(57)【要約】【課題】起動時に、軸受、および軸封部に冷媒を確実に供給して冷凍機の安定運転を可能ならしめ、しかもコンパクトでメインテナンスコストを低減できる冷凍機の運転方法を提供する。【解決手段】スクリュ圧縮機２の吐出口２ｂから吸込口２ａに、吐出口２ｂ側から順に、凝縮器４、膨張弁５、および蒸発器５が介装された冷媒循環流路３が連通してなる冷媒冷却冷凍機１において、前記冷媒循環流路３の凝縮器４と膨張弁５の間から、絞り手段８が介装された冷媒供給流路７を分岐させ、前記スクリュ圧縮機２のロータ室，軸受、および軸封部に冷媒を供給する構成とし、スクリュ圧縮機２の起動時には、このスクリュ圧縮機２を低速の初動回転数Ｎ１で所定時間運転した後に，定格回転数Ｎ２での定格運転に移行させる。【選択図】        図１
2004162549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ圧縮機の吐出口から吸込口に、前記吐出口側から順に、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が介装された冷媒循環流路が連通してなる冷凍機の運転方法において、起動時に、前記スクリュ圧縮機を低速回転数で運転し、所定時間経過後に、前記低速回転数より高速の定格回転数で運転することを特徴とする冷凍機の運転方法。
【請求項２】
スクリュ圧縮機の吐出口から吸込口に、前記吐出口側から順に、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が介装された冷媒循環流路が連通してなる冷凍機の運転方法において、起動時に、前記スクリュ圧縮機を駆動するモータをＯＮにして前記スクリュ圧縮機を所定時間回転させた後に前記モータをＯＦＦにする動作を反復し、その後に前記スクリュ圧縮機を定格回転数で運転することを特徴とする冷凍機の運転方法。
【請求項３】
前記冷凍機は、前記凝縮器内の液状の冷媒を前記スクリュ圧縮機のロータ室、前記スクリュロータを支持する軸受、および軸封部に供給する冷媒供給流路を前記スクリュ圧縮機に連通させると共に、この冷媒供給流路に絞り手段を介装した冷媒冷却冷凍機であることを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の冷凍機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機の運転方法に係り、より詳しくは、スクリュ圧縮機のスクリュロータを支持する軸受、および軸封部に冷媒を確実に供給することにより、これらの部位の焼付きや早期磨耗を防止し得るようにした冷凍機の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクリュ圧縮機を備えた冷凍機としては、例えば下記に示すような構成のものが知られている。以下、従来例に係るコンパウンド二段スクリュ圧縮機を備えた冷凍機を、圧縮機を含む冷凍サイクル構成図の図３を参照しながら説明する。
先ず、前記コンパウンド二段スクリュ圧縮機の構成を説明すると、低段ケーシング５１内にロータ５２，５３が収納されており、それぞれ軸受６１，６２で支持されている。高段ケーシング５４内にロータ５５，５６が収納されており、それぞれ軸受６４，６５で支持されている。モータ５７は、モータケーシング５８内に収納されており、低段ケーシング５１と高段ケーシング５４との間に配設されている。符号６３はモータ５７の軸受であり、低段のロータ５２と高段のロータ５４との軸は継手８３を介して直結されている。なお、符号５９はガスの吸入口であり、符号６０はガスの吐出口である。
【０００３】
前記コンパウンド二段スクリュ圧縮機を含む冷凍機の冷凍サイクルは、オイルセパレータ７７、オイルクーラ７８、コンデンサ７９、エバポレータ８０、吸入ガスストレーナ８１からなり、油はオイルストレーナ８２を通るように構成されている。従って、この冷凍サイクルによれば、圧縮機から吐出された冷媒と油はオイルセパレータ７７で分離され、冷媒はコンデンサ７９、エバポレータ８０へと流れ、吸入ガスストレーナ８１を経てコンパウンド二段スクリュ圧縮機に戻される。また、オイルセパレータ７７で分離された油はオイルクーラ７８で冷却されて適温になった後オイルストレーナ８２を経て、圧縮機の軸受およびロータ室へ供給されるようになっている。この場合、運転中では、オイルセパレータ７７からコンデンサ７９、オイルクーラ７８、オイルストレーナ８２は常に高圧（例えば、４９００ｈＰａ）になっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２７３８９４号公報（第２頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されている冷凍機の冷凍サイクルの場合、コンパウンド二段スクリュ圧縮機の運転中においては、上記のとおり、オイルセパレータからコンデンサ、オイルクーラ、オイルストレーナ等の油供給元は常に高圧なっていて、油供給先のロータ室、軸受部、軸封部は相対的に低圧である。そのため、油供給元から油供給先のロータ室、軸受部、軸封部に安定して油が供給される。
【０００６】
一方、コンパウンド二段スクリュ圧縮機の運転が停止されると、油供給元が低圧（例えば、９８０ｈＰａ）になり、油供給先のロータ室、軸受部、軸封部が油供給元に対して相対的に低圧にならない状況にもなり得る。ところが、油には粘性がある。従って、油供給先が供給元に対して相対的に低圧にならない状況で、いきなりコンパウンド二段スクリュ圧縮機を高速回転で運転したとしても、潤滑材としての油の油膜が切れることがないので、軸受が焼付いたり、早期磨耗したりするような恐れがない。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている冷凍サイクルの場合には、オイルセパレータからコンデンサ、オイルクーラ、オイルストレーナ等のための油用配管が必要であって、この油用配管が装置全体に占める割合が大きいため、装置自体が嵩高となる。また、装置自体の設置スペースが大きくなると共に、装置が複雑となり、それだけ高コストになるのに加えて、メインテナンスコストも嵩むため、ランニングコストが割高になるという問題もある。
【０００８】
上記のような問題を解決するためには、スクリュ圧縮機のロータ室、軸受部、軸封部に対して油の代わりに冷媒を供給して、潤滑、冷却等を行わせる構成、いわば冷媒冷却冷凍機の構成にすればよいと考えられる。しかしながら、スクリュ圧縮機のロータ室、軸受部、軸封部に冷媒を供給する構成にすると、スクリュ圧縮機を再起動する際に問題が生じ易い。
【０００９】
より詳しくは、スクリュ圧縮機の運転停止により、冷媒供給先のロータ室、軸受部、軸封部が冷媒供給元に対して相対的に低圧にならない状況になって冷媒供給元から冷媒供給先への冷媒の供給がストップすると、冷媒は低粘性であるために油のように供給先に溜まり難く、また冷媒が蒸発してしまう可能性もある。
従って、油を供給する構成のスクリュ圧縮機の場合と同様の起動を行うと、潤滑材としての冷媒が必要部位に存在していないため、軸受の焼付きや早期磨耗などが発生し、スクリュ圧縮機の運転に支障が生じることになる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、スクリュ圧縮機の起動時に、スクリュロータを支持する軸受、および軸封部に冷媒を確実に供給して冷凍機の安定運転を可能ならしめ、しかもコンパクトでメインテナンスコストを低減し得る冷凍機の運転方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る冷凍機の運転方法が採用した手段の特徴とするところは、スクリュ圧縮機の吐出口から吸込口に、前記吐出口側から順に、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が介装された冷媒循環流路が連通してなる冷凍機の運転方法において、起動時に、前記スクリュ圧縮機を低速回転数で運転し、所定時間経過後に、前記低速回転数より高速の定格回転数で運転するところにある。
【００１２】
本発明の請求項２に係る冷凍機の運転方法が採用した手段の特徴とするところは、スクリュ圧縮機の吐出口から吸込口に、前記吐出口側から順に、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が介装された冷媒循環流路が連通してなる冷凍機の運転方法において、起動時に、前記スクリュ圧縮機を駆動するモータをＯＮにして前記スクリュ圧縮機を所定時間回転させた後に前記モータをＯＦＦにする動作を反復し、その後に前記スクリュ圧縮機を定格回転数で運転するところにある。
【００１３】
本発明の請求項３に係る冷凍機の運転方法が採用した手段の特徴とするところは、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の冷凍機の運転方法において、前記冷凍機は、前記凝縮器内の液状の冷媒を前記スクリュ圧縮機のロータ室、前記スクリュロータを支持する軸受、および軸封部に供給する冷媒供給流路を前記スクリュ圧縮機に連通させると共に、この冷媒供給流路に絞り手段を介装した冷媒冷却冷凍機であるところにある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る冷凍機の運転方法を、添付図面を順次参照しながら説明する。図１（ａ）は、本実施の形態に係る冷凍機の運転方法を実施する冷媒冷却冷凍機の模式的系統図であり、また図１（ｂ）は、縦軸にスクリュ圧縮機のロータ回転数をとり、横軸に経過時間をとって示す本実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機の運転方法１の説明図である。
【００１５】
先ず、本発明の運転方法１を実施する本実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機の構成を、図１（ａ）を参照しながら説明する。図１（ａ）に示す符号１は、冷媒冷却冷凍機であり、この冷媒冷却冷凍機１は、インバータ制御により回転数可変制御可能なモータ９により駆動される単段式のスクリュ圧縮機２を備えている。
このスクリュ圧縮機２のケーシングのロータ室内には、互いに噛合する雌雄一対の、図示しないスクリュロータが、両端側が図示しない軸受により支えられて収容されている。そして、このスクリュ圧縮機２の吐出口２ｂから吸込口２ａに、後述する冷媒循環流路３が連通している。
【００１６】
前記冷媒循環流路３には、スクリュ圧縮機２の吐出口２ｂ側から吸込口２ａ側に向かって順に、凝縮器４、膨張弁５、および蒸発器６が介装されている。
さらに、前記冷媒循環流路３の凝縮器４と膨張弁５との間から、絞り手段８が介装され、前記スクリュ圧縮機２のロータ室に冷媒を供給する冷媒供給流路７が連通している。また、この冷媒供給流路７に介装された前記絞り手段８の下流側から、前記スクリュ圧縮機２の吸込口側の軸受と軸封部とに冷媒を供給する第１分岐冷媒供給流路７ａが分岐すると共に、吐出口側の軸受と軸封部に冷媒を供給する第２分岐冷媒供給流路７ｂが分岐している。なお、絞り手段８としては、絞り機能を有するものであれば良く、例えばオリフィス、固定絞り弁、可変絞り弁等を採用することができる。
【００１７】
以下、上記構成になる冷媒冷却冷凍機１の作用態様を説明すると、吸込口２ａからスクリュ圧縮機２に吸込まれたガス状の冷媒は、雌雄一対のスクリュロータで圧縮されて吐出口２ｂから吐出される。この吐出口２ｂから吐出された冷媒は凝縮器４に流入し、凝縮器４での熱交換により熱を奪われ、冷却されて凝縮し、液状になって膨張弁５の方向に流れる。膨張弁５の方向に流れる冷媒の一部は、前記冷媒供給流路７に分流し、残りの冷媒は膨張弁５に導かれる。そして、この膨張弁５に導かれた冷媒は、この膨張弁５を通過する過程で断熱膨張により一部を残して気化して、気液混合状態で蒸発器６に流入する。次いで、この蒸発器６を通過する過程で熱交換により外部から熱を奪って蒸発し、ガス状になった冷媒が蒸発器６からスクリュ圧縮機２の吸込口２ａに吸込まれる。
【００１８】
一方、冷媒供給流路７に分流した冷媒の一部（上記のとおり、凝縮器４で熱を奪われて冷却されている）は、絞り手段８を通過する過程で部分的に気化し、気液混合状態でロータ室に導かれる。また、第１分岐冷媒供給流路７ａを通して吸込口２ａ側の軸受および軸封部に導かれると共に、第２分岐冷媒供給流路７ｂを通して吐出口２ｂ側の軸受および軸封部に導かれる。
【００１９】
そして、ロータ室に導かれた気液混合状態の冷媒により、雌雄一対のロータとロータ室の内壁面との間のシールおよび潤滑が行われる。また、液状態の冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪う作用によって、ロータ室内での圧縮作用に伴う昇温部位が冷却される。さらに、第１，２分岐冷媒供給流路７ａ，７ｂを通して軸受および軸封部に導かれた気液混合状態の冷媒により、軸受の潤滑と軸封部のシールが行われることとなる。
【００２０】
前記冷媒供給流路７を通してロータ室に導かれた冷媒と、前記第１分岐冷媒供給流路７ａを通して吸込口２ａ側の軸受および軸封部に導かれた冷媒は蒸発器６からスクリュ圧縮機２に吸込まれるガス状の冷媒と共にロータ室内で圧縮されて吐出口２ｂから凝縮器４に吐出される。また、第２分岐冷媒供給流路７ｂを通して吐出口２ｂ側の軸受および軸封部に導かれた冷媒もロータ室内で圧縮されたガス状の冷媒に随伴して吐出口２ｂから吐出される。そして、吐出口２ｂから吐出されたガス状の冷媒は、凝縮器４を経て液状になった後に、再び膨張弁５側と絞り手段８側とに分流し、これ以後は上記と同様にして繰返し循環される。
【００２１】
ところで、冷媒冷却冷凍機１の上記のような運転の後、スクリュ圧縮機２の駆動を停止させると、液状の冷媒が凝縮器４の底部に溜まる。この冷媒冷却冷凍機１の系内圧力は、外気温度に対応する冷媒の圧力になるから、スクリュ圧縮機の吸込部、吐出部、および凝縮器４内の圧力は同圧になり、潤滑、冷却必要部位に冷媒が存在しなくなる。そのために、運転停止後のスクリュ圧縮機２の起動に際しては、特許文献１に記載された冷凍機と同様に、直ちに定格回転数で運転すると、軸受の焼付きや早期磨耗が生じ、冷媒冷却冷凍機１の安定運転に支障が生じることとなる。
【００２２】
ところで、軸受は、低速回転、低負荷である場合には、短時間であれば無潤滑（潤滑材が供給されない状態）であったとしても破損するようなことがない。
そこで、発明者等は、潤滑、冷却必要部位に冷媒が供給されるまでの間、スクリュ圧縮機２を低速回転、低負荷で運転した後、定格運転に移行するという運転方法を採用すれば、軸受の焼付きや早期磨耗を防止することができると考え、この運転方法を試みた。以下、図１（ｂ）を参照しながら、上記実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機１の運転方法１を説明する。
【００２３】
即ち、モータ９（このモータ９はインバータ制御により回転数可変制御可能である）の駆動開始によって、冷媒冷却冷凍機１を起動時させるときには、先ずスクリュ圧縮機２を駆動するモータ９の初動回転数Ｎ１を、例えば４００〜１０００ｒｐｍの低速回転数にセットして、例えば時刻Ｔ１に起動運転を開始する。
このようにして、冷媒冷却冷凍機１の起動運転が開始されると、このモータ９の回転数は、図１（ｂ）において実線によって示すように、運転時間の経過に連れて回転数が上昇して４００〜１０００ｒｐｍでサチレートするが、そのまま時刻Ｔ２まで低速回転、低負荷回転を継続する。そして、時刻Ｔ２にモータ９の回転数を３６００ｒｐｍの定格回転数Ｎ２にセットして、冷媒冷却冷凍機１を定格運転に移行させる。
【００２４】
このスクリュ圧縮機２の場合には、容積式の圧縮機であるために、たとえ低速回転であっても雌雄一対のロータが回転すれば冷媒を吐出させることができる。そのため、４００〜１０００ｒｐｍの初動回転数Ｎ１（実際には、Ｎ１以下の回転数であっても冷媒が吐出される）であっても、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間の低速運転により、このスクリュ圧縮機２の吸込圧力が下がり、凝縮器４内の圧力よりも低圧になる。従って、凝縮器４内の圧力とスクリュ圧縮機２の吸込圧力との差圧により、凝縮器４内の冷媒が冷媒供給流路７を介してスクリュ圧縮機２の軸受部に供給されるから、以後、スクリュ圧縮機２を３６００ｒｐｍの定格回転数Ｎ２で運転したとしても、軸受が焼付いたり、また早期磨耗したりするような不具合が発生するような恐れがない。
【００２５】
なお、スクリュ圧縮機２の初動回転数Ｎ１や、初動回転数Ｎ１の運転継続時間ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）の具体的な数値は、このスクリュ圧縮機２の吸込圧力の低下速度、つまり軸受に冷媒が供給されるまでの所要時間と、経験則等によって求められる軸受の耐力とに基づいて決定される。つまり、運転継続時間ΔＴはスクリュ圧縮機２の仕様等によって相違するため、一義的に決定することができない性質のものである。
【００２６】
そして、この実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機１の場合には、特許文献１に記載された冷凍機の冷凍サイクルの場合と異なり、オイルセパレータからコンデンサ、オイルクーラ、オイルストレーナ等が不要である。つまり、これらオイルセパレータ、コンデンサ、オイルクーラ、オイルストレーナ等のための油用配管が不要である。従って、冷媒冷却冷凍機自体がコンパクトになり、冷媒冷却冷凍機自体の設置スペースが小さくなると共に、冷媒冷却冷凍機の構成が簡単になり、低コストになるのに加えて、メインテナンスコストも低減されるため、ランニングコストの削減も可能になるという経済効果がある。
【００２７】
次に、冷媒冷却冷凍機の運転方法２を、縦軸にスクリュ圧縮機のロータ回転数をとり、横軸に経過時間をとって示す冷媒冷却冷凍機の運転方法２の説明図の図２を参照しながら説明する。なお、この運転方法２を実施する冷媒冷却冷凍機のスクリュ圧縮機を駆動するモータは、回転数が一定（回転数可変制御ができない）のモータの場合である。
【００２８】
この冷媒冷却冷凍機の運転方法２の場合には、上記のとおり、モータの回転数が一定であるために、起動に際してスクリュ圧縮機を、運転方法１のように、低速回転させることができない。そこで、図２に示すように、起動時に所定時間回転を上昇させた後、回転数を低下させ、また所定時間回転数を上昇させた後に回転数を低下させるというように、スクリュ圧縮機の回転数上昇、回転数低下を所定時間反復（いわゆる、インチングを行うような操作である）させた後に、定格回転数Ｎ２での定格運転に移行させる。
【００２９】
より詳しくは、例えば時刻Ｔ１ａにモータをＯＮにし、時刻Ｔ１ｂにＯＦＦにする。そして、モータが惰性により回転している間の時刻Ｔ１ｃにモータをＯＮにし、時刻Ｔ１ｄにＯＦＦにすると共に、モータが惰性により回転している間の時刻Ｔ２にＯＮにして定格回転数Ｎ２での運転に移行させるものである。なお、この場合には、時刻Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃ，Ｔ１ｄ，Ｔ２の間の各時間間隔は、例えば１秒間程度である。
【００３０】
従って、この冷媒冷却冷凍機の運転方法２によれば、モータのＯＮ，ＯＦＦの繰返し操作によるモータの回転数上昇、回転数低下を反復する間に、凝縮器内の圧力とスクリュ圧縮機の吸込圧力との間に差圧が生じる。そして、この差圧により、凝縮器内の冷媒がスクリュ圧縮機の軸受部に供給されるから、以後スクリュ圧縮機を３６００ｒｐｍの定格回転数Ｎ２で運転しても、軸受が焼付いたり、早期磨耗したりするようなことがない。従って、この冷媒冷却冷凍機の運転方法２によれば、上記運転方法１の場合と同様の効果が得られる。
【００３１】
以上の実施の形態においては、冷媒供給流路７を冷媒循環流路３の凝縮器４と膨張弁５との間から分岐させた場合を例として説明したが、冷媒供給流路７を凝縮器４に直に接続し、凝縮器４内の液状の冷媒をロータ室、軸受、および軸封部に供給する構成にすることができる。また、以上の実施の形態においては、冷凍機が冷媒冷却冷凍機であり、かつこの冷媒冷却冷凍機に含まれているスクリュ圧縮機が単段式である場合を例として説明したが、本発明の技術的思想を、例えば特許文献１に記載されているような冷凍機のコンパウンド二段スクリュ圧縮機に対しても適用することができる。従って、上記実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機の構成に限定されるものではなく、また本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内における設計変更等は自由自在である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１乃至３に係る冷凍機の運転方法によれば、起動時の低速回転または  所定時間回転させた後に運転を停止させる動作を反復することにより、スクリュ圧縮機の吸込圧力が下がり、凝縮器内の圧力よりも低圧になる。従って、凝縮器内の圧力とスクリュ圧縮機の吸込圧力との差圧により、凝縮器内の冷媒がスクリュ圧縮機の軸受部に供給されるから、以後スクリュ圧縮機を定格回転数で運転しても、軸受が焼付いたり、早期磨耗したりするようなことがない。
【００３３】
また、冷凍機が冷媒冷却冷凍機である場合、特許文献１に記載された冷凍機の冷凍サイクルと異なり、オイルセパレータからコンデンサ、オイルクーラ、オイルストレーナ等が不要であって、それらの油用配管が不要である。従って、冷媒冷却冷凍機自体がコンパクトになり、冷媒冷却冷凍機自体の設置スペースが小さくなると共に、冷媒冷却冷凍機の構成が簡単になり、低コストになるのに加えて、メインテナンスコストも低減されるため、ランニングコストの削減も可能になるという経済効果がある。その一方、軸受の焼付き、早期磨耗といった問題が生じ易いという懸念があったが、本発明の請求項３に係る冷凍機の運転方法によれば、その懸念を払拭することができ、上述の冷媒冷却冷凍機としての効果を充分に発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本実施の形態に係る冷凍機の運転方法を実施する冷媒冷却冷凍機の模式的系統図であり、また図１（ｂ）は、縦軸にスクリュ圧縮機のロータ回転数をとり、横軸に経過時間をとって示す本実施の形態に係る冷媒冷却冷凍機の運転方法１の説明図である。
【図２】縦軸にスクリュ圧縮機のロータ回転数をとり、横軸に経過時間をとって示す冷媒冷却冷凍機の運転方法２の説明図である。
【図３】従来例に係るコンパウンド二段スクリュ圧縮機を備えた冷凍機の、圧縮機を含む冷凍サイクル構成図である。
【符号の説明】
１…冷媒冷却冷凍機、２…スクリュ圧縮機、２ａ…吸込口、２ｂ…吐出口、３…冷媒循環流路、４…凝縮器、５…膨張弁、６…蒸発器、７…冷媒供給流路、７ａ…第１分岐冷媒供給流路、７ｂ…第２分岐冷媒供給流路、８…絞り手段、９…モータ。
【図１】
2004162549.tif 000003
【図２】
2004162549.tif 000004
【図３】
2004162549.tif 000005