JP6835184B1 - 冷凍装置用の中間ユニットおよび冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、冷凍装置(1)は、室外に設置される熱源ユニット(10)と、室内の空調を行う空調ユニット(50)と、庫内の空気を冷却する冷設ユニット(60)と、中間ユニット(80)と、主コントローラ(100)とを備える。本実施形態の冷凍装置(1)は、一台の熱源ユニット(10)と、複数台の冷設ユニット(60)と、複数台の空調ユニット(50)とを備える。なお、冷凍装置(1)が備える冷設ユニット(60)又は空調ユニット(50)の台数は、一台であってもよい。
熱源ユニット(10)は、室外ファン(12)と、室外回路(11)とを有する。室外回路(11)は、圧縮要素(C)、流路切換機構(30)、室外熱交換器(13)、室外膨張弁(14)、気液分離器(15)、過冷却熱交換器(16)、及び中間冷却器(17)を有する。また、熱源ユニット(10)は、室外コントローラ(101)を有する。
圧縮要素(C)は、冷媒を圧縮する。圧縮要素(C)は、第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)を有する。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、モータによって圧縮機構が駆動される回転式圧縮機である。第1圧縮機(21)、第2圧縮機(22)、及び第3圧縮機(23)は、圧縮機構の回転速度が変更可能な可変容量式に構成される。
流路切換機構(30)は、冷媒回路(6)における冷媒の流通経路を切り換える機構である。流路切換機構(30)は、第1配管(31)、第2配管(32)、第3配管(33)、第4配管(34)、第1三方弁(TV1)、及び第2三方弁(TV2)を有する。第1配管(31)の流入端と、第2配管(32)の流入端とは、第1吐出管(21b)に接続する。第1配管(31)及び第2配管(32)は、圧縮要素(C)の吐出圧が作用する配管である。第3配管(33)の流出端と、第4配管(34)の流出端とは、第3圧縮機(23)の第3吸入管(23a)に接続する。第3配管(33)及び第4配管(34)は、圧縮要素(C)の吸入圧が作用する配管である。
室外熱交換器(13)は、熱源熱交換器を構成している。室外熱交換器(13)は、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。室外ファン(12)は、室外熱交換器(13)の近傍に配置される。室外ファン(12)は、室外空気を搬送する。室外熱交換器は、その内部を流れる冷媒と、室外ファン(12)が搬送する室外空気とを熱交換させる。
室外流路(O)は、室外第1管(o1)、室外第2管(o2)、室外第3管(o3)、室外第4管(o4)、室外第5管(o5)、室外第6管(o6)、室外第7管(o7)、及び室外第8管(o8)を含む。
室外回路(11)の室外第1管(o1)には、室外膨張弁(14)が設けられる。室外膨張弁(14)は、主コントローラ(100)からのパルス信号によりパルスモータが駆動されて開度が調整される電子膨張弁である。
気液分離器(15)は、冷媒を貯留する容器を構成している。気液分離器(15)は、室外膨張弁(14)の下流に備える。気液分離器(15)では、冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。気液分離器(15)の頂部には、室外第2管(o2)の他端と、後述するガス抜き管(37)の一端が接続される。
室外回路(11)は、中間インジェクション回路(49)を備える。中間インジェクション回路(49)は、室外膨張弁(14)により、減圧された冷媒を第1圧縮部(21)と第2圧縮部(22,23)との間の中間圧力部に供給する回路である。中間インジェクション回路(49)はガス抜き管(37)及びインジェクション管(38)を備える。
室外回路(11)は、過冷却熱交換器(16)を備える。過冷却熱交換器(16)は、気液分離器(15)で分離された冷媒(主として液冷媒)を冷却する冷却熱交換器である。過冷却熱交換器(16)は、気液分離器(15)と第1弁(18)との間に接続される。過冷却熱交換器(16)は、高圧側流路である第1流路(16a)と、低圧側流路である第2流路(16b)とを有する。過冷却熱交換器(16)では、第1流路(16a)を流れる高圧冷媒と、第2流路(16b)を流れる減圧された冷媒とが熱交換する。
中間冷却器(17)は、中間流路(41)に接続される。中間流路(41)の一端は、第2圧縮機(22)の第2吐出管(22b)、及び第3圧縮機(23)の第3吐出管(23b)に接続される。中間流路(41)の他端は、第1圧縮機(21)の第1吸入管(21a)に接続される。換言すると、中間流路(41)の他端は、圧縮要素(C)の中間圧力部に接続される。
室外回路(11)は、油分離回路(42)を含む。油分離回路(42)は、油分離器(43)と、第1油戻し管(44)と、第2油戻し管(45)と、第3油戻し管(46)とを有する。
室外回路(11)は、第1逆止弁(CV1)、第2逆止弁(CV2)、第3逆止弁(CV3)、第4逆止弁(CV4)、第5逆止弁(CV5)、第6逆止弁(CV6)、第7逆止弁(CV7)、第8逆止弁(CV8)、及び第9逆止弁(CV9)を有する。これらの逆止弁(CV1〜CV9)は、図1に示す矢印方向の冷媒の流れを許容し、この矢印と反対方向の冷媒の流れを禁止する。
熱源ユニット(10)は、各種のセンサを有する。各種のセンサは、高圧圧力センサ(71)、中間圧圧力センサ(72)、第1低圧圧力センサ(73)、第2低圧圧力センサ(74)、及び液冷媒圧力センサ(75)を含む。
空調ユニット(50)は、屋内に設置される利用ユニットである。空調ユニット(50)は、室内空間の空気調和を行う。空調ユニット(50)は、室内ファン(52)と、室内回路(51)とを有する。室内回路(51)の液端には、第1液連絡配管(2)が接続される。室内回路(51)のガス端には、第1ガス連絡配管(3)が接続される。
図2に示すように、主コントローラ(100)は、熱源ユニット(10)の室外コントローラ(101)と、各空調ユニット(50)の室内コントローラ(102)とによって構成される。主コントローラ(100)を構成する室外コントローラ(101)と各室内コントローラ(102)は、通信線によって接続されて互いに通信可能である。
冷設ユニット(60)は、例えばコンビニエンスストア等の店内に設置された冷蔵ショーケースである。冷設ユニット(60)は、室内に設置されてショーケース内の空気(庫内空気)を冷却する利用ユニットである。冷設ユニット(60)は、冷設ファン(62)と冷設回路(61)とを有する。冷設回路(61)の液端には、第2液連絡配管(4)の液側枝管(4c)が接続される。冷設回路(61)のガス端には、第2ガス連絡配管(5)のガス側枝管(5c)が接続される。
中間ユニット(80)は、熱源ユニット(10)、空調ユニット(50)、及び冷設ユニット(60)とは別体のユニットである。中間ユニット(80)は、液側配管(81)と、ガス側配管(82)と、接続配管(83)とを備える。また、図示しないが、中間ユニット(80)は、液側配管(81)、ガス側配管(82)、及び接続配管(83)を収容するケーシングを備える。中間ユニット(80)は、冷設ユニット(60)と共に室内に設置される。
冷凍装置(1)の運転動作について説明する。冷凍装置(1)は、冷房運転と暖房運転を実行可能である。冷房運転は、空調ユニット(50)が室内の冷房を行う運転である。暖房運転は、空調ユニット(50)が室内の暖房を行う運転である。冷房運転と暖房運転のそれぞれにおいて、冷設ユニット(60)は、作動状態と冷却休止状態のどちらかになる。
冷凍装置(1)の冷房運転について、図3を参照しながら説明する。ここでは、冷設ユニット(60)が作動状態である場合を例に、冷房運転を説明する。
冷凍装置(1)の暖房運転について、図4を参照しながら説明する。ここでは、冷設ユニット(60)が作動状態である場合を例に、暖房運転を説明する。
冷設ユニット(60)は、庫内空気の冷却が不要であるときに冷却休止状態になる。具体的に、各冷設ユニット(60)において、冷設コントローラ(103)は、冷設ユニット(60)へ吸い込まれる庫内空気の温度が所定の目標範囲の下限値を下回ると、冷設膨張弁(63)を閉じて冷設ユニット(60)を作動状態から冷却休止状態に切り換える。この冷却休止状態において、冷設ファン(62)は、作動し続ける。冷設膨張弁(63)が閉じると、第2液連絡配管(4)から冷設ユニット(60)へ冷媒が供給されなくなり、冷設熱交換器(64)における空気の冷却が停止する。
中間ユニット(80)の液圧コントローラ(85)が行う制御動作について説明する。
液圧コントローラ(85)が第1弁(18)の開度を制御する動作について、図6のフロー図を参照しながら説明する。液圧コントローラ(85)は、図6のフロー図に示す制御動作を、所定の時間(例えば、30秒)毎に繰り返し行う。
液圧コントローラ(85)が第2弁(19)の開度を制御する動作について、図7を参照しながら説明する。
冷設ユニット(60)が作動状態である場合、液圧コントローラ(85)は、冷媒圧力センサ(48)の計測値Pkが第2基準圧力PL2以下となるように、第1弁(18)の開度を調節する。従って、冷設ユニット(60)が作動状態である場合、冷設膨張弁(63)に作用する冷媒圧力は、冷設ユニット(60)の許容圧力Puよりも低い圧力に保たれる。
本実施形態の中間ユニット(80)は、液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)によって互いに接続されて冷凍装置(1)を構成する熱源ユニット(10)と冷設ユニット(60)の間に設けられる。中間ユニット(80)は、液側配管(81)と、第1弁(18)と、冷媒圧力センサ(48)と、液圧コントローラ(85)とを備える。液側配管(81)は、液連絡配管(4)に接続される。第1弁(18)は、液側配管(81)に設けられた開度可変の弁である。冷媒圧力センサ(48)は、液側配管(81)における第1弁(18)の冷設ユニット(60)側に配置され、液側配管(81)を流れる冷媒の圧力を計測する。液圧コントローラ(85)は、冷媒圧力センサ(48)の計測値に基づいて、第1弁(18)の開度を調節する。
本実施形態の中間ユニット(80)は、ガス側配管(82)と、接続配管(83)と、第2弁(19)とを備える。ガス側配管(82)は、ガス連絡配管(5)に接続される。接続配管(83)は、液側配管(81)における第1弁(18)の冷設ユニット(60)側の部分と、ガス側配管(82)とを接続する。第2弁(19)は、接続配管(83)に設けられる。
本実施形態の中間ユニット(80)において、液圧コントローラ(85)は、冷媒圧力センサ(48)の計測値が第2基準圧力PL2以下になるように第1弁(18)の開度を調節する。また、液圧コントローラ(85)は、第1弁(18)を閉じても冷媒圧力センサ(48)の計測値が“第2基準圧力PL2よりも高い第4基準圧力PL4”を上回るときに、第2弁(19)を開く。
本実施形態の中間ユニット(80)は、屋内に設置され、屋外に設置された熱源ユニット(10)に接続される。
本実施形態の冷凍装置(1)は、中間ユニット(80)と、熱源ユニット(10)と、冷設ユニット(60)と、液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)とを備える。液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)は、中間ユニット(80)と熱源ユニット(10)と冷設ユニット(60)を接続して冷媒回路(6)を形成する。
本実施形態の冷凍装置(1)は、中間ユニット(80)と、熱源ユニット(10)と、冷設ユニット(60)と、液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)とを備える。液連絡配管(4)は、熱源ユニット(10)に接続する液側幹管(4a,4b)と、対応する冷設ユニット(60)を液側幹管(4a,4b)に接続する複数の液側枝管(4c)とを有する。ガス連絡配管(5)は、熱源ユニット(10)に接続するガス側幹管(5a,5b)と、対応する冷設ユニット(60)をガス側幹管(5a,5b)に接続する複数のガス側枝管(5c)とを有する。中間ユニット(80)の液側配管(81)は、液連絡配管(4)の液側幹管(4a,4b)に接続される。中間ユニット(80)のガス側配管(82)は、ガス連絡配管(5)のガス側幹管(5a,5b)に接続される。
上記実施形態の中間ユニット(80)の第2弁(19)は、全閉状態と全開状態に選択的に切り換わる開閉弁であってもよい。本変形例の第2弁(19)は、弁体を駆動するソレノイドを備えた電磁弁である。
上記実施形態の液圧コントローラ(85)において、第4基準圧力PL4は、第2基準圧力PL2よりも若干低い値に設定されていてもよい。(PL4<PL2)。その場合でも、第4基準圧力PL4は、第1基準圧力PL1よりも高い値に設定される(PL1<PL4)。本変形例の中間ユニット(80)では、第1弁(18)が全閉状態になる前に第2弁(19)が開き始めることがあり得る。
上記実施形態の中間ユニット(80)は、圧力入力部(86)を備えていてもよい。圧力入力部(86)は、冷設ユニット(60)の許容圧力Puに関する情報を液圧コントローラ(85)に入力するために、作業者が操作する部材である。圧力入力部(86)としては、ディップスイッチと、数字を入力するためのテンキーとが例示される。
上記実施形態の中間ユニット(80)は、ガス側配管(82)、接続配管(83)、及び第2弁(19)が省略されていてもよい。例えば、夏期の気温がそれほど高くない寒冷地に冷凍装置(1)が設置された場合は、全ての冷設ユニット(60)の冷設膨張弁(63)と中間ユニット(80)の第1弁(18)が閉じた状態においても、第2液側幹管(4b)及び各液側枝管(4c)の冷媒圧力が冷設ユニット(60)の許容圧力以下に保たれることがある。従って、寒冷地に設置される冷凍装置(1)を構成する中間ユニット(80)は、ガス側配管(82)、接続配管(83)、及び第2弁(19)が省略されたものであってもよい。本変形例の中間ユニット(80)は、液連絡配管(4)だけに接続され、ガス連絡配管(5)に接続されない。
上記実施形態の冷凍装置(1)は、熱源ユニット(10)と冷設ユニット(60)とを備える一方、空調ユニット(50)が省略されていてもよい。この変形例の冷凍装置(1)は、専ら庫内の冷却を行う。また、この変形例の冷凍装置(1)を構成する熱源ユニット(10)では、第3圧縮機(23)が省略される。
上記実施形態の冷凍装置(1)が備える利用側ユニットは、室内の空気調和を行う空調ユニット(50)に限定されない。上記実施形態の冷凍装置(1)において、利用側ユニットは、冷媒によって水を加熱し又は冷却するように構成されていてもよい。この変形例の利用側ユニットには、冷媒と水を熱交換させる熱交換器が、利用側熱交換器として設けられる。
4 液連絡配管
4a 第1液側幹管
4b 第2液側幹管
4c 液側枝管
5 ガス連絡配管
5a 第1ガス側幹管
5b 第2ガス側幹管
5c ガス側枝管
10 熱源ユニット
18 第1弁
19 第2弁
48 冷媒圧力センサ
60 冷設ユニット(利用ユニット)
80 中間ユニット
81 液側配管
82 ガス側配管
83 接続配管
85 液圧コントローラ(制御器)
Claims (9)
- 液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)によって互いに接続されて冷凍装置(1)を構成する熱源ユニット(10)と利用ユニット(60)の間に設けられる中間ユニット(80)であって、
上記液連絡配管(4)に接続される液側配管(81)と、
上記液側配管(81)に設けられた開度可変の第1弁(18)と、
上記液側配管(81)における上記第1弁(18)の上記利用ユニット(60)側に配置されて該液側配管(81)を流れる冷媒の圧力を計測する冷媒圧力センサ(48)と、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値に基づいて上記第1弁(18)の開度を調節する制御器(85)とを備え、
上記制御器(85)は、上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記利用ユニット(60)の許容圧力よりも低くなるように上記第1弁(18)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項1において、
上記ガス連絡配管(5)に接続されるガス側配管(82)と、
上記液側配管(81)における上記第1弁(18)の上記利用ユニット(60)側の部分と上記ガス側配管(82)とを接続する接続配管(83)と、
上記接続配管(83)に設けられた第2弁(19)とを備える
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項2において、
上記制御器(85)は、上記利用ユニット(60)の許容圧力よりも低い圧力を基準圧力とし、上記第1弁(18)を閉じても上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記基準圧力よりも高いときに上記第2弁(19)を開く
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項2において、
上記制御器(85)は、
上記利用ユニット(60)の許容圧力よりも低い圧力を第4基準圧力とし、該第4基準圧力よりも低い圧力を第2基準圧力とし、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第4基準圧力よりも低いときは上記第2弁(19)を閉状態に保ち、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第2基準圧力以下になるように上記第1弁(18)の開度を調節し、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第2基準圧力以上のときは上記第1弁(18)を閉状態に保ち、
上記第1弁(18)を閉じても上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第4基準圧力よりも高いときに上記第2弁(19)を開状態にする
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項1において、
上記制御器(85)は、
上記利用ユニット(60)の許容圧力よりも低い圧力を第1基準圧力PL1とし、
上記第1基準圧力PL1よりも高く上記利用ユニット(60)の許容圧力よりも低い圧力を第2基準圧力PL2とし、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第1基準圧力PL1よりも高く上記第2基準圧力PL2よりも低くなるように上記第1弁(18)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項5において、
上記制御器(85)は、
上記第1基準圧力PL1よりも高く上記第2基準圧力PL2よりも低い圧力を第3基準圧力PL3とし、
上記冷媒圧力センサ(48)の計測値が上記第3基準圧力PL3となるように上記第1弁(18)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
屋内に設置され、屋外に設置された上記熱源ユニット(10)に接続される
ことを特徴とする冷凍装置用の中間ユニット。 - 請求項1乃至7のいずれか一つの中間ユニット(80)と、
熱源ユニット(10)と、
利用ユニット(60)と、
上記中間ユニット(80)と上記熱源ユニット(10)と上記利用ユニット(60)を接続して冷媒回路(6)を形成する液連絡配管(4)及びガス連絡配管(5)とを備える
ことを特徴とする冷凍装置。 - 請求項2乃至4のいずれか一つの中間ユニット(80)と、
熱源ユニット(10)と、
複数の利用ユニット(60)と、
上記熱源ユニット(10)に接続する液側幹管(4a,4b)、及び対応する上記利用ユニット(60)を上記液側幹管(4a,4b)に接続する複数の液側枝管(4c)を有する液連絡配管(4)と、
上記熱源ユニット(10)に接続するガス側幹管(5a,5b)、及び対応する上記利用ユニット(60)を上記ガス側幹管(5a,5b)に接続する複数のガス側枝管(5c)を有するガス連絡配管(5)とを備え、
上記中間ユニット(80)の上記液側配管(81)は、上記液連絡配管(4)の上記液側幹管(4a,4b)に接続され、
上記中間ユニット(80)の上記ガス側配管(82)は、上記ガス連絡配管(5)の上記ガス側幹管(5a,5b)に接続される
ことを特徴とする冷凍装置。
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