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JP4928673B2 - 冷凍装置 - Google Patents

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義徳 遠谷
千明 式地
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力を制御する冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、冷凍装置で用いられる冷媒として、フロン冷媒が用いられているが、当該冷媒には、塩素基が含まれておりオゾン層の破壊原因であることが判明しており、これに代わる冷媒として、自然冷媒である二酸化炭素冷媒の利用がある。
【0003】
一般に、冷媒の圧縮部が1段の密閉型圧縮機は、電動機部を冷却するために圧縮した冷媒ガスを密閉容器内に吐出し、外部へ吐出する構造であり、密閉容器内圧力は吐出圧力となる。
【0004】
二酸化炭素冷媒を冷凍装置で使用した場合、フロン冷媒よりも高い動作圧力を必要とするため、密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力が高くなる。
【0005】
そこで、この密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力を低減させるため、圧縮部が複数段の密閉型圧縮機で、密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力を、吸込圧力と吐出圧力との中間圧力としたものがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、冷凍装置に備えた例えば冷媒対水熱交換器の給水や外気の温度が高くなると、密閉型圧縮機に供給される冷媒の圧力が上昇し、密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力が高くなる問題がある。
【0007】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、密閉型圧縮機の密閉容器内の圧力が、所定圧力を超えることを防止して、装置の安全性を向上させることが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】
請求項1記載の発明は、密閉容器内に、吸込冷媒を吸込圧力から中間圧力に圧縮する前段圧縮部とこの前段圧縮部からの前記中間圧力の冷媒を吐出圧力に圧縮する後段圧縮部とを有する圧縮部を設け、前記密閉容器内の圧力が前記中間圧力と等しく設定された密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機から吐出された冷媒と水とを熱交換する冷媒対水熱交換器とを備えた冷凍装置において、前記中間圧力が上昇した際に前記密閉型圧縮機の運転を停止する保護機構と、前記中間圧力を検出する圧力検出装置と、この圧力検出装置により検出した前記中間圧力が前記保護機構の作動圧力よりも低い所定圧力に達した場合、前記吸込圧力を低下させて前記密閉型圧縮機から前記冷媒対水熱交換器への前記冷媒の供給を継続可能とする制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記圧力検出装置が、前記密閉容器内の圧力を検出する圧力センサであることを特徴とするものである。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記圧力検出装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けた温度検出装置であることを特徴とするものである。
【0012】
請求項記載の発明は、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の発明において、前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電動膨張弁を有し、前記圧力検出装置による検出結果により、前記電動膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とするものである。
【0013】
請求項記載の発明は、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の発明において、前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁に並列に設けられたキャピラリチューブとを有し、前記圧力検出装置よる検出結果により、前記電磁開閉弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とするものである。
【0014】
請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明において、前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁に並列に設けられた電膨張弁とを有し、前記圧力検出装置よる検出結果により、前記電磁開閉弁と前記電膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とするものである。
【0015】
請求項記載の発明は、請求項1乃至請求項のいずれかに記載の発明において、上記冷媒が、二酸化炭素冷媒であることを特徴とするものである。
【0016】
請求項1乃至に記載の発明には、次の作用がある。
【0017】
密閉型圧縮機の密閉容器内の中間圧力が、所定圧力に達した場合に、吸込圧力を低下させ、密閉容器内の中間圧力を低下させることにより、前記密閉容器の圧力が所定圧力を超えて高くなることを防ぐことができる。
【0018】
請求項には、次の作用がある。
【0019】
冷媒として、フロン冷媒よりも高い動作圧力を必要とする二酸化炭素冷媒を用いた場合に、密閉型圧縮機の密閉容器内の中間圧力が、所定圧力に達した場合に、吸込圧力を低下させ、密閉容器内の中間圧力を低下させることにより、前記密閉容器の圧力が所定圧力を超えて高くなることを防ぐことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
なお、本発明の実施の形態にかかる冷凍装置では、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素冷媒を用いる場合について説明する。
【0022】
〔A〕第1の実施の形態
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。
【0023】
1は冷凍装置を示し、この冷凍装置1は、冷媒を圧縮する密閉型圧縮機2、冷媒と水と熱交換させる冷媒対水熱交換器3、冷媒を膨張させ減圧させる減圧器4、冷媒と外気等とを熱交換させる蒸発器5、冷媒の気液分離を行うアキュムレータ6、密閉型圧縮機2の冷媒吸込圧力を制御する制御装置7を有してなる。
【0024】
また、この冷凍装置1は、密閉型圧縮機2の密閉容器内の圧力を検出する圧力検出装置8を有しており、制御装置7は、圧力検出装置8の検出結果により密閉型圧縮機2の冷媒吸込圧力を制御する。
【0025】
制御装置7は、電動膨張弁9と弁の開度を制御する弁開度制御装置10とを備えており、弁開度制御装置10により電動膨張弁9の弁開度を制御し、密閉型圧縮機2の冷媒吸込圧力を制御する。圧力検出装置8は、密閉型圧縮機2の密閉容器内の圧力を検出する圧力センサ11を有してなる。
【0026】
密閉型圧縮機2は、図2に示すように、密閉容器12を有し、その密閉容器12内に電動機部13と、圧縮部14とを有している。圧縮部14は、前段圧縮部15と後段圧縮部16とを備えている。前段圧縮部15には冷媒の吸込口15aと、冷媒の吐出口15bと、冷媒を密閉容器12内に吐出する吐出口15cとが設けられ、後段圧縮部16には冷媒の吸込口16aと吐出口16bとが設けられている。前段圧縮部15の吐出口15bと後段圧縮部16の吸込口16aとは接続配管17により接続されている。前段圧縮部15の吸込口15aには、圧縮する冷媒を吸込む吸込配管18が設けられ、この吸込口15aには吸込配管18を介して制御装置7の電動膨張弁9が設けられている。
【0027】
後段圧縮部16の吐出口16bには圧縮した冷媒を吐出する吐出配管19が設けられている。密閉容器12には冷媒を排出するための通路配管20の一端20aが接続され、この通路配管20の他端20bが接続配管17に接続されている。
【0028】
前段圧縮部15の吸込口15aから吸い込まれる冷媒は、前段圧縮部15によって圧縮され、この圧縮された冷媒は前段圧縮部15の吐出口15b、15cより吐出される。前段圧縮部15の吸込口15aより吐出された冷媒は、接続配管17を介し、後段圧縮部16の吸込口16aから吸込まれ、この後段圧縮部16によって圧縮され、吐出口16bより吐出される。
【0029】
密閉容器12内は、吐出口15cにより吐出された冷媒によって、吸込圧力P1と吐出圧力P2の中間圧力P3となり、この中間圧力P3の冷媒は、通路配管20より排出され、接続配管17を介し、後段圧縮部16へ送られる。
【0030】
上記構成において、例えば夏季では、冷媒対水熱交換器3の給水温度および外気温度が高くなる。或いはいずれか一方の温度が高くなる。この状態で、冷凍装置1を運転した場合、密閉型圧縮機2への冷媒の吸込圧力P1は上昇し、前段圧縮部15で圧縮された冷媒の中間圧力P3が上昇する。
【0031】
通常、この中間圧力P3が上昇すると、圧縮機の保護機構(図示せず)が動作して圧縮機の運転を停止させる。
【0032】
本実施形態では、圧力センサ11により中間圧力P3を検出し、その中間圧力P3がある所定圧力に達した場合、弁開度制御装置10により、電動膨張弁9の弁開度を制御し、密閉型圧縮機2への冷媒の吸込圧力P1を低下させ、中間圧力P3を低下させる。従って、密閉容器12の中間圧力P3が所定圧力を超えて高くなることがなく、圧縮機の保護機構(図示せず)が動作することがなく、この圧縮機を継続運転させることができる。
【0033】
〔B〕第2の実施の形態
図3は、本発明の第2の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。この第2の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0034】
制御装置7が、電磁開閉弁21とキャピラリチューブ22との並列回路と、電磁開閉弁21の弁開度を制御する弁開度制御装置23とで構成される。上記中間圧力P3が所定圧力以下の場合、この弁開度制御装置23により、電磁開閉弁21を開き、冷媒の中間圧力が所定圧力に達した場合、電磁開閉弁21を閉じ、冷媒をキャピラリチューブ22にバイパスさせ、吸込圧力P1を低下させ、密閉容器12内の中間圧力P3を低下させている。
【0035】
これによっても、密閉容器12内の中間圧力P3が所定圧力を超えて高くなることを防止することができる。
【0036】
〔C〕第3の実施の形態
図4は、本発明の第3の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。この第3の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0037】
制御装置7が、電磁開閉弁24と電動膨張弁25との並列回路と、電磁開閉弁24の弁開度と電動膨張弁25の弁開度とを制御する弁開度制御装置26とで構成されている。この弁開度制御装置26により、冷媒の中間圧力P3が所定圧力以下の場合は電磁開閉弁24を開き、中間圧力P3が所定圧力に達した場合に電磁開閉弁24を閉じ冷媒を電動膨張弁25にバイパスさせ、電動膨張弁25の弁開度を制御し、吸込圧力P1を低下させ、密閉容器12内の中間圧力P3を低下させる。
【0038】
これによっても、密閉容器12内の中間圧力P3が所定圧力を超えて高くなることを防止することができる。
【0039】
〔D〕第4の実施の形態
図5は、本発明の第4の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。この第4の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。冷媒の吸込圧力P1と吸込温度が比例し、吸込圧力P1と中間圧力P3が比例することから、圧力検出装置8が、密閉型圧縮機2の吸込冷媒の温度を検出する冷媒温度検出装置27であってもよい。
【0040】
〔E〕第5の実施の形態
図6は、本発明の第5の実施の形態にかかる冷凍装置の冷媒回路図である。この第4の実施の形態において、前記第1の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。圧力検出装置7が、冷媒対水熱交換器3に流入する給水の温度を検出する給水温度検出装置28と、外気温度を検出する外気温度検出装置29と、それらの検出温度に基づいて中間圧力P3を演算する演算装置30とからなるものであってもよい。
【0041】
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0042】
【発明の効果】
本発明では、密閉容器内圧力が所定圧力に達した場合、吸込圧力を低下させ、容器内圧力を低下させることにより、密閉容器の圧力が所定圧力を超えて高くなることを防止する。従って、冷凍装置が安全運転される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る冷凍装置の第1の実施の形態を示す回路図である。
【図2】密閉型圧縮機の断面図である。
【図3】本発明に係る冷凍装置の第2の実施の形態を示す回路図である。
【図4】本発明に係る冷凍装置の第3の実施の形態を示す回路図である。
【図5】本発明に係る冷凍装置の第4の実施の形態を示す回路図である。
【図6】本発明に係る冷凍装置の第5の実施の形態を示す回路図である。
【符号の説明】
1 冷凍装置
2 密閉型圧縮機
3 冷媒対水熱交換器
4 減圧器
5 蒸発器
6 アキュムレータ
7 制御装置
8 圧力検出装置
9 電動膨張弁(制御装置)
10 弁開度制御装置(制御装置)
11 圧力センサ(圧力検出装置)
12 密閉容器
13 電動機部
14 圧縮部
15 前段圧縮部
15a 吸込口
15b 吐出口
15c 吐出口
16 後段圧縮部
16a 吸込口
16b 吐出口
21 電磁開閉弁(制御装置)
22 キャピラリチューブ(制御装置)
23 弁開度制御装置(制御装置)
24 電磁開閉弁(制御装置)
25 電動膨張弁(制御装置)
26 弁開度制御装置(制御装置)
27 冷媒温度検出装置(圧力検出装置)
28 給水温度検出装置(圧力検出装置)
29 外気温度検出装置(圧力検出装置)
30 演算装置(圧力検出装置)

Claims (7)

  1. 密閉容器内に、吸込冷媒を吸込圧力から中間圧力に圧縮する前段圧縮部とこの前段圧縮部からの前記中間圧力の冷媒を吐出圧力に圧縮する後段圧縮部とを有する圧縮部を設け、前記密閉容器内の圧力が前記中間圧力と等しく設定された密閉型圧縮機と、前記密閉型圧縮機から吐出された冷媒と水とを熱交換する冷媒対水熱交換器とを備えた冷凍装置において、
    前記中間圧力が上昇した際に前記密閉型圧縮機の運転を停止する保護機構と、
    前記中間圧力を検出する圧力検出装置と、
    この圧力検出装置により検出した前記中間圧力が前記保護機構の作動圧力よりも低い所定圧力に達した場合、前記吸込圧力を低下させて前記密閉型圧縮機から前記冷媒対水熱交換器への前記冷媒の供給を継続可能とする制御装置とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
  2. 前記圧力検出装置が、前記密閉容器内の圧力を検出する圧力センサであることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
  3. 前記圧力検出装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けた温度検出装置であることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
  4. 前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電動膨張弁を有し、前記圧力検出装置による検出結果により、前記電動膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の冷凍装置。
  5. 前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁に並列に設けられたキャピラリチューブとを有し、前記圧力検出装置よる検出結果により、前記電磁開閉弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の冷凍装置。
  6. 前記制御装置が、前記前段圧縮部の冷媒吸込口側に設けられた電磁開閉弁と、この電磁開閉弁に並列に設けられた電膨張弁とを有し、前記圧力検出装置よる検出結果により、前記電磁開閉弁と前記電膨張弁の弁開度を制御する弁開度制御装置を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の冷凍装置。
  7. 前記冷媒が、二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の冷凍装置。
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