JP2003269807A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
の新冷媒の使用を可能とし、機器の信頼性を確保しかつ
性能を損なわない冷凍装置を得る。 【解決手段】冷凍装置は、圧縮機1、凝縮器2及び受液
器3を備え、膨張弁5a,5bを介して蒸発器6a,6
bへ接続される。凝縮器の下流側とスクロール圧縮機と
は液インジェクション配管12で接続され、この液イン
ジェクション配管は圧縮機の吐出側温度に関連して液イ
ンジェクションの量が制御される構成となっている。冷
媒は塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒が使用され、エ
ーテル系又はエステル系の冷凍機油が使用される。前記
圧縮機は回転数制御可能なスクロ−ル圧縮機を使用す
る。
Description
機等に使用される冷凍装置に係り、特に塩素を含まない
混合冷媒を用いた冷凍装置に好適である。
は、いわゆるCFC,HCFC等の塩素を含む弗化炭化
水素系冷媒がその優れた熱力学的性質と安定性のため
に、冷媒として最適な物質として主流をなして用いられ
ていた。
は、例えば特開平3−63461号公報、特開昭59−
84049号公報及び特開平5−172408号公報な
どに記載されているように、圧縮機の過熱を防止し、か
つ幅広い運転圧力範囲を達成している。
素系物質は、その安定性のために分解することなく、対
流によって成層圏へ到達する。そして上空の強い紫外線
により光分解して、オゾンと反応する塩素原子を遊離す
るので、オゾン層を破壊する作用があることが明らかに
なっている。人体に有害な紫外線を上空で遮断する働き
をするオゾン層を保護するために、塩素を含む弗化炭化
水素系物質の全廃が決定されている。空気調和機や冷凍
機の冷媒として広く用いられているHCFC22もその
対象であり、いわゆる特定フロンであるCFC類よりは
オゾン層破壊に対する影響が小さいため、全廃までの猶
予期間は長めに設定されている。この猶予期間中に代替
冷媒および代替冷媒対応の冷凍装置の開発が必須となっ
ている。
として検討されている新冷媒として、例えばオゾン層破
壊の原因である塩素を含まない弗化炭化水素系のHFC
32,HFC125,HFC134a,HFC143
a,HFC152aなどが検討されており、これらのい
ずれか単独あるいは複数混合冷媒が有力で、冷凍能力や
効率等の性能因子や、運転圧力や温度等のサイクル状態
が従来冷媒と同等か近いものを指向して開発が進められ
ている。これは、従来冷媒製品と使い勝手が変わらない
ように意図されたものであり、製品仕様や製造装置等が
従来のものから最小限の変更で、新冷媒対応製品への移
行をはかることができることを狙っている。
製品と同等の性能はもちろん、運転圧力範囲や温度等の
サイクル状態を常に安定させるために圧縮機やサイクル
補器部品、サイクル制御を新冷媒に対応できるようにす
る必要がある。また、冷媒が変わることにより、冷凍機
油もそれに対応したものに変わる。すなわち、塩素は油
との相容性を助ける作用があるが、前述のとおり新冷媒
はオゾン層破壊の原因となる塩素を含まないがゆえに、
従来冷媒に広く用いられてきた鉱物油やアルキルベンゼ
ン等を主体とする従来冷凍機油とは相容性が著しく低下
するので、従来冷凍機油とともに使用することができな
い。そこで、エーテル系やエステル系等分子極性により
新冷媒との相容性を確保する新冷凍機油が開発されてい
る。ところで、新冷媒を適用した冷凍サイクル中の、従
来冷凍機油や従来冷媒による塩素系物質の混入は、新冷
媒や新冷凍機油の化学的変化の原因となり、例えば、酸
の発生による冷凍サイクル内材料の腐食を引き起こすこ
とがあげられ、製品の信頼性を著しく低下させる問題が
ある。
る塩素を含まない種々の新冷媒の使用を可能とし、機器
の信頼性を確保しかつ性能を損なわない冷凍装置を得る
ことにある。
本発明は、圧縮機と凝縮器と受液器とを備え、膨張弁を
介して蒸発器へ接続されて冷凍サイクルを構成する冷凍
装置において、前記冷凍サイクルの冷媒として塩素を含
まない弗化炭素水素系冷媒を使用すると共に、前記冷凍
サイクルの冷凍機油としてエーテル系又はエステル系の
冷凍機油を使用し、前記圧縮機は回転数制御可能なモ−
タによって駆動されるスクロ−ル圧縮機であり、前記凝
縮器下流側と前記スクロール圧縮機とを液インジェクシ
ョン配管で接続し、この液インジェクション配管には前
記圧縮機への液インジェクションの量を制御する手段を
備えたことを特徴とするものである。
御する手段はインジェクションバルブ又は電子式膨張弁
であり、該インジェクションバルブ又は電子式膨張弁
は、前記スクロ−ル圧縮機の吐出温度に関連してその開
度が制御されるように構成すると良い。
めの送風機及びそのための回転数制御可能な送風機モ−
タを備え、外気温度が低い場合には前記送風機モ−タの
回転数を低下させて送風量を減少させるようにすると良
い。
力が高圧設定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を低
下させて圧縮機容量を低下させ、前記凝縮器の圧力が低
圧設定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を増加させ
て圧縮機容量を増加させる圧力制御装置を有するように
しても良い。
より低い場合、液インジェクション配管から圧縮機への
冷媒量を減少させ、圧縮機吐出側温度を高くして冷媒の
冷凍機油への溶け込み量を低下させ、冷凍機油の粘度を
確保するようにすると良い。
は、凝縮器用送風機モータの回転数を増加させて高圧圧
力を低下させ、凝縮器出口液冷媒温度が低い場合には、
凝縮器用送風機モータの回転数を減少させて高圧圧力を
増加させるようにしても良い。
った場合、スクロ−ル圧縮機の容量をダウンさせて容量
制御を行ない、また凝縮器用送風機モ−タの回転数を全
速にして、高圧圧力を低下させるようにすると良い。
液器とを備えた冷凍装置において、前記冷凍装置の冷媒
として塩素を含まない弗化炭素水素系冷媒を使用すると
共に、冷凍機油としてエーテル系又はエステル系の冷凍
機油を使用し、前記凝縮器下流側と前記圧縮機とを液イ
ンジェクション配管で接続し、この液インジェクション
配管には前記圧縮機への液インジェクションの量を制御
する手段を備えたことにある。
−タによって駆動される構成にすると共に、凝縮器の圧
力が高圧設定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を低
下させて圧縮機容量を低下させ、凝縮器の圧力が低圧設
定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を増加させて圧
縮機容量を増加させる圧力制御装置を有するようにする
と好適である。
冷媒は、HFC32、HFC125及びHFC134a
のすくなくとも何れかを含むものであることが好まし
い。
媒として塩素を含まない弗化炭化水素のHFC125/
HFC143a/HFC134a(重量比率44/52
/4wt%)の3種混合冷媒を使用し、圧縮機として液
インジェクションタイプのスクロール圧縮機を使用す
る。また、新冷凍機油であるエステル油を使用する。
説明する。図1に示すように、この実施例の冷凍装置
は、スクロ−ル圧縮機1、凝縮器2、受液器3、ドライ
ヤ4、膨張弁5a,5b、蒸発器6a,6b、ストレー
ナ18、アキュームレータ7を順次接続し、冷凍サイク
ルを構成している。また、凝縮器2に外部の空気を供給
するために送風機モータ8a,8bとプロペラファン9
a,9bが図のように2組設けられている。
壊の原因である塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を使
用している。この種冷媒としては、HFC32,HFC
125,HFC134a,HFC143a,HFC15
2aなどがあり、これらのいずれか単独あるいは複数混
合冷媒として使用する。本実施例では、3種混合冷媒で
あるR125/R143a/R134a(重量比率44
/52/4wt%)を使用している。また、冷凍サイク
ルに使用される冷凍機油も前記冷媒と相性の良いものを
使用する必要がある。本実施例では冷凍機油としてエス
テル油を使用しており、特に前記冷凍機油は、冷凍装置
の一般的な仕様範囲である−60℃〜+5℃の温度範囲
をカバ−するものとして、粘度が40℃のとき2〜70
cSt、100℃のとき1〜9cStであり、分子中に
エステル結合を少なくとも2個保有する脂肪酸のエステ
ル油を基油としたものが良いことがわかった。
冷凍サイクルで、従来の塩素を含む冷媒を使用した冷凍
装置と同様に、−60℃〜+5℃の温度範囲をカバ−す
る冷凍装置を実現するため、本実施例では更に以下の工
夫をしている。
検出器31と低圧側配管25の圧力を検出する低圧圧力
検出器32に各々接続され、高圧圧力または低圧圧力の
限界値に達したとき圧縮機モ−タの操作回路のスイッチ
を切断する保護開閉器23を設けている。
定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を低下させて圧
縮機容量を低下させ、圧力が低圧設定値に達したとき圧
縮機モ−タの回転数を増加させて圧縮機容量を増加させ
る圧力制御装置15を有する。圧縮機モ−タの回転数制
御は、極数変換モ−タの使用により回転数を段階的に制
御したり、あるいはインバ−タ制御により圧力値に応じ
て連続的に制御しても良い。なお、この実施例では圧力
制御装置15により圧力が高圧設定値に達したときには
同時に送風機モ−タ8a,8bの回転数も全速に制御し
て高圧圧力を低下させ、圧力が低圧設定値に達したとき
には送風機モ−タ8a,8bの回転数を低下させて高圧
圧力増加させるようにしている。
配管16と前記スクロ−ル圧縮機1とを接続する液イン
ジェクション配管12有している。この液インジェクシ
ョン配管12にはストレーナ11及び電子式膨張弁10
が設けられており、これらを介して液冷媒は、スクロ−
ル圧縮機1の中間圧室へ注入される。また、30は電子
式膨脹弁10及び送風機モ−タ8a,8bを制御する制
御装置で、凝縮器2の液温を検知するサーミスタ26、
凝縮器2の空気吸込温度(室外空気温度)を検知するサ
ーミスタ27及び圧縮機1の吐出側温度を検知するサー
ミスタ28からの検出値に応じて、予め入力されている
プログラムにより電子式膨脹弁10及び送風機モ−タ8
a,8bの制御量を演算処理する。29は制御装置30
からの指令により凝縮器用送風機モータ8a,8b及び
電子式膨張弁10へ制御信号を出力する制御信号出力装
置である。
交換器の冷媒配管の径よりも細径の熱交換器を使用して
いる。本実施例では、冷凍装置の温度範囲をカバ−させ
るため、特に径が約7mmの細径熱交換器を凝縮器2に使
用している。
を接続し電磁弁20,逆止弁21を介して、蒸発器6
a,6bの出口配管(冷媒ガス配管)17に接続されて
いる。これは圧縮機1を起動する前に高圧のガスを低圧
側へ逃すためであり、電磁弁20をある一定時間「開」
とするものである。これにより、高圧・低圧側のサイク
ル圧力をバランスさせ、圧縮機1の起動をスムーズに行
なうことができる。
る。圧縮機1で圧縮された冷媒ガスは、吐出配管13,
逆止弁14を経て凝縮器2で凝縮され、受液器3、冷媒
液配管16、ドライヤ4を通り、膨張弁5a,5b,蒸
発器6a,6bに送られ蒸発してガスとなり、冷媒ガス
配管17,ストレーナ18,アキュームレータ7を通り
吸込配管19から圧縮機1の吸込側に戻る。
する。電子式膨張弁10の開度調整は圧縮機1の吐出側
温度により制御する。サーミスタ28の検知により予め
入力されている吐出温度の設定値と、検知された吐出温
度とを比較し、設定値より高ければ弁10の開度を大き
くし、低ければ開度を小さくする。すなわち、制御装置
30、制御信号出力装置29により連続的に膨張弁10
の開度調整を行なう。これにより、圧縮機1の吐出側温
度を制御することで、過熱防止を図り安定した冷凍サイ
クル運転を行なうことができる。
に溶け込む量が増えるため冷凍機油の粘度が低下してい
る。このため、圧縮機の軸受部への潤滑油として効果が
小さくなり、軸受部の摩耗を生じる。本実施例では、外
気温度がある設定温度より低い場合、油の粘度を少しで
も高めるためサーミスタ27の検知により、液インジェ
クション配管12の電子式膨張弁10の開度を絞り、圧
縮機1への冷媒量を減少させ、圧縮機起動時の吐出側温
度を高くして冷媒の冷凍機油への溶け込み量を低下させ
て冷凍機油の粘度を確保するようにする。これにより圧
縮機軸受部の信頼性を向上することができる。
るため高圧圧力の制御を行なう。すなわち、サーミスタ
26の検知により、凝縮器2の出口液冷媒温度が高い場
合には、凝縮器用送風機モータ8a,8bの回転数を増
加させ送風量を増やして高圧圧力を低下させる。また、
凝縮器2の出口液冷媒温度が低い場合には、凝縮器用送
風機モータ8a,8bの回転数を減少させ高圧圧力を増
加させる。
気温度が高い場合にも凝縮器用送風機モータ8a,8b
の回転数を増加させ送風量を増やして高圧圧力を低下さ
せ、外気温度が低い場合には送風量を減少させて高圧圧
力を増加させる。
出力装置29により送風機モータ8a,8bの回転数を
制御して行なう。
った場合、圧力制御装置15の作動によりスクロ−ル圧
縮機1の容量をダウンさせて容量制御を行ない、また送
風機モ−タ8a,8bの回転数を全速にして、高圧圧力
を低下させる。凝縮器2の圧力が設定値より低くなった
場合にも圧力制御装置15の作動によりスクロ−ル圧縮
機1の容量を増加させ、送風機モ−タ8a,8bの回転
数も低下させて、高圧圧力を増加させるように制御す
る。なお、受液器3には冷媒が過熱し過ぎたときに冷媒
を放出する作用のある可溶栓33を設けている。
したとき、これを除去することを目的としたものであ
る。塩素を含まない弗化炭化水素系冷媒を作動冷媒とす
る前記冷凍サイクルにおいて、ドライヤ4に使用の乾燥
剤は、結晶構造中の分子吸着空洞部に至る細孔径が塩素
を含まない弗化炭化水素系冷媒の分子より小さく、かつ
水の分子より大きい3.3オングストローム以下の合成
ゼオライトで構成されている。ドライヤ4の取付位置は
圧縮機1内の油溜り部または油分離装置の油溜り部、あ
るいはアキュームレータ7の内部に設置してもよく、こ
の場合には冷凍サイクル配管に接続した場合に比べ部品
点数を少なくでき、製造コストの低減、及び取付不良に
よるガス漏れの低減を図ることができる。
てサーミスタ26〜28を使用したが、サーミスタの代
わりにサーモスタットによるON/OFF制御にしても
良い。サーミスタを使用すれば連続的な制御が可能であ
るが、サーモスタットを使用した場合ON/OFF制御
になる。また、温度検知ではなく圧力検知を行なって制
御装置30、制御信号出力装置29により、制御を行な
うこともできる。
ンジェクションの部分の他の例を図2〜図5により説明
する。図2の例では、液インジェクション制御を電磁弁
34a,34bとキャピラリ35a,35bで行なうよ
うにしたものである。圧縮機1の起動と同時に電磁弁3
4aを開とし、圧縮機1吐出側温度上昇防止を行なう。
さらに吐出側温度が高くなると、サーミスタ28で検知
し設定温度と比較し高い場合、電磁弁34bを開とし、
液インジェクション量を増やすことにより、圧縮機1の
過熱防止を行なうことができる。
なるのは、液インジェクション配管12の接続位置を、
受液器3の下部液溜まり部に接続したものである。これ
により、液冷媒を常に安定して液インジェクション制御
用として使うことが可能となる。
なるのは、液インジェクション制御のみである。図4の
例では液インジェクション制御を、インジェクションバ
ルブ36のライン、および電磁弁34aとキャピラリ3
5aのラインを使い分けて行なう。圧縮機1の起動と同
時に電磁弁34aを開とし、圧縮機1の吐出側温度上昇
防止を行なう。さらに、吐出配管13に接続された温度
または圧力検知37により設定温度または圧力より高く
なった場合は、インジェクションバルブ36が開き、低
い場合は閉じる動作を行なう。これにより、圧縮機1の
過熱防止運転を行ない、安定した冷凍サイクル運転を実
施することができる。
例と異なるのは、液インジェクション配管12の接続位
置を、受液器3の下部液溜まり部に接続したもので、こ
れにより、液冷媒を常に不足なく液インジェクション制
御用として使うことができる。
層破壊の原因である塩素を含まない種々の新冷媒の使用
が可能となり、機器の信頼性を確保しかつ性能を損なわ
ない冷凍装置を実現することができる。
る。
の例を示す要部系統図である。
らに別の例を示す要部系統図である。
らに別の例を示す要部系統図である。
らに別の例を示す要部系統図である。
5a,5b…膨張弁、6a,6b…蒸発器、7…アキュ
ームレータ,8a,8b…送風機モータ,9a,9b…
プロペラファン、10…電子式膨張弁、12…液インジ
ェクション配管、15…圧力制御装置、26…凝縮器液
温検知用サーミスタ、27…外気温度検知用サーミス
タ、28…圧縮機吐出側温度検知用サーミスタ、29…
制御信号出力装置、30…制御装置、34a,34b…
電磁弁、35a,35b…キャピラリ、36…インジェ
クションバルブ、37…温度または圧力検出装置。
Claims (10)
- 【請求項1】圧縮機と凝縮器と受液器とを備え、膨張弁
を介して蒸発器へ接続されて冷凍サイクルを構成する冷
凍装置において、 前記冷凍サイクルの冷媒として塩素を含まない弗化炭素
水素系冷媒を使用すると共に、前記冷凍サイクルの冷凍
機油としてエーテル系又はエステル系の冷凍機油を使用
し、 前記圧縮機は回転数制御可能なモ−タによって駆動され
るスクロ−ル圧縮機であり、 前記凝縮器下流側と前記スクロール圧縮機とを液インジ
ェクション配管で接続し、この液インジェクション配管
には前記圧縮機への液インジェクションの量を制御する
手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項2】請求項1において、前記液インジェクショ
ンの量を制御する手段はインジェクションバルブ又は電
子式膨張弁であり、該インジェクションバルブ又は電子
式膨張弁は、前記スクロ−ル圧縮機の吐出温度に関連し
てその開度が制御されることを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項3】請求項1または2において、前記凝縮器へ
外部空気を供給するための送風機及びそのための回転数
制御可能な送風機モ−タを備え、外気温度が低い場合に
は前記送風機モ−タの回転数を低下させて送風量を減少
させるようにしたことを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項4】請求項1〜3の何れかにおいて、前記凝縮
器の圧力を検出して、圧力が高圧設定値に達したとき圧
縮機モ−タの回転数を低下させて圧縮機容量を低下さ
せ、前記凝縮器の圧力が低圧設定値に達したとき圧縮機
モ−タの回転数を増加させて圧縮機容量を増加させる圧
力制御装置を有することを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項5】請求項1〜4の何れかにおいて、圧縮機起
動時の外気温度が設定温度より低い場合、液インジェク
ション配管から圧縮機への冷媒量を減少させ、圧縮機吐
出側温度を高くして冷媒の冷凍機油への溶け込み量を低
下させ、冷凍機油の粘度を確保することを特徴とする冷
凍装置。 - 【請求項6】請求項1〜5の何れかにおいて、凝縮器出
口液冷媒温度が高い場合には、凝縮器用送風機モータの
回転数を増加させて高圧圧力を低下させ、凝縮器出口液
冷媒温度が低い場合には、凝縮器用送風機モータの回転
数を減少させて高圧圧力を増加させることを特徴とする
冷凍装置。 - 【請求項7】請求項1〜6の何れかにおいて、凝縮器の
圧力が設定値より高くなった場合、スクロ−ル圧縮機の
容量をダウンさせて容量制御を行ない、また凝縮器用送
風機モ−タの回転数を全速にして、高圧圧力を低下させ
ることを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項8】圧縮機と凝縮器と受液器とを備えた冷凍装
置において、前記冷凍装置の冷媒として塩素を含まない
弗化炭素水素系冷媒を使用すると共に、冷凍機油として
エーテル系又はエステル系の冷凍機油を使用し、前記凝
縮器下流側と前記圧縮機とを液インジェクション配管で
接続し、この液インジェクション配管には前記圧縮機へ
の液インジェクションの量を制御する手段を備えたこと
を特徴とする冷凍装置。 - 【請求項9】請求項8において、前記圧縮機は回転数制
御可能なモ−タによって駆動される構成にすると共に、
凝縮器の圧力が高圧設定値に達したとき圧縮機モ−タの
回転数を低下させて圧縮機容量を低下させ、凝縮器の圧
力が低圧設定値に達したとき圧縮機モ−タの回転数を増
加させて圧縮機容量を増加させる圧力制御装置を有する
ことを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項10】請求項1〜9の何れかにおいて、前記塩
素を含まない弗化炭素水素系冷媒は、HFC32、HF
C125及びHFC134aのすくなくとも何れかを含
むものであることを特徴とする冷凍装置。
Priority Applications (1)
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JP2003108534A JP2003269807A (ja) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | 冷凍装置 |
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JP2000347441A Division JP3601442B2 (ja) | 2000-11-09 | 2000-11-09 | 冷凍装置 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2003
- 2003-04-14 JP JP2003108534A patent/JP2003269807A/ja active Pending
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