JP6179842B2 - 冷凍装置及び冷凍装置用増設冷媒量調整装置 - Google Patents
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次に、本実施例における冷凍装置Rの冷媒回路1の冷媒量調整制御について説明する。冷媒回路1の超臨界圧力となる高圧側、本実施例では冷凍機ユニット3の中間熱交換器80の下流側には、第1の連通回路101を介して冷媒量調整タンク100が接続されている。この冷媒量調整タンク100は圧縮機11やガスクーラ46等と共に冷凍機ユニット3に内蔵されているもので、所定の容積を有するものであり、当該タンク100上部に第1の連通回路101が接続されている。この第1の連通回路101には、絞り機能を有する第1の開閉手段として電動膨張弁102が介設されている。
更に、この冷凍装置Rには増設冷媒量調整装置111が接続される。この増設冷媒量調整装置111は、冷凍装置Rの規模に応じて冷媒量調整タンク100に対して増設冷媒量調整タンク116を増設するために、冷凍機ユニット3にオプション的に取り付けられるものであり、冷凍機ユニット3の外部に設けられ(増設)、冷媒回路1に着脱可能に接続される。この場合、増設冷媒量調整装置111は、図示しない外装ケース内部に所定の容量を有した増設冷媒量調整タンク116を備えると共に、増設冷媒量調整タンク116の上部に絞り機能を有する第1の増設開閉手段としての電動膨張弁117を介して連通する第1のサービス口(サービスバルブ)118と、増設冷媒量調整タンク116の上部に第2の増設開閉手段としての電磁弁119を介して連通する第2のサービス口(サービスバルブ)121と、増設冷媒量調整タンク116の下部に第3の増設開閉手段としての電磁弁122と減圧手段としてのキャピラリチューブ123を介して連通する第3のサービス口(サービスバルブ)124を備え、これらサービス口118、121、124は増設冷媒量調整装置111より外部に露出している。
以下、冷媒回路1の冷媒回収動作について説明する。先ず、制御装置Cは例えば12MPa等の所定の高圧保護値を備えており、ユニット出口側圧力センサ58(前述した如く増設冷媒量回収装置111については増設高圧圧力センサ120)の検出圧力に基づき、冷媒回路1の高圧(HP)がこの高圧保護値(12MPa)を超えた場合、圧縮機11の運転を停止する高圧遮断動作を実行するものとする。これを前提として以下の冷媒回収に関する動作を説明する。制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が所定の回収閾値を超えたか否か、又は、当該ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が先の回収閾値よりも低い所定の回収保護値を超え、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値となっているか否かを判断する。
一方、制御装置Cはユニット出口側圧力センサ58(前述した如く増設冷媒量調整装置111については増設高圧圧力センサ120)により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、9MPa以下となったか否かを判断し、回収保護値(9MPa)以下となった場合、冷媒回収動作を終了して冷媒保持動作に移行する。この冷媒保持動作では、制御装置Cは、電磁弁(第3の開閉手段)106及び電磁弁124(第3の増設開閉手段)を閉じた状態を維持し、電磁弁(第2の開閉手段)104及び電磁弁119(第2の増設開閉手段)を閉じ、電動膨張弁(第1の開閉手段)102及び電動膨張弁(第1の増設開閉手段)117の開度を先ほどの冷媒回収動作における開度を維持する。
そして、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58(前述した如く増設冷媒量調整装置111については増設高圧圧力センサ120)の検出圧力が上記回収保護値(この場合9MPa)より低い所定の放出閾値(本実施例では、例えば8MPa)を下回った場合、又は、当該ユニット出口側圧力センサ58の検出圧力が先の回収保護値(9MPa)を下回り、且つ、上記ガスクーラ用送風機47の回転数が最大値よりも低い所定の規定値以下となっているか否かを判断する。尚、当該所定の規定値とは、本実施例では一例として最大値の3/8程度、即ち、最高値800rpmとした場合、300rpm程度とする。また、ガスクーラ用送風機47の回転数が所定の規定値以下となってから所定時間経過することを条件としても良い。
その後、制御装置Cは、ユニット出口側圧力センサ58(前述した如く増設冷媒量調整装置111については増設高圧圧力センサ120)により検出された高圧側の圧力が回収保護値、本実施例では、9MPa以上となったか否かを判断し、回収保護値(9MPa)以上となった場合、冷媒放出動作を終了して上述した如き冷媒保持動作に移行する。以後、冷媒回路1の高圧側圧力に基づき、当該冷媒回収動作−冷媒保持動作―冷媒放出動作―冷媒保持動作を繰り返して実行することにより、高圧側圧力に基づいて冷媒回収・放出を制御でき、的確に高圧保護及び過負荷運転の防止することができる。これにより、冷凍装置の冷却能力を確保することができ、COPの適正化を図ることが可能となる。
次に、実施例の冷凍装置Rのスプリットサイクルについて説明する。実施例における冷凍装置Rは、各圧縮機11の前記第1の回転圧縮要素(低段側18)、インタークーラ38、2つの流体の流れを合流させる合流装置としての合流器81、各圧縮機11の前記第2の回転圧縮要素(高段側)20、オイルセパレータ44、ガスクーラ46、分流器82、補助絞り手段(補助膨張弁)83、中間熱交換器80、主絞り手段(主膨張弁)62、蒸発器63とから冷凍サイクルが構成される。
第1の制御量(DTcont)は、圧縮機11の吐出冷媒温度DTに基づいて得られる。制御装置Cは、上記吐出温度センサ50にて検出される温度DTが所定値DT0より高いか否かを判断し、当該吐出冷媒温度DTが所定値DT0より高い場合には、補助絞り手段83の開度を増大させる方向に作用する制御量とする。当該所定値DT0は、圧縮機11の適正な運転を実現可能とする限界温度(一例として+100℃)より少許低い温度(一例として+95℃)とし、温度が上昇した場合、補助絞り手段83の開度を増大させることで、当該圧縮機11の温度上昇を抑制し、圧縮機11が限界温度に達しないような制御を行う。
また、制御装置Cは、中間熱交換器80を経た第2の冷媒流の温度LT、又は、圧縮機11からの吐出冷媒温度DTとガスクーラ46を経た冷媒の温度GCTとの差から補助絞り手段83の弁開度を縮小させる操作量を決定する。
次に、上述した如きガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47の制御について説明する。本実施例における制御装置Cは、図2に示すように入力側に高圧圧力センサ(高圧圧力検出手段)48と、低圧圧力センサ32と、外気温度センサ56が接続されている。ここで、低圧圧力センサ32にて検出される圧力と、蒸発器63における蒸発温度TEとは、一定の関係を有するため、制御装置Cは、当該低圧圧力センサ32に検出された圧力により、蒸発器63における冷媒の蒸発温度TEを換算して取得する。また、制御装置Cの出力側には、ガスクーラ46を空冷するガスクーラ用送風機47のファンモータ47Mが接続されている。
一方、上述した如き圧縮機11の高段側吐出口28とガスクーラ46とを接続する高圧吐出配管42には、オイルセパレータ44が介設されている。このオイルセパレータ44は、圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒中に含まれるオイルを冷媒と分離して捕捉するものであり、このオイルセパレータ44には、捕捉したオイルを圧縮機11に戻すオイル戻し回路73が接続されている。このオイル戻し回路73中には、オイルタンク79と、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラ74が設けられ、このオイルクーラ74の下流側で、オイル戻し回路73は2系統に分岐され、それぞれ流量調整弁(電動弁)76を介して圧縮機11の密閉容器12に接続される。圧縮機11の密閉容器12内は、上述のように中間圧に保たれるため、捕捉されたオイルは、オイルセパレータ44内の高圧と密閉容器12内の中間圧との差圧によって当該密閉容器12内に戻される。また、圧縮機11の密閉容器12には、この密閉容器12内に保有するオイルのレベルを検出するオイルレベルフロートスイッチ77が設けられている。
次に、冷凍装置Rに設けられた冷媒封入量調整機構131について説明する。この冷媒封入量調整機構131は、冷凍機ユニット3内に設けられる。冷凍機ユニット3内の冷媒回路1の冷媒配管9には、排出管132が連通して接続されており、この排出管132には電動弁から成る排出弁133が取り付けられている。尚、実施例では冷媒配管9に排出管132及び排出弁133を取り付けたが、それに限らず、図1に示すようにインタークーラ38の入口側の中間圧吐出配管36や、インタークーラ38の出口側の中間圧吸入管40等、冷媒回路1の中間圧領域に取り付けても良い。
C 制御装置(制御手段)
1 冷媒回路
3 冷凍機ユニット
5 ショーケースユニット
7、9 冷媒配管
11 圧縮機
36 中間圧吐出配管
38 インタークーラ
44 オイルセパレータ
46 ガスクーラ
47 ガスクーラ用送風機
48 高圧圧力センサ(高圧圧力検出手段)
49 中間圧圧力センサ(中間圧圧力検出手段)
58 ユニット出口側圧力センサ(ユニット出口側圧力検出手段)
62 主絞り手段(絞り手段)
63 蒸発器
74 オイルクーラ
80 中間熱交換器
80A 第1の流路
80B 第2の流路
83 補助膨張弁(補助絞り手段)
100 冷媒量調整タンク
101 第1の連通回路
102 電動膨張弁(絞り機能を有する第1の開閉手段)
103 第2の連通回路
104 電磁弁(第2の開閉手段)
105 第3の連通回路
106 電磁弁(第3の開閉手段)
111 増設冷媒量調整装置
112 高圧サービス口
113 中圧サービス口
114 低圧サービス口
116 増設冷媒量調整タンク
117 電動膨張弁(絞り機能を有する第1の増設開閉手段)
118 第1のサービス口
119 電磁弁(第2の増設開閉手段)
121 第2のサービス口
122 電磁弁(第3の増設開閉手段)
124 第3のサービス口
126 第1の増設連通配管(第1の増設連通回路を構成)
127 第2の増設連通配管(第2の増設連通回路を構成)
128 第3の増設連通配管(第3の増設連通回路を構成)
131 冷媒封入量調整機構
132 排出管
133 排出弁
Claims (6)
- 圧縮手段と、ガスクーラと、絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、
第1の連通回路を介して前記冷媒回路の高圧側に接続された冷媒量調整タンクと、
前記冷媒量調整タンクの上部と前記冷媒回路の中間圧領域とを連通する第2の連通回路と、
前記冷媒量調整タンクの下部と前記冷媒回路の中間圧領域とを連通する第3の連通回路と、
前記第1の連通回路に設けられた絞り機能を有する第1の開閉手段と、
前記第2の連通回路に設けられた第2の開閉手段と、
前記第3の連通回路に設けられた第3の開閉手段と、
第1の増設連通回路を介して前記冷媒回路の高圧側に接続され外部に増設される増設冷媒量調整タンクと、
前記増設冷媒量調整タンクの上部と前記冷媒回路の中間圧領域とを連通する第2の増設連通回路と、
前記増設冷媒量調整タンクの下部と前記冷媒回路の低圧側とを連通する第3の増設連通回路と、
前記第1の増設連通回路に設けられた絞り機能を有する第1の増設開閉手段と、
前記第2の増設連通回路に設けられた第2の増設開閉手段と、
前記第3の増設連通回路に設けられた第3の増設開閉手段と、
前記各開閉手段を制御して前記冷媒回路の高圧側の循環冷媒を前記冷媒量調整タンク及び前記増設冷媒量調整タンクに回収する冷媒回収動作を実行し、前記冷媒量調整タンクに回収した冷媒を前記冷媒回路の中間圧領域に放出すると共に、前記増設冷媒量調整タンクに回収した冷媒は前記冷媒回路の低圧側に放出する冷媒放出動作を実行する制御手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 圧縮手段と、ガスクーラと、絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、
第1の連通回路を介して前記冷媒回路の高圧側に接続された冷媒量調整タンクと、
前記冷媒量調整タンクの上部と前記冷媒回路の中間圧領域とを連通する第2の連通回路と、
前記冷媒量調整タンクの下部と前記冷媒回路の中間圧領域とを連通する第3の連通回路と、
前記第1の連通回路に設けられた絞り機能を有する第1の開閉手段と、
前記第2の連通回路に設けられた第2の開閉手段と、
前記第3の連通回路に設けられた第3の開閉手段と、
前記第1の開閉手段、第2の開閉手段、及び、第3の開閉手段を制御して前記冷媒回路中の循環冷媒を前記冷媒量調整タンクに回収する冷媒回収動作を実行し、該冷媒量調整タンクから前記冷媒回路へ冷媒を放出する冷媒放出動作を実行する制御手段と、
前記冷媒回路の高圧側、中間圧領域、及び、低圧側にそれぞれ連通して設けられた高圧サービス口、中圧サービス口、及び、低圧サービス口と、
前記冷媒回路に増設するかたちで接続可能とされ外部に増設される増設冷媒量調整装置とを備え、
前記増設冷媒量調整装置は、
増設冷媒量調整タンクと、
前記増設冷媒量調整タンクに絞り機能を有する第1の増設開閉手段を介して連通する第1のサービス口と、
前記増設冷媒量調整タンクの上部に第2の増設開閉手段を介して連通する第2のサービス口と、
前記増設冷媒量調整タンクの下部に第3の増設開閉手段を介して連通する第3のサービス口とを有し、
前記第1のサービス口が前記高圧サービス口に、前記第2のサービス口が前記中圧サービス口に、前記第3のサービス口が前記低圧サービス口にそれぞれ配管接続されると共に、
前記制御手段は、前記増設冷媒量調整装置が前記冷媒回路に接続された状態で、前記第1の増設開閉手段、第2の増設開閉手段、及び、第3の増設開閉手段を制御し、前記冷媒回収動作にて前記冷媒回路中の高圧側の循環冷媒を前記増設冷媒量調整タンクに回収し、前記冷媒放出動作にて前記増設冷媒量調整タンクから前記冷媒回路の低圧側に冷媒を放出することを特徴とする冷凍装置。 - 前記制御手段は、前記冷媒回収動作において、前記第3の開閉手段及び前記第3の増設開閉手段を閉じた状態で、前記第1の開閉手段、前記第2の開閉手段、前記第1の増設開閉手段及び前記第2の増設開閉手段を開放することにより、冷媒を前記冷媒量調整タンク及び増設冷媒量調整タンクに回収し、
前記冷媒放出動作において、前記第1の開閉手段、前記第2の開閉手段、前記第1の増設開閉手段及び前記第2の増設開閉手段を閉じた状態で、前記第3の開閉手段及び前記第3の増設開閉手段を開放することにより、前記冷媒量調整タンク及び前記増設冷媒量調整タンクから冷媒を放出することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御手段は、前記冷媒回路の高圧側圧力に基づき、当該高圧側圧力が上昇したことに基づいて前記冷媒回収動作を実行し、前記高圧側圧力が低下したことに基づき、前記冷媒放出動作を実行することを特徴とする請求項1から請求項3のうちの何れかに記載の冷凍装置。
- 前記冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れかに記載の冷凍装置。
- 圧縮手段と、ガスクーラと、絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となると共に、制御手段と、前記冷媒回路の高圧側、中間圧領域、低圧側にそれぞれ連通して設けられた高圧サービス口、中圧サービス口、及び、低圧サービス口とを備えた冷凍装置の前記冷媒回路に接続可能とされ外部に増設される増設冷媒量調整装置であって、
増設冷媒量調整タンクと、
該増設冷媒量調整タンクに絞り機能を有する第1の増設開閉手段を介して連通する第1のサービス口と、
前記増設冷媒量調整タンクの上部に第2の増設開閉手段を介して連通する第2のサービス口と、
前記増設冷媒量調整タンクの下部に第3の増設開閉手段を介して連通する第3のサービス口とを有し、
前記第1のサービス口が前記高圧サービス口に、前記第2のサービス口が前記中圧サービス口に、前記第3のサービス口が前記低圧サービス口にそれぞれ配管接続可能とされており、
前記制御手段は、前記冷媒回路に接続された状態で、前記第1の増設開閉手段、第2の増設開閉手段、及び、第3の増設開閉手段を制御し、冷媒回収動作にて前記冷媒回路中の高圧側の循環冷媒を前記増設冷媒量調整タンクに回収し、冷媒放出動作にて前記増設冷媒量調整タンクから前記冷媒回路の低圧側に冷媒を放出するよう構成されていることを特徴とする冷凍装置用増設冷媒量調整装置。
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