JP6267483B2 - 冷凍機ユニットおよび冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機ユニットおよび冷凍装置に関する。

従来、本願発明の背景技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の技術は、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路及び中間圧液インジェクション回路を備えており、液冷媒冷却回路により、液冷媒を周囲温度以下に下げることでエンタルピを増加させ、低圧機器側へ流れる冷媒循環量が同じでも、冷凍能力の向上を図っている。また、液冷媒冷却回路から圧縮機の中間圧部へ冷媒が流れやすくするように圧縮機中間圧の圧力損失低減を行い、液冷媒による冷却効果を高めている。

一方、圧縮機の中間圧力部に液冷媒の一部を注入する液インジェクション回路は、圧縮機内部の歯先・モータ巻線の温度上昇を防止する液インジェクション制御を備えている冷凍装置が知られている。

上述の従来の圧縮機の起動に際しての液インジェクション制御は、圧縮機を起動して所定時間経過後、減圧手段を開弁し液インジェクションを行い、圧縮機の吐出ガス温度に応じて減圧手段の流量を制御して圧縮機の温度上昇を抑制し、圧縮機の信頼性を保持している。

特開２００９−１０９０６５号公報

ところで、特許文献１に記載の冷凍装置は、冷凍サイクルの負荷に応じて、容量可変型の圧縮機を調整して冷凍能力を調整する。例えば、冷凍能力を上げたい場合には、液冷媒冷却回路に設けた弁を開いて、液冷媒冷却回路を使用して、ＣＯＰ(成績係数)の向上を図り、省エネルギの観点から高効率を達成することが記載されている。
また、液冷媒冷却回路に流れる冷媒量を増やすため、圧縮機中間圧の圧力損失低減を行い、液冷媒冷却回路からの冷媒を流れ易くすることで、液冷媒の冷却効果を高めている。

しかし、液冷媒の冷却効果を高めたことで、圧縮機の中間圧の圧力が高い運転範囲と液冷媒冷却回路の圧力が低い運転範囲の圧縮機起動時に圧縮機の中間圧の箇所からの脈動の影響が大きくなり、該中間圧の箇所に接続されている配管(液インジェクション配管及び液冷媒冷却回路の配管)が共鳴し過振力が増大し、構造系の筺体が共振し、配管の振動が増大して騒音に至る場合がある。

中間圧の箇所からの脈動が発生する原因として、本冷凍装置は圧縮機の起動時に吐出圧力と吸入圧力とをバランスさせて運転を行っている。
このため、吸入圧力が高い状態で圧縮機を起動することになり、起動直後は圧縮機の中間圧力部の圧力変動も一時的に大きくなる。圧縮機を起動させた場合、圧縮機の中間圧力部の圧力Ｐｂiも一時的に高くなり、液冷媒冷却回路から流れ込む液冷媒の圧力ＰｉｎｊとＰｂiとの差が小さくなる。

そのため、液冷媒冷却回路内はＰｂi(圧縮機の中間圧力部の圧力)の圧力変動の影響を受けやすくなり、Ｐｉｎｊ＞ＰｂiとＰｉｎｊ＜Ｐｂiの圧力変動の繰り返しに起因して脈動が発生すると推定される。
近年、冷凍機器の高効率が求められると同時に静粛性も強く求められており、低騒音化が重要な課題の一つとなっている。

本発明の目的は、安定的な圧縮機の起動制御を行って静粛性を図れ、信頼性が高い冷凍機ユニットおよび冷凍装置を得ることにある。

上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる冷凍機ユニットは、圧縮装置と、該圧縮装置で圧縮された高圧冷媒を凝縮させる凝縮器とが、該凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、該減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とに、冷媒配管で接続される冷凍サイクルの主回路と、前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒と前記主回路を流れる液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器において、前記主回路を流れる液冷媒を過冷却すると共に、前記主回路の液冷媒を冷却した後の前記減圧冷媒を、前記圧縮装置の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、前記過冷却熱交換器の入り側において前記抜き出されて前記液冷媒冷却回路を流れる液冷媒の流量を制御するとともに減圧して前記減圧冷媒とするための流量制御手段と、前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧手段により減圧された減圧冷媒を前記圧縮装置の中間圧部に注入するための液インジェクション回路と、前記液インジェクション回路に設けられている前記減圧手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
εinj＜ε
ここで、ε＝前記圧縮装置の吐出圧力／前記圧縮装置の吸入圧力
εinj＝前記圧縮装置の中間圧部の圧力を前記圧縮装置の吸入圧力で割った値である予め設定された判定基準値
であることを検出することにより、前記減圧手段を開弁する制御を行い、前記制御手段は、液インジェクションが不要かつ前記圧縮装置の中間圧部に接続される配管が振動する領域を回避する閾値である前記圧縮装置の吸入圧力設定値が予め設定され、前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値以上の場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁せず、前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値よりも低い場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁している。

第２の本発明に関わる冷凍装置は、第１の本発明の冷凍機ユニットを具備している。

本発明によれば、安定的な圧縮機の起動制御を行って静粛性を図れ、信頼性が高い冷凍機ユニットおよび冷凍装置を実現できる。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の構成図。 任意の冷媒に対する圧縮機の運転範囲の一例を示す図。 液インジェクション制御を示すフローチャートの例を示す図。 時間経過に対する圧縮機のオン・オフ、従来の液インジェクションの制御、本実施形態の液インジェクションの制御、圧縮機の吸入圧力の推移を示す図。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の構成図である。
本発明は、圧縮機１、凝縮器３、減圧機構７、蒸発器８を順次接続して冷凍サイクルを構成する冷凍装置Ｒに係り、特に液冷媒冷却回路４１を備えるものにあって、圧縮機１の中間圧部からの脈動に起因して発生する配管４１ｈ(液冷媒冷却回路４１の配管)の振動を抑える制御を実現するものである。
配管４１ｈの振動の現象は、特に圧縮機１の起動時に顕著に出現する。

実施形態に係る冷凍装置Ｒは、屋外に設置される冷凍機ユニットＲｕと、冷凍機ユニットＲｕと冷媒配管ｈ１、ｈ２で接続される低圧機器Ｒｔとを具備して構成されている。

低圧機器Ｒｔは、例えばスーパーマーケット等の店舗内に設置され食品などの被冷却物を冷却するショーケース(図示せず)などに用いられる。このようなショーケースは、蓋が開閉されたり、被冷却物の量が増減することなどから、一般に冷却の負荷が大きく変動し易いものである。なお、低圧機器Ｒｔとしては、ショーケースに限られるものではなく、他の形態の冷蔵庫や冷凍庫、或いは空気調和機の室内機などにも同様に適用可能である。また、低圧機器Ｒｔの数に関しても、複数台並列に接続することも可能であり、その数も適宜選択できる。

＜冷凍装置Ｒの冷凍サイクルの主回路＞
冷凍装置Ｒには、冷媒の容量制御が可能な圧縮機１と、冷凍機油を分離する油分離器２と、凝縮器３と、減圧機構７と、蒸発器８とを備え、蒸発器８から流出する低温低圧のガス冷媒を圧縮機１に戻す回路(ｈ１〜ｈ５、６ａ)が接続される冷凍サイクルの主回路が構成される。

圧縮機１は、蒸発器８からの低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にする。油分離器２は、圧縮機１からの高圧のガス冷媒に含有される冷凍機油を分離する。
凝縮器３は、油分離器２により冷凍機油が分離された高圧のガス冷媒を凝縮し、高圧の液冷媒とする。

減圧機構７は、蒸発器８とともに低圧機器Ｒｔに設置されており、膨張弁などで構成される。減圧機構７は、凝縮器３によって凝縮された高圧の液冷媒の減圧と流量制御を行い、低温、低圧の液冷媒とする。
蒸発器８は、減圧機構７により減圧された低圧の液冷媒を蒸発させることで、周囲の雰囲気を冷却する。

＜受液器４、空気過冷却熱交換器５＞
本冷凍装置Ｒでは、凝縮器３の下流側に、凝縮器３からの高圧の液冷媒を収容する受液器４が設置され、更に受液器４の下流側には、受液器４から出た液冷媒を空気と熱交換させて過冷却する空気過冷却熱交換器５が配置されている。凝縮器３および空気過冷却熱交換器５は、例えばクロスフィン型熱交換器で構成され、冷却ファン６０により屋外空気が通風されて冷却される。

受液器４では、冷媒を液とガスとに分離して液冷媒を流出させるとともに、冷媒を溜める役割をもつ。つまり、運転状況によって冷媒が全て使われないときに、受液器４に冷媒が溜められる。
空気過冷却熱交換器５は、冷凍サイクルのエンタルピを増加させ、冷凍機ユニットＲｕの能力を向上させる。

＜過冷却熱交換器６＞
冷凍サイクルの主回路の空気過冷却熱交換器５の下流には、主回路を循環する高圧冷媒の一部を第２流路６ｂにより抜き出して減圧させた減圧冷媒と、冷凍サイクルの主回路の第１流路６ａを通過して循環する高圧の液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器６が設置されている。過冷却熱交換器６は、凝縮器３の下流側であって、受液器４および空気過冷却熱交換器５より下流側に配置されている。

過冷却熱交換器６は、空気過冷却熱交換器５と同様、冷凍機ユニットＲｕの能力を向上させる。
過冷却熱交換器６は、具体的には、主回路の流路の冷媒配管ｈ５に連続して冷媒が流れる第１流路６ａと、主回路の流路の冷媒配管ｈ５から分岐する第２流路６ｂを有しており、例えばプレート式熱交換器で構成される。

過冷却熱交換器６において、主回路の第１流路６ａを流れる冷媒と、主回路の冷媒配管ｈ５から分岐した第２流路６ｂを流れる冷媒とが熱交換され、主回路の第１流路６ａを流れる冷媒が、流量制御弁１１で減圧される第２流路６ｂの冷媒により過冷却される。

＜液冷媒冷却回路４１＞
過冷却熱交換器６において、主回路の第１流路６ａを循環する高圧冷媒と熱交換された第２流路６ｂを通る減圧冷媒は、液冷媒冷却回路４１を介して圧縮機１の中間圧部に注入される。即ち、圧縮機１の中間圧部には、インジェクションポート１ｐ１が形成されており、液冷媒冷却回路４１からの液冷媒は、配管４１ｈを通じて、インジェクションポート１ｐ１に注入される。

液冷媒冷却回路４１には、圧縮機１の中間圧部(インジェクションポート１ｐ１の配置箇所)への冷媒の注入量を制御する電子膨張弁などの流量制御弁１１が設けられている。流量制御弁１１は、流量調整可能な減圧手段として設けられており、主回路の冷媒配管ｈ５からの分岐点ｂ１と過冷却熱交換器６との間の第２流路６ｂに配置されている。液冷媒冷却回路４１は、過冷却熱交換器６での過冷却度を制御して冷凍能力を調整するために設けられている。

＜液インジェクション回路４２＞
本冷凍装置Ｒでは、液冷媒冷却回路４１の他に、圧縮機１の過度な温度上昇を抑制するために、液インジェクション回路４２が設けられている。
液インジェクション回路４２は、一方端側が空気過冷却熱交換器５と前記過冷却器熱交換器６とを接続している主回路の冷媒配管ｈ５に接続され、他方端側は液冷媒冷却回路４１の配管４１ｈに接続されている。これにより、液インジェクション回路４２は、液冷媒冷却回路４１と同一の配管４１ｈで圧縮機１の中間圧部のインジェクションポート１ｐ１に接続されている。

液インジェクション回路４２には、キャピラリチューブなどの減圧器と開閉弁を組み合わせた減圧手段９が設けられている。減圧手段９は、電磁弁とキャピラリを組み合わせた手段や、流量制御弁である電子膨張弁何れでもよく、液インジェクション制御を実施する。

減圧手段９は、コントローラ１６によって、圧縮機１からの圧力比ε(＝圧縮機１の吐出圧力Ｐｄ/吸入圧力Ｐｓ)と液冷媒冷却回路の圧力比εinj(＝圧縮機１の中間圧部の圧力Ｐｄｉ/吸入圧力Ｐｓ)とを比較したり、圧縮機１から吐出される吐出ガス温度Ｔｄに基づいて、制御される(詳細は後記)。

＜油戻し回路１７＞
油分離器２と圧縮機１の吸入側(上流)の冷媒配管ｈ３との間に接続される油戻し回路１７は、油分離器２で分離された冷凍機油を、圧縮機１の吸入側の冷媒配管ｈ３に戻すための回路であり、圧縮機１は冷凍機油により潤滑不良が抑制される。
油戻し回路１７には、減圧手段１０が設けられており、減圧手段１０としては、開閉弁とキャピラリチューブなどの減圧器とを組み合わせたものなどが使用される。

＜吸入圧力センサ１４、吐出ガス温度センサ１５、吐出圧力センサ１９＞
また、圧縮機１の吸入側の冷媒配管ｈ３には、吸入圧力センサ１４が設けられている。吸入圧力センサ１４は、主回路の負荷である低圧機器Ｒｔにおける負荷を検出するために設けられているものであり、圧縮機１の吸入側の冷媒の圧力を検出する。

圧縮機１の吐出側の冷媒配管ｈ４には、圧縮機１で圧縮された高温、高圧のガス冷媒の温度と圧力を、それぞれ検出する吐出ガス温度センサ１５と吐出圧力センサ１９とが設けられている。
吐出ガス温度センサ１５により、圧縮機１からの吐出ガスの温度を検出することにより、圧縮機１の温度を検出(推測)する。

＜コントローラ１６＞
センサ(１４，１５，１９)からの信号はコントローラ１６に入力され、コントローラ１６は、入力された信号などに基づいて、圧縮機１、液冷媒冷却回路４１の流量制御弁１１、液インジェクション回路４２の減圧手段９、油戻し回路１７の減圧手段１０などを制御する。

コントローラ１６は、マイクロコンピュータ、周辺回路などで構成される。コントローラ１６において、制御プログラムが実行されることで、冷凍装置Ｒが制御される。

＜液インジェクション回路４２＞
圧縮機１が高温になるのを抑制するための液インジェクション回路４２の基本的な動作について、図１、図３に基づき説明する。
本冷凍装置Ｒでは、圧縮機１の起動時において、コントローラ１６は、吸入圧力センサ１４、吐出圧力センサ１５による圧縮機１の吸入側、吐出側の冷媒の各圧力の検出値に基づいて、液インジェクション回路４２に設けられている減圧手段９を制御する。

減圧手段９を開くと、空気過冷却熱交換器５から主回路の冷媒配管ｈ５を流れる液冷媒の一部は、分岐点ｂ２により、液インジェクション回路４２に分流される。分流された液インジェクション回路４２を流れる液冷媒は、減圧手段９で減圧された後、分岐点ｂ３で、液冷媒冷却回路４１に合流し、液冷媒冷却回路４１を通して、圧縮機１の中間圧力部に設けられているインジェクションポート１ｐ１に注入される。

＜配管振動が起きる圧縮機１の運転範囲＞
本願の技術課題である配管振動(配管４１の振動)が起きる圧縮機１の運転範囲について、図２に基づいて説明する。
図２は、任意の冷媒に対する圧縮機１の運転範囲の一例を示している。図２の横軸は、圧縮機１が吸入するガスの吸入圧力Ｐｓ［ＭＰａ］であり、図２の縦軸は、圧縮機１が吐出するガスの吐出圧力Ｐｄ［ＭＰａ］である。図２において、実線の四角の範囲内が、圧縮機１の運転範囲であり、太破線より下の領域が液インジェクション不要領域であり、圧縮機１の運転範囲内かつ太破線より上の領域が、圧縮機１の運転範囲であって液インジェクションの必要領域である。図２のドットの帯状の領域Ｆが配管振動の発生領域である。

図２は、配管振動が起きる範囲が、圧縮機１が起動し始めの吸入圧力Ｐｓが下がる(プルダウン)時に、圧縮機１の運転範囲から見て顕著に発生し、その範囲が圧縮機１の運転範囲の一部と重なっていることを示している。

ここで、本冷凍装置Ｒの液インジェクション制御の判定値について説明する。
Ｐｄi：圧縮機１の中間圧部の圧力、ＰＬ：液冷媒冷却回路４１の圧力
εinj：液冷媒冷却回路４１の圧力比、Ｐｓ：圧縮機１の吸入圧力
Ｐｄ：圧縮機１の吐出圧力
ε：（吐出圧力/吸入圧力）
とすると、配管振動が発生する条件(判定条件)は、圧縮機１の中間圧部の圧力Ｐｄiが液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬより高い(１)式の場合である。

Ｐｄi＞ＰＬ (１)
Ｐｄiは、(２)式の関係があり、
Ｐｄi＝εinj×Ｐｓ (２)

液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬを検出するためのセンサは原価アップに繋がるため採用せず、液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬに近い吐出圧力Ｐｄにて代用し、
ＰＬ≒Ｐｄに置き換えることで、(１)式は(３)式となる。
εinj×Ｐｓ＞Ｐｄ (３)

(３)式を変形して、
εinj＞Ｐｄ/Ｐｓ (４)
となり、この状態では減圧手段９は閉弁したままとする。つまり、(４)式が成立する場合、配管振動が発生するので、減圧手段９は閉弁し、液インジェクション回路４２を閉じ、液インジェクションは遂行しないこととする。これにより、配管４１ｈの振動は防止される。

εinjの値を、配管振動(配管４１ｈの振動)の発生を防止するために減圧手段９を閉弁する判定基準値とする。εinjの値は、各条件で実測した結果からの最大値とする。
εinjの値は、予めコントローラ１６に設定されている。
（４）式のεinjの値が大きくなる条件としては、圧縮機１の起動時において、圧縮機１の吐出圧力Ｐｄが低く、圧縮機１の吸入圧力Ｐｓが高い時に発生する。一方、配管振動が起きる範囲は、図２から液インジェクションが不要の領域であることを示している。

＜液インジェクション制御＞
次に、圧縮機１の中間圧部に接続され、圧縮機１を冷却するための液インジェクション回路４２の開閉(減圧手段９の開閉)に係る液インジェクション制御について説明する。
図３は、液インジェクション制御を示すフローチャートの例である。
なお、図３に示す液インジェクション制御を具現化する制御プログラムは、前記したように、コントローラ1６に実装されている。

液インジェクション制御は、手段１〜３の３つの手段を有している。
液インジェクション回路４２の減圧手段９は、閉弁されているものとする。
最初に、コントローラ１６に吸入圧力センサ１４の検出値(吸入圧力)Ｐｓ、吐出圧力センサの検出値(吐出圧力)Ｐｄ、吐出ガス温度センサの検出値(吐出ガス温度)Ｔｄの情報が取り込まれる(図３のステップＳ１０１ａ、Ｓ１０１ｂ、Ｓ１０１ｃ)。

＜液インジェクション制御の手段１＞
手段１として、
停止中の圧縮機１が起動する際、コントローラ１６で検出された吐出圧力Ｐｄと検出された吸入圧力Ｐｓの圧力比εを計算する(ステップＳ１０２ａ)。
Ｐｄ／Ｐｓ＝ε （５）

判定基準の液冷媒冷却回路の圧力比εinjの関係が、
εｉｎｊ＜ε （６）
となる運転範囲で、液インジェクション回路４２を開くことにより圧縮機1の始動時の脈動増加を低減することができる。つまり、（４）式より、 εinj＞Ｐｄ/Ｐｓ＝ε の場合、すなわち、配管振動の発生する条件の場合に減圧手段９を閉弁して液インジェクション回路４２を閉じて配管振動を抑制する。そして、（６）式の関係のとき、液インジェクション回路４２を開いても、（４）式から配管振動の発生しない条件にあるので、配管４１ｈの振動は発生しない。

そこで、ステップＳ１０３ａで、εｉｎｊ＜ε であるか否か判定する。なお、εｉｎｊは、前記したように、コントローラ１６に予め設定されている。
εｉｎｊ＜ε の場合(ステップＳ１０３ａでＹｅｓ)、配管振動が発生しない条件を満足するので、減圧手段９を開弁して液インジェクション回路４２を開き、液インジェクションを遂行する(ステップＳ１０４)。

一方、εｉｎｊ≧ε の場合(ステップＳ１０３ａでＮｏ)、ステップＳ１０３ａの判定を継続し、減圧手段９は閉弁状態を継続し、液インジェクション回路４２を閉じたままとし、液インジェクションは行わない。

ここで、液冷媒冷却回路４１の圧力比εは液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬ≒吐出圧力Ｐｄと仮定した((１)、(３)、(４)式参照)。しかし、実際には液冷媒冷却回路４１の圧力に補正値Ｐを加えることで、実際の液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬにより近くなる。

圧縮機１毎に、判定値は変わるため、ここでは補正値Ｐとし、補正値Ｐは、例えば圧縮機１の運転範囲の圧力条件におけるＰL／Ｐdの圧力比の実機測定値を用いる。
Ｐ＝ＰL／Ｐd (７)

そこで、 (６)式に補正値Ｐを加えて補正し、
εｉｎｊ＜ε×Ｐ (８)
となる。
(８)式を図３のステップＳ１０３ａの判定で用いる方がより好適である。補正値Ｐを用いることにより、さらに安定した液インジェクションの制御の判定を得ることができる。
なお、補正値Ｐは、ＰL／Ｐdの圧力比の実機測定値の最小値が望ましい。
手段１により、配管４１ｈの振動を抑制することができる。

＜液インジェクション制御の手段２＞
手段２として、停止中の圧縮機１が起動する際、圧縮機１からの吐出ガスの温度である吐出ガス温度Ｔｄが、圧縮機１の温度の信頼性維持の閾値である吐出ガス設定温度Ｔｄ0よりも高い場合(Ｔｄ0＜Ｔｄ)、圧縮機１の温度が信頼性維持の点から問題である。

そこで、液インジェクション回路４２を、減圧手段９を開弁して開くことにより、液冷媒を圧縮機１の中間圧部に供給し、吐出ガス温度Ｔｄが高くなりすぎることを防止する。これにより、圧縮機１の始動時の信頼性が確保される。吐出ガス設定温度Ｔｄ０は、圧縮機１の巻線温度、歯先の温度が、圧縮機１の信頼性保持の観点からの所定値以上の上昇を防止するための温度とする。吐出ガス設定温度Ｔｄ０は、予め、コントローラ１６に設定されている。

具体的な制御として、 Ｔｄ0＜Ｔｄ であるか否か判定する(ステップＳ１０２ｂ)。
Ｔｄ0＜Ｔｄ の場合(ステップＳ１０２ｂでＹｅｓ)、吐出ガス温度Ｔｄが、圧縮機１の信頼性を確保する閾値の吐出ガス設定温度Ｔｄ０より高く圧縮機１の温度が高いと考えられるので、減圧手段９を開弁して液インジェクション回路４２を開き(ステップＳ１０４)、液インジェクションを遂行し、圧縮機１を冷却する。なお、この場合、図２の配管振動は起こらない領域にある。

一方、Ｔｄ0＜Ｔｄでない場合(ステップＳ１０２ｂでＮｏ)、圧縮機１の温度が高くないと考えられるので、ステップＳ１０２ｂの判定を継続する。減圧手段９は閉弁状態を継続し、液インジェクション回路４２を閉じたままとし、液インジェクションは行わない。
手段２により、圧縮機１の過度な温度上昇を抑制し、圧縮機１の信頼性を向上できる。

＜液インジェクション制御の手段３＞
手段３としては、停止中の圧縮機１が起動する際、検出された吸入圧力Ｐｓが吸入圧力設定値Ｐｓ0より低い場合、液インジェクション回路４２を開く制御とする。
図２を参照して、圧縮機１の運転範囲の一部の範囲にて液インジェクション不要領域があり、不要領域の一部分(図２の領域Ｆ)で配管振動が生じている。

圧縮機１の起動後、吸入圧力Ｐｓが所定の圧力に落ち着く際に、減圧手段９を開けた状態で、液インジェクション不要領域の配管振動発生領域(領域Ｆ)に入る危険性または、圧縮機１の低温状態から起動した場合における吐出ガス温度Ｔｄの追従遅れによる圧縮機１の内部の温度上昇の危険性を考慮する。

その結果、この危険性を回避できる閾値である吸入圧力設定値Ｐｓ0を設けることで圧縮機１の始動時の信頼性を確保する。判定基準圧力値の吸入圧力設定値Ｐｓ0は、図２に示す液インジェクション不要領域と配管振動の影響の出ない範囲を両立した閾値の吸入ガス圧力値とする。なお、吸入圧力設定値Ｐｓ0は、コントローラ１６に予め設定される。
図４は、時間経過に対する圧縮機１のオン・オフ(ＯＮ／ＯＦＦ)、従来の液インジェクションの制御、本実施形態(本発明)の液インジェクションの制御、圧縮機１の吸入圧力Ｐｓの推移を示す図である。図４の横軸は、(経過)時間である。

図４のタイムチャートを参照して、本実施形態(本発明)では、圧縮機１の起動後(ＯＮ後)、吸入圧力Ｐｓが吸入圧力設定値Ｐｓ0より低下した後に減圧手段９を開弁することで、配管振動の影響と圧縮機１の信頼性を両立する。

これに対して、従来の液インジェクション制御は、吸入圧力Ｐｓに拘わらず、減圧手段９を開弁し、液インジェクションを行っていたので、上述の危険性が現実化し、配管振動が生じる可能性を有していた。

上述のことから、本制御では、図３のステップＳ１０２ｃで、Ｐｓ0＞Ｐｓ であるか否か判定する。
Ｐｓ0＞Ｐｓ の場合(ステップＳ１０２ｃでＹｅｓ)、吸入圧力Ｐｓが、説明した危険性を回避できる範囲内にあるので、減圧手段９を開弁して液インジェクション回路４２を開き、液インジェクションを遂行する(ステップＳ１０４)。

一方、Ｐｓ0＞Ｐｓでない場合(ステップＳ１０２ｃでＮｏ)、上述の危険性があるので、減圧手段９は閉弁状態を継続し、液インジェクション回路４２を閉じたままとし、液インジェクションは行わない。そして、ステップＳ１０２ｃの判定を継続する。
手段３により、配管４１ｈの振動を抑制するとともに、圧縮機１の問題となる温度上昇を抑制し、圧縮機１の信頼性を向上できる。

このように、手段１〜３の何れかの条件(図３のステップＳ１０３ａ、Ｓ１０２ｂ、Ｓ１０２ｃ参照)が成立した場合にて、液インジェクション回路４２に設けている減圧手段９の開弁タイミングを制御することにより、圧縮機１の起動時の配管振動を抑制して、かつ圧縮機１の信頼性を維持したまま液インジェクション制御を行うことが可能となる。

以上のことから、本実施形態によれば、圧縮機１の起動時において圧縮機１の中間圧部の圧力と液冷媒冷却回路４１の圧力の差が小さくなった場合に発生する圧縮機の脈動からくる配管４１ｈの振動に対して、圧縮機１の起動時の液冷媒冷却回路４１における液インジェクション回路４２に設けている減圧手段９を開閉する条件を設定する。

そして、この条件を用いて、冷媒流量を制御することで、圧縮機１の起動時における圧縮機１の中間圧箇所からの脈動から発生する配管４１ｈの振動を抑制することができる。

具体的には、圧縮機１の起動時において、液インジェクション回路４２の減圧手段９を開弁するタイミングを、圧縮機１の運転範囲から圧縮機１の起動時の圧縮機１の中間圧部の圧力Ｐｄiと液冷媒冷却回路４１の圧力ＰＬの差が小さくない運転範囲にて開弁することで、圧縮機１の起動時に発生する配管振動を抑制できる。

また、圧縮機１の閾値の吐出ガス設定温度Ｔｄ０、吸入圧力設定値Ｐｓ0を用いて、液インジェクション回路４２に設けている減圧手段９を開閉することで、圧縮機１の許容以上の温度上昇を抑え、圧縮機１の長期に亘る信頼性を確保できる。

この結果、圧縮機１の信頼性を維持するとともに、安定的な圧縮機１の起動制御を行って静粛性を図れる圧縮機１の始動制御を得ることができる。
なお、前記したコントローラ１６は、ソフトウェアの少なくとも一部を、ハードウェアで構成してもよく、説明した機能を果たせれば、具体的形態は任意に選択できる。

以上、本発明の実施形態の説明は典型的であることを意図している。従って、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。

１ 圧縮機（圧縮装置、冷凍サイクルの主回路）
１ｐ１ インジェクションポート(圧縮装置の中間圧部)
３ 凝縮器（冷凍サイクルの主回路）
６ 過冷却熱交換器
６ａ 第１流路(冷媒配管)
７ 減圧機構（冷凍サイクルの主回路）
８ 蒸発器（冷凍サイクルの主回路）
９ 減圧手段
１１ 流量制御弁（流量制御手段）
１６ コントローラ(制御手段)
４１ 液冷媒冷却回路
４２ 液インジェクション回路
ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５ 冷媒配管
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｄi 中間圧部の圧力
Ｐｓ 吸入圧力
Ｐｓ0 吸入圧力設定値
ＰＬ 液冷媒冷却回路の圧力
Ｒ 冷凍装置
Ｒｕ 冷凍機ユニット
Ｔｄ 吐出ガス温度(吐出ガスの温度検出値)
Ｔｄ0 吐出ガス設定温度(吐出ガス温度設定値)

Claims (2)

1. 圧縮装置と、該圧縮装置で圧縮された高圧冷媒を凝縮させる凝縮器とが、該凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、該減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とに、冷媒配管で接続される冷凍サイクルの主回路と、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒と前記主回路を流れる液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器において、前記主回路を流れる液冷媒を過冷却すると共に、前記主回路の液冷媒を冷却した後の前記減圧冷媒を、前記圧縮装置の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、
   前記過冷却熱交換器の入り側において前記抜き出されて前記液冷媒冷却回路を流れる液冷媒の流量を制御するとともに減圧して前記減圧冷媒とするための流量制御手段と、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧手段により減圧された減圧冷媒を前記圧縮装置の中間圧部に注入するための液インジェクション回路と、
   前記液インジェクション回路に設けられている前記減圧手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   εinj＜ε
   ここで、ε＝前記圧縮装置の吐出圧力／前記圧縮装置の吸入圧力
   εinj＝前記圧縮装置の中間圧部の圧力を前記圧縮装置の吸入圧力で割った値である予め設定された判定基準値
   であることを検出することにより、前記減圧手段を開弁する制御を行い、
   前記制御手段は、
   液インジェクションが不要かつ前記圧縮装置の中間圧部に接続される配管が振動する領域を回避する閾値である前記圧縮装置の吸入圧力設定値が予め設定され、
   前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値以上の場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁せず、
   前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値よりも低い場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁する
   ことを特徴とする冷凍機ユニット。
2. 圧縮装置と、該圧縮装置で圧縮された高圧冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、該減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを、冷媒配管で接続して成る冷凍サイクルの主回路と、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒と前記主回路を流れる液冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器おいて、前記主回路を流れる液冷媒を過冷却すると共に、前記主回路の液冷媒を冷却した後の前記減圧冷媒を、前記圧縮装置の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、
   前記過冷却熱交換器の入り側において前記抜き出されて前記液冷媒冷却回路を流れる液冷媒の流量を制御するとともに減圧して前記減圧冷媒とするための流量制御手段と、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧液冷媒の一部を抜き出して減圧手段により減圧された減圧冷媒を前記圧縮装置の中間圧部に注入するための液インジェクション回路と、
   前記液インジェクション回路に設けられている前記減圧手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   εinj＜ε
   ここで、ε＝前記圧縮装置の吐出圧力／前記圧縮装置の吸入圧力
   εinj＝前記圧縮装置の中間圧部の圧力を前記圧縮装置の吸入圧力で割った値である予め設定された判定基準値
   であることを検出することにより、前記減圧手段を開弁する制御を行い、
   前記制御手段は、
   液インジェクションが不要かつ前記圧縮装置の中間圧部に接続される配管が振動する領域を回避する閾値である前記圧縮装置の吸入圧力設定値が予め設定され、
   前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値以上の場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁せず、
   前記圧縮装置の吸入圧力の検出値が前記吸入圧力設定値よりも低い場合、前記液インジェクションの減圧手段を開弁する
   ことを特徴とする冷凍装置。

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