JP2021032512A - 熱源ユニット及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
Description
〈冷凍装置の構成〉
図1は、本実施形態に係る熱源ユニット(10)を備える冷凍装置(1)の配管系統図である。冷凍装置(1)は、冷却対象の冷却と、室内の空調とを同時に行う。ここでいう冷却対象は、冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの設備内の空気を含む。以下では、このような設備を冷設と称する。
熱源ユニット(10)は、屋外に設置される。熱源ユニット(10)は、室外ファン(12)と、室外回路(11)とを有する。室外回路(11)は、圧縮システム(C)、流路切換機構(30)、室外熱交換器(13)、室外膨張弁(14)、レシーバ(15)、冷却熱交換器(16)、及び、中間冷却器(17)を有する。
圧縮システム(C)は、冷媒を圧縮する。圧縮システム(C)は、高段圧縮機(21)、第1低段圧縮機(22)及び第2低段圧縮機(23)を有する。すなわち、圧縮システム(C)は二段圧縮システムを構成し、高段圧縮機(21)は高段圧縮要素を構成し、第1低段圧縮機(22)及び第2低段圧縮機(23)は低段圧縮要素を構成する。
流路切換機構(30)は、冷媒の流路を切り換える。流路切換機構(30)は、第1配管(31)、第2配管(32)、第3配管(33)、第4配管(34)、第1三方弁(TV1)及び第2三方弁(TV2)を有する。第1配管(31)の流入端と、第2配管(32)の流入端とは、高段吐出管(21b)に接続する。第1配管(31)及び第2配管(32)は、圧縮システム(C)の吐出圧が作用する配管である。第3配管(33)の流出端と、第4配管(34)の流出端とは、第2低段圧縮機(23)の第2低段吸入管(23a)に接続する。第3配管(33)及び第4配管(34)は、圧縮システム(C)の吸入圧が作用する配管である。
室外熱交換器(13)は、熱源熱交換器を構成している。室外熱交換器(13)は、例えば、フィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。室外ファン(12)は、室外熱交換器(13)の近傍に配置される。室外ファン(12)は、室外空気を搬送する。室外熱交換器(13)は、その内部を流れる冷媒と、室外ファン(12)が搬送する室外空気とを熱交換させる。
室外流路(O)は、室外第1管(o1)、室外第2管(o2)、室外第3管(o3)、室外第4管(o4)、室外第5管(o5)、室外第6管(o6)及び室外第7管(o7)を含む。室外第1管(o1)の一端は、室外熱交換器(13)の液端に接続される。室外第1管(o1)の他端には、室外第2管(o2)の一端、及び、室外第3管(o3)の一端がそれぞれ接続される。室外第2管(o2)の他端は、レシーバ(15)の頂部に接続される。室外第4管(o4)の一端は、レシーバ(15)の底部に接続される。室外第4管(o4)の他端には、室外第5管(o5)の一端、及び、室外第3管(o3)の他端がそれぞれ接続される。室外第5管(o5)の他端は、第2液側閉鎖弁(94)を介して第2液連絡配管(4)に接続する。室外第6管(o6)の一端は、室外第5管(o5)の途中に接続する。室外第6管(o6)の他端は、第1液側閉鎖弁(92)を介して第1液連絡配管(2)に接続する。室外第7管(o7)の一端は、室外第6管(o6)の途中に接続する。室外第7管(o7)の他端は、室外第2管(o2)の途中に接続する。
室外膨張弁(14)は、室外第1管(o1)に接続される。室外膨張弁(14)は、冷媒を減圧する減圧機構である。室外膨張弁(14)は、例えば、開度が可変な電子膨張弁である。
レシーバ(15)は、冷媒を貯留する容器を構成している。レシーバ(15)では、冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。レシーバ(15)の頂部には、室外第2管(o2)の他端と、ガス抜き管(37)の一端とが接続される。ガス抜き管(37)の他端は、インジェクション管(38)の途中に接続される。ガス抜き管(37)には、ガス抜き弁(39)が接続される。ガス抜き弁(39)は、例えば、開度が可変な電子膨張弁である。
冷却熱交換器(16)は、レシーバ(15)で分離された冷媒(主として液冷媒)を冷却する。冷却熱交換器(16)は、第1冷媒流路(16a)と、第2冷媒流路(16b)とを有する。第1冷媒流路(16a)は、室外第4管(o4)の途中に接続される。第2冷媒流路(16b)は、インジェクション管(38)の途中に接続される。
中間冷却器(17)は、中間流路(41)に接続される。中間流路(41)の一端は、第1低段圧縮機(22)の第1低段吐出管(22b)、及び、第2低段圧縮機(23)の第2低段吐出管(23b)に接続される。中間流路(41)の他端は、高段圧縮機(21)の高段吸入管(21a)に接続される。換言すると、中間流路(41)の他端は、圧縮システム(C)の中間圧力部に接続される。
室外回路(11)は、油分離回路(42)を含む。油分離回路(42)は、油分離器(43)と、第1油戻し管(44)と、第2油戻し管(45)と、第3油戻し管(46)とを有する。油分離器(43)は、高段圧縮機(21)の高段吐出管(21b)に接続される。油分離器(43)は、圧縮システム(C)から吐出された冷媒中から油を分離する。第1油戻し管(44)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第1油戻し管(44)の流出端は、第1低段圧縮機(22)の第1低段吸入管(22a)に接続される。第2油戻し管(45)の流入端は、油分離器(43)に連通する。第2油戻し管(45)の流出端は、中間流路(41)の流入端に接続する。第3油戻し管(46)は、主戻し管(46a)、冷設側分岐管(46b)及び室内側分岐管(46c)を有する。主戻し管(46a)の流入端は、油分離器(43)に連通する。主戻し管(46a)の流出端には、冷設側分岐管(46b)の流入端と、室内側分岐管(46c)の流入端とが接続される。冷設側分岐管(46b)の流出端は、第1低段圧縮機(22)のケーシング内の油溜まりに連通する。室内側分岐管(46c)の流出端は、第2低段圧縮機(23)のケーシング内の油溜まりに連通する。
室外回路(11)は、第1逆止弁(CV1)、第2逆止弁(CV2)、第3逆止弁(CV3)、第4逆止弁(CV4)、第5逆止弁(CV5)、第6逆止弁(CV6)及び第7逆止弁(CV7)を有する。第1逆止弁(CV1)は、高段吐出管(21b)に接続される。第2逆止弁(CV2)は、第1低段吐出管(22b)に接続される。第3逆止弁(CV3)は、第2低段吐出管(23b)に接続される。第4逆止弁(CV4)は、室外第2管(o2)に接続される。第5逆止弁(CV5)は、室外第3管(o3)に接続される。第6逆止弁(CV6)は、室外第6管(o6)に接続される。第7逆止弁(CV7)は、室外第7管(o7)に接続される。これらの逆止弁(CV1〜CV7)は、図1に示す矢印方向の冷媒の流れを許容し、この矢印と反対方向の冷媒の流れを禁止する。
室内ユニット(50)は、屋内に設置される利用ユニットである。室内ユニット(50)は、室内ファン(52)と、室内回路(51)とを有する。室内回路(51)の液端には、第1液連絡配管(2)が接続される。室内回路(51)のガス端には、第1ガス連絡配管(3)が接続される。
冷設ユニット(60)は、庫内を冷却する利用ユニットである。冷設ユニット(60)は、冷設ファン(62)と、冷設回路(61)とを有する。冷設回路(61)の液端には、第2液連絡配管(4)が接続される。冷設回路(61)のガス端には、第2ガス連絡配管(5)が接続される。
冷凍装置(1)は、各種のセンサを有する。各種のセンサは、高圧圧力センサ(71)、中間圧圧力センサ(72)、第1低圧圧力センサ(73)、第2低圧圧力センサ(74)、冷媒温度センサ(75)及び室内温度センサ(76)を含む。高圧圧力センサ(71)は、高段圧縮機(21)の吐出冷媒の圧力(高圧冷媒の圧力)を検出する。中間圧圧力センサ(72)は、高段圧縮機(21)の吸入冷媒の圧力(中間圧冷媒の圧力)を検出する。第1低圧圧力センサ(73)は、第1低段圧縮機(22)の吸入冷媒の圧力(低圧冷媒の圧力)を検出する。第2低圧圧力センサ(74)は、第2低段圧縮機(23)の吸入冷媒の圧力(低圧冷媒の圧力)を検出する。冷媒温度センサ(75)は、放熱器となる状態の室内熱交換器(54)の出口冷媒の温度を検出する。室内温度センサ(76)は、室内ユニット(50)の対象空間(室内空間)の室内空気の温度(室内温度)を検出する。
第1低段圧縮機(22)の第1低段吐出管(22b)には、第1高圧圧力開閉器(82)が設けられる。第1高圧圧力開閉器(82)は、第1低段吐出管(22b)の圧力が上昇して所定値(例えば5MPa)に達すると、電気接点を開放して第1低段圧縮機(22)を停止させる。
制御器であるコントローラ(100)は、制御基板上に搭載されたマイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを含む。コントローラ(100)は、運転指令やセンサの検出信号に基づいて、冷凍装置(1)の各機器を制御する。コントローラ(100)による各機器の制御により、冷凍装置(1)の運転が切り換えられる。コントローラ(100)は、高圧圧力センサ(71)等の各種センサ、室外膨張弁(14)等の冷媒回路(6)の構成要素、及び、高圧圧力開閉器(81,82,83)などと通信線(図示省略)で接続されている。
冷凍装置(1)の運転動作について詳細に説明する。冷凍装置(1)の運転は、冷設運転、冷房運転、冷房/冷設運転、暖房運転、暖房/冷設運転、暖房/冷設熱回収運転、暖房/冷設余熱運転、及び、デフロスト運転を含む。
図2に示す冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、室内膨張弁(53)が全閉状態となり、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)及び冷設ファン(62)が運転され、室内ファン(52)は停止する。高段圧縮機(21)及び第1低段圧縮機(22)が運転され、第2低段圧縮機(23)は停止する。冷設運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図3に示す冷房運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室内膨張弁(53)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)及び室内ファン(52)が運転され、冷設ファン(62)は停止する。高段圧縮機(21)及び第2低段圧縮機(23)が運転され、第1低段圧縮機(22)は停止する。冷房運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図4に示す冷房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第2状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室内膨張弁(53)の各開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、冷設ファン(62)及び室内ファン(52)が運転される。高段圧縮機(21)、第1低段圧縮機(22)及び第2低段圧縮機(23)が運転される。冷房/冷設運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室内熱交換器(54)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図5に示す暖房運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)が全閉状態となり、室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)及び室内ファン(52)が運転され、冷却ファン(17a)及び冷設ファン(62)が停止する。高段圧縮機(21)及び第2低段圧縮機(23)が運転され、第1低段圧縮機(22)は停止する。暖房運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図6に示す暖房/冷設運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態に設置される。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)及び室外膨張弁(14)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、冷設ファン(62)及び室内ファン(52)が運転される。高段圧縮機(21)、第1低段圧縮機(22)及び第2低段圧縮機(23)が運転される。暖房/冷設運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)及び室外熱交換器(13)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図7に示す暖房/冷設熱回収運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第2状態となる。室内膨張弁(53)が所定開度で開放され、室外膨張弁(14)が全閉状態となり、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室内ファン(52)及び冷設ファン(62)が運転され、冷却ファン(17a)及び室外ファン(12)が停止する。高段圧縮機(21)及び第1低段圧縮機(22)が運転され、第2低段圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設熱回収運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発し、室外熱交換器(13)が実質的に停止する冷凍サイクルが行われる。
図8に示す暖房/冷設余熱運転では、第1三方弁(TV1)が第1状態、第2三方弁(TV2)が第1状態となる。室内膨張弁(53)及び室外膨張弁(14)が所定開度で開放され、冷設膨張弁(63)の開度が過熱度制御により調節され、減圧弁(40)の開度が適宜調節される。室外ファン(12)、冷却ファン(17a)、冷設ファン(62)及び室内ファン(52)が運転される。高段圧縮機(21)及び第1低段圧縮機(22)が運転され、第2低段圧縮機(23)は停止する。暖房/冷設余熱運転では、圧縮システム(C)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(54)及び室外熱交換器(13)で放熱し、冷設熱交換器(64)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
デフロスト運転では、図3に示す冷房運転と同じ動作が行われる。デフロスト運転では、第2低段圧縮機(23)及び高段圧縮機(21)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(13)で放熱する。この結果、室外熱交換器(13)の表面の霜が内部から加熱される。室外熱交換器(13)の除霜に利用された冷媒は、前述のように、室内熱交換器(54)で蒸発した後、第2低段圧縮機(23)に吸入され、再び圧縮される。
熱源ユニットを構成する低段圧縮機の吐出管の圧力が異常上昇して低段圧縮機の吐出管に設けられた圧力開閉器が作動した場合に、従来例のように圧縮システム全体を停止させると、圧縮システムの損傷を防止できる一方、低段圧縮機の吐出管の圧力が上昇した状態のままになり、圧縮システムを速やかに復旧させることができないという問題があった。
以上に説明した本実施形態の熱源ユニット(10)によると、低段圧縮機(22,23)の圧力開閉器(82,83)が作動して低段圧縮機(22,23)が停止状態となったときに、低段圧縮機(22,23)を停止状態に維持しつつ高段圧縮機(21)を運転する復旧動作を行う。このため、低段圧縮機(22,23)の吐出管(22b,23b)に残存する冷媒ガスを高段圧縮機(21)に吸わせることができる。従って、低段圧縮機(22,23)の吐出管(22b,23b)の圧力を、システム復旧可能なレベルまで速やかに低下させることができる。
図9は、前記実施形態の熱源ユニット(10)における低段圧縮機(22,23)の圧力開閉器(82,83)の作動から圧縮システム(C)の復旧までの動作の一例を示すフロー図である。
前記実施形態では、高段圧縮機(21)、第1低段圧縮機(22)及び第2低段圧縮機(23)から圧縮システム(C)を構成したが、圧縮システム(C)は、1つ又は3つ以上の低段圧縮機を有していてもよい。
2 第1液連絡配管
3 第1ガス連絡配管
4 第2液連絡配管
5 第2ガス連絡配管
6 冷媒回路
10 熱源ユニット
11 室外回路
12 室外ファン
13 室外熱交換器
14 室外膨張弁
15 レシーバ
16 冷却熱交換器
16a 第1冷媒流路
16b 第2冷媒流路
17 中間冷却器
17a 冷却ファン
21 高段圧縮機(高段圧縮要素)
21a 高段吸入管
21b 高段吐出管
22 第1低段圧縮機(低段圧縮要素)
22a 第1低段吸入管
22b 第1低段吐出管
23 第2低段圧縮機(低段圧縮要素)
23a 第2低段吸入管
23b 第2低段吐出管
30 流路切換機構
31 第1配管
32 第2配管
33 第3配管
34 第4配管
35 室内ガス側流路
36 室外ガス側流路
37 ガス抜き管
38 インジェクション管
39 ガス抜き弁
40 減圧弁
41 中間流路
42 油分離回路
43 油分離器
44 第1油戻し管
45 第2油戻し管
46 第3油戻し管
46a 主戻し管
46b 冷設側分岐管
46c 室内側分岐管
47a 第1油量調節弁
47b 第2油量調節弁
47c 第3油量調節弁
47d 第4油量調節弁
50 室内ユニット(利用ユニット)
51 室内回路
52 室内ファン
53 室内膨張弁
54 室内熱交換器
60 冷設ユニット(利用ユニット)
61 冷設回路
62 冷設ファン
63 冷設膨張弁
64 冷設熱交換器
71 高圧圧力センサ
72 中間圧圧力センサ
73 第1低圧圧力センサ
74 第2低圧圧力センサ
75 冷媒温度センサ
76 室内温度センサ
81 第3高圧圧力開閉器
82 第1高圧圧力開閉器
83 第2高圧圧力開閉器
91 第1ガス側閉鎖弁
92 第1液側閉鎖弁
93 第2ガス側閉鎖弁
94 第2液側閉鎖弁
100 コントローラ
C 圧縮システム
TV1 第1三方弁
TV2 第2三方弁
P1 第1ポート
P2 第2ポート
P3 第3ポート
O 室外流路
o1 室外第1管
o2 室外第2管
o3 室外第3管
o4 室外第4管
o5 室外第5管
o6 室外第6管
o7 室外第7管
CV1 第1逆止弁
CV2 第2逆止弁
CV3 第3逆止弁
CV4 第4逆止弁
CV5 第5逆止弁
CV6 第6逆止弁
CV7 第7逆止弁
Claims (7)
- 利用ユニット(50,60)と接続されることによって冷凍装置(1)を構成する熱源ユニットであって、
低段圧縮要素(22,23)と、高段圧縮要素(21)と、熱交換器(13)とを備え、
前記低段圧縮要素(22,23)の吐出管(22b,23b)には、圧力開閉器(82,83)が設けられ、
前記高段圧縮要素(21)は、前記低段圧縮要素(22,23)から吐出された冷媒を圧縮し、
前記圧力開閉器(82,83)が作動して前記低段圧縮要素(22,23)が停止状態となったときに、前記低段圧縮要素(22,23)を停止状態に維持しつつ前記高段圧縮要素(21)を運転することを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1において、
前記圧力開閉器(82,83)が作動すると、前記高段圧縮要素(21)をいったん停止させてから起動することを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項2において、
前記高段圧縮要素(21)を停止させた後、前記高段圧縮要素(21)を再起動する前に、前記高段圧縮要素(21)の吸入圧力と吐出圧力とを均圧させる均圧回路(37,38)をさらに備えることを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項3において、
前記熱交換器(13)と、前記利用ユニット(50,60)と接続される液側閉鎖弁(92,94)との間に設けられたレシーバ(15)をさらに備え、
前記均圧回路(37,38)は、前記レシーバ(15)のガス抜き管(37)を含むことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項4において、
前記高段圧縮要素(21)の前記吸入圧力と前記吐出圧力とを均圧させた後も、前記ガス抜き管(37)に設けられた弁(39)を開放したままにすることを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1〜5のいずれか1項において、
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱源ユニットを備えていることを特徴とする冷凍装置。
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