JP6723375B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1Aは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成説明図である。
図1Bは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の制御装置Cntの機能ブロック図である。
冷凍サイクル装置100は、第1の冷媒回路C1と、第2の冷媒回路C2とを備えている。つまり、冷凍サイクル装置100は、2元冷凍サイクルを有している。第1の冷媒回路C1が、第1の冷凍サイクル(低元側冷凍サイクル)に対応し、第2の冷媒回路C2が、第2の冷凍サイクル(高元側冷凍サイクル)に対応する。第2の冷媒回路C2の冷却能力は第1の冷媒回路C1の冷却能力よりも低い。第1の冷媒回路C1と第2の冷媒回路C2とは、独立した冷媒回路になっている。第1の冷媒回路C1を循環する第1の冷媒と、第2の冷媒回路C2を循環する第2の冷媒とは、同じ種類のものでもよいし、別の種類のものでもよい。
第1の冷媒回路C1は、第1の圧縮機1と、第1の熱交換器2と、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路と、第1の減圧部4と、第3の熱交換器5と、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路とを含む。第1の冷媒回路C1には、第1の冷媒が流れる。第1の冷媒回路C1は、第1の圧縮機1、第1の熱交換器2、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路、第1の減圧部4、第3の熱交換器5、及び第4の熱交換器6の第2の冷媒流路の順番に第1の冷媒が流れるように構成されている。具体的には、第1の冷媒回路C1は、冷媒配管P1〜冷媒配管P6を備えている。冷媒配管P1は、第1の圧縮機1の冷媒の吐出部と第1の熱交換器2とを接続する。冷媒配管P2は、第1の熱交換器2と第2の熱交換器3の第1の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P3は、第2の熱交換器3の第1の冷媒流路と第1の減圧部4とを接続する。冷媒配管P4は、第1の減圧部4と第3の熱交換器5とを接続する。冷媒配管P5は、第3の熱交換器5と第4の熱交換器6の第2の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P6は、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路と第1の圧縮機1の冷媒吸入部とを接続する。
第2の冷媒回路C2は、第2の圧縮機7と、第5の熱交換器8と、第2の減圧部9と、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路と、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路とを含む。第2の冷媒回路C2には、第2の冷媒が流れる。第2の冷媒回路C2は、第2の圧縮機7、第5の熱交換器8、第2の減圧部9、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路、及び第4の熱交換器6の第4の冷媒流路の順番に第2の冷媒が流れるように構成されている。具体的には、第2の冷媒回路C2は、冷媒配管P7〜冷媒配管P11を備えている。冷媒配管P7は、第2の圧縮機7の冷媒の吐出部と第5の熱交換器8とを接続する。冷媒配管P8は、第5の熱交換器8と第2の減圧部9とを接続する。冷媒配管P9は、第2の減圧部9と第2の熱交換器3の第3の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P10は、第2の熱交換器3の第3の冷媒流路と第4の熱交換器6の第4の冷媒流路とを接続する。冷媒配管P11は、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路と第2の圧縮機7の冷媒吸入部とを接続する。
第1の圧縮機1は、第1の冷媒を圧縮し、高温及び高圧にする。第2の圧縮機7は、第2の冷媒を圧縮し、高温及び高圧にする。第1の圧縮機1及び第2の圧縮機7は、例えば、インバーター制御の圧縮機を採用することができる。
第1の熱交換器2は、一方が冷媒配管P1を介して第1の圧縮機1に接続され、他方が冷媒配管P2を介して第2の熱交換器3に接続されている。第1の熱交換器2には送風機2Aが付設されている。第1の熱交換器2では、空気と第1の冷媒とが熱交換する。
第1の減圧部4及び第2の減圧部9は、開度を制御できる電磁弁で構成することができる。また、第1の減圧部4及び第2の減圧部9には、毛細管を採用することもできる。
制御装置Cntは、動作制御部90Aと、記憶部90Bとを備えている。動作制御部90Aは、第1の圧縮機1の回転数及び第2の圧縮機7の回転数を制御する。また、動作制御部90Aは、第1の減圧部4及び第2の減圧部9が電磁弁である場合には、第1の減圧部4の開度及び第2の減圧部9の開度を制御する。更に、動作制御部90Aは、送風機2Aのファン回転数、送風機5Aのファン回転数及び送風機8Aのファン回転数を制御する。記憶部90Bには各種データが格納される。
図1Cは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の冷媒の流れの説明図である。
図1Cでは、第1の冷媒の流れを太い実線で示し、第2の冷媒の流れを点線で示している。
図1Dは、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100のp−h線図である。図1Dでは、第1の冷媒回路C1の第1の冷凍サイクル及び第2の冷媒回路C2の第2の冷凍サイクルを、p−h線図中に表している。図1Dでは、第2の熱交換器3での過冷却の作用、及び第4の熱交換器6での吸入冷却の作用がある場合のp−h線図を破線で示している。また、図1Dでは、第2の熱交換器3での過冷却の作用のみがある場合のp−h線図を実線で示している。
このように、冷凍サイクル装置100では、エンタルピー差Δhcが減少するため、第1の圧縮機1の入力(供給電力)を抑えることができ、COPを向上させることができる。
なお、第1の冷媒及び第2の冷媒は、それぞれ利用温度帯が異なり、各温度帯に適した別々の冷媒を採用してもよい。第1の冷媒及び第2の冷媒は、R410A、R407C及びR404A等のフロン系の冷媒を採用してもよいし、CO2及びプロパン等の自然冷媒を採用してもよいし、その他の冷媒を採用してもよい。また、第1の冷媒回路C1及び第2の冷媒回路C2の冷凍機油は同一でもよいし、第1の冷媒回路C1及び第2の冷媒回路C2は独立しているため、別々の冷凍機油を採用してもよい。
次に、実施の形態2について図を参照して説明するが、上記の実施の形態1と同一部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図2Bは、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200の冷媒の流れの説明図である。
図2Bでは、第1の冷媒の流れを太い実線で示し、第2の冷媒の流れを点線で示している。
Ter1>Ter2+SHs2 ・・・(1)
Ter1>Ter2 ・・・(2)
実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100と同様の効果を有することに加えて次の効果を有する。実施の形態2では、第4の熱交換器6の第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒の流れ方向と、第4の熱交換器6の第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒の流れ方向とが対向している。これらの方向が対向する場合には、これらの方向が並行である場合と比べると、第1の冷媒の冷却できる温度範囲の下限値がより小さくなる。したがって、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200は、更に、第1の圧縮機1に吸入される冷媒温度を低下させることができ、COPを向上させることができる。
次に、実施の形態3について図を参照して説明する。実施の形態1、2と共通する部分については同一符号を付して説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
図3Bは、実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300の制御装置Cntの機能ブロック図である。
実施の形態3に係る冷凍サイクル装置300は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100及び実施の形態2に係る冷凍サイクル装置200と同様の効果を有することに加えて次の効果を有する。実施の形態3では、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部における過熱度が、0以上となるように第2の減圧部9を制御する。つまり、第2の冷媒は、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部において気相となっており、第2の圧縮機7の冷媒の吸入部において乾き度が1となっている。したがって、冷凍サイクル装置300では、第2の圧縮機7に液冷媒を含む第2の冷媒が流入し、信頼性が低下することを抑制することができる。
図3Cは、実施の形態3の変形例の構成説明図である。
図3Dは、実施の形態3の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。
次に、実施の形態4について図を参照して説明する。実施の形態1〜3と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
図4Bは、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の制御装置Cntの機能ブロック図である。
図4Cは、実施の形態4に係る冷凍サイクル装置400の冷媒の流れの説明図である。図4C(a)は、第1の弁流路を形成せず、第2の弁流路を形成したときの冷媒の流れを示している。また、図4C(b)は、第2の弁流路を形成せず、第1の弁流路を形成したときの冷媒の流れを示している。
例えば外気温度が低い場合には、第4の熱交換器6において、第2の冷媒流路を流れる第1の冷媒の温度よりも、第4の冷媒流路を流れる第2の冷媒の温度が高くなってしまう場合がある。そこで、冷凍サイクル装置400では、バイパス回路Bc等を備えており、第4の熱交換器6において、第1の圧縮機1に吸入される第1の冷媒の温度が上昇してしまうことを回避することができる。
図4Dは、実施の形態4の変形例の構成説明図である。
図4Eは、実施の形態4の変形例の制御装置Cntの機能ブロック図である。
Claims (19)
- 第1の圧縮機、第1の熱交換器、第2の熱交換器の第1の冷媒流路、第1の減圧部、第3の熱交換器、及び第4の熱交換器の第2の冷媒流路を含み、第1の冷媒が流れる第1の冷媒回路と、
第2の圧縮機、第5の熱交換器、第2の減圧部、前記第2の熱交換器の第3の冷媒流路、及び前記第4の熱交換器の第4の冷媒流路を含み、第2の冷媒が流れる第2の冷媒回路と、
を備え、
前記第1の冷媒回路は、前記第1の圧縮機、前記第1の熱交換器、前記第1の冷媒流路、前記第1の減圧部、前記第3の熱交換器、及び前記第2の冷媒流路の順番に前記第1の冷媒が流れるように構成され、
前記第2の冷媒回路は、前記第2の圧縮機、前記第5の熱交換器、前記第2の減圧部、前記第3の冷媒流路、及び前記第4の冷媒流路の順番に前記第2の冷媒が流れるように構成され、
前記第2の熱交換器の前記第3の冷媒流路へ流入する前記第2の冷媒によって、前記第2の熱交換器の前記第1の冷媒流路へ流入する前記第1の冷媒が冷却され、
前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路へ流入する前記第2の冷媒によって、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路へ流入する前記第1の冷媒が冷却される
冷凍サイクル装置。 - 前記第4の熱交換器は、
前記第2の冷媒流路を流れる前記第1の冷媒の流れ方向と、前記第4の冷媒流路を流れる前記第2の冷媒の流れ方向とが対向するように構成されている
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2の圧縮機の低圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
前記圧力検出部の検出圧力及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて、前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備えた
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2の冷媒回路の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて、前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備えた
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記蒸発温度検出部の検出温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
請求項5に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記過熱度が0以上となるように、前記第2の減圧部を制御する
請求項4又は6に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁とをさらに備え、
前記第1の流路制御弁は、
前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成されている
請求項1〜7のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の冷媒回路は、
前記バイパス回路に設けられた第2の流路制御弁を含み、
前記第2の流路制御弁は、
前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路と前記第1の圧縮機の冷媒の吸入部との間の流路を流れる前記第1の冷媒が、前記バイパス回路へ流れ込まないように構成されている
請求項8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁と、
前記第2の圧縮機の低圧側の圧力を検出する圧力検出部と、
前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
前記第3の熱交換器と前記第1の流路制御弁との間の流路の温度を検出する第2の出口温度検出部と、
前記第1の冷媒回路及び前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備え、
前記第1の流路制御弁は、
前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成され、
前記制御装置は、
前記圧力検出部の検出圧力及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第2の冷媒回路を制御し、
前記圧力検出部の検出圧力及び前記第2の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第1の冷媒回路を制御する
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度よりも高い場合には、前記第2の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記バイパス回路に流し、
前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度以下である場合には、前記第1の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に流す
請求項10に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記圧力検出部の検出圧力に対応する飽和温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
請求項10又は11に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の冷媒回路に設けられ、前記第4の熱交換器の入口側と前記第4の熱交換器の出口側とに接続され、前記第4の熱交換器をバイパスするバイパス回路と、
前記第1の冷媒回路のうち前記第3の熱交換器と前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路との間の流路に設けられ、前記バイパス回路が接続されている第1の流路制御弁と、
前記第2の冷媒回路の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部と、
前記第4の熱交換器の前記第4の冷媒流路の出口温度を検出する第1の出口温度検出部と、
前記第3の熱交換器と前記第1の流路制御弁との間の流路の温度を検出する第2の出口温度検出部と、
前記第1の冷媒回路及び前記第2の冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備え、
前記第1の流路制御弁は、
前記第3の熱交換器に接続された弁入口と、前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に接続された第1の弁出口と、前記バイパス回路に接続された第2の弁出口とを含み、
前記弁入口から前記第1の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第1の弁流路と、前記弁入口から前記第2の弁出口へ前記第1の冷媒を流す第2の弁流路とが選択的に切り替えることができるように構成され、
前記制御装置は、
前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第1の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第2の冷媒回路を制御し、
前記蒸発温度検出部の検出温度及び前記第2の出口温度検出部の検出温度に基づいて前記第1の冷媒回路を制御する
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記蒸発温度検出部の検出温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度よりも高い場合には、前記第2の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記バイパス回路に流し、
前記蒸発温度検出部の検出温度が、前記第2の出口温度検出部の検出温度以下である場合には、前記第1の弁流路に前記第1の冷媒が流れるように前記第1の流路制御弁を切り替えて、前記第1の冷媒を前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路に流す
請求項13に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記蒸発温度検出部の検出温度と、前記第1の出口温度検出部の検出温度との差分に基づいて、前記第2の冷媒回路の過熱度を算出する
請求項13又は14に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御装置は、
前記過熱度が0以上となるように、前記第2の減圧部を制御する
請求項12又は15に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第1の冷媒回路は、
前記バイパス回路に設けられた第2の流路制御弁を含み、
前記第2の流路制御弁は、
前記第4の熱交換器の前記第2の冷媒流路と前記第1の圧縮機の冷媒の吸入部との間の流路を流れる前記第1の冷媒が、前記バイパス回路へ流れ込まないように構成されている
請求項10〜16のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2の冷媒回路の冷却能力が前記第1の冷媒回路の冷却能力よりも低い
請求項1〜17のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2の冷媒回路の蒸発温度又は低圧が前記第1の冷媒回路の蒸発温度又は低圧よりも高い状態で運転する
請求項1〜9のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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