JP7513429B2 - 冷凍システム及び冷凍システムの制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍システム及び冷凍システムの制御方法に関する。

冷媒循環路に圧縮機など冷凍サイクル構成機器を設けた冷凍システムにおいて、凝縮器と蒸発器との間の冷媒流路に気液混合の冷媒を貯留する冷媒タンクを設け、冷媒タンク内の気相部の冷媒ガスを蒸発器をバイパスして圧縮機に供給することが行われている。これによって、冷媒流路のうち高圧冷媒が流れるための耐圧配管を配置する領域を少なくし、低コスト化を図ることができる。特に、冷媒として超臨界状態で高圧となるＣＯ_２を用いるとき、このような措置が取られる。

特許文献１には、主圧縮機及び蒸発器等の冷凍サイクル構成機器が設けられた冷媒循環路と、該冷媒循環路に設けられた冷媒タンク内で冷媒液と分離した冷媒ガスを直接パラレル圧縮機に導くパラレル流路と、該冷媒タンク内の冷媒ガスを蒸発器をバイパスして主圧縮機に導くバイパス流路と、を備えた冷凍システムが開示されている。この冷凍システムは、通常運転に併用して、冷凍システムの負荷などに応じて、冷媒タンクの冷媒ガスをバイパス流路に流して冷媒タンクの圧力を調整するバイパスモード運転と、冷媒タンク内の冷媒ガスをパラレル流路に導くパラレルモード運転とに切り替え可能にすることで、熱効率を改善するようにしている。

米国特許出願公開第２０１８／０１５６５１３号明細書

特許文献１に開示された冷凍システムにおいて、パラレルモード運転からバイパスモード運転に切り替わるとき、運転モードの切替えと同時に、パラレル流路を閉じると、バイパス流路に設けられたバルブの開動作が運転モードの切替えに追いつかないために、冷媒タンクの圧力が急上昇して危険域に達するおそれがある。

本開示は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、パラレルモード運転からバイパスモード運転に切り替わるときに、冷媒タンクの圧力の急上昇を回避することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る冷凍システムは、気相部および液相部を有する冷媒タンクと、前記液相部に連通する第１冷媒ラインと、前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器と、前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機と、前記気相部に連通する第２冷媒ラインと、前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスラインと、
前記バイパスライン上に設けられる第１バルブと、前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機と、前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブと、を備える冷凍システムであって、前記第２バルブを開いた状態で前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブを閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システムの運転モード切替え時、前記冷媒タンクの圧力が閾値以下になるまでの間、前記第２バルブを開いて前記第２圧縮機を稼働させた状態を維持しながら、前記第１バルブの開度制御を行うように構成された制御装置を備える。
本明細書において、「バルブ」とは、全開及び全閉のみの動作を行うオンオフ弁及び全開及び全閉だけでなく、全開、全閉及びそれ以外の弁開度に制御可能な開度制御弁を含むものとする。

また、本開示に係る冷凍システムの制御方法は、気相部および液相部を有する冷媒タンクと、前記液相部に連通する第１冷媒ラインと、前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器と、前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機と、前記気相部に連通する第２冷媒ラインと、前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスラインと、前記バイパスライン上に設けられる第１バルブと、前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機と、前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブと、を備える冷凍システムの制御方法であって、前記第２バルブを開いた状態で前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブを閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システムの運転モード切替え時、前記冷媒タンクの圧力が閾値以下になるまでの間、前記第２バルブを開いて前記第２圧縮機を稼働させた状態を維持しながら、前記第１バルブの開度制御を行う制御ステップを備える。

本開示に係る冷凍システム及び冷凍システムの制御方法によれば、パラレルモードからバイパスモードへの運転モードの切替え時に、冷媒タンクの圧力が設定された閾値（例えば、安全上の許容限界値）を超えるのを抑制できる。

一実施形態に係る冷凍システムの系統図である。 一実施形態に係る冷凍システム（バイパスモード）のモリエル線図である。 一実施形態に係る冷凍システム（バイパスモード）のモリエル線図である。 一実施形態に係る冷凍システム（パラレルモード）のモリエル線図である。 一実施形態に係る冷凍システムの運転モード切替え時の挙動を示す線図である。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック線図である。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック線図である。 一実施形態に係る冷凍システムの制御方法の工程図である。 比較例としての冷凍システムの運転モード切替え時の挙動を示す線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る冷凍システム１０を示す系統図である。図１に示すように、冷凍システム１０は、冷媒循環路１２（第１冷媒ライン）に、主圧縮機１４（第１圧縮機）、凝縮器１６、膨張弁１８、冷媒タンク２０、膨張弁２２及び蒸発器２４、等の冷凍サイクル構成機器が設けられている。主圧縮機１４で圧縮された冷媒ガスは、凝縮器１６において冷却媒体ｗ１で冷却されて液化する。膨張弁１８で減圧されて一部が気化され、冷媒タンク２０に貯留される。冷媒タンク２０の内部で、冷媒は気相部Ｇと液相部Ｌとに比重分離する。

必要に応じて、冷媒タンク２０の下流側に液ガス熱交換器２６が設けられる。冷媒タンク２０で液相部Ｌを形成した冷媒液は、液ガス熱交換器２６で、蒸発器２４で気化した冷媒ガスを加熱することで、主圧縮機１４への液バックを抑制すると共に、冷凍システム１０のＣＯＰ（成績係数）を向上させることができる。液ガス熱交換器２６を出た冷媒液は、膨張弁２２を経て減圧され、蒸発器２４で気化しながら被冷却媒体ｗ２を冷却する。蒸発器２４で気化した冷媒ガスは、上述のように、液ガス熱交換器２６でさらに所定の過熱度に加熱され、蒸発器２４の下流側に設けられた主圧縮機１４に送られる。

さらに、冷媒タンク２０の気相部Ｇに連通する第２冷媒ライン２８が設けられ、第２冷媒ライン２８上にパラレル圧縮機３０（第２圧縮機）と第２バルブ３２とが設けられている。第２バルブ３２はパラレル圧縮機３０の上流側に設けられている。第２バルブ３２の上流側でバイパスライン３４が第２冷媒ライン２８から分岐し、かつ蒸発器２４と主圧縮機１４との間の冷媒循環路１２に接続されている。バイパスライン３４には第１バルブ３６が設けられている。主圧縮機１４及びパラレル圧縮機３０は、例えば回転数制御によって容量制御が可能に構成され、制御装置３８の指令によって容量制御がなされる。また、制御装置３８は第２バルブ３２及び第１バルブ３６の開閉動作を制御する。

上記構成において、冷凍システム１０の負荷又は外気温度等の条件で、冷媒タンク２０の気相部Ｇの圧力があまり高くならないとき、冷凍システム１０はバイパスモードで運転される。バイパスモードでは、第２バルブ３２は閉じられ、かつパラレル圧縮機３０は停止し、代わりに、第１バルブ３６が開かれ、冷媒は蒸発器２４を通ると共に、一部がバイパスライン３４を通って蒸発器２４をバイパスする。バイパスモードでは、気相部Ｇの圧力は、第１バルブ３６の開閉によって気相部Ｇの一部の冷媒ガスをバイパスライン３４を介し蒸発器２４をバイパスして主圧縮機１４に送ることで制御される。冷凍システム１０の負荷が高く、あるいは外気温度が高いとき、気相部Ｇの圧力が一定値を超えると、気相部Ｇの圧力上昇を抑えるために、パラレルモードで運転される。パラレルモードでは、第１バルブ３６は閉じられ、代わりに、第２バルブ３２が開き、かつパラレル圧縮機３０が作動する。パラレルモードでは、冷媒は、冷媒液が蒸発器２４を通ると共に、冷媒タンク２０の気相部Ｇの一部を第２冷媒ライン２８を介してパラレル圧縮機３０に導くことで、気相部Ｇの圧力上昇を抑制できる。

一実施形態では、冷媒タンク２０の気相部Ｇの圧力を検出するための検出手段が設けられる。図１に例示的に示す実施形態では、該検出手段として圧力センサ４０が設けられ、圧力センサ４０の検出値は制御装置３８に送られる。

一実施形態では、冷媒タンク２０は、フラッシュタンク、アキュムレータ、又はレシーバ等であってもよく、供給された冷媒が内部で気液分離するものであればよい。また、冷媒としてＣＯ_２が用いられる場合、ＣＯ_２は超臨界状態を含み気相又は気液混合状態になるので、凝縮器１６としてガスクーラが設けられる。

図２及び図３は、冷媒としてＣＯ_２を用いたときのバイパスモード運転時のモリエル線図を示し、図４は、パラレルモード運転時のモリエル線図を示す。図２～図４において、Ｋ点はＣＯ_２の臨界点であり、Ｋ点より左側のラインＸは飽和液線であり、Ｋ点より右側のラインＹは飽和蒸気線である。ａ点は主圧縮機１４の出口における冷媒の状態量であり、ｂ点は凝縮器１６として設けられるガスクーラの出口における冷媒の状態量であり、ｃ点は冷媒タンク２０で気液混合し飽和状態の冷媒の状態量であり、ｄ点は冷媒タンク２０で気液分離された後の気相部Ｇの状態量であり、ｅ点は冷媒タンク２０の液相部Ｌの状態量を示している。ｆ点は第１バルブ３６の出口、ｇ点は膨張弁２２の出口側（蒸発器２４の入口側）、Ｈ点はパラレルモード運転時のパラレル圧縮機３０の出口（図４参照）、そして、ｉ点は液ガス熱交換器２６の出口における夫々の冷媒の状態量を示している。冷媒循環路１２にバイパスライン３４が合流すると、合流後の冷媒のエンタルピｈは、ｉ点より下がったｊ点のガス冷媒となり、その後、ガス冷媒は主圧縮機１４に吸引され圧縮される。なお、理解の便宜のため、図１中の対応する場所にも符号ａ～ｊを付している。

図２は、外気温度が低い時にバイパスモードで運転する場合を示す。冷媒タンク２０に流入する冷媒の乾き度が小さいので、気相部Ｇの冷媒ガス量は少ない。合流点（ｊ点）で湿りガスになるが、バイパスライン３４側の冷媒量が少ないので、ｉ点とｊ点とのエンタルピ差は少なく、過熱度低下への影響は少ない。

図３は、外気温度が高い時にバイパスモードで運転する場合を示す。外気温度が高いと、冷媒タンク２０に流入する冷媒の乾き度が大きく、冷媒ガス量が多いため、合流点（ｊ点）における過熱度低下への影響が大きい。従って、液バックのおそれが生じ、バイパスモード運転には不向きである。

図４は、外気温度が高い時にパラレルモードで運転する場合を示す。この場合、気相部Ｇの冷媒ガスの一部を第２冷媒ライン２８を介してパラレル圧縮機３０に送る。例えば、パラレル圧縮機３０は主圧縮機１４よりも低圧縮比で運転される。このように、気相部Ｇの冷媒ガスだけパラレル圧縮機３０により低圧縮比で圧縮したほうが、気相部Ｇの冷媒ガスをすべて膨張弁２２を通して低圧まで膨張させ、すべての冷媒を高圧縮比で圧縮するよりも、省エネとなり、ＣＯＰを向上できる。また、パラレル圧縮機３０の吐出ガスの温度が低いので、ガスクーラの入口温度を下げることができ、かつバイパスモード運転のように蒸発器２４と主圧縮機１４間の冷媒循環路１２に低温冷媒が流入しないため過熱度低下も起こらない、という利点がある。

本実施形態において、制御装置３８は、第２バルブ３２を開いた状態で主圧縮機１４及びパラレル圧縮機３０を稼働させるパラレルモードから、第２バルブ３２を閉じてパラレル圧縮機３０を停止させ、主圧縮機１４のみを稼働させるバイパスモードへの運転モード切替え時、冷媒タンク２０の圧力が閾値以下になるまでの間、第２バルブ３２を開いてパラレル圧縮機３０を稼働させた状態を維持しながら、第１バルブ３６の開度制御を行うように構成されている。このように、パラレルモードからバイパスモードへの運転モードの切替え時に、制御装置３８によって、冷媒タンク２０の圧力が閾値以下になるまでの間、第２バルブ３２を開いてパラレル圧縮機３０を稼働させた状態を維持しながら、第１バルブ３６の開度制御を行うことで、冷媒タンク２０の圧力が上記閾値を超えるのを抑制できる。

図９は、比較例として、パラレルモードからバイパスモードへ運転モードを切替える時に、運転モード切替えと同時に、第２バルブ３２の閉動作とパラレル圧縮機３０の作動停止とを行った場合の冷媒タンク２０における気相部Ｇの圧力推移を示すグラフである。同図中、ラインＡは気相部Ｇの圧力の推移を示し、ラインＢは第２バルブ３２の開度の推移を示し、ラインＣは第１バルブ３６の開度推移を示す。この場合、運転切替えと同時に第１バルブ３６が急速な開動作をしているにもかかわらず、気相部Ｇの圧力が急上昇し、要警報域に達していることがわかる。同図中、Ｐａは警報発生値である。

図５は、本実施形態による切替え運転制御を示している。本実施形態では運転モード切替え時に第１バルブ３６を開動作させ、切替え後も、気相部Ｇの圧力がバイパスモードの目標値となるまで第２バルブ３２の開状態及びパラレル圧縮機３０の作動を維持している。これによって、気相部Ｇの圧力が急上昇せずに、バイパスモードの目標値に安定制御されている。なお、図５及び図９の各例では、気相部Ｇの圧力目標値は、（バイパスモードの圧力目標値Ｐｔｂ）＜（パラレルモードの圧力目標値Ｐｔｐ）と設定し、また、警報発生値ＰａをＰｔｐ＜Ｐａと設定している。なお、パラレルモードからバイパスモードに運転モードを切り替えた後、パラレル圧縮機３０の作動を持続する時間は、短時間でよく、例えば１分以内である。

一実施形態では、第１バルブ３６は、全開又は全閉動作のみを行う開閉弁、又は開度制御可能な弁で構成されている。もし開度制御が可能な弁であれば、バイパスモード運転において、気相部Ｇの精度良い圧力制御が可能になる。また、第１バルブ３６が膨張弁として作動するとき、第１バルブ３６を通過する冷媒ガスの減圧値を可変にできる。図５及び図９に示す例では、弁開度を全開、全閉及びそれ以外の弁開度に制御可能な開度制御弁を用いている。

一実施形態では、図６に示すように、制御装置３８は、バイパスモード選択時において、冷媒タンク２０の気相部Ｇの圧力検出値Ｐ_０と第１圧力目標値Ｐｔｂ_１との偏差ΔＰに基づいて、第１バルブ３６の開度のフィードバック指令を生成するように構成されている。この実施形態では、上記閾値は第１圧力目標値Ｐｔｂ_１である。これによって、バイパスモード運転時に、気相部Ｇの圧力を第１圧力目標値Ｐｔｂ_１に精度良く制御できる。

一実施形態では、図６に示すように、制御装置３８は、バイパスモード選択時において、目標値選択器５０を備え、目標値選択器５０で気相部Ｇの目標圧力を選択する。目標値選択器５０で第１圧力目標値Ｐｔｂ_１を選択したとき、比較器５２で第１圧力目標値Ｐｔｂ_１は圧力センサ４０の検出値Ｐ_０と比較され、これらの偏差ΔＰは、ＰＩＤ制御部５４に入力され、ＰＩＤ制御部５４は第１バルブ３６に動作指令値を送る。この動作指令値は、偏差ΔＰに基づいて第１バルブ３６をＰＩＤ制御動作させる指令値である。これによって、バイパスモード運転時に、気相部Ｇを第１圧力目標値Ｐｔｂ_１に精度良く制御できる。

一実施形態では、図７に示すように、制御装置３８は、パラレルモード選択時において、気相部Ｇの圧力と第１圧力目標値Ｐｔｂ_１よりも高い第２圧力目標値Ｐｔｐ_２との偏差ΔＰに基づいて、パラレル圧縮機３０の容量制御を行うように構成される。これによって、パラレルモード運転時に気相部Ｇの圧力を第２圧力目標値Ｐｔｐ_２に精度良く制御できる。

一実施形態では、図７に示すように、制御装置３８は、パラレルモード選択時において、目標値設定部５６を備え、目標値設定部５６で気相部Ｇの目標圧力を選択する。目標値設定部５６で第２圧力目標値Ｐｔｐ_２を選択したとき、第２圧力目標値Ｐｔｐ_２は比較器５８で圧力センサ４０の検出値Ｐ_０と比較され、これらの偏差ΔＰは、ＰＩＤ制御部６０に入力され、ＰＩＤ制御部６０はパラレル圧縮機３０に動作指令値を送る。この動作指令値は、偏差ΔＰに基づいてパラレル圧縮機３０をＰＩＤ制御動作させる指令値である。これによって、パラレルモード運転時に、気相部Ｇを第２圧力目標値Ｐｔｐ_２に精度良く制御できる。

一実施形態では、上記フィードバック制御に加えて、パラレルモードからバイパスモードへの運転切替え時からの第２バルブ３２の閉動作タイミングの遅れ時間及び同じくパラレル圧縮機３０の作動停止タイミングの遅れ時間を予め設定したフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。

一実施形態では、図６に示すように、制御装置３８は、バイパスモード選択時において、気相部Ｇの圧力検出値Ｐ_０と第２圧力目標値Ｐｔｐ_２よりも大きい第３圧力目標値Ｐｔｂ_３との偏差に基づいて、第１バルブ３６の開度のフィードバック指令を生成するように構成される。このように、バイパスモード選択時において、パラレル圧縮機３０の容量制御の目標値である第２圧力目標値Ｐｔｐ_２と、第１バルブ３６の開度制御の目標値である第３圧力目標値Ｐｔｂ_３とを異ならせることで、第１バルブ３６の開度制御とパラレル圧縮機３０の容量制御とが干渉しない。そのため、制御の安定性が向上する。また、第３圧力目標値Ｐｔｂ_３を超える気相部Ｇの異常高圧時には、第１バルブ３６が開くことで圧力の異常上昇を回避できると共に、該異常高圧時を除き、第２圧力目標値Ｐｔｐ_２＜第３圧力目標値Ｐｔｂ_３であるため、第１バルブ３６の開動作を遅くし、第２圧力目標値Ｐｔｐ_２への早期制御を可能にしている。

一実施形態では、図６に示すように、制御装置３８は、バイパスモード選択時において、目標値選択器５０が気相部Ｇの目標圧力として第３圧力目標値Ｐｔｂ_３を選択する。比較器５２で第３圧力目標値Ｐｔｂ_３は圧力センサ４０の検出値Ｐ_０と比較され、これらの偏差ΔＰは、ＰＩＤ制御部５４に入力され、ＰＩＤ制御部５４は第１バルブ３６に動作指令値を送る。この動作指令値は、偏差ΔＰに基づいて第１バルブ３６をＰＩＤ制御動作させる指令値である。これによって、バイパスモード運転時に、気相部Ｇを第３圧力目標値Ｐｔｂ_３に精度良く制御できる。

一実施形態では、冷凍システム１０で用いられる冷媒としてＣＯ_２が用いられる。また、主圧縮機１４又はパラレル圧縮機３０で圧縮されたＣＯ_２冷媒を冷却するための凝縮器１６としてガスクーラが用いられる。このように、冷媒としてＣＯ_２を用い、ＣＯ_２を超臨界状態で作動させるため、該ガスクーラで高温の熱媒体を生成できる。

一実施形態に係る冷凍システムの制御方法は、上記各実施形態に係る冷凍システム１０を用いた制御方法である。本制御方法は、図８に示すように、基本ステップとして、制御ステップＳ１２を実施する。制御ステップＳ１２は、第２バルブ３２を開いた状態で主圧縮機１４及びパラレル圧縮機３０を稼働させるパラレルモードから、第２バルブ３２を閉じてパラレル圧縮機３０を停止させ、主圧縮機１４のみを稼働させるバイパスモードへの運転モード切替え時に、冷媒タンク２０の気相部Ｇの圧力が閾値（例えば、第１圧力目標値Ｐｔｂ_１）以下になるまでの間、第２バルブ３２を開きかつパラレル圧縮機３０を稼働させた状態を維持しながら、第１バルブ３６の開度制御を行うステップである。

このように、パラレルモードからバイパスモードへの運転モードの切替え時に、制御ステップＳ１２を行うことで、気相部Ｇの圧力が上記閾値を超えるのを抑制できる。

一実施形態では、図８に示すように、制御ステップＳ１２の前段ステップとして、冷凍システム１０の負荷状態又は外気温度を検出する（ステップＳ１０）。冷凍システム１０の負荷が設定負荷を超えたとき又は外気温度が設定温度を超えたとき、バイパスモードからパラレルモードに運転モードを切り替える。これによって、冷媒タンク２０の圧力を閾値以下に制御できると共に、パラレルモードとして主圧縮機１４とパラレル圧縮機３０とを併用することで、冷凍システム１０のＣＯＰを向上できる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

１）一態様に係る冷凍システム（１０）は、気相部（Ｇ）および液相部（Ｌ）を有する冷媒タンク（２０）と、前記液相部に連通する第１冷媒ライン（１２）と、前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器（２４）と、前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機（１４）と、前記気相部に連通する第２冷媒ライン（２８）と、前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスライン（３４）と、前記バイパスライン上に設けられる第１バルブ（３６）と、前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機（３０）と、前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブ（３２）と、を備える冷凍システム（１０）であって、前記第２バルブ（３２）を開いた状態で前記第１圧縮機（１４）および前記第２圧縮機（３０）を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブ（３２）を閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システム（１０）の運転モード切替え時、前記冷媒タンク（２０）の圧力が閾値以下になるまでの間、前記第２バルブ（３２）を開いて前記第２圧縮機（３０）を稼働させた状態を維持しながら、前記第１バルブ（３６）の開度制御を行うように構成された制御装置（３８）を備える。

このような構成によれば、パラレルモードからバイパスモードへの運転モードの切替え時に、上記制御装置によって、冷媒タンクの圧力が閾値以下になるまでの間、上記第２バルブを開いて第２圧縮機を稼働させた状態を維持しながら、第１バルブの開度制御を行うことで、冷媒タンクの圧力が設定された閾値（例えば、安全上の許容限界値）を超えるのを抑制できる。

２）一の態様に係る冷凍システム（１０）は、１）に記載の冷凍システムであって、前記制御装置（３８）は、前記バイパスモードの選択時において、前記冷媒タンク（２０）の圧力と第１圧力目標値（Ｐｔｂ_１）との偏差に基づいて、前記第１バルブ（３６）の開度のフィードバック指令を生成するように構成され、前記閾値は、前記第１圧力目標値である。

このような構成によれば、バイパスモード運転時において、冷媒タンクの圧力を上記第１圧力目標値（上記閾値）に精度良く制御できる。

３）別な態様に係る冷凍システム（１０）は、２）に記載の冷凍システムであって、前記制御装置（３８）は、前記パラレルモードの選択時において、前記冷媒タンク（２０）の圧力と前記第１圧力目標値（Ｐｔｂ_１）よりも高い第２圧力目標値（Ｐｔｐ_２）との偏差に基づいて、前記第２圧縮機（３０）の容量制御を行うように構成される。

このような構成によれば、パラレルモード運転時において、冷媒タンクの圧力を第２圧力目標値に精度良く制御できる。

４）さらに別な態様に係る冷凍システム（１０）は、３）に記載の冷凍システムであって、前記制御装置（３８）は、前記バイパスモードの選択時において、前記冷媒タンク（２０）の圧力と前記第２圧力目標値（Ｐｔｐ_２）よりも大きい第３圧力目標値（Ｐｔｂ_３）との偏差に基づいて、前記第１バルブ（３６）の開度のフィードバック指令を生成するように構成される。

このような構成によれば、第２圧力目標値と第３圧力目標値とが異なる値であるため、第１バルブの開度制御と第２圧縮機の容量制御とが干渉しないため、制御の安定性が向上する。また、第３圧力目標値を超える冷媒タンクの異常高圧時に第１バルブを開動作させることで、圧力の異常上昇を回避できると共に、該異常高圧時を除き、第２圧力目標値＜第３圧力目標値であるため、第１バルブの開動作を遅くし、これによって、第２圧力目標値への早期制御を可能にしている。

５）さらに別な態様に係る冷凍システム（１０）は、１）乃至４）の何れかに記載の冷凍システムであって、冷媒としてＣＯ_２が用いられ、前記第１圧縮機（１４）又は前記第２圧縮機（３０）で圧縮された前記冷媒を冷却するためのガスクーラ（１６）を備える。

このような構成によれば、冷媒としてＣＯ_２を用いるため、上記ガスクーラで高温の熱媒体を生成できる。

６）さらに別な態様に係る冷凍システムの制御方法は、気相部（Ｇ）および液相部（Ｌ）を有する冷媒タンク（２０）と、前記液相部に連通する第１冷媒ライン（１２）と、前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器（２４）と、前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機（１４）と、前記気相部に連通する第２冷媒ライン（２８）と、前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスライン（３４）と、前記バイパスライン上に設けられる第１バルブ（３６）と、前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機（３０）と、前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブ（３２）と、を備える冷凍システムの制御方法であって、前記第２バルブ（３２）を開いた状態で前記第１圧縮機（１４）および前記第２圧縮機（３０）を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブ（３２）を閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システム（１０）の運転モード切替え時、前記冷媒タンク（２０）の圧力が閾値以下になるまでの間、前記第２バルブ（３２）を開いて前記第２圧縮機を稼働させた状態を維持しながら、前記第１バルブ（３６）の開度制御を行う制御ステップ（Ｓ１２）を備える。

このような構成によれば、パラレルモードからバイパスモードへの運転モードの切替え時に、上記制御ステップを行うことで、冷媒タンクの圧力が上記閾値を超えるのを抑制できる。

７）さらに別な態様に係る冷凍システムの制御方法は、６）に記載の冷凍システムの制御方法であって、前記冷凍システム（１０）の負荷が設定負荷を超えたとき又は外気温度が設定温度を超えたとき（Ｓ１０）、前記バイパスモードから前記パラレルモードに運転モードを切り替える。

このような構成によれば、冷凍システムの負荷や外気温度の設定値を超えた時、前記バイパスモードから前記パラレルモードに運転モードを切り替えるため、冷媒タンクの圧力を閾値以下に制御できると共に、パラレルモードとして第１圧縮機と第２圧縮機とを併用することで、冷凍システムのＣＯＰを向上できる。

１０ 冷凍システム
１２ 冷媒循環路（第１冷媒ライン）
１４ 主圧縮機（第１圧縮機）
１６ 凝縮器
１８、２２ 膨張弁
２０ 冷媒タンク
２４ 蒸発器
２６ 液ガス熱交換器
２８ 第２冷媒ライン
３０ パラレル圧縮機（第２圧縮機）
３２ 第２バルブ
３４ バイパスライン
３６ 第１バルブ
３８ 制御装置
４０ 圧力センサ
４２ アキュムレータ
５０ 目標値選択器
５２、５８ 比較器
５４、６０ ＰＩＤ制御部
Ｇ 気相部
Ｌ 液相部
Ｐｔｂ_１ 第１圧力目標値
Ｐｔｐ_２ 第２圧力目標値
Ｐｔｂ_３ 第３圧力目標値
Ｐ_０ 検出圧力
ｗ１ 冷却媒体
ｗ２ 被冷却媒体

Claims (8)

1. 気相部および液相部を有する冷媒タンクと、
   前記液相部に連通する第１冷媒ラインと、
   前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器と、
   前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機と、
   前記気相部に連通する第２冷媒ラインと、
   前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスラインと、
   前記バイパスライン上に設けられる第１バルブと、
   前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機と、
   前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブと、
   を備える冷凍システムであって、
   前記第２バルブを開いた状態で前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブを閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システムの運転モード切替え時、前記第２バルブを開状態に維持しながら閉状態にある前記第１バルブの開度を増加させ、その後、前記冷媒タンクの圧力が閾値以下になった際に、前記第２バルブを閉状態になるように制御し、その後、前記第１バルブの開度が目標開度になるように制御されるように構成された制御装置を備える
   冷凍システム。
2. 前記制御装置は、前記バイパスモードの選択時において、前記冷媒タンクの圧力と第１圧力目標値との偏差に基づいて、前記第１バルブの開度のフィードバック指令を生成するように構成され、
   前記閾値は、前記第１圧力目標値である
   請求項１に記載の冷凍システム。
3. 前記制御装置は、前記パラレルモードの選択時において、前記冷媒タンクの圧力と前記第１圧力目標値よりも高い第２圧力目標値との偏差に基づいて、前記第２圧縮機の容量制御を行うように構成された
   請求項２に記載の冷凍システム。
4. 前記制御装置は、前記バイパスモードの選択時において、前記冷媒タンクの圧力と前記第２圧力目標値よりも大きい第３圧力目標値との偏差に基づいて、前記第１バルブの開度のフィードバック指令を生成するように構成された
   請求項３に記載の冷凍システム。
5. 冷媒としてＣＯ_２が用いられ、
   前記第１圧縮機又は前記第２圧縮機で圧縮された前記冷媒を冷却するためのガスクーラを備える
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷凍システム。
6. 気相部および液相部を有する冷媒タンクと、
   前記液相部に連通する第１冷媒ラインと、
   前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器と、
   前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機と、
   前記気相部に連通する第２冷媒ラインと、
   前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスラインと、
   前記バイパスライン上に設けられる第１バルブと、
   前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機と、
   前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブと、
   を備える冷凍システムであって、
   前記第２バルブを開いた状態で前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブを閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システムの運転モード切替え時、前記冷媒タンクの圧力が閾値以下になるまでの間、前記第２バルブ（３２）を開いて前記第２圧縮機を稼働させた状態を維持しながら、前記第１バルブ（３６）の開度制御を行うように構成された制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記バイパスモードの選択時において、前記冷媒タンクの圧力と第１圧力目標値との偏差に基づいて、前記第１バルブの開度のフィードバック指令を生成するように構成され、
   前記閾値は、前記第１圧力目標値である
   冷凍システム。
7. 気相部および液相部を有する冷媒タンクと、
   前記液相部に連通する第１冷媒ラインと、
   前記第１冷媒ライン上に設けられる蒸発器と、
   前記第１冷媒ライン上において前記蒸発器の下流側に設けられる第１圧縮機と、
   前記気相部に連通する第２冷媒ラインと、
   前記第２冷媒ラインから分岐して、前記第１冷媒ラインの前記蒸発器と前記第１圧縮機との間に接続されるバイパスラインと、
   前記バイパスライン上に設けられる第１バルブと、
   前記第２冷媒ライン上に設けられる第２圧縮機と、
   前記第２冷媒ライン上において前記第２圧縮機の上流側に設けられる第２バルブと、
   を備える冷凍システムの制御方法であって、
   前記第２バルブを開いた状態で前記第１圧縮機および前記第２圧縮機を稼働させるパラレルモードから、前記第２バルブを閉じて前記第２圧縮機を停止させ前記第１圧縮機のみを稼働させるバイパスモードへの前記冷凍システムの運転モード切替え時、前記第２バルブを開状態に維持しながら閉状態にある前記第１バルブの開度を増加させ、その後、前記冷媒タンクの圧力が閾値以下になった際に、前記第２バルブを閉状態になるように制御し、その後、前記第１バルブの開度が目標開度になるように制御される制御ステップを備える
   冷凍システムの制御方法。
8. 前記冷凍システムの負荷が設定負荷を超えたとき又は外気温度が設定温度を超えたとき、前記バイパスモードから前記パラレルモードに運転モードを切り替える
   請求項７に記載の冷凍システムの制御方法。

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