JP2006010175A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 油不足による正味油圧低下時は確実に油面を回復させて、油枯渇不具合を確実に防止することができる冷凍装置を得る。
【解決手段】 油ため室を有し正味油圧検知器１０，１１、１２，１３を備えた油ため室を有する複数の圧縮機１ａ，１ｂと、これらの各圧縮機１ａ，１ｂの油ため室を連結する均油配管８と、均油配管８の開閉を行なう均油電磁弁９と、正味油圧検知器１０，１１、１２，１３で検知された正味油圧により圧縮機１ａ，１ｂの運転及び均油電磁弁９の開閉の少なくとも一方を制御する制御手段２０とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機内の油面低下を正味油圧を検知することにより判断して、油枯渇不具合を防止することができる冷凍装置に関する。

従来の正味油圧検知による油枯渇不具合を防止する方法では、正味油圧が低下したとき冷凍装置の油回収運転を行い、油回収運転後にも正味油圧が低下するときはじめて冷凍装置を異常停止させて、油圧保護開閉器の誤作動による冷凍装置の異常停止を回避しつつ、油枯渇不具合を防止していた（例えば、特許文献１参照）。

特公平３−１０８６５号公報（第２頁、第１図）

従来の方法では、負荷側に滞留した油を回収して油面回復を行っていた。しかしながら、複数台の圧縮機を搭載したユニット（以下、マルチユニットという）では、必ずしも負荷側への油滞留により油面低下が起こるわけではない。例えば、負荷側や吸入配管などからの油戻りが一方の圧縮機に偏るために、一方の圧縮機に油が大量にあり、他方の圧縮機には油が不足するという場合がある。そのような場合には、従来の方法のように油回収運転を行なっても、油のない圧縮機の油面回復は図れないという問題があった。

また、負荷側に滞留した油を回収できることが前提となるが、負荷側に油のたまりやすい部位があるなどにより油回収が十分には行なえず、油回収運転後にもすぐに油不足となる場合があった。

さらに、脈動を抑えるため油圧検知器と圧力取り出し口を毛細管で接続したものがあった。そのような場合、毛細管により脈動は抑えられるが、圧力の追従遅れがあり、保護すべき時に保護できなかったり、逆に保護の必要がない時に保護したりするという誤検知の問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、油不足による正味油圧低下時は確実に油面を回復させて、油枯渇不具合を確実に防止することができる冷凍装置を得ることを目的とする。

また、油枯渇不具合を確実に防止しつつ、誤検知による異常停止を防止することができる冷凍装置を得ることを目的とする。

本発明にかかる冷凍装置は、油ため室を有し正味油圧検知器を備えた油ため室を有する複数の圧縮機と、これら各圧縮機の油ため室を連結する均油配管と、均油配管の開閉を行なう均油電磁弁と、正味油圧検知器で検知された油圧により圧縮機の運転及び均油電磁弁の開閉の少なくとも一方を制御する制御手段とを備えたものである。

本発明の冷凍装置は、各圧縮機の油面を均一化する均油配管及びその回路を開閉する均油電磁弁を設け、検知された正味油圧により制御するようにしたもので、油不足による正味油圧低下時に油回収運転のみならず均油運転も行え、低下した油面を確実に回復させることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１にかかる冷媒回路図である。図において、冷媒回路には、第１の圧縮機１ａ、第２の圧縮機１ｂ、凝縮器２、複数台のショーケースなどが設置された負荷側装置３、サクションアキュムレータ４が設けられている。そして、第１の圧縮機１ａには、その低圧を検知する第１の低圧検知器１０が取り付けられ、さらに第１の圧縮機１ａの油圧を検知する第１の油圧検知器１１が取り付けられている。また、第２の圧縮機１ｂには、その低圧を検知する第２の低圧検知器１２が取り付けられ、さらに第２の圧縮機１ｂの油圧を検知する第２の油圧検知器１３が取り付けられている。

第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂと凝縮器２とは吐出配管５によって連接され、凝縮器２と負荷側装置３とは液配管６によって連接されており、負荷側装置３とサクションアキュムレータ４とは第１の吸入配管７ａによって連接されている。また、サクションアキムレータ４と第１の圧縮機１ａとは第２の吸入配管７ｂによって連接され、サクションアキュムレータ４と第２の圧縮機１ｂとは第３の吸入配管７ｃによって連接されている。また、第１の圧縮機１ａと第２の圧縮機１ｂの油ため室間とは均油配管８によって連結され、均油配管８にはその開閉を行なう均油電磁弁９が設けられている。

次に動作について説明する。第１の圧縮機１ａ及び第２の圧縮機１ｂによって圧縮された冷媒は、吐出配管５を通って凝縮器２に流入して放熱液化し、液配管６を通って負荷側装置３に入る。負荷側装置３で液冷媒は減圧、吸熱して蒸発した後に、第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃを通って、再び第１の圧縮機１ａ及び第２の圧縮機１ｂに吸入されるというサイクルを繰返す。一方、このサイクル中に第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂ内から吐き出された油の一部は、負荷側装置３、第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃなどに滞留し、残りはサクションアキュムレータ４内の配管に設けた油戻し穴（後述）を介して、再び第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂに戻ってくる。
このサイクル中、第１の低圧検知器１０、第２の低圧検知器１２、第１の油圧検知器１１、第２の油圧検知器１３によって圧力が検知され、これらの圧力値が図２に示すように制御手段２０に送られ、ここから発信された制御信号によって均油電磁弁９の開閉が制御されて、油不足による正味油圧低下時には、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの油面を均一化する。

ここで、正味油圧検知による油不足の検出の原理について説明する。第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂ内にはそれぞれ油ポンプがあり、油溜め室からの油を油ポンプにより第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの軸受けなどへ給油し、潤滑を行なうようになっている。一方、油溜め室から吸込まれた油は油ポンプにより圧力が上昇し、低圧圧力より０．２５ＭＰａ程度高い圧力となる。一方、冷媒が吸込まれても、冷媒は油に比べて粘度が低く、金属面でのシール性が小さいため、油ポンプにより圧縮されても、圧力が上昇する前に金属面から漏れ出ることで、ほとんど圧力が上昇せず、低圧とほぼ同等の圧力のままとなる。以上により、油ポンプ部の圧力と低圧の圧力差（正味油圧）を検知することで、油が油ポンプに吸い込まれているのか、冷媒が吸い込まれているのか、つまり軸受けなどに給油されているかどうかが判断できる。また、油ポンプ部の圧力は、第１の油圧検知器１１又は第２の油圧検知器１３にて検知し、低圧は、第１の低圧検知器１０又は第２の低圧検知器１２で検知し、その圧力差（正味油圧）により油の不足を判断する。

次に、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの油量変動と、それに対応する制御について説明する。第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂを運転すると、冷媒と共に油が圧縮機１ａ，１ｂ外に持出される。その一部は、負荷側装置３や第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃなどに滞留し、残りは第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂへ戻ってくる。通常は、負荷側装置３や第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃなどに油の滞留があっても、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂが運転を継続するのに支障のない程度の油量は確保できている。しかしながら、負荷側配管が長かったり、配管の溜まりやすい場所があったりして第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂ内の油量が低下する場合があり、正味油圧検知により油不足が検知される。油不足を検知した場合は、油回収運転を行うことで油面の回復を試みる。ここで油回収運転とは、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの運転を強制的に所定時間停止させることにより、低圧の上昇を期待する。次の第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂ起動時に低圧が上昇していると、運転停止前に比べ冷媒流速が増加しており、負荷側装置３や第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃなどに滞留した油を冷媒で洗い流して、各圧縮機１ａ，１ｂに返す運転を行うものである。

一方、マルチユニットにおいて第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの油面が低下する場合として、前述の油滞留以外にも吐き出される油と戻ってくる油のバランスが悪く、一方の圧縮機の油面は高いが他方の圧縮機は油面低下を起すという場合がある。図３において、一方の圧縮機へ油が偏る例について説明する。前述のサクションアキュムレータ４内には第２、第３の吸入配管７ｂ，７ｃが配設され、第２の吸入配管７ｂの端部近傍には第１の圧縮機用の油戻し穴１４ａが設けられ、第３の吸入配管７ｃの端部近傍には第２の圧縮機用の油戻し穴１４ｂが設けられている。第１の圧縮機用の油戻し穴１４ａ及び第２の圧縮機用の油戻し穴１４ｂは、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの油の吐出量が最大の場合でも全量を返すことのできる穴として設計されているが、圧縮機は個体差により油吐出量に差がある場合がある。例えば、第１の圧縮機１ａの実際の油吐出量が設計時の最大値で、第２の圧縮機１ｂの実際の油吐出量が設計時の最大値の１割程度となる場合があり、第２の圧縮機１ｂの油戻し穴１４ｂは第２の圧縮機１ｂの油吐出量に対し過大となる。上記のように、油の吐出と返油のバランスが崩れた状態で２台運転を行うと、吐出量に対して返油量の多い第２の圧縮機１ｂの油面が上昇し続け、その分だけ第１の圧縮機１ａの油面が低下し続けることがある。そのような場合は、上述の油回収運転を行なっても、負荷側などから回収した油は油戻し穴１４ａ，１４ｂの径に見合って各圧縮機に返油され、油量の少ない第１の圧縮機１ａへ優先的に返されるわけでないため、第１の圧縮機１ａの油量を回復させることはできない。

そこで、油不足を検知した場合は、第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの油面を均一化する運転（均油運転）を行う。ここで均油運転とは、強制的に片肺運転を行いながら、均油電磁弁９を開とすることで、停止中の圧縮機から運転中の圧縮機へ油を移動させる運転である。例えば、第１の圧縮機１ａを運転させ、第２の圧縮機１ｂを停止させて、均油電磁弁９を開にする運転を所定時間行なった後に、第２の圧縮機１ｂを運転させ、第１の圧縮機１ａを停止させて、均油電磁弁９を開にする運転を所定時間行なうようにする。これは、運転中は、圧縮機の油溜め室の圧力が停止中の圧縮機のそれに比べ低下することを利用したもので、圧力差により油を移動させるものである。また、均油配管８は油溜め室の正規油量位置より高く設置しており、停止中の圧縮機が正規油量以下となることのないようにしている。

以上のように、第１、第２の油圧検知器１１，１３及び第１、第２の低圧検知器１０，１２により油不足を検知した場合に、油回収運転及び／又は均油運転を行うことで、負荷側装置３や第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃに油が滞留した場合のみならず、一方の圧縮機に油が多量にあり、他方の圧縮機の油が不足した場合においても油不足を解消でき、油枯渇不具合を防止することができる。また、一方の圧縮機に多量の油がある場合においては、圧縮機内で油圧縮を起すなどによる圧縮機不具合も懸念されるが、上記の均油運転により多量の油は他方の圧縮機に移動し、適正となることで、油圧縮による不具合も解消することができる。尚、上記の説明では、２台の圧縮機を搭載した冷凍装置について記載しているが、２台以上であっても同様の効果をもたらす。また、サクションアキュムレータ４を設けた冷凍装置について記載しているが、サクションアキュムレータ４を設けない回路においても、吐き出される油と戻ってくる油のバランスが崩れることがあるため、同様の効果が得られる。さらに、第１、第２の油圧検知器１１，１３と第１、第２の低圧検知器１０，１２を別々に設け、その圧力差を演算することを例として記載しているが、油圧と低圧の差圧を検知する正味油圧検知器を取り付けることでも同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、正味油圧検知により油不足を検知した場合は油回収運転及び／又は均油運転を行うようにしたものであるが、本実施の形態２では、油タンクを保有し必要に応じて圧縮機へ油を供給するようにしたものである。
図４は本発明の実施の形態２にかかる冷媒回路図である。なお、図１と同一部分には同じ符合を付し、説明を省略する。サクションアキュムレータ４はあらかじめ油を保有しておく油タンクを兼ねており、また、サクションアキュムレータ４には、ここから第２の吸入配管７ｂに接続して第１の圧縮機１ａへ油を供給する第１の給油配管１５ａが取り付けられ、また第３の吸入配管７ｃに接続して第２の圧縮機１ｂへ油を供給する第２の給油配管１５ｂが取り付けられている。そして、第１の給油配管１５ａにはこれを開閉する第１の給油電磁弁１６ａが取り付けられ、第２の給油配管１５ｂにはこれを開閉する第２の給油電磁弁１６ｂが取り付けられている。

次に、動作について説明する。第１、第２の油圧検知器１１，１３及び第１、第２の低圧検知器１０，１２により油不足を検知した場合は、油回収運転及び／又は均油運転及び／又は油タンクからの油供給を行なう。油供給の方法としては、油不足を検知した圧縮機の第１、第２の給油電磁弁１６ａ及び／又は１６ｂを開とすることにより、サクションアキュムレータ４の底部にあらかじめた保有していた油を圧縮機に吸わせて移動させるものである。

本実施の形態によれば、実施の形態１のように、負荷側装置３や第１〜第３の吸入配管７ａ〜７ｃに油が滞留した場合や、一方の圧縮機に油が多量にあり、他方の圧縮機の油が不足している場合だけでなく、油が溜まりこんで油回収運転でも回収できなくなり、システム全体で油が不足している場合でも油不足を解消でき、油枯渇不具合を防止することができる。尚、例として、サクションアキュムレータ４の底部にあらかじめ油を保有する冷凍装置について説明したが、サクションアキュムレータ４とは別に油をあらかじめ保有しておく油タンクを設ける場合も、同様の効果が得られる。さらに、給油方法の例として、圧縮機を運転させることで圧縮機に油を吸わせる場合について説明したが、油タンク圧力を低圧よりも高く維持し、圧縮機を停止させながらでも差圧により油を移動させるような方法においても、同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、正味油圧検知により油不足が検知された場合に、油回収、均油、油タンクからの油供給を行なうようにして油枯渇不具合を確実に防止するようにしたが、本実施の形態３では、油圧検知器１１，１３と第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの圧力取り出し部とを接続する連結器に毛細管を使用しないようにしたものである。圧縮機の油圧は、圧縮機停止中は低圧とほぼ同じ圧力となるが、圧縮機が起動すると通常は数秒で低圧に対し、約０．２５ＭＰａ高い値に達する。しかし、第１、第２の油圧検知器１１，１３と第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの圧力取り出し部との間に毛細管など、例えば内径が２ｍｍ程度の細い銅管を使用すると、油圧の変化が毛細管により減衰される場合がある。例えば、急激に油圧が変化する時などは、時には数分間、油圧検知器が正確な油圧を検知できない場合がある。本実施の形態では、油圧検知器と圧力取り出し部との連結管に毛細管を用いないように、換言すればこれより大きい内径の配管を使用するようにしたので、実際の正味油圧の変化に的確に追従することができるため、正確に油圧を検知することができる。

以上のように、本実施の形態においては、第１、第２の油圧検知器１１，１３と第１、第２の圧縮機１ａ，１ｂの圧力取り出し部の連結管に毛細管に代えてこれより大きい内径の配管を使用したので、正味油圧の変化に的確に追従することにより、油不足か否かを正確に判断することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路図である。 図１の制御関係を示す説明図である。 図１に示すサクションアキュムレータ内の構造を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 第１、第２の圧縮機、４ サクションアキュムレータ、７ａ，７ｂ，７ｃ 第１〜第３の吸入配管、８ 均油配管、９ 均油電磁弁、１０，１２ 第１、第２の低圧検知器、１１，１３ 第１、第２の油圧検知器、１５ａ，１５ｂ 第１、第２の給油配管、１６ａ，１６ｂ 第１、第２の給油電磁弁、２０ 制御手段。

Claims (4)

1. 油溜め室を有し正味油圧検知器を備えた複数の圧縮機と、これら各圧縮機の油溜め室を連結する均油配管と、該均油配管の開閉を行なう均油電磁弁と、前記正味油圧検知器で検知された油圧により前記圧縮機の運転及び均油電磁弁の開閉の少なくとも一方を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 油溜め室を有し正味油圧検知器を備えた複数の圧縮機と、これら各圧縮機の油溜め室を連結する均油配管と、該均油配管の開閉を行なう均油電磁弁と、油タンクと、該油タンクから圧縮機への油供給管と、前記正味油圧検知器で検知された油圧により前記圧縮機の運転、均油電磁弁の開閉及び油タンクから各圧縮機への油供給の少なくともひとつを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。
3. 前記圧縮機に油圧検知器と低圧検知器とを設け、油ポンプ部の圧力と低圧との圧力差である正味油圧を検知することを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
4. 前記油圧検知器と前記圧縮機の圧力取り出し部とを接続する連結管に毛細管より内径の大きい配管を使用したことを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに記載の冷凍装置。

Images