JP2005214443A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本冷凍装置は、回転数可変型圧縮機、高圧側ガス冷媒を冷却する高圧側冷却装置、第1絞り装置、冷凍サイクル内の冷媒量を調整するための中間レシーバ、第2絞り装置、外気を熱源とする蒸発器、気液分離器を順次直列に接続して閉回路を形成した冷凍サイクル装置を備える。また、この冷凍サイクル装置は、通常運転時には超臨界冷凍サイクルで運転されるものであって、圧縮機と第1絞り装置との間が高圧状態となり、第1絞り装置と第2絞り装置との間が中間圧状態となり、第2絞り装置と圧縮機との間が低圧状態となり、かつ、蒸発器出口の冷媒が過熱状態となるように第1絞り装置及び第2絞り装置の少なくとも一方が制御され、さらに、運転開始時圧縮機を過渡的運転状態の運転が継続する所定条件の間低速で運転するように構成される。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、この従来技術では、レシ−バ出口を開閉するため、レシーバへの冷媒の流れが断続し、高圧側の圧力変動が大きくなるため冷媒貯留量の制御が困難である。また、前記過渡期には圧縮機への液冷媒の戻りを防止する対策については何ら記載していない。
しかしながら、この従来技術では、レシ−バ出入口の開閉弁を開閉することによりレシーバ内の圧力が高圧から低圧まで急激に変化するため、冷媒貯留量の制御が困難である。また、前記過渡期には圧縮機への液冷媒の戻りを防止する対策については何ら記載していない。
ここで、所定条件の間とは、冷凍装置の運転開始時において、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定運転条件に達するまでの間を意味する。
さらに、本発明の冷凍サイクル装置は、運転開始時に所定条件の間、圧縮機を低速で運転するようにしているので、運転開始時の圧縮機への液冷媒の戻りをより確実に防止することができる。特に、冬季等における長期運転休止期間中の寝込み冷媒や、除霜運転後における運転態様の切り換え時においては圧縮機へ液戻りし易いが、上記のように圧縮機を低速運転することにより、その危険性を回避することができる。
また、上記所定条件の間として、圧縮機の吐出圧力が、運転開始後の過渡的状態の運転が完了することを予測して設定された所定圧力に上昇するまでの間を採用しても同様の効果がある。さらには、上記所定条件の間として、圧縮機の吐出ガス冷媒温度が、運転開始後の過渡的状態の運転が完了することを予測して設定された所定温度に上昇するまでの間を採用しても同様の効果がある。
図1は実施例1に係る冷凍装置の冷媒回路図である。図2は同冷凍装置における超臨界冷凍サイクルのモリエル線図である。図3は同冷凍装置の蒸発器及び気液分離器周りの構成図である。
この所定条件の間は、冷凍装置の運転開始時において、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定運転条件に達するまでの間を意味する。冷凍装置は、運転開始時においては、圧縮機1の吐出圧力及び吐出ガス温度が次第に上昇して過渡的状態の運転から通常状態の運転に移行する。また、過渡的状態の運転を検出するには、運転開始から過渡的状態の運転が完了するまでの運転時間、過渡的状態の運転が完了するときの吐出圧力又は吐出ガス温度を所定条件として設定しておき、この所定条件が満たされたときに過渡的状態の運転が完了したものとして、圧縮機1を低速運転から通常時の回転速度に切り換えるように構成している。
また、通常運転に移行した後において、圧縮機1は、超臨界冷凍サイクルによる加熱負荷が増大する外気温度が低下したときに高速で運転され、逆に、加熱負荷が減少する外気温度が上昇したときに低速で運転されるように構成されている。
なお、中間レシーバ4は、運転条件の変化による冷凍サイクル装置内の余剰冷媒を貯留し得る大きさの容積を有する。
また、この蒸発器6は、冷媒が上部から下方に向かって流れるように、熱交換パイプ65を上方から下方に向かって蛇行させている(図3参照)。なお、図1及び図3において、符号63は冷媒入口であり、符号64は冷媒出口である。
2段圧縮機1の低段側圧縮機部12では、気液分離器7出口側の低圧ガス冷媒a1が吸入されて圧縮される。低段側圧縮機部12で圧縮された中間圧ガス冷媒b1が密閉ケーシング11内に吐出される。この密閉ケーシング11内では、中間レシーバ4において気液分離された中間圧ガス冷媒g1と低段側圧縮機部12の吐出ガスb1とが混合されてガス冷媒c1となる。高段側圧縮機部13は、この混合冷媒c1を吸入して高圧冷媒d1として2段圧縮機1から吐出する。
そこで、本発明においては、所定条件の間、換言すると、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定運転条件の間圧縮機1を低速で運転するようにしている。より具体的には、運転開始時において、運転時間が予め設定された所定時間が経過するまでの間、吐出圧力が予め設定された所定圧力に上昇するまでの間、又は、吐出ガス温度が予め設定された所定温度に上昇するまでの間、圧縮機1を低速で運転するようにしている。これにより、低圧側回路に存在する液冷媒が圧縮機1に吸入され難いようにし、圧縮機1への液冷媒の戻りを抑制するようにしている。
したがって、このように構成したことに加えて、前述のように運転開始時、通常状態の運転に至るまでの過渡的状態の運転において、圧縮機1を低速で運転することとが相俟って、起動時等の過渡期の液戻りをより確実に防止される。
したがって、このように構成したこととに加えて、前述のように運転開始時、通常状態の運転に至るまでの過渡的状態の運転において、圧縮機1を低速で運転することとが相俟って、起動時等の過渡期の液戻りをより確実に防止される。
(1) 実施例1に係る冷凍装置は、冷凍サイクル装置内の冷媒量を調節する中間レシーバ4が中間圧状態となる第1絞り装置3と第2絞り装置5との間に設けられているので、低圧側回路に液冷媒を貯留させることなく冷凍サイクル装置内の冷媒量の調節を行うことができる。また、本実施例の冷凍装置では低圧側に低圧レシーバを備えずに、通常運転中蒸発器6出口の冷媒が過熱状態となるように第1絞り装置3及び第2絞り装置5の少なくとも一方が制御されるので、蒸発器6出口に液冷媒が流出することがない。また、圧縮機1の吸入回路に液冷媒の貯留容器がないので、圧縮機1への液冷媒の戻りが防止される。
さらに、本実施例1に係る冷凍装置は、運転開始時所定条件の間、つまり、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定運転条件に達するまでの間、圧縮機1を低速で運転するようにしているので、運転開始時の圧縮機1への液冷媒の戻りをより確実に防止することができる。特に、冬季等における長期運転休止期間中の寝込み冷媒や、除霜運転後における運転態様の切り換え時においては圧縮機1へ液戻りし易いが、上記のように圧縮機1を低速運転することにより、その危険性を回避することができる。
なお、上記所定条件の間として、運転開始後の運転時間が、運転開始の過渡的状態の運転が完了することを予測して設定された所定時間経過するまでの間を採用することにより、又は、圧縮機1の吐出圧力が、運転開始後の過渡的状態の運転が完了することを予測して設定された所定圧力に上昇するまでの間を採用することにより、又は、圧縮機1の吐出ガス冷媒温度が、運転開始後の過渡的状態の運転が完了することを予測して設定された所定温度に上昇するまでの間を採用することにより、簡易な装置により所定条件の間を設定することができる。
実施例2は、実施例1における気液分離器7を外気と熱交換する気液分離器100に変更したものであって、他の構成は実施例1の場合と同一である。
この気液分離器100は、上部に上部ヘッダー101を、下部に下部ヘッダー102をそれぞれ配置し、この上下ヘッダー101、102間に熱交換チューブ103を垂直方向にして配置して構成されている。また、このように配設された熱交換チューブ103に対しプレートフィン104を水平方向に取り付けている。下部ヘッダー102は、蒸発器6の冷媒出口64に対し、実施例1の場合と同様に所定のヘッド差H2を付けるように配置している。さらに、蒸発器6の冷媒出口64と下部ヘッダー102とをつなぐ配管105、すなわち、気液分離器100から蒸発器6への液冷媒の戻り配管105の断面積は、大径の配管などを利用するなどして、圧縮機吸入配管14の断面積より大きく構成されている。
また、実施例1の場合と同様に、蒸発器6の冷媒出口64と下部ヘッダー102とをつなぐ配管(戻り配管)105を気液分離器100の一部として考えることができ、その分気液分離器100の容積を小さくすることができる。
実施例3は、実施例1における蒸発器6の構成を変更し、気液分離器7の位置を変更したものであって、他の構成は実施例1と同一である。
すなわち、実施例3においては、蒸発器200は、冷媒入口201を下方に、また、冷媒出口202を上方に配置し、さらに、熱交換チューブ203を下方から上方に向かって蛇行状に配設して構成している。また、熱交換チューブ203に対しプレートフィン204が垂直方向に配置されている。一方、気液分離器7を蒸発器200の上方に配置し、気液分離器7の冷媒入口71と蒸発器200の冷媒出口72とを接続している。
このようにして、この実施例3では、蒸発器6に液冷媒が溜まるので、気液分離器7の容積を小さくすることができる。
実施例4は、実施例3において気液分離器7を実施例2における気液分離器100に変更したものである。なお、その他の構成は、実施例3と同一である。
実施例5は、実施例1において、圧縮機1を回転数可変の1段圧縮機300とし、さらに、蒸発器6と気液分離器7との間に高圧ガス冷媒と低圧冷媒とを熱交換させる熱交換器303を設けたものである。
また、熱交換器303は、蒸発器6出口の低圧冷媒と高圧ガス冷却器2出口側の高圧ガス冷媒とが熱交換するように構成されている。
なお、その他の構成は、実施例1と同一である。
圧縮機300では、気液分離器7出口側の低圧ガス冷媒a2が吸入されて圧縮される。一方中間レシーバ4において気液分離された中間圧ガス冷媒h2が圧縮機300のガスインジェクションポート302から圧縮機300内の圧縮工程途中に導入される。したがって、圧縮機300で中間圧まで圧縮されたガス冷媒b2はガスインジェクションポート302から導入される中間圧ガス冷媒h2と混合して混合冷媒c2となる。さらに、この混合冷媒c2は圧縮されて、密閉ケーシング301内に吐出される。そして、密閉ケーシング301内から高圧ガス冷媒d2となって冷媒回路内に吐出される。
したがって、このように構成したこととに加えて、前述のように運転開始時、通常状態の運転に至るまでの過渡的状態の運転において、圧縮機300を低速で運転することとが相俟って、起動時等の過渡期の液戻りをより確実に防止される。
2 高圧ガス冷却器
3 第1絞り装置
4 中間レシーバ
5 第2絞り装置
6 蒸発器
7 気液分離器
8 中間圧冷媒バイパス回路
14 圧縮機吸入配管
41 ガス部
61 冷媒温度センサー
62 冷媒温度センサー
63 冷媒入口
64 冷媒出口
73 配管
300 圧縮機
302 ガスインジェクションポート
303 熱交換器
H1 ヘッド差
H2 ヘッド差
Claims (11)
- 回転数可変型圧縮機、高圧側ガス冷媒を冷却する高圧側冷却装置、第1絞り装置、冷凍サイクル内の冷媒量を調整するための中間レシーバ、第2絞り装置、外気を熱源とする蒸発器、気液分離器を順次直列に接続して閉回路を形成した冷凍サイクル装置を備え、この冷凍サイクル装置は、通常運転時には超臨界冷凍サイクルで運転されるものであって、圧縮機と第1絞り装置との間が高圧状態となり、第1絞り装置と第2絞り装置との間が中間圧状態となり、第2絞り装置と圧縮機との間が低圧状態となり、かつ、蒸発器出口の冷媒が過熱状態となるように第1絞り装置及び第2絞り装置の少なくとも一方が制御され、さらに、運転開始時圧縮機を所定条件の間低速で運転するように制御されてなることを特徴とする冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、前記所定条件の間として、運転開始後の運転時間が、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定時間経過するまでの間を採用することを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、前記所定条件の間として、圧縮機の吐出圧力が、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定圧力に上昇するまでの間を採用することを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、前記所定条件の間として、圧縮機の吐出ガス温度が、過渡的状態の運転が完了したことを検知できるように予め設定された所定温度に上昇するまでの間を採用することを特徴とする請求項1記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、中間レシーバが運転条件の変化による余剰冷媒を貯留し得る容積を有することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、気液分離器が除霜時の圧縮機への液バックを防止し得る容積を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項記載の冷凍装置
- 前記冷凍サイクル装置は、前記気液分離器が蒸発器の冷媒出口の上方に配置され、気液分離器で分離された液冷媒が蒸発器と気液分離器とをつなぐ配管を介して蒸発器へ重力で戻るように構成されてなることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、前記気液分離器が外気と熱交換する熱交換器として作用することを特徴とする請求項7記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、蒸発器と気液分離器とをつなぐ配管の断面積が圧縮機吸入配管の断面積より大きく構成されていることを特徴とする請求項7記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、除霜運転を停止したときに一時的に圧縮機を停止させ、所定時間経過後に運転を再開するように制御されることを特徴とする請求項7〜9の何れか1項記載の冷凍装置。
- 前記冷凍サイクル装置は、高圧ガス冷却器、第1絞り装置間の高圧冷媒と蒸発器、気液分離器間の低圧冷媒とを熱交換する熱交換器を備えていることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の冷凍装置。
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