JP2614702B2 - ２ステージ型冷凍装置の制御装置および制御方法 - Google Patents

２ステージ型冷凍装置の制御装置および制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はエコノマイザを用いた
２ステージ型の冷凍装置の制御装置および制御方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】エコノマイザは、一般に、空調装置等の
冷凍装置における容量を増加するために用いられる。吐
出圧を季節毎に変化させたり、飽和凝縮温度をさらに低
下させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような利
用の形態では、エコノマイザの作用による利点は少な
い。エコノマイザを備えた２ステージコンプレッサシス
テムにおいては、高圧段側へ供給される高圧段側吸い込
みガスにエコノマイザガスが混合するような注入作用
が、各ステージ間で一般的に発生する。しかしながら、
負荷要求が変化すると、高圧段側あるいは低圧段側の一
方のみが利用され、エコノマイザガスを高圧側の吸い込
み系統へ供給することによる効果が失われてしまう。
【０００４】本発明の目的は、２ステージ型システムの
効率を最大に得ることにある。
【０００５】本発明の他の目的は、運転および制御の柔
軟性を確保することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、冷凍装置の
効率を高めるように、検出手段により検出されたパラメ
ータに応じて、エコノマイザガスを、低圧段側の駆動手
段、高圧段側の駆動手段あるいは高圧段側のコンプレッ
サへ、選択的に供給するように構成した。
【０００７】エコノマイザを用いた２段圧縮方式つまり
２ステージコンプレッサシステムは、装置の効率を最大
限に得るように運転される。この装置は、運転条件に応
じて、何通りかの形で運転することができる。第１に
は、高圧段のモータの冷却および単段の高温適用部のた
めにエコノマイザ作用を果たす。第２には、エコノマイ
ザガスが高圧段の吸い込み側に供給され、モータを冷却
するために冷媒液が注入される。第３には、供給された
エコノマイザガスがモータの冷却および単段の低温適用
部のために低圧段を経由していく。高温適用部として
は、空調装置や食料品店の食品用クーラー等があり、低
温適用部としては、食料品店の冷凍食品用冷凍ケース等
がある。
【０００８】
【作用】基本的に、２ステージシステムにおけるエコノ
マイザの作用は、容量の増加、効率の向上、モータの冷
却、さらに必要な場合には、吐出温度制御を達成するよ
うに制御される。全体の制御はマイクロプロセッサによ
って実現される。このマイクロプロセッサには、冷凍シ
ステムの圧力および温度の情報が入力され、エコノマイ
ザ作用、モータの冷却、さらに必要な場合には吐出温度
制御を達成するように、コンプレッサおよび冷凍システ
ム各部の流れを制御する。
【０００９】
【実施例】図１および図２は、エコノマイザを備えた冷
凍装置における２ステージコンプレッサシステムの一実
施例を示す概略図である。
【００１０】図において、１００は、マイクロプロセッ
サ１０によって制御される冷凍装置全体を示している。
この冷凍装置１００は、低圧段つまり補助的なスクリュ
ーコンプレッサ１２と、高圧段のスクリューコンプレッ
サ１４，１６とを備えており、各コンプレッサ１２，１
４，１６はそれぞれ駆動用のモータ１３，１５，１７を
有している。高圧段のコンプレッサ１４，１６の吐出側
が接続されているラインには、オイルセパレータ１８、
凝縮器２０、受液器２２、濾過乾燥器２４が順次介装さ
れている。濾過乾燥器２４を出た冷媒は、１つあるいは
複数のエバポレータ２６とサブクーラー２８の少なくと
も一方に供給される。上記エバポレータ２６は、空調装
置や食品用クーラーのような高温の冷凍負荷を有してい
る。エコノマイザとしてのサブクーラ２８からのエコノ
マイザガスは、吸い込み側のヘッダを介してコンプレッ
サ１４，１６に供給され、他方、冷媒液はエバポレータ
３０およびコンプレッサ群の少なくとも一方に供給され
る。上記エバポレータ３０は、低温の冷凍負荷を有して
いる。
【００１１】マイクロプロセッサ１０には、温度センサ
Ｔ１〜Ｔ３が検出した温度情報および圧力センサＰ１〜
Ｐ４が検出した圧力情報が入力される。これらの圧力お
よび温度の情報に対応して、マイクロプロセッサ１０
は、モータ１３，１５，１７ひいてはコンプレッサ１
２，１４，１６を制御している。さらに、マイクロプロ
セッサ１０は、各弁Ｖ１〜Ｖ１８を適宜に制御して、検
出した条件に適した流路を構成し、冷凍装置１００の運
転を制御している。弁Ｖ１〜Ｖ１８は、電磁弁からな
り、ＯＮ，ＯＦＦ制御もしくはパルスのデューティ比制
御がなされるようになっている。複数の弁が流路に直列
に配置されている場合に、冷媒が流れる条件の間は、一
つの弁のみが調節され、他の弁は開いた状態となる。
【００１２】エバポレータ３０は、ライン４０を介して
コンプレッサ１２の吸い込みポートに接続されている。
このコンプレッサ１２は、ライン４２に冷媒を吐出し、
その吐出温度が温度センサＴ１によって検出される。コ
ンプレッサ１４，１６の少なくとも一方が駆動されてい
るにも拘わらず、コンプレッサ１２が停止すると、弁Ｖ
３は、閉じられ、内部の逆止弁がコンプレッサ１２を通
る逆流を阻止する。ライン４２は、コンプレッサ１４，
１６の吸い込みポートに接続されている。コンプレッサ
１４は、ライン４４を介してライン４６へ冷媒を吐出し
ており、その吐出温度は、温度センサＴ２によって検出
される。同様に、コンプレッサ１６は、ライン４５を介
してライン４６へ冷媒を吐出しており、その吐出温度
は、温度センサＴ３によって検出される。コンプレッサ
１４，１６が停止し、かつコンプレッサ１２が駆動され
ているときには、弁Ｖ１７および弁Ｖ１８は、閉じら
れ、かつコンプレッサ１４，１６はライン４３によって
バイパスされた状態となる。上記ライン４３は、電磁弁
Ｖ１０および逆止弁ＣＶ２を備えている。
【００１３】コンプレッサ１２，１４，１６から吐出さ
れた冷媒の全ては、ライン４６へ供給され、かつオイル
セパレータ１８へ供給される。このオイルセパレータ１
８において、冷媒ガスの中からオイルが分離除去され、
かつ各コンプレッサへ送り戻される。オイルが分離され
た冷媒は、オイルセパレータ１８からライン４７を介し
て凝縮器２０へと供給される。このライン４７における
冷媒ガスの圧力は、圧力センサＰ２によって検出され
る。上記凝縮器２０において、高温高圧の冷媒ガスが凝
縮される。凝縮した冷媒は、受液器２２および濾過乾燥
器２４を順次経て、ライン５０に至る。
【００１４】ライン５０の冷媒の流れは、さらに３本の
分岐通路５１〜５３のいずれかを通過することができ
る。ライン５１は、ライン５０とライン４２との間に延
設されており、電磁弁Ｖ５、膨張弁ＥＶ１、エバポレー
タ２６が順次介装されている。上記膨張弁ＥＶ１は、エ
バポレータ２６の冷媒の過熱度に感応して制御される。
圧力センサＰ３は、エバポレータ２６の下流側の冷媒圧
力を検出しており、この圧力は、コンプレッサ１４，１
６の吸い込み圧力に相当する。
【００１５】ライン５３は、ライン５４，５５，５６の
分岐点とライン５０との間に延設されており、膨張弁Ｅ
Ｖ２とサブクーラー２８とが順次介装されている。上記
膨張弁ＥＶ２は、ライン５３を介してサブクーラー２８
から出る冷媒ガスつまりエコノマイザガスの過熱度に感
応して制御される。
【００１６】ライン５４は電磁弁Ｖ１２を具備し、モー
タ１３へ冷却用の冷媒流を与えている。このライン５４
からのモータ冷却用の冷媒流は、コンプレッサ１２で圧
縮されるガスと混合するので、該コンプレッサ１２へラ
イン４０を介して供給される吸い込み流を補足するもの
となる。
【００１７】ライン５５は電磁弁Ｖ１３を具備し、かつ
ライン５７とライン５８とに分岐する。ライン５７は電
磁弁Ｖ１５を、ライン５８は電磁弁Ｖ１６をそれぞれ具
備しており、モータ１５，１７へそれぞれ冷却用の冷媒
流を与えている。これらのライン５７，５８からのモー
タ冷却用の冷媒流は、コンプレッサ１４，１６で圧縮さ
れるガスと混合するので、各コンプレッサ１４，１６へ
ライン４２および弁Ｖ１７，弁Ｖ１８を介してそれぞれ
供給される吸い込み流を補足するものとなる。
【００１８】ライン５６は、ライン５３からの流れをラ
イン５１へ接続するものであり、逆止弁ＣＶ１と電磁弁
Ｖ２とが順次介装されている。従って、ライン５６を通
る流れは、ライン５１およびライン４２を介してコンプ
レッサ１４，１６の吸い込みポートへ導かれる。
【００１９】ライン５２は、冷媒液をいくつかのライン
へ供給する。ライン６１は、ライン５２から流れてくる
冷媒液を、ここから分岐した複数のライン６２〜６７へ
分配している。ライン６２は、ライン６１とライン５４
とを接続しており、かつ電磁弁Ｖ１１を具備している。
このライン６２は、モータ１３冷却用の冷媒をライン５
４へ供給している。ライン６３は、電磁弁Ｖ６を具備し
ており、温度センサＴ１で検出されるライン４２におけ
る吐出ガス温度を制御するためにコンプレッサ１２へ注
入される冷媒液を供給している。同様に、ライン６４
は、電磁弁Ｖ９を具備しており、温度センサＴ３で検出
されるライン４５における吐出ガス温度を制御するため
にコンプレッサ１６へ注入される冷媒液を供給してい
る。またライン６５は、電磁弁Ｖ１を具備しており、温
度センサＴ２で検出されるライン４４における吐出ガス
温度を制御するためにコンプレッサ１４へ注入される冷
媒液を供給している。ライン６６は、電磁弁Ｖ７を具備
し、かつモータ１７冷却用の冷媒液を供給するために、
ライン６１とライン５８とを接続している。ライン６７
は、電磁弁Ｖ１４を具備し、かつモータ１５冷却用の冷
媒液を供給するために、ライン６１とライン５７とを接
続している。
【００２０】ライン５２は、ライン５８へ冷媒液を供給
している。このライン５８は、電磁弁Ｖ４を具備し、か
つエバポレータ２６へ冷媒液を供給するためにライン５
１に接続されている。またライン５２は、ライン４０へ
冷媒液を供給している。このライン４０は、ライン５２
とコンプレッサ１２の吸い込みポートとの間に延設され
ており、電磁弁Ｖ３、膨張弁ＥＶ３、エバポレータ３０
および圧力センサＰ４が順次配設されている。上記膨張
弁ＥＶ３は、エバポレータ３０を出る冷媒の過熱度に感
応して制御される。上記圧力センサＰ４は、コンプレッ
サ１２の吸い込みポートに至るライン４０の冷媒圧力を
検出している。
【００２１】上述したように、マイクロプロセッサ１０
には、温度センサＴ１〜Ｔ３から各コンプレッサ１２，
１４，１６の吐出温度を示す信号が入力されるととも
に、圧力センサＰ１〜Ｐ４から各コンプレッサ１２，１
４，１６の吸い込み圧力および凝縮器２０へ送られる吐
出圧力を示す信号が入力される。これらの温度および圧
力の検出信号に基づいて、マイクロプロセッサ１０は、
各モータ１３，１５，１７ひいては各コンプレッサ１
２，１４，１６を制御し、かつそれぞれの弁Ｖ１〜Ｖ１
８を制御する。基本的なコンプレッサの運転は、吸い込
み圧力およびそれによって示される要求容量に応じたも
のとなり、一つあるいは複数のコンプレッサの運転が要
求される。そして、モータの冷却、エコノマイザ作用、
吐出温度の制御、の各命令が順次発せられる。エバポレ
ータ２６，３０は、通常は、マイクロプロセッサ１０に
依存せずに局部的に制御される。
【００２２】運転中は、３つのコンプレッサ１２，１
４，１６の全てが駆動されることもあり、コンプレッサ
１４，１６が駆動されていて一つのコンプレッサ１２が
停止されることもあり、コンプレッサ１２が、コンプレ
ッサ１４，１６のいずれか一方とともに駆動されること
もある。モータ１３を冷却するための冷媒液は、弁Ｖ１
１によって制御され、モータ１５を冷却するための冷媒
液は、弁Ｖ１４によって制御される。またモータ１７を
冷却するための冷媒液は、弁Ｖ７によって制御される。
低圧段側のモータ１３の冷却と単段の低温適用部とに用
いられるエコノマイザガスは、エコノマイザとしてのサ
ブクーラー２８からライン５３，５４および弁Ｖ１２を
介して供給される。高圧段側のモータ１５，１７の冷却
と単段の高温適用部とに用いられるエコノマイザガス
は、エコノマイザつまりサブクーラー２８からライン５
３，５５および弁Ｖ１３を介して供給される。そして、
弁Ｖ１３と同様に、弁Ｖ１５がモータ１５の冷却のため
に、弁Ｖ８がモータ１７の冷却のためにそれぞれ制御さ
れる。ブースター作用のためのエコノマイザガスは、ラ
イン５３，５６および該ライン５６の弁Ｖ２を介して高
圧段側の吸い込みポートに供給される。上記ライン５６
はライン４２に接続されており、ここを通して上記の高
圧段側コンプレッサ１４，１６の吸い込みポートへ供給
される。
【００２３】以上、この発明の一実施例を説明したが、
本発明は、この実施例に限定されることなく、種々の変
更が可能である。例えば、マイクロプロセッサが、エバ
ポレータ２６，３０で冷却される部位に関する熱平衡的
入力に基づいてシステムを制御するように構成すること
もできる。また、スクリューコンプレッサに代えて、他
の種々の形式の容積型圧縮機を用いることができる。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る２ステージ型冷凍装置の制御装置および制御方法
によれば、エコノマイザガスを運転条件に応じて一層有
効に利用でき、装置の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る冷凍装置の回路構成の上半部を
示す説明図。
【図２】同じく下半部を示す説明図。
【図３】図１と図２との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１０…マイクロプロセッサ １２…コンプレッサ １４…コンプレッサ １６…コンプレッサ ２０…凝縮器 ２６…エバポレータ ２８…サブクーラー（エコノマイザ） ３０…エバポレータ Ｔ１〜Ｔ３…温度センサ Ｐ１〜Ｐ４…圧力センサ Ｖ１〜Ｖ１８…弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−25388（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−11268（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低圧段側のコンプレッサ（１２）および
    その駆動手段（１３）と、高圧段側のコンプレッサ（１
    ４，１６）およびその駆動手段（１５，１７）と、凝縮
    手段（２０）と、エコノマイザ手段（２８）と、エバポ
    レータ手段（２６，３０）と、を備えてなる２ステージ
    型冷凍装置（１００）の制御装置であって、冷凍装置の
    運転条件を示すパラメータを検出する検出手段（Ｔ１〜
    Ｔ３、Ｐ１〜Ｐ４）と、冷凍装置の効率を高めるように
    上記検出手段により検出されたパラメータに応じて、エ
    コノマイザガスを、低圧段側の駆動手段、高圧段側の駆
    動手段あるいは高圧段側のコンプレッサへ、選択的に供
    給するとともに、上記エコノマイザ手段を通過した冷媒
    液を、低圧段側の駆動手段、高圧段側の駆動手段、低圧
    段側のコンプレッサあるいは高圧段側のコンプレッサ
    へ、選択的に供給する流路制御手段（Ｖ１〜Ｖ１８）
    と、を備えていることを特徴とする２ステージ型冷凍装
    置の制御装置。
  2. 【請求項２】 上記検出手段は、低圧段側および高圧段
    側のコンプレッサの吐出温度を検出する温度検出手段
    と、低圧段側および高圧段側のコンプレッサの吸い込み
    圧力を検出する圧力検出手段と、を含み、上記吐出温度
    に基づいて上記コンプレッサへの冷媒液の供給がなされ
    ることを特徴とする請求項１記載の２ステージ型冷凍装
    置の制御装置。
  3. 【請求項３】 上記流路制御手段は、エコノマイザガス
    の流路を、低圧段側の駆動手段、高圧段側の駆動手段あ
    るいは高圧段側のコンプレッサへ、選択的に切り換える
    弁手段からなることを特徴とする請求項１記載の２ステ
    ージ型冷凍装置の制御装置。
  4. 【請求項４】 低圧段側の駆動手段および高圧段側の駆
    動手段を制御する制御手段をさらに備えていることを特
    徴とする請求項１記載の２ステージ型冷凍装置の制御装
    置。
  5. 【請求項５】 低圧段側のコンプレッサ（１２）および
    その駆動手段（１３）と、高圧段側のコンプレッサ（１
    ４，１６）およびその駆動手段（１５，１７）と、凝縮
    手段（２０）と、エコノマイザ手段（２８）と、エバポ
    レータ手段（２６，３０）と、を備えてなる２ステージ
    型冷凍装置（１００）の制御方法であって、冷凍装置の
    運転条件を示すパラメータを検出するとともに、エコノ
    マイザガスを、低圧段側の駆動手段、高圧段側の駆動手
    段あるいは高圧段側のコンプレッサへ、必要に応じて選
    択的に供給し、低圧段側および高圧段側の駆動手段を冷
    却するとともに、高圧段側のコンプレッサの容量を増加
    させ、かつ上記パラメータに基づき、上記エコノマイザ
    手段を通過した冷媒液を、低圧段側の駆動手段、高圧段
    側の駆動手段、低圧段側のコンプレッサあるいは高圧段
    側のコンプレッサへ、選択的に供給し、低圧段側および
    高圧段側の駆動手段を冷却するとともに、低圧段側およ
    び高圧段側のコンプレッサの吐出温度を制御することを
    特徴とする２ステージ型冷凍装置の制御方法。
  6. 【請求項６】 上記パラメータの検出として、低圧段側
    および高圧段側のコンプレッサの吐出温度を検出すると
    ともに、低圧段側および高圧段側のコンプレッサの吸い
    込み圧力を検出し、上記吐出温度に基づいて上記コンプ
    レッサへの冷媒液の供給を制御することを特徴とする請
    求項５記載の２ステージ型冷凍装置の制御方法。
JP6308572A 1993-12-14 1994-12-13 ２ステージ型冷凍装置の制御装置および制御方法 Expired - Fee Related JP2614702B2 (ja)

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