JP2018071908A - 冷凍装置、冷凍システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機内の潤滑油の油量を精度良く検出し、複数の圧縮機間における潤滑油の油量の平均化を適切なタイミングで行う。【解決手段】冷凍装置３は、潤滑油を貯留するオイルポッド３１５をそれぞれ有する複数の圧縮機３１と、前記オイルポッド３１５内における前記潤滑油の液面レベルが予め定めた基準レベルＬｓまで低下したことを検出するレベルセンサ３１８と、複数の前記圧縮機３１の前記オイルポッド３１５同士を連通する連通管４３と、複数の前記圧縮機３１のいずれか一つにおいて、前記レベルセンサ３１８で前記液面レベルが前記基準レベルＬｓまで低下したことを検出した場合に、複数の前記圧縮機３１の回転数を互いに異ならせて運転するコントローラ１００と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置、冷凍システムに関する。

例えば、店舗等においては、食品や飲料等の商品を冷蔵状態又は冷凍状態で保存又は陳列する冷蔵庫、冷凍庫、及びショーケース等の冷蔵冷凍機器が複数用いられている。これら複数の冷蔵冷凍機器は、別途設けられたコンデンシングユニットから、低温低圧の液冷媒の供給を受ける。冷蔵冷凍機器は、液冷媒を内部の熱交換器に供給することによって商品を冷却する。

コンデンシングユニットは、いわゆる冷凍装置である。コンデンシングユニットは、圧縮機、冷却器（ガスクーラ）、膨張弁、及びレシーバ（気液分離器）を備える。コンデンシングユニットは、外部の冷蔵冷凍機器で温められた冷媒を圧縮機で圧縮する。圧縮された冷媒は、冷却器で冷却された後、膨張弁で膨張し、低圧低温の冷媒とされる。膨張弁を経て気液二相状態となった冷媒は、レシーバで気相（ガス冷媒）と液相（液冷媒）とに分離される。分離された液冷媒は、外部の冷蔵冷凍機器に供給される。一方、分離されたガス冷媒は、圧縮機に送り込まれて再度圧縮される。

コンデンシングユニットから液冷媒が供給される冷蔵冷凍機器では、設定温度に応じて、実際に商品を冷却する冷却温度を調整する制御が個別に行われる。このため、冷蔵冷凍機器は、それぞれの熱交換器に供給する冷媒量を調整する調整弁と、調整弁の開度を制御するコントローラと、を備える。冷蔵冷凍機器は、冷却温度が設定温度に到達することで、コントローラによって調整弁を閉じて熱交換器への冷媒の供給量を減少させている。

ところで、軸受等の回転体を支持する部位での潤滑性を維持するために、複数の圧縮機は、一定の油量の潤滑油をそれぞれ確保している必要がある。複数の圧縮機を備えるコンデンシングユニットの場合、各圧縮機の運転状況等に応じて、それぞれの圧縮機内の潤滑油の油量に差異が生じることがある。したがって、運転中に一部の圧縮機において、潤滑油の油量が過度に少なくなってしまうことを防ぐ必要がある。

これに対し、特許文献１には、各圧縮機からの潤滑油の吐出量が制限範囲を超えた場合、油戻し運転と均油運転とを順次行う冷凍サイクルが記載されている。この冷凍サイクルでは、圧縮機からの潤滑油の吐出量の監視は、圧縮機の運転時間の積算等に基づいて行われている。また、油戻し運転では、各圧縮機から吐出された冷媒中に含まれる潤滑油が回収される。均油運転は、複数の圧縮機のそれぞれに設けたインジェクション回路から供給される中間圧冷媒の流量を相違させることにより、複数の圧縮機のハウジング間に圧力差を生じさせ、複数の圧縮機の潤滑油の油量を平均化（均油化）する。

特開２０１０−１３９１０９号公報

上記したように、特許文献１に記載された構成では、潤滑油の吐出量の監視は、圧縮機の運転時間の積算等に基づいて推定することで行っている。このとき、圧縮機から吐出される潤滑油は、圧縮機から吐出される冷媒中に含まれている。このため、冷媒の吐出圧力、吐出流量等によって、実際に吐出される潤滑油の油量は変動し得る。したがって、圧縮機内の実際の潤滑油の油量と、推定値との間に誤差が生じる場合がある。圧縮機内の実際の潤滑油の油量が、推定値よりも少ない場合、潤滑油が不足して圧縮機の故障に繋がる可能性がある。

また、均油運転を行うときには、圧縮機内の圧力変化によって、圧縮機から吐出される冷媒量が減少する。そのため、コンデンシングユニットとしての動作効率が低下することもある。したがって、実際の潤滑油の油量よりも潤滑油の油量の推定値が少なかった場合に、均油運転に移行すると、動作効率のロスに繋がる。

これらのことから、圧縮機内の潤滑油の油量を精度よく検出し、複数の圧縮機間における潤滑油の油量の平均化を適切なタイミングで行うことが望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機内の潤滑油の油量を精度良く検出し、複数の圧縮機間における潤滑油の油量の平均化を適切なタイミングで行うことが可能な冷凍装置、冷凍システムを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係る冷凍装置は、潤滑油を貯留するオイルポッドをそれぞれ有する複数の圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒を凝縮させる熱交換器と、前記熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁と、前記オイルポッド内における前記潤滑油の液面レベルが予め定めた基準レベルまで低下したことを検出するレベルセンサと、複数の前記圧縮機の前記オイルポッド同士を連通する連通管と、複数の前記圧縮機のいずれか一つにおいて、前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した場合に、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせて運転するコントローラと、を備える。

このような構成において、各圧縮機に設けられたオイルポッドにおいて、潤滑油の液面レベルが基準レベルまで低下したことをレベルセンサが検出した場合、複数の圧縮機の回転数を互いに異ならせて運転すると、複数の圧縮機のオイルポッド間で圧力差が生じる。この圧力差により、連通管を通して、圧力が高い側のオイルポッドから圧力が低い側のオイルポッドに潤滑油を送り、潤滑油の量の平均化を図ることができる。また、オイルポッド内における潤滑油の液面レベルをレベルセンサによって直接測定している。つまり、潤滑油の量を、オイルポッド内の潤滑油の液面で検出している。したがって、液面が波立つことも抑えられ、潤滑油の量の正確な検知ができる。

また、本発明の第二態様に係る冷凍装置では、第一態様において、前記コントローラは、複数の前記圧縮機のいずれか一つにおいて、前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した場合に、前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した前記レベルセンサが設けられた前記オイルポッドを備える前記圧縮機の回転数を、他の前記圧縮機の回転数よりも高めてもよい。

このような構成とすることで、潤滑油の油量が少ない側のオイルポッドから密閉ハウジング３１０内への吸込力が高くなり、潤滑油の油量が少ない側のオイルポッド内の圧力が潤滑油の油量が多い側のオイルポッドよりも早く低下する。これにより、潤滑油の油量が多いオイルポッドよりも潤滑油の油量が少ないオイルポッドの方が内部の圧力が低下する。したがって、潤滑油の油量が多いオイルポッドから潤滑油の油量が少ないオイルポッドに均油管を介して潤滑油を送られる。その結果、複数の圧縮機の間で潤滑油の量の平均化を高い精度で図ることができる。

また、本発明の第三態様に係る冷凍装置では、第一態様又は第二態様において、前記コントローラは、前記コントローラは、前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを前記レベルセンサが検出してからの経過時間が、予め設定した設定時間に到達した場合、または前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベル以上に上昇したことを検出した場合に、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせる運転を停止してもよい。

このような構成とすることで、複数の圧縮機の間で潤滑油の量の平均化がなされた後に、適切なタイミングで運転を通常の状態に戻すことができる。

また、本発明の第四態様に係る冷凍装置では、第一態様から第三態様のいずれか一つにおいて、前記コントローラは、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせるとき、回転数を異ならせた状態における複数の前記圧縮機の回転数の総和と、前記コントローラによって前記回転数を異ならせていない状態における複数の前記圧縮機の回転数の総和とが、同一となるように前記圧縮機の回転数を制御してもよい。

このような構成とすることで、潤滑油の量を平均化する均油処理を行っているときの運転状態と、均油処理の前の運転状態とで、複数の圧縮機から吐出される冷媒の量が変動することを抑えることができる。これによって、均油処理の実行によって、冷媒供給量が低下することを抑え、冷凍装置の安定的な運転を行うことができる。

また、本発明の第五態様に係る冷凍装置では、第一態様から第四態様のいずれか一つにおいて、前記圧縮機は、１段目の圧縮部と２段目の圧縮部とを備え、前記冷媒は、二酸化炭素であってもよい。

このように、圧力比が大きい二酸化炭素を冷媒に用いた冷凍装置において、１段目の圧縮部と２段目の圧縮部とを備える圧縮機の場合、圧縮機内における冷媒の流動の影響が大きい。このような構成において、オイルポッド内にレベルセンサを設けて潤滑油の量を検出することは、特に有効である。

また、本発明の第六態様に係る冷凍システムは、第一態様から第五態様のいずれか一つの冷凍装置と、前記冷凍装置に接続され、前記冷凍装置から供給される液冷媒と熱交換する負荷側熱交換器を有する負荷器と、を備える。

本発明によれば、圧縮機内の潤滑油の油量を精度良く検出し、複数の圧縮機間における潤滑油の油量の平均化を適切なタイミングで行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る冷凍装置、冷凍システムの構成を示す模式図である。 上記冷凍装置の回路構成を示す図である。 上記冷凍装置を構成する圧縮機の周辺の構成を示す回路図である。 上記冷凍装置において、オイルポッド内の潤滑油の液面レベルに応じて圧縮機の回転数を制御して行う均油処理の流れを示すフローチャートである。 上記フローチャートに沿った制御を行ったときの、圧縮機の回転数と、圧力差と関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による冷凍装置、冷凍システムを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

図１に示すように、冷凍システム１は、複数（本実施形態では三つ）の負荷器２と、コンデンシングユニット（冷凍装置）３と、を備える。本実施形態において、冷凍システム１は、冷媒としてＣＯ_２（二酸化炭素）を用いる。

負荷器２は、商品を冷却又は冷蔵して保存する冷蔵庫や冷凍庫、及び、商品を冷却又は冷蔵して陳列するショーケース等の冷蔵冷凍機器である。負荷器２は、コンデンシングユニット３から液冷媒の供給を受ける。負荷器２は、熱交換器（負荷側熱交換器）２１と、制御弁２２と、負荷器コントローラ２３と、温度センサ２４とを備える。

熱交換器２１は、コンデンシングユニット３から供給される液冷媒と熱交換することで、商品を冷却する。熱交換器２１は、熱交換後の冷媒を、コンデンシングユニット３に戻す。

制御弁２２は、コンデンシングユニット３から供給される液冷媒の流量を調整することで、商品の冷却温度を調整する。

負荷器コントローラ２３は、外部から設定される設定温度と、温度センサ２４によって検出される実際に商品が冷却されている冷却温度とに基づき、内部の冷却温度が設定温度に近づくよう、制御弁２２の開度を調整する。

図２に示すように、コンデンシングユニット３は、圧縮機３１と、ガスクーラ（熱交換器）３２と、電子膨張弁（膨張弁）３３と、レシーバ３４と、コントローラ１００と、インジェクション回路３８と、オイルセパレータ３９と、圧力センサ４０と、均油管（連通管）４３とを主に備える。これら圧縮機３１、ガスクーラ３２、電子膨張弁３３、レシーバ３４、及びオイルセパレータ３９は、冷媒配管３００によって連結されている。

圧縮機３１は、負荷器２から吸入管３０２によってアキュムレータ３５を介して供給された冷媒を圧縮する。圧縮機３１は、高圧高温の冷媒を吐出する。本実施形態における冷凍システム１は、冷媒として、フロン等に比較して圧縮比が大きいＣＯ_２を用いている。このため、圧縮機３１は、１段目の第一段圧縮部３１ａと、２段目の第二段圧縮部３１ｂと、を有する２段圧縮機である。圧縮機３１は、圧縮機３１の１段目の第一段圧縮部３１ａにおける冷媒液及び油の吸入温度を検出する温度センサ３７を有している。本実施形態の冷凍システム１は、圧縮機３１として、第一圧縮機３１Ａと、第二圧縮機３１Ｂとの２台を並列に備えている。

ガスクーラ３２には、圧縮機３１から吐出された後に、オイルセパレータ３９を介して高圧高温の冷媒が供給される。ガスクーラ３２は、供給された高圧高温の冷媒と、送風機（図示無し）で送り込む空気とを熱交換し、冷媒を凝縮する。本実施形態において、ガスクーラ３２は、複数（本実施形態では二つ）が並列に設けられている。

電子膨張弁３３は、ガスクーラ３２で凝縮された冷媒を膨張させ、低圧低温の冷媒とする。電子膨張弁３３で膨張された冷媒は、気液二相状態となる。

レシーバ３４は、電子膨張弁３３で膨張された気液二相状態の冷媒を、気相の冷媒であるガス冷媒と液相の冷媒である液冷媒とに分離する。本実施形態において、レシーバ３４は、複数（本実施形態では二つ）が並列に設けられている。レシーバ３４は、気液相状態の冷媒を収容するタンク３４１を有している。タンク３４１には、送液管３０１と、インジェクション回路３８とが接続されている。タンク３４１内で分離された液冷媒は、送液管３０１を通して、外部の各負荷器２に供給される。

また、レシーバ３４のタンク３４１内で分離されたガス冷媒は、インジェクション回路３８を介して圧縮機３１に吸い込まれる。本実施形態において、インジェクション回路３８は、圧縮機３１の２段目の第二段圧縮部３１ｂに接続されている。インジェクション回路３８は、タンク３４１内のガス冷媒を２段目の第二段圧縮部３１ｂに供給している。

このインジェクション回路３８には、電磁弁３６が設けられている電磁弁３６は、コントローラ１００の制御により、温度センサ３７で検出する冷媒液及び油の温度に応じて開度が調整される。電磁弁３６が開閉されることで、レシーバ３４から吸入するガス冷媒の流量が調整される。

圧力センサ４０は、負荷器２を介して圧縮機３１に供給される冷媒の圧力を測定している。圧力センサ４０は、測定結果をコントローラに出力している。

コントローラ１００は、圧縮機３１の回転数の制御している。本実施形態のコントローラ１００は、複数の圧縮機３１（第一圧縮機３１Ａ、第二圧縮機３１Ｂ）のそれぞれの潤滑油の油量に応じて圧縮機３１の回転数を調整する。これにより、コントローラ１００は、複数の圧縮機３１間における潤滑油の油量の平均化を図る均油処理を実行している。

図３に示すように、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂは、同じ構造を有している。第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂのそれぞれは、密閉ハウジング３１０と、１段目の第一段圧縮部３１ａと、２段目の第二段圧縮部３１ｂと、モータ部３１３と、を有している。

密閉ハウジング３１０は、円筒状をなしている。第一段圧縮部３１ａは、例えばロータリー圧縮機構からなり、密閉ハウジング３１０内の下部に配置されている。第二段圧縮部３１ｂは、例えばスクロール圧縮機構からならなり、密閉ハウジング３１０内で第二段圧縮部３１ｂよりも上部に配置されている。

モータ部３１３は、密閉ハウジング３１０内で、第一段圧縮部３１ａと第二段圧縮部３１ｂとの間に配置されている。モータ部３１３は、ステータ３１３ａとロータ３１３ｂとを有し、ステータ３１３ａが発生する磁界によってロータ３１３ｂが回転することで、１段目の第一段圧縮部３１ａ及び２段目の第二段圧縮部３１ｂを駆動する。

密閉ハウジング３１０には、吸入管３０２が二つに分岐した吸入分岐管３０２ｓが接続されている。吸入分岐管３０２ｓには、それぞれアキュムレータ３５が設けられている。吸入管３０２から吸入分岐管３０２ｓに流れ込んだ冷媒は、アキュムレータ３５を経て密閉ハウジング３１０内に流入する。密閉ハウジング３１０の頂部には、吐出分岐管３０８ｓが接続されている。吐出分岐管３０８ｓは、オイルセパレータ３９に接続されている。第一圧縮機３１Ａに接続された吐出分岐管３０８ｓと、第二圧縮機３１Ｂに接続された吐出分岐管３０８ｓとは、別々のオイルセパレータ３９を経てガスクーラ３２に至る一本の冷媒配管３００に合流している。第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂで圧縮された冷媒は、吐出分岐管３０８ｓからオイルセパレータ３９を通って冷媒配管３００に吐出される。

オイルセパレータ３９は、それぞれ、冷媒中に含まれる潤滑油を回収している。オイルセパレータ３９の底部には、油戻し管３０３の一端が接続されている。この油戻し管３０３の他端は、後述するオイルポッド３１５の側面に接続されている。つまり、油戻し管３０３は、オイルセパレータ３９とオイルポッド３１５とを連通している。油戻し管３０３には、開閉弁４１が設けられている。コントローラ１００の制御によって開閉弁４１を開閉することで、オイルセパレータ３９からオイルポッド３１５へ油戻しされる潤滑油の油量が調整可能とされている。

第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂは、それぞれ密閉ハウジング３１０に接続されたオイルポッド３１５と、第一接続管３１６と、第二接続管３１７と、レベルセンサ３１８とを有している。

オイルポッド３１５は、有底円筒状をなしている。オイルポッド３１５は、密閉ハウジング３１０内で使用される潤滑油を貯留している。オイルポッド３１５は、第一段圧縮部３１ａ、第二段圧縮部３１ｂ、及びモータ部３１３の回転体を回転可能に支持する軸受（不図示）で潤滑性を維持するために必要な量以上の潤滑油を貯留可能とされている。なお、本実施形態では、第一圧縮機３１Ａのオイルポッド３１５が第一オイルポッド３１５Ａと称される。第二圧縮機３１Ｂのオイルポッド３１５が第二オイルポッド３１５Ｂと称される。

第一接続管３１６は、オイルポッド３１５の上部に接続されている。第一接続管３１６は、密閉ハウジング３１０に対し、第一段圧縮部３１ａと第二段圧縮部３１ｂとの間の中圧部分に連通するよう接続されている。具体的には、第一接続管３１６は、オイルポッド３１５の上部と、モータ部３１３と第二段圧縮部３１ｂとの間とを接続している。

第二接続管３１７は、オイルポッド３１５の下部に接続されている。第二接続管３１７は、密閉ハウジング３１０の底部３１０ｂとオイルポッド３１５の底部とを接続している。

圧縮機３１の作動時に、冷媒とともに第一段圧縮部３１ａ、モータ部３１３、第二段圧縮部３１ｂの順で流れた潤滑油が、第一接続管３１６を通して密閉ハウジング３１０内からオイルポッド３１５に流入する。オイルポッド３１５に流入した冷媒及び潤滑油は、オイルポッド３１５内で気液分離し、オイルポッド３１５の下方には液状の潤滑油が溜まる。オイルポッド３１５に溜まった潤滑油は、第二接続管３１７を通してオイルポッド３１５の下部から密閉ハウジング３１０の底部３１０ｂに供給される。密閉ハウジング３１０の底部３１０ｂに供給された潤滑油は、再び冷媒と共に第一段圧縮部３１ａ、モータ部３１３、第二段圧縮部３１ｂの順で流れる。

レベルセンサ３１８は、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂのそれぞれに取り付けられている。レベルセンサ３１８は、オイルポッド３１５内の潤滑油が、予め定めた基準レベルＬｓまで低下した場合、所定の信号をコントローラ１００に出力する。基準レベルＬｓは、オイルポッド３１５内の潤滑油の油量の最低下限レベルＬｍよりも、上方に設定されている。また、基準レベルＬｓは、オイルポッド３１５内の後述する均油管４３との接続位置よりも、下方に設定されている。ここで、最低下限レベルＬｍとは、第一段圧縮部３１ａ、第二段圧縮部３１ｂ、及びモータ部３１３の回転体を回転可能に支持する軸受の潤滑性を密閉ハウジング３１０内で維持するために、最低限貯留しておく必要がある潤滑油の量に基づいて設定されている。本実施形態のレベルセンサ３１８は、基準レベルＬｓと水平な位置に設けられている。

レベルセンサ３１８としては、例えば、光学式レベルスイッチを用いることができる。光学式レベルスイッチは、オイルポッド３１５内の潤滑油の液面に向かって光を発する発光部（図示無し）と、発光部で発した光の液面における反射光を受ける受光部（図示無し）と、を備える。光学式レベルスイッチは、潤滑油中に没している状態では、発光部で発した光が受光部に反射せず、潤滑油の液面がレベルセンサ３１８以下まで低下すると、発光部で発した光が受光部に反射するようになる。レベルセンサ３１８は、基準レベルＬｓと水平な位置に設けられた状態で、発した光の入力状況が変化することで、潤滑油の液面が基準レベルＬｓまで低下したことを検知する。

この実施形態において、オイルポッド３１５内の潤滑油の液面レベルが基準レベルＬｓまで低下していない場合には、レベルセンサ３１８からコントローラ１００への出力信号はＯＮである。逆に、液面レベルが基準レベルＬｓまで低下した場合には、レベルセンサ３１８からコントローラ１００への出力信号がＯＦＦとなる。

また、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとは、均油管４３を介して接続されている。均油管４３は、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂの側面に接続されている。具体的には、均油管４３は、レベルセンサ３１８が取り付けられた位置よりも上方、かつ油戻し管３０３との接続位置よりも下方で第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂにそれぞれ接続されている。また、この均油管４３には、開閉弁４１が設けられている。

以下、コントローラ１００における制御内容について詳述する。
ここで、以下の説明において、第一オイルポッド３１５Ａに設けられたレベルセンサ３１８を、第一レベルセンサ３１８Ａとし、第二オイルポッド３１５Ｂに設けられたレベルセンサ３１８を、第二レベルセンサ３１８Ｂとする。

コントローラ１００は、コンデンシングユニット３が起動されると、圧縮機３１を起動させる。コントローラ１００は、圧縮機３１を、予め定めた上限回転数と下限回転数との間で作動させる。

また、コントローラ１００は、圧力センサ４０から入力される冷媒の圧力が、予め定めた圧力目標値以上であるときには、圧縮機３１の回転数を上げていく。これにより、負荷器２から圧縮機３１に供給される冷媒の圧力は低下する。

また、コントローラ１００は、圧縮機３１に供給される冷媒の圧力が、圧力目標値に到達した場合、圧縮機３１の回転数の上昇を停止させ、予め定めた定常回転数で回転させる。

コントローラ１００は、圧縮機３１に供給される冷媒の圧力が、予め定めた圧力下限値以下となった場合には、圧縮機３１の動作を停止させる。

また、コントローラ１００は、オイルポッド３１５の液面レベルに基づいて、圧縮機３１の回転数の制御することで均油処理を実行する。具体的には、図４に示すように、コントローラ１００は、まず、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂが共に運転しているかを判定する（ステップＳ１０１）。第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの双方が作動していない、或いは片方のみが運転していると判定した場合、コントローラ１００は、一定の時間が経過する毎にステップＳ１０１を繰り返す。

第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂが共に運転している、或いは片方のみが運転していると判定した後に、コントローラ１００は、さらに、第一レベルセンサ３１８Ａ又は第二レベルセンサ３１８Ｂからの出力信号がＯＦＦとなっているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

第一レベルセンサ３１８Ａ及び第二レベルセンサ３１８Ｂの双方がＯＮである場合、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂにおいて、潤滑油の液面レベルがそれぞれ第一レベルセンサ３１８Ａ及び第二レベルセンサ３１８Ｂよりも上方に位置している。この状態では、均油処理は不要のため、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０２において、第一レベルセンサ３１８Ａ又は第二レベルセンサ３１８Ｂからの出力信号がＯＦＦであった場合、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂの少なくとも一方において、潤滑油の液面レベルが第一レベルセンサ３１８Ａまたは第二レベルセンサ３１８Ｂよりも下方に位置している。つまり、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂに貯留されている潤滑油の量に差が生じている。そこで、第一レベルセンサ３１８Ａ又は第二レベルセンサ３１８Ｂからの出力信号がＯＦＦであった場合、コントローラ１００は、均油管４３の開閉弁４１を開く（ステップＳ１０３）。開閉弁４１が開くことで、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとが均油管４３によって連通する。

その後、コントローラ１００は、第一レベルセンサ３１８Ａからの出力信号がＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。第一レベルセンサ３１８Ａからの出力信号がＯＦＦであった場合、第一オイルポッド３１５Ａ内の潤滑油のレベルが第一レベルセンサ３１８Ａより下方の位置まで低下している。つまり、第二オイルポッド３１５Ｂよりも第一オイルポッド３１５Ａの方が貯留されている潤滑油の量が少なくなっている。

この場合、コントローラ１００は、出力信号がＯＦＦであった第一レベルセンサ３１８Ａに対応する第一圧縮機３１Ａの回転数を、第二圧縮機３１Ｂの回転数よりも高くして運転する（ステップＳ１０５）。コントローラ１００は、第一圧縮機３１Ａの回転数を、第二圧縮機３１Ｂの回転数よりも、予め設定した回転数差ｄｒだけ高くなるように制御する。ここで、コントローラ１００は、回転数差ｄｒとして、例えば１ｒｐｓから１００ｒｐｓ、好ましくは１０ｒｐｓから５０ｒｐｓ、特に好ましくは２０ｒｐｓ、だけ高くなるように制御する。

このとき、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとからの冷媒の吐出量が、ステップＳ１０５で第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの回転数を調整する直前と、回転数を調整した後とで変動しないようにするのが好ましい。そこで、コントローラ１００は、回転数の調整前における第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１０、第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２０との総和（Ｒ１０＋Ｒ２０）と、回転数の調整後における第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１、第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２１との総和和（Ｒ１１＋Ｒ２１）とが同一となるようにする（Ｒ１０＋Ｒ２０）＝（Ｒ１１＋Ｒ２１）。

すなわち、回転数の調整後における第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１と、回転数の調整後における第二圧縮機３１Ｂの回転数２１との関係は、以下の二式を満たすことが好ましい。
Ｒ１１＝Ｒ１０＋ｄｒ／２・・・（式１）
Ｒ２１＝Ｒ２０−ｄｒ／２・・・（式２）

具体例を挙げると、回転数調整前における第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１０＝５０ｒｐｓ、第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２０＝５０ｒｐｓであり、予め設定した第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとの回転数差ｄｒ＝２０ｒｐｓである場合、回転数の調整後における第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１＝５０＋１０＝６０ｒｐｓ、回転数の調整後における第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２１＝５０−１０＝４０ｒｐｓとする。

ステップＳ１０５で第一圧縮機３１Ａ、第二圧縮機３１Ｂの回転数を調整した後に、コントローラ１００は、予め設定した設定時間Ｔが経過するまで第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂを調整後の回転数で継続運転させる（ステップＳ１０６）。つまり、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂを所定の回転数差のまま設定時間Ｔだけ運転する。ここで、設定時間Ｔとは、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂ内の潤滑油の液面の上下の変位が所定の範囲内に収まるまでにかかる時間に基づいて設定される。ここで、設定時間Ｔは、例えば１分から１０分、好ましくは２分から５分、特に好ましくは３分程度である。

設定時間Ｔが経過したら、コントローラ１００は、第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１及び第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２１を、ステップＳ１０５における回転数調整を行う前の回転数Ｒ１０及び回転数Ｒ２０に戻す。さらに、コントローラ１００は、均油管４３の開閉弁４１を閉じさせ、均油管４３内の潤滑油の流通を遮断させる（ステップＳ１１０）。

また、上記ステップＳ１０４において、第一レベルセンサ３１８Ａからの出力信号がＯＮであると判定した場合、コントローラ１００は、第二レベルセンサ３１８Ｂからの出力信号がＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

第二レベルセンサ３１８Ｂからの出力信号がＯＦＦであった場合、第二圧縮機３１Ｂのオイルポッド３１５内の潤滑油のレベルが第二レベルセンサ３１８Ｂより下方の位置まで低下している。つまり、第一オイルポッド３１５Ａよりも第二オイルポッド３１５Ｂの方が貯留されている潤滑油の量が少なくなっている。

この場合、コントローラ１００は、出力信号がＯＦＦであった第二レベルセンサ３１８Ｂに対応する第二圧縮機３１Ｂの回転数を、第一圧縮機３１Ａの回転数よりも高くして運転する（ステップＳ１０８）。コントローラ１００は、第二圧縮機３１Ｂの回転数を、第一圧縮機３１Ａの回転数よりも、ステップＳ１０５と同様に、回転数差ｄｒだけ高くなるように制御する。

このとき、第二圧縮機３１Ｂと第一圧縮機３１Ａとからの冷媒の吐出量が、ステップＳ１０８で第二圧縮機３１Ｂ及び第一圧縮機３１Ａの回転数を調整する直前と、回転数を調整した後とで変動しないようにするのが好ましい。そこで、コントローラ１００は、ステップＳ１０５と同様に、回転数の調整前における第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２０、第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１０との総和（Ｒ２０＋Ｒ１０）と、回転数の調整後における第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２１、第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１との総和（Ｒ２１＋Ｒ１１）とが同一となるようにする（Ｒ２０＋Ｒ１０）＝（Ｒ２１＋Ｒ１１）。

ステップＳ１０８で第二圧縮機３１Ｂ、第一圧縮機３１Ａの回転数を調整した後に、予め設定した設定時間Ｔが経過するまで第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂを調整後の回転数で継続運転させる（ステップＳ１０９）。つまり、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂを所定の回転数差のまま設定時間Ｔだけ運転する。ここで、ステップＳ１０８における設定時間Ｔは、ステップＳ１０６と同じである。

設定時間Ｔが経過したら、コントローラ１００は、第一圧縮機３１Ａの回転数Ｒ１１及び第二圧縮機３１Ｂの回転数Ｒ２１を、ステップＳ１０８における回転数調整を行う前の回転数Ｒ１０及び回転数Ｒ２０に戻す。さらに、コントローラ１００は、させ、均油管４３内の潤滑油の流通を遮断させる（ステップＳ１１０）。

コントローラ１００は、上記したようなステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理を、圧縮機３１の作動中、予め定めた所定時間毎に繰り返して実行する。また、ステップＳ１０７にて、第二レベルセンサ３１８ＢがＯＮの場合には均油管４３内の潤滑油の流通を遮断させる(ステップＳ１１１)。

コントローラ１００による上記したような制御を行うことで、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとの一方において、オイルポッド３１５内の潤滑油の量がレベルセンサ３１８よりも少なくなった場合に、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの回転数が異なるように変更される。その結果、第一圧縮機３１Ａの密閉ハウジング３１０内と第二圧縮機３１Ｂの密閉ハウジング３１０内との間に圧力差が生じる。そのため、第一圧縮機３１Ａの密閉ハウジング３１０に接続された第一オイルポッド３１５Ａ内の空間と、第二圧縮機３１Ｂの密閉ハウジング３１０に接続された第二オイルポッド３１５Ｂ内の空間とにも、圧力差が生じる。これにより、均油管４３によって連通されている第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとの間で、高回転側（高圧側）から低回転側（低圧側）へと潤滑油を流すことができる。これによって、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとの間で、潤滑油の油量の平均化が図られる。

図５は、実際のコンデンシングユニット３において、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとで回転数を異ならせたときに、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとの間に生じる圧力差を示す図である。

ここで、第一圧縮機３１Ａ、第二圧縮機３１Ｂのうち高回転側の回転数を１００ｒｐｓ、８０ｒｐｓ、６０ｒｐｓの３通りとした。また、高回転側と低回転側の回転数の差を１０、２０ｒｐｓの２通りとした。その結果、図５に示すように、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとで回転数を異ならせることで、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとの間に圧力差が生じている。また、高回転側の回転数が大きいほど、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとの間に圧力差が大きくなっている。さらに、第一圧縮機３１Ａと第二圧縮機３１Ｂとで回転数の差が大きいほど、第一オイルポッド３１５Ａと第二オイルポッド３１５Ｂとの間に圧力差が大きくなっている。

上述したようなコンデンシングユニット３及び冷凍システム１によれば、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂにおいて、潤滑油の液面レベルが基準レベルＬｓまで低下したことをレベルセンサ３１８が検出した場合、複数の圧縮機３１の回転数を互いに異ならせて運転することで圧力差を生じさせるようにしている。この圧力差により、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂにも圧力差が生じる。そのため、均油管４３を通して、第一オイルポッド３１５Ａ及び第二オイルポッド３１５Ｂのうちで圧力が高い側から圧力が低い側に潤滑油が送られる。これにより、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの間で潤滑油の量の平均化を図ることができる。

また、各オイルポッド３１５内における潤滑油の液面レベルをレベルセンサ３１８によって直接測定している。つまり、潤滑油の量を、オイルポッド３１５内の潤滑油の液面で検出している。そのため、密閉ハウジング３１０内での冷媒の流れの影響を受けることなく、潤滑油の量を検出できる。したがって、液面が波立つことも抑えられ、潤滑油の量の正確な検知ができる。これにより、圧縮機３１内の潤滑油の油量を精度良く検出し、複数の圧縮機３１間における潤滑油の油量の平均化を適切なタイミングで行うことができる。

また、レベルセンサ３１８で液面レベルが基準レベルＬｓまで低下したことを検出したレベルセンサ３１８が設けられたオイルポッド３１５に対応する圧縮機３１の回転数を、他の圧縮機３１の回転数よりも高めるようにしている。これによって、潤滑油の油量が少ない側のオイルポッド３１５から密閉ハウジング３１０内への吸込力が高くなり、潤滑油の油量が少ない側のオイルポッド３１５内の圧力が潤滑油の油量が多い側のオイルポッド３１５よりも早く低下する。これにより、潤滑油の油量が多いオイルポッド３１５よりも潤滑油の油量が少ないオイルポッド３１５の方が内部の圧力が低下する。

具体的には、第一オイルポッド３１５Ａの潤滑油の油量が少ない場合には、第一圧縮機３１Ａの回転数が高くなる。その結果、第一圧縮機３１Ａの密閉ハウジング３１０内の圧力が第一圧縮機３１Ａの密閉ハウジング３１０内の圧力よりも高くなる。そのため、第一オイルポッド３１５Ａから第一圧縮機３１Ａの密閉ハウジング３１０内への吸込力が第二オイルポッド３１５Ｂから第二圧縮機３１Ｂの密閉ハウジング３１０内への吸込力よりも高くなる。これにより、第一オイルポッド３１５Ａ内の圧力が第二オイルポッド３１５Ｂ内の圧力に比べて低下する。したがって、潤滑油の油量が多い第二オイルポッド３１５Ｂから潤滑油の油量が少ない第一オイルポッド３１５Ａに均油管４３を介して潤滑油を送られる。その結果、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの間で潤滑油の量の平均化を高い精度で図ることができる。

また、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの回転数を互いに異ならせる運転（均油処理）が設定時間Ｔ経過後に停止される。このような構成とすることで、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの間で潤滑油の量の平均化がなされた後に、適切なタイミングで運転を通常の運転状態に戻すことができる。

コントローラ１００は、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの回転数を変化させる際に、変化させる前後で第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂの回転数（Ｒ１１，Ｒ２１）の総和（Ｒ１１＋Ｒ２１）を一定にしている。そのため、潤滑油の量を平均化する均油処理を行っているときの運転状態と、均油処理の前の通常運転状態とで、第一圧縮機３１Ａ及び第二圧縮機３１Ｂから吐出される冷媒の量が変動することを抑えることができる。これによって、均油処理の実行時に冷媒供給量が低下することを抑え、コンデンシングユニット３の安定的な運転を行うことができる。

さらに、圧力比が大きい二酸化炭素を冷媒に用いたコンデンシングユニット３において、１段目の第一段圧縮部３１ａと２段目の第二段圧縮部３１ｂとを備える圧縮機３１の場合、圧縮機３１内における冷媒の流動の影響が大きい。このような構成において、オイルポッド３１５内にレベルセンサ３１８を設けて潤滑油の量を検出することは、特に有効である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、上記実施形態及び各変形例では、コントローラ１００による制御は、上記に例示したものに限らず、その処理順序を変更したり、一部の処理を省略することができる。具体的には、上記実施形態では、コントローラ１００は、液面レベルが基準レベルＬｓまで低下したことをレベルセンサ３１８が検出してからの経過時間が、予め設定した設定時間Ｔに到達した場合に、複数の圧縮機３１の回転数を互いに異ならせる運転を停止するようにしたが、これに限らない。例えば、複数の圧縮機３１の回転数を互いに異ならせた後、レベルセンサ３１８で液面レベルが基準レベルＬｓ以上に上昇したことを検出した場合、複数の圧縮機３１の回転数を互いに異ならせる運転を停止してもよい。

また、上記実施形態では、冷凍システム１を、複数の負荷器２と、コンデンシングユニット３とを備えるようにしたが、負荷器２の台数については何ら限定するものではない。もちろん、複数の負荷器２は、同種のものである必要は無く、複数種の負荷器２を混在して備えていてもよい。

さらに、冷凍システム１を、負荷器２とコンデンシングユニット３とを一体に有したユニットとすることもできる。このようなユニットとしては、例えば飲料等の自動販売機がある。

１ 冷凍システム
２ 負荷器
３ コンデンシングユニット（冷凍装置）
２１ 熱交換器（負荷側熱交換器）
２２ 制御弁
２３ 負荷器コントローラ
２４ 温度センサ
３１ 圧縮機
３１Ａ 第一圧縮機
３１Ｂ 第二圧縮機
３１ａ 第一段圧縮部
３１ｂ 第二段圧縮部
３２ ガスクーラ（熱交換器）
３３ 電子膨張弁（膨張弁）
３４ レシーバ
３５ アキュムレータ
３６ 電磁弁
３７ 温度センサ
３８ インジェクション回路
３９ オイルセパレータ
４１ 開閉弁
４３ 均油管（連通管）
１００ コントローラ
３００ 冷媒配管
３０１ 送液管
３０２ 吸入管
３０２ｓ 吸入分岐管
３０３ 油戻し管
３０８ｓ 吐出分岐管
３１０ 密閉ハウジング
３１０ｂ 底部
３１３ モータ部
３１３ａ ステータ
３１３ｂ ロータ
３１５ オイルポッド
３１５Ａ 第一オイルポッド
３１５Ｂ 第二オイルポッド
３１６ 第一接続管
３１７ 第二接続管
３１８ レベルセンサ
３１８Ａ 第一レベルセンサ
３１８Ｂ 第二レベルセンサ
３４１ タンク
Ｌｍ 最低下限レベル
Ｌｓ 基準レベル
Ｔ 設定時間
ｄｒ 回転数差

Claims (6)

1. 潤滑油を貯留するオイルポッドをそれぞれ有する複数の圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる熱交換器と、
   前記熱交換器で凝縮された前記冷媒を膨張させる膨張弁と、
   前記オイルポッド内における前記潤滑油の液面レベルが予め定めた基準レベルまで低下したことを検出するレベルセンサと、
   複数の前記圧縮機の前記オイルポッド同士を連通する連通管と、
   複数の前記圧縮機のいずれか一つにおいて、前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した場合に、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせて運転するコントローラと、を備える冷凍装置。
2. 前記コントローラは、複数の前記圧縮機のいずれか一つにおいて、前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した場合に、前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを検出した前記レベルセンサが設けられた前記オイルポッドを備える前記圧縮機の回転数を、他の前記圧縮機の回転数よりも高める請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記コントローラは、前記液面レベルが前記基準レベルまで低下したことを前記レベルセンサが検出してからの経過時間が、予め設定した設定時間に到達した場合、または前記レベルセンサで前記液面レベルが前記基準レベル以上に上昇したことを検出した場合に、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせる運転を停止する請求項１又は２に記載の冷凍装置。
4. 前記コントローラは、複数の前記圧縮機の回転数を互いに異ならせるとき、回転数を異ならせた状態における複数の前記圧縮機の回転数の総和と、前記コントローラによって前記回転数を異ならせていない状態における複数の前記圧縮機の回転数の総和とが、同一となるように前記圧縮機の回転数を制御する請求項１から３の何れか一項に記載の冷凍装置。
5. 前記圧縮機は、１段目の圧縮部と２段目の圧縮部とを備え、
   前記冷媒は、二酸化炭素である請求項１から４の何れか一項に記載の冷凍装置。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の冷凍装置と、
   前記冷凍装置に接続され、前記冷凍装置から供給される液冷媒と熱交換する負荷側熱交換器を有する負荷器と、を備える冷凍システム。

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