JP7007612B2 - 冷凍システムおよび熱源ユニット - Google Patents
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Description
図1は、実施形態1の冷凍システム(10)の構成を例示する。冷凍システム(10)は、熱源ユニット(20)と、複数の利用ユニット(30)とを備える。この例では、冷凍システム(10)には、2つの利用ユニット(30)が設けられる。冷凍システム(10)は、室内の冷房を行う。熱源ユニット(20)は、室外に設置される。複数の利用ユニット(30)は、室内に設置される。
熱源回路(21)は、圧縮要素(40)と、熱源熱交換器(50)と、レシーバ(60)と、ガス抜き通路(61)と、ガス抜き弁(62)と、熱源膨張弁(65)と、圧力逃がし弁(66)とを有する。また、熱源回路(21)には、第1~第4熱源通路(P21~P24)が設けられる。例えば、第1~第4熱源通路(P21~P24)は、冷媒配管により構成される。
圧縮要素(40)は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。具体的には、圧縮要素(40)は、冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となるように冷媒を圧縮する。
熱源ファン(22)は、熱源熱交換器(50)の近傍に配置され、熱源熱交換器(50)に熱源空気を搬送する。この例では、熱源空気は、室外空気である。
熱源熱交換器(50)は、熱源熱交換器(50)を流れる冷媒と熱源熱交換器(50)に搬送される熱源空気とを熱交換させる。例えば、熱源熱交換器(50)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
レシーバ(60)は、冷媒を貯留し、貯留した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離させる。例えば、レシーバ(60)は、円筒状に形成された圧力容器である。レシーバ(60)は、入口と、液出口と、ガス出口とを有する。液出口は、レシーバ(60)の下部(具体的には上下方向の中央よりも下方の部分)に設けられる。ガス出口は、レシーバ(60)の上部(具体的には上下方向の中央よりも上方の部分)に設けられる。
ガス抜き通路(61)は、レシーバ(60)からガス状態の冷媒を排出させる通路である。例えば、ガス抜き通路(61)は、冷媒配管により構成される。この例では、ガス抜き通路(61)の一端は、レシーバ(60)のガス出口に接続され、ガス抜き通路(61)の他端は、圧縮要素(40)の入口に繋がる第1熱源通路(P21)の中途部に接続される。レシーバ(60)からガス抜き通路(61)に排出されたガス状態の冷媒は、圧縮要素(40)に吸入される。
ガス抜き弁(62)は、ガス抜き通路(61)に設けられる。ガス抜き弁(62)が閉状態から開状態になると、レシーバ(60)からガス抜き通路(61)へガス状態の冷媒が排出されるようになる。ガス抜き弁(62)が開状態から閉状態になると、レシーバ(60)からガス抜き通路(61)へガス状態の冷媒が排出されないようになる。この例では、ガス抜き弁(62)は、開度が調節可能である。例えば、ガス抜き弁(62)は、電動弁である。
熱源膨張弁(65)は、第3熱源通路(P23)に設けられる。熱源膨張弁(65)は、開度が調節可能である。例えば、熱源膨張弁(65)は、電動弁である。
圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた作動圧力を上回ると作動する。この例では、圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)に設けられる。圧力逃がし弁(66)が作動すると、レシーバ(60)内の冷媒が圧力逃がし弁(66)を通じてレシーバ(60)から排出される。なお、作動圧力は、冷媒の臨界圧力(7.38MPa)よりも高い圧力である。例えば、作動圧力は、8.4MPaに設定される。
熱源ユニット(20)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示省略)が設けられる。これらの各種センサにより検出される物理量の例としては、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の低圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の中間圧冷媒の圧力および温度、熱源熱交換器(50)の冷媒の圧力および温度、熱源ユニット(20)に吸い込まれる空気の温度などが挙げられる。各種センサは、検出結果を示す検出信号を熱源制御部(23)に送信する。
熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサおよび熱源ユニット(20)の各部と通信線により接続される。図2に示すように、熱源制御部(23)には、圧縮要素(40)、熱源膨張弁(65)、ガス抜き弁(62)、熱源ファン(22)、レシーバ圧力センサ(25)、レシーバ温度センサ(26)などが接続される。熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)の外部から送信された信号を受信する。そして、熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサの検出信号および熱源ユニット(20)の外部から送信された信号に基づいて、熱源ユニット(20)の各部を制御する。
利用回路(31)は、利用熱交換器(70)と、利用膨張弁(75)とを有する。また、利用回路(31)には、第1および第2利用通路(P31,P32)が設けられる。例えば、第1および第2利用通路(P31,P32)は、冷媒配管により構成される。
利用ファン(32)は、利用熱交換器(70)の近傍に配置され、利用熱交換器(70)に利用空気を搬送する。この例では、利用空気は、室内空気である。
利用熱交換器(70)は、利用熱交換器(70)を流れる冷媒と利用熱交換器(70)に搬送される利用空気とを熱交換させる。例えば、利用熱交換器(70)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
利用膨張弁(75)は、第2利用通路(P32)に設けられる。利用膨張弁(75)は、開度が調節可能である。例えば、利用膨張弁(75)は、電動弁である。
利用ユニット(30)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサ(図示省略)が設けられる。これらの各種センサにより検出される物理量の例としては、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力および温度、冷媒回路(11)の低圧冷媒の圧力および温度、利用熱交換器(70)の冷媒の圧力および温度、利用ユニット(30)に吸い込まれる空気の温度などが挙げられる。各種センサは、検出結果を示す検出信号を利用制御部(33)に送信する。
利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサおよび利用ユニット(30)の各部と通信線により接続される。図2に示すように、利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)などが接続される。利用制御部(33)は、利用ユニット(30)の外部から送信された信号を受信する。そして、利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサの検出信号および利用ユニット(30)の外部から送信された信号に基づいて、利用ユニット(30)の各部を制御する。
上述のとおり、冷媒回路(11)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されて構成される。冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)を有する。この例では、複数の熱交換器(12)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)に設けられた熱源熱交換器(50)と、2つの利用ユニット(30)の利用回路(31)の各々に設けられた利用熱交換器(70)とを含む。また、冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)の他に、レシーバ(60)、ガス抜き通路(61)、ガス抜き弁(62)、熱源膨張弁(65)などの熱源回路(21)の構成要素と、利用膨張弁(75)などの利用回路(31)の構成要素とを有する。
冷凍システム(10)では、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが制御部(15)を構成する。具体的には、図2に示すように、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが通信線により接続される。制御部(15)は、冷凍システム(10)に設けられた各種センサの検出信号および冷凍システム(10)の外部から送信された信号に基づいて、冷凍システム(10)の各部を制御する。これにより、冷凍システム(10)の動作が制御される。
実施形態1の冷凍システム(10)では、単純冷房運転が行われる。単純冷房運転では、利用ユニット(30)が稼働して室内の冷房を行う。
単純冷房運転では、圧縮要素(40)と熱源ファン(22)と利用ファン(32)が駆動状態となる。
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて熱源膨張弁(65)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど熱源膨張弁(65)の開度を小さくする。なお、制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を基本的に全開にし、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなった場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくしてもよい。例えば、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた閾値を上回らない場合に熱源膨張弁(65)の開度を全開に維持し、レシーバ(60)内の圧力(RP)が閾値を上回る場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくするように構成されてもよい。
単純冷房運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、2つの利用ユニット(30)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から2つの利用膨張弁(75)をそれぞれ経由して2つの利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
なお、第1運転の一例である単純冷房運転では、運転条件によっては、超臨界状態の冷媒がレシーバ(60)に流入してレシーバ(60)内の圧力(RP)が冷媒の臨界圧力を上回るおそれがある。例えば、熱源熱交換器(50)に搬送される熱源空気の温度が高いなどの理由により熱源熱交換器(50)における冷媒の圧力が高くなっている場合に、超臨界状態の冷媒がレシーバ(60)に流入する可能性がある。このように、レシーバ(60)内の圧力(RP)が冷媒の臨界圧力を上回る場合、レシーバ(60)内の冷媒をガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離することが困難となり、レシーバ(60)から蒸発器となる複数の利用熱交換器(70)へ向かう冷媒を液冷媒にすることが困難となる。そのため、蒸発器となる複数の利用熱交換器(70)において冷媒が偏流するおそれがある。
次に、図3を参照して、レシーバ圧力制御について説明する。制御部(15)は、第1運転において、以下の動作を行う。
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回るか否かを判定する。なお、第1圧力(Pth1)は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。この例では、第1圧力(Rth1)は、冷媒の臨界圧力よりも低い圧力である。例えば、第1圧力(Pth1)は、6.8MPaに設定される。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ステップ(S102)の処理が行われる。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。例えば、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた初期開度(例えば最小開度)にする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)から第3圧力(Pth3)までの範囲内であるか否かを判定する。以下では、第2圧力(Pth2)から第3圧力(Pth3)までの範囲を「第1範囲」と記載する。なお、第2圧力(Pth2)は、第1圧力(Pth1)よりも低い圧力である。第3圧力(Pth3)は、第1圧力(Pth1)よりも高い圧力である。また、第3圧力(Pth3)は、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。例えば、第2圧力(Pth2)は、6.7MPaに設定され、第3圧力(Pth3)は、6.9MPaに設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内である場合、制御部(15)は、第1動作を行う。第1動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた目標圧力となるに、ガス抜き弁(62)の開度を調節する。なお、目標圧力は、第1範囲内において予め定められる圧力であり、冷媒の臨界圧力以下の圧力である。この例では、目標圧力は、冷媒の臨界圧力よりも低い圧力である。例えば、目標圧力は、第1範囲の中央値である6.8MPaに設定される。また、この例では、目標圧力は、第1圧力(Pth1)と同一である。次に、ステップ(ST103)の処理が行われる。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内ではない場合、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第3圧力(Pth3)から第4圧力(Pth4)までの範囲内であるか否かを判定する。以下では、第3圧力(Pth3)から第4圧力(Pth4)までの範囲を「第2範囲」と記載する。なお、第4圧力(Pth4)は、第3圧力(Pth3)よりも高い圧力である。第4圧力(Pth4)は、冷媒の臨界圧力よりも高い圧力であってもよい。この例では、第4圧力(Pth4)は、圧力逃がし弁(66)の作動圧力よりも低い圧力である。例えば、圧力逃がし弁(66)の作動圧力が8.4MPaである場合、第4圧力(Pth4)は8.3MPaに設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内である場合、制御部(15)は、第2動作を行う。第2動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほどガス抜き弁(62)の開度を大きくする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内ではない場合、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回るか否かを判定する。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回る場合には、ステップ(S108)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S109)の処理が行われる。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回る場合、制御部(15)は、第3動作を行う。第3動作では、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度にする。次に、ステップ(S103)の処理が行われる。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1範囲内ではなく、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2範囲内ではなく、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第4圧力(Pth4)を上回らない場合、レシーバ(60)内の圧力(RP)は、第1範囲の下限値である第2圧力(Pth2)を下回っている。レシーバ(60)内の圧力(RP)が第2圧力(Pth2)を下回る場合、制御部(15)は、第4動作を行う。第4動作では、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほどガス抜き弁(62)の開度を小さくする。
次に、制御部(15)は、ガス抜き弁(62)が閉状態であるか否かを判定する。ガス抜き弁(62)が閉状態である場合には、ステップ(S101)の処理が行われ、そうでない場合には、ステップ(S103)の処理が行われる。
以上のように、実施形態1の冷凍システム(10)では、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)(熱源熱交換器(50))が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)(利用熱交換器(70))が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転(単純冷房運転)が行われる。制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。
実施形態1の冷凍システム(10)には、3つ以上の利用ユニット(30)が設けられてもよい。また、実施形態1の熱源ユニット(20)には、2つ以上の熱源熱交換器(50)が設けられてもよい。例えば、第1運転の一例である単純冷房運転では、2つ以上の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、且つ、3つ以上の利用熱交換器(70)が蒸発器となってもよい。
図4は、実施形態2の冷凍システム(10)の構成を例示する。実施形態2の冷凍システム(10)は、室内の空調と、冷設の庫内の冷却とを行う。実施形態2の複数の利用ユニット(30)は、室内に設置される室内ユニット(30a)と、冷設に設置される冷設ユニット(30b)とを含む。この例では、冷凍システム(10)には、2つの室内ユニット(30a)と、1つの冷設ユニット(30b)とが設けられる。
実施形態2の熱源回路(21)は、実施形態1の熱源回路(21)の構成に加えて、流路切換機構(45)と、冷却熱交換器(51)と、中間冷却器(52)と、冷却膨張弁(67)とを有する。また、熱源回路(21)には、図1に示した第1~第4熱源通路(P21~P24)の代わりに、第1~第7通路(P51~P57)が設けられる。例えば、第1~第7通路(P51~P57)は、冷媒配管により構成される。
圧縮要素(40)は、第1圧縮機(41)と、第2圧縮機(42)と、第3圧縮機(43)とを有する。第1~第3圧縮機(41~43)の構成は、実施形態1の圧縮要素(40)の圧縮機の構成と同様である。圧縮要素(40)は、二段圧縮式であり、第1圧縮機(41)と第2圧縮機(42)が低段側の圧縮機を構成し、第3圧縮機(43)が高段側の圧縮機を構成する。第1圧縮機(41)は、室内ユニット(30a)に対応し、第2圧縮機(42)は、冷設ユニット(30b)に対応する。
流路切換機構(45)は、第1~第4ポート(Q1~Q4)を有し、第1~第4ポート(Q1~Q4)の連通状態を切り換え可能である。
実施形態2の熱源熱交換器(50)の構成は、実施形態1の熱源熱交換器(50)の構成と同様である。
実施形態2のレシーバ(60)の構成は、実施形態1のレシーバ(60)の構成と同様である。
第1通路(P51)は、流路切換機構(45)の第3ポート(Q3)と第1ガス連絡通路(P15)の一端とを接続する。第2通路(P52)は、流路切換機構(45)の第4ポート(Q4)と熱源熱交換器(50)のガス端とを接続する。第3通路(P53)は、熱源熱交換器(50)の液端とレシーバ(60)の入口とを接続する。第4通路(P54)は、レシーバ(60)の液出口と液連絡通路(P12)の一端とを接続する。具体的には、第4通路(P54)は、主通路(P54a)と、第1分岐通路(P54b)と、第2分岐通路(P54c)とを有する。主通路(P54a)の一端は、レシーバ(60)の液出口に接続される。第1分岐通路(P54b)の一端および第2分岐通路(P54c)の一端は、主通路(P54a)の他端に接続される。第1分岐通路(P54b)の他端は、第1液連絡通路(P17)の一端に接続される。第2分岐通路(P54c)の他端は、第2液連絡通路(P18)の一端に接続される。
実施形態2のガス抜き通路(61)の一端は、レシーバ(60)のガス出口に接続される。実施形態2のガス抜き通路(61)の他端は、第6通路(P56)の中途部(Q60)に接続される。
実施形態2のガス抜き弁(62)の構成は、実施形態1のガス抜き弁(62)の構成と同様である。ガス抜き弁(62)は、ガス抜き通路(61)に設けられる。
実施形態2の熱源膨張弁(65)の構成は、実施形態1の熱源膨張弁(65)の構成と同様である。熱源膨張弁(65)は、第3通路(P53)において熱源熱交換器(50)と第3通路(P53)の第1中途部(Q31)との間に設けられる。
実施形態2の圧力逃がし弁(66)の構成は、実施形態1の圧力逃がし弁(66)の構成と同様である。圧力逃がし弁(66)は、レシーバ(60)に設けられる。
冷却熱交換器(51)は、第4通路(P54)と第6通路(P56)とに接続され、第4通路(P54)を流れる冷媒と第6通路(P56)を流れる冷媒とを熱交換させる。
冷却ファン(24)は、中間冷却器(52)の近傍に配置され、中間冷却器(52)に熱源空気を搬送する。この例では、熱源空気は、室外空気である。
中間冷却器(52)は、中間通路(P47)に設けられ、中間通路(P47)を流れる冷媒と中間冷却器(52)に搬送される熱源空気とを熱交換させる。これにより、中間通路(P47)を流れる冷媒が冷却される。例えば、中間冷却器(52)は、フィンアンドチューブ式の熱交換器である。
実施形態2の熱源回路(21)には、第1~第7逆止弁(CV1~CV7)が設けられる。第1逆止弁(CV1)は、第1吐出通路(P44)に設けられる。第2逆止弁(CV2)は、第2吐出通路(P45)に設けられる。第3逆止弁(CV3)は、第3吐出通路(P46)に設けられる。
実施形態2の熱源回路(21)には、油分離回路(80)が設けられる。油分離回路(80)は、油分離器(81)と、第1~第3油戻し管(82~84)と、第1~第4油量調節弁(85~88)とを有する。
実施形態1と同様に、実施形態2の熱源ユニット(20)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサが設けられる。この例では、熱源ユニット(20)に設けられる各種センサには、レシーバ圧力センサ(25)と、レシーバ温度センサ(26)とが含まれる。
実施形態2の熱源制御部(23)の構成は、実施形態1の熱源制御部(23)の構成と同様である。図5に示すように、実施形態2の熱源制御部(23)には、流路切換機構(45)、圧縮要素(40)、熱源膨張弁(65)、冷却膨張弁(67)、ガス抜き弁(62)、熱源ファン(22)、冷却ファン(24)、レシーバ圧力センサ(25)、レシーバ温度センサ(26)、第1~第4油量調節弁(85~88)などが接続される。実施形態1と同様に、実施形態2の熱源制御部(23)は、熱源ユニット(20)に設けられた各種センサの検出信号および熱源ユニット(20)の外部から送信された信号に基づいて、熱源ユニット(20)の各部を制御する。
実施形態2の利用回路(31)の構成は、実施形態1の利用回路(31)の構成と同様である。
実施形態1と同様に、実施形態2の利用ユニット(30)には、圧力センサや温度センサなどの各種センサが設けられる。この例では、室内ユニット(30a)に設けられる各種センサには、冷媒温度センサ(35)が含まれる。冷媒温度センサ(35)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)の液側に設けられ、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となる場合に利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度を検出する。
実施形態2の利用制御部(33)の構成は、実施形態1の利用制御部(33)の構成と同様である。図5に示すように、室内ユニット(30a)の利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)、冷媒温度センサ(35)などが接続される。冷設ユニット(30b)の利用制御部(33)には、利用膨張弁(75)、利用ファン(32)などが接続される。実施形態1と同様に、実施形態2の利用ユニット(30)の利用制御部(33)は、利用ユニット(30)に設けられた各種センサの検出信号および利用ユニット(30)の外部から送信された信号に基づいて、利用ユニット(30)の各部を制御する。
実施形態1と同様に、実施形態2の冷媒回路(11)は、熱源ユニット(20)の熱源回路(21)と複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)とが接続されて構成される。実施形態2の冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)を有する。実施形態2では、複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)と、冷却熱交換器(51)と、中間冷却器(52)と、3つの利用ユニット(30)の利用回路(31)の各々に設けられた利用熱交換器(70)とを含む。また、実施形態1と同様に、実施形態2の冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)の他に、レシーバ(60)、ガス抜き通路(61)、ガス抜き弁(62)、熱源膨張弁(65)などの熱源回路(21)の構成要素と、利用膨張弁(75)などの利用回路(31)の構成要素とを有する。
実施形態1と同様に、実施形態2の冷凍システム(10)では、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが制御部(15)を構成する。具体的には、図5に示すように、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)とが通信線により接続される。また、熱源制御部(23)と複数の利用制御部(33)のうち熱源制御部(23)が主体となって冷凍システム(10)の各部を制御する。
実施形態2の冷凍システム(10)では、第1暖房兼冷設稼働運転、第2暖房兼冷設稼働運転、冷房兼冷設稼働運転などの各種運転が行われる。
次に、図6を参照して、第1暖房兼冷設稼働運転について説明する。第1暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の暖房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内を冷却する。第1暖房兼冷設稼働運転は、室内ユニット(30a)に必要な暖房能力が比較的に大きい条件下において実行される。
第1暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第1状態となり、第2三方弁(47)が第2状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第3ポート(Q3)とが連通し、第2ポート(Q2)と第4ポート(Q4)とが連通する。第1~第3圧縮機(41~43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)が駆動状態となり、冷却ファン(24)が停止状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動する。
制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を所定開度に維持する。また、制御部(15)は、冷設ユニット(30b)において、利用熱交換器(70)から流出する冷媒の過熱度が目標過熱度となるように、利用膨張弁(75)の開度を調節する。
第1暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から熱源膨張弁(65)を経由して熱源熱交換器(50)に冷媒が流れる。また、レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
次に、図7を参照して、利用膨張弁制御について説明する。制御部(15)は、第1暖房運転において、2つの室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の各々に対して、以下の動作を行う。
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた設定圧力(Ps)を上回るか否かを判定する。なお、設定圧力(Ps)は、第1圧力(Pth1)よりも高い圧力である。設定圧力(Ps)は、冷媒の臨界圧力よりも高い圧力であってもよい。設定圧力(Ps)は、第3圧力(Pth3)よりも高い圧力であることが好ましい。設定圧力(Ps)は、第4圧力(Pth4)以上の圧力であってもよい。この例では、設定圧力(Ps)は、圧力逃がし弁(66)の作動圧力よりも低い圧力である。例えば、第4圧力(Pth4)が8.3MPaであり圧力逃がし弁(66)の作動圧力が8.4MPaである場合、設定圧力(Ps)は、8.3MPa以上で且つ8.4MPa未満の圧力に設定される。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回らない場合、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の開度を調節する。例えば、目標温度は、室内ユニット(30a)が設けられる室内に対して設定された設定温度(暖房目標温度)に所定値を加算して得られる温度に設定される。この例では、制御部(15)は、室内ユニット(30a)に設けられた冷媒温度センサ(35)の検出信号に基づいて、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度を導出する。次に、ステップ(S201)へ進む。
レシーバ(60)内の圧力(RP)が設定圧力(Ps)を上回る場合、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)の開度を小さくする。例えば、制御部(15)は、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度に対して予め定められた目標温度を下げることにより、利用膨張弁(75)の開度を小さくする。この例では、制御部(15)は、予め定められた開度変更量だけ利用膨張弁(75)の開度を小さくする。次に、ステップ(S201)へ進む。
次に、図8を参照して、第2暖房兼冷設稼働運転について説明する。第2暖房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の暖房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内の冷却を行う。第2暖房兼冷設稼働運転は、室内ユニット(30a)に必要な暖房能力が比較的に小さい条件下において実行される。
第2暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第1状態となり、第2三方弁(47)が第1状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第3ポート(Q3)および第4ポート(Q4)とが連通する。第1圧縮機(41)が停止状態となり、第2および第3圧縮機(42,43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)が駆動状態となり、冷却ファン(24)が停止状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動状態となる。
制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持する。また、制御部(15)は、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力に応じて熱源ファン(22)の発停を制御する。具体的には、制御部(15)は、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力が予め定められた第1閾値を上回ると、駆動中の熱源ファン(22)を停止させ、冷媒回路(11)の高圧冷媒の圧力が第1閾値よりも低い第2閾値を下回ると、停止中の熱源ファン(22)を起動させる。
第2暖房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)と室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。また、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
次に、図9を参照して、冷房兼冷設稼働運転について説明する。冷房兼冷設稼働運転では、室内ユニット(30a)が稼働して室内の冷房を行い、冷設ユニット(30b)が稼働して冷設の庫内の冷却を行う。
冷房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)において、第1三方弁(46)が第2状態となり、第2三方弁(47)が第1状態となる。これにより、流路切換機構(45)において、第1ポート(Q1)と第4ポート(Q4)とが連通し、第2ポート(Q2)と第3ポート(Q3)とが連通する。第1~第3圧縮機(41~43)が駆動状態となり、熱源ファン(22)と冷却ファン(24)が駆動状態となる。冷却膨張弁(67)の開度が適宜調節される。室内ユニット(30a)および冷設ユニット(30b)において、利用ファン(32)が駆動状態となる。
制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて熱源膨張弁(65)の開度を調節する。具体的には、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど熱源膨張弁(65)の開度を小さくする。なお、制御部(15)は、熱源膨張弁(65)の開度を基本的に全開にし、レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなった場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくしてもよい。例えば、制御部(15)は、レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた閾値を上回らない場合に熱源膨張弁(65)の開度を全開に維持し、レシーバ(60)内の圧力(RP)が閾値を上回る場合に熱源膨張弁(65)の開度を小さくするように構成されてもよい。
冷房兼冷設稼働運転では、熱源ユニット(20)の熱源熱交換器(50)が放熱器となり、室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となる。熱源熱交換器(50)から熱源膨張弁(65)を経由してレシーバ(60)に冷媒が流れる。レシーバ(60)から室内ユニット(30a)の利用膨張弁(75)を経由して室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。また、レシーバ(60)から冷設ユニット(30b)の利用膨張弁(75)を経由して冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)に冷媒が流れる。
実施形態2の冷凍システム(10)では、実施形態1の冷凍システム(10)の効果と同様の効果を得ることができる。例えば、実施形態2の冷凍システム(10)では、複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)(室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70))が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)(熱源熱交換器(50)と冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70))が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)からレシーバ(60)に冷媒が流れ、レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転(第1暖房兼冷設稼働運転)が行われる。制御部(15)は、第1運転において、レシーバ(60)内の圧力(RP)が第1圧力(Pth1)を上回ると、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする。このように、ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にすることにより、レシーバ(60)内のガス状態の冷媒をガス抜き通路(61)を通じて排出してレシーバ(60)内の圧力(RP)を低下させることができる。これにより、第1運転において、蒸発器となる複数の熱交換器(12)における冷媒の偏流を抑制することができる。
実施形態2の冷凍システム(10)には、3つ以上の室内ユニット(30a)が設けられてもよい。また、実施形態2の冷凍システム(10)には、2つ以上の冷設ユニット(30b)が設けられてもよい。また、実施形態2の熱源ユニット(20)には、2つ以上の熱源熱交換器(50)が設けられてもよい。例えば、第1運転の一例である第1暖房兼冷設稼働運転では、3つ以上の室内ユニット(30a)の利用熱交換器(70)が放熱器となり、且つ、2つ以上の熱源熱交換器(50)と2つ以上の冷設ユニット(30b)の利用熱交換器(70)が蒸発器となってもよい。
第1運転において放熱器となる熱交換器(12)の数は、1つに限定されない。第1運転において蒸発器となる熱交換器(12)の数は、2つに限定されない。第1運転では、冷媒回路(11)に設けられた複数の熱交換器(12)のうち、少なくとも1つの熱交換器(12)が放熱器となり、且つ、2つ以上の熱交換器(12)が蒸発器となる。
11 冷媒回路
12 熱交換器
15 制御部
20 熱源ユニット
21 熱源回路
22 熱源ファン
23 熱源制御部
30 利用ユニット
31 利用回路
32 利用ファン
33 利用制御部
40 圧縮要素
50 熱源熱交換器
60 レシーバ
61 ガス抜き通路
62 ガス抜き弁
65 熱源膨張弁
66 圧力逃がし弁
70 利用熱交換器
75 利用膨張弁
Claims (12)
- 二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)と、
制御部(15)とを備える冷凍システムであって、
前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス状態の冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、
前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われ、
前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項1において、
前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも低い第2圧力(Pth2)から前記第1圧力(Pth1)よりも高い第3圧力(Pth3)までの第1範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1範囲内において予め定められた前記冷媒の臨界圧力以下の目標圧力となるように、前記ガス抜き弁(62)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項2において、
前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第3圧力(Pth3)から前記第3圧力(Pth3)よりも高い第4圧力(Pth4)までの第2範囲内である場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が高くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を大きくする
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項3において、
前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第4圧力(Pth4)よりも高い場合に、前記ガス抜き弁(62)の開度を予め定められた最大開度に維持する
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項2~4のいずれか1つにおいて、
前記制御部(15)は、前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第2圧力(Pth2)よりも低い場合に、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が低くなるほど前記ガス抜き弁(62)の開度を小さくする
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項1~5のいずれか1つにおいて、
前記複数の熱交換器(12)は、利用熱交換器(70)を含み、
前記冷媒回路(11)は、利用膨張弁(75)を有し、
前記第1運転は、前記利用熱交換器(70)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第1暖房運転であり、
前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように、前記利用膨張弁(75)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項6において、
前記制御部(15)は、前記第1暖房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)が前記第1圧力(Pth1)よりも高い設定圧力(Ps)を上回ると、前記利用膨張弁(75)の開度を小さくする
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項6または7において、
前記複数の熱交換器(12)は、熱源熱交換器(50)を含み、
前記冷媒回路(11)は、熱源膨張弁(65)を有し、
前記冷凍システムでは、前記利用熱交換器(70)および前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり、前記利用熱交換器(70)から前記利用膨張弁(75)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れる第2暖房運転が行われる
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項8において、
前記制御部(15)は、前記第2暖房運転において、前記利用熱交換器(70)から流出する冷媒の温度が予め定められた目標温度となるように前記利用膨張弁(75)の開度を調節し、前記熱源膨張弁(65)の開度を予め定められた開度に維持する
ことを特徴する冷凍システム。 - 請求項8または9において、
前記冷凍システムでは、前記熱源熱交換器(50)が放熱器となり且つ前記利用熱交換器(70)が蒸発器となり、前記熱源熱交換器(50)から前記熱源膨張弁(65)を経由して前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から前記利用熱交換器(70)に冷媒が流れる冷房運転が行われ、
前記制御部(15)は、前記冷房運転において、前記レシーバ(60)内の圧力(RP)に応じて前記熱源膨張弁(65)の開度を調節する
ことを特徴とする冷凍システム。 - 請求項1~10のいずれか1つにおいて、
前記第1圧力(Pth1)は、前記冷媒の臨界圧力以下の圧力である
ことを特徴とする冷凍システム。 - それぞれに利用回路(31)が設けられる複数の利用ユニット(30)とともに、二酸化炭素である冷媒が循環する冷媒回路(11)を有する冷凍システムを構成し、
前記冷媒回路(11)は、複数の熱交換器(12)と、レシーバ(60)と、前記レシーバ(60)からガス冷媒を排出させるガス抜き通路(61)と、前記ガス抜き通路(61)に設けられるガス抜き弁(62)とを有し、
前記冷凍システムでは、前記複数の熱交換器(12)のうち1つの熱交換器(12)が放熱器となり且つ2つの熱交換器(12)が蒸発器となり、放熱器となる熱交換器(12)から前記レシーバ(60)に冷媒が流れ、前記レシーバ(60)から蒸発器となる2つの熱交換器(12)の各々に冷媒が流れる第1運転が行われる熱源ユニットであって、
前記複数の利用ユニット(30)の利用回路(31)と接続されて前記冷媒回路(11)を構成する熱源回路(21)と、
前記第1運転において、前記レシーバ(60)内の圧力が予め定められた第1圧力(Pth1)を上回ると、前記ガス抜き弁(62)を閉状態から開状態にする熱源制御部(23)とを備える
ことを特徴とする熱源ユニット。
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