JP2001082815A

JP2001082815A - 冷凍空調サイクル装置

Info

Publication number: JP2001082815A
Application number: JP26014399A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakayama; 雅弘中山; Masaki Toyoshima; 正樹豊島; Hiroaki Makino; 浩招牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-14
Also published as: JP3468174B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＨＦＣ系冷媒等の代替冷媒を用いた冷凍空調
サイクル装置において、エネルギー効率（ＣＯＰ）の向
上を図る。【解決手段】圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３および
蒸発器４を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷
凍空調サイクル装置において、前記冷媒回路中に、ＨＦ
Ｃ系冷媒とこの冷媒に対して難溶性のアルキルベンゼン
系冷凍機油を封入するとともに、冷媒と冷凍機油を分離
する油分離器５と、油分離器５によって分離された冷凍
機油を圧縮機１の吸入側に還流する油戻し回路２７と、
冷凍機油の油戻し量を調整する第２流量制御弁６とを備
えた油循環率制御手段とを設け、第２流量制御弁６の弁
開度を調整することにより、前記冷媒回路中の油循環率
［全質量流量（＝冷媒の流量＋冷凍機油の流量）に対す
る冷凍機油の質量流量の比（％）］が、常に、１％以下
に制御されるよう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷蔵庫等の冷凍
装置やエアコン等の空調装置に用いられる、冷媒として
例えばＨＦＣ系の冷媒を、冷凍機油としてこのＨＦＣ系
冷媒と溶解しにくいアルキルベンゼン系、もしくは、冷
媒とは溶解するものの従来のＨＣＦＣ系冷媒に対する鉱
油系冷凍機油の溶解性より劣るエーテル系やエステル系
などの冷凍機油を用いた冷媒回路を有する冷凍空調サイ
クル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍空調サイクル装置に主として
用いられてきたＨＣＦＣ系冷媒は、近年、オゾン層保護
の観点から、ＨＦＣ系冷媒への代替化が図られている。
このＨＦＣ系冷媒への代替化に伴い、冷凍機油について
も、冷媒との溶解性に富む従来の鉱油系から、スラッジ
発生の低減等を考慮して、冷媒と溶解しにくいアルキル
ベンゼン系や冷媒とは溶解するものの従来のＨＣＦＣ系
冷媒に対する鉱油系冷凍機油の溶解性より劣るエーテル
系やエステル系などの冷凍機油の採用が検討されてい
る。例えば、ＨＦＣ系冷媒とアルキルベンゼン系冷凍機
油を採用した例としては、図２２に示す特開平１０−２
４６５２１号公報に開示された冷凍空調装置がある。こ
の装置では、冷媒回路中の液レシーバに油溶解率設定手
段を設け、この油溶解率設定手段によって液レシーバ内
の冷凍機油の重量溶解率［全重量（＝冷媒量＋冷凍機油
量）に対する溶解油量の重量比（％）］を、油循環率
［全質量流量（＝冷媒流量＋冷凍機油流量）に対する冷
凍機油の質量流量の比（％）］に対して、同程度もしく
は上回るよう調整することにより、圧縮機への油戻りを
確実にし、圧縮機内の各要素の潤滑性やシール性を確保
するよう図られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１０−２４６５２１号公報に開示された冷凍空調装
置では、圧縮機への油戻りは確保されるものの、冷媒回
路中での冷媒と冷凍機油の混合流体の伝熱特性や圧力損
失特性に対する油循環率の影響が考慮されていないた
め、油循環率によって伝熱特性や圧力損失特性が劣化
し、冷凍空調サイクル装置の性能が低下するといった問
題点があった。冷凍空調サイクル装置のエネルギー効率
の向上は地球温暖化防止の観点から重要な課題であり、
オゾン層保護の観点から代替冷媒を採用しつつ、エネル
ギー効率にも優れた冷凍空調サイクル装置を実現するこ
とは急務の課題となっている。

【０００４】このような中で、ＨＦＣ系冷媒とＨＦＣ系
冷媒用冷凍機油の混合流体の伝熱特性や圧力損失特性に
関する研究が、近年、盛んになってきている。例えば、
１９９３年発行の日本冷凍協会論文集、第１０巻、第３
号、４３７ページから４４４ページには、Ｒ１３４ａ冷
媒に対して溶解性があるエステル系（ポリオールエステ
ル）冷凍機油を用いた場合の伝熱特性や圧力損失特性に
与える油循環率の影響が報告されており、これらの研究
から、油循環率が変化した場合に、油循環率が０の場合
と比較して冷媒の伝熱性能が変化すること、および、圧
力損失が増大すること等が明らかになりつつある。

【０００５】なお、油循環率を０とすれば冷媒の伝熱特
性や圧力損失特性が影響されないことは自明であるが、
油循環率を０とする場合には、油分離のための装置や設
備にかかるコストが非常に大きくなるため、実際の冷凍
空調サイクル装置での実現性を鑑みると、油戻り性が確
保できる油循環率としながら、かつ冷凍空調サイクル装
置のエネルギー効率の低下を最小限に抑えられる現実的
な油循環率を設定することが有益である。

【０００６】この発明は、従来装置の上記のような問題
点を解消するためになされたもので、この発明の第１の
目的は、ＨＦＣ系冷媒等のオゾン層に対する影響が少な
い冷媒と、この冷媒と溶解しにくいアルキルベンゼン系
等の冷凍機油や冷媒とは溶解するものの従来のＨＣＦＣ
系冷媒に対する鉱油系冷凍機油の溶解性より劣るエーテ
ル系やエステル系等の冷凍機油を用いた冷凍空調サイク
ル装置において、冷凍機油の油循環率を適切な範囲に設
定、調節することにより、冷媒と冷凍機油の混合流体の
伝熱特性や圧力損失特性を改善し、エネルギー効率にも
優れた冷凍空調サイクル装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】また、この発明の第２の目的は、圧縮機の
回転数や吸入ガスの湿り度等の冷凍空調サイクル装置の
動作条件の変化に対応して油戻し量を制御することによ
り、これらの動作条件が変化しても冷凍機油の油循環率
を適切な範囲に設定、調節することができ、高いエネル
ギー効率を維持することができるとともに、油戻しに伴
う冷媒のバイパス量を必要最小限に抑えることにより、
冷媒のバイパスによる能力低下を防止できる冷凍空調サ
イクル装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、この発明の第３の目的は、油循環率
を現実的な範囲に設定することにより、油分離に要する
機器の低コスト化を図り、装置全体のコスト低減および
コンパクト化が可能な冷凍空調サイクル装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】さらに、この発明の第４の目的は、冷媒回
路中の冷媒流速を適切な値に設定することにより、油循
環率によらず、冷媒と冷凍機油の混合流体の伝熱特性や
圧力損失特性を改善することができ、エネルギー効率の
向上が可能な冷凍空調サイクル装置を提供することを目
的とする。

【００１０】また、この発明の第５の目的は、油循環率
を、凝縮器および蒸発器のそれぞれにおいて適切な値に
設定することにより、エネルギー効率のさらなる向上が
可能な冷凍空調サイクル装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る冷凍空調
サイクル装置は、上記の目的を達成するために、圧縮
機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒配管で順次接
続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイクル装置におい
て、前記冷媒回路中に、冷媒と前記冷媒に対して非相溶
もしくは難溶性である冷凍機油を封入するとともに、前
記凝縮器または前記蒸発器の少なくとも一方の前記冷凍
機油の油循環率［全質量流量（＝前記冷媒の流量＋前記
冷凍機油の流量）に対する前記冷凍機油の質量流量の比
（％）］を、０〜１％の範囲内に調整する油循環率制御
手段を設けたものである。

【００１２】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記油循環率を、０．
３％〜１％の範囲内に調整するよう構成したものであ
る。

【００１３】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷媒としてＨＦＣ系冷媒を、また、前記冷凍
機油としてアルキルベンゼン系の冷凍機油を用いたもの
である。

【００１４】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷媒としてＲ４１０Ａを用いたものである。

【００１５】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒配
管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイクル装
置において、前記冷媒回路中に、ＨＦＣ系冷媒と前記Ｈ
ＦＣ系冷媒に対して相溶性である冷凍機油を封入すると
ともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なくとも一方
の前記冷凍機油の油循環率［全質量流量（＝前記冷媒の
流量＋前記冷凍機油の流量）に対する前記冷凍機油の質
量流量の比（％）］を、０〜１．５％の範囲内に調整す
る油循環率制御手段を設けたものである。

【００１６】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記相溶性の冷凍機油
の前記油油循環率を、０．８％〜１．５％の範囲内に調
整するよう構成したものである。

【００１７】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷凍機油としてエステル系またはエーテル系
の少なくとも一方を含む冷凍機油を用いたものである。

【００１８】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷媒としてＲ４０７Ｃを用いたものである。

【００１９】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記圧縮機内に、前記油循環率制御手段を内蔵し
たものである。

【００２０】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記冷媒回路上に設け
られ、前記冷媒と前記冷凍機油を分離する油分離器と、
前記油分離器によって分離された前記冷凍機油を前記圧
縮機の吸入側に還流する油戻し回路と、前記油戻し回路
上に設けられ、前記冷凍機油の油戻し量を調整する第２
流量制御弁とを備えたものである。

【００２１】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記圧縮機内に、前記油分離器を内蔵したもので
ある。

【００２２】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記圧縮機の回転数を
検知するとともに、この回転数情報に基いて前記第２流
量制御弁を制御する検知演算制御装置を備えたものであ
る。

【００２３】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記圧縮機の吸入ガス
の湿り度を検知する吸入ガス湿り度測定手段と、前記吸
入ガス湿り度測定手段によって測定された吸入ガスの湿
り度に基いて前記第２流量制御弁を制御する検知演算制
御装置とを備えたものである。

【００２４】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記吸入ガス湿り度測定手段が、前記圧縮機から
吐出される吐出冷媒ガスの過熱度を測定することによ
り、前記吸入ガスの湿り度を検出するものである。

【００２５】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記圧縮機の吸入圧力
を検出する吸入圧力計と、前記吸入圧力計によって検出
された吸入圧力に基いて前記第２流量制御弁を制御する
検知演算制御装置とを備えたものである。

【００２６】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記圧縮機の吸入圧力
と吐出圧力の差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧
検出手段によって検出された差圧に基いて前記第２流量
制御弁を制御する検知演算制御装置とを備えたものであ
る。

【００２７】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油循環率制御手段が、前記油循環率を測定す
る油循環率計と、前記油循環率計によって測定された油
循環率に基いて前記第２流量制御弁を制御する検知演算
制御装置とを備えたものである。

【００２８】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記油分離器と前記第２流量制御弁間の前記油戻
し回路上に放熱器を設けるとともに、前記第２流量制御
弁の下流の前記油戻し回路上に、前記凝縮器と前記減圧
装置間の前記冷媒との間で熱交換する高低圧熱交換器を
設けたものである。

【００２９】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒配
管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイクル装
置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記冷媒に対し
て非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封入するとと
もに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なくとも一方の
伝熱管内の冷媒質量流速を、１２０［ｋｇ／ｍ²・ｓ］
以上とするよう構成したものである。

【００３０】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒配
管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイクル装
置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記冷媒に対し
て非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封入するとと
もに、前記冷媒回路中の冷媒ガス配管内の冷媒流速を、
６［ｍ／ｓ］以上とするよう構成したものである。

【００３１】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を冷媒配
管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイクル装
置において、前記冷媒回路中に冷媒と冷凍機油を封入す
るとともに、前記凝縮器と前記蒸発器間の前記冷媒回路
上に設けられた前記冷媒と前記冷凍機油を分離する油分
離器と、前記油分離器によって分離された前記冷凍機油
を前記圧縮機の吸入側に還流する油戻し回路と、前記油
戻し回路上に設けられ、前記冷凍機油の油戻し量を調整
する第２流量制御弁とを備えた油循環率制御手段を設
け、前記油循環率制御手段によって、前記冷凍機油の油
循環率［全質量流量（＝前記冷媒の流量＋前記冷凍機油
の流量）に対する前記冷凍機油の質量流量の比（％）］
を前記凝縮器と前記蒸発器とで異なる値に設定するよう
構成したものである。

【００３２】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷凍機油として前記冷媒に対して相溶性であ
る冷凍機油を用いるとともに、前記凝縮器における前記
油循環率を０．８％〜１．５％の範囲内に、また、前記
蒸発器における前記油循環率を１％以下に調整したもの
である。

【００３３】また、この発明に係る冷凍空調サイクル装
置は、前記冷媒としてＨＦＣ系冷媒を、また、前記冷凍
機油としてエステル系またはエーテル系の少なくとも一
方を含む冷凍機油を用いたものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１である冷凍空調サイクル装置の構成を表
す冷媒回路図であり、図に示すように、冷媒を圧縮する
圧縮機１、圧縮機１で圧縮された冷媒を冷却する凝縮器
２、凝縮器２で冷却された冷媒を等エンタルピー膨張さ
せて液化するとともに、冷媒の流量を制御する減圧装置
である第１流量制御弁３、液化した冷媒を蒸発させるこ
とにより外部を冷却する蒸発器４、を冷媒配管で順次接
続して冷媒回路を構成するとともに、この冷媒回路内に
作動流体となる冷媒として例えばＨＦＣ系冷媒のＲ４１
０Ａを、冷凍機油（以下では、冷凍機油を単に油と表現
する）としてこの冷媒に溶解しにくい（非相溶もしくは
難溶性の）アルキルベンゼン系の油を封入し、冷凍空調
サイクル装置を構成している。

【００３５】また、この冷媒回路上の圧縮機１の吐出ガ
ス配管２６上には、上記冷媒中から油を分離する油分離
器５が設けられ、油分離器５によって分離された油を油
戻し回路２７を介して圧縮機１の吸入ガス配管２５側に
戻すことにより、圧縮機１から凝縮器２や蒸発器４に過
大な量の油が流れ込まないよう構成するとともに、油戻
し回路２７上の第２流量制御弁６によって凝縮器２や蒸
発器４に流出される油循環率が変更できるよう構成され
ている。

【００３６】なお、Ｒ４１０Ａ等のＨＦＣ系冷媒に対す
るアルキルベンゼン系冷凍機油の重量溶解率は、その圧
力や温度、粘度グレードによって変化するが、上記特開
平１０−２４６５２１号公報にも記載されているよう
に、一般的な冷凍空調サイクル装置の動作条件下では、
凝縮圧力および温度においては、０．５％〜７％、蒸発
圧力および温度においては、０〜２％程度の範囲であ
る。

【００３７】以下、この図１に示した冷媒回路の動作に
ついて説明する。圧縮機１によって圧縮されたガス状の
冷媒は凝縮器２で冷却され、第１流量制御弁３によって
等エンタルピー膨張し、液化した後、蒸発器４に流入す
る。蒸発器４では、液化した冷媒が蒸発する際に周囲か
ら気化熱を奪うことによって外部を冷却し、気化した冷
媒が再度、圧縮機１に戻ることにより冷媒回路内を循環
する。また、油分離器５では、圧縮機１から吐出ガス配
管２６に吐出された冷媒中から油を分離し、この油を油
戻し回路２７によって圧縮機１の吸入ガス配管２５側に
戻すとともに、油戻し回路２７上に設けられた第２流量
制御弁６によってこの油戻し量を調整することにより、
凝縮器２や蒸発器４に流れ込む油の油循環率が制御され
る。

【００３８】図２には、この実施の形態１において用い
られる油分離器５の構造例を示す。図において、５は油
分離器であり、内部に油分離メッシュ２４を収納すると
ともに、上部には吐出ガス配管２６に接続された流入管
２１を、また、下部には凝縮器２に接続された流出管２
２と油戻し回路２７に接続された油戻し管２３が接続さ
れ、油戻し管２３の上部端面は流出管２２の上部端面よ
り下方に配置されている。こうして、流入管２１から油
分離器５に流入したガス状の冷媒と油の混合流体は、流
入管２１より断面積の大きい油分離器５容器内で減速さ
れ、油分離メッシュ２４に衝突することにより、冷媒ガ
スに含まれる油が油分離メッシュ２４に付着、落下し
て、分離され、油分離器５の容器底部に溜まる。一方、
冷媒ガスは油分離メッシュ２４を通過して、油分離器５
の下部から中程まで差し込まれた流出管２２を通って、
油分離器５の容器から凝縮器２側へと流出する。また、
油分離器５の容器底部に溜まった油は、油戻し回路２７
に接続された油戻し管２３を通って、圧縮機１の吸入側
に導かれる。

【００３９】以下、この実施の形態１の冷凍空調サイク
ル装置の試験結果について説明する。図３は、蒸発温度
０℃、冷媒質量流速１００[kg/m²・s]、冷凍機油粘度グ
レード２２[cSt,40℃]の動作条件において第２流量制御
弁６の弁開度を変化させることにより、油戻し回路２７
によって還流される油戻し量を調整し、油分離器５の下
流に流出する冷凍器油の油循環率Ｗｏ［全質量流量（＝
冷媒流量＋油流量）に対する油質量流量の比（％）］を
変化させながら、蒸発器４における冷媒熱伝達率αｉを
測定した結果であり、ここで、蒸発器４としては、プレ
ートフィンチューブ型熱交換器を用い、また、冷媒熱伝
達率は伝熱管の管内側熱伝達率を測定したものである。
図３において、油循環率が１％を境として、冷媒熱伝達
率αｉが急激に低下していることが分かる。この理由
は、蒸発器４では、冷媒の飽和温度が低いため、冷媒へ
の油の溶解率が低くなり、油循環率が高くなった場合に
蒸発できない油が冷媒と分離して管内壁に付着し、冷媒
から伝熱管へ熱を伝える際の熱抵抗になるためである。

【００４０】図４には、この実施の形態１において、上
記と同様の動作条件で油循環率を変化させた場合の蒸発
器４の入口から圧縮機１の吸入側までの冷媒の圧力損失
ΔＰの測定結果を示す。図４から、油循環率が１％を境
に冷媒圧力損失ΔＰが急激に上昇することが分かる。こ
の理由も前述と同じく、蒸発器４では冷媒の飽和温度が
低く、冷媒への油の溶解率が低下するため、油循環率が
高くなった場合に冷媒より粘度の大きい油が冷媒と分離
して管内壁に付着しているためである。

【００４１】また、上記図３および図４には、上記試験
で同時に測定された、油循環率と冷凍空調サイクル装置
のエネルギー効率（消費電力に対する能力の比を示す指
標：Coefficient Of Performance；以下ＣＯＰと記す。
この値が大きい方が装置のエネルギー効率が高い。）の
関係を示す。なお、図中、ＣＯＰは、油循環率が０の時
のＣＯＰを１００％とした場合の比で示している。図３
および図４に示すように、油循環率が１％以上になると
ＣＯＰが急激に低下しており、この冷凍空調サイクル装
置のエネルギー効率の実測結果からも、油循環率によっ
てＣＯＰが大きく影響されることが明確に示されてい
る。また、油循環率が０．５％以下であれば、油循環率
が０の時のＣＯＰとほぼ同じＣＯＰが得られ、より好ま
しくは、油循環率を０．５％以下とすべきことが分か
る。

【００４２】以上説明したように、この実施の形態１に
よれば、ＨＦＣ冷媒とこの冷媒に溶解しにくいアルキル
ベンゼン系の冷凍機油を用いた冷凍空調サイクル装置に
おいて、第２流量制御弁６により油循環率を１％以下、
あるいは、より好ましくは０．５％以下に制御するよう
構成したため、伝熱特性や圧力損失特性を低下させるこ
とがなく、冷凍空調サイクル装置のＣＯＰを高い値に維
持できる効果がある。

【００４３】また、油循環率を０にしなくとも、実用的
な油分離効率の範囲で十分な熱伝達特性と圧力損失特性
およびＣＯＰ特性を得ることができるため、油分離器５
等の油分離に必要な各機器のコンパクト化および低コス
ト化を図ることができ、装置全体のコンパクト化および
コスト低減が可能となる効果もある。特に、特開平１０
−２４６５２１号公報に記載されているように、ＨＦＣ
系冷媒とアルキルベンゼン系冷凍機油の場合には、圧縮
機１から吐出される油循環率は一般的に０．３％〜２．
０％程度であるため、油分離器５以降に流出する冷凍機
油の油循環率を０．３％以上に設定すれば、通常の油分
離器５でも十分対応でき、油分離器５の構成が容易とな
るため、低コスト化およびコンパクト化の点で大きな利
点となる。

【００４４】なお、上記実施の形態１では、油循環率を
制御する方法として、第２流量制御弁６によって油戻し
量を調整する例を示したが、図２に示した油分離器５で
は、油分離メッシュ２４のメッシュ粗さや、メッシュの
重ね厚み、油分離器５の断面積の変化による冷媒流速の
変化、流入管２１と流出管２２の距離、油分離器５の高
さ、等によって油分離効率を変更することができ、これ
らをそれぞれ最適化することにより、所定の油分離効率
を得ることができるため、この油分離器５の油分離効率
を調整することによって、上記した第２流量制御弁６を
用いずとも、油循環率を適切な範囲に調整することがで
きる。

【００４５】また、油戻し量を制御するのではなく、圧
縮機１から吐出される油の流出量自体を制御するよう構
成してもよく、例えば、圧縮機１の構造が油吐出量を少
なくするよう設計（例えば、圧縮機内で油分離を行うな
ど）され、油循環率が１％以下となるような場合には、
外部の油分離器５や油戻し回路２７等も不要であり、こ
の場合、装置の一層のコンパクト化が可能となる効果も
ある。また、油分離器５や油戻し回路２７等を設ける場
合であっても、これらの機器を圧縮機１の内部に収納す
れば、装置のコンパクト化が可能となる。

【００４６】さらに、この他、油循環率を１％以下に制
御できるものであれば、油循環率の制御手段の構成にか
かわらず、上記実施の形態１と全く同様の効果を奏する
ことは明らかである。

【００４７】また、上記したように、油循環率の増大に
伴って生じる熱伝達特性および圧力損失特性の劣化が蒸
発器４での油の分離、すなわち、冷媒中への油の溶解特
性に依存する（後述するように、熱伝達特性および圧力
損失特性は冷媒流速にも依存する）ものであることか
ら、ＨＦＣ系冷媒に対してアルキルベンゼン系冷凍機油
と同等の溶解特性を有する非相溶もしくは難溶性の冷凍
機油であれば、上記図３および図４と同様の熱伝達特
性、圧力損失特性およびＣＯＰ特性を示すものと予想さ
れ、従って、このような冷凍機油においても、油循環率
を１％以下、より好ましくは、０．５％以下に制御する
ことにより、上記実施の形態１と全く同様の効果を奏す
ることができる。

【００４８】また、上記実施の形態１では、実際の試験
結果に基いて油循環率の制御範囲を０〜１％とした例を
示したが、上記の議論から明らかように、油循環率を各
熱交換器、すなわち、蒸発器４や凝縮器２における冷媒
に対する油の溶解率以下とするよう制御しても、同様の
効果を得ることができる。

【００４９】さらに、上記実施の形態１では、圧縮機１
と凝縮器２の間に油分離器５を設け、凝縮器２以降の冷
媒回路における油循環率を１％以下に制御するよう構成
したが、油分離器５を凝縮器２の下流に配置し、蒸発器
４の油循環率のみを１％以下としてもよく、凝縮器２ま
たは蒸発器４の少なくとも一方の油循環率を１％以下に
制御することにより、ＣＯＰ特性の低下を防止すること
ができる。また、上記図１においては、減圧装置とし
て、第１流量制御弁３を用いた例を示したが、いわゆる
キャピラリーチューブ等でもよいことはもちろんであ
る。

【００５０】実施の形態２．上記したように、冷凍空調
サイクル装置の伝熱特性や圧力損失特性を維持するため
には、油戻し回路２７によって油を圧縮機１の吸入側に
還流し、油循環率を常に１％以下に調整する必要があ
る。しかしながら、油分離器５で油分離をすると、油だ
けでなく、圧縮された冷媒もバイパスされてしまうた
め、油戻し量が多くなると凝縮器２や蒸発器４を流れる
冷媒流量が減少して、冷凍空調サイクル装置の能力低下
を引き起こす恐れがある。従って、この油戻し量は油循
環率を１％以下とする範囲でできるだけ絞ることが望ま
しい。一方、圧縮機１の回転数が可変できる冷凍空調サ
イクル装置においては、一般に、図５中の破線で示すよ
うに、圧縮機１の回転数が高くなり、冷媒流量（冷媒流
速）が大きくなるほど冷媒吐出量に対する圧縮機１から
の相対的な油吐出量が増加し、油循環率が高くなる特性
を有しているため、このような回転数可変の圧縮機１を
備えた冷凍空調サイクル装置においては、第２流量制御
弁６の開度を圧縮機１の回転数に応じて調整し、油循環
率Ｗｏが図５中の実線のようになるよう油戻し量を制御
する必要がある。

【００５１】図６には、この発明の実施の形態２とし
て、上記のような課題を解決するための冷凍空調サイク
ル装置の構成を表す冷媒回路図を示す。図において、７
は圧縮機１の回転数（Ｈｚ）を検知し、この回転数に基
いて現在の油循環率Ｗｏを推定し、油循環率が１％以下
となるように第２流量制御弁６の開度を調節する検知演
算制御装置である。なお、冷媒回路に用いた冷媒と油は
実施の形態１と全く同一であり、また、図中、図１と同
一または相当部分は同一符号を付し、説明を省略する。

【００５２】以下、この実施の形態２の動作について説
明する。この冷凍空調サイクル装置の稼動期間中、検知
演算制御装置７は圧縮機１の回転数（Ｈｚ）を検出し、
この回転数情報に基いて現状の油循環率（Ｗｏ）を推測
する。なお、回転数情報から油循環率を推測する方法と
しては、例えば、事前に、圧縮機１を単独で回転させ、
圧縮機１から吐出される油循環率の回転数依存性を測定
し、この油循環率と回転数との関係を検知演算制御装置
７に記憶させておくことにより、この回転数情報から実
際の冷凍空調サイクル装置での油循環率を推定すること
ができる。こうして、現状の油循環率（Ｗｏ）が推定さ
れると、続いて、検知演算制御装置７は、この油循環率
の推測値に基いて第２流量制御弁６の開度を調節し、油
分離器５からの油戻し量を調整することにより、油循環
率が常に１％以下となるよう制御する。

【００５３】以上説明したように、この実施の形態２に
よれば、圧縮機１の回転数に応じて第２流量制御弁６の
開度を制御する検知演算制御装置７を備えたため、例え
ば、圧縮機１から吐出される油の相対量が増大する高回
転数域において、第２流量制御弁６の開度を大きくし、
油戻し量を大きくすることにより、熱交換器に流入する
油循環率を常に１％以下に設定できるとともに、圧縮機
１から吐出される油の相対量が小さな低回転数域におい
ては第２流量制御弁６の開度を小さくすることにより必
要以上の油分離を避け、冷媒のバイパス量を最小限に抑
えることができるため、圧縮機１の回転数が変化しても
冷凍空調サイクル装置を高いＣＯＰで運転することが可
能になるとともに、冷媒のバイパスによる能力低下を防
止することができる効果がある。

【００５４】また、油分離器５での油分離を必要最小限
とすることができるため、油分離器５の油分離効率を１
００％近くまで上げる必要がなく、油分離器５の低コス
ト化が可能となる効果もある。

【００５５】なお、図６では、検知演算制御装置７とし
て、圧縮機１の回転数を検知する機能、圧縮機１の回転
数から油循環率を推定する機能および油循環率に基いて
第２流量制御弁６の開度を調節する機能を一体に構成し
た例を示したが、それぞれの機能を、検知装置、演算装
置および制御装置として別体に構成してもよい。

【００５６】実施の形態３．図７には、この発明の実施
の形態３である冷凍空調サイクル装置の構成を表す冷媒
回路図を示す。この実施の形態３は、上記実施の形態２
に、圧縮機１の吸入ガス（冷媒）の湿り度Ｙ（過熱ガス
領域の過熱度を含む）を検知する吸入ガス湿り度測定手
段として、吸入ガス湿り度計９を設けたものであり、吸
入ガス湿り度計９によって検出された湿り度が検知演算
制御装置７に入力されるよう構成されている。なお、こ
の実施の形態３の冷媒回路に用いた冷媒と油は実施の形
態２と全く同一であり、また、図中、図６と同一または
相当部分は同一符号を付し、説明を省略する。

【００５７】以下、この実施の形態３の動作について説
明する。図８中の破線で示すように、一般に、冷凍空調
サイクル装置では、圧縮機１の吸入ガス（冷媒）の湿り
度が大きくなるほど圧縮機１から吐出される油の吐出量
が増加し、油循環率が高くなる特性を有する。そこで、
この実施の形態３では、吸入ガス湿り度計９が圧縮機１
の吸入ガスの湿り度Ｙを検知し、この湿り度Ｙに基いて
検知演算制御装置７が油循環率Ｗｏを推測し、第２流量
制御弁６の開度を調節することにより、油分離器５から
の油戻し量を制御し、油循環率Ｗｏが常に１％以下にな
るよう調整されている。なお、吸入ガスの湿り度Ｙから
油循環率Ｗｏを推測する方法としては、例えば、事前
に、圧縮機１単独で吸入ガスの湿り度と油循環率の関係
を測定しておき、この試験結果を検知演算制御装置７に
記憶させておいて、実際の冷凍空調サイクル装置におけ
る油循環率を推定するよう構成しておけばよい。

【００５８】以上説明したように、この実施の形態３に
よれば、油循環率に影響を与える圧縮機１の吸入ガスの
湿り度Ｙに応じて第２流量制御弁６の開度を制御する検
知演算制御装置７を備えたため、例えば、湿り度Ｙの増
加に伴って圧縮機１から吐出される油の相対量が増大し
ても、第２流量制御弁６の開度を大きくし、油戻し量を
大きくすることにより、熱交換器に流入する油循環率を
常に１％以下に設定できるため、動作条件の変動等によ
って湿り度が変化しても冷凍空調サイクル装置を高いＣ
ＯＰで運転することが可能となる効果がある。また、湿
り度Ｙが低い動作条件下では、第２流量制御弁６の開度
を小さくすることにより必要以上の油分離を避け、冷媒
のバイパス量を最小限に抑えることができるため、湿り
度Ｙが変化するような動作環境下でも、冷媒のバイパス
による能力低下を防止することができる効果がある。

【００５９】さらに、この実施の形態３では、実施の形
態２と同様に、検知演算制御装置７が圧縮機１の回転数
によっても第２流量制御弁６の開度を制御するよう構成
されているため、上記実施の形態２と全く同様の効果が
得られるとともに、圧縮機１の回転数と吸入ガスの湿り
度Ｙの両方を考慮して油循環率を制御できるため、油循
環率の制御精度がより高くなる効果がある。

【００６０】なお、上記図７では、吸入ガス湿り度測定
手段として、圧縮機１の吸入側に設置した吸入ガス湿り
度計９によって圧縮機１の吸入ガスの湿り度Ｙを検出す
るよう構成した例を示したが、例えば、図９に示すよう
に、圧縮機１の吐出側に吐出ガス（冷媒）の過熱度を検
知する吐出ガス過熱度計１０を設け、吐出ガスの過熱度
から吸入ガスの湿り度Ｙを算出するよう構成してもよ
く、この場合、圧縮機１から吐出される吐出ガスの温度
を温度サーミスタ等によって測定することにより、圧力
飽和温度との温度差から過熱度を検知することができ
る。

【００６１】実施の形態４．図１０には、この発明の実
施の形態４である冷凍空調サイクル装置の構成を表す冷
媒回路図を示す。図において、１１は圧縮機１の吸入側
の吸入圧力を検出する吸入圧力計、１２は圧縮機１の吐
出側の吐出圧力を検出する吐出圧力計であり、各圧力計
によって検出された圧力が検知演算制御装置７に入力さ
れるよう構成されている。なお、この実施の形態４の冷
媒回路に用いた冷媒と油は実施の形態２と全く同一であ
り、また、図中、図６と同一または相当部分は同一符号
を付し、説明を省略する。

【００６２】以下、この実施の形態４の動作について説
明する。一般に、冷凍空調サイクル装置では、圧縮機１
の吸入圧力と吐出圧力の差圧が大きくなるほど、また、
圧縮機１の吸入圧力が高いほど油吐出量が増加し、油循
環率が高くなる特性を有する。そこで、この実施の形態
４においては、吸入圧力計１１および吐出圧力計１２
が、それぞれ、圧縮機１の吸入圧力と吐出圧力を検知
し、これらの圧力情報に基いて検知演算制御装置７が油
循環率Ｗｏを推測し、第２流量制御弁６の開度を調節す
ることにより、油分離器５のからの油戻し量を制御し
て、油循環率Ｗｏを１％以下とするよう動作する。な
お、この場合の油循環率の推測方法としては、例えば、
事前に、圧縮機１単独での圧力変化と油循環率の関係を
測定しておき、この情報を検知演算制御装置７に記憶さ
せておいて、実際の冷凍空調サイクル装置での油循環率
の推定に用いるよう構成すればよい。

【００６３】以上説明したように、この実施の形態４に
よれば、吸入圧力と吐出圧力の測定結果に基いて第２流
量制御弁６の開度を制御する検知演算制御装置７を備え
たため、動作条件の変動等によって冷媒回路の動作圧力
が変化しても油循環率を常に１％以下に設定でき、冷凍
空調サイクル装置を高いＣＯＰで運転することが可能に
なる効果がある。

【００６４】なお、上記図１０に示した実施の形態４に
おいては、圧縮機１の吸入側と吐出側の両方の圧力を検
知する例を示したが、これらの差圧だけ、もしくは、吸
入側の圧力だけを検知するよう構成してもよい。また、
上記実施の形態２や実施の形態３において、圧縮機１の
吸入圧力と吐出圧力を検知するよう構成し、圧力情報と
回転数情報および吸入ガスの湿り度情報とに基いて、検
知演算制御装置７が油循環率Ｗｏを推測するよう構成す
れば、油循環率をより高精度に検出できる。

【００６５】また、上記実施の形態４では、吸入圧力計
１１および吐出圧力計１２により吸入圧力および吐出圧
力を測定するよう構成していたが、温度サーミスタ等の
温度センサによって飽和温度を測定し、この飽和温度か
ら吸入圧力および吐出圧力を推定するよう構成してもよ
く、この場合、圧力センサに比べて温度センサの方が安
価であるため、機器の低コスト化が可能となる効果があ
る。

【００６６】実施の形態５．図１１には、この発明の実
施の形態５である冷凍空調サイクル装置の構成を表す冷
媒回路図を示す。図において、８は凝縮器２と第１流量
制御弁３間に設けられ、冷媒回路内を流れる油の油循環
率を検出する油循環率計であり、検知演算制御装置７
が、この油循環率計８で検出された油循環率に基いて第
２流量制御弁６の開度を調節し、油分離器５からの油戻
し量を制御して、油循環率を１％以下とするよう構成さ
れている。なお、この実施の形態５の冷媒回路に用いた
冷媒と油は実施の形態２と全く同一であり、また、図
中、図６と同一または相当部分は同一符号を付し、説明
を省略する。

【００６７】以上説明したように、この実施の形態５に
よれば、冷媒回路中を流れる油の油循環率を直接測定す
る油循環率計８と、この測定結果に基いて第２流量制御
弁６の開度を制御する検知演算制御装置７を備えたた
め、冷媒回路の動作条件が変化しても油循環率を常に１
％以下に設定でき、冷凍空調サイクル装置を高いＣＯＰ
で運転することが可能になる効果がある。

【００６８】また、圧縮機１の回転数等から推定する場
合に比べて油循環率Ｗｏの測定精度および制御精度が高
くなるとともに、圧縮機１の回転数等から油循環率を推
測するための演算装置が不要となって機器の低コスト化
が可能となる効果がある。

【００６９】なお、図１１では、油循環率計８を凝縮器
２の出口に設置した例を示したが、冷媒回路中であれ
ば、設置位置は凝縮器２の出口に限定されるものではな
い。また、実施の形態２ないし実施の形態４の冷凍空調
サイクル装置に油循環率計８を設け、圧縮機１の回転数
や圧縮機１の吸入ガスの湿り度、圧縮機１の吸入圧力と
吐出圧力、等の情報も含めて油循環率を制御するよう構
成してもよい。

【００７０】実施の形態６．図１２には、この発明の実
施の形態６による冷凍空調サイクル装置の構成を表す冷
媒回路図を示す。この実施の形態６は、実施の形態１に
おいて、油分離器５によって冷媒の一部が油の還流とと
もに圧縮機１の吸入側に戻される際に、圧縮機１によっ
て圧縮された冷媒の持つエンタルピーをメインの冷媒回
路に回収するよう構成したものであり、図１２におい
て、１３は油分離器５と第２流量制御弁６の間の油戻し
回路２７上に設けられた放熱器、１４は油戻し回路２７
の第２流量制御弁６の下流に設けられ、凝縮器２の出口
側の冷媒と熱交換する高低圧熱交換部である。なお、こ
の実施の形態６の冷媒回路に用いた冷媒と油は実施の形
態１と全く同一であり、また、図中、図１と同一または
相当部分は同一符号を付し、説明を省略する。

【００７１】以下、図１２によりこの実施の形態６の動
作について説明する。油分離器５から油戻し回路２７に
流れ込んだ圧縮冷媒ガスは、メインの冷媒回路における
凝縮器２に相当する放熱器１３を通過する間に冷却さ
れ、第２流量制御弁６によって減圧され、低温の冷媒と
なって高低圧熱交換部１４に流入する。そして、高低圧
熱交換部１４で、メインの冷媒回路の凝縮器２を出た冷
媒と熱交換（冷却）することによって、第１流量制御弁
３に流れ込むメインの冷媒回路中の冷媒の過冷却度を上
昇させ、メインの冷媒回路の能力を向上させる。

【００７２】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、油戻し回路２７上に放熱器１３と高低圧熱交換部１
４を設け、油分離器５から油戻し回路２７に流れ込んだ
圧縮冷媒ガスを第２流量制御弁６によって減圧し、低温
となった冷媒で第１流量制御弁３に流れ込むメインの冷
媒回路中の冷媒を冷却するよう構成したため、油戻し回
路２７上を流れる冷媒のエネルギーを回収してメインの
冷媒回路の能力を向上させることができ、油分離にとも
なう冷媒のバイパスによる能力低下を防止することがで
きる

【００７３】また、蒸発器４では、油戻し回路２７に冷
媒がバイパスした分だけ冷媒流量が減少するが、上記の
過冷却によってエンタルピー差が増大することにより、
冷媒流量が減少しても蒸発能力が確保でき、一方、冷媒
流量の減少によって冷媒の圧力損失が減少することから
ＣＯＰも向上する。

【００７４】なお、上記図１２では、放熱器１３と凝縮
器２とを別体で構成した例を示したが、放熱器１３と凝
縮器２の外部への放熱部分は一体に構成してもよい。

【００７５】また、上記実施の形態２ないし実施の形態
５に示した冷凍空調サイクル装置に上記の放熱器１３お
よび高低圧熱交換部１４を設けてもよく、全く同様の効
果が得られる。

【００７６】実施の形態７．上記実施の形態１ないし実
施の形態５では、油循環率と冷媒熱伝達率特性、冷媒圧
力損失特性およびＣＯＰとの関係に基いて、冷媒回路に
流れる油循環率を調整することにより冷凍空調サイクル
装置のＣＯＰの低下を防止する方法について説明してき
た。しかしながら、油循環率を１％以下、より好ましく
は、０．５％以下といった低い値にするためには、油の
戻し量を増加させる必要があり、上記した冷媒のバイパ
スによる冷却能力の低下の点で必ずしも得策ではない。
また、油分離器５での油分離効率も向上させる必要があ
るため、油分離器５のコストが高くなるといった問題点
も新たに発生する。

【００７７】そこで、以下では、油循環率以外の、例え
ば、蒸発器４や吸入ガス配管２５での冷媒流速を調整す
ることにより冷凍空調サイクル装置のＣＯＰの低下を防
止する方法について説明する。まず、図１３および図１
４には、それぞれ、この実施の形態７である冷凍空調サ
イクル装置のＣＯＰおよび蒸発器における冷媒熱伝達率
（αｉ）とこの蒸発器における冷媒質量流速との関係を
表す特性図を示す。なお、この発明の実施の形態７の冷
媒回路の構成や動作は、図１の実施の形態１と全く同一
であるため、説明を省略する。

【００７８】図１３は、蒸発温度０℃、冷凍機油粘度グ
レード２２[cSt,40℃]の動作条件において、油循環率を
０％から１％まで変化させたときの、蒸発器４の伝熱管
における冷媒質量流速とＣＯＰの関係を測定した結果で
あり、図１３より、油循環率が１％であっても伝熱管内
の冷媒質量流速が１２０[kg/m²・s]以上であれば、油循
環率が０％〜０．５％の時のＣＯＰと同等となることが
分かる。また、上記と同じ動作条件で測定された冷媒熱
伝達率についても、図１４より、冷媒質量流速が１２０
[kg/m²・s]以上であれば、０％〜１％の範囲でほぼ同等
の値を有しており、以上より、伝熱管内での冷媒質量流
速を１２０[kg/m²・s]以上とするこの実施の形態７によ
れば、油循環率が１％でも、油循環率が０％〜０．５％
の時の冷媒熱伝達率（αｉ）およびＣＯＰを達成するこ
とができる。

【００７９】こうして、この実施の形態７によれば、蒸
発器４の伝熱管内での冷媒質量流速を１２０[kg/m²・s]
以上とすることにより、油循環率が大きい領域において
もＣＯＰを維持することができるため、油の戻し量を増
加させる必要がなく、冷媒のバイパスによる冷却能力の
低下の防止や油分離器５の低コスト化が可能になるとい
った効果がある。

【００８０】なお、このように冷媒質量流速により熱伝
達特性およびＣＯＰの特性が変化した要因としては、冷
媒と分離して伝熱管内壁に付着した油膜の厚さが冷媒質
量流速の増加とともに薄くなり、冷媒から伝熱管へ熱を
伝える際の熱抵抗が減少したためと推測される。また、
このことから、上記実施の形態７では、蒸発器４におけ
る冷媒質量流速と冷媒熱伝達率およびＣＯＰの関係につ
いて説明したが、凝縮器２では、冷媒の温度が高く、油
の粘度も低くなっていることから、蒸発器４と同一流速
時の伝熱管内の油膜厚さは蒸発器４より薄くなってお
り、従って、凝縮器２の伝熱管においても冷媒質量流速
を１２０[kg/m²・s]以上とすることにより、十分な冷媒
熱伝達率およびＣＯＰが得られる。

【００８１】また、このような冷媒質量流速を達成する
方法としては、実際の冷凍空調サイクル装置の設計時
に、伝熱管における冷媒質量流速が１２０[kg/m²・s]以
上となるように、伝熱管の内径や蒸発器４および凝縮器
２の冷媒流路のパス数を調整したり、あるいは、圧縮機
１の回転数を設定するなどすればよい。

【００８２】実施の形態８．次に、図１５および図１６
には、それぞれ、吸入圧力０．７[MPa]、冷凍機油粘度
グレード２２[cSt,40℃]の動作条件において測定され
た、この発明の実施の形態８である冷凍空調サイクル装
置のＣＯＰおよび吸入ガス配管２５の両端間の冷媒圧力
損失（ΔＰ）と吸入ガス配管２５内における冷媒流速と
の関係を表す特性図を示す。なお、この実施の形態７の
冷媒回路の構成や動作については、図１の実施の形態１
と全く同一であるため、説明を省略する。

【００８３】図１５は、油循環率を０％から１％まで変
化させたときの、吸入ガス配管２５内の冷媒流速とＣＯ
Ｐの関係を測定した結果であり、図１５より、油循環率
が１％であっても吸入ガス配管２５内の冷媒流速が６[m
/s]以上であれば、油循環率が０％〜０．５％の時のＣ
ＯＰと同等となることが分かる。また、図１６より、吸
入ガス配管２５の両端間の冷媒圧力損失（ΔＰ）につい
ても、冷媒流速が６[m/s]以上であれば、０％〜１％の
範囲でほぼ同等の値を有しており、以上より、吸入ガス
配管２５内の冷媒流速を６[m/s]以上とするこの実施の
形態８によれば、油循環率が１％でも、油循環率が０％
〜０．５％の時の冷媒圧力損失（ΔＰ）およびＣＯＰを
達成することができる。

【００８４】こうして、この実施の形態８によれば、油
循環率が大きい領域においてもＣＯＰを維持することが
できるため、油の戻し量を増加させる必要がなく、冷媒
のバイパスによる冷却能力の低下の防止や油分離器５の
低コスト化が可能になるといった効果がある。

【００８５】なお、上記実施の形態８では、吸入ガス配
管２５内の冷媒流速を変化させた場合について説明した
が、吐出ガス配管２６についても、図１５に示すような
油循環率をパラメータとした測定を行なった結果、冷媒
流速に対するＣＯＰへの寄与は認められなかった。これ
は、吐出ガス配管２６では、吸入ガス配管２５より冷媒
密度が大きく、冷媒温度も高く、しかも、油粘度が低い
ことから、吸入ガス配管２５に比べて油の冷媒圧力損失
への寄与が小さいためであり、従って、冷媒回路中のど
の冷媒ガス配管（ガス状態の冷媒が流動する部分）にお
いても、その冷媒流速を６[m/s]以上とすれば、ＣＯＰ
を向上させることができる。

【００８６】また、このように、冷媒流速によって熱伝
達特性およびＣＯＰの特性が変化した要因としては、冷
媒と分離して吸入ガス配管２５の内壁に付着した油膜の
厚さが冷媒流速の増加とともに薄くなり、冷媒より粘度
が高い油による管内圧力損失増加の影響が小さくなるた
めと推測される。

【００８７】なお、実際の冷凍空調サイクル装置の設計
時には、各配管の内径調整や冷媒流路パス数の調整ある
いは圧縮機１の回転数制御を行い、配管の方向（水平、
垂直）等によらずに、冷媒ガス配管中の冷媒流速が６[m
/s]以上となるよう設計する必要がある。

【００８８】なお、上記実施の形態１ないし実施の形態
８に示した冷凍空調サイクル装置では、冷媒としてＨＦ
Ｃ系冷媒のＲ４１０Ａを、冷凍機油としてアルキルベン
ゼン系の冷凍機油を用いた例を示したが、オゾン層の保
護の観点からは、冷媒として、この他、ＨＦＣ系冷媒で
ある、Ｒ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ１４、Ｒ１
４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅａ、Ｒ２３、Ｒ２３６
ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ
３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などやこれら冷媒の数種の混
合冷媒であるＲ４０７Ａ、Ｒ４０７Ｂ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ
４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５
０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂなどを用いてもよく、
また、ＨＣ系の冷媒であるブタン、イソブタン、エタ
ン、プロパン、プロピレンなどやこれら冷媒の数種の混
合冷媒、さらには、自然冷媒（空気、炭酸ガス、アンモ
ニアなどや、これら冷媒の数種の混合冷媒）を用いるこ
ともできる。また、冷凍機油については、これらの各種
冷媒に対して非相溶または難溶性の冷凍機油であれば、
鉱油系の冷凍機油などを用いてもよい。なお、上記実施
の形態１ないし実施の形態８に示した冷凍空調サイクル
装置では、冷凍機油として前述した各種冷媒に対して非
相溶または難溶性の冷凍機油を用いているので、冷凍機
油に溶解する冷媒量が減少し、装置に充填する冷媒量を
削減することができ、オゾン層の保護や地球温暖化防止
の観点でより効果がある。

【００８９】実施の形態９．図１７には、この発明の実
施の形態９である冷凍空調サイクル装置の構成を表す冷
媒回路図を示す。この実施の形態９は、実施の形態１の
図１と全く同様の冷媒回路において、作動流体となる冷
媒にＨＦＣ系冷媒のＲ４０７Ｃを、冷凍機油として、こ
の冷媒に溶解するエステル系冷凍機油を用いたものであ
り、冷凍機油が冷媒に対して相溶性を有する点で実施の
形態１と異なっている。なお、図１７において、図１と
同一または相当部分は同一符号を付し、説明を省略す
る。また、各構成要素および冷凍空調サイクル装置とし
ての基本的な動作も、実施の形態１と全く同様であるた
め説明を省略し、以下では、この実施の形態９の冷凍空
調サイクル装置の試験結果について説明する。

【００９０】図１８および図１９に、蒸発温度０℃、冷
媒質量流速１００[kg/m²・s]、冷凍機油粘度グレード３
２[cSt,40℃]の動作条件において測定した、この実施の
形態９の冷凍空調サイクル装置の試験結果を示す。図１
８は、図３と同様に、第２流量制御弁６の弁開度を変化
させることにより、油戻し回路２７によって還流される
油戻し量を調整し、油循環率［全質量流量（＝冷媒流量
＋油流量）に対する油質量流量の比（％）］を変化させ
ながら、蒸発器４での冷媒熱伝達率αｉを測定した結果
であり、ここで、蒸発器４としては、プレートフィンチ
ューブ型熱交換器を用い、また、冷媒熱伝達率は伝熱管
の管内側熱伝達率を測定したものである。図１８より、
油循環率が０％から増大するにつれて冷媒熱伝達率αｉ
が向上しており、油循環率が略２％以下の範囲では、油
循環率が０％の時より冷媒熱伝達率が大きくなり、伝熱
促進効果が認められる。特に、油循環率が１．０％の時
には、冷媒熱伝達率αｉが最大値を有することが分か
る。

【００９１】また、図１９には、油循環率を変化させた
時の蒸発器４の入口から圧縮機１の吸入側までの冷媒の
圧力損失ΔＰの測定結果を示す。図１８から、図４と同
様に、油循環率が１％を境に冷媒圧力損失ΔＰが急激に
増加することが分かる。

【００９２】図１８および図１９には、同時に測定した
油循環率と冷凍空調サイクル装置のＣＯＰとの関係も示
す。図より、この実施の形態９による冷凍空調サイクル
装置では、前記した冷媒熱伝達率の伝熱促進効果によ
り、油循環率が１％の時に、油循環率が０％の時のＣＯ
Ｐに対して最大約１．２倍のＣＯＰが得られるととも
に、油循環率が略０．８％〜略１．５％の範囲では、油
循環率が０の時のＣＯＰ（１００％）を上回るＣＯＰが
得られることが分かる。なお、油循環率が０〜０．８％
の範囲でＣＯＰが１００％を下回るのは、冷媒熱伝達率
の伝熱促進効果より図１９に示した冷媒圧力損失の増大
の影響が大きいためであり、また、油循環率が１．５％
以上では、冷媒熱伝達率の減少と冷媒圧力損失の急激な
増大によってＣＯＰが低下するものと考えられる。

【００９３】以上説明したように、この実施の形態９に
よれば、ＨＦＣ系冷媒とこの冷媒と相溶性を有するエス
テル系冷凍機油を用いた冷凍空調サイクル装置におい
て、第２流量制御弁６により油循環率を略０．８％〜略
１．５％の範囲、好ましくは、１．０％程度（０．９％
〜１．２％では、油循環率が０％の時に比べて、１．１
倍以上のＣＯＰが得られる）に制御するよう構成したた
め、伝熱特性が向上し、冷凍空調サイクル装置のＣＯＰ
が向上する効果がある。

【００９４】また、油循環率を略０．８％〜略１．５％
の範囲としたため、実用的な油分離効率の範囲で十分な
熱伝達特性と圧力損失特性およびＣＯＰ特性を得ること
ができるため、油分離器５等の油分離に必要な各機器の
コンパクト化および低コスト化を図ることができ、装置
全体のコンパクト化およびコスト低減が可能となる効果
もある。

【００９５】なお、上記実施の形態９では、油循環率を
略０．８％〜略１．５％の範囲に設定することにより、
油循環率が０％の時よりＣＯＰを向上させた例を示した
が、図１８に示すように、油循環率が０％〜０．８％の
範囲においても、油循環率が０％の時の約９５％のＣＯ
Ｐを得ることができるため、油循環率が０％の時のＣＯ
Ｐをほぼ維持する観点からは、油循環率を０〜１．５％
の範囲で制御するよう構成してよく、この場合、制御範
囲が拡がるため、油循環率の制御が容易となる効果があ
る。

【００９６】また、上記実施の形態９では、油循環率を
制御する方法として、第２流量制御弁６によって油戻し
量を調整する例を示したが、図２に示した油分離器５で
は、油分離メッシュ２４のメッシュ粗さや、メッシュの
重ね厚み、油分離器５の断面積の変化による冷媒流速の
変化、流入管２１と流出管２２の距離、油分離器５の高
さ、等によって油分離効率を変更することができ、これ
らをそれぞれ最適化することにより、所定の油分離効率
を得ることができるため、この油分離器５の油分離効率
を調整することによって、上記した第２流量制御弁６を
用いずとも、油循環率を適切な範囲に調整することがで
きる。

【００９７】また、例えば、圧縮機１のシェル内部に圧
縮機１の回転数に応じて油分離効率が変化する機構を内
蔵した油分離器を設け、この油分離器が圧縮機１のシェ
ルから流出する油吐出量を調整することにより、油の吐
出量が少ない低回転数域から吐出量が大となる高回転数
域まで、冷媒回路中に流出する油循環率が常に０．８％
〜１．５％とするような、油吐出量を制御する構造や機
構を圧縮機１内に設けてもよい。

【００９８】さらに、上記実施の形態９に、上記実施の
形態２ないし実施の形態５で説明した検知演算制御装置
７等の各機器を適用すれば、圧縮機１の回転数変動や吸
入ガスの湿り度の変化等に対応して、油循環率を、常
に、上記した適切な範囲に制御することができ、それぞ
れ、実施の形態２ないし実施の形態５と同様の効果を得
ることができる。

【００９９】また、実施の形態６と同様に、油戻し回路
２７上に放熱器１３と高低圧熱交換器１４を設け、油分
離器５によってバイパスされた冷媒の持つエネルギーを
メインの冷媒回路に回収するよう構成すれば、冷凍空調
サイクル装置のＣＯＰを一層向上させることができる。

【０１００】なお、伝熱管内や冷媒ガス配管内の冷媒流
速が冷凍空調サイクル装置のＣＯＰに与える影響につい
て、実施の形態７および実施の形態８と同様に、実施の
形態９の構成においても油循環率が高い場合（１．０〜
２．０％）について実験的に確認したが、冷媒流速によ
る顕著な差は認められなかった。従って、上記図１８お
よび図１９に示した油循環率とＣＯＰとの関係は冷媒流
速に依存しないものであり、油循環率を略０．８％〜略
１．５％、好ましくは、１％程度に制御すれば、冷媒流
速によらず上記と同様の効果が得られる。

【０１０１】実施の形態１０．上記実施の形態９では、
冷媒としてＨＦＣ系冷媒のＲ４０７Ｃを、また、冷凍機
油としてこの冷媒に対して相溶性を有するエステル系の
冷凍機油を用いた場合の試験結果について説明したが、
上記Ｒ４０７Ｃ冷媒とこの冷媒に対して相溶性を有する
エーテル系冷凍機油を用いた試験でも、上記と全く同様
の特性が得られており、油循環率を略０．８％〜略１．
５％の範囲、より好ましくは、１％程度に制御すること
により、冷凍空調サイクル装置のＣＯＰを向上させるこ
とができる。

【０１０２】実施の形態１１．図２０には、この発明の
実施の形態１１である冷凍空調サイクル装置の構成を表
す冷媒回路図を示す。この実施の形態１１では、図１７
の実施の形態９の冷媒回路と比べて、油分離器５を凝縮
器２と蒸発器４の間に設置した点、および、圧縮機１か
ら吐出される油循環率を１％前後に設定した点に特徴が
ある。なお、冷媒および冷凍機油は実施の形態９と全く
同一であり、図中、図１７と同一または相当部分は同一
符号を付し、説明を省略する。

【０１０３】以下、この実施の形態１１における油分離
器５の配置位置の効果について説明する。一般に、冷媒
回路における圧力損失は、低圧側である蒸発器４での冷
媒圧力損失ΔＰの方が、高圧側である凝縮器２での冷媒
圧力損失ΔＰより大きい。また、冷媒熱伝達率αｉがＣ
ＯＰに与える影響の度合いについては、凝縮熱伝達率が
向上することによって冷凍サイクルの高圧側圧力が低下
する効果の方が、蒸発熱伝達率の向上によって低圧側圧
力が上昇する場合に比べて、ＣＯＰ向上への寄与が大き
いため、凝縮器２の冷媒熱伝達率αｉを上げる方が蒸発
器４の冷媒熱伝達率αｉを改善するより効果的である。

【０１０４】一方、この実施の形態１１における油循環
率と蒸発器４での冷媒熱伝達率αｉおよび冷媒圧力損失
ΔＰの関係は、図１８および図１９と全く同様であり、
油循環率が１％前後において冷媒熱伝達率αｉが最大と
なり、冷媒圧力損失ΔＰは油循環率とともに急激に増大
する特性を有する。従って、圧力損失が小さく、冷媒熱
伝達率のＣＯＰに対する影響度が大きい凝縮器２におい
ては、油循環率を１％前後に設定して熱伝達を促進し、
圧力損失が大きく、ＣＯＰに与える冷媒熱伝達率の影響
が小さい蒸発器４においては、油循環率をできるだけ低
く設定して圧力損失を減少させるよう構成することによ
り、実施の形態９に比べて、ＣＯＰを一層向上させるこ
とができる。

【０１０５】こうして、この実施の形態１１では、油分
離器５を凝縮器２と蒸発器４の間に設置したため、凝縮
器２における油循環率と蒸発器４における油循環率を別
の値に設定でき、圧縮機１の設計および第２流量制御弁
６の開度調整によって凝縮器２および蒸発器４の油循環
率を各熱交換器に適した油循環率に制御することによ
り、冷凍空調サイクル装置のＣＯＰを一層向上させるこ
とができる。

【０１０６】特に、上記実施の形態１１では、冷媒にＨ
ＦＣ系冷媒のＲ４０７Ｃを、冷凍機油としてこの冷媒に
溶解するエステル系冷凍機油を用いた冷凍空調サイクル
装置において、図１８および図１９の試験結果に基い
て、凝縮器２における油循環率が１％前後に、また、蒸
発器４における油循環率が１％以下となるよう制御した
ため、実施の形態９に比べて、冷凍空調サイクル装置の
ＣＯＰが一層向上する効果がある。

【０１０７】なお、上記実施の形態１１では、圧縮機１
の設計時に圧縮機１から吐出される油循環率が１％前後
になるよう設計した例を示したが、油分離器を圧縮機１
内に内蔵したり、実施の形態１と同様に、圧縮機１の吐
出側にもうひとつの油分離器および油戻し回路等を設
け、凝縮器２での油循環率を制御するよう構成してもよ
い。また、圧縮機１から吐出される油循環率を制御せ
ず、油分離器５により蒸発器４における油循環率のみを
制御するよう構成してもよく、全く同様の効果を奏す
る。

【０１０８】実施の形態１２．図２１には、この発明の
実施の形態１２である冷凍空調サイクル装置の構成を表
す冷媒回路図を示す。この実施の形態１２は、図２０の
実施の形態１１の冷媒回路に、油循環率を直接測定する
油循環率計８と、圧縮機１の吸入ガスの湿り度を検出す
る吸入ガス湿り度計９と、圧縮機１の回転数を検知する
とともに、油循環率計８および吸入ガス湿り度計９から
の油循環率と湿り度の情報に基いて第２流量制御弁６の
弁開度を調整する検知演算制御装置７とを設けたもので
あり、さらに、第２流量制御弁６の下流の油戻し回路２
７上には、凝縮器２の出口側の冷媒と熱交換する高低圧
熱交換部１４が備えられている。なお、図中、図２０と
同一または相当部分は同一符号を付し、説明を省略す
る。

【０１０９】以下、この実施の形態１２の動作について
説明する。圧縮機１から吐出された冷凍機油は、圧縮機
１内に内蔵された油分離器によって分離され、凝縮器２
に流れ込む油循環率が１．０％前後になるよう調整され
る。また、検知演算制御装置７が、圧縮機１の回転数や
油循環率計８による油循環率および吸入ガス湿り度計９
による吸入ガスの湿り度の測定結果に基いて第２流量制
御弁３を調整することにより、凝縮器２と蒸発器４の間
に設置された油分離器５から還流される油戻し量が制御
され、蒸発器４に流れ込む油循環率が可能な限り低い値
に設定される。

【０１１０】こうして、この実施の形態１２によれば、
凝縮器２は冷媒圧力損失ΔＰが小さく、かつ、冷媒熱伝
達率αｉが最も高い油循環率で動作し、また、蒸発器４
は冷媒圧力損失ΔＰが最も小さい状態で動作することと
なり、実施の形態９と比べて、冷凍空調サイクル装置の
ＣＯＰが向上する。また、検知演算制御装置７が、圧縮
機１の回転数や油循環率計８による油循環率および吸入
ガス湿り度計９による吸入ガスの湿り度の測定結果に基
いて第２流量制御弁３を調整するため、動作条件が変化
しても、油分離を確実に行なうことができるとともに、
油戻しに伴う冷媒のバイパス量を最小限に抑えることが
でき、冷媒のバイパスによる能力低下を防止できる効果
がある。

【０１１１】なお、上記実施の形態９ないし実施の形態
１２では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒のＲ４０７Ｃを、冷
凍機油としてエステル系またはエーテル系の冷凍機油を
用いた例を示したが、オゾン層の保護の観点からは、こ
の他、ＨＦＣ系冷媒であるＲ１１６、Ｒ１２５、Ｒ１３
４ａ、Ｒ１４、Ｒ１４３ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ２２７ｅ
ａ、Ｒ２３、Ｒ２３６ｅａ、Ｒ２３６ｆａ、Ｒ２４５ｃ
ａ、Ｒ２４５ｆａ、Ｒ３２、Ｒ４１、ＲＣ３１８などや
これら冷媒の数種の混合冷媒であるＲ４０７Ａ、Ｒ４０
７Ｂ、Ｒ４０７Ｄ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４１０
Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ａ、Ｒ５０８Ａ、Ｒ５０８Ｂ
などを用いてもよく、また、ＨＣ系の冷媒であるブタ
ン、イソブタン、エタン、プロパン、プロピレンなどや
これら冷媒の数種の混合冷媒、さらには、自然冷媒（空
気、炭酸ガス、アンモニアなどや、これら冷媒の数種の
混合冷媒）を用いることもできる。また、冷凍機油につ
いては、これらの各種冷媒に対して相溶性を有するアル
キルベンゼン系や鉱油系、フッ素系などの冷凍機油を用
いてもよい。

【０１１２】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【０１１３】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器を
冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サイ
クル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記冷媒
に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封入す
るとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なくとも
一方の前記冷凍機油の油循環率を、０〜１％の範囲内に
調整する油循環率制御手段を設けたため、エネルギー効
率（ＣＯＰ）に優れた冷凍空調サイクル装置が得られる
効果がある。

【０１１４】また、前記油循環率制御手段が、前記油循
環率を、０．３％〜１％の範囲内に調整するよう構成し
たため、前記油循環率制御手段の構成が容易となる効果
がある。

【０１１５】また、前記冷媒としてＨＦＣ系冷媒を用い
たため、オゾン層が保護される効果がある。

【０１１６】また、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸
発器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調サイクル装置において、前記冷媒回路中に、ＨＦＣ系
冷媒と前記ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性である冷凍機油
を封入するとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少
なくとも一方の前記冷凍機油の油循環率を、０〜１．５
％の範囲内に調整する油循環率制御手段を設けたため、
エネルギー効率（ＣＯＰ）に優れた冷凍空調サイクル装
置が得られる効果がある。

【０１１７】また、前記油循環率制御手段が、前記相溶
性の冷凍機油の前記油循環率を、０．８％〜１．５％の
範囲内に調整するよう構成したため、冷凍空調サイクル
装置のエネルギー効率が一層向上する効果がある。

【０１１８】また、前記圧縮機内に、前記油循環率制御
手段を内蔵したため、装置のコンパクト化が可能となる
効果がある。

【０１１９】また、前記圧縮機内に、油分離器を内蔵し
たため、装置のコンパクト化が可能となる効果がある。

【０１２０】また、前記油循環率制御手段が、前記圧縮
機の回転数を検知するとともに、この回転数情報に基い
て前記第２流量制御弁を制御する検知演算制御装置を備
えたため、前記圧縮機の回転数が変化しても、油循環率
を適切な範囲に制御でき、冷凍空調サイクル装置を高い
ＣＯＰで運転できる効果がある。

【０１２１】また、前記油循環率制御手段が、前記圧縮
機の吸入ガスの湿り度を検知する吸入ガス湿り度測定手
段と、前記吸入ガス湿り度測定手段によって測定された
吸入ガスの湿り度に基いて前記第２流量制御弁を制御す
る検知演算制御装置とを備えたため、前記圧縮機の吸入
ガスの湿り度が変化しても、油循環率を適切な範囲に制
御でき、冷凍空調サイクル装置を高いＣＯＰで運転でき
る効果がある。

【０１２２】また、前記油循環率制御手段が、前記圧縮
機の吸入圧力を検出する吸入圧力計と、前記吸入圧力計
によって検出された吸入圧力に基いて前記第２流量制御
弁を制御する検知演算制御装置とを備えたため、前記圧
縮機の吸入圧力が変化しても、油循環率を適切な範囲に
制御でき、冷凍空調サイクル装置を高いＣＯＰで運転で
きる効果がある。

【０１２３】また、前記油循環率制御手段が、前記圧縮
機の吸入圧力と吐出圧力の差圧を検出する差圧検出手段
と、前記差圧検出手段によって検出された差圧に基いて
前記第２流量制御弁を制御する検知演算制御装置とを備
えたため、前記圧縮機の差圧が変化しても、油循環率を
適切な範囲に制御でき、冷凍空調サイクル装置を高いＣ
ＯＰで運転できる効果がある。

【０１２４】また、前記油循環率制御手段が、前記油循
環率を測定する油循環率計と、前記油循環率計によって
測定された油循環率に基いて前記第２流量制御弁を制御
する検知演算制御装置とを備えたため、油循環率をより
高精度に検出、制御でき、冷凍空調サイクル装置を高い
ＣＯＰで運転できる効果がある。

【０１２５】また、前記油分離器と前記第２流量制御弁
間の前記油戻し回路上に放熱器を設けるとともに、前記
第２流量制御弁の下流の前記油戻し回路上に、前記凝縮
器と前記減圧装置間の前記冷媒との間で熱交換する高低
圧熱交換器を設けたため、前記油戻し回路によってバイ
パスされる冷媒の持つエネルギーを回収でき、冷凍空調
サイクル装置のエネルギー効率をより向上できる効果が
ある。

【０１２６】また、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸
発器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調サイクル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前
記冷媒に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を
封入するとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少な
くとも一方の伝熱管内の冷媒質量流速を、１２０［ｋｇ
／ｍ²・ｓ］以上とするよう構成したため、油循環率が
大きい領域においても高いＣＯＰで運転することが可能
な冷凍空調サイクル装置が得られる効果がある。

【０１２７】また、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸
発器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調サイクル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前
記冷媒に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を
封入するとともに、前記冷媒回路中の冷媒ガス配管内の
冷媒流速を、６［ｍ／ｓ］以上とするよう構成したた
め、油循環率が大きい領域においても高いＣＯＰで運転
することが可能な冷凍空調サイクル装置が得られる効果
がある。

【０１２８】また、圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸
発器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空
調サイクル装置において、前記冷媒回路中に冷媒と冷凍
機油を封入するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器間の
前記冷媒回路上に設けられた前記冷媒と前記冷凍機油を
分離する油分離器と、前記油分離器によって分離された
前記冷凍機油を前記圧縮機の吸入側に還流する油戻し回
路と、前記油戻し回路上に設けられ、前記冷凍機油の油
戻し量を調整する第２流量制御弁とを備えた油循環率制
御手段を設け、前記油循環率制御手段によって、前記冷
凍機油の油循環率を前記凝縮器と前記蒸発器とで異なる
値に設定するよう構成したため、前記凝縮器および前記
蒸発器の油循環率を各熱交換器に適した油循環率に制御
することができ、冷凍空調サイクル装置のＣＯＰを一層
向上させることができる。

【０１２９】また、前記冷凍機油として前記冷媒に対し
て相溶性である冷凍機油を用いるとともに、前記凝縮器
における前記油循環率を０．８％〜１．５％の範囲内
に、また、前記蒸発器における前記油循環率を１％以下
に調整したため、エネルギー効率の高い冷凍空調サイク
ル装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の構成を表す冷媒回
路図。

【図２】この発明の実施の形態１の油分離器の構成を
表す構造図。

【図３】この発明の実施の形態１の冷媒熱伝達率およ
びＣＯＰの特性図。

【図４】この発明の実施の形態１の冷媒圧力損失およ
びＣＯＰの特性図。

【図５】この発明の実施の形態２の作用を表す特性
図。

【図６】この発明の実施の形態２の構成を表す冷媒回
路図。

【図７】この発明の実施の形態３の構成を表す冷媒回
路図。

【図８】この発明の実施の形態３の作用を表す特性
図。

【図９】この発明の実施の形態３の他の構成例を表す
冷媒回路図。

【図１０】この発明の実施の形態４の構成を表す冷媒
回路図。

【図１１】この発明の実施の形態５の構成を表す冷媒
回路図。

【図１２】この発明の実施の形態６の構成を表す冷媒
回路図。

【図１３】この発明の実施の形態７のＣＯＰの特性
図。

【図１４】この発明の実施の形態７の冷媒熱伝達率の
特性図。

【図１５】この発明の実施の形態８のＣＯＰの特性
図。

【図１６】この発明の実施の形態８の冷媒圧力損失の
特性図。

【図１７】この発明の実施の形態９の構成を表す冷媒
回路図。

【図１８】この発明の実施の形態９の冷媒熱伝達率お
よびＣＯＰの特性図。

【図１９】この発明の実施の形態９の冷媒圧力損失お
よびＣＯＰの特性図。

【図２０】この発明の実施の形態１１の構成を表す冷
媒回路図。

【図２１】この発明の実施の形態１２の構成を表す冷
媒回路図。

【図２２】従来の冷凍空調装置の構成を表す冷媒回路
図。

【符号の説明】

１圧縮機２凝縮器３第１流量制御弁（減圧装置）４蒸発器５油分離器（油循環率制御手段）６第２流量制御弁（油循環率制御手段）７検知演算制御装置（油循環率制御手段）８油循環率計９吸入ガス湿り度計（吸入ガス湿り度測定手段）１０吐出ガス過熱度計（吸入ガス湿り度測定手段）１１吸入圧力計（差圧検出手段）１２吐出圧力計（差圧検出手段）１３放熱器１４高低圧熱交換器２１流入管２２流出管２３油戻し管２４油分離メッシュ２５吸入ガス配管２６吐出ガス配管２７油戻し回路（油循環率制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器
を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サ
イクル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記冷
媒に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封入
するとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なくと
も一方の前記冷凍機油の油循環率［全質量流量（＝前記
冷媒の流量＋前記冷凍機油の流量）に対する前記冷凍機
油の質量流量の比（％）］を、０〜１％の範囲内に調整
する油循環率制御手段を設けたことを特徴とする冷凍空
調サイクル装置。
【請求項２】前記油循環率制御手段が、前記油循環率
を、０．３％〜１％の範囲内に調整するよう構成したこ
とを特徴とする請求項１に記載の冷凍空調サイクル装
置。
【請求項３】前記冷媒としてＨＦＣ系冷媒を、また、
前記冷凍機油としてアルキルベンゼン系の冷凍機油を用
いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
冷凍空調サイクル装置。
【請求項４】前記冷媒としてＲ４１０Ａを用いたこと
を特徴とする請求項３に記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項５】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器
を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調サ
イクル装置において、前記冷媒回路中に、ＨＦＣ系冷媒
と前記ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性である冷凍機油を封
入するとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なく
とも一方の前記冷凍機油の油循環率［全質量流量（＝前
記冷媒の流量＋前記冷凍機油の流量）に対する前記冷凍
機油の質量流量の比（％）］を、０〜１．５％の範囲内
に調整する油循環率制御手段を設けたことを特徴とする
冷凍空調サイクル装置。
【請求項６】前記油循環率制御手段が、前記油循環率
を、０．８％〜１．５％の範囲内に調整するよう構成し
たことを特徴とする請求項５に記載の冷凍空調サイクル
装置。
【請求項７】前記冷凍機油としてエステル系またはエ
ーテル系の少なくとも一方を含む冷凍機油を用いたこと
を特徴とする請求項５または請求項６に記載の冷凍空調
サイクル装置。
【請求項８】前記冷媒としてＲ４０７Ｃを用いたこと
を特徴とする請求項７に記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項９】前記圧縮機内に、前記油循環率制御手段
を内蔵したことを特徴とする請求項１ないし請求項８の
いずれかに記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項１０】前記油循環率制御手段が、前記冷媒回
路上に設けられ、前記冷媒と前記冷凍機油を分離する油
分離器と、前記油分離器によって分離された前記冷凍機
油を前記圧縮機の吸入側に還流する油戻し回路と、前記
油戻し回路上に設けられ、前記冷凍機油の油戻し量を調
整する第２流量制御弁とを備えたことを特徴とする請求
項１ないし請求項８のいずれかに記載の冷凍空調サイク
ル装置。
【請求項１１】前記圧縮機内に、前記油分離器を内蔵
したことを特徴とする請求項１０に記載の冷凍空調サイ
クル装置。
【請求項１２】前記油循環率制御手段が、前記圧縮機
の回転数を検知するとともに、この回転数情報に基いて
前記第２流量制御弁を制御する検知演算制御装置を備え
たことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載
の冷凍空調サイクル装置。
【請求項１３】前記油循環率制御手段が、前記圧縮機
の吸入ガスの湿り度を検知する吸入ガス湿り度測定手段
と、前記吸入ガス湿り度測定手段によって測定された吸
入ガスの湿り度に基いて前記第２流量制御弁を制御する
検知演算制御装置とを備えたことを特徴とする請求項１
０ないし請求項１２のいずれかに記載の冷凍空調サイク
ル装置。
【請求項１４】前記吸入ガス湿り度測定手段が、前記
圧縮機から吐出される吐出冷媒ガスの過熱度を測定する
ことにより、前記吸入ガスの湿り度を検出することを特
徴とする請求項１３に記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項１５】前記油循環率制御手段が、前記圧縮機
の吸入圧力を検出する吸入圧力計と、前記吸入圧力計に
よって検出された吸入圧力に基いて前記第２流量制御弁
を制御する検知演算制御装置とを備えたことを特徴とす
る請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載の冷凍
空調サイクル装置。
【請求項１６】前記油循環率制御手段が、前記圧縮機
の吸入圧力と吐出圧力の差圧を検出する差圧検出手段
と、前記差圧検出手段によって検出された差圧に基いて
前記第２流量制御弁を制御する検知演算制御装置とを備
えたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１５のい
ずれかに記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項１７】前記油循環率制御手段が、前記油循環
率を測定する油循環率計と、前記油循環率計によって測
定された油循環率に基いて前記第２流量制御弁を制御す
る検知演算制御装置とを備えたことを特徴とする請求項
１０ないし請求項１６のいずれかに記載の冷凍空調サイ
クル装置。
【請求項１８】前記油分離器と前記第２流量制御弁間
の前記油戻し回路上に放熱器を設けるとともに、前記第
２流量制御弁の下流の前記油戻し回路上に、前記凝縮器
と前記減圧装置間の前記冷媒との間で熱交換する高低圧
熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１０ないし請
求項１７のいずれかに記載の冷凍空調サイクル装置。
【請求項１９】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発
器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調
サイクル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記
冷媒に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封
入するとともに、前記凝縮器または前記蒸発器の少なく
とも一方の伝熱管内の冷媒質量流速を、１２０［ｋｇ／
ｍ²・ｓ］以上とするよう構成したことを特徴とする冷
凍空調サイクル装置。
【請求項２０】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発
器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調
サイクル装置において、前記冷媒回路中に、冷媒と前記
冷媒に対して非相溶もしくは難溶性である冷凍機油を封
入するとともに、前記冷媒回路中の冷媒ガス配管内の冷
媒流速を、６［ｍ／ｓ］以上とするよう構成したことを
特徴とする冷凍空調サイクル装置。
【請求項２１】圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発
器を冷媒配管で順次接続した冷媒回路を備えた冷凍空調
サイクル装置において、前記冷媒回路中に冷媒と冷凍機
油を封入するとともに、前記凝縮器と前記蒸発器間の前
記冷媒回路上に設けられた前記冷媒と前記冷凍機油を分
離する油分離器と、前記油分離器によって分離された前
記冷凍機油を前記圧縮機の吸入側に還流する油戻し回路
と、前記油戻し回路上に設けられ、前記冷凍機油の油戻
し量を調整する第２流量制御弁とを備えた油循環率制御
手段を設け、前記油循環率制御手段によって、前記冷凍
機油の油循環率［全質量流量（＝前記冷媒の流量＋前記
冷凍機油の流量）に対する前記冷凍機油の質量流量の比
（％）］を前記凝縮器と前記蒸発器とで異なる値に設定
するよう構成したことを特徴とする冷凍空調サイクル装
置。
【請求項２２】前記冷凍機油として前記冷媒に対して
相溶性である冷凍機油を用いるとともに、前記凝縮器に
おける前記油循環率を０．８％〜１．５％の範囲内に、
また、前記蒸発器における前記油循環率を１％以下に調
整したことを特徴とする請求項２１に記載の冷凍空調サ
イクル装置。
【請求項２３】前記冷媒としてＨＦＣ系冷媒を、ま
た、前記冷凍機油としてエステル系またはエーテル系の
少なくとも一方を含む冷凍機油を用いたことを特徴とす
る請求項２２に記載の冷凍空調サイクル装置。