JPH0827084B2 - 二元冷凍装置の低温側サイクルにおける受液器からの油戻し方法並びにその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二元冷凍装置の低温側
サイクルにおいて、低元側冷媒受液器からの油戻し方法
及び装置に関するものである。特に、低元側冷媒受液器
内に滞留する冷凍機油を冷媒液と共に抜き出し、低元側
圧縮機からの吐出ガスと熱交換し、冷媒液を気化分離
後、冷凍機油を低元側低圧油分離器を経て低元側圧縮機
のクランクケースに戻す油戻し方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フロン（Ｒ１２．Ｒ２２．Ｒ５０２等）
を冷媒とする通常の冷凍装置においては、冷媒の冷凍サ
イクルと共に冷凍機油も一つのサイクルを形成し、冷媒
と共に装置内部を廻って圧縮機に戻るシステムになって
いる。即ち、圧縮機内部を潤滑する冷凍機油の一部が、
冷媒ガスと共に吐出口より吐出され油分離器にて分離さ
れ圧縮機に戻るが、分離しきれない油もそのまま冷媒と
共に装置内（蒸発器を含む）を廻って圧縮機に戻るよう
になっている。

【０００３】しかし、超低温冷凍装置においては、二元
冷凍装置の低温側サイクルにＲ２３を使用するようにな
ってきて、低元側圧縮ガスの温度が上昇し、低元側低圧
油分離器での油の分離が悪くなっている。そして、低元
側冷媒凝縮器通過後における低元側冷媒受液器の冷媒液
の上部に二層分離して滞留し、低元側圧縮機に戻らなく
なる。このため、低元側圧縮機は潤滑不良となり、新た
に冷凍機油を補給せねばならない。

【０００４】また、低元側冷媒受液器内の冷媒液面の上
部に滞留している油は貼度が高く抜き出しが難しく、低
元側蒸発器に流入した油は、この蒸発器のデフロストと
併用して蒸発器内外を加熱し、冷媒ガスと共に低元側圧
縮機クランクケースに戻す方法もある。しかし、この方
法では、低元側冷媒受液器に滞留している油を、この受
液器の冷媒液面上部より一旦油溜器に取り出し、高圧冷
媒ガス、電気ヒーター、温水ヒーター等で加熱し液冷媒
を蒸発させる。そして、ガス化した冷媒を低元側圧縮機
にて吸入し、その後に油を取り出す３段階ないしは４段
階の過程を経て処理しているのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、油の処置のた
めに余分のエネルギーや時間を費し、処置中は低元側圧
縮機を一時的に停止するので、その間に冷蔵温度が上昇
する。そのため、その冷蔵温度に回復するために、エネ
ルギーや時間が必要になったり、冷蔵品の品質が低下し
たりする悪循環を繰り返す欠点があった。

【０００６】また、二元冷凍装置の低温側サイクルにお
いて、低元側冷媒受液器内に低元側圧縮機吐出口から冷
媒ガスと共に吐出されてきた油が低元側冷媒凝縮器およ
び受液器に滞留し、低元側圧縮機に戻らないために圧縮
機は潤滑不良となる問題点があった。そのため、冷凍機
油を補給しなければならなくなり、冷凍機油の補給にも
限度があり、長時間の連続運転ができず、低元側圧縮機
を一時的に停止し、油の処置を行う必要があり、その間
に、冷蔵温度が上昇し、前記同様の欠点があった。

【０００７】また、低元側冷媒受液器中に大量に油が滞
留すると、低元側冷媒の流れに支障をきたす欠点があっ
た。

【０００８】本発明はこれら欠点や問題点を除去した、
低元側冷媒凝縮器および受液器に滞留した冷凍機油を低
元側圧縮機に戻す二元冷凍装置の低温側サイクルにおけ
る受液器からの油戻し方法及びその装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明においては、低元側冷媒受液器からの油戻し
方法としては、二元冷凍装置の低温側サイクルにおい
て、低元側冷媒受液器内に冷媒液と二層分離して滞留し
ている冷凍機油を、周囲に存在する冷媒液と共に抜き出
す。また、この冷凍機油を冷媒液と共に減圧し、低元側
圧縮機の吐出ガスと熱交換する。

【００１０】そして、混在している冷媒液を気化させて
分離し、冷媒ガスは低元側低圧圧縮機のガス吸入側に戻
し、低元側低圧油分離器と低元側圧縮機の間で蒸発圧力
を調整し、液／ガス熱交換器内および低元側低圧油分離
器内の蒸発圧力および温度を一定に保つ。また、この冷
凍機油の温度をその流動点以上に維持して、低元側圧縮
機のクランクケースへ戻すようにした。

【００１１】低元側冷媒受液器７からの油戻し装置とし
ては、二元冷凍装置の低温側サイクルにおいて、低元側
圧縮機の吐出側の低元側高圧油分離器と低元側冷媒凝縮
器の間に液／ガス熱交換器を介在させる。そして、低元
側冷媒受液器からの止め弁を付設せしめた複数の油抜き
管を低元側油回収用自動膨張弁を介在させて前記液／ガ
ス熱交換器の伝熱管入口と連結せしめ、この伝熱管出口
からの管を別途の低元側低圧油分離器に連結せしめる。

【００１２】この低元側低圧油分離器における下部のフ
ロート弁を低元側圧縮機のクランクケースへの管と連結
せしめる。また、この低元側低圧油分離器のガス出口と
圧縮機低元側吸入管とを液／ガス熱交換器用蒸発圧力調
整弁を介在させて連結せしめた。

【００１３】

【作用】二元冷凍装置の低温側サイクルの低元側圧縮機
２８と低元側冷媒凝縮器６の間（低元側低圧油分離器１
２がある場合は、これらの油分離器１２と凝縮器６の
間）に液／ガス熱交換器１０を設ける。そして、この熱
交換器１０内に低元側冷媒受液器７内に滞留している油
を、その周囲に存在する冷媒液と共に低元側油回収用自
動膨張弁１１を経て流量を調節しながら送り込む。する
と、この熱交換器１０内で冷媒液を蒸発させて油を分離
し、低元側低圧油分離器１２に流入させる。

【００１４】この時低元側圧縮機２８の吸入圧力が低い
ため油の温度が低下し、流動点以下となって油が流れな
くなるので、低元側低圧油分離器１２と低元側圧縮機２
８の間に液／ガス熱交換器用蒸発圧力調整弁１４を設置
する。そして、液／ガス熱交換器１０内および低元側低
圧油分離器１２の冷媒の蒸発圧力（温度）を一定に保つ
ようにして、油の流動性を維持しながら冷媒を蒸発分離
するものである。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の二元冷凍装置の低温側サイク
ルにおける受液器からの油戻し方法及びその装置に係る
実施の一例を示した添付図面に基いて詳細に説明する。
図１は本発明の受液器よりの油戻し装置における配管系
統図をしめすものである。

【００１６】二元冷凍装置の高温側サイクルにおける高
元側圧縮機１の吐出口から高元側高圧ガス管２７に高元
側油分離器４を介して送風機３を備えた高元側冷媒凝縮
器２を連結し、高元側冷媒自動膨張弁５でこの凝縮器２
からの高圧冷媒液を減圧する。また、この減圧した低圧
冷媒液を、高元側蒸発器を兼ねた低元側冷媒凝縮器６に
供給し、低元側高圧ガス管２０よりの低元側高圧ガスを
液化し、自らはこの低元側高圧ガスと熱交換して高元側
低圧ガスとなる。この高元側蒸発器を兼ねた低元側冷媒
凝縮器６により液化された低元側高圧冷媒液は低元側冷
媒受液器７に溜められる。そして、この高元側低圧ガス
は高元側圧縮機１の吸入口から吸入され、高元側圧縮機
１で高元側高圧ガスとなり、高元側高圧ガス管２７に吐
出されて二元冷凍装置の高温側サイクルを構成するもの
である。

【００１７】低元側圧縮機２８の吐出口よりの低元側高
圧ガス管２１に低元側高圧油分離器１５を介して前記低
元側高圧ガス管２０と連結する。前記低元側冷媒凝縮器
６で液化され、低元側冷媒受液器７に溜められた低元側
冷媒液は低元側冷媒液管２６により低元側自動膨張弁１
７を介して送風機１９を備えた低元側蒸発器１８に供給
される。そして、低元側冷媒液は低元側自動膨張弁１７
により減圧されて低元側蒸発器１８を通り、低元側低圧
ガスとなり、低元側吸入管２９により低元側圧縮機２８
の吸入口に吸入される。この吸入された低元側低圧ガス
は低元側圧縮機２８で低元側高圧ガスとなり、その吐出
口より低元側高圧ガス管２１に吐出されて二元冷凍装置
の低温側サイクルを構成するものである。

【００１８】低元側圧縮機２８の吐出口より低元側高圧
ガス管２１に吐出された冷凍機油は、前記低元側高圧油
分離器１５で分離され、フロート弁１６を経て油戻し管
２２から低元側圧縮機２８のクランクケースに戻れされ
る。しかし、一部の油は低元側冷媒凝縮器６に入り、凝
縮した冷媒液と共に低元側冷媒受液器７に流入し、この
受液器７内の凝縮した冷媒液の上部に浮いた状態で滞留
する。

【００１９】この冷凍機油の低元側冷媒受液器７内での
浮き状態を低元側冷媒受液器７に設けた覗き窓８から確
認し、低元側冷媒受液器７内に滞留する油の位置に合せ
て設備した油抜き管９の各止め弁９１を開き、低元側冷
媒／油混合液管２５に導く。そして、混合液管２５を低
元側高圧ガス管２０に設けた、低元側圧縮機２８よりの
高圧高温の低元側ガスと低元側冷媒／油混合液管の冷媒
／油混合液とを熱交換する液／ガス熱交換器１０の伝熱
管入口１０１に低元側油回収用自動膨張弁１１を介して
連結する。

【００２０】この液／ガス熱交換器１０の伝熱管出口１
０２に低元側低圧油分離器１２を設け、この分離器１２
のフロート弁１３を介して油戻し管２４で低元側圧縮機
２８のクランクケースを連結する。そして、低元側低圧
油分離器１２のガス戻し管２３に液／ガス熱交換器用蒸
発圧力調整弁１４を介して低元側圧縮機２８の低元側吸
入管２９を連結したものである。

【００２１】これを使用する当たっては、低元側圧縮機
２８より冷媒ガスＲ２３と共に低元側高圧ガス管２１よ
り吐出された冷凍機油は、低元側高圧油分離器１５で分
離されクランクケースに戻される。しかし、一部の油
は、この油分離器１５を通過して冷媒と共に低元側冷媒
凝縮器６に入り、凝縮した冷媒と共に低元側冷媒受液器
７に流入し、凝縮した冷媒液の上部に浮いた状態で滞留
する。

【００２２】この浮いた状態を覗き窓８より見て、適宜
止め弁９１を開き、液／ガス熱交換器１０の伝熱管入口
１０１に流入する冷媒量を、液／ガス熱交換器１０内の
蒸発量に合わせて調整する低元側油回収用自動膨張弁１
１を経て液／ガス熱交換器１０に送る。そして液／ガス
熱交換器１０内で冷媒を蒸発させて低元側低圧油分離器
１２にて冷媒と油を分離し、冷媒はガス戻し管２３を経
て、低元側圧縮機２８の低元側吸入管２９に吸入させ
る。

【００２３】冷媒を分離して残った油は低元側圧縮機２
８のクランクケースに戻すが、二元冷凍装置の超低温冷
凍においては、蒸発温度は極端に低く、この残った油は
そのままでは流れない。そこで、本発明では、低元側低
圧油分離器１２と低元側圧縮機２８の低元側吸入管２９
の間に液／ガス熱交換器用蒸発圧力調整弁１４を設けて
あるので、分離した油はスムースに低元側低圧油分離器
１２に流入する。そして、この低元側低圧油分離器１２
内に分離した油が一定量溜るとフロート弁１３により自
動的に低元側圧縮機２８のクランクケースに戻り、低元
側圧縮機２８を停止することなく油戻しの操作が行える
ことを確認した。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば二元冷凍装置の運転を停
止することなく、低温側サイクルにおいて低元側冷媒受
液器７内に滞留している油を、周囲に存在する一部の冷
媒液と共に抜き出す。そして、低元側油回収用自動膨張
弁１１を経て液／ガス熱交換器１０にて低元側圧縮機２
８の吐出ガスと熱交換させ、連続的に油を分離して低元
側圧縮機２８に戻すことができる。

【００２５】従って、低元側圧縮機２８の油切れを予防
し、連続運転を可能にし、かつ低元側蒸発器１８内に油
が流入するのを未然に防ぎ、低元側蒸発器１８の冷却効
果を高めることができる。その結果、省資源、省エネル
ギー、省力化等の多くの顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二元冷凍装置における低元側冷媒受液
器よりの油戻し装置の配管系統図である。

【符号の説明】

１ 高元側圧縮機 ２ 高元側冷媒凝縮器 ３ 送風機 ４ 高元側油分離器 ５ 高元側冷媒自動膨張弁 ６ 低元側冷媒凝縮器 ７ 低元側冷媒受液器 ８ 覗き窓 ９ 油抜き管 ９１ 止め弁 １０ 液／ガス熱交換器 １０１ 伝熱管入口 １０２ 伝熱管出口 １１ 低元側油回収用自動膨張弁 １２ 低元側低圧油分離器 １３ フロート弁 １４ 液／ガス熱交換器用蒸発圧力調整弁 １５ 低元側高圧油分離器 １６ フロート弁 １７ 低元側自動膨張弁 １８ 低元側蒸発器 １９ 送風機 ２０，２１ 低元側高圧ガス管 ２２ 油戻し管 ２３ ガス戻し管 ２４ 油戻し管 ２５ 低元側冷媒／油混合液管 ２６ 低元側冷媒液管 ２７ 高元側高圧ガス管 ２８ 低元側圧縮機 ２９ 低元側吸入管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二元冷凍装置の低温側サイクルにおい
   て、低元側冷媒受液器７内に冷媒液と二層分離して滞留
   している冷凍機油を、周囲に存在する冷媒液と共に抜き
   出し、減圧し、低元側圧縮機２８の吐出ガスと熱交換
   し、混在している冷媒液を気化させて分離し、冷媒ガス
   は低元側低圧圧縮機２８のガス吸入側に戻し、低元側低
   圧油分離器１２と低元側圧縮機２８の間で蒸発圧力を調
   整し、液／ガス熱交換器１０内および低元側低圧油分離
   器１２内の蒸発圧力および温度を一定に保ち、この冷凍
   機油の温度をその流動点以上に維持して、低元側圧縮機
   ２８のクランクケースへ戻すようにしたことを特徴とす
   る二元冷凍装置の低温側サイクルにおける受液器からの
   油戻し方法。
2. 【請求項２】 二元冷凍装置の低温側サイクルにおい
   て、低元側圧縮機２８の吐出側の低元側高圧油分離器１
   ５と低元側冷媒凝縮器６の間に液／ガス熱交換器１０を
   介在させ、低元側冷媒受液器７からの止め弁９１を付設
   せしめた複数の油抜き管９に低元側油回収用自動膨張弁
   １１を介在させて前記液／ガス熱交換器１０の伝熱管入
   口と連結せしめ、この伝熱管出口からの管を別途の低元
   側低圧油分離器１２に連結せしめ、この低元側低圧油分
   離器１２の下部のフロート弁を低元側圧縮機２８のクラ
   ンクケースへの管と連結せしめ、およびこの低元側低圧
   油分離器１２のガス出口と圧縮機低元側吸入管２９とを
   液／ガス熱交換器用蒸発圧力調整弁１４を介在させて連
   結せしめたことを特徴とする二元冷凍装置の低温側サイ
   クルにおける受液器からの油戻し装置。