JP2011094921A - 冷媒回路 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の圧縮機を共通の冷媒回路に並列に設ける構成であって、運転中と停止中の圧縮機が混在する状態において、吐出冷媒の逆流を検知できる冷媒回路を提供する。
【解決手段】吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬと、各圧縮機２１，２２の吐出側の検知温度ＴＤ１，ＴＤ２と、吸入経路１１の検知温度ＴＳとを検出し、圧縮機効率に基づき理論冷媒吐出温度ＴＤｔを算出し、運転中の圧縮機２１の吐出側の検知温度ＴＤ１が理論冷媒吐出温度ＴＤｔよりも異常に高温であるか否かを判定し、異常に高温と判定した場合に運転中の全ての圧縮機２１，２２の停止指令を出力し、停止指令後でバイパス弁２３を開くことなく所定時間の間に吐出経路１２と吸入経路１１の検知圧力ＰＬ，ＰＨが均圧状態に達するか否かを判定し、均圧状態に達したと判定した場合に冷媒逆流が発生していると判定する、制御装置１０を有する冷媒回路１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１台または２台以上の圧縮機を駆動するように構成された冷媒回路に関するものである。

従来より、２台の圧縮機を共通の冷媒経路に並列に設けた冷媒回路が開示されている（特許文献１参照）。

上記従来の冷媒回路は、空調容量に対応して、何れか１台または２台の圧縮機を駆動するようになされていた。

特開２０００−３０４３７３号公報

しかし、上記従来の冷媒回路の場合、次のような不都合を生じることとなる。

すなわち、何れか１台の圧縮機を駆動し、他方を停止する運転状態において、停止中の圧縮機内部の気密性能が劣化していると、運転中の圧縮機からの吐出冷媒が停止中の圧縮機の吐出口から吸入口に逆流する短絡現象が発生する。このような吐出冷媒の短絡状態が発生すれば、運転中の圧縮機の吐出温度が急激に上昇し、許容上限温度に達するため、空調運転を継続できない等の不具合が発生する。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであって、複数の圧縮機を共通の冷媒回路に並列に設ける構成であって、運転中と停止中の圧縮機が混在する状態において、吐出冷媒の逆流による停止側圧縮機の逆転を検知することができる冷媒回路を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の冷媒回路は、複数の圧縮機を共通の吸入経路および吐出経路に対して並列に設け、各圧縮機の吐出側に温度センサを設け、共通の吸入経路に温度センサを設け、共通の吸入経路および吐出経路のそれぞれに圧力センサを設け、通常時閉のバイパス弁を備えた共通の吐出経路と吸入経路の接続経路を設け、計時手段を設けた冷媒回路であって、運転中と停止中の圧縮機が混在する運転状態において、共通の吐出経路の検知圧力と、共通の吸入経路の検知圧力と、検知温度および圧縮機効率に基づき理論冷媒吐出温度を算出し、運転中の圧縮機の吐出側の検知温度が理論冷媒吐出温度よりも異常に高温であるか否かを判定し、異常に高温であると判定した場合に運転中の全ての圧縮機を停止する指令を出力し、停止指令の出力後でバイパス弁を開くことなく所定時間の間に共通の吐出経路と吸入経路の検知圧力が均圧状態に達するか否かを判定し、停止指令の出力後でバイパス弁を開くまでに均圧状態に達したと判定した場合に冷媒逆流が発生していると判定する、演算出段を有するものである。

また、上記冷媒回路において、圧縮機台数が２台であり、一方の圧縮機が運転中で、他方が停止中の運転状態で冷媒逆流が発生していると判定した場合に当該判定後は冷媒逆流判定時に停止中の圧縮機が運転中のときだけ冷媒逆流判定時に運転中だった圧縮機を運転するよう、設定する手段を有するものである。

以上述べたように、本発明の冷媒回路によると、複数の圧縮機を共通の冷媒回路に並列に設ける構成であって、運転中と停止中の圧縮機が混在する状態において、吐出冷媒の逆流による停止側圧縮機の逆転を検知することができる。

また、請求項２記載の冷媒回路によると、気密性が劣化している圧縮機が停止中にもう一方の圧縮機を運転することを防止して、吐出冷媒の逆流による停止側圧縮機の逆転を防止できる。

本発明に係る冷媒回路の冷房時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明に係る冷媒回路の暖房時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明に係る冷媒回路の圧縮機部分の要部構成の概略を示す回路図である。 本発明に係る冷媒回路の制御装置のブロック図である。 本発明に係る冷媒回路の制御装置のフローチャートである。 本発明に係る冷媒回路において、エンジンによる圧縮機の駆動を説明する概略図である。 本発明に係る冷媒回路において通常運転時と逆流時とにおる圧縮機の吐出温度の違いを説明するグラフである。 本発明に係る冷媒回路において通常運転時と逆流時とにおける吐出経路の圧力と吸入経路の圧力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２は冷媒回路１の冷暖房時の冷媒の流れを示し、図３は同冷媒回路１の圧縮機２１，２２の部分の概略を示し、図４は同冷媒回路１において、冷媒が、圧縮機２１，２２の吐出側経路２１ｂ，２２ｂから吸入側経路２１ａ，２２ａに逆流しているか否かを検知する制御装置１０のブロック図を示し、図５は同制御装置１０による制御フロー図を示している。

この冷媒回路１は、２台の圧縮機２１，２２を共通の吸入経路１１および吐出経路１２に対して並列に設け、各圧縮機２１，２２の吐出側経路２１ｂ，２２ｂに温度センサ３１，３２を設け、共通の吸入経路１１に温度センサ３３を設け、共通の吸入経路１１および吐出経路１２のそれぞれに圧力センサ４１，４２を設け、通常時閉のバイパス弁２３を備えた共通の吐出経路１２と吸入経路１１の接続経路１３を設けて構成されている。

各圧縮機２１，２２の吐出側経路２１ｂ，２２ｂに設けた温度センサ３１，３２は、圧縮機２１，２２から吐出される冷媒の温度を測定することができる位置であれば、吐出側経路２１ｂ，２２ｂの何処に設けたものであってもよい。

共通の吸入経路１１に設けた温度センサ３３は、圧縮機２１，２２に吸入される冷媒の温度を測定することができる位置であれば、共通の吸入経路１１の何処に設けたものであってもよい。図１および図２では、共通の吸入経路１１に設けられたキャピラリチューブ１１ａよりも上流側に設けられている。この場合、キャピラリチューブ１１ａによる冷媒のガス化が促進される手前の位置なので、冷媒の温度は不安定にならず、測定位置としては好ましい。

共通の吸入経路１１に設けた圧力センサ４１は、圧縮機２１，２２に吸入される冷媒の圧力を測定することができる位置であれば、吸入経路１１の何処に設けたものであってもよい。図１および図２では、共通の吸入経路１１に設けられたキャピラリチューブ１１ａよりも上流側に設けられている。この場合、キャピラリチューブ１１ａによる冷媒のガス化が促進される手前の位置なので、冷媒の圧力は不安定にならず、測定位置としては好ましい。

共通の吐出経路１２に設けた圧力センサ４２は、圧縮機２１，２２から吐出される冷媒の圧力を測定することができる位置であれば、吐出経路１２の何処に設けたものであってもよい。図１および図２では、オイルセパレータ２４の圧力が加わっている接続経路１３で測定している。この場合、オイルセパレータ２４の容量があるので、圧縮機２１，２２からの冷媒の圧力は不安定にならず、測定位置としては好ましい。

まず、冷媒回路１のヒートポンプサイクルについて説明する。

図１に示すように、冷房運転時、圧縮機２１，２２で圧縮された冷媒ガスは、オイルセパレータ２４でオイルから分離された後、四方弁２５を介して室外熱交換器２６ａ，２６ｂへと流入する。その後、室外熱交換器２６ａ，２６ｂからブリッジ回路２７を経た冷媒は、リキッドレシーバ２８で液冷媒として貯留される。この液冷媒は、再度ブリッジ回路２７を経て閉鎖弁ＢＶ１から室内機５の電子膨張弁５１を経て室内熱交換器５２で蒸発気化した後、閉鎖弁ＢＶ２から圧縮機２１，２２へと吸引される。この際の冷房は、電子膨張弁５１の開度調整を行うことによって制御される。また、冷房能力が不足する場合、冷媒は、リキッドレシーバ２８からブリッジ回路２７へと向かう冷媒の一部が、電子膨張弁ＥＶ１を開度調整して過冷却器２８ａへと導かれる。これによってリキッドレシーバ２８内の液冷媒は、過冷却され冷房能力の不足を解消するように制御される。過冷却器２８ａを通過した冷媒は、通常の冷媒経路を通過するガス冷媒と合流する。

図２に示すように、暖房運転時、圧縮機２１，２２で圧縮された冷媒ガスは、オイルセパレータ２４でオイルから分離された後、四方弁２５を介して閉鎖弁ＢＶ２から室内機５へ供給され、室内熱交換器５２で凝縮液化した後、電子膨張弁５１を経て室外機２へと導かれる。

室外機２へと導かれた液冷媒は、閉鎖弁ＢＶ１からブリッジ回路２７を経てリキッドレシーバ２８へと回収される。この液冷媒は、再度ブリッジ回路２７の電子膨張弁ＥＶ２で開度調整して室外熱交換器２６ａ，２６ｂへと導かれる。この室外熱交換器２６ａ，２６ｂで蒸発気化した冷媒は、四方弁２５から再度圧縮機２１，２２へと吸引される。また、暖房運転では、室外熱交換器２６ａ，２６ｂの蒸発能力の不足を補うため、冷媒の一部が電子膨張弁ＥＶ３から廃熱回収器２９へ導かれる。この廃熱回収器２９を通過する冷媒は、圧縮機２１，２２の駆動源であるエンジン２０（図６参照）の廃熱によって蒸発気化し、通常の冷媒経路を通過するガス冷媒と合流する。

上記した冷房運転時または暖房運転時において、冷媒回路１は、通常時はバイパス弁２３が閉じた状態となされているが、圧縮機２１，２２の吸入経路１１に吸引される冷媒の湿り度が大きくなると、液ハンマによる圧縮機２１，２２の破損を防止するために、バイパス弁２３が開かれる。

なお、図１において、冷媒回路１は、室内機３が１台しか接続されていないが、閉鎖弁ＢＶ１と閉鎖弁ＢＶ２との間に複数台の室内機５が接続可能となされている。また、圧縮機２１，２２は、これら接続された室内機５の運転状況に応じて何れか１台または２台が運転される。これら圧縮機２１，２２の運転切り替えは、図６に示すように、駆動源のエンジン２０に２台の圧縮機２１，２２が、ベルトやチェーンなどの駆動連結手段２０ａによって駆動連結されており、クラッチ（図示省略）のオンオフで何れか１台または２台同時の駆動が可能となるように構成されている。

上記構成において、本発明の冷媒回路１の制御装置１０は、例えば圧縮機２１が運転し、圧縮機２２が停止している状態において、圧縮機２２の吐出側経路２２ｂから吸入側経路２２ａへの冷媒の逆流発生を判定することができるようになされている。

図４は冷媒の逆流を判定する制御装置１０のブロック図を示し、図５は同判定を行う際の制御フローを示している。以下において、説明の便宜上、圧縮機２１が運転し、圧縮機２２が停止している状態を仮定する。

この制御装置１０には、圧縮機２１，２２の吐出側経路２１ｂ，２２ｂに設けた温度センサ３１，３２からの検知温度ＴＤ１，ＴＤ２と、共通の吐出経路１２に設けた圧力センサ４２からの検知圧力ＰＨと、共通の吸入経路１１に設けた圧力センサ４１からの検知圧力ＰＬと、共通の吸入経路１１に設けた温度センサ３３からの検知温度ＴＳとが入力され、これらの入力情報に基づいて圧縮機２１，２２を駆動するエンジン２０の停止または始動の指令を出したり、圧縮機２１，２２の補修指令を出したりするように構成されている。

制御装置１０では、まず、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔよりも異常に高温であるか否かを判定する。その方法としては、図７に示すように、入力情報に基づいて圧縮機２１の理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔを算出する。制御装置１０では、この算出された理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔに圧縮機２１の最低運転効率を考慮して冷媒吐出温度ＴＤｒに換算し、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔから換算した最低運転効率の冷媒吐出温度ＴＤｒまでの範囲内に有るか否かを判定する（ステップ１）。

実際の冷媒吐出温度ＴＤ１が、この範囲内にある場合、制御装置１０は、逆流していない通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記した判定を繰り返す。実際の冷媒吐出温度ＴＤ１が、この範囲よりも高温である場合、逆流による停止側圧縮機２２の逆転時と仮判断し、制御装置１０は、運転中の圧縮機２１を駆動するエンシン２０の停止指令を出力する（ステップ２）。

なお、上記では、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１が、理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔから換算した冷媒吐出温度ＴＤｒまでの範囲内に有るか否か、その温度差によって判定しているが、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１と、理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔとを比較した比率によって判定してもよい。すなわち、理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔの場合の圧縮機２１の運転効率を１００とし、この理論上の冷媒吐出温度ＴＤｔと、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１との比率から、実際の冷媒吐出温度ＴＤ１の場合の圧縮機２１の運転効率を求める。この実際の冷媒吐出温度ＴＤ１における圧縮機２１の運転効率が、あらかじめ設定した運転効率、例えば、１００〜７５％に有るか否かを判定する（ステップ１）。制御装置１０は、この範囲内の比率に納まっている場合、通常運転時と判断し、あらかじめ設定した時間毎に上記の判定を繰り返す。範囲内の比率から外れていれば、逆流による停止側圧縮機２２の逆転時と仮判断し、制御装置１０は、運転中の圧縮機２１を駆動するエンジン２０の停止指令を出力する（ステップ２）。

次に、制御装置１０では、エンジン２０の停止指令を出してから後、バイパス弁２３を開くことなく、共通の吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、共通の吸入経路１１の検知圧力ＰＬとをモニターし、所定の時間内に均等の圧力になるか否かを判定する（ステップ３）。図８に示すように、エンジン２０を停止しても、正常の場合は、バイパス弁２３を開くまでの間は、吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬとは、その圧力が保たれている。しかし、逆流による停止側圧縮機２２の逆転を生じている場合は、エンジン２０を停止すると、吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬとは、バイパス弁２３を開かずとも所定の時間内に均等の圧力になる。

したがって、バイパス弁２３を開かない状態で所定の時間内に均等の圧力にならなかった場合は、通常運転時と判断し、エンジン２０が再始動されて通常運転に戻り（ステップ４）、以後、ステップ１からの判定が繰り返される。

バイパス弁２３を開かない状態で所定の時間内に均等の圧力になった場合は、停止している圧縮機２２で吐出側経路２２ｂから吸入側経路２２ａへの冷媒の逆流による停止側だった圧縮機２２の逆転が発生しているものとして検知され（ステップ５）、圧縮機２２の補修指令が出される（ステップ６）。この補修指令は、逆流を意味するエラー信号を制御機器画面に表示したり、エラーを知らせるランプの点灯、ブザー音の発生などによって行われる。

なお、吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬとが、所定の時間内に均等の圧力になるか否かについては、吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬとの差圧をモニターし、この差圧が、あらかじめ設定した圧力差以下になった場合に均等の圧力になると判断するものであってもよいし、吐出経路１２の検知圧力ＰＨと、吸入経路１１の検知圧力ＰＬとの比率をモニターし、この比率が、あらかじめ設定した比率の範囲内から外れた場合に均等の圧力になると判断するものであってもよい。

この制御装置１０を備えた冷媒回路１によると、停止中の圧縮機２２において、吐出側経路２２ｂから吸入側経路２２ａへの冷媒の逆流による停止側圧縮機２２の逆転が発生しているか否かを検知することができる。

なお、停止中の圧縮機２２が逆流による逆転を生じた場合であっても、運転中だった圧縮機２１までもが逆流による逆転を生じるわけではない。したがって、停止中の圧縮機２２が逆流による逆転を生じた場合は、この逆流による逆転を生じる圧縮機２２を常に他方の圧縮機２１に優先して運転させるように指令するプログラムを制御装置１０に追加してもよい。これによって、気密性が劣化している圧縮機２２が停止中にもう一方の圧縮機２１を運転することを防止して、吐出冷媒の逆流による停止側圧縮機２１の逆転を防止できる。

なお、本実施の形態では、説明の便宜上、圧縮機２１が運転し、圧縮機２２が停止している状態を仮定しているが、圧縮機２２が運転し、圧縮機２１が停止している状態であってもよい。

また、本実施の形態では、圧縮機２１，２２は２台となされているが、３台以上の場合であってもよい。

本発明に係る冷媒回路は、複数台の圧縮機を有する冷媒回路を用いた各種空調装置に使用される。

１ 冷媒回路
１０ 制御装置（演算手段）
１１ 共通の吸入経路
１２ 共通の吐出経路
１３ 接続経路
２ 室外機
２１ 圧縮機
２１ａ 吸入側経路
２１ｂ 吐出側経路
２２ 圧縮機
２２ａ 吸入側経路
２２ｂ 吐出側経路
２３ バイパス弁
３１ 温度センサ
３２ 温度センサ
３３ 温度センサ
４１ 圧力センサ
４２ 圧力センサ
ＴＤ１ 吐出経路の検知温度
ＴＤ２ 吐出経路の検知温度
ＴＳ 吸入経路の検知温度
ＰＬ 吸入経路の検知圧力
ＰＨ 吐出経路の検知圧力

Claims (2)

1. 複数の圧縮機を共通の吸入経路および吐出経路に対して並列に設け、各圧縮機の吐出側に温度センサを設け、共通の吸入経路に温度センサを設け、共通の吸入経路および吐出経路のそれぞれに圧力センサを設け、通常時閉のバイパス弁を備えた共通の吐出経路と吸入経路の接続経路を設け、計時手段を設けた冷媒回路であって、
   運転中と停止中の圧縮機が混在する運転状態において、
   共通の吐出経路の検知圧力と、共通の吸入経路の検知圧力と、各圧縮機の吐出側の検知温度と、共通の吸入経路の検知温度とを検知し、
   圧縮機効率に基づき理論冷媒吐出温度を算出し、
   運転中の圧縮機の吐出側の検知温度が理論冷媒吐出温度よりも異常に高温であるか否かを判定し、
   異常に高温であると判定した場合に運転中の全ての圧縮機を停止する指令を出力し、
   停止指令の出力後でバイパス弁を開くことなく所定時間の間に共通の吐出経路と吸入経路の検知圧力が均圧状態に達するか否かを判定し、
   停止指令の出力後でバイパス弁を開くまでに均圧状態に達したと判定した場合に冷媒逆流が発生していると判定する、演算出段を有することを特徴とする冷媒回路。
2. 請求項１記載の冷媒回路において、
   圧縮機台数が２台であり、
   一方の圧縮機が運転中で、他方が停止中の運転状態で冷媒逆流が発生していると判定した場合に当該判定後は冷媒逆流判定時に停止中の圧縮機が運転中のときだけ冷媒逆流判定時に運転中だった圧縮機を運転するよう、設定する手段を有することを特徴とする冷媒回路。

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