JP5538064B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

この発明は冷凍装置に関するものである。特に冷媒回路内における冷媒の圧力関係が変化することで生じる部品等の故障などを防ぐためのものである。

従来の冷凍装置は、蒸発器において、負荷に対して必要な能力（以下、負荷能力という）をまかなうために圧縮機の運転停止などの条件を決定して運転を行っている（例えば、特許文献１参照）。冷凍装置は、例えばスーパーマーケットなどで使用されるが、蒸発器となるショーケースなどでは負荷能力は一定ではなく、負荷となる冷却物の状態や周囲環境に応じてさまざまに変化する。その負荷能力に応じて圧縮機の運転台数、又は、運転停止、回転数などの状態を変化させることによって、供給に係る能力が不足しないように運転している。

また、このような冷凍装置では、圧縮機の運転中や停止中に冷媒ガス（気体状の冷媒）が逆流し、部品が故障する場合がある。そこで、冷媒の逆流を防ぐために、部品の前後に逆流防止弁を設ける場合がある（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−１２２８６８号公報 特開平５−９３５４９号公報

ここで、従来、複数台の圧縮機を搭載した冷凍装置では、インバータ装置により運転周波数を可変できる圧縮機（以下、インバータ圧縮機という）と、運転周波数を可変できず、電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとなる。ここでは西日本地区の電源周波数である６０Ｈｚとして説明する）で運転可能な一定速の圧縮機（以下、固定圧縮機という）とを混在させていることが多い。

上記のような従来の冷凍装置の場合、蒸発器において必要とする負荷能力が小さい場合、１台の圧縮機を運転させてもう１台の圧縮機を停止させる、又は、圧縮機を２台とも停止させる場合がある。このような場合において、通常の状態であれば、圧縮機の吐出側における冷媒の圧力（以下、吐出側圧力という）は吸入側における冷媒の圧力（以下、吸入側圧力という）を下回ることはない。

しかし、例えば圧縮機と凝縮器とが屋外に設置され、蒸発器が屋内に設置されるような設置状況では、例えば冬季になると、屋内における機器の周囲温度が屋外の機器における周囲温度より高くなる場合がある。このとき、停止している圧縮機の吐出側圧力が吸入側圧力を下回る場合がある。また、例えば圧縮機の吐出側と凝縮器との間に、油分離器、逆流防止弁を設けた回路の場合、油分離器から圧縮機の吸入側に油を戻すための返油回路に漏れ等があると、圧縮機が停止中の場合、吐出側のガスが吸入側に流れてしまうことがある。その後、吸入側圧力が上昇すると、圧縮機の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ってしまう場合がある。このように、圧縮機の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ると、冷媒回路における部品や圧縮機内部の部品が故障などしてしまうという問題があった。

また、特許文献２のように、逆流による故障を防止するために部品の前後に逆流防止弁を設ける場合でも、そのためのコストが高くなるといった問題や、圧縮機の内部部品のように構造的に逆流防止弁が取り付けられないことがあるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機が停止中に、吸入側圧力が吐出側圧力以上となることによる、圧縮機等の故障などを防ぎ、信頼性を確保できる冷凍装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る冷凍装置は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、減圧に係る冷媒と空気とを熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、圧縮機の停止中に、圧縮機と凝縮器との間で冷媒が冷却され、冷媒回路における圧縮機の吸入側における冷媒の圧力が、吐出側における冷媒の圧力以上になったと判断すると、圧縮機を運転させる制御装置とを備えるものである。

この発明の冷凍装置は、圧縮機が停止しているときに圧縮機の吸入側圧力が圧縮機の吐出側圧力以上となったものと判定すると、圧縮機を強制的に運転させるようにしたので、圧縮機の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ることを防ぐことができる。そして、冷媒回路に使用している部品や圧縮機内部の部品が故障することを防ぐことができる。

この発明の実施の形態１における冷凍装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る複数の圧縮機における運転周波数を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御のフローチャートを示す図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における冷凍装置の構成を示す図である。図１において、冷凍装置は、室外機２４と室内機２５とを液冷媒連絡配管２６及びガス冷媒連絡配管２７により配管接続する。

図２は運転時の圧縮機１と圧縮機２とにおける運転周波数の関係例を表す図である。圧縮機１、圧縮機２は、冷媒を吸入して圧縮し、高温・高圧のガス状態にして冷媒配管に流す。ここで、本実施の形態では、圧縮機１を固定圧縮機、圧縮機２をインバータ圧縮機として説明する。例えば、冷凍装置を運転開始後、最初に圧縮機２を２０Ｈｚで起動させ、必要能力に応じて周波数を可変させて運転する。最大周波数（ここでは９０Ｈｚとする）まで運転させても目標の低圧まで達せず、圧縮機２だけでは能力不足であると判断した場合、インバータ圧縮機の周波数を３０Ｈｚまで低下させ、６０Ｈｚで運転する固定圧縮機を起動させる。そして、圧縮機２台の合計周波数を９０Ｈｚにした後、必要能力に応じてインバータ圧縮機の運転周波数を増加させる。これにより、圧縮機２台の合計周波数が１５０Ｈｚになるまで運転させることができる。このため、本実施の形態においては、運転中において圧縮機１が停止する場合がある。

油分離器３、油分離器４は、圧縮機１、圧縮機２が吐出した冷媒に混入した冷凍機油を冷媒から分離する。返油回路５、返油回路６は、油分離器３、油分離器４が分離した冷凍機油をそれぞれ圧縮機１、２の吸入側から圧縮機１、圧縮機２に返すための流路となる。逆流防止弁７、逆流防止弁８は、凝縮器９と油分離器３、油分離器４との間にそれぞれ設置され、冷媒の逆流を防止する。

凝縮器９は、圧縮機１、２において圧縮された冷媒と例えば屋外の空気（外気）との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。また、凝縮器用送風機１０は、凝縮器９に外気を送り込み、凝縮器９を流れる冷媒との熱交換を促す。

液溜１１は余剰冷媒を溜めておく。また、気液分離器１６は気相の冷媒（ガス冷媒）と液相の冷媒（液冷媒）とを分離する。インジェクション回路１７、インジェクション回路１８は、それぞれ凝縮器９で凝縮し、液溜１１を出た液冷媒を圧縮機１、圧縮機２の中間圧部分又は吸入側に流入させるための回路である。このため、インジェクション回路１７、インジェクション回路１８上に開閉弁及び流量調整弁を設け、液冷媒の量を調整している。調整は冷凍機制御器２３が行う。

高圧圧力検知器１９、高圧圧力検知器２０は、それぞれ圧縮機１、圧縮機２の吐出側圧力を検知する。また、低圧圧力検知器２１、低圧圧力検知器２２は、それぞれ圧縮機１、圧縮機２の吸入側圧力を検知する。

制御装置となる冷凍機制御器２３は、高圧圧力検知器１９、高圧圧力検知器２０と低圧圧力検知器２１、低圧圧力検知器２２の検知に係る圧力に基づいて、圧縮機１、圧縮機２と凝縮器用送風機１０の駆動等を制御する。また、インジェクション回路１７、インジェクション回路１８を構成する開閉弁及び流量調整弁を制御する。ここで本実施の形態では、停止中の圧縮機を駆動させた際、計時を行うためのタイマー（図示せず）を有しているものとする。

また、ショーケース、冷却ユニット等の室内機２５は、電動弁１２、膨張弁１３、蒸発器１４及び蒸発器用送風機１５を有している。電動弁１２は室内機２５における冷媒の流れを制御する。また、絞り装置となる膨張弁１３は、開度を変化させることで、蒸発器１４内における冷媒の圧力、冷媒量を調整するために設ける。蒸発器１４は、膨張弁１３によって低圧状態になった冷媒と空気との熱交換を行う。冷媒は空気の熱を奪い、蒸発して気化し、空気を冷却する。そして、蒸発器用送風機１５は、例えば蒸発器１４を通過させて空調対象空間に送り出す空気の流れを形成する。

本実施の形態の冷凍装置は、室内機２５において必要とされる負荷能力に応じて、供給能力が不足しないように、室外機２４における圧縮機運転台数を変化させる。そして、圧縮機が１台以上停止しているときに、停止している圧縮機の吐出側圧力が吸入側圧力以下になったと冷凍機制御器２３が判断したときに、停止している圧縮機を一旦運転させ、吐出側圧力を高めると同時に吸入側圧力を下げるようにしたものである。

図３は冷凍機制御器２３が行う制御のフローチャートを示す図である。次に本実施の形態における冷凍装置の動作について説明する。ここでは、圧縮機１及び圧縮機１の配管系統に係る手段に基づく処理について説明するが、圧縮機２及び圧縮機２の配管系統に係る手段についても同様の処理を行う。

まずステップＳ１では冷凍装置の運転スイッチがＯＮとなっているかを判定する。ＯＮとなっていると判定した場合はステップＳ２へ進み、圧縮機１が停止中であるかどうかを判定する。圧縮機１が停止中であると判定すればステップＳ３へ進み、低圧圧力検知器２１の検知に係る吸入側圧力が高圧圧力検知器１９の検知に係る吐出側圧力以上であるかどうかを判定する。ここで吸入側圧力が吐出側圧力以上であると判定すればステップＳ４へ進み、圧縮機１を運転させ同時にタイマーをスタートさせる。これにより、圧縮機１の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ることを防止させる。一方、ステップＳ３にて吸入側圧力が吐出側圧力以上でないと判定すれば、ステップＳ５へ進み、通常制御を行わせる。

また、ステップＳ２にて圧縮機１が運転中であると判定すると（ステップＳ４の処理によって圧縮機１が運転している場合も含む）、ステップＳ６にて吸入側圧力が圧縮機１を停止させる設定圧力以下かどうかを判定する。ここで、吸入側圧力が停止設定圧力以下であると判定すればステップＳ７に進み、圧縮機１を停止させ、タイマーもリセットすることによって、圧縮機１が使用範囲外の圧力になることを防止させる。ここで、停止設定圧力として設定する値は低いことから、吸入側圧力が停止設定圧力になった後、すぐに吸入側圧力が吐出側圧力以上となることはない。このため、圧縮機１が頻繁に運転開始、停止を繰り返してしまうような動作は行われない。一方、ステップＳ６にて吸入側圧力が設定圧力を上回っていると判定すれば、ステップＳ８に進み、吸入側圧力が吐出側圧力に対して十分に下回っているか（ここでは０．１ＭＰａ以上の差がついたか）を判定する。

吸入側圧力が吐出側圧力に対して十分に下回ったと判定すると、ステップＳ９に進み、圧縮機１は通常運転に移行させ、タイマーをリセットする。これにより、例えば停止中の圧縮機１において吸入側圧力が吐出側圧力以上の場合に、ステップＳ４で実施した、圧縮機１の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ることを防ぐことを目的とした運転は終了となる。

また、ステップＳ８にて吸入側圧力が吐出側圧力に対して十分に下回っていないと判定すると、ステップＳ１０に進み、タイマーが所定時間（ここでは３分）以上経過したかどうかを判定する。タイマーが所定時間を経過していると判定した場合、ステップＳ１１に進み、圧縮機１を通常運転に移行させ、タイマーをリセットする。これにより、例えば高圧圧力検知器１９、低圧圧力検知器２１の誤検知による圧縮機部品の故障や蒸発器の無駄な冷却を防止している。

また、ステップＳ１０にてタイマーが所定時間を経過していないと判定した場合、ステップＳ１２に進み、圧縮機１に現在の運転状態を維持させ、タイマーのカウントを継続させる。これによって、吐出側圧力、吸入側圧力がステップＳ７、Ｓ９、Ｓ１１における条件を満たすまで圧縮機１の運転を継続させ、圧縮機１の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ることを防止する。

ステップＳ１にて冷凍装置の運転スイッチがＯＦＦであると判定した場合は、ステップＳ１３に進み、圧縮機１を停止させ、タイマーをリセットする。これは、運転スイッチがＯＦＦの場合は、意図的に冷凍装置を停止させていると判断でき、本制御を行う必要がないためである。

以上のように本実施の形態の冷凍装置によれば、冷凍機制御器２３が、停止中の圧縮機１、圧縮機２において吸入側圧力が吐出側圧力以上になったものと判定すると、圧縮機１、圧縮機２を運転させるようにしたので、圧縮機１の吐出側圧力が吸入側圧力を下回ることを防ぐことができ、冷媒回路に使用している部品や圧縮機内部の部品の故障等を防ぐことができる。

例えば複数台の圧縮機１等を有する冷凍装置では、駆動中の圧縮機と停止中の圧縮機とが冷媒回路に混在する運転状態が生じる。そして、駆動中の圧縮機等により冷媒回路における圧力状態が左右されるため、１台の圧縮機で構成した冷媒回路において圧縮機が停止している場合と比較すると、停止中の圧縮機における吸入側圧力は高くなりやすい。このため、本実施の形態のような制御を行う制御装置を備えることは特に複数台の圧縮機を有する冷凍装置に有効である。また、圧縮機１の吐出側配管と吸入側配管とにつながっている油分離器３を有していると、漏れ等が発生した際に圧縮機１等の吸入側圧力が高くなり、圧縮機も故障させてしまう可能性があることから、油分離器３を有している冷凍装置においても本実施の形態のような制御を行う制御装置を備えることは有効である。

また、停止中の圧縮機１、圧縮機２を運転させた場合でも、吸入側圧力が設定圧力以下になると停止を行うようにしたので、圧縮機１、圧縮機２が使用範囲外の圧力になることによる故障を防ぐことができる。

また、停止中の圧縮機１、圧縮機２を運転させた場合でも、圧縮機１、圧縮機２の吐出側圧力が吸入側圧力を十分上回ったことを判定すると、通常の制御に移行させるようにしたので、蒸発器１４における過剰な能力供給による無駄な冷却等を含む冷凍装置の無駄な運転を最小限に防ぐことができる。

停止中の圧縮機１、圧縮機２を運転させた後、所定の時間が経過すると通常制御へ移行させるようにしたので、例えば高圧圧力検知器１９、高圧圧力検知器２０、低圧圧力検知器２１、低圧圧力検知器２２の誤検知による圧縮機部品の故障、蒸発器１４における過剰な能力供給による無駄な冷却等を含む冷凍装置の無駄な運転を防ぐことができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、高圧圧力検知器１９、高圧圧力検知器２０によって吐出側圧力を検知し、低圧圧力検知器２１、低圧圧力検知器２２によって圧縮機１、圧縮機２の吸入側圧力を検知するようにしたが、これに限定するものではない。例えば冷凍機制御器２３が、温度検知器（図示せず）の検知に係る温度に基づいて、吐出側圧力、吸入側圧力を算出するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態１においては、２台の圧縮機を並列に配管接続した冷媒回路による冷凍装置を例として説明したが、これに限定するものではない。例えば、３台以上の圧縮機を並列に配管接続した冷媒回路による冷凍装置にも適用することができる。また、圧縮機が１台の場合でも適用できる。さらに、例えば複数台の圧縮機を直列に配管接続して冷媒回路を構成した冷凍装置についても適用することができる。また、上述の実施の形態では、固定圧縮機、インバータ圧縮機を組み合わせた構成としたが、この組合せに限定するものではない。

１，２ 圧縮機、３，４ 油分離器、５，６ 返油回路、７，８ 逆流防止弁、９ 凝縮器、１０ 凝縮器用送風機、１１ 液溜、１２ 電動弁、１３ 膨張弁、１４ 蒸発器、１５ 蒸発器用送風機、１６ 気液分離器、１７，１８ インジェクション回路、１９，２０ 高圧圧力検知器、２１，２２ 低圧圧力検知器、２３ 冷凍機制御器、２４ 室外機、２５ 室内機、２６ 液冷媒連絡配管、２７ ガス冷媒連絡配管。

Claims (7)

1. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、減圧に係る冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成し、
   前記圧縮機の停止中に、前記圧縮機と前記凝縮器との間で前記冷媒が冷却され、前記冷媒回路における前記圧縮機の吸入側における冷媒の圧力が、吐出側における冷媒の圧力以上になったと判断すると、前記圧縮機を運転させる制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
2. 複数台の前記圧縮機を並列に配管接続することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記制御装置は、前記圧縮機を運転させた後、前記圧縮機の吸入側における冷媒の圧力が所定の圧力以下になったものと判断すると、前記圧縮機の運転を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記制御装置は、前記圧縮機を運転させた後、前記圧縮機の吐出側における冷媒の圧力と吸入側における冷媒の圧力との差が所定の圧力値以上であるものと判断すると、前記圧縮機の運転を停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。
5. 前記制御装置は、前記圧縮機を運転させた後、所定の時間が経過したものと判断すると、前記圧縮機の運転を停止させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置。
6. 前記圧縮機の前記吐出側における冷媒の圧力を検出するための高圧圧力検出手段と、
   前記圧縮機の前記吸入側における冷媒の圧力を検出するための低圧圧力検出手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の冷凍装置。
7. 前記圧縮機と凝縮器との間に、前記圧縮機から吐出した油を分離する油分離器と、
   該油分離器と凝縮器との間にあって前記冷媒の逆流を防止する逆流防止弁と、
   前記油分離器が分離した油を前記圧縮機の吸入側配管に送る返油回路と
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の冷凍装置。

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