JP4716835B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置に関するものであり、更に詳しくは、例えばリキッドインジェクション方式により圧縮機を冷却するとともに、冷凍回路の前記圧縮機の冷媒量検知に関するものである。

従来の冷凍装置６０は、例えば図５に示すように圧縮機５０より吐出された高温高圧の冷媒は、吐出側配管Ｈ１１を経て凝縮器５１に流入し、そこで凝縮された後、配管Ｈ１２を経て受液器（液溜）５２内に貯留される。受液器５２内に貯留された液冷媒は配管Ｈ１３から流出し、膨張弁５３で減圧された後、蒸発器５４に流入して蒸発する。このときに生ずる吸熱作用によって冷凍装置６０は冷却作用を発揮する。そして、蒸発器５４を出た冷媒は吸込側配管Ｈ１４より圧縮機５０に戻る循環を行う。

また、受液器５２内に貯留された液冷媒の一部は配管Ｈ１５によりインジェクション回路Ｋ１０に導かれ、電磁弁ＳＶ（電動式開閉弁）１０と流量制御弁Ｖ１０を経て減圧された後、圧縮機５０の中間圧力部に戻している。この場合、感温筒５５内に所定量の冷媒が封入されキャピラリチューブ５６を介して流量制御弁Ｖ１０に接続されている。流量制御弁Ｖ１０は感温筒５５が検出した圧縮機５０の吐出側の温度が上昇するに従ってその弁開度が制御される。そして、圧縮機５０内で蒸発させることによって運転により温度上昇した圧縮機５０の冷却を行っていた（例えば、特許文献１参照）。

一方、受液器内に貯留された液冷媒の冷媒量を検知する手段としては、前記受液器にのぞき窓を設け目視で液面高さを確認し冷媒量を検知するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１２７９２５号公報 実開昭５３−９２２６２号公報

受液器にのぞき窓を設け目視で液面高さを確認し冷媒量を検知する従来の方法は、正確で確実であるが高圧容器にガラスなどを用いるため、ガラスの破損、冷媒の飛散などが考えられ安全性の面で問題があった。

本発明の目的は、従来の問題を解決し、インジェクション回路を設けて圧縮機の運転により温度上昇した圧縮機の冷却を行えるとともに、冷凍回路内の冷媒量が目視によらず適正範囲内にあることを検知するための配管を設け、そして前記インジェクション回路の配管内の冷媒の温度を低下させるように構成して、インジェクション量を低減するようにし、入力低減可能な信頼性の高い冷凍装置を提供することである。

上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置および蒸発器を順次環状に接続した冷凍回路を備え、前記受液器内に貯留された液冷媒の一部を前記圧縮機に供給して冷却するための第１冷媒膨張調節手段を備えたインジェクション回路を設けるとともに、冷凍回路の低圧側配管に、液面検知用配管の一端を接続し、前記液面検知用配管の他端の上限液面検知用配管および下限液面検知用配管を前記受液器の冷媒量の適正範囲の上限および下限においてそれぞれ前記受液器内に連通し、連通させた各液面検知用配管に第２冷媒膨張調節手段および温度検出手段を設け、前記各温度検出手段により検出された冷媒温度の比較により、前記受液器内の液面高さを検出するようにした冷凍装置において、
前記受液器と第１冷媒膨張調節手段の間の前記インジェクション回路の配管を第２冷媒膨張調節手段の設置位置より後の前記液面検知用配管と熱交換させ、前記インジェクション回路の配管内の冷媒の温度を低下させるように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の冷凍装置は、請求項１記載の冷凍装置において、前記温度検出手段からの信号で冷媒量の過不足状況を演算する演算装置と、この演算装置で演算した演算結果を表示する表示装置を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の冷凍装置は、請求項１あるいは請求項２記載の冷凍装置において、熱交換するインジェクション回路中の冷媒の流れ方向と前記液面検知用配管中の冷媒の流れ方向とを対向流としたことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の冷凍装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍装置において、圧縮機吐出冷媒温度あるいは圧縮機吐出冷媒過熱度により前記第２冷媒膨張調節手段を制御するように構成したことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置および蒸発器を順次環状に接続した冷凍回路を備え、前記受液器内に貯留された液冷媒の一部を前記圧縮機に供給して冷却するための第１冷媒膨張調節手段を備えたインジェクション回路を設けるとともに、冷凍回路の低圧側配管に、液面検知用配管の一端を接続し、前記液面検知用配管の他端の上限液面検知用配管および下限液面検知用配管を前記受液器の冷媒量の適正範囲の上限および下限においてそれぞれ前記受液器内に連通し、連通させた各液面検知用配管に第２冷媒膨張調節手段および温度検出手段を設け、前記各温度検出手段により検出された冷媒温度の比較により、前記受液器内の液面高さを検出するようにした冷凍装置において、前記受液器と第１冷媒膨張調節手段の間の前記インジェクション回路の配管を第２冷媒膨張調節手段の設置位置より後の前記液面検知用配管と熱交換させ、前記インジェクション回路の配管内の冷媒の温度を低下させるように構成したことを特徴とするものであり、
インジェクション回路を設けたので、受液器内に貯留された液冷媒の一部を圧縮機に供給して、圧縮機の運転により温度上昇した圧縮機の冷却を行えるとともに、前記構成の液面検知用配管を設けたので、目視によらず冷凍回路内の冷媒量が適正範囲内にあることを検知することができ、さらに前記インジェクション回路の配管を、第２冷媒膨張調節手段により冷媒温度を低下させた液面検知用配管と熱交換させ、インジェクション回路の配管内の冷媒の温度をより低下させてインジェクションするように構成したので、インジェクション量を低減でき、入力を低減でき、信頼性が向上するという、顕著な効果を奏する。

本発明の請求項２記載の冷凍装置は、請求項１記載の冷凍装置において、前記温度検出手段からの信号で冷媒量の過不足状況を演算する演算装置と、この演算装置で演算した演算結果を表示する表示装置を備えたことを特徴とするものであり、前記各温度検出手段により検出された冷媒温度の比較による前記受液器内の液面高さの判別を、冷媒量過不足演算装置によって行い、表示装置にてその内容を表示するので、使用者が冷媒量の状況を認識でき、適切な対応を行えるという、さらなる顕著な効果を奏する。

本発明の請求項３記載の冷凍装置は、請求項１あるいは請求項２記載の冷凍装置において、熱交換するインジェクション回路中の冷媒の流れ方向と前記液面検知用配管中の冷媒の流れ方向とを対向流としたことを特徴とするものであり、本発明においては熱交換するインジェクション回路中の冷媒の流れ方向と前記液面検知用配管中の冷媒の流れ方向とは並向流であってもよいが、対向流とすることにより熱交換効率をより向上できるという、さらなる顕著な効果を奏する。

本発明の請求項４記載の冷凍装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍装置において、圧縮機吐出冷媒温度あるいは圧縮機吐出冷媒過熱度により前記第２冷媒膨張調節手段を制御するように構成したことを特徴とするものであり、圧縮機の運転による温度上昇に応じて適切な前記第２冷媒膨張調節手段を用いた冷媒膨張制御による冷媒温度制御を精密に確実に行え、信頼性が向上するという、さらなる顕著な効果を奏する。

以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の冷凍装置の冷凍回路およびインジェクション回路および液面検知用配管の１実施の形態を示す説明図である。
図２は本発明の冷凍装置の圧縮機の拡大断面説明図である。
図３（ａ）は、冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の温度検出手段で測定される各部冷媒温度の変化を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は、冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の受液器内の液面高さｈの変化を模式的に示すグラフである。
図４は温度検出信号を演算、表示する回路のブロック図である。

図１において、２はスクロールタイプの圧縮機、３は凝縮器、４は受液器、５減圧装置としての膨張弁、６は蒸発器であり、これらは配管Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４により順次環状に接続されて、冷凍装置１の冷凍回路を構成している。

図１に示した本発明の冷凍装置１において、圧縮機２より吐出された高温高圧の冷媒は、吐出側配管Ｈ１を経て図示しないオイルセパレータへ流入してオイルが分離された後、凝縮器３に流入し、そこで凝縮された後、配管Ｈ２を経て受液器（液溜）４内に貯留される。受液器４内に貯留された液冷媒は配管Ｈ３から流出し、膨張弁５で減圧された後、蒸発器６に流入して蒸発する。このときに生ずる吸熱作用によって冷凍装置１は冷却作用を発揮する。そして、蒸発器６を出た吸込側配管Ｈ４中の冷媒は、アキュムレータ７を経て圧縮機２に戻り、循環して使用される。

本発明の冷凍装置１は、受液器４内に貯留された液冷媒の一部を管路Ｈ５を経て圧縮機２に供給して冷却するための第１冷媒膨張調節手段８（例えば、キャピラリーチーブ、膨張弁など）を備えたインジェクション回路が設けられている。 さらに本発明の冷凍装置１は、冷凍回路の低圧側配管Ｈ４に、液面検知用配管Ｈ６の一端を接続し、液面検知用配管Ｈ６の他端の上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２をそれぞれ受液器４の冷媒量の適正範囲の上限９および下限１０において受液器４内に連通させてあり、連通させた上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２にそれぞれ第２冷媒膨張調節手段（例えば、キャピラリーチーブ、膨張弁など）１１、１２および温度検出手段１３、１４を設けてある。

受液器４の容器に接続された上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２は、それぞれ冷凍回路の冷媒量の後述する上限９および下限１０となる液面高さの位置に設けられている。

さらに、本発明の冷凍装置１は、受液器４と第１冷媒膨張調節手段８の間のインジェクション回路の配管Ｈ５を、受液器４内に貯留された冷媒の一部を上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２の第２冷媒膨張調節手段１１、１２を経て膨張させ、減圧され低温とした冷媒を移送する液面検知用配管Ｈ６と熱交換させるための熱交換器１５を備えている。この熱交換器１５において前記配管Ｈ５と前記液面検知用配管Ｈ６とを熱交換させ、インジェクション回路の配管Ｈ５内の冷媒の温度を低下させるように構成してある。
熱交換器１５において温度を低下させた配管Ｈ５内の冷媒は、第１冷媒膨張調節手段８により膨張させ減圧されさらに低温とした後、配管Ｈ５を経て、図２に示した圧縮機２のスクロール圧縮部２１における冷媒圧縮室２３の中間圧力部２３Ａにインジェクションされ、圧縮機２の冷却が行われる。

上記実施態様では、上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２を合流させた後の液面検知用配管Ｈ６と前記配管Ｈ５とを熱交換器１５において熱交換させた例を示したが、上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管Ｈ６−２を合流させずに、何れか１方の配管を前記配管Ｈ５と熱交換器１５において熱交換させた後、配管４に接続し、他方の配管は熱交換せずに直接配管４に接続することもできる。

圧縮機２は図２に示す如く、密閉した円筒形の容器３０と駆動モータ２２とスクロール圧縮部２１とから構成されている。容器３０は、本体３０Ａと底蓋３０Ｃと上蓋３０Ｂにより構成されており、本体３０Ａと底蓋３０Ｃ、上蓋３０Ｂ間において、周縁部２６Ａ、２６Ｂをアルゴン溶接により固着して組み立てられている。

容器３０には冷媒吸入口Ｐ４と、冷媒吐出口Ｐ１と、インジェクション吸入口Ｐ５が設けられ、冷媒吸入口Ｐ４には蒸発器６の出口側の配管Ｈ４が接続されるとともに、冷媒吐出口Ｐ１に前記吐出側の配管Ｈ１が接続され、インジェクション吸入口Ｐ５には前記インジェクション回路の配管Ｈ５がそれぞれ接続されている。

また、容器３０の底蓋３０Ｃには図示しないオイルが入っている。更に容器３０の本体３０Ａには内部の駆動モータ２２の電源および、圧縮機２の温度の検出を行う図示しない温度検出装置等のターミナル２５、２５が設けられ、そのターミナル２５、２５にはターミナルカバー２６が図示しない取付バンドで取り付けられている。

また、容器３０の上蓋３０Ｂには固定スクロール２７が設けられ、周縁部２７Ａは焼きばめにより前述同様固着されている。固定スクロール２７には揺動スクロール２８が対向に配設され、固定スクロール２７と揺動スクロール２８の間に冷媒圧縮室２３が形成されると共に、駆動モータ２２のクランクシャフト２９に連動して揺動スクロール２８が公転を行う。

他方、凝縮器３からの配管Ｈ２は受液器４内上部に引き入れられてそこに開口しており、凝縮器３で凝縮した気液混合の冷媒は配管Ｈ２の開口から受液器４内に流入する。そして、受液器４内に流入した冷媒中の液冷媒は自重で受液器５内下部の液冷媒貯留部４−１に貯留され、それによって冷媒は気液分離される。

以上の構成で本発明の冷凍装置１の動作を説明する。図示しない電源スイッチを入れるとターミナル２５を介して駆動モータ２２に商用電源が供給される。そして、駆動モータ２２が回転を行いクランクシャフト２９と連動してスクロール圧縮部２１の揺動スクロール２８が公転を開始すると、スクロール圧縮部２１の周辺部に位置する吸入側から吸い込まれた冷媒は、両スクロール２７と２８とで作られる半月状の冷媒圧縮室２３に閉じこめられ、その容積が中心に向かって徐々に縮小されて行く。これにより冷媒は圧縮され、高温高圧となったガス冷媒が両スクロール２７、２８の中心部から冷媒吐出口Ｐ１より吐出側の配管Ｈ１に吐出される。

吐出された高温高圧のガス冷媒は配管Ｈ１を通って凝縮器３に入り、そこで凝縮液化された後、配管Ｈ２から受液器４に入り、受液器４の下部の液冷媒貯留部４−１に一旦貯溜される。そして、受液器４下部の液冷媒貯留部４−１に貯留された液冷媒は配管Ｈ３を通って膨張弁５で減圧されてから蒸発器６に流入し、そこで蒸発して気化する。このときに生ずる吸熱作用により冷凍装置１は冷却能力を発揮する。
そして、蒸発器６の出口側の配管Ｈ４中の蒸発した低温ガス冷媒は液面検知用配管Ｈ６中の冷媒と合流した後、さらにアキュムレータ７を経て配管Ｈ４を通って圧縮機２に吸い込まれる。

そして、熱交換器１５において前記配管Ｈ５と前記液面検知用配管Ｈ６とを熱交換させ、インジェクション回路の配管Ｈ５内の冷媒の温度を低下させ、熱交換器１５において温度を低下させた配管Ｈ５内の冷媒は、第１冷媒膨張調節手段８により膨張させ減圧されさらに低温とした後、配管Ｈ５を経て、圧縮機２のスクロール圧縮部２１における冷媒圧縮室２３の中間圧力部２３Ａにインジェクションされ、圧縮機２の冷却が行われる。

本発明の冷凍装置１の冷凍回路内の冷媒封入量が適正範囲内にあるかどうかを温度検出手段で測定される各部冷媒温度の比較により受液器内の液面高さを検出することにより認識できることを次に説明する。
図３（ａ）に本発明の冷凍装置１の冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の温度検出手段１３、１４で測定される各部冷媒温度の変化を示し、（ｂ）に冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の受液器４内の液面高さｈの変化を示す。

冷媒量の増加に伴い液面高さｈは上昇するので、冷媒量の下限１０および上限９に対する受液器４の液面高さｈを決めることができる。
冷凍回路内の冷媒量が下限１０より少ない場合は、上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管６−２いずれにもガス冷媒が流入するので第２冷媒膨張調節手段１１、１２でそれぞれ膨張した冷媒の温度を温度検出手段１３、１４でそれぞれ検出すると、いずれもほぼ同じ高い温度になる。これにより冷媒量が下限１０より低下したことが判る。この場合は、冷凍能力が極端に低下するので、それを表示装置に表示したり、警報を出したりして、使用者がいち早く認識して早急にメンテナンス会社などに連絡するなどして冷媒を追加補給する必要がある。

冷凍回路内の冷媒量が下限１０と上限９の間にある場合は、上限液面検知用配管Ｈ６−１にはガス冷媒が流入し、第２冷媒膨張調節手段１１で膨張するが、下限液面検知用配管Ｈ６−２には液冷媒が流入して第２冷媒膨張調節手段１２で膨張して冷却されるので、それぞれの冷媒の温度を温度検出手段１３、１４でそれぞれ検出すると、温度検出手段１３で検出された温度の方が温度検出手段１４で検出された温度より高い。これにより冷媒量が不足していることが判る。この場合も、それを表示装置に表示したり、警報を出したりして、使用者がいち早く認識して早急にメンテナンス会社などに連絡するなどして冷媒を追加補給する必要がある。

冷凍回路内の冷媒量が上限９を超えると、上限液面検知用配管Ｈ６−１および下限液面検知用配管６−２いずれにも液冷媒が流入するので第２冷媒膨張調節手段１１、１２で膨張したそれぞれの冷媒の温度を温度検出手段１３、１４で検出すると、いずれもほぼ同じ低い温度になる。これにより冷媒量が適正範囲にあることが判る。
以上のように、前記各温度検出手段１３、１４により検出された冷媒温度の比較により、受液器４内の液面高さｈを検出することができ、冷凍回路中内の冷媒量の過不足状況を使用者などが容易に認識できる。

図４は、温度検出信号を演算、表示する回路のブロック図である。
前記各温度検出手段１３、１４が冷媒量過不足演算装置に接続され、ここで前記液面高さｈを判別する演算を行い、その結果を表示装置に表示する。表示装置の表示を見て冷凍回路中内の冷媒量の過不足状況を使用者が容易に認識でき、適切な対応を行える。

上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態の説明においては、熱交換するインジェクション回路中の冷媒の流れ方向と前記液面検知用配管Ｈ６中の冷媒の流れ方向とが並向流の例を示したが、対向流とすることにより熱交換効率をより向上できる。

また圧縮機２より吐出される高温高圧の冷媒の吐出側配管Ｈ１に圧縮機吐出冷媒温度あるいは圧縮機吐出冷媒過熱度（冷媒温度−冷媒飽和温度）を検出する図示しない検出手段を設置し、この検出手段からの信号により前記冷媒膨張調節手段１１、１２を制御する（例えば、図５に示した吐出側配管Ｈ１１に設置した感温筒５５内に冷媒が封入されキャピラリチューブ５６を介して前記冷媒膨張調節手段１１、１２に接続して制御する）ようにすれば、圧縮機２の運転による温度上昇に応じて適切な制御を行える。

また上記実施の形態の説明においては、上限液面検知用配管Ｈ６−１を受液器４の側面に連結し、下限液面検知用配管Ｈ６−２を受液器４の底部に連結した例を示したが、両者の連結位置はこの例に限定されず、上限液面検知用配管Ｈ６−１は受液器４の上限９に連通し、下限液面検知用配管Ｈ６−２は受液器４の下限１０に連通していれば両者共に受液器４の側面に連結してもよく、また両者共に受液器４の上面から下方に向かって連結してもよく、あるいは一方が受液器４の側面に連結され、他方が受液器４の上面から下方に向かって連結されていてもよい。

本発明の冷凍装置は、インジェクション回路を設けたので、受液器内に貯留された液冷媒の一部を圧縮機に供給して、圧縮機の運転により温度上昇した圧縮機の冷却を行えるとともに、液面検知用配管を設けたので、目視によらず冷凍回路内の冷媒量が適正範囲内にあることを検知することができ、さらに前記インジェクション回路の配管を第２冷媒膨張調節手段により冷媒温度を低下させた液面検知用配管と熱交換させ、インジェクション回路の配管内の冷媒の温度をより低下させてインジェクションするように構成したので、インジェクション量を低減でき、入力を低減でき、信頼性が向上するという、顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。

本発明の冷凍装置の冷凍回路およびインジェクション回路および液面検知用配管の１実施の形態を示す説明図である。 本発明の冷凍装置の圧縮機の拡大断面説明図である。 （ａ）は、冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の温度検出手段で測定される各部冷媒温度の変化を模式的に示すグラフであり、（ｂ）は、冷凍回路内の冷媒封入量が変化した時の受液器内の液面高さｈの変化を模式的に示すグラフである。 温度検出信号を演算、表示する回路のブロック図である。 従来の冷凍装置の冷凍回路およびインジェクション回路を示す説明図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 受液器
４−１ 液冷媒貯留部
５ 膨張弁
６ 蒸発器
７ アキュムレータ
８ 第１冷媒膨張調節手段
９ 上限
１０ 下限
１１、１２ 第２冷媒膨張調節手段
１３、１４ 温度検出手段
１５ 熱交換器
ｈ 液面高さ
Ｈ１ 吐出側配管
Ｈ２、Ｈ３ 配管
Ｈ４ 冷凍回路の低圧側配管
Ｈ５ インジェクション回路の配管
Ｈ６ 液面検知用配管
Ｈ６−１ 上限液面検知用配管
Ｈ６−２ 下限液面検知用配管
２３ 冷媒圧縮室
２３Ａ 中間圧力部

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器、受液器、減圧装置および蒸発器を順次環状に接続した冷凍回路を備え、前記受液器内に貯留された液冷媒の一部を前記圧縮機に供給して冷却するための第１冷媒膨張調節手段を備えたインジェクション回路を設けるとともに、冷凍回路の低圧側配管に、液面検知用配管の一端を接続し、前記液面検知用配管の他端の上限液面検知用配管および下限液面検知用配管を前記受液器の冷媒量の適正範囲の上限および下限においてそれぞれ前記受液器内に連通し、連通させた各液面検知用配管に第２冷媒膨張調節手段および温度検出手段を設け、前記各温度検出手段により検出された冷媒温度の比較により、前記受液器内の液面高さを検出するようにした冷凍装置において、
   前記受液器と第１冷媒膨張調節手段の間の前記インジェクション回路の配管を第２冷媒膨張調節手段の設置位置より後の前記液面検知用配管と熱交換させ、前記インジェクション回路の配管内の冷媒の温度を低下させるように構成したことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記温度検出手段からの信号で冷媒量の過不足状況を演算する演算装置と、この演算装置で演算した演算結果を表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 熱交換するインジェクション回路中の冷媒の流れ方向と前記液面検知用配管中の冷媒の流れ方向とを対向流としたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の冷凍装置。
4. 圧縮機吐出冷媒温度あるいは圧縮機吐出冷媒過熱度により前記第２冷媒膨張調節手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の冷凍装置。

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