JP2007232230A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単段または多段圧縮機構の吐出圧力および吸込圧力が変化しても常に成績係数を最大にし、かつ不具合の発生のない冷凍装置を得る。
【解決手段】単段圧縮機構１０、油分離器８、凝縮器３、冷却器用膨張手段４および冷却器５が順次環状に連結された冷凍サイクルと、油分離器８の油出口と単段圧縮機構１０の油注入口の間に順次接続され、油分離器８で分離された油を冷却する第１の油冷却器２０および単段圧縮機構１０に注入される油の流量を調整する油流量調整手段５１からなる油注入回路と、単段圧縮機構１０の吐出口の冷媒温度を検知する吐出温度検知手段１０２と、この吐出温度検知手段１０２により検出された冷媒温度に基づいて油流量調整手段５１を制御する制御器２００とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、油冷式圧縮機を有する冷凍装置に関するものである。

スクリュー圧縮機などにおいて、圧縮過程に生じる熱を除去するために、圧縮機吐出口に接続された油分離器内で吐出ガス中より分離された油を、油冷却器において冷却水等で冷却し、この冷却された油をオリフィス等（以下、固定絞りと称す。）を介して圧縮機構に注入する方式（以下、油冷式圧縮機と称す。）が知られている。
そして、従来の油冷式圧縮機には、冷却された油を圧縮器に供給する油冷回路を油回収容器の油面位置より下側位置に配設し、油冷回路の高所部位にガス抜き手段を設けたものが開示されてる（特許文献１参照）。

また、従来の冷凍装置の電動機の冷却は、電動機の外壁に冷却ジャケットを設け（以後、電動機冷却ジャケットと称す。）、電動機冷却ジャケットの冷却流路に冷却水を通水して、電動機発熱を除去する方法が一般的であったが、冷媒で電動機を冷却する場合は、電動機発熱分だけ冷却能力が消費されるため、装置の成績係数が低下するという問題があった。 この問題を解決するために従来の油圧式スクリュー圧縮機は、モーターケーシング部に冷却油を流入させ、モータ内の冷却を必要とする部位が冷却油に浸漬させるとともに、この冷却油を圧縮機本体内に導いている（特許文献２参照）。

また、従来の２段形スクリュ圧縮機は、モーターケーシング内に、第１段、第２段スクリュロータを有する第１段、第２段圧縮機構を備え、第２段圧縮機構から油分離回収器に至り、この下部の油溜まり部から第１段スクリュロータ２の吐出側の軸受、軸封部、および第２段スクリュロータ３の軸受、軸封部に通じる第１給油流路と、第１段、第２段圧縮機機構間の下部の油溜まり部と第１段スクリュロータの吸込側の軸受とを連通させる第２給油流路とを設け、吸込容量を向上させている（特許文献３参照）。

特公平０６−００６８２７８号公報（第３頁、第１図） 特開２００５−６９０６２号公報（段落００１０〜００１６、図１、図２） 特開平０９−２６８９８８号公報（段落００１０〜００１４、図１）

近年、冷凍空調の分野においても、部分負荷運転時の成績係数の向上を目指して、圧縮機周波数をインバータによって変更することが一般的となってきた。
インバータによって、圧縮機周波数を定格周波数より大きく下げた運転を行なった場合（以下、低周波数運転と称す。）、圧縮機吸込冷媒量が定格時と比べて大幅に減少するので、圧縮過程での発熱量が定格時に比べて大幅に減少する。一方、周波数が変化しても吐出圧力と油注入部の差圧はあまり変化しないので、圧縮機構への油注入量は定格周波数での運転時と殆ど同じとなる。
この場合、圧縮機構へ過剰な油が注入されるので、圧縮機構内部の粘性抵抗が増大し、電動機入力が増大する。
その結果、上記の従来方式の油冷却式圧縮機を用いた冷凍装置は、いずれも低周波数運転時は、成績係数が悪化するという問題があった。

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、単段または多段圧縮機構の吐出圧力および吸込圧力が変化しても常に成績係数を最大にし、かつ不具合の発生のない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、圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器および前記圧縮機に注入される前記油の流量を調整する油流量調整手段からなる油注入回路と、
前記圧縮機の吐出口の冷媒温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段と、この圧縮機吐出温度検知手段により検出された冷媒温度に基づいて前記油流量調整手段を制御する制御手段と、を備えたものである。

この発明によれば、圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器および前記圧縮機に注入される前記油の流量を調整する油流量調整手段からなる油注入回路と、前記圧縮機の吐出口の冷媒温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段と、この圧縮機吐出温度検知手段により検出された冷媒温度に基づいて前記油流量調整手段を制御する制御手段と、を備えたので、低周波数運転時においても、油流量を最適に保つことができるので、成績係数を向上させることができる。

実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１を示す油流量調整手段を有する単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。
図１において冷凍装置は、単段圧縮機１０、単段圧縮機１０の圧縮機吐出口７、油分離器８の入口８ａ、油分離器８、冷媒ガス出口８ｂ、凝縮器３、冷却器用膨張手段４、冷却器５、単段圧縮機１０の吸込口６が冷媒配管を介して順次環状に連結されて冷凍サイクルが構成されている（冷媒の流れは図面上時計回りに循環する）。
一方、油分離器８の油分離器油出口８ｃ、第１油冷却器２０、油流量調整手段（単段用）５１、単段圧縮機１０の単段圧縮機油注入口１０ａが順次接続されて油注入回路が構成されている。

また、単段圧縮機１０の圧縮機吐出口７の冷媒温度を検知する温度検知手段１０２が設けられ、温度検出手段１０２は、吐出温度から適正な油流量を算出する制御器２００に接続されている。また、制御器２００は、油流量調整手段５１に接続され、油流量が適正量になるように制御している。

次に、動作について説明する。
まず、冷凍サイクルの動作については、単段圧縮機１０の圧縮機吐出口７から吐出された冷媒は、油分離器８で、高圧冷媒ガスと高圧油に分離される。高圧冷媒ガスは凝縮器３へ導かれ、凝縮器３で冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。冷却器用膨張手段４で、吸込圧力まで減圧された後、低圧二相冷媒となり冷却器５に流入する。低圧二相冷媒は冷却器５で、熱源より吸熱して蒸発し、単段圧縮機１０の吸込口６より単段圧縮機１０に吸入され、圧縮吐出され高温ガスとなり、圧縮機吐出口７に至る。
一方、油分離器８で分離された高圧油は、油分離器油出口８ｃより流出し、第１油冷却器２０に流入する。流入した高圧油は油冷却器２０内で冷却水等により冷却された後、油流量調整手段５１を経て、単段圧縮機油注入口１０ａより単段圧縮機１０に流入し、単段圧縮機１０内部で圧縮機の吸込口６より吸入された冷媒ガスと合流する。

次に、油流量調整手段５１の制御方法を説明する。
温度検出手段１０２により検出された吐出温度を制御器２００に入力し、制御器２００にて、検出された吐出温度とあらかじめ設定された許容温度範囲と比較する。検知された吐出温度が許容温度範囲より高い場合は、冷却不足であり油流量を増大させる。検知された吐出温度が許容温度範囲より低い場合は、冷却過剰であり油流量を減少させる。また、検出された吐出温度が許容温度範囲内である場合は、油流量は現状を維持する。
以上に説明した油流量調整手段５１の制御方法についてまとめたものを表１に示す。

以上のように、圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器および前記圧縮機に注入される前記油の流量を調整する油流量調整手段からなる油注入回路と、前記圧縮機の吐出口の冷媒温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段と、この圧縮機吐出温度検知手段により検出された冷媒温度に基づいて前記油流量調整手段を制御する制御手段と、を備えたので、従来の固定絞りを介して圧縮機構へ油を注入する方式では、周波数が変化した場合は、圧縮機構に過剰な油が流入するため装置の成績係数を最大とすることができないのに対して、周波数が変化した場合も圧縮機構へ適正な量の油が圧縮機構に注入されるので、装置の成績係数を最大とすることができる。

なお、図２に示すように、油流量調整手段５１として油回路電磁弁６０を用いてもよい。
油流量を減少させる場合は、油回路電磁弁６０を閉とし、油流量を増加させるときは、油回路電磁弁６０を開とする。
図２において、油流量の調整を行なっている油回路電磁弁６０は、１つの電磁弁で構成されているが複数の電磁弁を用いて、油流量の調整を行なってもよい。
また、油流量調整手段は、油回路電磁弁に限らず、ボールバルブ等の流量調整弁を用いてもよい。

実施の形態２
図３は本発明に係る実施の形態２を示す油流量調整手段を有する二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。
図３において、冷凍装置は、低段側圧縮機構１、高段側圧縮機構２、圧縮機２の圧縮機吐出口７、油分離器８の入口８ａ、油分離器８、冷媒ガス出口８ｂ、凝縮器３、冷却器用膨張手段４、冷却器５、低段側圧縮機構１の吸込口６が冷媒配管を介して順次環状に連結されて冷凍サイクルが構成されている。

一方、油分離器８の 油分離器油出口８ｃには、第１油冷却器２０に接続され、第１油冷却器２０の出口側は二つに分岐しており、一方は油流量調整手段（高段用）５２を介して高段側圧縮機構２の高段側圧縮機構油注入口２ａに接続され、もう一方は油流量調整手段（低段用）５３を介して低段側圧縮機構１の低段側圧縮機構油注入口１ａに接続されている。以上の構成によって油注入回路が構成されている。

また、高段側圧縮機構２の圧縮機吐出口７の冷媒温度を検知する温度検知手段１０２、低段側圧縮機構１の吐出口である中間点９の冷媒温度を検知する温度検知手段１０１を設けている。温度検出手段１０２と温度検出手段１０１は、吐出温度から適正な油流量を算出する制御器２００に接続されている。制御器２００は、油流量調整手段（高段用）５２および油流量調整手段（低段用）５３と接続され、油流量が適正量になるように制御している。

次に、動作について説明する。まず、冷凍サイクルの動作については、高段側圧縮機構２の圧縮機吐出口７から吐出された冷媒は、油分離器８で、高圧冷媒ガスと高圧油に分離される。高圧冷媒ガスは凝縮器３へ導かれ、凝縮器３で冷却水、外気等と熱交換して、凝縮液化し高圧液冷媒となる。冷却器用膨張手段４で、吸込圧力まで減圧された後、低圧二相冷媒となり冷却器５に流入する。低圧二相冷媒は冷却器５で、熱源より吸熱して蒸発し、単段圧縮機１０の吸込口より単段圧縮機１０に吸入され、圧縮吐出され高温ガスとなり、圧縮機吐出口７に至る。

一方、油分離器８で分離された高圧油は、油分離器油出口８ｃより流出し、第１油冷却器２０に流入する。流入した高圧油は油冷却器２０内で冷却水等により冷却された後二つに分岐し、一方は油流量調整手段（高段用）５２を経て、高段側圧縮機構油注入口２ａより高段側圧縮機構２に流入し、もう一方は油流量調整手段（低段用）５３を経て、低段側圧縮機構油注入口１ａより低段側圧縮機構１に流入する。それぞれの圧縮機構において油は冷媒と合流し、それぞれの圧縮機構の吐出口より流出する。

次に、油流量調整手段（高段用）５２の制御方法を説明する。温度検出手段１０２により検出された圧縮機吐出口７の温度を制御器２００に入力し、制御器２００にて、検出された吐出温度とあらかじめ設定された許容温度範囲と比較する。検知された吐出温度が許容温度範囲より高い場合は、冷却能力不足であり油流量を増大させる。検知された吐出温度が許容温度範囲より低い場合は、冷却能力過剰であり油流量を減少させる。また、検出された吐出温度が許容温度範囲内である場合は、現状の油流量を維持する。
以上に説明した油流量調整手段５２（高段）の制御方法についてまとめると実施の形態１で示した表１と同様である。

次に、油流量調整手段（低段用）５３の制御方法を説明する。温度検出手段１０１により検出された中間点９の温度を制御器２００に入力し、制御器２００にて、検出された吐出温度とあらかじめ設定された許容温度範囲と比較する。検知された吐出温度が許容温度範囲より高い場合は、冷却能力不足であり油流量を増大させる。検知された吐出温度が許容温度範囲より低い場合は、冷却能力過剰であり油流量を減少させる。また、検出された吐出温度が許容温度範囲内である場合は、油流量は現状を維持する。

以上に説明した油流量調整手段５２（高段）の制御方法も実施の形態１で示した表１と同様である。
一般的な運転状態においては、圧縮機吐出口７の温度が中間点９より高くなるので、油流量調整手段（低段用）５３の制御を、圧縮機吐出口７の温度によって行なってもよい。この場合、中間点９への温度検知手段１０１の取付けが不要になる。

以上のように、圧縮機を多段圧縮機としても、運転状態の変化に応じて、適正な油流量に制御できるので、成績係数の向上させることができる。
なお、本実施例は、二段圧縮機構を用いた冷凍装置の例を示したが、三段以上の圧縮機構を用いた冷凍装置において本発明を実施してもよい。

実施の形態３
図４は本発明に係る実施の形態３を示す油冷式電動機冷却ジャケットを有する単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。
図４において冷凍装置は、単段圧縮機１０、単段圧縮機１０の圧縮機吐出口７、油分離器８の入口８ａ、油分離器８、冷媒ガス出口８ｂ、凝縮器３、冷却器用膨張手段４、冷却器５、単段圧縮機１０の吸込口６が冷媒配管を介して順次環状に連結されて冷凍サイクルが構成されている。

一方、油分離器８の 油分離器油出口８ｃには、第１油冷却器２０に接続され、第１油冷却器２０の出口は単段圧縮機１０に設けられた油冷却式電動機冷却ジャケット４１を介して固定絞り９１に接続し、固定絞り９１を介して単段圧縮機油注入口１０ａに接続されている。以上の構成によって油注入回路が構成されている。
また、冷却塔９００に貯えられた冷却水等をポンプ９０１で凝縮器３と第１油冷却器を循環させて凝縮器３と第１油冷却器を冷却している。

次に、動作について説明する。油分離器８で高圧冷媒ガスと高圧油に分離される。
油分離器８で分離された高圧油は、第１油冷却器２０に流入する。流入した高圧油は油冷却器２０内で冷却水等により冷却された後、油冷却式電動機冷却ジャケット４１に流入する。高圧油は、油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で電動機を冷却し、固定絞り９１を経て、単段圧縮機１０に流入する。
なお、冷媒の動作については、実施例１での冷媒の動作と同一であるので省略する。

従来は、冷凍装置の電動機を冷媒や冷却水で冷却する場合は、電動機の外壁の電動機冷却ジャケットの冷却流路に冷却水を通水して、電動機発熱を除去する方法が一般的であったが、電動機冷却ジャケットの構造は図５に示すように、構造上冷却水配管の清掃が困難な場合が多く、冷却水の水質によっては電動機冷却ジャケットにスケール付着や腐食が生じる恐れがあった。特に開放型冷却塔によって、冷却水を冷却する場合は、冷却水が濃縮されるのでスケール付着や腐食が生じやすい。

また、電動機冷却ジャケットにスケールが付着すると、伝熱効率が低下して電動機巻線温度が上昇するので、巻線サーモが動作して、圧縮機が停止する恐れがある。
また、電動機冷却ジャケットに腐食が発生すると、腐食により発生したピンホール等から冷却水が冷媒回路内に侵入することがあった。冷却水が冷媒回路に侵入すると、圧縮機、冷媒、冷凍機油の交換および冷媒回路の清掃が必要となるが、前記作業は費用、工数の面から大きな負担であった。

本実施の形態においては、圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器、前記圧縮機の電動機に設けられた電動機冷却ジャケットおよび前記圧縮機に注入される前記油の流量を一定に絞る固定絞りからなる油注入回路と、を備え、電動機冷却ジャケットを流れる流体が油であるため、電動機冷却ジャケットにスケール付着や腐食が発生せず、また、油冷却器は容易に清掃可能な構造なので、従来の電動機冷却ジャケットと比較するとスケール付着や腐食の可能性が非常に低くなっている。このため、冷却水が冷媒回路への侵入する可能性が、従来の冷却水によって電動機を冷却する方式と比べて非常に低くなり、冷媒回路へ冷却水が侵入した際に発生する圧縮機、冷媒、冷凍機油の交換にかかる費用、工数が殆ど生じなくすることができる。
また本実施の形態においては、電動機を冷却した油は、圧縮機構に注入されて再昇圧されるため、油ポンプの設置が不要である。

なお、図４においては、冷却水の冷却方法として冷却塔９００を用いているが、井水を利用するなど他の方法で冷却水を冷却してもよい。
また、油冷却器の冷却手段は水に限らず空気などのその他手段を用いてもよい。
また、図６は、二段圧縮機に本発明を適用した例である。二段圧縮機においても、本発明は単段圧縮機に適用した場合と同様の効果が得られる。
また、図６の形態に中間冷却器を追加し、エコノマイザー回路を設けてもよい。

実施の形態４
図７は本発明に係る実施の形態４を示す油冷式電動機冷却ジャケットおよび第２油冷却器を有する単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。
本実施の形態は、実施の形態３の図４に示す冷凍装置において、油冷却式電動機冷却ジャケット４１の出口と固定絞り９１の間に、第２油冷却器２１を設けたものである。その他構成は実施の形態５と同一である。

次に、動作について説明する。油分離器８で高圧冷媒ガスと高圧油に分離される。
油分離器８で分離された高圧油は、第１油冷却器２０に流入し、流入した高圧油は油冷却器２０内で冷却水等により冷却された後、油冷却式電動機冷却ジャケット４１に流入する。高圧油は、油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で電動機を冷却し、第２油冷却器２１に流入する。油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で吸熱し温度が上昇した高圧油は、第２油冷却器２１で冷却水等により冷却された後、固定絞り９１を経て、単段圧縮機１０に流入する。
冷媒の動作については、実施の形態１での冷媒の動作と同一であるので省略する。

実施の形態３では、電動機発熱分温度が高くなった油を圧縮機構内に注入するため、油による冷却能力が不足し、圧縮機の吐出温度が過熱する可能性があるが、本実施の形態では、電動機冷却ジャケットの出口に前記電動機冷却ジャケットから流出した前記油を冷却する第２油冷却器を備えたので、高圧油は電動機発熱を電動機ジャケットで吸熱するが、直後の第２油冷却器にて冷却水に放熱するので、冷却された油を用いて圧縮機構を冷却することができ、圧縮機吐出温度の過熱を防止することができる。

なお、図８は、二段圧縮機に本発明を適用した例である。二段圧縮機においても、本発明は単段圧縮機に適用した場合と同様の効果が得られる。
また、図８の形態に中間冷却器を追加し、エコノマイザー回路を設けてもよい。

実施の形態５
図９は本発明に係る実施の形態５を示す油冷式電動機冷却ジャケットおよび油流量調整手段を有する単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。
本実施の形態は、実施の形態３の図４において、油流量調整手段を設けたものである。

次に、油流量調整手段５１の制御方法を説明する。
温度検出手段１０２により検出された吐出温度と温度検出手段１０２により検出された電動機冷却ジャケット出口油温度（以下、ジャケット出口温度と称す。）を制御器２００に入力し、制御器２００にて、検出された吐出温度とあらかじめ設定された許容吐出温度範囲、および検出されたジャケット出口温度とあらかじめ設定された許容ジャケット出口温度範囲を比較する。

検知された吐出温度またはジャケット出口温度のいずれかが許容温度範囲より高い場合は、冷却不足であり油流量を増大させる。検知された吐出温度およびジャケット出口温度のいずれかが許容温度範囲より低い場合は、冷却過剰であり油流量を減少させる。また、検出された吐出温度およびジャケット出口温度が許容温度範囲内である場合は、油流量は現状を維持する。
以上に説明した油流量調整手段５１の制御方法についてまとめたものを表２に示す。

以上のように、圧縮機の電動機に電動機冷却ジャケットを備え、高段側油注入回路の第１の油冷却器と前記油流量調整手段の間に配管を介して前記電動機冷却ジャケットを接続し、前記電動機冷却ジャケットの出口の前記油の温度を検出するジャケット出口温度検出手段を備え、制御手段は、前記圧縮機吐出温度検出手段と前記ジャケット出口温度検出手段で検出された各々の温度に基づいて前記油流量調整手段を制御するので、従来方式と比べて油注入量が減少して電動機入力が減少し、成績係数を向上させることができ、また、電動機冷却ジャケットを冷却水で冷却する方式と比べて、本方式では、冷媒回路へ冷却水が侵入した際に発生する圧縮機、冷媒、冷凍機油の交換にかかる費用、工数が殆ど生じなくすることができる。

なお、図１０は、二段圧縮機に本発明を適用した例である。二段圧縮機においても、本発明は単段圧縮機に適用した場合と同様の効果が得られる。
また、図１０の形態に中間冷却器を追加し、エコノマイザー回路を設けてもよい。

また、図１１は、本実施の形態に第２油冷却器２１を追加したものである。実施の形態５と同様に、圧縮機吐出温度過熱を防止することができる。
また、図１１の形態に中間冷却器を追加し、エコノマイザー回路を設けてもよい。二段圧縮機においても、本発明は単段圧縮機に適用した場合と同様の効果が得られる。
また、図１２は、図１１の形態に二段圧縮機を適用した例である。
また、図１２の形態に中間冷却器を追加し、エコノマイザー回路を設けてもよい。

実施の形態６
図１３は本発明に係る実施の形態６を示す油ガス分離器を有する冷凍装置の構成図である。本実施の形態は、実施の形態３の図６に示した冷凍装置に、油ガス分離器用固定絞りと油ガス分離器を追加したものである。
図１３において冷凍装置は、低段側圧縮機構１、高段側圧縮機構２、圧縮機２の圧縮機吐出口７、油分離器８の入口８ａ、第一の油分離器である油分離器８、冷媒ガス出口８ｂ、凝縮器３、冷却器用膨張手段４、冷却器５、低段側圧縮機構１の吸込口６が冷媒配管を介して順次環状に連結されて冷凍サイクルが構成されている。

一方、油分離器８の 油分離器油出口８ｃには、第１油冷却器２０が接続され、第１油冷却器２０の出口は油冷却式電動機冷却ジャケット４１に接続されている。油冷却式電動機冷却ジャケット４１の出口は二つに分岐しており、一方の配管は、固定絞り９２を介して高段側圧縮機構油注入口２ａに接続され高段側油注入回路を形成している。また、一方の配管は、は固定絞り９４を介して第２の油分離器である油ガス分離器４２に接続され、油ガス分離器の油出口４２ｃが固定絞り９３を介して、低段側圧縮機構油注入口１ａに接続され低段側油注入回路を形成している。
また、油ガス分離器４２の冷媒ガス出口４２ｂは、電動機室４０を介して、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２の間の配管の中間点９に接続されて冷媒ガス注入回路を形成している。

次に、動作について説明する。油分離器８で高圧冷媒ガスと高圧油に分離され、分離された高圧油は、第１油冷却器２０に流入する。流入した高圧油は油冷却器２０内で冷却水等により冷却された後、油冷却式電動機冷却ジャケット４１に流入する。高圧油は、油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で電動機を冷却し、第２油冷却器２１に流入する。油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で吸熱し温度が上昇した高圧油は、第２油冷却器２１で冷却水等により冷却された後二つに分岐する。

油冷却式電動機冷却ジャケット４１の出口で分岐した油の一方は、固定絞り９４を経て油ガス分離器４２に流入する。固定絞り９４を通過する際、減圧され中間圧となる。中間圧に減圧される際、油に含まれていた冷媒がフラッシュし、二相流となって、油ガス分離器４２に流入する。油ガス分離器４２内で二相流体は油と冷媒ガスに分離され、冷媒ガスは、電動機室４０に流入する。電動機室４０で電動機巻線を冷却した冷媒ガスは、中間点９より高段側圧縮機構２に流入する。油ガス分離器４２内で分離された油は、固定絞り（低段用）９３を介して低段側圧縮機構１に流入する。

油冷却式電動機冷却ジャケット４１で分岐した油のもう一方は、固定絞り（高段用）９２を経て高段側圧縮機構油注入口２ａに流入する。
冷媒の動作については、実施の形態２での冷媒の動作と同一であるので省略する。

以上のように、低段側圧縮機、高段側圧縮機、第１の油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、前記第１の油分離器の油出口と前記高段側圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記第１の油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器、前記低段側の圧縮機と前記高段側の圧縮機の電動機に設けられた電動機冷却ジャケットおよび前記高段側圧縮機に注入される前記油の流量を一定に絞る第１の固定絞りからなる高段側油注入回路と、前記高段側油注入回路の前記電動機冷却ジャケットの出口から分岐して前記低段側圧縮機の油注入口至る間に順次接続され、前記電動機冷却ジャケットからの前記油の流量を一定に絞る第２の固定絞り、この第２の固定絞りからの油を分離する第２の油分離器および前記第２の油分離器で分離され前記低段側圧縮機に注入される油の流量を一定に絞る第３の固定絞りからなる低段側油注入回路と、前記第２の油分離器で分離された冷媒のガスを前記電動機の室内を通過させて前記低段圧縮機と前記低高段側圧縮機圧の間の配管に注入させる冷媒ガス注入回路と、を備えたので、冷却能力が向上し、成績係数を向上させることができる。

本実施の形態では、低段側圧縮機構１へ注入する油は、中間圧まで減圧されており油中冷媒濃度が低下している。低段側圧縮機構１に注入する油の油中冷媒濃度が低下すると、油が低圧まで減圧された際に発生するフラッシュガスが少なくなり、フラッシュガスが低段側圧縮機構１に吸い込まれることによる冷却器からの吸込み冷媒量の低下が縮減し、吸込み冷媒量がフラッシュガスの縮減分だけ増大するので、冷却能力が向上し、成績係数を向上させることができる。

また、電動機冷却ジャケット４１からの冷却に加えて、冷媒ガスによって電動機巻線を直接冷却するので、電動機冷却ジャケット４１のみから冷却する場合より、電動機巻線を効率的に冷却することが可能となり、電動機巻線、および電動機回転子をコンパクトなものにすることができる。
従って、電動機巻線がコンパクトになると、銅線使用量が縮減し、電動機価格の削減が可能となる。

また、電動機回転子がよりコンパクトになり電動機回転子の直径が縮小すると、電動機回転子に作用する遠心力の低下し、電動機許容最高回転数の向上という効果が得られる。圧縮機構の許容回転数は、電動機許容回転数によって規定されることが多いが、このような場合、電動機許容回転数が向上すると、圧縮機構の許容回転数が向上する。
また、インバータ等による周波数制御装置を用いて、圧縮機構の回転数を制御する場合、圧縮機構の許容回転数が向上すると、同じ圧縮機構を用いても、回転数が向上した分だけ圧縮機吸込体積が向上して冷却能力を向上させることができる。

なお、本実施の形態は、二段圧縮機構を用いた冷凍装置の例を示したが、三段以上の圧縮機構を用いた冷凍装置において本発明を実施してもよい。
また、図１４は、図１３の冷凍装置において、固定絞り（高段用）９２、固定絞り（低段用）９３、固定絞り（油ガス分離器用）９４の代わりに油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を用い、高段側圧縮機構２の圧縮機吐出口７の冷媒温度を検知する温度検知手段１０２、低段側圧縮機構１の吐出口である中間点９の冷媒温度を検知する温度検知手段１０１、電動機冷却ジャケット４１の出口の油の温度を検出するジャケット出口温度検出手段１２０の検出温度に各々基づいて油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を各々制御器２００により制御する。

図１４の場合、上記の実施の形態７の効果に加えて、適正な油注入量にて運転できることによる成績係数を向上させることができる。
また、図１４は、図１３の冷凍装置において、固定絞り（高段用）９２、固定絞り（低段用）９３、固定絞り（油ガス分離器用）９４の代わりに油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を用いたものであるが、いずれか１または２の油流量調整手段を固定絞りに変更してもよい。すなわち、固定絞り（高段用）９２、固定絞り（低段用）９３、固定絞り（油ガス分離器用）９４のうち少なくとも１つを油調整手段に代えてもよい。

この場合、固定絞り（高段用）９２を油流量調整手段（高段用）５２に代えたときは、高段側圧縮機構２の圧縮機吐出口７の冷媒温度を検知する温度検知手段１０２、固定絞り（低段用）９３を流量調整手段（低段用）５３に代えたときは、低段側圧縮機構１の吐出口である中間点９の冷媒温度を検知する温度検知手段１０１、固定絞り（油ガス分離器用）９４の代わりに油流量調整手段（油ガス分離器用）５４に代えたときは、電動機冷却ジャケット４１の出口の油の温度を検出するジャケット出口温度検出手段１２０の検出温度に各々基づいて油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を各々制御器２００により制御する。

実施の形態７
図１５は本発明に係る実施の形態７を示す油ガス分離器と第２油冷却器を有する冷凍装置の構成図である。本実施の形態は、実施の形態６の図１３に示した冷凍装置に、第２油冷却器２１を追加した冷凍装置の構成図である。
以下に図１５と図１３の油回路の異なる点を示す。

第１油冷却器２０の出口は油冷却式電動機冷却ジャケット４１を介して、第２油冷却器２１に接続されている。第２油冷却器２１の出口は二つに分岐しており、一方は固定絞り９４を介して油ガス分離器４２に接続している。油ガス分離器の冷媒ガス出口４２ｂは、電動機室４０を介して、中間点９に接続されている。油ガス分離器の油出口４２ｃは、固定絞り９３を介して、低段側圧縮機構油注入口１ａに接続されている。
第２油冷却器２１の出口で分岐したもう一方の配管は固定絞り９２を介して高段側圧縮機構油注入口２ａに接続されている。

次に、動作について説明する。油冷却式電動機冷却ジャケット４１に流入した高圧油は、油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で電動機を冷却し、第２油冷却器２１に流入する。油冷却式電動機冷却ジャケット４１内で吸熱し温度が上昇した高圧油は、第２油冷却器２１で冷却水等により冷却された後二つに分岐する。第２油冷却器２１の出口で分岐した油の一方は、固定絞り９４を経て油ガス分離器４２に流入する。第２油冷却器２１の出口で分岐した油のもう一方は、固定絞り（高段用）９２を経て高段側圧縮機構油注入口２ａに流入する。
冷媒の動作については、実施の形態２での冷媒の動作と同一であるので省略する。

以上のように、電動機冷却ジャケットの出口に電動機冷却ジャケットから流出した前記油を冷却する第２油冷却器を備えたので、冷却能力がさらに向上し、成績係数をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態は、二段圧縮機構を用いた冷凍装置の例を示したが、三段以上の圧縮機構を用いた冷凍装置において本発明を実施してもよい。
また、図１６は、図１５の冷凍装置において、固定絞り（高段用）９２、固定絞り（低段用）９３、固定絞り（油ガス分離器用）９４の代わりに油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を用いたものである。

図１６の場合、上記の実施の形態７の効果に加えて、適正な油注入量にて運転できることにより成績係数を向上させることができる。
また、図１６は、図１５の冷凍装置において、固定絞り（高段用）９２、固定絞り（低段用）９３、固定絞り（油ガス分離器用）９４の代わりに油流量調整手段（高段用）５２、油流量調整手段（低段用）５３、油流量調整手段（油ガス分離器用）５４を用いたものであるが、いずれか１または２の油流量調整手段を固定絞りに変更してもよい。

この発明の実施の形態１における油流量調整手段を有する油冷式単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態１における電磁弁による油流量調整手段を有する冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における油流量調整手段を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態３における油冷式電動機冷却ジャケットを有する油冷式単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 水冷電動機ジャケットの構造図である。 この発明の実施の形態３における油冷式電動機冷却ジャケットを有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態４における油冷式電動機冷却ジャケットを有する油冷式単段圧縮機を用いた第２油冷却器を有する冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態４における第２油冷却器を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における油冷式電動機冷却ジャケットと油流量調整手段を有する油冷式単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における油冷式電動機冷却ジャケットと油流量調整手段を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における第２油冷却器を有する油冷式単段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における第２油冷却器を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態６における油ガス分離器を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態６における油ガス分離器と油流量調整手段を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態７における油ガス分離器と第２油冷却器を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。 この発明の実施の形態７における油ガス分離器、第２油冷却器と油流量調整手段を有する油冷式二段圧縮機を用いた冷凍装置の構成図である。

符号の説明

１ 低段側圧縮機構、１ａ 低段圧縮機構油注入口、２ 高段側圧縮機構、２ａ 高段側圧縮機構油注入口、３ 凝縮器、４ 冷却器用膨張手段、５ 冷却器、７ 圧縮機吐出口、８ 油分離器、８ｃ 油分離器油出口、９ 中間点、１０ 単段圧縮機、１０ａ 圧縮機油注入口、２０ 油冷却器、４０ 電動機室、４１ 油冷却式電動機冷却ジャケット、４２ 油ガス分離器、５１、５２ 油流量調整手段、９１〜９４ 固定絞り、１０１、１０２ 温度検知手段、２００ 制御器。

Claims (8)

1. 圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、
   前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器および前記圧縮機に注入される前記油の流量を調整する油流量調整手段からなる油注入回路と、
   前記圧縮機の吐出口の冷媒温度を検知する圧縮機吐出温度検知手段と、
   この圧縮機吐出温度検知手段により検出された冷媒温度に基づいて前記油流量調整手段を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記圧縮機の電動機に電動機冷却ジャケットを備え、
   前記油注入回路の第１の油冷却器と前記油流量調整手段の間に配管を介して前記電動機冷却ジャケットを接続したことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 前記電動機冷却ジャケットの出口の前記油の温度を検出するジャケット出口温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記圧縮機吐出温度検出手段と前記ジャケット出口温度検出手段で検出された各々の温度に基づいて前記油流量調整手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の冷凍装置。
4. 圧縮機、油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、
   前記油分離器の油出口と前記圧縮機の油注入口の間に順次接続され、前記油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器、前記圧縮機の電動機に設けられた電動機冷却ジャケットおよび前記圧縮機に注入される前記油の流量を一定に絞る固定絞りからなる油注入回路と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
5. 前記圧縮機は、多段圧縮機であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷凍装置。
6. 低段側圧縮機構、高段側圧縮機構、第１の油分離器、凝縮器、冷却器用膨張手段および冷却器が順次環状に連結された冷凍サイクルと、
   前記第１の油分離器の油出口と前記高段側圧縮機構の油注入口の間に順次接続され、前記第１の油分離器で分離された油を冷却する第１の油冷却器、前記低段側圧縮機構と前記高段側圧縮機構の電動機に設けられた電動機冷却ジャケットおよび前記高段側機構に注入される前記油の流量を一定に絞る第１の固定絞りからなる高段側油注入回路と、
   前記高段側油注入回路の前記電動機冷却ジャケットの出口から分岐して前記低段側圧縮機構の油注入口至る間に順次接続され、前記電動機冷却ジャケットからの前記油の流量を一定に絞る第２の固定絞り、この第２の固定絞りからの油を分離する第２の油分離器および前記第２の油分離器で分離され前記低段側圧縮機構に注入される油の流量を一定に絞る第３の固定絞りからなる低段側油注入回路と、
   前記第２の油分離器で分離された冷媒のガスを前記電動機の室内を通過させて前記低段圧縮機構と前記高段側圧縮機構の間の配管に注入させる冷媒ガス注入回路と、
   を備えたことを特徴とする冷凍装置。
7. 前記第１、第２、第３の固定絞りのうち少なくとも１つを油調整手段に代え、前記第１の固定絞りを代えたときは、前記高段側圧縮機構の吐出口の冷媒温度、前記第２の固定絞りを代えたときは、前記低段圧縮機構と前記高段側圧縮機構の間の冷媒温度、前記第２の固定絞りを代えたときは、前記電動機冷却ジャケットの出口の前記油の温度、に各々基づいて前記油調整手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
8. 前記電動機冷却ジャケットの出口に前記電動機冷却ジャケットから流出した前記油を冷却する第２油冷却器を備えたことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の冷凍装置。
   

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