JP2002327690A

JP2002327690A - ２段圧縮機

Info

Publication number: JP2002327690A
Application number: JP2001132527A
Authority: JP
Inventors: Kaname Otsuka; 要大塚; Nozomi Goto; 望後藤
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】部分負荷運転においても効率が良好な２段圧
縮機を提供すること。【解決手段】２段圧縮機は、低段圧縮機１と高段圧縮
機３とを接続管２で接続し、低段圧縮機１の吸入圧力を
検出する低圧センサ２１と、低段圧縮機１と高段圧縮機
３との間の中間圧力を検出する中間圧センサ２２と、高
段圧縮機２３の吐出圧力を検出する高圧センサ２３と、
高段圧縮機３のモータ部に接続されたインバータ５を制
御する制御部６を備える。制御部６は、低段圧縮機１と
高段圧縮機３との間の中間圧力が、低圧センサ２１の検
出値と低圧センサ２３の検出値に基いて算出した目標圧
力値になるように、インバータ５を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２段圧縮機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、２段圧縮機は、低段圧縮機と
この低段圧縮機に接続した高段圧縮機とを有する。この
低段圧縮機および高段圧縮機は、いずれもスクリュー圧
縮機であり、上記低段圧縮機はスライドバルブを調節し
て容量制御が可能な可変容量型のスクリュー圧縮機であ
る。一方、上記高段圧縮機はスライドバルブが全開で固
定された固定容量型のスクリュー圧縮機である。

【０００３】上記２段圧縮機は、上記低段圧縮機の吸入
圧力を検出する低圧センサと、上記高段圧縮機からの吐
出圧力を検出する高圧センサと、上記低圧センサおよび
高圧センサからの信号に基いて、上記低段圧縮機のスラ
イドバルブの開度を調節する制御部を備える。この制御
部は、２段圧縮機の起動時に低段圧縮機のスライドバル
ブの開度を小さくして、低段圧縮機と高段圧縮機との間
の中間圧力が、低段圧縮機の吸入圧力や高段圧縮機の吐
出圧力よりも大きくならないようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の２段圧縮機は、全負荷運転時から負荷が減少して部
分負荷運転になると、上記制御部は低段圧縮機の容量を
減少させるのみであるので、上記吸入圧力と中間圧力と
吐出圧力とのバランスが崩れて２段圧縮機の効率が悪化
するという問題がある。これは、上記吸入圧力と中間圧
力との間の差よりも、上記中間圧力と吐出圧力との間の
差が大きくなって、上記低段圧縮機の仕事量よりも高段
圧縮機の仕事量が格段に大きくなることに起因すると考
えられる。

【０００５】そこで、本発明の目的は、部分負荷運転に
おいても効率が良好な２段圧縮機を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の２段圧縮機は、低段圧縮機とこの
低段圧縮機に接続した高段圧縮機と、上記低段圧縮機の
吸入圧力を検出する低圧センサと、上記低段圧圧縮機と
高段圧縮機との間の中間圧力を検出する中間圧センサ
と、上記高段圧縮機の吐出圧力を検出する高圧センサ
と、上記高段圧縮機のモータ部に供給する電流の周波数
を変更するインバータと、上記低圧センサが検出した吸
入圧力値と、上記中間圧センサが検出した中間圧力値
と、上記高圧センサが検出した吐出圧力値とに基いて上
記インバータを制御して、上記中間圧力を制御する制御
部とを備えることを特徴としている。

【０００７】請求項１の２段圧縮機によれば、上記制御
部によって、上記低圧センサの検出値と中間圧センサの
検出値と高圧センサの検出値に基いて上記インバータが
制御され、上記高段圧縮機のモータ部に供給される電流
の周波数が変更される。そうすると、上記モータ部の回
転数が変更されて、このモータ部で駆動される高段圧縮
機の圧縮部の回転数が変更される。これによって、上記
中間圧力が適切な値になって、低段圧縮機の吸入圧力
と、上記中間圧力と、高段圧縮機の吐出圧力とのバラン
スが適切になり、その結果、２段圧縮機の効率が向上す
る。例えば、全負荷運転から部分負荷運転になって吸入
圧力や吐出圧力が変化した場合においても、その変化し
た吸入圧力や吐出圧力に基いて中間圧力が適切な値にさ
れるので、２段圧縮機の効率の大幅な悪化が効果的に回
避される。

【０００８】請求項２の発明の２段圧縮機は、請求項１
に記載の２段圧縮機において、上記制御部は、上記低圧
センサが検出した吸入圧力値と高圧センサが検出した吐
出圧力値とを下記の式に代入して目標圧力値を算出し、
上記中間圧センサが検出する中間圧力値が上記目標圧力
値になるように、上記インバータを制御することを特徴
としている。

【数２】Ｍｐ＝√（Ｌｐ×Ｈｐ）但し、Ｍｐ：目標圧力値、Ｌｐ：吸入圧力値、Ｈｐ：吐
出圧力値。

【０００９】請求項２の２段圧縮機によれば、上記制御
部によって、上記中間圧センサに検出される中間圧力値
が上記目標圧力値Ｍｐになるように、インバータが制御
されて高段圧縮機のモータ部に供給される電流の周波数
が変更される。これによって、上記モータ部で駆動され
る高段圧縮機の圧縮部の回転数が変更されて、上記中間
圧力が目標圧力値Ｍｐになる。この目標圧力値Ｍｐは、
上記２段圧縮機が、上記吸入圧力値Ｌｐおよび吐出圧力
値Ｈｐのときに最も良好な効率になる中間圧力の値であ
る。したがって、上記２段圧縮機は、上記吸入圧力およ
び吐出圧力が変化しても、良好な効率で運転される。

【００１０】請求項３の発明の２段圧縮機は、請求項１
または２に記載の２段圧縮機において、上記高段圧縮機
は、固定容量型の圧縮機であることを特徴としている。

【００１１】請求項３の２段圧縮機によれば、上記高段
圧縮機は、容量制御のための機構が不用であるので、構
造が簡単で効率が良好な２段圧縮機にできる。

【００１２】請求項４の発明の２段圧縮機は、請求項１
乃至３のいずれか１つに記載の２段圧縮機において、上
記低段圧縮機は、可変容量型の圧縮機であることを特徴
としている。

【００１３】請求項４の２段圧縮機によれば、上記低段
圧縮機は可変容量型であるので、この２段圧縮機の負荷
に対応して低段圧縮機の容量を変えることにより、２段
圧縮機の効率が向上する。

【００１４】請求項５の発明の２段圧縮機は、請求項１
乃至４のいずれか１つに記載の２段圧縮機において、上
記高段圧縮機は、可変容量型の圧縮機であることを特徴
としている。

【００１５】請求項５の２段圧縮機によれば、上記高段
圧縮機を容量制御することによって、例えば起動時に無
負荷運転ができて、２段圧縮機の効率が効果的に向上す
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の２段圧縮機の実施形態を
示す図である。この２段圧縮機は、低段圧縮機１と、こ
の低段圧縮機１に接続管２を介して接続する高段圧縮機
３とを備える。上記低段圧縮機１は、ケーシング１１内
に図示しないモータ部とこのモータ部で駆動されるスク
リューロータを備えるスクリュー圧縮機である。この低
段圧縮機１は、上記スクリューロータの吸入量および吐
出量を無段階で調節するスライドバルブを備え、このス
ライドバルブの開度を変えて容量制御をするようになっ
ている。上記高段圧縮機３は、ケーシング１３内に図示
しないモータ部とこのモータ部で駆動されるスクリュー
ロータを備えるスクリュー圧縮機である。この低段圧縮
機３は、図示しないスライドバルブの開度が１００％で
固定された固定容量型の圧縮機である。

【００１８】この２段圧縮機は、上記低段圧縮機１の吸
入管１５を開閉弁１６を介して蒸発器に接続されている
と共に、上記高段圧縮機３の吐出口１９を図示しない凝
縮器に接続している。この２段圧縮機と、凝縮器と、膨
張弁と、蒸発器とを順に接続して、冷凍装置を構成して
いる。

【００１９】上記２段圧縮機は、上記低段圧縮機１の吸
入管１５に接続されて低段圧縮機１の吸入圧力を検出す
る低圧センサ２１を備える。また、上記低段圧縮機１の
ケーシング１１内の吐出側に接続されて、低段圧縮機１
と高段圧縮機３との間の中間圧力を検出する中間圧セン
サ２２が設けられている。さらに、上記高段圧縮機３の
ケーシング１３内の吐出側に接続されて、高段圧縮機３
の吐出圧力を検出する高圧センサ２３とを備える。上記
低圧センサ２１および中間圧センサ２２および高圧セン
サ２３は、制御部６に電気的に接続している。この制御
部６はインバータ５に電気的に接続しており、このイン
バータ５は、上記制御部６の制御の下で、上記高段圧縮
機３の図示しないモータ部に供給する電流の周波数を変
更するようになっている。上記制御部６は、上記低圧セ
ンサ２１の検出値である吸入圧力値Ｌｐと、上記高圧セ
ンサ２３の検出値である吐出圧力値Ｈｐとを受け取り、
この吸入圧力値Ｌｐと吐出圧力値Ｈｐとに基いて、以下
の式（１）で求められる目標圧力値Ｍｐを算出する目標
圧力値算出手段を備える。

【数３】Ｍｐ＝√（Ｌｐ×Ｈｐ）・・・（１）但し、Ｍｐ：目標圧力値、Ｌｐ：吸入圧力値、Ｈｐ：吐
出圧力値。上記制御部６は、上記中間圧センサ２２の検
出値が、上記目標圧力値算出手段によって算出された目
標圧力値Ｍｐになるように、インバータ５を制御するよ
うになっている。

【００２０】上記構成の２段圧縮機が動作すると、上記
低段圧縮機１が、上記蒸発器からのガスを、矢印Ａに示
すように開閉弁１６を経て吸入し、吸入管１５内のフィ
ルタ１７を通過させ、ケーシング１１内の図示しないス
クリューロータに導く。このスクリューロータは上記ガ
スを圧縮し、この圧縮されたガスはケーシング１１内の
吐出側に吐出される。このケーシング１１内の吐出側に
吐出されたガスは、上記接続管２を介して高段圧縮機３
内に導かれる。この高段圧縮機３では、低段圧縮機１で
圧縮されたガスを図示しないスクリューロータに導き、
このスクリューロータが上記ガスをさらに圧縮する。高
段圧縮機３のスクリューロータで圧縮されたガスは、ケ
ーシング１３内の吐出側に吐出されて、吐出口１９から
矢印Ｂに示すように凝縮器に向って吐出される。

【００２１】この２段圧縮機の負荷が全負荷である場
合、上記低段圧縮機１のスライドバルブの開度を１００
％にする。このとき、上記制御部６は、上記低圧センサ
２１からの吸入圧力値Ｌｐと、上記高圧センサ２３から
の吐出圧力値Ｈｐとから、上記目標圧力値算出手段によ
って上記式（１）で目標圧力値Ｍｐを算出する。そし
て、上記中間圧センサ２２の検出値が上記目標圧力値Ｍ
ｐになるように、インバータ５を制御して高段圧縮機３
のモータ部に供給する電流の周波数を制御する。したが
って、上記低段圧縮機１の吸入圧力と、上記低段圧縮機
１と高段圧縮機３との間の中間圧力と、上記高段圧縮機
３からの吐出圧力とが適切な値になって、２段圧縮機が
良好な効率で運転できる。

【００２２】上記２段圧縮機の負荷が減少して、全負荷
運転から部分負荷運転になると、上記低段圧縮機１のス
ライドバルブの開度を減少して、低段圧縮機１の容量を
減少させる。そうすと、上記低段圧縮機１の吸入圧力お
よび吐出圧力が低下して、上記低段圧縮機１の吸入圧力
と、上記低段圧縮機１と高段圧縮機３との間の中間圧力
と、上記高段圧縮機３からの吐出圧力とのバランスが崩
れる。しかしながら、上記制御部６が、上記低圧センサ
２１、中間圧センサ２２、高圧センサ２３からの信号を
受け取って、吸入圧力と中間圧力と吐出圧力とが変化し
たことを察知すると、上記変化した吸入圧力と吐出圧力
とに基いて、上記目標圧力値算出手段によって新たな目
標圧力値Ｍｐを算出する。そして、この制御部６は、中
間圧力が上記新たな目的中間圧力値Ｍｐになるように、
上記インバータ５を制御して高段圧縮機３のモータ部に
供給する電流の周波数を変更する。これによって、上記
高段圧縮機３のスクリューロータの回転数が変更され
て、中間圧力が上記目的中間圧力値Ｍｐになる。その結
果、２段圧縮機の効率が、部分負荷の場合においても、
上記低段圧縮機１の容量に対応する良好な効率になる。
すなわち、従来の２段圧縮機におけるような、低段圧縮
機の吸入側と吐出側との間の圧力差よりも、高段圧縮機
の吸入側と吐出側との間の圧力差が大幅に大きくなっ
て、低段圧縮機の仕事量よりも高段圧縮機の仕事量が格
段に大きくなって、２段圧縮機の効率が悪化することが
回避できる。

【００２３】図２は、本実施形態の２段圧縮機におい
て、低段圧縮機１の容量を変えた場合に、この２段圧縮
機を用いた冷凍装置のＣＯＰ（成績係数）比の変化を示
した図である。本実施形態の２段圧縮機を用いた冷凍装
置と比較するために、従来の２段圧縮機を用いた冷凍装
置のＣＯＰ比の変化も同時に示している。図２におい
て、横軸は、低段圧縮機の容量であり、低段圧縮機のス
ライドバルブの開度に略一致する。図２の縦軸は、２段
圧縮機を備える冷凍装置の成績係数の比であり、低段圧
縮機が全負荷の場合の成績係数を１００％としている。
図２に示すように、低段圧縮機１の容量が２５％乃至８
０％であって部分負荷運転の場合には、本実施形態の２
段圧縮機を用いた冷凍装置のＣＯＰ比曲線３１は、従来
の２段圧縮機を用いた冷凍装置のＣＯＰ比曲線３２より
も値が大きい。これは、本実施形態の２段圧縮機では、
上記制御部６によって、吸入圧力と吐出圧力とに基いて
インバータ５で高段圧縮機２を制御して中間圧力を制御
するので、部分負荷の場合において２段圧縮機の効率が
向上されたことに起因する。上記低段圧縮機１の容量が
８０％以上の場合、本実施形態の２段圧縮機によるＣＯ
Ｐ比曲線３１は、従来の２段圧縮機によるＣＯＰ比曲線
３２と略同じである。すなわち、本実施形態の２段圧縮
機によれば、２段圧縮機の負荷が部分負荷の場合におけ
る効率が向上できるので、この２段圧縮機を用いた冷凍
装置の成績係数もまた、従来よりも向上できて、省エネ
ルギーができる。

【００２４】上記実施形態において、上記制御部６は、
上記目標圧力値算出手段で上記式（１）に吸入圧力値Ｌ
ｐと吐出圧力値Ｈｐとを代入して目標圧力値Ｍｐを算出
したが、テーブル格納部を設け、このテーブル格納部に
格納するテーブルに、吸入圧力値Ｌｐと、吐出圧力値Ｈ
ｐと、この吸入圧力値Ｌｐおよび吐出圧力値Ｈｐを上記
式（１）に代入して求めた目標圧力値Ｍｐとを予め記し
ていてもよい。この場合、上記制御部６は、２段圧縮機
の運転時に、上記低圧センサ２１からの吸入圧力値Ｌｐ
と、上記高圧センサ２３からの吐出圧力値Ｈｐとに基い
て、上記テーブルを参照して、目標圧力値Ｍｐを求め
る。

【００２５】上記実施形態において、高段圧縮機３はス
ライドバルブが１００％の開度で固定された固定容量型
のスクリュー圧縮機であったが、スライドバルブの開度
が調節可能な可変容量型のスクリュー圧縮機であっても
よい。この場合、２段圧縮機の起動時に、高段圧縮機の
スライドバルブの開度を略０％にすることによって無負
荷運転をして、２段圧縮機を効率良く速やかに起動する
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の２段圧縮機によれば、低段圧縮機とこの低段圧縮機
に接続した高段圧縮機と、上記低段圧縮機の吸入圧力を
検出する低圧センサと、上記低段圧圧縮機と高段圧縮機
との間の中間圧力を検出する中間圧センサと、上記高段
圧縮機の吐出圧力を検出する高圧センサと、上記高段圧
縮機のモータ部に供給する電流の周波数を変更するイン
バータと、上記低圧センサが検出した吸入圧力値と、上
記中間圧センサが検出した中間圧力値と、上記高圧セン
サが検出した吐出圧力値とに基いて上記インバータを制
御して、上記中間圧力を制御する制御部とを備えるの
で、上記低圧センサの検出値と中間圧センサの検出値と
高圧センサの検出値に基いて上記インバータで高段圧縮
機の圧縮部の回転数を変更して上記中間圧力を制御する
ことによって、低段圧縮機の吸入圧力と、上記中間圧力
と、高段圧縮機の吐出圧力とのバランスを適切にし、そ
の結果、２段圧縮機の効率を向上できる。

【００２７】請求項２の発明の２段圧縮機によれば、上
記制御部は、上記低圧センサが検出した吸入圧力値と高
圧センサが検出した吐出圧力値とを所定の式に代入して
目標圧力値を算出し、上記中間圧センサが検出する中間
圧力値が上記目標圧力値になるように、上記インバータ
を制御するので、容易かつ適切に目標圧力値を求めるこ
とができ、上記２段圧縮機の中間圧力を上記目標圧力値
にすることによって効率を効果的に向上できる。

【００２８】請求項３の発明の２段圧縮機によれば、上
記高段圧縮機は、固定容量型の圧縮機であるので、容量
制御のための機構が不用で、簡単な構造で効率が良好な
２段圧縮機にできる。

【００２９】請求項４の発明の２段圧縮機によれば、上
記低段圧縮機は、可変容量型の圧縮機であるので、２段
圧縮機の負荷に応じて効果的に容量制御ができて、２段
圧縮機の効率を効果的に向上できる。

【００３０】請求項５の発明の２段圧縮機によれば、上
記高段圧縮機は、可変容量型の圧縮機であるので、この
高段圧縮機の容量を制御することによって、例えば、起
動時に無負荷運転ができて、２段圧縮機の効率をさらに
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の２段圧縮機を示す図であ
る。

【図２】図１の２段圧縮機を用いた冷凍装置と従来の
２段圧縮機を用いた冷凍装置において、低段圧縮機のス
ライドバルブの開度を変えた場合の冷凍装置の成績係数
の変化を示す図である。

【符号の説明】

１低段圧縮機２接続管３高段圧縮機５インバータ６制御部１１低段圧縮機のケーシング１３高段圧縮機のケーシング１５低段圧縮機の吸込口１９低段圧縮機の吐出口２１低圧センサ２２中間圧センサ２３高圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 1/047 Ｆ２５Ｂ 1/047 Ｐ 1/10 1/10 ＤＦターム(参考） 3H029 AA03 AA16 AB03 AB08 BB42 BB52 CC02 CC07 CC27 CC53 CC54 CC62 3H045 AA05 AA09 AA15 AA27 AA33 BA12 BA33 BA37 CA02 CA03 CA09 DA05 DA33 DA36 DA42 EA13 EA34 EA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低段圧縮機（１）とこの低段圧縮機
（１）に接続した高段圧縮機（３）と、上記低段圧縮機（１）の吸入圧力を検出する低圧センサ
（２１）と、上記低段圧圧縮機（１）と高段圧縮機（３）との間の中
間圧力を検出する中間圧センサ（２２）と、上記高段圧縮機（３）の吐出圧力を検出する高圧センサ
（２３）と、上記高段圧縮機（３）のモータ部に供給する電流の周波
数を変更するインバータ（５）と、上記低圧センサ（２１）が検出した吸入圧力値と、上記
中間圧センサ（２２）が検出した中間圧力値と、上記高
圧センサ（２３）が検出した吐出圧力値とに基いて上記
インバータ（５）を制御して、上記中間圧力を制御する
制御部（６）とを備えることを特徴とする２段圧縮機。
【請求項２】請求項１に記載の２段圧縮機において、上記制御部（６）は、上記低圧センサ（２１）が検出し
た吸入圧力値と高圧センサ（２３）が検出した吐出圧力
値とを下記の式に代入して目標圧力値を算出し、上記中
間圧センサ（２２）が検出する中間圧力値が上記目標圧
力値になるように、上記インバータ（５）を制御するこ
とを特徴とする２段圧縮機。【数１】Ｍｐ＝√（Ｌｐ×Ｈｐ）但し、Ｍｐ：目標圧力値、Ｌｐ：吸入圧力値、Ｈｐ：吐
出圧力値。
【請求項３】請求項１または２に記載の２段圧縮機に
おいて、上記高段圧縮機（３）は、固定容量型の圧縮機であるこ
とを特徴とする２段圧縮機。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
２段圧縮機において、上記低段圧縮機（１）は、可変容量型の圧縮機であるこ
とを特徴とする２段圧縮機。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
２段圧縮機において、上記高段圧縮機（３）は、可変容量型の圧縮機であるこ
とを特徴とする２段圧縮機。