JP2012026703A - 空調・冷蔵・冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】１台のインバータ装置で複数の出力及び圧縮方法の異なる圧縮機を制御できる空調・冷蔵・冷凍システムを提供できる。
【解決手段】本発明の空調・冷蔵・冷凍システムは、冷却器と、アキュムレータと、圧縮機と、凝縮器と、レシーバータンクとからなり、レシーバータンクからの冷媒液が再び冷却器に戻り蒸発が繰り返される循環回路を構成しており、冷却器からの混合冷媒が冷媒とオイルとに分離されるオイル受けと、分離された冷媒を戻すための冷媒戻し用のサクション配管と、分離されたオイルを戻すためのオイル戻し用のオイル戻し専用管と、オイル戻し専用管と圧縮機との間に位置し圧縮機よりも上部の位置に配置されたオイルタンクとが備えられており、圧縮機は出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機からなり、複数の圧縮機が１台のインバータ装置により随時切り替えられて制御できる構成からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空調・冷蔵・冷凍システムに係り、特に１台のインバータ装置を使用して複数の出力及び圧縮方法の異なる圧縮機（電動機）を作動させることができる空調・冷蔵・冷凍システムに関する。

現行の空調・冷蔵・冷凍システムは冷却設備の負荷変動に対して圧縮機を複数台搭載し、それらの圧縮機毎に制御する方法を採用している。ところで、圧縮機には出力に応じて例えば全密閉１００Wクラスの小型機から半密閉・スクリュー等の５０馬力クラスの大型機まで様々な圧縮方法の種類があるが、このような出力及び圧縮方法の異なる圧縮機を一括で制御することは困難であった。

この理由は、全密閉、半密閉、スクロール等の圧縮方法の種類が異なる空調・冷蔵・冷凍機へのオイル（潤滑油）供給を各種類とも同等に行うことが難しいこと、また冷媒の流速でオイルを戻していたことから冷却設備戻り配管からのオイル戻しが難しいことなどのためである。

このような問題、即ち従来のようにオイルと冷媒とを混在させて供給する場合に生じるオイル戻しの困難性についてはオイル戻し専用回路を設置してオイルと冷媒の供給とを分離することにより解決した例がある（例えば、特許文献１参照）。

一方、最近の空調・冷蔵・冷凍システムにおいては、インバータモータにより圧縮機を駆動させる技術も開発されている（例えば、特許文献２参照）。インバータ装置を用いて圧縮機を制御する場合の利点として、固定周波数である商用電源を用いる場合と異なり、所定の冷却を行う際に適正な周波数を選択することができるので省エネ効果を発揮することが可能である。しかし、現在１台のインバータ装置により複数の出力（圧縮方法）の異なる圧縮機を制御することは行われていない。

特開２００９−４７３２６号公報 特開２００８−２８６４７４号公報

上記したように、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機により空調・冷蔵・冷凍システムを構築する場合オイル戻しが困難であるという問題があった。一方、最近は省エネを図ることができる機器が望まれているが、省エネに効果があるインバータ装置を用いて空調・冷蔵・冷凍システムを構築する場合でも、従来は出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を一括で制御することは行われていなかったことから、個々の圧縮機にそれぞれインバータ装置を搭載しなければならず（１対１対応）、コスト高の要因となっていた。

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、１台のインバータ装置を用いて出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を制御することにより、省エネを実現できかつコストの安い空調・冷蔵・冷凍システムを提供するものである。

この目的を達成するために本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第１の態様は、冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を蒸発させるための冷却器と、戻り配管を経由して混合冷媒が一時的に蓄えられるアキュムレータと、混合冷媒が圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとされる圧縮機と、冷媒ガスが周囲の空気または水と熱交換して冷却され、凝縮し、冷媒液とされる凝縮器と、冷媒液が蓄えられるレシーバータンクとからなり、レシーバータンクからの冷媒液が再び冷却器に戻り蒸発が繰り返される循環回路を構成する空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、冷却器からの混合冷媒が冷媒とオイルとに分離されるオイル受けと、分離された冷媒を戻すための冷媒戻し用のサクション配管と、分離されたオイルを戻すためのオイル戻し用のオイル戻し専用管と、オイル戻し専用管と圧縮機との間に位置し圧縮機よりも上部の位置に配置されたオイルタンクとが備えられており、圧縮機は出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機からなり、複数の圧縮機が１台のインバータ装置により冷却状況に応じて随時切り替えられて制御できる構成からなることを特徴とする。

また本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第２の態様は、第１の態様において、冷却の制御にはインバータ装置と商用電源が併用されることを特徴とする。

さらに本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、インバータ装置の出力周波数は２０〜７５Ｈｚの範囲であることを特徴とする。

また本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第４の態様は、第１から第３の態様において、オイル受けにはオイルレベル検知器が設けられていることを特徴とする。

さらに本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第５の態様は、第１から第４の態様において、オイルタンクにはオイルレベル検知器が設けられていることを特徴とする。

また本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第６の態様は、第１から第５の態様において、冷却器とレシーバータンクとの間には電磁弁が設けられていることを特徴とする。

さらに本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの第７の態様は、第１から第６の態様において、オイルタンクと圧縮機との間には電磁弁若しくはフロート弁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、１台のインバータ装置で出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を制御できるので省エネが図られ、コストメリットを出すことができる。また、出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を作動させてもオイル戻し専用回路を設置しているために個々の圧縮機に適正なオイル供給を行うことができるという顕著な効果を有する。

本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す説明図である。 本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す動作回路図である。

以下、本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの好ましい実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図において原則同一の箇所には同一の符号を付すこととする。

図１は本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの一実施の形態を示す説明図である。図１において本発明の空調・冷蔵・冷凍システム１は、冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を蒸発させるための冷却器２と、冷却器２で蒸発した混合冷媒が冷媒とオイルとに分離されるオイル受け３と、分離された冷媒を送るための冷媒戻し用のサクション配管４と、冷媒を一時的に蓄えるアキュムレータ５と、アキュムレータ５を経由して冷媒が圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとされる圧縮機６と、高温高圧の冷媒ガスが周囲の空気または水と熱交換され、冷却されて凝縮する凝縮器７と、凝縮器７で凝縮された冷媒液を蓄えるレシーバータンク（受液器）８とから構成され、このレシーバータンク８から冷媒液が電磁弁９を経由して再び冷却器２に戻るような循環回路が形成されている。

ここで、本発明において圧縮機６は例えば半密閉型の大型圧縮機６ａ、スクロール型の中型圧縮機６ｂ、全密閉型の小型圧縮機６ｃのような出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機から構成されており、例えば半密閉型の大型圧縮機６ａは１０馬力、スクロール型の中型圧縮機６ｂは５馬力、全密閉型の小型圧縮機６ｃは２馬力の出力を有している。

なお、圧縮機６、凝縮器７、レシーバータンク８を経由して冷却器２に戻る回路においては冷媒にはオイル（潤滑油）が混合されているが、このオイルはオイル受け３から冷媒と分離されてオイルポンプ１０によりオイル戻し専用管１１を経由してオイルタンク１２に貯蔵される。オイル受け３にはオイルレベル検知器１４が備えられており、オイル受け３内のオイル面を常時監視できるようになっており、オイルレベルに応じてオイルポンプ１０によりオイルがオイルタンク１２に送られるようになっている。

オイルタンク１２は圧縮機６のオイル面よりも高い位置（上部の位置）に配置されており、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃに高低差によるオイルの比重差を利用して電磁弁１３を経由してオイルが供給されるようになっている。この際、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃにはそれぞれオイルレベル検知器１５が備えられており、オイル面を監視しながらオイル供給を行うようになっている。これによりアキュムレータ５に貯蔵された冷媒とオイルタンク１２からのオイルが再び圧縮機６にて混合される。

なお、オイルタンク１２から圧縮機６へのオイル供給について本実施の形態では電磁弁１３を用いる方法が示されているが、フロート弁を用いることも可能である。即ちオイル供給の方式については本発明の目的に適うものならば特に制限はない。

このように冷媒とオイルについて冷媒はサクション配管４により、オイルはオイル戻し専用管１１によりそれぞれ別系統で戻すができるため、従来困難であった混合冷媒のオイル戻しを効率よく行うことができる。

以上のように出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を備えた循環回路からなる本発明の空調・冷蔵・冷凍システムは１台のインバータ装置で制御することができる。図１において出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃは、接続線を破線で示すインバータ装置２０及び一点鎖線で示す周波数５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの商用電源３０に接続されている。

具体的には、本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの動作について図２を用いて説明すると、図２は本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの動作回路図である。図２において、半密閉型の大型圧縮機６ａ、スクロール型の中型圧縮機６ｂ、全密閉型の小型圧縮機６ｃは、それぞれインバータ装置２０及び商用電源３０と接続できるようになっており、それらの接続回路の途中にはそれぞれ商用マグネットスイッチ３１、３２、３３及びインバータ用マグネットスイッチ４１、４２、４３が設けられている。また、各圧縮機６ａ、６ｂ、６ｃの近傍には圧縮機保護用のサーマルリレー２１、２２、２３がそれぞれ設けられている。

このような図２の動作回路図を用いて本発明の空調・冷蔵・冷凍システムの動作を説明する。まず、冷却の対象物によって初期設定圧力（冷却温度範囲）を設定する。この後例えばインバータ用マグネットスイッチ４３をＯＮにしてインバータ装置２０と全密閉型の小型圧縮機６ｃを接続する。この時全密閉型の小型圧縮機６ｃと商用電源３０との回路は商用マグネットスイッチ３３をＯＦＦにして遮断しておく。また、その他のインバータ用マグネットスイッチ４１、４２及び商用マグネットスイッチ３１、３２もＯＦＦにしておく。

このような回路を構成してインバータ装置２０からまず２０Ｈｚの周波数を全密閉型の小型圧縮機６ｃに掛け、冷却を開始する。そして、初期設定圧力の範囲に入るまで周波数を上げていく。周波数を７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すればその時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つようにする。

もし、周波数を７５Ｈｚまで上げても初期設定圧力にまで到達しない場合（冷却が不十分な場合）には、全密閉型の小型圧縮機６ｃよりも出力の大きいスクロール型の中型圧縮機６ｂに切り替えて冷却を行うようにする。この時、全密閉型の小型圧縮機６ｃの回路を構成しているインバータ用マグネットスイッチ４３をＯＦＦにし、直ちにスクロール型の中型圧縮機６ｂの回路に設けられたインバータ用マグネットスイッチ４２をＯＮにする。半密閉型の大型圧縮機６ａのインバータ用マグネットスイッチ４１、各商用電源回路に設けられている商用マグネットスイッチ３１、３２、３３はいずれもＯＦＦにしておく。

このようにしてスクロール型の中型圧縮機６ｂにインバータ装置２０から周波数２０Ｈｚを掛け、冷却状態を監視しながら順次周波数を７５Ｈｚまで上げていく。小型圧縮機６ｃの場合と同様に周波数を７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すればその時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つようにする。

スクロール型の中型圧縮機６ｂにおいてもまだ初期設定圧力に到達しない場合、さらにスクロール型の中型圧縮機６ｂよりも出力の大きい半密閉型の大型圧縮機６ａに切り替えて冷却を行う。この時、スクロール型の中型圧縮機６ｂの回路を構成しているインバータ用マグネットスイッチ４２をＯＦＦにし、直ちに半密閉型の大型圧縮機６ａの回路に設けられたインバータ用マグネットスイッチ４１をＯＮにする。全密閉型の小型圧縮機６ｃのインバータ用マグネットスイッチ４３、各商用電源回路に設けられている商用マグネットスイッチ３１、３２、３３はいずれもＯＦＦにしておく。

このようにして半密閉型の大型圧縮機６ａにインバータ装置２０から周波数２０Ｈｚを掛け、冷却状態を監視しながら順次周波数を７５Ｈｚまで上げていく。周波数を７５Ｈｚまで上げる間に初期設定圧力に到達すればその時点で周波数を固定し、冷却温度を一定に保つようにする。

以上のようにして１台のインバータ装置を用いて出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を随時切り替えながら冷却を行うようにする。なお、インバータ装置からの周波数は上記したように２０Ｈｚ〜７５Ｈｚの間が好ましい。これは、この範囲が圧縮機のモータの性能低下、即ち圧縮効率の低下を防ぐための最適な周波数範囲であるからである。

このように出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機を１台のインバータ装置を用いて随時切り替えながら冷却を行うので、適切な周波数により冷却の制御を行うことができることから商用電源だけで冷却を行うよりも省エネの効果が大きく、従ってコストの削減効果も大きくなる。

ところで、半密閉型の大型圧縮機６ａを用いてもなお冷却が不十分な場合には、他の圧縮機６ｂあるいは６ｃと併用して冷却を行ってもよい。具体的には、半密閉型の大型圧縮機６ａをインバータ装置２０と接続したまま、例えば全密閉型の小型圧縮機６ｃの回路途中に設けられた商用マグネットスイッチ３３をＯＮにし、インバータ装置２０からの電力とともに商用電源３０からの電力も併用することによりさらに冷却能力の向上を図るようにする。

このようにして必要に応じてインバータ装置を用いた半密閉型の大型圧縮機６ａとともに商用電源を用いて全密閉型の小型圧縮機６ｃを用いたり、全密閉型の小型圧縮機６ｃからスクロール型の中型圧縮機６ｂに切り替えたり、さらにスクロール型の中型圧縮機６ｂと全密閉型の小型圧縮機６ｃをともに用いたりして適宜な回路構成を有する空調・冷蔵・冷凍システムを実現することができる。

本発明の空調・冷蔵・冷凍システムは、大型店舗、倉庫、施設等の空調・冷蔵・冷凍システムとして適用することができる。

１ 空調・冷蔵・冷凍システム
２ 冷却器
３ オイル受け
４ サクション配管
５ アキュムレータ
６ 圧縮機
６ａ 半密閉型の大型圧縮機
６ｂ スクロール型の中型圧縮機
６ｃ 全密閉型の小型圧縮機
７ 凝縮器
８ レシーバータンク（受液器）
９ 電磁弁
１０ オイルポンプ
１１ オイル戻し専用管
１２ オイルタンク
１３ 電磁弁
１４ オイルレベル検知器
１５ オイルレベル検知器
２０ インバータ装置
２１、２２、２３ サーマルリレー
３１、３２、３３ 商用マグネットスイッチ
４１、４２、４３ インバータ用マグネットスイッチ

Claims (7)

1. 冷媒と潤滑用のオイルが混合された混合冷媒を蒸発させるための冷却器と、戻り配管を経由して前記混合冷媒が一時的に蓄えられるアキュムレータと、前記混合冷媒が圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとされる圧縮機と、前記冷媒ガスが周囲の空気または水と熱交換して冷却され、凝縮し、冷媒液とされる凝縮器と、前記冷媒液が蓄えられるレシーバータンクとからなり、前記レシーバータンクからの前記冷媒液が再び冷却器に戻り蒸発が繰り返される循環回路を構成する空調・冷蔵・冷凍システムにおいて、前記冷却器からの前記混合冷媒が冷媒とオイルとに分離されるオイル受けと、分離された前記冷媒を戻すための冷媒戻し用のサクション配管と、分離された前記オイルを戻すためのオイル戻し用のオイル戻し専用管と、前記オイル戻し専用管と前記圧縮機との間に位置し前記圧縮機よりも上部の位置に配置されたオイルタンクとが備えられており、前記圧縮機は出力及び圧縮方法の異なる複数の圧縮機からなり、前記複数の圧縮機が１台のインバータ装置により冷却状況に応じて随時切り替えられて制御できる構成からなることを特徴とする空調・冷蔵・冷凍システム。
2. 冷却の制御にはインバータ装置と商用電源が併用されることを特徴とする請求項１記載の空調・冷蔵・冷凍システム。
3. 前記インバータ装置の出力周波数は２０〜７５Ｈｚの範囲であること特徴とする請求項１または請求項２記載の空調・冷蔵・冷凍システム。
4. 前記オイル受けにはオイルレベル検知器が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかの請求項に記載の空調・冷蔵・冷凍システム。
5. 前記オイルタンクにはオイルレベル検知器が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかの請求項に記載の空調・冷蔵・冷凍システム。
6. 前記冷却器と前記レシーバータンクとの間には電磁弁が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかの請求項に記載の空調・冷蔵・冷凍システム。
7. 前記オイルタンクと前記圧縮機との間には電磁弁若しくはフロート弁が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れかの請求項に記載の空調・冷蔵・冷凍システム。

Images