| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】堀川 正年
【氏名】上野 明敏
【氏名】植野 武夫
|
| 【要約】 |
【課題】高段側冷媒回路及び低段側冷媒回路が冷媒熱交換器を介して接続されて成る冷凍装置において、大きな負荷変動に対応しつつ高段側冷媒回路を低段側冷媒回路に応じて適切に制御する。
【解決手段】高段側冷媒回路の吐出冷媒圧力及び吐出冷媒温度を検出する高圧センサ及び吐出温度センサと、吸入冷媒圧力を検出する低圧センサとを備える。吐出冷媒圧力に基づく第１パラメータΔFN1と、吐出冷媒温度に基づく第２パラメータΔFN2と、高段側圧縮機の負荷状態に基づく第３パラメータΔFN3とに応じて高段側冷媒回路の高圧側圧力を調節すべく、送風機、加圧通路の加圧用開閉弁、及びガス抜き通路のガス抜き用開閉弁の制御を行うコントローラを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)を備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記吐出圧力検出手段(11)及び上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)を制御する制御手段(7)とを備えている冷凍装置。
【請求項２】 高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)を備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記圧縮機(121)に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出手段(12)と、上記吐出圧力検出手段(11)、上記吐出温度検出手段(13)及び上記吸入圧力検出手段(12)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)を制御する制御手段(7)とを備えている冷凍装置。
【請求項３】 高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)が接続されて成る主回路(120a)と、該空気熱交換器(122)と該膨張機構(EVL1,EVL2)との間に設けられたレシーバ(125)と、該高段側冷媒回路(120)の高圧側の配管(40)と該レシーバ(125)とを連通する加圧通路(3)と、該加圧通路(3)に設けられた加圧用開閉弁(5)と、該レシーバ(125)と該高段側冷媒回路(120)の低圧側の配管(41)とを連通するガス抜き通路(4)と、該ガス抜き通路(4)に設けられたガス抜き用開閉弁(6)とを備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記吐出圧力検出手段(11)及び上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)、上記加圧用開閉弁(5)及び上記ガス抜き用開閉弁(6)を制御する制御手段(7)とを備えている冷凍装置。
【請求項４】 高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、アンロード運転自在な圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)が接続されて成る主回路(120a)と、該空気熱交換器(122)と該膨張機構(EVL1,EVL2)との間に設けられたレシーバ(125)と、該高段側冷媒回路(120)の高圧側の配管(40)と該レシーバ(125)とを連通する加圧通路(3)と、該加圧通路(3)に設けられた加圧用開閉弁(5)と、該レシーバ(125)と該高段側冷媒回路(120)の低圧側の配管(41)とを連通するガス抜き通路(4)と、該ガス抜き通路(4)に設けられたガス抜き用開閉弁(6)とを備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記圧縮機(121)に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出手段(12)と、上記吐出圧力検出手段(11)の検出値に基づく第１パラメータ(ΔFN1)と、上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づく第２パラメータ(ΔFN2)と、該吐出圧力検出手段(11)及び上記吸入圧力検出手段(12)の検出値に基いて圧縮機(121)の負荷状態を表す第３パラメータ(ΔFN3)とを含む３以上のパラメータから、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)と上記加圧用開閉弁(5)と上記ガス抜き用開閉弁(6)とを制御する制御手段(7)とを備えている冷凍装置。
【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の冷凍装置において、低段側冷媒回路は、冷媒熱交換器(111A,111B)をそれぞれ備える複数の冷媒回路(103A,103B)から成り、高段側冷媒回路(120)は、上記各冷媒熱交換器(111A,111B)を介して上記各冷媒回路(103A,103B)と接続されている冷凍装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に係り、特に、低段側冷媒回路と高段側冷媒回路とを備えた二元式の冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、低温倉庫用の冷凍装置等として、二元式の冷凍装置が利用されている。二元式冷凍装置は、例えば特開平９−２１０５１５号公報に開示されているように、低段側冷媒回路と高段側冷媒回路とがカスケードコンデンサを介して接続されて成る。
【０００３】図４を参照しながら、従来の二元式冷凍装置(200)を説明する。低段側冷媒回路(202)は、低段側圧縮機(207)、カスケードコンデンサ(206)、低段側レシーバ(208)、低段側膨張弁(204)、及び蒸発器(209)が順に接続されて成り、高段側冷媒回路(203)は、高段側圧縮機(210)、凝縮器(212)、高段側レシーバ(211)、高段側膨張弁(205)、及びカスケードコンデンサ(206)が順に接続されて成る。低段側冷媒回路(202)の蒸発器(209)は倉庫(201)の内部に設置され、庫内空気の冷却を行う。凝縮器(212)は倉庫(201)の外部に設置され、送風機(213)によって庫外空気が供給されるように構成されている。倉庫(201)の外部には、庫外空気の温度を検出する温度センサ(214)が設けられている。送風機(213)及び温度センサ(214)は、コントローラ(215)に接続されている。
【０００４】二元式冷凍装置(200)では、低段側冷媒回路(202)及び高段側冷媒回路(203)の運転状態のバランスを図りながら両冷媒回路(202),(203)の制御を行う必要がある。しかし、装置の構成が複雑であることから、各冷媒回路(202),(203)の制御は、それぞれ独立に行われることが好ましい。そこで、高段側冷媒回路(203)の一制御として、凝縮器(212)で適正量の熱量を処理して高段側冷媒回路(203)の高圧側圧力を所定値に維持するために、送風機(213)の風量制御を行う場合がある。従来の風量制御は、温度センサ(214)で検出した庫外空気温度に基づいて行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、凝縮器(212)で処理すべき熱量つまり凝縮器(212)の負荷は、低段側冷媒回路(202)の蒸発器(209)の冷凍負荷に応じて変化するものである。しかし、庫外空気温度に基づく風量制御は画一的な制御であるため、凝縮器(212)の負荷に柔軟に対応したものとは言い難かった。従って、庫外空気温度に基づく制御のみでは、例えば倉庫(201)の開け閉めを頻繁に行う場合等、低段側冷媒回路(202)の蒸発器(209)の冷凍負荷が大きく変動するような場合には、適切な運転を行うことが困難であった。
【０００６】また、低段側冷媒回路(202)が複数の冷媒回路から成るいわゆるマルチシステムでは、運転を行う冷媒回路の数が状況に応じて変動する。そのため、凝縮器(212)の負荷は大きく変動し、低段側冷媒回路(202)の運転状態に応じた適切な運転を行うことが困難であった。
【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高段側冷媒回路を低段側冷媒回路に応じて適切に制御することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、高段側冷媒回路の高圧側圧力を、高段側冷媒回路のパラメータに基づいて調節することとした。
【０００９】具体的には、第１の発明は、高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)を備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記吐出圧力検出手段(11)及び上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)を制御する制御手段(7)とを備えていることとしたものである。
【００１０】上記事項により、吐出圧力検出手段(11)及び吐出温度検出手段(13)によって、圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力及び温度が検出される。そして、制御手段(7)は、これら吐出冷媒圧力及び吐出冷媒温度に基づいて、高段側冷媒回路(120)の凝縮器をなす空気熱交換器(122)への供給風量を調節する。その結果、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値に調節される。従って、高段側冷媒回路(120)において、外気温度に拘わらず空気熱交換器(122)の負荷に対応した制御が行われ、低段側冷媒回路(103A,103B)に応じた適切な制御が実行される。
【００１１】第２の発明は、高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)を備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記圧縮機(121)に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出手段(12)と、上記吐出圧力検出手段(11)、上記吐出温度検出手段(13)及び上記吸入圧力検出手段(12)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)を制御する制御手段(7)とを備えていることとしたものである。
【００１２】上記事項により、吸入圧力検出手段(12)によって、圧縮機(121)に吸入される冷媒の圧力も検出される。そして、制御手段(7)により、吐出冷媒圧力及び吐出冷媒温度と共に吸入冷媒圧力にも基づいて、送風機(1,2)の制御が実行される。従って、空気熱交換器(122)の負荷に一層機動的に対応した制御が行われることになる。
【００１３】第３の発明は、高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)が接続されて成る主回路(120a)と、該空気熱交換器(122)と該膨張機構(EVL1,EVL2)との間に設けられたレシーバ(125)と、該高段側冷媒回路(120)の高圧側の配管(40)と該レシーバ(125)とを連通する加圧通路(3)と、該加圧通路(3)に設けられた加圧用開閉弁(5)と、該レシーバ(125)と該高段側冷媒回路(120)の低圧側の配管(41)とを連通するガス抜き通路(4)と、該ガス抜き通路(4)に設けられたガス抜き用開閉弁(6)とを備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記吐出圧力検出手段(11)及び上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づいて、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)、上記加圧用開閉弁(5)及び上記ガス抜き用開閉弁(6)を制御する制御手段(7)とを備えていることとしたものである。
【００１４】上記事項により、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値よりも低いときは、加圧用開閉弁(5)を開口すると共にガス抜き用開閉弁(6)を閉鎖し、加圧通路(3)からレシーバ(125)に高圧を付加してレシーバ(125)内の圧力を上昇させる。その結果、レシーバ(125)内の液冷媒が減少し、空気熱交換器(122)内の液冷媒が増加する。これにより、空気熱交換器(122)の有効な伝熱面積が減少し、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力は上昇する。一方、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値よりも高いときは、ガス抜き用開閉弁(6)を開口すると共に加圧用開閉弁(5)を閉鎖し、ガス抜き用開閉弁(6)からレシーバ(125)の圧力を逃がしてレシーバ(125)内の圧力を低下させる。その結果、レシーバ(125)内の液冷媒が増加して、空気熱交換器(122)内の液冷媒が減少する。これにより、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力は低下する。
【００１５】そして、制御手段(7)は、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように、送風機(1,2)の制御と共に上記加圧用開閉弁(5)及びガス抜き用開閉弁(6)の制御を行う。その結果、より広範囲な空気熱交換器(122)の負荷変動に対応した適切な制御が実行されることになる。
【００１６】第４の発明は、高段側冷媒回路(120)及び低段側冷媒回路(103A,103B)が冷媒熱交換器(111A,111B)を介して互いに接続されて成る冷凍装置であって、上記高段側冷媒回路(120)は、アンロード運転自在な圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、膨張機構(EVL1,EVL2)及び上記冷媒熱交換器(111A,111B)が接続されて成る主回路(120a)と、該空気熱交換器(122)と該膨張機構(EVL1,EVL2)との間に設けられたレシーバ(125)と、該高段側冷媒回路(120)の高圧側の配管(40)と該レシーバ(125)とを連通する加圧通路(3)と、該加圧通路(3)に設けられた加圧用開閉弁(5)と、該レシーバ(125)と該高段側冷媒回路(120)の低圧側の配管(41)とを連通するガス抜き通路(4)と、該ガス抜き通路(4)に設けられたガス抜き用開閉弁(6)とを備え、上記空気熱交換器(122)に空気を供給する送風機(1,2)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の圧力を検出する吐出圧力検出手段(11)と、上記圧縮機(121)からの吐出冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段(13)と、上記圧縮機(121)に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力検出手段(12)と、上記吐出圧力検出手段(11)の検出値に基づく第１パラメータ(ΔFN1)と、上記吐出温度検出手段(13)の検出値に基づく第２パラメータ(ΔFN2)と、該吐出圧力検出手段(11)及び上記吸入圧力検出手段(12)の検出値に基いて圧縮機(121)の負荷状態を表す第３パラメータ(ΔFN3)とを含む３以上のパラメータから、上記高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値になるように上記送風機(1,2)と上記加圧用開閉弁(5)と上記ガス抜き用開閉弁(6)とを制御する制御手段(7)とを備えていることとしたものである。
【００１７】上記事項により、圧縮機(121)はアンロード運転が自在に構成されていることから、圧縮機(121)の運転切換によっても高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力の調節が自在となる。制御手段(7)は、吐出冷媒圧力に基づく第１パラメータ及び吐出冷媒温度に基づく第２パラメータの他に、圧縮機(121)の負荷状態に基づく第３パラメータに基づいて制御を行う。従って、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力は、空気熱交換器(122)の大きな負荷変動に柔軟に対応して調節されることになり、低段側冷媒回路(103A,103B)の大きな負荷変動に適切に対応することになる。
【００１８】第５の発明は、上記第１〜第４のいずれかの発明において、低段側冷媒回路は、冷媒熱交換器(111A,111B)をそれぞれ備える複数の冷媒回路(103A,103B)から成り、高段側冷媒回路(120)は、上記各冷媒熱交換器(111A,111B)を介して上記各冷媒回路(103A,103B)と接続されていることとしたものである。
【００１９】上記事項により、いわゆるマルチシステムの冷凍装置が構成され、高段側冷媒回路(120)の空気熱交換器(122)の負荷変動が大きくなる。従って、上記第１〜第４の発明の効果がより顕著に発揮されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】−冷凍装置(110)の構成−図１及び図２に示すように、冷凍装置(110)は冷蔵庫または冷凍庫の内部を冷却する二元式の冷凍装置であって、室外ユニット(101A)とカスケードユニット(101B)とクーリングユニット(101C)とを備えている。クーリングユニット(101C)は、庫内に設置されている。この各ユニット(101A),(101B),(101C)は、図示しないが、それぞれ所定のケーシングに構成機器を収納して形成されている。そして、室外ユニット(101A)とカスケードユニット(101B)の一部とによって高段側冷媒回路(120)が構成されている。また、カスケードユニット(101B)とクーリングユニット(101C)とに亘って、２つの低段側冷媒回路(103A),(103B)が構成されている。
【００２２】−高段側冷媒回路(120)の構成−高段側冷媒回路(120)は、冷媒循環方向を正サイクルと逆サイクルとに切り換える可逆運転が可能に構成され、高段側圧縮機(121)と、凝縮器をなす空気熱交換器(122)と、２つの冷媒熱交換器(111A),(111B)の蒸発部とを備えている。この高段側冷媒回路(120)には、高段側圧縮機(121)、空気熱交換器(122)、電動膨張弁(EVL1),(EVL2)、及び冷媒熱交換器(111A),(111B)が接続されて成る主回路(120a)と、加圧通路(3)と、ガス抜き通路(4)とが設けられている。
【００２３】高段側圧縮機(121)は、アンロード運転が自在な圧縮機である。つまり、容量制御が自在な圧縮機である。
【００２４】高段側圧縮機(121)の吐出側には第１ガス配管(40)が接続され、吸込側に第２ガス配管(41)が接続されている。第１ガス配管(40)は、高段側圧縮機(121)から油分離器(123)と四路切換弁(124)とを順に接続し、空気熱交換器(122)の一端に接続されている。空気熱交換器(122)の他端には液配管(42)の一端が接続され、液配管(42)は、主配管(104a)と２つの分岐配管(104b),(104c)とによって形成されている。そして、各分岐配管(104b),(104c)が２つの冷媒熱交換器(111A),(111B)の各蒸発部に接続されている。
【００２５】液配管(42)の主配管(104a)には、第２ガス配管(41)に接続されたバイパス管(104h)が接続されている。このバイパス管(104h)には、電磁弁(SV)及び感温式膨張弁(EV)が設けられている。上記分岐配管(104b),(104c)には第１及び第２冷却用電動膨張弁(EVL1),(EVL2)がそれぞれ設けられている。
【００２６】第２ガス配管(41)は、主配管(104d)と２つの分岐配管(104e),(104f)とによって形成されている。第２ガス配管(41)の主配管(104d)は、高段側圧縮機(121)からアキュムレータ(126)と四路切換弁(124)とを順に接続する一方、上記各分岐配管(104e),(104f)が各冷媒熱交換器(111A),(111B)の蒸発部に接続されている。つまり、上記２つの冷媒熱交換器(111A),(111B)の蒸発部は、高段側冷媒回路(120)において互いに並列に接続されている。
【００２７】尚、上記液配管(42)及び第２ガス配管(41)の分岐配管(104b),(104c),(104e),(104f)は、カスケードユニット(101B)に設けられている。
【００２８】第１ガス配管(40)とレシーバ(125)との間には、配管で構成された加圧通路(3)が接続されている。加圧通路(3)の一端は、第１ガス配管(40)における油分離器(123)と四路切換弁(124)との間に接続され、その他端はレシーバ(125)の上部に接続されている。つまり、加圧通路(3)は高段側冷媒回路(120)の高圧側の配管とレシーバ(125)とを連通している。加圧通路(3)には、電磁弁から成る加圧用開閉弁(5)が設けられている。
【００２９】また、この加圧通路(3)には、第２ガス配管(41)に接続された配管から成るガス抜き通路(4)が接続されている。つまり、ガス抜き通路(4)の一端は加圧通路(3)における加圧用開閉弁(5)とレシーバ(125)との間に接続され、その他端は高段側冷媒回路(120)の低圧側の配管に接続されている。ガス抜き通路(4)には、電磁弁で成るガス抜き用開閉弁(6)及びキャピラリチューブ(CP)が設けられている。
【００３０】加圧通路(3)は、加圧用開閉弁(5)が開口されることにより、高圧冷媒によってレシーバ(125)に高圧を付加するものである。一方、ガス抜き通路(4)は、ガス抜き用開閉弁(6)が開口されることにより、レシーバ(125)の圧力を逃がし、レシーバ(125)内の圧力を減少させるものである。レシーバ(125)の圧力が上昇するとレシーバ(125)内の液冷媒が減少し、空気熱交換器(122)内の液冷媒が増加する。一方、レシーバ(125)の圧力が低下するとレシーバ(125)内の液冷媒が増加し、空気熱交換器(122)内の液冷媒が減少する。
【００３１】油分離器(123)と高段側圧縮機(121)の吸込側との間には、キャピラリチューブ(CP)を備えた油戻し通路(44)が接続されている。高段側圧縮機(121)の吐出側と吸込側との間には、キャピラリチューブ(CP)と開閉弁(SV)とを備えたアンロード通路(45)が接続され、該アンロード通路(45)の途中は高段側圧縮機(121)に接続されている。
【００３２】また、高段側圧縮機(121)の吐出側の第１ガス配管(40)には、吐出冷媒の圧力を検出する高圧センサ(11)と、吐出冷媒の温度を検出する吐出温度センサ(13)と、吐出冷媒圧力が過上昇して所定の圧力になるとオフ信号を出力する高圧開閉器(HPS1)とが設けられている。また、高段側圧縮機(121)の吸込側の第２ガス配管(41)には、吸入冷媒の圧力を検出する低圧センサ(12)が設けられている。
【００３３】この高圧センサ(11)、吐出温度センサ(13)、低圧センサ(12)は、それぞれ「吐出圧力検出手段」、「吐出温度検出手段」、「吸入圧力検出手段」に対応する。
【００３４】室外ユニット(101A)には、空気熱交換器(122)に室外空気を供給する第１及び第２の送風機(1),(2)が設けられている。
【００３５】第１送風機(1)、第２送風機(2)、加圧用開閉弁(5)、ガス抜き用開閉弁(6)、高圧センサ(11)、低圧センサ(12)、及び吐出温度センサ(13)は、「制御手段」としてのコントローラ(7)に接続されている。
【００３６】−低段側冷媒回路の構成−一方、第１低段側冷媒回路(103A)は、冷媒循環方向が正サイクルと逆サイクルとに切り換えて可逆運転可能に構成されている。そして、第１低段側冷媒回路(103A)は、第１及び第２の低段側圧縮機(31A),(131A)と第１の冷媒熱交換器(111A)の凝縮部と蒸発用伝熱管(105a)とを備えている。この冷媒熱交換器(111A)の凝縮部は、第１低段側冷媒回路(103A)の凝縮器を構成している。第１低段側圧縮機(31A)と第２低段側圧縮機(131A)とは、互いに並列に接続されている。
【００３７】上記各圧縮機(31A),(131A)の吐出側には、それぞれ油分離器(32),(132)が設けられている。両油分離器(32),(132)の下流側は、四路切換弁(33)及び第１ガス配管(60)を介して第１の冷媒熱交換器(111A)における凝縮部の一端に接続されている。該凝縮部の他端は、液配管(61)によって逆止弁(CV)とレシーバ(34)と冷却用膨張弁(EV21)とを介して蒸発用伝熱管(105a)の一端に接続されている。蒸発用伝熱管(105a)の他端は、第２ガス配管(62)によって逆止弁(CV)と四路切換弁(33)とアキュムレータ(35)とを介して両低段側圧縮機(31A),(131A)の吸込側に接続されている。
【００３８】上記第１の冷媒熱交換器(111A)は、高段側冷媒回路(120)の蒸発部と第１低段側冷媒回路(103A)の凝縮部とを有する冷媒熱交換器であって、プレート式熱交換器によって構成されている。そして、この第１の冷媒熱交換器(111A)は、第１低段側冷媒回路(103A)の冷媒と高段側冷媒回路(120)の冷媒とが熱交換を行い、第１低段側冷媒回路(103A)の冷媒が放熱して凝縮する一方、高段側冷媒回路(120)の冷媒が吸熱して蒸発する。
【００３９】尚、上記冷却用膨張弁(EV21)は、感温式膨張弁であって、感温筒(TS)が蒸発用伝熱管(105a)の出口側の第２ガス配管(62)に設けられている。
【００４０】上記第１低段側冷媒回路(103A)は、逆サイクルのデフロスト運転を行うように構成されているので、ドレンパン通路(63)とガスバイパス通路(64)と減圧通路(65)とを備えている。ドレンパン通路(63)は、第２ガス通路(62)における逆止弁(CV)の両端部に接続され、ドレンパンヒータ(106a)と逆止弁(CV)とが設けられ、圧縮機(31)の吐出冷媒(ホットガス)が流れるように構成されている。
【００４１】ガスバイパス通路(64)は、液配管(61)における冷却用膨張弁(EV21)の両端に接続され、逆止弁(CV)を備え、デフロスト運転時に液冷媒が冷却用膨張弁(EV21)をバイパスするように構成されている。
【００４２】減圧通路(65)は、液配管(61)における逆止弁(CV)の両端に接続されている。この減圧通路(65)は、開閉弁(SV)を備え、デフロスト運転時に液冷媒を減圧するように構成されている。
【００４３】また、レシーバ(34)の上部には、ガス抜き通路(66)の一端が接続されている。ガス抜き通路(66)は、開閉弁(SV)とキャピラリチューブ(CP)とを備え、他端が、第２ガス配管(62)におけるアキュムレータ(35)の上流側に接続されている。
【００４４】各油分離器(32),(132)と各低段側圧縮機(31A),(131A)の吸込側との間には、キャピラリチューブ(CP)を備えた油戻し通路(67),(67)がそれぞれ接続されている。
【００４５】また、各低段側圧縮機(31A),(131A)の吐出側の第１ガス配管(60),(60)には、高圧冷媒圧力が過上昇して所定の圧力になるとオフ信号を出力する高圧圧力開閉器(HPS2),(HPS2)と、吐出ガス冷媒の温度を検出する温度センサ(STH2),(STH2)が設けられている。両低段側圧縮機(31A),(131A)の吐出側配管の合流点と四路切換弁(33)との間には、高圧冷媒圧力を検出する高圧センサ(SPH2)が設けられている。両低段側圧縮機(31A),(131A)の吸込側の第２ガス配管(62)には、低圧冷媒圧力を検出する低圧センサ(SPL2)が設けられている。
【００４６】第２低段側冷媒回路(103B)は、第１低段側冷媒回路(103A)とほぼ同様な構成であるが、デフロスト運転は行わず、冷却運転のみを行うように構成されている。第２低段側冷媒回路(103B)は、第１低段側冷媒回路(103A)における四路切換弁(124)を備えず、その上、ドレンパン通路(63)とガスバイパス通路(64)と減圧通路(65)とが設けられていない。つまり、第２低段側冷媒回路(103B)は、第１及び第２の低段側圧縮機(31B),(131B)と第２の冷媒熱交換器(111B)の凝縮部とレシーバ(34)と冷却用膨張弁(EV21)と蒸発用伝熱管(105b)とアキュムレータ(35)とが第１ガス配管(60)と液配管(61)と第２ガス配管(62)とによって順に接続されて構成されている。上記第２の冷媒熱交換器(111B)の凝縮部は、第２低段側冷媒回路(103B)の凝縮器を構成している。
【００４７】冷却用膨張弁(EV21)は、感温式膨張弁であって、感温筒が蒸発用伝熱管(105b)の出口側の第２ガス配管(62)に設けられている。また、上記第２の冷媒熱交換器(111B)は、高段側冷媒回路(120)の蒸発部と第２低段側冷媒回路(103B)の凝縮部とを有するカスケードコンデンサであって、プレート形熱交換器によって構成されている。そして、この第２の冷媒熱交換器(111B)は、第２低段側冷媒回路(103B)の冷媒と高段側冷媒回路(120)の冷媒とが熱交換を行い、第２低段側冷媒回路(103B)の冷媒が放熱して凝縮する一方、高段側冷媒回路(120)の冷媒が吸熱して蒸発する。
【００４８】上記両低段側冷媒回路(103A),(103B)における蒸発用伝熱管(105a),(105b)は、１つの蒸発器(50)に構成されており、蒸発器(50)において、両低段側冷媒回路(103A),(103B)の冷媒と庫内空気とを熱交換させている。そして、上記蒸発器(50)、冷却用膨張弁(EV21)及びドレンパン通路(63)がクーリングユニット(101C)に設けられる一方、他の圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)などが上記カスケードユニット(101B)に設けられている。
【００４９】また、第１低段側冷媒回路(103A)における液配管(61)の分流器(51)の手前には、液冷媒の温度を検出する液温度センサ(Th21)が設けられる一方、上記蒸発器(50)には該蒸発器(50)の温度を検出する蒸発器温度センサ(Th22)が設けられている。
【００５０】倉庫内には、庫内の空気温度を検出する庫内温度センサ(Tx)が設けられている。
【００５１】−冷凍装置(110)の運転動作−次に、冷凍装置(110)の冷凍運転動作について説明する。
【００５２】本冷凍装置(110)では、庫内の冷凍負荷が小さいときは第１低段側冷媒回路(103A)の第１及び第２低段側圧縮機(31A),(131A)を運転し、庫内の冷凍負荷が大きいときは両低段側冷媒回路(103A),(103B)の第１及び第２低段側圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)を運転する。つまり、庫内負荷が小さいときは合計２台の圧縮機(31A),(131A)を動作させ、逆に、庫内負荷が大きいときは合計４台の圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)を動作させる。
【００５３】ここでは、庫内負荷の大きな場合の運転動作を説明する。この場合、高段側冷媒回路(120)の高段側圧縮機(121)及び両低段側冷媒回路(103A),(103B)の第１及び第２低段側圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)を共に駆動する。この状態において、高段側冷媒回路(120)では、四路切換弁(124)を図１の実線側に切り換える一方、後述する各冷却用電動膨張弁(EVL1),(EVL2)の開度制御を実行する。
【００５４】高段側冷媒回路(120)にあっては、高段側圧縮機(121)から吐出された高段側冷媒は、空気熱交換器(122)で凝縮して液冷媒となり、カスケードユニット（１０１Ｂ）に流れる。そして、上記液冷媒は、２つの分岐配管（１０４ｂ），（１０４ｃ）に分かれ、冷却用電動膨張弁(EVL1),(EVL2)で減圧される。その後、上記液冷媒は、２つの冷媒熱交換器(111A),(111B)の各蒸発部で蒸発してガス冷媒となって高段側圧縮機(121)に戻り、この循環を繰り返す。
【００５５】一方、第１低段側冷媒回路(103A)では、四路切換弁(33)を図２の実線側に切り換える一方、減圧通路(65)の開閉弁(SV)を閉鎖し、冷却用膨張弁(EV21)を過熱度制御する。また、第２低段側冷媒回路(103B)では、冷却用膨張弁(EV21)を過熱度制御する。
【００５６】上記両低段側冷媒回路(103A),(103B)において、低段側圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)から吐出された低段側冷媒は、冷媒熱交換器(111A),(111B)の凝縮部で凝縮して液冷媒となり、この液冷媒は、冷却用膨張弁(EV21),(EV21)で減圧する。その後、上記液冷媒は、蒸発用伝熱管(105a),(105b)で蒸発してガス冷媒となって低段側圧縮機(31A),(131A),(31B),(131B)に戻り、この循環を繰り返す。
【００５７】そして、上記各冷媒熱交換器(111A),(111B)においては、高段側冷媒と低段側冷媒とが熱交換し、低段側冷媒回路(103A),(103B)の低段側冷媒が冷却されて凝縮する。一方、上記蒸発器(50)では、低段側冷媒が蒸発して冷却空気を生成し、庫内を冷却する。
【００５８】−高段側冷媒回路(120)の運転制御−次に、図３のフローチャートを参照しながら、高段側冷媒回路(120)の制御方法を説明する。本制御は、高段側圧縮機(121)の吐出冷媒の圧力（以下、高段側吐出圧力Ｐｄという）、吐出冷媒の温度（以下、高段側吐出温度Ｔｄという）、及び吸入冷媒の圧力（以下、高段側吸入圧力Ｐｓという）に基づいて、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力が所定値（例えば１５kg/cm2）になるように、送風機(1),(2)、加圧用開閉弁(5)及びガス抜き用開閉弁(6)の制御を行うものである。これにより、低段側冷媒回路(103A),(103B)の高圧側圧力が安定することになる。
【００５９】本制御では、高段側吐出圧力に基づく第１パラメータΔＦＮ１と、高段側吐出温度Ｔｄに基づく第２パラメータΔＦＮ２と、高段側圧縮機(121)の負荷状態に基づく第３パラメータΔＦＮ３とを独立のパラメータとし、これら３つのパラメータに応じて制御を行うこととしている。
【００６０】以下に説明するステップＳＴ１〜ステップＳＴ９の制御は、所定時間毎に行われる。すなわち、以下に説明する各処理は、所定周期ごとに繰り返し実行されるものである。
【００６１】具体的には、まず、ステップＳＴ１において、高圧センサ(11)で検出した高段側吐出圧力Ｐｄ（kgf/cm2）の値から、表１に基づいて第１パラメータΔＦＮ１を決定する。
【００６２】
【表１】
【００６３】次に、ステップＳＴ２において、吐出温度センサ(13)で検出した高段側吐出温度Ｔｄ（℃）の値から、表２に基づいて第２パラメータΔＦＮ２を決定する。
【００６４】
【表２】
【００６５】次に、ステップＳＴ３〜ステップＳＴ７において、高段側圧縮機(121)の負荷状態に基づいて第３パラメータΔＦＮ３を決定する。すなわち、ステップＳＴ３において、低圧センサ(12)で検出した高段側吸入圧力Ｐｓ（kgf/cm2）の値が所定値（本例では２kg/cm2に設定）よりも小さいか否かを判定し、ＹＥＳの場合はステップＳＴ４に進み、ＮＯの場合はステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ４では、高段側吐出圧力Ｐｄの値が所定値（本例では１２kg/cm2に設定）よりも大きいか又は後述する制御出力パラメータＦＨが１であるか否かを判定し、ＹＥＳの場合はステップＳＴ５に進み、ＮＯの場合はステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ５では、高段側圧縮機(121)の負荷は小さいと判断して高段側圧縮機(121)の運転をアンロード運転にし、ステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６では、高段側圧縮機(121)の負荷状態に基づく制御量の変更は不要であるとみなし、第３パラメータΔＦＮ３の値を零に決定する。一方、ステップＳＴ７では、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力の低下を抑制するために、第３パラメータΔＦＮ３をΔＦＮ３＝２（Ｐｓ−２）に設定する。つまり、第３パラメータΔＦＮ３に負数を設定する。
【００６６】次に、ステップＳＴ８に進み、所定の演算式に基づいて制御出力パラメータＦＨの値を決定する。具体的には、第１〜第３パラメータΔＦＮ１、ΔＦＮ２、ΔＦＮ３の重み付けを行うべく、予めシミュレーションや試験結果等に基づいて所定の係数Ａ１，Ａ２，Ａ３を設定し、ΔＦＮをΔＦＮ＝Ａ１×ΔＦＮ１＋Ａ２×ΔＦＮ２＋Ａ３×ΔＦＮ３により決定する。次に、このΔＦＮに基づいて、ＦＮ＝ＭＩＮ（ＭＡＸ（ＦＮ’＋ΔＦＮ，１），６）を決定する。つまり、ＦＮ’＋ΔＦＮ及び１のうちの大きい方の数値と６とを比較し、両者のうちの小さい方の数値をＦＮとする。なお、ＦＮ’は、前回の周期（つまり、一周期前）に決定されたＦＮである。そして、制御出力パラメータＦＨの値をＦＨ＝ＭＩＮ（ＭＡＸ（ＩＮＴ（ＦＮ），１），６）にて決定する。つまり、ＦＮを整数化した数値と１とのうち大きい方の数値と６とを比較し、両者のうちの小さい方の数値をＦＨとする。
【００６７】次に、ステップＳＴ９に進み、制御出力パラメータＦＨの値に基づいて、表３から第１送風機(1)、第２送風機(2)、加圧用開閉弁(5)及びガス抜き用開閉弁(6)の状態を決定し、それぞれに制御信号を出力して当該状態に設定する。
【００６８】
【表３】
【００６９】以上のように、本実施形態によれば、第１送風機(1)及び第２送風機(2)を、外気温度のみに基づくのではなく、高段側冷媒回路(120)のパラメータに基づいて制御することとしているので、高段側冷媒回路(120)の高圧側圧力を直接的に調節することができる。従って、大きな負荷変動に柔軟に対応した適切な制御が可能となった。
【００７０】また、送風機(1),(2)の制御に加えて加圧用開閉弁(5)及びガス抜き用開閉弁(6)の開閉制御をも実行することとしたので、送風量の調節に加えて冷媒循環量の調節も可能となった。従って、高段側冷媒回路(120)の制御を、より広範囲な負荷変動に対しても実行可能となった。
【００７１】また、高段側圧縮機(121)のアンロード運転が可能であり、高段側冷媒回路(120)の運転制御は高段側圧縮機(121)の運転状態にも基づいて行われるので、更に大きな負荷変動に対しても、適切な運転制御が可能となった。
【００７２】＜その他の実施形態＞なお、室外ユニット(101A)には、室外空気の温度を検出する温度センサ(14)が設けられていてもよい。そして、コントローラ(7)は、吐出冷媒温度、吐出冷媒圧力及び吸入冷媒圧力に加え、上記温度センサ(14)の検出値（室外空気温度）をも考慮に入れて運転制御を行うようにしてもよい。この場合であっても、室外空気温度のみに基づく運転制御とは異なり、高段側冷媒回路(120)のパラメータに基づいて制御を行うので、空気熱交換器(122)の負荷に柔軟に対応した制御が可能である。
【００７３】一方、コントローラ(7)は、吐出冷媒圧力及び吸入冷媒圧力のみに基づいて運転制御を行ってもよい。つまり、高段側圧縮機(121)の負荷状態に拘わらずに、制御を行うようにしてもよい。これにより、例えば、高段側圧縮機(121)が一定容量の運転を行うように構成されている場合等に、制御を簡単化することができる。
【００７４】また、加圧通路(3)及びガス抜き通路(4)は必ずしも必要ではなく、加圧用開閉弁(5)及びガス抜き用開閉弁(6)の開閉制御は必ずしも必要ではない。従って、コントローラ(7)は、送風機(1),(2)の制御のみを行うように構成されていてもよい。
【００７５】なお、低段側冷媒回路は２つの冷媒回路から構成されている必要はなく、単一の冷媒回路で構成されていてもよい。また、３つ以上の冷媒回路から構成されていてもよい。
【００７６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高段側冷媒回路のパラメータに基づいて送風機を制御することとしたので、空気熱交換器の大きな負荷変動に柔軟に対応した制御が可能となる。これにより、低段側冷媒回路に応じた高段側冷媒回路の適切な制御を行うことができる。
【００７７】また、高段側冷媒回路に加圧通路及びガス抜き通路を設け、加圧用開閉弁及びガス抜き用開閉弁の開閉制御も行うことにより、より大きな負荷変動に対応しうる広範囲な運転制御が可能となる。
【００７８】また、高段側冷媒回路の圧縮機をアンロード運転自在に構成し、圧縮機の負荷状態にも応じて制御を行うことにより、より大きな負荷変動に対応しうる広範囲な運転制御が可能となる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．２０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外１名）
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−１２１１８１（Ｐ２０００−１２１１８１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２９８４２６ |
|