JPH0460345A - 冷凍機における圧縮機モータの過熱防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主にスクリュー式冷凍機に用いる圧縮機モー
タの過熱防止装置に関する。

（従来の技術） 従来、スクリュー式冷凍機における圧縮機モータの過熱
防止装置としては、例えば実開昭５７−１８２０５８号
公報に記載され、かつ、第８図に示したごと（、スクリ
ュー圧縮要素（ＣＦ）と、該圧縮要素（ＣＦ）を駆動す
るモータ（Ｍ）をもった圧縮機（Ｃ）を備え、この圧縮
機（Ｃ）の冷媒吐出側に、凝縮器（ＣＤ）と膨張弁（Ｅ
）及び冷却器（ＣＬ）をそれぞれ冷媒配管を介して接続
すると共に、前記圧縮要素（ＣＦ）とモータ（Ｍ）との
間に、該モータ（Ｍ）の通過後のガス温度冷媒の過熱度
を検出する温度検出器（感温筒）（Ｓ）を設けて、この
温度検出器（Ｓ）で検出される冷媒ガスの熱温度が所定
温度以上となったとき、前記膨張弁（Ｅ）を、過熱度が
一定になるように、その開度を制御して前記圧縮機（Ｃ
）側へのガス流量調整を行うことにより、前記モータ（
Ｍ）の過熱を防止するようにしたものが提案されている
。

（発明が解決しようとする課題） 所で、以上のような圧縮機モータ過熱防止装置では、第
４図に示したごとく、前記冷却器（ＣＬ）における蒸発
温度（Ｔｅ）が所定値以下で、前記凝縮器（ＣＤ）での
凝縮温度（Ｔｃ）が所定値以上のときに、つまり、同図
の二点斜線で囲まれる領域（Ａ）において、後述するよ
うに、前記モータ（Ｍ）に常設するモータ保護用サーモ
（ＣＴＰ）が作動して、冷凍機の運転が停止されるため
、該冷凍機の運転範囲が制限される問題があった。

即ち、前記モータ（Ｍ）の放熱量を（Ｑ）、熱伝達率を
（Ｋ）、伝熱面積を（Ａ）、前記モータ（Ｍ）のコイル
表面温度（Ｔｃ）と通過ガス温度（Ｔｇ）との温度差を
６７ｍとしたとき、Ｑ＝Ｋ　＠Ａ−Δ７　ｍ＊　＊　＊
　＊　ａ■となり、Ｑが小さいときは、６７ｍが小さく
なり、コイル表面温度（Ｔｃ）が低く、充分冷却される
。また、Ｑが大きくなると６７ｍが大きくなり、コイル
表面温度（Ｔｃ）が高くなって前記モータ（Ｍ）の過熱
が起こることになる。

また、第５図の実線（イ）に示した如く、前記圧縮機（
Ｃ）側への吸入冷媒量（Ｗ）は、前記冷却器（ＣＬ）で
の蒸発温度（Ｔｅ）の低下に伴って小さくなるのであっ
て、この吸入冷媒量（Ｗ）の低下により前記熱伝達率（
Ｋ）も小さくなり、前記温度差（６７ｍ）は高くなるけ
れども放熱量（Ｑ）は小さくなるのである。

所が蒸発温度（Ｔｅ）が低い場合、実際のコイル温度（
Ｔｃ）と通過ガス温度（Ｔ　ｇ）との温度差（６７ｍ）
が大きくなるため、モータ通過後の過熱度を検出してい
る前記温度検出器（Ｓ）での検出が不能になり、また、
前記熱伝達率（Ｋ）は小さくなるため、放熱量（Ｑ）の
低下以上に前記モータ（Ｍ）のコイルを冷却する冷却量
も小さくなり、前記モータ（Ｍ）のコイル温度が高くな
ってモータ保護用サーモが作動し、運転範囲を拡大でき
ないのである。

更に詳記すると、前記したように、前記熱伝達率（Ｋ）
が小となることに伴い前記放熱量（Ｑ）が小となるにも
拘らず、前記熱伝達率（Ｋ）が小となることで、つまり
、前記圧縮機（Ｃ）側への吸入冷媒量や蒸発温度が小と
なることにより、ガスによる前記モータ（Ｍ）の冷却効
率が著しく低下することから、冷凍機の運転時、蒸発温
度（Ｔｅ）が低下して前記圧縮機（Ｃ）側への吸入冷媒
量が小さくなり、熱伝達率（Ｋ）が小さくなるとき、ガ
スによる前記モータ（Ｍ）の冷却効率が低下することか
ら、このモータ（Ｍ）を通過したガス温度と、該モータ
（Ｍ）の実際のコイル温度との間に、大きな温度ギャッ
プが発生することになり、この結果、前記モータ（Ｍ）
を通過した後のガス温度を前記温度検出器（Ｓ）で検出
して、この検出結果に基づく前記膨張弁（Ｅ）の開度制
御によるガス流量調整で、前記モータ（Ｍ）の過熱を防
止するようになすときには、該モータ（Ｍ）の実際のコ
イル温度に基づくことなく、前記膨張弁（Ｅ）の開度制
御が行われるために、前記モータ（Ｍ）の正確な過熱防
止が行えず、該モータ（Ｍ）の温度が、その保護用サー
モで設定した設定温度以上に上昇して、第４図の２点斜
線で示す領域（Ａ）におい前記保護サーモが作動して前
記冷凍機の運転が中止されてしまい、該冷凍機の運転範
囲が制限されることになるのである。

本発明は以上のような問題に鑑みてなしたもので、その
目的は、モータの正確かつ確実な過熱防止を行って、冷
凍機の運転範囲を拡大することができる圧縮機モータの
過熱防止装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明にかかる圧縮機モー
タの過熱防止装置は、モータ（１ａ）におけるモータコ
イル温度を検出するコイル温度検出器（８）と、モータ
コイル温度の上昇時、所定時間、モータ負荷を軽減する
負荷軽減手段（９）とを備えたことを特徴とするもので
ある。

（作用） 冷凍機の運転時に、モータ（１ａ）のコイル温度が所定
温度以上に上昇したとき、このモータコイル温度がコイ
ル温度検出器（８）で検出され、該コイル温度検出器（
８）からの出力で負荷軽減手段（９）が作動し、この負
荷軽減手段（９）の作動でモータ負荷、即ち、モータ入
力が所定時間にわたって軽減され、これに伴い冷凍機の
能力は若干低減されるが、前記モータ（１ａ）の冷却が
確実に行われて、このモータ（１ａ）の過熱が防止され
る。しかして、以上のような冷凍機の運転時、蒸発温度
が低く吸入冷媒量が小さくなり、熱伝達率（Ｋ）が小さ
くなっても、前記コイル温度検出器（８）で前記モータ
（１ａ）の実際のコイル温度が検出されて、この検出結
果に基づく前記負荷軽減手段（９）の作動で前記モータ
（１ａ）の負荷軽減が行われるため、該モータ（１ａ）
の正確かつ確実な過熱防止が行われるのであり、従って
、前記モータ（１ａ）の保護用サーモが、第４図二点斜
線領域（Ａ）で作動したりすることがなくなって、冷凍
機の運転範囲が拡大される。

（実施例） 第１図はスクリュー冷凍機を示しており、モータ（１ａ
）と、該モータ（１ａ）で駆動されるスクリュー圧縮要
素（１ｂ）とをもつ圧縮機（１）を備え、この圧縮機（
１）の冷媒吐出側に、凝縮器（２）、中間冷却器（３）
、開閉弁（４）、膨張弁（５）及び冷却器（６）をそれ
ぞれ冷媒配管（１０）を介して接続し、前記圧縮機（１
）の圧縮要素（１ｂ）で圧縮された冷媒を、同図の実線
矢印で示したごとく、循環させるようになすと共に、前
記冷媒配管（１０）における前記凝縮器（２）の出口側
に液冷媒を分岐させる分岐管（１０ａ）を設けて中間冷
却器（３）に接続し、前記分岐管（１０ａ）に中間冷却
用膨張弁（７）を介装して、前記凝縮器（２）を通過し
た冷媒一部を、同図の点線矢印で示したごとく、前記中
間冷却器（３）で熱交換しぞ前記冷却器（６）に供給す
る液冷媒を過冷却し、また、前記中間冷却器（３）で熱
交換した前記分岐管（１０ａ）からの冷媒は蒸発し、戻
り管（１０ｂ）を介して前記圧縮要素（１ｂ）に戻るよ
うにしている。尚、同図において、（５ａ）は前記膨張
弁（５）の感温筒であり、（７ａ）は、中間冷却用膨張
弁（７）の感温筒で、吐出ガス温度の過熱度を制御して
いる。

しかして、第１図に示したものは、以上のような冷凍機
において、前記圧縮機（１）のモータ過熱防止装置を、
次のように構成したのである。

即ち、前記圧縮機（１）のモータ（１ａ）に、該モータ
（１ａ）のコイル温度を検出するコイル温度検出器（８
）を設けると共に、前記冷凍機の配管経路に、前記モー
タ（１ａ）のコイル温度が所定温度以上に上昇したとき
に、前記コイル温度検出器（８）からの出力で前記モー
タ（１ａ）の負荷を軽減する負荷軽減手段（９）を設け
たのである。

第１図に示した前記負荷軽減手段（９）は、中間冷却器
（３）の作用を中止し、中間冷却によるモータ負荷を軽
減するようにしたものである。即ち、前記分岐管（１０
ａ）における中間冷却用（７）の冷媒流入側に、前記コ
イル温度検出器（８）で開閉制御される第１開閉制御弁
（９１）を介装して、前記圧縮機（１）におけるモータ
（１ａ）のコイル表面温度が所定の設定温度以上に上昇
したとき、前記コイル温度検出器（８）から制御信号を
出力し、前記開閉制御弁（９１）を閉動作させて前記分
岐管（１０ａ）を閉じることにより、前記中間冷却器（
３）での作用を中止して、該中間冷却器（３）での中間
冷却の中止に伴い前記モータ（１ａ）の負荷、即ち、モ
ータ入力を軽減させて、冷凍機の若干の能力低減を招く
にも拘らず、前記モータ（１ａ）の過熱を防止するよう
にしたのである。

また、前記負荷軽減手段（９）としては、第２図で示し
たごとく、前記分岐管（１０ａ）における中間冷却器（
３）の冷媒流入側と流出側との間に、該中間冷却器（３
）を迂回するバイパス通路（９２）を設けると共に、こ
のバイパス通路（９２）に前記コイル温度検出器（８）
で開閉制御される第２開閉制御弁（９３）を介装させて
、前記圧縮機（１）におけるモータ（１ａ）のコイル温
度が所定の設定温度以上に上昇したとき、前記温度検出
器（８）からの出力信号で前記第２開閉制御弁（９３）
を開閉制御する如くしてもよい。この場合、中間冷却用
膨張弁（７）の感温筒（１ａ）は、前記戻り管（１０ｂ
）に設け、中間ガス温度を制御する如く成すのであって
、前記感温筒（７ａ）の動作で前記中間冷却用膨張弁（
７）が閉じるから、前記分岐管（１０ａ）から前記中間
冷却器（３）への液冷媒の流れが実質的になくなリ、前
記中間冷却器（３）での中間冷却が中止され、前例と同
様、前記モータ（１ａ）の負荷が軽減され、該モータ（
１ａ）の過熱を防止できるのである。

更に、前記負荷軽減手段（９）としては、第３図で示し
たごとく、前記冷媒配管（１０）における前記中間冷却
器（３）の冷媒流入側と流出側との間に、該中間冷却器
（３）を迂回するバイパス通路（９４）を設けると共に
、このバイパス通路（９４）に前記コイル温度検出器（
８）で開閉制御される第３開閉制御弁（９５）を介装し
て、前記圧縮機（１）におけるモータ（１ａ）のコイル
温度が所定の設定温度以上に上昇したとき、前記温度検
出器（８）からの出力信号で前記第３開閉制御弁（９５
）を開閉制御する如く成してもよい。この場合も前記中
間冷却用膨張弁（７）の感温筒（７ａ）は、前記戻り管
（１０ｂ）に設け、中間ガス温度を制御するように成す
のであって、前記感温筒（７ａ）の動作で、前記中間冷
却用膨張弁（７）が閉じるから、前記分岐管（１０ａ）
から中間冷却器（３）への液冷媒の流れは実質上なくな
り、前記中間冷却器（３）での中間冷却が中止され、前
例と同様、前記モータ（１ａ）の負荷が軽減され、該モ
ータ（１ａ）の過熱を防止できるのである。

また、以上説明した負荷軽減手段（９）は、何れも中間
冷却器（３）での過冷却作用を中止し、過冷却させるエ
ンタルピーたけモータ入力を減少するようにしたが、容
量制御可能とした前記圧縮機（１）においては、容量制
御するための例えばスライド弁（図示せず）を制御し、
前記モータ（１ａ）のコイル温度が所定の設定温度以上
に上昇したとき、前記温度検出器（８）からの出力信号
で、前記スライド弁を制御し、前記圧縮機（１）の容量
を例えば７０％容量に調節する如く成してもよい。

尚、容量制御手段としては前記した如くスライド弁を用
いる他、モータ（１ａ）の回転数を調整するものでもよ
い。

また、前記第１〜第３図で使用される前記コイル温度検
出器（８）は、温度センサー（８ａ）を備えており、こ
のセンサー（８ａ）を前記モータ（１ａ）のコイル部に
配設して、このコイル温度が所定の設定値以上に上昇し
たとき、前記コイル温度検出器（８）からの出力信号に
より、前記負荷軽減手段（９）を構成する第１〜第３開
閉制御弁（９１）（９３）（９５）を開閉制御するよう
にしている。

更に、前記モータ（１ａ）の近くには、保護用サーモ（
ＣＴＰ）を設けて、前記モータ（１ａ）の温度が所定の
設定値以上となったときに、前記保護用サーモ（ＣＴＰ
）の作動で冷凍機の運転を停止するようにしている。

第４図は、縦軸に凝縮温度（Ｔｃ）を、横軸に蒸発温度
（Ｔｅ）をとった冷凍機の運転領域を示しており、この
図において、二点斜線で囲んだ領域（Ａ）は、前述した
ように、従来冷凍機の運転が停止されたのであるが、本
発明では、後述するように、前記（Ａ）領域での運転継
続が可能となって、冷凍機の運転範囲が拡大される。尚
、同図の実線で囲まれる領域（Ｂ）は、蒸発温度（Ｔｅ
）が低い領域（例えば−３０℃以下）の場合で、凝縮温
度（Ｔｃ）が高い領域であって、この領域（Ｂ）におい
ては、前記モータ（１ａ）の異杖過熱を招くことから、
前記保護用サーモ（ＣＴＰ）の作動で冷凍機の運転が停
止される。

また、第５図は、縦軸に前記圧縮機（１）側への吸入冷
媒量（Ｗ）を、横軸に蒸発温度（Ｔｅ）をとり、蒸発温
度の変化に対する吸入冷媒量の変化を示しており、同図
の実線（イ）で示したように、前記蒸発温度が低下する
に従い吸入冷媒量が小となり、また、蒸発温度及び吸入
冷媒量の低下で熱伝達率（Ｋ）が小となるに従って前記
モータの放熱量（Ｑ）も、同図の１点画直線（ロ）で示
したように小となるのである。

しかして、前記冷凍機の運転時で、蒸発温度（Ｔｅ）が
低い場合前記圧縮機（１）側への吸入冷媒量（Ｗ）も小
さくなり、前記熱伝達率（Ｋ）が小となって、前記モー
タ（１ａ）の放熱量（Ｑ）が小となるのであるが、この
場合、前記熱伝達率（Ｋ）が小となることで冷媒ガスに
よる前記モータ（１ａ）の冷却効率が低下し、このモー
タ（１ａ）のガスによる冷却効率が原因で、前記モータ
（１ａ）のコイル温度とが上昇することになるのである
。

ところで、本発明では、前記温度検出器（８）で前記モ
ータ（１ａ）の実際のコイル温度が検出されて、この検
出結果に基づき前記負荷軽減手段（９）を構成する第１
〜第３開閉制御弁（９１）（９３）（９５）が開閉制御
されたり、又はアンロードされ、これに伴い前記中間冷
却器（３）での中間冷却の中止制御や容量制御が行われ
て、前記モータ（１ａ）の負荷が軽減されるため、該モ
ータ（１ａ）の負荷軽減による冷却が実質上行われるこ
とになる。換言すれば、前記温度検出器（８）で検出さ
れる実際のコイル温度に基づいた前記負荷軽減手段（９
）の作動で、前記モータ（１ａ）の負荷軽減による過熱
防止が正確かつ確実に行われるため、前記モータ（１ａ
）の保護用サーモ（ＣＴＰ）が正確に作動されることと
なって、前記二点斜線領域（Ａ）での冷凍機の運転が可
能となり、冷凍機の運転範囲が拡大されるのである。

以上の実施例では、前記モータ（１ａ）に常設する保護
用サーモ（Ｃ，ＴＰ）とは別にコイル温度検出器（８）
を設け、該コイル温度検出器（８）で前記第１乃至第３
開閉制御弁（９１）（９３）（９５）の開閉制御を行う
ようにしたが、前記コイル温度検出器（８）は、前記保
護用サーモ（ＣＴＰ）で兼用することも可能であり、斯
くする場合には、第６図に示したような遅延回路を用い
て、前記制御弁（９１）（９３）（９５）の開閉制御を
行うのである。

即ち、運転時に、前記保護用サーモ（ＣＴＰ）が作動し
たか否かを判断し、ノーの場合には、運転を継続し、ま
た、イエスの場合、つまり、前記モータ（１ａ）の温度
が所定温度以上に上昇して前記サーモ（ＣＴＰ）が作動
したときに、該サーモ（ＣＴＰ）による冷凍機の運転停
止を遅延させるタイマーをオン動作させてカウントを開
始し、このカウント開始後に、前記開閉制御弁（９１）
（９３）（９５）を開動作させて、前記モータ（１ａ）
への液冷媒の注入を行い、次に、前記タイマーのカウン
トが終了したか否かを判断して、ノーの場合には、前記
タイマー側にリターンさせて液冷媒の注入を継続させ、
また、イエスの場合には、前記制御弁（９１）（９３）
（９５）を閉動作させて前記モータ（１ａ）への液冷媒
の注入を停止し、この後さらに、前記サーモ（ＣＴＰ）
が作動しているか否かを判断して、ノーの場合、つまり
、前記タイマーによる設定時間（例えば３〜５秒）にわ
たる液冷媒の注入で前記モータ（１ａ）が充分に冷却さ
れたときには、運転を継続し、また、イエスの場合、つ
まり、液冷媒の前記設定時間での注入を行うにも拘らず
前記モータ（１ａ）が冷却されないときには、該モータ
（１ａ）側に異常があるとして、運転を停止させるので
ある。　また、本発明では、第７図に示したごとく、１
つのモータ（１ａ）と、該モータ（１ａ）で駆動される
２つの低段用及び高段用圧縮要素（ｌｂ）（ｌｂ）とを
もつ２段形の圧縮機（１）を備えた冷凍機に適用するこ
とも可能であり、斯かる冷凍機の場合にも、第１図乃至
第３図に示した実施例と同様に、前記モータ（１ａ）の
コイル温度検出器（８）を設けると共に、例えば第１図
の実施例と同様前記冷媒配管（１０）に接続した分岐管
（１０ａ）で前記中間冷却用膨張弁（７）の冷媒流入側
に、前記負荷軽減手段（９）として、前記コイル温度検
出器（８）で開閉制御される第４開閉制御弁（９６）を
介装して、前記モータ（１ａ）のコイル温度が所定の設
定温度以上に上昇したとき、前記コイル温度検出器（８
）から制御信号を出力し、前記開閉制御弁（９６）を閉
動作させて前記分岐管（１０ａ）を閉じることにより、
前記中間冷却器（３）での作用を中止して、該中間冷却
器（３）の中止に伴い前記モータ（１ａ）の負荷を軽減
させ、該モータ（１ａ）の過熱を防止するようになすの
である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明にかかる冷凍機における圧
縮機モータの過熱防止装置では、モータ（１ａ）におけ
るモータコイル温度を検出するコイル温度検出器（８）
と、モータコイル温度の上昇時、所定時間モータ負荷を
軽減する負荷軽減手段（９）とを備えたから、前記温度
検出器（８）で前記モータ（１ａ）の実際のコイル温度
を検出し、このコイル温度の検出結果に基づく前記負荷
軽減手段（９）の作動で前記モータ（１ａ）の負荷軽減
を行うことにより、該モータ（１ａ）の過熱防止を正確
かつ確実に行なって、冷凍機の運転範囲を拡大できるに
至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧縮機モータ過熱防止装置を設けた冷
凍機を示す冷媒回路図、第２図及び第３図は他の実施例
を示す冷媒回路図、第４図は同冷凍機の運転領域を示す
グラフ、第５図は吸入冷媒量と蒸発温度との関係を示す
グラフ、第６図はモータ保護サーモを用いて負荷軽減手
段の制御を行う場合のフローチャート図、第７図は２段
圧縮機をもつ冷凍機に適用した場合の回路図、第８図は
従来例を示す冷凍機回路図である。 （１ａ）・・・・モータ （８）Φｍｅ・Ｏコイル温度検出器 （９）・・・拳・負荷軽減手段 第３図 第２図 第４図 日 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）モータ（１ａ）におけるモータコイル温度を検出す
   るコイル温度検出器（８）と、モータコイル温度の上昇
   時、所定時間、モータ負荷を軽減する負荷軽減手段（９
   ）とを備えていることを特徴とする冷凍機における圧縮
   機モータの過熱防止装置。