WO2017203608A1

WO2017203608A1 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: WO2017203608A1
Application number: PCT/JP2016/065339
Authority: WO
Inventors: 雅章上川; 雅浩神田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30
Also published as: CN109154455B; EP3467400B1; EP3467400A4; CN109154455A; EP3467400A1

Abstract

　冷凍サイクル装置は、冷媒回路と、冷媒回路の凝縮器と減圧装置との間の配管から分岐し、スクリュー圧縮機の液インジェクションポートに接続される液インジェクション配管と、液インジェクション配管に設けられ、液インジェクション量を調整する調整装置と、調整装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、スクリュー圧縮機の運転中、スクリュー圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度が目標吐出温度になるように調整装置を制御する制御を行い、スクリュー圧縮機の運転を停止させる際には、液インジェクション量が増加するように調整装置を制御した後、停止させるものである。

Description

冷凍サイクル装置

　本発明は、たとえば冷媒圧縮を行うスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

　従来の冷凍サイクル装置において、圧縮機出口から凝縮器入口に至る高圧部が異常高温化すると、冷媒および油が劣化したり、スクリュー圧縮機におけるスクリューロータが過度に熱膨張してケーシングに接触したり、といった問題がある。これらの問題を防止することを目的として、スクリュー圧縮機の圧縮室にインジェクション配管から冷媒液をインジェクションする技術が一般的に知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

　特許文献１には、インジェクション配管にパルスモータ駆動の容量制御弁を設け、容量制御弁を制御して冷媒液のインジェクション量を調整することで、圧縮機から吐出された冷媒ガスの吐出温度を一定にする技術が開示されている。

　また、特許文献２では、インジェクション配管に感温筒付きの温度式膨張弁を設け、感温筒で検出した圧縮機の吐出温度に基づいて温度式膨張弁の開度を調整して吐出ガスの過熱度を一定にする技術が開示されている。

　ところで、上記のように圧縮室に液インジェクションを行う冷凍サイクル装置において、液インジェクション量が必要以上に多い場合、以下の問題が生じる。すなわち、余分な運転動力（電気入力）が必要となったり、スクリューロータが冷やされて熱縮小することでスクリューロータとケーシングとの隙間が拡大し、冷媒ガスの漏れが増加して性能が悪化したり、といった問題が生じる。このため、従来技術では、インジェクション量を少なめに抑えることが検討され、吐出温度あるいは吐出過熱度を高めに設定することで冷媒液のインジェクション量を最低限に抑えることも知られている。

特許第２５７４８６４号公報特開平５－１０６１３号公報

　スクリュー圧縮機は、低圧（吸込）室から低温低圧の冷媒ガスを吸込んで、高圧（吐出）室へ高温、高圧のガスを吐出する動作を行う。このような動作を行うスクリュー圧縮機が、その運転、すなわち電動機の駆動を停止した場合、高圧（吐出）室からスクリューロータのスクリュー溝を通って、低圧（吸込）室に冷媒ガスが逆流する。このように冷媒が逆流すると、高温の吐出ガスがスクリューロータのスクリュー溝を通ることでスクリューロータの温度が上昇し、熱膨張する。

　特に前述したとおり、吐出温度あるいは吐出過熱度を高めに設定した場合、吐出温度はスクリューロータやケーシングの温度に比べて高温となっている。そして、スクリューロータはその形成素材の関係でケーシングに比べて熱容量が小さいため、運転停止時の冷媒の逆流による熱膨張が大きい。したがって、ケーシングとスクリューロータとの隙間を維持できずに接触し、焼き付きが生じるという課題があった。

　しかしながら、上記特許文献１および特許文献２のどちらも、運転停止時の冷媒の逆流による熱膨張について検討されていない。

　本発明は、上記のような課題を解決するため、スクリュー圧縮機の運転停止時の吐出ガス逆流によるスクリューロータの熱膨張を抑制す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、スクリュー圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、凝縮器と減圧装置との間の配管から分岐し、スクリュー圧縮機の液インジェクションポートに接続される液インジェクション配管と、液インジェクション配管に設けられ、液インジェクション量を調整する調整装置と、調整装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、スクリュー圧縮機の運転中、スクリュー圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度が目標吐出温度になるように調整装置を制御する制御を行い、スクリュー圧縮機の運転を停止させる際には、液インジェクション量が増加するように調整装置を制御した後、停止させるものである。

　本発明によれば、スクリュー圧縮機の運転を停止させる際に、液インジェクション量が増加するように調整装置を制御して吐出温度を低下させてから停止させるようにしたので、運転停止時の冷媒ガスの逆流によるスクリューロータの熱膨張を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に備えたスクリュー圧縮機１０２の概略断面図である。図２のＡ－Ａ概略断面図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に備えたスクリュー圧縮機１０２の圧縮原理を示す図である。スクリュー圧縮機１０２を停止させた場合の吐出ガス逆流およびスクリューロータ３の熱膨張の概念図である。吐出ガス逆流時のスクリューロータ膨張の説明図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の停止制御フローを示す図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を停止させた場合の吐出ガス逆流およびスクリューロータ３の熱膨張の概念図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の停止制御フローを示す図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００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１００の停止制御フローを示す図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた冷凍サイクル装置１００の変形例の構成を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一また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。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、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、装置などにおける状態、動作など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１００の構成を示す図である。以下においてスクリュー圧縮機１０２は、冷媒回路を構成する機器である。このため、実施の形態１などのスクリュー圧縮機１０２が吸込、圧縮および吐出する流体は、冷媒であるものとして説明する。

　実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、スクリュー圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、減圧装置である主流液用膨張弁１０４と、蒸発器１０５とが順に冷媒配管で接続されて冷媒が循環する、主となる冷媒回路を有している。

　スクリュー圧縮機１０２は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態にするものである。凝縮器１０３は、スクリュー圧縮機１０２から吐出されたガス状の冷媒である吐出ガスを冷却し、凝縮させる。主流液用膨張弁１０４は、凝縮器１０３から流出した主流冷媒を減圧させ、膨張させる。さらに、蒸発器１０５は、主流液用膨張弁１０４から流出した冷媒を蒸発させる。

　冷凍サイクル装置１００は、さらに、凝縮器１０３と主流液用膨張弁１０４との間において主流冷媒が流れる配管から分岐してスクリュー圧縮機１０２の液インジェクションポートに接続される液インジェクション配管１０８を備えている。また、液インジェクション配管１０８には、液インジェクション量を調整する調整装置１０６が設けられている。

　調整装置１０６は、液インジェクション用膨張弁１０７と、冷媒を通過させるまたは通過させないようにする、開閉装置となる液インジェクション用電磁弁１０９とを備えている。液インジェクション用膨張弁１０７は、電子式膨張弁で構成されている。なお、流路を閉止するにあたり、完全閉止が行えるようにするために液インジェクション用電磁弁１０９を設けているが、流路の完全閉止が不要または膨張弁で構成された液インジェクション用電磁弁１０９で実現できれば液インジェクション用電磁弁１０９は省略可能である。

　スクリュー圧縮機１０２の吐出側には、スクリュー圧縮機１０２から吐出された吐出ガスの温度を検出する吐出温度センサ１０２ａを備えている。吐出温度センサ１０２ａは、圧縮機吐出部または吐出配管等に設置される。そして、吐出温度センサ１０２ａで検出された吐出温度は後述の制御装置１０１に出力される。

　冷凍サイクル装置１００は、さらに制御装置１０１を備えている。制御装置１０１は、主流液用膨張弁１０４、液インジェクション用膨張弁１０７、液インジェクション用電磁弁１０９などを制御する。制御装置１０１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で構成することもできるし、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することもできる。

（スクリュー圧縮機）
　図２は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に備えたスクリュー圧縮機１０２の概略断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ概略断面図である。以下、スクリュー圧縮機１０２について、図２および図３を用いて説明する。

　図２に示すように、スクリュー圧縮機１０２は、ケーシング１、スクリューロータ３、ゲートロータ６、スクリューロータ３を回転駆動させる電動機２およびスライドバルブ８などを備えている。筒状のケーシング１は、スクリューロータ３、ゲートロータ６、電動機２、スライドバルブ８などを筒の内側に収容する。

　電動機２は、ケーシング１に内接固定されたステータ２ａと、ステータ２ａの内側に配置されたモータロータ２ｂとを備えている。電動機２は、駆動周波数が一定な定速機でもよいし、駆動周波数の変更によりその容量を調整可能に駆動されるインバータ式のものであってもよい。

　スクリューロータ３とモータロータ２ｂとは、互いに、回転軸となるスクリュー軸４の周りに配置され、スクリュー軸４に固定されている。スクリューロータ３には、外周面に複数の螺旋状のスクリュー溝５ａが形成されている。スクリューロータ３は、スクリュー軸４に固定されたモータロータ２ｂの回転に伴って回転する。

　また、実施の形態１のスクリュー圧縮機１０２は、２つのゲートロータ６を有している。２つのゲートロータ６は、スクリュー軸４に対して点対称となる位置であって、スクリューロータ３の両側にそれぞれ配置されている。ゲートロータ６は、円板状の形状をしており、外周面には周方向に沿って複数の歯６ａが設けられている。ゲートロータ６の歯６ａは、スクリュー溝５ａに噛み合わされている。そして、ゲートロータ６の歯６ａ、スクリュー溝５ａおよびケーシング１の筒内面側によって囲まれた空間が圧縮室５となる。圧縮室５は、スクリューロータ３の径方向中心に対して、点対称となる位置に複数形成される。

　ここで、スクリュー圧縮機１０２内は、隔壁（図示せず）により冷媒の吸込側となる低圧側と冷媒の吐出側となる高圧側とに区画される。低圧側の空間は、吸込圧力雰囲気となる低圧室Ａ１となる。また、高圧側の空間は、吐出圧力雰囲気となる高圧室Ａ２となる。ケーシング１において、圧縮室５の高圧側となる位置には、高圧室Ａ２と圧縮室５とを連通させる吐出口７（後述する図４を参照）が設けられている。

　さらに、ケーシング１の内側には、スクリューロータ３のスクリュー軸４方向に延びるスライド溝１ａが形成されている。そして、スライド溝１ａ内には、スライドバルブ８が、スライド溝１ａに沿ってスライド移動自在に収容されている。スライドバルブ８は、ケーシング１と一体となって、ケーシング１とともに圧縮室５を形成している。

　スライドバルブ８は、スクリュー軸方向の移動により圧縮室５と低圧室Ａ１とのバイパス口の大きさを調整する機械式の容量制御機構である。バイパス口の大きさを調整することで、バイパス口を通じて圧縮室５から低圧室Ａ１へ流れる冷媒の流量が変化する。その結果、圧縮室５から圧縮されて吐出される冷媒の流量が変化し、スクリュー圧縮機１０２から吐出される冷媒の流量、すなわちスクリュー圧縮機１０２の運転容量が変化する。

　ここでは、スライドバルブ８が機械式の容量制御機構であるとしたが、圧縮室５からの吐出のタイミングを調整して、内部容積比を可変とする内部容積比可変機構であってもよい。ここで、内部容積比とは、吸込完了（圧縮開始）時の圧縮室５の容積と吐出寸前の圧縮室５の容積との比を示すものである。

　スライドバルブ８は、連結棒９を介して、たとえば、ピストンなどのバイパス駆動装置１０に接続されている。バイパス駆動装置１０を駆動させることにより、スライドバルブ８は、スライド溝１ａ内を、スクリューロータ３のスクリュー軸方向に移動する。

　スクリュー圧縮機１０２は、スライドバルブ８の位置を制御して圧縮室５が有する吐出口７からの冷媒の吐出量を調整する容量制御運転を行う。この容量制御運転は、制御装置１０１からバイパス駆動装置１０に、冷媒の吐出量を調整するようにスライドバルブ８を位置させる指示を送ることで行われる。ここで、スライドバルブ８を駆動するバイパス駆動装置１０は、ガス圧で駆動するもの、油圧で駆動するもの、ピストンとは別にモータなどにより駆動するものなど、駆動の動力源を限定しない。

　また、ケーシング１は、図３に示すように貫通孔で形成された液インジェクション流路１ｂを有している。液インジェクション流路１ｂのスクリューロータ３側の開口である液インジェクションポート１ｃが圧縮室５に連通する。そして、液インジェクション流路１ｂのスクリューロータ３と反対側の開口である接続口１ｄに液インジェクション配管１０８が接続される。かかる構成により、凝縮器１０３から流出して冷媒回路から分岐した冷媒が、液インジェクション配管１０８、液インジェクション用電磁弁１０９および液インジェクション用膨張弁１０７を通過した後、液インジェクション流路１ｂに流入して液インジェクションポート１ｃから圧縮室５にインジェクションされる。

（冷媒回路の動作説明）
　次に、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００の動作について、図１～図３を参照して説明する。

　スクリュー圧縮機１０２は、ガス状の冷媒である冷媒ガスを吸込んで圧縮した後、吐出する。スクリュー圧縮機１０２から吐出された吐出ガスは、凝縮器１０３で冷却される。凝縮器１０３で冷却された冷媒は、凝縮器１０３を通過後に分岐され、そのうちの主流冷媒は、主流液用膨張弁１０４で減圧されて膨張する。そして、主流液用膨張弁１０４から流出した冷媒は、蒸発器１０５で加熱され、冷媒ガスとなる。蒸発器１０５から流出した冷媒ガスはスクリュー圧縮機１０２に吸い込まれる。

　一方、凝縮器１０３を通過後に分岐された残りの冷媒液は、液インジェクション用電磁弁１０９が開いているとき、液インジェクション配管１０８に設けた液インジェクション用膨張弁１０７で減圧された後、ケーシング１に設けた液インジェクション流路１ｂに流入する。そして、液インジェクション流路１ｂに流入した冷媒液の圧力と圧縮室５内の圧力との差圧により、冷媒液が液インジェクションポート１ｃから圧縮室５にインジェクションされる。インジェクションされた冷媒液は、圧縮途中の冷媒ガスと混合し、スクリュー圧縮機１０２から吐出される。

（スクリュー圧縮機１０２の動作説明）
　図４は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に備えたスクリュー圧縮機１０２の圧縮原理を示す図である。次に、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の動作について説明する。たとえば、スクリューロータ３が、図２に示す電動機２により、図２に示すスクリュー軸４を介して回転させられると、図４に示すように、ゲートロータ６の歯６ａが圧縮室５を構成するスクリュー溝５ａ内を相対的に移動する。このとき、圧縮室５内では、吸込行程、圧縮行程および吐出行程が順次行われる。吸込行程、圧縮行程および吐出行程を１つのサイクルとして、サイクルが繰り返される。ここでは、図４においてドット状のハッチングで示した圧縮室５に着目して、各行程について説明する。

　図４（ａ）は、吸込行程における圧縮室５の状態を示している。スクリューロータ３が電動機２により駆動して、実線矢印の方向に回転する。スクリューロータ３が回転すると、図４（ｂ）に示すように圧縮室５の容積が縮小していく。

　引き続き、スクリューロータ３が回転すると、図４（ｃ）に示すように、圧縮室５が吐出口７を介して、外部と連通する。これにより、圧縮室５内で圧縮された高圧の冷媒ガスが、吐出口７から外部へ吐出される。そして、再び、スクリューロータ３の背面で同様の圧縮が行われる。

　図４では、液インジェクションポート１ｃ、スライドバルブ８およびスライド溝１ａについては図示を省略している。ここで、圧縮行程において、冷媒液が、液インジェクションポート１ｃを介して圧縮室５に流入する。そして、圧縮室５に流入した冷媒液は、冷媒ガスと一緒に圧縮され、吐出行程において外部に吐出される。

　次に、冷凍サイクル装置１００における、スクリュー圧縮機１０２の通常運転時の吐出温度制御について説明する。

（通常運転時）
　スクリュー圧縮機１０２では、冷媒および油の劣化、スクリューロータ３とケーシング１との間の隙間縮減による焼き付きを防止するために、液インジェクション用電磁弁１０９を開とし、圧縮室５に冷媒液をインジェクションしている。しかし、この冷媒液のインジェクション量が多いと、スクリューロータ３が冷やされすぎて熱縮小し、スクリューロータ３とケーシング１との隙間が必要以上に拡大する。この場合、冷媒ガスの漏れが増加して性能が悪化することとなる。さらには余分な運転動力（電気入力）が必要となる。

　そこで、通常運転では、吐出温度の目標値を高めに設定し、冷媒液のインジェクション量を必要最低限に抑えるようにしている。具体的には、スクリュー圧縮機１０２から吐出される冷媒の吐出温度が、例えば９０℃程度の高めに設定した第１目標吐出温度になるように液インジェクション用膨張弁１０７を制御する、高吐出温度制御を行う。

　そして、通常運転時に高吐出温度制御を行うことで、異常高温化および異常低温化を防止する。また、液インジェクション用膨張弁１０７に電子膨張弁を使用することで、凝縮温度（吐出圧力）に応じてインジェクション量を制御できる。このため、凝縮温度（吐出圧力）が高くなるに連れ、インジェクション量を増やすように液インジェクション用膨張弁１０７を制御することで、凝縮温度（吐出圧力）がいずれの温度であっても、吐出温度を第１目標吐出温度に制御することが可能となる。よって、吐出温度を第１目標吐出温度に制御するにあたり、液インジェクション用膨張弁１０７を制御して必要最小限の冷媒液のインジェクション量に調整することができるので、信頼性を確保しつつ、性能を向上させることができる。

　図５は、スクリュー圧縮機１０２を停止させた場合の吐出ガス逆流およびスクリューロータ３の熱膨張の概念図である。図６は、吐出ガス逆流時のスクリューロータ膨張の説明図である。
　スクリュー圧縮機１０２を停止させた場合、図５の点線矢印に示すように、高圧室Ａ２からスクリューロータ３のスクリュー溝５ａを通って低圧室Ａ１に向けて、冷媒ガスが逆流する。ここで、前述したとおり、通常運転では、スクリューロータ３とケーシング１との隙間が必要以上に拡大して冷媒ガスの漏れが増加することでの性能悪化を回避するため、第１目標吐出温度を高めに設定している。このため、吐出温度はスクリューロータ３やケーシング１の温度に比べて高温となっている。このように高温の吐出ガスが逆流してスクリューロータ３のスクリュー溝５ａを通ることで、スクリューロータ３は温度上昇し、図６の点線で示すように熱膨張し、ケーシング１に接触してしまう恐れがある。

　そこで、本実施の形態１では、スクリューロータ３の熱膨張に基づくスクリューロータ３とケーシング１との接触を抑制することを目的として、圧縮室５に液インジェクションを行って吐出温度を低下させる停止制御を行ってからスクリュー圧縮機１０２の運転を停止することを特徴としている。以下、停止制御について詳細に説明する。本実施の形態１では、吐出温度を制御する絞り機構である液インジェクション用膨張弁１０７として、前述のとおり電子膨張弁を使用した場合の停止制御を説明する。

（停止制御）
　次に、運転停止時の停止制御について説明する。

　図７は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の停止制御フローを示す図である。
　運転停止前、すなわち通常運転中においては、前記の通り、第１目標吐出温度を高めに設定した高吐出温度制御を行っている（ステップＳ１）。そして、スクリュー圧縮機１０２の運転を停止させる停止指令が出された際は（ステップＳ２）、まず初めに吐出温度を下げる制御を実施する。吐出温度を下げる制御とは、具体的には液インジェクション用膨張弁１０７の絞り開度を大きくして液インジェクション量を増加させ（ステップＳ３）、吐出温度を第２目標吐出温度まで低下させる制御である。第２目標吐出温度は第１目標吐出温度よりも、例えば１５℃程度、低い温度に設定される。

　吐出温度センサ１０２ａで検出された吐出温度が第２目標吐出温度に到達した後、電動機２を停止させる前の停止準備制御がなされる（ステップＳ４）。電動機２が定速機の場合の停止準備制御は、以下のようにして行う。すなわち、制御装置１０１は、スライドバルブ８を軸方向に移動させ、圧縮室５と低圧室Ａ１とのバイパス口の開口面積を広げる制御を実施する。スライドバルブ８のこの停止準備制御は、運転停止時に一般的に行われる制御であり、高圧室Ａ２と低圧室Ａ１との差圧を小さくするための制御である。高圧室Ａ２と低圧室Ａ１との差圧を小さくすることで、運転停止時の吐出ガスの逆流およびスクリューロータ３の逆転を可能な限り少なくすることができる。そして、制御装置１０１は、上記の停止準備制御実施後、スクリュー圧縮機１０２の運転、すなわち電動機２の駆動を停止させる（ステップＳ５）。

　ところで、停止準備制御時における高圧室Ａ２から低圧室Ａ１への冷媒ガスの逆流は、電動機２の駆動を停止させた後も、高圧室Ａ２と低圧室Ａ１とが同じ圧力となるようバランスするまで継続される。よって、電動機２の駆動停止後も、冷媒ガスの逆流による回転力で一定時間、スクリューロータ３の逆転が継続する。

　このように冷媒ガスの逆流およびスクリューロータ３の逆転が継続することを踏まえ、制御装置１０１は、電動機２の駆動を停止した後も、液インジェクション用膨張弁１０７を開いたままとし、一定時間、冷媒液の液インジェクションを継続する（ステップＳ６）。ただし、電動機２を停止後の液インジェクションの継続時間を必要以上に長くすると、圧縮室５内に冷媒液が滞留して、次回起動時の液圧縮起動を引き起こしてしまう。このため、インジェクションの継続時間は適正に設定される。そして、液インジェクションの継続時間終了後、制御装置１０１は、液インジェクション用膨張弁１０７を閉じる（ステップＳ７）。

　図８は、本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００を停止させた場合の吐出ガス逆流およびスクリューロータ３の熱膨張の概念図である。
　本実施の形態１の停止制御では、スクリュー圧縮機１０２の運転を停止させる停止指令があると、前述のように液インジェクション用膨張弁１０７の絞り開度を大きくして吐出温度を第２目標吐出温度まで低下させる。つまり、電動機２の運転停止前に吐出温度を下げている。このため、運転停止時に高圧室Ａ２から低圧室Ａ１に向けて流れる冷媒ガスが低吐出温度となる。その結果、図８の点線で示すようにスクリューロータ３の熱膨張が図６に示した従来よりも抑制される。このため、スクリュー溝５ａを逆流する吐出ガスによるスクリューロータ３の熱膨張を抑制することができ、スクリューロータ３とケーシング１の隙間縮減による接触を回避することができる。

　以上、説明したように実施の形態１の冷凍サイクル装置１００によれば、スクリュー圧縮機１０２の運転を停止させる際には、まず液インジェクション用膨張弁１０７の絞り開度を大きくして液インジェクション量を増加させ、吐出温度を第２目標吐出温度まで低下させてから、電動機２の停止を行うようにした。これにより、スクリュー溝５ａを逆流する吐出ガスによるスクリューロータ３の熱膨張を抑制することができる。その結果、スクリューロータ３とケーシング１の隙間縮減による接触を回避することができ、高い信頼性を確保することができる。

　また、通常運転時においては、従来と同様に液インジェクションにより吐出温度を目標吐出温度に制御するようにしたので、吐出温度もしくは吐出過熱度の異常上昇を防止することができ、冷媒および油の劣化を防止できる。また、通常運転では、第１吐出目標温度を高めに設定して、冷媒液の液インジェクション量を必要最小限にしている。このため、異常低温時の液圧縮、余分な運転動力（電気入力）の増大、あるいは、スクリューロータ３の熱縮小に起因した冷媒ガスの漏れ増加に因る性能悪化を抑制できる。

実施の形態２．
　本実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１と制御の本質自体は同じであるが、その制御を実現するための機器構成が実施の形態１と異なるものである。具体的には、調整装置の構成が異なるものである。

　図９は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。ここでは、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００と異なる部分について説明する。

　上記実施の形態１では、液インジェクション配管１０８に設けられて液インジェクション量を調整する調整装置１０６が、電子膨張弁で構成された液インジェクション用膨張弁１０７を備えた構成であった。これに対し、実施の形態２の調整装置１０６Ａは、液インジェクション用膨張弁１０７ａ、１０７ｂと、流路を開閉する開閉装置としての液インジェクション用電磁弁１０９ａ、１０９ｂとを直列に接続した２つの直列回路を並列に接続した並列回路で構成されている。以下では、液インジェクション用膨張弁１０７ａを第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａ、液インジェクション用膨張弁１０７ｂを第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂという。また、液インジェクション用電磁弁１０９ａを第１の液インジェクション用電磁弁１０９ａ、液インジェクション用電磁弁１０９ｂを第２の液インジェクション用電磁弁１０９ｂという。

　そして、上記実施の形態１では、液インジェクション用膨張弁１０７として、弁の開度を自在に制御できる電子膨張弁を用いたが、実施の形態２では、第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａおよび第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂに、膨張弁自身が機械的に弁の開度を調節する感温筒付温度式膨張弁を用いている。第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａおよび第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂのそれぞれの感温筒は、図示しないがスクリュー圧縮機１０２の吐出側に配置される。そして、第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａおよび第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂのそれぞれは、感温筒で検出した吐出温度と内部圧力とに応じて絞り量を調整し、スクリュー圧縮機１０２の吐出側の過熱度を、それぞれに設定された設定吐出過熱度に一定に制御する。

　第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａおよび第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂのそれぞれの制御対象となる設定吐出過熱度は、それぞれ異なる過熱度に設定されている。第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａの設定吐出過熱度は、例えば２５℃に設定される。また、第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂの設定吐出過熱度は、例えば１０℃に設定される。以下に詳述するが、第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａは通常運転時に機能し、第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂは運転停止時に機能するものである。運転停止時に機能する第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂ側の設定吐出過熱度を、通常運転時の設定吐出過熱度よりも低く設定することで、運転停止時に、吐出温度を通常運転時の目標吐出温度よりも低い温度まで低下させるようにしている。

　以下、実施の形態２の冷凍サイクル装置１００における停止制御について説明する。実施の形態２の停止制御は、その制御の本質自体は実施の形態１と同様である。つまり、通常運転時に高吐出温度制御を行っており、スクリュー圧縮機１０２の運転停止時に、まず初めに吐出温度を下げる点は、実施の形態１と同様である。この制御を行うにあたっての調整装置１０６Ａの制御方法が実施の形態１と異なる。以下、停止制御における調整装置１０６Ａの動作を中心に説明する。

（停止制御）
　図１０は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の停止制御フローを示す図である。図１０において図７と同一処理については同一のステップ番号を付す。
　実施の形態２における運転停止時の停止制御を図１０を参照して説明する。運転停止前、すなわち通常運転中においては、制御装置１０１は、第１の液インジェクション用電磁弁１０９ａを開、第２の液インジェクション用電磁弁１０９ｂを閉とし、第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａに冷媒液が流れ、第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂに冷媒液が流れないようにする。これにより、第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａが機能し（ステップＳ１ａ）、吐出過熱度が第１の液インジェクション用膨張弁１０７ａ側の設定吐出過熱度である例えば２５℃に制御される。

　次に、スクリュー圧縮機１０２の運転を停止させる停止指令が出された場合（ステップＳ２）、まず初めに制御装置１０１は、第２の液インジェクション用電磁弁１０９ｂを開、第１の液インジェクション用電磁弁１０９ａを閉とする。これにより、第２の液インジェクション用膨張弁１０７ｂが機能し（ステップＳ３ａ）、吐出過熱度は前述したように通常運転時よりも低い例えば１０℃に制御される。このように、運転停止時には、設定吐出過熱度を通常運転時よりも低く設定することで、液インジェクション量が増加して吐出温度を下げることができる。

　その後、吐出過熱度が停止指令時の設定吐出過熱度である１０℃に到達した後、電動機２を停止させる前の停止準備制御がなされる（ステップＳ４）。停止準備制御は実施の形態１と同様である。また、それ以降のステップＳ４～ステップＳ６の制御も実施の形態１と同様である。

　そして、液インジェクションの継続時間終了後、制御装置１０１は、第２の液インジェクション用電磁弁１０９ｂを閉じる（ステップＳ７ａ）。

　以上、説明したように、実施の形態２の冷凍サイクル装置１００によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、調整装置１０６Ａに、感温筒付温度式膨張弁を用いたため、以下の効果が得られる。すなわち、複雑な制御を必要とせずに、圧力と温度を検出するように感温筒付温度式膨張弁を設置するだけで、自動的に吐出過熱度を調整することができる。

実施の形態３．
　上記実施の形態１では、スクリュー圧縮機１０２の運転停止時の動作について説明したが、いわば通常の運転停止時の動作であった。本実施の形態３は、通常の運転停止時とは異なる急停止時の動作について説明するものである。

　図１１は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。
　本実施の形態３の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１の液インジェクション配管１０８に設けた調整装置１０６に並列に保護回路１１０を設けたものである。その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様である。
　保護回路１１０は、液インジェクション用キャピラリ１０７ｃとキャピラリ用開閉装置であるキャピラリ用電磁弁１０９ｃとを直列に接続した回路である。液インジェクション用キャピラリ１０７ｃは、電気的な制御を行うことなく冷媒液が通過することで液インジェクション量を調整可能なものであり、事前に液インジェクション量が所定量になるように調整されている。

　上記実施の形態１、２で説明した運転停止は通常の運転停止であるが、冷媒回路において例えば高圧が過度に上昇したり、低圧が過度に低下したりなどが生じると、保護制御が作動してスクリュー圧縮機１０２を異常停止させる場合がある。このような異常停止の際に、前述の停止制御、すなわち吐出温度を第２の目標吐出温度まで下げる制御と、その後の停止準備制御とを行うと、スクリュー圧縮機１０２の停止が遅くなってしまう。これは、圧縮機急停止の指令が出された後、液インジェクション用膨張弁１０７の開度を大きくし、液インジェクションの量を増加させていっても、液インジェクション用膨張弁１０７の開度を大きくするのに時間がかかるためである。

　そして、このようにスクリュー圧縮機１０２の停止が遅くなると、スクリュー圧縮機１０２を保護できずに故障につながる。このため、異常停止する場合には、停止準備制御を実施するのを止めて、スクリュー圧縮機１０２の運転を急停止させる必要がある。しかし、停止準備制御を実施せずにスクリュー圧縮機１０２の運転を急停止させると、スクリューロータ３の熱膨張が避けられない。

　そこで、本実施の形態３では、急停止時には調整装置１０６による液インジェクション量の調整は行わず、キャピラリ用電磁弁１０９ｃを開いて保護回路１１０を作動させる。つまり、急停止時には調整装置１０６ではなく保護回路１１０に冷媒液が流れるようにし、保護回路１１０の液インジェクション用キャピラリ１０７ｃに冷媒液を流すことで、異常停止制御による急停止時でも、一定量の液インジェクションを即時に圧縮室５にインジェクションするようにした。ここで、一定量とは、高吐出温度制御を行っている通常運転時よりも多い量とされ、これにより熱膨張を抑制できる。

　以上により本実施の形態３のスクリュー圧縮機１０２の急停止時の制御原理が明かになったところで、急停止時の調整装置１０６および保護回路１１０の制御について説明する。

（急停止時の保護制御）
　図１２は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の停止制御フローを示す図である。
　運転停止制御前、すなわち通常運転においては、前記の通り、実施の形態１と同様に第１目標吐出温度を高めに設定した高吐出温度制御を行っている（ステップＳ１）。そして、スクリュー圧縮機１０２の保護制御が作動して急停止指令が出された際は（ステップＳ２ｂ）、制御装置１０１は以下の制御を行う。すなわち、液インジェクション用電磁弁１０９を閉、保護回路１１０のキャピラリ用電磁弁１０９ｃを開とし、液インジェクション量を通常運転時より増加させる（ステップＳ３ｂ）。すなわち、キャピラリ用電磁弁１０９ｃを開とすることで、液インジェクション用キャピラリ１０７ｃに冷媒液が流れ、一定量の冷媒液を即時に圧縮室５にインジェクションすることができる。その結果、吐出温度を即座に第１目標吐出温度よりも低下させることができる。ここで、前記では急停止時は液インジェクション用電磁弁１０９を閉としたが、開のままとして保護回路１１０のキャピラリ用電磁弁１０９ｃと両方冷媒液を流してもよい。

　そして、制御装置１０１は、スクリュー圧縮機１０２の運転、すなわち電動機２の駆動を停止させる（ステップＳ５）。そして、一定時間、冷媒液の液インジェクションを継続（ステップＳ６）した後、キャピラリ用電磁弁１０９ｃを閉じる（ステップＳ７ｂ）。

　以上説明したように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、調整装置１０６に保護回路１１０を設けたので、急停止時に保護回路１１０側に冷媒液が流れるようにすることで、吐出温度を即座に第１目標吐出温度よりも低下させることができる。その結果、スクリュー圧縮機１０２の運転を急停止させた場合でも、スクリューロータ３の熱膨張を抑制することができる。

　なお、ここでは、急停止時の動作について説明したが、本実施の形態３の冷凍サイクル装置１００は、上記実施の形態１と同様の運転停止時の動作も行うことはもちろんである。

　なお、実施の形態３の冷凍サイクル装置１００は、以下のような変形を加えても良い。

（実施の形態３の変形例）
　図１１に示した本実施の形態３では、図１に示した実施の形態１の調整装置１０６に対して保護回路１１０を並列に設けた構成を説明した。この変形例では、図９に示した実施の形態２の調整装置１０６Ａに対して保護回路１１０を設けた構成としたものである。この構成とした場合にも、上記実施の形態２および実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
　図１３は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた冷凍サイクル装置１００の構成を示す図である。
　実施の形態４の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００に中間冷却器１１１をさらに設けた構成である。

　中間冷却器１１１は、凝縮器１０３を流出して中間冷却器１１１の高圧側流路に流入した冷媒と、中間冷却器１１１の低圧側流路に流入した冷媒とを熱交換する。中間冷却器１１１の低圧側流路に流入する冷媒は、中間冷却器１１１を通過後の冷媒の一部を液インジェクション用電磁弁１０９を通過して液インジェクション用膨張弁１０７で減圧された冷媒である。中間冷却器１１１の高圧側流路に流入した冷媒は、低圧側流路に流入した冷媒との熱交換により過冷却される。一方、中間冷却器１１１の低圧側流路に流入した冷媒は、高圧側流路に流入した冷媒と熱交換した後、スクリュー圧縮機１０２にインジェクションされる。その他の構造、構成、液インジェクション用膨張弁１０７および液インジェクション用電磁弁１０９の制御は実施の形態１と同様である。

　本実施の形態４において、液インジェクション用膨張弁１０７および液インジェクション用電磁弁１０９の制御は上記実施の形態１と同様に行えば良い。すなわち、スクリュー圧縮機１０２の運転を停止させる停止指令が出された際に、液インジェクション用膨張弁１０７の絞り開度を大きくし、冷媒液のインジェクション量を増加させ、吐出温度を、第１目標吐出温度よりも低い、予め設定された第２目標吐出温度まで低下させる制御を行えばよい。

　本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、凝縮器１０３から主流液用膨張弁１０４に向かう冷媒を中間冷却器１１１で過冷却するため、冷凍効率の向上を図ることができる。

　なお、実施の形態４の冷凍サイクル装置１００は、以下のような変形を加えても良い。この場合も同様の作用効果を得ることができる。

（実施の形態４の変形例）
　図１４は、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００を備えた冷凍サイクル装置１００の変形例の構成を示す図である。
　図１３では、図１に示した実施の形態１に対して中間冷却器１１１を設けた構成を示した。この変形例は、図１４に示すように、図１１に示した実施の形態３の冷凍サイクル装置１００に中間冷却器１１１を設けた構成としたものである。この構成とした場合、実施の形態３と実施の形態４の両方の効果を得ることができる。

　なお、前記した実施の形態１から実施の形態４では、一定速の電動機２を用い、スライドバルブ８によって容量制御を行うスクリュー圧縮機に本発明を適用する例を説明したが、本発明を適用するスクリュー圧縮機はこれに限られない。他に例えば、容量制御を、スライドバルブ８ではなく、スクリューロータ３の回転数を可変とするインバータ式の電動機２を用い、回転数制御によって行うスクリュー圧縮機に本発明を適用してもよい。

　スライドバルブ８によって容量制御を行うスクリュー圧縮機における運転停止時には、前述したように、高圧室Ａ２と低圧室Ａ１との差圧を小さくするためにスライドバルブ８を移動させてバイパス口の開口面積を広げる停止準備制御を行うようにしていた。これに対し、インバータ式のスクリュー圧縮機の場合には、運転回転数を低下させることで高圧室Ａ２と低圧室Ａ１との差圧を小さくしたり、スライドバルブ８の移動による停止準備制御に代えて、例えば高圧室Ａ２や圧縮室５と低圧室Ａ１とを連通するバイパス通路に設けた開閉装置を開く制御等を行えばよい。

　１　ケーシング、１ａ　スライド溝、１ｂ　液インジェクション流路、１ｃ　液インジェクションポート、１ｄ　接続口、２　電動機、２ａ　ステータ、２ｂ　モータロータ、３　スクリューロータ、４　スクリュー軸、５　圧縮室、５ａ　スクリュー溝、６　ゲートロータ、６ａ　歯、７　吐出口、８　スライドバルブ、９　連結棒、１０　バイパス駆動装置、１００　冷凍サイクル装置、１０１　制御装置、１０２　スクリュー圧縮機、１０２ａ　吐出温度センサ、１０３　凝縮器、１０４　主流液用膨張弁、１０５　蒸発器、１０６　調整装置、１０６Ａ　調整装置、１０７　液インジェクション用膨張弁、１０７ａ　第１の液インジェクション用膨張弁、１０７ｂ　第２の液インジェクション用膨張弁、１０７ｃ　液インジェクション用キャピラリ、１０８　液インジェクション配管、１０９　液インジェクション用電磁弁、１０９ａ　第１の液インジェクション用電磁弁、１０９ｂ　第２の液インジェクション用電磁弁、１０９ｃ　キャピラリ用電磁弁、１１０　保護回路、１１１　中間冷却器、Ａ１　低圧室、Ａ２　高圧室。

Claims

　スクリュー圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒回路と、
　前記凝縮器と前記減圧装置との間の配管から分岐し、前記スクリュー圧縮機の液インジェクションポートに接続される液インジェクション配管と、
　前記液インジェクション配管に設けられ、液インジェクション量を調整する調整装置と、
　前記調整装置を制御する制御装置とを備え、
　前記制御装置は、前記スクリュー圧縮機の運転中、前記スクリュー圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度が目標吐出温度になるように前記調整装置を制御する制御を行い、前記スクリュー圧縮機の運転を停止させる際には、液インジェクション量が増加するように前記調整装置を制御した後、停止させる冷凍サイクル装置。
　前記調整装置は電子膨張弁で構成される請求項１記載の冷凍サイクル装置。
　前記調整装置は、液インジェクション用膨張弁および流路を開閉する開閉装置を直列に接続した２つの直列回路を並列に接続した並列回路を備え、
　前記各液インジェクション用膨張弁のそれぞれは、前記スクリュー圧縮機の吐出側の吐出過熱度を、それぞれに対応して設定された設定吐出過熱度に調整する温度式膨張弁であり、
　前記２つの直列回路の一方の前記液インジェクション用膨張弁の設定吐出過熱度は、他方の前記液インジェクション用膨張弁の設定吐出過熱度よりも高く設定され、
　前記制御装置は、前記スクリュー圧縮機の運転中、前記一方の直列回路の前記開閉装置を開、前記他方の直列回路の前記開閉装置を閉とし、前記スクリュー圧縮機の運転を停止させる際には、前記一方の直列回路の前記開閉装置を閉、前記他方の直列回路の前記開閉装置を開とする請求項１記載の冷凍サイクル装置。
　前記液インジェクション配管に設けた前記調整装置に並列に、キャピラリとキャピラリ用開閉装置とを直列に接続した保護回路を設けた請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
　前記制御装置は、前記スクリュー圧縮機の前記運転の停止とは異なる急停止時に、前記調整装置による液インジェクション量の調整を行わず、前記キャピラリ用開閉装置を開いて前記保護回路を作動させる請求項４記載の冷凍サイクル装置。
　前記凝縮器と前記減圧装置との間に設けられ、前記凝縮器から前記減圧装置に向かう冷媒を、前記液インジェクション配管を通って前記スクリュー圧縮機にインジェクションされる冷媒と熱交換して冷却する中間冷却器を備えた請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。