JPWO2018229826A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す図である。図1に基づいて、冷凍サイクル装置100の機器構成などについて説明する。冷凍サイクル装置100は、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用して、対象空間の冷房、対象物の冷却などを行う。冷凍サイクル装置100において、圧縮機1、凝縮器4a、4b、膨張弁6および蒸発器7が配管で接続され、冷媒回路が構成される。ここで、冷媒回路については、図1の構成に限定されるものではない。また、蒸発器7は、クーラ筐体(図示せず)に内蔵されている。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して、高温および高圧の状態にして吐出する。たとえば、インバータ回路を有し、圧縮機1が有するモータの回転数が制御されることにより、容量制御される構成を有している。ここで、圧縮機1において、吸入するガス冷媒の断熱圧縮による吐出温度は、比熱比の大きな冷媒ほど高くなる。油分離器2は、圧縮機1から吐出される気体状の冷媒(ガス冷媒)とともに吐出される冷凍機油を、ガス冷媒から分離する機能を有している。そして、油分離器2において分離された冷凍機油は、圧縮機1に接続された毛細管(図示せず)から圧縮機1に戻される。
凝縮器4aおよび凝縮器4bは、たとえば、凝縮器ファン5aおよび凝縮器ファン5bなどから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮液化する。凝縮器4aおよび凝縮器4bは、逆止弁3を介して油分離器2の吐出側と接続されている。ここで、図1においては、2台の凝縮器4aおよび凝縮器4bが並列に接続されて設けられている場合について例示しているが、凝縮器を1台以上有するものであればよい。膨張弁6は、冷媒を減圧して膨張させる絞り装置(流量制御装置)となる。また、蒸発器7は、空気と冷媒との間で熱交換を行い、冷媒を蒸発ガス化する。送風ファン7aは、蒸発器7に空気を送り、蒸発器7における熱交換を促進させる。
アキュムレータ8は、蒸発器7から流出した液状の冷媒である液冷媒を溜める。アキュムレータ8は、蒸発器7と圧縮機1の吸込側との間で配管接続されている。したがって、アキュムレータ8を通過した気体状のガス冷媒が、圧縮機1に吸引され、圧縮される。また、アキュムレータ8の底部側には、油戻し配管9が接続されている。油戻し配管9は、アキュムレータ8に溜まった液冷媒中の冷凍機油を圧縮機1に戻す配管である。このとき、冷凍機油だけでなく、少量の液冷媒も含まれる。油戻し配管9上には、油戻し調整器10が配置されている。油戻し調整器10は、開閉弁を有し、たとえば、デフロスト制御手段30の指示に基づいて、油戻し配管9の開通または遮断を行う。油戻し調整器10が開通すると、アキュムレータ8に貯留された冷凍機油と少量の液冷媒とが、油戻し配管9を介して、圧縮機1へ戻される。
さらに、冷凍サイクル装置100は、ホットガスバイパス配管11、流量調整器12およびデフロスト制御手段30を備えている。ホットガスバイパス配管11は、圧縮機1と蒸発器7との間に接続され、ホットガスバイパス流路となる配管である。ホットガスバイパス配管11は、デフロスト運転時に、圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒を凝縮器4aおよび凝縮器4bを介さずに、直接蒸発器7へ流入させる。
流量調整器12は、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量を調整する。流量調整器12は、たとえば、並列に接続された第1開閉弁12aおよび第2開閉弁12bを有している。そして、第1開閉弁12aおよび第2開閉弁12bの開閉の組み合わせにより、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量が調整されるようになっている。具体的には、第1開閉弁12aを開放したときの冷媒の流量は、第2開閉弁12bを開放したときに流れる流量よりも大きい。このため、第1開閉弁12aが開放され、第2開閉弁12bが閉止されている場合には、第1の冷媒流量がホットガスバイパス配管11に流れる。一方、第1開閉弁12aおよび第2開閉弁12bの双方が開放した際には、第1の冷媒流量よりも多い第2の冷媒流量がホットガスバイパス配管11に流れるようになっている。
デフロスト制御手段30は、流量調整器12の動作を制御する。デフロスト制御手段30は、たとえば、制御装置31、記憶装置32および計時装置33を有している。制御装置31は、入力される温度などのデータに基づいて、演算、判断などの処理を行い、圧縮機1、油戻し調整器10などの冷凍サイクル装置100の機器を制御する装置である。また、記憶装置32は、制御装置31が処理を行うために必要となるデータを記憶する装置である。そして、計時装置33は、制御装置31の判断に必要な計時を行う、タイマなどの装置である。
冷媒状態検出手段20は、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出過熱度SHおよび圧縮機1の吸込圧力Pinを検出する。冷媒状態検出手段20は、吐出温度センサ20a、吸込圧力センサ20bおよび高圧温度センサ20cを備えている。吐出温度センサ20aは、圧縮機1が吐出した冷媒の吐出冷媒温度を検出する。また、吸込圧力センサ20bは、圧縮機1が吸入する冷媒の吸込圧力Pinを検出する。そして、高圧温度センサ20cは、油分離器2から流出した冷媒温度を検出する。また、デフロスト制御手段30は、冷媒状態検出手段の一部としても機能する。デフロスト制御手段30は、吐出温度センサ20aが検出した吐出冷媒温度と高圧温度センサ20cが検出した高圧側温度との差分を演算し、吐出過熱度SHとして検出する。
アキュムレータ8へ液冷媒を滞留させる手段として、デフロスト制御手段30が、デフロスト開始から待機設定時間になるまでの間、油戻し調整器10を閉止させる。
ここで、図1を参照して、デフロスト運転時における冷凍サイクル装置100における冷媒の流れについて説明する。まず、圧縮機1から出た冷媒が油分離器2において冷媒と油とに分離される。油分離器2から流出したガス冷媒は、逆止弁3を介して凝縮器4aおよび凝縮器4b側に流れる冷媒と、ホットガスバイパス配管11側に流れる冷媒とに分岐する。ここで、通常冷却運転時には流量調整器12は閉止しており、冷媒がホットガスバイパス配管11を通過しないようになっている。デフロスト運転時には、流量調整器12は開放される。制御に応じ、第1開閉弁12aおよび第2開閉弁12bの少なくとも一方を開放する。制御の詳細については後述する。
図2は、本発明の実施の形態1の冷凍サイクル装置100における制御に係る処理の手順を説明する図である。デフロスト運転時におけるホットガスデフロスト制御の処理については、デフロスト制御手段30が行う。図1および図2に基づいて、冷凍サイクル装置100のデフロスト制御手段30が行うホットガスデフロスト制御について説明する。
i)クーラ筐体(現地配管含む)の顕熱
ii)着霜の顕熱
iii)着霜の潜熱
設定圧力Prefを設定し、圧縮機1の吸込圧力飽和温度を0℃以下に保つことによって、0℃未満の物質との熱交換量のみがホットガス冷媒の凝縮に使用される。よって、上記i)〜iii)についてさらに細分化可能となり、
i)−1クーラ筐体の顕熱(−40℃〜0℃)
i)−2クーラ筐体の顕熱(0℃〜+20℃)
ii)−1着霜の顕熱(−40℃〜0℃)
ii)−2着霜の顕熱(0℃〜+20℃)
iii)着霜の潜熱
ただし、上記に記載の温度については、庫内−40℃からデフロスト開始し、筐体温度が+20℃でデフロスト完了とした場合の例である。上記の中でホットガスの凝縮に使用される熱量は、i)−1とii)−1のみであり、その他の熱量についてはホットガスの凝縮に使用されないため、従来と比較してホットガスの凝縮量を減らすことが可能となる。
図3は、本発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す図である。図3において、図1と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態1において説明したことと同様の動作を行う。
<系統遮断弁40>
図3の冷凍サイクル装置100において、凝縮器4bの流入側には、系統遮断弁40が配置されている。系統遮断弁40の開閉により、凝縮器bに冷媒を流通または遮断を選択できるようになっている。ここで、図1において、一部の凝縮器4b側にのみ系統遮断弁40が設けられている場合について例示しているが、これに限定するものではない。すべての凝縮器4aおよび凝縮器4bに系統遮断弁40を設け、デフロスト制御手段30が、閉止する系統遮断弁40を選択するようにしてもよい。
前述の実施の形態1および実施の形態2では、特に触れなかったが、たとえば、ステップST10において、デフロスト運転を開始する際、デフロスト制御手段30は、すべての凝縮器ファン5を停止するようにしてもよい。デフロスト運転において凝縮器ファン5を停止することで、凝縮器4における熱交換量を少なくすることで、凝縮器4側に流れる冷媒の量を少なくすることができる。
図4は、本発明の実施の形態4の冷凍サイクル装置100における制御に係る処理の手順を説明する図である。実施の形態4の冷凍サイクル装置100の機器などの構成は、実施の形態1において説明した図1と同じである。
次に、図1と図4とを参照して、実施の形態4の冷凍サイクル装置100における動作例について説明する。ここで、図4のステップST20におけるホットガスデフロスト開始までの工程は、図2のホットガスデフロスト開始までの工程(ステップST1〜ST3)と同一の工程である。ホットガスデフロスト制御が開始された際、流量調整器12の第1開閉弁12aが開き(ステップST21)、ホットガスバイパス配管11に冷媒が流れる。このとき、冷媒状態検出手段20において圧縮機1の吐出過熱度SHおよび吸込圧力Pinが検出される(ステップST22)。
図5は、本発明の実施の形態5に係る冷凍サイクル装置100の構成を示す図である。図5において、図1と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態1などで説明したことと同様の動作などを行う。液面検知センサ21は、アキュムレータ8内に溜まっている液冷媒の液面の高さ方向における位置を検知する液面検知装置である。
デフロスト運転の際の基本的な動作は、実施の形態1において説明した図2に示す手順と同様の手順で行われる。実施の形態5の冷凍サイクル装置100においては、デフロスト運転時における油戻し調整器10の動作が異なる。実施の形態5の冷凍サイクル装置100は、実施の形態1において説明したステップST11A〜ステップST13Aの処理は実行せず、以下の処理を行う。
Claims (14)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器およびアキュムレータが配管で直列に接続され、非共沸の冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記アキュムレータに溜まった液状の前記冷媒中の冷凍機油を前記圧縮機へ戻す油戻し配管と、
開閉弁を有し、前記油戻し配管上に設置され、前記アキュムレータから前記圧縮機に流れる前記冷凍機油の量を制御する油戻し調整器と、
前記冷媒回路に前記冷媒を循環させて前記蒸発器の除霜を行うデフロスト運転開始時に、前記油戻し調整器を閉止状態にし、デフロスト運転を開始してから、あらかじめ設定した待機設定時間後に前記油戻し調整器を開放させる制御を行うデフロスト制御手段と
を備える冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器およびアキュムレータが配管で直列に接続され、非共沸の冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記アキュムレータに溜まった液状の前記冷媒中の冷凍機油を前記圧縮機へ戻す油戻し配管と、
開閉弁を有し、前記油戻し配管上に設置され、前記アキュムレータから前記圧縮機に流れる前記冷凍機油の量を制御する油戻し調整器と、
前記アキュムレータに溜まった液冷媒の液面の高さ方向に係る位置を検知する液面検知装置と、
前記冷媒回路に前記冷媒を循環させて前記蒸発器の除霜を行うデフロスト運転中に、前記液面検知装置の検知に係る検知液面位置が、あらかじめ設定された設定液面位置となるように、前記油戻し調整器の動作を制御するデフロスト制御手段と
を備える冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、前記検知液面位置が、あらかじめ設定した弁開放設定時間継続して、設定液面位置よりも高い位置にあると判断すると、前記油戻し調整器を開放させ、前記検知液面位置が、あらかじめ設定した弁閉止設定時間継続して、前記設定液面位置よりも低い位置にあると判断すると、前記油戻し調整器を閉止させる請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機の吐出側から前記蒸発器までを直接接続するホットガスバイパス配管と、
前記ホットガスバイパス配管に接続された、前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度および前記圧縮機の吸込圧力を検出する冷媒状態検出手段と
をさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、
通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、前記デフロスト運転時において、前記デフロスト運転開始時において、第1冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御し、
前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吸込圧力が設定圧力よりも低い場合に、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させるように前記流量調整器を制御する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が前記設定過熱度以下か、または前記吸込圧力が前記設定圧力以上である場合に、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量に減少させるように前記流量調整器を制御する、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吐出側から前記蒸発器までを直接接続するホットガスバイパス配管と、
前記ホットガスバイパス配管に接続された、前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度および前記圧縮機の吸込圧力を検出する冷媒状態検出手段と
をさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、
デフロスト運転開始時において、第1冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御し、
前記デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が設定過熱度以下か、または前記吸込圧力が設定圧力以下である場合に前記圧縮機の運転周波数を減少させる制御を行う請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吸込圧力が設定圧力よりも大きい場合に前記圧縮機の運転周波数を増加させ、
前記圧縮機の運転周波数が最大運転周波数になっている場合に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させるように前記流量調整器を制御する、請求項6に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させた後において、前記吐出過熱度が設定過熱度以下か、または前記吸込圧力が設定圧力以下である場合に、前記圧縮機の運転周波数を減少させ、前記圧縮機の運転周波数が最小運転周波数になった場合に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量に減少させるように前記流量調整器を制御する、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
互いに並列に接続された複数の開閉弁からなるものであり、
前記デフロスト制御手段は、開放する前記開閉弁の数により前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を制御するものである、請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
開放されることにより前記第1冷媒流量を前記ホットガスバイパス配管に流す第1開閉弁と、
前記第1開閉弁と並列に接続されている第2開閉弁と、を備え、
前記デフロスト制御手段は、
前記第1開閉弁を開放し、前記第2開閉弁を閉止することにより前記ホットガスバイパス配管に前記第1冷媒流量を流し、
前記第1開閉弁および前記第2開閉弁を開放することにより、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させる請求項4〜請求項9のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記凝縮器に流れる前記冷媒を遮断する系統遮断弁をさらに備え、
前記凝縮器は、
前記冷媒回路に複数台が並列に設置され、
前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中において、前記系統遮断弁を閉止させる制御を行う請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記凝縮器に送風する凝縮器ファンをさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転開始時において、前記凝縮器ファンを停止させる制御を行う請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
前記第1開閉弁または前記第2開閉弁に直列に接続された流量調整弁を備える請求項10に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
連続的に開度の調整可能な電動弁により構成される、請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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