JP2015148406A - Refrigeration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮手段、ガスクーラ、主絞り手段、及び、蒸発器から冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus in which a refrigerant circuit is configured by a compression unit, a gas cooler, a main throttle unit, and an evaporator, and a high pressure side is a supercritical pressure.
従来よりこの種冷凍装置は、圧縮手段、ガスクーラ、絞り手段等から冷凍サイクルが構成され、圧縮手段で圧縮された冷媒がガスクーラにて放熱し、絞り手段にて減圧された後、蒸発器にて冷媒を蒸発させて、このときの冷媒の蒸発により周囲の空気を冷却するものとされていた。近年、この種冷凍装置では、自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷媒サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, this type of refrigeration apparatus has a refrigeration cycle composed of a compression means, a gas cooler, a throttle means, etc., and the refrigerant compressed by the compression means dissipates heat in the gas cooler and is depressurized by the throttle means, and then in an evaporator. The refrigerant was evaporated, and ambient air was cooled by evaporation of the refrigerant at this time. In recent years, chlorofluorocarbon refrigerants cannot be used in this type of refrigeration system due to natural environmental problems. For this reason, the thing using the carbon dioxide which is a natural refrigerant | coolant is developed as a substitute of a fluorocarbon refrigerant | coolant. The carbon dioxide refrigerant is a refrigerant having a high and low pressure difference, and has a low critical pressure. It is known that the high pressure side of the refrigerant cycle is brought into a supercritical state by compression (see, for example, Patent Document 1).
また、給湯機を構成するヒートポンプ装置では、ガスクーラにて優れた加熱作用が得られる二酸化炭素冷媒が使用されるようになってきており、その場合にガスクーラから出た冷媒を２段膨張させ、各膨張装置の間に気液分離器を介設して、圧縮機にガスインジェクションできるようにするものも開発されている（例えば、特許文献２参照）。 Moreover, in the heat pump device constituting the water heater, a carbon dioxide refrigerant capable of obtaining an excellent heating action in the gas cooler has been used. In that case, the refrigerant discharged from the gas cooler is expanded in two stages, There has also been developed an apparatus in which a gas-liquid separator is interposed between expansion devices to enable gas injection into a compressor (see, for example, Patent Document 2).
一方、例えばショーケース等に設置された蒸発器において吸熱作用を利用し、庫内を冷却する冷凍装置では、外気温度（ガスクーラ側の熱源温度）が高い等の原因により、ガスクーラ出口の冷媒温度が高くなる条件下においては、蒸発器入口の比エンタルピが大きくなるため、冷凍能力が著しく低下する問題がある。そのようなときに、冷凍能力を確保するため、圧縮手段の吐出圧力（高圧側圧力）を上昇させると、圧縮動力が増大して成績係数が低下してしまう。 On the other hand, for example, in an refrigeration system that uses an endothermic action in an evaporator installed in a showcase or the like to cool the interior, the refrigerant temperature at the outlet of the gas cooler is high due to factors such as high outside air temperature (heat source temperature on the gas cooler side). Under higher conditions, the specific enthalpy at the inlet of the evaporator increases, which causes a problem that the refrigerating capacity is remarkably reduced. In such a case, if the discharge pressure (high-pressure side pressure) of the compression means is increased in order to ensure the refrigeration capacity, the compression power increases and the coefficient of performance decreases.
そこで、ガスクーラで冷却された冷媒を二つの冷媒流に分流し、分流された一方の冷媒流を補助絞り手段で絞った後、スプリット熱交換器の一方の通路に流して圧縮機の中間圧部に戻し、他方の冷媒流をスプリット熱交換器の他方の流路に流して熱交換させた後、主絞り手段を介して蒸発器に流入させる所謂スプリットサイクルの冷凍装置が提案されている。係る冷凍装置によれば、減圧膨張された第１の冷媒流により第２の冷媒流を冷却でき、蒸発器入口の比エンタルピを小さくすることで、冷凍能力を改善することができるものであった（例えば、特許文献３参照）。 Therefore, the refrigerant cooled by the gas cooler is divided into two refrigerant flows, one of the divided refrigerant flows is squeezed by the auxiliary throttle means, and then flows into one passage of the split heat exchanger, and the intermediate pressure portion of the compressor In other words, a so-called split-cycle refrigeration apparatus is proposed in which the other refrigerant flow is caused to flow through the other flow path of the split heat exchanger to exchange heat, and then flows into the evaporator via the main throttle means. According to such a refrigeration apparatus, the second refrigerant flow can be cooled by the first refrigerant flow expanded under reduced pressure, and the refrigeration capacity can be improved by reducing the specific enthalpy at the inlet of the evaporator. (For example, refer to Patent Document 3).
しかしながら、外気温度が高い環境下で運転を開始した場合、蒸発温度が高い冷媒回路では第１の冷媒流が液化しなくなり、前述のようなスプリットサイクルを構成しても第１の冷媒流による第２の冷媒流の冷却効果が殆ど期待できなくなる。その場合、前述した二段膨張装置を採用し、膨張後に気液分離器で分流した冷媒をスプリット熱交換器の一方の通路に流し、気液分離器内の液冷媒を過冷却して蒸発器に流す構成としても、高外気温時には気液分離器内の圧力と圧縮機の中間圧部の圧力が略同じになってしまうため、スプリット熱交換器において冷媒を過冷却できなくなる。そのため、主絞り手段に液冷媒を送ることができなくなり、冷凍能力が低下するという問題があった。 However, when the operation is started in an environment where the outside air temperature is high, the first refrigerant flow is not liquefied in the refrigerant circuit having a high evaporation temperature, and even if the split cycle as described above is configured, the first refrigerant flow is not liquefied. The cooling effect of the refrigerant flow 2 can hardly be expected. In that case, the above-described two-stage expansion device is adopted, the refrigerant that has been diverted by the gas-liquid separator after the expansion is caused to flow through one passage of the split heat exchanger, the liquid refrigerant in the gas-liquid separator is supercooled, and the evaporator Even in a configuration in which the refrigerant flows in the split heat exchanger, the pressure in the gas-liquid separator and the pressure in the intermediate pressure portion of the compressor become substantially the same at a high outside air temperature, so that the refrigerant cannot be supercooled in the split heat exchanger. Therefore, there is a problem that the liquid refrigerant cannot be sent to the main throttle means, and the refrigerating capacity is lowered.
また、外気温度が変動すると主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動し、主絞り手段の制御と冷凍能力が安定しなくなる。更に、スーパーマーケット等の店舗において、圧縮手段やガスクーラが設置された冷凍機から主絞り手段や蒸発器が設けられた店舗内のショーケースに冷媒を供給する場合、ショーケース側の主絞り手段までの高圧側圧力が高いため、長い冷媒配管（液管）として耐圧の高いものを使用しなければならなくなり、施工コスト的に不利となる。 Further, when the outside air temperature fluctuates, the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means fluctuates greatly, and the control of the main throttle means and the refrigeration capacity become unstable. Furthermore, in a store such as a supermarket, when supplying a refrigerant from a refrigerator equipped with a compression means or a gas cooler to a showcase in a store provided with a main throttle means or an evaporator, the main throttle means on the showcase side Since the high-pressure side pressure is high, it is necessary to use a long refrigerant pipe (liquid pipe) with a high pressure resistance, which is disadvantageous in terms of construction cost.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる場合に、安定した冷凍能力を確保することができる冷凍装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and an object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus capable of ensuring a stable refrigeration capacity when the high pressure side becomes a supercritical pressure. And
本発明は、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、ガスクーラの下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された受液器と、ガスクーラの下流側であって、圧力調整用絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられた熱交換器と、受液器内の冷媒を、補助絞り手段を介して熱交換器の第１の流路に流した後、圧縮手段に戻す補助回路と、ガスクーラから出た冷媒を熱交換器の第２の流路に流し、第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、圧力調整用絞り手段に流入させ、受液器下部から冷媒を流出させて主絞り手段に流入させる主回路と、熱交換器の第１の流路を出た補助回路の冷媒を、圧縮手段の中間圧部に戻すか、圧縮手段の低圧部に戻すかを択一的に切り換える流路切換手段と、これら圧力調整用絞り手段、補助絞り手段、及び、流路切換手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a refrigeration apparatus in which a refrigerant circuit is configured by a compression unit, a gas cooler, a main throttle unit, and an evaporator, and the high pressure side is at a supercritical pressure, and is downstream of the gas cooler and upstream of the main throttle unit. Pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit on the side, a receiver downstream of the pressure adjusting throttle means, connected to the refrigerant circuit upstream of the main throttle means, and downstream of the gas cooler The heat exchanger provided in the refrigerant circuit on the upstream side of the pressure adjusting throttle means and the refrigerant in the liquid receiver flowed to the first flow path of the heat exchanger via the auxiliary throttle means. After that, the auxiliary circuit for returning to the compression means and the refrigerant discharged from the gas cooler are passed through the second flow path of the heat exchanger to exchange heat with the refrigerant flowing through the first flow path, and then flow into the pressure adjusting throttle means. The main flow to let the refrigerant flow out from the lower part of the receiver and into the main throttle means And a flow path switching means for selectively switching whether the refrigerant of the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger is returned to the intermediate pressure portion of the compression means or the low pressure portion of the compression means, These pressure adjusting throttle means, auxiliary throttle means, and control means for controlling the flow path switching means are provided.
請求項２の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、外気温度が低い場合、流路切換手段により、熱交換器の第１の流路を出た補助回路の冷媒を圧縮手段の中間圧部に戻し、外気温度が高い場合は、圧縮手段の低圧部に戻すことを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to the second aspect of the present invention, in the above invention, when the outside air temperature is low, the control means causes the flow path switching means to cause the refrigerant in the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger to be intermediate between the compression means. It returns to a pressure part, and when outside temperature is high, it returns to the low pressure part of a compression means, It is characterized by the above-mentioned.
請求項３の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段により、当該圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を所定の目標値に制御することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a third aspect of the present invention, in each of the above inventions, the control means controls the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjustment throttle means to a predetermined target value by the pressure adjustment throttle means. It is characterized by.
請求項４の発明の冷凍装置は、上記各発明において補助絞り手段は、第１の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、受液器上部から冷媒を流出させ、第１の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、制御手段は、第１の補助回路用絞り手段により、受液器内の冷媒の圧力を所定の目標値に制御することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a fourth aspect of the present invention, in the above inventions, the auxiliary throttle means has a first auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit causes the refrigerant to flow out from the upper part of the liquid receiver, so that the first auxiliary circuit The control means controls the pressure of the refrigerant in the liquid receiver to a predetermined target value by the first auxiliary circuit throttle means.
請求項５の発明の冷凍装置は、上記各発明において補助絞り手段は、第２の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、受液器下部から冷媒を流出させ、第２の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、制御手段は、第２の補助回路用絞り手段により、熱交換器の第１の流路に流す液冷媒量を調整し、第２の流路を流れる冷媒の過冷却度を所定の目標値に制御することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a fifth aspect of the present invention, in each of the above-mentioned inventions, the auxiliary throttle means has a second auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit causes the refrigerant to flow out from the lower part of the liquid receiver, and the second auxiliary circuit. And a control means for adjusting the amount of liquid refrigerant flowing through the first flow path of the heat exchanger by means of the second auxiliary circuit throttling means, and for controlling the second flow path. The degree of supercooling of the flowing refrigerant is controlled to a predetermined target value.
請求項６の発明の冷凍装置は、上記各発明においてガスクーラを空冷する送風機を備え、制御手段は、ガスクーラを出た冷媒の温度が、外気温度に対して決定される所定の目標値となるように送風機の運転を制御することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a refrigeration apparatus comprising a blower that air-cools the gas cooler in each of the above-mentioned inventions, and the control means is such that the temperature of the refrigerant that has exited the gas cooler becomes a predetermined target value determined with respect to the outside air temperature. And controlling the operation of the blower.
請求項７の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。 The refrigeration apparatus of the invention of claim 7 is characterized in that carbon dioxide is used as a refrigerant in each of the above inventions.
本発明によれば、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、ガスクーラの下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された受液器と、ガスクーラの下流側であって、圧力調整用絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられた熱交換器と、受液器内の冷媒を、補助絞り手段を介して熱交換器の第１の流路に流した後、圧縮手段に戻す補助回路と、ガスクーラから出た冷媒を熱交換器の第２の流路に流し、第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、圧力調整用絞り手段に流入させ、受液器下部から冷媒を流出させて主絞り手段に流入させる主回路とを備えているので、補助回路を構成する熱交換器の第１の流路に流れる冷媒を補助絞り手段で膨張させ、主回路を構成する熱交換器の第２の流路を流れる冷媒を過冷却することができるようになる。 According to the present invention, in the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression means, the gas cooler, the main throttle means, and the evaporator, and the high pressure side becomes the supercritical pressure, the downstream side of the gas cooler, the main throttle means A pressure adjusting throttle means connected to the upstream refrigerant circuit, a receiver downstream of the pressure adjusting throttle means upstream of the main throttle means, and a gas cooler The heat exchanger provided in the refrigerant circuit on the downstream side and upstream of the pressure adjusting throttle means and the refrigerant in the liquid receiver are passed to the first flow path of the heat exchanger via the auxiliary throttle means. After the flow, the auxiliary circuit for returning to the compression means, the refrigerant discharged from the gas cooler is caused to flow through the second flow path of the heat exchanger, the heat exchange with the refrigerant flowing through the first flow path, and then the pressure adjusting throttle means Into the main throttle means. And the main circuit, the refrigerant flowing in the first flow path of the heat exchanger constituting the auxiliary circuit is expanded by the auxiliary throttle means, and flows through the second flow path of the heat exchanger constituting the main circuit. The refrigerant can be supercooled.
この第２の流路を流れる冷媒は、圧力調整用絞り手段を経て受液器に入り、受液器下部から流出し、主絞り手段により絞られた後、蒸発器に流入するので、熱交換器における過冷却によって電動膨張弁３３の出口の冷媒の乾き度が小さくなり、電動膨張弁３９に搬送される冷媒の液相割合が高くなるため、冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。
The refrigerant flowing through the second flow path enters the liquid receiver through the pressure adjusting throttle means, flows out from the lower part of the liquid receiver, is throttled by the main throttle means, and then flows into the evaporator. Since the degree of dryness of the refrigerant at the outlet of the
また、圧力調整用絞り手段で膨張されることで液化した冷媒の一部は受液器内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって受液器内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この受液器内下部の液冷媒が主絞り手段に流入することになるので、満液状態で主絞り手段に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。 Also, a part of the refrigerant liquefied by expansion by the pressure adjusting throttle means evaporates in the receiver and becomes a gas refrigerant whose temperature is lowered, and the rest becomes a liquid refrigerant once in the lower part of the receiver. It will be stored. Then, since the liquid refrigerant in the lower part in the liquid receiver flows into the main throttle means, it is possible to allow the refrigerant to flow into the main throttle means in a full liquid state, particularly in refrigeration conditions where the evaporation temperature in the evaporator is high. The refrigeration capacity can be improved.
更に、受液器にて冷媒回路内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される効果もある。 Furthermore, since the liquid receiver also has the effect of absorbing fluctuations in the amount of circulating refrigerant in the refrigerant circuit, it also has the effect of absorbing errors in the refrigerant charge amount.
特に、本発明では熱交換器の第１の流路を出た補助回路の冷媒を、圧縮手段の中間圧部に戻すか、圧縮手段の低圧部に戻すかを択一的に切り換える流路切換手段を設け、制御手段によって、前述した圧力調整用絞り手段、補助絞り手段や、この流路切換手段を制御するようにしたので、例えば、請求項２の発明の如く制御手段が、外気温度が低い場合、流路切換手段により、熱交換器の第１の流路を出た補助回路の冷媒を圧縮手段の中間圧部に戻すことにより、冬場のように外気温度が低く、熱交換器における過冷却によって圧力調整用絞り手段の出口における冷媒の乾き度が小さくなる状況では、補助回路の冷媒を圧縮手段の中間圧部に戻して圧縮手段の低圧部に吸い込まれる冷媒量を減少させ、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮手段における圧縮仕事量を減少させることができる。これにより、圧縮手段における圧縮動力を低下させて成績係数を向上させることが可能となる。 In particular, in the present invention, the flow path switching for selectively switching whether the refrigerant in the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger is returned to the intermediate pressure portion of the compression means or the low pressure portion of the compression means. Since the control means controls the pressure adjusting throttle means, the auxiliary throttle means, and the flow path switching means described above, for example, the control means as in the invention of claim 2 can control the outside air temperature. When the temperature is low, the refrigerant temperature in the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger is returned to the intermediate pressure portion of the compression means by the flow path switching means, so that the outside air temperature is low as in winter and the heat exchanger In a situation where the dryness of the refrigerant at the outlet of the pressure adjusting throttle means decreases due to overcooling, the refrigerant in the auxiliary circuit is returned to the intermediate pressure part of the compression means to reduce the amount of refrigerant sucked into the low pressure part of the compression means, and the low pressure Compressor for compressing to intermediate pressure It is possible to reduce the compression work amount of. As a result, the coefficient of performance can be improved by reducing the compression power in the compression means.
一方、外気温度が高い場合は、制御手段が流路切換手段によって熱交換器の第１の流路を出た補助回路の冷媒を、圧縮手段の低圧部に戻すようにすることで、夏場のように外気温度が高く、熱交換器における熱交換によっても圧力調整用絞り手段の出口における冷媒の乾き度が大きくなり、受液器内の圧力と圧縮手段の中間圧部の圧力差も無くなってくる状況では、補助回路の冷媒を圧縮手段の低圧部に戻して補助回路に冷媒が流れるようにし、熱交換器における主回路の冷媒の過冷却を確保することができるようになる。 On the other hand, when the outside air temperature is high, the control means returns the refrigerant of the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger by the flow path switching means to the low pressure portion of the compression means, so that As described above, the temperature of the outside air is high, and heat exchange in the heat exchanger also increases the dryness of the refrigerant at the outlet of the pressure adjusting throttle means, eliminating the pressure difference between the pressure in the liquid receiver and the intermediate pressure portion of the compression means. In this situation, the refrigerant in the auxiliary circuit is returned to the low-pressure portion of the compression means so that the refrigerant flows through the auxiliary circuit, so that it is possible to ensure overcooling of the refrigerant in the main circuit in the heat exchanger.
これらにより、外気温度にかかわらず熱交換器における主絞り手段に向かう冷媒の過冷却を支障無く実現し、安定した冷凍能力を確保することが可能となる。 Accordingly, it is possible to realize the supercooling of the refrigerant toward the main throttle means in the heat exchanger without any trouble regardless of the outside air temperature, and to secure a stable refrigerating capacity.
また、請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて制御手段が、圧力調整用絞り手段により、当該圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を所定の目標値に制御するので、圧縮手段から冷媒が吐出される高圧側圧力が高くなって圧縮手段の運転効率が低下し、或いは、圧縮手段に損傷を来す不都合を未然に回避することが可能となる。 According to the invention of claim 3, in addition to each of the above inventions, the control means uses the pressure adjusting throttle means to set the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means to a predetermined target value. Since the control is performed, the high pressure side pressure at which the refrigerant is discharged from the compression means is increased, so that the operation efficiency of the compression means is reduced, or the inconvenience of damaging the compression means can be avoided.
また、請求項４の発明によれば、上記各発明に加えて補助絞り手段が、第１の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路が、受液器上部から冷媒を流出させ、第１の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、制御手段が、第１の補助回路用絞り手段により、受液器内の冷媒の圧力を所定の目標値に制御するので、この第１の補助回路用絞り手段によって、高圧側圧力の変動の影響を抑制して、受液器下部から主絞り手段に搬送される冷媒の圧力を制御することができるようになる。 According to the invention of claim 4, in addition to each of the above inventions, the auxiliary throttle means has a first auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit causes the refrigerant to flow out from the upper part of the receiver, and the first The control circuit controls the pressure of the refrigerant in the liquid receiver to a predetermined target value by the first auxiliary circuit throttle means. With this auxiliary circuit throttling means, it is possible to control the pressure of the refrigerant conveyed from the lower part of the receiver to the main throttling means while suppressing the influence of fluctuations in the high pressure side pressure.
また、第１の補助回路用絞り手段によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段に至る配管として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。これにより、施工性や施工コストの改善を図ることが可能となる。 Further, by lowering the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means by the first auxiliary circuit throttle means, it is possible to use a pipe having a low pressure resistance as a pipe leading to the main throttle means. Thereby, it becomes possible to improve workability and construction cost.
特に、受液器上部から第１の補助回路用絞り手段を介して低温のガスを抜くことで、受液器内の圧力が低下する。これにより、受液器内では温度が低下するので、冷媒の凝縮作用が生じ、当該受液器内に液状態の冷媒を効果的に貯めることができるようになる。 In particular, when the low temperature gas is extracted from the upper part of the liquid receiver through the first auxiliary circuit throttle means, the pressure in the liquid receiver decreases. As a result, the temperature is lowered in the liquid receiver, so that the refrigerant condenses, and the liquid refrigerant can be effectively stored in the liquid receiver.
また、請求項５の発明によれば、上記各発明に加えて補助絞り手段が、第２の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路が、受液器下部から冷媒を流出させ、第２の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、制御手段が、第２の補助回路用絞り手段により、熱交換器の第１の流路に流す液冷媒量を調整し、第２の流路を流れる冷媒の過冷却度を所定の目標値に制御するので、第２の補助回路用絞り手段を介して熱交換器の第１の流路に受液器内下部の液冷媒を流し、熱交換器の第２の流路を流れる主回路の冷媒の過冷却を増大させることができる。 According to the invention of claim 5, in addition to the above inventions, the auxiliary throttle means has a second auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit causes the refrigerant to flow out from the lower part of the receiver, and the second A liquid pipe for flowing into the auxiliary circuit throttle means, and the control means adjusts the amount of liquid refrigerant flowing through the first flow path of the heat exchanger by the second auxiliary circuit throttle means, Since the degree of supercooling of the refrigerant flowing in the flow path is controlled to a predetermined target value, the liquid refrigerant in the lower part in the receiver is flowed to the first flow path of the heat exchanger via the second auxiliary circuit throttle means. The supercooling of the refrigerant in the main circuit flowing through the second flow path of the heat exchanger can be increased.
これにより、受液器内下部から主絞り手段に搬送される冷媒の液相割合を高め、より一層効果的に満液状態で主絞り手段に流入させることができるようになり、冷凍能力の向上を図ることが可能となる。 As a result, the liquid phase ratio of the refrigerant conveyed from the lower part in the liquid receiver to the main throttle means can be increased, and the refrigerant can be more effectively made to flow into the main throttle means in a full state, thereby improving the refrigeration capacity. Can be achieved.
更に、請求項６の発明によれば、上記各発明に加えてガスクーラを空冷する送風機を備え、制御手段が、ガスクーラを出た冷媒の温度が、外気温度に対して決定される所定の目標値となるように送風機の運転を制御するので、ガスクーラを空冷する送風機の過剰な運転を抑制しながら、ガスクーラ出口の冷媒の温度を適正な値に維持することが可能となる。一方、高圧側圧力は請求項３の如く圧力調整用絞り手段で制御すれば良く、これらにより圧縮手段の保護を図って安定した運転を維持することができるようになる。
Further, according to the invention of
特に、請求項７の発明の如く冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、上記各発明により冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになるものである。 In particular, when carbon dioxide is used as the refrigerant as in the seventh aspect of the invention, the above inventions can effectively improve the refrigerating capacity and improve the performance.
（１）冷凍装置Ｒの構成
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は本発明を適用する一実施例にかかる冷凍装置Ｒの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Ｒは、スーパーマーケット等の店舗の機械室等に設置された冷凍機ユニット３と、店舗の売り場内に設置された一台若しくは複数台（図面では一台のみ示す）のショーケース４とを備え、これら冷凍機ユニット３とショーケース４とが、ユニット出口６とユニット入口７を介して、冷媒配管（液管）８及び冷媒配管９により連結されて所定の冷媒回路１を構成している。
(1) Configuration of Refrigeration Apparatus R Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration apparatus R according to an embodiment to which the present invention is applied. The refrigeration apparatus R in this embodiment is a show of a refrigerator unit 3 installed in a machine room or the like of a store such as a supermarket, and one or a plurality of units (only one is shown in the drawing) installed in the store sales area. The refrigerator unit 3 and the showcase 4 are connected by a refrigerant pipe (liquid pipe) 8 and a
実施例の冷媒回路１は、高圧側の冷媒圧力がその臨界圧力以上（超臨界）となる二酸化炭素（Ｒ７４４）を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキルグリコール）等、既存のオイルが使用される。 The refrigerant circuit 1 according to the embodiment uses carbon dioxide (R744) whose refrigerant pressure on the high pressure side is equal to or higher than the critical pressure (supercritical) as the refrigerant. This carbon dioxide refrigerant is a natural refrigerant that is friendly to the global environment and takes into consideration flammability and toxicity. As the lubricating oil, existing oils such as mineral oil (mineral oil), alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, and PAG (polyalkyl glycol) are used.
冷凍機ユニット３は、圧縮手段としての圧縮機１１を備える。本実施例において、圧縮機１１は、内部中間圧型２段圧縮式ロータリコンプレッサであり、密閉容器１２と、この密閉容器１２の内部に配置収納された電動要素（駆動要素）１３及びこの電動要素１３の回転軸により駆動される第１の（低段側）回転圧縮要素（第１の圧縮要素）１４及び第２の（高段側）回転圧縮要素（第２の圧縮要素）１６から成る回転圧縮機構部にて構成されている。
The refrigerator unit 3 includes a
圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４は、冷媒配管９を介して冷媒回路１の低圧側から圧縮機１１に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出し、第２の回転圧縮要素１６は、第１の回転圧縮要素１４で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路１の高圧側に吐出する。圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素１３の運転周波数を変更することで、第１の回転圧縮要素１４及び第２の回転圧縮要素１６の回転数を制御可能とする。
The first
圧縮機１１の密閉容器１２の側面には、第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７と、密閉容器１２内に連通する低段側吐出口１８と、第２の回転圧縮要素１６に連通する高段側吸込口１９及び高段側吐出口２１が形成されている。圧縮機１１の低段側吸込口１７には、冷媒導入配管２２の一端が接続され、その他端はユニット入口７にて冷媒配管９に接続されている。この冷媒導入配管２２が接続される低段側吸込口１７が圧縮機１１の低圧部である第１の回転圧縮要素１４の吸込側に連通されている。
On the side surface of the sealed
この低段側吸込口１７より第１の回転圧縮要素１４の吸込側（圧縮機１１の低圧部）に吸い込まれた低圧（ＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程）の冷媒ガスは、当該第１の回転圧縮要素１４により中間圧（ＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程度）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となり、ここが圧縮機１１の中間圧部となる。
The refrigerant gas having a low pressure (LP: about 2.6 MPa in a normal operation state) sucked into the suction side (low pressure portion of the compressor 11) of the first
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスが吐出される圧縮機１１の低段側吐出口１８には、中間圧吐出配管２３の一端が接続され、その他端はインタークーラ２４の入口に接続されている。このインタークーラ２４は、第１の回転圧縮要素１４から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ２４の出口には、中間圧吸入配管２６の一端が接続され、この中間圧吸入配管２６の他端は圧縮機１１の高段側吸込口１９に接続されている。
One end of the intermediate
高段側吸込口１９より第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれた中間圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、当該第２の回転圧縮要素１６により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ：通常運転状態で９ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなる。
The intermediate pressure (MP) refrigerant gas sucked into the second
そして、圧縮機１１の第２の回転圧縮要素１６の高圧室側に連通する高段側吐出口２１には、高圧吐出配管２７の一端が接続され、その他端はガスクーラ（放熱器）２８の入口に接続されている。２０はこの高圧吐出配管２７内に介設された逆止弁であり、ガスクーラ２８方向が順方向とされている。
One end of a high-
ガスクーラ２８は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ２８の近傍には当該ガスクーラ２８を空冷するガスクーラ用送風機３１が配設されている。本実施例では、ガスクーラ２８は上述したインタークーラ２４と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。
The
ガスクーラ２８の出口にはガスクーラ出口配管３２の一端が接続され、このガスクーラ出口配管３２の他端は圧力調整用絞り手段としての電動膨張弁３３の入口に接続されている。この電動膨張弁３３はガスクーラ２８から出た冷媒を絞って膨張させると共に、電動膨張弁３３から上流側の冷媒回路１の高圧側圧力の調整を行うためのもので、その出口は受液器入口配管３４を介して受液器３６の上部に接続されている。
One end of a gas
この受液器３６は内部に所定容積の空間を有する容積体（タンク）であり、その下部には受液器出口配管３７の一端が接続され、この受液器出口配管３７の他端がユニット出口６にて冷媒配管８に接続されている。また、ガスクーラ出口配管３２中には熱交換器２９の第２の流路２９Ｂが介設され、このガスクーラ出口配管３２、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂ、電動膨張弁３３、受液器入口配管３４、受液器３６、受液器出口配管３７が本発明における主回路３８を構成する。
The
一方、店舗内に設置されるショーケース４は、冷媒配管８及び９に接続される。ショーケース４には、主絞り手段としての電動膨張弁３９と蒸発器４１が設けられており、冷媒配管８と冷媒配管９との間に順次接続されて直列回路を構成している（電動膨張弁３９が冷媒配管８側、蒸発器４１が冷媒配管９側）。蒸発器４１には、当該蒸発器４１に送風する図示しない冷気循環用送風機が隣設されている。そして、冷媒配管９は、上述したように冷媒導入配管２２を介して圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７に接続されている。
On the other hand, the showcase 4 installed in the store is connected to the
他方、受液器３６の上部にはガス配管４２の一端が接続されており、このガス配管４２の他端は第１の補助回路用絞り手段としての電動膨張弁４３の入口に接続されている。ガス配管４２は受液器３６上部からガス冷媒を流出させ、電動膨張弁４３に流入させる。この電動膨張弁４３の出口には、戻り配管４４の一端が接続され、この戻り配管４４中に熱交換器２９の第１の流路２９Ａが介設されている。
On the other hand, one end of a
また、受液器出口配管３７には、当該受液器出口配管３７を介して受液器３６下部に連通する液配管４６の一端が接続されており、この液配管４６の他端は電動膨張弁４３の下流側で、且つ、熱交換器２９の第１の流路２９Ａより上流側の戻り配管４４に連通されている。また、この液配管４６中には第２の補助回路用絞り手段としての電動膨張弁４７が介設されている。これら電動膨張弁４３（第１の補助回路用絞り手段）と電動膨張弁４７（第２の補助回路用絞り手段）が本出願における補助絞り手段を構成する。また、液配管４６は受液器３６下部から液冷媒を流出させ、電動膨張弁４７に流入させる。
In addition, one end of a
更に、戻り配管４４の他端は中間圧戻り配管６３と低圧戻り配管６４とに分岐しており、中間圧戻り配管６３は圧縮機１１の中間圧部に繋がる中間圧領域の一例として中間圧吸入配管２６の途中に連通されており、低圧戻り配管６４は圧縮機１１の低圧部に繋がる低圧側領域の一例として冷媒導入配管２２の途中に連通されている。また、中間圧戻り配管６３中には、電磁弁６６（電動弁でも良い）が介設されており、低圧戻り配管６４中にも電磁弁６７（電動弁でも良い）が介設され、これら電磁弁６６、６７が本発明における流路切換手段を構成する。
Further, the other end of the
そして、これら戻り配管４４、中間圧戻り配管６３、低圧戻り配管６４、電磁弁６６、６７、電動膨張弁４３、４７、ガス配管４２、及び、液配管４６が本発明における補助回路４８を構成する。
The
このような構成により、電動膨張弁３３はガスクーラ２８の下流側であって電動膨張弁３９の上流側に位置する。また、受液器３６は電動膨張弁３３の下流側であって電動膨張弁３９の上流側に位置する。更に、熱交換器２９はガスクーラ２８の下流側であって電動膨張弁３３の上流側に位置することになり、以上により本実施例における冷凍装置Ｒの冷媒回路１が構成される。
With such a configuration, the
この冷媒回路１の各所には種々のセンサが取り付けられている。即ち、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂの下流側で電動膨張弁３３の上流側のガスクーラ出口配管３２には高圧センサ４９が取り付けられて冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰ（圧縮機１１の高段側吐出口２１と電動膨張弁３３の入口の間の圧力）を検出する。また、冷媒導入配管２２には低圧センサ５１が取り付けられて冷媒回路１の低圧側圧力ＬＰ（電動膨張弁３９の出口と低段側吸込口１７の間の圧力）を検出する。また、中間圧吸入配管２６には中間圧センサ５２が取り付けられて冷媒回路の１の中間圧領域の圧力である中間圧ＭＰ（密閉容器１２内、インタークーラ２４、中間圧吸入配管２６、高段側吸込口１９の圧力）を検出する。
Various sensors are attached to various portions of the refrigerant circuit 1. That is, a high-
また、ガス配管４２には受液器内圧力センサ５３が取り付けられており、この受液器内圧力センサ５３は受液器３６内の圧力ＴＰを検出する。この受液器３６内の圧力は、即ち、冷凍機ユニット３を出て冷媒配管８を経由し、電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力となる。また、ガスクーラ２８の下流側で熱交換器２９の第２の流路２９Ｂの上流側のガスクーラ出口配管３２にはガスクーラ出口温度センサ５４が取り付けられ、ガスクーラ２８を出て熱交換器２９の第２の流路２９Ｂに流入する冷媒の温度ＩＴを検出する。
In addition, a
また、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂの下流側で電動膨張弁３３の上流側のガスクーラ出口配管３２には電動膨張弁入口温度センサ５６が取り付けられ、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを出た冷媒の温度ＯＴを検出する。更にまた、ガスクーラ２８の空気入口側には、外気温度センサ６１が取り付けられて外気温度ＡＴを検出する。
An electric expansion valve
そして、これらセンサ４９、５１、５２、５３、５４、５６、６１はマイクロコンピュータから構成された冷凍機ユニット３の制御手段を構成する制御装置５７の入力に接続されている。また、制御装置５７の出力には圧縮機１１の電動要素１３、送風機３１、電動膨張弁（圧力調整用絞り手段）３３、電動膨張弁（第１の補助回路用絞り手段）４３、電動膨張弁（第２の補助回路用絞り手段）４７、電磁弁６６、６７、電動膨張弁（主絞り手段）３９が接続され、制御装置５７は各センサの出力と設定データ等に基づいてこれらを制御する。
These
尚、以後はショーケース４側の電動膨張弁（主絞り手段）３９や前述した冷気循環用送風機も制御装置５７が制御するものとして説明するが、それらは実際には店舗の主制御装置（図示せず）を介し、制御装置５７と連携して動作するショーケース４側の制御装置（図示せず）により制御される。従って、本発明における制御手段は制御装置５７やショーケース４側の制御装置、前述した主制御装置等を含めた概念とする。
In the following description, it is assumed that the
（２）冷凍装置Ｒの動作
以上の構成で、次に冷凍装置Ｒの動作を説明する。制御装置５７により圧縮機１１の電動要素１３が駆動されると、第１の回転圧縮要素１４及び第２の回転圧縮要素１６が回転し、低段側吸込口１７より第１の回転圧縮要素１４の吸込側（低圧部）に低圧（前述したＬＰ：通常運転状態で２．６ＭＰａ程）の冷媒ガスが吸い込まれる。そして、第１の回転圧縮要素１４により中間圧（前述したＭＰ：通常運転状態で５．５ＭＰａ程度）に昇圧されて密閉容器１２内に吐出される。これにより、密閉容器１２内は中間圧（ＭＰ）となる（中間圧部）。
(2) Operation of Refrigeration Apparatus R Next, the operation of the refrigeration apparatus R with the above configuration will be described. When the
そして、密閉容器１２内の中間圧の冷媒ガスは低段側吐出口１８から中間圧吐出配管２３を経てインタークーラ２４に入り、そこで空冷された後、中間圧吸入配管２６を経て高段側吸込口１９に戻る。この高段側吸込口１９に戻った中間圧（ＭＰ）の冷媒ガスは、第２の回転圧縮要素１６に吸い込まれ、この第２の回転圧縮要素１６により２段目の圧縮が行われて高温高圧（ＨＰ：前述した通常運転状態で９ＭＰａ程の超臨界圧力）の冷媒ガスとなり、高段側吐出口２１から高圧吐出配管２７に吐出される。
Then, the intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed
（２−１）電動膨張弁３３の制御
高圧吐出配管２７に吐出された冷媒ガスは逆止弁２０を経てガスクーラ２８に流入し、そこで空冷された後、ガスクーラ出口配管３２から流出する。ガスクーラ出口配管３２に入った冷媒ガスは熱交換器２９の第２の流路２９Ｂで後述する如く過冷却された後、電動膨張弁（圧力調整用絞り手段）３３に至る。この電動膨張弁３３は、当該電動膨張弁３３より上流側の冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰを所定の目標値ＴＨＰ（例えば前述した９ＭＰａ等）に制御するために設けられており、高圧センサ４９の出力に基づき、高圧側圧力ＨＰが前記目標値ＴＨＰとなるように制御装置５７によりその弁開度が制御される。
(2-1) Control of the
この目標値ＴＨＰは、電動膨張弁入口温度センサ５６が検出する電動膨張弁３３に流入する冷媒の温度に基づいて決定される。目標値ＴＨＰは、電動膨張弁３３に流入する冷媒の温度に応じた高圧側圧力ＨＰの適正値であり、冷媒の温度が高い程、目標値ＴＨＰは高くなる。
This target value THP is determined based on the temperature of the refrigerant flowing into the
このように電動膨張弁３３により、それより上流側の高圧側圧力ＨＰを目標値ＴＨＰに制御することにより、圧縮機１１から冷媒が吐出される高圧側圧力ＨＰが高くなって圧縮機１１の運転効率が低下し、或いは、圧縮機１１に損傷を来す不都合を未然に回避することが可能となる。
Thus, by controlling the high-pressure side pressure HP upstream from the
ガスクーラ２８から出た超臨界状態の冷媒ガスは、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂにて後述するように第１の流路２９Ａ（補助回路４８）を流れる冷媒により冷却（過冷却）された後、電動膨張弁３３で絞られて膨張することにより液化していき、受液器入口配管３４を経て上部から受液器３６内に流入して一部が蒸発する。この受液器３６は電動膨張弁３３を出た液／ガスの冷媒を一旦貯留し、分離する役割と、電動膨張弁３９の動作による圧力変動や冷媒循環量の変動を吸収する役割を果たす。
The supercritical refrigerant gas emitted from the
この受液器３６内下部に溜まった液冷媒は、受液器出口配管３７から流出し（主回路３８）、冷凍機ユニット３から出て冷媒配管８から電動膨張弁（主絞り手段）３９に流入する。電動膨張弁３９に流入した冷媒はそこで絞られて膨張することで更に液分が増え、蒸発器４１に流入して蒸発する。これによる吸熱作用により冷却効果が発揮される。制御装置５７は蒸発器４１の入口側と出口側の温度を検出する図示しない温度センサの出力に基づき、電動膨張弁３９の弁開度を制御して蒸発器４１における冷媒の過熱度を適正値に調整する。
The liquid refrigerant accumulated in the lower part of the
蒸発器４１から出た低温のガス冷媒は冷媒配管９から冷凍機ユニット３に戻り、冷媒導入配管２２を経て圧縮機１１の第１の回転圧縮要素１４に連通する低段側吸込口１７に吸い込まれる。以上が主回路３８の流れである。
The low-temperature gas refrigerant discharged from the
（２−２）電動膨張弁４３の制御
次に補助回路４８の流れを説明する。前述した如く受液器３６の上部に接続されたガス配管４２には電動膨張弁４３（第１の補助回路用絞り手段）が接続されており、この電動膨張弁４３を介して受液器３６上部からガス冷媒が流出し、熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流される。
(2-2) Control of
受液器３６内上部に溜まるガス冷媒は、受液器３６内での蒸発により温度が低下している。この受液器３６内上部のガス冷媒は、上部に接続された補助回路４８を構成するガス配管４２から流出し、電動膨張弁４３を経て絞られた後、戻り配管４４中の熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流入する。そこで第２の流路２９Ｂを流れる冷媒を冷却（過冷却）した後、戻り配管４４に流出する。
The temperature of the gas refrigerant accumulated in the upper part of the
また、電動膨張弁４３は受液器３６の上部から流出する冷媒を絞る機能の他に、受液器３６内の圧力（電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力）を所定の目標値ＳＰに調整する役割を果たす。そして、制御装置５７は受液器内圧力センサ５３の出力に基づき、電動膨張弁４３の弁開度を制御する。電動膨張弁４３の弁開度が増大すれば、受液器３６内からのガス冷媒の流出量が増大し、受液器３６内の圧力は低下するからである。
In addition to the function of restricting the refrigerant flowing out from the upper part of the
実施例では、この目標値ＳＰは高圧側圧力ＨＰよりも低く、中間圧ＭＰよりも高い、例えば６ＭＰａに設定されている。そして、制御装置５７は受液器内圧力センサ５３が検出する受液器３６内の圧力ＴＩＰ（電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力）と目標値ＳＰの差から、例えば電動膨張弁３９の弁開度の調整値（ステップ数）を算出し、始動時の弁開度に加算して受液器３６内の圧力ＴＩＰ（電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力）を目標値ＳＰに制御する。即ち、受液器３６内の圧力ＴＩＰが目標値ＳＰより上昇した場合には電動膨張弁４３の弁開度を増大させて受液器３６内からガス冷媒をガス配管４２に流出させ、逆に目標値ＳＰより降下した場合には弁開度を縮小させて閉じる方向に制御する。
In the embodiment, the target value SP is set to be lower than the high pressure side pressure HP and higher than the intermediate pressure MP, for example, 6 MPa. Then, the
この電動膨張弁４３により、受液器３６内の冷媒の圧力ＴＩＰを目標値ＳＰに制御することで、高圧側圧力ＨＰの変動の影響を受けることなく、受液器３６下部から電動膨張弁３９に搬送される冷媒の圧力を制御することができる。また、電動膨張弁４３によって電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力を下げることにより、冷媒配管８として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。更に、受液器３６上部から電動膨張弁４３を介して低温のガスを抜くことで、受液器３６内の圧力が低下し、温度が低下するので、冷媒の凝縮作用が生じ、受液器３６内に液状態の冷媒を効果的に貯めることができる。
By controlling the pressure TIP of the refrigerant in the
（２−３）電動膨張弁４７の制御
また、前述した如く受液器３６の下部の受液器出口配管３７に接続された液配管４６には電動膨張弁４７（第２の補助回路用絞り手段）が接続されており、この電動膨張弁４７を介して受液器３６下部から流出した液冷媒の一部が、戻り配管４４でガス配管４２からのガス冷媒に合流して熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流される。
(2-3) Control of the
即ち、受液器３６内下部に溜まる液冷媒は、下部に接続された受液器出口配管３７から分かれて補助回路４８を構成する液配管４６に流れ、電動膨張弁４７を経て絞られた後、熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流入、そこで蒸発する。このときの吸熱作用により、第２の流路２９Ｂを流れる冷媒の過冷却を増大させた後、戻り配管４４に流出する。
That is, the liquid refrigerant accumulated in the lower part of the
このように、電動膨張弁４７は受液器３６の下部から流出する液冷媒を絞って熱交換器２９の第１の流路２９Ａで蒸発させ、第２の流路２９Ｂに流れる主回路３８の冷媒を過冷却するものであるが、制御装置５７は電動膨張弁４７の弁開度を制御することにより、熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流す液冷媒の量を調整する。
Thus, the
熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒の過冷却の量が増大すれば、電動膨張弁３３の出口の冷媒の乾き度が小さくなり、電動膨張弁３９に搬送される冷媒の液相割合が高くなるため、電動膨張弁３９には満液状態の冷媒が流入するようになり、それにより、冷凍能力が増大する。
If the amount of supercooling of the refrigerant flowing through the second flow path 29B of the
この場合、制御装置５７はガスクーラ出口温度センサ５４が検出する冷媒の温度（熱交換器２９の第２の流路２９Ｂに流入する冷媒の温度）と、電動膨張弁入口温度センサ５６が検出する冷媒の温度（熱交換器２９の第２の流路２９Ｂから流出した冷媒の温度）に基づいて熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒の過冷却度（第２の流路２９Ｂに流入する冷媒の温度と第２の流路２９Ｂから流出した冷媒の温度との差）が、所定の目標値となるように電動膨張弁４７の弁開度を制御することにより、熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流す液冷媒の量を調整する。
In this case, the
これにより、電動膨張弁４７を介して熱交換器２９の第１の流路２９Ａに受液器３６内下部の液冷媒を流し、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒の過冷却を増大させ、受液器３６内下部から電動膨張弁３９に搬送される冷媒の液相割合を高めて、より一層効果的に満液状態で電動膨張弁３９に冷媒を流入させることができるようになり、冷凍能力の向上を図る。
As a result, the liquid refrigerant in the lower part of the
また、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂの冷媒の過冷却度を目標値に制御することにより、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂの冷媒の過冷却を確保し、冷凍能力を安定して維持する。
Further, by controlling the degree of supercooling of the refrigerant in the second flow path 29B of the
（２−４）電磁弁６６、６７の制御
次に、制御装置５７による電磁弁６６及び電磁弁６７の制御について図２、図３のＰ−ｈ線図を参照しながら説明する。前述した如く受液器３６内上部のガス冷媒は補助回路４８の電動膨張弁４３を経て熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流され、受液器３６内下部から出た液冷媒の一部が電動膨張弁４７を経て戻り配管４４に入り、電動膨張弁４３からの冷媒と合流して熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れる。そして、この第１の流路２９Ａで蒸発し、第２の流路２９Ｂを流れる主回路３８の冷媒を過冷却した後、冷媒は中間圧戻り配管６３と低圧戻り配管６４との分岐点に至る。
(2-4) Control of
実施例の場合、制御装置５７は電磁弁６６及び電磁弁６７を択一的に開くことにより、この補助回路４８を流れる冷媒を圧縮機１１の中間圧部に戻すか、低圧部に戻すかを切り換える。即ち、制御装置５７は電磁弁６６と６７の何れか一方が開いているときは他方を必ず閉じる。また、制御装置５７は電動膨張弁３３の出口における冷媒の乾き度の状態によって、電磁弁６６を開くか、電磁弁６７を開くかを決定するが、この乾き度の判断は外気温度センサ６１が検出する外気温度ＡＴによって判断する。
In the case of the embodiment, the
（２−４−１）補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の中間圧部に戻す状態
実施例では、制御装置４８は外気温度センサ６１が検出する外気温度ＡＴが所定の温度（例えば、＋３０℃等）より低い値であるとき（外気温度ＡＴが低い場合）、電磁弁６７を閉じ、電磁弁６６を開いて、熱交換器２９の第１の流路２９Ａを経た補助回路４８の冷媒を中間圧吸入配管２６から圧縮機１１の中間圧部に戻す。
(2-4-1) State in which the refrigerant of the
図２は係る外気温度ＡＴが低い環境下での冷凍装置ＲのＰ−ｈ線図を示している。図中ＭＰは圧縮機１１の中間圧部の圧力である中間圧、ＴＩＰは前述した受液器３６内の圧力である。また、矢印Ｘ１が熱交換器２９の第２の流路２９Ｂにおける主回路３８の冷媒の過冷却効果を示し、矢印Ｘ２及びＸ３は電動膨張弁４３を経て熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れるガス冷媒及び電磁弁４７を経て流れる液冷媒の冷凍効果をそれぞれ示している。
FIG. 2 shows a Ph diagram of the refrigeration apparatus R in an environment where the outside air temperature AT is low. In the figure, MP is an intermediate pressure which is the pressure of the intermediate pressure portion of the
例えば、冬場のように外気温度ＡＴが比較的低い環境下では、熱交換器２９で主回路３８の冷媒が過冷却されることによって電動膨張弁３３の出口における冷媒の乾き度が小さくなる。また、中間圧ＭＰも比較的低く、受液器３６内の圧力ＴＩＰとの差（ＭＰ＜ＴＩＰ）生じるため、受液器３６内から圧縮機１１の中間圧部に冷媒を流すことができる。
For example, in an environment where the outside air temperature AT is relatively low, such as in winter, the refrigerant in the
そこで、このような場合には制御装置５７は前述した如く電磁弁６６を開き、熱交換器２９の第１の流路２９Ａを経た補助回路４８の冷媒を中間圧吸入配管２６から圧縮機１１の中間圧部に戻す。補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の中間圧部に戻せば、圧縮機１１の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少するので、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮機１１における圧縮仕事量が減少する。これにより、圧縮機１１における圧縮動力を低下させて成績係数を向上させることが可能となる。
Therefore, in such a case, the
尚、この場合受液器３６内の圧力ＴＩＰは中間圧ＭＰ以上で高圧側圧力ＨＰより低い範囲で制御することが可能となる。
In this case, the pressure TIP in the
（２−４−２）補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の低圧部に戻す状態
一方、外気温度センサ６１が検出する外気温度ＡＴが前記所定の温度（＋３０℃等）以上の高い値であるとき（外気温度ＡＴが高い場合）、制御装置５７は電磁弁６６を閉じ、電磁弁６７を開いて、熱交換器２９の第１の流路２９Ａを経た補助回路４８の冷媒を冷媒導入配管２２から圧縮機１１の低圧部に戻す。
(2-4-2) State in which the refrigerant of the
図３は係る外気温度ＡＴが高い環境下での冷凍装置ＲのＰ−ｈ線図を示している。同様に図中ＭＰはこの場合の圧縮機１１の中間圧部の圧力である中間圧、ＴＩＰはこの場合の受液器３６内の圧力である。また、矢印Ｘ１が熱交換器２９の第２の流路２９Ｂにおける主回路３８の冷媒の過冷却効果を示し、矢印Ｘ２及びＸ３がこの場合の電動膨張弁４３を経て熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れるガス冷媒及び電磁弁４７を経て流れる液冷媒の冷凍効果をそれぞれ示す。
FIG. 3 shows a Ph diagram of the refrigeration apparatus R in an environment where the outside air temperature AT is high. Similarly, in the figure, MP is an intermediate pressure that is the pressure of the intermediate pressure portion of the
例えば、夏場のように外気温度ＡＴが高い環境下では、熱交換器２９における主回路３８の冷媒の過冷却によっても電動膨張弁３３の出口における冷媒の乾き度が大きくなる。また、中間圧ＭＰも高くなり、受液器３６内の圧力ＴＩＰとの差も無くなって略同じ値になるため、受液器３６内から圧縮機１１の中間圧部に冷媒を流せなくなる。
For example, in an environment where the outside air temperature AT is high, such as in summer, the dryness of the refrigerant at the outlet of the
そこで、このような場合には制御装置５７は前述した如く電磁弁６７を開き、熱交換器２９の第１の流路２９Ａを経た補助回路４８の冷媒を冷媒導入配管２２から圧縮機１１の低圧部に戻す。即ち、受液器３６内の圧力ＴＩＰと中間圧ＭＰとの差が無くなる状況では、補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の低圧部に戻して補助回路４８に冷媒が流れるようにし、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂにおける主回路３８の冷媒の過冷却を確保する。
Therefore, in such a case, the
尚、この場合受液器３６内の圧力ＴＩＰは低圧ＬＰより高く、高圧側圧力ＨＰより低い範囲で制御することが可能となる。
In this case, the pressure TIP in the
このようにして本発明では、制御装置５７は外気温度ＡＴにかかわらず熱交換器２９における電動膨張弁３９に向かう冷媒の過冷却を支障無く実現し、安定した冷凍能力を確保する。
In this way, in the present invention, the
（２−５）ガスクーラ用送風機３１の制御
次に、制御装置５７によるガスクーラ用送風機３１の制御について説明する。実施例の制御装置５７は、ガスクーラ出口温度センサ５４が検出する冷媒の温度（ガスクーラ２８を出た冷媒の温度）に基づき、この冷媒の温度が所定の目標値となるようにガスクーラ用送風機３１の回転数を制御する。その場合、制御装置５７は外気温度センサ６１が検出する外気温度ＡＴに基づき、ガスクーラ２８を出た冷媒の温度の目標値を設定する。この目標値は、外気温度毎に予め決定された冷媒（ガスクーラ２８を出た冷媒）の温度の適正値である。
(2-5) Control of
このように、制御装置５７が、ガスクーラ２８を出た冷媒の温度が、外気温度ＡＴに対して決定される所定の目標値となるようにガスクーラ用送風機３１の運転（回転数）を制御することにより、ガスクーラ２８を空冷するガスクーラ用送風機３１の過剰な運転を抑制しながら、ガスクーラ２８の出口の冷媒の温度を適正な値に維持することができるようになる。
In this way, the
一方で制御装置５７は、前述した如く受液器３６の上流側の電動膨張弁３３で高圧側圧力ＨＰを目標値に制御するので、これら電動膨張弁３３による高圧側圧力ＨＰの制御とガスクーラ用送風機３１による冷媒温度（ガスクーラ２８を出た冷媒の温度）の制御によって圧縮機１１の保護を図り、安定した運転を維持する。
On the other hand, the
以上詳述したように本発明では、圧縮機１１と、ガスクーラ２８と、電動膨張弁３９と、蒸発器４１とから冷媒回路１が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置Ｒにおいて、ガスクーラ２８の下流側であって、電動膨張弁３９の上流側の冷媒回路１に接続された電動膨張弁３３と、この電動膨張弁３３の下流側であって電動膨張弁３９の上流側の冷媒回路１に接続された受液器３６と、ガスクーラ２８の下流側であって電動膨張弁３３の上流側の冷媒回路１に設けられた熱交換器２９と、受液器３６内の冷媒を、電動膨張弁４３や４７を介して熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流した後、圧縮機１１に戻す補助回路４８と、ガスクーラ２８から出た冷媒を熱交換器２９の第２の流路２９Ｂに流し、第１の流路２９Ａを流れる冷媒と熱交換させた後、電動膨張弁３３に流入させ、受液器３６下部から冷媒を流出させて電動膨張弁３９に流入させる主回路３８とを備えているので、補助回路４８を構成する熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流れる冷媒を電動膨張弁４３や４７で膨張させ、主回路３８を構成する熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる冷媒を過冷却することができるようになる。
As described in detail above, in the present invention, in the refrigerating apparatus R in which the refrigerant circuit 1 is configured by the
この第２の流路２９Ｂを流れる冷媒は、電動膨張弁３３を経て受液器３６に入り、受液器３６下部から流出し、電動膨張弁３９により絞られた後、蒸発器４１に流入するので、熱交換器２９における過冷却によって蒸発器４１の入口の比エンタルピを小さくし、冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。
The refrigerant flowing through the second flow path 29B enters the
また、電動膨張弁３３で膨張されることで液化した冷媒の一部は受液器３６内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となって受液器３６内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、この受液器３６内下部の液冷媒が電動膨張弁３９に流入することになるので、満液状態で電動膨張弁３９に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器４１における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。更に、受液器３６にて冷媒回路１内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される。
In addition, a part of the refrigerant liquefied by being expanded by the
特に、熱交換器２９の第１の流路２９Ａを出た補助回路４８の冷媒を、圧縮機１１の中間圧部に戻すか、圧縮機１１の低圧部に戻すかを択一的に切り換える電磁弁６６、６７を設け、制御装置５７によって、前述した電動膨張弁３３、電動膨張弁４３、４７や、この電磁弁６６、６７を制御するようにし、制御装置５７が、外気温度ＡＴが低い場合、電磁弁６７を閉じ、電磁弁６６を開いて熱交換器２９の第１の流路２９Ａを出た補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の中間圧部に戻すので、冬場のように外気温度ＡＴが低く、熱交換器２９における過冷却によって電動膨張弁３３の出口における冷媒の乾き度が小さくなる状況では、補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の中間圧部に戻して圧縮機１１の低圧部に吸い込まれる冷媒量を減少させ、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮機１１における圧縮仕事量を減少させることができる。これにより、圧縮機１１における圧縮動力を低下させて成績係数を向上させることが可能となる。
In particular, an electromagnetic that selectively switches whether the refrigerant in the
一方、外気温度ＡＴが高い場合は、制御装置５７が電磁弁６６を閉じ、電磁弁６７を開いて熱交換器２９の第１の流路２９Ａを出た補助回路４８の冷媒を、圧縮機１１の低圧部に戻すようにしたので、夏場のように外気温度ＡＴが高く、熱交換器２９における熱交換によっても電動膨張弁３３の出口における冷媒の乾き度が大きくなり、受液器３６内の圧力と圧縮機１１の中間圧部の圧力差も無くなってくる状況では、補助回路４８の冷媒を圧縮機１１の低圧部に戻して補助回路４８に冷媒が流れるようにし、熱交換器２９における主回路３８の冷媒の過冷却を確保することができるようになる。
On the other hand, when the outside air temperature AT is high, the
これらにより、外気温度にかかわらず熱交換器２９における電動膨張弁３９に向かう冷媒の過冷却を支障無く実現し、安定した冷凍能力を確保することが可能となる。
As a result, the refrigerant can be supercooled toward the
また、制御装置５７は電動膨張弁３３により、当該電動膨張弁３３より上流側の冷媒回路１の高圧側圧力ＨＰを所定の目標値に制御するので、圧縮機１１から冷媒が吐出される高圧側圧力ＨＰが高くなって圧縮機１１の運転効率が低下し、或いは、圧縮機１１に損傷を来す不都合を未然に回避することが可能となる。
Further, the
また、補助回路４８は受液器３６上部から冷媒を流出させ、電動膨張弁４３に流入させるガス配管４２を有し、制御装置５７は電動膨張弁４３により、受液器３６内の冷媒の圧力を所定の目標値に制御するので、この電動膨張弁４３によって、高圧側圧力ＨＰの変動の影響を抑制して、受液器３６下部から電動膨張弁３９に搬送される冷媒の圧力を制御することができるようになる。
Further, the
また、電動膨張弁４３によって電動膨張弁３９に流入する冷媒の圧力を下げることにより、電動膨張弁３９に至る冷媒配管８として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。これにより、施工性や施工コストの改善を図ることが可能となる。
Further, by lowering the pressure of the refrigerant flowing into the
特に、受液器３６の上部から電動膨張弁４３を介して低温のガスを抜くことで、受液器３６内の圧力が低下する。これにより、受液器３６内では温度が低下するので、冷媒の凝縮作用が生じ、当該受液器３６内に液状態の冷媒を効果的に貯めることができるようになる。
In particular, when the low-temperature gas is extracted from the upper part of the
また、補助回路４８は受液器３６の下部から冷媒を流出させ、電動膨張弁４７に流入させる液配管４６を有し、制御装置５７は電動膨張弁４７により、熱交換器２９の第１の流路２９Ａに流す液冷媒量を調整し、第２の流路２９Ｂを流れる冷媒の過冷却度を所定の目標値に制御するので、電動膨張弁４７を介して熱交換器２９の第１の流路２９Ａに受液器３６内下部の液冷媒を流し、熱交換器２９の第２の流路２９Ｂを流れる主回路３８の冷媒の過冷却を増大させることができる。
Further, the
これにより、受液器３６内下部から電動膨張弁３９に搬送される冷媒の液相割合を高め、より一層効果的に満液状態で主絞り手段に流入させることができるようになり、冷凍能力の向上を図ることが可能となる。
As a result, the liquid phase ratio of the refrigerant conveyed from the lower part in the
更に、制御装置５７はガスクーラ２８を出た冷媒の温度が、外気温度ＡＴに対して決定される所定の目標値となるようにガスクーラ用送風機３１の運転を制御するので、ガスクーラ２８を空冷するガスクーラ用送風機３１の過剰な運転を抑制しながら、ガスクーラ２８出口の冷媒の温度を適正な値に維持することが可能となる。一方、高圧側圧力ＨＰは電動膨張弁３３で制御されるので、これらにより圧縮機１１の保護を図って安定した運転を維持することができるようになる。特に、実施例のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、本発明によれば冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになる。
Further, the
Ｒ 冷凍装置
１ 冷媒回路
３ 冷凍機ユニット
４ ショーケース
８、９ 冷媒配管
１１ 圧縮機
２２ 冷媒導入配管
２６ 中間圧吸入配管
２８ ガスクーラ
２９ 熱交換器
２９Ａ 第１の流路
２９Ｂ 第２の流路
３２ ガスクーラ出口配管
３３ 電動膨張弁（圧力調整用絞り手段）
３６ 受液器
３７ ガスクーラ出口配管
３８ 主回路
３９ 電動膨張弁（主絞り手段）
４１ 蒸発器
４２ ガス配管
４３ 電動膨張弁（第１の補助回路用絞り手段）
４４ 中間圧戻り配管
４６ 液配管
４７ 電動膨張弁（第２の補助回路用絞り手段）
４８ 補助回路
６３ 中間圧戻り配管
６４ 低圧戻り配管
６６、６７ 電磁弁（流路切換手段）
５７ 制御装置（制御手段）
R Refrigeration apparatus 1 Refrigerant circuit 3 Refrigerator unit 4
36
41
44 Intermediate
48
57 Control device (control means)
Claims (7)
前記ガスクーラの下流側であって、前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、
該圧力調整用絞り手段の下流側であって、前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された受液器と、
前記ガスクーラの下流側であって、前記圧力調整用絞り手段の上流側の前記冷媒回路に設けられた熱交換器と、
前記受液器内の冷媒を、補助絞り手段を介して前記熱交換器の第１の流路に流した後、前記圧縮手段に戻す補助回路と、
前記ガスクーラから出た冷媒を前記熱交換器の第２の流路に流し、前記第１の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、前記圧力調整用絞り手段に流入させ、前記受液器下部から冷媒を流出させて前記主絞り手段に流入させる主回路と、
前記熱交換器の第１の流路を出た前記補助回路の冷媒を、前記圧縮手段の中間圧部に戻すか、該圧縮手段の低圧部に戻すかを択一的に切り換える流路切換手段と、
前記圧力調整用絞り手段、前記補助絞り手段、及び、前記流路切換手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷凍装置。 In the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression means, the gas cooler, the main throttle means, and the evaporator, and the high pressure side is the supercritical pressure,
A pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit downstream of the gas cooler and upstream of the main throttle means;
A liquid receiver connected to the refrigerant circuit downstream of the pressure adjusting throttle means and upstream of the main throttle means;
A heat exchanger provided in the refrigerant circuit downstream of the gas cooler and upstream of the pressure adjusting throttle means;
An auxiliary circuit for returning the refrigerant in the liquid receiver to the compression means after flowing through the first flow path of the heat exchanger via auxiliary throttle means;
The refrigerant that has flowed out of the gas cooler flows through the second flow path of the heat exchanger, exchanges heat with the refrigerant that flows through the first flow path, and then flows into the pressure adjusting throttle means, and the liquid receiver A main circuit for causing the refrigerant to flow out from the lower part and into the main throttle means;
Flow path switching means for selectively switching whether the refrigerant of the auxiliary circuit that has exited the first flow path of the heat exchanger is returned to the intermediate pressure part of the compression means or to the low pressure part of the compression means When,
Control means for controlling the pressure adjusting throttle means, the auxiliary throttle means, and the flow path switching means;
A refrigeration apparatus comprising:
前記補助回路は、前記受液器上部から冷媒を流出させ、前記第１の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、
前記制御手段は、前記第１の補助回路用絞り手段により、前記受液器内の冷媒の圧力を所定の目標値に制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の冷凍装置。 The auxiliary throttle means has a first auxiliary circuit throttle means,
The auxiliary circuit has a gas pipe that causes the refrigerant to flow out from the upper part of the receiver and to flow into the first auxiliary circuit throttle means,
4. The control device according to claim 1, wherein the control means controls the pressure of the refrigerant in the liquid receiver to a predetermined target value by the first auxiliary circuit throttle means. The refrigeration apparatus described in 1.
前記補助回路は、前記受液器下部から冷媒を流出させ、前記第２の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、
前記制御手段は、前記第２の補助回路用絞り手段により、前記熱交換器の第１の流路に流す液冷媒量を調整し、前記第２の流路を流れる冷媒の過冷却度を所定の目標値に制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の冷凍装置。 The auxiliary throttle means has second auxiliary circuit throttle means,
The auxiliary circuit has a liquid pipe that causes the refrigerant to flow out from the lower part of the receiver and to flow into the second auxiliary circuit throttle means,
The control means adjusts the amount of liquid refrigerant flowing through the first flow path of the heat exchanger by the second auxiliary circuit throttle means, and sets the degree of supercooling of the refrigerant flowing through the second flow path to a predetermined level. The refrigeration apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the refrigeration apparatus is controlled to a target value.
前記制御手段は、前記ガスクーラを出た冷媒の温度が、外気温度に対して決定される所定の目標値となるように前記送風機の運転を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の冷凍装置。 A blower for air-cooling the gas cooler;
The said control means controls the operation | movement of the said air blower so that the temperature of the refrigerant | coolant which came out of the said gas cooler may become the predetermined target value determined with respect to external temperature. The refrigeration apparatus according to any one of the above.
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