JP5627416B2 - 二元冷凍装置 - Google Patents
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Description
高元圧縮機が吐出する高元冷媒の圧力を検知する高元高圧検知器と、低元圧縮機が吐出する低元冷媒の圧力を検知する低元高圧検知器と、低元圧縮機が吸入する低元冷媒の圧力を検知する低元低圧検知器と、高元高圧検知器の検知値及び低元低圧検知器の検知値に基づいて低元圧縮機が吐出する低元冷媒の圧力の目標値である低元高圧目標値を演算し、低元圧縮機が吐出する低元冷媒の圧力を低元高圧目標値に制御する制御器と、を備えたものである。
高元圧縮機が吐出する高元冷媒の圧力を検知する高元高圧検知器と、高元圧縮機が吸入する高元冷媒の圧力を検知する高元低圧検知器と、低元圧縮機が吸入する低元冷媒の圧力を検知する低元低圧検知器と、高元高圧検知器の検知値及び低元低圧検知器の検知値に基づいて高元圧縮機が吸入する高元冷媒の圧力の目標値である高元低圧目標値を演算し、高元圧縮機が吸入する高元冷媒の圧力を高元低圧目標値に制御する制御器と、を備えたものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係る二元冷凍装置の冷媒回路図である。
本実施の形態1に係る二元冷凍装置100は、高元冷凍サイクルA及び低元冷凍サイクルBを備え、高元冷凍サイクルA及び低元冷凍サイクルBは、カスケード熱交換器20によって熱的に接続されている。
なお、以下では、圧縮機(高元圧縮機10、及び後述の低元圧縮機30)が吐出した冷媒の圧力を高圧と称し、圧縮機が吸入する冷媒の圧力を低圧と称する。
続いて、本実施の形態1に係る二元冷凍装置100の動作について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る二元冷凍装置における低元凝縮温度と圧縮機入力との関係を示す特性図である。この図3は、低元高圧目標値PLHmを決定するプロセスを説明するためのものであり、低元高圧PLHから一義的に決定される低元凝縮温度を横軸に示し、圧縮機の入力(換言すると消費電力)を縦軸に示している。また、図3は、高元高圧PHHから一義的に決定される高元凝縮温度が42℃、低元低圧PLLから一義的に決定される低元蒸発温度が−40℃のときの特性図である。
図5に示す二元冷凍装置100には、図1に示した二元冷凍装置100に設けられていた低元高圧検知器38に換えて、高元圧縮機10の低圧を検知する高元低圧検知器19が設けられている。このように構成された二元冷凍装置100においては、高元高圧検知器18と低元低圧検知器39の検知情報から消費電力合計値が最小となる高元蒸発温度を求める。そして、低元冷媒である二酸化炭素の物性値を用いて、この高元蒸発温度から高元低圧目標値PHLmを演算する。そして、高元低圧検知器19が算出した現在の高元低圧情報が高元低圧目標値PHLmとなるように、高元圧縮機10の回転数を制御する。
本実施の形態1に係る二元冷凍装置100においては、制御器50に運転指令が入力されると、制御器50は、まず高元圧縮機10から起動する。その後、制御器50は低元圧縮機30を起動する。
本実施の形態1に係る二元冷凍装置100においては、制御器50に停止指令が入力されると、制御器50は、まず低元圧縮機30から停止する。その後、制御器50は高元圧縮機10を停止する。
図6は、本発明の実施の形態1に係る二元冷凍装置のさらに別の一例を示す冷媒回路図である。図6に示す二元冷凍装置100は、図1に示した二元冷凍装置100から低元第二流量制御装置33が取り外されているものである。このような二元冷凍装置100においても、図1及び図5に示した二元冷凍装置100と同様の効果を得ることができる。
図7は、本発明の実施の形態1に係る二元冷凍装置のさらに別の一例を示す冷媒回路図である。図7に示す二元冷凍装置100は、図5に示した二元冷凍装置100から低元内部熱交換器35が取り外されているものである。このような二元冷凍装置100においても、図1,図5及び図6に示した二元冷凍装置100と同様の効果を得ることができる。
図8は、本発明の実施の形態2に係る二元冷凍装置の制御器の動作を示す説明図である。本実施の形態2では、二元冷凍装置100の構成は図1と同一である。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。
本発明の実施の形態3に係る二元冷凍装置100について説明する。本実施の形態3に係る二元冷凍装置100の構成は図1と同一である。なお、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて、重複する説明は省略する。
Claims (11)
- 高元圧縮機、凝縮器、高元流量制御装置及びカスケード熱交換器が順次配管接続され、高元冷媒が循環する高元冷凍サイクルと、
低元圧縮機、前記カスケード熱交換器、低元流量制御装置及び蒸発器が順次配管接続され、低元冷媒が循環する低元冷凍サイクルと、
を有する二元冷凍装置において、
前記高元圧縮機が吐出する前記高元冷媒の圧力を検知する高元高圧検知器と、
前記低元圧縮機が吐出する前記低元冷媒の圧力を検知する低元高圧検知器と、
前記低元圧縮機が吸入する前記低元冷媒の圧力を検知する低元低圧検知器と、
前記高元高圧検知器の検知値及び前記低元低圧検知器の検知値に基づいて前記低元圧縮機が吐出する前記低元冷媒の圧力の目標値である低元高圧目標値を演算し、前記低元圧縮機が吐出する前記低元冷媒の圧力を前記低元高圧目標値に制御する制御器と、
を備えたことを特徴とする二元冷凍装置。 - 前記低元高圧目標値をPLHm、低元高圧検知器の検知値をPLHと定義した場合、
前記制御器は、
低元高圧偏差ΔPLH=PLH−PLHmを演算し、
前記ΔPLHが正の場合、前記高元圧縮機の容量を大きくし、
前記ΔPLHが負の場合、前記高元圧縮機の容量を小さくして、
前記低元圧縮機が吐出する前記低元冷媒の圧力を前記低元高圧目標値に制御することを特徴とする請求項1に記載の二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
前記高元圧縮機の容量と前記凝縮器の熱交換量を制御することにより、前記低元圧縮機が吐出する前記低元冷媒の圧力を前記低元高圧目標値に制御することを特徴とする請求項1に記載の二元冷凍装置。 - 高元圧縮機、凝縮器、高元流量制御装置及びカスケード熱交換器が順次配管接続され、高元冷媒が循環する高元冷凍サイクルと、
低元圧縮機、前記カスケード熱交換器、低元流量制御装置及び蒸発器が順次配管接続され、低元冷媒が循環する低元冷凍サイクルと、
を有する二元冷凍装置において、
前記高元圧縮機が吐出する前記高元冷媒の圧力を検知する高元高圧検知器と、
前記高元圧縮機が吸入する前記高元冷媒の圧力を検知する高元低圧検知器と、
前記低元圧縮機が吸入する前記低元冷媒の圧力を検知する低元低圧検知器と、
前記高元高圧検知器の検知値及び前記低元低圧検知器の検知値に基づいて前記高元圧縮機が吸入する前記高元冷媒の圧力の目標値である高元低圧目標値を演算し、前記高元圧縮機が吸入する前記高元冷媒の圧力を前記高元低圧目標値に制御する制御器と、
を備えたことを特徴とする二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
前記高元圧縮機の容量を制御することにより、前記高元圧縮機が吸入する前記高元冷媒の圧力を前記高元低圧目標値に制御することを特徴とする請求項4に記載の二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
前記高元圧縮機の容量と前記凝縮器の熱交換量を制御することにより、前記高元圧縮機が吸入する前記高元冷媒の圧力を前記高元低圧目標値に制御することを特徴とする請求項4に記載の二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
装置起動時、前記低元圧縮機よりも先に前記高元圧縮機を起動することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
装置起動前に、前記低元冷凍サイクル内の前記低元冷媒の圧力を検出し、
前記低元冷凍サイクル内の前記低元冷媒の圧力が所定の値よりも小さい場合、前記低元圧縮機と前記高元圧縮機を同時に起動することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。 - 前記制御器は、
装置停止時、前記高元圧縮機よりも先に前記低元圧縮機を停止することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。 - 前記低元冷媒として二酸化炭素を用いることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。
- 前記高元冷媒として、テトラフルオロプロペン、又はテトラフルオロプロペンを含む混合冷媒を用いることを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の二元冷凍装置。
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