JP4301546B2

JP4301546B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP4301546B2
Application number: JP2003112300A
Authority: JP
Inventors: 正記宇野; 正晃青柳; 秀史上杉; 豪雄武本
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2004317034A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器を順に接続した冷凍装置に関し、特に受液器の後にある過冷却器の下流側配管から圧縮機吸入側に液冷媒の一部を導入する液バイパス回路を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍装置としては、例えば特許文献１記載のように、一定速圧縮機を搭載した冷凍装置において、圧縮機吸入側へ流量調整機構を介して液冷媒を導入する液インジェクション回路を備え、圧縮機の吐出ガス温度を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３８３８９号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術は、駆動周波数可変のインバータ圧縮機ではないため、冷媒循環量が大きく変化することがなく、このため冷媒循環量変化によって前記流量調整機構の開度を調整することに関して考慮されていなかった。
【０００５】
しかし、インバータ圧縮機を搭載している冷凍装置では、運転周波数に応じて冷媒循環量が大きく変化するため、前記液インジェクション回路（液バイパス回路）を流れる初期液バイパス流量を最適流量に制御し、安定した最適な吐出ガス温度を保つことが重要である。
【０００６】
本発明の目的は、圧縮機の運転周波数により、液バイパス回路を流れる初期液バイパス流量を制御して、安定した吐出ガス温度が得られる冷凍装置を得ることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、前記初期液バイパス流量を適正化して、吐出ガス温度を安定化させることによる信頼性を向上することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、夏期の高外気温時においてもフラッシュガスの発生を防ぎ、吐出ガス温度を安定化させることを可能にすると同時に、冷凍能力増大による性能向上も可能とし、液バイパス時の性能低下を最小限に抑えることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、駆動周波数が可変のインバータ圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器を順に接続し、受液器の後にある過冷却器の下流側配管からインバータ圧縮機の吸入側に液冷媒の一部を導入する液バイパス回路を備えた冷凍装置において、前記液バイパス回路途中に液バイパス回路開閉用の開閉弁と液バイパス流量を可変するための流量調整弁とを設け、前記インバータ圧縮機の吐出側温度（吐出ガス温度又は吐出配管温度或いは圧縮機温度）が予め設定された温度以上となった時、前記液バイパス回路の開閉弁を開にすると共に、前記流量調整弁を制御する制御手段を備え、前記流量調整弁の初期開度を前記インバータ圧縮機の駆動周波数に応じて制御することで、前記液バイパス回路に流れる初期液バイパス流量を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記流量調整弁を電子膨張弁で構成し、前記インバータ圧縮機の吐出側温度または吐出ガス過熱度が予め設定された温度以下となった時、前記液バイパス回路の電磁弁を閉にすると共に、前記電子膨張弁は開状態に保持するように制御すると良い。このように、液バイパス回路を閉とする時は電子膨張弁を全閉とせず、液バイパス回路の電磁弁で回路を閉とすることで、電子膨張弁の全閉動作を極力行わないようにし、電子膨張弁の信頼性を向上できる。
【００１１】
また、前記インバータ圧縮機の起動時に前記液バイパス回路に液冷媒を流す場合の前記流量調整弁の初期開度は、インバータ圧縮機の起動時或いは起動直前のインバータ圧縮機の吐出側温度により決定するようにしても良い。このようにすれば、起動時の過渡的な吐出ガス温度上昇を防止して吐出ガス温度を安定させることができ、圧縮機の信頼性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は本発明の冷凍装置の一実施例を示す基本冷凍サイクルの図である。図において、Ｉは空冷一体型冷凍装置、IIは低圧側機器であり、これらが配管接続部１８及び１９で接続され、冷凍サイクルを構成している。１はスクロール式のインバータ圧縮機、２は圧縮機１の下流側に設けられた凝縮器で、前記圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、凝縮器２において冷却ファン１４からの冷却風により冷却され、凝縮して液冷媒となる。一度凝縮した液冷媒は、一旦、受液器５に蓄えられ、その後前記凝縮器２と一体構造に構成された過冷却器３で再度冷却される。過冷却された液冷媒は、ドライヤ９、サイトグラス８を通過し、電磁弁７、膨張弁６、蒸発器４等から構成された低圧機器II内で蒸発し、再びガス冷媒となる。その後、アキュームレータ１３を通り前記スクロール圧縮機１へ吸入される。
【００１３】
過冷却器３より下流側の液冷媒配管とインバータスクロール圧縮機１の吸入側配管は、液バイパス配管（液バイパス回路）１０により接続されており、この液バイパス配管１０には液バイパス回路を開閉する電磁弁１２と液バイパス量を制御する電子膨張弁（流量調整手段）１１が設けられている。この流量調整手段としては、電子膨張弁１１の代わりに多段階に流量制御ができるように複数のキャピラリチューブで構成しても良い。
【００１４】
スクロール圧縮機１の吐出側温度（或いは吐出ガス温度）は吐出ガス温度センサ１５により検知され、コントローラ（制御手段）１６に入力される。コントローラ１６は、予め設定されている制御温度帯に吐出ガス温度が収束するように、電子膨張弁１１の開度を制御し、インバータスクロール圧縮機１の吸入側配管に、液冷媒のバイパスを行う。この実施例では吐出配管に温度センサ１５を設けるようにした例を示したが、圧縮機の吐出側温度は、吐出ガス温度を直接検出したり、或いは密閉容器内に圧縮機部及びモータを収容した密閉型圧縮機を使用するものでは圧縮機容器（密閉容器）の温度を測定するようにしても検出可能である。
【００１５】
低圧機器IIの負荷が低下し、圧力センサ１７により検出される吸入ガス圧力が低下し、インバータスクロール圧縮機１の停止圧力に達すると、圧縮機１は停止され、同時に液バイパス配管１０に設置された電磁弁１２も閉とされる。これにより、停止中にスクロール圧縮機１へ液冷媒が流入するのを防止できる。
その後、低圧機器IIの負荷が増加し、吸入ガス圧力が上昇して運転圧力に達したら、冷凍装置Ｉのインバータスクロール圧縮機１の運転を再開する。
【００１６】
図２により、上記実施例における液バイパス回路１０のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する。
圧縮機運転中に、該圧縮機の吐出側温度が前記液バイパス回路を開（ＯＮ）にする温度まで上昇したら、液バイパス回路に設けられている電磁弁１２をＯＮ（開）にし、それと同時に電子膨張弁１１の開度を、吐出側温度が液バイパスＯＮ温度に到達したときのインバータ圧縮機１の運転周波数に基づき、予め設定されている開度に制御する。
【００１７】
圧縮機の運転周波数によって電子膨張弁１１の初期開度を変更（制御）するのは、運転周波数により冷凍装置の冷媒循環量が異なり、それによって必要な液バイパス流量も異なるためである。初期開度が適切でなく、初期流量が少ない場合は吐出ガス温度上昇を抑制できず過熱運転となり、逆に初期流量が多い場合は過渡的な液戻り運転となり液圧縮などが生じて圧縮機の信頼性を低下させることになる。
液バイパス回路１０をＯＮとした後、吐出側温度が、液バイパス回路を閉（ＯＦＦ）にする温度又は過熱度まで低下したら、電磁弁１２をＯＦＦ（閉）にして液バイパス回路１０からの液注入（液バイパス）を停止する。
【００１８】
なお、液バイパスをＯＦＦ時の電子膨張弁１１の開度は、液バイパスをＯＦＦする温度又は過熱度に達する前（好ましくは直前）の開度のままとし、全閉動作を行わないようにすることにより、電子膨張弁１１の信頼性を向上できる。再び圧縮機吐出側温度が上昇し、液バイパスをＯＮする温度まで上昇したら、電磁弁１２をＯＮにして液バイパス回路を連通させ、電子膨張弁１１の開度はその時の圧縮機運転周波数に応じて制御し、液バイパス流量を適切な流量とする。
【００１９】
電子膨張弁１１の開度を、圧縮機運転周波数に応じて予め決められた開度にしても吐出側温度が低下しない場合は、開度をさらに大きくして温度が適切な温度となるよう制御し、逆に吐出側温度が低下しすぎた場合は開度を小さくして適切な温度となるよう制御する。
【００２０】
圧縮機起動時における前記電子膨張弁１１の開度制御フローの一例を図３により説明する。
冷凍装置Ｉの運転条件が成立し、インバータ圧縮機１を駆動させる前（或いは再起動させる前）に、圧縮機吐出側温度（例えば吐出管温度或いは圧縮機容器温度でも良い）を検出する。その検出された吐出側温度によって、前記電子膨張弁１１は、予め設定された初期開度に制御され、液バイパスを行う。即ち、吐出側温度が高い状態からの運転開始時は、液バイパス量を多くして過渡的な吐出側温度上昇を防止し、逆に吐出側温度が低い状態からの運転開始時は、液バイパス量を少量若しくは０にして吐出ガス過熱度が確保されるように制御され、圧縮機の信頼性を向上させる。例えば、図３に示すように吐出側温度Ｔｄが１００℃より高い場合には電子膨張弁の初期開度をＡとし、Ｔｄが１００〜７０℃の場合は前記初期開度をＢ（Ｂ＜Ａ）とし、更にＴｄが７０℃以下の場合には前記初期開度をＣ（Ｃ＜Ｂ＜Ａ）とする。初期開度Ｃは０（電子膨張弁開度を０又は電磁弁１２を閉）としても良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、インバ−タ圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器を順に接続し、過冷却器下流側配管から圧縮機吸入側に液冷媒の一部を導入する液バイパス回路を備え、この液バイパス回路に圧縮機の駆動周波数に応じて制御される流量調整手段を設けて初期液バイパス流量を制御するようにしたので、冷媒循環量が大きく変化しても初期液バイパス流量を適正化して、圧縮機吐出側温度を安定化させることができる効果がある。この結果、冷凍装置（特に圧縮機）の信頼性を向上できる。
【００２２】
また、液バイパス回路からの液バイパスをしない条件になった場合でも、電子膨張弁を開状態に保持するように構成したものでは、電子膨張弁の全閉制御を極力行わないようにできるから、電子膨張弁の信頼性も向上できる効果がある。
【００２３】
更に、前記液バイパス回路に流す初期液バイパス流量を、インバータ圧縮機の起動前の吐出側温度により決定することにより、吐出ガス過熱度を適正な状態に確保され、圧縮機の信頼性を向上できる。
【００２４】
また、本発明によれば、凝縮器、受液器、過冷却器を順に接続し、過冷却器下流側配管から圧縮機吸入側に液冷媒の一部を導入するようにしているから、夏期の高外気温時においてもフラッシュガスの発生を防ぎ、吐出ガス温度を安定化させることができ、更に冷凍能力増大による性能向上も可能となり、液バイパス時の性能低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍装置の一実施例を示す冷凍サイクル系統図。
【図２】図１に示す液バイパス回路のＯＮ／ＯＦＦ制御について説明する線図。
【図３】本実施例の圧縮機起動時における電子膨張弁の開度制御を説明するフロー図。
【符号の説明】
Ｉ…空冷一体型冷凍装置、II…低圧側機器、１…圧縮機、２…凝縮器、３…過冷却器、４…蒸発器、５…受液器、６…膨張弁、７…電磁弁、８…サイトグラス、９…ドライヤ、１０…液インジェクション配管（液バイパス回路）、１１…電子膨張弁（流量調整手段）、１２…電磁弁（開閉弁）、１３…アキュームレータ、１４…冷却ファン、１５…吐出ガス温度センサ（吐出側温度センサ）、１６…コントローラ（制御手段）、１７…圧力センサ、１８，１９…配管接続部。

Claims

駆動周波数が可変のインバータ圧縮機、凝縮器、受液器、過冷却器を順に接続し、受液器の後にある過冷却器の下流側配管からインバータ圧縮機の吸入側に液冷媒の一部を導入する液バイパス回路を備えた冷凍装置において、
前記液バイパス回路途中に液バイパス回路開閉用の開閉弁と液バイパス流量を可変するための流量調整弁とを設け、
前記インバータ圧縮機の吐出側温度が予め設定された温度以上となった時、前記液バイパス回路の開閉弁を開にすると共に、前記流量調整弁を制御する制御手段を備え、前記流量調整弁の初期開度を前記インバータ圧縮機の駆動周波数に応じて制御することで、前記液バイパス回路に流れる初期液バイパス流量を制御するようにしたことを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、前記流量調整弁を電子膨張弁で構成し、前記インバータ圧縮機の吐出側温度または吐出ガス過熱度が予め設定された温度以下となった時、前記液バイパス回路の電磁弁を閉にすると共に、前記電子膨張弁は開状態に保持することを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、前記インバータ圧縮機の起動時に前記液バイパス回路に液冷媒を流す場合の前記流量調整弁の初期開度は、インバータ圧縮機の起動時或いは起動直前のインバータ圧縮機の吐出側温度により決定するようにしたことを特徴とする冷凍装置。