JP4749178B2

JP4749178B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP4749178B2
Application number: JP2006044718A
Authority: JP
Inventors: 芳樹長崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: JP2007225162A

Description

本発明は、電動機冷却用冷媒回路を有する冷凍装置に関するものである。

圧縮式冷凍装置において、圧縮機の駆動源として一般に電動機が用いられる。電動機を運転すると、電動機発熱により巻線温度が上昇する。巻線温度が過度に上昇すると、巻線が損傷する。このため、圧縮式冷凍装置において、電動機の巻線を圧縮機吸込冷媒ガスによって冷却することが行われている。そして、このようなものにおいては、圧縮機吸込冷媒ガス量が少ない場合などに生じる巻線温度上昇による巻線損傷を防止するために、電動機巻線の温度を検出する巻線温度サーモと保護回路を設け、巻線温度サーモによって過度な巻線温度上昇が検知されると、保護回路によって圧縮機の運転を停止することが一般的に行われている。

また、単段圧縮機構を用いた冷凍装置において、高吐出圧力かつ低吸込圧力の運転条件（以後、これを「高圧縮比運転」と称す）では、圧縮機構吸込冷媒質量流量（＝吸込液冷媒流量）が低下して電動機巻線温度が上昇するので、高圧縮比運転が予想される場合は電動機冷却用冷媒回路を主冷凍回路から分岐させて追加設置することが一般的に行われている。電動機冷却用冷媒回路は、配管と電動機冷却用電磁弁によって構成され、吸込圧力が事前に設定した圧力以下になると、電動機冷却用電磁弁を開として電動機冷却用冷媒流量を増やし、電動機巻線サーモの動作を防止している。

また、低温用途に使用される圧縮式冷凍装置では、圧縮機冷却能力に対して電動機発熱が大きく、圧縮機構吸込冷媒によって巻線を冷却すると、冷却能力の低下が大きくなる。このため、例えば二段式圧縮機構を用いた冷凍装置において、主冷凍回路から分岐する電動機冷却用冷媒回路を別に設けて、電動機巻線を冷却するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１）。

このような電動機冷却用冷媒回路を有する二段式圧縮機構を用いた冷凍装置において、電動機冷却用冷媒は、電動機冷却用膨張弁で減圧後、電動機冷却流路入口に導かれ、電動機巻線を冷却した後、電動機冷却流路出口より流出する。電動機冷却用冷媒の流量は、電動機冷却流路出口側の冷媒温度と冷媒圧力相当の飽和温度の差（以後、これを「電動機室ＳＨ」と称す）が一定になるように温度式膨張弁などによって制御される（以後、これを「電動機室ＳＨ一定制御」と称す）。

特開平９−２３６３３８号公報（図３）

ところで、配管と電動機冷却用電磁弁からなる電動機冷却用冷媒回路を主冷凍回路から分岐させて設けて、吸込圧力が事前に設定した圧力以下になると、電動機冷却用電磁弁を開として電動機冷却用冷媒流量を増やし、電動機巻線サーモの動作を防止しているものにおいて、圧縮機吸込み部で液バック状態の場合は、吸込冷媒中に含まれる冷媒の液滴により電動機巻線が冷却されるので、電動機巻線サーモが動作する恐れはない。しかしながら、このように吸込圧力に基づいて電動機冷却用冷媒流量を調整する従来方式にあっては、液バックが発生している運転状態下にあっても、圧縮機吸込み圧力が低い場合には、圧縮機吸込み部に冷媒注入を行なうこととなるため、過剰な電動機冷却用冷媒流量となり、圧縮機入力増加による成績係数の低下をもたらすことがあった。また、大量の冷媒が注入されると圧縮機軸受潤滑不良が発生し、軸受損傷を起こす可能性があった。

また、電動機冷却用冷媒回路を有する二段式圧縮機構を用いた冷凍装置において、電動機冷却流路出口は、低段圧縮機構と高段圧縮機構の中間に接続されるのが一般的である。このような場合、電動機室内の圧力は、中間部の圧力（以後、「中間圧」と称す）とほぼ等しくなる。中間圧は冷凍機の運転状況によって大きく変化し、中間圧での冷媒飽和温度が−１０℃以下になることも珍しくない。そして、このような運転状況下で電動機室ＳＨ一定制御を行うと、目標ＳＨ１０℃の電動機室外壁温度が０℃以下となり、壁面が着霜し始める。このような場合、防熱材貼付が必要となるという問題があった。

また、電動機室外壁温度が、周囲温度より低い場合は、周囲空気より熱を吸収するため、電動機室の冷却負荷が大きくなる。電動機室の冷却負荷が大きくなると、冷却負荷の大きくなった分に見合うだけ電動機冷却冷媒の流量が増加する。電動機冷却冷媒の流量が増加すると、高段圧縮機構において圧縮する冷媒量が増加するため、電動機入力が増加する。その結果、冷凍機の成績係数が低下するという問題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、どのような運転状態下にあっても電動機冷却用冷媒流量の適正化を図れ、かつ運転状態が変化しても、電動機室外壁への着霜を防止できて、電動機室外壁への防熱材の取り付けを不要にできるようにすることにある。
また、本発明の第２の目的は、周囲空気から電動機室外壁が吸熱するのを防止できるようにして、電動機室の冷却負荷および電動機入力の削減、冷凍機の成績係数の向上を図れるようにすることにある。

本発明に係る冷凍装置は、下記の構成からなるものである。すなわち、電動機室に収容された電動機により駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構が直列に接続され、その高段側圧縮機構の冷媒出口側には凝縮器、中間冷却器、冷却器用膨張手段、冷却器が順次配管接続され、冷却器の冷媒出口側には低段側圧縮機構の吸込口が接続されて構成される主冷凍回路と、中間冷却器と冷却器用膨張手段との間と、低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の中間点との間に設けられた電動機冷却用冷媒回路と、電動機冷却用冷媒回路内に設けられた冷媒流量調整手段と、を備え、電動機が、電動機冷却用冷媒回路内を流れる冷媒によって冷却される冷凍装置において、電動機室の外側面における冷却用冷媒入口部に設けられた第１の外壁温度検出手段と、電動機室の外側面における冷却用冷媒出口部に設けられた第２の外壁温度検出手段と、通常は、第２の外壁温度検出手段により検出される電動機室出口外壁温度が目標外壁温度以下となるように冷媒流量調整手段を制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、第１の外壁温度検出手段により検出される電動機室入口外壁温度が目標外壁温度以下となるように冷媒流量調整手段を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する制御装置と、を設けたものである。

本発明の冷凍装置によれば、通常は、第２の外壁温度検出手段により検出される電動機室出口外壁温度が目標外壁温度以下となるように冷媒流量調整手段を制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、第１の外壁温度検出手段により検出される電動機室入口外壁温度が目標外壁温度以下となるように冷媒流量調整手段を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整するので、制御に用いる電動機室外壁温度がハンチングしたり、電動機巻線サーモが動作することがなく、安定した制御を行うことができる。
また、本発明によって電動機室外壁温度が安定して制御されるため、電動機室の目標外壁温度を０℃以上に設定しておけば、電動機室外壁への着霜を防止することができ、従来必要であった電動機室外壁への防熱材貼付が不要となる。

また、電動機室の目標外壁温度を予め０℃以上に設定できるので、従来の電動機室ＳＨ一定制御方式による制御のように冷凍機の運転状況によって目標ＳＨ１０℃の電動機室外壁温度が０℃以下となるようなことがなくなり、電動機室外壁温度を従来の電動機室ＳＨ一定制御方式より高く保つことができ、周囲空気温度との差を縮めることができて、従来の電動機室ＳＨ一定制御方式より電動機室外壁からの吸熱量が小さくなる。このため、従来の電動機室ＳＨ一定制御方式より電動機室冷却に用いられる冷媒流量が少なくなり、高段圧縮機構において圧縮する冷媒流量が減少して電動機入力が減少する。この結果、従来の電動機室ＳＨ一定制御方式より冷凍機の成績係数が増大する。

実施の形態１．
以下、図示実施形態に基づき本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍装置を二段式圧縮機構を有するシステムに適用した例を示す構成図、図２は定常状態の電動機室外壁温度と電動機巻線温度の関係を示すグラフで、縦軸に巻線温度を、横軸に壁面温度をとったものである。

本実施形態の冷凍装置は、低段側圧縮機構１及び高段側圧縮機構２が直列に接続され、その高段側圧縮機構２の冷媒出口側には（圧縮機構からの冷媒の流れは図中矢印で示す如く時計回りに循環する）凝縮器３が接続されている。凝縮器３の冷媒出口側には中間冷却器７０の高圧冷媒入口７０ａが接続され、中間冷却器７０の高圧冷媒出口７０ｂは、分岐管を介して冷却器用膨張手段４、中間冷却器用膨張手段７１及び冷媒流量調整手段である電動機冷却用膨張手段４５と接続されている。冷却器用膨張手段４の冷媒出口側には冷却器５が接続され、冷却器５の冷媒出口側には低段側圧縮機構１の吸込口が接続されている。以上の構成によって主冷凍回路が構成されている。

また、中間冷却器用膨張手段７１の冷媒出口側には、中間冷却器７０の低圧冷媒入口７０ｃが接続されている。中間冷却器７０の低圧冷媒出口７０ｄは、低段側圧縮機構１と高段側圧縮機構２の中間点９に接続されている。以上の構成によって中間冷却器回路が構成されている。

また、電動機冷却用膨張手段４５の冷媒出口側には、電動機室４０が接続され、電動機室４０の冷媒出口は、中間点９に接続されている。以上の構成によって電動機冷却用冷媒回路が構成されている。

また、電動機室４０の外側面には電動機室外壁温度を検出する外壁温度検出手段１５０が設けられている。外壁温度検出手段１５０は、制御装置２００に接続され、検出された電動機室外壁温度が予め設定された目標外壁温度と比較されるようになっている。制御装置２００は、電動機冷却用膨張手段４５に接続され、検出される電動機室外壁温度が目標外壁温度以下になるように電動機冷却用膨張手段４５の開度をフィードバック制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する機能を有している。

次に、本実施形態の冷凍装置の動作について図１及び図２により説明する。まず、冷凍サイクルの動作について説明する。高段側圧縮機構２から吐出された冷媒は、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。その後、中間冷却器７０の高圧冷媒入口７０ａより中間冷却器７０に入る。中間冷却器７０内で低圧冷媒と熱交換した高圧液冷媒は、中間冷却器７０の高圧冷媒出口７０ｂより流出し、分岐点２０にて分岐点冷却器用冷媒、中間冷却器用冷媒、及び電動機冷却用冷媒に分岐される。

冷却器用冷媒は、冷却器用冷媒膨張手段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、低段側圧縮機構１に入り、圧縮吐出されて高温ガスとなり、中間点９に至る。

中間冷却器用冷媒は、中間冷却器用冷媒膨張手段７１で、中間圧まで減圧された後、中間圧二相冷媒となり中間冷却器７０の低圧冷媒入口７０ｃより中間冷却器７０に流入する。中間圧二相冷媒は、中間冷却器７０内で高圧液冷媒と熱交換し、中間冷却器７０の低圧冷媒出口７０ｄから中間点９に至る。

電動機室冷却用冷媒は、電動機冷却用膨張手段４５で、中間圧まで減圧された後、中間圧ニ相冷媒となり電動機室４０に流入する。中間圧ニ相冷媒は、電動機室４０内で電動機巻線を冷却し、中間圧ガス冷媒となって電動機室４０より流出し、中間点９に至る。

中間点９では、冷却器用冷媒、中間冷却器用冷媒および電動機冷却用冷媒が合流し、高段側圧縮機構２に吸入され圧縮される。

次に、制御装置２００の動作について説明する。電動機はある一定の巻線温度以上になると、電動機損傷を避けるため図示しない巻線温度サーモにより停止する。
一方、図２の定常状態の電動機室外壁温度と電動機巻線温度の関係を示すグラフより、電動機室外壁温度と電動機巻線温度とは比例関係にあり、定常状態の圧縮機については、下式が成立する。
電動機巻線温度＝電動機室外壁温度＋Ｃ‥‥‥‥‥（１）
ここで、Ｃは圧縮機毎に決まる定数である

式１より、定常状態での電動機巻線温度は、電動機室外壁温度を検出することにより算出できることがわかる。

したがって、制御装置２００で、外壁温度検出手段１５０が検出した電動機室外壁温度から電動機巻線温度を算出し、電動機巻線温度が上昇して巻線温度サーモが動作しないように電動機冷却用膨張手段４５により電動機冷却用冷媒流量を調整する。例えば、電動機室外壁温度が目標外壁温度より高い場合は、電動機冷却用膨張手段４５を調整し、電動機室冷却用冷媒の流量を増加させることにより冷却能力を増加して、電動機室外壁温度すなわち電動機巻線温度を低下させる。

また、電動機室外壁温度が目標外壁温度より低い場合は、電動機冷却用膨張手段４５を調整し、電動機室冷却用冷媒の流量を減少させることにより冷却能力を削減して、電動機室外壁温度すなわち電動機巻線温度を上昇させる。つまり、冷やしすぎないようにする。このようにして、電動機室外壁温度が目標外壁温度以下となるように電動機冷却用膨張手段４５の制御が行われる。

巻線温度サーモの設定値は一般に１００℃前後と高い。したがって、巻線温度サーモが動作しない温度範囲内で電動機室外壁温度の目標外壁温度を周囲温度より高く設定することが可能である。そして、このように目標外壁温度を周囲温度より高く設定することで、電動機室外壁への着霜や周囲空気から電動機室外壁への吸熱の発生を防止することができる。このため、従来の電動機室ＳＨ一定制御方式より電動機室の冷却負荷が小さくなり、電動機室冷却用冷媒の流量が減少する。その結果、電動機入力が減少し、成績係数が向上する。

また、電動機室外壁温度の検出は、電動機室４０の外側面に外壁温度検出手段１５０を取り付けるだけで可能となるので、温度検出手段の設置や外壁温度の検出が容易となる。

以上のように、本実施形態の冷凍装置においては、目標外壁温度を周囲温度より高くかつ０℃以上に保つ（設定する）ことが可能となる。このため、電動機室外壁への着霜を防止できて、電動機室外壁への防熱材の取り付けを不要にすることができる。さらに、周囲空気から電動機室外壁が吸熱するのを防止でき、電動機室の冷却負荷および電動機入力の削減が可能となって、冷凍機の成績係数を向上させることができる。

なお、ここでは電動機室冷媒出口からの配管をニ段圧縮機構の中間点９に接続するようにしたものを例に挙げて説明したが、これを高段圧縮機構２の内部に直接接続するようにしてもよいことは言うまでもない。

また、ここでは本発明をニ段圧縮機構を有するシステムに適用したものを例に挙げて説明したが、これを単段圧縮機構からなるシステムに適用することも可能である。この場合、中間冷却器７０は不要で、電動機室冷媒出口は単段圧縮機構の吸引側に接続される。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る冷凍装置を二段式圧縮機構を有するシステムに適用した例を示す構成図、図４は電動機室冷却用冷媒量を増大させた場合の電動機室入口外壁温度、電動機室入口巻線温度、電動機室出口外壁温度、及び電動機室出口巻線温度の時間変化を示すグラフで、縦軸に温度を、横軸に時間をとったものであり、図３中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍装置は、電動機室４０の外側面における冷却用冷媒入口部４０ａ近傍に第１の外壁温度検出手段１５０ａが設けられているとともに、電動機室４０の外側面における冷却用冷媒出口部４０ｂ近傍に第２の外壁温度検出手段１５０ｂが設けられている。これら第１と第２の外壁温度検出手段１５０ａ，１５０ｂは、制御装置２００Ａに接続されている。制御装置２００Ａは、冷媒流量調整手段すなわち電動機冷却用膨張手段４５に接続され、通常は、第２の外壁温度検出手段１５０ｂにより検出される電動機室冷媒出口部の電動機室外壁温度（以下、「電動機室出口外壁温度」と称す）が目標外壁温度以下となるように電動機冷却用膨張手段４５をフィードバック制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、第１の外壁温度検出手段１５０ａにより検出される電動機室冷媒入口部の電動機室外壁温度（以下、「電動機室入口外壁温度」と称す）が目標外壁温度以下となるように電動機冷却用膨張手段４５をフィードバック制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する機能を有している。

また制御装置２００Ａは、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があったか否かを、電動機室入口外壁温度と前記電動機室出口外壁温度との差、又は前記電動機室入口外壁温度の変化率により検出する機能を有している。それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

前述の構成を有する本実施形態の冷凍装置において、電動機室外壁温度は均一ではなく、電動機室冷媒入口部は液冷媒が豊富に供給されるため、電動機巻線がよく冷却される。このため、電動機巻線温度及び電動機室外壁温度はともに低くなっている。一方、電動機室冷媒出口部は、液冷媒が殆ど蒸発してガス冷媒となっているため、電動機巻線が冷却されにくく、電動機巻線温度及び電動機室外壁温度が共に高くなっている。したがって、通常は電動機室出口外壁温度を電動機室外壁温度の代表値として使用する。

電動機冷却用膨張手段４５を調整して電動機室冷却用冷媒量を増大させて電動機室冷却能力が増加した場合、以下の段階を踏んで電動機室出口外壁温度は低下する。
（１）電動機室冷媒入口の液冷媒量が増加して、電動機室冷媒入口の電動機室巻線温度が低下し始める。
（２）電動機室冷媒入口の電動機巻線温度が低下するに従い、電動機室冷媒入口を通過する冷媒に含まれる液冷媒が増加していく。
（３）電動機室冷媒出口での冷媒に含まれる液冷媒も増加し、この液冷媒の増加に従い、電動機室冷媒出口での巻線温度も低下していく。
（４）電動機室冷媒出口での巻線温度が低下するに従い、電動機室出口外壁温度が低下していく。

つまり、電動機室冷却能力の変化分に対して、電動機巻線および電動機室壁面の熱容量は大きいため、上記段階はいずれもゆっくりとした変化となり、電動機冷却用膨張手段４５を調整してから５〜１０分経過後に電動機室出口外壁温度は安定する。図４に電動機室冷却用冷媒量を増大させた場合の電動機室外壁温度および電動機室巻線温度の変化を示す。

このように、電動室冷却用冷媒量の変化に対して電動機室外壁温度の応答が遅れるので、電動機室冷却用冷媒量の調整は容易ではない。特に、圧縮機構１，２の周波数変化などにより電動機発熱量が急激に変化した場合は、電動機室冷却用冷媒量が適正量から大幅に異なる運転状態となり、電動機室外壁温度がハンチングしたり電動機巻線サーモが動作する可能性がある。

本実施形態の冷凍装置においては、既述したように、通常は、第２の外壁温度検出手段１５０ｂにより検出される電動機室出口外壁温度が目標外壁温度以下となるように電動機冷却用膨張手段４５をフィードバック制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、第１の外壁温度検出手段１５０ａにより検出される電動機室入口外壁温度が目標外壁温度以下となるように電動機冷却用膨張手段４５をフィードバック制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整するようにしているため、制御に用いる電動機室外壁温度がハンチングしたり、電動機巻線サーモが動作することがなく、安定した制御を行うことができる。

また、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があったか否かを、電動機室入口外壁温度と電動機室出口外壁温度との差、又は電動機室入口外壁温度の変化率により検出するようにしているので、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動を容易に検出することができる。

なお、ここでも電動機室冷媒出口からの配管をニ段圧縮機構の中間点９に接続するようにしているが、これを高段圧縮機構２の内部に直接接続するようにしてもよい。

また、ここでも本発明をニ段圧縮機構を有するシステムに適用したものを例に挙げて説明したが、これを単段圧縮機構からなるシステムに適用することも可能である。そしてこの場合も、中間冷却器７０は不要で、電動機室冷媒出口は単段圧縮機構の吸引側に接続されることは言うまでもない。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る冷凍装置を二段式圧縮機構を有するシステムに適用した例を示す構成図であり、図中、前述の実施の形態１と同一部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍装置は、電動機室４０内の電動機巻線中に巻線温度検出手段１６０が設けられている。巻線温度検出手段１６０は、制御装置２００Ｂに接続され、検出された電動機巻線温度が予め設定された目標巻線温度と比較されるようになっている。制御装置２００Ｂは、電動機冷却用膨張手段４５に接続され、検出される電動機巻線温度が目標巻線温度以下になるように電動機冷却用膨張手段４５の開度をフィードバック制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する機能を有している。それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

本実施形態の冷凍装置において、電動機室壁面は鋳物で構成される。このような場合、電動機室壁面の重量は大きく、発熱量に比して熱容量が大きい。このため、圧縮機起動時は、電動機巻線温度上昇後、内部より電動機室壁面が加熱された後に、電動機室外壁温度が上昇する。この際、電動機室外壁温度と電動機巻線温度の差は定常時よりも大きくなる。

したがって、前述の実施の形態１，２のように電動機室外壁温度により電動機室冷却用冷媒流量を制御する場合は、巻線温度サーモの動作による圧縮機停止を防止するため、目標外壁温度を定常運転時の上限温度（＝巻線温度サーモ設定値）より１０〜２０℃低い温度に設定している。このため、電動機室外壁温度が目標外壁温度で安定している場合、電動機巻線温度は、巻線温度サーモ設定値より１０〜２０℃低い温度となる。

本実施形態の冷凍装置においては、電動機巻線温度を直接検出して、電動機冷却用膨張手段４５の開度を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整するようにしているので、電動機室外壁温度により電動機室冷却用冷媒流量を制御する前述の実施の形態１，２の場合と比較して、目標巻線温度をより電動機巻線サーモの動作値に近い値に設定することができる。このため、前述の実施の形態１，２の場合と比較して、より高い電動機室外壁温度で運転することができる。そして、電動機室外壁温度が高くなると、電動機室の冷却負荷がその分減少し、より少ない電動機室冷却用冷媒流量で運転することが可能となる。その結果、電動機入力が減少し、成績係数が向上する。

なお、ここでは巻線温度検出手段１６０を単一設けたものを例に挙げて説明したが、これを電動機巻線の電動機室冷媒入口側および電動機巻線の電動機室冷媒出口側の２箇所に設けてもよい。この場合も、電動機室外壁温度を電動機室冷媒入口外壁温度および電動機室出口外壁温度の２箇所にて検出して制御に用いた前述の実施の形態２と同様に、電動機室冷却用冷媒流量が適正量から大幅に異なる運転状態となったときに、これを素早く検出することができて、制御に用いる電動機巻線温度がハンチングしたり電動機巻線サーモが動作するのが防止され、安定した制御を行うことができる。

また、ここでも電動機室冷媒出口からの配管をニ段圧縮機構の中間点９に接続するようにしているが、これを高段圧縮機構２の内部に直接接続するようにしてもよい。

また、ここでも本発明をニ段圧縮機構を有するシステムに適用したものを例に挙げて説明したが、これを単段圧縮機構からなるシステムに適用することも可能である。そしてこの場合も、中間冷却器７０は不要で、電動機室冷媒出口は単段圧縮機構の吸引側に接続される。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４に係る冷凍装置を単段圧縮機構を有するシステムに適用した例を示す構成図であり、図中、前述の実施の形態１，２に相当する部分には同一符号を付してある。

本実施形態の冷凍装置は、単段圧縮機構１０を有し、単段圧縮機構１０の冷媒出口側には（圧縮機構からの冷媒の流れは図中矢印で示す如く時計回りに循環する）凝縮器３が接続されている。凝縮器３の冷媒出口側は、分岐管を介して冷却器用膨張手段４ａと冷媒流量調整手段である電動機冷却用膨張手段４５とに接続されている。冷却器用膨張手段４ａの冷媒出口側には冷却器５ａが接続され、冷却器５ａの冷媒出口側には電動機室４０の冷却用冷媒入口部４０ａが接続され、電動機室４０の冷却用冷媒入口部４０ｂは、単段圧縮機構１０の吸込口に接続されている。以上の構成によって主冷凍回路が構成されている。

また、電動機冷却用膨張手段４５の冷媒出口側には、電動機室４０の冷却用冷媒入口部４０ａが接続されている。以上の構成によって電動機冷却用冷媒回路が構成されている。

また、電動機室４０の外側面には電動機室外壁温度を検出する外壁温度検出手段１５０が設けられている。外壁温度検出手段１５０は、制御装置２００Ｃに接続され、検出された電動機室外壁温度が予め設定された目標外壁温度と比較されるようになっている。制御装置２００Ｃは、電動機冷却用膨張手段４５に接続され、検出される電動機室外壁温度が目標外壁温度以下になるように電動機冷却用膨張手段４５の開度をフィードバック制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する機能を有している。それ以外の構成は前述の実施の形態１と同一である。

本実施形態の冷凍装置おいて、電動機巻線温度が上昇して、電動機巻線温度サーモが動作するような運転状態を、電動機室外壁温度の上昇により検出する。このような運転状態を検出すると、制御装置２００Ｃが電動機冷却用膨張手段４５の開度を制御して、電動機冷却用冷媒の流量を調整し、電動機冷却用冷媒の注入を開始する。そして、電動機室外壁温度が下がり過ぎないように、電動機室外壁温度をみながら電動機冷却用冷媒の流量調整を行なう。つまり、電動機冷却用膨張手段４５の開度をフィードバック制御する。これにより、圧縮機吸込み部での液バックが防止され、かつ電動機冷却用冷媒流量を削減することができる。その結果、電動機入力が減少し、成績係数が向上する。

また、過剰な冷媒注入がなくなるので、圧縮機軸受潤滑不良が発生せず、軸受損傷を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍装置を示す構成図である。定常状態の電動機室外壁温度と電動機巻線温度の関係を示すグラフである。本発明の実施の形態２に係る冷凍装置を例を示す構成図である。電動機室冷却用冷媒量を増大させた場合の電動機室入口外壁温度、電動機室入口巻線温度、電動機室出口外壁温度、及び電動機室出口巻線温度の時間変化を示すグラフでである。本発明の実施の形態３に係る冷凍装置を示す構成図である。本発明の実施の形態４に係る冷凍装置を示す構成図である。

符号の説明

１低段側圧縮機構（圧縮機）、２高段側圧縮機構（圧縮機）、５ａ冷却器、４０電動機室、４５電動機冷却用膨張手段（冷媒流量調整手段）、１５０外壁温度検出手段、１５０ａ第１の外壁温度検出手段、１５０ｂ第２の外壁温度検出手段、１６０巻線温度検出手段、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ制御装置。

Claims

電動機室に収容された電動機により駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構が直列に接続され、その高段側圧縮機構の冷媒出口側には凝縮器、中間冷却器、冷却器用膨張手段、冷却器が順次配管接続され、前記冷却器の冷媒出口側には前記低段側圧縮機構の吸込口が接続されて構成される主冷凍回路と、
前記中間冷却器と前記冷却器用膨張手段との間と、前記低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の中間点との間に設けられた電動機冷却用冷媒回路と、
前記電動機冷却用冷媒回路内に設けられた冷媒流量調整手段と、を備え、
前記電動機が、前記電動機冷却用冷媒回路内を流れる冷媒によって冷却される冷凍装置において、
前記電動機室の外側面における冷却用冷媒入口部に設けられた第１の外壁温度検出手段と、
前記電動機室の外側面における冷却用冷媒出口部に設けられた第２の外壁温度検出手段と、
通常は、前記第２の外壁温度検出手段により検出される電動機室出口外壁温度が目標外壁温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、前記第１の外壁温度検出手段により検出される電動機室入口外壁温度が目標外壁温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する制御装置と、
を設けたことを特徴とする冷凍装置。
前記制御装置は、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があったか否かを、前記電動機室入口外壁温度と前記電動機室出口外壁温度との差、又は前記電動機室入口外壁温度の変化率により検出することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
電動機室に収容された電動機により駆動される低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構が直列に接続され、その高段側圧縮機構の冷媒出口側には凝縮器、中間冷却器、冷却器用膨張手段、冷却器が順次配管接続され、前記冷却器の冷媒出口側には前記低段側圧縮機構の吸込口が接続されて構成される主冷凍回路と、
前記中間冷却器と前記冷却器用膨張手段との間と、前記低段側圧縮機構及び高段側圧縮機構の中間点との間に設けられた電動機冷却用冷媒回路と、
前記電動機冷却用冷媒回路内に設けられた冷媒流量調整手段と、を備え、
前記電動機が、前記電動機冷却用冷媒回路内を流れる冷媒によって冷却される冷凍装置において、
電動機巻線の電動機室冷媒入口側に設けられた第１の巻線温度検出手段と、
電動機巻線の電動機室冷媒出口側に設けられた第２の巻線温度検出手段と、
通常は、前記第２の巻線温度検出手段により検出される電動機室冷媒出口巻線温度が目標巻線温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、前記第１の巻線温度検出手段により検出される電動機室冷媒入口巻線温度が目標巻線温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する制御装置と、
を設けたことを特徴とする冷凍装置。
前記制御装置は、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があったか否かを、前記電動機室冷媒入口巻線温度と前記電動機室冷媒出口巻線温度との差、又は前記電動機室冷媒入口巻線温度の変化率により検出することを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
電動機室に収容された電動機により駆動される圧縮機、凝縮器、冷却器用膨張手段、冷却器が順次配管接続され、前記冷却器の冷媒出口側には前記圧縮機の吸込口が接続されて構成される主冷凍回路と、
前記凝縮器と前記冷却器用膨張手段との間と、前記電動機室との間に設けられた電動機冷却用冷媒回路と、
前記電動機冷却用冷媒回路内に設けられた冷媒流量調整手段と、を備え、
前記電動機が、前記主冷凍回路内に配置された前記冷却器および主冷凍回路から分岐された前記電動機冷却用冷媒回路から供給される冷媒によって冷却される冷凍装置において、
前記電動機室の外側面における冷却用冷媒入口部に設けられた第１の外壁温度検出手段と、
前記電動機室の外側面における冷却用冷媒出口部に設けられた第２の外壁温度検出手段と、
通常は、前記第２の外壁温度検出手段により検出される電動機室出口外壁温度が目標外壁温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、また電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があった場合は、前記第１の外壁温度検出手段により検出される電動機室入口外壁温度が目標外壁温度以下となるように前記冷媒流量調整手段を制御し、電動機冷却用冷媒の流量を調整する制御装置と、
を有することを特徴とする冷凍装置。
前記制御装置は、電動機室冷却用冷媒量の大幅な変動があったか否かを、前記電動機室入口外壁温度と前記電動機室出口外壁温度との差、又は前記電動機室入口外壁温度の変化率により検出することを特徴とする請求項５記載の冷凍装置。