JP2005201483A - 冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法 - Google Patents

冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 第2圧縮機の起動前に吐出圧力、吸入圧力を低下させてから運転させることで、容易に起動させることのできる冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法を実現する。
【解決手段】 内燃機関により駆動される第1圧縮機11と、誘導電動機により駆動される第2圧縮機12と、第2圧縮機12から吐出された冷媒を凝縮器13に送る高圧配管12aと、第2圧縮機12の吸入側に接続された低圧配管12bと、高圧配管12aと低圧配管12bとを連通する第1連通管21と、この第1連通管21に配設される開閉弁21aと、第2圧縮機12が停止しているときに閉弁状態となり、第2圧縮機12が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁18と、低圧圧力調整弁18が閉弁状態のときに第1圧縮機11の吸入側と第2圧縮機12の吸入側とが連通する第2連通管22とを有する。これにより、第2圧縮機12を容易に起動させることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関により駆動される第1圧縮機または誘導電動機により駆動される第2圧縮機のいずれか一方を運転させる冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法に関するものであり、特に、第1圧縮機が停止したときに第2圧縮機を起動させる運転制御方法に関する。
近年、車両用の冷凍装置において、アイドリングストップ対応として、車両用のエンジンなどの内燃機関により駆動される第1圧縮機と誘導電動機により駆動される第2圧縮機とを並列に冷凍サイクルに構成させて第1圧縮機または第2圧縮機のいずれか一方を運転させる冷凍装置として、例えば、図3に示すような構成の装置が知られている。
この装置では、図3に示すように、内燃機関により駆動される第1圧縮機110と、誘導電動機170により駆動される第2圧縮機120とを並列に接続して、凝縮器130、受液器140、膨張弁150および蒸発器160を環状に接続させてなる冷凍サイクルを構成している。また、第2圧縮機120を駆動させる誘導電動機170は、バッテリなどの電源手段180に接続されたインバータ190により駆動されるようになっている。
そして、誘導電動機170を駆動するインバータ190の電気容量を小型化するために、第2圧縮機120の吸入側には、第2圧縮機120が停止しているときに閉弁状態となり、第2圧縮機120が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁200が設けられている。これにより、吸入側圧力を所定圧以下となるように制御している。そして、アイドリングストップにより内燃機関が停止したときは、第1圧縮機110が停止されるが、このときに第2圧縮機120を運転させて冷凍サイクルを停止させずに冷蔵庫の保冷性能を維持するようにしている。
しかしながら、上記構成によれば、第2圧縮機120を起動させるときは、冷凍サイクルの運転を第1圧縮機110から継続して第2圧縮機120を運転させることであるため、概して起動負荷が大きいときにも起動させることが必要である。これにより、インバータ190の電気容量が大きくなる問題がある。しかも、起動後には、低圧圧力調整弁200により吸入側の圧力が所定圧以下に調整されていることで、大きな電気容量のインバータ190を必要としない矛盾が生ずる。従って、起動のみのために電気容量を増大させることは大幅なコスト高を招く問題もある。
また、上記構成によれば、第1圧縮機110の運転中は低圧圧力調整弁200により第1圧縮機110の吸入側と第2圧縮機120の吸入側との間が閉塞されているため、吸入圧が高いまま維持されていることがある。因みに、真夏の時期(周囲温度が40度程度)において、吸入圧が1.0MPa以上となるときがあり、このときに、第2圧縮機120を起動させると、吸入側の起動負荷が特に大きくなることでインバータ190の電気容量が小さいと起動不良を起こす問題がある。
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、第2圧縮機の起動前に吐出側、吸入側の圧力を低下させてから運転させることで、容易に起動させることのできる冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法を提供することにある。
上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項5に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、内燃機関により駆動される第1圧縮機(11)と、誘導電動機により駆動される第2圧縮機(12)とを並列に接続して、凝縮器(13)、受液器(14)、膨張弁(15)および蒸発器(16)を環状に接続させてなる冷凍サイクルを備え、第1圧縮機(11)または第2圧縮機(12)のいずれか一方を運転する冷凍装置において、
第2圧縮機(12)から吐出された冷媒を凝縮器(13)に送る高圧配管(12a)と、第2圧縮機(12)の吸入側に接続された低圧配管(12b)と、高圧配管(12a)と低圧配管(12b)とを連通する第1連通管(21)と、この第1連通管(21)に配設される開閉弁(21a)と、第2圧縮機(12)の吸入側に配設され、この第2圧縮機(12)が停止しているときに閉弁状態となり、第2圧縮機(12)が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁(18)と、この低圧圧力調整弁(18)が閉弁状態のときに第1圧縮機(11)の吸入側と第2圧縮機(12)の吸入側とが連通する第2連通管(22)とを有することを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、第2圧縮機(12)の起動と同時または起動以前に第1連通管(21)を連通するようにしておけば、高圧配管(12a)内の高圧冷媒が低圧配管(12b)内の低圧冷媒に流れ込んで高圧配管(12a)内の過剰な高圧が解消される。これにより、第2圧縮機(12)の起動が容易に行なえる。
また、低圧圧力調整弁(18)が閉弁状態のときに第1圧縮機(11)の吸入側と第2圧縮機(12)の吸入側とが連通する第2連通管(22)とを有することにより、第2圧縮機(12)の起動と同時または起動以前に、第2圧縮機(12)の吸入側圧力は、第1圧縮機(11)の吸入側の圧力となっているため、この吸入側圧力は真夏の時期(例えば、40度程度)でも最大0.6MPa程度であるため吸入側圧力が従来のように大きくなることはなく、第2圧縮機(12)を起動させたときに起動不良を起こすことはない。
請求項2に記載の発明では、第2圧縮機(12)は、内燃機関の停止により第1圧縮機(11)が停止したときに運転されるものであり、第2圧縮機(12)の起動前に開閉弁(21a)を開弁させて第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側とを連通させてから起動されることを特徴としている。
請求項2に記載の発明によれば、具体的には、第2圧縮機(12)の起動と同時または起動以前に開閉弁(21a)を開弁することで、高圧配管(12a)内の高圧冷媒が低圧配管(12b)内の低圧冷媒に流れ込んで高圧配管(12a)内の過剰な高圧が解消される。これにより、第2圧縮機(12)の起動が容易に行なえる。しかも、第2圧縮機(12)を駆動する誘導電動機を大型にする必要はなく、さらに、誘導電動機を駆動するためのインバータの電気容量を大きくする必要もない。
請求項3に記載の発明では、内燃機関により駆動される第1圧縮機(11)と、誘導電動機により駆動される第2圧縮機(12)とを並列に接続して、凝縮器(13)、受液器(14)、膨張弁(15)および蒸発器(16)を環状に接続させてなる冷凍サイクルを備え、第1圧縮機(11)または第2圧縮機(12)のいずれか一方を運転する冷凍装置の運転制御方法について、
第2圧縮機(12)の吸入側には、第2圧縮機(12)が停止しているときに閉弁状態となり、第2圧縮機(12)が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁(18)が設けられ、第2圧縮機(12)は、内燃機関の停止により第1圧縮機(11)が停止したときに運転させるものであり、第2圧縮機(12)の起動前に第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側とを連通させ、かつ第2圧縮機(12)の吸入側と第1圧縮機(11)の吸入側とを連通させてから起動させることを特徴としている。
請求項3に記載の発明によれば、第2圧縮機(12)の起動時には、第2圧縮機(12)の吐出側の高圧冷媒が吸入側に連通している。さらに、第2圧縮機(12)の吸入側が第1圧縮機(11)の吸入側に連通しているので第2圧縮機(12)の起動が容易に行なえる。
請求項4に記載の発明では、第2圧縮機(12)は、起動した後に、第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側との連通状態を解除させ、かつ低圧圧力調整弁(18)を介して第2圧縮機(12)の吸入側と第1圧縮機(11)の吸入側とを連通させてから運転を継続させることを特徴としている。請求項4に記載の発明によれば、第2圧縮機(12)の起動後は、低圧圧力調整弁(18)により、所定圧以下の吸入圧を吸入されることで起動不良を起こすことがない。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の一実施形態における冷凍装置を図1および図2に基づいて説明する。図1は本発明を車両用の冷凍装置に適用した一例であり、冷凍装置の全体構成を示す模式図であり、図2は低圧圧力調整弁18の構成を示す模式図である。まず、本実施形態の冷凍装置は、図1に示すように、内燃機関である車両用エンジン(図示せず)により駆動される第1圧縮機11と、誘導電動機31により駆動される第2圧縮機12とを並列に接続して、それらに、凝縮器13、受液器14、膨張弁15および蒸発器16などを環状に接続させてなる冷凍サイクルを備えている。
第1圧縮機11は、車両用エンジン(図示せず)を駆動源として、プーリーおよびVベルトからなる動力伝達手段よりクラッチ(図示せず)を介して駆動される。第1圧縮機11の吐出側は高圧配管11aに接続されており、吸入側は低圧配管11bに接続されている。また、高圧配管11aの途中には逆止弁11cが設けられており、後述する第2圧縮機12側からの高圧冷媒が第1圧縮機11側に流れ込まないようにしている。
第2圧縮機12は、第1圧縮機11と並列に配設され、後述する誘導電動機31を駆動源として、プーリーおよびVベルトからなる動力伝達手段よりクラッチ(図示せず)を介して駆動される。第2圧縮機12の吐出側は高圧配管12aに接続されており、吸入側は低圧配管12bに接続されている。また、高圧配管12aの途中には逆止弁12cが設けられており、前述の第1圧縮機11側からの高圧冷媒が第2圧縮機12側に流れ込まないようにしている。
さらに、高圧配管12aと低圧配管12bとを連通させるための第1連通管21が設けられている。そして、この第1連通管21の連通状態を開閉するための開閉弁21aが設けられている。なお、この開閉弁21aは、第1圧縮機11が運転しているときに開弁し、第2圧縮機12が運転しているときに閉弁するように図示しない制御装置により制御されるようになっている。
また、低圧配管12bの上流側には低圧圧力調整弁18と、この低圧圧力調整弁18を迂回する第2連通管22とが設けられている。また、この第2連通管22の途中には逆止弁22cが設けられており、前述の第1圧縮機11側からの低圧冷媒が第2圧縮機12の吸入側に流れ込まないようにしている。
次に、低圧圧力調整弁18は、第2圧縮機12に吸入される吸入圧を所定圧以下となるように調節する弁である。具体的には、図2(a)および図2(b)に示すように、弁部182、ベローズ183およびスプリング184からなる弁体181、ボディ185に形成された弁座186、および調整螺子187とから構成されている。なお、弁体181は調整螺子185により所定圧(設定圧)になるように調整可能である。
以上の構成による低圧圧力調整弁18は、入口部185aが第1圧縮機11の吸入側に連通するように接続され、出口部185bが第2圧縮機12の吸入側に連通するように接続されている。そして、図2(a)は第2圧縮機12が停止しているときの弁体181の開閉状態を示しており、このときは、第2圧縮機12の吸入側の圧力が設定圧より高いときに閉弁されるようになっている。
また、図2(b)は第2圧縮機12が運転しているときの弁体181の開閉状態を示しており、第2圧縮機12の吸入側の圧力が設定圧以下となると開弁するようになっている。従って、ここでは、第2圧縮機12が停止しているときに閉弁状態となり、第2圧縮機12が運転しているときに開弁して吸入側圧力を所定圧以下となるようにしている。
次に、これら第1、第2圧縮機11、12の吐出側には、油分離器19を介して凝縮器13に接続されている。油分離器19は、高圧冷媒に含まれる冷媒油を分離させる容器であり、ここで、分離された冷媒油は油戻し管18aを介して後述する気液分離器17に戻すように構成している。凝縮器13は、第1、第2圧縮機11、12により圧縮された高温冷媒を凝縮用送風機13aにより大気と熱交換して凝縮する熱交換器である。そして、凝縮器13により凝縮され冷媒は、受液器14(レシーバ)に流出される。この受液器14は冷媒の気液を分離して液冷媒を貯える容器である。
膨張弁15は受液器14により流入された冷媒を減圧する弁であり、温度式膨張弁で構成されている。蒸発器16は膨張弁15により減圧された冷媒を流入させて蒸発させる蒸発器であり、送風機16aにより冷蔵庫内の空気を吸入し蒸発器16を通過させることで冷媒の蒸発潜熱が吸熱されて冷風となる。なお、蒸発器16は冷却キャビネット内に収容されている。そして、蒸発された冷媒は気液分離器17に流出されて、ここで、気液を分離して気相冷媒が第1、第2圧縮機11、12の吸入側に吸入されるようになっている。
また、冷凍サイクルにおいて、第1、第2圧縮機11、12の吐出側と、膨張弁15の下流側で、蒸発器16の上流側との間を直接連通するバイパス流路23が設けられ、その途中には流路を開閉する除霜バルブ23aとして電磁弁が設置されている。バイパス流路23は途中で蒸発器16の底部に設けられたドレンパン35に配設されている。これは、除霜運転時にドレンパン35に付着した霜を取り除くようにしている。
また、除霜バルブ23aは、除霜運転時に開弁するように図示しない制御装置により制御され、除霜運転時には、第1、第2圧縮機11、12からの高圧冷媒が凝縮器13および膨張弁15を迂回して蒸発器16に流出させて蒸発器16に付着した霜を取り除く。なお、図中に示す20は冷凍バルブであり、通常運転時に開弁され除霜運転時に閉弁するように図示しない制御装置により制御される。
誘導電動機31はインバータ32から所望する周波数および電圧を供給して駆動する電動モータである。インバータ32は、バッテリなどの電源手段33に接続されて、電源手段32の電力を任意の可変電圧、可変周波数に変換して誘導電動機31を無段階に速度制御する電源である。また、本実施形態のインバータ32の電気容量は、誘導電動機31を介して第2圧縮機12が容易に駆動するための容量からなっている。
次に、以上の構成による冷凍装置の運転制御方法について説明する。まず、車両用エンジン(図示せず)が駆動しているときは、図示しない冷凍装置の運転スイッチを操作することで、車両用エンジン(図示せず)からクラッチ(図示せず)を介して第1圧縮機11に動力が伝達されて、第1圧縮機11が作動するとともに、冷凍バルブ20および開閉弁21aが開弁させ、凝縮用送風機13a、送風機16aが作動状態となり冷凍サイクルが運転状態となる。そして、蒸発器16で冷却された冷気は送風機16aにより冷凍庫内に吹出して庫内を冷却する。なお、この際、除霜バルブ23aは閉じられており、バイパス流路20には冷媒は流れない。
また、このときには、開閉弁21aが開弁されおり、低圧圧力調整弁18が閉じられているため、停止している第2圧縮機12側の高圧配管12aと低圧配管12bとは連通状態である。さらに、これらの配管12a、12b内の冷媒は閉塞状態になっている。つまり、周囲温度による飽和圧状態となっている。ただし、この飽和圧が第1圧縮機11の吸入側の吸入圧よりも高いときは、第2連通管22に設けられた逆止弁22cにより第1圧縮機11の吸入側に飽和圧の冷媒が流れ込むことでほぼ前記吸入圧と同等となっている。
次に、アイドリングストップにより車両用エンジン(図示せず)が停止したときは、第1圧縮機11が停止するとともに、第2圧縮機12が運転を開始する。つまり、インバータ32が所望する電源を誘導電動機31に印加して誘導電動機31を駆動させるとともに、第2圧縮機12を起動させる。そして、第2圧縮機12が起動すると開閉弁21aが閉弁され、低圧圧力調整弁18が開弁して第2圧縮機12の吸入側の圧力を所定圧以下に調整する。これにより、第1圧縮機11が停止しても第2圧縮機12の運転により冷凍サイクルの運転状態が継続される。
以上の運転制御方法のように、第2圧縮機12の起動前、つまり、第1圧縮機11の運転しているときに、第1連通管21を連通するようにしておけば、高圧配管12a内の高圧冷媒が低圧配管12b内の低圧冷媒に流れ込んで高圧配管12a内の過剰な高圧が解消される。また、第2連通管22および逆止弁22cにより、同じように第1圧縮機11の運転しているときに、低圧配管12b内の冷媒の飽和圧が高くなっても第1圧縮機11の吸入圧まで低下していることで、誘導電動機31により第2圧縮機12を起動させる起動負荷を小さくすることができることで起動が容易に行なえるとともに、起動不良を起こすことがない。
以上の一実施形態による冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法によれば、第2圧縮機12の起動前に高圧配管12a内の高圧冷媒が低圧配管12b内の低圧冷媒に流れ込んで高圧配管12a内の過剰な高圧が解消される。これにより、第2圧縮機12の起動が容易に行なえる。
また、低圧圧力調整弁18が閉弁状態のときに第1圧縮機11の吸入側と第2圧縮機12の吸入側とが連通する第2連通管22とを有することにより、第2圧縮機12の起動前、第2圧縮機12の吸入側圧力は、第1圧縮機11の吸入側の圧力となっているため、この吸入側圧力は真夏の時期(例えば、40度程度)でも最大0.6MPa程度であるため吸入側圧力が従来のように大きくなることはなく、第2圧縮機12を起動させたときに起動不良を起こすことはない。
また、第2圧縮機12を起動させる起動負荷を小さくすることで、第2圧縮機12を駆動する誘導電動機31を大型にする必要はなく、さらに、誘導電動機31を駆動するためのインバータ32の電気容量を大きくする必要もない。これにより、低コストのインバータ32を提供することができる。
また、車両用エンジン(図示せず)停止したときに、第2圧縮機(12)を運転させる運転制御方法として、第2圧縮機12の起動前に第2圧縮機12の吐出側と吸入側とを連通させ、かつ第2圧縮機12の吸入側と第1圧縮機11の吸入側とを連通させてから起動させることにより、第2圧縮機12の起動時には、第2圧縮機12の吐出側の高圧冷媒が吸入側に連通している。さらに、第2圧縮機12の吸入側が第1圧縮機11の吸入側に連通しているので第2圧縮機12の起動が容易に行なえる。
また、第2圧縮機12は、起動した後に、第2圧縮機12の吐出側と吸入側との連通状態を解除させ、かつ低圧圧力調整弁18を介して第2圧縮機12の吸入側と第1圧縮機11の吸入側とを連通させてから運転を継続させることにより、第2圧縮機12の起動後は、低圧圧力調整弁18により、所定圧以下の吸入圧を吸入されることで起動不良を起こすことがない。
(他の実施形態)
以上の一実施形態では、第2圧縮機12の起動前として、第1圧縮機11の運転しているときに、第1連通管21を連通させたが、これに限らず、第2圧縮機12を起動させる起動直前もしくは同時でも良い。また、第2連通管22には逆止弁22cを設けて第2圧縮機12の起動前に飽和圧が第1圧縮機11の吸入圧より高いときは第1圧縮機11の吸入側に流れ込むように構成したが、これに限らず、第2連通管22に圧力センサ、開閉弁を設けて、第2圧縮機12の起動前に吸入側が所定圧以下となるように制御するように構成しても良い。
また、以上の実施形態では、第2圧縮機12を誘導電動機31からプーリーおよびVベルトからなる動力伝達手段より駆動させるように構成したが、誘導電動機31が第2圧縮機12と一体に構成される電動圧縮機であっても良い。
本発明の一実施形態における冷凍装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における(a)は第1圧縮機11の運転時における低圧圧力調整弁18の作動形態を示す模式図、(b)は第2圧縮機12の運転時における低圧圧力調整弁18の作動形態を示す模式図である。 従来技術における冷凍装置の全体構成を示す模式図である。
符号の説明
11…第1圧縮機
12…第2圧縮機
12a…高圧配管
12b…低圧配管
13…凝縮器
14…受液器
15…膨張弁
16…蒸発器
18…低圧圧力調整弁
21…第1連通管
21a…開閉弁
22…第2連通管

Claims (4)

  1. 内燃機関により駆動される第1圧縮機(11)と、誘導電動機により駆動される第2圧縮機(12)とを並列に接続して、凝縮器(13)、受液器(14)、膨張弁(15)および蒸発器(16)を環状に接続させてなる冷凍サイクルを備え、前記第1圧縮機(11)または前記第2圧縮機(12)のいずれか一方を運転する冷凍装置において、
    前記第2圧縮機(12)から吐出された冷媒を前記凝縮器(13)に送る高圧配管(12a)と、
    前記第2圧縮機(12)の吸入側に接続された低圧配管(12b)と、
    前記高圧配管(12a)と前記低圧配管(12b)とを連通する第1連通管(21)と、
    前記第1連通管(21)に配設される開閉弁(21a)と、
    前記第2圧縮機(12)の吸入側に配設され、前記第2圧縮機(12)が停止しているときに閉弁状態となり、前記第2圧縮機(12)が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁(18)と、
    前記低圧圧力調整弁(18)が閉弁状態のときに前記第1圧縮機(11)の吸入側と前記第2圧縮機(12)の吸入側とが連通する第2連通管(22)とを有することを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記第2圧縮機(12)は、前記内燃機関の停止により前記第1圧縮機(11)が停止したときに運転されるものであり、前記第2圧縮機(12)の起動前に前記開閉弁(21a)を開弁させて前記第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側とを連通させてから起動されることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 内燃機関により駆動される第1圧縮機(11)と、誘導電動機により駆動される第2圧縮機(12)とを並列に接続して、凝縮器(13)、受液器(14)、膨張弁(15)および蒸発器(16)を環状に接続させてなる冷凍サイクルを備え、前記第1圧縮機(11)または前記第2圧縮機(12)のいずれか一方を運転する冷凍装置の運転制御方法について、
    前記第2圧縮機(12)の吸入側には、前記第2圧縮機(12)が停止しているときに閉弁状態となり、前記第2圧縮機(12)が運転しているときに開弁して吸入側圧力を調整する低圧圧力調整弁(18)が設けられ、
    前記第2圧縮機(12)は、前記内燃機関の停止により前記第1圧縮機(11)が停止したときに運転させるものであり、前記第2圧縮機(12)の起動前に前記第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側とを連通させ、かつ前記第2圧縮機(12)の吸入側と前記第1圧縮機(11)の吸入側とを連通させてから起動させることを特徴とする冷凍装置の運転制御方法。
  4. 前記第2圧縮機(12)は、起動した後に、前記第2圧縮機(12)の吐出側と吸入側との連通状態を解除させ、かつ前記低圧圧力調整弁(18)を介して前記第2圧縮機(12)の吸入側と前記第1圧縮機(11)の吸入側とを連通させてから運転を継続させることを特徴とする請求項3に記載の冷凍装置の運転制御方法。
JP2004006005A 2004-01-13 2004-01-13 冷凍装置およびその冷凍装置の運転制御方法 Pending JP2005201483A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016016821A (ja) * 2014-07-10 2016-02-01 サンデンホールディングス株式会社 車両用空調装置
JP2016048131A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 株式会社Nttファシリティーズ 蒸気圧縮式冷凍サイクル

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JP2016016821A (ja) * 2014-07-10 2016-02-01 サンデンホールディングス株式会社 車両用空調装置
JP2016048131A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 株式会社Nttファシリティーズ 蒸気圧縮式冷凍サイクル

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