JP2006177664A - 冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】
常に最大の冷凍効率が得られるように圧縮機への冷媒の注入量を制御する。
【解決手段】
凝縮器５で凝縮した冷媒の一部を圧縮機４に注入して、当該圧縮機４の冷却を行う際に、圧縮機４の吐出温度を吐出温度検出器３５により検出し、蒸発器７の温度を蒸発温度検出器４で検出し、外気温を外気温検出器３２で検出して、これら各温度に基づき冷凍効率が最大になるように注入量を演算して、その結果により注入量制御弁３１を制御する注入量制御部３６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、凝縮器で凝縮した冷媒の一部を圧縮機に注入して、当該圧縮機の冷却を行う際に、冷凍効率が最大になるように注入量を制御するようにした冷凍回路に関する。

従来、冷凍回路では、冷媒を圧縮機で圧縮して回路中を循環させるようにしている。このとき、圧縮過程における冷媒の温度や圧縮室の温度が高くなると圧縮効率が低下したり、圧縮室を構成する部材の摩耗が激しくなったりする。

そこで、冷凍回路で液化した冷媒の一部を抽出して、当該圧縮機の圧縮室等を冷却する構成が提案されている（特許文献１参照）。

図２は、冷凍回路中に設けられたレシーバタンク１０１（受液器）から液化した冷媒の一部を抽出して圧縮機１０２に供給することにより、当該圧縮機１０２における図示しない圧縮室等を冷却するようにした冷凍回路の部分構成図を示した図である。

圧縮機１０２で圧縮された冷媒は、凝縮器１０３で液化して、一旦レシーバタンク１０１に貯留された後に供出される。

そこで、抽出管１０４により液化した冷媒の一部を抽出して、サーモバルブ１０５を介して圧縮機１０２に注入するようになっている。

このサーモバルブ１０５の開度は、圧縮機１０２の吐出側配管１０６に設けられた感温筒１０７により制御されて、その開度に応じた冷媒量が圧縮機１０２に注入されるようになっている。

即ち、圧縮機１０２から吐出された冷媒の温度が高いことは、当該圧縮機１０２における圧縮室等の温度も高いことを意味している。圧縮室の温度が高いと、当該圧縮室に吸入された冷媒は、その熱で加熱されてしまうため、吸入量が少なくなってしまい圧縮効率が低下する。

そこで、かかる場合にはサーモバルブ１０５の開度を大きくして、圧縮機１０２への冷媒の注入量を多くし、当該冷媒の温度が低い場合にはサーモバルブ１０５の開度を小さくして、注入量を少なくするようにしている。

ところが、この感温筒１０７は内部にガスが封入されて、温度変化に応じてガスが体積変化するのを利用してサーモバルブ１０５の開度を制御する構成であるため、温度変化に対する応答が遅く、例えば圧縮機１０２の起動時等においては、室温から吐出冷媒の温度になるまで時間を要し（感温筒１０７等の構成部材がこの温度に達するまでの時間）、この間はサーモバルブ１０５の制御は適正に行えない。

このため、サーモバルブ１０５と並列にキャピラリーチューブ１０８が接続されて、かかる圧縮機１０２の起動時等においてサーモバルブ１０５が閉じている場合でもキャピラリーチューブ１０８を介して冷媒が注入できるようにしている。
特開２００１−２８０７６０号公報

しかしながら、上述した構成では、圧縮機に注入する冷媒量は、当該圧縮機の吐出温度に依ってのみ制御されるため、常に冷凍効率が最適な状態になるような注入量と成らない場合があった。

即ち、圧縮機を冷却することにより圧縮室の温度が冷却されて、当該圧縮室に吸入された冷媒が、圧縮室を構成する部材から加熱される度合が低くなる。

このため、多量の冷媒を吸入して圧縮できるようになり、圧縮効率が向上するが、このことは冷凍回路で利用できる冷媒量が少なくなることを意味し、この結果圧縮効率が向上しても冷凍効率は必ずしも向上しない（最大値にならない）。

そこで、本発明は、常に最大の冷凍効率が得られるように圧縮機への冷媒の注入量が制御できるようにした冷凍回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を蒸発させる蒸発器を備えた冷凍回路において、前記凝縮器で凝縮した冷媒の一部を前記圧縮機に注入して、当該圧縮機を冷却する機構を備え、前記圧縮機の吐出温度、前記蒸発器の蒸発温度、前記凝縮器周囲の外気温を検出する検出器を備え、前記蒸発温度及び前記外気温から最大冷凍効率となる目標吐出温度を算出し、前記吐出温度が前記目標吐出温度となるよう前記圧縮機への冷媒注入量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、凝縮器で凝縮した冷媒の一部を圧縮機に注入して、当該圧縮機の冷却を行う際に、圧縮機の吐出温度、凝縮器の温度、外気温に基づき冷凍効率が最大になるように注入量を制御するため、常に最大の冷凍効率が得られるようになる。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に適用される冷凍回路の概略構成を示す図で、当該冷凍回路１は圧縮機４や凝縮器５等を備えて室外等に配設される室外ユニット２と、膨張弁６や蒸発器７等を備えて熱利用空間側に配設される室内ユニット３とを主要構成としている。

なお、本実施の形態では冷凍回路１により冷熱を利用する場合について説明するが、温熱を利用する場合も適用可能であることは言うまでもない。また、冷媒として従来から用いられているＨＦＣ冷媒等を例に説明するが二酸化炭素冷媒を用いても良い。

そして、室外ユニット２における圧縮機４で圧縮された冷媒は、凝縮器５で凝縮して液化する。液化された冷媒は、冷媒配管により室内ユニット３に送られ、膨張弁６で膨張されて蒸発器７で蒸発することにより冷熱を発生する。その後冷媒は冷媒配管により室外ユニット２に戻り圧縮機４で圧縮される。

図２は、このような室外ユニット２の構成を詳細に示した図で、当該室外ユニット２は、ストレーナ１１、アキュムレータ１２、圧縮機４、オイルセパレータ１３、凝縮器５、レシーバタンク１４、フィルタドライヤ１５等を備えて、冷媒はこの順序に循環する。

また、室外ユニット２は、冷媒注入装置２０を備えて、レシーバタンク１４に貯留されている液化冷媒の一部を圧縮機４に注入できるようになっている。

ストレーナ１１は、室内ユニット３から室外ユニット２に戻った冷媒に含まれる不純物（摩耗粉等のゴミ）を除去するものである。アキュムレータ１２は、ストレーナ１１からの冷媒を気液分離して、圧縮機４で液圧縮が起きないように、気体の冷媒のみを当該圧縮機４に供給できるようにするものである。

圧縮機４は、図示しない圧縮室やモータを備えて、当該モータの動力により圧縮室の空間容積を拡大してアキュムレータ１２から供給される気体の冷媒を吸気し、その後当該圧縮室の空間容積を縮小して冷媒を圧縮するものである。

この圧縮機４には、ケース内の圧力を検出する高圧センサ２１、低圧センサ２２及び高圧圧力計２３が設けられると共に、高圧センサ２１や低圧センサ２２に制御回路２４が接続されている。

そして、制御回路２４は低圧センサ２２からの信号に基づき当該圧縮機４の運転停止の制御を行い、また高圧センサ２１からの信号が所定レベルを超えたときに圧縮機４を強制停止させて予め設定された異常圧力以上にならないようにしている。このときの圧力は、高圧圧力計２３により視認可能になっている。

オイルセパレータ１３は、圧縮機４内における各種の摺動部（例えば、モータの回転軸や圧縮室を形成する複数の部材間の当接部）を潤滑した潤滑油のうち冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するもので、分離された潤滑油は潤滑油戻管２５を介して圧縮機４に戻るようになっている。

凝縮器５は、圧縮されて高温高圧になった冷媒と外気とを熱交換させて、当該冷媒を凝縮させるもので、外気は送風機２６により送風されている。

なお、冷媒としてＨＦＣ冷媒等が用いられている場合には、冷媒はこの凝縮器５で凝縮することにより凝縮して液化する。

レシーバタンク１４は、凝縮器５で液化した冷媒を貯留するもので、室内ユニット３側での熱負荷の変動に対して過不足無く冷媒が供給できるようにしている。

このレシーバタンク１４には、可溶栓２７が設けられて、例えば室外ユニット２を収納する家屋が火災を起したような場合に、その熱で冷凍回路１中の冷媒が加熱されて破裂しないように、所定の温度（可溶栓２７の融点）になると溶融して冷凍回路１内の冷媒を大気に放出することで破裂を防止している。

フィルタドライヤ１５は、冷媒に水分が含まれていると室内ユニット３における蒸発器７で蒸発した際に、この水分が凍り、冷媒回路を詰らせたりしないように、当該水分を除去するものあり、モイスチャーインジケータ２８は循環する冷媒を視認するため等に用いられるものである。

また、冷媒注入装置２０は、抽出管２９、ストレーナ３０、注入量制御弁３１、外気温検出器３２、蒸発温度検出器３４、注入量制御部３６、吐出温度検出器３５、注入制御弁３７等を有して、先に述べたようにレシーバタンク１４に貯留されている液化冷媒の一部を圧縮機４に注入している。

抽出管２９は、レシーバタンク１４に接続されて、当該レシーバタンク１４に貯留されている液化した冷媒を抽出するものであり、ストレーナ３０は抽出した冷媒に含まれるゴミを除去するものである。

なお、抽出管２９は液化した冷媒の一部を抽出して圧縮機に注入できるようにするためのものであるため、レシーバタンク１４に接続するばかりでなく凝縮器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続しても良い。

このように、凝縮器５より室内ユニット３側の冷媒配管に接続する構成にすると、レシーバタンク１４を持たない冷凍回路においても本発明が適用可能になり、利用範囲が広まる利点がある。

外気温検出器３２は外気温を検出するものであり、蒸発温度検出器３４は蒸発器７での蒸発温度を検出するものであり、吐出温度検出器３５は圧縮機４の吐出温度を検出するものである。なお、蒸発温度の検出は、蒸発温度検出器３４で行うが、低圧センサ２２による温度を換算して得ることも可能である。

そして、注入量制御部３６には、外気温検出器３２からの外気温、蒸発温度検出器３４からの蒸発温度、吐出温度検出器３５からの圧縮機４の吐出温度がそれぞれ入力し、外気温、蒸発温度により最大の冷凍効率になるような冷媒温度と吐出温度とを演算し、吐出温度によって注入量制御弁３１を制御するものである。

このように、注入量制御部３６が注入量制御弁３１を制御することにより、最大の冷凍効率を維持しながら圧縮機４の冷却が行えようになる。

本発明の実施の形態の説明に適用される冷凍回路の概略構成図である。 従来の技術の説明に適用される冷凍回路の部分構成図である。

符号の説明

１ 冷凍回路
２ 室外ユニット
３ 室内ユニット
４ 圧縮機
５ 凝縮器
６ 膨張弁
２０ 冷媒注入装置
２９ 抽出管
３１ 注入量制御弁
３２ 外気温検出器
３３ 蒸発気温度検出器
３４ 蒸発温度検出器
３５ 吐出温度検出器
３６ 注入量制御部
３７ 注入制御弁

Claims (1)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒を凝縮させる凝縮器、冷媒を蒸発させる蒸発器を備えた冷凍回路において、
   前記凝縮器で凝縮した冷媒の一部を前記圧縮機に注入して、当該圧縮機を冷却する機構を備え、
   前記圧縮機の吐出温度、前記蒸発器の蒸発温度、前記凝縮器周囲の外気温を検出する検出器を備え、
   前記蒸発温度及び前記外気温から最大冷凍効率となる目標吐出温度を算出し、
   前記吐出温度が前記目標吐出温度となるよう前記圧縮機への冷媒注入量を制御することを特徴とする冷凍回路。