特開 2024-10832 制御装置、圧縮システムおよび制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024010832

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】制御装置、圧縮システムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20240118BHJP

   G01F 23/263 20220101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

F25B49/02 550

G01F23/263

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022112363

(22)【出願日】2022-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】竹之下 和広

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014EA00

(57)【要約】

【課題】圧縮機内の油面の高さを精度良く検知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、冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得する取得部と、温度と圧力を表す情報に基づき油の希釈度を推定し、推定した希釈度に基づいて検知結果を補正する補正部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得する取得部と、
前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部と
を備える制御装置。

【請求項2】

前記圧力は、前記圧縮機内部を冷却するインジェクション回路に設けられた圧力センサの計測結果である
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記油面センサが静電容量式のレベルセンサである
請求項１または２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記油面センサは、静電容量を検知し、検知した前記静電容量に基づき、前記油の希釈度が所定の値であることを前提として前記油面の高さを算出した結果を前記検知結果として出力するものであり、
前記補正部は、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、前記検知結果に基づき前記油面センサが検知した前記静電容量を算出し、前記推定した希釈度に基づき算出した前記静電容量を補正し、補正した前記静電容量に基づき前記油面の高さを算出する
請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機内部の油を貯留するオイルポッドと、
前記オイルポッドに設けられ、前記油の油面の高さを検知する油面センサと、
制御装置とを備え、
前記制御装置が、
前記圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油面センサの検知結果とを取得する取得部と、
前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部と
を備える
圧縮システム。

【請求項6】

冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得するステップと、
前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正するステップと
を含む制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されている冷凍サイクル装置では、圧縮機の密閉ケースと冷媒吸込管との間にキャピラリチューブと開閉弁を設けた油取出管が接続されている。また、キャピラリチューブを挟む２箇所の位置に１対の温度センサが設けられる。この構成では、密閉ケース内の潤滑油の油面が適正な油面位置に達していれば開閉弁を開放した際に、潤滑油が油取出管に流入する。一方、密閉ケース内の潤滑油の油面が適正な油面位置に達していなければ開閉弁を開放した際に、冷媒が油取出管に流入する。この構成では、１対の温度センサの温度差に基づいて、密閉ケース内の潤滑油の油面が適正な油面位置に達しているのか否かを確認することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－２４２８３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、圧縮機内の油面の高さを精度良く検知することはできないという課題があった。

【0005】

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、圧縮機内の油面の高さを精度良く検知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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得する取得部と、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部とを備える。

【0007】

本開示に係る圧縮システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機内部の油を貯留するオイルポッドと、前記オイルポッドに設けられ、前記油の油面の高さを検知する油面センサと、制御装置とを備え、前記制御装置が、前記圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油面センサの検知結果とを取得する取得部と、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部とを備える。

【0008】

本開示に係る制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得するステップと、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正するステップとを含む。

【発明の効果】

【0009】

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、圧縮機内の油面の高さを精度良く検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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】本開示の実施形態に係る制御装置の動作例を示すフローチャートである。

【図3】本開示の実施形態に係る制御装置の動作例を説明するための模式図であり、圧力および温度と希釈率との対応関係の例を示す。

【図4】本開示の実施形態に係る油面センサの特性の例を説明するための模式図であり、油面高さと静電容量との対応関係の例を示す。

【図5】本開示の実施形態に係る油面センサの特性の例を説明するための模式図であり、希釈率と静電容量変化比との対応関係の例を示す。

【図6】本開示の実施形態に係る制御装置の動作例を説明するための模式図であり、希釈率と静電容量変化比との対応関係の例を示す。

【図7】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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第一実施形態＞
（圧縮システムの構成）
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６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制御装置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制御装置の動作例を説明するための模式図であり、圧力および温度と希釈率との対応関係の例を示す。図４は、本開示の実施形態に係る油面センサの特性の例を説明するための模式図であり、油面高さと静電容量との対応関係の例を示す。図５は、本開示の実施形態に係る油面センサの特性の例を説明するための模式図であり、希釈率と静電容量変化比との対応関係の例を示す。図６は、本開示の実施形態に係る制御装置の動作例を説明するための模式図である。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。

【0012】

図１に示す圧縮システム１は、例えば大容量のＣＯ２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、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。

【0013】

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、インタークーラ４１、アキュムレータ４２、キャピラリ４３およびストレーナ４４等を介して導入される。また、高段圧縮機１１には、図示していないインジェクション回路から逆止弁１７を介して冷却用の冷媒が供給される。高段圧縮機１１の下部には温度センサ１５が設けられている。また、インジェクション回路には、逆止弁１７の高段圧縮機１１側に圧力センサ１６が設けられている。温度センサ１５は、高段圧縮機１１内部の油の温度を計測する。圧力センサ１６は、高段圧縮機１１内部の油の圧力を計測する。

【0014】

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。また、低段圧縮機２１には、図示していないインジェクション回路から逆止弁２７を介して冷却用の冷媒が供給される。低段圧縮機２１の下部には温度センサ２５が設けられている。また、インジェクション回路には、逆止弁２７の低段圧縮機２１側に圧力センサ２６が設けられている。温度センサ２５は、低段圧縮機２１内部の油の温度を計測する。圧力センサ２６は、低段圧縮機２１内部の油の圧力を計測する。

【0015】

油面センサ１４および油面センサ２４は、本実施形態において、静電容量式のレベルセンサであり、また、液面センサの一例である。油面センサ１４および油面センサ２４は、内部に信号処理回路等を備え、センサに接する油の範囲によって変化する静電容量に基づき油面の高さを算出し、油面の高さを算出した結果を検知結果として出力する。その際、油面センサ１４および油面センサ２４は、静電容量を検知し、検知した静電容量に基づき、油の希釈度が所定の値であることを前提として油面の高さを算出し、算出した結果を検知結果として出力する。なお、以下では、この所定の値の希釈度を基準希釈度（あるいは基準希釈率）ともいう。高段圧縮機１１および低段圧縮機２１内部の油は、油の希釈度によって誘電率が変化する。そのため、希釈度が変化すると、油面センサ１４および油面センサ２４が出力する静電容量が変化し、油面の高さの算出結果に誤差が生じる。油面センサ１４および油面センサ２４は、例えば希釈度（希釈率）が０％であることを前提として油面の高さを算出する。なお、希釈度は、油に溶け込む冷媒の量の度合いであり、冷媒量／（冷媒量＋油量）で求められる。希釈率は、希釈度を百分率で表した値である。

【0016】

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、取得部３１と補正部３２を備える。取得部３１は、冷媒を圧縮する高段圧縮機１１および低段圧縮機２１内部の油の温度と圧力を表す情報と油の油面の高さを検知する油面センサ１４および油面センサ２４の検知結果とを取得する。油の温度を表す情報は、温度センサ１５および温度センサ２５の各検知結果を表す情報である。油の圧力を表す情報は、圧力センサ１６および圧力センサ２６の各検知結果を表す情報である。

【0017】

補正部３２は、温度と圧力を表す情報に基づき油の希釈度を推定し、推定した希釈度に基づいて油面センサ１４および油面センサ２４の検知結果を補正する。補正部３２は、例えば、温度と圧力を表す情報に基づき油の希釈度を推定し、油面センサ１４および油面センサ２４の検知結果に基づき油面センサ１４および油面センサ２４が検知した静電容量を算出し、推定した希釈度に基づき算出した静電容量を補正し、補正した静電容量に基づき油面の高さを算出する。

【0018】

（圧縮システムの動作例）
次に、図２～図６を参照して、本実施形態の動作例について説明する。図１に示す取得部３１と補正部３２は、所定の周期で繰り返し図２に示す処理を実行する。なお、取得部３１および補正部３２は、並列的に油面センサ１４の検知結果と油面センサ２４の検知結果を取得し、補正する。油面センサ１４と油面センサ２４が同一仕様である場合、処理の内容は同一である。以下では、油面センサ１４について代表して説明する。

【0019】

図２に示す処理では、まず、取得部３１が、圧力、温度および油面高さを取得する。取得部３１は、圧力センサ１６から油の圧力の計測結果、温度センサ１５から油の温度の計測結果、ならびに、油面センサ１４から油面の高さの計測結果（算出結果）を取得する（Ｓ１）。

【0020】

次に、補正部３２が、高段圧縮機１１内の油の希釈率を算出する（Ｓ２）。補正部３２は、例えば、図３に示すような、温度（℃）と圧力（ＭＰａ）と希釈率（％）との対応関係を示すテーブルを用いて、希釈率を算出する。

【0021】

次に、補正部３２は、油面センサ１４が算出した油面高さに基づき基準希釈率における静電容量を算出する（Ｓ３）。図４は、油面センサ１４における静電容量と油面高さとの変換特性の例を示す。上述したように、静電容量式油面センサである油面センサ１４は、センサに接する油の高さに応じて変化する静電容量から油面高さを算出している。なお、油面センサ１４は、希釈率０％として油面高さを算出している。図４に示す例の場合、油面センサ１４は、油面高さを下式によって算出する。Ｃは静電容量（ｐＦ）、ｈは油面高さ（ｍｍ）である。

【0022】

【数1】

【0023】

ステップＳ３において補正部３２は、図４に示す変換特性を用いて、取得した油面高さの値ｈを、希釈率０％での静電容量の値Ｃに変換する。

【0024】

次に、補正部３２は、ステップＳ３で算出した静電容量をステップＳ２で算出した希釈率に基づき基準希釈率における静電容量に補正する（Ｓ４）。次に、補正部３２は、補正した静電容量に基づき補正後の油面高さを算出する（Ｓ５）。

【0025】

図５は、希釈率の変化に応じた静電容量の変化の例を示す。静電容量は冷凍機油とＣＯ２の希釈率によって変化し、希釈率が高くなるほど静電容量が下がる。希釈率によって静電容量が低下するため、補正部３２は、下式により、静電容量を静電容量変化比で割り希釈率０％相当の静電容量に補正後、油面高さを算出する。

【0026】

【数2】

【0027】

ここで、ｘは希釈率である。ｙはｘを変数とする静電容量変化比を表す近似関数である。

【0028】

図６は、希釈率５０％にて油面センサが１００ｍｍを示した場合における図２に示す処理の例を示す。この場合、ステップＳ３では希釈率０％での静電容量と油面高さの関係から静電容量は４０．８ｐＦとなる。

【0029】

また、ステップＳ４では、希釈率が５０％であるため、希釈率が０％の静電容量と比較して０．８９倍になっていると推定される。このため、希釈率０％相当の静電容量は、４０．８ｐＦ／０．８９＝４５．８ｐＦとなる。

【0030】

また、ステップＳ５では、希釈率０％相当の静電容量４５．８ｐＦから油面高さを求めると、１２８ｍｍとなる。

【0031】

（作用・効果）
本実施形態によれば、温度と圧力を表す情報に基づき油の希釈度を推定し、推定した希釈度に基づいて油面センサの検知結果を補正するので、希釈度が変化しても圧縮機内部の油面の高さを正確に算出することができる。すなわち、本実施形態によれば、圧縮機内の油面の高さを精度良く検知することができる。

【0032】

（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。

【0033】

〈コンピュータ構成〉
図７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（取得部３１および補正部３２）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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

＜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。

【0037】

（１）第１の態様に係る制御装置（制御盤３）は、冷媒を圧縮する圧縮機（高段圧縮機１１および低段圧縮機２１）内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサ（油面センサ１４および２４）の検知結果とを取得する取得部３１と、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部３２とを備える。本態様および以下の各態様によれば、圧縮機内の油面の高さを精度良く検知することができる。

【0038】

（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、前記圧力は、前記圧縮機内部を冷却するインジェクション回路に設けられた圧力センサ（圧力センサ１６および２６）の計測結果である。

【0039】

（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、前記油面センサが静電容量式のレベルセンサである。

【0040】

（４）第４の態様に係る制御装置（制御盤３）は、（３）の制御装置（制御盤３）であって、前記油面センサは、静電容量を検知し、検知した前記静電容量に基づき、前記油の希釈度が所定の値であることを前提として前記油面の高さを算出した結果を前記検知結果として出力するものであり、前記補正部は、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、前記検知結果に基づき前記油面センサが検知した前記静電容量を算出し、前記推定した希釈度に基づき算出した前記静電容量を補正し、補正した前記静電容量に基づき前記油面の高さを算出する。

【0041】

（５）第５の態様に係る圧縮システム１は、冷媒を圧縮する圧縮機（高段圧縮機１１および低段圧縮機２１）と、前記圧縮機内部の油を貯留するオイルポッド１２および２２と、前記オイルポッドに設けられ、前記油の油面の高さを検知する油面センサ１４および２４と、制御装置（制御盤３）とを備え、前記制御装置が、前記圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油面センサの検知結果とを取得する取得部３１と、前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正する補正部３２とを備える。

【0042】

（６）第６の態様に係る制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機内部の油の温度と圧力を表す情報と前記油の油面の高さを検知する油面センサの検知結果とを取得するステップ（Ｓ１）と、 前記温度と前記圧力を表す情報に基づき前記油の希釈度を推定し、推定した前記希釈度に基づいて前記検知結果を補正するステップ（Ｓ２～Ｓ５）とを含む。

【符号の説明】

【0043】

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
１５、２５…温度センサ
１６、２６…圧力センサ
３…制御盤
３１…取得部
３２…補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】