(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が溜まる冷媒室（１）と、この冷媒室（１）に溜まった冷媒レベルに応じて開度が変わる膨張弁とを有する膨張機構（１０）を備え、この膨張機構（１０）と、蒸発器（１１）と、圧縮機（１２）と、凝縮器（１３）とを順に接続した冷凍装置において、
上記冷媒室（１）を上記蒸発器（１１）側である低圧部（１１）に接続する接続配管（５）と、
上記接続配管（５）に介設された電磁弁（６）と、
上記低圧部（１１）の圧力を検出する圧力センサ（８）と、
上記圧力センサ（８）からの信号に基いて、上記低圧部（１１）の圧力が所定圧力よりも低下したときに上記電磁弁（６）の開度を増大させるように制御する制御部（９）と
を備えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷凍装置において、
上記低圧部（１１）は、上記蒸発器（１１）から上記圧縮機（１２）の吸入口までの間であることを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばターボ冷凍機などの冷凍装置は、冷媒が溜まるフロート室と、このフロート室の冷媒レベルの増減に応じて上下動するフロートと、このフロートに連結されてフロートの上下動に応じて開度が増減する膨張弁とを有する膨張機構を備える。この膨張機構と、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器とを順に接続し、上記凝縮器で凝縮した冷媒を上記フロート室に導くと共に、このフロート室の冷媒を、上記膨張弁を介して蒸発器に導いている。上記凝縮器からフロート室に流入する冷媒の量が増加してフロート室の冷媒レベルが上昇すると、上記膨張弁の開度が増大して、このフロート室から蒸発器に流れる冷媒量が増加する。一方、上記凝縮器からフロート室に流入する冷媒量が減少してフロート室の冷媒レベルが下降すると、上記膨張弁の開度が減少して、このフロート室から蒸発器に流れる冷媒量が減少する。これによって、上記凝縮器における冷媒の凝縮量が多少増減しても、上記蒸発器の冷媒レベルが所定のレベルに保持されるようにしている。
【０００３】
上記凝縮器は水冷式凝縮器であり、この凝縮器から凝縮熱を回収した冷却水を、クーリングタワーに導いて冷却している。また、上記蒸発器は、満液式蒸発器であり、ケーシング中に複数の伝熱管を備え、このケーシングと伝熱管との間に冷媒を流して、上記伝熱管内を流れる水を冷却している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の冷凍装置は、例えば上記クーリングタワーの操作ミスや運転条件の急変化などによって、上記凝縮器の圧力が急低下すると、故障に至る虞があるという問題がある。すなわち、上記凝縮器の圧力が急低下すると、上記フロート室の圧力が急低下して、上記フロート室の冷媒が急激に蒸発する。
この急激に蒸発した冷媒ガスがフロート室に充満して、フロート室の圧力が凝縮器の圧力よりも高くなる。その結果、このフロート室と凝縮器との間に、通常と逆方向の圧力差が生じて、上記凝縮器からフロート室に流れる冷媒量が急激に減少し、凝縮器に冷媒が溜まる。一方、蒸発器では、圧縮機によって冷媒ガスが吸引されているので、冷媒が蒸発して冷媒レベルが低下する。しかしながら、この蒸発器に冷媒を供給する上記フロート室では、上記凝縮器から流入する冷媒量が急減しているので、このフロート室の冷媒液面が上昇しない。このため、膨張機構の膨張弁が十分な開度にならなくて、上記蒸発器への冷媒の供給不足となる。
その結果、上記蒸発器内の圧力が、冷媒の圧力相当飽和温度が０°Ｃである圧力よりも低くなり、これによって蒸発器内の温度が０°Ｃ以下になる。そして上記蒸発器の伝熱配管内の水が凍結し、膨張して、伝熱配管の破損を引き起こして故障に至るのである。
【０００５】
このような冷凍装置の故障を防止するため、図３の断面図に示すように、管状の凝縮器１００に、断面矩形のフロート室１０１を直接形成して、上記凝縮器１００とフロート室１０１とを連通する大型の開口を設けることが考えられる。これによって、凝縮器１００の圧力が急低下してフロート室１０１の圧力が急低下しても、フロート室１０１で蒸発した冷媒ガスが上記大型の開口を通って凝縮器１００に流れ、これによって、フロート室１０１と凝縮器１００との間に逆方向の圧力差が生じるのを防止でき、上記凝縮器１００からフロート室１０１への冷媒流量の急減が防止できると考えられる。その結果、蒸発器のガス欠や、蒸発器の伝熱配管内の水の凍結、ひいては冷凍装置の故障が防止できると考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記凝縮器１００およびフロート室１０１には、上記大型の開口の周りを補強する補強構造が必要になって、部品点数が増加すると共に構造が複雑化する。また、上記フロート室１０１は断面矩形であるので、耐圧のために厚肉部材で形成する必要があって、部品が高価になると共にフロート室が大型になる。その結果、冷凍装置の大型化とコストアップを招くという不都合が生じる。この不都合は、例えばＲ１３４ａなどの高圧冷媒を用いた冷凍装置において顕著であり、冷凍装置の大幅な大型化とコストアップを招いてしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、大型化やコストアップを殆どすること無く、凝縮器などの急な圧力低下に起因する故障が防止できる冷凍装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の冷凍装置は、冷媒が溜まる冷媒室と、この冷媒室に溜まった冷媒レベルに応じて開度が変わる膨張弁とを有する膨張機構を備え、この膨張機構と、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器とを順に接続した冷凍装置において、
上記冷媒室を上記蒸発器側である低圧部に接続する接続配管と、
上記接続配管に介設された電磁弁と、
上記低圧部の圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサからの信号に基いて、上記低圧部の圧力が所定圧力よりも低下したときに上記電磁弁の開度を増大させるように制御する制御部と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項１の冷凍装置によれば、例えば上記凝縮器の圧力の急低下などによって、上記冷媒室の圧力が急低下し、これによって、上記冷媒室の冷媒が急激に蒸発して冷媒室内の圧力が蒸発器内の圧力よりも高くなる。この場合、上記冷媒室の圧力と上記凝縮器の圧力との逆方向の圧力差によって、上記凝縮器から冷媒室に流れる冷媒量が減少し、上記冷媒室の冷媒レベルが低下すると共に上記膨張弁の開度が減少して、上記冷媒室から蒸発器に流れる冷媒量が減少する。そして、この冷凍装置の蒸発器側である低圧部が、通常の運転時よりも低い異常低圧になる場合がある。この異常低圧は上記圧力センサによって検出され、この圧力センサからの信号を受け取った制御部によって、上記低圧部の圧力が所定圧力よりも低下したときに上記電磁弁の開度が増大するように制御される。これによって、冷媒室の冷媒ガスが上記接続配管を介して上記低圧部に導かれ、上記冷媒室の圧力が下降して、上記冷媒室の圧力と凝縮器の圧力との逆方向の圧力差が減少する。したがって、上記凝縮器から冷媒室に流れる冷媒量が増加し、上記冷媒室の冷媒レベルが上昇して上記膨張弁の開度が増加する。その結果、上記冷媒室から蒸発器に流れる冷媒量が増加し、上記低圧部の異常低圧が解消されて、従来におけるような蒸発器が０°Ｃ以下になって蒸発器が破損する虞が回避される。したがって、従来におけるような凝縮器に大型の冷媒室を接続して大型の開口を設けることなく、安価に冷凍装置の故障が防止できる。また、例えばＲ１３４ａ冷媒などの高圧冷媒を用いた場合であっても、大幅な大型化やコストアップをすることなく、故障が少ない冷凍装置が得られる。
【００１０】
請求項２の発明の冷凍装置は、請求項１に記載の冷凍装置において、上記低圧部は、上記蒸発器から上記圧縮機の吸入口までの間であることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の冷凍装置によれば、上記蒸発器から上記圧縮機の吸入口までの間のいずれの位置において、圧力センサで圧力の異常低下などが効果的に検出でき、また、上記冷媒室を上記接続配管で接続することによって冷媒室の異常な圧力上昇を効果的に低減できる。したがって、冷凍装置の故障が効果的に回避できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の冷凍装置の一部を示す図であり、図２は、本発明の実施形態の冷凍装置の全体を示す図である。この冷凍装置は、冷媒が溜まる冷媒室としてのフロート室１と、このフロート室１内に収容されてフロート室１内の冷媒レベルに応じて上下動する図示しないフロートと、このフロートに連結されてフロートの上下動に応じて開度が変わる図示しない膨張弁とを有する膨張機構１０を備える。図２に示すように、上記膨張機構１０と、蒸発器１１と、圧縮機１２と、凝縮器１３とを順に接続して、冷凍装置を形成している。上記凝縮器１３および膨張機構のフロート室１は管状であり、上記凝縮器１３とフロート室１を、このフロート室１よりも小径の配管２で接続している。
【００１４】
上記フロート室１に、低圧部としての蒸発器１１に一端が接続された接続配管５の他端を接続している。この接続配管５の他端は、フロート室１内において冷媒ガスが貯留する部分に開口するように、上記フロート室１の上部に接続されている。この接続配管５に電磁弁６を介設し、この電磁弁６の開度を制御部９で制御するようにしている。また、上記接続配管５の一端が接続された蒸発器１１に、この蒸発器１１内の冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサ８を設け、この圧力センサ８を制御部９に電気的に接続している。この制御部９は、上記圧力センサ８からの信号に基いて、上記電磁弁６を制御するようになっている。
【００１５】
上記凝縮器１３は水冷式凝縮器であり、この凝縮器１３で凝縮熱を回収した冷却水を、矢印Ａで示すように図示しないクーリングタワーに導き、このクーリングタワーで冷却された冷却水を、矢印Ｂで示すように凝縮器１３に戻している。
また、上記蒸発器１１は、ケーシング中に図示しない複数の伝熱管を備える満液式蒸発器であり、冷却すべき被冷却水を矢印Ｄで示すように蒸発器１１に導き、この蒸発器１１で冷却した被冷却水を、矢印Ｃで示すように冷凍装置の外側に送出している。
【００１６】
上記構成の冷凍装置の動作を開始すると、上記圧縮機１２で冷媒が圧縮されて高温高圧になり、この高圧高温の冷媒が凝縮器１３に送られる。凝縮器１３では、高温高圧の冷媒が、上記クーリングタワーから供給される冷却水と熱交換して凝縮して低温高圧になり、この低温高圧の冷媒は、配管２を通ってフロート室１に流下する。このフロート室１内では、上記低温高圧の冷媒が溜まって所定の冷媒レベルが形成され、この溜まった冷媒の表面に浮くフロートの上下方向位置に対応して、膨張弁が所定の開度になる。上記フロート室１に溜まった冷媒は、上記膨張弁を通って膨張し、低温低圧になって、蒸発器１１に流入する。この蒸発器１１では、ケーシングと伝熱配管との間に上記低温低圧の冷媒が導かれ、上記伝熱管中を流れる被冷却水と冷媒とが熱交換して、上記被冷却水の温度が低下する一方、上記冷媒が蒸発する。この蒸発器１１において、被冷却水と冷媒との熱交換効率が適切になる冷媒レベルになるように、上記フロート室１の冷媒レベルに応じて膨張弁の開度を調節している。この蒸発器１１で蒸発した冷媒は、上記圧縮機１２によって吸入・圧縮され、再度凝縮器１３に送られる。
【００１７】
上記冷凍装置の動作中に、上記クーリングタワーの操作ミスや、このクーリングタワーが設置された環境の急変などによって、上記凝縮器１３の圧力が急低下する場合がある。この凝縮器１３の圧力の急低下に伴って、フロート室１の圧力が急低下し、このフロート室１内の冷媒が急激に蒸発して、フロート室１内の圧力が凝縮器１３の圧力よりも高くなる。そうすると、このフロート室１と凝縮器１３との逆方向の圧力差によって、上記凝縮器１３からフロート室１に流入しようとする冷媒が凝縮器１３に押し留められて、フロート室１に流入する冷媒量が減少する。このフロート室１に流入する冷媒量が減少すると、上記フロート室１の冷媒レベルが低下し、このフロート室１内の冷媒の表面に浮くフロートが下方に動いて、膨張弁の開度が減少する。その結果、上記フロート室１から蒸発器１１に流れる冷媒量が減少する。しかしながら、上記蒸発器１１では、圧縮機１２によって冷媒ガスが吸引されているので、冷媒の蒸発が進行して冷媒量が減少し、蒸発器１１内の圧力が所定圧力よりも低くなる。この蒸発器１１の圧力の低下が圧力センサ８に検出され、この圧力センサ８からの信号を受け取った制御部９は、上記蒸発器１１の圧力が所定圧力よりも低くなったことを検知して、上記電磁弁６に命じて電磁弁６の弁開度を増加させる。これによって、上記フロート室１の冷媒ガスが、接続配管５を介して蒸発器１１に導かれて、上記フロート室１の圧力が下降する。その結果、上記フロート室１と凝縮器１３との逆方向の圧力差が略無くなる。したがって、上記凝縮器１３からフロート室１への冷媒流量が増加し、上記フロート室１の冷媒レベルが上昇して、この冷媒レベルの上昇に応じて膨張弁の開度が増加する。その結果、上記蒸発器１１への冷媒流量が増加して、蒸発器１１の異常低圧が解消される。したがって、従来におけるような蒸発器の異常低圧によって蒸発器内が０°Ｃ以下になり、蒸発器内の伝熱配管が破損する虞が回避される。また、従来におけるような凝縮器に大型のフロート室を接続して大型の開口を設ける必要が無くて、上記凝縮器１３とフロート室１とを、格別な補強が不要の小径の配管２によって接続できるので、故障の少ない冷凍装置が安価に構成できる。また、本発明によれば、Ｒ１３４ａ冷媒などの高圧冷媒を用いた場合であっても、大幅な大型化やコストアップをすることなく故障が少ない冷凍装置が構成できる。
【００１８】
上記実施形態において、上記圧力センサ８は、蒸発器１１以外の例えば圧縮機１２の吸入配管などの他の低圧部に設けてもよい。また、上記接続配管５は、一端を蒸発器１１以外の例えば圧縮機１２の吸入配管などの他の低圧部に接続してもよい。
【００１９】
また、上記膨張機構１０は、冷媒室の冷媒レベルに応じて膨張弁の開度を変えるのであれば、フロートを用いなくてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明の冷凍装置によれば、冷媒が溜まる冷媒室と、この冷媒室に溜まった冷媒レベルに応じて開度が変わる膨張弁とを有する膨張機構を備え、この膨張機構と、蒸発器と、圧縮機と、凝縮器とを順に接続した冷凍装置において、上記冷媒室を上記蒸発器側である低圧部に接続する接続配管と、上記接続配管に介設された電磁弁と、上記低圧部の圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサからの信号に基いて、上記低圧部の圧力が所定圧力よりも低下したときに上記電磁弁の開度を増大させるように制御する制御部とを備えるので、例えば凝縮器の圧力が急低下して、上記冷媒室内の冷媒が急激に蒸発して冷媒室内が高圧になり、この冷媒室の圧力と凝縮器の圧力との逆方向の圧力差によって上記凝縮器から冷媒室への冷媒流量が減少した場合であっても、この冷媒室への冷媒流量の減少による低圧部の圧力低下を上記圧力センサで検出し、この圧力センサからの信号に基いて、上記低圧部の圧力が所定圧力よりも低下したときに上記制御部によって上記電磁弁の開度を増大させるように制御して、上記冷媒室の冷媒ガスを、上記接続配管を介して低圧部に導いて、上記冷媒室と凝縮器との間の逆方向の圧力差を解消できる。これによって、上記凝縮器から冷媒室への冷媒流量を増加し、冷媒室の冷媒レベルを上昇して膨張弁の開度を増加して、この冷媒室から蒸発器への冷媒流量を増加できる。その結果、低圧部が異常低圧になることが効果的に防止できて、従来におけるような蒸発器が０°Ｃ以下になって蒸発器が破損する虞が回避できる。したがって、従来におけるように凝縮器に大型の冷媒室を接続して大型の開口を設けることなく、安価に冷凍装置の故障が防止できる。また、例えばＲ１３４ａ冷媒などの高圧冷媒を用いた場合であっても、大幅な大型化やコストアップをすることなく、故障が少ない冷凍装置が得られる。
【００２１】
請求項２の発明の冷凍装置によれば、上記低圧部は、上記蒸発器から上記圧縮機の吸入口までの間であるので、この蒸発器から上記圧縮機の吸入口までの間のいずれの位置において、圧力センサで圧力の異常低下などが効果的に検出でき、また、上記冷媒室を上記接続配管で接続することによって冷媒室の異常な圧力上昇を効果的に低減でる。したがって、故障が効果的に防止できる冷凍装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の冷凍装置の一部を示す図である。
【図２】  本発明の実施形態の冷凍装置の全体を示す図である。
【図３】  従来の冷凍装置の断面図を示す図である。
【符号の説明】
１  冷媒室
５  接続配管
６  電磁弁
８  圧力センサ
９  制御部
１０  膨張機構
１１  蒸発器
１２  圧縮機
１３  凝縮器
【図１】
0003693036.tif 000002
【図２】
0003693036.tif 000003
【図３】
0003693036.tif 000004