JP6593483B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置を前提とする。
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に繋がる第1液分岐管(63a)と、該第1液分岐管(63a)から分岐して上記第2利用熱交換器(93)に繋がる第2液分岐管(63b)とを有する第1液管(63)と、
上記第1液分岐管(63a)に、上記第2液分岐管(63b)が第1液分岐管(63a)から分岐する位置より上記第1利用熱交換器(83)側で接続された第1高圧流路(111)と、上記第1液分岐管(63a)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備えていることを特徴とする。
蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置であって、
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に接続される第1液管(63)に接続された第1高圧流路(111)と、第1液管(63)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備え、
上記制御部(100)は、第1利用熱交換器(83)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(31)で吸入する第1冷凍サイクルと、第2利用熱交換器(93)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(41)で吸入する第2冷凍サイクルとが行われる運転状態で、第1利用熱交換器(83)の冷却能力が冷却負荷を下回ると、第1低圧流路(112)の冷媒圧力を上記第2圧縮機(41)の吸入圧力または中間圧力にするように上記第1減圧機構(116)の開度を調節し、第1液管(63)を流れる冷媒の一部を第1分岐管(115)から第2圧縮機(41)に供給して第2利用熱交換器(93)の冷却能力を補助する第1補助運転を行う
ように構成されていることを特徴とする。
蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置であって、
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に接続される第1液管(63)に接続された第1高圧流路(111)と、第1液管(63)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備え、
上記第2利用熱交換器(93)に接続される第2液管(65)に接続された第2高圧流路(121)と、第2液管(65)から分岐し且つ第2減圧機構(126)が設けられた第2分岐管(125)に接続された第2低圧流路(122)とを有し且つ第2高圧流路(121)を流れる冷媒と第2低圧流路(122)を流れる冷媒とが熱交換をする第2補助熱交換器(120)と、
上記第2補助熱交換器(120)の第2低圧流路(122)の冷媒流出側と、上記第1圧縮機(31)の冷媒吸入部とに接続された第2補助吸入管(128)と、
を備えていることを特徴とする。
上記制御部(100)は、第1利用熱交換器(83)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(31)で吸入する第1冷凍サイクルと、第2利用熱交換器(93)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(41)で吸入する第2冷凍サイクルとが行われる運転状態で、第2利用熱交換器(93)の冷却能力が冷却負荷を下回ると、第2低圧流路(122)の冷媒圧力を上記第1圧縮機(31)の吸入圧力または中間圧力にするように上記第2減圧機構(126)の開度を調節し、第2液管(65)を流れる冷媒の一部を第2分岐管(125)から第1圧縮機(31)に供給して第1利用熱交換器(83)の冷却能力を補助する第2補助運転を行う
ように構成されていることを特徴とする。
上記第1圧縮機(31)の第1吸入管(32)と第2圧縮機(41)の第2吸入管(42)とに接続された吸入連通管(50)と、
上記吸入連通管(50)に接続され且つ開度調節可能な圧力調節弁(V5)と、
を備えていることを特徴とする。
実施形態1について説明する。
実施形態に係る冷凍装置(10)は、主に業務用に用いられる冷蔵庫、冷凍庫、ショーケースなどの冷蔵設備や冷凍設備(以下、総称として冷設という)の庫内空間の空気の冷却と、室内の空調とを同時に行う。図1に示すように、冷凍装置(10)は、室外に設置される室外ユニット(20)と、庫内の空気を冷却する冷設ユニット(80)と、室内の空調を行う室内ユニット(90)と、コントローラ(100)とを備える。冷設ユニット(80)及び室内ユニット(90)の数量は、1つに限らず、2つ以上であってもよい。これらのユニット(20,80,90)が4本の連絡配管(12,13,14,15)によって相互に接続されることで、冷媒回路(11)が構成される。冷媒回路(11)では、冷媒が循環することで冷凍サイクルが行われる。本実施形態の冷媒回路(11)の冷媒は、二酸化炭素である。
室外ユニット(20)は、屋外に設置される。室外ユニット(20)には、室外回路(21)が設けられる。室外回路(21)には、第1圧縮機(31)と、第2圧縮機(41)と、室外熱交換器(22)と、室外膨張弁(23)と、レシーバ(24)と、過冷却熱交換器(25)とが接続される。
冷設ユニット(80)は、例えば冷蔵倉庫に設置される。冷設ユニット(80)には、冷設回路(81)が設けられる。冷設回路(81)の液側端部には、第1液連絡配管(12)が接続される。冷設回路(81)のガス側端部には、第1ガス連絡配管(13)が接続される。冷設回路(81)には、液側端から順に、冷設膨張弁(82)及び冷設熱交換器(83)が設けられる。冷設膨張弁(82)は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。
室内ユニット(90)は、屋内に設置される。室内ユニット(90)には、室内回路(91)が設けられる。室内回路(91)のガス側端部には、第2ガス連絡配管(15)が接続される。室内回路(91)の液側端部には、第2液連絡配管(14)が接続される。室内回路(91)には、液側端から順に、室内膨張弁(92)及び室内熱交換器(93)が設けられる。室内膨張弁(92)は、開度が可変な電子膨張弁で構成される。
上述したように、室外ユニット(20)の上記圧縮部(30)は、複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い冷設熱交換器(83)に吸入部(吸入ポート)が接続された第1圧縮機(31)と、冷設熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い室内熱交換器(93)に吸入部(吸入ポート)が接続された第2圧縮機(41)とを備える。この実施形態では、室内熱交換器(93)を流れる冷媒を吸入して圧縮する第2圧縮機(41)の能力不足を補うために、室外ユニット(20)に、第1補助熱交換器(110)が設けられる。つまり、第1補助熱交換器(110)は、第2圧縮機(41)及び室内熱交換器(93)の能力を補助するための熱交換器である。
冷凍装置(10)には、各種のセンサが設けられる。これらのセンサが検出する指標の一例として、冷媒回路(11)の高圧冷媒の温度/圧力、低圧冷媒の温度/圧力、中間圧冷媒の温度/圧力、室外熱交換器(22)の冷媒の温度、冷設熱交換器(83)の冷媒の温度、室内熱交換器(93)の冷媒の温度、各圧縮機(31,41)の吸入過熱度、各圧縮機(31,41)の吐出過熱度、室外空気の温度、庫内空気の温度、室内空気の温度が挙げられる。
制御部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、空調能力が不足するときに空調能力補助運転の制御も行う。
冷凍装置(1)の運転動作について詳細に説明する。図2に示すように、冷凍装置の運転は、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3に示す冷設運転では、第1弁(V1)が開状態となり、第2弁(V2)、第3弁(V3)、第4弁(V4)が閉状態となる。室外膨張弁(23)は全開状態となり、冷設膨張弁(82)の開度が過熱度制御により調節され、室内膨張弁(92)が全閉状態となる。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(22)で放熱し、冷設熱交換器(83)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図4に示す冷房運転では、第1弁(V1)及び第4弁(V4)が開状態となり、第2弁(V2)及び第3弁(V3)が閉状態となる。室外膨張弁(23)は全開状態となり、冷設膨張弁(82)が全閉状態となり、室内膨張弁(92)の開度が過熱度制御により制御される。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(22)で放熱し、冷設熱交換器(83)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図5に示す冷房/冷設運転では、第1弁(V1)及び第4弁(V4)が開状態となり、第2弁(V2),第3弁(V3)及び圧力調節弁(V5)が閉状態となる。室外膨張弁(23)は全開状態となり、冷設膨張弁(82)及び室内膨張弁(92)の開度が過熱度制御により制御される。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(22)で放熱し、冷設熱交換器(83)及び室内熱交換器(93)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図6に示す暖房運転では、第2弁(V2)及び第3弁(V3)が開状態となり、第1弁(V1)及び第4弁(V4)が閉状態となる。室外膨張弁(23)の開度が過熱度制御され、冷設膨張弁(82)が全閉状態となり、室内膨張弁(92)が全開状態となる。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(93)で放熱し、室外熱交換器(22)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図7に示す暖房/冷設運転では、第2弁(V2)及び第3弁(V3)が開状態となり、第1弁(V1),第4弁(V4)及び圧力調節弁(V5)が閉状態となる。室外膨張弁(23)及び冷設膨張弁(82)の開度が過熱度制御され、室内膨張弁(92)が全開状態となる。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(93)で放熱し、室外熱交換器(22)及び冷設熱交換器(83)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
図8に示す暖房/冷設熱回収運転では、第2弁(V2)が開状態となり、第1弁(V1)及び第4弁(V4)が閉状態となる。第3弁(V3)は原則として開状態となる。室外膨張弁(23)が全閉状態となり、冷設膨張弁(82)の開度が過熱度制御され、室内膨張弁(92)が全開状態となる。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室内熱交換器(93)で放熱し、冷設熱交換器(83)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。この際、室外熱交換器(22)は、停止状態となる。
図9に示す暖房/冷設余熱運転では、第1弁(V1)及び第2弁(V2)が開状態となり、第3弁(V3)及び第4弁(V4)が閉状態となる。室外膨張弁(23)及び室内膨張弁(92)が全開状態となり、冷設膨張弁(82)の開度が過熱度制御される。圧縮部(30)で圧縮された冷媒が、室外熱交換器(22)及び室内熱交換器(93)で放熱し、冷設熱交換器(83)で蒸発する冷凍サイクルが行われる。
デフロスト運転の冷媒の流れは、図3に示す冷房運転と同様である。つまり、第1圧縮機(31)及び第2圧縮機(41)で圧縮された冷媒は、室外熱交換器(22)で放熱する。これにより、室外熱交換器(22)の表面の霜と融ける。室外熱交換器(22)の除霜に利用された冷媒は、室内熱交換器(93)で蒸発した後、第1圧縮機(31)及び第2圧縮機(41)に吸入される。
本実施形態では、冷設熱交換器(83)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(31)で吸入する第1冷凍サイクルと、室内熱交換器(93)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(41)で吸入する第2冷凍サイクルとが行われる運転状態(図5の冷房/冷設運転の状態)で、室内熱交換器(93)の冷却能力が不足すると、図10のフローチャートに従って空調能力補助運転が行われる。
この実施形態1では、蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置において、蒸発温度が低い冷設熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、それよりも蒸発温度が高い室内熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とで圧縮部(30)を構成している。また、第1高圧流路(111)と第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)を設け、第1低圧流路(112)の冷媒流出側と第2圧縮機(41)の吸入部とを第1補助吸入管(118)で接続している。
実施形態2について説明する。
この実施形態2においても、冷凍装置(1)は、実施形態1と同様に、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行うことができる。
この実施形態2では、第2高圧流路(121)と第2低圧流路(122)とを有し、第2高圧流路(121)を流れる冷媒と第2低圧流路(122)を流れる冷媒とが熱交換をする第2補助熱交換器(120)を設け、第2低圧流路(122)の冷媒流出側と第1圧縮機(31)の吸入部とを第1補助吸入管(118)で接続している。
冷凍装置(10)には、第2利用熱交換器として、水などの熱媒体と冷媒とを熱交換させる熱交換器(85)を用いてもよい。
上記実施形態や、各変形例においては、以下のような構成としてもよい。
11 冷媒回路
22 室外熱交換器(熱源熱交換器)
30 圧縮部
31 第1圧縮機
32 第1吸入管
41 第1圧縮機
42 第2吸入管
50 吸入連通管
63 第3配管(第1液管)
83 冷設熱交換器(第1利用熱交換器)
93 室内熱交換器(第2利用熱交換器)
100 コントローラ(制御部)
110 第1補助熱交換器
111 第1高圧流路
112 第1低圧流路
115 第1分岐管
116 第1減圧機構
118 第1補助吸入管
120 第2補助熱交換器
121 第2高圧流路
122 第2低圧流路
125 第2分岐管
126 第2減圧機構
128 第2補助吸入管
V5 圧力調節弁
Claims (5)
- 蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置であって、
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に繋がる第1液分岐管(63a)と、該第1液分岐管(63a)から分岐して上記第2利用熱交換器(93)に繋がる第2液分岐管(63b)とを有する第1液管(63)と、
上記第1液分岐管(63a)に、上記第2液分岐管(63b)が第1液分岐管(63a)から分岐する位置より上記第1利用熱交換器(83)側で接続された第1高圧流路(111)と、上記第1液分岐管(63a)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置であって、
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に接続される第1液管(63)に接続された第1高圧流路(111)と、第1液管(63)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備え、
上記制御部(100)は、第1利用熱交換器(83)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(31)で吸入する第1冷凍サイクルと、第2利用熱交換器(93)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(41)で吸入する第2冷凍サイクルとが行われる運転状態で、第1利用熱交換器(83)の冷却能力が冷却負荷を下回ると、第1低圧流路(112)の冷媒圧力を上記第2圧縮機(41)の吸入圧力または中間圧力にするように上記第1減圧機構(116)の開度を調節し、第1液管(63)を流れる冷媒の一部を第1分岐管(115)から第2圧縮機(41)に供給して第2利用熱交換器(93)の冷却能力を補助する第1補助運転を行う
ように構成されていることを特徴とする冷凍装置。 - 蒸発温度が異なる複数の利用熱交換器(83,93)が共用の熱源熱交換器(22)に並列に接続された冷媒回路(11)を有する冷凍装置であって、
複数の利用熱交換器(83,93)のうち、冷凍サイクルの蒸発温度が低い第1利用熱交換器(83)に吸入部が接続された第1圧縮機(31)と、第1利用熱交換器(83)よりも蒸発温度が高い第2利用熱交換器(93)に吸入部が接続された第2圧縮機(41)とを備えた圧縮部(30)と、
上記第1利用熱交換器(83)に接続される第1液管(63)に接続された第1高圧流路(111)と、第1液管(63)から分岐し且つ第1減圧機構(116)が設けられた第1分岐管(115)に接続された第1低圧流路(112)とを有し、第1高圧流路(111)を流れる冷媒と第1低圧流路(112)を流れる冷媒とが熱交換をする第1補助熱交換器(110)と、
上記第1補助熱交換器(110)の第1低圧流路(112)の冷媒流出側と、上記第2圧縮機(41)の冷媒吸入部とに接続された第1補助吸入管(118)と、
冷媒回路(11)の運転動作を制御する制御部(100)と、
を備え、
上記第2利用熱交換器(93)に接続される第2液管(65)に接続された第2高圧流路(121)と、第2液管(65)から分岐し且つ第2減圧機構(126)が設けられた第2分岐管(125)に接続された第2低圧流路(122)とを有し且つ第2高圧流路(121)を流れる冷媒と第2低圧流路(122)を流れる冷媒とが熱交換をする第2補助熱交換器(120)と、
上記第2補助熱交換器(120)の第2低圧流路(122)の冷媒流出側と、上記第1圧縮機(31)の冷媒吸入部とに接続された第2補助吸入管(128)と、
を備えていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項3において、
上記制御部(100)は、第1利用熱交換器(83)で蒸発した冷媒を第1圧縮機(31)で吸入する第1冷凍サイクルと、第2利用熱交換器(93)で蒸発した冷媒を第2圧縮機(41)で吸入する第2冷凍サイクルとが行われる運転状態で、第2利用熱交換器(93)の冷却能力が冷却負荷を下回ると、第2低圧流路(122)の冷媒圧力を上記第1圧縮機(31)の吸入圧力または中間圧力にするように上記第2減圧機構(126)の開度を調節し、第2液管(65)を流れる冷媒の一部を第2分岐管(125)から第1圧縮機(31)に供給して第1利用熱交換器(83)の冷却能力を補助する第2補助運転を行う
ように構成されていることを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1から4のいずれか1つにおいて、
上記第1圧縮機(31)の第1吸入管(32)と第2圧縮機(41)の第2吸入管(42)とに接続された吸入連通管(50)と、
上記吸入連通管(50)に接続され且つ開度調節可能な圧力調節弁(V5)と、
を備えていることを特徴とする冷凍装置。
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