JP2012083010A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アキュムレータ内の液体が、二層に分離した状態においても、確実に圧縮機へ冷凍機油を戻すことができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 圧縮機と室外熱交換器とアキュムレータとを収納した室外機ユニットを複数台備え、これらの機器と減圧装置と室内熱交換器とを冷媒配管により接続して冷凍サイクルを形成するとともに、アキュムレータに溜まった液を圧縮機に戻す返油管とを備えた冷凍サイクル装置であって、アキュムレータ同士を接続しアキュムレータ内に溜まる液の流入出経路となるバイパス配管と、バイパス配管に設けられた弁装置と、圧縮機の運転周波数及び弁装置の開閉を制御する制御装置とを備え、制御装置は、弁装置を開いた状態で、それぞれの圧縮機について他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、を繰り返す攪拌運転を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、室外機ユニットを複数台組み合わせたマルチ室外機を備えた冷凍サイクル装置に関するものであり、特に、それぞれの室外機ユニット内に圧縮機とアキュムレータとが備えられている冷凍サイクル装置に関するものである。

一般に、冷凍サイクルを構成する圧縮機には、そのスクロール部等を潤滑するため、冷凍機油が用いられている。この冷凍機油は、冷媒と相溶しやすいものが選択されることが多いため、圧縮機の運転中、冷凍機油は圧縮機から流出して冷媒と一緒に配管内を循環することになる。また、一般に冷凍サイクル装置には、圧縮機への液バックを防ぐために蒸発器と圧縮機との間にアキュムレータを設けている。アキュムレータでは、液冷媒とガス冷媒とを分離して、ガス冷媒のみが圧縮機へ送出され、液冷媒はアキュムレータ内に溜まるよう構成されている。

ここで、アキュムレータ内に溜まった液冷媒には、冷凍機油が溶け込んでいるが、液冷媒・冷凍機油の温度が下がる等すると冷媒の溶解度が減少し、やがて液冷媒と冷凍機油とが二層に分離した状態となってしまう。そして、この冷凍機油がアキュムレータ内に溜まったままだと、圧縮機に存在する冷凍機油の量が低下し、圧縮機の潤滑等が十分に行われなくなってしまう。これを防ぐため、アキュムレータ内に溜まった冷凍機油を圧縮機に戻す技術として様々なものが提案されている。

例えば、容器本体内に液冷媒と冷凍機油が二層分離して溜まった場合でも、冷凍機油を密閉型回転圧縮機に戻すことのできるアキュムレータを提供することを目的として、アキュムレータの出口管に、仕切板より内部開口端側に下部油戻し孔より大きい上部油戻し孔を１個以上備えたアキュムレータが提案されている（特許文献１）。この構成により、アキュムレータ内に二層に分離してしまった冷凍機油を仕切板上部にあけた油戻し孔より密閉型回転圧縮機へ戻している。

また、アキュムレータ内や蒸発器内に溜まる冷凍機油を圧縮機へ良好に戻し得る油戻し機構を提供することを目的として、液冷媒と冷凍機油とが上下二層に分離して溜められる容器の底部に、液冷媒と冷凍機油との界面の高さの変化に追従して上下動する浮子体を有し、通常は閉ざされているが、前記界面の高さが所定の値を超えると前記浮子体とともに弁体が上昇させられて弁体と弁坐間の隙間が開かれ、前記界面高さが前記所定の高さ以下になると閉ざされる開閉弁と、同開閉弁からの冷凍機油を前記圧縮機または圧縮機の吸入管に送る油戻し管を備えた油戻し装置が提案されている（特許文献２）。これにより、冷媒中に含まれる冷凍機油を液冷媒から確実に分離でき、分離した冷凍機油を圧縮機へ良好に戻すことができ、圧縮機の焼け付きを防止している。

また、複数の室外ユニットを備えた冷凍装置において、低圧側に油貯留部を設けた大容量冷凍機を構築する際に、特定の室外ユニットの油枯渇を回避し、全ての圧縮機に油を均油供給させて運転することで、冷凍機運転の信頼性を高めると同時に、従来ある冷凍機を組み合わせることにより安価に実現する冷凍装置を提供することを目的として、少なくとも圧縮機、凝縮器、アキュムレータを備える室外機を複数台、減圧手段および蒸発器を備える室内機と並列に配管接続して冷凍サイクルを形成する冷凍装置であって、アキュムレータ内に貯留された冷凍機油を前記圧縮機に返油する返油管と、各返油管を接続する均油管と、を備えた冷凍装置が提案されている（特許文献３）。これにより、全ての室外機の圧縮機に冷凍機油を均油供給することができ、圧縮機の油枯渇を防止し、また、従来ある冷凍機を組み合わせることにより冷凍装置を安価に実現している。

特開平５−９３５５８（［０００６］段落、図１） 特開２００１−２１２３６（［００１１］段落、図１） 特開２０１０−７１５６８（［０００８］段落、図１）

しかし、特許文献１に記載の技術では、液冷媒の液面が上部戻し孔より高くなった場合には、液冷媒しか圧縮機に戻らないし、液冷媒の比重が冷凍機油よりも小さい場合にも、上部戻し孔からは液冷媒しか戻らないという課題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、冷凍機油の比重が液冷媒よりも大きい場合を前提としており、逆に、液冷媒の比重が冷凍機油よりも大きい場合には、油戻し管からは液冷媒しか戻らないという課題がある。

また、特許文献３に記載の技術では、各圧縮機に冷凍機油を均油供給することはできるが、液冷媒と冷凍機油とが二層分離した状態については考慮されておらず、液冷媒の比重が冷凍機油よりも大きい場合には、返油管からは液冷媒しか戻らないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アキュムレータ内の液が、液冷媒と冷凍機油の二層に分離した状態においても、液面の高さや冷凍機油の比重によらず、確実に圧縮機へ冷凍機油を戻すことができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。

本発明にかかる冷凍サイクル装置は、圧縮機と室外熱交換器とアキュムレータとを収納した室外機ユニットを複数台備え、室外機ユニットに収納された各機器と減圧装置と室内熱交換器とを冷媒配管により接続して冷凍サイクルを形成するとともに、アキュムレータに溜まった液を圧縮機に戻す返油管とを備えた冷凍サイクル装置であって、アキュムレータ同士を接続し、アキュムレータ内に溜まる液の流入出経路となるバイパス配管と、バイパス配管に設けられた弁装置と、圧縮機の運転周波数及び弁装置の開閉を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、弁装置を開いた状態で、それぞれの圧縮機について、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と、他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、を繰り返して実施する攪拌運転を行うようにしたものである。

この発明によれば、アキュムレータ内の液が、液冷媒と冷凍機油の二層に分離した状態においても、液面の高さや冷凍機油の比重によらず、確実に圧縮機へ冷凍機油を戻すことができる冷凍サイクル装置を得ることができる。

実施の形態１に係る冷媒回路を示す模式図である。 実施の形態１に係るアキュムレータ付近の拡大図である。 実施の形態１に係る制御フローを示す図である。 冷媒と冷凍機油との臨界溶解温度曲線の一例を示す図である。 冷媒と冷凍機油との冷媒溶解量の一例を示す図である。 実施の形態２に係るアキュムレータ付近の拡大図である。 実施の形態３に係るアキュムレータ付近の拡大図である。 実施の形態３に係る制御フローを示す図である。 実施の形態４に係るアキュムレータ付近の拡大図である。 実施の形態４に係る制御フローを示す図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る冷媒回路を示す模式図である。実線で示した矢印は冷媒の流れを表し、点線で示した矢印は冷凍機油の流れを表している。図１において、本実施の形態に係る冷凍装置は、室外機１と室内機２とから構成されている。室外機１の内部には、ベースユニット３が設置され、このベースユニット３の上に、室外機ユニット４ａ、４ｂが設置されている。

室外機ユニット４ａの内部には、圧縮機５ａ、室外熱交換器６ａ、アキュムレータ７ａが収納されており、同型である室外機ユニット４ｂの内部には、同じく圧縮機５ｂ、室外熱交換器６ｂ、アキュムレータ７ｂが収納されている。また、室内機２には、例えばＬＥＶ（Ｌｉｎｅａｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅｓ）等の減圧装置８、及び室内熱交換器９が収納されている。

これらの機器は冷媒配管１０で接続されて冷媒回路を形成している。すなわち、室外機ユニット４ａにおいて、圧縮機５ａの吐出側が室外熱交換器６ａに接続されている。同様に、室外機ユニット４ｂにおいても、圧縮機５ｂの吐出側が室外熱交換器６ｂに接続されている。室外熱交換器６ａの出口側及び室外熱交換器６ｂの出口側の冷媒配管１０は、ベースユニット３内で結合され、その結合された冷媒配管１０が、減圧装置８に接続されている。

室内機２内では、減圧装置８と室内熱交換器９とが冷媒配管１０で接続されている。室内熱交換器９の出口側の冷媒配管１０は、室外機１のベースユニット３内で分岐され、一方はアキュムレータ７ａに、他方はアキュムレータ７ｂに、それぞれ接続されている。そして、アキュムレータ７ａの出口側は圧縮機５ａに、アキュムレータ７ｂの出口側は圧縮機５ｂにそれぞれ接続され、冷媒回路が構成されている。

また、室外機ユニット４ａにおいて、アキュムレータ７ａの底面には返油管１１ａが設けられており、圧縮機５ａに冷凍機油を戻すことができる構造となっている。同様に、室外機ユニット４ｂにおいても、アキュムレータ７ｂの底面には返油管１１ｂが設けられており、圧縮機５ｂに冷凍機油を戻すことができる構造となっている。

さらに、アキュムレータ７ａとアキュムレータ７ｂとは、バイパス配管１２によって接続されており、このバイパス配管１２は、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まる液（冷凍機油および液冷媒）の流入出経路となっている。

なお、室外機ユニット４ａ、４ｂを形成する筐体には、筐体内部と筐体外部との間で空気の流入・流出が可能なように、図示していない通風路が形成されており、室外熱交換器６ａ、６ｂは、外部から流入した空気が通過可能な位置に配置されている。図１は、冷媒回路の観点から模式的に図示したものであるが、実際の配置としては、室外熱交換器６ａ、６ｂは、室外機ユニット４ａ、４ｂの筐体内側の側面に沿って配置されていて、室外機ユニット４ａ、４ｂの内部メンテナンス用の側面を除く３つの側面に沿って配置されている。

従って通常、室外機ユニット４ａと室外機ユニット４ｂとが隣接している面には、室外機ユニット４ａ、４ｂの筐体を挟んで、室外熱交換器６ａと室外熱交換器６ｂとが隣接して存在していることになる。このため、本実施の形態では、室外機ユニット４ａ、４ｂ同士を接続する配管（冷媒配管１０、バイパス配管１２）は、ベースユニット３を経由する構成としているが、室外機ユニット４ａ、４ｂの筐体および室外熱交換器６ａ、６ｂを貫通するような構成としても良い。

制御部１３は、例えばマイコンであり、後述するセンサからのデータを受信するとともに、圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数の制御など室外機１内の各種装置の制御を行う。なお、制御部１３はこのような機能を持つものであればどこに配置されていてもよく、また、必ずしも１つである必要もない。例えば、このような制御を行う機器を室外機ユニット４ａ、４ｂのそれぞれに設け、互いに通信可能となるように設けてもよい。

なお、圧縮機５ａ、５ｂの吐出側の冷媒配管１０に、オイルセパレータと呼ばれる冷凍機油を分離する装置を設け、分離された冷凍機油のみをアキュムレータ７ａ、７ｂに戻すように構成しても良い。また、本実施の形態では室内機２は１台しか接続されていないが、複数台の室内機２を接続する構成でも構わない。また、本実施の形態では減圧装置８としてＬＥＶを例にあげているが、膨張弁やキャピラリーを用いても良い。

図２は、本実施の形態に係るアキュムレータ付近の拡大図である。
図２において、アキュムレータ７ａ、７ｂの底面には上述した返油管１１ａ、１１ｂが設けられており、それぞれ圧縮機５ａ、５ｂに接続されていて、アキュムレータ７ａ、７ｂに溜まった液を圧縮器に戻すことができるようになっている。なお、通常、返油管には流路抵抗となるキャピラリーチューブを設けたり、オイルレギュレータを設けたりして、アキュムレータ内の液が少しずつ圧縮機に戻るようにしている。なお、オイルレギュレータとは、圧縮機への液戻り量を制御し、圧縮機内の冷凍機油量を規定量に保つための装置である。また、このオイルレギュレータで確保しきれない冷凍機油をアキュムレータに貯蔵する構造としてもよい。

また、同じくアキュムレータ７ａ、７ｂの底面にはバイパス配管１２が設けられており、双方のアキュムレータ同士を接続している。バイパス配管１２の吸込口は、アキュムレータ７ａ、７ｂの底面に開口して形成されており、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の全てを流出し得るように形成されている。また、バイパス配管１２の中間部には、弁装置である電磁弁１４が設けられている。電磁弁１４は通常運転時は閉となっており、制御部１３からの制御信号により開閉動作を行うことが可能なように構成されている。

なお、本実施の形態では、バイパス配管１２をアキュムレータ７ａ、７ｂの底面に設けたとしているが、これに限られるものではない。アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の全てを流出し得るように形成されていれば良いので、例えば、バイパス配管１２をアキュムレータ７ａ、７ｂの側面の下端部に設けるようにしても良い。

また、アキュムレータ７ａ、７ｂの上面には、室内熱交換器９との間を接続する冷媒配管１０の一部であるアキュムレータ入口管１５ａ、１５ｂ、及び圧縮機５ａ、５ｂとの間をそれぞれ接続する冷媒配管１０の一部であるアキュムレータ出口管１６ａ、１６ｂが接続されている。アキュムレータ出口管１６ａ、１６ｂは、アキュムレータ７ａ、７ｂ内でＵ字状に曲げられた形状をしている。そして、アキュムレータ７ａ、７ｂの出口には、温度センサであるサーミスタ１７ａ、１７ｂ、及び圧力センサ１８ａ、１８ｂがそれぞれ設けられており、検出したデータを制御部１３へ伝送可能なように構成されている。

このようなアキュムレータ７ａ、７ｂ内に、冷凍機油１９と液冷媒２０とが二層分離状態で溜まっており、冷凍機油１９は液冷媒２０よりも上側に分離している。なお、本実施の形態では、冷凍機油１９が液冷媒２０よりも上側に分離した状態をとりあげているが、この逆の状態となっていてもよい。

次に動作について述べる。
図３は、実施の形態１に係る制御フローを示す図である。

図３においてＳ１は通常運転をしているステップである。すなわち、圧縮機５ａ、５ｂから吐出されたガス冷媒が室外熱交換器６ａ、６ｂにおいて、凝縮されて液冷媒又は気液二相冷媒となり、この液冷媒又は気液二相冷媒が減圧装置８で減圧される。さらに、この減圧された冷媒は、室内熱交換器９で周囲の熱を吸熱しながら蒸発して再び室外機１に流入する。室外機１に流入した冷媒のうち、室内熱交換器９で蒸発しきれなかった液冷媒（及び液冷媒に溶け込んでいる冷凍機油）は、アキュムレータ７ａ、７ｂに溜まり、ガス冷媒のみが圧縮機５ａ、５ｂに流入して、再び冷媒回路内を流れることになる。また、アキュムレータ７ａ、７ｂに溜まった液は、返油管１１ａ、１１ｂを通って圧縮機５ａ、５ｂに戻されている。

一般に、冷凍機油として冷媒に対して相溶性のものを用いている場合、冷凍機油は冷媒に溶け込んだ状態となっているが、流体の温度が下がる等の所定の条件下では、冷凍機油と冷媒の溶解度が減少し、やがて冷凍機油と液冷媒とが二層に分離した状態となってしまう。

図３においてＳ２は、アキュムレータ７ａ、７ｂ内において、液冷媒と冷凍機油との分離が発生する状態か否かを判定するステップである。具体的には、サーミスタ１７ａ、１７ｂと圧力センサ１８ａ、１８ｂとの検出値に基づいて、制御部１３にて判定する。

判定条件の考え方について説明する。液冷媒と冷凍機油との分離が発生する状態ということは、（１）「冷媒が液の状態でアキュムレータに戻ってきている」すなわち、「液バックしていること」と（２）「液冷媒と冷凍機油とが分離すること」との２つの条件に分けることができる。

まず（１）の「液バックしていること」についてであるが、液バックが生じる直接の原因は冷却器である室内熱交換器９における熱交換量の不足（蒸発不良）である。つまり、室内熱交換器９における加熱量が十分でなく、室外機１へ流入する冷媒の温度が低圧の飽和ガス温度よりも低いため、液が室外機１へと流入している状態、すなわち、いわゆる過熱量（スーパーヒート）がとれていない状態である。従って、サーミスタ１７ａ、１７ｂの検出温度が圧力センサ１８ａ、１８ｂで検出された圧力における飽和ガス温度＋所定値（例えば５℃）よりも低い場合に、液バックしている状態と判定するようにすれば良い。なお、この所定値は必ずしも５℃である必要はなく、安全率などを考慮して任意に決定すればよい。

ちなみに、液バックが生じる原因としては、様々なものが考えられる。本実施の形態に係る冷凍装置は、例えば、野菜や肉を冷やすための冷蔵庫・冷凍庫のクーラーや、スーパーマーケット等で用いられるショーケースなどに用いられる。この場合、クーラー（室内機２）として、不特定多数のものが接続される。このとき、室外機１側では、各室内機２において、冷媒が適切に蒸発するように制御できないので、液バック発生する可能性がある。また、クーラーに付着した霜を除くための除霜運転を行った場合、除霜運転直後のクーラーは熱を持った状態であることがあり、特にヒータデフロストの場合、除霜運転終了後も電熱線は熱を持っている場合がある。このときに、すぐに冷却器のファンをまわすと、冷却器からの吹き出し空気は温度の高い空気となるため、冷蔵庫や冷凍庫などの庫内の温度が上昇してしまう可能性がある。これを防ぐため、除霜運転直後には冷却器のファンを回さずに、圧縮機５ａ、５ｂを起動させるいわゆるファン遅延制御と呼ばれる制御を行うことになり、冷却器での冷媒蒸発が不十分となって液バックが発生する可能性がある。また、ＬＥＶなどの減圧装置８が故障している場合にも、減圧が十分にされないため、冷却器での冷媒の蒸発が不十分となって液バックが発生する可能性もある。

次に、（２）「液冷媒と冷凍機油とが分離すること」についてであるが、液冷媒と冷凍機油とが分離する条件は、冷媒および冷凍機油の種類によって異なっている。

図４は、冷媒と冷凍機油との臨界溶解温度曲線の一例を示す図である。冷媒Ｒ４１０Ａと冷凍機油（エステル油）との溶解の例を示している。図４において、横軸は冷凍機油の濃度（ｗｔ％）であり、縦軸は液の温度を示している。そして、分離領域２１で示す領域において、液冷媒と冷凍機油とが分離する。図４に示した例では、冷凍機油の濃度が約１５％でかつ液温が約−３５℃以下の場合、液冷媒と冷凍機油とが分離する領域が現れてくる。

なお、今回対象とする冷凍装置においては冷凍機油の濃度を検知する装置を有していないため、液冷媒と冷凍機油とが分離すると判断する条件の一例として、流体の温度が−３５℃以下になることを判断条件としている。なお、コスト的な問題等はあるが、冷凍機油の濃度を検知して判定に用いるようにしても良い。なお、通常、冷媒Ｒ４１０Ａの蒸発温度が５０℃を超えるような運転をすることは考えにくいので、本実施の形態では、図４における上側の分離領域２１については、判定条件として考慮していない。

一方、図５は、冷媒と冷凍機油との冷媒溶解量の一例を示す図である。図５において、横軸は液の温度、縦軸は液にかかる圧力を示している。また、図中の曲線付近に記載されている数値は、所定量の冷凍機油に溶け込む冷媒の濃度（ｍａｓｓ％）を示している。図５に示しているのは温度が−２０℃以上の場合であるが、同じ圧力であれば、温度が低いほど多量の冷媒が溶解し、同じ温度であれば、圧力が高いほど多量の冷媒が溶解していることが分かる。

従って、（２）「液冷媒と冷凍機油とが分離すること」を判定する条件としては、例えば、「サーミスタ１７の検出温度が−３５℃以下の場合」または「サーミスタ１７及び圧力センサ１８で検出した値が、図５に示す冷媒の溶解度が４０％以下の領域である場合」として、これらの条件に合致した時に液冷媒と冷凍機油とが分離したと判定する。

図３においてＳ３は、液冷媒と冷凍機油とが分離した状態が、所定時間継続しているか否かを制御部１３にて判定するステップである。液冷媒と冷凍機油とが分離していても、冷凍機油が浮遊している状態となっていて、液冷媒と冷凍機油とが二層には分離していない場合があるため、液冷媒と冷凍機油とが二層に分離した状態となるまでには、更にある程度の時間が必要であること、また、このような攪拌運転が頻繁に行われると通常運転ができず室内機２の温度管理ができなくなってしまう場合があるため、できる限り攪拌運転の時間を短くする必要があること、からこのような条件を加えることで、より確実に二層分離となった状態で攪拌運転を開始することができる。

なお、Ｓ２、Ｓ３において、これら判定条件に用いる具体的なパラメタの値は、冷媒・冷凍機油の種類や量によって異なることから、実機試験などによって最適な値を決定するようにすれば良い。なお、同じくＳ２、Ｓ３の判定条件においては、アキュムレータ７ａ、７ｂのいずれか一方がこれら判定条件を満たせば、その判定条件を満たしたアキュムレータにて、二層分離が発生している可能性があるので、後述する攪拌運転をするよう制御すればよい。

図３において、Ｓ４以降は攪拌運転を行うステップである。
攪拌運転は、次のように行う。

まず、Ｓ４では、図２における電磁弁１４が制御部１３によって開制御される。次に、Ｓ５では、制御部１３は圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数を制御して、一方の圧縮機の運転周波数を他方の運転周波数よりも高くする。例えば、圧縮機５ａの運転周波数を９０Ｈｚ、圧縮機５ｂの運転周波数を４０Ｈｚとする。

圧縮機の運転周波数が高くなれば、その吸込側の圧力（すなわちアキュムレータの圧力）は低くなる。そして、双方の圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数が異なれば、それぞれのアキュムレータ７ａ、７ｂ内の圧力にも差が生じるので、内部の圧力が高い方のアキュムレータ７ｂから、内部の圧力が低い方のアキュムレータ７ａへ向けて、バイパス配管１２を通じてアキュムレータ７ｂ内の液が流れ込む。

Ｓ５の運転を所定時間行った後、Ｓ６にて、双方の圧縮機の運転周波数の高低関係が逆になるように制御する。つまり、Ｓ５にて運転周波数を高くした圧縮機の運転周波数を、Ｓ６では逆に他の圧縮機の運転周波数よりも低くする。つまり、圧縮機５ａの運転周波数を４０Ｈｚとし、圧縮機５ｂの運転周波数を９０Ｈｚとする。すると、Ｓ５とは逆に、アキュムレータ７ａからアキュムレータ７ｂへ向けて、アキュムレータ７ａ内部の液が流れ込むことになる。Ｓ６の運転も所定時間行う。

このように、それぞれの圧縮機について、他の圧縮機よりも運転周波数を高くする運転と、低くする運転とを繰り返し行うことにより、アキュムレータ７ａ、７ｂ内の液を攪拌する。このような制御を所定回数或いは所定時間行った後（Ｓ７）、Ｓ８で、電磁弁１４を閉制御して、通常運転（Ｓ１）に復帰する。通常運転になった後は、攪拌された液が、返油管１１ａ、１１ｂを通じて圧縮機５ａ、５ｂに戻される。

なお、攪拌運転を行う際の回数や時間パラメタなどは、実機試験などによって最適なものを設定すればよいが、例えば、液冷媒と冷凍機油とが分離する条件が１時間継続すると攪拌運転を開始し、運転継続時間は１台の圧縮機につき１．５分間ずつ計３分間実施するなどしてもよい。このようなパラメタは、制御部１３に対して入力可能なように構成しても良い。

なお、上記の場合では、運転周波数可変の圧縮機を例に挙げたが、一定速圧縮機の場合は、圧縮機の運転・停止により制御しても良い。すなわち、運転中の圧縮機は所定の運転周波数をもって運転しているが、停止中の圧縮機の運転周波数は０であるので、上記の考え方を適用することができる。

このように、本実施の形態によれば、攪拌運転をすることにより、アキュムレータ内の液冷媒と冷凍機油とが混合されるので、アキュムレータ内の液が、液冷媒と冷凍機油の二層に分離した状態においても、液面の高さや冷凍機油の比重によらず、確実に圧縮機へ冷凍機油を戻すことができる冷凍サイクル装置を得ることができるという効果がある。

また、液冷媒と冷凍機油とが分離する条件を判定してから攪拌運転を行うようにしたので、不要な攪拌運転を避け、より効率的に攪拌運転をすることができる。また、本実施の形態では、返油管１１ａ、１１ｂとは別にバイパス配管１２を設けたので、返油管同士を接続した場合とは異なり、攪拌途中の液が圧縮機に戻ることなく、冷凍機油と液冷媒とが混合された後の液を圧縮機５ａ、５ｂに戻すことができる。また、攪拌運転を所定回数又は所定時間行うようにしたので、アキュムレータ内の液冷媒と冷凍機油とを混合するのに必要十分な攪拌運転を行うことができる。

なお、本実施の形態では、液冷媒と冷凍機油とが分離する状態が所定時間以上継続したときに、攪拌運転を開始するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、液冷媒と冷凍機油とが分離する状態となった場合にすぐに攪拌運転をするようにしても良いし、また、予めアキュムレータの温度等から、液冷媒と冷凍機油とが分離する時間を実験的に求めておいて、その時間ごとに定期的に攪拌運転をするようにしてもよい。このようにすれば、より簡易に制御することができる。

なお、本実施の形態では、攪拌運転直後に通常運転に復帰するようにしたが、通常運転に復帰する前に、電磁弁１４が開の状態で、所定時間、双方の圧縮機の運転周波数が等しい状態で運転するようにしてもよい。双方の圧縮機の運転周波数が等しいので、双方のアキュムレータ内の圧力も一定の値に近づくため、双方のアキュムレータの高さが等しい位置に設置されていれば、双方のアキュムレータ内に溜まる液の液面の高さも等しくなり、双方のアキュムレータ内に溜まる液の量を概ね等しくすることができる。

なお、本実施の形態では、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル油の例をとり上げたが、これに限られるものではなく、冷媒と冷凍機油が相溶である組み合わせであれば同じ効果を得ることができる。例えば、冷媒としては、ＨＦＣ系冷媒およびこれらの混合冷媒、ＨＣ系冷媒およびこれらの混合冷媒、あるいはＣＯ2、水などの自然冷媒を用い、冷凍機油としてこれらに相溶である冷凍機油、例えばＨＦＣ系冷媒の場合はエステル油、ＨＣ系冷媒の場合は鉱油、ＣＯ2の場合はＰＡＧ油などを用いた場合においても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、バイパス配管１２は、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の全てを流出し得るように形成されているので、条件によっては、攪拌運転後、一方のアキュムレータ内の液が枯渇してしまう可能性がある。また、上記のように双方の圧縮機の運転周波数を等しくしたとしても、実際の設置状況や運転状況により、双方のアキュムレータ内の圧力はなかなか等しくならない。そこで、本実施の形態では、バイパス配管１２を工夫することにより、攪拌運転の際に、アキュムレータ内に所定量の液を溜めておくことができるようにしたものである。

図６は、実施の形態２に係るアキュムレータ付近の拡大図である。図２に示した実施の形態１に係るアキュムレータ付近の拡大図との差異は、バイパス配管１２がアキュムレータの底面から所定の高さ分だけ突出して接続されている点である。制御については、実施の形態１と同様である。

図６において、アキュムレータ７ａ内の液面は、バイパス配管１２の吸込口よりも高い位置にある。このため攪拌運転の際には、バイパス配管１２の吸込口よりも高い位置にある液のみがバイパス配管１２を通ってアキュムレータ７ｂ内に移動するが、アキュムレータ７ａの底面からバイパス配管１２の吸込口の間には液が確保されており、アキュムレータ７ａ内の液が枯渇することはない。

このように、本実施の形態によれば、バイパス配管１２をアキュムレータの底面から所定の高さ分だけ突出して接続しているので、アキュムレータ内の液が枯渇することなく、所定量の液を溜めておくことができるという効果がある。

なお、バイパス配管１２を突出させる所定の高さは、アキュムレータ内に貯留しておく液の量を任意に定め、その定めた高さに基づいて決定すればよい。また、本実施の形態では、バイパス配管１２をアキュムレータ７ａ、７ｂの底面から所定の高さ分だけ突出して接続しているが、これに限られるものではない。アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の一部を残し、その他の液を流出し得るように形成されていれば良いので、例えば、バイパス配管１２をアキュムレータ７ａ、７ｂの側面の下端部から所定高さ分だけ上方の位置に設けるようにしても良い。

実施の形態３．
実施の形態２では、両方のアキュムレータの液面が、バイパス配管１２の吸込口よりも低い場合が考えられる。そこで、実施の形態３では、攪拌用のバイパス配管と均油用のバイパス配管を設け、攪拌運転および均油運転を行うようにしたものである。

図７は、実施の形態３に係るアキュムレータ付近の拡大図である。
図７において、攪拌用バイパス配管２２は、図２におけるバイパス配管１２と同様に、双方のアキュムレータ同士を接続するとともに、その吸込口は、アキュムレータ７ａ、７ｂの底面に開口して形成されており、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の全てを流出し得るように形成されている。また、攪拌用バイパス配管２２の中間部には、弁装置である攪拌用電磁弁２３が設けられており、図１に示した制御部１３によって開閉制御が可能なように構成されている。なお、攪拌用電磁弁２３は通常運転時は閉となっている。

なお、攪拌用バイパス配管２２は、図２におけるバイパス配管１２と同様に、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の全てを流出し得るように形成されていれば良いので、例えば、攪拌用バイパス配管２２をアキュムレータ７ａ、７ｂの側面の下端部に設けるようにしても良い。

また、均油用バイパス配管２４は、図６におけるバイパス配管１２と同様に、双方のアキュムレータ同士を接続するとともに、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に所定高さ分だけ突出して接続されている。従って、均油用バイパス配管２４の吸込口はアキュムレータ７ａ、７ｂの底面から所定高さ分だけ高い位置にある。また、均油用バイパス配管２４の中間部には、弁装置である均油用電磁弁２５が設けられており、図１に示した制御部１３によって開閉制御が可能なように構成されている。なお、均油用電磁弁２５は通常運転時は閉となっている。

なお、均油用バイパス配管２４は、図６におけるバイパス配管１２と同様に、アキュムレータ７ａ、７ｂ内に溜まった液の一部を残し、その他の液を流出し得るように形成されていれば良いので、例えば、均油用バイパス配管２４をアキュムレータ７ａ、７ｂの側面の下端部から所定高さ分だけ上方の位置に設けるようにしても良い。

図８は、実施の形態３に係る制御フローを示す図である。図８におけるＴ１からＴ８までの各ステップは、図３におけるＳ１からＳ８までの各ステップと同様の制御を行っている。本実施の形態では、図８において、Ｔ８にて攪拌用電磁弁２３を閉制御した後、Ｔ９以降で均油運転を行うべく、Ｔ９では均油用電磁弁２５を開制御する。

Ｔ１０では、制御部１３は圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数を制御して、一方の圧縮機の運転周波数を他方の圧縮機の運転周波数よりも高くする。例えば、一方の圧縮機５ａの運転周波数を９０Ｈｚ、他方の圧縮機５ｂの運転周波数を４０Ｈｚとする。これにより、それぞれのアキュムレータ７ａ、７ｂ内の圧力に差が生じるので、内部の圧力が高い方のアキュムレータ７ｂ内の液面が、均油用バイパス配管２４の吸込口よりも高い位置にあれば、その分の液が、均油用バイパス配管２４を通じて、内部の圧力が低い方のアキュムレータ７ａへ流入する。

Ｔ１０の運転を所定時間行った後、制御部１３は、Ｔ１１にて他の圧縮機の運転周波数を高くする。すなわち、圧縮機５ｂの運転周波数を９０Ｈｚとし、圧縮機５ａの運転周波数を４０Ｈｚとする。すると、Ｔ１０とは逆に、内部の圧力が高い方のアキュムレータ７ａ内の液面が、均油用バイパス配管２４の吸込口よりも高い位置にあれば、その分の液が、均油用バイパス配管２４を通じて、内部の圧力が低い方のアキュムレータ７ｂへ流入する。Ｔ１１の運転も所定時間行う。

Ｔ１２では、均油用電磁弁２５を閉制御し、そして通常運転（Ｔ１）に復帰する。

なお、均油運転では、上記のように、各圧縮機について、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転を一度行えば、その圧縮機に接続されたアキュムレータに、他の室外機ユニットに備えられているアキュムレータから液が流入する。従って、均油運転は、攪拌運転のように所定回数繰り返す必要はなく、少なくとも各圧縮機について１回行えばよい。

本実施の形態では、攪拌用バイパス配管２２と均油用バイパス配管２４を設け、攪拌運転と均油運転とを行うようにしたので、各アキュムレータ７ａ、７ｂ内の液を混合できるとともに、各アキュムレータ７ａ、７ｂ内に、一定量の液を確保することができるという効果がある。

なお、均油運転を行う際の時間パラメタなどは、アキュムレータの容量によっても異なるので、実機試験などによって最適なものを設定すればよい。このようなパラメタは、制御部１３に対して入力可能なように構成しても良い。

なお、上記の場合では、運転周波数可変の圧縮機を例に挙げたが、一定速圧縮機の場合は、圧縮機の運転・停止により制御しても良い。すなわち、運転中の圧縮機は所定の運転周波数をもって運転しているが、停止中の圧縮機の運転周波数は０であるので、上記の考え方を適用することができる。

実施の形態４．
これまでの実施の形態では、室外機ユニットが２つの場合について説明してきたが、本実施の形態では、室外機ユニットが追加されて３台以上となったときの制御について説明する。

図９は、実施の形態４に係るアキュムレータ付近の拡大図である。構成要素については、図７に示したものと同様であるが、３台目の室外機ユニットに収納されている構成要素については、符号にｃの文字を付して区別している。

すなわち、図９において、３台目のアキュムレータ７ｃの上面には、室内熱交換器９との間を接続するアキュムレータ入口管１５ｃ、及び図示していない３台目の室外機ユニットに収納された圧縮機５ｃとの間を接続するアキュムレータ出口管１６ｃ、が接続されている。アキュムレータ出口管１６ｃは、アキュムレータ７ｃ内でＵ字状に曲げられた形状をしている。そして、アキュムレータ７ｃの出口には、温度センサであるサーミスタ１７ｃ、及び圧力センサ１８ｃがそれぞれ設けられており、検出したデータを制御部１３へ伝送可能なように構成されている。

また、アキュムレータ７ｃの底面には返油管１１ｃが設けられており、圧縮機５ｃに接続されていて、アキュムレータ７ｃに溜まった液（液冷媒及び冷凍機油）を圧縮器に戻すことができるようになっている。

また、アキュムレータ７ｃの底面には、図７と同様に、アキュムレータ７ａ、７ｂの底面と接続する攪拌用バイパス配管２２が接続されており、その吸込口はアキュムレータ７ｃの底面に形成されている。また、攪拌用バイパス配管２２の各アキュムレータ間の中間部には、弁装置である攪拌用電磁弁２３が設けられており、図１に示した制御部１３によって開閉制御が可能なように構成されている。なお、攪拌用電磁弁２３は通常運転時は閉となっている。

また、アキュムレータ７ｃの底面には、図７と同様に、アキュムレータ７ａ、７ｂの底面と接続する均油用バイパス配管２４が接続されており、均油用バイパス配管２４はアキュムレータ７ｃ内に所定高さ分だけ突出して接続されている。従って、均油用バイパス配管２４の吸込口は、アキュムレータ７ｃの底面から所定高さ分だけ高い位置にある。また、均油用バイパス配管２４の各アキュムレータ間の中間部には、弁装置である均油用電磁弁２５が設けられており、図１に示した制御部１３によって開閉制御が可能なように構成されている。なお、均油用電磁弁２５は通常運転時は閉となっている。

図１０は、実施の形態４に係る制御フローを示す図である。
図８に示した実施の形態３とほぼ同様であるが、実施の形態３との差異は、圧縮機とアキュムレータとの組が３組あるため、Ｕ５からＵ７の攪拌運転、及びＵ１１からＵ１３の均油運転が異なっている点である。

Ｕ５では、圧縮機５ａの運転周波数を他の圧縮機の運転周波数よりも高くする。これにより、圧縮機５ａに接続されたアキュムレータ７ａに、他のアキュムレータからの液が流入する。次に、Ｕ６では、圧縮機５ｂの運転周波数を他の圧縮機の運転周波数よりも高くする。これにより、圧縮機５ｂに接続されたアキュムレータ７ｂに、他のアキュムレータからの液が流入する。次に、Ｕ７では、圧縮機５ｃの運転周波数を他の圧縮機の運転周波数よりも高くする。これにより、圧縮機５ｃに接続されたアキュムレータ７ｃに、他のアキュムレータからの液が流入する。これを繰り返す（Ｕ８）。

このような制御を行うことにより、それぞれの圧縮機では、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と、他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、を繰り返して行っていることになる。そして、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転をしているときには、その圧縮機に接続されたアキュムレータに、他のアキュムレータから液が流入し、逆に、他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転をしているときには、その圧縮機に接続されたアキュムレータから、他のアキュムレータへ液が流出することになる。従って、このような運転をすることにより、アキュムレータに対して液の流入及び流出が生じるので、アキュムレータ内の液を攪拌することができる。

Ｕ１１からＵ１３の制御は、Ｕ５からＵ７の制御と同様であり、それぞれの圧縮機で、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転を行っている。そして、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転をしているときには、その圧縮機に接続されたアキュムレータに、他のアキュムレータから液が流入する。また、均油用バイパス配管２４の吸込口がアキュムレータの底面から所定高さ分だけ高い位置にあるので、アキュムレータ内に一定量の液を確保しておくことができる。

ただし、Ｕ１１からＵ１３の均油運転では、上記のように、各圧縮機について、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転を一度行えば、その圧縮機に接続されたアキュムレータに、他の室外機ユニットに備えられているアキュムレータから液が流入する。従って、均油運転は、攪拌運転のように所定回数繰り返す必要はなく、少なくとも各圧縮機について１回行えばよい。

このように、３台以上のアキュムレータ及び圧縮機を備えた冷凍装置の場合、それぞれの圧縮機について、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と、他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、を繰り返して行う攪拌運転と、それぞれの圧縮機について、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転を行う均油運転と、を行うにより、これまでの実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、１台の圧縮機のみの運転周波数を高くする制御を順次おこなっているが、これに限られるものではない。例えば、圧縮機を２つのグループに分けて制御しても良い。すなわち、圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数を圧縮機５ｃの運転周波数よりも高くする運転と、圧縮機５ａ、５ｂの運転周波数を圧縮機５ｃの運転周波数よりも低くする運転と、を繰り返し行うようにしても良い。この運転でも、それぞれの圧縮機については、他の圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と、他の圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、を繰り返して行っているので、これまでの実施の形態と同様の効果を得ることができる。均油運転についても同様である。

なお、本実施の形態では、実施の形態３に室外機ユニットが追加された構成について説明したが、実施の形態１或いは実施の形態２に室外機ユニットが追加された構成の場合でも、同様の制御をすればよい。４台目以降の室外機ユニットが追加される場合も同様である。

なお、上記の場合では、運転周波数可変の圧縮機を例に挙げたが、一定速圧縮機の場合は、圧縮機の運転・停止により制御しても良い。すなわち、運転中の圧縮機は所定の運転周波数をもって運転しているが、停止中の圧縮機の運転周波数は０であるので、上記の考え方を適用することができる。

本発明は、冷凍装置の他にも空気調和装置等の冷凍サイクルを持つ冷凍サイクル装置に対して幅広く適用可能である。

１ 室外機
２ 室内機
３ ベースユニット
４ａ、４ｂ 室外機ユニット
５ａ、５ｂ、５ｃ 圧縮機
６ａ、６ｂ 室外熱交換器
７ａ、７ｂ、７ｃ アキュムレータ
８ 減圧装置
９ 室内熱交換器
１０ 冷媒配管
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 返油管
１２ バイパス配管
１３ 制御部
１４ 電磁弁
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ アキュムレータ入口管
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ アキュムレータ出口管
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ サーミスタ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 圧力センサ
１９ 冷凍機油
２０ 液冷媒
２１ 分離領域
２２ 攪拌用バイパス配管
２３ 攪拌用電磁弁
２４ 均油用バイパス配管
２５ 均油用電磁弁

Claims (10)

1. 圧縮機と室外熱交換器とアキュムレータとを収納した室外機ユニットを複数台備え、前記室外機ユニットに収納された各機器と減圧装置と室内熱交換器とを冷媒配管により接続して冷凍サイクルを形成するとともに、前記アキュムレータに溜まった液を前記圧縮機に戻す返油管とを備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記アキュムレータ同士を接続し、前記アキュムレータ内に溜まる液の流入出経路となるバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられた弁装置と、
   前記圧縮機の運転周波数及び前記弁装置の開閉を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記弁装置を開いた状態で、
   それぞれの前記圧縮機について、他の前記圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転と、他の前記圧縮機の運転周波数よりも低い運転周波数で行う運転と、
   を、繰り返して実施する攪拌運転を行う冷凍サイクル装置。
2. それぞれの前記アキュムレータには、前記アキュムレータ内の温度を検出する温度センサと、前記アキュムレータ内の圧力を検出する圧力センサと、が備えられており、
   前記制御装置は、前記アキュムレータ内の温度および圧力に基づいて、前記攪拌運転を開始する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、前記アキュムレータ内の温度および圧力に基づいて、
   前記アキュムレータ内に液冷媒が流入する条件と、
   前記アキュムレータ内の液が液冷媒と冷凍機油とに分離する条件と、
   の２つの条件を満たす状態となったときに、前記攪拌運転を開始する請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、前記２つの条件を満たす状態が所定時間継続した後に、前記攪拌運転を開始する請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、前記攪拌運転を所定時間ごとに行う請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、前記攪拌運転を所定回数又は所定時間行う請求項１乃至５のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記バイパス配管は、それぞれの前記アキュムレータの底面に開口して吸込口を形成している攪拌用バイパス配管である請求項１乃至６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記バイパス配管は、それぞれの前記アキュムレータの底面から所定高さ分突出して接続されている均油用バイパス配管である請求項１乃至６のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記攪拌用バイパス配管と前記均油用バイパス配管とを備えた請求項７又は８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御装置は、
    前記攪拌用バイパス配管に備えられた前記弁装置を開いた状態で、前記攪拌運転を実施するとともに、
    前記均油用バイパス配管に備えられた前記弁装置を開いた状態で、
    それぞれの前記圧縮機について、他の前記圧縮機の運転周波数よりも高い運転周波数で行う運転を実施する請求項９に記載の冷凍サイクル装置。

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