JP2651327B2 - 冷凍回路のホットガスバイパス回路制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍回路のホットガスバ
イパス回路制御方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍回路は一般に冷媒を圧縮機で圧縮し
て吐出し、凝縮器にて凝縮し、次いで膨張機構を経て蒸
発器へ導き、ここで熱交換したのち再び圧縮機の吸入側
へ戻すように循環させる。かかる冷凍回路は、所定の仕
切られた各種空間、例えば、各種物品、材料等につい
て、その耐熱性、耐寒性、耐湿性等を試験するための恒
温器、恒温恒湿器のような環境試験機器の試験室等に所
定の温度雰囲気、或いは所定の温湿度雰囲気を得るため
に、単独で、又は温度調節用ヒータと共に、さらには加
湿器と共に採用される。

【０００３】この場合、冷凍回路中の蒸発器は、目的と
する雰囲気を得ようとする空間に連通する空間、例えば
環境試験機器では、その空調部に配置され、圧縮機、凝
縮器等はその外に配置されて周囲温度雰囲気に曝され
る。従って、冷凍回路中の冷媒の挙動は、目的とする雰
囲気を得ようとする空間の設定温度や周囲温度に影響さ
れる。

【０００４】例えば、周囲温度が低下すると、設定温度
によっては、凝縮器における凝縮度が大きくなり、その
ため冷凍回路中の高圧回路部分の冷媒圧力が低下し、そ
の結果、低圧回路部分の冷媒圧力が著しく低下すること
がある。さらには、冷凍回路から冷媒の一部が外部へ漏
洩して低圧回路部分の冷媒圧力が低下することも考えら
れる。

【０００５】このように、圧縮機吸入口に接続された低
圧回路部分の冷媒圧力が著しく低下し、いわゆるバキュ
ーム状態が発生すると、圧縮機から吐出されるガス冷媒
の温度が冷媒の物理的性質により異常に上昇したり、ま
た、圧縮機としてロータリ型の圧縮機を用いているとき
は、該圧縮機内における圧縮側ゾーンから吸入側ゾーン
へ冷媒が洩れるいわゆるショートサーキットが発生し、
そのため吸入側ゾーンの冷媒温度上昇し、これを再び圧
縮側ゾーンで圧縮するので吐出冷媒温度が異常に上昇す
る事態が発生する。このように、圧縮機吐出側の異常昇
温が発生すると、冷媒の劣化、圧縮機オイルの劣化等、
好ましくない事態が発生するまた、冷凍回路の低圧回路
部分の冷媒圧力が異常に低下すると、密閉式或いは半密
閉式の圧縮機を採用している場合、冷媒循環量の減少に
より、圧縮機駆動用電動機の冷却が不十分となって、電
動機が故障してしまう等の事態も発生する。

【０００６】さらに、バキューム状態が発生すると、冷
凍回路へ外部から空気や水分が侵入する恐れもでてく
る。かかる問題を解決する方法としては、蒸発器へ通じ
る膨張機構の開度を調整して冷媒流量を増加させること
で低圧回路部分の圧力を上昇させたり、凝縮器におい
て、熱交換用のファンの風量を落とすことで高圧回路部
分の圧力を上昇させ、それによって低圧回路部分の圧力
も上昇させることが考えられるが、膨張機構の開度調整
は設定温度を達成するうえで、また、膨張機構の構造
上、その調整範囲は限られるし、凝縮器ファン風量の調
整には高価なファンコントローラを要するという難点が
ある。なお、膨張機構については、電子膨張弁はその開
度調節幅が狭く、複数の並列キャピラリーチューブを採
用するとしても、各キャピラリーチューブの開度乃至絞
り設定が困難である。

【０００７】そこで、ホットガスバイパス回路が採用さ
れるに至っている。このホットガスバイパス回路は、圧
縮機から吐出された高圧ガス冷媒を主回路におけるもの
とは別のバイパス回路用膨張機構を介して直接圧縮機吸
入側に戻すものであり、該バイパス回路中の止弁を開く
ことで使用する。このバイパス回路における膨張機構の
開度は、蒸発器へ通じる主回路の冷媒流量にあまり影響
しない範囲で、バキューム状態を解消し得る量の冷媒が
通過できるように小さく絞られている。そして、このバ
イパス回路は、圧縮機の吸い込み圧力を検出し、該検出
圧力が予め定めた圧力以下になると止弁を開き、該圧力
より大きいときは止弁を閉じておくことで制御されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
ホットガスバイパス回路の止弁の開閉制御を行うための
圧縮機吸い込み圧力を検出する手段は、低圧圧力スイッ
チや圧力センサ等であり、高価である。そこで本発明
は、圧縮機から吐出される冷媒をバイパス回路用膨張機
構を介して前記圧縮機の吸入側へ直接戻すことができる
ホットガスバイパス回路を有する冷凍回路の該ホットガ
スバイパス回路の制御方法及び装置であって、従来より
も安価に該ホットガスバイパス回路を制御できるものを
提供することを課題とする。また本発明は、圧縮機から
吐出される冷媒をバイパス回路用膨張機構を介して前記
圧縮機の吸入側へ直接戻すことができるホットガスバイ
パス回路を有する冷凍回路の該ホットガスバイパス回路
の制御方法及び装置であって、該ホットガスバイパス回
路開閉のいわゆるハンチングを抑制できるものを提供す
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決するにあたり、冷凍回路の圧縮機吸入口に接続された
低圧回路部分の異常低圧（いわゆるバキューム状態）の
発生は、既述のとおり、周囲温度が低いときに起こるこ
と、周囲温度を検出してホットガスバイパス回路の止弁
を開閉制御する手段は、圧縮機吸い込み圧力を検出して
ホットガスバイパス回路の止弁を開閉する手段より安価
に入手、設置できることに着目した。また、本発明者
は、ホットガスバイパス回路を開いておくか、閉じてお
くかを決める基準温度を設定するとともに、該基準温度
より若干高温のハンチング防止用温度を設定して、周囲
温度が該基準温度と該ハンチング防止用温度の間の温度
になったときは、そうなる前のホットガスバイパス回路
の開又は閉の状態を維持すれば、ハンチングを抑制でき
ることに着目した。

【００１０】

【００１１】すなわち本発明は、 圧縮機から吐出される
冷媒をバイパス回路用膨張機構を介して前記圧縮機の吸
入側へ直接戻すことができるホットガスバイパス回路を
有する冷凍回路の該ホットガスバイパス回路の制御方法
であって、該冷凍回路の周囲温度が、予め定めた基準温
度以下では該ホットガスバイパス回路を開き、該基準温
度より若干高温の予め定めたハンチング防止用温度以上
のときは該ホットガスバイパス回路を閉じ、該基準温度
以下の温度から該基準温度より高くなったときは、該ハ
ンチング防止用温度になるまでは該ホットガスバイパス
回路を開いたままとし、該ハンチング防止用温度以上の
温度から該ハンチング防止用温度より低い温度になった
ときは、前記基準温度になるまでは該ホットガスバイパ
ス回路を閉じたままとすることを特徴とする冷凍回路の
ホットガスバイパス回路制御方法、及び 圧縮機から吐出
される冷媒をバイパス回路用膨張機構を介して前記圧縮
機の吸入側へ直接戻すことができるホットガスバイパス
回路を有する冷凍回路の該ホットガスバイパス回路の制
御装置であって、該ホットガスバイパス回路中の開閉可
能の止弁と、該冷凍回路の周囲温度を検出する手段と、
該温度検出手段にて検出された周囲温度が予め定めた基
準温度以下か否かを判断する手段と、該温度検出手段に
て検出された周囲温度が前記基準温度より若干高温の予
め定めたハンチング防止用温度以上か否かを判断する手
段と、該温度検出手段にて検出された周囲温度が前記基
準温度以下では前記止弁を開き、前記ハンチング防止用
温度以上のときは該止弁を閉じ、該基準温度以下の温度
から該基準温度より高くなったときは、該ハンチング防
止用温度になるまでは該ホットガスバイパス回路を開い
たままとし、該ハンチング防止用温度以上の温度から該
ハンチング防止用温度より低い温度になったときは、前
記基準温度になるまでは該ホットガスバイパス回路を閉
じたままとする手段とを含むことを特徴とする冷凍回路
のホットガスバイパス回路制御装置を提供するものであ
る。かかる本発明方法及び装置において採用される、ホ
ットガスバイパス回路の開閉を決定する前記基準温度
は、冷凍回路が採用される状況に応じて、予め実験等に
より定めておくことができる。例えば、冷凍回路が恒温
器、恒温恒湿器等の環境試験装置に温度又は温湿度制御
のために採用されるときには、冷凍回路の圧縮機吸い込
み圧力が最低となるであろう該装置における設定温度に
おいて、該圧縮機吸い込み圧力が問題視すべき程に過度
に低圧となる周囲温度を実験等により求めることで予め
定めておくことができる。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】 本発明の 冷凍回路のホットガスバイパス回路制
御方法及び装置によると、冷凍回路の周囲温度が予め定
めた基準温度以下ではホットガスバイパス回路が開か
れ、予め定めたハンチング防止用温度以上のときはホッ
トガスバイパス回路は閉じられる。また、周囲温度が基
準温度以下の温度から基準温度より高くなったときは、
ハンチング防止用温度になるまではホットガスバイパス
回路は開いたままとされ、ハンチング防止用温度以上の
温度からハンチング防止用温度より低い温度になったと
きは、前記基準温度になるまでは該ホットガスバイパス
回路は閉じたままとされる。

【００１５】ホットガスバイパス回路が開かれると、圧
縮機から吐出された高圧ガス冷媒が該バイパス回路の膨
張機構を経て圧縮機吸入側に直接戻され、それによって
圧縮機吸い込み圧力の過度の低下は防止される。また、
周囲温度が基準温度より高く、ハンチング防止用温度よ
り低いときは、ホットガスバイパス回路のそれまでの開
又は閉の状態が維持されるので、ハンチング、すなわ
ち、ホットガスバイパス回路の開閉が、前記基準温度を
中心とする周囲温度の小幅の変動によっても行われるこ
とが抑制される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明を適用した恒温恒湿装置の概略構成
を示している。この恒温恒湿装置は、試料を収容する試
験室１、これに仕切壁２を介して隣設された空調部３を
備えており、試験室１及び空調部３は断熱壁４に囲ま
れ、試験室１は試料を出し入れする開口１１と、この開
口を開閉する断熱扉１２を有する。

【００１７】空調部３には下から上へ順次、水加熱蒸発
式の加湿器３１、冷却兼除湿器３２、温調用ヒータ３
３、空気循環用ファン３４を設置してある。ファン３４
は整流部材３５を有する空気吹き出し口３６に臨んでい
る。また、仕切壁２の下には空調部３への空気吸い込み
口３７を設けてある。空調部３内の空気は、加湿器３１
の水加熱ヒータ３１１の適宜の運転により加湿され、冷
却兼除湿器３２を通過することで所定露点温度の飽和空
気となり、そのあとヒータ３３にて目的とする温度まで
加熱され、所定温湿度の空気とされ、この調整された空
気がファン３４の運転にて吹き出し口３６から試験室１
内へ吹き出され、該室内を目的とする温湿度雰囲気とし
つつ、吸い込み口３７から空調部３内へ吸い込まれるよ
うに循環する。

【００１８】冷却兼除湿器３２は冷凍回路５の一構成員
である。冷凍回路５は、外部に配置した圧縮機５１、凝
縮器５２、電子膨張弁５３及び前記冷却兼除湿器３２を
含み、さらに、圧縮機５１から凝縮器５２へ至る高圧配
管５４から分岐して圧縮機５１の吸入口に接続された低
圧配管５５に至るホットガスバイパス回路５６を含んで
いる。

【００１９】圧縮機５１は本例ではロータリ型圧縮機で
あるが、スクロール圧縮機、その他の圧縮機でもよい。
凝縮器５２には周囲雰囲気との熱交換のためのファン５
２１を付設してある。このファンは定速（定風量）運転
されるが、風量可変のものでもよい。電子膨張弁５３は
ステッピングモータの駆動にて開度調節可能なものであ
るが、制御条件によっては開度一定のキャピラリーチュ
ーブ等の膨張機構、或いはそのような膨張機構を並列に
接続し、止弁の開閉にてそのうち１又は２以上のものを
使用できるタイプのものでもよい。

【００２０】バイパス回路５６は電磁開閉弁（止弁）５
７及びキャピラリーチューブによる膨張機構５８を含ん
でいる。膨張機構５８の開度（乃至絞り度）は、バイパ
ス回路５６にホットガスが流れても主回路の冷媒流量に
あまり影響はないが、圧縮機の吸い込み圧力の過度の低
下を防止できる程度のバイパス流量を得ることができる
ように設定してある。

【００２１】かかる冷凍回路５によると、冷媒は、圧縮
機５１で圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器
５２で凝縮されて高圧液冷媒となり、膨張弁５３を通過
することで圧力低下し、冷却兼除湿器（蒸発器）３２に
おいて、空調部３内空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス
となって再び圧縮機５１へ戻る。なお、温度制御だけの
場合は加湿器３１の運転は行われず、冷却器３２による
空気冷却と、ヒータ３３による空気加熱の一方又は双方
を用いて空調される。

【００２２】ホットガスバイパス回路５６において弁５
７が開かれると、圧縮機１を出た高温高圧ガスの一部が
この回路に流入し、膨張機構５８を経て低圧配管５５へ
流入し、そこの冷媒圧力を上昇させ、圧縮機吸い込み圧
力を上昇させる。前記空調部３における加湿器ヒータ３
１１、温調用ヒータ３３及びファン３４、並びに冷凍回
路５の圧縮機５１及び凝縮器ファン５２１は制御部６か
らの指示に基づいて運転される。

【００２３】制御部６はマイクロプロセッサを中心に構
成したもので、これには、温湿度等の設定キーや運転の
開始、停止を指示するキー等を設けた設定部６１が付設
してあり、ここで、定温湿度制御における温湿度の設
定、定温度制御における温度設定、ランプ運転における
開始、終了時の温度、時間等の条件を設定できる。ま
た、試験室１には乾球温度センサＳ１及び湿球温度セン
サＳ２が配置してあり、これらからの温度情報、湿度情
報が制御部６へ入力される。

【００２４】かかる制御部６の他、ホットガスバイパス
回路５６の止弁５７の開閉制御を行う制御部６０も設け
てある。さらに、冷凍回路５の周囲温度、特にその凝縮
器５２の周囲温度を検出する温度センサＳ３が設けてあ
り、ここからの温度情報は制御部６０に入力される。制
御部６０はマイクロプロセッサを中心に構成されてい
る。

【００２５】制御部６は、一定温湿度制御においては、
センサＳ１、Ｓ２から入力される温度、湿度情報と設定
温湿度とに基づき、ＰＩＤ制御にて、試験室１に設定温
湿度雰囲気を得る方向で、加湿器ヒータ３１１、温調用
ヒータ３３及びファン３４、並びに冷凍機圧縮機５１及
び凝縮器ファン５２１の運転を制御する。また、一定温
度制御のときは、センサＳ１から入力される温度情報と
設定温度とに基づき、ＰＩＤ制御にて、試験室１に設定
温度雰囲気を得る方向で、温調用ヒータ３３、ファン３
４、並びに冷凍機圧縮機５１及び凝縮器ファン５２１の
運転を制御する。

【００２６】また、ランプ運転のときは、その条件に従
って、各部の運転を制御する。なお、空調部ファン３４
は空調運転中は常時回される。また、圧縮機５１とファ
ン５２１は同時にオン、オフされる。一方、制御部６０
は、本発明によるホットガスバイパス回路制御方法を実
行するように構成してある。

【００２７】この制御部６０によるバイパス回路５６の
制御は次のように実施される。すなわち、温度センサＳ
３で検出される周囲温度ｔが予め定めた基準温度Ｘ１以
下では、ホットガスバイパス回路５６の電磁弁５７は開
かれ、該基準温度より若干高温の予め定めたハンチング
防止用温度Ｘ２以上では、ホットガスバイパス回路５６
の電磁弁５７は閉じられる。周囲温度ｔが基準温度Ｘ１
以下の温度から該基準温度より高くなったときは、ハン
チング防止用温度Ｘ２になるまでは弁５７は開いたまま
とされ、ハンチング防止用温度Ｘ２以上の温度から該ハ
ンチング防止用温度より低い温度になったときは、基準
温度Ｘ１になるまでは弁５７は閉じたままとされ、この
ように周囲温度ｔが温度Ｘ１より高く、温度Ｘ２より低
いときは、電磁弁５７のその前の開又は閉の状態がその
まま維持される。

【００２８】ホットガスバイパス回路５６が開かれる
と、圧縮機５１から吐出された高圧ガス冷媒が該バイパ
ス回路の膨張機構５８を経て圧縮機吸入側配管５５に直
接戻され、それによって圧縮機吸い込み圧力の過度の低
下は防止され、いわゆるバキューム現象及びそれに伴う
不都合が回避される。また、周囲温度ｔが基準温度Ｘ１
より高く、ハンチング防止用温度Ｘ２より低いときは、
ホットガスバイパス回路弁５７はその前の開又は閉の状
態が維持されるので、今、弁５７が閉じられており、こ
の状態で周囲温度ｔが温度Ｘ２より低下しても温度Ｘ１
に到達するまでは弁５７は閉じられたままであり、温度
Ｘ１以下になると、弁５７が開かれる。また、このよう
に一旦弁５７が開かれたあと、周囲温度ｔが上昇して温
度Ｘ１より高くなっても、温度Ｘ２より低い間は、弁５
７は開かれたままであり、温度Ｘ２以上になると、閉じ
られる。

【００２９】従って、周囲温度ｔが、弁５７の開閉を決
すべき本来の基準温度Ｘ１を中心に温度Ｘ２より低温域
で小幅に変動しても、弁５７は、一旦開かれると、その
ままの状態となり、弁が開閉するいわゆるハンチングが
防止される。なお、基準温度Ｘ１は、圧縮機５１の吸い
込み圧力が最低となるであろう恒温恒湿装置における設
定温度において、該圧縮機吸い込み圧力が問題視すべき
程に過度に低圧となる周囲温度を実験等により求めるこ
とで予め定めてあり、この温度Ｘ１とハンチング防止用
温度Ｘ２は予め制御部６０に記憶させてある。

【００３０】なお、このＸ１、Ｘ２を恒温恒湿装置の設
定温度に応じて予め定めたように設定できる設定手段を
設けたり、恒温恒湿装置の設定温度に応じて制御部内で
予め定めたように決定されるようにしてもよい。次に制
御部６０の動作を図２のフローチャートにより説明す
る。先ず、ステップ＃１で初期設定を行い、ステップ＃
２でセンサＳ３からの周囲温度情報を読み込む。次にス
テップ＃３で周囲温度ｔがハンチング防止用温度Ｘ２以
上か否かを判断する。温度Ｘ２以上のときは、ステップ
＃６で止弁閉処理を行い、ステップ＃２へ戻り、温度Ｘ
２より低いときは、ステップ＃４で周囲温度ｔが判断基
準温度Ｘ１以下か否かを判断する。温度Ｘ１以下のとき
はステップ＃５で止弁開処理を行い、ステップ＃２へ戻
り、温度Ｘ１より高いときはステップ＃７で止弁５７を
現状の開又は閉状態に維持してステップ＃２へ戻る。

【００３１】なお、制御部６０の機能を制御部６に持た
せてもよい。また、センサＳ３と制御部６０の組み合わ
せに代え、これと同じ機能を有する温度スイッチ、すな
わち、それ自体で周囲温度を検出することができ、温度
Ｘ１及びＸ２が予め設定してあるか、又は設定可能で、
周囲温度ｔが温度Ｘ１以下ではホットガスバイパス回路
５６の電磁弁５７を開く信号を出力し、温度Ｘ２以上で
はホットガスバイパス回路５６の電磁弁５７を閉じる信
号を出力し、周囲温度ｔが温度Ｘ１より高く、温度Ｘ２
より低いときは、電磁弁５７の現状（開又は閉）を維持
する信号を出力するものを採用してもよい。

【００３２】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、冷
凍回路のホットガスバイパス回路の制御方法及び装置で
あって、従来よりも安価に該ホットガスバイパス回路を
制御できるとともに該回路開閉のいわゆるハンチングを
抑制することができるものを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用した恒温恒湿装置の概
略構成図である。

【図２】ホットガスバイパス回路の制御部の動作を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１ 試験室 １１ 試験室開口 １２ 断熱扉 ２ 仕切壁 ３ 空調部 ３１ 加湿器 ３１１ 加湿器ヒータ ３２ 冷却兼除湿器 ３３ 温調用ヒータ ３４ 空気循環用ファン ４ 断熱壁 ５ 冷凍回路 ５１ 圧縮機 ５２ 凝縮器 ５２１ 凝縮器ファン ５３ 電子膨張弁 ５４ 高圧配管 ５５ 低圧配管 ５６ ホットガスバイパス回路 ５７ 電磁開閉弁 ５８ 膨張機構 Ｓ１ 乾球温度センサ Ｓ２ 湿球温度センサ Ｓ３ 周囲温度センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機から吐出される冷媒をバイパス回
   路用膨張機構を介して前記圧縮機の吸入側へ直接戻すこ
   とができるホットガスバイパス回路を有する冷凍回路の
   該ホットガスバイパス回路の制御方法であって、該冷凍
   回路の周囲温度が、予め定めた基準温度以下では該ホッ
   トガスバイパス回路を開き、該基準温度より若干高温の
   予め定めたハンチング防止用温度以上のときは該ホット
   ガスバイパス回路を閉じ、該基準温度以下の温度から該
   基準温度より高くなったときは、該ハンチング防止用温
   度になるまでは該ホットガスバイパス回路を開いたまま
   とし、該ハンチング防止用温度以上の温度から該ハンチ
   ング防止用温度より低い温度になったときは、前記基準
   温度になるまでは該ホットガスバイパス回路を閉じたま
   まとすることを特徴とする冷凍回路のホットガスバイパ
   ス回路制御方法。
2. 【請求項２】 圧縮機から吐出される冷媒をバイパス回
   路用膨張機構を介して前記圧縮機の吸入側へ直接戻すこ
   とができるホットガスバイパス回路を有する冷凍回路の
   該ホットガスバイパス回路の制御装置であって、該ホッ
   トガスバイパス回路中の開閉可能の止弁と、該冷凍回路
   の周囲温度を検出する手段と、該温度検出手段にて検出
   された周囲温度が予め定めた基準温度以下か否かを判断
   する手段と、該温度検出手段にて検出された周囲温度が
   前記基準温度より若干高温の予め定めたハンチング防止
   用温度以上か否かを判断する手段と、該温度検出手段に
   て検出された周囲温度が前記基準温度以下では前記止弁
   を開き、前記ハンチング防止用温度以上のときは該止弁
   を閉じ、該基準温度以下の温度から該基準温度より高く
   なったときは、該ハンチング防止用温度になるまでは該
   ホットガスバイパス回路を開いたままとし、該ハンチン
   グ防止用温度以上の温度から該ハンチング防止用温度よ
   り低い温度になったときは、前記基準温度になるまでは
   該ホットガスバイパス回路を閉じたままとする手段とを
   含むことを特徴とする冷凍回路のホットガスバイパス回
   路制御装置。