JP2014153036A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱源装置と負荷装置とを接続している冷媒配管が凝縮器から流出した冷媒によって結露することを抑制する結露抑制優先モード、及び凝縮器から流出した冷媒に過冷却度をつけることを優先する冷凍能力優先モードのいずれかを設定する設定装置と、設定装置において設定された結露抑制優先モード、又は冷凍能力優先モードに応じて、過冷却装置の過冷却量を調整する制御装置と、を有するものである。
【選択図】図1
Description
そこで、特許文献1に記載の技術は、冷凍能力が低下してしまうことを抑制するため、二重管熱交換器などで構成した過冷却熱交換器を放熱器の下流側に設置し、放熱器で凝縮液化した冷媒の温度を小さくして過冷却をつけるようにしている。
すなわち、特許文献1に記載の技術では、過冷却熱交換器で冷媒を冷却することで、その冷却分の過冷却度をとり、室内機(負荷装置)に搭載された蒸発器に流入する冷媒と蒸発器から流出する冷媒とのエンタルピ差を確保して、予め設定された冷凍能力を出すことができるようにしている。
すなわち、特許文献1に記載の技術は、この液冷媒の温度が、外気温度以下となっていると、液冷媒の熱が外気に伝達されて、冷媒の温度が上昇して過冷却度の値が小さくなり、冷凍装置の冷凍能力が低下してしまうという課題があった。
すなわち、特許文献1に記載の技術では、室外機(熱源装置)と室内機(負荷装置)とを接続する高圧液配管の配管表面が結露し、結露が室内などに滴下してしまい、ユーザーの快適性を損ねてしまう可能性がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る冷凍装置500の冷媒回路構成の一例である。
冷凍装置500は、過冷却した液冷媒が流れる配管300に断熱施工をせずに、この配管300に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍能力の低下を抑制することができる改良が加えられたものである。
冷凍装置500は、たとえば冷蔵庫などに該当するものであり、たとえば室内などに設置され、庫内に食品などの貯蔵品を載置する空間を冷却する負荷装置200と、たとえば室外などに設置される熱源装置100と、負荷装置200と熱源装置100とを接続する配管300及び配管400を有している。
なお、本実施の形態1では、冷凍装置500が冷蔵庫である場合を一例に説明するが、たとえばヒートポンプ装置などに採用してもよい。
また、冷凍装置500は、冷媒温度を検出する温度センサー及び圧力センサー(図示省略)などの各種センサーと、配管300を流れる冷媒温度を変化させるのに利用される設定装置91と、上述のセンサーの検出結果及び設定装置91などの出力に基づいて、過冷却装置4及び圧縮機1の回転数などを制御する制御装置90とを有している。
熱源装置100は、圧縮機1、熱交換器2、液溜め3、過冷却装置4、設定装置91及び制御装置90が搭載されているものである。熱源装置100は、配管400及び配管300を介して負荷装置200に接続されている。また、熱源装置100には、熱交換器2に空気を供給し、当該供給した空気と熱交換器2を流れる冷媒との熱交換を促進させる送風機(図示省略)などが搭載される。
配管300は、過冷却装置4の冷媒流出側から膨張装置5の冷媒流入側までを接続する配管である。配管400は、熱交換器6の冷媒流出側から圧縮機1の吸入側までを接続する配管である。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機1は、冷媒吐出側が熱交換器2に接続され、冷媒吸入側が配管400に接続されている。なお、圧縮機1は、たとえばインバーター圧縮機などで構成するとよい。
なお、本実施の形態1では、圧縮機1が一台設置された場合を例に説明したが、それに限定されるものではなく、複数台の圧縮機が直列又は並列に設けられていてもよい。
熱交換器2は、圧縮機1から吐出された冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。熱交換器2は、上流側が圧縮機1の吐出側に接続され、下流側が液溜め3に接続されている。なお、熱交換器2は、たとえば、熱交換器2を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
液溜め3は、冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離するものであり、上流側が熱交換器2に接続され、下流側が過冷却装置4に接続されている。より詳細には、液溜め3は、熱交換器2から流出する気液2相冷媒を、液冷媒とガス冷媒とに分離する。そして、液溜め3は、過冷却装置4に液冷媒を供給し、ガス冷媒については液溜め3内に留まるように構成されている。
過冷却装置4は、液溜め3から供給された冷媒を冷却して配管300に流す機能を有するものであり、冷媒の過冷却度をとって冷凍装置500の冷凍能力を確保するのに利用されるものである。過冷却装置4は、上流側が液溜め3に接続され、下流側が配管300を介して膨張装置5に接続されている。
過冷却装置4は、熱源装置100及び負荷装置200を循環する冷媒の冷却方法については特に限定されるものではないが、たとえば、2重管熱交換器、プレート型熱交換器、空冷式熱交換器、水冷式熱交換器などを採用するとよい。なお、本実施の形態1では、一例として、過冷却装置4がプレート型熱交換器を有している場合を例に説明する。
なお、第2流路については、図1では図示を省略しているが、たとえば、圧縮機、凝縮器、及び膨張装置などに接続されて構成された第2冷凍サイクルに接続されており、この第2冷凍サイクルにおいて蒸発器として機能している。
このように、過冷却装置4は、第2冷凍サイクルの第2流路を流れる冷媒の冷熱が、第1冷凍サイクルの第1流路を流れる冷媒に供給することができるプレート型熱交換器を有するため、第1冷凍サイクルを流れる冷媒に過冷却度をつけることができるようになっている。
すなわち、制御装置90は、たとえば、第2流路を流れる冷媒の温度が、第1流路を流れる冷媒の温度よりも予め設定された温度だけ小さくなるように、第2冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定する。これにより、第2冷凍サイクルの冷媒の冷熱が、第1冷凍サイクルの冷媒に伝達されて第1冷凍サイクルの冷媒が冷却され、その冷却された分だけ、過冷却度を大きくつけることができる。
なお、以下の説明では、冷凍装置500が、このように過冷却度を大きくつける運転モードを、冷凍能力優先モードと称する。
すなわち、過冷却装置4は、たとえば、第2流路を流れる冷媒の温度が、第1流路を流れる冷媒の温度と等しくなるように、第2冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度を設定する。これにより、第1冷凍サイクルの冷媒が過冷却装置4で冷却されることはないので、その分、過冷却度を大きくつけることはない。しかし、第1冷凍サイクルの冷媒が過冷却装置4で冷却されない分だけ、配管300の冷却が抑制されるため、配管300に結露が生じてしまうことを抑制することができる。
なお、以下の説明では、冷凍装置500が、このように過冷却度を大きくつけることはしない運転モードを、結露抑制優先モードと称する。
なお、第1冷凍サイクルの冷媒の温度を上昇させるのにあたり、過冷却装置4のプレート型熱交換器における第1流路の冷媒と第2流路の冷媒との熱交換だけでは足りない場合も考えられる。この場合には、第1流路を流れる冷媒を加熱するヒーターなどを過冷却装置4に設置すればよい。
設定装置91は、冷凍能力優先モードと、結露抑制優先モードとを切り替えるのに利用されるものであり、たとえば、スイッチなどで構成されるものである。設定装置91は、たとえば、ユーザーがスイッチを押圧できるように、室外機である熱源装置100に取り付けられるものである。設定装置91は、制御装置90と電気的に接続されており、設定装置91の出力が制御装置90に出力されるように構成されている。
なお、設定装置91は、スイッチであるものとして説明したが、それに限定されるものではなく、ボタンでもよいし、タッチ式のパネルなどで構成してよい。
また、設定装置91は、熱源装置100に設置される制御基板92上に設置されている場合を例に説明するが、それに限定されるものではなく、負荷装置200に設置してもよいし、或いはリモコンなど別装置に備え付けていてもよい
また、設定装置91及び制御装置90は、制御基板92に設置されている同体であるものとして説明するがそれに限定されるものではなく、別々の基板に設置してもよい。たとえば、設定装置91は負荷装置200に設けられた基板に設置し、制御装置90は熱源装置100に設けられた基板に設置し、設定装置91と制御装置90とを電気的に接続する構成を採用してもよい。
制御装置90は、図示省略の温度センサー、圧力センサーなどの検出結果及び設定装置91の出力などに基づいて、圧縮機1の回転数(運転及び停止含む)、熱交換器2や熱交換器6に付設される図示省略の送風機の回転数(運転及び停止含む)、膨張装置5の開度、及び過冷却装置4などを制御するものである。なお、この制御装置90は、たとえばマイコンなどで構成されるものである。
なお、制御装置90は、設定装置91とともに熱源装置100の制御基板92に搭載されているものとして説明したが、それに限定されるものではなく、たとえば、熱源装置100に搭載されていてもよい。
すなわち、制御装置90は、設定装置91で冷凍能力優先モードが設定されたか、或いは結露抑制優先モードが設定されたか、に応じて過冷却装置4を制御し、過冷却装置4から配管300に供給される冷媒の過冷却度を大きくするか否かを切り替えるものである。
より詳細には、制御装置90は、冷凍能力優先モードが設定装置91において設定されている場合には、過冷却装置4に流れ込む第1冷凍サイクルの冷媒を冷却するように過冷却装置4を制御する。また、制御装置90は、結露抑制優先モードが設定されている場合には、過冷却装置4に流れ込んだ冷媒を冷却しないように過冷却装置4を制御する。
このように、制御装置90は、過冷却装置4を制御して、配管300に流入する冷媒の温度を調整することで、液溜め3から流出して配管300に流れる冷媒の過冷却度の大小を調整することができ、冷凍装置500の冷凍能力の低下を抑制と、配管300の結露の抑制とを両立することができるようになっている。
負荷装置200は、膨張装置5及び熱交換器6が搭載されているものである。負荷装置200は、熱源装置100と配管300及び配管400を介して接続されている。また、負荷装置200には、熱交換器6に空気を供給し、当該供給した空気と熱交換器6を流れる冷媒とを熱交換させて庫内に供給する送風機(図示省略)が搭載される。
膨張装置5は、冷媒を膨張させるためのものであり、上流側が配管300を介して過冷却装置4に接続され、下流側が熱交換器6に接続されている。なお、膨張装置5は、たとえば開度が可変である電子膨張弁、キャピラリーチューブなどで構成するとよい。
熱交換器6は、膨張装置5で減圧された冷媒と、空気との間で熱交換を行わせるものである。なお、熱交換器6は、熱交換器2と同様に、たとえば、熱交換器6を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
図1を参照しながら、同図で示される冷媒回路を流れる冷媒の流れについて説明する。
圧縮機1によって圧縮され吐出された気体の冷媒は、熱交換器2へ流入する。この熱交換器2に流入した気体の冷媒は、熱交換器2に付設された送風機から供給される空気と熱交換がなされて凝縮し、高圧の液冷媒となって熱交換器2から流出する。この熱交換器2から流出した高圧の液冷媒は、液溜め3に流入して液冷媒とガス冷媒とに分離させられる。
結露抑制優先モード時においては、液溜め3から流出した液冷媒が、過冷却装置4に流入しても、冷却されることなく、過冷却装置4から流出する。すなわち、液溜め3から流出した液冷媒は、流出した時点で有している過冷却度のまま、過冷却装置4から流出するということである。
図2は、実施の形態1に係る冷凍装置500の制御フローの一例である。図2を参照して、制御装置90などの動作について説明する。
ユーザーは、設定装置91のスイッチを切り替えることにより、過冷却装置4における過冷却量を調整することができる。すなわち、ユーザーは、ユーザーの使用状況に応じて設定装置91のスイッチを切り替えて、冷凍装置500の冷凍能力を優先する冷凍能力優先モードと、冷凍装置500の液側配管である配管300の結露を抑制することを優先する結露抑制優先モードとを切り替えることができる。この冷凍能力優先モードと結露抑制優先モードとの切り替え時の制御装置90の制御フローは次の通りである。
制御装置90は、冷凍能力優先モードと結露抑制優先モードとの切り替えを行う制御フローを開始する。
制御装置90は、設定装置91においてなされた設定が冷凍能力優先モードであるか、結露抑制優先モードであるかを判定する。
冷凍能力優先モードの設定である場合には、ステップS2に移行する。
結露抑制優先モードの設定である場合には、ステップS3に移行する。
制御装置90は、冷凍能力優先モードを実施するように、過冷却装置4を制御する。
本実施の形態1においては、制御装置90は、過冷却装置4に対して、図示省略の第2冷凍サイクルの圧縮機の回転数及び膨張装置の開度などを制御させるように出力する。これにより、過冷却装置4において、第1流路の第1冷凍サイクルの冷媒が、第2流路の第2冷凍サイクルの冷媒によって冷却されるようにし、過冷却度をつける。
制御装置90は、結露抑制優先モードを実施するように、過冷却装置4を制御する。
本実施の形態1においては、第1流路の第1冷凍サイクルの冷媒の温度と、第2流路の第2冷凍サイクルの冷媒の温度とが等しくなるように、過冷却装置4を制御する。
図3は、実施の形態1に係る冷凍装置500のモリエル線図である。
図3には、冷凍能力優先モードおよび結露抑制優先モードのそれぞれの制御を実施した場合のモリエル線図(圧力p−エンタルピhの相関線図)を示している。
たとえば、冷凍能力優先モードの過冷却度を多くつける制御を実施した場合には、過冷却装置4出口での冷媒温度が低下することで、蒸発器として機能する熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とでのエンタルピ差が大きくなる。
冷凍装置500の冷凍能力は、熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差×冷媒循環量で表される。このため、熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくなるということは冷凍能力の向上につながるということを意味している。
また、せっかく過冷却装置4でとった過冷却が配管300内で小さくなってしまい、冷凍装置500の冷凍能力の向上につながらなくなる可能性がある。
そのため、従来の冷凍装置では、配管300に対応する液配管の結露の抑制と、冷凍能力の低下の抑制との両方を実現するためには、この液配管に断熱材などを巻くなどの措置が必要となっており、サービスマンの作業負担及びユーザーの負担するコストの増大などが生じていた。
すなわち、冷凍装置500は、結露抑制優先モードを実施した場合には、冷凍能力優先モードの場合と比較すると、冷凍能力は小さくなるが、配管300での温度はより外気温度に近い温度、もしくは外気温度以上となるように制御を行うことができ、配管300が結露してしまうことを抑制することができる。
また、冷凍装置500は、冷凍能力優先モードを実施した場合には、結露抑制優先モードの場合と比較すると、配管300の結露抑制の効果は小さくなるが、過冷却装置4で冷媒を冷却して過冷却度を大きくすることができ、冷凍能力が低下することを抑制することができる。
本実施の形態1に係る冷凍装置500は、冷凍能力優先モード及び結露抑制優先モードを実施することができるため、配管300に断熱施工をせずに、配管300に生じる結露を抑制すること、及び、過冷却度が小さくならないようにして冷凍装置500の冷凍能力の低下を抑制することができる。
図4は、実施の形態2に係る冷凍装置501の冷媒回路構成の一例である。なお、実施の形態2では、実施の形態1に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態2に係る冷凍装置501は、実施の形態1の過冷却装置4の代わりに、二重管熱交換器4Aと、二重管熱交換器4Aと圧縮機1とを接続する配管43と、配管43に設けられた膨張装置42とを備えた点で実施の形態1に係る冷凍装置500の構成とは異なっている。
二重管熱交換器4Aは、液溜め3から流れてきた冷媒が流れる第1流路と、膨張装置42から流れてきた冷媒が流れる第2流路とを有し、第1流路と第2流路とが熱交換できるように構成されたものである。
二重管熱交換器4Aの第1流路は、上流側が液溜め3に接続され、下流側が配管300及び配管43に接続されている。二重管熱交換器4Aの第2流路は、上流側が膨張装置42に接続され、下流側が圧縮機1に接続されている。
配管43は、上流側の端部が配管300に接続され、下流側の端部が圧縮機1に接続されている配管である。すなわち、配管43は、二重管熱交換器4Aの第1流路、膨張装置42、及び二重管熱交換器4Aの第2流路を介して圧縮機1に冷媒をインジェクションする配管である。配管43には、上流側から順番に、膨張装置42及び二重管熱交換器4Aの第2流路が接続されている。
なお、圧縮機1は、圧縮機1の吸入側から取り入れたときにおける圧力である低圧から、この低圧よりも高い圧力である高圧へと圧縮する途中の工程となる中間ポートを有しており、配管43の下流側の端部はこの中間ポートに接続されている。
膨張装置42は、冷媒を膨張させるためのものであり、上流側が配管300に接続され、下流側が二重管熱交換器4Aの第2流路に接続されているものである。膨張装置42は、たとえば開度が可変である電子膨張弁などで構成するとよい。
なお、膨張装置42の開度は、制御装置90により制御される。
図4を参照しながら、二重管熱交換器4Aなどを流れる冷媒の流れについて説明する。
液溜め3から流出した高圧の冷媒は、二重管熱交換器4Aの第1流路に流入する。そして、この第1流路に流入した冷媒は、第2流路に流入した冷媒と熱交換を行って冷却され、過冷却をつける。
二重管熱交換器4Aの第1流路から流出した冷媒の残りは、配管43に流入して配管300の流れから分岐し、膨張装置42を通り減圧されて温度が低下する。そして、この温度が低下した冷媒は、二重管熱交換器4Aの第2流路に流入し、第1流路の冷媒と熱交換する。
逆に、膨張装置42の開度を小さくすると、配管300から分岐して配管43に供給される冷媒の流量が小さくなり、冷媒圧力(中間圧圧力)は低くなり冷媒温度も小さくなる。それに伴い、圧縮機1から吐出されるガスの圧力(高圧圧力)も低下する。
図5は、実施の形態2に係る冷凍装置501のモリエル線図である。図5のモリエル線図を参照して膨張装置42の開度に応じた冷媒状態を説明する。
なお、図5の説明では、膨張装置42の開度を(1)小さくした場合、及び(2)この(1)よりも相対的に大きくした場合、について定性的な説明をするものとする。
また、(1)及び(2)のいずれの場合においても、膨張装置5で減圧した後の圧力である「低圧圧力」が同じとした場合について説明する。
なお、(1)の場合が、図5の実線に対応しており、(2)の場合が、図5の点線に対応している。
膨張装置42の開度を(2)の場合よりも小さくすると、図5の実線に示すように、中間圧圧力及び高圧圧力(冷媒凝縮温度=冷媒飽和液温度)は低くなる。
この(1)の場合には、凝縮器として機能する熱交換器2に流入する冷媒及び流出する冷媒の圧力である「高圧圧力」が、(2)の場合よりも相対的に低くなる。このため、熱交換器2での放熱性能が同じである場合には、熱交換器2から流出する冷媒温度(≒冷媒凝縮温度=冷媒飽和液温度となる)は、(2)の場合よりも相対的に低くなる。
すなわち、(2)の場合と比較すると、(1)の場合には、「高圧圧力の低下」及び「二重管熱交換器4Aの第1流路を通過し、膨張装置42に流入する前の冷媒温度の低下(高圧液冷媒の温度の低下)」をしており(P1参照)、膨張装置42で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も低下する(P2参照)。
したがって、(1)の場合には、二重管熱交換器4Aで熱交換された後の液冷媒が、(2)の場合と比較すると、低い温度で流出することとなる。すなわち、膨張装置5には、低い温度の冷媒が流れることになり、蒸発器として機能する熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とでのエンタルピ差が大きくすることができ、冷凍装置501の冷凍能力が向上する。
また、膨張装置42は、圧縮機1の吐出冷媒の温度を下げるインジェクションとしての役割も兼ねている。このため、必要以上に膨張装置42の開度を小さくしすぎると、圧縮機1の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機1が故障にいたる可能性もある。そこで、圧縮機1が故障しない最低限の開度を維持しておく必要があることにも注意する。
膨張装置42の開度を大きくした場合は、(1)とは逆となる。すなわち、(1)と比較して、「高圧圧力の上昇」及び「二重管熱交換器4Aの第1流路を通過し、膨張装置42に流入する前の冷媒温度の上昇」をしており(Q1参照)、膨張装置42で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も上昇している(Q2参照)。
なお、(2)の場合の注意点としては、圧縮機1の中間ポートに流入する冷媒流量が、(1)と比較すると相対的に多くなり、吐出冷媒温度が低くなり、圧縮機1の故障の原因となることである。
冷凍装置501の冷凍能力優先モードを実行することは、図5の実線に示すモリエル線図に近づけることに対応し、冷凍装置501の結露抑制優先モードを実行することは、図5の点線に示すモリエル線図に近づけることに対応している。
図5に基づいて冷凍能力優先モード及び結露抑制優先モードの定性的な説明をしたが、次に、具体的な制御方法について説明する。
図6は、実施の形態2に係る冷凍装置501の冷凍能力優先モードの制御フローの一例である。なお、図6の制御開始(START)は、図2のステップS2から移行する制御である。図6を参照して、冷凍装置501の冷凍能力優先モードの動作について説明する。
制御装置90は、冷凍能力優先モードの制御に移行する。
制御装置90は、圧縮機1の吐出冷媒温度が、予め設定された値(規定値)以下であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、120℃などに設定される。
予め設定された値以下である場合には、ステップT2に移行する。
予め設定された値以下でない場合には、ステップT4に移行する。
制御装置90は、膨張装置42の開度が、予め設定された開度(最低開度)以上であるか否かを判定する。
予め設定された開度以上である場合には、ステップT3に移行する。
予め設定された開度以上でない場合には、ステップT4に移行する。
制御装置90は、膨張装置42の開度を小さくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値(たとえば120℃)以下の場合であって、膨張装置42の開度が最低開度以下の場合には、膨張装置42の開度を小さくすることで、「高圧圧力の低下」及び「二重管熱交換器4Aの第1流路を通過し、膨張装置42に流入する前の冷媒温度の低下(高圧液冷媒の温度の低下)」をさせ、膨張装置42で減圧される「中間圧圧力」の冷媒の温度も低下させる。
これにより、二重管熱交換器4Aで熱交換された後の高圧液冷媒の温度を低下させ、蒸発器として機能する熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくし、冷凍装置501の冷凍能力を向上させることができる。
なお、本ステップT3における膨張装置42の開度は、後述のステップT4における膨張装置42の開度よりも小さい。
制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値以下の場合であって、膨張装置42の開度が最低開度以下の場合には、膨張装置42の後の冷媒流量が小さく、二重管熱交換器4Aにて十分な熱交換ができない。そこで、制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくするということである。
また、圧縮機1の吐出冷媒温度が、規定値(たとえば120℃)以上の場合には、圧縮機1の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機1が故障にいたる可能性もある。そこで、制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくし、圧縮機1にインジェクションする冷媒の流量を大きくすることにより、吐出冷媒温度を低下させている。
ただし、本ステップT4では、たとえば、結露抑制優先モード時よりも、開度が大きくならない範囲で、開度を大きくするとよい。これにより、冷凍能力を向上の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を低下させることができるからである。
制御装置90は、結露抑制優先モードの制御に移行する。
制御装置90は、圧縮機1の吐出冷媒温度が、予め設定された値(規定値)以上であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、70℃などに設定される。
予め設定された値以上である場合には、ステップU2に移行する。
予め設定された値以上でない場合には、ステップU3に移行する。
制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値(たとえば70℃)以上の場合には、膨張装置42の開度を大きくし、「高圧圧力」及び「中間圧圧力」を大きくすることで、「高圧液冷媒」の温度を大きくする。この「高圧液冷媒」が配管300を流れる冷媒であるが、「高圧液冷媒」の温度が大きくなる分、配管300の温度も上昇し、結露が抑制される。
なお、本ステップU2における膨張装置42の開度は、後述のステップU3における膨張装置42の開度よりも大きい。
制御装置90は、膨張装置42の開度を小さくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値以下の場合には、圧縮機1の吐出冷媒温度が低すぎて故障の原因となる。そこで、膨張装置42の開度を小さくし、圧縮機1にインジェクションされる冷媒の流量を小さくし、吐出冷媒温度を上昇させる。
ただし、本ステップU3では、たとえば、冷凍能力優先モード時よりも、開度が小さくならない範囲で、開度を小さくするとよい。これにより、配管300の結露の抑制の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を上昇させることができるからである。
ただし、圧縮機1の吐出冷媒温度が高すぎるというような場合などには、圧縮機1の保護を優先するように膨張装置42の開度を変更してもよい。すなわち、ステップT3の開度、ステップT4の開度、ステップU3の開度、及びステップU2の開度の大小関係よりも、圧縮機1の保護を優先する開度設定としてもよい。
実施の形態2に係る冷凍装置501は、実施の形態1に係る冷凍装置501の有する効果と同様の効果を奏する。
図8は、実施の形態3に係る冷凍装置の制御フローの一例である。なお、実施の形態3では、実施の形態1、2に対する相違点を中心に説明するものとする。
実施の形態3に係る冷凍装置は、結露抑制優先モードにおいて、高圧液冷媒温度、すなわち熱源装置100から負荷装置200へと冷媒を流す配管300の配管温度が外気温度よりも高い場合についても考慮に入れたものである。
そして、制御装置90は、この外気温度センサー及び冷媒温度センサーが接続されており、外気温度センサー及び冷媒温度センサーの検出結果に基づいて膨張装置42の開度を制御する。
以下に、実施の形態3の結露抑制優先モードについて説明する。
制御装置90は、結露抑制優先モードの制御に移行する。
制御装置90は、外気温度センサーの検出温度よりも、冷媒温度センサーの検出温度の方が高いか否かを判定する。
高い場合には、ステップV2に移行する。
高くない場合には、ステップV4に移行する。
制御装置90は、圧縮機1の吐出冷媒温度が、予め設定された値(規定値)以下であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、120℃などに設定される。
予め設定された値以下である場合には、ステップV3に移行する。
予め設定された値以下でない場合には、ステップV6に移行する。
制御装置90は、膨張装置42の開度が、予め設定された開度(最低開度)以上であるか否かを判定する。
予め設定された開度以上である場合には、ステップV5に移行する。
予め設定された開度以上でない場合には、ステップV6に移行する。
制御装置90は、圧縮機1の吐出冷媒温度が、予め設定された値(規定値)以上であるか否かを判定する。なお、予め設定された値は、たとえば、70℃などに設定される。
予め設定された値以上である場合には、ステップV6に移行する。
予め設定された値以上でない場合には、ステップV7に移行する。
制御装置90は、膨張装置42の開度を小さくする。
これにより、二重管熱交換器4Aで熱交換された後の高圧液冷媒の温度を低下させ、蒸発器として機能する熱交換器6の冷媒流入側と冷媒流出側とのエンタルピ差が大きくし、冷凍装置501の冷凍能力を向上させることができる。
ただし、本ステップV5の膨張装置42の開度は、配管300を流れる冷媒温度が、外気温度を下回らないように過冷却度を確保する開度としている。これにより、冷凍能力の向上の効果を得ながらも、結露抑制優先モードの本来的な目的である結露の抑制も維持することができる。
制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が、規定値以上の場合(ステップV2)及び圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値以上の場合(ステップV4)には、圧縮機1の吐出冷媒温度が上昇し圧縮機1が故障にいたる可能性もある。
そこで、制御装置90は、膨張装置42の開度を大きくし、圧縮機1にインジェクションする冷媒の流量を大きくすることにより、吐出冷媒温度を低下させる。
ただし、ステップV1からステップV4を経由して本ステップV6に至った場合には、高圧液冷媒温度が外気温度以下の状態となっている。この場合には、高圧液冷媒温度が外気温度よりも高くなるように、膨張装置42の開度を設定する。これにより、配管300の結露を抑制することができる。
なお、ステップV1からステップV2を経由して本ステップV6に至った場合には、高圧液冷媒温度が、既に外気温度より高い状態であるので、上述のような膨張装置42の開度を設定の制約はなくてもよい。
制御装置90は、膨張装置42の開度を小さくする。
圧縮機1の吐出冷媒温度が規定値以下の場合には、圧縮機1の吐出冷媒温度が低すぎて故障の原因となる。そこで、膨張装置42の開度を小さくし、圧縮機1にインジェクションされる冷媒の流量を小さくし、吐出冷媒温度を上昇させる。
ただし、本ステップV7では、たとえば、冷凍能力優先モード時よりも、開度が小さくならない範囲で、開度を小さくするとよい。これにより、配管300の結露の抑制の効果を得ながらも、吐出冷媒温度を上昇させることができるからである。
また、本ステップV7では、高圧液冷媒温度が外気温度以下の状態となっているにもかかわらず、膨張装置42の開度を小さくしている。すなわち、結露が生じやすい状態であるが、膨張装置42の開度を小さくして高圧液冷媒温度を下げる方向に作用させている。これは、圧縮機1が故障してしまわないようにすることの方が、結露の抑制よりも優先度が高いためである。
たとえば、高圧圧力(凝縮温度)を変化させる手段としては、熱交換器(凝縮器)に付設された送風機の風量を調整して熱交換量を制御することによっても実施することができる。
実施の形態3に係る冷凍装置は、実施の形態1、2に係る冷凍装置500、501の有する効果と同様の効果を奏する。
Claims (7)
- 圧縮機、凝縮器、第1膨張装置、及び蒸発器を冷媒配管で接続した冷凍サイクルを有し、前記圧縮機及び前記凝縮器が搭載される熱源装置と、前記蒸発器が搭載される負荷装置とを備えている冷凍装置において、
前記凝縮器の下流側であって前記第1膨張装置の上流側に接続され、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却する過冷却装置と、
前記熱源装置と前記負荷装置とを接続している前記冷媒配管が前記凝縮器から流出した冷媒によって結露することを抑制する結露抑制優先モード、及び前記凝縮器から流出した冷媒に過冷却度をつけることを優先する冷凍能力優先モードのいずれかを設定する設定装置と、
前記設定装置において設定された前記結露抑制優先モード、又は前記冷凍能力優先モードに応じて、前記過冷却装置の過冷却量を調整する制御装置と、
を有する
ことを特徴とした冷凍装置。 - 一端が前記圧縮機に接続され、他端が前記過冷却装置と前記第1膨張装置との間に接続されているインジェクション配管と、
前記インジェクション配管を流れる冷媒を減圧させる第2膨張装置と、
を有し、
前記過冷却装置は、
上流側が前記凝縮器に接続され、下流側が前記第1膨張装置及び前記インジェクション配管の他端に接続される第1流路と、
前記第2膨張装置の下流側の前記インジェクション配管に接続される第2流路とを有し、
前記第1流路を流れる冷媒と前記第2流路を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器で構成した
ことを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記制御装置は、
前記冷凍能力優先モード時において、
前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される上限値以下であって、前記第2膨張装置の開度が予め設定される下限値以上である場合には、
前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される上限値以上、或いは前記第2膨張装置の開度が予め設定される下限値未満である場合よりも、
前記第2膨張装置の開度を小さくする
ことを特徴とする請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御装置は、
前記結露抑制優先モード時において、
前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される下限値以上である場合には、
前記圧縮機の吐出冷媒温度が予め設定される下限値未満である場合よりも、
前記第2膨張装置の開度を大きくする
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の冷凍装置。 - 前記制御装置は、
前記冷凍能力優先モード時には、前記結露抑制優先モード時よりも前記第2膨張装置の開度を小さくする
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記制御装置は、
前記結露抑制優先モード時において、
前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度が、
前記熱源装置と前記負荷装置とを接続する前記冷媒配管が設置される空間温度より大きい場合には、
前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度が、前記空間温度を下回らない範囲内で前記第2膨張装置の開度を小さくする
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記凝縮器に付設され、前記凝縮器に空気を送風する送風機を有し、
前記制御装置は、
前記送風機の回転数を制御して前記凝縮器における空気と冷媒との熱交換量を調整し、前記過冷却装置から前記負荷装置に供給される冷媒温度を調整する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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