JP6621017B2

JP6621017B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP6621017B2
Application number: JP2016018048A
Authority: JP
Inventors: 倉本　哲英; 哲英倉本; 豊明木屋; 森　徹; 徹森; 裕輔倉田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: JP2017138034A

Description

本発明は、オイルセパレータで分離されたオイルを、少なくとも一つの圧縮機の内部に戻すオイル戻し回路を備えた冷凍装置に関する。

従来、この種の冷凍装置は、例えば特許文献１に記載されている。この冷凍装置は、ケース内が中間圧となる多段式の圧縮機と、この圧縮機の高圧吐出管に設けられたオイルセパレータと、オイルセパレータで捕捉したオイルを冷却するオイルクーラと、オイルクーラで冷却されたオイルをケース内に戻すオイル戻し管と、このオイル戻し管に設けられた電動弁と、電動弁の弁開度を圧縮機の運転周波数に応じて調整する弁開度調整手段と、を備えている。

特開２０１１−７３５１号公報

従来の冷凍装置では、運転条件によっては、負荷安定時に、オイルセパレータからオイルクーラを経て圧縮機に戻されるオイル循環量が少なくなる。その結果、圧縮機やオイルの温度が高くなり過ぎて、冷凍装置の運転信頼性が低下するという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、運転信頼性を向上可能な冷凍装置を提供することである。

本発明の一局面は、冷凍装置であって、前記冷凍装置の入口を通じて低段吸込口から冷媒が吸入され、複数段圧縮を行って高段吐出口から冷媒を吐出する圧縮機と、前記高段吐出口からの吐出冷媒からオイルを分離する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冷却するオイルクーラと、前記オイルクーラで冷却されたオイルを前記圧縮機に戻すオイル戻し回路と、外気温を検出する外気温センサと、前記入口から前記低段吸込口に向かう冷媒の吸込圧力および温度を検出する低圧センサおよび温度センサと、前記外気温センサ、前記低圧センサおよび前記温度センサの各検出結果に基づき、前記オイル戻し回路でのオイル循環量が少ない状態にあるとみなすと、前記オイル戻し回路内を流れるオイル循環量を増大させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度センサの検出結果と、前記低圧センサの検出結果とに基づき、前記入口から前記低段吸込口に向かう冷媒の過熱度を導出し、前記外気温センサの検出結果が所定温度以上、前記低圧センサの検出結果が所定圧力以下、かつ、導出した過熱度が所定値以上の場合に、前記オイル循環量が少ない状態にあるとみなす。

上記各局面によれば、運転信頼性を向上可能な冷凍装置を提供することが出来る。

本発明の一実施形態に係る冷凍装置の構成を示す図である。図１の冷凍装置の要部（第一例）を示すブロック図である。図２の制御部による流量制御の第一例の前半部分を示すフロー図である。図２の制御部による流量制御の第一例の後半部分を示すフロー図である。図３Ａ，図３Ｂの流量制御による圧縮機温度の時間変化を示す図である。図１の冷凍装置の要部（第二例）を示すブロック図である。図２の制御部による流量制御の第二例の前半部分を示すフロー図である。図２の制御部による流量制御の第二例の後半部分を示すフロー図である。図１の冷凍装置のｐ−ｈ線図である。

≪１．実施形態≫
以下、上記図面を参照して、一実施形態に係る冷凍装置Ａを詳説する。

≪１−１．冷凍装置Ａの大略的な構成≫
図１において、冷凍装置Ａは、例えばコンビニエンスストア等の店舗外（例えば屋上）に設置される。また、冷凍装置Ａは、ガス冷媒配管Ｐ１および液冷媒配管Ｐ８を用いて店舗内に設置されたショーケース（図示せず）と接続されて冷凍サイクルを構成し、ショーケースに陳列された商品群を冷凍・冷蔵する。この冷凍サイクルでは、冷媒としてＣＯ_２が使用される。

冷凍装置Ａは、大略的に、例えば二台の圧縮機１ａ，１ｂと、インタークーラ２と、ファン３と、オイルセパレータ４と、ガスクーラ（放熱器）５と、タンク６と、スプリット熱交換器７と、オイル戻し回路８と、オイルクーラ９と、電動弁１０ａ，１０ｂと、を備えている。

圧縮機１ａ，１ｂは、冷凍サイクルにおいて並列に配置される。
圧縮機１ａ，１ｂのケース１１ａ，１１ｂの内部には、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂと、高段圧縮要素１３ａ，１３ｂと、が設けられる。各圧縮要素１２ａ，１３ａは、ケース１１ａの内部に配置されたモータ（図示せず）の回転と同期回転する。同様に、圧縮要素１２ｂ，１３ｂも、ケース１１ｂ内のモータ（図示せず）と同期して回転する。かかる回転により、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂは、冷凍装置Ａの入口Ｐｉｎからガス冷媒配管Ｐ１を通じて圧縮機１ａ，１ｂの低段吸込口１４ａ，１４ｂから吸入された低圧の冷媒を中間圧まで昇圧する。かかる中間圧の冷媒を、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂは圧縮機１ａ，１ｂの低段吐出口１５ａ，１５ｂから吐出する。

また、高段圧縮要素１３ａ，１３ｂの高段吸込口１６ａ，１６ｂには、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂで圧縮された中間圧の冷媒が吸入される。高段圧縮要素１３ａ，１３ｂは、吸入冷媒を更に高圧まで昇圧して高段吐出口１７ａ，１７ｂから吐出する。
以上のように、本実施形態では、圧縮機１ａ，１ｂは冷媒を二段圧縮している。

また、圧縮機１ａ，１ｂは、後述の制御部２０による制御下でモータの運転周波数を変更する。この制御により、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂ及び高段圧縮要素１３ａ，１３ｂの回転数が調整可能となっている。

低段吐出口１５ａ，１５ｂには、中間圧吐出管Ｐ３，Ｐ４が接続される。中間圧吐出管Ｐ３，Ｐ４は、低段吐出口１５ａ，１５ｂの下流側で合流した後、インタークーラ２に接続される。また、インタークーラ２の近くにはファン３が配置される。インタークーラ２は、低段圧縮要素１２ａ，１２ｂの吐出冷媒を、ファン３からのエアフローで冷却する。インタークーラ２は、冷却した冷媒を吐出ポートから吐出する。この出力ポートには中間圧吸入管Ｐ５が接続される。中間圧吸入管Ｐ５は、高段吸込口１６ａ，１６ｂの直ぐ上流側で二分岐した後に、高段吸込口１６ａ，１６ｂに接続される。高段圧縮要素１３ａ，１３ｂは、中間圧の冷媒を高段吸込口１６ａ，１６ｂから吸い込んで、更に高圧まで昇圧して高段吐出口１７ａ，１７ｂから吐出する。

また、高段吐出口１７ａ，１７ｂには高圧吐出管Ｐ６，Ｐ７が接続される。高圧吐出管Ｐ６，Ｐ７は、高段吐出口１７ａ，１７ｂの下流側で合流した後、オイルセパレータ４に接続され、ガスクーラ５、タンク６及びスプリット熱交換器７を経て、液冷媒配管Ｐ８と接続される。

オイルセパレータ４は、高段吐出口１７ａ，１７ｂの吐出冷媒中に含まれるオイルを冷媒から分離して捕捉する。オイルセパレータ４にはさらに、捕捉したオイルを圧縮機１ａ，１ｂに戻すオイル戻し回路８が接続される。図１中、戻し回路８は太い点線で示される。オイル戻し回路８においてオイルセパレータ４の直ぐ下流には、オイルクーラ９が設けられる。オイルクーラ９は、捕捉したオイルを冷却する。本実施形態では、オイルクーラ９は、インタークーラ２の一部を用いて実現され、吸込ポートから吸い込まれたオイルをファン３からのエアフローを用いて冷却して吐出ポートから吐出する。オイル戻し回路８は、オイルクーラ９の下流側で二系統に分岐され、流量調整用の電動弁１０ａ，１０ｂを介して圧縮機１ａ，１ｂのケース１１ａ，１１ｂに接続される。

また、オイルセパレータ４の吐出ポートは、ガスクーラ５の吸込ポートとも接続される。オイルが分離された冷媒は、オイルセパレータ４の吐出ポートからガスクーラ５の吸込ポートに向けて吐出される。ガスクーラ５は、吸込ポートから吸入冷媒を、自身に近接配置されたファン３からのエアフローで冷却し、冷却した冷媒を、自身の吐出ポートからタンク６に向けて吐出する。

タンク６は所定容積の空間を有する。ガスクーラ５の吐出冷媒は、減圧電動弁６１により減圧・冷却されてタンク６の上部から内部空間に吸入される。タンク６の下部からは、スプリット熱交換器７の第二流路７２に向けて液冷媒が吐出される。また、タンク６の上部からは、ガス戻し電動弁６２を介して、スプリット熱交換器７の第一流路７１向けて、ガス冷媒が吐出される。

スプリット熱交換器７において、タンク６下部からの吐出冷媒は第二流路７２を通過すると共に、タンク６上部からの吐出冷媒と第二流路７２からの吐出冷媒の一部とが第一流路７１を通過する。これにより、第二流路７２を通過する冷媒が過冷却される。過冷却された冷媒の大部分は、液冷媒配管Ｐ８を通じて、冷凍装置Ａの出口Ｐｏｕｔから、ショーケース（図示せず）に向けて吐出されるが、上述の通り、一部は、液戻し電動弁６３を介して、第一流路７１に戻される。また、第一流路７１を通過した冷媒は、中間圧吸入管Ｐ５を介して、高段圧縮要素１３ａ，１３ｂの高段吸込口１６ａ，１６ｂから吸入される。

≪１−２．冷凍装置Ａにおける各種センサ≫
次に、冷凍装置Ａには様々な温度センサや圧力センサが設けられているが、本実施形態に係る戻し回路８の流量制御で重要となるのは、下記である。

ガス冷媒配管Ｐ１において入口Ｐｉｎから低段吸込口１４ａ，１４ｂまでの区間には、低圧センサＳｅ１および低段吸込温度センサＳｅ２が設けられる。低圧センサＳｅ１および低段吸込温度センサＳｅ２は、入口Ｐｉｎから低段吸込口１４ａ，１４ｂに向かって流れる冷媒の吸込圧力および吸込温度を検出する。

また、ファン３やガスクーラ５を収容する筐体５１の外周面には、外気温センサＳｅ３が設けられる。外気温センサＳｅ３は、例えばサーミスタであって、冷凍装置Ａの周囲温度を外気温として検出する。

また、中間圧吸入管Ｐ５には中間圧センサＳｅ４が設けられる。中間圧センサＳｅ４は、中間圧吸入管Ｐ５を流れる冷媒の中間圧力を検出する。

≪１−３．冷凍装置Ａの制御部≫
上記各センサの検出結果は、マイクロコンピュータ等を含む制御部２０に出力される。制御部２０は、各種センサの検出結果に基づき、圧縮機１ａ，１ｂの各モータ（図示せず）の運転周波数、各種電動弁１０ａ，１０ｂ，６１〜６３の開度、ファン３の風量、ショーケース（図示せず）の電動膨張弁の開度等を制御して、これによって、ショーケース内を目標温度にする。なお、ショーケースの温度制御は周知技術で足りるため、その説明を省略する。

≪１−４．技術的課題の詳細≫
従来の冷凍装置をある条件で運転させると、圧縮機の温度がカロリメータ試験で定義された基準値を超過することが判明した。具体的には、カロリメータ試験では、例えば、低段吐出口１５ａ他の吐出温度（以下、低段吐出温度という）、圧縮機のケース温度（以下、ケース温度という）、および、圧縮機のモータに備わるコイル温度等について基準値が定義されている。しかし、外気温が高温、ショーケース側の蒸発温度が低温、かつ、冷凍装置の入口での冷媒過熱度が大きいという条件で、圧縮機を長時間連続運転すると（但し、負荷安定時）、低段吐出温度等の少なくとも一つが基準値を超えることが判明した。この理由は下記のように考えられる。

従来の冷凍装置が上記の厳しい条件で運転しているにも関わらず、負荷が安定していると、圧縮機からのオイル持ち出し量が少なくなる。また、特許文献１の冷凍装置では、負荷安定時、戻し管に設けられた流量調整用の電動弁の開度が小さくなる。上記の要因により、オイルクーラで冷却されるオイル量（即ち、オイル循環量）が少なくなり、その結果、低段吐出温度等が高温になり過ぎると考えられる。このような問題点は、運転時の吐出オイル量が元々少ない圧縮機（所謂、低吐油タイプの圧縮機）の方が顕在化する。

なお、ショーケースの扉の開閉頻度が高い場合、ショーケースの扉が長時間開放された場合、店舗屋上に設置された冷凍装置から店舗内のショーケースまでの配管長が長い場合、または、冷凍装置およびショーケース接続する配管が剥き出しの場合にも、上記と同様の理由から、圧縮機の温度（低段吐出温度、ケース温度およびコイル温度等の少なくとも一つ）が高温になり過ぎる可能性がある。

以上の問題点に鑑み、本冷凍装置Ａは、運転中、ショーケースの温度制御と並行して、下記のようなオイル戻し回路８の流量制御（第一例）を実行して、圧縮機１ａ，１ｂが高温になり過ぎることを防止している。

≪１−５．オイル戻し回路８の流量制御（第一例）≫
図２に示すように、本流量制御（第一例）では、制御部２０は、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および外気温センサＳｅ３の検出結果を受け取り、受け取った各検出結果に基づき、オイル戻し回路８の電動弁１０ａ，１０ｂの開度を制御する。以下、図３Ａ，図３Ｂをさらに参照して、制御部２０による流量制御（第一例）の詳細について説明する。

図３Ａにおいて、制御部２０は、例えば定期的に、低圧センサＳｅ１，低段吸込温度センサＳｅ２および外気温センサＳｅ３の検出結果を取得する（ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３）。

次に、制御部２０は、ステップＳ０３で得た外気温センサＳｅ３の検出結果が所定温度以上か否かを判断する（ステップＳ０４）。所定温度は、外気温が高いか否かを示す閾値であって、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。ステップＳ０４で所定温度以上と判断すると（即ち、ＹＥＳと判断すると）、オイル戻し回路８でのオイル循環量が少ない状態になる可能性（即ち、圧縮機１ａ，１ｂが高温になり過ぎる可能性）があるとみなして、制御部２０はステップＳ０５を実行する。

ステップＳ０５において、制御部２０は、ステップＳ０１で得た低圧センサＳｅ１の検出結果が所定圧力以下か否かを判断する。ここで、低圧センサＳｅ１の検出結果は、ショーケース側の蒸発温度を実質的に一意に相関する。所定圧力は、この蒸発温度が低いか否かを示す閾値であって、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。ステップＳ０５で所定圧力以下と判断すると（即ち、ＹＥＳと判断すると）、オイル循環量が少ない状態になる可能性があるとみなして、制御部２０はステップＳ０６を実行する。

ステップＳ０６において、制御部２０は、ステップＳ０１で得た低圧センサＳｅ１の検出結果を、周知の方法で飽和温度に変換する。次に、制御部２０は、ステップＳ０２で得た検出結果とステップＳ０６で得た飽和温度との差分値を、冷凍装置Ａの入口Ｐｉｎにおける過熱度として導出する（ステップＳ０７）。次に、制御部２０は、ステップＳ０７で得た過熱度が所定過熱度以上か否かを判断する（ステップＳ０８）。所定過熱度は、過熱度が高いか否かを示す閾値であって、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。ステップＳ０８で所定過熱度以上と判断すると（即ち、ＹＥＳと判断すると）、オイル循環量が少ない状態になる可能性があるとみなして、制御部２０はステップＳ０９を実行する。

ステップＳ０９において、制御部２０は、内蔵のタイマを起動して、圧縮機１ａ他の連続運転時間の計時を開始する。なお、本実施形態において、圧縮機１ａ他は、圧縮機１ａ，１ｂを意味する。次に、制御部２０は、タイマによる計時開始から第一所定時間が経過したか否か（即ち、圧縮機１ａ他が第一所定時間だけ連続運転したか否か）を判断する（ステップＳ０１０）。第一所定時間は、オイル戻し回路８におけるオイル循環量が少ない状態に陥る程、ステップＳ０４，Ｓ０５，Ｓ０８の条件を満たした状態で圧縮機１ａ他が連続運転したとみなせる時間であって、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。第一所定時間が経過したと判断すると（即ちＹＥＳと判断すると）、圧縮機１ａ他が高温になり過ぎる可能性があるとみなして、制御部２０は、図３ＢのステップＳ０１１を実行する。

ステップＳ０１１において、制御部２０は、電動弁１０ａ，１０ｂの開度を大きくして、オイル戻し回路８におけるオイル循環量を増大させる。電動弁１０ａ，１０ｂの開度は、例えばパルス数で定義される。この場合、ステップＳ０１１の実行前よりも多い数のパルスを電動弁１０ａ，１０ｂに与える。これによって、高圧のオイルセパレータ４から中間圧の圧縮機１ａ他へと流れるオイル量が増大する。その過程でオイルは、オイルクーラ９により冷却されるため、圧縮機１ａ他の各部が冷却される。

ステップＳ０１１の次に、制御部２０は、内蔵のタイマを起動して、電動弁１０ａ，１０ｂの開度を調整する時間の計時を開始する（ステップＳ０１２）。次に、制御部２０は、タイマによる計時開始から第二所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ０１３）。第二所定時間は、圧縮機１ａ他が十分に冷却されたとみなせる時間であって、カロリメータ試験等の基準値等を考慮し、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。第二所定時間が経過していないと判断すると（即ちＮＯと判断すると）、制御部２０は、ステップＳ０１２を実行する。それに対し、第二所定時間が経過したと判断すると（即ちＹＥＳと判断すると）、制御部２０は、電動弁１０ａ，１０ｂの開度を例えばステップＳ０１１の実行前の状態に戻す（ステップＳ０１４）。

再度図３Ａを参照する。ステップＳ０１０において、制御部２０は、第一所定時間が未経過と判断すると（即ち、ＮＯと判断すると）、連続運転時間の計時を停止させる条件を満たしているか否かを判断する（ステップＳ０１５）。停止条件は、例えば、サーモオフや除霜運転により圧縮機１ａ他の運転が停止することが挙げられる。ステップＳ０１５で停止条件を満たしていないと判断すると（即ち、ＮＯと判断すると）、制御部２０は、ステップＳ０１０を再度実行する。それに対し、停止条件を満たしていると判断すると（即ち、ＹＥＳと判断すると）、制御部２０は、連続運転時間の計時を停止させ、タイマの初期化を行う（ステップＳ０１６）。

また、図３ＡのステップＳ０４，Ｓ０５，Ｓ０８でＮＯと判断した場合、図３ＡのステップＳ０１６を実行した場合、または、図３ＢのステップＳ０１４を実行した場合、制御部２０は、図３ＡのステップＳ０１を再度実行する。

≪１−６．流量制御（第一例）の主たる効果≫
本願発明者は、本冷凍装置Ａの試作機に流量制御（第一例）を実装し、効果を確認した。その結果を図４に示す。図４では、電動弁１０ａ，１０ｂの開度の経時変化が破線で、低段吐出口１５ａ他での冷媒温度（即ち、低段吐出温度）の経時変化が実線で、モータ（図示せず）のコイル温度の経時変化が一点鎖線で、ケース１１ａ他の温度（即ち、ケース温度）の経時変化が二点鎖線で示されている。電動弁１０ａ，１０ｂの開度は、本冷凍装置Ａの運転開始直後では過渡的に大きく変動するが、負荷が安定した後は、原則として、小さく概ね一定である。そのため、低頻度ではあるが、外気温が高温、ショーケース側の蒸発温度が低温、かつ、冷凍装置Ａの入口Ｐｉｎでの冷媒過熱度が大きいという条件で、圧縮機１ａ他が長時間連続運転してしまうことがある。この時、オイル戻し回路８のオイル循環量が少ないと、図４の時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ等に示すように、圧縮機１ａ他の温度（即ち、低段吐出温度、コイル温度、ケース温度）が高温になり過ぎる。

本冷凍装置Ａにおける流量制御（第一例）では、制御部２０は、時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃで、オイル戻し回路８におけるオイル循環量が少ない状態にあるとみなすと、電動弁１０ａ，１０ｂの開度を大きくして、オイル戻し回路８におけるオイル循環量を増大させる。これによって、高圧のオイルセパレータ４から中間圧の圧縮機１ａ他へと流れるオイル量が増大する。その過程でオイルはオイルクーラ９により冷却されるため、圧縮機１ａ他の各部が冷却されて、圧縮機１ａ他の温度（即ち、低段吐出温度、コイル温度、ケース温度）が低下する（図４の時間Ｔｄ，Ｔｅ，Ｔｆを参照）。その結果、圧縮機１ａ他が高温になり過ぎることが防止できて、冷凍装置Ａの運転信頼性を向上することが可能となる。

≪１−７．流量制御（第一例）の他の効果≫
また、制御部２０は、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および外気温センサＳｅ３の検出結果と、圧縮機１ａ他の連続運転時間とから、オイル循環量が少ない状態であることを定義している。それゆえ、本冷凍装置Ａには、オイル戻し回路８の流量制御（第一例）のためにオイル循環量を検出するセンサを別途設けなくとも良い。さらに言えば、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および外気温センサＳｅ３は、一般的な冷凍装置であれば、別用途のために備わっているものである。換言すると、本冷凍装置Ａによれば、既存のセンサを用いて製造コストを抑えつつも、運転信頼性を向上させることが可能となる。

≪１−８．流量制御（第一例）の付記≫
なお、本冷凍装置Ａに備わる圧縮機の台数は二個以外であっても良いし、各圧縮機の段数は二段以上であれば良い。

また、流量制御（第一例）は、ステップＳ０１３に代えて、外気温センサＳｅ３の検出結果が所定温度以上でなくなった場合、低圧センサＳｅ１の検出結果が所定圧力以下でなくなった場合、または、過熱度が所定過熱度以上でなくなった場合に、ステップＳ０１４を実行するように変形しても構わない。

さらに、流量制御（第一例）は、ステップＳ０１５に代えて、外気温センサＳｅ３の検出結果が所定温度以上でなくなった場合、低圧センサＳｅ１の検出結果が所定圧力以下でなくなった場合、または、過熱度が所定過熱度以上でなくなった場合に、ステップＳ０１６を実行するように変形しても構わない。

また、上記では好ましい形態として、圧縮機１ａ他の連続運転時間が考慮されていた（図３ＡのステップＳ０９等を参照）。しかし、これに限らず、ステップＳ０８でＹＥＳと判断した直後に、ステップＳ０１１が実行されても構わない。

≪１−９．オイル戻し回路８の流量制御（第二例）≫
上記流量制御（第一例）以外にも、制御部２０は、図５に示すように、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および中間圧センサＳｅ４の検出結果を受け取り、受け取った各検出結果に基づき、オイル戻し回路８の電動弁１０ａ，１０ｂの開度を制御することでも、上記流量制御（第一例）と同様の効果を得ることが出来る。以下、図６Ａ，図６Ｂをさらに参照して、制御部２０による流量制御（第二例）を詳説する。

図６Ａにおいて、制御部２０は、例えば定期的に、低圧センサＳｅ１，低段吸込温度センサＳｅ２および中間圧センサＳｅ４の検出結果を取得する（ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）。

ところで、圧縮機１ａ他のように冷媒を断熱圧縮する場合、低段吸込口１４ａ他での温度および圧力をＴ１，Ｐ１、低段吐出口１５ａ他での温度および圧力をＴ２，Ｐ２とすると（図７を参照）、断熱指数をｋ（既知の値）とすると、次式（１）が成立する。

今、上式（１）において、低圧センサＳｅ１の検出結果はＰ１に、低段吸込温度センサＳｅ２の検出結果はＴ１に、中間圧センサＳｅ４の検出結果はＰ２に相当する。未知数である低段吐出口１５ａ他での温度（即ち、低段吐出温度）Ｔ２は、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２、および中間圧センサＳｅ４の検出結果を、上式（１）に代入することで導出可能である。

ステップＳ１３の次に、制御部２０は、上記演算により、低段吐出温度Ｔ２を導出する（ステップＳ１４）。制御部２０は他にも、テーブル参照により低段吐出温度Ｔ２を導出することも出来る。具体的には、制御部２０の不揮発性メモリには、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２、および中間圧センサＳｅ４の検出結果の組み合わせ毎に、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得た低段吐出温度Ｔ２が記述されたテーブルが格納されている。制御部２０は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３で得た検出結果に対応する低段吐出温度Ｔ２を取得する。

次に、制御部２０は、ステップＳ１４で得た低段吐出温度Ｔ２が所定温度以上か否かを判断する（ステップＳ１５）。所定温度は、低段吐出温度Ｔ２が高いか否かを示す閾値であって、本冷凍装置Ａの設計開発段階で実験等により得られる。なお、上式（１）は理想気体の断熱圧縮と仮定した場合の推定式であるため、導出した低段吐出温度Ｔ２には、理想気体と使用冷媒（ＣＯ_２）との相違や使用冷媒へのオイル混入の影響等による誤差が含まれる。かかる誤差を考慮して、ステップＳ１５で使用される所定温度は設定されることが望ましい。ステップＳ１５で所定温度以上と判断すると（即ち、ＹＥＳと判断すると）、オイル戻し回路８を循環するオイル量が少なく、圧縮機１ａ，１ｂが高温になり過ぎているとみなす。

その後、制御部２０は、ステップＳ０９〜Ｓ０１６の処理を行う。ステップＳ０９〜Ｓ０１６については、≪１−５．オイル戻し回路８の流量制御（第一例）≫にて詳細に説明したので、ここでは、それぞれの説明を省略する。

≪１−１０．流量制御（第二例）の効果≫
本冷凍装置Ａにおける流量制御（第二例）もまた、≪１−６．流量制御（第一例）の主たる効果≫で説明したのと同様の効果を奏する。

また、制御部２０は、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および中間圧センサＳｅ４の検出結果と、圧縮機１ａ他の連続運転時間とから、圧縮機１ａ他の過昇温の状態にあることを推定している。それゆえ、本冷凍装置Ａには、オイル戻し回路８の流量制御（第二例）のために、低段吐出温度を検出するセンサを別途設けなくとも良い。さらに言えば、低圧センサＳｅ１、低段吸込温度センサＳｅ２および中間圧センサＳｅ４は、一般的な冷凍装置であれば、別用途のために備わっているものである。換言すると、本冷凍装置Ａによれば、既存のセンサを用いて製造コストを抑えつつも、運転信頼性を向上させることが可能となる。

≪１−１１．流量制御（第二例）の付記≫
また、上記では好ましい形態として、圧縮機１ａ他の連続運転時間が考慮されていた（図６ＡのステップＳ０９等を参照）。しかし、これに限らず、ステップＳ１５でＹＥＳと判断した直後に、ステップＳ０１１が実行されても構わない。

また、流量制御（第二例）は、図６Ａ，図６ＢのステップＳ０１５，Ｓ０１３に代えて、低段吐出温度が所定温度以上でなくなった場合に、ステップＳ０１６，Ｓ０１４を実行するように変形しても構わない。

本発明に係る冷凍装置は、運転信頼性を向上可能であり、冷凍機システム等に好適である。

Ａ…冷凍装置
１ａ，１ｂ…圧縮機
４…オイルセパレータ
８…オイル戻し回路
９…オイルクーラ
１０ａ，１０ｂ…電動弁
２０…制御部
Ｓｅ１…低圧センサ
Ｓｅ２…低段吸込温度センサ
Ｓｅ３…外気温センサ
Ｓｅ４…中間圧センサ

Claims

冷凍装置であって、
前記冷凍装置の入口を通じて低段吸込口から冷媒が吸入され、複数段圧縮を行って高段吐出口から冷媒を吐出する圧縮機と、
前記高段吐出口からの吐出冷媒からオイルを分離する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冷却するオイルクーラと、
前記オイルクーラで冷却されたオイルを前記圧縮機に戻すオイル戻し回路と、
外気温を検出する外気温センサと、
前記入口から前記低段吸込口に向かう冷媒の吸込圧力および温度を検出する低圧センサおよび温度センサと、
前記外気温センサ、前記低圧センサおよび前記温度センサの各検出結果に基づき、前記オイル戻し回路でのオイル循環量が少ない状態にあるとみなすと、前記オイル戻し回路内を流れるオイル循環量を増大させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出結果と、前記低圧センサの検出結果とに基づき、前記入口から前記低段吸込口に向かう冷媒の過熱度を導出し、前記外気温センサの検出結果が所定温度以上、前記低圧センサの検出結果が所定圧力以下、かつ、導出した過熱度が所定値以上の場合に、前記オイル循環量が少ない状態にあるとみなす、
冷凍装置。
前記制御部は、前記外気温センサの検出結果が所定温度以上、前記低圧センサの検出結果が所定圧力以下、かつ、導出した過熱度が所定値以上の状態で前記圧縮機が所定時間連続運転すると、前記オイル戻し回路内を流れるオイル循環量を増大させる、請求項１に記載の冷凍装置。
前記オイル戻し回路上に設けられた電動弁を、さらに備え、
前記制御部は、前記電動弁の開度を大きくして、前記オイル戻し回路内を流れるオイル循環量を増大させる、請求項１又は２に記載の冷凍装置。
前記冷媒は二酸化炭素である、請求項１〜３のいずれかに記載の冷凍装置。