JPH0942789A

JPH0942789A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH0942789A
Application number: JP19742195A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Yamada; 訓良山田; Tsuneji Morohoshi; 恒次諸星; Yoshibumi Ichikawa; 義文市川
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の圧縮機の給油差圧を確保しかつ圧縮機
の設定圧力範囲外での運転を防止可能とする。【構成】高元側圧縮機１と高元側凝縮器２，高元側膨
張弁３等の高元側機器とカスケードコンデンサ４とより
なる高元側回路と、カスケードコンデンサ４を介して低
元側圧縮機５と低元側膨張弁６，低元側蒸発器７等の低
元側機器とよりなる低元側回路とにより二元冷凍サイク
ルを形成し、カスケードコンデンサを介して低元側冷媒
を高元側冷媒で冷却する冷凍装置であって、低元側圧縮
機５及び高元側圧縮機１のそれぞれを容量制御し、かつ
低元側高圧圧力を設定圧力範囲内に制御する制御機構を
具備した。【効果】圧縮機の信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機及び空調機等の
二元冷凍サイクルに係り、特に、低元側圧縮機及び高元
側圧縮機を容量制御しかつ高圧圧力と低圧圧力との差圧
を確保するのに好適な冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置においては、高元側圧縮
機１と高元側凝縮器２と高元側膨張弁３とカスケードコ
ンデンサ４とよりなる高元側回路と、カスケードコンデ
ンサ４を介して低元側圧縮機５と低元側膨張弁６と低元
側蒸発器７とよりなる低元側回路とにより二元冷凍サイ
クルを形成し、カスケードコンデンサを介して低元側冷
媒を高元側冷媒で冷却する構成である。そして冷凍Ｖ
ｏｌ．６２Ｎｏ．７２１昭和６２年１１月号１３
頁に記載のように、各圧縮機の容量制御の目的は、冷凍
負荷の増減に追従させて高圧油によりスライド弁を移動
させ、各圧縮機の容量を変化させるのが主流である。し
かし低元側圧縮機に油ポンプ等の強制潤滑油装置を持た
ず、冷媒ガスの高圧圧力と低圧圧力との差圧による差圧
給油方式を採用した圧縮機を使用した場合、低元側圧縮
機の高圧圧力が低下すると、高圧圧力と低圧圧力との差
圧が小さくなり、軸受への給油量が不足となるため、圧
縮機の軸受の寿命が低下する恐れがあり、この給油時の
差圧を確保するため低元側圧縮機の高圧圧力を下限値以
上に保つ必要がある。またこの高圧圧力が高くなると高
元側圧縮機の低圧圧力が同時に高くなり、高元側圧縮機
の使用範囲の上限値を超える場合には、高元側圧縮機の
内部圧縮機構の部品の寿命を低下させるため、高元側圧
縮機にとっては、低元側圧縮機の高圧圧力を上限値以下
に保つ必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍装置にあっ
ては、差圧給油方式の圧縮機を使用した場合、低元側圧
縮機の高圧圧力が低下すると低圧圧力との差圧が小さく
なり、軸受への給油量が不足となるため、軸受の寿命が
低下する問題点がある。また低元側圧縮機の高圧圧力が
高くなると高元側圧縮機の低圧圧力が同時に高くなり、
高元側圧縮機の使用圧力範囲の上限を超える場合は、高
元側圧縮機の内部圧縮機構の部品の寿命を低下させる問
題点がある。

【０００４】本発明の目的は、低元側圧縮機の高圧圧力
を常に安定領域内に自動制御し、軸受給油量を確保して
低元側圧縮機及び高元側圧縮機の信頼性を向上すること
のできる冷凍装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る冷凍装置は、高元側圧縮機及び高元側
機器と低元側圧縮機及び低元側機器とによりカスケード
コンデンサを介して二元冷凍サイクルを形成し、カスケ
ードコンデンサを介して低元側冷媒を高元側冷媒で冷却
する冷凍装置において、低元側圧縮機及び高元側圧縮機
のそれぞれを容量制御し、かつ低元側高圧圧力を設定圧
力範囲内に制御する制御機構を具備した構成とする。

【０００６】そして低元側圧縮機及び高元側圧縮機を差
圧給油型に形成し、低元側圧縮機及び高元側圧縮機のそ
れぞれを容量制御して低元側高圧圧力を設定圧力範囲内
に制御し、低元側圧縮機及び高元側圧縮機のそれぞれの
高圧圧力と低圧圧力との差圧を確保する制御機構を具備
した構成でもよい。

【０００７】また制御機構は、限時継電器にそれぞれ接
続される低元側高圧開閉器及び高元側高圧開閉器と、限
時継電器又は低元側高圧開閉器の出力信号により開閉さ
れるそれぞれの低元側電磁弁と、限時継電器又は高元側
高圧開閉器の出力信号により開閉されるそれぞれの高元
側電磁弁とを具備している構成でもよい。

【０００８】さらに低元側高圧開閉器は、低元側圧縮機
の高圧圧力が上限値に上昇した際に低元側電磁弁を開
し、高元側高圧開閉器は、低元側圧縮機の高圧圧力が下
限値に低下した際に高元側電磁弁を開するものである構
成でもよい。

【０００９】そして制御機構は、温度調節器又は圧力調
節器を具備している構成でもよい。また低元側圧縮機及
び高元側圧縮機は、半密閉形スクリュー圧縮機である構
成でもよい。

【００１０】

【作用】本発明によれば、低元側高圧圧力の上昇を押え
るため、低元側高圧圧力を検知した２個の高圧圧力開閉
器の動作信号により、自動的に圧縮機容量制御用電磁弁
を開閉させ、低元側圧縮機を容量制御運転させることに
より、低元側高圧圧力が低下される。また、低元側高圧
圧力の下降を押えるため、高元側圧縮機を容量制御運転
させることにより、低元側高圧圧力が上昇される。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１を参照しながら説明
する。高元側圧縮機１と高元側凝縮器２，高元側膨張弁
３等の高元側機器とカスケードコンデンサ４とよりなる
高元側回路と、カスケードコンデンサ４を介して低元側
圧縮機５と低元側膨張弁６，低元側蒸発器７等の低元側
機器とよりなる低元側回路とにより二元冷凍サイクルを
形成し、カスケードコンデンサを介して低元側冷媒を高
元側冷媒で冷却する冷凍装置であって、低元側圧縮機５
及び高元側圧縮機１のそれぞれを容量制御し、かつ低元
側高圧圧力を設定圧力範囲内に制御する制御機構を具備
した構成とする。そして低元側圧縮機５及び高元側圧縮
機１を差圧給油型に形成し、制御機構は、低元側圧縮機
５及び高元側圧縮機１のそれぞれを容量制御して低元側
高圧圧力を設定圧力範囲内に制御し、低元側圧縮機５及
び高元側圧縮機１のそれぞれの高圧圧力と低圧圧力との
差圧を確保するものでもよい。

【００１２】すなわち二元冷凍サイクルでは、高元側半
密閉形スクリュー圧縮機（高元側圧縮機）１で圧縮され
た高元側冷媒ガスは、高元側凝縮器２により凝縮液に冷
却され、高元側膨張弁３の作用により低圧の湿りガスと
なり、カスケードコンデンサ４内で蒸発し、低元側冷媒
を冷却した後、高元側半密閉形スクリュー圧縮機１に吸
入される。また、低元側半密閉形スクリュー圧縮機（低
元側圧縮機）５で圧縮された高温・高圧の低元側冷媒ガ
スはカスケードコンデンサ４に入り、高元側冷媒の蒸発
熱により凝縮液に冷却され、低元側膨張弁６により膨張
して低圧の湿りガスとなり、低元側蒸発器７により冷凍
負荷の冷却作用を行なって蒸発し、低元側半密閉形スク
リュー圧縮機５へ吸入される。そして低元側半密閉形ス
クリュー圧縮機５の高圧圧力取出口１０より取り出され
た圧力は、高元側圧縮機制御用高圧圧力開閉器（高元側
高圧圧力開閉器）８と、低元側圧縮機制御用高圧圧力開
閉器（低元側高圧圧力開閉器）９とにより検出され、こ
の検出圧力により低元側圧縮機及び高元側圧縮機の容量
制御が行われる。

【００１３】図２に半密閉形スクリュー圧縮機のスライ
ド弁方式を示す。高元側について説明するが低元側も同
様な構造である。高元側半密閉形スクリュー圧縮機１の
シリンダ１１に、シリンダ１１のほぼ中央及び反スライ
ド弁側端面よりケーシングの低圧側へ連通する連通管２
５，２６を設けるとともに連通管２５に、高元側容量制
御用電磁弁（高元側電磁弁）１４と、連通管２６に高元
側電磁弁１６を設け、連通管２６に高圧圧力との連通管
２７を接続する。そして高元側圧縮機１の近傍に高圧圧
力開閉器８を付設し、高圧圧力開閉器８の出力信号を高
元側電磁弁１４に接続する。そして高元側電磁弁１６を
図３に示す限時継電器１９の出力信号に接続し、高圧圧
力開閉器８の出力信号で高元側電磁弁１４を、また限時
継電器１９の出力信号で高元側電磁弁１６を開閉動作を
行なわせることにより、シリンダ１１内のピストン１３
を移動させ、ピストン１３のＥ面に加わる油圧の圧力を
変化させ、スライド弁１２を動かし、圧縮機の容量制御
を行なう。図中のピストン１３が実線のＡ位置にある状
態で、圧縮機は全負荷状態（１００％ロード）であり、
二点鎖線のＢ位置にある状態が容量制御状態（５０％ロ
ード）である。また、圧縮機停止時及び起動時の３０秒
間は強制的に始動アンロード状態となり、この時、スプ
リング１８の働きにより、ピストン１３は二点鎖線のＣ
位置となる。

【００１４】すなわち容量制御は、スライド弁１２の位
置を移動することにより行うものであり、スライド弁１
２が図２の左端（ピストン位置はＡ）の時が１００％ロ
ード運転、中央（ピストン位置はＢ）の時が５０％ロー
ド運転、そして右端（ピストン位置はＣ）の時が、停止
又は始動アンロードのスライド弁１２の位置となる。以
下に高元側圧縮機について動作を説明するが、低元側圧
縮機についても同一原理である。

【００１５】（１）高元側電磁弁１４と高元側電磁弁１
６とを全閉することによりピストン面Ｄ及びピストン面
Ｅに同等の高圧圧力が加わる。しかしスライド弁１２の
面Ｆに高圧圧力が、また面Ｇに低圧圧力が加わっている
ため、高圧圧力＞低圧圧力によりスライド弁１２は図２
の左側に押され、１００％ロード運転となる。

【００１６】（２）高元側電磁弁１４又は高元側電磁弁
１６を開けることにより、高圧圧力をケーシング低圧側
へ逃がし、ピストン面Ｄに加わる圧力を低下させ、スラ
イド弁１２を図の右側へ動かす。なお高元側電磁弁１６
とシリンダとの間が高圧圧力に連通しているので、高元
側電磁弁１４と高元側電磁弁１６の弁径の関係を高元側
電磁弁１４の弁径＜高元側電磁弁１６の弁径にしてあ
る。

【００１７】（３）高元側電磁弁１４を開けると、スラ
イド弁１２は中央（ピストン位置はＢ）まで戻り、５０
％ロード運転を行うようになる。

【００１８】（４）高元側圧縮機の始動時の始動トルク
を軽減するために必要な始動アンロード運転では、高元
側電磁弁１６を開けてスライド弁１２を右端（ピストン
位置はＣ）に押し、始動アンロード運転を行う。停止時
も同一位置となる。

【００１９】図３に本発明の他の実施例として制御回路
を示し、図４に高元側容量制御用電磁弁１４，１６の動
作状態を示す。制御機構は、二つの限時継電器１９にそ
れぞれ接続される低元側高圧開閉器９及び高元側高圧開
閉器８と、限時継電器１９又は低元側高圧開閉器９の出
力信号により開閉される二つの低元側電磁弁１５，１７
と、限時継電器１９又は高元側高圧開閉器８の出力信号
により開閉される二つの高元側電磁弁１４，１６とを具
備している構成であり、低元側高圧開閉器９は、低元側
圧縮機５の高圧圧力が上限値に上昇したことを検出した
際に切り替わって通電し、低元側電磁弁１５をＯＮして
開放させ、高元側高圧開閉器８は、低元側圧縮機５の高
圧圧力が下限値に低下したことを検出した際に切り替わ
って通電し、低元側電磁弁１４をＯＮして開放させるも
のである。また制御機構は、図示しない温度調節器又は
圧力調節器を具備した構成であってもよく、例えば二元
冷凍サイクルの冷媒の温度又は圧力を検出し、その上限
値又は下限値に応じて各電磁弁を開閉し、各圧縮機を容
量制御するものであってもよい。

【００２０】高元側圧縮機運転容量は、全負荷状態（１
００％ロード）、容量制御状態（５０％ロード）、停止
及び始動アンロードの３段階容量制御である。限時継電
器１９は圧縮機起動後３０秒間は実線の位置を維持し、
高元側電磁弁１６に通電され高元側圧縮機１は始動アン
ロード運転を行なう（モード）。３０秒を経過する
と、接点は破線の位置に切り換り、モード又はモード
の状態に移行する。ピストン１３がＡ位置では、高元
側圧縮機１がモードの全負荷状態（１００％ロード）
で運転している状態であり、低元側高圧圧力が設定値の
下限値まで下降した場合、高元側圧縮機制御用高圧圧力
開閉器８の接点が実線の位置より破線側に切り換わり、
高元側容量制御用電磁弁１４がＯＮになることにより、
スライド弁１２及びピストン１３が右側（Ｂ位置）に移
動し、高元側圧縮機１はモードの容量制御状態（５０
％ロード）に移行する。逆に、設定した高圧圧力開閉器
８のディファレンシャルまで低元側高圧圧力が上限値ま
で上昇すると、高圧圧力開閉器８の接点が実線の位置に
戻り、高元側容量制御用電磁弁１４がＯＦＦとなり、高
元側圧縮機１はモードの全負荷状態に戻る。

【００２１】次に、図５に低元側容量制御用電磁弁１
５，１７の動作状態を示す。ただし、図４に示す高元側
の場合と同様に、低元側圧縮機運転容量は全負荷状態
（１００％ロード）、容量制御状態（５０％ロード）、
停止及び始動アンロードの３段階制御である。限時継電
器１９の動作によるモード及び、モードよりモード
もしくはモードへの移行についても、図４に示すの
高元側の場合と同様である。ピストン１３がＡ位置で圧
縮機がモードの全負荷状態（１００％ロード）で運転
している状態で、低元側高圧圧力が設定値の上限値まで
上昇した場合、低元側圧縮機制御用高圧圧力開閉器９の
接点が実線から破線側に切り換わり、低元側容量制御用
電磁弁１５がＯＮになることにより、スライド弁１２及
びピストン１３が右側（Ｂ位置）に移動し、低元側圧縮
機５はモードの容量制御状態（５０％ロード）にな
る。逆に、設定した高圧圧力開閉器９の接点が実線側に
戻ると、低元側容量制御用電磁弁１５はＯＦＦとなり、
低元側圧縮機５はモードの全負荷状態に戻る。

【００２２】本発明によれば、冷凍装置が運転中、低元
側高圧圧力を検出した高圧圧力開閉器の動作により、低
元側電磁弁又は高元側電磁弁を開閉して低元側圧縮機及
び高元側圧縮機の容量制御を自動的に行い、低元側高圧
圧力を安定した領域で運転することが可能となる。ま
た、圧縮機の設定圧力範囲外での運転を防止し、さら
に、圧縮機への給油のための圧力差を確保し、軸受の潤
滑不良を防止することにより、圧縮機の寿命低下が抑制
可能であるため、高元側圧縮機及び低元側圧縮機の信頼
性の確保を図ることができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、低元側高圧圧力を検出
して高圧圧力開閉器の動作により、電磁弁を開閉して低
元側及び高元側圧縮機の容量制御を自動的に行い、低元
側高圧圧力を安定した領域で運転することが可能とな
り、圧縮機の設定圧力範囲外での運転を防止し、かつ、
圧縮機への給油のための圧力差を確保し、軸受の潤滑不
良を防止することにより圧縮機の寿命低下が抑制され、
圧縮機の信頼性の確保を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す冷凍サイクルの系統図
である。

【図２】図１の圧縮機のスライド弁を示す断面図であ
る。

【図３】図１の制御回路を示す図である。

【図４】図１の高元側電磁弁の動作を示す図である。

【図５】図１の低元側電磁弁の動作を示す図である。

【符号の説明】

１高元側圧縮機２高元側凝縮器３高元側膨張弁４カスケードコンデンサ５低元側圧縮機６低元側膨張弁７低元側蒸発器８高元側高圧圧力開閉器９低元側高圧圧力開閉器１０高圧圧力取出口１１シリンダ１２スライド弁１３ピストン１４高元側電磁弁１５低元側電磁弁１６高元側電磁弁１７低元側電磁弁１８スプリング１９限時継電器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市川義文静岡県清水市村松390番地日立清水エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高元側圧縮機及び高元側機器と低元側圧
縮機及び低元側機器とによりカスケードコンデンサを介
して二元冷凍サイクルを形成し、前記カスケードコンデ
ンサを介して低元側冷媒を高元側冷媒で冷却する冷凍装
置において、前記低元側圧縮機及び前記高元側圧縮機の
それぞれを容量制御し、かつ低元側高圧圧力を設定圧力
範囲内に制御する制御機構を具備したことを特徴とする
冷凍装置。
【請求項２】高元側圧縮機及び高元側機器と低元側圧
縮機及び低元側機器とによりカスケードコンデンサを介
して二元冷凍サイクルを形成し、前記カスケードコンデ
ンサを介して低元側冷媒を高元側冷媒で冷却する冷凍装
置において、前記低元側圧縮機及び前記高元側圧縮機を
差圧給油型に形成し、前記低元側圧縮機及び前記高元側
圧縮機のそれぞれを容量制御して低元側高圧圧力を設定
圧力範囲内に制御し、前記低元側圧縮機及び前記高元側
圧縮機のそれぞれの高圧圧力と低圧圧力との差圧を確保
する制御機構を具備したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の冷凍装置におい
て、制御機構は、限時継電器にそれぞれ接続される低元
側高圧開閉器及び高元側高圧開閉器と、前記限時継電器
又は前記低元側高圧開閉器の出力信号により開閉される
それぞれの低元側電磁弁と、前記限時継電器又は前記高
元側高圧開閉器の出力信号により開閉されるそれぞれの
高元側電磁弁とを具備していることを特徴とする冷凍装
置。
【請求項４】請求項３記載の冷凍装置において、低元
側高圧開閉器は、低元側圧縮機の高圧圧力が上限値に上
昇した際に低元側電磁弁を開し、高元側高圧開閉器は、
低元側圧縮機の高圧圧力が下限値に低下した際に高元側
電磁弁を開するものであることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】請求項１又は２記載の冷凍装置におい
て、制御機構は、温度調節器又は圧力調節器を具備して
いることを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】請求項１又は２記載の冷凍装置におい
て、低元側圧縮機及び高元側圧縮機は、半密閉形スクリ
ュー圧縮機であることを特徴とする冷凍装置。