(57)【要約】      （修正有）【課題】油タンク内のフォーミングをより確実に抑制する冷凍機および冷凍機制御方法を提供する。【解決手段】圧縮機３と、凝縮器５と、蒸発器９と、潤滑油を貯留する油タンク１７と、油タンク１７内の潤滑油を加熱可能な油ヒータ１７２と、潤滑油の温度を計測可能な温度センサ２７と、油タンク１７内の下方に設置され、潤滑油を油主配管１９−１を通じて圧縮機３に送出するための油ポンプ１７１と、潤滑油の一部が油タンク１７の上方に戻されるように配置された油戻し管１９−２と、温度センサ２７の温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように油ヒータ１７２を制御する油ヒータ制御部１０２と、油ポンプ１７１の起動および停止を制御する油ポンプ制御部１０１と、を備え、油ヒータ制御部１０２は、圧縮機３の運転停止後に油温度設定値を、圧縮機３の運転中の値より高い値に上昇させ、油ポンプ制御部１０１は、運転停止後に油ポンプ１７１を運転させる。【選択図】図１
2018173204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを熱交換により放熱させて凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁によって膨張された液冷媒を熱交換により吸熱させて蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、
前記油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、
前記油タンク内の潤滑油を加熱可能な油ヒータと、
前記油タンク内に設けられ、当該設けられた位置における前記潤滑油の温度を計測可能な温度センサと、
前記油タンク内の下方に設置され、前記潤滑油を、油主配管を通じて前記圧縮機に送出するための油ポンプと、
前記油ポンプによって送出された前記潤滑油の一部が前記油タンクの上方に戻されるように配置された油戻し管と、
前記温度センサの温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように前記油ヒータを制御する油ヒータ制御部と、
前記油ポンプの起動および停止を制御する油ポンプ制御部と、
を備え、
前記油ヒータ制御部は、前記圧縮機の運転停止後に前記油温度設定値を、前記圧縮機の運転中の値より高い値に上昇させ、
前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる
冷凍機。
【請求項２】
前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後であって、少なくとも、前記油ヒータ制御部の制御に基づき前記温度センサの温度計測値が上昇している最中に前記油ポンプを運転させる
請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる際、インチング運転を行う
請求項１または２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記油ポンプ制御部は、前記インチング運転時における前記油ポンプの起動時間を、前記油ポンプから送出される前記潤滑油が前記油主配管を通じて前記圧縮機に到達するまでに要する時間未満とする
請求項３に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記油ポンプ制御部は、前記インチング運転時における前記油ポンプの停止時間を、前記油ポンプから送出される前記潤滑油が前記油戻し管を通じて前記油タンクの上方に戻された際に発生する冷媒ガスによる気泡が消失するまでの時間以上とする
請求項３または４に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記油ポンプ制御部は、前記温度センサの温度計測値に基づき、前記インチング運転の実行タイミングを決定する
請求項３から５のいずれか１項に記載の冷凍機。
【請求項７】
前記油ポンプ制御部は、前記温度センサの温度計測値が前記圧縮機の運転停止後に上昇させた前記油温度設定値以上である場合、所定の時間間隔で前記インチング運転を実行する
請求項３から６のいずれか１項に記載の冷凍機。
【請求項８】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを熱交換により放熱させて凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁によって膨張された液冷媒を熱交換により吸熱させて蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、
前記油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、
前記油タンク内の潤滑油を加熱可能な油ヒータと、
前記油タンク内に設けられ、当該設けられた位置における前記潤滑油の温度を計測可能な温度センサと、
前記油タンク内の下方に設置され、前記潤滑油を、油主配管を通じて前記圧縮機に送出するための油ポンプと、
前記油ポンプによって送出された前記潤滑油の一部が前記油タンクの上方に戻されるように配置された油戻し管と、
前記温度センサの温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように前記油ヒータを制御する油ヒータ制御部と、
前記油ポンプの起動および停止を制御する油ポンプ制御部と、
を備える冷凍機の制御方法であって、
前記油ヒータ制御部によって、前記圧縮機の運転停止後に前記油温度設定値を、前記圧縮機の運転中の値より高い値に上昇させ、
前記油ポンプ制御部によって、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる
冷凍機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機および冷凍機制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ冷凍機に使用しているＨＦＣ（代替フロン）冷媒は、ＧＷＰ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｗａｒｍｉｎｇ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：地球温暖化係数）が数百〜数千であり、環境への配慮からＧＷＰが１桁のＨＦＯ冷媒への転換が必要である。これに対応するため、燃焼性のないＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）といった低圧冷媒をチラー用冷媒とすることがある。ターボ冷凍機は、一般に、ターボ圧縮機に供給する潤滑油が貯留された油タンクを備えている。ここで、ＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）の冷媒ガスの比体積は、ＨＦＣ−１３４ａの約５倍である。そのため、低圧冷媒を用いた冷凍機では、油タンク内の圧力が大気圧以下になると、ガス体積が大きくなる。つまり、低圧冷媒を用いた冷凍機では、油タンク内の潤滑油に溶け込んでいた同質量の冷媒が圧力低下して蒸発した場合、高圧冷媒を用いた冷凍機と比較して、蒸発する冷媒の体積が大きくなり、油タンクの潤滑油に泡立ちが生じるフォーミングが発生しやすくなる。特に、低圧側の圧力低下速度が大きい起動時は、油タンク内の潤滑油にフォーミングが発生しやすい。
【０００３】
特許文献１には、ターボ圧縮機を起動させるときに、吸入容量制御部の開度を目標開度よりも小さな開度で起動した後、速やかに目標開度まで開けることで、目標開度未満である運転時間をできるだけ短くして冷媒の通過抵抗を小さくし、吸入容量制御部の下流側の圧力低下を抑制することによってフォーミングの発生を抑えることが開示されている。
【０００４】
しかし、同じ圧力低下速度でも圧力の値によって潤滑油に対する冷媒溶解量は異なるので、潤滑油からの冷媒溶け出し量は、油タンク内の圧力によって異なる。また、潤滑油に対する冷媒溶解量は温度にも依存する。また、油タンク内の潤滑油の位置の違いによる温度差が原因となり、フォーミングが発生する場合もある。したがって、油タンク内のフォーミングを状況に応じてより確実に抑制することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、油タンク内のフォーミングをより確実に抑制することができる冷凍機および冷凍機制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを熱交換により放熱させて凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁によって膨張された液冷媒を熱交換により吸熱させて蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、前記油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、前記油タンク内の潤滑油を加熱可能な油ヒータと、前記油タンク内に設けられ、当該設けられた位置における前記潤滑油の温度を計測可能な温度センサと、前記油タンク内の下方に設置され、前記潤滑油を、油主配管を通じて前記圧縮機に送出するための油ポンプと、前記油ポンプによって送出された前記潤滑油の一部が前記油タンクの上方に戻されるように配置された油戻し管と、前記温度センサの温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように前記油ヒータを制御する油ヒータ制御部と、前記油ポンプの起動および停止を制御する油ポンプ制御部と、を備え、前記油ヒータ制御部は、前記圧縮機の運転停止後に前記油温度設定値を、前記圧縮機の運転中の値より高い値に上昇させ、前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる冷凍機である。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後であって、少なくとも、前記油ヒータ制御部の制御に基づき前記温度センサの温度計測値が上昇している最中に前記油ポンプを運転させる。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる際、インチング運転を行う。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記インチング運転時における前記油ポンプの起動時間を、前記油ポンプから送出される前記潤滑油が前記油主配管を通じて前記圧縮機に到達するまでに要する時間未満とする。
【００１１】
本発明の第５の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記インチング運転時における前記油ポンプの停止時間を、前記油ポンプから送出される前記潤滑油が前記油戻し管を通じて前記油タンクの上方に戻された際に発生する冷媒ガスによる気泡が消失するまでの時間以上とする。
【００１２】
本発明の第６の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記温度センサの温度計測値に基づき、前記インチング運転の実行タイミングを決定する。
【００１３】
本発明の第７の態様によれば、前記油ポンプ制御部は、前記温度センサの温度計測値が前記圧縮機の運転停止後に上昇させた前記油温度設定値以上である場合、所定の時間間隔で前記インチング運転を実行する。
【００１４】
本発明の第８の態様によれば、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを熱交換により放熱させて凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁によって膨張された液冷媒を熱交換により吸熱させて蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機に供給する潤滑油を貯留する油タンクと、前記油タンクと前記蒸発器とを接続する均圧管と、前記油タンク内の潤滑油を加熱可能な油ヒータと、前記油タンク内に設けられ、当該設けられた位置における前記潤滑油の温度を計測可能な温度センサと、前記油タンク内の下方に設置され、前記潤滑油を、油主配管を通じて前記圧縮機に送出するための油ポンプと、前記油ポンプによって送出された前記潤滑油の一部が前記油タンクの上方に戻されるように配置された油戻し管と、前記温度センサの温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように前記油ヒータを制御する油ヒータ制御部と、前記油ポンプの起動および停止を制御する油ポンプ制御部と、を備える冷凍機の制御方法であって、前記油ヒータ制御部によって、前記圧縮機の運転停止後に前記油温度設定値を、前記圧縮機の運転中の値より高い値に上昇させ、前記油ポンプ制御部によって、前記運転停止後に前記油ポンプを運転させる冷凍機制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
上述の本発明の態様によれば、油タンク内のフォーミングをより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係るターボ冷凍機の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す油タンク１７の構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示す冷凍機制御装置１００の動作例を示すフローチャートである。
【図４】圧力および温度と冷媒溶解量との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るターボ冷凍機について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１８】
（ターボ冷凍機の全体構成）
図１は、第１の実施形態に係るターボ冷凍機の全体構成を示す図である。図１に示すように、ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機３と、凝縮器５と、膨張弁７と、蒸発器９と、油タンク１７と、冷凍機制御装置１００を備えている。ターボ圧縮機３は、冷媒ガスを圧縮する。凝縮器５は、ターボ圧縮機３によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する。膨張弁７は、凝縮器５から導かれた液冷媒を膨張させる。蒸発器９は、膨張弁７によって膨張された液冷媒を蒸発させる。油タンク１７は、ターボ圧縮機３に供給する潤滑油を貯留する。冷凍機制御装置１００は、ターボ圧縮機３、凝縮器５、膨張弁７、蒸発器９、油タンク１７等の各部を制御する。ターボ冷凍機１で用いられる冷媒は、例えば、ＨＦＯ−１２３３ｚｄ（Ｅ）等の低圧冷媒とすることができるが、これに限定されない。
【００１９】
ターボ圧縮機３は、遠心式圧縮機であり、図示していないインバータによって回転数制御された電動機１１によって駆動される。インバータは、冷凍機制御装置１００によってその出力が制御される。ターボ圧縮機３の冷媒吸入口には、吸入冷媒流量を制御するインレットガイドベーン（以下「ＩＧＶ」という。）１３が設けられており、ターボ冷凍機１の容量制御が可能である。ＩＧＶ１３の開度制御は、冷凍機制御装置１００によって行われる。
【００２０】
ターボ圧縮機３は、回転軸３ｂ周りに回転する羽根車３ａを備えている。回転軸３ｂには、増速歯車１５を介して電動機１１から回転動力が伝達される。回転軸３ｂは、軸受３ｃによって支持されている。なお、他の実施形態に係るターボ圧縮機３は、このような増速歯車１５を具備しない態様（例えば、電動機直結型）であってもよい。
【００２１】
凝縮器５は、ターボ圧縮機３によって圧縮された冷媒ガスを、冷却水との熱交換により放熱させて凝縮させる。凝縮器５は、例えばシェルアンドチューブ型やプレート型等の熱交換器とすることができる。凝縮器５には、冷媒を冷却するための冷却水が供給される。凝縮器５に導かれる冷却水は、図示しない冷却塔や空気熱交換器において外部へと排熱された後に、再び凝縮器５へと導かれる。
【００２２】
膨張弁７は、例えば電動式であり、冷凍機制御装置１００によって開度が任意に設定される。
【００２３】
蒸発器９は、例えばシェルアンドチューブ型やプレート型等の熱交換器とすることができる。蒸発器９は、膨張弁７によって膨張された液冷媒を、冷水との熱交換により蒸発させることで図示していない冷水入口から流入させた冷水の温度を低下させて図示していない冷水出口から流出させる。冷水出口から流出した冷水は、図示していない外部負荷へ供給される。冷水は、蒸発器９にて冷媒と熱交換することで、定格温度（例えば７℃）まで冷却され、外部負荷へと送られる。
【００２４】
ターボ圧縮機３の軸受３ｃや増速歯車１５および電動機１１へは、油供給配管１９を介して、油タンク１７から潤滑油が供給される。油供給配管１９は、油主配管１９−１と油戻し管１９−２から構成されている。油主配管１９−１は、油タンク１７とターボ圧縮機３との間に設けられている。油戻し管１９−２は、油主配管１９−１の所定の分岐点と油タンク１７との間に設けられている。潤滑油としては、例えば、鉱物油が用いられる。油タンク１７内の下方には油ポンプ１７１が設けられており、これにより、所定の流量にて油供給配管１９へ潤滑油が送出される。ターボ圧縮機３内で潤滑を終えた潤滑油は、油返送配管２１を介して油タンク１７内へと戻される。また、油ポンプ１７１によって送出された潤滑油の一部は、油戻し管１９−２を介して油タンク１７の上方に戻される。
【００２５】
ここで、油戻し管１９−２を設ける理由について簡単に説明する。通常、運転中のターボ圧縮機３への潤滑油の適切な供給量は、当該ターボ圧縮機３の仕様に応じて予め定められている。しかし、設置する油ポンプ１７１の油排出量（油ポンプ１７１の仕様）は、必ずしも、ターボ圧縮機３への潤滑油の適切な供給量と一致していない。そこで、油戻し管１９−２を設けて、油ポンプ１７１が排出した油量のうちの一部が、油戻し管１９−２を通じて油タンク１７に戻されるようにする。これにより、ターボ圧縮機３には、所望する適切な油量（即ち、油ポンプ１７１の排出量から油戻し管１９−２による戻り量を差し引いた油量）が供給されることとなる。
【００２６】
油タンク１７と蒸発器９との間には、これらの間を連通する均圧管２３が設けられている。均圧管２３によって、油タンク１７内の圧力と蒸発器９内の圧力が均圧される。このように油タンク１７内を低圧にすることで、潤滑油に対する冷媒溶け込み量が低く保たれる。
【００２７】
油タンク１７には、圧力センサ２５と温度センサ２７が設けられている。圧力センサ２５は、油タンク１７内の圧力を計測し、冷凍機制御装置１００へ計測結果を出力する。温度センサ２７は、油タンク１７内の温度（油タンク温度（潤滑油の温度））を計測し、冷凍機制御装置１００へ計測結果を出力する。
【００２８】
また、油タンク１７内の下方には、油ヒータ１７２が設けられている。油ヒータ１７２は、油タンク１７内の潤滑油を加熱する。
【００２９】
ここで、図２を参照して、油ヒータ１７に設けられている各部の構成例について説明する。図２は、図１に示す油タンク１７の構成例を模式的に示す断面図である。なお、図２は、油タンク１７とターボ圧縮機３との高さ関係も模式的に示している。油タンク１７は、所定量の潤滑油１７３を常時、貯留している。潤滑油１７３の油面１７３ａ上の空間１７４（油タンク１７の上方）には、圧力センサ２５が設置されているとともに、油返送配管２１と油戻し管１９−２が接続されている。また、温度センサ２７は、潤滑油１７３の油面１７３ａ下で、油面１７３ａ近傍に位置するように設置されている。この場合、温度センサ２７は、潤滑油１７３の油面１７３ａ近傍の部分の温度を計測可能である。また、潤滑油１７３の油面１７３ａ下であって、油タンク１７の底面１７ａの近傍（油タンク１７の下方）に、油ポンプ１７１と油ヒータ１７２が設置されている。油ポンプ１７１は、潤滑油１７３に浸された状態で起動されるよう油タンク１７の下方に設置されている。油ヒータ１７２は、潤滑油１７３全部を均一に加熱できるように油タンク１７の下方に設置されている。
【００３０】
冷凍機制御装置１００は、ターボ冷凍機１の圧力制御、温度制御、油タンク１７内の油ポンプ１７１および油ヒータ１７２の制御等のターボ冷凍機１の運転に関する制御を行う。冷凍機制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、揮発性および不揮発性の記憶装置、入出力装置、通信装置等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で不揮発性の記憶装置等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵが揮発性の記憶装置等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
【００３１】
冷凍機制御装置１００は、油ポンプ制御部１０１および油ヒータ制御部１０２を備える。油ポンプ制御部１０１および油ヒータ制御部１０２は、それぞれ、冷凍機制御装置１００が有するハードウェアを利用し、所定のプログラムをＣＰＵが実行することで実現される機能である。
【００３２】
油ポンプ制御部１０１は、油ポンプ１７１の起動（運転）および停止を制御する。油ポンプ１７１が起動すると、所定の流量にて油供給配管１９へ潤滑油１７３が送出される。油ポンプ１７１によって油供給配管１９へ送出された潤滑油１７３の一部は、油主配管１９−１を介してターボ圧縮機３へ移送される。潤滑油１７３の残部は、油戻し管１９−２を介して油タンク１７の上方に戻される。油ポンプ１７１が停止すると、油主配管１９−１と油戻し管１９−２と油タンク１７の各油面の高さが一致した状態となる。油ポンプ制御部１０１は、ターボ冷凍機１が運転している間、油ポンプ１７１を常時起動した状態に制御する。一方、ターボ冷凍機１が停止している間、油ポンプ制御部１０１は、油ポンプ１７１を所定の条件に従い、インチング運転させたり、停止させたりする。インチング運転とは、寸動運転またはジョギング運転ともいわれ、油ポンプ１７１の起動時間を比較的短時間に留め、起動と停止を１回または繰り返し行う動作である。
【００３３】
なお、本実施形態おいて油ポンプ１７１のインチング運転は、以下の目的で行われる。油ヒータ１７２で潤滑油１７３を加熱した場合、まず、油ヒータ１７２近傍に位置する潤滑油１７３が加熱される。そして、時間経過とともに対流等によって油ヒータ１７２近傍以外に位置する潤滑油１７３の温度が徐々に上昇し、潤滑油１７３内の場所による温度差は徐々に小さくなる。本実施形態では、ターボ冷凍機１の停止後に発生する潤滑油１７３の場所による温度差を早く小さくするため、ターボ冷凍機１の停止時に油ポンプ１７１を起動し、油戻し管１９−２を介して潤滑油１７３を循環させる。ただし、油ポンプ１７１を起動すると、油戻し管１９−２とともに油主配管１９−１へも潤滑油１７３が送出される。ターボ冷凍機１の停止時には、ターボ圧縮機３において圧力制御等が行われないため、ターボ冷凍機１の停止時にはターボ圧縮機３に対して潤滑油１７３が供給されることは望ましくない場合がある。そこで、本実施形態では、ターボ冷凍機１の停止時に油ポンプ１７１から油供給配管１９へ送出される潤滑油１７３の量を制限することで、油戻し管１９−２を介して潤滑油１７３は循環されるが、油主配管１９−１を介してターボ圧縮機３へ潤滑油１７３が供給されないようにしている。すなわち、油ポンプ１７１のインチング運転は、油ポンプ１７１を起動して油供給配管１９へ潤滑油１７３を送出した際に、送出した潤滑油１７３の一部は油戻し管１９−２を介して油タンク１７へ戻されるが、送出した潤滑油１７３の残部が油主配管１９−１を介してターボ圧縮機３へは供給されないように、潤滑油１７３の送出量を制限することを目的として行われる。
【００３４】
油ヒータ制御部１０２は、温度センサ２７の温度計測値が所定の油温度設定値と一致するように油ヒータ１７２を制御する。本実施形態において、油温度設定値は、ターボ冷凍機１が運転中の値と、ターボ冷凍機１が停止中の値とで異なる。潤滑油１７３は、ターボ圧縮機３において圧縮機の構成要素や電動機１１を冷却するために使用されている。したがって、冷却効果を高めるには潤滑油１７３の温度は一定程度低温であることが求められる。一方、潤滑油１７３に対する冷媒の溶解量は、同一圧力では温度が高いほど小さい。冷媒溶解量を低く抑えるには潤滑油１７３の温度は一定程度高温であることが望ましい。そこで、本実施形態では、油ヒータ制御部１０２によって、ターボ圧縮機３の運転停止後に油温度設定値を、ターボ圧縮機３の運転中の値（例えば４０℃）より高い値（例えば６０℃）に上昇させている。ここで、図４を参照して、冷媒溶解量の温度依存性について説明する。
【００３５】
図４において、横軸は、潤滑油に対する冷媒の溶け込み量を示す冷媒溶解量［ｍａｓｓ（重量）％］であり、縦軸は圧力［ＭＰａ］である。同図中に示された各曲線は、それぞれの温度（潤滑油温度）における冷媒溶解量を示している。同図から分かるように、各曲線は上に凸の形状とされており、圧力が低いほど冷媒溶解量が小さく、また圧力が低い領域ほど冷媒溶解量の変化が大きい。さらに、同じ圧力で比較した場合、温度が高いほど冷媒溶解量が小さいことが分かる。
【００３６】
図４に示す特性では、例えば、油タンク１７内の圧力が０．２ＭＰａ一定であるとすると、潤滑油１７３の温度が４０℃から６０℃に変化したとき、冷媒溶解量はＤ１からＤ２に変化する。この場合、これらの差分（Ｄ１−Ｄ２）が、冷媒溶け出し量（潤滑油に溶け込んでいる冷媒がガスとして潤滑油から析出する量）となる。
【００３７】
（動作例）
次に、上記構成のターボ冷凍機１の基本的な動作について説明する。ターボ冷凍機１の起動前は、凝縮器５および蒸発器９ともに環境温度近くの状態であり、凝縮器５内の圧力と蒸発器９内の圧力は略同等である。この状態でターボ冷凍機１を起動すると、冷凍機制御装置１００の指令により、ターボ圧縮機３が回転し、ＩＧＶ１３を介して吸い込んだ冷媒がターボ圧縮機３から吐出される。ターボ圧縮機３から吐出された冷媒は、凝縮器５へと送られて、膨張弁７および蒸発器９を通り再びターボ圧縮機３へと戻り循環する。ターボ圧縮機３は、冷凍機制御装置１００の指令によって徐々に昇速されていき、これに伴いＩＧＶ１３も、全閉とされた状態から徐々に開方向に制御されていく。
【００３８】
ターボ冷凍機１において、冷媒は、圧縮機３を通じて高温高圧ガスとなり、凝縮器５に入る。凝縮器５では、冷媒（高温高圧ガス）は熱を奪われ、高圧の液体になる。次に、冷媒は、膨張弁７により一気に減圧され、低圧の液体となり、蒸発しやすい状態となる。膨張弁７を通じて低圧化された液体冷媒が蒸発器９に入って流入した冷水から熱をもらい、蒸発する。蒸発した低圧冷媒ガスは、圧縮機３で再び高温高圧ガスとなる。以上の冷凍サイクルにおいて、蒸発器９では、冷媒と冷水との間で熱のやり取りがなされる。冷水は、蒸発器９で冷媒に熱を奪われて、目的の温度（「設定冷水出口温度」）に冷やされる。また、蒸発器９は、冷凍サイクルの「低圧側」であり、運転中は、冷媒の圧力が最も低い箇所となる。
【００３９】
次に、図３を参照して、図１に示す冷凍機制御装置１００の動作例について説明する。図３に示す処理は、図１に示す油ポンプ制御部１０１が実行する処理である。図３に示す処理は、ターボ冷凍機１が運転中および停止中、すなわち常時、実行されている。なお、油温度設定値は、油ヒータ制御部１０２によって、一例として、運転中４０℃に設定され、停止中６０℃に設定される。
【００４０】
図３に示す処理では、まず、油ポンプ制御部１０１が、温度センサ２７の検出結果を入力することで、油タンク温度を取得する（ステップＳ１）。
【００４１】
次に、油ポンプ制御部１０１は、ターボ冷凍機１が停止中か否かを判定する（ステップＳ２）。ターボ冷凍機１が停止中でない場合（ステップＳ２でＮｏの場合）、油ポンプ制御部１０１は、ステップＳ１へ戻り、所定時間後に再度、油タンク温度を取得する。ターボ冷凍機１が停止中の場合（ステップＳ２でＹｅｓの場合）、油ポンプ制御部１０１は、油タンク温度が設定値（油温度設定値）以上か否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において油ポンプ制御部１０１は、この例では、ステップＳ１で取得した油タンク温度が、停止中の油温度設定値（６０℃）以上であるか否かを判定する。
【００４２】
油タンク温度が停止中の油温度設定値（６０℃）以上でなかった場合（ステップＳ３でＮｏの場合）、油ポンプ制御部１０１は、前回油ポンプインチング運転時の油タンクの温度より設定値以上昇温しているか否かを判定する（ステップＳ４）。前回油ポンプインチング運転時とは、次のような場合である。すなわち、ターボ冷凍機１が運転状態から停止状態になった場合、後述するようにして（ステップＳ５〜Ｓ１０で）油ポンプ制御部１０１は油ポンプ１７１のインチング運転を実行する。図３に示す例では、油ポンプ制御部１０１が、油ポンプ１７１を所定時間起動し、その後、所定時間停止する動作を１または複数回実行する。この１または複数回の起動と停止からなる動作が１回のインチング運転である。この各回のインチング運転の各前回のインチング運転が、前回油ポンプインチング運転時である。なお、ターボ冷凍機１が運転状態から停止状態になった後、一度もインチング運転が実行されていない場合、前回油ポンプインチング運転時の油タンクの温度は、例えば、ターボ冷凍機１が停止して、油ポンプ１７１が残留運転を停止した時の油タンク温度とすることができる。設定値以上昇温しているか否かを判定する際に基準とする設定値は、運転時の油温度設定値４０℃から停止時の油温度設定値６０℃までの温度差を所定の間隔に分割した温度差（例えば５℃）である。インチング運転未実施の場合は、現在の油タンク温度が、ターボ冷凍機１が停止した時の油タンク温度からステップＳ４の設定値以上上昇したときに、インチング運転が実行される。また、インチング運転が既に実施されていた場合は、油タンク温度が、前回のインチング運転時の油タンク温度からステップＳ４の設定値以上上昇したときに、インチング運転が再度実行される。
【００４３】
油ポンプ制御部１０１は、前回油ポンプインチング運転時の油タンクの温度より設定値以上昇温していないと判定した場合（ステップＳ４でＮｏの場合）、ステップＳ１へ戻り、所定時間後に再度、油タンク温度を取得する。一方、油ポンプ制御部１０１は、前回油ポンプインチング運転時の油タンクの温度より設定値以上昇温したと判定した場合（ステップＳ４でＹｅｓの場合）、油ポンプ１７１を起動し（ステップＳ５）、所定の起動時間待機した後（ステップＳ６）、油ポンプ１７１を停止する（ステップＳ７）。ステップＳ６での所定の起動時間は、１回あたりの油ポンプ１７１の起動時間である。この起動時間は、給油系統の容積と給油量から決定することができる。潤滑油１７３が、油ポンプ１７１から油供給配管１９へ吐出された後、油主配管１９−１を介してターボ圧縮機３へは入らず、油戻し管１９−２を介して油タンク１７へ戻ってくる時間に設定する。この起動時間は、例えば数秒程度の値に設定することができる。
【００４４】
次に、油ポンプ制御部１０１は、所定の起動間隔時間待機する（ステップＳ８）。起動間隔時間は、ステップＳ５〜Ｓ７で油ポンプ１７１を起動した間に油ポンプ１７１で吐出した油量が吐出前の位置に戻ってくるまでの時間以上となるように設定する。起動間隔時間は、例えば数十秒〜数分程度の値に設定することができる。なお、この起動間隔時間は、ステップＳ５〜Ｓ７で油ポンプ１７１を起動している間に、油戻し管１９−２を介して油タンク１７へ戻された潤滑油１７３の温度と、油面１７３ａ近傍の潤滑油１７３の温度との温度差によってフォーミングが発生したと仮定した場合に、発生したフォーミングが消失するのに要する時間よりも長く設定することが望ましい。
【００４５】
次に、油ポンプ制御部１０１は、油ポンプ起動回数が設定値以上か否かを判定する（ステップＳ９）。油ポンプ起動回数は、油ポンプ１７１のインチング運転の回数（ステップＳ５〜Ｓ７の一連の処理の実行回数）である。１回あたりの油ポンプインチング運転で攪拌できる油量は給油系統の容積と給油量から決定される。その攪拌される油量と油タンク１７内のチャージ量（充填量）から運転回数を決めることができる。起動回数の設定値は１以上とすることができる。
【００４６】
次に、油ポンプ制御部１０１は、油ポンプインチング運転時の油タンク温度および時刻を記録する（ステップＳ１０）。次に、油ポンプ制御部１０１は、ステップＳ１へ戻り、所定時間後に再度、油タンク温度を取得する。
【００４７】
一方、油タンク温度が停止中の油温度設定値（６０℃）以上の場合（ステップＳ３でＹｅｓの場合）、油ポンプ制御部１０１は、前回油ポンプインチング運転時から設定値以上時間が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、潤滑油１７３が昇温できている状態でインチング運転を実行する必要があるか否かを判定する処理である。油タンク１７を保冷する場合、一度昇温されれば、潤滑油１７３に温度成層はできにくいと考えられるため、潤滑油１７３が昇温できている状態でのインチング運転の実行間隔は、例えば数時間に設定することができる。前回油ポンプインチング運転時から設定値以上時間が経過している場合（ステップＳ１１でＹｅｓの場合）、油ポンプ制御部１０１は、上述したステップＳ５〜Ｓ１０においてインチング運転を実行する。一方、前回油ポンプインチング運転時から設定値以上時間が経過していない場合（ステップＳ１１でＮｏの場合）、油ポンプ制御部１０１は、ステップＳ１へ戻り、所定時間後に再度、油タンク温度を取得する。
【００４８】
以上の処理によって、油ポンプ制御部１０１は、例えば以下のように油ポンプ１７１をインチング運転する。なお、この例では、ステップＳ４の設定値が５℃、ステップＳ６の起動待機時間が５秒、ステップＳ８の起動間隔時間が１８０秒、ステップＳ９の起動回数が４回、ステップＳ１１の設定値が２時間に設定されているものとする。
【００４９】
いま、ターボ冷凍機１が停止したとする。この時点の油タンク温度が４０℃であるとすると、油タンク温度が４５℃になった後、油ポンプ制御部１０１は、油ポンプ１７１を５秒間起動し、１８０秒間停止するインチング運転を４回実行して、油タンク温度と時刻を記録する（ステップＳ１、ステップＳ２でＹｅｓ、ステップＳ３でＮｏ、ステップＳ４でＹｅｓ、ステップＳ５〜Ｓ９の４回の繰り返し、およびステップＳ１０）。この時点の油タンク温度は４５℃であったとする。以降、油タンク温度が例えば５０℃、５５℃、６０℃に変化した時点で、同様にしてインチング運転が行われる。その後は、２時間おきにインチング運転が行われる（ステップＳ１、ステップＳ２でＹｅｓ、ステップＳ３でＹｅｓ、ステップＳ１１でＹｅｓ、ステップＳ５〜Ｓ９の４回の繰り返し、およびステップＳ１０）。
【００５０】
本実施形態によれば、ターボ冷凍機１を停止した後、油タンク温度が運転時の低温の設定値から停止時の高温の設定値へと昇温するよう制御される。また、昇温の際、所定の温度上昇が発生する度に、油ポンプ１７１がインチング運転されて、潤滑油１７３に大きな温度成層が生じる前に油タンク１７内の潤滑油１７３が攪拌される。この油ポンプ１７１による攪拌によって油タンク１７内の潤滑油１７３の温度分布が均一化される。
【００５１】
ここで、本実施形態に係る上述の特徴的構成を具備しない従来のターボ冷凍機では、以下のような現象が起こり得る。即ち、従来のターボ冷凍機は、停止中においては油タンク１７内の潤滑油が攪拌されないため、油タンク１７内の潤滑油に大きな温度成層が生じ得る。具体的には、油ヒータ制御部１０２は、温度センサ２７の温度計測値に基づいて、当該温度計測値が設定温度（６０℃）となるように油ヒータを制御する。この場合、温度センサ２７周辺（油タンク内上方側）の潤滑油の温度は６０℃付近となっていたとしても、油タンク内下方側の潤滑油の温度は、運転中の温度（４０℃）からほとんど変化していない（例えば、４２℃）ことが想定される。
このように、油タンク１７内の上層と下層とで２０℃前後の温度成層が生じている状態で、ターボ冷凍機１を再び起動させたとする。この場合、油タンク１７の下部に溜まっていた温度が低い（したがって冷媒溶解度が高いままの）潤滑油１７３が、油ポンプ１７１により油戻し管１９−２を介して、温度が高い油面１７３ａに戻される。そうすると、温度が低い（冷媒溶解度が高い）潤滑油１７３は、油面１７３ａで急激に熱されて、溶解していた冷媒が一気にガスとなって析出されることとなる。これにより、フォーミングが発生する。
【００５２】
本実施形態においては、上述したように、温度成層が生じる前に行われる攪拌によって油タンク１７内の潤滑油１７３の温度分布が均一化されるので、ターボ冷凍機１の起動時に温度が低い潤滑油１７３が、温度が高い油面１７３ａに戻されることで従来起こり得たフォーミングの発生を防止することができる。また、停止後の昇温時に所定の温度変化が発生したときにインチング運転を実行するようにしているので、例えば一定の時間毎に攪拌する場合と比較して、攪拌時に油戻し管１９−２を介して戻る潤滑油１７３と油面１７３ａ近傍の潤滑油１７３との温度差によって発生するフォーミングを容易に精度良く抑制することができる。
【００５３】
以上のように本実施形態では、油ヒータ制御部１０２がターボ圧縮機（圧縮機）３の運転停止後に油温度設定値を、ターボ圧縮機３の運転中の値より高い値に上昇させ、油ポンプ制御部１０１は、運転停止後に油ポンプ１７１を運転させる。したがって、これらの制御を行わない場合と比較して、本実施形態によれば、油タンク１７内のフォーミングをより確実に抑制することができる。
【００５４】
また、油ポンプ制御部１０１は、運転停止後であって、少なくとも、油ヒータ制御部１０２の制御に基づき温度センサ２７の温度計測値が上昇している最中に油ポンプ１７１を運転させることで、昇温完了時点で潤滑油１７３を十分に攪拌した状態とすることができる。
【００５５】
また、油ポンプ制御部１０１は、運転停止後に油ポンプ１７１を運転させる際、インチング運転を行うので、油ポンプ１７１が吐出した潤滑油１７３のターボ圧縮機３への供給系統と油タンク１７へ戻す系統との構成を簡単化することができる。例えば、運転停止後の油ポンプ１７１の運転時に、供給系統に弁を設けて開閉制御する等の必要がない。その際、油ポンプ制御部１０１は、インチング運転時における油ポンプ１７１の起動時間を、油ポンプ１７１から送出される潤滑油１７３が油主配管１９−１を通じてターボ圧縮機１に到達するまでに要する時間未満とする。あるいは、油ポンプ制御部１０１は、インチング運転時における油ポンプ１７１の停止時間を、油ポンプ１７１から送出される潤滑油１７３が油戻し管１９−２を通じて油タンク１７の上方に戻された際に発生する冷媒ガスによる気泡が消失するまでの時間以上とすることができる。また、油ポンプ制御部１０１は、温度センサ２７の温度計測値に基づき、インチング運転の実行タイミングを決定することができる。また、油ポンプ制御部１０１は、温度センサ２７の温度計測値がターボ圧縮機３の運転停止後に上昇させた油温度設定値以上である場合、所定の時間間隔でインチング運転を実行することができる。
【００５６】
なお、上述の各実施形態においては、上述した冷凍機制御装置１００の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００５７】
上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。更に、冷凍機制御装置１００は、それぞれ、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
【００５８】
以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ターボ冷凍機
３  ターボ圧縮機
３ａ  羽根車
３ｂ  回転軸
３ｃ  軸受
５  凝縮器
７  膨張弁
９  蒸発器
１１  電動機
１３  ＩＧＶ（インレットガイドベーン）
１５  増速歯車
１７  油タンク
１９  油供給配管
１９−１  油主配管
１９−２  油戻し管
２１  油返送配管
２３  均圧管
２５  圧力センサ
２７  温度センサ
１００  冷凍機制御装置
１０１  油ポンプ制御部
１０２  油ヒータ制御部
１７１  油ポンプ
１７２  油ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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