JP6038408B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係る冷凍装置100の冷媒回路構成などの一例を示す図である。図1を参照して冷凍装置100の冷媒回路などについて説明する。
本実施の形態に係る冷凍装置100は、製造コストの増大の抑制、及び冷房能力を確保することができる改良が加えられたものである。
冷凍装置100は、冷媒を搬送するのに利用される圧縮機1と、冷媒流路を切り替える切替弁5A及び切替弁5Bを有する流路切替装置5と、冷媒を凝縮する凝縮器2と、冷媒を減圧させる絞り装置3と、冷媒を蒸発させる蒸発器4とを有している。
圧縮機1は、流路切替装置5が後述する第1の接続状態のときには、ガス冷媒を高温、高圧に圧縮して吐出する機能を有し、流路切替装置5が後述する第2の接続状態のときには、液冷媒を搬送するポンプとしての機能を有するものである。つまり、圧縮機1は、第1の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、第2の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されているものである。圧縮機1の構成などについては、後述する図2〜図4で詳しくする。
流路切替装置5は、四方弁としての機能を有する切替弁5Aと、四方弁としての機能を有し、切替弁5Aと対となる切替弁5Bとを有しているものである。流路切替装置5は、第1の接続状態と、第2の接続状態とが切替自在となっているものである。なお、流路切替装置5は、四方弁を用いることに限定されるものではなく、たとえば、複数の2方弁などを複数組み合わせて構成することもできる。
また、第2の接続状態では、切替弁5Bが、冷媒配管P8を介して圧縮機1の冷媒流入側と冷媒配管P3を介して凝縮器2とを接続するとともに、冷媒配管P4を介して切替弁5Aと冷媒配管P7を介して蒸発器4とを接続する状態である。すなわち、第2の接続状態は、冷媒回路Cの流路が、圧縮機1、絞り装置3、蒸発器4及び凝縮器2の順に接続される。
凝縮器2(放熱器)は、第1の接続状態のときに冷媒を凝縮させて高圧液冷媒にし、第2の接続状態のときに冷媒を凝縮させて液冷媒にするものである。凝縮器2は、第1の接続状態のときには圧縮機1の冷媒流出側と絞り装置3の冷媒流入側との間に設けられ(図8参照)、第2の接続状態のときには蒸発器4の冷媒流出側と圧縮機1の冷媒流入側との間に設けられる(図10参照)。
絞り装置3は、冷媒を減圧させるものであり、たとえばキャピラリーチューブ、開度を調整することができる絞り弁などで構成することができる。本実施の形態では、図1において、絞り装置3が、キャピラリーチューブである場合を一例として示している。
蒸発器4は、第1の接続状態及び第2の接続状態のときに冷媒を蒸発させてガス冷媒にするものである。蒸発器4は、第1の接続状態のときには絞り装置3の冷媒流出側と圧縮機1の冷媒流入側との間に設けられ(図8参照)、第2の接続状態のときには絞り装置3の冷媒流出側と凝縮器2の冷媒流入側との間に設けられる(図10参照)。
送風機2Aは凝縮器2に付設され、送風機4Aが蒸発器4に付設されているものである。冷凍装置100がたとえば空気調和装置である場合には、送風機2Aは凝縮器2とともに室外機に搭載され、送風機4Aは蒸発器4とともに室内機に搭載される。送風機2Aは、凝縮器2に空気を供給して凝縮器2を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するのに利用されるものである。また、送風機4Aは、蒸発器4に空気を供給して蒸発器4を流れる冷媒と空気との熱交換を促進するのに利用されるものである。
凝縮器周囲温度センサ2Bは、凝縮器2の周囲の温度、すなわち外気温度を検出するのに利用されるセンサである。凝縮器周囲温度センサ2Bは、冷凍装置100がたとえば空気調和装置である場合には、室外機に設置されるものである。なお、凝縮器周囲温度センサ2Bは、室外機内に設置されていてもよいし、室外機外に設置されていてもよい。
駆動回路21は、たとえば、トランジスタなどのスイッチング素子などを構成されるインバータなどを有する回路である。駆動回路21は、制御部20によってスイッチング素子のスイッチング周波数の制御が実施される。これにより、図示省略の電源から固定子1B1(図2参照)に予め設定された電力が供給される。
制御部20は、凝縮器周囲温度センサ2B及び蒸発器周囲温度センサ4Bの検出結果に基づいて、圧縮機1の回転数、及び、圧縮機1のガス冷媒圧縮機能と液冷媒搬送ポンプ機能との切替、流路切替装置5の第1の接続状態と第2の接続状態との切替を行うものである。制御部20の構成などについては、後述する図5で詳しくする。
図2は、図1に示す冷凍装置100の圧縮機1の構成の一例である。図2を参照して、まず、圧縮機1の全体構成について説明する。なお、本実施の形態では、圧縮機1がロータリー圧縮機である場合を一例として説明する。
本実施の形態では、吐出弁部1C11は、吐出穴R1が開放されるときの開放圧力として、第1の開放圧力と第1の開放圧力よりも大きい第2の開放圧力とが切替自在に構成されているものである。図3及び図4を参照して、吐出弁部1C11など複数の開放圧力が切替自在となる構成について説明する。
駆動部74は、制御部20からの出力に基づいて軸部75を回転させ、弾性体支持部76の上下位置を移動させるものである。駆動部74は、たとえば、小型のモータなどで構成することができる。本実施の形態では、上軸受1C1のバルブ溝1C10の内周面には、バルブ溝1C10の内径側に突出する突出部R2が形成されている。駆動部74は、この突出部R2上に設置されている。
図5は、実施の形態に係る冷凍装置100の制御部20などの説明図である。図6は、ガス冷媒圧縮モードの温度範囲と液冷媒搬送ポンプモードの温度範囲についての説明図である。なお、次に説明するToutは、凝縮器周囲温度センサ2Bの検出結果に対応し、
Tinは、蒸発器周囲温度センサ4Bの検出結果に対応している。
冷房運転としては、Toutより高い凝縮器2の凝縮温度TcおよびTinより低い蒸発器4の蒸発温度Teが存在する状態である。液冷媒搬送ポンプモードでは凝縮温度と蒸発温度がほぼ同等になっているので、Tin>Tc≒Te>Toutという状態が前提となる。すなわち、冷凍装置100が空気調和装置である場合には、Tinに対応する空調対象空間(たとえば、室内、ビルの一室、倉庫など)の温度よりも、Toutに対応する外気温度の方が低いという状態が前提となる。
本実施の形態では、制御部20は、上記不等式に示す状態を確保するために第1の所定温度値△T1及び第2の所定温度値△T2というパラメータを用いて制御を実施する。
モード判定手段20Aは、凝縮器周囲温度センサ2B及び蒸発器周囲温度センサ4Bの検出結果に基づいて、ガス冷媒圧縮モードと液冷媒搬送ポンプモードとのいずれを実施するかを判定するものである。
具体的には、図6に示すように、モード判定手段20Aは、ガス冷媒圧縮モードを実施している場合において、凝縮器周囲温度センサ2Bの検出結果が、蒸発器周囲温度センサ4Bの検出結果から第1の所定温度値を減算した値よりも小さい場合(Tout<Tin−△T1)に、液冷媒搬送ポンプモードに切り替える判定をする。
また、モード判定手段20Aは、液冷媒搬送ポンプモードを実施している場合において、凝縮器周囲温度センサ2Bの検出結果が、蒸発器周囲温度センサ4Bの検出結果から第2の所定温度値を減算した値よりも大きい場合(Tout>Tin−△T2)に、ガス冷媒圧縮モードに切り替える判定をする。
流路切替装置制御手段20Bは、モード判定手段20Aがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、流路切替装置5を第1の接続状態とするものである。また、流路切替装置制御手段20Bは、モード判定手段20Aが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、流路切替装置5を第2の接続状態とするものである。
開放圧力変更手段20Cは、モード判定手段20Aがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、弾性体支持部76が第1の位置に配置されるように開放圧力変更装置70(駆動部74)を制御するものである。また、開放圧力変更手段20Cは、モード判定手段20Aが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、弾性体支持部76が第2の位置に配置されるように開放圧力変更装置70(駆動部74)を制御するものである。
回転数制御手段20Dは、モード判定手段20Aがガス冷媒圧縮モードを実施するとの判定をした場合に、駆動回路21のインバータのスイッチング周波数を制御し、圧縮機1の回転子1B2の回転数が第1の回転数範囲になるように制御するものである。また、回転数制御手段20Dは、モード判定手段20Aが液冷媒搬送ポンプモードを実施するとの判定をした場合に、駆動回路21のインバータのスイッチング周波数を制御し、圧縮機1の回転子1B2の回転数が第2の回転数範囲になるように制御するものである。
ここで、第1の回転数範囲は、第2の回転数範囲よりも大きい。これは、液冷媒搬送ポンプモードでは、液冷媒を圧縮室Rから排出する運転を実施するため、圧縮機1の回転数をガス冷媒圧縮運転モードのときよりも落としてもよいからである。
図7は、本実施の形態に係る冷凍装置100の切替弁5A及び切替弁5Bが第1の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図8は、図7に示す第1の接続状態における冷媒回路を簡略化して示した図である。図7及び図8を参照して、ガス冷媒圧縮モード(第1の接続状態)における冷凍装置100の動作について説明する。
本実施の形態に係る冷凍装置100は、ガス冷媒圧縮モード及び液冷媒搬送ポンプモードを切り替えることができるものである。すなわち、本実施の形態に係る冷凍装置100は、ガス冷媒圧縮モード及び液冷媒搬送ポンプモードのそれぞれに応じて、(1)吐出弁部1C11の開放圧力を変更でき、(2)圧縮機1の回転数を変更し、(3)流路切替装置5の接続状態を切り替えることができるものである。したがって、本実施の形態に係る冷凍装置100は、低外気温度時には、液冷媒搬送ポンプモードを実施して圧縮機1の回転数を落とし、消費電力の増大の抑制を実現することができる。
図11は、本実施の形態に係る冷凍装置100の切替弁の変形例(冷凍装置101)である。図12は、冷凍装置101に係る流路切替装置50が第1の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図13は、冷凍装置101に係る流路切替装置50が第2の接続状態である場合の冷媒回路及び冷媒の流れなどについての説明図である。図11〜図13を参照して、冷凍装置100の冷凍装置101について説明する。冷凍装置100の流路切替装置5では、2つの四方弁を有する態様であったが、冷凍装置101の流路切替装置50では、複数の部屋を有する態様となっている。
Claims (7)
- 圧縮機、凝縮器、絞り装置及び蒸発器を有し、これらが冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置において、
前記冷媒回路に接続され、前記冷媒回路の流路を切り替える流路切替装置と、
前記凝縮器の周囲の温度を検出する凝縮器周囲温度センサと、
前記蒸発器の周囲の温度を検出する蒸発器周囲温度センサと、
前記凝縮器周囲温度センサ及び前記蒸発器周囲温度センサの検出結果に基づいて前記圧縮機及び前記流路切替装置を制御する制御部と、
を有し、
前記流路切替装置は、
前記冷媒回路の流路が前記圧縮機、前記凝縮器、前記絞り装置及び前記蒸発器の順に接続される第1の接続状態と、前記冷媒回路の流路が前記圧縮機、前記絞り装置、前記蒸発器及び前記凝縮器の順に接続される第2の接続状態とを切り替え、
前記圧縮機は、
前記第1の接続状態のときにガス冷媒を圧縮して吐出するガス冷媒圧縮機能と、前記第2の接続状態のときに液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプ機能とが切替可能に構成されている
冷凍装置。 - 前記制御部は、
前記凝縮器周囲温度センサ及び前記蒸発器周囲温度センサの検出結果に基づいて、前記圧縮機でガス冷媒の圧縮をさせるガス冷媒圧縮モードを実施するか、前記圧縮機で液冷媒を搬送する液冷媒搬送ポンプモードを実施するかを判定するモード判定手段と、
前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記流路切替装置を前記第1の接続状態とし、前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記流路切替装置を前記第2の接続状態とする流路切替装置制御手段とを有する
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記圧縮機は、
前記ガス冷媒圧縮モードを実施している場合にガス冷媒を圧縮する圧縮機構部を有し、
前記圧縮機構部は、
内部に形成された圧縮室の吐出穴を閉塞するように配置された開閉自在の吐出弁部を有し、
前記吐出弁部は、
前記吐出穴が開放されるときの開放圧力として、第1の開放圧力と前記第1の開放圧力よりも大きい第2の開放圧力とが切替自在に構成されている
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、
前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記吐出弁部の開放圧力を前記第2の開放圧力に切り替え、前記モード判定手段が前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記吐出弁部の開放圧力を前記第1の開放圧力に切り替える開放圧力切替手段とをさらに有する
請求項3に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、
前記モード判定手段が前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定した場合に前記圧縮機を第1の回転数範囲で運転するように制御し、前記モード判定手段が前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定した場合に前記第1の回転数範囲よりも小さい第2の回転数範囲で運転するように制御する回転数制御手段をさらに有する
請求項2〜4のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記モード判定手段は、
前記ガス冷媒圧縮モードを実施している場合において、前記凝縮器周囲温度センサの検出結果(Tout)が、前記蒸発器周囲温度センサの検出結果(Tin)から第1の所定温度値(△T1)を減算した値よりも低い場合に前記液冷媒搬送ポンプモードを実施すると判定し、
前記液冷媒搬送ポンプモードを実施している場合において、前記凝縮器周囲温度センサの検出結果(Tout)が、前記蒸発器周囲温度センサの検出結果(Tin)から前記第1の所定温度値(△T1)よりも小さい第2の所定温度値(ΔT2)を減算した値よりも大きい場合に前記ガス冷媒圧縮モードを実施すると判定する
請求項2〜5のいずれか一項に記載の冷凍装置。 - 前記流路切替装置は、
前記圧縮機の冷媒流出側と前記圧縮機の冷媒流入側とにそれぞれ接続され、前記冷媒流出側と前記冷媒流入側との圧力差で動作するように構成されている
請求項1〜6のいずれか一項に記載の冷凍装置。
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