JP2013108654A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクル運転を行う冷媒回路10を備え、この冷媒回路10は、ケース12内にオイルを貯留し、このオイルと共に冷媒を高圧吐出管21に吐出する圧縮機11と、高圧吐出管21に設けられたオイルセパレータ22と、オイルセパレータ22で分離されたオイルをケース12内に戻すオイル戻し管28とを有する冷凍装置1において、圧縮機11内のオイルレベルを検出するオイルレベルセンサー31と、このオイルレベルセンサー31の検出信号に基づいて、当該圧縮機11内のオイルレベルの状態を表示する表示パネル51とを備える。
【選択図】図1
Description
しかし、二酸化炭素(CO2)を冷媒として使用する冷凍装置では、フロンを使用する冷凍装置に比べて作動圧力が高いため、圧縮機のケースにサイトグラスを取り付けることが困難となり、冷凍機設置後のオイル充填時におけるオイル量管理や、サービス・点検時のオイル量管理が困難であるという問題があった。
また、前記オイルレベル検出手段は、上限レベル及び下限レベルを検出可能に構成され、前記表示制御手段は、オイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、発光ダイオードセグメントのうちの最下段位置のセグメントを点灯させ、オイルレベルが下限レベルを超えて上限レベルを下回っている場合には、発光ダイオードセグメントのうちの中段位置のセグメントを点灯させ、オイルレベルが上限レベルを上回っている場合には、最上段位置のセグメントを点灯させても良い。
図1は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の回路構成図である。
冷凍装置1は、冷凍機ユニット3と複数台(例えば2台)のショーケースユニット5A,5Bとを備え、これら冷凍機ユニット3と各ショーケースユニット5A,5Bとが、液冷媒配管7及びガス冷媒配管9により連結されて冷凍サイクル運転を行う冷媒回路10を構成している。
この冷媒回路10には、高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素(CO2)冷媒が使用されている。二酸化炭素冷媒は、オゾン破壊係数が0で、地球温暖化係数が1であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可燃性がなく安全で安価である。また、二酸化炭素冷媒に加えて、冷媒回路10内の圧縮機11を潤滑するためのオイルも冷媒配管に入れられている。図1には、実線矢印で冷媒の流れを示し、破線矢印でオイルの流れを示している。
そこで、本実施形態では、オイルセパレータ22で分離されたオイルを貯留する所定容積を有する単一のオイルタンク61を設け、このオイルタンク61に貯留されたオイルをオイル戻し管28A,28Aを通して圧縮機11,11のケース12内に戻すようにしている。
オイルセパレータ22とオイルタンク61とを接続するオイル配管28Bは、一端がオイルセパレータ22内の底部近傍で開口し、底部近傍のオイルを上記差圧によってオイル配管28B内に引き込み、オイルタンク61内に引き込む。このオイルタンク61には、圧縮機11,11につながる単一のオイル戻し管28の一端が接続され、上記差圧によりオイルタンク61内のオイルがオイル戻し管28に吸い込まれ、圧縮機11,11のケース12内に戻される。
この構成によれば、オイルセパレータ22で分離されたオイルは圧縮機11,11のケース12内の負圧によりオイルタンク61内に流れて溜まり、その分、オイルセパレータ22内のオイル油面を低くすることができる。これにより、オイル分離空間(気相冷媒とオイルミストの混合流からオイルを分離させるための空間)を広く確保してオイル分離効率を高めるとともに、オイルタンク61内に十分なオイル量を確保できる。
オイルレベルセンサー31は、上限レベル及び下限レベルを検出できる2接点式のレベルセンサであり、図2A〜図2Cに示すように、ケース12に連通するセンサケース131を備え、このセンサケース131内のオイルレベルは、圧縮機11のケース12内のオイルレベルに応じて変動する。また、センサケース131内には、オイルレベルの変動に応じて上下に浮遊するフロート132と、このフロート132の高さ位置が変動することによって開閉される上接点133及び下接点134とを備えるフロートスイッチ135が配置されている。このフロートスイッチ135では、フロート132に磁石が配置され、この磁石の磁力によって、異なる高さに配置された上接点133及び下接点134が開閉される。
具体的には、図2Aに示すように、ケース12内のオイルレベルが上限レベルを上回ると上接点133がオンし、図2Bに示すように、この上限レベルを下回ると上接点133がオフする。また、ケース12内のオイルレベルが下限レベルを上回ると下接点がオフし、図2Cに示すように、この下限レベルを下回ると下接点がオンする。
過冷却熱交換器24は、ガスクーラー23で冷却され、ガスクーラー23から高圧吐出管21A及び液冷媒配管7を通じて、ショーケースユニット5A,5Bが備える第一膨張弁(第一絞り手段)42A,42Bへ向かう冷媒を、このガスクーラー23の出口側で分岐された分岐冷媒を用いて過冷却するものである。この過冷却熱交換器24の分岐冷媒流路入口には、ガスクーラー23の出口側で高圧吐出管21から分岐された分岐配管33が、第二膨張弁34を介して接続され、分岐冷媒流路出口は、中間冷却器18の出口側の中間圧吸入管19に接続されている。また、高圧吐出管21には、過冷却熱交換器24の入口側及び出口側に、それぞれ高圧吐出管21を流れる冷媒温度を検出する入口温度センサー35及び出口温度センサー36が設けられている。
また、主制御装置50は、オイルセパレータ22から各圧縮機11,11へのオイル戻し制御を実行し、このオイル戻し制御時に、各圧縮機11,11の運転周波数に基づいて、各電動弁30,30の弁開度を調整する。さらに、オイル戻し制御をする際に、各オイルレベルセンサー31で検出したオイルレベルに基づいて、弁開度を補正する。この実施形態では、主制御装置50は、圧縮機11,11の運転周波数に応じて、電動弁30,30の弁開度を調整する弁開度調整手段として機能するとともに、オイルレベルに応じて弁開度を補正する弁開度補正手段として機能する。
さらに、主制御装置50は、オイルレベルセンサー31の検出信号に基づいて、ケース12内のオイルレベルを表示する表示パネル(表示手段)51を備える。この表示パネル51は、主制御装置50の前面に設けられ、当該主制御装置50の保守・点検作業する際に視認できるようになっている。
また、ショーケースユニット5A,5Bは、これらショーケースユニット5A,5Bの各部の動作を制御するケース制御装置45A,45Bを備え、このケース制御装置45A,45Bは、主制御装置50と通信可能に構成される。ケース制御装置45A,45Bは、ケース熱交換器43A,43Bの出入口温度差(過熱度)に基づいて、第一膨張弁42A,42Bの開度をそれぞれ調整する。
この表示パネル51は、図3に示すように、7つの発光ダイオードセグメントを略8の字型に配置してなる表示素子52を4組、数字の4桁表示可能に配列されて構成されている。具体的には、4組の表示素子52のうち、左側の2組の表示素子52は、一方の圧縮機(第1圧縮機)11に対応して配置され、右側の2組の表示素子52は、他方の圧縮機(第2圧縮機)11に対応して配置されている。
表示素子52は、高さ位置を異ならせて水平に延びる3つの発光ダイオードセグメント(以下、単にセグメントという)SG1〜SG3を備え、表示パネル51の縁部には、最下段位置のセグメントSG1に対応する高さ位置に、オイルレベル「低」が印字や刻印されている。同様に、中段位置のセグメントSG2に対応する高さ位置には、オイルレベル「中」が印字や刻印され、最上段位置のセグメントSG3に対応する高さ位置には、オイルレベル「高」が印字や刻印されている。
主制御装置50は、冷凍装置1の運転が開始されると、電動弁30の初期開度を取得する(ステップS1)。この初期開度は、冷凍装置1(すなわち圧縮機11,11)の運転起動時に設定される弁開度であり、本実施形態では、電動弁30を略閉じた状態とする弁開度(例えば30パルス)に設定されている。
続いて、主制御装置50は、電動弁30の弁開度を、それぞれ圧縮機11の運転周波数に応じて調整する(ステップS2)。この弁開度は、圧縮機11の運転周波数と、オイルレベルによって適宜変更される補正係数Aとから算出される。具体的には、運転周波数を変数xとする相関式f(x)により求められた値と、補正係数Aとを乗算することにより弁開度を求めており、運転周波数が高いときは弁開度を大きく、低いときは弁開度を小さくする。
ここで、補正係数Aの初期値は、圧縮機11から吐出されるオイル量に相当するオイル戻し量を得るための弁開度にする値に設定され、例えば、圧縮機11の仕様に基づいて設定される。これにより、各圧縮機11から吐出されるオイル量と、各圧縮機11のケース12,12内に戻されるオイル量とのバランスを向上させることができ、各圧縮機11へのオイル戻し量を適正にすることができる。
この判別において、フロートスイッチの下接点がオフでない場合(ステップS5;No)、すなわちオイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、予め定めた第1の待ち時間(本実施形態では30秒)が経過したか否かを判別し(ステップS6)、この待ち時間が経過していなければ(ステップS6;No)、ステップS5の処理へ戻る。
この待ち時間が経過したか否かを判断する処理を行うことにより、圧縮機運転時に生じるオイル面の変動によるオイルレベルの誤検知を回避することができる。そして、待ち時間が経過した場合(ステップS6;Yes)、つまり、オイルレベルが下限レベルを継続して下回っている場合に、ケース12内のオイル量が過少と判断されるため、主制御装置50は、処理をステップS12に移行して電動弁30の弁開度を補正する。
ステップS8の判別において、フロートスイッチの上接点がオフでない場合(ステップS8;No)、すなわちオイルレベルが上限レベルを上回っている場合には、予め定めた第2の待ち時間(本実施形態では30秒)が経過したか否かを判別し(ステップS9)、この待ち時間が経過していなければ(ステップS9;No)、ステップS8の処理へ戻る。これにより、上記と同様に、オイルレベルの誤検知を回避することができるとともに、待ち時間が経過した場合、つまり、オイルレベルが上限レベルを継続して上回っている場合に、ケース12内のオイル量が過多と判断されるため、主制御装置50は、処理をステップS15に移行して電動弁30の弁開度を補正する。
このように、本構成では、7つの発光ダイオードセグメントを略8の字型に配置してなる表示素子52を備え、この表示素子52におけるセグメントの点灯位置を、オイルレベルセンサー31の検出信号に基づくオイルレベルと対応付けて表示されるため、例えば、保守・点検のために、主制御装置50にアクセスした作業員もしくはユーザは、二酸化炭素を冷媒として使用する圧縮機11についても、圧縮機11内のオイルレベルを容易に判別することができ、適切なオイル量管理を実現できる。
なお、図5B及び図5Cでは、説明の便宜上、第1圧縮機及び第2圧縮機のオイルレベルが同様に変動する表示態様について説明したが、各圧縮機11,11のオイルレベルは適宜変動し、個別な表示態様を示すことは勿論である。
このように、通常運転時には、表示パネル51に圧縮機11のオイルレベルを表示するとともに、オイルレベルセンサー31に異常が生じた場合には、オイルレベル表示に優先してエラーコードを表示するため、早急に作業者またはユーザに異常が生じた旨を報知することができ、当該エラーへの対応を迅速にとることができる。
なお、本実施形態では、エラーコードとして、オイルレベルセンサー31が検出したエラー情報を例示したが、これに限るものではなく、他の機器に関する異常を表示しても良いことは勿論である。
また、圧縮機11が停止している場合には(ステップS10;Yes)、電動弁30の弁開度を初期開度に設定して処理を終了する(ステップS11)。
また、主制御装置50は、補正係数Aが所定の上限値(本実施形態では6.0)よりも大きいか否かを判別する(ステップS13)。この上限値は、補正係数Aを増加する際の上限値であり、補正係数Aが上限値より小さい場合(ステップS13;No)には、処理をステップS4に戻す。
一方、補正係数Aが上限値を超える場合(ステップS13;Yes)には、補正係数Aを上限値に設定し(ステップS14)、処理をステップS4に戻す。
続いて、主制御装置50は、補正係数Aが所定の下限値(本実施形態では0.3)よりも小さいか否かを判別する(ステップS16)。この下限値は、補正係数Aを減少する際の下限値であり、補正係数Aが下限値以上の場合(ステップS16;No)には、処理をステップS4に戻す。
一方、補正係数Aが下限値を下回る場合(ステップS16;Yes)には、補正係数Aを下限値に設定し(ステップS17)、処理をステップS4に戻す。
まず、主制御装置50は、内蔵する別のタイマーをリセットした後(ステップS21)、圧縮機11のフロートスイッチの下接点がオフであるか否かを判別する(ステップS22)。
この判別において、フロートスイッチの下接点がオフでない場合(ステップS22;No)、すなわちオイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、上記オイル戻し制御ではオイル量が増えない状態、つまり、オイル不足を回避不能な状態と判断できる待ち時間(運転停止判断用の待ち時間)が経過したか否かを判別する(ステップS23)。この待ち時間は、オイル戻し制御用の上記第1及び第2の待ち時間(本実施形態では30秒)よりも長い時間であって、圧縮機11に大きな悪影響を与えない時間内に設定され、本実施形態では10分に設定される。
一方、フロートスイッチの下接点がオフである場合(ステップS22;Yes)、すなわち、オイルレベルが下限レベルを上回っている場合には、主制御装置50は、そのフロートスイッチが設けられている圧縮機11が停止中か否かを判別し(ステップS25)、停止中でなければ(ステップS25;No)、ステップS21の処理へ戻る。
一方、運転指示がなければ(ステップS26;No)、主制御装置50は、当該処理を終了し、圧縮機11を停止させたままにする。これにより、オイル量が少ない状態での圧縮機11の運転を継続して回避する。
この場合、表示パネル51には、台数に相当する表示素子52を設けるために、1台の圧縮機11に対して、1つの表示素子52を割り当てる構成としても良い。
また、ケース12内が中間圧となる2段式の圧縮機11に限らず、内部にオイルを貯留する公知の圧縮機を適用しても良い。
また、本実施形態では、熱源側機器となる冷凍機ユニット3と、利用側機器となるショーケースユニット5A,5Bとからなる冷凍装置1に本発明を適用する場合を説明したが、公知の冷凍装置の構成を適用しても良い。
また、本実施形態では、オイルレベルセンサー31を上限レベル及び下限レベルを検出できる2接点式のレベルセンサで構成する場合を説明したが、これに限らず、例えば、上限レベルと下限レベルとの間の中間レベルも検出できるレベルセンサで構成しても良い。
3 冷凍機ユニット(熱源側機器)
5A,5B ショーケースユニット(利用側機器)
10 冷媒回路
11 圧縮機
12 ケース
21 高圧吐出管
22 オイルセパレータ
23 ガスクーラー
27 オイルクーラー
28,28A,28B オイル戻し管
31 オイルレベルセンサー(オイルレベル検出手段)
50 主制御装置(弁開度調整手段、弁開度補正手段、運転制御手段、表示制御手段)
51 表示パネル(表示手段)
52 表示素子
SG1 最下段位置のセグメント
SG2 中段位置のセグメント
SG3 最上段位置のセグメント
Claims (3)
- 二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクル運転を行う冷媒回路を備え、この冷媒回路は、ケース内にオイルを貯留し、このオイルと共に冷媒を高圧吐出管に吐出する圧縮機と、前記高圧吐出管に設けられたオイルセパレータと、前記オイルセパレータで分離されたオイルを前記ケース内に戻すオイル戻し管とを有する冷凍装置において、
前記圧縮機内のオイルレベルを検出するオイルレベル検出手段と、
このオイルレベル検出手段の検出信号に基づいて、当該圧縮機内のオイルレベルの状態を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする冷凍装置。 - 前記表示手段は、略8の字型に配置された7つの発光ダイオードセグメントを備えて構成され、前記オイルレベル検出手段の検出信号に基づくオイルレベルと発光ダイオードセグメントの点灯位置とを対応付けて表示する表示制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
- 前記オイルレベル検出手段は、上限レベル及び下限レベルを検出可能に構成され、
前記表示制御手段は、オイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、発光ダイオードセグメントのうちの最下段位置のセグメントを点灯させ、オイルレベルが下限レベルを超えて上限レベルを下回っている場合には、発光ダイオードセグメントのうちの中段位置のセグメントを点灯させ、オイルレベルが上限レベルを上回っている場合には、最上段位置のセグメントを点灯させることを特徴とする請求項2に記載の冷凍装置。
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