(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒ガスを生成する圧縮機と、前記圧縮機で生成された高温高圧の冷媒ガスを周囲の空気または水との熱交換により冷却し凝縮して冷媒液を生成する凝縮器と、前記凝縮器で生成された冷媒液を一時蓄えるレシーバータンクと、前記レシーバータンクから供給される冷媒液を蒸発させて周囲の空気または水を冷却する冷却器とを有し、前記冷却器から吐出される冷媒ガスを再び前記圧縮機に戻す空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、
前記冷却器から吐出される冷媒ガスを冷媒とオイルに分離する分離器を備えるとともに、前記分離器で分離された冷媒ガスを一時溜めるアキュムレータと、前記分離器で分離されたオイルを一時溜めるオイルタンクとを備え、
前記圧縮機には出力及び圧縮方法が異なる複数台の圧縮機を用いるとともに、各圧縮機に前記アキュムレータから冷媒ガスを供給する配管と、前記オイルタンクから各圧縮機に各圧縮機の出力に応じた適量のオイルを供給する配管とを備え、
前記複数台の圧縮機を駆動する１台のインバータ装置を備え、
前記インバータ装置が出力する駆動電流を出力の小さな圧縮機から出力の大きな圧縮機に順次切り替えて与え、かつ、前記駆動電流の周波数を、前記圧縮機のモータの性能に見合った最適な周波数範囲の下限値から上限値まで連続的に上げ、その間に前記駆動電流が与えられている圧縮機の圧力が設定値に達したときはその時点で前記周波数を固定する制御装置を備えた、
ことを特徴とする空調・冷蔵・冷凍システム。
【請求項２】
請求項１記載の空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、駆動電源としてインバータ装置からの電源と商用電源を併用することを特徴とする空調・冷蔵・冷凍システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、 前記インバータ装置の出力周波数は２０〜７５Ｈｚの範囲であること特徴とする空調・冷蔵・冷凍システム。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、前記オイルタンクから各圧縮機に各圧縮機の出力に応じた適量のオイルを供給するため、各圧縮機にオイルレベル検知器が設けられ、前記オイルタンクと前記各圧縮機の間に前記オイルレベル検知器の検知に基づいて動作される電磁弁もしくはフロート弁が設けられていることを特徴とする空調・冷蔵・冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調・冷蔵・冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現行の空調・冷蔵・冷凍システムは、冷却設備の負荷変動に対応できるようにするため、圧縮機を複数台搭載し、圧縮機毎に制御する方法を採用している。ところで、圧縮機には、例えば全密閉１００Wクラスの小型機から半密閉・スクリュー等の５０馬力クラスの大型機まで様々な種類があるが、このような出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を一括で制御することは困難であった。
【０００３】
この理由は、全密閉、半密閉、スクロール等の圧縮方法の種類が異なる空調・冷蔵・冷凍機へのオイル（潤滑油）供給を各種類とも同等に行うことが難しいこと、また、冷媒の流速でオイルを戻していたことから冷却設備からの戻り配管からのオイル戻しが難しいことなどのためである。
【０００４】
このようなオイルと冷媒とを混在させて供給する場合に生じるオイル戻しの困難性については、オイル戻し専用回路を設けてオイルと冷媒の供給とを分離することにより解決した例がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、最近の空調・冷蔵・冷凍システムにおいては、インバータ装置を用いて圧縮機を駆動させる技術も開発されている（例えば、特許文献２参照）。インバータ装置を用いて圧縮機を制御する場合の利点として、固定周波数である商用電源を用いる場合と異なり、所定の冷却を行う際に適正な周波数を選択することができるので、省エネ効果を発揮することが可能である。しかし、現在、１台のインバータ装置により複数の出力及び圧縮方法の異なる圧縮機を制御することは行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４７３２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２８６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機により空調・冷蔵・冷凍システムを構築する場合、オイル戻しが困難であるという問題があった。一方、最近は省エネを図ることができる機器が望まれているが、省エネに効果があるインバータ装置を用いて空調・冷蔵・冷凍システムを構築する場合でも、従来は出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を一括で制御することは行われていなかった。すなわち、個々の圧縮機にそれぞれインバータ装置を搭載しなければならないので、コスト高の要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、１台のインバータ装置を用いて出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を制御することにより、省エネを実現でき、かつ、コストの安い空調・冷蔵・冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを生成する圧縮機と、圧縮機で生成された高温高圧の冷媒ガスを周囲の空気または水との熱交換により冷却し凝縮して冷媒液を生成する凝縮器と、凝縮器で生成された冷媒液を一時蓄えるレシーバータンクと、レシーバータンクから供給される冷媒液を蒸発させて周囲の空気または水を冷却する冷却器とを有し、冷却器から吐出される冷媒ガスを再び圧縮機に戻す空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、冷却器から吐出される冷媒ガスを冷媒とオイルに分離する分離器を備えるとともに、分離器で分離された冷媒ガスを一時溜めるアキュムレータと、分離器で分離されたオイルを一時溜めるオイルタンクとを備え、前記圧縮機を出力及び圧縮方法が異なる複数台の圧縮機で構成するとともに、その複数台の圧縮機を駆動する１台のインバータ装置を備え、かつ、各圧縮機にアキュムレータから冷媒ガスを供給する配管と、オイルタンクから各圧縮機に各圧縮機の出力に応じた適量のオイルを供給する配管とを設け、前記インバータ装置が出力する駆動電流を出力の小さな圧縮機から出力の大きな圧縮機に順次切り替えて与え、かつ、駆動電流の周波数を圧縮機のモータの性能に見合った最適な周波数範囲の下限値から上限値まで連続的に上げ、その間に駆動電流を与えられている圧縮機の圧力が設定値に達したときはその時点で周波数を固定する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記空調・冷蔵・冷凍システムの駆動電源として、インバータ装置からの電源と商用電源を併用することが好ましい。
【００１１】
上記インバータ装置の出力周波数は、２０〜７５Ｈｚの範囲であることが好ましい。
【００１２】
上記オイルタンクから各圧縮機に各圧縮機の出力に応じた適量のオイルを供給するため、各圧縮機にオイルレベル検知器が設けられ、オイルタンクと前記各圧縮機の間にオイルレベル検知器の検知に基づいて動作される電磁弁もしくはフロート弁が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、１台のインバータ装置で出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を１台ずつ順次制御するので、省エネルギー効果と運転コスト低減効果が得られる。また、オイルタンクから圧縮機の出力に応じた適量のオイル（混合冷媒でなく、オイルのみ)が各圧縮機に供給されるため、個々の圧縮機に適正な量のオイル供給を行うことができるという顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す動作回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図において原則同一の構成部材には同一の符号を付す。
【００１６】
図１は本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す説明図である。図１において本発明の空調・冷蔵・冷凍システム１は、冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒ガスを生成する圧縮機６と、圧縮機６で生成された高温高圧の冷媒ガスを周囲の空気または水との熱交換により冷却し凝縮して冷媒液を生成する凝縮器７と、凝縮器７で生成された冷媒液を一時蓄えるレシーバータンク８と、レシーバータンク８から供給される冷媒液を蒸発させて周囲の空気または水を冷却する冷却器２とを有し、冷却器２から吐出された冷媒ガスを再び圧縮機６に戻すように構成されている。以上の構成は、従来の空調・冷蔵・冷凍システムと同様である。
【００１７】
また、本発明の空調・冷蔵・冷凍システム１は、冷却器２の下流側に冷却器２から吐出された冷媒ガスを冷媒とオイルに分離する分離器３を備えている。そして、分離器３で分離された冷媒ガスを送るためのサクション配管４と、サクション配管４を送られた冷媒ガスを一時的に蓄えるアキュムレータ５とを有している。さらに、分離器３で分離されたオイルを送るためのオイル戻し専用管１１と、そのオイル戻し専用管１１に設けられたオイルポンプ１０と、オイルポンプ１０により送られるオイルを一時溜めるオイルタンク１２とを有している。
【００１８】
上記圧縮機６は、それぞれ出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機、例えば、半密閉型の大型圧縮機６ａ、スクロール型の中型圧縮機６ｂ、全密閉型の小型圧縮機６ｃから構成されている。例えば、大型圧縮機６ａは１０馬力、中型圧縮機６ｂは５馬力、小型圧縮機６ｃは２馬力の出力を有している。
【００１９】
なお、圧縮機６、凝縮器７、レシーバータンク８を経由して冷却器２に戻る回路においては、冷媒液にはオイル（潤滑油）が混合されている。このオイルは分離器３において冷媒ガスから分離されてオイルポンプ１０によりオイル戻し専用管１１を経由してオイルタンク１２に貯蔵される。分離器３にはオイルレベル検知器１４が備えられており、分離器３内のオイル面を常時監視できる。そして、オイルレベルに応じてオイルポンプ１０が稼働されてオイルがオイルタンク１２に送られるようになっている。
【００２０】
オイルタンク１２は、圧縮機６(６ａ、６ｂ、６ｃ)のオイル面よりも高い位置に配置されており、その高低差とオイルの比重差を利用してオイルタンク１２から各電磁弁１３を経由して各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃにオイルが供給されるようになっている。圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃ毎に電磁弁１３を設ける理由は、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃの出力に応じて当該圧縮機に最適な潤滑性を維持するのに必要な適量のオイルを供給できるようにするためである。この際、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃにはそれぞれオイルレベル検知器１５が備えられており、オイル面を監視しながらオイル供給を行うようになっている。アキュムレータ５に蓄えられた冷媒ガスは、圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃに等しく流入する。これにより、アキュムレータ５からの冷媒ガスとオイルタンク１２からのオイルが再び圧縮機６で混合される。
【００２１】
なお、オイルタンク１２から圧縮機６へのオイル供給について、本実施の形態では電磁弁１３を用いる方法が示されているが、フロート弁を用いることも可能である。即ちオイル供給の方式については、本発明の目的に適うものならば特に制限はない。
【００２２】
このように、冷媒ガスとオイルについて、冷媒ガスはサクション配管４により、オイルはオイル戻し専用管１１により、それぞれ別系統で戻すことができるため、従来困難であった混合冷媒のオイル戻しを効率よく行うことができる。また、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃにオイルのみを、電磁弁１３を経て供給するので、確実にオイルの適量供給を行うことができる。
【００２３】
本発明の空調・冷蔵・冷凍システムは、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃを１台のインバータ装置２０で駆動するための制御装置を有する。図１において、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃは、接続線を破線で示すインバータ装置２０及び一点鎖線で示す周波数５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの商用電源３０に接続されている。
【００２４】
制御装置について図２を用いて説明する。図２は制御装置の制御対象を示す回路図である。制御装置は、インバータ装置２０が出力する駆動電流を、出力の小さな圧縮機から出力の大きな圧縮機に順次切り替えて与え、かつ、駆動電流の周波数を圧縮機のモータの性能に見合った最適な周波数範囲の下限値から上限値まで連続的に上げ、その間に駆動電流を与えられている圧縮機の圧力が設定値に達したときはその時点で駆動電流の周波数を固定する制御を行う。
【００２５】
制御装置は、図２において、インバータ装置２０及び商用電源３０を、それぞれ大型圧縮機６ａ、中型圧縮機６ｂ、小型圧縮機６ｃと接続できるようになっている。それらの接続回路の途中にはそれぞれ商用マグネットスイッチ３１、３２、３３及びインバータ用マグネットスイッチ４１、４２、４３が設けられている。また、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃの近傍には圧縮機保護用のサーマルリレー２１、２２、２３がそれぞれ設けられている。
【００２６】
以下に、制御装置の動作を具体的に説明する。まず、冷却の対象物によって初期設定圧力（冷却温度範囲）を設定する。この後、例えばインバータ用マグネットスイッチ４３をＯＮにしてインバータ装置２０と小型圧縮機６ｃを接続する。この時、小型圧縮機６ｃと商用電源３０との回路は、商用マグネットスイッチ３３をＯＦＦにして遮断しておく。また、その他のインバータ用マグネットスイッチ４１、４２及び商用マグネットスイッチ３１、３２もＯＦＦにしておく。
【００２７】
このような回路構成において、制御装置は、インバータ装置２０を制御してインバータ装置２０が供給する駆動電流の周波数を、圧縮機のモータの性能に見合った最適な周波数範囲の下限値、例えば、２０Ｈｚの周波数をインバータ装置２０から小型圧縮機６ｃに掛け、冷却を開始する。そして、小型圧縮機６ｃの吐出圧力が初期設定圧力の範囲に入るまで周波数を上げていく。周波数を圧縮機のモータの性能に見合った最適な周波数範囲の上限値、例えば７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すれば、その時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つ。
【００２８】
もし、周波数を７５Ｈｚまで上げても初期設定圧力まで到達しない場合（冷却が不十分な場合）には、小型圧縮機６ｃよりも出力の大きい中型圧縮機６ｂに切り替えて冷却を行う。この時は、小型圧縮機６ｃの回路を構成しているインバータ用マグネットスイッチ４３をＯＦＦにし、直ちに中型圧縮機６ｂの回路に設けられたインバータ用マグネットスイッチ４２をＯＮにする。大型圧縮機６ａのインバータ用マグネットスイッチ４１、各商用電源回路に設けられている商用マグネットスイッチ３１、３２、３３はいずれもＯＦＦにしておく。
【００２９】
このようにして、インバータ装置２０から周波数２０Ｈｚを中型圧縮機６ｂに掛け、冷却状態を監視しながら周波数を７５Ｈｚまで順次上げていく。小型圧縮機６ｃの場合と同様に、周波数を７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すれば、その時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つ。
【００３０】
中型圧縮機６ｂにおいてもまだ初期設定圧力に到達しない場合は、さらに中型圧縮機６ｂよりも出力の大きい大型圧縮機６ａに切り替えて冷却を行う。この時は、中型圧縮機６ｂの回路を構成しているインバータ用マグネットスイッチ４２をＯＦＦにし、直ちに大型圧縮機６ａの回路に設けられたインバータ用マグネットスイッチ４１をＯＮにする。小型圧縮機６ｃのインバータ用マグネットスイッチ４３、各商用電源回路に設けられている商用マグネットスイッチ３１、３２、３３はいずれもＯＦＦにしておく。
【００３１】
このようにして、インバータ装置２０から周波数２０Ｈｚを大型圧縮機６ａに掛け、冷却状態を監視しながら周波数を７５Ｈｚまで順次上げていく。周波数を７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すれば、その時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つ。
【００３２】
以上のようにして、１台のインバータ装置２０を用いて、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃを随時切り替えながら冷却を行う。なお、インバータ装置２０からの周波数は、上記したように２０Ｈｚ〜７５Ｈｚの間が好ましい。これは、この範囲が圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃのモータの性能低下、即ち圧縮効率の低下を防ぐための最適な周波数範囲であるからである。
【００３３】
このように、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃを１台のインバータ装置２０を用いて随時切り替えながら制御を行うので、負荷の大小に応じて適切な周波数により冷却の制御を行うことができることから、周波数が固定の商用電源だけで冷却を行うよりも省エネの効果が大きく、従って運転コストの削減効果も大きくなる。
【００３４】
ところで、大型圧縮機６ａを用いてもなお冷却が不十分な場合には、他の圧縮機６ｂあるいは６ｃと併用して冷却を行ってもよい。具体的には、大型圧縮機６ａをインバータ装置２０と接続したまま、例えば小型圧縮機６ｃの回路途中に設けられた商用マグネットスイッチ３３をＯＮにし、インバータ装置２０からの電力とともに、商用電源３０からの電力も併用することにより、さらに冷却能力の向上を図ることができる。
【００３５】
このようにして、必要に応じてインバータ装置２０を用いた大型圧縮機６ａとともに、商用電源を用いて小型圧縮機６ｃを用いたり、小型圧縮機６ｃから中型圧縮機６ｂに切り替えたり、さらに中型圧縮機６ｂと小型圧縮機６ｃをともに用いたりして、適宜な回路構成を有する空調・冷蔵・冷凍システムを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の空調・冷蔵・冷凍システムは、大型店舗、倉庫、施設等の空調・冷蔵・冷凍システムとして適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ 空調・冷蔵・冷凍システム
２ 冷却器
３ 分離器
４ サクション配管
５ アキュムレータ
６ 圧縮機
６ａ 半密閉型の大型圧縮機
６ｂ スクロール型の中型圧縮機
６ｃ 全密閉型の小型圧縮機
７ 凝縮器
８ レシーバータンク（受液器）
９ 電磁弁
１０ オイルポンプ
１１ オイル戻し専用管
１２ オイルタンク
１３ 電磁弁
１４ オイルレベル検知器
１５ オイルレベル検知器
２０ インバータ装置
２１、２２、２３ サーマルリレー
３１、３２、３３ 商用マグネットスイッチ
４１、４２、４３ インバータ用マグネットスイッチ
【図１】
0005627947.tif 000002
【図２】
0005627947.tif 000003