JP6403907B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の冷凍サイクル装置の実施の形態1を示す冷媒回路図である。図1に基づいて、冷凍サイクル装置100の回路構成について説明する。この冷凍サイクル装置100は、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用して冷房運転を行なうものである。冷凍サイクル装置100において、圧縮機1、凝縮器4a、4b、膨張弁及び蒸発器7が配管で接続された冷媒回路が構成されている。なお、冷媒回路は、図1のものに限定されるものではない。また、図1において、凝縮器4a、4bから蒸発器7までの回路については省略されている。また、蒸発器7は、図示されていないクーラ筐体に内蔵されている。
圧縮機1は、冷媒を吸入しその冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、例えばインバータにより回転数が制御され容量制御される構成を有している。油分離器2は、圧縮機1から吐出される冷媒のうち冷凍機油が混在している冷媒ガスから冷凍機油成分を分離する機能を有している。なお、油分離器2において分離された冷凍機油は、図示しない圧縮機1に接続された毛細管から圧縮機1に戻されるようになっている。
凝縮器4a、4bは、例えば凝縮器ファン5a、5b等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものであって、油分離器2の吐出側に逆止弁3を介して接続されている。なお、2つの凝縮器4a、4bが設けられている場合について例示しているが、1つ以上の凝縮器を有するものであればよい。蒸発器7は、空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化するものである。この蒸発器7には送風ファン7aから風が供給され、熱交換が促進するような構成を有している。
アキュムレータ8は、蒸発器7から流出した冷媒を貯留するものであって、圧縮機1の吸込側に接続されている。そして、アキュムレータ8に貯留された冷媒が圧縮機1に吸引され圧縮される。また、アキュムレータ8の底部側には油戻し配管9が接続されており、油戻し配管9上には油戻し調整器10が配置されている。そして、油戻し配管9から油と少量の液冷媒が圧縮機1へ戻されていく。
さらに、冷凍サイクル装置100は、ホットガスバイパス配管11、流量調整器12、デフロスト制御手段30を備えている。ホットガスバイパス配管11は、圧縮機1と蒸発器7との間に接続されており、ホットガスデフロスト時に圧縮機1から吐出された高温高圧のガス冷媒を凝縮器4a、4bを介さずに直接蒸発器7へ流入させるものである。
流量調整器12は、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量を調整するものであって、たとえば第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bを有している。そして、第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの開閉の組み合わせにより、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量を調整するようになっている。具体的には、第1開閉弁12aは、第2開閉弁12bよりも容量の大きいものであって、第1開閉弁12aが開放され第2開閉弁12bが閉止した際には、第1の冷媒流量がホットガスバイパス配管11に流れる。一方、第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの双方が開放した際には、第1の冷媒流量よりも多い第2の冷媒流量がホットガスバイパス配管11に流れるようになっている。
流量調整器12の動作はデフロスト制御手段30により制御されており、通常冷却運転時にはホットガスバイパス配管11に冷媒が流れないように第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの双方が閉止される。一方、デフロスト運転時には、ホットガスバイパス配管11に冷媒が流通するように、第1開閉弁12aが開放し第2開閉弁12bが閉止する、又は第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの双方が開放する。
冷媒状態検出手段20は、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出過熱度SH及び圧縮機1の吸込圧力Pinを検出するものであって、吐出温度センサ20a、吸込圧力センサ20b、高圧温度センサ20cを備えている。吐出温度センサ20aは、圧縮機1から吐出した冷媒の吐出冷媒温度を検出するものであり、吸込圧力センサ20bは、圧縮機1が吸入する冷媒の吸込圧力Pinを検出するものである。高圧温度センサ20cは油分離器2から吐出した冷媒温度を検出するものである。また、デフロスト制御手段30は冷媒状態検出手段の一部として機能し、吐出温度センサ20aにより検出された吐出冷媒温度と、高圧温度センサ20cにより検出された高圧側温度との差分を吐出過熱度SHとして検出する。
ここで、図1を参照してホットガスデフロスト時における冷媒の流れについて説明する。まず、圧縮機1から出た冷媒が油分離器2において冷媒と油を分離され、油分離器2から流出したガス冷媒は、逆止弁3を介して凝縮器4a、4b側に流れる冷媒と、ホットガスバイパス配管11側に流れる冷媒とに分岐する。なお、通常冷却運転時には流量調整器12は閉止しており、冷媒がホットガスバイパス配管11を流れないようになっている。ホットガスデフロスト時には、流量調整器12は開放される。制御に応じ、第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの少なくとも一方を開放する。制御の詳細については後述する。
次に、図2は図1のデフロスト制御手段30におけるホットガスデフロスト制御の一例を示すフローチャートであり、図1及び図2を参照して冷凍サイクル装置100のホットガスデフロスト制御について説明する。
i)クーラ筐体(現地配管含む)の顕熱
ii)着霜の顕熱
iii)着霜の潜熱
設定圧力Prefを設定し、圧縮機1の吸込圧力飽和温度を0℃以下に保つことによって、0℃未満の物質との熱交換量のみがホットガス冷媒の凝縮に使用される。よって、上記i)〜iii)についてさらに細分化可能となり、
i)−1クーラ筐体の顕熱(−40℃〜0℃)
i)−2クーラ筐体の顕熱(0℃〜+20℃)
ii)−1着霜の顕熱(−40℃〜0℃)
ii)−2着霜の顕熱(0℃〜+20℃)
iii)着霜の潜熱
ただし、上記に記載の温度については、庫内−40℃から除霜開始し、筐体温度が+20℃で除霜完了とした場合の例である。上記の中でホットガスの凝縮に使用される熱量は、i)−1とii)−1のみであり、その他の熱量についてはホットガスの凝縮に使用されないため、従来と比較してホットガスの凝縮量を減らすことが可能となる。
実施の形態2においては、実施の形態1に対し、更に圧縮機1の運転周波数制御を加えたものである。以下、実施の形態1に対し変更される点を中心に説明する。
次に、図1と図4とを参照して冷凍サイクル装置100の実施の形態2における動作例について説明する。なお、図4において、図1のホットガスデフロスト開始までの工程(ステップST1〜ST3)は同一の工程であるため、その説明を省略する。ホットガスデフロスト制御が開始された際、流量調整器12の第1開閉弁12aが開き(ステップST21)、ホットガスバイパス配管11に冷媒が流れる。このとき、冷媒状態検出手段20において圧縮機1の吐出過熱度SH及び吸込圧力Pinが検出される(ステップST22)。
図5は、本発明の冷凍サイクル装置300の実施の形態3を示す冷媒回路図である。実施の形態3において冷凍サイクル装置300の動作例を示すフローチャートは、図2と同じである。図2及び図5を参照して冷凍サイクル装置300について説明する。なお、図5の冷凍サイクル装置300において、図1の冷凍サイクル装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態3においては、実施の形態1に対して、油戻り配管309に油戻り開閉弁310a及び油戻り開閉弁310bを並列に設けてアキュムレータ8から圧縮機1の吸込側への油戻し量を制御する点を変更したものである。
図6は、本発明の冷凍サイクル装置400の実施の形態4を示す冷媒回路図である。図6の冷凍サイクル装置400の動作例を示すフローチャートは、図2と同じである。図2及び図6を参照して冷凍サイクル装置400について説明する。なお、図6の冷凍サイクル装置400において、図1の冷凍サイクル装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図6の冷凍サイクル装置400が図1の冷凍サイクル装置100と異なる点は、デフロスト運転時に、複数の凝縮器4a、4bのうち一部の凝縮器4bへの冷媒の流通を停止させる点である。
図1及び図2を参照して冷凍サイクル装置500について説明する。実施の形態5において、冷凍サイクル装置100が実施の形態1における冷凍サイクル装置100と異なる点は、デフロスト運転時に、凝縮器4a、4bへの送風を停止させる点である。
図7は、本発明の冷凍サイクル装置600の実施の形態6を示す冷媒回路図である。図7の冷凍サイクル装置600の動作例を示すフローチャートは、図2と同じである。図1及び図2を参照して冷凍サイクル装置600について説明する。なお、図7の冷凍サイクル装置600において、図1の冷凍サイクル装置600と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図6の冷凍サイクル装置600が図1の冷凍サイクル装置600と異なる点は、デフロスト運転時に、油分離器2に貯留された冷凍機油を冷却する油冷却器651への冷凍機油の流通を停止させる点である。
本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600においては、圧縮機1、凝縮器4a、4b、膨張弁6及び蒸発器7が配管で直列に接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置100、300、400、600であって、圧縮機1の吐出側から蒸発器7までを直接接続するホットガスバイパス配管11と、ホットガスバイパス配管11に接続された、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器12と、圧縮機1から吐出される冷媒の吐出過熱度SH及び圧縮機1の吸込圧力Pinを検出する冷媒状態検出手段20と、通常冷却運転時に流量調整器12を閉止させ、デフロスト運転時に冷媒状態検出手段20により検出された吐出過熱度SH及び吸込圧力Pinに応じてホットガスバイパス配管11に流れる冷媒の流量を流量調整器12により増減させるデフロスト制御手段30、330、430、630と、を備え、デフロスト制御手段30、330、430、630は、デフロスト運転開始時において、第1冷媒流量の冷媒がホットガスバイパス配管11に流れるように流量調整器12を制御し、デフロスト運転中において、吐出過熱度SHが設定過熱度SHrefよりも大きく、かつ吸込圧力Pinが設定圧力Prefよりも低い場合に、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒量を第1冷媒流量よりも増加させるように流量調整器12を制御する。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、デフロスト制御時にホットガスバイパス配管11内の冷媒流量が圧縮機1への液戻しが発生しない範囲であると判断し、冷媒流量を増加させることができる。つまり、圧縮機1への液戻しが発生しない範囲で冷媒流量を増加させてデフロスト時間の短縮を図ることが可能になる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、デフロスト制御時にホットガスバイパス配管11内の冷媒流量が増加して圧縮機1への液戻しが発生する前に、冷媒流量を減少させることができる。つまり、デフロスト時間の短縮を図りつつ、圧縮機1への液戻しが発生しそうな時は冷媒流量を減少させることにより確実に液戻りを防止することが可能になる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、デフロスト制御時に圧縮機1の運転周波数を減少させることにより、吐出過熱度SHを上昇させてデフロスト時間の短縮を図ることが可能になる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、圧縮機1の運転周波数を最大まで増速させつつ、圧縮機1への液戻しが発生しない範囲であると判断し場合には、冷媒流量を増加させることができる。つまり、圧縮機1への液戻しが発生しない範囲で冷媒流量を増加させデフロスト時間の短縮を図ることが可能になる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bの両方が開放され、ホットガスバイパス配管11の流量が増えた場合において、圧縮機1への液戻しが発生しない範囲であると判断し場合には、さらに圧縮機1の運転周波数fを増加させることにより、さらにデフロスト時間の短縮を図ることが可能になる。デフロスト制御時にホットガスバイパス配管11内の冷媒流量が増加させ、さらに圧縮機1の運転周波数fを増速させて蒸発器7へ送る熱量を増やすことによりデフロスト時間を短縮させることができるが、圧縮機1への液戻しが発生する前に、冷媒流量を減少させることができる。つまり、デフロスト時間の短縮を図りつつ、圧縮機1への液戻しが発生しそうな時は冷媒流量を減少させることにより確実に液戻りを防止することが可能になる。
また、さらに流量調整器12は、開放されることにより第1冷媒流量をホットガスバイパス配管11に流す第1開閉弁12aと、第1開閉弁12aと並列に接続されている第2開閉弁12bと、を備え、デフロスト制御手段30、330、430、630は、第1開閉弁12aを開放し、第2開閉弁12bを閉止することによりホットガスバイパス配管11に第1冷媒流量を流し、第1開閉弁12a及び第2開閉弁12bを開放することにより、ホットガスバイパス配管11に流れる冷媒量を第1冷媒流量よりも増加させる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、簡易な構成の冷媒回路で構成され、制御も2つの開閉弁の開閉のみで可能である。これにより、冷凍サイクル装置100、300、400、600にかかるコストが抑制できる。
また、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600においては、凝縮器4a、4bに送風する凝縮器ファン5a、5bをさらに備え、デフロスト制御手段30、330、430、630は、デフロスト運転開始時において、凝縮器ファン5a、5bを停止する。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600は、デフロスト運転時に凝縮器の容量を減少させて運転されることにより、除霜に使用される熱量を増やすことができるため、凝縮器の容量を変更せずにデフロスト運転をする場合と比較してデフロスト時間の短縮を図ることができる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置300は、冷却した冷凍機油及び熱量の少ない液冷媒が圧縮機1へ戻る量が抑えられるため、その分ホットガスを蒸発器7へ供給する量が増えるため、デフロスト時間の短縮となる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置300は、冷却した冷凍機油及び熱量の少ない液冷媒が圧縮機1へ戻る量が抑えられるため、その分ホットガスを蒸発器7へ供給する量が増えるため、デフロスト時間の短縮となる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600においては、設置場所による配管長さ11等の違いが生じた場合であっても、現地状況に合わせた最適な開度(冷媒流量)に調整可能することができ、除霜時間の短縮化を図ることができる。
このように構成されることにより、本発明の冷凍サイクル装置100、300、400、600においては、複数の弁を使用することなく単一の開閉弁でホットガスデフロスト運転することができ、また、ホットガスバイパス配管11の冷媒流量も連続的に変化させることができるため、さらに精密な流量制御をすることが可能となる。
Claims (13)
- 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で直列に接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機の吐出側から前記蒸発器までを直接接続するホットガスバイパス配管と、
前記ホットガスバイパス配管に接続された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び前記圧縮機の吸込圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吸込圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段と、を備え、
前記デフロスト制御手段は、
デフロスト運転開始時において、第1冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御し、
デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吸込圧力が設定圧力よりも低い場合に、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させるように前記流量調整器を制御する、冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が前記設定過熱度以下か、又は前記吸込圧力が前記設定圧力以上である場合に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量に減少させるように前記流量調整器を制御する、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で直列に接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機の吐出側から前記蒸発器までを直接接続するホットガスバイパス配管と、
前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吸込圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吸込圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段と、を備え、
前記デフロスト制御手段は、
デフロスト運転開始時において、第1冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御し、
前記デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が設定過熱度以下か、又は前記吸込圧力が設定圧力以下である場合に前記圧縮機の運転周波数を減少させる、冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中において、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吸込圧力が設定圧力よりも大きい場合に前記圧縮機の運転周波数を増加させ、
前記圧縮機の運転周波数が最大運転周波数になっている場合に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させるように前記流量調整器を制御する、請求項3に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させた後において、前記吐出過熱度が設定過熱度以下か、又は前記吸込圧力が設定圧力以下である場合に、前記圧縮機の回転周波数を減小させ、圧縮機運転周波数が最小運転周波数になった場合に前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量に減少させるように前記流量調整器を制御する、請求項4に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
互いに並列に接続された複数の開閉弁からなるものであり、
前記デフロスト制御手段は、開放する前記開閉弁の数により前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を制御するものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
開放されることにより前記第1冷媒流量を前記ホットガスバイパス配管に流す第1開閉弁と、
前記第1開閉弁と並列に接続されている第2開閉弁と、を備え、
前記デフロスト制御手段は、
前記第1開閉弁を開放し、前記第2開閉弁を閉止することにより前記ホットガスバイパス配管に前記第1冷媒流量を流し、
前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を開放することにより、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒量を前記第1冷媒流量よりも増加させる請求項1〜6の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記凝縮器に流れる前記冷媒を遮断する系統遮断弁をさらに備え、
前記凝縮器は、
前記冷媒回路に複数並列に設置され、
前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転中において、前記系統遮断弁を閉じる、請求項1〜7の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記凝縮器に送風する凝縮器ファンをさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、
前記デフロスト運転開始時において、前記凝縮器ファンを停止する、請求項1〜8の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吸入側に設けられたアキュムレータと、
前記アキュムレータに貯留した冷凍機油を前記圧縮機へ戻す油戻し配管と、
前記油戻し配管上に設けられた、前記油戻し配管内の前記冷凍機油の流量を制御する油戻し調整器と、をさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、デフロスト制御時に前記圧縮機への前記冷凍機油の戻り量が通常冷却運転時よりも少なくなるように前記油戻し調整器を制御するものである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、
前記油分離器から前記圧縮機に冷凍機油を戻す油冷却配管に接続され、冷凍機油を冷却する油冷却器と、
前記油分離器から前記油冷却器までの間の前記油冷却配管と前記油冷却器から前記圧縮機までの間の前記油冷却配管とを接続する配管に備えられた油冷却バイパス弁と、をさらに備え、
前記デフロスト制御手段は、
デフロスト運転開始時において、前記油冷却バイパス弁を開放する、請求項1〜10の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
前記第1開閉弁又は前記第2開閉弁に直列に接続された流量調整弁を備える、請求項7に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記流量調整器は、
連続的に開度の調整可能な電動弁により構成される、請求項1〜5の何れか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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