WO2013073065A1 - 冷凍装置 - Google Patents

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WO2013073065A1
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oil
compressor
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valve opening
valve
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英孝 佐々木
賢 川久保
大竹　雅久
説 長谷川
西川　弘
三原　一彦
清 小山
隆寛 小林
只野　昌也
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
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    • F25B31/002—Lubrication
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    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/03—Oil level

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration apparatus including an oil return pipe that returns oil captured by an oil separator into a compressor.
  • a multi-stage (for example, two-stage) compressor that compresses and discharges the sucked refrigerant in multiple stages, an oil separator provided in a high-pressure discharge pipe of the compressor, and oil captured by the oil separator
  • a refrigeration apparatus including an oil return pipe that returns the gas to the compressor (see, for example, Patent Document 1).
  • the compressor case is configured to have an intermediate or low pressure
  • an electromagnetic return valve is provided in the oil return pipe so that when the amount of oil in the case decreases to the lower limit, this electromagnetic
  • oil is returned into the case using a differential pressure between the discharged refrigerant (high pressure) and the inside of the case (intermediate pressure or low pressure) by opening and closing the on-off valve.
  • the amount of oil discharged together with the refrigerant from the compressor varies depending on the operating frequency of the compressor, whereas the amount of oil returning into the case depends on the discharged refrigerant (high pressure) and the case (intermediate pressure or low pressure). ) And the pressure difference.
  • the refrigerant circuit has a higher pressure side and a lower pressure side (or intermediate pressure).
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a refrigeration apparatus capable of preventing poor lubrication when a state where the amount of oil in the compressor is low occurs while optimizing the oil return amount. With the goal.
  • the present invention includes a refrigerant circuit that performs a refrigeration cycle operation using carbon dioxide as a refrigerant.
  • the refrigerant circuit stores oil in a case and discharges the refrigerant together with the oil to a high-pressure discharge pipe.
  • the motor-operated valve provided in the oil return pipe And a valve opening degree adjusting means for adjusting the opening degree of the electric valve according to the operating frequency of the compressor, an oil level detecting means for detecting an oil level in the compressor, and during operation of the compressor , The operation of the compressor is stopped when the state where the oil level is lower than the lower limit level is continued, and when the oil level exceeds a predetermined level, the operation is stopped.
  • the opening degree of the motor-operated valve provided in the oil return pipe is adjusted according to the operating frequency of the compressor, and when the oil level is below the lower limit level during the operation of the compressor continues.
  • the compressor operation is stopped and the oil level exceeds a predetermined level, the compressor operation is resumed.Therefore, when the oil amount in the compressor is low, the oil return amount is optimized. Lubrication failure can be prevented.
  • the compressor has a plurality of compressors connected in parallel, and the operation control means operates any one of the compressors when the oil level continues below the lower limit level.
  • the operation capability of another compressor may be increased so as to compensate for the decrease in the operation capability due to the operation stop. According to this configuration, it is possible to continue the operation according to the refrigeration load.
  • the valve opening adjustment means increases the valve opening of the motor-operated valve when the operating frequency of the compressor increases, and increases the operating frequency of the compressor when the operating frequency of the compressor decreases. You may make it make the valve opening degree of a motor operated valve small. According to this configuration, the amount of oil returned into the case can be controlled in accordance with the amount of oil discharged, so that stable oil return control is possible.
  • valve opening adjusted by the valve opening adjustment means when the oil level exceeds the upper limit level, the valve opening adjusted by the valve opening adjustment means is corrected so as to be reduced, and the oil level falls below the lower limit level.
  • a valve opening correction unit that corrects the valve opening adjusted by the valve opening adjustment unit to be large may be provided. According to this configuration, in order to correct the valve opening degree of the motor-operated valve adjusted by the valve opening degree adjusting means in accordance with the oil level in the case, the state in which the oil amount in the case is too small or excessive can be quickly Can be solved.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the refrigeration apparatus 1 includes a refrigeration unit 3 and a plurality of (for example, two) showcase units 5A and 5B.
  • the refrigeration unit 3 and the showcase units 5A and 5B include a liquid refrigerant pipe 7 and a gas.
  • a refrigerant circuit 10 that is connected by a refrigerant pipe 9 and performs a refrigeration cycle operation is configured.
  • the refrigerant circuit 10 uses a carbon dioxide (CO2) refrigerant whose high pressure side has a supercritical pressure.
  • CO2 carbon dioxide
  • the carbon dioxide refrigerant Since the carbon dioxide refrigerant has an ozone depletion coefficient of 0 and a global warming coefficient of 1, the load on the environment is small, and it is safe and inexpensive without toxicity and flammability.
  • oil for lubricating the compressor 11 in the refrigerant circuit 10 is also placed in the refrigerant pipe.
  • the flow of the refrigerant is indicated by solid arrows, and the flow of oil is indicated by broken arrows.
  • the refrigerator unit 3 includes two compressors 11 and 11 connected by piping in parallel.
  • the compressors 11 and 11 are internal intermediate pressure type rotary two-stage compressors in which the insides of the cases 12 and 12 have an intermediate pressure.
  • Each compressor 11 has an electric motor section (not shown) inside the case 12 and a low-stage compression element 11A and a high-stage compression element 11B driven by the electric motor section.
  • the low-stage compression element 11A boosts and discharges low-pressure refrigerant sucked into the compressor 11 through the gas refrigerant pipe 9 to an intermediate pressure
  • the high-stage compression element 11B is an intermediate pressure compressed by the low-stage compression element 11A.
  • the refrigerant is further pressurized to a high pressure and discharged.
  • the compressor 11 is a variable frequency compressor, and the rotation speed of the low-stage compression element 11A and the high-stage compression element 11B can be adjusted by changing the operating frequency of the electric motor unit.
  • the case 12 of the compressor 11 includes a low-stage suction port 12A and a low-stage discharge port 12B communicating with the low-stage compression element 11A, and a high-stage suction port 12C and a high-stage side communicating with the high-stage compression element 11B.
  • a discharge port 12D is formed.
  • Low-pressure suction pipes 13 and 13 are connected to the low-stage suction ports 12A and 12A of the compressors 11 and 11, respectively, and these low-pressure suction pipes 13 and 13 merge on the upstream side of the low-stage compression elements 11A and 11A.
  • the low pressure suction pipe 13 is provided with a suction pressure sensor 15 and a suction temperature sensor 16 for detecting the suction pressure and the suction temperature of the refrigerant flowing through the low pressure suction pipe 13, respectively.
  • Intermediate pressure discharge pipes 17 and 17 are connected to the low-stage discharge ports 12B and 12B, respectively, and the intermediate-pressure discharge pipes 17 and 17 merge at the downstream side of the low-stage compression elements 11A and 11A.
  • 18 is connected to one end.
  • This intermediate cooler 18 cools the intermediate-pressure refrigerant discharged from the low-stage compression element 11A, and an intermediate-pressure suction pipe 19 is connected to the other end of the intermediate cooler 18.
  • the suction pipe 19 is branched into two and then connected to the high-stage suction ports 12C and 12C.
  • the intermediate pressure suction pipe 19 is provided with an intermediate pressure sensor 20 that detects the intermediate pressure of the refrigerant flowing through the intermediate pressure suction pipe 19.
  • the high stage side suction port 12 ⁇ / b> C communicates with the high stage compression element 11 ⁇ / b> B through the space in the case 12, and the inside of the case 12 is maintained at an intermediate pressure during the operation of the compressor 11.
  • High-pressure discharge pipes 21 and 21 are connected to the high-stage discharge ports 12D and 12D, respectively, and the high-pressure discharge pipes 21 and 21 merge on the downstream side of the high-stage compression elements 11B and 11B to form a single high-pressure discharge. It becomes the tube 21A.
  • the high-pressure discharge pipe 21 ⁇ / b> A is connected to the liquid refrigerant pipe 7 via a single oil separator 22, a gas cooler (heat radiator) 23, and a supercooling heat exchanger 24.
  • the high-stage discharge ports 12D and 12D are respectively provided with a discharge pressure sensor 25 and a discharge temperature sensor 26 for detecting the discharge pressure and the discharge temperature of the refrigerant discharged from the high-stage compression elements 11B and 11B, respectively. ing.
  • the oil separator 22 separates and captures oil contained in the high-pressure discharged refrigerant discharged from the compressor 11, and the oil separator 22 is oil that returns the captured oil to the compressor 11.
  • a return pipe 28 is connected.
  • the oil return pipe 28 is provided with an oil cooler 27 that cools the captured oil.
  • the oil return pipe 28 includes two oil return pipes (an oil return pipe for each compressor 11). ) Branched to 28A and connected to the case 12 of the compressor 11 through the strainer 29 and the motor-operated valve 30 such as a flow rate adjusting valve, respectively.
  • the trapped oil is intermediate between the high pressure in the oil separator 22 (equivalent to the pressure in the high-pressure discharge pipe 21A) and the inside of the case 12. The pressure is returned into the case 12 by the pressure difference.
  • this refrigeration apparatus 1 uses a carbon dioxide refrigerant, the operating pressure is higher than when a fluorocarbon refrigerant is used, and the volume of the oil separator 22 is restricted due to the need to ensure pressure resistance. This means that the oil separation efficiency of the oil separator 22 decreases, and the oil that could not be separated flows to the evaporator (case heat exchangers 43A and 43B) on the low pressure side of the refrigeration cycle and stays in the evaporator. It may cause deterioration of heat transfer performance and poor lubrication of the compressor.
  • a single oil tank 61 having a predetermined volume for storing the oil separated by the oil separator 22 is provided, and the oil stored in the oil tank 61 is supplied to the compressor through the oil return pipes 28A and 28A. 11 and 11 are returned to the case 12.
  • the oil tank 61 is formed of a small (small volume) heat-resistant container having a height lower than that of the oil separator 22, has sufficient pressure resistance to withstand the high operating pressure of the refrigeration apparatus 1, and the oil separator 22 It is arranged adjacent to.
  • One end of the oil pipe 28B connecting the oil separator 22 and the oil tank 61 opens near the bottom of the oil separator 22, and the oil near the bottom is drawn into the oil pipe 28B by the above-described differential pressure. Pull in.
  • One end of a single oil return pipe 28 connected to the compressors 11, 11 is connected to the oil tank 61, and the oil in the oil tank 61 is sucked into the oil return pipe 28 by the differential pressure, and the compressor 11, 11 in the case 12.
  • the oil separated by the oil separator 22 flows and accumulates in the oil tank 61 due to the negative pressure in the case 12 of the compressors 11, 11, and accordingly, the oil oil level in the oil separator 22 is lowered. can do.
  • an oil separation space (a space for separating the oil from the mixed flow of the gas-phase refrigerant and the oil mist) can be secured widely to increase the oil separation efficiency, and a sufficient amount of oil can be secured in the oil tank 61.
  • the case 12 of the compressor 11 is provided with an oil level sensor (oil level detecting means) 31 for detecting the level of oil stored in the case 12 (oil amount).
  • the oil level sensor 31 is a two-contact type level sensor that can detect an upper limit level and a lower limit level.
  • the oil level sensor 31 includes a sensor case that communicates with the case 12, and the oil level in the sensor case is the compressor level. 11 according to the oil level in the case 12.
  • a float switch is arranged in the sensor case, which includes a float that floats up and down in response to changes in the oil level, and upper and lower contacts that are opened and closed as the height of the float changes. Yes.
  • a magnet is disposed in the float, and upper and lower contacts disposed at different heights are opened and closed by the magnetic force of the magnet. Specifically, the upper contact is turned on when the oil level in the case 12 exceeds the upper limit level, and the upper contact is turned off when the oil level falls below the upper limit level. Further, when the oil level in the case 12 exceeds the lower limit level, the lower contact is turned off, and when the oil level falls below the lower limit level, the lower contact is turned on.
  • the gas cooler 23 cools the high-pressure discharged refrigerant discharged from the compressor 11.
  • the gas cooler 23 is arranged in parallel with the intermediate cooler 18 and the oil cooler 27 described above.
  • the gas cooler 23, the intermediate cooler 18, and the oil cooler 27 are provided adjacent to a cooling fan 32 that blows air toward the gas cooler 23, the intermediate cooler 18, and the oil cooler 27.
  • the supercooling heat exchanger 24 is cooled by the gas cooler 23 and passes through the high pressure discharge pipe 21A and the liquid refrigerant pipe 7 from the gas cooler 23, and the first expansion valves (first throttle means) 42A included in the showcase units 5A and 5B.
  • the refrigerant heading for 42B is supercooled using the branched refrigerant branched on the outlet side of the gas cooler 23.
  • a branch pipe 33 branched from the high-pressure discharge pipe 21 on the outlet side of the gas cooler 23 is connected to the branch refrigerant flow path inlet of the supercooling heat exchanger 24 via a second expansion valve 34, and the branch refrigerant flow
  • the passage outlet is connected to an intermediate pressure suction pipe 19 on the outlet side of the intermediate cooler 18.
  • the high-pressure discharge pipe 21 is provided with an inlet temperature sensor 35 and an outlet temperature sensor 36 that detect the temperature of the refrigerant flowing through the high-pressure discharge pipe 21 on the inlet side and the outlet side of the supercooling heat exchanger 24, respectively.
  • the refrigerator unit 3 includes a main controller 50 that controls the operation of the entire refrigeration apparatus 1.
  • the main controller 50 adjusts the operating frequency of the compressors 11 and 11 according to the refrigeration loads of the showcase units 5A and 5B, and adjusts the refrigerant discharge temperature of the high-stage compression element 11B detected by the discharge temperature sensor 26. Based on this, the opening degree of the second expansion valve 34 is adjusted.
  • the opening degree of the second expansion valve 34 may be adjusted based on the outlet temperature of the branch refrigerant, which is an intermediate pressure of the supercooling heat exchanger 24, the refrigerant inlet / outlet temperature difference of the supercooling heat exchanger 24, and the like. good.
  • the main control device 50 executes oil return control from the oil separator 22 to each of the compressors 11, 11, and at the time of oil return control, each motor-operated valve 30 is based on the operating frequency of each compressor 11, 11. , 30 valve opening is adjusted. Further, when performing oil return control, the valve opening is corrected based on the oil level detected by each oil level sensor 31.
  • the main controller 50 functions as a valve opening adjusting means for adjusting the valve opening of the motor operated valves 30 and 30 according to the operating frequency of the compressors 11 and 11, and according to the oil level. It functions as a valve opening correction means for correcting the valve opening.
  • each showcase unit 5A, 5B is each installed in a store or the like, and are connected in parallel to the liquid refrigerant pipe 7 and the gas refrigerant pipe 9, respectively.
  • Each showcase unit 5A, 5B includes case refrigerant pipes 40A, 40B that connect the liquid refrigerant pipe 7 and the gas refrigerant pipe 9, and the case refrigerant pipes 40A, 40B include strainers 41A, 41B, respectively, Expansion valves (first throttle means) 42A and 42B and case heat exchangers 43A and 43B are provided.
  • the case heat exchangers 43A and 43B are provided with case fans 44A and 44B adjacent to the case heat exchangers 43A and 43B.
  • the showcase units 5A and 5B include case control devices 45A and 45B that control the operation of each part of the showcase units 5A and 5B.
  • the case control devices 45A and 45B can communicate with the main control device 50. Composed.
  • Case controller 45A, 45B adjusts the opening degree of 1st expansion valve 42A, 42B based on the inlet-outlet temperature difference (superheat degree) of case heat exchanger 43A, 43B, respectively.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of oil return control. Since this oil return control is the same for both compressors 11, 11, only one compressor 11 and the corresponding motor-operated valve 30 will be described below.
  • main controller 50 acquires the initial opening degree of motor-operated valve 30 (step S1).
  • This initial opening is a valve opening that is set when the refrigeration apparatus 1 (that is, the compressors 11 and 11) is started.
  • the valve opening for example, the valve opening that closes the motor-operated valve 30 (for example, 30 pulses).
  • main controller 50 adjusts the valve opening degree of motor-operated valve 30 according to the operating frequency of compressor 11 (step S2).
  • the valve opening is calculated from the operating frequency of the compressor 11 and the correction coefficient A that is appropriately changed according to the oil level. Specifically, the valve opening is obtained by multiplying the value obtained by the correlation equation f (x) with the operating frequency as the variable x and the correction coefficient A, and when the operating frequency is high, the valve opening is performed. When the degree is large and low, the valve opening is reduced.
  • the valve opening degree of the motor-operated valve 30 is adjusted according to the operating frequency of the compressor 11.
  • the valve opening degree of each motor-operated valve 30 can be set to a valve opening degree corresponding to the operating frequency of each compressor 11, and the oil return amount as compared with the configuration in which the oil return amount is adjusted by a conventional electric on-off valve. Can be finely adjusted according to the compressor 11.
  • the initial value of the correction coefficient A is set to a value that provides a valve opening for obtaining an oil return amount corresponding to the oil amount discharged from the compressor 11, for example, based on the specifications of the compressor 11. Is set.
  • the balance between the amount of oil discharged from each compressor 11 and the amount of oil returned into the cases 12 and 12 of each compressor 11 can be improved, and the amount of oil returned to each compressor 11 can be reduced. Can be appropriate.
  • main controller 50 determines whether or not the lower contacts of the float switches of both compressors 11 and 11 are off (step S5). In this determination, when the lower contact of the float switch is not off (step S5; No), that is, when the oil level is below the lower limit level, a predetermined first waiting time (30 seconds in the present embodiment). Is determined (step S6). If this waiting time has not elapsed (step S6; No), the process returns to step S5. By performing the process of determining whether or not this waiting time has elapsed, it is possible to avoid erroneous detection of the oil level due to oil level fluctuations that occur during compressor operation.
  • step S6 Yes
  • the main control device 50 Shifts the processing to step S12 to correct the valve opening of the motor-operated valve 30.
  • step S5 When the lower contact of the float switch is off (step S5; Yes), that is, when the oil level exceeds the lower limit level, the main controller 50 resets the built-in timer (step S7). It is determined whether or not the upper contact of the switch is off (step S8). In step S8, if the upper contact of the float switch is not off (step S8; No), that is, if the oil level exceeds the upper limit level, a predetermined second waiting time (30 in this embodiment) is set. It is determined whether or not (second) has elapsed (step S9). If this waiting time has not elapsed (step S9; No), the process returns to step S8.
  • main controller 50 shifts the processing to step S15 and corrects the valve opening degree of electric valve 30.
  • step S8 when the upper contact of the float switch is off (step S8; Yes), that is, when the oil level is lower than the upper limit level, the main controller 50 determines whether the compressors 11 and 11 are stopped. Is determined (step S10). In this determination, when the compressor 11 is not stopped (step S10; No), the process proceeds to step S4, and the oil level determination process shown in steps S4 to S10 is repeatedly executed. Moreover, when the compressor 11 has stopped (step S10; Yes), the valve opening degree of the motor operated valve 30 is set to an initial opening degree, and a process is complete
  • step S6 when the state where the lower contact of the float switch is not turned off continues (step S6; No), the amount of oil in the case 12 is determined to be too small, so the oil return pipe 28A to the case 12 is provided. It correct
  • the main controller 50 sets the correction coefficient A related to the valve opening degree of the motor-operated valve 30 of the compressor 11 by increasing a predetermined amount (10% in this embodiment) (step S12). Thereby, the valve opening degree of the motor-operated valve 30 adjusted according to the operating frequency of the compressor 11 is corrected based on the oil amount in the case 12.
  • main controller 50 determines whether or not correction coefficient A is larger than a predetermined upper limit value (6.0 in the present embodiment) (step S13).
  • This upper limit value is an upper limit value when the correction coefficient A is increased.
  • step S13; No the process returns to step S4.
  • step S13; Yes the correction coefficient A is set to the upper limit value (step S14), and the process returns to step S4.
  • step S9 When the state in which the upper contact of the float switch is not off continues (step S9; No), it is determined that the amount of oil in the case 12 is excessive, so that the valve opening of the motor-operated valve 30 is decreased (reduced diameter).
  • the main controller 50 sets the correction coefficient A related to the valve opening degree of the motor-operated valve 30 of the compressor 11 by decreasing a predetermined amount (about 5% in the present embodiment) (step S15).
  • the valve opening degree of the motor-operated valve 30 adjusted according to the operating frequency of the compressor 11 is corrected based on the oil amount in the case 12. For this reason, the amount of oil returned into the case 12 can be reduced, and the state where the amount of oil in the case 12 is excessive can be eliminated at an early stage.
  • main controller 50 determines whether or not correction coefficient A is smaller than a predetermined lower limit (0.3 in the present embodiment) (step S16).
  • This lower limit value is a lower limit value when the correction coefficient A is decreased.
  • the process returns to step S4.
  • the correction coefficient A is set to the lower limit value (step S17), and the process returns to step S4.
  • the two-stage compressor 11 in which the inside of the case 12 has an intermediate pressure, the oil separator 22 provided in the high-pressure discharge pipe 21 of the compressor 11, and the oil separator 22 are captured.
  • An oil return pipe 28 for returning oil into the case 12 a motor operated valve 30 provided in the oil return pipe 28 ⁇ / b> A, and a valve opening adjustment for adjusting the valve opening of the motor operated valve 30 according to the operating frequency of the compressor 11.
  • the main controller 50 In order to provide the main controller 50 as a means, even in a configuration using carbon dioxide refrigerant, a balance between the amount of oil discharged from the compressor 11 and the amount of oil returned into the case 12 of the compressor 11 is achieved.
  • the amount of oil in the case 12 can be easily controlled.
  • the main controller 50 increases the valve opening degree of the motor-operated valve 30 when the operating frequency of the compressor 11 is increased, and the motor-operated valve when the operating frequency of the compressor 11 is decreased. Since the valve opening of 30 is reduced, the amount of oil returned into the case 12 can be controlled in accordance with the amount of oil discharged from the compressor 11, so that stable oil return control is possible.
  • the oil level sensor 31 that detects the oil level in the case 12 is provided, and the main controller 50 detects that the compressor level when the oil level detected by the oil level sensor 31 exceeds the upper limit level.
  • the valve opening degree of the motor-operated valve 30 adjusted according to the operation frequency of 11 is made small, and when the oil level falls below the lower limit level, the valve opening degree is made to increase. The state in which the amount of oil in the case 12 is too small or excessive can be quickly eliminated, and control can be performed so that the amount of oil in the case 12 does not become insufficient.
  • the refrigeration apparatus 1 performs oil return control for adjusting the valve opening degree of the electric valve 30 provided in the oil return pipe 28A according to the operating frequency of the compressor 11 and the oil level in the case 12. Therefore, it is possible to avoid the situation where the oil amount in the compressor 11 is reduced by optimizing the oil return amount as much as possible.
  • this refrigeration apparatus 1 it may take time for the oil to circulate properly in the pipe during a trial run performed immediately after installation, particularly during a trial run when the pipe distance is long. In other words, even if the motor-operated valves 30 and 30 are opened widely, the oil does not return to the cases 12 and 12 of the compressors 11 and 11, and the amount of oil in the cases 12 and 12 decreases.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the operation stop control.
  • main controller 50 resets another built-in timer (step S21), and then determines whether or not the lower contact of the float switch of compressor 11 is off (step S22). In this determination, when the lower contact of the float switch is not off (step S22; No), that is, when the oil level is below the lower limit level, the oil return control does not increase the oil amount, that is, the oil is insufficient.
  • This waiting time is set to be longer than the first and second waiting times (30 seconds in the present embodiment) for oil return control and within a time that does not have a significant adverse effect on the compressor 11, In this embodiment, it is set to 10 minutes.
  • step S23; No If the waiting time has not elapsed (step S23; No), the main control device 50 returns to the process of step S22. If the waiting time has elapsed (step S23; Yes), the oil level is below the lower limit level. Is stopped (step S24), and the process returns to step S22. Thereby, the driving
  • step S22; Yes when the lower contact of the float switch is off (step S22; Yes), that is, when the oil level is higher than the lower limit level, the main controller 50 is a compressor provided with the float switch. It is determined whether or not 11 is stopped (step S25). If not stopped (step S25; No), the process returns to step S21.
  • step S25; Yes the main controller 50 determines whether or not there is an operation signal for instructing operation, that is, whether or not the operation instruction is continuing or a new operation instruction has been issued. Is determined (step S26). If there is an operation instruction (step S26; Yes), main controller 50 causes compressor 11 to operate again (step S27). That is, after the operation of the compressor 11 is stopped, the operation of the compressor 11 is resumed when the oil level exceeds the lower limit level. On the other hand, if there is no operation instruction (step S26; No), the main controller 50 ends the processing and keeps the compressor 11 stopped. Thereby, the driving
  • the main controller 50 increases the operation capacity of the other compressors 11 to compensate for the decrease in the operation capacity due to the operation stop of the compressor 11. Take control. Specifically, if the other compressor 11 is stopped, the operation of the other compressor 11 is started, and control is performed so that the compressor 11 is operated at the capacity before the stop. Is operating, the operating capacity of the other compressors 11 is increased by the operating capacity of the stopped compressor 11 before stopping. Thereby, the fall of driving capability is suppressed and the freezing operation according to external load (refrigeration load) is continued.
  • the main controller 50 stops the operation of the compressor 11 when the oil level continues below the lower limit level during the operation of the compressor 11, and the oil level Functions as an operation control means for restarting the operation of the compressor 11 when the value exceeds the lower limit level, so that the operation of the compressor 11 in a state where the amount of oil in the compressor 11 is small is avoided and the lubrication of the compressor 11 is performed. Defects can be prevented.
  • the valve opening degree of the motor-operated valve 30 provided in the oil return pipe 28A is controlled according to the operating frequency of the compressor 11, a special operation such as a trial operation or a small total oil amount is performed.
  • the compressor 11 can be continuously operated by optimizing the oil return amount, and the compressor 11 is caused due to the special state described above. It becomes possible to prevent the lubrication failure of the compressor 11 when the oil in the inside decreases.
  • an oil tank 61 having a predetermined volume for storing the oil separated by the oil separator 22 is provided, and the oil stored in the oil tank 61 is passed through the oil return pipe 28 to the inside of the case 12 of the compressor 11.
  • the motor-operated valve 30 for adjusting the opening degree of the oil return pipe 28A is provided, and the opening degree of the motor-operated valve 30 is adjusted according to the operating frequency of the compressor 11, so that oil is accumulated in the oil tank 61. Therefore, the oil oil level in the oil separator 22 can be lowered. As a result, a large oil separation space can be secured to increase the oil separation efficiency, and a sufficient oil storage amount can be secured by the oil tank 61.
  • the oil separation efficiency and the oil storage amount can be ensured without increasing the volume of the oil separator 22, and this also enables stable oil return control in the configuration using the carbon dioxide refrigerant. It is possible to prevent the refrigerant from being mixed into the oil that returns to the compressor 11, and it is possible to more reliably prevent poor lubrication of the compressor 11.
  • the temperature of the oil can be lowered by the oil tank 61, the temperature of the oil returning to the compressor 11 can be efficiently lowered, and the oil level in the oil tank 61 is changed to the oil separator 22.
  • the oil separator 22 is provided in a single high-pressure discharge pipe 21A that joins the high-pressure discharge pipes 21 and 21 of the plurality of compressors 11 and 11, the oil separator 22 can be shared by all the compressors 11 and 11, The number of parts can be reduced.
  • the oil tank 61 is formed of a heat-resistant container having a height lower than that of the oil separator 22, it is easy to ensure sufficient pressure resistance and layout in the refrigeration apparatus 1 is easy. Further, since the oil cooler 27 is provided in the oil return pipe 21A downstream of the oil tank 61, the oil can be efficiently cooled.
  • this invention is not limited to this, A various change implementation is possible.
  • the case where the two compressors 11 and 11 were provided was demonstrated, you may make it 1 unit
  • this embodiment demonstrated the case where this invention was applied to the refrigeration apparatus 1 which consists of the refrigerator unit 3 used as a heat source side apparatus, and showcase unit 5A, 5B used as a use side apparatus, well-known freezing You may apply the structure of an apparatus.
  • the oil level sensor 31 is configured by a two-contact type level sensor that can detect the upper limit level and the lower limit level.
  • the present invention is not limited to this, for example, between the upper limit level and the lower limit level. It may be constituted by a level sensor that can detect the intermediate level.
  • the oil level when the operation of the compressor 11 is stopped and the oil level when the operation is restarted is set to the same level (lower limit level) is described, but the present invention is not limited thereto.
  • the oil level when the operation of the compressor 11 is stopped may be different from that when the operation is restarted.
  • the operation of the compressor 11 may be restarted.
  • the operation of the compressor 11 can be resumed while more oil is accumulated in the compressor 11, the lubrication failure can be reliably avoided and the operation time of the compressor 11 can be ensured for a long time, and the oil in the piping can be secured during the trial operation. It becomes easy to secure time until it circulates appropriately.
  • Refrigeration equipment 3 Refrigerator unit (heat source side equipment) 5A, 5B showcase unit (use side equipment) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Refrigerant circuit 11 Compressor 12 Case 21 High pressure discharge pipe 22 Oil separator 23 Gas cooler 27 Oil cooler 28, 28A, 28B Oil return pipe 30 Electric valve 31 Oil level sensor (oil level detection means) 38 Capillary tube (fixed throttle) 50 Main controller (valve opening adjusting means, valve opening correcting means, operation control means) 61 Oil tank A Correction factor

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Abstract

　オイル戻し量の適正化を図りつつ、圧縮機内のオイル量が少ない状態が生じた場合の潤滑不良を防止できる冷凍装置を提供する。　オイル戻し管２８Ａに設けられる電動弁３０の開度を圧縮機１１，１１の運転周波数に応じて調整するとともに、圧縮機１１，１１の運転中にいずれかの圧縮機１１のケース１２内のオイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続した場合に圧縮機１１の運転を停止させ、オイルレベルが所定レベルを上回った場合に圧縮機１１の運転を再開するようにした。

Description

冷凍装置
　本発明は、オイルセパレータで捕捉されたオイルを圧縮機内に戻すオイル戻し管を備えた冷凍装置に関する。
　一般に、吸入した冷媒を多段階に圧縮して吐出する多段式（例えば２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、このオイルセパレータで捕捉されたオイルを圧縮機に戻すオイル戻し管とを備える冷凍装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の冷凍装置では、圧縮機のケース内が中間圧もしくは低圧となるように構成するとともに、オイル戻し管に電磁開閉弁を備え、ケース内のオイル量が下限まで減少した際に、この電磁開閉弁を開閉することにより、吐出冷媒（高圧）とケース内（中間圧もしくは低圧）との差圧を利用してオイルをケース内に戻す構成とするものがある。
特開２００８－１４４６４３号公報
　ところで、圧縮機から冷媒とともに吐出されるオイル量は、当該圧縮機の運転周波数に応じて変動するのに対し、ケース内に戻るオイル量は、吐出冷媒（高圧）とケース内（中間圧もしくは低圧）との差圧の大きさによって決定される。
　しかし、二酸化炭素（ＣＯ2）を冷媒として使用する冷凍装置では、フロン（代替フロンを含み、フルオロカーボン系冷媒とも言う）を使用する冷凍装置に比べて、冷媒回路の高圧側と低圧側（または中間圧）の圧力差が大きくなるので、圧縮機の吐出冷媒と圧縮機のケース内（中間圧もしくは低圧）との差圧が大きくなり、電磁開閉弁でオイル戻し量を適切に調整することが困難であった。これに起因して、運転中の圧縮機のケース内のオイル量が少ない状態が生じ、圧縮機の潤滑不良を招くおそれが生じる。また、設置直後の試運転時、特に配管距離が長い場合には圧縮機のケース内のオイル量が不足し、圧縮機の潤滑不良を招くおそれが生じる。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、オイル戻し量の適正化を図りつつ、圧縮機内のオイル量が少ない状態が生じた場合の潤滑不良を防止できる冷凍装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するため、本発明は、二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクル運転を行う冷媒回路を備え、この冷媒回路は、ケース内にオイルを貯留し、このオイルと共に冷媒を高圧吐出管に吐出する圧縮機と、前記高圧吐出管に設けられた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前記ケース内に戻すオイル戻し管とを有する冷凍装置において、前記オイル戻し管に設けられる電動弁と、前記電動弁の開度を、前記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、前記圧縮機内のオイルレベルを検出するオイルレベル検出手段と、前記圧縮機の運転中に、前記オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続した場合に前記圧縮機の運転を停止させ、前記オイルレベルが所定レベルを上回った場合に前記圧縮機の運転を再開する運転制御手段とを備えることを特徴とする。
　この構成によれば、オイル戻し管に設けられる電動弁の開度を圧縮機の運転周波数に応じて調整するとともに、圧縮機の運転中にオイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続した場合に圧縮機の運転を停止させ、オイルレベルが所定レベルを上回った場合に圧縮機の運転を再開するので、オイル戻し量の適正化を図りつつ、圧縮機内のオイル量が少ない状態が生じた場合の潤滑不良を防止できる。
　上記構成において、前記圧縮機は、並列に接続される複数の圧縮機を有し、前記運転制御手段は、前記オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続したことによっていずれかの圧縮機を運転停止させた場合に、運転停止による運転能力低下を補うように他の圧縮機の運転能力を増大させるようにしても良い。この構成によれば、冷凍負荷に応じた運転を継続することができる。
　また、上記構成において、前記弁開度調整手段は、前記圧縮機の運転周波数が大きくなった際に前記電動弁の弁開度を大きくし、前記圧縮機の運転周波数が小さくなった際に前記電動弁の弁開度を小さくするようにしても良い。この構成によれば、オイルの吐出量に応じて、ケース内に戻されるオイル量を制御できるため、安定したオイル戻し制御が可能となる。
　また、上記構成において、前記オイルレベルが上限レベルを上回った場合には、前記弁開度調整手段で調整された前記弁開度を小さくするように補正し、当該オイルレベルが下限レベルを下回った場合には、当該弁開度調整手段で調整された弁開度を大きくするように補正する弁開度補正手段を備えるようにしても良い。この構成によれば、ケース内のオイルレベルに応じて、弁開度調整手段で調整された電動弁の弁開度を補正するため、ケース内のオイル量が過少または過多となった状態をすみやかに解消することができる。
　本発明によれば、オイル戻し量の適正化を図りつつ、圧縮機内のオイル量が少ない状態が生じた場合の潤滑不良を防止できる。
本実施形態に係る冷凍装置の回路構成図である。 オイル戻し制御の動作を示すフローチャートである。 運転停止制御の動作を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の回路構成図である。
　冷凍装置１は、冷凍機ユニット３と複数台（例えば２台）のショーケースユニット５Ａ，５Ｂとを備え、これら冷凍機ユニット３と各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂとが、液冷媒配管７及びガス冷媒配管９により連結されて冷凍サイクル運転を行う冷媒回路１０を構成している。
　この冷媒回路１０には、高圧側が超臨界圧力となる二酸化炭素（ＣＯ2）冷媒が使用されている。二酸化炭素冷媒は、オゾン破壊係数が０で、地球温暖化係数が１であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可燃性がなく安全で安価である。また、二酸化炭素冷媒に加えて、冷媒回路１０内の圧縮機１１を潤滑するためのオイルも冷媒配管に入れられている。図１には、実線矢印で冷媒の流れを示し、破線矢印でオイルの流れを示している。
　冷凍機ユニット３は、並列に配管接続された２台の圧縮機１１，１１を備える。これら圧縮機１１，１１は、ケース１２，１２内が中間圧となる内部中間圧型のロータリ式二段圧縮機である。各圧縮機１１は、ケース１２内部に電動機部（図示略）と、この電動機部により駆動される低段圧縮要素１１Ａ及び高段圧縮要素１１Ｂとが配置されている。低段圧縮要素１１Ａは、ガス冷媒配管９を通じて圧縮機１１に吸い込まれる低圧の冷媒を中間圧まで昇圧して吐出し、高段圧縮要素１１Ｂは、上記低段圧縮要素１１Ａで圧縮された中間圧の冷媒を更に高圧まで昇圧して吐出する。また、圧縮機１１は、周波数可変型の圧縮機であり、電動機部の運転周波数を変更することにより、低段圧縮要素１１Ａ及び高段圧縮要素１１Ｂの回転数が調整可能となっている。
　圧縮機１１のケース１２には、低段圧縮要素１１Ａに連通する低段側吸込口１２Ａ及び低段側吐出口１２Ｂと、高段圧縮要素１１Ｂに連通する高段側吸込口１２Ｃ及び高段側吐出口１２Ｄとが形成されている。各圧縮機１１，１１の低段側吸込口１２Ａ，１２Ａには、それぞれ低圧吸入管１３，１３が接続され、これら低圧吸入管１３，１３は低段圧縮要素１１Ａ，１１Ａの上流側で合流し、単一のアキュームレータ１４を介して、単一のガス冷媒配管９に接続される。また、低圧吸入管１３には、この低圧吸入管１３を流れる冷媒の吸込圧力と吸込温度とをそれぞれ検出する吸込圧力センサー１５と吸込温度センサー１６とが設けられている。
　各低段側吐出口１２Ｂ，１２Ｂには、それぞれ中間圧吐出管１７，１７が接続され、この中間圧吐出管１７，１７は低段圧縮要素１１Ａ，１１Ａの下流側で合流して中間冷却器１８の一端に接続される。この中間冷却器１８は、低段圧縮要素１１Ａから吐出された中間圧の冷媒を冷却するものであり、当該中間冷却器１８の他端には、中間圧吸入管１９が接続され、この中間圧吸入管１９は２つに分岐した後に高段側吸込口１２Ｃ，１２Ｃに接続される。また、中間圧吸入管１９には、この中間圧吸入管１９を流れる冷媒の中間圧力を検出する中間圧力センサー２０が設けられている。本構成では、高段側吸込口１２Ｃは、ケース１２内空間を介して高段圧縮要素１１Ｂに連通しており、圧縮機１１の運転中、当該ケース１２内は中間圧に保たれる。
　各高段側吐出口１２Ｄ，１２Ｄには、それぞれ高圧吐出管２１，２１が接続され、この高圧吐出管２１，２１は高段圧縮要素１１Ｂ，１１Ｂの下流側で合流し、単一の高圧吐出管２１Ａとなる。この高圧吐出管２１Ａは、単一のオイルセパレータ２２、ガスクーラー（放熱器）２３及び過冷却熱交換器２４を介して、液冷媒配管７に接続される。また、高段側吐出口１２Ｄ，１２Ｄには、高段圧縮要素１１Ｂ，１１Ｂから吐出された冷媒の吐出圧力と吐出温度とをそれぞれ検出する吐出圧力センサー２５と吐出温度センサー２６とが各々設けられている。
　オイルセパレータ２２は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒中に含まれるオイルを冷媒と分離して捕捉するものであり、このオイルセパレータ２２には、捕捉したオイルを圧縮機１１に戻すオイル戻し管２８が接続されている。このオイル戻し管２８には、捕捉したオイルを冷却するオイルクーラー２７が設けられ、このオイルクーラー２７の下流側で、オイル戻し管２８は２系統のオイル戻し管（圧縮機１１毎のオイル戻し管）２８Ａに分岐され、それぞれストレーナ２９及び流量調整弁等の電動弁３０を介して圧縮機１１のケース１２に接続される。圧縮機１１のケース１２内は、上述のように中間圧に保たれるため、捕捉されたオイルは、オイルセパレータ２２内の高圧（高圧吐出管２１Ａ内の圧力と同等）とケース１２内の中間圧との差圧によって当該ケース１２内に戻される。
　ところで、本冷凍装置１は、二酸化炭素冷媒を使用するため、フルオロカーボン系冷媒を使用する場合に比べて作動圧力が高く、耐圧強度を確保する必要性からオイルセパレータ２２の容積が制約される。このことは、オイルセパレータ２２のオイル分離効率が低下し、分離できなかったオイルが冷凍サイクルの低圧側にある蒸発器（ケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂ）へと流れ、蒸発器内に滞留し、伝熱性能の低下や圧縮機の潤滑不良の原因となる。また、分離されたオイルをオイルセパレータ２２内に十分に貯留できず、圧縮機１１へ戻るオイルに冷媒が混入し、冷凍装置１の効率が著しく低下したり、圧縮機１１へ戻るオイル量が不足して潤滑不良を招いたりする原因にもなる。
　そこで、本実施形態では、オイルセパレータ２２で分離されたオイルを貯留する所定容積を有する単一のオイルタンク６１を設け、このオイルタンク６１に貯留されたオイルをオイル戻し管２８Ａ，２８Ａを通して圧縮機１１，１１のケース１２内に戻すようにしている。
　このオイルタンク６１は、オイルセパレータ２２よりも高さが低い小型（小容積）の耐熱容器で形成され、本冷凍装置１の高い作動圧力に耐えるのに十分な耐圧強度を有し、オイルセパレータ２２に隣接して配置されている。
　オイルセパレータ２２とオイルタンク６１とを接続するオイル配管２８Ｂは、一端がオイルセパレータ２２内の底部近傍で開口し、底部近傍のオイルを上記差圧によってオイル配管２８Ｂ内に引き込み、オイルタンク６１内に引き込む。このオイルタンク６１には、圧縮機１１，１１につながる単一のオイル戻し管２８の一端が接続され、上記差圧によりオイルタンク６１内のオイルがオイル戻し管２８に吸い込まれ、圧縮機１１，１１のケース１２内に戻される。
　この構成によれば、オイルセパレータ２２で分離されたオイルは圧縮機１１，１１のケース１２内の負圧によりオイルタンク６１内に流れて溜まり、その分、オイルセパレータ２２内のオイル油面を低くすることができる。これにより、オイル分離空間（気相冷媒とオイルミストの混合流からオイルを分離させるための空間）を広く確保してオイル分離効率を高めるとともに、オイルタンク６１内に十分なオイル量を確保できる。
　圧縮機１１のケース１２には、このケース１２内に貯留されているオイルのレベル（オイル量）を検出するオイルレベルセンサー（オイルレベル検出手段）３１が設けられている。
　オイルレベルセンサー３１は、上限レベル及び下限レベルを検出できる２接点式のレベルセンサであり、図示は省略するが、ケース１２に連通するセンサケースを備え、このセンサケース内のオイルレベルは、圧縮機１１のケース１２内のオイルレベルに応じて変動する。また、センサケース内には、オイルレベルの変動に応じて上下に浮遊するフロートと、このフロートの高さ位置が変動することによって開閉される上接点及び下接点とを備えるフロートスイッチが配置されている。このフロートスイッチでは、フロートに磁石が配置され、この磁石の磁力によって、異なる高さに配置された上接点及び下接点が開閉される。
　具体的には、ケース１２内のオイルレベルが上限レベルを上回ると上接点がオンし、この上限レベルを下回ると上接点がオフする。また、ケース１２内のオイルレベルが下限レベルを上回ると下接点がオフし、この下限レベルを下回ると下接点がオンする。
　ガスクーラー２３は、圧縮機１１から吐出された高圧の吐出冷媒を冷却するものであり、本構成では、ガスクーラー２３は、上記した中間冷却器１８及びオイルクーラー２７に並設されている。これらガスクーラー２３、中間冷却器１８及びオイルクーラー２７には、当該ガスクーラー２３、中間冷却器１８及びオイルクーラー２７に向けて送風する冷却ファン３２が隣接して設けられている。
　過冷却熱交換器２４は、ガスクーラー２３で冷却され、ガスクーラー２３から高圧吐出管２１Ａ及び液冷媒配管７を通じて、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂが備える第一膨張弁（第一絞り手段）４２Ａ，４２Ｂへ向かう冷媒を、このガスクーラー２３の出口側で分岐された分岐冷媒を用いて過冷却するものである。この過冷却熱交換器２４の分岐冷媒流路入口には、ガスクーラー２３の出口側で高圧吐出管２１から分岐された分岐配管３３が、第二膨張弁３４を介して接続され、分岐冷媒流路出口は、中間冷却器１８の出口側の中間圧吸入管１９に接続されている。また、高圧吐出管２１には、過冷却熱交換器２４の入口側及び出口側に、それぞれ高圧吐出管２１を流れる冷媒温度を検出する入口温度センサー３５及び出口温度センサー３６が設けられている。
　また、冷凍機ユニット３は、冷凍装置１全体の動作を制御する主制御装置５０を備える。この主制御装置５０は、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂの冷凍負荷に応じて、圧縮機１１，１１の運転周波数を調整するとともに、吐出温度センサー２６が検出する高段圧縮要素１１Ｂの冷媒吐出温度に基づいて第二膨張弁３４の開度を調整する。なお、この第二膨張弁３４の開度は、過冷却熱交換器２４の中間圧となる分岐冷媒の出口温度、過冷却熱交換器２４の冷媒の出入口温度差等に基づいて調整しても良い。
　また、主制御装置５０は、オイルセパレータ２２から各圧縮機１１，１１へのオイル戻し制御を実行し、このオイル戻し制御時に、各圧縮機１１，１１の運転周波数に基づいて、各電動弁３０，３０の弁開度を調整する。さらに、オイル戻し制御をする際に、各オイルレベルセンサー３１で検出したオイルレベルに基づいて、弁開度を補正する。この実施形態では、主制御装置５０は、圧縮機１１，１１の運転周波数に応じて、電動弁３０，３０の弁開度を調整する弁開度調整手段として機能するとともに、オイルレベルに応じて弁開度を補正する弁開度補正手段として機能する。
　一方、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、それぞれ店舗内等に設置され、液冷媒配管７及びガス冷媒配管９にそれぞれ並列に接続されている。各ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、液冷媒配管７とガス冷媒配管９とを連結するケース冷媒配管４０Ａ，４０Ｂを備え、これらケース冷媒配管４０Ａ，４０Ｂには、それぞれストレーナ４１Ａ，４１Ｂと、第一膨張弁（第一絞り手段）４２Ａ，４２Ｂとケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂとが設けられている。このケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂには、当該ケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂに送風するケースファン４４Ａ，４４Ｂが隣接して設けられている。
　また、ショーケースユニット５Ａ，５Ｂは、これらショーケースユニット５Ａ，５Ｂの各部の動作を制御するケース制御装置４５Ａ，４５Ｂを備え、このケース制御装置４５Ａ，４５Ｂは、主制御装置５０と通信可能に構成される。ケース制御装置４５Ａ，４５Ｂは、ケース熱交換器４３Ａ，４３Ｂの出入口温度差（過熱度）に基づいて、第一膨張弁４２Ａ，４２Ｂの開度をそれぞれ調整する。
　次に、上記したオイル戻し制御の動作について説明する。図２は、オイル戻し制御の動作を示すフローチャートである。なお、このオイル戻し制御は両圧縮機１１，１１で同様であるため、以下、一方の圧縮機１１及び対応する電動弁３０について説明する。
　主制御装置５０は、冷凍装置１の運転が開始されると、電動弁３０の初期開度を取得する（ステップＳ１）。この初期開度は、冷凍装置１（すなわち圧縮機１１，１１）の運転起動時に設定される弁開度であり、本実施形態では、電動弁３０を略閉じた状態とする弁開度（例えば３０パルス）に設定されている。
　続いて、主制御装置５０は、電動弁３０の弁開度を、それぞれ圧縮機１１の運転周波数に応じて調整する（ステップＳ２）。この弁開度は、圧縮機１１の運転周波数と、オイルレベルによって適宜変更される補正係数Ａとから算出される。具体的には、運転周波数を変数ｘとする相関式ｆ（ｘ）により求められた値と、補正係数Ａとを乗算することにより弁開度を求めており、運転周波数が高いときは弁開度を大きく、低いときは弁開度を小さくする。
　冷凍装置１が始動して圧縮機１１の運転が開始されると、主制御装置５０は、補正係数Ａを初期値（Ａ＝２．０）に設定し（ステップＳ３）、この値を用いて弁開度を調整する。これにより、冷凍装置１が始動した後には、電動弁３０の弁開度が圧縮機１１の運転周波数に応じて調整される。このため、各電動弁３０の弁開度を、各圧縮機１１の運転周波数に応じた弁開度にでき、従来の電動開閉弁でオイル戻し量を調整する構成に比して、オイル戻し量を圧縮機１１に合わせて細かく調整できる。
　ここで、補正係数Ａの初期値は、圧縮機１１から吐出されるオイル量に相当するオイル戻し量を得るための弁開度にする値に設定され、例えば、圧縮機１１の仕様に基づいて設定される。これにより、各圧縮機１１から吐出されるオイル量と、各圧縮機１１のケース１２，１２内に戻されるオイル量とのバランスを向上させることができ、各圧縮機１１へのオイル戻し量を適正にすることができる。
　続いて、主制御装置５０は、内蔵するタイマーをリセットした後（ステップＳ４）、両圧縮機１１，１１のフロートスイッチの下接点がオフであるか否かを判別する（ステップＳ５）。
　この判別において、フロートスイッチの下接点がオフでない場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、すなわちオイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、予め定めた第１の待ち時間（本実施形態では３０秒）が経過したか否かを判別し（ステップＳ６）、この待ち時間が経過していなければ（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ５の処理へ戻る。
　この待ち時間が経過したか否かを判断する処理を行うことにより、圧縮機運転時に生じるオイル面の変動によるオイルレベルの誤検知を回避することができる。そして、待ち時間が経過した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、つまり、オイルレベルが下限レベルを継続して下回っている場合に、ケース１２内のオイル量が過少と判断されるため、主制御装置５０は、処理をステップＳ１２に移行して電動弁３０の弁開度を補正する。
　フロートスイッチの下接点がオフである場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、すなわち、オイルレベルが下限レベルを上回っている場合には、主制御装置５０は、内蔵するタイマーをリセットした後（ステップＳ７）フロートスイッチの上接点がオフであるか否かを判別する（ステップＳ８）。
　ステップＳ８の判別において、フロートスイッチの上接点がオフでない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、すなわちオイルレベルが上限レベルを上回っている場合には、予め定めた第２の待ち時間（本実施形態では３０秒）が経過したか否かを判別し（ステップＳ９）、この待ち時間が経過していなければ（ステップＳ９；Ｎｏ）、ステップＳ８の処理へ戻る。これにより、上記と同様に、オイルレベルの誤検知を回避することができるとともに、待ち時間が経過した場合、つまり、オイルレベルが上限レベルを継続して上回っている場合に、ケース１２内のオイル量が過多と判断されるため、主制御装置５０は、処理をステップＳ１５に移行して電動弁３０の弁開度を補正する。
　一方、フロートスイッチの上接点がオフである場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）すなわち、オイルレベルが上限レベルを下回っている場合には、主制御装置５０は、圧縮機１１，１１が停止しているか否かを判別する（ステップＳ１０）。この判別において、圧縮機１１が停止していない場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、処理をステップＳ４に移行し、上記ステップＳ４～Ｓ１０で示されるオイルレベル判定処理を繰り返し実行する。
　また、圧縮機１１が停止している場合には（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、電動弁３０の弁開度を初期開度に設定して処理を終了する（ステップＳ１１）。
　上述したように、フロートスイッチの下接点がオフでない状態が継続した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ケース１２内のオイル量が過少と判断されるため、そのケース１２へのオイル戻し管２８Ａに設けられた電動弁３０の弁開度を大きく（拡径）するように補正する。具体的には、主制御装置５０は、圧縮機１１の電動弁３０の弁開度に関する補正係数Ａを、所定量（本実施形態では１０％）増加して設定する（ステップＳ１２）。これにより、圧縮機１１の運転周波数に応じて調整された電動弁３０の弁開度が、ケース１２内のオイル量に基づいて大きくなるように補正される。このため、ケース１２内に戻されるオイル量を増大させることができ、当該ケース１２内のオイル量が過少である状態を早期に解消できる。
　また、主制御装置５０は、補正係数Ａが所定の上限値（本実施形態では６．０）よりも大きいか否かを判別する（ステップＳ１３）。この上限値は、補正係数Ａを増加する際の上限値であり、補正係数Ａが上限値より小さい場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）には、処理をステップＳ４に戻す。
　一方、補正係数Ａが上限値を超える場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）には、補正係数Ａを上限値に設定し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ４に戻す。
　フロートスイッチの上接点がオフでない状態が継続した場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、ケース１２内のオイル量が過多と判断されるため、電動弁３０の弁開度を小さく（縮径）するように補正する。具体的には、主制御装置５０は、圧縮機１１の電動弁３０の弁開度に関する補正係数Ａを、所定量（本実施形態では約５％）減少して設定する（ステップＳ１５）。これにより、圧縮機１１の運転周波数に応じて調整された電動弁３０の弁開度が、ケース１２内のオイル量に基づいて小さくなるように補正される。このため、ケース１２内に戻されるオイル量を減少させることができ、当該ケース１２内のオイル量が過多である状態を早期に解消できる。
　続いて、主制御装置５０は、補正係数Ａが所定の下限値（本実施形態では０．３）よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ１６）。この下限値は、補正係数Ａを減少する際の下限値であり、補正係数Ａが下限値以上の場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）には、処理をステップＳ４に戻す。
　一方、補正係数Ａが下限値を下回る場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）には、補正係数Ａを下限値に設定し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ４に戻す。
　このように本実施形態では、ケース１２内が中間圧となる２段式の圧縮機１１と、この圧縮機１１の高圧吐出管２１に設けられたオイルセパレータ２２と、このオイルセパレータ２２で捕捉したオイルをケース１２内に戻すオイル戻し管２８と、オイル戻し管２８Ａに設けられた電動弁３０と、この電動弁３０の弁開度を圧縮機１１の運転周波数に応じて調整する弁開度調整手段としての主制御装置５０とを備えるため、二酸化炭素冷媒を使用する構成でも、圧縮機１１から吐出されるオイル量と当該圧縮機１１のケース１２内に戻されるオイル量とのバランスを図ることができ、当該ケース１２内のオイル量を容易に制御することができる。
　また、本実施形態では、主制御装置５０は、圧縮機１１の運転周波数が大きくなった際に電動弁３０の弁開度を大きくし、圧縮機１１の運転周波数が小さくなった際に電動弁３０の弁開度を小さくするため、当該圧縮機１１から吐出されるオイルの吐出量に応じて、ケース１２内に戻されるオイル量を制御できるため、安定したオイル戻し制御が可能となる。
　また、本実施形態では、ケース１２内のオイルレベルを検出するオイルレベルセンサー３１を備え、主制御装置５０は、オイルレベルセンサー３１で検出したオイルレベルが上限レベルを上回った場合には、圧縮機１１の運転周波数に応じて調整された電動弁３０の弁開度を小さくするように補正し、当該オイルレベルが下限レベルを下回った場合には、当該弁開度を大きくするように補正するため、ケース１２内のオイル量が過少または過多となった状態をすみやかに解消することができ、当該ケース１２内のオイル量が不足しないように制御できる。
　本冷凍装置１は、上述したように、圧縮機１１の運転周波数やケース１２内のオイルレベルに応じて、オイル戻し管２８Ａに設けられた電動弁３０の弁開度を調整するオイル戻し制御を行うため、オイル戻し量の適正化を図り圧縮機１１内のオイル量が少なくなる事態を可及的に避けることができる。
　しかしながら、この冷凍装置１であっても、設置した直後に行われる試運転時、特に配管距離が長い場合の試運転時には、配管内にオイルが適正に循環するまでに時間がかかる場合があり、かかる場合には、電動弁３０、３０を大きく開けても、圧縮機１１，１１のケース１２，１２内にオイルが戻らず、ケース１２，１２内のオイル量が少なくなる事態が生じる。更に、冷凍装置１内のオイル総量が少ない場合にも、電動弁３０、３０の開度によらず、圧縮機１１，１１のケース１２，１２内のオイル量が少なくなる事態が生じる。
　上記オイル戻し制御では、オイル量が少ない場合でも圧縮機１１の運転が継続するため、試運転時やオイル総量が少ない場合等に圧縮機１１の運転を継続してしまい、潤滑不良を招くおそれが生じる。そこで、本実施形態では、上記のオイル戻し制御に加えて、圧縮機１１内のオイル量が少ない状態での圧縮機１１の運転を回避する運転停止制御を行うようにしている。
　図３は、運転停止制御の動作を示すフローチャートである。このフローは、冷凍装置１の冷却運転が開始されると、所定の割り込み周期で繰り返し実行され、図２に示すオイル戻し制御と並行して実施される。なお、この運転停止制御についても両圧縮機１１，１１で同様に実施される。
　まず、主制御装置５０は、内蔵する別のタイマーをリセットした後（ステップＳ２１）、圧縮機１１のフロートスイッチの下接点がオフであるか否かを判別する（ステップＳ２２）。
　この判別において、フロートスイッチの下接点がオフでない場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、すなわちオイルレベルが下限レベルを下回っている場合には、上記オイル戻し制御ではオイル量が増えない状態、つまり、オイル不足を回避不能な状態と判断できる待ち時間（運転停止判断用の待ち時間）が経過したか否かを判別する（ステップＳ２３）。この待ち時間は、オイル戻し制御用の上記第１及び第２の待ち時間（本実施形態では３０秒）よりも長い時間であって、圧縮機１１に大きな悪影響を与えない時間内に設定され、本実施形態では１０分に設定される。
　主制御装置５０は、待ち時間が経過していなければ（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ステップＳ２２の処理へ戻り、待ち時間が経過した場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続している圧縮機１１の運転を停止し（ステップＳ２４）、ステップＳ２２の処理へ戻る。これにより、オイル量が少ない状態での圧縮機１１の運転を回避することができる。
　一方、フロートスイッチの下接点がオフである場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、すなわち、オイルレベルが下限レベルを上回っている場合には、主制御装置５０は、そのフロートスイッチが設けられている圧縮機１１が停止中か否かを判別し（ステップＳ２５）、停止中でなければ（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理へ戻る。
　圧縮機１１が停止中の場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、主制御装置５０は、運転を指示する運転信号ありか否か、つまり、運転指示が継続中か、又は、新たな運転指示があったか否かを判別する（ステップＳ２６）。運転指示があれば（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、主制御装置５０は、圧縮機１１を再び運転させる（ステップＳ２７）。すなわち、圧縮機１１の運転停止後、オイルレベルが下限レベルを上回っている場合に圧縮機１１の運転を再開する。
　一方、運転指示がなければ（ステップＳ２６；Ｎｏ）、主制御装置５０は、当該処理を終了し、圧縮機１１を停止させたままにする。これにより、オイル量が少ない状態での圧縮機１１の運転を継続して回避する。
　ここで、主制御装置５０は、ステップＳ２４の処理によって圧縮機１１の運転を停止した場合、この圧縮機１１の運転停止による運転能力低下を補うように他の圧縮機１１の運転能力を増大させる制御を行う。具体的には、他の圧縮機１１が停止中であれば、他の圧縮機１１の運転を開始し、停止した圧縮機１１の停止前の能力で運転させる制御を行い、他の圧縮機１１が運転中であれば、停止した圧縮機１１の停止前の運転能力分だけ、他の圧縮機１１の運転能力を上げる。これにより、運転能力の低下が抑えられ、外部負荷（冷凍負荷）に応じた冷凍運転が継続される。
　以上説明したように、本実施の形態では、主制御装置５０が、圧縮機１１の運転中にオイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続した場合に圧縮機１１の運転を停止させ、オイルレベルが下限レベルを上回った場合に圧縮機１１の運転を再開する運転制御手段として機能するので、圧縮機１１内のオイル量が少ない状態での圧縮機１１の運転を回避し、圧縮機１１の潤滑不良を防止できる。
　しかも、本実施形態では、オイル戻し管２８Ａに設けられた電動弁３０の弁開度を圧縮機１１の運転周波数に応じて調整する制御を行うので、試運転時やオイル総量が少ない等の特別な状態でない限りは、オイル戻し量を適正化でき、圧縮機１１内のオイルが少ない状態が継続する事態を避けることができる。
　このようにして、本実施形態では、二酸化炭素冷媒を使用する構成で、オイル戻し量の適正化を図って圧縮機１１の運転を継続可能にしつつ、上記の特別な状態を原因として圧縮機１１内のオイルが少なくなった際の圧縮機１１の潤滑不良を防止することが可能になる。
　また、本実施形態では、並列に接続される複数の圧縮機１１，１１を有し、オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続したことによっていずれかの圧縮機１１を運転停止させた場合に、運転停止による運転能力低下を補うように他の圧縮機１１の運転能力を増大させるので、運転能力の低下を抑えることができる。従って、いずれかの圧縮機１１を運転停止させても、冷凍負荷に応じた運転を継続することができる。また、他の圧縮機１１を運転するので、運転停止した圧縮機１１へオイルを戻しやすくすることができる。
　さらに、本実施形態では、オイルセパレータ２２で分離されたオイルを貯留する所定容積を有するオイルタンク６１を設け、このオイルタンク６１に貯留されたオイルをオイル戻し管２８を通して圧縮機１１のケース１２内に戻すとともに、オイル戻し管２８Ａの開度を調整する電動弁３０を設け、電動弁３０の開度を圧縮機１１の運転周波数に応じて調整するようにしたので、オイルタンク６１にオイルが溜まる分、オイルセパレータ２２内のオイル油面を低くすることができる。これによって、オイル分離空間を広く確保してオイル分離効率を高めるとともに、オイルタンク６１によって十分なオイル貯留量を確保できる。
　従って、オイルセパレータ２２の容積を大きくせずに、オイル分離効率及びオイル貯留量を確保することができ、これによっても、二酸化炭素冷媒を使用する構成で、安定したオイル戻し制御が可能になり、圧縮機１１へ戻るオイルに冷媒が混入することも防止することができ、圧縮機１１の潤滑不良をより確実に防止することが可能になる。
　また、上記オイルタンク６１を設けることによって、オイルタンク６１でオイルの温度を下げることができ、圧縮機１１に戻るオイルの温度を効率よく低下できるとともに、オイルタンク６１内の油面がオイルセパレータ２２内の気相冷媒によって乱されず、油面が安定する、といった効果も得られる。
　さらに、オイルセパレータ２２は、複数の圧縮機１１，１１の高圧吐出管２１，２１を合流した単一の高圧吐出管２１Ａに設けられるので、全圧縮機１１，１１でオイルセパレータ２２を共用でき、部品点数の削減ができる。また、オイルタンク６１は、オイルセパレータ２２よりも高さが低い耐熱容器で形成されるので、十分な耐圧強度を確保し易く、また、冷凍装置１内へのレイアウトも容易である。
　また、オイル戻し管２１Ａには、オイルタンク６１の下流にオイルクーラー２７が設けられるので、オイルを効率よく冷却することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、本実施形態では、２台の圧縮機１１，１１を備える場合を説明したが、これに限らず、１台又は３台以上にしても良い。また、ケース１２内が中間圧となる２段式の圧縮機１１に限らず、内部にオイルを貯留する公知の圧縮機を適用しても良い。
　また、本実施形態では、熱源側機器となる冷凍機ユニット３と、利用側機器となるショーケースユニット５Ａ，５Ｂとからなる冷凍装置１に本発明を適用する場合を説明したが、公知の冷凍装置の構成を適用しても良い。
　また、本実施形態では、オイルレベルセンサー３１を上限レベル及び下限レベルを検出できる２接点式のレベルセンサで構成する場合を説明したが、これに限らず、例えば、上限レベルと下限レベルとの間の中間レベルも検出できるレベルセンサで構成しても良い。
　また、本実施形態では、運転停止制御において、圧縮機１１の運転を停止する場合と運転を再開する場合のオイルレベルを同じレベル（下限レベル）とする場合を説明したが、これに限らない。つまり、圧縮機１１の運転を停止する場合と運転を再開する場合のオイルレベルを異ならせても良く、例えば、オイルレベルが中間レベルを上回った場合に圧縮機１１の運転を再開させても良い。この場合、圧縮機１１内にオイルがより溜まった状態で圧縮機１１の運転を再開でき、潤滑不良を確実に回避すると共にその圧縮機１１の運転時間を長く確保でき、試運転時に配管内のオイルが適正に循環するまでの時間を確保し易くなる。
　１　冷凍装置
　３　冷凍機ユニット（熱源側機器）
　５Ａ，５Ｂ　ショーケースユニット（利用側機器）
　１０　冷媒回路
　１１　圧縮機
　１２　ケース
　２１　高圧吐出管
　２２　オイルセパレータ
　２３　ガスクーラー
　２７　オイルクーラー
　２８，２８Ａ，２８Ｂ　オイル戻し管
　３０　電動弁
　３１　オイルレベルセンサー（オイルレベル検出手段）
　３８　キャピラリチューブ（固定絞り）
　５０　主制御装置（弁開度調整手段、弁開度補正手段、運転制御手段）
　６１　オイルタンク
　Ａ　補正係数

Claims (4)

  1. 　二酸化炭素を冷媒として冷凍サイクル運転を行う冷媒回路を備え、この冷媒回路は、ケース内にオイルを貯留し、このオイルと共に冷媒を高圧吐出管に吐出する圧縮機と、前記高圧吐出管に設けられた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前記ケース内に戻すオイル戻し管とを有する冷凍装置において、
    　前記オイル戻し管に設けられる電動弁と、
    　前記電動弁の開度を、前記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、
    　前記圧縮機内のオイルレベルを検出するオイルレベル検出手段と、
    　前記圧縮機の運転中に、前記オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続した場合に前記圧縮機の運転を停止させ、前記オイルレベルが所定レベルを上回った場合に前記圧縮機の運転を再開する運転制御手段とを備えることを特徴とする冷凍装置。
  2. 　前記圧縮機は、並列に接続される複数の圧縮機を有し、
    　前記運転制御手段は、前記オイルレベルが下限レベルを下回った状態が継続したことによっていずれかの圧縮機を運転停止させた場合に、運転停止による運転能力低下を補うように他の圧縮機の運転能力を増大させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 　前記弁開度調整手段は、前記圧縮機の運転周波数が大きくなった際に前記電動弁の弁開度を大きくし、前記圧縮機の運転周波数が小さくなった際に前記電動弁の弁開度を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
  4. 　前記オイルレベルが上限レベルを上回った場合には、前記弁開度調整手段で調整された前記弁開度を小さくするように補正し、当該オイルレベルが下限レベルを下回った場合には、当該弁開度調整手段で調整された弁開度を大きくするように補正する弁開度補正手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷凍装置。
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