JPWO2015173939A1 - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、圧縮機と凝縮器との間の冷媒配管に接続され、圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、油分離器において分離された冷凍機油を冷却する油冷却部と、油分離器の冷凍機油流出側と圧縮機とを、油冷却部を介して接続する油戻し管と、を備え、油冷却部は、凝縮器と一体的に設けられ、凝縮器の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めているものである。

Description

本発明は、圧縮機を備えた冷凍装置に関するものである。

冷凍装置は、たとえば、圧縮機、凝縮器として機能する熱源側熱交換器、絞り装置及び蒸発器として機能する利用側熱交換器とを有し、これらが冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有するものが提案されている。ここで、圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮室を有する圧縮機構を備えている。このため、圧縮機には、圧縮機構の摺動部品の摩耗を抑制するため、冷凍機油が封入されている。

圧縮機に封入されていた冷凍機油は、圧縮機から吐出される冷媒温度と同等の温度で、圧縮機の吐出配管から吐出される。冷凍装置は、圧縮機から吐出された冷凍機油を、たとえば油戻し管などを介して圧縮機に戻す構成を有している。しかし、冷凍機油の温度が高いまま圧縮機に戻すと、圧縮機内の冷媒が加熱されるため、圧縮機から吐出される冷媒温度が上昇する。吐出される冷媒温度が上昇すると、圧縮機内部の機械部品の許容温度を上回り、圧縮機の故障の原因となる。また、冷凍機油の温度が高いまま圧縮機に戻すと、その分圧縮機の冷媒密度が低減し、圧縮機の仕事量が増大して圧縮機の消費電力が増大してしまう。このように、冷凍機油を高温のまま圧縮機に戻すと種々の弊害があるため、冷凍装置には、圧縮機から吐出された冷凍機油を冷却する機構を備えたものが各種提案されている（たとえば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１に記載の技術は、圧縮機から吐出された冷媒及び冷凍機油を油分離器で分離し、分離した冷凍機油を凝縮器に付設された補助熱交換器に流す。特許文献１に記載の補助熱交換器は、冷凍機油と凝縮器のフィンなどを通過する空気とを熱交換させて冷凍機油を冷却する空冷式のものである。

特許文献２に記載の技術は、圧縮機から吐出された冷凍機油を油分離器で分離し、その分離した冷凍機油を凝縮器を通る油戻し管に流す。特許文献２に記載の油戻し管は、冷凍機油と凝縮器を通る空気とを熱交換させて冷凍機油を冷却する空冷式のものである。

特許文献３に記載の技術は、圧縮機から吐出された冷凍機油を油分離器で分離し、その分離した冷凍機油を凝縮器を通る油戻し回路に流す。特許文献３に記載は、凝縮器において冷凍機油と冷媒とを熱交換させて冷凍機油を圧縮機に戻すことができるとともに、冷凍機油と熱交換した冷媒を圧縮機にインジェクションすることができるものである。

特許文献４に記載の技術は、凝縮器とは別に、冷凍機油を冷却する用の冷却用熱交換器を有する油インジェクション回路を備えたものである。

特開昭５０−０４８５３６号公報（たとえば、図面参照） 実公昭５０−０２２４９３号公報（たとえば、図３参照） 特開平５−３４０６１６号公報（たとえば、図１参照） 特開２００９−２５７７０５号公報（たとえば、要約書参照）

特許文献１、２に記載の技術では、凝縮器を利用して冷凍機油を冷却する方式を採用している。しかし、空気と冷凍機油との凝縮器の伝熱面積を冷凍機油の冷却用に割きすぎると凝縮器の放熱性能が低下し、冷凍装置の冷却性能が低減する。一方、空気と冷凍機油との凝縮器の伝熱面積を冷媒の放熱用に割きすぎると、冷凍機油の冷却が不十分となり、圧縮機の故障などを招く。すなわち、特許文献１、２に記載の技術は、冷凍装置の冷却性能の低減の抑制及び圧縮機の故障の抑制を両立することができないという課題がある。

特許文献３に記載の技術では、冷凍機油の冷却に凝縮器を流れる冷媒を利用している。そして、凝縮器で冷凍機油を冷却した冷媒を圧縮機のうちの中間圧力の部分（中間段）にインジェクションする。このため、特許文献３に記載の技術では、インジェクション用の冷媒が、冷凍機油の冷却用に多く割かれると、インジェクション用の冷媒温度が上昇し、インジェクション性能が低減してしまうという課題がある。

特許文献４に記載の技術では、冷凍機油の冷却にあたって別途、冷却用熱交換器を有する油インジェクション回路を備えたものである。このため、特許文献４に記載の技術では、冷却用熱交換器などの分だけ、冷凍装置の製造コストが増大してしまうという課題がある。

本発明は、以上のような課題のうちの少なくとも一つを解決するためになされたもので、冷凍装置の冷却性能の低減の抑制及び圧縮機の故障の抑制を両立することができる冷凍装置を提供することを目的としている。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、圧縮機と凝縮器との間の冷媒配管に接続され、圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、油分離器において分離された冷凍機油を冷却する油冷却部と、油分離器の冷凍機油流出側と圧縮機とを、油冷却部を介して接続する油戻し管と、を備え、油冷却部は、凝縮器と一体的に設けられ、凝縮器の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めているものである。

本発明に係る冷凍装置によれば、上記構成を有しているため、冷凍装置の冷却性能の低減の抑制及び圧縮機の故障の抑制を両立することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態５に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態６に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態７に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 本発明の実施の形態８に係る冷凍装置の冷媒回路構成などの一例である。 従来の冷凍装置の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍装置１００の冷媒回路構成などの一例である。図１を参照して冷凍装置１００の構成などについて説明する。
本実施の形態に係る冷凍装置１００は、冷凍装置１００の冷却性能の低減の抑制及び圧縮機１の故障の抑制を両立することができる改良が加えられたものである。

［構成説明］
冷凍装置１００は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１と、冷媒を凝縮させる凝縮器２（放熱器）と、冷媒を減圧させる主絞り装置３と、冷媒を蒸発させる蒸発器４とを有している。そして、冷凍装置１００は、圧縮機１、凝縮器２、主絞り装置３、及び蒸発器４が冷媒配管Ｐで接続されて構成された冷媒回路（冷凍サイクル）を有している。また、冷凍装置１００は、圧縮機１に冷凍機油を戻すのに利用される油戻し管ＯＰに接続され、冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器５と、エコノマイザとして機能する熱交換器６と、エコノマイザ用のエコノマイザ絞り装置７とを有している。さらに、冷凍装置１００は、圧縮機１の回転数などを制御する制御部３０を有している。

ここで、冷媒配管Ｐは、圧縮機１の吐出側と油分離器５とを接続する冷媒配管Ｐ１と、油分離器５の冷媒流出側と凝縮器２とを接続する冷媒配管Ｐ２と、凝縮器２と熱交換器６とを接続する冷媒配管Ｐ３とを有している。また、冷媒配管Ｐは、熱交換器６と主絞り装置３とを接続する冷媒配管Ｐ４と、主絞り装置３と蒸発器４とを接続する冷媒配管Ｐ５と、蒸発器４と圧縮機１の冷媒吸入側とを接続する冷媒配管Ｐ６と、冷媒配管Ｐ４と圧縮機１とを接続するエコノマイザ配管Ｐ７とを有している。なお、エコノマイザ配管Ｐ７は、一端側が冷媒配管Ｐ４に接続され、エコノマイザ絞り装置７及び熱交換器６を介して、他端側が圧縮機１に接続されているものである。エコノマイザ配管Ｐ７が、接続配管に対応する構成である。

また、油戻し管ＯＰは、一端側が油分離器５の冷凍機油流出側に接続され、凝縮器２を介して圧縮機１に接続されているものである。より詳細には、油戻し管ＯＰの他端側は、後述する圧縮機１の低段圧縮部１Ａ側に接続されるものと、高段圧縮部１Ｂ側に接続されるものとに分岐している。このため、油戻し管ＯＰを流れる冷凍機油は、低段圧縮部１Ａ及び高段圧縮部１Ｂのそれぞれに戻される。

（圧縮機１）
圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１は、冷媒吐出側が冷媒配管Ｐ１を介して油分離器５に接続され、冷媒吸入側が冷媒配管Ｐ６を介して蒸発器４に接続されている。なお、本実施の形態１に係る冷凍装置１００では、圧縮機１は、低段圧縮部１Ａ及び高段圧縮部１Ｂを有する２段式のスクリュー圧縮機である。すなわち、圧縮機１に流入した冷媒は、低段圧縮部１Ａに流入して圧縮されて中間圧となった後に、高段圧縮部１Ｂに流入して圧縮されて高温高圧となる。

（凝縮器２）
凝縮器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒と空気との間で熱交換を行わせるものである。凝縮器２は、熱源側の熱交換器である。凝縮器２は、上流側が冷媒配管Ｐ２を介して油分離器５に接続され、下流側が冷媒配管Ｐ３を介して熱交換器６に接続されている。凝縮器２は、たとえば、凝縮器２を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することができる。また、凝縮器２には、凝縮器２に供給される冷媒と熱交換する空気を供給する凝縮器用送風機２Ａが付設されている。凝縮器用送風機２Ａは、制御部３０によって回転数が制御され、凝縮器２における冷媒と空気との熱交換量を変えることができる。

凝縮器２は、油戻し管ＯＰが、凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めるように、凝縮器２に接続されているものである。ここで、凝縮器２のうち油戻し管ＯＰが接続されている部分が、油冷却部２Ｂを構成している。すなわち、油冷却部２Ｂは、凝縮器２と一体的に設けられ、凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めている。なお、凝縮器２の伝熱面積とは、油冷却部２Ｂにおける伝熱面積をも含めたものである。

（主絞り装置３）
主絞り装置３は、冷媒を膨張させるためのものであり、上流側が冷媒配管Ｐ４を介して熱交換器６に接続され、下流側が冷媒配管Ｐ５を介して蒸発器４に接続されているものである。主絞り装置３は、たとえば開度が可変である電子膨張弁などで構成することができる。

（蒸発器４）
蒸発器４は、主絞り装置３で減圧された冷媒と、空気との間で熱交換を行わせるものである。蒸発器４は、利用側の熱交換器である。なお、蒸発器４は、凝縮器２と同様に、たとえば、蒸発器４を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することができる。

（油分離器５）
油分離器５は、冷媒と冷凍機油とを分離するものである。油分離器５は、上流側が冷媒配管Ｐ１を介して圧縮機１に接続され、下流側が冷媒配管Ｐ２を介して凝縮器２に接続されているものである。また、油分離器５は、冷凍機油の流出側が油戻し管ＯＰを介して
凝縮器２に接続されている。すなわち、油分離器５で冷媒から分離された冷凍機油は、凝縮器２で冷却された後に圧縮機１に戻される。

（熱交換器６）
熱交換器６は、冷媒と冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、冷凍装置１００のエコノマイザとして機能するものである。熱交換器６は、冷媒配管Ｐ３及び冷媒配管Ｐ４に接続された第１の流路と、エコノマイザ配管Ｐ７に接続された第２の流路とを有し、第１の流路を流れる冷媒と第２の流路を流れる冷媒とが熱交換できる構造を有しているものである。

熱交換器６は、第１の流路を流れる冷媒を、第２の流路を流れる冷媒と熱交換させて冷却させることができる。そして、この冷却された冷媒が、下流側の蒸発器４に供給される。熱交換器６は、冷凍装置１００の冷却性能を向上させる機能を有している。すなわち、冷凍装置１００は熱交換器６を有するため、圧縮機１の消費電力は増えるが、冷却能力の増え幅が大きいため冷却性能（効率）が向上している。

また、熱交換器６は、エコノマイザ配管Ｐ７を介して圧縮機１の低段圧縮部１Ａと高段圧縮部１Ｂとの間に接続されている。このため、高段圧縮部１Ｂに流入する冷媒は、低段圧縮部１Ａで圧縮された冷媒と、エコノマイザ配管Ｐ７から供給される冷媒である。ここで、冷媒温度が低いほど圧縮機１における圧縮仕事を抑制することができる。
エコノマイザ配管Ｐ７から供給される冷媒は、低段圧縮部１Ａで圧縮された冷媒よりも温度が低くなっているため、結果的に高段圧縮部１Ｂに供給される冷媒温度を抑制することができる。このため、圧縮機１から吐出される冷媒温度を抑制することができる。

（エコノマイザ絞り装置７）
エコノマイザ絞り装置７は、冷媒を膨張させるためのものである。エコノマイザ絞り装置７は、冷媒配管Ｐのうちの一端側と熱交換器６の第２の流路との間に設けられているものである。エコノマイザ絞り装置７は、たとえば開度が可変である電子膨張弁などで構成することができる。

（制御部３０）
制御部３０は、各種センサなどの検出結果に基づいて、圧縮機１の回転数（運転及び停止含む）、凝縮器２に付設された凝縮器用送風機２Ａ及び蒸発器４に付設された蒸発器用送風機４Ａの回転数（運転及び停止含む）、主絞り装置３の開度及びエコノマイザ絞り装置７の開度などを制御するものである。なお、この制御部３０は、たとえばマイコンなどの制御装置で構成することができる。

［冷凍装置１００の冷凍サイクルの冷媒の流れ］
図１を参照しながら、同図で示される冷媒回路を流れる冷媒の流れについて説明する。
圧縮機１によって圧縮され吐出された気体の冷媒は、冷媒配管Ｐ１を介して油分離器５に流入する。油分離器５に流入した冷媒は、冷媒と冷凍機油とに分離される。油分離器５内の冷媒は、冷媒配管Ｐ２を介して凝縮器２へ流入する。この凝縮器２に流入した気体の冷媒は、凝縮器２に付設された凝縮器用送風機２Ａから供給される空気と熱交換がなされて凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器２から流出する。

凝縮器２から流出した液冷媒は、冷媒配管Ｐ３を介してエコノマイザとして機能する熱交換器６の第１の流路に流入し、第２の流路を流れる冷媒と熱交換して冷却される。熱交換器６の第１の流路で冷却された冷媒は、主絞り装置３に流入して減圧され、一部がエコノマイザ絞り装置７に流入して減圧される。

主絞り装置３で減圧された冷媒は、冷媒配管Ｐ５を介して蒸発器４に流入し、蒸発器４に付設された蒸発器用送風機４Ａから供給される空気と熱交換を実施して蒸発する。蒸発器４から流出した冷媒は、冷媒配管Ｐ６を介して圧縮機１に吸引される。圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１の低段圧縮部１Ａに流入して圧縮される。

エコノマイザ絞り装置７で減圧された冷媒は、熱交換器６の第２の流路に流入して第１の流路を流れる冷媒と熱交換した後に、圧縮機１の中間段に流入する。圧縮機１の中間段に流入した冷媒は、低段圧縮部１Ａで圧縮された冷媒とともに、高段圧縮部１Ｂに流入して圧縮される。

［冷凍装置１００の冷凍機油の流れ］
圧縮機１内の冷凍機油は、冷媒と混ざっている。このため、圧縮機１内の冷凍機油は、冷媒とともに圧縮機１から吐出される。圧縮機１から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器５に流入して冷媒から分離される。油分離器５内の冷凍機油は、油戻し管ＯＰを介して凝縮器２に供給されて冷却される。凝縮器２で冷却された冷凍機油は、油戻し管ＯＰを介して圧縮機１の低段圧縮部１Ａ及び高段圧縮部１Ｂにそれぞれ戻される。これにより、冷凍装置１００は、高温の冷凍機油が圧縮機１から流出しても、冷凍機油を冷却した後に圧縮機１に戻すことができる。これにより、冷凍装置１００は、低段圧縮部１Ａ及び高段圧縮部１Ｂを構成する摺動部品などの摩耗の抑制をすることができる。

［実施の形態１に係る冷凍装置１００の有する効果］
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、油戻し管ＯＰが、凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めるように、凝縮器２に接続されているものである。つまり、油戻し管ＯＰが接続されている凝縮器２のフィンの表面積は、凝縮器２の有するフィンの全表面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めている。

油戻し管ＯＰが接続されている凝縮器２のフィンの表面積が、凝縮器２の有するフィンの全表面積のうちの１５％よりも小さくなると、冷凍機油の冷却量が不足し、圧縮機１から吐出される冷媒温度が上昇し、圧縮機１の故障を招きやすくなる。また、油戻し管ＯＰが接続されている凝縮器２のフィンの表面積が、凝縮器２の有するフィンの全表面積のうちの２５％よりも大きくなると、凝縮器２を流れる冷媒の放熱量が不足し、冷凍装置１００の冷却性能が低減する。
本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、油戻し管ＯＰが接続されている凝縮器２のフィンの表面積は、凝縮器２の有するフィンの全表面積のうちの１５％〜２５％の範囲となっているため、冷凍装置１００の冷却性能の低減の抑制及び圧縮機１の故障の抑制を両立することができる。

本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、別途、冷凍機油の冷却用の熱交換器を設けず、凝縮器２の一部を利用して冷凍機油を冷却するものである。このため、本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、別途、熱交換器を設けない分、製造コストを抑制することができる。

図９は、従来の冷凍装置の説明図である。図９に示すように、従来の冷凍装置には、凝縮器２とは別に、冷凍機油冷却用のサブ熱交換器１０が設けられていたものがあった。この従来の冷凍装置は、サブ熱交換器１０が、冷媒が流れるインジェクション配管ＩＪと凝縮器２を経ない油戻し管ＯＰとに接続されている。そして、熱交換器６では、供給された冷媒と冷凍機油とが熱交換し、冷凍機油が冷却される。

本実施の形態１に係る冷凍装置１００は、冷媒で冷凍機油を冷却するのではなく、空冷式の凝縮器２の空気で冷凍機油を冷却するように構成されているものである。このため、冷凍機油を冷却するための冷媒（インジェクション配管ＩＪを流れる冷媒）が必要なくなる分、圧縮機１、凝縮器２、主絞り装置３及び蒸発器４を循環する冷媒量の減少を防止できる。すなわち、冷凍装置１００では、インジェクション用の冷媒量が、従来の冷凍装置よりも少なくなるため、凝縮器２を流れる冷媒が少なくなる。凝縮器２を流れる冷媒が少なくなると、凝縮器２の負荷が小さくなり、油戻し管ＯＰが凝縮器２に接続されて凝縮器２における冷媒と空気との伝熱面積が減少した場合でも、凝縮器２の凝縮温度が従来と比較して変化してしまうことは抑制される。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る冷凍装置１０２の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態２では、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態２に係る冷凍装置１０２は、圧縮機１から吐出される冷媒温度を検出する冷媒温度センサ９と、圧縮機１に液冷媒を供給し、圧縮機１から吐出される冷媒温度を低減するインジェクション配管ＩＪと、インジェクション配管ＩＪに接続されたインジェクション絞り装置８とを有している。なお、インジェクション配管ＩＪが、接続配管に対応する構成である。

（冷媒温度センサ９）
冷媒温度センサ９は、冷媒配管Ｐ１の表面温度を検出するのに利用されるものである。冷媒温度センサ９は、センサの先端に設けられた検出部（図示省略）を有している。そして、冷媒温度センサ９は、この検出部が、たとえば冷媒配管Ｐ１などの測定する部位と接触するように配置されている。なお、冷媒温度センサ９の検出部は、配線、或いは無線によって制御部３０に接続される。冷媒温度センサ９で冷媒配管Ｐ１を流れる冷媒温度の検出方法は、たとえば、温度によって可変する抵抗を検出部に内蔵し、制御部３０にて、その抵抗値を温度に変換する演算をする方法などを採用することができる。

（インジェクション配管ＩＪ）
インジェクション配管ＩＪは、一端側が冷媒配管Ｐ４に接続され、他端側が圧縮機１に接続されているものである。なお、インジェクション配管ＩＪの一端側は、たとえば、エコノマイザ配管Ｐ７の接続位置よりも下流側に接続される。インジェクション配管ＩＪには、インジェクション絞り装置８が接続されている。インジェクション配管ＩＪは、エコノマイザとして機能する熱交換器６の第１の流路を通過して冷却された冷媒を、圧縮機１に供給し、圧縮機１から吐出される冷媒温度を抑制するための配管である。

（インジェクション絞り装置８）
インジェクション絞り装置８は、冷媒を膨張させるためのものである。インジェクション絞り装置８は、インジェクション配管ＩＪに設けられているものである。インジェクション絞り装置８は、たとえば開度が可変である電子膨張弁などで構成することができる。インジェクション絞り装置８は、後述する制御部３０の開度制御手段３０Ｂによって開度制御がなされる。

（温度判定手段３０Ａ及び開度制御手段３０Ｂ）
制御部３０は、冷媒温度センサ９の検出結果が、たとえば予め設定された温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する温度判定手段３０Ａと、温度判定手段３０Ａの判定結果に基づいてインジェクション絞り装置８の開度を制御する開度制御手段３０Ｂとを有している。たとえば、温度判定手段３０Ａが、冷媒温度センサ９の検出結果がＴ１よりも高いと判定すると、開度制御手段３０Ｂは、インジェクション絞り装置８を開く。これにより、液冷媒が圧縮機１に供給され、圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することができる。

［実施の形態２に係る冷凍装置１０２の有する効果］
本実施の形態２に係る冷凍装置１０２は、実施の形態１に係る冷凍装置１００と同様の効果に加えて次の効果を有する。冷凍装置１０２は、冷媒温度センサ９、インジェクション配管ＩＪ、インジェクション絞り装置８、温度判定手段３０Ａ及び温度判定手段３０Ａを有しているので、圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することができるので、圧縮機１内部の機械部品の許容温度を上回ることを抑制することができ、圧縮機１の故障などを抑制することができる。すなわち、本実施の形態２に係る冷凍装置１０２は、圧縮機１の故障などを抑制することができる分、信頼性が向上している。

本実施の形態２に係る冷凍装置１０２は、インジェクション配管ＩＪを有しているが、このインジェクション配管ＩＪに接続された冷凍機油を冷却する構造（たとえば、熱交換器）を有していない。このため、インジェクション用の冷媒が、冷凍機油の冷却に用いられることはない。すなわち、冷凍装置１０２では、インジェクション用の冷媒温度が上昇することを防止することができ、インジェクション性能が低減してしまうことを防止することができる。

実施の形態３．
図３は、本実施の形態３に係る冷凍装置１０３の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態３では、実施の形態１、２と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、実施の形態２に係る冷凍装置１０２の構成に加えて、サブ熱交換器１０を有している。また、実施の形態３に係る冷凍装置１０３では、油戻し管ＯＰが、凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めるかどうかは限定されない。実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、たとえば、油戻し管ＯＰが凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％未満となっている。

（サブ熱交換器１０）
サブ熱交換器１０は、凝縮器２で冷却しきれなかった冷凍機油を冷却することができるものである。サブ熱交換器１０は、冷凍機油と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。サブ熱交換器１０は、油戻し管ＯＰに接続された第１の流路と、インジェクション配管ＩＪに接続された第２の流路とを有し、第１の流路を流れる冷凍機油と第２の流路を流れる冷媒とが熱交換できる構造を有しているものである。

［実施の形態３に係る冷凍装置１０３の有する効果］
本実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、実施の形態１、２に係る冷凍装置１００、１０２と同様の効果に加えて次の効果を有する。本実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、冷凍機油を冷却する構成として、凝縮器２に加えて補助冷却用のサブ熱交換器１０を有し、インジェクション用の冷媒を冷凍機油の冷却に用いる。このため、圧縮機１から吐出される冷媒温度が上昇したときに、より容易に冷媒温度を低下させることができ、冷凍装置１０３の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態３に係る冷凍装置１０３では、サブ熱交換器１０で冷凍機油が冷却される前に、凝縮器２において冷凍機油が冷却されるようになっている。このため、本実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、インジェクション配管ＩＪを流れる冷媒だけで冷凍機油を冷却する場合と比較すると、インジェクション配管ＩＪを流れる冷媒温度が上昇してしまうことを抑制することができる。このため、圧縮機１にインジェクションされる冷媒温度の上昇を抑制し、圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することができる。

すなわち、本実施の形態３に係る冷凍装置１０３は、凝縮器２における冷凍機油の冷却が足りない場合でもサブ熱交換器１０で冷凍機油を冷却することと、インジェクション配管ＩＪを流れる冷媒温度の上昇を抑制して圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することとを両立することができる。

実施の形態４．
図４は、本実施の形態４に係る冷凍装置１０４の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態４では、実施の形態１〜３と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態４は、実施の形態２とは、液冷媒を圧縮機１に供給するインジェクション配管ＩＪ及びインジェクション絞り装置８を設けていない点で異なっている。

制御部３０は、温度判定手段３０Ａに加えて、温度判定手段３０Ａの判定結果に基づいてエコノマイザ絞り装置７の開度を制御する開度制御手段３０Ｃとを有している。たとえば、温度判定手段３０Ａが、冷媒温度センサ９の検出結果がＴ１よりも高いと判定すると、開度制御手段３０Ｃは、エコノマイザ絞り装置７の開度をさらに大きくする。これにより、エコノマイザ配管Ｐ７に液冷媒が流れていない場合には、液冷媒が流れることとなり、エコノマイザ配管Ｐ７に液冷媒が流れている場合には、液冷媒量が増えることになる。すなわち、エコノマイザ配管Ｐ７を介して圧縮機１に供給される液冷媒量を増加し、圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することができる。

［実施の形態４に係る冷凍装置１０４の有する効果］
本実施の形態４に係る冷凍装置１０４は、実施の形態１に係る冷凍装置１００、１０２と同様の効果に加えて次の効果を有する。すなわち、本実施の形態４に係る冷凍装置１０４は、圧縮機１に液冷媒を供給して圧縮機１から吐出される冷媒温度の上昇を抑制することと、インジェクション配管ＩＪ及びインジェクション絞り装置８を設ける分の製造コストアップの抑制とを両立することができる。

実施の形態５．
図５は、本実施の形態５に係る冷凍装置１０５の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態５では、実施の形態１〜４と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態５に係る冷凍装置１０５は、実施の形態３に係る冷凍装置１０３のサブ熱交換器１０の代わりにサブ熱交換器１１を有している。そして、実施の形態５に係る冷凍装置１０５は、実施の形態３とは異なり、インジェクション配管ＩＪ、インジェクション絞り装置８及び冷媒温度センサ９が設けられていない。なお、実施の形態５に係る冷凍装置１０５も、実施の形態３と同様に、油戻し管ＯＰが、凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めるかどうかは限定されない。実施の形態５に係る冷凍装置１０５は、たとえば、油戻し管ＯＰが凝縮器２の伝熱面積のうちの１５％未満となっている。

（サブ熱交換器１１）
サブ熱交換器１１は、凝縮器２で冷却しきれなかった冷凍機油を冷却することができるものである。サブ熱交換器１１は、冷凍機油と冷媒とを熱交換させる熱交換器である。サブ熱交換器１１は、油戻し管ＯＰに接続された第１の流路と、エコノマイザ配管Ｐ７に接続された第２の流路とを有し、第１の流路を流れる冷凍機油と第２の流路を流れる冷媒とが熱交換できる構造を有しているものである。

［実施の形態５に係る冷凍装置１０５の有する効果］
本実施の形態５に係る冷凍装置１０５は、実施の形態１に係る冷凍装置１００と同様の効果を有する。

実施の形態６．
図６は、本実施の形態６に係る冷凍装置１０６の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態６では、実施の形態１〜５と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、実施の形態１とは異なり、油戻し管ＯＰ２と、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ１２とを有している。そして、実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、凝縮器２で冷凍機油を冷却するのではなく、アキュムレータ１２で冷凍機油を冷却する。なお、油戻し管ＯＰ２は、一端側が油分離器５の冷凍機油流出側に接続され、アキュムレータ１２を介して、他端側が圧縮機１に接続されている。

（アキュムレータ１２）
アキュムレータ１２は、一端側が冷媒配管Ｐ６を介して蒸発器４に接続され、他端側が冷媒配管Ｐ８を介して圧縮機１の吸入側に接続されている。アキュムレータ１２は、液冷媒を貯留する容器１２Ａを有している。油戻し管ＯＰ２は、アキュムレータ２内の液冷媒と熱交換するように設けられている。具体的には、容器１２Ａには、たとえば底部側に寄るように油戻し管ＯＰ２の一部が配置されている。すなわち、油戻し管ＯＰ２は、アキュムレータ１２の容器１２Ａ内の部分が、容器１２Ａの底部側に寄るように配置されている。これにより、油戻し管ＯＰ２は、容器１２Ａに貯留された液冷媒に、より確実に浸漬し、液冷媒と冷凍機油との熱交換が促進され、より高効率に冷凍機油の冷却がされる。

［実施の形態６に係る冷凍装置１０６の有する効果］
本実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、別途、冷凍機油の冷却用の熱交換器を設けず、アキュムレータ１２の一部を利用して冷凍機油を冷却するものである。このため、本実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、別途、熱交換器を設けない分、製造コストを抑制することができる。

本実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、アキュムレータ１２の容器１２Ａに、油戻し管ＯＰ２の一部が配置されているため、アキュムレータ１２内の液冷媒を加熱することができる。このため、アキュムレータ１２から液冷媒が圧縮機１の吸入側に流出すること、いわゆる液バックをすることを抑制することができる。このため、本実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、いわゆる液バックをすることを抑制することができる分、信頼性が向上している。

本実施の形態６に係る冷凍装置１０６は、アキュムレータ１２で液冷媒が貯留することができるとともに、油戻し管ＯＰ２で液冷媒を加熱することもできる。このため、蒸発器４から液冷媒を含む二相状態の冷媒を流出させて蒸発器４の熱交換器としての効率の向上（性能向上）をさせても、いわゆる液バックが生じることを抑制することができる。

実施の形態７．
図７は、本実施の形態７に係る冷凍装置１０７の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態７では、実施の形態１〜６と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態７に係る冷凍装置１０７は、実施の形態６の構成に加えて油戻し管ＯＰ２に油溜め１３を設けたものである。

（油溜め１３）
油溜め１３は、圧縮機１へ戻す冷凍機油の量の安定化を図るためのものである。油溜め１３は、冷凍機油を貯留することができるものである。また、油溜め１３は、油戻し管ＯＰ２のうちのアキュムレータ１２よりも下流側であって圧縮機１よりも上流側に設けられているものである。

［実施の形態７に係る冷凍装置１０７の有する効果］
実施の形態７に係る冷凍装置１０７は、実施の形態６に係る冷凍装置１０６と同様の効果を奏することに加えて次の効果を有する。すなわち、実施の形態７に係る冷凍装置１０７は、圧縮機１への冷凍機油の供給を安定化することができ、圧縮機１で冷凍機油が枯渇してしまうことを抑制することができる。これにより、実施の形態７に係る冷凍装置１０７は、圧縮機１を構成する摺動部品の摩耗をより確実に抑制することができ、信頼性が向上している。

実施の形態８．
図８は、本実施の形態８に係る冷凍装置１０８の冷媒回路構成などの一例である。実施の形態８では、実施の形態１〜７と共通する構成については同一符号を付し、相違点を中心に説明する。実施の形態８に係る冷凍装置１０８は、実施の形態１の構成に加えて、冷媒配管Ｐ１に設けられた冷媒温度センサ９とを有している。さらに、実施の形態８に係る冷凍装置１０８は、冷媒温度センサ９の検出結果が、たとえば予め設定された温度Ｔ１よりも高いか否かを判定する温度判定手段３０Ａと、冷媒温度センサ９の検出結果に基づいて凝縮器２に付設された凝縮器用送風機２Ａの回転数を制御する回転数制御手段３０Ｄとを有している。

（回転数制御手段３０Ｄ）
回転数制御手段３０Ｄは、たとえば、温度判定手段３０Ａが、冷媒温度センサ９の検出結果がＴ１よりも高いと判定すると、凝縮器用送風機２Ａの回転数を増大させる。これにより、凝縮器２により多くの空気が供給され、油戻し管ＯＰを介して凝縮器２に供給される冷凍機油の冷却を促進することができる。

［実施の形態８に係る冷凍装置１０８の有する効果］
本実施の形態８に係る冷凍装置１０８は、実施の形態１に係る冷凍装置１００の有する効果に加えて次の効果を有する。すなわち、冷凍装置１０７は、圧縮機１から吐出される冷媒温度が予め設定された温度Ｔ１よりも上昇すると凝縮器用送風機２Ａの回転数を増大させる。このため、圧縮機１に戻される冷凍機油の温度を低下させて、圧縮機１から吐出される冷媒温度を抑制することができる。

なお、本実施の形態８では、凝縮器用送風機２Ａの回転数を増大させるものとして説明した。すなわち、圧縮機１から吐出される冷媒温度が上昇すると、その時点における凝縮器用送風機２Ａの回転数を増速するということである。たとえば、凝縮器用送風機２Ａの回転数を最大としてもよい。これにより、より高効率に圧縮機１から吐出される冷媒温度を抑制することができる。

また、本実施の形態８では、冷媒回路として実施の形態１に係る冷凍装置１００のものを用いたが、それに限定されるものではない。本実施の形態８は、凝縮器２で冷凍機油を冷却する機構を有する実施の形態２〜５の構成であっても、同様に適用することができる。

１ 圧縮機、１Ａ 低段圧縮部、１Ｂ 高段圧縮部、２ 凝縮器、２Ａ 凝縮器用送風機、２Ｂ 油冷却部、３ 主絞り装置、４ 蒸発器、４Ａ 蒸発器用送風機、５ 油分離器、６ 熱交換器、７ エコノマイザ絞り装置、８ インジェクション絞り装置、９ 冷媒温度センサ、１０ サブ熱交換器、１１ サブ熱交換器、１２ アキュムレータ、１２Ａ 容器、１３ 油溜め、３０ 制御部、３０Ａ 温度判定手段、３０Ｂ 開度制御手段、３０Ｃ 開度制御手段、３０Ｄ 回転数制御手段、１００ 冷凍装置、１０２ 冷凍装置、１０３ 冷凍装置、１０４ 冷凍装置、１０５ 冷凍装置、１０６ 冷凍装置、１０７ 冷凍装置、１０８ 冷凍装置、ＩＪ インジェクション配管、ＯＰ 油戻し管、ＯＰ２ 油戻し管、Ｐ 冷媒配管、Ｐ１ 冷媒配管、Ｐ２ 冷媒配管、Ｐ３ 冷媒配管、Ｐ４ 冷媒配管、Ｐ５ 冷媒配管、Ｐ６ 冷媒配管、Ｐ７ エコノマイザ配管、Ｐ８ 冷媒配管、Ｔ１ 温度。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、圧縮機と凝縮器との間の冷媒配管に接続され、圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、油分離器において分離された冷凍機油を冷却する油冷却部と、油分離器の冷凍機油流出側と圧縮機とを、油冷却部を介して接続する油戻し管と、凝縮器と主絞り装置との間の冷媒配管に配設された第１の流路と、第２の流路とを有し、第１の流路を流れる冷媒と第２の流路を流れる冷媒とを熱交換するエコノマイザと、一端側がエコノマイザの第１の流路と主絞り装置との間の冷媒配管に接続され、エコノマイザの第２の流路を介して、他端側が圧縮機に接続されたエコノマイザ配管と、一端側がエコノマイザの第１の流路と主絞り装置との間の冷媒配管に接続され、他端側が圧縮機に接続されたインジェクション配管と、を備え、油冷却部は、凝縮器と一体的に設けられ、凝縮器の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めているものである。

Claims (10)

1. 圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、
   前記圧縮機と前記凝縮器との間の前記冷媒配管に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、
   前記油分離器において分離された冷凍機油を冷却する油冷却部と、
   前記油分離器の冷凍機油流出側と前記圧縮機とを、前記油冷却部を介して接続する油戻し管と、
   を備え、
   前記油冷却部は、
   前記凝縮器と一体的に設けられ、前記凝縮器の伝熱面積のうちの１５％〜２５％の範囲を占めている冷凍装置。
2. 前記凝縮器と前記主絞り装置を接続する第１の流路と、前記第１の流路の下流側と前記主絞り装置との間と前記圧縮機とを接続する第２の流路とを有し、前記第１の流路を流れる冷媒と前記第２の流路を流れる冷媒とを熱交換するエコノマイザと、
   一端側が前記エコノマイザの前記第１の流路の下流側に接続され、前記エコノマイザの前記第１の流路を介して、他端側が前記圧縮機に接続されたエコノマイザ配管と、
   一端側が前記エコノマイザの前記第１の流路の下流側に接続され、他端側が前記圧縮機に接続されたインジェクション配管と、
   前記インジェクション配管に設けられたインジェクション絞り装置と、
   前記油分離器と前記圧縮機の吐出側との間の前記冷媒配管の温度を検出する冷媒温度センサと、
   前記冷媒温度センサの検出結果に基づいて前記インジェクション絞り装置の開度を制御する制御部とをさらに備えた請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記凝縮器と前記主絞り装置を接続する第１の流路と、前記第１の流路の下流側と前記主絞り装置との間と前記圧縮機とを接続する第２の流路とを有し、前記第１の流路を流れる冷媒と前記第２の流路を流れる冷媒とを熱交換するエコノマイザと、
   一端側が前記エコノマイザの前記第１の流路の下流側に接続され、前記エコノマイザの前記第１の流路を介して、他端側が前記圧縮機に接続されたエコノマイザ配管と、
   前記エコノマイザ配管に設けられたエコノマイザ絞り装置と、
   前記油分離器と前記圧縮機の吐出側との間の前記冷媒配管の温度を検出する冷媒温度センサと、
   前記冷媒温度センサの検出結果に基づいて前記エコノマイザ絞り装置の開度を制御する制御部とをさらに備えた請求項１に記載の冷凍装置。
4. 圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、
   前記圧縮機と前記凝縮器との間の前記冷媒配管に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、
   前記油分離器の冷凍機油流出側と前記圧縮機とを前記凝縮器を介して接続する油戻し管と、
   前記凝縮器と前記主絞り装置を接続する第１の流路と、前記第１の流路の下流側と前記主絞り装置との間と前記圧縮機とを接続する第２の流路とを有し、前記第１の流路を流れる冷媒と前記第２の流路を流れる冷媒とを熱交換するエコノマイザと、
   一端側が前記凝縮器と前記主絞り装置との間に接続され、他端側が前記圧縮機に接続された接続配管と、
   前記油戻し管のうちの前記凝縮器よりも下流側と前記接続配管とに接続され、冷凍機油と冷媒とを熱交換するサブ熱交換器と、
   を備えた冷凍装置。
5. 前記接続配管が、一端側が前記エコノマイザの前記第１の流路の下流側に接続され、前記サブ熱交換器を介して、他端側が前記圧縮機に接続されたインジェクション配管であるものにおいて、
   前記インジェクション配管のうちの前記サブ熱交換器の上流側に接続されたインジェクション絞り装置と、
   前記油分離器と前記圧縮機の吐出側との間の前記冷媒配管の温度を検出する冷媒温度センサと、
   前記冷媒温度センサの検出結果に基づいて前記インジェクション絞り装置の開度を制御する制御部とをさらに備えた請求項４に記載の冷凍装置。
6. 前記接続配管が、一端側が前記エコノマイザの前記第１の流路の下流側に接続され、前記エコノマイザの前記第２の流路及び前記サブ熱交換器を介して、他端側が前記圧縮機に接続されたエコノマイザ配管であるものにおいて、
   前記エコノマイザ配管のうちの前記サブ熱交換器の上流側に接続されたエコノマイザ絞り装置と、
   前記油分離器と前記圧縮機の吐出側との間の前記冷媒配管の温度を検出する冷媒温度センサと、
   前記冷媒温度センサの検出結果に基づいて前記エコノマイザ絞り装置の開度を制御する制御部とをさらに備えた請求項４に記載の冷凍装置。
7. 前記凝縮器に付設され、前記凝縮器に供給された冷媒と空気との熱交換を促進させる凝縮器用送風機をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記温度判定手段が予め設定された温度よりも高いと判定した場合に、前記凝縮器用送風機の回転数を増大させる回転数制御手段をさらに有する請求項２、３、５、６のいずれか一項に記載の冷凍装置。
8. 圧縮機、凝縮器、主絞り装置及び蒸発器が冷媒配管で接続されて構成された冷媒回路を有する冷凍装置であって、
   前記圧縮機と前記凝縮器との間の前記冷媒配管に接続され、前記圧縮機から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離する油分離器と、
   前記蒸発器と前記圧縮機の吸入側との間に接続され、前記冷媒回路中の余剰冷媒を貯留する容器を有するアキュムレータと、
   前記油分離器の冷凍機油流出側と前記圧縮機とを、前記アキュムレータを介して接続する油戻し管と、
   を備え、
   前記油戻し管は、
   前記アキュムレータ内の液冷媒と熱交換するように設けられている冷凍装置。
9. 前記油戻し管のうちの前記アキュムレータよりも下流側に設けられ、冷凍機油を貯留する油溜めとをさらに備えた請求項８に記載の冷凍装置。
10. 前記圧縮機は、
    冷媒を圧縮する低段側圧縮部と、
    前記低段側圧縮部で圧縮した冷媒を圧縮する高段側圧縮部とを有し、
    前記油戻し管は、
    前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部のそれぞれに冷凍機油が供給されるように、前記低段側圧縮部及び前記高段側圧縮部に接続されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷凍装置。
    

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