(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した潤滑油の温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、潤滑油の温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した潤滑油の温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転時のそれよりも拡大することを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整量を、前記潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて変えることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した潤滑油の温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を、前記潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて変えることを特徴とする、請求項４に記載の冷凍装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記潤滑油の温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転時のそれよりも拡大することを特徴とする、請求項２〜５の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整量を、前記潤滑油の温度が所定値を上回った温度に基づいて変えることを特徴とする、請求項６に記載の冷凍装置。
【請求項８】
前記制御部は、潤滑油の温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする、請求項２〜５の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記潤滑油の温度が所定値を上回った温度に基づいて前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を変えることを特徴とする、請求項１又は８に記載の冷凍装置。
【請求項１０】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記圧縮機から吐出された冷媒ガス（以下、吐出ガスと呼ぶ）の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記吐出ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した吐出ガスの温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、吐出ガスの温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１１】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記圧縮機から吐出された冷媒ガス（以下、吐出ガスと呼ぶ）の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記吐出ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した吐出ガスの温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、吐出ガスの温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転のそれよりも拡大することを特徴とする冷凍装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記吐出ガスの温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて前記第２の膨張弁の開度の調整量を変えることを特徴とする、請求項１１に記載の冷凍装置。
【請求項１３】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記圧縮機から吐出された冷媒ガス（以下、吐出ガスと呼ぶ）の温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記吐出ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した吐出ガスの温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、吐出ガスの温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を、前記吐出ガスの温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて変えることを特徴とする、請求項１３に記載の冷凍装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記吐出ガスの温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転のそれよりも拡大することを特徴とする、請求項１１〜１４の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整量を、前記吐出ガスの温度が所定値を上回った温度に基づいて変えることを特徴とする、請求項１５に記載の冷凍装置。
【請求項１７】
前記制御部は、吐出ガスの温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする、請求項１１〜１４の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を、前記吐出ガスの温度が所定値を上回った温度に基づいて変えることを特徴とする、請求項１０又は１７に記載の冷凍装置。
【請求項１９】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した冷媒の温度と前記圧力検出部が検出した前記冷媒の圧力に基づいて、前記冷媒の過熱度を算出し、算出された冷媒の過熱度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、前記冷媒の過熱度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２０】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した冷媒の温度と前記圧力検出部が検出した前記冷媒の圧力に基づいて、前記冷媒の過熱度を算出し、算出された冷媒の過熱度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、前記冷媒の過熱度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転時のそれよりも拡大することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整量を、前記冷媒の過熱度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて変えることを特徴とする、請求項２０に記載の冷凍装置。
【請求項２２】
圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、
前記凝縮器の出口と、前記圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、
前記油分離器の油出口と、前記圧縮機とを前記油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、
前記圧縮機、前記第１の膨張弁および前記第２の膨張弁を制御する制御部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の温度を検出する温度検出部と、
前記油冷却器の出口側を流れる潤滑油冷却用の冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
前記油分離器は、前記圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、
前記油冷却器は、前記油分離器によって分離され前記潤滑油回路を流れて前記圧縮機へ流れ込む潤滑油を、前記凝縮器から流出し、前記潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、
前記制御部は、前記温度検出部が検出した冷媒の温度と前記圧力検出部が検出した前記冷媒の圧力に基づいて、前記冷媒の過熱度を算出し、算出された冷媒の過熱度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、前記第２の膨張弁の開度を制御して前記油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、前記冷媒の過熱度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を増やすことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を、前記冷媒の過熱度の単位時間当たりの上昇率が所定値を上回った比率に基づいて変えることを特徴とする、請求項２２に記載の冷凍装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記冷媒の過熱度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整量を定常運転時のそれよりも拡大することを特徴とする、請求項２０〜２３の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項２５】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整量を、前記冷媒の過熱度が所定値を上回った温度に基づいて変えることを特徴とする、請求項２４に記載の冷凍装置。
【請求項２６】
前記制御部は、前記冷媒の過熱度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすことを特徴とする、請求項２０〜２３の何れか一項に記載の冷凍装置。
【請求項２７】
前記制御部は、前記第２の膨張弁の開度の調整頻度を、前記冷媒の過熱度が所定値を上回った温度に基づいて変えることを特徴とする、請求項１９又は２６に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍装置に関するものであり、特に潤滑油の冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置は、圧縮機から吐出された冷媒ガス（以下、吐出ガスと呼ぶこともある）の温度の過度な上昇による潤滑油ならびに構成部品の劣化を防止するため、吐出ガス温度が許容上限温度以下になるように制御する。その手段として、冷媒を用いて潤滑油を冷却し、この冷却された潤滑油により圧縮途中の冷媒ガスの冷却を行う方法がある。
潤滑油の温度が低く、潤滑油の冷却が不要な状態で潤滑油を冷却し続けた際には、潤滑油に冷媒が多量に溶け込み、油分離効率が低下して油分離器から凝縮器への潤滑油の流出量が増加する「油上がり」という現象が発生する危険性が高くなる。この油上がりが発生すると、圧縮機の軸受に供給される潤滑油が不足し、圧縮機が故障する場合があった。
このため、潤滑油冷却後の潤滑油の温度が所定の値になるように冷却前の潤滑油の温度の大小に応じて複数の異なる容量の膨張弁を組み合わせて用いることで冷媒量を段階的に制御する技術が知られている(例えば、特許文献１参照）。
図１４は特許文献１に示された従来の二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置の冷媒回路図であり、冷媒及び潤滑油の二段スクリュー圧縮機への供給部位をさらに詳しく示した図である。図中の矢印は冷媒および潤滑油の流れ方向を示す。冷媒は圧縮機１で高温高圧の吐出ガスとなって吐出され、油分離器２内で冷媒ガスと潤滑油に分離される。吐出ガスから分離された冷媒ガスは凝縮器３で凝縮液となり、主液膨張弁４により、低温低圧の湿りガスに変わり、蒸発器５内にて蒸発して被冷却物を冷却した後、圧縮機１の低段圧縮機構１ａに注入される。
一方、油分離器２にて吐出ガスから分離された潤滑油は油冷却器７にて冷却され、圧縮機１の圧縮機中間圧室１ｃに注入される。
凝縮器３にて凝縮液となった液冷媒は、蒸発器５にて冷却作用を行う主液流れ、モーター冷却用膨張弁６にて低温で中間圧力の湿りガスに変化してモーター室１ｄのモーターを冷却する流れ、潤滑油冷却用の電子膨張弁である膨張弁１０、１１にて低温で中間圧力の湿りガスに変化して油分離器２からの潤滑油を油冷却器７にて冷却する流れに分岐する。膨張弁１０、１１および油冷却器７を流れる湿りガスは圧縮機中間圧室１ｃにて低段吐出ガスと混合され、高段圧縮機構１ｂに吸入される。
潤滑油冷却用の湿りガスの流量は、潤滑油開閉器１２、１３、１４にて、この湿りガスによって冷却された潤滑油の温度を検知し、冷却後の潤滑油の温度が所定範囲に収まるように、膨張弁１０、１１を用いて制御する。
また、上記と同様の構成を備え、さらに始動時には容量の大きい潤滑油冷却用電子膨張弁のみを強制的に動作させる技術が知られている(例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１２６４１６号公報（第２頁、第３図、表１）
【特許文献２】特開平７−０９１７５０号公報（第２〜３頁、第１〜３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１および特許文献２に記載された従来の冷凍装置では、運転条件の急変化による潤滑油の温度や吐出ガス温度の急上昇に対する対応手段を設けていなかった。従って、このような運転条件の急変化による潤滑油の温度や吐出ガス温度の急上昇に、潤滑油冷却用電子膨張弁の開度の調整が追従できず、吐出ガスの温度が異常停止温度に達し、圧縮機が異常停止するという課題があった。また、保護制御が追いつかずに圧縮機が損傷するという問題が発生することもあった。
【０００５】
この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あり、運転条件の急変化による潤滑油の温度や吐出ガスの温度の急上昇を抑制可能な冷凍装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る冷凍装置は、圧縮機、油分離器、凝縮器、第１の膨張弁、蒸発器を順次配管接続して成る冷凍サイクルと、凝縮器の出口と、圧縮機とを、第２の膨張弁、油冷却器を介して接続する潤滑油冷却回路と、油分離器の油出口と、圧縮機とを油冷却器を介して接続する潤滑油回路と、圧縮機、第１の膨張弁および第２の膨張弁を制御する制御部と、油冷却器の出口側を流れる潤滑油の温度を検出する温度検出部と、を備え、油分離器は、圧縮機から吐出された冷媒ガスから潤滑油を分離し、油冷却器は、油分離器によって分離され潤滑油回路を流れて圧縮機へ流れ込む潤滑油を、凝縮器から流出し潤滑油冷却回路を流れる潤滑油冷却用の冷媒によって冷却し、制御部は、温度検出部が検出した潤滑油の温度に基づいて運転条件の急変を検出したときに、第２の膨張弁の開度を制御して油冷却器に流れ込む潤滑油冷却用の冷媒の流量を定常運転時の冷媒の流量よりも所定量以上増加させ、潤滑油の温度が所定値を上回ったときに、運転条件の急変が発生したと判断し、第２の膨張弁の開度の調整頻度を定常運転時のそれよりも多くなるように増やすものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、制御部は運転条件が急変し潤滑油の温度検知値が制御目標上限値を上回ったときに、第２の膨張弁の開度を定常時の開度よりも所定量以上大きくなるように制御して制御潤滑油冷却用の冷媒の流量を急増させることで、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。これにより、運転条件の急変に伴う吐出ガスの温度異常による圧縮機の異常停止を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る冷凍装置の実施の形態１〜６における要部冷媒回路を示す構成図である。
【図２】本発明に係る冷凍装置の実施の形態１における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る冷凍装置の実施の形態１〜４における温度変化特性図である。
【図４】本発明に係る冷凍装置の実施の形態２における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る冷凍装置の実施の形態３における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明に係る冷凍装置の実施の形態４における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る冷凍装置の実施の形態５における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る冷凍装置の実施の形態５〜６における温度変化特性図である。
【図９】本発明に係る冷凍装置の実施の形態６における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る冷凍装置の実施の形態７における要部冷媒回路を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る冷凍装置の実施の形態７における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る冷凍装置の実施の形態８における要部冷媒回路を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る冷凍装置の実施の形態８における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。
【図１４】従来の要部冷媒回路を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明に係る冷凍装置の実施の形態１における要部冷媒回路を示す構成図である。図１に示すように冷凍装置の冷媒回路は、二段式スクリュー圧縮機１と、油分離器２と、凝縮器３と、主液膨張弁４（第１の膨張弁）と、蒸発器５とから構成される主冷媒回路と、潤滑油冷却用電子膨張弁１５（第２の膨張弁）、油冷却器７、温度検出部１７と制御部１６とから成る潤滑油冷却系統とを備えている。二段式スクリュー圧縮機１（以下、単に圧縮機１と呼ぶ）は、低段圧縮機構１ａ、高段圧縮機構１ｂ、圧縮機中間圧室１ｃ、およびモーターを収容するモーター室１ｄから構成されている。
また、温度検出部１７は、図示しないが、油冷却器７の出口側配管の温度を検出して信号を発生する温度センサーとこの温度センサーから信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して制御部１６へ送る変換部とから構成されている。制御部１６は制御を行うものであり、マイクロコンピューターやＤＳＰなどのプロセッサーから構成されている。
また、温度センサーはサーミスターや熱電対などで構成され、潤滑油の温度を検知し、信号を発する。
【００１０】
次に、本実施の形態１の動作を概説する。
圧縮機１において、冷媒ガスは圧縮されて高温高圧の吐出ガスとなって吐出される。この吐出ガスは、油分離器２において冷媒ガスと潤滑油に分離される。潤滑油と分離された冷媒ガスは凝縮器３で熱交換され、凝縮液となる。凝縮器３から出た液冷媒の内、主流の液冷媒は主液膨張弁４へ流れ込み、ここで液冷媒から低圧の湿りガスに変化する。湿りガスは蒸発器５内で冷凍室内の空気を冷却して蒸発し、低圧の冷媒ガスとなる。この後、冷媒ガスは圧縮機１の低圧側へ吸入される。
また、凝縮器３から流れ出た主流の液冷媒の内、一部はモーター冷却用膨張弁６を通過して中間圧力の湿りガスとなった後、圧縮機のモーター室１ｄへ吸入され、モーターの巻き線を冷却する。
一方、油分離器２で分離した潤滑油は油冷却器７で冷却された後、圧縮機１の中間圧室へ吸入され、圧縮機の各軸受へ供給される。
【００１１】
また、凝縮器３には、主流の液冷媒の回路とは別に、潤滑油冷却用の冷媒の回路が接続されている。潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度が制御部１６によって制御されることにより、凝縮器３から流れ出た液冷媒の内、主流以外の一部の液冷媒がこの潤滑油冷却用電子膨張弁１５を通過する。この潤滑油冷却用電子膨張弁１５を液冷媒が通過すると湿りガスに変化する。湿りガスは油冷却器７へ送られ、油冷却器７で潤滑油を熱交換によって冷却するとともに自身の乾き度が高まり、その後冷却された潤滑油と共に圧縮機１の中間圧室へ吸入される。
【００１２】
次に、油冷却系統の動作の概要について説明する。
油冷却器７の出口側配管に設けられた温度検出部１７の内、図示しない温度センサーは潤滑油の温度を検知し、信号を発する。この信号は微弱な電圧信号であるため、図示しない変換部はこの信号を増幅しさらにＡ／Ｄ変換することにより制御部１６が読み取れる温度データに変換する。制御部１６は、温度検出部１７から温度データを取得し、この温度データに基づいて、潤滑油の温度を検出し、この潤滑油の温度が制御範囲になるよう、潤滑油冷却用電子膨張弁１５に開度制御信号(パルス信号)を送る。潤滑油冷却用電子膨張弁１５のモーターは、この開度制御信号(パルス信号)を受信すると、パルス信号の数またはパルス信号のＯＮ時間に応じて回転することで弁の開度を調整し、潤滑油冷却用の冷媒の流量を制御する。
なお、制御部１６による潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度は、定常運転時よりも過渡運転時の方が大きくなる。
【００１３】
図２は本発明に係る冷凍装置の実施の形態１における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図２を用いて説明する。
制御部１６は起動されると、まずカウンタークリアやデータ類の初期値設定などの初期化処理を行う（ステップＳ２０１）。次に制御部１６は温度検出部１７から潤滑油の温度を取得し（ステップＳ２０２）、潤滑油の温度を予め設定した目標上限温度と比較し、潤滑油の温度が目標上限温度以下か否かを調べる（ステップＳ２０３）。潤滑油の温度が目標上限温度以下であれば、制御部１６は潤滑油の温度が予め設定した目標下限温度以上であるか否かを調べる（ステップＳ２１０）。潤滑油の温度が目標下限温度以上であれば、正常なので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をそのまま保持して運転を継続するとともに、所定時間ｔ１が経過したか否か監視し（ステップＳ２０８）、所定時間ｔ１が経過したらステップＳ２０２へ戻り、再び、潤滑油の温度取得を再開する。ステップＳ２１０において、潤滑油の温度が目標下限温度よりも低ければ、制御部１６は、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をダウン（閉じていく）させる（ステップＳ２１１）。これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量が減少するので、潤滑油の冷却が弱まり、潤滑油の温度は次第に上昇していく。
【００１４】
ステップＳ２０３の比較において、潤滑油の温度が目標上限温度を上回っていれば、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をアップ（開いていく）させる（ステップＳ２０４）。このときの開度制御を以下、開操作と呼ぶこともある。これにより、制御部１６は定常運転から過渡運転に切り替わる。また、潤滑油は冷媒によって冷やされ、潤滑油の温度上昇を冷媒の冷却により吸収できれば、潤滑油の温度は次第に低下していく。
【００１５】
しかしながら、潤滑油冷却用電子膨張弁１５を通過した湿りガスによる潤滑油の冷却が潤滑油の温度上昇に追従できないほど不足しているとき、潤滑油の温度は目標上限温度よりもさらに高くなって危険の状態に陥る虞がある。そこで、このような事態の発生を防止するために、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度調整量を定常運転時の開度調整量の範囲よりもさらに大きくし、油冷却器７を通過する冷媒の量を急激な温度変化に対応できるように増やす必要がある。これを実現するために、制御部１６は所定時間ｔ１が経過するまで待った（ステップＳ２０５）後、再び温度検出部１７から潤滑油の温度を取得し（ステップＳ２０６）、潤滑油の温度が目標上限温度より高い所定値Ｔと比較し（ステップＳ２０７）、潤滑油の温度がＴ以上でなければ安全と判断し、所定時間ｔ１が経過するまでステップＳ２０８を繰り返し実行して待った後ステップＳ２０２へ戻る。
【００１６】
一方、ステップＳ２０７において、潤滑油の温度が所定値Ｔ以上であれば、制御部１６はこのままでは危険と判断し、定常運転から過渡運転に切り替わる。また、潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせる（ステップＳ２０９）。この過渡運転時における開度調整量は定常運転時の開度調整量よりも大きい。例えば、定常運転時の開度調整量にさらに１０パルス増加させて過渡運転時における開度調整量を算出し、この開度調整量を指令値としてパルスモーターに与えることにより、過渡運転時における過渡運転時における開度を定常運転時の開度よりも１０パルス分だけ大きく開くことができる。
これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量は急増し、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。この結果、吐出ガス温度異常による圧縮機の異常停止を防止できる。この際の潤滑油の温度変化特性を図３に示す。図３に示すように、例えば目標上限温度を５０℃、目標下限温度を４０℃、所定温度（設定温度と呼ぶこともある）Ｔを５５℃、異常停止温度を９５℃とすると、潤滑油の温度が急上昇し、設定温度５５℃を超えてしまうような場合、従来ならば、過渡運転時における膨張弁の制御方法は定常運転時と同様に開度の調整量および調整頻度が一定であったので、制御部１６による潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度制御では潤滑油の急激な温度上昇に追従できず異常停止温度に到達してしまい、圧縮機を異常停止せざるを得なかった。これに対して、本実施の形態によれば、潤滑油の急激な温度上昇に対して、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度調整量をさらに大きく制御することで、潤滑油冷却用の冷媒流量を急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。
【００１７】
以上のように、本実施の形態によれば、潤滑油の急激な温度上昇に対して、制御部は潤滑油冷却用電子膨張弁の開度調整量を定常時の開度調整量よりも大きく制御することで、潤滑油冷却用の冷媒流量を急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。
この結果、吐出ガス温度異常による圧縮機の異常停止を防止できる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態１では、潤滑油の温度上昇が定常時の温度に比べて急激となる過渡運転時の開度調整量を定常運転時の開度調整量よりも大きく制御し、開度調整頻度が定常時のそれとほぼ同じである場合について説明したが、過渡運転時の１回当たりの開度調整量は実施の形態１と同様であるが、開度調整頻度を定常時のそれよりも多くなるように制御しても良い。本実施の形態２では、このような場合について説明する。
図１の構成は本実施の形態でも用いられる。
図４は、本実施の形態２における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図４を用いて説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０８及びステップＳ２１０〜Ｓ２１１までは実施の形態１と同様に動作する。ステップＳ２０７において、潤滑油の温度が所定値Ｔ以上であれば、このままでは危険なので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせる（ステップＳ４０１）。次に制御部１６は定常運転時の所定時間ｔ１よりも短い所定時間ｔ２が経過するまで待ち（ステップＳ４０２）、所定時間ｔ２が経過すると、制御部１６は温度検出部１７から潤滑油の温度を取得して（ステップＳ４０３）、ステップＳ２０５へ戻る。これにより、この過渡運転時における１回当たりの開度調整量は実施の形態１における開度調整量と変わりはないが、開度変更の時間間隔は実施の形態１における開度変更のそれよりも短くなるため、開度調整の頻度が実施の形態１よりも多くなる。例えば、定常運転時の開度調整の時間間隔が２０秒とすると、過渡運転時の開度調整の時間間隔を１０秒にする。これにより、所定時間当たりの潤滑油冷却用液冷媒の流量は定常運転時よりも増える。
例えば、開度の調整量を１０パルスとすると、従来では運転初期は１５０パルス、さらに２０秒経過後に１６０パルス、さらに２０秒経過後に１７０パルス、さらに２０秒経過後に１８０パルス、・・・というように２０秒経過毎に１０パルスずつ増えていくとすると、本発明では運転初期は１５０パルス、さらに１０秒経過後に１６０パルス、さらに１０秒経過後に１７０パルス、さらに１０秒経過後に１８０パルス、・・・というように１０秒経過毎に１０パルスずつ増えていく。
なお、上記所定時間ｔ２は周期的に行われる処理の所定時間ｔ１とは別の周期である。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態１〜２では、潤滑油の温度上昇が定常時の温度に比べて急激となる過渡運転時の開度調整を定常運転時の開度調整よりも一定の割合で徐々に大きく制御する場合について説明したが、過渡運転時の開度調整頻度を潤滑油の温度が所定値を超える大きさに応じて変えるように制御しても良い。本実施の形態３では、このような場合について説明する。
図１の構成は本実施の形態でも用いられる。
図５は、本実施の形態３における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図５を用いて説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０８及びステップＳ２１０〜Ｓ２１１までは実施の形態１と同様に動作する。ステップＳ２０７において、潤滑油の温度が所定値Ｔ以上であれば、このままでは危険なので、制御部１６は下記の式（１）に示すように潤滑油の温度Ｔｊから所定値Ｔを減算して、潤滑油の温度が所定値を超過する温度（以下、超過温度と呼ぶ）Ｔｏｖを算出する（ステップＳ５０１）。
Ｔｏｖ＝Ｔｊ−Ｔ…………………………………………（１）
次に制御部１６は算出した超過温度に応じて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度変更の時間間隔ｔ２の値を変える。例えば、下記の式（２）を用いて時間間隔ｔ２を算出する（ステップＳ５０２）。
ｔ２＝Ｋ１／Ｔｏｖ…………………………………………（２）
ここで、Ｋ１は定数、／は除算を示す。
なお、ｔ２の算出に用いる数式は式（１）に限る必要はない。例えば下記の式（３）を用いても良い。
ｔ２＝１／（ａ＊Ｔｏｖ＋ｂ＊Ｔｏｖ＾２）…………（３）
ここで、ａ、ｂはそれぞれ異なる定数、＊は乗算、Ｔｏｖ＾２はＴｏｖの２乗を示す。
【００２０】
次に制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせる（ステップＳ４０１）。次に制御部１６は算出した所定時間ｔ２が経過するまで待ち（ステップＳ４０２）、所定時間ｔ２が経過すると、制御部１６は温度検出部１７から潤滑油の温度を取得して（ステップＳ４０３）、ステップＳ２０５へ戻る。これにより、この過渡運転時における開度調整頻度は潤滑油の温度が所定値を超える温度Ｔｏｖの大きさに応じて変わる。即ち、超過温度Ｔｏｖが大きいほどｔ２は小さくなり、Ｔｏｖが小さいほどｔ２は大きくなる。従って、温度上昇が急激なときはｔ２を小さくすることで開度調整頻度を多くして潤滑油冷却用の冷媒の流量を増加させ、温度上昇が急激でないときはｔ２を大きくすることで開度調整頻度を少なくして潤滑油冷却用の冷媒の流量を減少させる。これにより、温度上昇が急激でないときは開度調整頻度が少ないので、その分オーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生が実施の形態２よりも少なくなり、安定した制御が可能となる。この際の潤滑油の温度変化特性は図３と似た形となり、潤滑油の温度が目標上限温度を超えた後の潤滑油の温度が目標上下限温度範囲内に収束する速度が実施の形態１〜２よりもなだらかとなり、図示されていないが過渡応答によるオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生が少なくなる。
【００２１】
実施の形態４．
実施の形態３では、過渡運転時の開度調整頻度を潤滑油の温度が所定値を超える大きさに応じて変えるように制御したが、過渡運転時の開度調整頻度でなく、開度調整量を潤滑油の温度が所定値を超える大きさに応じて変えるように制御しても良い。本実施の形態４では、このような場合について説明する。
図１の構成は本実施の形態でも用いられる。
図６は、本実施の形態４における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図６を用いて説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０８及びステップＳ２１０〜Ｓ２１１までは実施の形態１と同様に動作する。ステップＳ２０７において、潤滑油の温度が所定値Ｔ以上であれば、このままでは危険なので、制御部１６は下記の式（１）に示すように潤滑油の温度Ｔｊから所定値Ｔを減算して、潤滑油の温度が所定値を超過する温度Ｔｏｖを算出する（ステップＳ５０１）。
Ｔｏｖ＝Ｔｊ−Ｔ…………………………………………（１）
次に制御部１６は算出した超過温度に応じて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度ＯＰを変える。例えば、下記の式（４）を用いて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を算出する（ステップＳ１３０１）。
ＯＰ＝Ｋ２＊Ｔｏｖ………………………………………（４）
ここで、Ｋ２は比例定数、＊は乗算を示す。
なお、開度ＯＰの算出に用いる数式は式（１）に限る必要はない。例えば下記の式（５）を用いても良い。
ＯＰ＝ａ＊Ｔｏｖ＋ｂ＊Ｔｏｖ＾２……………………（５）
ここで、ａ、ｂはそれぞれ異なる定数、＊は乗算、Ｔｏｖ＾２はＴｏｖの２乗を示す。
次に制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせた（ステップＳ２０９）後、ステップＳ２０５へ戻る。これにより、この過渡運転時における開度調整量は潤滑油の温度が所定値を超える温度Ｔｏｖの大きさに応じて変わる。即ち、超過温度Ｔｏｖが大きいほど潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度ＯＰは大きくなり、超過温度Ｔｏｖが小さいほど潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度ＯＰは小さくなる。従って、温度上昇が急激なときは開度ＯＰを大きくして潤滑油冷却用の冷媒の流量を増加させ、温度上昇が急激でないときは開度ＯＰを小さくして潤滑油冷却用の液冷媒の流量を減少させる。これにより、温度上昇が急激でないときは開度調整量が少ないので、その分オーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生が実施の形態２よりも少なくなり、安定した制御が可能となる。この際の潤滑油の温度変化特性は図３と似た形となり、潤滑油の温度が目標上限温度を超えた後の潤滑油の温度が目標上下限温度範囲内に収束する速度が実施の形態１〜２よりもなだらかとなり、図示されていないが過渡応答によるオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生が少なくなる。
【００２２】
実施の形態５．
実施の形態１〜４では、潤滑油の温度の大小に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御する場合について説明したが、潤滑油の温度の大小でなく、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御しても良い。本実施の形態５では、このような場合について説明する。
図１の構成は本実施の形態でも用いられる。
図７は、本実施の形態５における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図７を用いて説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０２までは実施の形態１と同様に動作する。
次に制御部１６は潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率を算出する（ステップＳ６０１）。この上昇率は１つ前の周期に取得した潤滑油の温度を制御部１６が内蔵する図示しない記憶部に記憶させておき、今回取得した潤滑油の温度との差分を算出し、これを周期時間で除算することにより得られる。次に制御部１６は算出した潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率を目標上限温度上昇率と比較し、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が目標上限温度上昇率以上か否か調べる（ステップＳ６０２）。潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が目標上限温度上昇率よりも低ければ、制御部１６は、定常運転と判断し、潤滑油の温度を予め設定した目標上限温度と比較し、潤滑油の温度が目標上限温度以下か否かを調べる（ステップＳ２０３）。潤滑油の温度が目標上限温度以下であれば、制御部１６は潤滑油の温度が予め設定した目標下限温度以上であるか否かを調べる（ステップＳ２１０）。潤滑油の温度が目標下限温度以上であれば、正常なので、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をそのまま保持して運転を行うとともに、所定時間ｔ１が経過するまで待ち（ステップＳ２０８）、その後ステップＳ２０２へ戻る。ステップＳ２１０において、潤滑油の温度が目標下限温度よりも低ければ、制御部１６は、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をダウンさせ（ステップＳ２１１）、所定時間ｔ１が経過するまで待ち、その後ステップＳ２０２へ戻る。これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量が減少するので、潤滑油の温度は上昇する。上記ステップＳ２０２〜Ｓ２１１の動作を繰り返し実行することにより、潤滑油の温度は目標下限温度以上になる。
【００２３】
ステップＳ２０３の比較において、潤滑油の温度が目標上限温度を上回っていれば、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をアップさせる（ステップＳ２０４）。このときの開度制御を以下、開操作と呼ぶこともある。これにより、制御部１６は定常運転から過渡運転に切り替わる。また、潤滑油は冷媒によって冷やされ、潤滑油の温度上昇を冷媒の冷却により吸収できれば、潤滑油の温度は次第に低下していく。
【００２４】
ステップＳ６０２の比較において、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が目標上限温度上昇率以上ならば、制御部１６は過渡運転であると判断する。過渡運転では危険な温度になる虞があるので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせる（ステップＳ６０３）。この過渡運転時における開度調整量は定常運転時の開度調整量よりも大きい。例えば、定常運転時の開度調整量にさらに１０パルス増加させて過渡運転時における開度調整量を算出し、この操作量を指令値としてパルスモーターに与えることにより、過渡運転時における過渡運転時における開度を定常運転時の開度よりも１０パルス分だけ大きく開くことができる。
これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量は急増し、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。この結果、吐出ガス温度異常による圧縮機の異常停止を防止できる。この際の潤滑油の温度変化特性を図８に示す。図８に示すように、例えば目標上限温度を５０℃、目標下限温度を４０℃、所定温度（設定温度と呼ぶこともある）Ｔを５５℃、異常停止温度を９５℃とすると、潤滑油の温度が急上昇し、設定温度５５℃を超えてしまうような場合、従来ならば、定常運転時の開度のみで対応していたので、制御部１６による潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度制御では潤滑油の急激な温度上昇に追従できず異常停止温度に到達してしまい、圧縮機を異常停止せざるを得なかった。これに対して、本実施の形態によれば、潤滑油の急激な温度上昇に対して、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をさらに大きく制御することで、潤滑油冷却用の冷媒の流量を急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。この潤滑油の急上昇は時間に対する温度の変化を捉えて検出するので、定常運転時でも検出可能であり、いち早く異常の発生を予測することが可能であり、異常停止の発生をより確実に防止できる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、潤滑油の急激な温度上昇が発生すると、制御部は温度上昇率に基づいてこの潤滑油の急激な温度上昇を検出し、潤滑油冷却用電子膨張弁の開度を定常時の開度よりも大きく制御することで、潤滑油冷却用の冷媒の流量を急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。
この結果、定常運転時においても傾きを検出することにより、吐出ガスの温度異常をいち早く検出することが可能であり、吐出ガスの温度異常による圧縮機の異常停止を上記実施の形態よりも確実に防止できる。
【００２６】
実施の形態６．
実施の形態５では、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御する際に、潤滑油の温度上昇が定常時の温度に比べて急激となる過渡運転時の開度調整量を定常運転時の開度調整量よりも大きく制御し、開度調整頻度が定常時のそれとほぼ同じである場合について説明したが、過渡運転時の１回当たりの開度調整量は実施の形態１と同様であるが、開度調整頻度を定常時のそれよりも多くなるように制御しても良い。本実施の形態６では、このような場合について説明する。
図１の構成は本実施の形態でも用いられる。
図９は、本実施の形態６における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１及び図９を用いて説明する。
ステップＳ２０１〜Ｓ６０２までは実施の形態５と同様に動作する。ステップＳ６０２の比較において、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が目標上限温度上昇率よりも低ければ、図２のステップＳ２０３〜Ｓ２１１及びステップＳ２０８と同様に動作する。ステップＳ６０２の比較において、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が目標上限温度上昇率以上ならば、制御部１６は過渡運転であると判断する。過渡運転では危険な温度になる虞があるので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせる（ステップＳ６０４）。次に制御部１６は定常運転時の所定時間ｔ１よりも短い所定時間ｔ２が経過するまで待ち（ステップＳ４０２）、ステップＳ２０２へ戻る。これにより、この過渡運転時における１回当たりの開度調整量は定常運転時における開度調整量と変わりはないが、開度変更の時間間隔は実施の形態５における開度変更のそれよりも短くなるため、開度の調整頻度が実施の形態５よりも多くなる。
これにより、潤滑油の温度変化特性は図８と似た形となる。
【００２７】
なお、上記の例では、制御部は、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えたときに、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度の調整頻度を増やすことについて説明したが、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えた量に基づいて、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度の調整頻度を変えるように構成しても良い。この場合も上記と同様の効果に加えて、オーバーシュートやアンダーシュートの発生頻度が少なくなり、より安定した運転が可能となる。
また、潤滑油の温度の単位時間当たりの上昇率が所定値を超えた量に基づいて、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度調整量を変えるように構成しても良い。この場合も上記と同様の効果に加えて、オーバーシュートやアンダーシュートの発生頻度が少なくなり、より安定した運転が可能となる。
【００２８】
実施の形態７．
実施の形態１〜６では、潤滑油の温度に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御する場合について説明したが、吐出ガスの温度に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御しても良い。本実施の形態７では、このような場合について説明する。
図１０は本発明に係る冷凍装置の実施の形態７における要部冷媒回路を示す構成図である。図１０において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。潤滑油の温度を検出する温度検出部１７に代えて、圧縮機１から吐出される吐出ガスの温度を検出する温度検出部１８を設けた以外は図１と同一である。温度検出部１７は、図示しないが、油冷却器７の出口側配管の温度を検出して信号を発生する温度センサーとこの温度センサーから信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して制御部１６へ送る変換部とから構成されている。また、温度センサーはサーミスターや熱電対などで構成され、潤滑油の温度を検知し、信号を発する。
【００２９】
図１１は、本実施の形態７における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１０及び図１１を用いて説明する。
制御部１６は起動されると、まずカウンタークリアやデータ類の初期値設定などの初期化処理を行う（ステップＳ２０１）。次に制御部１６は温度検出部１８から吐出ガスの温度を取得し（ステップＳ１００１）、吐出ガスの温度を予め設定した目標上限温度と比較し、吐出ガスの温度が目標上限温度以下か否かを調べる（ステップＳ１００２）。吐出ガスの温度が目標上限温度以下であれば、制御部１６は吐出ガスの温度が予め設定した目標下限温度以上であるか否かを調べる（ステップＳ１００５）。吐出ガスの温度が目標下限温度以上であれば、正常なので、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をそのまま保持して運転を行うとともに、所定時間ｔ１が経過するまで待ち（ステップＳ２０８）、その後ステップＳ１００１へ戻り、通常の処理を再開する。ステップＳ１００５において、吐出ガスの温度が目標下限温度よりも低ければ、制御部１６は、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をダウンさせる（絞る）（ステップＳ２１１）。
【００３０】
ステップＳ１００２の比較において、吐出ガスの温度が目標上限温度を上回っていれば、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をアップさせる（ステップＳ２０４）。これにより、制御部１６は定常運転から過渡運転に切り替わる。また、油冷却器７において潤滑油は湿りガスによって冷やされ、潤滑油の温度上昇を湿りガスの冷却により吸収できれば、潤滑油の温度は次第に低下していく。この潤滑油の温度の低下に伴い、吐出ガスの温度も低下していく。
【００３１】
しかしながら、圧縮機１から吐出された吐出ガスの温度上昇が急激であり、潤滑油冷却用電子膨張弁１５を通過した冷媒により冷却された潤滑油による圧縮機の吐出ガスの冷却が圧縮機の吐出ガスの冷却温度上昇に追従できないような不足の状態であるとき、吐出ガスの温度は目標上限温度よりも高くなり危険の状態となる。そこで、この状態を防止するために、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をさらに大きくしてここを通過する冷媒の流量をさらに増やす必要がある。これを実現するために、制御部１６は所定時間ｔ１が経過するまでステップＳ２０５を繰り返し実行して待った後、再び温度検出部１８から吐出ガスの温度を取得し（ステップＳ１００３）、吐出ガスの温度が目標上限温度より高い所定値Ｔと比較する（ステップＳ１００４）。比較の結果、吐出ガスの温度がＴ以上でなければ安全と判断し、所定時間ｔ１が経過するまでステップＳ２０８を繰り返し実行して待った後ステップＳ２０２へ戻る。
【００３２】
ステップＳ１００４において、吐出ガスの温度が所定値Ｔ以上であれば、このままでは危険なので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせた（ステップＳ２０９）後、ステップＳ２０５へ戻る。この過渡運転時における開度調整量は定常運転時の開度調整量よりも大きい。例えば、定常運転時の開度調整量にさらに１０パルス増加させて過渡運転時における開度調整量を算出し、この調整量を指令値としてパルスモーターに与えることにより、過渡運転時における過渡運転時における開度を定常運転時の開度よりも１０パルス分だけ大きく開くことができる。
これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量は急増し、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。この結果、吐出ガス温度異常による圧縮機の異常停止を防止できる。
【００３３】
本実施の形態によれば、吐出ガスの急激な温度上昇に対して、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁の開度調整量をさらに大きく制御することで、潤滑油冷却用の冷媒の流量を急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。
【００３４】
なお、上記の例では、実施の形態１に潤滑油の温度に代えて、吐出ガスの温度を適用する場合について説明したが、実施の形態２〜６についても同様に潤滑油の温度に代えて、適用することができ、同様の効果を奏する。
【００３５】
実施の形態８．
実施の形態７では、吐出ガスの温度に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御する場合について説明したが、油冷却器の出口から流出された潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度に基づいて潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度を制御しても良い。本実施の形態８では、このような場合について説明する。
図１２は本発明に係る冷凍装置の実施の形態８における要部冷媒回路を示す構成図である。図１２において、図１と同符号は同一または相当部分を示す。潤滑油の温度を検出する温度検出部１７に代えて、油冷却器７の出口から流出する中間圧力の潤滑油冷却後の冷媒ガスの温度を検出する温度検出部１９とこの潤滑油冷却後の冷媒ガスの圧力を検出する圧力検出部２０とを油冷却器７の出口側配管に設けた以外は図１と同一である。温度検出部１９は、図示しないが、油冷却器７の出口側配管内を流れる潤滑油冷却後の冷媒ガスの温度を検出して信号を発生する温度センサーと、この温度センサーから信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して制御部１６へ送る変換部とから構成されている。また、温度センサーはサーミスターや熱電対などで構成され、潤滑油の温度を検知し、信号を発する。圧力検出部２０は、図示しないが、油冷却器７の出口側配管の圧力を検出して信号を発生する圧電検出器とこの圧電検出器から信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換して制御部１６へ送る変換部とから構成されている。
【００３６】
図１３は、本実施の形態８における制御部１６の潤滑油冷却の動作を示すフローチャートである。次に、制御部１６の潤滑油冷却の動作を図１２及び図１３を用いて説明する。
制御部１６は起動されると、まずカウンタークリアやデータ類の初期値設定などの初期化処理を行う（ステップＳ２０１）。次に制御部１６は温度検出部１９から潤滑油冷却後の冷媒ガスの温度を取得し（ステップＳ１２０１）、圧力検出部２０から潤滑油冷却後の冷媒ガスの圧力を取得する（ステップＳ１２０２）。次に制御部１６は取得した潤滑油冷却後の冷媒ガスの圧力を飽和温度に変換し、変換した飽和温度を取得した温度から減算することで潤滑油冷却後の冷媒ガガスの過熱度を算出する（ステップＳ１２０３）。次に制御部１６は潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度を予め設定した目標上限過熱度と比較し、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標上限過熱度以下か否かを調べる（ステップＳ１２０４）。潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標上限過熱度以下であれば、制御部１６は潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が予め設定した目標下限過熱度以上であるか否かを調べる（ステップＳ１２０９）。潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標下限過熱度以上であれば、正常なので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をそのまま保持して運転を行うとともに、所定時間ｔ１が経過するまで待ち（ステップＳ２０８）、その後ステップＳ１２０１へ戻る。ステップＳ１２０９において、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標下限過熱度よりも低ければ、制御部１６は、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をダウンさせ（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０８へ進む。
【００３７】
ステップＳ１２０４の比較において、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標上限過熱度を上回っていれば、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をアップさせる（ステップＳ２０４）。これにより、制御部１６は定常運転から過渡運転に切り替わる。また、油冷却器７において潤滑油は冷媒によって冷やされ、潤滑油の温度上昇を冷媒の冷却により吸収できれば、潤滑油の温度は次第に低下していく。この潤滑油の温度の低下に伴い、吐出ガスの温度も低下していく。
【００３８】
しかしながら、圧縮機１から吐出された吐出ガスの温度上昇が急激であり、油冷却器７での冷媒による潤滑油の冷却がこの温度上昇を吸収できないとき、即ち、潤滑油冷却用電子膨張弁１５を通過した冷媒の流量が圧縮機の温度上昇に追従できないような不足の状態に陥っているとき、潤滑油の温度は目標上限温度よりも高くなり危険の状態となる。そこで、この状態を防止するために、潤滑油冷却用電子膨張弁１５の開度をさらに大きくしてここを通過する冷媒の流量をさらに増やす必要がある。これを実現するために、制御部１６は所定時間ｔ１が経過するまでステップＳ２０５を繰り返し実行して待った後、再び温度検出部１９から潤滑油冷却後の冷媒ガスの温度を取得し（ステップＳ１２０５）、さらに圧力検出部２０から潤滑油冷却後の冷媒ガスの圧力を取得し（ステップＳ１２０６）、取得した潤滑油冷却後の冷媒ガスの温度と圧力から潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度を算出する（ステップＳ１２０７）。次に制御部１６は潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が目標上限過熱度より高い所定値Ｔと比較する（ステップＳ１２０８）。比較の結果、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度がＴ以上でなければ安全と判断し、所定時間ｔ１が経過するまでステップＳ２０８を繰り返し実行して待った後ステップＳ１２０１へ戻る。
【００３９】
ステップＳ１２０８において、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度が所定値Ｔ以上であれば、このままでは危険なので、制御部１６は潤滑油冷却用電子膨張弁１５に制御信号を送って開度をさらにアップさせた（ステップＳ２０９）後、ステップＳ２０５へ戻る。この過渡運転時における開度調整量は定常運転時の開度調整量よりも大きい。例えば、定常運転時の開度調整量にさらに１０パルス増加させて過渡運転時における開度調整量を算出し、この調整量を指令値としてパルスモーターに与えることにより、過渡運転時における過渡運転時における開度を定常運転時の開度よりも１０パルス分だけ大きく開くことができる。
これにより、潤滑油冷却用の冷媒の流量は急増し、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。この結果、吐出ガスの温度異常による圧縮機の異常停止を防止できる。
【００４０】
本実施の形態によれば、吐出ガスの急激な温度上昇が発生すると、制御部１６は潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度に基づいて吐出ガスの急激な温度上昇を検出し、このとき潤滑油冷却用電子膨張弁の開度を定常運転時の開度よりも拡大させることで、潤滑油冷却用の湿りガスを急増させることができ、潤滑油の温度および吐出ガス温度の急上昇を抑制できる。
【００４１】
なお、上記の例では、実施の形態１に潤滑油の温度に代えて、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度を適用する場合について説明したが、実施の形態２〜６についても同様に潤滑油の温度に代えて、潤滑油冷却後の冷媒ガスの過熱度適用することができ、同様の効果を奏する。
また、上記の例では、二段スクリュー圧縮機を例に挙げて説明したが、二段スクリュー圧縮機に限る必要はなく、装置に油冷却器を有し、運転条件の急変化による潤滑油の温度や吐出ガス温度の急上昇が発生し得る圧縮機であれば、適用が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  圧縮機、１ａ  低段圧縮機構、１ｂ  高段圧縮機構、１ｃ  圧縮機中間圧室、１ｄ  モーター室、２  油分離器、３  凝縮器、４  主液膨張弁、５  蒸発器、６  モーター冷却用膨張弁、７  油冷却器、８  潤滑油冷却主膨張弁用電磁弁、９  潤滑油冷却副膨張弁用電磁弁、１０  膨張弁、１１  膨張弁、１２  潤滑油開閉器、１３  潤滑油開閉器、１４  潤滑油開閉器、１５  潤滑油冷却用電子膨張弁、１６  制御部、１７  温度検出部、１８  温度検出部、１９  温度検出部、２０  圧力検出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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