JP2001324229A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷房運転時に、熱源側熱交換器の内部に多量
の液冷媒が溜まり込まないようにすることにより、ＣＯ
Ｐを向上させる。 【解決手段】 高圧レシーバ(4)と低圧配管(17)とを接
続するガス抜き管(20)と、当該ガス抜き管(20)に設けら
れた電磁弁(21)とを備えている。冷媒回路(1)の高圧側
圧力を検出する圧力センサ(28)を備えている。コントロ
ーラ(31)は、電磁弁(21)を閉じた状態で検出した第１の
高圧側圧力と、電磁弁(21)を開いてから所定時間経過時
に検出した第２の高圧側圧力とを比較し、これら圧力差
に基づいて電磁弁(21)を間欠的に開閉する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置に係り、
特に、冷凍装置の能力向上技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば図４に示すように、圧
縮機(101)、熱源側熱交換器としての室外熱交換器(10
2)、高圧レシーバ(103)、膨張弁(104)及び利用側熱交換
器としての室内熱交換器(105)を有する冷媒回路を備え
た冷凍装置は、よく知られている。このような冷凍装置
において、高圧レシーバ(103)は、運転状態の変化によ
る冷媒循環量の変動を吸収したり、冷房運転時に冷媒を
各室内熱交換器(105)に安定して分配する等の役割を果
たしている。また、運転停止中の均圧のため、または運
転中の低圧側圧力の過剰な低下を防止するため、高圧レ
シーバ(103)にガス抜き管(107)を設け、このガス抜き管
(107)を均圧管(108)に接続した装置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
て、冷房運転時には、室外熱交換器(102)は冷媒を凝縮
させる凝縮器となる。ところで、冷媒回路に設けられた
分流キャピラリーチューブや電動弁等の付属機器により
室外熱交換器(102)の出口側部分の圧力損失が大きくな
ると、室外熱交換器(102)は内部に液冷媒が溜まりやす
くなる。そして、室外熱交換器(102)の内部に多量の液
冷媒が溜まり込むと、熱交換器の内部において、熱伝達
の良好な気液二相冷媒の占める領域は少なくなる。その
ため、室外熱交換器(102)は能力が低下する。また、高
圧側圧力が高くなって圧縮機入力が増加するため、ＣＯ
Ｐは低下する。

【０００４】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、熱源側熱交換器の内
部に多量の液冷媒が溜まり込まないようにすることによ
り、ＣＯＰを向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、熱源側熱交換器の内部に溜まり込んだ液
冷媒を高圧レシーバに回収することとした。

【０００６】具体的には、本発明に係る冷凍装置は、圧
縮機(2a,2b)と熱源側熱交換器(3)と高圧レシーバ(4)と
減圧機構(5)と利用側熱交換器(6)とを有する冷媒回路
(1)を備えた冷凍装置であって、冷房運転中に上記熱源
側熱交換器(3)に溜まった液冷媒を上記高圧レシーバ(4)
に回収するように該高圧レシーバ(4)内のガス冷媒を上
記冷媒回路(1)の低圧ライン(17)に逃がすガス抜き手段
(20,21)を備えていることとしたものである。

【０００７】上記事項により、冷房運転中に熱源側熱交
換器の内部に液冷媒が溜まり込むと、ガス抜き手段によ
って高圧レシーバ内のガス冷媒が低圧ラインに排出さ
れ、高圧レシーバの内部圧力は低下する。このことによ
り、熱源側熱交換器と高圧レシーバとの間に圧力差が生
じ、この圧力差が駆動力となって、熱源側熱交換器の内
部に溜まり込んだ液冷媒は高圧レシーバに回収される。
その結果、熱源側熱交換器における液冷媒の溜まり込み
は防止され、二相領域の増大により熱交換性能は向上
し、また、高圧側圧力の過剰な上昇は抑制される。従っ
て、装置のＣＯＰは向上する。

【０００８】前記ガス抜き手段は、前記高圧レシーバ
(4)と前記冷媒回路(1)の低圧ライン(17)とを接続する配
管(20)と、該配管(20)に設けられた開閉弁(21)と、該開
閉弁(21)を開閉する開閉制御手段(31)とを備えているこ
とが好ましい。

【０００９】上記事項により、熱源側熱交換器の内部に
液冷媒が溜まり込むと、開閉制御手段によって開閉弁は
開放され、高圧レシーバ内のガス冷媒は配管を通じて低
圧ラインに排出される。その結果、高圧レシーバの内部
圧力は一時的に低下し、熱源側熱交換器内の液冷媒は高
圧レシーバに回収される。そして、熱源側熱交換器から
の液冷媒の回収が終了すると、閉鎖弁は閉鎖される。

【００１０】前記開閉制御手段(31)は、前記熱源側熱交
換器(3)に溜まった液冷媒の量に応じて前記開閉弁(21)
の開放時間及び閉鎖時間を調節するように構成されてい
ることが好ましい。

【００１１】上記事項により、熱源側熱交換器に溜まっ
た液冷媒の量に応じて開閉弁の開放時間及び閉鎖時間が
調節されるので、熱源側熱交換器からの液冷媒の回収は
効率的に行われる。

【００１２】前記冷凍装置は、前記冷媒回路(1)の高圧
側圧力を検出する圧力検出手段(28)を備え、前記開閉制
御手段(31)は、前記開閉弁(21)を閉じた状態で検出した
第１の高圧側圧力と、その後該開閉弁(21)を所定時間開
いてから閉じた後に検出した第２の高圧側圧力とを比較
し、該第１高圧側圧力と該第２高圧側圧力との圧力差が
小さいほど開閉間隔が長くなるように該圧力差に基づい
て該開閉弁(21)の開閉間隔を調節するように構成されて
いてもよい。

【００１３】開閉弁を開放すると、熱源側熱交換器の液
冷媒が高圧レシーバに回収されるとともに、冷媒回路の
高圧側圧力は低下する。そして、第１高圧側圧力と第２
高圧側圧力との圧力差は、室外熱交換器に溜まり込んで
いた液冷媒の量に依存する。具体的には、熱源側熱交換
器に溜まり込んだ液冷媒の量が多い場合には、回収され
る前と後での熱交換器の能力差が大きくなるため、上記
圧力差は大きくなる。一方、熱源側熱交換器に溜まり込
んだ液冷媒量が少ない場合には、わずかな量の液冷媒し
か回収できないため、回収前後での熱交換器の能力差は
小さい。よって、上記圧力差は小さくなる。そこで、当
該圧力差が大きいほど開閉間隔を短くし、またその差が
小さければ開閉間隔を長くする。これにより、熱源側熱
交換器からの液冷媒の回収は効率的に行われる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷房運
転時に、高圧レシーバ内のガス冷媒を冷媒回路の低圧ラ
インに逃がすことにより、熱源側熱交換器の内部に溜ま
り込んだ液冷媒を高圧レシーバに回収することとしたの
で、熱源側熱交換器内に占める液冷媒の領域を小さくす
ることができ、その分、二相冷媒の領域を大きくするこ
とができる。そのため、熱源側熱交換器の能力を向上さ
せることができる。また、冷媒回路の高圧側圧力の過剰
な上昇を抑制することができる。従って、装置のＣＯＰ
を向上させることができる。

【００１５】高圧レシーバと冷媒回路の低圧ラインとを
接続する配管と、当該配管に設けられた開閉弁と、当該
開閉弁を開閉する開閉制御手段とを備えることとすれ
ば、開閉弁の開閉によって高圧レシーバの内部圧力を変
化させることができ、熱源側熱交換器から高圧レシーバ
への液冷媒の回収を容易に行うことができる。

【００１６】熱源側熱交換器に溜まった液冷媒の量に応
じて開閉弁の開放時間及び閉鎖時間を調節することとす
れば、液冷媒の回収を効率的に行うことができる。

【００１７】開閉弁を閉じた状態で検出した第１の高圧
側圧力と、開閉弁を所定時間開いてから閉じた後に検出
した第２の高圧側圧力とを比較し、その圧力差が小さい
ほど開閉間隔が長くなるように当該圧力差に基づいて開
閉弁の開閉間隔を調節することとすれば、熱源側熱交換
器からの液冷媒の回収を効率的に行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に示すように、実施形態に係
る冷凍装置は、圧縮機(2a,2b)、熱源側熱交換器として
の室外熱交換器(3)、高圧レシーバ(4)、室内電動弁(5,
5)、及び利用側熱交換器としての室内熱交換器(6,6)が
設けられた冷媒回路(1)を備えている。

【００１９】各圧縮機(2a,2b)の吐出側の配管には、油
分離器(7,7)が設けられている。両油分離器(7,7)の下流
側の配管は合流し、合流後の吐出配管(9)は四路切換弁
(8)の第１ポートに接続されている。四路切換弁(8)の第
２ポートは、配管(10)を介して室外熱交換器(3)に接続
されている。室外熱交換器(3)と高圧レシーバ(4)とは、
室外電動弁(11)が設けられた配管(12)によって接続され
ている。高圧レシーバ(4)の他の液管(13)は複数本の分
岐管(14,14)に分岐しており、各分岐管(14)はそれぞれ
室内熱交換器(6)の一端に接続されている。各分岐管(1
4)には、室内電動弁(5)が設けられている。各室内熱交
換器(6)の他端には、分岐管(15)が接続されている。分
岐管(15,15)は合流して配管(16)となり、四路切換弁(8)
の第３ポートに接続されている。四路切換弁(8)の第４
ポートには低圧配管(17)が接続され、この低圧配管(17)
はアキュムレータ(18)に接続されている。アキュムレー
タ(18)は、吸入配管(19)を介して圧縮機(2a,2b)の吸入
側に接続されている。

【００２０】高圧レシーバ(4)の上部には、ガス抜き管
(20)の一端が接続されている。ガス抜き管(20)の他端
は、低圧配管(17)に接続されている。このガス抜き管(2
0)には、開閉弁として電磁弁(21)が設けられている。

【００２１】その他、本冷媒回路(1)には、冷却用イン
ジェクション回路(22)、油戻し管(23,23)及び均油管(2
4)が設けられている。冷却用インジェクション回路(22)
は、一端が配管(12)に接続され、他端が分岐して各圧縮
機(2a,2b)のインジェクションポートに接続されてい
る。各分岐管には、電磁弁(25)が設けられている。油戻
し管(23,23)は、油分離器(7,7)と吸入配管(19)とを接続
している。均油管(24)は、両圧縮機(2a,2b)のオイル室
同士を接続している。室外熱交換器(3)には室外送風機
(26)が設けられ、室内熱交換器(6,6)には室内送風機(2
7,27)が設けられている。

【００２２】吐出配管(9)及び吸入配管(19)には、それ
ぞれ圧力センサ(28,29)が設けられている。また、圧縮
機(2a,2b)の吐出側には、高圧圧力スイッチ(30,30)が設
けられている。更に、本冷凍装置は、電磁弁(21)の開閉
制御を実行する開閉制御手段として、コントローラ(31)
を備えている。

【００２３】冷房運転の際には、冷媒は以下のように循
環する。すなわち、圧縮機(2a,2b)から吐出された冷媒
は、室外熱交換器(3)において凝縮した後、いったん高
圧レシーバ(4)に貯留される。高圧レシーバ(4)内の液冷
媒は、各室内電動弁(5,5)によって減圧されて膨張した
後、各室内熱交換器(6)において蒸発する。蒸発した冷
媒は、アキュムレータ(18)を経た後、圧縮機(2a,2b)に
吸入される。

【００２４】このような冷媒循環が行われている間、運
転状態によっては室外熱交換器(3)の内部に多量の液冷
媒が溜まり込むことがある。そこで、本冷凍装置では、
コントローラ(31)によって、室外熱交換器(3)に溜まり
込んだ液冷媒を高圧レシーバ(4)に回収するための液回
収制御を実行する。次に、図２を参照しながら、液回収
制御について説明する。

【００２５】まず、運転開始に伴って、運転状態が安定
するまで所定の起動制御を実行した後、ステップＳＴ１
において、運転モードが冷房運転か否かを判定する。Ｙ
ＥＳの場合は、ステップＳＴ２に進み、上記起動制御の
終了後から所定時間ｔ₀が経過しているか否かを判定す
る。ＹＥＳの場合にはステップＳＴ３に進み、圧力セン
サ(28)によって冷媒回路(1)の高圧側圧力を検出する。
この時に検出された圧力は電磁弁(21)を閉鎖している状
態における高圧側圧力であり、ここでは第１圧力Ｐ１と
称することとする。

【００２６】次に、ステップＳＴ４に進み、電磁弁(21)
を所定時間ｔ₁開放する。このことにより、高圧レシー
バ(4)内のガス冷媒は低圧配管(17)に吸引され、高圧レ
シーバ(4)の内部圧力は一時的に低下する。そして、室
外熱交換器(3)と高圧レシーバ(4)との圧力差が駆動力と
なり、室外熱交換器(3)に溜まり込んだ液冷媒は高圧レ
シーバ(4)に回収されることになる。その後、ステップ
ＳＴ５に進み、電磁弁(21)を閉じた状態での冷媒回路
(1)の高圧側圧力を検出する。ここではこの高圧側圧力
を第２圧力Ｐ２と称することとする。

【００２７】その後、ステップＳＴ６以降において、第
１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ
２）を算出し、この圧力差ΔＰの値に基づいて電磁弁(2
1)の作動のタイミングを調節する。ここで、室外熱交換
器(3)に溜まり込んでいた液冷媒の量が多ければ上記圧
力差ΔＰは大きくなり、逆に、室外熱交換器(3)に溜ま
り込んでいた液冷媒の量が少なければ上記圧力差ΔＰは
小さくなる。そこで、本実施形態では、上記圧力差ΔＰ
が大きいほど電磁弁(21)の開閉間隔が短くなるように閉
鎖タイミングを調節することとした。

【００２８】具体的には、ステップＳＴ６において、圧
力差ΔＰが所定の第１判定値Ｐ_L以上か否かを判定し、
ＹＥＳの場合はステップＳＴ７に進み、第１所定時間ｔ
_L経過後にステップＳＴ１に戻る。ＮＯの場合はステッ
プＳＴ８に進み、圧力差ΔＰが所定の第２判定値Ｐ_S以
上か否かを判定する。なお、ここで第２判定値Ｐ_Sは第
１判定値Ｐ_Lよりも小さな値である。ステップＳＴ８に
おける判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳＴ９に
進み、上記第１所定時間ｔ_Lよりも短い第２所定時間ｔ_M
経過後に、ステップＳＴ１に戻る。一方、判定結果がＮ
Ｏの場合（圧力差ΔＰが第２判定値Ｐ_S未満の場合）に
は、ステップＳＴ１０に進み、上記第２所定時間ｔ_Mよ
りも短い第３所定時間ｔ_S経過後に、ステップＳＴ１に
戻る。

【００２９】このような制御の結果、図３（ａ）に模式
的に示すように、室外熱交換器(3)に溜まり込んでいた
液冷媒は、図３（ｂ）に示すように電磁弁(21)の開放に
よって高圧レシーバ(4)に回収され、室外熱交換器(3)に
残留する液冷媒の量は少なくなる。

【００３０】なお、ここでは起動制御終了後の液回収制
御について説明したが、このような液回収制御は所定時
間ごとに実行される。これにより、ガス抜き管(20)の電
磁弁(21)は間欠的に開閉されることになり、室外熱交換
器(3)から液冷媒は周期的に抜き出される。そのため、
室外熱交換器(3)に多量の液冷媒が溜まり込むことは防
止される。従って、室外熱交換器(3)における二相冷媒
の占める領域が相対的に大きくなり、室外熱交換器(3)
の能力は向上する。また、高圧側圧力の過上昇は抑制さ
れ、圧縮機(2a,2b)の入力が徒に増加することはなくな
る。その結果、ＣＯＰは向上する。

【００３１】所定条件の下で性能評価計算を行ったとこ
ろ、表１及び表２に示すように、液領域の比率が８．７
２％から０％にまで減少すると、熱交換能力は約５．５
％向上することが分かった。この熱交換能力の向上によ
り、ＣＯＰは３％程度向上する。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】 なお、液回収制御は必ずしも周期的に行う必要はなく、
高圧圧力が所定値になると実行する等、冷媒回路(1)の
パラメータに基づいて適宜実行するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

【図２】液回収制御のフローチャートである。

【図３】室外熱交換器における液冷媒の溜まり具合を模
式的に示した図であり、（ａ）は電磁弁を閉鎖した状
態、（ｂ）は電磁弁を開放した状態を示す。

【図４】従来の冷凍装置の冷媒回路図である。

【符号の説明】

(1) 冷媒回路 (2a,2b) 圧縮機 (3) 室外熱交換器（熱源側熱交換器） (4) 高圧レシーバ (5) 室内電動弁（減圧機構） (6) 室内熱交換器（利用側熱交換器） (17) 低圧配管（低圧ライン） (18) アキュムレータ (20) ガス抜き管（配管） (21) 電磁弁（開閉弁） (28) 圧力センサ（圧力検出手段） (31) コントローラ（開閉制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機(2a,2b)と熱源側熱交換器(3)と高
   圧レシーバ(4)と減圧機構(5)と利用側熱交換器(6)とを
   有する冷媒回路(1)を備えた冷凍装置であって、 冷房運転中に上記熱源側熱交換器(3)に溜まった液冷媒
   を上記高圧レシーバ(4)に回収するように該高圧レシー
   バ(4)内のガス冷媒を上記冷媒回路(1)の低圧ライン(17)
   に逃がすガス抜き手段(20,21)を備えている冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の冷凍装置において、 前記ガス抜き手段は、前記高圧レシーバ(4)と前記冷媒
   回路(1)の低圧ライン(17)とを接続する配管(20)と、該
   配管(20)に設けられた開閉弁(21)と、該開閉弁(21)を開
   閉する開閉制御手段(31)とを備えている冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の冷凍装置において、 前記開閉制御手段(31)は、前記熱源側熱交換器(3)に溜
   まった液冷媒の量に応じて前記開閉弁(21)の開放時間及
   び閉鎖時間を調節するように構成されている冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の冷凍装置において、 前記冷媒回路(1)の高圧側圧力を検出する圧力検出手段
   (28)を備え、 前記開閉制御手段(31)は、前記開閉弁(21)を閉じた状態
   で検出した第１の高圧側圧力と、その後該開閉弁(21)を
   所定時間開いてから閉じた後に検出した第２の高圧側圧
   力とを比較し、該第１高圧側圧力と該第２高圧側圧力と
   の圧力差が小さいほど開閉間隔が長くなるように該圧力
   差に基づいて該開閉弁(21)の開閉間隔を調節するように
   構成されている冷凍装置。