(57)【要約】    【課題】  少なくとも１台の圧縮機が稼動中で他の停止中の圧縮機を起動させる際、適正な液インジェクション量をタイミング良く供給できるようにして、圧縮室内のガス温度を適正に制御する。    【解決手段】  冷凍装置は、液インジェクション回路を有する複数の圧縮機１ａ，１ｂを搭載している。１台の圧縮機１ａが稼動中で他の停止中の圧縮機１ｂを起動させる場合、圧縮機１ｂを起動するときの初期の液インジェクション量を、既に運転中の圧縮機１ａの液インジェクション量と同じになるように、液インジェクション流量制御弁５ｂを圧縮機１ａに対応する流量制御弁５ａと同じ開度になるように制御する。    【選択図】図１
2008032305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧縮機と、これら複数の圧縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮させる凝縮器と、該凝縮器を出た液冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁を出た液冷媒を気化させる蒸発器とを順次閉回路により接続し、かつ前記凝縮器を出た液冷媒の一部を前記圧縮機の圧縮過程の圧縮室に注入する液インジェクション回路と、該液インジェクション回路に設けられ液インジェクション量を制御する流量制御手段と、前記複数の圧縮機の運転台数を制御する制御装置とを備える冷凍装置において、
前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台が運転中に残りの圧縮機の少なくとも１台を起動する場合、当該起動する圧縮機の起動初期にその圧縮機に流す液インジェクション量を、既に運転中の圧縮機への液インジェクション量と近い流量に制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、前記圧縮機はスクロール圧縮機であることを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記液インジェクション回路に設けられる液インジェクション量を制御する流量制御手段は、キャピラリチューブと電磁弁を組み合せた流路を複数並列に設けることにより構成されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記液インジェクション回路に設けられる液インジェクション量を制御する流量制御手段は、流量調整可能な膨張弁であることを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、少なくとも１台の圧縮機が運転中に残りの圧縮機の少なくとも１台を起動する場合、当該起動する圧縮機の起動初期にその圧縮機に流す液インジェクション量は、当該圧縮機の起動から一定時間経過するまでは、当該圧縮機からの吐出ガス温度が予め決めた一定値を超えない限り前記初期液インジェクション流量を維持するように制御し、前記一定値を超えた場合、吐出ガス温度により液インジェクション量を制御することを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記圧縮機は３台以上搭載され、２台以上の圧縮機が既に運転中の場合、次に起動する圧縮機に対する液インジェクション量の初期制御は、起動中の圧縮機の中で液インジェクション量の最も多い圧縮機を選定し、その液インジェクション量と同じ流量にすることを特徴とする冷凍装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記圧縮機は３台以上搭載され、２台以上の圧縮機が既に運転中の場合、次に起動する圧縮機に対する液インジェクション量の初期制御は、起動中の圧縮機の中の任意の１台の液インジェクション量と同じ流量にす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】
本発明は、複数台の圧縮機と、凝縮器を出た液冷媒の一部を前記圧縮機の圧縮過程の圧縮室（中間圧力部）に注入して圧縮室内ガス温度を制御する液インジェクション回路とを備える冷凍装置に関し、特に前記圧縮機としてスクロール圧縮機を使用した場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばスクロール圧縮機における圧縮室内のガス温度の異常上昇は、冷媒や含まれる冷凍機油そのものの劣化を早めるだけでなく、圧縮室を構成する部材の潤滑不良や熱変形による異常磨耗、焼き付き等が発生し、信頼性に大きな影響を与える。従って、圧縮室内のガス温度を常時適正に制御することは圧縮機の信頼性向上のために重要である。このため、スクロール圧縮機では、圧縮室内ガスを冷却するために圧縮行程中のガス中に液冷媒を注入して冷却する液インジェクション方式を採用しているものがある。
【０００３】
しかし、液インジェクション方式を採用したスクロール圧縮機において、過度に液冷媒を注入すると潤滑油内へ冷媒が大量に溶け込むことになり、潤滑油の粘度低下により潤滑不良が発生したり、液圧縮による吐出弁の破損等が発生するという課題があった。従って、この液インジェクション量を適正に制御し、圧縮室内ガス温度を適正に保つことが機器の信頼性を保つ上で重要である。
【０００４】
圧縮機における液インジェクション量の制御は、一般に圧縮室からの吐出ガス温度を検知し、その温度に応じて液インジェクション量を制御することで圧縮室内ガス温度を適正な温度になるようにしているものが知られている。
【０００５】
しかし、蒸発温度が−３０℃以下で蒸発圧力（即ち圧縮機吸入圧力）が低い時には、圧力比が高くなるため圧縮室内ガス温度は高くなるが吸入するガスの密度は低く、ガスの質量流量は小さくなるので吐出されるガス温度は高いものの熱容量は小さく、吐出される過程で周辺の部品に熱を奪われ温度が低下しやすい。このため、圧縮機起動時などに急に温度が高くなったとき、圧縮室内のガスの温度は高いにもかかわらず、圧縮室から吐出されたガスは、温度検知センサ部に到達するまでの途中経路の部品に熱が奪われて温度が下がり、センサが検知する温度と実際の圧縮室内の温度との差が大きくなる。吐出ガスから熱を奪った部品の温度は次第に上昇し、圧縮室からの吐出ガス温度が温度センサ部で検知される温度とほぼ同じ値に近づくまでに時間がかかり、圧縮室内ガス温度の制御に遅れが生じ、圧縮室内ガス温度が異常上昇するという問題がある。
【０００６】
このため、特許文献１に記載のように、圧縮機吸入圧力の変化により液インジェクション量を制御したり、特許文献２に記載のように、検知した吐出ガス温度の変化量の増加により液インジェクション量の制御量を増大させて圧縮室内ガス温度の変化に追従させようとするものがあった。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３１３０７４号公報
【特許文献２】特開平８−２００８４７号公報
【特許文献３】特開２００５−２８２９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
圧縮機を１台だけ備える冷凍装置においては、圧縮機が停止し、再び起動する時は停止中の高圧側圧力は通常運転中の圧力より低く、また停止中の低圧側圧力も通常運転中の圧力より高く、運転開始後徐々に運転中の圧力に近づくため、ガスの圧縮比は比較的小さいところから運転を開始でき、このため急に吐出ガス温度が上昇することは少ない。しかし、複数台の圧縮機を備える冷凍装置の場合、１台が稼動中で、２台目以降の圧縮機を起動する場合には、既に１台目の圧縮機が運転中であるため、高圧側圧力は高くなっており、また低圧側圧力も低くなっている。このため、直ちに高い圧力比で運転を開始するため、圧縮室内のガス温度は急激に高くなる。従って、圧縮室から吐出されたガス温度を検知して液インジェクション量を調整していく従来の方法では制御遅れが大きくなり、一時的に圧縮室内ガス温度が異常に高くなるという課題があった。
【０００９】
このため、１台が稼動中で２台目以降の圧縮機を起動する場合には、過不足のない適正な液インジェクション量を予め把握し流量制御することが重要である。
【００１０】
しかし、広範囲の蒸発温度で運転される冷凍装置においては、適正な液インジェクション量に大きな差があり、予めその適正量を設定することは困難であり、その時々の運転に合わせた液インジェクション量の制御が必要である。
【００１１】
そこで、特許文献３に記載のように、吸入圧力、吐出圧力、吸入温度から液インジェクション量を推測し、その量を予め流す方法もあるが、それぞれの圧力や温度を計測する手段を備えることが必要であり、またその推測方法も複雑なものとなる。
【００１２】
本発明の目的は、簡便な制御で、少なくとも１台の圧縮機が稼動中に他の停止中の圧縮機を起動させる際、適正な液インジェクション量をタイミング良く供給できるようにして、圧縮機の圧縮室内ガス温度を適正に制御することができる冷凍装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、複数の圧縮機と、これら複数の圧縮機から吐出された冷媒ガスを凝縮させる凝縮器と、該凝縮器を出た液冷媒を膨張させる膨張弁と、この膨張弁を出た液冷媒を気化させる蒸発器とを順次閉回路により接続し、かつ前記凝縮器を出た液冷媒の一部を前記圧縮機の圧縮過程の圧縮室に注入する液インジェクション回路と、該液インジェクション回路に設けられ液インジェクション量を制御する流量制御手段と、前記複数の圧縮機の運転台数を制御する制御装置とを備える冷凍装置において、前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台が運転中に残りの圧縮機の少なくとも１台を起動する場合、当該起動する圧縮機の起動初期にその圧縮機に流す液インジェクション量を、既に運転中の圧縮機への液インジェクション量と近い流量に制御することを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、前記圧縮機としては液インジェクションをするのに好適なスクロール圧縮機を採用するのが良い。また、前記液インジェクション回路に設けられる液インジェクション量を制御する流量制御手段は、キャピラリチューブと電磁弁を組み合せた流路を複数並列に設けることにより構成するようにするか、或いは流量調整可能な膨張弁で構成することができる。
【００１５】
なお、１台の圧縮機が運転中に残りの圧縮機の少なくとも１台を起動する場合、当該起動する圧縮機の起動初期にその圧縮機に流す液インジェクション量は、当該圧縮機の起動から一定時間経過するまでは、当該圧縮機からの吐出ガス温度が予め決めた一定値を超えない限り前記初期液インジェクション流量を維持するように制御し、前記一定値を超えた場合、吐出ガス温度により液インジェクション量を制御するようにすると良い。
【００１６】
また、前記圧縮機が３台以上搭載され、２台以上の圧縮機が既に運転中の場合、次に起動する圧縮機に対する液インジェクション量の初期制御は、起動中の圧縮機の中で液インジェクション量の最も多い圧縮機を選定し、その液インジェクション量と同じ流量にするか、或いは起動中の圧縮機の中の任意の１台の液インジェクション量と同じ流量にすると良い。
【００１７】
１台以上の圧縮機が運転中に次に起動する圧縮機は、その起動直後は既に運転している圧縮機の運転状況とほぼ同じとなるので、当該起動する圧縮機に対する初期液インジェクション量の適正値は、既に運転中の圧縮機の液インジェクション量と同じになる。そこで、本発明は、次に起動する圧縮機の起動初期の液インジェクション量を、吐出ガス温度の状態と関係なく、既に運転している圧縮機に流している液インジェクション量と略同じになるように制御するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の圧縮機を備える冷凍装置において、前記複数の圧縮機のうち少なくとも１台が運転中に残りの圧縮機の少なくとも１台を起動する場合、当該起動する圧縮機の起動初期にその圧縮機に流す液インジェクション量を、既に運転中の圧縮機への液インジェクション量と近い流量に制御するように構成しているので、起動する圧縮機に適正な液インジェクション量を起動初期から供給することができ、液インジェクション量の制御に遅れが発生するのを防止でき、圧縮室内ガス温度を適正に制御することができる。従って、冷媒ガス温度の異常上昇による冷媒や冷凍機油の劣化を防止でき、また潤滑油の劣化による焼き付きも防止できるから、圧縮機の信頼性向上を図れる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１に本発明の冷凍装置の一実施例を示す。この図１は２台のスクロール圧縮機を搭載したスクロール冷凍装置の冷凍サイクル構成図を示している。１ａ，１ｂはそれぞれスクロール圧縮機、２は凝縮器、３は膨張弁、４は蒸発器で、これらの機器は冷媒配管で順次接続され冷凍サイクルの冷媒主回路（第1回路）８を構成している。冷媒としてはＲ４０４Ａ（重量比でＲ１２５が４４％、Ｒ１４３ａが５２％、Ｒ１３４ａが４％のHFC系冷媒）、Ｒ４１０Ａ（重量比でＲ３２が５０％、Ｒ１２５が５０％のHFC系冷媒）、或いはＲ２２等が使用される。スクロール圧縮機１ａ，１ｂから吐出された冷媒は凝縮器２で冷却・液化されるが、この凝縮器２の下流側の第１回路８から液インジェクション回路（第２回路）７が分岐され、この液インジェクション回路７は２つの冷媒配管７ａ，７ｂに分岐され、一方の冷媒配管７ａは圧縮機１ａの圧縮過程の中間圧力部に、他方の冷媒配管７ｂは圧縮機１ｂの圧縮過程の中間圧力部にそれぞれ接続されている。また、冷媒配管７ａ，７ｂにはそれぞれ液インジェクション流量制御弁（液インジェクションの流量制御手段）５ａ又は５ｂが設けられ、これらの流量制御弁５ａ，５ｂは例えば電子膨張弁で構成されて液インジェクション制御装置９により制御される。液インジェクション制御装置９は各圧縮機からの吐出ガス温度を吐出ガス温度センサ１０ａ，１０ｂで検知し、それぞれの圧縮機から吐出される吐出ガス温度が適正な温度（例えば９０℃）になるように流量制御弁５ａ，５ｂの開度を制御し、液インジェクション量を調節している。
【００２１】
第１回路８を流れる冷媒は膨張弁３を経て蒸発器４を冷却した後、圧縮機１の吸入口へ導入される。第２回路７へ分岐された冷媒は、液インジェクション流量制御弁５により流量調整されてスクロール圧縮機１の圧縮過程の中間圧力部（圧縮室）に注入（液インジェクション）され、圧縮行程にある冷媒を冷却する。なお、スクロール圧縮機を３台以上搭載したスクロール冷凍装置の場合には、圧縮機の台数に応じて前記液インジェクション回路７で分岐する冷媒配管を追加すれば良い。
【００２２】
１台目のスクロール圧縮機１ａを起動後、制御装置９は吐出ガス温度センサー１０ａで検知された吐出ガス温度に応じて流量制御弁５ａを制御し、吐出ガス温度が適正な温度になるように液インジェクション量を調節する。この液インジェクション量は、現在運転中の圧縮機における高圧側圧力、低圧側圧力、吸入ガス温度、周囲温度などさまざまな要因がある中で最適に制御された値であり、この値は、１台目の圧縮機が運転中に次に起動される圧縮機での起動時における液インジェクション量として最適な値でもある。従って、本実施例はこの知見に基づき為されている。
【００２３】
従来の冷凍装置では、２台目の圧縮機が起動する時には、１台目を起動するのと同様に中間的な液インジェクション量を初期流量として流し、圧縮室から吐出されたガス温度が液インジェクション増量の設定値（例えば９０℃）以上になれば液インジェクション量を増加させ、液インジェクション減量の設定値（例えば６０℃）以下になれば液インジェクション量を低減させる制御をしていた。このため、制御遅れが発生し、圧縮室内ガス温度が異常過熱する虞があった。
【００２４】
これに対し本実施例では、上記知見に基づき、図３の制御フロー図に示すように流量制御弁５ｂを制御する。１台目の圧縮機１ａが起動中に２台目の圧縮機１ｂを起動する場合（ステップ１１）、この圧縮機１ｂの初期液インジェクション流量を、この圧縮機１ｂが起動する直前の１台目圧縮機１ａでの液インジェクション量と同じ流量とする（ステップ１２）。吐出ガス温度が液インジェクション減量の設定値（例えば６０℃）以下であっても、起動後の温度上昇を見込み、初期流量を一定時間（本実施例では３分間）は前記初期液インジェクション流量を維持するように制御する（ステップ１３）。但し、検出された吐出ガス温度が９０℃以上になったとき（ステップ１４）には、液インジェクション量が不足していると考えられるので、この場合にはステップ１５に進み、通常の吐出ガス温度による液インジェクション制御を行うので、液インジェクション量は増加されることになる。
【００２５】
なお、３台以上の圧縮機が搭載されたスクロール冷凍機において、２台以上の圧縮機が既に運転中の場合、次に起動する圧縮機に対する液インジェクション量の初期制御は、起動中の圧縮機の中で液インジェクション量の最も多い圧縮機を選定し、その液インジェクション量と同じ流量に制御すると良い。或いは、複数台の圧縮機のうち代表となる１台を予め決めておき、その圧縮機の液インジェクション量を、次に起動する圧縮機の液インジェクション量とするように制御することもでき、この場合には制御をより簡単にできる。
【実施例２】
【００２６】
図２は本発明の他の実施例を示すものである。図１の実施例では液インジェクション量の制御を電子膨張弁などの流量制御弁で構成したが、この実施例では電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとキャピラリチューブ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとの組み合わせとし、各圧縮機１ａ，１ｂに対しそれぞれ４段階で液インジェクション量を制御できるようにした例を説明する。即ち、各圧縮機に対する２本のキャピラリ６Ａと６Ｂ、６Ｃと６Ｄのサイズを異なるものとし、例えば第１のキャピラリチューブ６Ａと６Ｃからの液インジェクション流量を１としたとき、第２のキャピラリチューブ６Ｂと６Ｄからの液インジェクション流量は２となるように選定している。これら各圧縮機に対しそれぞれ２本のキャピラリチューブ６Ａと６Ｂ、６Ｃと６Ｄと、これらに接続された第１の電磁弁６ａと６ｃ、及び第２の電磁弁６ｂと６ｄの開閉により、次のように４ステップの液インジェクション流量制御をする。  
第１ステップ：液インジェクション量０（全電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ、６ｄ閉）  
第２ステップ：液インジェクション量１（電磁弁６ａ，６ｃ開、電磁弁６ｂ，６ｄ閉）  
第３ステップ：液インジェクション量２（電磁弁６ａ，６ｃ閉、電磁弁６ｂ，６ｄ開）  
第４ステップ：液インジェクション量３（全電磁弁６ａ，６ｂ，６ｃ、６ｄ開）
１台目の圧縮機１ａを起動する時の初期液インジェクション量は第１電磁弁６ａのみ開とした第２ステップとし、圧縮機１ａの吐出ガス温度が予め定めた値の９０℃以上に上昇したとき、第３ステップ（第２電磁弁６ｂを開、第１電磁弁を閉）に移行する。
【００２７】
本実施例では、圧縮機１ａの運転中に２台目の圧縮機１ｂを起動する場合、運転中の１台目圧縮機１ａの液インジェクション量、即ち第１電磁弁６ａ、第２電磁弁６ｂの開閉状態と同じになるように、次に起動する圧縮機１ｂに対応する第１電磁弁６ｃと第２電磁弁６ｄを開閉した状態にして圧縮機１ｂを起動する。
【００２８】
これにより、冷凍サイクルが運転されている状態で停止中の圧縮機１ｂを起動する場合でも、その起動する圧縮機１ｂには起動初期から適正な液インジェクション量が供給されるため、圧縮機における圧縮室内ガス温度を制御遅れなく適正な温度に制御できる。
【００２９】
図２の実施例では圧縮機を２台搭載したスクロール冷凍機で説明したが、圧縮機を３台以上搭載したスクロール冷凍装置としても図１の実施例で説明した場合と同様に適用できる。即ち、既に２台以上の圧縮機を運転中に次の圧縮機を起動する場合、最も液インジェクション量の多い圧縮機への液インジェクション量と同量になるように、或いは予め定めた圧縮機への液インジェクション量と同量になるように、次に起動する圧縮機への初期液インジェクション量を制御すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の冷凍装置の一実施例を示す冷凍サイクル構成図。
【図２】本発明の冷凍装置の他の実施例を示す冷凍サイクル構成図。
【図３】本実施例における液インジェクション量制御の一例を示す制御フロー図。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ，１ｂ…スクロール圧縮機、２…凝縮器、３…膨張弁、４…蒸発器、５ａ，５ｂ…液インジェクション流量制御弁（流量制御手段）、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…電磁弁、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…キャピラリチューブ（流量制御手段）、７…液インジェクション回路（第２回路）、８…冷媒主回路（第１回路）、９…液インジェクション制御装置、１０ａ，１０ｂ…吐出ガス温度センサ。
【図１】
2008032305.tif 000003
【図２】
2008032305.tif 000004
【図３】
2008032305.tif 000005