JP4201488B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒音の低減が図れる冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気調和装置等の冷凍装置において、ガスエンジンで駆動される圧縮機を備え、この圧縮機の吐出側と吸込側とを連通するバイパス管と、このバイパス管に設けた電動弁とを有した冷凍装置が知られている。
【０００３】
この種のものでは、圧縮機をガスエンジンで駆動するため、ガスエンジンの回転数制御によって容量制御が容易になり、室内機の接続にあたっては、小容量の複数台の室内機の接続が可能に構成されている。
【０００４】
しかし、近年では、さらに小容量の室内機の接続が要求されており、この場合、ガスエンジンの回転数制御では容量変化に対応できず、圧縮機の吐出側と吸込側とをバイパス管で連通し、必要に応じ、このバイパス管で圧縮冷媒を吸込側に逃がし、きめ細かい容量制御を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の構成では、圧縮機から吐出された冷媒を、バイパス管を通じて圧縮機の吸込側に逃がす場合、ある冷媒状態によっては、低圧側の配管から冷媒音が発生するという問題がある。
【０００６】
この冷媒音は、電動弁の弁開度を所定開度に制御した場合に発生することが判明しており、従来、この電動弁の弁開度を所定開度にしないように制御して、冷媒音の発生を防止している。しかし、このように電動弁の弁開度制御に制約を受けた場合、きめ細かい容量制御が困難になる。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、電動弁の弁開度制御に制約を受けず、きめ細かな容量制御を可能にすると共に、冷媒音の発生を抑制した冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機の吐出側と吸込側とを連通するバイパス管と、このバイパス管に設けた電動弁とを有した冷凍装置において、上記電動弁の下流で上記バイパス管を複数本の管に分流すると共に、所定の開度に開かれた上記電動弁をガス冷媒が通過する際に発生する冷媒音の周波数に相当する波長分ずらすように、各管の長さを異ならせ、各管を合流させて圧縮機の吸込側に接続したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記圧縮機がガスエンジンで駆動されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態が適用された空気調和装置の冷媒回路を示す回路図である。
【００１２】
この図１に示すように、冷凍装置としてのヒートポンプ式空気調和装置１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ、１２Ｂ及び制御装置１３を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２Ａ、１２Ｂの各室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂとが連結されている。
【００１３】
室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４には圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁２４、ドライコア２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。また、圧縮機１６は、フレキシブルカップリング２７等を介してガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により駆動される。更に、室外膨張弁２４をバイパスして冷媒系バイパス管２６が配設されている。
【００１４】
一方、室内機１２Ａ、１２Ｂはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂに室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが配設されるとともに、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂのそれぞれにおいて室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂの近傍に室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂが配設されて構成される。上記室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂには、これらの室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂへ送風する室内ファン２３Ａ、２３Ｂが隣接して配置されている。
【００１５】
尚、図１中の符号２８はストレーナを示す。また、符号２９は、圧縮機１６の吐出側の冷媒圧力を圧縮機１６の吸込側へ逃す電動弁である。
【００１６】
また、上記制御装置１３は、室外機１１及び室内機１２Ａ、１２Ｂの運転を制御し、具体的には、室外機１１におけるガスエンジン３０（即ち圧縮機１６）、四方弁１８、室外ファン２０及び室外膨張弁２４、並びに室内機１２Ａ、１２Ｂにおける室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、及び室内ファン２３Ａ、２３Ｂをそれぞれ制御する。更に、制御装置１３は、後述するエンジン冷却装置４１の循環ポンプ４７、温水三方弁４５及び外部ポンプ５０等を制御する。
【００１７】
制御装置１３により四方弁１８が切り換えられることにより、ヒートポンプ式空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を暖房する。
【００１８】
また、制御装置１３は、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。この冷房運転時には、室外膨張弁２４を全開に制御する。暖房運転時には、制御装置１３は、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
【００１９】
一方、圧縮機１６を駆動するガスエンジン３０の燃焼室（不図示）には、エンジン燃料供給装置３１から混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、２個の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びアクチュエータ３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のアクチュエータ３６側端部がガスエンジン３０の上記燃焼室に接続されて構成される。
【００２０】
燃料遮断弁３３は、直列に２個配設されて２閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、２個の燃料遮断弁３３が連動して全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
【００２１】
ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａの変動によっても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。
【００２２】
燃料調整弁３５は、アクチュエータ３６の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。また、アクチュエータ３６は、ガスエンジン３０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
【００２３】
ガスエンジン３０には、エンジンオイル供給装置３７が接続されている。このエンジンオイル供給装置３７は、オイル供給配管３８にオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０等が配設されたものであり、ガスエンジン３０へエンジンオイルを適宜供給する。
【００２４】
前記制御装置１３によるガスエンジン３０の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置３１の燃料遮断弁３３、燃料調整弁３５及びアクチュエータ３６、並びにエンジンオイル供給装置３７のオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０を制御装置１３が制御することによってなされる。
【００２５】
上記ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置４１内を循環する第１媒体としてのエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４１は、ガスエンジン３０に接続された冷却水配管４２を有し、この冷却水配管４２にはワックス三方弁４３、熱交換器としての温水熱交換器４４、温水三方弁４５、ラジエータ４６及び循環ポンプ４７が順次配設され、冷却系バイパス管４８及び温水供給系４９を有して構成される。
【００２６】
上記循環ポンプ４７は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管４２内で循環させる。
【００２７】
上記ワックス三方弁４３は、ガスエンジン３０を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁４３は、入口４３Ａが、冷却水配管４２におけるガスエンジン３０の冷却水出口側に、低温側出口４３Ｂが冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に、高温側出口４３Ｃが冷却水配管４２における温水熱交換器４４側にそれぞれ接続される。
【００２８】
エンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吐出側から約４０℃でガスエンジン３０に付設された排ガス熱交換器へ流入し、ガスエンジン３０の排熱（排気ガスの熱）を回収した後に、ガスエンジン３０に流れてこのガスエンジン３０を冷却し、約８０℃に加熱される。ガスエンジン３０からワックス三方弁４３に流入したエンジン冷却水は、低温（例えば８０℃以下）のときには低温側出口４３Ｂから循環ポンプ４７に戻されてガスエンジン３０を速やかに暖機し、高温（例えば８０℃以上）のときには高温側出口４３Ｃから温水熱交換器４４へ流れる。
【００２９】
この温水熱交換器４４は、外部ポンプ５０を備えた温水供給系４９の外部配管５１内を流れる第２媒体としての温水と、ワックス三方弁４３から流入したエンジン冷却水とを熱交換して、この温水供給系４９の温水をガスエンジン３０の排熱により加熱して昇温させるものである。
【００３０】
温水供給系４９の温水は、例えば約６０℃で温水熱交換器４４内に流入し、この温水熱交換器４４により約７０℃に昇温されて外部の利用部へ供給される。このように昇温された温水供給系４９の温水は、給湯用や、デシカント空気調和装置の除湿剤の乾燥用に利用される。ここで、デシカント空気調和装置は、除湿剤を用いて、室温を低下させることなく除湿を実施可能とする装置である。
【００３１】
温水熱交換器４４により温水供給系４９の温水と熱交換されたエンジン冷却水は、約６５℃まで温度低下（冷却）して温水三方弁４５へ流される。
【００３２】
この温水三方弁４５は、入口４５Ａが冷却水配管４２における温水熱交換器４４側に接続されて、この温水熱交換器４４の下流側に配置されたものである。また、温水三方弁４５のＯＮ側出口４５Ｂは、冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に接続され、また、温水三方弁４５のＯＦＦ側出口４５Ｃは、冷却水配管４２におけるラジエータ４６側に接続される。
【００３３】
この温水三方弁４５は、温水熱交換器４４から入口４５Ａを経て流入したエンジン冷却水を、ＯＮ側出口４５Ｂを経て循環ポンプ４７の吸込側へ、またはＯＦＦ側出口４５Ｃを経てラジエータ４６へ択一に導く切替式の三方弁である。温水三方弁４５は、モータにより駆動され、このモータを制御装置１３が制御する。
【００３４】
ここで、冷却水配管４２には、温水熱交換器４４と温水三方弁４５の入口４５Ａとの間に温水熱交換器出口温度センサ５２が設置される。この温水熱交換器出口温度センサ５２により、温水熱交換器４４にて熱交換された直後のエンジン冷却水の温度が検出され、この検出温度は制御装置１３へ送信される。更に、冷却水配管４２には、ガスエンジン３０とワックス三方弁４３との間にエンジン出口温度センサ５３が設置される。
【００３５】
このエンジン出口温度センサ５３により、ガスエンジン３０を冷却した直後のエンジン冷却水の温度が検出され、この検出温度が制御装置１３へ送信される。上記温水三方弁４５は、エンジン出口温度センサ５３による検出温度が約８５℃未満（＜約８５℃）で、且つ温水熱交換器出口温度センサ５２による検出温度が設定値未満（＜設定値（後述））の時に、制御装置１３によってＯＮ側出口４５Ｂ側に切り替えられ、温水熱交換器４４から入口４５Ａを経て流入したエンジン冷却水を、ＯＮ側出口４５Ｂから循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０に付設の排ガス熱交換器（不図示）へ導く。この導かれたエンジン冷却水によりガスエンジン３０が冷却される。
【００３６】
また、温水三方弁４５は、エンジン出口温度センサ５３による検出温度が約９０℃以上（≧約９０℃）、または温水熱交換器出口温度センサ５２による検出温度が設定値以上（≧設定値）のときに、制御装置１３によってＯＦＦ側出口４５Ｃ側に切り替えられ、温水熱交換器４４から入口４５Ａを経て流入したエンジン冷却水を、ＯＦＦ側出口４５Ｃからラジエータ４６へ導く。上記設定値は、温水供給系４９から取り出される温水の設定温度が約７０℃以上のときには、例えば約７３℃に設定される。この設定値を変えることによって、温水供給系４９から取り出される温水の温度が変更される。
【００３７】
制御装置１３は、温水三方弁４５をＯＦＦ側出口４５Ｃ側からＯＮ側出口４５Ｂ側へ切り替えるときには、この温水三方弁４５の頻繁な切替を防止するために、例えば１０分間の遅延タイマを設定する。従って、温水三方弁４５がＯＦＦ側出口４５Ｃ側に一旦切り替えられたときには、遅延タイマの設定時間（例えば１０分間）に相当する時間を経過したのちでなければ、ＯＮ側出口４５Ｂ側に切り替えられることがない。また、制御装置１３は、温水三方弁４５をＯＮ側出口４５Ｂ側からＯＦＦ側出口４５Ｃ側へ切り替えるときには遅延タイマを設定せず、エンジン冷却水を迅速に冷却させる。
【００３８】
前記ラジエータ４６は、エンジン冷却水を放熱して、このエンジン冷却水を約４０℃に冷却するものである。このラジエータ４６にて冷却されたエンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０に付設の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。また、このラジエータ４６は、空気調和装置１０の室外熱交換器１９に隣接配置される。
【００３９】
上記冷却系バイパス管４８は、冷却水配管４２において、温水熱交換器４４の出口側とラジエータ４６の入口側とを連結して温水三方弁４５をバイパスするものである。つまり、この冷却系バイパス管４８は、温水三方弁４５が、温水熱交換器４４から流出したエンジン冷却水の大部分を、入口４５Ａを経てＯＮ側出口４５Ｂから循環ポンプ４７の吸込側へ導いているときに、温水熱交換器４４から流出したエンジン冷却水の一部、つまりエンジン冷却水の一定量を常時、冷却系バイパス管４８を経てラジエータ４６へ導くものである。これにより、温水熱交換器４４のみでは冷却（放熱）が不十分なエンジン冷却水の熱量がラジエータ４６にて放熱されることになる。
【００４０】
上記構成において、圧縮機１６の吐出管７１と、圧縮機１６の吸込管７２とがバイパス管７３で連通し、このバイパス管７３には上述した電動弁２９を接続して構成されている。この電動弁２９は、図示を省略したステップモータで駆動され、その弁開度が、図示を省略したステップモータのステップ数、例えば２０〜４８０ステップの範囲で開閉制御される。
【００４１】
本実施形態では、上記電動弁２９の下流で、バイパス管７３が２本の管７３ａ，７３ｂに分流され、図２に示すように、各管７３ａ，７３ｂの長さが異なって設定され、各管７３ａ，７３ｂを合流させた後、圧縮機１６の吸込管７２に接続されている。７４はオイル戻し管である。管７３ａの長さＬａとし、管７３ｂの長さＬｂとすると、Ｌａ＜Ｌｂに設定される。
【００４２】
圧縮機１６をガスエンジン３０で駆動した場合、ガスエンジン３０の回転数制御によって容量制御が容易になり、室内機１２Ａ、１２Ｂの接続にあたっては、小容量の複数台の室内機１２Ａ、１２Ｂの接続が可能になる。しかし、近年では、さらに小容量の室内機の接続が要求されており、この場合、ガスエンジンの回転数制御では容量変化に対応できず、上記のように、圧縮機の吐出側と吸込側とをバイパス管７３で連通し、必要に応じ、このバイパス管７３で圧縮冷媒を吸込側に逃がし、きめ細かい容量制御を実現した。
【００４３】
本実施形態では、バイパス管７３を通じて冷媒を吸込側に逃がす場合、電動弁２９の下流で分流し、一方は管７３ａを通じて流れ、他方は管７３ｂを通じて流れ、これらは再び合流して、圧縮機１６の吸込管７２に流入する。
【００４４】
ここで、バイパス管７３を通じて冷媒音が発生するとした場合、その冷媒音の周波数に相当する所定の波長が存在する。
【００４５】
本実施形態では、上記周波数に相当する所定の波長分をずらすように、管７３ａ，７３ｂの長さＬａ，Ｌｂを変化させ、各管７３ａ，７３ｂを流れる過程で、波長をずらしてから合流させて、圧縮機１６の吸込管７２に戻すようにしているため、バイパス音を消音させることができる。従って、従来のように、電動弁２９の弁開度を特定開度にしないように制御する必要がなくなり、いずれの弁開度にも制御することができ、電動弁２９の弁開度制御に制約を受けず、きめ細かい容量制御が困難になる等の効果が得られる。
【００４６】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、空気調和装置に限定されず、広く冷凍装置に適用可能なことは云うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明では、電動弁の弁開度制御に制約を受けず、きめ細かな容量制御が可能になると共に、バイパス音の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態が適用された空気調和装置の冷媒回路を示す回路図である。
【図２】バイパス管を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 空気調和装置（冷凍装置）
１２Ａ、１２Ｂ 室内機
１６ 圧縮機
２９ 電動弁
３０ ガスエンジン
７１ 吐出管
７２ 吸込管
７３ バイパス管
７３ａ，７３ｂ 管

Claims (2)

1. 圧縮機の吐出側と吸込側とを連通するバイパス管と、このバイパス管に設けた電動弁とを有した冷凍装置において、上記電動弁の下流で上記バイパス管を複数本の管に分流すると共に、所定の開度に開かれた上記電動弁をガス冷媒が通過する際に発生する冷媒音の周波数に相当する波長分ずらすように、各管の長さを異ならせ、各管を合流させて圧縮機の吸込側に接続したことを特徴とする冷凍装置。
2. 上記圧縮機がガスエンジンで駆動されることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。

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