JPH02275079A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は冷凍機、空気調和機、除湿機等の冷凍装置に関
する。

（従来の技術及びその課題） 互いに容量が異なる複数台の定容量膨圧縮機を冷媒回路
内に並列に組み込んでなる冷凍装置においては、その冷
凍負荷に応じて圧縮機の運転台数が増減されるが、圧縮
能力は圧縮機の運転台数に応じて段階的に切り換わるの
で、圧縮能力が冷凍負荷に合致しない場合が多く、合致
しない場合には冷凍装置の効率が悪化するのみならず、
蒸発器に霜が付着する、冷媒の蒸発圧力が低くなり過ぎ
る等の不具合が発生する。また、冷凍負荷が最少容量の
圧縮機の圧縮能力以下に低下した場合にはこの圧縮機の
運転、停止を頻繁に繰り返す必要があった。

これに対処するため、インバータにより圧縮機の駆動重
りｊ枢ｑ（に４ｊｔ、　Ｉ合さ名、る電流の周波路μ子
求万災して圧縮機の回転数、即ち、圧縮機の圧縮能当否
無段階に増減することが提案されたが、これば圧縮機の
容量が大きくなるに伴ってインバータの価格が過大にな
るのみならずこの圧縮機の運転を極端な低負荷状態で継
続する々、その効率が低下するとともに圧縮機から冷媒
と一緒に吐出された潤滑油の戻り飯が少なくなるため、
圧縮機の潤滑不ｐ、又はこれに基づく焼付等の事故を惹
起する。

（課題を解決するだめの手段） 本発明１ｉ上記ｆｉｒｌｆｇ−解決するために発明され
たものであって、その要旨とすると、−ろは、複数台の
圧縮機が冷媒＠路内に並列に繊み込まれた冷凍装置にお
いて、上記複数台の圧縮機の中少なくとも１台を冷凍負
荷に応じて自動的に容量が無段階に変化する可変容「彫
圧縮郷とするとともに、この可変容置形圧縮機を所定時
間だけフルロード；軍転さ」！ることによって低負荷１
１Ｊｌｉ転か否かを判別する判別−ｆ′−段と、この判
別：ｆ段の判別結果に応じて複数台の圧縮機の運転態様
を決定する運転ａ罹決定手段を有する制御装置を設ｊ１
」たことを特徴とする冷凍装置にある。。

上記判別手段は可変容量膨圧縮磯のフルロード運転時そ
の吸入管を流れる冷媒の圧力が所定値以下に一低下した
とき、低負荷運転と判別するように構成することができ
、また、上記運転り、様決定手段は判別手段が低負向運
転と判別したとき、圧縮機の運転台数を滅失さゼ又は大
容量圧縮機の運転を小容量圧縮機の運転に変更するよう
に構成することができる。

（作用） 本発明においては、上記構成を具え７いるため、７ｆ１
凍負荷に応じて可ゑう容量形圧縮機の容量が自動的に変
化し、複数台の圧縮機による全圧縮能力が冷凍０荷と合
致した状態で冷凍装置は運転される。

そ１．て、可変容量形圧縮機を所定時間だけフルロード
運転することによって低負荷運転か否かを判別し、この
判別結果に応ｊづて複数台の圧縮機の運転態様を決定し
て、これらによる全圧縮能力を冷凍負荷に一敗させる。

可変容量形圧槽梓のフルロード運転時その吸入管を流れ
る冷媒の圧力を検知して、これが所定値以下に低下した
とき低負荷ｉ！転と判別することができ、また、低負荷
運転と判別されたとき、圧縮機の運転台数を汎ｊ少させ
、又は、大容量圧縮機のｉ！転を小容量圧縮機の運転に
切り換えることによって複数台の圧縮機による全圧縮能
力を７？ｆ凍負荷Ｃ二合致さ（するこ占ができる。

（実施例） 本発明の１実施例が第１図及び第２図に示ざ４１゜てい
る。

第１図には冷凍装置の系統図が示されている。

この冷凍装置は複数台（図には２台）の圧縮機３０Ａ及
び３０Ｂを存し、これら圧縮機３０＾及び３０８は冷媒
回路内Ｕ：並列に紐み込まれていて、これらはコントロ
ーラ４０から指令を受けて単独に又は同時に運転される
。

複数の圧縮機の中の少なくとも１台、即ち、圧縮＠３０
Ａは後述する容量可変機構を有する可変容量形圧縮機と
され、他の圧縮機３０Ｂは定奪量形圧縮機とされている
。

圧縮＊３ＯＡ又は及び３０Ｂから吐出された高温・高圧
の冷媒ガスは矢印で示すように流れて凝縮器３１に入り
、ここで凝縮液化して高圧の液冷媒となる。この液冷媒
は膨張弁等の絞り装Ｗ３２に入り、ここで絞られること
により断熱膨張して気液二相となる０次いで、この冷媒
は腑発器３３に入り、ここで蒸発気化して低温・低圧の
ガス冷媒となって圧縮機３０＾又は及び３０Ｒに循環す
る。

圧縮機３０Ａに内臓された後述するアンローダシリンダ
の作動室と蒸発器３３出口の冷媒配管３４とを連結する
バイパス管３５には制御弁３Ｇが介装され、この制御弁
３Ｇはコントロ〜う４ｏがらの指令によってその開度が
制御される。この冷媒配管３４にはこの中を流れる冷媒
の圧力又は４１度、即ち、冷凍負荷を検知するセンサ３
７及び低圧圧力スイッチ３８ａが取り付けられ、センサ
３７及び低圧圧力スイツチ１８ａの出力はコントローラ
４０に入力される。また、圧縮機３０Ａの吸入管３４ａ
には、：の中を流れる冷媒の圧力を検知する低圧圧力ス
イツチ３８１Ｊが取り付けられ、この低圧圧力スイッチ
３８ｂの出力もコントローラ４０に人力される。

第２図には圧縮機３０Ａの容量可変機構が示されている
。

第２図において、１はシリンダ、２はピストン、３は弁
板、４はシリンダヘッド、５は吸入キャビティ、６は吸
入弁、７は吐出弁、８は吐出チャンバー、９はアンロー
ダシリンダ、１０はアンローダピストンを示す。

アンローダシリンダ９の下端は弁板３に固定され、その
上端はカバー２０によって掩蓋されている。

このアンローダシリンダ９内にアンローダピストン１０
を封密摺動自在に嵌装することによってこのアンローダ
ピストン１０の上方に作動室１６が、下方に室１９がそ
れぞれ限界されている。そして、この室１９は開口１８
を介してガス圧縮室１２に連通し、作動室１６はカバー
２０に穿設された絞り穴２４を介して吐出チャンバー８
に連通している。また、作動室１６は導圧管１５、弁板
３に穿設された通路２１を介してバイパス管３５に連通
している。なお、第２図において、２３はアンローダピ
ストン１０の上端に巻装されたシーリルリング、２５は
ピストン２に巻装されたピストンリング、２６はアンロ
ーダシリンダ９の下端に固着された座金である。

しかして、ピストン２が復動すると、冷媒ガスが吸入キ
ャビティ５から弁板３に穿設された吸入通路１１を通り
、吸入弁６を押し開いてガス圧縮室１２内に吸入される
。

ピストン２が往動すると、ガス圧縮室１２内の冷媒ガス
が圧縮されて吐出弁７を押し開き、通路１３を通って吐
出チャンバー８内に入り、ここから図示しない吐出管を
経て吐出される。

室１９には開口１８を経てガス圧縮室１２内の冷媒ガス
が流入する。一方、作動室１６には絞り穴２４を経て吐
出チャンバー８内の吐出ガスが流入するとともにアンロ
ーダシリンダ９の内周面とアンローダピストン１０の外
周面との間の微少隙間を経て室１９内のガスが流入する
。そして、作動室１６内のガスは導圧管１５、通路２１
、制御弁３６、バイパス管３５を通って冷媒配管３４に
流出する。このバイパス管３５を通るガスの流量を制御
弁３６によって制御することによって作動室１６の圧力
を任意の圧力に設定できる。

かくして、アンローダピストン１０は作動室１６に作用
する圧力と室１９に作用するガス圧縮室１２内の平均圧
力との差に応じて上下に移動し、この上下位置に応じて
室１９及び開口１８によって構成されるトップクリアラ
ンスボリュームが変化し、これに伴って圧縮機３０＾の
容量が無段階に変化する。

しかして、センサ３７の出力は、第１図に示すようにコ
ントローラ４０の比較手段４１に入力され、ここで設定
手段４２から入力される設定値と比較されることにより
両者の偏差が算出される。この偏差は開度決定手段４３
に入力され、ここで記憶手段４４から入力される制御ル
ールに従って制御弁３６の開度が決定される。なお、記
憶手段４４には偏差及びその変化率に対応して制御弁３
６の開度を決定する制御ルール（例えば、ＰＩ［ｌ　１
１１ｗｊ、テーブル対比制御、ファジィ−制御等）が記
憶されている。決定された開度は出力手段４５を経て制
御弁３６に出力され、制御弁３６はこの決定された開度
となる。

この結果、制御弁３６を通るガスの流量が決まり、これ
に伴って圧縮機３０Ａの容量が決まる。

かくして、可変容量最圧縮機３０＾及び定容壷形圧縮機
３０Ｂを同時に運転中、冷凍負荷の変動に応じて可変容
量最圧縮機３０Ａの容量が自動的に、しかも、連続して
無段階に変化する。従って、可変容量最圧縮機３０＾及
び定容壷形圧縮機３０Ｂの圧縮能力を合算した全圧縮能
力が冷凍負荷と合致し、蒸発器３３出口の冷媒圧力、即
ち、低圧圧力は一定に維持される。

冷凍負荷が判らない状態で可変容量最圧縮機３０Ａ及び
定容壷形圧縮機３０Ｂの同時運転が一定時間継続すると
、時間設定手段４６からの指令を受けて開度決定手段４
３は制御弁３６の開度を所定時間零とする旨を決定し、
この指令は出力手段４５を経て制御弁３６に出力され、
制御弁３６の開度は零となる。

すると、可変容量最圧縮機３０Ａは所定時間だけフルロ
ード運転され、この間可変容量形圧縮機３０＾と定容壷
形圧縮機３０Ｂの圧縮能力を合算した全圧縮能力は冷凍
負荷より増大し、これに伴って冷媒配管３４内を流れる
冷媒の圧力が低下する。この圧力が低圧圧力スイッチ３
８ａのカットアウト値より高い場合にはこれを検知した
低圧圧力スイッチ３８ａの出力を受けて判別手段４７が
フルロード運転直前の可変容量膨圧縮機３０＾の負荷が
所定値以上であると判別する。この判別結果は運転ａ様
決定手段４８に入力され、ここで、可変容量膨圧縮機３
０Ａの容量制御運転及び定容壷形圧縮機３０Ｂの同時運
転が決定される。この決定結果は出力手段５０を経て可
変容量膨圧縮機３０＾及び定容壷形圧縮機３０Ｂに出力
され、可変容量膨圧縮機３０＾と定容壷形圧縮機３０Ｂ
との同時運転が継続される。

しかし、冷媒配管３４内を流れる冷媒の圧力が低圧圧力
スイッチ３８ａのカットアウト値より低い場合には、判
別手段４７はフルロード運転直前の可変容量膨圧縮機３
０＾の負荷が所定値以下であると判別する。この判別結
果を受けて運転ａ樺決定手段４８は定容壷形圧縮機３０
Ｂの停止を決定し、この決定結果は出力手段５０を経て
定容壷形圧縮機３０Ｂに出力され定容壷形圧縮機３０Ｂ
は運転を停止する。

以後、可変容量膨圧縮機３０Ａのみが運転され、冷凍負
荷に対応するようにその容量を自動的に変化しながら運
転を継続する。

この状態が一定時間継続すると、時間設定手段４６から
の指令を受けて開度決定手段４３は制御弁３６の開度を
所定時間零とするの旨の指令を出力するので可変容量膨
圧縮機３０Ａはフルロード運転され、これに伴って吸入
配管３４ａ内を流れる冷媒の圧力が低下する。この圧力
が低圧圧力スイッチ３８ｂのカントアウト値より高い場
合には判別手段４７がフルロード運転直前の可変容量膨
圧縮機３ＯＡの負荷が所定値以上であると判別し、可変
容量膨圧縮機３０＾の容量制御運転が継続される。

しかし、吸入配管３４ａ内を流れる冷媒の圧力が低圧圧
力スイッチ３８ｂのカントアウト値より低い場合には、
判別手段４７はフルロード運転直前の可変容量膨圧縮機
３０Ａの負荷が所定値以下であると判断する。この判断
結果を受けて運転態様決定手段４８は可変容量膨圧縮機
３０Ａの停止を決定し、以後、可変容量膨圧縮機３０＾
は停止する。

可変容量膨圧縮機３０Ａのみを運転中、冷凍負荷が可変
容量膨圧縮機３０＾の容量調整範百を越えて増大した場
合には、これを検知したセンサ３７からの出力が比較手
段４１を経て開度決定手段４３に入り、これからの指令
により運転態様決定手段４８は定容壷形圧縮機３０Ｂの
運転を決定する。かくして、可変容量膨圧縮機３０Ａと
定容壷形圧縮機３０Ｂとが同時に運転されることにより
低圧圧力が低下し、以後可変容量膨圧縮機３０＾の容量
を制御し、この圧縮能力と定容壷形圧縮機３０Ｂの圧縮
能力の合算圧縮能力が冷凍負荷に見合う状態で運転が継
続される。

なお、低圧圧力スイッチ３８ａのカットアウト値は低圧
圧カス雪ンチ３８ｂのそれより大きく設定されている。

センサ３７で圧力を検知する場合には、低圧圧力スイッ
チ３８ａの出力に代えてこの出力を判別手段４７に入力
しても良い。

第３図には本発明の第２の実施例が示されている。

可変容量膨圧縮機３ＯＡの吸入配管３４ａと作動室１６
を結ぶバイパス管３５に定圧弁６０及び電磁弁６１が介
装され、この電磁弁６１はコントローラ４０＾からの指
令によって開閉される。

定圧弁６０は可変容量膨圧縮機３０＾の能力が負荷に比
して大きい場合等その吸入圧力が低下すると、その出口
の圧力を一定に保つために開度が大きくなる。そして、
開度が大きくなると、作動室１６内のガスが定圧弁６０
を経て可変容量膨圧縮機３０Ａの吸入口に多量に流れる
ので作動室１６内の圧力が低下する。この結果、作動室
１６内の圧力が室１９内に導入される筒内平均圧力より
小さくなるので、アンローダピストン１０が上昇し、ト
ップクリアランスポリニームが増大して、可変容量膨圧
縮機３０Ａの能力が減少する。そして、可変容量膨圧縮
機３０＾の能力が減少すると、その吸入圧力が上昇する
ので、以後その吸入圧力は一定に保たれる。

逆に、可変容量膨圧縮機３０Ａの能力が負荷に比して小
さい場合等その吸入圧力が上昇すると、定圧弁６０の開
度が小さくなって、作動室１０内の圧力が上昇する。こ
の結果、アンローダピストン１０が下降してトソフリリ
アランスボリュームが減少するので可変容量膨圧縮機３
０Ａの能力が増大し、以後可変容量膨圧縮機３０Ａの吸
入圧力は一定に保たれる。

冷凍負荷が判らない状態で可変容量膨圧縮機３０＾及び
定容量膨圧縮機３０Ｂの同時運転が一定時間継続すると
、時間設定手段４６からの指令を受けて開度決定手段４
３＾は電磁弁６１を所定時間開とするの旨を決定し、こ
の指令は出力手段４５を経て電磁弁６１に出力され、電
磁弁６１は閉じられる。かくして、可変容量膨圧縮機３
０Ａは所定時間だけフルロード運転される。フルロード
運転時の低圧圧力が低圧圧力スイッチ３８ａのカットア
ウト値より高い場合にはこれを検知した低圧圧力スイッ
チ３８ａの出力を受けて判別手段４７がフルロード運転
直前の可変容量膨圧縮機３０Ａの負荷が所定値以上であ
ると判別し、可変容量膨圧縮機３０Ａの容量制御運転と
定容量膨圧縮機３０Ｂの同時運転が継続される。

しかし、冷媒配管３４内を流れる冷媒の圧力が低圧圧力
スイッチ３８ａのカットアウト値より低い場゛合には、
判別手段４７はフルロード運転直前の可変容量膨圧縮機
３０＾の負荷が所定値以下であると判断し、以後、可変
容量膨圧縮機３０Ａのみが運転され、冷凍負荷に対応す
るようにその容量を自動的に変化させながら運転を継続
する。

この状態が一定時間継続すると、時間設定手段４６から
の指令を受けて開度決定手段４３は電磁弁６１を所定時
間開とするの旨の指令を出力し、可変容量膨圧縮機３０
＾は所定時間だけフルロード運転される。このフルロー
ド運転時の低圧圧力が低圧圧力スイッチ３８ｂのカット
アウト値より高い場合には可変容量膨圧縮機３ＯＡの容
量制御運転が継続される。

しかし、低圧圧力が低圧圧力スイッチ３８ｂのカットア
ウト値より低い場合には、以後、可変容量膨圧縮機３０
Ａの運転が停止される。

第４図には本発明の第３の実施例が示されてい可変容量
膨圧縮機３０Ａの最大容量は定容量膨圧縮機３０Ｂの容
量より大きくされている。

しかして、可変容量膨圧縮機３０Ａのみの運転中、その
負荷を検知するためにこれをフルロード運転したとき、
低圧圧力が低圧圧力スイッチ３８ａのカットアウト値よ
り低い場合には、運転態様決定手段４８Ｂは可変容量膨
圧縮機３０Ａの運転を停止し、この代わりに定容量膨圧
縮機３０Ｂの運転を決定し、以後、定容量膨圧縮機３０
Ｂのみが運転されるようになっている。

定容量形圧縮１１３０Ｂのみの運転中、冷凍負荷が定容
量膨圧縮機３０Ｂの能力を越えたときは、運転態様決定
手段４８Ｂは可変容量膨圧縮機３０Ｂの運転を停止し、
この代わりに可変容量膨圧縮機３０Ａの運転を決定し、
以後、可変容量膨圧縮機３０Ａのみがその容量を変化さ
せながらその運転を継続する。

また、定容量膨圧縮機３０Ｂのみの運転中、冷凍負荷が
定容量膨圧縮機３０Ｂの圧縮能力以下になった場合には
これが圧力スイッチ６２によって検知され、これからの
出力を受けて定容量膨圧縮機３０Ｂの運転が停止さる。

他の構成、作用は第１図に示す第１の実施例と同様であ
り、対応する部材には同じ符号を付して説明を省略する
。

上記各実施例においては２台の圧縮機を並列に冷媒回路
内に組み込んでいるが、３台以上の圧縮機を組み込むこ
とができる。この場合には可変容量膨圧縮機を２台又は
それ以上にすることができる。

（発明の効果） 本発明においては複数台の圧縮機が冷媒回路内に並列に
組み込まれた冷凍装置において、上記複数台の圧縮機の
中少なくとも１台を冷凍負荷に応じて自動的に容量が無
段階に変化する可変容量膨圧縮機とするとともに、この
可変容量膨圧縮機を所定時間だけフルロード運転させる
ことによって低負荷運転か否かを判別する判別手段と、
この判別手段の判別結果に応じて複数台の圧縮機の運転
ａ様を決定する運転態様決定手段を有する制御装置を設
けたため、冷凍負荷に応じて可変容量形圧縮機の容量が
自動的に２署！１し、複数台のｒＪＸ縮提ｊ、二よる全
圧縮能力が冷凍負荷、し合致した状態で冷１声装置は運
転される。そｊ７て、可変容量膨圧縮機を所定時間だけ
フルロード運転することＵ二よって低負荷運転か否かを
判別し、この判別結果に応じて複数台の圧縮機の運転態
様を決定して１、−れら？こよる全圧縮能力を冷凍負荷
に−敗さ」かた状態で冷凍装置の運転を継続できる。従
って、冷凍負荷が低い場合であっても、圧縮機を極端な
低負荷状態とすることなくその運転を継続でき、また、
圧縮機は極端な低負荷運転にならない状態で運転される
ので、その効率を著しく低下さゼ”ることもなく、また
、釣力の無駄な消費や油戻り蚤の不足による圧縮機の損
傷を回避できる８

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は系統図、第２図は可変容量膨圧縮機の容量可変機構
の部分的縦断面図である。第３１州は本発明の第２の実
施例を示す系統図、第４図は本発明の第３の実施例を示
す系統図である。 可変容量膨圧細根・３０Ａ、定容量形ＥｔＥ縮機−３０
１１、コンｌ−ｏ　−ラー４０．４〇八 、４０Ｂ　、判別手段−・・４７． ４８；運転世様決定手段 第４ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数台の圧縮機が冷媒回路内に並列に組み込まれ
   た冷凍装置において、上記複数台の圧縮機の中少なくと
   も１台を冷凍負荷に応じて自動的に容量が無段階に変化
   する可変容量形圧縮機とするとともに、この可変容量形
   圧縮機を所定時間だけフルロード運転させることによっ
   て低負荷運転か否かを判別する判別手段と、この判別手
   段の判別結果に応じて複数台の圧縮機の運転態様を決定
   する運転態様決定手段を有する制御装置を設けたことを
   特徴とする冷凍装置。
2. （２）可変容量形圧縮機のフルロード運転時その吸入管
   を流れる冷媒の圧力が所定値以下に低下したとき低負荷
   運転と判別する判別手段を有することを特徴とする請求
   項（１）記載の冷凍装置。
3. （３）判別手段が低負荷運転と判別したとき、圧縮機の
   運転台数を減少させ又は大容量圧縮機の運転を小容量圧
   縮機の運転に変更する運転態様決定手段を有することを
   特徴とする請求項（１）又は（２）記載の冷凍装置。