JP2014173791A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、ヒータの待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することが可能な冷凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍装置１は、圧縮要素２１ｂによって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部３６ｃが形成されたケーシング２１ａの内部空間３６ａに吐出した後にケーシング２１ａ外に送る構造を有する圧縮機２１と、ヒータ２８と、制御部９とを備えている。制御部９は、冷凍装置１の停止中に、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度が、冷凍装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量を圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な許容凝縮量以下にするための第１油温目標値に達するように、ヒータ２８を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍装置、特に、圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造を有する圧縮機と、油溜まり部に貯留された冷凍機油を加熱するヒータと、ヒータを制御する制御部とを備えた冷凍装置に関する。

従来より、冷凍装置として、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される空気調和装置がある。

この種の冷凍装置では、冷凍装置の停止中における圧縮機内の冷媒の圧力が一定の条件下において冷凍機油の温度が低いと、圧縮機内の冷凍機油に冷媒が溶解する量が多くなる。冷凍装置の長期間の運転休止や冷媒の温度（又は室外温度）の変化等の条件が重なると、いわゆる寝込みと呼ばれる現象が生じて圧縮機内の冷凍機油中に多くの冷媒が溶解する。冷凍機油中に冷媒が寝込んで冷凍機油の濃度が低下すると、冷凍機油の粘度が低下して圧縮機の潤滑不足が発生するおそれがある。

これに対して、従来より、圧縮機内における冷媒の寝込みを防止するため、圧縮機の外周にヒータを取り付けて、冷凍装置の停止中に圧縮機内の冷凍機油を加熱して冷媒が寝込まないようにする対策が採用されている。また、モータへの欠相通電によって圧縮機内の冷凍機油を加熱する場合もある。

しかし、冷凍装置の停止中に圧縮機内の冷凍機油を加熱するためにヒータへの通電を行うと、一定の電力を待機電力として消費してしまい、冷凍装置で消費される電力量が増加することになる。

このような冷凍装置の待機電力を削減するために、例えば、特許文献１、２（特開２００１−７３９５２号公報、特許第４１１１２４６号公報）には、冷媒温度や外気温度に基づいて、圧縮機の停止中（すなわち、冷凍装置の停止中）にヒータを制御する内容が記載されている。また、特許文献３（特開平９−１７０８２６号公報）には、圧縮機内の冷凍機油の濃度に基づいて、冷凍装置の停止中にヒータを制御する内容が記載されている。

特許文献１〜３のようなヒータ制御によれば、冷凍装置の停止中に圧縮機内の冷凍機油を常時加熱する場合に比べて、待機電力を削減することができる。

しかし、外気温度が低い条件では、特許文献１〜３のようなヒータ制御によって、冷凍装置の停止中の冷凍機油の濃度（粘度）を維持することができても、圧縮機内の冷凍機油の温度や圧縮機のケーシングの温度が低いために、冷凍装置の運転開始時に冷媒を圧縮する圧縮要素からケーシングの内部空間に吐出された冷媒がケーシング外に送られる前に内部空間で凝縮するドーム内凝縮の発生が顕著になる。ここで、ドーム内凝縮とは、圧縮機として、圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造を採用する場合において、冷凍装置の運転開始時に、圧縮要素からケーシングの内部空間に吐出された冷媒が、ケーシング外に送られるまでの経路で冷却されて飽和状態になり、油溜まり部に貯留された冷凍機油の油面やその周辺のケーシングの壁面で凝縮する現象である。そして、このようなドーム内凝縮によって発生した液冷媒が油溜まり部に貯留された冷凍機油に溶解すると、冷凍装置の運転開始時に、冷凍機油の濃度（粘度）が低下して、圧縮機の潤滑不足が発生してしまい、圧縮機の信頼性を損なうおそれがある。

このようなドーム内凝縮に対して、特許文献４（特開２０００−１３０８６５号公報）には、圧縮機のケーシングの壁面に圧縮機から吐出される冷媒を流す壁面加熱通路を設けて、圧縮機の起動時（すなわち、冷凍装置の運転開始時）に、壁面加熱通路に圧縮機から吐出された冷媒を流してケーシングの壁面を加熱する内容が記載されている。しかし、冷凍装置の運転開始時に圧縮機から吐出される冷媒は、温度が低く、また、飽和状態に近いため、壁面加熱通路を設けたとしても、冷凍装置の運転開始時には、ケーシングの壁面を加熱するために十分な加熱能力を得ることができず、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下の発生を抑えることは難しい。

本発明の課題は、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、冷凍装置の待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することが可能な冷凍装置を提供することにある。

第１の観点にかかる冷凍装置は、圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造を有する圧縮機と、油溜まり部に貯留された冷凍機油を加熱するヒータと、ヒータを制御する制御部とを備えている。ここで、「圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造」とは、単段圧縮の圧縮要素を有する圧縮機においては、圧縮要素によって圧縮した冷媒を油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る「高圧ドーム型」と呼ばれる構造を意味する。また、多段圧縮の圧縮要素を有する圧縮機においては、中間段又は最終段の圧縮要素によって圧縮した冷媒を油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る「中間圧ドーム型」や「高圧ドーム型」と呼ばれる構造を意味する。また、「ヒータ」とは、ケーシングの外周から油溜まり部に貯留された冷凍機油を加熱するクランクケースヒータや、欠相通電を利用して油溜まり部に貯留された冷凍機油を加熱する場合には圧縮要素を駆動するモータを意味する。そして、制御部は、冷凍装置の停止中に、油溜まり部に貯留された冷凍機油の温度が、冷凍装置の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量を圧縮機の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な許容凝縮量以下にするための第１油温目標値に達するように、ヒータを制御する。ここで、「ドーム内凝縮」とは、冷凍装置の運転開始時に圧縮要素から内部空間に吐出される冷媒がケーシング外に送られる前に内部空間で凝縮する現象を意味する。

ここでは、冷凍装置の停止中に、油溜まり部に貯留された冷凍機油の温度を、冷凍装置の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮した第１油温目標値に達するまで加熱しておくことで、ドーム内凝縮が発生しても、冷凍装置の運転開始時に圧縮機の潤滑に必要な冷凍機油の濃度（粘度）を維持することができる。また、油溜まり部に貯留された冷凍機油の加熱の程度を第１油温目標値に制限することで、ヒータの消費電力、ひいては冷凍装置の待機電力を削減することができる。

これにより、ここでは、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、冷凍装置の待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することができる。

第２の観点にかかる冷凍装置は、第１の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、冷凍装置の停止中における油溜まり部に貯留された冷凍機油の量に基づいて許容凝縮量を決定し、ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量が許容凝縮量以下になるように第１油温目標値を決定する。

ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下の程度は、冷凍装置の停止中における油溜まり部に貯留された冷凍機油の量と、ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量とに基づいて決まる。

そこで、ここでは、上記のように、冷凍装置の停止中における油溜まり部に貯留された冷凍機油の量に基づいて許容凝縮量を決定した上で、ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量が許容凝縮量以下になるように第１油温目標値を決定するようにしている。

これにより、ここでは、適切な第１油温目標値を得ることができる。

第３の観点にかかる冷凍装置は、第１又は第２の観点にかかる冷凍装置において、制御部が、冷凍装置の停止中に、溶解平衡状態にある油溜まり部に貯留された冷凍機油の濃度又は粘度を圧縮機の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な第２油温目標値を決定し、油溜まり部に貯留された冷凍機油の温度が、第１油温目標値及び第２油温目標値のいずれか高いほうに達するように、ヒータを制御する。ここで、「溶解平衡状態」とは、ケーシングの内部空間における冷媒の圧力において、油溜まり部に貯留された冷凍機油中における冷媒が飽和溶解度に達した状態を意味する。

ここでは、冷凍装置の停止中に、油溜まり部に貯留された冷凍機油の温度を、冷凍装置の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下、及び、冷凍装置の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷凍機油の濃度（粘度）の低下の両方を考慮した油温目標値（すなわち、第１油温目標値及び第２油温目標値のいずれか高いほう）に達するまで加熱しておくことで、冷凍装置の停止中及び冷凍装置の運転開始時にわたって、圧縮機の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度を維持することができる。

これにより、ここでは、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下、及び、冷凍装置の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、冷凍装置の待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる冷凍装置では、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、冷凍装置の待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することができる。

第２の観点にかかる冷凍装置では、適切な第１油温目標値を得ることができる。

第３の観点にかかる冷凍装置では、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下、及び、冷凍装置の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、冷凍装置の待機電力の最小化と圧縮機の信頼性の向上とを両立することができる。

本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置の概略構成図である。 圧縮機の概略縦断面図である。 空気調和装置の制御ブロック図である。 空気調和装置の運転開始時（圧縮機の起動時）における油溜まり部に貯留された冷凍機油の濃度（粘度）の経時変化を示す図である。 ドーム内凝縮を考慮した圧縮機内の冷凍機油の加熱制御（第１油温目標値の決定）のフローチャートである。 ドーム内凝縮を考慮した圧縮機内の冷凍機油の加熱制御（空気調和装置の停止中のヒータ制御）のフローチャートである。 ドーム内凝縮を考慮した圧縮機内の冷凍機油の加熱制御を行う場合における油溜まり部に貯留された冷凍機油の濃度（粘度）の経時変化を示す図である。 変形例１における圧縮機内の冷凍機油の加熱制御（第１油温目標値及び第２油温目標値の決定）のフローチャートである。 変形例１における圧縮機内の冷凍機油の加熱制御（空気調和装置の停止中のヒータ制御）のフローチャートである。

以下、本発明にかかる冷凍装置の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる冷凍装置の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）冷凍装置の基本構成
図１は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての空気調和装置１の概略構成図である。空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、主として、１台の室外ユニット２と、複数台（ここでは、２台）の室内ユニット５、６と、室外ユニット２と室内ユニット５、６とを接続する液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８とを有している。すなわち、空気調和装置１の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット５、６と、液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８とが接続されることによって構成されている。尚、室内ユニット５、６の台数は、２台に限られるものではなく、１台だけでもよいし、また、３台以上であってもよい。

＜室内ユニット＞
室内ユニット５、６は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット５、６は、液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８を介して室外ユニット２に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室内ユニット５、６の構成について説明する。尚、室内ユニット５と室内ユニット６とは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット５の構成のみ説明し、室内ユニット６の構成については、それぞれ、室内ユニット５の各部を示す５０番台の符号の代わりに６０番台の符号を付して、各部の説明を省略する。

室内ユニット５は、主として、室内膨張弁５１と、室内熱交換器５２とを有している。

室内膨張弁５１は、室内ユニット５を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う機器である。室内膨張弁５１は、一端側が室内熱交換器５２の液側に接続されており、他端側が液冷媒連絡管７に接続されている。ここでは、室内膨張弁５１として、電動膨張弁が使用されている。

室内熱交換器５２は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器５２は、液側が室内膨張弁５１に接続されており、ガス側がガス冷媒連絡管８に接続されている。

また、室内ユニット５は、室内ユニット５内に室内空気を吸入して、室内熱交換器５２において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン５３を有している。ここでは、室内ファン５３として、室内ファンモータ５３ａによって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。

また、室内ユニット５は、室内ユニット５を構成する各部の動作を制御する室内側制御部５４を有している。そして、室内側制御部５４は、室内ユニット５の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット５を個別に操作するためのリモートコントローラ（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット２との間で伝送線９ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されている。室外ユニット２は、液冷媒連絡管７及びガス冷媒連絡管８を介して室内ユニット５、６に接続されており、冷媒回路１０の一部を構成している。

次に、室外ユニット２の構成について説明する。室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、室外熱交換器２３と、室外膨張弁２４とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ケーシング２１ａ内に収容された容積式の圧縮要素２１ｂを圧縮機モータ２１ｃによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に第１ガス冷媒管２５ａが接続されており、吐出側に第２ガス冷媒管２５ｂが接続されている。第１ガス冷媒管２５ａは、圧縮機２１の吸入側と切換機構２２の第１ポート２２ａとを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管２５ｂは、圧縮機２１の吐出側と切換機構２２の第２ポート２２ｂとを接続する冷媒管である。また、圧縮機２１には、空気調和装置１の停止中に圧縮機２１内の冷凍機油を加熱制御するための構成が設けられているが、冷凍機油を加熱制御するための構成を含めた圧縮機２１の詳細構造については、後述するものとする。

切換機構２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。切換機構２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる切り換えを行う。すなわち、切換機構２２は、冷房運転時には、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、第２ガス冷媒管２５ｂ）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第３ガス冷媒管２５ｃ）とが接続される（図１の切換機構２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、第１ガス冷媒管２５ａ）とガス冷媒連絡管８側（ここでは、第４ガス冷媒管２５ｄ）とが接続される（図１の切換機構２２の実線を参照）。また、切換機構２２は、暖房運転時には、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２、５２において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、室内熱交換器５２、６２を圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させる切り換えを行う。すなわち、切換機構２２は、暖房運転時には、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、第２ガス冷媒管２５ｂ）とガス冷媒連絡管８側（ここでは、第４ガス冷媒管２５ｄ）とが接続される（図１の切換機構２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、第１ガス冷媒管２５ａ）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第３ガス冷媒管２５ｃ）とが接続される（図１の切換機構２２の破線を参照）。第３ガス冷媒管２５ｃは、切換機構２２の第３ポート２２ｃと室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第４ガス冷媒管２５ｄは、切換機構２２の第４ポート２２ｄとガス冷媒連絡管８側とを接続する冷媒管である。切換機構２２は、ここでは、四路切換弁である。尚、ここでは、切換機構２２の構成は、四路切換弁に限られるものではなく、例えば、複数の電磁弁等を上記の切り換え機能を果たすように接続した構成であってもよい。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管２５ｅに接続されており、ガス側が第３ガス冷媒管２５ｃに接続されている。液冷媒管２５ｅは、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管７側とを接続する冷媒管である。

室外膨張弁２４は、室外ユニット２を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う機器である。室外膨張弁２４は、液冷媒管２５ｅに設けられている。ここでは、室外膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外ユニット２外に排出するための室外ファン２６を有している。ここでは、室外ファン２６として、室外ファンモータ２６ａによって駆動される軸流ファン等が使用されている。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部２７を有している。そして、室外側制御部２７は、室外ユニット２の制御を行うためのマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット５、６（すなわち。室内側制御部５４、６４）との間で伝送線９ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。また、室外ユニット２には、空気調和装置１の停止中に圧縮機２１内の冷凍機油を加熱制御する際などに使用される各種のセンサが設けられているが、これらについては、後述するものとする。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡配管７、８は、空気調和装置１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット５、６と、冷媒連絡管７、８とが接続されることによって、空気調和装置１の冷媒回路１０が構成されている。

＜制御部＞
空気調和装置１は、室内側制御部５４、６４と室外側制御部２７とから構成される制御部９によって、室外ユニット２及び室内ユニット４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部５４、６４と室外側制御部２７と制御部２７、５４、６４間を接続する伝送線９ａとによって、空気調和装置１の運転制御を行う制御部９が構成されている。そして、ここでは、切換機構２２を図１の実線で示される状態に切り換えて、圧縮機２１、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４、及び、室内膨張弁５１、６１、室内熱交換器５２、６２の順に冷媒を循環させることによって冷房運転を行うことができるようになっている。また、切換機構２２を図１の破線で示される状態に切り換えて、圧縮機２１、室内熱交換器５２、６２、室内膨張弁５１、６１、及び、室外膨張弁２４、室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させることによって暖房運転を行うことができるようになっている。

（２）圧縮機の詳細構造及び圧縮機内の冷凍機油を加熱制御するための構成
次に、圧縮機２１の詳細構造及び圧縮機２１内の冷凍機油を加熱制御するための構成について、図１〜図３を用いて説明する。ここで、図２は、圧縮機２１の概略縦断面図である。図３は、空気調和装置１の制御ブロック図である。

＜圧縮機の基本構造＞
圧縮機２１は、縦長円筒形状のケーシング２１ａを有している。ケーシング２１ａは、ケーシング本体３１ａと上壁部３１ｂと底壁部３１ｃとによって構成される圧力容器であり、その内部は空洞になっている。ケーシング本体３１ａは、上下方向に延びる軸線を有する円筒状の胴部である。上壁部３１ｂは、ケーシング本体３１ａの上端部に気密状に溶接されて一体接合されており、上方に突出した凸面を有する椀状の部分である。底壁部３１ｃは、ケーシング本体３１ａの下端部に気密状に溶接されて一体接合されており、下方に突出した凸面を有する椀状の部分である。

ケーシング２１ａの内部には、冷媒を圧縮する圧縮要素２１ｂと、圧縮要素２１ｂの下方に配置される圧縮機モータ２１ｃとが収容されている。圧縮要素２１ｂと圧縮機モータ２１ｃとは、ケーシング２１ａ内を上下方向に延びるように配置される駆動軸３２によって連結されている。

圧縮要素２１ｂは、ハウジング３３と、ハウジング３３の上方に密着して配置される固定スクロール３４と、固定スクロール３４に噛合する可動スクロール３５とを有している。ハウジング３３は、その外周面において周方向の全体に亘ってケーシング本体３１ａに圧入固定されている。すなわち、ケーシング本体３１ａとハウジング３３とは、全周に亘って気密状に密着されている。そして、ケーシング２１ａ内が、ハウジング３３の下方の高圧空間３６ａと、ハウジング３３の上方の低圧空間３６ｂとに区画されている。ハウジング３３には、上面中央に凹設されたハウジング凹部３３ａと、下面中央から下方に延設された軸受部３３ｂとが形成されている。そして、ハウジング３３には、軸受部３３ｂの下端面とハウジング凹部３３ａの底面とを貫通する軸受孔３３ｃが形成されていて、軸受孔３３ｃに駆動軸３２が軸受３３ｄを介して回転自在に嵌入されている。

ケーシング２１ａの上壁部３１ｂには、冷媒回路１０（ここでは、第１ガス冷媒管２５ａ）の冷媒をケーシング２１ａの外部から内部に冷媒を流入させて圧縮要素２１ｂに導く吸入管３７が気密状に嵌入されている。また、ケーシング本体３１ａには、ケーシング２１ａ内の冷媒をケーシング２１ａ外（ここでは、冷媒回路１０の第２ガス冷媒管２５ｂ）に吐出させる吐出管３８が気密状に嵌入されている。吸入管３７は、低圧空間３６ｂを上下方向に貫通するとともに、内端部が圧縮要素２１ｂの固定スクロール３４に嵌入されている。

ハウジング３３の上端面には、固定スクロール３４の下端面が密着されている。そして、固定スクロール３４は、ボルト（図示せず）によってハウジング３３に締結固定されている。そして、ハウジング３３の上端面と固定スクロール３４の下端面とがシールされることにより高圧空間３６ａの冷媒が低圧空間３６ｂに漏れないようになっている。

固定スクロール３４は、主として、鏡板３４ａと、鏡板３４ａの下面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ３４ｂとを有している。可動スクロール３５は、主として、鏡板３５ａと、鏡板３５ａの上面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ３５ｂとを有している。また、可動スクロール３５は、駆動軸３２の上端が嵌入され、駆動軸３２の回転により自転することなくハウジング３３内を公転できるようにハウジング３３に支持されている。そして、固定スクロール３４のラップ３４ｂと可動スクロール３５のラップ３５ｂとが互いに噛合しており、これにより、固定スクロール３４と可動スクロール３５との間に圧縮室３９が形成されている。圧縮室３９は、可動スクロール３５の公転に伴い、両ラップ３４ｂ、３５ｂ間の容積が中心に向かって収縮することで冷媒を圧縮するように構成されている。

固定スクロール３４の鏡板３４ａには、圧縮室３９に連通する吐出ポート３４ｃと、吐出ポート３４ｃに連続する拡大凹部３４ｄとが形成されている。吐出ポート３４ｃは、圧縮室３９で圧縮された後の冷媒を吐出するポートであり、固定スクロール３４の鏡板３４ａにおける中央において上下方向に延びるように形成されている。拡大凹部３４ｄは、鏡板３４ａの上面に凹設された水平方向に広がる凹部により構成されている。固定スクロール３４の上面には、拡大凹部３４ｄを塞ぐようにチャンバーカバー４０が締結固定されている。そして、拡大凹部３４ｄにチャンバーカバー４０が覆い被せられることによって、吐出ポート３４ｃの上側に位置しており吐出ポート３４ｃを通じて圧縮室３９から冷媒が流入するチャンバー室４１が形成されている。すなわち、チャンバー室４１は、吐出ポート３４ｃの上側に位置するチャンバーカバー４０によって低圧空間３６ｂと区画されている。尚、固定スクロール３４とチャンバーカバー４０とは、パッキン（図示せず）を介して密着させることでシールされている。また、固定スクロール３４には、固定スクロール３４の上面と圧縮室３９とを連通させるとともに、吸入管３９を嵌入させるための吸入口３４ｅが形成されている。

圧縮要素２１ｂには、固定スクロール３４とハウジング３３とに亘り、連絡流路４２が形成されている。連絡流路４２は、チャンバー室４１から高圧空間３６ａに冷媒を流出させる流路であり、固定スクロール３４に切欠形成されたスクロール側流路３４ｆと、ハウジング３３に切欠形成されたハウジング側流路３３ｅとが連通されて構成されている。そして、連絡流路４２の上端、すなわち、スクロール側流路３４ｆの上端は、拡大凹部３４ｄに開口し、連絡流路４２の下端、すなわち、ハウジング側流路３３ｅの下端は、ハウジング３３の下端面に開口している。そして、ハウジング側流路３３ｅの下端開口により、連絡流路４２の冷媒を高圧空間３６ａに流出させる吐出口３３ｆが構成されている。

圧縮機モータ２１ｃは、高圧空間３６ａに配置されており、ケーシング２１ａ内の壁面に固定された環状のステータ４３と、ステータ４３の内周側に回転自在に構成されたロータ４４とを有するモータにより構成されている。ステータ４３とロータ４４との径方向間には環状の隙間が上下方向に延びるように形成されており、この隙間がエアギャップ流路４５となっている。ステータ４３には巻線が装着されており、ステータ４３よりも上方及び下方はコイルエンド４３ａとなっている。

ステータ４３の外周面には、ステータ４３の上端面から下端面に亘り且つ周方向に所定間隔をおいて複数個所にコアカット部４３ｂが切欠形成されている。ステータ４３の外周面にコアカット部４３ｂが形成されることにより、ケーシング本体３１ａとステータ４３との径方向間に上下方向に延びる複数のモータ冷却流路４６が形成されている。

ロータ４４は、上下方向に延びるようにケーシング本体３１ａの軸心に配置された駆動軸３２を介して圧縮要素２１ｂの可動スクロール３５に駆動連結されている。

圧縮機モータ２１ｃの下方の空間には、その底部に冷凍機油が貯留される油溜まり部３６ｃが形成されるとともに、ポンプ４７が配設されている。ポンプ４７は、ケーシング本体３１ａに固定される一方で駆動軸３２の下端に取り付けられ、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油を汲み上げるように構成されている。駆動軸３２内には給油路３２ａが形成されており、ポンプ４７により汲み上げられた冷凍機油は、給油路３２ａを通じて圧縮要素２１ｂ等の各摺動部分へ供給されるようになっている。

そして、高圧空間３６ａには、連絡流路４２の出口（すなわち、吐出口３３ｆ）と一部のモータ冷却流路４６との間を結ぶように、ガスガイド４８が設けられている。ここで、ガスガイド４８は、ケーシング本体３１ａの内壁面に密着して固定される板状の部材である。ガスガイド４８とケーシング本体３１ａの内壁面との間の空間は、上端および下端が開口している。これにより、圧縮要素２１ｂによって圧縮されて連絡流路４２の出口（すなわち、吐出口３３ｆ）から高圧空間３６ａに流出した冷媒の大部分は、ガスガイド４８とケーシング本体３１ａの内壁面との間の空間を通じて、モータ冷却流路４６に送られる。そして、モータ冷却流路４６に送られた冷媒は、モータ冷却流路４６を下方に向かって通過した後に、油溜まり部３６ｃの油面付近に至る。そして、油溜まり部３６ｃの油面付近に至った冷媒は、圧縮機モータ２１ｃの下端と油溜まり部３６ｃの油面との上下方向間の空間を通過した後に、残りのモータ冷却流路４６（すなわち、ガスガイド４８の下端と結ばれていないモータ冷却流路４６）及びエアギャップ流路４５に送られる。そして、残りのモータ冷却流路４６及びエアギャップ流路４５に送られた冷媒は、残りのモータ冷却流路４６及びエアギャップ流路４５を上方に向かって通過した後に、吐出管３８に至る。このように、高圧空間３６ａは、圧縮要素２１ｂによって圧縮された冷媒を、圧縮機モータ２１ｃの下端と油溜まり部３６ｃの油面との上下方向間の空間を通過させた後に、ケーシング２１ａ外に送る吐出流路４９（ここでは、ガスガイド４８、モータ冷却流路４６、エアギャップ流路４５からなる）を形成している。

このように、圧縮機２１は、単段圧縮の圧縮要素２１ｂによって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部３６ｃが形成されたケーシング２１ａの内部空間（ここでは、高圧空間３６ａ）に吐出した後にケーシング２１ａ外に送る構造（「高圧ドーム型」と呼ばれる構造）を有している。そして、圧縮機２１では、冷房運転や暖房運転を行う際に、圧縮機モータ２１ｃを通電して駆動すると、ステータ４３に対してロータ４４が回転し、これにより、駆動軸３２が回転する。駆動軸３２が回転すると、可動スクロール３５が固定スクロール３４に対して自転せずに公転のみ行う。これにより、低圧の冷媒は、吸入管３７を通じて、圧縮室３９の外周縁側から圧縮室３９に吸入される。圧縮室３９に吸入された冷媒は、圧縮室３９の容積変化に伴って圧縮される。そして、圧縮室３９で圧縮された冷媒は、高圧になって圧縮室３９の中央部から吐出ポート３４ｃを通じてチャンバー室４１に流入する。チャンバー室４１に流入した高圧の冷媒は、チャンバー室４１から連絡流路４２に流入して、スクロール側流路３４ｆ及びハウジング側流路３３ｅを流れて、吐出口３３ｆから高圧空間３６ａに流出する。高圧空間３６ａに流出した高圧の冷媒は、圧縮機モータ２１ｃの下端と油溜まり部３６ｃの油面との上下方向間の空間を含む吐出流路４９を通じて、吐出管３８に至り、ケーシング２１ａ外に吐出される。そして、ケーシング２１ａ外に吐出された高圧の冷媒は、冷媒回路１０を循環した後、低圧の冷媒となって、再度、吸入管３７を通じて、圧縮機２１に吸入される。

＜圧縮機内の冷凍機油を加熱制御するための構成＞
圧縮機２１には、ケーシング２１ａの外周から油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油を加熱するヒータとしてのクランクケースヒータ２８が設けられている。ここでは、クランクケースヒータ２８は、ケーシング２１ａの底壁部３１ｃに巻き付けられるように配置されている。尚、クランクケースヒータ２８は、底壁部３１ｃに配置されるものに限定されず、例えば、ケーシング本体３１ａの下端部等に配置されていてもよい。そして、クランクケースヒータ２８は、他の機器と同様に、制御部９によって制御されるようになっている。

また、空気調和装置１には、圧縮機２１内の冷凍機油を加熱制御する際などに使用される各種のセンサが設けられている。具体的には、第１ガス冷媒管２５ａには、圧縮機２１の吸入側の冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ２９ａと、圧縮機２１の吸入側の冷媒の温度を検出する吸入温度センサ２９ｂとが設けられている。また、第２ガス冷媒管２５ｂには、圧縮機２１の吐出側の冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ２９ｃと、圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度を検出する吐出温度センサ２９ｄとが設けられている。また、室外ユニット２には、室外ユニット２には、室外空気の温度（外気温度）を検出する外気温度センサ２９ｅが設けられている。さらに、圧縮機２１には、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度を検出する油温センサ２９ｆと、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の油面高さを検出する油面センサ２９ｇとが設けられている。これらのセンサ２９ａ〜２９ｇは、制御部９に接続されており、圧縮機２１内の冷凍機油を加熱制御する際などに使用されるようになっている。尚、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度は、油温センサ２９ｆによって検出するのではなく、他のセンサの検出値から推定するようにしてもよい。

このように、空気調和装置１は、圧縮要素２１ｂによって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部３６ｃが形成されたケーシング２１ａの内部空間（ここでは、高圧空間３６ａ）に吐出した後にケーシング２１ａ外に送る構造を有する圧縮機２１と、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油を加熱するヒータ（ここでは、クランクケースヒータ２８）と、クランクケースヒータ２８を制御する制御部９とを有している。

（３）ドーム内凝縮を考慮した圧縮機内の冷凍機油の加熱制御
空気調和装置１では、従来と同様に、制御部９が、圧縮機２１内における冷媒の寝込みを防止するために、クランクケースヒータ２８を使用して、空気調和装置１の停止中（すなわち、圧縮機２１の停止中）に圧縮機２１内（より具体的には、油溜まり部３６ｃ内）の冷凍機油を加熱するようにしている。このとき、空気調和装置１の停止中に油溜まり部３６ｃ内の冷凍機油を常時加熱すると、空気調和装置１の待機電力が増加することになる。このため、空気調和装置１の待機電力を削減するために、油温センサ２９ｇによって油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度Ｔｏｉｌを検出し、冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが所定の油温目標値になるようにクランクケースヒータ２８を制御することが考えられる。これにより、空気調和装置１の停止中の油溜まり部３６ｃ内の冷凍機油の濃度（粘度）を維持することができる。

しかし、外気温度が低い条件では、油溜まり部３６ｃ内の冷凍機油の温度Ｔｏｉｌや圧縮機２１のケーシング２１ａの温度が低いために、空気調和装置１の運転開始時（すなわち、圧縮機２１の起動時）に冷媒を圧縮する圧縮要素２１ｂからケーシング２１ａの内部空間（ここでは、高圧空間３６ａ）に吐出された冷媒がケーシング２１ａ外に送られる前に高圧空間３６ａで凝縮するドーム内凝縮が発生する。ここで、ドーム内凝縮とは、ここで採用されている高圧ドーム型構造のような、圧縮要素２１ｂによって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部３６ｃが形成されたケーシング２１ａの高圧空間３６ａに吐出した後にケーシング２１ａ外に送る構造を圧縮機２１として採用する場合において、空気調和装置１の運転開始時に、圧縮要素２１ｂからケーシング２１ａの高圧空間３６ａに吐出された冷媒が、ケーシング２１ａ外に送られるまでの経路（ここでは、吐出流路４９）で冷却されて飽和状態になり、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の油面やその周辺のケーシング２１ａの壁面で凝縮する現象である（図２における圧縮機２１内の冷媒の流れを参照）。そして、このようなドーム内凝縮によって発生した液冷媒が油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油に溶解すると、図４の空気調和装置１の運転開始時（圧縮機２１の起動時）における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の濃度（粘度）の経時変化のように、空気調和装置１の運転開始時に、冷凍機油の濃度（粘度）が圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度（粘度）である許容油濃度ｙａｏｉｌ（許容油粘度μａｏｉｌ）を下回ってしまう場合がある。このような低濃度（低粘度）の冷凍機油が、ポンプ４７及び給油路３２ａ（図２参照）によって、圧縮機２１の各摺動部分へ供給されると、圧縮機２１の潤滑不足が発生してしまい、圧縮機２１の信頼性を損なうおそれがある。

このようなドーム内凝縮に対して、特許文献４と同様に、圧縮機２１のケーシング２１ａの壁面に圧縮機２１から吐出される冷媒を流す壁面加熱通路を設けて、空気調和装置１の運転開始時に、壁面加熱通路に圧縮機２１から吐出された冷媒を流してケーシング２１ａの壁面を加熱することが考えられる。しかし、空気調和装置１の運転開始時に圧縮機２１から吐出される冷媒は、温度が低く、また、飽和状態に近いため、壁面加熱通路を設けたとしても、空気調和装置１の運転開始時には、ケーシング２１ａの壁面を加熱するために十分な加熱能力を得ることができず、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下の発生を抑えることは難しい。

このように、空気調和装置１においては、空気調和装置１の起動時のドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、待機電力の最小化と圧縮機２１の信頼性の向上とを両立することが可能にすることが要求される。

そこで、ここでは、制御部９が、空気調和装置１の停止中（圧縮機２１の停止中）に、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが、空気調和装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆを、圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度（すなわち、許容油濃度ｙａｏｉｌ又は許容油粘度μａｏｉｌ）に維持することが可能な許容凝縮量Ｍｃｒｅｆ以下にするための第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌに達するように、クランクケースヒータ２８を制御するようにしている。

次に、ドーム内凝縮を考慮した圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御について、図１〜図７を用いて説明する。ここで、図５は、ドーム内凝縮を考慮した圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御（第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの決定）のフローチャートである。図６は、ドーム内凝縮を考慮した圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御（空気調和装置１の停止中のヒータ制御）のフローチャートである。図７は、ドーム内凝縮を考慮した圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御を行う場合における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の濃度（粘度）の経時変化を示す図である。

＜ステップＳＴ１：冷凍機油の量Ｍｏｉｌの計算＞
空気調和装置１（圧縮機２１）が停止すると、制御部９は、ステップＳＴ１において、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の量Ｍｏｉｌを計算する。ここで、冷凍機油の量Ｍｏｉｌを計算するのは、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下の程度が、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の量Ｍｏｉｌと、ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆとに基づいて決まるからである。そして、冷凍機油の量Ｍｏｉｌは、次式１−１から計算される。

Ｍｏｉｌ＝Ｖｏｉｌ×ρ×ｙｏｉｌ・・・式１−１
ここで、Ｖｏｉｌは、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の油容積であり、油面センサ２９ｇによって検出される油溜まり部３６ｃの空気調和装置１の停止中における冷凍機油の油面高さＬｏｉｌと、油溜まり部２９ｇの寸法関係から得られる容積計算式とに基づいて計算される。ρは、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃの冷凍機油及び冷媒の混合密度である。さらに、ｙｏｉｌは、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の油濃度であり、冷凍機油の油温Ｔｏｉｌ、吸入圧力センサ２９ａによって検出される油溜まり部３６ｃの空気調和装置１の停止中における高圧空間３６ａの冷媒圧力Ｐｂｄ（又は冷媒圧力Ｐｂｄを飽和温度に換算することによって得られる高圧空間３６ａの冷媒飽和温度Ｔｂｄ）と、冷凍機油に対する冷媒の飽和溶解度関係式とに基づいて計算される。

尚、ここでは、圧縮機２１に油面センサ２９ｇを設けて、冷凍機油の量Ｍｏｉｌの計算に使用しているが、冷凍機油の油容積Ｖｏｉｌの計算方法は、これに限定されるものではない。例えば、空気調和装置１の停止中における冷凍機油の油温Ｔｏｉｌの経時変化や空気調和装置１の停止までの運転履歴から冷凍機油の量Ｍｏｉｌを計算してもよいし、規格等を参照して冷凍機油の量Ｍｏｉｌが一定であるとしてもよい。また、吸入圧力センサ２９ａによって検出される冷媒の圧力を、空気調和装置１（圧縮機２１）の停止中における高圧空間３６ａの冷媒圧力Ｐｂｄとして使用しているが、圧縮機２１に高圧空間３６ａの冷媒の圧力を直接検出する圧力センサを設けて使用してもよい。

＜ステップＳＴ２：許容凝縮量Ｍｃｒｅｆの計算＞
次に、制御部９は、ステップＳＴ２において、ステップＳＴ１において得られた空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の量Ｍｏｉｌに基づいて、圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度（すなわち、許容油濃度ｙａｏｉｌ又は許容油粘度μａｏｉｌ）に維持することが可能な許容凝縮量Ｍｃｒｅｆを計算する。具体的には、許容凝縮量Ｍｃｒｅｆは、次式２−１から計算される。

Ｍｃｒｅｆ＝Ｍａｒｅｆ−Ｍｂｒｅｆ・・・式２−１
ここで、Ｍａｒｅｆは、ステップＳＴ１において得られた冷凍機油の量Ｍｏｉｌに対して、許容油濃度ｙａｏｉｌ（又は許容油粘度μａｏｉｌ）になるように冷媒を溶解させた場合に油溜まり部３６ｃ中に存在する冷媒量であり、次式２−２から計算される。

Ｍａｒｅｆ＝Ｍｏｉｌ×（１−ｙａｏｉｌ）／ｙａｏｉｌ・・・式２−２
また、Ｍｂｒｅｆは、ステップＳＴ１において得られた冷凍機油の量Ｍｏｉｌに対して、空気調和装置１の運転開始直前（すなわち、圧縮機２１の起動直前）の時点における油溜まり部３６ｃ中に存在する冷媒量であり、次式２−３から計算される。

Ｍｂｒｅｆ＝Ｍｏｉｌ×（１−ｙｂｏｉｌ）／ｙｂｏｉｌ・・・式２−３
ここで、ｙｂｏｉｌは、空気調和装置１の運転開始直前の時点における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の油濃度であり、空気調和装置１の運転開始直前の時点における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の温度Ｔｏｉｌと、冷凍機油に対する冷媒の飽和溶解度関係式とに基づいて計算される。ここでは、後述のステップＳＴ７〜ＳＴ１０の空気調和装置１の停止中のヒータ制御によって、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが油温目標値Ｔｓｏｉｌとしての第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌに達することになるため、空気調和装置１の運転開始直前の時点における油溜まり部３６ｃの冷凍機油の油濃度ｙｂｏｉｌは、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌにおける冷凍機油の油濃度となる。尚、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌは、このステップＳＴ２及び後述のステップＳＴ３〜ＳＴ６の処理において、空気調和装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆが許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと一致するまで更新される値である。そして、空気調和装置１の停止後の最初のステップＳＴ２の処理においては、外気温度センサ２９ｅによって検出される室外空気の温度Ｔａが第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの初期値として設定される。但し、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの初期値は、室外空気の温度Ｔａに限定されるものではない。

＜ステップＳＴ３：ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆの計算＞
次に、制御部９は、ステップＳＴ３において、空気調和装置１の運転開始時（圧縮機２１の起動時）のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆを予測計算する。ここで、冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆは、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出される冷媒が吐出流路４９を通過する際に冷却されて凝縮することによって発生する。このため、ここでは、油溜まり部３６ｃの油面における冷媒の放熱モデルを過渡計算モデルの形で準備して、空気調和装置１の運転開始時の油溜まり部３６ｃの油面における冷媒の所定時間Δｔ毎の放熱量ΔＱｒｅｆを予測計算する。そして、予測計算された放熱量ΔＱｒｅｆから放熱によって凝縮する冷媒の量ΔＭｒｅｆを計算し、これらの冷媒の凝縮量ΔＭｒｅｆを積算することによって、ドーム内凝縮によって発生すると予測される冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆを計算している。具体的には、ドーム内凝縮によって発生すると予測される冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆは、次式３−１から計算される。

Ｍｒｅｆ＝ΣΔＭｒｅｆ・・・式３−１
ここで、ΔＭｒｅｆは、空気調和装置１の運転開始時において所定時間Δｔ毎の冷媒の予測凝縮量であり、Σは、所定時間Δｔ毎の冷媒の予測凝縮量ΔＭｒｅｆを積算することを意味する。

そして、所定時間Δｔ毎の冷媒の予測凝縮量ΔＭｒｅｆは、次式３−２から計算される。

ΔＭｒｅｆ＝Ｇｒｅｆ×（１−ｘｏｕｔｒｅｆ）・・・式３−２
ここで、Ｇｒｅｆは、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出される冷媒の予測流量であり、次式３−３から計算される。

Ｇｒｅｆ＝Ｗｃ×Ｎｃ×ρｓ×ｋｃ・・・式３−３
ここで、Ｗｃは、圧縮要素２１ｂの押しのけ量であり、圧縮機２１の設計値である。Ｎｃは、空気調和装置１の運転開始時における圧縮機２１の回転数であり、空気調和装置１の運転開始時に予定されている回転数設定から決まる値である。ρｓは、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂに吸入される冷媒の密度であり、ここでは、吸入圧力センサ２９ａによって検出される冷媒の圧力Ｐｃｓ及び吸入温度センサ２９ｂによって検出される冷媒の温度Ｔｃｓと、冷媒の圧力−温度−密度関係式とに基づいて計算される。Ｋｃは、体積効率である。また、ｘｏｕｔｒｅｆは、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出されて油溜まり部３６ｃの油面において放熱した後の冷媒の乾き度であり、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出されて油溜まり部３６ｃの油面において放熱した後の冷媒のエンタルピｉｏｕｔｒｅｆを次式３−４から計算し、計算によって得られた冷媒のエンタルピｉｏｕｔｒｅｆ及び空気調和装置１の吐出圧力センサ２９ｃによって検出される冷媒の圧力Ｐｃｄと、冷媒の圧力−エンタルピ−乾き度関係式とに基づいて計算される。

ｉｏｕｔｒｅｆ＝ｉｉｎｒｅｆ−ΔＱｒｅｆ／Ｇｒｅｆ・・・式３−４
ここで、ｉｉｎｒｅｆは、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出されて油溜まり部３６ｃの油面において放熱する前の冷媒のエンタルピであり、空気調和装置１の吐出圧力センサ２９ｃによって検出される冷媒の圧力Ｐｃｄ及び吐出温度センサ２９ｄによって検出される冷媒の温度Ｔｉｎｒｅｆを代用し、冷媒の圧力−温度−エンタルピ関係式に基づいて計算される。また、圧縮要素２１ｂから油溜まり部３６ｃの油面に至るまでの経路の熱損失を冷媒の吸入温度Ｔｃｓから推定する計算モデルを使用して、エンタルピｉｉｎｒｅｆを推定するようにしてもよい。また、前回の空気調和装置１の運転開始時のデータを使用できる場合には、冷媒の吐出温度からエンタルピｉｉｎｒｅｆを予測することもできる。

そして、所定時間Δｔ毎の冷媒の予測放熱量ΔＱｒｅｆは、次式３−５〜３−９から計算される。

ΔＱｒｅｆ＝ｋｒｅｆ×ｈｒｅｆ×Ａｒｅｆ×（Ｔｉｎｒｅｆ−Ｔｓ１ｏｉｌ）
・・・式３−５
ｈｒｅｆ＝Ｎｕ×λｒｅｆ／Ｄｒｅｆ・・・式３−６
Ｎｕ＝Ｃ×Ｒｅ＾α×Ｐｒ＾β・・・式３−７
Ｒｅ＝Ｄｒｅｆ×Ｇｒｅｆ×ρｒｅｆ／μｒｅｆ・・・式３−８
Ｐｒ＝Ｃｐｒｅｆ×μｒｅｆ／λｒｅｆ・・・式３−９
ここで、ｋｒｅｆは、油溜まり部３６ｃの油面における冷媒−冷凍機油間の熱伝達率ｈｒｅｆの補正係数であり、空気調和装置１の運転開始時に圧縮要素２１ｂから高圧空間３６ａに吐出されて油溜まり部３６ｃの油面において放熱する前の冷媒の乾き度ｘｉｎｒｅｆが１未満（湿り状態）である場合には適宜設定される。尚、冷媒の乾き度ｘｉｎｒｅｆは、冷媒のエンタルピｉｉｎｒｅｆ及び空気調和装置１の吐出圧力センサ２９ｃによって検出される冷媒の圧力Ｐｃｄと、冷媒の圧力−エンタルピ−乾き度関係式とに基づいて計算される。また、熱伝達率ｈｒｅｆは、熱伝達率の計算に従来からよく使用されるヌセルトＮｕ、レイノズル数Ｒｅ及びプランドル数Ｐｒの関係式３−６〜３−９によって計算される。そして、λｒｅｆ、ρｒｅｆ、μｒｅｆ及びＣｐｒｅｆは、油溜まり部３６ｃの油面における冷媒の熱伝導率、密度、粘度及び定圧比熱であり、空気調和装置１の吐出圧力センサ２９ｃによって検出される冷媒の圧力Ｐｃｄ及び吐出温度センサ２９ｄによって検出される冷媒の温度Ｔｃｄと、冷媒の圧力−温度−熱伝導率関係式、冷媒の圧力−温度−密度関係式、冷媒の圧力−温度−粘度関係式及び冷媒の圧力−温度−定圧比熱関係式とに基づいて計算される。また、Ｄｒｅｆは、代表長さであり、Ｃ、α及びβは、ヌセルトＮｕ、レイノズル数Ｒｅ及びプランドル数Ｐｒの関係式の係数であり、これらの値は、実験的に決定されている。また、Ａｒｅｆは、油溜まり部３６ｃの油面の表面積である。

このように、ステップＳＴ３では、以上の式３−１〜３−９を使用して、冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆが計算される。そして、空気調和装置１の停止後の最初のステップＳＴ３の処理においては、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの初期値（ここでは、室外空気の温度Ｔａ）を使用して、冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆが計算される。

尚、ここでは、空気調和装置１の運転開始時（圧縮機２１の起動時）のドーム内凝縮によって発生する冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆを、油溜まり部３６ｃの油面における冷媒の放熱モデルの過渡計算によって得ているが、これに限定されるものではない。例えば、前回の空気調和装置１の運転開始時における実際の運転データから冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆを得てもよいし、標準的な空気調和装置１の運転開始時の制御を想定して冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆを得てもよい。また、できるだけ計算量を削減するために、予め計算により第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを準備しておいてもよい。例えば、冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆ−第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの関係式やテーブルを準備しておき、得られた冷媒の予測凝縮量Ｍｒｅｆから第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを決定するようにしてもよい。

＜ステップＳＴ４〜ＳＴ６：第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの決定＞
次に、制御部９は、ステップＳＴ４において、ステップＳＴ２において決定された許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと、ステップＳＴ３において決定された予測凝縮量Ｍｒｅｆとが一致するかどうかを判定する。空気調和装置１の停止後の最初のステップＳＴ４の処理においては、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌの初期値（ここでは、室外空気の温度Ｔａ）を使用して計算された許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと予測凝縮量Ｍｒｅｆが一致するかどうかが判定される。

そして、許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと予測凝縮量Ｍｒｅｆが一致しない場合には、ステップＳＴ５の処理に移行して、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを更新する。ここで、予測凝縮量Ｍｒｅｆが許容凝縮量Ｍｃｒｅｆよりも大きい場合には、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌが高くなるように更新し、予測凝縮量Ｍｒｅｆが許容凝縮量Ｍｃｒｅｆよりも小さい場合には、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌが低くなるように更新する。

そして、ステップＳＴ２、ＳＴ３に戻って、更新された第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを使用して、許容凝縮量Ｍｃｒｅｆ及びと予測凝縮量Ｍｒｅｆを再計算して、ステップＳＴ４において、再度、許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと予測凝縮量Ｍｒｅｆが一致するかどうかを判定する。

このようなステップＳＴ２〜ＳＴ５の処理を、許容凝縮量Ｍｃｒｅｆと予測凝縮量Ｍｒｅｆが一致するまで繰り返した後に、ステップＳＴ６に移行する。これにより、空気調和装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆが、圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度（すなわち、許容油濃度ｙａｏｉｌ又は許容油粘度μａｏｉｌ）に維持することが可能な許容凝縮量Ｍｃｒｅｆ以下にすることが可能な第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌが決定される。

＜ステップＳＴ７〜ＳＴ１０：空気調和装置１の停止中のヒータ制御＞
次に、制御部９は、ステップＳＴ７において、ステップＳＴ６において得られた第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを、空気調和装置１（圧縮機２１）の停止中のヒータ制御における油温目標値Ｔｓｏｉｌとして設定する。

そして、制御部９は、ステップＳＴ８において、油溜まり部３６ｃの冷凍機油の温度Ｔｏｉｌと油温目標値Ｔｓｏｉｌとを比較して、冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが油温目標値Ｔｓｏｉｌに達していない場合には、ステップＳＴ９の処理に移行して、クランクケースヒータ２８をＯＮにして冷凍機油の加熱を行う。一方、油溜まり部３６ｃの冷凍機油の温度Ｔｏｉｌと油温目標値Ｔｓｏｉｌとを比較して、冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが油温目標値Ｔｓｏｉｌに達している場合には、ステップＳＴ１０の処理に移行して、クランクケースヒータ２８をＯＦＦにして冷凍機油の加熱を中断する。このようなステップＳＴ８〜ＳＴ１０の処理を行うことによって、空気調和装置１の停止中において、油溜まり部３６ｃの冷凍機油の温度Ｔｏｉｌが油温目標値Ｔｓｏｉｌ（ここでは、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌ）に達するようにしている。

以上のようなドーム内凝縮を考慮した圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御によって、ここでは、空気調和装置１（圧縮機２１）の停止中に、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度Ｔｏｉｌを、空気調和装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮した油温目標値Ｔｓｏｉｌ（ここでは、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌ）に達するまで加熱しておくことができる（図７の空気調和装置１の停止中の状態を参照）。そして、これにより、ドーム内凝縮が発生しても、空気調和装置１の運転開始時に圧縮機の潤滑に必要な冷凍機油の濃度（粘度）を維持することができる（図７の空気調和装置１の運転開始時の状態を参照）。また、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の加熱の程度を油温目標値Ｔｓｏｉｌ（ここでは、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌ）に制限することで、空気調和装置１の停止時に冷凍機油を常時加熱した場合に比べて、クランクケースヒータ２８の消費電力、ひいては空気調和装置１の待機電力を削減することができる（図７の空気調和装置１の停止中の状態を参照）。

これにより、ここでは、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、空気調和装置１の待機電力の最小化と圧縮機２１の信頼性の向上とを両立することができる。

しかも、ここでは、空気調和装置１の停止中における油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の量Ｍｏｉｌに基づいて許容凝縮量Ｍｃｒｅｆを決定した上で、ドーム内凝縮によって発生する冷媒の凝縮量Ｍｒｅｆが許容凝縮量Ｍｃｒｅｆ以下になるように第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを決定するようにしているため、適切な第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを得ることができる。

（４）変形例１
上記実施形態における圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御では、空気調和装置１の運転開始時（圧縮機２１の起動時）のドーム内凝縮によって発生する冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮した第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを油温目標値Ｔｓｏｉｌとしている。ここでは、ドーム内凝縮に加えて、空気調和装置１（圧縮機２１）の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮して、圧縮機２１内の冷凍機油の加熱制御を行うようにしている。

すなわち、ここでは、制御部９は、図８に示すように、ステップＳＴ１〜ＳＴ６の第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌを決定する処理と平行して、ステップＳＴ１１及びＳＴ１２において、空気調和装置１の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮した第２油温目標値Ｔｓ２ｏｉｌを決定するようにしている。

ここで、第２油温目標値Ｔｓ２ｏｉｌは、空気調和装置１の停止中に、溶解平衡状態にある油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の濃度又は粘度を圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な油温目標値である。そして、「溶解平衡状態」とは、ケーシング２１ａの内部空間である高圧空間３６ａにおける冷媒の圧力Ｐｂｄにおいて、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油中における冷媒が飽和溶解度に達した状態を意味する。このため、第２油温目標値Ｔｓ２ｏｉｌは、例えば、冷媒圧力Ｐｂｄを飽和温度に換算することによって得られる高圧空間３６ａの冷媒飽和温度Ｔｂｄの多項式から計算することができる。

Ｔｓ２ｏｉｌ＝Ｃ１×Ｔｂｄ＾２＋Ｃ２×Ｔｂｄ＋Ｃ３＋Ｔｂｄ

そして、制御部９は、図９に示すように、ステップＳＴ７において、ステップＳＴ１１及びＳＴ１２において決定された第２油温目標値Ｔｓ２ｏｉｌと、ステップＳＴ１〜ＳＴ６において決定された第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌとを比較して、両者のいずれか高いほうを油温目標値Ｔｓｏｉｌに設定して、ステップＳＴ８〜ＳＴ１０のヒータ制御を行うようにしている。

このように、ここでは、空気調和装置１の停止中に、油溜まり部３６ｃに貯留された冷凍機油の温度Ｔｏｉｌを、空気調和装置１の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下、及び、空気調和装置１の運転開始時のドーム内凝縮によって発生する冷凍機油の濃度（粘度）の低下の両方を考慮した油温目標値Ｔｓｏｉｌ（すなわち、第１油温目標値Ｔｓ１ｏｉｌ及び第２油温目標値Ｔｓ２ｏｉｌのいずれか高いほう）に達するまで加熱しておくようにしている。これにより、空気調和装置１の停止中及び空気調和装置１の運転開始時にわたって、圧縮機２１の潤滑に必要な冷凍機油の濃度又は粘度を維持することができる。

これにより、ここでは、ドーム内凝縮による冷凍機油の濃度（粘度）の低下、及び、空気調和装置１の停止中における冷凍機油の濃度（粘度）の低下を考慮しつつ、空気調和装置１の待機電力の最小化と圧縮機２１の信頼性の向上とを両立することができる。

（５）他の変形例
＜Ａ＞
上記実施形態及び変形例１においては、冷凍機油の加熱を行うヒータとして、クランクケースヒータ２８を使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、クランクケースヒータ２８に代えて、圧縮機モータ２１ｃへの欠相通電によって、冷凍機油の加熱を行うようにしてもよい。また、ヒータは、ケーシング２１ａの外周に巻き付け配置さられたものではなく、ケーシング２１ａ内に配置されたものであってもよい。

＜Ｂ＞
上記実施形態及び変形例１においては、圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造を有する圧縮機として、単段圧縮の圧縮要素２１ｂを有する高圧ドーム型構造の圧縮機２１を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、多段圧縮の圧縮要素を有する圧縮機を採用する場合には、中間段又は最終段の圧縮要素によって圧縮した冷媒を油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る中間圧ドーム型構造や高圧ドーム型構造であってもよい。

また、圧縮機を構成する圧縮要素は、スクロール式のものに限定されず、ロータリ式等の他の型式の圧縮要素であってもよい。

＜Ｃ＞
上記実施形態及び変形例１においては、冷房運転と暖房運転とを切り換え可能な冷媒回路１０を有する空気調和装置１に本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えば、冷房専用等の他の冷媒回路を有する冷凍装置に本発明を適用してもよい。

本発明は、圧縮要素によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部が形成されたケーシングの内部空間に吐出した後にケーシング外に送る構造を有する圧縮機と、油溜まり部に貯留された冷凍機油を加熱するヒータと、ヒータを制御する制御部とを備えた冷凍装置に対して、広く適用可能である。

１ 空気調和装置（冷凍装置）
９ 制御部
２１ 圧縮機
２１ａ ケーシング
２１ｂ 圧縮要素
２１ｃ 圧縮機用モータ（ヒータ）
２８ クランクケースヒータ（ヒータ）
３６ａ 内部空間（高圧空間）
３６ｃ 油溜まり部

特開２００１−７３９５２号公報 特許第４１１１２４６号公報 特開平９−１７０８２６号公報 特開２０００−１３０８６５号公報

Claims (3)

1. 圧縮要素（２１ｂ）によって圧縮した冷媒を冷凍機油を貯留する油溜まり部（３６ｃ）が形成されたケーシング（２１ａ）の内部空間（３６ａ）に吐出した後に前記ケーシング外に送る構造を有する圧縮機（２１）と、前記油溜まり部に貯留された前記冷凍機油を加熱するヒータ（２８、２１ｃ）と、前記ヒータを制御する制御部（９）とを備えた冷凍装置において、
   前記制御部は、前記冷凍装置の停止中に、前記油溜まり部に貯留された前記冷凍機油の温度が、前記冷凍装置の運転開始時に前記圧縮要素から前記内部空間に吐出される前記冷媒が前記ケーシング外に送られる前に前記内部空間で凝縮するドーム内凝縮によって発生する前記冷媒の凝縮量を前記圧縮機の潤滑に必要な前記冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な許容凝縮量以下にするための第１油温目標値に達するように、前記ヒータを制御する、
   冷凍装置（１）。
2. 前記制御部（９）は、前記冷凍装置の停止中における前記油溜まり部（３６ｃ）に貯留された前記冷凍機油の量に基づいて前記許容凝縮量を決定し、前記ドーム内凝縮によって発生する前記冷媒の凝縮量が前記許容凝縮量以下になるように前記第１油温目標値を決定する、
   請求項１に記載の冷凍装置（１）。
3. 前記制御部（９）は、前記冷凍装置の停止中に、溶解平衡状態にある前記油溜まり部（３６ｃ）に貯留された前記冷凍機油の濃度又は粘度を前記圧縮機（２１）の潤滑に必要な前記冷凍機油の濃度又は粘度に維持することが可能な第２油温目標値を決定し、前記油溜まり部に貯留された前記冷凍機油の温度が、前記第１油温目標値及び前記第２油温目標値のいずれか高いほうに達するように、前記ヒータ（２８）を制御する、
   請求項１又は２に記載の冷凍装置（１）。

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