JP2863109B2 - 冷凍システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、汎用の冷凍システム
に関し、特に、このようなシステムに用いられるスクリ
ューコンプレッサに関する。さらに、この発明は、冷蔵
タイプ（chiller type）の冷凍システムにに用いられる
スクリューコンプレッサのインレットパイプに対するオ
イル管理システムに関する。なお、これらの目的は、後
述する実施例等を限定するものではない。

【０００２】

【従来の技術】スクリューコンプレッサは種々の用途に
用いられており、気体を扱う装置(pneumatic tool)に圧
縮空気を供給し、冷却システムの冷凍サイクルに冷媒を
循環させている。

【０００３】このスクリューコンプレッサは、冷凍シス
テムにおける冷蔵機(chiller)としての用途が良く知ら
れている。通常の冷蔵機では、スクリューコンプレッサ
に加えて、凝縮器、蒸発器つまり冷却器、油−冷媒分離
装置、冷媒貯蔵タンク、及びスロットリングバルブが用
いられる。

【０００４】これら各機器は、システムに用いられる冷
媒が流通する配管を通じて接続されている。通常、蒸発
器は複数の配管を有し、この配管によって、他の熱交換
器や冷却コイルとによって形成される閉ループを冷却水
が循環する構成となる。冷却コイルにおいては、ファン
によって室内空気が冷却コイルを流通させて、室内空気
の熱を除去している。

【０００５】冷蔵機の構成機器は、互いに調整されてお
り、スクリューコンプレッサの吸入口インレットパイプ
は、下向きに設けられて蒸発器に設けられる構成となっ
ている。スクリューコンプレッサは、コンプレッサベア
リングからのオイルによって、部分的に注油される。こ
のコンプレッサベアリングからのオイルは、ロータに入
るサクションガスオイルによって（蒸気化されて）運ば
れるものである。

【０００６】オイルと冷媒との混合物は、圧縮サイクル
を通じて、システムセパレータに運ばれ、オイルと冷媒
とが分離される。

【０００７】冷蔵機の低負荷での動作の間、このオイル
のガス速度は、コンプレッサに入るガス流にこのオイル
を入れるに十分な速度とはならない。このレベルの動作
では、通常、潤滑油が連続的にサクションインレットを
降下して蒸発器に入り、蒸発器内で冷媒とオイルとが混
合するという、望ましからざる状況が生じてしまう。

【０００８】この場合、オイルはコンプレッサから漏れ
てしまい、オイルによるコンプレッサの潤滑が不十分と
なり、また、冷媒の循環路に多量のオイルが存在するこ
とになるので、冷却効率が悪くなってしまう。

【０００９】スクリューコンプレッサの低負荷作動時に
おけるこのようなオイル損失を解決するために、種々の
技術が提案されている。

【００１０】このような技術として、オイル損失が生じ
るような低負荷においては、単にコンプレッサを作動さ
せないという技術、邪魔板を設けてイジェクタシステム
を使用することでオイルを回収し、コンプレッサに返送
する技術、及び、冷媒の循環路から過剰なオイルを除去
する乾留プロセスを用いた技術等が挙げられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の技術は、スクリューコンプレッサを低負荷にて運転
する必要がある用途には不適当である。他の技術におい
ては、共に、設備の拡充が必要となり、冷凍システムの
構成に要するコストが高くなってしまう。

【００１２】したがって、この発明は、冷凍システムの
改良を目的とする。この目的は、請求項に記載した技術
によって達成される。

【００１３】この発明のさらなる目的及び他の特徴、利
点等は、後述する実施例にて図面を参照して明らかとさ
れる。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、この発明によれば、スクリューコンプレッ
サを有する冷凍システム用のオイル管理システムが提供
される。なお、このスクリューコンプレッサは、冷媒を
圧縮してシステム内を循環させるためのスクリューコン
プレッサと、冷媒の相変化が可能であるチャンバを内包
するシェルを備えた蒸発器と、を有する。

【００１５】この発明の一実施例によれば、サクション
ライン（サクション管）は、蒸発器のチャンバとコンプ
レッサのインレット側とを流体の流通が可能となるよう
に接続する。

【００１６】また、前記サクションラインは、前記シェ
ルの開口部との接合部が気密にシールされており、その
末端部は前記接合部の下方に設けられた前記チャンバ内
に突出している。本発明の他の態様においては、潤滑油
貯蔵手段（リザーバ）はチャンバ内で、サクション管の
下方に位置する。リザーバは、コンプレッサの低負荷作
動時に前記サクションラインを降下する潤滑油を貯留
し、前記潤滑油貯留手段内の油面が所定の高さに達する
と、油面が前記サクションラインの末端部の開口部と接
触して開口面積が小さくなり、これによりコンプレッサ
本体側への流体の流速を増大させて、前記サクションラ
インを降下する潤滑油をコンプレッサ内に再導入させ
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明
する。

【００１８】本発明に係るスクリューコンプレッサを用
いた冷蔵機の説明図を図１に示す。この冷蔵機１０は、
スクリューコンプレッサ１２、凝縮器１６、蒸発器つま
り冷却器１４、及び油−冷媒分離装置１８を有する。冷
蔵機１０には、さらに、一対のフランジコネクタ２０−
２０を有する。通常、このフランジコネクタは、間隔を
おいて設けられた熱交換器に、冷蔵機１０からの冷却水
を循環させるに適するように設けられる。

【００１９】スクリューコンプレッサは１２は、蒸発器
に設けられた開口部２４を通じて蒸発器１４に延設され
るサクションインレットパイプ２２を有する。インレッ
トパイプ２２は、その末端部２６が蒸発器１４内に達す
るように配設されている。キャップ状のオイルリザーバ
２８は、インレットパイプ２２の末端部２６に設けられ
ており、冷媒がインレットパイプ２２を適当に流通可能
となるように、インレットパイプ２２と上記末端部２６
との間に、その流通路となる溝部２９が形成されてい
る。インレットパイプ２２は、取り付け板３２に接続さ
れる本体側端部３０を有する。この取り付け板３２は、
ボルト３４によってスクリューコンプレッサ１２に固定
されている。

【００２０】図２を参照すると、蒸発器１４は、一対の
水平取り付け用フランジ３８−３８を有する蒸発器シェ
ル３６を有する。このフランジ３８は、図示されるよう
にシェル３６の内側面に固定されている。蒸発器シェル
３６は、その内部に、内部チャンバ３７を有し、この内
部チャンバ３７は外周部によって気密とされている。内
部チャンバ３７には、チューブ保持体４０が設けられて
おり、一対のブラケット（elongated angle bracket）
４２−４２から吊り下げられている。このブラケット４
２は、フランジ３８に取り付けられている。

【００２１】チューブ保持体４０には、蒸発器を水平に
貫通する複数のウォータチューブ４４を保持する。冷蔵
機１０が動作している間、凝縮器１６からの比較的低温
の液体冷媒は、インレットパイプ４５を通じて蒸発器１
４に運ばれる。凝縮器１６に残っている液体は比較的高
温である。結果として、蒸発器１４の手前のバルブは、
低温の液体冷媒によって冷やされることとなる。このバ
ルブ内が冷却されて圧力が低くなることにより、凝縮さ
れた液体冷媒の一部は気化し、次第に、残りの冷媒が冷
却される。液体冷媒は、その後、高温水が流通するウォ
ータチューブ４４と接触する。ウォータチューブ４４を
流通する高温水からの熱は、液体冷媒によって吸収さ
れ、その結果冷媒は気化、つまり蒸発する一方、温度は
高くなる。

【００２２】気体となった冷媒は、サクションインレッ
ト１２を通じてサクション（吸入口）からコンプレッサ
１２に流入する。コンプレッサ１２においては、気化し
た冷媒は、その後圧縮されて圧力及び温度が上昇する。
コンプレッサ１２は、その後に冷媒を凝縮器１６に運
ぶ。凝縮器１６においては、冷媒の熱は冷却コイル（図
示せず）を通じて低温の外気に移動し、冷媒自体は冷却
されて液化する。凝縮器１６は、さらに、ウォータチュ
ーブを内包するシェルを有する。凝縮器チューブを流通
する水は、圧縮された冷媒の熱を吸収し、その結果冷媒
が凝縮する。この凝縮器の水は、その後に冷却塔に送ら
れ、吸収された熱を外気に排出する。

【００２３】スクリューコンプレッサ１２を適切に機能
させるために、コンプレッサベアリングから、スクリュ
ーコンプレッサ１２のロータに流入する冷媒ガスへと、
オイルを流出させる必要がある。冷媒と混合したオイル
は、その後、スクリューコンプレッサ１２内の圧縮サイ
クルを通じて運ばれる。加熱及び圧縮されたオイル−冷
媒混合物を凝縮器１６に導入する前に、この混合物は、
図１に示されるように、分離機１８に導入される。この
分離機１８では、オイルが分離されてコンプレッサ１２
に返送される。その後、オイル含有量が減少した冷媒
は、分離機１８から凝縮器１６に入り、冷却サイクルが
繰り返される。

【００２４】冷蔵機１０が高負荷で動作している間は、
サクションインレットパイプ２２内で十分なガス速度が
保たれ、オイルがサクションインレットパイプ２２を滑
り落ちて蒸発器１２に入ることはない。

【００２５】しかし、冷蔵機１０が低負荷で動作してい
る間は、スクリューコンプレッサ１２からの潤滑油がイ
ンレットパイプ２２を伝って降下し、図３に示されるよ
うに、オイルリザーバ２８に集まり出す。

【００２６】オイルリザーバ２８は、サクションインレ
ットパイプ２２の末端部２６の近傍に、図２に示される
ようなＬ型の取り付けブラケットによって取り付けられ
ている。図３、４に示されるように、オイルリザーバ２
８は底板部４８と、底板部４８の上面側に設けられたサ
イドリム（外輪部）５０を有し、サイドリム５０の他方
端はトップエッジ５２となっている。Ｌ型の取り付けブ
ラケット４６は、図２、３、及び４に示されるように、
サイドリム５０のトップエッジ５２が、サクションイン
レットパイプ２２の末端部２６の開口部に対して上方に
位置するように取り付けられている。

【００２７】図３に示されるように、冷蔵機１０が非常
に低負荷で動作する間、リザーバ２８には、サクション
インレットパイプ２２を伝って落ちてくる潤滑油がたま
っていく。そして、リザーバ２８内のオイル面は上昇
し、図４に示されるように、インレットパイプ２２の末
端部２６に接触する。

【００２８】油面がこの位置に達すると、サクションイ
ンレットパイプ２２とオイルとの間に、液体シールが形
成される。コンプレッサが動作を続けると、サクション
パイプ２２内が相対的に減圧状態となる。たとえ低負荷
動作時であっても、サクションパイプ２２内のガス容積
はコンプレッサ１２のサクション容量に比較して小さ
い。このように、速やかに相対的な減圧状態が生じ、リ
ザーバ内に溜まったオイルは、急速にスクリューコンプ
レッサ１２内に返送される。

【００２９】本発明を最適に実施するために、リザーバ
２８の大きさ及びサクションパイプ２２との幾何的形状
を各冷蔵機１０ごとに求めて、スクリューコンプレッサ
１２が最大負荷で動作しても、オイルリザーバ２８が冷
媒流やガス速度の上昇を妨げないようにした。オイルリ
ザーバ２８が冷媒流やガス速度の上昇を妨げると、圧力
損失によって、冷蔵機の性能が落ちてしまう。

【００３０】リザーバの体積容量は、このように最小と
され、冷蔵機の高負荷動作時においても、インレットパ
イプ２２における抵抗が抑えられる。同時に、リザーバ
２８は、低負荷作動時にサクションパイプ２２から落ち
てくる所定量のオイルを溜めるに十分で、かつ、リザー
バのオイルが満量に近い時点で冷蔵機がシャットダウン
（運転中止）された場合でも、ガス冷媒の吸収によって
オイルが膨張してあふれることがないように十分な大き
さとする必要がる。

【００３１】さらに、冷蔵機の総冷媒量(refrigerant c
harge)に対するリザーバ内のオイル容量を相対的に小さ
くして、オイルがあふれてもシステムの性能に影響を与
えなくなるように、リザーバの最適容量を決定した。

【００３２】このように、スクリューコンプレッサを用
いた冷蔵機用の、簡素で効果的なオイル管理システムが
提供される。上述したオイル管理システムは経済的に有
利で効果が高く、冷蔵機内に用いられる構成部材は実質
的に改修する必要はない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、低負荷で動作するコンプレッサに適用可能で、かつ
設備の拡充が殆ど不要で、コストの高騰を抑えることが
可能となる冷凍システムを提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクリューコンプレッサを用いた
冷蔵機の説明図。

【図２】図１に示したスクリューコンプレッサの２−２
断面図。

【図３】本発明に係るオイルリザーバの動作の説明図。

【図４】満量時における本発明に係るオイルリザーバの
動作の説明図。

【符号の説明】

１０…冷蔵機 １２…スクリューコンプレッサ １４…蒸発器 １６…凝縮器 １８…油−冷媒分離装置 ２０…フランジコネクタ ２２…サクションインレットパイプ ２４…開口部 ２６…末端部 ２８…オイルリザーバ ２９…溝部 ３２…取り付け板

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インレットを備えて冷媒を圧縮してシス
   テム内を循環させるスクリューコンプレッサと、冷媒の
   相変化が可能であるチャンバを内包するシェルを備えた
   蒸発器と、を有する冷凍システムにおいて、前記 蒸発器のチャンバとコンプレッサのインレットとを
   流体の流通が可能となるように接続するサクションライ
   ンを有し、このサクションラインは、前記シェルの開口
   部との接合部が気密にシールされ、その末端部は前記接
   合部の下方に設けられた前記チャンバ内に突出してお
   り、 前記チャンバ内に突出した前記サクションラインの下方
   に設けられた潤滑油貯留手段を有し、この潤滑油貯留手
   段は、前記サクションラインを降下する潤滑油の貯留及
   びサクションラインを降下して貯留された潤滑油のコン
   プレッサへの再導入が可能となるように、前記チャンバ
   内の液体冷媒の液面よりも上方に設けられており、 更に、前記潤滑油貯留手段は、前記コンプレッサの低負
   荷作動時に前記サクションラインを降下する潤滑油を貯
   留し、前記潤滑油貯留手段内の油面が所定の高さに達す
   ると、油面が前記サクションラインの末端部の開口部と
   接触して開口面積が小さくなり、これにより前記コンプ
   レッサ本体側への流体の流速を増大させて、前記サクシ
   ョンラインを降下して貯留された潤滑油を前記コンプレ
   ッサ内に再導入させることを特徴とする冷凍システム。
2. 【請求項２】 前記潤滑油貯留手段は、キャップ状部材
   を有し、このキャップ状部材は、底面と、前記底面の上
   面側に設けられて上端部を備えた外輪部と、を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
3. 【請求項３】 前記キャップ状部材を前記サクションラ
   イン近傍に配置するための取り付けブラケットを有し、
   この取り付けブラケットによって、前記キャップ状部材
   の前記上端部が前記サクションラインの前記末端部より
   上に位置して、前記キャップ状部材と前記サクションラ
   インとの間に流体の流路が形成されことを特徴とする請
   求項２記載の冷凍システム。
4. 【請求項４】 前記流体の流路は、システムの高負荷動
   作時においても前記サクションへのガス速度が増加する
   ことがないように予め定められた流量容量を有し、これ
   により、圧力降下や圧力降下の結果としての冷蔵機の性
   能低下が抑制されることを特徴とする請求項３記載の冷
   凍システム。
5. 【請求項５】 前記潤滑油貯留手段は、ガス冷媒の吸収
   による容量増加を繰り込んで定められた容量の潤滑油を
   貯留することが可能な容量を有することを特徴とする請
   求項１記載の冷媒システム。
6. 【請求項６】 前記潤滑油貯留手段内に貯留される潤滑
   油の前記定められた容量は、システムの総冷媒量に対す
   るリザーバ内のオイル容量に対して相対的に小さく、前
   記潤滑油貯留手段からオイルがあふれても、システムの
   性能への影響は無視しうるものであることを特徴とする
   請求項５記載の冷媒システム。