JP2006275440A

JP2006275440A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2006275440A
Application number: JP2005097106A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ikeda; 隆池田; Hiromitsu Moriyama; 浩光森山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP4537242B2

Abstract

【課題】蒸発器の能力を変化させることなく、油タンクから圧縮機へ油を供給することのできる信頼性の高い冷凍装置を提供する。
【解決手段】インバータ電源によって駆動される圧縮機１、凝縮器２、受液器３、膨張機構４、蒸発器５、気液分離器６、油タンク６、この油タンク６と圧縮機１との間に低圧圧力センサ８が設けられた主冷媒回路１５と、油タンク６から圧縮機１を返油する返油機構７とを有し、開閉弁１０を有し一端が圧縮機１と凝縮器２との間に接続され、他端が蒸発器５と気液分離器６との間に接続されたガス冷媒バイパス回路９を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に係り、さらに詳しくは、圧縮機への油戻し機構を備えた冷凍装置に関するものである。

従来の冷凍装置に、複数台の室外ユニットと複数台の室内ユニットとを備え、圧縮機構から流出する油上り量と圧縮機構に戻る油戻り量との差に対応した係数が圧縮機構の容量に基いて複数種類設定され、圧縮機構の運転容量に対応して係数を加算し、係数を加算した加算値が所定値になると、潤滑油の油戻し運転を実行し、さらに、室内電動膨張弁の開度が制限されると、係数を大きな特殊値に設定する運転を行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２００８５２号公報（第２−３頁、図２）

特許文献１においては、室内ユニットを制御できる冷凍装置の油戻し運転を行う場合、室外ユニットと室内ユニットの運転状況によって、室外ユニットと室内ユニットの運転容量を変化させている。このような場合、室内ユニットから室外ユニットへ油を戻す場合は有効であるが、室外ユニットにおいて、低圧の油タンクから圧縮機への返油機構を備えているユニットでは、低圧の油タンクから圧縮機へ確実に返油することができないという問題があった。

また、上記のような油戻し運転では、室外ユニットと室内ユニットの運転容量を変化させるため、特に、室内ユニットの運転容量を変化させることによる一時的な能力不足が発生するという問題があった。
さらに、室外ユニットと室内ユニットの運転制御が独立している冷凍装置においては、上記のように室外ユニットと室内ユニットが互いの運転状況を判別できないため、最適な油戻し運転を行うことができなかった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、蒸発器の能力を変化させることなく、油タンクから圧縮機へ油を供給することのできる信頼性の高い冷凍装置を提供することを目的としたものである。

本発明に係る冷凍装置は、インバータ電源によって駆動される圧縮機、凝縮器、受液器、膨張機構、蒸発器、気液分離器、油タンク、該油タンクと前記圧縮機との間に低圧圧力センサが設けられた主冷媒回路と、前記油タンクから圧縮機に返油する返油機構とを有し、開閉弁を有し一端が前記圧縮機と凝縮器との間に接続され、他端が前記蒸発器と気液分離器との間に接続されたガス冷媒バイパス回路を設けたものである。

本発明によれば、蒸発器の能力を変化させることなく、油タンク又は油タンク機能を備えた気液分離器から圧縮機へ油を供給することができるので、信頼性の高い冷凍装置を提供することができる。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図である。
本実施に係る冷媒回路は、インバータ電源によって駆動される圧縮機１、凝縮器２、受液器３、膨張機構４、蒸発器５、気液分離器６及び気液分離器６と圧縮機１との間に低圧圧力センサ８が順次接続された主冷媒回路１５と、圧縮機１と気液分離器６との間に設けられた返油機構７と、開閉弁１０を有し、一端が圧縮機１と凝縮器２との間に接続され、他端が蒸発器５と気液分離器６との間に接続されたガス冷媒バイパス回路９とからなっている。なお、本発明においては、冷媒としてＨＦＣ冷媒を使用している（以下の実施の形態においても同様である）。

図２は返油機構７の説明図である。気液分離器６は内部に油１７が入れられて油タンクの機能を備えており、その下部と圧縮機１の下部とは返油配管１６により連結されている。また、一端が圧縮機１の上部に接続され、他端がほぼＪ字状に折曲げられて気液分離器６内に配設された主冷媒回路１５の一部を構成する配管１５ａには、低圧圧力センサ８が設けられており、この低圧圧力センサ８によって検知された圧力は、冷凍装置の運転を制御する制御部（図示せず）によって、冷媒に応じた温度値に変換されるようになっている。
そして、圧縮機１を運転すると、気液分離器６内の圧力Ｐ₁と、圧縮機１内の圧力Ｐ₂との間に圧力差Ｐ_S（Ｐ₁＞Ｐ₂）が発生し、その圧力差Ｐ_S＝（Ｐ₁−Ｐ₂）によって、気液分離器６内の油１７が圧縮機１内へ移動する。

図３（ａ）は圧縮機１のインバータによる運転周波数と、低圧飽和温度ＥＴに対応した返油機構７の返油特性の一例を示す線図である。前述のように、気液分離器６内の油１７が圧縮機１へ移動するためには、気液分離器６内の圧力Ｐ₁と圧縮機１内の圧力Ｐ₂との間に圧力差Ｐ_Sが必要であるが、この圧力差Ｐ_Sは、圧縮機１の運転周波数が低いほど、また、低圧飽和温度ＥＴが低いほど、小さくなる。つまり、主冷媒回路１５を流れる冷媒の流量が小さいほど、油１７の移動を行うための十分な圧力差Ｐ_Sを確保できなくなる領域があることを示している。

図４は本実施の形態に係る冷凍装置の運転制御の一例を説明するためのフローチャートである。
先ず、圧縮機１の運転周波数がある周波数、例えば５０Ｈｚ以下で、低圧圧力センサ８が検知した低圧飽和温度が、例えば−２０℃以下の運転であるかどうかを識別する（ステップＳ−１）。そして、運転がある時間、例えば積算３時間以上になると（ステップＳ−２）、ガス冷媒バイパス回路９の開閉弁１０を開放する（ステップＳ−３）。これにより、圧縮機１の吐出ガスがガス冷媒バイパス回路９を介して吸入側に流れ込むので、圧縮機１に吸込む冷媒量が増加し、低圧飽和温度が上昇する。

ついで、圧縮機１の運転周波数を増加させ（ステップＳ−４）、ガス冷媒バイパス回路９の開閉弁１０が開く前の低圧飽和温度になるようにして開閉弁１０を閉じれば（ステップＳ−５）、蒸発器５に流れる冷媒量及び低温飽和温度はそのままで、気液分離器６に流れる冷媒量を増加させることができる。よって、気液分離器６から圧縮機１へ返油を行うための圧力差Ｐ_Sを十分確保することができるので、圧縮機１への返油を行うことができる。つまり、図３（ｂ）に示すように、返油できない領域で運転していたＡの状態から、返油できる領域の運転Ｂに移動させるのである。

このようなガス冷媒バイパス回路９の開閉弁１０を開いたのちの運転時間を、例えば、６０Ｈｚ以上の運転を積算８分、又は７０Ｈｚ以上の運転を積算１分、あるいはガス冷媒バイパス回路９の開閉弁１０を開いてから１５分経過の如く、圧縮機１を運転する周波数に応じてあらかじめ設定しておくことにより、バイパス回路９の開閉弁１０を開く返油運転を最適に行うことができる。
よって、蒸発器５の能力不足を生じることがなく、油タンク機能を備えた気液分離器６から圧縮機１へ確実に返油することのできる信頼性の高い冷凍装置を得ることができる。

［実施の形態２］
図５は本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図、図６は図５の返油機構の説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
図５において、１１は受液器３と膨張機構４との間の室部ユニット２０の主冷媒回路１５に設けられた二重管式熱交換器、１２は一端が二重管式熱交換器１１と膨張機構４との間に接続され、二重管式熱交換器１１を経て他端が蒸発器５と気液分離器６との間に接続された液冷媒バイパス回路で、液冷媒の流量を制御する流量制御弁１３が設けられている。また、気液分離器６内に配設された配管１５ａのＪ字状折曲げ部には、油戻し穴１８が設けられている。

上記のように構成した冷媒回路において、通常の運転時においては、液冷媒バイパス回路１２に設けた流量制御弁１３は、バイパスされた液冷媒が二重管式熱交換器１１内において蒸発し、ガス化してしまうように開度が調整されているため、液冷媒バイパス回路１２から気液分離器６のある低圧側へは、ガス冷媒のみが流れるようになっている。また、蒸発器５へ流れる冷媒は、上記の制御により過冷媒度が増加するため、膨張機構４の前でのフラッシュガスの発生を防止することができるので信頼性が向上し、蒸発器５の能力をアップすることができる。

本実施の形態においても、返油機構７の作用は実施の形態１の場合と同様である。そして、気液分離器６内には、その油面が油戻し穴１８の下方になるような量の油１７があらかじめ封入されており、通常運転の場合には、前述のように、気液分離器６内の圧力Ｐ₁と圧縮機１内の圧力Ｐ₂との圧力差Ｐ_S＝Ｐ₁−Ｐ₂によって、気液分離器６内の油１７が返油配管１６から圧縮機１へ移動するため、気液分離器６内の油１７が油戻し穴１８から圧縮機１へ移動することはない。

図７は本実施の形態に係る冷媒回路の運転制御の一例を説明するためのフローチャートである。
先ず、圧縮機１の運転周波数がある周波数（例えば、５０Ｈｚ以下）で、低圧圧力センサ８が検知する低圧飽和温度がある温度（例えば、−２０℃以下）であるかどうかを識別する（ステップＳ−１１）。そして、その運転がある時間（例えば、積算３時間以上）経過すると（ステップＳ−１２）、液冷媒バイパス回路１２の流量制御弁１３の開度をアップし（ステップＳ−１３）、２重管式熱交換器１１で蒸発されない液冷媒が気液分離器６に流れ込むようにする。

このとき、圧縮機１の運転周波数を増加させ、蒸発器５への冷媒流量と低圧飽和温度を流量制御弁１３の開度を変化させる前後と同じようにして、蒸発器５の能力が低下しないようにする。
この場合、気液分離器６に流入した液冷媒は油１７と混合する。そして、気液分離器６内の油面が逐次上昇して返油穴１８の高さに達すると、返油穴１８から冷媒と油１７が連通配管１５ａを通って圧縮機１へ流れ込み、結果として圧縮機１へ油１７を移動させることができる。

しかしながら、このような液冷媒をバイパスする運転を長時間継続すると、圧縮機１へ液冷媒が多量に流れ込んで油濃度が低下し、圧縮機１の故障につながるおそれがある。そのため、液冷媒をバイパスさせる時間を、気液分離器６内の油面が一時的に油戻し穴１８の高さまで上昇する時間、例えば１０分程度とし（ステップＳ−１４）、この時間を経過したときは流量制御弁１３の開度を元に戻すようにすれば（ステップＳ−１５）、最適の油戻し運転を行うことができる。
これにより、蒸発器５が能力不足を生ずることがなく、気液分離器６から圧縮機１へ確実に返油できるので、信頼性の高い冷凍装置を得ることができる。

［実施の形態３］
図８は本発明の実施の形態３に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図、図９は図８の返油機構の説明図である。なお、実施の形態１、２と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、実施の形態１若しくは２、又は図８に示すように、ガス冷媒バイパス回路９と液冷媒バイパス回路１２の両者を含む冷媒回路において、返油機構７の油タンクを兼ねた気液分離器６の油の取出し口６ａを、圧縮機１への返油配管１６の最も高い位置よりさらに高い位置に設けたものである。

前述のように、気液分離器６内の油１７は、気液分離器６内の圧力Ｐ₁と、圧縮機１内の圧力Ｐ₂との圧力差Ｐ_S＝Ｐ₁−Ｐ₂によって圧縮機１へ移動するが、本実施の形態はこれに加えて、気液分離器６の油取出し口６ａが圧縮機１への返油配管１６の最も高い位置よりさらに高い位置に設けたので、上記の圧力差Ｐ_Sに気液分離器６の油１７の位置エネルギーが加わるため、圧縮機１が運転するすべての領域において、気液分離機６内の油１７を圧縮機１へ供給することができる。

本実施の形態によれば、油戻しのための特別な運転制御による室内ユニット３１の能力不足を生ずることがなく、気液分離器６から圧縮機１へ確実に返油することができるので、信頼性の高い冷凍装置を得ることができる。なお、本実施の形態は、後述の実施の形態４の油タンク１９にも実施することができる。

［実施の形態４］
図１０は本発明の実施の形態４に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図である。なお、実施の形態３（図８）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
実施の形態１〜３では、気液分離器６に油１７を入れて油タンクを兼ねた場合を示したが、本実施の形態は、気液分離器６とは別に油タンク１９を設け、圧縮機１と蒸発器５との間に、気液分離器６と油タンク１９を直列に接続したものである。

蒸発器５に接続された主冷媒回路１５の他端には気液分離器６が接続されており、一端が気液分離器６内に配設された配管１５ａの他端と、低圧圧力センサ８を有し、一端が圧縮機１に接続された配管１５ｂの他端が、それぞれ油が入れられた油タンク１９内に開口しており、油タンク１９の下部と圧縮機１の下部との間には、返油機構７を構成する返油配管１６が接続されている。

本実施の形態においても、油タンク１９内の圧力Ｐ₁と、圧縮機１内の圧力Ｐ₂との圧力差Ｐ_S＝Ｐ₁−Ｐ₂によって、油タンク１９内の油が圧縮機１に移動する作用は、実施の形態１〜３の場合と同様であって、図３で説明したように、圧縮機１の運転状態に応じて油タンク１９から圧縮機１へ返油できなくなる領域があることも同じである。また、実施の形態１又は２のフローチャート（図４、図７）で説明したように、圧縮機１の運転状態に応じてガス冷媒バイパス回路９の開閉弁１０又は液冷媒バイパス回路１２の流量制御弁１３を制御することにより、油タンク１９から圧縮機１へ返油を行うことができる。

本実施の形態を説明する図１０は、実施の形態３に係る冷媒回路とほぼ同様の冷媒回路が示してあるが、実施の形態１、２においても、本実施の形態と同様に、気液分離器６と油タンク１９とを分離することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図である。図１の返油機構の説明図である。圧縮機の運転周波数と低圧飽和温度に対応した返油特性の一例を示す線図である。実施の形態１の冷凍装置の運転の一例を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路の説明図である。図５の返油機構の説明図である。実施の形態２の冷凍装置の運転の一例を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態３の冷凍装置の冷媒回路の説明図である。図８の返油機構の説明図である。本発明の実施の形態４の冷凍装置の冷媒回路の説明図である。

符号の説明

１圧縮機、２凝縮器、３受液器、４膨張機構、５蒸発器、６気液分離器、６ａ油の取出し口、７返油機構、８低圧圧力センサ、９ガス冷媒バイパス回路、１０開閉弁、１１二重管熱交換器、１２液冷媒バイパス回路、１３流量制御弁、１５主冷媒回路、１５ａ，１５ｂ配管、１６返油配管、１７油、１８油戻し穴、１９油タンク。

Claims

インバータ電源によって駆動される圧縮機、凝縮器、受液器、膨張機構、蒸発器、気液分離器、油タンク、該油タンクと前記圧縮機との間に低圧圧力センサが設けられた主冷媒回路と、前記油タンクから圧縮機に返油する返油機構とを有し、
開閉弁を有し一端が前記圧縮機と凝縮器との間に接続され、他端が前記蒸発器と気液分離器との間に接続されたガス冷媒バイパス回路を設けたことを特徴とする冷凍装置。
前記圧縮機の回転数と低圧圧力の状態に応じて、前記開閉弁によりガス冷媒バイパス回路に流れるガス冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
インバータ電源によって駆動される圧縮機、凝縮器、受液器、膨張機構、蒸発器、気液分離器、油タンク、該油タンクと前記圧縮機との間に低圧圧力センサが設けられた主冷媒回路と、前記油タンクから圧縮機に返油する返油機構とを有し、
流量制御弁を有し一端が前記受液器と膨張機構の間に接続され他端が前記蒸発器と気液分離器との間に接続された液冷媒バイパス回路を設けたことを特徴とする冷凍装置。
前記受液器と膨張機構の間に、前記液冷媒バイパス回路を流れる液冷媒を熱交換する二重管式熱交換器を設けたことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
前記圧縮機の回転数と低圧圧力の状態に応じて、前記流量制御弁により前記液冷媒バイパス回路を流れる液冷媒の流量を制御することを特徴とする請求項３又は４記載の冷凍装置。
インバータ電源によって駆動される圧縮機、凝縮器、受液器、膨張機構、蒸発器、気液分離器、油タンク、該油タンクと前記圧縮機との間に低圧圧力センサが設けられた主冷媒回路と、前記油タンクから圧縮機に返油する返油機構とを有し、
前記主冷媒回路に、請求項１のガス冷媒バイパス回路及び請求項３の液冷媒バイパス回路を設けたことを特徴とする冷凍装置。
前記油タンクを省略し、前記気液分離器に油タンク機能を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冷凍装置。
冷媒として、ＨＦＣ冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜７記載の冷凍装置。
前記油タンク又は油タンク機能を備えた気液分離器の油取出し口を、圧縮機への返油配管の最も高い位置よりさらに高い位置に設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の冷凍装置。