JPWO2019239517A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を構成する各機器のうち、低温保護対象の機器の容器の温度に関係する指標値を計測する計測センサと、冷媒回路を制御する制御装置とを備える。冷媒は、同じ圧力での飽和液と飽和ガスとの温度差が１℃以上である、温度勾配の大きい冷媒である。制御装置は、飽和ガスの温度を、低温保護対象の機器の容器に用いられている材料に基づく使用上の下限温度に応じて設定された低温保護温度よりも高い温度に維持する制御を実行し、計測センサで計測された指標値が低温保護温度以下となると、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を実行する。

Description

本発明は、冷凍倉庫等に用いられる冷凍サイクル装置に関し、特に、冷凍サイクル装置を構成する機器の低温保護に関するものである。

従来より、冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路を備えている。冷媒回路において圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に送り込まれた冷媒は、空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は、膨張弁で減圧されて気液二相状態となり、蒸発器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化し、圧縮機へ戻される。

この種の冷凍サイクル装置として、蒸発器での蒸発温度を超低温として運転し、冷凍庫等の食品貯蔵領域である超低温冷凍領域の温度を超低温に冷却するようにした装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３４０６１６号公報

特許文献１では、高圧ガス保安法を守るため、また材料の劣化を防止するため等の理由から、圧縮機等に使用されている材料を超低温に耐え得る特別な材料等としなければならない。したがって、冷凍サイクル装置のコストが大きく上昇するという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低温保護対象の機器の使用下限温度を守ることが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を構成する各機器のうち、低温保護対象の機器の容器の温度に関係する指標値を計測する計測センサと、冷媒回路を制御する制御装置とを備え、冷媒は、同じ圧力での飽和液と飽和ガスとの温度差が１℃以上である、温度勾配の大きい冷媒であり、制御装置は、飽和ガスの温度を、低温保護対象の機器の容器に用いられている材料に基づく使用上の下限温度に応じて設定された低温保護温度よりも高い温度に維持する制御を実行し、計測センサで計測された指標値が低温保護温度以下となると、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を実行するものである。

本発明によれば、冷媒温度を、低温保護対象の機器の容器に用いられている材料に基づく使用上の下限温度に応じて設定された低温保護温度よりも高い温度に維持する制御を実行することで、低温保護対象の機器の使用下限温度を守ることが可能である。本発明によれば、温度勾配の大きい冷媒を用いており、計測センサで計測された指標値に基づく計測温度が低温保護温度以下となると低圧の圧力を上昇させる制御を実行することで、液冷媒が低温保護対象の機器に流入したときに、低温保護対象の機器の使用下限温度を守ることが可能である。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を示すフローチャートである。 図２の低温保護制御のパターン１の加温処理で用いるクランクケースヒータを設置した圧縮機を示す図である。 図２の低温保護制御のパターン２の加温処理を行う場合の冷媒回路を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を説明するためのモリエル線図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、温度及び圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム及び装置等における状態及び動作等において相対的に定まるものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置を示す図である。
冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁等の減圧装置３と、蒸発器４とを備えており、これらが順次、配管によって接続され、冷媒が循環する冷媒回路を構成している。冷凍サイクル装置１００は更に、凝縮器２に送風する第１送風機２ａと、蒸発器４に送風する第２送風機４ａとを備えている。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の容器１ａの外周に配置され、容器１ａの温度を計測する第１温度センサ５と、冷凍サイクル装置１００全体を制御する制御装置６とを備えている。この冷凍サイクル装置１００は、例えば冷凍倉庫等に利用される。

圧縮機１は、容器１ａ内にモータ１０と、外部より冷媒を吸入して圧縮する圧縮部１１とを備えており、両者が主軸１２によって連結されている。圧縮部１１は、吸入配管１３より容器１ａ内に取り込まれた低圧の冷媒ガスを、モータ１０から主軸１２を介して与えられる回転を利用して圧縮し、高圧状態として圧縮部１１から容器１ａ内に排出する。容器１ａ内に排出された高圧の冷媒ガスは、吐出配管１４から外部に排出されるようになっている。なお、圧縮部１１には、スクロール型又はロータリー型等の圧縮機構を用いることができる。また、容器１ａの下部には冷凍機油１５が貯留されており、冷凍機油１５は主軸１２の下端に設けた給油機構（図示せず）により主軸１２内を通って圧縮部１１の各摺動部に供給される。

制御装置６は、例えばマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えている。ＲＯＭには制御プログラム及び後述のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。制御装置６は、冷媒温度を低温保護温度よりも高い温度に維持する低温維持制御を実行する。低温保護温度とは、低温保護対象の機器である圧縮機１の容器１ａに用いられている材料に基づく使用上の下限温度（以下、使用下限温度という）に応じて設定された温度である。また、制御装置６は、第１温度センサ５からの計測温度に基づいて、低温保護対象の機器である圧縮機１の低温保護制御を行う。低温保護制御については後述する。

以上のように構成された冷凍サイクル装置１００において、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は凝縮器２に流入し、凝縮器２を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器２を流出した高圧液冷媒は、減圧装置３で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器４に流入する。そして、蒸発器４に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器４を通過する空気と熱交換して蒸発し、例えば冷凍倉庫内を冷却する。蒸発器４から流出した低圧ガス冷媒は、再び圧縮機１に吸入される。

そして、本実施の形態１では、冷媒として温度勾配の大きい冷媒を用いることを特徴としている。温度勾配の大きい冷媒とは、上述したように、同じ圧力での飽和液と飽和ガスとの温度差が１℃以上の冷媒が該当し、具体的には、Ｒ４６３Ａ、Ｒ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａ又はＲ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｈ等が該当する。このように、本実施の形態１では温度勾配の大きい冷媒を用いるため、蒸発器４における冷媒の温度は一定ではなく、蒸発器４の入口よりも出口の冷媒温度が低くなる。このため、蒸発器４の入口の冷媒温度と蒸発器４の出口の冷媒温度との間の値（例えば平均）が目標蒸発温度となるように、冷凍サイクル装置１００を構成する各機器が制御される。目標蒸発温度は例えば−４５℃とされ、この冷凍サイクル装置１００は、冷凍倉庫等を低温に冷却する。

ここで、低温保護制御の概要について説明する。制御装置６は、低温維持制御中に、容器１ａの温度が、使用下限温度に基づいて設定された低温保護温度となると、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を実施し、容器１ａの温度が使用下限温度を下回らないようにする。「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」については後述する。そして、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」を行っても、容器１ａの温度が低温保護温度以下のままの場合には、圧縮機１を停止させ、容器１ａの温度が使用下限温度を下回らないようにしている。

容器１ａの材料としては、例えばＳＭ４００Ｂがある。ＳＭ４００Ｂの使用下限温度は−５０℃である。低温保護温度は、使用下限温度未満の温度とされ、使用下限温度が−５０℃の場合、例えば−４９℃に設定される。以下では、使用下限温度が−５０℃、低温保護温度が−４９℃であるものとして説明を行う。

また、本実施の形態１では、温度勾配の大きい冷媒を用いつつも、温度勾配のない又は小さい冷媒と同等の冷却能力を発揮できることが前提となっている。よって、温度勾配のない又は小さい冷媒を用いて目標蒸発温度を−４５℃とした場合と同等の冷凍能力を、温度勾配の大きい冷媒を用いて得るには、上述したように蒸発器４の入口の冷媒温度と蒸発器４の出口の冷媒温度との平均が−４５℃となるように運転することになる。具体的には例えば、温度勾配が６℃の冷媒の場合、蒸発器４の入口の冷媒温度が−４８℃、蒸発器４の出口の冷媒温度が−４２℃の時、平均が−４５℃となる。

よって、冷凍サイクル装置１００が正常な運転を行い、蒸発器４から圧縮機１に戻る冷媒の温度が−４２℃であれば、仕様下限温度よりも高い温度であるため、問題ない。しかし、蒸発器４の入口の冷媒温度と蒸発器４の出口の冷媒温度との平均温度が−５０℃近くまで低下する運転状態となることがあり、この場合、容器１ａの温度が使用下限温度を下回る可能性がある。具体的には例えば、温度勾配が６℃の冷媒を用いている場合、蒸発器４の入口の冷媒温度が−５３℃、蒸発器４の出口の冷媒温度が−４７℃の時、平均が−５０℃となる。この運転状態において冷媒が蒸発器４で蒸発しきれずに液バックすると、−５０℃以下の液冷媒が圧縮機１に戻ることになる。つまり、使用下限温度を下回る温度の液冷媒が圧縮機１に戻ることになり、容器１ａの温度が使用下限温度を下回ることが起こる可能性がある。

このため、本実施の形態１では、低温保護制御を行って容器１ａの温度が使用下限温度を下回らないようにする。

図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を示すフローチャートである。
制御装置６は、低温維持制御中、第１温度センサ５で計測された容器１ａの温度（以下、圧縮機温度という）が低温保護温度以下かどうかを判断する（ステップＳ１）。制御装置６は低温保護温度を予め保持している。制御装置６は、圧縮機温度が低温保護温度以下であると判断すると、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」を行う（ステップＳ２）。「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」の具体的な内容については後述する。そして、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」を行っても、第１温度センサ５で計測された圧縮機温度が低温保護温度以下のままの場合（ステップＳ３）、圧縮機１を停止させ（ステップＳ４）、圧縮機１の温度を上昇させる加温処理を行う（ステップＳ５）。加温処理の具体的な内容については後述する。そして、ステップＳ３の加温処理を行うことにより、第１温度センサ５で計測された圧縮機温度が低温保護温度よりも高くなると（ステップＳ３）、制御装置６は圧縮機１の運転を再開させ（ステップＳ６）、ステップＳ１の判断処理に戻り、以上の処理を繰り返す。

ここで、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」とは、例えば以下の（１）〜（４）の制御が該当する。
（１）圧縮機１の運転周波数を下げる。
（２）ファン風量を低下させ、高圧を上昇させる。
（３）圧縮機１の運転台数を減らす。
（４）圧縮機１を停止する。

上記（３）に関し、図１には圧縮機１が１台の構成を示しているが、複数台設置していてもよく、この場合、圧縮機１の運転台数を減らすことでも冷媒回路の低圧の圧力を上昇させることができる。

また、図２では、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」として（１）〜（３）の一部又は全部を行い、それでもなお、圧縮機温度が低温保護温度以下の場合に圧縮機１を停止する制御を想定している。しかし、ステップＳ１において第１温度センサ５で計測された圧縮機温度が低温保護温度以下の場合に、「冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御」として、上記（４）の「圧縮機１の停止」を行うようにしてもよい。

このように、容器１ａの温度が低温保護温度以下に下がった際に、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を行うことで、容器１ａに関わる法律等を守り、かつ容器１ａの劣化を抑制することができる。

次に、加温処理について説明する。加温処理としては、以下の３パターンがある。

＜パターン１＞
図３は、図２の低温保護制御のパターン１の加温処理で用いるクランクケースヒータを設置した圧縮機を示す図である。
図３に示すように、圧縮機１の容器１ａの外周にクランクケースヒータ２０が設置されている。パターン１の加温処理では、クランクケースヒータ２０をＯＮすることにより圧縮機１の容器１ａを加熱する。

＜パターン２＞
図４は、図２の低温保護制御のパターン２の加温処理を行う場合の冷媒回路を示す図である。
図４に示すように、この冷媒回路は、図１に示した冷媒回路に更に、圧縮機１と凝縮器２との間から分岐して蒸発器４と圧縮機１との間に接続されたバイパス回路３０と、バイパス回路３０を開閉する電磁弁３１とを備えた構成を有する。パターン２では、電磁弁３１を開き、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒又は冷凍機油１５を、バイパス回路３０を介して圧縮機１の吸入側に戻すことで圧縮機１の温度を上昇させる。

＜パターン３＞
パターン３の加温処理では、制御装置６が、モータ１０へ電流を供給して拘束通電を行い、圧縮機１の内部から冷媒を加熱する。拘束通電は、モータ１０のステータの電磁鋼板は発熱するが、圧縮機１が回転しない程度の低電圧を印加することを指す。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、温度勾配の大きい冷媒を用いながらも、容器１ａの使用下限を守りつつ、蒸発温度の低い運転が可能となる。

また、低温保護制御における「圧縮機１の停止」は、冷凍サイクル装置の停止とは異なる。冷凍サイクル装置の停止は、減圧装置３の上流の電磁弁（図示せず）を閉じた状態で圧縮機１を運転するポンプダウン停止である。ポンプダウン停止では、低圧が下がってから圧縮機１を停止し、圧縮機１を停止することで、その後、少しずつ低圧が上昇する動作となる。

また、図２のフローチャートには図示していないが、圧縮機温度が低温保護温度以下となった場合、例えばブザーを鳴らす等して外部に報知するようにしてもよい。これにより、ユーザに異常を知らせることができる。

なお、本実施の形態１では、低温保護対象の機器の容器の温度に関係する指標値を計測する計測センサとして圧縮機１の容器１ａの温度を計測する第１温度センサ５を用いていたが、以下では、他のセンサを用いる実施の形態について説明する。また、本実施の形態１では低温保護対象の機器を圧縮機１としていたが、以下では、アキュムレータも対象する実施の形態について説明する。これらの点を踏まえ、以下の実施の形態２〜４を説明するに先だって、本明細書で登場する計測センサについて、以下に定義する。

第１温度センサ：圧縮機１の容器１ａの温度を計測する。
第２温度センサ：アキュムレータ（後述の実施の形態４で登場）の容器の温度を計測する。
第３温度センサ：圧縮機１の上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する。
第４温度センサ：アキュムレータの上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では計測センサとして第１温度センサ５を用いていたが、実施の形態２では第３温度センサ５ａを用いる点が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
実施の形態２において、第３温度センサ５ａは、上述したように圧縮機１の上流の配管に配置され、圧縮機１に流入する冷媒の温度を計測する。冷凍サイクル装置１００のその他の構成は図１で説明した実施の形態１と同様である。また、第３温度センサ５ａで計測された温度に基づく低温保護制御についても実施の形態１と同様である。

上記実施の形態１では、低温保護制御において指標値として用いる圧縮機温度を容器１ａの温度としていたが、実施の形態２では、圧縮機１に流入する冷媒の温度としている。このため、実施の形態２では、実施の形態１よりも早くに容器１ａの温度低下を検知することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１及び実施の形態２では、指標値を計測する計測センサとして温度センサを用いていたが、実施の形態３では圧力センサを用いた点が実施の形態１及び実施の形態２と異なる。以下、実施の形態３が実施の形態１及び実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

図６は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
本実施の形態３では、減圧装置３の出口から圧縮機１の入口までの間に、配置箇所の圧力を計測する圧力センサ４０を備えている。冷凍サイクル装置１００のその他の構成は図１で説明した実施の形態１と同様である。

図７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を示すフローチャートである。
制御装置６は、低温維持制御中、圧力センサ４０で計測された、減圧装置３の出口から圧縮機１の入口までの圧力から飽和液温度を算出する（ステップＳ１１）。制御装置６は、飽和液温度が、予め設定された低温保護温度以下かどうかを判断する（ステップＳ１２）。制御装置６は、飽和液温度が低温保護温度以下であると判断すると、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を行う（ステップＳ１３）。冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御は実施の形態１と同様である。そして、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を行っても、第１温度センサ５で計測された圧縮機温度が低温保護温度よりも上昇しない場合（ステップＳ１４）、制御装置６は圧縮機１を停止させる（ステップＳ１５）。次いで、制御装置６は圧縮機１の温度を上昇させる加温処理を行う（ステップＳ１６）。加温処理は実施の形態１と同様である。そして、ステップＳ１６の加温処理を行うことにより、飽和液温度が低温保護温度よりも高くなると（ステップＳ１４）、制御装置６は圧縮機１の運転を再開させ（ステップＳ１７）、ステップＳ１１の判断処理に戻り、以上の処理を繰り返す。

図８は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置における低温保護制御を説明するためのモリエル線図である。図８において横軸は比エンタルピ、縦軸は圧力である。図８には飽和曲線と、等温線も併せて示している。
図８において、黒点部分の温度は、減圧装置３の出口から圧縮機１の入口までの圧力から算出した飽和液温度に相当する。実施の形態３では、この飽和液温度が−５０℃まで下がった時点で圧縮機１を停止している。よって、この場合、圧力センサによる飽和液温度が−５０℃となった時点で圧縮機１の停止を決定しているため、液バックしていなくても圧縮機１の停止の決定が行われる。つまり、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２に比べて早い段階で圧縮機１の停止が行われることになり、圧縮機１の容器１ａの使用下限をより確実に守ることができる。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜実施の形態３では、低温保護の対象とする機器が圧縮機のみであったが、本実施の形態４では、アキュムレータも更に低温保護の対象とする形態である。

図９は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
図９に示すように実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、図１に示した実施の形態１の冷媒回路に更に、冷媒を貯留するアキュムレータ５０を圧縮機１の吸入側に備えている。アキュムレータ５０の容器５０ａは、圧縮機１の容器１ａと同じ材料で構成され、圧縮機１の容器１ａと同様、使用下限温度を下回らないようにすることが必要である。

そこで、実施の形態４の冷凍サイクル装置１００は、アキュムレータ５０の容器５０ａの温度を計測する第２温度センサ５１を備えており、第２温度センサ５１の温度が制御装置６に入力されるようになっている。

制御装置６で行われる低温保護制御は図２に示した実施の形態１と基本的に同じである。実施の形態２の低温保護制御が実施の形態１の低温保護制御と異なる点は、ステップＳ１及びステップＳ４における「圧縮機温度」に代えて、第１温度センサ５の計測温度と第２温度センサ５１の計測温度とのうち、低い方の温度を用いる点である。それ以外の処理は実施の形態１と同様である。

なお、加温処理については、実施の形態１のパターン１とパターン２とを適用できる。実施の形態４では、アキュムレータ５０も低温保護対象とされるため、パターン１を適用する場合は、アキュムレータ５０の外周にヒータを設置すればよい。また、パターン２を適用する場合は、圧縮機１と凝縮器２との間から分岐して蒸発器４とアキュムレータ５０との間に接続されたバイパス回路と、バイパス回路を開閉する電磁弁とを備えた構成とすればよい。

本実施の形態４によれば、低温保護の対象とする機器として、圧縮機１とアキュムレータ５０とを備えた冷凍サイクル装置においても、圧縮機１の容器１ａ及びアキュムレータ５０の容器５０ａが使用下限温度を下回ることを防止できる。

なお、ここでは、圧縮機１とアキュムレータ５０の両方に温度センサを備えた構成を説明したが、圧縮機１側の第１温度センサ５を省略してアキュムレータ５０側の第２温度センサ５１だけを用いてもよい。これは、液バックが生じる運転状態では、蒸発器４から出た液冷媒が圧縮機１に流入するより先にアキュムレータ５０に流入するため、第２温度センサ５１の計測温度の方が、第１温度センサ５の計測温度よりも常に低くなるためである。なお、この点からすると、アキュムレータ５０側の第２温度センサ５１があれば十分であるとも言えるが、圧縮機１側とアキュムレータ５０側との両方に温度センサを設置しておくことで、どちらか一方が故障した場合にも低温保護を図ることができる。

また、本実施の形態４は、低温保護の対象とする機器が圧縮機１に加えてアキュムレータ５０も対象とすることを特徴としたものであり、実施の形態２と組み合わせてもよい。つまり、図９において点線で示すようにアキュムレータ５０の上流の配管に第４温度センサ５１ａを配置し、アキュムレータ５０に流入する冷媒の温度を計測するようにしてもよい。そして、第４温度センサ５１ａで計測されたアキュムレータ５０に流入する冷媒の温度と、第３温度センサ５ａで計測された圧縮機１に流入する冷媒の温度とのうち低い方を指標値として採用して低温保護制御を行うようにしてもよい。

また、本実施の形態４を実施の形態３と組み合わせてもよい。つまり、アキュムレータ５０を備えた冷凍サイクル装置に、減圧装置３の出口から圧縮機１の入口までの間に圧力センサ４０を配置した構成とする。そして、圧力センサ４０で計測された圧力の飽和液温度を指標値として採用して低温保護制御を行うようにしてもよい。

また、本実施の形態４を実施の形態２及び実施の形態３の両方と組み合わせてもよい。つまり、第１温度センサ５、第２温度センサ５１、第３温度センサ５ａ及び第４温度センサ５１ａの全てを配置し、各計測温度のうち最も低い温度を指標値として採用して低温保護制御を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態１及び実施の形態２では、低温保護対象機器を圧縮機１としていたが、アキュムレータ５０としてもよい。つまり、アキュムレータ５０の容器５０ａの温度又はアキュムレータ５０の上流の配管の温度を指標値として用いて低温保護制御を行うようにしてもよい。

なお、実施の形態１〜実施の形態４では加温処理を行っているが、圧縮機１の周囲は低温保護温度よりも高いため、圧縮機１を停止しただけでも圧縮機１の温度は上がる。このため、加温処理は必ずしも必要ではなく、省略可能である。しかし、運転停止の期間を短くする観点からすると、加温処理を行うことが望ましい。

また、加温処理として３つのパターンを示し、何れかのパターンを選択して加温処理を行う例を説明したが、これらの一部又は全部のパターンを併用して加温処理を行うようにしてもよい。

１ 圧縮機、１ａ 容器、２ 凝縮器、２ａ 第１送風機、３ 減圧装置、４ 蒸発器、４ａ 第２送風機、５ 第１温度センサ、５ａ 第３温度センサ、６ 制御装置、１０ モータ、１１ 圧縮部、１２ 主軸、１３ 吸入配管、１４ 吐出配管、１５ 冷凍機油、２０ クランクケースヒータ、３０ バイパス回路、３１ 電磁弁、４０ 圧力センサ、５０ アキュムレータ、５０ａ 容器、５１ 第２温度センサ、５１ａ 第４温度センサ、１００ 冷凍サイクル装置。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、冷媒回路を構成する各機器のうち、低温保護対象の機器の容器の温度に関係する指標値を計測する計測センサと、冷媒回路を制御する制御装置とを備え、冷媒は、同じ圧力での飽和液と飽和ガスとの温度差が１℃以上である、温度勾配の大きい冷媒であり、計測センサは、指標値として低温保護対象の機器の容器の温度を計測する温度センサであり、制御装置は、飽和ガスの温度を、低温保護対象の機器の容器に用いられている材料に基づく使用上の下限温度に応じて設定された低温保護温度よりも高い温度に維持する制御を実行し、指標値が低温保護温度以下となると、冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を実行するものである。

Claims (15)

1. 圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、
   前記冷媒回路を構成する各機器のうち、低温保護対象の機器の容器の温度に関係する指標値を計測する計測センサと、
   前記冷媒回路を制御する制御装置とを備え、
   前記冷媒は、同じ圧力での飽和液と飽和ガスとの温度差が１℃以上である、温度勾配の大きい冷媒であり、
   前記制御装置は、
   前記飽和ガスの温度を、前記低温保護対象の機器の容器に用いられている材料に基づく使用上の下限温度に応じて設定された低温保護温度よりも高い温度に維持する制御を実行し、
   前記計測センサで計測された前記指標値が前記低温保護温度以下となると、前記冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御を実行する冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、前記計測センサで計測された前記指標値が前記低温保護温度以下となると、前記圧縮機の運転を停止する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、前記計測センサで計測された前記指標値が前記低温保護温度以下となると、報知を行う請求項１又は請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記計測センサは、前記低温保護対象の機器の容器の温度を計測する温度センサであり、前記指標値は前記温度センサで計測された温度である請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記計測センサは、前記低温保護対象の機器の上流の配管に配置され、前記低温保護対象の機器に流入する冷媒の温度を計測する温度センサであり、前記指標値は前記温度センサで計測された温度である請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記計測センサは、前記減圧装置の出口から前記圧縮機の入口までの間に配置され、配置箇所の圧力を計測する圧力センサであり、
   前記指標値は、前記圧力センサで計測された圧力から算出された飽和液温度である請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記低温保護対象の機器は、前記圧縮機である請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷媒回路は、前記圧縮機の吸入側に配置されたアキュムレータを備え、
   前記低温保護対象の機器は、前記アキュムレータである請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記計測センサは、前記圧縮機の容器の温度を計測する第１温度センサと、前記アキュムレータの容器の温度を計測する第２温度センサとを備えており、
   前記制御装置は、前記第１温度センサと前記第２温度センサのそれぞれの計測温度のうち、低い方の温度を、前記指標値として用いて前記低温保護温度以下かどうかを判断する請求項８記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記計測センサは、前記圧縮機の上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する第３温度センサと、前記アキュムレータの上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する第４温度センサとを備えており、
    前記制御装置は、前記第３温度センサと前記第４温度センサのそれぞれの計測温度のうち、低い方の温度を、前記指標値として用いて前記低温保護温度以下かどうかを判断する請求項８記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記計測センサは、前記圧縮機の容器の温度を計測する第１温度センサと、前記アキュムレータの容器の温度を計測する第２温度センサとを備えており、前記圧縮機の上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する第３温度センサと、前記アキュムレータの上流の配管に配置され、配置箇所の温度を計測する第４温度センサとを備えており、
    前記制御装置は、前記第１温度センサと前記第２温度センサと前記第３温度センサと前記第４温度センサのそれぞれの計測温度のうち、最も低い温度を、前記指標値として用いて前記低温保護温度以下かどうかを判断する請求項８記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記制御装置は、前記冷媒回路の低圧の圧力を上昇させる制御として前記圧縮機の運転を停止してもなお、前記計測センサで計測された前記指標値が前記低温保護温度以下の場合、前記低温保護対象の機器の温度を上昇させる加温処理を行い、前記加温処理によって前記低温保護対象の機器の温度が前記低温保護温度よりも高くなると、前記圧縮機の運転を再開させる請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記低温保護対象の機器の容器の外周に設置され、前記容器を加熱するヒータを備え、
    前記制御装置は、前記加温処理として前記ヒータをＯＮする請求項１２記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記冷媒回路は、前記圧縮機と前記凝縮器との間から分岐して前記蒸発器と前記低温保護対象の機器との間に接続されたバイパス回路と、前記バイパス回路を開閉する電磁弁とを備え、
    前記制御装置は、前記加温処理として前記電磁弁を開き、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記バイパス回路を介して前記低温保護対象の機器に流入させる請求項１２又は請求項１３記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記制御装置は、前記加温処理として、前記圧縮機のモータへ電流を供給して拘束通電を行う請求項１２〜請求項１４の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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