JP2011149565A

JP2011149565A - 冷凍装置

Info

Publication number: JP2011149565A
Application number: JP2010008727A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 健伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】吐出ガス温度が許容上限温度以下であって、性能向上を図ることが可能な二段スクリュー圧縮機（以下、圧縮機と呼ぶ）を有する冷凍装置を得る。
【解決手段】圧縮機１と、油分離器２と、凝縮器３と、冷媒を冷却する過冷却器５と、膨張弁６と、蒸発器７とを順次冷媒管で環状に接続した冷媒回路と、潤滑油を油分離器２から油冷却器９を介して圧縮機１に戻す油戻し用管路と、凝縮器からの液冷媒を油冷却器９を介して前記圧縮機１の中間圧室に戻し、油冷却器９にて潤滑油を冷却する液冷媒の流量を制御する電子膨張弁１３を有する液冷媒注入用管路と、圧縮機１の吐出側冷媒ガスの温度を検知する温度センサー１４と、を備え、マイコン１２は、温度センサー１４の出力が運転可能条件範囲全般にわたり予め定めた許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように電子膨張弁１３を開閉制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、冷媒を圧縮する二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置に関するものである。

二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置においては、吐出ガス温度の高温化に伴う冷媒と潤滑油ならびに構成部品の劣化を防止するため、吐出ガス温度がそれらの劣化に対する許容上限温度以下で運転できる冷凍サイクルを構成し、運転制御を行う。そのためには、圧縮途中の冷媒ガスを冷却する必要がある。その手段として油冷却器を冷凍装置に装備することが一般的である。油冷却器とは、圧縮機に注入する潤滑油を冷却する熱交換器のことであり、水を用いて潤滑油を冷却する水冷方式と、冷媒を用いて潤滑油を冷却する冷媒冷却方式がある。冷媒冷却方式の場合、油冷却に用いられた冷媒は油冷却器で熱交換した後にガス化し、圧縮機に注入される。その際、潤滑油冷却後の潤滑油温度または冷媒ガス過熱度が所定の値になるように温度式膨張弁を用いて冷媒量を制御する方法がある。(例えば、特許文献１参照）
図４は上記特許文献１に示された従来の二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置の冷媒回路図である。この種の冷媒回路については図４を用いて説明し、図４における要部Ｙについては図５、図６を用いて説明する。図中の矢印は冷媒および油の流れ方向を示すものである。冷媒は圧縮機１で高温高圧のガスとなり吐出され、油分離器２内で冷媒ガスと潤滑油に分離される。冷媒ガスは凝縮器３で凝縮液となり過冷却器５にて液温が下げられ、さらに膨張弁６により、低圧の湿りガスとなり蒸発器７内にて空気と熱交換することで蒸発して空気の冷却を行った後、圧縮機１の低段圧縮機構１aに注入される。また、過冷却器５にて液温が下げられた主液流れの一部はモータ冷却用膨張弁８を流れ、圧縮機１のモータ冷却のためにモータ室１ｄに注入される。
一方、油分離器２にて分離した潤滑油は油冷却器９にて冷却され、圧縮機１の圧縮機中間圧室１ｃに注入される。油冷却器９における潤滑油の冷却方式は冷媒による冷媒冷却方式である。
凝縮器３からの高圧液冷媒は、過冷却器５に至る途中で二方向に分岐され、前述の過冷却器５内で冷却される主液流れと、油冷却器用膨張弁である温度式膨張弁１０にて低温で中間圧力の飽和湿りガスに変化して油分離器２からの潤滑油を油冷却器９にて冷却する流れに分かれる。膨張弁４および過冷却器５を流れる冷媒ガスと温度式膨張弁１０および油冷却器９を流れる冷媒ガスは圧縮機中間圧室１ｃにて低段吐出ガスと混合され、高段圧縮機構１ｂに吸入される。
潤滑油温度を所定の値に制御する方法と冷媒ガス過熱度を所定の値に制御する方法について図５および図６を用いて説明する。
潤滑油冷却後の潤滑油温度が所定の値になるように冷媒量を制御する場合は、図５に示すように感温筒１１が潤滑油冷却後の潤滑油温度を検知し、冷却後の潤滑油の温度が所定の値になるように温度式膨張弁１０を用いて冷媒量を制御する。
潤滑油冷却後の冷媒ガス過熱度が所定の値になるように冷媒量を制御する場合は、図６に示すように感温筒１１が潤滑油冷却後の冷媒ガス温度、均圧管１７が潤滑油冷却後の冷媒ガスの圧力を検知し、潤滑油冷却後の冷媒ガス過熱度が所定の値になるように温度式膨張弁１０を用いて冷媒量を制御する。

特開２００２−３１４２０号公報（第５頁、第２図〜第５図）

（１）従来技術の課題説明
上記特許文献１に記載の従来の冷凍装置においては、運転可能条件範囲が広いため、運転範囲内で最も吐出ガス温度が高くなる条件に合わせて潤滑油冷却後の潤滑油温度または冷媒ガス過熱度を設定する。また、この方法が従来の一般的な方法である。そのため、上記設定を行った条件以外では潤滑油冷却に使用され圧縮機に注入される冷媒の量が過剰になる。これにより、冷凍能力の低下、入力の増加が発生し、性能が低下するという課題があった。

また上記の過剰な冷媒量により、潤滑油が過冷却され、潤滑油に冷媒が多量に溶け込んだ場合には、油分離効率が低下して油分離器から凝縮器への潤滑油の流出量が増加する、油上がりが発生する危険性が高くなる。この油上がりの発生で冷凍機が故障する場合があった。なお、潤滑油に冷媒が多量に溶け込むと必ず油上がりが発生するわけではない。

（２）発明の目的の説明
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、吐出ガス温度が許容上限温度以下であって、性能向上を図ることが可能な二段スクリュー圧縮機を有する冷凍装置を得ることを目的とする。

この発明に係る冷凍装置は、低段側圧縮部と高段側圧縮部とこれら両圧縮部の間に位置する中間圧室とを有する二段スクリュー圧縮機と、油分離器と、凝縮器と、冷媒を冷却する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器とを順次冷媒管で環状に接続した冷媒回路と、潤滑油を油分離器から油冷却器を介して二段スクリュー圧縮機に戻す油戻し用管路と、凝縮器からの液冷媒を油冷却器を介して中間圧室に戻し、油冷却器にて潤滑油を冷却する液冷媒の流量を制御する流量調整機構を有する液冷媒注入用管路と、二段スクリュー圧縮機の吐出側冷媒ガスの温度を検知する温度センサーと、
この温度センサーの出力が運転可能条件範囲全般にわたり予め定めた許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように流量調整機構を制御する制御部と、を備えたものである。

この発明係る冷凍装置は、低段側圧縮部と高段側圧縮部とこれら両圧縮部の間に位置する中間圧室とを有する二段スクリュー圧縮機と、油分離器と、凝縮器と、冷媒を冷却する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器とを順次冷媒管で環状に接続した冷媒回路と、潤滑油を油分離器から油冷却器を介して二段スクリュー圧縮機に戻す油戻し用管路と、凝縮器からの液冷媒を油冷却器を介して中間圧室に戻し、油冷却器にて潤滑油を冷却する液冷媒の流量を制御する流量調整機構を有する液冷媒注入用管路と、二段スクリュー圧縮機の吐出側冷媒ガスの温度を検知する温度センサーと、この温度センサーの出力が運転可能条件範囲全般にわたり予め定めた許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように流量調整機構を制御する制御部と、を備えたので、従来技術では冷媒量が過剰になる運転可能条件においても過剰な冷媒の注入がなくなるため、性能の向上が図れる。

本発明の実施の形態１における冷凍装置の冷媒回路図である。本発明の実施形態１における冷凍装置の要部冷媒回路図である。本発明の実施形態２における冷凍装置の要部冷媒回路図である。従来発明の冷凍装置の冷媒回路図である。従来発明の冷凍装置における潤滑油冷却後の潤滑油温度を所定の値に制御する方法の要部冷媒回路図である。従来発明の冷凍装置における潤滑油冷却後の冷媒ガス過熱度を所定の値に制御する方法の要部冷媒回路図である。

以下、本発明の実施形態１を図に基づいて説明する。
全体的な冷媒回路は背景技術の欄で説明した図４とほぼ同一であるので、詳細な説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
本発明では、図４に示す回路のうち、要部Ｙの部分を図２、図３に示すような冷媒回路とするものである。

実施の形態１．
（１．１）構成の詳細な説明
図１は、本発明の実施の形態１における冷凍装置を示す冷媒回路図である。
図において、図４と同符合は同一または相当部分を示す。図１の全体的な冷媒回路は背景技術の欄で説明した図４とほぼ同一であるので、詳細な説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
図２は、本発明の実施形態１における冷凍装置の要部冷媒回路図である。吐出ガス温度を温度センサー１４にて検知し、吐出ガス温度が許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるようにマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ。このマイコンは制御部を構成する）１２が電子膨張弁１３に信号を送り、潤滑油冷却に用いられる冷媒量を制御する。
なお、電子膨張弁１３は冷媒の流量を調整する流量調整機構を構成する。

（１．２）動作及び効果の詳細な説明
このように構成された冷凍装置においては、吐出ガス温度を検知し、吐出ガス温度が許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように、マイコン１２が電子膨張弁１３の開閉を制御することで、潤滑油冷却に用いられる冷媒量を制御する。
これにより、本実施の形態１によれば、従来の潤滑油冷却後の潤滑油温度または冷媒ガス過熱度を所定の値になるよう温度式膨張弁を用いて冷媒量を制御する方法に比べ、運転可能条件範囲全般にわたり過剰に冷媒を注入することがなくなり、冷凍装置の性能が向上する。
また、潤滑油の過冷却を抑制することができるため、潤滑油に冷媒が多量に溶け込みにくく、油上がりが発生する危険性が低くなる。これにより、油上がりによる冷凍装置の故障を防ぐことができ、信頼性の高い冷凍装置を得ることができる。

実施の形態２．
（２．１）構成の詳細な説明
本実施の形態２では、図１において、要部の構成が図２の構成から図３の構成に変わったこと以外は同じである。
図３に実施の形態２の要部冷媒回路を示す。実施形態１ではマイコン１２が電子膨張弁１３を用いて制御するのに対し、実施形態２ではマイコン１２がキャピラリーチューブ１５と電磁弁１６とからなる組を少なくとも１組用いて制御する。
温度センサー１４は吐出ガス温度を検知し、吐出ガス温度が許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように、マイコン１２が少なくとも１つの電磁弁１６の開閉を制御することで、キャピラリーチューブ１５を流れ、潤滑油冷却に用いられる冷媒量を制御する。
（２．２）効果
この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。
なお、電磁弁１６とキャピラリーチューブ１５は冷媒の流量を調整する流量調整機構を構成する。

１圧縮機、１ａ低段圧縮機構、１ｂ高段圧縮機構、１ｃ圧縮機中間圧室、１ｄモータ室、２油分離機、３凝縮器、４中間冷却器用膨張弁、５過冷却器、６主液膨張弁、７蒸発器、８モータ冷却用膨張弁、９油冷却器、１０温度式膨張弁、１１感温筒、１２マイコン、１３電子膨張弁、１４温度センサー、１５キャピラリーチューブ、１６電磁弁、１７均圧管。

Claims

低段側圧縮部と高段側圧縮部とこれら両圧縮部の間に位置する中間圧室とを有する二段スクリュー圧縮機と、油分離器と、凝縮器と、冷媒を冷却する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器とを順次冷媒管で環状に接続した冷媒回路と、
潤滑油を前記油分離器から油冷却器を介して前記二段スクリュー圧縮機に戻す油戻し用管路と、
前記凝縮器からの液冷媒を前記油冷却器を介して前記中間圧室に戻し、前記油冷却器にて前記潤滑油を冷却する液冷媒の流量を制御する流量調整機構を有する液冷媒注入用管路と、
前記二段スクリュー圧縮機の吐出側冷媒ガスの温度を検知する温度センサーと、
この温度センサーの出力が運転可能条件範囲全般にわたり予め定めた許容上限温度以下であって、上限温度近傍になるように前記流量調整機構を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする冷凍装置。
前記流量調整機構は電子膨張弁であり、前記制御部は前記電子膨張弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
前記流量調整機構は、電磁弁とキャピラリーチューブとで成る組を少なくとも１組備えたものであり、前記制御部は前記少なくとも１つの電磁弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。