JP6264688B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮手段、ガスクーラ、主絞り手段、及び、蒸発器から冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置に関するものである。 The present invention relates to a refrigeration apparatus in which a refrigerant circuit is configured by a compression unit, a gas cooler, a main throttle unit, and an evaporator, and a high pressure side is a supercritical pressure.
従来よりこの種冷凍装置は、圧縮手段、ガスクーラ、絞り手段等から冷凍サイクルが構成され、圧縮手段で圧縮された冷媒がガスクーラにて放熱し、絞り手段にて減圧された後、蒸発器にて冷媒を蒸発させて、このときの冷媒の蒸発により周囲の空気を冷却するものとされていた。近年、この種冷凍装置では、自然環境問題などからフロン系冷媒が使用できなくなってきている。このため、フロン冷媒の代替品として自然冷媒である二酸化炭素を使用するものが開発されている。当該二酸化炭素冷媒は、高低圧差の激しい冷媒で、臨界圧力が低く、圧縮により冷媒サイクルの高圧側が超臨界状態となることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of refrigeration apparatus has a refrigeration cycle composed of a compression means, a gas cooler, a throttle means, etc., and the refrigerant compressed by the compression means dissipates heat in the gas cooler and is depressurized by the throttle means, and then in an evaporator. The refrigerant was evaporated, and ambient air was cooled by evaporation of the refrigerant at this time. In recent years, chlorofluorocarbon refrigerants cannot be used in this type of refrigeration system due to natural environmental problems. For this reason, the thing using the carbon dioxide which is a natural refrigerant | coolant is developed as a substitute of a fluorocarbon refrigerant | coolant. The carbon dioxide refrigerant is a refrigerant having a high and low pressure difference, and has a low critical pressure. It is known that the high pressure side of the refrigerant cycle is brought into a supercritical state by compression (see, for example, Patent Document 1).
また、給湯機を構成するヒートポンプ装置では、ガスクーラにて優れた加熱作用が得られる二酸化炭素冷媒が使用されるようになってきており、その場合にガスクーラから出た冷媒を2段膨張させ、各膨張装置の間に気液分離器を介設して、圧縮機にガスインジェクションできるようにするものも開発されている(例えば、特許文献2参照)。 Moreover, in the heat pump device constituting the water heater, a carbon dioxide refrigerant capable of obtaining an excellent heating action in the gas cooler has been used. In that case, the refrigerant discharged from the gas cooler is expanded in two stages, There has also been developed an apparatus in which a gas-liquid separator is interposed between expansion devices to enable gas injection into a compressor (see, for example, Patent Document 2).
一方、例えばショーケース等に設置された蒸発器において吸熱作用を利用し、庫内を冷却する冷凍装置では、外気温度(ガスクーラ側の熱源温度)が高い等の原因により、ガスクーラ出口の冷媒温度が高くなる条件下においては、蒸発器入口の比エンタルピが大きくなるため、冷凍能力が著しく低下する問題がある。そのようなときに、冷凍能力を確保するため、圧縮手段の吐出圧力(高圧側圧力)を上昇させると、圧縮動力が増大して成績係数が低下してしまう。 On the other hand, for example, in an refrigeration system that uses an endothermic action in an evaporator installed in a showcase or the like to cool the interior, the refrigerant temperature at the outlet of the gas cooler is high due to factors such as high outside air temperature (heat source temperature on the gas cooler side). Under higher conditions, the specific enthalpy at the inlet of the evaporator increases, which causes a problem that the refrigerating capacity is remarkably reduced. In such a case, if the discharge pressure (high-pressure side pressure) of the compression means is increased in order to ensure the refrigeration capacity, the compression power increases and the coefficient of performance decreases.
そこで、ガスクーラで冷却された冷媒を二つの冷媒流に分流し、分流された一方の冷媒流を補助絞り手段で絞った後、スプリット熱交換器の一方の通路に流し、他方の冷媒流をスプリット熱交換器の他方の流路に流して熱交換させた後、主絞り手段を介して蒸発器に流入させる所謂スプリットサイクルの冷凍装置が提案されている。係る冷凍装置によれば、減圧膨張された第1の冷媒流により第2の冷媒流を冷却でき、蒸発器入口の比エンタルピを小さくすることで、冷凍能力を改善することができるものであった(例えば、特許文献3参照)。 Therefore, the refrigerant cooled by the gas cooler is divided into two refrigerant streams, one of the divided refrigerant streams is squeezed by the auxiliary throttle means, and then flows into one passage of the split heat exchanger, and the other refrigerant stream is split. A so-called split-cycle refrigeration apparatus has been proposed in which heat is exchanged by flowing through the other flow path of the heat exchanger and then flows into the evaporator via the main throttle means. According to such a refrigeration apparatus, the second refrigerant flow can be cooled by the first refrigerant flow expanded under reduced pressure, and the refrigeration capacity can be improved by reducing the specific enthalpy at the inlet of the evaporator. (For example, refer to Patent Document 3).
しかしながら、特に二酸化炭素のような冷媒を使用する冷凍装置では、外気温度が高くなると圧縮手段から冷媒が吐出される冷媒回路の高圧側圧力が上昇し、圧縮手段の運転効率が低下すると共に、最悪の場合には圧縮手段に損傷を来す危険性が生じる。この場合、二酸化炭素のような冷媒を使用した冷凍装置では、季節によって高圧側圧力が大きく変動するために適正な冷媒充填量を判別しにくい。 However, particularly in a refrigeration apparatus using a refrigerant such as carbon dioxide, when the outside air temperature rises, the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit from which the refrigerant is discharged from the compression means increases, and the operation efficiency of the compression means decreases and the worst. In this case, there is a risk of damaging the compression means. In this case, in a refrigeration apparatus using a refrigerant such as carbon dioxide, the high-pressure side pressure varies greatly depending on the season, so it is difficult to determine an appropriate refrigerant charging amount.
また、外気温度が変動すると主絞り手段に流入する冷媒の圧力が大きく変動し、主絞り手段の制御と冷凍能力が安定しなくなる。更に、スーパーマーケット等の店舗において、圧縮手段やガスクーラが設置された冷凍機から主絞り手段や蒸発器が設けられた店舗内のショーケースに冷媒を供給する場合、ショーケース側の主絞り手段までの高圧側圧力が高いため、長い冷媒配管(液管)として耐圧の高いものを使用しなければならなくなり、施工コスト的に不利となる。 Further, when the outside air temperature fluctuates, the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means fluctuates greatly, and the control of the main throttle means and the refrigeration capacity become unstable. Furthermore, in a store such as a supermarket, when supplying a refrigerant from a refrigerator equipped with a compression means or a gas cooler to a showcase in a store provided with a main throttle means or an evaporator, the main throttle means on the showcase side Since the high-pressure side pressure is high, it is necessary to use a long refrigerant pipe (liquid pipe) with a high pressure resistance, which is disadvantageous in terms of construction cost.
更にまた、外気温度が高い環境下で運転を開始した場合、蒸発温度が高い冷媒回路では第1の冷媒流が液化しなくなり、前述のようなスプリットサイクルを構成しても第1の冷媒流による第2の冷媒流の冷却効果が殆ど期待できなくなる。そのため、主絞り手段に液冷媒を送ることができなくなり、冷凍能力が低下すると共に、結果として圧縮手段の冷媒の吐出温度も上昇してしまうという問題があった。 Furthermore, when the operation is started in an environment where the outside air temperature is high, the first refrigerant flow is not liquefied in the refrigerant circuit having a high evaporation temperature, and even if the split cycle as described above is configured, the first refrigerant flow The cooling effect of the second refrigerant flow can hardly be expected. For this reason, there is a problem that liquid refrigerant cannot be sent to the main throttle means, the refrigeration capacity is lowered, and as a result, the refrigerant discharge temperature of the compression means is also raised.
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側が超臨界圧力となる場合に、高圧側圧力の上昇等から圧縮手段を保護しつつ、外気温度に左右されない安定した冷凍能力を確保することができる冷凍装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional technical problem, and when the high pressure side becomes a supercritical pressure, the compression means is protected from an increase in the high pressure side pressure and the like, and the outside air temperature is affected. An object of the present invention is to provide a refrigeration apparatus capable of ensuring a stable refrigeration capacity that is not performed.
本発明の冷凍装置は、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となるものであって、ガスクーラの下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続されたタンクと、このタンクの下流側であって、主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第1の流路に流した後、圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第2の流路に流し、第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路と、圧力調整用絞り手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、圧力調整用絞り手段により、当該圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を調整し、補助絞り手段は、第1の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、タンク上部から冷媒を流出させ、第1の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、制御手段は、第1の補助回路用絞り手段により、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を調整することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus of the present invention, a refrigerant circuit is constituted by a compression means, a gas cooler, a main throttle means, and an evaporator, and the high pressure side becomes a supercritical pressure, and the downstream side of the gas cooler is the main circuit. A pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit upstream of the throttle means; a tank downstream of the pressure adjusting throttle means and connected to the refrigerant circuit upstream of the main throttle means; and the tank The split heat exchanger provided in the refrigerant circuit on the downstream side of the main throttle means and the refrigerant in the tank flow through the auxiliary throttle means to the first flow path of the split heat exchanger. After that, the auxiliary circuit to be sucked into the intermediate pressure part of the compression means and the refrigerant flowed out from the lower part of the tank, flowed to the second flow path of the split heat exchanger, and heat exchanged with the refrigerant flowing through the first flow path. After that, the main circuit to flow into the main throttle means and the pressure And control means for controlling the adjusting throttle means, the control means, by means diaphragm pressure control to adjust the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit on the upstream side of the pressure regulating throttle means, the auxiliary diaphragm means, The auxiliary circuit has a first auxiliary circuit throttle means, the auxiliary circuit has a gas pipe that allows the refrigerant to flow out from the upper part of the tank and flow into the first auxiliary circuit throttle means, and the control means has the first auxiliary circuit. The pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means is adjusted by the throttle means for use .
請求項2の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で圧力調整用絞り手段の始動時の開度を設定することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a second aspect of the present invention, in the above invention, the control means sets the opening degree at the time of starting the pressure adjusting throttle means in such a direction that the higher the outside air temperature is, the higher the outside air temperature is. It is characterized by.
請求項3の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段の開度を制御することにより、この圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を所定の目標値に制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で高圧側圧力の目標値を設定することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a third aspect of the present invention, in each of the above-described inventions, the control means controls the opening degree of the pressure adjusting throttle means to thereby set the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means. The target value of the high-pressure side pressure is set in such a direction that the higher the outside air temperature is, the higher the outside air temperature is based on an index representing the outside air temperature.
請求項4の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させることを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a fourth aspect of the present invention, in each of the above inventions, the control means opens the pressure adjusting throttle means when the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means rises to a predetermined upper limit value. It is characterized by increasing the degree.
請求項5の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で第1の補助回路用絞り手段の始動時の開度を設定することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a fifth aspect of the present invention, in each of the above inventions, the control means is based on an index representing the outside air temperature, and the opening degree at the start time of the first auxiliary circuit throttle means in a direction of increasing as the outside air temperature increases. Is set.
請求項6の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、第1の補助回路用絞り手段の開度を制御することにより、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の目標値に制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で主絞り手段に流入する冷媒の圧力の目標値を設定することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a sixth aspect of the present invention, in each of the above-described inventions, the control means controls the opening of the first auxiliary circuit throttle means so that the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means becomes a predetermined target value. In addition to controlling, a target value of the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means is set in a direction to increase the higher the outside air temperature based on the index representing the outside air temperature.
請求項7の発明の冷凍装置は、上記各発明において制御手段は、主絞り手段に流入する冷媒の圧力が所定の規定値に上昇した場合、第1の補助回路用絞り手段の開度を増大させることを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to a seventh aspect of the present invention, in each of the above inventions, the control means increases the opening of the first auxiliary circuit throttle means when the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means rises to a predetermined specified value. It is characterized by making it.
請求項8の発明の冷凍装置は、上記各発明において補助絞り手段は、第2の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、タンク下部から冷媒を流出させ、第2の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、制御手段は、第2の補助回路用絞り手段の開度を制御し、スプリット熱交換器の第1の流路に流す液冷媒量を調整することにより、圧縮手段からガスクーラに吐出される冷媒の吐出温度を所定の目標値に制御することを特徴とする。 In the refrigeration apparatus according to an eighth aspect of the present invention, in each of the above inventions, the auxiliary throttle means has a second auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit causes the refrigerant to flow out from the lower part of the tank, and the second auxiliary circuit throttle. The control means has a liquid pipe to be introduced into the means, the control means controls the opening degree of the second auxiliary circuit throttle means, and adjusts the amount of liquid refrigerant flowing through the first flow path of the split heat exchanger, The discharge temperature of the refrigerant discharged from the compression means to the gas cooler is controlled to a predetermined target value.
請求項9の発明の冷凍装置は、上記発明において制御手段は、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低くする方向で冷媒の吐出温度の目標値を変更することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the refrigeration apparatus according to the present invention, the control means changes the target value of the refrigerant discharge temperature in a direction of lowering the higher the evaporation temperature, based on an index representing the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator. It is characterized by doing.
請求項10の発明の冷凍装置は、上記各発明において主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えたことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a refrigeration apparatus comprising an internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the main throttle means and the refrigerant discharged from the evaporator.
請求項11の発明の冷凍装置は、上記各発明において冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする。 The refrigeration apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that carbon dioxide is used as a refrigerant in each of the above inventions.
本発明によれば、圧縮手段と、ガスクーラと、主絞り手段と、蒸発器とから冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷凍装置において、ガスクーラの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、この圧力調整用絞り手段の下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に接続されたタンクと、タンクの下流側であって主絞り手段の上流側の冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介してスプリット熱交換器の第1の流路に流した後、圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、タンク下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器の第2の流路に流し、第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、主絞り手段に流入させる主回路とを備えているので、補助回路を構成するスプリット熱交換器の第1の流路に流れる冷媒を補助絞り手段で膨張させ、主回路を構成するスプリット熱交換器の第2の流路に流れる冷媒を過冷却することができるようになり、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。また、補助絞り手段は、第1の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、タンク上部から冷媒を流出させ、第1の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、制御手段が、第1の補助回路用絞り手段により、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を調整するようにしたので、この第1の補助回路用絞り手段によって、高圧側圧力の変動の影響を抑制して、主絞り手段に搬送される冷媒の圧力を制御することができるようになる。さらに、第1の補助回路用絞り手段によって主絞り手段に流入する冷媒の圧力を下げることにより、主絞り手段に至る配管として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。これにより、施工性や施工コストの改善を図ることが可能となる。特に、タンク上部から第1の補助回路用絞り手段を介して低温のガスを抜くことで、タンク内の圧力が低下する。これにより、タンク内では温度が低下するので、冷媒の凝縮作用が生じ、当該タンク内に液状態の冷媒を効果的に貯めることができるようになる。 According to the present invention, in the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression unit, the gas cooler, the main throttle unit, and the evaporator, and the high pressure side is the supercritical pressure, the downstream side of the gas cooler and the main throttle unit A pressure adjusting throttle means connected to the upstream refrigerant circuit, a tank downstream of the pressure adjusting throttle means and connected to the refrigerant circuit upstream of the main throttle means, and a downstream side of the tank. The split heat exchanger provided in the refrigerant circuit on the upstream side of the main throttle means and the refrigerant in the tank are passed through the first flow path of the split heat exchanger via the auxiliary throttle means, and then the compression means The auxiliary circuit to be sucked into the intermediate pressure part and the refrigerant flow out from the lower part of the tank, flow into the second flow path of the split heat exchanger, exchange heat with the refrigerant flowing through the first flow path, and then to the main throttle means With a main circuit to flow in The refrigerant flowing in the first flow path of the split heat exchanger constituting the auxiliary circuit is expanded by the auxiliary throttle means, and the refrigerant flowing in the second flow path of the split heat exchanger constituting the main circuit is supercooled. Thus, the specific enthalpy at the evaporator inlet can be reduced to effectively improve the refrigerating capacity. The auxiliary throttle means has a first auxiliary circuit throttle means, and the auxiliary circuit has a gas pipe that causes the refrigerant to flow out from the upper part of the tank and flow into the first auxiliary circuit throttle means. However, since the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means is adjusted by the first auxiliary circuit throttle means, this first auxiliary circuit throttle means suppresses the influence of fluctuations in the high-pressure side pressure. As a result, the pressure of the refrigerant conveyed to the main throttle means can be controlled. Further, by reducing the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means by the first auxiliary circuit throttle means, it is possible to use a pipe having a low pressure resistance as the pipe leading to the main throttle means. Thereby, it becomes possible to improve workability and construction cost. In particular, the pressure in the tank is reduced by extracting low-temperature gas from the upper part of the tank through the first auxiliary circuit throttle means. As a result, the temperature is lowered in the tank, so that the refrigerant condenses, and the liquid refrigerant can be effectively stored in the tank.
また、スプリット熱交換器の第1の流路に流れる冷媒は圧縮手段の中間圧部に戻されるため、圧縮手段の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮手段における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮手段における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。 Further, since the refrigerant flowing in the first flow path of the split heat exchanger is returned to the intermediate pressure portion of the compression means, the amount of refrigerant sucked into the low pressure portion of the compression means is reduced, and the refrigerant is compressed from low pressure to intermediate pressure. The amount of compression work in the compression means is reduced. As a result, the compression power in the compression means is reduced and the coefficient of performance is improved.
更に、圧力調整用絞り手段で膨張されることで液化した冷媒の一部はタンク内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となってタンク内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、このタンク内下部の液冷媒が主回路を構成するスプリット熱交換器の第2の流路を経て主絞り手段に流入することになるので、満液状態で主絞り手段に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。 Furthermore, a part of the refrigerant liquefied by expansion by the pressure adjusting throttle means evaporates in the tank to become a gas refrigerant having a lowered temperature, and the rest becomes liquid refrigerant and is temporarily stored in the lower part of the tank. It becomes. Then, since the liquid refrigerant in the lower part of the tank flows into the main throttle means through the second flow path of the split heat exchanger constituting the main circuit, the refrigerant is caused to flow into the main throttle means in a full state. In particular, it is possible to improve the refrigerating capacity under refrigeration conditions where the evaporation temperature in the evaporator is high.
更にまた、タンクにて冷媒回路内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される。 Furthermore, since the tank has the effect of absorbing the fluctuation of the circulating refrigerant amount in the refrigerant circuit, the refrigerant filling amount error is also absorbed.
特に、制御手段により圧力調整用絞り手段を制御し、この圧力調整用絞り手段によって、当該圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を調整するようにしたので、圧縮手段から冷媒が吐出される高圧側圧力が高くなって圧縮手段の運転効率が低下し、或いは、圧縮手段に損傷を来す不都合を未然に回避することが可能となる。 Particularly, the control means controls the pressure adjusting throttle means, and the pressure adjusting throttle means adjusts the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream from the pressure adjusting throttle means. It is possible to avoid the disadvantage that the high pressure side pressure at which the pressure is discharged increases and the operation efficiency of the compression means decreases, or that the compression means is damaged.
この場合、請求項2の発明の如く制御手段が、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で圧力調整用絞り手段の始動時の開度を設定することにより、外気温度が高い環境での始動時における高圧側圧力の上昇を抑制し、圧縮手段の保護を図ることが可能となる。 In this case, as in the second aspect of the invention, the control means sets the opening degree at the time of starting the pressure adjusting throttle means in such a direction that the higher the outside air temperature is, the higher the outside air temperature is. It is possible to suppress an increase in the high-pressure side pressure at the time of start-up in a high temperature environment and to protect the compression means.
また、請求項3の発明の如く制御手段が、圧力調整用絞り手段の開度を制御することにより、この圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力を所定の目標値に制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で高圧側圧力の目標値を設定することにより、外気温度が高い環境では圧力調整用絞り手段より上流側の高圧側圧力の運転中における目標値が高くなり、外気温度が低い環境では目標値が低くなる。 The control means controls the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means to a predetermined target value by controlling the opening degree of the pressure adjusting throttle means. In addition, by setting the target value of the high-pressure side pressure in the direction of increasing the higher the outside air temperature based on the index representing the outside air temperature, the high-pressure side upstream of the pressure adjusting throttle means in the environment where the outside air temperature is high The target value during pressure operation increases, and the target value decreases in an environment where the outside air temperature is low.
これにより、高い外気温度の影響で高圧側圧力が高くなる状況ではその目標値が高くなるので、圧力調整用絞り手段の開度が過度に大きくなってタンク内圧力が高くなり過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に、低い外気温度で高圧側圧力が低くなる状況では目標値も低くなるので、圧力調整用絞り手段の開度が過度に小さくなってタンクに流入する冷媒量が減少する不都合を防止することができるようになる。 As a result, the target value increases in a situation where the high pressure side pressure increases due to the influence of a high outside air temperature, so that the opening degree of the pressure adjusting throttle means becomes excessively large and the in-tank pressure is prevented from becoming too high. Will be able to. On the other hand, the target value also decreases in a situation where the high pressure side pressure is low at low outside air temperature, so that the opening of the pressure adjusting throttle means becomes excessively small and the disadvantage that the amount of refrigerant flowing into the tank decreases is prevented. Will be able to.
これらにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、圧力調整用絞り手段の開度を適切に制御して、冷凍能力の確保と圧縮手段の保護の双方を好適に実現することができるようになる。 As a result, it is possible to appropriately realize both the securing of the refrigerating capacity and the protection of the compression means by appropriately controlling the opening degree of the pressure adjusting throttle means regardless of the change in the outside air temperature accompanying the change of season. It becomes like this.
更に、請求項4の発明の如く制御手段が、圧力調整用絞り手段より上流側の冷媒回路の高圧側圧力が所定の上限値に上昇した場合、圧力調整用絞り手段の開度を増大させるようにすれば、高圧側圧力を常に上限値以下に維持することができる。これにより、圧力調整用絞り手段より上流側の高圧側圧力の異常上昇を的確に抑制して圧縮手段の保護を確実に行うことが可能となり、異常な高圧による圧縮手段の停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。 Further, when the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means rises to a predetermined upper limit value, the control means increases the opening degree of the pressure adjusting throttle means. By doing so, the high pressure side pressure can always be maintained below the upper limit value. As a result, it is possible to reliably suppress the abnormal increase in the high pressure side pressure upstream of the pressure adjusting throttle means and to reliably protect the compression means, and to stop the compression means due to the abnormal high pressure (protection operation). This can be avoided beforehand.
この場合、請求項5の発明の如く制御手段が、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で第1の補助回路用絞り手段の始動時の開度を設定することにより、外気温度が高い環境での始動時におけるタンク内圧力の上昇を抑制し、主絞り手段に流入する冷媒の圧力上昇を防止することが可能となる。 In this case, the control means as the invention of claim 5 is based on an index that represents the outside air temperature, the higher the outside air temperature is high, to set the opening degree at the start of the first auxiliary circuit throttle means at increasing direction Thus, it is possible to suppress an increase in the pressure in the tank at the time of start-up in an environment where the outside air temperature is high, and to prevent an increase in the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means.
また、請求項6の発明の如く制御手段が、第1の補助回路用絞り手段の開度を制御することにより、主絞り手段に流入する冷媒の圧力を所定の目標値に制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で主絞り手段に流入する冷媒の圧力の目標値を設定するようにすれば、外気温度が高い環境では主絞り手段に流入する冷媒の圧力の運転中における目標値が高くなり、外気温度が低い環境では目標値が低くなる。 According to the sixth aspect of the invention, the control means controls the opening of the first auxiliary circuit throttle means to control the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to a predetermined target value, and the outside air. If the target value of the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means is set in the direction of increasing the higher the outside air temperature based on the index representing the temperature, the refrigerant flowing into the main throttle means in an environment where the outside air temperature is high The target value becomes higher during the operation of the pressure, and the target value becomes lower in an environment where the outside air temperature is low.
これにより、高い外気温度の影響で圧力が高くなる状況では、主絞り手段に流入する冷媒の圧力の目標値が高くなるので、第1の補助回路用絞り手段の開度が過度に大きくなって補助回路に冷媒が流れ過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に低い外気温度で圧力が低くなる状況では主絞り手段に流入する冷媒の圧力の目標値も低くなるので、第1の補助回路用絞り手段の開度が小さくなり過ぎて、補助回路に流入する冷媒量が減少し過ぎる不都合を防止することができるようになる。 As a result, in a situation where the pressure increases due to the influence of a high outside air temperature, the target value of the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means becomes high, so the opening degree of the first auxiliary circuit throttle means becomes excessively large. It is possible to prevent the disadvantage that the refrigerant flows excessively in the auxiliary circuit. On the other hand, when the pressure is low at a low outside air temperature, the target value of the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means also becomes low, so the opening degree of the first auxiliary circuit throttle means becomes too small and flows into the auxiliary circuit. This makes it possible to prevent the disadvantage that the amount of refrigerant to be reduced is excessively reduced.
これらにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、第1の補助回路用絞り手段の開度を適切に制御して、補助回路に流れる冷媒量を的確に調整することができるようになる。 As a result, the amount of refrigerant flowing through the auxiliary circuit can be accurately adjusted by appropriately controlling the opening degree of the first auxiliary circuit throttle means regardless of the change in the outside air temperature accompanying the change of season. Become.
更に、請求項7の発明の如く制御手段が、主絞り手段に流入する冷媒の圧力が所定の規定値に上昇した場合、第1の補助回路用絞り手段の開度を増大させるようにすれば、主絞り手段に搬送される冷媒の圧力を常に規定値以下に維持することができるようになり、高圧側圧力変動の影響抑制と、主絞り手段に搬送される冷媒の圧力の抑制効果を確実に達成することが可能となる。 Further, as in the seventh aspect of the invention, when the control means increases the opening degree of the first auxiliary circuit throttle means when the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means rises to a predetermined specified value. The pressure of the refrigerant conveyed to the main throttle means can always be kept below the specified value, and the effect of suppressing the pressure fluctuation of the high-pressure side and the effect of suppressing the pressure of the refrigerant conveyed to the main throttle means are ensured. Can be achieved.
また、請求項8の発明によれば、上記各発明に加えて補助絞り手段は、第2の補助回路用絞り手段を有すると共に、補助回路は、タンク下部から冷媒を流出させ、第2の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、制御手段が、第2の補助回路用絞り手段の開度を制御し、スプリット熱交換器の第1の流路に流す液冷媒量を調整することにより、圧縮手段からガスクーラに吐出される冷媒の吐出温度を所定の目標値に制御するようにしたので、第2の補助回路用絞り手段を介してスプリット熱交換器の第1の流路にタンク内下部の液冷媒を流し、スプリット熱交換器の第2の流路を流れる主回路の冷媒の過冷却を増大させることができる。
According to the invention of
これにより、主絞り手段に搬送される冷媒の液相割合を高め、満液状態で主絞り手段に流入させることができるようになる。また、圧縮手段が吸い込む冷媒の温度も低下することになるので、結果的に圧縮手段からガスクーラに吐出される冷媒の吐出温度も目標値に下げることができるようになり、確実に圧縮手段の保護を図ることが可能となる。 Thereby, the liquid phase ratio of the refrigerant conveyed to the main throttle means can be increased and can be made to flow into the main throttle means in a full state. Further, since the temperature of the refrigerant sucked by the compression unit is also lowered, the discharge temperature of the refrigerant discharged from the compression unit to the gas cooler can be lowered to the target value as a result, and the compression unit is reliably protected. Can be achieved.
この場合、請求項9の発明の如く制御手段が、蒸発器における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低くする方向で冷媒の吐出温度の目標値を変更するようにすれば、特に蒸発器における蒸発温度が高い冷蔵条件において、スプリット熱交換器における主回路の冷媒の過冷却を確保し、冷凍能力を安定して維持することができるようになる。 In this case, as in the ninth aspect of the invention, the control means changes the target value of the refrigerant discharge temperature in the direction of lowering the higher the evaporation temperature, based on the index indicating the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator. By doing so, it is possible to ensure the supercooling of the refrigerant in the main circuit in the split heat exchanger, and to maintain the refrigeration capacity stably, particularly under refrigeration conditions where the evaporation temperature in the evaporator is high.
また、請求項10の発明の如く主絞り手段に流入する冷媒と、蒸発器から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設ければ、内部熱交換器にて蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却することができるようになるので、蒸発器入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。
Further, if an internal heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant flowing into the main throttle means and the refrigerant discharged from the evaporator is provided as in the invention of
特に、外気温度が高い高外気温度環境では、補助絞り手段で調整されるタンク内の圧力と、圧縮手段の中間圧部との圧力差が無くなってくる。そのような場合、状況によってはスプリット熱交換器における第1の流路に流れる補助回路の冷媒により、第2の流路に流れる主回路の冷媒を過冷却することが殆どできなくなって、主絞り手段に液リッチの冷媒を送れなくなるが、係る状況下においても、内部熱交換器において蒸発器から出た低温の冷媒により、主絞り手段に流入する冷媒を冷却し、満液状態で主絞り手段に冷媒を供給することができるようになるので、冷凍能力の改善を図ることが可能となる。 In particular, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, there is no pressure difference between the pressure in the tank adjusted by the auxiliary throttle means and the intermediate pressure portion of the compression means. In such a case, depending on the situation, the refrigerant in the main circuit flowing in the second flow path can hardly be supercooled by the refrigerant in the auxiliary circuit flowing in the first flow path in the split heat exchanger. The liquid-rich refrigerant cannot be sent to the means, but even under such circumstances, the refrigerant flowing into the main throttling means is cooled by the low-temperature refrigerant that has exited the evaporator in the internal heat exchanger, and the main throttling means is full. Since it becomes possible to supply the refrigerant, it is possible to improve the refrigerating capacity.
特に、請求項11の発明の如く冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、上記各発明により冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになるものである。
In particular, when carbon dioxide is used as the refrigerant as in the invention of
(1)冷凍装置Rの構成
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図1は本発明を適用する一実施例にかかる冷凍装置Rの冷媒回路図である。本実施例における冷凍装置Rは、スーパーマーケット等の店舗の機械室等に設置された冷凍機ユニット3と、店舗の売り場内に設置された一台若しくは複数台(図面では一台のみ示す)のショーケース4とを備え、これら冷凍機ユニット3とショーケース4とが、ユニット出口6とユニット入口7を介して、冷媒配管(液管)8及び冷媒配管9により連結されて所定の冷媒回路1を構成している。
(1) Configuration of Refrigeration Apparatus R Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigeration apparatus R according to an embodiment to which the present invention is applied. The refrigeration apparatus R in this embodiment is a show of a
この冷媒回路1は、高圧側の冷媒圧力がその臨界圧力以上(超臨界)となる二酸化炭素(R744)を冷媒として用いる。この二酸化炭素冷媒は、地球環境に優しく、可燃性及び毒性等を考慮した自然冷媒である。また、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、PAG(ポリアルキルグリコール)等、既存のオイルが使用される。 The refrigerant circuit 1 uses, as a refrigerant, carbon dioxide (R744) in which the refrigerant pressure on the high pressure side is equal to or higher than the critical pressure (supercritical). This carbon dioxide refrigerant is a natural refrigerant that is friendly to the global environment and takes into consideration flammability and toxicity. As the lubricating oil, existing oils such as mineral oil (mineral oil), alkylbenzene oil, ether oil, ester oil, and PAG (polyalkyl glycol) are used.
冷凍機ユニット3は、圧縮手段としての圧縮機11を備える。本実施例において、圧縮機11は、内部中間圧型2段圧縮式ロータリコンプレッサであり、密閉容器12と、この密閉容器12の内部空間の上部に配置収納された駆動要素としての電動要素13及びこの電動要素13の下側に配置され、その回転軸により駆動される第1の(低段側)回転圧縮要素(第1の圧縮要素)14及び第2の(高段側)回転圧縮要素(第2の圧縮要素)16から成る回転圧縮機構部にて構成されている。
The
圧縮機11の第1の回転圧縮要素14は、冷媒配管9を介して冷媒回路1の低圧側から圧縮機11に吸い込まれる低圧冷媒を圧縮して中間圧まで昇圧して吐出し、第2の回転圧縮要素16は、第1の回転圧縮要素14で圧縮されて吐出された中間圧の冷媒を更に吸い込み、圧縮して高圧まで昇圧し、冷媒回路1の高圧側に吐出する。圧縮機11は、周波数可変型の圧縮機であり、電動要素13の運転周波数を変更することで、第1の回転圧縮要素14及び第2の回転圧縮要素16の回転数を制御可能とする。
The first
圧縮機11の密閉容器12の側面には、第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17と、密閉容器12内に連通する低段側吐出口18と、第2の回転圧縮要素16に連通する高段側吸込口19及び高段側吐出口21が形成されている。圧縮機11の低段側吸込口17には、冷媒導入配管22の一端が接続され、その他端はユニット入口7にて冷媒配管9に接続されている。この冷媒導入配管22中に内部熱交換器15の第2の流路15Bが介設されている。
On the side surface of the sealed
低段側吸込口17より第1の回転圧縮要素14の低圧部に吸い込まれた低圧(LP:通常運転状態で2.6MPa程)の冷媒ガスは、当該第1の回転圧縮要素14により中間圧(MP:通常運転状態で5.5MPa程度)に昇圧されて密閉容器12内に吐出される。これにより、密閉容器12内は中間圧(MP)となる。
The low-pressure refrigerant gas (LP: about 2.6 MPa in the normal operation state) sucked into the low-pressure portion of the first
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスが吐出される圧縮機11の低段側吐出口18には、中間圧吐出配管23の一端が接続され、その他端はインタークーラ24の入口に接続されている。このインタークーラ24は、第1の回転圧縮要素14から吐出された中間圧の冷媒を空冷するものであり、当該インタークーラ24の出口には、中間圧吸入配管26の一端が接続され、この中間圧吸入配管26の他端は圧縮機11の高段側吸込口19に接続される。
One end of the intermediate
高段側吸込口19より第2の回転圧縮要素16に吸い込まれた中間圧(MP)の冷媒ガスは、当該第2の回転圧縮要素16により2段目の圧縮が行われて高温高圧(HP:通常運転状態で9MPa程の超臨界圧力)の冷媒ガスとなる。
The intermediate pressure (MP) refrigerant gas sucked into the second
そして、圧縮機11の第2の回転圧縮要素16の高圧室側に設けられた高段側吐出口21には、高圧吐出配管27の一端が接続され、その他端はガスクーラ(放熱器)28の入口に接続されている。20はこの高圧吐出配管27内に介設されたオイルセパレータである。オイルセパレータ20は圧縮機11から吐出された冷媒中のオイルを分離し、オイル通路25Aと電動弁25Bを介して圧縮機11の密閉容器12内に戻す。尚、55は圧縮機11内のオイルレベルを検出するフロートスイッチである。
One end of a high-
ガスクーラ28は、圧縮機11から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、ガスクーラ28の近傍には当該ガスクーラ28を空冷するガスクーラ用送風機31が配設されている。本実施例では、ガスクーラ28は上述したインタークーラ24と並設されており、これらは同一の風路に配設されている。
The
ガスクーラ28の出口にはガスクーラ出口配管32の一端が接続され、このガスクーラ出口配管32の他端は圧力調整用絞り手段としての電動膨張弁33の入口に接続されている。この電動膨張弁33はガスクーラ28から出た冷媒を絞って膨張させると共に、電動膨張弁33から上流側の冷媒回路1の高圧側圧力の調整を行うためのもので、その出口はタンク入口配管34を介してタンク36の上部に接続されている。
One end of a gas
このタンク36は内部に所定容積の空間を有する容積体であり、その下部にはタンク出口配管37の一端が接続され、このタンク出口配管37の他端がユニット出口6にて冷媒配管8に接続されている。このタンク出口配管37中にスプリット熱交換器29の第2の流路29Bが介設されると共に、このスプリット熱交換器29より下流側のタンク出口配管37中には、内部熱交換器15の第1の流路15Aが介設されている。このタンク出口配管37が本発明における主回路38を構成する。更に、内部熱交換器15の第1の流路15Aには並列にバイパス回路45が接続されており、このバイパス回路45には弁装置としての電磁弁50が介設されている。
The
一方、店舗内に設置されるショーケース4は、冷媒配管8及び9に接続される。ショーケース4には、主絞り手段としての電動膨張弁39と蒸発器41が設けられており、冷媒配管8と冷媒配管9との間に順次接続されている(電動膨張弁39が冷媒配管8側、蒸発器41が冷媒配管9側)。蒸発器41には、当該蒸発器41に送風する図示しない冷気循環用送風機が隣設されている。そして、冷媒配管9は、上述したように冷媒導入配管22を介して圧縮機11の第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17に接続されている。
On the other hand, the showcase 4 installed in the store is connected to the
他方、タンク36の上部にはガス配管42の一端が接続されており、このガス配管42の他端は第1の補助回路用絞り手段としての電動膨張弁43の入口に接続されている。ガス配管42はタンク36上部からガス冷媒を流出させ、電動膨張弁43に流入させる。この電動膨張弁43の出口には、中間圧戻り配管44の一端が接続され、その他端は圧縮機11の中間圧部に繋がる中間圧領域の一例として中間圧吸入配管26の途中に連通されている。この中間圧戻り配管44中にスプリット熱交換器29の第1の流路29Aが介設されている。
On the other hand, one end of a gas pipe 42 is connected to the upper portion of the
また、タンク36の下部には液配管46の一端が接続されており、この液配管46の他端は電動膨張弁43の下流側の中間圧戻り配管44に連通されている。また、この液配管46中には第2の補助回路用絞り手段としての電動膨張弁47が介設されている。これら電動膨張弁43(第1の補助回路用絞り手段)と電動膨張弁47(第2の補助回路用絞り手段)が本出願における補助絞り手段を構成する。また、液配管46はタンク36下部から液冷媒を流出させ、電動膨張弁47に流入させる。そして、これら中間圧戻り配管44と、電動膨張弁43、47と、これら電動膨張弁43、47の上流側にあるガス配管42及び液配管46が本発明における補助回路48を構成する。
One end of a liquid pipe 46 is connected to the lower part of the
このような構成により、電動膨張弁33はガスクーラ28の下流側であって電動膨張弁39の上流側に位置する。また、タンク36は電動膨張弁33の下流側であって電動膨張弁39の上流側に位置する。更に、スプリット熱交換器29はタンク36の下流側であって電動膨張弁39の上流側に位置することになり、以上により本実施例における冷凍装置Rの冷媒回路1が構成される。
With such a configuration, the
この冷媒回路1の各所には種々のセンサが取り付けられている。即ち、高圧吐出配管27には高圧センサ49が取り付けられて冷媒回路1の高圧側圧力HP(圧縮機11からガスクーラ28に吐出される冷媒の圧力である圧縮機11の高段側吐出口21と電動膨張弁33の入口の間の圧力)を検出する。また、冷媒導入配管22には低圧センサ51が取り付けられて冷媒回路1の低圧側圧力LP(電動膨張弁39の出口と低段側吸込口17の間の圧力)を検出する。また、中間圧吸入配管26には中間圧センサ52が取り付けられて冷媒回路の1の中間圧領域の圧力である中間圧MP(密閉容器12内と高段側吸込口19の間、電動膨張弁43、47の出口以降の中間圧戻り配管44内の圧力)を検出する。
Various sensors are attached to various portions of the refrigerant circuit 1. That is, a
また、スプリット熱交換器29の下流側のタンク出口配管37にはユニット出口センサ53が取り付けられており、このユニット出口センサ53はタンク36内の圧力TPを検出する。このタンク36内の圧力は、即ち、冷凍機ユニット3から出て冷媒配管8から電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力となる。また、内部熱交換器15の上流側のタンク出口配管37にはユニット出口温度センサ54が取り付けられ、内部熱交換器15の第1の流路15Aに流入する冷媒の温度ITを検出する。更に、内部熱交換器15の下流側の冷媒導入配管22にはユニット入口温度センサ56が取り付けられ、内部熱交換器15の第2の流路15Bを出た冷媒の温度OTを検出する。更にまた、圧縮機11の高段側吐出口21に接続された高圧吐出配管27には吐出温度センサ61が取り付けられ、圧縮機11からガスクーラ29に吐出される冷媒の温度(吐出温度)を検出する。
A
そして、これらセンサ49、51、52、53、54、56、61はマイクロコンピュータから構成された冷凍機ユニット3の制御手段を構成する制御装置57の入力に接続され、フロートスイッチ55も制御装置57の入力に接続される。また、制御装置57の出力には圧縮機11の電動要素13、電動弁25B、ガスクーラ用送風機31、電動膨張弁(圧力調整用絞り手段)33、電動膨張弁(第1の補助回路用絞り手段)43、電動膨張弁(第2の補助回路用絞り手段)47、電磁弁50、電動膨張弁(主絞り手段)39が接続され、制御装置57は各センサの出力と設定データ等に基づいてこれらを制御する。
These
尚、以後はショーケース4側の電動膨張弁(主絞り手段)38や前述した冷気循環用送風機も制御装置57が制御するものとして説明するが、それらは実際には店舗の主制御装置(図示せず)を介し、制御装置57と連携して動作するショーケース4側の制御装置(図示せず)により制御される。従って、本発明における制御手段は制御装置57やショーケース4側の制御装置、前述した主制御装置等を含めた概念とする。
In the following description, it is assumed that the
(2)冷凍装置Rの動作
以上の構成で、次に冷凍装置Rの動作を説明する。制御装置57により圧縮機11の電動要素13が駆動されると、第1の回転圧縮要素14及び第2の回転圧縮要素16が回転し、低段側吸込口17より第1の回転圧縮要素14の低圧部に低圧(前述したLP:通常運転状態で2.6MPa程)の冷媒ガス(二酸化炭素)が吸い込まれる。そして、第1の回転圧縮要素14により中間圧(前述したMP:通常運転状態で5.5MPa程度)に昇圧されて密閉容器12内に吐出される。これにより、密閉容器12内は中間圧(MP)となる。
(2) Operation of Refrigeration Apparatus R Next, the operation of the refrigeration apparatus R with the above configuration will be described. When the
そして、密閉容器12内の中間圧の冷媒ガスは低段側吐出口18から中間圧吐出配管23を経てインタークーラ24に入り、そこで空冷された後、中間圧吸入配管26を経て高段側吸込口19に戻る。この高段側吸込口19に戻った中間圧(MP)の冷媒ガスは、第2の回転圧縮要素16に吸い込まれ、この第2の回転圧縮要素16により2段目の圧縮が行われて高温高圧(HP:前述した通常運転状態で9MPa程の超臨界圧力)の冷媒ガスとなり、高段側吐出口21から高圧吐出配管27に吐出される。
Then, the intermediate-pressure refrigerant gas in the sealed
高圧吐出配管27に吐出された冷媒ガスはオイルセパレータ20に流入し、冷媒に含まれたオイルが分離される。分離されたオイルはオイル通路25Aを通り、電動弁25Bを経て密閉容器12内に戻される。尚、制御装置57はフロートスイッチ55が検出する密閉容器12内のオイルレベルに基づき、電動弁25Bを制御してオイルの戻し量を調整し、密閉容器12内のオイルレベルを維持する。
The refrigerant gas discharged to the high-
(2−1)電動膨張弁33の制御
一方、オイルセパレータ20でオイルが分離された冷媒ガスは、次にガスクーラ28に流入して空冷された後、ガスクーラ出口配管32を経て電動膨張弁(圧力調整用絞り手段)33に至る。この電動膨張弁33は、当該電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPを所定の目標値THP(例えば前述した9MPa等。後述する如く設定される)に制御するために設けられており、高圧センサ49の出力に基づき、制御装置57によりその弁開度が制御される。
(2-1) Control of
(2−1−1)電動膨張弁33の始動時開度の設定
ここで先ず、制御装置57は外気温度を示す指標である高圧センサ49の検出圧力(高圧側圧力HP)に基づいて冷凍装置Rの始動時における電動膨張弁33の開度(始動時開度)を設定する。高圧センサ49が検出する高圧側圧力HPと外気温度との間には相関関係があるため、制御装置57は高圧側圧力HPから外気温度を判断することができる。そして、実施例の場合、制御装置57は始動時における高圧側圧力HP(外気温度)と電動膨張弁33の始動時の弁開度の関係を示すデータテーブルを予め有しており、始動時における外気温度を推定し、上記データテーブルに基づいて高圧側圧力HP(外気温度)が高い程増大し、逆に高圧側圧力HPが低い程減少する方向(データテーブルに設定されている)で、電動膨張弁33の始動時の弁開度を設定する。
(2-1-1) Setting of the opening degree at the start of the
これにより、外気温度が高い環境での圧縮機11の起動(冷凍装置Rの始動)時に、電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPが異常に上昇してしまうことを抑制し、圧縮機11の保護を図ることが可能となる。また、圧縮機11は特に起動時に高圧側圧力HPが上昇する。そのため、所定の高い値(異常な高圧)で圧縮機11を強制的に停止する保護動作が設けられているが、電動膨張弁33の始動時弁開度を上記の如く設定することで、強制停止も抑制、若しくは、防止することが可能となる。
This suppresses the high pressure side pressure HP of the refrigerant circuit 1 upstream of the
尚、実施例では高圧センサ49が検出する高圧側圧力HPから制御装置57が外気温度を推定するようにしたが、それに限らず、別途外気温度センサを設けて直接外気温度を検出するようにしてもよい(以下、同じ)。
In the embodiment, the
(2−1−2)運転中における高圧側圧力HPの目標値THPの設定
更に、制御装置57は上記の如く外気温度を示す指標である高圧センサ49の検出圧力(高圧側圧力HP)に基づいて前述した目標値THPを設定する。この場合、制御装置57は高圧側圧力HP(外気温度)が高い程高くし、逆に低い程低くする方向で目標値THPを設定する。この場合の高圧側圧力HPの目標値THPの標準となる値は、前述した9MPa等となる。制御装置57は高圧センサ49が検出する高圧側圧力HPと目標値THPの差から電動膨張弁33の弁開度の調整値(ステップ数)を算出し、前述した始動時の弁開度に加算して電動膨張弁33を制御する。これにより、高圧側圧力HPを目標値THPに制御する。
(2-1-2) Setting of the target value THP of the high pressure side pressure HP during operation Further, the
尚、この場合も予め設定されたデータテーブルを用いても良いし、計算式から算出しても良い。但し、制御が難しい場合には前述した如く外気温度センサを用いて直接外気温度を取り込むと良い。 In this case as well, a preset data table may be used, or may be calculated from a calculation formula. However, when the control is difficult, it is preferable to directly take in the outside temperature using the outside temperature sensor as described above.
これにより、外気温度が高い環境では電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPの運転中における目標値THPが高くなり、外気温度が低い環境では目標値THPが低くなる。即ち、高い外気温度の影響で高圧側圧力HPが高くなる状況ではその目標値THPが高くなるので、電動膨張弁33の弁開度が過度に大きくなってタンク36内の圧力が高くなり過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に、低い外気温度で高圧側圧力HPが低くなる状況では目標値THPも低くなるので、電動膨張弁33の弁開度が過度に小さくなってタンク36に流入する冷媒量が減少する不都合も防止することができるようになる。
As a result, the target value THP during operation of the high-pressure side pressure HP upstream from the
そして、これらによって季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、電動膨張弁33の弁開度を適切に制御し、冷凍装置Rの冷凍能力の確保と圧縮機11の保護の双方を好適に実現することができるようになる。
Then, regardless of the change in the outside air temperature due to the change of season, the valve opening degree of the
(2−1−3)高圧側圧力HPの上限値MHPでの制御
尚、上述のように制御を行っているときに、設置環境や負荷の影響で電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPが所定の上限値MHP(例えば、11MPa等)に上昇してしまった場合、制御装置57は電動膨張弁33の弁開度を所定ステップ増大させる。この弁開度の増大により、高圧側圧力HPは低下する方向に向かうので、高圧側圧力HPを常に上限値MHP以下に維持することができるようになる。これにより、電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPの異常上昇を的確に抑制して圧縮機11の保護を確実に行うことが可能となり、異常な高圧による前述した圧縮機11の強制停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。
(2-1-3) Control with the upper limit value MHP of the high pressure side pressure HP When the control is performed as described above, the high pressure side pressure upstream of the
ガスクーラ28から出た超臨界状態の冷媒ガスは、この電動膨張弁33で絞られて膨張することにより液化していき、タンク入口配管34を経て上部からタンク36内に流入して一部が蒸発する。このタンク36は電動膨張弁33を出た液/ガスの冷媒を一旦貯留し、分離する役割と、冷凍装置Rの高圧側圧力(この場合は、タンク36より上流側の圧縮機11の高圧吐出配管27までの領域)の圧力変化や冷媒循環量の変動を吸収する役割を果たす。このタンク36内下部に溜まった液冷媒は、タンク出口配管37から流出し(主回路38)、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bにて後述するように第1の流路29A(補助回路48)を流れる冷媒により冷却(過冷却)された後、更に内部熱交換器15の第1の流路15Aにて第2の流路15Bを流れる冷媒により冷却され、その後、冷凍機ユニット3から出て冷媒配管8から電動膨張弁(主絞り手段)39に流入する。尚、電磁弁50の動作については後述する。
The supercritical refrigerant gas emitted from the
電動膨張弁39に流入した冷媒はそこで絞られて膨張することで更に液分が増え、蒸発器41に流入して蒸発する。これによる吸熱作用により冷却効果が発揮される。制御装置57は蒸発器41の入口側と出口側の温度を検出する図示しない温度センサの出力に基づき、電動膨張弁39の弁開度を制御して蒸発器41における冷媒の過熱度を適正値に調整する。蒸発器41から出た低温のガス冷媒は冷媒配管9から冷凍機ユニット3に戻り、内部熱交換器15の第2の流路15Bで第1の流路15Aを流れる冷媒を冷却した後、冷媒導入配管22を経て圧縮機11の第1の回転圧縮要素14に連通する低段側吸込口17に吸い込まれる。以上が主回路38の流れである。
The refrigerant that has flowed into the
(2−2)電動膨張弁43の制御
次に補助回路48の流れを説明する。前述した如くタンク36の上部に接続されたガス配管42には電動膨張弁43(第1の補助回路用絞り手段)が接続されており、この電動膨張弁43を介してタンク36上部からガス冷媒が流出し、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流される。
(2-2) Control of
タンク36内上部に溜まるガス冷媒は、タンク36内での蒸発により温度が低下している。このタンク36内上部のガス冷媒は、上部に接続された補助回路48を構成するガス配管42から流出し、電動膨張弁43を経て絞られた後、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流入する。そこで第2の流路29Bを流れる冷媒を冷却した後、中間圧戻り配管44を経て中間圧吸入配管26に合流し、圧縮機11の中間圧部に吸い込まれる。
The temperature of the gas refrigerant that accumulates in the upper part of the
また、電動膨張弁43はタンク36の上部から流出する冷媒を絞る機能の他に、タンク36内の圧力(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)を所定の目標値SPに調整する役割を果たす。そして、制御装置57はユニット出口センサ53の出力に基づき、電動膨張弁43の弁開度を制御する。電動膨張弁43の弁開度が増大すれば、タンク36内からのガス冷媒の流出量が増大し、タンク36内の圧力は低下するからである。
The
実施例では、この目標値SPは高圧側圧力HPよりも低く、中間圧MPよりも高い、例えば6MPaに設定されている。そして、制御装置57はユニット出口センサ53が検出するタンク36内の圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)と目標値SPの差から電動膨張弁39の弁開度の調整値(ステップ数)を算出し、後述する始動時の弁開度に加算してタンク36内の圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)を目標値SPに制御する。即ち、タンク36内の圧力TIPが目標値SPより上昇した場合には電動膨張弁43の弁開度を増大させてタンク36内からガス冷媒をガス配管42に流出させ、逆に目標値SPより降下した場合には弁開度を縮小させて閉じる方向に制御する。
In the embodiment, the target value SP is set to be lower than the high pressure side pressure HP and higher than the intermediate pressure MP, for example, 6 MPa. Then, the
(2−2−1)電動膨張弁43の始動時開度の設定
ここで、制御装置57は外気温度を示す指標である高圧センサ49の検出圧力(高圧側圧力HP。又は、前述の如く外気温度センサが設けられている場合には、直接検出した外気温度)に基づいて冷凍装置Rの始動時における電動膨張弁43の弁開度(始動時開度)を設定する。実施例の場合、前述同様に制御装置57は始動時における高圧側圧力HP(外気温度)と電動膨張弁43の始動時の弁開度の関係を示すデータテーブルを予め有している。
(2-2-1) Setting of the opening degree at the start of the
そして、制御装置57は始動時における外気温度を推定し、上記データテーブルに基づいて高圧側圧力HP(外気温度)が高い程増大し、逆に高圧側圧力HPが低い程減少する方向(データテーブルに設定されている)で、電動膨張弁43の始動時の弁開度を設定する。これにより、外気温度が高い環境での始動時におけるタンク36内圧力の上昇を抑制し、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力上昇を防止することが可能となる。
Then, the
尚、実施例では上述した如く、タンク36内の圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)の目標値SPを6MPaに固定して制御するようにしたが、電動膨張弁33の場合と同様に、外気温度を示す指標である高圧センサ49の検出圧力(高圧側圧力HP)に基づいて目標値SPを設定するようにしてもよい。その場合には、高圧側圧力HP(外気温度)が高い程高くし、逆に低い程低くする方向で目標値SPを設定する。
In the embodiment, as described above, the target value SP of the pressure TIP in the tank 36 (pressure of the refrigerant flowing into the electric expansion valve 39) is fixed to 6 MPa, but in the case of the
そのため、外気温度が高い環境では電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力の運転中における目標値SPが高くなり、外気温度が低い環境では目標値SPが低くなる。即ち、高い外気温度の影響で圧力が高くなる状況では、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力の目標値SPが高くなるので、電動膨張弁43の弁開度が過度に大きくなって補助回路48に冷媒が流れ過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に低い外気温度で圧力が低くなる状況では電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力の目標値SPも低くなるので、電動膨張弁43の弁開度が小さくなり過ぎて、補助回路48に流入する冷媒量が減少し過ぎる不都合を防止することができるようになる。これらにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、電動膨張弁43の弁開度を適切に制御して、補助回路48に流れる冷媒量を的確に調整することができるようになる。
Therefore, in an environment where the outside air temperature is high, the target value SP during operation of the pressure of the refrigerant flowing into the
(2−2−2)タンク内圧力TIPの規定値MTIPでの制御
尚、上述のように制御を行っているときに、設置環境や負荷の影響でタンク36内圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)が所定の規定値MTIP(例えば、7MPa等)に上昇してしまった場合、制御装置57は電動膨張弁43の弁開度を所定ステップ増大させる。この弁開度の増大により、タンク36内圧力TIPは低下する方向に向かうので、圧力TIPを常に規定値MTIP以下に維持することができるようになり、高圧側圧力変動の影響抑制と、電動膨張弁39に搬送される冷媒の圧力の抑制効果を確実に達成することが可能となる。
(2-2-2) Control of tank internal pressure TIP with specified value MTIP Note that when the control is performed as described above, the internal pressure TIP (
(2−3)電動膨張弁47の制御
また、前述した如くタンク36の下部に接続された液配管46には電動膨張弁47(第2の補助回路用絞り手段)が接続されており、この電動膨張弁47を介してタンク36下部から液冷媒が流出し、ガス配管42からのガス冷媒に合流してスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流される。
(2-3) Control of the
即ち、タンク36内下部に溜まる液冷媒は、下部に接続された補助回路48を構成する液配管46から流出し、電動膨張弁47を経て絞られた後、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流入、そこで蒸発する。このときの吸熱作用により、第2の流路29Bを流れる冷媒の過冷却を増大させた後、中間圧戻り配管44を経て中間圧吸入配管26に合流し、圧縮機11の中間圧部に吸い込まれる。
That is, the liquid refrigerant that accumulates in the lower part of the
このように、電動膨張弁47はタンク36の下部から流出する液冷媒を絞ってスプリット熱交換器29の第1の流路29Aで蒸発させ、第2の流路29Bに流れる主回路38の冷媒を過冷却するものであるが、制御装置57は電動膨張弁47の弁開度を制御することにより、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流す液冷媒の量を調整する。
In this way, the
スプリット熱交換器29における主回路38の冷媒の過冷却の量が増大すれば、電動膨張弁39に搬送される冷媒の液相割合が高くなるため、電動膨張弁39には満液状態の冷媒が流入するようになり、それにより、圧縮機11が吸い込む冷媒の温度も低下することになる。そして、結果的に圧縮機11からガスクーラ28に吐出される冷媒の吐出温度も低下することになる。
When the amount of supercooling of the refrigerant in the
そこで、制御装置57は吐出温度センサ61が検出する圧縮機11からガスクーラ29に吐出される冷媒の温度(吐出温度)に基づいて電動膨張弁47の弁開度を制御することにより、スプリット熱交換器29の第1の流路に流す液冷媒の量を調整し、圧縮機11からガスクーラ28に吐出される冷媒の吐出温度を所定の目標値TDTに制御する。即ち、実際の吐出温度が目標値TDTより高い場合には電動膨張弁47の弁開度を増大させ、低い場合には縮小させる。それにより、圧縮機11の冷媒の吐出温度を目標値TDTに維持し、圧縮機11の保護を図る。
Therefore, the
その場合、制御装置57は蒸発器41における冷媒の蒸発温度を表す指標である低圧センサ51の検出圧力(低圧側圧力LP)に基づき、低圧側圧力LP(蒸発温度)が高い程低くし、低い程高くする方向で圧縮機11の冷媒の吐出温度の目標値TDTを変更する。例えば、蒸発温度が−20℃より低い場合、目標値TDTを+70℃とし、蒸発温度が−20℃以上の場合、目標値TDTを+100℃に変更する。
In that case, based on the detected pressure (low pressure side pressure LP) of the
これにより、特に蒸発器41における蒸発温度が高い冷蔵条件(冷蔵ショーケース等)において、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bにおける主回路38の冷媒の過冷却を確保し、冷凍能力を安定して維持することができるようになる。
This ensures supercooling of the refrigerant in the
(2−4)外気温度毎の冷凍装置Rの実際の動作
次に、図2〜図4のP−H線図を用いて冷凍装置Rの実際の動作状況を各外気温度毎に説明する。
(2-4) Actual Operation of Refrigeration Apparatus R for Each Outside Air Temperature Next, the actual operation status of the refrigeration apparatus R will be described for each outside air temperature with reference to the PH diagrams of FIGS.
(2−4−1)中間期
図2は例えば外気温度が+25℃程の中間期の環境であるときを示している。前述した如く制御装置57は、電動膨張弁33の弁開度を制御して、当該電子膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPを目標値THPに制御し、電動膨張弁43の弁開度を制御して、ガス配管42から流出するガス冷媒の量を調整し、タンク36内の圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)を目標値SPに制御する。更に、電動膨張弁47の弁開度を制御して、液配管46から流出する液冷媒の量を調整し、圧縮機11の冷媒の吐出温度を目標値TDTに調整する。
(2-4-1) Interim period FIG. 2 shows an intermediate period environment where the outside air temperature is about + 25 ° C., for example. As described above, the
図2中のX1〜X2で降下している線が電動膨張弁33による減圧を示している。X2の圧力(タンク36内の圧力TIP)は電動膨張弁43で目標値SPに調整される。このX2でタンク36から液/ガスが分かれ、X2から左に向かう線は主回路38の電動膨張弁39に向かう液冷媒の過冷却を示す。そして、同様にX3で電動膨張弁39で絞られ圧力が降下する(図3も同様)。
A line descending from X1 to X2 in FIG. The pressure of X2 (pressure TIP in the tank 36) is adjusted to the target value SP by the
中間期には中間圧MPが低くなるため、電動膨張弁43で調整されるタンク36内の圧力TIPとの間に差ができる。これにより、スプリット熱交換器29では主回路38の冷媒の過冷却に必要な熱交換量を確保することができるようになるので、冷媒回路1は2段膨張サイクルと所謂スプリットサイクルの併用サイクルとなる。
Since the intermediate pressure MP becomes low in the intermediate period, there is a difference from the pressure TIP in the
(2−4−2)高外気温時(夏季等)
図3は例えば外気温度が+30℃以上の環境(夏季等)であるときを示している。このような高外気温時には、中間圧MPが高くなり、タンク36内の圧力TIPとの差が無くなってくるため、スプリット熱交換器29での熱交換量が少なくなり、主回路38の冷媒の過冷却を確保できなくなる。また、高圧側圧力HPが高くなり勝ちなため、それを抑えるべく電動膨張弁33の弁開度は前記中間期よりも増大する(制御装置57による制御)。
(2-4-2) At high outdoor temperatures (summer, etc.)
FIG. 3 shows a case where the outside air temperature is an environment (summer season or the like) where the outside air temperature is + 30 ° C. or higher. At such a high outside air temperature, the intermediate pressure MP becomes high and there is no difference from the pressure TIP in the
そのため、タンク36内への冷媒流入量が増加するが、制御装置57はタンク36内の圧力TIP(電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力)の上昇を抑えるために、電動膨張弁43の弁開度を増大させる。そのため、圧縮機11の中間圧部(中間圧吸入配管26)に戻される冷媒の量が増えるため、中間圧MPは上昇する。故にスプリット熱交換器29での主回路38の冷媒の過冷却効果が減少することになり、冷媒回路1は所謂2段膨張サイクルとなる。
Therefore, the amount of refrigerant flowing into the
このスプリット熱交換器29での熱交換量の低下を補うために内部熱交換器15が設けられているが、それについては後述する。
An
(2−4−3)低外気温時(冬季等)
次に、図4は例えば外気温度が+20℃以下に下がった環境(冬季)であるときを示している。このような低外気温時には高圧側圧力HPが低くなるが、前述したように目標値THPも低くなるため、電動膨張弁33の弁開度は全開に近い状態になる。そのため、タンク36内の圧力TIPは高圧側圧力HPに近い圧力となり、タンク36の効果は小さくなるが、低外気温のためにガスクーラ28を出た冷媒は液化し易くなっているので、電動膨張弁33を経てタンク36に入った冷媒は殆ど液化しており、タンク36内には大量の液冷媒が貯留される状態となる。
(2-4-3) At low outside temperatures (winter etc.)
Next, FIG. 4 shows a time when the outside air temperature is lowered to + 20 ° C. or lower (in winter). At such a low outside air temperature, the high pressure side pressure HP is low, but the target value THP is also low as described above, so that the valve opening degree of the
そのため、電動膨張弁43や47では液冷媒が絞られ、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aで蒸発するようになるため、スプリット熱交換器29の効果が大きくなって、主回路38(第2の流路29B)の冷媒の過冷却がとれるようになり、冷媒回路1はスプリットサイクルとなる。
Therefore, since the liquid refrigerant is throttled in the
(2−5)内部熱交換器15の機能
次に、制御装置57による電磁弁50の制御について説明する。前述した如く内部熱交換器15においては、第2の流路15Bを流れる蒸発器41から出た低温の冷媒により、第1の流路15Aを流れて主絞り手段39に流入する冷媒を冷却することができるので、蒸発器41入口の比エンタルピを更に小さくして冷凍能力を一層効果的に改善することができる。
(2-5) Function of
特に、図3に示すような外気温度が高い高外気温度環境では、前述したように電動膨張弁43で目標値SPに調整されるタンク36内の圧力TIP(図3のX2の圧力)と、圧縮機11に入る中間圧吸入配管26の中間圧(MP)との圧力差が無くなってくる。そのような場合、電動膨張弁43は前述したように弁開度が増大するため、状況によってはスプリット熱交換器29における第1の流路29Aを流れる補助回路49の冷媒により、第2の流路29Bを流れる主回路38の冷媒を過冷却することが殆どできない状況になる。
In particular, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high as shown in FIG. 3, as described above, the pressure TIP (pressure X2 in FIG. 3) in the
このような状況では、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bを経て電動膨張弁39に至る冷媒の状態は、図3にX3で示す略飽和液線上となり、液が少ない殆どガスの状態となる。そのため、電動膨張弁39で絞られた冷媒の圧力は、図3のX3から降下するようになる。これでは下辺で示されるエンタルピ差が小さくなって、冷凍能力が低下してしまう。
In such a situation, the state of the refrigerant that reaches the
しかしながら、実施例では内部熱交換器15において蒸発器41から出た低温の冷媒により、電動膨張弁39に流入する冷媒を冷却し、図3に破線で示すように飽和液線より左側の過冷却域(X4で示す)まで過冷却することができるので、冷媒を液リッチの満液状態で電動膨張弁39に供給することができるようになり、係る状況下でも冷凍能力の改善を図ることが可能となる。
However, in the embodiment, the refrigerant flowing into the
(2−6)電磁弁50の制御
一方、冷凍装置Rのプルダウン時等には電動膨張弁39に流入する冷媒より蒸発器41から出る冷媒の温度が高くなる場合がある。そこで、制御装置57はユニット出口温度センサ54が検出する内部熱交換器15の第1の流路15Aに流入する冷媒の温度ITと、ユニット入口温度センサ56が検出する内部熱交換器15の第2の流路15Bを出た冷媒の温度OTに基づき、IT<OTである場合、電磁弁50を開く(IT≧OTの場合は電磁弁50は閉)。
(2-6) Control of
これにより、冷媒は内部熱交換器15の第1の流路15Aをバイパスしてバイパス間45に流れ、電動膨張弁39に流入するようになるので、蒸発器41から出る冷媒で電動膨張弁39に流入する冷媒が逆に加熱されてしまう不都合を未然に解消することが可能となる。
As a result, the refrigerant bypasses the
尚、実施例では内部熱交換器15の第1の流路15Aに並列にバイパス回路45を接続したが、それに限らず、第2の流路15Bに並列にバイパス回路と電磁弁を設けてもよい。
In the embodiment, the
以上詳述したように、本発明ではガスクーラ28の下流側であって電動膨張弁39の上流側の冷媒回路1に接続された電動膨張弁33と、この電動膨張弁33の下流側であって電動膨張弁39の上流側の冷媒回路1に接続されたタンク36と、タンク36の下流側であって電動膨張弁39の上流側の冷媒回路1に設けられたスプリット熱交換器29と、タンク36内の冷媒を、電動膨張弁43や電動膨張弁47を介してスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流した後、圧縮機11の中間圧部に吸い込ませる補助回路48と、タンク36下部から冷媒を流出させ、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bに流し、第1の流路29Aを流れる冷媒と熱交換させた後、電動膨張弁39に流入させる主回路38を備えているので、補助回路48を構成するスプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流れる冷媒を電動膨張弁43、47で膨張させ、主回路38を構成するスプリット熱交換器29の第2の流路29Bに流れる冷媒を過冷却することができるようになり、蒸発器41入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。
As described in detail above, in the present invention, the
また、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流れる冷媒は圧縮機11の中間圧部に戻されるため、圧縮機11の低圧部に吸い込まれる冷媒量が減少し、低圧から中間圧まで圧縮するための圧縮機11における圧縮仕事量が減少する。その結果、圧縮機11における圧縮動力が低下して成績係数が向上する。
Further, since the refrigerant flowing through the first flow path 29A of the
更に、電動膨張弁33で膨張されることで液化した冷媒の一部はタンク6内で蒸発し、温度が低下したガス冷媒となり、残りは液冷媒となってタンク36内下部に一旦貯留されるかたちとなる。そして、このタンク36内下部の液冷媒が主回路38を構成するスプリット熱交換器29の第2の流路29Bを経て電動膨張弁39に流入することになるので、満液状態で電動膨張弁39に冷媒を流入させることが可能となり、特に蒸発器41における蒸発温度が高い冷蔵条件における冷凍能力の向上を図ることができるようになる。更にまた、タンク36にて冷媒回路1内の循環冷媒量の変動が吸収される効果もあるので、冷媒充填量の誤差も吸収される。
Further, a part of the refrigerant liquefied by expansion by the
特に、制御装置57により電動膨張弁33を制御し、この電動膨張弁33によって、当該電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPを調整するようにしたので、圧縮機11から冷媒が吐出される高圧側圧力HPが高くなって圧縮機11の運転効率が低下し、或いは、圧縮機11に損傷を来す不都合を未然に回避することが可能となる。
In particular, since the
この場合、制御装置57は外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で電動膨張弁33の始動時の開度を設定するので、外気温度が高い環境での始動時における高圧側圧力HPの上昇を抑制し、圧縮機11の保護を図ることが可能となる。
In this case, the
また、制御装置57は電動膨張弁33の弁開度を制御することにより、この電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPを所定の目標値THPに制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で高圧側圧力HPの目標値THPを設定するので、外気温度が高い環境では電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPの運転中における目標値THPが高くなり、外気温度が低い環境では目標値THPが低くなる。
Further, the
これにより、高い外気温度の影響で高圧側圧力HPが高くなる状況ではその目標値THPが高くなるので、電動膨張弁33の弁開度が過度に大きくなってタンク36内圧力が高くなり過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に、低い外気温度で高圧側圧力HPが低くなる状況では目標値THPも低くなるので、電動膨張弁33の弁開度が過度に小さくなってタンク36に流入する冷媒量が減少する不都合を防止することができるようになる。
As a result, the target value THP increases in a situation where the high-pressure side pressure HP increases due to the influence of a high outside air temperature, so that the valve opening degree of the
これらにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、電動膨張弁33の開度を適切に制御して、冷凍能力の確保と圧縮機11の保護の双方を好適に実現することができるようになる。
As a result, it is possible to appropriately realize both the securing of the refrigerating capacity and the protection of the
更に、制御装置57は電動膨張弁33より上流側の冷媒回路1の高圧側圧力HPが所定の上限値MHPに上昇した場合、電動膨張弁33の弁開度を増大させるので、高圧側圧力HPを常に上限値MHP以下に維持することができる。これにより、電動膨張弁33より上流側の高圧側圧力HPの異常上昇を的確に抑制して圧縮機11の保護を確実に行うことが可能となり、異常な高圧による圧縮機11の停止(保護動作)を未然に回避することが可能となる。
Further, when the high pressure side pressure HP of the refrigerant circuit 1 upstream of the
また、電動膨張弁43を設け、補助回路48にはタンク36上部から冷媒を流出させ、電動膨張弁43に流入させるガス配管42を有し、制御装置57が電動膨張弁43により、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPを調整するようにしたので、この電動膨張弁43によって、高圧側圧力HPの変動の影響を抑制して、電動膨張弁39に搬送される冷媒の圧力TIPを制御することができるようになる。
In addition, an
また、電動膨張弁43によって電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPを下げることにより、電動膨張弁39に至る配管として耐圧強度が低いものを使用することができるようになる。これにより、施工性や施工コストの改善を図ることが可能となる。
Further, by lowering the pressure TIP of the refrigerant flowing into the
特に、タンク36上部から電動膨張弁43を介して低温のガスを抜くことで、タンク36内の圧力が低下する。これにより、タンク36内では温度が低下するので、冷媒の凝縮作用が生じ、当該タンク36内に液状態の冷媒を効果的に貯めることができるようになる。
In particular, when the low temperature gas is extracted from the upper part of the
この場合、制御装置57は外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、増大する方向で電動膨張弁43の始動時の弁開度を設定するので、外気温度が高い環境での始動時におけるタンク36内圧力の上昇を抑制し、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力上昇を防止することが可能となる。
In this case, since the
また、制御装置57は電動膨張弁43の弁開度を制御することにより、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPを所定の目標値SPに制御すると共に、外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力の目標値SPを設定するようにすれば、外気温度が高い環境では電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPの運転中における目標値SPが高くなり、外気温度が低い環境では目標値SPが低くなる。
Further, the
これにより、高い外気温度の影響で圧力が高くなる状況では、電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPの目標値SPが高くなるので、電動膨張弁43の弁開度が過度に大きくなって補助回路48に冷媒が流れ過ぎる不都合を防止することができるようになる。逆に低い外気温度で圧力が低くなる状況では電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力TIPの目標値SPも低くなるので、電動膨張弁43の弁開度が小さくなり過ぎて、補助回路48に流入する冷媒量が減少し過ぎる不都合を防止することができるようになる。これらにより、季節の移り変わりに伴う外気温度の変化に関わらず、電動膨張弁43の弁開度を適切に制御して、補助回路48に流れる冷媒量を的確に調整することができるようになる。
As a result, in a situation where the pressure increases due to the influence of a high outside air temperature, the target value SP of the pressure TIP of the refrigerant flowing into the
更に、制御装置57は電動膨張弁39に流入する冷媒の圧力が所定の規定値MTIPに上昇した場合、電動膨張弁43の弁開度を増大させるので、電動膨張弁39に搬送される冷媒の圧力TIPを常に規定値MTIP以下に維持することができるようになり、高圧側圧力変動の影響抑制と、電動膨張弁39に搬送される冷媒の圧力の抑制効果を確実に達成することが可能となる。
Further, when the pressure of the refrigerant flowing into the
また、電動膨張弁47を設けると共に、補助回路48はタンク36下部から冷媒を流出させ、電動膨張弁47に流入させる液配管46を有し、制御装置57は電動膨張弁47の弁開度を制御して、スプリット熱交換器29の第1の流路29Aに流す液冷媒量を調整することにより、圧縮機11からガスクーラ28に吐出される冷媒の吐出温度を所定の目標値TDTに制御するので、電動膨張弁47を介してスプリット熱交換器29の第1の流路29Aにタンク36内下部の液冷媒を流し、スプリット熱交換器29の第2の流路29Bを流れる主回路38の冷媒の過冷却を増大させることができる。
In addition, an
これにより、電動膨張弁39に搬送される冷媒の液相割合を高め、満液状態で電動膨張弁39に流入させることができるようになる。また、圧縮機11が吸い込む冷媒の温度も低下することになるので、結果的に圧縮機11からガスクーラ28に吐出される冷媒の吐出温度も目標値TDTに下げることができるようになり、確実に圧縮機11の保護を図ることが可能となる。
Thereby, the liquid phase ratio of the refrigerant conveyed to the
この場合、制御装置57は蒸発器41における冷媒の蒸発温度を表す指標に基づき、当該蒸発温度が高い程、低くする方向で冷媒の吐出温度の目標値TDTを変更するので、特に蒸発器41における蒸発温度が高い冷蔵条件において、スプリット熱交換器29における主回路38の冷媒の過冷却を確保し、冷凍能力を安定して維持することができるようになる。
In this case, the
また、電動膨張弁39に流入する冷媒と、蒸発器41から出た冷媒とを熱交換させる内部熱交換器15を設けており、内部熱交換器15にて蒸発器41から出た低温の冷媒により、電動膨張弁39に流入する冷媒を冷却することができるようになるので、蒸発器41の入口の比エンタルピを小さくして冷凍能力を効果的に改善することができるようになる。
In addition, an
特に、外気温度が高い高外気温度環境では、電動膨張弁43で調整されるタンク36内の圧力と、圧縮機11の中間圧MPとの圧力差が無くなってくる。そのような場合、状況によってはスプリット熱交換器29における第1の流路29Aに流れる補助回路48の冷媒により、第2の流路29Bに流れる主回路38の冷媒を過冷却することが殆どできなくなって、電動膨張弁39に液リッチの冷媒を送れなくなるが、係る状況下においても、内部熱交換器15において蒸発器41から出た低温の冷媒により、電動膨張弁39に流入する冷媒を冷却し、満液状態で電動膨張弁39に冷媒を供給することができるようになるので、冷凍能力の改善を図ることが可能となる。特に、実施例のように冷媒として二酸化炭素を使用した場合に、本発明によれば冷凍能力を効果的に改善し、性能の向上を図ることができるようになる。
In particular, in a high outside air temperature environment where the outside air temperature is high, there is no pressure difference between the pressure in the
R 冷凍装置
1 冷媒回路
3 冷凍機ユニット
4 ショーケース
8、9 冷媒配管
11 圧縮機
15 内部熱交換器
15A 第1の流路
15B 第2の流路
22 冷媒導入配管
26 中間圧吸入配管
28 ガスクーラ
29 スプリット熱交換器
29A 第1の流路
29B 第2の流路
32 ガスクーラ出口配管
33 電動膨張弁(圧力調整用絞り手段)
36 タンク
37 ガスクーラ出口配管
38 主回路
39 電動膨張弁(主絞り手段)
41 蒸発器
42 ガス配管
43 電動膨張弁(第1の補助回路用絞り手段)
44 中間圧戻り配管
45 バイパス回路
46 液配管
47 電動膨張弁(第2の補助回路用絞り手段)
48 補助回路
50 電磁弁(弁装置)
57 制御装置(制御手段)
R Refrigeration apparatus 1
36
41 Evaporator 42 Gas piping 43 Electric expansion valve (first auxiliary circuit throttle means)
44 Intermediate
48
57 Control device (control means)
Claims (11)
前記ガスクーラの下流側であって、前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続された圧力調整用絞り手段と、
該圧力調整用絞り手段の下流側であって、前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に接続されたタンクと、
該タンクの下流側であって、前記主絞り手段の上流側の前記冷媒回路に設けられたスプリット熱交換器と、
前記タンク内の冷媒を、補助絞り手段を介して前記スプリット熱交換器の第1の流路に流した後、前記圧縮手段の中間圧部に吸い込ませる補助回路と、
前記タンク下部から冷媒を流出させ、前記スプリット熱交換器の第2の流路に流し、前記第1の流路を流れる冷媒と熱交換させた後、前記主絞り手段に流入させる主回路と、
前記圧力調整用絞り手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記圧力調整用絞り手段により、当該圧力調整用絞り手段より上流側の前記冷媒回路の高圧側圧力を調整し、
前記補助絞り手段は、第1の補助回路用絞り手段を有すると共に、
前記補助回路は、前記タンク上部から冷媒を流出させ、前記第1の補助回路用絞り手段に流入させるガス配管を有し、
前記制御手段は、前記第1の補助回路用絞り手段により、前記主絞り手段に流入する冷媒の圧力を調整することを特徴とする冷凍装置。 In the refrigerating apparatus in which the refrigerant circuit is configured by the compression means, the gas cooler, the main throttle means, and the evaporator, and the high pressure side is the supercritical pressure,
A pressure adjusting throttle means connected to the refrigerant circuit downstream of the gas cooler and upstream of the main throttle means;
A tank connected to the refrigerant circuit downstream of the pressure adjusting throttle means and upstream of the main throttle means;
A split heat exchanger provided in the refrigerant circuit downstream of the tank and upstream of the main throttle means;
An auxiliary circuit for causing the refrigerant in the tank to flow into the first flow path of the split heat exchanger through the auxiliary throttle means and then sucking into the intermediate pressure portion of the compression means;
A main circuit that causes the refrigerant to flow out from the lower portion of the tank, flows into the second flow path of the split heat exchanger, exchanges heat with the refrigerant flowing through the first flow path, and then flows into the main throttle means;
Control means for controlling the pressure adjusting throttle means,
The control means adjusts the high-pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means by the pressure adjusting throttle means ,
The auxiliary throttle means has a first auxiliary circuit throttle means,
The auxiliary circuit has a gas pipe that causes the refrigerant to flow out from the upper part of the tank and to flow into the first auxiliary circuit throttle means,
The said control means adjusts the pressure of the refrigerant | coolant which flows in into the said main aperture means by the said 1st auxiliary circuit aperture means, The freezing apparatus characterized by the above-mentioned .
外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で前記高圧側圧力の目標値を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷凍装置。 The control means controls the high pressure side pressure of the refrigerant circuit upstream of the pressure adjusting throttle means to a predetermined target value by controlling the opening of the pressure adjusting throttle means,
The refrigeration apparatus according to claim 1 or 2, wherein the target value of the high-pressure side pressure is set in a direction in which the higher the outside air temperature is, the higher the outside air temperature is, based on an index representing the outside air temperature.
外気温度を表す指標に基づき、外気温度が高い程、高くする方向で前記主絞り手段に流入する冷媒の圧力の目標値を設定することを特徴とする請求項1乃至請求項5のうちの何れかに記載の冷凍装置。 The control means controls the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means to a predetermined target value by controlling the opening of the first auxiliary circuit throttle means,
Based on the indicator of the outside air temperature, the higher the outside air temperature is high, both in the direction to increase one of claims 1 to 5, characterized in that for setting a target value of the pressure of the refrigerant flowing into the main throttle means refrigeration apparatus according to any.
前記補助回路は、前記タンク下部から冷媒を流出させ、前記第2の補助回路用絞り手段に流入させる液配管を有し、
前記制御手段は、前記第2の補助回路用絞り手段の開度を制御し、前記スプリット熱交換器の第1の流路に流す液冷媒量を調整することにより、前記圧縮手段から前記ガスクーラに吐出される冷媒の吐出温度を所定の目標値に制御することを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちの何れかに記載の冷凍装置。 The auxiliary throttle means has second auxiliary circuit throttle means,
The auxiliary circuit has a liquid pipe that causes the refrigerant to flow out from the lower part of the tank and flow into the second auxiliary circuit throttle means,
The control means controls the opening degree of the second auxiliary circuit throttle means, and adjusts the amount of liquid refrigerant flowing through the first flow path of the split heat exchanger, so that the compression means changes the gas cooler. The refrigerating apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the discharge temperature of the discharged refrigerant is controlled to a predetermined target value.
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