JPH0820133B2 - 冷凍装置の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒回路に吸入管の圧力損失が異なる２台
の冷凍装置を互いに並列に配置した冷凍装置の運転制御
装置に係り、特に信頼性の向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば特開平２−45665号公報に開示され
る如く、冷媒回路に２台の圧縮機を互いに並列に接続
し、各圧縮機間を均油管で接続するとともに、一方の圧
縮機の吸入管を他方の圧縮機の吸入管の途中に突出さ
せ、或いはさらに一方の圧縮機の吸入管の径を小径に設
けて、一方の圧縮機の吸入管の圧力損失が他方の圧縮機
の吸入管の圧力損失よりも大きい低ドーム圧側にするよ
う構成することにより、各圧縮機間の油量を略均一にす
るようにしたいわば強制差圧方式による冷凍装置は公知
の技術である。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来のものによると、通常運転時、高ドーム圧の
圧縮機に冷媒が多く流れるとともに、冷媒に混入して吸
入される油は管壁に沿って流れる性質があることから、
低ドーム圧側の圧縮機よりも高ドーム圧側の圧縮機の油
量が多くなる。そして、高ドーム圧側の圧縮機と低ドー
ム圧側の圧縮機との間に差圧が生じているので、高ドー
ム圧側の圧縮機から低ドーム圧側の圧縮機に均油管を介
して油が流れ、両圧縮機の油面高さが均一化されるもの
である。

一方、２台の圧縮機を備えた冷媒回路においては、各
圧縮機の容量を制御して負荷に対応するようにしてお
り、例えば、低ドーム圧となる第１の圧縮機をインバー
タによって多段階に容量制御し、高ドーム圧となる第２
の圧縮機をフルロードとアンロードとの２段階に容量制
御し、各容量の組み合わせで負荷に対応するようにする
場合がある。

また、上述した吸入管の圧力損失は、管径に反比例
し、流速の二乗に比例するため、管径を小さくすると圧
力損失は大きくなり、流速が早くなると圧力損失は大き
くなる。

そして、第２の圧縮機がフルロードになり、第１の圧
縮機がインバータで小容量になる状態があり、その際、
第１の圧縮機の吸込管における圧力損失は、管径が小さ
いものの流速が遅いので、小さくなる。この結果、高ド
ーム圧側の第２の圧縮機の運転容量が連続して高容量で
運転されるような運転条件下では、吸入側では高ドーム
圧側の第２の圧縮機が低ドーム圧側の第１の圧縮機のよ
りもかえって低圧になるという差圧の逆転が生じること
がある。

斯かる場合、低ドーム圧側の第１の圧縮機の側から高
ドーム圧側の第２の圧縮機の側に油が逆流すると、低ド
ーム圧側の第１の圧縮機で油切れが生じて、焼損等の故
障に至る虞れがある。

特に、スクロール形圧縮機の場合、構造上油がミスト
状となって流れ難いために、均油化がやや徐々に行われ
る傾向があり、低ドーム圧側圧縮機が油不足に陥る虞れ
がある。

そこで、第１の圧縮機の吸込管における圧力損失が大
きくなるようにし、上述した差圧の逆転を防止すること
は可能であるが、これでは、通常運転時において圧力損
失が大きくなり過ぎ、運転性能が低下するという問題が
ある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、上記のような差圧の逆転が生じるような運転条
件下になったときには、低ドーム圧側圧縮機に油を戻す
手段を講ずることにより、圧縮機の油切れによる焼損等
の故障を有効に防止することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の講じた手段は、高ド
ーム圧側の圧縮機の高容量運転が長時間継続したときに
差圧の逆転が生じうると判断して、差圧を回復させる運
転を行うことにある。

具体的には、請求項（１）の発明の講じた手段は、第
１図に示すように、冷媒回路（１）にインバータにより
運転周波数が可変に調節される第１圧縮機（Ａ）とアン
ローダ機構を有する第２圧縮機（Ｂ）とが互いに並列に
接続され、各圧縮機間（Ａ），（Ｂ）が均油管（５）で
接続されるとともに、上記第１圧縮機（Ａ）の吸入管
（2A）の圧力損失が第２圧縮機（Ｂ）の吸入管（2B）の
圧力損失よりも大きくなるように構成された冷凍装置を
前提とする。

そして、冷凍装置の運転制御装置として、上記第２圧
縮機（Ｂ）が連続して所定時間の間最大容量で運転され
たときには、一定時間の間、上記第２圧縮機（Ｂ）を強
制的に停止させて、かつ上記第１圧縮機（Ａ）を一定容
量で運転させるよう制御する油戻し運転制御手段を設け
る構成としたものである。

請求項（２）の発明の講じた手段は、上記請求項
（１）の発明における各圧縮機（Ａ），（Ｂ）をスクロ
ール形圧縮機としたものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、冷媒回
路（１）に互いに並列に接続されたインバータ（10）に
よる第１圧縮機（Ａ）の周波数調整と、アンロード機構
による第２圧縮機（Ｂ）の容量制御とにより、両圧縮機
（Ａ），（Ｂ）の合計容量が冷凍装置の要求能力に応じ
て調節される。そして、各圧縮機（Ａ），（Ｂ）のドー
ム間が均油管（５）で接続されるとともに、第１圧縮機
（Ａ）の吸入管（2A）における圧力損失が第２圧縮機
（Ｂ）の吸入管（2B）における圧力損失よりも大きくな
るよう設定されているので、通常運転時、第２圧縮機
（Ｂ）の側に多く油が吸入されるとともに低ドーム圧と
なった第１圧縮機（Ａ）側に第２圧縮機（Ｂ）から均油
管（５）を介して油が流れ、両圧縮機（Ａ），（Ｂ）間
の均油化が行われる。

その場合、第２圧縮機（Ｂ）が連続して所定時間低容
量で運転されるような条件下では、差圧の逆転により第
１圧縮機（Ａ）から第２圧縮機（Ｂ）に油が流出し、第
１圧縮機（Ａ）が油不足に陥る虞れがあるが、油戻し運
転制御手段（50A）により、一定時間の間、第２圧縮機
（Ｂ）を強制的に停止させて、かつ上記第１圧縮機
（Ａ）を一定運転容量で運転させるように制御されるの
で、第１圧縮機（Ａ）のドーム圧が低下し、第２圧縮機
（Ｂ）から均油管（５）を介して第１圧縮機（Ａ）に油
が戻される。したがって、第１圧縮機（Ａ）の油不足が
解消され、焼損等の故障が未然に防止されることにな
る。

請求項（２）の発明では、各圧縮機（Ａ），（Ｂ）が
スクロール形圧縮機であって、構造上、強制差圧による
均油化が遅れるような場合にも、第１圧縮機（Ａ）の油
不足が解消されることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に
基づき説明する。

第２図は本発明の実施例に係る冷凍装置の冷媒回路
（１）の一部の構成を示し、該冷媒回路（１）には、イ
ンバータ（10）により運転容量を可変に調節される第１
圧縮機（Ａ）と、アンローダ機構により運転容量をフル
ロード及びアンロードの２段階に調節される第２圧縮機
（Ｂ）とが互いに配置されており、上記各圧縮機
（Ａ），（Ｂ）はいずれもスクロール機構により冷媒の
圧縮を行うようにしたスクロール形のものである。また
図示しないが、上記冷媒回路（１）は、圧縮機（Ａ），
（Ｂ）からの吐出冷媒を凝縮する凝縮器と、冷媒の減圧
弁と、液冷媒を蒸発させる蒸発器とが冷媒配管で接続さ
れて閉回路に構成されており、圧縮機（Ａ），（Ｂ）か
ら吐出された冷媒を順次上記各機器に循環させることに
より、凝縮器と蒸発器との間で熱移動を生ぜしめるよう
になされている。

ここで、（２）は上記第１圧縮機（Ａ）の第１吸入管
（2A）と第２圧縮機（Ｂ）の第２吸入管（2B）とを合流
してなる吸入合流管であって、上記第１吸入管（2A）の
径は第２吸入管（2B）の径よりも小径に形成され、かつ
第１吸入管（2A）の先端部を第２吸入管（2B）の内部に
突出させており、第１吸入管（2A）における圧力損失を
第２吸入管（2B）における圧力損失よりも大きくして、
同じ運転容量では第１圧縮機（Ａ）が低ドーム圧側に、
第２圧縮機（2B）が高ドーム圧側となるようになされて
いる。

次に、（３）は上記第１圧縮機（Ａ）の第１吐出管
（3A）と、第２圧縮機（Ｂ）の第２吐出管（3B）とを合
流してなる吐出合流管であって、上記第２吐出管（3.
B）には第２圧縮機（Ｂ）の停止時に第１吐出管（3A）
側からの高圧側圧力の逆流を阻止する逆止弁（４）が介
設されている。

また、（５）はキャピラリー（5a）を介して上記各圧
縮機（Ａ），（Ｂ）の下部を連結する均圧管、（６）は
上記吸入合流管（２）と第２吐出管（3B）との間を第２
圧縮機（Ｂ）をバイパスして接続するバイパス路であっ
て、該バイパス路（６）には、第２圧縮機（Ｂ）の停止
時及びアンロード状態時には「開」となり、第２圧縮機
（Ｂ）のフルロード状態時には「閉」となるアンローダ
用電磁弁（6a）と、キャピラリーチューブ（6b）とが吸
入側から順に介設されるとともに、上記アンローダ用電
磁弁（6a）とキャピラリ−チューブ（6b）との間には、
第２圧縮機（Ｂ）の圧縮室の途中から冷媒を吸入側にバ
イパスさせるためのアンローダ通路（７）が接続されて
いる。

さらに、（P₁）は吐出合流管（３）に設置され、凝縮
圧力相当飽和温度Tcに換算される高圧側圧力を検知する
圧力センサで当て、該圧力センサ（P₁）で検出される凝
縮圧力相当飽和温度Tcを一定にするよう上記両圧縮機
（Ａ），（Ｂ）の合計運転容量が制御される。

ここで、上記各圧縮機（Ａ），（Ｂ）の運転容量の制
御方法について説明する。第３図はインバータ（10）に
よる第１圧縮機（Ａ）の周波数調整と第２圧縮機（Ｂ）
のロード変化との組合せを示し、第１圧縮機（Ａ）は最
低周波数30Hzから最高周波数74Hzまで９段階に周波数を
調節され、この各段階と第１圧縮機（Ｂ）のオン・オフ
の組み合わせにより合計能力を調節するようになされて
いる。ここで、第２圧縮機（Ｂ）側の記号「Ｓ」は停止
状態を、記号「UL」はアンロード状態を、記号「FL」は
フルロード状態をそれぞれ示す。

運転容量を増加させていくときには、図中左側に示す
ように、実線矢印に従い第２圧縮機（Ｂ）を停止させた
ままで第１圧縮機（Ａ）を30Hz,34Hz,…,74Hzと上昇さ
せ、その間に能力低減要求があると、第２圧縮機（Ｂ）
を停止させたままで図中の破線矢印に従い第１圧縮機
（Ａ）の周波数を順次低減する。

一方、第１圧縮機（Ａ）の周波数が74Hzのときにそれ
以上の能力が要求されると、図中中央に示すように、第
２圧縮機（Ｂ）を起動させてアンロード状態で運転する
と共に第１圧縮機（Ａ）の運転容量を42Hzにいったん低
減し、以下、順次第１圧縮機（Ａ）の運転容量を68Hzま
で増大させ、その間に能力低減要求があれば、第２圧縮
機（Ｂ）はアンロード状態に維持したままで第１圧縮機
（Ａ）の周波数を低減する。

そして、それ以上の能力増大要求に対しては、図中右
側に示すように、第２圧縮機（Ｂ）をフルロード状態に
切換えると共に第１圧縮機（Ａ）の周波数を48Hzに低減
させた後、第１圧縮機（Ａ）の周波数を74Hzまで増大さ
せて圧縮能力の最大値に達する。

また、運転容量を最大能力値から低減していくには、
図中の破線矢印に従い、第２圧縮機（Ｂ）をフルロード
状態にしたままで、第１圧縮機（Ａ）の運転容量を74Hz
から34Hzまで順次低減させ、さらに運転容量の低減が要
求されたときには、第２圧縮機（Ｂ）をアンロード状態
に落とし、第１圧縮機（Ａ）の運転容量を42Hzにいった
ん増大させて、第１圧縮機（Ａ）の周波数を34Hzまで順
次低減させた後、それ以下の能力低減要求に対しては、
第２圧縮機（Ｂ）を停止させると共に第１圧縮機（Ａ）
の周波数を60Hzに増大させた後、第１圧縮機（Ａ）の運
転容量を最低周波数30Hzまで低減させる。

ただし、上記能力増大時と同様に、第２圧縮機（Ｂ）
のロードを変更するまでに能力増大要求があったときに
は、第２圧縮機（Ｂ）のロードを変更することなく第１
圧縮機（Ａ）の周波数を増大させる。

つまり、図中左側の第２圧縮機（Ｂ）を停止させると
きの能力調整領域と、図中中央の第２圧縮機（Ｂ）をア
ンロード状態で運転するときの能力調整領域と、図中右
側の第２圧縮機（Ｂ）をフルロード状態で運転するとき
の能力調整領域とをオーバーラップさせることにより、
できるかぎり第２圧縮機（Ｂ）のロード変化を回避する
ようになされている。

その場合、例えば第１圧縮機（Ａ）の運転容量が34Hz
で、第２圧縮機（Ｂ）がフルロードで運転している場
合、上記均油管（５）を介し、第１圧縮機（Ａ）から第
２圧縮機（Ｂ）の側に油が流出し、第１圧縮機（Ａ）が
油不足に陥る虞れがある。これは、第１圧縮機（Ａ）の
運転容量が最小で第２圧縮機（Ｂ）が高容量で運転され
ているようなときには、第１圧縮機（Ａ）の第１吸入管
（2A）における圧力損失は、管径が小さいものの流速が
遅いので、小さくなる。この結果、第２圧縮機（Ｂ）の
ドーム圧が第１圧縮機（Ａ）のドーム圧よりも低下する
差圧の逆転が生じて、ミスト状になった油が均油管
（５）から第２圧縮機（Ｂ）側に吸込まれるためであ
る。

ここで、上記のような状態を回避するため、第２圧縮
機（Ｂ）が連続して２時間以上フルロードで運転された
ときには、３分間、第２圧縮機（Ｂ）を停止させ、第１
圧縮機（Ａ）の運転周波数を60Hzにして強制的な油戻し
運転を行うようにしている。この制御により、請求項
（１）の発明でいう油戻し運転制御手段が構成されてい
る。

したがって上記実施例では、冷媒回路（１）に互いに
並列に接続された第１圧縮機（Ａ）と、第２圧縮機
（Ｂ）との能力が冷凍装置の要求能力に応じて調節され
る。そして、各圧縮機（Ａ），（Ｂ）のドーム間が均油
管（５）で接続されるとともに、第１圧縮機（Ａ）の第
１吸入管（2A）が第２圧縮機（Ｂ）の第２吸入管（2B）
内に突出するようにかつ小径に設けられ、第１吸入管
（2A）における圧力損失が第２吸入管（2B）における圧
力損失よりも大きくなるよう設定されているので、通常
運転時、第２圧縮機（Ｂ）の側に多く油が吸入されると
ともに低ドーム圧となった第１圧縮機（Ａ）側に第２圧
縮機（Ｂ）から均油管（５）を介して油が流れ、両圧縮
機（Ａ），（Ｂ）間の均油化が行われる。

その場合、第２圧縮機（Ｂ）が高容量で運転され、か
つ第１圧縮機（Ａ）の運転容量が小さいときには、第２
圧縮機（Ｂ）のドーム圧が低圧となって差圧の逆転が生
じ、第１圧縮機（Ａ）から第２圧縮機（Ｂ）に油が吸込
まれ、第１圧縮機（Ａ）が油不足になって焼損等の虞れ
が生じるが、上記実施例では、第２圧縮機（Ｂ）が連続
して所定時間（上記実施例では２時間）運転されたとき
には、均油運転制御手段により、一定時間の間、第２圧
縮機（Ｂ）を強制的に停止させて、かつ上記第１圧縮機
（Ａ）を一定容量（上記実施例では60Hz）で運転させる
ように制御されるので、差圧が回復して第１圧縮機
（Ａ）のドーム圧が低圧となり、第２圧縮機（Ｂ）から
均油管（５）を介して油が戻される。

つまり、第２圧縮機（Ｂ）が運転されている時間が長
いと、その間に第１圧縮機（Ａ）の運転容量の変化は当
然ありうるが、低いときには上述のような第１圧縮機
（Ａ）の油不足を招く虞れがあるため、第２圧縮機
（Ｂ）の高容量運転時間が長いことで第１圧縮機（Ａ）
の油不足を一律に予想することにより、油不足を解消
し、焼損等の故障を未然に防止することができるのであ
る。

本発明の圧縮機（Ａ），（Ｂ）の構造は上記実施例の
ようなスクロール形圧縮機に限定されるものではない
が、特に、スクロール形圧縮機の場合、比較的油がミス
ト状になり難く、上記のような強制差圧方式による各圧
縮機（Ａ），（Ｂ）間の均油化が遅れることから、第２
圧縮機（Ｂ）が油不足になる傾向があるために、本発明
を適用することで著効が得られることになる。

なお、上記第1,第２圧縮機（Ａ），（Ｂ）の各吸入管
（3A），（3B）に強制差圧を設ける方法は上記実施例に
限定されるものでないことはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、
冷媒回路にインバータで周波数を可変に調節される第１
圧縮機とアンロード機構により運転容量を制御される第
２圧縮機とを互いに並列に接続し、各圧縮機間を均油管
で接続するとともに、第１圧縮機の吸入管の圧力損失を
大きくして強制的に差圧をつけるようにした冷凍装置に
おいて、第２圧縮機が所定時間の間連続して高容量で運
転されたときには、一定時間の間、第２圧縮機を停止さ
せ第１圧縮機を一定容量で運転するようにしたので、第
１圧縮機の油不足を解消して焼損等の故障を未然に防止
することができ、よって、信頼性の向上を図ることがで
きる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発
明において、各圧縮機をスクロール形圧縮機としたの
で、構造上、強制差圧による均油化の遅れが生じやすい
場合にも、第１圧縮機の油不足を解消することができ、
よって、上記各発明の著効を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。第２図
及び第３図は本発明の実施例を示し、第２図は冷媒回路
の圧縮機付近の構造を示す冷媒配管系統図、第３図は第
１圧縮機の運転容量及び第２圧縮機のオン・オフ状態の
組み合わせを示す説明図である。 １……冷媒回路 10……インバータ Ａ……第１圧縮機 Ｂ……第２圧縮機 2A……第１吸入管 2B……第２吸入管 ５……均油管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒回路（１）にインバータ（10）により
   運転周波数が可変に調節される第１圧縮機（Ａ）とアン
   ローダ機構を有する第２圧縮機（Ｂ）とが互いに並列に
   接続され、 各圧縮機間（Ａ），（Ｂ）が均油管（５）で接続される
   とともに、上記第１圧縮機（Ａ）の吸入管（2A）の圧力
   損失が第２圧縮機（Ｂ）の吸入管（2B）の圧力損失より
   も大きくなるように構成された冷凍装置において、 上記第２圧縮機（Ｂ）が連続して所定時間の間最大容量
   で運転されたときには、一定時間の間、上記第２圧縮機
   （Ｂ）を強制的に停止させて、かつ上記第１圧縮機
   （Ａ）を一定容量で運転させるよう制御する油戻し運転
   制御手段を備えたことを特徴とする冷凍装置の運転制御
   装置。
2. 【請求項２】請求項（１）記載の冷凍装置の運転制御装
   置において、 各圧縮機（Ａ），（Ｂ）はスクロール形圧縮機であるこ
   とを特徴とする冷凍装置の運転制御装置。