JP5234166B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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本発明の実施形態1は、図1に示すように、冷房運転と暖房運転とが可能なヒートポンプ式の空気調和装置(10)である。該空気調和装置(10)は、室外に設置される室外ユニット(20)と、増設用のユニットを構成するオプションユニット(30)と、室内に設置される室内ユニット(40)と、空気調和装置(10)の運転制御を行うコントローラ(100)とを備えている。上記室外ユニット(20)は、第1連絡配管(11)及び第2連絡配管(12)を介してオプションユニット(30)と接続されている。また、室内ユニット(40)は、第3連絡配管(13)及び第4連絡配管(14)を介してオプションユニット(30)と接続されている。これにより、上記空気調和装置(10)では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる冷媒回路(15)が構成されている。
上記室外ユニット(20)には、低段側圧縮機(21)、室外熱交換器(22)、室外側膨張弁(25)、及び四路切換弁(23)が設けられている。
上記オプションユニット(30)には、高段側圧縮機(31)、三路切換弁(32)、気液分離器(33)、及びオプション側膨張弁(34)とが設けられている。
上記室内ユニット(40)には、室内熱交換器(41)及び室内側膨張弁(42)が設けられている。室内熱交換器(41)は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室内熱交換器(41)の近傍には、室内ファン(43)が設置されている。室内ファン(43)は、室内熱交換器(41)へ室内空気を送風する。上記室内側膨張弁(42)は、開度調節可能な電子膨張弁で構成されている。
上記コントローラ(100)は、上記冷媒回路(15)に設けられた各種の弁の切換や開度調整等を行って、上記空気調和装置(10)の運転動作の制御を行うものである。また、上記コントローラ(100)は、第1制御部(101)と第2制御部(102)と第3制御部(103)とを備えている。上記第1制御部(101)は、冷凍能力の負荷に対応するように、低段側圧縮機(21)の運転周波数をインバータ制御するものであって、第1制御手段に構成されている。上記第2制御部(102)は、2段圧縮冷凍サイクルの中間圧力が所定値となるように、上記高段側圧縮機(31)の運転周波数をインバータ制御するものであって、第2制御手段に構成されている。上記第3制御部(103)は、起動時に、上記第2制御部(102)に代わって、高段側圧縮機(31)の運転周波数を、低段側圧縮機(21)の運転周波数に基づいて導出された所定の目標運転周波数となるようにインバータ制御するものであって、第3制御手段に構成されている。
次に、本実施形態の空気調和装置(10)の運転動作について説明する。
冷房運転では、図2に示すように、コントローラ(100)の制御により、四路切換弁(23)及び三路切換弁(32)が第2状態に設定され、電磁弁(SV)が開の状態に設定される。また、室外側膨張弁(25)が全開の状態に、オプション側膨張弁(34)が全閉の状態に、それぞれ設定される一方、室内側膨張弁(42)の開度が運転条件に応じて適宜調節される。更に、この冷房運転では、低段側圧縮機(21)が運転される一方、高段側圧縮機(31)は停止状態となる。つまり、冷房運転時の冷媒回路(15)では、低段側圧縮機(21)のみで冷媒が圧縮され、該低段側圧縮機(21)の吸入圧力及び吐出圧力とが、単段圧縮冷凍サイクルの低圧力及び高圧力となる。
冷房運転においては、上記コントローラ(100)の第1制御部(101)が、上記低段側圧縮機(21)の運転周波数を、冷凍能力の負荷である冷房負荷に対応するようにインバータ制御する。つまり、第1制御部(101)は、室内熱交換器(41)における蒸発温度が室内の設定温度Te℃となるように低段側圧縮機(21)の運転周波数を制御する。具体的に、第1制御部(101)は、低段側圧縮機(21)の吸入圧力が、設定温度Te℃に相当する蒸発圧力に対応した圧力値となるように、低段側圧縮機(21)の運転周波数を制御する。
単段圧縮冷凍サイクルの暖房運転では、図3に示すように、コントローラ(100)の制御により、四路切換弁(23)が第1状態に設定され、三路切換弁(32)が第2状態に設定され、電磁弁(SV)が開の状態に設定される。また、オプション側膨張弁(34)が全閉の状態に、室内側膨張弁(42)を全開の状態に、それぞれ設定され、室外膨張弁(25)が運転条件に応じて適宜制御される。更に、この暖房運転では、低段側圧縮機(21)が運転される一方、高段側圧縮機(31)は停止状態となる。つまり、この暖房運転における冷媒回路(15)では、低段側圧縮機(21)のみで冷媒が圧縮され、該低段側圧縮機(21)の吸入圧力及び吐出圧力とが、単段圧縮冷凍サイクルの低圧力及び高圧力となる。
単段圧縮冷凍サイクルの暖房運転においては、上記コントローラ(100)の第1制御部(101)が、上記低段側圧縮機(21)の運転周波数を、冷凍能力の負荷である暖房負荷に対応するようにインバータ制御する。つまり、第1制御部(101)は、室内熱交換器(41)における凝縮温度が室内の設定温度Tc℃となるように、低段側圧縮機(21)の運転周波数を制御する。具体的に、第1制御部(101)は、低段側圧縮機(21)の吐出圧力が、設定温度Tc℃に相当する凝縮圧力に対応した圧力値となるように、低段側圧縮機(21)の運転周波数を制御する。
2段圧縮冷凍サイクルの暖房運転では、図4に示すように、コントローラ(100)の制御により、四路切換弁(23)及び三路切換弁(32)が第1状態に設定され、電磁弁(SV)が閉の状態に設定される。また、室内側膨張弁(42)、オプション側膨張弁(34)、及び室外膨張弁(25)の開度が運転条件に応じて適宜調節される。また、この暖房運転では、低段側圧縮機(21)及び高段側圧縮機(31)がそれぞれ運転される。つまり、この暖房運転時の冷媒回路(15)では、低段側圧縮機(21)で圧縮された冷媒が高段側圧縮機(31)で更に圧縮され、該低段側圧縮機(21)の吸入圧力が冷凍サイクルの低圧力となり、該低段側圧縮機(21)の吐出圧力が冷凍サイクルの中間圧力となり、該高段側圧縮機(31)の吐出圧力が冷凍サイクルの高圧力となる2段圧縮冷凍サイクルが行われる。
2段圧縮冷凍サイクルの暖房運転時においては、上記コントローラ(100)の第1制御部(101)による低段側圧縮機(21)の制御と、第2制御部(102)及び第3制御部(103)による高段側圧縮機(21,31)のインバータ制御が行われる。
本実施形態では、暖房運転時の2段圧縮式の冷凍サイクルにおいて、第1制御部(101)が、冷凍能力の負荷である暖房負荷に対応するように、低段側圧縮機(21)の運転周波数制御を行い、第2制御部(102)が、低段側圧縮機(21)の第1圧力比(PM/PL)と高段側圧縮機(31)の第2圧力比(PH/PM)とが1:1となるように、高段側圧縮機(31)の運転周波数を制御したために、暖房負荷に適した運転を行うことができると共に、COPの向上を図ることができるので、運転条件に適した運転を行うことができる。
本発明の実施形態2は、図6に示すように、冷却室内の冷却運転を行う冷凍装置(120)である。該冷凍装置(120)は、室外に設置される室外ユニット(20)と、増設用のユニットを構成するオプションユニット(30)と、冷却室内に設置される室内ユニット(40)と、冷凍装置(120)の運転制御を行うコントローラ(100)とを備えている。上記室外ユニット(20)は、第1連絡配管(11)及び第2連絡配管(12)を介してオプションユニット(30)と接続されている。また、室内ユニット(40)は、第3連絡配管(13)及び第4連絡配管(14)を介してオプションユニット(30)と接続されている。これにより、上記冷凍装置(120)では、冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる冷媒回路(15)が構成されている。
上記室外ユニット(20)には、高段側圧縮機(31)と室外熱交換器(22)とが設けられている。
上記オプションユニット(30)には、低段側圧縮機(21)と気液分離器(33)とオプション側膨張弁(34)と第1三路切換弁(70)と第2三路切換弁(71)とが設けられている。
上記室内ユニット(40)には、室内熱交換器(41)及び室内側膨張弁(42)が設けられている。室内熱交換器(41)は、クロスフィンアンドチューブ式の熱交換器で構成されている。室内熱交換器(41)の近傍には、室内ファン(43)が設置されている。室内ファン(43)は、室内熱交換器(41)へ室内空気を送風する。上記室内側膨張弁(42)は、開度調節可能な電子膨張弁で構成されている。
上記コントローラ(100)は、上記冷媒回路(15)に設けられた各種の弁の切換や開度調整等を行って、上記冷凍装置(120)の運転動作の制御を行うものである。上記コントローラ(100)は、第1制御部(101)と第2制御部(102)と第3制御部(103)とを備えている。上記第1制御部(101)は、冷凍能力の負荷に対応するように、高段側圧縮機(31)の運転周波数をインバータ制御するものであって、第1制御手段に構成されている。上記第2制御部(102)は、2段圧縮の中間圧が所定値となるように、上記低段側圧縮機(21)の運転周波数をインバータ制御するものであって、第2制御手段に構成されている。上記第3制御部(103)は、起動時に、上記第2制御部(102)に代わって、低段側圧縮機(21)の運転周波数を、高段側圧縮機(31)の運転周波数に基づいて導出された所定の目標運転周波数となるように制御する第3制御手段に構成されている。
次に、本実施形態の冷凍装置(120)の運転動作について説明する。
単段圧縮冷凍サイクルの冷却運転においては、図7に示すように、コントローラ(100)の制御により、オプションユニット(30)の第1三路切換弁(70)及び第2三路切換弁(71)が第2状態に設定される。また、室内側膨張弁(42)の開度が、運転条件に応じて適宜調節される。更に、この冷却運転では、高段側圧縮機(31)が運転される一方、低段側圧縮機(21)は停止状態となる。つまり、冷却運転時の冷媒回路(15)では、高段側圧縮機(31)のみで冷媒が圧縮され、該高段側圧縮機(31)の吸入圧力及び吐出圧力が、単段圧縮冷凍サイクルの低圧力及び高圧力となる。
単段圧縮冷凍サイクルの冷却運転においては、上記コントローラ(100)の第1制御部(101)が、上記高段側圧縮機(31)の運転周波数を、冷凍能力の負荷である冷却負荷に対応するようにインバータ制御する。つまり、第1制御部(101)は、室内熱交換器(41)における蒸発温度が冷却室内の設定温度Te℃となるように高段側圧縮機(31)の運転周波数を制御する。具体的に、第1制御部(101)は、高段側圧縮機(31)の吸入圧力が、設定温度Te℃に相当する蒸発圧力に対応した圧力値となるように、高段側圧縮機(31)の運転周波数を制御する。
2段圧縮冷凍サイクルの冷却運転では、図8に示すように、コントローラ(100)の制御により、オプションユニット(30)の第1三路切換弁(70)及び第2三路切換弁(71)が第1状態に設定される。また、室内側膨張弁(42)の開度が、運転条件に応じて適宜調節される。また、この冷却運転では、低段側圧縮機(21)及び高段側圧縮機(31)がそれぞれ運転される。つまり、この冷却運転における冷媒回路(15)では、低段側圧縮機(21)で圧縮された冷媒が高段側圧縮機(31)で更に圧縮され、該低段側圧縮機(21)の吸入圧力が冷凍サイクルの低圧力となり、該低段側圧縮機(21)の吐出圧力が冷凍サイクルの中間圧力となり、該高段側圧縮機(31)の吐出圧力が冷凍サイクルの高圧力となる2段圧縮冷凍サイクルが行われる。
2段圧縮冷凍サイクルの冷却運転においては、上記コントローラ(100)の第1制御部(101)が、上記高段側圧縮機(31)の運転周波数を、冷凍能力の負荷である冷却負荷に対応するようにインバータ制御する。つまり、第1制御部(101)は、室内熱交換器(41)における蒸発温度が冷却室内の設定温度Te℃となるように高段側圧縮機(31)の運転周波数を制御する。具体的に、第1制御部(101)は、低段側圧縮機(21)の吸入圧力が、設定温度Te℃に相当する蒸発圧力に対応した圧力値となるように、高段側圧縮機(31)の運転周波数を制御する。
本実施形態では、冷却運転時の2段圧縮式の冷凍サイクルにおいて、第1制御部(101)が、冷凍能力の負荷に対応するように、高段側圧縮機(31)の運転周波数制御を行い、第2制御部(102)が、高段側圧縮機(31)の第1圧力比(PH/PM)と低段側圧縮機(21)の第2圧力比(PM/PL)とが1:1となるように、低段側圧縮機(21)の運転周波数制御を制御したために、冷凍能力の負荷に適した運転を行うことができると共に、COPの向上を図ることができるので、運転条件に適した運転を行うことができる。
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。
15 冷媒回路
21 低段側圧縮機(第1圧縮機構、第2圧縮機構)
31 高段側圧縮機(第1圧縮機構、第2圧縮機構)
101 第1制御部(第1制御手段)
102 第2制御部(第2制御手段)
103 第3制御部(第3制御手段)
120 冷凍装置
Claims (2)
- 容量可変の第1圧縮機構(21,31)と容量可変の第2圧縮機構(31,21)とを有し、2段圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路(15)を備えた冷凍装置であって、
冷凍能力の負荷に対応するように、上記第1圧縮機構(21,31)の運転容量の増減制御を行う第1制御手段(101)と、
上記2段圧縮冷凍サイクルの中間圧力が所定値となるように、上記第2圧縮機構(31,21)の運転容量の増減制御を行う第2制御手段(102)とを備え、
起動時に、上記第2圧縮機構(31,21)の運転容量を上記第2制御手段(102)に代わり第1圧縮機構(21,31)の運転容量に基づいて導出された所定の目標運転容量となるように制御する第3制御手段(103)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、
上記第2制御手段(102)は、上記第1圧縮機構(21,31)の吸入圧力に対する吐出圧力の比率である第1圧力比と上記第2圧縮機構(31,21)の吸入圧力に対する吐出圧力の比率である第2圧力比とが1:1となるように、上記第2圧縮機構(31,21)の運転容量を制御する
ことを特徴とする冷凍装置。
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