(57)【要約】【課題】  液冷媒がアキュムレータに貯留して冷凍機油と二層分離した状態になることを回避する。【解決手段】  冷凍装置１は、圧縮機１４、熱源側の熱交換器１６、利用側の熱交換器２６を有し、圧縮機１４に吸引される冷媒を気液分離するアキュムレータ２４を備え、圧縮機１４から吐出されるガス冷媒の温度が設定時間を越えて目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）を下回ったとき、絞り弁３０を設定開度に絞る制御装置１３を設け、制御装置１３は、外気の温度が予め定められた範囲内にあるとき、外気温度に対応した外気温度補正値（ΔＴｄｏ）を目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に加えることによって、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）として設定する。【選択図】  図１    
2005207619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の圧縮機と、該圧縮機から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧する絞り弁と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機に吸引される冷媒を気液分離するアキュムレータとを備えた冷凍装置において、
前記圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度が設定時間を越えて予め定めた目標値を下回ったとき、前記絞り弁を設定開度に絞る制御装置を有し、前記制御装置は、外気の温度が設定範囲内にあるとき、前記外気温度に対応した補正値を前記目標値に加えることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記補正値は、前記外気温度が設定温度より低くなるにつれて設定値まで徐々に大きくなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
２次冷媒を冷却又は加熱する冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備などに利用される冷凍システムは、冷媒の圧縮機と、圧縮機から吐出される冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧する絞り弁と、減圧された冷媒を蒸発させて、例えば２次冷媒（空気や水）を冷却する蒸発器とを備えて構成される。
【０００３】
このような冷凍装置においては、圧縮機の上流側にアキュムレータが設けられる。アキュムレータは、圧縮機に吸引されるガス冷媒から液冷媒を分離する。例えば、アキュムレータの容器には、ガス冷媒が流入する冷媒入口管と、一端が容器内に開口し他端が圧縮機に接続されたＵ字形の冷媒戻し管が配設される。蒸発器からのガス冷媒は、冷媒入口管からアキュムレータ内に流入し、流入したガス冷媒は、冷媒戻し管を介して圧縮機に戻される。
【０００４】
アキュムレータに流入するガス冷媒に液冷媒が混ざっているとき、その液冷媒は、アキュムレータの底部に貯留する。貯留した液冷媒は、冷媒戻し管の曲部分に形成された戻し穴を介して圧縮機に徐々に戻される。これによって、液冷媒に溶解している冷凍機油を圧縮機に供給することが行われる（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１などの冷凍装置において、例えばＲ２２などの冷媒が使用される場合、アキュムレータ内に液冷媒が貯留すると、その冷媒の物性に起因して、液冷媒に溶解した冷凍機油が液上面に滞留し、冷凍機油と冷媒が二層分離した状態になる。したがって、液冷媒の量が比較的多いとき、冷凍機油の層が、冷媒戻し管の戻し穴より上側に位置することがあり、冷凍機油を圧縮機に戻し難くなる。
【０００７】
また、圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度が設定時間を越えて目標値を下回ったとき、絞り弁の開度を設定開度まで絞ることによって、アキュムレータに流入する冷媒量を減らす制御が行われるが、このように制御しても外気温度が比較的低い場合には、その外気によりガス冷媒が冷やされることによって、アキュムレータに液冷媒が貯留するおそれがある。
【０００８】
本発明の課題は、液冷媒がアキュムレータに貯留して冷凍機油と二層分離した状態になることを回避する冷凍装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の冷凍装置は、圧縮機から吐出されるガス冷媒の温度が設定時間を越えて予め定めた目標値を下回ったとき、絞り弁を設定開度に絞る制御装置を有し、制御装置は、外気の温度が設定範囲内にあるとき、外気温度に対応した補正値を目標値に加えることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、外気温度が比較的低い範囲内にあるとき、その外気温度を考慮して絞り弁が更に絞られるから、アキュムレータに流入する単位時間あたりの冷媒量を減らすことができる。その結果、アキュムレータ内に液冷媒が貯留することを回避できる。
【００１１】
この場合において、外気温度が設定温度（例えば、予め指定された外気温度０℃）より低くなるにつれて設定値まで徐々に大きくなるようにすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液冷媒がアキュムレータに貯留して冷凍機油と二層分離した状態になることを回避する冷凍装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施形態）  本発明を適用した冷凍装置の第１の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。本実施形態は、本発明の冷凍装置をビル空調設備に適用した場合の一例である。図１は、本実施形態の冷凍装置の系統図、図２は、目標吐出ガス温度を説明するための線図、図３は、冷凍装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００１４】
図１に示すように、ビル空調設備の冷凍装置１は、ビルの屋上に設置される室外機１０と、各室内に配置される複数の室内機１２ａ、１２ｂと、制御装置１３を備えている。室外機１０は、冷媒の圧縮機１４と、圧縮機１４から吐出される冷媒を冷房運転時に凝縮し、暖房運転時には蒸発させる熱交換器１６と、熱交換器１６に送風するファン１８などから構成されている。また、主に暖房運転時に作用する電子膨張弁として絞り弁２０と、冷媒量を調整する液タンク２２と、冷房運転と暖房運転を切り換える四方切換弁２１と、圧縮機１４から吐出されるガス冷媒の温度を検出する温度センサ２５などを有している。
【００１５】
また、四方切換弁２１の下流側、かつ圧縮機１４の上流側にアキュムレータ２４が設けられている。アキュムレータ２４は、圧縮機１４に吸引されるガス冷媒から液冷媒を分離するものである。例えば、アキュムレータ２４の容器には、熱交換器１６からのガス冷媒が流入する冷媒入口管２４ａと、一端が容器内に開口し他端が圧縮機１４に接続されたＵ字形の冷媒戻し管２４ｂが配設されている。そして、冷媒戻し管２４ｂの曲部分に、比較的径が小さい戻し穴が形成されている。なお、大型の空調設備の場合、圧縮機１４が複数配設されることがあるが、その場合、各圧縮機１４に接続される冷媒戻し管２４ｂがアキュムレータ２４内に複数配設され、配設される各冷媒戻し管２６ｂにそれぞれ１つの戻し穴が形成される。
【００１６】
室内機１２ａは、冷房運転時には冷媒を蒸発し、暖房運転時には冷媒を凝縮させる熱交換器２６と、熱交換器２６に室内空気を送風するファン２８と、主に冷房運転時に作用する電子膨張弁として絞り弁３０などから構成されている。また、室内機１２ｂも同様に構成されている。なお、室内機１２ａ、１２ｂが、冷媒配管と分配器３２などを介して室外機１０に接続されることによって、冷凍サイクルが形成されている。
【００１７】
制御装置１３は、温度センサ２５の検出値が入力されるようになっている。そして、入力された検出値が設定時間を越えて予め定めた目標値を下回ったとき、絞り弁２０、または絞り弁３０を設定開度に絞る制御指令を出力するようになっている。
【００１８】
このように構成される冷凍装置の基本動作について説明する。なお、説明の便宜のため、暖房運転時を一例として説明するが、これに限られるものではない。まず、ガス冷媒が圧縮機１４により圧縮される。圧縮機１４から吐出されたガス冷媒は、ファン２８から送風される室内空気によって熱交換器２６で凝縮する。これによって、室内空気が暖められる。凝縮した冷媒は、絞り弁２０により減圧される。減圧された冷媒は、ファン１８による送風によって熱交換器１６で蒸発する。蒸発したガス冷媒は、アキュムレータ２４を介して圧縮機１４に戻される。
【００１９】
また、アキュムレータ２４に流入するガス冷媒に液冷媒が混ざっているとき、その液冷媒は、ガス冷媒から分離してアキュムレータ２４の底部に貯留する。貯留した液冷媒は、冷媒戻し管２４ｂの戻し穴を介して圧縮機１４に徐々に戻される。これによって、液冷媒に溶解している冷凍機油が圧縮機１４に供給される。
【００２０】
このような冷凍装置において、外気温度が比較的低い場合、その外気により熱交換器１６で蒸発したガス冷媒が冷やされると、ガス冷媒が凝縮してアキュムレータ２４内に液冷媒として比較的多量に貯留することがある。その場合、冷媒として例えばＲ２２が使用されていると、その冷媒の物性に起因して、液冷媒に溶解した冷凍機油が液上面に滞留し、冷凍機油と液冷媒が二層分離した状態になり、冷凍機油を圧縮機１４に戻し難くなる場合がある。この点、本実施形態では、絞り弁２０の開度を適正に制御することにより、アキュムレータ２４内に液冷媒が貯留しないようにしている。
【００２１】
ここで、本発明の特徴である冷凍装置の制御について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２に示す線図４０は過熱度（ＴｄＳＨ）、線図４２は飽和蒸気温度（Ｔｓａｔ）、線図４３は目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）、線図４４は外気温度補正値（ΔＴｄｏ）、線図４５は目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）を示している。なお、本実施形態の制御は、制御装置１３に搭載されるソフトウェアで実現されるが、ハードウェアで構成してもよい。
【００２２】
初期設定として、制御パラメータが制御装置１３により設定される。具体的には、まず、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）が設定される。ここで、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）は、飽和蒸気温度（Ｔｓａｔ）と過熱度（ＴｄＳＨ）の和により定義される。飽和蒸気温度（Ｔｓａｔ）は、圧縮機１４の吐出側および吸引側に配設されたセンサ３４の検出値（例えば、吐出ガスの圧力値）などに基づいて演算されるものであり、圧力が一定に保たれており少しでも熱を加えると温度は変わらず蒸発沸騰を開始する飽和状態における蒸気の温度である。過熱度（ＴｄＳＨ）は、冷凍装置１の冷凍サイクルを最適化させるために予め設定された固定値である。
【００２３】
次いで、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に外気温度補正値（ΔＴｄｏ）を加算することにより、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）が設定される。具体的には、外気温度補正値（ΔＴｄｏ）が、外気温度（Ｔ０）の低下（例えば、０℃〜−２．５℃）に比例して、例えば０℃から５℃まで徐々に大きくなるように予め設定されている。また、外気温度（Ｔ０）が設定値（例えば、−２．５℃）より低いとき、外気温度補正値（ΔＴｄｏ）は一定値（例えば、５℃）になるように設定されている。そして、外気温度（Ｔ０）が設定範囲内（例えば、０℃以下）にあるとき、外気温度（Ｔ０）に対応した外気温度補正値（ΔＴｄｏ）が、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に加算される。これによって、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）が設定される。なお、制御装置１３には、外気の温度（Ｔ０）を検出するセンサからの検出値が入力されるようになっている。
【００２４】
図３に示すように、温度センサ２５の検出温度（Ｔ）が取り込まれる（Ｓ１００）。取り込まれた検出温度（Ｔ）は、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）と比較される（Ｓ１０２）。検出温度（Ｔ）が目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）より大きいとき、Ｓ１００の処理に戻される。一方、検出温度（Ｔ）が、設定時間を越えて目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）以下であったとき、アキュムレータ２４に液冷媒が貯留するおそれがあると判断される。したがって、絞り弁２０を設定開度に絞る指令を生成し、生成した指令を絞り弁２０に出力する（Ｓ１０４）。これによって、絞り弁２０が設定開度に絞られるから、アキュムレータ２４に通流する冷媒量が減らされる。このような制御が、設定タイミングで繰り返して実行される。
【００２５】
本実施形態によれば、外気温度（Ｔ０）が比較的低い範囲内にあるとき、外気温度（Ｔ０）を考慮した目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）に基づいて制御されるから、外気温度（Ｔ０）を考慮しない目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に基づく場合に比べ、絞り弁２０が更に絞られる。したがって、アキュムレータ２４に流入する単位時間あたりの冷媒量が減らされるため、アキュムレータ２４内に液冷媒が比較的多量に貯留することが防がれる。その結果、液冷媒がアキュムレータ２４内で冷凍機油と冷媒とに二層分離した状態になることを回避することができる。
【００２６】
例えばＲ２２の冷媒は、外気温度（Ｔ０）が例えば５℃であるとき、液冷媒と冷凍機油の二層分離が生じる。したがって、冷媒としてＲ２２を使用した場合、外気温度（Ｔ０）が５℃以下であると、ガス冷媒が凝縮してアキュムレータ２４に液冷媒として貯留することがある。この点、本実施形態によれば、外気温度（Ｔ０）を考慮した目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）に基づいて絞り弁２０が絞られるため、アキュムレータ２４に液冷媒が貯留することを低減できる。
【００２７】
また、本実施形態では、圧縮機１４から吐出されるガス冷媒の温度が過上昇することを防ぐために、外気温度（Ｔ０）が例えば０℃以下のときに、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）に基づく制御を行うようにしている。すなわち、外気温度を考慮する必要がないときは、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に基づく制御を行うことによって、絞り弁２０を必要以上に絞らないようにしている。これより、冷凍サイクル効率の低下を防ぐことができる。
【００２８】
また、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）は、上限値が例えば９０℃に設定されている。それに伴って、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）は、例えば９０℃に外気温度補正値（ΔＴｄｏ）を加算した値が上限値とされている。これにより、圧縮機１４内の冷凍機油が蒸発することに起因して圧縮機１４が磨耗・破損したり、圧縮機１４のモータコイルが損傷を受けたりすることが回避される。なお、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）を数１式、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）を数２式、外気温度補正値（ΔＴｄｏ）を数３式に示す。
（数１）
Ｔｄｏ１＝Ｔｓａｔ＋ＴｄＳＨ（Ｔｄｏ１＞９０のとき、Ｔｄｏ１＝９０）
（数２）
Ｔｄｏ２＝Ｔｄｏ１＋ΔＴｄｏ（Ｔｄｏ２＞９０＋ΔＴｄｏのとき、Ｔｄｏ２＝９０＋ΔＴｄｏ）
（数３）
ΔＴｄｏ＝−２Ｔ０（０≦ΔＴｄｏ≦５）
【００２９】
（第２の実施形態）  本発明を適用した冷凍装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、冷凍装置に冷媒判定器を設け、その冷媒判定器により使用冷媒の種類を判定し、判定した冷媒種類に応じて制御装置１３の制御を切り替えるようにすることにある。
【００３０】
冷媒判定器については、操作者が冷媒の種類を入力する入力手段を有して構成したり、冷媒の組成などから冷媒の種類を自動判別する機能を有して構成したりすることができる。要は、使用冷媒が二層分離の状態になり易い物性を有するか否かの判定信号を制御装置１３に出力する機能を有すればよい。
【００３１】
具体的には、使用冷媒が例えばＲ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａのとき、冷媒判定器は、判定信号を制御装置１３に出力する。出力される判定信号は、使用冷媒が二層分離の状態になり難い物性を有する旨を示す信号である。制御装置１３は、判定信号に応じ目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）に基づいて、絞り弁２０を絞る制御を行う。これにより、圧縮機１４から吐出されるガス冷媒の温度が、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）を上回るようになるから、冷凍サイクルの安定化、最適化が図られる。
【００３２】
一方、使用冷媒が例えばＲ２２のとき、冷媒判定器は、使用冷媒が二層分離の状態になり易い物性を有する旨を示す判定信号を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、第１の実施形態で説明したように、外気温度（Ｔ０）が設定範囲内にあるとき、目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）に基づいて、絞り弁２０を絞る制御を行う。これにより、アキュムレータ２４に液冷媒が貯留することが回避される。
【００３３】
本実施形態によれば、アキュムレータ２４の仕様を使用冷媒の物性に応じて変更する必要がなくなる。したがって、使用冷媒の種類にかかわらず、アキュムレータ２４を共用化することができる。その結果、開発時間や開発コストを低減することができ、また部品の共用化により製品コストも低減することができる。
【００３４】
以上、第１および第２の実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、１つの室外機１０に複数の室内機１２ａ、１２ｂを接続して冷凍サイクルを構成する形態の冷凍装置に有効である。例えば、アキュムレータ２４は比較的低圧側に位置されるから、複数の室内機１２ａ、１２ｂのうち室内機１２ａだけを始動させる場合、その始動のときにおいて、始動させない室内機１２ｂ側にある冷媒が、アキュムレータ２４側に引き寄せられる。したがって、アキュムレータ２４内に冷媒が貯留し易い状態が発生する。この点、本発明によれば、絞り弁２０を絞ることにより、アキュムレータ２４に流入する冷媒量が減らされるから、アキュムレータ２４内に冷媒が貯留することを回避できる。要するに、冷凍装置に循環する冷媒の量が比較的多いときに、本発明が有効になる。
【００３５】
また、液冷媒は、非圧縮性流体であるから、その液冷媒が圧縮機１４に急激に流入すると、圧縮機１４内で液圧縮に起因するストレスが発生する。この点、本発明によれば、圧縮機１４に流入する冷媒量が絞り弁２０の開度によって調整されるから、圧縮機の損傷を回避できる。また、湿り圧縮冷凍サイクルとなることがないため、冷凍サイクルの効率が低下することを回避できるという効果もある。なお、湿り圧縮冷凍サイクルとは、液冷媒が圧縮機１４に流入すると、その液冷媒が圧縮機１４内で蒸発するため、その後に流入する冷媒量が低下することに起因して、圧縮する冷媒の体積効率が劣化することである。
【００３６】
また、本発明によれば、検出温度（Ｔ）が、結果として目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ１）を超えるように制御されるから、冷媒に溶解している冷凍機油の粘度が保たれるため、圧縮機の軸受の信頼性を確保することができる。
【００３７】
また、外気温度が比較的低温であるときには、主に暖房運転が行われることから、暖房運転時を中心に説明したが、冷房運転においても、外気温度に起因してアキュムレータ２４内に液冷媒が貯留するおそれがあるときは、本発明による制御を行うことができる。
【００３８】
また、冷凍装置がビル空調設備として利用された場合を一例として説明したが、水冷却装置や水加熱装置などにも適用することができる。また、大型空調機のほか、小型や中型の空調機、あるいは家庭用空調機にも適用することができる。要するに、使用冷媒が二層分離を起こし易い物性を有するときに本発明を適用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態の冷凍装置の系統図である。
【図２】目標吐出ガス温度（Ｔｄｏ２）を説明するための線図である。
【図３】本発明の実施形態の冷凍装置の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１  冷凍装置
１０  室外機
１２ａ、１２ｂ  室内機
１３  制御装置
１４  圧縮機
１６  熱交換器
２０  絞り弁
２４  アキュムレータ
２５  温度センサ
【図１】
2005207619.tif 000003
【図２】
2005207619.tif 000004
【図３】
2005207619.tif 000005