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公開番号2023172540
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-06
出願番号2022084431
出願日2022-05-24
発明の名称二元冷凍機
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類F25B 7/00 20060101AFI20231129BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】一元運転と二元運転とを切り替え可能な構成において、切り替わりの頻発を抑制するとともにエネルギー効率を向上させることが可能な二元冷凍機を提供する。
【解決手段】この二元冷凍機100は、圧縮機11、凝縮器12を少なくとも含み、凝縮器12により凝縮された第1冷媒を膨張弁112および蒸発器113に順次供給し、膨張および蒸発された第1冷媒を第1圧縮機11へ戻すように構成された一次冷却回路1と、圧縮機21、凝縮器22、膨張弁23、および一次冷却回路1と熱交換可能な蒸発器24を含む二次冷却回路2と、制御部4と、を備える。制御部4は、所定の条件に基づいて二元運転から一元運転に移行する前に、二次冷却回路2の冷凍効率の引き下げ、および、二次冷却回路2の必要熱交換量の引き上げの少なくとも一方を行う移行抑制制御を行うように構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１冷媒を圧縮する第１圧縮機と、前記第１圧縮機から吐出された前記第１冷媒を凝縮する第１凝縮器とを少なくとも含み、前記第１凝縮器により凝縮された前記第１冷媒を第１膨張弁および第１蒸発器に順次供給し、膨張および蒸発された前記第１冷媒を前記第１圧縮機へ戻すように構成された一次冷却回路と、
第２冷媒を圧縮する第２圧縮機と、前記第２圧縮機から吐出された前記第２冷媒を凝縮する第２凝縮器と、前記第２凝縮器により凝縮された前記第１冷媒を膨張させる第２膨張弁と、前記第２膨張弁によって膨張された前記第２冷媒を蒸発させるとともに前記一次冷却回路と熱交換可能な第２蒸発器と、を含む二次冷却回路と、
前記第１圧縮機および前記第２圧縮機の両方が動作する二元運転と、前記第１圧縮機が動作して前記第２圧縮機が停止する一元運転とを、所定の条件に応じて切り替える制御部と、を備え、
前記制御部は、前記所定の条件に基づいて前記二元運転から前記一元運転に移行する前に、前記二次冷却回路の冷凍効率の引き下げ、および、前記二次冷却回路の必要熱交換量の引き上げの少なくとも一方を行う移行抑制制御を行うように構成されている、二元冷凍機。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記所定の条件は、前記一次冷却回路の冷却負荷が下限条件を充足すること、および、前記第２圧縮機の回転数が予め設定された下限値であること、の一方を少なくとも含み、
前記移行抑制制御は、前記二次冷却回路の冷凍効率の引き下げ制御である、請求項１に記載の二元冷凍機。
【請求項３】
前記第２凝縮器を冷却するための冷却部をさらに備え、
前記移行抑制制御による前記二次冷却回路の冷凍効率の引き下げは、前記第２膨張弁の開度を開方向に調整することと、前記冷却部の動作を抑制または停止させることとの、少なくとも一方を含む、請求項２に記載の二元冷凍機。
【請求項４】
前記冷却部は、空冷ファンを含み、
前記移行抑制制御による前記二次冷却回路の冷凍効率の引き下げは、前記空冷ファンの風量を抑制または前記空冷ファンを停止させることを含む、請求項３に記載の二元冷凍機。
【請求項５】
前記制御部は、前記移行抑制制御を所定の継続時間の間実行し、前記移行抑制制御の終了時にも前記所定の条件を満たしている場合に、前記二元運転から前記一元運転に移行する制御を行う、請求項１～４のいずれか１項に記載の二元冷凍機。
【請求項６】
前記制御部は、前記二元運転中、所定の判定時間の間、継続して前記所定の条件を満たしている場合に、前記移行抑制制御を開始するように構成されている、請求項５に記載の二元冷凍機。
【請求項７】
前記一次冷却回路は、前記第１凝縮器により凝縮された前記第１冷媒の一部を膨張させる補助膨張弁と、前記補助膨張弁により膨張した前記第１冷媒により、前記第１凝縮器からの前記第１冷媒の他の部分を冷却する補助熱交換器と、をさらに含み、
前記移行抑制制御による前記二次冷却回路の必要熱交換量の引き上げは、前記第１圧縮機の回転数を引き上げることと、前記補助膨張弁の開度を開方向に調整することの、少なくとも一方を含む、請求項１に記載の二元冷凍機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、二元冷凍機に関し、特に、一次冷却回路と二次冷却回路とを備える二元冷凍機に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、一次冷却回路と二次冷却回路とを備える二元冷凍機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、高温側冷凍回路と低温側冷凍回路とが、カスケードコンデンサによって結合されて二元冷凍装置をなしており、低温側冷凍回路の蒸発器によって冷却を行う構成が開示されている。この特許文献１の二元冷凍機は、低温側冷凍回路および高温側冷凍回路の両方の圧縮機を動作させ、低温側冷凍回路の冷媒の圧力または高温側冷凍回路の冷媒の圧力が設定値よりも大きくなった場合に、低温側冷凍回路および高温側冷凍回路の両方の圧縮機を停止するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
実開平２－３８０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１には開示されていないが、負荷変動がある用途では、二元冷凍機の冷却負荷が低く冷却能力が過剰となる場合、低温側冷凍回路および高温側冷凍回路の両方の圧縮機を動作させる二元運転から、高温側冷凍回路の圧縮機を停止させて低温側冷凍回路の圧縮機のみを動作させる一元運転に切り替えて動作させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、二元冷凍機において一元運転と二元運転とを切り替えて動作する場合に、切り替え条件の近傍の状況下では、一元運転と二元運転との切り替わりが頻繁に発生してしまうという課題がある。また、二元冷凍機は二元運転の方が一元運転よりもエネルギー効率が高くなるため、一元運転への切り替わりが多くなると、二元冷凍機のエネルギー効率が低下するという課題もある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、一元運転と二元運転とを切り替え可能な構成において、切り替わりの頻発を抑制するとともにエネルギー効率を向上させることが可能な二元冷凍機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の一の局面による二元冷凍機は、第１冷媒を圧縮する第１圧縮機と、第１圧縮機から吐出された第１冷媒を凝縮する第１凝縮器とを少なくとも含み、第１凝縮器により凝縮された第１冷媒を第１膨張弁および第１蒸発器に順次供給し、膨張および蒸発された第１冷媒を第１圧縮機へ戻すように構成された一次冷却回路と、第２冷媒を圧縮する第２圧縮機と、第２圧縮機から吐出された第２冷媒を凝縮する第２凝縮器と、第２凝縮器により凝縮された第１冷媒を膨張させる第２膨張弁と、第２膨張弁によって膨張された第２冷媒を蒸発させるとともに一次冷却回路と熱交換可能な第２蒸発器と、を含む二次冷却回路と、第１圧縮機および第２圧縮機の両方が動作する二元運転と、第１圧縮機が動作して第２圧縮機が停止する一元運転とを、所定の条件に応じて切り替える制御部と、を備え、制御部は、所定の条件に基づいて二元運転から一元運転に移行する前に、二次冷却回路の冷凍効率の引き下げ、および、二次冷却回路の必要熱交換量の引き上げの少なくとも一方を行う移行抑制制御を行うように構成されている。
【０００９】
この発明の一の局面による二元冷凍機では、上記のように、制御部を、所定の条件に基づいて二元運転から一元運転に移行する前に、二次冷却回路の冷凍効率の引き下げ、および、二次冷却回路の必要熱交換量の引き上げの少なくとも一方を行う移行抑制制御を行うように構成する。これにより、一次冷却回路に要求される冷却負荷が低く二元運転から一元運転に移行する状況下で、移行抑制制御が行われることにより、二次冷却回路の冷却負荷を相対的に高くすることができる。つまり、移行抑制制御により二次冷却回路の冷凍効率が引き下げられる場合、一次冷却回路の冷却負荷が変化していなくても、冷凍効率の引き下げ前と比べて第２圧縮機の回転数が引き上げられることになる。また、移行抑制制御により二次冷却回路の必要熱交換量が引き上げられる場合、これに応じて二次冷却回路の冷凍能力を高めるために第２圧縮機の回転数が引き上げられることになる。そのため、移行抑制制御の実行後には、冷却負荷が低くても二元運転から一元運転に移行し難くすることができる。これらにより、一元運転と二元運転とを切り替え可能な構成において、切り替わりの頻発を抑制することができる。そして、移行抑制制御を一時的に実行するだけで、一元運転への切り替わりが抑制され、一元運転よりもエネルギー効率が高い二元運転が実行される時間が長くなるので、二元冷凍機のエネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
上記一の局面による二元冷凍機において、好ましくは、所定の条件は、一次冷却回路の冷却負荷が下限条件を充足すること、および、第２圧縮機の回転数が予め設定された下限値であること、の一方を少なくとも含み、移行抑制制御は、二次冷却回路の冷凍効率の引き下げ制御である。このように構成すれば、通常の二元運転中、一次冷却回路に要求される冷却負荷が低く第２圧縮機の回転数がそれ以上下げられない場合に、移行抑制制御によって二次冷却回路の冷凍効率を引き下げることで、冷却負荷が同じでも第２圧縮機の回転数を高くすることになる。その結果、効果的に、一元運転へ移行する条件を満たしにくくすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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