JP6087744B2 - 冷凍機 - Google Patents
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Description
本発明の冷凍機は、低温側の熱を高温側に移動させる冷凍装置において、高圧の冷媒を冷却する高圧熱交換器と、前記高圧熱交換器にて冷却された高圧の冷媒を減圧する第1減圧部と、前記第1減圧部にて減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第2気液分離器と、前記第2気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧するエゼクタと、前記エゼクタにより減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第1気液分離器と、前記第1気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧する第2減圧部と、前記第2減圧部により減圧された冷媒を蒸発させる低圧熱交換器と、前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタの吸引部に導く吸引流路と、前記第2気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第1圧縮部と、前記第2気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第2圧縮機と、前記高圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタのノズルに導く第1バイパス部と、前記第1バイパス部を流れる冷媒を前記第2減圧部に導く第2バイパス部と、前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記第1気液分離器に導く第3バイパス部と、前記第1バイパス部、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部における前記冷媒の流れ、並びに、前記第2圧縮機および前記エゼクタへの前記冷媒の流入を制御する制御弁と、少なくとも前記制御弁を制御する制御部と、が設けられていることを特徴とする。
以下、本発明の第1の実施形態に係る空調システム(冷凍機)1ついて図1から図9を参照しながら説明する。本実施形態の空調システム1はデータセンタの空調に用いられるものであり、データセンタのフロアに配置されたサーバやコンピュータなどの電子機器から発生する大量の熱を処理するものである。
その一方で、S11において凝縮器前圧力が変動したと判定された場合(YESの場合)には、演算部71は第2圧縮機28の圧力比が所定の圧力比、具体的には1.2以上であるか否かを判定する処理を実行する(S12)。
運転されている第1圧縮機27吐出された高温高圧の気体冷媒は、凝縮器11において放出して液体冷媒となり第1膨張弁21に向かう。高圧の液体冷媒は第1膨張弁21において減圧されて気液二相の冷媒となる。
S18の処理が行われると、演算部71は、凝縮器11の出口側の冷媒圧力である凝縮器後圧力(d点の圧力)が、第2気液分離器22の出口側の冷媒圧力である第2気液分離器後圧力(f点の圧力)よりも小さいか否かの判定処理を実行する(S19)。具体的には、第4圧力センサ64および第5圧力センサ65から入力された測定信号に基づいて、演算部71は凝縮器後圧力と第2気液分離器後圧力の比較を行う。
その一方S18において凝縮器後圧力が第2気液分離器後圧力未満であると判定された場合(YESの場合)は、エゼクタ23の駆動圧力を変化させる必要がある場合であり、エゼクタサイクルによる冷房運転が継続して行われる。このとき制御部70は、空調システム1の冷房負荷や外気の温度などの条件に基づいて第1圧縮機27の回転数を制御し、フロアの室内空気の温度を一定に保っている。つまり、エゼクタ23の駆動圧力を変化させる必要が生じるまで、エゼクタ23の駆動圧力を可能な限り一定に保ちつつ運転が行われる。
運転されている第1圧縮機27吐出された高温高圧の気体冷媒は、凝縮器11において放出して液体冷媒となり第1膨張弁21に向かう。高圧の液体冷媒は第1膨張弁21において減圧されて気液二相の冷媒となる。
次に、本発明の第1の実施形態の変形例について図10を参照して説明する。本実施形態の空調システムの基本構成は、外気温度(凝縮圧力)に対して制御を行う第1の実施形態と比較して、室内温度(蒸発圧力)に対して制御を行う点が異なっている。よって、本実施形態においては、図10を用いて制御についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る空調システムついて図11から図18を参照して説明する。本実施形態の空調システムの基本構成は、第1の実施形態の空調システムにポンプサイクルが追加されている点が異なっている。よって、本実施形態においては、図11から図18を用いてポンプサイクルに関連する説明を行い、その他の構成要素等の説明を省略する。
空調システム101の運転が開始されると、制御部170は図13に示すフローチャートに従ってポンプサイクルを用いた冷房運転、および、圧縮サイクルを用いた冷房運転の一方を開始する。ここで圧縮サイクルはインジェクションサイクル、エゼクタサイクル、インジェクションサイクルおよびエゼクタサイクル、通常の蒸気圧縮サイクルの総称である。
その一方で、S101において室内外温度差が設定値未満と判定された場合(NOの場合)、および、S102において冷房負荷が設定値を超えていると判定された場合(YESの場合)には制御部170は圧縮サイクルを用いた冷房運転を行う(S104)。制御部170は、圧縮サイクルを用いた冷房運転を行っている間も、上述のS101に戻り上述の処理を繰り返し行う。
S114においてポンプ異常が発生していると判定された場合(YESの場合)には、圧縮サイクルを用いた冷房運転に切り替えられる(S104)。その一方でポンプ異常が発生していないと判定された場合(NOの場合)には、ポンプサイクルを用いた冷房運転が継続される(S103)。
エゼクタサイクルにより冷房運転が行われる場合、制御部170は第2開閉弁42、第4開閉弁44、第6開閉弁46、第7開閉弁147および第8開閉弁148の弁を閉じる制御信号を出力し、第1開閉弁41、第3開閉弁43、第5開閉弁45および第9開閉弁149を開く制御信号を出力する。さらに、第1圧縮機27を運転する制御信号を出力し、第2圧縮機28およびポンプ部114を停止する制御信号を出力する。
Claims (6)
- 低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機において、
高圧の冷媒を冷却する高圧熱交換器と、
前記高圧熱交換器にて冷却された高圧の冷媒を減圧する第1減圧部と、
前記第1減圧部にて減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第2気液分離器と、
前記第2気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧するエゼクタと、
前記エゼクタにより減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第1気液分離器と、
前記第1気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧する第2減圧部と、
前記第2減圧部により減圧された冷媒を蒸発させる低圧熱交換器と、
前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタの吸引部に導く吸引流路と、
前記第1気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第1圧縮部と、
前記第2気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第2圧縮部と、
前記高圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタのノズルに導く第1バイパス部と、
前記第1バイパス部を流れる冷媒を前記第2減圧部に導く第2バイパス部と、
前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記第1気液分離器に導く第3バイパス部と、
前記第1バイパス部、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部における前記冷媒の流れ、並びに、前記第2圧縮部および前記エゼクタへの前記冷媒の流入を制御する制御弁と、
少なくとも前記制御弁を制御する制御部と、
が設けられ、
前記制御部は、前記第2圧縮部の吸入側圧力および吐出側圧力の比である圧力比が所定の圧力比以上である場合には、前記高圧熱交換器から流出した前記冷媒の少なくとも一部を前記第2圧縮部へ導き、前記第1バイパス部への流入を停止させ、
前記圧力比が前記所定の圧力比未満である場合には、前記高圧熱交換器から流出した前記冷媒を前記第1バイパス部へ導き、前記第2圧縮部への流入を停止させる制御を行うことを特徴とする冷凍機。 - 低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機において、
高圧の冷媒を冷却する高圧熱交換器と、
前記高圧熱交換器にて冷却された高圧の冷媒を減圧する第1減圧部と、
前記第1減圧部にて減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第2気液分離器と、
前記第2気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧するエゼクタと、
前記エゼクタにより減圧された冷媒を気体冷媒および液体冷媒に分離する第1気液分離器と、
前記第1気液分離器により分離された前記液体冷媒を更に減圧する第2減圧部と、
前記第2減圧部により減圧された冷媒を蒸発させる低圧熱交換器と、
前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタの吸引部に導く吸引流路と、
前記第1気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第1圧縮部と、
前記第2気液分離器により分離された前記気体冷媒を圧縮して前記高圧熱交換器に向けて吐出する第2圧縮部と、
前記高圧熱交換器から流出した冷媒を前記エゼクタのノズルに導く第1バイパス部と、
前記第1バイパス部を流れる冷媒を前記第2減圧部に導く第2バイパス部と、
前記低圧熱交換器から流出した冷媒を前記第1気液分離器に導く第3バイパス部と、
前記第1バイパス部、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部における前記冷媒の流れ、並びに、前記第2圧縮部および前記エゼクタへの前記冷媒の流入を制御する制御弁と、
少なくとも前記制御弁を制御する制御部と、
が設けられ、
前記高圧熱交換器から分岐して流出する前記気体冷媒および液体冷媒に分離する液タンクと、
前記液タンクにより分離された前記液体冷媒を前記第2バイパス部に送出するポンプ部と、
が更に設けられ、
前記制御弁は、前記液タンクへの前記冷媒の流入を更に制御することを特徴とする冷凍機。 - 前記制御部は、前記高圧熱交換器で熱交換される前の空気である外気の温度と、前記低圧熱交換器で熱交換される前の空気である室内空気の温度との温度差である室内外温度差が所定の設定温度差以上である場合、および、前記室内外温度差が前記所定の設定温度差以上、かつ、前記低圧熱交換器で熱交換される熱量である冷房負荷が所定の熱負荷以下である場合の一方のときに、
前記高圧熱交換器から流出した前記冷媒を前記液タンクへ流入させ、前記第1減圧部への流入を停止させる制御を少なくとも行うことを特徴とする請求項2記載の冷凍機。 - 前記制御部は、前記室内外温度差が前記所定の設定温度差未満、または、前記冷房負荷が前記所定の熱負荷を超える場合であり、さらに、前記第2圧縮部の吸入側圧力および吐出側圧力の比である圧力比が所定の圧力比以上である場合には、前記高圧熱交換器から流出した前記冷媒の少なくとも一部を前記第2圧縮部へ導き、前記第1バイパス部への流入を停止させ、
前記圧力比が前記所定の圧力比未満である場合には、前記高圧熱交換器から流出した前記冷媒を前記第1バイパス部へ導き、前記第2圧縮部への流入を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項3記載の冷凍機。 - 前記高圧熱交換器に外気を送る室外ファン部が更に設けられ、
前記圧力比が前記所定の圧力比未満である場合、前記制御部は更に、
前記低圧熱交換器と熱交換した後の空気温度である吹出し温度を維持した上で、前記室外ファン部の送風量を低下させて前記圧力比を前記所定の圧力比以上とする際の第1消費電力と、
前記吹出し温度を維持した上で、前記冷媒を前記第1バイパス部へ導き、前記第2圧縮部への流入を停止させる際の第2消費電力と、を比較し、
前記第2消費電力よりも前記第1消費電力が少ない場合には、前記室外ファン部の送風量を低下させる制御を優先して行い、
前記第1消費電力よりも前記第2消費電力が少ない場合には、前記冷媒を前記第1バイパス部へ導き、前記第2圧縮部への流入を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項1または4に記載の冷凍機。 - 前記第1消費電力よりも前記第2消費電力が低く、かつ、前記高圧熱交換器および前記第1減圧部の間の冷媒圧力が前記第2気液分離器および前記エゼクタの間の冷媒圧力未満である場合、
前記制御部は更に、
前記吹出し温度を維持した上で、前記エゼクタに冷媒を流入させ、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部への流入を停止させる際の第3消費電力と、
前記吹出し温度を維持した上で、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部に前記冷媒を流入させ、前記エゼクタへの流入を停止させる際の第4消費電力と、を比較し、
前記第4消費電力よりも前記第3消費電力が少ない場合には、前記エゼクタに冷媒を流入させ、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部への流入を停止させる制御を行い、
前記第3消費電力よりも前記第4消費電力が少ない場合には、前記第2バイパス部および前記第3バイパス部に前記冷媒を流入させ、前記エゼクタへの流入を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項5記載の冷凍機。
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