JP6814974B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
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。
つぎに、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および第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の低圧部に低圧の冷媒ガス(二酸化炭素)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。
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、つぎにガスクーラ28に流入して空冷された後、ガスクーラ出口配管32を経て電動膨張弁(圧力調整用絞り手段)33に至る。この電動膨張弁33は、電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPを所定の目標値THPに制御するために設けられており、高圧センサ49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。
運転始動時には先ず、制御装置57は外気温度に基づいて冷凍装置Rの始動時における電動膨張弁33の開度(始動時開度)を設定する。具体的には、本実施形態では、制御装置57は、始動時における外気温度と電動膨張弁33の始動時の弁開度との関係を示すデータテーブルを予め記憶しており、始動時における外気温度から、上記データテーブルを参照して、電動膨張弁33の始動時の弁開度を設定する。
運転中、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)に基づいて、電動膨張弁33の開度を設定する。この場合、制御装置57は、高圧側圧力HP(外気温度)が低い場合に大きくなるよう電動膨張弁33の開度を設定する。これにより、電動膨張弁33における圧力低下を最小限に抑えることができ、圧縮機11に入る中間圧吸入配管26の中間圧(MP)との圧力差を確保して、冷凍運転および冷蔵運転を効率的に行うことができる。
なお、上述のように制御を行っているときに、設置環境や負荷の影響で電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPが所定の上限値MHPに上昇してしまった場合、制御装置57は電動膨張弁33の弁開度をさらに増大させる。この弁開度の増大により、高圧側圧力HPは低下する方向に向かうので、高圧側圧力HPを常に上限値MHP以下に維持することができるようになる。これにより、電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPの異常上昇を的確に抑制して圧縮機11の保護を確実に行うことが可能となり、異常な高圧による圧縮機11の強制停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。
つぎに、補助回路48における冷媒の流れを説明する。前述したようにタンク36の上部に接続されたガス配管42には電動膨張弁43(第1の補助回路用絞り手段)が接続されており、この電動膨張弁43を介してタンク36上部からガス冷媒が流出し、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流入する。
制御装置57は、外気温度、または、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)に基づいて冷凍装置Rの始動時における電動膨張弁43の弁開度(始動時開度)を設定する。本実施形態の場合、制御装置57は始動時における外気温度、または、高圧側圧力HP(外気温度)と電動膨張弁43の始動時の弁開度との関係を示すデータテーブルを予め記憶している。
なお、上述のように制御を行っているときに、設置環境や負荷の影響でタンク36内圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)が所定の規定値MTIPに上昇してしまった場合、制御装置57は、電動膨張弁43の弁開度を所定ステップ増大させる。この弁開度の増大により、タンク36内圧力TIPは低下する方向に向かうので、圧力TIPを常に規定値MTIP以下に維持することができるようになり、高圧側圧力変動の影響抑制と、電動膨張弁39に搬送される冷媒の圧力の抑制効果を確実に達成することが可能となる。
また、前述したようにタンク36の下部に接続された液配管46には電動膨張弁47(第2の補助回路用絞り手段)が接続されており、この電動膨張弁47を介してタンク36下部から液冷媒が流出し、ガス配管42からのガス冷媒に合流してスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流入する。
制御装置57は、外気温度が所定の温度よりも高い場合、外気温度に基づいてガスクーラ出口温度を調整し、外気温度が上記所定の温度よりも小さい場合、高圧側圧力HPの飽和液の飽和温度STに基づいてガスクーラ出口温度を調整する。所定の温度とは、例えば、冷媒の臨界温度よりも数度だけ小さい温度である。
TT=(外気温度)+a (式1)
ここで、aは所定の定数である。
TT=(高圧側圧力HPの飽和液の飽和温度ST)+b (式2)
ここで、bは所定の定数である。この場合、制御装置57は、高圧側圧力HPと飽和液の飽和温度STとの関係を示すデータテーブルを予め記憶しておき、それを参照することにより飽和温度STを設定してもよいし、飽和温度STを計算式から算出してもよい。
次に、図2〜図7のP−H線図を用いて冷凍装置Rの冷凍および冷蔵運転時の動作状況を外気温度毎に説明する。
つぎに、制御装置57による電磁弁50の制御について説明する。前述したように内部熱交換器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。
一方、冷凍装置Rのプルダウン時等には電動膨張弁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、内部熱交換器15の第2の流路15Bを出た冷媒のユニット入口温度センサ56が検出する温度OTが、内部熱交換器15の第1の流路15Aに流入する冷媒のユニット出口温度センサ54が検出する温度IT以上である場合、電磁弁50を開く制御を行う。一方、温度OTが温度ITより小さい場合、制御装置57は電磁弁50を閉じる制御を行う。
本実施形態では、図1に示した冷凍装置Rの構成について説明をしたが、冷凍装置Rの構成は図1に示すものに限定されない。ここでは、冷凍装置Rの別の構成について説明する。図8は、図1とは別の構成を有する冷凍装置Rの冷媒回路図である。
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
31 ガスクーラ用送風機
32 ガスクーラ出口配管
33 電動膨張弁(圧力調整用絞り手段)
36 タンク
37 タンク出口配管
38 主回路
39 電動膨張弁(主絞り手段)
41 蒸発器
42 ガス配管
43 電動膨張弁(第1の補助回路用絞り手段)
44 中間圧戻り配管
45 バイパス回路
46、70 液配管
47、71 電動膨張弁(第2の補助回路用絞り手段)
48 補助回路
50 電磁弁(弁装置)
57 制御装置(制御手段)
62 ガスクーラ出口温度センサ
Claims (4)
- 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る冷凍装置において、
前記ガスクーラを空冷するガスクーラ用送風機と、
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、
前記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タンクと、
前記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、
前記タンクの第1の高さに設けられた配管から流出した冷媒の圧力を調整する第1の補助絞り手段、および、前記第1の高さよりも低い位置に設けられた配管から流出した冷媒の圧力を調整する第2の補助絞り手段と、
前記第1の補助絞り手段、および、第2の補助絞り手段により圧力が調整された冷媒を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、
前記タンクから流出した冷媒を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、
前記ガスクーラ用送風機のファン回転数を制御することで、前記ガスクーラから流出した後、前記圧力調整用絞り手段に流入する前の冷媒の温度であるガスクーラ出口温度が所定の目標値となるよう調整する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、外気温度が所定の温度よりも高い場合、超臨界サイクルを維持するように、該外気温度に基づいて前記ガスクーラ出口温度を調整し、前記外気温度が前記所定の温度よりも低い場合、飽和サイクルを維持するように、前記圧縮手段から流出した後、前記圧力調整用絞り手段に流入する前の冷媒の飽和液の飽和温度に基づいて前記ガスクーラ出口温度を調整することを特徴とする冷凍装置。 - 前記外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、前記制御手段は、前記外気温度センサにより検出された外気温度が前記所定の温度よりも高いか否かを判定する請求項1に記載の冷凍装置。
- 前記圧縮手段から流出した後、前記圧力調整用絞り手段に流入する前の冷媒の圧力である高圧側圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御手段は、前記圧力センサにより検出された高圧側圧力に基づいて、前記外気温度が前記所定の温度よりも高いか否かを判定する請求項1に記載の冷凍装置。
- 前記所定の温度は、前記冷媒回路を流れる冷媒の臨界温度よりも低い温度である請求項1から3のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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