(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、
上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記油分離回収器内の油面が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に到達すると見なされる予め定めた下限レベルよりも低くなった場合には、上記油面が上記下限レベルよりも高い予め定めた上限レベルに達するまで、上記回転数を上記許容最小回転数にまで上げて運転させる油戻し制御を優先的に行うことを特徴とする油冷圧縮形冷凍機の運転方法。
【請求項２】
油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、
上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記膨張弁と上記蒸発器との間における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うことを特徴とする油冷圧縮形冷凍機の運転方法。
【請求項３】
油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、
上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記蒸発器の出口部における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うことを特徴とする油冷圧縮形冷凍機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油注入下で冷媒ガスの圧縮がなされる油冷圧縮形冷凍機の運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平1-312361号公報に油冷圧縮タイプの冷凍機が開示されている。この冷凍機は、油冷式圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁、蒸発器およびアキュムレータを含む冷媒の循環流路と上記油分離器の一次側における上記循環流路の部分から分岐し、蒸発器の一次側における上記循環流路の部分に合流するバイパス流路とからなっている。このバイパス流路には第一バイパス電磁弁、高圧タンクおよび第二バイパス電磁弁が設けられている。そして、この冷凍機では、第二バイパス電磁弁を開とし、高圧タンクからのガスの流れを蒸発器に導くことにより、蒸発器内に溜まった油の圧縮機への還流が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の冷凍機の場合、油冷式圧縮機の駆動部であるモータをインバータ制御することにより、その回転数を増減させることができ、例えば０rpmから７０００rpmの間で回転数を自由に変えることが可能となる。しかしながら、この回転数を下げ過ぎた場合には、上述した油の流れが意図された通りにはならない。即ち、上記バイパス流路は油分離器の一次側で分岐しており、このバイパス流路には多量の油が含まれている。
【０００４】
このため、上述したように第二バイパス電磁弁を開とすると、蒸発器内に油を送り込み、滞留させることになり、必ずしも圧縮機に油を還流させることにはならないという問題がある。そして、蒸発器に多量の油が滞留すると、圧縮機に液体の油が戻り、いわゆる液圧縮による圧縮機の損傷という重大な不具合を招くことになり、冷凍機の運転ができなくなるという問題が生じる。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、油を適正に循環させ、油の不必要な滞留をなくすことを可能とした油冷圧縮形冷凍機の運転方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第一発明は、油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記油分離回収器内の油面が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に到達すると見なされる予め定めた下限レベルよりも低くなった場合には、上記油面が上記下限レベルよりも高い予め定めた上限レベルに達するまで、上記回転数を上記許容最小回転数にまで上げて運転させる油戻し制御を優先的に行うようにした。
【０００６】
また、第二発明は、油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記膨張弁と上記蒸発器との間における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うようにした。
【０００７】
さらに、第三発明は、油冷式圧縮機、油分離回収器、凝縮器、膨張弁および蒸発器を含む冷媒の循環流路を備え、冷却熱負荷の大小を判断するための検出手段を備え、上記検出手段からの信号に基づいて上記圧縮機の駆動部の回転数を下限回転数と上限回転数の間で上記蒸発器での冷却熱負荷に適合した値に保つための通常運転制御が行われる油冷圧縮形冷凍機の運転方法において、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記蒸発器の出口部における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うようにした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、参考例に係る冷凍機１Ａを示し、油冷式圧縮機１１、例えば油冷式スクリュ圧縮機、油分離回収器１２、凝縮器１３、膨張弁１４および蒸発器１５を含む冷媒循環流路Iが形成されている。また、油分離回収器１２から油冷却器１６を経て、圧縮機１１内のロータ室、軸受・軸封部等の給油箇所に油を導く油供給流路IIが形成されている。
【０００９】
圧縮機１１の駆動部であるモータ２１は、その回転数に対応する制御信号を制御装置２２から入力されるインバータ２３を介して電源２４に接続されている。また、被冷却液の流路２５の蒸発器１５を出た部分には、被冷却液の温度を検出する温度検出器３１が設けられており、温度検出器３１による検出温度を示す温度信号が制御装置２２に入力されている。
そして、斯かる構成により、以下に詳述するように、蒸発器１５での冷却熱負荷に適正に対応して圧縮機１１を作動させるように、インバータ２３を介して上記温度信号に基づき制御装置２２によりモータ２１の回転数制御する通常運転制御と、制御装置２２により蒸発器１５での油の滞留状況を監視し、必要に応じて優先的にこの油を除去するための油戻し制御とが行われる。
【００１０】
次に、上述した冷凍機１Ａに適用される本発明に係る運転方法について説明する。
制御装置２２によりインバータ２３を介してモータ２１が、下限回転数（例：1000rpm）と上限回転数（例：7000rpm）との間で回転数制御され、圧縮機１１が作動し、油供給流路IIから油注入されつつ圧縮された冷媒ガスが油を伴いつつ圧縮機１１から油分離回収器１２へと吐出される。油分離回収器１２では、冷媒ガスと油とが分離され、冷媒ガスは凝縮器１３へと送り出される一方、油は油分離回収器１２の下部に回収され、一旦溜められる。
【００１１】
さらに、冷媒ガスは、凝縮器１３を経て、液状態となり、膨張弁１４を経て膨張作用を伴い、ほぼガス状態となって蒸発器１５に至り、ここで流路２５内の被冷却液と熱交換する。そして、この被冷却液は冷却され、冷媒は被冷却液から熱を奪い、完全にガス状態になって圧縮機１１に戻る。一方、油分離回収器１２の下部に溜まった油は、油供給流路IIに送り出され、油冷却器１６を経て、再度圧縮機１１に導かれる。
そして、上記同様、圧縮機１１にて油注入を受けつつ冷媒ガスが圧縮され、冷媒は冷媒循環流路Ｉを循環し、油は油供給流路IIを経て循環する。
【００１２】
また、上述した冷凍機１Ａの運転中、通常運転制御が行われ、温度検出器３１による検出温度が高過ぎる場合、冷凍機１Ａにおける蒸発器１５での冷却熱負荷が大きく、圧縮機１１の能力が不足しているため、モータ２１の回転数を上げる必要があるのに対して、上記検出温度が低過ぎる場合、上記冷却熱負荷が小さく、圧縮機１１の能力が過大になっているため、モータ２１の回転数を下げる必要がある。したがって、温度検出器３１からの検出温度を示す温度信号に基づいて、モータ２１の回転数を冷却熱負荷に適合した値に保つように制御装置２２からインバータ２３に制御信号が出力される。
【００１３】
ところで、上述したように冷媒ガスと油は油分離回収器１２にて分離されるが、この分離を完全に行うことは困難で、実際には、油の一部は冷媒ガスに随伴して凝縮器１３に向かい、さらに膨張弁１４から蒸発器１５へと流動してゆく。蒸発器１５内に進入した油は、モータ２１の回転数が高い場合には、圧縮機１１に戻されて、循環するが、モータ２１の回転数が低くなると、蒸発器１５内の油が圧縮機１１に戻されず、蒸発器１５内に滞留することになる。この滞留を生じないモータ２１の回転数の最小値である許容最小回転数は、上述した下限回転数よりも高く、冷凍機１Ａの配管径および圧縮機１１の仕様等により予め求められる。
【００１４】
そこで、モータ２１の回転数が上述した下限回転数と上限回転数との間で制御される上記通常運転制御下で、モータ２１の回転数が上記許容最小回転数よりも下がり、この低速回転状態での連続運転時間が予め定めた許容限界時間に達したと制御装置２２にて判断された場合には、優先的に油戻し制御が行われる。即ち、この場合、蒸発器１５内に滞留した油が許容限度に達し、この油を直ちに圧縮機１１に戻す必要があるということで、モータ２１の回転数が上記許容最小回転数にまで上げられ、この滞留した油を圧縮機１１に戻すことのできる予め定めた一定時間だけ運転が行われる。
この油戻し制御下での運転が一定時間行われた後は、上記通常運転制御に戻される。
上述した油戻し制御の結果、モータ２１の低速回転状態での運転が行われても、この状態での運転が異常に長く続くことはなく、油供給流路IIを流れる油の適正な循環を維持し、冷媒循環流路Iにおける油の滞留を制限し、圧縮機１１の損傷といった重大な不具合もなく冷凍機１Ａの良好な運転状態を続けることが可能となる。
【００１５】
なお、上述した冷凍機１Ａでは、通常運転制御下における冷却熱負荷の大小の判断は温度検出器３１による検出温度に基づき行われているが、温度検出器３１に代えて、図１において二点鎖線で示すように圧縮機１１の吸込みガス圧力を検出する圧力検出器３２を設けて、この圧力検出器３２による検出圧力に基づき、上記冷却熱負荷の大小の判断を行うようにした冷凍機をも含むものである。この場合、上記検出圧力が高い場合は上記冷却熱負荷が大きく、上記検出圧力が低い場合は上記冷却熱負荷が小さい。
このように、温度検出器３１に代えて圧力検出器３２を設ける点については、以下に述べる各発明についても同様であり、重複説明を省略する。
【００１６】
図２は、第一発明に係る冷凍機１Ｂを示し、図１に示す冷凍機１Ａと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍機１Ｂでは、油戻し制御用として、油分離回収器１２に、その下部の油溜り部１２ａにおける油面レベルを検出するための下限レベル検出器３３と上限レベル検出器３４とが設けられており、その各々による検出レベルを示すレベル信号は制御装置２２に入力されている。
下限レベル検出器３３は、蒸発器１５内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる油面の下限レベルを検出するように設けられ、上限レベル検出器３４は、油戻し制御時におけるハンチングを避けるために、下限レベル検出器３３とは別に上記下限レベルよりも若干高い上限レベルを検出するように設けられている。この上限レベルは上記ハンチングを防ぐための必要最小限の高さで足りる。
【００１７】
そして、斯かる構成により上記同様の通常運転制御が行われ、この通常運転制御下で、モータ２１の回転数が上記許容最小回転数よりも下がり、上記油面が下限レベルよりも低くなり、下限レベル検出器３３により検出されなくなった場合には、優先的に油戻し制御が行われる。この油戻し制御は、モータ２１の回転数を上記許容最小回転数にまで上げ、上記油面が上限レベル検出器３４により検出されるまで続けられ、その後上記通常運転制御が行われる。
この結果、上記同様に、油の適正な循環が維持され、冷媒循環流路Iにおける油の滞留が制限され、冷凍機１Ｂの良好な運転状態が保たれる。
【００１８】
図３は、第二発明に係る冷凍機１Ｃを示し、図１に示す冷凍機１Ａと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍機１Ｃでは、油戻し制御用として、膨張弁１４と蒸発器１５との間における冷媒の圧力と圧縮機１１の吸込圧力との差圧を検出する差圧計３５が設けられ、差圧計３５による検出差圧を示す圧力信号が制御装置２２に入力されている。
【００１９】
そして、斯かる構成により上記同様の通常運転制御が行われ、この通常運転制御下で、モータ２１の回転数が上記許容最小回転数よりも下がり、上記差圧が、蒸発器１５内における油の滞留の許容限度時に達すると見なされる予め定めた上限圧力以上になった場合には、優先的に油戻し制御が行われる。この油戻し制御は、モータ２１の回転数を上記許容最小回転数にまで上げ、上記差圧が上記上限圧力よりも小さくなるまで続けられ、その後上記通常運転制御が行われる。
この結果、上記同様に、油の適正な循環が維持され、冷媒循環流路Iにおける油の滞留が制限され、冷凍機１Ｃの良好な運転状態が保たれる。
【００２０】
図４は、第三発明に係る冷凍機１Ｄを示し、図３に示す冷凍機１Ｃとは、差圧計３５に代えて、蒸発器１５の出口部の圧力と圧縮機１１の吸込圧力との差圧を検出する差圧計３６を設けた点を除き、他は実質的に同一であり、互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【００２１】
【発明の効果】
第一発明によれば、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記油分離回収器内の油面が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に到達すると見なされる予め定めた下限レベルよりも低くなった場合には、上記油面が上記下限レベルよりも高い予め定めた上限レベルに達するまで、上記回転数を上記許容最小回転数にまで上げて運転させる油戻し制御を優先的に行うようにしてある。
【００２２】
また、第二発明によれば、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記膨張弁と上記蒸発器との間における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うようにしてある。
【００２３】
さらに、第三発明によれば、上記駆動部の回転数が、上記下限回転数より高く、上記蒸発器内に油を滞留させることのないよう上記循環流路の配管系および上記圧縮機の仕様により予め定めた許容最小回転数よりも下がり、上記蒸発器の出口部における冷媒の圧力と上記油冷式圧縮機の吸込圧力との差圧が、上記蒸発器内における油の滞留の許容限界時に達すると見なされる予め定めた許容上限圧力以上になった場合には、上記駆動部の回転数を上記許容最小回転数にまで上げて、上記差圧が上記許容上限圧力よりも小さくなるまで運転させる油戻し制御を優先的に行うようにしてある。
【００２４】
このため、圧縮機の駆動部であるモータの低速回転状態での運転が行われても、この状態での運転が異常に長く続くことはなく、油供給流路を流れる油の適正な循環を維持し、冷媒循環流路における油の滞留を制限し、圧縮機の損傷といった重大な不具合もなく冷凍機の良好な運転状態を続けることが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係る冷凍機の全体構成を示す図である。
【図２】  第一発明に係る冷凍機の全体構成を示す図である。
【図３】  第二発明に係る冷凍機の全体構成を示す図である。
【図４】  第三発明に係る冷凍機の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  冷凍機
１１  油冷式圧縮機
１２  油分離回収器
１２ａ  油溜り部
１３  凝縮器
１４  膨張弁
１５  蒸発器
１６  油冷却器
２１  モータ
２２  制御装置
２３  インバータ
２４  電源
２５  流路
３１  温度検出器
３２  圧力検出器
３３  下限レベル検出器
３４  上限レベル検出器
３５  差圧計
３６  差圧計
Ｉ  冷媒循環流路
II  油供給流路
【図１】
0004250320.tif 000002
【図２】
0004250320.tif 000003
【図３】
0004250320.tif 000004
【図４】
0004250320.tif 000005