JP6292480B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮手段、ガスクーラ、主絞り手段、及び、蒸発器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関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus in which a refrigerant circuit is configured by a compression unit, a gas cooler, a main throttle unit, and an evaporator, and a high pressure side is a supercritical pressure.
従来よりこの種冷凍装置は、圧縮手段、ガスクーラ、絞り手段等から冷凍サイクルが構成され、圧縮手段で圧縮された冷媒がガスクーラにて放熱し、絞り手段にて減圧された後、蒸発器にて冷媒を蒸発させて、このときの冷媒の蒸発により周囲の空気を冷却するものとされていた。近年、この種冷凍装置では、自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷媒サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of refrigeration apparatus has a refrigeration cycle composed of a compression means, a gas cooler, a throttle means, etc., and the refrigerant compressed by the compression means dissipates heat in the gas cooler and is depressurized by the throttle means, and then in an evaporator. The refrigerant was evaporated, and ambient air was cooled by evaporation of the refrigerant at this time. In recent years, chlorofluorocarbon refrigerants cannot be used in this type of refrigeration system due to natural environmental problems. For this reason, the thing using the carbon dioxide which is a natural refrigerant | coolant is developed as a substitute of a fluorocarbon refrigerant | coolant. The carbon dioxide refrigerant is a refrigerant having a high and low pressure difference, and has a low critical pressure. It is known that the high pressure side of the refrigerant cycle is brought into a supercritical state by compression (see, for example, Patent Document 1).
また、給湯機を構成するヒートポンプ装置では、ガスクーラにて優れた加熱作用が得られる二酸化炭素冷媒が使用されるようになってきており、その場合にガスクーラから出た冷媒を2段膨張させ、各膨張装置の間に気液分離器を介設して、圧縮機にガスインジェクションできるようにするものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。 Moreover, in the heat pump device constituting the water heater, a carbon dioxide refrigerant capable of obtaining an excellent heating action in the gas cooler has been used. In that case, the refrigerant discharged from the gas cooler is expanded in two stages, There has also been developed an apparatus in which a gas-liquid separator is interposed between expansion devices to enable gas injection into a compressor (see, for example, Patent Document 2).
一方、例えばショーケース等に設置された蒸発器において吸熱作用を利用し、庫内を冷却する冷凍装置では、外気温度(ガスクーラ側の熱源温度)が高い等の原因により、ガスクーラ出口の冷媒温度が高くなる条件下においては、蒸発器入口の比エンタルピが大きくなるため、冷凍能力が著しく低下する問題がある。そのようなときに、冷凍能力を確保するため、圧縮手段の吐出圧力(高圧側圧力)を上昇させると、圧縮動力が増大して成績係数が低下してしまう。 On the other hand, for example, in an refrigeration system that uses an endothermic action in an evaporator installed in a showcase or the like to cool the interior, the refrigerant temperature at the outlet of the gas cooler is high due to factors such as high outside air temperature (heat source temperature on the gas cooler side). Under higher conditions, the specific enthalpy at the inlet of the evaporator increases, which causes a problem that the refrigerating capacity is remarkably reduced. In such a case, if the discharge pressure (high-pressure side pressure) of the compression means is increased in order to ensure the refrigeration capacity, the compression power increases and the coefficient of performance decreases.
そこで、ガスクーラで冷却された冷媒を二つの冷媒流に分流し、分流された一方の冷媒流を補助絞り手段で絞った後、スプリット熱交換器の一方の通路に流し、他方の冷媒流をスプリット熱交換器の他方の流路に流して熱交換させた後、主絞り手段を介して蒸発器に流入させる所謂スプリットサイクルの冷凍装置が提案されている。係る冷凍装置によれば、減圧膨張された第1の冷媒流により第2の冷媒流を冷却でき、蒸発器入口の比エンタルピを小さくすることで、冷凍能力を改善することができるものであった(例えば、特許文献3参照)。 Therefore, the refrigerant cooled by the gas cooler is divided into two refrigerant streams, one of the divided refrigerant streams is squeezed by the auxiliary throttle means, and then flows into one passage of the split heat exchanger, and the other refrigerant stream is split. A so-called split-cycle refrigeration apparatus has been proposed in which heat is exchanged by flowing through the other flow path of the heat exchanger and then flows into the evaporator via the main throttle means. According to such a refrigeration apparatus, the second refrigerant flow can be cooled by the first refrigerant flow expanded under reduced pressure, and the refrigeration capacity can be improved by reducing the specific enthalpy at the inlet of the evaporator. (For example, refer to Patent Document 3).
しかしながら、特に蒸発器における冷媒の蒸発温度が高くなる冷蔵ショーケース等のような冷蔵条件の場合、外気温度が変動すると主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動し、主絞り手段の制御と冷凍能力が安定しなくなる。また、スーパーマーケット等の店舗において、圧縮手段やガスクーラが設置された冷凍機から主絞り手段や蒸発器が設けられた店舗内のショーケースに冷媒を供給する場合、ショーケース側の主絞り手段までの高圧側圧力が高いため、長い冷媒配管(液管)として耐圧の高いものを使用しなければならなくなり、施工コスト的に不利となる。 However, particularly in the case of refrigeration conditions such as a refrigeration showcase where the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator becomes high, the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means fluctuates greatly when the outside air temperature fluctuates, and the control of the main throttle means The refrigeration capacity becomes unstable. Also, in a store such as a supermarket, when supplying a refrigerant from a refrigerator equipped with a compression means or a gas cooler to a showcase in a store provided with a main throttle means or an evaporator, the main throttle means on the showcase side Since the high-pressure side pressure is high, it is necessary to use a long refrigerant pipe (liquid pipe) with a high pressure resistance, which is disadvantageous in terms of construction cost.
また、外気温度が高い環境下で運転を開始した場合、蒸発温度が高い冷蔵条件の冷媒回路では第1の冷媒流が液化しなくなり、前述のようなスプリットサイクルを構成しても第1の冷媒流による第2の冷媒流の冷却効果が殆ど期待できなくなる。そのため、主絞り手段に液冷媒を送ることができなくなる。更に、二酸化炭素のような冷媒を使用した場合、季節によって高圧側圧力が大きく変動するために適正な冷媒充填量を判別しにくいと云う問題もあった。 Further, when the operation is started in an environment where the outside air temperature is high, the first refrigerant flow is not liquefied in the refrigerant circuit under the refrigeration condition where the evaporation temperature is high. Even if the split cycle as described above is configured, the first refrigerant The cooling effect of the second refrigerant flow by the flow can hardly be expected. Therefore, the liquid refrigerant cannot be sent to the main throttle means. Further, when a refrigerant such as carbon dioxide is used, there is a problem that it is difficult to determine an appropriate refrigerant charging amount because the high-pressure side pressure varies greatly depending on the season.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる場合に、外気温度に左右されずに安定した冷凍能力を確保でき、施工性やコストも改善することができる冷凍装置を提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the conventional technical problems, and when the high pressure side becomes a supercritical pressure, it can ensure a stable refrigeration capacity without being influenced by the outside air temperature, It aims at providing the freezing apparatus which can also improve cost.
本発明の冷凍装置は、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、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、前記ガスクーラの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、該圧力調整用絞り手段の下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された減圧タンクと、該減圧タンクの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、前記減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介して前記スプリット熱交換器の第1の流路に流した後、前記圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、前記スプリット熱交換器の第2の流路に流し、前記第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、前記主絞り手段に流入させる主回路とを備え、前記補助絞り手段の上流側の前記補助回路は、前記減圧タンク上部から冷媒を流出させ、前記補助絞り手段に流入させるガス配管と、前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して前記補助絞り手段に流入させる液配管とから構成され、前記圧力調整用絞り手段を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、外気温度を表す指標に基づいて前記弁装置を制御し、前記外気温度が上昇した場合、前記弁装置を閉じると共に、前記外気温度が低下した場合は開くことを特徴とする。 The refrigerating apparatus of the present invention is a refrigerating apparatus in which a refrigerant circuit is configured by a compression means, a gas cooler, a main throttle means, and an evaporator, and the high pressure side is a supercritical pressure, and is located downstream of the gas cooler and the main cooler. A pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit upstream of the throttle means; a pressure reducing tank connected to the refrigerant circuit downstream of the pressure adjusting throttle means and upstream of the main throttle means; A split heat exchanger provided in the refrigerant circuit downstream of the decompression tank and upstream of the main throttle means, and the split heat exchanger that passes the refrigerant in the decompression tank via the auxiliary throttle means After flowing into the first flow path, the auxiliary circuit for sucking into the intermediate pressure portion of the compression means, and the refrigerant is caused to flow out from the lower part of the decompression tank, flow into the second flow path of the split heat exchanger, The first channel After the refrigerant heat exchange with, and a main circuit which flows into the main throttle means, said auxiliary circuit upstream of the auxiliary throttle means, the refrigerant is flowing out from the vacuum tank top, to the auxiliary throttle means A control unit configured to control the pressure adjusting throttle unit, the gas pipe flowing in, and a liquid pipe configured to flow the refrigerant out from the lower part of the decompression tank and to flow into the auxiliary throttle unit through a valve device; The control means controls the valve device based on an index representing the outside air temperature, and closes the valve device when the outside air temperature rises, and opens when the outside air temperature falls .
請求項2の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段の開度を制御することにより、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の規定値に調整することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a second aspect of the present invention, in the above invention, the control means adjusts the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to a predetermined specified value by controlling the opening degree of the pressure adjusting throttle means. Features.
請求項3の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the refrigeration apparatus according to the first aspect, wherein the control means opens the opening of the pressure adjusting throttle means when the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means rises to a predetermined upper limit value. Is increased.
請求項4の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で弁装置を閉じることを特徴とする。 The refrigeration apparatus according to a fourth aspect of the invention is characterized in that, in the above invention, the control means closes the valve device at a lower outside air temperature as the evaporation temperature is higher, based on an index representing the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator. .
請求項5の発明の冷凍装置は、上記各発明において主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けたことを特徴とする。 A refrigeration apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that an internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the main throttle means and the refrigerant discharged from the evaporator is provided in each of the above inventions.
請求項6の発明の冷凍装置は、上記発明において内部熱交換器は、主絞り手段に流入する冷媒が流れる内部熱交換器の第1の流路と、蒸発器から出た冷媒が流れる内部熱交換器用の2の流路とを備え、内部熱交換器の第1の流路を流れる冷媒と内部熱交換器の第2の流路を流れる冷媒とを熱交換させると共に、内部熱交換器の第1の流路、又は、内部熱交換器の第2の流路に並列に接続されたバイパス回路と、このバイパス回路に設けられたバイパス用弁装置を備えたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the refrigeration apparatus according to the first aspect, wherein the internal heat exchanger includes a first flow path of the internal heat exchanger through which the refrigerant flowing into the main throttle means flows, and an internal heat through which the refrigerant discharged from the evaporator flows. Two flow paths for the exchanger, heat exchange is performed between the refrigerant flowing through the first flow path of the internal heat exchanger and the refrigerant flowing through the second flow path of the internal heat exchanger, and the internal heat exchanger A bypass circuit connected in parallel to the first flow path or the second flow path of the internal heat exchanger, and a bypass valve device provided in the bypass circuit are provided.
請求項7の発明の冷凍装置は、上記発明においてバイパス用弁装置を制御する制御手段を備え、制御手段は、内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒と内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度に基づき、内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度が内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、バイパス用弁装置を開くことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a refrigeration apparatus comprising a control means for controlling the bypass valve device in the above invention, wherein the control means is a refrigerant flowing into the first flow path of the internal heat exchanger and the first of the internal heat exchanger. When the temperature of the refrigerant exiting the second flow path of the internal heat exchanger is higher than the temperature of the refrigerant flowing into the first flow path of the internal heat exchanger based on the temperature of the refrigerant exiting the second flow path, The bypass valve device is opened.
請求項8の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。 The refrigeration apparatus according to the invention of claim 8 is characterized in that carbon dioxide is used as a refrigerant in each of the above inventions.
本発明によれば、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、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、ガスクーラの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された減圧タンクと、減圧タンクの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第1の流路に流した後、圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第2の流路に流し、第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路とを備えているので、補助回路を構成するスプリット熱交換器の第1の流路に流れる冷媒を補助絞り手段で膨張させ、主回路を構成するスプリット熱交換器の第2の流路に流れる冷媒を冷却することができるようになり、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。 According to the present invention, in the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression unit, the gas cooler, the main throttle unit, and the evaporator, and the high pressure side is the supercritical pressure, the downstream side of the gas cooler and the main throttle unit A pressure adjusting throttle connected to the upstream refrigerant circuit, a pressure reducing tank connected to the refrigerant circuit upstream of the main throttle and downstream of the pressure adjusting throttle, and downstream of the pressure reducing tank Then, after the split heat exchanger provided in the refrigerant circuit upstream of the main throttle means and the refrigerant in the decompression tank flow through the first flow path of the split heat exchanger via the auxiliary throttle means, After the auxiliary circuit to be sucked into the intermediate pressure part of the compression means, the refrigerant flows out from the lower part of the decompression tank, flows into the second flow path of the split heat exchanger, and after heat exchange with the refrigerant flowing through the first flow path, Main circuit flowing into the main throttle means The refrigerant flowing in the first flow path of the split heat exchanger constituting the auxiliary circuit is expanded by the auxiliary throttle means, and the refrigerant flowing in the second flow path of the split heat exchanger constituting the main circuit Can be cooled, and the specific enthalpy at the evaporator inlet can be reduced to effectively improve the refrigerating capacity.
また、スプリット熱交換器の第1の流路に流れる冷媒は圧縮手段の中間圧部に戻されるため、圧縮手段の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮手段における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮手段における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。 Further, since the refrigerant flowing in the first flow path of the split heat exchanger is returned to the intermediate pressure portion of the compression means, the amount of refrigerant sucked into the low pressure portion of the compression means is reduced, and the refrigerant is compressed from low pressure to intermediate pressure. The amount of compression work in the compression means is reduced. As a result, the compression power in the compression means is reduced and the coefficient of performance is improved.
特に、ガスクーラから出た冷媒を圧力調整用絞り手段にて膨張させ、減圧タンク内に流入させるようにしているので、この圧力調整用絞り手段によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段に至る配管として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。また、減圧タンクにて冷媒回路内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される。これらにより施工性や施工コストの改善も図ることが可能となる。 In particular, since the refrigerant discharged from the gas cooler is expanded by the pressure adjusting throttle means and flows into the decompression tank, the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means is lowered by the pressure adjusting throttle means. It is possible to use a pipe having a low pressure resistance as a pipe leading to the main throttle means. In addition, since the decompression tank has an effect of absorbing the fluctuation of the circulating refrigerant amount in the refrigerant circuit, the refrigerant filling amount error is also absorbed. These also make it possible to improve workability and construction cost.
更に、圧力調整用絞り手段で膨張されることで液化した冷媒の一部は減圧タンク内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって減圧タンク内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この減圧タンク内下部の液冷媒が主回路を構成するスプリット熱交換器の第2の流路を経て主絞り手段に流入することになるので、満液状態で主絞り手段に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。
また、本発明によれば、補助絞り手段の上流側の補助回路を、減圧タンク上部から冷媒を流出させ、補助絞り手段に流入させるガス配管と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して補助絞り手段に流入させる液配管とから構成しているので、圧力調整用絞り手段にて膨張されることで液化し、減圧タンク内に入って一部蒸発し、温度が低下したガス冷媒と残りの液冷媒を、ガス配管と液配管によって選択的にスプリット熱交換器の第1の流路に流すことが可能となる。
即ち、例えば外気温度が高い高外気温度環境では、冷媒回路の高圧側圧力も高くなるため、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を例えば前述した既定値に下げるため、制御手段は圧力調整用絞り手段の開度を絞るように制御する。この状況では減圧タンク内に貯留される液冷媒は少なくなり、それをスプリット熱交換器の第1の流路に流した場合、第2の流路を経て主絞り手段に向かう液冷媒を確保し難くなる。
また、外気温度が低下してきて中外気温度環境となり、高圧側圧力も下がってくると、制御手段が圧力調整用絞り手段の開度を開き気味に制御するようになるが、減圧タンク内に貯留される冷媒量も増えてくる。そして、更に外気温度が下がって低外気温度環境となり、高圧側圧力が更に低下すると、減圧タンク内には液冷媒が多く貯留されるかたちとなる。
また、本発明の如く制御手段によって外気温度を表す指標に基づいて弁装置を制御し、外気温度が上昇した場合、弁装置を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くようにすれば、前述した高外気温度環境下では液配管の弁装置を閉じ、減圧タンク内のガス冷媒をガス配管からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内で冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は所謂2段膨張サイクルとなる。
一方、前述した中外気温度環境下では、液配管の弁装置を開き、減圧タンク内のガス冷媒と液冷媒をガス配管と液配管の双方からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒と補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内でより強く冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記2段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。
そして、前述した低外気温度環境下でも液配管の弁装置を開くことで、減圧タンク内に多く貯留された液冷媒を液配管からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を更に強く冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内で強力に冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記スプリットサイクルとなる。
このように、外気温度環境に応じて2段膨張サイクルとスプリットサイクルを切り換えることができるようになるので、冷凍装置をより安定的、且つ、高効率で運転することが可能となる。
Further, a part of the refrigerant liquefied by expansion by the pressure adjusting throttle means evaporates in the decompression tank to become a gas refrigerant having a lowered temperature, and the rest becomes liquid refrigerant and is temporarily stored in the lower part of the decompression tank. It becomes a shape. Then, since the liquid refrigerant in the lower part of the decompression tank flows into the main throttle means through the second flow path of the split heat exchanger constituting the main circuit, the refrigerant flows into the main throttle means in the full state. In particular, it is possible to improve the refrigerating capacity under refrigeration conditions where the evaporation temperature in the evaporator is high.
Further, according to the present invention, the auxiliary circuit on the upstream side of the auxiliary throttle means allows the refrigerant to flow out from the upper part of the decompression tank, the gas piping to flow into the auxiliary throttle means, the refrigerant to flow out from the lower part of the decompression tank, and the valve device to Gas refrigerant that is liquefied by being expanded by the pressure adjusting throttle means, partially evaporated into the decompression tank, and lowered in temperature. And the remaining liquid refrigerant can be selectively passed through the first flow path of the split heat exchanger by the gas pipe and the liquid pipe.
That is, for example, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, the pressure on the high pressure side of the refrigerant circuit also increases, so that the control means uses the pressure adjusting throttle to reduce the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to, for example, the predetermined value described above. Control to reduce the opening of the means. In this situation, the liquid refrigerant stored in the decompression tank is reduced, and when it flows into the first flow path of the split heat exchanger, the liquid refrigerant going to the main throttle means is secured through the second flow path. It becomes difficult.
In addition, when the outside air temperature decreases and the inside / outside air temperature environment is reduced, and the high pressure side pressure is lowered, the control means opens the opening of the pressure adjusting throttle means and controls it slightly, but it is stored in the decompression tank. The amount of refrigerant to be increased also increases. Then, when the outside air temperature is further lowered to become a low outside air temperature environment and the high pressure side pressure is further lowered, a large amount of liquid refrigerant is stored in the decompression tank.
Further, when the valve device is controlled by the control means based on the index representing the outside air temperature as in the present invention and the outside air temperature rises, the valve device is closed, and when the outside air temperature falls, the valve device is opened. Under the high outside air temperature environment, the valve device of the liquid piping is closed, and the gas refrigerant in the decompression tank can be flowed from the gas piping to the first flow path of the split heat exchanger. As a result, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is cooled by the gas refrigerant whose temperature has decreased in the decompression tank, and the liquid refrigerant in the decompression tank is cooled in the second flow path of the split heat exchanger. After cooling, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit becomes a so-called two-stage expansion cycle.
On the other hand, in the above-mentioned medium / outside air temperature environment, the valve device of the liquid piping is opened, and the gas refrigerant and the liquid refrigerant in the decompression tank are allowed to flow from both the gas piping and the liquid piping to the first flow path of the split heat exchanger. Will be able to. As a result, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is cooled by the gas refrigerant whose temperature has decreased in the decompression tank and the liquid refrigerant expanded by the auxiliary throttle means, and the liquid refrigerant in the decompression tank is split. After cooling more strongly in the second flow path of the heat exchanger, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit is a combined cycle of the two-stage expansion cycle and a so-called split cycle.
Further, by opening the valve device of the liquid piping even under the low outside air temperature environment described above, the liquid refrigerant stored in the decompression tank can flow from the liquid piping to the first flow path of the split heat exchanger. become. Accordingly, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is further strongly cooled by the liquid refrigerant expanded by the auxiliary throttle means, and the liquid refrigerant in the decompression tank is cooled to the second flow path of the split heat exchanger. After it has been cooled strongly, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit is in the split cycle.
As described above, since the two-stage expansion cycle and the split cycle can be switched according to the outside air temperature environment, the refrigeration apparatus can be operated more stably and efficiently.
特に、請求項2の発明の如く制御手段により、圧力調整用絞り手段の開度を制御して主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の規定値に調整することにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動することを防止し、常に同じ既定値に維持することができる。これにより、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件において、主絞り手段の制御を安定化し、冷凍能力を安定して確保することができるようになる。 In particular, the control means controls the opening degree of the pressure adjusting throttle means and adjusts the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to a predetermined specified value by the control means as in the second aspect of the invention. It is possible to prevent the refrigerant pressure flowing into the main throttle means from greatly fluctuating due to a change in the outside air temperature, and always maintain the same predetermined value. Thereby, especially in the refrigeration conditions where the evaporation temperature in the evaporator is high, the control of the main throttling means can be stabilized and the refrigerating capacity can be secured stably.
この場合、圧力調整用絞り手段を設けることで、その上流側の冷媒回路の高圧側圧力が高くなる危険性があるが、請求項3の発明の如く制御手段が圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させることにより、高圧側圧力の異常上昇を解消することができる。これにより、異常高圧による圧縮手段の停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。
In this case, by providing the pressure adjusting throttle means, there is a risk that the high pressure side pressure of the upstream refrigerant circuit becomes high. However, as in the invention of
また、請求項4の発明によれば、上記各発明に加えて補助絞り手段の上流側の補助回路を、減圧タンク上部から冷媒を流出させ、補助絞り手段に流入させるガス配管と、減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して補助絞り手段に流入させる液配管とから構成しているので、圧力調整用絞り手段にて膨張されることで液化し、減圧タンク内に入って一部蒸発し、温度が低下したガス冷媒と残りの液冷媒を、ガス配管と液配管によって選択的にスプリット熱交換器の第1の流路に流すことが可能となる。 According to the invention of claim 4, in addition to each of the above-mentioned inventions, the auxiliary circuit upstream of the auxiliary throttle means includes a gas pipe for allowing the refrigerant to flow out from the upper part of the vacuum tank and into the auxiliary throttle means, and the lower part of the vacuum tank Since the refrigerant pipe is made to flow out into the auxiliary throttle means via the valve device, the refrigerant is liquefied by being expanded by the pressure adjusting throttle means and partially enters the decompression tank. The gas refrigerant and the remaining liquid refrigerant having evaporated and the temperature decreased can be selectively passed through the first flow path of the split heat exchanger by the gas pipe and the liquid pipe.
即ち、例えば外気温度が高い高外気温度環境では、冷媒回路の高圧側圧力も高くなるため、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を例えば前述した既定値に下げるため、制御手段は圧力調整用絞り手段の開度を絞るように制御する。この状況では減圧タンク内に貯留される液冷媒は少なくなり、それをスプリット熱交換器の第1の流路に流した場合、第2の流路を経て主絞り手段に向かう液冷媒を確保し難くなる。 That is, for example, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, the pressure on the high pressure side of the refrigerant circuit also increases, so that the control means uses the pressure adjusting throttle to reduce the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to, for example, the predetermined value described above. Control to reduce the opening of the means. In this situation, the liquid refrigerant stored in the decompression tank is reduced, and when it flows into the first flow path of the split heat exchanger, the liquid refrigerant going to the main throttle means is secured through the second flow path. It becomes difficult.
また、外気温度が低下してきて中外気温度環境となり、高圧側圧力も下がってくると、制御手段が圧力調整用絞り手段の開度を開き気味に制御するようになるが、減圧タンク内に貯留される冷媒量も増えてくる。そして、更に外気温度が下がって低外気温度環境となり、高圧側圧力が更に低下すると、減圧タンク内には液冷媒が多く貯留されるかたちとなる。 In addition, when the outside air temperature decreases and the inside / outside air temperature environment is reduced, and the high pressure side pressure is lowered, the control means opens the opening of the pressure adjusting throttle means and controls it slightly, but it is stored in the decompression tank. The amount of refrigerant to be increased also increases. Then, when the outside air temperature is further lowered to become a low outside air temperature environment and the high pressure side pressure is further lowered, a large amount of liquid refrigerant is stored in the decompression tank.
そこで、請求項5の発明の如く制御手段によって外気温度を表す指標に基づいて弁装置を制御し、外気温度が上昇した場合、弁装置を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くようにすれば、前述した高外気温度環境下では液配管の弁装置を閉じ、減圧タンク内のガス冷媒をガス配管からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内で冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は所謂2段膨張サイクルとなる。 Therefore, as in the fifth aspect of the invention, the valve device is controlled by the control means based on the index representing the outside air temperature, and when the outside air temperature rises, the valve device is closed, and when the outside air temperature falls, the valve device is opened. For example, under the above-described high outside air temperature environment, the valve device of the liquid pipe is closed, and the gas refrigerant in the decompression tank can be flowed from the gas pipe to the first flow path of the split heat exchanger. As a result, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is cooled by the gas refrigerant whose temperature has decreased in the decompression tank, and the liquid refrigerant in the decompression tank is cooled in the second flow path of the split heat exchanger. After cooling, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit becomes a so-called two-stage expansion cycle.
一方、前述した中外気温度環境下では、液配管の弁装置を開き、減圧タンク内のガス冷媒と液冷媒をガス配管と液配管の双方からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、減圧タンク内で温度が下がったガス冷媒と補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内でより強く冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記2段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。 On the other hand, in the above-mentioned medium / outside air temperature environment, the valve device of the liquid piping is opened, and the gas refrigerant and the liquid refrigerant in the decompression tank are allowed to flow from both the gas piping and the liquid piping to the first flow path of the split heat exchanger. Will be able to. As a result, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is cooled by the gas refrigerant whose temperature has decreased in the decompression tank and the liquid refrigerant expanded by the auxiliary throttle means, and the liquid refrigerant in the decompression tank is split. After cooling more strongly in the second flow path of the heat exchanger, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit is a combined cycle of the two-stage expansion cycle and a so-called split cycle.
そして、前述した低外気温度環境下でも液配管の弁装置を開くことで、減圧タンク内に多く貯留された液冷媒を液配管からスプリット熱交換器の第1の流路に流すことができるようになる。これにより、補助絞り手段にて膨張された液冷媒でスプリット熱交換器の第2の流路を流れる冷媒を更に強く冷却し、減圧タンク内の液冷媒をスプリット熱交換器の第2の流路内で強力に冷却した後、主絞り手段に供給することができるようになる。この状態で冷媒回路は上記スプリットサイクルとなる。 Further, by opening the valve device of the liquid piping even under the low outside air temperature environment described above, the liquid refrigerant stored in the decompression tank can flow from the liquid piping to the first flow path of the split heat exchanger. become. Accordingly, the refrigerant flowing through the second flow path of the split heat exchanger is further strongly cooled by the liquid refrigerant expanded by the auxiliary throttle means, and the liquid refrigerant in the decompression tank is cooled to the second flow path of the split heat exchanger. After it has been cooled strongly, it can be supplied to the main throttle means. In this state, the refrigerant circuit is in the split cycle.
このように、外気温度環境に応じて2段膨張サイクルとスプリットサイクルを切り換えることができるようになるので、冷凍装置をより安定的、且つ、高効率で運転することが可能となる。 As described above, since the two-stage expansion cycle and the split cycle can be switched according to the outside air temperature environment, the refrigeration apparatus can be operated more stably and efficiently.
この場合、請求項4の発明の如く制御手段が、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で弁装置を閉じるようにすることで、冷蔵条件等の蒸発温度が高い状態での運転において外気温度が高くなる場合、より速い段階で前述した2段膨張サイクルに切り換え、主絞り手段に向かう液冷媒の確保を行うことができるようになり、冷蔵条件での冷凍能力を維持することが可能となる。 In this case, as in the invention of claim 4 , the control means closes the valve device at a lower outside air temperature as the evaporation temperature is higher, based on the index representing the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator, so that the refrigeration condition When the outside air temperature becomes high during operation with a high evaporation temperature such as the above, it is possible to secure the liquid refrigerant toward the main throttle means by switching to the above-described two-stage expansion cycle at a faster stage. It becomes possible to maintain the refrigerating capacity under the conditions.
一方、蒸発温度が低い冷凍条件等では、前述した2段膨張サイクルではスプリット熱交換器において主絞り手段に流入する冷媒の過冷却がとれなくなるが、請求項6の発明によれば、できるだけスプリットサイクルで運転することになるので、主絞り手段に流入する冷媒を効果的に過冷却することが可能となる。これらにより、異なる蒸発温度で運転される場合にも、冷凍装置の運転効率の最適化を図ることができるようになる。 On the other hand, under the refrigeration conditions where the evaporation temperature is low, in the above-described two-stage expansion cycle, the refrigerant flowing into the main throttle means cannot be subcooled in the split heat exchanger. Thus, the refrigerant flowing into the main throttle means can be effectively supercooled. As a result, even when operating at different evaporation temperatures, the operating efficiency of the refrigeration apparatus can be optimized.
また、請求項5の発明の如く、主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けることにより、内部熱交換器にて蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却することができるようになるので、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。 Further, as in the invention of claim 5 , by providing an internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the main throttle means and the refrigerant discharged from the evaporator, the internal heat exchanger leaves the evaporator. Since the refrigerant flowing into the main throttle means can be cooled by the low-temperature refrigerant, the specific enthalpy at the evaporator inlet can be reduced to effectively improve the refrigerating capacity.
特に、外気温度が高い高外気温度環境では、圧力調整用絞り手段で規定値に調整される減圧タンク内の圧力と、圧縮手段の中間圧部との圧力差が無くなってくる。そのような場合、補助絞り手段は略全開状態となるため、状況によってはスプリット熱交換器における第1の流路を流れる補助回路の冷媒により、第2の流路を流れる主回路の冷媒を過冷却することが殆どできなくなって、主絞り手段に液リッチの冷媒を送れなくなるが、係る状況下においても、内部熱交換器において蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却し、満液状態で主絞り手段に冷媒を供給することができるようになるので、冷凍能力の改善を図ることが可能となる。 In particular, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, there is no pressure difference between the pressure in the decompression tank adjusted to the specified value by the pressure adjusting throttle means and the intermediate pressure portion of the compression means. In such a case, since the auxiliary throttle means is substantially fully open, depending on the situation, the refrigerant in the main circuit flowing in the second flow path may be excessively passed by the refrigerant in the auxiliary circuit flowing in the first flow path in the split heat exchanger. Although it becomes almost impossible to cool the liquid-rich refrigerant to the main throttle means, the refrigerant flowing into the main throttle means by the low-temperature refrigerant discharged from the evaporator in the internal heat exchanger even under such circumstances Since the refrigerant can be supplied to the main throttle means in a full liquid state, it is possible to improve the refrigerating capacity.
ここで、プルダウン時等には主絞り手段に流入する冷媒より蒸発器から出る冷媒の温度が高くなる場合があるが、請求項6の発明の如く内部熱交換器の第1の流路を流れて主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出て内部熱交換器の第2の流路を流れる冷媒とを熱交換させる内部熱交換器の第1の流路、又は、内部熱交換器の第2の流路にバイパス回路を並列に接続し、このバイパス回路にバイパス用弁装置を設けて請求項7の発明の如く制御手段により、内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒と内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度に基づき、内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度が内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、バイパス用弁装置を開くことにより、主絞り手段には内部熱交換器で蒸発器からの冷媒と熱交換していない冷媒が流れるようになる。
Here, when pulling down, the temperature of the refrigerant coming out of the evaporator may be higher than the refrigerant flowing into the main throttle means, but it flows through the first flow path of the internal heat exchanger as in the invention of
これにより、蒸発器から出る冷媒で主絞り手段に流入する冷媒が逆に加熱されてしまう不都合を未然に解消することが可能となる。 As a result, it is possible to obviate the disadvantage that the refrigerant flowing out of the evaporator and the refrigerant flowing into the main throttle means is heated in reverse.
特に、請求項8の発明の如く冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、上記各発明により冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになるものである。 In particular, when carbon dioxide is used as the refrigerant as in the invention of claim 8 , the above-described inventions can effectively improve the refrigerating capacity and improve the performance.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明を適用する一実施例にかかる冷凍装置Rの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Rは、スーパーマーケット等の店舗の機械室等に設置された冷凍機ユニット3と、店舗の売り場内に設置された一台若しくは複数台(図面では一台のみ示す)のショーケース4とを備え、これら冷凍機ユニット3とショーケース4とが、ユニット出口6とユニット入口7を介して、冷媒配管(液管)8及び冷媒配管9により連結されて所定の冷媒回路1を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration apparatus R according to an embodiment to which the present invention is applied. The refrigeration apparatus R in this embodiment is a show of a
この冷媒回路1は、高圧側の冷媒圧力(高圧圧力)がその臨界圧力以上(超臨界)となる二酸化炭素を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、PAG(ポリアルキルグリコール)等、既存のオイルが使用される。
The
冷凍機ユニット3は、圧縮手段としての圧縮機11を備える。本実施例において、圧縮機11は、内部中間圧型2段圧縮式ロータリコンプレッサであり、密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間の上部に配置収納された駆動要素としての電動要素13及びこの電動要素13の下側に配置され、その回転軸により駆動される第1の(低段側)回転圧縮要素(第1の圧縮要素)14及び第2の(高段側)回転圧縮要素(第2の圧縮要素)16から成る回転圧縮機構部にて構成されている。
The
圧縮機11の第1の回転圧縮要素14は、冷媒配管9を介して冷媒回路1の低圧側から圧縮機11に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出し、第2の回転圧縮要素16は、第1の回転圧縮要素14で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路1の高圧側に吐出する。圧縮機11は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素13の運転周波数を変更することで、第1の回転圧縮要素14及び第2の回転圧縮要素16の回転数を制御可能とする。
The first
圧縮機11の密閉容器12の側面には、第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17と、密閉容器12内に連通する低段側吐出口18と、第2の回転圧縮要素16に連通する高段側吸込口19及び高段側吐出口21が形成されている。圧縮機11の低段側吸込口17には、冷媒導入配管22の一端が接続され、その他端はユニット入口7にて冷媒配管9に接続されている。この冷媒導入配管22中に内部熱交換器15の第2の流路15Bが介設されている。
On the side surface of the sealed
低段側吸込口17より第1の回転圧縮要素14の低圧部に吸い込まれた低圧(LP:通常運転状態で2.6MPa程)の冷媒ガスは、当該第1の回転圧縮要素14により中間圧(MP:通常運転状態で5.5MPa程度)に昇圧されて密閉容器12内に吐出される。これにより、密閉容器12内は中間圧(MP)となる。
The low-pressure refrigerant gas (LP: about 2.6 MPa in the normal operation state) sucked into the low-pressure portion of the first
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスが吐出される圧縮機11の低段側吐出口18には、中間圧吐出配管23の一端が接続され、その他端はインタークーラ24の入口に接続されている。このインタークーラ24は、第1の回転圧縮要素14から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ24の出口には、中間圧吸入配管26の一端が接続され、この中間圧吸入配管26の他端は圧縮機11の高段側吸込口19に接続される。
One end of the intermediate
高段側吸込口19より第2の回転圧縮要素16に吸い込まれた中間圧(MP)の冷媒ガスは、当該第2の回転圧縮要素16により2段目の圧縮が行われて高温高圧(HP:通常運転状態で9MPa程の超臨界圧力)の冷媒ガスとなる。
The intermediate pressure (MP) refrigerant gas sucked into the second
そして、圧縮機11の第2の回転圧縮要素16の高圧室側に設けられた高段側吐出口21には、高圧吐出配管27の一端が接続され、その他端はガスクーラ(放熱器)28の入口に接続されている。20はこの高圧吐出配管27内に介設されたオイルセパレータである。オイルセパレータ20は圧縮機11から吐出された冷媒中のオイルを分離し、オイルクーラ25のオイル通路25Aと電動弁25Bを介して圧縮機11の密閉容器12内に戻す。尚、55は圧縮機11内のオイルレベルを検出するフロートスイッチである。
One end of a high-
ガスクーラ28は、圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ28の近傍には当該ガスクーラ28を空冷するガスクーラ用送風機31が配設されている。本実施例では、ガスクーラ28は上述したインタークーラ24と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。
The
ガスクーラ28の出口にはガスクーラ出口配管32の一端が接続され、このガスクーラ出口配管32の他端は圧力調整用絞り手段(電動膨張弁)33の入口に接続されている。この圧力調整用絞り手段33はガスクーラ28から出た冷媒を絞って膨張させるもので、その出口はタンク入口配管34を介して減圧タンク36の上部に接続されている。
One end of a gas
この減圧タンク36は内部に所定容積の空間を有する容積体であり、その下部にはタンク出口配管37の一端が接続され、このタンク出口配管37の他端がユニット出口6にて冷媒配管8に接続されている。このタンク出口配管37中にスプリット熱交換器29の第2の流路29Bが介設されると共に、このスプリット熱交換器29より下流側のタンク出口配管37中には、内部熱交換器15の第1の流路15Aが介設されている。このタンク出口配管37が本発明における主回路38を構成する。更に、内部熱交換器15の第1の流路15Aには並列にバイパス回路45が接続されており、このバイパス回路45にはバイパス用弁装置としての電磁弁50が介設されている。
The decompression tank 36 is a volume body having a space of a predetermined volume inside, and one end of a
一方、店舗内に設置されるショーケース4は、冷媒配管8及び9に接続される。ショーケース4には、絞り手段としての主絞り手段(電動膨張弁)39と蒸発器41が設けられており、冷媒配管8と冷媒配管9との間に順次接続されている(主絞り手段39が冷媒配管8側、蒸発器41が冷媒配管9側)。蒸発器41には、当該蒸発器41に送風する図示しない冷気循環用送風機が隣設されている。そして、冷媒配管9は、上述したように冷媒導入配管22を介して圧縮機11の第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17に接続されている。
On the other hand, the showcase 4 installed in the store is connected to the refrigerant pipes 8 and 9. The showcase 4 is provided with a main throttle means (electric expansion valve) 39 and an
他方、減圧タンク36の上部にはガス配管42の一端が接続されており、このガス配管42の他端は補助絞り手段(電動膨張弁)43の入口に接続されている。この補助絞り手段43の出口には、中間圧戻り配管44の一端が接続され、その他端は圧縮機11の中間圧部に繋がる中間圧領域の一例として中間圧吸入配管26の途中に連通されている。この中間圧戻り配管44中にスプリット熱交換器29の第1の流路29Aが介設されると共に、このスプリット熱交換器29より下流側の中間圧戻り配管44中には、オイルクーラ25の第2の流路25Cが介設されている。
On the other hand, one end of a gas pipe 42 is connected to the upper portion of the decompression tank 36, and the other end of the gas pipe 42 is connected to an inlet of auxiliary throttle means (electric expansion valve) 43. One end of the intermediate
また、減圧タンク36の下部には液配管46の一端が接続されており、この液配管46の他端はガス配管42の途中に連通されている。また、この液配管46中には弁装置としての電磁弁47が介設されている。これら中間圧戻り配管44と、補助絞り手段43と、この補助絞り手段43の上流側にあるガス配管42及び液配管46が本発明における補助回路48を構成する。
Further, one end of a
このような構成により、圧力調整用絞り手段33はガスクーラ28の下流側であって主絞り手段39の上流側に位置する。また、減圧タンク36は圧力調整用絞り手段33の下流側であって主絞り手段39の上流側に位置する。更に、スプリット熱交換器29は減圧タンク36の下流側であって主絞り手段39の上流側に位置することになり、以上により本実施例における冷凍装置Rの冷媒回路1が構成される。
With such a configuration, the pressure adjusting throttle means 33 is located downstream of the
この冷媒回路1の各所には種々のセンサが取り付けられている。即ち、高圧吐出配管27には高圧センサ49が取り付けられて冷媒回路1の高圧側圧力HP(圧縮機11の高段側吐出口21と圧力調整用絞り手段33の入口の間の圧力)を検出する。また、冷媒導入配管22には低圧センサ51が取り付けられて冷媒回路1の低圧側圧力LP(主絞り手段39の出口と低段側吸込口17の間の圧力)を検出する。また、中間圧吸入配管26には中間圧センサ52が取り付けられて冷媒回路の1の中間圧領域の圧力である中間圧MP(密閉容器12内と高段側吸込口19の間、補助絞り手段43の出口、中間圧戻り配管44内の圧力)を検出する。
Various sensors are attached to various portions of the
また、スプリット熱交換器29の下流側のタンク出口配管37にはユニット出口センサ53が取り付けられており、このユニット出口センサ53は減圧タンク36内の圧力TPを検出する。この減圧タンク36内の圧力は、即ち、冷凍機ユニット3から出て冷媒配管8から主絞り手段39に流入する冷媒の圧力となる。また、内部熱交換器15の上流側のタンク出口配管37にはユニット出口温度センサ54が取り付けられ、内部熱交換器15の第1の流路15Aに流入する冷媒の温度ITを検出する。更に、内部熱交換器15の下流側の冷媒導入配管22にはユニット入口温度センサ56が取り付けられ、内部熱交換器15の第2の流路15Bを出た冷媒の温度OTを検出する。
A
そして、これらセンサ49、51、52、53、54、56はマイクロコンピュータから構成された冷凍機ユニット3の制御手段を構成する制御装置57の入力に接続され、フロートスイッチ55も制御装置57の入力に接続される。また、制御装置57の出力には圧縮機11の電動要素13、電動弁25B、ガスクーラ用送風機31、圧力調整用絞り手段33、補助絞り手段43、電磁弁47、電磁弁50、主絞り手段39が接続され、制御装置57は各センサの出力と設定データ等に基づいてこれらを制御する。
These
尚、以後はショーケース4側の主絞り手段39や前述した冷気循環用送風機も制御装置57が制御するものとして説明するが、それらは実際には店舗の主制御装置(図示せず)を介し、制御装置57と連携して動作するショーケース4側の制御装置(図示せず)により制御される。従って、本発明における制御手段は制御装置57やショーケース4側の制御装置、前述した主制御装置等を含めた概念とする。
In the following description, it is assumed that the main throttle means 39 on the showcase 4 side and the above-described cool air circulation blower are also controlled by the
以上の構成で、次に図2〜図5を参照して冷凍装置Rの動作を説明する。制御装置57により圧縮機11の電動要素13が駆動されると、第1の回転圧縮要素14及び第2の回転圧縮要素16が回転し、低段側吸込口17より第1の回転圧縮要素14の低圧部に低圧(前述したLP:通常運転状態で2.6MPa程)の冷媒ガスが吸い込まれる。そして、第1の回転圧縮要素14により中間圧(前述したMP:通常運転状態で5.5MPa程度)に昇圧されて密閉容器12内に吐出される。これにより、密閉容器12内は中間圧(MP)となる。
With the above configuration, the operation of the refrigeration apparatus R will be described with reference to FIGS. When the
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスは低段側吐出口18から中間圧吐出配管23を経てインタークーラ24に入り、そこで空冷された後、中間圧吸入配管26を経て高段側吸込口19に戻る。この高段側吸込口19に戻った中間圧(MP)の冷媒ガスは、第2の回転圧縮要素16に吸い込まれ、この第2の回転圧縮要素16により2段目の圧縮が行われて高温高圧(HP:前述した通常運転状態で9MPa程の超臨界圧力)の冷媒ガスとなり、高段側吐出口21から高圧吐出配管27に吐出される。
Then, the intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed
高圧吐出配管27に吐出された冷媒ガスはオイルセパレータ20に流入し、冷媒に含まれたオイルが分離される。分離されたオイルはオイルクーラ25のオイル通路25Aで、後述するように第2の流路25C内を流れる中間圧戻り配管44の中間圧の冷媒により冷却された後、電動弁25Bを経て密閉容器12内に戻される。尚、制御装置57はフロートスイッチ55が検出する密閉容器12内のオイルレベルに基づき、電動弁25Bを制御してオイルの戻し量を調整し、密閉容器12内のオイルレベルを維持する。
The refrigerant gas discharged to the high-
(1)圧力調整用絞り手段と補助絞り手段の制御
一方、オイルセパレータ20でオイルが分離された冷媒ガスは、次にガスクーラ28に流入して空冷された後、ガスクーラ出口配管32を経て圧力調整用絞り手段33に至る。この圧力調整用絞り手段33は減圧タンク36内の圧力(主絞り手段39に流入する冷媒の圧力)を所定の規定値(一定値)SPに調整するために設けられており、ユニット出口センサ53の出力に基づき、制御装置57によりその弁開度が制御される。この規定値SPは通常の高圧側圧力HPよりも低く、中間圧MPよりも高い例えば6MPaに設定される。そして、制御装置57はユニット出口センサ53が検出する減圧タンク36内の圧力(主絞り手段39に流入する冷媒の圧力)が規定値SPより上昇した場合には圧力調整用絞り手段33の弁開度を減少させて絞り、逆に規定値SPより降下した場合には弁開度を増大させて開く方向に制御する。(1) Control of pressure adjusting throttling means and auxiliary throttling means On the other hand, the refrigerant gas from which the oil has been separated by the
ガスクーラ28から出た超臨界状態の冷媒ガスは、この圧力調整用絞り手段33で絞られて膨張することにより液化していき、タンク入口配管34を経て上部から減圧タンク36内に流入して一部が蒸発する。この減圧タンク36は圧力調整用絞り手段33を出た液/ガスの冷媒を一旦貯留し、分離する役割と、高圧側圧力の圧力変化や冷媒循環量の変動を吸収する役割を果たす。この減圧タンク36内下部に溜まった液冷媒は、タンク出口配管37から流出し(主回路38)、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bにて後述するように第1の流路29A(補助回路48)を流れる冷媒により冷却(過冷却)された後、更に内部熱交換器15の第1の流路15Aにて第2の流路15Bを流れる冷媒により冷却され、その後、冷凍機ユニット3から出て冷媒配管8から主絞り手段39に流入する。尚、電磁弁50の動作については後述する。
The supercritical refrigerant gas exiting from the
主絞り手段39に流入した冷媒はそこで絞られて膨張することで更に液分が増え、蒸発器41に流入して蒸発する。これによる吸熱作用により冷却効果が発揮される。制御装置57は蒸発器41の入口側と出口側の温度を検出する図示しない温度センサの出力に基づき、主絞り手段39の弁開度を制御して蒸発器41における冷媒の過熱度を適正値に調整する。蒸発器41から出た低温のガス冷媒は冷媒配管9から冷凍機ユニット3に戻り、内部熱交換器15の第2の流路15Bで第1の流路15Aを流れる冷媒を冷却した後、冷媒導入配管22を経て圧縮機11の第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17に吸い込まれる。
The refrigerant that has flowed into the main throttle means 39 is squeezed there and expanded to further increase the liquid content and flow into the
以上が主回路38の流れであるが、次に補助回路48の流れを説明する。減圧タンク36内上部に溜まるガス冷媒は、減圧タンク36内での蒸発により温度が低下している。この減圧タンク36内上部のガス冷媒は、上部に接続された補助回路48を構成するガス配管42から流出し、補助絞り手段43を経て絞られた後、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流入する。そこで第2の流路29Bを流れる冷媒を冷却した後、中間圧戻り配管44を経て中間圧吸入配管26に合流し、圧縮機11の中間圧部に吸い込まれる。
The above is the flow of the
制御装置57は圧縮機11の吐出冷媒温度を検出する図示しない温度センサ、中間圧センサ52、低圧センサ51、高圧センサ49、ガスクーラ28を出た冷媒の温度を検出する図示しない温度センサ、ユニット出口温度センサ54が検出する温度及び圧力に基づいて補助絞り手段43の弁開度を制御し、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流れる冷媒量を適正値に調整する。この補助絞り手段43の弁開度は減圧タンク36内の圧力にも影響するので、制御装置57はこの補助絞り手段43の弁開度を加味して圧力調整用絞り手段33の弁開度を制御し、減圧タンク36内の圧力(主絞り手段39に流入する冷媒の圧力)を既定値SPに調整することになる。
The
更に、制御装置57は外気温度を示す指標である高圧センサ49の検出圧力(高圧側圧力HP)に基づき、高圧側圧力(外気温度)がサイクル切換値CPより低下した場合、液回路46の電磁弁47を開放する。この電磁弁47が開放されると、減圧タンク36内下部に溜まる液冷媒が液配管46から流出し、ガス配管42に合流して補助絞り手段43に流入するようになる(尚、制御装置57は高圧側圧力HP(外気温度)がサイクル切換値CP以上に上昇した場合は電磁弁47を閉じる)。
Further, based on the detected pressure (high pressure side pressure HP) of the
(1−1)高外気温時の動作
このときの冷媒回路1の様子を図2〜図4のP−H線図を用いて説明する。図2は例えば外気温度が30℃以上の環境であるときを示している。このような高外気温時には高圧側圧力HPも高く、前述したサイクル切換値CP以上となっているので、制御装置57は電磁弁47を閉じている。従って、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aには減圧タンク36内の温度が低いガス冷媒が流れ、このガス冷媒の冷熱(顕熱)を利用して第2の流路29Bを流れる液冷媒を冷却することになる。また、圧力調整用絞り手段33の弁開度は絞り状態であり、補助絞り手段43は殆ど全開状態となる。(1-1) Operation at High Outside Air Temperature The state of the
図2中のX1〜X2で降下している線が圧力調整用絞り手段33による減圧を示しており、X2で減圧タンク36から液/ガスが分かれ、そこから右に向かう線が補助回路48の補助絞り手段43で絞られたガス冷媒のエンタルピが上がった後、圧縮機11の中間圧部に帰還する状態を示し、左に向かう線が主回路38の主絞り手段39に向かう液冷媒の過冷却を示す。そして、X3で主絞り手段39で絞られ圧力が降下する。このように外気温度が高く、高圧側圧力HPの高い状況では、制御装置57は電磁弁47を閉じ、冷媒回路1は所謂2段膨張サイクルとなる。
The lines descending at X1 to X2 in FIG. 2 indicate the pressure reduction by the pressure adjusting throttling means 33. At X2, the liquid / gas is separated from the pressure reducing tank 36, and the line toward the right from there is the
(1−2)中外気温時の動作
次に、図3は例えば外気温度が25℃程の環境であるときを示している。このような中外気温時には高圧側圧力HPも図2の場合より低くなり、前述したサイクル切換値CPより少許低い状況となるので、制御装置57は電磁弁47を開放する。従って、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aには減圧タンク36内上部のガス冷媒と、下部の液冷媒の双方が流れ、このガス冷媒の冷熱と、液冷媒の蒸発による吸熱作用を利用して第2の流路29Bを流れる液冷媒を図2のときより強く冷却することになる。また、圧力調整用絞り手段33の弁開度は開き気味となり、補助絞り手段43は絞り状態となる。(1-2) Operation at Medium Outside Air Temperature Next, FIG. 3 shows a case where the outside air temperature is an environment of about 25 ° C., for example. Since the high-pressure side pressure HP is also lower than that in the case of FIG. 2 at such a medium / outside air temperature and is slightly lower than the cycle switching value CP described above, the
図3中のX1〜X2で降下している線が同様に圧力調整用絞り手段33による減圧を示しており、X2で減圧タンク36から液/ガスが分かれ、そこからそのまま右に向かった後下がる破線が補助回路48の補助絞り手段43で絞られたガス冷媒のエンタルピが上がった後、圧縮機11の中間圧部に帰還する状態を示し、X2から下がった後右に向かう破線が補助回路48に流れる液冷媒の変化を示す。また、X2から左に向かう線は同様に主回路38の主絞り手段39に向かう液冷媒の過冷却を示す。そして、同様にX3で主絞り手段39で絞られ圧力が降下する。このように外気温度が下がり、高圧側圧力HPが低くなると状況では、制御装置57は電磁弁47を開くので、冷媒回路1は2段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。
The line descending at X1 to X2 in FIG. 3 similarly indicates the pressure reduction by the pressure adjusting throttling means 33, and at X2, the liquid / gas is separated from the pressure reducing tank 36, and then falls to the right as it is. A broken line indicates a state in which the enthalpy of the gas refrigerant squeezed by the auxiliary throttle means 43 of the
(1−3)低外気温時の動作
次に、図4は例えば外気温度が20℃以下に下がった環境であるときを示している。このような低外気温時には高圧側圧力HPも図3の場合より更に低くなり、前述したサイクル切換値CPより大きく低い状況となるので、制御装置57は図3の場合と同様に電磁弁47を開放する。このような低外気温時には高圧側圧力HPが低く、圧力調整用絞り手段33の弁開度も増大した状態となる。また、低外気温のためにガスクーラ28を出た冷媒は液化し易くなっているので、圧力調整用絞り手段33を経て減圧タンク36に入った冷媒は殆ど液化しており、減圧タンク36内には大量の液冷媒が貯留される状態となる。(1-3) Operation at Low Outside Air Temperature Next, FIG. 4 shows a time when the outside air temperature is lowered to 20 ° C. or lower, for example. At such a low outside air temperature, the high pressure side pressure HP is also lower than that in the case of FIG. 3 and is much lower than the cycle switching value CP described above. Therefore, the
このような状態で電磁弁47は開放されるので、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aには減圧タンク36内下部の液冷媒が流れ、この液冷媒の蒸発による吸熱作用を利用して第2の流路29Bを流れる液冷媒を図3のとき更に強く冷却することになる。尚、補助絞り手段43は絞り状態となる。図4中のX1〜X3は前述と同様の点を示すが、このように低外気温時に冷媒回路1はスプリットサイクルとなる。
Since the electromagnetic valve 47 is opened in such a state, the liquid refrigerant in the lower part of the decompression tank 36 flows into the
このように補助絞り手段43の上流側に位置する部分の補助回路48を、減圧タンク36の上部からガス冷媒を流出させ、補助絞り手段43に流入させるガス配管42と、減圧タンク36下部から液冷媒を流出させ、電磁弁47を介して補助絞り手段43に流入させる液配管46とから構成したことにより、圧力調整用絞り手段33にて膨張されることで液化し、減圧タンク36内に入って一部蒸発し、温度が低下したガス冷媒と残りの液冷媒を、ガス配管42と液配管46によって選択的にスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流すことが可能となる。
In this way, the
即ち、例えば外気温度が高い高外気温度環境では、冷媒回路1の高圧側圧力HPも高くなるため、主絞り手段39に流入する冷媒の圧力を既定値SPに下げるため、制御装置57は圧力調整用絞り手段33の弁開度を絞るように制御する。この状況では減圧タンク36内に貯留される液冷媒は少なくなり、それをスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流した場合、第2の流路29Bを経て主絞り手段39に向かう液冷媒を確保し難くなる。
That is, for example, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, the high pressure side pressure HP of the
また、外気温度が低下してきて中外気温度環境となり、高圧側圧力HPも下がってくると、制御装置57が圧力調整用絞り手段33の弁開度を開き気味に制御するようになるが、減圧タンク36内に貯留される冷媒量も増えてくる。そして、更に外気温度が下がって低外気温度環境となり、高圧側圧力HPが更に低下すると、減圧タンク36内には液冷媒が多く貯留されるかたちとなる。
In addition, when the outside air temperature decreases and becomes the inside / outside air temperature environment, and the high pressure side pressure HP also decreases, the
これを踏まえて制御装置57は、外気温度を表す指標である高圧側圧力HPに基づいて電磁弁47を制御し、外気温度が上昇した場合、電磁弁47を閉じると共に、外気温度が低下した場合は開くので、高外気温度環境下では液配管46の電磁弁47を閉じ、減圧タンク36内のガス冷媒をガス配管42からスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流すことができるようになる。これにより、減圧タンク36内で温度が下がったガス冷媒でスプリット熱交換器29の第2の流路29Bを流れる冷媒を冷却し、減圧タンク36内の液冷媒をスプリット熱交換器29の第2の流路29B内で冷却した後、主絞り手段39に供給することができるようになる(図2の2段膨張サイクル)。
Based on this, the
一方、中外気温度環境下では液配管46の電磁弁47を開き、減圧タンク36内のガス冷媒と液冷媒をガス配管42と液配管46の双方からスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流すことができるようになる。これにより、減圧タンク36内で温度が下がったガス冷媒(顕熱)に加え、補助絞り手段43にて膨張されて第1の流路29Aで蒸発する液冷媒の潜熱によりスプリット熱交換器29の第2の流路29Bを流れる主回路38の冷媒を冷却し、減圧タンク36内の液冷媒をスプリット熱交換器29の第2の流路29B内でより強く冷却した後、主絞り手段39に供給することができるようになる(図3の2段膨張サイクルとスプリットサイクルの併用サイクル)。
On the other hand, the electromagnetic valve 47 of the
そして、低外気温度環境下でも液配管46の電磁弁47を開くことで、減圧タンク36内に多く貯留された液冷媒を液配管46からスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流すことができるようになる。これにより、補助絞り手段43にて膨張されて第1の流路29Aで蒸発する液冷媒の潜熱でスプリット熱交換器29の第2の流路29Bを流れる冷媒を更に強く冷却し、減圧タンク36内の液冷媒をスプリット熱交換器29の第2の流路29B内で強力に冷却した後、主絞り手段39に供給することができるようになる(図4のスプリットサイクル)。
And even under a low outside air temperature environment, the electromagnetic valve 47 of the
このように、外気温度環境に応じて2段膨張サイクルとスプリットサイクルを切り換えることができるようになるので、冷凍装置Rをより安定的、且つ、高効率で運転することが可能となる。 As described above, since the two-stage expansion cycle and the split cycle can be switched according to the outside air temperature environment, the refrigeration apparatus R can be operated more stably and with high efficiency.
ここで、図5は蒸発器41における冷媒の蒸発温度で前述したサイクル切換値CPを変更する制御を示している。制御装置57は蒸発器41における冷媒の蒸発温度を表す指標である低圧センサ51の検出圧力(低圧側圧力LP)に基づき、図5に示すように蒸発器41の蒸発温度が高い程、サイクル切換値CPを低くするように変更する。これにより、蒸発器41における冷媒の蒸発温度が高い程、低い高圧側圧力HP(外気温度)において電磁弁47は閉じられ、冷媒回路1は2段膨張サイクルとなる。即ち、ショーケース4が冷凍ショーケースである場合等、蒸発器41の冷媒の蒸発温度が低い条件では、より高い高圧側圧力HP(外気温度)から電磁弁47が開き、冷蔵ショーケースである場合等、蒸発器41の蒸発温度が高い条件では、高圧側圧力HP(外気温度)がより低くなるまで電磁弁47は閉じられていることになる。
Here, FIG. 5 shows the control for changing the cycle switching value CP described above by the evaporation temperature of the refrigerant in the
このように制御装置57により、蒸発器41における冷媒の蒸発温度を表す指標である低圧側圧力LPに基づき、当該蒸発温度が高い程、低い外気温度で電磁弁47を閉じるようにすることで、冷蔵ショーケース等の如く冷蔵条件の蒸発温度が高い状態での運転において外気温度が高くなる場合、より速い段階で前述した2段膨張サイクルに切り換え、主絞り手段39に向かう液冷媒の確保を行うことができるようになり、冷蔵条件での冷凍能力を維持することが可能となる。
As described above, the
一方、蒸発温度が低い冷凍ショーケース等の如き冷凍条件等では、前述した2段膨張サイクルではスプリット熱交換器29において主絞り手段39に流入する冷媒の過冷却がとれなくなるが、サイクル切換値CPを高くして、できるだけスプリットサイクルで運転することになるので、主絞り手段39に流入する冷媒を効果的に過冷却することが可能となる。これらにより、異なる蒸発温度で運転される場合にも、冷凍装置Rの運転効率の最適化を図ることができるようになる。
On the other hand, under refrigeration conditions such as a refrigeration showcase having a low evaporation temperature, the refrigerant that flows into the main throttle means 39 cannot be removed in the
尚、圧力調整用絞り手段33を設けることで、冷媒回路1の流路は堰き止められるかたちとなるため、その上流側の冷媒回路1の高圧側圧力が高くなる危険性がある。そこで、制御装置57は圧力調整用絞り手段33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPを検出する高圧センサ49の出力に基づき、高圧側圧力HPが所定の上限値HHP(例えば10.5MPa)に上昇した場合、上記減圧タンク36内の圧力の既定値SPに拘わらず、圧力調整用絞り手段33の弁開度を増大させる。
In addition, since the flow path of the
制御装置57は元々高圧センサ49が検出する圧力が、例えば11.5MPa等の保護停止値まで上昇した場合、圧縮機11を停止する保護動作を実行するようにプログラムされているが、上述の如く圧力調整用絞り手段33の弁開度を増大させることで、減圧タンク36内の圧力は多少上昇するものの、圧力調整用絞り手段33より上流側の高圧側圧力HPがそれ以上高くならなくなる。これにより、異常高圧による圧縮機11の停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。
The
以上詳述した如く圧縮機11と、ガスクーラ28と、主絞り手段39と、蒸発器41とから冷媒回路1が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Rにおいて、ガスクーラ28の下流側であって主絞り手段39の上流側の冷媒回路1に接続された圧力調整用絞り手段33と、圧力調整用絞り手段33の下流側であって主絞り手段39の上流側の冷媒回路1に接続された減圧タンク36と、減圧タンク36の下流側であって主絞り手段39の上流側の冷媒回路1に設けられたスプリット熱交換器29と、減圧タンク36内の冷媒を、補助絞り手段43を介してスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流した後、圧縮機11の中間圧部に吸い込ませる補助回路48と、減圧タンク36下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bに流し、第1の流路29Aを流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段39に流入させる主回路38とを備えているので、補助回路48を構成するスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流れる冷媒を補助絞り手段43で膨張させ、主回路38を構成するスプリット熱交換器29の第2の流路29Bに流れる冷媒を冷却することができるようになり、蒸発器41入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができる。
As described in detail above, the
また、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流れる冷媒は圧縮機11の中間圧部に戻されるため、圧縮機11の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮機11における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮機11における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。
Further, since the refrigerant flowing through the
特に、ガスクーラ28から出た冷媒を圧力調整用絞り手段33にて膨張させ、減圧タンク36内に流入させるようにしているので、この圧力調整用絞り手段33によって主絞り手段39に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段39に至る冷媒配管8として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。また、減圧タンク36にて冷媒回路1内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もある。従って、冷媒充填量が多すぎた場合にも適正量との誤差が吸収される。これらにより店舗に冷凍装置Rの冷凍機ユニット3やショーケース4を据え付ける際の施工性や施工コストの改善も図ることが可能となる。
In particular, since the refrigerant discharged from the
更に、圧力調整用絞り手段33で膨張されることで液化した冷媒の一部は減圧タンク36内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって減圧タンク36内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この減圧タンク36内下部の液冷媒が主回路38を構成するスプリット熱交換器29の第2の流路29Bを経て主絞り手段39に流入することになるので、前述したサイクルの切換も奏功し、満液状態で主絞り手段39に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器41における蒸発温度が高い冷蔵条件(冷蔵ショーケース等)における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。
Furthermore, a part of the refrigerant liquefied by expansion by the pressure adjusting throttle means 33 evaporates in the decompression tank 36 to become a gas refrigerant having a lowered temperature, and the rest becomes a liquid refrigerant in the lower part of the decompression tank 36. Once it is stored. Then, the liquid refrigerant in the lower part of the decompression tank 36 flows into the main throttle means 39 via the
特に、制御装置57が圧力調整用絞り手段33の弁開度を制御して主絞り手段39に流入する冷媒の圧力を所定の規定値SPに調整するので、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化によって主絞り手段39に流入する冷媒の圧力が大きく変動することを防止し、常に同じ既定値SPに維持することができる。これにより、特に蒸発器41における蒸発温度が高い冷蔵条件(冷蔵ショーケース等)において、主絞り手段39の制御を安定化し、冷凍能力を安定して確保することができるようになる。特に、実施例のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合の冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになる。
In particular, since the
(2)内部熱交換器15の機能
次に、制御装置57による電磁弁50の制御について説明する。前述した如く内部熱交換器15においては、第2の流路15Bを流れる蒸発器41から出た低温の冷媒により、第1の流路15Aを流れて主絞り手段39に流入する冷媒を冷却することができるので、蒸発器41入口の比エンタルピを更に小さくして冷凍能力を一層効果的に改善することができる。(2) Function of
特に、図2に示すような外気温度が高い高外気温度環境では、圧力調整用絞り手段33で規定値SPに調整される減圧タンク36内の圧力(図2のX2の圧力)と、圧縮機11に入る中間圧吸入配管26の中間圧(MP)との圧力差が無くなってくる。そのような場合、補助絞り手段43は前述したように殆ど全開状態となるため、状況によってはスプリット熱交換器29における第1の流路29Aを流れる補助回路49の冷媒により、第2の流路29Bを流れる主回路38の冷媒を過冷却することが殆どできない状況になる。
In particular, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high as shown in FIG. 2, the pressure in the decompression tank 36 (pressure X2 in FIG. 2) adjusted to the specified value SP by the pressure adjusting throttle means 33, and the compressor The pressure difference from the intermediate pressure (MP) of the intermediate
このような状況では、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bを経て主絞り手段39に至る冷媒の状態は、図2にX4で示す略飽和液線上となり、液が少ない殆どガスの状態となる。そのため、主絞り手段39で絞られた冷媒の圧力は、図2のX4から同図中破線で示すように降下するようになる。これでは下辺で示されるエンタルピ差が小さくなって、冷凍能力が低下してしまう。
In such a situation, the state of the refrigerant passing through the
しかしながら、実施例では内部熱交換器15において蒸発器41から出た低温の冷媒により、主絞り手段39に流入する冷媒を冷却し、図2にX3で示すように、飽和液線より左側の過冷却域まで過冷却することができるので、冷媒を液リッチの満液状態で主絞り手段39に供給することができるようになり、係る状況下でも冷凍能力の改善を図ることが可能となる。
However, in the embodiment, the refrigerant flowing into the main throttle means 39 is cooled by the low-temperature refrigerant discharged from the
(2−1)電磁弁50の制御
一方、冷凍装置Rのプルダウン時等には主絞り手段39に流入する冷媒より蒸発器41から出る冷媒の温度が高くなる場合がある。そこで、制御装置57はユニット出口温度センサ54が検出する内部熱交換器15の第1の流路15Aに流入する冷媒の温度ITと、ユニット入口温度センサ56が検出する内部熱交換器15の第2の流路15Bを出た冷媒の温度OTに基づき、IT<OTである場合、電磁弁50を開く(IT≧OTの場合は電磁弁50は閉)。(2-1) Control of
これにより、冷媒は内部熱交換器15の第1の流路15Aをバイパスしてバイパス間45に流れ、主絞り手段39に流入するようになるので、蒸発器41から出る冷媒で主絞り手段39に流入する冷媒が逆に加熱されてしまう不都合を未然に解消することが可能となる。
Thus, the refrigerant bypasses the
尚、実施例では内部熱交換器15の第1の流路15Aに並列にバイパス回路45を接続したが、それに限らず、第2の流路15Bに並列にバイパス回路と電磁弁を設けてもよい。
In the embodiment, the
R 冷凍装置
1 冷媒回路
3 冷凍機ユニット
4 ショーケース
8、9 冷媒配管
11 圧縮機
15 内部熱交換器
15A 第1の流路
15B 第2の流路
22 冷媒導入配管
26 中間圧吸入配管
28 ガスクーラ
29 スプリット熱交換器
29A 第1の流路
29B 第2の流路
32 ガスクーラ出口配管
33 圧力調整用絞り手段
36 減圧タンク
37 ガスクーラ出口配管
38 主回路
39 主絞り手段
41 蒸発器
42 ガス配管
43 補助絞り手段
44 中間圧戻り配管
45 バイパス回路
46 液配管
47 電磁弁(弁装置)
48 補助回路
50 電磁弁(バイパス用弁装置)
57 制御装置(制御手段)
48
57 Control device (control means)
Claims (8)
前記ガスクーラの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、
該圧力調整用絞り手段の下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された減圧タンクと、
該減圧タンクの下流側であって前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、
前記減圧タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介して前記スプリット熱交換器の第1の流路に流した後、前記圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、
前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、前記スプリット熱交換器の第2の流路に流し、前記第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、前記主絞り手段に流入させる主回路とを備え、
前記補助絞り手段の上流側の前記補助回路は、前記減圧タンク上部から冷媒を流出させ、前記補助絞り手段に流入させるガス配管と、前記減圧タンク下部から冷媒を流出させ、弁装置を介して前記補助絞り手段に流入させる液配管とから構成され、
前記圧力調整用絞り手段を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、外気温度を表す指標に基づいて前記弁装置を制御し、前記外気温度が上昇した場合、前記弁装置を閉じると共に、前記外気温度が低下した場合は開くことを特徴とする冷凍装置。 In the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression means, the gas cooler, the main throttle means, and the evaporator, and the high pressure side is the supercritical pressure,
A pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit downstream of the gas cooler and upstream of the main throttle means;
A pressure reducing tank connected to the refrigerant circuit downstream of the pressure adjusting throttle means and upstream of the main throttle means;
A split heat exchanger provided in the refrigerant circuit downstream of the decompression tank and upstream of the main throttle means;
An auxiliary circuit that causes the refrigerant in the decompression tank to flow into the first flow path of the split heat exchanger via the auxiliary throttle means, and then sucks the refrigerant into the intermediate pressure portion of the compression means;
A main circuit that causes the refrigerant to flow out from the lower part of the decompression tank, flows into the second flow path of the split heat exchanger, exchanges heat with the refrigerant flowing through the first flow path, and then flows into the main throttle means; equipped with a,
The auxiliary circuit upstream of the auxiliary throttle means allows the refrigerant to flow out from the upper part of the decompression tank and flows into the auxiliary throttle means, and causes the refrigerant to flow out from the lower part of the decompression tank, and through the valve device, It consists of a liquid pipe that flows into the auxiliary throttle means,
Control means for controlling the pressure adjusting throttle means;
The control means controls the valve device based on an index representing an outside air temperature, and closes the valve device when the outside air temperature rises, and opens when the outside air temperature falls. apparatus.
前記内部熱交換器の第1の流路、又は、前記内部熱交換器の第2の流路に並列に接続されたバイパス回路と、該バイパス回路に設けられたバイパス用弁装置を備えたことを特徴とする請求項5に記載の冷凍装置。 The internal heat exchanger includes a first flow path through which the refrigerant flowing into the main throttle means flows, and a second flow path through which the refrigerant discharged from the evaporator flows, and the first of the internal heat exchangers Heat exchange between the refrigerant flowing through the second flow path and the refrigerant flowing through the second flow path of the internal heat exchanger,
A bypass circuit connected in parallel to the first flow path of the internal heat exchanger or the second flow path of the internal heat exchanger; and a bypass valve device provided in the bypass circuit. The refrigeration apparatus according to claim 5 .
該制御手段は、前記内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒と前記内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度に基づき、前記内部熱交換器の第2の流路を出た冷媒の温度が前記内部熱交換器の第1の流路に流入する冷媒の温度より高い場合、前記バイパス用弁装置を開くことを特徴とする請求項6に記載の冷凍装置。 Control means for controlling the bypass valve device;
The control means is based on the temperature of the refrigerant flowing into the first flow path of the internal heat exchanger and the temperature of the refrigerant exiting the second flow path of the internal heat exchanger. The refrigeration apparatus according to claim 6, wherein when the temperature of the refrigerant that has exited the flow path is higher than the temperature of the refrigerant that flows into the first flow path of the internal heat exchanger, the bypass valve device is opened. .
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