JP2010071614A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
冷凍能力の向上を図りつつも、圧縮機に冷凍機油を良好に供給することが可能な冷凍装置を得ることを課題とする。
【解決手段】
本発明に係る冷凍装置は、圧縮機１と、油分離器２と、凝縮器３と、減圧機構７と、蒸発器８とを順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路１５及び中間圧液インジェクション回路１６と、前記油分離器２で分離された冷凍機油を圧縮機１の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路１３と、前記油分離器２で分離された冷凍機油を圧縮機１の吸入部に戻す吸入部油戻し回路１４とを備え、冷凍機油を中間圧油戻し回路１３によって中間圧部へ戻す状態と、吸入部油戻し回路１４によって吸入部へ戻す状態とを選択可能に構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

圧縮機，凝縮器，減圧機構，蒸発器を順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を油分離器において分離し、圧縮機に戻すようにした冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置における圧縮機内を潤滑すべく、冷凍機油が使用されている。圧縮機での圧縮工程においては、冷媒だけでなく冷凍機油も高圧側に吐出されるため、油上がりが生じる。

従って、冷凍装置においては、この圧縮機の油上がりを防止するため、圧縮機の吐出側に油分離器を配置し、上記油分離器で圧縮された吐出ガス冷媒から冷凍機油を分離して上記圧縮機へ戻すように構成されている。

例えば特許文献１に示す冷凍装置では、油分離器からの油戻し回路が圧縮機の吸入側へ接続されている。この油戻し回路には、開閉弁として電磁弁が設けられている。この電磁弁の開閉を行うことで冷凍機油が圧縮機の吸入部に戻る構成になっている。

しかし、特許文献１に示す冷凍装置では、油分離器で分離した高温の冷凍機油が圧縮機の吸入部に戻されることにより、圧縮機の吸入冷媒ガス温度が上昇し、比容積が増大してしまう。従って、圧縮機に吸入される冷媒量が冷凍機油の分だけ少なくなり、冷媒循環量が減少するため、冷凍能力が低下するという問題がある。

かかる問題を解決すべく、例えば特許文献２に示す冷凍装置のように、冷凍機油を圧縮機の中間圧部へ戻す中間圧油戻し回路が設けられたものも存在する。

また、冷凍装置には、圧縮機の運転を安定させることや、冷凍能力を向上させることを目的として、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する中間圧冷媒導入回路を有するものがある。例えば特許文献２に示す冷凍装置では、中間圧冷媒導入回路として、冷凍サイクルの主回路から抜き出され且つ減圧された減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路を備える。そして、この冷凍装置では、液冷媒冷却回路と中間圧油戻し回路とを同時に行うように構成されている。

国際公開第０３／０８３３８０号パンフレット 特開２００７−１７８０５２号公報

ところで、冷凍装置に中間圧冷媒導入回路と中間圧油戻し回路とを設けて、圧縮機の中間圧部に対して冷媒の注入と冷凍機油注入を同時に行おうとした場合、圧力差によっては、中間圧部に冷凍機油を良好に注入することができない場合が生じる。この場合、圧縮機内の冷凍機油が不足してしまい、圧縮機に損傷を与えるおそれがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、冷凍能力の向上を図りつつも、圧縮機に冷凍機油を良好に供給することが可能な冷凍装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する中間圧冷媒導入回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、冷凍機油を中間圧油戻し回路によって中間圧部へ戻す状態と、吸入部油戻し回路によって吸入部へ戻す状態とを選択可能に構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻すことが可能な場合には、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機中に冷凍機油を供給することができ、且つ、冷凍機油を中間圧部に戻すことが不可能な場合であっても、冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻すことで圧縮機中の冷凍機油が不足するのを防止することができる。

また、上記冷凍装置においては、前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止している間に、冷凍機油が圧縮機の中間圧部に注入されるように制御される構成が好ましい。

このようにすれば、減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止している間は、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機中に冷凍機油を供給することができる。

また、上記冷凍装置においては、前記中間圧冷媒導入回路として、前記蒸発器をバイパスして圧縮機に接続される中間圧インジェクション回路を備える構成が好ましい。

このようにすれば、中間圧インジェクション回路の開度を調節することで、圧縮機の吐出温度を安定させることができる。

また、上記冷凍装置においては、前記中間圧冷媒導入回路として、前記冷凍サイクルの主回路から抜き出され且つ減圧された減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路を備える構成が好ましい。

このようにすれば、冷凍能力を向上させることができる。

また、上記冷凍装置においては、上述した両方の回路、即ち、前記中間圧冷媒導入回路として、前記蒸発器をバイパスして圧縮機に接続される中間圧インジェクション回路と、前記冷凍サイクルの主回路から抜き出され且つ減圧された減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路とを備える構成が好ましい。

また、上記冷凍装置においては、前記中間圧冷媒導入回路が中間圧油戻し回路と同一の配管によって圧縮機の中間圧部に接続される構成が好ましい。

このようにすれば、冷凍装置の配管構造を簡素化することができる。

また、上記冷凍装置においては、前記凝縮器の下流側には、凝縮器において凝縮した冷媒を収容する受液器と、この受液器から出た冷媒を空気と熱交換させて過冷却する空気過冷却熱交換器とが配置される構成が好ましい。

このようにすれば、凝縮器を出て下流側へ送られる液冷媒のフラッシングを防止することができる。

また、本発明に係る冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを有する冷凍装置において、前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止させて、冷凍機油を圧縮機の中間圧部に注入した後、冷凍機油を注入する動作を停止させて、前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入するように制御されることを特徴とする。

このようにすれば、液冷媒冷却回路を閉めて前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入している間は、圧縮機の吸入部からは冷媒のみを吸入することができ、冷凍能力を向上させることができる。しかも、その前段階で冷凍機油が圧縮機に注入されているため、油切れを起こさせることなく、高い冷凍能力での運転を行うことができる。

また、本発明に係る冷凍装置は、圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する中間圧インジェクション回路と、前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、前記中間圧インジェクション回路及び液冷媒冷却回路が中間圧油戻し回路と同一の配管によって圧縮機の中間圧部に接続されることを特徴とする。

このようにすれば、中間圧インジェクション回路によって圧縮機の吐出温度を安定させつつも、液冷媒冷却回路によって冷凍能力を向上させることができ、しかも、中間圧油戻し回路及び吸入部油戻し回路によって、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機中の冷凍機油が不足するのを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、冷凍能力の向上を図りつつも、圧縮機に冷凍機油を良好に供給することが可能な冷凍装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクル構成を示す図である。

本実施形態に係る冷凍装置は、圧縮機１と、この圧縮機１で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器２と、この油分離器２で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器３と、この凝縮器３で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構７と、この減圧機構７で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器８とを順次接続して冷凍サイクルの主回路が構成されている。

なお、この冷凍装置は、図１に示されるように、圧縮機１，油分離器２，凝縮器３等が収容された高圧側機器Ｉと、減圧機構７，蒸発器８等が収容された高圧側機器ＩＩとで構成される。

圧縮機１は、低圧低温のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にする。圧縮機１によって圧縮された高温高圧のガス冷媒は、冷凍機油を含んでいる。そのため、油分離器２によって冷媒と冷凍機油に分離される。油分離器２で分離された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器３によって凝縮されて高温高圧の液冷媒となる。凝縮された高圧の液冷媒は、減圧機構７により減圧され、蒸発器８により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機１に戻る。

なお、圧縮機１としては、駆動周波数を可変とする可変容量型圧縮機が用いられる。これにより、冷凍サイクルの負荷に応じて、容量可変型圧縮機を制御して冷凍能力を調整することができる。また、圧縮機１としては、いわゆるスクロール圧縮機が用いられるが、これに限定されるものではない。また、可変容量型圧縮機ではなく、固定容量型圧縮機（例えば、一定速圧縮機）であってもよい。また、圧縮機としては、一台であっても複数台であってもよく、複数の圧縮機を用いる場合には、全てが可変容量型圧縮機若しくは固定容量型圧縮機であってもよく、可変容量型圧縮機と固定容量型圧縮機とを組み合わせたものであってもよい。

冷媒としては、ＨＦＣ系のもの（例えば、Ｒ４０４−ＡやＲ４１０−Ａ）が用いられる。

前記凝縮器３の下流側には、凝縮器３において凝縮した冷媒を収容する受液器４が配置されている。さらに、受液器４の下流側には、この受液器４から出た冷媒を空気と熱交換させて過冷却する空気過冷却熱交換器５が配置されている。これにより、蒸発器８までの管路内の気泡の発生（いわゆるフラッシングの発生）を好適に防止することができる。その結果、後述する過冷却熱交換器６に導入される冷媒流量の変動を抑制でき、冷凍能力を安定させることができる。

また、前記冷凍サイクルの主回路には、主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒と、前記主回路を循環する高圧冷媒とを熱交換させる過冷却熱交換器６が配置されている。該過冷却熱交換器６は、前記凝縮器３の下流側に配置される。また、過冷却熱交換器６は、受液器４及び空気過冷却熱交換器５より下流側に配置されている。ところで、過冷却熱交換器６で熱交換される高圧冷媒は、前記凝縮器３と過冷却熱交換器６との間から抜き出され、具体的には、空気過冷却熱交換器５と過冷却熱交換器６との間から抜き出される。ただし、これに限定されるものではなく、前記受液器４から抜き出されるものであってもよく、過冷却熱交換器６より下流側から抜き出されるものであってもよい。

また、この冷凍装置は、前記油分離器２で分離された冷凍機油を圧縮機１の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路１３と、前記油分離器２で分離された冷凍機油を圧縮機１の吸入部に戻す吸入部油戻し回路１４とを備える。これら各油戻し回路１３，１４は、油分離器２から同一の配管によって引き出され、圧縮機１の手前の分岐点でそれぞれ別の配管に分岐する。

中間圧油戻し回路１３には、圧縮機１の中間圧部への冷凍機油の注入を制御する弁１０が設けられる。弁１０は、前記分岐点から中間圧部への配管に配置される。この弁１０は、開状態と閉状態とを切り換える開閉弁である。ただし、弁１０は、これに限定されるものではなく、開度を調整可能な流量調整弁によって構成されるものであってもよく、この場合には、弁１０を全閉することによって閉状態とされる。

吸入部油戻し回路１４には、圧縮機１の吸入部への冷凍機油の注入を制御する弁１１が設けられる。弁１１は、前記分岐点から吸入部への配管に配置される。この弁１１は、減圧調整弁として設けられ、具体的には、開状態と閉状態とを切り換える開閉弁と（キャピラリーチューブ等の）膨張弁とを組み合わせて構成される。より具体的には、吸入部油戻し回路１４には、開閉弁と膨張弁とで構成される弁１１が複数並列に接続され、開閉弁が開状態若しくは閉状態にある弁１１の個数を変更することにより、流量を調整可能に構成される。ただし、弁１１は、これに限定されるものではなく、開度を調整可能な電磁膨張弁によって構成されるものであってもよく、この場合には、弁１１を全閉することによって閉状態とされる。

また、各油戻し回路１３，１４には、油冷却用熱交換器（図示しない）が配置される。油冷却用熱交換器としては、液冷媒と熱交換を行うプレート式熱交換器のものや、空気熱交換器を用いることができる。該油冷却用熱交換器により、圧縮機１の中間圧部に低温の冷凍機油を戻すことができるため、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒の圧力を下げることができる。また、圧縮機１自体の温度を下げることができるため、圧縮機１の信頼性を向上させることができる。

また、冷凍装置には、冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入する中間圧冷媒導入回路が設けられている。中間圧冷媒導入回路としては、前記過冷却熱交換器６において前記主回路を循環する高圧冷媒と熱交換された減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路１５が設けられている。また、中間圧冷媒導入回路としては、この他にも、前記蒸発器８をバイパスして圧縮機１に接続される中間圧インジェクション回路１６が設けられている。

液冷媒冷却回路１５には、圧縮機１の中間圧部への冷凍機油の注入を制御する弁９が設けられる。この弁９は、減圧調整弁として設けられ、具体的には、開状態と閉状態とを切り換える開閉弁と（キャピラリーチューブ等の）膨張弁とを組み合わせて構成される。ただし、弁９は、これに限定されるものではなく、開度を調整可能な電磁膨張弁によって構成されるものであってもよく、この場合には、弁９を全閉することによって閉状態とされる。

液冷媒冷却回路１５の弁９は、前記主回路からの分岐点と過冷却熱交換器６との間に配置される。ただし、液冷媒冷却回路１５の弁９として開閉弁と膨張弁とを組み合わせたものを用いる場合には、過冷却熱交換器６より前段には膨張弁のみ配置すればよく、開閉弁は、過冷却熱交換器６より後段に配置されるものであってもよい。

中間圧インジェクション回路１６には、圧縮機１の中間圧部への冷凍機油の注入を制御する弁１２が設けられる。この弁１２は、減圧調整弁として設けられ、具体的には、開状態と閉状態とを切り換える開閉弁と（キャピラリーチューブ等の）膨張弁とを組み合わせて構成される。ただし、弁１２は、これに限定されるものではなく、開度を調整可能な電磁膨張弁によって構成されるものであってもよく、この場合には、弁１２を全閉することによって閉状態とされる。

中間圧インジェクション回路１６の弁１２は、前記主回路からの分岐点と、液冷媒冷却回路１５及び中間圧油戻し回路１３のうち手前側にあるどちらかの回路との合流点との間に配置される。なお、中間圧インジェクション回路１６及び液冷媒冷却回路１５の少なくとも一方が中間圧油戻し回路と同一の配管によって圧縮機１の中間圧部に接続されるものである場合には、弁１２は、液冷媒冷却回路１５又は中間圧油戻し回路１３のどちらかの回路との合流点の手前に配置される。

そして、この冷凍装置は、前記中間圧インジェクション回路１６及び液冷媒冷却回路１５が中間圧油戻し回路１３と同一の配管によって圧縮機１の中間圧部に接続されている。具体的には、中間圧インジェクション回路１６と液冷媒冷却回路１５との合流点より下流側で中間圧油戻し回路１３がさらに合流する。ただし、これに限定されるものではなく、中間圧インジェクション回路１６及び液冷媒冷却回路１５の合流の順番は逆であっても良い。

なお、中間圧インジェクション回路１６及び液冷媒冷却回路１５の少なくとも一方が中間圧油戻し回路１３と同一の配管によって圧縮機１の中間圧部に接続されるものであってもよい。この場合には、これら３つの回路１３，１５，１６のうち他の２つの回路と合流しないいずれかの回路は、他の２つの回路とは別に圧縮機１の中間圧部に接続される。さらには、これら３つの回路１３，１５，１６がそれぞれ別々に圧縮機１の中間圧部に接続されるものであってもよい。

また、前記圧縮機１の吐出側には、吐出温度など冷媒ガスの状態を検知する検知部が配置される。

また、冷凍装置には、前記各弁９〜１２を制御する制御部１８が設けられる。この制御部１８は、前記検知部で検知された吐出温度等の冷媒ガスの状態に基づいて、前記各弁９〜１２を制御する。

次に、上記構成を有する冷凍装置の動作について、図２を用いて説明する。なお、図２は、動作を時系列的に説明するものであるが、制御の内容を分かりやすくすべく、横軸の時間の長さや縦軸の各量の大きさは部分的に強調して表されている。

図２に示すように、冷凍装置は、最初運転を停止している。そして、時刻Ｔ１に冷凍装置を始動させる。このとき、中間圧インジェクション回路１６及び吸入部油戻し回路１４を開ける。すると、吐出ガス温度が上昇し、冷凍能力が発生する。なお、中間圧インジェクション回路１６では、吐出ガス温度を安定させるべく、弁１２の開度を調節することによって、インジェクション量を微調整している。この状態が通常運転の制御モードＰ１である。

冷凍能力を上げたい場合には、時刻Ｔ２から始まる制御モードＰ２に移行する。具体的には、弁９を開いて液冷媒冷却回路１５を開ける。

さらに冷凍能力を上げたい場合には、時刻Ｔ３から始まる制御モードＰ３に移行する。なお、実際に冷凍能力を上げるためには、その前段階に準備が必要となるものであり、制御モードＰ３は、準備を行う制御モード（後述する第１及び第２の準備用制御モードＰ３−１，Ｐ３−２）と、高い冷凍能力が発揮される高能力制御モードＰ３−３とに区別される。

具体的に説明すると、高能力制御モードＰ３−３は、冷凍機油を注入せずに冷媒のみを注入することによって高い冷凍能力を発揮させるモードである。従って、準備を行う制御モードでは、高能力制御モードＰ３−３の間に吐出側へ送られることとなる冷凍機油を確保する。

準備を行う制御モードは、第１の準備用制御モードＰ３−１と第２の準備用制御モードＰ３−２とに区別される。第１の準備用制御モードＰ３−１では、次の第２の準備用制御モードＰ３−２において効率的に冷凍機油を戻すための冷やし込み（冷却）を行う。具体的には、時刻Ｔ３において中間圧インジェクション回路１６を全開とする。すると、吐出ガス温度が低下し始める。この第１の準備用制御モードＰ３−１は、約１〜２分間行われる。なお、第１の準備用制御制御モードＰ３−１では、中間圧インジェクションされる冷媒量が増加することで体積効率が低下するため、冷凍能力が少し低下する。

吐出ガス温度が所定の温度まで低下すると（時刻Ｔ４）、次に第２の準備用制御モードＰ３−２に移行する。具体的には、時刻Ｔ３において中間圧インジェクション回路１６，液冷媒冷却回路１５，吸入部油戻し回路１４を閉め、中間圧油戻し回路１３を開ける。これにより、圧縮機１の中間圧部に冷凍機油を良好に戻すことができる。なお、第２の準備用制御モードＰ３−２では、液冷媒冷却回路１５を閉めるため、冷凍能力が低下する。この第２の準備用制御モードＰ３−２は、約３０秒〜約１分間行われる。

その後、時刻Ｔ５において、高能力制御モードＰ３−３に移行する。高能力制御モードＰ３−３では、中間圧インジェクション回路１６，液冷媒冷却回路１５を開け、中間圧油戻し回路１３を閉める。このとき、吸入部油戻し回路１４及び中間圧油戻し回路１３が閉まっているため、圧縮機１の吸入部からは冷媒のみを吸入することができ、冷凍能力が向上する。なお、この高能力制御モードＰ３−３は、第１及び第２の準備用制御モードＰ３−１，Ｐ３−２に比べて長い時間行われる。そして、第１及び第２の準備用制御モードＰ３−１，Ｐ３−２の間に低下した冷凍能力の積分量よりも大きな冷凍能力の積分量が得られ、制御モードＰ３全体として見ると、冷凍能力がＰ２よりも向上している。また、高能力制御モードＰ３−３では、吐出ガス温度が低下する。

ただし、高能力制御モードＰ３−３の間は冷凍機油が供給されないため、このモードでの運転には限度がある。高い冷凍能力での運転をさらに継続する場合には、圧縮機１に冷凍機油を再度供給する必要がある。そのため、時刻Ｔ６において、上記第２の準備用制御モードＰ３−２に復帰する。その後、時刻Ｔ７において、高能力制御モードＰ３−３に復帰する。

以上のように、本実施形態に係る冷凍装置によれば、冷凍能力の向上させてエネルギー効率（ＣＯＰ）の向上を図りつつも、圧縮機１に冷凍機油を良好に供給することが可能な冷凍装置を得ることができる。

即ち、上記構成からなる冷凍装置によれば、冷凍機油を圧縮機１の中間圧部に戻すことが可能な場合には、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機１中に冷凍機油を供給することができ、且つ、冷凍機油を中間圧部に戻すことが不可能な場合であっても、冷凍機油を圧縮機１の吸入部に戻すことで圧縮機中の冷凍機油が不足するのを防止することができる。

また、前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止している間に、冷凍機油が圧縮機１の中間圧部に注入されるように制御されるため、減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入する動作を停止している間は、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機１中に冷凍機油を供給することができる。

また、この冷凍装置は、中間圧インジェクション回路１６と、液冷媒冷却回路１５と、中間圧油戻し回路１３と、吸入部油戻し回路１４とを備える。従って、中間圧インジェクション回路１６によって圧縮機１の吐出温度を安定させつつも、液冷媒冷却回路１５によって冷凍能力を向上させることができ、しかも、中間圧油戻し回路１３及び吸入部油戻し回路１４によって、高い冷凍能力を発揮させつつ圧縮機１中の冷凍機油が不足するのを防止することができる。さらに、この冷凍装置は、前記中間圧インジェクション回路１６及び液冷媒冷却回路１５が中間圧油戻し回路１３と同一の配管によって圧縮機１の中間圧部に接続される。従って、冷凍装置の配管構造を簡素化することができる。

また、この冷凍装置は、減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入する動作を停止させて、冷凍機油を圧縮機１の中間圧部に注入した後、冷凍機油を注入する動作を停止させて、前記減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入するように制御される。従って、液冷媒冷却回路１５を閉めて前記減圧冷媒を圧縮機１の中間圧部に注入している間は、圧縮機１の吸入部からは冷媒のみを吸入することができ、冷凍能力を向上させることができる。しかも、その前段階で冷凍機油が圧縮機１に注入されているため、油切れを起こさせることなく、高い冷凍能力での運転を行うことができる。

なお、本発明に係る冷凍装置は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、中間圧冷媒導入回路として、中間圧インジェクション回路１６と、液冷媒冷却回路１５とが設けられるものであったが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のみ設けられるものであってもよい。

また、中間圧油戻し回路１３及び吸入部油戻し回路１４には、それぞれ別の弁１０及び弁１１が設けられるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、中間圧油戻し回路及び吸入部油戻し回路の分岐点に三方弁等の弁が配置されるものであってもよい。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の冷凍サイクル構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る冷凍装置の制御を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 油分離器
３ 凝縮器
４ 受液器
５ 空気過冷却熱交換器
６ 過冷却熱交換器
７ 減圧機構
８ 蒸発器
９，１０，１１，１２ 弁
１３ 中間圧油戻し回路
１４ 吸入部油戻し回路
１５ 液冷媒冷却回路
１６ 中間圧液インジェクション回路
１７ 冷却ファン
１８ 制御部

Claims (9)

1. 圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
   冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する中間圧冷媒導入回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、
   冷凍機油を中間圧油戻し回路によって中間圧部へ戻す状態と、吸入部油戻し回路によって吸入部へ戻す状態とを選択可能に構成されることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止している間に、冷凍機油が圧縮機の中間圧部に注入されるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記中間圧冷媒導入回路として、前記蒸発器をバイパスして圧縮機に接続される中間圧インジェクション回路を備え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. 前記中間圧冷媒導入回路として、前記冷凍サイクルの主回路から抜き出され且つ減圧された減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
5. 前記中間圧冷媒導入回路として、前記蒸発器をバイパスして圧縮機に接続される中間圧インジェクション回路と、
   前記冷凍サイクルの主回路から抜き出され且つ減圧された減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
6. 前記中間圧冷媒導入回路が中間圧油戻し回路と同一の配管によって圧縮機の中間圧部に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍装置。
7. 前記凝縮器の下流側には、凝縮器において凝縮した冷媒を収容する受液器と、この受液器から出た冷媒を空気と熱交換させて過冷却する空気過冷却熱交換器とが配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍装置。
8. 圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを有する冷凍装置において、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、
   前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する動作を停止させて、冷凍機油を圧縮機の中間圧部に注入した後、冷凍機油を注入する動作を停止させて、前記減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入するように制御されることを特徴とする冷凍装置。
9. 圧縮機と、この圧縮機で圧縮された高圧冷媒に含まれる冷凍機油を分離するための油分離器と、この油分離器で分離された高圧冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮された高圧冷媒を減圧する減圧機構と、この減圧機構で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを順次接続して構成される冷凍サイクルを備える冷凍装置において、
   冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を圧縮機の中間圧部に注入する中間圧インジェクション回路と、
   前記冷凍サイクルの主回路を循環する高圧冷媒の一部を抜き出して減圧させた減圧冷媒を、前記主回路を循環する高圧冷媒と過冷却熱交換器において熱交換させた後、圧縮機の中間圧部に注入する液冷媒冷却回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の中間圧部に戻す中間圧油戻し回路と、
   前記油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機の吸入部に戻す吸入部油戻し回路とを備え、
   前記中間圧インジェクション回路及び液冷媒冷却回路が中間圧油戻し回路と同一の配管によって圧縮機の中間圧部に接続されることを特徴とする冷凍装置。

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