JP2009250482A - 圧縮式冷凍機及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時に安定した運転が行なえる圧縮式冷凍機及びその運転方法を提供すること。
【解決手段】蒸発器１０と圧縮機１３と凝縮器１５とを冷媒を循環する冷媒配管２０によって連結すると共に、圧縮機１３を駆動するモータ２１の内部に凝縮された冷媒の一部を冷媒ポンプ３１によって圧送してモータ２１を冷却する。圧縮機１３の駆動軸２３の軸受２５には冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受２５と駆動軸２３の潤滑性と冷却が保持される。軸受２５の軸受温度を測定する軸受温度検出器４５と、圧縮式冷凍機起動時に軸受温度検出器４５によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１を起動させる制御手段５３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍空調装置等に用いて好適な圧縮式冷凍機にかかり、特にその安定運転が図れる圧縮式冷凍機及びその運転方法に関するものである。

従来、圧縮式冷凍機（蒸気圧縮式冷凍機）は、蒸発器と、モータ（電動機）によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構（膨張弁）とを冷媒配管で連結してなる冷凍サイクルによって構成されている。一方圧縮式冷凍機の中には、冷媒ポンプによって凝縮器内の凝縮冷媒液の一部をモータに供給することでモータを冷却する構成のものがある（例えば特許文献１の図１参照）。また圧縮式冷凍機の中には、圧縮機（及びモータ）の駆動軸とその軸受を潤滑及び冷却するために駆動軸の軸受に冷媒と相溶性の潤滑油を潤滑油タンクから潤滑油ポンプにより圧送する構成のものがある（例えば特許文献１の図１参照）。

そして従来の圧縮式冷凍機においては、圧縮機の起動時に、モータ冷却に必要な冷媒量が凝縮器で凝縮液化されるまでの時間を経験的に求め、その知見で得られた時間だけ、冷媒ポンプの運転開始時間に遅延をかけていた。これは冷媒ポンプとして、冷凍サイクルの気密を保持するために一般的にキャビテーションに弱いキャンドモータポンプを使用する場合が多く、ＮＰＳＨを確保するために凝縮冷媒液が凝縮器に溜まるまでの遅延時間を設ける必要があるからである。

また冷媒液が供給されるモータと、前記潤滑油が供給される駆動軸の軸受室（軸受）との間はラビリンスシールによりシールされているが、ラビリンスシールの特性上からも軸受室を完全に密封することは不可能であり、このため高圧側のモータからモータ冷却後に蒸発した冷媒蒸気と冷媒液とがラビリンスシールを介して低圧側の軸受室に漏洩する場合が生じる。その結果、冷媒と相溶性の潤滑油に冷媒が溶解し、潤滑油温度と粘性とが共に低下して圧縮式冷凍機の運転が継続できなくなる場合も生じていた。とりわけ、冬期や中間期に圧縮式冷凍機が長期停止して軸受温度が低い場合に起動すると、その問題は顕著になる。これらの課題を回避するために潤滑油タンクに設けるヒータの容量を大きくするなどして潤滑油の油温低下に対応していたが、十分とはいえず、またヒータの容量を大きくしなければならない。

一方圧縮式冷凍機の運転開始後に冷媒ポンプによってモータ内部に圧送されて散布される凝縮冷媒液の量は、経験的に求められ、冷媒ポンプの吐出側にある手動弁を所定の固定開度にして決めていた。具体的にはモータに定格の負荷を与えた条件で、モータ内部の温度分布を測定し、絶縁等級で規定された許容温度に対して余裕度を見積った目標温度になるように冷媒量を決めていた。即ち従来は、圧縮式冷凍機の定格負荷条件でモータの冷却冷媒量を決めていた。

しかしながら圧縮式冷凍機の部分負荷運転においては、モータの発熱量も減少するので、定格負荷条件に合わせた固定冷媒量を供給すると、余剰な冷媒がモータ内部に供給されることになる。これにより、モータ内部の冷媒液保有量が増加して、モータの攪拌動力損失が増大し、圧縮式冷凍機の効率低下が生じることがある。

またモータと駆動軸の軸受室は、ラビリンスシールによりシールされているが、ラビリンスシールの特性上からも圧縮性のない液体に関してはそのシール効果が薄い。よってモータ内部が冷媒液で満たされてくると、高圧側のモータから冷媒液がラビリンスを介して低圧側の軸受室に漏洩する量が増えてしまう場合が生じる。その結果、冷媒と相溶性の潤滑油に冷媒液が溶け込み、前記圧縮式冷凍機の始動時の場合と同様に、潤滑油温度と粘度とが共に低下して圧縮式冷凍機の運転を継続することができなくなる場合もあった。
特開２００８−１４５７７号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、起動時や継続運転時に安定した運転が行なえる圧縮式冷凍機及びその運転方法を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、前記軸受の軸受温度を測定する軸受温度検出器と、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させる制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機にある。

本願請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮式冷凍機において、モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器を設け、前記制御手段は、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えなくても、前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機にある。

本願請求項３に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器と、圧縮式冷凍機起動時に前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させる制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機にある。

本願請求項４に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器と、前記モータの内部に圧送される冷媒の量を変更する冷媒量可変手段と、圧縮式冷凍機運転中に前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度が目標モータ温度になるように前記冷媒量可変手段を制御してモータへの冷媒供給量を変更する制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機にある。

本願請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の圧縮式冷凍機において、前記冷媒量可変手段は、前記冷媒ポンプを運転速度可変型の冷媒ポンプとすることで構成されるか、或いは前記冷媒ポンプの配管中に設置される開度調整型の制御弁で構成されることを特徴とする圧縮式冷凍機にある。

本願請求項６に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受の軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法にある。

本願請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の圧縮式冷凍機の運転方法において、圧縮式冷凍機起動時に軸受温度が前記目標軸受温度を越えなくても、モータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法にある。

本願請求項８に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、圧縮式冷凍機起動時にモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法にある。

本願請求項９に記載の発明は、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、圧縮式冷凍機運転中にモータ内部温度が目標モータ温度になるようにモータへの冷媒供給量を変更することを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法にある。

請求項１，請求項６に記載の発明によれば、圧縮式冷凍機起動時に軸受温度が目標温度を越えた時点で冷媒ポンプを起動させてモータを冷却するので、冬期や中間期等の外気温が低く軸受温度も低い場合でも、高圧側のモータから低圧側の軸受室に漏洩して潤滑油に溶解する冷媒の量を少なくでき、その結果、潤滑油温度と粘性とが低下せず、圧縮式冷凍機の安定起動が可能になる。
また従来のように経験的に求めた冷媒ポンプの運転開始遅延時間を用いることなく、実際に測定した軸受温度に応じて冷媒ポンプの運転が必要になった最適な運転タイミングでこれを起動でき、この点からも圧縮式冷凍機の安定起動が可能になる。

請求項２，請求項７に記載の発明によれば、モータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた場合は、たとえ軸受温度が目標軸受温度に達しない場合でもモータの冷却を開始でき、モータを確実に保護することができる。

請求項３，請求項８に記載の発明によれば、従来のように経験的に求めた冷媒ポンプの運転開始遅延時間を用いることなく、実際に測定したモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点でモータの冷却を開始するので、最適な運転タイミングで冷媒ポンプを起動してモータを確実に保護することができ、圧縮式冷凍機の安定起動が可能になる。

請求項４，請求項５，請求項９に記載の発明によれば、圧縮式冷凍機の部分負荷運転においても余剰な冷媒がモータ内部に供給されることはなく、常に適切な量の冷媒をモータに供給でき、圧縮式冷凍機の効率低下や潤滑油の温度及び粘性低下等の問題が表出することなくモータの適切な冷却が可能となり、圧縮式冷凍機の安定運転が継続できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態にかかる圧縮式冷凍機１−１の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行なう圧縮式冷凍機であって、冷媒を注入したクローズドサイクル（冷凍サイクル）から構成され、この冷凍サイクルは、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器１０と、蒸発して蒸気となった冷媒（冷媒蒸気）を圧縮する圧縮機１３と、圧縮蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器１５と、凝縮冷媒を減圧して膨張させる膨張機構（膨張弁）１９とを、冷媒を循環する冷媒配管２０によって連結して構成されている。

ここで圧縮機１３はモータ２１の駆動軸２３によってその羽根車１３ａが回転駆動される。モータ２１と圧縮機１３（羽根車１３ａ）の駆動軸２３は軸受２５（図示の簡略化のため一ヵ所のみに示すが、通常は複数個所である）によって回転自在に軸支されている。モータ２１と凝縮器１５の間は配管２７，２９によって接続されている。配管２７は凝縮器１５の下部に接続され、配管２７中に設置した冷媒ポンプ３１によってモータ冷却用の凝縮された冷媒（凝縮冷媒液）が凝縮器１５からモータ２１内部に圧送供給され、モータ２１が冷却される。モータ２１を冷却した後の蒸発した冷媒は配管２９によって凝縮器１５に戻され、再び凝縮される。３３は凝縮器１５の上部とモータ２１間を連結する均圧管である。

また圧縮式冷凍機１−１には、モータ２１の軸受２５を潤滑する潤滑油を貯留する潤滑油タンク３５が設置されると共に、この潤滑油タンク３５と前記軸受２５間に配管３７，３９を接続し、配管３７中に設置した潤滑油ポンプ４１によって前記潤滑油タンク３５内の潤滑油を前記軸受２５に供給するとともに軸受２５を潤滑した潤滑油を配管３９を通して潤滑油タンク３５に戻す潤滑油循環系が構成されている。潤滑油タンク３５と蒸発器１０間は均圧管４２によって連通されている。なお４３は潤滑油タンク３５内に設置され必要に応じて内部の潤滑油を加熱するヒータである。

軸受２５にはその軸受温度を測定する軸受温度検出器４５が設置され、モータ２１にはモータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器４７が設置され、潤滑油タンク３５には潤滑油タンク３５内の圧力を測定する潤滑油タンク圧力検出器４９と潤滑油タンク３５内の潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出器５１とが設置されている。またこの圧縮式冷凍機１−１には制御手段５３が設置されている。制御手段５３は、前記軸受温度検出器４５の検出信号とモータ内部温度検出器４７の検出信号と潤滑油タンク圧力検出器４９の検出信号と潤滑油温度検出器５１の検出信号とを入力し、これらの入力信号に基いて前記冷媒ポンプ３１の駆動を制御する制御信号を出力する。

上記圧縮式冷凍機１−１において、冷水を蒸発器１０に流し、冷却水を凝縮器１５に流し、モータ２１を起動して圧縮機１３を駆動すれば、この冷凍サイクルにおいて冷媒が循環し、圧縮式冷凍機１−１が起動・運転される。一方潤滑油ポンプ４１を起動することで潤滑油タンク３５内の潤滑油が軸受２５に供給されて軸受２５の潤滑及び冷却が行われ、軸受２５を潤滑した潤滑油は配管３９によって再び潤滑油タンク３５に戻される。

一方圧縮式冷凍機１−１の起動とともに軸受２５の温度は上昇していくが、その温度変化は軸受温度検出器４５によって制御手段５３に入力される。同時に制御手段５３には潤滑油タンク圧力検出器４９によって測定された潤滑油タンク３５内の圧力が入力される。

そして制御手段５３は前記軸受温度検出器４５で測定した軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１に起動信号を出力してこれを起動する。冷媒ポンプ３１起動の判断基準となる前記目標軸受温度は、潤滑油タンク圧力検出器４９の測定圧力と、圧縮式冷凍機１−１の軸受２５から要求される冷媒溶解量から一義的に決められる。通常、圧縮式冷凍機１−１で使用される潤滑油に対する冷媒適正溶解量は、約１０ｍａｓｓ％程度である。また潤滑油に対する冷媒溶解量と圧力及び温度の関係は、図２に示すように表される。具体例を挙げると、たとえば潤滑油タンク圧力測定値が０．１ＭＰａ、潤滑油に対する冷媒溶解量を適正値１０ｍａｓｓ％と固定すると、潤滑油の温度は約４５℃となり、潤滑油に対する被冷却体である軸受２５の前記目標軸受温度の設定値は、潤滑油温度に対して＋１０℃程度見積るのを妥当とし、前記目標軸受温度は５５℃とする。

つまり制御手段５３は、潤滑油タンク圧力検出器４９の測定圧力と前記図２に示す関係式から目標軸受温度を求め、測定した軸受温度がこの目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１の運転を開始する。このような制御を実施することで、冬期や中間期等の外気温が低く軸受温度も低い場合でも、モータ２１冷却で蒸発した冷媒蒸気と冷媒液が高圧側のモータ２１から低圧側の軸受（軸受室）２５内に漏洩して潤滑油に溶解する冷媒の量を少なくでき、その結果、潤滑油温度と粘性とが異常低下せず、圧縮式冷凍機１−１の安定起動が可能になる。また従来のように経験的に求めた冷媒ポンプ３１の運転開始遅延時間を用いることなく、実際に測定した軸受温度に応じて冷媒ポンプ３１の運転が必要になった最適な運転タイミングでこれを起動でき、この点からも圧縮式冷凍機１−１の安定起動が可能になる。

さらに制御手段５３は、モータ内部温度検出器４７で測定したモータ内部温度が別途設定しておいたモータ過熱回避温度を越えた場合は、上記の制御に優先して、即ち例え軸受温度が目標軸受温度に達していなくても、冷媒ポンプ３１を起動させる。モータ過熱回避温度は、モータ２１の絶縁等級温度から決定する。このように制御すれば、モータ２１が過熱によって破損されることを確実に防止でき保護することができ、圧縮式冷凍機１−１の安定起動が可能になる。

ところで制御手段５３はさらに、前記ヒータ４３による潤滑油の温度制御に使用される。例えば制御手段５３は、圧縮式冷凍機１−１の運転停止中に前記潤滑油温度検出器５１で測定された潤滑油温度の検出値を入力し、その潤滑油温度が周囲温度よりも高い所定温度以上を保つように、前記ヒータ４３をオンオフして制御する。この制御は、オイルフォーミングを避けるため、即ち潤滑油の湯温が下がると冷媒が溶け込み易くなり、始動時に冷媒が急激に気化して潤滑油が泡状になることを防ぐために行なわれる。この制御も、冬期や中間期に圧縮式冷凍機を起動するときの安定起動に寄与する。なお制御手段５３は前述のように実際に測定した軸受温度に応じて冷媒ポンプ３１の運転が必要になった最適な運転タイミングでこれを起動するように制御して圧縮式冷凍機１−１の安定起動を図っており、このヒータ４３による安定起動の制御を合わせることで、さらなる安定起動が図れる。言い換えれば両方の制御によって圧縮式冷凍機１−１の安定起動が増進されるので、ヒータ４３の容量を小さくすることも可能となる。

〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態にかかる圧縮式冷凍機１−２の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−２も前記圧縮式冷凍機１−１と同様に、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行なう圧縮式冷凍機である。同図に示す圧縮式冷凍機１−２において、前記図１，図２に示す圧縮式冷凍機１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１に示す実施形態と同じである。

即ち圧縮式冷凍機１−２も、冷媒を注入したクローズドサイクル（冷凍サイクル）から構成され、この冷凍サイクルは、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器１０と、蒸発して蒸気となった冷媒（冷媒蒸気）を圧縮する圧縮機１３と、圧縮蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器１５と、凝縮冷媒を減圧して膨張させる膨張機構（膨張弁）１９とを、冷媒を循環する冷媒配管２０によって連結して構成されている。

そしてこの圧縮式冷凍機１−２において前記圧縮式冷凍機１−１と相違する点は、圧縮式冷凍機１−１において設置していた軸受温度検出器４５と潤滑油タンク圧力検出器４９と潤滑油温度検出器５１とを設置せず、その代りに冷媒ポンプ３１の運転周波数を可変して冷媒ポンプ３１の運転速度を変化するインバータ５５を設置することでこの冷媒ポンプ３１を運転速度可変型の冷媒ポンプとし、さらに制御手段５３を、モータ２１内部の温度を測定するモータ内部温度検出器４７の検出信号を入力し、この入力信号に基いて前記冷媒ポンプ３１の運転速度を制御する制御信号（インバータ５５に冷媒ポンプ３１の運転周波数を指示する周波数制御信号）を出力する構成とした点である。

上記圧縮式冷凍機１−２において、冷水を蒸発器１０に流し、冷却水を凝縮器１５に流し、モータ２１を起動して圧縮機１３を駆動すれば、この冷凍サイクルにおいて冷媒が循環し、圧縮式冷凍機１−２が起動・運転される。一方潤滑油ポンプ４１を起動することで潤滑油タンク３５内の潤滑油が軸受２５に供給されて軸受２５の潤滑及び冷却が行われ、軸受２５を潤滑した潤滑油は配管３９によって再び潤滑油タンク３５に戻される。

一方圧縮式冷凍機１−２の運転を開始すると、圧縮機１３がモータ２１を駆動源として駆動される。モータ２１内部は密閉された冷凍サイクルの雰囲気にあるので、モータ２１自身の発熱を除去しなければ、モータ２１内部（ステータ及びロータ）温度が上昇し、その結果、絶縁等級で許容される耐熱温度を越えてしまう。その場合、モータ２１の絶縁特性が破壊されて感電災害を引き起こす恐れさえある。そのため、凝縮器１５で凝縮液化した冷媒液を冷媒ポンプ３１でモータ２１内部に供給、散布することでモータ２１内部の温度上昇を抑制する。しかし、過剰に冷媒液をモータ２１に供給すると、前記のとおり、圧縮式冷凍機１−２の効率低下や潤滑油の温度及び粘度低下等の問題が表出する。そこでこの圧縮式冷凍機１−２では、モータ２１の負荷に対して適正な量の冷媒液をモータ２１に供給するように制御している。

即ちこの圧縮式冷凍機１−２においては、圧縮式冷凍機１−２の運転中に、モータ内部温度検出器４７によって測定したモータ内部温度を制御手段５３に随時入力する。そして制御手段５３はインバータ５５に制御信号を出力し、前記入力したモータ内部温度が目標値（目標モータ温度）になるように、冷媒ポンプ３１の運転周波数（運転速度）を可変し、これによってモータ２１に供給する冷媒液量（冷媒供給量）を制御する。前記目標モータ温度は、モータ２１の絶縁等級から許容される温度に数十℃の余裕を見て予め設定し、制御手段５３に記憶しておく。具体的な温度制御方法は、モータ内部温度が上昇傾向にある場合はインバータ５５の運転周波数を増加させて冷媒ポンプ３１の運転速度を増加し、下降傾向にある場合はインバータ５５の運転周波数を低下させて冷媒ポンプ３１の運転速度を減少させる。これによりモータ２１の冷却に必要な最小限の冷媒液の供給が可能となり、且つ、冷媒ポンプ３１の動力削減効果も得られる。

つまり制御手段５３は、モータ２１の負荷をその内部温度で概略見積もり、負荷に見合う適正量の凝縮冷媒をモータ２１に供給するのであるが、そのために絶縁等級の許容温度から一義的に決めたモータ２１内部の目標モータ温度になるように、供給する冷媒量を可変させるものである。そして冷媒量可変手段としてこの例では冷媒ポンプ３１を運転速度可変型とする構成を用いている。

以上のようにこの圧縮式冷凍機１−２によれば、圧縮式冷凍機１−２の部分負荷運転においても余剰な冷媒がモータ２１内部に供給されることはなく、常に適切な量の冷媒をモータ２１に供給でき、圧縮式冷凍機１−２の効率低下や潤滑油の温度及び粘性低下等の問題が表出することなくモータ２１の適切な冷却が可能となり、圧縮式冷凍機１−２の安定運転が継続できる。

〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３実施形態にかかる圧縮式冷凍機１−３の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍機１−３も前記圧縮式冷凍機１−１，１−２と同様に、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行なう圧縮式冷凍機である。同図に示す圧縮式冷凍機１−３において、前記図１，図３に示す圧縮式冷凍機１−１，１−２と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図３に示す実施形態と同じである。

即ち圧縮式冷凍機１−３も、冷媒を注入したクローズドサイクル（冷凍サイクル）から構成され、この冷凍サイクルは、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器１０と、蒸発して蒸気となった冷媒（冷媒蒸気）を圧縮する圧縮機１３と、圧縮蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器１５と、凝縮冷媒を減圧して膨張させる膨張機構（膨張弁）１９とを、冷媒を循環する冷媒配管２０によって連結して構成されている。

そしてこの圧縮式冷凍機１−３において前記圧縮式冷凍機１−２と相違する点は、圧縮式冷凍機１−２において設置していたインバータ５５を設置せず（即ち冷媒ポンプ３１を運転速度可変型とせず）、その代りに冷媒ポンプ３１の配管２７中（冷媒ポンプ３１の吐出側配管中）に開度調整型の制御弁５７を設置し、さらに制御手段５３を、圧縮式冷凍機１−３運転中にモータ内部温度検出器４７によって測定されたモータ内部温度が目標モータ温度になるように制御弁５７の開度を変更してモータ２１への冷媒供給量を制御する構成とした点である。

上記圧縮式冷凍機１−３において、冷水を蒸発器１０に流し、冷却水を凝縮器１５に流し、モータ２１を起動して圧縮機１３を駆動すれば、この冷凍サイクルにおいて冷媒が循環し、圧縮式冷凍機１−３が起動・運転される。一方潤滑油ポンプ４１を起動することで潤滑油タンク３５内の潤滑油が軸受２５に供給されて軸受２５の潤滑及び冷却が行われ、軸受２５を潤滑した潤滑油は配管３９によって再び潤滑油タンク３５に戻される。

一方圧縮式冷凍機１−３の運転を開始すると、圧縮機１３がモータ２１を駆動源として駆動される。モータ２１内部は密閉された冷凍サイクルの雰囲気にあるので、モータ２１自身の発熱を除去しなければ、モータ２１内部（ステータ及びロータ）温度が上昇し、その結果、絶縁等級で許容される耐熱温度を越えてしまう。その場合、モータ２１の絶縁特性が破壊されて感電災害を引き起こす恐れさえある。そのため、凝縮器１５で凝縮液化した冷媒液を冷媒ポンプ３１でモータ２１内部に供給、散布することでモータ２１内部の温度上昇を抑制する。しかし、過剰に冷媒液をモータ２１に供給すると、前記のとおり、圧縮式冷凍機１−３の効率低下や潤滑油の温度及び粘度低下等の問題が表出する。そこでこの圧縮式冷凍機１−３では、モータ２１の負荷に対して適正な量の冷媒液をモータ２１に供給するように制御している。

即ちこの圧縮式冷凍機１−３においては、圧縮式冷凍機１−３の運転中に、モータ内部温度検出器４７によって測定したモータ内部温度を制御手段５３に随時入力する。そして制御手段５３は制御弁５７に制御信号を出力し、前記入力したモータ内部温度が目標値（目標モータ温度）になるように、制御弁５７の開度を変更（可変）し、これによってモータ２１に供給する冷媒液量（冷媒供給量）を制御する。この例においても前記目標モータ温度は、モータ２１の絶縁等級から許容される温度に数十℃の余裕を見て予め設定し、制御手段５３に記憶しておく。具体的な温度制御方法は、モータ内部温度が上昇傾向にある場合は制御弁５７を開動作させ、下降傾向にある場合は閉動作させる。これによりモータ２１の冷却に必要な最小限の冷媒液の供給が可能となる。

つまり制御手段５３は、モータ２１の負荷をその内部温度で概略見積もり、負荷に見合う適正量の凝縮冷媒をモータ２１に供給するのであるが、そのために絶縁等級の許容温度から一義的に決めたモータ２１内部の目標モータ温度になるように、供給する冷媒量を可変させるものである。そして冷媒量可変手段としてこの例では開度調整型の制御弁５７を用いている。

以上のようにこの圧縮式冷凍機１−３によれば、圧縮式冷凍機１−３の部分負荷運転においても余剰な冷媒がモータ２１内部に供給されることはなく、常に適切な量の冷媒をモータ２１に供給でき、圧縮式冷凍機１−３の効率低下や潤滑油の温度及び粘性低下等の問題が表出することなくモータ２１の適切な冷却が可能となり、圧縮式冷凍機１−３の安定運転が継続できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、圧縮式冷凍機１−１においては、軸受温度検出器４５の他にモータ内部温度検出器４７を設け、通常は軸受温度検出器４５で測定した軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１を起動し、さらに測定した軸受温度が目標軸受温度を越えなくてもモータ内部温度検出器４７によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えたら冷媒ポンプ３１を起動するように構成しているが、場合によっては、何れか一方のみで圧縮式冷凍機を構成しても良い。即ちモータ内部温度検出器４７を設置しないで、軸受温度検出器４５で測定した軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１を起動する構成の圧縮式冷凍機としても良いし、軸受温度検出器４５を設置しないで、圧縮式冷凍機起動時にモータ内部温度検出器４７によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で冷媒ポンプ３１を起動させる構成の圧縮式冷凍機としても良い。

また本発明は、圧縮式冷凍機１−１で用いた起動時の制御と、圧縮式冷凍機１−２または１−３で用いた運転中の制御とを合わせて行なっても良い。例えば圧縮式冷凍機１−１で用いた起動時の制御と圧縮式冷凍機１−２で用いた運転中の制御とを組み合せる場合は、圧縮式冷凍機に、軸受の軸受温度を測定する軸受温度検出器と、モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器とを設置するとともに、冷媒ポンプを運転速度可変型の冷媒ポンプで構成し、制御手段は、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させ、但し圧縮式冷凍機起動時に軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えなくてもモータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で冷媒ポンプを起動させ、一方圧縮式冷凍機運転中にモータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度が目標モータ温度になるように冷媒ポンプの運転速度を変更してモータへの冷媒供給量を変更するように制御する構成とする。また例えば圧縮式冷凍機１−１で用いた起動時の制御と圧縮式冷凍機１−３で用いた運転中の制御とを組み合せる場合は、圧縮式冷凍機に、軸受の軸受温度を測定する軸受温度検出器と、モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器と、冷媒ポンプの配管中に設置される開度調整型の制御弁とを設置し、制御手段は、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させ、但し圧縮式冷凍機起動時に軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えなくてもモータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で冷媒ポンプを起動させ、一方圧縮式冷凍機運転中にモータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度が目標モータ温度になるように制御弁の開度を変更してモータへの冷媒供給量を変更するように制御する構成とする。なおこれら圧縮式冷凍機において、圧縮式冷凍機起動時の制御を軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で冷媒ポンプを起動させるのみの制御としてもよいし、軸受温度による制御の代りに、圧縮式冷凍機起動時にモータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で冷媒ポンプを起動させるのみの制御としてもよい。

また上記各例では圧縮式冷凍機として１つの冷凍サイクルのものを示したが、複数の冷凍サイクルを具備する圧縮式冷凍機に本発明を適用しても良い。即ち冷媒を封入した複数の冷凍サイクルを具備し、各冷凍サイクルが、蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結してなる構造の圧縮式冷凍機に本発明を用いても良い。その場合、１台のモータで前記複数の圧縮機を駆動することが好ましい。また冷却流体としては冷却水のほかに、冷却用空気などの他の顕熱変化をする流体を用いても良い。また被冷却流体としては冷水のほかに、ブラインなどの他の顕熱変化をする流体を用いても良い。

また圧縮式冷凍機１−２ではインバータ５５によって冷媒ポンプ３１を運転速度可変型としたが、インバータ以外の各種電気回路または機械的構成によって運転速度可変型の冷媒ポンプを構成しても良い。

圧縮式冷凍機１−１の全体概略構成図である。 潤滑油に対する冷媒溶解量と圧力及び温度の関係を示す図である。 圧縮式冷凍機１−２の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍機１−３の全体概略構成図である。

符号の説明

１−１ 圧縮式冷凍機
１０ 蒸発器
１３ 圧縮機
１３ａ 羽根車
１５ 凝縮器
１９ 膨張弁（膨張機構）
２０ 冷媒配管
２１ モータ
２３ 駆動軸
２５ 軸受
２７ 配管
３１ 冷媒ポンプ
３５ 潤滑油タンク
４５ 軸受温度検出器
４７ モータ内部温度検出器
５３ 制御手段
１−２ 圧縮式冷凍機
５５ インバータ
１−３ 圧縮式冷凍機
５７ 制御弁

Claims (9)

1. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、
   前記軸受の軸受温度を測定する軸受温度検出器と、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させる制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機。
2. 請求項１に記載の圧縮式冷凍機において、
   モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器を設け、
   前記制御手段は、圧縮式冷凍機起動時に前記軸受温度検出器によって測定された軸受温度が目標軸受温度を越えなくても、前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機。
3. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、
   モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器と、圧縮式冷凍機起動時に前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させる制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機。
4. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機において、
   モータ内部温度を測定するモータ内部温度検出器と、前記モータの内部に圧送される冷媒の量を変更する冷媒量可変手段と、圧縮式冷凍機運転中に前記モータ内部温度検出器によって測定されたモータ内部温度が目標モータ温度になるように前記冷媒量可変手段を制御してモータへの冷媒供給量を変更する制御手段とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍機。
5. 請求項４に記載の圧縮式冷凍機において、
   前記冷媒量可変手段は、前記冷媒ポンプを運転速度可変型の冷媒ポンプとすることで構成されるか、或いは前記冷媒ポンプの配管中に設置される開度調整型の制御弁で構成されることを特徴とする圧縮式冷凍機。
6. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、
   圧縮式冷凍機起動時に前記軸受の軸受温度が目標軸受温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法。
7. 請求項６に記載の圧縮式冷凍機の運転方法において、
   圧縮式冷凍機起動時に軸受温度が前記目標軸受温度を越えなくても、モータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法。
8. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、
   圧縮式冷凍機起動時にモータ内部温度がモータ過熱回避温度を越えた時点で前記冷媒ポンプを起動させることを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法。
9. 蒸発器と圧縮機と凝縮器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結すると共に、前記圧縮機を駆動するモータの内部に凝縮された前記冷媒の一部を冷媒ポンプによって圧送してこのモータを冷却し、一方前記圧縮機の駆動軸の軸受には前記冷媒と相溶性の潤滑油が給油されることで軸受と駆動軸の潤滑性と冷却が保持される圧縮式冷凍機の運転方法において、
   圧縮式冷凍機運転中にモータ内部温度が目標モータ温度になるようにモータへの冷媒供給量を変更することを特徴とする圧縮式冷凍機の運転方法。

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