JP4307878B2

JP4307878B2 - 冷媒サイクル装置

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Publication number: JP4307878B2
Application number: JP2003080060A
Authority: JP
Inventors: 晴久山崎; 正司山中; 一昭藤原; 恒久湯本; 茂弥石垣; 兼三松本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004286329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種冷媒サイクル装置は、ロータリコンプレッサ（コンプレッサ）、ガスクーラ、絞り手段（膨張弁等）及び蒸発器等を順次環状に配管接続して冷媒サイクル（冷媒回路）が構成されている。そして、ロータリコンプレッサの回転圧縮要素の吸込ポートから冷媒ガスがシリンダの低圧室側に吸入され、ローラとベーンの動作により圧縮が行われて高温高圧の冷媒ガスとなり、高圧室側より吐出ポート、吐出消音室を経てガスクーラに吐出される。このガスクーラにて冷媒ガスは放熱した後、絞り手段で絞られて蒸発器に供給される。そこで冷媒が蒸発し、そのときに周囲から吸熱することにより冷却作用を発揮するものであった。
【０００３】
ここで、近年では地球環境問題に対処するため、この種の冷媒サイクルにおいても、従来のフロンを用いずに自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒として用いた装置が開発されて来ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−１８６０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような冷媒サイクル装置を冷蔵庫や自動販売などを冷却する冷却装置として使用する場合、二酸化炭素冷媒は圧縮比が非常に高くなり、コンプレッサ自体の温度や冷媒サイクル内に吐出される冷媒ガスの温度が高くなる関係上、蒸発器において所望の冷却能力（冷凍能力）を得ることが困難であった。
【０００６】
また、係る二酸化炭素を使用した冷媒サイクル装置では、高圧側が超臨界となるため高圧側の圧力は外気温によらず上昇し、機器の設計圧を超えてしまい、最悪、機器の損傷を引き起こす恐れがあった。そのため、コンプレッサの回転数を制御したり、絞り手段の流路抵抗を調整するなどして、高圧側圧力が機器の設計圧を超えないように制御していた。
【０００７】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、高圧側圧力の異常上昇の発生を簡単な制御機構で未然に回避すると共に、冷媒サイクル装置の性能の改善を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１の発明の冷媒サイクル装置では、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御する制御装置を備え、この制御装置は、蒸発器により冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは絞り手段の流路抵抗を小さくし、コンプレッサの回転数を上昇させると共に、センサが検出する温度が規定温度より低い場合は絞り手段の流路抵抗を大きくし、コンプレッサの回転数を下げるので、センサにて検出される温度に基づいて、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御することができるようになる。
【０００９】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置では、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御する制御装置と、ガスクーラから出た冷媒と蒸発器から出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器とを備え、制御装置は、内部熱交換器から出た蒸発器からの冷媒温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは絞り手段の流路抵抗を小さくし、コンプレッサの回転数を上昇させると共に、センサが検出する温度が規定温度より低い場合は絞り手段の流路抵抗を大きくし、コンプレッサの回転数を下げるので、センサにて検出される温度に基づいて、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御することができるようになる。
【００１０】
そして、上記各発明は請求項３の如く制御装置は、蒸発器にて冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該被冷却空間の温度が、−２℃乃至＋７℃の範囲内となるようコンプレッサを制御することで、最適な冷却制御を行うことができるようになる。
【００１１】
また、請求項４や請求項５のように、絞り手段を、第１のキャピラリチューブと、この第１のキャピラリチューブに並列接続され、当該第１のキャピラリチューブよりも流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブとから構成し、制御装置に接続され、各キャピラリチューブへの冷媒流通を制御する弁装置を設け、制御装置は、各弁装置をセンサが検出する温度が規定温度以上であるときは前記第２のキャピラリチューブに冷媒を流し、前記規定温度より低いときは前記第１のキャピラリチューブに冷媒を流すように制御すれば、安価なキャピラリチューブを使用して、流路抵抗を変更することができるようになる。
【００１２】
特に、請求項５では第２のキャピラリチューブへの冷媒流通を制御する弁装置を設けるだけで流路抵抗を変更することができるので、生産コストを抑制することができるようになる。
【００１３】
請求項６の発明の冷媒サイクル装置では上記各発明に加えて、冷媒として二酸化炭素を使用するので、環境問題にも寄与することができるようになる。
【００１４】
特に、コンプレッサを駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、冷媒回路の低圧側から第１の圧縮要素に冷媒を吸い込んで圧縮し、当該第１の圧縮要素から吐出された中間圧の冷媒を第２の圧縮要素に吸い込み、圧縮してガスクーラに吐出するものとした場合には、高圧側圧力の異常上昇を効果的に解消することができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する冷媒サイクル装置１１０の冷媒回路図である。本実施例の冷媒サイクル装置１１０は例えば店舗に設置されるショーケースである。冷媒サイクル装置１１０はコンデンシングユニット１００と冷却機器本体となる冷蔵機器本体１０５とから構成される。従って、冷蔵機器本体１０５はショーケースの本体である。
【００１６】
前記コンデンシングユニット１００はコンプレッサ１０、ガスクーラ（凝縮器）４０、絞り手段としての絞り機構１２０を備えて構成され、後述する冷蔵機器本体１０５の蒸発器９２と配管接続されてコンプレッサ１０、ガスクーラ４０、絞り機構１２０が蒸発器９２と共に所定の冷媒回路を構成する。
【００１７】
即ち、コンプレッサ１０の冷媒吐出管２４はガスクーラ４０の入口に接続されている。ここで、実施例のコンプレッサ１０は二酸化炭素（ＣＯ₂）を冷媒として使用する内部中間圧型多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサで、このコンプレッサ１０は図示しない密閉容器内に設けられた駆動要素としての電動要素とこの電動要素により駆動される第１の回転圧縮要素（第１の圧縮要素）及び第２の回転圧縮要素（第２の圧縮要素）にて構成されている。尚、コンプレッサ１０の電動要素は直巻き式のＤＣモータであり、インバータにより回転数及びトルク制御が行われる。
【００１８】
図中２０はコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素（１段目）で圧縮され、密閉容器内に吐出された冷媒を一旦、外部に吐出させて、第２の回転圧縮要素（２段目）に導入するための冷媒導入管であり、この冷媒導入管２０の一端は図示しない第２の回転圧縮要素のシリンダと連通する。冷媒導入管２０は後述する如くガスクーラ４０に設けられた中間冷却回路３５を経て、他端は密閉容器内に連通する。
【００１９】
図中２２はコンプレッサ１０の図示しない第１の回転圧縮要素のシリンダ内に冷媒を導入するための冷媒導入管であり、この冷媒導入管２２の一端は図示しない第１の回転圧縮要素のシリンダと連通している。この冷媒導入管２２の他端はストレーナ５６の一端に接続されている。このストレーナ５６は冷媒回路内を循環する冷媒ガスに混入した塵埃や切削屑などの異物を確保して濾過するためのものであり、ストレーナ５６の他端側に形成された開口部とこの開口部からストレーナ５６の一端側に向けて細くなる略円錐形状を呈した図示しないフィルターを備えて構成されている。このフィルターの開口部はストレーナ５６の他端に接続された冷媒配管２８に密着した状態で装着されている。
【００２０】
また、前記冷媒吐出管２４は、前記第２の回転圧縮要素で圧縮された冷媒をガスクーラ４０に吐出させるための冷媒配管である。
【００２１】
前記ガスクーラ４０には外気温度を検出するための外気温度センサ７４が設けられており、この外気温度センサ７４はコンデンシングユニット１００の制御手段としての後述する制御装置としてのマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２２】
ガスクーラ４０を出た冷媒配管２６は内部熱交換器５０を通過する。この内部熱交換器５０はガスクーラ４０から出た第２の回転圧縮要素からの高圧側の冷媒と冷蔵機器本体１０５に設けられた蒸発器９２から出た低圧側の冷媒とを熱交換させるためのものである。
【００２３】
そして、内部熱交換器５０を通過した高圧側の冷媒配管２６は、前述同様のストレーナ５４を経て絞り機構１２０に至る。ここで、実施例の絞り機構１２０は図２に示すように第１のキャピラリチューブ１５８と、この第１のキャピラリチューブ１５８に並列接続され、第１のキャピラリチューブ１５８よりも流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブ１５９とから構成されている。第１のキャピラリチューブ１５８の設けられた冷媒配管１６０には、第１のキャピラリチューブ１５８への冷媒流通を制御する弁装置１６２が設けられており、この弁装置１６２はコンデンシングユニット１００のマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２４】
同様に、第２のキャピラリチューブ１５９の設けられた冷媒配管１６１には、第２のキャピラリチューブ１５９への冷媒流通を制御する弁装置１６３が設けられており、この弁装置１６３はコンデンシングユニット１００のマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２５】
そして、マイクロコンピュータ８０は弁装置１６２及び弁装置１６３の開閉を後述する冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの所定の信号に基づいて制御している。
【００２６】
また、冷蔵機器本体１０５の冷媒配管９４の一端は図示しないスエッジロック継ぎ手にてコンデンシングユニット１００の冷媒配管２６に着脱可能に接続されている。
【００２７】
一方、前記ストレーナ５６の他端に接続された冷媒配管２８は、前記内部熱交換器５０を経て冷蔵機器本体１０５の冷媒配管２８の他端に取り付けられた前述同様の図示しないスエッジロック継ぎ手にて着脱可能に接続されている。
【００２８】
前記冷媒吐出管２４にはコンプレッサ１０から吐出される冷媒ガスの温度を検出するための吐出温度センサ７０及び冷媒ガスの圧力を検出するための高圧スイッチ７２が設けられており、これらはマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００２９】
また、絞り機構１２０から出た冷媒配管２６には、絞り機構１２０から出た冷媒の温度を検出するための冷媒温度センサ７６が設けられており、これも前記マイクロコンピュータ８０に接続されている。また、冷蔵機器本体１０５のスエッジロック継ぎ手に接続された冷媒配管２８の内部熱交換器５０の入口側には、冷蔵機器本体１０５の蒸発器９２を出た冷媒の温度を検出するための戻り温度センサ７８が設けられており、当該戻り温度センサ７８もマイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００３０】
尚、４０Ｆはガスクーラ４０に通風して空冷するためのファンであり、９２Ｆは冷蔵機器本体１０５の図示しないダクト内に設けられた蒸発器９２と熱交換した冷気を、冷蔵機器本体１０５の庫内に循環するためのファンである。また、６５はコンプレッサ１０の前述した電動要素の通電電流を検出し、運転を制御するための電流センサである。ファン４０Ｆと電流センサ６５はコンデンシングユニット１００のマイクロコンピュータ８０に接続され、ファン９２Ｆは冷蔵機器本体１０５の後述する制御装置９０に接続される。
【００３１】
ここで、前述したマイクロコンピュータ８０はコンデンシングユニット１００の制御を司る制御装置であり、マイクロコンピュータ８０の入力には前記吐出温度センサ７０、高圧スイッチ７２、外気温度センサ７４、冷媒温度センサ７６、戻り温度センサ７８、電流センサ６５及び冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの信号が接続されている。そして、これらの入力に基づいて、冷蔵機器本体１０５の庫内温度が−２℃乃至＋７℃の範囲内となるように、出力に接続されたコンプレッサ１０やファン４０Ｆが制御される。更に、マイクロコンピュータ８０は冷蔵機器本体１０５の制御装置９０からの所定の通信信号に基づき前記弁装置１５８及び弁装置１５９の開閉を制御している。また、マイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の回転数を前記吐出温度センサ７０、高圧スイッチ７２、外気温度センサ７４、冷媒温度センサ７６、戻り温度センサ７８、電流センサ６５からの入力に加えて、制御装置９０からの上記信号に基づいて制御している。
【００３２】
冷蔵機器本体１０５の前記制御装置９０には、蒸発器９２により冷却される被冷却空間の温度、実施例では庫内温度を検出するための庫内温度センサ９１、庫内温度を調節するための温度調節ダイヤルや、その他コンプレッサ１０を停止するための機能が設けられている。そして、制御装置９０はこれらの出力に基づいて、庫内温度が−２℃乃至＋７℃の範囲内となるように、ファン９２Ｆを制御している。更に、制御装置９０は、前記庫内温度センサ９１が検出する庫内温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度（実施例では＋３２℃）より低い場合は前述した所定の信号をマイクロコンピュータ８０に送出する。
【００３３】
即ち、庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上であるときはマイクロコンピュータ８０は弁装置１６２を閉じ、弁装置１６３を開いて、冷媒配管１６１の流路を開放し、ストレーナ５４からの冷媒が第２のキャピラリチューブ１５９に流れるように制御して、絞り機構１２０の流路抵抗を小さくしている。このとき、マイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の回転数が５０〜６０Ｈｚの範囲内で運転されるようにコンプレッサ１０の回転数を制御している。
【００３４】
そして、庫内温度センサ９１にて検出される庫内温度が＋３２℃より低下すると、制御装置９０はマイクロコンピュータ８０に所定の信号を送出し、これにより、マイクロコンピュータ８０は弁装置１６２を開き、弁装置１６３を閉じて、冷媒配管１６１の流路を開放する。これにより、ストレーナ５４からの冷媒が第１のキャピラリチューブ１５８に流れるようになり、絞り機構１２０の流路抵抗が大きくなる。更に、マイクロコンピュータ８０は制御装置９０からの前記信号により、コンプレッサ１０の回転数を下げて、コンプレッサ１０の回転数が５０Ｈｚ以下、例えば３０〜５０Ｈｚの範囲内で運転されるようにコンプレッサ１０の回転数を制御する。
【００３５】
係る冷媒サイクル装置１１０の冷媒としては地球環境にやさしく、可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒である前述した二酸化炭素（ＣＯ₂）が使用され、潤滑油としてのオイルは、例えば鉱物油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル油、エステル油、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）など既存のオイルが使用される。尚、本実施例では冷媒として二酸化炭素を使用したが、他の冷媒、例えば、亜酸化窒素やＨＣ系冷媒などの冷媒を使用しても請求項２の発明は有効である。また、請求項１の発明においても、二酸化炭素冷媒に限らず、高圧側が超臨界圧力となる冷媒であれば有効である。
【００３６】
また、前記冷蔵機器本体１０５は蒸発器９２と当該蒸発器９２内を通過する前記冷媒配管９４にて構成されている。冷媒配管９４は蒸発器９２内を蛇行状に通過しており、この蛇行状の部分には熱交換用のフィンが取り付けられて蒸発器９２が構成されている。冷媒配管９４の両端部は図示しない前記スエッジロック継ぎ手に着脱可能に接続されている。
【００３７】
次に、冷媒サイクル装置１１０の動作を説明する。冷蔵機器本体１０５に設けられた図示しない始動スイッチを入れるか、或いは、冷蔵機器本体１０５の電源ソケットがコンセントに接続されると、マイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の図示しない電動要素を前記インバータより起動する。このとき、マイクロコンピュータ８０は制御装置９０からの信号に基づいて、前記庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上であるときは、弁装置１６２を閉じ、弁装置１６３を開いて、冷媒配管１６１の流路を開放すると共に、コンプレッサ１０の回転数が５０〜６０Ｈｚの範囲内で運転されるようにコンプレッサ１０の回転数を制御する。これにより、コンプレッサ１０の第１回転圧縮要素に冷媒が吸い込まれて圧縮され、密閉容器内に吐出された冷媒ガスは冷媒導入管２０に入り、コンプレッサ１０から出て中間冷却回路３５に流入する。そして、この中間冷却回路３５がガスクーラ４０を通過する過程で空冷方式により放熱する。
【００３８】
これにより、第２の回転圧縮要素に吸い込まれる冷媒を冷却することができるので、密閉容器内の温度上昇を抑え、第２の回転圧縮要素における圧縮効率も向上させることができるようになる。また、第２の回転圧縮要素で圧縮され、吐出される冷媒の温度上昇も抑えることができるようになる。
【００３９】
そして、冷却された中間圧の冷媒ガスはコンプレッサ１０の第２の回転圧縮要素に吸入され、２段目の圧縮が行われて高圧高温の冷媒ガスとなり、冷媒吐出管２４より外部に吐出される。冷媒吐出管２４から吐出された冷媒ガスはガスクーラ４０に流入し、そこで空冷方式により放熱した後、内部熱交換器５０を通過する。冷媒はそこで低圧側の冷媒に熱を奪われて更に冷却される。
【００４０】
この内部熱交換器５０の存在により、ガスクーラ４０を出て、内部熱交換器５０を通過する冷媒は、低圧側の冷媒に熱を奪われるので、この分、当該冷媒の過冷却度が大きくなる。そのため、蒸発器９２における冷却能力（冷凍能力）が向上する。
【００４１】
係る内部熱交換器５０で冷却された高圧側の冷媒ガスはストレーナ５４、弁装置１６３を経て冷媒配管１６１に流入し、第２のキャピラリチューブ１５９に至る。冷媒は第２のキャピラリチューブ１５９において圧力が低下して、冷媒配管２６と冷蔵機器本体１０５の冷媒配管９４の一端とを接続する図示しないスエッジロック継ぎ手を経て、冷蔵機器本体１０５の冷媒配管９４から蒸発器９２内に流入する。そこで冷媒は蒸発し、周囲の空気から吸熱することにより冷却作用を発揮して冷蔵機器本体１０５の庫内を冷却する。
【００４２】
ここで、前述の如く庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上であるときは、マイクロコンピュータ８０により冷媒配管１６１の流路を開放しているので、ストレーナ５４からの冷媒は第１のキャピラリチューブ１５８より流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９に流れる。
【００４３】
一方、庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃より低下すると、制御装置９０はマイクロコンピュータ８０に所定の信号を送出する。これにより、マイクロコンピュータ８０は弁装置１６２を開き、弁装置１６３を閉じて、冷媒配管１６０の流路を開放する。更にマイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の回転数を下げて３０〜５０Ｈｚの範囲内でコンプレッサ１０が運転されるように回転数を制御する。これにより、ストレーナ５４からの冷媒は流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８に流れる。
【００４４】
この状態を図３を用いて説明する。図３は冷蔵機器本体１０５の庫内温度と冷却能力（冷凍能力）の関係を示す図であり、実線は第１のキャピラリチューブ１５８にて減圧した場合の冷却能力を示し、破線は第２のキャピラリチューブ１５９で減圧した場合の冷却能力を示している。図３に示すように、冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋２９℃乃至＋３５℃の間で冷却能力が著しく変化している。即ち、庫内温度が＋２９℃より低い温度帯では、冷却能力が高く、＋２９℃付近から冷却能力が急激に低下して、＋３５℃以上となると、冷却能力の低下が小さくなくなっている。
【００４５】
また、流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８で減圧した場合では、蒸発器９２においてより低温領域にて冷媒の蒸発が生じるが（蒸発温度は−８℃）、流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９で減圧した場合より、冷却能力は低い。
【００４６】
冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上であっても、前記の如く流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８に冷媒を減圧すると、所望の冷却能力を得るため、コンプレッサ１０の回転数を上昇させて冷媒回路の循環冷媒量を増やして、蒸発器９２に流入する冷媒量を増やす必要があり、消費電力が増大する。また、高圧側の冷媒が流れにくいにも関わらず、コンプレッサ１０でより多くの冷媒が圧縮されるため、高圧側圧力が異常上昇し機器の設計圧を超えてしまい、最悪、機器の損傷を引き起こすといった問題が生じる恐れがある。
【００４７】
従って、庫内温度＋３２℃以上であるときは、マイクロコンピュータ８０は流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９にて冷媒が減圧されるように、弁装置１６３を開いて、冷媒配管１６１の流路を開放すると共に、コンプレッサ１０の回転数が５０〜６０Ｈｚの範囲内で運転されるように制御することで、冷媒回路の冷媒循環量が増える。これにより、蒸発器９２に流入する冷媒量が増えて、蒸発器９２のおける冷却能力（冷凍能力）が向上する。
【００４８】
一方、＋３２℃より低い庫内温度では、マイクロコンピュータ８０は流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８にて冷媒が減圧されるように、弁装置１６２を開いて、冷媒配管１６０の流路を開放すると共に、コンプレッサ１０の回転数が３０〜５０Ｈｚの範囲内で運転されるように制御することで、蒸発器９２においてより低温領域で蒸発が起こるため、冷蔵機器本体１０５の庫内を所望の温度（−２℃乃至＋７℃）にすることができる。即ち、流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９に冷媒を減圧した場合、蒸発器９２における冷媒の蒸発温度は０℃と高く、当該蒸発温度では冷蔵機器本体１０５の庫内温度を０℃付近に冷やすことは困難であった。また、所望の温度とするためには、コンプレッサ１０の回転数を上昇させて、蒸発器９２に流入する冷媒量を著しく増やす必要があり、消費電力の増大に繋がる。
【００４９】
しかしながら、上述の如く＋３２℃より低い庫内温度では、流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８にて冷媒を減圧することで、図３に示す如く蒸発器９２において冷媒が−８℃で蒸発するため、コンプレッサ１０の回転数を上昇させて、蒸発器９２に流入する冷媒量を増やすことなく、冷蔵機器本体１０５の庫内温度を−２℃乃至＋７℃の範囲内とすることができるようになる。
【００５０】
このとき、図３に示す如く冷却能力は第２のキャピラリチューブ１５９で減圧した場合より低下するが、前述の如く冷却能力が高い温度帯であるため問題ない。
【００５１】
また、流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８にて減圧した場合に、コンプレッサ１０の回転数を５０〜６０Ｈｚの比較的高い回転数で運転されるように制御した場合、高圧側の冷媒が流れにくいにも関わらず、コンプレッサ１０でより多くの冷媒が圧縮されるため、高圧側圧力が異常上昇し機器の設計圧を超えてしまい、最悪、機器の損傷を引き起こすといった問題が生じる恐れがある。
【００５２】
このため、マイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の回転数を下げて３０〜５０Ｈｚの範囲内で運転されるように制御することにより、上記のような高圧側圧力の異常上昇を防ぐことができるようになり、機器の損傷を未然に回避することができるようになる。また、回転数を下げることで、消費電力をより一層低減することができるようになる。
【００５３】
他方、庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上になると、制御装置９０はマイクロコンピュータ８０に所定の信号を送出し、マイクロコンピュータ８０は弁装置１６２を閉じ、弁装置１６３を開いて、冷媒配管１６１の流路を開放する。更にマイクロコンピュータ８０はコンプレッサ１０の回転数を上昇して５０〜６０Ｈｚの範囲内でコンプレッサ１０が運転されるように回転数を制御する。
【００５４】
これにより、前述の如く冷媒サイクル内を循環する冷媒量が増えるので、蒸発器９２により多くの冷媒が流入するため、蒸発器９２における冷却能力が向上し、早期に冷蔵機器本体１０５の庫内温度を下げることができるようになる。
【００５５】
そして、冷媒は蒸発器９２から流出して、冷媒配管９４の他端とコンデンシングユニット１００の冷媒配管２８とを接続する図示しないスエッジロック継ぎ手を経てコンデンシングユニット１００の内部熱交換器５０に至る。そこで前述の高圧側の冷媒から熱を奪い、加熱作用を受ける。ここで、蒸発器９２で蒸発して低温となり、蒸発器９２を出た冷媒は、完全に気体の状態ではなく液体が混在した状態となる場合もあるが、内部熱交換器５０を通過させて高圧側の高温冷媒と熱交換させることで、冷媒が加熱される。この時点で、冷媒の過熱度が確保され、完全に気体となる。
【００５６】
これにより、蒸発器９２から出た冷媒を確実にガス化させることができるようになるので、低圧側にアキュムレータなどを設けること無く、コンプレッサ１０に液冷媒が吸い込まれる液バックを確実に防止し、コンプレッサ１０が液圧縮にて損傷を受ける不都合を回避することができるようになる。従って、冷媒サイクル装置１１０の信頼性の向上を図ることができるようになる。
【００５７】
尚、内部熱交換器５０で加熱された冷媒は、ストレーナ５６を経て冷媒導入管２２からコンプレッサ１０の第１の回転圧縮要素３２内に吸い込まれるサイクルを繰り返す。
【００５８】
このように、庫内温度センサ９１にて検出される冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃以上であるときは、ストレーナ５４からの冷媒をより流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９にて減圧すると共に、コンプレッサ１０の回転数を上昇して５０〜６０Ｈｚの範囲内でコンプレッサが運転されるように回転数を制御することで、冷媒回路内の冷媒循環量が増える。これにより、蒸発器９２に流入する冷媒量が増えるため、冷却能力（冷凍能力）が向上し、冷蔵機器本体１０５の庫内を早期に冷却することができるようになる。
【００５９】
一方、冷蔵機器本体１０５の庫内温度が＋３２℃より低い場合は、流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８にて減圧すると共に、コンプレッサ１０の回転数を下げて３０〜５０Ｈｚの範囲内でコンプレッサ１０が運転されるように回転数を制御することで、高圧側圧力の異常上昇を回避することができる。また、蒸発器９２においてより低温領域で冷媒の蒸発が起こるため、庫内温度を所定の低温（−２℃乃至＋７℃）まで冷却することができる。更に、コンプレッサ１０の回転数を下げて運転することで、消費電力の低減を図ることができるようになる。
【００６０】
総じて、冷蔵機器本体１０５の庫内温度を−２℃乃至＋７℃の範囲内とする場合、上記のような制御を行うことで冷媒サイクル装置１１０の性能が向上し、且つ、最適な流路抵抗を容易に選択することが出来るので、絞り機構１２０を簡素化することができるようになる。また、最適なコンプレッサの回転数も容易に選択できるようになるので、コンプレッサ１０の回転数制御も簡素化でき、冷媒サイクル装置１１０の生産コストの低減を図ることができるようになる。
【００６１】
また、実施例の如く絞り機構１２０を安価なキャピラリチューブ１５８、１５９にて構成した場合には、生産コストをより一層低減することができるようになる。
【００６２】
これにより、コンプレッサ１０の不安定な運転状況を簡単な制御機構で回避しながら、冷媒サイクル装置１１０の生産コストの低減と性能の向上を図ることができるようになる。
【００６３】
尚、本実施例の冷媒サイクル装置では、弁装置１６２、１６３の開閉及びコンプレッサ１０の回転数を蒸発器９２により冷却される被冷却空間の温度である冷蔵機器本体１０５の庫内温度を検出する庫内温度センサ９１の出力に基づいて行うものとしたが、本発明ではこれに限らず、例えば内部熱交換器５０から出た蒸発器９２からの冷媒温度を検出するセンサの出力に基づいて制御するものであっても構わない。
【００６４】
本実施例では、庫内温度センサ９１にて検出される庫内温度が＋３２℃以上であるときは、流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９にて冷媒を減圧し、コンプレッサ１０の回転数を上昇させると共に、＋３２℃より低い場合は、流路抵抗の大きい第１のキャピラリチューブ１５８にて冷媒を減圧し、コンプレッサ１０の回転数を下げるものとしたが、流路抵抗及び回転数を変更する温度はこれに限らず、＋２９℃乃至＋３５℃の何れかの温度であれば構わない。
【００６５】
また、実施例では絞り手段をキャピラリチューブ１５８、１５９にて構成するものとしたが、本発明の絞り手段はこれに限らず、開度調整可能な電動、若しくは、機械式膨張弁であっても良い。このような膨張弁を用いた場合でも、前述のような制御を行うことで膨張弁の制御を簡素化することができる。
【００６６】
更に、実施例では流路制御のための弁装置を第１のキャピラリチューブ１５８の設けられた冷媒配管１６０と第２のキャピラリチューブ１５９の設けられた冷媒配管１６１との両配管に設けるものとしたが、弁装置を図４に示すように流路抵抗の小さい第２のキャピラリチューブ１５９の設けられた冷媒配管１６１のみに設けても良い。この場合、庫内温度が＋３２℃以上であるときは弁装置１６３を開き、冷媒配管１６１の流路を開放することで、ストレーナ５４からの冷媒は抵抗の小さい冷媒配管１６１に流入するようになる。これにより、前記実施例の効果に加えて、弁装置１６３を設けるだけで、流路抵抗を変更できるので、生産コストをより抑制することができるようになる。
【００６７】
また、本実施例では第１のキャピラリチューブ１５８と第２のキャピラリチューブ１５９をそれぞれ冷媒配管１６０及び冷媒配管１６１に設けて、これらを並列接続して弁装置１６２、１６３により流路の制御するものとしたが、これに限らず、図５に示す如く３本以上のキャピラリチューブを設けて、運転状況に応じて各キャピラリチューブへ冷媒を流すものとしても良い。この場合には、より細かい制御を行うことができるようになる。尚、図５においてＫ１乃至Ｋ４はキャピラリチューブであり、Ｖ１乃至Ｖ４は各キャピラリチューブＫ１乃至Ｋ４への冷媒流通を制御する弁装置である。
【００６８】
更に、２本以上のキャピラリチューブを直列接続すると共に、これらの内の１本以上のキャピラリチューブをバイパスするバイパス配管と、このバイパス配管に弁装置を設けて、運転状況に応じてその内の何本かをバイパスするものとしても構わない。
【００６９】
尚、実施例では、コンプレッサは内部中間圧型の多段（２段）圧縮式ロータリコンプレッサを使用したが、本発明に使用可能なコンプレッサはこれに限らず、単段のコンプレッサやスクロール型のコンプレッサ等、種々のコンプレッサが適応可能である。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述する如く、請求項１の発明の冷媒サイクル装置によれば、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御する制御装置を備え、この制御装置は、蒸発器により冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは絞り手段の流路抵抗を小さくし、コンプレッサの回転数を上昇させると共に、センサが検出する温度が規定温度より低い場合は絞り手段の流路抵抗を大きくし、コンプレッサの回転数を下げるので、センサにて検出される温度に基づいて、流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御することができるようになる。
【００７１】
請求項２の発明の冷媒サイクル装置によれば、絞り手段の流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御する制御装置と、ガスクーラから出た冷媒と蒸発器から出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器とを備え、制御装置は、内部熱交換器から出た蒸発器からの冷媒温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは絞り手段の流路抵抗を小さくし、コンプレッサの回転数を上昇させると共に、センサが検出する温度が規定温度より低い場合は絞り手段の流路抵抗を大きくし、コンプレッサの回転数を下げるので、センサにて検出される温度に基づいて、流路抵抗及びコンプレッサの回転数を制御することができるようになる。
【００７２】
従って、請求項１又は請求項２の発明により、高圧側圧力が異常に上昇してしまう不都合を未然に回避し、冷媒サイクル装置の耐久性の向上と円滑な運転を確保することができるようになる。
【００７３】
また、センサが検出する温度が規定温度以上であるときは絞り手段の流路抵抗を小さくして、コンプレッサの回転数を上昇することで、冷媒回路内の冷媒循環量が増える。これにより、蒸発器に流入する冷媒量が増えるため、冷却能力（冷凍能力）が向上する。従って、被冷却空間を早期に冷却することができるようになる。
【００７４】
一方、センサが検出する温度が所定値より低い場合は、絞り手段の流路抵抗を大きくして、コンプレッサの回転数を下げることで、高圧側圧力の異常上昇を回避することができるようになる。また、蒸発器においてより低温領域で冷媒の蒸発が起こるので、被冷却空間を所定の低温まで冷却することができるようになる。
【００７５】
これらにより、冷媒サイクル装置の性能の向上を図ることができるようになる。更に、コンプレッサの回転数を下げることで、消費電力の低減を図ることができるようになる。
【００７６】
そして、上記各発明は請求項３の如く制御装置は、蒸発器にて冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該被冷却空間の温度が、−２℃乃至＋７℃の範囲内となるようコンプレッサを制御することで、最適な冷却制御を行うことができるようになる。
【００７７】
総じて、冷却機器本体の庫内温度を−２℃乃至＋７℃の範囲内とした場合、上記のような制御を行うことで冷媒サイクル装置の性能が向上し、且つ、最適な流路抵抗を容易に選択することが出来るので、絞り手段を簡素化することができるようになる。また、最適なコンプレッサの回転数も容易に選択できるようになるので、コンプレッサの回転数制御も簡素化することができるようになる。
【００７８】
また、請求項４や請求項５のように、絞り手段を、第１のキャピラリチューブと、この第１のキャピラリチューブに並列接続され、当該第１のキャピラリチューブよりも流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブとから構成し、制御装置に接続され、各キャピラリチューブへの冷媒流通を制御する弁装置を設け、制御装置は、各弁装置をセンサが検出する温度が規定温度以上であるときは前記第２のキャピラリチューブに冷媒を流し、前記規定温度より低いときは前記第１のキャピラリチューブに冷媒を流すように制御すれば、安価なキャピラリチューブを使用して、流路抵抗を変更することができるので、生産コストの低減を図ることができるようになる。
【００７９】
特に、請求項５では第２のキャピラリチューブへの冷媒流通を制御する弁装置を設けるだけで、流路抵抗を変更できるので、生産コストをより一層抑制することができるようになる。
【００８０】
更に、請求項６の如き高圧側の圧力が超臨界となる二酸化炭素を冷媒として用いる装置に好適であると共に、係る二酸化炭素冷媒を冷媒として使用すれば、環境問題にも寄与することができるようになる。
【００８１】
特に、コンプレッサを駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、冷媒回路の低圧側から第１の圧縮要素に冷媒を吸い込んで圧縮し、当該第１の圧縮要素から吐出された中間圧の冷媒を第２の圧縮要素に吸い込み、圧縮してガスクーラに吐出するものとした場合には、高圧側圧力の異常上昇を効果的に解消することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷媒サイクル装置の冷媒回路図である。
【図２】実施例の絞り機構の拡大図である。
【図３】庫内温度と冷却能力（冷凍能力）の関係を示す図である。
【図４】他の実施例の絞り機構の拡大図である。
【図５】もう一つの他の実施例の絞り機構の拡大図である。
【符号の説明】
１０コンプレッサ
２０、２２冷媒導入管
２４冷媒吐出管
２６、２８冷媒配管
３５中間冷却回路
４０ガスクーラ
５０内部熱交換器
５４、５６ストレーナ
７０吐出温度センサ
７２高圧スイッチ
７４外気温度センサ
７６冷媒温度センサ
７８戻り温度センサ
８０マイクロコンピュータ
９０制御装置
９１庫内温度センサ
９２蒸発器
９４冷媒配管
１００コンデンシングユニット
１０５冷蔵機器本体
１１０冷媒サイクル装置
１２０絞り機構
１５８第１のキャピラリチューブ
１５９第２のキャピラリチューブ
１６０、１６１冷媒配管
１６２、１６３弁装置

Claims

コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成され、高圧側が超臨界圧力となる冷媒サイクル装置において、
前記絞り手段の流路抵抗及び前記コンプレッサの回転数を制御する制御装置を備え、
該制御装置は、前記蒸発器により冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは前記絞り手段の流路抵抗を小さくし、前記コンプレッサの回転数を上昇させると共に、前記センサが検出する温度が前記規定温度より低い場合は前記絞り手段の流路抵抗を大きくし、前記コンプレッサの回転数を下げることを特徴とする冷媒サイクル装置。
コンプレッサ、ガスクーラ、絞り手段及び蒸発器を順次接続して冷媒回路が構成された冷媒サイクル装置において、
前記絞り手段の流路抵抗及び前記コンプレッサの回転数を制御する制御装置と、前記ガスクーラから出た冷媒と前記蒸発器から出た冷媒とを熱交換させるための内部熱交換器とを備え、
前記制御装置は、前記内部熱交換器から出た前記蒸発器からの冷媒温度を検出するセンサの出力に基づき、当該センサが検出する温度が＋２９℃乃至＋３５℃のうちの何れかの温度である規定温度以上であるときは前記絞り手段の流路抵抗を小さくし、前記コンプレッサの回転数を上昇させると共に、前記センサが検出する温度が前記規定温度より低い場合は前記絞り手段の流路抵抗を大きくし、前記コンプレッサの回転数を下げることを特徴とする冷媒サイクル装置。
前記制御装置は、前記蒸発器にて冷却される被冷却空間の温度を検出するセンサの出力に基づき、当該被冷却空間の温度が、−２℃乃至＋７℃の範囲内となるよう前記コンプレッサを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２の冷媒サイクル装置。
前記絞り手段を、第１のキャピラリチューブと、該第１のキャピラリチューブに並列接続され、当該第１のキャピラリチューブよりも流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブとから構成し、前記制御装置に接続され、各キャピラリチューブへの冷媒流通をそれぞれ制御する弁装置を設け、前記制御装置は、各弁装置を前記センサが検出する温度が前記規定温度以上であるときは前記第２のキャピラリチューブに冷媒を流し、前記規定温度より低いときは前記第１のキャピラリチューブに冷媒を流すように制御することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の冷媒サイクル装置。
前記絞り手段を、第１のキャピラリチューブと、該第１のキャピラリチューブに並列接続され、当該第１のキャピラリチューブよりも流路抵抗の小なる第２のキャピラリチューブとから構成し、前記制御装置に接続され、前記第２のキャピラリチューブへの冷媒流通を制御する弁装置を設け、前記制御装置は、前記弁装置を前記センサが検出する温度が前記規定温度以上であるときは前記第２のキャピラリチューブに冷媒を流し、前記規定温度より低いときは前記第１のキャピラリチューブに冷媒を流すように制御することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の冷媒サイクル装置。
冷媒として二酸化炭素を使用すると共に、
前記コンプレッサは、駆動要素にて駆動される第１及び第２の圧縮要素を備え、前記冷媒回路の低圧側から前記第１の圧縮要素に冷媒を吸い込んで圧縮し、当該第１の圧縮要素から吐出された中間圧の冷媒を前記第２の圧縮要素に吸い込み、圧縮して前記ガスクーラに吐出することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の冷媒サイクル装置。