JP2005233463A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
冷凍空調装置において、運転初期の吸入圧力の低下を早めると共に圧縮室内圧力の上昇を抑えることにより、安価で信頼性の高いものとすること。
【解決手段】
冷凍空調装置は、蒸発器４、スクロール圧縮機１、凝縮器２および減圧装置３を配管で接続して冷凍サイクルを形成し、スクロール圧縮機１の断続運転を制御する制御装置３０を備える。そして、スクロール圧縮機１の吸込み側に絞り装置を設け、スクロール圧縮機１の始動初期に絞り装置を作動させて吸入流量を絞るように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍空調装置に係わり、特に、冷凍装置および空調装置などの冷凍サイクルを有する冷凍空調装置に好適なものである。

従来の冷凍空調装置を図１０、図１１および図２を参照しながら説明する。図１０は従来の冷凍空調装置の構成図、図１１は従来および本発明の実施例の冷凍空調装置に用いるスクロール圧縮機の縦断面図、図２は従来および本発明の実施例の冷凍空調装置におけるスクロール圧縮機の始動時の圧力および背面側支持部荷重の時間的変化を示す図である。なお、図２（ａ）はスクロール圧縮機１の始動時の各部の圧力の変化を示す特性図、図２（ｂ）はスクロール圧縮機１の始動時の背面側支持部の荷重の変化を示す特性図である。

従来の冷凍空調装置は、図１０に示すように、蒸発器４、スクロール圧縮機１、凝縮器２および減圧装置３を配管で接続して冷凍サイクルを形成し、スクロール圧縮機１の断続運転を制御する制御装置３０を備えて構成されている。かかる冷凍サイクルにおいて、スクロール圧縮機１から吐出された高温高圧のガスは、凝縮器２で液化された後、膨張弁３で減圧され、蒸発器４で低温低圧のガスとなり、スクロール圧縮機１に吸入されて圧縮され、再度、高温高圧のガスとなってスクロール圧縮機１から吐出される。

スクロール圧縮機１は、図１１に示すように、固定スクロール６と旋回スクロール７で構成される圧縮室８を備える。低温低圧の冷媒ガスは吸入流路５から圧縮室８に吸入される。旋回スクロール７は、モータ９の駆動力を伝達する偏芯軸を有するクランク軸１０と、旋回スクロール７の回転を防止するオルダムリング１１とにより旋回運動される。この旋回スクロール７の旋回運動により、圧縮室８は外周側から中心側に移動しながら徐々に容積を減少させ、圧縮室８内の冷媒ガスは圧縮されて高温高圧ガスとなり、圧縮機チャンバ内空間１２に吐出される。吐出された冷媒ガスは、その後モータ９を冷却し、吐出配管接続部１３から凝縮器２に接続される配管１３に吐出される。

また、旋回スクロール７は、その円板部に圧縮室８と背圧室７ａを連通する中間圧穴７ｂを有し、連続運転中は背圧室７ａ内の圧力により固定スクロール６と密着される。さらには、スクロール圧縮機１内の各部軸受等の摺動部には、吐出圧力と吸入圧力との差圧を利用して冷凍機油が供給される。

かかる冷凍空調装置は、制御装置３０の制御により冷凍能力が要求される場合にのみスクロール圧縮機１が運転され、その運転と停止とが繰り返される。スクロール圧縮機１は、停止時に、吸入圧力と圧縮室内圧力とがバランスした状態（同等の圧力状態）となる。そして、スクロール圧縮機１の始動により、図２（ａ）の実線に示すように、スクロール圧縮機１の吸入圧力は徐々に低下して飽和し、吐出圧力は徐々に上昇して飽和する。

従来の冷凍空調装置に係わる特許文献として、例えば特開２０００−３２９０８２号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開２０００−３２９０８２号公報

従来の冷凍空調装置では、スクロール圧縮機１を始動させた際に、冷凍サイクルの吸入圧力が緩やかに低下するため、圧縮室内圧力が図２（ａ）の実線に示すように高い圧力まで上昇する。この吸入圧力の緩やかな低下のため、スクロール圧縮機１の始動時に、図２（ｂ）の実線に示すように、旋回スクロール７を固定スクロール６から引き離そうとする荷重（背面支持荷重）が過大となり、旋回スクロール７の背面側の支持部７ｃにかじりや摩耗が発生する可能性があった。また、圧縮室内圧力が高く上昇するため、スクロール圧縮機１の始動に必要な起動トルクが大きくなり、大きなモータを必要として高価なものとなっていた。

なお、吐出圧力と吸入圧力との差圧を利用して冷凍機油を摺動部に供給するものにおいて、吸入圧力と吐出圧力が同等状態で始動した場合、吸入圧力が低下し吐出圧力が上昇するまでの起動初期は差圧給油が少なく、給油不足により摺動部への給油が十分にできずに、軸受部等を損傷させる可能性があった。

本発明の目的は、運転初期の吸入圧力の低下を早めると共に圧縮室内圧力の上昇を抑えることにより、安価で信頼性の高い冷凍空調装置を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、蒸発器、スクロール圧縮機、凝縮器および減圧装置を配管で接続して冷凍サイクルを形成し、前記スクロール圧縮機の断続運転を制御する制御装置を備えた冷凍空調装置において、前記スクロール圧縮機の吸込み側に絞り装置を設け、前記スクロール圧縮機の始動初期に絞り装置を作動させて吸入流量を絞る構成にしたことにある。

前記本発明の冷凍空調装置に於いて、より好ましくは次の構成にすることである。
（１）前記絞り装置は、前記蒸発器と前記圧縮機との間に複数本に分岐された配管と、その分岐された配管中の少なく共１本の配管に設けられた電磁開閉弁とを備えて構成されていること。
（２）前記分岐された配管を径の大きい配管と径の小さい配管とで構成すると共に、前記径の大きい配管に前記電磁開閉弁を設けたこと。
（３）前記絞り装置は前記蒸発器と前記圧縮機との間を接続する配管に設けられた電子流量弁で構成されていること。
（４）前記絞り装置の作動を前記蒸発器と前記絞り装置との間の配管内圧力により制御すること。
（５）前記絞り装置の作動を前記絞り装置と前記スクロール圧縮機との間の配管内圧力により制御すること。
（６）絞り装置の作動を圧縮機の始動後の経過時間により制御すること。

本発明によれば、運転初期の吸入圧力の低下を早めると共に圧縮室内圧力の上昇を抑えることにより、安価で信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図および従来例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明は、各実施例に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などによる変更を許容するものである。

第１実施例から第３実施例は、蒸発器と圧縮機との間の配管を２本に分岐させ、分岐した配管中に電磁開閉弁を設けて絞り装置とした例である。第４実施例から第７実施例は蒸発器と圧縮機の間の配管中に流量調整弁を設けて絞り装置とした例である。第８実施例は圧縮機に絞り装置を直接取付けた例である。

まず、本発明の第１実施例の冷凍空調装置を、図１および図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。

本実施例の冷凍空調装置は、蒸発器４、絞り装置、スクロール圧縮機１、凝縮器２および減圧装置である膨張弁３を配管で接続して冷凍サイクルを形成し、スクロール圧縮機１の断続運転（運転と停止の繰り返し）を制御する制御装置３０を備えて構成されている。膨張弁３は減圧装置を構成するものである。

絞り装置は、スクロール型圧縮機１の吸入側配管を径の大きい配管１９ａと径の小さい配管１９ｂの２本に分岐させ、径の大きい配管１９ａに電磁開閉弁１８を設けることにより構成されている。電磁開閉弁１８を閉路することにより、径の小さい配管に冷媒ガスを流し、その流路抵抗により絞り機能を有する。また、電磁開閉弁１８を開路することにより、２本の配管１９ａ、１９ｂに冷媒ガスを流し、絞りのない流路抵抗とする機能を有する。かかる構成によれば、電磁開閉弁１８を用いたことにより、安価で、制御が簡単なオンオフ制御でよいという利点を有する。また、分岐された配管の径の小さい方の配管で絞り機能を持たせているので、起動初期における吸入圧力の低下を早めることができる。

蒸発器４と絞り装置（すなわち、分岐された配管１９ａ、１９ｂおよび電磁開閉弁１８）との間には、圧力スイッチ２０が設けられている。圧力スイッチ２０は、設定した圧力より高い場合に電磁開閉弁１８を閉止させ、設定値以下に低下した場合に電磁開閉弁１８を開くように構成されている。かかる構成によって、起動初期のみ絞り装置を機能させることができ、通常運転では絞り装置を機能させない効率的な運転が可能である。

かかる冷凍サイクルにおいて、スクロール圧縮機１から吐出された高温高圧のガスは、凝縮器２で液化された後、膨張弁３で減圧され、蒸発器４で低温低圧のガスとなり、分岐された配管１９ａ、１９ｂおよび電磁開閉弁１８を通り、スクロール圧縮機１に吸入されて圧縮され、再度、高温高圧のガスとなってスクロール圧縮機１から吐出される。なお、スクロール圧縮機１は、図２に示す従来のスクロール圧縮機と同一構造で同一機能を備えているので、その説明を省略する。

かかる冷凍空調装置は、冷凍能力が要求される場合にのみスクロール圧縮機１が運転され、制御装置３０の制御により蒸発器４の圧力または温度が所定の値になるようにスクロール圧縮機１の運転と停止とが繰り返される。従来例で説明したように、スクロール圧縮機１は、停止時に、吸入圧力と圧縮室内圧力とがバランスした状態（同等の圧力状態）となる。

スクロール圧縮機１が始動すると、制御装置３０により電磁開閉弁１８が閉路される。これによって、スクロール圧縮機１の吸入圧力は、図２（ａ）の点線に示すように、従来例と比較して早期に低下する。これに伴って、スクロール圧縮機１の圧縮室内圧力は、従来例ほどに高く上昇せず、早期に低下に転じる。このような動作によって、旋回スクロール７の背面側支持部７ｃが受ける荷重は、図２（ｂ）の点線に示すように、従来例ほどに大きくならずに早期に小さくなるように転じる。また、吐出圧力と吸入圧力との差圧を利用して冷凍機油を摺動部に供給する場合、起動初期において吸入圧力が早期に低下するので、起動初期にも差圧給油による給油量を確保できる。

そして、スクロール圧縮機１の吸入圧力が所定の値に達すると、それを圧力スイッチ２０で検知して制御装置３０に入力し、制御装置３０により電磁開閉弁１８を開路する。これによって、冷凍サイクルはスクロール圧縮機１の吸入側に絞り装置による絞り機能を有しない通常の運転に移行する。

本実施例によれば、スクロール圧縮機１の始動初期に絞り装置を作動させ吸入流量を絞るので、旋回スクロール７の背面側支持部７ｃが受ける荷重が従来例ほどに大きくならずに早期に小さくなる。これによって、旋回スクロール７の背面側の支持部のかじり、摩耗を防止することが可能となる。また、圧縮室内圧力の上昇を縮小できるため、圧縮機始動に必要な起動トルクも低減できる。これによって、スクロール圧縮機１のモータ７を小型化して安価なものとすることができる。

次に、本発明の第２〜第８実施例について図３〜図９を用いて説明する。図３〜図８は本発明の第２〜第７実施例の冷凍空調装置を示す構成図、図９は本発明の第８実施例の冷凍空調装置のスクロール圧縮機の断面図である。この第２〜第８実施例は、以下に述べる通り対比する実施例と相違し、その他の点については対比する実施例と基本的には同一である。

図３に示す第２実施例では、第１実施例と比較して次の通り相違する。第２実施例では、絞り装置とスクロール圧縮機１の間に圧力スイッチ２０が設けられ、圧力スイッチ２０で検出した圧力が設定した圧力より高い場合には、電磁開閉弁１８を閉止させると共に、設定した圧力より低い場合には、電磁開閉弁１８を開くように構成されている。このように、圧力スイッチ２０をスクロール圧縮機１により近い側に設置することにより、スクロール圧縮機１の吸入圧力の変化をより確実に検出することができる。

図４に示す第３実施例は、第１実施例と比較して次の通り相違する。第３実施例では、制御装置３０にタイマー機能を備え、スクロール１が始動した場合に制御装置３０により電磁開閉弁１８を所定時間が閉路するように構成されている。このように、電磁開閉弁１８をタイマーで制御することにより、圧力スイッチ２０を必要とすることなく、安価なものとすることができる。なお、タイマーは、制御装置３０に内蔵されている必要はない。

図５に示す第４実施例は、第１実施例と比較して次の通り相違する。第４実施例では、蒸発器４とスクロール圧縮機１との間の配管中に絞り装置として吸入圧力調整弁１４が設けられている。吸入圧力調整弁１４は、圧縮機始動後の吸入圧力が設定値より高い状態では配管径を絞り、スクロール圧縮機１の吸入圧力を低下させ、吸入圧力が設定値以下に低下すると絞りを緩めて全開となるように構成されている。このような吸入圧力調整弁１４を用いることにより、絞りを容易に制御することができる。

図６に示す第５実施例は、第１実施例と比較して次の通り相違する。第５実施例では、蒸発器４とスクロール圧縮機１の間の配管中に、絞り装置として電子流量弁１５が設けられている。そして、蒸発器４と電子流量弁１５との間の配管内圧力を圧力センサ１６で検知し、コントローラ１７を介して検知した圧力が設定値より高い場合に流量を減少させるように電子流量弁１５を絞り、設定値より低下した場合に電子流量弁１５の絞りを緩めるように構成されている。このような電子流量弁１５を用いることにより、よりきめ細かく絞りを制御することができる。

図７に示す第６実施例は、第５実施例と比較して次の通り相違する。第６実施例では、圧力センサ１６の取付けを電子流量弁１５とスクロール圧縮機１との配管内圧力を検知するように取付けたものである。このように、圧力スイッチ１５をスクロール圧縮機１により近い側に設置することにより、スクロール圧縮機１の吸入圧力の変化をより確実に検出することができる。

図８に示す第７実施例は、第４実施例と比較して次の通り相違する。第７実施例では、絞り装置として電磁開閉弁１８を用いて、タイマー（図示せず）の作動により、圧縮機の始動から所定の時間の間のみ閉止させるように構成するものである。

図９に示す第８実施例は、第４実施例と比較して次の通り相違する。第８実施例では、スクロール圧縮機１の吸入流路に絞り装置として吸入圧力調整弁１４を直接取付けたものである。

本発明の第１実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 従来および本発明の実施例の冷凍空調装置におけるスクロール圧縮機の始動時の圧力および背面側支持部荷重の時間的変化を示す図である。 本発明の第２実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第３実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第４実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第５実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第６実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第７実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 本発明の第８実施例の冷凍空調装置を示す構成図である。 従来の冷凍空調装置の構成図である。 従来および本発明の実施例の冷凍空調装置に用いるスクロール圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１…圧縮機、２…凝縮器、３…膨張弁（減圧装置）、４…蒸発器、５…吸入流路、６…固定スクロール、７…旋回スクロール、７ａ…背圧室、７ｂ…中間圧穴、７ｃ…背面側支持部、８…圧縮室、９…モータ、１０…クランク軸、１１…オルダムリング、１２…チャンバ内空間、１３…吐出配管接続部、１４…吸入圧力調整弁、１５…電子流量弁、１６…圧力センサ、１７…コントローラ、１８…電磁開閉弁、１９…分岐配管、１９ａ…径の大きい配管、１９b…径の小さい配管、２０…圧力スイッチ、３０…制御装置。

Claims (7)

1. 蒸発器、スクロール圧縮機、凝縮器および減圧装置を配管で接続して冷凍サイクルを形成し、
   前記スクロール圧縮機の断続運転を制御する制御装置を備えた冷凍空調装置において、
   前記スクロール圧縮機の吸込み側に絞り装置を設け、
   前記スクロール圧縮機の始動初期に絞り装置を作動させ吸入流量を絞る
   ことを特徴とする冷凍空調装置。
2. 請求項１の冷凍空調装置において、前記絞り装置は、前記蒸発器と前記圧縮機との間に複数本に分岐された配管と、その分岐された配管中の少なく共１本の配管に設けられた電磁開閉弁とを備えて構成されていることを特徴とする冷凍空調装置。
3. 請求項２の冷凍空調装置において、前記分岐された配管を径の大きい配管と径の小さい配管とで構成すると共に、前記径の大きい配管に前記電磁開閉弁を設けたことを特徴とする冷凍空調装置。
4. 請求項１の冷凍空調装置において、前記絞り装置は前記蒸発器と前記圧縮機との間を接続する配管に設けられた電子流量弁で構成されていることを特徴とする冷凍空調装置。
5. 請求項１から４の何れかの冷凍空調装置において、前記絞り装置の作動を前記蒸発器と前記絞り装置との間の配管内圧力により制御することを特徴とする、冷凍空調装置。
6. 請求項１から４の何れかの冷凍空調装置において、前記絞り装置の作動を前記絞り装置と前記スクロール圧縮機との間の配管内圧力により制御することを特徴とする、冷凍空調装置。
7. 請求項１から４の何れかの冷凍空調装置において、絞り装置の作動を圧縮機の始動後の経過時間により制御することを特徴とする冷凍空調装置。

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