JP2014119166A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機用モータを駆動する電力供給装置を冷媒で冷却する冷却器を備えた冷凍装置において、その冷却器での冷媒不足に起因する電力供給装置の発熱、温度上昇を抑制ないし防止する。
【解決手段】冷凍装置(1)は、圧縮機(2)、凝縮器(3)、膨張機構(4)及び蒸発器(5)を備えると共に、上記圧縮機(2)の駆動用モータ(2b)に電力を供給する電力供給装置を上記凝縮器(3)から出た冷媒により冷却する冷却器(19)とを備える。コントローラ(7)は、２つの温度センサ(31)、(32)により上記冷却器(19)の下流側の冷媒に過熱度がついたことが検出されたとき、冷却器(19)での冷媒不足と判断して、上記電力供給装置(P)に備えるインバータの運転を強制的に停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、圧縮機駆動用のモータに電力を供給する電力供給装置を冷媒で冷却するための冷却器を備えたものの改良に関する。

従来、空気調和装置等の冷凍装置では、圧縮機のモータ等に電力を供給する電力供給装置として、ダイオードやトランジスタ等のパワーデバイスを有する電力供給回路が用いられている。これ等のパワーデバイスは、その通電動作時に発熱し高温となるため、上記冷凍装置の中には、冷媒回路の凝縮器下流の冷媒によりパワーデバイスを良好に冷却する冷却器を備えた構成を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２-６９０６６号公報

ところで、上記のように凝縮器下流側に冷却器を備えた冷凍装置では、何らかの理由で冷却器に流れる冷媒量が減少し、冷媒不足となった状況では、冷却器で電力供給装置のパワーデバイスを良好に冷却できなくなり、それらパワーデバイスの温度上昇や破壊を招く懸念が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーデバイス等の電装品を有する電力供給装置を冷媒回路の凝縮器下流に設けた冷却器で冷却する冷凍装置において、冷却器への冷媒流量が減少した冷媒不足時には、電力供給装置のパワーデバイスの破壊又は異常停止を防止することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明の冷凍装置は、圧縮機(2)、凝縮器(3)、膨張機構(4)及び蒸発器(5)を備えると共に、上記圧縮機(2)の駆動用モータ(2b)を制御する電力供給装置(P)、及び上記凝縮器(3)から出た冷媒により上記電力供給装置(P)を冷却する冷却器(19)とを備えた冷凍装置において、上記冷却器(19)の下流側において冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(25)、(28)と、冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことが上記過熱度検出手段(25)、(28)により検出されたとき、上記電力供給装置(P)の運転を停止する制御手段(26)とを備えたことを特徴とする。

上記第１の発明の冷凍装置では、冷却器の下流側での冷媒の過熱度が過熱度検出手段で検出されて、その過熱度がついた場合には、凝縮器から冷却器に流通した冷媒はその全てがガス冷媒になった状況であるので、冷却器での冷媒不足と判断されて、制御手段が電力供給装置の運転を停止する。従って、電力供給装置のパワーデバイスの発熱、温度上昇がなくなって、電力供給回路のパワーデバイスの破壊や異常停止が防止される。

第２の発明の冷凍装置は、圧縮機(2)、凝縮器(3)、膨張機構(4)及び蒸発器(5)を備えると共に、上記圧縮機(2)の駆動用モータ(2b)を制御する電力供給装置(P)、及び上記凝縮器(3)から出た冷媒により上記電力供給装置(P)を冷却する冷却器(19)と、上記冷却器(19)と上記凝縮器(3)との間に配置された冷媒冷却用膨張弁(22)とを備えた冷凍装置において、上記冷却器(19)の下流側において冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(25)、(28)と、上記過熱度検出手段(25)、(28)により冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことが検出されたとき、上記冷媒冷却用膨張弁(22)による冷媒の温度制御を停止し、上記冷却器(19)に流れる冷媒量を増量するようにその開度を所定値に制御する制御手段(27)とを備えたことを特徴とする。

上記第２の発明の冷凍装置では、過熱度検出手段が検出した冷却器下流側での冷媒の過熱度がついた冷媒不足時には、制御手段が冷却器上流側に位置する冷却用膨張弁の冷媒の温度制御を停止させると共に、冷却器に流れる冷媒量を増量するようにその開度を所定値に制御するので、冷却器ではその増量した冷媒によって電力供給装置のパワーデバイスの冷却性能が向上して、その発熱、温度上昇が抑制されて、その破壊や異常停止が回避される。

第３の発明は、上記冷凍装置において、上記制御手段(27)は、上記冷却器(19)に流れる冷媒量を増量するように上記冷媒冷却用膨張弁(22)の開度を所定値に制御した後、上記電力供給装置(P)の出力電流を上記冷却器(19)に流れる冷媒の温度に応じて垂下制御することを特徴とする。

上記第３の発明の冷凍装置では、冷却器に流れる冷媒量が増量された後は、冷却用膨張弁の冷媒の温度制御の停止によって凝縮器からの高温の冷媒が冷却器に流れる状況となり、この冷媒による電力供給装置のパワーデバイスの冷却性能は通常時（温度制御された低温冷媒による冷却時）に比して低下するが、この状況では、その冷媒温度に応じて電力供給装置の出力電流が垂下制御される。その結果、その冷媒温度が高いほど電力供給装置の出力電流は減少制御されるので、電力供給装置の負荷が軽減されて、その発熱、温度上昇が抑制されて、その破壊や異常停止が確実に回避される。

第４の発明は、上記冷凍装置において、上記過熱度検出手段(25)は、上記冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側温度が上流側温度よりも低い場合に、冷却器(19)下流側の冷媒温度が冷却器(19)上流側の冷媒温度よりも高いとき、冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたこと検出することを特徴とする。

上記第４の発明の冷凍装置では、冷却用膨張弁の下流側温度が上流側温度と等しい場合、即ち、凝縮器の冷媒に過冷却度がついている場合には、この液冷媒が冷却器で電力供給装置のパワーデバイスを冷却して冷却器の下流側の冷媒の過冷却度が小さくなるだけであって、電力供給装置のパワーデバイスは十分な量の液冷媒で良好に冷却されている状態である。そして、このような場合には、過熱度検出手段は冷却器下流側の冷媒に過熱度がついたと判断しないので、過冷却度がついた液冷媒でパワーデバイスを良好に冷却している状態を冷媒不足と誤検出することがなく、冷却器での冷媒不足を正確に検出することが可能である。

第５の発明は、上記冷凍装置において、上記過熱度検出手段(28)は、上記冷却器(19)の下流側の冷媒の温度及び圧力を検出する温度検出手段(32)及び圧力検出手段(40)を有し、上記温度検出手段(32)により検出した冷媒温度と、上記圧力検出手段(40)により検出した冷媒圧力から求めた蒸発温度とに基づいて、上記冷却器(19)の下流側における冷媒の過熱度を検出することを特徴とする。

上記第５の発明の冷凍装置では、冷媒の蒸発温度と冷却器下流側の実際の冷媒温度とに基づいて冷却器下流側での冷媒の過熱度が検出されるので、冷却器に流れた冷媒の全てがガス冷媒になった状況のみを冷媒不足と正確に検出することが可能である。

上記第１の発明の冷凍装置によれば、冷却器での冷媒不足時には、電力供給装置の運転を停止するので、電力供給装置のパワーデバイスの発熱、温度上昇がなくなって、電力供給装置のパワーデバイスの破壊や異常停止が防止される。

また、上記第２の発明の冷凍装置によれば、冷却器での冷媒不足時には、冷却用膨張弁の冷媒の温度制御を停止すると共に、冷却器に流れる冷媒量を増量させるので、冷媒不足を解消して、電力供給装置のパワーデバイスの冷却性能を向上させ、その発熱、温度上昇に起因するパワーデバイスの破壊や異常停止を回避することができる。

更に、上記第３の発明の冷凍装置によれば、冷却器に流れる冷媒量を増量させて冷媒不足を解消した後は、その冷却器に流れる冷媒の温度が高いほど電力供給装置の負荷を軽減したので、電力供給装置のパワーデバイスの発熱、温度上昇を抑制して、その破壊や異常停止を確実に回避することが可能である。

加えて、上記第４の発明の冷凍装置によれば、過冷却度のついた液冷媒で電力供給装置のパワーデバイスが良好に冷却されている場合には、冷却器下流側での冷媒の過熱度の検出を行わないので、冷却器での冷媒不足を正確に検出することができる。

また、上記第５の発明の冷凍装置によれば、冷媒の蒸発温度と冷却器下流側の実際の冷媒温度とに基づいて冷却器下流側での冷媒の過熱度を検出したので、冷却器に流れた冷媒の全てがガス冷媒になった状況のみを冷媒不足と正確に検出することが可能である。

図１は実施形態１に係る冷凍装置の冷媒回路を示す図である。 図２は同冷凍装置に備える電力供給装置の電気回路図である。 図３は同冷凍装置に備えるコントローラの制御フローチャート図である。 図４は実施形態１の変形例に係る冷凍装置に備えるコントローラの制御フローチャート図である。 図５は実施形態２に係る冷凍装置の冷媒回路を示す図である。 図６は同冷凍装置に備えるコントローラの制御フローチャート図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、又はその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路を示す。

同図の冷凍装置は、工場等の大規模な施設において用いられる大型の空気調和装置の冷媒回路を示す。同図の空気調和装置(1)において、(2)は圧縮機であって、内部には破線で示すように圧縮機構(2a)と、該圧縮機構(2a)を回転駆動する三相モータ(2b)とが収容される。(3)は室外に配置されたメイン空冷凝縮器であって空冷ファン(3a)を有する。(4)はメイン膨張弁（膨張機構）であって、弁体がパルスモータによって駆動される開度可変な電動膨張弁である。(5)は室内に配置されたメイン空冷蒸発器であって空冷ファン(5a)を有する。そして、上記圧縮機(2)、メイン凝縮器(3)、メイン膨張弁(4)、及びメイン蒸発器(5)を冷媒配管(6)により順に閉回路に接続して冷凍サイクルを構成しており、圧縮機(2)から冷媒をメイン凝縮器(3)に送り、このメイン凝縮器(3)で冷媒を外気と熱交換して放熱した後、その冷媒の流量及び圧力をメイン膨張弁(4)で調整しつつ、メイン蒸発器(5)で室内空気と熱交換して吸熱し、ガス冷媒として圧縮機(2)に戻すことを繰り返す。

そして、上記圧縮機(2)、メイン凝縮器(3)の空冷ファン(3a)、メイン膨張弁(4)、及びメイン蒸発器(5)の空冷ファン(5a)には、コントローラ(7)が接続され、このコントローラ(6)により圧縮機(2)の三相モータ(2b)の回転数、メイン凝縮器(3)のファン回転数、メイン膨張弁(4)の弁開度、及びメイン蒸発器(5)のファン回転数が制御される。

次に、上記圧縮機(2)の圧縮機構(2a)を回転駆動するモータ(2b)に電力を供給する電力供給装置(P)の電気回路を図２に示す。

同図において、(10)は三相交流電源、(11)は上記三相交流電源(10)の三相交流を直流に変換する６個のダイオード(Dr)がブリッジ状に結線されたコンバータ部、(12)は上記コンバータ部(11)により変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、(13)は上記平滑された直流電圧を三相交流電圧に変換する６個のスイッチング素子としてのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）(Tr)及びこれ等のＩＧＢＴ(Tr)の各々に逆並列に接続された６個の還流ダイオード(Dw)を有するインバータであり、このインバータ(13)で変換された三相交流電圧が上記圧縮機構(2a)駆動用の三相モータ(2b)に供給される。そして、上記コントローラ(7)は、上記圧縮機(2)の三相モータ（2b）の各相に流れる電流（iu,iv,iw）を制御するよう、上記インバータ(4)に内蔵する６個のＩＧＢＴ(Tr)に制御信号(CNT)を出力して、三相モータ(2b)の回転数を制御する。

そして、図１に戻って、冷凍装置(1)の冷媒回路には、メイン膨張弁(4)と並列に、上記図２の電力供給装置(P)のコンバータ部(11)とインバータ(13)とを冷却する冷媒冷却器(19)が接続される。

上記冷媒冷却器(19)の内部には、上記図２の電力供給装置(P)のコンバータ部(11)の６個のダイオード(Dr)（パワーデバイス）を冷却する冷媒ジャケット（ダイオード用）(20)と、上記電力供給装置(P)のインバータ(13)の６個のＩＧＢＴ(Tr)（パワーデバイス）を冷却する冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)とが冷媒配管(23)により直列に接続され、この冷媒直列回路が上記メイン膨張弁(4)と並列に接続される。

また、上記冷媒冷却器(19)とメイン凝縮器(3)との間の冷媒配管(23)には、冷媒冷却用膨張弁(22)が配置される。この冷媒冷却用膨張弁(22)は、上記冷媒冷却器(19)の２つの冷媒ジャケット(20)、(21)に流通する冷媒の流量、温度及び圧力を制御する。

従って、図１に示した冷媒回路では、メイン凝縮器(3)流通後の冷媒の一部は、メイン膨張弁(4)をバイパスして冷媒冷却用膨張弁(22)、冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ダイオード用）(20)及び冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)を流通し、その後にメイン蒸発器(5)に流通して、そのメイン凝縮器(3)からの一部冷媒によりコンバータ部(11)の６個のダイオード(Dr)とインバータ(13)の６個のＩＧＢＴ(Tr)を冷却する。ここで、上記冷媒冷却用膨張弁(22)は、メイン凝縮器(3)の出口の冷媒温度が設定温度よりも高温の状況において、メイン凝縮器(3)からの冷媒の流量を絞って減圧し、その冷媒温度を上記設定高温度未満に低くするように、弁開度が上記コントローラ(7)により制御される。

そして、図１の冷媒回路には、３つの温度センサ(30)、(31)、(32)が配置される。第１の温度センサ(30)は、上記冷媒冷却用膨張弁(22)の上流側の冷媒温度(teu)を検出し、第２の温度センサ(31)は、上記冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側の冷媒温度(ted)、換言すれば冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ダイオード用）(20)の上流側の冷媒温度(tcu)を検出する。また、第３の温度センサ(32)は、冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒温度(tcd)を検出する。そして、これら３つのセンサ(30)〜(32)の検出信号は上記コントローラ(7)に入力される。

図３は、上記コントローラ(7)による冷媒冷却器(19)での冷媒不足対策の制御フローチャートを示す。同図において、スタートして、ステップＳ１で温度センサ(31)で検出した冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ダイオード用）(20)の上流側の冷媒温度(tcu)、及び温度センサ(32)で検出した冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒温度(tcd)を入力すると共に、ステップＳ２において、温度センサ(30)で検出した冷媒冷却用膨張弁(22)の上流側の冷媒温度(teu)、及び温度センサ(31)で検出した冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側の冷媒温度(ted)を入力する。

その後、ステップＳ３において、冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側の冷媒温度(ted)が冷媒冷却用膨張弁(22)の上流側の冷媒温度(teu)よりも低いか否かを判断し、ｔｅｄ＝ｔｅｕの場合、すなわち、メイン凝縮器(3)からの過冷却度のついた液冷媒が冷媒冷却器(19)に流通している場合には、冷媒冷却器(19)での冷媒量は十分と判断して、リターンするが、ｔｅｄ＜ｔｅｕの冷媒冷却用膨張弁(22)の前後で温度差が生じている場合、すなわち、冷媒冷却用膨張弁(22)通過後の冷媒が液冷媒とガス冷媒との二層流であって上記のように過冷却状態の液冷媒でない場合には、ステップＳ４に進む。そして、このステップＳ４では、冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒温度(tcd)が冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ダイオード用）(20)の上流側の冷媒温度(tcu)よりも高いか否かを判断し、ｔｃｄ≦ｔｃｕの場合、すなわち、冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついていない場合には、冷媒冷却器(19)で冷媒不足は生じていない正常時と判断して、リターンするが、ｔｃｄ＞ｔｃｕの冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついている場合には、冷媒冷却器(19)で冷媒不足が生じていると判断して、ステップＳ５において電力供給装置(P)のインバータ(13)の運転を強制的に停止して、リターンする。

上記２つの温度センサ(31)、(32)及び上記図３の制御フローチャートのステップＳ１、Ｓ３及びＳ４により、冷媒冷却器(19)下流側での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(25)を構成している。また、同制御フローチャートのステップＳ５により、上記過熱度検出手段(25)で冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことが検出されたとき、上記電力供給装置(P)のインバータ(13)の運転を停止する制御手段(26)を構成している。

従って、本実施形態では、２つの温度センサ(31)、(32)により冷媒冷却器(19)下流側の冷媒の過熱度を検出して、冷媒冷却器(19)で冷媒不足が生じている場合には、インバータ(13)の運転を強制的に停止するので、電力供給装置(P)のインバータ(13)の６個のＩＧＢＴ(Tr)やコンバータ部(11)の６個のダイオード(Dr)のパワーデバイスの動作が停止して、それ等パワーデバイスの発熱や温度上昇がなくなる。よって、これ等のパワーデバイスの破壊や異常停止が防止される。

特に、ステップＳ３において冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側の冷媒温度(ted)が冷媒冷却用膨張弁(22)の上流側の冷媒温度(teu)と等しいとき（ｔｅｄ＝ｔｅｕ）には、メイン凝縮器(3)からの過冷却度のついた液冷媒が冷媒冷却器(19)に流通していて、冷媒冷却器(19)での冷媒量は十分であるので、直ちにリターンして、ステップＳ４での過熱度判定は行われない。そして、ステップＳ３において冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側の冷媒温度(ted)が冷媒冷却用膨張弁(22)の上流側の冷媒温度(teu)未満の場合（ｔｅｄ＜ｔｅｕ）、すなわち、冷媒冷却用膨張弁(22)通過後の冷媒が液冷媒とガス冷媒との二層流である場合に限って、上記２つの温度センサ(31)、(32)の温度信号により冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたと判断された場合（ステップＳ４）に、冷媒冷却器(19)での冷媒不足と判断される。従って、冷媒冷却器(19)に流通した過冷却度のついた液冷媒が電力供給装置(P)のパワーデバイスを冷却してその過冷却度が小さくなった状態を冷媒不足と誤検出することなく、冷媒不足の状態を正確に検出して、上記電力供給装置(P)のパワーデバイスの破壊や異常停止を確実に防止することが可能である。

尚、本実施形態では、電力供給装置(P)の構成の一例として図２に示す電気回路を採用したが、その他の構成を採用しても良いのは勿論である。同様に、図１に示した冷媒冷却器(19)の内部構成も、上記電力供給装置(P)の構成の変更に合わせて種々採用可能である。

（変形例）
次に、上記第１の実施形態の変形例を示す。

図４は、本変形例において、コントローラ(7)による冷媒冷却器(19)での冷媒不足対策の制御フローチャートを示す。冷凍装置の全体構成及び電力供給装置(P)の構成は上記実施形態で説明した図１及び図２の構成と同一である。

上記実施形態では、冷媒冷却器(19)での冷媒不足時にはインバータ(13)の運転を強制停止したが、本変形例では他の制御を採用したものである。

すなわち、図４の制御フローチャートでは、上記第１の実施形態の図３の制御フローチャートと同様に、ステップＳ３でｔｅｄ＜ｔｅｕの冷媒冷却用膨張弁(22)の前後で温度差が生じている場合に、ステップＳ４でｔｃｄ＞ｔｃｕの冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついているときには、冷媒冷却器(19)での冷媒不足時と判断して、ステップＳ５で冷媒冷却用膨張弁(22)による冷媒の温度制御を停止して、その弁開度を予め定めた全開値（所定値）に制御すると共に、ステップＳ６で温度センサ(30)で検出したメイン凝縮器(3)の出口の冷媒温度に応じてインバータ(13)の出力電流を垂下制御して、リターンする。

上記制御フローチャートのステップＳ５及びＳ６により、過熱度検出手段(25)が冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことを検出した（ｔｃｄ＞ｔｃｕ）とき、冷媒冷却用膨張弁(22)による冷媒の温度制御を停止し、その弁開度を全開値（所定値）に制御して、冷媒冷却器(19)に流れる冷媒量を増量すると共に、上記電力供給装置(P)のインバータ(13)の出力電流を上記冷媒冷却器(19)に流れる冷媒の温度に応じて垂下制御する制御手段(27)を構成している。

従って、本変形例では、冷媒冷却器(19)での冷媒不足時には、冷媒冷却用膨張弁(22)による冷媒の温度制御が停止されて、その弁開度が全開値（所定値）に固定制御されるので、メイン凝縮器(3)の出口から冷媒冷却用膨張弁(22)に流通した冷媒は、その全開の冷媒冷却用膨張弁(22)で絞られずに冷媒冷却器(19)に流通する。その結果、電力供給装置(P)のインバータ(13)やコンバータ部(11)は動作を継続するが、冷媒冷却器(19)では、流通する冷媒量が増量されて、それ等インバータ(13)やコンバータ部(11)のＩＧＢＴ(Tr)やダイオード(Dr)のパワーデバイスの冷却性能が向上するので、それ等パワーデバイスの破壊や異常停止が有効に防止される。

しかも、上記冷媒冷却用膨張弁(22)の弁開度の全開制御により冷媒冷却器(19)での冷媒量が増量された後は、冷媒冷却用膨張弁(22)の温度制御の停止に伴い、その冷媒冷却用膨張弁(22)を経て冷媒冷却器(19)に流通する冷媒の温度は上昇し、その温度上昇分、冷媒冷却器(19)でのパワーデバイスの冷却性能は、上記冷媒冷却用膨張弁(22)により正常に温度制御された低温の冷媒によってパワーデバイスを冷却する通常時に比較して低下するが、この状況では、メイン凝縮器(3)の出口から冷媒冷却器(19)に流通する冷媒の温度に応じて、電力供給装置(P)のインバータ(13)から三相モータ(2b)に供給される出力電流がコントローラ(7)により垂下制御される。その結果、その冷媒冷却器(19)に流通する冷媒温度が高いほど、すなわち、冷媒冷却器(19)で電力供給装置(P)のパワーデバイスから奪い得る全熱量が減少するほど、インバータ(13)から三相モータ(2b)への出力電流が減少して、電力供給装置(P)の負荷が軽減され、その発熱、温度上昇が抑制されるので、その電力供給装置(P)のパワーデバイスの破壊や異常停止が確実に回避される。

尚、本変形例では、冷媒冷却器(19)での冷媒不足時には冷媒冷却用膨張弁(22)の弁開度を所定開度値として全開値に固定制御したが、本発明はこの全開値に限定されず、他の所定開度を採用できるのは勿論である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。

上記第１の実施形態では、冷媒冷却器(19)での冷媒不足の検出構成として、冷媒冷却器(19)下流側の冷媒の過熱度を検出したが、本本実施形態では、その冷媒不足の検出構成として他の構成を採用したものである。

図５及び図６は本実施形態の冷凍装置の冷媒回路及び冷媒不足対策の制御フローチャートを示す。

図５の冷媒回路では、１つの温度センサ(32)と１つの圧力センサ(40)とが配置される。上記温度センサ（温度検出手段）(32)は、冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒温度(tcd)を検出する。また、圧力センサ（圧力検出手段）(40)は、上記冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒圧力(pe)を検出する。そして、上記温度センサ(32)の温度信号及び圧力センサ(40)の圧力信号は共にコントローラ(7)に入力される。

図６に示した制御フローチャートでは、ステップＳ１において上記圧力センサ(40)の圧力信号を入力し、冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒圧力(pe)を把握して、その冷媒圧力(pe)からその位置での冷媒の蒸発温度(te)を算出する。また、ステップＳ２では、上記温度センサ(32)からの冷媒冷却器(19)の冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）(21)の下流側の冷媒温度(tcd)を入力する。

そして、ステップＳ３において、上記算出した冷媒冷却器(19)下流側での冷媒の蒸発温度(te)と冷媒温度(tcd)とを比較し、その冷媒温度(tcd)が蒸発温度(te)よりも高い（ｔｃｄ＞ｔｅ）場合には、冷媒冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついて冷媒の全量がガス冷媒になり、冷媒冷却器(19)で冷媒不足が生じたと判断して、ステップＳ４において電力供給装置(P)のインバータ(13)の運転を強制的に停止して、リターンする。一方、冷媒温度(tcd)が蒸発温度(te)以下（ｔｃｄ≦ｔｅ）の過熱度がついていない場合には、冷媒冷却器(19)での冷媒量は十分と判断して、そのままリターンする。

上記温度センサ(32)及び圧力センサ(40)並びに上記制御フローチャートのステップＳ１〜Ｓ３により、冷媒冷却器(19)下流側での冷媒の蒸発温度(te)と冷媒温度(tcd)とに基づいて、冷媒冷却器(19)の下流側における冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(28)を構成する。

従って、本実施形態においても、冷媒冷却器(19)での冷媒不足時には、電力供給装置(P)のインバータ(13)の動作を強制停止させるので、コンバータ部(11)の動作も停止して、それ等インバータ(13)及びコンバータ部(11)でのパワーデバイスの発熱や温度上昇を抑えて、それ等パワーデバイスの破壊や異常停止を防止することができる。

しかも、本実施形態では、冷媒冷却器(19)下流側での冷媒の蒸発温度(te)と冷媒温度(tcd)とを比較して、その冷媒冷却器(19)下流側での冷媒に過熱度がついた状態を検出しているので、上記第１の実施形態のようにメイン凝縮器(3)出口の冷媒に過冷却度がついている場合には、冷媒温度(tcd)は蒸発温度(te)よりも低く（ｔｃｄ＜ｔｅ）、この過冷却状態の場合を冷媒不足時と誤検出することはない。よって、上記第１の実施形態のように冷媒冷却用膨張弁(22)の前後の温度を検出する必要がなく、構成を簡易にできる。

尚、本実施形態では、冷媒冷却器(19)で冷媒不足時には電力供給装置(P)のインバータ(13)の運転を強制停止させたが、その他、上記第１の実施形態の変形例のように冷媒冷却用膨張弁(22)の弁開度を所定値（全開値など）に制御すると共に、メイン凝縮器(3)の出口の冷媒温度に応じてインバータ(13)の出力電流を垂下制御しても良い。

（その他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。

以上の説明では、メイン凝縮器(3)の下流側にメイン膨張弁(4)と並列に冷媒冷却器(19)及び冷媒冷却用膨張弁(22)を配置した冷媒回路を例示したが、冷媒冷却器(19)及び冷媒冷却用膨張弁(22)の配置箇所はこれに限定されず、例えばメイン凝縮器(3)とメイン膨張弁(4)との間に冷媒冷却器(19)及び冷媒冷却用膨張弁(22)を配置した構成を採用しても良い。

更に、以上の説明では、本発明を空気調和装置に適用した例を示したが、その他、例えば給湯器や冷蔵庫、冷凍庫などの冷却装置を含む冷凍装置に適用可能である。

以上説明したように、本発明は、圧縮機用モータを駆動する電力供給装置を冷媒で冷却する冷却器を備える場合に、その冷却器での冷媒不足時にも電力供給装置のパワーデバイスの発熱、温度上昇を防止ないし抑制したので、その冷却器を備える空気調和装置や冷却装置などの冷凍装置に適用して、有用である。

１ 冷凍装置
２ 圧縮機
２ａ 圧縮機構
２ｂ 三相モータ
３ メイン凝縮器
３ａ 空冷ファン
４ メイン膨張弁（膨張機構）
５ メイン蒸発器
５ａ 空冷ファン
６ 冷媒配管
７ コントローラ
Ｐ 電力供給装置
１０ 三相交流電源
１１ コンバータ部
Ｄｒ ダイオード
１２ 平滑コンデンサ
１３ インバータ
Ｔｒ ＩＧＢＴ
１９ 冷媒冷却器
２０ 冷媒ジャケット（ダイオード用）
２１ 冷媒ジャケット（ＩＧＢＴ用）
２２ 冷媒冷却用膨張弁
２３ 冷媒配管
２５、２８ 過熱度検出手段
２６、２７ 制御手段
３０、３１、３２ 温度センサ（温度検出手段）
４０ 圧力センサ（圧力検出手段）

Claims (5)

1. 圧縮機(2)、凝縮器(3)、膨張機構(4)及び蒸発器(5)を備えると共に、上記圧縮機(2)の駆動用モータ(2b)を制御する電力供給装置(P)、及び上記凝縮器(3)から出た冷媒により上記電力供給装置(P)を冷却する冷却器(19)とを備えた冷凍装置において、
   上記冷却器(19)の下流側において冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(25)、(28)と、
   冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことが上記過熱度検出手段(25)、(28)により検出されたとき、上記電力供給装置(P)の運転を停止する制御手段(26)と
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 圧縮機(2)、凝縮器(3)、膨張機構(4)及び蒸発器(5)を備えると共に、上記圧縮機(2)の駆動用モータ(2b)を制御する電力供給装置(P)、及び上記凝縮器(3)から出た冷媒により上記電力供給装置(P)を冷却する冷却器(19)と、上記冷却器(19)と上記凝縮器(3)との間に配置された冷媒冷却用膨張弁(22)とを備えた冷凍装置において、
   上記冷却器(19)の下流側において冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段(25)、(28)と、
   上記過熱度検出手段(25)、(28)により冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたことが検出されたとき、上記冷媒冷却用膨張弁(22)による冷媒の温度制御を停止し、上記冷却器(19)に流れる冷媒量を増量するようにその開度を所定値に制御する制御手段(27)と
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
3. 上記請求項２記載の冷凍装置において、
   上記制御手段(27)は、
   上記冷却器(19)に流れる冷媒量を増量するように上記冷媒冷却用膨張弁(22)の開度を所定値に制御した後、上記電力供給装置(P)の出力電流を上記冷却器(19)に流れる冷媒の温度に応じて垂下制御する
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 上記請求項２又は３記載の冷凍装置において、
   上記過熱度検出手段(25)は、
   上記冷媒冷却用膨張弁(22)の下流側温度が上流側温度よりも低い場合に、冷却器(19)下流側の冷媒温度が冷却器(19)上流側の冷媒温度よりも高いとき、冷却器(19)下流側の冷媒に過熱度がついたこと検出する
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 上記請求項１〜４の何れか１項に記載の冷凍装置において、
   上記過熱度検出手段(28)は、
   上記冷却器(19)の下流側の冷媒の温度及び圧力を検出する温度検出手段(32)及び圧力検出手段(40)を有し、
   上記温度検出手段(32)により検出した冷媒温度と、上記圧力検出手段(40)により検出した冷媒圧力から求めた蒸発温度とに基づいて、上記冷却器(19)の下流側における冷媒の過熱度を検出する
   ことを特徴とする冷凍装置。

Images