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公開番号2025011999
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023114504
出願日2023-07-12
発明の名称冷凍機、及び冷凍機の制御方法
出願人三菱重工サーマルシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F25B 1/10 20060101AFI20250117BHJP(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】必要な過冷却度を確保することができる冷凍機、及び冷凍機の制御方法を提供する。
【解決手段】冷凍機は、冷凍サイクルと、センサと、制御装置と、を備え、冷凍サイクルは、循環ラインと、第一圧縮部と、中段部と、第二圧縮部と、インジェクション管と、過冷却熱交換器と、過冷却膨張弁と、主膨張弁と、蒸発器と、バイパス管と、バイパス弁と、を有し、制御装置は、冷凍サイクルに係る物理量を取得する取得部と、冷凍サイクルに係る物理量に基づいて、過冷却熱交換器を通過した循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回るか否かを判定する判定部と、過冷却熱交換器を通過した循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回る場合に、バイパス弁を制御してバイパス管を開放させる弁制御部と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルに係る物理量を検出するセンサと、
前記冷凍サイクルを制御する制御装置と、
を備え、
前記冷凍サイクルは、
冷媒を循環させる循環ラインと、
前記循環ラインに設けられ、外部から供給される低圧の冷媒を圧縮して中間圧の冷媒を生成する第一圧縮部と、
前記循環ラインに設けられ、前記第一圧縮部で生成された中間圧の冷媒が吐出される中段部と、
前記循環ラインに設けられ、前記中段部の中間圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を生成する第二圧縮部と、
前記第二圧縮部で生成された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記循環ラインにおける前記凝縮器よりも下流側から分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒を前記中段部に戻すインジェクション管と、
前記凝縮器を通過して前記循環ラインを流れる冷媒を、前記インジェクション管を流れる冷媒と熱交換させることにより過冷却する過冷却熱交換器と、
前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも上流側に設けられ、前記インジェクション管を流れる冷媒を前記過冷却熱交換器への供給前に膨張させる過冷却膨張弁と、
前記循環ラインに設けられ、前記過冷却熱交換器を通過した冷媒を膨張させる主膨張弁と、
前記循環ラインにおける前記主膨張弁よりも下流側に設けられ、前記主膨張弁を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、前記循環ラインにおける前記蒸発器と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に前記インジェクション管を流れる冷媒を導くバイパス管と、
前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を開閉するバイパス弁と、
を有し、
前記制御装置は、
前記冷凍サイクルに係る物理量を取得する取得部と、
前記冷凍サイクルに係る物理量に基づいて、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回るか否かを判定する判定部と、
前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回る場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させる弁制御部と、
を有する冷凍機。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記センサは、外気温度を検出する外気温度センサを含み、
前記判定部は、
前記蒸発器の蒸発温度が閾値以上か否かを判定する蒸発温度判定部と、
外気温度が閾値以下か否かを判定する外気温度判定部と、
を有し、
前記弁制御部は、前記蒸発器の蒸発温度が閾値以上、かつ外気温度が閾値以下の場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させる請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記蒸発器の蒸発温度は、前記制御装置に予め設定されている、請求項２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記センサは、前記循環ラインにおける前記主膨張弁と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に設けられ、前記蒸発器の蒸発圧力を検出する低圧側圧力センサをさらに含み、
前記制御装置は、前記蒸発器の蒸発圧力に基づいて前記蒸発器の蒸発温度を算出する蒸発温度算出部をさらに有する、請求項２に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記蒸発器の蒸発温度に基づいて外気温度の判定に用いられる閾値を算出する外気温度閾値算出部をさらに有する、請求項２に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記センサは、
前記循環ラインにおける前記第二圧縮部と前記主膨張弁との間であって前記第二圧縮部よりも下流側に設けられ、前記循環ラインの飽和圧力を検出する高圧側圧力センサと、
前記循環ラインにおける前記過冷却熱交換器と前記主膨張弁との間であって前記主膨張弁よりも上流側に設けられ、前記循環ライン内の温度を検出するライン温度センサと、
を含み、
前記制御装置は、
前記循環ラインの飽和圧力に基づいて飽和温度を算出する飽和温度算出部と、
算出された飽和温度と前記ライン温度センサの検出温度との温度差から前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度を算出する過冷却度算出部と、
を有し、
前記判定部は、
算出された過冷却度が目標値以下であるか否かを判定する過冷却度判定部と、
算出された過冷却度が目標値以下である状態が、所定の時間以上継続したか否かを判定する継続時間判定部と、
を有し、
前記弁制御部は、算出された過冷却度が目標値以下である状態が、所定の時間以上継続した場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させる請求項１に記載の冷凍機。
【請求項７】
冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに係る物理量を検出するセンサと、前記冷凍サイクルを制御する制御装置と、を備えた冷凍機の制御方法であって、
前記冷凍サイクルは、
冷媒を循環させる循環ラインと、
前記循環ラインに設けられ、外部から供給される低圧の冷媒を圧縮して中間圧の冷媒を生成する第一圧縮部と、
前記循環ラインに設けられ、前記第一圧縮部で生成された中間圧の冷媒が吐出される中段部と、
前記循環ラインに設けられ、前記中段部の中間圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を生成する第二圧縮部と、
前記第二圧縮部で生成された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記循環ラインにおける前記凝縮器よりも下流側から分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒を前記中段部に戻すインジェクション管と、
前記凝縮器を通過して前記循環ラインを流れる冷媒を、前記インジェクション管を流れる冷媒と熱交換させることにより過冷却する過冷却熱交換器と、
前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも上流側に設けられ、前記インジェクション管を流れる冷媒を前記過冷却熱交換器への供給前に膨張させる過冷却膨張弁と、
前記循環ラインに設けられ、前記過冷却熱交換器を通過した冷媒を膨張させる主膨張弁と、
前記循環ラインにおける前記主膨張弁よりも下流側に設けられ、前記主膨張弁を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、前記循環ラインにおける前記蒸発器と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に前記インジェクション管を流れる冷媒を導くバイパス管と、
前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を開閉するバイパス弁と、
を有し、
前記制御装置が、前記冷凍サイクルに係る物理量を取得するステップと、
前記制御装置が、前記冷凍サイクルに係る物理量に基づいて、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回るか否かを判定するステップと、
前記制御装置が、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回る場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させるステップと、を含む冷凍機の制御方法。
【請求項８】
前記センサは、外気温度を検出する外気温度センサを含み、
前記制御装置が、前記蒸発器の蒸発温度が閾値以上か否かを判定するステップと、
前記制御装置が、外気温度が閾値以下か否かを判定するステップと、
前記制御装置が、前記蒸発器の蒸発温度が閾値以上、かつ外気温度が閾値以下の場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させるステップと、をさらに含む請求項７に記載の冷凍機の制御方法。
【請求項９】
前記蒸発器の蒸発温度は、前記制御装置に予め設定されている、請求項８に記載の冷凍機の制御方法。
【請求項１０】
前記センサは、前記循環ラインにおける前記主膨張弁と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に設けられ、前記蒸発器の蒸発圧力を検出する低圧側圧力センサをさらに含み、
前記制御装置が、前記蒸発器の蒸発圧力に基づいて前記蒸発器の蒸発温度を算出するステップをさらに含む、請求項８に記載の冷凍機の制御方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷凍機、及び冷凍機の制御方法に関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２段スクリュ冷凍機が開示されている。この２段スクリュ冷凍機は、冷媒・油循環流路と、分岐流路とを設けて構成されている。冷媒・油循環流路は、第１段スクリュ圧縮機、第２段スクリュ圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を含む。分岐流路は、冷媒・油循環流路における凝縮器と過冷却熱交換器との間の部分から分岐し、過冷却熱交換用膨張弁を経て、過冷却熱交換器を通過した後、第１弾スクリュ圧縮機の吐出側で第２段スクリュ圧縮機の吸込み側に位置する中間段部に合流する。
過冷却熱交換器には、第２段スクリュ圧縮機から吐出された高圧冷媒の一部をバイパスさせて過冷却熱交換用膨張弁で中間圧力まで絞り膨張させた中間圧冷媒が流れ込む。この絞り膨張直後の中間圧冷媒を中間段部にインジェクションさせ、主膨張弁への残りの大部分の高圧冷媒の過冷却度を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－３１５５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の冷凍機では、例えば外気温度が低く蒸発圧力が高い低差圧条件では、高圧冷媒と中間圧冷媒との差圧が小さくなり、中間圧力まで絞り膨張させた中間圧冷媒の流量が減少する。そのため、過冷却熱交換器による過冷却度が低下し、必要な過冷却度が確保できないという問題があった。
【０００５】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、必要な過冷却度を確保することができる冷凍機、及び冷凍機の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示に係る冷凍機は、冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに係る物理量を検出するセンサと、前記冷凍サイクルを制御する制御装置と、を備え、前記冷凍サイクルは、冷媒を循環させる循環ラインと、前記循環ラインに設けられ、外部から供給される低圧の冷媒を圧縮して中間圧の冷媒を生成する第一圧縮部と、前記循環ラインに設けられ、前記第一圧縮部で生成された中間圧の冷媒が吐出される中段部と、前記循環ラインに設けられ、前記中段部の中間圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を生成する第二圧縮部と、前記第二圧縮部で生成された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、前記循環ラインにおける前記凝縮器よりも下流側から分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒を前記中段部に戻すインジェクション管と、前記凝縮器を通過して前記循環ラインを流れる冷媒を、前記インジェクション管を流れる冷媒と熱交換させることにより過冷却する過冷却熱交換器と、前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも上流側に設けられ、前記インジェクション管を流れる冷媒を前記過冷却熱交換器への供給前に膨張させる過冷却膨張弁と、前記循環ラインに設けられ、前記過冷却熱交換器を通過した冷媒を膨張させる主膨張弁と、前記循環ラインにおける前記主膨張弁よりも下流側に設けられ、前記主膨張弁を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、前記循環ラインにおける前記蒸発器と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に前記インジェクション管を流れる冷媒を導くバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を開閉するバイパス弁と、を有し、前記制御装置は、前記冷凍サイクルに係る物理量を取得する取得部と、前記冷凍サイクルに係る物理量に基づいて、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回るか否かを判定する判定部と、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回る場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させる弁制御部と、を有する。
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示に係る冷凍機の制御方法は、冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルに係る物理量を検出するセンサと、前記冷凍サイクルを制御する制御装置と、を備えた冷凍機の制御方法であって、前記冷凍サイクルは、冷媒を循環させる循環ラインと、前記循環ラインに設けられ、外部から供給される低圧の冷媒を圧縮して中間圧の冷媒を生成する第一圧縮部と、前記循環ラインに設けられ、前記第一圧縮部で生成された中間圧の冷媒が吐出される中段部と、前記循環ラインに設けられ、前記中段部の中間圧の冷媒を圧縮して高圧の冷媒を生成する第二圧縮部と、前記第二圧縮部で生成された高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、前記循環ラインにおける前記凝縮器よりも下流側から分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒を前記中段部に戻すインジェクション管と、前記凝縮器を通過して前記循環ラインを流れる冷媒を、前記インジェクション管を流れる冷媒と熱交換させることにより過冷却する過冷却熱交換器と、前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも上流側に設けられ、前記インジェクション管を流れる冷媒を前記過冷却熱交換器への供給前に膨張させる過冷却膨張弁と、前記循環ラインに設けられ、前記過冷却熱交換器を通過した冷媒を膨張させる主膨張弁と、前記循環ラインにおける前記主膨張弁よりも下流側に設けられ、前記主膨張弁を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記インジェクション管における前記過冷却熱交換器よりも下流側から分岐し、前記循環ラインにおける前記蒸発器と前記第一圧縮部との間であって前記第一圧縮部よりも上流側に前記インジェクション管を流れる冷媒を導くバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記バイパス管を開閉するバイパス弁と、を有し、前記制御装置が、前記冷凍サイクルに係る物理量を取得するステップと、前記制御装置が、前記冷凍サイクルに係る物理量に基づいて、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回るか否かを判定するステップと、前記制御装置が、前記過冷却熱交換器を通過した前記循環ラインの冷媒の過冷却度が目標値を下回る場合に、前記バイパス弁を制御して前記バイパス管を開放させるステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の冷凍機、及び冷凍機の制御方法によれば、必要な過冷却度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示の第一実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。
本開示の第一実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
本開示の第一実施形態に係る冷凍機において循環する冷媒の状態変化の一例を示すｐ－ｈ線図である。
本開示の第一実施形態に係る冷凍機において循環する冷媒の状態変化の一例を示すｐ－ｈ線図である。
本開示の第一実施形態に係る冷凍機において循環する冷媒の状態変化の一例を示すｐ－ｈ線図である。
本開示の第一実施形態に係る冷凍機の制御方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の第一実施形態に係る外気温度と過冷却度との相関を示す図である。
本開示の第二実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。
本開示の第二実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
本開示の第二実施形態に係る冷凍機の制御方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の第三実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。
本開示の第三実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
本開示の第三実施形態に係る冷凍機の制御方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の第三実施形態に係る外気温度と過冷却度との相関を示す図である。
本開示の第四実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。
本開示の第四実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
本開示の第四実施形態に係る冷凍機の制御方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の実施形態に係るハードウェア構成図である。
本開示の変形例に係る冷凍機の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第一実施形態＞
（冷凍機の構成）
以下、本開示の実施形態に係る冷凍機１について、図１から図７を参照して説明する。
図１に示すように、冷凍機１は、冷凍サイクル２と、センサ５０と、制御装置６０と、を備える。冷凍サイクル２は、冷媒ライン２０と、圧縮機３０と、凝縮器３と、過冷却熱交換器４と、過冷却膨張弁５と、逆止弁６と、主膨張弁７と、蒸発器８と、アキュムレータ９と、バイパス弁１０と、を有している。冷凍機１は、例えばＣＯ
２
等を冷媒として用いる。冷媒ライン２０は、循環ライン２１と、インジェクション管２２と、バイパス管２３と、を有している。
（【００１１】以降は省略されています）

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