(57)【要約】【課題】潤滑油の適正な粘度を保持することができるとともに、冷凍機への負荷を増大させない圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置を提供する。【解決手段】圧縮機１３と、凝縮器１７と、蒸発器１１とを冷媒配管２１によって連結するとともに、圧縮機１３の軸受２３を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンク２５を具備してなる圧縮式冷凍機１−１である。潤滑油タンク２５内の潤滑油を油ポンプ２７で軸受２３に供給するとともに軸受２３を潤滑した潤滑油を潤滑油タンク２５に戻す潤滑油循環系（配管２９ａ，２９ｂ）を設ける。潤滑油タンク２５を凝縮器１７の圧力と均圧になるように結ぶ。潤滑油循環系に冷媒によって潤滑油を冷却する油冷却手段３３を設ける。油冷却手段３３に用いる冷媒が凝縮器１７から供給されて凝縮器１７に戻されるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結するとともに、上記圧縮機の軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを具備してなる圧縮式冷凍機において、
前記潤滑油タンク内の潤滑油を油ポンプで軸受に供給するとともに軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す潤滑油循環系を設け、
潤滑油タンクを凝縮器の圧力と均圧になるように結び、
前記潤滑油循環系に前記冷媒によって潤滑油を冷却する油冷却手段を設けると共に、この油冷却手段に用いる冷媒が凝縮器から供給されて凝縮器に戻されることを特徴とする圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【請求項２】
前記軸受を軸受室で囲み、圧縮機吐出側圧力部及び圧縮機を駆動する駆動機のロータの回転雰囲気からラビリンス或いは狭い隙間で分離すると共に、この軸受室を潤滑油タンクと均圧になるように結んだことを特徴とする請求項１に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【請求項３】
潤滑油温度と、凝縮温度或いは凝縮温度に関連する物理量とを関連付けたデータを用いて油冷却手段を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【請求項４】
冷却水を直列に供給する複数の凝縮器を持つ圧縮式冷凍機であって、冷却水を最初に供給する凝縮器に潤滑油タンクを均圧させることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【請求項５】
油冷却手段を冷媒と熱交換を行う熱交換器にすると共に、
熱交換器からの冷媒の戻しを、凝縮器と蒸発器と選択的に変更するか、あるいは凝縮器とエコノマイザーと選択的に変更する切替え手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れかに記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【請求項６】
冷凍機停止時、圧縮機の吸込みベーンを徐々に閉止すると共に、羽根車回転速度も徐々に低下させながら停止させる制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至５の内の何れかに記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮式冷凍機（蒸気圧縮式冷凍機）は、電動機によって駆動される圧縮機と凝縮器と蒸発器とを冷媒配管で連結して構成されている。また圧縮式冷凍機は潤滑が必要で、例えば上記圧縮機及び電動機の軸受を潤滑する潤滑油を供給する潤滑油タンクが設置されている。潤滑油は冷媒と相溶性のあるものを用いており、軸受の潤滑系から漏れ出した潤滑油は、運転中、冷媒サイクルに溶け込むが、潤滑油中にも冷媒が溶け込むことになる。軸受潤滑に供給する潤滑油は、適正な粘性を保持する必要があり、現実的には潤滑油の温度と濃度（冷媒と潤滑油の溶液）を調整することになる。
【０００３】
一方潤滑油は軸受の冷却をも兼ねており、機械損失による発熱分を除去し、潤滑油自身は温度上昇している。この熱量を潤滑油系から除去するため、油冷却器を設置し、従来はこの熱量を（即ち油冷却器を冷却して蒸発した冷媒蒸気を）蒸発器に戻しており、蒸発器の負荷となっていた。
【０００４】
圧縮機は、電動機、軸受、増速ギアを含めて密閉化しており、上述のように潤滑油は冷媒蒸気を吸収して冷媒との混合溶液になっている。一方、軸受或いは増速ギア部から少量の潤滑油が漏れ出て冷媒中に混入する。長期間の潤滑油漏出により、潤滑油系統の油不足による循環不能が生じるので、冷媒液中から潤滑油を濃縮して回収し、潤滑油系統に戻す操作もしている。この際、潤滑油と共に冷媒が潤滑油系統に入るが、過剰な冷媒は蒸発して、潤滑油タンクから均圧管を通して、蒸発器に戻される。
【０００５】
冷凍機の起動時には、蒸発器圧力、温度が急激に低下する（常温から冷水を冷却する蒸発温度に変化する。空調条件で言えば、夏期の外気温３０℃付近から蒸発温度６℃に変化する。）。この際、潤滑油中に溶け込んでいる冷媒が蒸発してきて、粘性の高い潤滑油中に気泡となって現れる。即ちフォーミングが生じる。フォーミングにより、潤滑油の見かけの体積が急膨張し、潤滑油タンクから流出したり、或いは潤滑油ポンプでの油圧が上昇しないなど悪影響が生じる。このフォーミング現象を抑えるため、停止中はヒーターで潤滑油の温度を上げ（６０〜６５℃程度）、潤滑油が冷媒を吸収するのを抑え、潤滑油中の冷媒濃度を低く保持している。しかし停止中の温度が高い分、放熱が増え、ヒーターの電力が無駄になる。また前記蒸発器圧力などの急変を避けるため、潤滑油タンクの圧力を徐々に低下させるように構成したりしている。しかしながらそうすると、圧縮式冷凍機起動時の立ち上がり時間が長くなってしまう。
【特許文献１】実開平３−７３８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、潤滑油の適正な粘度を保持することができるとともに、冷凍機への負荷を増大させない圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置を提供することにある。
【０００７】
また本発明は、冷凍機運転中にフォーミング等による潤滑油の供給不能な状態を避けることができる圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願請求項１に記載の発明は、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結するとともに、上記圧縮機の軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを具備してなる圧縮式冷凍機において、前記潤滑油タンク内の潤滑油を油ポンプで軸受に供給するとともに軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す潤滑油循環系を設け、潤滑油タンクを凝縮器の圧力と均圧になるように結び、前記潤滑油循環系に前記冷媒によって潤滑油を冷却する油冷却手段を設けると共に、この油冷却手段に用いる冷媒が凝縮器から供給されて凝縮器に戻されることを特徴とする圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
上記圧縮機の軸受は、圧縮機を駆動する電動機の両側など、複数個であっても良い。潤滑油タンク内には、潤滑油液面が存在し、上部は冷媒蒸気、下部は潤滑油と冷媒の混合溶液となる。油冷却手段の設置場所は、潤滑油タンク内、或いは潤滑油供給系の配管中が好ましい。なお、この油冷却手段は、凝縮器から供給される冷媒液を、直接潤滑油に混入して蒸発熱にて冷却し、蒸発冷媒を凝縮器に戻しても良い。
【０００９】
本願請求項２に記載の発明は、前記軸受を軸受室で囲み、圧縮機吐出側圧力部及び圧縮機を駆動する駆動機のロータの回転雰囲気からラビリンス或いは狭い隙間で分離すると共に、この軸受室を潤滑油タンクと均圧になるように結んだことを特徴とする請求項１に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
【００１０】
本願請求項３に記載の発明は、潤滑油温度と、凝縮温度或いは凝縮温度に関連する物理量とを関連付けたデータを用いて油冷却手段を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
凝縮温度に関連する物理量とは、例えば凝縮圧力、冷却水温度等である。
【００１１】
本願請求項４に記載の発明は、冷却水を直列に供給する複数の凝縮器を持つ圧縮式冷凍機であって、冷却水を最初に供給する凝縮器に潤滑油タンクを均圧させることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
【００１２】
本願請求項５に記載の発明は、油冷却手段を冷媒と熱交換を行う熱交換器にすると共に、熱交換器からの冷媒の戻しを、凝縮器と蒸発器と選択的に変更するか、あるいは凝縮器とエコノマイザーと選択的に変更する切替え手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れかに記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
冷媒は、圧縮式冷凍機起動時と運転中は凝縮器に戻し、停止時は蒸発器に戻すことが好適である。
【００１３】
本願請求項６に記載の発明は、冷凍機停止時、圧縮機の吸込みベーンを徐々に閉止すると共に、羽根車回転速度も徐々に低下させながら停止させる制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至５の内の何れかに記載の圧縮式冷凍機の軸受潤滑装置にある。
即ち凝縮温度の急変を避けるような圧縮式冷凍機の運転を行う。凝縮温度の急変は圧縮式冷凍機停止時がもっとも激しい。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、潤滑油タンクを凝縮器の圧力と均圧になるように結ぶとともに、油冷却手段に用いる冷媒を凝縮器から供給して凝縮器に戻すことで軸受の機械損失分を凝縮器経由で冷却水に放熱したので、潤滑油の温度と濃度を適正な値に容易に調整でき、また損失を出さずに省エネルギー化を図ることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、軸受室がほぼ凝縮器の圧力となり、圧縮機の吐出圧或いは電動機の内圧とほぼ同等で圧力差があまりなくなり、冷媒蒸気の出入は僅かになる。従って軸受室の境を簡単なラビリンス或いは小さな隙間の隔壁として簡易化することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、例えば図８を用いて、潤滑油（冷媒との混合溶液）の温度を冷媒露点（凝縮温度）と関連付けることで、冷媒濃度を略一定に制御することができる。即ち潤滑油の温度を冷媒露点に対応する濃度一定の溶液温度線に追従させれば、冷媒濃度変化は生じないので、フォーミングを防ぐことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、負荷による凝縮温度の変化が少ない冷却水入口側の凝縮器に潤滑油タンクを均圧させたので、凝縮器露点の急激な温度低下に潤滑油温度が追従できないときに生じる恐れのあるフォーミングを防止できる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、潤滑油タンクの液面よりも下部で潤滑油温度を低下させておけば、液面より下では蒸気に接触せず、気液平衡関係はないので、温度を下げても冷媒濃度が上昇することはなく、圧力低下時に冷媒蒸気の発生は抑えられ、フォーミングを防ぐことができる。また凝縮器露点が急激に温度低下する際、油冷却手段から戻す冷媒を凝縮器から蒸発器（又はエコノマイザー）に導くように変更することで、蒸発器温度（又はエコノマイザー温度）相当で冷媒を冷却することができ、潤滑油タンク液面より下の潤滑油の温度を効果的に下げることができ、フォーミングを防止できる。つまり油冷却手段の冷却能力を急激に上げて対応することができる。
【００１９】
凝縮温度の急変は冷凍機停止時がもっとも激しいが、請求項６に記載の発明によれば、冷凍機停止時における凝縮温度の急変を避ける圧縮式冷凍機の運転を行うことができ、フォーミングの防止ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−１の全体概略構成図である。同図に示すように圧縮式冷凍機１−１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う圧縮式冷凍機であって、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、具体的に言えば、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器１１と、電動機（駆動機）１５によって回転駆動されて前記冷媒蒸気を圧縮して高圧蒸気にする圧縮機１３と、高圧蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器１７と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させて蒸発器１１に送る膨張機１９とを、冷媒を循環する冷媒配管２１によって連結して構成されている。さらにこの圧縮式冷凍機１−１は、電動機１５や各種ポンプの駆動制御や、各種開閉・切替え手段の開閉・切替え制御等を行う図示しない制御機器（制御手段）を具備している。圧縮機１３と電動機１５の軸は軸受２３により回転自在に支持されている。
【００２１】
この圧縮式冷凍機１−１は、圧縮機１３の軸受２３を潤滑する潤滑油を貯留している潤滑油タンク２５を具備している。軸受２３はこの実施形態では電動機１５の両側に設置されている。潤滑油タンク２５には、油ポンプ２７を介して軸受２３に潤滑油を供給する配管２９ａと、軸受２３を潤滑した潤滑油を潤滑油タンク２５に戻す配管２９ｂとが取り付けられ、これら配管２９ａ，２９ｂと潤滑油タンク２５と油ポンプ２７によって潤滑油循環系が構成されている。なお軸受２３を転がり軸受とすれば、従来のすべり軸受よりも、潤滑油の許容粘性範囲を広く取ることができ、潤滑油管理が容易になる。
【００２２】
潤滑油タンク２５内には潤滑油液面が存在し、その上部は冷媒蒸気、下部は潤滑油と冷媒の溶液（以下場合に応じて「混合溶液」又は「潤滑油」という）となっている。そして配管２９ａは潤滑油タンク２５の下部に接続されることで潤滑油タンク２５内の潤滑油と冷媒の混合溶液が油ポンプ２７によって軸受２３に送られ、配管２９ｂは潤滑油タンク２５の上部に接続されることで軸受２３から戻ってきた混合溶液を潤滑油タンク２５の冷媒蒸気空間に導入する。潤滑油タンク２５内には、油冷却手段として熱交換器（以下「油冷却器」という）３３が設置されている。この油冷却器３３は冷媒によって潤滑油を冷却するものであり、油冷却器３３に用いる冷媒は凝縮器１７の出口側から供給されて凝縮器１７の入口側に戻される配管３４によって接続されている。なお凝縮器１７から油冷却器３３に向かう配管３４中にはポンプ３５が設置され、またポンプ３５の下流側で油冷却器３３に向かう配管３４が分岐され、分岐した側の配管３６を電動機１５に接続し、これによってポンプ３５を駆動すれば、凝縮器１７の出口からの冷媒が油冷却器３３と電動機１５とに供給され、両者を冷却した後、蒸気となって凝縮器１７の入口側に戻される構成となっている。
【００２３】
即ち電動機１５に供給された冷媒液は電動機１５を冷却した後蒸気となった再び凝縮器１７に戻される。一方潤滑油は、潤滑油タンク２５内の油冷却器３３にて、凝縮器１７からの冷媒液で冷却され、冷媒液は蒸発して凝縮器１７に戻り、冷却熱量を凝縮器１７（冷却水）に放出する。またこの潤滑油タンク２５には油ポンプ２７の下流側の配管２９ａに潤滑油タンク２５に潤滑油を戻す油逃し配管３７が接続され、配管３７中には圧力調整用の油逃し弁３９が接続されている。油逃し弁３９で潤滑油タンク２５に所定圧力以上となった潤滑油を戻す場合は、潤滑油タンク２５中の潤滑油の液面の下に戻すのが望ましい。なお油冷却器３３は潤滑油タンク２５の外に設けても良く、その場合、油ポンプ２７の吐出口から油逃し弁３９への分岐点の間に油冷却器３３を設けるのが良い。
【００２４】
この実施形態では圧縮機１３の軸受２３をころがり軸受で構成している。そして軸受２３がころがり軸受の場合、ボール或いはローラーに潤滑油を噴射或いは流下させて潤滑し、潤滑油タンク２５に戻す。潤滑油中の冷媒の一部は軸受２３内の空間では冷媒蒸気になっており、潤滑油タンク２５と下記する軸受室７０との間に図示しない均圧管７１（図１０参照）を接続して均圧をとるのが潤滑油戻しの点から好ましい。
【００２５】
潤滑油タンク２５と凝縮器１７とは均圧管３１によって連結されている。従って潤滑油タンク２５内では、空間が凝縮器１７に均圧しており、軸受２３から戻ってきた潤滑油が潤滑油タンク２５の上部から流下していく間に、冷媒蒸気空間に暴露され、ほぼ気液平衡関係で潤滑油の冷媒濃度が決まる。ここで図７〜図９は潤滑油（混合溶液）の特性例を示す図であり、図７は混合溶液の各温度における冷媒濃度と冷媒圧力の関係を示す図、図８は各冷媒濃度における冷媒露点（冷媒圧力を飽和温度に換算したもの）と、混合溶液温度との関係を示す図、図９は潤滑油の粘性を示す図である。そして例えば凝縮温度３５℃、混合溶液温度５５℃で定常運転していると、図８から混合溶液の冷媒濃度は約２０％であることが分かる。潤滑油タンク２５内の潤滑油溜まり部は、凝縮器１７からの冷媒で冷却され、例えば４０℃になって軸受２３に供給される。軸受２３の機械損失分で混合溶液温度が上昇し、先ほどの５５℃になって潤滑油タンク２５に戻る。つまり例えば図８に示す混合溶液の温度を露点と関連付けたデータを用いて油冷却器２５を制御手段で制御することで、冷媒濃度をほぼ一定にすることも可能である。逆に混合溶液の温度を露点に追従させれば、冷媒濃度変化は生じない。即ちフォーミングを防ぐことができる。このように潤滑油（混合溶液）を簡易な構成で容易に適正な粘度（温度と濃度）に保持することができる。
【００２６】
図１０は電動機１５及び軸受２３部分の詳細図である。軸受２３の部分は、電動機１５内と、電動機１５と圧縮機１３（吐出側）の間にある。軸受２３は軸受室７０で囲まれ、圧縮機１３吐出側圧力部及び電動機１５のロータ１５ａの回転雰囲気からラビリンス或いは狭い隙間Ｌで分離されている。軸受室７０は、前述のように均圧管７１によって潤滑油タンク２５と均圧が取られているので、ほぼ凝縮器１７の圧力であり、圧縮機１３の吐出圧或いは電動機１５の内圧とほぼ同等であり、圧力差はあまりなく、冷媒蒸気の出入は僅かである。なお従来の軸受室は、蒸発器１１に均圧を取っていたので、冷媒蒸気が圧縮機１３及び電動機１５から入り込む形になっており、この蒸気が蒸発器１１に入っていくので、効率低下を招いていた。この実施形態の場合はこのようなことがないので、軸受室７０の境は簡単なラビリンス或いは狭い隙間Ｌの隔壁とすることができ、簡易化を可能としている。
【００２７】
圧縮式冷凍機１−１を運転すると、蒸発器１１から潤滑油分を含んだ冷媒ミストが圧縮機１３の吸込部の液溜まり部ａ１に溜まってくる。そしてこの冷媒を潤滑油の濃度を上げて（あるいはそのまま）配管４５及び配管４５に接続したポンプ４３によって潤滑油タンク２５に回収する。６０は凝縮器１７から蒸発器１１に向かう配管６２中の加熱手段であり、潤滑油の濃度を上げる。この実施形態では、潤滑油タンク２５内に設置した液面センサー４１によって潤滑油の液面を測定し、所定の液面の範囲になるようポンプ４３の駆動を制御する。潤滑油タンク２５と液溜まり部ａ１には圧力差があるので、電磁ポンプ等の小容量のポンプ４３を用いている。潤滑油タンク２５は均圧管３１によって凝縮圧力の系統に均圧しており、冷媒系統に漏れ出した潤滑油を潤滑油濃度を上げて潤滑油系統（圧縮機１３の吸込部の液溜まり部ａ１から潤滑油タンク２５）に回収するが、回収潤滑油の冷媒濃度は高く、一部の冷媒は油冷却の効果を出しながら蒸発する。蒸発した冷媒蒸気を潤滑油タンク２５の均圧管３１を通して凝縮系統（凝縮器１７）に導く構成となっている。なお、潤滑油中の余分な冷媒は、蒸発して油を冷却することができる。従って、油冷却手段としては、凝縮器から供給される冷媒液を、直接潤滑油に混入して蒸発熱にて冷却し、蒸発冷媒を凝縮器に戻してもよい。
【００２８】
以上のようにこの実施形態においては、軸受２３の機械損失分の熱を、凝縮器１７経由で冷却水に放熱したので、従来のように蒸発器１１に戻す場合に比べ、省エネルギー化を図ることができる。
【００２９】
なお図１の配管５４は、液溜まり部ａ１中に溜まった冷媒液が多くなった場合にこれを蒸発器１１にオーバーフローさせるもので、配管５４の途中に液シール部５６を設け、冷媒の逆流を防いでいる。また４４は逆止弁である。
【００３０】
ところでフォーミングを防止する方策の一つとして、急激な凝縮温度の低下（露点低下）をさせない運転をすることも重要である。このためこの実施形態では制御手段によって、この圧縮式冷凍機１−１の停止時に、吸込みベーン１３ａを徐々に閉止すると共に、羽根車１３ｂの回転速度も徐々に低下させながら停止させることとした。凝縮温度の急変は圧縮式冷凍機１−１の停止時がもっとも激しいので、このような圧縮式冷凍機１−１の停止時における凝縮温度の急変を避ける圧縮式冷凍機１−１の運転を行うことで、フォーミングを効果的に防止することができる。
【００３１】
〔第２実施形態〕
図２は本発明の第２実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−２の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−２において、前記図１に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。同図に示す圧縮式冷凍機１−２において前記圧縮式冷凍機１−１と相違する点は、蒸発器１１の冷媒から潤滑油を回収し、潤滑油タンク２５に戻す油回収手段を付け加えている点と、油冷却器３３出口の配管に冷媒を凝縮器１７か蒸発器１１に選択的に切替え可能とする切替え手段５３を設けている点である。
【００３２】
油回収手段は、蒸発器１１内の潤滑油を含有している冷媒を油回収熱交換器４７を経由して圧縮機１３の吸込部の液溜まり部ａ１に導くように配管４８を接続するとともに、油回収熱交換器４７を通る前記冷媒を、凝縮器１７から蒸発器１１へ向かう配管５０中の冷媒にて加熱するように構成されている。即ち凝縮器１７から配管５０を通して蒸発器１１に導入される冷媒により、配管４８中の潤滑油の混入した冷媒を加熱し、加熱されて蒸発した冷媒は圧縮機１３に吸引され、一方ミストとなった油は液溜まり部ａ１に溜まり、回収される。蒸発器１１から油回収熱交換器４７への冷媒流量は、蒸発後の過熱度を過熱度検出手段４９で検出し、バルブ５１の開度を制御することで、所定の流量になるように調節される。その際配管５０を通して蒸発器１１に導入される冷媒は冷却される（熱量同一）ので、蒸発した冷媒と同熱量は蒸発器１１で冷凍効果を発揮したと同じことになる。
【００３３】
一方切替え手段５３は、図示しない制御手段によって、通常は油冷却器３３出口の冷媒蒸気を凝縮器１７に導いているが、冷媒の凝縮温度の低下速度を検出し、検出した低下速度が所定の速度以上であれば、これを切替えて油冷却器３３出口の冷媒蒸気を蒸発器１１に導き、これによって蒸発温度レベルで潤滑油の冷却を行い、油冷却器３３出口の冷媒蒸気を凝縮器１７に導いた場合に比べて、潤滑油温度を低下させる。潤滑油温度が凝縮器１７の露点の急激な温度低下に追従しきれないときにフォーミングが起きる可能性がある（急激な露点の温度上昇に対してはフォーミングは起きない）。そして潤滑油タンク２５の液面よりも下部で、潤滑油温度を低下させておけば、蒸気の発生は抑えられ、フォーミングを防ぐことができる。液面より下では気液平衡はないので、温度を下げても冷媒濃度が上昇することはない（液面を含め、液面上部で気液平衡関係が出てくる）。そこで本実施形態では切替え手段５３によって、冷媒の凝縮温度の急変が生じつつあるときは油冷却器３３の冷却能力を急激に上げて対応している。即ち、通常凝縮温度で潤滑油を冷却している（即ち油冷却器３３の蒸発蒸気を凝縮器１７に導いている）が、冷媒蒸気を蒸発器１１に導くように変更することで、蒸発器温度相当で潤滑油を冷却し、潤滑油タンク２５内の液面より下の潤滑油の温度を下げ、フォーミングを防止するようにしている。即ちこの実施形態では、油冷却器３３に凝縮温度系蒸発温度系の二系統を持たせ、通常は凝縮系とし、急変時には蒸発系としている。なお急変時には凝縮系と蒸発系を併用しても良い。
【００３４】
なおこの実施形態の切替え手段５３は、油冷却器３３出口からの冷媒の戻りを凝縮器１７か蒸発器１１に選択的に切替え可能とするものであるが、例えば凝縮器１７と蒸発器１１の間の配管２１にエコノマイザーを設置した場合は、蒸発器１１の代りにエコノマイザーに油冷却器３３出口からの冷媒を戻してもよい。
【００３５】
一方圧縮式冷凍機１−２が圧縮機１３の吸込みベーン１３ａを閉止しないで緊急停止するような場合、凝縮器１７から蒸発器１１に冷媒蒸気が逆流し、凝縮器圧力が蒸発器圧力付近まで低下することがある。この対策のために、凝縮圧力急変の際に閉止する弁を潤滑油タンク２５と凝縮器１７の均圧ライン（均圧管３１）中に設け、潤滑油タンク２５の急激な圧力低下を防いでも良い。
【００３６】
〔第３実施形態〕
図３は本発明の第３実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−３の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−３において、前記図１に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。同図に示す圧縮式冷凍機１−３において前記圧縮式冷凍機１−１と相違する点は、圧縮式冷凍機１−１では圧縮機１３の吸込み部の潤滑油を潤滑油タンク２５に戻すのにポンプ４３を用いているが、圧縮式冷凍機１−３では圧縮機１３の吸込み部と潤滑油タンク２５間を連結する配管４５の途中に潤滑油を溜めるタンク５５と、タンク５５に蒸発器１１（圧縮機１３の吸込み部）と凝縮器１７とを切替えて接続する切替え手段５７とを取り付け、切替え手段５７によってタンク５５内に供給する圧力を蒸発器圧力と凝縮器圧力に切替えできるように構成している点である。このように構成すれば、潤滑油タンク２５にタンク５５内の潤滑油を戻す際には、切替え手段５７を切り替えることでタンク５５を凝縮器１７に接続すれば、タンク５５内が凝縮圧となり、均圧管３１によって凝縮器圧力と同等とされている潤滑油タンク２５への潤滑油の移送が行われる。切替え手段５７によって潤滑油タンク２５への潤滑油の移送を行うか否かは、第１実施形態のポンプ４３の駆動操作と同様に、潤滑油タンク２５内に設置した液面センサー４１によって潤滑油の液面を測定し、所定の液面の範囲になるよう切替え手段５７を切替え制御する。
【００３７】
〔第４実施形態〕
図４は本発明の第４実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−４の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−４において、前記図１に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し二重化した部分については「−１」「−２」の符号を付し、共用した部分については前記符号は付けない）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。
【００３８】
この圧縮式冷凍機１−４は、冷媒を封入した２つのクローズドシステムで二重化した冷凍サイクルを行う冷凍機に本発明を適用したものであり、蒸発器１１−１，１１−２と、電動機（駆動機）１５によって駆動される圧縮機１３−１，１３−２と、凝縮器１７−１，１７−２と、膨張機１９−１，１９−２とを、冷媒を循環する冷媒配管２１−１，２１−２によって連結して構成されている。
【００３９】
そして、電動機１５、潤滑油タンク２５、油ポンプ２７、均圧管３１、油冷却器３３、ポンプ３５、ポンプ４３等は、両冷凍サイクルに共用している。２つの凝縮器１７−１，１７−２には冷却水が直列に供給されており、同様に２つの蒸発器１１−１，１１−２には冷水が直列に供給されている。その際、均圧管３１は冷却水入口側（即ち冷却水を最初に供給する側）の凝縮器１７−１に接続され、潤滑油タンク２５の圧力は、冷却水入口側の凝縮器１７−１に均圧を取っている。また油冷却器３３に供給する冷媒、及び電動機１５を冷却する冷媒も、冷却水入口側の凝縮器１７−１のものを用いている。また両圧縮機１３−１，１３−２の吸込み部の液溜まり部ａ１−１，ａ１−２の溜まり液は、圧力のより低い圧縮機１３−１側に集められ、潤滑油タンク２５に戻すように構成している。
【００４０】
全負荷時の冷却水の温度上昇を５℃とした場合、単一サイクルでは、全負荷から無負荷に変化すると、冷却水出口温度は５℃低下し、凝縮温度は５〜６℃程度変化することになる。これに対して二重化した冷凍サイクルでは、冷却水入口側の凝縮器１７−１の冷却水温度変化は約２．５℃であり、凝縮温度の変化は２．５〜３．５℃と変化が少なくなり、冷凍機停止時の凝縮温度の急変を緩和することができる。
【００４１】
またこの圧縮式冷凍機１−４のように、冷却水を直列に供給する凝縮器１７−１，１７−２を複数持つ場合に、冷却水を最初に供給する凝縮器１７−１に潤滑油タンク２５を均圧させたのは、冷却水入口側の凝縮器１７−１の方が負荷による凝縮温度の変化が少なく、これによって凝縮器露点の急激な温度低下に潤滑油温度が追従できないときに生じる恐れのあるフォーミングを防止するためである。
【００４２】
〔第５実施形態〕
図５は本発明の第５実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−５の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−５において、前記図１に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。この圧縮式冷凍機１−５において、前記圧縮式冷凍機１−１と相違する点は、油タンク用凝縮器５９を別途設けた点である。即ちこの油タンク用凝縮器５９は、均圧管３１を接続すると共に、凝縮した冷媒を膨張弁６１を介して蒸発器１１側の配管２１に接続している。この油タンク用凝縮器５９には凝縮器１７に導入される前の冷却水が供給される。
【００４３】
潤滑油タンク２５の圧力が急激に低下すると、潤滑油中に溶け込んでいる冷媒が蒸発し、フォーミンクが生じる。本実施形態では前記油タンク用凝縮器５９を設けることで、前記急激な圧力低下を避けるようにしたものである。また冷却水の供給入口温度を利用する油タンク用凝縮器５９を設けたので、負荷による凝縮温度変化を抑えることもできる。
【００４４】
圧縮式冷凍機１−５が吸込みベーン１３ａを閉止しないで緊急停止するような場合、凝縮器１７から蒸発器１１に冷媒蒸気が逆流し、凝縮器圧力が蒸発器圧力付近まで低下することがある。しかし油タンク用凝縮器５９は蒸発器１７には接続されておらず、冷却水温度変化の影響を受けるだけであり、前記緊急停止時の圧力の急変を避けることができる。従ってフォーミングを防止することができる。
【００４５】
この実施形態では冷却水全量を油タンク用凝縮器５９に流すように記載しているが、流路面積を考慮し、その一部をバイパスしても差し支えない。また、軸受室７０（図１０参照）を潤滑油タンク２５に均圧をとっておくことにより、軸受２３に供給した潤滑油の潤滑油タンク２５への戻りがスムーズになるようにしても良い。なおこの実施形態の方式は、この実施形態のような単一冷凍サイクルにも、前記圧縮式冷凍機１−４のような二重冷凍サイクルにも同様に適用できる。
【００４６】
〔第６実施形態〕
図６は本発明の第６実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍機１−６の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−６において、前記図１に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。この圧縮式冷凍機１−６において、前記圧縮式冷凍機１−１と相違する点は、膨張機１９の代りに動力回収装置６３を設置した点である。
【００４７】
この実施形態で用いている動力回収装置６３は凝縮器１７から蒸発器１１への冷媒の流れが持つエネルギーを回収する回転式の動力回収膨張機であり、内部にノズルとタービンとを持ち、ノズルで凝縮器１７からの冷媒液の流速を高めると共に旋回流とし、この液流をタービンに当ててタービンに回転力を与えている。動力回収装置６３は発電機（動力回収機）６５を具備し、この発電機６５によって前記冷媒の流れが持つエネルギーを電力として回収する。回収した電力を電動機１５に供給して圧縮仕事の一部に利用すれば、その分外部からの投入電力（投入動力）を減少させることができる。また凝縮器１７から蒸発器１１に入る冷媒から動力を回収しているので、蒸発器１１に入る冷媒のエンタルピーが低下しており、従って蒸発器１１の冷凍能力も増大し、冷凍効果が増大する。
【００４８】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態では電動機と羽根車を直結するように記載しているが、電動機の回転をギアで増速して羽根車を駆動する冷凍機であっても良い。
【００４９】
なお上記各実施形態では、潤滑油を冷却する油冷却手段として、油冷却器を設けたが、その代りに、潤滑油循環系に冷媒液を導入する、あるいは潤滑油循環系の潤滑油よりも冷媒含有率の高い潤滑油を潤滑油循環系に導入する、構成の油冷却手段を用いても良い。冷媒系から潤滑油を回収してくる場合、冷媒含有率が高めの潤滑油が回収されることが多く、これを利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】圧縮式冷凍機１−１の全体概略構成図である。
【図２】圧縮式冷凍機１−２の全体概略構成図である。
【図３】圧縮式冷凍機１−３の全体概略構成図である。
【図４】圧縮式冷凍機１−４の全体概略構成図である。
【図５】圧縮式冷凍機１−５の全体概略構成図である。
【図６】圧縮式冷凍機１−６の全体概略構成図である。
【図７】冷媒濃度と冷媒圧力と混合溶液（冷媒＋潤滑油）温度の関係の１例を示す図である。
【図８】混合溶液温度と冷媒露点と冷媒濃度の関係の１例を示す図である。
【図９】潤滑油の温度に対する粘性（動粘度）の１例を示す図である。
【図１０】電動機１５及び軸受２３部分の詳細図である。
【符号の説明】
【００５１】
１−１  圧縮式冷凍機
１１  蒸発器
１３  圧縮機
１３ａ  吸込みベーン
１３ｂ  羽根車
１５  電動機（駆動機）
１７  凝縮器
１９  膨張機
２１  冷媒配管
２３  軸受
２５  潤滑油タンク（潤滑油循環系）
２７  油ポンプ（潤滑油循環系）
２９ａ，２９ｂ  配管（潤滑油循環系）
３１  均圧管
３３  油冷却器（油冷却手段）
３５  ポンプ
４３  ポンプ
１−２  圧縮式冷凍機
５３  切替え手段
１−３  圧縮式冷凍機
５５  タンク
５７  切替え手段
１−４  圧縮式冷凍機
１−５  圧縮式冷凍機
５９  油タンク用凝縮器
１−６  圧縮式冷凍機
６３  動力回収装置
７０  軸受室
Ｌ  ラビリンス或いは狭い隙間
【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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