JP6472510B2

JP6472510B2 - 冷凍空調装置

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Publication number: JP6472510B2
Application number: JP2017513933A
Authority: JP
Inventors: 光晃松尾; 孝梅木; 寛也石原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: JPWO2016170680A1; WO2016170680A1

Description

本発明は、冷凍空調装置に関し、特に除霜運転中において庫内温度の上昇を抑制する冷凍空調装置に関する。

一般的に、冷凍空調装置の油冷却器は、空冷式、水冷式、冷媒冷却式の３タイプに分類される。ここで従来、空冷式油冷却器を備えた冷凍装置があった（例えば、特許文献１参照）。また従来、水冷式油冷却器を備えた冷凍機ユニットがあった（例えば、特許文献２参照）。特許文献１に記載の空冷式の油冷却器を備えた冷凍装置においては、ホットガス除霜時に油冷却器から外気への放熱量を極力減じるようにし、特許文献２に記載の水冷式の油冷却器を備えた冷凍機ユニットにおいては、ホットガス除霜時に油冷却器から冷却水への放熱量を極力減じるようにして、圧縮機から蒸発器へ向かうホットガスの温度（エンタルピ）を高くしている。

特開平８−９４１９４号公報特開平９−２６２１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の空冷式の油冷却器を備えた冷凍装置においては、夜間や寒冷地での低外気温度状態において、送風機回転数を減じたとしても油冷却器から外気への放熱量は無視できない量となる。また、特許文献２に記載の水冷式油冷却器を備えた冷凍機ユニットにおいては、冷却水の流量調整は現地システムの範疇であり、冷凍機の運転状態に応じて冷却水流量が細目に調整されることはなく、冷却水への放熱量は無視できない量となる。したがって、特許文献１，２に記載の冷凍空調装置においては、ホットガスの除霜能力が低下するという課題があった。

本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、ホットガス除霜中において、従来よりもホットガスの除霜能力を高めて従来よりも除霜を短時間に完了させる冷凍空調装置を得ることを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機と、凝縮器と、主膨張弁と、蒸発器と、を順次接続した主回路を有する冷凍空調装置であって、前記圧縮機の吐出側で且つ前記凝縮器の入口側に設けられる油分離器と、前記凝縮器の入口側において前記主回路から分岐し前記主膨張弁の出口側で且つ前記蒸発器の入口側において前記主回路と合流するように設けられ、前記油分離器から流出する冷媒を前記蒸発器に導くホットガスバイパス配管と、前記ホットガスバイパス配管上に設けられるホットガス調整弁と、前記油分離器に貯留された潤滑油を前記圧縮機に戻す油戻し配管と、前記油戻し配管上に設けられ、前記油戻し配管内を流れる冷凍機油を冷却する油冷却器と、前記油戻し配管のうち前記油冷却器よりも油流れの上流側において前記油戻し配管から分岐し、前記油戻し配管のうち前記油冷却器よりも油流れの下流側において前記油戻し配管と合流するように設けられる給油バイパス回路と、前記給油バイパス回路上に設けられる給油バイパス流量調整手段と、前記給油バイパス流量調整手段を制御する制御手段と、前記給油バイパス流量調整手段の制御に用いられる温度検出手段と、を備え、前記温度検出手段は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度、又は、前記圧縮機に供給される潤滑油の温度を検出し、前記給油バイパス流量調整手段は、電磁弁であり、前記ホットガス調整弁が開放された場合において、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出温度が第１閾値以下の場合、前記給油バイパス回路を流れる潤滑油の量を増大させるように前記給油バイパス流量調整手段を制御し、前記給油バイパス流量調整手段を閉状態から開状態へ制御するとき、前記給油バイパス流量調整手段を複数回開閉させた後に、前記給油バイパス流量調整手段を開状態とし、前記温度検出手段の検出温度が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の場合、前記給油バイパス回路を流れる潤滑油の量を減少させるように前記給油バイパス流量調整手段を制御するものである。

本発明によれば、ホットガス除霜中において、給油バイパス回路上に設けられる給油バイパス流量調整手段を制御して給油バイパス流量を調整するようにしている。このため、ホットガスの温度（エンタルピ）を高くすることができ、除霜時間を短縮することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００が空冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００が水冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００が空冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００が空冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。図２は本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。図３は本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。図４は本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置１００が水冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。

図１に示されるように、冷凍空調装置１００は、圧縮機１と、油分離器２と、凝縮器３と、凝縮器ファン４と、受液器５と、中間冷却器６と、主膨張弁７と、蒸発器８と、蒸発器ファン９と、中間冷却用配管１１と、中間冷却用膨張弁１２と、油戻し配管１３と、給油バイパス電動弁１４と、油冷却器１５と、モータ冷却配管１６と、モータ冷却用膨張弁１７と、ホットガスバイパス配管１８と、ホットガス調整弁１９と、吐出温度検出手段２０と、給油温度検出手段２１と、制御手段５０と、主回路８０と、給油バイパス回路８５と、を備えている。

圧縮機１と、油分離器２と、凝縮器３と、受液器５と、中間冷却器６と、主膨張弁７と、蒸発器８と、は、主回路８０によって順次接続されている。主膨張弁７、蒸発器８、蒸発器ファン９、及び庫内温度検出手段２２は、冷蔵倉庫２３（冷凍倉庫）に設けられている。

圧縮機１は、吸入された冷媒を圧縮して高温及び高圧の冷媒として吐出する、可変容量の圧縮機である。油分離器２は、圧縮機１から吐出される冷媒に含まれる油を分離するためのものであり、圧縮機１の吐出側に設けられている。

凝縮器３は、油分離器２において分離された冷媒と外気とを熱交換するためのものであり、油分離器２の出口側に設けられている。凝縮器ファン４は、凝縮器３に空気を導入する空気流れを生成するための送風手段である。受液器５は、凝縮器３から流出する冷媒を貯留するためのものであり、凝縮器３の出口側に設けられている。

中間冷却器６は、受液器５から流出した冷媒と中間冷却用膨張弁１２で減圧された冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、受液器５の出口側に設けられている。主膨張弁７は、主回路８０上において中間冷却器６から流出した冷媒を減圧膨張するものであり、主回路８０上における中間冷却器６の出口側に設けられている。蒸発器８は、主膨張弁７から流出した冷媒を蒸発ガス化するものであり、主膨張弁７の出口側に設けられている。蒸発器８は、冷蔵倉庫２３の内部に設けられている。蒸発器ファン９は、蒸発器８に空気を導入する空気流れを生成するための送風手段である。

モータ冷却配管１６は、主回路８０における中間冷却器６の出口側で且つ主膨張弁７の入口側において、主回路８０と圧縮機１のモータ室（図示省略）とを接続するように設けられている配管である。モータ冷却配管１６上にはモータ冷却用膨張弁１７が設けられている。モータ冷却用膨張弁１７は、モータ冷却配管１６を流れる冷媒を減圧膨張させるものである。

中間冷却用配管１１は、主回路８０における中間冷却器６の出口側で且つ主膨張弁７の入口側において、主回路８０と圧縮機１とを接続するように設けられている配管である。中間冷却用配管１１上には、中間冷却器６及び中間冷却用膨張弁１２が設けられている。中間冷却用膨張弁１２は、中間冷却用配管１１を流れる冷媒を減圧膨張するものである。中間冷却用膨張弁１２の出口側には中間冷却器６が設けられている。

油戻し配管１３は、油分離器２の底部より油冷却器１５を介して圧縮機１へ戻すための配管である。油冷却器１５は、油戻し配管１３内を流れる冷凍機油を冷却するものであり、油戻し配管１３上に設けられている。

給油バイパス回路８５は、油分離器２において分離された冷却器油の少なくとも一部を油冷却器１５をバイパスして圧縮機１に戻すための回路である。給油バイパス回路８５は、油戻し配管１３のうち油冷却器１５よりも油流れの上流側において油戻し配管１３から分岐し、油戻し配管１３のうち油冷却器１５よりも油流れの下流側において油戻し配管１３と合流するように設けられている。

給油バイパス電動弁１４は、給油バイパス回路８５を流れる潤滑油の量を調整する電動弁であり、給油バイパス回路８５上に設けられている。給油バイパス電動弁１４は、潤滑油のバイパス量をリニアに調整できる構成となっている。

ホットガスバイパス配管１８は、油分離器２において油が分離された冷媒の少なくとも一部を凝縮器３等を経由しないで蒸発器８に導くための配管である。ホットガスバイパス配管１８は、凝縮器３の入口側において主回路８０から分岐し主膨張弁７の出口側で且つ蒸発器８の入口側において主回路８０と合流するように設けられている。ホットガス調整弁１９は、ホットガスバイパス配管１８上を流れる冷媒の量を調整するものであり、ホットガスバイパス配管１８上に設けられている。

吐出温度検出手段２０は、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する温度検出手段である。吐出温度検出手段２０は、圧縮機１の吐出側で且つ油分離器２の入口側に設けられている。給油温度検出手段２１は、圧縮機１に供給される冷凍機油の温度を検出する温度検出手段である。給油温度検出手段２１は、油戻し配管１３上であって、油戻し配管１３と給油バイパス回路８５とが接続される部分よりも圧縮機１の吸入側に設けられている。

制御手段５０は、各種センサや各種膨張弁の制御を行うものである。制御手段５０は、例えば、この機能を実現する回路デバイス等のハードウェア、又はマイコン若しくはＣＰＵ等の演算装置上で実行されるソフトウェアで構成される。制御手段５０は、予め人により設定された設定温度（目標庫内温度）と、庫内温度検出手段２２の検出温度（庫内温度）とを比較し、庫内温度検出手段２２の検出温度が、設定温度よりも高い温度（サーモＯＮ温度）以上であれば、冷凍空調装置１００を起動（運転）させ、庫内温度検出手段２２の検出温度が、設定温度（サーモＯＦＦ温度）以下であれば、冷凍空調装置１００を停止させる制御を行う。なお、このような冷凍空調装置１００の制御は、制御手段５０が行う例に限定されるものではなく、制御手段５０とは別に設けられる制御手段が行ってもよい。

本実施の形態１においては、給油バイパス流量調整手段として給油バイパス電動弁１４を採用し、温度検出手段として吐出温度検出手段２０を採用する例について説明する。

以下に、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の通常時の冷媒サイクルについて説明する。ここで通常時とは、ホットガス調整弁１９が全閉に制御されていてホットガスバイパス量が無しの状態を指している。すなわち、通常時とは、油分離器２で分離された冷媒ガスがホットガスバイパス配管１８を流れないで全て凝縮器３に流入するような状態を指している。

まず、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１の内部において高温及び高圧の状態にまで圧縮される。圧縮機１から吐出された冷媒は、油分離器２において冷媒ガスと冷凍機油とに分離される。

油分離器２で分離された冷媒ガスは、凝縮器３に流入して外気と熱交換し放熱することで凝縮し、冷媒液となって流出する。凝縮器３から流出した冷媒液は、受液器５に流入する。受液器５から流出した冷媒は中間冷却器６に供給される。中間冷却器６にて中間冷却用配管１１を流れる比較的低温の冷媒二相流と熱交換し過冷却状態まで冷却される。

中間冷却器６から流出した冷媒のうち主回路８０を流れる冷媒は、主膨張弁７において減圧膨張された後に蒸発器８に流入する。蒸発器８に流入した冷媒は、被冷却物質である庫内空気と熱交換して吸熱することで蒸発して過熱ガスとなって圧縮機１に吸い込まれる。

中間冷却器６から流出した冷媒のうちモータ冷却配管１６を流れる冷媒の一部は、モータ冷却用膨張弁１７を流れて減圧膨張されて比較的低温の二相流となって圧縮機１のモータ室に供給され、モータ巻線を冷却する。

中間冷却器６から流出した冷媒のうち一部は、中間冷却用配管１１を通って中間冷却用膨張弁１２を流れて減圧膨張される。中間冷却用膨張弁１２において減圧膨張された冷媒は、中間冷却器６において受液器５から流出した冷媒と熱交換して圧縮機１に供給される。

油分離器２で分離された冷凍機油は、油戻し配管１３を通じて油冷却器１５にて外気と熱交換し冷却される。油冷却器１５において熱交換し冷却された冷凍機油は圧縮機１へと返油される。

以下に、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００のホットガス除霜時の冷媒サイクルについて説明する。ホットガス除霜時においては、通常時とは異なり、ホットガス調整弁１９は所望の開度（閉状態を除く）に制御される。このため、油分離器２で分離された冷媒ガスの少なくとも一部は、ホットガスバイパス配管１８を通って、主膨張弁７の出口側で且つ蒸発器８の入口側から蒸発器８へ流入する。蒸発器８に供給された冷媒は、蒸発器８内にて放熱することで、クーラ表面に成長した霜を融解する。蒸発器８から流出した冷媒ガスは、圧縮機１へ供給される。

次に、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００の制御動作について図２を用いて説明する。本実施の形態１では、制御手段５０は、除霜運転を開始すると、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度に基づいて、給油バイパス電動弁１４の開度を制御し、極力給油温度を高く維持することでホットガスの除霜能力を高めるように動作する。なお、制御手段５０は、図２のフローチャートにおける各判定及び制御出力を自動で実施する。

ステップＳ１１において、制御手段５０は除霜開始条件成立と同時に除霜運転を開始し、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２において、制御手段５０は圧縮機１を起動し且つホットガス調整弁１９をＯＮ（開）且つ給油バイパス電動弁１４をＯＦＦ（閉）にし、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立しているか否かを判定する。
ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ１３においてＹｅｓ）、ステップＳ１９に移行する。
一方、ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立していないと判定した場合には（ステップＳ１３においてＮｏ）、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上であるか否かを判定する。なお、吐出温度第２閾値は、制御手段５０に設定されている閾値である。
ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ１４においてＹｅｓ）、ステップＳ１６に移行する。
一方、ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ１４においてＮｏ）、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であるか否かを判定する。なお、吐出温度第１閾値は、制御手段５０に設定されている閾値である。
ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ１５においてＹｅｓ）、ステップＳ１８に移行する。
一方、ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ１５においてＮｏ）、ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１６において、制御手段５０は、給油バイパス電動弁１４の開度をダウンさせ、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１７において、制御手段５０は、給油バイパス電動弁１４をホールド（現在の開度を維持）させ、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１８において、制御手段５０は、給油バイパス電動弁１４の開度をアップさせ、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１９において、制御手段５０は除霜運転を終了させるため、ホットガス調整弁１９及び給油バイパス電動弁１４を閉止し且つ圧縮機１を停止させ、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０において、制御手段５０は除霜運転を終了させる。

なお、上述の吐出温度第１閾値及び吐出温度第２閾値は、圧縮機１の吐出温度限界（例えば１００℃）を考慮して設定する必要がある。具体的には、吐出温度限界＞第２閾値＞第１閾値の関係を満たす値であり、例えば、吐出温度第２閾値として９０℃、吐出温度第１閾値として７０℃とする。

以上のように、本実施の形態１に係る冷凍空調装置１００は、圧縮機１と、凝縮器３と、主膨張弁７と、蒸発器８と、を順次接続した主回路８０を有する冷凍空調装置１００であって、圧縮機１の吐出側で且つ凝縮器３の入口側に設けられる油分離器２と、凝縮器３の入口側において主回路８０から分岐し主膨張弁７の出口側で且つ蒸発器８の入口側において主回路８０と合流するように設けられ、油分離器２から流出する冷媒を蒸発器８に導くホットガスバイパス配管１８と、ホットガスバイパス配管１８上に設けられるホットガス調整弁１９と、油分離器２に貯留された潤滑油を圧縮機１に戻す油戻し配管１３と、油戻し配管１３上に設けられ、油戻し配管１３内を流れる冷凍機油を冷却する油冷却器１５と、油戻し配管１３のうち油冷却器１５よりも油流れの上流側において油戻し配管１３から分岐し、油戻し配管１３のうち油冷却器１５よりも油流れの下流側において油戻し配管１３と合流するように設けられる給油バイパス回路８５と、給油バイパス回路８５上に設けられる給油バイパス電動弁１４と、給油バイパス電動弁１４を制御する制御手段５０と、を備えたものである。
このため、ホットガス除霜中において給油温度を極力高く維持でき、これによりホットガスの温度（エンタルピ）を高くすることができる。したがって、除霜能力の高いホットガスを安定的に生成することができる。また、ホットガスの除霜能力が高まることで除霜時間を短縮することができ、除霜中（冷却していない期間）の庫内温度の上昇を抑制することができる。

また、給油バイパス電動弁１４の制御に用いられ、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段２０を備え、制御手段５０は、ホットガス調整弁１９が開放された場合に、吐出温度検出手段２０の値に基づいて給油バイパス電動弁１４を制御するものである。このため、上述した本実施の形態１の上述した効果を奏することができる。

なお、以上の説明においては、温度検出手段として吐出温度検出手段２０を採用したが、これに代えて、温度検出手段として給油温度検出手段２１を採用してもよい。この場合のフローチャートを図３に示す。図３におけるステップＳ２１、ステップＳ２２が、図２におけるステップＳ１４、ステップＳ１５と相違している。

ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上であるか否かを判定する。
ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ２１においてＹｅｓ）、ステップＳ１６に移行する。
一方、ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ２１においてＮｏ）、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下であるか否かを判定する。
ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ２２においてＹｅｓ）、ステップＳ１８に移行する。
一方、ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ２２においてＮｏ）、ステップＳ１７に移行する。

なお、上述の給油温度第１閾値及び給油温度第２閾値は、圧縮機の給油温度限界を考慮して設定されなければならない。すなわち、給油温度上限＞給油温度第２閾値＞給油温度第１閾値＞給油温度下限となる値を設定する必要がある。具体的には、給油温度上限が６０℃、給油温度下限が２０℃とした場合、給油温度第２閾値は５０℃、給油温度第１閾値は３０℃となる。

また、給油バイパス電動弁１４の制御に用いられ、圧縮機１に供給される潤滑油の温度を検出する給油温度検出手段２１を備え、制御手段５０は、ホットガス調整弁１９が開放された場合に、給油温度検出手段２１の値に基づいて給油バイパス電動弁１４を制御する。このため、上述した本実施の形態１の上述した効果を奏することができる。

また、給油バイパス電動弁１４は、吐出温度検出手段２０の検出温度が第１閾値以下の場合、給油バイパス回路８５を流れる潤滑油の量を増大させるように給油バイパス電動弁１４を制御し、吐出温度検出手段２０の検出温度が第１閾値よりも大きい第２閾値以上の場合、給油バイパス回路８５を流れる潤滑油の量を減少させるように給油バイパス電動弁１４を制御するものである。このため、上述した本実施の形態１の効果を奏することができる。

また、以上の説明においては、空冷式の冷凍空調装置を例にして説明したが、水冷式の冷凍空調装置にも適用できる。この場合の系統図を図４に示す。

図１における冷凍空調装置１００は空冷式であるため凝縮器３、凝縮器ファン４、及び油冷却器１５を採用していたが、図４における冷凍空調装置１００は水冷式であるため水冷凝縮器３０、凝縮器用冷却水配管３１、水冷油冷却器３２、及び油冷却用冷却水配管３３を採用している。

水冷凝縮器３０は、油分離器２において分離された冷媒と水とを熱交換するためのものであり、油分離器２の出口側に設けられている。凝縮器用冷却水配管３１は、水冷凝縮器３０に供給される冷媒と熱交換される水を通す配管である。水冷油冷却器３２は、油戻し配管１３内を流れる冷凍機油を冷却する熱交換器であり、油戻し配管１３上に設けられている。油冷却用冷却水配管３３は、水冷油冷却器３２を流れる冷媒と熱交換する水を通す配管である。

実施の形態２．
本実施の形態２においては、実施の形態１とは異なり、給油バイパス流量調整手段として給油バイパス電磁弁２４を採用している。なお、本実施の形態２においては、実施の形態１に示した構成とほぼ同一であり、同一の機器については同一の符号を付し、また同一の機器の説明は省略する。

図５は本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００が空冷式である場合の冷媒系統を示す系統図である。図６は本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。図７は本発明の実施の形態２に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。

図５に示されるように、図１における給油バイパス電動弁１４に代えて、給油バイパス電磁弁２４を設けるようにしている。給油バイパス電磁弁２４は、給油バイパス回路８５を流れる冷媒の量を調整する電磁弁であり、給油バイパス回路８５上に設けられている。給油バイパス電磁弁２４は、閉状態と開状態とを切替可能に構成されている。

以下に、本実施の形態２に係る冷凍空調装置１００の制御動作について図６を用いて説明する。本実施の形態２においては、制御手段５０が除霜運転を開始すると、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度に基づいて、給油バイパス電磁弁２４の開閉状態を制御し、極力給油温度を高く維持することでホットガスの除霜能力を高める動作を取る。なお、図６においては、図２及び図３と同一の処理については同一の符号を付す。

ステップＳ１１において、制御手段５０は、除霜開始条件成立と同時に除霜運転を開始し、ステップＳ３１に移行する。ステップＳ３１において、制御手段５０は、圧縮機を起動し且つホットガス調整弁１９をＯＮ（開）及び給油バイパス電磁弁２４をＯＦＦ（閉）にしてステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立しているか否かを判定する。
ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立していると判定した場合には（ステップＳ１３においてＹｅｓ）、ステップＳ３５へ移行する。
一方、ステップＳ１３において、制御手段５０は、除霜終了条件が成立していないと判定した場合には（ステップＳ１３においてＮｏ）、ステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上であるか否かを判定する。なお、吐出温度第２閾値は、制御手段５０に設定されている閾値である。
ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ１４においてＹｅｓ）、ステップＳ３２に移行する。
一方、ステップＳ１４において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ１４においてＮｏ）、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であるか否かを判定する。なお、吐出温度第１閾値は、制御手段５０に設定されている閾値である。
ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ１５においてＹｅｓ）、ステップＳ３４に移行する。
一方、ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ１５においてＮｏ）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３２において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をＯＦＦ（閉状態）にして、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ３３において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をホールド（現在の開閉状態を維持）にして、ステップＳ１３に移行する。
一方、ステップＳ３４において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をＯＮ（開状態）にして、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ３５において、制御手段５０は除霜運転を終了させるため、ホットガス調整弁１９を閉止し、また給油バイパス電磁弁２４も閉状態とする。制御手段５０は、圧縮機１を停止させる。ステップＳ２０において、除霜運転が終了する。

なお、上述の吐出温度第１閾値及び吐出温度第２閾値は、圧縮機１の吐出温度限界（例えば１００℃）を考慮し設定されなければならない。具体的には、吐出温度限界＞第２閾値＞第１閾値の関係を満たす値である。例えば、吐出温度第２閾値は９０℃であり、吐出温度第１閾値は７０℃である。

以上のように、本実施の形態２に係る冷凍空調装置１００は、ホットガス除霜中において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度に基づいて給油バイパス電磁弁２４の開閉状態を調整するものである。
このため、ホットガス除霜中に給油温度を極力高く維持でき、これによりホットガスの温度（エンタルピ）を高くすることができ、したがって除霜能力の高いホットガスを安定的に生成することが可能となる。またホットガスの除霜能力が高まることによって、除霜時間を短縮でき、除霜中（冷却していない期間）の庫内温度の上昇を抑制することができる。

なお、以上の説明においては、温度検出手段として吐出温度検出手段２０を採用したが、これに代えて、温度検出手段として給油温度検出手段２１を採用してもよい。図７に、温度検出手段として給油温度検出手段２１を採用した場合のフローチャートを示す。図７のステップＳ２１、ステップＳ２２は、図６のステップＳ１４、ステップＳ１５とは相違する部分である。

ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上であるか否かを判定する。
ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上であれば（ステップＳ２１においてＹｅｓ）、ステップＳ３２に移行する。
一方、ステップＳ２１において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第２閾値以上でなければ（ステップＳ２１においてＮｏ）、ステップＳ２２に移行する。

ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下であるか否かを判定する。
ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ２２においてＹｅｓ）、ステップＳ３４に移行する。
一方、ステップＳ２２において、制御手段５０は、給油温度検出手段２１が検出する給油温度が給油温度第１閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ２２においてＮｏ）、ステップＳ３３に移行する。

なお、上述した、給油温度第１閾値及び給油温度第２閾値は、圧縮機の給油温度限界を考慮して設定される。すなわち、給油温度上限＞給油温度第２閾値＞給油温度第１閾値＞給油温度下限となる値を設定する必要がある。具体的には例えば、給油温度上限が６０℃、給油温度下限が２０℃とした場合、給油温度第２閾値は５０℃、給油温度第１閾値は３０℃となる。

また、本実施の形態２においては、空冷式の冷凍空調装置を例に説明したが、これに限定されない。例えば、水冷式の冷凍空調装置においても同様に適用できる。

実施の形態３．
本実施の形態３においては、実施の形態２とは異なり、給油バイパス電磁弁２４を閉状態から開状態へ変化させる際に、複数回開閉を切り替えた後に、給油バイパス電磁弁２４を開状態へと遷移させるものである。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図８は本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。図９は本発明の実施の形態３に係る冷凍空調装置１００の制御動作を示すフローチャートである。以下にまず、図８の処理について説明する。

一般に、圧縮機１は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構（図示省略）と、圧縮機構を覆うケーシング（図示省略）と、を備えている。ここで、高性能な圧縮機においては、圧縮機性能を向上させるため、圧縮機構とケーシングとの間に形成される隙間を可能な限り狭めており、急な温度変化、特に急に加熱されることに弱い。すなわち、急に加熱されると圧縮機構が膨張するため、ケーシングとの隙間が無くなり接触して焼き付きを生じる可能性がある。ここで、実施の形態２においては、給油バイパス流量調整手段として給油バイパス電磁弁２４を採用しているため、急な温度変化を生じやすい。すなわち、給油バイパス電磁弁２４がＯＦＦ（閉）状態である場合には、油冷却器１５において冷却された比較的低温の冷凍機油が圧縮機１へ給油されているが、給油バイパス電磁弁２４がＯＦＦ（閉）からＯＮ（開）に切り替わると、油分離器２において分離された冷凍機油が油冷却器１５をバイパスして圧縮機１へ給油されることになる。すなわち、油分離器２において分離された冷凍機油のうち油冷却器１５において冷却されない冷凍機油が、急に圧縮機１へ給油されることになる。したがって、急加熱が生じやすい。そして特に、上述したように圧縮機１が、圧縮機構とケーシングとの間に形成される隙間を可能な限り狭めた高性能な圧縮機で構成される場合にはこの問題は顕著となる。

本実施の形態３においては、上述した急加熱を抑制するために、給油バイパス電磁弁２４がＯＦＦ（閉）の状態から、給油バイパス電磁弁２４がＯＮ（開）に、開閉状態を遷移させる際に、複数回開閉させた後に開状態へ遷移させる制御動作を取る。

本実施の形態３に係る冷凍空調装置１００の制御動作の詳細を図８及び図９のフローチャートに基づいて説明する。図８，図９のフローチャートの説明において、図２，図６と同一の処理については同一の符号を付す。以下に、まず図８について説明する。

ステップＳ１１において、制御手段５０は除霜開始条件成立と同時に除霜運転を開始し、ステップＳ３１に移行する。ステップＳ３１において、制御手段５０は圧縮機１を起動し且つホットガス調整弁１９をＯＮ（開）且つ給油バイパス電磁弁２４をＯＦＦ（閉）にし、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であるか否かを判定する。なお、吐出温度第１閾値は、制御手段５０に設定されている閾値である。
ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第１閾値以下であると判定した場合には（ステップＳ１５においてＹｅｓ）、ステップＳ４１に移行する。
一方、ステップＳ１５において、制御手段５０は、吐出温度検出手段２０が検出する吐出温度が吐出温度第２閾値以下でないと判定した場合には（ステップＳ１５においてＮｏ）、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ４１において、制御手段５０は、現在の給油バイパス電磁弁２４の開閉状態が閉状態であるか否かを判定する。
ステップＳ４１において、制御手段５０は、現在の給油バイパス電磁弁２４の開閉状態が閉状態であると判定した場合には（ステップＳ４１においてＹｅｓ）、ステップＳ４２に移行する。
一方、ステップＳ４１において、制御手段５０は、現在の給油バイパス電磁弁２４の開閉状態が閉状態でないと判定した場合には（ステップＳ４１においてＮｏ）、ステップＳ３４に移行する。

ステップＳ３２において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をＯＦＦ（閉状態）にし、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ３３において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をホールド（現在の開閉状態を維持）にし、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ３４において、制御手段５０は、給油バイパス電磁弁２４をＯＮ（開状態）にし、ステップＳ１３に移行する。
ステップＳ４２において、制御手段５０は、遷移処理を実施して、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ４２の処理については、後述する図９を用いて説明する。

ステップＳ３５において、制御手段５０は除霜運転を終了させるため、ホットガス調整弁１９を閉止し、また給油バイパス電磁弁２４も閉状態とする。制御手段５０は、圧縮機１を停止させ、除霜運転を終了させる（ステップＳ２０）。

次に図８のステップＳ４２における遷移処理について図９を用いて説明する。なお、遷移処理は、給油バイパス電磁弁２４を閉状態から開状態へ遷移させる場合に、給油バイパス電磁弁２４を複数回開閉させる処理である。

ステップＳ５１において、制御手段５０は、遷移処理を開始し、ステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２において、制御手段５０は、カウンタＣをリセット（ゼロ）して、ステップＳ５３に移行する。ステップＳ５３において、制御手段５０は、タイマｔ１をリセット後、スタート（カウント開始）し、給油バイパス電磁弁２４をＯＮ（開）とし、ステップＳ５４に移行する。ステップＳ５４において、制御手段５０は、カウンタＣに１を加えて、ステップＳ５５に移行する。

ステップＳ５５において、制御手段５０は、カウンタＣの値がカウンタ閾値以上であるか否かを判定する。
ステップＳ５５において、制御手段５０は、カウンタＣの値がカウンタ閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ５５においてＹｅｓ）、ステップＳ５９へ移行する。
一方、ステップＳ５５において、制御手段５０は、カウンタＣの値がカウンタ閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ５５においてＮｏ）、ステップＳ５６へ移行する。

ステップＳ５６において、制御手段５０は、タイマｔ１の値がタイマ閾値以上であるか否かを判定する。
ステップＳ５６において、制御手段５０は、タイマｔ１の値がタイマ閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ５６においてＹｅｓ）、ステップＳ５７へ移行する。ステップＳ５７において、制御手段５０は、タイマｔ２リセット後、スタート（カウント開始）し、給油バイパス電磁弁２４をＯＦＦ（閉）とし、ステップＳ５８に移行する。
一方、ステップＳ５６において、制御手段５０は、タイマｔ１の値がタイマ閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ５６においてＮｏ）、ステップＳ５６の判定を繰り返す。

ステップＳ５８において、制御手段５０は、タイマｔ２の値がタイマ閾値以上であるか否かを判定する。
ステップＳ５８において、制御手段５０は、タイマｔ２の値がタイマ閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ５８においてＹｅｓ）、ステップＳ５３へ移行する。
一方、ステップＳ５８において、制御手段５０は、タイマｔ２の値がタイマ閾値以上でないと判定した場合には（ステップＳ５８においてＮｏ）、ステップＳ５８の判定を繰り返す。

ステップＳ５９において、制御手段５０は遷移処理を終了する。このとき、給油バイパス電磁弁２４は開状態となる。

なお、上述のタイマ閾値及びカウンタ閾値は、圧縮機１への冷凍機油の返油において急な加熱とならないように設定する。具体的には例えば、タイマ閾値として３秒を設定し、カウンタ閾値として４回を設定する。

以上のように、本実施の形態３に係る冷凍空調装置１００は、制御手段５０が、ホットガス調整弁１９が開放された場合において給油バイパス電磁弁２４を閉状態から開状態へ制御するとき、給油バイパス電磁弁２４を複数回開閉させた後に、給油バイパス電磁弁２４を開状態とする。
このため、高性能タイプの圧縮機１を搭載している冷凍空調装置においても、圧縮機焼き付きを生じることなく、ホットガス除霜中に給油温度を極力高く維持でき、したがって除霜能力の高いホットガスを安定的に生成することが可能となる。またホットガスの除霜能力が高まることによって、除霜時間を短縮でき、除霜中（冷却していない期間）の庫内温度の上昇を抑制することが可能となる。

これにより、給油バイパス電磁弁２４を複数回開閉させる際に、油戻し配管１３内で冷却された冷凍機油と冷却されていない冷凍機油とが混合されること、また油戻し配管１３の熱容量の影響を受けること、により圧縮機１へ返油される冷凍機油の温度をゆるやかに上昇させることが可能となる。

すなわち、急加熱を防止することができ、高性能タイプの圧縮機を搭載している冷凍空調装置に対しても、本願発明の技術を適用可能となる。

なお、以上の説明においては、温度検出手段として吐出温度検出手段２０を採用したが、これに代えて、温度検出手段として給油温度検出手段２１を採用してもよい。さらに、水冷式の冷凍空調装置であっても本発明は同様に適用できる。

また、給油バイパス電動弁１４が本発明の電動弁に相当し、給油バイパス電磁弁２４が本発明の電磁弁に相当する。

１圧縮機、２油分離器、３凝縮器、４凝縮器ファン、５受液器、６中間冷却器、７主膨張弁、８蒸発器、９蒸発器ファン、１１中間冷却用配管、１２中間冷却用膨張弁、１３油戻し配管、１４給油バイパス電動弁、１５油冷却器、１６
モータ冷却配管、１７モータ冷却用膨張弁、１８ホットガスバイパス配管、１９ホットガス調整弁、２０吐出温度検出手段、２１給油温度検出手段、２２庫内温度検出手段、２３冷蔵倉庫、２４給油バイパス電磁弁、３０水冷凝縮器、３１凝縮器用冷却水配管、３２水冷油冷却器、３３油冷却用冷却水配管、５０制御手段、８０主回路、８５給油バイパス回路、１００冷凍空調装置。

Claims

圧縮機と、凝縮器と、主膨張弁と、蒸発器と、を順次接続した主回路を有する冷凍空調装置であって、
前記圧縮機の吐出側で且つ前記凝縮器の入口側に設けられる油分離器と、
前記凝縮器の入口側において前記主回路から分岐し前記主膨張弁の出口側で且つ前記蒸発器の入口側において前記主回路と合流するように設けられ、前記油分離器から流出する冷媒を前記蒸発器に導くホットガスバイパス配管と、
前記ホットガスバイパス配管上に設けられるホットガス調整弁と、
前記油分離器に貯留された潤滑油を前記圧縮機に戻す油戻し配管と、
前記油戻し配管上に設けられ、前記油戻し配管内を流れる冷凍機油を冷却する油冷却器と、
前記油戻し配管のうち前記油冷却器よりも油流れの上流側において前記油戻し配管から分岐し、前記油戻し配管のうち前記油冷却器よりも油流れの下流側において前記油戻し配管と合流するように設けられる給油バイパス回路と、
前記給油バイパス回路上に設けられる給油バイパス流量調整手段と、
前記給油バイパス流量調整手段を制御する制御手段と、
前記給油バイパス流量調整手段の制御に用いられる温度検出手段と、を備え、
前記温度検出手段は、
前記圧縮機から吐出される冷媒の温度、又は、前記圧縮機に供給される潤滑油の温度を検出し、
前記給油バイパス流量調整手段は、電磁弁であり、
前記ホットガス調整弁が開放された場合において、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出温度が第１閾値以下の場合、前記給油バイパス回路を流れる潤滑油の量を増大させるように前記給油バイパス流量調整手段を制御し、前記給油バイパス流量調整手段を閉状態から開状態へ制御するとき、前記給油バイパス流量調整手段を複数回開閉させた後に、前記給油バイパス流量調整手段を開状態とし、
前記温度検出手段の検出温度が前記第１閾値よりも大きい第２閾値以上の場合、前記給油バイパス回路を流れる潤滑油の量を減少させるように前記給油バイパス流量調整手段を制御する
冷凍空調装置。
前記制御手段は、
前記ホットガス調整弁が開放された場合に、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する前記温度検出手段である吐出温度検出手段の値に基づいて前記給油バイパス流量調整手段を制御する
請求項１に記載の冷凍空調装置。
前記制御手段は、
前記ホットガス調整弁が開放された場合に、前記圧縮機に供給される潤滑油の温度を検出する前記温度検出手段である給油温度検出手段の値に基づいて前記給油バイパス流量調整手段を制御する
請求項１に記載の冷凍空調装置。