JP2024084306A - 制御装置、圧縮システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油戻し運転の実行頻度を低減することができる制御装置、圧縮システムおよび制御方法を提供する。【解決手段】制御装置は、圧縮機から冷媒とともに吐出された油を圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、油の量が第１閾値以下となった場合に電磁弁をオンし、油の量が第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に電磁弁をオフする制御部を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、制御装置、圧縮システムおよび制御方法に関する。

特許文献１に記載されている空気調和機では、所定の複数種類の油戻し条件を設定し、いずれかの油戻し条件が満たされた場合に冷媒回路側に流出した潤滑油を回収し、圧縮機内に所定量の油を確保するための油戻し運転が開始される。また、この空気調和機では、予め定めた終了条件が満たされた場合に油戻し運転が終了する。また、この空気調和機では、外気温が高いことを油戻し条件として油戻し運転を実行した場合には、一定時間油戻し運転の実行が禁止される。

特開２０１１－１４９６５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている複数種類の油戻し条件の中には、開始および終了の頻度についての制限が付されていないものが含まれている。そのため、運転状況等によっては例えば頻繁に油戻し運転の開始と終了が繰り返されてしまうというようなことが発生しうるという課題があった。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、油戻し運転の実行頻度を低減することができる制御装置、圧縮システムおよび制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る制御装置は、圧縮機から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする制御部を備える。

本開示に係る圧縮システムは、冷媒を圧縮し、内部に貯蔵する油とともに吐出する圧縮機と、前記冷媒から分離された前記油を貯蔵するタンクと、前記タンクから前記油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする制御部と、を備える。

本開示に係る制御方法は、圧縮機から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする。

本開示の制御装置、圧縮システムおよび制御方法によれば、油戻し運転の実行頻度を低減することができる。

本開示の実施形態に係る圧縮システムの構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すタイミングチャートである。 本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すフローチャートである。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

以下、本開示の実施形態に係る制御装置、圧縮システムおよび制御方法について、図１～図４を参照して説明する。図１は、本開示の実施形態に係る圧縮システムの構成例を示す図である。図２は、本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すフローチャートである。図３は、本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すタイミングチャートである。図４は、本開示の実施形態に係る圧縮システムの動作例を示すフローチャートである。なお、各図において同一または対応する構成には同一の符号を用いて説明を適宜省略する。

（圧縮システムの構成）
図１に示す圧縮システム１は、例えば大容量のＣＯ_２冷凍機に設けられる圧縮システムであり、高段圧縮機１１と、低段圧縮機２１と、制御盤３と、セパレータ４と、オイルタンク５と、常時油戻し回路６１と、返油量調整用キャピラリ回路６３と、常時油戻し回路７１と、返油量調整用キャピラリ回路７３と、それらの周辺装置等を備える。本実施形態では、冷媒が二酸化炭素である。ただし、本開示の実施形態はこれに限定されない。

高段圧縮機１１は、冷媒を圧縮する圧縮機であり、高段圧縮機１１内部に充填される油（潤滑油、冷凍機油等ともいう）を貯留するオイルポッド１２が管１３で接続されている。オイルポッド１２内の油面高さは、高段圧縮機１１内の油面高さと一致する。オイルポッド１２内の油面高さは、油面センサ１４で検知される。高段圧縮機１１には、低段圧縮機２１で圧縮された冷媒が、図示していないインタークーラ、アキュムレータ、キャピラリ、ストレーナ等を介して導入される。

低段圧縮機２１は、冷媒を圧縮する圧縮機であり、低段圧縮機２１内部に充填される油を貯留するオイルポッド２２が管２３で接続されている。オイルポッド２２内の油面高さは、低段圧縮機２１内の油面高さと一致する。オイルポッド２２内の油面高さは、油面センサ２４で計測される。低段圧縮機２１には、図示していないアキュムレータ等を介して冷媒が導入される。

高段圧縮機１１からは、冷媒とともに油が吐出される。冷媒とともに吐出された油は、セパレータ４で分離され、分離された油がオイルタンク５に貯蔵される。オイルタンク５に貯蔵された油は、常時油戻し回路６１および常時油戻し回路７１を介して、高段圧縮機１１と低段圧縮機２１に返油される。また、高段圧縮機１１および低段圧縮機２１の起動時や負荷変動によって高段圧縮機１１および低段圧縮機２１から吐出される油量は変化する。例えば、常時油戻し回路６１および常時油戻し回路７１では油を戻しきれない場合、返油量調整用キャピラリ回路６３または返油量調整用キャピラリ回路７３に設けられた電磁弁６４または電磁弁７４を開閉制御することで返油量が調整される。本実施形態では、この電磁弁６４または電磁弁７４をオンする動作が油戻し運転に対応する。

なお、セパレータ４とオイルタンク５は均圧管４１で接続されている。常時油戻し回路６１は、キャピラリ６２を備える。常時油戻し回路７１は、キャピラリ７２を備える。返油量調整用キャピラリ回路６３は、電磁弁６４とキャピラリ６５を備える。返油量調整用キャピラリ回路７３は、電磁弁７４とキャピラリ７５を備える。電磁弁６４は制御盤３によって開閉制御される。電磁弁７４は制御盤３によって開閉制御される。油面センサ１４が検出した油面のレベルを示す検出信号は制御盤３に出力される。油面センサ２４が検出した油面のレベルを示す検出信号は制御盤３に出力される。

一方、制御盤３は、圧縮システム１（あるいは圧縮システム１を含む冷凍機）の各部を制御する。制御盤３は、本開示に係る制御装置の一構成例である。本実施形態において、制御盤３は、電磁弁制御部３１と、電磁弁制御部３２と、時間更新部３３と、時間更新部３４とを備える。

電磁弁制御部３１は、油面センサ１４の検知信号に基づき電磁弁６４を開閉制御（オンまたはオフに制御）する。油面センサ１４の検知信号は、例えば、油面の高さを表す信号である。油面の高さは、高段圧縮機１１の内部構造に基づき油の量に換算することができる。したがって、電磁弁制御部３１は、電磁弁６４を高段圧縮機１１内部の油の量に応じてオンまたはオフしてもよいし、油面高さに応じてオンまたはオフしてもよい。電磁弁制御部３１は、例えば、油の量が油面渇液に対応する第１閾値以下となった場合に電磁弁６４をオンする。また、電磁弁制御部３１は、例えば、油の量が油面渇液に対応する第１閾値より大きい油面満液に対応する第２閾値以上で、かつ、電磁弁６４をオンしてからの経過時間が最低オン（ＯＮ）時間を超えた場合に電磁弁６４をオフする。ここで、最低オン時間は、電磁弁６４のオンおよびオフのサイクルの上限回数（耐久回数）と、電磁弁６４の将来の稼働時間とに基づいて決定された値である。将来の稼働時間とは。電磁弁６４の通常の交換時間あるいは製品寿命（あるいは使用可能期間）であったり、高段圧縮機１１の製品寿命であったりする。将来の稼働時間を最低オン時間で除した値が電磁弁６４のオンおよびオフのサイクルの上限回数（耐久回数）を超えないように、最低オン時間が決定される。

また、時間更新部３３は、所定の更新条件が満たされた場合に、電磁弁制御部３１における最低オン時間を更新する。更新条件は、例えば、工場出荷時あるいは前回の最低オン時間の更新時からの経過時間、あるいは前回の最低オン時間の更新時からの高段圧縮機１１の稼働時間が、所定時間に達したこと等とすることができる。時間更新部３３は、更新条件が満足した時点での、将来の稼働時間を最低オン時間で除した値が電磁弁６４のオンおよびオフのサイクルの上限回数（耐久回数）を超えないように、最低オン時間を更新する。

また、電磁弁制御部３２は、電磁弁制御部３１と同様に、油面センサ２４の検知信号に基づき電磁弁７４を開閉制御（オンまたはオフに制御）する。また、時間更新部３４は、時間更新部３３と同様に、所定の更新条件が満たされた場合に、電磁弁制御部３２における最低オン時間を更新する。

（圧縮システムの動作例）
図２～図４を参照して、圧縮システム１における電磁弁制御部３１と時間更新部３３の動作例について説明する。なお、電磁弁制御部３２と時間更新部３４の動作は、電磁弁制御部３１と時間更新部３３の動作と同一である。

図２に示す処理は、制御盤３の起動後から所定の周期で繰り返し実行される。図２に示す処理が開始されると、電磁弁制御部３１が、電磁弁６４がオフ（閉状態）であるか否かを判定する（Ｓ１１）。電磁弁６４がオフの場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、電磁弁制御部３１は油面高さが油面渇液高さ以下である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する（Ｓ１２）。所定時間以上の継続は、油面高さが油面渇液高さ以下である状態が安定的であることを担保する。油面高さが油面渇液高さ以下である状態が所定時間以上継続した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、電磁弁制御部３１は、電磁弁６４をオン（開状態と）して（Ｓ１３）、図２に示す処理を終了する。油面高さが油面渇液高さ以下である状態が所定時間以上継続しいない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、電磁弁制御部３１は、図２に示す処理を終了する。

一方、電磁弁６４がオンの場合（Ｓ１１：ＮＯ）、電磁弁制御部３１は油面高さが油面満液高さ以上である状態が所定時間以上継続したか否かを判定する（Ｓ１４）。電磁弁制御部３１は油面高さが油面満液高さ以上である状態が所定時間以上継続した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電磁弁制御部３１は、電磁弁６４のオン時間（オンしてからの経過時間）が最低オン時間以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。電磁弁６４のオン時間が最低オン時間以上である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電磁弁制御部３１は、電磁弁６４をオフ（閉状態と）して（Ｓ１６）、図２に示す処理を終了する。油面高さが油面満液高さ以上である状態が所定時間以上継続していない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、または、電磁弁６４のオン時間が最低オン時間以上でない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、電磁弁制御部３１は、図２に示す処理を終了する。

図３は、油量と電磁弁動作の一例を示す。図３に示す例では、時刻ｔ１で油量が油面渇液状態になり、所定時間経過後の時刻ｔ２で電磁弁６４がオンしている。そして、時刻ｔ３で油量が油面満液状態になっている。ただし、時刻ｔ３では、まだ時刻ｔ２から最低オン時間は経過していない。時刻ｔ４で最低オン時間が経過して、電磁弁６４がオフしている。

また、時刻ｔ５で油量が油面渇液状態になり、時刻ｔ６で電磁弁６４がオンしている。そして、時刻ｔ７で最低オン時間は経過しているが、油量は油面満液状態になっていない。時刻ｔ８で油量が油面満液状態になり、所定時間経過後の時刻ｔ９で電磁弁６４がオフしている。

図３に示すように、時刻ｔ３で油量が油面満液状態になっているが、この時点では電磁弁６４はオフされず、油量は増加し続けている。油面満液状態を超えての油量の増加は、高段圧縮機１１の圧縮効率を低下させる。ただし、電磁弁６４のオン・オフ動作の頻度を低下させることができるので、電磁弁６４の交換寿命を所定の値に維持することができる。

次に図４を参照して、時間更新部３３の動作例について説明する。図４に示す処理は、制御盤３の起動後から所定の周期で繰り返し実行される。図４に示す処理が開始されると、時間更新部３３は、所定の更新条件が満足したか否かを判定する（Ｓ２１）。更新条件が満足した場合、時間更新部３３は、例えば、圧縮機の運転時間と、想定残存運転時間と、電磁弁の開閉回数と、電磁弁の開閉回数上限とに基づき最低オン時間を算出し、最低オン時間の設定値を更新して（Ｓ２２）、図４に示す処理を終了する。

（作用・効果）
本実施形態によれば、電磁弁制御部は、圧縮機から冷媒とともに吐出された油を圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、油の量が第１閾値以下となった場合に電磁弁をオンし、油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に電磁弁をオフする。この構成によれば、油戻し運転（返油弁である電磁弁６４および電磁弁７４のオンおよびオフ動作）の実行頻度を低減することができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

〈コンピュータ構成〉
図５は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９２、ストレージ９３、および、インタフェース９４を備える。
上述の制御盤３は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９３に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９３から読み出してメインメモリ９２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９２に確保する。

プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

ストレージ９３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９３は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９４または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

＜付記＞
各実施形態に記載の制御装置（制御盤３）は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る制御装置（制御盤３）は、圧縮機（高段圧縮機１１および低段圧縮機２１）から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路（返油量調整用キャピラリ回路６３および７３）に設けられた電磁弁６４および７４を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする制御部（電磁弁制御部３１および３２）を備える。本態様および以下の各態様によれば、油戻し運転（返油弁である電磁弁６４および電磁弁７４のオンおよびオフ動作）の実行頻度を低減することができる。

（２）第２の態様に係る制御装置（制御盤３）は、（１）の制御装置（制御盤３）であって、前記最低オン時間は、前記電磁弁のオンおよびオフのサイクルの上限回数と、前記電磁弁の将来の稼働時間とに基づいて決定された値である。この態様によれば、例えば、制御弁のメンテナンス頻度を確実に低減することができる。

（３）第３の態様に係る制御装置（制御盤３）は、（１）または（２）の制御装置（制御盤３）であって、 前記最低オン時間は、所定の更新条件が満たされた場合に更新される。この態様によれば、頻度の低減と圧縮機効率の低下の抑制を適切に両立させることができる。

（４）第４の態様に係る圧縮システムは、冷媒を圧縮し、内部に貯蔵する油とともに吐出する圧縮機（高段圧縮機１１および低段圧縮機２１）と、前記冷媒から分離された前記油を貯蔵するタンク（オイルタンク５）と、前記タンクから前記油を前記圧縮機内部に戻す回路（返油量調整用キャピラリ回路６３および７３）に設けられた電磁弁６４および７４を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする制御部（電磁弁制御部３１および３２）と、を備える。

（５）第５の態様に係る制御方法は、圧縮機から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする。

１…圧縮システム
１１…高段圧縮機
１２…オイルポッド
２１…低段圧縮機
２２…オイルポッド
１４、２４…油面センサ
３…制御盤
３１…電磁弁制御部
３２…電磁弁制御部
３３…時間更新部
３４…時間更新部

Claims (5)

1. 圧縮機から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、
   前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、
   前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする
   制御部を
   備える制御装置。
2. 前記最低オン時間は、前記電磁弁のオンおよびオフのサイクルの上限回数と、前記電磁弁の将来の稼働時間とに基づいて決定された値である
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記最低オン時間は、所定の更新条件が満たされた場合に更新される
   請求項１または２に記載の制御装置。
4. 冷媒を圧縮し、内部に貯蔵する油とともに吐出する圧縮機と、
   前記冷媒から分離された前記油を貯蔵するタンクと、
   前記タンクから前記油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする制御部と、
   を備える圧縮システム。
5. 圧縮機から冷媒とともに吐出された油を前記圧縮機内部に戻す回路に設けられた電磁弁を前記圧縮機内部の油の量に応じてオンまたはオフする際に、
   前記油の量が第１閾値以下となった場合に前記電磁弁をオンし、
   前記油の量が前記第１閾値より大きい第２閾値以上で、かつ、前記電磁弁をオンしてからの経過時間が最低オン時間を超えた場合に前記電磁弁をオフする
   制御方法。

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