JPH11118264A - Ｈｆｃ系冷媒対応冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のＨＦＣ系冷媒を使用可能な冷凍装置にお
いて、各々の冷媒に対応した液インジェクション流量の
最適化による性能の向上と、安定した運転を可能とする
冷凍装置の制御方法を得る。 【解決手段】圧縮機１、凝縮器２、過冷却器３、受液器
４を有する冷凍装置において、サイクル系統を圧縮機
１、凝縮器２、受液器４、過冷却器３の順に接続し、液
インジェクション配管接続部１０を過冷却器３の後に設
けた構成とする。吐出ガス温度および周囲温度により各
ＨＦＣ系冷媒に対応した液インジェクション流量制御を
行うためのコントローラ１８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のＨＦＣ系冷
媒を使用可能とした冷凍装置において、安定した最適運
転制御を可能とする制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍装置としては、例えば、特開
平３−１２９２５５号に記載されているように、スクロ
ール圧縮機を搭載した冷凍装置において圧縮機の中間圧
力部へ液冷媒を導入し、圧縮機の吐出ガス温度を制御す
るものが知られている。

【０００３】上記従来の技術は、冷凍装置の使用冷媒・
周囲環境等にかかわらず、液インジェクション流量は一
定量にて制御されており、仮に複数の冷媒を冷凍装置に
て使用可能とした場合、特定の単一冷媒以外の冷媒を使
用時に圧縮機吐出ガス温度の異常上昇または異常低下、
あるいは圧縮機入力増大という現象が生じ安定した運転
が不可能になるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７
Ａ，Ｒ４０７Ｃ等の冷凍装置用ＨＦＣ系冷媒は、従来の
Ｒ２２等のＨＣＦＣ系冷媒に比べ、同一条件で冷凍装置
運転時の成績係数が低下する。また、従来のＨＣＦＣ系
冷媒対応冷凍装置による一定量の液インジェクション制
御を、ＨＦＣ系冷媒に対応可能な冷凍装置で採用した場
合、液インジェクション流量の不適合の範囲が拡大し、
液インジェクション流量の増大する運転条件では圧縮機
の入力が増大し成績係数の改善が望めない。このため、
液インジェクション流量を冷凍装置の運転状況に応じ最
適流量に制御することは、圧縮機入力の増大を防止する
ことができ、また、成績係数の改善が可能となる。

【０００５】以上より、ＨＦＣ系冷媒においては、運転
状況に応じた液インジェクション流量の最適化制御を行
うことは、冷凍装置の性能向上のために極めて重要であ
る。

【０００６】本発明の目的は、複数のＨＦＣ系冷媒を使
用可能な冷凍装置において、冷媒の種類にかかわらず、
冷凍装置の周囲温度により、圧縮機吐出ガス温度の制御
温度帯を可変させ、液インジェクション流量を最適化
し、安定した運転による性能向上を目的としたものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、圧縮機、凝縮器、過冷却器、
受液器を有する冷凍装置において、冷媒としてＲ４０４
Ａ，Ｒ５０７Ａ等のＨＦＣ系冷媒を使用し、液インジェ
クション配管の取出部を過冷却器後としたことで、十分
凝縮した液冷媒を圧縮機に導入することにより、液イン
ジェクションの信頼性を向上させたことにある。

【０００８】本発明の第２の特徴は、複数のＨＦＣ系冷
媒を使用可能な冷凍装置において、それぞれの使用冷媒
に対応し、吐出ガス温度センサにより圧縮機吐出ガス温
度を検知し、液インジェクション配管途中に設置された
電子膨張弁の開度を適正開度に調整し、吐出ガス温度を
制御温度帯に収束させ、信頼性を向上させたことにあ
る。

【０００９】本発明の第３の特徴は、冷凍装置の設置さ
れている周囲温度を周囲温度センサにて検出し、周囲温
度に応じて圧縮機吐出ガス制御温度帯を可変させること
により、冷凍装置の運転状況に対し、最適となる液イン
ジェクション量を選択し、最小限の液インジェクション
流量とすることが可能となり性能を向上させたことにあ
る。

【００１０】本発明の第４の特徴は、液インジェクショ
ン流量制御用電子膨張弁の開閉制御にて、冷凍装置の低
圧圧力遮断装置作動による運転停止時に電子膨張弁を全
閉とせず、停止前の開度を保持し、再運転時には停止前
の開度にて制御を再開することにより、電子膨張弁の全
閉動作を最小限とすることが可能となり、電子膨張弁の
信頼性を向上させたことにある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づき説明する。

【００１２】図１は本発明における冷凍装置の基本冷凍
サイクルの一例を示す図で、図１においてIは空冷一体
型冷凍装置、IIは低圧側機器であり、これらが配管接続
部１９・２０において接続され冷凍サイクルを構成して
いる。

【００１３】１はスクロール圧縮機、２は圧縮機下流側
に設けられた凝縮器、３は前記凝縮器２と一体構造とな
った過冷却器である。前記圧縮機１から吐出されたガス
冷媒は、凝縮器２および冷却ファン１４により冷却され
凝縮し液冷媒となるが、一度凝縮した液冷媒は一旦５の
受液器に蓄えられ、その後、液冷媒のみが前記過冷却器
３に導かれる構造となっている。過冷却された液冷媒
は、ドライヤ９、サイトグラス８を通過し、電磁弁７、
膨張弁６、蒸発器４から成る低圧機器II内で蒸発し、再
びガス冷媒となったのちアキュームレータ１３を通り前
記圧縮機１へ吸入される。過冷却器３より下流側の液冷
媒配管とスクロール圧縮機１の中間圧力室は、液インジ
ェクション配管１０で接続されており、この液インジェ
クション配管１０には液インジェクション量を制御する
電子膨張弁１１が設けられている。ここで、スクロール
圧縮機１の吐出ガス温度を吐出ガス温度センサ１５によ
り検知し、コントローラ１７に入力し、コントローラ１
７内に予め各々のＨＦＣ系冷媒について対応可能となる
ように設定された制御温度帯に吐出ガス温度が収束する
ように、電子膨張弁１１の開度を開閉し、スクロール圧
縮機１の中間圧力室に、液冷媒のインジェクションを行
う。低圧機器IIの負荷が低下し、吸入ガス圧力が低下す
ることにより、圧縮機１の吸入側に設置された低圧圧力
遮断装置１８が作動し、冷凍装置Iが停止した場合は、
停止前の電子膨張弁１１の開度を保持し、液インジェク
ション配管１０途中に設置された電磁弁１２を閉路し、
停止中に圧縮機１へ液冷媒の流入を防止する。この後、
低圧機器IIの負荷が増加し、吸入ガス圧力が上昇するこ
とにより、圧縮機１の吸入側に設置された低圧圧力遮断
装置１８が復帰し、冷凍装置Iが運転を再開した場合
は、停止前の電子膨張弁１１の開度にて液インジェクシ
ョン流量制御を行う。本制御により、電子膨張弁１１の
全閉動作を最小限にすることが可能となる。

【００１４】図２は、本発明における冷凍装置において
周囲温度により吐出ガス温度制御温度帯を可変させる制
御方法を示す制御フロー図で、図２にて冷凍装置Iの液
インジェクション流量の最適化のための、周囲温度検知
センサ１６による吐出ガス温度制御帯可変制御方法の一
例を説明する。冷凍装置Iが運転を開始した後、周囲温
度センサ１６により周囲温度Ｔａを検知し、３０℃より
も高ければ吐出ガス制御温度帯を８０±５℃に設定し、
また３０℃以下で２０℃よりも高ければ吐出ガス制御温
度帯を９０±５℃に設定し、２０℃以下であれば吐出ガ
ス制御温度帯を１００±５℃に設定する機能をコントロ
ーラ１７にて備えている。

【００１５】図３は、本発明における冷凍装置において
液インジェクション用電子膨張弁開度制御方法を示す制
御フロー図で、図１、３にて冷凍装置Iの液インジェク
ション流量の最適化のための、吐出ガス温度検知センサ
１５による吐出ガス温度制御用電子流量弁開度制御方法
の一例を説明する。冷凍装置I内に設置されたコントロ
ーラ１７には、複数のＨＦＣ系冷媒に対応可能とするた
めに、予め各々の冷媒毎に制御値が入力されており、冷
凍装置Iの運転を開始する前に使用する冷媒をコントロ
ーラ１７にて設定する。この後、冷凍装置Iの電源を投
入し、低圧圧力遮断装置（６３Ｄ(L)）１８が復帰し、
冷却運転を開始すると同時に液インジェクション用電子
膨張弁開度制御を開始する。まずはじめに電源投入時
は、電子流量弁開度を予め設定されている初期開度を設
定し液インジェクション制御を行う。これと同時に冷凍
装置Iの運転中の圧縮機１吐出ガス温度を、吐出ガス温
度センサ１５にて検知し、コントローラ１７に入力す
る。入力された吐出ガス温度Ｔｄが、予め設定した使用
冷媒に対応する制御温度Ａに収束するようにコントロー
ラ１７にて制御する。この場合、吐出ガス温度制御温度
帯は、制御温度Ａ±５℃となり、吐出ガス温度Ｔｄが、
制御温度帯上限温度：Ａ＋５℃よりも高くなった場合
は、（１）式にて求められるパルス数を初期 （Ｔｄ−（Ａ＋５））×α ・・・ （１）式 開度に加算し、電子膨張弁を開弁し、吐出ガス温度Ｔｄ
が制御温度帯に収束するように制御する。（１）式にて
αは、冷凍装置Iの容量により予めコントローラ１７に
て設定されている定数である。一定時間Ｔが経過した
後、再度吐出ガス温度Ｔｄを検知し、制御温度帯Ａ±５
℃の範囲内にあるかを確認する。この時、制御温度帯下
限値Ａ−５℃よりも低い場合は、液インジェクション流
量が多すぎるため、（２）式により求められるパルス数
を現状のパルス数から減算し、電子膨 （ （Ａ−５）− Ｔｄ ）×α ・・・ （２）式 張弁開度を閉弁する。

【００１６】さらに、一定時間Ｔが経過した後、吐出ガ
ス温度Ｔｄが制御温度帯の範囲内にあれば現状の電子膨
張弁の開度を維持し液インジェクション制御を行う。

【００１７】冷却運転を継続することにより、負荷が減
少し低圧圧力遮断装置６３Ｄ(L)が作動し圧縮機１が停
止した場合は、停止前の電子膨張弁開度を保持してお
り、再度、運転を開始した時は、この停止前の電子膨張
弁開度にて制御を再開する。

【００１８】吐出ガス温度制御温度帯Ａ±５℃は、前述
の通り、冷凍装置Iの周囲温度により可変されるが、こ
の場合、コントローラ１７にて制御温度Ａを例えばＡ＋
１０℃に自動的に置き換えて、液インジェクション用電
子膨張弁制御を継続して行う。

【００１９】上記のことから本発明は、圧縮機の吐出ガ
ス温度を検出するための温度センサと、冷凍装置の設置
されている周囲温度を検出するための温度センサが設置
され、吐出ガス温度センサにより検出された吐出ガス温
度と、周囲温度センサにより検出された周囲温度によ
り、液インジェクション流量を制御するためのコントロ
ーラを備えたことを特徴とするように構成することがで
きる。

【００２０】また、液インジェクション流量制御コント
ローラは、冷凍装置の周囲温度に応じ、圧縮機の吐出ガ
ス温度の制御温度帯を可変させることが可能な制御方式
を備えたことを特徴とする冷凍装置の制御方法とするこ
とができる。

【００２１】更にまた、液インジェクション流量制御コ
ントローラは、冷凍装置の使用されているＨＦＣ系冷媒
の種類に応じ、液インジェクション用電子膨張弁の開度
を制御し、圧縮機吐出ガス温度を適正な範囲に収束させ
ることが可能な制御方式を備えたことを特徴とする冷凍
装置の制御方法とすることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、サイクル系統を凝縮
器、受液器、過冷却器の順に接続し、液インジェクショ
ン用配管接続部を過冷却器の後としたことにより、 過
冷却を確保することが困難なＨＦＣ系冷媒についても十
分凝縮した液冷媒を圧縮機に導くことが出来、吐出ガス
温度制御についても液インジェクション流量を各々のＨ
ＦＣ系冷媒に対応して電子膨張弁にて制御することによ
り、複数のＨＦＣ系冷媒に対応可能な冷凍装置を供給出
来、安定した運転による信頼性向上が可能となる。

【００２３】また、液インジェクション配管に設置され
た電子膨張弁の制御方法を改善し極力全閉制御を行わな
いようにしたことにより、電子膨張弁の開閉動作を最小
限とし、電子膨張弁の信頼性の向上を図ることが出来
る。

【００２４】さらに、周囲温度により吐出ガス温度制御
温度帯を可変させ、運転環境に対応し、最適な液インジ
ェクション流量とすることにより、圧縮機入力の異常な
増大を防止することが出来、性能向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す冷凍装置の冷凍サイク
ル系統図を示す。

【図２】本発明における冷凍装置において周囲温度によ
り吐出ガス温度制御温度帯を可変させる制御方法を示す
制御フロー図。

【図３】本発明における冷凍装置において液インジェク
ション用電子膨張弁開度制御方法を示す制御フロー図。

【符号の説明】

I…空冷一体型冷凍装置、II…低圧側機器、１…圧縮
機、２…凝縮器、３…過冷却器、４…蒸発器、５…受液
器、６…膨張弁、７…電磁弁、８…サイトグラス、９…
ドライヤ、１０…液インジェクション配管、１１…電子
膨張弁、１２…電磁弁、１３…アキュームレータ、１４
…冷却ファン、１５…吐出ガス温度センサ、１６…周囲
温度センサ、１７…コントロラ、１８…低圧圧力遮断装
置、１９、２０…配管接続部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、凝縮器、過冷却器、受液器を有す
   る冷凍装置において、冷媒としてＲ４０４Ａ，Ｒ５０７
   Ａ，Ｒ４０７Ｃ等のＨＦＣ系冷媒を使用し、圧縮機から
   出た吐出ガス冷媒が、凝縮器、受液器、過冷却器の順に
   経由し、低圧側機器に送られる様にサイクル系統を構成
   し、前記過冷却器の下流側配管から圧縮機とを接続する
   液インジェクション配管を有し、液インジェクション配
   管途中に液インジェクション流量を制御するための電子
   膨張弁と、使用冷媒及び運転状況に応じた液インジェク
   ション流量の最適制御を行うためのコントローラを備え
   たことを特徴としたＨＦＣ系冷媒対応冷凍装置。