WO2018079242A1 - 冷凍装置、冷凍システム - Google Patents

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WO2018079242A1
WO2018079242A1 PCT/JP2017/036626 JP2017036626W WO2018079242A1 WO 2018079242 A1 WO2018079242 A1 WO 2018079242A1 JP 2017036626 W JP2017036626 W JP 2017036626W WO 2018079242 A1 WO2018079242 A1 WO 2018079242A1
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WO
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refrigerant
expansion valve
high pressure
opening degree
pressure value
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PCT/JP2017/036626
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村上　健一
章夫 川西
將樹 池田
峰正 大村
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus and a refrigeration system.
  • This application claims priority on Japanese Patent Application No. 2016-213257 filed in Japan on October 31, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a plurality of refrigeration equipment such as refrigerators, freezers, and showcases that store or display products such as foods and beverages in a refrigerated state or a frozen state are used.
  • the plurality of refrigeration equipment receives supply of low-temperature and low-pressure liquid refrigerant from a condensing unit provided separately.
  • Refrigeration equipment cools goods by supplying liquid refrigerant to an internal heat exchanger.
  • the condensing unit is a so-called refrigeration device.
  • the condensing unit includes a compressor, a cooler (gas cooler), an expansion valve, and a receiver (gas-liquid separator).
  • the condensing unit compresses the refrigerant heated by the external refrigeration equipment with a compressor.
  • the compressed refrigerant is cooled by a cooler and then expanded by an expansion valve to be a low-pressure and low-temperature refrigerant.
  • the refrigerant that has entered the gas-liquid two-phase state through the expansion valve is separated into a gas phase (gas refrigerant) and a liquid phase (liquid refrigerant) by the receiver.
  • the separated liquid refrigerant is supplied to an external refrigeration equipment.
  • the separated gas refrigerant is sent to the compressor and compressed again.
  • Refrigeration and refrigeration equipment to which liquid refrigerant is supplied from the condensing unit individually controls the cooling temperature for actually cooling the product according to the set temperature.
  • refrigeration equipment is provided with the adjustment valve which adjusts the amount of refrigerant supplied to each heat exchanger, and the controller which controls the opening of an adjustment valve.
  • the controller which controls the opening of an adjustment valve.
  • the regulator is closed by the controller to reduce the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger.
  • Patent Document 1 discloses that a heat source side (condensing unit side) throttle mechanism (expansion valve) and a use side (refrigeration / refrigeration equipment side) so as to expand the refrigerant in two stages.
  • a throttling mechanism (expansion valve) is described.
  • a target value of high-pressure refrigerant pressure discharged from the compressor hereinafter referred to as a target high-pressure value
  • the throttle amount (expansion valve opening) of each throttle mechanism is adjusted so that the high-pressure refrigerant pressure becomes the target high-pressure value.
  • the target high pressure value varies according to the outside air temperature. Specifically, the target high pressure value becomes low when the outside air temperature is low, and conversely becomes high when the outside air temperature is high.
  • the high pressure refrigerant pressure may exceed the target high pressure if the refrigeration capacity load from the refrigeration equipment side is large.
  • the opening degree of the expansion valve on the condensing unit side is increased, and the pressure on the downstream side of the expansion valve is increased.
  • a member provided on the downstream side of the expansion valve for example, an injection circuit that sends gas refrigerant from the receiver to the compressor, or a refrigeration unit is connected.
  • a pressure resistant design is required for piping and the like, leading to an increase in cost.
  • the high-pressure refrigerant pressure may be lower than the target high-pressure when the refrigeration capacity load from the refrigeration equipment side is low.
  • the opening degree of the expansion valve on the condensing unit side is reduced, and the liquid refrigerant supplied from the condensing unit to the refrigeration equipment side is reduced.
  • the present invention provides a refrigeration apparatus and a refrigeration system that can make it difficult for an expansion valve to be fully opened or fully closed.
  • the refrigeration apparatus includes a compressor that compresses a refrigerant, a heat exchanger that condenses the refrigerant compressed by the compressor, and an expansion that expands the refrigerant condensed by the heat exchanger.
  • the opening of the expansion valve is adjusted so that the pressure of the refrigerant compressed by the compressor approaches the target high pressure value set based on the valve and the outside air temperature,
  • a controller that corrects the target high-pressure value when a preset opening upper limit value or opening lower limit value is exceeded.
  • the opening degree of the expansion valve changes to an opening degree corresponding to the corrected target high pressure value.
  • the adjustment amount of the opening degree of the expansion valve is changed by reducing the difference between the target high pressure value and the pressure of the refrigerant compressed by the compressor. Therefore, by correcting the target high pressure value, when the opening degree of the expansion valve exceeds the opening degree upper limit value or the opening degree lower limit value, it is possible to suppress the opening degree of the expansion valve from changing greatly.
  • the controller corrects the target high pressure value to increase when the opening degree of the expansion valve exceeds the opening degree upper limit value. May be.
  • the opening of the expansion valve when the opening of the expansion valve is large, the target high pressure value can be increased to approach the pressure of the refrigerant compressed by the compressor. As a result, the difference between the target high pressure value and the pressure of the refrigerant compressed by the compressor becomes relatively small, and the adjustment amount of the opening degree of the expansion valve becomes small. Thereby, the opening degree of the expansion valve is less likely to be fully opened after exceeding the opening degree upper limit value.
  • the controller sets the target high pressure value when the opening degree of the expansion valve exceeds the opening degree lower limit value. You may correct
  • the target high pressure value can be reduced to approach the pressure of the refrigerant compressed by the compressor.
  • the difference between the target high pressure value and the pressure of the refrigerant compressed by the compressor becomes relatively small, and the adjustment amount of the opening degree of the expansion valve becomes small.
  • the opening degree of the expansion valve is less likely to be fully closed after the opening degree is lower than the lower limit value.
  • the controller performs the plurality of times so as to increase or decrease the target high pressure value at a predetermined ratio. You may correct
  • the difference between the target high pressure value and the pressure of the refrigerant compressed by the compressor is gradually reduced by repeatedly correcting and increasing the target high pressure value.
  • the opening degree of the expansion valve is gradually adjusted, and the amount of adjustment once becomes small. This can prevent the opening degree of the expansion valve from being fully opened or fully closed with high accuracy.
  • the compressor in any one of the first aspect to the fourth aspect, includes a first-stage compression unit and a second-stage compression unit, and A receiver that gas-liquid separates the refrigerant condensed by the expansion valve into a gas refrigerant and a liquid refrigerant; and an injection circuit that sends the gas refrigerant separated by the receiver to the second-stage compression unit of the compressor; You may make it provide.
  • the pressure of the medium-pressure gas refrigerant sent to the compressor through the injection circuit can be suppressed by making it difficult for the opening degree of the expansion valve to be fully opened. Therefore, the pressure resistance performance required for the member through which the refrigerant flows can be suppressed, and an increase in cost can be suppressed.
  • the refrigerant in any one of the first aspect to the fifth aspect, may be carbon dioxide.
  • the refrigeration system according to the seventh aspect of the present invention exchanges heat with the refrigeration apparatus of any one of the first aspect to the sixth aspect and the refrigerant supplied from the refrigeration apparatus, connected to the refrigeration apparatus.
  • a loader having a load-side heat exchanger having a load-side heat exchanger.
  • the loader may further include a load side expansion valve for expanding the refrigerant supplied from the refrigeration apparatus.
  • Such a configuration makes it difficult for the expansion valve on the refrigeration apparatus side to be in a fully open state or a fully closed state, and the expansion process is reliably performed even on the load side expansion valve. Therefore, the refrigerant can be expanded in two stages by the expansion valve on the refrigeration apparatus side and the load side expansion valve, thereby realizing an efficient refrigeration cycle.
  • a plurality of the loaders may be connected to the refrigeration apparatus.
  • the expansion valve by making the expansion valve less likely to be in a fully open state or a fully closed state, it is possible to suppress an increase in cost and an insufficient supply amount of liquid refrigerant, and to improve the refrigeration cycle efficiency.
  • the refrigeration system 1 of the present embodiment includes a plurality of (three in the present embodiment) loaders 2 and a condensing unit (refrigeration apparatus) 3.
  • the refrigeration system 1 uses CO 2 (carbon dioxide) as a refrigerant.
  • the loader 2 is a refrigerator or a freezer that cools or refrigerates and stores the product, and a refrigeration device such as a showcase that cools or refrigerates and displays the product.
  • the loader 2 receives the supply of the liquid refrigerant RL from the condensing unit 3.
  • the loader 2 includes a load-side heat exchanger 21, a control valve (load-side expansion valve) 22, a loader controller 23, and a temperature sensor 24.
  • the load side heat exchanger 21 cools the product by exchanging heat with the liquid refrigerant RL supplied from the condensing unit 3.
  • the load-side heat exchanger 21 returns the heat-exchanged refrigerant to the condensing unit 3.
  • the control valve 22 adjusts the cooling temperature of the product by adjusting the flow rate of the liquid refrigerant RL supplied from the condensing unit 3.
  • the loader controller 23 controls the control valve 22 so that the internal cooling temperature approaches the set temperature based on the set temperature set from the outside and the cooling temperature at which the product is actually cooled detected by the temperature sensor 24. Adjust the opening.
  • the condensing unit 3 includes a compressor 31, a gas cooler (heat exchanger) 32, an electronic expansion valve (expansion valve) 33, a receiver 34, an injection circuit 38, and an oil separator 39.
  • the low pressure sensor 40, the high pressure sensor 41, the outside air temperature sensor 43, and the controller 100 are mainly provided.
  • the compressor 31, gas cooler 32, electronic expansion valve 33, receiver 34, and oil separator 39 are connected by a refrigerant pipe 300.
  • the compressor 31 compresses the refrigerant supplied from the loader 2 through the accumulator 35 by the suction pipe 302.
  • the compressor 31 discharges a high-pressure and high-temperature refrigerant.
  • CO 2 having a larger compression ratio than that of Freon or the like is used as the refrigerant.
  • the compressor 31 is a two-stage compressor having a first-stage first-stage compression section 31a and a second-stage second-stage compression section 31b.
  • the compressor 31 has a temperature sensor 37 that detects the temperature of the refrigerant liquid and oil in the first stage compression unit 31 a of the compressor 31.
  • the gas cooler 32 is supplied with a high-pressure and high-temperature refrigerant via an oil separator 39 after being discharged from the compressor 31.
  • the gas cooler 32 exchanges heat between the supplied high-pressure and high-temperature refrigerant and air sent by a blower (not shown) to condense the refrigerant.
  • a plurality of gas coolers 32 are provided in parallel.
  • Each of the oil separators 39 collects lubricating oil contained in the refrigerant and returns it to the compressor 31.
  • the electronic expansion valve 33 expands the refrigerant condensed by the gas cooler 32 to obtain a low-pressure and low-temperature refrigerant.
  • the refrigerant expanded by the electronic expansion valve 33 is in a gas-liquid two-phase state.
  • the receiver 34 gas-liquid separates the gas-liquid two-phase refrigerant expanded by the electronic expansion valve 33 into a gas refrigerant RG that is a gas-phase refrigerant and a liquid refrigerant RL that is a liquid-phase refrigerant.
  • a plurality of receivers 34 are provided in parallel.
  • the receiver 34 includes a tank 341 that stores a refrigerant in a gas-liquid phase state.
  • a liquid supply pipe 301 and an injection circuit 38 are connected to the tank 341.
  • the liquid refrigerant RL separated in the tank 341 is supplied to each external loader 2 through the liquid feeding pipe 301.
  • the gas refrigerant RG separated in the tank 341 of the receiver 34 is sucked into the compressor 31 via the injection circuit 38.
  • the injection circuit 38 is connected to the second-stage second compression unit 31 b of the compressor 31.
  • the injection circuit 38 supplies the gas refrigerant RG in the tank 341 to the second-stage second compression unit 31b.
  • the injection circuit 38 is provided with a solenoid valve 36.
  • the opening degree of the solenoid valve 36 is adjusted according to the temperature of the refrigerant liquid and oil detected by the temperature sensor 37 under the control of the controller 100.
  • the flow rate of the gas refrigerant RG from the receiver 34 is adjusted by opening and closing the electromagnetic valve 36.
  • the low pressure sensor 40 measures the pressure value (low pressure value) of the low pressure refrigerant supplied to the compressor 31 via the loader 2.
  • the low pressure sensor 40 outputs the measurement result to the controller.
  • the high pressure sensor 41 measures the pressure value (high pressure value) of the high pressure refrigerant discharged from the compressor 31.
  • the high-pressure sensor 41 outputs the measurement result to the controller.
  • the outside air temperature sensor 43 measures the outside air temperature around the condensing unit 3. The outside air temperature sensor 43 outputs the measurement result to the controller.
  • the controller 100 controls ON / OFF of the operation of the compressor 31 and the rotation speed, and the opening degree of the electronic expansion valve 33.
  • the controller 100 of this embodiment controls the opening degree of the electronic expansion valve 33 based on the outside air temperature, the low pressure value, and the high pressure value.
  • the controller 100 activates the compressor 31.
  • the controller 100 operates the compressor 31 between a predetermined upper limit rotation speed and a lower limit rotation speed.
  • the controller 100 sets a target high pressure value HP as a target value of the pressure of the high pressure refrigerant discharged from the compressor 31 based on the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 43.
  • the controller 100 adjusts the opening degree of the electronic expansion valve 33 based on the set target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P that is the actual pressure value of the high pressure refrigerant detected by the high pressure sensor 41.
  • the controller 100 adjusts and controls the opening degree of the electronic expansion valve 33 so that the high-pressure refrigerant pressure P approaches the target high-pressure value HP.
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP when a preset opening upper limit value or opening lower limit value is exceeded.
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP repeatedly several times while increasing / decreasing the target high pressure value HP at a predetermined ratio.
  • the target high pressure value HP is a value determined by the outside air temperature of the condensing unit 3.
  • the target high pressure value HP increases as the outside air temperature increases, and decreases as the outside air temperature decreases.
  • the target high pressure value HP is in the range of 4 (Mpa ⁇ G) to 6 (Mpa ⁇ G) when the outside air temperature is 0 ° C. or lower.
  • the target high pressure value HP is in the range of 6 (Mpa ⁇ G) to 8 (Mpa ⁇ G) when the outside air temperature is 0 ° C. or higher and 30 ° C. or lower.
  • the target high pressure value HP is in the range of 8 (Mpa ⁇ G) to 12 (Mpa ⁇ G) when the outside air temperature is 30 ° C. or higher.
  • the controller 100 of this embodiment adjusts the opening degree of the electronic expansion valve 33 by PI control based on the deviation between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P.
  • the controller 100 preferably performs PI control via a first-order delay of 3 seconds in order to reduce the influence of noise on the input of the high-voltage sensor 41.
  • the opening range of the electronic expansion valve 33 is set in a preset range.
  • the opening range of the electronic expansion valve 33 is, for example, Maximum opening (fully open state): 470 pulses Minimum opening (fully closed state): 10 pulses.
  • the controller 100 opens the electronic expansion valve 33 as described above after a certain period of time has elapsed from the start of the operation of the compressor 31 and the operating speed of the compressor 31 reaches the rated operating speed. Perform degree adjustment control.
  • the controller 100 executes correction control of the target high pressure value HP according to the opening degree of the electronic expansion valve 33 as shown in FIG. 3 at predetermined time intervals.
  • the controller 100 determines whether the opening degree of the electronic expansion valve 33 is fully open or fully closed based on the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P of the refrigerant detected by the high pressure sensor 41. Control so as not to become. For this reason, the controller 100 is preset with an opening degree upper limit value and an opening degree lower limit value of the electronic expansion valve 33.
  • the upper limit of the opening degree of the electronic expansion valve 33 is set to 70% to 90% of the maximum opening degree.
  • the lower limit of the opening of the electronic expansion valve 33 is set to 5% to 20% of the maximum opening.
  • the opening degree upper limit value of the electronic expansion valve 33 of this embodiment is set to 400 pulses, for example, and the opening degree lower limit value is set to 80 pulses, for example.
  • the controller 100 sets the target high pressure value HP based on the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 43 (step S101).
  • the controller 100 determines whether or not the opening degree of the electronic expansion valve 33 is equal to or larger than the opening degree upper limit value (step S102). When the controller 100 determines that the opening degree of the electronic expansion valve 33 is not more than the upper limit value of the opening degree, the controller 100 determines whether the opening degree of the electronic expansion valve 33 is not more than the lower limit value of the opening degree (step S106). ). When the controller 100 determines that the opening degree of the electronic expansion valve 33 is not less than or equal to the opening lower limit value, the controller 100 repeats the processes of step S101, step S102, and step S106 every predetermined time.
  • the controller 100 determines in step S102 that the opening degree of the electronic expansion valve 33 is equal to or greater than the opening degree upper limit value, the controller 100 maintains the opening degree of the electronic expansion valve 33 until a preset standby time elapses.
  • the standby time is a time required until the value of the high-pressure refrigerant pressure P is stabilized after the opening degree of the electronic expansion valve 33 is maintained.
  • the waiting time may be about 1 to 10 minutes, preferably about 5 minutes.
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP set in step S101 to increase (step S104). Specifically, a pressure addition value that is a predetermined ratio is added to the target high pressure value HP set in step S101.
  • the pressure addition value is an increase rate at the time of correction determined in accordance with the target high pressure value HP.
  • the pressure addition value of this embodiment is, for example, 0.1 (MPa ⁇ G).
  • the target high pressure value HP is corrected so as to increase by the pressure addition value.
  • the controller 100 determines whether or not the target high pressure value HP before correction has changed due to a change in the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 43. . Specifically, the controller 100 determines whether or not the measurement value input from the outside air temperature sensor 43 has changed (step S105).
  • step S105 If it is determined in step S105 that the outside air temperature has changed, the controller 100 ends a series of correction processes.
  • the controller 100 continues the normal opening control of the electronic expansion valve 33 that brings the high-pressure refrigerant pressure P close to the target high-pressure value HP.
  • step S105 If it is determined in step S105 that the outside air temperature has not changed, the controller 100 returns to step S103 and maintains the opening degree of the electronic expansion valve 33 until a preset standby time elapses. To do.
  • the controller 100 repeats Step S103 to Step S105 a plurality of times, thereby gradually increasing the target high pressure value (HP) by the pressure addition value over a plurality of times.
  • the correction process for increasing the target high pressure value HP as in step S103 and step S104 can be repeated up to a predetermined number of times, for example, up to five times.
  • the controller 100 ends the correction process for increasing the target high pressure value HP regardless of the change state of the outside air temperature. Thereafter, the controller 100 continues the normal opening control of the electronic expansion valve 33 that brings the high-pressure refrigerant pressure P close to the target high-pressure value HP.
  • step S106 determines in step S106 that the opening degree of the electronic expansion valve 33 is equal to or smaller than the opening degree lower limit value
  • the controller 100 maintains the opening degree of the electronic expansion valve 33 until a preset standby time elapses. Leave as is (step S107).
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP set in step S101 to be lowered (step S108). For this purpose, a pressure subtraction value which is a predetermined ratio is subtracted from the target high pressure value HP set in step S101. Note that the pressure subtraction value is a rate of decrease when correction is determined according to the target high pressure value HP.
  • the pressure subtraction value of this embodiment is, for example, 0.1 (MPa ⁇ G). Thus, the target high pressure value HP is corrected so as to decrease by the pressure subtraction value.
  • the controller 100 determines whether or not the target high pressure value HP before correction has changed due to a change in the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor 43. . Specifically, the controller 100 determines whether or not the measurement value input from the outside air temperature sensor 43 has changed (step S109).
  • step S109 If it is determined in step S109 that the outside air temperature has changed, the controller 100 ends a series of correction processes.
  • the controller 100 continues the normal opening control of the electronic expansion valve 33 that brings the high-pressure refrigerant pressure P close to the target high-pressure value HP.
  • step S109 If it is determined in step S109 that the outside air temperature has not changed, the controller 100 returns to step S107 and maintains the opening degree of the electronic expansion valve 33 until a preset standby time elapses. To do.
  • the controller 100 repeatedly decreases the target high pressure value (HP) by the pressure subtraction value by a plurality of times by repeating the steps S107 to S109 a plurality of times.
  • the correction process for reducing the target high pressure value HP as in step S107 and step S108 can be repeated up to a predetermined number of times, for example, up to five times.
  • the controller 100 ends the correction process for reducing the target high pressure value HP regardless of the change in the outside air temperature. Thereafter, the controller 100 continues the normal opening control of the electronic expansion valve 33 that brings the high-pressure refrigerant pressure P close to the target high-pressure value HP.
  • the controller 100 When the controller 100 repeatedly executes the processing of steps S101 to S109 at predetermined time intervals while the compressor 31 is operating, the following operation is obtained. For example, when the outside air temperature is low, the target high pressure value HP is low. On the other hand, when the refrigeration capacity load on the loader 2 side is large, the high-pressure refrigerant pressure P that is the pressure of the refrigerant discharged from the compressor 31 increases. Therefore, when the outside air temperature is low, the high-pressure refrigerant pressure P may exceed the target high-pressure value HP. In such a state, when the opening degree of the electronic expansion valve 33 is adjusted by the controller 100, the opening degree of the electronic expansion valve 33 may exceed the opening degree upper limit value to be fully opened.
  • the controller 100 executes the correction process for increasing the target high pressure value HP as described above and the opening degree of the electronic expansion valve 33 exceeds the opening degree upper limit value, the target high pressure value HP is nearly fully opened. The value HP is increased. Therefore, the target high pressure value HP is corrected so as to approach the high pressure refrigerant pressure P. If the difference between the target high-pressure value HP and the high-pressure refrigerant pressure P is reduced by such correction, the ratio of the opening degree of the electronic expansion valve 33 that is increased by the controller 100 is reduced, and the fully open state is difficult to be achieved.
  • the target high pressure value HP becomes high.
  • the high-pressure refrigerant pressure P is low. Therefore, when the outside air temperature is high, the high-pressure refrigerant pressure P may be lower than the target high-pressure value HP. In such a state, when the opening degree of the electronic expansion valve 33 is adjusted by the controller 100, the opening degree of the electronic expansion valve 33 may be less than the opening degree lower limit value and may be in a fully closed state.
  • the controller 100 executes the correction process for reducing the target high pressure value HP, so that when the opening degree of the electronic expansion valve 33 falls below the opening lower limit value and becomes close to the fully closed state, The high pressure value HP is reduced. Therefore, the target high pressure value HP is corrected so as to approach the high pressure refrigerant pressure P. By such correction, the opening degree of the electronic expansion valve 33 is increased. Thereby, if the difference between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P becomes small, the ratio of the opening degree of the electronic expansion valve 33 that is made small by the controller 100 becomes small, and it becomes difficult to be in the fully closed state.
  • FIG. 4 shows changes in the target high pressure value HP when the correction control of the target high pressure value HP by the controller 100 as described above is executed and when the correction control is not executed in the actual condensing unit 3. It is a figure which shows an example of the change of the opening degree of an expansion valve.
  • FIG. 4 shows a change in a state in which the high-pressure refrigerant pressure P exceeds the target high-pressure value HP because the outside air temperature is low and the refrigeration load capacity from the loader 2 side is large.
  • a two-dot chain line L2 indicates the target high pressure value HP when correction is not performed.
  • a solid line L12 indicates the target high pressure value HP when the correction of the present embodiment is performed.
  • a two-dot chain line L3 indicates the opening degree of the electronic expansion valve 33 when the target high pressure value HP is not corrected.
  • a solid line L13 indicates the opening of the electronic expansion valve 33 when the target high pressure value HP is corrected.
  • the target high pressure value HP that is not corrected is initially set to the outside temperature as indicated by a two-dot chain line L2 in FIG. It remains constant as set accordingly.
  • the electronic expansion valve 33 has an opening degree so that the refrigerant pressure approaches the target high pressure value HP when the refrigeration load capacity from the loader 2 side is large. As a result of performing control to increase, the opening degree is in a fully open state.
  • the target high pressure value HP is initially set according to the outside air temperature as shown by a solid line L12 in FIG. After being set, as a result of the opening degree of the electronic expansion valve 33 reaching the opening degree upper limit value, it increases stepwise. Further, as indicated by a solid line L13 in FIG. 4, the electronic expansion valve 33 has its opening degree fully opened as a result of the target high pressure value HP increasing stepwise in a state where the refrigeration load capacity from the loader 2 side is large. It reaches a certain state before reaching the state.
  • the opening degree of the electronic expansion valve 33 exceeds a preset opening degree upper limit value or opening degree lower limit value, the high pressure refrigerant pressure P is approached.
  • the target high pressure value HP is corrected.
  • the opening degree of the electronic expansion valve 33 changes to an opening degree corresponding to the corrected target high pressure value HP. Specifically, when the difference between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P becomes small, the adjustment amount of the opening degree of the electronic expansion valve 33 becomes small.
  • the electronic expansion valve 33 is prevented from changing greatly. It becomes difficult to be in the fully open state or the fully closed state.
  • the electronic expansion valve 33 by making the electronic expansion valve 33 less likely to be fully opened, the degree of opening of the electronic expansion valve 33 is fully opened and the refrigerant cannot be sufficiently expanded, and only the control valve 22 that is the expansion valve on the loader 2 side is used. It can prevent becoming the structure of the 1 stage aperture_diaphragm
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP to increase when the opening degree of the electronic expansion valve 33 exceeds the opening degree upper limit value. Therefore, when the opening degree of the electronic expansion valve 33 is large, the target high pressure value HP can be increased to approach the high pressure refrigerant pressure P. As a result, the difference between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P becomes relatively small, and the adjustment amount of the opening degree of the electronic expansion valve 33 becomes small. Thereby, the opening degree of the electronic expansion valve 33 is less likely to be fully opened after the opening degree upper limit value is exceeded.
  • the controller 100 corrects the target high pressure value HP to be lowered when the opening degree of the electronic expansion valve 33 exceeds the opening degree lower limit value. Therefore, when the opening degree of the electronic expansion valve 33 is small, the target high pressure value HP can be reduced to approach the high pressure refrigerant pressure P. As a result, the difference between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P becomes relatively small, and the adjustment amount of the opening degree of the electronic expansion valve 33 becomes small. As a result, the opening degree of the electronic expansion valve 33 is less likely to be fully closed after the opening degree is lower than the lower limit value.
  • the difference between the target high pressure value HP and the high pressure refrigerant pressure P is gradually reduced by repeatedly correcting and increasing the target high pressure value HP.
  • the opening degree of the electronic expansion valve 33 is gradually adjusted, and the adjustment amount at one time becomes small. Thereby, it is possible to prevent the opening degree of the electronic expansion valve 33 from being fully opened or fully closed with high accuracy.
  • the opening of the electronic expansion valve 33 is not easily opened, the pressure of the medium-pressure gas refrigerant RG sent to the compressor 31 through the injection circuit 38 is suppressed. Therefore, the pressure resistance required for the member through which the refrigerant such as the injection circuit 38 circulates can be suppressed, and the cost increase can be suppressed.
  • the electronic expansion valve 33 on the condensing unit 3 side is less likely to be fully opened or fully closed, the expansion process is reliably performed in both the electronic expansion valve 33 and the control valve 22. Therefore, the refrigerant can be expanded in two stages by the electronic expansion valve 33 and the control valve 22 on the condensing unit 3 side, thereby realizing an efficient refrigeration cycle.
  • the refrigeration system 1 is provided with the two-stage expansion process including the electronic expansion valve 33 and the load-side expansion valve 22, but the present invention can be applied to a configuration including only one expansion process. Can be applied.
  • the compressor 31 includes the first-stage compression unit 31a and the second-stage compression unit 31b and is configured to compress the refrigerant in two stages. However, the compressor 31 may perform compression in only one stage.
  • the electronic expansion valve 33 in the configuration of one-stage expansion and one-stage compression, if the electronic expansion valve 33 is fully opened when the outside air temperature is low and the high-pressure refrigerant pressure P is low or the pipe length is long, the electronic expansion is performed. The control by the valve 33 does not function, and the liquid refrigerant RL easily returns to the compressor 31.
  • the one-stage expansion and one-stage compression configuration when the outside air temperature is high and the differential pressure between the high-pressure refrigerant pressure and the load side is high, if the electronic expansion valve 33 is fully closed, the refrigerant circulation rate decreases. , Lack of ability.
  • control by the controller 100 is not limited to the above-described example, and the processing order can be changed or a part of the processing can be omitted.
  • the refrigeration system 1 includes the plurality of loaders 2 and the condensing unit 3, but the number of loaders 2 is not limited at all.
  • the plurality of loaders 2 do not have to be the same type, and a plurality of types of loaders 2 may be provided in a mixed manner.
  • the refrigeration system 1 can be a unit having a loader 2 and a condensing unit 3 integrally.
  • An example of such a unit is a vending machine for beverages.
  • the refrigeration apparatus and the refrigeration system it is possible to prevent the expansion valve from being fully opened or fully closed, thereby suppressing an increase in cost and a shortage of supply amount of liquid refrigerant and increasing the refrigeration cycle efficiency.
  • Refrigeration system 2 Loader 3 Condensing unit (refrigeration equipment) 21 Load-side heat exchanger 22 Load-side expansion valve 23 Load controller 24 Temperature sensor 31 Compressor 31a First stage compression section 31b Second stage compression section 32 Gas cooler (heat exchanger) 33 Electronic expansion valve (expansion valve) 34 Receiver 35 Accumulator 36 Solenoid valve 37 Temperature sensor 38 Injection circuit 39 Oil separator 40 Low pressure sensor 41 High pressure sensor 43 Outside air temperature sensor 100 Controller 300 Refrigerant pipe 301 Liquid feed pipe 302 Suction pipe 341 Tank HP Target high pressure value P High pressure refrigerant pressure RG Gas Refrigerant RL Liquid refrigerant

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Abstract

コンデンシングユニット（３）は、冷媒を圧縮する圧縮機（３１）と、圧縮機（３１）で圧縮された冷媒を凝縮させるガスクーラ（３２）と、ガスクーラ（３２）で凝縮された冷媒を膨張させる電子膨張弁（３３）と、外気温に基づいて設定される目標高圧値に対し、圧縮機（３１）で圧縮された冷媒の圧力が近づくよう電子膨張弁（３３）の開度を調整するとともに、電子膨張弁（３３）の開度が、予め設定された開度上限値又は開度下限値の一方を越えた場合に、目標高圧値を補正するコントローラ（１００）と、を備える。

Description

冷凍装置、冷凍システム
　本発明は、冷凍装置、冷凍システムに関する。
　本願は、２０１６年１０月３１日に、日本に出願された特願２０１６－２１３２５７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、店舗等においては、食品や飲料等の商品を冷蔵状態又は冷凍状態で保存又は陳列する冷蔵庫、冷凍庫、及びショーケース等の冷蔵冷凍機器が複数用いられている。これら複数の冷蔵冷凍機器は、別途設けられたコンデンシングユニットから、低温低圧の液冷媒の供給を受ける。冷蔵冷凍機器は、液冷媒を内部の熱交換器に供給することによって商品を冷却する。
　コンデンシングユニットは、いわゆる冷凍装置である。コンデンシングユニットは、圧縮機、冷却器（ガスクーラ）、膨張弁、及びレシーバ（気液分離器）を備える。コンデンシングユニットは、外部の冷蔵冷凍機器で温められた冷媒を圧縮機で圧縮する。圧縮された冷媒は、冷却器で冷却された後、膨張弁で膨張し、低圧低温の冷媒とされる。膨張弁を経て気液二相状態となった冷媒は、レシーバで気相（ガス冷媒）と液相（液冷媒）とに分離される。分離された液冷媒は、外部の冷蔵冷凍機器に供給される。一方、分離されたガス冷媒は、圧縮機に送り込まれて再度圧縮される。
　コンデンシングユニットから液冷媒が供給される冷蔵冷凍機器では、設定温度に応じて、実際に商品を冷却する冷却温度を調整する制御が個別に行われる。このため、冷蔵冷凍機器は、それぞれの熱交換器に供給する冷媒量を調整する調整弁と、調整弁の開度を制御するコントローラと、を備える。冷蔵冷凍機器は、冷却温度が設定温度に到達することで、コントローラによって調整弁を閉じて熱交換器への冷媒の供給量を減少させている。
　このようなコンデンシングユニットして、特許文献１には、冷媒を２段階に膨張させるように、熱源側（コンデンシングユニット側）の絞り機構（膨張弁）と、利用側（冷蔵冷凍機器側）の絞り機構（膨張弁）と、を備えた冷凍装置が記載されている。この冷凍装置は、外気温と冷媒温度とに基づいて、圧縮機から吐出される高圧冷媒圧力の目標値（以下、これを目標高圧値と称する）を設定している。この冷凍装置では、高圧冷媒圧力が目標高圧値となるように、各絞り機構の絞り量（膨張弁の開度）が調整されている。
特開２００７－２６３３８３号公報
　ところで、目標高圧値は、外気温に応じて変動する。具体的には、目標高圧値は、外気温が低いと低くなり、逆に外気温が高いと高くなる。外気温が低い場合には、冷蔵冷凍機器側からの冷凍能力負荷が大きいと、高圧冷媒圧力が目標高圧を上回ることがある。その結果、コンデンシングユニット側の膨張弁は、その開度が大きくなり、膨張弁の下流側の圧力が高くなる。このようにして膨張弁が全開状態となった場合には、膨張弁の下流側に設けられた部材、例えばレシーバから圧縮機にガス冷媒を送り込むインジェクション回路や、冷蔵冷凍機器との間を接続する配管等に、耐圧設計が必要となり、コスト上昇に繋がる。
　また、外気温が高い場合には、冷蔵冷凍機器側からの冷凍能力負荷が低いと、高圧冷媒圧力が目標高圧を下回ることがある。その結果、コンデンシングユニット側の膨張弁は、その開度が小さくなり、コンデンシングユニットから冷蔵冷凍機器側に供給される液冷媒が少なくなる。このようにして膨張弁が全閉状態となった場合には、冷蔵冷凍機器側で冷媒が不足する可能性がある。
　本発明は、膨張弁が全開状態または全閉状態となりにくくすることが可能な冷凍装置、冷凍システムを提供する。
　本発明の第一態様に係る冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる熱交換器と、前記熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、外気温に基づいて設定される目標高圧値に対し、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒の圧力が近づくよう前記膨張弁の開度を調整するとともに、前記膨張弁の開度が、予め設定された開度上限値又は開度下限値を越えた場合に、前記目標高圧値を補正するコントローラと、を備える。
　このような構成によれば、目標高圧値が補正されることで、膨張弁の開度が、補正された目標高圧値に応じた開度に変化する。具体的には、目標高圧値と圧縮機で圧縮された冷媒の圧力との差分が小さくなることで、膨張弁の開度の調整量が変化する。したがって、目標高圧値を補正することで、膨張弁の開度が開度上限値又は開度下限値を超えた場合に、膨張弁の開度が大きく変化することを抑えることができる。
　また、本発明の第二態様に係る冷凍装置では、第一態様において、前記コントローラは、前記膨張弁の開度が前記開度上限値を超えた場合に、前記目標高圧値を増加させるよう補正してもよい。
　このような構成とすることで、膨張弁の開度が大きい場合に、目標高圧値を増加させて圧縮機で圧縮された冷媒の圧力に近づけることができる。その結果、目標高圧値と圧縮機で圧縮された冷媒の圧力との差分が相対的に小さくなり、膨張弁の開度の調整量が小さくなる。これによって、膨張弁の開度は、開度上限値を超えた後に全開状態となりにくくなる。
　また、本発明の第三態様に係る冷凍装置では、第一態様又は第二態様において、前記コントローラは、前記膨張弁の開度が前記開度下限値を超えた場合に、前記目標高圧値を低下させるよう補正してもよい。
　このような構成とすることで、膨張弁の開度が小さい場合に、目標高圧値を低下させて圧縮機で圧縮された冷媒の圧力に近づけることができる。その結果、目標高圧値と圧縮機で圧縮された冷媒の圧力との差分が相対的に小さくなり、膨張弁の開度の調整量が小さくなる。これによって、膨張弁の開度は、開度下限値を下回った後に全閉状態となりにくくなる。
　また、本発明の第四態様に係る冷凍装置では、第一態様から第三態様のいずれか一つにおいて、前記コントローラは、予め定めた所定の割合で前記目標高圧値を増減させるように複数回繰り返して補正してもよい。
　このような構成として、目標高圧値を繰返し補正して増減させることで、目標高圧値と圧縮機で圧縮された冷媒の圧力との差分は徐々に小さくなる。その結果、膨張弁の開度が徐々に調整されることとなり、一度の調整量が小さくなる。これによって、膨張弁の開度が全開状態又は全閉状態となってしまうことを高い精度で防ぐことができる。
　また、本発明の第五態様に係る冷凍装置では、第一態様から第四態様のいずれか一つにおいて、前記圧縮機は、第一段圧縮部と第二段圧縮部とを備えるとともに、前記膨張弁で凝縮された前記冷媒をガス冷媒と液冷媒とに気液分離するレシーバと、前記レシーバで分離された前記ガス冷媒を、前記圧縮機の前記第二段圧縮部に送り込むインジェクション回路と、を備えるようにしてもよい。
　このような構成において、膨張弁の開度が全開状態となりにくくすることによって、インジェクション回路を通して圧縮機に送り込まれる中圧のガス冷媒の圧力を抑えることができる。したがって、冷媒が流通する部材に要求される耐圧性能が抑えられ、コスト上昇を抑えることができる。
　また、本発明の第六態様に係る冷凍装置では、第一態様から第五態様のいずれか一つにおいて、前記冷媒は、二酸化炭素であるようにしてもよい。
　また、本発明の第七態様に係る冷凍システムは、第一態様から第六態様のいずれか一つの冷凍装置と、前記冷凍装置に接続され、前記冷凍装置から供給される前記冷媒と熱交換する負荷側熱交換器を有する負荷器と、を備える。
　また、本発明の第八態様に係る冷凍システムでは、第七態様において、前記負荷器は、前記冷凍装置から供給される前記冷媒を膨張させる負荷側膨張弁をさらに備えるようにしてもよい。
　このような構成とすることで、冷凍装置側の膨張弁が全開状態や全閉状態となりにくくなり、負荷側膨張弁でも膨張過程が確実に行われる。そのため、冷媒を冷凍装置側の膨張弁と負荷側膨張弁とで２段階に膨張させて、効率の良い冷凍サイクルを実現することができる。
　また、本発明の第九態様に係る冷凍システムでは、第七態様又は第八態様において、前記冷凍装置に対し、複数の前記負荷器が接続されるようにしてもよい。
　本発明によれば、膨張弁が全開状態または全閉状態となりにくくすることによって、コスト上昇及び液冷媒の供給量不足を抑えるとともに、冷凍サイクル効率を高めることが可能となる。
本発明の実施形態に係る冷凍装置、冷凍システムの構成を示す模式図である。 上記冷凍装置の回路構成を示す図である。 上記冷凍装置において、膨張弁の開度に応じて行う目標高圧値の補正制御のフローを示すフロー図である。 実際のコンデンシングユニットにおいて、目標高圧値の補正制御を実行した場合と、同補正制御を実行しない場合における、目標高圧値の変化、及び電子膨張弁の開度の変化の一例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明による冷凍装置、冷凍システムを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
　図１に示すように、本実施形態の冷凍システム１は、複数（本実施形態では三つ）の負荷器２と、コンデンシングユニット（冷凍装置）３と、を備える。本実施形態において、冷凍システム１は、冷媒としてＣＯ２（二酸化炭素）を用いる。
　負荷器２は、商品を冷却又は冷蔵して保存する冷蔵庫や冷凍庫、及び、商品を冷却又は冷蔵して陳列するショーケース等の冷蔵冷凍機器である。負荷器２は、コンデンシングユニット３から液冷媒ＲＬの供給を受ける。負荷器２は、負荷側熱交換器２１と、制御弁（負荷側膨張弁）２２と、負荷器コントローラ２３と、温度センサ２４とを備える。
　負荷側熱交換器２１は、コンデンシングユニット３から供給される液冷媒ＲＬと熱交換することで、商品を冷却する。負荷側熱交換器２１は、熱交換後の冷媒を、コンデンシングユニット３に戻す。
　制御弁２２は、コンデンシングユニット３から供給される液冷媒ＲＬの流量を調整することで、商品の冷却温度を調整する。
　負荷器コントローラ２３は、外部から設定される設定温度と、温度センサ２４によって検出される実際に商品が冷却されている冷却温度とに基づき、内部の冷却温度が設定温度に近づくよう、制御弁２２の開度を調整する。
　図２に示すように、コンデンシングユニット３は、圧縮機３１と、ガスクーラ（熱交換器）３２と、電子膨張弁（膨張弁）３３と、レシーバ３４と、インジェクション回路３８と、オイルセパレータ３９と、低圧センサ４０と、高圧センサ４１と、外気温センサ４３と、コントローラ１００と、を主に備える。これら圧縮機３１、ガスクーラ３２、電子膨張弁３３、レシーバ３４、及びオイルセパレータ３９は、冷媒配管３００によって連結されている。
　圧縮機３１は、負荷器２から吸入管３０２によってアキュムレータ３５を介して供給された冷媒を圧縮する。圧縮機３１は、高圧高温の冷媒を吐出する。本実施形態において、冷媒として、フロン等に比較して圧縮比が大きいＣＯ２を用いている。圧縮機３１は、１段目の第一段圧縮部３１ａと、２段目の第二段圧縮部３１ｂと、を有する２段圧縮機である。圧縮機３１は、圧縮機３１の第一段圧縮部３１ａにおける冷媒液及び油の温度を検出する温度センサ３７を有している。
　ガスクーラ３２には、圧縮機３１から吐出された後に、オイルセパレータ３９を介して高圧高温の冷媒が供給される。ガスクーラ３２は、供給された高圧高温の冷媒と、送風機（図示無し）で送り込む空気とを熱交換し、冷媒を凝縮する。本実施形態において、ガスクーラ３２は、複数（本実施形態では二つ）が並列に設けられている。オイルセパレータ３９は、それぞれ、冷媒中に含まれる潤滑油を回収して、圧縮機３１に戻している。
　電子膨張弁３３は、ガスクーラ３２で凝縮された冷媒を膨張させ、低圧低温の冷媒とする。電子膨張弁３３で膨張された冷媒は、気液二相状態となる。
　レシーバ３４は、電子膨張弁３３で膨張された気液二相状態の冷媒を、気相の冷媒であるガス冷媒ＲＧと液相の冷媒である液冷媒ＲＬとに気液分離させる。本実施形態において、レシーバ３４は、複数（本実施形態では二つ）が並列に設けられている。レシーバ３４は、気液相状態の冷媒を収容するタンク３４１を有している。タンク３４１には、送液管３０１と、インジェクション回路３８とが接続されている。タンク３４１内で分離された液冷媒ＲＬは、送液管３０１を通して、外部の各負荷器２に供給される。
　また、レシーバ３４のタンク３４１内で分離されたガス冷媒ＲＧは、インジェクション回路３８を介して圧縮機３１に吸い込まれる。本実施形態において、インジェクション回路３８は、圧縮機３１の２段目の第二段圧縮部３１ｂに接続されている。インジェクション回路３８は、タンク３４１内のガス冷媒ＲＧを２段目の第二段圧縮部３１ｂに供給している。
　このインジェクション回路３８には、電磁弁３６が設けられている。電磁弁３６は、コントローラ１００の制御により、温度センサ３７で検出する冷媒液及び油の温度に応じて開度が調整される。電磁弁３６が開閉されることで、レシーバ３４からのガス冷媒ＲＧの流量が調整される。
　低圧センサ４０は、負荷器２を介して圧縮機３１に供給される低圧の冷媒の圧力の値（低圧値）を測定している。低圧センサ４０は、測定結果をコントローラに出力している。
　高圧センサ４１は、圧縮機３１から吐出された高圧の冷媒の圧力の値（高圧値）を測定している。高圧センサ４１は、測定結果をコントローラに出力している。
　外気温センサ４３は、コンデンシングユニット３の周囲の外気温を測定している。外気温センサ４３は、測定結果をコントローラに出力している。
　コントローラ１００は、圧縮機３１の作動のＯＮ／ＯＦＦ及び回転数、電子膨張弁３３の開度を制御する。本実施形態のコントローラ１００は、外気温、低圧値、及び高圧値に基づいて、電子膨張弁３３の開度を制御する。
　以下、コントローラ１００における制御内容について詳述する。コントローラ１００は、コンデンシングユニット３が起動されると、圧縮機３１を起動させる。コントローラ１００は、圧縮機３１を、予め定めた上限回転数と下限回転数との間で作動させる。
　また、コントローラ１００は、外気温センサ４３で検出した外気温に基づいて、圧縮機３１から吐出される高圧の冷媒の圧力の目標値として、目標高圧値ＨＰを設定する。コントローラ１００は、設定された目標高圧値ＨＰと、高圧センサ４１で検出した高圧の冷媒の実際の圧力値である高圧冷媒圧力Ｐとに基づいて電子膨張弁３３の開度を調整する。コントローラ１００は、目標高圧値ＨＰに対して高圧冷媒圧力Ｐが近づくよう電子膨張弁３３の開度を調整制御する。コントローラ１００は、予め設定された開度上限値又は開度下限値を越えた場合に、目標高圧値ＨＰを補正する。コントローラ１００は、予め定めた所定の割合で目標高圧値ＨＰを増減させながら、複数回繰り返して目標高圧値ＨＰを補正する。
　ここで、目標高圧値ＨＰは、コンデンシングユニット３の外気温によって決定される値である。目標高圧値ＨＰは、外気温が高くなることで大きくなり、外気温が低くなることで小さくなる。例えば、本実施形態のコンデンシングユニット３では、目標高圧値ＨＰは、外気温が０℃以下である場合には、４（Ｍｐａ・Ｇ）から６（Ｍｐａ・Ｇ）の範囲になる。また、目標高圧値ＨＰは、外気温が０℃以上３０℃以下である場合には、６（Ｍｐａ・Ｇ）から８（Ｍｐａ・Ｇ）の範囲になる。また、目標高圧値ＨＰは、外気温が３０℃以上である場合には、８（Ｍｐａ・Ｇ）から１２（Ｍｐａ・Ｇ）の範囲になる。
　本実施形態のコントローラ１００は、目標高圧値ＨＰと、高圧冷媒圧力Ｐとの偏差に基づくＰＩ制御によって、電子膨張弁３３の開度を調整する。
　なお、コントローラ１００は、高圧センサ４１の入力に対するノイズの影響を低減させるために３秒の１次遅れを介してＰＩ制御を行うのが好ましい。
　また、電子膨張弁３３の開度範囲は、予め設定された範囲内とする。本実施形態においては、電子膨張弁３３の開度範囲は、例えば、
　　最大開度（全開状態）：４７０パルス
　　最小開度（全閉状態）：１０パルス
とする。
　さらに、コントローラ１００は、圧縮機３１の作動を開始してから一定の時間が経過して圧縮機３１の作動回転数が定格運転回転数に到達した後に、上記のような電子膨張弁３３の開度調整制御を行う。コントローラ１００は、予め定めた一定時間毎に、図３に示すような、電子膨張弁３３の開度に応じた目標高圧値ＨＰの補正制御を実行する。
　この目標高圧値ＨＰの補正制御では、コントローラ１００は、目標高圧値ＨＰと、高圧センサ４１で検出した冷媒の高圧冷媒圧力Ｐとに基づいて、電子膨張弁３３の開度が全開又は全閉とならないように制御する。このため、コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度上限値と開度下限値とが予め設定されている。本実施形態においては、電子膨張弁３３の開度上限値は、最大開度の７０％～９０％に設定される。電子膨張弁３３の開度下限値は、最大開度の５％～２０％に設定される。具体的には、本実施形態の電子膨張弁３３の開度上限値は例えば４００パルス、開度下限値は例えば８０パルスに設定されている。
　図３に示すように、補正制御を行う場合、第一に、コントローラ１００は、外気温センサ４３で検出される外気温に基づき、目標高圧値ＨＰを設定する（ステップＳ１０１）。
　目標高圧値ＨＰの設定後、コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度が、開度上限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度が開度上限値以下であると判定した場合には、電子膨張弁３３の開度が開度下限値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度が開度下限値以下でないと判定した場合、所定時間毎に、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、及びステップＳ１０６の処理を繰り返す。
　コントローラ１００は、ステップＳ１０２において、電子膨張弁３３の開度が開度上限値以上であると判定した場合、予め設定した待機時間が経過するまで、電子膨張弁３３の開度を維持したままにする（ステップＳ１０３）。ここで、待機時間とは、電子膨張弁３３の開度を維持したうえで、高圧冷媒圧力Ｐの値が安定するまでに必要な時間である。具体的には、待機時間は、１分から１０分程度であればよく、好ましくは５分程度である。
　待機時間が経過した後、コントローラ１００は、ステップＳ１０１で設定した目標高圧値ＨＰを増加させるように補正する（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０１で設定した目標高圧値ＨＰに、予め定めた割合である圧力加算値を加算する。なお、圧力加算値は、目標高圧値ＨＰに応じて決定される補正する際の増加割合である。本実施形態の圧力加算値は、例えば０．１（ＭＰａ・Ｇ）である。ステップＳ１０４では、目標高圧値ＨＰは、圧力加算値分だけ増加するよう補正される。
　コントローラ１００は、このようにして目標高圧値ＨＰを補正した後、外気温センサ４３で検出される外気温が変化することで、補正前の目標高圧値ＨＰが変化しているか否かを判定する。具体的には、コントローラ１００は、外気温センサ４３から入力される測定値が変化しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
　ステップＳ１０５で外気温が変化していると判定した場合には、コントローラ１００は、一連の補正処理を終了する。コントローラ１００は、高圧冷媒圧力Ｐを目標高圧値ＨＰに近づける通常の電子膨張弁３３の開度制御を継続する。
　また、ステップＳ１０５で外気温が変化していないと判定した場合には、コントローラ１００は、ステップＳ１０３に戻り、予め設定した待機時間が経過するまで、電子膨張弁３３の開度を維持したままにする。コントローラ１００は、ステップＳ１０３からステップＳ１０５を複数繰り返すことで、目標高圧値（ＨＰ）を複数回にわたって圧力加算値分ずつ徐々に増加させる。
　ステップＳ１０３及びステップＳ１０４のような目標高圧値ＨＰを増加させる補正する処理は、予め設定した規定回数、例えば５回まで繰り返すことができる。規定回数に到達した場合には、外気温の変化状況に関わらず、コントローラ１００は、目標高圧値ＨＰを増加させる補正する処理を終了する。その後、コントローラ１００は、高圧冷媒圧力Ｐを目標高圧値ＨＰに近づける通常の電子膨張弁３３の開度制御を継続する。
　また、コントローラ１００は、ステップＳ１０６において、電子膨張弁３３の開度が開度下限値以下であると判定した場合、予め設定した待機時間が経過するまで、電子膨張弁３３の開度を維持したままにする（ステップＳ１０７）。
　待機時間が経過した後、コントローラ１００は、ステップＳ１０１で設定した目標高圧値ＨＰを低下させるように補正する（ステップＳ１０８）。これには、ステップＳ１０１で設定した目標高圧値ＨＰに、予め定めた割合である圧力減算値を減算する。なお、圧力減算値は、目標高圧値ＨＰに応じて決定される補正する際の低下割合である。本実施形態の圧力減算値は、例えば０．１（ＭＰａ・Ｇ）である。これにより、目標高圧値ＨＰは、圧力減算値分だけ低下するよう補正される。
　コントローラ１００は、このようにして目標高圧値ＨＰを補正した後、外気温センサ４３で検出される外気温が変化することで、補正前の目標高圧値ＨＰが変化しているか否かを判定する。具体的には、コントローラ１００は、外気温センサ４３から入力される測定値が変化しているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
　ステップＳ１０９で外気温が変化していると判定した場合には、コントローラ１００は、一連の補正処理を終了する。コントローラ１００は、高圧冷媒圧力Ｐを目標高圧値ＨＰに近づける通常の電子膨張弁３３の開度制御を継続する。
　また、ステップＳ１０９で外気温が変化していないと判定した場合には、コントローラ１００は、ステップＳ１０７に戻り、予め設定した待機時間が経過するまで、電子膨張弁３３の開度を維持したままにする。コントローラ１００は、ステップＳ１０７からステップＳ１０９を複数繰り返すことで、目標高圧値（ＨＰ）を複数回にわたって圧力減算値分ずつ徐々に低下させる。
　ステップＳ１０７及びステップＳ１０８のような目標高圧値ＨＰを低下させる補正する処理は、予め設定した規定回数、例えば５回まで繰り返すことができる。規定回数に到達した場合には、外気温の変化状況に関わらず、コントローラ１００は、目標高圧値ＨＰを低下させる補正する処理を終了する。その後、コントローラ１００は、高圧冷媒圧力Ｐを目標高圧値ＨＰに近づける通常の電子膨張弁３３の開度制御を継続する。
　コントローラ１００で上記ステップＳ１０１～Ｓ１０９の処理を、圧縮機３１の作動中、予め定めた所定時間毎に繰り返して実行することで、次のような作用が得られる。例えば、外気温が低い場合、目標高圧値ＨＰは低くなる。一方、負荷器２側の冷凍能力負荷が大きいと、圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力である高圧冷媒圧力Ｐは、高くなる。そのため、外気温が低い場合、高圧冷媒圧力Ｐが目標高圧値ＨＰを越えることがある。このような状態で、コントローラ１００によって電子膨張弁３３の開度が調整されることで、電子膨張弁３３の開度が開度上限値を超えて全開状態となることがある。しかしながら、上記したように目標高圧値ＨＰを増加させる補正処理をコントローラ１００によって実行することで、電子膨張弁３３の開度が開度上限値を超えて全開状態に近くなったときに、目標高圧値ＨＰが増加される。そのため、目標高圧値ＨＰは高圧冷媒圧力Ｐに近づくように補正される。このような補正によって、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分が小さくなれば、コントローラ１００によって大きくされる電子膨張弁３３の開度の割合が小さくなり、全開状態となりにくくなる。
　また、例えば、外気温が高い場合、目標高圧値ＨＰが高くなる。一方、負荷器２側の冷凍能力負荷が小さいと、高圧冷媒圧力Ｐは低くなる。そのため、外気温が高い場合、高圧冷媒圧力Ｐが目標高圧値ＨＰを下回ることがある。このような状態で、コントローラ１００によって電子膨張弁３３の開度が調整されることで、電子膨張弁３３の開度が開度下限値以下となって全閉状態となることがある。しかしながら、上記したように目標高圧値ＨＰを低下させる補正処理をコントローラ１００によって実行することで、電子膨張弁３３の開度が開度下限値を下回って全閉状態に近くなったときに、目標高圧値ＨＰが低下される。そのため、目標高圧値ＨＰは高圧冷媒圧力Ｐに近づくように補正される。このような補正によって、電子膨張弁３３の開度は大きくなる。これにより、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分が小さくなれば、コントローラ１００によって小さくされる電子膨張弁３３の開度の割合が小さくなり、全閉状態となりにくくなる。
　具体的な例を、図４を参照して説明する。図４は、実際のコンデンシングユニット３において、上記したようなコントローラ１００による目標高圧値ＨＰの補正制御を実行した場合と、同補正制御を実行しない場合における、目標高圧値ＨＰの変化、及び電子膨張弁の開度の変化の一例を示す図である。なお、この図４は、外気温が低く、かつ負荷器２側からの冷凍負荷能力が大きいことで、高圧冷媒圧力Ｐが目標高圧値ＨＰを越えている状態における変化を示している。二点鎖線Ｌ２は、補正を行わない場合の目標高圧値ＨＰを示している。実線Ｌ１２は、本実施形態の補正を行った場合の目標高圧値ＨＰを示している。二点鎖線Ｌ３は、目標高圧値ＨＰの補正を行わない場合の電子膨張弁３３の開度を示している。実線Ｌ１３は、目標高圧値ＨＰの補正を行った場合の電子膨張弁３３の開度を示している。
　電子膨張弁３３の開度に応じた目標高圧値ＨＰの補正制御を行わない場合、図４中の二点鎖線Ｌ２に示すように、補正を行わない目標高圧値ＨＰは、当初に外気温に応じて設定したまま一定となっている。また、図４中の二点鎖線Ｌ３に示すように、電子膨張弁３３は、負荷器２側からの冷凍負荷能力が大きい状態において、目標高圧値ＨＰに冷媒の圧力が近づくように開度を大きくする制御を行った結果、開度が全開状態となっている。
　これに対し、電子膨張弁３３の開度に応じた目標高圧値ＨＰの補正制御を行った場合、図４中の実線Ｌ１２に示すように、目標高圧値ＨＰは、当初に外気温に応じて設定された後、電子膨張弁３３の開度が開度上限値に到達した結果、段階的に増加している。また、図４中の実線Ｌ１３に示すように、電子膨張弁３３は、負荷器２側からの冷凍負荷能力が大きい状態において、目標高圧値ＨＰが段階的に増加する結果、その開度が全開状態に到達する前に一定の状態となる。
　上述したようなコンデンシングユニット３及び冷凍システム１によれば、電子膨張弁３３の開度が、予め設定された開度上限値又は開度下限値を越えた場合に、高圧冷媒圧力Ｐに近づくように目標高圧値ＨＰが補正される。目標高圧値ＨＰが補正されることで、電子膨張弁３３の開度が、補正された目標高圧値ＨＰに応じた開度に変化する。具体的には、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分が小さくなることで、電子膨張弁３３の開度の調整量が小さくなる。したがって、目標高圧値ＨＰを補正することで、電子膨張弁３３の開度が開度上限値又は開度下限値を超えた場合に、開度が大きく変化することを抑えて電子膨張弁３３が全開状態又は全閉状態となりにくくなる。
　これにより、圧縮機３１から吐出される高圧の冷媒が流れる部分に、過度に高い圧力の冷媒が流れなりにくくすることができる。したがって、各部に要求される耐圧性能が抑えられ、コスト上昇を抑えることができる。
　また、電子膨張弁３３が全開状態となりにくくすることによって、電子膨張弁３３の開度が全開状態となって冷媒を十分に膨張できず、負荷器２側の膨張弁である制御弁２２のみで冷媒を膨張する１段絞りの構成となってしまうことを防ぐことができる。その結果、冷媒の吐出温度が上昇して、冷凍サイクル効率が低下してしまうことを抑えることができる。同様に、電子膨張弁３３が全閉状態となりにくくすることによって、制御弁２２における絞り領域が大きくなる。そのため、冷媒の吐出温度が上昇し、冷凍サイクル効率が低下してしまうことを抑えることができる。これらにより、液冷媒ＲＬの供給量不足を抑えるとともに、冷凍サイクル効率を高めることが可能となる。
　より具体的には、コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度が開度上限値を超えた場合に、目標高圧値ＨＰを増加させるように補正している。そのため、電子膨張弁３３の開度が大きい場合に、目標高圧値ＨＰを増加させて高圧冷媒圧力Ｐに近づけることができる。その結果、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分が相対的に小さくなり、電子膨張弁３３の開度の調整量が小さくなる。これによって、電子膨張弁３３の開度は、開度上限値を超えた後に全開状態となりにくくなる。
　また、コントローラ１００は、電子膨張弁３３の開度が開度下限値を超えた場合に、目標高圧値ＨＰを低下させるように補正している。そのため、電子膨張弁３３の開度が小さい場合に、目標高圧値ＨＰを低下させて高圧冷媒圧力Ｐに近づけることができる。その結果、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分が相対的に小さくなり、電子膨張弁３３の開度の調整量が小さくなる。これによって、電子膨張弁３３の開度は、開度下限値を下回った後に全閉状態となりにくくなる。
　また、目標高圧値ＨＰを繰返し補正して増減させることで、目標高圧値ＨＰと高圧冷媒圧力Ｐとの差分は徐々に小さくなる。その結果、電子膨張弁３３の開度が徐々に調整されることとなり、一度の調整量が小さくなる。これによって、電子膨張弁３３の開度が全開状態又は全閉状態となってしまうことを高い精度で防ぐことができる。
　また、電子膨張弁３３の開度が全開状態となりにくくすることで、インジェクション回路３８を通して圧縮機３１に送り込まれる中圧のガス冷媒ＲＧの圧力が抑えられる。したがって、インジェクション回路３８等の冷媒が流通する部材に要求される耐圧性能が抑えられ、コスト上昇を抑えることができる。
　また、コンデンシングユニット３側の電子膨張弁３３が全開状態や全閉状態となりにくくすることによって、電子膨張弁３３及び制御弁２２の両方で膨張過程が確実に行われる。そのため、冷媒をコンデンシングユニット３側の電子膨張弁３３と制御弁２２とで２段階に膨張させて、効率の良い冷凍サイクルを実現することができる。
（実施形態の他の変形例）
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　例えば、上記実施形態では、冷凍システム１を、電子膨張弁３３と負荷側膨張弁２２とを備える二段膨張過程を備えるものとしたが、一段のみの膨張過程を備える構成においても、本発明を適用することができる。
　また、圧縮機３１は、第一段圧縮部３１ａと第二段圧縮部３１ｂとを備えて冷媒を二段圧縮する構成としたが、一段のみの圧縮を行う場合であってもよい。
　一般的に、一段膨張、一段圧縮の構成においては、外気温が低く高圧冷媒圧力Ｐが低くなった場合や、配管長が長い構成の場合に、電子膨張弁３３が全開状態となると、電子膨張弁３３による制御が機能せず、圧縮機３１に液冷媒ＲＬが戻りやすくなる。また、一段膨張、一段圧縮の構成においては、外気温が高く、高圧冷媒圧力と負荷側との差圧が高い場合に、電子膨張弁３３が全閉状態となると、冷媒の循環量が低下し、能力不足となる。
　これに対し、一段膨張、一段圧縮の構成において、上記実施形態で示したような、電子膨張弁３３の開度に応じた目標高圧値ＨＰの補正制御を適用することで、圧縮機３１への液冷媒ＲＬの流入や、冷媒の循環量の低下が生じてしまうことを抑えることが可能となる。
　また、コントローラ１００による制御は、上記に例示したものに限らず、その処理順序を変更したり、一部の処理を省略することができる。
　また、上記実施形態では、冷凍システム１を、複数の負荷器２と、コンデンシングユニット３とを備えるようにしたが、負荷器２の台数については何ら限定するものではない。もちろん、複数の負荷器２は、同種のものである必要は無く、複数種の負荷器２を混在して備えていてもよい。
　さらに、冷凍システム１を、負荷器２とコンデンシングユニット３とを一体に有したユニットとすることもできる。このようなユニットとしては、例えば飲料等の自動販売機がある。また、冷凍システム１を、空気調和システムに適用してもよい。
　上記冷凍装置及び冷凍システムによれば、膨張弁が全開状態または全閉状態となりにくくすることによって、コスト上昇及び液冷媒の供給量不足を抑えるとともに、冷凍サイクル効率を高めることが可能となる。
１　冷凍システム
２　負荷器
３　コンデンシングユニット（冷凍装置）
２１　負荷側熱交換器
２２　負荷側膨張弁
２３　負荷器コントローラ
２４　温度センサ
３１　圧縮機
３１ａ　第一段圧縮部
３１ｂ　第二段圧縮部
３２　ガスクーラ（熱交換器）
３３　電子膨張弁（膨張弁）
３４　レシーバ
３５　アキュムレータ
３６　電磁弁
３７　温度センサ
３８　インジェクション回路
３９　オイルセパレータ
４０　低圧センサ
４１　高圧センサ
４３　外気温センサ
１００　コントローラ
３００　冷媒配管
３０１　送液管
３０２　吸入管
３４１　タンク
ＨＰ　目標高圧値
Ｐ　高圧冷媒圧力
ＲＧ　ガス冷媒
ＲＬ　液冷媒

Claims (9)

  1. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる熱交換器と、
    　前記熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、
    　外気温に基づいて設定される目標高圧値に対し、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒の圧力が近づくよう前記膨張弁の開度を調整するとともに、前記膨張弁の開度が、予め設定された開度上限値又は開度下限値を越えた場合に、前記目標高圧値を補正するコントローラと、
    を備える冷凍装置。
  2. 　前記コントローラは、前記膨張弁の開度が前記開度上限値を超えた場合に、前記目標高圧値を増加させるよう補正する請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 　前記コントローラは、前記膨張弁の開度が前記開度下限値を超えた場合に、前記目標高圧値を低下させるよう補正する請求項１又は２に記載の冷凍装置。
  4. 　前記コントローラは、予め定めた所定の割合で前記目標高圧値を増減させるように複数回繰り返して補正する請求項１から３の何れか一項に記載の冷凍装置。
  5. 　前記圧縮機は、第一段圧縮部と第二段圧縮部とを備えるとともに、
    　前記膨張弁で凝縮された前記冷媒をガス冷媒と液冷媒とに気液分離するレシーバと、
    　前記レシーバで分離された前記ガス冷媒を、前記圧縮機の前記第二段圧縮部に送り込むインジェクション回路と、
    を備える請求項１から４の何れか一項に記載の冷凍装置。
  6. 　前記冷媒は、二酸化炭素である、請求項１から５の何れか一項に記載の冷凍装置。
  7. 　請求項１から６の何れか一項に記載の冷凍装置と、
    　前記冷凍装置に接続され、前記冷凍装置から供給される前記冷媒と熱交換する負荷側熱交換器を有する負荷器と、
    を備える冷凍システム。
  8. 　前記負荷器は、前記冷凍装置から供給される前記冷媒を膨張させる負荷側膨張弁をさらに備える請求項７に記載の冷凍システム。
  9. 　前記冷凍装置に対し、複数の前記負荷器が接続される、請求項７又は８に記載の冷凍システム。
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