JP6143633B2

JP6143633B2 - 圧縮機および圧縮機の油量管理システム

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Publication number: JP6143633B2
Application number: JP2013214889A
Authority: JP
Inventors: 悠喜幾島
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN104567070B; US20150101487A1; CN104567070A; US9689593B2; JP2015078616A

Description

本発明は、圧縮機および圧縮機の油量管理システムに関する。

ギフォード・マクマホン式（ＧＭ）冷凍機、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機、およびソルベー冷凍機等の冷凍機は、冷却対象物を、１００Ｋ（ケルビン）程度の低温から４Ｋの極低温までの範囲で冷却することができる。そのような冷凍機は、超伝導磁石や検出器等の冷却、クライオポンプ等に用いられている。冷凍機には、冷凍機において動作ガスとして使用されるヘリウムガスを圧縮するための圧縮機が付随する。

圧縮機の中には、動作ガスの圧縮熱による発熱を冷却したり、圧縮機を潤滑したりするためにオイルを用いるものが存在する。このような圧縮機は、圧縮機内に適切な量のオイルが存在することが良好な動作をするために必要となる。このため、圧縮機は定期的なメンテナンスが必要となる。

圧縮機内のオイル不足を検出するために、圧縮機内のオイルセパレータの油面高を検出し、圧縮機内のオイル量を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１２４３８８号公報

一般に、圧縮機内のオイルはオイルセパレータのみならず、圧縮機内の他の構成部材の間を循環する。このため、特許文献１に記載されるように圧縮機内における１つの構成部材の油面高を検出するだけでは、圧縮機内を循環するオイルの循環状態を精度よく推定することは難しい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機内を循環するオイルの循環状態を適切に推定することができる技術の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、冷凍機から戻ってくる冷媒ガスを圧縮して冷凍機に供給する圧縮機である。この圧縮機は、冷媒ガスを圧縮するとともに冷媒ガスの圧縮熱をオイルを用いて冷却する圧縮カプセルと、圧縮カプセルが圧縮した冷媒ガスに含まれるオイルを分離して蓄えるオイルセパレータと、圧縮カプセル内のオイルの油面高を計測するカプセル油面計と、オイルセパレータ内のオイル量の油面高を計測するセパレータ油面計とを備える。

本発明の別の態様は、圧縮機の油量管理システムである。このシステムは、冷凍機から戻ってくる冷媒ガスを圧縮するとともに冷媒ガスの圧縮熱をオイルを用いて冷却する圧縮カプセルと、圧縮カプセルが圧縮した冷媒ガスに含まれるオイルを分離して蓄えるオイルセパレータと、圧縮カプセル内のオイルの油面高を計測するカプセル油面計と、オイルセパレータ内のオイル量の油面高を計測するセパレータ油面計とを備える圧縮機と、カプセル油面計が計測した圧縮カプセル内の油面高と、セパレータ油面計が計測したオイルセパレータ内の油面高とをもとに、圧縮機内のオイルの総量を取得する判定器とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、圧縮機内を循環するオイルの循環状態を適切に推定することができる技術を提供できる。

本発明の実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用の圧縮機の内部構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る判定器の機能構成を模式的に示す図である。本発明の実施の形態に係る判定器が実行する総量判定処理の流れを説明するフローチャートである。本発明の実施の形態に係る判定器が実行するカプセル油量判定処理およびセパレータ油量判定処理の流れを説明するフローチャートである。圧縮機内のオイルの循環状態を表形式で表した循環状態表を示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１を参照し、本発明の第１の実施の形態に係るオイルセパレータを備えた蓄冷器式冷凍機用圧縮機について説明する。また、実施の形態では、蓄冷器式冷凍機としてギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」という。）を用いた例について説明する。ＧＭ冷凍機は冷媒ガスとしてヘリウムガスを使用する。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機用の圧縮機１０の内部構成を模式的に示す図である。

圧縮機１０は、圧縮カプセル１１、水冷式熱交換器１２、高圧配管１３、低圧配管１４、オイルセパレータ１５、アドソーバ１６、ストレージタンク１７、およびバイパス機構１８を含む。圧縮機１０は、高圧フレキシブル配管２２と低圧フレキシブル配管２３とによりＧＭ冷凍機３０と接続される。圧縮機１０は、ＧＭ冷凍機３０から低圧フレキシブル配管２３を介して戻ってくる低圧のヘリウムガスを圧縮カプセル１１で昇圧し、高圧フレキシブル配管２２を介して再びＧＭ冷凍機３０に供給する。

ＧＭ冷凍機３０から戻ってくるヘリウムガスは、低圧フレキシブル配管２３を介して先ずストレージタンク１７に流入する。ストレージタンク１７は、戻ってくるヘリウムガスに含まれる脈動を除去する。ストレージタンク１７は比較的大きな容量を有しているため、ヘリウムガスをストレージタンク１７内に導入することにより脈動を軽減または除去することができる。

ストレージタンク１７で脈動が軽減または除去されたヘリウムガスは、低圧配管１４に導出される。低圧配管１４は圧縮カプセル１１に接続されており、よってストレージタンク１７において脈動が軽減または除去されたヘリウムガスは圧縮カプセル１１に供給される。

圧縮カプセル１１は、例えばスクロール方式あるいはロータリ式のポンプであり、低圧配管１４のヘリウムガスを圧縮して昇圧する。圧縮カプセル１１は、昇圧されたヘリウムガスを高圧配管１３Ａ（１３）に送り出す。ヘリウムガスは圧縮カプセル１１で昇圧される際、圧縮カプセル１１内のオイルが若干混入した状態で高圧配管１３Ａ（１３）に送り出される。

なお、高圧配管１３は、圧縮機１０からＧＭ冷凍機３０へ冷媒ガスが流れる冷媒ガス流路に相当する。

圧縮カプセル１１は、オイルを用いて冷却を行う構成とされている。このため、オイルを循環させるオイル冷却配管３３は、水冷式熱交換器１２に含まれるオイル熱交換部２６に接続される。また、オイル冷却配管３３には、内部を流れるオイル流量を制御するオリフィス３２が設けられている。

水冷式熱交換器１２は、冷却水配管２５に冷却水が循環するよう構成されている。水冷式熱交換器１２は、圧縮カプセル１１におけるヘリウムガスの圧縮の際に発生する熱（以下、「圧縮熱」という。）を圧縮機１０の外部へ放出するための熱交換を実現する。水冷式熱交換器１２は、オイル冷却配管３３を流れるオイルの冷却処理を行うオイル熱交換部２６と、昇圧されたヘリウムガスを冷却するガス熱交換部２７と、を有している。

オイル熱交換部２６は、オイルが流れるオイル冷却配管３３の一部２６Ａと、冷却水が流れる第１冷却水配管３４とを備え、それらの配管の間で熱交換が行われるよう構成される。圧縮カプセル１１からオイル冷却配管３３へ排出されるオイルは圧縮熱により高温となっている。そのような高温のオイルがオイル熱交換部２６を通過すると、熱交換によりオイルの熱が冷却水に移送され、オイル熱交換部２６を出るオイルの温度はオイル熱交換部２６に入るオイルの温度よりも低くなる。すなわち、圧縮熱はオイル冷却配管３３を流れるオイルを介して冷却水に移送され、外部に排出される。

ガス熱交換部２７は、高圧のヘリウムガスが流れる高圧配管１３Ａの一部２７Ａと、冷却水が流れる第２冷却水配管３６と、を有する。ガス熱交換部２７において、オイル熱交換部２６と同様に、圧縮熱は高圧配管１３Ａ（１３）内を流れるヘリウムガスを介して冷却水に移送され、外部に排出される。

第１冷却水配管３４と第２冷却水配管３６とは直列に接続される。第１冷却水配管３４の一端は水冷式熱交換器１２の冷却水受け入れポート１２Ａとして機能する。第１冷却水配管３４の他端は第２冷却水配管３６の一端と接続される。第２冷却水配管３６の他端は水冷式熱交換器１２の冷却水排出ポート１２Ｂとして機能する。

圧縮カプセル１１で昇圧され、ガス熱交換部２７で冷却されたヘリウムガスは、高圧配管１３Ａ（１３）を介してオイルセパレータ１５に供給される。オイルセパレータ１５ではヘリウムガスに含まれるオイルが分離されると共に、オイルに含まれる不純物や塵埃も除去される。オイルセパレータ１５が分離したオイルは、オイルセパレータ１５に一時的に蓄えられる。

オイルセパレータ１５でオイル除去が行われたヘリウムガスは、高圧配管１３Ｂ（１３）を介してアドソーバ１６に送られる。アドソーバ１６は例えば活性炭等を含み、ヘリウムガスに含まれる特に気化したオイル成分を吸着して除去する。そして、アドソーバ１６において気化したオイル成分が除去されると、ヘリウムガスは高圧フレキシブル配管２２に導出され、これによりＧＭ冷凍機３０に供給される。

バイパス機構１８は、バイパス配管１９、高圧側圧力検出装置２０、およびバイパス弁２１を有する。バイパス配管１９は、高圧配管１３Ｂと低圧配管１４とを連通する配管である。高圧側圧力検出装置２０は、高圧配管１３Ｂ内のヘリウムガスの圧力（以下、「高圧側圧力」という。）を検出する。バイパス弁２１は、バイパス配管１９を開閉する電動弁装置である。また、バイパス弁２１は常閉弁とされているが、高圧側圧力検出装置２０により駆動制御される構成とされている。

具体的には、高圧側圧力検出装置２０がオイルセパレータ１５からアドソーバ１６に至るヘリウムガスの圧力（すなわち、高圧側圧力）が既定圧力以上になったことを検出した際、バイパス弁２１は高圧側圧力検出装置２０に駆動されて開弁される構成とされている。これにより、既定圧力以上のヘリウムガスがＧＭ冷凍機３０に供給される可能性が低減される。

オイル戻り配管２４は、高圧側がオイルセパレータ１５に接続されており、低圧側が低圧配管１４に接続されている。また、オイル戻り配管２４の途中には、オイルセパレータ１５で分離されたオイルに含まれる塵埃を除去するフィルタ２８と、オイルの戻り量を制御するオリフィス２９が設けられている。

このように、圧縮カプセル１１で用いられるオイルの一部は高圧配管１３Ａ（１３）を介してオイルセパレータ１５に運ばれ、オイル戻り配管２４を介して再び圧縮カプセル１１に戻る。すなわち、圧縮カプセル１１で用いられるオイルは、圧縮機１０内において圧縮カプセル１１、高圧配管１３Ａ（１３）、オイルセパレータ１５、およびオイル戻り配管２４を通る循環経路を循環する。さらに、循環経路を通るオイルの一部はアドソーバ１６で除去され、循環経路の外部に出る。

圧縮カプセル１１には、圧縮カプセル１１内のオイルの油面高を計測するカプセル油面計４１が取り付けられている。またオイルセパレータ１５には、オイルセパレータ１５内のオイル量の油面高を計測するセパレータ油面計４２が取り付けられている。

カプセル油面計４１が計測した圧縮カプセル１１内の油面高は、判定器４３に送られる。また、セパレータ油面計４２が計測したオイルセパレータ１５内の油面高も、判定器４３に送られる。判定器４３は、圧縮カプセル１１内の油面高とオイルセパレータ１５内の油面高とをもとに、圧縮機１０におけるオイルの循環状態を判定する。

ここで「オイルの循環状態」とは、例えば上述した圧縮機１０内の循環経路の各部に存在するオイルの量やオイル量のバランスを意味する。オイルの循環状態の具体例は、判定器４３の機能構成とともに後述する。

図２は、本発明の実施の形態に係る判定器４３の機能構成を模式的に示す図である。判定器４３は、算出部５０、判定部５１、出力部５２、および記憶部５３を備える。

図２は、実施の形態に係る判定器４３を実現するための機能構成を示しており、その他の構成は省略している。図２において、さまざまな処理を行う機能ブロックとして記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、その他のＬＳＩ（Large Scale Integration）で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。

算出部５０は、カプセル油面計４１から取得した圧縮カプセル１１内の油面高から圧縮カプセル１１内のオイル量を算出したり、セパレータ油面計４２から取得したオイルセパレータ１５内のオイル量を算出したりする。このため算出部５０は、カプセル油量取得部５４、セパレータ油量取得部５５、および総量取得部５６を備える。

圧縮カプセル１１内のオイルは、圧縮カプセル１１の潤滑や冷却に用いられ、圧縮カプセル１１の下部に存在する。圧縮カプセル１１の底面付近の断面積は必ずしも一定ではなく、高さによって異なる場合もある。また圧縮カプセル１１内にはヘリウムガスを圧縮するための駆動部材がある。このため、圧縮カプセル１１内の油面高と圧縮カプセル１１内のオイル量とは必ずしも比例関係とはならない。

そこで記憶部５３は、圧縮カプセル１１内の油面高とオイル量とを対応付けたカプセル油量表を格納する。カプセル油量取得部５４は、カプセル油面計４１から圧縮カプセル１１内の油面高を取得すると、記憶部５３が格納するカプセル油量表を参照して、圧縮カプセル１１内のオイル量を算出して取得する。なお、カプセル油量表は、圧縮カプセル１１に実際にオイルを入れ、入れたオイルの量とそのときの油面高とを計測することで予め作成しておけばよい。

オイルセパレータ１５においてヘリウムガスから分離されたオイルはオイルセパレータ１５の下部に格納された後、オイル戻り配管２４を通って再び圧縮カプセル１１に戻る。ここでオイルセパレータ１５の底面付近の断面積は、圧縮カプセル１１の底面付近の断面積と同様に、必ずしも一定ではなく、高さによって異なる場合もある。またオイルセパレータ１５には、オイルに含まれる不純物や塵埃も除去するためのフィルタ等も存在する。このため、オイルセパレータ１５内の油面高とオイルセパレータ１５内のオイル量とは必ずしも比例関係とはならない。

そこで記憶部５３は、オイルセパレータ１５内の油面高とオイル量とを対応付けたセパレータ油量表も格納する。セパレータ油量取得部５５は、セパレータ油面計４２からオイルセパレータ１５内の油面高を取得すると、記憶部５３が格納するセパレータ油量表を参照して、オイルセパレータ１５内のオイル量を算出して取得する。なお、セパレータ油量表は、カプセル油量表と同様に、オイルセパレータ１５に実際にオイルを入れ、入れたオイルの量とそのときの油面高とを計測することで予め作成しておけばよい。

総量取得部５６は、カプセル油量取得部５４が取得した圧縮カプセル１１内のオイル量と、セパレータ油量取得部５５が取得したオイルセパレータ１５内のオイル量とをもとに、圧縮機１０内のオイルの総量を取得する。圧縮機１０内を循環するオイルは、圧縮カプセル１１およびオイルセパレータ１５のみならず、高圧配管１３Ａ（１３）とオイル戻り配管２４とにも存在しうる。そこで総量取得部５６は、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とに加え、高圧配管１３Ａ（１３とオイル戻り配管２４とにも存在しうるオイル量を補正量として加算することで、圧縮機１０内のオイルの総量を取得する。オイルの補正量は記憶部５３に格納されている。

なお、高圧配管１３Ａ（１３）とオイル戻り配管２４とにも存在しうるオイル量が、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量との合計よりも十分少ない量である場合は、総量取得部５６は、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量との合計を算出して、圧縮機１０内のオイルの総量としてもよい。この場合、補正量は０となる。いずれにしても、圧縮機１０内のオイルの総量の取得に用いる補正量は、高圧配管１３Ａ（１３）とオイル戻り配管２４との直径や長さ等を考慮して実験により定めればよい。
また、高圧配管１３Ａ（１３）とオイル戻り配管２４とにも存在しうるオイル量が一定であると見なしても良い。

判定部５１は、算出部５０の算出結果をもとに、圧縮機１０におけるオイルの循環状態を判定する。このため判定部５１は、カプセル油量判定部５７、総量判定部５８、およびセパレータ油量判定部５９を備える。

前述したように、圧縮カプセル１１内のオイルは、圧縮カプセル１１の冷却や潤滑に利用される。このため、圧縮カプセル１１が油量不足となると、圧縮機１０の動作に支障をきたしかねない。一方、圧縮機１０内のオイルは、圧縮機１０内の循環経路を循環するうちに、例えばアドソーバ１６に吸着される等の理由によって時間とともに減少する。そのため圧縮機１０内のオイルの総量は、例えばオイルの補充等の圧縮機１０のメンテナンスのタイミングを知る手がかりとなる。このように、圧縮機１０内のオイルの総量は、圧縮機１０におけるオイルの循環状態を計るひとつの指標となる。

そこで総量判定部５８は、圧縮機１０内にあるべきオイル量として定められた圧縮機油量範囲に、総量取得部５６が取得したオイルの総量が含まれるか否かを判定する。

ここで「圧縮機油量範囲」とは、圧縮機１０内にあるべきオイル量の下限値として定められた「圧縮機下限油量」と、圧縮機１０内にあるべきオイル量の上限値として定められた「圧縮機上限油量」との間の範囲である。圧縮機下限油量と圧縮機上限油量とは、圧縮カプセル１１の大きさや性能、オイルセパレータ１５の大きさ等を考慮して定めればよい。また、圧縮機下限油量と圧縮機上限油量とは記憶部５３に格納されている。

総量判定部５８は、記憶部５３から圧縮機下限油量と圧縮機上限油量とを読み出し、総量取得部５６が取得したオイルの総量が圧縮機下限油量以上であり、かつ圧縮機上限油量以下である場合、オイルの総量が圧縮機油量範囲であると判定する。

出力部５２は、オイルの総量が圧縮機油量範囲を外れることを総量判定部５８が判定した場合、その旨を通知部４４に出力する。より具体的には、出力部５２は、オイルの総量が圧縮機下限油量未満の場合、または圧縮機上限油量を超えている場合、その旨を通知部４４に出力する。

通知部４４は、出力部５２から取得した情報をユーザに通知する。通知部４４は、図示しないＬＥＤ（Light Emitting Diode）や液晶表示部等を備え、オイルの総量が圧縮機油量範囲を外れる場合ＬＥＤを点灯したり、その旨を液晶表示部に表示したりする。これにより、ユーザは圧縮機１０内のオイルが多すぎたり少なすぎたりすることを認識することができ、適切なメンテナンスを実行することができる。

なお、通知部４４は、ＬＥＤや液晶表示に代えて、あるいはこれらに加えて、図示しないスピーカやビープ音源等を備え、音を用いて情報の通知を行ってもよい。あるいは、図示しないネットワークを介して、例えば電子メール等の手段を用いて遠隔でユーザに情報を通知してもよい。

図３は実施の形態に係る判定器４３が実行する総量判定処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば判定器４３の電源が投入されたときに開始する。

カプセル油量取得部５４は、カプセル油面計４１から圧縮カプセル１１内のオイルの油面高を取得する（Ｓ２）。カプセル油量取得部５４は、記憶部５３から読み出したカプセル油量表を参照して、圧縮カプセル１１内のオイルの油面高から圧縮カプセル１１内のオイル量Ｏｃを取得する（Ｓ４）。

セパレータ油量取得部５５は、セパレータ油面計４２からオイルセパレータ１５内のオイルの油面高を取得する（Ｓ６）。セパレータ油量取得部５５は、記憶部５３から読み出したセパレータ油量表を参照して、オイルセパレータ１５内のオイルの油面高からオイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓを取得する（Ｓ８）。

総量取得部５６は、圧縮カプセル１１内のオイル量Ｏｃとオイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓとの合計量にオイルの補正量を加算して、圧縮機１０内のオイルの総量Ｏｔを取得する（Ｓ１０）。

総量判定部５８は、総量取得部５６が取得した圧縮機１０内のオイルの総量Ｏｔと、圧縮機油量範囲Ｒｔとを比較する（Ｓ１２）。圧縮機１０内のオイルの総量Ｏｔが圧縮機油量範囲Ｒｔを外れている場合（Ｓ１４のＮ）、通知部４４はその旨をユーザに通知する（Ｓ１６）。

通知部４４がユーザに情報を通知するか、あるいは圧縮機１０内のオイルの総量Ｏｔが圧縮機油量範囲Ｒｔの範囲内である場合（Ｓ１４のＹ）、本フローチャートにおける処理は終了する。

以上説明したように、実施の形態に係る圧縮機１０は、圧縮カプセル１１の油面高を計測するカプセル油面計４１と、オイルセパレータ１５の油面高を計測するセパレータ油面計４２とを備える。これにより、いずれか一方の油面計のみを備える場合と比較して、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量との両方を取得できるため、圧縮機１０全体で利用可能なオイルの総量を取得することができる。これにより、圧縮機１０全体としてのオイル不足等、圧縮機１０のオイルの循環状態を判定することが可能となる。

ここで、圧縮機１０のオイルの循環状態を示す指標は、圧縮機１０内のオイルの総量に限られない。以下、オイルの総量以外のオイルの循環状態を示す指標について説明する。

上述したように、圧縮カプセル１１で用いられるオイルは、圧縮機１０内において圧縮カプセル１１、高圧配管１３Ａ（１３）、オイルセパレータ１５、およびオイル戻り配管２４を通る循環経路を循環する。したがって、例えば圧縮機１０内のオイルの総量が圧縮機油量範囲内であったとしても、圧縮カプセル１１内のオイルの量が少ない場合、圧縮カプセル１１の動作に支障をきたすことになる。この場合、オイル戻り配管２４中に設けられたオリフィス２９の開度が小さかったり、オリフィス２９に異物が詰まっていたりすることが考えられる。

そこでカプセル油量判定部５７は、圧縮カプセル１１内にあるべきオイル量として定められたカプセル油量範囲に、カプセル油量取得部５４が取得したオイル量が含まれるか否かを判定する。

ここで「カプセル油量範囲」とは、圧縮カプセル１１内にあるべきオイル量の下限値として定められた「カプセル下限油量」と、圧縮カプセル１１内にあるべきオイル量の上限値として定められた「カプセル上限油量」との間の範囲である。カプセル下限油量とカプセル上限油量とは、圧縮カプセル１１の大きさや性能等を考慮して定めればよい。また、カプセル下限油量とカプセル上限油量とは記憶部５３に格納されている。

カプセル油量判定部５７は、記憶部５３からカプセル下限油量とカプセル上限油量とを読み出し、カプセル油量取得部５４が取得したオイルの総量がカプセル下限油量以上であり、かつカプセル上限油量以下である場合、圧縮カプセル１１内オイル量がカプセル油量範囲であると判定する。

カプセル油量判定部５７と同様に、セパレータ油量判定部５９は、オイルセパレータ１５内にあるべきオイル量として定められたセパレータ油量範囲に、セパレータ油量取得部５５が取得したオイル量が含まれるか否かを判定する。

ここで「セパレータ油量範囲」とは、オイルセパレータ１５内にあるべきオイル量の下限値として定められた「セパレータ下限油量」と、オイルセパレータ１５内にあるべきオイル量の上限値として定められた「セパレータ上限油量」との間の範囲である。セパレータ下限油量とセパレータ上限油量とは、オイルセパレータ１５の大きさや性能等を考慮して定めればよい。また、セパレータ下限油量とセパレータ上限油量とは記憶部５３に格納されている。

セパレータ油量判定部５９は、記憶部５３からセパレータ下限油量とセパレータ上限油量とを読み出し、セパレータ油量取得部５５が取得したオイルの総量がセパレータ下限油量以上であり、かつセパレータ上限油量以下である場合、オイルセパレータ１５内オイル量がカプセル油量範囲であると判定する。

出力部５２は、圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル油量範囲を外れることをカプセル油量判定部５７が判定した場合、その旨を通知部４４に出力する。より具体的には、出力部５２は、圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル下限油量未満の場合、またはカプセル上限油量を超えている場合、その旨を通知部４４に出力する。

出力部５２は同様に、オイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲を外れることをセパレータ油量判定部５９が判定した場合、その旨を通知部４４に出力する。より具体的には、出力部５２は、オイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ下限油量未満の場合、またはセパレータ上限油量を超えている場合、その旨を通知部４４に出力する。

図４は、実施の形態に係る判定器４３が実行するカプセル油量判定処理およびセパレータ油量判定処理の流れを説明するフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、例えば判定器４３の電源が投入されたときに開始する。なお、図４において、初めの４ステップ（ステップＳ２からステップＳ８）は図３と同様であるため説明を省略する。

カプセル油量判定部５７は、カプセル油量取得部５４が取得した圧縮カプセル１１内のオイル量Ｏｃと、カプセル油量範囲Ｒｃとを比較する（Ｓ２０）。圧縮カプセル１１内のオイル量Ｏｃがカプセル油量範囲Ｒｃを外れている場合（Ｓ２２のＮ）、通知部４４はその旨をユーザに通知する（Ｓ２４）。圧縮カプセル１１内のオイル量Ｏｃがカプセル油量範囲Ｒｃの範囲内の場合（Ｓ２２のＹ）、特段の処理はしない。

セパレータ油量判定部５９は、セパレータ油量取得部５５が取得したオイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓと、セパレータ油量範囲Ｒｓとを比較する（Ｓ２６）。オイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓがセパレータ油量範囲Ｒｓを外れている場合（Ｓ２８のＮ）、通知部４４はその旨をユーザに通知する（Ｓ３０）。

オイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓがセパレータ油量範囲Ｒｓの範囲内の場合（Ｓ２８のＹ）、またはオイルセパレータ１５内のオイル量Ｏｓがセパレータ油量範囲Ｒｓを外れている旨を通知部４４がユーザに通知すると本フローチャートにおける処理は終了する。

このように、ユーザは圧縮機１０内のオイルの総量のみならず、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とを個別に知ることができる。これにより、ユーザは圧縮機１０内の循環経路におけるオイルの循環状態として、圧縮機１０内のオイル量のバランスも知ることができる。例えば圧縮機１０内のオイルの総量が圧縮機油量範囲内であっても、圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル油量範囲を超えており、かつオイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲を下回っている場合、オイルは圧縮カプセル１１に偏って存在することになる。原因として、例えばオイル戻り配管２４中に設けられたオリフィス２９の開度が大きすぎることが考えられる。

図５は、圧縮機１０内のオイルの循環状態を表形式で表した循環状態表を示す図である。図５に示すように、圧縮機１０内のオイルの総量が圧縮機油量範囲の下限値以下であり、かつオイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲の下限値以下である場合、圧縮機１０におけるオイルの総量も圧縮機油量範囲の下限値以下となる。このような状態が発生したとすると、メンテナンス時に圧縮機１０に入れたオイルの総量が足りないかもしれない。また圧縮機１０内のオイルは何らかの理由で減少したかもしれない。

圧縮機１０内のオイル総量が圧縮機油量範囲内であっても、圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル油量範囲の下限値以下であり、かつオイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲内か上限値以上の場合、圧縮機１０内のオイルはオイルセパレータ１５に偏っていると考えられる。このような状態が発生したとすると、オリフィス２９の開度が小さいことを示唆するかもしれない。また、オリフィス２９に異物が詰まり、下りるが流れにくくなっているかもしれない。

圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル油量範囲内であっても、オイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲の下限値以下であり、圧縮機１０内のオイルの総量も圧縮機油量範囲の下限値以下となる場合、圧縮機１０内のオイルの総量不足を示唆する。これはアドソーバ１６にオイルが流出したことを示唆するため、アドソーバ１６を点検し、必要に応じて交換すべきことを示唆する。

圧縮カプセル１１内のオイル量がカプセル油量範囲を越えており、オイルセパレータ１５内のオイル量がセパレータ油量範囲の上限値である場合、圧縮機１０内のオイルの総量は圧縮機油量範囲の上限値を越えることになる。これは、圧縮機１０内のオイル量が多いことを示唆する。この状態は圧縮機１０の動作にすぐに支障をきたすことは少ないが、オイル漏れ等の原因ともなりうるため、メンテナンスでオイル量を減らすことを示唆する。

このように、実施の形態に係る圧縮機１０は、圧縮機１０内の圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とを個別に得ることができ、図５に示したように圧縮機１０内のオイルの循環状態が詳細に得ることができる。

そこで記憶部５３は、図５に示した圧縮カプセル１１内のオイル量、オイルセパレータ１５内のオイル量、および圧縮機１０内のオイルの総量に対して圧縮機１０内のオイルの循環状態を対応付けた循環状態表を記憶する。出力部５２は、カプセル油量判定部５７、総量判定部５８、およびセパレータ油量判定部５９からそれぞれ圧縮カプセル１１内のオイル量、オイルセパレータ１５内のオイル量、および圧縮機１０内のオイルの総量を取得する。出力部５２は、取得したこれらのオイル量をもとに、記憶部５３から読み出した循環状態表を参照して、圧縮機１０内のオイルの循環状態を通知部４４に通知させてもよい。これにより、ユーザは圧縮機１０内のオイルの循環状態を知ることができ、圧縮機１０のメンテナンスの内容およびそのタイミングを知ることができる。

以上説明したとおり、実施の形態に係る圧縮機１０によれば、圧縮機内を循環するオイルの循環状態を適切に推定することができる。

特に、圧縮機１０内の圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とを個別に取得することで、圧縮機内を循環するオイルの総量を精度よく取得することができる。また、圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とを個別に取得することで、圧縮機１０内のオイルの偏りが分かるので、配管やオリフィスの詰まり等、メンテナンスに関する情報を得ることもできる。また圧縮カプセル１１内のオイル量とオイルセパレータ１５内のオイル量とのそれぞれの時間変動を調べれば、圧縮機内にて適正にオイル循環ができているかの診断をすることも可能となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０圧縮機、１１圧縮カプセル、１２水冷式熱交換器、１２Ａ冷却水受け入れポート、１２Ｂ冷却水排出ポート、１３高圧配管、１４低圧配管、１５オイルセパレータ、１６アドソーバ、１７ストレージタンク、１８バイパス機構、１９バイパス配管、２０高圧側圧力検出装置、２１バイパス弁、２２高圧フレキシブル配管、２３低圧フレキシブル配管、２４オイル戻り配管、２５冷却水配管、２６オイル熱交換部、２７ガス熱交換部、２８フィルタ、２９オリフィス、３０ＧＭ冷凍機、３２オリフィス、３３オイル冷却配管、３４第１冷却水配管、３６第２冷却水配管、４１カプセル油面計、４２セパレータ油面計、４３判定器、４４通知部、５０算出部、５１判定部、５２出力部、５３記憶部、５４カプセル油量取得部、５５セパレータ油量取得部、５６総量取得部、５７カプセル油量判定部、５８総量判定部、５９セパレータ油量判定部。

Claims

冷凍機から戻ってくる冷媒ガスを圧縮して前記冷凍機に供給する圧縮機であって、
冷媒ガスを圧縮するとともに前記冷媒ガスの圧縮熱をオイルを用いて冷却する圧縮カプセルと、
前記圧縮カプセルが圧縮した冷媒ガスに含まれるオイルを分離して蓄えるオイルセパレータと、
前記圧縮カプセル内のオイルの油面高を計測するカプセル油面計と、
前記オイルセパレータ内のオイル量の油面高を計測するセパレータ油面計と、
前記オイルセパレータに蓄えられたオイルを前記圧縮カプセルに戻すオイル戻り配管と、
前記カプセル油面計が計測した前記圧縮カプセル内の油面高と、前記セパレータ油面計が計測した前記オイルセパレータ内の油面高とをもとに、前記圧縮機におけるオイルの循環状態を判定する判定器と、を備え、
前記判定器は、
前記圧縮カプセル内のオイルの油面高をもとに、前記圧縮カプセル内のオイル量を取得するカプセル油量取得部と、
前記オイルセパレータ内の油面高をもとに、前記オイルセパレータ内のオイル量を取得するセパレータ油量取得部と、
前記カプセル油量取得部が取得した前記圧縮カプセル内のオイル量と、前記セパレータ油量取得部が取得した前記オイルセパレータ内のオイル量とをもとに、前記圧縮機内のオイルの総量を取得する総量取得部と、を備えることを特徴とする圧縮機。
前記判定器は、前記圧縮機内にあるべきオイル量として定められた圧縮機油量範囲に、前記総量取得部が取得したオイルの総量が含まれるか否かを判定する総量判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記総量取得部が取得したオイルの総量が前記圧縮機油量範囲を外れる場合、その旨をユーザに通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
前記判定器は、
前記圧縮カプセル内にあるべきオイル量として定められたカプセル油量範囲に、前記カプセル油量取得部が取得したオイル量が含まれるか否かを判定するカプセル油量判定部と、
前記オイルセパレータが蓄えるべきオイル量として定められたセパレータ油量範囲に、前記セパレータ油量取得部が取得したオイル量が含まれるか否かを判定するセパレータ油量判定部とをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮機。
前記カプセル油量取得部が取得したオイル量が前記カプセル油量範囲を外れる場合、またはセパレータオイル量取得部が取得したオイル量が前記セパレータ油量範囲を外れる場合の少なくともいずれか１つの場合、その旨をユーザに通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
冷凍機から戻ってくる冷媒ガスを圧縮するとともに前記冷媒ガスの圧縮熱をオイルを用いて冷却する圧縮カプセルと、
前記圧縮カプセルが圧縮した冷媒ガスに含まれるオイルを分離して蓄えるオイルセパレータと、
前記圧縮カプセル内のオイルの油面高を計測するカプセル油面計と、
前記オイルセパレータ内のオイル量の油面高を計測するセパレータ油面計と、
前記オイルセパレータに蓄えられたオイルを前記圧縮カプセルに戻すオイル戻り配管と、を備える圧縮機と、
前記カプセル油面計が計測した前記圧縮カプセル内の油面高と、前記セパレータ油面計が計測した前記オイルセパレータ内の油面高とをもとに、前記圧縮機内のオイルの総量を取得する判定器と、を備え、
前記判定器は、
前記圧縮カプセル内のオイルの油面高をもとに、前記圧縮カプセル内のオイル量を取得するカプセル油量取得部と、
前記オイルセパレータ内の油面高をもとに、前記オイルセパレータ内のオイル量を取得するセパレータ油量取得部と、
前記カプセル油量取得部が取得した前記圧縮カプセル内のオイル量と、前記セパレータ油量取得部が取得した前記オイルセパレータ内のオイル量とをもとに、前記圧縮機内のオイルの総量を取得する総量取得部と、を備えることを特徴とする圧縮機の油量管理システム。