JP2014214913A - 油戻し制御装置及び冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮機への液バックが発生する兆候を迅速に検知して、液バックを抑制する油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置を提供する。【解決手段】油戻し制御装置1は、アキュームレータ7と、油戻し回路8と、油戻し回路8における液体の流通路を開閉する第1の弁11と、油戻し回路8における第1の弁11の両端部をバイパスし、油戻し回路8に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路9と、バイパス回路9における液体の流通路を開閉する第2の弁12と、を有し、圧縮機3の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、第1の弁11及び第2の弁12のうち、少なくとも第1の弁11を開き、圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、第1の弁11を閉じ、第2の弁12を開く。【選択図】図2
Description
本発明は、アキュームレータを備える油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置に関する。
アキュームレータが設けられたユニット、例えば冷凍装置等において、除霜した後に、ユニットを起動するとき等には、ユニット内を通流する液冷媒が、大量にアキュームレータに戻る場合がある。このとき、アキュームレータの下部に設置された油戻し回路の内部に、液冷媒が大量に通流し、この液冷媒が、油戻し回路から圧縮機に過剰に流れ込むと、液バック運転となり、圧縮機に損傷を与える虞がある。
このため、従来、ユニットが設置されている現地において、ユニットの運転状況を確認して、油戻し回路から液冷媒が大量に流れ込む液バック運転を起こさないように、油戻し回路に設けられたニードル弁によって、流量調整(弁開度調整)を行っていた。
また、特許文献1には、「アキュムレータの底部と吸入管との間を接続する油戻し配管を設けて該油戻し配管の途中に、流通を増減し得る流量制御機構を介設する一方、圧縮機の吐出ガス過熱度を検出して所定値の差に対応する信号を出力する過熱度調節器と、所定吐出ガス過熱度に比し高いか低いかの出力を前記過熱度調節器が発信していることにより、流量制御機構を高出力の場合は流量増加側、低出力の場合は流量減少側に調節する制御手段とを設けた」冷凍機の油戻し制御装置が開示されている。
更に、特許文献2には、「本体の一部に入口管、同上部に絞りを備えたガス冷媒出口管、同下部に油出口管を有するアキュムレータ;上流端で前記油出口管に連り、一方の管路に電磁弁、他方の管路にキャピラリチューブを有する並列管路;およびアキュムレータへの液冷媒の流入を検知して電磁弁を閉じる手段を具備した」冷凍機用アキュムレータ装置が開示されている。
更にまた、特許文献3には、「圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器、及びアキユムレータが配管接続された冷媒回路、上記アキユムレータと圧縮機を接続する吸入配管と上記アキユムレータ底部とを接続する第1の返油装置、この第1の返油装置と並列関係に電磁弁を介して取付けられた第2の返油装置とを備え、この電磁弁を冷房運転時あるいは暖房運転時に限って開路するようにした」空気調和機が開示されている。
しかしながら、油戻し回路に設けられたニードル弁による流量調整を、現地で直接行って、液バック運転を抑制しようとしても、ユニットを所望の運転状態とすることに時間を要したり、ユニットの運転状態が変化したりするため、その調整が困難となる場合があった。
また、特許文献1に開示された従来技術は、圧縮機の吐出側のガス過熱度の大小によって、油戻し回路において並列接続された一方の回路の電磁弁のみを開くか、又はこの電磁弁と、他方の回路の電磁弁との両方を開くかを制御して、液バック運転を抑制しようとするものである。しかし、液バック運転が発生したときは、圧縮機の吐出側のガス過熱度が低下するのに要する時間は、圧縮機の吸込み側のガス過熱度が低下するのに要する時間よりも遅い。この特許文献1においては、圧縮機の吐出側のガス過熱度を検知しているため、実際に液バック運転が発生すると、吐出側のガス過熱度が低下するまでにタイムラグが生じ、その結果、液バック運転の検知が遅れてしまう。
更に、特許文献2に開示された従来技術は、油戻し回路において、油戻し電磁弁が設けられた配管とキャピラリチューブが設けられた配管とを並列接続して、エバポレータ(冷却器)の入口温度と出口温度との検知温度の結果によって、電磁弁の側の配管における電磁弁を開閉して、液バック運転を抑制しようとするものである。しかし、液バック運転の抑制に適したキャピラリチューブを選定することは容易ではない。また、この特許文献2においては、エバポレータ(冷却器)の入口温度と出口温度とを検知して、電磁弁を制御しているため、エバポレータ(冷却器)の圧力損失等によって出口温度が低下すると、電磁弁を適切に制御できなくなる。
更にまた、特許文献3に開示された従来技術は、油戻し回路において、毛細管又は管オリフィスからなる第1の返油回路と、毛細管又は管オリフィスからなり、油戻し電磁弁が設けられた第2の返油回路とを並列接続している。そして、アキュームレータ内に液冷媒が大量に貯留されているときに、第2の返油回路の電磁弁を閉じ、また、アキュームレータ内に液冷媒があまり貯留されていないときに、この電磁弁を開く。これにより、この特許文献3に開示された従来技術は、液バック運転を抑制しようとするものである。
しかし、この特許文献3においては、アキュームレータ内の液冷媒の量を、アキュームレータの内圧の変化によって検出している。冷凍サイクルにおいて、アキュームレータは、圧縮機の吐出側に比べて低圧であるため、冷媒の量が変動しても、アキュームレータにおける内圧の変化は微小であり、その制御が困難である。また、低温機の場合は、通常運転する低圧が低いため、アキュームレータにおける内圧の変化は更に少なくなり、その制御は極めて困難なものとなる。
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、圧縮機への液バックが発生する兆候を迅速に検知して、液バックを抑制する油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置を提供するものである。
本発明に係る油戻し制御装置は、ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第1の弁と、前記油戻し回路における前記第1の弁の両端部をバイパスし、前記油戻し回路に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路における液体の流通路を開閉する第2の弁と、を有し、前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第1の弁及び前記第2の弁のうち、少なくとも前記第1の弁を開き、前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第1の弁を閉じ、前記第2の弁を開くことを特徴とする。
本発明によれば、圧縮機吸込過熱度の大小により、液体が油戻し回路とバイパス回路とのいずれを通流するかを制御するため、圧縮機への液バックを抑制することができる。
以下、本発明に係る油戻し制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る油戻し制御装置1を備える冷凍装置2の回路図、図2は、実施の形態1に係る油戻し制御装置1の回路図である。これらの図1,図2に基づいて、油戻し制御装置1について説明する。図1に示すように、油戻し制御装置1を備える冷凍装置2は、圧縮機3、凝縮器4、膨張弁5、蒸発器6及びアキュームレータ7が、配管を用いてこの順序で接続された冷凍サイクルを構成している。
図1は、実施の形態1に係る油戻し制御装置1を備える冷凍装置2の回路図、図2は、実施の形態1に係る油戻し制御装置1の回路図である。これらの図1,図2に基づいて、油戻し制御装置1について説明する。図1に示すように、油戻し制御装置1を備える冷凍装置2は、圧縮機3、凝縮器4、膨張弁5、蒸発器6及びアキュームレータ7が、配管を用いてこの順序で接続された冷凍サイクルを構成している。
圧縮機3から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器4に通流し、この凝縮器4によって、空気又は水等と熱交換して凝縮され、その大部分が高圧の液冷媒となる。そして、高圧の液冷媒及びガス冷媒は、膨張弁5によって、減圧され、低圧のガス冷媒及び液冷媒という二相状態となる。これらの低圧のガス冷媒及び液冷媒は、蒸発器6によって、空気、水又はブライン等と熱交換して蒸発され、その大部分がガス化して低圧のガス冷媒となる。このとき、低圧のガス冷媒及び液冷媒の一部は、ガス化しきれず、低圧の液冷媒のまま残る場合がある。なお、冷凍サイクルにおいては、冷媒と共に、冷媒の通流を潤滑に行うための油が通流している。
その後、ガス冷媒及び少量の液冷媒は、アキュームレータ7に通流する。このアキュームレータ7は、ガス冷媒と、油を含む液冷媒とを分離するものであり、アキュームレータ7によって分離されたガス冷媒のみが、圧縮機3に吸入される。なお、このガス冷媒が通流する回路の下流側には、止弁10が設けられており、この止弁10によって、通流するガス冷媒の通流量を調整することができる。
次に、本実施の形態1に係る油戻し制御装置1について説明する。アキュームレータ7によって分離された油を含む液冷媒は、その自重により、アキュームレータ7の下部に溜まる。そして、油を含む液冷媒は、アキュームレータ7の下部に設けられた油戻し口7aから、ガス冷媒が通流する回路とは別に設けられた油戻し回路8を通って、少量ずつ圧縮機3に戻される。このように、アキュームレータ7からは、ガス冷媒が圧縮機3に吸い込まれると共に、油を含む液冷媒が少量ずつ圧縮機3に吸い込まれる。なお、油戻し回路8には、上流側に油戻し回路ニードル弁13が設けられており、この油戻し回路ニードル弁13よりも下流側に第1の弁11が設けられている。この第1の弁11は、例えば電磁弁である。これらの油戻し回路ニードル弁13及び第1の弁11は、いずれも、内部を通流する液体の通流量を調整するものであるが、第1の弁11は、全開又は全閉のいずれかの状態を保持、即ち、液体を通すか又は通さないかのいずれかの状態を保持するものである。
次に、油戻し回路8をバイパスするバイパス回路9について説明する。図2に示すように、油戻し回路8において、第1の弁11の両端部は、バイパス回路9によってバイパスされている。このバイパス回路9には、上流側に第2の弁12が設けられており、この第2の弁12は、例えば第1の弁11と同様に、電磁弁である。この第2の弁12も、全開又は全閉のいずれかの状態を保持、即ち、液体を通すか又は通さないかのいずれかの状態を保持するものである。また、この第2の弁12よりも下流側には、バイパス回路ニードル弁14が設けられている。このバイパス回路ニードル弁14は、バイパス回路9を通流する液体が、アキュームレータ7から圧縮機3に液バックしない程度の液体の通流量となるように、予めニードル弁開度が設定されている。即ち、このバイパス回路9は、油戻し回路8よりも、内部を通流する液体の通流量が絞られた小径回路となっている。以上のように、油戻し制御装置1は、アキュームレータ7と、油戻し回路ニードル弁13及び第1の弁11が設けられた油戻し回路8と、第2の弁12及びバイパス回路ニードル弁14が設けられたバイパス回路9とを備えている。
次に、第1の弁11及び第2の弁12の開閉制御について説明する。本実施の形態では、圧縮機3への液バックが発生する兆候を迅速に検知するため、液バック運転であるか否かを、圧縮機3の吸込み側の過熱度である圧縮機吸込過熱度の変動によって判定している。過熱度とは、冷媒の実際の温度から、冷媒の蒸発温度を減算することにより求められるものである。圧縮機3の吸込み側における冷媒の実際の温度は、例えば、圧縮機3の吸込み側に設けられた温度センサによって検知することができる。冷媒の量が多い場合、蒸発器6によって蒸発される冷媒は、それほど加熱されないため、過熱度は低くなる。一方、冷媒の量が少ない場合、蒸発器6によって蒸発される冷媒は、冷媒の量が多い場合よりも過剰に加熱されるため、過熱度は高くなる。このように、過熱度は、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量を確認するための指標となる。そして、液バックが発生する程度に冷媒の量が増加した場合における圧縮機吸込過熱度を、例えば実験により、予め求めておき、これを圧縮機吸込過熱度閾値とする。
次に、本実施の形態1に係る油戻し制御装置1の動作について説明する。圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量は少ないと判断される。このため、アキュームレータ7で分離される液冷媒の量も少なく、液バックは発生しないと判断され、第1の弁11及び第2の弁12を開く。これにより、アキュームレータ7で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路8及びバイパス回路9を通って、圧縮機3に吸入される。
これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量は多いと判断される。このため、アキュームレータ7で分離される液冷媒の量も多く、液バックが発生するものと判断される。例えば、膨張弁5が開き過ぎの状態になった場合、膨張弁5から蒸発器6に供給される冷媒の量が過剰となる。このため、蒸発器6によって蒸発しきれなかった液冷媒が、ガス冷媒中に残る。更に、油戻し回路8に設けられた油戻し回路ニードル弁13の調整が不十分であることに起因して、アキュームレータ7によって分離された液冷媒が、油戻し回路8から圧縮機3に大量に戻ると、液バック運転となる。
このように、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、液バックが発生するものと判断され、第2の弁12を開いたまま、第1の弁11を閉じる。これにより、アキュームレータ7で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路8の途中からバイパス回路9に移行する。このバイパス回路9は、前述の如く、バイパス回路ニードル弁14によって、液体の通流量が絞られているため、このバイパス回路9を通って圧縮機3に吸入される液冷媒は、油戻し回路8を通って圧縮機3に吸入される液冷媒よりも少ない。従って、本実施の形態により、圧縮機3への液バックを抑制することができる。
更に、本実施の形態では、冷媒の通流量を、圧縮機3の吸込み側における過熱度に基づいて判断している。冷媒の通流量が増加することによる過熱度の低下に要する時間は、圧縮機3の吐出側よりも吸込み側の方が早い。このため、本実施の形態は、圧縮機3の吐出側における過熱度に基づいて冷媒の通流量を判断するよりも、迅速に冷媒の通流量を確認することができ、従って、液バックの兆候をより早く認識することができる。この液バックの兆候を迅速に検知することによって、直ちに第1の弁11及び第2の弁12の開閉制御を行い、圧縮機3に液冷媒が戻ることを抑制することができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る油戻し制御装置1について説明する。図3は、実施の形態2に係る油戻し制御回路を示す回路図である。本実施の形態は、図3に示すように、実施の形態1の回路構成と同様であるが、その制御動作が、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
次に、実施の形態2に係る油戻し制御装置1について説明する。図3は、実施の形態2に係る油戻し制御回路を示す回路図である。本実施の形態は、図3に示すように、実施の形態1の回路構成と同様であるが、その制御動作が、実施の形態1と相違する。本実施の形態2では、実施の形態1と共通する部分は説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
本実施の形態では、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、第1の弁11を開き、第2の弁12を閉じる。これにより、アキュームレータ7で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路8を通って、圧縮機3に吸入される。
これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、即ち液バックが懸念される場合、第1の弁11を閉じ、第2の弁12を開く。これにより、実施の形態1と同様に、アキュームレータ7で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路8の途中からバイパス回路9に移行する。従って、液冷媒は、バイパス回路ニードル弁14によって、液体の通流量が絞られているバイパス回路9によって、その通流量が絞られる。このため、圧縮機3に吸入される液冷媒は、油戻し回路8を通って圧縮機3に吸入される液冷媒よりも微量である。従って、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、圧縮機3への液バックを抑制することができる。また、実施の形態1と同様に、冷媒の通流量を、圧縮機3の吸込み側における過熱度に基づいて判断しているため、液バックの兆候を迅速に検知するという効果を奏する。
実施の形態3.
次に、実施の形態3に係る油戻し制御装置1について説明する。図4は、実施の形態3に係る油戻し制御装置1を備える冷凍装置2の回路図、図5は、実施の形態3に係る油戻し制御装置1の回路図である。本実施の形態は、図4,図5に示すように、バイパス回路9が設けられていない点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態3では、実施の形態1と共通する部分は説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
次に、実施の形態3に係る油戻し制御装置1について説明する。図4は、実施の形態3に係る油戻し制御装置1を備える冷凍装置2の回路図、図5は、実施の形態3に係る油戻し制御装置1の回路図である。本実施の形態は、図4,図5に示すように、バイパス回路9が設けられていない点で、実施の形態1と相違する。本実施の形態3では、実施の形態1と共通する部分は説明を省略し、実施の形態1との相違点を中心に説明する。
本実施の形態では、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、第1の弁11を開く。これにより、アキュームレータ7で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路8を通って、圧縮機3に吸入される。
これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、即ち液バックが発生する可能性がある場合、第1の弁11を、予め決められた時間毎に、繰り返し開閉する。例えば、第1の弁11を時間t1分だけ閉じ、その後、第1の弁11を時間t2分だけ開くという開閉動作を繰り返す。これにより、アキュームレータ7から圧縮機3に吸入される液冷媒は、第1の弁11を開いたままでいるときよりも少なくなるため、液バックを抑制することができる。また、本実施の形態においても、圧縮機3の吸込み側における過熱度に基づいて、冷媒の通流量を判断しているため、液バックの兆候をより早く検知することができる。なお、時間t1と時間t2とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
1 油戻し制御装置、2 冷凍装置、3 圧縮機、4 凝縮器、5 膨張弁、6 蒸発器、7 アキュームレータ、7a 油戻し口、8 油戻し回路、9 バイパス回路、10 止弁、11 第1の弁、12 第2の弁、13 油戻し回路ニードル弁、14 バイパス回路ニードル弁。
Claims (5)
- ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、
前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、
前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第1の弁と、
前記油戻し回路における前記第1の弁の両端部をバイパスし、前記油戻し回路に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路における液体の流通路を開閉する第2の弁と、を有し、
前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第1の弁及び前記第2の弁のうち、少なくとも前記第1の弁を開き、
前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第1の弁を閉じ、前記第2の弁を開く
ことを特徴とする油戻し制御装置。 - 前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第1の弁に加えて、前記第2の弁を開く
ことを特徴とする請求項1記載の油戻し制御装置。 - 前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第2の弁を閉じる
ことを特徴とする請求項1記載の油戻し制御装置。 - ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、
前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、
前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第1の弁と、を有し、
前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第1の弁を開き、
前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第1の弁の開閉動作を繰り返す
ことを特徴とする油戻し制御装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の油戻し制御装置を有する
ことを特徴とする冷凍装置。
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