(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えた冷凍装置であって、上記凝縮器の冷媒液の一部を凝縮器の液面高さに応じて圧力調整して膨張弁に送出し当該膨張弁の開度を制御する液面高さ制御手段と、上記凝縮器の液面高さの下限値を検知する第１の検知手段と、上記凝縮器の液面高さの下限位置より高い所定位置を検知する第２の検知手段と、第１の検知手段が液面高さの下限値を検出すると上記液面高さ制御手段における膨張弁への冷媒液の送出を停止し膨張弁を閉とし、第２の検知手段が上記所定位置を検知すると上記膨張弁への冷媒液の送出停止を解除する手段を設けたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
請求項１において、冷凍装置動作停止中に上記凝縮器の液面が低下した場合、上記蒸発器内の冷媒を上記凝縮器へ戻すための回路配管を付設したことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
上記回路配管の直径は、凝縮器と蒸発器の間の主液配管の直径の１／３程度であることを特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、満液式凝縮器を搭載し、高圧フロートにより凝縮器の液面高さが一定となるように膨張弁の開度を制御する冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の冷凍装置の構成図であり、当該冷凍サイクルは、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを凝縮液化する満液式凝縮器２と、凝縮された冷媒液の圧力を降下させる膨張弁３と、冷媒液を蒸発させて冷凍出力を得る蒸発器４から構成されている。また、圧縮機１と満液式凝縮器２の間には吐出配管６が、満液式凝縮器２と膨張弁３及び膨張弁３と蒸発器４の間には主液配管７ａ，ｂが、蒸発器４と圧縮機１の間には吸込配管８が配設されている。
また、５はニードル部５ｎを有する高圧フロートであり、高圧フロート５と満液式凝縮器２の間はガス側配管９ａ及び液側配管９ｂにより接続され、高圧フロート５と膨張弁３の間は配管１０により接続されている。
【０００３】
次に、上記冷凍装置の動作について説明する。
圧縮機１から吐出された冷媒ガスは、吐出配管６を通り満液式凝縮器２で凝縮液化され、凝縮された冷媒液は主液配管７ａを通り膨張弁３で絞り膨張された後、主液配管７ｂを通り蒸発器４へ供給される。そして冷媒液は蒸発器４で蒸発しガスとなり吸込配管８を通り圧縮機１へ吸込まれる。
満液式凝縮器２の冷媒液の一部は、液側配管９ｂ，高圧フロート５，配管１０を通り膨張弁３の開度を制御した後、配管７ｂへ合流する。膨張弁３の開度は、高圧フロート５の内部のニードル部５ｎにより減圧された配管１０の冷媒の圧力により制御され、配管１０の圧力が高いほど開方向へ、低いほど閉方向へと移動する。
高圧フロート５の内部のニードル部５ｎは、満液式凝縮器２の液面が高くなるほど開方向へ動作し、配管１０の圧力は高くなり、液面が低くなるほど閉方向へ動作し、配管１０の圧力は低くなる。なお、高圧フロート５のニードル部が全閉、全開となる凝縮器２の液面高さの差は１０ｍｍ程度である。
この結果、高圧フロート５により凝縮器２の液面高さはほぼ一定（制御幅１０ｍｍ）となるように膨張弁３の開度は制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷凍装置は以上のように構成されているので、圧縮機１が吐き出す冷媒ガスの量が圧縮機１の容量制御等により急激に減少した場合、満液式凝縮器２の液面高さの低下により高圧フロート５のニードル部５ｎが閉方向に動作しても、配管１０の圧力は配管１０中の冷媒液が膨張弁３を通り配管７ｂへ合流するまで低下しないため、膨張弁開度の制御遅れが発生し、凝縮器２の液面が低下し、その分蒸発器４の液面が上昇することにより圧縮機１が冷媒液を吸い込み、液圧縮運転する不具合が生じていた。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので冷凍ユニット運転中の圧縮機の液バック（液圧縮）運転を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る冷凍装置は、凝縮器２の冷媒液の一部を凝縮器２の液面高さに応じて圧力調整して膨張弁３に送出し、膨張弁３の開度を制御する液面高さ制御手段（高圧フロート５）と、凝縮器２の液面高さの下限値を検知する第１の検知手段（フロートスイッチ１２ａ）に加え、上記液面高さの下限位置より高い所定位置を検知する第２の検知手段（フロートスイッチ１２ｂ）を設け、第１の検知手段１２ａが液面高さの下限値を検出すると液面高さ制御手段における膨張弁３への冷媒液の送出を停止し膨張弁３を全閉とし、第２の検知手段１２ｂが所定位置を検知すると膨張弁３への冷媒液の送出停止を解除するようにした。
【０００７】
請求項２の発明は、冷凍装置の動作停止中に凝縮器２の液面が低下した場合、蒸発器４内の冷媒を凝縮器２へ戻すための回路配管１５ａ，ｂ、１７ａ，ｂを付設した。
【０００８】
請求項３の発明は、上記回路配管１５ａ，ｂ、１７ａ，ｂを、凝縮器２と蒸発器４の間の主液配管７ａ，ｂの１／３程度とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による冷凍装置を示す構成図である。
図において、冷凍サイクルは、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを凝縮液化する満液式凝縮器２と、凝縮された冷媒液の圧力を降下させる膨張弁３と、冷媒液を蒸発させて冷凍出力を得る蒸発器４から構成されており、５はニードル部５ｎを有する高圧フロート、６は吐出配管、７ａ，ｂは主液配管、８は吸込配管、９ａ，ｂは高圧フロート５と満液式凝縮器２を接続するガス側配管及び液側配管、１０は高圧フロート５と膨張弁３を接続する配管である。なお、上記構成部分は従来例（図５）の構成と同様である。
本実施の形態１の特徴となる構成部品は１１、１２ａ，ｂ、１３ａ，ｂであり、１１は配管１０に設けられた電磁弁、１２ａは凝縮器２の液面高さの下限値を設定するためのフロートスイッチ、１２ｂは制御を終了する凝縮器の液面高さを設定するフロートスイッチであり、その設定液面高さはフロートスイッチ１２ａの設定液面高さよりも高くなっている。１３ａ，ｂは凝縮器２とフロートスイッチ１２ａ，ｂを接続する配管である。
【００１０】
次に、上記装置の動作について説明する。
通常の運転動作は従来例と同様であり、圧縮機１から吐出された冷媒ガスは、吐出配管６を通り満液式凝縮器２で凝縮液化され、凝縮された冷媒液は主液配管７ａを通り膨張弁３で絞り膨張された後、主液配管７ｂを通り蒸発器４へ供給される。そして蒸発器４で蒸発しガスとなり吸込配管８を通り圧縮機１へ吸込まれる。また、満液式凝縮器２の冷媒液の一部は、液側配管９ｂ，高圧フロート５，配管１０を通り膨張弁３の開度を制御した後、配管７ｂへ合流する。膨張弁３の開度は、高圧フロート５の内部のニードル部５ｎにより減圧された配管１０の冷媒の圧力により制御され、配管１０の圧力が高いほど開方向へ、低いほど閉方向へと移動する。ここで、高圧フロート５の内部のニードル部５ｎは、満液式凝縮器２の液面が高くなるほど開方向へ動作し、配管１０の圧力は高くなり、液面が低くなるほど閉方向へ動作し、配管１０の圧力は低くなる。
【００１１】
本実施の形態１においては、上記の様な通常のユニット運転中、凝縮器２の液面高さが、フロートスイッチ１２ａよりも低くなった場合、電磁弁１１を閉とし膨張弁３を即座に全閉とし、凝縮器２の液面高さを上昇させる。凝縮器２の液面高さがフロートスイッチ１２ｂよりも高くなったら電磁弁６を開とし、上記制御を終了し通常のユニット運転を行う。
上記の動作を図２のフローチャートで説明すると、冷凍装置ユニットが通常の高圧フロート５による膨張弁制御で運転中（Ｓ１００）、フロートスイッチ１２ａのＯＮ，ＯＦＦ状態を判定し（Ｓ１０１）、フロートスイッチ１２ａが凝縮器２の液面低下によりＯＦＦすると、電磁弁１１を閉（Ｓ１０２）として膨張弁３を全閉状態とする。
そして凝縮器２の液面が上昇し、フロートスイッチ１２ｂがＯＮすると（Ｓ１０３）、電磁弁１１を開（Ｓ１０４）とし通常の高圧フロート５による膨張弁制御を行う。
ここで、フロートスイッチ１２ａ及びフロートスイッチ１２ｂで設定される凝縮器２の液面高さの上限及び下限は、蒸発器４及び凝縮器２の伝熱特性が低下しない範囲で設定する。凝縮器２の伝熱特性が低下すると高圧の異常上昇を招き、蒸発器４の伝熱特性が低下すると低圧の異常低下が発生するためである。
【００１２】
実施の形態２．
実施の形態２は実施の形態１について冷凍ユニット起動直後の液バック防止の信頼性を高くするためのものである。
即ち、冷凍ユニット起動前に、すでに凝縮器２の液面が低下し、蒸発器４の液面が高くなった場合、蒸発器４の冷媒液を凝縮器２に戻し、ユニット起動直後の液バック運転を防止する。
図３は実施の形態２に係る冷凍装置の構成図であり、構成部品１〜１３は実施の形態１と同様である。
本実施形態の特徴となる構成部品は、１４、１５ａ，ｂ、１６、１７ａ，ｂであり、１４は蒸発器４の冷媒を凝縮器２へ戻すための電磁弁、１５ａ，ｂは凝縮器２と蒸発器４を電磁弁１４を介して接続する液側配管（直径１５．８ｍｍ程度）、１６は凝縮器２と蒸発器４の内圧を均圧にするための電磁弁、１７ａ，ｂは凝縮器２と蒸発器４を電磁弁１６を介して接続するガス側配管（直径１５．８ｍｍ程度）である。
主液配管７ａ，ｂは直径５０．８ｍｍ程度であるが、即座に冷媒液を凝縮器２に戻す必要はないため、液側配管及びガス側配管はその１／３程度のもので良い。
なお、蒸発器４と凝縮器２の位置関係は、蒸発器４が上、凝縮器２が下の関係である。
【００１３】
次に、上記装置の動作について説明する。
通常の運転操作は従来と同じである。
本実施の形態において、ユニット停止中、凝縮器２の液面が低下し、フロートスイッチ１２ａよりも低くなった場合、電磁弁１４及び電磁弁１６を開とし、凝縮器２と蒸発器４内を均圧にする。蒸発器４は凝縮器２より高い位置にあるので、蒸発器４の冷媒は自重で凝縮器２に落ちる。
蒸発器４の冷媒が過少となった場合、ユニット起動直後に低圧が下がり過ぎる不具合が発生するため、凝縮器２の液面がフロートスイッチ１２ｂの高さとなったら、電磁弁１４及び電磁弁１６を閉として制御を終了する。
このフローチャートを図４に示す。
すなわち、ユニット運転停止中（Ｓ２００）に凝縮器２の液面が低下し、フロートスイッチ１２ａがＯＦＦした場合（Ｓ２０１）、電磁弁１４及び電磁弁１６を開とし（Ｓ２０２）、冷媒の自重により蒸発器４の冷媒を凝縮器２へ落とし、凝縮器２の液面を上昇させる。
凝縮器２の液面がフロートスイッチ１２ｂより高くなり当該スイッチがＯＮしたら（Ｓ２０３）、電磁弁１４及び電磁弁１６を閉として（Ｓ２０４）制御を終了し、ユニットを通常の停止状態にする。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、冷凍ユニット運転中の液面低下に伴う圧縮機の液圧縮運転（液バック運転）を防止できる。
【００１５】
また、請求項２の発明によれば、冷凍ユニット起動直後の液圧縮運転（液バック運転）を防止でき、信頼性を向上させる。
【００１６】
更に、請求項３の発明によれば、配管設置のための省スペース化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成図である。
【図２】  実施の形態１によるフローチャートである。
【図３】  実施の形態２による冷凍装置を示す構成図である。
【図４】  実施の形態２によるフローチャートである。
【図５】  従来の冷凍機の構成図である。
【符号の説明】
１  圧縮機、２  凝縮器、３  膨張弁、４  蒸発器、５  高圧フロート、
５ｎ  ニードル部、６  吐出配管、７ａ，ｂ  主液配管、８  吸込配管、
９ａ，ｂ  配管、１０  配管、１１  電磁弁、１２ａ，ｂ  フロートスイッチ、
１３ａ，ｂ  配管、１４  電磁弁、１５ａ，ｂ  配管、１６  電磁弁、１７ａ  配管、
１８ａ  配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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