JP7372136B2

JP7372136B2 - 油分離装置および油分離方法

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Publication number: JP7372136B2
Application number: JP2019232604A
Authority: JP
Inventors: 匠白戸; 延王大須賀; 浩康大平; 敬士北原
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: JP2021101134A

Description

本発明は、蒸発器に滞留した不溶性冷凍機油を冷媒から分離する油分離装置および油分離方法に関する。

オゾン層破壊防止や温暖化防止等の観点から、室内の空調や食品などの冷凍に用いる冷凍装置の冷媒として、冷却性能は高いが毒性があるＮＨ_３を一次冷媒とし、無毒及び無臭のＣＯ_２を二次冷媒とした、冷凍装置が広く用いられている。

ＮＨ_３冷媒は、他の冷媒と比べてＣＯＰ（成績係数）が高く、またアルキルベンゼンなどの不溶性冷凍機油が溶解しないため、ＮＨ_３冷媒は、冷媒として長期にわたって安定する利点がある。

一方、ＮＨ_３冷媒に不溶性冷凍機油を用いた場合、不溶性冷凍機油はＮＨ_３冷媒から分離して機器類の底部に溜まりやすい。特に、低温の蒸発器では、冷凍機油の粘度が高くなるために、蒸発器に浸入した冷凍機油は徐々に蓄積し、蒸発器の性能を劣化させるおそれがある。このため、蒸発器に滞留した冷凍機油を回収する必要がある。

これに関連して、例えば下記の特許文献１には、フロートセンサの位置センサでフロートの上下方向位置を検出し、位置センサによる検出値が上限閾値を超えたら、第１の開閉弁、第２の開閉弁、および第３の開閉弁を制御して、圧縮機の冷媒吐出路から高圧の冷媒ガスを油戻し路に供給して、フロートセンサの滞留空間に溜まって冷凍機油を油戻し路に流出させ、冷媒流入路に戻す油分離装置が開示されている。

この油分離装置によれば、滞留空間に溜まった冷凍機油を分離して、圧縮機入口の冷媒流入路に戻すことができる。

特許６３８５００２号公報

しかしながら、上述した油分離装置では、第１の開閉弁として、モータバルブが用いられているため、バルブを駆動するためのモーター、およびモーターを駆動するためのアクチュエータ等が必要となるため、装置が大きくなる。さらに、第２の開閉弁および第３の開閉弁に加えて、第１の開閉弁の制御も必要となり制御が煩雑である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、装置の複雑化を抑制しつつ、制御部による第１の開閉弁の制御を行うことなく、蒸発器に溜まった不溶性冷凍機油を冷媒から分離することのできる油分離装置および油分離方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る油分離装置は、冷媒回路と、圧縮機と、蒸発器と、を有する冷凍装置において、前記冷媒回路を循環する冷媒より比重が大きく前記蒸発器に滞留した不溶性冷凍機油を前記冷媒から分離する油分離装置である。油分離装置は、前記圧縮機の冷媒吸入路および前記蒸発器に接続された油戻し路と、前記油戻し路に設けられ、内部に前記不溶性冷凍機油を貯留可能であるとともに、前記不溶性冷凍機油の貯留量を検出可能なフロートセンサと、前記蒸発器および前記フロートセンサの間の前記油戻し路に設けられる第１の開閉弁と、前記フロートセンサよりも下流側の前記油戻し路に設けられる第２の開閉弁と、前記圧縮機の冷媒吐出路および前記第１の開閉弁に接続された高圧冷媒導入路と、前記高圧冷媒導入路に設けられた第３の開閉弁と、前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が上限閾値を超えたとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を開放することによって前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が下限閾値を下回ったとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を閉鎖することによって前記第１の開閉弁を開放する制御部と、を有する。前記第１の開閉弁は、ケーシングと、前記ケーシングの内部に設けられ、高圧の前記冷媒が流入することによって前記ケーシングの延在方向に沿ってスライド移動可能に構成される弁体と、前記弁体を付勢するように前記ケーシングの内部に設けられる付勢部材と、を有する。前記弁体は、前記第１の開閉弁が閉鎖した状態において高圧の前記冷媒が前記フロートセンサに移動可能に構成されるとともに、前記第１の開閉弁が開放した状態において高圧の前記冷媒が通過不能に構成される移動孔を有する。

また、上記目的を達成する本発明に係る油分離方法は、冷媒回路と、圧縮機と、蒸発器と、を有する冷凍装置において、前記冷媒回路を循環する冷媒より比重が大きく前記蒸発器に滞留した不溶性冷凍機油を前記冷媒から分離する油分離方法である。油分離装置は、前記圧縮機の冷媒吸入路および前記蒸発器に接続された油戻し路と、前記油戻し路に設けられ、内部に前記不溶性冷凍機油を貯留可能であるとともに、前記不溶性冷凍機油の貯留量を検出可能なフロートセンサと、前記蒸発器および前記フロートセンサの間の前記油戻し路に設けられる第１の開閉弁と、前記フロートセンサよりも下流側の前記油戻し路に設けられる第２の開閉弁と、前記圧縮機の冷媒吐出路および前記第１の開閉弁に接続された高圧冷媒導入路と、前記高圧冷媒導入路に設けられた第３の開閉弁と、を有する。また、前記第１の開閉弁は、ケーシングと、前記ケーシングの内部に設けられ、高圧の前記冷媒が流入することによって前記ケーシングの延在方向に沿ってスライド移動可能に構成される弁体と、前記弁体を付勢するように前記ケーシングの内部に設けられる付勢部材と、を有する。前記弁体は、前記第１の開閉弁が閉鎖した状態において高圧の前記冷媒が前記フロートセンサに移動可能に構成されるとともに、前記第１の開閉弁が開放した状態において高圧の前記冷媒が通過不能に構成される移動孔を有する。前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が上限閾値を超えたとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を開放することによって前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が下限閾値を下回ったとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を閉鎖することによって前記第１の開閉弁を開放する。

上述の油分離装置および油分離方法によれば、第１の開閉弁がケーシング、弁体、および付勢部材からなるため、先行技術文献に開示された第１の開閉弁がモータバルブである構成よりも装置の複雑化を抑制することができる。また、制御部が第２の開閉弁および第３の開閉弁を開くことによって、自動的に第１の開閉弁が閉じるとともに、制御部が第２の開閉弁および第３の開閉弁を閉じることによって、自動的に第１の開閉弁が開く。このため、制御部による第１の開閉弁の制御を行う必要がない。以上から、装置の複雑化を抑制しつつ、制御部による第１の開閉弁の制御を行うことなく、蒸発器に溜まった不溶性冷凍機油を冷媒から分離することができる。

本発明の実施形態に係る油分離装置を備える冷凍装置の系統図である。本実施形態に係る油分離装置の一部を示す概略図であって、第１の開閉弁が開放した状態を示す概略図である。本実施形態に係る油分離装置の一部を示す概略図であって、第１の開閉弁が閉鎖した状態を示す概略図である。

本発明の実施形態を、図１～図３を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る油分離装置７０を備える冷凍装置１の系統図である。図２は、本実施形態に係る油分離装置７０の一部を示す概略図であって、第１の開閉弁７３が開放した状態を示す概略図である。図３は、本実施形態に係る油分離装置７０の一部を示す概略図であって、第１の開閉弁７３が閉鎖した状態を示す概略図である。

まず、本発明の実施形態に係る油分離装置７０が用いられる冷凍装置１の構成について説明する。冷凍装置１は、図１に示すように、ＮＨ_３冷媒が循環する一次冷媒回路１０と、ＣＯ_２冷媒が循環する二次冷媒回路２０と、一次冷媒回路１０上に設けられる圧縮機３０と、一次冷媒回路１０上に設けられる凝縮器４０と、一次冷媒回路１０上に設けられる蒸発器５０と、二次冷媒回路２０上に設けられるＣＯ_２受液器６０と、蒸発器５０に溜まった不溶性冷凍機油ＲをＮＨ_３冷媒と分離する油分離装置７０と、を有する。

蒸発器５０において、ガス状のＣＯ_２冷媒の熱により蒸発したＮＨ_３冷媒ガスは圧縮機３０によって圧縮され、高温高圧のＮＨ_３冷媒ガスは凝縮器４０において冷却されて凝縮し、液化したＮＨ_３冷媒液は膨張弁４５に送られて膨張され、低圧ＮＨ_３冷媒液は蒸発器５０に送られてガス状のＣＯ_２冷媒の冷却に用いられる。

不溶性冷凍機油Ｒとしては、ＮＨ_３冷媒に対して潤滑性能が良好なものであって、ＮＨ_３冷媒および後述するフロート７２Ａよりも比重が大きいものが用いられる。このような不溶性冷凍機油Ｒとしては、例えば、アルキルベンゼン等を挙げることができる。不溶性冷凍機油Ｒは、ＮＨ_３冷媒との分離性が良好で、かつ高い潤滑性能を保持できる。

一次冷媒回路１０は、圧縮機３０から吐出された冷媒が流れる冷媒吐出路１１と、蒸発器５０から流出された冷媒が圧縮機３０に向けて流れる冷媒吸入路１２と、を有する。

二次冷媒回路２０は、ＣＯ_２冷媒液を冷却負荷に送るＣＯ_２送り路２１と、冷却負荷からＣＯ_２冷媒液ガスが戻るＣＯ_２戻り路２２と、を有する。

一次冷媒回路１０および二次冷媒回路２０は、図１に示すように、蒸発器５０において接続されている。

圧縮機３０は、本実施形態において、半密閉型の単機２段往復動式圧縮機であり、互いに接続された低段圧縮部および高段圧縮部で構成されている。なお、圧縮機３０は、単機２段往復動式圧縮機に限定されない。圧縮機３０は、ＮＨ_３冷媒より比重が重い不溶性冷凍機油Ｒを用いる。

圧縮機３０は、駆動装置としてハーチメックモーター（不図示）を有しており、ハーチメックモーターには、冷却水路（不図示）が接続されている。

圧縮機３０から吐出されたＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒吐出路１１を介して、凝縮器４０に送られ、凝縮される。

凝縮器４０は、本実施形態において、シェルアンドチューブ型熱交換器で構成される。

凝縮器４０には、冷却回路４１が導設されている。冷却回路４１を循環する液体としては、冷凍装置１の停止中に冷却回路４１に滞留した液体の凍結事故を防ぐ観点から、不凍液を用いることが好ましい。冷却回路４１を循環する不凍液は、凝縮器４０でＮＨ_３冷媒によって加熱される。なお、冷却回路４１を循環する液体としては、不凍液に限定されず、冷却水であってもよい。

冷却回路４１は、冷却塔４２に接続される。不凍液は、冷却水ポンプ４３によって、冷却回路４１を循環する。凝縮器４０でＮＨ_３冷媒の排熱を吸収した不凍液は、冷却塔４２で外気および散布水と接触し、散布水の蒸発潜熱によって冷却される。

蒸発器５０は、シェルアンドチューブ型満液式で構成され、シェル側にＮＨ_３冷媒が導入され、チューブ（伝熱管）側にＣＯ_２冷媒が導入される。蒸発器５０の内部には、多数の伝熱管が配置されている。蒸発器５０は、二次冷媒回路２０のＣＯ_２送り路２１およびＣＯ_２戻り路２２が接続されている。

蒸発器５０の上部には、一次冷媒回路１０の冷媒吸入路１２が接続されている。

膨張弁４５を経て、蒸発器５０に流入したＮＨ_３冷媒液は、ＣＯ_２戻り路２２から戻ったＣＯ_２冷媒から蒸発潜熱を吸収して気化するとともに、ＣＯ_２冷媒を液化する。気化したＮＨ_３冷媒は、冷媒吸入路１２を経て、圧縮機３０に吸入される。液化したＣＯ_２冷媒液は、ＣＯ_２送り路２１を通って、ＣＯ_２受液器６０に送られる。

ＣＯ_２受液器６０は、ＣＯ_２冷媒を貯留する。ＣＯ_２受液器６０には、二次冷媒回路２０のＣＯ_２送り路２１およびＣＯ_２戻り路２２が接続されている。

油分離装置７０は、蒸発器５０に貯留したＮＨ_３冷媒から不溶性冷凍機油Ｒを分離する。油分離装置７０は、図１に示すように、冷媒吸入路１２および蒸発器５０に接続された油戻し路７１と、油戻し路７１に設けられるフロートセンサ７２と、蒸発器５０およびフロートセンサ７２の間の油戻し路７１に設けられる第１の開閉弁７３と、フロートセンサ７２よりも下流側の油戻し路７１に設けられる第２の開閉弁７４と、冷媒吐出路１１および第１の開閉弁７３に接続された高圧冷媒導入路７５と、高圧冷媒導入路７５に設けられた第３の開閉弁７６と、第１の開閉弁７３、第２の開閉弁７４、および第３の開閉弁７６の開閉を制御する制御部（不図示）と、を有する。

油戻し路７１は、図１に示すように、蒸発器５０の下部および一次冷媒回路１０の冷媒吸入路１２に接続される。油戻し路７１には、上流側から順に、第１の開閉弁７３、フロートセンサ７２、および第２の開閉弁７４が配置されている。

フロートセンサ７２は、図１に示すように、油戻し路７１において、第１の開閉弁７３および第２の開閉弁７４の間に設けられる。フロートセンサ７２は、図２に示すように、内部に不溶性冷凍機油Ｒの貯留空間Ｓを有し、貯留空間Ｓに貯留した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量を検出可能である。

フロートセンサ７２は、図２、図３に示すように、ＮＨ_３冷媒および不溶性冷凍機油Ｒの中間の比重を有するフロート７２Ａと、貯留空間Ｓを備え貯留空間Ｓにフロート７２Ａが上下移動可能に収容される収容部７２Ｂと、貯留空間Ｓに流入した不溶性冷凍機油Ｒによって浮上するフロート７２Ａの上下の位置を検出し、この検出値を制御部に送る位置センサ７２Ｃと、フロート７２Ａに接続され上下方向に往復移動可能なロッド７２Ｄと、ケーシング７２Ｅと、不溶性冷凍機油ＲおよびＮＨ_３冷媒が流入する入口開口部７２Ｆと、不溶性冷凍機油Ｒが流出する出口開口部７２Ｇと、を有する。

フロート７２Ａの上端にケーシング７２Ｅの軸方向に沿って配置されたロッド７２Ｄが装着されている。

位置センサ７２Ｃは、ロッド７２Ｄの上下方向の所定の位置を検出することによって、フロート７２Ａの上下方向の位置を検出する。

位置センサ７２Ｃは、ロッド７２Ｄの上下方向位置を検出することで、フロート７２Ａの上下方向位置を検出し、この検出信号を制御部に送る。

ロッド７２Ｄは、上下移動可能に設けられ、ロッド７２Ｄの上端は、位置センサ７２Ｃの高さまで達している。

ケーシング７２Ｅは、図２、図３に示すように、内部に貯留空間Ｓが設けられる。

入口開口部７２Ｆは、ケーシング７２Ｅの側壁に設けられる。出口開口部７２Ｇはケーシング７２Ｅの底壁に設けられる。

第１の開閉弁７３は、図１に示すように、蒸発器５０およびフロートセンサ７２の間の油戻し路７１に設けられる。第１の開閉弁７３は、高圧冷媒導入路７５が接続される。

第１の開閉弁７３は、図２、図３に示すように、ケーシング７３Ａと、ケーシング７３Ａの内部に設けられ、高圧のＮＨ_３冷媒が流入することによってケーシング７３Ａの延在方向（上下方向）に沿ってスライド移動可能に構成される弁体７３Ｂと、弁体７３Ｂを付勢するようにケーシング７３Ａの内部に設けられる付勢部材７３Ｃと、を有する。

ケーシング７３Ａは、内部に弁体７３Ｂおよび付勢部材７３Ｃが収容される。ケーシング７３Ａは、図２、図３に示すように、左側壁に開口部７３Ｋが設けられる。開口部７３Ｋは、第１の開閉弁７３が開放した状態（不溶性冷凍機油ＲおよびＮＨ_３冷媒が流通可能な状態であって、高圧のＮＨ_３冷媒が流通不能の状態）において（図２の状態）、蒸発器５０からの不溶性冷凍機油ＲおよびＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に向けて流通する。また、開口部７３Ｋは、第１の開閉弁７３が閉鎖した状態（不溶性冷凍機油ＲおよびＮＨ_３冷媒が流通不能な状態であって、高圧のＮＨ_３冷媒が流通可能の状態）において（図３の状態）、高圧冷媒導入路７５から高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に向けて流通する。

ケーシング７３Ａには、弁体７３Ｂの底面が着座するように、第１座面７３Ｅが形成されている。

ケーシング７３Ａには、付勢部材７３Ｃの底面が着座するように、第２座面７３Ｑが形成されている。

弁体７３Ｂは、図２、図３に示すように、ケーシング７３Ａの内部であって、付勢部材７３Ｃの上方に設けられる。弁体７３Ｂは、高圧冷媒導入路７５を流れてきた高圧のＮＨ_３冷媒が流入する空間部７３Ｓと、移動孔７３Ｈと、連通孔７３Ｇと、を有する。

移動孔７３Ｈは、図３に示すように、第１の開閉弁７３が閉鎖した状態において、高圧のＮＨ_３冷媒が、移動孔７３Ｈおよび開口部７３Ｋを介して、フロートセンサ７２に流入可能に構成されている。また、移動孔７３Ｈは、図２に示すように、第１の開閉弁７３が開放した状態において、高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に流入不可に構成される。

連通孔７３Ｇは、図２、図３に示すように、弁体７３Ｂの空間部７３Ｓおよび付勢部材７３Ｃを連通する。

弁体７３Ｂの下部には、付勢部材７３Ｃが着座する第３座面７３Ｐが形成されている。

付勢部材７３Ｃは、図２、図３に示すように、ケーシング７３Ａの内部であって、弁体７３Ｂの下方に設けられる。付勢部材７３Ｃは、バネである。付勢部材７３Ｃは、弁体７３Ｂに対して付勢力を付与している。

弁体７３Ｂの空間部７３Ｓに貯留される高圧のＮＨ_３冷媒が所定の量未満の場合、弁体７３Ｂの付勢力は、高圧のＮＨ_３冷媒による弁体７３Ｂを下に移動させる力よりも大きくなり、弁体７３Ｂを上側に移動させた状態を維持し（図２参照）、第１の開閉弁７３が開放された状態になる。このとき、蒸発器５０に貯留された不溶性冷凍機油Ｒは、油戻し路７１を介して、第１の開閉弁７３を流れて、フロートセンサ７２の貯留空間Ｓに貯留される。

一方、弁体７３Ｂの空間部７３Ｓに貯留される高圧のＮＨ_３冷媒が所定の量以上の場合、弁体７３Ｂの付勢力は、ＮＨ_３冷媒による弁体７３Ｂを下に移動させる力よりも小さくなり、弁体７３Ｂが下側に移動して（図３参照）、第１の開閉弁７３が閉鎖された状態になる。このとき、弁体７３Ｂに設けられた移動孔７３Ｈおよびケーシング７３Ａに設けられた開口部７３Ｋが連通して、高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に移動する。そして、フロートセンサ７２に移動した高圧のＮＨ_３冷媒によって、フロートセンサ７２の貯留空間Ｓに貯留された不溶性冷凍機油Ｒが冷媒吸入路１２に戻される。

第２の開閉弁７４は、図１に示すように、フロートセンサ７２よりも下流側の油戻し路７１に設けられる。

高圧冷媒導入路７５は、図１に示すように、第１の開閉弁７３の弁体７３Ｂおよび一次冷媒回路１０の冷媒吐出路１１に接続されている。高圧冷媒導入路７５には、第３の開閉弁７６が配置されている。

第３の開閉弁７６は、図１に示すように、高圧冷媒導入路７５に配置されている。

上記のように構成された油分離装置７０では、油戻し路７１からＮＨ_３冷媒および不溶性冷凍機油Ｒの混合物が、入口開口部７２Ｆを介して貯留空間Ｓに流入すると、混合物は比重差によって、ＮＨ_３冷媒が不溶性冷凍機油Ｒの上方に位置し、不溶性冷凍機油Ｒがケーシング７２Ｅの底部に溜まる。

また、フロート７２Ａは、ＮＨ_３冷媒および不溶性冷凍機油Ｒの中間の比重を有するため、ＮＨ_３冷媒には浮かず、不溶性冷凍機油Ｒのみに浮く。このため、不溶性冷凍機油Ｒのみを出口開口部７２Ｇから油戻し路７１に流出させることができる。

出口開口部７２Ｇの周囲の内壁には、周方向に突起７９が部分的に形成されている。突起７９によってフロート７２Ａが最下端位置にあるときでも、フロート７２Ａが出口開口部７２Ｇを塞ぐことを防止できる。

制御部は、フロートセンサ７２で検出した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量に応じて、第１の開閉弁７３、第２の開閉弁７４、および第３の開閉弁７６の開閉を制御して油戻し路７１を開閉し、フロートセンサ７２に貯留された不溶性冷凍機油Ｒを一次冷媒回路１０の冷媒吸入路１２に戻す。

以下、上述した実施形態に係る油分離装置７０の油分離方法について説明する。

制御部は、位置センサ７２Ｃの検出値が上限閾値を超えたとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を開く。これによって、高圧冷媒導入路７５を介して高圧のＮＨ_３冷媒が第１の開閉弁７３の弁体７３Ｂに流入する。そして、弁体７３Ｂに流入した高圧のＮＨ_３冷媒によって、弁体７３Ｂが付勢部材７３Ｃの付勢力に勝って、図２の下向きに移動する（図３参照）。すなわち、第１の開閉弁７３は、図３に示すように、閉じられた状態になる。そして、弁体７３Ｂに設けられた移動孔７３Ｈおよびケーシング７３Ａに設けられた開口部７３Ｋが連通して、高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に移動する。そして、フロートセンサ７２に移動した高圧のＮＨ_３冷媒によって、フロートセンサ７２の貯留空間Ｓに貯留された不溶性冷凍機油Ｒが冷媒吸入路１２に戻される。

一方、制御部は、位置センサ７２Ｃの検出値が下限閾値を下回ったとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を閉じる。これによって、第１の開閉弁７３の弁体７３Ｂに供給されていた高圧のＮＨ_３冷媒の供給が停止される。そして、弁体７３Ｂの内部の高圧のＮＨ_３冷媒は、移動孔７３Ｈおよび連通孔７３Ｇから弁体７３Ｂの外部に漏れて、弁体７３Ｂは、付勢部材７３Ｃの付勢力に負けて、図２の上向きに移動する（図２参照）。すなわち、第１の開閉弁７３は、図２に示すように、開いた状態になる。そして、蒸発器５０に貯留された不溶性冷凍機油Ｒは、油戻し路７１を介して、第１の開閉弁７３を流れて、フロートセンサ７２の貯留空間Ｓに貯留される。

以上説明したように、本実施形態に係る油分離装置７０は、一次冷媒回路１０と、圧縮機３０と、蒸発器５０と、を有する冷凍装置１において、一次冷媒回路１０を循環するＮＨ_３冷媒より比重が大きく蒸発器５０に滞留した不溶性冷凍機油ＲをＮＨ_３冷媒から分離する油分離装置７０である。油分離装置７０は、冷媒回路１０の冷媒吸入路１２および蒸発器５０に接続された油戻し路７１と、油戻し路７１に設けられ、内部に不溶性冷凍機油Ｒを貯留可能であるとともに、不溶性冷凍機油Ｒの貯留量を検出可能なフロートセンサ７２と、蒸発器５０およびフロートセンサ７２の間の油戻し路７１に設けられる第１の開閉弁７３と、フロートセンサ７２よりも下流側の油戻し路７１に設けられる第２の開閉弁７４と、一次冷媒回路１０の冷媒吐出路１１および第１の開閉弁７３に接続された高圧冷媒導入路７５と、高圧冷媒導入路７５に設けられた第３の開閉弁７６と、フロートセンサ７２で検出した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量が上限閾値を超えたとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を開放することによって、第１の開閉弁７３を閉鎖し、フロートセンサ７２で検出した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量が下限閾値を下回ったとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を閉鎖することによって第１の開閉弁７３を開放する制御部と、を有する。第１の開閉弁７３は、ケーシング７３Ａと、ケーシング７３Ａの内部に設けられ、高圧のＮＨ_３冷媒が流入することによってケーシング７３Ａの延在方向に沿ってスライド移動可能に構成される弁体７３Ｂと、弁体７３Ｂを付勢するようにケーシング７３Ａの内部に設けられる付勢部材７３Ｃと、を有する。弁体７３Ｂは、第１の開閉弁７３が閉鎖した状態において高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に流入可能に構成されるとともに第１の開閉弁７３が開放した状態において高圧のＮＨ_３冷媒がフロートセンサ７２に流入不可に構成される移動孔７３Ｈを有する。このように構成された油分離装置７０によれば、第１の開閉弁７３がケーシング７３Ａ、弁体７３Ｂ、および付勢部材７３Ｃからなるため、先行技術文献に開示された第１の開閉弁がモータバルブである構成よりも装置の複雑化を抑制することができる。また、制御部が第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を開くことによって、自動的に第１の開閉弁７３が閉じるとともに、制御部が第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を閉じることによって、自動的に第１の開閉弁が開く。このため、制御部による第１の開閉弁の制御を行う必要がない。以上から、装置の複雑化を抑制しつつ、制御部による第１の開閉弁７３の制御を行うことなく、蒸発器５０に溜まった不溶性冷凍機油ＲをＮＨ_３冷媒から分離することができる。

また、弁体７３Ｂは、弁体７３Ｂの空間部７３Ｓおよび付勢部材７３Ｃの間を連通する連通孔７３Ｇを有する。このように構成された油分離装置７０によれば、連通孔７３Ｇを介して、弁体７３Ｂの空間部７３Ｓに貯留された高圧のＮＨ_３冷媒を外部に放出することができるため、好適に、第１の開閉弁７３を開放状態に切り替えることができる。

また、冷媒はＮＨ_３冷媒であって、不溶性冷凍機油Ｒは、ＮＨ_３冷媒に対して不溶性を有する。このように構成された油分離装置７０によれば、ＮＨ_３冷媒が循環する冷凍装置１に好適に用いることができる。

また、以上説明したように、本実施形態に係る油分離装置７０の油分離方法は、一次冷媒回路１０と、圧縮機３０と、蒸発器５０と、を有する冷凍装置１において、一次冷媒回路１０を循環するＮＨ_３冷媒より比重が大きく蒸発器５０に滞留した不溶性冷凍機油ＲをＮＨ_３冷媒から分離する油分離方法である。油分離方法では、フロートセンサ７２で検出した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量が上限閾値を超えたとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を開放することによって第１の開閉弁７３を閉鎖し、フロートセンサ７２で検出した不溶性冷凍機油Ｒの貯留量が下限閾値を下回ったとき、第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を閉鎖することによって、第１の開閉弁７３を開放する。この油分離方法によれば、第１の開閉弁７３がケーシング７３Ａ、弁体７３Ｂ、および付勢部材７３Ｃからなるため、先行技術文献に開示された第１の開閉弁がモータバルブである構成よりも装置の複雑化を抑制することができる。また、制御部が第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を開くことによって、自動的に第１の開閉弁７３が閉じるとともに、制御部が第２の開閉弁７４および第３の開閉弁７６を閉じることによって、自動的に第１の開閉弁が開く。このため、制御部による第１の開閉弁の制御を行う必要がない。以上から、装置の複雑化を抑制しつつ、制御部による第１の開閉弁７３の制御を行うことなく、蒸発器５０に溜まった不溶性冷凍機油ＲをＮＨ_３冷媒から分離することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した実施形態では、一次冷媒回路１０を循環する冷媒としてＮＨ_３冷媒を、二次冷媒回路２０を循環する冷媒としてＣＯ_２冷媒をそれぞれ用いたが、これらに限定されない。

また、上述した実施形態では、弁体７３Ｂは、連通孔７３Ｇを有していたが、弁体は、連通孔を有していなくてもよい。

また、上述した実施形態では、二次冷媒回路２０を循環する冷媒はＣＯ_２冷媒であったが、これに限定されず、不凍液（ブライン）または冷却水であってもよい。

１冷凍装置、
１０一次冷媒回路、
２０二次冷媒回路、
３０圧縮機、
４０凝縮器、
５０蒸発器、
７０油分離装置、
７１油戻し路、
７２フロートセンサ、
７３第１の開閉弁、
７３Ａケーシング、
７３Ｂ弁体、
７３Ｃ付勢部材、
７３Ｇ連通孔、
７３Ｈ移動孔、
７４第２の開閉弁、
７５高圧冷媒導入路、
７６第３の開閉弁、
Ｒ不溶性冷凍機油、
Ｓ貯留空間。

Claims

冷媒回路と、圧縮機と、蒸発器と、を有する冷凍装置において、前記冷媒回路を循環する冷媒より比重が大きく前記蒸発器に滞留した不溶性冷凍機油を前記冷媒から分離する油分離装置であって、
前記冷媒回路の冷媒吸入路および前記蒸発器に接続された油戻し路と、
前記油戻し路に設けられ、内部に前記不溶性冷凍機油を貯留可能であるとともに、前記不溶性冷凍機油の貯留量を検出可能なフロートセンサと、
前記蒸発器および前記フロートセンサの間の前記油戻し路に設けられる第１の開閉弁と、
前記フロートセンサよりも下流側の前記油戻し路に設けられる第２の開閉弁と、
前記冷媒回路の冷媒吐出路および前記第１の開閉弁に接続された高圧冷媒導入路と、
前記高圧冷媒導入路に設けられた第３の開閉弁と、
前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が上限閾値を超えたとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を開放することによって前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が下限閾値を下回ったとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を閉鎖することによって前記第１の開閉弁を開放する制御部と、を有し、
前記第１の開閉弁は、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に設けられ、高圧の前記冷媒が流入することによって前記ケーシングの延在方向に沿ってスライド移動可能に構成される弁体と、
前記弁体を付勢するように前記ケーシングの内部に設けられる付勢部材と、を有し、
前記弁体は、前記第１の開閉弁が閉鎖した状態において高圧の前記冷媒が前記フロートセンサに流入可能に構成されるとともに、前記第１の開閉弁が開放した状態において高圧の前記冷媒が前記フロートセンサに流入不可に構成される移動孔を有する、油分離装置。
前記弁体は、前記弁体の空間部および前記付勢部材の間を連通する連通孔を有する、請求項１に記載の油分離装置。
前記冷媒はＮＨ_３冷媒であって、
前記不溶性冷凍機油は、前記ＮＨ_３冷媒に対して不溶性を有する、請求項１または２に記載の油分離装置。
冷媒回路と、圧縮機と、蒸発器と、を有する冷凍装置において、前記冷媒回路を循環する冷媒より比重が大きく前記蒸発器に滞留した不溶性冷凍機油を前記冷媒から分離する油分離方法であって、
前記圧縮機の冷媒吸入路および前記蒸発器に接続された油戻し路と、
前記油戻し路に設けられ、内部に前記不溶性冷凍機油を貯留可能であるとともに、前記不溶性冷凍機油の貯留量を検出可能なフロートセンサと、
前記蒸発器および前記フロートセンサの間の前記油戻し路に設けられる第１の開閉弁と、
前記フロートセンサよりも下流側の前記油戻し路に設けられる第２の開閉弁と、
前記圧縮機の冷媒吐出路および前記第１の開閉弁に接続された高圧冷媒導入路と、
前記高圧冷媒導入路に設けられた第３の開閉弁と、を有し、
前記第１の開閉弁は、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に設けられ、高圧の前記冷媒が流入することによって前記ケーシングの延在方向に沿ってスライド移動可能に構成される弁体と、
前記弁体を付勢するように前記ケーシングの内部に設けられる付勢部材と、を有し、
前記弁体は、前記第１の開閉弁が閉鎖した状態において高圧の前記冷媒が前記フロートセンサに移動可能に構成されるとともに、前記第１の開閉弁が開放した状態において高圧の前記冷媒が通過不能に構成される移動孔を有する油分離装置において、
前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が上限閾値を超えたとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を開放することによって前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記フロートセンサで検出した前記不溶性冷凍機油の貯留量が下限閾値を下回ったとき、前記第２の開閉弁および前記第３の開閉弁を閉鎖することによって前記第１の開閉弁を開放する油分離方法。