JP7280500B2 - 冷凍装置および油冷却装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷凍装置およびその冷凍装置を用いた油冷却装置に関する。

従来、工作機械の主軸やモータなどの冷却に用いられる油を冷却するための油冷却装置がある(例えば、特開２０１９－３４３９７号公報(特許文献１)参照)。

上記油冷却装置では、凝縮器と蒸発器とを有する冷媒回路を備え、蒸発器により油を冷却して凝縮器から外部に排熱する。

特開２０１９－３４３９７号公報

上記従来の油冷却装置では、工作機械と同じ設置空間において使用されるので、オイルミストを含む空気がフィルタを介して吸い込まれて凝縮器に供給されて、油分と粉塵が凝縮器に付着して目詰まりする。

このような目詰まりした凝縮器を洗浄するには、油冷却装置から凝縮器を取り外す必要があるため、凝縮器の取り外し、洗浄、取り付けの作業に長時間を要し、メンテナンス作業のコストが高くなると共に、工作機械の停止期間も長くなって稼働率が低下するという問題がある。

本開示では、オイルミスト雰囲気において熱交換器の目詰まりを抑制できる冷凍装置およびその冷凍装置を用いた油冷却装置を提案する。

本開示の冷凍装置は、
熱交換器を有する冷媒回路と、
少なくとも上記熱交換器が収容され、上記熱交換器の上流側に吸込口が設けられた筐体と、
上記筐体の上記吸込口に取り付けられたフィルタと、
上記熱交換器と上記フィルタとの間の空間の下方に設けられた油受け部と
を備え、
上記フィルタは、上記熱交換器に対して間隔をあけて上記筐体の吸込口に取り付けられており、
オイルミストを含む空気が上記フィルタを介して上記熱交換器に供給されるとき、上記オイルミストを含む空気中の油分の少なくとも一部が上記フィルタに捕捉されると共に、上記油受け部が、上記フィルタに捕捉されて下方に流れ落ちた油分と、上記熱交換器の前面側に付着して下方に流れ落ちた油分とを受けることを特徴とする。

本開示によれば、熱交換器に対して間隔をあけてフィルタを筐体の吸込口に取り付けることによって、オイルミストを含む空気がフィルタを介して熱交換器に供給されて空気中の油分がフィルタに捕捉されても、フィルタに捕捉された油分が熱交換器側に伝って移動することが容易にできないので、熱交換器の目詰まりを抑制できる。

また、本開示の１つの態様に係る冷凍装置では、
上記油受け部からの油を案内する案内経路と、
上記案内経路により案内された油を溜める油溜め部と
を備えた。

本開示によれば、装置周辺を油で汚すことなく、フィルタや熱交換器に付着した油分を油溜め部に溜めてまとめて処理できる。

また、本開示の１つの態様に係る冷凍装置では、
上記熱交換器の板状の複数のフィンが互いに平行にかつ上下方向に沿って配置されている。

本開示によれば、熱交換器の前面側に付着した油分がスムーズに下方に流れ落ちるので、フィン間に油滴が留まって目詰まりするのを効果的に抑制できる。

また、本開示の１つの態様に係る冷凍装置では、
上記フィルタの表面に付着した油滴を下方に案内するように上記フィルタが構成されている。

本開示によれば、フィルタに付着した油分がスムーズに下方に流れ落ちて、フィルタに油滴が留まって目詰まりするのを効果的に抑制できる。

また、本開示の１つの態様に係る冷凍装置では、
上記筐体に上記フィルタを取り付けるための取付枠を備え、
上記取付枠の下側枠部が上記熱交換器側かつ下方に向かって傾斜している。

本開示によれば、フィルタの表面に付着して下方に流れ落ちた油滴を、取付枠の下側枠部の傾斜に沿って熱交換器側の下方に集めて、熱交換器に付着して下方に流れ落ちた油滴といっしょに処理できる。

また、本開示の油冷却装置では、
上記のいずれか１つの冷凍装置を備え、
上記冷凍装置の上記冷媒回路は、凝縮器として機能する第１の上記熱交換器と、蒸発器として機能する第２の熱交換器とを有し、
上記第２の熱交換器により油を冷却する。

本開示によれば、オイルミスト雰囲気において凝縮器として機能する第１の熱交換器の目詰まりを抑制できる油冷却装置を実現できる。

本開示の第１実施形態の冷凍装置を用いた油冷却装置の概略構成図である。 第１実施形態の油冷却装置の斜視図である。 第１実施形態の油冷却装置の正面図である。 図３のIV－IV線から見た縦断面の要部の図である。 図３のＶ－Ｖ線から見た横断面の要部の図である。 第１実施形態の油冷却装置の凝縮器の構成を示す斜視図である。

以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。

〔第１実施形態〕
図１は本開示の第１実施形態の冷凍装置を用いた油冷却装置１０の概略構成図である。この油冷却装置１０は、工作機械１００の作動油や潤滑油、切削液(以下「油」という)を、油タンクＴを介して循環させながら冷却する。この工作機械１００は、ＮＣ旋盤、研削盤、ＮＣ専用機等の工作機械、成形機、プレス機等の産業機械である。

この第１実施形態の油冷却装置１０は、図１に示すように、圧縮機１と凝縮器３と電子膨張弁ＥＶと蒸発器４が環状に接続された冷媒回路ＲＣと、冷媒回路ＲＣの冷媒循環方向を正サイクルから逆サイクルに切り換える四路切換弁２と、凝縮器３に空気を供給する送風ファン６と、冷媒回路ＲＣと四路切換弁２および送風ファン６を制御する制御装置５０とを備えている。電子膨張弁ＥＶは、減圧機構の一例である。また、冷媒回路ＲＣは、ホットガスバイパス配管Ｌ１０と、そのホットガスバイパス配管Ｌ１０に配設されたホットガスパイパス弁ＨＧＢを有する。

上記凝縮器３は、第１の熱交換器の一例であり、蒸発器４は、第２の熱交換器の一例である。

上記圧縮機１の吐出側を四路切換弁２の第１ポート２ａに接続している。四路切換弁２の第２ポート２ｂを、閉鎖弁Ｖ１を介して凝縮器３の一端に接続している。この凝縮器３の他端を、閉鎖弁Ｖ２を介して電子膨張弁ＥＶの一端に接続している。

また、電子膨張弁ＥＶの他端を蒸発器４の一端４ａに接続している。また、蒸発器４の他端４ｂを四路切換弁２の第３ポート２ｃに接続している。さらに、四路切換弁２の第４ポート２ｄを、アキュムレータ５を介して圧縮機１の吸入側に接続している。また、蒸発器４の一端４ａ側にホットガスバイパス配管Ｌ１０の一端を接続している。ホットガスバイパス配管Ｌ１０の他端を四路切換弁２の第２ポート２ｂ側に接続している。

また、油タンクＴ内の油に一端が浸漬された配管Ｌ１の他端を循環ポンプＰの吸込ポートに接続している。循環ポンプＰの吐出ポートを、配管Ｌ２を介して蒸発器４の流入ポート４ｃを接続している。

また、蒸発器４の流出ポート４ｄに配管Ｌ３の一端が接続され、配管Ｌ３の他端が工作機械１００の流入ポート１０１に接続されている。工作機械１００の流出ポート１０２と油タンクＴとが配管Ｌ４を介して接続されている。

上記油タンクＴと蒸発器４と工作機械１００および配管Ｌ１～Ｌ４で、油が循環する循環経路を構成している。

上記油冷却装置１０および循環経路で油冷却システムを構成している。なお、この第１実施形態では、油冷却装置１０に循環ポンプＰを備えたが、油冷却装置とは別に循環ポンプを備えて、油冷却装置と循環ポンプおよび循環経路で油冷却システムを構成してもよい。

上記油冷却装置１０では、ポンプダウン運転により蒸発器４に冷媒を回収した後、凝縮器３を筐体１１から外して、凝縮器３の洗浄を行う。ポンプダウン運転では、四路切換弁２のコイルを励磁して、冷媒回路の冷媒循環方向が逆サイクルになるように切り換える。

図２は油冷却装置１０の斜視図であり、図３は油冷却装置１０の正面図である。油冷却装置１０は、図２,図３に示すように、縦長の直方体形状の筐体１１を備えている。この筐体１１の一方の側面に、凝縮器３の上流側に位置する吸込口１２を設けている。吸込口１２にフィルタ１３を取り付けている。図２において、１４は筐体１１の天面側に設けられた吹出口である。

上記筐体１１内に、図１に示す冷媒回路ＲＣと四路切換弁２と送風ファン６および制御装置５０が収容されている。

フィルタ１３と凝縮器３と送風ファン６が、吸込口１２側からフィルタ１３,凝縮器３,送風ファン６の順に筐体１１内に配置されている。

上記油冷却装置１０では、送風ファン６により外気が吸込口１２からフィルタ１３を介して吸い込まれて、凝縮器３に供給された後、吹出口１４から排出される。

図４は図３のIV－IV線から見た縦断面の要部の図であり、図５は図３のＶ－Ｖ線から見た横断面の要部の図である。図４,図５では、フィルタ１３は、凝縮器３に対して間隔Ｄ(この実施形態では１０ｍｍ)をあけて筐体１１の吸込口１２に取り付けられている。

図４,図５に示すように、直方体形状の筐体１１は、筐体１１の下側を覆う底フレーム３０を有する。この底フレーム３０は、凝縮器３とフィルタ１３との間の空間Ａの下方に設けられた油受け部３１と、油受け部３１からの油を案内する案内経路３２と、案内経路３２により案内された油を溜める凹形状の油溜め部３３とを有する。なお、この実施形態では、油受け部３１と案内経路３２と油溜め部３３とを底フレーム３０に一体に形成したが、底フレームとは別に油受け部と案内経路と油溜め部を設けてもよい。

筐体１１に取付枠２０を用いてフィルタ１３を取り付けている。この取付枠２０の下側枠部２２が凝縮器３側かつ下方に向かって傾斜している。また、フィルタ１３と凝縮器３との間隔Ｄを保つために、例えば取付枠２０に設けた複数の横桟と複数の縦桟によりフィルタ１３を保持してもよいし、他の手段によりフィルタ１３を保持してもよい。

また、図６は凝縮器３の構成を示す斜視図である。凝縮器３の板状の複数のフィン３ａが互いに平行にかつ上下方向に沿って配置されている。

また、フィルタ１３は、フィルタ１３の表面に付着した油滴を下方に案内するように構成されている。平坦なシート状のフィルタの表面に縦方向に溝(または畝)が設けられたものが筐体１１の吸込口１２に取り付けられている。

なお、本開示の油冷却装置１０のフィルタ１３は、ろ材が蛇腹状に折り曲げられた形状に限らず、例えば、平坦なシート状のフィルタでもよい。

上記油冷却装置１０の油の冷却運転において、圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２を介して凝縮器３に流入し、凝縮器３で外気と熱交換されて凝縮することにより液冷媒となる。次に、電子膨張弁ＥＶにおいて減圧された液冷媒は、蒸発器４に流入して油と熱交換されて蒸発することにより低圧のガス冷媒となり、アキュムレータ５を介して圧縮機１の吸入側に戻る。これにより、蒸発器４において、油が冷却される。この油の冷却運転では、制御装置５０は、油の温度や室内温度などに基づいて、圧縮機１の回転周波数や電子膨張弁ＥＶの開度を制御する。なお、ホットガスバイパス配管Ｌ１０に配設されたホットガスパイパス弁ＨＧＢでは、蒸発器４に供給する高温・高圧ガス量を調整することで、低負荷時の冷却能力をコントロールする。

従来の油冷却装置では、工作機械が設置された環境下のオイルミスト雰囲気で使用される場合、網状またはロール状のフィルタを吸込口に取り付けている。

本発明者は、このような従来の油冷却装置では、オイルミストを含む空気がフィルタを介して吸い込まれて凝縮器に供給されるため、風圧により押されたフィルタが凝縮器に接触して、フィルタで捕捉された油分と粉塵が凝縮器側に移動して、凝縮器側に付着した油分といっしょになってフィルタと凝縮器との間で留まることが、凝縮器に目詰まりを生じさせている要因の１つであることを発見した。

そこで、本開示の冷凍装置を用いた油冷却装置１０では、凝縮器３(熱交換器)に対して間隔Ｄをあけてフィルタ１３を筐体１１の吸込口１２に取り付けている。これによって、オイルミスト雰囲気の環境下に設置された油冷却装置１０は、オイルミストを含む空気がフィルタ１３を介して凝縮器３に供給されて空気中の油分がフィルタ１３に捕捉されても、フィルタ１３に捕捉された油分が凝縮器３側に伝って移動することが容易にできないので、凝縮器３の目詰まりを抑制することができる。

また、フィルタ１３に捕捉された油分が下方に流れ落ちると共に、凝縮器３の前面側に付着した油分が下方に流れ落ちて、凝縮器３とフィルタ１３との間の空間Ａの下方に設けられた油受け部３１で受ける。油受け部３１で受けた油は、案内経路３２により油溜め部３３に案内される。これにより、装置周辺を油で汚すことなく、フィルタ１３や凝縮器３に付着した油分を油溜め部３３に溜めてまとめて処理できる。

また、凝縮器３の板状の複数のフィン３ａを互いに平行にかつ上下方向に沿って配置することによって、図４の矢印で示すように、凝縮器３の前面側に付着した油分がスムーズに下方に流れ落ちるので、フィン３ａ間に油滴が留まって目詰まりするのを効果的に抑制できる。

また、フィルタ１３の表面に付着した油滴を下方に案内するようにフィルタ１３が構成されているので、図４の矢印で示すように、フィルタ１３に付着した油分がスムーズに下方に流れ落ちて、フィルタ１３に油滴が留まって目詰まりするのを効果的に抑制できる。

また、図４に示すように、筐体１１にフィルタ１３を取り付けるための取付枠２０の下側枠部２２が凝縮器３側かつ下方に向かって傾斜していることによって、フィルタ１３の表面に付着して下方に流れ落ちた油滴を、取付枠２０の下側枠部２２の傾斜に沿って凝縮器３側の下方に集めて、凝縮器３の前面(吸込口１２側)に付着して下方に流れ落ちた油滴といっしょに処理できる。

また、上記第１実施形態では、オイルミスト雰囲気において凝縮器３(第１の熱交換器)の目詰まりを抑制できる油冷却装置１０を実現することができる。これにより、メンテナンス作業のコストを低減できると共に、工作機械１００の稼働率の低下を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
本開示の第２実施形態の冷凍装置を用いた液冷却装置である。この液冷却装置は、オイルミスト雰囲気で使用され、第１実施形態の油冷却装置１０に用いられた冷凍装置と同様の構成の冷凍装置により切削液を冷却する。

上記第２実施形態の液冷却装置は、第１実施形態の油冷却装置１０と同様の効果を有する。

上記第１,第２実施形態では、工作機械１００の油(作動油や潤滑油)を冷却する冷凍装置を用いた油冷却装置１０、および、切削液を冷却する冷凍装置を用いた液冷却装置について説明したが、他の液体を冷却する液冷却装置にこの発明の冷凍装置を適用してもよい。

〔第３実施形態〕
本開示の第３実施形態の冷凍装置の一例としての空気調和機である。この空気調和機は、オイルミスト雰囲気で使用され、第１実施形態の油冷却装置１０に用いられた冷凍装置と同様の構成の冷凍装置により冷房または暖房の少なくとも一方の空調運転を行う。

上記第３実施形態の空気調和機は、第１実施形態の油冷却装置１０と同様の効果を有する。

また、上記第１～第３実施形態では、油(作動油や潤滑油)を冷却する冷凍装置や切削液を冷却する冷凍装置および空気調和機について説明したが、オイルミスト雰囲気で使用される他の構成の冷凍装置にこの発明を適用してもよい。この場合、オイルミストを含む空気がフィルタを介して吸い込まれて供給される熱交換器は、凝縮器として機能する熱交換器であってもよいし、蒸発器として機能する熱交換器であってもよい。

本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第１～第３実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…圧縮機
２…四路切換弁
３…凝縮器(第１の熱交換器)
４…蒸発器(第２の熱交換器)
５…アキュムレータ
６…送風ファン
１０…油冷却装置
１１…筐体
１２…吸込口
１３…フィルタ
１４…吹出口
２０…取付枠
２１…上側枠部
２２…下側枠部
３０…底フレーム
３１…油受け部
３２…案内経路
３３…油溜め部
５０…制御装置
１００…工作機械
ＥＶ…電子膨張弁
ＨＧＢ…ホットガスパイパス弁
Ｌ１,Ｌ２,Ｌ３,Ｌ４…配管
Ｌ１０…ホットガスパイパス配管
Ｐ…循環ポンプ
ＲＣ…冷媒回路
Ｔ…油タンク
Ｖ１,Ｖ２…閉鎖弁

Claims (5)

1. 熱交換器(３)を有する冷媒回路(ＲＣ)と、
   少なくとも上記熱交換器(３)が収容され、上記熱交換器(３)の上流側に吸込口(１２)が設けられた筐体(１１)と、
   上記筐体(１１)の上記吸込口(１２)に取り付けられ、ろ材(１３ａ)を有するフィルタ(１３)と、
   上記熱交換器(３)と上記フィルタ(１３)との間の空間の下方に設けられた油受け部(３１)と、
   上記筐体(１１)に上記フィルタ(１３)を取り付けるための取付枠(２０)と、
   上記油受け部(３１)からの油を案内する案内経路(３２)と、
   上記熱交換器(３)の下方にも設けられ、上記案内経路(３２)により案内された油を溜める油溜め部(３３)と
   を備え、
   上記フィルタ(１３)は、上記熱交換器(３)近傍に沿うように上記熱交換器(３)に対して間隔をあけて上記筐体(１１)の吸込口(１２)に取り付けられており、
   オイルミストを含む空気が上記フィルタ(１３)を介して上記熱交換器(３)に供給されるとき、上記オイルミストを含む空気中の油分の少なくとも一部が上記フィルタ(１３)に捕捉されると共に、上記油受け部(３１)が、上記フィルタ(１３)に捕捉されて下方に流れ落ちた油分と、上記熱交換器(３)の前面側に付着して下方に流れ落ちた油分とを受け、
   上記フィルタ(１３)の表面に付着して下方に流れ落ちた油滴が、上記取付枠(２０)の下側枠部(２２)の傾斜に沿って流れることによって、上記熱交換器(３)の下方の上記油溜め部(３３)に集まるように、上記取付枠(２０)の下側枠部(２２)が上記熱交換器(３)側かつ下方に向かって傾斜していることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１に記載の冷凍装置において、
   上記フィルタ(１３)の上記ろ材(１３ａ)は、蛇腹状に折り曲げられていることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１または２に記載の冷凍装置において、
   上記熱交換器(３)の板状の複数のフィン(３ａ)が互いに平行にかつ上下方向に沿って配置されていることを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１つに記載の冷凍装置において、
   上記フィルタ(１３)の表面に付着した油滴を下方に案内するように上記フィルタ(１３)が構成されていることを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１つに記載の冷凍装置を備え、
   上記冷凍装置の上記冷媒回路(ＲＣ)は、凝縮器として機能する第１の上記熱交換器(３)と、蒸発器として機能する第２の熱交換器(４)とを有し、
   上記第２の熱交換器(４)により油を冷却することを特徴とする油冷却装置。

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