JP4804528B2 - 冷凍サイクル装置及び冷凍サイクル装置の制御方法 - Google Patents
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Description
圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置において、
前記凝縮器と前記エジェクタの駆動流入口の間に設けた第1冷媒流量調整機構と、
前記気液分離器の液側出口と前記蒸発器の間に設けた第2冷媒流量調整機構と、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けた第3冷媒流量調整機構と、
前記第1冷媒流量調整機構、前記第2冷媒流量調整機構、及び前記第3冷媒流量調整機構を制御して冷媒の流路を切り替える制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、前記第1冷媒流量調整機構及び前記第2冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御するとともに前記第3冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流に切り替えて運転させることにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する第1の運転を行うものである。
以下、本実施の形態1では、庫内に冷気を供給する冷凍機に本発明を適用した場合を例に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷凍機100の冷媒回路図である。図1において、冷凍機100は、コンデンシングユニット1、ユニットクーラ2、液延長配管3、ガス延長配管4、ホットガスバイパス21、及び制御装置30を備える。冷凍機100を構成する回路の内部には、冷媒が封入されている。
第一流量調整弁10は、弁開度を調整することにより、エジェクタ11の駆動流入口11aへ流入する冷媒の流量を調整する。閉弁状態とすることで、冷媒の流れを遮断することも可能である。
なお、本実施の形態1に係る第一開閉弁9と第一流量調整弁10により、本発明の第1流量調整機構を構成する。
なお、本実施の形態1に係る第二開閉弁16は、本発明の第2流量調整機構に相当する。
第三開閉弁18は、凝縮器6の出口側から蒸発器14の入口側へと流入する冷媒の通路を開閉することにより、冷媒を通過させ、あるいは冷媒の流れを遮断する。
第二流量調整弁19は、弁開度を調整することにより、凝縮器6の入口側から蒸発器14の入口側へと流入する冷媒の流量を調整する。閉弁状態とすることで、冷媒の流れを遮断することも可能である。
なお、本実施の形態1に係る第三開閉弁18と第二流量調整弁19により、本発明の第3流量調整機構を構成する。
図2は、通常運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図2及びこれ以降で説明する図3、図4では、冷媒が流れる配管を太線で表示している。また、第一開閉弁9、第二開閉弁16、第三開閉弁18において、開状態の弁を白抜き表示し、閉状態の弁を黒塗り表示している。また、蒸発器ファン15において、動作状態を白抜き表示し、停止状態を黒塗り表示している。
エジェクタ11へ流入した駆動流は、エジェクタ11内のノズル(図示せず)によって減圧・高速化され、混合部(図示せず)において巻き込み作用に伴うポンプ作用を生じる。このポンプ作用により、吸引流入口11bから吸引流が引き込まれ、駆動流と吸引流が混合部で混合される。さらに、エジェクタ11内のディフューザ部(図示せず)にて冷媒の動圧が静圧に変換されて昇圧し、低圧二相の状態となって気液分離器12に流入する。このように、エジェクタ11内で冷媒の圧力を回復させることにより、圧縮機5の吸引圧力が上昇して冷媒の循環量を増やすことができるので、圧縮機5の動力を低減させることができる。
一方で、気液分離器12に流入した冷媒のうち、飽和ガスもしくは高乾き度の二相冷媒は、ガス側出口12aを出て、ガス延長配管4によりアキュームレータ13に導かれ、圧縮機5へ至る。
図3は、デフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
デフロスト運転を行う際には、まず、ホットガスデフロスト弁22を開状態とし、第一開閉弁9、第二開閉弁16、及び第三開閉弁18を閉状態とする。また、蒸発器ファン15を停止状態にする。
蒸発器14を通過した冷媒は、吸引流入口11bからエジェクタ11へ流入して気液分離器12へ至る。そして、ガス側出口12aから出てガス延長配管4、アキュームレータ13を経て圧縮機5へ至る。
また、蒸発器ファン15は停止状態であるので、蒸発器14で庫内空気との熱交換は行われない。したがって、蒸発器14内を高温の冷媒が通過しても、冷凍機100の庫内に温風が吹き込むことがない。
図4は、ファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
ファン遅延運転を行う際には、まず、ホットガスデフロスト弁22を閉状態にするとともに、第三開閉弁18を開状態にし、第二流量調整弁19は所定の開度で開かれた状態とする。第一開閉弁9及び第二開閉弁16は、前述のデフロスト運転時と同様、閉状態とする。また、蒸発器ファン15も、デフロスト運転時と同様に、停止状態とする。
蒸発器14へ流入した低温高圧の液冷媒は、自身の持つ冷熱で蒸発器14を冷却する。蒸発器14を通過した冷媒は吸引流入口11bからエジェクタ11を経て気液分離器12へ流入し、ガス側出口12aから出てガス延長配管4、アキュームレータ13を経由して圧縮機5へ至る。
通常運転に戻る際には、第一開閉弁9及び第二開閉弁16を開状態にし、第三開閉弁18及びホットガスデフロスト弁22を閉状態とする。そして、蒸発器ファン15の回転動作を開始させる。
本実施の形態2では、ファン遅延運転の他の動作例について説明する。なお、前述の実施の形態1では、ホットガスデフロストによりデフロスト運転を行う場合を例に説明したが、本実施の形態2では、ヒータによって蒸発器を除霜するヒータデフロストを行う場合を例に説明する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る冷凍機200の冷媒回路図である。図5及び以降の説明において、前述の実施の形態1と同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付している。
ヒータ20は、電気により発熱するヒータであり、蒸発器14を暖める。なお、蒸発器14近傍の空気を暖めることによって、間接的に蒸発器14を暖める構成としてもよい。ヒータ20への通電制御は、制御装置30が行う。ヒータ20は、本発明の加熱手段に相当する。
圧力センサ23は、圧縮機5に流入する冷媒の圧力を検知し、検知結果を制御装置30に出力する。
図6において、冷凍機200を起動すると(S101)、図示しない温度検知手段及び圧力検知手段により冷凍機200内の各所の温度や冷媒圧力の検知を行い、検知結果に基づいて所定の初期設定を行う(S102)。
通常運転において、第一開閉弁9と第二開閉弁16は開状態、第三開閉弁18は閉状態であり、前述の実施の形態1と同様の動作を行う。また、第一流量調整弁10は流路抵抗が可変であり、庫内温度が設定温度より高い場合には第一流量調整弁10を絞り、庫内温度が設定温度より低い場合には第一流量調整弁10を緩め、駆動流量を調節することで吸引流量を変化させ、冷凍能力を調整することができる。
通常運転中において、デフロスト運転を開始するタイミングになるまでは(S104)、通常運転を続ける。
次に、図7及び図8を参照してポンプダウン運転の動作を説明する。
図7は、ポンプダウン運転の動作フロー、図8は同じくポンプダウン運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図7において、まず、第一開閉弁9を閉状態にし(S111)、冷媒回路の高圧側(コンデンシングユニット1側)と低圧側(ユニットクーラ2側)とを切り離す。なお、このとき、通常運転と同様に、第二開閉弁16は開状態、第三開閉弁18は閉状態である。冷媒回路の高圧側と低圧側とが切り離されていて低圧側には冷媒が流入しないので、圧縮機5の低圧が次第に低下する。
そして、吸入圧力PsがPs切値以下になると(S113)、圧縮機5の運転を停止させる(S114)。
次に、図9及び図10を参照してデフロスト運転の動作を説明する。
図9は、デフロスト運転の動作フロー、図10は同じくデフロスト運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図9において、まず、蒸発器ファン15の運転を停止させ(S121)、ヒータ20への通電を開始する(S122)。通電されたヒータ20は発熱を開始し、蒸発器14を暖める。このようにすることで、蒸発器14のフィン(図示せず)表面に付着した霜を融解させる。
次に、図11〜図14を参照してファン遅延運転の動作を説明する。
図11は、ファン遅延運転の動作フロー、図12〜図14は同じくファン遅延運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図12〜図14は、図11の動作フローにおけるステップS134、S138、S139での冷媒の流れをそれぞれ示している。
図12に示すように、圧縮機5が起動を開始すると、圧縮機5により圧縮されて高温高圧の過熱ガスとなった冷媒は、凝縮器6で液化し、液溜8、液延長配管3を経由してユニットクーラ2へと流入する。さらに、バイパス経路17に入り、第三開閉弁18及び第二流量調整弁19を経て蒸発器14へ流入し、エジェクタ11の吸引流入口11bに流入する。
一方で、エジェクタ11を通過した冷媒のうち、液冷媒は、気液分離器12及びアキュームレータ13内で過渡的に貯留される。したがって、圧縮機5への液バックを防ぐことができ、圧縮機5の信頼性を確保することができる。
図13に示すように、第一開閉弁9は開状態であるとともに、第一流量調整弁10は所定開度に制御されているので、エジェクタ11には、蒸発器14を通過した吸引流と第一流量調整弁10を通過した駆動流とが流れる。また、前述のバイパス吸引流も同様に流れている。バイパス吸引流は駆動流の昇圧仕事に依存せず、第二流量調整弁19を介して確実に流れる。また、蒸発器ファン15が運転されるため、蒸発器14にて熱交換が行われる。
図14に示すように、第一開閉弁9は開状態で、かつ、第一流量調整弁10は所定開度で開かれているので、エジェクタ11の駆動流入口11a、気液分離器12のガス側出口12a、ガス延長配管4、圧縮機5、凝縮器6、液溜8、液延長配管3、エジェクタ11の駆動流入口11a、の順に冷媒が循環する。なお、第一流量調整弁10は通常運転時の開度よりも小さいので、冷媒の流れは通常運転時より少ない。
また、第二開閉弁16が開状態であるので、エジェクタ11の吸引流入口11b、気液分離器12の液側出口12b、蒸発器14、エジェクタ11の吸引流入口11b、の順に冷媒が循環する。
さらに、第三開閉弁18は開状態で、かつ、第二流量調整弁19は所定開度で開かれているので、エジェクタ11の吸引流入口11b、気液分離器12のガス側出口12a、ガス延長配管4、圧縮機5、凝縮器6、液溜8、液延長配管3、バイパス経路17、蒸発器14、エジェクタ11の吸引流入口11b、の順に冷媒が循環する。なお、第二流量調整弁19の開度はデフロスト運転時よりも小さくなるよう制御されているので、冷媒の流れはデフロスト運転時より少ない。
また、第一開閉弁9と第一流量調整弁10により第1流量調整機構を構成する場合を例に説明したが、第一開閉弁9と第一流量調整弁10を一体にして第1流量調整機構を構成してもよい。同様に、第三開閉弁18と第二流量調整弁19を一体にして第3流量調整機構を構成してもよい。さらには、第一開閉弁9あるいは第一流量調整弁10を、エジェクタ11の内部に組み込む構成とすることもできる。
さらに、圧縮機は、一定速のものを用いても良いが、インバータ圧縮機を用いて庫内温度を制御することとしても良く、同等の効果を得ることができる。
Claims (10)
- 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置において、
前記凝縮器と前記エジェクタの駆動流入口の間に設けた第1冷媒流量調整機構と、
前記気液分離器の液側出口と前記蒸発器の間に設けた第2冷媒流量調整機構と、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路と、
前記バイパス経路上に設けた第3冷媒流量調整機構と、
前記第1冷媒流量調整機構、前記第2冷媒流量調整機構、及び前記第3冷媒流量調整機構を制御して冷媒の流路を切り替える制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後、前記第1冷媒流量調整機構及び前記第2冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御するとともに前記第3冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流に切り替えて運転させることにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する第1の運転を行う
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記制御手段は、前記第1の運転が終了した後において、
前記第1冷媒流量調整機構及び前記第2冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御するとともに前記第3冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御して、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制御手段は、前記第1の運転が終了した後において、
前記第1冷媒流量調整機構の流量を段階的に増加させるよう制御して、前記駆動流を段階的に増加させ、
前記第3の流量調節機構の流量を段階的に減少させるよう制御して、前記バイパス吸引流を段階的に減少させ、
前記第2冷媒流量調整機構が冷媒を通過させるよう制御して、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発器に送風する蒸発器ファンを備え、
前記制御手段は、前記デフロスト運転から前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替えるまでの間は、前記蒸発器ファンを停止させる
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発器を通過した空気の風路上に開閉可能な入口を有するダクトを備え、
前記デフロスト運転から前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替えるまでの間は、前記ダクトはその入口を開いて、前記蒸発器を通過した空気を冷凍サイクル装置の負荷側空間に流入しないよう導く
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発器を加熱する加熱手段を備え、
前記制御手段は、
前記第1冷媒流量調整機構及び第3冷媒流量調整機構が冷媒を遮断するよう制御した状態で前記圧縮機を動作させるポンプダウン運転を行って前記蒸発器を低圧状態にした後、
前記加熱手段に通電して前記デフロスト運転を行う
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 前記蒸発器または蒸発器を流れる冷媒の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記デフロスト運転が終了した後の前記温度検出手段の検出値が所定の値以下となった場合に、前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後において、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路を形成する工程と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流を形成して運転することにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる冷媒流路を形成する工程とを有する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。 - 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後において、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路を形成する工程と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流を形成して運転することにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる工程と、
前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える工程とを有する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。 - 圧縮機、凝縮器、気液分離器、蒸発器、及び、前記凝縮器からの液冷媒が流入する駆動流入口と前記蒸発器からの冷媒が吸引される吸引流入口とを備えたエジェクタが冷媒配管で接続され、
前記エジェクタの駆動流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記エジェクタの駆動流入口、の順に冷媒を循環させる駆動流と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の液相側出口、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させる吸引流とを発生させるエジェクタサイクルを形成する冷凍サイクル装置の制御方法であって、
前記蒸発器の着霜状態を解消するデフロスト運転が終了した後において、
前記凝縮器の出口側配管と前記蒸発器の入口側配管とを接続するバイパス経路を形成する工程と、
前記エジェクタの吸引流入口、前記気液分離器の気相側出口、前記圧縮機、前記凝縮器、前記バイパス経路、前記蒸発器、前記エジェクタの吸引流入口、の順に冷媒を循環させるバイパス吸引流を形成して運転することにより前記蒸発器に液冷媒を循環させる工程と、
前記駆動流を段階的に増加させる工程と、
前記バイパス吸引流を段階的に減少させる工程と、
前記エジェクタサイクルの冷媒流路に切り替える工程とを有する
ことを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
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