JP2019066085A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置において、利用側ユニット（3）の冷媒を室外ユニットへ回収するポンプダウン中に、圧縮機（21）が低負荷運転になったり停止したりするのを抑制し、冷媒回収効率を改善する。【解決手段】冷媒回路（10）に充填された冷媒を室外ユニットに回収するポンプダウン運転時に冷凍サイクルの動作が行われる低圧圧力の下限値を、通常運転時における低圧圧力の下限値よりも低下させる制御を行う制御部（9）を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特にポンプダウン運転を行う技術に関するものである。

従来、冷凍装置には、熱源側である室外ユニット（コンデンシングユニット）と、例えば複数の冷蔵ショーケースや冷凍ショーケース（利用側ユニット）とが接続されたものが知られている。この種の冷凍装置は、例えば、スーパーマーケットやコンビニエンスストアなどの店舗で用いられている。

上記冷凍装置において、利用側ユニットのメンテナンスをしたり、室外ユニットの部品を交換したりするときには、室外ユニットへ冷媒を回収するポンプダウン運転が行われる。ポンプダウン運転では、室外ユニットに設けられている室外熱交換器やレシーバに冷媒が回収される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−０８７０６６号公報

上記構成の冷凍装置では、一般に圧縮機には可変容量圧縮機が用いられているが、ポンプダウン運転時に冷媒回路の低圧圧力が所定値よりも低下すると、圧縮機が低負荷運転に入り、冷媒回収の速度が低下することがある。また、低圧圧力が極端に低下すると、圧縮機を保護するために、圧縮機を強制的に停止して冷媒回収が中断することがある。このように、ポンプダウン中に圧縮機が低負荷運転に入ったり停止したりすると、冷媒回収の速度が低下したり中断したりすることになり、十分な冷媒回収効率が得られなくなるおそれがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、利用側ユニットの冷媒を室外ユニットへ回収するポンプダウン中に、圧縮機が低負荷運転になったり停止したりするのを抑制し、冷媒回収効率を改善することである。

第１の発明は、可変容量圧縮機（21）と熱源側熱交換器（25）を有する熱源側ユニット（2）と、利用側熱交換器（53）を有する利用側ユニット（3）と、上記熱源側ユニット（2）と利用側ユニット（3）とが接続されて構成された冷媒回路（10）の冷凍サイクル動作を制御する制御部（9）とを備えた冷凍装置を前提とする。

そして、この冷凍装置は、上記制御部（9）が、上記冷媒回路（10）に充填された冷媒を上記熱源側ユニット（2）に回収するポンプダウン運転時には、冷凍サイクルの動作が行われる低圧圧力の下限値を、通常運転（冷却運転）時における低圧圧力の下限値よりも低下させる制御を行うことを特徴とする。

この第１の発明では、ポンプダウン運転時には、通常運転時における低圧圧力の下限値よりも低く定められた低圧圧力の下限値になるまで圧縮機（21）の運転が継続される。

第２の発明は、第１の発明において、上記制御部（9）が、ポンプダウン運転時に、上記可変容量圧縮機（21）の運転容量を一定容量に維持する制御を行うことを特徴とする。

この第２の発明では、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量が一定容量に維持される。

第３の発明は、第１の発明において、上記制御部（9）が、ポンプダウン運転時に、上記可変容量圧縮機（21）の運転容量を、該可変容量圧縮機（21）の保護装置が機能する直前まで上昇させる制御を行うことを特徴とする。

この第３の発明では、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量が、保護装置が機能する直前まで上昇する制御が行われる。

本発明によれば、ポンプダウン運転時には、通常運転時における低圧圧力の下限値よりも低く定められた低圧圧力の下限値になるまで圧縮機（21）の運転が継続されるので、圧縮機（21）が低負荷運転に入って冷媒回収の速度が低下するのが抑制され、圧縮機（21）を保護のために強制的に停止して冷媒回収が中断することも抑制される。したがって、ポンプダウン中に圧縮機（21）が低負荷運転に入ったり停止したりするのが抑えられるので、冷媒回収の速度が低下したり中断したりしにくくなり、十分な冷媒回収効率が得られなくなるのを抑えられる。

上記第２の発明によれば、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量が一定容量に維持されるので、冷媒回収の速度が低下するのが抑制される。したがって、十分な冷媒回収効率が得られなくなるのを抑えられる。

上記第３の発明によれば、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量が、保護装置が機能する直前まで上昇する制御が行われるので、圧縮機（21）を一定容量で運転するよりも冷媒回収の速度が速くなる。したがって、比較的短時間で十分な冷媒回収効率が得られるようになる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 図２は、図１の冷凍装置において行われるポンプダウン運転の動作を示すフローチャートである。

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。

〈全体構成〉
本実施形態の冷凍装置（1）は、複数の冷蔵倉庫を冷却するものである。図１に示すように、上記冷凍装置（1）は、庫外ユニット（熱源側ユニット）（2）と、複数の庫内ユニット（利用側ユニット）（3）と、制御部であるコントローラ（9）とを備えている。上記庫外ユニット（2）は屋外に設置され、各庫内ユニット（3）は各冷蔵倉庫に設置されている。また、上記庫外ユニット（2）には庫外回路（20）が、各庫内ユニット（3）には庫内回路（50）がそれぞれ設けられている。そして、この冷凍装置（1）の冷媒回路（10）は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように、庫外回路（20）に対して複数の庫内回路（50）が並列に接続されて構成されている。

具体的に、上記庫外回路（20）と各庫内回路（50）とは、第１連絡配管（14）及び第２連絡配管（15）によって互いに接続されている。上記第１連絡配管（14）の一端は、上記庫外回路（20）の一端部に設けられた第１閉鎖弁（11）に接続され、該第１連絡配管（14）の他端は分岐して、各庫内回路（50）の一端にそれぞれ接続されている。又、上記第２連絡配管（15）の一端は、上記庫外回路（20）の他端部に設けられた第２閉鎖弁（12）に接続され、該第２連絡配管（15）の他端は分岐して、各庫内回路（50）の他端にそれぞれ接続されている。

〈庫外ユニット〉
上記庫外ユニット（2）の庫外回路（20）には、圧縮機（21）と、庫外熱交換器（熱源側熱交換器）（25）と、レシーバ（27）と、過冷却熱交換器（28）と、過冷却用減圧弁（減圧手段）（29）とが設けられている。

上記圧縮機（21）は、全密閉式で高圧ドーム型のスクロール圧縮機である。圧縮機（可変容量圧縮機）（21）の電動機には、該電動機の回転数を所定範囲内で自在に変更可能なインバータ（図示せず）が接続されている。このインバータにより電動機の回転数を調整して、上記圧縮機（21）の運転容量を増減させることが可能である。

上記圧縮機（21）の吐出側には、吐出管（22）が接続されている。吐出管（22）は、庫外熱交換器（25）の一端に接続されている。

上記圧縮機（21）の吸入側には、吸入管（23）が接続されている。吸入管（23）は、上記第２閉鎖弁（12）に接続されている。

上記庫外熱交換器（25）の他端は、第１冷媒配管（32）を介してレシーバ（27）の頂部に接続されている。上記庫外熱交換器（25）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。庫外熱交換器（25）の近傍には、庫外ファン（26）が設けられている。そして、上記庫外熱交換器（25）は、庫外ファン（26）によって送られた庫外空気と該庫外熱交換器（25）内を流れる冷媒との間で熱交換が行われるように構成されている。

上記過冷却熱交換器（28）は、高圧側流路（28a）と低圧側流路（28b）とを有し、上記高圧側流路（28a）および上記低圧側流路（28b）を流れる冷媒同士が熱交換するように構成されている。

上記高圧側流路（28a）の流入端は、レシーバ（27）の底部に接続されている。また、高圧側流路（28a）の流出端は、第２冷媒配管（33）を介して第１閉鎖弁（11）に接続されている。一方、低圧側流路（28b）の流入端及び流出端は、それぞれインジェクション回路（40）に接続されている。

上記インジェクション回路（40）は、圧縮機（21）に冷媒をインジェクションするためのものであり、第１インジェクション配管（37）と第２インジェクション配管（38）を備えている。

上記第１インジェクション配管（37）は、上記第２冷媒配管（33）から分岐して、上記低圧側流路（28b）の流入端に接続されている。また、上記第１インジェクション配管（37）には過冷却用減圧弁（減圧手段）（29）が設けられている。この過冷却用減圧弁（29）は、開度可変な電子膨張弁により構成されている。第１インジェクション配管（37）における過冷却用減圧弁（29）の上流側には、減圧弁（30a）を有するインジェクション配管（34）が接続され、インジェクション配管（34）は圧縮機（21）の吸入管（23）に接続されている。

上記第２インジェクション配管（38）の一端に、上記低圧側流路（28b）の流出端が接続され、該第２インジェクション配管（38）の他端は、圧縮機（21）の吸入管（23）に接続されている。

上記レシーバ（27）は、上述したように庫外熱交換器（25）と過冷却熱交換器（28）との間に配置され、庫外熱交換器（25）で凝縮した高圧冷媒を一時的に貯留できるようになっている。

上記庫外回路（20）には、各種センサや圧力スイッチが設けられている。具体的に、吐出管（22）には、吐出管温度センサ（61）と吐出圧力センサ（62）が設けられている。吐出管温度センサ（61）は吐出管（22）を流れる冷媒の温度を検出するものであり、吐出圧力センサ（62）は吐出圧力を検出するものである。

吸入管（23）には、吸入管温度センサ（64）と、圧縮機（21）の吸入圧力を検出するための吸入圧力センサ（65）が設けられている。庫外ファン（26）の近傍には、外気温度（具体的には庫外ユニット（2）内の温度）を検出するための外気温センサ（67）が設けられている。

〈庫内ユニット〉
上記２つの庫内ユニット（3）は同様に構成されている。各庫内ユニット（3）には、庫内回路（50）が設けられている。上記庫内回路（50）は、一端側から他端側へ向かって順に、加熱用配管（51）、庫内膨張弁（52）および庫内熱交換器（利用側熱交換器）（53）が設けられている。

上記加熱用配管（51）は、上記庫内熱交換器（53）の下方に設けられたドレンパン（55）に取り付けられている。このドレンパン（55）は、庫内熱交換器（53）から滴下する結露水を回収するものである。ここで、上記ドレンパン（55）に上記加熱用配管（51）が取り付けられているのは、上記結露水が凍結して生成される氷塊を、加熱用配管（51）を流通する高圧冷媒の熱を利用して融解するためである。

上記庫内膨張弁（52）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。

上記庫内熱交換器（53）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成され、該庫内熱交換器（53）の近傍には、庫内ファン（54）が設けられている。そして、上記庫内熱交換器（53）は、庫内ファン（54）によって送られた庫内空気と該庫内熱交換器（53）内を流れる冷媒とが熱交換するように構成されている。

また、上記庫内回路（50）には、３つの温度センサが設けられている。具体的に、庫内熱交換器（53）の伝熱管には、冷媒の蒸発温度を検出するための蒸発温度センサ（72）が設けられている。庫内回路（50）におけるガス側端の近傍には、ガス冷媒の温度を検出するための冷媒温度センサ（73）が設けられている。庫内ファン（54）の近傍には、庫内の温度を検出するための庫内温度センサ（74）が設けられている。

〈コントローラ〉
コントローラ（9）（制御部）は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス（具体的には半導体メモリ）とを用いて構成されている。コントローラ（100）は、冷凍装置（1）の各機器を制御する。

上記コントローラ（9）には、上述した各センサの検出値が入力される。そして、これら検出値に基づいて、上記コントローラ（9）は、圧縮機（21）及びファン（26,54）の駆動制御、各種の弁の切換や開度調節を行いながら、冷媒回路（10）の冷凍サイクル動作を制御する。

また、上記コントローラ（9）は、ポンプダウンの制御も行う。コントローラ（9）は、上記冷媒回路（10）に充填された冷媒を上記庫外ユニット（2）に回収するポンプダウン運転時には、冷媒回路（10）で冷凍サイクルの動作が行われる低圧圧力の下限値を、通常の冷却運転時における低圧圧力の下限値よりも低下させる制御を行う。

また、上記コントローラ（9）は、ポンプダウン運転時に、可変容量の上記圧縮機（21）の運転容量を一定容量に維持する制御や、上記圧縮機（21）の運転容量を保護装置が機能する直前まで上昇させる制御を行うことができるように構成されていて、ポンプダウン運転時には能力制御よりもポンプダウンを重視した制御を行う。例えば、上記コントローラ（9）は、冷媒回路の低圧圧力が０ＭＰａ（外部から空気が浸入しない圧力）以上であれば圧縮機の運転を継続し、ポンプダウンが中断されない制御が行われる。

また、上記コントローラ（9）は、ポンプダウン運転時には圧縮機（21）の吸入側へ冷媒を注入するインジェクション動作を禁止するように構成されている。

また、上記コントローラ（9）は、ポンプダウン運転を終了するタイミングを、タイマーのカウントが所定値に達するかどうかで判断する制御を行う。これは、ポンプダウンが必要以上に長く行われないようにするためである。

−運転動作−
以下に、上記冷凍装置（1）の運転動作について説明する。冷凍装置（1）は、冷蔵倉庫内を所定温度（例えば、５℃）に維持する冷却運転を行うように構成されている。

この冷却運転では、圧縮機（21）が駆動されて、各庫内ユニット（3）で庫内が冷却される。このとき、過冷却用減圧弁（29）および庫内膨張弁（52）の開度が適宜調節される。

この冷却運転では、上記圧縮機（21）が駆動されると、冷媒回路（10）において図１に示す実線の矢印の方向に冷媒が流れる。このとき、上記庫外熱交換器（25）が凝縮器として機能し、且つ上記各庫内熱交換器（53）が蒸発器として機能することにより、上記冷媒回路（10）において蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。

具体的に、上記圧縮機（21）で圧縮された高圧ガス冷媒が吐出管（22）から吐出される。吐出管（22）から吐出された高圧ガス冷媒は、庫外熱交換器（25）へ流入する。庫外熱交換器（25）では、高圧冷媒が庫外空気と熱交換して凝縮する。凝縮した冷媒は、第１冷媒配管（32）、レシーバ（27）および過冷却熱交換器（28）の高圧側流路（28a）を順に通過した後に第２冷媒配管（33）へ流入する。第２冷媒配管（33）に流入した冷媒は、一部が第１インジェクション配管（37）へ流れ、残りが上記第１閉鎖弁（11）を介して第１連絡配管（14）へ流れる。

第１インジェクション配管（37）の方へ流れた高圧冷媒は、上記過冷却用減圧弁（29）で所定の圧力まで減圧されて低圧冷媒となった後、上記過冷却熱交換器（28）の低圧側流路（28b）へ流入する。過冷却熱交換器（28）では、その低圧冷媒と高圧側流路（28a）を流れる高圧冷媒とが熱交換する。これにより、上記高圧冷媒が冷却されて過冷却度が大きくなる一方、上記低圧冷媒が加熱されてガス冷媒となる。このガス冷媒は、上記過冷却熱交換器（28）を流出した後、第２インジェクション配管（38）を介して吸入管（23）から圧縮機（21）にインジェクションされる。

一方、上記第１連絡配管（14）の方へ流れた高圧冷媒は、各庫内回路（50）へ分流する。庫内回路（50）へ流入した高圧冷媒は、加熱用配管（51）を流通する。その際、ドレンパン（55）では、結露水が凍結した氷塊が、加熱用配管（51）を流れる冷媒によって融解される。これにより、加熱用配管（51）を流れる高圧冷媒がさらに過冷却される。加熱用配管（51）を流出した高圧冷媒は、上記庫内膨張弁（52）で減圧されて低圧冷媒になった後、上記庫内熱交換器（53）へ流入する。

上記庫内熱交換器（53）では、低圧冷媒が庫内空気と熱交換して蒸発する。これにより、庫内空気が冷却される。各庫内熱交換器（53）で蒸発した冷媒は、第２連絡配管（15）を通って再び庫外回路（20）へ流入する。庫外回路（20）へ流入した低圧冷媒は、吸入管（23）へ流れ、吸入管（23）から圧縮機（21）へ吸入される。圧縮機（21）へ吸入された低圧冷媒は、所定の圧力まで圧縮されて高圧冷媒となる。そして、この高圧冷媒は、圧縮機（21）から再び吐出される。このように冷媒が循環することにより、各冷蔵倉庫内を所定温度に維持する冷却運転が行われる。

＜ポンプダウン運転の制御＞
ポンプダウン運転の制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。ポンプダウン運転時には、冷凍サイクルの動作が行われる低圧圧力の下限値を、通常運転（通常の冷却運転）時における低圧圧力の下限値よりも低下させる設定が行われる。つまり、圧縮機（21）を停止させる低圧圧力が、通常運転時よりもポンプダウン運転時には低く設定される（具体的には、例えば図２のステップST３に示されている０ＭＰａに設定される）。

このフローチャートの動作に入ると、ステップST１においてポンプダウンスイッチがＯＮになるかどうかが判別され、ポンプダウンスイッチがＯＮになるとステップST２に進んで圧縮機（21）が起動され、ステップST３へ進む。

ステップST３では、冷媒回路の低圧圧力が０ＭＰａ（この値は通常運転時の設定値よりも低い値である）よりも低いかどうかが判別され、判別結果が「ＹＥＳ」の場合はステップST４へ進んで圧縮機（21）を停止し、リターンする。

ステップST３の判別結果が「ＮＯ」である場合はステップST５へ進み、圧縮機（21）の保護制御が実施されていないかどうかが判別される。この保護制御は、高圧圧力の異常上昇、過熱度の異常上昇、圧縮機の油切れ、油温度異常、インバータフィン温度異常上昇などがあったときに、圧縮機（21）を停止させる制御である。ステップST５で、この保護制御が行われていないと判断すると、ステップST６へ進んで圧縮機（21）の能力を上昇させてからステップST３へ戻り、保護制御が行われていると判断すると、圧縮機（21）の能力を上昇させずにステップST３へ戻り、圧縮機（21）が停止するまで、それ以降の動作が行われる。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、ポンプダウン運転時には、通常運転時における低圧圧力の下限値よりも低く定められた低圧圧力の下限値になるまで圧縮機（21）の運転が継続されるので、圧縮機（21）が低負荷運転に入って冷媒回収の速度が低下するのが抑制され、圧縮機（21）を保護のために強制的に停止して冷媒回収が中断することも抑制される。したがって、ポンプダウン中に圧縮機（21）が低負荷運転に入ったり停止したりするのが抑えられるので、冷媒回収の速度が低下したり中断したりしにくくなり、十分な冷媒回収効率が得られなくなるのを抑えられる。

また、本実施形態によれば、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量を、保護装置が機能する直前まで上昇させる制御が行われるので、圧縮機（21）を例えば一定容量で運転するよりも冷媒回収の速度が速くなる。したがって、比較的短時間で十分な冷媒回収効率が得られるようになる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、本発明では、ポンプダウン運転時に、可変容量圧縮機（21）の運転容量を一定容量に維持する制御を行ってもよい。このようにしても、従来と比較して、冷媒回収の速度が低下するのが抑制される。したがって、十分な冷媒回収効率が得られなくなるのを抑えられる。

また、上記実施形態で説明した冷媒回路は単なる一例であり、回路の具体的な構成は適宜変更してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるい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。

以上説明したように、本発明は、冷凍装置においてポンプダウン運転を行う技術について有用である。

1 冷凍装置
2 庫外ユニット（熱源側ユニット）
3 庫内ユニット（利用側ユニット）
9 コントローラ（制御部）
10 冷媒回路
21 圧縮機（可変容量圧縮機）
25 庫外熱交換器（熱源側熱交換器）
53 庫内熱交換器（利用側熱交換器）

Claims (3)

1. 可変容量圧縮機（21）と熱源側熱交換器（25）を有する熱源側ユニット（2）と、利用側熱交換器（53）を有する利用側ユニット（3）と、上記熱源側ユニット（2）と利用側ユニット（3）とが接続されて構成された冷媒回路（10）の冷凍サイクル動作を制御する制御部（9）とを備えた冷凍装置であって、
   上記制御部（9）は、上記冷媒回路（10）に充填された冷媒を上記熱源側ユニット（2）に回収するポンプダウン運転時には、冷凍サイクルの動作が行われる低圧圧力の下限値を、通常運転時における低圧圧力の下限値よりも低下させる制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記制御部（9）は、ポンプダウン運転時に、上記可変容量圧縮機（21）の運転容量を一定容量に維持する制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   上記制御部（9）は、ポンプダウン運転時に、上記可変容量圧縮機（21）の運転容量を、該可変容量圧縮機（21）の保護装置が機能する直前まで上昇させる制御を行うことを特徴とする冷凍装置。
   

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