(57)【要約】  冷媒回路の各部の圧力や温度といった運転状態に応じて、アキュムレータから各圧縮機への返油量を調整することで、冷凍装置の品質を確保しつつ庫内温度を安定的に維持することのできる冷凍装置を提供する。
2018025363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、並列に接続される複数の圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器およびアキュムレータが当該順に配管接続された冷凍サイクルを形成する冷凍装置であって、
前記アキュムレーター内に貯留された冷凍機油を前記圧縮機に返油する返油管と、
前記各返油管に配備され、電気信号により弁開度可変に制御される電子膨張弁と、
を備える冷凍装置。
【請求項２】
前記アキュムレータおよび前記凝縮器が前記各圧縮機に対応してそれぞれ個別に配備されており、前記各返油管は均油管を介して互いに連結されている請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記アキュムレータおよび前記凝縮器がそれぞれ１台である請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項４】
前記アキュムレーター内からガス冷媒を前記各圧縮機に吸入させるガス吸入管をさらに備える請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の冷凍装置。
【請求項５】
各圧縮機のシェル内の温度を検知するシェル内温度検知手段と、
前記各圧縮機のそれぞれの運転周波数を検知する運転周波数検知手段と、
前記冷凍サイクルにおける前記蒸発器よりも冷媒流通方向下流側の冷媒圧力を検知する低圧圧力検知手段と、
前記ガス吸入管内のガス冷媒温度を検知するガス冷媒温度検知手段と、
前記シェル内温度検知手段、前記運転周波数検知手段、前記低圧圧力検知手段および前記ガス冷媒温度検知手段によりそれぞれ検知された検知値に基づいて、前記各返油管の電子膨張弁の弁開度を制御する制御装置と、
を備える請求項４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、複数台の圧縮機を並列に接続して成り、各圧縮機内の冷凍機油の偏りを是正するようにした冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数台の室外機（室外ユニットともいう）を組み合わせて使用するマルチ室外機を備え、各室外機間における冷凍機油の偏りを是正するようにした冷凍装置が存在している。このような冷凍装置では、例えば、少なくとも圧縮機、凝縮器、アキュムレータを備える複数台の室外機を、減圧手段および蒸発器を備える室内機（室内外ユニットともいう）と並列に配管接続して冷媒回路を形成している。そして、その冷媒回路には、アキュムレータ内に貯留された冷凍機油を圧縮機に返油する返油管と、各アキュムレータの相互間を接続する均油管と、圧縮機の運転と均油管に設けられた電磁弁の開閉とを制御する制御装置と、を備えている（例えば、特許文献１の図１他参照）。【０００３】
上記の特許文献１では、室外機を３台組み合わせた場合の均油運転について説明がされている。例えば、通常運転時間を１時間、均油運転時間を３分間とした場合、１時間後の均油運転では、Ｎｏ．１の室外機１ａとＮｏ．２の室外機１ｂは運転周波数を９０Ｈｚとし、Ｎｏ．３の室外機１ｃは運転周波数を４５Ｈｚとして行う。また、２時間後の均油運転では、Ｎｏ．１の室外機１ａとＮｏ．３の室外機１ｃは運転周波数を９０Ｈｚとし、Ｎｏ．２の室外機１ｂは運転周波数を４５Ｈｚとして行う。更に、３時間後の均油運転では、Ｎｏ．２の室外機１ｂとＮｏ．３の室外機１ｃは運転周波数を９０Ｈｚとし、Ｎｏ．１の室外機１ａは運転周波数を４５Ｈｚとして行う。そして、４時間後は最初に戻り、１時間目と同様の運転周波数でそれぞれ均油運転を繰り返すようになっている。【０００４】
すなわち、特許文献１では、制御装置が、すべての均油電磁弁を開放しつつ、ある特定の圧縮機をその他の圧縮機よりも低い運転周波数で運転し、所定時間ごとに低周波数運転を行う圧縮機を交代させ、全圧縮機を少なくとも一度は低周波数運転させる運転制御を行うことにより均油運転を実行するようにしている。このように、特許文献１ではアキュムレータに常に最小限度の油量を確保しつつ、圧縮機の油量が適正油量となるように調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１１３３９５号公報（段落［００２３］〜［００３７］、図１他）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記の特許文献１に記載されている技術は、圧縮機の運転積算時間が１時間経過する毎に油タンクを兼ねた気液分離器内の油量を調整する均油運転（制御）を必ず行なう構成になっている。特に、スーパーマーケットのショーケース、コンビニエンスストア、冷蔵庫、冷凍庫などで使用される冷凍装置は、商品の温度管理を２４時間３６５日行うことが通常である。加えて、商品の温度管理の点では、複数台の室外機を備えた冷凍装置において、少なくとも１台の圧縮機を低周波数運転させなければならない均油制御は、冷凍庫の庫内温度を上昇させることに繋がってしまう。よって、特許文献１に記載されている技術では、均油制御に入った際に冷凍能力が不足し、庫内温度が不安定になってしまうおそれがある。【０００７】
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、圧縮機の運転周波数、圧縮機のシェル内下部温度、ガス吸入管の低圧圧力や温度など、各部の圧力や温度といった運転状態に応じて、アキュムレータから個々の圧縮機への返油量を調整することで、冷凍装置の品質を確保しつつ庫内温度を安定的に維持することのできる冷凍装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る冷凍装置は、少なくとも、並列に接続される複数の圧縮機、凝縮器、減圧弁、蒸発器およびアキュムレータが当該順に環状に配管接続された冷媒回路を備えて成り、冷媒回路のうち、アキュムレータの上部と各圧縮機とがそれぞれ冷媒ガス吸入用のガス吸入管で連結されているとともに、アキュムレータの下部と各圧縮機の下部とがそれぞれ返油管で連結されていて、各返油管に、電気信号により弁開度可変に制御される電子膨張弁がそれぞれ配備されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る冷凍装置は、各圧縮機のシェル内下部温度、低圧圧力といった運転状態に基づいて各返油管の電子膨張弁を制御するように構成したので、各圧縮機の油量を返油制御にて調整することができる。これにより、被冷凍対象である冷凍庫の庫内温度が不安定になることを抑え、且つ、圧縮機の信頼性向上を図れるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路構成の一例を概略化して示す回路構成図である。
【図２】前記冷凍装置の圧縮機内部の冷凍機油量と圧縮機からの吐出し冷凍機油量との関係例を示したグラフの図である。
【図３】前記冷凍装置の圧縮機内部の冷凍機油量と圧縮機シェル内下部温度との関係例を示したグラフの図である。
【図４】前記冷凍装置において低圧圧力飽和温度が−４５℃の場合のガス吸入管温度と冷凍機油粘度との関係例を示したグラフの図である。
【図５】この発明の実施の形態２における冷凍装置の冷媒回路構成の一例を概略化して示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。更に、明細書全文に表わされている構成要素の形態はあくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
図１はこの発明の実施の形態における冷凍装置の冷媒回路構成の一例を示している。以下、図１に基づいて、この発明の実施の形態に係る冷凍装置１００の構成および動作について説明する。
この冷凍装置１００は、例えばスーパーマーケットのショーケースや、コンビニエンスストア、冷蔵庫、冷凍庫などに用いられるものであり、各圧縮機における冷凍機油の偏りを是正して、信頼性の向上を図ろうとするものである。
【００１２】
図１に示すように、冷凍装置１００は、複数台（図１では３台）の室外機１ａ，１ｂ，１ｃを備えている。これらの室外機１ａ，１ｂ，１ｃは、膨張弁２１（減圧弁）および蒸発器２２を有する室内機２０に、液配管２３およびガス配管２４を介して互いに並列に接続されている。尚、以下の説明中で複数台の同種の構成機器の個々を総括的に説明する場合は、添字を省略した符号を用いることがある。例えば、室外機１ａ，１ｂ，１ｃの場合は、室外機１として総括的に説明する。符号の２以降も同様である。そして、図１では、室外機１が３台である場合を例に示しているが、２台または４台以上であってもよい。また、図１では、室内機２０が１台である場合を例に示しているが、通常、室内機２０は複数台接続されていることが多い。更に、以下の説明において、室外機１を室外ユニットとも称する場合があり、室内機２０を室内ユニットと称する場合がある。
【００１３】
室外機１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ、油分離器３ａ，３ｂ，３ｃ、凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃ、およびアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃを備えている。そして、冷凍装置１００では、室内機２０の膨張弁２１に通じる液配管２３に凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃが接続され、室内機２０の蒸発器２２に通じるガス配管２４に分配器２５ａ，２５ｂを介してアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃが接続されている。このように各要素機器を配管接続することで冷凍装置１００の冷媒回路が形成され、冷媒および冷媒に含まれる冷凍機油が冷媒回路内を循環して冷凍サイクル動作を行なうようになっている。
【００１４】
圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃは、ガス冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出するものである。圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃのシェル内下部には、各シェル内下部の温度を検知するシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれ配備されている。また、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの各モータＭの駆動信号入力部には、インバータ装置（図示省略）から各モータＭへ入力される運転周波数を検知する運転周波数検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃがそれぞれ配備されている。油分離器３ａ，３ｂ，３ｃは、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの吐出配管３５ａ，３５ｂ，３５ｃに接続され、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃから冷媒とともに吐出された冷凍機油を冷媒から分離するものである。凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃは油分離器３ａ，３ｂ，３ｃからの冷媒配管３６ａ，３６ｂ，３６ｃと接続されていて、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃからの冷媒と例えば図示省略の送風機から供給される空気との間で熱交換を行うものである。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃは圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの吸入側に設置されていて油タンクを兼ねており、室内機２０の霜取り運転後の液冷媒を気液分離する役割を有している。すなわち、アキュムレータ５は圧縮機２への液バックを抑制して圧縮機故障を防ぐものである。電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃへの油量を制御する油量制御用のものであり、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ内の冷凍機油量を規定量に保つためのものである。
【００１５】
室内機２０の膨張弁２１は冷媒回路内を循環する冷媒を絞って膨張させるものであり、弁開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁などで構成される。蒸発器２２は、膨張弁２１で減圧された冷媒と送風機２２Ａから供給される空気との間で熱交換を行うものである。分配器２５ａ，２５ｂは、ガス配管２４から流れて来た冷媒および冷凍機油をアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに分配するものである。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃは、各アキュムレータ５内に貯留される油量の偏りを是正するために、均油管１０で相互に接続されている。ここで、均油管１０の先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは各アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃの底部を貫通して挿入されており、先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの端部流入口はアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の底面よりも所定の高さ（同じ高さ）に配置されている。これにより、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内に常時確保できる最小限度の油量を設定することができる。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃのうちの一つに常時確保できる最小限度の油量は、１Ｌ〜２Ｌ程度である。
【００１６】
また、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内のガス冷媒（分離しきれなかった冷凍機油を含んでいる）はガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃを経て圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに吸入される。ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃは、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内に挿入される一端部がＵ字管状に形成されており、そのＵ字管部分にそれぞれ、油または液冷媒を戻すための戻し穴８ａ，８ｂ，８ｃを有する。但し、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内に挿入されるＵ字管部分は、直管状に形成されたものであってもよく、その直管部に戻し穴８ａ，８ｂ，８ｃを備えていなくてもよい。また、戻し穴８ａ，８ｂ，８ｃは、液戻し穴（図示せず）と並べて配置されてもよいし、油戻し穴と液戻し穴を兼ねることも可能である。前記のガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃには、各管内の低圧圧力およびガス冷媒温度を検知する低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃおよびガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃがそれぞれ配備されている。更に、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内に貯留した油を圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに戻すための返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、それぞれ、その一端部がアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃの底部に貫通接続され、それぞれの他端部が圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃのシェル下部に接続されている。返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃの途中には、制御装置３０からの駆動制御用電気信号により弁開度を可変制御される電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃがそれぞれ配備されている。
【００１７】
油分離器３ａ，３ｂ，３ｃにて分離されて貯留された油は、図示しないキャピラリーチューブを介して、またはキャピラリーチューブを介さず直接に、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃを経由して圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに返油されるようになっている。制御装置３０は、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃなどを駆動制御する通常運転と、返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃの電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度を駆動制御する返油運転を行なうものである。前記の制御装置３０は例えば汎用のマイクロコンピュータなどで構成されており、このマイクロコンピュータは、演算部（図示省略）、検出データや算出データを一時的に格納したり制御プログラムデータを予め格納したりするメモリ（図示省略）、および検出データや出力駆動データを入出力するデータバス（図示省略）などで構成されている。そして、演算部は、後でそれぞれ詳述する、各機能を制御プログラム内容に沿って実行するようになっている。前記の演算部は、庫内の目標冷凍温度に基づく通常の冷凍運転のために、圧縮機２の運転周波数、凝縮器４のファンのファン回転数、膨張弁２１の弁開度、蒸発器２２のファン２２Ａのファン回転数などを制御する通常運転機能と、返油管１３の電子膨張弁１６などを駆動制御する返油運転機能を有している。そして、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃ内の低圧圧力値は、低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより検知される。また、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃ内のガス冷媒温度は、ガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃにより検知される。そして、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃのシェル内下部温度は、シェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより検知されるようになっている。
【００１８】
圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃはスクロール等を用いてシェル内部が低圧となる低圧シェルタイプのものであり、圧縮機２のシェル内下部に冷凍機油が貯留される構造となっている。これらの圧縮機２を駆動するモータＭの回転数は、インバータ装置（図示省略）から可変に出力された運転周波数の駆動用入力信号によって決定される。また、この冷凍装置１００において、必要となる油量は圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ内で適量となる油量および冷媒回路の各部に存在する油量を合算した量となるが、充填される油量はこの油量よりも余分な油量を充填しておく。余分な油はアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに貯留される。圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ内の貯留された油において、規定の油面高さ以上になると、圧縮機２の油持ち出し量が急増し、圧縮負荷が増加する。そのため、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ内の適切な油量は、油持ち出し量が急増せず油枯渇しない十分な油量を持つ油面高さとなる。また、制御装置３０は、低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知された低圧圧力値、ガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度、シェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検知されたシェル内下部温度に基づいて、圧縮機２のシェル内下部に溜まった油量を推定し、油量制御用膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度の調整制御を実施する。詳細の制御については、後述する。
【００１９】
次に、本実施の形態における冷凍装置１００での「冷媒の流れ」について説明する。冷媒の流れは、図１において実線の矢印で示される。
圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃから吐出された高温高圧のガス冷媒は、油分離器３ａ，３ｂ，３ｃを経て凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃで凝縮液化される。液化された冷媒は、その後、液配管２３を経て室内機２０の膨張弁２１で減圧され二相冷媒となり、蒸発器２２で蒸発ガス化される。ガス化された冷媒は、その後、ガス配管２４および分配器２５ａ，２５ｂを経て各室外機１ａ，１ｂ，１ｃのアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに入る。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに入って更に蒸発ガス化された冷媒はガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃを経て圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに吸入される。このように、冷媒が循環する冷媒回路が形成され、冷媒と冷凍機油が循環する冷凍サイクル動作が繰り返し行なわれる。
【００２０】
続いて、この実施の形態における冷凍装置１００での「冷凍機油の流れ」について説明する。冷凍機油の流れは、図１において破線の矢印で示される。
圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃからガス冷媒とともに吐出される冷凍機油のうち６０％〜９５％程度は油分離器３ａ，３ｂ，３ｃで分離される。分離された冷凍機油は、キャピラリーチューブ（符号付け省略）などを経てガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃに入り圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに返油される。油分離器３ａ，３ｂ，３ｃで分離されなかった油は、凝縮器４ａ，４ｂ，４ｃ、液配管２３、膨張弁２１、蒸発器２２、ガス配管２４、分配器２５ａ（一部の油は分配器２５ｂ）を順次経由して、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに流入する。
【００２１】
アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃでは、冷凍機油とガス冷媒が分離され、分離された油はアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃの底部に滞留する。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃに滞留した冷凍機油は、返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃから電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに供給される。冷媒回路内において余剰の油は、低圧部にあるアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内に貯留される。
【００２２】
アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃから圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃまでの冷媒の流れには、配管内の摩擦損失による圧力損失が生じる。この圧力損失分の差圧がアキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃから圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃまで油を流す駆動力となる。また、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の油面と圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃのシェル内下部の油面の高低差から生じる油面ヘッド差も、油の流れに影響を与える。アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃの油面が圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの油面よりも上方位置にあれば油供給が促進される一方、下方位置にあれば油供給は阻害される。
【００２３】
油分離器３ａ，３ｂ，３ｃで分離されなかった冷凍機油は、冷媒回路内を循環したのちに室外機１ａ，１ｂ，１ｃに再び流入する。しかし、一般的に、室外機１ａ，１ｂ，１ｃが複数ある場合は各室外機１に油が均等に分配されず、返油される量は各室外機１で異なる。本実施の形態の冷凍装置１００を長時間運転し続けた場合、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃの余剰油の貯留量は異なり、油が枯渇するアキュムレータ５が出現する。例えば、アキュムレータ５ａ内の油が枯渇した場合は、圧縮機２ａの油もまた枯渇し、圧縮機破損の原因につながるおそれがある。
【００２４】
均油管１０は、アキュムレータ５ａからの返油管１３ａとアキュムレータ５ｂからの返油管１３ｂとアキュムレータ５ｃからの返油管１３ｃとの間を相互につないで接続されている。更に、均油管１０の先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの流入口位置（端部位置）は各アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の底面より高い所定高さ位置に配置されている。各アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの流入口位置（端部位置）は、霜取り運転後のファン遅延液バック時に液冷媒が戻り圧縮機油濃度低下による故障を防止するために、最小限の油量２Ｌ程度を確保するようにしている。また、通常運転中の油量は、先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの流入口位置（端部位置）よりも高くなるため、均油管１０の存在により、分配器２５ａ，２５ｂの取付け時の組立角度のバラツキによる返油量の偏りを抑制することができる。圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの通常運転中に、制御装置３０は返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃの電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度を調整するように制御して運転する。
【００２５】
ここで、ファン遅延液バックおよびアキュムレータ５の内部構成について説明する。
冷凍装置１００は、室内機２０の庫内温度が＋１５〜−５５℃、蒸発器２２の蒸発温度が＋１０〜−６５℃程度で使用される。低温域で使用される蒸発器２２の熱交換器部のフィン（図示省略）には、霜が付いて着霜量が多くなると、蒸発器２２の熱交換能力が低下して庫内温度が上昇し、庫内にある商品の品質が悪化してしまう。よって、低温域で使用される場合、蒸発器２２の霜を溶かす霜取り運転を１日に数回行なうようにしている。霜取り運転とは、１日の内に数回（庫内の商品や温度設定により、任意で回数を決める。）入るように設定される。その１回の霜取り運転の詳細は、まず、冷凍装置１００の運転を停止（約２０〜３０分）させる。その間に、蒸発器２２のファン２２Ａを停止させた状態で、蒸発器２２のフィン内部に配備されているヒータ（図示省略）に通電することにより、付着した霜を溶かす。霜を溶かす方法は、ヒータだけでなく、高温高圧の冷媒ガスを流す方法や蒸発器２２のファン２２Ａを停止させるのみの方法などがある。
【００２６】
但し、蒸発器２２のファン２２Ａを運転していない間、冷凍装置１００の冷媒回路は運転している状態であり、蒸発器２２側で熱交換が十分ではない。この冷媒回路では、蒸発器２２側で冷媒の蒸発ガス化が十分にできず二相冷媒のままとなる。この二相冷媒の内、特に液冷媒が、油分離器３ａ，３ｂ，３ｃで分離できなかったそれぞれ１０％〜４０％程度の油（言い換えるとガス配管２４内に滞留している油）を冷媒回路に全て戻すことになる。この滞留した全ての油は、上記のバラツキの影響や霜を溶かす時間内で上昇した分の庫内温度を再冷却する過渡的な運転にて、室外機１ａ，１ｂ，１ｃに均等に分配できないことが考えられる。
【００２７】
そのため、各アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃの位置（端部位置）で各室外機１ａ，１ｂ，１ｃ毎に油量を確保し、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの油濃度低下による故障を防止している。また、油枯渇だけでなく、油過多になる室外機１ａ，１ｂ，１ｃが無いようにするため、均油管１０を設け、冷凍装置１００の運転、停止を問わず、各アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃ内の油量を均等に保つようにしている。以上が、ファン遅延液バックおよびアキュムレータ５の内部構成の概要である。このように実際の運転では、室外機１ａ，１ｂ，１ｃに均等に油の分配を図ることが難しい。しかも、従来技術の均油運転のように、１時間毎に高周波数と低周波数とに切り換える圧縮機１ａ，１ｂ，１ｃを順次交代させる均油制御が入っていては、庫内温度の安定性が悪くなる。
【００２８】
よって、制御装置３０が、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃの低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知された低圧圧力値、およびガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃのガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度値、および圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃのシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検知されたシェル内下部温度値に基づいて、各圧縮機２内が最適な油量になるように、各返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃと各圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃとの間にある電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度を制御することで、庫内温度の安定性を図るようにする。
【００２９】
図２は圧縮機内部の冷凍機油量に対する圧縮機からの吐出し冷凍機油量の例を示している。
圧縮機２はシェル内部の油量が多くなると、圧縮部に取り込まれる油量が多くなるため、吐出される冷凍機油量が増える。また、圧縮機２のシェル内にはモータＭがあるため、モータＭに冷凍機油が浸かり始めると、吐出される冷凍機油量が右肩上りで増える。これは、圧縮機２のシェル内部に冷媒ガスがほとんど無く冷凍機油で満たされているためであり、運転周波数が高速になるほど、圧縮機２の圧縮部に取り込まれる力が大きくなるため、吐出される冷凍機油量が増える。一例では、圧縮機内部油量が１．８Ｌ程度を超えると、吐出される冷凍機油量が著しく増える。よって、圧縮機２内部の冷凍機油量は、１．５Ｌ〜１．８Ｌ程度となるように油量調整を行う必要がある。因みに、圧縮機２内部の冷凍機油量１．５Ｌ以下では、圧縮機２の過渡運転時に吐出される冷凍機油量が多くなると、電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの追従性が悪くなって圧縮機２での油枯渇を招くおそれがある。すなわち、圧縮機２内部の油量は、最適油量である１．５〜１．８Ｌ程度にすることが好ましい。
【００３０】
図３は圧縮機内部の冷凍機油量に対する圧縮機シェル内下部温度の例を示している。
圧縮機２は、内部の油量が多くなると圧縮部に取り込まれる油量が多くなるため、圧縮機のシェル内下部温度が高くなる。また、圧縮機２のシェル内部にはモータＭがあるため、モータＭに冷凍機油が浸かり始めると、圧縮機２のシェル内下部温度が右肩上りに高くなる。これは、図２と同様であるが、圧縮機２内部に冷媒ガスがほとんど無く冷凍機油で満たされるためであり、モータＭにて発熱される影響も加わり、圧縮機２のシェル内下部温度が高くなる。圧縮機２のシェル内下部温度は、シェル内下部に配備されたシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃにて検知される。この場合、油過多によりシェル内下部温度が８５℃以上になると、制御装置３０は、一時的に冷凍装置１００の運転を停止し、且つ異常警報を装置外部に発報する。圧縮機２のシェル内下部温度が７５℃以下になると、再度運転を再開する保護制御が行なわれる。
また、モータＭの発熱により消費された入力（ｋＷ）は余計な入力であり、ＣＯＰの悪化に繋がる。因みに、一例として、圧縮機２の周囲温度３２℃、低圧圧力飽和温度−４０℃、ガス吸入管温度１８℃、圧縮機内部油量１．５Ｌであるときで、最適油量時の圧縮機２のシェル内下部温度は、７０℃±５度程度である。圧縮機２のシェル内下部温度は低圧圧力飽和温度−５〜−４５℃、外気温度−１５〜４３℃により左右され、ガス吸入管温度は室内機２０内の膨張弁２１の開度状況により左右され、様々である。各運転状態におけるシェル内下部温度と圧縮機２シェル内部の冷凍機油量の状況は、制御装置３０にて、事前に把握しておくようにする。一般的に、ガス吸入管温度は、圧縮機２に液バックがされないように、ガス吸入管温度と低圧圧力飽和温度との温度差を１０Ｋ以上確保するようにしている。この場合、一般に、ガス吸入管温度と低圧圧力飽和温度との温度差を吸入スーパーヒートと呼んでいる。
そこで、制御装置３０では、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃにおける低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知された低圧圧力値およびガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度値、ならびに圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃにおけるシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検知されたシェル内下部温度値を用いることで、事前にインプットされた運転情報から、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量を推定することができる。
【００３１】
図４は低圧圧力飽和温度が−４５℃におけるガス吸入管温度に対する冷凍機油粘度を示した一例を示している。
ガス吸入管温度は、室内機２０内の膨張弁２１の開度状況により様々であり、室外機１ａ，１ｂ，１ｃでは、制御できない部分にあたる。また、冷凍機油の粘度は、一般的に冷媒の低圧飽和温度が低いほど、かつ、ガス吸入管温度が低いほど、油の流動性がなくなるために粘度が高くなる。特に液バックしない吸入ス−パーヒートが１０Ｋ程度のときが、最も油の粘度が高く、油の移動が少なくなる。よって、電子膨張弁１６の弁開度は、油の粘度を考慮した制御が必要となる。冷凍機油の油粘度、ガス吸入管（内径、長さ）、返油管（内径、長さ）状況は、制御装置３０にて、事前に把握しておくようにする。
制御装置３０では、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃの低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知された低圧圧力値、およびガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃのガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度を用いることで、事前にインプットされた情報から、冷凍機油量の移動量を推定することができるため、電子膨張弁１６の弁開度を制御することにより、運転状況に合わせた冷凍機油移動量を調整することができるようにする。
【００３２】
表１は、上記の図２、図３、図４で説明した内容の冷凍および冷蔵条件における電子膨張弁１６の仕様の一例を示している。
低圧圧力飽和温度は、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃの低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃによる低圧圧力値を飽和温度で換算した値である。また、圧縮機２の運転周波数は、制御装置３０にてインバータ装置の運転制御をする値であり、運転周波数検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃで検知された検知値である。また、ガス吸入管温度は、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃのガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度値である。
冷媒循環量Ｗは、前記した圧縮機２の運転周波数と、ガス吸入管温度と、低圧圧力飽和温度と、圧縮機２の押退量（モータ回転数に対応）とに基づいて算出した値である。予め、制御装置３０に、圧縮機２の押退量と使用冷媒の密度とを把握しておくことで、運転状況から冷媒循環量Ｗを推定することができる。
圧縮機２のシェル内部の冷媒油量は、上述（図３の一例）した通り、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃの低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃによる低圧圧力値、ガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃによるガス冷媒温度値、およびシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃによるシェル内下部温度値を検知することで、制御装置３０にて推定することができる。
圧縮機２からの吐出し冷凍機油量Ｙは、上述（図２の一例）した通り、圧縮機２の運転周波数と圧縮機２からの吐出し冷凍機油量とにより決定される。制御装置３０が予め圧縮機２からの吐出し冷凍機油量Ｙを把握しておくことで、運転状況から推定することができる。油分離器分離効率Ｚは、製品に冷凍装置１００に搭載される油分離器３ａ，３ｂ，３ｃの性能によって決定される値である。制御装置３０が予め油分離器３の冷凍機油量Ｚを把握しておくことで、運転状況から吐出し冷凍機油量Ｙを推定することができる。室内機２０側へ移動する冷凍機油量は、表１内に記載した計算式にて算出できるため、制御装置３０にて運転状態の変化に応じて算出することができる。
【００３３】
電子膨張弁１６の制御は、下記２つの計算から運転状況を推定して実施される。
「一つ目」：返油管１０ａ，１０ｂ，１０ｃを移動する冷凍機油の計算；
返油管１０ａ，１０ｂ，１０ｃを移動する冷凍機油は、上述（図４の一例）した通り、冷凍機油の油粘度、ガス吸入管７（内径、長さ）、返油管１３（内径、長さ）の状況にて決まる。すなわち、制御装置３０が、予め冷凍機油の油粘度、ガス吸入管７（内径、長さ）、返油管１３（内径、長さ）を把握しておくことで、運転状況に応じて油移動量を算出することができる。
「二つ目」：室内機２０側へ移動する冷凍機油量（表１の計算式にて算出される値）の計算；
よって、油の粘度から算出される返油管１３を移動する冷凍機油量と圧縮機２の吐出し冷凍機油量から算出される室内機２０側へ移動する冷凍機油量とが同等となるような電子膨張弁１６の弁開度を予め決めておく。制御装置３０では、各運転データの検知および電子膨張弁１６の必要弁開度を１０秒毎に試算して出力することで、圧縮機２の運転に応じた最適な油量調整ができるようになる。
表１の冷凍条件での電子膨張弁１６の弁開度では１０パルスとなる。これは、冷凍条件という冷媒循環量が少ない領域においては、油分離器３の分離効率が９５％と良いため、圧縮機２からの吐出し冷凍機油量のほとんどが、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃ側に返油されるため、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量の減少がほぼ無く、電子膨張弁１６の弁開度が１０パルスと、閉塞状態に近くなっている影響が支配的である。
逆に、冷蔵条件での電子膨張弁１６の弁開度では４００パルスとなる。これは、冷蔵条件という冷媒循環量が多い領域においては、油分離器３の分離効率が７０％と冷凍条件に比べて悪く、圧縮機２からの吐出し冷凍機油量の７０％程度しか、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃ側に返油されないため、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量が減り、電子膨張弁１６の弁開度が４００パルスと、全開状態まで開く影響が支配的である。
【００３４】
【表１】
2018025363.tif 000003
【００３５】
次に、油制御用電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの制御内容について説明する。上記の通り、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量の不足分を補う制御に加え、下記の制御仕様を合わせることで、更に、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油の過給油による余計な入力（ｋＷ）の悪化を防止する。
圧縮機２のシェル内部への冷凍機油の過給油に対する対応として、上述（図３の一例）した通り、圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量を推定できるため、最適油量１．８Ｌを超える領域での電子膨張弁１６の弁開度増加制御を禁止するようにする。そのため、通常運転中においては、常に圧縮機２のシェル内部の冷凍機油量を最適油量に保つことができる。
また、室内機２０内の膨張弁２１の弁開度が大きく設定されているか、または膨張弁２１の追従性が悪い場合に発生する吸入スーパーヒートが１０Ｋ未満であるようなとき（液バック状態のとき）の制御について説明する。液バック状態になると、各アキュムレータ５にて気液分離をするが、液冷媒が規定量以上になるとオーバーフローして、各圧縮機２に液冷媒が入り、圧縮機２の油濃度が低下して故障に至る恐れがある。        
まず、圧縮機２に入る液冷媒（液バック量）が少ない場合においては、一つの室外機１の圧縮機２に、液冷媒が戻る運転となる。圧縮機２に入る液冷媒（液バック量）が多い場合においては、いずれか二つの室外機１または、全室外機１ａ，１ｂ，１ｃの圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃに、液冷媒が戻る運転となる。
各室外機１の吸入スーパーヒートは、制御装置３０にて随時検知し、状態を把握することができるため、いずれかの室外機１が液バック状態になったと判断すると、液バックした室外機１の電子膨張弁１６の弁開度を全閉にする。このように電子膨張弁１６を全閉にすることで、液冷媒が戻っているアキュムレータ５からの供給を一端遮断し、圧縮機２が返油管１３から液バックすることを防止する。
同時に、液バックしている圧縮機２の運転周波数を他の圧縮機２の運転周波数よりも−１０Ｈｚぶん低下して運転させる。このように圧縮機２の運転周波数を下げることで、液バック時の液冷媒流入量を減少させて、他の圧縮機２のアキュムレータ５に移動させるようにするのである。
尚、液バック時には圧縮機２を停止させて保護する手段もあるが、冷凍能力不足により庫内温度が上昇する恐れがあり、庫内においてある商品の品質が悪くなる。今回の−１０Ｈｚ程度のダウン制御を行なうことで、冷凍能力不足による庫内温度の上昇を極力抑え商品の品質を確保する。３台の室外機１にうち、いずれか２台の室外機１が液バック状態になっても同様である。
全台の室外機１ａ，１ｂ，１ｃが、液バック状態になると、上記の−１０Ｈｚダウン制御では、液バックによる圧縮機２の故障を防止できない。その場合は、制御装置３０が液バック状態を３０分以上検知すると、冷凍装置１００全体を異常停止させ、異常警報にて外部にお知らせをする。但し、吸入スーパーヒートが１０Ｋ以上になれば、液バックではないために、通常の開度制御に戻る。
【００３６】
以上のように、冷凍装置１００では、複数並列接続の圧縮機２およびアキュムレータ５を有する冷媒回路を備えていて、各アキュムレータ５と各圧縮機２とをつなぐそれぞれの返油管１３にそれぞれ電子膨張弁１６を配備し、各検知手段で検知された圧縮機２の運転状態に基づいて各電子膨張弁１６の開度を制御するようにしているので、圧縮機２内部の冷凍機油量および返油管１３からの必要供給油量を把握できる。これにより、電子膨張弁１６の弁開度を運転状況に応じて調整することができるので、冷凍庫の庫内温度が不安定になるのを抑制でき、且つ、圧縮機２の信頼性向上を図ることができる。また、この冷凍装置１００は、アキュムレータ５、圧縮機２、油分離器３、凝縮器４、ガス吸入管７、返油管１３および電子膨張弁１６から１系統の室外機１を構成し、この室外機１を３系統並列に有しているので、いずれかの室外機１の系統部品が故障したとしても、他の残りの室外機１，１によって運転を継続できるという効果がある。これにより、仮にアキュムレータおよび凝縮器を１台ずつにした場合のように、そのアキュムレータまたは凝縮器が故障すると冷凍装置全体を運転停止させなければならないといった不具合を引き起こすことがない。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、複数台の室外機１ａ，１ｂ，１ｃで構成された図１の冷媒回路にて説明を実施したが、図５に記載した冷凍装置１００Ａにおける冷媒回路の構成でも同様の効果を得ることができる。
以下に、図５の構成と図１の構成との違いについて説明する。但し、図１で説明した冷媒回路の構成部品で同じ符号を付したものは、図５でも同じものであり説明を省略することがある。図１の構成はアキュムレータおよび凝縮器をそれぞれ複数台用いた形態であるが、図５の構成は一つのアキュムレータ５Ａおよび一つの凝縮器４Ａをそれぞれ用いたものである。一方、図１の冷媒回路で用いた分配器２５ａ，２５ｂおよび先端部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、図５の冷媒回路では用いていない。そして、アキュムレータ５Ａからの均油管１０Ａは、返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃに分岐接続されている。また、凝縮器４Ａの冷媒入側には、３本の冷媒配管３６Ａ，３６Ａ，３６Ａが合流接続されている。また、図１では、アキュムレータ５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれを油タンクとした構成であったが、図５では、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃの全てに必要な量の冷凍機油が１台のアキュムレータ５Ａに貯留されている。これにより、分配器の取付け角度のバラツキがなくなるため、液バック時の液冷媒の偏りが少なくなる。
【００３８】
このように構成された冷凍装置１００Ａの制御装置３０Ａにおいても、図１の制御装置３０と同様に、ガス吸入管７ａ，７ｂ，７ｃにおける低圧圧力検知手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで検知された低圧圧力値およびガス冷媒温度検知手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃで検知されたガス冷媒温度値、ならびに圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃにおけるシェル内温度検知手段３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検知されたシェル内下部温度値などの検知値に基づいて、各返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃの電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ制御している。この制御装置３０Ａによる電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの制御内容は、図１にて説明したものと同様である。
すなわち、冷凍装置１００Ａでも、各検知手段で検知された冷媒回路の運転状態に基づいて、各電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度を制御するようにしているので、圧縮機２ａ，２ｂ，２ｃ内部の冷凍機油量および返油管１３ａ，１３ｂ，１３ｃからの必要供給油量を把握できる。これにより、電子膨張弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃの弁開度を運転状況に応じて調整することができるので、冷凍庫の庫内温度が不安定になるのを抑制でき、且つ、圧縮機２の信頼性向上を図ることができる。また、この冷凍装置１００Ａは、圧縮機２、油分離器３、ガス吸入管７および返油管１３が複数系統であるのに対し、アキュムレータ５Ａおよび凝縮器４Ａはそれぞれ１台ずつであるので、冷媒回路の配管構成が極めて簡素で済み、安価に提供され得るという効果も奏する。
【００３９】
ところで、上記の説明において、冷媒と油が相溶である組み合わせであれば、同じ効果を得ることができる。すなわち、冷媒としては、ＨＦＣ系冷媒、ＨＦＣ系冷媒の混合冷媒、ＨＣ系冷媒、ＨＣ系冷媒の混合冷媒、ＨＦＣ系冷媒とＨＣ系冷媒の混合冷媒、または二酸化炭素、水などの自然冷媒を用い得る。冷凍機油としては、前掲の冷媒に相溶である油、例えばＨＦＣ系冷媒の場合はエステル油を、ＨＣ系冷媒の場合は鉱油を、二酸化炭素の場合はＰＡＧ油などを、それぞれ用い得る。これらを用いた場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ  室外機、１ｂ  室外機、１ｃ  室外機、２ａ  圧縮機、２ｂ  圧縮機、２ｃ  圧縮機、３ａ  油分離器、３ｂ  油分離器、３ｃ  油分離器、４ａ  凝縮器、４ｂ  凝縮器、４ｃ  凝縮器、４Ａ  凝縮器、５ａ  アキュムレータ、５ｂ  アキュムレータ、５ｃ  アキュムレータ、５Ａ  アキュムレータ、７ａ  ガス吸入管、７ｂ  ガス吸入管、７ｃ  ガス吸入管、８ａ  戻し穴、８ｂ  戻し穴、８ｃ  戻し穴、１０  均油管、１０Ａ  均油管、１０ａ  先端部、１０ｂ  先端部、１０ｃ  先端部、１３ａ  返油管、１３ｂ  返油管、１３ｃ  返油管、１６a  電子膨張弁、１６b  電子膨張弁、１６c  電子膨張弁、２０  室内機、２１  膨張弁、２２  蒸発器、２３  液配管、２４  ガス吸入管、２５ａ  分配器、２５ｂ  分配器、３０Ａ  制御装置、３１ａ  シェル内温度検知手段、３１ｂ  シェル内温度検知手段、３１ｃ  シェル内温度検知手段、３２ａ  運転周波数検知手段、３２ｂ  運転周波数検知手段、３２ｃ  運転周波数検知手段、３３ａ  低圧圧力検知手段、３３ｂ  低圧圧力検知手段、３３ｃ  低圧圧力検知手段、３４ａ  ガス冷媒温度検知手段、３４ｂ  ガス冷媒温度検知手段、３４ｃ  ガス冷媒温度検知手段、３５ａ  吐出配管、３５ｂ  吐出配管、３５ｃ  吐出配管、３６ａ  冷媒配管、３６ｂ  冷媒配管、３６ｃ  冷媒配管、３６Ａ  冷媒配管、１００  冷凍装置、１００Ａ  冷凍装置。
【図１】
2018025363.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2018025363.tif 000010
2018025363.tif 000011
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