WO2016147275A1

WO2016147275A1 - 冷凍装置

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Publication number: WO2016147275A1
Application number: PCT/JP2015/057591
Authority: WO
Inventors: 伊藤　健; 和幸塚本; 雅章上川
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-22
Also published as: TW201632813A; EP3264008A4; TWI589821B; EP3264008A1; JPWO2016147275A1; JP6370470B2; EP3264008B1

Abstract

　冷凍装置の制御装置は、放熱部温度が目標温度範囲にあるか否かを判定する温度判定部と、状態検知部において検知された冷媒の状態からエコノマイザに流通する冷媒の過熱度を算出する過熱度算出部と、温度判定部において放熱部温度が目標温度範囲内に収まっている場合、過熱度算出部において算出された過熱度が目標過熱度になるように、流量調整装置の開度を制御し、温度判定部において放熱部温度が目標温度範囲から外れていると判定された場合、放熱部温度が目標温度範囲内に収まるように、流量調整装置の開度を制御する開度制御部と、を備える。

Description

冷凍装置

　本発明は、圧縮機の駆動に用いるインバータ装置を冷却するインバータ放熱部を備えた冷凍装置に関するものである。

　近年、部分負荷の効率の向上を目的として、インバータによる圧縮機の運転周波数を制御する冷凍装置が提案されている。商用電源から供給される交流電力が変換され圧縮機に印加される際、整流回路、平滑コンデンサ及びインバータ回路などでの電気損失は熱に変換される（以下、インバータ発熱という）。

　インバータ発熱を放散させる方法として、インバータ放熱部を冷媒で冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１には、冷媒循環流路から分岐し、インバータを経由して圧縮機本体に連通する冷却用冷媒流路が設けられた冷凍装置が開示されている。特許文献２には、冷媒回路内にインバータ放熱部を冷却するためのバイパス冷却回路が設けられており、インバータ放熱部の温度に基づきインバータ放熱部を通過する冷媒量を制御する方法が開示されている。

特開２００３－２１４０６号公報特開２００８－５７８７５号公報

　上記特許文献１、２の冷凍装置のように、インバータ放熱部の冷却に吸込圧力の飽和ガス温度相当の冷媒を使用している場合や、モータフレーム近傍といった吸込ガス温度の影響を受ける部位にインバータを取り付けている場合などにおいて、吸込ガス温度が低い温度（例えば０℃）の運転時にはインバータ・フレームに結露が発生し、インバータ回路の機能が損なう場合がある。

　ところで、エコノマイザ（過冷却器）を経由した冷媒ガスを用いてインバータ放熱部を冷却する方法が考えられる。この場合、インバータ放熱部の温度に基づいてエコノマイザを経由する冷媒量が制御されるため、エコノマイザを経由してインバータを冷却する冷媒量が少ないときにはエコノマイザを有効活用できず、能力低下を招く場合がある。

　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あり、インバータ装置での結露の発生を抑制しながら、エコノマイザの活用を妨げることによる能力低下を抑制する冷凍装置を提供することを目的とする。

　本発明の冷凍装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒を放熱して冷却する凝縮器と、凝縮器から流出した冷媒を過冷却するエコノマイザと、エコノマイザにおいて過冷却された冷媒を減圧膨張する膨張装置と、膨張装置において減圧膨張された冷媒を吸熱して蒸発させる蒸発器とが冷媒配管により接続された冷媒回路と、圧縮機を駆動するインバータ装置と、インバータ装置において生じた熱を放熱するインバータ放熱部と、エコノマイザと膨張装置との間から分岐し、エコノマイザ及びインバータ放熱部を流通した後に圧縮機へ流入する冷媒流路を形成する過冷却回路を含むインバータ冷却回路と、インバータ冷却回路に設けられ、インバータ放熱部に流入する冷媒流量を調整する流量調整装置と、インバータ放熱部の温度を放熱部温度として検出するインバータ温度検出装置と、エコノマイザに流通する冷媒の状態を検知する状態検知部と、インバータ温度検出装置において検知された放熱部温度及び状態検知部において検出されたエコノマイザに流通する冷媒の状態に基づいて、流量調整装置の動作を制御する制御装置とを有し、制御装置は、放熱部温度が目標温度範囲にあるか否かを判定する温度判定部と、状態検知部において検知された冷媒の状態からエコノマイザに流通する冷媒の過熱度を算出する過熱度算出部と、温度判定部において放熱部温度が目標温度範囲内に収まっている場合、過熱度算出部において算出された過熱度が目標過熱度になるように、流量調整装置の開度を制御し、温度判定部において放熱部温度が目標温度範囲から外れていると判定された場合、放熱部温度が目標温度範囲内に収まるように、流量調整装置の開度を制御する開度制御部とを備える。

　本発明の冷凍装置によれば、放熱部温度が目標温度範囲に収まっている場合には過熱度に基づいて流量調整装置の開度が制御され、放熱部温度が目標温度範囲から外れた場合には放熱部温度に基づいて流量調整装置の開度が制御されることにより、エコノマイザの活用不足による能力低下の抑制を図りながら、インバータ装置の冷却時の結露の発生を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路図である。図１の冷凍装置における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。図１の冷凍装置の動作例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２における冷凍装置を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態３における冷凍装置を示す冷媒回路図である。図５の冷凍装置の動作例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
　以下、図面を参照しながら本発明の冷凍装置の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路図である。図１に示すように、冷凍装置１は、圧縮機２、油分離器３、凝縮器４、エコノマイザ５、膨張装置６、蒸発器７を備え、これらが冷媒配管によって接続されて冷媒が循環する冷媒回路１Ａが構成されている。

　圧縮機２は、例えばスクリュー圧縮機からなり、冷媒を圧縮して吐出するものである。圧縮機２は、圧縮要素及び電動要素が密閉容器に収容された機械部２ａを有している。なお、圧縮機２の種類はスクリュー圧縮機に限らず、例えばベーン型圧縮機、ロータリ型圧縮機等であってもよいし、単段もしくは多段の圧縮機等であってもよい。圧縮機２は、インバータ装置２０により駆動される。油分離器３は、圧縮機２から吐出された冷媒に含まれる冷凍機油を分離するものであり、分離された冷凍機油は再び圧縮機２へ返油される。凝縮器４は、圧縮機２から吐出され、油分離器３において油分離された冷媒を放熱して冷却する熱交換器である。

　エコノマイザ５は、凝縮器４から流出した冷媒を過冷却する冷媒間熱交換器である。膨張装置６は、例えば電子膨張弁からなっており、エコノマイザ５において過冷却された冷媒を減圧膨張するものである。蒸発器７は、膨張装置６において減圧膨張された冷媒を吸熱して蒸発させる熱交換器である。

　また、冷凍装置１は、圧縮機２を駆動するインバータ装置２０と、インバータ装置２０において生じた熱を放熱するインバータ放熱部１２とを有している。インバータ装置２０とインバータ放熱部１２とは一体的に形成されており、インバータ放熱部１２は圧縮機２に一体的に設けられている。例えば、圧縮機２において、機械部２ａの密閉容器の外面にインバータ放熱部１２が形成されており、インバータ放熱部１２上に整流回路及び平滑コンデンサとともにインバータ装置２０等の発熱部品が配置されている。インバータ放熱部１２は、例えば流路が形成されたヒートシンクからなっており、冷媒を流通させることによりインバータ装置２０を冷却する。

　冷凍装置１は、上述したインバータ放熱部１２に冷媒を流通させるインバータ冷却回路１０と、インバータ冷却回路１０に設けられ、インバータ放熱部１２に流入する冷媒流量を調整する流量調整装置１１とを備える。インバータ冷却回路１０は、過冷却回路１０Ａとバイパス冷却回路１０Ｂとを有する。過冷却回路１０Ａは、エコノマイザ５と膨張装置６との間から分岐し、エコノマイザ５及びインバータ放熱部１２を流通した後に圧縮機２へ流入する冷媒流路を形成するものである。そして、エコノマイザ５から膨張装置６に向かう冷媒の一部が分岐し、第１膨張弁１１Ａで減圧した後、インバータ放熱部１２に流入する。インバータ放熱部１２において冷媒による熱交換が行われることにより、インバータ放熱部１２が冷却され、圧縮機２の中間圧空間に冷媒ガスが供給される。

　バイパス冷却回路１０Ｂは、エコノマイザ５と膨張装置６との間から分岐し、インバータ放熱部１２を流通した後に圧縮機２へ流入する冷媒流路を形成するものである。バイパス冷却回路１０Ｂは、エコノマイザ５から膨張装置６に向かう冷媒の一部を分岐して第２膨張弁１１Ｂで減圧した後にインバータ放熱部１２に流入させる。そして、インバータ放熱部１２が冷媒と熱交換して冷却され、第１膨張弁１１Ａを通過した冷媒ガスと合流し、圧縮機２の中間圧空間に冷媒ガスを供給する。

　つまり、インバータ冷却回路１０は、インバータ放熱部１２に冷媒を流通させる過冷却回路１０Ａとバイパス冷却回路１０Ｂとを備えたものになっている。そして、インバータ放熱部１２の冷却に、中間圧空間へ流れる冷媒（例えば、２０～３０℃の冷媒ガス）を用いてインバータ放熱部１２を冷却するため、インバータ放熱部１２への結露発生を抑制することができる。また、インバータ冷却回路１０は、過冷却回路１０Ａによるインバータ放熱部１２では冷却が不足する場合、バイパス冷却回路１０Ｂ側にも液冷媒を流通させ、冷却不足を解消させることができる。

　流量調整装置１１は、インバータ冷却回路１０に設けられ、インバータ放熱部１２に流通する冷媒流量を調整するものである。流量調整装置１１は、過冷却回路１０Ａ側に設けられた第１膨張弁１１Ａと、バイパス冷却回路１０Ｂ側に設けられた第２膨張弁１１Ｂ及び開閉弁１１Ｃを備えている。第１膨張弁１１Ａは、例えば電子膨張弁からなり、エコノマイザ５と膨張装置６との間の分岐点とエコノマイザ５との間に設けられている。第１膨張弁１１Ａの開度が調整されることにより、過冷却回路１０Ａ側においてエコノマイザ５からインバータ放熱部１２へ流れる冷媒流量が制御される。

　第２膨張弁１１Ｂは、例えば電子膨張弁からなり、エコノマイザ５と膨張装置６との間の分岐点とインバータ放熱部１２との間に設けられている。開閉弁１１Ｃは、エコノマイザ５と膨張装置６との間の分岐点と第２膨張弁１１Ｂとの間に設けられている。第２膨張弁１１Ｂと開閉弁１１Ｃとは、バイパス冷却回路１０Ｂの冷媒流量を制御するバイパス流量調整装置を構成している。なお、第２膨張弁１１Ｂと開閉弁１１Ｃとがそれぞれ設けられている場合について例示しているが、第２膨張弁１１Ｂとして全閉可能な電子膨張弁を用いて開閉弁１１Ｃを省略してもよい。第２膨張弁１１Ｂの開度が調整されることにより、バイパス冷却回路１０Ｂ側においてインバータ放熱部１２へ流れる冷媒流量が制御される。また、開閉弁１１Ｃの開閉動作が制御されることにより、バイパス冷却回路１０Ｂへの冷媒の流通が制御される。

　図１を用いて冷凍装置１の動作例について説明する。圧縮機２において圧縮された冷媒は圧縮機２より吐出され、油分離器３において冷媒ガスと油とに分離され、凝縮器４に流入する。凝縮器４に流入した冷媒ガスは凝縮して液冷媒となり、エコノマイザ５において熱交換して過冷却される。過冷却された冷媒は膨張装置６において減圧された後に蒸発器７に送られる。蒸発器７に送られた冷媒は例えば空気と熱交換し、冷媒ガスになり圧縮機２に流入する。

　また、エコノマイザ５から膨張装置６に向かう冷媒の一部は、インバータ冷却回路１０に分岐する。インバータ冷却回路１０の過冷却回路１０Ａ側に分岐した冷媒は、第１膨張弁１１Ａにおいて減圧され、エコノマイザ５において冷媒間の熱交換が行われて冷媒ガスになる。その後、冷媒はインバータ放熱部１２においてインバータ装置２０を冷却した後に圧縮機２の中間圧空間へ流入する。また、インバータ冷却回路１０のバイパス冷却回路１０Ｂ側に分岐した冷媒は、第２膨張弁１１Ｂ及び開閉弁１１Ｃを通りインバータ放熱部１２を冷却する。その後、冷媒は過冷却回路１０Ａを流れる冷媒ガスと合流し、圧縮機２の中間圧空間に注入される。

　上述した冷凍装置１の動作は制御装置４０において制御されており、制御装置４０は、各種センサにより検知された情報に基づいて制御を行う。具体的には、冷凍装置１は、放熱部温度検出装置３１、状態検出装置（冷媒温度検出装置３２ａ、中間圧力検出装置３２ｂ）、吸込温度検出装置３３、吸込圧力検出装置３４等を備えている。

　放熱部温度検出装置３１はインバータ放熱部１２の温度を検知するものである。冷媒温度検出装置３２ａ及び中間圧力検出装置３２ｂは、インバータ冷却回路１０を流れる冷媒の状態を検知する状態検知装置として機能するものである。冷媒温度検出装置３２ａはエコノマイザ５を流れる冷媒の温度を検出するものであり、インバータ放熱部１２に流入する前の温度を検出する。中間圧力検出装置３２ｂは圧縮機２の圧縮部途中である中間圧室空間の圧力を検出する。吸込温度検出装置３３は圧縮機２に吸込まれる冷媒ガスの温度を検出する。吸込圧力検出装置３４は、圧縮機２に吸込まれる冷媒ガスの圧力を検出する。これらの検出装置で検出された検出値は制御装置４０に出力される。

　図２は図１の冷凍装置における制御装置の一例を示す機能ブロック図である。図２の制御装置４０は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェア、もしくはマイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成されている。制御装置４０は、放熱部温度検出装置３１、冷媒温度検出装置３２ａ、中間圧力検出装置３２ｂにおいて検出された検出値に基づいてインバータ冷却回路１０に流れる冷媒流量を制御するものであり、温度判定部４１、過熱度算出部４２、開度制御部４３を備えている。

　温度判定部４１は、放熱部温度検出装置３１において検出された放熱部温度Ｔｒが、目標温度範囲内に収まっているか否かを判定するものである。目標温度範囲は、例えば下限値Ｔｒｌが２５℃に設定され上限値Ｔｒｕが４０℃に設定されている。温度判定部４１は、放熱部温度Ｔｒが、目標温度範囲内にあるか、目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えているのか、もしくは目標温度範囲の下限値Ｔｒｌを下回っているのかを判定する。過熱度算出部４２は、冷媒温度検出装置３２ａで検出された温度と中間圧力検出装置３２ｂで検出された圧力から、エコノマイザ５を流れる冷媒ガスの過熱度ＳＨを算出するものである。

　開度制御部４３は、温度判定部４１における判定結果に基づいて、流量調整装置１１の動作を制御するものである。開度制御部４３は、温度判定部４１において放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲内に収まっていると判定された場合、過熱度ＳＨが目標過熱度になるように流量調整装置１１の開度を制御する。この際、開度制御部４３は、インバータ冷却回路１０のうち、過冷却回路１０Ａ側の冷媒の流通を許容し、バイパス冷却回路１０Ｂ側の開閉弁１１Ｃを閉止状態にしてバイパス冷却回路１０Ｂへの冷媒の流入を停止させる。そして、開度制御部４３は、過冷却回路１０Ａ側の第１膨張弁１１Ａの開度を過熱度ＳＨが目標過熱度になるように制御する。

　一方、温度判定部４１において放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ（例えば、２５℃）未満であると判定された場合、インバータ放熱部１２の冷却が過剰であることを意味する。開度制御部４３は制御目標を過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに切り替え、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上になるように、第１膨張弁１１Ａの開度を制御する。

　また、開度制御部４３は、温度判定部４１において放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕよりも大きいと判定された場合、インバータ放熱部１２の冷却不足が発生していると判断する。開度制御部４３は、制御目標を過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに切り替え、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲内に収まるように流量調整装置１１の開度を制御する。この際、開度制御部４３は、開閉弁１１Ｃを開放してインバータ冷却回路１０の過冷却回路１０Ａ及びバイパス冷却回路１０Ｂの双方に冷媒を流通させる。この場合、温度判定部４１は、当初の目標温度範囲の上限値Ｔｒｕよりも低い第２上限値Ｔｒｕｓ（例えば３５℃）に変更する。

　そして、開度制御部４３は、温度判定部４１において放熱部温度Ｔｒが変更後の第２上限値Ｔｒｕｓを超えていると判定された場合、放熱部温度Ｔｒが第２上限値Ｔｒｕｓ以下になるまで第２膨張弁１１Ｂの開度が大きくなるように制御する。その後、開度制御部４３は、放熱部温度Ｔｒが第２上限値Ｔｒｕｓ以下になった場合でも、目標温度範囲の下限値Ｔｒｌよりも小さくなるまで、第２膨張弁１１Ｂの開度を維持するように制御する。その後、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌよりも小さくなったとき、開度制御部４３は、第２膨張弁１１Ｂの開度を小さくしていく。そして、第２膨張弁１１Ｂの開度が最小の開度になったとき、開度制御部４３は開閉弁１１Ｃを閉じてバイパス冷却回路１０Ｂの冷媒の流通を停止させる。

　図３は、図１の冷凍装置の動作例を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートに示す処理は任意に設定された制御時間間隔毎に実施されるものである。まず、冷媒温度検出装置３２ａで検出された温度と中間圧力検出装置３２ｂで検出された中間圧力とに基づいて、エコノマイザ５におけるガス温度検出部位での冷媒ガスの過熱度ＳＨが算出される。過熱度ＳＨが目標過熱度になるように、第１膨張弁１１Ａの開度が制御される（ステップＳＴ１１）。

　ここで、温度判定部４１において、インバータ放熱部１２の放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下であるか否かが判断される（ステップＳＴ１２）。放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下の場合、インバータ装置２０の温度が適正な定常運転状態であると判断し、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超える場合にはインバータ装置２０が過熱運転状態であると判断する。

＜定常運転状態（ステップＳＴ１３～ＳＴ１６）について＞
　放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下の定常運転状態であると判断された場合（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）、開閉弁１１Ｃが閉止されてバイパス冷却回路１０Ｂにおける冷媒の流通が停止する（ステップＳＴ１３）。なお、既に定常運転状態の場合には運転状態が維持されることになる。その後、制御装置４０は、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上であるか否かが判断される（ステップＳＴ１４）。

　放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上である場合（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）、放熱部温度Ｔｒは目標温度範囲の範囲内にあり、適正な状態にあると判断して運転状態が維持される。一方、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ未満である場合（ステップＳＴ１４のＮＯ）、インバータ装置２０が冷却され過ぎており、結露が発生する可能性があるものと判断する。この場合、第１膨張弁１１Ａの制御目標が過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに変更される（ステップＳＴ１５）。そして、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上になるまで、第１膨張弁１１Ａの開度が小さくなるように制御される（ステップＳＴ１４～ＳＴ１６）。このように、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下であるときには、制御目標を過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに切り替えて、インバータ放熱部１２の冷却が過剰にならないように、適切に冷却することができる。

＜過熱度運転状態＞
　放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えるような過熱運転状態であると判断された場合（ステップＳＴ１２のＮＯ）、制御目標が過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに変更される。さらに、目標温度範囲の上限値Ｔｒｕが、当初よりも小さい第２上限値Ｔｒｕｓ（例えば３５℃）に設定される（ステップＳＴ２１）。そして、開閉弁１１Ｃが開かれ（ステップＳＴ２２）、過冷却回路１０Ａ及びバイパス冷却回路１０Ｂの双方に冷媒が流れるようになる。そして、第２膨張弁１１Ｂの開度が大きくように制御される（ステップＳＴ２３）。放熱部温度Ｔｒが第２上限値Ｔｒｕｓ以下であるかが判断され（ステップＳＴ２４）、放熱部温度Ｔｒが第２上限値Ｔｒｕｓ以下になるまで、第２膨張弁１１Ｂの開度を大きくする（ステップＳＴ２３、ＳＴ２４）。

　一方、放熱部温度Ｔｒが第２上限値Ｔｒｕｓ以下になったとき（ステップＳＴ２４のＹＥＳ）、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上であるかを判断する（ステップＳＴ２５）。放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ未満と判断した場合（ステップＳＴ２５のＮＯ）、インバータ放熱部１２を冷却しすぎているため、第２膨張弁１１Ｂの開度を小さくする（ステップＳＴ２５、ＳＴ２９）。

　放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上である場合（ステップＳＴ２５のＹＥＳ）、第２膨張弁１１Ｂの開度を維持する（ステップＳＴ２６）。この際、第２膨張弁１１Ｂの開度が最小開度であるかを判断する（ステップＳＴ２７）。第２膨張弁１１Ｂの開度が最小開度ではない場合、上述した第２膨張弁１１Ｂの開度調整が行われる（ステップＳＴ２５～ステップＳＴ２７）。電子膨張弁の開度が最小開度になった場合（ステップＳＴ２７のＹＥＳ）、開閉弁１１Ｃを閉じてバイパス冷却回路１０Ｂ側に冷媒が流れなくても、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えない状態になったと判断し、開閉弁１１Ｃが閉止される（ステップＳＴ２８）。以上、ステップＳＴ２１～ステップＳＴ２９の処理が、制御時間間隔毎に実施される。なお、過熱運転状態の場合には、第２膨張弁１１Ｂの開度が調整される場合について例示しているが、第２膨張弁１１Ｂの開度だけでなく第１膨張弁１１Ａ側の開度も調整するようにしてもよい。

　上記実施の形態１によれば、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲に収まっている場合には過熱度ＳＨに基づいて流量調整装置１１の開度が制御され、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲から外れた場合には放熱部温度Ｔｒに基づいて流量調整装置１１の開度が制御される。これにより、エコノマイザ５の活用不足による能力低下の抑制を図りながら、インバータ装置２０の冷却時の結露の発生を抑えることができる。また、インバータ放熱部１２の冷却に、中間圧空間へ流れる冷媒を用いることで、インバータ装置２０を冷却した冷媒による吸込ガスの阻害を抑制し、性能を向上させることができる。

　定常運転状態においては、中間圧空間に流入するエコノマイザ５を通過した後の冷媒ガスを使用してインバータ放熱部１２を冷却することにより、外気とインバータ放熱部１２との温度差を小さくし、結露の発生を抑制することができる。また、過熱運転状態においては、インバータ放熱部１２の温度を目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ近傍に制御することで、インバータ放熱部１２を過冷却することなく冷却し、外気とインバータ放熱部１２との温度差を小さくし、結露の発生を抑制できる。

　さらに、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えるような過熱運転状態である場合、バイパス冷却回路１０Ｂ側の液冷媒を用いてインバータ放熱部１２を更に冷却することにより、放熱部温度Ｔｒを目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下かつ目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ近傍にできる。よって、インバータ放熱部１２の過度な冷却を抑制し、インバータ放熱部１２と外気との温度差を小さくし結露の発生を抑制することができる。

　また、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌより小さくなり、冷却が過剰な状態になった場合であっても、過熱度ＳＨによる制御から放熱部温度Ｔｒによる制御に切り替えて、結露が生じやすい状態を回避することができる。

　さらに、インバータ冷却回路１０が過冷却回路１０Ａのみならず、バイパス冷却回路１０Ｂを有する場合、過熱運転状態において早期に放熱部温度Ｔｒを目標温度範囲内まで冷却することができる。

実施の形態２．
　図４は本発明の実施の形態２における冷凍装置を示す冷媒回路図であり、図４を参照して冷凍装置１００について説明する。なお、図４の冷凍装置１００において図１の冷凍装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図４の冷凍装置１００が図１の冷凍装置１と異なる点は、冷媒温度検出装置１３２ａの取付け位置である。

　図３の冷凍装置１００において、冷媒温度検出装置１３２ａは、インバータ放熱部１２から流出した冷媒の温度を検知する位置に取り付けられている。なお、流出温度センサは、バイパス冷却回路１０Ｂとの合流前の位置に設けられている。そして、過熱度算出部４２は、冷媒温度検出装置１３２ａにおいて検知された冷媒温度を用いて冷媒ガスの過熱度ＳＨを算出する。開度制御部４３は、定常運転時において過熱度ＳＨが目標か熱度になるように第１膨張弁１１Ａを制御する。

　本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、エコノマイザ５の活用不足による能力低下の抑制を図りながら、インバータ装置２０の冷却時の結露の発生を抑えることができる。更に、インバータ放熱部１２を冷却した後の冷媒温度に基づき第１膨張弁１１Ａを制御するため、定常運転時の制御において運転できる範囲をより拡大させることができる。また、過熱運転時において液インジェクションする冷媒量も低減するため、過熱運転状態の性能低下を抑制できる。

実施の形態３．
　図５は本発明の実施の形態３における冷凍装置を示す冷媒回路図であり、図５を参照して冷凍装置２００について説明する。なお、図５の冷凍装置２００において図１の冷凍装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図５の冷凍装置２００が図１の冷凍装置１と異なる点は、インバータ冷却回路の構成である。

　図５のインバータ冷却回路２１０は、バイパス冷却回路１０Ｂを用いず過冷却回路１０Ａで構成されている。したがって、制御装置４０の開度制御部４３は、流量調整装置１１である第１膨張弁１１Ａの開度を制御する。

　図６は、本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の制御例を説明するフローチャートである。また、図６のフローチャートに示す処理は任意に設定された制御時間間隔毎に実施される。なお、図６のフローチャートにおいて、図３のフローチャートと同一の工程の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。定常運転状態において、ステップＳＴ１３が無いこと以外は同一の制御になっており、以下に過熱運転状態の制御であるステップＳＴ３１～ＳＴ３７について説明する。

＜過熱運転状態＞
　制御装置４０の開度制御部４３において、第１膨張弁１１Ａの制御目標が過熱度ＳＨから放熱部温度Ｔｒに変更される（ステップＳＴ３１）。放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕよりも高いため、第１膨張弁１１Ａの開度が大きくなるように制御される（ステップＳＴ３２）。その後、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下になったか否かが判断される（ステップＳＴ３３）。放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えていると判断した場合（ステップＳＴ３３のＮＯ）、インバータ放熱部１２は冷却不足の状態にあるため、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下になるまで、第１膨張弁１１Ａの開度が大きくなるように制御する（ステップＳＴ３２、ＳＴ３３）。

　一方、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下であると判断した場合（ステップＳＴ３３のＹＥＳ）、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上であるかを判断する（ステップＳＴ３４）。放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ未満であると判断した場合（ステップＳＴ３４のＮＯ）、インバータ放熱部１２を冷却しすぎているため、第１膨張弁１１Ａの開度が現在の開度よりも小さくなるように制御される（ステップＳＴ３７）。そして、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上になるまで、第１膨張弁１１Ａの開度が小さく制御が行われる（ステップＳＴ３４、ＳＴ３７）。

　一方、放熱部温度Ｔｒが目標温度範囲の下限値Ｔｒｌ以上であるとき（ステップＳＴ３４のＹＥＳ）、定常運転状態の制御を実施しても良いかの判断をするため、過熱度ＳＨが定常運転状態の目標過熱度よりも大きいか否かが判断される（ステップＳＴ３５）。過熱度ＳＨが目標過熱度よりも大きい場合（ステップＳＴ３５のＹＥＳ）、エコノマイザ５が活用できていないと判断し、第１膨張弁１１Ａの制御目標が、放熱部温度Ｔｒから定常運転状態の過熱度ＳＨに変更される（ステップＳＴ３６）。一方、過熱度ＳＨが制御目標過熱度よりも小さい場合、放熱部温度Ｔｒに基づく制御が継続される（ステップＳＴ３３～ＳＴ３５）。

　本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様、過熱運転状態、すなわちインバータ放熱部１２の温度が目標温度範囲の上限値Ｔｒｕを超えた場合、第１膨張弁１１Ａの制御目標を変更することでインバータ放熱部１２の温度を目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ以下かつ目標温度範囲の上限値Ｔｒｕ近傍にできる。よって、インバータ放熱部１２の過度な冷却を抑制し、インバータ放熱部１２と外気との温度差を小さくしすることが可能となる。さらに、液インジェクションによる冷却回路がないため、冷媒回路および制御の簡素化を図ることができる。

　１、１００、２００　冷凍装置、１Ａ　冷媒回路、２　圧縮機、２ａ　機械部、３　油分離器、４　凝縮器、５　エコノマイザ、６　膨張装置、７　蒸発器、１０、２１０　インバータ冷却回路、１０Ａ　過冷却回路、１０Ｂ　バイパス冷却回路、１１　流量調整装置、１１Ａ　第１膨張弁、１１Ｂ　第２膨張弁、１１Ｃ　開閉弁、１２　インバータ放熱部、２０　インバータ装置、３１　放熱部温度検出装置、３２ａ、１３２ａ　冷媒温度検出装置、３２ｂ　中間圧力検出装置、３３　吸込温度検出装置、３４　吸込圧力検出装置、４０　制御装置、４１　温度判定部、４２　過熱度算出部、４３　開度制御部、ＳＨ　過熱度、Ｔｒ　放熱部温度、Ｔｒｌ　下限値、Ｔｒｕ　上限値、Ｔｒｕｓ　第２上限値。

Claims

　冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒を放熱して冷却する凝縮器と、前記凝縮器から流出した冷媒を過冷却するエコノマイザと、前記エコノマイザにおいて過冷却された冷媒を減圧膨張する膨張装置と、前記膨張装置において減圧膨張された冷媒を吸熱して蒸発させる蒸発器とが冷媒配管により接続された冷媒回路と、
　前記圧縮機を駆動するインバータ装置と、
　前記インバータ装置において生じた熱を放熱するインバータ放熱部と、
　前記エコノマイザと前記膨張装置との間から分岐し、前記エコノマイザ及び前記インバータ放熱部を流通した後に前記圧縮機へ流入する冷媒流路を形成する過冷却回路を含むインバータ冷却回路と、
　前記インバータ冷却回路に設けられ、前記インバータ放熱部に流入する冷媒流量を調整する流量調整装置と、
　前記インバータ放熱部の温度を放熱部温度として検出するインバータ温度検出装置と、
　前記エコノマイザに流通する冷媒の状態を検知する状態検知部と、
　前記インバータ温度検出装置において検知された前記放熱部温度及び前記状態検知部において検出された前記エコノマイザに流通する冷媒の状態に基づいて、前記流量調整装置の動作を制御する制御装置と
　を有し、
　前記制御装置は、
　前記放熱部温度が目標温度範囲にあるか否かを判定する温度判定部と、
　前記状態検知部において検知された冷媒の状態から前記エコノマイザに流通する冷媒の過熱度を算出する過熱度算出部と、
　前記温度判定部において前記放熱部温度が目標温度範囲内に収まっている場合、前記過熱度算出部において算出された過熱度が目標過熱度になるように、前記流量調整装置の開度を制御し、前記温度判定部において前記放熱部温度が目標温度範囲から外れていると判定された場合、前記放熱部温度が目標温度範囲内に収まるように、前記流量調整装置の開度を制御する開度制御部と、
　を備えた冷凍装置。
　前記状態検知部は、前記圧縮機における中間圧を検知する中間圧力検出装置と、前記インバータ放熱部に流入する冷媒の温度を検知する冷媒温度検出装置とを有するものである請求項１に記載の冷凍装置。
　前記状態検知部は、中間圧を検知する中間圧力検出装置と、前記インバータ放熱部から流出した冷媒の温度を検知する冷媒温度検出装置とを有するものである請求項１に記載の冷凍装置。
　前記制御装置は、前記放熱部温度が目標温度範囲の下限値よりも小さいと判定された場合、前記流量調整装置の開度を小さくするように制御するものである請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍装置。
　前記開度制御部は、前記放熱部温度が目標温度範囲の上限値よりも大きいと判定された場合、前記流量調整装置の開度を大きくするように制御するものである請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍装置。
　前記開度制御部は、前記流量調整装置の開度を大きくするように制御した後に、前記放熱部温度が目標温度範囲の上限値よりも小さくなり、前記過熱度が目標過熱度よりも大きくなった場合に、制御目標を前記放熱部温度から前記過熱度に変更する請求項５に記載の冷凍装置。
　前記インバータ冷却回路は、前記エコノマイザと前記膨張装置との間から分岐して前記エコノマイザを介して前記圧縮機に接続されたバイパス冷却回路を含み、
　前記流量調整装置は、前記バイパス冷却回路に設けられ、前記バイパス冷却回路を流れる冷媒流量を調整するバイパス流量調整装置を有し、
　前記開度制御部は、前記放熱部温度が目標温度範囲の上限値よりも大きい場合には前記バイパス流量調整装置を全閉状態に制御し、前記放熱部温度が目標温度範囲の上限値以下である場合、前記バイパス流量調整装置を開放状態にして流量の調整を行う請求項１～５のいずれか１項に記載の冷凍装置。
　前記開度制御部は、前記バイパス流量調整装置を開放状態にして流量の調整を行った後に、前記放熱部温度が目標温度範囲の下限値よりも小さくなった場合、前記バイパス流量調整装置を閉止状態にする請求項７に記載の冷凍装置。
　前記インバータ装置及び前記インバータ放熱部は、前記圧縮機の筐体に配置されている請求項１～８のいずれか１項に記載の冷凍装置。