JP2008151476A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の冷凍機油が流出して、熱交換器等に付着するのを防止すること。
【解決手段】圧縮機（21）と、該圧縮機（21）の吐出側に接続された油分離器（22）とを有し、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えている。油分離器（22）の出口側には、冷凍機油を吸着するための油吸着器（30）が設けられている。従って、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油が油吸着器（30）で吸着されて捕捉される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置に関し、特に、圧縮機から流出した冷凍機油の除去対策に係るものである。

従来より、圧縮機の吐出側に油分離器を備えて冷凍サイクルを行う冷凍装置がよく知られている。例えば特許文献１の冷凍装置は、圧縮機と油分離器と凝縮器と膨張機構と蒸発器とが順に配管接続された冷媒回路を備えている。そして、この冷媒回路には、圧縮機の吐出側と油分離器との間に、圧縮機の吐出冷媒を冷却する熱交換器が設けられている。この冷凍装置では、圧縮機の吐出冷媒が熱交換器で冷却された後、油分離器で冷媒から冷凍機油が分離される。つまり、この冷凍装置では、熱交換器で冷媒を冷却することによってその冷媒の流速を低下させ、油分離器における油分離効率を向上させようとしている。
特開平１１−３３７１９５号公報

しかしながら、上述した冷凍装置であっても、圧縮機から流出した冷凍機油を油分離器で完全には分離させることはできないという問題があった。そして、油分離器を通過した冷凍機油が熱交換器や配管等に付着して、伝熱性能の低下や圧力損失の増大を確実には防止することができなかった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮機の吐出側に油分離器を有した冷凍装置において、圧縮機から流出した冷凍機油が回路内を循環するのを確実に防止し、冷凍サイクルの効率を向上させることである。

第１の発明は、圧縮機（21）と、該圧縮機（21）の吐出側に接続された油分離器（22）と、該油分離器（22）で分離された冷凍機油を圧縮機（21）の吸入側に戻す油戻し管（22a）とを有し、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置を前提としている。そして、上記冷媒回路（20）は、上記油分離器（22）の出口側に接続されて冷凍機油を吸着するための油吸着器（30）を有しているものである。

上記の発明では、冷媒回路（20）において、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる。つまり、圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（30,40）を流れた後、凝縮行程（放熱行程）、膨張行程および蒸発行程を順に経て再び圧縮機（21）へ戻る。一方、圧縮機（21）には、冷凍機油（潤滑油）が収容されている。この冷凍機油は、吐出冷媒と共に圧縮機（21）から流出する。流出した冷凍機油は、油分離器（22）へ流入し、冷媒と分離されて捕捉される。分離捕捉された冷凍機油は、油戻し管（22a）を通って圧縮機（21）の吸入側へ流れ、圧縮機（21）へ戻される。

しかしながら、上記油分離器（22）において、流入した冷凍機油は完全には分離捕捉されない。つまり、僅かな量の冷凍機油が冷媒と共に油分離器（22）から流出する。この流出した冷凍機油は、油吸着器（30）に流入して吸着捕捉される。したがって、油吸着器（30）の下流以降には冷凍機油が流れない。これにより、凝縮行程または蒸発行程を行う熱交換器や冷媒配管等に冷凍機油が付着するのを確実に防止できる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記冷媒回路（20）は、途中に開閉弁（37）が設けられ、上記油吸着器（30,40）で吸着された冷凍機油を圧縮機（21）の吸入側に戻す油戻し管（36）を有しているものである。

上記の発明では、開閉弁（37）を開くと、油吸着器（30）で分離捕捉された冷凍機油が油戻し管（36）を通って圧縮機（21）の吸入側へ流れ、圧縮機（21）へ戻される。

第３の発明は、上記第１の発明において、上記油吸着器（30）は、冷媒が流れる冷媒通路（31）と、該冷媒通路（31）の内部に設けられた第１電極部（33）と、該第１電極部（33）に対応して上記冷媒通路（31）の通路壁に設けられた第２電極部（34）とを有し、該両電極部（33,34）間に電位差を生じさせることにより、冷凍機油を上記第２電極部（34）へ誘引して吸着させるように構成されている。

上記の発明では、第１電極部（33）および第２電極部（34）に通電して両電極部（33,34）間に電位差を生じさせる。冷媒通路（31）には、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油が冷媒と共に流入する。そうすると、クーロン力によって冷凍機油が第２電極部（34）へ誘引されて吸着する。つまり、冷媒通路（31）の通路壁に冷凍機油が付着する。これにより、冷凍機油が冷媒と分離される。このように、油吸着器（30）は、電気集塵性能を有している。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記油吸着器（30）は、上記両電極部（33,34）へ冷媒を旋回させて流す旋回流形成手段（32）を備えているものである。

上記の発明では、冷媒通路（31）において冷媒が旋回して流れる。即ち、冷媒流れが旋回流となる。そうすると、冷媒より比重が重い冷凍機油が遠心力（旋回力）によって冷媒通路（31）の通路壁側を流れる一方、冷媒がその内側を流れる。これにより、容易に冷凍機油が第２電極部（34）へ誘引されて吸着する。

第５の発明は、上記第１の発明において、上記油吸着器（40）は、表面に冷凍機油を吸着するための油吸着剤が担持された冷媒の通路部材（44）を備えているものである。

上記の発明では、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油が冷媒と共に油吸着器（40）の通路部材（44）へ流れる。そうすると、冷凍機油は、油吸着剤に吸着され、冷媒と分離される。

第６の発明は、上記第５の発明において、上記冷媒回路（20）は、放熱器（24）を出た冷媒が圧縮機（21）の吸入側へ流れる再生用管（46）と、該再生用管（46）の途中に設けられる膨張機構（47）とを備えているものである。また、上記油吸着器（40）は、内円部全体に亘って上記通路部材（44）を有する回転自在な円環状のロータ（41）を備えているものである。そして、上記ロータ（41）は、油分離器（22）の出口側の配管を横断して冷凍機油を油吸着剤に吸着させる吸着ゾーン（42）と、上記再生用管（46）における膨張機構（47）の上流側を横断して油吸着剤を再生させる再生ゾーン（43）とに区分けされている。

上記の発明では、通常運転の場合、圧縮された冷媒が順に油分離器（22）および油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）を流れた後、放熱行程、膨張行程および蒸発行程を順に経て圧縮機（21）へ戻る。この通常運転では、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油が油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）の油吸着剤に吸着されて冷媒と分離される。そして、吸着ゾーン（42）における冷凍機油の吸着量が飽和状態になると、油吸着剤を再生する再生運転に切り換えられる。

再生運転では、ロータ（41）が回転して吸着ゾーン（42）に位置していた部分が再生ゾーン（43）へ移動する。また、冷媒回路（20）において、放熱器（24）を出た冷媒が再生用管（46）へ流れるように冷媒流通路が切り換えられる。この状態で、圧縮機（21）が駆動されると、圧縮された冷媒が順に油分離器（22）および油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）を流れる。その際、冷凍機油が吸着ゾーン（42）の油吸着剤に吸着される。吸着ゾーン（42）を通過した冷媒は、放熱器（24）で放熱して凝縮した後、再生用管（46）へ流れて油吸着器（40）の再生ゾーン（43）へ流入する。そうすると、液冷媒の流通によって再生ゾーン（43）の油吸着剤から冷凍機油が脱離する。これにより、再生ゾーン（43）の油吸着剤が再生される。そして、再生ゾーン（43）を通過した冷媒は、膨張機構（47）で減圧された後、圧縮機（21）の吸入側へ流れて圧縮機（21）に戻る。再生ゾーン（43）における油吸着剤の再生が完了すると、通常運転に切り換えられる。

第７の発明は、上記第６の発明において、上記冷媒回路（20）は、放熱器（24）を出た冷媒の圧力がその臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されているものである。

上記の発明では、冷媒回路（20）がいわゆる超臨界冷凍サイクルを行うように構成されている。つまり、圧縮機（21）によって冷媒がその臨界圧力以上まで圧縮される。そして、再生運転では、放熱器（24）で放熱した超臨界域の冷媒が再生用管（46）へ流れて油吸着器（40）の再生ゾーン（43）へ流入する。そうすると、超臨界流体の洗浄特性によって再生ゾーン（43）の油吸着剤から冷凍機油が脱離する。これにより、再生ゾーン（43）の油吸着剤が再生される。再生ゾーン（43）を通過した冷媒は、膨張機構（47）で減圧された後、圧縮機（21）の吸入側へ流れて圧縮機（21）に戻る。

第８の発明は、上記第１乃至第７の何れか１の発明において、上記油分離器（22）がデミスタ式のものである。

上記の発明では、デミスタ式の油分離器（22）が用いられるので、例えばサイクロン式のものと比べて、油分離器（22）による冷凍機油の分離効率が高くなる。そうすると、油吸着器（31）へ流入する冷凍機油の量が低減される。

第９の発明は、上記第３の発明において、上記冷凍機油がＰＡＧ系のものである。

上記の発明では、圧縮機（21）にＰＡＧ系の冷凍機油が収容される。ＰＡＧ系の冷凍機油は、電気抵抗率が１０^１０Ω・ｃｍ程度であるため、電気集塵率が高くなる。したがって、冷凍機油が第２電極（34）へ一層誘引されて吸着する。一般に、電気集塵性能は、粉塵の電気抵抗率によって左右され、電気抵抗率が１０^４〜１０^１１Ω・ｃｍの範囲で粉塵の集塵率が高くなる（図６参照）。

以上のように、本発明によれば、冷媒回路（20）において、油分離器（22）の出口側に油吸着器（30,40）を設けるようにしたので、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油を分離捕捉することができる。したがって、凝縮行程または蒸発行程を行う熱交換器や冷媒配管等に冷凍機油が付着するのを確実に防止することができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を向上させることができると共に、冷媒の流動損失を低減することができる。その結果、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。

また、第２の発明によれば、油吸着器（30,40）で分離捕捉された冷凍機油を圧縮機（21）へ戻すことができる。そのため、運転を長時間行う場合でも、圧縮機（21）における冷凍機油の保有量を確保することができる。その結果、圧縮機（21）の潤滑不良を確実に防止することができる。

また、第３の発明によれば、油吸着器（30）において第１電極部（33）と第２電極部（34）とを設け、クーロン力によって冷凍機油を通路壁へ誘引るようにしたので、簡易でありながら確実に冷凍機油を冷媒と分離することができる。

さらに、第４の発明によれば、油吸着器（30）において、冷媒を旋回させて流すようにしたので、冷凍機油を通路壁側において流すことができる。したがって、容易に冷凍機油を通路壁へ誘引して付着させることができる。これにより、冷凍機油を一層確実に分離捕捉することができる。

また、第５の発明によれば、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油を油吸着器（40）の油吸着剤に吸着させるようにしたので、簡易且つ確実に冷凍機油を分離捕捉することができる。

また、第６の発明によれば、油吸着器（40）の回転可能なロータ（41）において、吸着ゾーン（42）と再生ゾーン（43）とに区分けするようにした。したがって、吸着ゾーン（42）の部分の吸着量が飽和状態になっても、ロータ（41）を回転させてその吸着ゾーン（42）の部分を再生ゾーン（43）へ移動させることで、その部分の油吸着剤を再生することができる。これにより、油吸着剤を用いながらも、油吸着器（40）の吸着性能を維持することができる。また、冷媒回路（20）の冷媒を流して油吸着剤を再生するようにしたので、再生手段を別途設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。

さらに、第７の発明によれば、再生ゾーン（43）へ超臨界域の冷媒を流入させ、超臨界流体の洗浄特性を利用して油吸着剤から冷凍機油を脱離させるようにした。したがって、油吸着剤を効果的に再生することができる。

また、第８の発明によれば、油分離器（22）をデミスタ式のものとしたので、冷凍機油の分離効率を高めることができ、油吸着器（30,40）における冷凍機油を分離負担を低減することができる。したがって、油吸着器（30,40）の分離作用の確実性を高めることができると共に、油吸着器（30,40）の吸着容量を低減できるため小型にすることができる。

また、第９の発明によれば、圧縮機（21）に収容する冷凍機油をＰＡＧ系のものとしたので、油吸着器（30）において電気集塵率を高めることができる。したがって、より確実に冷凍機油を第２電極（34）へ吸着させて冷媒と分離することができる。その結果、一層冷凍サイクル効率を向上させることができる。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の空気調和装置（10）は、互いに連絡配管（2）によって接続された室外機（11）および室内機（12）を備えている。この空気調和装置（10）は、本発明に係る冷凍装置を構成している。

上記室外機（11）には、圧縮機（21）、油分離器（22）、四路切換弁（23）、室外熱交換器（24）および室外膨張弁（25）が設けられている。一方、室内機（12）には、２つの室内熱交換器（27）が並列に設けられ、各室内熱交換器（27）に室内膨張弁（26）が接続されている。つまり、この空気調和装置（10）は、マルチ型のものである。そして、これら圧縮機（21）、油分離器（22）、・・・、室内熱交換器（27）が配管接続されて冷媒回路（20）を構成している。この冷媒回路（20）は、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている。

具体的に、上記冷媒回路（20）において、圧縮機（21）の吸入管（21b）は、四路切換弁（23）の第３ポートに接続されている。圧縮機（21）の吐出管（21a）は、油分離器（22）を介して四路切換弁（23）の第１ポートに接続されている。四路切換弁（23）の第２ポートは、室外熱交換器（24）の一端に接続されている。室外熱交換器（24）の他端は、室外膨張弁（25）を介して連絡配管（2）の一端に接続されている。この連絡配管（2）の他端は、各室内膨張弁（26）に接続されている。四路切換弁（23）の第４ポートは、連絡配管（2）を介して各室内熱交換器（27）に接続されている。つまり、冷媒回路（20）は、２つの連絡配管（2）を有し、それぞれ室外膨張弁（25）と各室内膨張弁（26）を、四路切換弁（23）と各室内熱交換器（27）を繋いでいる。

上記圧縮機（21）は、例えば、全密閉型の高圧ドーム型スイング圧縮機で構成されている。つまり、圧縮機（21）のケーシング内が高圧空間になっている。そして、図示しないが、そのケーシングの底部には、冷凍機油（潤滑油）の貯留部が設けられている。

上記室外熱交換器（24）および室内熱交換器（27）は、いわゆるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。つまり、これら熱交換器（24,26）は、複数のアルミニウム製のフィンに、銅製のチューブが貫通している。そして、図示しないが、室外熱交換器（24）および室内熱交換器（27）の近傍には、それぞれ室外ファンおよび室内ファンが設けられている。室外熱交換器（24）は、冷媒が室外ファンによって取り込まれた室外空気と熱交換する熱源側熱交換器を構成している。室内熱交換器（27）は、冷媒が室内ファンによって取り込まれた室内空気と熱交換する利用側熱交換器を構成している。室外膨張弁（25）および室内膨張弁（26）は、開度可変であり、膨張機構を構成している。

上記四路切換弁（23）は、第１ポートと第２ポートが連通し且つ第３ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。つまり、冷媒回路（20）において、四路切換弁（23）が第１状態の場合、冷媒が冷房サイクルで循環し、室外熱交換器（24）が凝縮器（放熱器）として、室内熱交換器（27）が蒸発器としてそれぞれ機能する。また、冷媒回路（20）において、四路切換弁（23）が第２状態の場合、冷媒が暖房サイクルで循環し、室外熱交換器（24）が蒸発器として、室内熱交換器（27）が凝縮器（放熱器）としてそれぞれ機能する。

上記油分離器（22）は、いわゆるデミスタ式のものである。この油分離器（22）は、圧縮機（21）から冷媒と共に吐出された冷凍機油をその冷媒から分離するものである。しかし、この種の油分離器（22）は、分離効率が１００％ではないため（分離効率：９９．９％程度）、冷凍機油を完全には分離することができない。

また、上記冷媒回路（20）は、油分離器（22）と圧縮機（21）の吸入管（21b）との間に接続される油戻し管（22a）を有している。油戻し管（22a）は、油分離器（22）で分離された冷凍機油を圧縮機（21）の吸入側に戻すためのものである。この油戻し管（22a）の途中には、キャピラリチューブ（22b）が設けられている。

また、上記冷媒回路（20）には、本発明の特徴として、油吸着器（30）が設けられている。この油吸着器（30）は、圧縮機（21）の吐出管（21a）における油分離器（22）の出口側（下流側）に設けられている。

図２に示すように、上記油吸着器（30）は、電気集塵式の吸着器により構成されている。具体的に、油吸着器（30）は、筒状本体（31）を備えている。この筒状本体（31）は、両端が圧縮機（21）の吐出管（21a）に接続され、冷媒が流れる冷媒通路を構成している。また、筒状本体（31）の直径は、吐出管（21a）の直径よりもやや太くなっている。

上記筒状本体（31）の内部には、流入端寄りに羽根状部材（32）が設けられている。この羽根状部材（32）は、筒状本体（31）の内部に固定されている。そして、羽根状部材（32）は、流路中心から放射状に延びて固定された複数の羽根を有し、冷媒が流通可能に構成されると共に、流通した冷媒が旋回して流れるように構成されている。つまり、羽根状部材（32）は、冷媒の旋回流を形成する旋回流形成手段を構成している。また、筒状本体（31）における羽根状部材（32）の下流側には、第１電極部（33）と第２電極部（34）が設けられている。第１電極部（33）は、筒状本体（31）内部の軸心上に所定長さを有して配置されている。第２電極部（34）は、第１電極部（33）に対応して筒状本体（31）の胴部全周に亘って配置されている。この第１電極部（33）および第２電極部（34）は、互いの間に電位差を生じさせて、冷媒と共に流入した冷凍機油を第２電極部（34）側に引き寄せるように構成されている。つまり、第１電極部（33）および第２電極部（34）は、クーロン力により冷凍機油を筒状本体（31）の内壁へ誘引して冷媒と分離させる電気集塵手段を構成している。さらに、筒状本体（31）には、油溜り部（35）が形成されている。この油溜り部（35）は、筒状本体（31）の内壁に引き寄せられた冷凍機油がその内壁に沿って流れて流入するように構成されている。

このように、油吸着器（30）では、第１電極部（33）と第２電極部（34）によって冷凍機油が冷媒から分離される。さらに、油分離器（22）では、羽根状部材（32）によって冷媒が旋回流となっているため、遠心力によって冷凍機油が一層筒状本体（31）の内壁へ引き寄せられる。したがって、より一層冷凍機油を冷媒と分離することができる。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とが切換可能に構成されている。

〈冷房運転〉
冷房運転では、冷媒回路（20）において、冷媒が図１に実線の矢印で示す方向に循環する。具体的に、四路切換弁（23）が第１状態に設定される一方、各室内膨張弁（26）の開度が適宜調節され、室外膨張弁（25）が全開状態に設定される。この状態で、圧縮機（21）が駆動されると、圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（30）を順に介して室外熱交換器（24）へ流れる。室外熱交換器（24）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器（24）で凝縮した冷媒は、室内膨張弁（26）で減圧された後、室内熱交換器（27）へ流れる。室内熱交換器（27）では、低圧冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。室内空気は、冷却されて室内へ供給される。室内熱交換器（27）で蒸発した低圧冷媒は、吸入管（21b）を通って圧縮機（21）へ戻る。

〈暖房運転〉
暖房運転では、冷媒回路（20）において、冷媒が図１に破線の矢印で示す方向に循環する。具体的に、四路切換弁（23）が第２状態に設定される一方、室外膨張弁（25）の開度が適宜調節され、室内膨張弁（26）が全開状態に設定される。この状態で、圧縮機（21）が駆動されると、圧縮機（21）から吐出された高圧冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（30）を順に介して室内熱交換器（27）へ流れる。室内熱交換器（27）では、高圧冷媒が室内空気へ放熱して凝縮する。室内空気は、加熱されて室内へ供給される。室内熱交換器（27）で凝縮した冷媒は、室外膨張弁（25）で減圧された後、室外熱交換器（24）へ流れる。室外熱交換器（24）では、低圧冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（24）で蒸発した低圧冷媒は、吸入管（21b）を通って圧縮機（21）へ戻る。

〈冷凍機油の分離動作〉
次に、上述した運転において、圧縮機（21）から冷媒と共に吐出された冷凍機油の分離動作について説明する。

上記運転時は、油吸着器（30）において、第１電極部（33）および第２電極部（34）が通電されて第１電極部（33）がプラス極、第２電極部（34）がマイナス極となり、両電極部（33,34）間に電位差が生じる。運転中には、圧縮機（21）から冷凍機油が冷媒と共に吐出される。吐出された冷凍機油は、殆どが油分離器（22）で分離される。その分離された冷凍機油は、油戻し管（22a）を通じて吸入管（21b）へ流れ、冷媒と共に圧縮機（21）へ戻る。油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油は、冷媒と共に油吸着器（30）の筒状本体（31）へ流れる。

筒状本体（31）では、冷媒および冷凍機油が羽根状部材（32）を流通することで旋回して流れる。これにより、冷媒より比重が大きい冷凍機油が筒状本体（31）の内壁側を流れる。つまり、冷凍機油が冷媒と分離される。そして、冷凍機油は、第１電極部（33）および第２電極部（34）において、筒状本体（31）の内壁へ引き寄せられて付着する。ここで、旋回流により冷凍機油が分離して流れているので、筒状本体（31）の内壁へ容易に付着する。その結果、確実に冷凍機油が冷媒と分離される。筒状本体（31）の内壁に付着した冷凍機油は、油溜り部（35）へ貯留される。

以上のように、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油は、油吸着器（30）で確実に分離されて回収される。したがって、圧縮機（21）から流出した冷凍機油が室内熱交換器（27）、室外熱交換器（24）や連絡配管（2）へ流れるのを防止できる。

なお、油吸着器（30）は、第１電極部（33）がマイナス極、第２電極部（34）がプラス極となるように両電極部（33,34）へ通電してもよい。つまり、本実施形態の油吸着器（30）は、冷凍機油の有する電荷に応じて、冷凍機油がクーロン力により筒状本体（31）の内壁（即ち、第２電極部（34）側）へ引き寄せられるように通電される。

−実施形態１の効果−
本実施形態によれば、冷媒回路（20）において、油分離器（22）の出口側に油吸着器（30）を設けるようにした。したがって、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油を室外熱交換器（24）や室内熱交換器（27）等へ流れる前に、冷媒と分離して回収することができる。

これにより、冷凍機油が熱交換器（24,27）のチューブに付着するのを防止することができる。その結果、熱交換器（24,27）における熱交換効率を向上させることができ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。また、冷凍機油が配管類へ付着するのを防止できるので、冷媒の流動損失を低減することができる。その結果、圧縮機（21）の必要動力を低減することができる。特に、連絡配管（2）が長い場合に、その効果が顕著になる。

また、本実施形態では、油吸着器（30）を電気集塵式のものとしたので、簡易でありながら確実に冷凍機油を分離することができる。さらに、油吸着器（30）は、冷媒を旋回させて流すようにしたので、遠心力によって冷凍機油を筒状本体（31）の内壁側へ分離して流すことができる。したがって、冷凍機油を容易に筒状本体（31）の内壁へ付着させることができるので、一層確実に冷凍機油を分離回収することができる。その結果、熱交換器（24,27）の熱交換効率の向上および圧縮機（21）の必要動力の低減を一層図ることができる。

また、油分離器（22）をデミスタ式のものとしたので、サイクロン式等の他のものと比べて、油分離器（22）における冷凍機油の分離効率を高めることができる。したがって、油吸着器（30）において冷凍機油を分離させる負担を低減できる。これにより、油吸着器（30）における分離作用の確実性を高めることができる。

−実施形態１の変形例−
上記実施形態１の変形例について図３を参照しながら説明する。本変形例は、上記実施形態１の冷媒回路（20）において、油吸着器（30）の油戻し管（36）を設けるようにしたものである。

具体的に、上記油戻し管（36）は、一端が油吸着器（30）に接続され、他端が油分離器（22）の油戻し管（22a）におけるキャピラリチューブ（22b）の下流側に接続されている。この油戻し管（36）には、油吸着器（30）側から順に開閉弁（37）およびキャピラリチューブ（38）が設けられている。なお、図示しないが、油戻し管（36）の一端は、油吸着器（30）の油溜り部（35）に連通している。この油吸着器（30）の油戻し管（36）は、開閉弁（37）が開くと、油溜り部（35）に貯留された冷凍機油が圧縮機（21）の吸入管（21b）に流れるように構成されている。

したがって、本変形例では、油吸着器（30）で分離回収された冷凍機油を圧縮機（21）へ戻すことができる。そのため、運転を長時間行う場合でも、例えばその運転中において開閉弁（37）を所定時間毎に開くようにすれば、圧縮機（21）における冷凍機油の保有量を確保することができる。その結果、圧縮機（21）の潤滑不良を確実に防止することができる。

また、油吸着器（30）で分離回収した冷凍機油を圧縮機（21）へ戻せることから、油吸着器（30）の油溜り部（35）の容積を小さくすることができる。これにより、油吸着器（30）、引いては室外機（11）の小型化を図ることができる。なお、油戻し管（36）の開閉弁（37）は、開度可変の流量調整弁により構成してもよく、その場合、キャピラリチューブ（38）は省略される。

《実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。図４に示すように、本実施形態の空気調和装置（10）は、上述した実施形態１における油吸着器（30）をそれとは構成が異なる油吸着器（40）に代えると共に、冷媒回路（20）の構成を変更したものである。

具体的に、本実施形態の冷媒回路（20）は、冷媒として二酸化炭素が用いられている。そして、圧縮機（21）では、冷媒がその臨界圧力以上まで圧縮される。つまり、冷媒回路（20）は、少なくとも放熱器として機能する熱交換器（24,27）から出た冷媒が超臨界域となるように、超臨界冷凍サイクルを行うように構成されている。

さらに、冷媒回路（20）は、上記実施形態１に比べて、三路切換弁（45）、再生用管（46）および再生用膨張弁（47）が新たに設けられている。

上記三路切換弁（45）は、室外熱交換器（24）と室外膨張弁（25）の間に接続されている。つまり、三路切換弁（45）の第１ポートが室外熱交換器（24）に接続され、第２ポートが室外膨張弁（25）に接続されている。そして、三路切換弁（45）の第３ポートは、再生用管（46）の入口端である一端に接続されている。再生用管（46）の出口端である他端は、圧縮機（21）の吸入管（21b）に接続されている。再生用膨張弁（47）は、再生用管（46）の途中に設けられている。再生用膨張弁（47）は、開度可変であり、膨張機構を構成している。

上記三路切換弁（45）は、第１ポートと第２ポートが連通する第１状態（図４に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートが連通する第２状態（図４に破線で示す状態）とに切り換わる流路切換手段を構成している。つまり、冷媒回路（20）では、三路切換弁（45）が第１状態の場合、冷媒が冷房サイクルまたは暖房サイクルで循環する通常運転が行われる。また、冷媒回路（20）では、三路切換弁（45）が第２状態且つ四路切換弁（23）が第１状態の場合、室外熱交換器（24）で放熱した冷媒が再生用管（46）に流れて再生用膨張弁（47）で減圧された後、圧縮機（21）へ戻る再生運転が行われる（図５参照）。なお、再生運転時において、室内熱交換器（27）は休止する。

本実施形態の油吸着器（40）は、扁平な円環状のロータ（41）を備えている。このロータ（41）の内円部には、全体に亘って冷媒の通路部材（44）が設けられている。この通路部材（44）は、例えば段ボール状に形成され、冷媒を流すための多数の通路がロータ（41）の厚さ方向に貫通している。通路部材（44）の外表面には、冷凍機油を吸着するための油吸着剤（例えば、活性炭）が担持されている。

上記ロータ（41）は、吸着ゾーン（42）と再生ゾーン（43）の２つのゾーンに区分けされている。この２つのゾーン（42,43）は、ロータ（41）と同心の半円の部分である。ロータ（41）は、吸着ゾーン（42）が吐出管（21a）における油分離器（22）の出口側（下流側）を横断すると共に、再生ゾーン（43）が再生用管（46）における再生用膨張弁（47）の上流側を横断するように配置されている。そして、ロータ（41）は、１８０°毎に回転駆動され、吸着ゾーン（42）および再生ゾーン（43）が吐出管（21a）および再生用管（46）へ順次移動するように構成されている。

上記油吸着器（40）は、吐出管（21a）からロータ（41）の吸着ゾーン（42）へ流入した冷凍機油が油吸着剤に吸着されて冷媒と分離されるように構成されている。また、油吸着器（40）は、再生用管（46）の冷媒がロータ（41）の再生ゾーン（43）を流通することによって、再生ゾーン（43）の油吸着剤を再生するように構成されている。つまり、ロータ（41）の再生ゾーン（43）は、室外熱交換器（24）で放熱した後の超臨界流体が有する洗浄特性を利用して、油吸着剤に吸着されている冷凍機油を脱離させるようになっている。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（10）の運転動作について説明する。この空気調和装置（10）は、通常運転（冷房運転または暖房運転）と再生運転とが切換可能に構成されている。

〈通常運転〉
通常運転では、三路切換弁（45）が第１状態に、再生用膨張弁（47）が全閉状態にそれぞれ設定されて、冷房運転または暖房運転が行われる。

先ず、冷房運転では、上記実施形態１と同様に、四路切換弁（23）が第１状態に設定され、冷媒回路（20）において冷媒が図４に実線の矢印で示す方向に循環する。具体的に、圧縮機（21）が駆動されると、圧縮機（21）から超臨界域の冷媒が吐出される。その冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）を順に流れ、室外熱交換器（24）で放熱する。放熱した冷媒は、室内膨張弁（26）で減圧された後、室内熱交換器（27）で蒸発する。蒸発した冷媒は、吸入管（21b）を通って圧縮機（21）へ戻る。

一方、暖房運転では、上記実施形態１と同様に、四路切換弁（23）が第２状態に設定され、冷媒回路（20）において冷媒が図４に破線の矢印で示す方向に循環する。具体的に、圧縮機（21）から吐出された超臨界域の冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）を順に流れ、室内熱交換器（27）で放熱する。放熱した冷媒は、室外膨張弁（25）で減圧された後、室外熱交換器（24）で蒸発する。蒸発した冷媒は、吸入管（21b）を通って圧縮機（21）へ戻る。

次に、上記通常運転における冷凍機油の分離動作について説明する。上記実施形態１と同様に、圧縮機（21）から冷媒と共に吐出された冷凍機油は、その殆どが油分離器（22）で分離される。油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油は、冷媒と共に油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）へ流入する。そして、冷凍機油は、油吸着剤に吸着されて冷媒と分離する。これにより、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油が油吸着器（40）で確実に分離して回収される。したがって、圧縮機（21）から流出した冷凍機油が室内熱交換器（27）、室外熱交換器（24）や連絡配管（2）を流れるのを防止できる。そして、この通常運転が所定時間行われると、再生運転に切り換えられる。この所定時間は、例えば、油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）において冷凍機油の吸着量が飽和状態になる時間に設定される。

〈再生運転〉
再生運転では、三路切換弁（45）が第２状態に設定され、四路切換弁（23）が第１状態に設定される。また、再生用膨張弁（47）の開度が適宜調節され、室外膨張弁（25）および室内膨張弁（26）が全閉状態に設定される。さらに、油吸着器（40）のロータ（41）が１８０°だけ回転される。つまり、上記通常運転時に吸着ゾーン（42）に位置して冷凍機油を吸着した部分が再生ゾーン（43）へ移動し、逆に再生ゾーン（43）に位置していた部分が吸着ゾーン（42）へ移動する。

この状態で、圧縮機（21）が駆動されると、図５に示すように、冷媒が循環する。具体的に、圧縮機（21）から吐出された超臨界域の冷媒は、油分離器（22）および油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）を順に介して室外熱交換器（24）へ流入する。ここで、圧縮機（21）から冷媒と共に流出した冷凍機油は、その殆どが油分離器（22）で分離され、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油は、油吸着器（40）の吸着ゾーン（42）で吸着されて分離される。

室外熱交換器（24）では、冷媒が室外空気に放熱する。放熱した超臨界域の冷媒は、再生用管（46）へ流れて油吸着器（40）の再生ゾーン（43）へ流入する。再生ゾーン（43）では、超臨界域の冷媒の洗浄特性によって油吸着剤に吸着されている冷凍機油が脱離する。これにより、再生ゾーン（43）の油吸着剤が再生する。脱離した冷凍機油は、冷媒と共に流れる。その後、冷媒は、再生用膨張弁（47）で減圧された後、吸入管（21b）を通じて圧縮機（21）へ戻る。

そして、再生ゾーン（43）における油吸着剤の再生が完了すると、再生運転が終了する。その後、再び通常運転に切り換えられる。このように、通常運転と再生運転とが交互に切り換えられる。したがって、油吸着器（40）において冷凍機油の吸着性能を維持し続けることができる。

−実施形態２の効果−
本実施形態では、油分離器（22）で分離されなかった冷凍機油を油吸着器（40）の油吸着剤に吸着させて冷媒と分離することができる。したがって、冷凍機油が熱交換器（24,27）や配管類に付着するのを防止でき、熱交換器（24,27）の熱交換効率の向上および冷媒の流動損失の低減を図ることができる。

さらに、本実施形態では、油吸着器（40）の回転可能なロータ（41）において吸着ゾーン（42）と再生ゾーン（43）とに区分けするようにした。したがって、吸着ゾーン（42）の部分の吸着量が飽和状態になっても、ロータ（41）を回転させてその吸着ゾーン（42）の部分を再生ゾーン（43）へ移動させることで、その部分の油吸着剤を再生することができる。そして、再生した部分を再び吸着ゾーン（42）へ移動させることで、冷凍機油を油吸着剤に吸着させて分離することができる。このように、油吸着器（40）において、吸着と再生とを交互に繰り返すことにより、油吸着剤の吸着性能を維持することができる。

また、本実施形態では、再生ゾーン（43）へ超臨界域の冷媒を流入させるため、超臨界流体の洗浄特性によって確実に油吸着剤から冷凍機油を脱離させることができ、油吸着剤を再生することができる。このように、冷媒回路（20）の冷媒を利用して油吸着器（40）の再生を行うので、冷媒回路（20）以外に再生手段を別途設ける必要がない。したがって、装置の小型化を図ることができる。

さらに、再生ゾーン（43）へ流入させた冷媒を圧縮機（21）の吸入管（21b）へ戻すようにしたので、再生ゾーン（43）で脱離した冷凍機油を冷媒と共に圧縮機（21）へ戻すことができる。したがって、圧縮機（21）において冷凍機油の量を確保することができ、潤滑不良を確実に防止することができる。

また、本実施形態では、三路切換弁（45）を設けて、冷媒が冷房サイクルまたは暖房サイクルで循環する通常運転と、圧縮機（21）の吐出冷媒を室外熱交換器（24）を介して油吸着器（40）の再生ゾーン（43）へ流す再生運転とを切り換えるようにした。したがって、弁を切り換えるだけでよいので、簡易に且つ容易に油吸着器（40）の吸着動作と再生動作とを切り換えて行うことができる。

《その他の実施形態》
上記各実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記実施形態１において、圧縮機（21）に収容する冷凍機油としてＰＡＧ系のものを用いるようにする。ＰＡＧ系の冷凍機油は、電気抵抗率が１０^１０Ω・ｃｍ程度であるため、エーテル系の冷凍機油（電気抵抗率：１０^１２Ω・ｃｍ程度）に比べて、筒状本体（31）の内壁への吸着率（付着率）を高めることができる。これにより、油吸着器（30）において、冷凍機油をより確実に分離捕捉することができる。この点について説明すると、図６に示すように、一般に電気集塵性能は、粉塵の電気抵抗率によって左右される。本図によれば、電気集塵率（電気集塵性能）は、粉塵の電気抵抗率が１０^４〜１０^１１Ω・ｃｍの範囲で最も高く、ＰＡＧ系の冷凍機油の電気抵抗率がこの範囲内にあることが分かる。電気抵抗率が上記最適範囲より低いと、集塵されても再び飛散（脱離）し易くなり、逆に上記最適範囲より高いと、火花の発生等が頻発するおそれがある。

また、上記ＰＡＧ系の冷凍機油は、一般に、実施形態２のように冷媒に二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）において用いられる。これは、ＰＡＧ系の冷凍機油の粘性および耐圧性がエーテル系の冷凍機油よりも高いため、圧縮機（21）において気密性を確保できると共に軸受荷重の増大に対応できるからである。つまり、このような超臨界冷凍サイクルは、フロン冷媒を用いた冷凍サイクルに比べて、高低圧力差が大きくなり、軸受荷重が増大すると共に、シリンダとピストンとの気密性を確保し難くなる。ところが、ＰＡＧ系の冷凍機油を用いることで、高い軸受荷重に耐え得ると共に、その粘性力によってシリンダとピストンとの隙間を確実に気密することができる。一方、ＰＡＧ系の冷凍機油は、二酸化炭素との相溶性が悪いため、圧縮機（21）から流出すると、冷媒と共には流れ難くなり、配管や熱交換器（24,27）への付着が顕著になる。しかし、例えば実施形態２において冷凍機油をＰＡＧ系とした場合でも、圧縮機（21）から流出した冷凍機油を油吸着器（40）によって確実に分離捕捉することができるので、超臨界冷凍サイクルの効率向上を図ることができる。なお、上記実施形態１において、冷媒に二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを行うように構成して、冷凍機油をＰＡＧ系とした場合でも同様である。

また、上記実施形態２において、冷媒にフロン冷媒等を用いて、高圧圧力が冷媒の臨界圧力よりも低くなる通常の蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように冷媒回路（20）を構成してもよい。その場合、再生運転では、圧縮機（21）から吐出された冷媒が室外熱交換器（24）で凝縮液化し、再生用管（46）へ流入して油吸着器（40）の再生ゾーン（43）を流通する。再生ゾーン（43）では、液冷媒の流通によって油吸着剤から冷凍機油が脱離する。これにより、再生ゾーン（43）の油吸着剤が再生する。

また、上記各実施形態において、油分離器（22）をデミスタ式のものとしたが、いわゆるサイクロン式のものであってもよい。

また、上記実施形態１の油吸着器（30）において、羽根状部材（32）を省略するようにしてもよい。その場合、第１電極部（33）および第２電極部（34）の電気集塵力によって冷凍機油が冷媒と分離される。

また、上記実施形態１の油吸着器（30）では、羽根状部材（32）によって冷媒の旋回流を形成するようにしたが、本発明に係る旋回流形成手段は、これに限られるものではない。例えば、本発明は、筒状本体（31）に対して接線方向に冷媒が流入して旋回する構成を旋回流形成手段として用いてもよい。

また、上記各実施形態では、圧縮機（21）を１台設けた場合について説明したが、本発明は、複数台の圧縮機を備えた冷凍装置（10）にも適用できる。その場合、複数の圧縮機が互いに並列接続され、油分離器は各圧縮機の吐出側の合流管に設けられる。油分離器の油戻し管は、各圧縮機の吸入側の合流管に接続される。

また、上記各実施形態では、室内熱交換器（27）を２台並列に設けた場合について説明したが、これに限らず、１台または３台以上設けるようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、空気調和装置について説明したが、これに限らず、本発明は、圧縮機の吐出側に油分離器（油戻し管含む）が接続された冷媒回路を備えている冷凍装置（例えば、冷蔵庫等）であれば、如何なるものにも適用してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、圧縮機を有して冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている冷凍装置として有用である。

実施形態１に係る空気調和装置の構成を示す配管系統図である。 実施形態１に係る油吸着器の構成を示す斜視図である。 実施形態１の変形例に係る空気調和装置の構成を示す配管系統図である。 実施形態２に係る空気調和装置の構成を示す配管系統図である。 実施形態２における再生運転時の冷媒流れを示す配管系統図である。 粉塵の電気抵抗率と電気集塵率との関係を示すグラフである。

符号の説明

10 空気調和装置（冷凍装置）
20 冷媒回路
21 圧縮機
22 油分離器
22a 油戻し管
24 室外熱交換器（放熱器）
30,40 油吸着器
31 筒状本体（冷媒通路）
32 羽根状部材（旋回流形成手段）
33 第１電極部
34 第２電極部
36 油戻し管
37 開閉弁
41 ロータ
42 吸着ゾーン
43 再生ゾーン
44 通路部材
46 再生用管
47 再生用膨張弁（膨張機構）

Claims (9)

1. 圧縮機（21）と、該圧縮機（21）の吐出側に接続された油分離器（22）と、該油分離器（22）で分離された冷凍機油を圧縮機（21）の吸入側に戻す油戻し管（22a）とを有し、冷媒が循環して蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路（20）を備えた冷凍装置であって、
   上記冷媒回路（20）は、上記油分離器（22）の出口側に接続されて冷凍機油を吸着するための油吸着器（30,40）を有している
   ことを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記冷媒回路（20）は、途中に開閉弁（37）が設けられ、上記油吸着器（30,40）で吸着された冷凍機油を圧縮機（21）の吸入側に戻す油戻し管（36）を有している
   ことを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１において、
   上記油吸着器（30）は、冷媒が流れる冷媒通路（31）と、該冷媒通路（31）の内部に設けられた第１電極部（33）と、該第１電極部（33）に対応して上記冷媒通路（31）の通路壁に設けられた第２電極部（34）とを有し、該両電極部（33,34）間に電位差を生じさせることにより、冷凍機油を上記第２電極部（34）へ誘引して吸着させるように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
4. 請求項３において、
   上記油吸着器（30）は、上記両電極部（33,34）へ冷媒を旋回させて流す旋回流形成手段（32）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
5. 請求項１において、
   上記油吸着器（40）は、表面に冷凍機油を吸着するための油吸着剤が担持された冷媒の通路部材（44）を備えている
   ことを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項５において、
   上記冷媒回路（20）は、放熱器（24）を出た冷媒が圧縮機（21）の吸入側へ流れる再生用管（46）と、該再生用管（46）の途中に設けられる膨張機構（47）とを備え、
   上記油吸着器（40）は、内円部全体に亘って上記通路部材（44）を有する回転自在な円環状のロータ（41）を備え、
   上記ロータ（41）は、油分離器（22）の出口側の配管を横断して冷凍機油を油吸着剤に吸着させる吸着ゾーン（42）と、上記再生用管（46）における膨張機構（47）の上流側を横断して油吸着剤を再生させる再生ゾーン（43）とに区分けされている
   ことを特徴とする冷凍装置。
7. 請求項６において、
   上記冷媒回路（20）は、放熱器（24）を出た冷媒の圧力がその臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うように構成されている
   ことを特徴とする冷凍装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項において、
   上記油分離器（22）は、デミスタ式のものである
   ことを特徴とする冷凍装置。
9. 請求項３において、
   上記冷凍機油は、ＰＡＧ系のものである
   ことを特徴とする冷凍装置。

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