JP2002048419A - アンモニア冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒中に含まれる冷凍オイルの劣化を防止
し、故障の少ないアンモニア冷凍機を提供すること。 【解決手段】 アンモニアを冷媒とするアンモニア冷凍
機であって、冷凍サイクルの圧縮機２の吸入行程又は圧
縮行程の所定の位置に設けた冷媒液噴射ノズル１２と、
冷媒液噴射ノズルの冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量を制
御する制御機構と、制御機構を制御する制御装置を設
け、制御装置で制御機構（制御弁）を制御し、冷媒液噴
射ノズル１２から噴射されるアンモニア冷媒液１９の噴
射時間又は噴射流量を制御し、アンモニア冷媒の吐出温
度を下げることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアンモニアを冷媒と
する冷凍機に関し、特にアンモニア冷媒に含まれる冷凍
オイルの劣化を防止するのに好適なアンモニア冷凍機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球の温暖化対策として、フロン系冷媒
の使用が規制され、地球環境保護の観点から自然系冷媒
であるアンモニアを冷媒とするアンモニア冷凍機が注目
されている。アンモニアを冷媒とする冷凍機で冷媒の凝
縮を行なう場合、冷凍機の圧縮機によって圧縮されたア
ンモニア冷媒が圧縮機から吐出される時、温度が高温に
なり冷媒の中に含まれている冷凍オイルが劣化し、アン
モニア冷凍機の故障の原因となっていた。特にアンモニ
アは他の冷媒に比較して比熱比が大きいため同じ圧縮比
でも他の冷媒よりも吐出温度が高くなり、冷凍オイルの
劣化が早く進行する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、冷媒中に含まれる冷凍オイルの劣
化を防止し、故障の少ないアンモニア冷凍機を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、アンモニアを冷媒とするアン
モニア冷凍機であって、冷凍サイクルの圧縮機の吸入行
程又は圧縮行程の所定の位置に設けた冷媒液噴射ノズル
と、冷媒液噴射ノズルの冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量
を制御する制御機構と、制御機構を制御する制御装置を
設け、制御装置で制御機構を制御し、冷媒液噴射ノズル
から噴射される冷媒液の噴射時間又は噴射流量を制御
し、アンモニア冷媒の吐出温度を下げることを特徴とす
る。

【０００５】上記のように、制御装置で制御機構を制御
し、圧縮機の吸入行程又は圧縮行程の所定の位置に設け
た冷媒液噴射ノズルから、噴射する冷媒液の噴射時間又
は噴射流量を制御し、圧縮機から吐出されるアンモニア
冷媒の温度を下げるから、該アンモニア冷媒に含まれる
冷凍オイルの劣化を防止できる。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のアンモニア冷凍機において、圧縮機の吐出口付近に吐
出温度センサを設け、制御装置は吐出温度センサの出力
を演算処理し、冷媒液噴射ノズルの冷媒噴射時間又は冷
媒噴射流量を設定することを特徴とする。

【０００７】上記のように、制御装置は吐出温度センサ
の出力を演算処理し、冷媒液噴射ノズルの冷媒噴射時間
又は冷媒噴射流量を設定するので、圧縮機から吐出され
るアンモニア冷媒の温度が高い時は冷媒噴射時間を長く
するか又は冷媒噴射流量を多くして、低いときは冷媒噴
射時間を短くするか又は冷媒噴射流量を少なくして、ア
ンモニア冷媒中に含まれる冷凍オイルが劣化しない範囲
の温度に維持し、余分な冷媒液が冷媒液噴射ノズルから
噴射されないように制御できる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のアンモニア冷凍機において、圧縮機の回転軸部
分に回転位置センサを設け、制御装置は回転位置センサ
の出力を演算処理し、冷媒液噴射ノズルから噴射される
冷媒液の噴射タイミングを設定することを特徴とする。

【０００９】上記のように、制御装置は回転位置センサ
の出力を演算処理し、冷媒液噴射ノズルから噴射される
冷媒液の噴射タイミングを設定するので、圧縮される冷
媒蒸気を冷却するのに最適なタイミングで冷媒液を噴射
することができ、更に効率を高めることができる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
又は３に記載のアンモニア冷凍機において、圧縮機の吸
入側に吸入圧力センサ及び吸入温度センサ、吐出側に吐
出圧力センサを設け、制御装置は設けられたセンサの出
力を処理し、冷媒液噴射ノズルの最適な冷媒噴射時間又
は冷媒噴射流量及び／又は噴射タイミングを設定するこ
とを特徴とする。

【００１１】制御装置は吸入圧力センサ、吸入温度セン
サ、吐出圧力センサ、吐出温度センサ及び回転位置セン
サの１以上又は全部の出力を処理し、冷媒液噴射ノズル
の最適な冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量及び／又は噴射
タイミングを設定するので、アンモニア冷媒中に含まれ
る冷凍オイルが劣化しない範囲の温度に維持するための
最適な冷媒量が最適なタイミングで噴射でき余分な冷媒
液が冷媒液噴射ノズルから噴射されず、且つ効率よく圧
縮冷媒を冷却することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は本発明に係るアンモニア
冷凍機の構成を示す図である。本アンモニア冷凍機は、
蒸発器１、圧縮機２、凝縮器として空冷コンデンサ３及
び膨張弁４を具備し、これらをアンモニア冷媒が通る冷
媒経路５、６、７、８で接続し冷凍サイクルを構成して
いる。即ち、蒸発器１で冷凍負荷を冷却し蒸発したアン
モニア冷媒（気体）は冷媒経路５を通って圧縮機２に送
られ、該圧縮機２で圧縮され冷媒経路６を通って空冷コ
ンデンサ３に送られ、該空冷コンデンサ３で凝縮された
アンモニア冷媒（液体）は膨張弁４及び冷媒経路８を通
って蒸発器１に送られ、冷凍負荷の冷却に供される。

【００１３】圧縮機２の吸入行程又は圧縮行程の所定の
位置には、冷媒液噴射ノズル１２が設けられ、該冷媒液
噴射ノズル１２には制御バルブ１１を介して冷媒経路７
からアンモニア冷媒液が供給されるようになっている。
制御バルブ１１は冷媒液噴射ノズル１２の冷媒液噴射時
間又は冷媒噴射流量を制御する制御機構としての作用を
有し、制御装置１８からの制御信号で駆動制御されるよ
うになっている。

【００１４】図１において、１３は圧縮機２の吐出口付
近に取り付けられ吐出されるアンモニア冷媒の吐出温度
を検出する吐出温度センサ、１４は圧縮機２の回転軸部
分に設けられた回転位置を検出する回転位置センサ、１
５は圧縮機２の吸入口側に設けられアンモニア冷媒の吸
入圧力を検出する吸入圧力センサ、１６は圧縮機２の吸
入口側に設けられアンモニア冷媒の吸入温度を検出する
吸入温度センサ、１７は圧縮機２の吐出口側に設けられ
アンモニア冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサで
あり、これらの各センサの出力信号は制御装置１８に入
力されるようになっている。

【００１５】制御装置１８は上記吐出温度センサ１３、
回転位置センサ１４、吸入圧力センサ１５、吸入温度セ
ンサ１６及び吐出圧力センサ１７の出力信号を演算処理
し、圧縮機２の吐出口から吐出されるアンモニア冷媒の
温度が該冷媒中に含まれる冷凍オイルが劣化しない所定
温度範囲に維持するための最適な冷媒噴射時間又は冷媒
噴射流量を設定する。そして、制御装置はこの設定され
た冷媒噴射時間冷媒が噴射されるように制御バルブ１１
を開閉制御（吸入圧縮行程毎に開閉される制御バルブ１
１の「開」時間を設定された冷媒噴射時間とする制御）
するか又は設定された冷媒噴射流量になるように開度を
制御すると共に、圧縮される冷媒を冷却するのに最適な
タイミングで冷媒を噴射するように制御する。

【００１６】上記実施例では、吐出温度センサ１３、回
転位置センサ１４、吸入圧力センサ１５、吸入温度セン
サ１６及び吐出圧力センサ１７の全部を設け、このセン
サの全部の出力信号を制御装置に入力し、冷媒液噴射ノ
ズル１２の最適な冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量や噴射
タイミングを設定しているが、これらセンサは必ずしも
全部設ける必要はなく、場合によっては下記のようにそ
の一部を設け、その出力信号を処理して、冷媒液噴射ノ
ズル１２の冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量や噴射タイミ
ングを設定するようにしてもよい。

【００１７】圧縮機２の吐出口付近に吐出温度センサ１
３を設け、制御装置１８は吐出温度センサ１３の出力を
演算処理し、冷媒液噴射ノズル１２の冷媒噴射時間又は
冷媒噴射流量を設定するようにしてもよい。また、圧縮
機２の回転軸部分に回転位置センサ１４を設け、制御装
置１８は回転位置センサ１４の出力を演算処理し、冷媒
液噴射ノズル１２から噴射する冷媒液の噴射タイミング
を設定（例えば、圧縮開始直前又は直後或いはその近辺
に設定）するようにしてもよい。

【００１８】前述した通り、アンモニアは他の冷媒に比
較して比熱比が大きいため同じ圧縮比でも他の冷媒より
も吐出温度が高くなり、冷凍オイルの劣化が早く進行す
るから、それを防ぐためには、冷媒液噴射ノズル１２か
ら効率の良い冷媒液の噴射が必要になるが、上記のよう
に制御装置１８に各センサの出力信号を入力して処理す
ることにより、冷媒液噴射ノズル１２から効率の良いア
ンモニア冷媒液の噴射が可能となる。

【００１９】また、圧縮機２の吐出温度は冷凍オイルが
劣化しにくい温度に抑えるように、冷媒液噴射ノズル１
２から噴射されるアンモニア冷媒液を制御するのは当然
であるが、上記のように制御装置１８に各センサの出力
信号を入力して該出力信号を演算処理することにより、
最適のタイミングとアンモニア冷媒液量を噴射すること
て冷凍機の効率向上が可能となる。

【００２０】図２は上記冷媒液噴射ノズル１２を吸込口
付近に設けた圧縮機２の吸入口近傍を示す図である。図
２において、２−１はシリンダースリーブであり、該シ
リンダースリーブ２−１内にピストン２−２が収容さ
れ、往復動するようになっている。２−３はクランクケ
ース、２−４は冷媒吸込口、２−５はバルブプレート、
２−６は冷媒吐出口、２−７はディスチャージバルブゲ
ージ、２−８はヘッドスプリング、２−９はヘッドカバ
ー、２−１０は吸込バルブである。

【００２１】ピストン２−２が下降すると冷媒吸込口２
−４からクランクケース２−３とシリンダースリーブ２
−１の間の空間２−１１に存在するアンモニア冷媒は冷
媒吸込口２−４から吸込バルブ２−１０を通って吸込ま
れ、シリンダースリーブ２−１内に流入する。ピストン
２−２が上昇するとシリンダースリーブ２−１内のアン
モニア冷媒が圧縮され吐出口２−６から吐出される。こ
の圧縮行程において、アンモニア冷媒は高温に昇温さ
れ、その中に含まれる冷凍オイルが劣化する。

【００２２】そこで、バルブプレート２−５に外部から
吐出口に達するノズル孔２−１２を設け、該ノズル孔２
−１２を冷媒液噴射ノズル１２としてアンモニア冷媒液
１９を噴射する。この時、圧縮機２の回転軸部分に設け
た回転位置センサ１４の出力により、所定のタイミン
グ、例えば、アンモニア冷媒液ガスがシリンダースリー
ブ２−１内に吸入され、圧縮が開始する直前又は直後の
タイミングか或いはその近辺のタイミングでアンモニア
冷媒液１９を噴射することにより、効率よく昇温したア
ンモニア冷媒の温度を下げることができる。

【００２３】なお、上記例では冷媒液噴射ノズル１２の
冷媒液噴射時間又は冷媒噴射流量を制御する制御機構と
して制御バルブ１１を用いているが、これに限定される
ものではなく、要は冷媒液噴射時間又は冷媒噴射流量を
制御できるものであればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように各請求項に記載の
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。

【００２５】請求項１に記載の発明によれば、制御装置
で制御機構を制御し、圧縮機の吸入行程又は圧縮行程の
所定の位置に設けた冷媒液噴射ノズルから、噴射する冷
媒液の噴射時間又は噴射流量を制御し、圧縮機から吐出
されるアンモニア冷媒の温度を下げるから、該アンモニ
ア冷媒に含まれる冷凍オイルの劣化を防止して、故障原
因を著しく減少させたアンモニア冷凍機を提供できる。
特にアンモニアは他の冷媒に比較して比熱比が大きいた
め同じ圧縮比でも他の冷媒よりも吐出温度が高くなり、
冷凍オイルの劣化が早く進行するからこの効果は大き
い。

【００２６】また、アンモニアは他の冷媒と比較して比
熱比や蒸発潜熱が大きく圧縮途中で冷媒液の噴射をした
場合、冷凍機全体の成績係数が増大し省エネルギー運転
が可能となる。

【００２７】請求項２に記載の発明によれば、制御装置
は吐出温度センサの出力を演算処理し、冷媒液噴射ノズ
ルの冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量を設定するので、圧
縮機から吐出されるアンモニア冷媒の温度が高い時は冷
媒噴射時間を長くするか又は冷媒噴射流量を多くして、
低いときは冷媒噴射時間を短くするか又は冷媒噴射流量
を少なくして、アンモニア冷媒中に含まれる冷凍オイル
が劣化しない範囲の温度に維持し、余分な冷媒液が冷媒
液噴射ノズルから噴射されないように制御できる。

【００２８】請求項３に記載の発明によれば、制御装置
は回転位置センサの出力を演算処理し、冷媒液噴射ノズ
ルから噴射される冷媒液の噴射タイミングを設定するの
で、圧縮される冷媒蒸気を冷却するのに最適なタイミン
グで冷媒液を噴射することができ、更に効率を高めるこ
とができる。

【００２９】請求項４に記載の発明によれば、制御装置
は吸入圧力センサ、吸入温度センサ、吐出圧力センサ、
吐出温度センサ及び回転位置センサの１以上又は全部の
出力を処理し、冷媒液噴射ノズルの最適な冷媒噴射時間
又は冷媒噴射流量及び／又は噴射タイミングを設定する
ので、アンモニア冷媒中に含まれる冷凍オイルが劣化し
ない範囲の温度に維持するための最適な冷媒量が最適な
タイミングで噴射でき余分な冷媒液が冷媒液噴射ノズル
から噴射されず、且つ効率よく圧縮冷媒を冷却すること
ができると共に、冷凍機の効率が向上する。

【００３０】また、アンモニア冷媒液と噴射量と噴射タ
イミングによって冷凍機全体の成績係数増大の大きさが
異なるから、ここではその最適値が得られる制御が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアンモニア冷凍機の構成を示す図
である。

【図２】本発明に係るアンモニア冷凍機の圧縮機の吸入
口近傍を示す図である。

【符号の説明】

１ 蒸発器 ２ 圧縮機 ３ 空冷コンデンサ ４ 膨張弁 ５〜８ 冷媒経路 １１ 制御バルブ １２ 冷媒液噴射ノズル １３ 吐出温度センサ １４ 回転位置センサ １５ 吸入圧力センサ １６ 吸入温度センサ １７ 吐出圧力センサ １８ 制御装置 １９ アンモニア冷媒液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニアを冷媒とするアンモニア冷凍
   機であって、 冷凍サイクルの圧縮機の吸入行程又は圧縮行程の所定の
   位置に設けた冷媒液噴射ノズルと、該冷媒液噴射ノズル
   の冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量を制御する制御機構
   と、該制御機構を制御する制御装置を設け、該制御装置
   で前記制御機構を制御し、前記冷媒液噴射ノズルから噴
   射される冷媒液の噴射時間又は噴射流量を制御し、前記
   アンモニア冷媒の吐出温度を下げることを特徴とするア
   ンモニア冷凍機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアンモニア冷凍機にお
   いて、 前記圧縮機の吐出口付近に吐出温度センサを設け、前記
   制御装置は該吐出温度センサの出力を演算処理し、前記
   冷媒液噴射ノズルの冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量を設
   定することを特徴とするアンモニア冷凍機。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のアンモニア冷凍
   機において、 前記圧縮機の回転軸部分に回転位置センサを設け、前記
   制御装置は該回転位置センサの出力を演算処理し、前記
   冷媒液噴射ノズルから噴射される冷媒液の噴射タイミン
   グを設定することを特徴とするアンモニア冷凍機。
4. 【請求項４】 請求項１又は２又は３に記載のアンモニ
   ア冷凍機において、 前記圧縮機の吸入側に吸入圧力センサ及び吸入温度セン
   サ、吐出側に吐出圧力センサを設け、制御装置は設けら
   れたセンサの出力を処理し、前記冷媒液噴射ノズルの最
   適な冷媒噴射時間又は冷媒噴射流量及び／又は噴射タイ
   ミングを設定することを特徴とするアンモニア冷凍機。