WO2022003933A1 - 冷熱源ユニット、および冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷熱源ユニット、および冷凍サイクル装置 Download PDF

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flow rate
heat source
source unit
rate adjusting
compressor
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PCT/JP2020/026140
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智隆 石川
悠介 有井
耕平 上田
素 早坂
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三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • This disclosure relates to a cold heat source unit and a refrigeration cycle device.
  • Some refrigeration cycle devices that use refrigerant are equipped with an oil return mechanism in order to avoid a shortage of refrigerating machine oil in the compressor.
  • the oil return mechanism separates the refrigerating machine oil discharged from the compressor together with the refrigerant with an oil separator and returns it to the compressor.
  • the decompression device is used as a throttle mechanism capable of adjusting the opening degree, and the oil return flow rate is adjusted.
  • natural refrigerants have come to be used in the refrigeration cycle from the viewpoint of environmental protection such as global warming.
  • environmental protection such as global warming.
  • carbon dioxide is used as a natural refrigerant in a refrigeration cycle
  • the operating pressure reaches several times that of conventional hydrocarbon and fluorocarbon-based refrigerants.
  • the high-pressure shell method in which the inside of the compressor closed container is filled with the discharged gas, there is a problem from the viewpoint of productivity and material cost, such as increasing the wall thickness of the container in order to maintain the strength of the closed container. ..
  • the low pressure shell method or the intermediate pressure shell method which fills the inside of the closed container with a pressure lower than that of the discharged gas, does not require the strength of the closed container as compared with the high pressure shell method, but the lubricating oil contained in the discharged gas is contained in the closed container. Since it is difficult to separate the lubricating oil inside, a return mechanism for returning the discharged lubricating oil to the inside of the container is required.
  • Patent Document 1 The method for adjusting the throttle opening of the flow control valve shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-82815 (Patent Document 1) is effective in itself regardless of the type of refrigerant.
  • the throttle opening must be narrowed more than before. If used in this way, reliability may decrease due to easy blockage when deposits such as wear debris and sludge are generated, which greatly affects the life of the refrigeration cycle equipment and is a practical problem. It was.
  • the cold heat source unit of the refrigeration cycle device of the present disclosure solves the above-mentioned problems, and aims to improve the reliability of the oil return mechanism of the refrigeration cycle device.
  • the present disclosure relates to a cold heat source unit of a refrigeration cycle device configured to be connected to a load device.
  • the cold heat source unit is connected to a load device to form a circulation flow path through which the refrigerant circulates, a compressor arranged in the refrigerant flow path, and a compressor discharge port side in the refrigerant flow path.
  • An oil separator located in the oil separator, a return oil return path for returning the refrigerating machine oil from the oil separator to the compressor, and a flow rate adjusting device arranged in the oil return path and capable of adjusting the flow rate of the fluid flowing in the return oil path.
  • a temperature sensor arranged downstream of the flow rate adjusting device in the oil return path, and a control device for controlling the opening degree of the flow rate adjusting device according to the output of the temperature sensor are provided.
  • the reliability of the oil return mechanism is improved, so that the possibility that the compressor runs out of refrigerating machine oil can be reduced.
  • FIG. It is an overall block diagram of the refrigerating cycle apparatus 1 of Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart for demonstrating the basic control of the flow rate adjustment device at the time of operation. It is a figure for demonstrating the calculation of the opening degree in step S1. It is a flowchart for demonstrating the process of monitoring the clogging of the oil return path F2 in Embodiment 1.
  • FIG. It is a flowchart for demonstrating the process of monitoring the clogging of the oil return path F2 in Embodiment 2.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of the refrigeration cycle device 1 of the first embodiment. Note that FIG. 1 functionally shows the connection relationship and the arrangement configuration of each device in the refrigeration cycle apparatus, and does not necessarily show the arrangement in the physical space.
  • the refrigeration cycle device 1 includes a cold heat source unit 2, a load device 3, and extension pipes 83, 87. Since the cold heat source unit 2 is usually arranged outdoors or outdoors, it may be referred to as an outdoor unit or an outdoor unit. Further, in the present embodiment, the cold heat source unit 2 operates as a cold heat source for discharging heat to the outside.
  • the cold heat source unit 2 of the refrigeration cycle device 1 is configured to be connected to the load device 3 by extension pipes 83 and 87.
  • the cold heat source unit 2 includes a compressor 10, an oil separator 20, a condenser 30, and pipes 80 to 82, 88.
  • the pipe 80 connects the discharge port G2 of the compressor 10 and the oil separator 20.
  • the pipe 81 connects the oil separator 20 and the condenser 30.
  • the pipe 82 connects the condenser 30 and the extension pipe 83.
  • the refrigerant flow path F1 of the cold heat source unit 2 reaches the refrigerant outlet of the cold heat source unit from the pipe 88 through the compressor 10, the pipe 80, the oil separator 20, the pipe 81, the condenser 30, and the pipe 82 in this order.
  • the flow path F1 is configured to form a circulation flow path through which the refrigerant circulates together with the load device 3.
  • the cold heat source unit 2 further includes pipes 91 and 92, a flow rate adjusting device LEV2 arranged between the pipes 91 and the pipes 92, and a control device 100.
  • the pipe 91 is configured to flow refrigerating machine oil from the oil outlet of the oil separator 20 in the circulation flow path to the flow rate adjusting device LEV2.
  • the pipe 92 is configured to flow refrigerating machine oil from the flow rate adjusting device LEV2 to the suction port G1 of the compressor 10.
  • this flow path F2 that branches from the main circuit and sends the refrigerant to the compressor 10 via the flow rate adjusting device LEV2 is referred to as an “oil return path”.
  • the load device 3 includes an expansion device LEV 1, an evaporator 60, and pipes 84, 85, 86.
  • the expansion device LEV1 for example, a temperature expansion valve or an electronic expansion valve can be used.
  • the expansion device LEV1 is a temperature expansion valve controlled independently of the cold heat source unit 2.
  • the compressor 10 compresses the refrigerant sucked from the pipe 88 and discharges it to the pipe 80.
  • the compressor 10 has a suction port G1 and a discharge port G2.
  • the compressor 10 is configured to suck the refrigerant that has passed through the evaporator 60 from the suction port G1 and discharge the compressed refrigerant from the discharge port G2 toward the condenser 30.
  • the flow rate adjusting device LEV2 for example, an expansion valve can be used.
  • the flow rate adjusting device LEV2 is an electronic expansion valve whose opening degree is changed according to a signal given from the control device 100.
  • the compressor 10 is configured to adjust the operating rotation speed Nc according to a control signal from the control device 100. By adjusting the operating rotation speed Nc of the compressor 10, the circulation amount of the refrigerant is adjusted, and the refrigerating capacity of the refrigerating cycle device 1 can be adjusted.
  • Various types of compressors 10 can be adopted, and for example, scroll type, rotary type, screw type and the like can be adopted.
  • the condenser 30 condenses the refrigerant discharged from the compressor 10 and passed through the oil separator 20 and flows it to the pipe 82.
  • the condenser 30 is configured such that a high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 exchanges heat with the outside air. By this heat exchange, the heat-dissipated refrigerant condenses and changes into a liquid phase.
  • a fan (not shown) supplies the outside air through which the refrigerant exchanges heat in the condenser 30 to the condenser 30. By adjusting the rotation speed of the fan, the refrigerant pressure Pd on the discharge side of the compressor 10 can be adjusted.
  • the cold heat source unit 2 further includes pressure sensors 110, 111 and temperature sensors 121, 122, 123.
  • the pressure sensor 110 detects the pressure Ps of the suction refrigerant of the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the pressure sensor 111 detects the pressure Pd of the discharged refrigerant of the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the temperature sensor 121 detects the temperature T1 of the refrigerant discharged from the compressor 10 and outputs the detected value to the control device 100.
  • the temperature sensor 122 detects the temperature Ta of the outside air around the cold heat source unit 2, and outputs the detected value to the control device 100.
  • the temperature sensor 123 detects the temperature T1 of the pipe 92 downstream of the flow rate adjusting device LEV2 of the oil return path F2, and outputs the detected value to the control device 100.
  • the control device 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 102, a memory 104 (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)), an input / output buffer (not shown) for inputting / outputting various signals, and the like. Consists of including.
  • the CPU 102 expands the program stored in the ROM into a RAM or the like and executes the program.
  • the program stored in the ROM is a program in which the processing procedure of the control device 100 is described.
  • the control device 100 executes control of each device in the cold heat source unit 2 according to these programs. This control is not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuit).
  • the temperature sensor 123 is provided on the downstream side of the flow rate adjusting device LEV2 in the oil return path for returning the refrigerating machine oil from the oil separator 20 to the suction portion of the compressor 10 via the flow rate adjusting device LEV2.
  • the control device 100 opens the flow rate adjusting device LEV2 during the operation of the compressor 10, controls the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 based on the discharge pressure Pd, the suction pressure Ps, and the operating rotation speed Nc of the compressor 10, and excessively. Return the required amount of refrigerating machine oil to the compressor 10.
  • the control device 100 monitors the clogging of the oil return path F2 based on the outputs of the temperature sensors 122 and 123. If the detected temperature T1 of the temperature sensor 123 is equal to the ambient temperature Ta detected by the temperature sensor 122 even if the command opening of the flow rate adjusting device LEV2 is equal to or more than a certain value, a flow of refrigerating machine oil is generated in the oil return path. Judge that clogging has occurred. When the clogging is detected, the control device 100 lowers the operating frequency (Nc) of the compressor 10 and issues an alarm to notify the user.
  • Nc operating frequency
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the basic control of the flow rate adjusting device during operation.
  • the control device 100 calculates the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 based on the suction pressure Ps, the discharge pressure Pd, and the operation rotation speed Nc of the compressor 10 in step S1.
  • the suction pressure Ps is detected by the pressure sensor 110, and the discharge pressure Pd is detected by the pressure sensor 111.
  • the operation rotation speed Nc is determined by the control device 100 for controlling the refrigeration cycle device, and a command value is output to the compressor 10.
  • step S2 the control device 100 sets the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 to the opening degree calculated in step S1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the calculation of the opening degree in step S1.
  • the required opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 is calculated in advance.
  • the calculation result can be a map as shown in FIG.
  • the control device 100 can calculate the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 by inputting the detected pressures Ps, Pd and the operation rotation speed Nc which are command values in the map shown in FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the process of monitoring the clogging of the oil return path F2 in the first embodiment. The processing of this flowchart is executed at an appropriate frequency in parallel with the processing of the basic control of FIG.
  • step S11 the control device 100 determines whether or not the command opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 is fully closed.
  • the control is performed in the fully closed state (YES in S11)
  • the control device 100 exits the process of this flowchart and proceeds from step S12. No processing is executed. If it is not controlled to the fully closed state (NO in S11), it can be detected when the oil return path is clogged, so that the control device 100 executes the processes after step S12.
  • step S12 the control device 100 acquires the temperatures Ta and T1 from the temperature sensors 122 and 123, respectively. If the oil return path F2 is normal and an appropriate amount of refrigerating machine oil is flowing, the temperature T1 indicates a temperature higher than the ambient temperature Ta due to the heat received from the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor 10. On the other hand, when the oil return path F2 is clogged and the flow of refrigerating machine oil is obstructed, the temperature T1 becomes about the same as the ambient temperature Ta.
  • step S12 when the temperature difference
  • the determination value for example, 2 Kelvin
  • step S13 the control device 100 determines whether or not the state determined to be YES in step S12 continues for 10 minutes or more. If the state determined to be YES in step S12 is resolved by the time the continuation is continued for 10 minutes (NO in S13), the control device 100 exits the process of this flowchart and does not execute the process of step S14. On the other hand, when the state determined to be YES in step S12 continues for 10 minutes or more (YES in S13), the control device 100 executes the process of step S14.
  • step S14 the control device 100 lowers the operating frequency of the compressor 10 and issues an alarm to notify the user that clogging has been detected.
  • the control device 100 By executing such control, when the oil return path F2 is clogged, the user can protect the compressor 10 and repair the clog without leaving the clog.
  • Embodiment 2 when the oil return route is clogged, the user is notified and repair is urged. However, when the flow rate adjusting device LEV2 is clogged with fine wear debris or the like, the clogging may be cleared by controlling the flow rate adjusting device LEV2 well. In the second embodiment, the clogging is tried to be cleared before notifying the user.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the process of monitoring the clogging of the oil return path F2 in the second embodiment. The processing of this flowchart is executed at an appropriate frequency in parallel with the processing of the basic control of FIG.
  • step S21 the control device 100 determines whether or not the command opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 is fully closed. When the control is performed in the fully closed state (YES in S21), the control device 100 exits the process of this flowchart and does not execute the process after step S12. If the fully closed state is not controlled (NO in S21), the control device 100 executes the processes after step S12.
  • step S22 the control device 100 acquires the temperatures Ta and T1 from the temperature sensors 122 and 123, respectively.
  • is smaller than the determination value (for example, 2 Kelvin) (YES in S22)
  • the control device 100 determines that there is a suspicion of clogging, and processes in step S23. To proceed.
  • the control device 100 exits the processing of this flowchart, and the processing after step S23 is not executed.
  • step S23 the control device 100 increases the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2.
  • the rate of increase is set to an appropriate rate.
  • step S24 the control device 100 determines whether or not the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 is fully open. If it is not fully open (NO in S24), the control device 100 temporarily exits the process of this flowchart without executing the process after step S25. However, by repeating this process in a state where the clogging is not cleared, the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 will eventually be fully opened. However, if the opening is set to be larger than usual and the clogging is cleared in the middle before the fully opened state, the opening of the flow rate adjusting device LEV2 becomes the opening determined by the normal processing of FIG. Set.
  • step S24 the control device 100 executes the process of step S25.
  • step S25 the control device 100 determines whether or not the state determined to be YES in step S24 continues for 10 minutes or more. If the state determined to be YES in step S24 is resolved by the time the continuation is continued for 10 minutes (NO in S25), the control device 100 exits the process of this flowchart and does not execute the process of step S26. On the other hand, when the state determined to be YES in step S24 continues for 10 minutes or more (YES in S25), the control device 100 executes the process of step S26.
  • step S26 the control device 100 lowers the operating frequency of the compressor 10 and issues an alarm to notify the user that clogging has been detected.
  • the clogging of the oil return path F2 once generated in the refrigeration cycle device may be cleared, and repair is not required. The possibility of returning to normal increases.
  • the present disclosure relates to a cold heat source unit 2 of a refrigeration cycle device configured to be connected to a load device 3.
  • the cold heat source unit 2 is connected to the load device 3 in a refrigerant flow path F1 that forms a circulation flow path through which the refrigerant circulates, a compressor 10 arranged in the refrigerant flow path F1, and a refrigerant flow path F1.
  • the oil separator 20 arranged on the discharge port side of the compressor 10, the oil return path F2 for returning the refrigerating machine oil from the oil separator 20 to the compressor 10, and the oil return path F2 arranged and flowing to the oil return path F2.
  • the flow rate adjusting device LEV2 configured to be able to adjust the flow rate of the fluid, the temperature sensor 123 arranged downstream of the flow rate adjusting device LEV2 in the oil return path F2, and the flow rate adjusting device LEV2 opened according to the output of the temperature sensor 123.
  • a control device 100 for controlling the degree is provided.
  • the flow rate adjusting device LEV2 can use an electronic expansion valve.
  • the flow rate adjusting device LEV2 is configured so that the opening degree can be changed.
  • the determination value for example, 2 Kelvin
  • the control device 100 increases the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 within a variable range. , Judge whether the difference is smaller than the judgment value.
  • the opening degree can be gradually changed. By gradually increasing the opening degree in this way, foreign matter caught in the valve may flow and the clogging may be cleared, so that the time and effort of the user's repair can be reduced.
  • control device 100 issues a warning that the oil return path F2 is clogged when the opening degree of the flow rate adjusting device LEV2 reaches the upper limit value.
  • the user can promptly take appropriate measures before the compressor 10 is damaged or the refrigerated items are damaged.
  • the cold heat source unit of the present embodiment can be more effective when the refrigerant has a characteristic of having a large pressure difference such as carbon dioxide.
  • the present disclosure relates to a refrigeration cycle device 1 including any of the above-mentioned cold heat source units 2 and a load device 3 in another aspect.
  • the flow rate adjusting device is provided in the oil return path, the amount of refrigerant bypass from the oil return path can be reduced by setting the opening appropriately to bypass. The loss of the refrigerant is reduced, and the energy saving effect can be obtained. Further, it is possible to realize a highly reliable refrigerator in which the compressor is less likely to break down even if the oil return path is clogged.
  • 1 refrigeration cycle device 1 refrigeration cycle device, 2 cold heat source unit, 3 load device, 10 compressor, 20 oil separator, 30 condenser, 60 evaporator, 80-86, 88, 91, 92 piping, 83,87 extension piping, 100 control Equipment, 102 CPU, 104 memory, 110,111 pressure sensor, 121,122,123 temperature sensor, F1 flow path, F2 oil return path, G1 suction port, G2 discharge port, LEV1 expansion device, LEV2 flow rate adjustment device.

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Abstract

冷熱源ユニット(2)は、負荷装置(3)に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する冷媒流路(F1)と、冷媒流路(F1)に配置される圧縮機(10)と、冷媒流路(F1)において圧縮機(10)の吐出口側に配置される油分離器(20)と、油分離器(20)から圧縮機(10)に冷凍機油を戻す返油経路(F2)と、返油経路(F2)に配置され、返油経路(F2)に流れる流体の流量を調整可能に構成される流量調整装置(LEV2)と、返油経路(F2)において流量調整装置(LEV2)の下流に配置される温度センサ(123)と、温度センサ(123)の出力に応じて流量調整装置(LEV2)の開度を制御する制御装置(100)とを備える。

Description

冷熱源ユニット、および冷凍サイクル装置
 本開示は、冷熱源ユニット、および冷凍サイクル装置に関する。
 冷媒を使用する冷凍サイクル装置には、圧縮機の冷凍機油不足を回避するために、返油機構を備えるものがある。返油機構は、圧縮機から冷媒と一緒に吐出される冷凍機油をオイルセパレータで分離して圧縮機に戻す。
 従来のこの種の返油機構においては、吐出ガスから分離された冷凍機油を吸入側に戻す場合に、キャピラリーなどの減圧装置を介することで、吐出ガスの吸入側への流入を必要最小限に抑制し、冷凍サイクル効率の低下を抑制するようにしている。また、特開2001-82815号公報(特許文献1)に開示された冷凍サイクル装置のように、減圧装置を開度の調節できる絞り機構とし、油戻し流量を調節しているものもある。
特開2001-82815号公報
 近年、冷凍サイクルには、地球温暖化などの環境保護の観点から自然冷媒が使用されるようになってきている。たとえば、二酸化炭素を冷凍サイクルの自然冷媒として使用する場合、運転圧力が従来のハイドロカーボン、フルオロカーボン系の冷媒に対して数倍に達する。
 この場合、圧縮機密閉容器内を吐出ガスで満たす高圧シェル方式とした場合には、密閉容器の強度を維持するために容器の肉厚を高めるなど、生産性および材料コストの観点から問題となる。それに対し、密閉容器内を吐出ガスより低い圧力で満たす低圧シェル方式もしくは中間圧シェル方式では、高圧シェル方式と比べ密閉容器の強度を必要としないが、吐出ガス中に含まれる潤滑油を密閉容器内で分離することが困難であるため、吐出される潤滑油を容器内へ戻す返油機構が必要となる。
 特開2001-82815号公報(特許文献1)に示される流量制御弁の絞り開度を調節する手法は、それ自体は冷媒の種類に関らず有効である。しかし、フルオロカーボン系の冷媒と比べ動作圧力が非常に高い二酸化炭素冷媒を使用する冷凍サイクルにおいては、絞り開度を従来よりも絞らなければならない。このような使い方をすると、摩耗粉やスラッジ等の堆積物が発生した場合に容易に閉塞するなど信頼性低下する可能性があり、冷凍サイクル装置の寿命の低下に大きく影響し、実用上の問題となっていた。
 本開示の冷凍サイクル装置の冷熱源ユニットは、上記課題を解決するものであり、冷凍サイクル装置の返油機構の信頼性を高めることを目的とする。
 本開示は、負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の冷熱源ユニットに関する。冷熱源ユニットは、負荷装置に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する冷媒流路と、冷媒流路に配置される圧縮機と、冷媒流路において圧縮機の吐出口側に配置される油分離器と、油分離器から圧縮機に冷凍機油を戻す返油経路と、返油経路に配置され、返油経路に流れる流体の流量を調整可能に構成される流量調整装置と、返油経路において流量調整装置の下流に配置される温度センサと、温度センサの出力に応じて流量調整装置の開度を制御する制御装置とを備える。
 本開示の冷熱源ユニット、および冷凍サイクル装置によれば、返油機構の信頼性が向上するので、圧縮機が冷凍機油不足をとなる可能性を下げることができる。
実施の形態1の冷凍サイクル装置1の全体構成図である。 運転時の流量調整装置の基本制御を説明するためのフローチャートである。 ステップS1における開度の算出について説明するための図である。 実施の形態1における返油経路F2の詰りを監視する処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2における返油経路F2の詰りを監視する処理を説明するためのフローチャートである。
 以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
 実施の形態1.
 図1は、実施の形態1の冷凍サイクル装置1の全体構成図である。なお、図1では、冷凍サイクル装置における各機器の接続関係および配置構成を機能的に示しており、物理的な空間における配置を必ずしも示すものではない。
 図1を参照して、冷凍サイクル装置1は、冷熱源ユニット2と、負荷装置3と、延長配管83,87とを備える。冷熱源ユニット2は、通常、室外または屋外に配置されるので、室外ユニット、または、屋外ユニットと呼ばれることがある。また冷熱源ユニット2は、本実施の形態では、熱を屋外に排出する冷熱源として動作する。
 冷凍サイクル装置1の冷熱源ユニット2は、延長配管83,87によって、負荷装置3に接続されるように構成される。
 冷熱源ユニット2は、圧縮機10と、油分離器20と、凝縮器30と、配管80~82、88とを備える。実施の形態1では、配管80は、圧縮機10の吐出ポートG2と油分離器20とを接続する。配管81は、油分離器20と凝縮器30とを接続する。配管82は、凝縮器30と延長配管83とを接続する。
 冷熱源ユニット2の冷媒流路F1は、配管88から、圧縮機10、配管80、油分離器20、配管81、凝縮器30、配管82を順に経て冷熱源ユニットの冷媒出口に至る。流路F1は、負荷装置3と共に、冷媒が循環する循環流路を形成するように構成される。
 冷熱源ユニット2は、配管91,92と、配管91と配管92との間に配置される流量調整装置LEV2と、制御装置100とをさらに備える。配管91は、循環流路の油分離器20の油出口から流量調整装置LEV2に冷凍機油を流すように構成される。配管92は、流量調整装置LEV2から圧縮機10の吸入ポートG1に冷凍機油を流すように構成される。以下において、メイン回路から分岐して流量調整装置LEV2を経由して圧縮機10に冷媒を送るこの流路F2を、「返油経路」と呼ぶ。
 負荷装置3は、膨張装置LEV1と、蒸発器60と、配管84,85,86とを含む。膨張装置LEV1としては、たとえば、温度膨張弁または電子膨張弁を使用することができる。好ましくは、膨張装置LEV1は、冷熱源ユニット2と独立して制御される温度膨張弁である。
 圧縮機10は、配管88から吸入される冷媒を圧縮して配管80へ吐出する。圧縮機10は、吸入ポートG1および吐出ポートG2を有する。圧縮機10は、蒸発器60を通過した冷媒を吸入ポートG1から吸入し、吐出ポートG2から凝縮器30に向けて圧縮した冷媒を吐出するように構成される。
 流量調整装置LEV2としては、たとえば、膨張弁を使用することができる。好ましくは、流量調整装置LEV2は、制御装置100から与えられる信号に応じて開度が変更される電子膨張弁である。
 圧縮機10は、制御装置100からの制御信号に従って運転回転速度Ncを調整するように構成される。圧縮機10の運転回転速度Ncを調整することによって冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置1の冷凍能力を調整することができる。圧縮機10には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。
 凝縮器30は、圧縮機10から吐出され油分離器20を通過した冷媒を凝縮して配管82へ流す。凝縮器30は、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換を行なうように構成される。この熱交換により、放熱した冷媒は凝縮して液相に変化する。図示しないファンは、凝縮器30において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器30に供給する。ファンの回転数を調整することにより、圧縮機10の吐出側の冷媒圧力Pdを調整することができる。
 冷熱源ユニット2は、さらに、圧力センサ110,111と、温度センサ121,122,123とを備える。
 圧力センサ110は、圧縮機10の吸入冷媒の圧力Psを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。圧力センサ111は、圧縮機10の吐出冷媒の圧力Pdを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。
 温度センサ121は、圧縮機10から吐出された冷媒の温度T1を検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ122は、冷熱源ユニット2の周囲の外気の温度Taを検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。温度センサ123は、返油経路F2の流量調整装置LEV2の下流の配管92の温度T1を検出し、その検出値を制御装置100へ出力する。
 制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)102と、メモリ104(ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))と、各種信号を入出力するための入出力バッファ(図示せず)等を含んで構成される。CPU102は、ROMに格納されているプログラムをRAM等に展開して実行する。ROMに格納されるプログラムは、制御装置100の処理手順が記されたプログラムである。制御装置100は、これらのプログラムに従って、冷熱源ユニット2における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
 CO冷媒などを使用する差圧の大きい冷凍機では、油分離器からの返油経路に冷媒が多くバイパスしてしまうことを防ぐため、流量制御が必要となる。しかし流量調整装置LEV2を配置すると、異物などが詰まった時に圧縮機10に油枯渇が生じて圧縮機10が故障するおそれがある。
 そこで、本実施の形態では、油分離器20から流量調整装置LEV2を経て圧縮機10の吸入部に冷凍機油を戻す返油経路において、流量調整装置LEV2の下流側に温度センサ123を設ける。
 制御装置100は、圧縮機10の運転中は流量調整装置LEV2を開き、吐出圧力Pd、吸入圧力Psおよび圧縮機10の運転回転速度Ncに基づいて流量調整装置LEV2の開度を制御し、過不足ない必要量の冷凍機油を圧縮機10に戻す。
 このときに、制御装置100は、温度センサ122,123の出力に基づいて返油経路F2の詰りを監視する。流量調整装置LEV2の指令開度が一定値以上であっても温度センサ123の検出温度T1が温度センサ122の検出する周囲温度Taと同等であれば返油経路に冷凍機油の流れが生じておらず詰りが生じたと判断する。制御装置100は、詰りを詰り検知したら圧縮機10の運転周波数(Nc)を低下させ、警報を発してユーザに知らせる。
 以下、フローチャートを示して、制御装置100が実行する流量調整装置LEV2に関する制御について説明する。
 図2は、運転時の流量調整装置の基本制御を説明するためのフローチャートである。図2を参照して、制御装置100は、ステップS1において圧縮機10の吸入圧力Ps、吐出圧力Pdおよび運転回転速度Ncに基づいて流量調整装置LEV2の開度を算出する。吸入圧力Psは、圧力センサ110によって検出され、吐出圧力Pdは、圧力センサ111によって検出される。運転回転速度Ncは、冷凍サイクル装置の制御のために制御装置100が決定し、圧縮機10に指令値を出力している。
 そして、ステップS2において制御装置100は、流量調整装置LEV2の開度をステップS1で算出した開度に設定する。
 図3は、ステップS1における開度の算出について説明するための図である。冷凍サイクル装置の設計者は、様々な運転条件において、圧縮機10から持ち出される冷凍機油の量、油分離器20が油を冷媒から分離する効率、差圧ΔP(=Pd-Ps)に基づいて流量調整装置LEV2の必要開度を予め計算しておく。計算結果は、図3に示すようなマップとすることができる。
 制御装置100は、図3に示すマップに検出した圧力Ps,Pd、指令値である運転回転速度Ncを入力することにより、流量調整装置LEV2の開度を算出することができる。
 図4は、実施の形態1における返油経路F2の詰りを監視する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図2の基本制御の処理と並行して適宜の頻度で実行される。
 ステップS11において、制御装置100は、流量調整装置LEV2の指令開度が全閉か否かを判断する。全閉状態に制御されている場合には(S11でYES)、返油経路に詰りが生じていても検出することができないので、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS12以降の処理は実行しない。全閉状態に制御されていない場合には(S11でNO)、返油経路に詰りが生じた場合に検出可能であるので、制御装置100は、ステップS12以降の処理を実行する。
 ステップS12では、制御装置100は、温度Ta,T1をそれぞれ温度センサ122,123から取得する。返油経路F2が正常であり、適正な量の冷凍機油が流れていれば、温度T1は圧縮機10から吐出される高温高圧の冷媒から受けた熱によって周囲温度Taよりも高い温度を示す。一方、返油経路F2に詰りが生じていて冷凍機油の流れが阻害されている場合には、温度T1は、周囲温度Taと同じくらいの温度になってしまう。
 このような現象を利用して、ステップS12において制御装置100は、温度差|T1-Ta|が判定値(たとえば2ケルビン)よりも小さい場合(S12でYES)には、詰りが生じた疑いがありと判断し、ステップS13に処理を進める。温度差が判定値以上である場合(S12でNO)には、詰りがないと判断し、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS13以降の処理は実行しない。
 ステップS13では、制御装置100は、ステップS12でYESと判定される状態が10分以上継続しているか否かを判断する。10分継続するまでにステップS12でYESと判定される状態が解消した場合(S13でNO)、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS14の処理は実行しない。一方、ステップS12でYESと判定される状態が10分以上継続している場合(S13でYES)、制御装置100は、ステップS14の処理を実行する。
 ステップS14では、制御装置100は、圧縮機10の運転周波数を低下させ、警報を発して詰りを検知したことをユーザに知らせる。このような制御を実行することによって、返油経路F2の詰りが発生した場合に、ユーザは、詰りを放置することなく圧縮機10の保護、詰りの修理等を行なうことができる。
 実施の形態2.
 実施の形態1では、返油経路に詰りが生じた場合、ユーザに報知し、修理を促した。しかし、流量調整装置LEV2に微細な摩耗粉などが詰まった場合には、流量調整装置LEV2をうまく制御することにより詰りが解消することもある。実施の形態2では、ユーザに報知する前に、詰りの解消を試みる。
 図5は、実施の形態2における返油経路F2の詰りを監視する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図2の基本制御の処理と並行して適宜の頻度で実行される。
 ステップS21において、制御装置100は、流量調整装置LEV2の指令開度が全閉か否かを判断する。全閉状態に制御されている場合には(S21でYES)、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS12以降の処理は実行しない。全閉状態に制御されていない場合には(S21でNO)、制御装置100は、ステップS12以降の処理を実行する。
 ステップS22では、制御装置100は、温度Ta,T1をそれぞれ温度センサ122,123から取得する。ステップS22において制御装置100は、温度差|T1-Ta|が判定値(たとえば2ケルビン)よりも小さい場合(S22でYES)には、詰りが生じた疑いがありと判断し、ステップS23に処理を進める。温度差が判定値以上である場合(S22でNO)には、詰りがないと判断し、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS23以降の処理は実行しない。
 ステップS23では、制御装置100は、流量調整装置LEV2の開度を増加させる。増加させる割合は、適宜の割合に設定される。
 続いて、ステップS24において、制御装置100は、流量調整装置LEV2の開度が全開となっているか否かを判断する。全開でない場合(S24でNO)、制御装置100は、まだステップS25以降の処理を実行せずに、一旦このフローチャートの処理を抜ける。ただし、詰りが解消しない状態でこの処理が繰返されることによって、流量調整装置LEV2の開度は、いずれ全開状態になる。ただし、開度が通常よりも大きく設定されることによって、全開状態になる前に途中で詰りが解消すれば、通常の図2の処理で決定される開度に流量調整装置LEV2の開度が設定される。
 一方、全開である場合(S24でYES)、制御装置100は、ステップS25の処理を実行する。ステップS25では、制御装置100は、ステップS24でYESと判定される状態が10分以上継続しているか否かを判断する。10分継続するまでにステップS24でYESと判定される状態が解消した場合(S25でNO)、制御装置100は、このフローチャートの処理から抜け、ステップS26の処理は実行しない。一方、ステップS24でYESと判定される状態が10分以上継続している場合(S25でYES)、制御装置100は、ステップS26の処理を実行する。
 ステップS26では、制御装置100は、圧縮機10の運転周波数を低下させ、警報を発して詰りを検知したことをユーザに知らせる。
 実施の形態2では、実施の形態1と同様な効果が得られることに加え、さらに、冷凍サイクル装置で一旦生じた返油経路F2の詰りが解消される場合もあり、修理を行なわなくても正常に復帰できる可能性が高まる。
 (まとめ)
 以上説明した実施の形態について、再び図面を参照して説明する。
 本開示は、負荷装置3に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の冷熱源ユニット2に関する。冷熱源ユニット2は、負荷装置3に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する冷媒流路F1と、冷媒流路F1に配置される圧縮機10と、冷媒流路F1において圧縮機10の吐出口側に配置される油分離器20と、油分離器20から圧縮機10に冷凍機油を戻す返油経路F2と、返油経路F2に配置され、返油経路F2に流れる流体の流量を調整可能に構成される流量調整装置LEV2と、返油経路F2において流量調整装置LEV2の下流に配置される温度センサ123と、温度センサ123の出力に応じて流量調整装置LEV2の開度を制御する制御装置100とを備える。
 このような構成とすることによって、返油経路F2の詰りが発生した場合に、ユーザは、放置することなく圧縮機10の保護、詰りの修理等を行なうことができる。
 好ましくは、流量調整装置LEV2は、電子膨張弁を用いることができる。
 好ましくは、流量調整装置LEV2は、開度を変更することが可能に構成される。制御装置100は、温度センサ123で検出した温度T1と周囲温度Taとの差が判定値(たとえば2ケルビン)よりも小さい場合に、流量調整装置LEV2の開度を可変範囲内で増加させた後、差が判定値よりも小さいか否かを判断する。
 たとえば、流量調整装置LEV2として電子膨張弁を使用すれば、徐々に開度を変化させることができる。このように、徐々に開度を増加させることにより、弁に挟まっていた異物が流れ、詰りが解消する場合もあるため、ユーザの修理の手間を減らすことができる。
 より好ましくは、制御装置100は、流量調整装置LEV2の開度が上限値に到達した場合に、返油経路F2に詰りが生じた旨の警告を発する。
 これにより、ユーザは、圧縮機10が損傷したり、冷蔵物などが傷んだりする前に速やかに適切な措置を講ずることができる。
 限定されないが、冷媒が、二酸化炭素のような圧力差が大きい特性を有する冷媒の場合に、本実施の形態の冷熱源ユニットは、より効果が発揮できる。
 本開示は、他の局面では、上記いずれかの冷熱源ユニット2と、負荷装置3とを備える冷凍サイクル装置1に関する。
 以上説明したように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、返油経路に流量調整装置を設けるので、適正開度とすることにより返油経路からの冷媒バイパス量を削減することができバイパスする冷媒の損失が縮小し、省エネ効果を得ることができる。さらに、返油経路が詰まっても圧縮機が故障しにくい信頼性の高い冷凍機を実現することができる。
 今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 冷凍サイクル装置、2 冷熱源ユニット、3 負荷装置、10 圧縮機、20 油分離器、30 凝縮器、60 蒸発器、80~86,88,91,92 配管、83,87 延長配管、100 制御装置、102 CPU、104 メモリ、110,111 圧力センサ、121,122,123 温度センサ、F1 流路、F2 返油経路、G1 吸入ポート、G2 吐出ポート、LEV1 膨張装置、LEV2 流量調整装置。

Claims (6)

  1.  負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の冷熱源ユニットであって、
     前記負荷装置に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する冷媒流路と、
     前記冷媒流路に配置される圧縮機と、
     前記冷媒流路において前記圧縮機の吐出口側に配置される油分離器と、
     前記油分離器から前記圧縮機に冷凍機油を戻す返油経路と、
     前記返油経路に配置され、前記返油経路に流れる流体の流量を調整可能に構成される流量調整装置と、
     前記返油経路において前記流量調整装置の下流に配置される温度センサと、
     前記温度センサの出力に応じて前記流量調整装置の開度を制御する制御装置とを備える、冷熱源ユニット。
  2.  前記流量調整装置は、電子膨張弁を備える、請求項1に記載の冷熱源ユニット。
  3.  前記流量調整装置は、開度を変更することが可能に構成され、
     前記制御装置は、前記温度センサで検出した温度と周囲温度との差が判定値よりも小さい場合に、前記流量調整装置の開度を可変範囲内で増加させた後、前記差が前記判定値よりも小さいか否かを判断する、請求項1に記載の冷熱源ユニット。
  4.  前記制御装置は、前記流量調整装置の開度が上限値に到達した場合に、前記返油経路に詰りが生じた旨の警告を発する、請求項3に記載の冷熱源ユニット。
  5.  前記冷媒は、二酸化炭素である、請求項1に記載の冷熱源ユニット。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の冷熱源ユニットと、前記負荷装置とを備える冷凍サイクル装置。
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