JPH0316587B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷凍装置に係り、特に始動時に圧縮機
に冷媒液が吸込まれるのを防止するようにした冷
凍装置に関する。

圧縮機への液戻り防止対策として始動時にポン
プダウン運転を行なうことは従来から採用されて
いる制御手段であり、実公昭57−21003号公報に
よつても知られるところである。

しかし乍ら従来のこの種冷凍装置は高圧液管中
に介設した冷凍液制御弁を閉じた状態で圧縮機を
定格能力で駆動するポンプダウン運転であつたの
で、圧縮機の吸込能力が大きいところから低圧ラ
インに冷媒液が残つていると矢張り液戻りが生じ
て万全の策とはいえなかつた。

そこで、吸入管中にアキユムレータを介設して
液とガスの分離ならびに液溜めを行なわせること
が併用されていたが、この場合もアキユムレータ
の容量が十分大きくなければ液戻りを完全に防止
できなく、従つて大形のアキユムレータの設置を
余儀なくされることによる種々の不都合があつ
た。

このように従来の冷凍装置が液戻り防止の面で
不完全であつた実状に鑑みて本発明は成されたも
のであつて、液戻りの生じ易い過渡運転時にポン
プダウン運転とアンローダ運転とを順序作動せし
めることを本発明は重要な特徴とする。

しかして本発明は特に液戻り運転の排除によ
り、冷凍装置における圧縮機の故障を防いで装置
の信頼性向上をはかることを主要な目的とするも
のである。

そのために本発明は、高圧液管中に介設した制
御弁と、定格能力とこれに比して小さい小能力と
を含んで少なくとも２段階の能力に制御可能とな
した多段能力形圧縮機と、停止から始動運転には
いるときと、暖房運転とデフロスト運転の間の切
換えのときとの少くともいずれか一方のときに信
号を発せしめて、その信号により前記制御弁の閉
弁および前記圧縮機の小能力運転によるポンプダ
ウン運転を吸入管内圧力が設定圧力以下に低下す
るまで行なわせるポンプダウン運転制御手段と、
このポンプダウン運転の終了と同時に前記圧縮機
を数分以内の所定時間に限つて前記小能力で強制
運転させるアンローダ運転制御手段とを冷凍装置
に具備せしめた構成としたものであつて、運転開
始時における冷媒液の流動を抑制すると共に小能
力での吸入吐出運転を行なわせて液戻りは完全に
防止されるに至り、ここに所期の目的を達成する
ことが可能となつたのである。

以下、本発明の１実施例について添付図面を参
照しながら詳述する。

第１図は、空冷ヒートポンプチラーである冷凍
装置の冷凍サイクルを示しており、該図において
１は多段能力形圧縮機で、例えば８気筒圧縮機と
３個のアンローダ用三方電磁弁７_-1，７_-2，７_-3
を要素とするアンローダ機構とから構成し、各ア
ンローダ用三方電磁弁７_-1，７_-2，７_-3の切換操
作によつて２気筒ずつの吸入圧縮運転と空転との
切り換えが成され、前記三方電磁弁７_-1，７_-2，
７_-3を消磁して100％能力が、１つの三方電磁弁
７_-1を励磁して75％能力が、２つの三方電磁弁７
_-1，７_-2を励磁して50％能力が、３つの三方電磁
弁７_-1，７_-2，７_-3を励磁して25％能力が出され
るようになつており、定格能力（100％能力）と
これに比して相当小さい小能力（25％能力）とを
含んで４段階の能力に制御可能に形成されてい
る。

３は対空気形熱源側熱交換器（以下熱源コイル
と称す）、４は対水形利用側熱交換器（以下利用
コイルと称す）であつて、それ等熱源コイル３、
利用コイル４は四路切換弁２の切換ポートに夫々
接続して、該四路切換弁２の切路操作により、一
方が多段能力形圧縮機（以下圧縮機と称す）１の
吐出口に、他方がアキユムレータ５を直列に介し
て圧縮機１の吸入口に夫々切換つて連通するよう
に設けられている。

上記熱源コイル３および利用コイル４は、制御
弁６例えば電磁弁、冷媒調整器８、冷房用温度自
動膨脹弁９、暖房用温度自動膨脹弁１０、４個の
逆止弁１１〜１４からなる冷媒制御機構を介して
連絡させていて、かくして公知の可逆冷凍サイク
ルが形成され、冷房運転およびデフロスト運転の
場合には冷媒が実線矢示の流通となり、暖房運転
の場合には破線矢示の流通となるものである。

なお、第１図々示回路から明らかであるが、前
記制御弁６は冷媒調整器８と直列をなして冷房、
暖房両サイクルのいずれにおいても高圧ラインと
なる高圧液管中に介設させており、従つて、この
電磁弁６を閉止した状態で圧縮機１を運転する
と、高圧側と低圧側とがしや断されて、低圧側に
たまつている冷媒を吸入し高圧側に圧送するポン
プダウン運転が成されることは言うまでもない。

第１図中、１５は熱源側フアン、１６は該フア
ン用モータ、１７は水循環用ポンプ、１８は該ポ
ンプ用モータ、１９は高圧々力開閉器、２０は低
圧々力開閉器、２１は除霜用圧力開閉器を夫々示
している。

叙上の構造になる冷凍装置の運転を掌る電気制
御回路を第２図に示しているが、圧縮機１のモー
タ１_Mは主電磁開閉器２２、△（デルタ）用電磁
開閉器２３および（スター）用電磁開閉器２４
の順序的開閉作動によつて、−△方式の緩衝起
動が成され、一方、熱源側フアン用モータ１６は
電磁開閉器２５の作動によつて駆動されるように
なつている。

上記電気制御回路において運転操作の対象とな
る機器は、前述した４個の電磁開閉器２２〜２５
と、周期的に除霜の是非を発するデアイサ２６
と、四路切換弁２とアンローダ用三方電磁弁（以
下三方電磁弁と略称する）７_-1〜７_-3と、制御弁
６と、水循環ポンプ用モータ１８の発停を行なう
電磁開閉器３２とであつて、それ等の各入力部と
なる電磁ソレノイド２２_S〜２５_S、タイマー２６
_Ｔ、電磁ソレノイド２_S，７_-1S〜７_-3S，６_S，３２_S
をシーケンスコントローラ３８の出力端子部４０
に夫々接続している。

また、電気制御回路は前記シーケンスコントロ
ータ３８に入力指令を与える機器として、高圧々
力開閉器１９、低圧々力開閉器２０、除霜用圧力
開閉器２１、運転用リレー２７、水循環ポンプ１
７用リレー２８、停止用リレー２９、冷暖切換用
リレー３０、デフロスト用リレー３１ならびに冷
温水温度調節器３３を備えており、それ等の各出
力部となる各接点１９ａ〜２１ａ，２７ａ〜３１
ａならびに３３ａをシーケンスコントローラ３８
の入力端子部３９に夫々接続している。

なお、第２図中、３４は運転用押釦、３５はポ
ンプ用押釦、３６は停止用押釦、３７は冷暖切換
スイツチであつて、夫々前記各リレー２７〜３０
のコイルに直列接続せしめている。

しかして前記シーケンスコントローラ３８は第
３図にブロツク示するように、マイクロコンピユ
ータよりなり、前記入−出力端子部３９，４０、
電源回路４１、入力回路４２、タイマー回路４
３、出力回路４４、演算制御回路４５、プログラ
ムカウンタ４６、Ｐ、ROM（書き込み可能読み
出し専用メモリ）４７、演算結果メモリ４８を備
えていて、冷温水設定温度、過電流、異常高圧々
力、熱源コイル温度、外気温度などの各基本制御
値や、リレーシーケンスの制御内容をP.ROM４
７に記憶させておき、冷房、暖房各運転の際にお
ける圧縮機１の発停、能力制御、暖房とデフロス
トとの間の運転切換え、ポンプダウン運転など
を、P.ROM４７に書込まれたプログラム内容の
指示に従つて随時行なわせるよう出力信号を発す
るようになつている。

特にP.ROM４７には、アンローダ用三方電磁
弁７_-1，７_-2，７_-3と、圧縮機１のモータ１_Mに
関連させた各電磁開閉器２２〜２４とを励磁させ
た状態で、制御弁６を非励磁状態に保持するポン
プダウン運転制御手段と、制御弁６を励磁状態に
保持するアンローダ運転制御手段とを必要なとき
に行わせるためのシーケンスプログラムを書込ま
せていて、この作動態様については後述する。

以上説明した電気制御回路ならびに第４図以降
のフローチヤートにもとづいて、冷凍運転時に冷
媒液戻りが生じやすい運転開始時および過渡運転
期の冷凍運転について説明する。

冷房運転、暖房運転は冷凍サイクルが反転する
ようになることを除き運転態様は同じと考えられ
るので、第１図乃至第４図により共通して説明す
ると、押釦３４，３５の投入、冷暖切換スイツチ
３７の切換操作によつて冷房あるいは暖房運転開
始の指令を発せしめると、シーケンスコントロー
ラ３８はチラー４の水温（Ｔ）と設定温度とを比
較して冷房あるいは暖房の必要があると判断すれ
ば、制御弁６の閉弁、タイマー回路４３のタイム
(H)カウント、圧縮機１の起動、熱源側フアン１
５の始動、圧縮機１の25％能力作動ならびに水循
環ポンプ１７の始動の各信号を発生し出力する
（第４図ステツプ(イ)〜(ニ)参照）。

かくして圧縮機モータ１_Mは起動し、熱源側
フアンモータ１６は起動し、三方電磁弁７_-1〜７
_-3はアンローダ側に作動し、水循環ポンプモータ
１８は起動し、さらに制御弁６は閉弁して、圧縮
機１は緩衝起動すると共に25％能力で吸入・圧縮
を行なう結果、小能力下でのポンプダウン運転を
開始する。

始動後、数秒例えば５秒経過すると圧縮機１の
→△切換えのための信号を発生・出力するの
で、圧縮機モータ１_Mは結線から△結線に切換
えられて緩衝起動は終了する（第４図ステツプ
(ホ)、(ヘ)参照）。

このポンプダウン運転によつて低圧々力（P_L）
が設定圧力（P_S1）（例えば２Kg／cm²）以下となる
（約30秒〜１分間かかる）と、制御弁６を開弁す
るための信号を発生し出力することから、制御弁
６は開弁してポンプダウン運転は終り、25％能力
下での冷凍運転に切り換る（同図ステツプ(ト)〜(リ)
参照）。

以上説明した運転態様においてステツプ(ニ)での
制御弁６閉弁、圧縮機１の始動及び小能力作動の
信号出力と、ステツプ(ホ)〜(リ)の作動とが前記ポン
プダウン運転制御手段の作動態様に対応するもの
である。

なお、ポンプダウン運転は必らずしも最小の25
％能力に限るものでなく状況に応じて50％あるい
は75％の能力で運転してもよいが、100％能力に
よる運転は液戻りのおそれがあるので避けること
が必要である。

この場合、50％、75％能力運転でポンプダウン
を行なつたときには制御弁６開弁の信号と同時に
圧縮機１を25％の最小能力に切換える信号を発生
し出力することは言う迄もない。

ついで、圧縮機１の起動時点（△結線に切換完
了時点のこと）から数分例えば３分間すなわちポ
ンプダウン運転が例えば１分間かかつた場合には
残りの２分間25％能力の運転を強制的に行うので
ある（ステツプ(ヌ)参照）。

この理由は、ポンプダウン運転終了後、制御弁
６が開弁して冷凍運転に入つた場合、100％能力
で圧縮機１を運転すると、冷房用あるいは暖房用
温度自動膨脹弁９あるいは１０は、ポンプダウン
運転終了直後は開状態となつているため、急激に
大量の液冷媒が圧縮機１にもどるおそれがあるか
らである。

これに対し、本例では、圧縮機１を前記のごと
く２分間強制的に25％能力運転するようにしたの
で、圧縮機１の吸込容量が小さく、従つて液バツ
クのおそれがないのである。

そして、この２分間の運転の間に前記膨脹弁９
あるいは１０が利用コイル４あるいは熱源コイル
３の出口の冷媒過熱度を適正（例えば５℃）に制
御できるようにしたのである。そして前記タイマ
ー回路４３がタイム(H)すなわち３分間をカウント
終了すると、つぎは通常の運転すなわち、水温
（Ｔ）と設定温度とを比較して、さらに冷房ある
いは暖房の必要があると判断すれば圧縮機１を１
段階能力増加するための信号を発生・出力する
（ステツプ（ル）〜（ワ）参照）。

かくしてポンプダウン運転が終了すると同時に
圧縮機１を数分以内の所定時間に限つて25％の小
能力で強制運転するアンローダ運転が成されるも
のである。

以上述べた運転態様においてステツプ(リ)〜
（ヲ）の順序作動がアンローダ運転制御手段の作
動態様に対応するものである。

このアンローダ運転の終了後は冷房あるいは暖
房負荷に応じた圧縮機１の段階能力制御が行なわ
れるものであり、圧縮機１が負荷減少に伴つて全
停する場合は当然段階的に能力低減後全停となる
のであつてかかる能力制御運転は従来より公知の
手段であるのでこの運転制御態様は省略する。

なお、全停後に利用コイル４の水温が上昇して
くると前述の運転態様と全く同様に短時間のポン
プダウン運転と、これに続いて数分間のアンロー
ド運転とが強制して行なわれるものである。

以上述べた運転態様は第６図に経時線図で示し
た通りである。

次に、暖房運転の場合でデフロスト運転を行な
う必要があるときの運転態様について特に第５図
および第７図によつて説明する。

全停から始動運転にはいる場合は前記説明と重
複するのでこれを省略し、暖房←→デフロストの運
転切換時について以下述べる。

暖房運転中にデアイサ２６の周期に達したとこ
ろで熱源コイル３に着霜しており、該デアイサ２
６から除霜信号が発せられると、四路切換弁２を
冷房側に切換えると共に熱源側フアン１５を停止
し、さらに圧縮機１をデフロストを行なうに十分
な、かつ液戻りを起させない程度の低能力例えば
50％能力に作動させ、また前記制御弁６を閉弁せ
しめる（第５図ステツプ(B)〜(F)参照）。

かくして冷凍装置は冷房運転可能な状態で制御
弁６により高圧側と低圧側とが断路されて圧縮機
１が50％能力で吸入・圧縮を行なう結果、低能力
下でのポンプダウン運転を開始する。

このポンプダウン運転により低圧側の冷媒が圧
縮機１により高圧側に移送された低圧々力（P_L）
が設定圧力（P_S1）以下になると、制御弁６を開
弁するための信号を発生し出力することから、制
御弁６は開弁してポンプダウン運転は終り、50％
出力での除霜運転に切り換る（同図ステツプ(G)〜
(I)参照）。

除霜運転が進行してデアイサ２６のタイマー２
６_Tで設定した短時間例えば10分経過するかある
いは熱源コイル３の高圧々力が高くなるかのいず
れか早い方の信号によつてデフロストが終了した
ことを読みとると、タイマー回路４３のタイム(H)
カウントを行なわせ、四路切換弁２を暖房側に確
実に切換えるため５秒間圧縮機１を50％能力の強
制運転すると共に制御弁６を閉弁せしめる（同図
ステツプ(J)〜（Ｎ）参照）。なお前記５秒間だけ
圧縮機１を50％能力運転する理由は、例えば25％
能力運転では四路切換弁２を切換える駆動源とし
て不十分であるからである。

かくして冷凍装置は暖房運転可能な状態で制御
弁６により高圧側と低圧側とが断路されて圧縮機
１が50％能力で５秒間の運転を行つたのち、25％
能力で吸入・圧縮を行なう結果、小能力下でのポ
ンプダウン運転を開始する（同図ステツプ（Ｏ）
参照）。

このポンプダウン運転は暖房から除霜に切換る
ときの前述したポンプダウン運転と同様に行なわ
れ液戻り防止に機能する。

次いでポンプダウン運転が終つた時点で前記と
同じく制御弁６を開弁するための信号により制御
弁６は開弁してポンプダウン運転から前記のごと
く25％能力下での冷凍（暖房）運転に切り換る。

そして前記のごとく約３分間が経過すると水温
（Ｔ）と設定温度（T_S2）とを比較してさらに暖
房の必要があると判断すれば圧縮機を１段階能力
増加するための信号を発生し出力する（同図ステ
ツプ（Ｐ）〜（Ｖ）参照）。

上述の運転態様において、ステツプ（Ｍ）〜
（Ｒ）の順序作動がポンプダウン運転制御手段の
作動態様に対応し、ステツプ（Ｒ）〜（Ｕ）がア
ンローダ運転制御手段の作動態様に対応する。

このように、デフロスト終了後のポンプダウン
運転が終ると同時に圧縮機１を数分以内の所定時
間に限つて25％の小能力で強制運転するアンロー
ド運転が成され、この運転態様ならびにその後の
暖房負荷に応じた圧縮機１の段階能力制御運転は
前述の運転態様と同様となるものであつて、以上
述べた一連の運転態様は第７図に経時線図で示し
た通りである。

なお、以上の例においては、タイマー回路４３
のカウント間始時期を△結線切換完了時とした
が、これにかえて結線による起動開始時でもよ
く、またポンプダウン運転終了時でもよく、種々
のカウント開始時期に合わせてタイムを設定すれ
ばよい。さらに単相モータ使用の場合には前記カ
ウント開始時期は該単相モータの起動時とするか
前記ポンプダウン終了時とするかのいずれでもよ
い。

また、前記圧縮機１は４段階の能力のものを使
用したが、これにかえて100％、67％、34％の３
段階の能力を有する圧縮機でも100％と50％との
２段階の圧縮機でもよいものである。

また前記実施例は冷暖房可能なヒートポンプ式
チラーである冷凍装置について説明したが、これ
にかえて冷房専用の冷凍装置でも暖房専用の冷凍
装置でもよいことはいうまでもない。

また膨脹弁９，１０にかえて膨脹機構としての
キヤピラリチユーブを採用してもよいものであ
る。

本発明は以上述べた通りの構成および作用を有
するものであつて、圧縮機が始動運転に入るとき
と、暖房運転とデフロスト運転の間の切換えのと
きとの少くともいずれか一方のときに、小能力下
でのポンプダウン運転と小能力でのアンローダ運
転とを順序的に行なわせるようにしているので、
液戻り運転は確実に防止される結果、圧縮機の信
頼性は頓に向上する。

しかもポンプダウン運転とアンローダ運転とは
小能力で成されるので、液分とガス分とに分離し
た低圧冷媒のうちガス分のみを吸入して液分を残
すように適正な能力下での運転が可能となり、従
つて低圧側のアキユムレータを小形化しても何等
問題は生じなく装置のコンパクト化が果される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の１例に係る冷媒配管系統
図、第２図は同じく電気制御回路図、第３図は第
２図におけるシーケンスコントローラのブロツク
示構造図、第４図および第５図は前記シーケンス
コントローラの作動を示すフローチヤート図、第
６図および第７図は第４図および第５図に対応す
る冷凍運転経時線図である。 １……多段能力形圧縮機、６……制御弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧液管中に介設した制御弁６と、定格能力
   とこれに比して小さい小能力とを含んで少なくと
   も２段階の能力制御可能となした多段能力形圧縮
   機１と、停止から始動運転にはいるときと、暖房
   運転とデフロスト運転の間の切換えのときとの少
   くともいずれか一方のときに信号を発せしめて、
   該信号により前記制御弁６の閉弁および前記圧縮
   機１の小能力運転によるポンプダウン運転を吸入
   管内圧力が設定圧力以下に低下するまで行なわせ
   るポンプダウン運転制御手段と、このポンプダウ
   ン運転の終了と同時に前記圧縮機１を数分以内の
   所定時間に限つて前記小能力で強制運転させるア
   ンローダ運転制御手段とを具備してなることを特
   徴とする冷凍装置。