冷冻装置制造方法
冷冻装置制造方法
【专利摘要】本发明提供如下一种冷冻装置：能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。设置具有规定容积的用于积存油分离器(22)分离的油的油箱(61)，通过所述回油管(28、28A)使积存在该油箱(61)中的油返回压缩机(11)的壳体(12)内，而且设置用于调整回油管(28A)的开度的电动阀(30)，根据压缩机(11)的运转频率来调整电动阀(30)的开度。
【专利说明】冷冻装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有回油管的冷冻装置，利用该回油管使油分离器捕捉到的油返回压缩机内。
【背景技术】
[0002]一般，人们公知如下一种冷冻装置，具有:多级式(例如2级式)压缩机，其对吸入的制冷剂进行多级压缩而排出；油分离器，其设在该压缩机的高压排出管上；以及回油管，通过其使该油分离器捕捉到的油返回压缩机(例如参照专利文献I)。在这种冷冻装置中，压缩机壳体内为中间压力或低压，且在回油管上设置电磁开闭阀，在壳体内的油量减至下限时，通过开闭该电磁开闭阀，利用排出制冷剂(高压)和壳体内(中间压力或低压)之间的差压使油返回壳体内。
[0003]现有技术中文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本发明专利公开公报特开2008-144643号
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题
[0007]然而，在将二氧化碳(C02)用作制冷剂的冷冻装置中，与使用氟利昂(包含替代氟利昂，也称为碳氟化合物系制冷剂)的冷冻装置相比，由于工作压力较高，所以需要确保足够的耐压强度，因而难以增大油分离器的内径，也难以确保油分离器具有较大的容积。
[0008]如果不能确保油分离器具有足够的容积，油分离器中的油分离效率(降低油分离器内的制冷剂的流速而分离制冷剂和油的效率)下降，未能分离的油流向位于冷冻循环的低压侧的蒸发器并滞留在蒸发器内，这会导致导热性能下降和压缩机润滑不良。
[0009]另外，如果油分离器的容积较小，也难以确保油积存量，制冷剂混入通过回油管返回压缩机的油中，导致冷冻装置的效率明显下降，或者因返回压缩机的油量不足而导致润滑不良。
[0010]另外，在将二氧化碳用作制冷剂的冷冻装置中，与使用碳氟化合物系制冷剂的冷冻装置相比，由于制冷剂回路的高压侧和低压侧(或者中间压力)的压力差变大，因而压缩机的排出制冷剂和压缩机的壳体内(中间压力或低压)之间的差压变大，难以用电磁开闭阀适当调整回油量，这也会导致压缩机润滑不良。
[0011]本发明鉴于上述问题而做出，其目的是提供如下一种冷冻装置:在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
[0012]解决问题的方法
[0013]为了解决上述问题，本发明所述的冷冻装置具有将二氧化碳用作制冷剂而进行冷冻循环运转的制冷剂回路，该制冷剂回路具有:压缩机，其在壳体内积存油，并将该油和制冷剂一起向高压排出管排出；油分离器，其设在所述高压排出管上；以及回油管，其使由所述油分离器分离的油返回所述壳体内，所述冷冻装置的特征在于，设置具有规定容积的用于积存由所述油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且在所述回油管上设置电动阀，还设置根据所述压缩机的运转频率来调整所述电动阀的开度的阀开度调整单元。
[0014]采用该结构，由于设置具有规定容积的用于积存由油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且设置有用于调整所述回油管的开度的电动阀，还根据所述压缩机的运转频率调整所述电动阀的开度，因而能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
[0015]在上述结构中，也可以是，所述压缩机为并列连接的多个压缩机，所述油分离器设在汇合所述多个压缩机的高压排出管而成的单个高压排出管上，所述油箱由高度比所述油分离器还低的耐热容器形成。采用该结构，能使多个压缩机共用油分离器，能减少零件个数，而且对于油箱而言，易于确保足够的耐压强度，另外冷冻装置内的布局也变得容易。
[0016]另外，在上述结构中，也可以是，在所述回油管的所述油箱的下游设置油冷却器。采用该结构，能有效地对油进行冷却。
[0017]另外，在上述结构中，也可以是，所述压缩机的运转频率变大时所述阀开度调整单元增大所述电动阀的阀开度，所述压缩机的运转频率变小时所述阀开度调整单元减小所述电动阀的阀开度。采用该结构，由于能根据油的排出量来控制返回壳体内的油量，所以能进行稳定的回油控制。
[0018]发明效果
[0019]采用本发明，能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示本实施方式所述的冷冻装置的回路结构图。
[0021]图2是表示回油控制动作的流程图。
[0022]图3是表示运转停止控制动作的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明的一实施方式。
[0024]图1是表示本实施方式所述的冷冻装置的回路结构图。
[0025]冷冻装置I具有冷冻机单元3和多台(例如2台)陈列柜单元5A、5B，这些冷冻机单元3和各陈列柜单元5A、5B通过液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9连结而构成进行冷冻循环运转的制冷剂回路10。
[0026]该制冷剂回路10的高压侧使用呈超临界压力的二氧化碳(C02)制冷剂。由于二氧化碳制冷剂的臭氧破坏系数为O并且地球变暖系数为1，因而对环境的负担较小，无毒并且不具有可燃性，安全并且价格低廉。另外，除了二氧化碳制冷剂以外，制冷剂配管中还加入有用于润滑制冷剂回路10内的压缩机11的油。在图1中，实线箭头表示制冷剂的流动，虚线箭头表示油的流动。
[0027]冷冻机单元3具有并列地用配管连接的2台压缩机11。这2台压缩机11是各自壳体12内呈中间压力的内部中间压力型转动式两级压缩机。各压缩机11的壳体12的内部配置有电动机部(省略图示)和被该电动机部驱动的低级压缩要素11A、高级压缩要素IlB0低级压缩要素IIA将通过气态制冷剂配管9吸入压缩机11的低压制冷剂升压至中间压力并排出，高级压缩要素IlB将被上述低级压缩要素IlA压缩的中间压力的制冷剂进一步升压至高压并排出。另外，压缩机11是频率可变型压缩机，通过改变电动机部的运转频率，就能调整低级压缩要素IlA和高级压缩要素IlB的转速。
[0028]压缩机11的壳体12上形成有与低级压缩要素IlA连通的低级侧吸入口 12A和低级侧排出口 12B、以及与高级压缩要素IlB连通的高级侧吸入口 12C和高级侧排出口 12D。各压缩机11的各自的低级侧吸入口 12A上分别连接有低压吸入管13，这两个低压吸入管13在两个低级压缩要素IIA的上游侧汇合，通过单个储气筒14与单个气态制冷剂配管9连接。另外，低压吸入管13上设有吸入压力传感器15和吸入温度传感器16，它们分别用于检测在该低压吸入管13中流动的制冷剂的吸入压力和吸入温度。
[0029]各低级侧排出口 12B上分别连接有中间压力排出管17，该两个中间压力排出管17在两个低级压缩要素IlA的下游侧汇合并连接在中间冷却器18的一端。该中间冷却器18用于冷却从低级压缩要素IlA排出的中间压力的制冷剂，该中间冷却器18的另一端连接有中间压力吸入管19，该中间压力吸入管19分叉为2个后各与高级侧吸入口 12C连接。另夕卜，中间压力吸入管19上设有中间压力传感器20，其用于检测在该中间压力吸入管19中流动的制冷剂的中间压力。在该结构中，高级侧吸入口 12C通过壳体12内空间与高级压缩要素IlB连通，压缩机11运转中，该壳体12内保持中间压力。
[0030]各高级侧排出口 12D上分别连接有高压排出管21，该两个高压排出管21在两个高级压缩要素IlB的下游侧汇合而成为单个高压排出管21A。该高压排出管21A通过单个油分离器22、气体冷却器(放热器)23和过冷却热交换器24与液态制冷剂配管7连接。另夕卜，两个高级侧排出口 12D上各自设有排出压力传感器25和排出温度传感器26，它们分别用于检测从两个高级压缩要素IlB排出的制冷剂的排出压力和排出温度。
[0031]油分离器22用于分离从压缩机11排出的高压的排出制冷剂中的油和制冷剂并对油进行捕捉，该油分离器22上连接有用于使捕捉到的油返回压缩机11的回油管28。该回油管28上设有用于冷却捕捉到的油的油冷却器27，在该油冷却器27的下游侧，回油管28分叉为2个系统的回油管(每个压缩机11的回油管)28A。它们分别通过过滤器29和流量调整阀等电动阀30连接在压缩机11的壳体12上。如上所述，由于压缩机11的壳体12内能保持为中间压力，所以捕捉到的油因油分离器22内的高压(与高压排出管21A内的压力相同)和壳体12内的中间压力之间的差压而返回该壳体12内。
[0032]然而，由于本冷冻装置I使用二氧化碳制冷剂，所以与使用碳氟化合物系制冷剂的情况相比工作压力较高，出于需要确保耐压强度的需要，油分离器22的容积受到制约。这会导致油分离器22的油分离效率下降，未能分离的油流向位于冷冻循环的低压侧的蒸发器(壳体热交换器43A、43B)并滞留在蒸发器内，导致导热性能下降和压缩机润滑不良。另外，不能使分离出的油充分地积存在油分离器22内，制冷剂混入向压缩机11返回的油中，导致冷冻装置I的效率明显下降，或者因返回压缩机11的油量不足而导致润滑不良。
[0033]对此，在本实施方式中，设置具有规定容积的用于积存油分离器22分离的油的单个油箱61，通过两个回油管28A使积存在该油箱61中的油返回两个压缩机11的壳体12内。
[0034]该油箱61由高度比油分离器22还低的小型(小容积)耐热容器形成，具有能承受本冷冻装置I的较高工作压力的足够的耐压强度，与油分离器22相邻设置。
[0035]用于连接油分离器22和油箱61的油配管28B的一端在油分离器22内的底部附近开口，通过上述差压将底部附近的油引入油配管28B内并引入油箱61内。该油箱61上连接有与两个压缩机11相连的单个回油管28的一端，油箱61内的油因上述差压被吸入回油管28内而返回两个压缩机11的壳体12内。
[0036]采用该结构，油分离器22分离的油因两个压缩机11的壳体12内的负压而流入并积存在油箱61内，可以相应地降低油分离器22内的油面。由此，不仅能确保较大的油分离空间(用于从气态制冷剂和油雾的混合流中分离油的空间)而提高油分离效率，还能确保油箱61内有足够的油量。
[0037]压缩机11的壳体12上设有油位传感器(油位检测单元)31，用于检测积存在该壳体12内的油位(油量)。
[0038]油位传感器31是能检测出上限位和下限位的2触点式物位传感器，虽省略图示，其具有与壳体12连通的传感器壳体,该传感器壳体内的油位根据压缩机11的壳体12内的油位变动。另外，传感器壳体内配置有:浮子，其对应于油位的变动而上下浮动；以及浮子开关，其具有根据所述浮子的高度位置的变动而开闭的上触点和下触点。在该浮子开关中，在浮子上配置磁铁，配置在不同高度的上触点和下触点根据该磁铁的磁力而开闭。
[0039]具体地讲，壳体12内的油位超过上限位时上触点接通，低于该上限位时上触点断开。另外，壳体12内的油位超过下限位时下触点断开，低于该下限位时下触点接通。
[0040]气体冷却器23用于冷却从压缩机11排出的高压的排出制冷剂，在本结构中，气体冷却器23与上述中间冷却器18和油冷却器27并排设置。在这些气体冷却器23、中间冷却器18和油冷却器27上，相邻设有向该气体冷却器23、中间冷却器18和油冷却器27送风的冷却风扇32。
[0041]制冷剂被气体冷却器23冷却，并且从气体冷却器23通过高压排出管21A和液态制冷剂配管7流向陈列柜单元5A、5B所具有的第一膨胀阀(第一节流单元)42A、42B，过冷却热交换器24利用在该气体冷却器23的出口侧分叉的分叉制冷剂对上述制冷剂进行过冷却。在气体冷却器23的出口侧由高压排出管21分叉而成的分叉配管33通过第二膨胀阀34，连接在上述过冷却热交换器24的分叉制冷剂流路入口上，分叉制冷剂流路出口连接在中间冷却器18的出口侧的中间压力吸入管19上。另外，高压排出管21上设有入口温度传感器35和出口温度传感器36，它们分别用于检测在高压排出管21中流动的制冷剂温度且位于过冷却热交换器24的入口侧和出口侧。
[0042]另外，冷冻机单元3具有用于控制冷冻装置I的整体动作的主控制装置50。主控制装置50不仅根据陈列柜单元5A、5B的冷冻负荷来调整两个压缩机11的运转频率，还根据由排出温度传感器26检测出的高级压缩要素IlB的制冷剂排出温度调整第二膨胀阀34的开度。此外，还可以根据作为过冷却热交换器24的中间压力的分叉制冷剂的出口温度、过冷却热交换器24的制冷剂的出入口温差等来调整所述第二膨胀阀34的开度。
[0043]另外，主控制装置50执行从油分离器22向各压缩机11的回油控制，执行该回油控制时，根据各压缩机11的运转频率来调整各电动阀30的阀开度。此外，执行回油控制时，根据各油位传感器31检测出的油位来修正阀开度。在本实施方式中，主控制装置50不仅起到根据两个压缩机11的运转频率来调整两个电动阀30的阀开度的阀开度调整单元的作用，还起到根据油位来修正阀开度的阀开度修正单元的作用。
[0044]另外，陈列柜单元5A、5B分别设置在店铺内等，分别并列连接在液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9上，各陈列柜单元5A、5B具有用于连接液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9的壳体制冷剂配管40A、40B，这些壳体制冷剂配管40A、40B上分别设有过滤器41A和41B、第一膨胀阀(第一节流单元)42A和42B以及壳体热交换器43A和43B。在所述壳体热交换器43A、43B上，相邻设有向该壳体热交换器43A、43B送风的壳体风扇44A、44B。
[0045]并且，陈列柜单元5A、5B具有用于控制该陈列柜单元5A、5B的各部动作的壳体控制装置45A、45B，该壳体控制装置45A、45B能与主控制装置50进行通信。壳体控制装置45A、45B根据壳体热交换器43A、43B的出入口温差(过热度)来分别调整第一膨胀阀42A、42B的开度。
[0046]接下来说明上述回油控制动作。图2是表示回油控制动作的流程图。此外，由于两个压缩机11的所述回油控制相同，所以只说明一方的压缩机11和相对应的电动阀30。
[0047]冷冻装置I开始运转后，主控制装置50获取电动阀30的初始开度(步骤SI)。该初始开度是冷冻装置I(即两个压缩机11)运转起动时设定的阀开度，在本实施方式中，设定为使电动阀30大致呈关闭状态的阀开度(例如30脉冲)。
[0048]接下来，主控制装置50分别根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的阀开度(步骤S2)。该阀开度可根据压缩机11的运转频率和根据油位适当变更的修正系数A来求出。具体地讲，将利用以运转频率为变量X的相关式f(x)而求出的值与修正系数A相乘而求出阀开度，运转频率高时增大阀开度，运转频率低时减小阀开度。
[0049]冷冻装置I起动而压缩机11开始运转后，主控制装置50将修正系数A设定为初始值(A = 2.0)(步骤S3)，并利用该值调整阀开度。由此，在冷冻装置I起动后，可根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的阀开度。因而可根据各压缩机11的运转频率来调整各电动阀30的阀开度，与现有技术中的用电动开闭阀来调整回油量的结构相比，可根据压缩机11的情况而细微调整回油量。
[0050]在此，修正系数A的初始值设定为用于获得相当于从压缩机11排出的油量的回油量的阀开度的值，例如可根据压缩机11的规格来设定。由此，能提高从各压缩机11排出的油量和返回各压缩机11的各壳体12内的油量之间的平衡，能使返回各压缩机11的回油量变得合适。
[0051]接下来，主控制装置50重置内置的计时器后(步骤S4)，判别两个压缩机11的浮子开关的下触点是否断开(步骤S5)。
[0052]在该判别中，如果浮子开关的下触点不是断开(步骤S5:否)时，即油位低于下限位时，判别是否经过了预先设定的第一等待时间(本实施方式中为30秒)(步骤S6)，如果没有经过该等待时间(步骤S6:否)，返回步骤S5的处理。
[0053]通过判断是否经过了该等待时间，能避免因压缩机运转时产生的油面变动而导致的油位误检。另外，已经过等待时间时(步骤S6:是)，即油位继续低于下限位时，由于判断为壳体12内的油量过少，所以主控制装置50将处理移至步骤S12而修正电动阀30的阀开度。[0054]如果浮子开关的下触点是断开(步骤S5:是)时，即油位超过下限位时，主控制装置50重置内置的计时器后(步骤S7)，判别浮子开关的上触点是否断开(步骤S8)。
[0055]在步骤S8的判别中，如果浮子开关的上触点不是断开(步骤S8:否)时，即油位超过上限位时，判别是否经过了预先设定的第二等待时间(本实施方式中为30秒)(步骤S9)，如果没有经过该等待时间(步骤S9:否)，返回步骤S8的处理。由此，与上述情况一样，能避免油位误检。已经过等待时间时，即油位继续超过上限位时，由于判断为壳体12内的油量过多，所以主控制装置50将处理移至步骤S15而修正电动阀30的阀开度。
[0056]另外，如果浮子开关的上触点是断开(步骤S8:是)时，即油位低于上限位时，主控制装置50判别两个压缩机11是否停止(步骤S10)。在该判别中，如果压缩机11没有停止(步骤SlO:否)，将处理移至步骤S4，反复执行上述步骤S4?SlO所示的油位判定处理。
[0057]另外，如果压缩机11在停止(步骤SlO:是)，将电动阀30的阀开度设定为初始开度而结束处理(步骤Sll).[0058]如上所述，如果浮子开关的下触点不是断开的状态继续时(步骤S6:否)，由于判断为壳体12内的油量过少，所以进行使设在向该壳体12回油的回油管28A上的电动阀30的阀开度变大(扩径)的修正。具体地讲，主控制装置50将关于压缩机11的电动阀30的阀开度的修正系数A设定为增加规定量(本实施方式中为10%)(步骤S12)。由此，根据压缩机11的运转频率而调整的电动阀30的阀开度，被修正为根据壳体12内的油量而变大。因而能增大返回壳体12内的油量，而能及早消除该壳体12内的油量过少的状态。
[0059]另外，主控制装置50判别修正系数A是否大于规定的上限值(本实施方式中为6.0)(步骤S13)。该上限值是增加修正系数A时的上限值，如果修正系数A小于上限值(步骤S13:否)，使处理返回步骤S4。
[0060]相反，如果修正系数A超过上限值(步骤S13:是)时，将系数A设定为上限值(步骤S14)，使处理返回步骤S4。
[0061]如果浮子开关的上触点不是断开的状态继续时(步骤S9:否)，由于判断为壳体12内的油量过多，所以进行使电动阀30的阀开度变小(缩径)的修正。具体地讲，主控制装置50将关于压缩机11的电动阀30的阀开度的修正系数A设定为减少规定量(本实施方式中为约5% )(步骤S15)。由此，根据压缩机11的运转频率而调整的电动阀30的阀开度，被修正为根据壳体12内的油量而变小。因而能减少返回壳体12内的油量，而能及早消除该壳体12内的油量过多的状态。
[0062]接下来，主控制装置50判别修正系数A是否小于规定的下限值(本实施方式中为
0.3)(步骤S16)。该下限值是减少修正系数A时的下限值，如果修正系数A在下限值以上(步骤S16:否)，使处理返回步骤S4。
[0063]相反，如果修正系数A低于下限值(步骤S16:是)时，将修正系数A设定为下限值(步骤S17)，使处理返回步骤S4。
[0064]像这样，在本实施方式中，由于具有:2级式压缩机11，其壳体12内成中间压力；油分离器22，其设在该压缩机11的高压排出管21上；回油管28，通过其使该油分离器22捕捉到的油返回壳体12内；电动阀30，其设在回油管28A上；以及作为阀开度调整单元的主控制装置50，其根据压缩机11的运转频率来调整该电动阀30的阀开度，所以即使是使用二氧化碳制冷剂的结构，也能使从压缩机11排出的油量与返回该压缩机11的壳体12内的油量得到平衡，能容易地控制该壳体12内的油量。
[0065]另外，在本实施方式中，由于主控制装置50在压缩机11的运转频率变大时增大电动阀30的阀开度，在压缩机11的运转频率变小时减小电动阀30的阀开度，所以能根据从该压缩机11排出的油的排出量控制返回壳体12内的油量，因而能进行稳定的回油控制。
[0066]另外，在本实施方式中，具有用于检测壳体12内的油位的油位传感器31，主控制装置50在由油位传感器31检测到的油位超过上限位时，进行根据压缩机11的运转频率得以调整的电动阀30的阀开度减小的修正，在该油位低于下限位时进行增大该阀开度的修正，因而能迅速消除壳体12内的油量过少或过多的状态，能进行避免该壳体12内的油量不足的控制。
[0067]如上所述，本冷冻装置I根据压缩机11的运转频率和壳体12内油位，进行调整设在回油管28A上的电动阀30的阀开度的回油控制，因而能使回油量合适，能尽可能地避免压缩机11内的油量变少的情况。
[0068]然而，即使是该冷冻装置1，在设置后马上进行试运转时，尤其在配管距离较长的试运转时，直至配管内的油合适地循环，有时花费较多的时间，此时，即使将两个电动阀30开得较大，油也不会返回两个压缩机11内而产生两个壳体12内的油量变少的情况。此外，在冷冻装置I内的油总量较少时，产生与两个电动阀30的开度无关而两个压缩机11的各壳体12内的油量变少的情况。
[0069]在上述回油控制中，即使是油量较少时也使压缩机11继续运转，可能产生试运转时或油总量较少时等使压缩机11继续运转而导致润滑不良的问题。对此，在本实施方式中，除了进行上述回油控制以外，还进行避免压缩机11在其内的油量较少的状态下运转的运转停止控制。
[0070]图3是表示运转停止控制动作的流程图。在冷冻装置I开始冷却运转后，按规定的中断周期反复进行所述流程，与图2所示的回油控制并行实施。此外，该运转停止控制也是两个压缩机11 一样实施。
[0071]首先，主控制装置50重置内置的另一计时器后(步骤S21)，判别压缩机11的浮子开关的下触点是否断开(步骤S22)。
[0072]在该判别中，如果浮子开关的下触点不是断开(步骤S22:否)时，即油位低于下限位时，判别是否经过了等待时间(运转停止判断用等待时间)(步骤S23)，通过该等待时间能判断上述回油控制中油量不增的状态、即不能避免油不足的状态。该等待时间比回油控制用的上述第一和第二等待时间(本实施方式中为30秒)还长，设定为不给压缩机11带来较大的不良影响的时间内，本实施方式中设定为10分钟。
[0073]如果没有经过等待时间(步骤S23:否)，主控制装置50返回步骤S22的处理。已经过等待时间时(步骤S23:是)，停止油位呈继续低于下限位的状态的压缩机11的运转(步骤S24)，返回步骤S22的处理。由此，能避免压缩机11在油量较少的状态下运转。
[0074]相反，如果浮子开关的下触点是断开(步骤S22:是)时，即油位超过下限位时，主控制装置50判别设有该浮子开关的压缩机11是否为停止中(步骤S25)，如果不是停止中(步骤S25:否)，返回步骤S21的处理。
[0075]压缩机11为停止中时(步骤S25:是)，主控制装置50判别是否有用于指示运转的运转信号，即判别运转指示是否继续中或有无新的运转指示(步骤S26)。如果有运转指示(步骤S26:是)，主控制装置50使压缩机11再次运转(步骤S27)。S卩，压缩机11运转停止后，油位超过下限位时，再次使压缩机11开始运转。
[0076]相反，如果没有运转指示(步骤S26:否)，主控制装置50结束该处理，使压缩机11保持停止状态。由此，继续避免压缩机11在油量较少的状态下运转。
[0077]在此，通过步骤S24的处理而使压缩机11停止时，为补偿因该压缩机11的停止运转而导致的运转能力下降，主控制装置50进行增大其他压缩机11的运转能力的控制。具体地讲，如果其他压缩机11为停止中，则使其他压缩机11开始运转，进行使其以停止的压缩机11的停止前的能力运转的控制，如果其他压缩机11为运转中，则提高其他压缩机11的运转能力，提高量为停止的压缩机11在停止前的运转能力。由此，能抑制运转能力下降，继续进行对应于外部负荷(冷冻负荷)的冷冻运转。
[0078]如以上说明那样，在本实施方式中，在压缩机11运转中油位低于下限位的状态继续时，主控制装置50使压缩机11停止运转，油位超过下限位时使压缩机11再次开始运转，即主控制装置50起到运转控制单元的作用，因而能避免压缩机11在其内的油量较少的状态下运转，防止压缩机11润滑不良。
[0079]而且。在本实施方式中，由于进行根据压缩机11的运转频率来调整设在回油管28A上的电动阀30的阀开度的控制，因而只要不是试运转时和油总量较少等特别状态，都能使回油量合适，避免出现压缩机11内的油较少的状态继续的情况。
[0080]由此，在本实施方式中，在使用二氧化碳制冷剂的结构中，不仅能使回油量合适而使压缩机11继续运转，还能防止因上述特别状态而压缩机11内的油变少时压缩机11的润滑不良。
[0081]另外，在本实施方式中，具有并列连接的多个压缩机11，因油位低于下限位的状态继续而导致某个压缩机11运转停止时，为补偿因运转停止而导致的运转能力下降而增大其他压缩机11的运转能力，因而能抑制运转能力下降。所以，即便使某个压缩机11停止运转，也能继续进行对应于冷冻负荷的运转。另外，由于使其他压缩机11运转，因而能使油易于返回停止运转的压缩机11。
[0082]此外，在本实施方式中，设置具有规定容积的用于积存油分离器22分离的油的油箱61，通过回油管28使积存在该油箱61中的油返回压缩机11的壳体12内，还设置用于调整回油管28A的开度的电动阀30，根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的开度，因而在油积存在油箱61内时能使油分离器22内的油面相应地下降。由此，不仅能确保较大的油分离空间而提高油分离效率，还能确保因油箱61而带来的足够的油积存量。
[0083]因而能在不增大油分离器22的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，由此，即使对于使用二氧化碳制冷剂的结构而言，也能进行稳定的回油控制，能防止制冷剂混入返回压缩机11的油中，能更切实地防止压缩机11润滑不良。
[0084]另外，通过设置上述油箱61，能用油箱61降低油的温度，不仅能有效地降低返回压缩机11的油的温度，还能获得使油箱61内的油面不受油分离器22内的气态制冷剂的影响而使油面稳定这样的效果。
[0085]此外，由于油分离器22设在汇合多个压缩机11的各高压排出管21而成的单个高压排出管21A上，因而能使多个压缩机11共用油分离器22，能减少零件个数。另外，油箱61由高度比油分离器22还低的耐热容器形成。因而易于确保足够的耐压强度，另外冷冻装置I内的布局也变得容易。
[0086]另外，由于在回油管21A的油箱61的下游设置油冷却器27，因而能有效地对油进行冷却。
[0087]以上说明了本发明的一实施方式。但本发明不被其限定，能进行各种变更实施。例如，在本实施方式中，说明了具有2台压缩机11的情况，但不限于此，可以是I台或3台以上。另外，不限于壳体12内成中间压力的2级式压缩机11，也可适用内部积存油的公知的压缩机。
[0088]另外，在本实施方式中，说明了本发明适用于由作为热源侧设备的冷冻机单元3、和作为利用侧设备的陈列柜单元5A与5B构成的冷冻装置1，但也可以适用公知的冷冻装置的结构。
[0089]另外，在本实施方式中，说明了油位传感器31由能检测出上限位和下限位的2触点式物位传感器构成的情况，但不限于此，也可以由还能检测出上限位和下限位之间的中间位的物位传感器构成。
[0090]另外，在本实施方式中，说明了在运转停止控制中，使压缩机11停止运转时和再次开始运转时的油位处于相同位置(下限位)的情况，但不限于此，即，也可使压缩机11停止运转时和再次开始运转时的油位不同，例如可在油位超过中间位时使压缩机11再次开始运转。这时，能在压缩机11内积存有更多油的状态下使压缩机11再次开始运转，既能切实地避免润滑不良又能确保该压缩机11有较长的运转时间，易于确保试运转时配管内的油直至合适地循环所需的时间。
[0091]附图标记说明
[0092]I冷冻装置
[0093]3冷冻机单元(热源侧设备)
[0094]5A、5B陈列柜单元(利用侧设备)
[0095]10制冷剂回路
[0096]11压缩机
[0097]12 壳体
[0098]21高压排出管
[0099]22油分离器
[0100]23气体冷却器
[0101]27油冷却器
[0102]28、28A、28B 回油管
[0103]30电动阀
[0104]31油位传感器(油位检测单元)
[0105]38毛细管(固定节流单元)
[0106]50主控制装置(阀开度调整单元、阀开度修正单元、运转控制单元)
[0107]61 油箱
[0108]A修正系数
【权利要求】
1.一种冷冻装置，具有将二氧化碳用作制冷剂而进行冷冻循环运转的制冷剂回路，该制冷剂回路具有:压缩机，其在壳体内积存油，并将该油和制冷剂一起向高压排出管排出；油分离器，其设在所述高压排出管上；以及回油管，其使由所述油分离器分离的油返回所述壳体内，所述冷冻装置的特征在于， 设置具有规定容积的用于积存由所述油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且在所述回油管上设置电动阀，还设置根据所述压缩机的运转频率来调整所述电动阀的开度的阀开度调整单元。
2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于， 所述压缩机为并列连接的多个压缩机， 所述油分离器设在汇合所述多个压缩机的高压排出管而成的单个高压排出管上，所述油箱由高度比所述油分离器还低的耐热容器形成。
3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于， 在所述回油管的所述油箱的下游设置油冷却器。
4.如权利要求1至3的任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 所述压缩机的运转频率变大时所述阀开度调整单元增大所述电动阀的阀开度，所述压缩机的运转频率变小时所述阀开度调整单元减小所述电动阀的阀开度。
【文档编号】F25B1/00GK103946647SQ201180074881
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年12月8日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】佐佐木英孝, 大竹雅久, 长谷川说, 小山清, 小林隆宽, 西川弘, 三原一彦, 川久保贤, 只野昌也 申请人:三洋电机株式会社
【专利摘要】本发明提供如下一种冷冻装置：能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。设置具有规定容积的用于积存油分离器(22)分离的油的油箱(61)，通过所述回油管(28、28A)使积存在该油箱(61)中的油返回压缩机(11)的壳体(12)内，而且设置用于调整回油管(28A)的开度的电动阀(30)，根据压缩机(11)的运转频率来调整电动阀(30)的开度。
【专利说明】冷冻装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有回油管的冷冻装置，利用该回油管使油分离器捕捉到的油返回压缩机内。
【背景技术】
[0002]一般，人们公知如下一种冷冻装置，具有:多级式(例如2级式)压缩机，其对吸入的制冷剂进行多级压缩而排出；油分离器，其设在该压缩机的高压排出管上；以及回油管，通过其使该油分离器捕捉到的油返回压缩机(例如参照专利文献I)。在这种冷冻装置中，压缩机壳体内为中间压力或低压，且在回油管上设置电磁开闭阀，在壳体内的油量减至下限时，通过开闭该电磁开闭阀，利用排出制冷剂(高压)和壳体内(中间压力或低压)之间的差压使油返回壳体内。
[0003]现有技术中文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本发明专利公开公报特开2008-144643号
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题
[0007]然而，在将二氧化碳(C02)用作制冷剂的冷冻装置中，与使用氟利昂(包含替代氟利昂，也称为碳氟化合物系制冷剂)的冷冻装置相比，由于工作压力较高，所以需要确保足够的耐压强度，因而难以增大油分离器的内径，也难以确保油分离器具有较大的容积。
[0008]如果不能确保油分离器具有足够的容积，油分离器中的油分离效率(降低油分离器内的制冷剂的流速而分离制冷剂和油的效率)下降，未能分离的油流向位于冷冻循环的低压侧的蒸发器并滞留在蒸发器内，这会导致导热性能下降和压缩机润滑不良。
[0009]另外，如果油分离器的容积较小，也难以确保油积存量，制冷剂混入通过回油管返回压缩机的油中，导致冷冻装置的效率明显下降，或者因返回压缩机的油量不足而导致润滑不良。
[0010]另外，在将二氧化碳用作制冷剂的冷冻装置中，与使用碳氟化合物系制冷剂的冷冻装置相比，由于制冷剂回路的高压侧和低压侧(或者中间压力)的压力差变大，因而压缩机的排出制冷剂和压缩机的壳体内(中间压力或低压)之间的差压变大，难以用电磁开闭阀适当调整回油量，这也会导致压缩机润滑不良。
[0011]本发明鉴于上述问题而做出，其目的是提供如下一种冷冻装置:在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
[0012]解决问题的方法
[0013]为了解决上述问题，本发明所述的冷冻装置具有将二氧化碳用作制冷剂而进行冷冻循环运转的制冷剂回路，该制冷剂回路具有:压缩机，其在壳体内积存油，并将该油和制冷剂一起向高压排出管排出；油分离器，其设在所述高压排出管上；以及回油管，其使由所述油分离器分离的油返回所述壳体内，所述冷冻装置的特征在于，设置具有规定容积的用于积存由所述油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且在所述回油管上设置电动阀，还设置根据所述压缩机的运转频率来调整所述电动阀的开度的阀开度调整单元。
[0014]采用该结构，由于设置具有规定容积的用于积存由油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且设置有用于调整所述回油管的开度的电动阀，还根据所述压缩机的运转频率调整所述电动阀的开度，因而能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
[0015]在上述结构中，也可以是，所述压缩机为并列连接的多个压缩机，所述油分离器设在汇合所述多个压缩机的高压排出管而成的单个高压排出管上，所述油箱由高度比所述油分离器还低的耐热容器形成。采用该结构，能使多个压缩机共用油分离器，能减少零件个数，而且对于油箱而言，易于确保足够的耐压强度，另外冷冻装置内的布局也变得容易。
[0016]另外，在上述结构中，也可以是，在所述回油管的所述油箱的下游设置油冷却器。采用该结构，能有效地对油进行冷却。
[0017]另外，在上述结构中，也可以是，所述压缩机的运转频率变大时所述阀开度调整单元增大所述电动阀的阀开度，所述压缩机的运转频率变小时所述阀开度调整单元减小所述电动阀的阀开度。采用该结构，由于能根据油的排出量来控制返回壳体内的油量，所以能进行稳定的回油控制。
[0018]发明效果
[0019]采用本发明，能在不增大油分离器的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，防止压缩机润滑不良。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是表示本实施方式所述的冷冻装置的回路结构图。
[0021]图2是表示回油控制动作的流程图。
[0022]图3是表示运转停止控制动作的流程图。
【具体实施方式】
[0023]下面参照【专利附图】
【附图说明】本发明的一实施方式。
[0024]图1是表示本实施方式所述的冷冻装置的回路结构图。
[0025]冷冻装置I具有冷冻机单元3和多台(例如2台)陈列柜单元5A、5B，这些冷冻机单元3和各陈列柜单元5A、5B通过液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9连结而构成进行冷冻循环运转的制冷剂回路10。
[0026]该制冷剂回路10的高压侧使用呈超临界压力的二氧化碳(C02)制冷剂。由于二氧化碳制冷剂的臭氧破坏系数为O并且地球变暖系数为1，因而对环境的负担较小，无毒并且不具有可燃性，安全并且价格低廉。另外，除了二氧化碳制冷剂以外，制冷剂配管中还加入有用于润滑制冷剂回路10内的压缩机11的油。在图1中，实线箭头表示制冷剂的流动，虚线箭头表示油的流动。
[0027]冷冻机单元3具有并列地用配管连接的2台压缩机11。这2台压缩机11是各自壳体12内呈中间压力的内部中间压力型转动式两级压缩机。各压缩机11的壳体12的内部配置有电动机部(省略图示)和被该电动机部驱动的低级压缩要素11A、高级压缩要素IlB0低级压缩要素IIA将通过气态制冷剂配管9吸入压缩机11的低压制冷剂升压至中间压力并排出，高级压缩要素IlB将被上述低级压缩要素IlA压缩的中间压力的制冷剂进一步升压至高压并排出。另外，压缩机11是频率可变型压缩机，通过改变电动机部的运转频率，就能调整低级压缩要素IlA和高级压缩要素IlB的转速。
[0028]压缩机11的壳体12上形成有与低级压缩要素IlA连通的低级侧吸入口 12A和低级侧排出口 12B、以及与高级压缩要素IlB连通的高级侧吸入口 12C和高级侧排出口 12D。各压缩机11的各自的低级侧吸入口 12A上分别连接有低压吸入管13，这两个低压吸入管13在两个低级压缩要素IIA的上游侧汇合，通过单个储气筒14与单个气态制冷剂配管9连接。另外，低压吸入管13上设有吸入压力传感器15和吸入温度传感器16，它们分别用于检测在该低压吸入管13中流动的制冷剂的吸入压力和吸入温度。
[0029]各低级侧排出口 12B上分别连接有中间压力排出管17，该两个中间压力排出管17在两个低级压缩要素IlA的下游侧汇合并连接在中间冷却器18的一端。该中间冷却器18用于冷却从低级压缩要素IlA排出的中间压力的制冷剂，该中间冷却器18的另一端连接有中间压力吸入管19，该中间压力吸入管19分叉为2个后各与高级侧吸入口 12C连接。另夕卜，中间压力吸入管19上设有中间压力传感器20，其用于检测在该中间压力吸入管19中流动的制冷剂的中间压力。在该结构中，高级侧吸入口 12C通过壳体12内空间与高级压缩要素IlB连通，压缩机11运转中，该壳体12内保持中间压力。
[0030]各高级侧排出口 12D上分别连接有高压排出管21，该两个高压排出管21在两个高级压缩要素IlB的下游侧汇合而成为单个高压排出管21A。该高压排出管21A通过单个油分离器22、气体冷却器(放热器)23和过冷却热交换器24与液态制冷剂配管7连接。另夕卜，两个高级侧排出口 12D上各自设有排出压力传感器25和排出温度传感器26，它们分别用于检测从两个高级压缩要素IlB排出的制冷剂的排出压力和排出温度。
[0031]油分离器22用于分离从压缩机11排出的高压的排出制冷剂中的油和制冷剂并对油进行捕捉，该油分离器22上连接有用于使捕捉到的油返回压缩机11的回油管28。该回油管28上设有用于冷却捕捉到的油的油冷却器27，在该油冷却器27的下游侧，回油管28分叉为2个系统的回油管(每个压缩机11的回油管)28A。它们分别通过过滤器29和流量调整阀等电动阀30连接在压缩机11的壳体12上。如上所述，由于压缩机11的壳体12内能保持为中间压力，所以捕捉到的油因油分离器22内的高压(与高压排出管21A内的压力相同)和壳体12内的中间压力之间的差压而返回该壳体12内。
[0032]然而，由于本冷冻装置I使用二氧化碳制冷剂，所以与使用碳氟化合物系制冷剂的情况相比工作压力较高，出于需要确保耐压强度的需要，油分离器22的容积受到制约。这会导致油分离器22的油分离效率下降，未能分离的油流向位于冷冻循环的低压侧的蒸发器(壳体热交换器43A、43B)并滞留在蒸发器内，导致导热性能下降和压缩机润滑不良。另外，不能使分离出的油充分地积存在油分离器22内，制冷剂混入向压缩机11返回的油中，导致冷冻装置I的效率明显下降，或者因返回压缩机11的油量不足而导致润滑不良。
[0033]对此，在本实施方式中，设置具有规定容积的用于积存油分离器22分离的油的单个油箱61，通过两个回油管28A使积存在该油箱61中的油返回两个压缩机11的壳体12内。
[0034]该油箱61由高度比油分离器22还低的小型(小容积)耐热容器形成，具有能承受本冷冻装置I的较高工作压力的足够的耐压强度，与油分离器22相邻设置。
[0035]用于连接油分离器22和油箱61的油配管28B的一端在油分离器22内的底部附近开口，通过上述差压将底部附近的油引入油配管28B内并引入油箱61内。该油箱61上连接有与两个压缩机11相连的单个回油管28的一端，油箱61内的油因上述差压被吸入回油管28内而返回两个压缩机11的壳体12内。
[0036]采用该结构，油分离器22分离的油因两个压缩机11的壳体12内的负压而流入并积存在油箱61内，可以相应地降低油分离器22内的油面。由此，不仅能确保较大的油分离空间(用于从气态制冷剂和油雾的混合流中分离油的空间)而提高油分离效率，还能确保油箱61内有足够的油量。
[0037]压缩机11的壳体12上设有油位传感器(油位检测单元)31，用于检测积存在该壳体12内的油位(油量)。
[0038]油位传感器31是能检测出上限位和下限位的2触点式物位传感器，虽省略图示，其具有与壳体12连通的传感器壳体,该传感器壳体内的油位根据压缩机11的壳体12内的油位变动。另外，传感器壳体内配置有:浮子，其对应于油位的变动而上下浮动；以及浮子开关，其具有根据所述浮子的高度位置的变动而开闭的上触点和下触点。在该浮子开关中，在浮子上配置磁铁，配置在不同高度的上触点和下触点根据该磁铁的磁力而开闭。
[0039]具体地讲，壳体12内的油位超过上限位时上触点接通，低于该上限位时上触点断开。另外，壳体12内的油位超过下限位时下触点断开，低于该下限位时下触点接通。
[0040]气体冷却器23用于冷却从压缩机11排出的高压的排出制冷剂，在本结构中，气体冷却器23与上述中间冷却器18和油冷却器27并排设置。在这些气体冷却器23、中间冷却器18和油冷却器27上，相邻设有向该气体冷却器23、中间冷却器18和油冷却器27送风的冷却风扇32。
[0041]制冷剂被气体冷却器23冷却，并且从气体冷却器23通过高压排出管21A和液态制冷剂配管7流向陈列柜单元5A、5B所具有的第一膨胀阀(第一节流单元)42A、42B，过冷却热交换器24利用在该气体冷却器23的出口侧分叉的分叉制冷剂对上述制冷剂进行过冷却。在气体冷却器23的出口侧由高压排出管21分叉而成的分叉配管33通过第二膨胀阀34，连接在上述过冷却热交换器24的分叉制冷剂流路入口上，分叉制冷剂流路出口连接在中间冷却器18的出口侧的中间压力吸入管19上。另外，高压排出管21上设有入口温度传感器35和出口温度传感器36，它们分别用于检测在高压排出管21中流动的制冷剂温度且位于过冷却热交换器24的入口侧和出口侧。
[0042]另外，冷冻机单元3具有用于控制冷冻装置I的整体动作的主控制装置50。主控制装置50不仅根据陈列柜单元5A、5B的冷冻负荷来调整两个压缩机11的运转频率，还根据由排出温度传感器26检测出的高级压缩要素IlB的制冷剂排出温度调整第二膨胀阀34的开度。此外，还可以根据作为过冷却热交换器24的中间压力的分叉制冷剂的出口温度、过冷却热交换器24的制冷剂的出入口温差等来调整所述第二膨胀阀34的开度。
[0043]另外，主控制装置50执行从油分离器22向各压缩机11的回油控制，执行该回油控制时，根据各压缩机11的运转频率来调整各电动阀30的阀开度。此外，执行回油控制时，根据各油位传感器31检测出的油位来修正阀开度。在本实施方式中，主控制装置50不仅起到根据两个压缩机11的运转频率来调整两个电动阀30的阀开度的阀开度调整单元的作用，还起到根据油位来修正阀开度的阀开度修正单元的作用。
[0044]另外，陈列柜单元5A、5B分别设置在店铺内等，分别并列连接在液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9上，各陈列柜单元5A、5B具有用于连接液态制冷剂配管7和气态制冷剂配管9的壳体制冷剂配管40A、40B，这些壳体制冷剂配管40A、40B上分别设有过滤器41A和41B、第一膨胀阀(第一节流单元)42A和42B以及壳体热交换器43A和43B。在所述壳体热交换器43A、43B上，相邻设有向该壳体热交换器43A、43B送风的壳体风扇44A、44B。
[0045]并且，陈列柜单元5A、5B具有用于控制该陈列柜单元5A、5B的各部动作的壳体控制装置45A、45B，该壳体控制装置45A、45B能与主控制装置50进行通信。壳体控制装置45A、45B根据壳体热交换器43A、43B的出入口温差(过热度)来分别调整第一膨胀阀42A、42B的开度。
[0046]接下来说明上述回油控制动作。图2是表示回油控制动作的流程图。此外，由于两个压缩机11的所述回油控制相同，所以只说明一方的压缩机11和相对应的电动阀30。
[0047]冷冻装置I开始运转后，主控制装置50获取电动阀30的初始开度(步骤SI)。该初始开度是冷冻装置I(即两个压缩机11)运转起动时设定的阀开度，在本实施方式中，设定为使电动阀30大致呈关闭状态的阀开度(例如30脉冲)。
[0048]接下来，主控制装置50分别根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的阀开度(步骤S2)。该阀开度可根据压缩机11的运转频率和根据油位适当变更的修正系数A来求出。具体地讲，将利用以运转频率为变量X的相关式f(x)而求出的值与修正系数A相乘而求出阀开度，运转频率高时增大阀开度，运转频率低时减小阀开度。
[0049]冷冻装置I起动而压缩机11开始运转后，主控制装置50将修正系数A设定为初始值(A = 2.0)(步骤S3)，并利用该值调整阀开度。由此，在冷冻装置I起动后，可根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的阀开度。因而可根据各压缩机11的运转频率来调整各电动阀30的阀开度，与现有技术中的用电动开闭阀来调整回油量的结构相比，可根据压缩机11的情况而细微调整回油量。
[0050]在此，修正系数A的初始值设定为用于获得相当于从压缩机11排出的油量的回油量的阀开度的值，例如可根据压缩机11的规格来设定。由此，能提高从各压缩机11排出的油量和返回各压缩机11的各壳体12内的油量之间的平衡，能使返回各压缩机11的回油量变得合适。
[0051]接下来，主控制装置50重置内置的计时器后(步骤S4)，判别两个压缩机11的浮子开关的下触点是否断开(步骤S5)。
[0052]在该判别中，如果浮子开关的下触点不是断开(步骤S5:否)时，即油位低于下限位时，判别是否经过了预先设定的第一等待时间(本实施方式中为30秒)(步骤S6)，如果没有经过该等待时间(步骤S6:否)，返回步骤S5的处理。
[0053]通过判断是否经过了该等待时间，能避免因压缩机运转时产生的油面变动而导致的油位误检。另外，已经过等待时间时(步骤S6:是)，即油位继续低于下限位时，由于判断为壳体12内的油量过少，所以主控制装置50将处理移至步骤S12而修正电动阀30的阀开度。[0054]如果浮子开关的下触点是断开(步骤S5:是)时，即油位超过下限位时，主控制装置50重置内置的计时器后(步骤S7)，判别浮子开关的上触点是否断开(步骤S8)。
[0055]在步骤S8的判别中，如果浮子开关的上触点不是断开(步骤S8:否)时，即油位超过上限位时，判别是否经过了预先设定的第二等待时间(本实施方式中为30秒)(步骤S9)，如果没有经过该等待时间(步骤S9:否)，返回步骤S8的处理。由此，与上述情况一样，能避免油位误检。已经过等待时间时，即油位继续超过上限位时，由于判断为壳体12内的油量过多，所以主控制装置50将处理移至步骤S15而修正电动阀30的阀开度。
[0056]另外，如果浮子开关的上触点是断开(步骤S8:是)时，即油位低于上限位时，主控制装置50判别两个压缩机11是否停止(步骤S10)。在该判别中，如果压缩机11没有停止(步骤SlO:否)，将处理移至步骤S4，反复执行上述步骤S4?SlO所示的油位判定处理。
[0057]另外，如果压缩机11在停止(步骤SlO:是)，将电动阀30的阀开度设定为初始开度而结束处理(步骤Sll).[0058]如上所述，如果浮子开关的下触点不是断开的状态继续时(步骤S6:否)，由于判断为壳体12内的油量过少，所以进行使设在向该壳体12回油的回油管28A上的电动阀30的阀开度变大(扩径)的修正。具体地讲，主控制装置50将关于压缩机11的电动阀30的阀开度的修正系数A设定为增加规定量(本实施方式中为10%)(步骤S12)。由此，根据压缩机11的运转频率而调整的电动阀30的阀开度，被修正为根据壳体12内的油量而变大。因而能增大返回壳体12内的油量，而能及早消除该壳体12内的油量过少的状态。
[0059]另外，主控制装置50判别修正系数A是否大于规定的上限值(本实施方式中为6.0)(步骤S13)。该上限值是增加修正系数A时的上限值，如果修正系数A小于上限值(步骤S13:否)，使处理返回步骤S4。
[0060]相反，如果修正系数A超过上限值(步骤S13:是)时，将系数A设定为上限值(步骤S14)，使处理返回步骤S4。
[0061]如果浮子开关的上触点不是断开的状态继续时(步骤S9:否)，由于判断为壳体12内的油量过多，所以进行使电动阀30的阀开度变小(缩径)的修正。具体地讲，主控制装置50将关于压缩机11的电动阀30的阀开度的修正系数A设定为减少规定量(本实施方式中为约5% )(步骤S15)。由此，根据压缩机11的运转频率而调整的电动阀30的阀开度，被修正为根据壳体12内的油量而变小。因而能减少返回壳体12内的油量，而能及早消除该壳体12内的油量过多的状态。
[0062]接下来，主控制装置50判别修正系数A是否小于规定的下限值(本实施方式中为
0.3)(步骤S16)。该下限值是减少修正系数A时的下限值，如果修正系数A在下限值以上(步骤S16:否)，使处理返回步骤S4。
[0063]相反，如果修正系数A低于下限值(步骤S16:是)时，将修正系数A设定为下限值(步骤S17)，使处理返回步骤S4。
[0064]像这样，在本实施方式中，由于具有:2级式压缩机11，其壳体12内成中间压力；油分离器22，其设在该压缩机11的高压排出管21上；回油管28，通过其使该油分离器22捕捉到的油返回壳体12内；电动阀30，其设在回油管28A上；以及作为阀开度调整单元的主控制装置50，其根据压缩机11的运转频率来调整该电动阀30的阀开度，所以即使是使用二氧化碳制冷剂的结构，也能使从压缩机11排出的油量与返回该压缩机11的壳体12内的油量得到平衡，能容易地控制该壳体12内的油量。
[0065]另外，在本实施方式中，由于主控制装置50在压缩机11的运转频率变大时增大电动阀30的阀开度，在压缩机11的运转频率变小时减小电动阀30的阀开度，所以能根据从该压缩机11排出的油的排出量控制返回壳体12内的油量，因而能进行稳定的回油控制。
[0066]另外，在本实施方式中，具有用于检测壳体12内的油位的油位传感器31，主控制装置50在由油位传感器31检测到的油位超过上限位时，进行根据压缩机11的运转频率得以调整的电动阀30的阀开度减小的修正，在该油位低于下限位时进行增大该阀开度的修正，因而能迅速消除壳体12内的油量过少或过多的状态，能进行避免该壳体12内的油量不足的控制。
[0067]如上所述，本冷冻装置I根据压缩机11的运转频率和壳体12内油位，进行调整设在回油管28A上的电动阀30的阀开度的回油控制，因而能使回油量合适，能尽可能地避免压缩机11内的油量变少的情况。
[0068]然而，即使是该冷冻装置1，在设置后马上进行试运转时，尤其在配管距离较长的试运转时，直至配管内的油合适地循环，有时花费较多的时间，此时，即使将两个电动阀30开得较大，油也不会返回两个压缩机11内而产生两个壳体12内的油量变少的情况。此外，在冷冻装置I内的油总量较少时，产生与两个电动阀30的开度无关而两个压缩机11的各壳体12内的油量变少的情况。
[0069]在上述回油控制中，即使是油量较少时也使压缩机11继续运转，可能产生试运转时或油总量较少时等使压缩机11继续运转而导致润滑不良的问题。对此，在本实施方式中，除了进行上述回油控制以外，还进行避免压缩机11在其内的油量较少的状态下运转的运转停止控制。
[0070]图3是表示运转停止控制动作的流程图。在冷冻装置I开始冷却运转后，按规定的中断周期反复进行所述流程，与图2所示的回油控制并行实施。此外，该运转停止控制也是两个压缩机11 一样实施。
[0071]首先，主控制装置50重置内置的另一计时器后(步骤S21)，判别压缩机11的浮子开关的下触点是否断开(步骤S22)。
[0072]在该判别中，如果浮子开关的下触点不是断开(步骤S22:否)时，即油位低于下限位时，判别是否经过了等待时间(运转停止判断用等待时间)(步骤S23)，通过该等待时间能判断上述回油控制中油量不增的状态、即不能避免油不足的状态。该等待时间比回油控制用的上述第一和第二等待时间(本实施方式中为30秒)还长，设定为不给压缩机11带来较大的不良影响的时间内，本实施方式中设定为10分钟。
[0073]如果没有经过等待时间(步骤S23:否)，主控制装置50返回步骤S22的处理。已经过等待时间时(步骤S23:是)，停止油位呈继续低于下限位的状态的压缩机11的运转(步骤S24)，返回步骤S22的处理。由此，能避免压缩机11在油量较少的状态下运转。
[0074]相反，如果浮子开关的下触点是断开(步骤S22:是)时，即油位超过下限位时，主控制装置50判别设有该浮子开关的压缩机11是否为停止中(步骤S25)，如果不是停止中(步骤S25:否)，返回步骤S21的处理。
[0075]压缩机11为停止中时(步骤S25:是)，主控制装置50判别是否有用于指示运转的运转信号，即判别运转指示是否继续中或有无新的运转指示(步骤S26)。如果有运转指示(步骤S26:是)，主控制装置50使压缩机11再次运转(步骤S27)。S卩，压缩机11运转停止后，油位超过下限位时，再次使压缩机11开始运转。
[0076]相反，如果没有运转指示(步骤S26:否)，主控制装置50结束该处理，使压缩机11保持停止状态。由此，继续避免压缩机11在油量较少的状态下运转。
[0077]在此，通过步骤S24的处理而使压缩机11停止时，为补偿因该压缩机11的停止运转而导致的运转能力下降，主控制装置50进行增大其他压缩机11的运转能力的控制。具体地讲，如果其他压缩机11为停止中，则使其他压缩机11开始运转，进行使其以停止的压缩机11的停止前的能力运转的控制，如果其他压缩机11为运转中，则提高其他压缩机11的运转能力，提高量为停止的压缩机11在停止前的运转能力。由此，能抑制运转能力下降，继续进行对应于外部负荷(冷冻负荷)的冷冻运转。
[0078]如以上说明那样，在本实施方式中，在压缩机11运转中油位低于下限位的状态继续时，主控制装置50使压缩机11停止运转，油位超过下限位时使压缩机11再次开始运转，即主控制装置50起到运转控制单元的作用，因而能避免压缩机11在其内的油量较少的状态下运转，防止压缩机11润滑不良。
[0079]而且。在本实施方式中，由于进行根据压缩机11的运转频率来调整设在回油管28A上的电动阀30的阀开度的控制，因而只要不是试运转时和油总量较少等特别状态，都能使回油量合适，避免出现压缩机11内的油较少的状态继续的情况。
[0080]由此，在本实施方式中，在使用二氧化碳制冷剂的结构中，不仅能使回油量合适而使压缩机11继续运转，还能防止因上述特别状态而压缩机11内的油变少时压缩机11的润滑不良。
[0081]另外，在本实施方式中，具有并列连接的多个压缩机11，因油位低于下限位的状态继续而导致某个压缩机11运转停止时，为补偿因运转停止而导致的运转能力下降而增大其他压缩机11的运转能力，因而能抑制运转能力下降。所以，即便使某个压缩机11停止运转，也能继续进行对应于冷冻负荷的运转。另外，由于使其他压缩机11运转，因而能使油易于返回停止运转的压缩机11。
[0082]此外，在本实施方式中，设置具有规定容积的用于积存油分离器22分离的油的油箱61，通过回油管28使积存在该油箱61中的油返回压缩机11的壳体12内，还设置用于调整回油管28A的开度的电动阀30，根据压缩机11的运转频率来调整电动阀30的开度，因而在油积存在油箱61内时能使油分离器22内的油面相应地下降。由此，不仅能确保较大的油分离空间而提高油分离效率，还能确保因油箱61而带来的足够的油积存量。
[0083]因而能在不增大油分离器22的容积的情况下确保油分离效率和油积存量，由此，即使对于使用二氧化碳制冷剂的结构而言，也能进行稳定的回油控制，能防止制冷剂混入返回压缩机11的油中，能更切实地防止压缩机11润滑不良。
[0084]另外，通过设置上述油箱61，能用油箱61降低油的温度，不仅能有效地降低返回压缩机11的油的温度，还能获得使油箱61内的油面不受油分离器22内的气态制冷剂的影响而使油面稳定这样的效果。
[0085]此外，由于油分离器22设在汇合多个压缩机11的各高压排出管21而成的单个高压排出管21A上，因而能使多个压缩机11共用油分离器22，能减少零件个数。另外，油箱61由高度比油分离器22还低的耐热容器形成。因而易于确保足够的耐压强度，另外冷冻装置I内的布局也变得容易。
[0086]另外，由于在回油管21A的油箱61的下游设置油冷却器27，因而能有效地对油进行冷却。
[0087]以上说明了本发明的一实施方式。但本发明不被其限定，能进行各种变更实施。例如，在本实施方式中，说明了具有2台压缩机11的情况，但不限于此，可以是I台或3台以上。另外，不限于壳体12内成中间压力的2级式压缩机11，也可适用内部积存油的公知的压缩机。
[0088]另外，在本实施方式中，说明了本发明适用于由作为热源侧设备的冷冻机单元3、和作为利用侧设备的陈列柜单元5A与5B构成的冷冻装置1，但也可以适用公知的冷冻装置的结构。
[0089]另外，在本实施方式中，说明了油位传感器31由能检测出上限位和下限位的2触点式物位传感器构成的情况，但不限于此，也可以由还能检测出上限位和下限位之间的中间位的物位传感器构成。
[0090]另外，在本实施方式中，说明了在运转停止控制中，使压缩机11停止运转时和再次开始运转时的油位处于相同位置(下限位)的情况，但不限于此，即，也可使压缩机11停止运转时和再次开始运转时的油位不同，例如可在油位超过中间位时使压缩机11再次开始运转。这时，能在压缩机11内积存有更多油的状态下使压缩机11再次开始运转，既能切实地避免润滑不良又能确保该压缩机11有较长的运转时间，易于确保试运转时配管内的油直至合适地循环所需的时间。
[0091]附图标记说明
[0092]I冷冻装置
[0093]3冷冻机单元(热源侧设备)
[0094]5A、5B陈列柜单元(利用侧设备)
[0095]10制冷剂回路
[0096]11压缩机
[0097]12 壳体
[0098]21高压排出管
[0099]22油分离器
[0100]23气体冷却器
[0101]27油冷却器
[0102]28、28A、28B 回油管
[0103]30电动阀
[0104]31油位传感器(油位检测单元)
[0105]38毛细管(固定节流单元)
[0106]50主控制装置(阀开度调整单元、阀开度修正单元、运转控制单元)
[0107]61 油箱
[0108]A修正系数
【权利要求】
1.一种冷冻装置，具有将二氧化碳用作制冷剂而进行冷冻循环运转的制冷剂回路，该制冷剂回路具有:压缩机，其在壳体内积存油，并将该油和制冷剂一起向高压排出管排出；油分离器，其设在所述高压排出管上；以及回油管，其使由所述油分离器分离的油返回所述壳体内，所述冷冻装置的特征在于， 设置具有规定容积的用于积存由所述油分离器分离的油的油箱，通过所述回油管使积存在该油箱中的油返回所述壳体内，而且在所述回油管上设置电动阀，还设置根据所述压缩机的运转频率来调整所述电动阀的开度的阀开度调整单元。
2.如权利要求1所述的冷冻装置，其特征在于， 所述压缩机为并列连接的多个压缩机， 所述油分离器设在汇合所述多个压缩机的高压排出管而成的单个高压排出管上，所述油箱由高度比所述油分离器还低的耐热容器形成。
3.如权利要求1或2所述的冷冻装置，其特征在于， 在所述回油管的所述油箱的下游设置油冷却器。
4.如权利要求1至3的任一项所述的冷冻装置，其特征在于， 所述压缩机的运转频率变大时所述阀开度调整单元增大所述电动阀的阀开度，所述压缩机的运转频率变小时所述阀开度调整单元减小所述电动阀的阀开度。
【文档编号】F25B1/00GK103946647SQ201180074881
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2011年12月8日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】佐佐木英孝, 大竹雅久, 长谷川说, 小山清, 小林隆宽, 西川弘, 三原一彦, 川久保贤, 只野昌也 申请人:三洋电机株式会社
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