JP2014214913A - 油戻し制御装置及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機への液バックが発生する兆候を迅速に検知して、液バックを抑制する油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置を提供する。【解決手段】油戻し制御装置１は、アキュームレータ７と、油戻し回路８と、油戻し回路８における液体の流通路を開閉する第１の弁１１と、油戻し回路８における第１の弁１１の両端部をバイパスし、油戻し回路８に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路９と、バイパス回路９における液体の流通路を開閉する第２の弁１２と、を有し、圧縮機３の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、第１の弁１１及び第２の弁１２のうち、少なくとも第１の弁１１を開き、圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、第１の弁１１を閉じ、第２の弁１２を開く。【選択図】図２

Description

本発明は、アキュームレータを備える油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置に関する。

アキュームレータが設けられたユニット、例えば冷凍装置等において、除霜した後に、ユニットを起動するとき等には、ユニット内を通流する液冷媒が、大量にアキュームレータに戻る場合がある。このとき、アキュームレータの下部に設置された油戻し回路の内部に、液冷媒が大量に通流し、この液冷媒が、油戻し回路から圧縮機に過剰に流れ込むと、液バック運転となり、圧縮機に損傷を与える虞がある。

このため、従来、ユニットが設置されている現地において、ユニットの運転状況を確認して、油戻し回路から液冷媒が大量に流れ込む液バック運転を起こさないように、油戻し回路に設けられたニードル弁によって、流量調整（弁開度調整）を行っていた。

また、特許文献１には、「アキュムレータの底部と吸入管との間を接続する油戻し配管を設けて該油戻し配管の途中に、流通を増減し得る流量制御機構を介設する一方、圧縮機の吐出ガス過熱度を検出して所定値の差に対応する信号を出力する過熱度調節器と、所定吐出ガス過熱度に比し高いか低いかの出力を前記過熱度調節器が発信していることにより、流量制御機構を高出力の場合は流量増加側、低出力の場合は流量減少側に調節する制御手段とを設けた」冷凍機の油戻し制御装置が開示されている。

更に、特許文献２には、「本体の一部に入口管、同上部に絞りを備えたガス冷媒出口管、同下部に油出口管を有するアキュムレータ；上流端で前記油出口管に連り、一方の管路に電磁弁、他方の管路にキャピラリチューブを有する並列管路；およびアキュムレータへの液冷媒の流入を検知して電磁弁を閉じる手段を具備した」冷凍機用アキュムレータ装置が開示されている。

更にまた、特許文献３には、「圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器、及びアキユムレータが配管接続された冷媒回路、上記アキユムレータと圧縮機を接続する吸入配管と上記アキユムレータ底部とを接続する第１の返油装置、この第１の返油装置と並列関係に電磁弁を介して取付けられた第２の返油装置とを備え、この電磁弁を冷房運転時あるいは暖房運転時に限って開路するようにした」空気調和機が開示されている。

実開平１−１６７５５５号公報（請求項１、第１図） 実開平２−１２０６６７号公報（請求項１、第２図） 特許第２５０８８１１号公報（請求項１、第３頁）

しかしながら、油戻し回路に設けられたニードル弁による流量調整を、現地で直接行って、液バック運転を抑制しようとしても、ユニットを所望の運転状態とすることに時間を要したり、ユニットの運転状態が変化したりするため、その調整が困難となる場合があった。

また、特許文献１に開示された従来技術は、圧縮機の吐出側のガス過熱度の大小によって、油戻し回路において並列接続された一方の回路の電磁弁のみを開くか、又はこの電磁弁と、他方の回路の電磁弁との両方を開くかを制御して、液バック運転を抑制しようとするものである。しかし、液バック運転が発生したときは、圧縮機の吐出側のガス過熱度が低下するのに要する時間は、圧縮機の吸込み側のガス過熱度が低下するのに要する時間よりも遅い。この特許文献１においては、圧縮機の吐出側のガス過熱度を検知しているため、実際に液バック運転が発生すると、吐出側のガス過熱度が低下するまでにタイムラグが生じ、その結果、液バック運転の検知が遅れてしまう。

更に、特許文献２に開示された従来技術は、油戻し回路において、油戻し電磁弁が設けられた配管とキャピラリチューブが設けられた配管とを並列接続して、エバポレータ（冷却器）の入口温度と出口温度との検知温度の結果によって、電磁弁の側の配管における電磁弁を開閉して、液バック運転を抑制しようとするものである。しかし、液バック運転の抑制に適したキャピラリチューブを選定することは容易ではない。また、この特許文献２においては、エバポレータ（冷却器）の入口温度と出口温度とを検知して、電磁弁を制御しているため、エバポレータ（冷却器）の圧力損失等によって出口温度が低下すると、電磁弁を適切に制御できなくなる。

更にまた、特許文献３に開示された従来技術は、油戻し回路において、毛細管又は管オリフィスからなる第１の返油回路と、毛細管又は管オリフィスからなり、油戻し電磁弁が設けられた第２の返油回路とを並列接続している。そして、アキュームレータ内に液冷媒が大量に貯留されているときに、第２の返油回路の電磁弁を閉じ、また、アキュームレータ内に液冷媒があまり貯留されていないときに、この電磁弁を開く。これにより、この特許文献３に開示された従来技術は、液バック運転を抑制しようとするものである。

しかし、この特許文献３においては、アキュームレータ内の液冷媒の量を、アキュームレータの内圧の変化によって検出している。冷凍サイクルにおいて、アキュームレータは、圧縮機の吐出側に比べて低圧であるため、冷媒の量が変動しても、アキュームレータにおける内圧の変化は微小であり、その制御が困難である。また、低温機の場合は、通常運転する低圧が低いため、アキュームレータにおける内圧の変化は更に少なくなり、その制御は極めて困難なものとなる。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、圧縮機への液バックが発生する兆候を迅速に検知して、液バックを抑制する油戻し制御装置及びこの油戻し制御装置を有する冷凍装置を提供するものである。

本発明に係る油戻し制御装置は、ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第１の弁と、前記油戻し回路における前記第１の弁の両端部をバイパスし、前記油戻し回路に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路における液体の流通路を開閉する第２の弁と、を有し、前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第１の弁及び前記第２の弁のうち、少なくとも前記第１の弁を開き、前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第１の弁を閉じ、前記第２の弁を開くことを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機吸込過熱度の大小により、液体が油戻し回路とバイパス回路とのいずれを通流するかを制御するため、圧縮機への液バックを抑制することができる。

実施の形態１に係る油戻し制御装置１を備える冷凍装置２の回路図である。 実施の形態１に係る油戻し制御装置１の回路図である。 実施の形態２に係る油戻し制御装置１の回路図である。 実施の形態３に係る油戻し制御装置１を備える冷凍装置２の回路図である。 実施の形態３に係る油戻し制御装置１の回路図である。

以下、本発明に係る油戻し制御装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る油戻し制御装置１を備える冷凍装置２の回路図、図２は、実施の形態１に係る油戻し制御装置１の回路図である。これらの図１，図２に基づいて、油戻し制御装置１について説明する。図１に示すように、油戻し制御装置１を備える冷凍装置２は、圧縮機３、凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６及びアキュームレータ７が、配管を用いてこの順序で接続された冷凍サイクルを構成している。

圧縮機３から吐出された高圧のガス冷媒は、凝縮器４に通流し、この凝縮器４によって、空気又は水等と熱交換して凝縮され、その大部分が高圧の液冷媒となる。そして、高圧の液冷媒及びガス冷媒は、膨張弁５によって、減圧され、低圧のガス冷媒及び液冷媒という二相状態となる。これらの低圧のガス冷媒及び液冷媒は、蒸発器６によって、空気、水又はブライン等と熱交換して蒸発され、その大部分がガス化して低圧のガス冷媒となる。このとき、低圧のガス冷媒及び液冷媒の一部は、ガス化しきれず、低圧の液冷媒のまま残る場合がある。なお、冷凍サイクルにおいては、冷媒と共に、冷媒の通流を潤滑に行うための油が通流している。

その後、ガス冷媒及び少量の液冷媒は、アキュームレータ７に通流する。このアキュームレータ７は、ガス冷媒と、油を含む液冷媒とを分離するものであり、アキュームレータ７によって分離されたガス冷媒のみが、圧縮機３に吸入される。なお、このガス冷媒が通流する回路の下流側には、止弁１０が設けられており、この止弁１０によって、通流するガス冷媒の通流量を調整することができる。

次に、本実施の形態１に係る油戻し制御装置１について説明する。アキュームレータ７によって分離された油を含む液冷媒は、その自重により、アキュームレータ７の下部に溜まる。そして、油を含む液冷媒は、アキュームレータ７の下部に設けられた油戻し口７ａから、ガス冷媒が通流する回路とは別に設けられた油戻し回路８を通って、少量ずつ圧縮機３に戻される。このように、アキュームレータ７からは、ガス冷媒が圧縮機３に吸い込まれると共に、油を含む液冷媒が少量ずつ圧縮機３に吸い込まれる。なお、油戻し回路８には、上流側に油戻し回路ニードル弁１３が設けられており、この油戻し回路ニードル弁１３よりも下流側に第１の弁１１が設けられている。この第１の弁１１は、例えば電磁弁である。これらの油戻し回路ニードル弁１３及び第１の弁１１は、いずれも、内部を通流する液体の通流量を調整するものであるが、第１の弁１１は、全開又は全閉のいずれかの状態を保持、即ち、液体を通すか又は通さないかのいずれかの状態を保持するものである。

次に、油戻し回路８をバイパスするバイパス回路９について説明する。図２に示すように、油戻し回路８において、第１の弁１１の両端部は、バイパス回路９によってバイパスされている。このバイパス回路９には、上流側に第２の弁１２が設けられており、この第２の弁１２は、例えば第１の弁１１と同様に、電磁弁である。この第２の弁１２も、全開又は全閉のいずれかの状態を保持、即ち、液体を通すか又は通さないかのいずれかの状態を保持するものである。また、この第２の弁１２よりも下流側には、バイパス回路ニードル弁１４が設けられている。このバイパス回路ニードル弁１４は、バイパス回路９を通流する液体が、アキュームレータ７から圧縮機３に液バックしない程度の液体の通流量となるように、予めニードル弁開度が設定されている。即ち、このバイパス回路９は、油戻し回路８よりも、内部を通流する液体の通流量が絞られた小径回路となっている。以上のように、油戻し制御装置１は、アキュームレータ７と、油戻し回路ニードル弁１３及び第１の弁１１が設けられた油戻し回路８と、第２の弁１２及びバイパス回路ニードル弁１４が設けられたバイパス回路９とを備えている。

次に、第１の弁１１及び第２の弁１２の開閉制御について説明する。本実施の形態では、圧縮機３への液バックが発生する兆候を迅速に検知するため、液バック運転であるか否かを、圧縮機３の吸込み側の過熱度である圧縮機吸込過熱度の変動によって判定している。過熱度とは、冷媒の実際の温度から、冷媒の蒸発温度を減算することにより求められるものである。圧縮機３の吸込み側における冷媒の実際の温度は、例えば、圧縮機３の吸込み側に設けられた温度センサによって検知することができる。冷媒の量が多い場合、蒸発器６によって蒸発される冷媒は、それほど加熱されないため、過熱度は低くなる。一方、冷媒の量が少ない場合、蒸発器６によって蒸発される冷媒は、冷媒の量が多い場合よりも過剰に加熱されるため、過熱度は高くなる。このように、過熱度は、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量を確認するための指標となる。そして、液バックが発生する程度に冷媒の量が増加した場合における圧縮機吸込過熱度を、例えば実験により、予め求めておき、これを圧縮機吸込過熱度閾値とする。

次に、本実施の形態１に係る油戻し制御装置１の動作について説明する。圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量は少ないと判断される。このため、アキュームレータ７で分離される液冷媒の量も少なく、液バックは発生しないと判断され、第１の弁１１及び第２の弁１２を開く。これにより、アキュームレータ７で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路８及びバイパス回路９を通って、圧縮機３に吸入される。

これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、冷凍サイクル中を通流する冷媒の量は多いと判断される。このため、アキュームレータ７で分離される液冷媒の量も多く、液バックが発生するものと判断される。例えば、膨張弁５が開き過ぎの状態になった場合、膨張弁５から蒸発器６に供給される冷媒の量が過剰となる。このため、蒸発器６によって蒸発しきれなかった液冷媒が、ガス冷媒中に残る。更に、油戻し回路８に設けられた油戻し回路ニードル弁１３の調整が不十分であることに起因して、アキュームレータ７によって分離された液冷媒が、油戻し回路８から圧縮機３に大量に戻ると、液バック運転となる。

このように、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、液バックが発生するものと判断され、第２の弁１２を開いたまま、第１の弁１１を閉じる。これにより、アキュームレータ７で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路８の途中からバイパス回路９に移行する。このバイパス回路９は、前述の如く、バイパス回路ニードル弁１４によって、液体の通流量が絞られているため、このバイパス回路９を通って圧縮機３に吸入される液冷媒は、油戻し回路８を通って圧縮機３に吸入される液冷媒よりも少ない。従って、本実施の形態により、圧縮機３への液バックを抑制することができる。

更に、本実施の形態では、冷媒の通流量を、圧縮機３の吸込み側における過熱度に基づいて判断している。冷媒の通流量が増加することによる過熱度の低下に要する時間は、圧縮機３の吐出側よりも吸込み側の方が早い。このため、本実施の形態は、圧縮機３の吐出側における過熱度に基づいて冷媒の通流量を判断するよりも、迅速に冷媒の通流量を確認することができ、従って、液バックの兆候をより早く認識することができる。この液バックの兆候を迅速に検知することによって、直ちに第１の弁１１及び第２の弁１２の開閉制御を行い、圧縮機３に液冷媒が戻ることを抑制することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る油戻し制御装置１について説明する。図３は、実施の形態２に係る油戻し制御回路を示す回路図である。本実施の形態は、図３に示すように、実施の形態１の回路構成と同様であるが、その制御動作が、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、第１の弁１１を開き、第２の弁１２を閉じる。これにより、アキュームレータ７で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路８を通って、圧縮機３に吸入される。

これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、即ち液バックが懸念される場合、第１の弁１１を閉じ、第２の弁１２を開く。これにより、実施の形態１と同様に、アキュームレータ７で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路８の途中からバイパス回路９に移行する。従って、液冷媒は、バイパス回路ニードル弁１４によって、液体の通流量が絞られているバイパス回路９によって、その通流量が絞られる。このため、圧縮機３に吸入される液冷媒は、油戻し回路８を通って圧縮機３に吸入される液冷媒よりも微量である。従って、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、圧縮機３への液バックを抑制することができる。また、実施の形態１と同様に、冷媒の通流量を、圧縮機３の吸込み側における過熱度に基づいて判断しているため、液バックの兆候を迅速に検知するという効果を奏する。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る油戻し制御装置１について説明する。図４は、実施の形態３に係る油戻し制御装置１を備える冷凍装置２の回路図、図５は、実施の形態３に係る油戻し制御装置１の回路図である。本実施の形態は、図４，図５に示すように、バイパス回路９が設けられていない点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１と共通する部分は説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値以上、即ち通常運転である場合、第１の弁１１を開く。これにより、アキュームレータ７で分離された油を含む液冷媒は、油戻し回路８を通って、圧縮機３に吸入される。

これに対し、圧縮機吸込過熱度が、圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合、即ち液バックが発生する可能性がある場合、第１の弁１１を、予め決められた時間毎に、繰り返し開閉する。例えば、第１の弁１１を時間ｔ１分だけ閉じ、その後、第１の弁１１を時間ｔ２分だけ開くという開閉動作を繰り返す。これにより、アキュームレータ７から圧縮機３に吸入される液冷媒は、第１の弁１１を開いたままでいるときよりも少なくなるため、液バックを抑制することができる。また、本実施の形態においても、圧縮機３の吸込み側における過熱度に基づいて、冷媒の通流量を判断しているため、液バックの兆候をより早く検知することができる。なお、時間ｔ１と時間ｔ２とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

１ 油戻し制御装置、２ 冷凍装置、３ 圧縮機、４ 凝縮器、５ 膨張弁、６ 蒸発器、７ アキュームレータ、７ａ 油戻し口、８ 油戻し回路、９ バイパス回路、１０ 止弁、１１ 第１の弁、１２ 第２の弁、１３ 油戻し回路ニードル弁、１４ バイパス回路ニードル弁。

Claims (5)

1. ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、
   前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、
   前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第１の弁と、
   前記油戻し回路における前記第１の弁の両端部をバイパスし、前記油戻し回路に比べて内部を通流する液体の通流量が絞られているバイパス回路と、
   前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路における液体の流通路を開閉する第２の弁と、を有し、
   前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第１の弁及び前記第２の弁のうち、少なくとも前記第１の弁を開き、
   前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第１の弁を閉じ、前記第２の弁を開く
   ことを特徴とする油戻し制御装置。
2. 前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第１の弁に加えて、前記第２の弁を開く
   ことを特徴とする請求項１記載の油戻し制御装置。
3. 前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第２の弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項１記載の油戻し制御装置。
4. ガス冷媒と液冷媒及び油とを分離するアキュームレータと、
   前記アキュームレータから圧縮機に油を戻す流通路となる油戻し回路と、
   前記油戻し回路に設けられ、前記油戻し回路における液体の流通路を開閉する第１の弁と、を有し、
   前記圧縮機の吸込み側におけるガス冷媒の過熱度を示す圧縮機吸込過熱度が、予め決められた圧縮機吸込過熱度閾値以上である場合に、前記第１の弁を開き、
   前記圧縮機吸込過熱度が、前記圧縮機吸込過熱度閾値よりも低い場合に、前記第１の弁の開閉動作を繰り返す
   ことを特徴とする油戻し制御装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の油戻し制御装置を有する
   ことを特徴とする冷凍装置。

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