JP2009300009A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転停止中、常に低圧を設定圧以下に維持することにより、冷媒漏れを低減することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機２の運転を停止する際に、冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞ってポンプダウン運転を実施し、低圧が設定圧以下に低下した時に圧縮機２を停止するとともに、冷媒吐出ラインを閉鎖して低圧を維持するようにした冷凍装置１において、圧縮機２の停止中、低圧圧力を監視し、低圧が設定圧以上に上昇したときポンプダウン運転を行い、常に低圧を設定圧以下に維持する低圧監視手段１１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機を含む冷媒回路からの冷媒漏れを極力低減することができる冷凍装置に関するものである。

冷凍装置では、冷凍サイクルを構成する各機器と冷媒配管との接続部分や各機器のシール部分等からの冷媒漏れが微小ではあるが存在する。この冷媒漏れに対しては、冷凍装置の運転停止時（圧縮機停止時）に、ポンプダウン運転を行って低圧側圧力を低くした状態で停止することが、シール部分等において大気圧との差圧を小さくできることから、有効な冷媒漏れ低減手段になると考えられる。

一方、運転停止時にポンプダウン運転を行うようにした冷凍装置において、冷媒低圧ラインの電磁弁または電子膨張弁を閉鎖してポンプダウン運転を行い、低圧ライン側の冷媒を凝縮器側に回収した後、冷媒吐出ラインに設けた電磁弁を閉鎖して冷媒を高圧ライン側に封じ込めるようにした冷凍装置が特許文献１，２に示されている。

特開２０００−２４９３８５号公報 特開２００１−２７２１１８号公報

ところで、特許文献１，２に示すものでは、運転停止時にポンプダウン運転を行い、冷媒吐出ラインの電磁弁を閉鎖することによって、低圧圧力を設定圧以下とした状態で停止することができる。従って、停止時間が短い場合には、低圧を設定圧以下に維持し、大気圧との差圧を小さくできることから、冷媒漏れに対し低減効果を期待することができる。しかしながら、停止時間が長期にわたると、弁漏れ等によって必然的に低圧が上昇し、大気圧との差圧が大きくなってしまうため、冷媒漏れの低減効果が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、運転停止中、常に低圧を設定圧以下に維持することにより、冷媒漏れを低減することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷凍装置は、圧縮機の運転を停止する際に、冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞ってポンプダウン運転を実施し、低圧が設定圧以下に低下した時に前記圧縮機を停止するとともに、前記冷媒吐出ラインを閉鎖して低圧を維持するようにした冷凍装置において、前記圧縮機の停止中、低圧圧力を監視し、低圧が設定圧以上に上昇したときポンプダウン運転を行い、常に低圧を設定圧以下に維持する低圧監視手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機の停止中、低圧圧力を監視し、低圧が設定圧以上に上昇したときポンプダウン運転を行い、常に低圧を設定圧以下に維持する低圧監視手段を備えているため、ポンプダウン運転を実施し、低圧を設定圧以下にした状態で運転を停止した後、低圧が設定圧以上に上昇したとき、都度ポンプダウン運転を行うことにより、常に低圧を設定圧以下に維持することができる。従って、冷凍装置の運転停止が長期にわたっても、低圧を設定圧以下に維持し、冷媒漏れを可及的に低減することができる。なお、ポンプダウン運転は、冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞った状態として圧縮機を運転し、冷媒低圧ライン側の冷媒を、凝縮器を含む冷媒高圧ラインに汲み上げることによって行われる。

さらに、本発明の冷凍装置は、上記の冷凍装置において、前記圧縮機が、外部駆動源により駆動される開放型圧縮機とされていることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機が外部駆動源で駆動される開放型圧縮機とされている冷凍装置において、圧縮機の運転停止中、低圧を設定圧以下に維持し、圧縮機駆動軸のシール部分から冷媒が漏れる可能性を低減することができる。従って、開放型圧縮機を用いた冷凍装置の冷媒漏れ低減を図ることができる。

また、本発明の冷凍装置は、上述のいずれかの冷凍装置において、前記冷媒低圧ラインを閉鎖する手段が、冷凍サイクル用の電子膨張弁と共用化されていることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒低圧ラインを閉鎖する手段が冷凍サイクル用の電子膨張弁と共用化されているため、ポンプダウン運転時および運転停止時、電子膨張弁を全閉状態として冷媒低圧ラインを閉鎖することができる。従って、冷媒低圧ラインを閉鎖する専用の電磁弁等を不要にすることができ、冷媒回路構成の簡素化と低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明の冷凍装置は、上述のいずれかの冷凍装置において、前記冷媒吐出ラインを閉鎖する手段が、前記圧縮機からの冷媒吐出ラインや前記圧縮機内に設けられる電磁弁または逆止弁とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒吐出ラインを閉鎖する手段が圧縮機からの冷媒吐出ラインや圧縮機内に設けられる電磁弁または逆止弁とされているため、ポンプダウン運転が終了時、冷媒吐出ラインを電磁弁または逆止弁により閉鎖し、高圧冷媒が冷媒吐出ライン側から圧縮機側へと逆流するのを防止することができる。従って、冷媒低圧ライン側の低圧維持効果を高め、冷媒回路からの冷媒の漏れを極力低減することができる。

本発明によると、ポンプダウン運転を実施し、低圧を設定圧以下にした状態で運転を停止した後、低圧が設定圧以上に上昇したとき、都度ポンプダウン運転を行うことにより、常に低圧を設定圧以下に維持することができるため、冷凍装置の運転停止が長期にわたっても、低圧を設定圧以下に維持し、冷媒漏れを可及的に低減することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかる冷凍装置の構成図が示され、図２には、その制御フロー図が示されている。
冷凍装置１は、低圧冷媒ガスを圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒ガスを凝縮液化する凝縮器３と、凝縮器３で凝縮液化された高圧液冷媒を断熱膨張する膨張弁（電子膨張弁）４と、膨張弁４で断熱膨張された低圧の気液二相冷媒を蒸発ガス化する蒸発器５とをこの順に冷媒配管６により接続した閉サイクルの冷媒回路（冷凍サイクル）７を備えている。

上記の冷凍装置１において、圧縮機２は、モータを内蔵しておらず、その駆動軸が圧縮機ハウジングから外部に突出され、エンジンまたはモータ等の外部駆動源にクラッチ等を介して連結され、外部駆動源により駆動される構成とされた、いわゆる開放型圧縮機とされている。従って、駆動軸の突出部には、ハウジング内部と大気との間をシールするメカニカルシール、リップシール等のシール装置が介装されている。

また、冷媒回路（冷凍サイクル）７の膨張弁（電子膨張弁）４と蒸発器５との間の冷媒低圧ラインには、ポンプダウン運転時に冷媒低圧ラインを閉鎖する手段としての電磁弁８が設けられるとともに、圧縮機２と凝縮器３との間の冷媒吐出ラインには、ポンプダウン運転後に冷媒吐出ラインを閉鎖する手段としての電磁弁９が設けられている。さらに、冷媒低圧ラインの蒸発器５と圧縮機２との間には、低圧圧力を検出する圧力センサ１０が設けられている。

また、上記冷凍装置１は、運転を停止（圧縮機２を停止）する際に、圧縮機２の運転を継続したままで電磁弁８を閉じてポンプダウン運転を行い、冷媒低圧ライン側の圧力が設定圧以下になったら、圧縮機２を停止するとともに、電磁弁９を閉じて停止状態とし、以後の停止中においても低圧が設定圧以上にならないように低圧を監視する低圧監視手段１１を備えている。

つまり、低圧監視手段１１は、図２に示されるように、運転状態（Ｓ１）とされていた冷凍装置１（圧縮機２）に停止信号が入力されると、ポンプダウン運転（Ｓ２）を実施する。このポンプダウン運転（Ｓ２）は、圧縮機２の運転を継続したままで電磁弁８を閉じて行う。これによって、電磁弁８より下流側の冷媒低圧ライン中の冷媒は、圧縮機２により凝縮器３を含む冷媒高圧ライン側に汲み上げられ、主に凝縮器３に回収される。

上記の冷媒回収作用を所定時間継続すると、冷媒低圧ライン側の冷媒のほとんどが凝縮器３を含む冷媒高圧ライン側に回収され、冷媒低圧ラインの圧力が低下する。そして、低圧圧力ＬＰが設定圧以下になると、圧力センサ１０がそれを検出（Ｓ３）して、圧縮機２の運転を停止（Ｓ４）するとともに、膨張弁（電子膨張弁）４および電磁弁９を閉鎖状態（Ｓ５）として冷媒を凝縮器３側に封じ込め、高圧冷媒が圧縮機２側に逆流するのを防止する。これにより、冷媒低圧ラインの低圧圧力ＬＰを設定圧以下とした停止状態（Ｓ６）に維持することができる。

停止状態（６）が長期にわたり、弁漏れ等によって低圧ＬＰが徐々に上昇し設定圧以上になると、圧力センサ１０がそれを検出（Ｓ７）し、圧縮機２を短時間だけ運転（Ｓ８）して再びポンプダウン運転（Ｓ２）を行う。このようにして、低圧監視手段１１は、冷凍装置１（圧縮機２）が停止中、冷媒低圧ラインの圧力を常に設定圧以下の低圧ＬＰに維持するように構成されている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
冷凍装置１において、冷凍ないし空調運転は、圧縮機２により圧縮された冷媒を凝縮器３により凝縮液化し、この冷媒を膨張弁（電子膨張弁）４で断熱膨張した後、蒸発器５に供給して蒸発ガス化させ、この冷媒ガスを圧縮機２に吸入して再び圧縮するサイクルを繰り返すことによって行われる。

この冷凍ないし空調運転を停止する際、停止期間中において、冷凍装置からの冷媒漏れの可能性を出来る限り低減するために、低圧監視手段１１によりポンプダウン運転を行ってから圧縮機２の運転を停止する。ポンプダウン運転は、圧縮機２の運転を継続したまま電磁弁８を閉鎖することによって実施される。ポンプダウン運転を行うと、電磁弁８より下流側の冷媒低圧ライン中の冷媒が圧縮機２により凝縮器３を含む高圧ライン側へと回収され、冷媒低圧ライン側の圧力が低下される。

低圧圧力が設定圧まで低下すると、圧力センサ１０がそれを検出し、圧縮機２を停止してポンプダウン運転を終了するとともに、膨張弁（電子膨張弁）４および電磁弁９を閉鎖して凝縮器３を含む高圧ライン側に冷媒を封じ込める。こうして、冷媒低圧ライン側の低圧圧力を大気圧との差圧が小さい設定圧以下の低圧状態に維持する。また、運転停止の期間が長期にわたり、その間に弁漏れ等により低圧が上昇し、それが設定圧以上になったことを圧力センサ１０が検出すると、圧縮機２を短時間運転して再びポンプダウン運転を実施し、以下同様の動作を繰り返すようにしている。

これによって、冷凍装置１は、運転停止中、常に低圧圧力が設定圧以下に維持されるようになる。従って、冷凍装置１の運転停止が長期にわたっても、低圧を設定圧以下に維持することにより、冷媒漏れを可及的に低減することができる。また、開放型圧縮機２を用いている冷凍装置１にあっては、圧縮機２の運転停止中、圧縮機駆動軸のシール部分からの冷媒漏れの可能性を低減することができる。従って、開放型圧縮機２を用いた冷凍装置１の冷媒漏れ低減を図ることができる。

また、冷媒吐出ラインに電磁弁９を設け、ポンプダウン運転が終了したとき、冷媒吐出ラインを電磁弁９により閉鎖することによって高圧冷媒の圧縮機２側への逆流を防止するようにしている。このため、冷媒低圧ライン側の低圧維持効果を高め、冷媒回路７からの冷媒の漏れを極力低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、冷媒低圧ラインを閉鎖する手段が電子膨張弁４により共用化されている点が異なる。
つまり、本実施形態では、ポンプダウン運転時、低圧監視手段１１により電子膨張弁４を全閉もしくは絞って冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞るとともに、ポンプダウン運転終了後の運転停止中は、全閉状態とする構成としている。これにより、電子膨張弁４に上記電磁弁８の機能を兼ねさせることができる。

このように、ポンプダウン運転時、電子膨張弁４を全閉もしくは絞って冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞り、ポンプダウン運転終了後の運転停止中、電子膨張弁４を全閉として冷媒低圧ラインを閉鎖する構成とすることにより、上記した電磁弁８を省略することができる。従って、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果の他、電磁弁８の省略により冷媒回路７の構成簡素化と低コスト化を図ることができるという効果が奏される。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、冷媒吐出ラインを閉鎖する手段として電磁弁９を設けた例について説明したが、この電磁弁９は逆止弁により代替しても同様の作用効果を得ることができる。なお、逆止弁を用いることにより、弁の制御回路が不要となるため、制御手段の構成を簡素化することができる。また、上記電磁弁９や逆止弁は、圧縮機２の内部に設置してもよい。

また、上記実施形態では、圧縮機２、凝縮器３、および蒸発器５が各１台接続された冷凍装置について説明したが、圧縮機２、凝縮器３、および蒸発器５の少なくとも１つが複数台接続されたマルチタイプの冷凍装置にも同様に適用できることはもちろんである。また、上記実施形態では、低圧圧力を検出するため、冷媒低圧ラインに圧力センサ１０を設けた例について説明したが、温度センサにより検出された冷媒の飽和温度から圧力を検出するようにしても、かかる実施形態も本発明に含まれるものとする。

さらに、本発明は、外部駆動源であるエンジンやモータで駆動される開放型圧縮機２を用いたエンジン駆動式のヒートポンプ空気調和機、サブエンジンや走行用エンジンにより駆動される車両用の冷凍ないし空調装置に適用して好適であるが、必ずしもこれらの冷凍装置に制限されるものではなく、電動の冷凍装置、ヒートポンプ空気調和機等にも同様に適用できることは云うまでもない。
また、運転停止中における低圧を維持するための短時間のポンプダウン運転は、エンジンを起動するスタータモータを備えたものでは、スタータモータを短時間駆動してポンプダウン運転することができ、更にはエンジンとモータの双方を備えたハイブリット式のものでは、モータを短時間駆動してポンプダウン運転することができる。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係る冷凍装置の制御フロー図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
２ 圧縮機（開放型圧縮機）
４ 膨張弁（電子膨張弁）
７ 冷媒回路（冷凍サイクル）
８ 電磁弁（冷媒低圧ライン閉鎖手段）
９ 電磁弁（冷媒吐出ライン閉鎖手段）
１１ 低圧監視手段

Claims (4)

1. 圧縮機の運転を停止する際に、冷媒低圧ラインを閉鎖もしくは絞ってポンプダウン運転を実施し、低圧が設定圧以下に低下した時に前記圧縮機を停止するとともに、前記冷媒吐出ラインを閉鎖して低圧を維持するようにした冷凍装置において、
   前記圧縮機の停止中、低圧圧力を監視し、低圧が設定圧以上に上昇したときポンプダウン運転を行い、常に低圧を設定圧以下に維持する低圧監視手段を備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記圧縮機が、外部駆動源により駆動される開放型圧縮機とされていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記冷媒低圧ラインを閉鎖する手段が、冷凍サイクル用の電子膨張弁と共用化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍装置。
4. 前記冷媒吐出ラインを閉鎖する手段が、前記圧縮機からの冷媒吐出ラインや前記圧縮機内に設けられる電磁弁または逆止弁とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷凍装置。
   

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