。例えば、ガス抜き弁(62)は、電動弁である。
〈熱源膨張弁〉
熱源膨張弁(65)は、第3熱源通路(P23)に設けられる。熱源膨張弁(65)は、開度が調節可能である。例えば、熱源膨張弁(65)は、電動弁である。
〈圧力逃がし弁〉
圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた作動圧力を上回ると作動する。この例では、圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)に設けられる。圧力逃がし弁(66)が作動すると、レシーバ(60)内の冷媒が圧力逃がし弁(66)を通じてレシーバ(60)から排出される。なお、作動圧力は、冷媒の臨界圧力(7.38MPa)よりも高い圧力である。例えば、作動圧力は、8.4MPaに設定される。
〔熱源ユニット内の各種センサ〕
熱源ユニット(20)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示省略)が設けられる。これらの各種センサにより検出される物理量の例としては、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の低圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の中間圧冷媒の圧力および温度、熱源熱交換器(50)の冷媒の圧力および温度、熱源ユニット(20)に吸い込まれる空気の温度などが挙げられる。各種センサは、検出結果を示す検出信号を熱源制御部(23)に送信する。
この例では、熱源ユニット(20)に設けられる各種センサには、レシーバ圧力センサ(25)と、レシーバ温度センサ(26)とが含まれる。レシーバ圧力センサ(25)は、レシーバ(60)内の圧力(具体的には冷媒の圧力)を検出する。レシーバ温度センサ(26)は、レシーバ(60)内の温度(具体的には冷媒の温度)を検出する。
〔熱源制御部〕
熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサおよび熱源ユニット(20)の各部と通信線により接続される。図2に示すように、熱源制御部(23)には、圧縮要素(40)、熱源膨張弁(65)、ガス抜き弁(62)、熱源ファン(22)、レシーバ圧力センサ(25)、レシーバ温度センサ(26)などが接続される。熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)の外部から送信された信号を受信する。そして、熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサの検出信号および熱源ユニット(20)の外部から送信された信号に基づいて、熱源ユニット(20)の各部を制御する。
例えば、熱源制御部(23)は、プロセッサと、プロセッサと電気的に接続されてプロセッサを動作させるためのプログラムおよび情報を記憶するメモリとにより構成される。プロセッサがプログラムを実行することにより、熱源制御部(23)の各種の機能が実現される。
〔利用回路〕
利用回路(31)は、利用熱交換器(70)と、利用膨張弁(75)とを有する。また、利用回路(31)には、第1および第2利用通路(P31,P32)が設けられる。例えば、第1および第2利用通路(P31,P32)は、冷媒配管により構成される。
〈利用ファン〉
利用ファン(32)は、利用熱交換器(70)の近傍に配置され、利用熱交換器(70)に利用空気を搬送する。この例では、利用空気は、室内空気である。
〈利用熱交換器〉
利用熱交換器(70)は、利用熱交換器(70)を流れる冷媒と利用熱交換器(70)に搬送される利用空気とを熱交換させる。例えば、利用熱交換器(70)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
第1利用通路(P31)は、利用熱交換器(70)のガス端とガス連絡通路(P11)とを接続する。第2利用通路(P32)は、利用熱交換器(70)の液端と液連絡通路(P12)とを接続する。
〈利用膨張弁〉
利用膨張弁(75)は、第2利用通路(P32)に設けられる。利用膨張弁(75)は、開度が調節可能である。例えば、利用膨張弁(75)は、電動弁である。
〔利用ユニット内の各種センサ〕
利用ユニット(30)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示省略)が設けられる。これらの各種センサにより検出される物理量の例としては、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の低圧冷媒の圧力および温度、利用熱交換器(70)の冷媒の圧力および温度、利用ユニット(30)に吸い込まれる空気の温度などが挙げられる。各種センサは、検出結果を示す検出信号を利用制御部(33)に送信する。
〔利用制御部〕
利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサおよび利用ユニット(30)の各部と通信線により接続される。図2に示すように、利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)などが接続される。利用制御部(33)は、利用ユニット(30)の外部から送信された信号を受信する。そして、利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサの検出信号および利用ユニット(30)の外部から送信された信号に基づいて、利用ユニット(30)の各部を制御する。
例えば、利用制御部(33)は、プロセッサと、プロセッサと電気的に接続されてプロセッサを動作させるためのプログラムおよび情報を記憶するメモリとにより構成される。プロセッサがプログラムを実行することにより、利用制御部(33)の各種の機能が実現される。
〔冷媒回路〕
上述のとおり、冷媒回路(11)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されて構成される。冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)を有する。この例では、複数の熱交換器(12)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)に設けられた熱源熱交換器(50)と、2つの利用ユニット(30)の利用回路(31)の各々に設けられた利用熱交換器(70)とを含む。また、冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)の他に、レシーバ(60)、ガス抜き通路(61)、ガス抜き弁(62)、熱源膨張弁(65)などの熱源回路(21)の構成要素と、利用膨張弁(75)などの利用回路(31)の構成要素とを有する。
〔制御部〕
冷凍システム(10)では、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが制御部(15)を構成する。具体的には、図2に示すように、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが通信線により接続される。制御部(15)は、冷凍システム(10)に設けられた各種センサの検出信号および冷凍システム(10)の外部から送信された信号に基づいて、冷凍システム(10)の各部を制御する。これにより、冷凍システム(10)の動作が制御される。
この例では、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)のうち熱源制御部(23)が主体となって冷凍システム(10)の各部を制御する。具体的には、熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)の各部を制御し、且つ、複数の利用制御部(33)の各々を制御することで複数の利用ユニット(30)の各部を制御する。このようして、熱源制御部(23)は、冷凍システム(10)の各部を制御する。
〔運転動作〕
実施形態1の冷凍システム(10)では、単純冷房運転が行われる。単純冷房運転では、利用ユニット(30)が稼働して室内の冷房を行う。
〈冷凍システムの各部の状態〉
単純冷房運転では、圧縮要素(40)と熱源ファン(22)と利用ファン(32)が駆動状態となる。
〈制御部の動作〉
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて熱源膨張弁(65)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど熱源膨張弁(65)の開度を小さくする。なお、制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を基本的に全開にし、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなった場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくしてもよい。例えば、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた閾値を上回らない場合に熱源膨張弁(65)の開度を全開に維持し、レシーバ(60)内の圧力(RP)が閾値を上回る場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくするように構成されてもよい。
また、制御部(15)は、2つの利用ユニット(30)の各々において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の過熱度が目標過熱度となるように、利用膨張弁(75)の開度を調節する。
また、制御部(15)は、レシーバ圧力制御を行う。レシーバ圧力制御では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に基づいてガス抜き弁(62)を制御する。レシーバ圧力制御については、後で詳しく説明する。
なお、レシーバ(60)内の圧力(RP)は、レシーバ圧力センサ(25)により検出された圧力であってもよいし、レシーバ温度センサ(26)により検出された温度に基づいて導出された圧力であってもよい。言い換えると、制御部(15)は、レシーバ圧力センサ(25)の検出信号に基づいてレシーバ(60)内の圧力(RP)を導出してもよいし、レシーバ温度センサ(26)の検出信号に基づいてレシーバ(60)内の圧力(RP)を導出してもよい。
〈冷凍サイクルの詳細〉
単純冷房運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、2つの利用ユニット(30)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から2つの利用膨張弁(75)をそれぞれ経由して2つの利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
具体的には、熱源ユニット(20)の圧縮要素(40)から吐出された冷媒は、熱源熱交換器(50)において放熱する。熱源熱交換器(50)から流出した冷媒は、熱源膨張弁(65)において減圧された後に、レシーバ(60)に流入する。熱源ユニット(20)のレシーバ(60)の液出口から流出した冷媒は、液連絡通路(P12)を経由して2つの利用ユニット(30)に分流する。利用ユニット(30)に流入した冷媒は、利用膨張弁(75)において減圧された後に、利用熱交換器(70)において蒸発する。これにより、室内空気が冷却される。利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、ガス連絡通路(P11)を経由して熱源ユニット(20)の圧縮要素(40)に吸入されて圧縮される。
なお、単純冷房運転は、第1運転の一例である。第1運転では、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)に冷媒が流れる。熱源熱交換器(50)は、第1運転において放熱器となる熱交換器(12)の一例であり、利用熱交換器(70)は、第1運転において蒸発器となる熱交換器(12)の一例である。
また、単純冷房運転は、冷房運転の一例でもある。冷房運転では、熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ利用熱交換器(70)が蒸発器となり、熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
〔冷媒の偏流〕
なお、第1運転の一例である単純冷房運転では、運転条件によっては、超臨界状態の冷媒がレシーバ(60)に流入してレシーバ(60)内の圧力(RP)が冷媒の臨界圧力を上回るおそれがある。例えば、熱源熱交換器(50)に搬送される熱源空気の温度が高いなどの理由により熱源熱交換器(50)における冷媒の圧力が高くなっている場合に、超臨界状態の冷媒がレシーバ(60)に流入する可能性がある。このように、レシーバ(60)内の圧力(RP)が冷媒の臨界圧力を上回る場合、レシーバ(60)内の冷媒をガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離することが困難となり、レシーバ(60)から蒸発器となる複数の利用熱交換器(70)へ向かう冷媒を液冷媒にすることが困難となる。そのため、蒸発器となる複数の利用熱交換器(70)において冷媒が偏流するおそれがある。
例えば、超臨界状態の冷媒は、液状態の冷媒よりも、比体積が大きく流路における圧力損失が大きくなる傾向がある。そのため、レシーバ(60)から蒸発器となる複数の利用熱交換器(70)へ向かう冷媒が超臨界状態である場合、冷媒が液状態である場合よりも、レシーバ(60)から複数の利用熱交換器(70)の各々に至る流路の圧力損失のばらつきが大きくなり、その結果、複数の利用熱交換器(70)において冷媒が偏流するおそれがある。具体的には、レシーバ(60)から複数の利用熱交換器(70)の各々に至る流路のうち圧力損失が比較的に小さい流路において冷媒が流れやすくなり、圧力損失が比較的に大きい流路において冷媒が流れにくくなる。
〔レシーバ圧力制御〕
次に、図3を参照して、レシーバ圧力制御について説明する。制御部(15)は、第1運転において、以下の動作を行う。
〈ステップ(S101)〉
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回るか否かを判定する。なお、第1圧力(Pth1)は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。この例では、第1圧力(Rth1)は、冷媒の臨界圧力よりも低い圧力である。例えば、第1圧力(Pth1)は、6.8MPaに設定される。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ステップ(S102)の処理が行われる。
〈ステップ(S102)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。例えば、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた初期開度(例えば最小開度)にする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
〈ステップ(S103)〉
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)から第3圧力(Pth3)までの範囲内であるか否かを判定する。以下では、第2圧力(Pth2)から第3圧力(Pth3)までの範囲を「第1範囲」と記載する。なお、第2圧力(Pth2)は、第1圧力(Pth1)よりも低い圧力である。第3圧力(Pth3)は、第1圧力(Pth1)よりも高い圧力である。また、第3圧力(Pth3)は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。例えば、第2圧力(Pth2)は、6.7MPaに設定され、第3圧力(Pth3)は、6.9MPaに設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内である場合には、ステップ(S104)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S105)の処理が行われる。
〈ステップ(S104)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内である場合、制御部(15)は、第1動作を行う。第1動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた目標圧力となるに、ガス抜き弁(62)の開度を調節する。なお、目標圧力は、第1範囲内において予め定められる圧力であり、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。この例では、目標圧力は、冷媒の臨界圧力よりも低い圧力である。例えば、目標圧力は、第1範囲の中央値である6.8MPaに設定される。また、この例では、目標圧力は、第1圧力(Pth1)と同一である。次に、ステップ(ST103)の処理が行われる。
この例では、第1動作において、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差に基づいて開度変更量を導出し、その導出された開度変更量に基づいてガス抜き弁(62)の開度を変更する。
具体的には、レシーバ(60)内の圧力(RP)から目標圧力を減算して得られる圧力差が正である場合、開度変更量の符号は「正」となり、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差が大きくなるほど、正の開度変更量の絶対値が大きくなる。制御部(15)は、正の開度変更量の絶対値が大きくなるほど、ガス抜き弁(62)の開度を大きくする。
一方、レシーバ(60)内の圧力(RP)から目標圧力を減算して得られる圧力差が負である場合、開度変更量の符号は「負」となり、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差が大きくなるほど、負の開度変更量の絶対値が大きくなる。制御部(15)は、負の開度変更量の絶対値が大きくなるほど、ガス抜き弁(62)の開度を小さくする。
このように、正の開度変更量は、ガス抜き弁(62)の開度の増加量を示し、負の開度変更量は、ガス抜き弁(62)の開度の減少量を示す。以下では、正の開度変更量を「開度増加量」と記載し、負の開度変更量を「開度減少量」と記載する。
また、この例では、第1動作において、制御部(15)は、PID制御によりガス抜き弁(62)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差の比例と積分と微分に基づいて、開度変更量を導出する。
また、この例では、第1動作において、開度変更量には、上限と下限が設定される。例えば、開度変更量がパルス(pls)で示される場合、開度変更量の上限は「+10pls」に設定され、開度変更量の下限は「-10pls」に設定される。
〈ステップ(S105)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内ではない場合、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第3圧力(Pth3)から第4圧力(Pth4)までの範囲内であるか否かを判定する。以下では、第3圧力(Pth3)から第4圧力(Pth4)までの範囲を「第2範囲」と記載する。なお、第4圧力(Pth4)は、第3圧力(Pth3)よりも高い圧力である。第4圧力(Pth4)は、冷媒の臨界圧力よりも高い圧力であってもよい。この例では、第4圧力(Pth4)は、圧力逃がし弁(66)の作動圧力よりも低い圧力である。例えば、圧力逃がし弁(66)の作動圧力が8.4MPaである場合、第4圧力(Pth4)は8.3MPaに設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内である場合には、ステップ(S106)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S107)の処理が行われる。
〈ステップ(S106)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内である場合、制御部(15)は、第2動作を行う。第2動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほどガス抜き弁(62)の開度を大きくする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
この例では、第2動作において、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差が大きくなるほど開度増加量(正の開度変更量)が大きくなるように、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差に基づいて開度増加量を導出する。この目標圧力は、第1範囲内において予め定められた目標圧力(例えば6.8MPa)である。そして、制御部(15)は、開度増加量に基づいてガス抜き弁(62)の開度を大きくする。
また、この例では、第2動作において、制御部(15)は、P制御(比例制御)によりガス抜き弁(62)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差の比例に基づいて、開度増加量を導出する。レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差に比例して開度増加量が大きくなる。
また、この例では、第2動作において、開度変更量には、上限と下限が設定される。例えば、開度変更量がパルス(pls)で示される場合、開度変更量の上限は「+20pls」に設定され、開度変更量の下限は「0pls」に設定される。第2動作における開度変更量の上限値は、第1動作における開度変更量の上限値よりも大きい。第2動作における開度変更量の下限値は、第1動作における開度変更量の下限値よりも大きい。
〈ステップ(S107)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内ではない場合、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回るか否かを判定する。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回る場合には、ステップ(S108)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S109)の処理が行われる。
〈ステップ(S108)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回る場合、制御部(15)は、第3動作を行う。第3動作では、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度にする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
なお、最大開度は、上記の初期開度よりも大きい開度である。例えば、最大開度は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内である場合のガス抜き弁(62)の開度の最大値以上の開度である。具体的には、最大開度は、ガス抜き弁(62)が全開であるときの開度であってもよいし、ガス抜き弁(62)が全開であるときの開度よりも小さい開度であってもよい。例えば、ガス抜き弁(62)の開度がパルス(pls)で示される場合、最大開度は「480pls」に設定される。
〈ステップ(S109)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内ではなく、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内ではなく、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回らない場合、レシーバ(60)内の圧力(RP)は、第1範囲の下限値である第2圧力(Pth2)を下回っている。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)を下回る場合、制御部(15)は、第4動作を行う。第4動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほどガス抜き弁(62)の開度を小さくする。
この例では、第4動作において、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差が大きくなるほど開度減少量(負の開度変更量)が大きくなるように、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差に基づいて開度減少量を導出する。この目標圧力は、第1範囲内において予め定められた目標圧力(例えば6.8MPa)である。そして、制御部(15)は、開度減少量に基づいてガス抜き弁(62)の開度を小さくする。
また、この例では、第4動作において、制御部(15)は、P制御(比例制御)によりガス抜き弁(62)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差の比例に基づいて、開度減少量を導出する。レシーバ(60)内の圧力(RP)と目標圧力との差に比例して開度減少量が大きくなる。
また、この例では、第4動作において、開度変更量には、上限と下限が設定される。例えば、開度変更量がパルス(pls)で示される場合、開度変更量の上限は「0pls」に設定され、開度変更量の下限は「-20pls」に設定される。第4動作における開度変更量の上限値は、第1動作における開度変更量の上限値よりも小さい。第4動作における開度変更量の下限値は、第1動作における開度変更量の下限値よりも小さい。
〈ステップ(S110)〉
次に、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)が閉状態であるか否かを判定する。ガス抜き弁(62)が閉状態である場合には、ステップ(S101)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S103)の処理が行われる。
〔実施形態1の効果〕
以上のように、実施形態1の冷凍システム(10)では、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)(熱源熱交換器(50))が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)(利用熱交換器(70))が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転(単純冷房運転)が行われる。制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。
上記の構成では、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にすることにより、レシーバ(60)内のガス状態の冷媒をガス抜き通路(61)を通じて排出してレシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。これにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を冷媒の臨界圧力よりも低い圧力にすることができるので、レシーバ(60)内の冷媒をガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離することができ、レシーバ(60)から蒸発器となる複数の熱交換器(12)へ向かう冷媒を液冷媒にすることができる。その結果、第1運転において、蒸発器となる複数の熱交換器(12)(利用熱交換器(70))における冷媒の偏流を抑制することができる。
また、実施形態1の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)から第3圧力(Pth3)までの第1範囲内である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が目標圧力となるように、ガス抜き弁(62)の開度を調節する。
上記の構成では、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)を目標圧力にすることができる。なお、目標圧力は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)を冷媒の臨界圧力よりも低い圧力にすることができるので、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
また、実施形態1の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第3圧力(Pth3)から第4圧力(Pth4)までの第2範囲内である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほどガス抜き弁(62)の開度を大きくする。
上記の構成では、ガス抜き弁(62)の開度が大きくなるほど、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなる。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲よりも高い第2範囲である場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほどガス抜き弁(62)の開度を大きくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲に近づけることができる。これにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲内の圧力にすることができ、レシーバ(60)内の圧力(RP)を目標圧力にするための制御(第1動作)を行うことができる。
また、実施形態1の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度に維持する。
上記の構成では、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲の上限である第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、ガス抜き弁(62)の開度を最大開度に維持することにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を迅速に低下させることができる。これにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなり過ぎないようにすることができ、レシーバ(60)内の圧力異常の発生を抑制することができる。
また、実施形態1の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほどガス抜き弁(62)の開度を小さくする。
上記の構成では、ガス抜き弁(62)の開度が小さくなるほど、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなる。したがって、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲の下限である第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほどガス抜き弁(62)の開度を小さくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲に近づけることができる。これにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を第1範囲内の圧力にすることができ、レシーバ(60)内の圧力(RP)を目標圧力にするための制御(第1動作)を行うことができる。
(実施形態1の変形例)
実施形態1の冷凍システム(10)には、3つ以上の利用ユニット(30)が設けられてもよい。また、実施形態1の熱源ユニット(20)には、2つ以上の熱源熱交換器(50)が設けられてもよい。例えば、第1運転の一例である単純冷房運転では、2つ以上の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、且つ、3つ以上の利用熱交換器(70)が蒸発器となってもよい。
また、実施形態1の冷媒回路(11)は、熱源熱交換器(50)および利用熱交換器(70)に加えて、別の熱交換器(12)を有してもよい。言い換えると、実施形態1の冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)および利用熱交換器(70)に加えて、別の熱交換器(12)を含んでもよい。
また、以上の説明では、利用ユニット(30)が室内に設置される場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、利用ユニット(30)は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの冷凍設備(以下では「冷設」と記載)に設置されてもよい。冷設に設置された利用ユニット(30)は、冷設の庫内空気を冷却する。実施形態1の冷凍システム(10)において複数の利用ユニット(30)が冷設に設置される場合、この冷凍システム(10)では、冷設稼働運転が行われる。冷設稼働運転では、利用ユニット(30)が稼働して冷設の庫内の冷却を行う。冷設稼働運転は、第1運転の一例であり、冷房運転の一例でもある。
(実施形態2)
図4は、実施形態2の冷凍システム(10)の構成を例示する。実施形態2の冷凍システム(10)は、室内の空調と、冷設の庫内の冷却とを行う。実施形態2の複数の利用ユニット(30)は、室内に設置される室内ユニット(30a)と、冷設に設置される冷設ユニット(30b)とを含む。この例では、冷凍システム(10)には、2つの室内ユニット(30a)と、1つの冷設ユニット(30b)とが設けられる。
実施形態2の熱源ユニット(20)は、実施形態1の熱源ユニット(20)の構成に加えて冷却ファン(24)を備える。室内ユニット(30a)は、実施形態1の利用ユニット(30)の構成に加えて冷媒温度センサ(35)を備える。冷設ユニット(30b)の構成は、実施形態1の利用ユニット(30)の構成と同様である。
実施形態2では、実施形態1と同様に、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されることで、冷媒回路(11)が構成される。具体的には、ガス連絡通路(P11)は、第1ガス連絡通路(P15)と、第2ガス連絡通路(P16)とを含み、液連絡通路(P12)は、第1液連絡通路(P17)と、第2液連絡通路(P18)とを含む。熱源回路(21)の2つのガス端に第1および第2ガス連絡通路(P15,P16)がそれぞれ接続され、熱源回路(21)の2つの液端に第1および第2液連絡通路(P17,P18)が接続される。室内ユニット(30a)の利用回路(31)のガス端が第1ガス連絡通路(P15)に接続され、室内ユニット(30a)の利用回路(31)の液端が第1液連絡通路(P17)に接続される。冷設ユニット(30b)の利用回路(31)のガス端が第2ガス連絡通路(P16)に接続され、冷設ユニット(30b)の利用回路(31)の液端が第2液連絡通路(P18)に接続される。
〔熱源回路〕
実施形態2の熱源回路(21)は、実施形態1の熱源回路(21)の構成に加えて、流路切換機構(45)と、冷却熱交換器(51)と、中間冷却器(52)と、冷却膨張弁(67)とを有する。また、熱源回路(21)には、図1に示した第1~第4熱源通路(P21~P24)の代わりに、第1~第7通路(P51~P57)が設けられる。例えば、第1~第7通路(P51~P57)は、冷媒配管により構成される。
〈圧縮要素〉
圧縮要素(40)は、第1圧縮機(41)と、第2圧縮機(42)と、第3圧縮機(43)とを有する。第1~第3圧縮機(41~43)の構成は、実施形態1の圧縮要素(40)の圧縮機の構成と同様である。圧縮要素(40)は、二段圧縮式であり、第1圧縮機(41)と第2圧縮機(42)が低段側の圧縮機を構成し、第3圧縮機(43)が高段側の圧縮機を構成する。第1圧縮機(41)は、室内ユニット(30a)に対応し、第2圧縮機(42)は、冷設ユニット(30b)に対応する。
また、圧縮要素(40)には、第1~第3吸入通路(P41~P43)と、第1~第3吐出通路(P44~P46)と、中間通路(P47)とが設けられる。例えば、第1~第3吸入通路(P41~P43)と第1~第3吐出通路(P44~P46)と中間通路(P47)は、冷媒配管により構成される。
第1~第3圧縮機(41~43)の吸入ポートは、第1~第3吸入通路(P41~P43)の一端にそれぞれ接続される。第1~第3圧縮機(41~43)の吐出ポートは、第1~第3吐出通路(P44~P46)の一端にそれぞれ接続される。第1吸入通路(P41)の他端は、後述する流路切換機構(45)の第2ポート(Q2)に接続される。第2吸入通路(P42)の他端は、第2ガス連絡通路(P16)の一端に接続される。第3吸入通路(P43)の他端は、中間通路(P47)により第1吐出通路(P44)の他端および第2吐出通路(P45)の他端に接続される。第3吐出通路(P46)の他端は、後述する流路切換機構(45)の第1ポート(Q1)に接続される。
〈流路切換機構〉
流路切換機構(45)は、第1~第4ポート(Q1~Q4)を有し、第1~第4ポート(Q1~Q4)の連通状態を切り換え可能である。
この例では、流路切換機構(45)は、第1三方弁(46)と、第2三方弁(47)とを有する。また、流路切換機構(45)には、第1~第4切換通路(P1~P4)が設けられる。例えば、第1~第4切換通路(P1~P4)は、冷媒配管により構成される。
第1三方弁(46)は、第1~第3ポートを有し、第1ポートと第3ポートとが連通する第1状態(図4の実線で示す状態)と、第2ポートと第3ポートとが連通する第2状態(図4の破線で示す状態)とに切り換えられる。第2三方弁(47)の構成は、第1三方弁(46)の構成と同様である。第2三方弁(47)は、第1ポートと第3ポートとが連通する第1状態(図4の破線で示す状態)と、第2ポートと第3ポートとが連通する第2状態(図4の実線で示す状態)とに切り換えられる。
第1切換通路(P1)は、第1三方弁(46)の第1ポートと第3吐出通路(P46)の他端とを接続し、第2切換通路(P2)は、第2三方弁(47)の第1ポートと第3吐出通路(P46)の他端とを接続する。第3切換通路(P3)は、第1三方弁(46)の第2ポートと第1吸入通路(P41)の他端とを接続し、第4切換通路(P4)は、第2三方弁(47)の第2ポートと第1吸入通路(P41)の他端とを接続する。第1三方弁(46)の第3ポートは、第1通路(P51)により第1ガス連絡配管(P13)の一端に接続される。第2三方弁(47)の第3ポートは、第2通路(P52)により熱源熱交換器(50)のガス端に接続される。
この例では、第1切換通路(P1)と第2切換通路(P2)と第3吐出通路(P46)との接続部が第1ポート(Q1)を構成し、第3切換通路(P3)と第4切換通路(P4)と第1吸入通路(P41)との接続部が第2ポート(Q2)を構成する。第1三方弁(46)の第3ポートが第3ポート(Q3)を構成し、第2三方弁(47)の第3ポートが第4ポート(Q4)を構成する。
〈熱源熱交換器〉
実施形態2の熱源熱交換器(50)の構成は、実施形態1の熱源熱交換器(50)の構成と同様である。
〈レシーバ〉
実施形態2のレシーバ(60)の構成は、実施形態1のレシーバ(60)の構成と同様である。
〈第1~第7通路〉
第1通路(P51)は、流路切換機構(45)の第3ポート(Q3)と第1ガス連絡通路(P15)の一端とを接続する。第2通路(P52)は、流路切換機構(45)の第4ポート(Q4)と熱源熱交換器(50)のガス端とを接続する。第3通路(P53)は、熱源熱交換器(50)の液端とレシーバ(60)の入口とを接続する。第4通路(P54)は、レシーバ(60)の液出口と液連絡通路(P12)の一端とを接続する。具体的には、第4通路(P54)は、主通路(P54a)と、第1分岐通路(P54b)と、第2分岐通路(P54c)とを有する。主通路(P54a)の一端は、レシーバ(60)の液出口に接続される。第1分岐通路(P54b)の一端および第2分岐通路(P54c)の一端は、主通路(P54a)の他端に接続される。第1分岐通路(P54b)の他端は、第1液連絡通路(P17)の一端に接続される。第2分岐通路(P54c)の他端は、第2液連絡通路(P18)の一端に接続される。
第5通路(P55)は、第3通路(P53)の第1中途部(Q31)と第4通路(P54)の第1中途部(Q41)とを接続する。第4通路(P54)の第1中途部(Q41)は、第4通路(P54)の主通路(P54a)に位置する。第6通路(P56)は、第4通路(P54)の第2中途部(Q42)と第3吸入通路(P43)の他端とを接続する。第4通路(P54)の第2中途部(Q42)は、第4通路(P54)の主通路(P54a)に位置し、第4通路(P54)の第1中途部(Q41)と主通路(P54a)の他端(主通路(P54a)と第1分岐通路(P54b)と第2分岐通路(P54c)との接続部)との間に位置する。第7通路(P57)は、第3通路(P53)の第2中途部(Q32)と第4通路(P54)の第3中途部(Q43)とを接続する。第3通路(P53)の第2中途部(Q32)は、第3通路(P53)において第1中途部(Q31)とレシーバ(60)との間に位置する。第4通路(P54)の第3中途部(Q43)は、第4通路(P54)の第1分岐通路(P54b)に位置する。
〈ガス抜き通路〉
実施形態2のガス抜き通路(61)の一端は、レシーバ(60)のガス出口に接続される。実施形態2のガス抜き通路(61)の他端は、第6通路(P56)の中途部(Q60)に接続される。
〈ガス抜き弁〉
実施形態2のガス抜き弁(62)の構成は、実施形態1のガス抜き弁(62)の構成と同様である。ガス抜き弁(62)は、ガス抜き通路(61)に設けられる。
〈熱源膨張弁〉
実施形態2の熱源膨張弁(65)の構成は、実施形態1の熱源膨張弁(65)の構成と同様である。熱源膨張弁(65)は、第3通路(P53)において熱源熱交換器(50)と第3通路(P53)の第1中途部(Q31)との間に設けられる。
〈圧力逃がし弁〉
実施形態2の圧力逃がし弁(66)の構成は、実施形態1の圧力逃がし弁(66)の構成と同様である。圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)に設けられる。
〈冷却熱交換器〉
冷却熱交換器(51)は、第4通路(P54)と第6通路(P56)とに接続され、第4通路(P54)を流れる冷媒と第6通路(P56)を流れる冷媒とを熱交換させる。
この例では、冷却熱交換器(51)は、第4通路(P54)に組み込まれる第1冷媒通路(51a)と、第6通路(P56)に組み込まれる第2冷媒通路(51b)とを有する。第1冷媒通路(51a)は、第4通路(P54)においてレシーバ(60)と第1中途部(Q41)との間に配置される。第2冷媒通路(51b)は、第6通路(P56)において第6通路(P56)の一端(第4通路(P54)の第2中途部(Q42))と第6通路(P56)の中途部(Q60)との間に配置される。そして、冷却熱交換器(51)は、第1冷媒通路(51a)を流れる冷媒と第2冷媒通路(51b)を流れる冷媒とを熱交換させる。例えば、冷却熱交換器(51)は、プレート式の熱交換器である。
〈冷却ファン〉
冷却ファン(24)は、中間冷却器(52)の近傍に配置され、中間冷却器(52)に熱源空気を搬送する。この例では、熱源空気は、室外空気である。
〈中間冷却器〉
中間冷却器(52)は、中間通路(P47)に設けられ、中間通路(P47)を流れる冷媒と中間冷却器(52)に搬送される熱源空気とを熱交換させる。これにより、中間通路(P47)を流れる冷媒が冷却される。例えば、中間冷却器(52)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
〈逆止弁〉
実施形態2の熱源回路(21)には、第1~第7逆止弁(CV1~CV7)が設けられる。第1逆止弁(CV1)は、第1吐出通路(P44)に設けられる。第2逆止弁(CV2)は、第2吐出通路(P45)に設けられる。第3逆止弁(CV3)は、第3吐出通路(P46)に設けられる。
第4逆止弁(CV4)は、第3通路(P53)において第1中途部(Q31)と第2中途部(Q32)との間に設けられる。第5逆止弁(CV5)は、第4通路(P54)の第1分岐通路(P54b)において第4通路(P54)の一端(主通路(P54a)と第1分岐通路(P54b)と第2分岐通路(P54c)との接続部)と第4通路(P54)の第3中途部(Q43)との間に配置される。第6逆止弁(CV6)は、第5通路(P55)に設けられる。第7逆止弁(CV7)は、第7通路(P57)に設けられる。
第1~第7逆止弁(CV1~CV7)の各々は、図4に示した矢印の方向の冷媒の流れを許容し、その逆方向の冷媒の流れを禁止する。
〈油分離回路〉
実施形態2の熱源回路(21)には、油分離回路(80)が設けられる。油分離回路(80)は、油分離器(81)と、第1~第3油戻し管(82~84)と、第1~第4油量調節弁(85~88)とを有する。
油分離器(81)は、第3吐出通路(P46)に設けられ、圧縮要素(40)の第3圧縮機(43)から吐出された冷媒から油を分離する。第1油戻し管(82)は、油分離器(81)と第2吸入通路(P42)の中途部とを接続する。第2油戻し管(83)は、油分離器(81)と中間通路(P47)の中途部とを接続する。第3油戻し管(84)は、油分離器(81)と第1圧縮機(41)および第2圧縮機(42)の油溜まり部とを接続する。具体的には、第3油戻し管(84)は、主管(84a)と、第1分岐管(84b)と、第2分岐管(84c)とを有する。主管(84a)の一端は、油分離器(81)に接続される。第1分岐管(84b)および第2分岐管(84c)の一端は、主管(84a)の他端に接続される。第1分岐管(84b)および第2分岐管(84c)の他端は、第1圧縮機(41)および第2圧縮機(42)の油溜まり部にそれぞれ接続される。
第1油量調節弁(85)は、第1油戻し管(82)に設けられ、第2油量調節弁(86)は、第2油戻し管(83)に設けられる。第3油量調節弁(87)は、第3油戻し管(84)の第1分岐管(84b)に設けられ、第4油量調節弁(88)は、第3油戻し管(84)の第2分岐管(84c)に設けられる。
このような構成により、油分離器(81)の油は、第1油戻し管(82)を通じて第2圧縮機(42)に戻される。また、油分離器(81)の油は、第2油戻し管(83)を通じて第3圧縮機(43)に戻される。また、油分離器(81)の油は、第3油戻し管(84)を通じて第1圧縮機(41)および第2圧縮機(42)の油溜まり部に戻される。
〔熱源ユニット内の各種センサ〕
実施形態1と同様に、実施形態2の熱源ユニット(20)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサが設けられる。この例では、熱源ユニット(20)に設けられる各種センサには、レシーバ圧力センサ(25)と、レシーバ温度センサ(26)とが含まれる。
〔熱源制御部〕
実施形態2の熱源制御部(23)の構成は、実施形態1の熱源制御部(23)の構成と同様である。図5に示すように、実施形態2の熱源制御部(23)には、流路切換機構(45)、圧縮要素(40)、熱源膨張弁(65)、冷却膨張弁(67)、ガス抜き弁(62)、熱源ファン(22)、冷却ファン(24)、レシーバ圧力センサ(25)、レシーバ温度センサ(26)、第1~第4油量調節弁(85~88)などが接続される。実施形態1と同様に、実施形態2の熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサの検出信号および熱源ユニット(20)の外部から送信された信号に基づいて、熱源ユニット(20)の各部を制御する。
〔利用回路〕
実施形態2の利用回路(31)の構成は、実施形態1の利用回路(31)の構成と同様である。
〔利用ユニット内の各種センサ〕
実施形態1と同様に、実施形態2の利用ユニット(30)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサが設けられる。この例では、室内ユニット(30a)に設けられる各種センサには、冷媒温度センサ(35)が含まれる。冷媒温度センサ(35)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)の液側に設けられ、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となる場合に利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度を検出する。
〔利用制御部〕
実施形態2の利用制御部(33)の構成は、実施形態1の利用制御部(33)の構成と同様である。図5に示すように、室内ユニット(30a)の利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)、冷媒温度センサ(35)などが接続される。冷設ユニット(30b)の利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)などが接続される。実施形態1と同様に、実施形態2の利用ユニット(30)の利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサの検出信号および利用ユニット(30)の外部から送信された信号に基づいて、利用ユニット(30)の各部を制御する。
〔冷媒回路〕
実施形態1と同様に、実施形態2の冷媒回路(11)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されて構成される。実施形態2の冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)を有する。実施形態2では、複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)と、冷却熱交換器(51)と、中間冷却器(52)と、3つの利用ユニット(30)の利用回路(31)の各々に設けられた利用熱交換器(70)とを含む。また、実施形態1と同様に、実施形態2の冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)の他に、レシーバ(60)、ガス抜き通路(61)、ガス抜き弁(62)、熱源膨張弁(65)などの熱源回路(21)の構成要素と、利用膨張弁(75)などの利用回路(31)の構成要素とを有する。
〔制御部〕
実施形態1と同様に、実施形態2の冷凍システム(10)では、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが制御部(15)を構成する。具体的には、図5に示すように、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが通信線により接続される。また、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)のうち熱源制御部(23)が主体となって冷凍システム(10)の各部を制御する。
〔運転動作〕
実施形態2の冷凍システム(10)では、第1暖房兼冷設稼働運転、第2暖房兼冷設稼働運転、冷房兼冷設稼働運転などの各種運転が行われる。
〔第1暖房兼冷設稼働運転〕
次に、図6を参照して、第1暖房兼冷設稼働運転について説明する。第1暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の暖房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内を冷却する。第1暖房兼冷設稼働運転は、室内ユニット(30a)に必要な暖房能力が比較的に大きい条件下において実行される。
〈冷凍システムの各部の状態〉
第1暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第1状態となり、第2三方弁(47)が第2状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第3ポート(Q3)とが連通し、第2ポート(Q2)と第4ポート(Q4)とが連通する。第1~第3圧縮機(41~43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)が駆動状態となり、冷却ファン(24)が停止状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動する。
〈制御部の動作〉
制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を所定開度に維持する。また、制御部(15)は、冷設ユニット(30b)において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の過熱度が目標過熱度となるように、利用膨張弁(75)の開度を調節する。
また、制御部(15)は、レシーバ圧力制御を行う。実施形態2のレシーバ圧力制御は、実施形態1のレシーバ圧力制御と同様である。
また、制御部(15)は、2つの室内ユニット(30a)の各々において、利用膨張弁制御を行う。利用膨張弁制御では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の開度を調節する。なお、利用膨張弁制御については、後で詳しく説明する。
〈冷凍サイクルの詳細〉
第1暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から熱源膨張弁(65)を経由して熱源熱交換器(50)に冷媒が流れる。また、レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
具体的には、熱源ユニット(20)の第1圧縮機(41)および第2圧縮機(42)の各々から吐出された冷媒は、中間冷却器(52)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。第3圧縮機(43)から吐出された冷媒は、第1三方弁(46)と第1ガス連絡通路(P15)とを経由して2つの室内ユニット(30a)に分流する。
室内ユニット(30a)に流入した冷媒は、利用熱交換器(70)において放熱する。これにより、室内空気が加熱される。室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、利用膨張弁(75)において減圧された後に、第1液連絡通路(P17)を経由して熱源ユニット(20)のレシーバ(60)に流入する。
熱源ユニット(20)のレシーバ(60)の液出口から流出した冷媒は、冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)において冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れる冷媒に吸熱される。冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)から流出した冷媒は、その一部が第5通路(P55)に流入し、その残部が第6通路(P56)と第2液連絡通路(P18)とに分流する。
第5通路(P55)に流入した冷媒は、熱源膨張弁(65)において減圧された後に、熱源熱交換器(50)において蒸発する。熱源熱交換器(50)から流出した冷媒は、流路切換機構(45)の第2三方弁(47)を経由して第1圧縮機(41)に吸入されて圧縮される。
第6通路(P56)に流入した冷媒は、冷却膨張弁(67)において減圧された後に、冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。
第2液連絡通路(P18)に流入した冷媒は、冷設ユニット(30b)に流入し、利用膨張弁(75)において減圧された後に、利用熱交換器(70)において蒸発する。冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、第2ガス連絡通路(P16)を経由して熱源ユニット(20)の第2圧縮機(42)に吸入されて圧縮される。
なお、第1暖房兼冷設稼働運転は、第1暖房運転の一例である。第1暖房運転では、複数の熱交換器(12)のうち利用熱交換器(70)が放熱器となり、利用熱交換器(70)から利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。なお、第1暖房運転は、第1運転の一例である。
〔利用膨張弁制御〕
次に、図7を参照して、利用膨張弁制御について説明する。制御部(15)は、第1暖房運転において、2つの室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の各々に対して、以下の動作を行う。
〈ステップ(S201)〉
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた設定圧力(Ps)を上回るか否かを判定する。なお、設定圧力(Ps)は、第1圧力(Pth1)よりも高い圧力である。設定圧力(Ps)は、冷媒の臨界圧力よりも高い圧力であってもよい。設定圧力(Ps)は、第3圧力(Pth3)よりも高い圧力であることが好ましい。設定圧力(Ps)は、第4圧力(Pth4)以上の圧力であってもよい。この例では、設定圧力(Ps)は、圧力逃がし弁(66)の作動圧力よりも低い圧力である。例えば、第4圧力(Pth4)が8.3MPaであり圧力逃がし弁(66)の作動圧力が8.4MPaである場合、設定圧力(Ps)は、8.3MPa以上で且つ8.4MPa未満の圧力に設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回らない場合には、ステップ(S202)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S203)の処理が行われる。
〈ステップ(S202)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回らない場合、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の開度を調節する。例えば、目標温度は、室内ユニット(30a)が設けられる室内に対して設定された設定温度(暖房目標温度)に所定値を加算して得られる温度に設定される。この例では、制御部(15)は、室内ユニット(30a)に設けられた冷媒温度センサ(35)の検出信号に基づいて、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度を導出する。次に、ステップ(S201)へ進む。
〈ステップ(S203)〉
レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回る場合、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の開度を小さくする。例えば、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度に対して予め定められた目標温度を下げることにより、利用膨張弁(75)の開度を小さくする。この例では、制御部(15)は、予め定められた開度変更量だけ利用膨張弁(75)の開度を小さくする。次に、ステップ(S201)へ進む。
〔第2暖房兼冷設稼働運転〕
次に、図8を参照して、第2暖房兼冷設稼働運転について説明する。第2暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の暖房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内の冷却を行う。第2暖房兼冷設稼働運転は、室内ユニット(30a)に必要な暖房能力が比較的に小さい条件下において実行される。
〈冷凍システムの各部の状態〉
第2暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第1状態となり、第2三方弁(47)が第1状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第3ポート(Q3)および第4ポート(Q4)とが連通する。第1圧縮機(41)が停止状態となり、第2および第3圧縮機(42,43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)が駆動状態となり、冷却ファン(24)が停止状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動状態となる。
〈制御部の動作〉
制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持する。また、制御部(15)は、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力に応じて熱源ファン(22)の発停を制御する。具体的には、制御部(15)は、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力が予め定められた第1閾値を上回ると、駆動中の熱源ファン(22)を停止させ、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力が第1閾値よりも低い第2閾値を下回ると、停止中の熱源ファン(22)を起動させる。
また、制御部(15)は、2つの室内ユニット(30a)の各々において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように利用膨張弁(75)の開度を調節する。
また、制御部(15)は、冷設ユニット(30b)において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の過熱度が目標過熱度となるように利用膨張弁(75)の開度を調節する。
〈冷凍サイクルの詳細〉
第2暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)と室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。また、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
具体的には、熱源ユニット(20)の第2圧縮機(42)から吐出された冷媒は、中間冷却器(52)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。第3圧縮機(43)から吐出された冷媒の一部は、第2三方弁(47)を経由して熱源熱交換器(50)に流入し、熱源熱交換器(50)において放熱する。熱源熱交換器(50)から流出した冷媒は、熱源膨張弁(65)において減圧された後に、レシーバ(60)に流入する。第3圧縮機(43)から吐出された冷媒の残部は、第1三方弁(46)と第1ガス連絡通路(P15)とを経由して2つの室内ユニット(30a)に分流する。
室内ユニット(30a)に流入した冷媒は、利用熱交換器(70)において放熱する。これにより、室内空気が加熱される。室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、利用膨張弁(75)において減圧された後に、第1液連絡通路(P17)を経由して熱源ユニット(20)のレシーバ(60)に流入する。
熱源ユニット(20)のレシーバ(60)の液出口から流出した冷媒は、冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)において冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れる冷媒に吸熱される。冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)から流出した冷媒は、第6通路(P56)と第2液連絡通路(P18)とに分流する。
第6通路(P56)に流入した冷媒は、冷却膨張弁(67)において減圧された後に、冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。
第2液連絡通路(P18)に流入した冷媒は、冷設ユニット(30b)に流入し、利用膨張弁(75)において減圧された後に、利用熱交換器(70)において蒸発する。冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、第2ガス連絡通路(P16)を経由して熱源ユニット(20)の第2圧縮機(42)に吸入されて圧縮される。
なお、第2暖房兼冷設稼働運転は、第2暖房運転の一例である。第2暖房運転では、利用熱交換器(70)および熱源熱交換器(50)が放熱器となり、利用熱交換器(70)から利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。
〔冷房兼冷設稼働運転〕
次に、図9を参照して、冷房兼冷設稼働運転について説明する。冷房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の冷房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内の冷却を行う。
〈冷凍システムの各部の状態〉
冷房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第2状態となり、第2三方弁(47)が第1状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第4ポート(Q4)とが連通し、第2ポート(Q2)と第3ポート(Q3)とが連通する。第1~第3圧縮機(41~43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)と冷却ファン(24)が駆動状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動状態となる。
〈制御部の動作〉
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて熱源膨張弁(65)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど熱源膨張弁(65)の開度を小さくする。なお、制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を基本的に全開にし、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなった場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくしてもよい。例えば、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた閾値を上回らない場合に熱源膨張弁(65)の開度を全開に維持し、レシーバ(60)内の圧力(RP)が閾値を上回る場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくするように構成されてもよい。
また、制御部(15)は、2つの室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)の各々において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の過熱度が目標過熱度となるように、利用膨張弁(75)の開度を調節する。
〈冷凍サイクルの詳細〉
冷房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由して室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。また、レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
具体的には、熱源ユニット(20)の第1圧縮機(41)および第2圧縮機(42)の各々から吐出された冷媒は、中間冷却器(52)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。第3圧縮機(43)から吐出された冷媒は、第2三方弁(47)を経由して熱源熱交換器(50)に流入し、熱源熱交換器(50)において放熱する。熱源熱交換器(50)から流出した冷媒は、熱源膨張弁(65)において減圧された後に、レシーバ(60)に流入する。
レシーバ(60)の液出口から流出した冷媒は、冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)において冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れる冷媒に吸熱される。冷却熱交換器(51)の第1冷媒通路(51a)から流出した冷媒は、その一部が第6通路(P56)に流入し、その残部が第1液連絡通路(P17)と第2液連絡通路(P18)とに分流する。
第6通路(P56)に流入した冷媒は、冷却膨張弁(67)において減圧された後に、冷却熱交換器(51)の第2冷媒通路(51b)を流れ、第3圧縮機(43)に吸入されて圧縮される。
第1液連絡通路(P17)に流入した冷媒は、室内ユニット(30a)に流入し、利用膨張弁(75)において減圧された後に、利用熱交換器(70)において蒸発する。これにより、室内空気が冷却される。室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、第1ガス連絡通路(P15)と熱源ユニット(20)の第1三方弁(46)とを経由して第1圧縮機(41)に吸入されて圧縮される。
第2液連絡通路(P18)に流入した冷媒は、冷設ユニット(30b)に流入し、利用膨張弁(75)において減圧された後に、利用熱交換器(70)において蒸発する。これにより、冷設の庫内空気が冷却される。冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)から流出した冷媒は、第2ガス連絡通路(P16)を経由して熱源ユニット(20)の第2圧縮機(42)に吸入されて圧縮される。
なお、冷房兼冷設稼働運転は、冷房運転の一例である。冷房運転では、熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ利用熱交換器(70)が蒸発器となり、熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
〔実施形態2の効果〕
実施形態2の冷凍システム(10)では、実施形態1の冷凍システム(10)の効果と同様の効果を得ることができる。例えば、実施形態2の冷凍システム(10)では、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)(熱源熱交換器(50)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70))が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転(第1暖房兼冷設稼働運転)が行われる。制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。このように、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にすることにより、レシーバ(60)内のガス状態の冷媒をガス抜き通路(61)を通じて排出してレシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。これにより、第1運転において、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
また、実施形態2の冷凍システム(10)では、第1運転の一例である第1暖房運転(第1暖房兼冷設稼働運転)が行われる。第1暖房運転では、利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が放熱器となり、利用熱交換器(70)から利用膨張弁(75)(室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75))を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。制御部(15)は、第1暖房運転において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、利用膨張弁(75)の開度を調節する。
上記の構成では、第1暖房運転を行うことにより、利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が設けられた空間の暖房を行うことができる。
また、実施形態2の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第1暖房運転(第1暖房兼冷設稼働運転)において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回ると、利用膨張弁(75)(室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75))の開度を小さくする。
上記の構成では、利用膨張弁(75)(室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75))の開度を小さくすることにより、レシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。
また、実施形態2の冷凍システム(10)では、利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))および熱源熱交換器(50)が放熱器となり、利用熱交換器(70)から利用膨張弁(75)(室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75))を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる第2暖房運転(第2暖房兼冷設稼働運転)が行われる。
上記の構成では、第2暖房運転を行うことにより、利用熱交換器(70)が設けられた空間の暖房を行うことができる。
また、実施形態2の冷凍システム(10)では、制御部(15)は、第2暖房運転(第2暖房兼冷設稼働運転)において、利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))から流出する冷媒の温度が目標温度となるように利用膨張弁(75)(室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75))の開度を調節し、熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持する。
上記の構成では、第2暖房運転(第2暖房兼冷設稼働運転)において、熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持することができる。これにより、例えば、熱源熱交換器(50)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように熱源膨張弁(65)の開度を調節する場合よりも、熱源膨張弁(65)の制御を容易にすることができる。
また、実施形態2の冷凍システム(10)では、熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が蒸発器となり、熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から利用熱交換器(70)に冷媒が流れる冷房運転(冷房兼冷設稼働運転)が行われる。制御部(15)は、冷房運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて熱源膨張弁(65)の開度を調節する。
上記の構成では、冷房運転を行うことにより、利用熱交換器(70)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が設けられた空間の冷房を行うことができる。また、冷房運転において、熱源膨張弁(65)によってレシーバ(60)内の圧力(RP)を調節することができる。
(実施形態2の変形例)
実施形態2の冷凍システム(10)には、3つ以上の室内ユニット(30a)が設けられてもよい。また、実施形態2の冷凍システム(10)には、2つ以上の冷設ユニット(30b)が設けられてもよい。また、実施形態2の熱源ユニット(20)には、2つ以上の熱源熱交換器(50)が設けられてもよい。例えば、第1運転の一例である第1暖房兼冷設稼働運転では、3つ以上の室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、且つ、2つ以上の熱源熱交換器(50)と2つ以上の冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となってもよい。
また、実施形態2の制御部(15)は、冷房兼冷設稼働運転においてレシーバ圧力制御を行うように構成されてもよい。
また、実施形態2の冷凍システム(10)において、室内ユニット(30a)が稼働し冷設ユニット(30b)が停止する単純冷房運転が行われてもよい。この単純冷房運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、複数の室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。制御部(15)は、この単純冷房運転において、レシーバ圧力制御を行うように構成されてもよい。この単純冷房運転は、第1運転の一例であり、冷房運転の一例でもある。
また、実施形態2の冷凍システム(10)に2つ以上の冷設ユニット(30b)ば設けられる場合、この冷凍システム(10)において、冷設ユニット(30b)が稼働し室内ユニット(30a)が停止する冷設稼働運転が行われてもよい。この冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、複数の冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。制御部(15)は、この冷設稼働運転において、レシーバ圧力制御を行うように構成されてもよい。この冷設稼働運転は、第1運転の一例であり、冷房運転の一例でもある。
(その他の実施形態)
第1運転において放熱器となる熱交換器(12)の数は、1つに限定されない。第1運転において蒸発器となる熱交換器(12)の数は、2つに限定されない。第1運転では、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち、少なくとも1つの熱交換器(12)が放熱器となり、且つ、2つ以上の熱交換器(12)が蒸発器となる。
また、第1暖房運転において放熱器となる熱交換器(12)は、利用熱交換器(70)のみに限定されない。例えば、第1暖房運転において、利用熱交換器(70)とともに、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち利用熱交換器(70)ではない別の熱交換器(12)が放熱器となってもよい。第1暖房運転では、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち少なくとも1つの利用熱交換器(70)が放熱器となる。
また、第2暖房運転において放熱器となる熱交換器(12)は、利用熱交換器(70)と熱源熱交換器(50)のみに限定されない。例えば、第2暖房運転において、利用熱交換器(70)および熱源熱交換器(50)とともに、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち利用熱交換器(70)および熱源熱交換器(50)ではない別の熱交換器(12)が放熱器となってもよい。第2暖房運転では、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち少なくとも1つの利用熱交換器(70)と少なくとも1つの熱源熱交換器(50)が放熱器となる。
また、冷房運転において放熱器となる熱交換器(12)は、1つの熱源熱交換器(50)のみに限定されない。冷房運転において蒸発器となる熱交換器(12)は、1つの利用熱交換器(70)のみに限定されない。冷房運転では、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち、少なくとも1つの熱源熱交換器(50)が放熱器となり、少なくとも1つの利用熱交換器(70)が蒸発器となる。
以上に述べた「第1」「第2」「第3」などの記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序まで限定するものではない。
また、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象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。
以上説明したように、本開示は、冷凍システムとして有用である。
10 冷凍システム
11 冷媒回路
12 熱交換器
15 制御部
20 熱源ユニット
21 熱源回路
22 熱源ファン
23 熱源制御部
30 利用ユニット
31 利用回路
32 利用ファン
33 利用制御部
40 圧縮要素
50 熱源熱交換器
60 レシーバ
61 ガス抜き通路
62 ガス抜き弁
65 熱源膨張弁
66 圧力逃がし弁
70 利用熱交換器
75 利用膨張弁

Claims (11)

  1. 二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)と、
    制御部(15)とを備える冷凍システムであって、
    前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス状態の冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、
    前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われ、
    前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする
    ことを特徴とする冷凍システム。
  2. 請求項1において、
    前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも低い第2圧力(Pth2)から前記第1圧力(Pth1)よりも高い第3圧力(Pth3)までの第1範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1範囲内において予め定められた前記冷媒の臨界圧力以下の目標圧力となるように、前記ガス抜き弁(62)の開度を調節する
    ことを特徴とする冷凍システム。
  3. 請求項2において、
    前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第3圧力(Pth3)から前記第3圧力(Pth3)よりも高い第4圧力(Pth4)までの第2範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を大きくする
    ことを特徴とする冷凍システム。
  4. 請求項3において、
    前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、前記ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度に維持する
    ことを特徴とする冷凍システム。
  5. 請求項2~4のいずれか1つにおいて、
    前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を小さくする
    ことを特徴とする冷凍システム。
  6. 請求項1~5のいずれか1つにおいて、
    前記複数の熱交換器(12)は、利用熱交換器(70)を含み、
    前記冷媒回路(11)は、利用膨張弁(75)を有し、
    前記第1運転は、前記利用熱交換器(70)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第1暖房運転であり、
    前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、前記利用膨張弁(75)の開度を調節する
    ことを特徴とする冷凍システム。
  7. 請求項6において、
    前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも高い設定圧力(Ps)を上回ると、前記利用膨張弁(75)の開度を小さくする
    ことを特徴とする冷凍システム。
  8. 請求項6または7において、
    前記複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)を含み、
    前記冷媒回路(11)は、熱源膨張弁(65)を有し、
    前記冷凍システムでは、前記利用熱交換器(70)および前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第2暖房運転が行われる
    ことを特徴とする冷凍システム。
  9. 請求項8において、
    前記制御部(15)は、前記第2暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように前記利用膨張弁(75)の開度を調節し、前記熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持する
    ことを特徴する冷凍システム。
  10. 請求項8または9において、
    前記冷凍システムでは、前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ前記利用熱交換器(70)が蒸発器となり、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から前記利用熱交換器(70)に冷媒が流れる冷房運転が行われ、
    前記制御部(15)は、前記冷房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて前記熱源膨張弁(65)の開度を調節する
    ことを特徴とする冷凍システム。
  11. それぞれに利用回路(31)が設けられる複数の利用ユニット(30)とともに、二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)を有する冷凍システムを構成し、
    前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、
    前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われる熱源ユニットであって、
    前記複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)と接続されて前記冷媒回路(11)を構成する熱源回路(21)と、
    前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする熱源制御部(23)とを備える
    ことを特徴とする熱源ユニット。
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