(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、冷媒を貯留する液溜め手段、膨張手段、および蒸発器が順次配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する配管から分岐し、前記圧縮機と前記液溜め手段とを接続するバイパス配管と、
前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する配管から分岐し、前記圧縮機からの冷媒を前記凝縮器の流入口と流出口との途中に流入させる第２バイパス配管を備え、
前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記凝縮器を経て前記液溜め手段に流入させる主流路、前記バイパス配管を介して前記液溜め手段に流入させるバイパス流路、または、前記第２バイパス配管を介して前記凝縮器の途中に流入させる第２バイパス流路に切り替え可能に構成された切替手段と、
前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との比である圧縮比と、前記圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度とに応じて、前記切替手段を制御する制御手段と、
前記液溜め手段の貫通孔を溶融金属により閉塞する可溶栓と、
を備え、
前記制御手段は、
前記圧縮比が所定値以上の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記主流路に切り替え、
前記圧縮比が所定値未満、且つ、前記吐出温度が前記可溶栓の溶融金属の融点よりも低い所定温度未満の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記バイパス流路に切り替え、
前記圧縮比が所定値未満、且つ、前記吐出温度が前記所定温度以上の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記第２バイパス流路に切り替える
ことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、運転周波数を可変することができる圧縮機を有し冷媒を循環させる冷媒回路を備えた冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍装置では、低外気温時に、高圧側圧力と低圧側圧力の差圧が、所定範囲内となるように凝縮器用送風機の回転数を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の冷凍装置においては、低外気温時に圧縮比（高圧圧力と低圧圧力の比）を上昇させるため、圧縮機の周波数を増加させる制御を行うものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２１５５４３号公報（段落［００１４］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の冷凍装置においては、低外気温時に、高圧側圧力が低下して圧縮比が低い状態での運転となることを回避するために、凝縮器用のファンの回転数を低下させることや、圧縮機の周波数を増加させるなどの制御が行われている。
しかし、凝縮器用のファンの回転数を低下させる場合、外気温度が極低温の場合には、凝縮器用のファンの回転数を低下させ又はファンの回転を停止させても、圧縮機を保護することのできる圧縮比以上にすることは困難であるという問題点があった。
また、圧縮機の周波数を増加させる場合、圧縮機の周波数の増加と同時に低圧圧力が低下する。冷凍装置においては低圧圧力がある程度以下に下がると圧縮機を停止させる制御（低圧カット）が行われるので、冷凍装置の負荷が小さい場合には、低圧カットによる圧縮機の発停を繰り返してしまうという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、低外気温時での圧縮比の低下を抑制することができる冷凍装置を得るものである。
第２の目的は、低圧圧力の低下を抑制して圧縮比を増大させることができる冷凍装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、冷媒を貯留する液溜め手段、膨張手段、および蒸発器が順次配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する配管から分岐し、前記圧縮機と前記液溜め手段とを接続するバイパス配管と、前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する配管から分岐し、前記圧縮機からの冷媒を前記凝縮器の流入口と流出口との途中に流入させる第２バイパス配管を備え、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記凝縮器を経て前記液溜め手段に流入させる主流路、前記バイパス配管を介して前記液溜め手段に流入させるバイパス流路、または、前記第２バイパス配管を介して前記凝縮器の途中に流入させる第２バイパス流路に切り替え可能に構成された切替手段と、前記圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との比である圧縮比と、前記圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度とに応じて、前記切替手段を制御する制御手段と、前記液溜め手段の貫通孔を溶融金属により閉塞する可溶栓と、を備え、前記制御手段は、前記圧縮比が所定値以上の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記主流路に切り替え、前記圧縮比が所定値未満、且つ、前記吐出温度が前記可溶栓の溶融金属の融点よりも低い所定温度未満の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記バイパス流路に切り替え、前記圧縮比が所定値未満、且つ、前記吐出温度が前記所定温度以上の場合、前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を、前記第２バイパス流路に切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、圧縮比に応じて、圧縮機から吐出された冷媒の流路を、凝縮器を経て液溜め手段に流入させる主流路、または、バイパス配管を介して液溜め手段に流入させるバイパス流路に切り替えるので、低外気温時での圧縮比の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１における制御フローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２における冷凍装置の冷媒回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２における制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。
図１において、圧縮機１、凝縮器２、液溜め５、膨張弁３、および、蒸発器４が順次冷媒配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する。
圧縮機１は、例えば、インバータにより制御されるモータによって駆動され、運転周波数を可変することができる圧縮機である。
圧縮機１から吐出された冷媒は、凝縮器２を通過し、ガス冷媒が熱交換されて液冷媒となる。液冷媒は、可溶栓（後述）を有する液溜め５に貯留される。
【００１１】
本実施の形態における冷媒回路では、液冷媒をさらに熱交換し過冷却をとることにより冷凍能力を向上させる目的で、過冷却熱交換器６を設けている。
また、同じく過冷却を多くとり冷凍能力を向上させる目的で、二重管コイル７を設けている。この二重管コイル７では過冷却熱交換器６を通過した液冷媒と、二重管コイル７を通過した後の冷媒を膨張弁８にて減圧して冷たくなった冷媒とを熱交換することで、過冷却をとる構造となっている。
なお、膨張弁８にて減圧され二重管コイル７で過冷却熱交換器６からの液冷媒と熱交換した後の冷媒は、圧縮機１から吐出されるガス温度を低減させる目的のインジェクションとして、圧縮機１の中間ポートに返される。二重管コイル７から圧縮機１へ至る冷媒流路には電磁弁９が設けられている。
なお、過冷却熱交換器６、二重管コイル７、膨張弁８、および電磁弁９はこの発明においては必須構成ではなく、省略することができる。
【００１２】
一方、二重管コイル７を通過して過冷却を取られた冷媒は室内機へ流れる。室内機で冷媒は膨張弁３にて減圧され、蒸発器４にて熱交換され、ガス冷媒へと変化する。蒸発器４を出たガス冷媒は、再び室内機を出て圧縮機１へと戻る。
【００１３】
なお、冷媒回路構成の中にアキュムレータ（気液分離器）やオイルセパレータ（油分離器）を追加しても良い。
【００１４】
さらに、本実施の形態１においては、圧縮機１と凝縮器２とを接続する配管から分岐し、圧縮機１と液溜め５とを接続するバイパス配管２０が設けられている。
また、圧縮機１と凝縮器２とを接続する配管の冷媒流路を開閉する電磁弁１３と、バイパス配管２０の冷媒流路を開閉する電磁弁１４とが設けられている。
電磁弁１３が開状態で、電磁弁１４が閉状態の場合、圧縮機１から吐出された冷媒が、凝縮器２を経て液溜め５に流入する主流路が形成される。
また、電磁弁１３が閉状態で、電磁弁１４が開状態の場合、圧縮機１から吐出された冷媒が、バイパス配管２０を介して液溜め５に流入するバイパス流路が形成される。つまり、圧縮機１からのガス冷媒が凝縮器２を通過せずに直接、液溜め５に冷媒を流入する。
【００１５】
なお、電磁弁１３および電磁弁１４は、本発明における「切替手段」に相当する。
なお、切替手段の構成はこれに限らず、例えば三方弁などにより主流路とバイパス流路とを切り替えるようにしても良い。
【００１６】
また、冷媒回路における各部の温度・圧力をセンシングするために、温度センサーや圧力センサーが設けられている。
吐出温度センサー１０は、例えばサーミスタにより構成され、圧縮機１から吐出された冷媒の温度（吐出温度）を測定する。高圧圧力センサー１１は、圧縮機１の吐出圧力（高圧圧力）を測定する。低圧圧力センサー１２は、圧縮機１の吸入圧力（低圧圧力）を測定する。
制御装置１００は、吐出温度センサー１０、高圧圧力センサー１１、低圧圧力センサー１２からの測定結果が入力される。制御装置１００は、冷凍装置の運転を統括制御するものであり、圧縮機１、膨張弁８、電磁弁９、膨張弁３、図示しない送風機などを制御する。また、制御装置１００は、後述する動作により、各センサーからの計測結果に基づき、切替手段としての電磁弁１３および電磁弁１４の開閉を制御する。
【００１７】
冷媒を貯留する液溜め５には、容器の内外を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔を溶融金属により閉塞する可溶栓（図示せず）が設けられている。
この可溶栓には、何らかの原因で液溜め５の容器の内部に貯蔵された冷媒が異常昇圧した場合に冷媒の温度も上昇する性質を利用し、ある温度以上になった場合に貫通孔を閉塞している溶融金属（低融点金属）が軟化溶解して、容器内の冷媒を外気中に放出させることで液溜め５の破裂を未然に防ぐ作用がある。可溶栓用の溶融金属としては、例えば、Ｒ４０４Ａ（臨界温度：７１．６℃、凝縮圧力３０６１ｋＰａ）に対応するものとして、溶解温度（作動温度）が６６〜７０℃程度のものを用いる。
【００１８】
次に、本実施の形態１における制御動作について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１における制御フローチャートである。
以下、図２の各ステップに基づき説明する。
なお、冷凍装置の運転開始時の初期状態においては、電磁弁１３が開状態、電磁弁１４が閉状態であり、主流路に冷媒が流通する状態であるものとする。
【００１９】
（Ｓ１１）
制御装置１００は、冷凍装置の運転を開始すると、高圧圧力センサー１１での検知圧力と、低圧圧力センサー１２での検知圧力とから、圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力との比である圧縮比を算出する。
（Ｓ１２）
制御装置１００は、圧縮比が所定値以上であるか否かを判定する。
この所定値としては、圧縮機１が故障に至ることがない圧縮比を、圧縮機１の仕様などにより予め設定する。ここでは、例えば所定値が「２」に設定されているものとして説明する。
圧縮比が所定値未満の場合はステップＳ１３へ進み、圧縮比が所定値以上の場合はステップＳ１５へ進む。
【００２０】
（Ｓ１３）
圧縮比が所定値未満の場合、制御装置１００は、吐出温度センサー１０の検知温度から、吐出温度が所定温度以上であるか否かを判定する。
この所定温度としては、可溶栓の溶融金属の融点よりも低い温度が予め設定されている。ここでは、例えば所定温度が「６０℃」に設定されているものとして説明する。
吐出温度が所定温度未満の場合はステップＳ１４へ進み、吐出温度が所定温度以上の場合はステップＳ１５へ進む。
【００２１】
（Ｓ１４）
制御装置１００は、電磁弁１３を閉状態、電磁弁１４を開状態とし、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、バイパス流路に切り替える。そして、ステップＳ１１に戻り再び上記動作を繰り返す。
【００２２】
（Ｓ１５）
制御装置１００は、電磁弁１３を開状態、電磁弁１４を閉状態とし、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、主流路に切り替える（維持する）。そして、ステップＳ１１に戻り再び上記動作を繰り返す。
【００２３】
このような制御により、圧縮比が所定値未満、且つ、吐出温度が所定温度未満の場合に、圧縮機１から吐出された冷媒の流路をバイパス流路に切り替え、圧縮機１からの吐出ガスを直接液溜め５へと流入させる。
このように、圧縮比によって凝縮器を通過する冷媒流量を制限するように構成したので、冬場や寒冷地などで外気温度が低い場合に、高圧圧力が低下し高圧圧力と低圧圧力との比である圧縮比が低下することを抑制することができる。よって、圧縮比の低下によって圧縮機１が故障に至る可能性を低減できる。
【００２４】
また、圧縮機１の吐出ガスを直接液溜め５へと流入させると、液溜め５の可溶栓を溶かす可能性があるため、圧縮機１の吐出温度が所定温度以上（例えば６０℃）の場合には、圧縮機１からの吐出ガスを直接液溜め５へと流入させる制御を実施しない。このため、可溶栓の溶融金属の融点よりも温度が高い冷媒が液溜め５に流入することを防止することができ、可溶栓の作動を防止できる。
【００２５】
また、圧縮機１の周波数を増加させることなく、圧縮比の低下を抑制することができるので、冷凍装置の負荷が小さい場合に、低圧カットによる圧縮機１の発停が繰り返されることがなく、安定した運転とすることができる。
【００２６】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における冷凍装置の冷媒回路図である。
図３に示すように、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に加え、圧縮機１と凝縮器２とを接続する配管から分岐し、圧縮機１からの冷媒を凝縮器２の流入口と流出口との途中に流入させる第２バイパス配管２１と、第２バイパス配管２１の冷媒流路を開閉する電磁弁１５とが設けられている。
第２バイパス配管２１は、例えば凝縮器２の凝縮過程における中間位置に接続され、圧縮機１からのガス冷媒を、凝縮器２の途中（中間）から封入できるようにしたものである。
【００２７】
電磁弁１３が開状態で、電磁弁１４および電磁弁１５が閉状態の場合、圧縮機１から吐出された冷媒が、凝縮器２を経て液溜め５に流入する主流路が形成される。
また、電磁弁１３および電磁弁１５が閉状態で、電磁弁１４が開状態の場合、圧縮機１から吐出された冷媒が、バイパス配管２０を介して液溜め５に流入するバイパス流路が形成される。
また、電磁弁１３および電磁弁１４が閉状態で、電磁弁１５が開状態の場合、圧縮機１から吐出された冷媒が、第２バイパス配管２１を介して凝縮器２の途中に流入する第２バイパス流路が形成される。
その他の構成は、上記実施の形態１の構成（図１）と同様であり、同一部分には同一の符号を付する。
【００２８】
なお、電磁弁１３、電磁弁１４、および電磁弁１５は、本発明における「切替手段」に相当する。
なお、切替手段の構成はこれに限らず、例えば三方弁と開閉弁とを組み合わせて、主流路、バイパス流路、または第２バイパス流路を切り替えるようにしても良い。
【００２９】
上述した実施の形態１においては、圧縮比が所定値未満（例えば２）、且つ、吐出温度が所定温度以上（例えば６０℃）の場合は、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、主流路に切り替えた。この場合には圧縮比が低いままとなる。
そこで、本実施の形態２では、上記条件下においては、吐出ガスを凝縮器２の途中に流入することで、凝縮器２の一部により冷却された冷媒を、液溜め５に入ることで、圧縮比の低下を抑制するとともに、可溶栓の溶融を防止する。
【００３０】
次に、本実施の形態２における制御動作について説明する。
図４は、この発明の実施の形態２における制御フローチャートである。
以下、図４の各ステップに基づき、上記実施の形態１との相違点を中心に説明する。
なお、冷凍装置の運転開始時の初期状態においては、電磁弁１３が開状態、電磁弁１４が閉状態であり、主流路に冷媒が流通する状態であるものとする。
【００３１】
（Ｓ２１、Ｓ２２）
制御装置１００は、上記実施の形態１と同様に、圧縮比を算出し、圧縮比が所定値（例えば２）以上であるか否かを判定する。
圧縮比が所定値未満の場合はステップＳ２３へ進み、圧縮比が所定値以上の場合はステップＳ２６へ進む。
【００３２】
（Ｓ２３）
制御装置１００は、上記実施の形態１と同様に、吐出温度が所定温度（例えば６０℃）以上であるか否かを判定する。
吐出温度が所定温度未満の場合はステップＳ２４へ進み、吐出温度が所定温度以上の場合はステップＳ２５へ進む。
【００３３】
（Ｓ２４）
制御装置１００は、電磁弁１３および電磁弁１５を閉状態、電磁弁１４を開状態とし、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、バイパス流路に切り替える。そして、ステップＳ２１に戻り再び上記動作を繰り返す。
【００３４】
（Ｓ２５）
制御装置１００は、電磁弁１３および電磁弁１４を閉状態、電磁弁１５を開状態とし、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、第２バイパス流路に切り替える。そして、ステップＳ２１に戻り再び上記動作を繰り返す。
これにより、圧縮比の低下を抑制するとともに可溶栓の溶融を防止する。なお、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を第２バイパス流路に切り替えた際における圧縮比の上昇量は、圧縮機１から吐出された冷媒の流路をバイパス流路に切り替えた場合と比較して小さいものとなる。
【００３５】
（Ｓ２６）
制御装置１００は、電磁弁１３を開状態、電磁弁１４および電磁弁１５を閉状態とし、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を、主流路に切り替える（維持する）。そして、ステップＳ２１に戻り再び上記動作を繰り返す。
【００３６】
以上のように、圧縮比が所定値未満、且つ、吐出温度が所定温度以上の場合、圧縮機１から吐出された冷媒の流路を第２バイパス流路に切り替え、圧縮機１からの吐出ガスを凝縮器２の途中に流入させる。このため、液溜め５の可溶栓を溶かすことなく、圧縮比の低下を抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態２では、必ず電磁弁１３〜１５の１つのみを開にするように記載しているが、場合によっては２つ以上の電磁弁を同時に開にすることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  膨張弁、４  蒸発器、５  液溜め、６  過冷却熱交換器、７  二重管コイル、８  膨張弁、９  電磁弁、１０  吐出温度センサー、１１  高圧圧力センサー、１２  低圧圧力センサー、１３  電磁弁、１４  電磁弁、１５  電磁弁、２０  バイパス配管、２１  第２バイパス配管、１００  制御装置。
【図１】
0005972024.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005972024.tif 000004
【図４】
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