JP6849037B1 - 熱源ユニット、冷凍等装置、及び過冷却ユニット - Google Patents
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Description
前記熱源回路(11)は、前記熱源熱交換器(14)を放熱器とし、前記利用熱交換器(54)を蒸発器とする第1冷凍サイクルと、前記利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記熱源熱交換器(14)を蒸発器とする第2冷凍サイクルとを切り換える切換部と、
前記熱源回路(11)の液冷媒が流れる液管(32,33)の途中に接続される第1流路(40a)と、前記第1流路(40a)を流れる冷媒を冷却する熱媒体が流れる第2流路(40b)と
を有する過冷却熱交換器(40)と、
前記熱源熱交換器(14)と前記過冷却熱交換器(40)との間に配置され、前記第2冷凍サイクルにおいて冷媒を減圧する膨張弁(25)と、
前記第2冷凍サイクルにおいて、前記利用熱交換器(54)で放熱した冷媒の少なくとも一部が前記第1流路(40a)をバイパスするように構成されるバイパス流路(70)と、
前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1流路(40a)の冷媒の流通を制限し且つ前記バイパス流路(70)の冷媒の流通を許容する流路切換機構(80)とを有する。
〈全体構成〉
実施形態に係る冷凍装置(1)は、冷凍倉庫の庫内の空気を冷却する。図1に示すよう
に、冷凍装置(1)は、室外ユニット(10)と庫内ユニット(50)とコントローラ(100)とを備える。室外ユニット(10)は、熱源ユニットであって、屋外に設置される。庫内ユニット(50)は、利用ユニット(50)である。
室外ユニット(10)は、屋外に設置される熱源ユニットである。室外ユニット(10)は、室外ファン(15)と熱源回路(11)とを有する。熱源回路(11)は、圧縮要素(20)と、四方切換弁(24)と、室外熱交換器(14)と、気液分離器(39)と、過冷却熱交換器(40)とを有する。
圧縮要素(20)は、熱媒体である冷媒を圧縮する。圧縮要素(20)は、低段側の第1圧縮部(22,23)で圧縮した冷媒を高段側の第2圧縮部(21)でさらに圧縮する二段圧縮式を構成する。具体的に、第1圧縮部(22,23)は、第1低段側圧縮機(22)及び第2低段側圧縮機(23)である。第2圧縮部(21)は、高段側圧縮機(21)である。第1低段側圧縮機(22)と第2低段側圧縮機(23)とは、互いに並列に接続される。各圧縮機(21〜23)は、いずれも全密閉式高圧ドーム型のスクロール圧縮機で構成される。
四方切換弁(24)は、冷媒の流路を切り換える切換部を構成する。四方切換弁(24)は、第1〜第4ポート(P1〜P4)を備える。第1ポート(P1)は、高段側圧縮機(21)の第1吐出管(41)に接続する。第2ポート(P2)は、第1吸入管(44)に接続する。第3ポート(P3)は、室外熱交換器(14)のガス端部に連通する。第4ポート(P4)は、第2合流管(47)に接続する。
室外熱交換器(14)は、熱源熱交換器を構成する。室外熱交換器(14)はフィン・アンド・チューブ型の空気熱交換器である。室外ファン(15)は、室外熱交換器(14)の近傍に配置される。室外ファン(15)は、室外空気を搬送する。室外熱交換器(14)は、その内部を流れる冷媒と、室外ファン(15)が搬送する室外空気とを熱交換させる。
気液分離器(39)は、冷媒を貯留する容器を構成する。気液分離器(39)は、冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離する。
、第2管(32)が接続される。第2管(32)は液管の一部を構成する。第2管(32)には、室外膨張弁(25)が接続される。室外膨張弁(25)は、その開度が可変な電子膨張弁である。
熱源回路(11)は、インジェクション回路(60)を含む。インジェクション回路(60)は、中間圧の冷媒を圧縮要素(20)の中間圧力部へ導入する。インジェクション回路(60)は、1つの分岐管(61)と、1つの中継管(62)と、3つのインジェクション管(63,64,65)とを含む。
インジェクション弁(26)は、電子膨張弁で構成される。
バイパス流路(70)は、第4管(34)からなる。バイパス流路(70)は、第1管(31)、第2管(32)及び第5管(35)を含んでもよい。さらにバイパス流路(70)は気液分離器(39)を含んでもよい。バイパス流路(70)は、過冷却熱交換器(40)と並列に接続される。バイパス流路(70)の冷媒は、過冷却熱交換器(40)をバイパスする。具体的に、第2冷凍サイクルにおいて、庫内熱交換器(54)で放熱した冷媒は、第4管(34)、第1管(31)、気液分離器(39)、第2管(32)及び第5管(35)の順に流れる。
流路切換機構(80)は、第1逆止弁である第6室外逆止弁(CV6)と、第2逆止弁である第5室外逆止弁(CV5)とからなる。流路切換機構(80)は、第4室外逆止弁(CV4)及び第7室外逆止弁(CV7)を含んでもよい。
庫内ユニット(50)は、利用ユニットである。庫内ユニット(50)は、利用回路(51)と庫内ファン(52)とを有する。
冷凍装置(1)は、各種のセンサ(図示省略)を有する。これらのセンサが検出する指標の一例として、冷媒回路(2)の高圧冷媒の温度/圧力、低圧冷媒の温度/圧力、中間圧力冷媒の温度/圧力、室外熱交換器(14)の冷媒温度、庫内熱交換器(54)の冷媒温度、第1低段側圧縮機(22)の吸入冷媒の過熱度、第2低段側圧縮機(23)の吸入冷媒の過熱度、各圧縮機(21〜23)の吐出冷媒の過熱度、庫外空気の温度、庫内の温度などが挙げられる。
室外ユニット(10)はコントローラ(100)を備える。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(具体的に半導体メモリ)とを含む。
〈冷却運転〉
冷却運転では、各圧縮機(21〜23)、室外ファン(15)、及び庫内ファン(52)が運転される。四方切換弁(24)は第1状態に設定される。室外膨張弁(25)は全開状態になる。庫内膨張弁(30)、インジェクション弁(26)、第1〜第3電動弁(27〜29)の開度が適宜調節される。第4電動弁(53)は全閉状態となり、接続管(49)には冷媒は流通しない。
デフロスト運転では、高段側圧縮機(21)、室外ファン(15)が運転される。四方切換弁(24)は第2状態に設定される。庫内膨張弁(30)は全閉状態となる。第4電動弁(53)は全開状態となる。なお、デフロスト運転では、冷却運転と同様、インジェクション回路(60)に冷媒を流してもよい。インジェクション弁(26)を全閉とし、インジェクション回路(60)に冷媒を流さなくてもよい。
上記実施形態は、圧縮要素(20)、熱源熱交換器(14)、及び過冷却熱交換器(40)を含む熱源回路(11)を備え、利用熱交換器(54)を有する利用ユニット(50)に接続されることにより、冷凍サイクルを行う冷媒回路(2)を構成する熱源ユニット(10)において、前記熱源回路(11)は、前記熱源熱交換器(14)を放熱器とし、前記利用熱交換器(54)を蒸発器とする第1冷凍サイクルと、前記利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記熱源熱交換器(14)を蒸発器とする第2冷凍サイクルとを切り換える切換部(24)を有し、前記過冷却熱交換器(40)は、前記熱源回路(11)の液冷媒が流れる液管(32,33)の途中に接続される第1流路(40a)と、前記第1流路(40a)を流れる冷媒を冷却する熱媒体が流れる第2流路(40b)とを有し、前記熱源回路(11)は、前記第2冷凍サイクルにおいて、前記利用熱交換器(54)で放熱した冷媒の少なくとも一部が前記第1流路(40a)をバイパスするように構成されるバイパス流路(70)と、前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1流路(40a)の冷媒の流通を制限し且つ前記バイパス流路(70)の冷媒の流通を許容する流路切換機構(80)とをさらに有する。
媒の流通は制限される。従って、二段圧縮式の圧縮要素(20)を備える室外ユニット(10)において、第1冷凍サイクルから第2冷凍サイクルへの切り換えによる、過冷却熱交換器(40)の熱応力の増大を抑制できる。
図4に示すように、変形例1は、実施形態の室外ユニット(10)の構成の一部を変更したものである。以下では、実施形態と異なる部分について説明する。
変形例1の熱源回路(11)は、第6管(36)を備える。第6管(36)は、第1流路(40a)をバイパスするバイパス流路(70)である。第6管(36)は、過冷却熱交換器(40)と並列に液管(32,33)に接続される。具体的に、第6管(36)の一端は、第2管(32)に接続する。第6管(36)の他端は、第3管(33)における第5室外逆止弁(CV5)の下流側に接続する。第6管(36)には、第1逆止弁である第8室外逆止弁(CV9)が接続される。第8室外逆止弁(CV9)は、第2冷凍サイクルにおいて庫内熱交換器(54)側から室外熱交換器(14)側への冷媒の流れを許容し、その逆の流れは禁止する。
流路切換機構(80)は、第8室外逆止弁(CV9)と第5室外逆止弁(CV5)とを有する。第5室外逆止弁(CV5)は、第3管(33)における第6管(36)の接続部と、第1流路(40a)の庫内熱交換器(54)側の端部との間に接続されている。第5室外逆止弁(CV5)は、室外熱交換器(14)側から庫内熱交換器(54)側への冷媒の流れを許容し、その逆の冷媒の流れを禁止する。
インジェクション回路(60)の分岐管(61)の流入端は、第3管(33)における第6管(36)の接続部と液側閉鎖弁(17)との間に接続する。分岐管(61)の流出部には、第1〜第3インジェクション管(63〜65)がそれぞれ接続する。
〈冷却運転〉
図5に示すように、低段側圧縮機(22,23)で圧縮され、更に高段側圧縮機(21)で圧縮された冷媒は、室外熱交換器(14)にて室外空気へ放熱する。室外熱交換器(14)により放熱された冷媒は、第1管(31)を流れる。この冷媒は、気液分離器(39)に流入した後、過冷却熱交換器(40)に向かって第2管(32)を流れる。第2管(32)の冷媒は、過冷却熱交換器(40)の第1流路(40a)を流通する。なお、第8室外逆止弁(CV9)により、バイパス流路(70)である第6管(36)への冷媒の流入は禁止される。
図6に示すように、デフロスト運転では、インジェクション弁(26)は全閉となる。そのため第2流路(40b)には冷媒は流れない。
は、第3管(33)に流入する。第3管(33)の冷媒は、第5室外逆止弁(CV5)により、第1流路(40a)へ流入せず、バイパス流路(70)である第6管(36)を通過する。第6管(36)を流れた冷媒は、第2管(32)、第4管(34)、第1管(31)、気液分離器(39)及び第2管(32)の順に流れる。冷媒は、室外膨張弁(25)により減圧された後、第5管(35)及び第1管(31)を通過して室外熱交換器(14)に流入する。なお、第6管(36)から第2管(32)に流入した冷媒は、第1流路(40a)を流通しない。なぜなら、第5室外逆止弁(CV5)の前後の差圧により、第5室外逆止弁(CV5)の冷媒の流通が禁止されるからである。同様に、第4室外逆止弁(CV4)の前後の差圧により、第1管(31)に流入した冷媒は、気液分離器(39)側に流れない。
変形例2では、変形例1の流路切換機構(80)の構成を変更したものである。以下では、変形例1と異なる部分について説明する。
図7に示すように、変形例2の流路切換機構(80)は、第1三方切換弁(81)と第2三方切換弁(82)とから構成される。
変形例3では、変形例1及び変形例2の過冷却熱交換器(40)の構成を変更したものである。以下では、変形例1及び変形例2と異なる部分について説明する。
図10に示すように、変形例3の室外ユニット(10)は過冷却ユニット(90)を備える。過冷却ユニット(90)は、過冷却回路(91)と過冷却用ファン(94)とを備える。
〈冷却運転〉
冷却運転において、過冷却ユニット(90)では、過冷却用圧縮機(92)、過冷却用ファン(94)が運転される。過冷却用膨張弁(26)の開度が適宜調節される。
デフロスト運転では、過冷却用圧縮機(92)の運転は停止する。そのため第2流路(40b)には冷媒は流れない。
第2冷凍サイクルは、庫内熱交換器(54)を放熱器とし、室外熱交換器(14)を蒸発器とする暖房運転であってもよい。冷却運転から暖房運転に切り換わると、庫内熱交換器(54)側から室外熱交換器(14)側へ流入する冷媒は、第1流路(40a)をバイパスする。従って暖房運転の場合も、過冷却熱交換器(40)の熱応力の増大を抑制できる。
2 冷媒回路
10 室外ユニット(熱源ユニット)
11 熱源回路
14 室外熱交換器(熱源熱交換器)
20 圧縮要素
21 高段側圧縮機(第2圧縮部)
22 第1低段側圧縮機(第1圧縮部)
23 第2低段側圧縮機(第1圧縮部)
24 四方切換弁(切換部)
32 第2管(液管)
33 第3管(液管)
40 過冷却熱交換器
40a 第1流路
40b 第2流路
50 庫内ユニット(利用ユニット)
54 庫内熱交換器(利用熱交換器)
70 バイパス流路
80 流路切換機構
CV6 第6室外逆止弁(第1逆止弁)
CV9 第8室外逆止弁(第1逆止弁)
CV5 第5室外逆止弁(第2逆止弁)
Claims (7)
- 圧縮要素(20)及び熱源熱交換器(14)を含む熱源回路(11)を備え、利用熱交換器(54)を有する利用ユニット(50)に接続されることにより、冷凍サイクルを行う冷媒回路(2)を構成する熱源ユニット(10)であって、
前記熱源回路(11)は、
前記熱源熱交換器(14)を放熱器とし、前記利用熱交換器(54)を蒸発器とする第1冷凍サイクルと、前記利用熱交換器(54)を放熱器とし、前記熱源熱交換器(14)を蒸発器とする第2冷凍サイクルとを切り換える切換部(24)と、
前記熱源回路(11)の液冷媒が流れる液管(32,33)の途中に接続される第1流路(40a)と、前記第1流路(40a)を流れる冷媒を冷却する熱媒体が流れる第2流路(40b)と
を有する過冷却熱交換器(40)と、
前記熱源熱交換器(14)と前記過冷却熱交換器(40)との間に配置され、前記第2冷凍サイクルにおいて冷媒を減圧する膨張弁(25)と、
前記第2冷凍サイクルにおいて、前記利用熱交換器(54)で放熱した冷媒の少なくとも一部が前記第1流路(40a)をバイパスするように構成されるバイパス流路(70)と、
前記第2冷凍サイクルにおいて、前記第1流路(40a)の冷媒の流通を制限し且つ前記
バイパス流路(70)の冷媒の流通を許容する流路切換機構(80)とを有する
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1において、
前記バイパス流路(70)は、前記過冷却熱交換器(40)と並列に接続され、前記流路切換機構(80)は、前記第1冷凍サイクルにおいて前記第1流路(40a)の冷媒の流通を許
容し且つ前記バイパス流路(70)の冷媒の流通を禁止し、前記第2冷凍サイクルにおいて前記第1流路(40a)の冷媒の流通を禁止し且つ前記バイパス流路(70)の冷媒の流通を
許容する
ことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項2において、
前記流路切換機構(80)は、
前記バイパス流路(70)に接続され、前記利用熱交換器(54)側から前記熱源熱交換器(14)側への冷媒の流通のみを許容する第1逆止弁(CV6,CV9)と、
前記利用熱交換器(54)側の前記液管(32,33)における前記バイパス流路(70)の接続部と、前記第1流路(40a)の前記利用熱交換器(54)側の端部との間に接続され、前
記熱源熱交換器(14)側から前記利用熱交換器(54)側への冷媒の流通のみを許容する第2逆止弁(CV5)とを含むことを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1〜3のいずれか1つにおいて、
前記圧縮要素(20)は、第1圧縮部(22,23)と第2圧縮部(21)とを有し、前記第1冷凍サイクルにおいて該第1圧縮部(22,23)で圧縮した冷媒を前記第2圧縮部(21)でさらに圧縮する二段圧縮式であることを特徴とする熱源ユニット。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の熱源ユニット(10)と、前記利用熱交換器(54)を有する前記利用ユニット(50)とを備える冷凍装置。
- 請求項5において、
前記冷媒回路(2)は、前記利用熱交換器(54)を除霜するデフロスト運転において、
前記第2冷凍サイクルを行うことを特徴とする冷凍装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の前記バイパス流路(70)、前記流路切換機構(80)、及び前記過冷却熱交換器(40)が一体的なユニットとして接続される過冷却ユニット。
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