涡轮制冷机及其启动控制方法与流程

本发明涉及一种具备储存供给至涡轮压缩机的润滑油的油罐的涡轮制冷机及其启动控制方法。

背景技术：

以往，涡轮制冷机中所使用的hfc制冷剂的gwp(globalwarmingpotential：全球变暖潜能值)为数百～数千，考虑到对环境的影响需要向gwp为一位数的hfo制冷剂转换。为了应对于此，将hfo-1233zd(e)这一低压制冷剂设为冷却器用制冷剂。

通常，涡轮制冷机具备储存有供给至涡轮压缩机的润滑油的油罐。油罐例如与涡轮制冷机的低压侧(蒸发器侧)均压，因此根据制冷机的运行状态而油罐内的压力发生变化。低压制冷剂与一般的高压制冷剂相比气体密度小。因此，在使用了低压制冷剂的制冷机中，当油罐内的润滑油中所溶入的同质量的制冷剂因压力下降而蒸发时，与使用了高压制冷剂的制冷机相比，所蒸发的制冷剂的体积变大，从而变得容易发生油罐的润滑油中出现泡沫的发泡成型。尤其在低压侧的压力下降速度大的启动时，油罐内的润滑油中容易发生发泡成型。

专利文献1中公开有如下内容，即，当启动压缩机时，在将吸入容量控制部的开度以小于目标开度的开度来启动之后，迅速打开至目标开度，由此尽量缩短小于目标开度的运行时间以减小制冷剂的通过阻力，并抑制吸入容量控制部的下游侧的压力下降，由此抑制发生发泡成型。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-186030号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

若发生发泡成型，则油罐内的润滑油被推上去，润滑油通过均压管进入蒸发器，从而可能会降低蒸发器性能。并且，若发生发泡成型，则导致制冷剂气体混入于油泵，从而无法向压缩机轴承供给规定的供油量而压缩机损伤的可能性提高。

作为本发明的一方式的公开的目的在于提供一种能够减少由油罐内发生发泡成型引起的对压缩机的影响的涡轮制冷机及其启动控制方法。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式为涡轮制冷机，所述涡轮制冷机具备：压缩机，压缩制冷剂；冷凝器，使通过所述压缩机压缩的制冷剂冷凝；膨胀阀，使由所述冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；蒸发器，使通过所述膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；油罐，储存供给至所述压缩机的润滑油；油泵，将所述油罐的润滑油供给至所述压缩机；及控制部，控制所述油泵，所述控制部在启动所述压缩机之前启动所述油泵，在从所述油泵的启动起经过基准期间时，当所述压缩机的入口侧压力与所述油罐的压力的压差即供油压差满足压缩机启动条件时，启动所述压缩机，当不满足所述压缩机启动条件时，不启动所述压缩机而将所述油泵的运行延长规定期间。

根据上述涡轮制冷机，在压缩机的启动之前启动油泵，在从油泵的启动起经过基准期间时，当供油压差满足压缩机启动条件时，启动压缩机。另一方面，当供油压差不满足压缩机启动条件时，不启动压缩机而进一步继续进行油泵的运行。如此，在经过基准期间时，当不满足压缩机启动条件时，不停止油泵而继续运行，因此能够使油罐的油在压缩机中持续循环，从而能够持续消除油中所出现的制冷剂气体的泡沫。由此，例如，与在经过基准期间时暂时停止油泵，并且再度进行再启动的重试的情况相比，能够有效地搅拌油罐内的油，从而能够提前启动压缩机。而且，在重试的情况下，需要根据发泡成型的发生状态等运算油泵的适当的启停间隔，但根据上述涡轮制冷机，无需运算启停间隔。

在上述涡轮制冷机中，也可以在进行所述油泵的延长运行的延长运行期间中，当所述供油压差满足所述压缩机启动条件时，启动所述压缩机。

根据上述涡轮制冷机，在延长运行期间中，不等待延长运行期间结束，而能够在供油压差满足压缩机启动条件的时间点启动压缩机。

在上述涡轮制冷机中，即便经过所述延长运行期间，当所述供油压差不满足所述压缩机启动条件时，所述控制部也可以不启动所述压缩机而通知异常。

在上述涡轮制冷机中，所述控制部也可以根据涡轮制冷机内的压力及冷凝器的框体温度中的至少一个，设定或调整所述延长运行期间。

根据上述涡轮制冷机，根据涡轮制冷机内的压力及冷凝器的框体温度中的至少一个，设定或调整延长运行期间，因此能够使用与发泡成型的发生状况相应的适当的延长运行期间。

在上述涡轮制冷机中，所述控制部也可以根据涡轮制冷机内的压力及所述冷凝器的框体温度中的至少一个，设定或调整所述基准期间。

根据上述涡轮制冷机，根据涡轮制冷机内的压力及冷凝器的框体温度中的至少一个，设定或调整基准期间，因此能够使用与发泡成型的发生状况相应的适当的基准期间。

本发明的第2方式为涡轮制冷机的启动控制方法，所述涡轮制冷机具备：压缩机，压缩制冷剂；冷凝器，使通过所述压缩机压缩的制冷剂冷凝；膨胀阀，使由所述冷凝器引导的液态制冷剂膨胀；蒸发器，使通过所述膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；油罐，储存供给至所述压缩机的润滑油；及油泵，将所述油罐的润滑油供给至所述压缩机，所述涡轮制冷机的启动方法中，在启动所述压缩机之前启动所述油泵，在从所述油泵的启动起经过基准期间时，当所述压缩机的入口侧压力与所述油罐的压力的压差即供油压差满足压缩机启动条件时，启动所述压缩机，当不满足所述压缩机启动条件时，不启动所述压缩机而将所述油泵的运行延长规定期间。

发明效果

根据本发明的上述方式，能够减少由油罐内发生发泡成型引起的对压缩机的影响。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的概略结构图。

图2是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的油罐的结构的图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的启动控制的流程图的图。

图4是例示了相对于油泵启动后的供油压差的变化的压缩机的启动定时的图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机及其启动控制方法进行说明。图1是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的概略结构图。

如图1所示，涡轮制冷机1具备压缩制冷剂的压缩机3、使通过压缩机3压缩的高温高压的气体制冷剂冷凝的冷凝器5、使由冷凝器5引导的液态制冷剂膨胀的膨胀阀7、使通过膨胀阀7膨胀的液态制冷剂蒸发的蒸发器9及控制涡轮制冷机1的控制部10。

作为制冷剂，可使用hfo-1233zd(e)这一低压制冷剂。

压缩机3例如为涡轮压缩机，作为一例可使用离心式压缩机。压缩机3由通过逆变器转速得到控制的电动机11驱动。逆变器通过控制部10而其输出得到控制。在压缩机3的制冷剂吸入口设置有控制吸入制冷剂流量的入口导叶(以下称为“igv”。)13，且能够控制涡轮制冷机1的容量。igv13的开度控制由控制部10进行。

压缩机3具备绕旋转轴3b旋转的叶轮3a。从电动机11经由增速齿轮15对旋转轴3b传递旋转动力。旋转轴3b由轴承3c支承。

冷凝器5为管壳式或板式等换热器。冷凝器5中用于冷却制冷剂的冷却水被供给。引导至冷凝器5的冷却水在未图示的冷却塔及空气换热器中向外部排热之后，再次引向冷凝器5。

膨胀阀7设成电动式，且通过控制部10设定开度。

蒸发器9设成管壳式或板式等换热器。蒸发器9中向未图示的外部负载供给的冷水被引导。冷水通过蒸发器9与制冷剂进行热交换，而冷却至额定温度(例如7℃)，并输送至外部负载。

从油罐17向压缩机3的轴承3c及增速齿轮15供给润滑油。作为润滑油，例如使用粘度等级为100的矿物油。

在油罐17内设置有油泵20(参考图2)，由此，以规定的流量经由油供给配管19供给润滑油。在压缩机3内结束了润滑的润滑油经由油回送配管21向油罐17内返回。

在油罐17与蒸发器9之间设置有连通它们之间的均压管23，从而油罐17内的压力与蒸发器9内的压力成为均压。如此，通过将油罐17内设为低压，将对润滑油的制冷剂溶入量保持为低。

在油罐17中设置有压力传感器25及温度传感器27。通过压力传感器25测量的油罐17内的压力及通过温度传感器27测量的油罐17内的温度(具体而言润滑油温度)发送至控制部10。

控制部10例如具备cpu(centralprocessingunit/中央处理器)、ram(randomaccessmemory/随机存取存储器)、rom(readonlymemory/只读存储器)及计算机可读取的存储介质等而构成。关于控制部10用于实现各种功能的一系列处理，作为一例，以程序(例如，启动控制程序)形式存储于存储介质等，由cpu将该程序读出到ram等而执行信息的加工及运算处理，由此实现各种功能。另外，程序可以适用预先安装于rom或其他存储介质的方式、以存储于计算机可读取的存储介质的状态提供的方式及经由通过有线或无线的通信机构来传送的方式等。计算机可读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、cd-rom、dvd-rom及半导体存储器等。

图2是示意地表示油罐17的结构的图。如图2所示，在油罐17内设置有用于加热储存于油罐17内的润滑油的油加热器31。油加热器31根据通过温度传感器27测量的温度，以油罐内的润滑油成为大致恒定的温度的方式由控制部10控制通断。

在油罐17的上表面配置有冷凝器5，油罐17的热向冷凝器5的框体侧散热。

油加热器31例如设置于从油罐17的底面向上方分离规定距离的位置。通过在这种位置上设置油加热器31，在比油加热器31的设置位置更靠下方的区域滞留较低温度的润滑油，在比油加热器31的设置位置更靠上方的区域滞留较高温度的润滑油。在油加热器31每次启停时出现这种润滑油的温度分布。

在油泵20启动时，因低压侧的压力下降速度或上述的油罐17内的润滑油的温度分布等各种原因而容易发生发泡成型。例如，如上所述，当润滑油的温度分布大时，在油泵20的吸入口附近，较高温度的润滑油与较低温度的润滑油接触，因此出现制冷剂气体。

本实施方式所涉及的涡轮制冷机1的启动控制的目的在于，在压缩机3启动之前启动油泵20，并搅拌润滑油，由此对润滑油中所出现的制冷剂气体的泡沫进行消泡，以减少由压缩机启动后的发泡成型引起的对压缩机3的影响。

以下，参考图3对本实施方式所涉及的涡轮制冷机1的启动控制进行说明。图3是表示本实施方式所涉及的涡轮制冷机的启动控制的流程图的图。

首先，在涡轮制冷机1启动时，在压缩机3启动之前，以单体启动油泵20(步骤sa1)，在该状态下，成为待机状态，直至经过预先设定的基准期间tas(步骤sa2)。通过启动油泵20，油罐17内的润滑油被油泵20吸入，并且经由油供给配管19供给至停止中的压缩机3。而且，润滑油从停止中的压缩机3经由油回送配管21再次向油罐17返回。通过润滑油进行循环，能够消除润滑油中所出现的制冷剂气体的泡沫。

基准期间tas例如优选设定为长于储存于油罐17的所有润滑油被油泵20吸入并且经由压缩机3再次返回到油罐17为止所需的时间。由此，搅拌储存于油罐17内的润滑油，从而能够使温度分布均匀。其结果，能够抑制其后发生发泡成型。

接着，若从油泵20的启动起经过基准期间tas，则判定供油压差p是否满足预先设定的压缩机启动条件(步骤sa3)。在此，供油压差p为压缩机3的入口侧压力与油罐17的压力(换言之，蒸发器压力)的压差。压缩机3的入口侧压力例如通过设置于压缩机3的吸入侧的压力传感器(省略图示)测量。并且，油罐17的压力例如使用通过压力传感器25测量的压力。供油压差p使用通过上述压力传感器测量的值进行计算。

例如，在润滑油中出现了制冷剂气体的状态下，导致油泵20成为气体混入状态，从而供油压差p不会达到规定压力po。通过判定供油压差p是否达到规定压力po，能够判定在润滑油中是否出现了制冷剂气体的泡沫。

作为上述压缩机启动条件的一例，可举出供油压差p为预先设定的规定压力po以上的状态是否持续规定期间to以上等。另外，规定期间to设定为短于基准期间tas的期间。

当步骤sa3中的判定结果为肯定判定时，启动压缩机3(步骤sa4)。另一方面，当步骤sa3中的判定结果为否定判定时，存在润滑油中发生发泡成型的可能性，因此油泵20的运行延长规定期间。接着，判定是否经过了延长运行期间tbs(步骤sa5)。在此，延长运行期间tbs例如设定为润滑油不会侵入蒸发器的期间。若以单体长时间运行油泵20，则润滑油可能会侵入蒸发器9，这是因为在该情况下润滑油附着于传热面而导致热交换性能下降。在本实施方式中，延长运行期间tbs设定为与基准期间tas相同的时间，但在不会因油泵20的长期单体运行而对其他结构造成影响的范围内能够适当进行设定。

接着，当步骤sa5的判定结果为否定判定时，返回步骤sa3，并再次判定供油压差p是否满足压缩机启动条件。而且，当经过延长运行期间tbs为止供油压差p满足压缩机启动条件时，从步骤sa3转移到步骤sa4，并启动压缩机3。即，在延长运行期间tbs中，与上述基准期间tas不同，不等待延长运行期间结束，而在供油压差p满足压缩机启动条件的时间点启动压缩机3。

另一方面，当延长运行期间tbs经过为止供油压差p不满足压缩机启动条件时，停止油泵20(步骤sa6)，不启动压缩机3而进行故障通知(步骤sa7)。

图4是例示了相对于油泵20的启动后的供油压差p的变化的压缩机3的启动定时的图。

例如，在图4所示的变化a的情况下，在从油泵20的启动(时刻t0)经过基准期间tas之前，维持供油压差p已是规定压力po以上的状态。因此，当经过了基准期间tas时(时刻t1)，迅速地启动压缩机3。

关于图4的变化b，即便从油泵20的启动起经过基准期间tas，供油压差p也未达到规定值，因此油泵20的运行持续。而且，在时刻t2，若供油压差p满足压缩机启动条件，则之后迅速地启动压缩机3。

关图4的变化c，即便经过延长运行期间tbs，供油压差p也未达到规定值，从而不满足压缩机启动条件。因此，在经过延长运行期间tbs之后(时刻t3)，油泵20迅速停止，压缩机3不会启动，而进行故障通知。

如以上进行的说明，根据本实施方式所涉及的涡轮制冷机1及其启动控制方法，在压缩机3启动之前启动油泵20，在从油泵20的启动起经过基准期间tas时，当供油压差p满足压缩机启动条件时，启动压缩机3。另一方面，当供油压差p不满足压缩机启动条件时，不启动压缩机3而延长油泵20的运行。如此，在经过基准期间tas时，当不满足压缩机启动条件时，不停止油泵20而继续运行，因此能够使油罐17的润滑油在压缩机3中持续循环，从而能够持续消除润滑油中所出现的制冷剂气体的泡沫。由此，例如，与经过基准期间tas时暂时停止油泵20，并再度进行再启动的重试的情况相比，能够有效地搅拌油罐17内的润滑油，从而能够提前启动压缩机3。而且，在重试的情况下，需要根据发泡成型的发生状态等，运算油泵20的适当的启停间隔，但根据本实施方式所涉及的涡轮制冷机及其启动方法，无需运算启停间隔。

而且，在延长运行期间tbs，当供油压差p满足压缩机启动条件时，迅速地启动压缩机3，因此与延长运行期间tbs结束为止等待压缩机3启动的情况相比，能够提前启动压缩机3。

另外，在本实施方式中，以预先设定了基准期间tas及延长运行期间tbs的固定期间来进行了说明，但基准期间tas及延长运行期间tbs中的至少一个也可以根据冷凝器5的框体温度及制冷机内压力中的至少一个调整其长度。并且，也可以根据冷凝器5的框体温度及制冷机内压力中的至少一个随时设定。

例如，冷凝器5的框体温度越低，换言之，周围温度越低，从油罐17向冷凝器5的散热越大，油罐17底面的油温度越变低，制冷剂气体的出现质量越变大。因此，冷凝器5的框体温度越低，使基准期间tas或延长运行期间tbs越长期化即可。

并且，制冷机内的压力越低，制冷剂气体的比容越变大。因此，制冷机内压力越低，将基准期间tas或延长运行期间tbs越长期化即可。

在本实施方式中，作为低压制冷剂的一例，举出hfo-1233zd(e)来进行了说明，但在其他低压制冷剂中也能够适用本发明，在可能会发生油罐内的发泡成型的情况下，也能够对高压制冷剂适用本发明。

符号说明

1-涡轮制冷机，3-压缩机，5-冷凝器，9-蒸发器，10-控制部，17-油罐，19-油供给配管，20-油泵，21-油回送配管，31-油加热器。