JP6732862B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
[冷凍装置]
図1は、この発明の実施の形態1に係る冷凍装置の冷媒回路の一例を模式的に記載した図である。図1に記載の冷凍装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、例えば、部屋、倉庫、ショーケース、または冷蔵庫等の室内の冷却を行うものである。冷凍装置1は、例えば、1台の熱源側ユニット2と熱源側ユニット2に並列に接続された2台の利用側ユニット4とを含んでいる。熱源側ユニット2と利用側ユニット4とが、液冷媒延長配管6およびガス冷媒延長配管7で接続されることによって、冷媒を循環させる冷媒回路10が形成される。この実施の形態の冷媒回路10に充填される冷媒は、例えば、HFC系の混合冷媒であるR410Aである。なお、図1の例では、1台の熱源側ユニット2と2台の利用側ユニット4とが記載されているが、熱源側ユニット2は、2台以上であってもよく、利用側ユニット4は、1台または3台以上であってもよい。熱源側ユニット2が複数台である場合には、複数台の熱源側ユニット2の容量は、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、利用側ユニット4が複数台である場合には、複数台の利用側ユニット4の容量は、同じであってもよく、異なっていてもよい。以下の説明では、冷媒が空気と熱交換する冷凍装置1についての説明を行うが、冷媒が、水、冷媒またはブライン等の流体と熱交換する冷凍装置であってもよい。
利用側ユニット4は、例えば室内に設置される室内ユニットであり、冷媒回路10の一部分を構成する利用側冷媒回路10aと利用側制御部32とを備えている。利用側冷媒回路10aは、利用側膨張弁41と利用側熱交換器42とを含んでいる。利用側膨張弁41は、利用側冷媒回路10aを流れる冷媒の流量を調整するものであり、例えば電子膨張弁または温度式膨張弁等で構成されている。なお、利用側膨張弁41は、熱源側ユニット2に配設されていてもよく、その場合には、利用側膨張弁41は、例えば、熱源側ユニット2の第1過冷却器22と液側閉鎖弁28との間に配設される。利用側熱交換器42は、例えば、伝熱管と多数のフィンとを含んで構成されたフィン&チューブ型熱交換器であり、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。
熱源側ユニット2は、例えば、冷媒回路10の一部分を構成する熱源側冷媒回路10bと第1インジェクション回路71と第2インジェクション回路73と熱源側制御部31とを含んでいる。なお、以下の説明では、第1インジェクション回路71と第2インジェクション回路73とを有する例についての説明を行うが、冷凍装置1は、第1インジェクション回路71および第2インジェクション回路73のうちの何れか一方を有する構成であってもよい。
次に、この実施の形態の冷凍装置1が備える制御部およびセンサ類について説明する。熱源側ユニット2は、冷凍装置1の全体の制御を行う熱源側制御部31を備えている。熱源側制御部31は、マイクロコンピュータおよびメモリ等を含んで構成されている。また、利用側ユニット4は、利用側ユニット4の制御を行う利用側制御部32を備えている。利用側制御部32は、マイクロコンピュータおよびメモリ等を含んで構成されている。利用側制御部32と熱源側制御部31とは、通信を行って制御信号のやりとりを行うことができるようになっており、例えば、利用側制御部32は、熱源側制御部31から指示を受けて利用側ユニット4の制御を行う。
図3は、図1に記載の冷凍装置の、冷媒量が適正であるときの、p−h線図の一例である。まず、冷媒量が適正である場合の、冷凍装置1の動作について説明する。図3の点Kから点Lにて、図1に記載の圧縮機21は、冷媒を圧縮する。図3の点Lから点Mにて、図1の圧縮機21で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する熱源側熱交換器23で熱交換されて凝縮液化する。なお、熱源側熱交換器23で熱交換されて凝縮液化した冷媒は、レシーバ25に流入して、一時的にレシーバ25内に貯留される。レシーバ25に貯留される冷媒の量は、利用側ユニット4の運転負荷、外気温度および凝縮温度等に応じて変化する。
図4は、図1に記載の冷凍装置の、冷媒量が不足となったときの、p−h線図の一例である。例えば、図1に記載の冷凍装置1から冷媒が漏洩等して、冷媒の量が減少すると、レシーバ25に余剰液冷媒が貯留されている間は、レシーバ25に貯留された余剰液冷媒が減少する。レシーバ25に余剰液冷媒が存在している間は、冷凍装置1は、図3に示すように、冷媒量が適正な場合と同様に動作する。
比較例1では、冷媒の過冷却度を利用して、冷媒量の判定を行う。例えば冷媒が漏洩する等して、冷媒量が不足すると、図4に示すように、過冷却度が低下する。そこで、比較例1では、過冷却度が、予め設定された閾値よりも小さくなったときに、冷媒量が不足していると判定する。
そこで、この実施の形態では、過冷却度と比較して、冷凍装置1の運転条件の変化に対する変動が小さい第1過冷却器22の温度効率Tを用いて、冷媒量の判定を行う。以下に説明する。
温度効率T=実際に取り得る温度差B/最大とり得る温度差A・・・(数式1)
なお、冷媒量が適正量である場合であっても、図1に記載の冷凍装置1の運転状態によっては、第1過冷却器22の温度効率Tを用いた冷媒量判定が誤判定となって、冷媒量不足の判定となる場合がある。冷媒量が適正量である場合に、冷媒量不足の判定となると、混乱を招くこととなる。なお、冷媒量は適正量であるが、冷媒量不足の判定となったときに、冷媒を補充することによって、冷媒量の判定結果が適正量の判定となる場合もある。しかしながら、その場合には、冷凍装置1に必ずしも必要のない量の冷媒が封入されるため、冷凍装置1のコストの増加となる。また、冷媒量が不必要に多くなると、仮に、冷媒が漏洩した時に、温度効率Tを用いた冷媒量判定によって冷媒不足の判定ができるまでの漏洩量を増加させることとなる。また、冷媒量が不必要に多くなることによって、液バックが発生したときに、液バック量が増加し、圧縮機21の不具合に繋がるおそれもある。そこで、この実施の形態の例では、冷媒量判定の例外条件を設け、冷媒量判定が誤判定となるおそれがある例外条件に該当する場合には、第1過冷却器22の温度効率Tを用いた冷媒量判定を行わない。以下に説明する。
例外条件1は、利用側ファン遅延制御を行う場合である。利用側ファン遅延制御は、除霜運転中に発生した暖気が、冷却空間に吹き出されることを防止するために行われる。除霜運転が終了した後の、利用側熱交換器42の温度が低下するまでの時間は、例えば数分間であり、利用側熱交換器42の温度が低下する前に利用側ファン43が動作すると、冷却空間に暖気が吹き出されるため、利用側熱交換器42の温度が低下するまでは、利用側ファン43の動作を停止する。そして、利用側熱交換器42の温度が低下した後に、利用側ファン43の動作を再開する。
例外条件2は、プルダウン時、蒸発温度が高い場合である。通常、冷凍装置1の長期停止後の冷やし込み時の庫内温度が高い場合は、短時間であるが冷媒回路10の低圧側の圧力が通常よりも高い状態で運転される場合がある。この場合、利用側膨張弁41から圧縮機21の吸入部までの圧力が高くなり、冷媒密度が高くなる。必要とする冷媒量は、密度×容積で表されるため、一時的に、低圧側の必要冷媒量が多くなり、レシーバ25、第1過冷却器22、熱源側熱交換器23などの高圧側が冷媒不足状態となる。したがって、プルダウン時、蒸発温度が高い場合は、温度効率Tを用いた冷媒量判定を行わない。
例外条件3は、図1に記載の吸入インジェクション用電磁弁75が開の場合である。吸入インジェクション用電磁弁75が開となると、高圧液冷媒の一部は、キャピラリチューブ74で減圧されて、圧縮機21の吸入部に流入する。この時、通常は、ガス状態である低圧側の吸入インジェクション用電磁弁75から圧縮機21の吸入部までが気液2相状態となり、低圧側に一時的に冷媒量が増えるため、レシーバ25、第1過冷却器22、熱源側熱交換器23などの高圧側が冷媒不足状態となる。なお、吸入インジェクション用電磁弁75を開とする場合は、長期停止後のプルダウン時等において、圧縮機21の吸入ガス温度が異常に上昇するときなどであり、稀な状況である。
上記の例外条件1〜例外条件3は、高圧側の冷媒が一時的に不足する場合に、冷媒量判定を行わない例についての説明を行った。例外条件4は、熱源側ファン27の風量を低下させる場合である。熱源側ファン27の風量を低下させる場合とは、例えば、外気が低下した場合に高圧が低下しすぎると利用側膨張弁41の差圧が小さくなり冷媒の流量が確保できなくなるため、高圧をある程度高く維持するために熱源側ファン27の風量を低下させる場合である。また、例えば、熱源側ファン27の騒音の低減を図るために、熱源側ファン27の風量を低下させる場合もある。
例外条件5は、圧縮機停止中、圧縮機起動後の一定時間である。図11は、圧縮機の起動の前後の、凝縮温度、外気温度、第1過冷却器の出口温度、および温度効率の関係を説明する図である。たとえば、圧縮機21を長期停止後、圧縮機21を起動させる場合を考える。圧縮機21の長期停止中は、外気温度、第1過冷却器22の出口温度、凝縮温度はほぼ等しくなる。この場合、すべての温度が等しくなったとすれば温度効率T=B/A=0/0となる。ただし、実際には、センサのバラツキによって、例えば、凝縮温度が25.0℃、外気温度が24.9℃、第1過冷却器22の出口温度が24.8℃となり、温度効率T=B/A=0.2/0.1=2.0となる。なお、上記の例は、一例であり、実際には、圧縮機21の長期停止中は、センサのバラツキ等によって、温度効率Tが大きく変動する。時刻m1にて、圧縮機21を起動させると、時刻m2にて、温度効率Tが、0.0〜1.0の間の値に安定する。なお、時刻m1から時刻m2までの時間は、例えば30秒〜1分程度である。
図12は、図1に記載の冷凍装置の冷媒量判定動作の一例を説明する図である。この実施の形態の冷凍装置1は、第1過冷却器22の温度効率Tを用いて、冷媒量の判定を行う。なお、以下で説明する冷媒量の判定は、冷凍装置1を設置するときの冷媒充填作業または冷凍装置1のメンテナンスを行うときの冷媒充填作業に適用することもできる。また、冷媒量判定動作は、遠隔装置(図示せず)からの指示を受けたときに、実行されてもよい。
図13は、図1の変形例1である。図1に記載の冷凍装置1と比較して、変形例1の冷凍装置1Aの熱源側ユニット2Aは、図13に示すように、第1過冷却器22の下流に、第2過冷却器26をさらに有している。なお、第2過冷却器26は、この発明の「過冷却器」に相当するものである。第2過冷却器26は、例えば、二重管またはプレート型熱交換器等を含んで構成されており、熱源側冷媒回路10bに流れる高圧の冷媒と、第1インジェクション回路71Aに流れる中間圧の冷媒とを熱交換させるものである。第2過冷却器26を通過した冷媒の一部は、インジェクション量調整弁72で膨張されて中間圧の冷媒となり、第2過冷却器26を通過する冷媒と熱交換する。その結果、変形例2では、レシーバ25から流入して第2過冷却器26で熱交換された高圧の冷媒は、更に過冷却される。また、インジェクション量調整弁72から流入して、第2過冷却器26で熱交換された中間圧の冷媒は、乾き度が高い冷媒となり、圧縮機21の吐出温度を下げるために圧縮機21の吸入側にインジェクションされる。変形例1における冷媒判定動作は、第1過冷却器22の温度効率、第2過冷却器26の温度効率、または第1過冷却器22および第2過冷却器26の温度効率を用いて行われればよい。なお、変形例1では、第1過冷却器22を省略し、レシーバ25から流出した冷媒が、第2過冷却器26に流入する構成とすることもできる。
Claims (8)
- 圧縮機と凝縮器として機能する熱源側熱交換器と過冷却器とを有する熱源側ユニットと、利用側膨張弁と蒸発器として機能する利用側熱交換器とを有する少なくとも1つの利用側ユニットとが、配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を有する冷凍装置であって、
前記過冷却器の出口における冷媒の過冷却度、または前記過冷却度を、前記過冷却器の最大温度差で除算した値である、前記過冷却器の温度効率を用いて、前記冷媒回路に充填された冷媒量を判定する冷媒量判定部を備え、
前記冷媒量判定部は、前記冷媒量が不足したと判定するための過冷却度閾値、または温度効率閾値を記憶しており、前記過冷却度閾値、または前記温度効率閾値は、前記冷凍装置の運転状態に応じて変更され、
前記冷媒量判定部は、
前記過冷却度を用いて前記冷媒量の不足を判定する場合、外気温度、熱交換量または冷媒循環量に応じて前記過冷却度閾値を予め設定された閾値よりも低い値に設定し、前記温度効率を用いて前記冷媒量の不足を判定する場合よりも多くの冷媒が漏洩した時点で冷媒不足を判定する、
冷凍装置。 - 前記冷媒量判定部は、当該冷凍装置の運転状態を取得し、前記冷媒量の判定が誤判定となるおそれがある場合に、前記冷媒量の判定を行わない、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒量の判定が誤判定となるおそれがある場合は、前記熱源側熱交換器から前記利用側膨張弁の入口までの高圧側冷媒が一時的に少なくなり、前記利用側膨張弁の出口から前記圧縮機の吸引側までの低圧側冷媒が一時的に多くなる場合である、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記利用側熱交換器に空気を送風する利用側ファンをさらに備え、
前記熱源側熱交換器から前記利用側膨張弁の入口までの高圧側冷媒が一時的に少なくなり、前記利用側膨張弁の出口から前記圧縮機の吸引側までの低圧側冷媒が一時的に多くなる場合は、前記利用側ファンが送風する送風量を一時的に低下させる場合である、
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側熱交換器から前記利用側膨張弁の入口までの高圧側冷媒が一時的に少なくなり、前記利用側膨張弁の出口から前記圧縮機の吸引側までの低圧側冷媒が一時的に多くなる場合は、当該冷凍装置をプルダウンさせる場合である、
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側熱交換器で冷却された冷媒の一部を、前記圧縮機にインジェクションするインジェクション回路と、
前記インジェクション回路に配設された開閉弁をさらに備え、
前記熱源側熱交換器から前記利用側膨張弁の入口までの高圧側冷媒が一時的に少なくなり、前記利用側膨張弁の出口から前記圧縮機の吸引側までの低圧側冷媒が一時的に多くなる場合は、前記開閉弁を開状態にする場合である、
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側熱交換器に空気を送風する熱源側ファンをさらに備え、
前記冷媒量の判定が誤判定となるおそれがある場合は、前記熱源側ファンが送風する送風量を一時的に低下させる場合である、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記冷媒量の判定が誤判定となるおそれがある場合は、前記圧縮機の停止中および前記圧縮機が起動した後の一定時間である、
請求項2に記載の冷凍装置。
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