JP5434985B2

JP5434985B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP5434985B2
Application number: JP2011174561A
Authority: JP
Inventors: 巌篠原; 雅章竹上; 啓二有井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-08-10
Also published as: JP2013036704A

Description

本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に冷媒回路に接続されるアキュムレータの異常を検知する技術に関するものである。

従来より、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。そして、これらの冷凍装置の中には、上記冷媒回路の蒸発器と圧縮機との間に接続されたアキュムレータを備えたものがある。

このアキュムレータは、上記蒸発器から流出した二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離した後、液冷媒を内部に貯留してガス冷媒のみを圧縮機へ流出させるものである。このアキュムレータを冷媒回路に接続することにより、上記圧縮機による冷媒の液圧縮を防止することができる。そして、このアキュムレータには、その内部にメッシュ状のフィルタが設けられるものがある。このフィルタにより、冷媒に含まれたゴミ等が捕捉される。

ここで、このフィルタが目詰まりすると、上記アキュムレータ内を冷媒が流れなくなる。この状態を、アキュムレータの冷媒詰まりという。そして、上述したゴミ等以外の原因でフィルタが目詰まりすることがある。このフィルタの目詰まりは、特に、冷蔵室や冷凍室を冷却する低温用冷凍装置で生じやすい。つまり、低温用冷凍装置の場合、上記冷媒回路の蒸発温度が−４０℃位になるため、この低温の冷媒によって該冷媒中に誤って混入した水分が氷結することにより、フィルタが目詰まりしてしまう。

アキュムレータで冷媒詰まりが生じると、上記圧縮機の吸入側の冷媒の圧力が急激に低下する。このことから、上記アキュムレータと上記圧縮機との間に圧力センサを設けて、この圧力センサで上述した急激な圧力の低下を検出することにより、アキュムレータの冷媒詰まりを検知することが考えられる。

特開２０１０−０５４１９４号公報

しかしながら、上記アキュムレータが上記圧縮機に係るケーシングに取り付けられている場合には、上記アキュムレータと上記圧縮機とを接続する冷媒配管が短いので、この短い冷媒配管に圧力センサを取り付けにくい。このため、上記アキュムレータの冷媒詰まりによる急激な圧力の低下を容易に検出できないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記アキュムレータと上記圧縮機との間の冷媒の圧力を検出しなくても、上記アキュムレータの冷媒詰まりを検知できるようにすることにある。

第１の発明は、圧縮機（18）と庫外熱交換器（20）と庫内熱交換器（30）とが接続された冷媒回路（32）と、該冷媒回路（32）に設けられて上記庫内熱交換器（30）と上記圧縮機（18）との間に接続されたアキュムレータ（33）とを備え、上記庫外熱交換器（20）で冷媒が庫外空気に放熱して、上記庫内熱交換器（30）で冷媒が庫内空気から吸熱することにより、上記冷媒回路（32）で冷凍サイクルが行われる冷凍装置を前提としている。

そして、上記冷凍装置において、上記圧縮機（18）の運転電流値が、上記アキュムレータ（33）の正常時における上記圧縮機（18）の最小運転電流値に基づいて設定される第１閾値より低いか否かを判定する第１判定部（1）と、上記庫内熱交換器（30）と上記アキュムレータ（33）との間を流れる冷媒の圧力値が、上記庫内温度を上記冷媒回路（32）の冷媒の飽和温度とした場合の該飽和温度に対応する飽和圧力に基づいて設定される第２閾値以上であるか否かを判定する第２判定部（2）と、上記第１判定部（1）及び上記第２判定部（2）の判定結果に基づいて、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定する第３判定部（3）とを備えていることを特徴としている。

第１の発明では、上記庫内熱交換器（30）と上記アキュムレータ（33）との間の冷媒の圧力と、上記圧縮機（18）の運転電流との両方を検出することにより、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定している。上記アキュムレータ（33）で冷媒詰まりが生じると、上記圧縮機（18）が冷媒を吸入しなくなるため、該圧縮機（18）の運転電流値が極端に小さくなる。

上記第１判定部（1）では、上記アキュムレータ（33）の正常時、即ち上記アキュムレータ（33）で冷媒詰まりが生じていない状態における圧縮機（18）の最小電流値に基づいて第１閾値が設定される。そして、上記圧縮機（18）に係る現在の運転電流値が第１閾値よりも低い場合には、上記圧縮機（18）に冷媒が吸入されていないと上記第１判定部（1）が判定する。

上記第２判定部（2）では、上記冷媒回路（32）の冷媒に係る飽和温度及び飽和圧力の相関関係に基づいて第２閾値が設定される。具体的には、上述した相関関係において、庫内空気の温度を冷媒の飽和温度とした場合の飽和圧力に基づいて第２閾値が設定される。そして、上記庫内熱交換器（30）及び上記アキュムレータ（33）の間を流れる冷媒に係る現在の圧力値が第２閾値以上の場合には、上記庫内熱交換器（30）の冷媒温度が庫内の空気温度以上であると推定され、上記庫内熱交換器（30）で冷媒の蒸発が行われていないと上記第２判定部（2）が判定する。

そして、上記第１判定部（1）及び上記第２判定部（2）の判定結果に基づいて、上記第３判定部（3）で上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まり状態であるか否かを判定する。具体的には、現在の圧縮機（18）の運転電流値が第１閾値よりも低く且つ現在の冷媒圧力値が第２閾値以上の場合、つまり、上記圧縮機（18）へ吸入される冷媒が極端に少ない、又は上記圧縮機（18）に冷媒が吸入されていないことが判定され、且つ上記庫内熱交換器（30）で冷媒の蒸発が行われていないことが判定された場合に、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まり状態であると判定する。

第２の発明は、第１の発明において、上記第１判定部（1）の第１閾値が、上記庫外空気の温度に基づいて増減することを特徴としている。

第２の発明では、上記庫外空気の温度が増減すれば、上記冷媒回路（32）の高圧圧力も同じように増減する。そして、上記冷媒回路（32）の高圧圧力が増減すれば、上記圧縮機（18）の運転電流も同じように増減する。このことから、上記庫外空気の温度の増減に合わせて、上記第１閾値の値を増減することにより、第１判定部（1）の判定精度を高めることができるようになる。

第３の発明は、第１の発明において、上記第１判定部（1）の第１閾値が、上記庫外空気の温度及び上記庫内空気の温度に基づいて増減することを特徴としている。

第３の発明では、上記庫外空気の温度が変動すれば上記冷媒回路（32）の高圧圧力が変動し、上記庫内空気の温度が変動すれば上記冷媒回路（32）の低圧圧力が変動する。つまり、上記庫外空気及び庫内温度の温度の変動によって、上記冷媒回路（32）における高圧圧力及び低圧圧力の高低圧差が変動する。そして、上記冷媒回路（32）の高低圧差が増減すれば、上記圧縮機（18）の運転電流も同じように増減する。

このことから、上記庫外空気及び庫内温度の温度の変動に合わせて、上記第１閾値の値を増減することにより、第１判定部（1）の判定精度をさらに高めることができるようになる。

本発明によれば、上記庫内熱交換器（30）と上記アキュムレータ（33）との間の冷媒の圧力と、上記圧縮機（18）の運転電流との両方を各々の閾値と比較することにより、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定することができる。つまり、上記アキュムレータ（33）と上記圧縮機（18）との間の冷媒の圧力を検出しなくても、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定することができる。

また、上記第２の発明によれば、上記庫外空気の温度の増減に合わせて、上記第１閾値の値を増減させることにより、第１判定部（1）の判定精度を高めることができる。これにより、第１判定部（1）の判定結果に基づいて判定する第３判定部（3）の判定精度を高めることができる。

また、上記第３の発明によれば、上記庫外空気及び庫内温度の温度の変動に合わせて、上記第１閾値の値を変動させることにより、第１判定部（1）の判定精度をさらに高めることができる。これにより、第１判定部（1）の判定結果に基づいて判定する第３判定部（3）の判定精度をさらに高めることができる。

図１は、本実施形態に係る冷凍装置の冷媒回路図である。図２は、コントローラの制御部に係る制御ブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の冷凍装置（10）は、冷蔵室又は冷凍室の冷却を行うものである。この冷凍装置（10）は、庫外ユニット（11）と庫内ユニット（12）とコントローラ（40）とを備えている。そして、上記庫外ユニット（11）に設けられた庫外回路（13）と上記庫内ユニット（12）に設けられた庫内回路（14）とを液側連絡配管（15）及びガス側連絡配管（16）で接続することにより、冷凍サイクルを行う冷媒回路（32）が構成される。又、この冷凍装置（10）は、冷却運転とデフロスト運転とが切換可能に構成されている。

〈庫外ユニット〉
上記庫外ユニット（11）の庫外回路（13）には、圧縮機（18）、アキュムレータ（33）、庫外熱交換器（20）、庫外膨張弁（21a）及び四路切換弁（19）が設けられている。この庫外回路（13）の一端に液側閉鎖弁（25）が接続され、他端にガス側閉鎖弁（26）が接続されている。尚、上記液側閉鎖弁（25）の一端には上記液側連絡配管（15）が接続され、他端には庫外膨張弁（21a）が接続されている。又、上記ガス側閉鎖弁（26）の一端にはガス側連絡配管（16）が接続され、他端は上記四路切換弁（19）の第２ポート（P2）に接続されている。

上記圧縮機（18）は、吸入した冷媒を所定の圧力まで圧縮し、その圧縮した冷媒を吐出するものである。この圧縮機（18）は、その運転容量が所定の範囲内で可変自在である。具体的には、インバータ制御により運転容量が変化する。この圧縮機（18）の吐出配管（27）は、上記四路切換弁（19）の第１ポート（P1）に接続されている。又、この圧縮機（18）の吸入管（28）は、アキュムレータ（33）の出口に接続されている。

上記アキュムレータ（33）は、二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、液冷媒を内部に貯留して、ガス冷媒を外へ流出するものである。このアキュムレータ（33）の入口配管（17）は上記四路切換弁（19）の第３ポート（P3）に接続されている。

上記庫外熱交換器（20）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。この庫外熱交換器（20）の近傍には、庫外ファン（22）が設けられている。この庫外ファン（22）は、上記庫外熱交換器（20）へ庫外空気を供給するものである。この庫外熱交換器（20）では、上記冷媒回路（32）を循環する冷媒と上記庫外ファン（22）の庫外空気との間で熱交換が行われる。この庫外熱交換器（20）から延びるガス配管（24）は、上記四路切換弁（19）の第４ポート（P4）に接続されている。又、庫外熱交換器（20）から延びる液配管（23）は、上記庫外膨張弁（21a）の一端に接続されている。

上記庫外膨張弁（21a）は、開度可変の電子膨張弁により構成されている。庫外膨張弁（21a）は、デフロスト運転時に冷媒を所定の圧力まで減圧する。

上記四路切換弁（19）は、第１ポート（P1）と第４ポート（P4）が互いに連通して第２ポート（P2）と第３ポート（P3）が互いに連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）が互いに連通して第３ポート（P3）と第４ポート（P4）が互いに連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とが切り換え可能となっている。尚、上記四路切換弁（19）が第１状態のときに冷却運転が行われ、上記四路切換弁（19）が第２状態のときにデフロスト運転が行われる。

〈庫内ユニット〉
上記庫内ユニット（12）の庫内回路（14）には、庫内熱交換器（30）及び庫内膨張弁（21b）が設けられている。この庫内回路（14）の一端に液側連絡配管（15）が接続され、他端にガス側連絡配管（16）が接続される。

上記庫内熱交換器（30）は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器により構成されている。この庫内熱交換器（30）の近傍には、庫内ファン（31）が設けられている。この庫内ファン（31）は、上記庫内熱交換器（30）へ庫内空気を供給するものである。この庫内熱交換器（30）では、上記冷媒回路（32）を循環する冷媒と上記庫内ファン（31）の庫内空気との間で熱交換が行われる。

上記庫内膨張弁（21b）は開度可変の電子膨張弁により構成されている。この庫内膨張弁（21b）は、冷却運転時に冷媒を所定の圧力まで減圧する。

〈コントローラ〉
上記コントローラ（40）は、上記冷凍装置（10）の運転動作を制御するものである。このコントローラ（40）は、第１から第３の判定部（1,2,3）及び異常停止部（4）を有する制御部（9）を備えている。又、この制御部（9）には、電流センサ（5）と低圧圧力センサ（6）と庫外温度センサ（7）と庫内温度センサ（8）とが電気的に接続されている。

上記電流センサ（5）は、上記圧縮機（18）の運転電流を検出するものである。又、上記低圧圧力センサ（6）は、上記冷媒回路（32）の低圧圧力を検出するものである。本実施形態では、この低圧圧力センサ（6）が、上記アキュムレータ（33）の入口配管（17）に接続されている。又、上記庫外温度センサ（7）は、冷蔵室又は冷凍室の外側、即ち庫外の空気の温度を検出するものである。具体的には、上記庫外熱交換器（20）の空気側の入口温度を検出している。又、上記庫内温度センサ（8）は、冷蔵室又は冷凍室の空気温度を検出するものである。具体的には、上記庫内熱交換器（30）の空気側の入口温度を検出している。

−第１判定部−
上記第１判定部（1）は、上記電流センサ（5）の検出値（上記圧縮機（18）の運転電流値）が第１閾値よりも低いか否かを判定するものである。尚、上記第１閾値は、所定の庫内温度時における上記圧縮機（18）の運転電流と庫外温度との相関式に基づいて演算される。

ここで、本実施形態において、上記相関式の所定庫内温度とは、上記冷凍装置に係る運転限界の庫内温度（例えば−２５℃）である。又、上記圧縮機（18）の運転電流とは、上記圧縮機（18）が最低運転容量の状態のときの運転電流をいう。この相関式に、現在の庫外温度を入力することにより、上記第１閾値が出力される。そして、上記第１判定部（1）の判定結果に関する信号が上記第３判定部（3）へ出力される。

−第２判定部−
上記第２判定部（2）は、上記低圧圧力センサ（6）の検出値（上記アキュムレータ（33）の入口配管を流れる冷媒の圧力）が第２閾値よりも低いか否かを判定するものである。尚、上記第２閾値は、上記冷媒回路（32）の冷媒に係る飽和温度及び飽和圧力の相関式に基づいて決定される。具体的には、この相関式に、現在の庫内温度と同じ温度を入力することにより、上記第２閾値が出力される。そして、上記第２判定部（2）の判定結果に関する信号が上記第３判定部（3）へ出力される。

−第３判定部−
上記第３判定部（3）は、上記第１判定部（1）及び上記第２判定部（2）の判定結果に関する信号に基づいて、上記第３判定部（3）で上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まり状態であるか否かを判定する。ここで、上記アキュムレータ（33）で冷媒詰まりが生じると、上記圧縮機（18）が冷媒を吸入しなくなるため、該圧縮機（18）の運転電流値が極端に小さくなる。このことから、上記第１判定部（1）で上記電流センサ（5）の検出値が第１閾値よりも低いと判定した場合には、上記圧縮機（18）に冷媒が吸入されていないと推定される。

又、上記アキュムレータ（33）で冷媒詰まりが生じると、上記庫内熱交換器（30）内を冷媒が流れなくなり、該蒸発器で冷媒が蒸発しなくなる。この結果、上記庫内熱交換器（30）の冷媒温度と庫内の空気温度とが同じ温度、場合によって上記庫内熱交換器（30）の冷媒温度が庫内の空気温度よりも大きくなることもある。このことから、上記第２判定部（2）で上記低圧圧力センサ（6）の検出値が第２閾値以上の場合には、上記庫内熱交換器（30）で冷媒の蒸発が行われていないと推定される。

そして、上記第３判定部（3）では、現在の圧縮機（18）の運転電流値が第１閾値よりも低く且つ現在の冷媒圧力値が第２閾値以上の場合、つまり、上記圧縮機（18）に冷媒が吸入されていないことが判定され、且つ上記庫内熱交換器（30）で冷媒の蒸発が行われていないことが判定された場合に、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まり状態であると判定する。この第３判定部（3）の判定結果に関する信号が上記異常停止部へ出力される。

−異常停止部−
上記異常停止部は、上記第３判定部（3）の判定結果に基づいて、上記圧縮機（18）を強制停止させるものである。上記第３判定部（3）でアキュムレータ（33）が冷媒詰まり状態であると判定されると、上記圧縮機（18）を保護するため、該圧縮機（18）を強制停止させる。

−運転動作−
次に、本実施形態の冷凍装置（10）の運転動作について説明する。

ユーザが運転スイッチをＯＮすると、上記コントローラ（40）の運転指令により、上記圧縮機（18）、庫外ファン（22）、及び庫内ファン（31）が駆動して、冷却運転が行われる。

上記圧縮機（18）が駆動すると、上記冷媒回路（32）内を冷媒が循環する。又、庫内ファン（31）が駆動すると、冷蔵室又は冷凍室の庫内空気が上記冷媒回路（32）の庫内熱交換器（30）へ向かって流れる。又、庫外ファン（22）が駆動すると、冷蔵室又は冷凍室の外の庫外空気が上記冷媒回路（32）の庫外熱交換器（20）へ向かって流れる。そして、上記庫内熱交換器（30）で庫内空気と低圧冷媒とが熱交換することにより、該庫内熱交換器（30）内の低圧冷媒が庫内空気の熱を吸熱して蒸発し、該庫内空気が低圧冷媒から熱を奪われて冷却される。このように、庫内空気が冷却されることで冷蔵室又は冷凍室が冷やされる。

又、上記コントローラ（40）の運転指令により、必要に応じてデフロスト運転が行われる。このデフロスト運転では、上記四路切換弁（19）が第１状態から第２状態へ設定される。このデフロスト運転では、冷媒の循環方向が冷却運転の逆になる。そして、上記庫内熱交換器（30）において、該庫内熱交換器（30）に付いた霜と高圧冷媒とが熱交換することにより、高圧冷媒が霜に放熱し、霜が溶かされる。

次に、上記コントローラ（17）の制御部（9）に係るアキュムレータ（33）の冷媒詰まりに関する制御について説明する。上記制御部（9）では、上記圧縮機（18）の運転電流が第１閾値よりも低く、且つ上記アキュムレータ（33）における入口配管（17）の冷媒の圧力が第２閾値以上であるか否かを監視する。ここで、この監視中に、上記第１閾値は庫外温度により変動し、上記第２閾値は庫内温度により変動する。

そして、上記圧縮機（18）の運転電流が第１閾値よりも低く、且つ上記アキュムレータ（33）における入口配管（17）の冷媒圧力が第２閾値以上になると、上記アキュムレータ（33）に冷媒詰まりが生じていると判定し、上記圧縮機（18）を強制停止させる。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、上記庫内熱交換器（30）と上記アキュムレータ（33）との間の冷媒の圧力と、上記圧縮機（18）の運転電流との両方を各々の閾値と比較することにより、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定することができる。つまり、上記アキュムレータ（33）と上記圧縮機（18）との間の冷媒の圧力を検出しなくても、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定することができる。

また、本実施形態によれば、上記庫外空気及び庫内温度の温度の変動に合わせて、上記第１閾値の値を変動させることにより、第１判定部（1）の判定精度をさらに高めることができる。これにより、第１判定部（1）の判定結果に基づいて判定する第３判定部（3）の判定精度をさらに高めることができる。

以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関し、特に冷媒回路に接続されるアキュムレータの異常を検知する技術について有用である。

1 第１判定部
2 第２判定部
3 第３判定部
4 異常停止部
5 電流センサ（第１検出部）
6 低圧圧力センサ（第２検出部）
10 冷凍装置
11 庫外ユニット
12 庫内ユニット
18 圧縮機
32 冷媒回路
33 アキュムレータ
40 コントローラ

Claims

圧縮機（18）と庫外熱交換器（20）と庫内熱交換器（30）とが接続された冷媒回路（32）と、該冷媒回路（32）に設けられて上記庫内熱交換器（30）と上記圧縮機（18）との間に接続されたアキュムレータ（33）とを備え、上記庫外熱交換器（20）で冷媒が庫外空気に放熱して、上記庫内熱交換器（30）で冷媒が庫内空気から吸熱することにより、上記冷媒回路（32）で冷凍サイクルが行われる冷凍装置であって、
上記圧縮機（18）の運転電流値が、上記アキュムレータ（33）の正常時における上記圧縮機（18）の最小運転電流値に基づいて設定される第１閾値より低いか否かを判定する第１判定部（1）と、
上記庫内熱交換器（30）と上記アキュムレータ（33）との間を流れる冷媒の圧力値が、上記庫内温度を上記冷媒回路（32）の冷媒の飽和温度とした場合の該飽和温度に対応する飽和圧力に基づいて設定される第２閾値以上であるか否かを判定する第２判定部（2）と、
上記第１判定部（1）及び上記第２判定部（2）の判定結果に基づいて、上記アキュムレータ（33）が冷媒詰まりの状態であるか否かを判定する第３判定部（3）と、
を備えていることを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、
上記第１判定部（1）の第１閾値が、上記庫外空気の温度に基づいて増減することを特徴とする冷凍装置。
請求項１において、
上記第１判定部（1）の第１閾値が、上記庫外空気の温度及び上記庫内空気の温度に基づいて増減することを特徴とする冷凍装置。