JP2008128570A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルセパレータから常に適量の潤滑油を圧縮機に吸入される冷媒中に供給し、圧縮機を安定的に潤滑することができる冷凍装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 外部駆動源により駆動され、回転数が該外部駆動源に依存する圧縮機３を備えた冷凍装置であって、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留している潤滑油の滞留量を推定する潤滑油滞留量推定部３３と、潤滑油滞留量推定部３３により、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定されたとき、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６の双方に冷媒を流して潤滑油回収運転を行う制御部３２と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外部駆動源により駆動され、回転数が任意にコントロールできない圧縮機を有する冷凍装置、例えば車両走行用エンジンにより駆動される圧縮機を有する輸送用冷凍装置等に適用することができる冷凍装置に関するものである。

蒸気圧縮式の冷凍装置では、圧縮機の摺動部を潤滑する潤滑方式として、以下の方式が採用されている。
１つは、圧縮機に油溜め部を設け、この油溜め部に一定量の潤滑油を充填し、そこから所要の摺動部に油ポンプを介して潤滑油を供給し、主に圧縮機内で潤滑油を循環させながら摺動部を潤滑する方式である。他の１つは、圧縮機に吸入される冷媒中に一定割合の潤滑油が含まれるように、冷凍サイクル中に冷媒および潤滑油を各々所定量封入し、潤滑油を冷媒と共に冷凍サイクル中を循環させ、圧縮機に吸入される冷媒中に含まれている潤滑油により、圧縮機の各部を潤滑する方式である。なお、前者の方式においても、圧縮機から吐出される冷媒中に溶け込んだ一部の潤滑油が、冷媒回路中に循環されることは避けられない。

上記の冷凍装置において、圧縮機の吐出配管にオイルセパレータを設け、このオイルセパレータにより圧縮機から冷媒と共に吐出される潤滑油を分離し、潤滑油を圧縮機に戻すよう構成したものが広く実用化されている。これは、圧縮機に潤滑油が不足する状態に陥ることにより発生する潤滑不良を解消するためである。冷凍車両等に適用される輸送用冷凍装置や冷蔵庫用冷凍装置にあって、特許文献１には、オイルセパレータで分離された潤滑油を、油戻し回路を経て圧縮機の油溜めに戻し、常に一定量の潤滑油を圧縮機の油溜めに貯留するようにしたものが示されている。また、特許文献２には、オイルセパレータで分離された潤滑油を、油回収運転を行うことにより圧縮機側に回収するようにしたものが示されている。

しかし、これらの冷凍装置では、オイルセパレータから圧縮機に至るコンデンサ、レシーバ、エバポレータを含む主冷媒回路側、あるいは主冷媒回路にコンデンサおよびレシーバをバイパスして設けられるホットガスバイパス回路側に流出し、そこに滞留している潤滑油を積極的に圧縮機側に回収することはできない。
一方、冷媒配管の長いビル空調用空気調和装置にあって、圧縮機から流出される潤滑油の積算流出量を所定の算式に基づいて算出し、それが予め定められている流出量限界値に達したとき、油回収運転を行い、圧縮機に潤滑油を強制回収する構成としたものが、例えば、特許文献３により提案されている。この場合の油回収運転は、インバータにより圧縮機の回転数を任意の設定回転数にコントロールし、膨張弁の開度を設定開度に開けて行うものである。

特開平４−２１７７６１号公報 特開平５−１４１７９２号公報 特開２００５−３５１５９８号公報

ところで、冷凍車両等に適用される輸送用冷凍装置には、独立したエンジン（サブエンジンと称している。）やモータにより圧縮機が駆動されるサブエンジン式のものと、車両の走行用エンジンにより圧縮機が駆動される直結式のものとがある。中でも、直結式のものは、圧縮機の回転数が車両の速度あるいは変速機の変速比により決まってしまうため、圧縮機の回転数を冷凍機側の都合で任意にコントロールすることはできない。
従って、このような冷凍装置では、オイルセパレータから圧縮機に至るコンデンサ、レシーバ、エバポレータ等を含む主冷媒回路やホットガスバイパス回路に流出し、これらの回路中に滞留している潤滑油を、圧縮機の回転数をコントロールして行う油回収運転により、圧縮機側に回収することはできない。

特に、冷却温度が低く設定される低温用の冷凍装置では、潤滑油の粘度が低温の影響により高くなる。このため、潤滑油は、冷媒と共に冷凍サイクル中を循環しにくくなり、冷媒回路側に滞留し易くなる。従って、潤滑油を冷媒と共に冷凍サイクル中を循環させ、圧縮機に吸入される冷媒中に含まれる潤滑油により、圧縮機の各部を潤滑する方式の冷凍装置では、必ずしも意図した割合の潤滑油が吸入冷媒中に含まれていない場合があり、その結果、圧縮機が潤滑不良に陥るおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、オイルセパレータから常に適量の潤滑油を圧縮機に吸入される冷媒中に供給し、圧縮機を安定的に潤滑することができる冷凍装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の冷凍装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷凍装置は、外部駆動源により駆動され、回転数が該外部駆動源に依存する圧縮機と、オイルセパレータと、コンデンサと、レシーバと、膨張弁と、冷却庫内を冷却するエバポレータとが順次冷媒配管により接続されて構成される主冷媒回路と、バイパス回路電磁弁を介して前記コンデンサ、前記レシーバ、および前記膨張弁に対して並列に接続され、前記圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒ガスを前記エバポレータにバイパスするホットガスバイパス回路と、前記オイルセパレータにより分離された潤滑油を前記圧縮機の吸入配管に戻す油戻し回路と、を備え、前記主冷媒回路に冷媒および潤滑油が各々所定量封入された冷凍装置であって、前記オイルセパレータないし前記圧縮機間の前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路に滞留している前記潤滑油の滞留量を推定する潤滑油滞留量推定部と、前記潤滑油滞留量推定部により、前記オイルセパレータないし前記圧縮機間の前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路に所定量以上の前記潤滑油が滞留していると推定されたとき、前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路の双方に冷媒を流して潤滑油回収運転を行う制御部と、を備えていることを特徴とする。

例えば、車両走行用エンジンにより駆動される圧縮機を備えた輸送用冷凍装置では、圧縮機の回転数は車両の速度あるいは変速機の変速比により決まってしまう。このため、圧縮機の回転数を任意にコントロールして、冷媒回路に滞留している潤滑油を回収する油回収運転を行うことはできない。
しかるに、本発明によれば、潤滑油滞留量推定部により、オイルセパレータないし圧縮機間の主冷媒回路およびホットガスバイパス回路に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定されたとき、制御部によって主冷媒回路およびホットガスバイパス回路の双方に冷媒を流し、潤滑油回収運転を行うことができる。つまり、主冷媒回路およびホットガスバイパス回路の双方に冷媒を流すことにより、圧縮機に吸入される冷媒の密度が高くなり、冷媒循環量が増大される。これにより、冷媒の流速を速くすることができ、その冷媒流により、上記回路中に滞留されている潤滑油を搬送し、この潤滑油を、圧縮機を経てオイルセパレータに回収することができる。また、冷却庫内温度が低い状態で、エバポレータに主冷媒回路およびホットガスバイパス回路の双方より冷媒を流すと、庫内空気温度よりエバポレータの蒸発圧力が高くなり、エバポレータ内で冷媒が凝縮し液冷媒が発生する。この液冷媒によりエバポレータの熱交換チューブあるいは冷媒配管等の内壁に付着している潤滑油を洗い流しながら搬送し、圧縮機を経てオイルセパレータに回収することができる。また、潤滑油回収運転が、ホットガスバイパス回路に冷媒が流通されるデフロスト運転または加温運転中に行われた場合、コンデンサおよびレシーバの液冷媒に溶け込んで滞留している潤滑油も回収することができる。このため、圧縮機の回転数を任意にコントロールすることができない構成の冷凍装置において、適宜潤滑油回収運転を行い、オイルセパレータ内に常に適切な潤滑油面を確保することができる。従って、圧縮機に吸入される冷媒に対して、油戻し回路より常に適性割合の潤滑油を供給でき、圧縮機の潤滑不良を確実に解消することができる。

さらに、本発明の冷凍装置は、上記の冷凍装置において、前記潤滑油滞留量推定部は、前記油戻し回路に設けられた温度センサを備え、該温度センサによる検出値が、略吐出圧力飽和温度かまたは略吐出冷媒ガス温度かを判断して、前記潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することを特徴とする。

本発明によれば、潤滑油滞留量推定部は、油戻し回路に設けられた温度センサを備えているため、この温度センサの検出値からオイルセパレータ内に潤滑油が保持されている状態か否かを推定することができる。つまり、油戻し回路を潤滑油が流れている場合は、温度センサの検出値が略吐出圧力飽和温度となり、潤滑油が流れている場合は、略吐出冷媒ガス温度となるので、その温度差を利用することにより、吐出冷媒ガスの流通が検知された場合、オイルセパレータ内に潤滑油が保持されておらず、吐出冷媒ガスが油戻し回路をパイパスして流通していると判断することができる。これにより、オイルセパレータないし圧縮機間の主冷媒回路およびホットガスバイパス回路に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定することができる。この場合、制御部により潤滑油回収運転を行わせることにより、速やかにオイルセパレータ内に潤滑油面を復活させることができる。従って、油戻し回路から適量の潤滑油を圧縮機に吸入される冷媒中に供給することができ、圧縮機を適性に潤滑し続けることができる。

さらに、本発明の冷凍装置は、上記の冷凍装置において、前記潤滑油滞留量推定部は、油戻し回路温度とオイルセパレータ内潤滑油の冷媒による希釈度との関係を規定したテーブルを保持し、前記温度センサにより検出された油戻し回路温度から前記テーブルに基づいて潤滑油希釈度を求め、該潤滑油希釈度が所定値以上のとき、前記制御部により前記バイパス回路電磁弁を開とすることを特徴とする。

オイルセパレータ内の潤滑油に溶け込んでいる冷媒量が多いと、これが膨張して油戻し回路の潤滑油の温度が下がるので、油戻し回路を流れる潤滑油の温度から、オイルセパレータ内に保持されている潤滑油の冷媒による希釈度を推定することができる。一方、潤滑油の冷媒による希釈度が高いと、油戻し回路を流れる液中の潤滑油割合が少ないことを意味し、圧縮機の潤滑に影響を及ぼすこととなる。本発明によれば、オイルセパレータ内潤滑油の希釈度が所定値以上のときは、バイパス回路電磁弁によりホットガスバイパス回路を開くことによって、オイルセパレータ内の潤滑油に溶け込んでいる冷媒を速やかに蒸発させ、潤滑油の希釈度を下げることができる。従って、常に適量の潤滑油を圧縮機に供給することができ、安定した潤滑を行い、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

さらに、本発明の冷凍装置は、上記の冷凍装置において、前記潤滑油滞留量推定部は、予め求められる各運転状態に対応した前記オイルセパレータからの時間当りの潤滑油持ち去り量を記憶する記憶部を備え、該記憶部に記憶されている時間当りの潤滑油持ち去り量と各運転状態での運転継続時間とに基づいて、前記潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することを特徴とする。

本発明によれば、潤滑油滞留量推定部は、記憶部に記憶されている各運転状態に対応したオイルセパレータからの時間当りの潤滑油持ち去り量と、各運転状態での運転継続時間とに基づいて、潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することができる。つまり、予め求められている時間当りの潤滑油持ち去り量を各運転状態での運転継続時間で積分した結果がオイルセパレータ容量の任意割合となったとき、オイルセパレータないし圧縮機間の主冷媒回路およびホットガスバイパス回路に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定することができる。この場合、制御部により潤滑油回収運転を行うことによって、速やかにオイルセパレータ内に潤滑油面を復活させることができる。従って、油戻し回路を介して適量の潤滑油を圧縮機に吸入される冷媒中に供給することができ、圧縮機を適性に潤滑し続けることができる。また、この潤滑油滞留量推定部は、油戻し回路温度センサ等のハード機器を必要としないため、低コストで実現することが可能である。

本発明によると、外部駆動源により駆動され、回転数が該外部駆動源に依存する圧縮機を備えた冷凍装置においても、適宜潤滑油回収運転を行い、主冷媒回路およびホットガスバイパス回路側に流出し滞留している冷媒をオイルセパレータに回収し、オイルセパレータ内に適切な潤滑油面を確保することができる。従って、圧縮機に吸入される冷媒に対して、油戻し回路より常に適性割合の潤滑油を供給でき、圧縮機の潤滑不良を確実に解消することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかる冷凍装置１の構成図が示されている。冷凍装置１の主冷媒回路２は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機３と、圧縮機３から吐出された冷媒ガス中に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータ４と、圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒ガスを外気との熱交換により放熱させて凝縮させるコンデンサ５と、コンデンサ５で凝縮された液冷媒を貯留するレシーバ６と、冷媒回路２中の水分を除去する乾燥剤が充填されたドライヤ７と、冷媒回路２中を循環する冷媒の状態を監視するサイトグラス８と、液冷媒とエバポレータ１１で蒸発されたガス冷媒とを熱交換させる気液熱交換器９と、液冷媒を断熱膨張させる膨張弁１０と、断熱膨張された冷媒と庫内空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させるエバポレータ１１と、蒸発されたガス冷媒中の液分を分離してガス冷媒のみを圧縮機３に吸入させるアキュームレータ１２と、をこの順に冷媒配管１３で接続することにより構成される。
この主冷媒回路２には、各々所定量の冷媒と潤滑油とが封入される。

上記冷凍装置１は、冷凍車両等に搭載され、圧縮機３が図示省略の車両走行用エンジンにより電磁クラッチ等を介して駆動されるエンジン直結式の輸送用冷凍装置である。図１中に２点鎖線で示されている冷却庫１４の内部には、上記のエバポレータ１１、気液熱交換器９、膨張弁１０、およびアキュームレータ１２等により構成されるエバポレータユニット１５が設置される。
主冷媒回路２には、オイルセパレータ４の下流側冷媒配管１３から分岐し、他端がエバポレータ１０の入口側に接続され、圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒ガスをエバポレータ１１に導入してデフロストサイクルあるいは加温サイクルを構成するためのホットガスバイパス回路１６が設けられる。ホットガスバイパス回路１６には、バイパス回路電磁弁１７と、エバポレータ１１の下方部に配置されるドレンパンヒータ１８と、流量調整用キャピラリチューブ１９と、が設けられる。

上記コンデンサ５とレシーバ６間の冷媒配管１３には、冷却運転中は開とされ、デフロストあるいは加温運転中は圧縮機３の吐出圧力を検出して開閉制御される電磁弁２０が設けられる。この電磁弁２０は、デフロストあるいは加温運転時、吐出圧力センサ２８の検出圧力が設定圧力以上のとき、開とされてデフロストサイクルあるいは加温サイクル中の冷媒の一部を、コンデンサ５を経てレシーバ６にチャージするものである。また、レシーバ６と膨張弁１０間の冷媒配管１３には、冷却運転中は開とされ、デフロストあるいは加温運転中は圧縮機３の吐出圧力を検出して連続または断続的に開閉制御される電磁弁２１が設けられる。この電磁弁２１は、デフロストあるいは加温運転時、吐出圧力センサ２８の検出圧力が設定圧力以下のとき、連続または断続的に開とされてレシーバ６内の冷媒をデフロストサイクルあるいは加温サイクル中にリリースするものである。

また、電磁弁２１の下流側冷媒配管１３とアキューウムレータ１２の下流側冷媒配管１３との間には、電磁弁２２を有する液バスパス回路２３が設けられる。この液バスパス回路２３は、吐出温度センサ２９により検出される圧縮機３の吐出冷媒温度が設定値以上のとき、電磁弁２２が開とされて液冷媒の一部を圧縮機３の吸入冷媒配管１３にバイパスさせ、圧縮機３を冷却するものである。また、圧縮機３の吸入冷媒配管１３には、圧縮機３の吐出圧力が上昇したとき、これを感知して低圧圧力を低下させる圧力調整弁２４が設けられている。

上記オイルセパレータ４には、分離された潤滑油を、圧縮機３の吸入冷媒配管１３に戻す油戻し回路２５が設けられる。この油戻し回路２５には、流量調整用のキャピラリチューブ２６と、油戻し回路温度センサ２７と、が設けられる。
また、圧縮機３の吸入冷媒配管１３には、低圧圧力センサ３０および吸入ガス温度センサ３１が設けられる。この低圧圧力センサ３０および吸入ガス温度センサ３１、並びに上記した吐出圧力センサ２８および吐出温度センサ２９の検出値は、それぞれ制御部３２に入力される。制御部３２は、後述のように電磁弁１７，２０，２１，２２を開閉制御するものである。

さらに、上記油戻し回路温度センサ２７の検出値は、その検出値に基づいてオイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留している潤滑油の滞留量を推定する潤滑油滞留量推定部３３に入力される。潤滑油滞留量推定部３３は、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定したとき、制御部３２を介して電磁弁１７，２０，２１を開とし、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６の双方に冷媒を流して潤滑油回収運転を実行する構成とされている。

つぎに、本実施形態にかかる冷凍装置１の作用について説明する。
まず、冷却運転について説明する。冷却運転時、圧縮機３で圧縮された冷媒は、吐出冷媒配管１３を経てオイルセパレータ４に流入される。このオイルセパレータ４で、冷媒に溶け込み、冷媒と共に圧縮機３から吐出されてくる潤滑油の大部分は分離される。潤滑油が分離された冷媒は、コンデンサ５に流入され、コンデンサ５において外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、液冷媒配管１３により電磁弁２０を経てレシーバ６に導かれる。レシーバ６で一時貯留された冷媒は、ドライヤ７、サイトグラス８、および電磁弁２１を通過し、気液熱交換器９でエバポレータ１１からの低圧ガス冷媒と熱交換された後、膨張弁１０に導かれる。この冷媒は、膨張弁１０で断熱膨張されて低温低圧の気液二相冷媒となり、エバポレータ１１に流入される。

エバポレータ１１に流入された冷媒は、図示省略のエバポレータファンにより循環される冷却庫１４内の空気と熱交換され、庫内空気を冷却して蒸発される。この冷却空気が庫内に循環されることによって、冷却庫１４内は所定の温度に冷却されることとなる。エバポレータ１１において蒸発された冷媒は、気液熱交換器９、アキュームレータ１２を経て吸入冷媒配管１３により圧縮機３に導かれる。
以上のように、主冷媒回路２内を冷媒が循環されることにより、冷却庫１４内を冷却する冷却運転が行われることとなる。

また、デフロスト運転または加温運転は、以下により行われる。なお、デフロスト運転は、冷却運転によってエバポレータ１１に着霜した霜を加熱して溶かす運転であり、加温運転は、冷却庫１４内を加温（加熱）する運転である。これらの運転は、ホットガスバイパス回路１６を用いた同じデフロストサイクルまたは加温サイクルによって行われる。
デフロスト運転または加温運転指令が出されると、制御部３２はホットガスバイパス回路１６に設けられているバイパス回路電磁弁１７が開とするとともに、電磁弁２０および電磁弁２１を共に閉とする。これによって、圧縮機３から吐出された高温高圧の冷媒（ホットガス）は、オイルセパレータ４により潤滑油が分離された後、ホットガスバイパス回路１６側に流れ、さらにドレンパンヒータ１８、キャピラリチューブ１９を経てエバポレータ１１に流入される。この冷媒は、エバポレータ１１において放熱され、エバポレータ１１のデフロストまたは冷却庫１４内の加温（加熱）に供される。エバポレータ１１から流出された冷媒は、気液熱交換器９、アキュームレータ１２を経て吸入冷媒配管１３により圧縮機３に導かれる。
以上のデフロストサイクルまたは加温サイクルにより、エバポレータ１１に着霜した霜を溶かすデフロスト運転または冷却庫１４内を加温（加熱）する加温運転が行われる。

また、上記のデフロスト運転または加温運転の間に、吐出圧力が設定された範囲内となるよう吐出圧力センサ２８により吐出圧力を監視し、吐出圧力が設定値以上に上昇したとき、電磁弁２０を開としてデフロストサイクルまたは加温サイクル中の冷媒を、コンデンサ５を経てレシーバ６にチャージするようにしている。また、吐出圧力が設定値以下に低下したとき、電磁弁２１を開としてレシーバ６に保持されている冷媒を、デフロストサイクルまたは加温サイクル中にリリースするようにしている。これにより、デフロストサイクルまたは加温サイクル中に適性量の冷媒を循環させることができ、安定した加熱能力を発揮させることができる。

さらに、上記した冷却運転、デフロスト運転および加温運転の間に、オイルセパレータ４で分離されなかった潤滑油は、オイルセパレータ４下流側の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６側に流出される。これら主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に流出された潤滑油は、冷媒と共に主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６内を循環し、圧縮機３に戻るが、その一部は、コンデンサ５、レシーバ６、気液熱交換器９、エバポレータ１１、およびアキュームレータ１２を含む主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６内に滞留される。
特に、冷却運転時は、エバポレータ１１内での冷媒流速が遅く、しかも冷媒がガス相で流通されていることから、エバポレータ１１内に潤滑油が滞留し易い。また、デフロスト運転および加温運転時は、ホットガスバイパス回路１６の分岐部からコンデンサ５側に流れ、コンデンサ５で自然凝縮する一部冷媒と共に潤滑油が流れ込み、この液冷媒中に油リッチの状態となって潤滑油が滞留される。

このようにして、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留される潤滑油の滞留量は、運転時間の経過と共に増加する。潤滑油の滞留量が増加すると、やがてオイルセパレータ４内の潤滑油面が低下し、オイルセパレータ４に潤滑油がなくなる。こうなると、油戻し回路２５から圧縮機３に吸入される冷媒中に潤滑油が供給できなくなり、その状態が継続されると、圧縮機３の潤滑油が不足し、潤滑不良に陥る。
油戻し回路温度センサ２７は、油戻し回路２５の温度を検出し、その検出値を潤滑油滞留量推定部３３に入力している。潤滑油滞留量推定部３３は、油戻し回路温度センサ２７の検出値から、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留している潤滑油の滞留量を推定する。つまり、油戻し回路温度センサ２７による検出値が、油戻し回路２５に潤滑油で満たされている場合には、略吐出圧力飽和温度となり、潤滑油がなくなって吐出冷媒ガスが流れる場合には、略吐出冷媒ガス温度となることを利用して、潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することができる。

このように、油戻し回路２５を流れている流体が、潤滑油か吐出冷媒ガスかの違いによる温度差を利用し、吐出冷媒ガスが流れていることが検知された場合は、オイルセパレータ４内に潤滑油が保持されておらず、吐出冷媒ガスが油戻し回路２５をパイパスして流れていると判断できる。これにより、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６内に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定することができる。なお、この場合、吐出圧力センサ２８、吐出温度センサ２９、低圧圧力センサ３０、および吸入ガス温度センサ３１の１つ以上を用いて、残りの比較対象となる状態量を圧縮機効率と理論冷凍サイクル特性等から推定することができる。

こうして、潤滑油滞留量推定部３３により、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６内に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定された場合、制御部３２は、潤滑油回収運転を実行する。
潤滑油回収運転は、電磁弁１７，２０，２１を同時に開とし、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６の双方に冷媒を流すことにより行われる。主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６の双方に冷媒を流すと、圧縮機３に吸入される冷媒の密度が高くなり、冷媒循環量が増大される。これによって、冷媒の流速を速くすることができるため、この冷媒流により主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留されている潤滑油を搬送し、この潤滑油を、圧縮機３を経てオイルセパレータ４に回収することができる。

また、冷却庫１４内の温度が低い状態で、エバポレータ１１に主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６の双方より冷媒を流すと、庫内空気温度よりエバポレータ１１の蒸発圧力が高くなり、エバポレータ１１で冷媒が凝縮し液冷媒が発生する。この液冷媒によりエバポレータ１１の熱交換チューブあるいは冷媒配管１３の内壁に付着し滞留している潤滑油を洗い流しながら搬送し、この潤滑油を圧縮機３を経てオイルセパレータ４に回収することができる。また、潤滑油回収運転が、ホットガスバイパス回路１６に冷媒が流通されるデフロスト運転または加温運転中に行われた場合、コンデンサ５およびレシーバ６の液冷媒に溶け込んで滞留している潤滑油も回収することができる。

しかして、本実施形態によると、以下の効果を奏する。
圧縮機の回転数を任意にコントロールして潤滑油回収運転を行いことができない構成の冷凍装置１において、適宜潤滑油回収運転を実行し、オイルセパレータ４内に常に適切な潤滑油の油面を確保することができる。
従って、圧縮機３に吸入される冷媒に対して、油戻し回路２５から適正割合の潤滑油を供給し、圧縮機３を適性に潤滑し続けることができるため、圧縮機３の潤滑不良を確実に解消することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、オイルセパレータ４内に保持される潤滑油の冷媒による希釈度を低下させることができる機能を有する点が異なっている。他の点は第１実施形態と同様につき、説明は省略する。
本実施形態において、潤滑油滞留量推定部３３には、油戻し回路２５の温度とオイルセパレータ４内の潤滑油の冷媒による希釈度との関係を規定したテーブル３４が格納されている。油戻し回路温度センサ２７により検出される油戻し回路温度からテーブル３４に基づいて潤滑油の希釈度を求めることができる。この潤滑油希釈度が所定値以上のとき、制御部３２によりホットガスバイパス回路１６のバイパス回路電磁弁１７が開とされる構成とされている。

オイルセパレータ４内の潤滑油に溶け込んでいる冷媒量が多いと、これが膨張して油戻し回路２５の潤滑油の温度が下がるので、油戻し回路２５内の潤滑油の温度から、オイルセパレータ４内に保持されている潤滑油の冷媒による希釈度を推定することができる。一方、潤滑油の冷媒による希釈度が高いと、油戻し回路２５を流れる液中の潤滑油割合が少なくなるので、圧縮機３の潤滑に影響を及ぼすこととなる。本実施形態によれば、オイルセパレータ４内の潤滑油の希釈度が所定値以上のときは、ホットガスバイパス回路１６を開くことにより、潤滑油に溶け込んでいる冷媒を速やかに蒸発させ、潤滑油の希釈度を下げることができる。これによって、常に適量の潤滑油を圧縮機３に供給することができ、安定した潤滑を行い、圧縮機３の信頼性を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図２および図３を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、潤滑油滞留量推定部４３の構成が異なる。他の点は第１実施形態と同様につき、説明は省略する。
本実施形態の潤滑油滞留量推定部４３は、予め求められる各運転状態に対応した前記オイルセパレータ４からの時間当りの潤滑油持ち去り量を記憶する記憶部４４を有する。この潤滑油滞留量推定部４３は、記憶部４４に記憶されている時間当りの潤滑油持ち去り量と各運転状態での運転継続時間とに基づいて、主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留されている潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定するものである。

オイルセパレータ４からの時間当りの潤滑油持ち去り量は、マップの形で記憶部４４に記憶される。この時間当りの潤滑油持ち去り量は、図３に示されるように、低圧圧力との関数として表される。つまり、実際の潤滑油持ち去り量は、圧縮機３の回転数が最高回転時のときの持ち去り量と、最低回転時のときの持ち去り量との間のどこかにあるので、本実施形態では、潤滑油の持ち去り量が多くなる最高回転時のときの時間当りの潤滑油持ち去り量を低圧圧力との関数式として設定している。そして、この時間当りの潤滑油持ち去り量を各運転状態の継続時間で積分した結果が、オイルセパレータ４の容量の任意割合となったとき、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に滞留している潤滑油の滞留量が所定量以上と推定し、制御部３２により電磁弁１７，２０，２１を開として潤滑油回収運転を実行する構成とされる。

このように本実施形態によれば、予め求められているオイルセパレータ４からの時間当りの潤滑油持ち去り量を各運転状態での運転継続時間で積分した結果がオイルセパレータ容量の任意割合となったとき、オイルセパレータ４ないし圧縮機３間の主冷媒回路２およびホットガスバイパス回路１６に所定量以上の潤滑油が滞留していると推定し、潤滑油回収運転を行うことができる。この潤滑油回収運転によって、上記第１実施形態と同様、速やかにオイルセパレータ４内に潤滑油の油面を復活させることができる。このため、油戻し回路２５を介して常に適量の潤滑油を圧縮機３に吸入される冷媒中に供給することができ、圧縮機３を適性に潤滑し続けることができる。また、本実施形態の潤滑油滞留量推定部４３は、温度センサ等のハード機器を必要とせず、ソフト的に対応できるため、低コストで実現することができる。

なお、上記した各実施形態において、油戻し回路２５に設けられる油戻し回路温度センサ２７以外の吐出圧力センサ２８、吐出温度センサ２９、低圧圧力センサ３０、および吸入ガス温度センサ３１等のセンサ類は、一般に冷凍装置に不可欠の構成機器として具備されているものであり、本発明において新たに設ける必要はなく、既設のセンサを利用することができる。

本発明の第１および第２実施形態に係る冷凍装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係る冷凍装置の制御部の構成図である。 本発明の第３実施形態に用いられる低圧圧力と時間当りの潤滑油持ち去り量との関係を示すマップの図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
２ 主冷媒回路
３ 圧縮機
４ オイルセパレータ
５ コンデンサ
６ レシーバ
１０ 膨張弁
１１ エバポレータ
１３ 冷媒配管
１４ 冷却庫
１６ ホットガスバイパス回路
１７ バイパス回路電磁弁
２０，２１ 電磁弁
２５ 油戻し回路
２７ 油戻し回路温度センサ
３２ 制御部
３３，４３ 潤滑油滞留量推定部
３４ テーブル
４４ 記憶部（マップ）

Claims (4)

1. 外部駆動源により駆動され、回転数が該外部駆動源に依存する圧縮機と、オイルセパレータと、コンデンサと、レシーバと、膨張弁と、冷却庫内を冷却するエバポレータとが順次冷媒配管により接続されて構成される主冷媒回路と、
   バイパス回路電磁弁を介して前記コンデンサ、前記レシーバ、および前記膨張弁に対して並列に接続され、前記圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒ガスを前記エバポレータにバイパスするホットガスバイパス回路と、
   前記オイルセパレータにより分離された潤滑油を前記圧縮機の吸入配管に戻す油戻し回路と、を備え、
   前記主冷媒回路に冷媒および潤滑油が各々所定量封入された冷凍装置であって、
   前記オイルセパレータないし前記圧縮機間の前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路に滞留している前記潤滑油の滞留量を推定する潤滑油滞留量推定部と、
   前記潤滑油滞留量推定部により、前記オイルセパレータないし前記圧縮機間の前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路に所定量以上の前記潤滑油が滞留していると推定されたとき、前記主冷媒回路および前記ホットガスバイパス回路の双方に冷媒を流して潤滑油回収運転を行う制御部と、を備えていることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記潤滑油滞留量推定部は、前記油戻し回路に設けられた温度センサを備え、
   該温度センサによる検出値が、略吐出圧力飽和温度かまたは略吐出冷媒ガス温度かを判断して、前記潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記潤滑油滞留量推定部は、油戻し回路温度とオイルセパレータ内潤滑油の冷媒による希釈度との関係を規定したテーブルを保持し、
   前記温度センサにより検出された油戻し回路温度から前記テーブルに基づいて潤滑油希釈度を求め、該潤滑油希釈度が所定値以上のとき、前記制御部により前記バイパス回路電磁弁を開とすることを特徴とする請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記潤滑油滞留量推定部は、予め求められる各運転状態に対応した前記オイルセパレータからの時間当りの潤滑油持ち去り量を記憶する記憶部を備え、
   該記憶部に記憶されている時間当りの潤滑油持ち去り量と各運転状態での運転継続時間とに基づいて、前記潤滑油の滞留量が所定量以上か否かを推定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
   

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