JP2011220616A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒の流速を好適に制御するとともに冷媒の流速が高速のときの圧力損失を好適に軽減して、熱交換の効率を向上する冷凍装置を提供することを課題とする。
【解決手段】運転容量が可変の圧縮機10と、複数の凝縮器42と、膨張弁20と、複数の蒸発器32と、が冷媒配管1aで接続される冷媒回路を備える冷凍装置1とする。そして、複数の凝縮器42を冷媒Rfの流れに対して直列に接続するとともに複数の蒸発器32を冷媒Rfの流れに対して直列に接続する直列状態と、複数の凝縮器42を冷媒Rfの流れに対して並列に接続するとともに複数の蒸発器32を冷媒Rfの流れに対して並列に接続する並列状態と、を切り替える切替機構を備え、圧縮機10の運転容量に応じて切替機構の直列状態と並列状態とを切り替えることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】運転容量が可変の圧縮機10と、複数の凝縮器42と、膨張弁20と、複数の蒸発器32と、が冷媒配管1aで接続される冷媒回路を備える冷凍装置1とする。そして、複数の凝縮器42を冷媒Rfの流れに対して直列に接続するとともに複数の蒸発器32を冷媒Rfの流れに対して直列に接続する直列状態と、複数の凝縮器42を冷媒Rfの流れに対して並列に接続するとともに複数の蒸発器32を冷媒Rfの流れに対して並列に接続する並列状態と、を切り替える切替機構を備え、圧縮機10の運転容量に応じて切替機構の直列状態と並列状態とを切り替えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、熱交換器を有する冷凍装置に関する。
冷媒が循環する冷媒回路と熱交換器とを有して被冷却水を冷却する冷凍装置は広く知られている。
このような冷凍装置の熱交換の効率を向上させる技術として、例えば、特許文献1には、ブライン(被冷却液)を冷却する2つの冷却器(蒸発器)を熱交換器として備え、これら2つの冷却器の接続を直列または並列に切り替え可能な冷却装置(冷凍装置)が開示されている。
特許文献1に開示される冷却装置は、2つの冷却器の接続を直列または並列に切り替え可能な冷媒回路を備え、冷媒やブラインの温度等に基づいて2つの冷却器の接続の直列と並列を切り替えることによって熱交換の効率を向上している。
このような冷凍装置の熱交換の効率を向上させる技術として、例えば、特許文献1には、ブライン(被冷却液)を冷却する2つの冷却器(蒸発器)を熱交換器として備え、これら2つの冷却器の接続を直列または並列に切り替え可能な冷却装置(冷凍装置)が開示されている。
特許文献1に開示される冷却装置は、2つの冷却器の接続を直列または並列に切り替え可能な冷媒回路を備え、冷媒やブラインの温度等に基づいて2つの冷却器の接続の直列と並列を切り替えることによって熱交換の効率を向上している。
また、特許文献2には、圧縮機の運転容量を好適に制御することで熱交換の効率を向上する冷凍空調装置(冷凍装置)が開示されている。
特許文献1に開示される冷却装置によると、冷却初期には2つの冷却器を並列に接続して冷媒の流速を遅くして圧力損失を小さくし、冷媒やブラインの温度が所定温度に到達したときに2つの冷却器を直列に接続して流速を速くすることで、冷却器における熱交換の効率を向上できる。
また、冷媒の圧力(冷媒蒸発圧力)に基づいて2つの冷却器の接続を切り替えることで、冷却器における熱交換の効率を向上できる。
また、冷媒の圧力(冷媒蒸発圧力)に基づいて2つの冷却器の接続を切り替えることで、冷却器における熱交換の効率を向上できる。
また、特許文献2に開示される冷凍空調装置によると、水、ブライン等の負荷側熱媒体(被冷却液)が冷凍空調装置の冷凍サイクルに流入するときの温度と、冷凍サイクルから流出するときの温度の差が所定値になるように圧縮機の運転容量を制御して、冷凍空調装置の熱交換の効率を向上できる。
例えば、特許文献1に開示される冷却装置のように2つの冷却器の接続を直列または並列に切り替える場合、冷凍初期のように圧縮機から吐出される冷媒の流速を高くするときに2つの冷却器の接続を並列に切り替えると、冷媒の流れに対する圧力損失を小さくすることができ、冷媒の流速を高く維持して冷媒を効率よく冷却器に流通させることができる。そして、冷却器で効果的に冷媒とブラインを熱交換できる。
一方、圧縮機から吐出される冷媒の流速が低いときは、2つの冷却器を直列に接続して冷却器における冷媒の流速を高くすることで、2つの冷却器で効果的に冷媒とブラインを熱交換できる。
一方、圧縮機から吐出される冷媒の流速が低いときは、2つの冷却器を直列に接続して冷却器における冷媒の流速を高くすることで、2つの冷却器で効果的に冷媒とブラインを熱交換できる。
しかしながら、特許文献1において2つの冷却器の接続を切り替える基準となる冷媒の温度や冷媒蒸発圧力は、冷媒回路内の冷媒の流速の変化と関係なく変化することから、冷媒の温度や冷媒蒸発圧力に応じて2つの冷却器の接続を切り替えると、2つの冷却器の接続を切り替えるのに最適な冷媒の流速のときに2つの冷却器の接続を切り替えることができないという問題がある。
また、例えば、特許文献2に開示される、運転容量が可変の圧縮機を冷却装置に備える場合、圧縮機の運転容量の変化に応じて冷媒流量(冷媒の流速)が変化することから、冷媒の温度や冷媒蒸発圧力に基づいて2つの冷却器の接続を切り替えると、2つの冷却器の接続を切り替えるのに最適な冷媒の流速のときに2つの冷却器の接続を切り替えることができない。
また、冷凍装置には、冷媒を蒸発させる熱交換器(冷却器)の他、冷媒を凝縮させる熱交換器(凝縮器)も備わっている。そして、凝縮器においても冷媒の圧力損失が発生することから、凝縮器の圧力損失を好適に軽減することで冷凍装置の熱交換の効率をさらに向上できる。
そこで本発明は、冷媒の流速を好適に制御するとともに冷媒の流速が高速のときの圧力損失を好適に軽減して、熱交換の効率を向上する冷凍装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、運転容量が可変の圧縮機と、複数の凝縮器と、膨張弁と、複数の蒸発器と、が冷媒の流れる管路で接続される冷媒回路を備える冷凍装置とする。そして、前記複数の凝縮器を前記冷媒の流れに対して直列に接続するとともに前記複数の蒸発器を前記冷媒の流れに対して直列に接続する直列状態と、前記複数の凝縮器を前記冷媒の流れに対して並列に接続するとともに前記複数の蒸発器を前記冷媒の流れに対して並列に接続する並列状態と、を切り替える切替機構を備え、前記圧縮機の運転容量に応じて前記切替機構の前記直列状態と前記並列状態とを切り替えることを特徴とする。
本発明によると、複数の凝縮器の接続の直列と並列および複数の蒸発器の接続の直列と並列を、圧縮機の運転容量に応じて切り替えることができる。
したがって、圧縮機の運転容量に応じて変化する冷媒の流速に応じて、複数の凝縮器の接続の直列と並列および複数の蒸発器の接続の直列と並列を切り替えることができる。
したがって、圧縮機の運転容量に応じて変化する冷媒の流速に応じて、複数の凝縮器の接続の直列と並列および複数の蒸発器の接続の直列と並列を切り替えることができる。
本発明によると、冷媒の流速を好適に制御するとともに冷媒の流速が高速のときの圧力損失を好適に軽減して、熱交換の効率を向上する冷凍装置を提供できる。
以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る冷凍装置1は、圧縮機10、凝縮回路40、膨張弁20、および蒸発回路30が、この順に直列に、冷媒の流れる管路(冷媒配管1a)で接続される冷媒回路を有し、制御装置50によって制御される。
図1に示すように、本実施形態に係る冷凍装置1は、圧縮機10、凝縮回路40、膨張弁20、および蒸発回路30が、この順に直列に、冷媒の流れる管路(冷媒配管1a)で接続される冷媒回路を有し、制御装置50によって制御される。
圧縮機10で圧縮されて高温高圧になった気体状の冷媒Rfは、凝縮回路40で水配管41を流れる低温の水(冷媒冷却水Wt1)と熱交換して冷却されて凝縮され、低温の状態で膨張弁20に流れ込む。低温の冷媒Rfは、膨張弁20で膨張して温度が下がり蒸発しやすい状態になる。そして、蒸発回路30で水配管31を流れる相対的に高温の水(被冷却水Wt2)と熱交換して蒸発し、気体状になって圧縮機10に流入する。このとき、冷媒Rfが蒸発する気化熱で、水配管31を流れる相対的に高温の被冷却水Wt2を冷却する。
以下において上流および下流は、冷媒回路における冷媒Rfの流れの上流および下流を示す。また、直列は冷媒Rfの流れに対する直列を示し、並列は冷媒Rfの流れに対する並列を示す。
以下において上流および下流は、冷媒回路における冷媒Rfの流れの上流および下流を示す。また、直列は冷媒Rfの流れに対する直列を示し、並列は冷媒Rfの流れに対する並列を示す。
凝縮回路40は、圧縮機10の下流に冷媒配管1aで接続される。
冷媒配管1aは、凝縮回路40の上流側に形成される分岐点40aで、分流管となる第1凝縮管43aおよび第2凝縮管43bに分岐し、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bは凝縮回路40の下流側に形成される合流点40bで合流する。
そして、凝縮回路40には第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの2つの凝縮器42が備わり、第1凝縮管43aに第1凝縮器42aが連結され、第2凝縮管43bに第2凝縮器42bが連結される。つまり、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bは冷媒Rfの流れに対して並列に配管され、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bは並列に配列される。
冷媒配管1aは、凝縮回路40の上流側に形成される分岐点40aで、分流管となる第1凝縮管43aおよび第2凝縮管43bに分岐し、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bは凝縮回路40の下流側に形成される合流点40bで合流する。
そして、凝縮回路40には第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの2つの凝縮器42が備わり、第1凝縮管43aに第1凝縮器42aが連結され、第2凝縮管43bに第2凝縮器42bが連結される。つまり、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bは冷媒Rfの流れに対して並列に配管され、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bは並列に配列される。
第1凝縮器42aおよび第2凝縮器42bには、ともに冷媒冷却水Wt1が流れる水配管41が配管され、第1凝縮管43aを流れる冷媒Rfは、第1凝縮器42aに配管される水配管41を流れる冷媒冷却水Wt1と熱交換し、冷却されて凝縮する。また、第2凝縮管43bを流れる冷媒Rfは、第2凝縮器42bに配管される水配管41を流れる冷媒冷却水Wt1と熱交換し、冷却されて凝縮する。
凝縮回路40に備わる凝縮器42(第1凝縮器42a、第2凝縮器42b)は、それぞれ熱交換器によって構成される。
凝縮器42を構成する熱交換器の種類は限定するものではないが、例えば、図2の(a)に示す積層プレート式熱交換器60や、図2の(b)に示すシェルアンドチューブ式熱交換器70が使用される。
凝縮器42を構成する熱交換器の種類は限定するものではないが、例えば、図2の(a)に示す積層プレート式熱交換器60や、図2の(b)に示すシェルアンドチューブ式熱交換器70が使用される。
図2の(a)に示すように、積層プレート式熱交換器60は、一対のエンドプレート61,62に、複数の伝熱プレート63が挟まれて構成される。複数の伝熱プレート63は、例えば等間隔に平行に配置され、冷媒Rfの流路63aが形成される伝熱プレート63と冷媒冷却水Wt1の流路63bが形成される伝熱プレート63とが交互に配置される。
冷媒Rfは、一方のエンドプレート61に形成される冷媒取り込み口64aから積層プレート式熱交換器60に取り込まれて流路63aを流れ、エンドプレート61に形成される冷媒排出口64bから排出される。また、冷媒冷却水Wt1は、冷媒取り込み口64aが形成されるエンドプレート61に形成される液体取り込み口65aから積層プレート式熱交換器60に取り込まれて流路63bを流れ、エンドプレート61に形成される液体排出口65bから排出される。そして、冷媒Rfと冷媒冷却水Wt1は、それぞれ流路63aと流路63bを流れるときに熱交換する。
なお、第1凝縮器42aにおいて、冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64bは、第1凝縮管43a(図1参照)と接続され、第2凝縮器42bにおいて、冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64bは、第2凝縮管43b(図1参照)と接続される。また、液体取り込み口65aおよび液体排出口65bは、水配管41(図1参照)と接続される。
一方、シェルアンドチューブ式熱交換器70は、例えば、図2の(b)に示すように、外装を形成するシェル71に、冷媒冷却水Wt1を取り込む液体取り込み口71aと冷媒冷却水Wt1が排出される液体排出口71bが形成されて構成される。そして、シェル71の内部には、冷媒Rfが流通する管路72が配管され、液体取り込み口71aからシェル71に取り込まれて液体排出口71bから排出される冷媒冷却水Wt1と、管路72を流通する冷媒Rfとが熱交換するように構成される。
なお、第1凝縮器42aにおいて、冷媒Rfが流通する管路72は第1凝縮管43a(図1参照)と接続され、第2凝縮器42bにおいて、冷媒Rfが流通する管路72は、第2凝縮管43b(図1参照)と接続される。また、液体取り込み口71aおよび液体排出口71bは、水配管41(図1参照)と接続される。
説明を図1に戻す。第2凝縮器42bの上流側と第1凝縮器42aの下流側は、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bがそれぞれの分岐点44a、44bで分岐するバイパス管44で接続され、バイパス管44には逆止弁46が備わっている。つまり、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bはバイパス管44で連結される。
この構成により、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bはバイパス管44を介し、冷媒Rfの流れに対して直列に配列される。
そして第1凝縮器42aは、直列に配列される凝縮器42のうちで最も上流に位置する凝縮器42になり、第2凝縮器42bは、直列に配列される凝縮器42のうちで最も下流に位置する凝縮器42になる。
この構成により、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bはバイパス管44を介し、冷媒Rfの流れに対して直列に配列される。
そして第1凝縮器42aは、直列に配列される凝縮器42のうちで最も上流に位置する凝縮器42になり、第2凝縮器42bは、直列に配列される凝縮器42のうちで最も下流に位置する凝縮器42になる。
逆止弁46は、バイパス管44における冷媒Rfの流れの方向を、第1凝縮器42aの下流側から第2凝縮器42bの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点44aから分岐点44bに向かう一方向に規制し、第2凝縮器42bの上流側から第1凝縮器42aの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
さらに、第1凝縮管43aには、第1凝縮器42aの下流で合流点40bと分岐点44aとの間に、第1凝縮管43aを開閉する開閉弁からなる第1電磁弁45aが備わる。また、第2凝縮管43bには、第2凝縮器42bの上流で分岐点40aと分岐点44bとの間に、第2凝縮管43bを開閉する開閉弁からなる第2電磁弁45bが備わる。
第1電磁弁45aと第2電磁弁45bがともに開弁すると、図3の(a)に示すように、冷媒配管1aから凝縮回路40に流れ込んだ冷媒Rfが、分岐点40aで分岐して第1凝縮管43aと第2凝縮管43bの両方を流れ、それぞれ第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを経由して合流点40bで合流し、凝縮回路40から流れ出る。
このとき、圧力損失の関係から分岐点44bにおける冷媒Rfの圧力(以下、冷媒圧力と称する)が分岐点44aにおける冷媒圧力より高くなる。そこで、バイパス管44に逆止弁46を備え、冷媒Rfが、分岐点44bから分岐点44aに向かってパイパス管44を流れることを防止している。
なお、分岐点44bにおける冷媒圧力が分岐点44aにおける冷媒圧力より高いため、分岐点44aから分岐点44bに向かって冷媒Rfがパイパス管44を流れることはない。
なお、分岐点44bにおける冷媒圧力が分岐点44aにおける冷媒圧力より高いため、分岐点44aから分岐点44bに向かって冷媒Rfがパイパス管44を流れることはない。
このように、第1電磁弁45aと第2電磁弁45bがともに開弁すると、冷媒Rfが第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを並行して流れることから、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bは並列に接続される。
一方、第1電磁弁45aと第2電磁弁45bがともに閉弁すると、図3の(b)に示すように、冷媒Rfは、分岐点40aで第2凝縮管43bに流れ込まないで第1凝縮管43aのみに流れ込む。冷媒配管1aから凝縮回路40に流れ込む冷媒Rfは、分岐点40aで第1凝縮管43aに流れ込み、第1凝縮器42aを経由してバイパス管44を流れて第2凝縮管43bに流れ込み、第2凝縮器42bと合流点40bを経由して凝縮回路40から流れ出る。
このように、第1電磁弁45aと第2電磁弁45bがともに閉弁すると、冷媒Rfが第1凝縮器42aを流れた後に第2凝縮器42bを流れることから、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bは直列に接続される。
以上のように、凝縮回路40は、第1電磁弁45aと第2電磁弁45bの開閉によって、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続を直列または並列に切り替えることができる。
再度、説明を図1に戻す。膨張弁20は、凝縮回路40の第1凝縮器42aおよび第2凝縮器42bで凝縮されて液化した冷媒Rfを断熱膨張して減圧し、冷媒Rfを低温低圧にする。膨張弁20には、例えば、開度調整の応答速度が速い電動膨張弁が使用され、凝縮回路40から流れ込む冷媒Rfを減圧して、蒸発しやすい状態にして蒸発回路30に送る。また、膨張弁20は、弁開度の調節によって冷媒回路における冷媒Rfの循環量を調節することができる。
蒸発回路30は、膨張弁20の下流に冷媒配管1aで接続される。
冷媒配管1aは、蒸発回路30の上流側に形成される分岐点30aで分流管となる第1蒸発管33aおよび第2蒸発管33bに分岐し、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bは蒸発回路30の下流側に形成される合流点30bで合流する。そして、蒸発回路30には第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの2つの蒸発器32が備わり、第1蒸発管33aに第1蒸発器32aが連結され、第2蒸発管33bに第2蒸発器32bが連結される。
つまり、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bは冷媒Rfの流れに対して並列に配管され、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bは並列に配列される。
冷媒配管1aは、蒸発回路30の上流側に形成される分岐点30aで分流管となる第1蒸発管33aおよび第2蒸発管33bに分岐し、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bは蒸発回路30の下流側に形成される合流点30bで合流する。そして、蒸発回路30には第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの2つの蒸発器32が備わり、第1蒸発管33aに第1蒸発器32aが連結され、第2蒸発管33bに第2蒸発器32bが連結される。
つまり、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bは冷媒Rfの流れに対して並列に配管され、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bは並列に配列される。
第1蒸発器32aおよび第2蒸発器32bには、ともに被冷却水Wt2が流れる水配管31が配管され、第1蒸発器32aに配管される水配管31を流れる被冷却水Wt2は、第1蒸発管33aから第1蒸発器32aに流れ込む冷媒Rfと熱交換し、冷媒Rfが気化するときの気化熱が吸収されて冷却される。
また、第2蒸発器32bに配管される水配管31を流れる被冷却水Wt2は、第2蒸発管33bから第2蒸発器32bに流れ込む冷媒Rfと熱交換し、冷媒Rfが気化するときの気化熱が吸収されて冷却される。なお、水配管31には、第1蒸発器32aおよび第2蒸発器32bで熱交換された後の被冷却水Wt2の水温を計測する水温計31aが備わっている。
また、第2蒸発器32bに配管される水配管31を流れる被冷却水Wt2は、第2蒸発管33bから第2蒸発器32bに流れ込む冷媒Rfと熱交換し、冷媒Rfが気化するときの気化熱が吸収されて冷却される。なお、水配管31には、第1蒸発器32aおよび第2蒸発器32bで熱交換された後の被冷却水Wt2の水温を計測する水温計31aが備わっている。
蒸発回路30に備わる蒸発器32(第1蒸発器32a、第2蒸発器32b)は、凝縮器42と同様に、それぞれ、積層プレート式熱交換器60(図2の(a)参照)や、シェルアンドチューブ式熱交換器70(図2の(b)参照)などの熱交換器によって構成される。
なお、図2の(a)に示す積層プレート式熱交換器60や図2の(b)に示すシェルアンドチューブ式熱交換器70の冷媒冷却水Wt1は、蒸発器32においては被冷却水Wt2になる。
また、蒸発器32(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の液体取り込み口65aおよび液体排出口65b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の液体取り込み口71aおよび液体排出口71bは、水配管31(図1参照)と接続される。さらに、第1蒸発器32a(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の管路72は、第1蒸発管33aと接続され、第2蒸発器32b(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の管路72は、第2蒸発管33bと接続される。
また、蒸発器32(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の液体取り込み口65aおよび液体排出口65b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の液体取り込み口71aおよび液体排出口71bは、水配管31(図1参照)と接続される。さらに、第1蒸発器32a(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の管路72は、第1蒸発管33aと接続され、第2蒸発器32b(図1参照)において、積層プレート式熱交換器60の冷媒取り込み口64aおよび冷媒排出口64b、シェルアンドチューブ式熱交換器70の管路72は、第2蒸発管33bと接続される。
第2蒸発器32bの上流側と第1蒸発器32aの下流側は、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bがそれぞれの分岐点34a、34bで分岐するバイパス管34で接続され、バイパス管34には逆止弁36が備わっている。
つまり、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bはバイパス管34で連結される。
この構成により、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bは、バイパス管34を介し、冷媒Rfの流れに対して直列に配列される。そして、第1蒸発器32aは、直列に配列される蒸発器32のうちで最も上流に位置する蒸発器32になり、第2蒸発器32bは、直列に配列される蒸発器32のうちで最も下流に位置する蒸発器32になる。
つまり、第1蒸発管33aと第2蒸発管33bはバイパス管34で連結される。
この構成により、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bは、バイパス管34を介し、冷媒Rfの流れに対して直列に配列される。そして、第1蒸発器32aは、直列に配列される蒸発器32のうちで最も上流に位置する蒸発器32になり、第2蒸発器32bは、直列に配列される蒸発器32のうちで最も下流に位置する蒸発器32になる。
逆止弁36は、バイパス管34における冷媒Rfの流れの方向を第1蒸発器32aの下流側から第2蒸発器32bの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点34aから分岐点34bに向かう一方向に規制し、第2蒸発器32bの上流側から第1蒸発器32aの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
さらに、第1蒸発管33aには、第1蒸発器32aの下流で合流点30bと分岐点34aとの間に、第1蒸発管33aを開閉する開閉弁からなる第3電磁弁35aが備わる。
また、第2蒸発管33bには、第2蒸発器32bの上流で分岐点30aと分岐点34bとの間に、第2蒸発管33bを開閉する開閉弁からなる第4電磁弁35bが備わる。
また、第2蒸発管33bには、第2蒸発器32bの上流で分岐点30aと分岐点34bとの間に、第2蒸発管33bを開閉する開閉弁からなる第4電磁弁35bが備わる。
蒸発回路30においては、凝縮回路40と同様に、第3電磁弁35aと第4電磁弁35bがともに開弁すると、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが並列に接続され、第3電磁弁35aと第4電磁弁35bがともに閉弁すると、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続される。すなわち、蒸発回路30は、第3電磁弁35aと第4電磁弁35bの開閉によって、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続を直列または並列に切り替えることができる。
本実施形態に係る冷凍装置1に備わる圧縮機10は、運転容量が可変に構成される。
例えば、圧縮機10は、インバータ回路から供給される交流電流で駆動するDCブラシレスモータを備えるスクロール圧縮機であり、例えば、交流電流の周波数(駆動周波数)を制御することによって、低速(例えば、700rpm)から高速(例えば、7000rpm)の間で回転速度が制御できるように構成される。
そして、圧縮機10は、高速の回転で駆動するときに運転容量が大きくなり、低速の回転で駆動するときに運転容量が小さくなる。すなわち、圧縮機10は、駆動周波数を制御することによって回転速度を制御することができ、回転速度の制御によって運転容量を制御できるように構成される。
例えば、圧縮機10は、インバータ回路から供給される交流電流で駆動するDCブラシレスモータを備えるスクロール圧縮機であり、例えば、交流電流の周波数(駆動周波数)を制御することによって、低速(例えば、700rpm)から高速(例えば、7000rpm)の間で回転速度が制御できるように構成される。
そして、圧縮機10は、高速の回転で駆動するときに運転容量が大きくなり、低速の回転で駆動するときに運転容量が小さくなる。すなわち、圧縮機10は、駆動周波数を制御することによって回転速度を制御することができ、回転速度の制御によって運転容量を制御できるように構成される。
冷凍装置1に備わる制御装置50は、圧縮機10の回転速度、膨張弁20の弁開度、凝縮回路40に備わる第1電磁弁45aと第2電磁弁45bの開閉、および蒸発回路30に備わる第3電磁弁35aと第4電磁弁35bの開閉をそれぞれ制御することによって、冷凍装置1の運転を制御する。
例えば、冷凍装置1の始動直後は、蒸発回路30の第1蒸発器32a、第2蒸発器32bで冷却される被冷却水Wt2の温度(水温)が予め決定される目標温度よりはるかに高いため、制御装置50は、圧縮機10を高い運転容量で運転する。つまり、圧縮機10を高速回転(例えば、7000rpm)で運転する。
圧縮機10は、負荷が最大の全負荷状態となり、冷媒Rfが高い流速で冷媒回路を循環する。
圧縮機10は、負荷が最大の全負荷状態となり、冷媒Rfが高い流速で冷媒回路を循環する。
その後、被冷却水Wt2の水温が所定の温度まで低下したとき、制御装置50は圧縮機10の運転容量を低下させる。つまり、制御装置50は圧縮機10の回転速度を減速する(例えば、700rpm)。そして、圧縮機10の運転容量の低下にともなって冷媒回路を流れる冷媒Rfの流速が低下する。
さらに、本実施形態に係る制御装置50は、圧縮機10の運転容量が大きく冷媒回路を循環する冷媒Rfの流速が高いときは凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bをともに開弁し、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bをともに開弁する。凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが並列に接続され、冷媒Rfは第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを並行して流れる。同様に、蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが並列に接続され、冷媒Rfは第1蒸発器32aと第2蒸発器32bを並行して流れる。
また、制御装置50は、圧縮機10の運転容量が小さく冷媒回路を循環する冷媒Rfの流速が低いとき、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bをともに閉弁し、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bをともに閉弁する。
凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが直列に接続され、冷媒Rfは第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを直列に流れる。同様に、蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続され、冷媒Rfは第1蒸発器32aと第2蒸発器32bを直列に流れる。
凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが直列に接続され、冷媒Rfは第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを直列に流れる。同様に、蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続され、冷媒Rfは第1蒸発器32aと第2蒸発器32bを直列に流れる。
凝縮回路40および蒸発回路30(以下、凝縮回路40と蒸発回路30をまとめて熱交換回路と称する)を流れる冷媒Rfの流速は圧縮機10の運転容量に比例し、圧縮機10の運転容量が大きいとき熱交換回路を流れる冷媒Rfの流速は高くなり、圧縮機10の運転容量が小さくなると熱交換回路を流れる冷媒Rfの流速も低くなる。
また、熱交換回路においては、冷媒Rfの流速が高いほど熱交換の効率が向上するが、冷媒Rfと冷媒流路(第1凝縮管43a、第2凝縮管43b、第1蒸発管33a、第2蒸発管33b)との摩擦による圧力損失が大きくなる。
そこで、本実施形態に係る冷凍装置1の制御装置50は、圧縮機10を大きい運転容量(高い回転速度)で運転するときは、凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続と、蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続と、をともに並列に切り替えて、熱交換回路における圧力損失を軽減する。具体的に、制御装置50は、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bをともに開弁し、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bをともに開弁して、凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続をともに並列に切り替え、熱交換回路における圧力損失を軽減する。凝縮回路40および蒸発回路30における冷媒Rfの流速は低下するが、圧縮機10から吐出される冷媒Rfの流速が高いため熱交換回路を流れる冷媒Rfの流速を高く維持できる。
一方、圧縮機10を小さい運転容量(低い回転速度)で運転するとき、制御装置50は、凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続をともに直列に切り替える。具体的に、制御装置50は、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bをともに閉弁し、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bをともに閉弁して、凝縮回路40の第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および蒸発回路30の第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続をともに直列に切り替える。この状態のとき、熱交換回路を流れる冷媒Rfの流速は高くなる。
このように、本実施形態に係る冷凍装置1の制御装置50は、圧縮機10の運転容量に応じて、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bの開閉を切り替えて、熱交換回路における冷媒Rfの流速を好適に高く維持し、熱交換回路の熱交換の効率を向上するように冷凍装置1を制御する。
そして、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bは、その開閉によって、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続を直列または並列に切り替える切替機構としての機能を有する。以下、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bをまとめて切替機構と称する場合がある。
凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bが全て開弁すると、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続が並列に切り替わることから、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bの全てが開弁した状態を切替機構の並列状態と称する。
また、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bが全て閉弁すると、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続、および第1蒸発器32aと第2蒸発器32bの接続が直列に切り替わることから、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bの全てが閉弁した状態を切替機構の直列状態と称する。
換言すると、第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bは、切替機構が並列状態のときに冷媒Rfが第1凝縮管43aおよび第2凝縮管43bを流れるように、第1凝縮管43aおよび第2凝縮管43bを開通し、第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bは、切替機構が並列状態のときに冷媒Rfが第1蒸発管33aおよび第2蒸発管33bを流れるように、第1蒸発管33aおよび第2蒸発管33bを開通する。
また、第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45bは、切替機構が直列状態のときに冷媒Rfがバイパス管44を流れるように、第1凝縮管43aおよび第2凝縮管43bを遮断し、第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bは、切替機構が直列状態のときに冷媒Rfがバイパス管34を流れるように、第1蒸発管33aおよび第2蒸発管33bを遮断する。
そして、逆止弁46は、切替機構が並列状態のときに冷媒Rfがバイパス管44を流れることを防止する弁であり、逆止弁36は、切替機構が並列状態のときに冷媒Rfがバイパス管34を流れることを防止する弁である。
図4を参照して、制御装置50が冷凍装置1を制御する手順を説明する(適宜図1〜図3参照)。制御装置50は水温計31aが計測する水温に応じた運転容量で圧縮機10を運転する(ステップS1)。圧縮機10の運転容量は、水温計31aが計測する水温に応じて決定されることが好適である。そこで、例えば、水温計31aが計測する水温と圧縮機10の運転容量の関係を示すマップが制御装置50の図示しない記憶部に記憶されている構成が好ましく、制御装置50は水温計31aが計測する水温に基づいて当該マップを参照して圧縮機10の運転容量を決定する。
さらに、制御装置50は、決定した運転容量になるように圧縮機10の回転速度を決定し、決定した回転速度で圧縮機10を運転する。具体的に、制御装置50は、決定した回転速度になるように圧縮機10に制御信号を送信する。
そして、制御装置50は、決定した運転容量が予め設定される所定値より大きいか否かを判定する(ステップS2)。ステップS2において、制御装置50は、例えば圧縮機10の回転速度に基づいて運転容量の大小を判定する。
前記したように、圧縮機10の回転速度と運転容量には正の相関関係があることから、制御装置50は、例えば、決定した圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より高いとき、圧縮機10の運転容量が予め設定される所定値より大きいと判定し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より低いとき、圧縮機10の運転容量が予め設定される所定値より小さいと判定する。
前記したように、圧縮機10の回転速度と運転容量には正の相関関係があることから、制御装置50は、例えば、決定した圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より高いとき、圧縮機10の運転容量が予め設定される所定値より大きいと判定し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より低いとき、圧縮機10の運転容量が予め設定される所定値より小さいと判定する。
なお、所定の回転速度閾値は適宜設定すればよい。
例えば、切替機構が直列状態で、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが直列に接続され、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続された状態であっても、熱交換回路で効率よく熱交換できる冷媒Rfの流速を得られる圧縮機10の運転容量の上限値に対応する回転速度を、所定の回転速度閾値に設定すればよい。
例えば、切替機構が直列状態で、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが直列に接続され、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続された状態であっても、熱交換回路で効率よく熱交換できる冷媒Rfの流速を得られる圧縮機10の運転容量の上限値に対応する回転速度を、所定の回転速度閾値に設定すればよい。
制御装置50は、決定した運転容量が予め設定される所定値より大きいときは(ステップS2→Yes)、全ての電磁弁、すなわち、凝縮回路40の第1電磁弁45aおよび第2電磁弁45b、蒸発回路30の第3電磁弁35aおよび第4電磁弁35bの全てを開弁し(ステップS3)、切替機構を並列状態に切り替える。
一方、決定した運転容量が予め設定される所定値より小さいとき(ステップS2→No)、制御装置50は全ての電磁弁を閉弁し(ステップS4)、切替機構を直列状態に切り替える。
一方、決定した運転容量が予め設定される所定値より小さいとき(ステップS2→No)、制御装置50は全ての電磁弁を閉弁し(ステップS4)、切替機構を直列状態に切り替える。
そして、制御装置40は水温計31aが計測する水温を常に監視し、その水温に応じて圧縮機10の運転容量を決定し、決定した運転容量に基づいて切替機構の並列状態と直列状態を切り替える。
このように、図1に示す、本実施形態に係る冷凍装置1の制御装置50は、水温計31aが計測する被冷却水Wt2の水温に基づいて圧縮機10の運転容量を決定して圧縮機10を運転し、さらに、圧縮機10の運転容量に基づいて切替機構の並列状態と直列状態を適宜切り替えて、熱交換回路における熱交換の効率が向上するように冷凍装置1を制御する。
冷媒回路を流れる冷媒Rfの流速は、圧縮機10の運転容量の変化に応じて変化することから、切替機構の並列状態と直列状態を圧縮機10の運転容量に応じて切り替える本実施形態は、熱交換回路を流れる冷媒Rfの流速に応じて切替機構の並列状態と直列状態を切り替えることができる。そして、熱交換回路における熱交換の効率を好適に向上できる。
つまり、冷凍初期など、被冷却水Wt2の水温が目標温度と大きく乖離しているとき、制御装置50は大きな運転容量で圧縮機10を運転するとともに切替機構を並列状態に切り替える。第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが並列に接続されるとともに、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが並列に接続され、高い流速の冷媒Rfの熱交換回路における圧力損失を小さくすることができ、熱交換回路における熱交換効率を向上できる。
また、被冷却水Wt2の水温が目標温度に近いとき、制御装置50は小さな運転容量で圧縮機10を運転するとともに切替機構を直列状態に切り替える。第1凝縮器42aと第2凝縮器42bが直列に接続されるとともに、第1蒸発器32aと第2蒸発器32bが直列に接続され、熱交換回路における冷媒Rfの流速を高く維持することができ、熱交換回路における熱交換効率を向上できる。
なお、本実施形態は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、図5の(a)に示すように、凝縮回路40のバイパス管44の逆止弁46(図1参照)と第1電磁弁45a(図1参照)を備えず、第1凝縮管43aとバイパス管44の分岐点44a(図1参照)に、制御装置50によって制御される三方弁47を備える構成としてもよい。
例えば、図5の(a)に示すように、凝縮回路40のバイパス管44の逆止弁46(図1参照)と第1電磁弁45a(図1参照)を備えず、第1凝縮管43aとバイパス管44の分岐点44a(図1参照)に、制御装置50によって制御される三方弁47を備える構成としてもよい。
三方弁47は3つの接続口47a〜47cを備え、図示しない弁体の動作によって、接続口47aと接続口47bが連通し接続口47cが閉じる状態Aと、接続口47aと接続口47cが連通し接続口47bが閉じる状態Bとを切り替え可能に構成される。そして、三方弁47は、バイパス管44が接続口47bに接続され、第1凝縮管43aの第1凝縮器42a側が接続口47aに接続され、第1凝縮管43aの合流点40b側が接続口47cに接続されるように備わる。
第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを直列に接続する場合、制御装置50は、三方弁47を状態Aに切り替えるとともに第2電磁弁45bを閉弁する。
冷媒配管1aから分岐点40aを経由して凝縮回路40に流れ込む冷媒Rfは、第1凝縮管43a、第1凝縮器42a、三方弁47の接続口47aの順に流れ、接続口47bからバイパス管44に流れ込む。そして、冷媒Rfは、分岐点44bを流れた後に第2凝縮器42b、第2凝縮管43b、合流点40bを経由して凝縮回路40から流れ出る。
冷媒配管1aから分岐点40aを経由して凝縮回路40に流れ込む冷媒Rfは、第1凝縮管43a、第1凝縮器42a、三方弁47の接続口47aの順に流れ、接続口47bからバイパス管44に流れ込む。そして、冷媒Rfは、分岐点44bを流れた後に第2凝縮器42b、第2凝縮管43b、合流点40bを経由して凝縮回路40から流れ出る。
一方、第1凝縮器42aと第2凝縮器42bを並列に接続する場合、制御装置50は、三方弁47を状態Bに切り替えるとともに第2電磁弁45bを開弁する。
冷媒配管1aから凝縮回路40に流れ込む冷媒Rfは、分岐点40aで分岐して第1凝縮管43aと第2凝縮管43bの両方を流れる。第1凝縮管43aを流れる冷媒Rfは、第1凝縮器42a、三方弁47の接続口47aの順に流れ、接続口47cから第1凝縮管43aを経由して合流点40bに到達する。
冷媒配管1aから凝縮回路40に流れ込む冷媒Rfは、分岐点40aで分岐して第1凝縮管43aと第2凝縮管43bの両方を流れる。第1凝縮管43aを流れる冷媒Rfは、第1凝縮器42a、三方弁47の接続口47aの順に流れ、接続口47cから第1凝縮管43aを経由して合流点40bに到達する。
分岐点40aで分岐して第2凝縮管43bを流れる冷媒Rfは、分岐点44b、第2凝縮器42bの順に流れて合流点40bに到達する。そして、第1凝縮管43aを流れる冷媒Rfと第2凝縮管43bを流れる冷媒Rfが合流点40bで合流して凝縮回路40から流れ出る。
このように、図5の(a)に示すように三方弁47を備える構成としても、凝縮回路40における第1凝縮器42aと第2凝縮器42bの接続を直列または並列に切り替えることができる。
なお、この構成によると、三方弁47を含んで、並列状態と直列状態を切り替え可能な切替機構が構成される。この場合、三方弁47が状態Aに切り替わり、第2電磁弁45bが閉弁した状態が切替機構の直列状態であり、三方弁47が状態Bに切り替わり、第2電磁弁45bが開弁した状態が切替機構の並列状態である。つまり、切替機構が直列状態のとき三方弁47は冷媒Rfがバイパス管44を流れる状態(状態A)に切り替わり、切替機構が並列状態のとき三方弁47は冷媒Rfがバイパス管44を流れない状態(状態B)に切り替わる。そして、逆止弁46(図1参照)は不要になる。
また、図1に示す凝縮回路40の逆止弁46と第2電磁弁45bを備えず、第2凝縮管43bとバイパス管44の分岐点44bに、制御装置50によって制御される三方弁を備える構成としてもよい。さらに、凝縮回路40と同様に、蒸発回路30(図1参照)に三方弁を備える構成としてもよい。
また、本実施形態においては、図1に示すように凝縮回路40に2つの凝縮器42a,42bを備える構成としたが、3つ以上の凝縮器42を備える凝縮回路としてもよい。
図5の(b)に示すように、3つの凝縮器42a,42b,42cを備える凝縮回路40の場合、冷媒配管1aは分岐点40aで、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bに加え、第3凝縮管43cの3つの分流管に分岐し、合流点40bでは、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bと第3凝縮管43cが合流する。そして、凝縮回路40には、第3凝縮管43cに接続される第3凝縮器42cが備わる。つまり、第1凝縮管43a〜第3凝縮管43cは冷媒Rfの流れに対して並列に配列される。
なお、図5の(b)において、図1と同じ要素には同じ符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図5の(b)に示すように、3つの凝縮器42a,42b,42cを備える凝縮回路40の場合、冷媒配管1aは分岐点40aで、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bに加え、第3凝縮管43cの3つの分流管に分岐し、合流点40bでは、第1凝縮管43aと第2凝縮管43bと第3凝縮管43cが合流する。そして、凝縮回路40には、第3凝縮管43cに接続される第3凝縮器42cが備わる。つまり、第1凝縮管43a〜第3凝縮管43cは冷媒Rfの流れに対して並列に配列される。
なお、図5の(b)において、図1と同じ要素には同じ符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
第3凝縮器42cの上流側と第1凝縮器42aの下流側は、第3凝縮管43cと第1凝縮管43aがそれぞれの分岐点44c,44aで分岐するバイパス管441で接続され、バイパス管441には逆止弁461が備わっている。
この逆止弁461は、バイパス管441における冷媒Rfの流れの方向を、第1凝縮器42aの下流側から第3凝縮器42cの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点44aから分岐点44cに向かう一方向に規制し、第3凝縮器42cの上流側から第1凝縮器42aの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
この逆止弁461は、バイパス管441における冷媒Rfの流れの方向を、第1凝縮器42aの下流側から第3凝縮器42cの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点44aから分岐点44cに向かう一方向に規制し、第3凝縮器42cの上流側から第1凝縮器42aの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
また、第2凝縮器42bの上流側と第3凝縮器42cの下流側は、第2凝縮管43bと第3凝縮管43cがそれぞれの分岐点44b,44dで分岐するバイパス管442で接続され、バイパス管442には逆止弁462が備わっている。
この逆止弁462は、バイパス管442における冷媒Rfの流れの方向を、第3凝縮器42cの下流側から第2凝縮器42bの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点44dから分岐点44bに向かう一方向に規制し、第2凝縮器42bの上流側から第3凝縮器42cの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
この逆止弁462は、バイパス管442における冷媒Rfの流れの方向を、第3凝縮器42cの下流側から第2凝縮器42bの上流側に向かう一方向、つまり、分岐点44dから分岐点44bに向かう一方向に規制し、第2凝縮器42bの上流側から第3凝縮器42cの下流側に冷媒Rfが流れることを防止する弁である。
また、第3凝縮器42cの下流側で合流点40bと分岐点44dとの間に、第3凝縮管43cを開閉する開閉弁の第6電磁弁45dが備わり、第3凝縮器42cの上流側で分岐点40aと分岐点44cとの間に、第3凝縮管43cを開閉する開閉弁の第5電磁弁45cが備わる。
そして、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て開弁すると、第1凝縮器42a〜第3凝縮器42cが並列に接続され、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て閉弁すると、第1凝縮器42a〜第3凝縮器42cが直列に接続される。
この構成によると、第1電磁弁45a、第2電磁弁45bに加えて第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dを含んで、並列状態と直列状態を切り替え可能な切替機構が構成される。
この場合、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て閉弁した状態が切替機構の直列状態であり、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て開弁した状態が切替機構の並列状態である。
この構成によると、第1電磁弁45a、第2電磁弁45bに加えて第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dを含んで、並列状態と直列状態を切り替え可能な切替機構が構成される。
この場合、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て閉弁した状態が切替機構の直列状態であり、第1電磁弁45a、第2電磁弁45b、第5電磁弁45cおよび第6電磁弁45dが全て開弁した状態が切替機構の並列状態である。
このように、3つの凝縮器42(第1凝縮器42a〜第3凝縮器42c)が備わる凝縮回路40であってもよい。また、図5の(b)に示す第3凝縮管43c、第3凝縮器42c、第5電磁弁45c、第6電磁弁45dからなる構成と同等の構成を増設し、バイパス管および逆止弁を適宜設けることで、3つ以上の凝縮器42が備わる凝縮回路40を構成できる。
さらに、図示はしないが、3つ以上の蒸発器32を備える蒸発回路30(図1参照)を同様に構成することもできる。
また、例えば、図6に示すように、図1の第1凝縮器42a、第2凝縮器42bに替えて、内部に第1熱交換部420aと第2熱交換部420bを有する熱交換モジュールからなる凝縮器420を備える凝縮回路40であってもよい。第1熱交換部420aは、第1冷媒経路421aを流れる冷媒Rfと水配管41を流れる冷媒冷却水Wt1が熱交換するように構成され、第2熱交換部420bは、第2冷媒経路421bを流れる冷媒Rfと水配管41を流れる冷媒冷却水Wt1が熱交換するように構成される。
そして、第1冷媒経路421aが第1凝縮管43aに連結され、第2冷媒経路421bが第2凝縮管43bに連結される。さらに、第1冷媒経路421aの下流側で第1凝縮管43aに形成される分岐点44aと第2冷媒経路421bの上流側で第2凝縮管43bに形成される分岐点44bがバイパス管44で連結され、バイパス管44に逆止弁46が備わるとともに、図1に示す凝縮回路40と同様に、第1電磁弁45aと第2電磁弁45bが配設される構成とする。逆止弁46は、冷媒Rfの流れの方向を、分岐点44aの側から分岐点44bの側に流れる方向に規制する。
このように構成される凝縮回路40においては、第1熱交換部420aと第2熱交換部420bが、冷媒Rfの流れに対して並列に配列され、さらに、バイパス管44を介して直列に配列される。そして、第1電磁弁45a、第2電磁弁45bがともに開弁すると冷媒Rfは第1熱交換部420aと第2熱交換部420bを並列に流れ、第1電磁弁45a、第2電磁弁45bがともに閉弁すると冷媒Rfは第1熱交換部420aから第2熱交換部420bに流れる。つまり、冷媒Rfは第1熱交換部420aと第2熱交換部420bを直列に流れる。
したがって、図6に示すように構成される凝縮回路40であっても、図1に示すように第1凝縮器42a、第2凝縮器42bを備える凝縮回路40と同等の効果を得ることができる。
また、図5の(a)に示すように、第1電磁弁45aに替えて三方弁47を備える構成も可能である。
また、図5の(a)に示すように、第1電磁弁45aに替えて三方弁47を備える構成も可能である。
また、図示はしないが、3つの熱交換部を有する熱交換モジュールからなる凝縮器を使用することも可能である。この場合、例えば図5の(b)に示す凝縮回路40の3つの凝縮器42a,42b,42cを3つの熱交換部に置き換えて接続することで、図5の(b)に示す凝縮回路40と同等の効果を得ることができる。さらに、3つ以上の熱交換部を有する熱交換モジュールからなる凝縮器を使用することも可能である。
さらに、図示はしないが、蒸発回路30(図1参照)に、2つの熱交換部を有する熱交換モジュールからなる蒸発器を備え、図1に示す蒸発回路30と同様に、バイパス管34、逆止弁36、第3電磁弁35a、第4電磁弁35bを配設して蒸発回路30を構成することも可能であり、2つ以上の熱交換部を有する熱交換モジュールからなる蒸発器を使用した蒸発回路30を構成することも可能である。
また、例えば、圧縮機10(図1参照)の回転速度を計測する図示しない回転速度計を備え、制御装置50(図1参照)は、圧縮機10の回転速度に応じて切替機構の並列状態と直列状態を切り替える構成としてもよい。
例えば、図4のステップS2において、圧縮機10の回転速度と、前記した所定の回転速度閾値とを比較し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より高いときステップS3を実行し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より低いときステップS4を実行するように構成してもよい。
例えば、図4のステップS2において、圧縮機10の回転速度と、前記した所定の回転速度閾値とを比較し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より高いときステップS3を実行し、圧縮機10の回転速度が所定の回転速度閾値より低いときステップS4を実行するように構成してもよい。
また、圧縮機10(図1参照)から吐出される冷媒Rfの流速を計測する図示しない流速計を備え、制御装置50(図1参照)は、冷媒Rfの流速に応じて切替機構の並列状態と直列状態を切り替える構成としてもよい。
例えば、図4のステップS2において、圧縮機10から吐出される冷媒Rfの流速が所定の流速閾値より高いときステップS3を実行し、圧縮機10から吐出される冷媒Rfの流速が所定の流速閾値より低いときステップS4を実行するように構成してもよい。
なお、この場合の流速閾値は、例えば、圧縮機10が、前記した回転速度閾値で運転するときに吐出する冷媒Rfの流速とすればよい。
例えば、図4のステップS2において、圧縮機10から吐出される冷媒Rfの流速が所定の流速閾値より高いときステップS3を実行し、圧縮機10から吐出される冷媒Rfの流速が所定の流速閾値より低いときステップS4を実行するように構成してもよい。
なお、この場合の流速閾値は、例えば、圧縮機10が、前記した回転速度閾値で運転するときに吐出する冷媒Rfの流速とすればよい。
1 冷凍装置
1a 冷媒配管(管路)
10 圧縮機
20 膨張弁
32 蒸発器
32a 第1蒸発器
32b 第2蒸発器
33a 第1蒸発管(分流管)
33b 第2蒸発管(分流管)
34、44、441、442 バイパス管
35a 第3電磁弁(開閉弁、切替機構)
35b 第4電磁弁(開閉弁、切替機構)
36、46、461、462 逆止弁
42 凝縮器
42a 第1凝縮器
42b 第2凝縮器
43a 第1凝縮管(分流管)
43b 第2凝縮管(分流管)
43c 第3凝縮管(分流管)
45a 第1電磁弁(開閉弁、切替機構)
45b 第2電磁弁(開閉弁、切替機構)
45c 第5電磁弁(開閉弁、切替機構)
45d 第6電磁弁(開閉弁、切替機構)
47 三方弁(切替機構)
60 積層プレート式熱交換器
70 シェルアンドチューブ式熱交換器
420 凝縮器(熱交換モジュール)
420a 第1熱交換部
420b 第2熱交換部
421a 第1冷媒経路
421b 第2冷媒経路
1a 冷媒配管(管路)
10 圧縮機
20 膨張弁
32 蒸発器
32a 第1蒸発器
32b 第2蒸発器
33a 第1蒸発管(分流管)
33b 第2蒸発管(分流管)
34、44、441、442 バイパス管
35a 第3電磁弁(開閉弁、切替機構)
35b 第4電磁弁(開閉弁、切替機構)
36、46、461、462 逆止弁
42 凝縮器
42a 第1凝縮器
42b 第2凝縮器
43a 第1凝縮管(分流管)
43b 第2凝縮管(分流管)
43c 第3凝縮管(分流管)
45a 第1電磁弁(開閉弁、切替機構)
45b 第2電磁弁(開閉弁、切替機構)
45c 第5電磁弁(開閉弁、切替機構)
45d 第6電磁弁(開閉弁、切替機構)
47 三方弁(切替機構)
60 積層プレート式熱交換器
70 シェルアンドチューブ式熱交換器
420 凝縮器(熱交換モジュール)
420a 第1熱交換部
420b 第2熱交換部
421a 第1冷媒経路
421b 第2冷媒経路
Claims (8)
- 運転容量が可変の圧縮機と、複数の凝縮器と、膨張弁と、複数の蒸発器と、が冷媒の流れる管路で接続される冷媒回路を備える冷凍装置であって、
前記複数の凝縮器を前記冷媒の流れに対して直列に接続するとともに前記複数の蒸発器を前記冷媒の流れに対して直列に接続する直列状態と、
前記複数の凝縮器を前記冷媒の流れに対して並列に接続するとともに前記複数の蒸発器を前記冷媒の流れに対して並列に接続する並列状態と、を切り替える切替機構を備え、
前記圧縮機の運転容量に応じて前記切替機構の前記直列状態と前記並列状態を切り替えることを特徴とする冷凍装置。 - 前記切替機構は、
前記圧縮機の運転容量が所定値より大きいときは前記並列状態に切り替えられ、
前記圧縮機の運転容量が所定値以下のときは前記直列状態に切り替えられることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記圧縮機は、インバータ回路が発生する交流電流の周波数を制御することによって前記運転容量を制御可能であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷凍装置。
- 前記複数の凝縮器および前記複数の蒸発器のそれぞれが
前記管路が分岐して前記冷媒の流れに対して並列に配管される複数の分流管に1つづつ連結されて並列に配列されるとともに、前記分流管同士を連結するバイパス管を介して前記冷媒の流れの上流から下流に向かう直列に配列される複数の熱交換器で構成され、
前記切替機構は、
前記直列状態のときに前記冷媒が前記バイパス管を流れるように前記分流管を遮断し、前記並列状態のときに前記冷媒が前記分流管を流れるように前記分流管を開通する開閉弁を含んで構成され、
前記切替機構が前記並列状態のときに前記冷媒が前記バイパス管を流れることを防止する逆止弁が備わることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記切替機構は、
前記直列状態のときに前記冷媒が前記バイパス管を流れる状態に切り替わり、前記並列状態のときに前記冷媒が前記バイパス管を流れない状態に切り替わる三方弁を含んで構成され、
前記逆止弁を不要としたことを特徴とする請求項4に記載の冷凍装置。 - 前記複数の熱交換器の少なくとも1つは、積層プレート式熱交換器であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の冷凍装置。
- 前記複数の熱交換器の少なくとも1つは、シェルアンドチューブ式熱交換器であることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の冷凍装置。
- 前記複数の凝縮器になる複数の熱交換部を備える熱交換モジュールと、前記複数の蒸発器になる複数の熱交換部を備える熱交換モジュールと、の少なくとも一方が、前記複数の熱交換器の替わりに備わり、
前記複数の熱交換部は、
前記複数の分流管に1つづつ連結されて並列に配列されるとともに、前記バイパス管を介して前記冷媒の流れの上流から下流に向かう直列に配列されることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の冷凍装置。
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- 2010-04-09 JP JP2010090722A patent/JP2011220616A/ja not_active Withdrawn
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