JP6958019B2 - Low temperature cold water device - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機、凝縮器(高温側熱交換器)、電子膨張弁、蒸発器(低温側熱交換器)を備えた低温冷水装置に関する。 The present invention relates to a low temperature cold water device including a compressor, a condenser (high temperature side heat exchanger), an electronic expansion valve, and an evaporator (low temperature side heat exchanger).
一般に、冷媒の相変化を利用する冷却装置は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮して液化する凝縮器と、凝縮して液化された冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備えている。
従来の冷凍サイクルにおいては、圧縮機に吸入される冷媒の温度(「冷媒温度」ともいう)から、圧縮機に吸入される冷媒の圧力における飽和温度(「蒸発温度」ともいう)を減じた測定過熱度が、予め設定された所定の目標過熱度になるように、膨張弁を制御する過熱度一定制御が知られている(特許文献1参照)。
Generally, a cooling device that utilizes a phase change of a refrigerant includes a compressor that sucks and compresses the refrigerant, a condenser that condenses and liquefies the compressed refrigerant, and an expansion valve that expands the condensed and liquefied refrigerant. And an evaporator that evaporates the expanded refrigerant.
In the conventional refrigeration cycle, the measurement obtained by subtracting the saturation temperature (also referred to as "evaporation temperature") at the pressure of the refrigerant sucked into the compressor from the temperature of the refrigerant sucked into the compressor (also referred to as "refrigerant temperature"). There is known a constant superheat degree control that controls an expansion valve so that the superheat degree becomes a predetermined target superheat degree set in advance (see Patent Document 1).
しかしながら、過熱度一定制御を行う場合、冷媒温度が変動すると蒸発温度が変動することとなる。例えば、冷媒温度は圧縮機の稼働率が高い場合には高くなり、圧縮機の稼働率が低い場合には低くなる。同様に、冷媒温度は外気温度が高い場合には、高くなり、外気温度が低い場合には、低くなる。そうすると、過熱度一定制御を行う場合、圧縮機の稼働率や外気温度等の要因によって蒸発温度が変動することとなり、安定した運転ができないという課題があった。
また、過熱度一定制御を行う場合、外気温度が低い場合には冷媒温度が低くなり、蒸発温度も低くなることにより、蒸発器内の蒸発温度が低くなり、蒸発器内で冷媒と熱交換する被冷却液(例えば水)が凍結する可能性があった。
このため、圧縮機の運転状況及び外気温度等の要因によって蒸発温度が変動しない安定した運転を可能とし、例えば蒸発器内で冷媒と熱交換する被冷却液(例えば水)が凍結を起こさない低温冷水装置が求められている。
However, when the degree of superheat is constantly controlled, the evaporation temperature fluctuates when the refrigerant temperature fluctuates. For example, the refrigerant temperature is high when the operating rate of the compressor is high, and low when the operating rate of the compressor is low. Similarly, the refrigerant temperature becomes high when the outside air temperature is high, and becomes low when the outside air temperature is low. Then, when the superheat degree is constantly controlled, the evaporation temperature fluctuates due to factors such as the operating rate of the compressor and the outside air temperature, and there is a problem that stable operation cannot be performed.
Further, when the degree of superheat is constantly controlled, when the outside air temperature is low, the refrigerant temperature becomes low and the evaporation temperature also becomes low, so that the evaporation temperature in the evaporator becomes low and heat is exchanged with the refrigerant in the evaporator. The liquid to be cooled (for example, water) may freeze.
Therefore, stable operation is possible in which the evaporation temperature does not fluctuate due to factors such as the operating condition of the compressor and the outside air temperature, and for example, the temperature to be cooled (for example, water) that exchanges heat with the refrigerant in the evaporator does not freeze at a low temperature. A cold water device is required.
本発明は、圧縮機、凝縮器(高温側熱交換器)、電子膨張弁、蒸発器(低温側熱交換器)を備えた低温冷水装置において、圧縮機の運転状況及び外気温度等の要因によって蒸発温度が変動しない安定した運転を可能とし、効率のよい安定した冷却能力を得るとともに、例えば蒸発器内で冷媒と熱交換する被冷却液(例えば水)が凍結を起こさない低温冷水装置を提供することを目的とする。 The present invention is a low-temperature cooling water device provided with a compressor, a condenser (high-temperature side heat exchanger), an electronic expansion valve, and an evaporator (low-temperature side heat exchanger), depending on factors such as the operating condition of the compressor and the outside air temperature. Provided is a low-temperature cooling water device that enables stable operation in which the evaporation temperature does not fluctuate, obtains efficient and stable cooling capacity, and does not freeze, for example, a liquid to be cooled (for example, water) that exchanges heat with a refrigerant in an evaporator. The purpose is to do.
本発明は、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により吐出された冷媒を凝縮液化する凝縮器と、前記凝縮器により凝縮液化された冷媒を減圧する電子膨張弁と、前記電子膨張弁によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器を通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度測定部と、前記電子膨張弁の開度を制御する開度制御部と、を備えた低温冷水装置であって、前記開度制御部は、前記蒸発器を通過した冷媒の蒸発温度が、予め設定された所定の目標蒸発温度に一致するように前記電子膨張弁の開度を制御する、低温冷水装置に関する。 The present invention includes a compressor that sucks and compresses the refrigerant, a condenser that condenses and liquefies the refrigerant discharged by the compressor, an electronic expansion valve that decompresses the refrigerant condensed and liquefied by the condenser, and the electrons. It includes an evaporator that evaporates the refrigerant decompressed by the expansion valve, a refrigerant temperature measuring unit that measures the temperature of the refrigerant that has passed through the evaporator, and an opening degree control unit that controls the opening degree of the electronic expansion valve. In the low-temperature cooling water device, the opening degree control unit controls the opening degree of the electronic expansion valve so that the evaporation temperature of the refrigerant passing through the evaporator matches a predetermined target evaporation temperature set in advance. Regarding low temperature cooling water equipment.
また、前記目標蒸発温度は、前記蒸発器の出口が冷媒の蒸発域となるように設定されることが好ましい。 Further, the target evaporation temperature is preferably set so that the outlet of the evaporator is in the evaporation region of the refrigerant.
また、前記目標蒸発温度は、前記圧縮機と、前記凝縮器と、を含む冷凍機の冷却能力が実質的に最大になる圧縮機吸入温度となるように設定されることが好ましい。 Further, the target evaporation temperature is preferably set to a compressor suction temperature at which the cooling capacity of the refrigerator including the compressor and the condenser is substantially maximized.
また、前記凝縮器により液化された冷媒と前記蒸発器にて気化された冷媒との間で熱交換する液ガス熱交換器を備え、前記電子膨張弁は、前記液ガス熱交換器を通過した冷媒を減圧することが好ましい。 Further, a liquid gas heat exchanger for heat exchange between the refrigerant liquefied by the condenser and the refrigerant vaporized by the evaporator is provided, and the electronic expansion valve has passed through the liquid gas heat exchanger. It is preferable to reduce the pressure of the refrigerant.
前記蒸発器は二重管熱交換器であり、前記液ガス熱交換器はプレート式熱交換器としてもよい。 The evaporator is a double tube heat exchanger, and the liquid gas heat exchanger may be a plate type heat exchanger.
前記冷媒温度測定部は、前記圧縮機に吸入される冷媒の温度を測定する冷媒温度センサ部と、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力値を測定する冷媒圧力測定部と、を備え、前記冷媒圧力測定部により測定された冷媒圧力値における飽和温度を蒸発温度とする蒸発温度換算部を備えるようにしてもよい。 The refrigerant temperature measuring unit includes a refrigerant temperature sensor unit that measures the temperature of the refrigerant sucked into the compressor, and a refrigerant pressure measuring unit that measures the pressure value of the refrigerant sucked into the compressor. An evaporation temperature conversion unit may be provided in which the saturation temperature at the refrigerant pressure value measured by the refrigerant pressure measuring unit is used as the evaporation temperature.
前記開度制御部は、前記圧縮機に吸入される冷媒の温度と前記蒸発温度とに基づいて算出される測定過熱度が、外気温度と前記蒸発器の熱負荷により決まる圧縮機の稼働率とにより設定される目標過熱度に等しくなるように、前記電子膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。 In the opening degree control unit, the measured superheat degree calculated based on the temperature of the refrigerant sucked into the compressor and the evaporation temperature is determined by the outside air temperature and the heat load of the evaporator as the operating rate of the compressor. The opening degree of the electronic expansion valve may be controlled so as to be equal to the target degree of superheat set by.
本発明によれば、蒸発温度を予め設定された目標蒸発温度に一致するように電子膨張弁を制御することで、圧縮機の運転状況及び外気温度等の要因によって蒸発温度が変動しない安定した運転を可能とし、効率のよい安定した冷却能力を得るとともに、例えば蒸発器内で冷媒と熱交換する被冷却液(例えば水)が凍結を起こさない低温冷水装置を提供することができる。 According to the present invention, by controlling the electronic expansion valve so that the evaporation temperature matches the preset target evaporation temperature, stable operation in which the evaporation temperature does not fluctuate due to factors such as the operating condition of the compressor and the outside air temperature It is possible to provide a low-temperature cooling water device that enables efficient and stable cooling capacity, and does not freeze, for example, a liquid to be cooled (for example, water) that exchanges heat with a refrigerant in an evaporator.
以下、本発明の一実施形態について、図を参照しながら説明する。
図1は、本発明の低温冷水装置100の一実施例を示す概略図である。本実施例の低温冷水装置100は、蒸気圧縮式の低温冷水装置である。
低温冷水装置100は、圧縮機1A及び凝縮器1Bを有する冷凍機1と、液ガス熱交換器3と、電子膨張弁5と、蒸発器7(「低温側熱交換器」ともいう)と、冷凍機吸入ガス温度センサ12と、冷凍機吸入ガス圧力センサ14と、制御部30と、を備える。
これらは、冷媒流路21を介して、冷凍機1(圧縮機1A、凝縮器1B)から液ガス熱交換器3を経由して電子膨張弁5、蒸発器7(「低温側熱交換器」ともいう)に接続され、ふたたび液ガス熱交換器3を経由して冷凍機1(圧縮機1A、凝縮器1B)に戻るように、順次環状に接続されており、冷媒を循環させることで、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の冷凍サイクルを実行する。
より具体的には、冷媒は、低温低圧の冷媒ガスの状態で圧縮機1Aにおいて高温高圧に圧縮されて過熱蒸気の状態となり、高温高圧状態の冷媒ガスは、凝縮器1Bにおいて圧力一定の状態で放熱されて、高圧低温の過冷却液の状態の冷媒液となる。冷凍機1から吐出された高圧低温状態の冷媒液は、液ガス熱交換器3を通過することで、蒸発器7(低温側熱交換器)において被冷却液と熱交換し、冷凍機1に戻る冷媒との間で熱交換が行われ、より冷やされた状態となる。
液ガス熱交換器3を通過した高圧低温状態の冷媒液は、電子膨張弁5において急激に減圧されることで、低温低圧の冷媒液の状態(気液二層の状態)となり、蒸発器7(低温側熱交換器)に入る。冷温低圧の冷媒液の状態になった冷媒は、蒸発器7(低温側熱交換器)において、圧力一定の状態で、被冷却液(例えば水)との間で熱交換を行い気液二相の状態で蒸発器7(低温側熱交換器)から吐出される。
蒸発器7(低温側熱交換器)から吐出された気液二相の状態の冷媒ガスは、液ガス熱交換器3を通過することで、凝縮器1Bから吐出された高圧低温の過冷却液の状態の冷媒液との間で熱交換することで、完全ガス化され、低温低圧の冷媒ガスの状態で圧縮機1Aに戻るように循環される。
次に、低温冷水装置100の備える構成要素について詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a low-temperature
The low-temperature
These are the electronic expansion valve 5 and the evaporator 7 (“low temperature side heat exchanger”) from the refrigerator 1 (
More specifically, the refrigerant is compressed to a high temperature and high pressure in the
The high-pressure and low-temperature refrigerant liquid that has passed through the liquid-
The gas-liquid two-phase refrigerant gas discharged from the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) passes through the liquid
Next, the components included in the low-temperature
圧縮機1Aは、低温低圧の冷媒ガスを断熱圧縮して高温高圧のガスにする。圧縮機1Aにおいて高温高圧のガス状態となった冷媒は、好ましくは圧縮機1Aからの冷媒に含まれる油を分離除去する油分離器(図示せず)を介して、凝縮器1Bへ送られる。圧縮機1Aは、その形式を特に問わないが、例えばスクロール圧縮機が用いられてもよい。
The
凝縮器1Bは、圧縮機1Aにおいて断熱圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒を凝縮液化して、高圧低温の冷媒液の状態にする。本実施例の凝縮器1Bは、例えばファン11を備える空冷式の熱交換器である。なお、凝縮器1Bは、水冷式の熱交換器としてもよい。凝縮器1Bで高圧低温の冷媒液の状態となった冷媒は、液ガス熱交換器3へ送られる。
The
液ガス熱交換器3は、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒が凝縮器1Bから電子膨張弁5まで送られる冷媒流路、及び蒸発器7(低温側熱交換器)で気化された(正確には完全には気化されていない気液二層の状態の)冷媒が蒸発器7(低温側熱交換器)から冷凍機1(圧縮機1A)に戻される冷媒流路において設けられ、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒と蒸発器7(低温側熱交換器)で気化された冷媒との間で熱交換をする。なお、液ガス熱交換器3はプレート式熱交換器が用いられてもよい。
より具体的には、液ガス熱交換器3において、蒸発器7(低温側熱交換器)で気化された冷媒(例えば0度近辺)は圧縮機1Aに戻される途中で、凝縮器1Bで液化されて電子膨張弁5へ送られる途中の高圧低温の冷媒(例えば、30度前後)との間で熱交換をする。そうすることで、凝縮器1Bで液化されて電子膨張弁5へ送られる途中の高圧低温の冷媒は、より冷やされて電子膨張弁5へ送ることができる。また、蒸発器7(低温側熱交換器)から圧縮機1Aに戻る冷媒は完全にガス化して、冷媒ガス、すなわち低温低圧のガスの状態で圧縮機1Aに戻ることができる。
これにより、蒸発器7(低温側熱交換器)内において熱交換される冷媒が完全に蒸発せずに、蒸発器7(低温側熱交換器)から気液2相の状態で吐出された場合であっても、液ガス熱交換器3において、凝縮器1Bで液化されて電子膨張弁5へ送られる途中の高圧低温の冷媒(例えば、30度前後)との間で熱交換をすることで、完全にガス化された状態として、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入させることができる。
The liquid
More specifically, in the liquid
As a result, when the refrigerant to be heat-exchanged in the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) is not completely evaporated and is discharged from the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) in a gas-liquid two-phase state. Even so, in the liquid
電子膨張弁5は、その開度を制御可能な電子弁であり、信号線を介して後述の制御部30に電気的に接続されている。制御部30により電子膨張弁5の開度を調整することにより、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒の圧力の減圧の度合いを調整することができる。すなわち、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒の圧力の減圧の度合いを大きくすることで、冷媒の当該圧力における飽和温度である蒸発温度をより低くすることができる。逆に、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒の圧力の減圧の度合いを小さくすることで、冷媒の蒸発温度をより高くすることができる。このようにすることで、冷媒の蒸発温度の制御を可能とする。
すなわち、電子膨張弁5の開度を制御部30により制御することにより、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒の当該圧力における飽和温度である蒸発温度が予め設定された目標蒸発温度に一致するようにすることができる。
そうすることで、当該冷媒は電子膨張弁5において減圧された圧力を保ったまま、蒸発器7(低温側熱交換器)から吐出されるため、圧縮機1Aに吸入される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に一致するように制御できる。なお、電子膨張弁5の開度制御の詳細については後述する。
このように、電子膨張弁5は、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒の圧力と温度とを低下させて、低温低圧の(蒸発温度が目標蒸発温度に一致する)冷媒液の状態にして、蒸発器7(低温側熱交換器)に送る。
こうすることで、低温冷水装置100の冷凍サイクルにおいて、冷凍機1に吸入される冷媒ガスの蒸発温度を予め設定された所定の目標蒸発温度に一致するように安定した運転を行うことができ、冷凍サイクル効率が向上する。特に、外気温度や熱負荷等の外的要因が変化する場合であっても、冷媒ガスの蒸発温度を一定の蒸発温度を保つように運転を行うことができる。また、被冷却液を水として冷水温度を3度以下に冷却する低温冷水装置では、蒸発器7(低温側熱交換器)内での冷媒の状態(温度、圧力)が安定することで水が凍結するリスクを軽減することができる。
The electronic expansion valve 5 is an electronic valve whose opening degree can be controlled, and is electrically connected to a
That is, by controlling the opening degree of the electronic expansion valve 5 by the
By doing so, the refrigerant is discharged from the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) while maintaining the reduced pressure in the electronic expansion valve 5, so that the evaporation temperature of the refrigerant sucked into the
In this way, the electronic expansion valve 5 lowers the pressure and temperature of the high-pressure and low-temperature refrigerant liquefied by the
By doing so, in the refrigerating cycle of the low-temperature
蒸発器7(低温側熱交換器)は、電子膨張弁5を通過して冷温低圧の冷媒液の状態になった冷媒が圧力一定のまま吸熱され蒸発することにより、周囲から熱を奪う熱交換器である。蒸発器7(低温側熱交換器)は、例えば、冷媒と被冷却液(例えば水)との間で熱交換する熱交換器である。
蒸発器7(低温側熱交換器)は、冷媒流路(一次側流路)と被冷却液流路(二次側流路)とを有し、冷媒と被冷却液とを混ぜることなく、間接的に熱交換させる熱交換器であり、例えば二重管熱交換器としてもよい。
なお、蒸発器7(低温側熱交換器)において被冷却液と熱交換した冷媒は、完全には気化せず、気液二相の状態で蒸発器7(低温側熱交換器)を通過する可能性があるが、前述したように、圧縮機1Aに戻る途中で、液ガス熱交換器10を経由することで、凝縮器1Bで液化されて電子膨張弁5へ送られる途中の高圧低温の冷媒(例えば、30度前後)との間で熱交換をすることで、完全にガス化して、すなわち低温低圧のガスの状態で圧縮機1Aに吸入されることとなる。
The evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) is a heat exchange that removes heat from the surroundings by absorbing and evaporating the refrigerant that has passed through the electronic expansion valve 5 and has become a cold / low pressure refrigerant liquid while maintaining a constant pressure. It is a vessel. The evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) is, for example, a heat exchanger that exchanges heat between a refrigerant and a liquid to be cooled (for example, water).
The evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) has a refrigerant flow path (primary side flow path) and a cooled liquid flow path (secondary side flow path) without mixing the refrigerant and the cooled liquid. It is a heat exchanger that indirectly exchanges heat, and may be, for example, a double tube heat exchanger.
The refrigerant that has exchanged heat with the liquid to be cooled in the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) does not completely vaporize and passes through the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) in a gas-liquid two-phase state. There is a possibility, but as described above, on the way back to the
低温冷水装置100には、冷媒温度測定部としての冷凍機吸入ガス温度センサ12と冷媒圧力測定部としての冷凍機吸入ガス圧力センサ14が設けられる。
冷凍機吸入ガス温度センサ12は、蒸発器7(低温側熱交換器)の出口から冷凍機1(圧縮機1A)の入口に至る吸入配管(冷媒配管)までのいずれかの個所に設けられ、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の温度(以下「吸入ガス温度」ともいう)を測定する。なお、本実施形態のように液ガス熱交換器3を備える場合、冷凍機吸入ガス温度センサ12は、液ガス熱交換器3の冷凍機側の出口から冷凍機1(圧縮機1A)の入口に至る吸入配管(冷媒配管)までのいずれかの個所に設け、(気相状態の)冷媒の温度を測定するようにしてもよい。
The low-temperature
The refrigerator intake
冷凍機吸入ガス圧力センサ14は、蒸発器7(低温側熱交換器)の出口から冷凍機1(圧縮機1A)の入口に至る吸入配管(冷媒配管)までのいずれかの個所に設けられ、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の圧力(以下「吸入ガス圧力」ともいう)を測定する。なお、本実施形態のように液ガス熱交換器3を備える場合、冷凍機吸入ガス圧力センサ14は、液ガス熱交換器3の冷凍機側の出口から冷凍機1(圧縮機1A)の入口に至る吸入配管(冷媒配管)までのいずれかの個所に設け、(気相状態の)冷媒の圧力値を測定するようにしてもよい。
冷凍機吸入ガス圧力センサ14により測定された冷媒圧力値に基づいて、当該冷媒圧力における飽和温度である蒸発温度を換算する。
このように、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される(気相状態の)冷媒の圧力値を測定することで、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の圧力値における飽和温度(蒸発温度)が計測される。
The refrigerator suction
Based on the refrigerant pressure value measured by the refrigerator intake
By measuring the pressure value of the refrigerant (in the vapor phase state) sucked into the refrigerator 1 (
なお、本実施例の低温冷水装置100においては、冷凍機吸入ガス圧力センサ14により測定された冷媒の圧力値に基づいて計測される冷媒の蒸発温度が、予め設定される所定の目標蒸発温度に一致するように、電子膨張弁5の開度がフィードバック制御される。詳細については後述する。
In the low-temperature
以上説明した低温冷水装置100は、各種の用途に用いられるが、本実施例では例えば蒸発器7(低温側熱交換器)において水を冷却するウォータチラーとしてもよい。
この場合、蒸発器7(低温側熱交換器)における被冷却液は水とされ、蒸発器7(低温側熱交換器)は、冷媒流路21と水流路22とが形成された間接熱交換器とされる。そして、冷媒流路21には、電子膨張弁5からの冷媒が通される一方、水流路22には、冷水タンク(図示せず)からの循環水が通される。そのために、蒸発器7(低温側熱交換器)の水流路22は、給水路22Aと戻し路22Bとを介して、冷水タンクに接続される。
より具体的には、給水路22Aには、循環ポンプ25が設けられ、循環ポンプ25を作動させることで、冷水タンクからの水は、給水路22Aを介して蒸発器7(低温側熱交換器)へ供給され、蒸発器7(低温側熱交換器)内の水流路22を通った後、戻し路22Bを介して冷水タンクへ戻される。このようにして、冷水タンク内の水は、蒸発器7(低温側熱交換器)との間を循環可能となり、蒸発器7(低温側熱交換器)において冷媒が蒸発する際の気化熱を利用して、循環水の冷却を図ることができる。
The low-temperature
In this case, the liquid to be cooled in the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) is water, and the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) is an indirect heat exchange in which the
More specifically, a
また、蒸発器7(低温側熱交換器)にて冷却された被冷却液を、熱負荷との熱交換(例えば食材の冷却)に使用し、使い捨てる(流水仕様)ようにしてもよい。 Further, the liquid to be cooled by the evaporator 7 (low temperature side heat exchanger) may be used for heat exchange with a heat load (for example, cooling of foodstuffs) and disposed of (running water specification).
低温冷水装置100は、以上のように構成されることで、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の冷凍サイクルを実行する。また、前述したように、低温冷水装置100は、制御部30により、蒸発器7(低温側熱交換器)を通過した冷媒の蒸発温度(冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の蒸発温度)を所定の目標蒸発温度に一致するように電子膨張弁5を制御する。
The low-temperature
図1に示すように、制御部30は、蒸発温度換算部31と、開度制御部32と、を備える。
制御部30は、冷凍機吸入ガス温度センサ12及び冷凍機吸入ガス圧力センサ14に接続されており、これらセンサの検出信号に基づいて、電子膨張弁5の開度を制御する。
As shown in FIG. 1, the
The
[蒸発温度換算部31について]
蒸発温度換算部31は、冷凍機吸入ガス圧力センサ14により測定された冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の圧力値に基づいて、当該冷媒の圧力値における飽和温度(蒸発温度)を換算する。冷媒の圧力値における飽和温度の換算については、例えば、冷媒圧力値と当該圧力値における飽和温度との対照テーブルを予め設定し、対照テーブルに基づいて、冷凍機吸入ガス圧力センサ14により測定された冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の圧力値に対応する飽和温度を算出するようにしてもよい。また、冷媒圧力値を入力とし、当該圧力値における飽和温度を出力とする関数を予め設定し、冷凍機吸入ガス圧力センサ14により測定された冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の圧力値を当該関数に入力して、当該圧力値における飽和温度を算出するようにしてもよい。
なお、蒸発温度換算部31は、これに限定されない。例えば、蒸発温度換算部31相当の電子回路を予め作成しておくことで、電子回路により換算するようにしてもよい。
[About evaporation temperature conversion unit 31]
The evaporation
The evaporation
[開度制御部32について]
開度制御部32は、圧縮機1Aに吸入される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
より具体的には、開度制御部32は、蒸発温度換算部31により換算された冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
冷凍機1の効率の良い運転は、蒸発温度によって決まることから、目標蒸発温度を冷凍機1の効率が良いとされる値に設定することで、冷凍機1の効率の良い運転を実現することができる。例えば、目標蒸発温度は、冷凍機1の冷却能力が実質的に最大になるように設定することができる。
[About the opening control unit 32]
The opening
More specifically, the opening
Since the efficient operation of the
次に、電子膨張弁5が圧縮機1Aに吸入される冷媒の過熱度に基づいて制御するように構成されている場合の開度制御部32の処理内容について説明する。ここで、冷媒の過熱度は、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の温度(吸入ガス温度)から冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒圧力値(吸入ガス圧力値)に対応する飽和温度(蒸発温度)を減算した温度に等しい。
したがって、冷媒の蒸発温度は、吸入ガス温度から冷媒の過熱度を減算した値に等しい。このため、電子膨張弁5が圧縮機1Aに吸入される冷媒の過熱度に基づいて制御するように構成されている場合、開度制御部32は、冷媒の過熱度が「吸入ガス温度−目標蒸発温度」に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
Next, the processing content of the opening
Therefore, the evaporation temperature of the refrigerant is equal to the intake gas temperature minus the degree of superheat of the refrigerant. Therefore, when the electronic expansion valve 5 is configured to control based on the degree of superheat of the refrigerant sucked into the
図2に、目標蒸発温度を−8℃と設定した場合に、外気温度に応じて吸入ガス温度が変化したときに、冷媒の過熱度の目標値(「目標過熱度」という)を変更する例を表す。ここで、外気温度は例えば、凝縮器1Bがファン11を備える空冷式の熱交換器を備える場合、凝縮器1Bの吸込み空気温度が想定される。
図2に示すように、外気温度が30℃で吸入ガス温度が18℃となる場合、目標過熱度を26℃に設定して、開度制御部32は、過熱度が目標過熱度26℃に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
また、外気温度が25℃で吸入ガス温度が13℃となる場合、目標過熱度を21℃に設定して、開度制御部32は、過熱度が目標過熱度21℃に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
同様に、外気温度が20℃で吸入ガス温度が8℃となる場合、目標過熱度を16℃に設定して、開度制御部32は、過熱度が目標過熱度16℃に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する。
このようにすることで、外気温度の変化に伴い、吸入ガス温度が変化した場合であっても、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の蒸発温度が目標蒸発温度に一致するように制御することができる。
なお、吸入ガス温度は、外気温度の外、例えば、蒸発器7における熱負荷により決まる圧縮機1Aの稼働率によって、変動する可能性がある。例えば、蒸発器7(低温側熱交換器)における熱負荷の変動要因として、冷水タンクから、給水路22Aを介して蒸発器7(低温側熱交換器)へ供給される入口水温、循環ポンプ25を駆動するためのインバータ回転数又は電流値等の変動が想定される。
このような場合においても、例えば、圧縮機1Aの運転状況、蒸発器7(低温側熱交換器)における熱負荷の変動等に対応して、適正な目標過熱度を設定することにより、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入される冷媒の蒸発温度が常に目標蒸発温度に一致するように制御することができる。
FIG. 2 shows an example in which the target value of the superheat degree of the refrigerant (referred to as “target superheat degree”) is changed when the intake gas temperature changes according to the outside air temperature when the target evaporation temperature is set to -8 ° C. Represents. Here, as the outside air temperature, for example, when the
As shown in FIG. 2, when the outside air temperature is 30 ° C. and the intake gas temperature is 18 ° C., the target superheat degree is set to 26 ° C., and the
When the outside air temperature is 25 ° C. and the intake gas temperature is 13 ° C., the target superheat degree is set to 21 ° C., and the
Similarly, when the outside air temperature is 20 ° C. and the intake gas temperature is 8 ° C., the target superheat degree is set to 16 ° C., and the
By doing so, even if the intake gas temperature changes due to the change in the outside air temperature, the evaporation temperature of the refrigerant sucked into the refrigerator 1 (
The intake gas temperature may fluctuate outside the outside air temperature, for example, depending on the operating rate of the
Even in such a case, for example, by setting an appropriate target degree of overheating in response to the operating condition of the
以上のように、本実施形態の低温冷水装置100は、蒸発器7を通過した冷媒の蒸発温度が、予め設定された所定の目標蒸発温度に一致するように電子膨張弁5の開度を制御する開度制御部32を備える。
これにより、冷凍機1の効率のよい運転を実現することができる。特に、外気温度や圧縮機1Aの運転状況、蒸発器7における熱負荷の変動等の外的要因によって蒸発温度が変動しない安定した運転を可能とし、効率のよい安定した冷却能力を得るとともに、例えば蒸発器内で冷媒と熱交換する被冷却液(例えば水)が凍結を起こさないようにすることができる。
また、常に一定の蒸発温度となるように電子膨張弁5の開度を制御することで、低出力の圧縮機1Aで高い冷却能力を得ることができる。
As described above, the low-temperature
As a result, efficient operation of the
Further, by controlling the opening degree of the electronic expansion valve 5 so that the evaporation temperature is always constant, a high cooling capacity can be obtained with the
また、本実施形態の低温冷水装置100は、目標蒸発温度は、蒸発器7の出口(端)が冷媒の蒸発域となるように設定される。
そうすることで、上記と同様の効果を奏することができる。
Further, in the low temperature
By doing so, the same effect as described above can be achieved.
また、本実施形態の低温冷水装置100において、目標蒸発温度は、圧縮機1Aと、凝縮器1Bと、を含む冷凍機1の冷却能力が実質的に最大になるように設定することができる。
Further, in the low temperature cooling
また、本実施形態の低温冷水装置100は、凝縮器1Bにより液化された冷媒と蒸発器7にて気化された冷媒との間で熱交換する液ガス熱交換器3を備える。
これにより、蒸発器7内において熱交換される冷媒が完全に蒸発せずに、気液2相の状態で吐出された場合であっても、液ガス熱交換器3において、凝縮器1Bで液化された高圧低温の冷媒(例えば、30度前後)との間で熱交換をすることで、完全にガス化された状態として、冷凍機1(圧縮機1A)に吸入させることができる。
Further, the low-temperature
As a result, even if the refrigerant heat-exchanged in the
また、本実施形態の低温冷水装置100の開度制御部32は、圧縮機1Aに吸入される冷媒の温度と蒸発温度とに基づいて算出される測定過熱度が、外気温度と蒸発器7の熱負荷とにより設定される目標過熱度に等しくなるように、電子膨張弁5の開度を制御する。
これにより、外気温度、蒸発器7の熱負荷ごとに適正な目標過熱度を設定し、冷媒の蒸発温度が常に一定の目標蒸発温度を保つように運転することができる。
Further, in the opening
As a result, an appropriate target superheat degree can be set for each of the outside air temperature and the heat load of the
なお、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[変形例1]
本実施形態において、低温冷水装置100が冷凍機1を備えるようにしたが、これに限定されない。例えば、冷凍機1を別置きとしてもよい。
[Modification 1]
In the present embodiment, the low temperature cooling
[変形例2]
本実施形態において、低温冷水装置100は液ガス熱交換器3を備えるようにしたが、これに限定されない。低温冷水装置100は液ガス熱交換器3を備えないようにしてもよい。
[Modification 2]
In the present embodiment, the low temperature
[変形例3]
本実施形態において、制御部30が蒸発温度換算部31及び開度制御部32を備えるようにしたが、これに限定されない。
例えば、蒸発温度換算部31に替えて、蒸発温度換算器(電子回路)を備えるようにしてもよい。同様に、開度制御部32に替えて、開度制御器(電子回路)を備えるようにしてもよい。
[Modification 3]
In the present embodiment, the
For example, instead of the evaporation
100 低温冷水装置
1 冷凍機
1A 圧縮機
1B 凝縮器
3 液ガス熱交換器
5 電子膨張弁
7 蒸発器
11 ファン
12 冷凍機吸入ガス温度センサ
14 冷凍機吸入ガス圧力センサ
21 冷媒流路
22 水流路
22A 給水路
22B 戻し路
25 循環ポンプ
30 制御部
31 蒸発温度換算部
32 開度制御部
100
Claims (7)
前記圧縮機により吐出された冷媒を凝縮液化する凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮液化された冷媒を減圧する電子膨張弁と、
前記電子膨張弁によって減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器を通過した冷媒の温度を測定する冷媒温度測定部と、
前記電子膨張弁の開度を制御する開度制御部と、
を備えた低温冷水装置であって、
前記開度制御部は、
前記蒸発器を通過した冷媒の蒸発温度が、予め設定された一定の目標蒸発温度に一致するように前記電子膨張弁の開度をフィードバック制御する、低温冷水装置。 A compressor that sucks in and compresses the refrigerant,
A condenser that condenses and liquefies the refrigerant discharged by the compressor,
An electronic expansion valve that reduces the pressure of the refrigerant condensed by the condenser, and
An evaporator that evaporates the refrigerant decompressed by the electronic expansion valve, and
A refrigerant temperature measuring unit that measures the temperature of the refrigerant that has passed through the evaporator, and a refrigerant temperature measuring unit.
An opening control unit that controls the opening of the electronic expansion valve and
It is a low-temperature cold water device equipped with
The opening control unit
A low-temperature cold water device that feedback- controls the opening degree of the electronic expansion valve so that the evaporation temperature of the refrigerant that has passed through the evaporator matches a predetermined constant target evaporation temperature.
前記電子膨張弁は、前記液ガス熱交換器を通過した冷媒を減圧する、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の低温冷水装置。 A liquid gas heat exchanger for heat exchange between the refrigerant liquefied by the condenser and the refrigerant vaporized by the evaporator is provided.
The low-temperature cold water device according to any one of claims 1 to 3, wherein the electronic expansion valve reduces the pressure of the refrigerant that has passed through the liquid gas heat exchanger.
前記液ガス熱交換器はプレート式熱交換器である請求項4に記載の低温冷水装置。 The evaporator is a double tube heat exchanger,
The low-temperature cold water device according to claim 4, wherein the liquid gas heat exchanger is a plate heat exchanger.
前記圧縮機に吸入される冷媒の温度を測定する冷媒温度センサ部と、
前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力値を測定する冷媒圧力測定部と、を備え、
前記冷媒圧力測定部により測定された冷媒圧力値における飽和温度を蒸発温度とする蒸発温度換算部を備える、請求項1から請求項5の何れか1項に記載の低温冷水装置。 The refrigerant temperature measuring unit is
A refrigerant temperature sensor unit that measures the temperature of the refrigerant sucked into the compressor, and
A refrigerant pressure measuring unit for measuring the pressure value of the refrigerant sucked into the compressor is provided.
The low-temperature chilling water apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising an evaporation temperature conversion unit whose evaporation temperature is the saturation temperature at the refrigerant pressure value measured by the refrigerant pressure measuring unit.
前記圧縮機に吸入される冷媒の温度と前記蒸発温度とに基づいて算出される測定過熱度が、外気温度と前記蒸発器の熱負荷により決まる圧縮機の稼働率とにより設定される目標過熱度に等しくなるように、前記電子膨張弁の開度を制御する、請求項1から請求項6の何れか1項に記載の低温冷水装置。 The opening control unit
The measured superheat degree calculated based on the temperature of the refrigerant sucked into the compressor and the evaporation temperature is set by the operating rate of the compressor determined by the outside air temperature and the heat load of the evaporator. The low-temperature cooling water device according to any one of claims 1 to 6, which controls the opening degree of the electronic expansion valve so as to be equal to.
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