JP2016090103A

JP2016090103A - 冷凍機の電磁弁制御装置、冷凍機、及び冷凍機の制御方法

Info

Publication number: JP2016090103A
Application number: JP2014222898A
Authority: JP
Inventors: 猛志竹田; Takeshi Takeda; 村上　健一; Kenichi Murakami; 健一村上; 仁宣佐藤; Yoshinobu Sato
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23
Also published as: EP3015797A1

Abstract

【課題】冷媒の物理量が三重点に近づいても圧縮機を停止することなく、冷凍機の運転を継続できる、ことを目的とする。
【解決手段】冷凍機１０は、圧縮機１２、ガスクーラ１４、膨張弁１６、及び蒸発器１８がこの順に冷媒配管２０により接続され、圧縮機１２の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管２２に設けられる電磁弁２６を開閉する。そして、電磁弁制御装置３０は、圧縮機１２の運転中に蒸発器１８の出口における冷媒の圧力が、冷媒の三重点を基準としたオン動作閾値以下となった場合に電磁弁２６を開く。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機の電磁弁制御装置、冷凍機、及び冷凍機の制御方法に関するものである。

圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器を含んで形成される冷凍機において、低圧側の圧力低下に伴い、蒸発器に着霜が生じる場合がある。
このような場合、蒸発器の冷媒出口温度が例えば０℃未満になると圧縮機の運転を止めて、蒸発器に設けられるファンを回して送風運転を続け、蒸発器に付着した霜を取り除くことが行われていた。しかしながら、圧縮機を停止すると、温調が行われなくなる。

そこで、特許文献１には、蒸発器の冷媒出口側の圧力が着霜限界蒸発圧力未満に低下した場合に、圧縮機のホットガスの一部を低圧側にバイパスして低圧側の圧力低下を抑えることにより、着霜を防ぐことが開示されている。

特許第２７９２２６５号公報

上記のように特許文献１には、圧縮機を停止することなく、着霜を防ぐことが開示されている。

ここで、例えばＣＯ_２を冷媒とする冷凍機は、冷凍ショーケース内等の雰囲気を冷却するために、蒸発温度を例えば−４５℃の低温で運転する。
このときの冷媒の圧力は０．８３ＭＰａとなり、冷媒が固化（ドライアイス化）する三重点（０．５２ＭＰａ、−５６．６℃）に近い。そして、蒸発器内に冷媒を残さないポンプダウン運転や、負荷が減少する等の負荷変動により冷媒の物理量が三重点に達すると、冷媒が固化して圧縮機に吸入される可能性がある。このため、このような場合には圧縮機の故障を防止するため、圧縮機を停止する必要がある。

このように、着霜ではないものの、冷媒の物理量が三重点に達するような場合にも、圧縮機を停止しなければならない。

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、冷媒の物理量が三重点に近づいても圧縮機を停止することなく、冷凍機の運転を継続できる、冷凍機の電磁弁制御装置、冷凍機、及び冷凍機の制御方法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、本発明の冷凍機の電磁弁制御装置、冷凍機、及び冷凍機の制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る冷凍機の電磁弁制御装置は、圧縮機、放熱器、膨張弁、及び蒸発器がこの順に冷媒配管により接続される冷凍機において、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管に設けられる電磁弁を開閉する冷凍機の電磁弁制御装置であって、前記圧縮機の運転中に前記蒸発器の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合に前記電磁弁を開く。

本構成に係る冷凍機は、圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管を備える。

ここで、冷凍機は、冷凍ショーケース内等の雰囲気を冷却するので、運転中の冷媒の物理量が、冷媒が固化する三重点に近い。このため、負荷変動等により冷媒の物理量が三重点に達し、冷媒が固化する可能性がある。

そこで、本構成は、圧縮機の運転中に蒸発器の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合、バイパス配管に設けられた電磁弁を開く。これにより、バイパス配管は、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒の一部を圧縮機の吸入側へ抽気することとなる。

すなわち、バイパス配管からの抽気により、圧縮機に吸入される冷媒の物理量が三重点に達することが抑制される。また、冷媒が蒸発器において固化したとしても、抽気された高温高圧の冷媒によって気化されるので、圧縮機に固化した冷媒が吸入されることが無い。

このように、本構成によれば、圧縮機が固化した冷媒を吸入することが抑制されるので、負荷変動が生じて冷媒の物理量が三重点に近づいても、圧縮機を停止することなく、冷凍機の運転を継続できる。

上記第一態様では、前記蒸発器と前記圧縮機との間に、冷媒の圧力が所定圧力となった場合にオン状態となるスイッチを備え、前記スイッチがオン状態となった場合に前記電磁弁を開いてもよい。

本構成によれば、冷媒の圧力が低下し過ぎても、簡易な構成によって、迅速に圧縮機で高温高圧とされた冷媒を圧縮機の吸入側へ抽気することができる。

本発明の第二態様に係る冷凍機は、圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられる電磁弁と、上記記載の電磁弁制御装置と、を備える。

本発明の第三態様に係る冷凍機の制御方法は、圧縮機、放熱器、膨張弁、及び蒸発器がこの順に冷媒配管により接続される冷凍機において、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管に設けられる電磁弁を開閉する冷凍機の制御方法であって、前記圧縮機の運転中に前記蒸発器の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合に前記電磁弁を開く。

本発明によれば、冷媒の物理量が三重点に近づいても圧縮機を停止することなく、冷凍機の運転を継続できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る冷凍機の構成図である。ＣＯ_２のｐ−ｈ線図である。本発明の実施形態に係る電磁弁制御処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る冷凍機の電磁弁制御装置、冷凍機、及び冷凍機の制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る冷凍機１０の回路構成図である。
本実施形態に係る冷凍機１０は、圧縮機１２、ガスクーラ１４、膨張弁１６、及び蒸発器１８がこの順に冷媒配管２０により接続される冷凍サイクルである。なお、本実施形態に係る冷媒サイクルは、一例としてＣＯ_２を冷媒とする。
また、本実施形態に係る冷凍機１０は、圧縮機１２の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管２２を備える。

圧縮機１２は、蒸発器１８からの冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮してガスクーラ１４に向けて吐出する。

ガスクーラ１４は、圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒と、ガスクーラファン１５によって通風される外気との間で熱交換を行い、冷媒を放熱する。

膨張弁１６は、ガスクーラ１４において放熱した冷媒を断熱膨張させ、冷媒を減圧する。

蒸発器１８は、膨張弁１６において減圧された冷媒と蒸発器ファン１９によって通風される空気との間で熱交換を行い、冷媒に熱を吸収させる。
蒸発器１８は、一例として、アイスクリーム等を貯蔵する冷凍ショーケース２４内に設けられ、冷媒と冷凍ショーケース２４内の雰囲気との間で熱交換を行う。これにより、冷凍ショーケース２４内は、低温（例えば、蒸発温度−４５℃）に保たれる。
このように、冷凍機１０は、冷凍ショーケース２４内の雰囲気を冷却する冷凍サイクルを形成するものである。

なお、冷凍機１０は、蒸発器１８及び冷凍ショーケース２４を複数備える形態であってもよい。

圧縮機１２の吐出側と吸入側との間に備えられるバイパス配管２２は、電磁弁２６及び絞り２８が設けられる。
バイパス配管２２は、電磁弁２６が開かれることによって、圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒の一部を圧縮機１２の吸入側へ抽気することとなる。なお、バイパス配管２２を通過する冷媒は、絞り２８によって所定の圧力に調整される。

なお、電磁弁２６の開閉制御は、電磁弁制御装置３０によって行われる。

また、蒸発器１８と圧縮機１２との間であり、冷媒の抽気位置よりも圧縮機１２側には、冷媒の圧力が所定圧力となった場合にオン状態となる低圧スイッチ３２が備えられる。
この低圧スイッチ３２は、蒸発器１８と圧縮機１２との間の冷媒の圧力（以下「低圧圧力」という。）が、冷媒の三重点を基準とした所定値（以下「オン動作閾値」という。）以下となった場合に、オン状態となる。そして、低圧スイッチ３２がオン状態又はオフ状態となったことを示す信号が、電磁弁制御装置３０へ出力される。

また、冷凍機１０は、その制御を司る冷凍機制御装置３４を備える。

冷凍機制御装置３４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

冷凍機制御装置３４は、圧縮機１２の起動及び停止や、電磁弁２６に対する制御指令を電磁弁制御装置３０へ出力する等の各種制御を行う。
例えば、冷凍機制御装置３４は、圧縮機１２の起動前に、電磁弁２６を開くための制御指令を電磁弁制御装置３０へ出力する。これにより、電磁弁制御装置３０は、閉状態の電磁弁２６を開く。電磁弁２６が開かれると、圧縮機１２の吐出側の冷媒がバイパス配管２２から吸入側に抽気される。これにより、圧縮機１２の吐出圧力と吸入圧力とがバランスするので、圧縮機１２の起動時の負荷が低減する。圧縮機１２の起動が完了すると、冷凍機制御装置３４は、電磁弁２６を閉じるための制御指令を電磁弁制御装置３０へ出力する。これにより、電磁弁制御装置３０は、電磁弁２６を閉じる。

ここで、冷凍機１０は、冷凍ショーケース２４内を冷却するため、例えば、蒸発温度−４５℃、蒸発圧力０．８３ＭＰａとなるように運転される。
このような冷媒の物理量は、冷媒が固体（ドライアイス）となる三重点である−５６．６℃、０．５２ＭＰａに近い（図２のｐ−ｈ線図参照）。このため、負荷が減少する等の負荷変動が生じると、冷媒の物理量が三重点に達し、冷媒が固化する可能性がある。

そこで、本実施形態に係る冷凍機１０は、圧縮機１２の運転中に蒸発器１８の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合に電磁弁２６を開く。
三重点を基準とした所定値とは、上述した運転中の冷媒の物理量と三重点との間であり、三重点よりも高い物理量である。そして、本実施形態では、上記所定値を低圧スイッチ３２がオン状態となるオン動作閾値とし、このオン動作閾値を一例として、０．６８ＭＰａ（このときの冷媒の温度−５０℃）とする。なお、低圧スイッチ３２は、一例として冷媒が０．７７ＭＰａ（このときの冷媒の温度−４７℃）となった場合（以下「オフ動作閾値」という。）に、オン状態からオフ状態となる。
このように、低圧スイッチ３２は、オン動作閾値よりも高い圧力とされるオフ動作閾値においてオフ状態となる。低圧スイッチ３２がオフ状態となると、電磁弁２６は閉じる。

これにより、負荷変動等により蒸発器１８の出口における冷媒が三重点により近くなり、低圧圧力がオン動作閾値以下となると、電磁弁制御装置３０が電磁弁２６を開く。電磁弁２６が開かれることによって、バイパス配管２２は、圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒の一部を圧縮機１２の吸入側へ抽気することとなる。
すなわち、バイパス配管２２からの抽気により、圧縮機１２に吸入される冷媒の温度及び圧力が上昇し、冷媒の物理量が三重点に達することが抑制される。また、冷媒が蒸発器１８において固化したとしても、抽気された高温高圧の冷媒によって気化されるので、圧縮機１２に固化した冷媒が吸入されることが無い。

このように、本実施形態に係る冷凍機１０は、負荷変動が生じて冷媒の物理量が三重点に近づいても、高温高圧の冷媒が圧縮機１２の吸入側に抽気されることで、圧縮機１２が固化した冷媒を吸入することが抑制されるので、圧縮機１２を停止することなく、冷凍機１０の運転を継続できる。

図３は、本実施形態に係る電磁弁制御処理の流れを示すフローチャートである。電磁弁制御処理は、圧縮機１２の運転が開始されると共に電磁弁制御装置３０で実行される。

まず、ステップ１００では、低圧圧力がオン動作閾値以下となり、低圧スイッチ３２がオン状態となった場合に、ステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、電磁弁２６を開く。これにより、圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒の一部が圧縮機１２の吸入側へ抽気される。この抽気により、圧縮機１２に吸入する冷媒の温度及び圧力が上昇する。

次のステップ１０４では、低圧圧力が上昇しオフ動作閾値以上となり、低圧スイッチ３２がオフ状態となった場合に、ステップ１０６へ移行する。

次のステップ１０６では、電磁弁２６を閉じる。これにより、バイパス配管２２を介した圧縮機１２の吸入側への抽気が停止する。そして、圧縮機１２の運転中は、電磁弁制御処理が繰り返される。

以上説明したように、本実施形態に係る冷凍機１０は、圧縮機１２、ガスクーラ１４、膨張弁１６、及び蒸発器１８がこの順に冷媒配管２０により接続され、圧縮機１２の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管２２に設けられる電磁弁２６を開閉する。そして、電磁弁制御装置３０は、圧縮機１２の運転中に蒸発器１８の出口における冷媒の圧力が、冷媒の三重点を基準としたオン動作閾値以下となった場合に電磁弁２６を開く。

これにより、負荷変動が生じて蒸発器１８における冷媒の物理量が三重点に近づいても、高温高圧の冷媒が圧縮機１２の吸入側に抽気されるので、圧縮機１２の吸入口における冷媒の物理量は三重点に達することはない。このため、本実施形態に係る冷凍機１０は、圧縮機１２が固化した冷媒を吸入することが抑制されるので、圧縮機１２を停止することなく、冷凍機１０の運転を継続できる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態では、冷媒の物理量として圧力に基づいて電磁弁２６の開閉を制御する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、冷媒の物理量として温度に基づいて電磁弁２６の開閉を制御する形態としてもよい。この形態の場合、一例として、電磁弁２６のオン動作閾値を−５０℃とし、電磁弁２６のオフ動作閾値を−４７℃とする。

また、上記実施形態では、電磁弁制御装置３０が電磁弁２６の開閉を制御する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、冷凍機制御装置３４が電磁弁制御装置３０の機能を有し、冷凍機制御装置３４が電磁弁２６の開閉を制御する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、冷凍機１０を一例として単段圧縮とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、冷凍機１０を２段圧縮とする形態としてもよい。

また、上記実施形態で説明した電磁弁制御処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０冷凍機
１２圧縮機
１４ガスクーラ
１６膨張弁
１８蒸発器
２０冷媒配管
２２バイパス配管
２６電磁弁
３０電磁弁制御装置
３２低圧スイッチ
３４冷凍機制御装置

Claims

圧縮機、放熱器、膨張弁、及び蒸発器がこの順に冷媒配管により接続される冷凍機において、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管に設けられる電磁弁を開閉する冷凍機の電磁弁制御装置であって、
前記圧縮機の運転中に前記蒸発器の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合に前記電磁弁を開く冷凍機の電磁弁制御装置。
前記蒸発器と前記圧縮機との間に、冷媒の圧力が所定圧力となった場合にオン状態となるスイッチを備え、
前記スイッチがオン状態となった場合に前記電磁弁を開く請求項１記載の冷凍機の電磁弁制御装置。
圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管と、
前記バイパス配管に設けられる電磁弁と、
請求項１又は請求項２記載の電磁弁制御装置と、
を備える冷凍機。
圧縮機、放熱器、膨張弁、及び蒸発器がこの順に冷媒配管により接続される冷凍機において、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパスするバイパス配管に設けられる電磁弁を開閉する冷凍機の制御方法であって、
前記圧縮機の運転中に前記蒸発器の出口における冷媒の物理量が、冷媒の三重点を基準とした所定値以下となった場合に前記電磁弁を開く冷凍機の制御方法。