JP2004309013A - 冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機の運転停止後に油分離器が冷却しないように油分離器を保温材で覆って停止中はヒータ等で加熱する必要がない、冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置を提供すること。
【解決手段】冷媒と相溶性の潤滑油を使用し油分離器を備えた冷凍装置において、蒸発器と圧縮機入口を連結する経路に前記油分離器から開閉弁を介して圧力逃がし経路が連結されるとともに、前記油分離器内の圧力を検出する圧力検出器が設けられ、冷凍装置の運転停止の際に前記油分離器内の圧力が所定圧力になるように前記開閉弁の開閉制御を行う制御装置が設けられる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒と相溶性の潤滑油を用いるとともに油分離器を備えた冷凍装置における潤滑油への冷媒の過剰溶込みを防止する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気圧縮式冷凍装置の冷媒としては従来フロンが多用されてきたが、大気中に放出されたフロンは長期にわたってオゾン層を破壊し地球の温暖化に影響を与えるという環境問題を引起すことが明らかになり、近年ではこのような環境問題を引起さない冷媒として、古くから使用されてきたアンモニアが改めて見直されてきている。フロンは、一般に冷凍機の潤滑油として用いられているパラフィン系、ナフテン系等の鉱物油に対して概して相溶性があるが、アンモニアはこれらの潤滑油に対する相溶性はごく少ないため、アンモニア冷凍機では圧縮機出口に油分離器を設けて圧縮機より吐出されたアンモニアガスと潤滑油を分離している。しかしながら、油分離器を設けていてもミスト状化した潤滑油を完全には分離できず、また、圧縮機の吐出側は高温化しているため、潤滑油がアンモニア中にミスト状となって混入し該アンモニアに同伴して冷凍サイクル内に入り、サイクル内に入った潤滑油はアンモニアに対して非溶性で且つ比重が重いために前記サイクルの配管経路に溜まり易く、サイクル経路の各所に油溜まりや油抜き部を設けてこれらの潤滑油を回収して再度圧縮機に戻す必要があり、構成が煩雑化するのを免れなかった。
【０００３】
その解決策として、アンモニアと相溶性の潤滑油とアンモニア冷媒とで構成される作動流体組成物を用いるアンモニア冷凍装置が開示されている（例えば、特許文献１）。該特許文献１に記載されているように、アンモニアと潤滑油の割合は基本的には潤滑性能を維持できる限りにおいて極力潤滑油を少なくするのが伝熱効率を上げる上で好ましいのであるが、圧縮機の種類や用途によって、圧縮機の潤滑性能を維持するために潤滑油の割合は３〜３０ｗｔ％にされるとしている。圧縮機側では潤滑油の割合を多くし、圧縮機を出たところに油分離器を設けて潤滑油を分離し、以後圧縮機入口までの経路では潤滑油の割合が少なくなるように構成することもある。そして、分離された潤滑油は再び圧縮機に戻される（前記特許文献１の図３参照）。
【０００４】
相溶油の２層分離領域は前記作動流体組成物の温度と潤滑油の割合によって決まり、前記特許文献１には−５０℃或はそれ以下でも２層分離しない相溶油が開示されているが、一方高温においても２層分離する。図２は相溶油の１つであるＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）の２層分離特性を一般的に示したもので、２層分離域が低温側と高温側にある。したがって、潤滑油の割合がある程度多い場合には、圧縮機の内部や圧縮機を出た後の油分離器内の温度が高いガス状の作動流体組成物中では２層分離した潤滑油が存在している。
【０００５】
油分離器を用いる構成の場合には、冷凍機の運転停止中に油分離器の壁が外気により冷やされて該油分離器の内壁面に冷媒が凝縮し、該凝縮液が前記油分離器内の２層分離した潤滑油に過剰に溶けて潤滑油の粘度が低下し、油分離器の底部にはこの粘度が低下した潤滑油が溜まる。つぎに起動する際に、この粘度が低下した潤滑油が圧縮機に送られるので、圧縮機ロータ、軸受、シール等の潤滑が不十分となり、これらの損傷が惹起されることがある。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３２４１６９４号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、この現象を避けるために、油分離器を保温材で覆い、停止中はヒータ等によって加熱するなどの対策が講じられている。しかし、この方法では保温材で覆うコストやヒータで加熱するための電気代が余分にかかる欠点がある。
【０００８】
本発明は、かかる欠点を取り除くためになされたもので、冷凍機の運転停止後に油分離器が冷却しないように油分離器を保温材で覆って停止中はヒータ等で加熱する必要がない、冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、冷媒と相溶性の潤滑油を使用し油分離器を備え、圧縮機上流と該油分離器下流に逆止弁を備えた冷凍装置において、蒸発器と前記圧縮機入口を連結する経路の前記圧縮機入口逆止弁の上流に前記油分離器から開閉弁を介して圧力逃がし経路が連結されるとともに、前記油分離器内の圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記冷凍装置の運転停止の際に前記油分離器内の圧力が前もって定めた基準周囲温度或は測定周囲温度または油分離器表面温度に基づいて設定される所定圧力以下になるように前記開閉弁の開閉制御を行う制御装置が設けられていることを特徴とする冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置を提案する。
【００１０】
冷凍装置の運転中は油分離器には圧縮機で圧縮された高圧、高温の冷媒ガスと冷媒と相溶性の潤滑油からなる作動流体組成物が常に供給されているので、前記油分離器の内壁面は該作動流体組成物の温度に近い温度になっている。そして、該作動流体組成物には２層分離した潤滑油が含まれている。一方、冷凍装置の運転を停止すると、油分離器への高圧高温の作動流体組成物の供給が停止されるので、油分離器は周囲温度により冷やされて油分離器の内壁面温度が低下し、内壁面温度がその圧力における冷媒蒸気の飽和温度よりも低くなると内壁面には冷媒が凝縮する。該冷媒の凝縮液は油分離器内の潤滑油に溶けて潤滑油の粘度低下をもたらすが、溶解量が過剰になると潤滑油の粘度も大きく低下する。
【００１１】
該粘度が低下した潤滑油は油分離器の底部に溜まり、つぎに冷凍装置が起動される際に圧縮機に潤滑油として送られる。したがって、粘度が低下して潤滑性が低下した潤滑油の供給を受けた圧縮機のロータ、軸受け、シール等が潤滑不足のために損傷を起こすことがある。
【００１２】
ところで、冷媒蒸気の飽和温度は圧力が低いほど低い。したがって、冷凍装置の運転停止時に油分離器内の圧力を下げれば、冷媒蒸気の飽和温度、即ち冷媒が凝縮する温度が下がる。凝縮温度が下がれば、運転停止時に油分離器が周囲から冷やされて内壁面に凝縮した冷媒液の過剰溶込みによる潤滑油の粘度低下を防止することができる。したがって、運転停止時に油分離器内の圧力を前もって定めた基準周囲温度或は測定周囲温度または油分離器表面温度に基づいて、油分離器内壁に冷媒が凝縮しない圧力に下げておけば、運転停止中に油分離器内の作動流体組成物の温度が下がっても油分離器内壁に冷媒が凝縮することがなくなる。請求項１における所定圧力以下の圧力とはそのような圧力のことを言う。運転停止時に油分離器内の圧力を下げるのは、油分離器を蒸発器から圧縮機入口逆止弁への経路に圧力逃がし経路で連結し、該圧力逃がし経路に開閉弁を設け、制御装置によって油分離器内圧力が所定圧力以下になるように該開閉弁を制御することによって行われる。
【００１３】
前記所定圧力は前もって定めた前記基準周囲温度或は測定周囲温度または油分離器表面温度における冷媒の飽和蒸気圧とするのがよい。周囲温度は季節や周囲環境によって異なるので、前記所定圧力は、予め基準周囲温度を定めその温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧としてもよいし、或は測定周囲温度または油分離器表面温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧としてもよい。冷媒の飽和蒸気圧は、前記制御装置に予めインプットされた基準温度に基づいて該制御装置で算出してもよいし、或は周囲温度検出器または油分離器表面温度検出器からの検出温度に基づいて前記制御装置で算出してもよい。また、前記制御装置には冷凍装置の停止を知らせる停止信号が送られ、該停止信号によって圧力制御動作を行うようにするのがよい。停止信号としては、例えば圧縮機の回転を検知して停止信号を発するか、あるいはその他運転停止によって状況が変る部位の状況変化を検知して停止信号を発するようにすればよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１５】
図１は本発明の冷媒過剰溶込み防止装置を備えた冷凍装置の概略構成を示す図である。同図において、１は圧縮機、２は油分離器、３は凝縮器、４は蒸発器、５は膨張弁である。圧縮機１で圧縮された冷媒と相溶油からなる作動流体組成物は油分離器２で２層分離した潤滑油が分離され、相溶した潤滑油を含む冷媒は凝縮器３で凝縮され、膨張弁５で絞られて圧力が低下した気液混合状態となって蒸発器４に送られ、該蒸発器で蒸発して圧縮機１の入口に送られる。前記油分離器２の底部に溜まった潤滑油は調整弁１３、潤滑油冷却器１１、ポンプ１２を介して圧縮機１に送られて圧縮機のロータ、軸受、シール等を潤滑する。調整弁１３は潤滑油冷却器１１を通る流量を調整して圧縮機１に供給される潤滑油の温度を調整する。なお、１４は圧縮機上流に配設された逆止弁、１５は油分離器下流に配設された逆止弁である。１６は凝縮器３を冷却する冷却媒体の流れ、１７は蒸発器４で冷熱を受ける媒体の流れを示す。以上は従来の冷凍装置と同じ構成である。
【００１６】
６は前記油分離器２を前記蒸発器４と圧縮機１の入口とを連結する経路の圧縮機上流側に連結する圧力逃がし経路、７は該圧力逃がし経路６に介装された開閉弁、８は油分離器２内の圧力を検知する圧力検知器、８１は周囲温度検出器、８２は油分離器表面温度検出器である。制御装置９は、該検出温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧を算出、或は予めインプットされた基準周囲温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧を算出する。冷凍装置の運転が停止された際に前記制御装置９に停止を知らせる信号が送られ（信号発信器は不図示）、該停止信号を受けた制御装置９は、前記開閉弁７を開いて油分離器２内の圧力を前記圧力逃がし経路６を通して低圧側である蒸発器４と圧縮機１間の経路に逃がして油分離器２内の圧力を下げ、前記圧力検知器８によって検知された油分離器２内の圧力が前記算出飽和蒸気圧（所定圧力）或はそれよりも低い圧力まで低下したら前記開閉弁７を閉じるように開閉弁を制御する。これにより油分離器２内の圧力は冷凍機が停止中は所定圧力或はそれよりも低い圧力に維持される。
【００１７】
周囲温度は季節、周囲の環境によって異なるので、予め前記制御装置に季節や周囲環境に応じて基準周囲温度をインプットしておき、その温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧を求めて所定圧力としてもよいし、或は測定周囲温度または油分離器表面温度を制御装置にインプットしてその温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧を求めて所定圧力としてもよい。油分離器内の温度は周囲温度または油分離器表面温度よりも低くなることはないので、所定圧力を上記のようにして求め、油分離器内の圧力を所定圧力以下にすれば、油分離器内で冷媒が凝縮することはない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記述されるような効果を奏する。即ち、冷凍機の運転を停止した際に油分離器内の圧力を低圧側に逃がして所定の圧力以下まで低下させることによって、停止中の冷却によって油分離器内壁面に冷媒が凝縮するのを防止することができ、該内壁面に冷媒が凝縮した場合に該凝縮冷媒液が油分離器内の潤滑油に過剰に溶け込んで潤滑油の粘度が低下するのを防止することができる。これにより、冷凍機を再起動した際に粘度低下により潤滑性が低下したことによる圧縮機ロータ、軸受、及びシール等の損傷の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置を備えた冷凍装置の概略構成図である。
【図２】冷媒と相溶性の潤滑油の２層分離特性を一般的に示すグラフである。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ 油分離器
３ 凝縮器
４ 蒸発器
５ 膨張弁
６ 圧力逃がし経路
７ 開閉弁
８ 圧力検知器
９ 制御装置
１１ 潤滑油冷却器
１２ ポンプ
１３ 調整弁
１４、１５ 逆止弁
８１ 周囲温度検出器
８２ 油分離器表面温度検出器

Claims (4)

1. 冷媒と相溶性の潤滑油を使用し油分離器を備え、圧縮機上流と該油分離器下流に逆止弁を備えた冷凍装置において、蒸発器と前記圧縮機入口を連結する経路の前記圧縮機入口逆止弁の上流に前記油分離器から開閉弁を介して圧力逃がし経路が連結されるとともに、前記油分離器内の圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、前記冷凍装置の運転停止の際に前記油分離器内の圧力が前もって定めた基準周囲温度或は測定周囲温度または油分離器表面温度に基づいて設定される所定圧力以下になるように前記開閉弁の開閉制御を行う制御装置が設けられていることを特徴とする冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置。
2. 前記所定圧力は前もって定めた前記基準周囲温度或は測定周囲温度または油分離器表面温度における冷媒の飽和蒸気圧としたことを特徴とする請求項１記載の冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置。
3. 周囲温度検知器または油分離器表面温度検知器を配設して検知温度を前記制御装置に送り、該制御装置で前記検知温度に於ける冷媒の飽和蒸気圧が算出されて前記所定圧力とされることを特徴とする請求項１記載の冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置。
4. 前記制御装置に冷凍装置停止の信号が送られ、該停止信号に基づいて前記制御装置が前記開閉弁による前記油分離器内圧力制御動作を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍機油への冷媒過剰溶込み防止装置。

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