JP6381827B2 - Refrigeration cycle apparatus and showcase having the same - Google Patents
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Description
本発明は冷凍サイクル装置およびそれを備えたショーケースに関し、より特定的には、圧縮機の吐出側における冷媒の温度が制御される冷凍サイクル装置およびそれを備えたショーケースに関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus and a showcase including the refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a refrigeration cycle apparatus in which the temperature of refrigerant on the discharge side of a compressor is controlled and a showcase including the refrigeration cycle apparatus.
冷凍サイクル装置において、蒸発器の過熱度が目標値になるように膨張弁の開度が制御される過熱度制御が知られている。たとえば特開平2−17358号公報(特許文献1)に開示された冷凍装置の過熱度制御装置は、冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(具体的には蒸発器の入口側および出口側における冷媒の温度を検出する温度センサ)を備える。過熱度制御手段は、過熱度検出手段により検出された冷媒の過熱度と目標値との差が大きいほど、膨張弁の開度の変更量が大きくなるように膨張弁の開度を制御する。 In the refrigeration cycle apparatus, superheat control is known in which the opening degree of the expansion valve is controlled so that the superheat degree of the evaporator becomes a target value. For example, a superheat degree control device for a refrigeration apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-17358 (Patent Document 1) includes superheat degree detection means (specifically, an inlet side and an outlet side of an evaporator) for detecting the superheat degree of a refrigerant. The temperature sensor which detects the temperature of the refrigerant | coolant in this is provided. The superheat degree control means controls the opening degree of the expansion valve so that the change amount of the opening degree of the expansion valve becomes larger as the difference between the superheat degree of the refrigerant detected by the superheat degree detection means and the target value is larger.
過熱度制御においては、過熱度の目標値を適切に設定することにより(たとえば数K程度に設定することにより)、蒸発器の出口側における冷媒が飽和ガスに近い状態となる。つまり、蒸発器内の冷媒が気液二相状態となるので、空気と冷媒との間で高効率の熱交換が実現される。 In the superheat degree control, by appropriately setting the target value of the superheat degree (for example, by setting it to about several K), the refrigerant on the outlet side of the evaporator becomes close to the saturated gas. That is, since the refrigerant in the evaporator is in a gas-liquid two-phase state, highly efficient heat exchange is realized between the air and the refrigerant.
従来、低温用の冷凍サイクル装置では一般にR404C等の冷媒が用いられていた。しかし、環境負荷の低減を目的として、現在ではこれらの冷媒の使用は禁止されている。そして、より環境負荷が低い冷媒(たとえばR410AまたはR32等)を用いるための技術開発が進められている。 Conventionally, refrigerants such as R404C have been generally used in low-temperature refrigeration cycle apparatuses. However, the use of these refrigerants is currently prohibited for the purpose of reducing the environmental burden. And technical development for using a refrigerant | coolant (for example, R410A or R32 etc.) with a lower environmental load is advanced.
冷凍サイクル装置では、ガス冷媒が高圧縮比で圧縮されるように圧縮機を運転することが求められる。圧縮機における高圧縮比での断熱圧縮に伴い、ガス冷媒の温度は上昇する。低環境負荷の冷媒の多くは、従来の冷媒と比べて、圧縮機の吐出側における冷媒の温度(以下、「吐出温度」とも称する)が上昇しやすい特性を有する。そのため、過熱度制御が実行される冷凍サイクル装置において、たとえば低環境負荷の冷媒を用いた場合、冷媒の吐出温度が過度に上昇し得る。その結果、圧縮機の温度が許容範囲の上限値を上回ると、圧縮機に異常が生じる可能性がある。 In the refrigeration cycle apparatus, it is required to operate the compressor so that the gas refrigerant is compressed at a high compression ratio. With the adiabatic compression at a high compression ratio in the compressor, the temperature of the gas refrigerant increases. Many refrigerants with a low environmental load have a characteristic that the temperature of the refrigerant on the discharge side of the compressor (hereinafter also referred to as “discharge temperature”) is likely to rise as compared with conventional refrigerants. Therefore, in the refrigeration cycle apparatus in which the superheat degree control is executed, for example, when a refrigerant with a low environmental load is used, the discharge temperature of the refrigerant can rise excessively. As a result, if the temperature of the compressor exceeds the upper limit of the allowable range, an abnormality may occur in the compressor.
この問題を解決するための対策の1つとして、膨張弁の開度を調整することによって、冷媒の吐出温度を目標値に制御する吐出温度制御を実行することが考えられる。吐出温度制御では、吐出温度の目標値を適切に設定することにより、吐出温度の過度の上昇を抑制することができる。よって、圧縮機の異常を防止することが可能になる。 As one of measures for solving this problem, it is conceivable to execute discharge temperature control for controlling the refrigerant discharge temperature to a target value by adjusting the opening of the expansion valve. In the discharge temperature control, an excessive increase in the discharge temperature can be suppressed by appropriately setting the target value of the discharge temperature. Therefore, it is possible to prevent an abnormality of the compressor.
その一方で、吐出温度制御は、冷媒の吐出温度を制御対象とするものであって、過熱度制御のように冷媒の過熱度を制御対象のパラメータとするものではない。そのため、過熱度が適切な値に維持されず、過熱度が過度に上昇してしまう可能性がある。 On the other hand, the discharge temperature control uses the refrigerant discharge temperature as a control target, and does not use the refrigerant superheat degree as a control target parameter unlike the superheat degree control. Therefore, the degree of superheat may not be maintained at an appropriate value, and the degree of superheat may increase excessively.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、吐出温度制御が実行される冷凍サイクル装置において、過熱度の過度の上昇を抑制可能な技術を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of suppressing an excessive increase in the degree of superheat in a refrigeration cycle apparatus in which discharge temperature control is executed.
本発明の他の目的は、吐出温度制御が実行される冷凍サイクル装置を備えたショーケースにおいて、過熱度の過度の上昇を抑制可能な技術を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing an excessive increase in the degree of superheat in a showcase including a refrigeration cycle apparatus in which discharge temperature control is performed.
本発明のある局面に従う冷凍サイクル装置は、冷媒回路と、制御装置とを備える。冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含み、冷媒を循環可能に構成される。制御装置は、膨張弁の開度を調整することによって、圧縮機から吐出される冷媒の温度を制御する。蒸発器は、冷媒の流路を含む。流路のうちの少なくとも一部は、蒸発器における空気の流れ方向の上流側から下流側に向かって冷媒が流れる並行流を形成するように構成される。 A refrigeration cycle apparatus according to an aspect of the present invention includes a refrigerant circuit and a control device. The refrigerant circuit includes a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and is configured to be able to circulate the refrigerant. The control device controls the temperature of the refrigerant discharged from the compressor by adjusting the opening of the expansion valve. The evaporator includes a refrigerant flow path. At least a part of the flow paths is configured to form a parallel flow in which the refrigerant flows from the upstream side to the downstream side in the air flow direction in the evaporator.
本発明によれば、蒸発器に含まれる流路が並行流を形成するように構成される。そのため、流路の出口側において、蒸発器内部を流通して冷却された後の空気と、冷媒との間で熱交換が行なわれることになる。さらに、熱交換の際に冷媒温度が空気温度を上回ることはない。したがって、流路が対向流を形成するように構成される場合(蒸発器における空気の流れ方向の下流側から上流側に向かって冷媒が流れる場合)と比べて、流路の出口側における冷媒温度が上昇しにくい。よって、冷媒の過熱度の過度の上昇を抑制することができる。 According to the present invention, the flow paths included in the evaporator are configured to form a parallel flow. Therefore, on the outlet side of the flow path, heat exchange is performed between the refrigerant after circulating through the evaporator and being cooled, and the refrigerant. Furthermore, the refrigerant temperature does not exceed the air temperature during heat exchange. Therefore, the refrigerant temperature at the outlet side of the flow path compared with the case where the flow path is configured to form a counterflow (when the refrigerant flows from the downstream side in the air flow direction toward the upstream side in the evaporator). Is hard to rise. Therefore, an excessive increase in the degree of superheat of the refrigerant can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
以下においては、本発明に係る冷凍サイクル装置の一実施形態として、冷凍サイクル装置がショーケースに適用される構成を例に説明する。しかし、冷凍サイクル装置の用途は特に限定されるものではなく、冷凍サイクル装置がたとえば空気調和機に適用されてもよい。 In the following, as an embodiment of the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, a configuration in which the refrigeration cycle apparatus is applied to a showcase will be described as an example. However, the use of the refrigeration cycle apparatus is not particularly limited, and the refrigeration cycle apparatus may be applied to, for example, an air conditioner.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置を備えたショーケースの構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、ショーケース1は、たとえば食品等の商品を陳列するための容器である。ショーケース1は、冷凍サイクル装置100と、ケース本体200と、冷却用送風機300とを備える。冷凍サイクル装置100の構成については図2および図3にて詳細に説明する。[Embodiment 1]
1 is a block diagram schematically showing a configuration of a showcase provided with a refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 1. FIG. Referring to FIG. 1, a showcase 1 is a container for displaying commodities such as food. The showcase 1 includes a
ケース本体200は、商品(物品)を出し入れするための開口210を有し、商品を収容する。冷却用送風機300は、ケース本体200に設けられた開口210を覆うように冷気を送る。これにより、エアカーテンCURが形成される。エアカーテンCURによって、冷凍サイクル装置100により冷却された空気が開口210からケース本体200外部に漏れ出すことが抑制される。
The case
図2は、図1に示す冷凍サイクル装置100の構成をより詳細に示すブロック図である。図2を参照して、冷凍サイクル装置100は、冷媒回路110と、送風機52,54と、制御装置70とを備える。冷媒回路110は、圧縮機10と、凝縮器20と、膨張弁30と、蒸発器40と、配管60とを含む。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
冷媒回路110には冷媒が封入されている。本実施の形態では、低環境負荷のHFC(Hydrofluoro Carbon)冷媒が採用される。HFC冷媒の例としては、たとえばR32、R134a、R407CおよびR410Aが挙げられる。
A refrigerant is sealed in the
圧縮機10は、たとえばインバータ(図示せず)によって駆動される容量可変型の圧縮機である。圧縮されて高温高圧となったガス冷媒は、凝縮器20に流入する。
The
凝縮器20は、たとえば伝熱管および放熱フィン(図示せず)を含んで構成された熱交換器である。凝縮器20には送風機52が設けられている。凝縮器20において、ガス冷媒は、周囲の外気に放熱することにより凝縮して液冷媒となる。
The
膨張弁30は、たとえばステッピングモータ(図示せず)により開度が制御可能な絞り弁(電子膨張弁)である。膨張弁30は冷媒の流量を調整するためにも用いられる。また、膨張弁30は、凝縮器20により凝縮された高圧の液冷媒を膨張させることにより、液冷媒を減圧する。この液冷媒は、気液二相状態となり、蒸発器40に流入する。
The
蒸発器40は、凝縮器20と同様に、伝熱管401および放熱フィン402(図5参照)を含んで構成された熱交換器である。蒸発器40には送風機54が設けられている。蒸発器40において、空気は冷媒によって冷却される。一方、冷媒は気液二相状態から低圧のガス状態となる。その後、ガス冷媒は圧縮機10に戻り、圧縮機10により再び圧縮されて吐出される。このように冷媒が冷媒回路を循環することにより、冷凍サイクルが形成されている。
The
冷凍サイクル装置100は、吐出温度センサ81と、凝縮温度センサ82と、蒸発温度センサ84とをさらに備える。吐出温度センサ81は、圧縮機10の吐出側に設けられ、圧縮機10から吐出される冷媒の温度(吐出温度)Tdを検出する。凝縮温度センサ82は、凝縮器20に設けられ、凝縮器20における冷媒の温度(凝縮温度)を検出する。蒸発温度センサ84は、蒸発器40に設けられ、蒸発器40における冷媒の温度(蒸発温度)を検出する。各センサは、その検出結果を示す信号を制御装置70に出力する。
The
制御装置70は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などのメモリと、入出力インターフェイスとを含んで構成される。制御装置70は、上述の各センサからの検出信号に基づいて、予めROMなどに格納されたプログラムをCPUがRAMに読み出して実行することによって各機器を制御する。より具体的に、制御装置70は、各センサからの検出信号に基づいて、膨張弁30の開度を制御することによって、冷媒の吐出温度を目標値に制御する吐出温度制御を実行する。以下、本実施の形態における吐出温度制御について、より詳細に説明する。
Although not shown, the
図3は、吐出温度制御を説明するための制御装置70の機能ブロック図である。図3に示される各機能ブロックは、当該ブロックに相当する機能を有する電気回路等のハードウェア処理により実現してもよいし、予め設定されたプログラムに従うソフトウェア処理により実現してもよい。
FIG. 3 is a functional block diagram of the
図2および図3を参照して、制御装置70は、高圧算出部71と、低圧算出部72と、吸入温度算出部73と、記憶部74と、目標値算出部75と、調整部76とを含む。
Referring to FIGS. 2 and 3,
高圧算出部71は、凝縮温度センサ82により検出された冷媒の凝縮温度に基づいて、圧縮機10から吐出された冷媒の圧力(高圧)Pdを算出する。高圧算出部71は、算出された高圧Pdを目標値算出部75に出力する。
The
低圧算出部72は、蒸発温度センサ84により検出された冷媒の蒸発温度に基づいて、圧縮機10へと吸入される冷媒の圧力(低圧)Psを算出する。低圧算出部72は、算出された低圧Psを目標値算出部75に出力する。
The low
吸入温度算出部73は、蒸発温度センサ84により検出された冷媒の蒸発温度に基づいて、圧縮機10に吸入される冷媒の温度(吸入温度)Tsを算出する。吸入温度算出部73は、算出された吸入温度Tsを目標値算出部75に出力する。
The suction
記憶部74には、圧縮機10の性能および冷媒の種類に応じた定数であるnが記憶されている。記憶部74は、定数nを目標値算出部75に出力する。
The
目標値算出部75は、高圧Pd、低圧Ps、吸入温度Tsおよび定数nを用いて、下記式(1)に従い冷媒の吐出温度Tdの目標値Td*を算出する。算出された目標値Td*は、調整部76に出力される。なお、式(1)は、圧縮機10の圧縮過程を準静的過程(ポリトロープ過程)と近似することにより導出されるものである。
The target
調整部76は、吐出温度センサ81により検出された吐出温度Tdが、目標値算出部75により算出された吐出温度Tdの目標値Td*に制御されるように膨張弁30の開度を調整する。これにより、吐出温度Tdの過度の上昇を抑制することができるので、圧縮機10の異常を防止することが可能になる。
The
さらに、吸入温度算出部73は、冷媒の吸入温度Tsとして、蒸発器40における冷媒の飽和温度を用いることが望ましい。言い換えると、圧縮機10の吸入側における冷媒が飽和液と飽和ガスとが共存する湿り蒸気の状態(乾き度xが1の状態)となるように、吐出温度Tdの目標値Td*を定めることが望ましい。これにより、蒸発器40内部の冷媒が気液二相状態となるので、乾き度xが1未満に設定される場合と比べて、空気から冷媒への熱伝達率が高くなる。その結果、蒸発器40において空気と冷媒との間で高効率の熱交換を実現することができる。
Furthermore, it is desirable that the suction
続いて、蒸発器40の構成を説明する。ここでは、本実施の形態における蒸発器40の特徴の理解を容易にするために、比較例に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成についてまず説明する。なお、比較例に係る冷凍サイクル装置における蒸発器以外の構成は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100(図2参照)の対応する構成と同等である。
Next, the configuration of the
図4は、比較例に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器を説明するための図である。図4(A)は、比較例に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器90の構成を示す。図4(A)を参照して、蒸発器90は、冷媒が流れる流路である伝熱管901と、冷媒の熱を放熱するための複数の放熱フィン902とを含んで構成される。
FIG. 4 is a diagram for explaining an evaporator included in a refrigeration cycle apparatus according to a comparative example. FIG. 4A shows the configuration of the
複数の放熱フィン902の各々は、図中XZ面内に延在する平板状の形状を有する。複数の放熱フィン902の各々は、Y方向に互いに所定の間隔を空けて配置されている。
Each of the plurality of
伝熱管901は、複数の放熱フィン902を貫通する方向(Y方向)に延在する。つまり、冷媒は伝熱管901内部を正のY方向または負のY方向に流れる。ただし、図4では伝熱管901の断面のみが示されている。蒸発器90全体として見たときの冷媒の流れを模式的に矢印REFで示す。送風機54(図2参照)により蒸発器90に送られる空気を矢印AIRで示す。
The
蒸発器90は、冷媒の流れ方向(負のX方向)が空気の流れ方向(正のX方向)に対して逆方向をなす対向流熱交換器である。つまり、伝熱管901は、空気の流れ方向の下流側から上流側に向かって冷媒が流れるように構成されている。
The
図4(B)は、蒸発器90における空気温度と冷媒温度との関係を説明するための図である。図4(B)ならびに後述する図5(B)および図6(B)において、横軸は伝熱管901(401,411)の経路に沿う位置を表す。蒸発器90に設けられた伝熱管901に関し、最上流の位置をUPと記載し、最下流の位置をDWと記載する。縦軸は温度を表す。曲線A91はある条件下における空気温度を示す。曲線R91は同一条件下における冷媒温度を示す。
FIG. 4B is a diagram for explaining the relationship between the air temperature and the refrigerant temperature in the
図4(A)および図4(B)を参照して、冷媒は蒸発器90に気液二相状態で流入する。そのため、空気と冷媒との間の熱交換によって一部の冷媒がガス化しても冷媒温度はほとんど変化しない。よって、最上流UPから経路途中の位置であるMDまでの冷媒温度は、ほぼ一定である。経路途中MDにおいて、冷媒は、ガス状態(乾き度xが1の状態)となる。経路途中MDよりも冷媒の下流側では、すべての冷媒は過熱ガスの状態である。よって、経路途中MDから最下流DWまでの冷媒温度は、下流側に行くに従って高くなる。
Referring to FIGS. 4A and 4B, the refrigerant flows into
図4(B)に示されるように、対向流熱交換器である蒸発器90では、伝熱管901の経路上のすべての位置において、空気温度と冷媒温度との差がある程度確保された状態で熱交換が行なわれる。したがって、高い熱交換効率を実現することができる。
As shown in FIG. 4B, in the
ここで、蒸発器90への空気の吸入温度が上昇した場合の空気温度および冷媒温度の変化について説明する。この場合の空気温度を曲線A92で示し、冷媒温度を曲線R92で示す。
Here, changes in the air temperature and the refrigerant temperature when the temperature of the air sucked into the
蒸発器90への吸入温度が上昇すると、吸入温度の上昇前と比べて、冷媒の最下流DWにおける空気温度が大きく上昇する。そうすると、冷媒の最下流DWにおける空気温度と冷媒温度との温度差が大きくなるので、冷媒温度の上昇量も大きくなり得る。冷媒温度の上昇に伴い過熱度も上昇し得る。吐出温度制御が実行される場合、図3にて詳細に説明したように冷媒の吐出温度Tdが目標値に制御される。しかし、吐出温度制御は、過熱度制御のように冷媒の過熱度を直接的な制御対象のパラメータとするものでない。そのため、過熱度が適切な値に維持されず、過熱度が過度に上昇してしまう可能性がある。その結果、吸入温度の上昇前と比べて、伝熱管901を流れる冷媒の気液二相状態の割合が減少し、熱交換効率が低下する可能性がある。
When the suction temperature to the
そこで、本実施の形態によれば、吐出温度制御が実行される冷凍サイクル装置において、以下に詳細に説明するように、並行流熱交換器が蒸発器40の少なくとも一部として採用される。
Therefore, according to the present embodiment, in the refrigeration cycle apparatus in which the discharge temperature control is executed, a parallel flow heat exchanger is employed as at least a part of the
図5は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100に含まれる蒸発器40を説明するための図である。図5(A)は蒸発器40の構成を示す。図5(A)を参照して、蒸発器40は、伝熱管401と、放熱フィン402とを含んで構成される。
FIG. 5 is a diagram for explaining the
蒸発器40は、冷媒の流れ方向(正のX方向)が空気の流れ方向(正のX方向)に対して順方向をなす並行流熱交換器である。つまり、伝熱管401は、空気の流れ方向の上流側から下流側に向かって冷媒が流れるように構成されている。
The
図5(B)は、蒸発器40における空気温度と冷媒温度との関係を説明するための図である。ある条件下における空気温度を曲線A1で示し、冷媒温度を曲線R1で示す。また、蒸発器40への空気の吸入温度が上昇した場合に、温度上昇後の空気温度を曲線A2で示し、温度上昇後の冷媒温度を曲線R2で示す。
FIG. 5B is a diagram for explaining the relationship between the air temperature and the refrigerant temperature in the
図5(A)および図5(B)を参照して、実施の形態1においては、蒸発器40への空気の吸入温度は、冷媒の最上流UPにおける空気温度となる。つまり、冷媒の最下流DWでは、蒸発器40内部を流れて冷却された後の空気と、冷媒との間で熱交換が行なわれることになる。比較例と比べて、冷媒の最下流DWにおいて、空気温度と冷媒温度との温度差が小さいので、冷媒温度の上昇量も小さくなる。さらに、熱交換の際に冷媒温度が空気温度を上回ることはない。よって、冷媒の過熱度の過度の上昇を抑制することができる。
With reference to FIGS. 5A and 5B, in the first embodiment, the intake temperature of air into
また、吐出温度制御では、吐出温度センサ81による冷媒の吐出温度Tdの検出結果に応じて、膨張弁30の開度のフィードバック制御が実行される。一般に、吐出温度センサ81は配管60(図2参照)の外部に設けられる。そのため、吐出温度Tdの上昇が開始した場合に、その温度上昇が吐出温度センサ81によって検出されるまでには、配管60の熱容量に起因する遅延時間が発生し得る。あるいは、圧縮機10の起動時などに吐出温度Tdがステップ的に上昇すると、フィードバックループの遅れにより、目標値に追従するように吐出温度を制御できない可能性がある。このような場合には、吐出温度制御を実行しているものの、吐出温度Tdが過度に上昇し得る。
In the discharge temperature control, feedback control of the opening degree of the
これに対し、実施の形態1においては、並行流熱交換器を蒸発器40として採用することにより、比較例と比べて、冷媒の最下流DWにおける冷媒温度が上昇しにくくなる。つまり、圧縮機10に流入する冷媒温度が上昇しにくくなるので、吐出温度Tdの過度の上昇が抑制される。よって、圧縮機10の異常を一層確実に防止することが可能になる。
On the other hand, in Embodiment 1, by adopting a parallel flow heat exchanger as the
HFC冷媒の多くは、従来の冷媒(R404C等)と比べて、吐出温度Tdが上昇しやすい特性を有する。しかし、実施の形態1によれば、吐出温度Tdの過度の上昇を抑制することができるので、より好適にHFC冷媒を採用することが可能になる。このように、実施の形態1によれば、圧縮機10の異常を防止しつつ、低環境負荷の冷凍サイクル装置を実現することができる。
Many of the HFC refrigerants have a characteristic that the discharge temperature Td is likely to rise as compared with conventional refrigerants (such as R404C). However, according to the first embodiment, since an excessive increase in the discharge temperature Td can be suppressed, it is possible to more suitably employ the HFC refrigerant. Thus, according to the first embodiment, it is possible to realize a refrigeration cycle apparatus having a low environmental load while preventing an abnormality of the
また、図1にて説明したように、ショーケース1においては、冷凍サイクル装置100により冷やされた空気がエアカーテンCURによりケース本体200内部に閉じ込められる。一般に、冷却能力が同等の装置においては、エアカーテンが形成される場合に蒸発器を流れる空気の量(風量)は、エアカーテンが形成されない場合の風量よりも小さくてよい。その一方で、風量が小さいと、蒸発器への空気の吸入温度が上昇しやすい。そのため、ショーケースに対向流熱交換器を蒸発器として採用すると、図4(B)にて説明したように過熱度の過度の上昇が起こりやすくなる。したがって、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100をショーケースに適用することは特に有効である。
Further, as described with reference to FIG. 1, in the showcase 1, the air cooled by the
[実施の形態2]
実施の形態2では、並行流熱交換器に含まれる伝熱管の配置を変更することにより、過熱度の過度の上昇をより効果的に抑制可能な構成について説明する。なお、実施の形態2および後述する実施の形態3に係る冷凍サイクル装置における蒸発器以外の構成は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100(図2参照)の対応する構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。[Embodiment 2]
図6は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成を説明するための図である。図6(A)は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成を示す。図6(A)を参照して、蒸発器41は、実施の形態1に係る蒸発器40(図5(A)参照)と同様に並行流熱交換器であり、伝熱管411と、放熱フィン412とを含む。
FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration of an evaporator included in the refrigeration cycle apparatus according to
蒸発器41において、伝熱管411は、空気の流れ方向に沿う方向(X方向)に配置された複数の流路列ROWを形成する。さらに、伝熱管411は、空気の流れ方向に交わる方向(Z方向)に配置された複数の流路段CLMを形成する。以下、複数の流路列ROWの数を伝熱管411の「列数」とも称し、複数の流路段CLMの数を伝熱管411の「段数」とも称する。図6(A)に示す例において、列数は7であり、段数は3である。すなわち、列数は段数よりも大きい。
In the
なお、実施の形態1として図5(A)に示した例では、列数は3であり、段数は7である。すなわち、実施の形態1では列数は段数よりも小さい。 In the example shown in FIG. 5A as Embodiment 1, the number of columns is 3, and the number of stages is 7. That is, in the first embodiment, the number of columns is smaller than the number of stages.
図6(B)は、蒸発器41における空気温度と冷媒温度との関係を説明するための図である。図6(A)および図6(B)を参照して、実施の形態2では列数が段数よりも大きいので、実施の形態1と比べて、蒸発器41の内部における空気の流路長が長い。これにより、蒸発器41に吸入された空気が十分に冷却されるため、実施の形態1と比べて、空気温度の低下量が大きくなる。よって、冷媒の最下流DWにおいて、空気温度と冷媒温度との温度差が小さくなるので、冷媒温度が低くなる。したがって、実施の形態2によれば、過熱度の過度の上昇を一層効果的に抑制することができる。
FIG. 6B is a diagram for explaining the relationship between the air temperature and the refrigerant temperature in the
[実施の形態3]
実施の形態1,2では、蒸発器に含まれる伝熱管全体が並行流を形成する構成を例に説明した。実施の形態3では伝熱管の一部のみが並行流を形成する構成について説明する。[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, the configuration in which the entire heat transfer tube included in the evaporator forms a parallel flow has been described as an example. In Embodiment 3, a configuration in which only a part of the heat transfer tubes forms a parallel flow will be described.
図7は、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成を示す図である。図7を参照して、蒸発器42は、熱交換部42A,42Bを含む。熱交換部42Aは対向流熱交換器であり、熱交換部42Bは並行流熱交換器である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an evaporator included in the refrigeration cycle apparatus according to Embodiment 3. Referring to FIG. 7,
熱交換部42Bは、熱交換部42Aよりも空気の流れの下流側、かつ冷媒の流れの下流側に設けられている。これにより、実施の形態1,2と同様に、空気の流れの最下流の位置と、冷媒の流れの最下流の位置とが一致することになる。したがって、冷媒の最下流における冷媒温度の上昇が抑制される。よって、過熱度の過度の上昇を抑制することができる。
The
さらに、一般に、対向流熱交換器の熱交換効率は、並行流熱交換器の熱交換効率よりも高い。そのため、蒸発器42の熱交換効率は、全体が並行流熱交換器である蒸発器41(図6(A)参照)の熱交換効率よりも高い。以上のように、実施の形態3によれば、過熱度の過度の上昇を抑制しつつ、比較的高い熱交換効率を実現することが可能になる。
Further, in general, the heat exchange efficiency of the counter flow heat exchanger is higher than the heat exchange efficiency of the parallel flow heat exchanger. Therefore, the heat exchange efficiency of the
[実施の形態3の変形例1]
実施の形態3の変形例1,2では、蒸発器の伝熱管の形状を変更することによって、冷凍サイクル装置の電力消費量を低減するための構成について説明する。[Modification 1 of Embodiment 3]
In the first and second modifications of the third embodiment, a configuration for reducing the power consumption of the refrigeration cycle apparatus by changing the shape of the heat transfer tube of the evaporator will be described.
図8は、実施の形態3の変形例1に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成を示す図である。図8を参照して、蒸発器43は、熱交換部43A,43Bを含む。実施の形態3における蒸発器42(図7参照)と同様に、熱交換部43Aは対向流熱交換器であり、熱交換部43Bは並行流熱交換器である。熱交換部43Aは伝熱管431Aを含む。熱交換部43Bは伝熱管431Bを含む。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an evaporator included in the refrigeration cycle apparatus according to the first modification of the third embodiment. Referring to FIG. 8,
蒸発器43内部において、冷媒は主に気液二相状態である。冷媒の流れの上流側では、液相の割合が気相の割合よりも高い。冷媒の流れの下流側に行くに従って気相の割合が徐々に上昇する。気相の割合が上昇するに従い、冷媒の密度が小さくなるので、冷媒の流速が速くなる。冷媒の流速が速いほど、伝熱管431A,431B内部での圧力損失(主に摩擦抵抗による損失)が大きくなる。このように、圧力損失は、冷媒の流れの上流側よりも下流側の方が大きくなる。熱交換部43Bは、熱交換部43Aよりも冷媒の流れの下流側に設けられている。このため、熱交換部43Bにおける圧力損失が相対的に大きくなりやすい。
Inside the
変形例1においては、熱交換部43Bに含まれる伝熱管431Bの内径が、熱交換部43Aに含まれる伝熱管431Aの内径よりも大きい。すなわち、伝熱管431Bの流路の断面積は、伝熱管431Bの流路の断面積よりも大きい。そのため、冷媒の流量が等しい場合に、実施の形態3における蒸発器42と変形例1における蒸発器43とを比較すると、熱交換部43Bを流れる冷媒の流速は、熱交換部42Bを流れる冷媒の流速よりも遅くなる。これにより、並行流熱交換器における圧力損失が低減される。よって、冷凍サイクル装置の電力消費量を削減することができる。
In the first modification, the inner diameter of the
[実施の形態の変形例2]
図9は、実施の形態3の変形例2に係る冷凍サイクル装置に含まれる蒸発器の構成を示す図である。図9を参照して、蒸発器44は、熱交換部44A,44Bを含む。熱交換部44Aは対向流熱交換器であり、熱交換部44Bは並行流熱交換器である。熱交換部44Aは伝熱管441Aを含む。熱交換部44Bは伝熱管441Bを含む。[
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an evaporator included in the refrigeration cycle apparatus according to the second modification of the third embodiment. Referring to FIG. 9,
熱交換部44Aにおいて、伝熱管441Bは分岐しておらず、1本の流路として形成されている。これに対し、熱交換部44Bにおいて、伝熱管441Bは分岐しており、複数(図9では2本)の流路が形成されている。2本の流路は、熱交換部44Bの下流側において再び合流している。
In the
このように、変形例2においては、伝熱管441Bの分岐数は、伝熱管441Aの分岐数よりも大きい。そのため、変形例1と同様に、冷媒の流量が等しい場合に、熱交換部44Bを流れる冷媒の流速は、熱交換部42Bを流れる冷媒の流速よりも遅くなる。これにより、並行流熱交換器における圧力損失が低減される。よって、冷凍サイクル装置の電力消費量を削減することができる。
Thus, in the
なお、実施の形態3の変形例1と変形例2とを組み合わせることも可能である。すなわち、対向流熱交換器内の伝熱管と比較して、並行流熱交換器内の伝熱管の流路の断面積が大きく、かつ分岐が多い構成を採用してもよい。この場合には、いずれか一方のみが採用される構成と比べて、圧力損失のさらなる低減が図られるため、電力消費量を一層削減することができる。
It is also possible to combine Modification 1 and
また、実施の形態1〜3では、冷媒の流路として伝熱管が採用される構成を例に説明したが、本発明は、プレート式熱交換器を蒸発器として含む構成にも適用可能である。プレート式熱交換器においては、複数のプレートが、空気の流れ方向に交わる方向(一般に直交方向)に所定の間隔で配列される。この場合、列数は、複数のプレートの各々の長さ(空気の流れ方向に沿う方向の長さ)に相当する。一方、段数は、複数のプレートの配列方向の幅(複数のプレート間の間隔の和)に相当する。 In the first to third embodiments, the configuration in which the heat transfer tube is employed as the refrigerant flow path has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a configuration including a plate heat exchanger as an evaporator. . In a plate heat exchanger, a plurality of plates are arranged at predetermined intervals in a direction (generally orthogonal direction) that intersects the air flow direction. In this case, the number of rows corresponds to the length of each of the plurality of plates (the length in the direction along the air flow direction). On the other hand, the number of stages corresponds to the width of the plurality of plates in the arrangement direction (the sum of the intervals between the plurality of plates).
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ショーケース、10 圧縮機、20 凝縮器、30 膨張弁、40〜44,90 蒸発器、42A,42B,43A,43B,44A,44B 熱交換部、52,54 送風機、60 配管、70 制御装置、71 高圧圧力算出部、72 低圧圧力算出部、73 飽和温度算出部、74 記憶部、75 目標値算出部、76 制御部、81 吐出温度センサ、82 凝縮温度センサ、84 蒸発温度センサ、100 冷凍サイクル装置、110 冷媒回路、200 ケース本体、210 開口、300 冷却用送風機、401,411,431A,431B,441A,441B,901 伝熱管、402,412,902 放熱フィン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Showcase, 10 Compressor, 20 Condenser, 30 Expansion valve, 40-44,90 Evaporator, 42A, 42B, 43A, 43B, 44A, 44B Heat exchange part, 52, 54 Blower, 60 Piping, 70
Claims (6)
前記膨張弁の開度を調整することによって、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を制御する制御装置とを備え、
前記蒸発器は、前記冷媒の流路を含み、
前記流路のうちの少なくとも一部は、前記蒸発器における空気の流れ方向の上流側から下流側に向かって前記冷媒が流れる並行流を形成するように構成され、
前記流路のうちの他の一部は、前記流れ方向の下流側から上流側に向かって前記冷媒が流れる対向流を形成するように構成され、
前記並行流を形成する流路は、前記対向流を形成する流路と比べて、前記流れ方向の下流側、かつ、前記蒸発器を流れる前記冷媒の下流側に設けられる、冷凍サイクル装置。 A refrigerant circuit including a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and configured to circulate the refrigerant;
A controller for controlling the temperature of the refrigerant discharged from the compressor by adjusting the opening of the expansion valve;
The evaporator includes a flow path for the refrigerant,
At least a part of the flow path is configured to form a parallel flow in which the refrigerant flows from the upstream side to the downstream side in the air flow direction in the evaporator ,
The other part of the flow path is configured to form a counter flow in which the refrigerant flows from the downstream side in the flow direction toward the upstream side,
The flow path that forms the parallel flow is a refrigeration cycle device that is provided on the downstream side in the flow direction and on the downstream side of the refrigerant that flows through the evaporator as compared to the flow path that forms the counterflow .
前記流れ方向に沿う方向に配置された複数の流路列と、
前記流れ方向に交わる方向に配置された複数の流路段とを形成し、
前記複数の流路列の数は、前記複数の流路段の数よりも大きい、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 The flow path is
A plurality of flow path rows arranged in a direction along the flow direction;
Forming a plurality of flow path stages arranged in a direction intersecting the flow direction,
The refrigeration cycle apparatus according to claim 1, wherein the number of the plurality of flow path rows is larger than the number of the plurality of flow path stages.
開口を有し、前記冷凍サイクル装置により冷却される物品を収容するケース本体と、
前記開口にエアカーテンが形成されるように空気を送る送風機とを備える、ショーケース。 The refrigeration cycle apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
A case body having an opening and containing an article cooled by the refrigeration cycle apparatus;
A showcase comprising a blower for sending air so that an air curtain is formed in the opening.
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