JP4888583B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態1について説明する。
本実施形態の冷凍装置(1)は、複数の冷蔵倉庫を冷却するものである。図1に示すように、上記冷凍装置(1)は、庫外ユニット(熱源側ユニット)(2)と、複数の庫内ユニット(利用側ユニット)(3)と、制御部であるコントローラ(9)とを備えている。上記庫外ユニット(2)は屋外に設置され、各庫内ユニット(3)は各冷蔵倉庫ごとに設置されている。又、上記庫外ユニット(2)には庫外回路(20)が、各庫内ユニット(3)には庫内回路(50)がそれぞれ設けられている。そして、この冷凍装置(1)の冷媒回路(10)は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように、庫外回路(20)に対して複数の庫内回路(50)が並列に接続されて構成されている。
上記庫外ユニット(2)の庫外回路(20)には、第1から第3までの3台の圧縮機(21a,21b,21c)と、庫外熱交換器(熱源側熱交換器)(25)と、レシーバ(27)と、過冷却熱交換器(28)と、過冷却用減圧弁(減圧手段)(29)とが設けられている。
上記2つの庫内ユニット(3)は同様に構成されている。各庫内ユニット(3)には、庫内回路(50)が設けられている。上記庫内回路(50)は、一端側から他端側へ向かって順に、加熱用配管(51)、庫内膨張弁(52)および庫内熱交換器(利用側熱交換器)(53)が設けられている。
上記コントローラ(9)は、上述した各センサ、高圧圧力スイッチ(62)及び低圧圧力スイッチ(63)の検出値が入力される。そして、これら検出値に基づいて、上記コントローラ(9)は、各圧縮機(21a,21b,21c)及びファン(26,54)の駆動制御、各種の弁(24,29,31,52,SV)の切換や開度調節を行いながら、上記冷凍装置(1)の運転を制御する。
以下に、上記冷凍装置(1)の運転動作について説明する。冷凍装置(1)は、冷蔵倉庫内を所定温度(例えば、5℃)に維持する冷却運転を行うように構成されている。
ここで、上記3台の圧縮機(21a,21b,21c)のうち、1台または2台が起動していて残りの圧縮機が停止している状態を想定する。このとき、寒冷地で冬期に外気温度(より具体的には庫外ユニット(2)の中の温度)がマイナス10℃程度の低温になると、停止している圧縮機もマイナス10℃近くまで温度が低下する。一方、運転中の圧縮機につながっている蒸発器の蒸発温度が0℃〜5℃程度であるとすると、停止中の圧縮機の方が低温になる。そのため、停止中の圧縮機の温度相当飽和圧力が、運転中の圧縮機の低圧圧力(蒸発圧力)よりも低くなり、冷媒が停止中の圧縮機に流入することが考えられる。また、その場合には、冷媒が圧縮機内に溜まっている冷凍機油に溶け込み、油が希釈されて、再起動時に潤滑不良が生じるおそれがある。
Hz=f(Tset−Th1)
で表される値に基づいてPID制御を行う。
Hz=f(LP−目標LP)
で表される値に基づいてPID制御を行う。なお、ここで述べているLP(低圧圧力)は、蒸発器の蒸発圧力のことであり、圧縮機の吸入圧力ではない。
Hz=f(LP−目標LP)のPID制御を行う。
また、(2)のときは上記と同様の制御を行う。
以上のように、本実施形態によれば、冷媒が停止中の圧縮機へ流入しないので、冷媒の寝込みが生じず、冷凍機油は希釈されない。したがって、圧縮機の再起動時の潤滑不良や焼損が生じず、装置の安定性を高めることができる。
本発明の実施形態2について説明する。
室外回路(111)には、圧縮機構(140)、室外熱交換器(115)、及びレシーバ(112)が設けられている。圧縮機構(140)は、可変容量圧縮機(114a)と第1固定容量圧縮機(114b)と第2固定容量圧縮機(114c)とから構成されている。圧縮機構(140)では、これらの圧縮機(114a,114b,114c)の吐出側が互いに接続されている。また、これらの圧縮機(114a,114b,114c)は、吸入側が後述する第3四路切換弁(133)に接続されている。本実施形態2では、可変容量圧縮機(114a)が第1圧縮機(114a)を構成し、第1固定容量圧縮機(114b)及び第2固定容量圧縮機(114c)がそれぞれ第2,第3圧縮機(114b,14c)を構成している。
室内回路(152)では、その液側端からガス側端へ向かって順に、室内膨張弁(153)と室内熱交換器(154)とが設けられている。室内膨張弁(153)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。また、室内熱交換器(154)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。室内熱交換器(154)は、第2利用側熱交換器(154)を構成している。室内熱交換器(154)の近傍には、室内熱交換器(154)に室内空気を送る室内ファン(155)が設けられている。室内熱交換器(154)では、冷媒と室内空気との間で熱交換が行われる。
第1庫内回路(161a)及び第2庫内回路(161b)では、その液側端からガス側端へ向かって順に、庫内膨張弁(163a,163b)と庫内熱交換器(164a,164b)とがそれぞれ設けられている。各庫内膨張弁(163a,163b)は、開度が調節可能な電子膨張弁により構成されている。各庫内熱交換器(164a,164b)は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。第1庫内回路(161a)の庫内熱交換器(164a)は、第1利用側熱交換器(164a)を構成している。各庫内熱交換器(164a,164b)の近傍には、庫内熱交換器(164a,164b)に庫内空気を送る庫内ファン(165a,165b)が設けられている。各庫内熱交換器(164a,64b)では、冷媒と庫内空気との間で熱交換が行われる。
ブースタ回路(181)には、運転容量が可変のブースタ圧縮機(186)が設けられている。ブースタ圧縮機(186)の吐出管(178)には、ブースタ圧縮機(186)側から順に、油分離器(187)、高圧圧力スイッチ(188)、逆止弁(CV15)が設けられている。油分離器(187)には、キャピラリーチューブ(191)が設けられた油戻し管(192)が接続されている。また、ブースタ回路(181)には、ブースタ圧縮機(186)をバイパスするバイパス管(195)が設けられている。バイパス管(195)には、逆止弁(CV16)が設けられている。
上記コントローラは、庫外熱交換器(115)が凝縮器又は蒸発器になる運転状態において、外気温度(より具体的には庫外ユニット(110)の中の温度であり、停止している圧縮機本体またはその周囲の温度)の温度相当飽和圧力が、運転中の圧縮機の低圧圧力よりも下がる条件になると、運転中の圧縮機の低圧圧力を上記温度相当飽和圧力より下げる制御を行う。つまり、コントローラ(210)は、外気温度よりも高い凝縮器の周囲の温度相当飽和圧力、または外気温度よりも低い蒸発器の周囲の温度相当飽和圧力に基づいて制御を行う。なお、圧縮機本体の温度には、圧縮機の吐出管温度を利用することができ、圧縮機周囲の温度には、庫外熱交換器(25)の周辺の温度や外気温度などを利用することができる。
次に、冷凍装置(100)が行う運転動作について運転の種類毎に説明する。この冷凍装置(100)は、7種類の運転モードを設定可能に構成されている。具体的には、<i>室内ユニット(150)の冷房のみを行う冷房運転、<ii>室内ユニット(150)の暖房のみを行う暖房運転、<iii>第1庫内ユニット(160a)と第2庫内ユニット(160b)での庫内の冷却のみを行う冷蔵冷凍運転、<iv>第1庫内ユニット(160a)及び第2庫内ユニット(160b)での庫内の冷却と共に室内ユニット(150)での冷房を行う冷却冷房運転、<v>室外熱交換器(115)を用いずに、第1庫内ユニット(160a)及び第2庫内ユニット(160b)での庫内の冷却と室内ユニット(150)での暖房とを行う第1冷却暖房運転、<vi>第1冷却暖房運転で室内ユニット(150)の暖房能力が余るときに行う第2冷却暖房運転、そして<vii>第1冷却暖房運転で室内ユニット(150)の暖房能力が不足するときに行う第3冷却暖房運転が選択可能に構成されている。
冷房運転では、図5に示すように、第1四路切換弁(131)及び第2四路切換弁(132)が共に第1状態に設定された状態で、第2固定容量圧縮機(114c)の運転が行われる。各庫内膨張弁(163)は閉状態に設定される。冷房運転中は、室内熱交換器(154)を通過した冷媒の過熱度が目標過熱度(1例えば5℃)になるように、室内膨張弁(153)の開度が制御される。この点は、後述する冷却冷房運転でも同じである。
暖房運転では、図6に示すように、第1四路切換弁(131)が第2状態に設定されて第2四路切換弁(132)が第1状態に設定された状態で、第2固定容量圧縮機(114c)の運転が行われる。各庫内膨張弁(163)は閉状態に設定される。
冷蔵冷凍運転では、図7に示すように、第1四路切換弁(131)が第1状態に設定された状態で、可変容量圧縮機(114a)の運転が行われる。室内膨張弁(153)は閉状態に設定される。冷蔵冷凍運転中は、庫内熱交換器(164,64b)を通過した冷媒の過熱度が目標過熱度(1例えば5℃)になるように、庫内膨張弁(163a,163b)の開度が制御される。この点は、後述する冷却冷房運転及び冷却暖房運転でも同じである。
冷却冷房運転では、第1四路切換弁(131)及び第2四路切換弁(132)が共に第1状態に設定された状態で、可変容量圧縮機(114a)及び第2固定容量圧縮機(114c)の運転が行われる。冷却冷房運転では、室外熱交換器(115)が凝縮器となって室内熱交換器(154)及び各庫内熱交換器(164)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
第1冷却暖房運転では、図10に示すように、第1四路切換弁(131)が第2状態に設定されて第2四路切換弁(132)が第1状態に設定された状態で、可変容量圧縮機(114a)の運転が行われる。第1冷却暖房運転では、庫内の冷却能力が不足する場合に、第1固定容量圧縮機(114b)の運転も行われる。その際、第3四路切換弁(133)が第1状態に設定され、第1固定容量圧縮機(114b)は庫内用圧縮機となる。第1冷却暖房運転では、室内熱交換器(154)が凝縮器となって各庫内熱交換器(164)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。第1冷却暖房運転中は、第1庫内ユニット(160a)と第2庫内ユニット(160b)との冷却能力(1蒸発熱量)と、室内ユニット(150)の暖房能力(1凝縮熱量)とがバランスし、100%の熱回収が行われる。
第2冷却暖房運転は、第1冷却暖房運転の際に暖房能力が余っている場合に、図11に示すように、第2四路切換弁(132)を第2状態に切り換えることによって行われる。第2冷却暖房運転では、室外熱交換器(115)が凝縮器として動作する。第2冷却暖房運転時の設定は、第2四路切換弁(132)以外は、基本的に第1冷却暖房運転と同じである。
第3冷却暖房運転は、第1冷却暖房運転の際に暖房能力が不足する場合に、図12に示すように、第2四路切換弁(132)を第1状態に設定すると共に第1室外膨張弁(166)を開状態に設定した状態で、第2固定容量圧縮機(114c)の運転を行うことによって行われる。第3冷却暖房運転では、室内熱交換器(154)が凝縮器となって各庫内熱交換器(164)及び室外熱交換器(115)が蒸発器となる蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。
ここで、上記3台の圧縮機(114a,114b,114c)のうち、1台または2台が起動していて残りの圧縮機が停止している状態を想定する。このとき、寒冷地で冬期に外気温度(より具体的には庫外ユニット(100)の中の温度)がマイナス10℃程度の低温になると、停止している圧縮機もマイナス10℃近くまで温度が低下する。一方、運転中の圧縮機につながっている蒸発器の蒸発温度が0℃〜5℃程度であるとすると、停止中の圧縮機の方が低温になる。そのため、停止中の圧縮機の温度相当飽和圧力が、運転中の圧縮機の低圧圧力(蒸発圧力)よりも低くなり、冷媒が停止中の圧縮機に流入することが考えられる。また、その場合には、冷媒が圧縮機内に溜まっている冷凍機油に溶け込み、油が希釈されて、再起動時に潤滑不良が生じるおそれがある。
Hz=f(Tset−Th1)
で表される値に基づいてPID制御を行う。
Hz=f(LP−目標LP)
で表される値に基づいてPID制御を行う。なお、ここで述べているLP(低圧圧力)は、蒸発器の蒸発圧力のことであり、圧縮機の吸入圧力ではない。
Hz=f(LP−目標LP)のPID制御を行う。
なお、(2)のときは上記と同様の制御を行う。
Hz=f(LP−クーラLP)のPID制御を行う。
なお、(2)のときは上記と同様の制御を行う。
以上のように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様に冷媒が停止中の圧縮機へ流入しないので、冷媒の寝込みが生じず、冷凍機油は希釈されない。したがって、圧縮機の再起動時の潤滑不良や焼損が生じず、装置(100)の安定性を高めることができる。
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
2 熱源側ユニット
9 コントローラ(制御部)
20 冷媒回路
21 圧縮機
25 熱源側熱交換器
52 膨張機構
53 利用側熱交換器
100 冷凍装置
110 熱源側ユニット
114 圧縮機
115 熱源側熱交換器
153 膨張機構
163 膨張機構
164 利用側熱交換器
200 冷媒回路
210 コントローラ(制御部)
Claims (5)
- 運転周波数を変更可能な圧縮機を含むとともに並列に接続された複数の圧縮機(21,114)と、熱源側熱交換器(25,115)と、膨張機構(52,153,163)と、利用側熱交換器(53,154,164)とが順に接続された冷媒回路(20,200)を有する冷凍装置であって、
上記複数の圧縮機(21,114)に運転中の圧縮機と停止中の圧縮機が混在する状態で、停止中の圧縮機本体またはその周囲の温度相当飽和圧力が運転中の圧縮機に接続されている蒸発器側の熱交換器の低圧圧力よりも低下すると、運転中の圧縮機に接続されている蒸発器の低圧圧力を、停止中の圧縮機本体またはその周囲の温度相当飽和圧力よりも低下させるように、運転中の圧縮機の周波数を制御する制御部(9,200)を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記複数の圧縮機(21,114)と熱源側熱交換器(25,115)が熱源側ユニット(2,110)に収納され、
上記制御部(9,200)は、熱源側熱交換器(25,115)が凝縮器になる運転状態では、運転中の圧縮機に接続されている蒸発器の低圧圧力を、外気温度よりも高い凝縮器の周囲の温度相当飽和圧力よりも低下させるように、運転中の圧縮機の周波数を制御することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記複数の圧縮機(21,114)と熱源側熱交換器(25,115)が熱源側ユニット(2,110)に収納され、
上記制御部(9,200)は、熱源側熱交換器(25,115)が蒸発器になる運転状態では、運転中の圧縮機に接続されている蒸発器の低圧圧力を、外気温度よりも低い蒸発器の周囲の温度相当飽和圧力よりも低下させるように、運転中の圧縮機の周波数を制御することを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記冷媒回路(20)は、上記熱源側熱交換器(25)が凝縮器として構成され、上記利用側熱交換器(53)が蒸発器として構成され、利用側熱交換器(53)で冷却のみを行うように構成されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1において、
上記冷媒回路(200)は、凝縮器と蒸発器に切り換え可能な上記熱源側熱交換器(115)と、凝縮器と蒸発器に切り換え可能な第1利用側熱交換器(154)と、蒸発器として構成された第2利用側熱交換器(164)とを備え、
第2利用側熱交換器(164)を蒸発器とし、第1利用側熱交換器(154)と熱源側熱交換器(115)を凝縮器とする第1の運転と、第2利用側熱交換器(164)と熱源側熱交換器(115)を蒸発器とし、第1利用側熱交換器(154)を凝縮器とする第2の運転とが切り換え可能に構成されていることを特徴とする冷凍装置。
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