特許 6295105 ターボ冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6295105

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】ターボ冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/053 20060101AFI20180305BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/053 C

   F25B1/00 321S

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-44906(P2014-44906)

(22)【出願日】2014年3月7日

(65)【公開番号】特開2015-169380(P2015-169380A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2016年11月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 哲也

【審査官】 石黒 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０７２５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０２５６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、
前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、
前記サブクーラー側の冷媒の一部を前記蒸発器に導く冷却冷媒ラインと、
前記冷却冷媒ラインを通る冷媒と前記ターボ圧縮機内で使用される油との間で熱交換を行うオイルクーラーとを備え、
前記サブクーラーによって過冷却された冷媒により前記油を冷却するようにし、
前記ターボ冷凍機は、さらに、
前記オイルクーラーに流入する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、
前記オイルクーラーを出た前記冷媒の温度を測定する冷媒温度測定器と、
前記冷媒温度測定器によって測定された前記冷媒の温度と前記冷媒の飽和温度との差に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記差が所定の範囲内に収まるように前記流量調整弁の開度を制御し、
前記所定の範囲の下限値は、０℃よりも大きいことを特徴とするターボ冷凍機。

【請求項2】

前記蒸発器内の圧力を測定する圧力測定器をさらに備え、
前記制御部は、前記圧力の測定値から前記冷媒の飽和温度を決定することを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。

【請求項3】

前記オイルクーラーの冷媒出口の近傍に配置され、前記冷却冷媒ライン内の圧力を測定する圧力測定器をさらに備え、
前記制御部は、前記圧力の測定値から前記飽和温度を決定することを特徴とする請求項１または２に記載のターボ冷凍機。

【請求項4】

冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、
前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、
前記サブクーラー側の冷媒の一部を前記蒸発器に導く冷却冷媒ラインと、
前記冷却冷媒ラインを通る冷媒と前記ターボ圧縮機内で使用される油との間で熱交換を行うオイルクーラーとを備え、
前記サブクーラーによって過冷却された冷媒により前記油を冷却するようにし、
前記ターボ冷凍機は、さらに、
前記オイルクーラーに流入する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、
前記オイルクーラーを出た前記冷媒の温度を測定する冷媒温度測定器と、
前記冷媒温度測定器によって測定された前記冷媒の温度と前記冷媒の飽和温度との差に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを備え、
前記蒸発器内の液相状態の冷媒の温度を測定する液相温度測定器をさらに備え、
前記制御部は、前記液相温度測定器によって測定された前記液相状態の冷媒の温度を前記飽和温度として使用して前記差を算出することを特徴とするターボ冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ冷凍機に係り、特に圧縮機に使用される油を冷媒の一部により冷却する構成を有したターボ冷凍機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍空調装置などに利用されるターボ冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスにする圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁（膨張機構）とを、冷媒配管によって連結して構成されている。

【0003】

圧縮機は、高速回転体を支持する軸受や、高速回転体にトルクを伝える増速機を内蔵している。軸受および増速機での発熱は機械損失に相当するため、これら軸受および増速機を潤滑し、かつ軸受および増速機を冷却するために、圧縮機への潤滑油の供給が必須となる。昇温した潤滑油を冷却する手段としては、冷凍サイクル中の冷媒が利用される。つまり、熱交換器（オイルクーラー）を介在して、昇温した潤滑油を液冷媒で冷却させるのが通常である。この場合、通常、凝縮器からオイルクーラーに冷媒を送るようにしており、冷媒を送る駆動源は、凝縮器とオイルクーラー（蒸発器）の圧力差となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０６−３４７１０５号

【特許文献2】特開平０９−２３６３３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

オイルクーラーを冷却した凝縮冷媒は、膨張過程の中で、そのクオリティ（乾き度）に応じた分の冷媒ガスがフラッシュして蒸発器に戻る。ターボ冷凍機の効率向上には、オイルクーラーへの冷却冷媒量を削減することも有効であるが、軸受・増速機の発熱に応じた冷却冷媒量が必要であるため、冷却冷媒量を過剰に削減すると、軸受の温度が上昇して冷凍機の正常運転を継続することが困難となる。

【0006】

上述したように、オイルクーラーを冷却した凝縮冷媒は、膨張過程の中で、その乾き度（クオリティ）に応じた分の冷媒ガスがフラッシュして蒸発器に戻る。フラッシュした冷媒ガスは、冷凍効果に寄与することなく圧縮機に吸込まれ、余剰な圧縮動力を消費する原因となり、冷凍機の効率低下を招く。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、潤滑油を冷却するためのオイルクーラーの冷却用冷媒としてサブクーラーの過冷却冷媒液を利用することにより、蒸発器でフラッシュして冷凍効果に寄与しない冷媒ガス量を低減することができ、またオイルクーラーの冷却冷媒配管でのフラッシュ回避による安定した電動機の冷却機能を確保できるターボ冷凍機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の目的を達成するため、本発明のターボ冷凍機の一態様は、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、前記サブクーラー側の冷媒の一部を前記蒸発器に導く冷却冷媒ラインと、前記冷却冷媒ラインを通る冷媒と前記ターボ圧縮機内で使用される油との間で熱交換を行うオイルクーラーとを備え、前記サブクーラーによって過冷却された冷媒により前記油を冷却するようにし、前記ターボ冷凍機は、さらに、前記オイルクーラーに流入する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記オイルクーラーを出た前記冷媒の温度を測定する冷媒温度測定器と、前記冷媒温度測定器によって測定された前記冷媒の温度と前記冷媒の飽和温度との差に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記差が所定の範囲内に収まるように前記流量調整弁の開度を制御し、前記所定の範囲の下限値は、０℃よりも大きいことを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、サブクーラーで過冷却された冷媒液をオイルクーラーの冷却に利用することにより、過冷却冷媒液時のフラッシュガス量が減少し、冷凍効果に寄与しない冷媒ガスを低減できるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。
また、本発明によれば、サブクーラーの出口の過冷却冷媒液をオイルクーラーの冷却材として使用しているため、サブクーラーからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、安定したオイルクーラーの冷却機能を確保することが可能となる。
本発明によれば、冷媒温度測定器によって測定された冷媒の温度と冷媒の飽和温度との差、すなわち過熱度に基づいて流量調整弁の開度が積極的に制御される。したがって、オイルクーラーに供給される冷媒の流量を過熱度に基づいて最適化することができ、結果として、軸受および増速機を十分に冷却しつつ、冷凍機の効率低下を防止することができる。

【0011】

本発明の好ましい態様は、前記蒸発器内の圧力を測定する圧力測定器をさらに備え、前記制御部は、前記圧力の測定値から前記冷媒の飽和温度を決定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記オイルクーラーの冷媒出口の近傍に配置され、前記冷却冷媒ライン内の圧力を測定する圧力測定器をさらに備え、前記制御部は、前記圧力の測定値から前記飽和温度を決定することを特徴とする。

【0012】

本発明のターボ冷凍機の他の態様は、冷水から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器と、冷媒を羽根車によって圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒ガスを冷却水で冷却して凝縮させる凝縮器とを備えたターボ冷凍機において、前記凝縮器で凝縮した冷媒を過冷却するサブクーラーと、前記サブクーラー側の冷媒の一部を前記蒸発器に導く冷却冷媒ラインと、前記冷却冷媒ラインを通る冷媒と前記ターボ圧縮機内で使用される油との間で熱交換を行うオイルクーラーとを備え、前記サブクーラーによって過冷却された冷媒により前記油を冷却するようにし、前記ターボ冷凍機は、さらに、前記オイルクーラーに流入する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記オイルクーラーを出た前記冷媒の温度を測定する冷媒温度測定器と、前記冷媒温度測定器によって測定された前記冷媒の温度と前記冷媒の飽和温度との差に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する制御部とを備え、前記蒸発器内の液相状態の冷媒の温度を測定する液相温度測定器をさらに備え、前記制御部は、前記液相温度測定器によって測定された前記液相状態の冷媒の温度を前記飽和温度として使用して前記差を算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）潤滑油を冷却するためのオイルクーラーの冷却用冷媒としてサブクーラーの過冷却冷媒液を利用することにより、蒸発器でフラッシュして冷凍効果に寄与しない冷媒ガス量を低減することができるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。また、サブクーラーからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、オイルクーラーの冷却冷媒配管でのフラッシュ回避による安定したオイルクーラーの冷却機能を確保できる。
（２）冷媒温度測定器によって測定された冷媒の温度と冷媒の飽和温度との差、すなわち過熱度に基づいて流量調整弁の開度が積極的に制御される。したがって、オイルクーラーに供給される冷媒の流量を過熱度に基づいて最適化することができ、結果として、軸受および増速機を十分に冷却しつつ、冷凍機の効率低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１の実施形態を示す模式図である。

【図2】図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２の実施形態を示す模式図である。

【図3】図３は、蒸発器でフラッシュして発生するガス量を比較するためのモリエル線図である。

【図4】図４は、モリエル線図である。

【図5】図５は、本発明に係るターボ冷凍機の第３の実施形態を示す模式図である。

【図6】図６は、冷媒供給量と必要伝熱面積との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、本発明に係るターボ冷凍機の第４の実施形態を示す模式図である。

【図8】図８は、本発明に係るターボ冷凍機の第５の実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係るターボ冷凍機の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0016】

図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１の実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管５によって連結して構成されている。

【0017】

図１に示す実施形態においては、ターボ圧縮機１は多段ターボ圧縮機から構成されており、多段ターボ圧縮機は二段ターボ圧縮機からなり、一段目羽根車１１と、二段目羽根車１２と、これらの羽根車１１，１２を回転させる圧縮機モータ１３とから構成されている。一段目羽根車１１の吸込側には、冷媒ガスの羽根車１１，１２への吸込流量を調整するサクションベーン１４が設けられている。ターボ圧縮機１は軸受や増速機を収容するギヤケーシング１５を備えており、ギヤケーシング１５の下部には軸受と増速機に給油するための油タンク１６が設けられている。ターボ圧縮機１は、流路８によってエコノマイザ４と接続されており、エコノマイザ４で分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段の圧縮段（この例では２段）の中間部分（この例では一段目羽根車１１と二段目羽根車１２の間の部分）に導入されるようになっている。凝縮器２は、底部にサブクーラーＳＣを内蔵した凝縮器である。

【0018】

図１に示すように構成されたターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、ターボ圧縮機１と凝縮器２と蒸発器３とエコノマイザ４とを冷媒が循環し、蒸発器３で得られる冷熱源で冷水が製造されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器３からの熱量およびモータ１３から供給されるターボ圧縮機１の仕事に相当する熱量が凝縮器２に供給される冷却水に放出される。一方、エコノマイザ４にて分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段圧縮段の中間部分に導入され、一段目圧縮機からの冷媒ガスと合流して二段目圧縮機により圧縮される。２段圧縮単段エコノマイザサイクルによれば、エコノマイザ４による冷凍効果部分が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加し、エコノマイザ４を設置しない場合に比べて冷凍効果の高効率化を図ることができる。

【0019】

図１に示すように、凝縮器２の底部にあるサブクーラーＳＣとエコノマイザ４とを接続する冷媒配管５には、冷却冷媒ライン（冷却冷媒配管）１９が接続されている。この冷却冷媒ライン１９は、サブクーラーＳＣとエコノマイザ４とを接続する冷媒配管５から分岐し、蒸発器３まで延びている。サブクーラーＳＣから過冷却冷媒液が、冷却冷媒ライン１９を通って蒸発器３に導かれる。

【0020】

冷却冷媒ライン１９にはオイルクーラー２０が設けられており、冷却冷媒ライン１９はオイルクーラー２０内を通って延びている。ターボ圧縮機１の油タンク１６内にはオイル循環ポンプ２２が設置されている。このオイル循環ポンプ２２には、オイル循環ライン（オイル循環配管）２３が接続されている。オイル循環ライン２３は、オイルクーラー２０内を通って延び、ギヤケーシング１５の上部に接続されている。したがって、油タンク１６内の加熱された潤滑油は、オイル循環ポンプ２２によってオイル循環ライン２３に送られ、オイルクーラー２０内を流れ、そしてギヤケーシング１５内に戻される。

【0021】

オイルクーラー２０内では、冷却冷媒ライン１９を流れる過冷却冷媒液と、オイル循環ライン２３を流れる潤滑油との間で熱交換が行われる。潤滑油の熱は冷媒に伝達され、これにより冷媒が加熱されるとともに、潤滑油が冷却される。冷却された潤滑油は、オイル循環ライン２３を通ってギヤケーシング１５内の軸受および増速機に供給され、これら軸受および増速機を潤滑し、冷却する。このように、潤滑油は、油タンク１６、オイルクーラー２０、ギヤケーシング１５をこの順に循環する。

【0022】

図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２の実施形態を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態においては、サブクーラーは、内蔵型ではなく外置サブクーラーＳＣで構成されている。外置サブクーラーＳＣはプレート熱交換器などからなる。その他の構成は、図１に示すターボ冷凍機と同様である。
また、以下に示す第３の実施形態から第５の実施形態に係るターボ冷凍機においても内蔵型のサブクーラーと外置サブクーラーの両方のタイプのサブクーラーを使用することができるが、内蔵型のサブクーラーを使用した場合のみを図示する。

【0023】

図１および図２に示すように構成されたターボ冷凍機においては、サブクーラーＳＣの出口の過冷却冷媒液をオイルクーラー２０の冷却材として使用している。サブクーラー出口の過冷却冷媒液をオイルクーラーの冷却材として使用するメリットは、以下の通りである。
すなわち、サブクーラーＳＣで過冷却された冷媒液をオイルクーラー２０の冷却に利用した後、蒸発器３に戻った冷媒液はフラッシュして湿り蒸気となるが、凝縮器→オイルクーラー→蒸発器の冷却経路と比較して、乾き度（クオリティ）が低いため、蒸発器３でフラッシュして発生するガス量が減る。

【0024】

図３は、蒸発器でフラッシュして発生するガス量を比較するためのモリエル線図である。図３に示すモリエル線図から、サブクーラー出口の過冷却冷媒液をオイルクーラーの冷却材として使用した場合と、凝縮器出口の飽和冷媒液を電動機の冷却材として使用した場合のフラッシュガス量は以下のように表される。
過冷却冷媒液時のフラッシュガス量＝（Δｈ１／Δｈ）×Ｇ
飽和冷媒液時のフラッシュガス量＝（Δｈ２／Δｈ）×Ｇ
Ｇ：電動機への冷却冷媒供給量〔ｋｇ／ｓ〕
このようにサブクーラーＳＣで過冷却された冷媒液をオイルクーラー２０の冷却に利用する場合には、過冷却冷媒液時のフラッシュガス量が減少し、冷凍効果に寄与しない冷媒ガスを低減できるため、圧縮機の余剰動力を削減し、冷凍機の効率低下を回避できる。

【0025】

また、凝縮器２からの飽和凝縮液を冷媒として、凝縮器２と蒸発器３の圧力差を駆動源としてオイルクーラー２０に供給する場合、供給配管の圧力損失が大きい（例えば、フィルタ、サイトグラス等の絞り機構を設けている）と、冷媒液がフラッシュして冷却冷媒配管内が二相流となる。二相流になると、冷却冷媒の供給が阻害され、オイルクーラー２０の冷却機能が損なわれる可能性がある。
しかし、本発明によれば、サブクーラーＳＣの出口の過冷却冷媒液をオイルクーラー２０の冷却材として使用しているため、サブクーラーＳＣからの冷媒液は既に飽和温度以下に過冷却されているので、配管の圧力損失によるフラッシュのリスクが低くなり、安定したオイルクーラーの冷却機能を確保することが可能となる。

【0026】

ターボ冷凍機において、オイルクーラーの出口での冷媒温度が飽和温度である場合、オイルクーラーの出口での冷媒は湿り蒸気、つまり気液二相流である可能性がある。例えば、図４のモリエル線図に示す領域Ｓ１内の点Ｐ１では、冷媒は飽和温度であり、気液二相の状態にある。この点Ｐ１では、過剰な冷媒がオイルクーラーに供給されており、冷媒の蒸発潜熱を有効活用することができずに、冷凍機の効率低下を引き起こす。しかし、本発明によれば、サブクーラーＳＣの出口の過冷却冷媒液をオイルクーラー２０の冷却材として使用しているため、サブクーラーＳＣからの冷媒液は飽和温度以下に過冷却されているので、過剰な冷媒がオイルクーラー２０に供給される恐れは少なく、冷凍機の効率低下を回避できる。

【0027】

また、オイルクーラー２０への冷媒の供給流量が不足して、オイルクーラー２０の出口での過熱度（冷媒の蒸気温度と飽和温度との差）が極度に大きい場合は、オイルクーラー２０内で潤滑油と冷媒の顕熱交換の割合が高くなる。例えば、図４のモリエル線図に示す領域Ｓ２内の点Ｐ２では、冷媒は飽和温度よりも高い温度にあり、気相の状態にある。この状態では、冷媒と潤滑油の伝熱係数が低下して、潤滑油の温度上昇を招くおそれがある。伝熱係数が低下したときでもオイルクーラー２０での交換熱量を確保するためには、大きな伝熱面積が必要となり、オイルクーラー２０の大型化、コストアップの原因ともなる。したがって、オイルクーラー２０の出口での冷媒の過熱度が適正値になるように、オイルクーラー２０への冷媒供給流量を制御する必要がある。

【0028】

そこで、本発明の第３の実施形態では、図５に示すように、オイルクーラー２０に供給される冷媒の流量を調整するための流量調整弁２４が冷却冷媒ライン１９に設けられている。この流量調整弁２４は制御部１０に接続されており、制御部１０によって流量調整弁２４の開度（すなわち、冷媒の流量）が制御される。オイルクーラー２０の下流側には、オイルクーラー２０内を流れた冷媒の温度を測定する温度センサ（冷媒温度測定器）２６が設けられている。温度センサ２６は、オイルクーラー２０と蒸発器３との間に位置しており、冷却冷媒ライン１９を流れる冷媒の温度を測定するようになっている。温度センサ２６は制御部１０に接続されており、冷媒の温度の測定値は制御部１０に送信されるようになっている。

【0029】

流量調整弁２４はオイルクーラー２０の一次側に配置され、温度センサ２６はオイルクーラー２０の二次側に配置されている。サブクーラーＳＣからの過冷却冷媒液の一部は、冷却冷媒ライン１９に流れ、流量調整弁２４およびオイルクーラー２０をこの順に通過して蒸発器３に移送される。蒸発器３には、蒸発器３の内部の圧力を測定する圧力センサ（圧力測定器）２７が設けられている。圧力センサ２７は制御部１０に接続されており、圧力センサ２７によって取得された蒸発器３内の圧力の測定値は制御部１０に送信されるようになっている。制御部１０は、圧力と飽和温度との関係を表す関係式またはテーブルを記憶しており、圧力センサ２７によって取得された圧力の測定値から冷媒の現在の飽和温度を決定する。制御部１０は、温度センサ２６によって測定された冷媒の温度と冷媒の飽和温度との差、すなわち過熱度を算出し、過熱度が所定の範囲内に収まるように流量調整弁２４の開度を制御する。

【0030】

図６に示すように、過熱度が低くなると、熱交換効率が向上する傾向にあるためにオイルクーラー２０での必要伝熱面積を小さくすることができるが、その一方で上述したように冷凍機の効率が低下する。これに対して、過熱度が高くなると、冷凍機の効率が上がるが、その一方でオイルクーラー２０での必要伝熱面積を大きくしなければならない。

【0031】

そこで、冷凍機の効率低下を防止しつつ、オイルクーラー２０の大型化を回避するために、本実施形態では、過熱度の適正値は３℃から５℃までの範囲に設定されている。この過熱度の設定温度範囲は、図４に示す領域Ｓ２内にあるが、領域Ｓ１と領域Ｓ２との境界点に近い温度範囲である。熱交換効率の観点からの理想的な過熱度は、領域Ｓ１と領域Ｓ２との境界点である。しかしながら、この境界点での過熱度は０℃であり、領域Ｓ１での過熱度と同じであるため、制御部１０での過熱度の設定値を０℃とすると、気液二相状態の冷媒と潤滑油との間で熱交換が行われる可能性がある。そこで、本実施形態では、過熱度の範囲は、０℃よりもやや高い３℃〜５℃に設定されている。この３℃〜５℃の温度範囲は実験により決定されたものである。

【0032】

制御部１０は、温度センサ２６によって測定された冷媒の温度と冷媒の飽和温度との差である過熱度を算出し、この過熱度が３℃から５℃までの範囲内に収まるように、流量調整弁２４の開度を制御する。このように過熱度に基づいて流量調整弁２４を制御することにより、適正な流量の冷媒がオイルクーラー２０に供給される。その結果、冷凍機の効率低下を防止しつつ、潤滑油の冷却効率を上げることができる。使用される流量調整弁２４の種類としては、電動弁、ステッピングモータを用いた電子式膨張弁などが挙げられる。

【0033】

図７は、本発明に係るターボ冷凍機の第４の実施形態を示す模式図である。図７に示す第４の実施形態と図５に示す第３の実施形態との違いは、圧力センサ２７をオイルクーラー２０の冷媒出口の近傍に設けた点である。圧力センサ２７は、冷却冷媒ライン１９に設けられており、オイルクーラー２０の冷媒出口近傍での冷却冷媒ライン１９内の圧力を測定する。制御部１０はこの圧力の測定値から冷媒の飽和温度を決定する。この実施形態によれば、オイルクーラー２０から圧力センサ２７までの冷却冷媒ライン１９内での圧力損失はほとんどないので、制御部１０はより正確な飽和温度を決定することができる。さらに、図７に示すように、温度センサ２６と圧力センサ２７を互いに近接して配置することが好ましい。

【0034】

図８は、本発明に係るターボ冷凍機の第５の実施形態を示す模式図である。図８に示す第５の実施形態と先に述べた実施形態との違いは、圧力センサ２７に代えて、蒸発器３内の液相の冷媒の温度を測定する温度センサ（液相温度測定器）３０を設けた点である。すなわち、この実施形態では、温度センサ３０によって測定された蒸発器３内の液相冷媒の温度が、冷媒の飽和温度に決定される。したがって、制御部１０は、温度センサ３０によって測定された液相状態の冷媒の温度を飽和温度として使用して過熱度を算出し、この過熱度が上述した温度範囲（３℃〜５℃）内に収まるように流量調整弁２４の開度を制御する。

【0035】

上述した第３の実施形態から第５の実施形態においては、オイルクーラー２０に供給される冷媒の流量は、オイルクーラー２０を出た冷媒の過熱度に基づいて制御される。したがって、ターボ圧縮機１に使用される軸受および増速機を潤滑油によって十分に冷却しつつ、冷凍機の効率低下を防止することができる。

【0036】

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

【符号の説明】

【0037】

１ ターボ圧縮機
２ 凝縮器
３ 蒸発器
４ エコノマイザ
５ 冷媒配管
８ 流路
１０ 制御部
１１ 一段目羽根車
１２ 二段目羽根車
１３ 圧縮機モータ
１４ サクションベーン
１５ ギヤケーシング
１６ 油タンク
１９ 冷却冷媒ライン
２０ オイルクーラー
２２ オイル循環ポンプ
２３ オイル循環ライン
２４ 流量調整弁
２６ 温度センサ（冷媒温度測定器）
２７ 圧力センサ（圧力測定器）
３０ 温度センサ（液相温度測定器）
ＳＣ サブクーラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】