JP6567171B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱源ユニットと負荷ユニットとが液相配管及び気相配管を介して接続された冷凍サイクル装置に関するものである。

特許文献１には、室外機と、複数台の室内機と、冷媒回路と、油回収運転部と、を備えた空気調和装置が記載されている。油回収運転部は、所定のタイミングで各室内機を液バック気味運転とし、冷媒回路に滞留している潤滑油を回収する油回収運転を行い、室外機側で液バックが検出されたとき、油回収運転を終了するものである。油回収運転部は、各室内機の冷媒配管長を検知する冷媒配管長検知部と、冷媒配管長検知部により検知された冷媒配管長を記憶する冷媒配管長記憶部と、冷媒配管長記憶部に記憶されている各室内機の冷媒配管長に基づいて、油回収運転時にその運転時間を変更する油回収制御部と、を備えている。

特許文献１の空気調和装置では、室内機毎に冷媒配管長が異なっていても、各室内機の冷媒配管長に基づいて、油回収運転時のその運転時間を変更することにより、適切な油回収運転時間を確保し、各室内機及びその冷媒回路に滞留している潤滑油を回収することができる。このため、冷媒配管長の長い室内機及びその冷媒回路に溜まり込んでいる潤滑油も圧縮機側に回収することができる。

特開２００８−９６０１９号公報

しかしながら、特許文献１の空気調和装置では、圧縮機の起動時に油が冷媒回路に持ち出されないようにする制御が行われないため、起動時における圧縮機での油枯渇を抑制することができないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮機での油枯渇を効果的に抑制できる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、少なくとも前記圧縮機を制御する制御装置と、前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器を収容する熱源ユニットと、前記負荷側熱交換器を収容する負荷ユニットと、を備え、前記熱源ユニットと前記負荷ユニットとの間は、前記冷媒配管の一部である液相配管及び気相配管を介して接続されており、前記制御装置は、第１運転モードと、前記圧縮機から流出する油の流量が前記第１運転モードよりも少ない第２運転モードと、を備えており、前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて、前記第１運転モード及び前記第２運転モードを切り替えるように構成されているものである。

本発明によれば、液相配管及び気相配管の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて、第１運転モード及び第２運転モードを適切に切り替えることができるため、圧縮機での油枯渇を効果的に抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 一般的な冷凍サイクル装置における延長配管の配管長と冷凍機油の適正油量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−２に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１の変形例１−２に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の変形例１−２に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の変形例３−１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態３の変形例３−１に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１０を有している。冷媒回路１０は、圧縮機１１、熱源側熱交換器１２、減圧装置１３及び負荷側熱交換器１４が冷媒配管を介して順次環状に接続された構成を有している。また、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１、熱源側熱交換器１２及び減圧装置１３を収容する熱源ユニット４０と、負荷側熱交換器１４を収容する負荷ユニット５０と、を有している。熱源ユニット４０は例えば室外に設置され、負荷ユニット５０は例えば室内に設置される。

熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との間は、冷媒配管の一部である液相配管２１及び気相配管２２を介して接続されている。液相配管２１は、熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との間で、主に液冷媒又は二相冷媒を流通させる配管である。気相配管２２は、熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との間で、主にガス冷媒を流通させる配管である。液相配管２１及び気相配管２２は、延長配管、接続配管又は連絡配管等と称される場合がある。

液相配管２１及び気相配管２２は、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた際の熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との間の距離に応じた所定の配管長を有している。すなわち、実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管長は、冷凍サイクル装置１００が据え付けられる前の段階（例えば、製品出荷段階）では確定していない。液相配管２１の配管長と気相配管２２の配管長は同程度である。また、液相配管２１及び気相配管２２のそれぞれの管内径は、冷凍サイクル装置１００の仕様によって指定されている。すなわち、液相配管２１及び気相配管２２のそれぞれの管内径は、冷凍サイクル装置１００が据え付けられる前の段階で確定している。

圧縮機１１は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。圧縮機１１の駆動周波数は、後述する制御装置３０によって可変に制御される。熱源側熱交換器１２は、放熱器（例えば、凝縮器）として機能する高圧側の熱交換器である。熱源側熱交換器１２では、内部を流通する冷媒と、外部流体（例えば、送風ファンによって供給される室外空気）との熱交換が行われる。減圧装置１３は、高圧冷媒を減圧して低圧冷媒とするものである。減圧装置１３としては、例えば開度を調節可能な電子式リニア膨張弁などが用いられる。減圧装置１３の開度は、後述する制御装置３０によって制御される。負荷側熱交換器１４は、蒸発器として機能する低圧側の熱交換器である。負荷側熱交換器１４では、内部を流通する冷媒と、外部流体（例えば、送風ファンによって送風される室内空気）との熱交換が行われる。

なお、図１では、熱源側熱交換器１２が放熱器として機能し、負荷側熱交換器１４が蒸発器として機能する冷媒回路１０を例示しているが、冷媒回路１０は、熱源側熱交換器１２が蒸発器として機能し、負荷側熱交換器１４が放熱器として機能するものであってもよい。また、冷媒回路１０は、冷媒の流路を切り替える四方弁を備えていてもよい。この場合、四方弁により冷媒の流路が切り替えられることによって、熱源側熱交換器１２が放熱器として機能し負荷側熱交換器１４が蒸発器として機能する冷房運転と、熱源側熱交換器１２が蒸発器として機能し負荷側熱交換器１４が放熱器として機能する暖房運転と、の双方が可能になる。

熱源ユニット４０には、液相配管２１の熱源ユニット４０側、すなわち液相配管２１の入口部での冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ３１が設けられている。冷媒温度センサ３１は、例えば、熱源ユニット４０から流出して液相配管２１に流入する冷媒の温度を検出するものである。冷媒温度センサ３１に代えて、液相配管２１の熱源ユニット４０側での冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサが設けられていてもよい。冷媒温度センサ３１又は冷媒圧力センサからは、後述する制御装置３０に検出信号が出力される。

また、熱源ユニット４０には、外気温度を検出する外気温度センサ３３が設けられている。外気温度センサ３３は、例えば、送風ファンにより供給される室外空気の流れにおいて熱源側熱交換器１２よりも上流側に配置されている。外気温度センサ３３からは、後述する制御装置３０に検出信号が出力される。

負荷ユニット５０には、液相配管２１の負荷ユニット５０側、すなわち液相配管２１の出口部での冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ３２が設けられている。冷媒温度センサ３２は、例えば、液相配管２１から流出して負荷ユニット５０に流入する冷媒の温度を検出するものである。冷媒温度センサ３２に代えて、液相配管２１の負荷ユニット５０側での冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサが設けられていてもよい。冷媒温度センサ３２又は冷媒圧力センサからは、後述する制御装置３０に検出信号が出力される。

制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート、タイマー等を備えたマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という場合がある。）を有している。制御装置３０は、各種センサ類からの検出信号等に基づいて、圧縮機１１及び減圧装置１３を含む冷凍サイクル装置１００全体の動作を制御する。制御装置３０は、熱源ユニット４０に設けられていてもよいし、負荷ユニット５０に設けられていてもよい。また、制御装置３０は、熱源ユニット４０に設けられる熱源側制御部と、負荷ユニット５０に設けられ、熱源側制御部とデータ通信可能な負荷側制御部と、を備えていてもよい。

次に、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１０の動作の例について説明する。ここで、本例の冷媒は、熱源側熱交換器１２で凝縮するものとする。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、まず熱源側熱交換器１２に流入する。熱源側熱交換器１２では、内部を流通する冷媒と外部流体（例えば、室外空気）との熱交換が行われ、冷媒の凝縮潜熱が外部流体に放熱される。これにより、熱源側熱交換器１２に流入したガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器１２から流出した高圧の液冷媒は、減圧装置１３に流入し、減圧されて低圧の二相冷媒となる。減圧装置１３から流出した低圧の二相冷媒は、液相配管２１を経由して負荷ユニット５０内の負荷側熱交換器１４に流入する。負荷側熱交換器１４では、内部を流通する冷媒と外部流体（例えば、室内空気）との熱交換が行われ、冷媒の蒸発潜熱が外部流体から吸熱される。これにより、負荷側熱交換器１４に流入した冷媒は、蒸発して低圧のガス冷媒又は二相冷媒となる。また、外部流体は、冷媒の吸熱作用によって冷却される。負荷側熱交換器１４から流出した低圧のガス冷媒又は二相冷媒は、気相配管２２を経由して熱源ユニット４０内の圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入された冷媒は、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。冷凍サイクル装置１００の冷媒回路１０では、以上のサイクルが連続的に繰り返される。

次に、冷凍サイクル装置１００の圧縮機１１に封入される冷凍機油について説明する。以下、冷凍機油のことを単に「油」という場合があり、冷凍機油の量のことを単に「油量」という場合がある。圧縮機１１に封入されている冷凍機油の一部は、冷媒と共に圧縮機１１から流出し、冷媒回路１０の各構成要素で滞留しながら、所定の返油時間で再び圧縮機１１に戻る。返油時間とは、圧縮機１１から持ち出された油が冷媒回路１０の各構成要素で滞留しながら徐々に流動し、圧縮機１１に再び流入するまでの時間である。圧縮機１１が停止しているときには、冷媒回路１０の各構成要素に滞留している油はそのまま滞留し続け、圧縮機１１が起動すると返油時間以内に圧縮機１１に戻る。圧縮機１１から多量の油が持ち出され、かつ返油時間が長く圧縮機１１に戻る油の量が少ない場合、圧縮機１１内の油の減少により油枯渇が生じる。また、起動時に圧縮機１１内の油に寝込んでいる液冷媒が多量にある場合、又は、多量の液冷媒が圧縮機１１に流入する場合、圧縮機１１内の油の濃度が低下し、油枯渇が生じる。さらに、圧縮機１１から流出して冷媒回路１０の各構成要素に滞留する油の量が時間の経過とともに増加していくような場合、圧縮機１１に戻る油が減少して油枯渇が生じる。

図２は、一般的な冷凍サイクル装置における延長配管（液相配管又は気相配管）の配管長と冷凍機油の適正油量との関係を示すグラフである。ここで、適正油量とは、対象とする運転条件において圧縮機の信頼性を確保でき、かつ冷凍サイクル装置の性能が最大となる油量のことである。図２に示すように、適正油量は、延長配管の配管長が長くなるほど多くなる。すなわち、延長配管が相対的に長尺であるときの適正油量は、延長配管が相対的に短尺であるときの適正油量よりも多くなる。例えば、延長配管の配管長がＬ１のときの適正油量をｖ１とし、延長配管の配管長がＬ１よりも長いＬ２（Ｌ１＜Ｌ２）のときの適正油量をｖ２とすると、油量ｖ２は油量ｖ１よりも多くなる（ｖ１＜ｖ２）。

適正油量は、延長配管の配管長だけでなく、運転条件、設置条件及び環境条件等の種々の条件によって異なる。適正油量が多くなる条件の例は以下のとおりである。以下の条件は、油枯渇が生じやすい条件にも該当する。
運転条件：
・圧縮機の起動時、及びデフロスト運転終了時
設置条件：
・冷媒配管の配管長が長いこと
・熱源側熱交換器及び負荷側熱交換器のそれぞれの設置位置に高低差があること（例えば、凝縮器として機能する熱交換器の設置高さが蒸発器として機能する熱交換器の設置高さよりも高いこと）
環境条件：
・外気温度が低いこと（圧縮機内の油に多量の液冷媒が寝込むため）

逆に、適正油量が少なくなる条件の例は以下のとおりである。以下の条件は、油枯渇が生じにくい条件にも該当する。
運転条件：
・冷凍サイクルが安定して動作する定常運転時
設置条件：
・冷媒配管の配管長が短いこと
環境条件：
・外気温度が高いこと

圧縮機の信頼性を確保するためには、冷凍サイクル装置において想定される条件のうち最も適正油量が多くなる条件に合わせて、多量の冷凍機油が圧縮機に封入されていればよい。しかしながらこの場合、上記条件以外の条件で冷凍サイクル装置が用いられるときには、冷凍機油の量が適正油量よりも多くなってしまう。例えば、冷凍サイクル装置において許容される延長配管の配管長が最長でＬ２であり、油量ｖ２の冷凍機油が圧縮機に封入されているものとする。この場合、実際に据え付けられた冷凍サイクル装置において延長配管の配管長がＬ１であったときには、冷凍機油が過充填となり、油量（ｖ２−ｖ１）の冷凍機油が余剰油となってしまう。冷凍機油が過充填されていると、圧縮機から冷媒回路に持ち出される油量が増加するため、冷凍サイクル装置の性能が低下してしまう。

一方、冷凍サイクル装置の性能を最大化するためには、最も適正油量が少なくなる条件に合わせて、少量の冷凍機油が圧縮機に封入されていればよい。しかしながらこの場合、上記の条件以外の条件で冷凍サイクル装置が用いられるときには、冷凍機油の量が適正油量よりも少なくなってしまう。これにより、油不足によって圧縮機内の油が枯渇し、圧縮機の信頼性が低下してしまう。油の枯渇を回避するために圧縮機の起動周波数を減少させる制御を行った場合、圧縮機の性能低下や、起動から目標能力達成までの時間の長期化が生じるため、快適性等の冷凍サイクル装置の性能が低下してしまう。

本実施の形態では、条件に応じて適切な制御を行うことにより、冷凍サイクル装置の性能の向上と圧縮機の油枯渇の回避とを両立させている。

図３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図３のステップＳ１では、液相配管の配管長が規定配管長である場合における液相配管の圧損を算出する。ステップＳ１は、第１学習運転中に実行される。

第１学習運転は、例えば、冷凍サイクル装置１００が据え付けられる前（例えば、製品出荷前）に、第１学習運転用の液相配管及び気相配管を用いて熱源ユニット４０と負荷ユニット５０とを接続した状態で行われる。第１学習運転用の液相配管及び気相配管の配管長はいずれも、冷媒を追加充填する必要のないチャージレス配管長の範囲で予め決められた規定配管長である。また、第１学習運転用の液相配管及び気相配管の管内径は、それぞれ冷凍サイクル装置１００の仕様で指定されているものである。すなわち、第１学習運転用の液相配管及び気相配管のそれぞれの配管内容積は、規定配管長及びそれぞれの管内径に基づいて算出することができる。

ここで、冷房運転時には、液相配管の圧損が暖房運転時よりも大きくなるため、液相配管の圧損の算出が容易になる。したがって、冷凍サイクル装置１００が冷房運転及び暖房運転の切替えが可能な構成を有する場合、第１学習運転では冷房運転（例えば、冷房標準運転）を行うようにしてもよい。

第１学習運転用の液相配管の圧損は、冷媒温度センサ３１で検出される冷媒配管の入口部での冷媒温度と、冷媒温度センサ３２で検出される冷媒配管の出口部での冷媒温度とに基づいて算出される。また、第１学習運転用の液相配管の圧損ΔＰと第１学習運転用の液相配管の配管内容積との関係は、以下に示すファニング（Ｆａｎｎｉｎｇ）の式を用いて表すことができる。
ΔＰ＝λ（Ｌ／Ｄ）（γＶ^２／２）
（λ：管摩擦係数、Ｄ：管内径、Ｌ：配管長、γ：管内ガス密度、Ｖ：管内流速）

以上のようにステップＳ１では、液相配管の配管長が規定配管長である場合において、液相配管の圧損と、液相配管及び気相配管の配管内容積と、の関係が得られる。

次に、ステップＳ２では、冷凍サイクル装置１００が出荷されて実際に据え付けられた後の液相配管２１の圧損を算出する。ステップＳ２は、第２学習運転中に実行される。

第２学習運転は、例えば、冷凍サイクル装置１００が実際に据え付けられた後に、第１学習運転と同様の運転条件で行われる。第２学習運転は、冷凍サイクル装置１００の実際の設置条件を記憶するための運転である。液相配管２１の圧損は、例えば、冷媒温度センサ３１で検出される液相配管２１の入口部での冷媒温度と、冷媒温度センサ３２で検出される液相配管２１の出口部での冷媒温度と、に基づいて算出される。

次に、ステップＳ３では、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の配管内容積を推定する。液相配管２１の実際の配管内容積は、第１学習運転用の液相配管の圧損と第１学習運転用の液相配管の配管内容積との関係と、算出された実際の液相配管２１の圧損と、に基づいて推定することができる。気相配管２２の実際の配管内容積は、液相配管２１及び気相配管２２の配管長が同程度であることから、推定された液相配管２１の配管内容積に基づいて推定することができる。推定された配管内容積は、後述するステップＳ５で推定値として用いられる。なお、負荷ユニット５０の台数が複数台である場合には、負荷ユニット５０毎に配管内容積が推定され、そのうち最も大きい配管内容積が推定値として用いられる。

ステップＳ４以降は、例えば、第２学習運転が終了した後の冷凍サイクル装置１００の起動時及び運転中に繰り返して実行される。

ステップＳ４では、外気温度センサ３３で検出された外気温度を取得する。

次に、ステップＳ５では、ステップＳ３で推定された推定値である配管内容積（液相配管２１の配管内容積及び気相配管２２の配管内容積の少なくとも一方）が閾値容積未満であるか否かを判定する。推定値が液相配管２１の配管内容積である場合、閾値容積としては、例えば、第１学習運転用の液相配管の配管内容積を用いることができる。推定値が気相配管２２の配管内容積である場合、閾値容積としては、例えば、第１学習運転用の気相配管の配管内容積を用いることができる。推定された配管内容積が閾値容積未満であると判定した場合にはステップＳ７に進み、推定された配管内容積が閾値容積以上であると判定した場合にはステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、外気温度が予め設定された閾値温度未満であるか否かを判定する。外気温度が閾値温度未満であると判定した場合にはステップＳ８に進み、外気温度が閾値温度以上であると判定した場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、通常運転（第１運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、冷凍サイクル装置１００の通常運転が行われる。ここで、通常運転とは、冷凍サイクル装置１００の性能や、起動から目標能力達成までの立上り時間の短縮を優先して、圧縮機１１の周波数及び減圧装置１３の開度を制御する運転のことである。通常運転では性能や快適性が優先されるため、通常運転中には油枯渇等による圧縮機１１の信頼性低下が生じ得る。

ステップＳ８では、油枯渇回避運転（第２運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積以上でありかつ外気温度が閾値未満である場合には、冷凍サイクル装置１００の油枯渇回避運転が行われる。ここで、油枯渇回避運転とは、通常運転よりも圧縮機１１からの油の流出を抑制する運転のことである。すなわち、油枯渇回避運転の実行中には、圧縮機１１から冷媒回路１０に流出する油の流量が通常運転の実行中よりも減少する。油枯渇回避運転の具体例は、圧縮機１１のタイプや冷媒回路１０の構成等によって様々である。例えば、圧縮機１１の周波数が低いほど圧縮機１１からの油の流出が抑制される場合には、油枯渇回避運転では、圧縮機１１が通常運転よりも低い周波数で駆動される。油枯渇回避運転は、主に圧縮機１１の起動時及びデフロスト運転終了時に行われる。油枯渇回避運転では、油枯渇の回避が優先されるため、性能や快適性の低下が生じ得る。なお、油枯渇回避運転は、圧縮機１１の起動時に油を圧縮機１１に多量に流入させること、圧縮機１１内で寝込んだ液冷媒を圧縮機１１から流出させること、又は、圧縮機１１に流入する液冷媒を減少させること、によって行うこともできる。

また、冷凍サイクル装置１００は、油回収運転（第３運転モードで行われる運転の一例）を行うことができる。ここで、油回収運転とは、圧縮機１１以外の冷媒回路１０に滞留した油を回収して圧縮機１１に戻す運転のことである。油回収運転は、例えば圧縮機の周波数を通常運転よりも一時的に増加させ、冷媒の流量を増加させることによって行われる。油回収運転は、例えば数時間に１回の実行頻度で、１回あたり所定の実行時間だけ行われる。

本実施の形態では、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積に基づき、油回収運転の実行頻度又は実行時間を変化させるようになっている。図４は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。図３に示す処理と図４に示す処理とは、互いに組み合わせて実行することができる。

図４のステップＳ１１〜Ｓ１３については、図３のステップＳ１〜Ｓ３と同様であるので説明を省略する。

図４のステップＳ１４では、図３のステップＳ５と同様に、推定した配管内容積（液相配管２１の配管内容積及び気相配管２２の配管内容積の少なくとも一方）が閾値容積未満であるか否かを判定する。配管内容積が閾値容積未満であると判定した場合にはステップＳ１５に進み、配管内容積が閾値容積以上であると判定した場合にはステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、油回収運転の実行頻度又は実行時間を減少させる制御を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積未満である場合には、配管内容積が閾値容積以上である場合よりも、油回収運転の実行頻度又は実行時間が減少する。

ステップＳ１６では、油回収運転の実行頻度又は実行時間を増加させる制御を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積以上である場合には、配管内容積が閾値容積未満である場合よりも、油回収運転の実行頻度又は実行時間が増加する。

本実施の形態によれば、配管内容積が大きい場合（例えば、液相配管２１及び気相配管２２が長尺である場合）、負荷ユニット５０の台数が複数台である場合、又は外気温度が低い場合などの油枯渇が生じやすい条件を満たす場合には、油枯渇回避運転を行うことができる。また、油枯渇が生じやすい条件を満たす場合には、油回収運転の実行頻度又は実行時間を増加させることができる。したがって、圧縮機１１での油枯渇を効果的に抑制でき、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、配管内容積が小さい場合（例えば、液相配管２１及び気相配管２２が短尺である場合）、又は外気温度が高い場合などの油枯渇が生じにくい条件を満たす場合には、油枯渇回避運転を行わずに通常運転を行うことができる。また、油枯渇が生じにくい条件を満たす場合には、油回収運転の実行頻度又は実行時間を減少させることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００の性能の向上及び立上り時間の短縮を実現でき、快適性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、負荷ユニット５０の台数が複数台である場合、最も配管内容積の大きい延長配管に接続された負荷側熱交換器１４での油の滞留による油枯渇を抑制することができるため、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１、熱源側熱交換器１２、減圧装置１３及び負荷側熱交換器１４が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路１０と、少なくとも圧縮機１１を制御する制御装置３０と、圧縮機１１及び熱源側熱交換器１２を収容する熱源ユニット４０と、負荷側熱交換器１４を収容する負荷ユニット５０と、を備えている。熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との間は、冷媒配管の一部である液相配管２１及び気相配管２２を介して接続されている。制御装置３０は、少なくとも圧縮機１１を制御する運転モードとして、第１運転モード（例えば、通常運転を行う運転モード）と、圧縮機１１から流出する油の流量が第１運転モードよりも少ない第２運転モード（例えば、油枯渇回避運転を行う運転モード）と、を備えている。制御装置３０は、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて、第１運転モード及び第２運転モードを切り替えるように構成されている。

この構成によれば、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて、第１運転モード及び第２運転モードを適切に切り替えることができる。したがって、圧縮機１１での油枯渇を効果的に抑制でき、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。例えば、液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積が大きい場合又は外気温度が低い場合などには、第２運転モードを実行することにより、圧縮機１１での油枯渇を効果的に抑制できる。一方、液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積が小さい場合又は外気温度が高い場合などには、第１運転モードを実行することにより、冷凍サイクル装置１００の性能の向上及び立上り時間の短縮を実現でき、快適性を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御装置３０は、液相配管２１の熱源ユニット４０側での冷媒の温度若しくは圧力と、液相配管２１の負荷ユニット５０側での冷媒の温度若しくは圧力とに基づいて、液相配管２１の圧損を算出するか、又は、気相配管２２の熱源ユニット４０側での冷媒の温度若しくは圧力と、気相配管２２の負荷ユニット５０側での冷媒の温度若しくは圧力とに基づいて、気相配管２２の圧損を算出し、算出した液相配管２１又は気相配管２２の圧損と、液相配管又は気相配管（例えば、第１学習運転用の液相配管又は気相配管）の配管長が規定配管長である場合における圧損と配管内容積との関係と、に基づいて、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の実際の配管内容積を推定するように構成されていてもよい。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御装置３０は、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、第１運転モードを実行し、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上であり、かつ外気温度が閾値温度未満である場合には、第２運転モードを実行するように構成されていてもよい。

また、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００において、制御装置３０は、冷媒回路１０に滞留した油を圧縮機１１に戻す第３運転モード（例えば、油回収運転を行う運転モード）をさらに備えており、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合には、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上である場合よりも、第３運転モードの実行頻度又は実行時間を減少させるように構成されていてもよい。

変形例１−１．
本実施の形態の変形例１−１について説明する。本変形例では、液相配管２１の入口部及び出口部のヘッド差に基づいて、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差（又は熱源ユニット４０と負荷ユニット５０との高低差）が推定される。冷媒回路１０の構成については、図１に示した構成と同様である。

図５は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図５のステップＳ２１では、液相配管の配管長が規定配管長（例えば、チャージレス配管長の範囲内の配管長）であり、かつ熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が規定高低差（例えば、±０ｍ）である場合における液相配管のヘッド差を算出する。

ここで、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差は、負荷側熱交換器１４の設置高さに対する熱源側熱交換器１２の設置高さを表す値（すなわち、熱源側熱交換器１２の設置高さから負荷側熱交換器１４の設置高さを減じた値）とした。つまり、熱源側熱交換器１２の設置高さが負荷側熱交換器１４の設置高さよりも高い場合には、高低差は正の値となる。一方、熱源側熱交換器１２の設置高さが負荷側熱交換器１４の設置高さよりも低い場合には、高低差は負の値となる。

高低差の正負は、便宜上、高低差が大きくなるほど油枯渇が生じやすくなるように定められたものである。冷凍サイクル装置１００が冷房運転及び暖房運転を切替え可能な構成を有する場合において、暖房運転時には、圧縮機１１から吐出されたガス冷媒は負荷側熱交換器１４に流入する。負荷側熱交換器１４が圧縮機１１よりも低い位置に設置されている場合には、圧縮機１１からガス冷媒と共に吐出された油が圧縮機１１に戻りにくくなるため、油枯渇が生じやすくなる。圧縮機１１は、熱源側熱交換器１２と同程度の高さに設置されている。したがって、熱源側熱交換器１２の設置高さが負荷側熱交換器１４の設置高さよりも高い場合（高低差が正の値である場合）には、油枯渇が生じやすくなる。逆に、熱源側熱交換器１２の設置高さが負荷側熱交換器１４の設置高さよりも低い場合（高低差が負の値である場合）には、油枯渇が生じにくくなる。すなわち、上記のように高低差の正負が定められることにより、高低差が大きくなるほど圧縮機１１の油枯渇が生じやすくなる。同様に、液相配管のヘッド差は、負荷ユニット５０側に対する熱源ユニット４０側の高さを表す値とした。

ステップＳ２１は、冷凍サイクル装置１００が据え付けられる前（例えば、製品出荷前）に行われる。例えば、ステップＳ２１は、熱源ユニット４０と負荷ユニット５０とを規定高低差となるように設置し、規定配管長の液相配管及び気相配管（学習用の液相配管及び気相配管）で熱源ユニット４０と負荷ユニット５０とを接続し、かつ圧縮機１１を停止させた状態で行われる。圧縮機１１を停止させた状態では、冷媒回路内の冷媒は、高さが高いところから低いところに流れる。このため、熱源ユニット４０側と負荷ユニット５０側とに高低差がある場合、液相配管の熱源ユニット４０側と負荷ユニット５０側とには圧力差が生じる。ステップＳ２１では、この状態において、冷媒温度センサ３１での検出温度と冷媒温度センサ３２での検出温度とに基づき、液相配管の熱源ユニット４０側と負荷ユニット５０側とのヘッド差を算出する。

ステップＳ２２は、冷凍サイクル装置１００が出荷されて実際に据え付けられた後に、圧縮機１１を停止させた状態で行われる。ステップＳ２２では、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１のヘッド差を、冷媒温度センサ３１での検出温度と冷媒温度センサ３２の検出温度とに基づいて算出する。

次に、ステップＳ２３では、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積と、実際の熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差と、を推定する。実際の液相配管２１の配管内容積と、実際の熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差とは、液相配管の配管長及び高低差がそれぞれ規定配管長及び規定高低差であるときの配管内容積及び高低差とヘッド差との関係と、算出された実際の液相配管２１のヘッド差と、に基づいて推定することができる。実際の気相配管２２の配管内容積は、推定された液相配管２１の配管内容積に基づいて推定することができる。なお、負荷ユニット５０の台数が複数台である場合には、負荷ユニット５０毎に配管内容積及び高低差が推定され、そのうち最も大きい配管内容積及び高低差が推定値として用いられる。

ステップＳ２４以降は、例えば、冷凍サイクル装置１００の起動時及び運転中に繰り返して実行される。

ステップＳ２４では、外気温度センサ３３で検出された外気温度を取得する。

次に、ステップＳ２５では、推定された配管内容積が閾値容積未満であり、かつ推定された高低差が閾値高低差未満であるか否かを判定する。ステップＳ５と同様に、閾値容積としては、例えば、規定配管長の液相配管及び気相配管の配管内容積を用いることができる。また、閾値高低差は、例えば、規定高低差又は±０ｍとすることができる。推定された配管内容積が閾値容積未満であり、かつ推定された高低差が閾値高低差未満であると判定した場合には、ステップＳ２７に進む。推定された配管内容積が閾値容積以上であると判定した場合、又は推定された高低差が閾値高低差以上であると判定した場合には、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、外気温度が予め設定された閾値温度未満であるか否かを判定する。外気温度が閾値温度未満であると判定した場合にはステップＳ２８に進み、外気温度が閾値温度以上であると判定した場合にはステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７では、通常運転（第１運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積未満でありかつ高低差が閾値高低差未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、冷凍サイクル装置１００の通常運転が行われる。

ステップＳ２８では、油枯渇回避運転（第２運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積以上であるか又は高低差が閾値高低差以上であり、かつ外気温度が閾値未満である場合には、冷凍サイクル装置１００の油枯渇回避運転が行われる。

図６は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。図５に示す処理と図６に示す処理とは、互いに組み合わせて実行することができる。図６のステップＳ３１〜Ｓ３３については、図５のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様であるので説明を省略する。

図６のステップＳ３４では、図５のステップＳ２５と同様に、推定された配管内容積が閾値容積未満であり、かつ推定された高低差が閾値高低差未満であるか否かを判定する。配管内容積が閾値容積未満であり、かつ高低差が閾値高低差未満であると判定した場合には、ステップＳ３５に進む。一方、配管内容積が閾値容積以上であるか、又は高低差が閾値高低差以上であると判定した場合には、ステップＳ３６に進む。

ステップＳ３５では、油回収運転の実行頻度又は実行時間を減少させる制御を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積未満であり、かつ高低差が閾値高低差未満である場合には、油回収運転の実行頻度又は実行時間が減少する。

ステップＳ３６では、油回収運転の実行頻度又は実行時間を増加させる制御を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積以上であるか、又は高低差が閾値高低差以上である場合には、油回収運転の実行頻度又は実行時間が増加する。

以上説明したように、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００では、負荷側熱交換器１４の設置高さに対する熱源側熱交換器１２の設置高さを熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の高低差としたとき、制御装置３０は、さらに熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の高低差に基づいて、第１運転モード及び第２運転モードを切り替えるように構成されている。

また、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００では、制御装置３０は、冷媒回路１０に滞留した油を圧縮機１１に戻す第３運転モード（例えば、油回収運転を行う運転モード）をさらに備えており、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の高低差が閾値高低差未満である場合には、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の高低差が閾値高低差以上である場合よりも、第３運転モードの実行頻度又は実行時間を減少させるように構成されている。

本変形例によれば、既に述べた本実施の形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本変形例によれば、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が大きい場合において、油枯渇を効果的に抑制できる。したがって、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

また、本変形例によれば、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が小さい場合には、油回収運転の実行頻度又は実行時間を減少させることができる。したがって、冷凍サイクル装置１００の性能の向上及び立上り時間の短縮を実現でき、快適性を向上させることができる。

変形例１−２．
本実施の形態の変形例１−２について説明する。本変形例では、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報に基づいて、液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積と、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差と、が推定される。

図７は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。図７に示すように、熱源側熱交換器１２には、ＧＰＳ受信機３４（位置検出部の一例）が取り付けられている。ＧＰＳ受信機３４は、熱源側熱交換器１２の３次元的な位置を検出し、熱源側熱交換器１２の３次元的な位置情報を制御装置３０に出力する。負荷側熱交換器１４には、ＧＰＳ受信機３５（位置検出部の一例）が取り付けられている。ＧＰＳ受信機３５は、負荷側熱交換器１４の３次元的な位置を検出し、負荷側熱交換器１４の３次元的な位置情報を制御装置３０に出力する。ＧＰＳ受信機３４、３５は、それぞれ熱源ユニット４０及び負荷ユニット５０に取り付けられていてもよい。

図８は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図８のステップＳ４１では、液相配管の配管長が規定配管長（例えば、チャージレス配管長の範囲内の配管長）であり、かつ熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が規定高低差（例えば、±０ｍ）である場合における熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報を取得する。ステップＳ４１は、図５のステップＳ２１と同様に、冷凍サイクル装置１００が据え付けられる前（例えば、製品出荷前）に行われる。例えば、ステップＳ４１は、熱源ユニット４０と負荷ユニット５０とを規定高低差となるように設置し、規定配管長の液相配管及び気相配管で熱源ユニット４０と負荷ユニット５０とを接続した状態で行われる。

液相配管の配管長が規定配管長である場合における液相配管及び気相配管の配管内容積は、液相配管及び気相配管のそれぞれの管内径と規定配管長とを用いて算出される。これにより、ステップＳ４１では、液相配管の配管長が規定配管長である場合における液相配管及び気相配管の配管内容積と、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報と、の関係が得られる。また、ステップＳ４１では、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差と、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報と、の関係が得られる。

ステップＳ４２は、冷凍サイクル装置１００が出荷されて実際に据え付けられた後に行われる。ステップＳ４２では、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報を取得する。

次に、ステップＳ４３では、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積と、実際の熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差と、を推定する。実際の液相配管２１の配管内容積と、実際の熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差とは、液相配管の配管長及び高低差がそれぞれ規定配管長及び規定高低差であるときの配管内容積及び高低差と熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報との関係と、実際の熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報と、に基づいて推定することができる。実際の気相配管２２の配管内容積は、推定された液相配管２１の配管内容積に基づいて推定することができる。なお、負荷ユニット５０の台数が複数台である場合には、負荷ユニット５０毎に配管内容積及び高低差が推定され、そのうち最も大きい配管内容積及び高低差が推定値として用いられる。

ステップＳ４４以降は、例えば、冷凍サイクル装置１００の起動時及び運転中に繰り返して実行される。

ステップＳ４４では、外気温度センサ３３で検出された外気温度を取得する。

次に、ステップＳ４５では、推定された配管内容積が閾値容積未満であり、かつ推定された高低差が閾値高低差未満であるか否かを判定する。ステップＳ５と同様に、閾値容積としては、例えば、規定配管長の液相配管及び気相配管の配管内容積を用いることができる。また、閾値高低差は、例えば、規定高低差又は±０ｍとすることができる。推定された配管内容積が閾値容積未満であり、かつ推定された高低差が閾値高低差未満であると判定した場合には、ステップＳ４７に進む。推定された配管内容積が閾値容積以上であると判定した場合、又は推定された高低差が閾値高低差以上であると判定した場合には、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６では、外気温度が予め設定された閾値温度未満であるか否かを判定する。外気温度が閾値温度未満であると判定した場合にはステップＳ４８に進み、外気温度が閾値温度以上であると判定した場合にはステップＳ４７に進む。

ステップＳ４７では、通常運転（第１運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積未満でありかつ高低差が閾値高低差未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、冷凍サイクル装置１００の通常運転が行われる。

ステップＳ４８では、油枯渇回避運転（第２運転モードで行われる運転の一例）を行う。すなわち、配管内容積が閾値容積以上であるか又は高低差が閾値高低差以上であり、かつ外気温度が閾値未満である場合には、冷凍サイクル装置１００の油枯渇回避運転が行われる。

図９は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの別の例を示すフローチャートである。図８に示す処理と図９に示す処理とは、互いに組み合わせて実行することができる。図９のステップＳ５１〜Ｓ５３については図８のステップＳ４１〜Ｓ４３と同様であり、図９のステップＳ５４〜Ｓ５６は図６のステップＳ３４〜Ｓ３６と同様である。

以上説明したように、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００は、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置を検出する位置検出部（例えば、ＧＰＳ受信機３４、３５）をさらに備えている。制御装置３０は、熱源側熱交換器１２及び負荷側熱交換器１４の位置情報と、液相配管又は気相配管の配管長が規定配管長である場合における熱源側熱交換器及び負荷側熱交換器の位置情報と配管内容積との関係と、に基づいて、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の実際の配管内容積を推定するように構成されている。

本変形例によれば、既に述べた本実施の形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本変形例によれば、液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積と、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差とを、学習運転を行うまでもなく推定することができる。したがって、冷凍サイクル装置１００の据付け時間を短縮することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１０は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００と同様の構成に加えて、油分離器１５、返油管１６及び返油調整弁１７をさらに有している。

油分離器１５は、冷媒回路１０において圧縮機１１の吐出側に設けられている。油分離器１５は、圧縮機１１から吐出される流体をガス冷媒と油とに分離し、ガス冷媒を冷媒回路１０の例えば熱源側熱交換器１２側に流出させるとともに、油又は油濃度の高い混合液を油流出口から流出させるものである。

返油管１６は、油分離器１５の油流出口と圧縮機１１の吸入側との間を、圧縮機１１を経由せずに接続する配管である。油分離器１５の油流出口から流出した油又は混合液は、返油管１６を通って圧縮機１１に返油される。

返油調整弁１７は、返油管１６に設けられている。返油調整弁１７の開度は、制御装置３０によって制御される。返油調整弁１７の開度が制御されることにより、返油管１６を通って油分離器１５から圧縮機１１の吸入側に返油される油又は混合液の流量が調整される。

図１１は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図１１のステップＳ６１では、例えば実施の形態１と同様の手順により、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積を推定する。ステップＳ６１では、例えば実施の形態１と同様の手順により、実際の熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差を併せて推定してもよい。

ステップＳ６２以降は、例えば、冷凍サイクル装置１００の起動時及び運転中に繰り返して実行される。

ステップＳ６２では、外気温度センサ３３で検出された外気温度を取得する。

ステップＳ６３では、圧縮機１１の起動、又はデフロスト運転の終了（例えば、通常運転の再開）からの経過時間を取得する。

ステップＳ６４では、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積と、外気温度とに基づいて、後述するステップＳ６４での判定に用いられる規定時間を調節する。規定時間は、配管内容積が大きいほど長く設定されるとともに、外気温度が低いほど長く設定される。これは、配管内容積が大きく外気温度が低いほど、圧縮機１１での油枯渇が生じやすいためである。例えば、配管内容積が閾値内容積以上であり、かつ外気温度が閾値温度よりも低い場合には、規定時間は相対的に長い第１時間に設定される。また例えば、配管内容積が閾値内容積未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、規定時間は第１時間よりも短い第２時間に設定される。

ステップＳ６１で熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が推定された場合には、当該高低差にも基づいて規定時間を調節してもよい。規定時間は、例えば、高低差が大きいほど長く設定される。これは、高低差が大きいほど油枯渇が生じやすいためである。例えば、配管内容積が閾値内容積以上であり、高低差が閾値高低差以上であり、かつ外気温度が閾値温度よりも低い場合には、規定時間は相対的に長い第１時間に設定される。また例えば、配管内容積が閾値内容積未満である場合、高低差が閾値高低差未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、規定時間は第１時間よりも短い第２時間に設定される。

ステップＳ６５では、圧縮機１１の起動、又はデフロスト運転の終了からの経過時間が規定時間未満であるか否かを判定する。経過時間が規定時間未満であると判定した場合にはステップＳ６６に進み、経過時間が規定時間以上であると判定した場合にはステップＳ６７に進む。

ステップＳ６６では、返油調整弁１７の開度を第１開度に設定する。すなわち、圧縮機１１の起動又はデフロスト運転の終了からの経過時間が規定時間に達するまでの期間には、返油調整弁１７の開度が第１開度に設定される。第１開度は、油分離器１５から圧縮機１１への返油量が多くなるように、相対的に大きい開度（例えば、全開開度）となっている。

ステップＳ６７では、返油調整弁１７の開度を第２開度に設定する。すなわち、圧縮機１１の起動又はデフロスト運転の終了からの経過時間が規定時間に達した後の期間には、返油調整弁１７の開度が第２開度に設定される。第２開度は、油分離器１５から圧縮機１１への返油量が減少し、余剰油が油分離器１５に滞留又は貯留されるように、第１開度よりも小さい開度（例えば、中間開度）となっている。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、冷媒回路１０は、圧縮機１１の吐出側に設けられた油分離器１５と、油分離器１５で分離された油を圧縮機１１に返油する返油管１６と、返油管１６に設けられた返油調整弁１７と、をさらに有している。制御装置３０は、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて規定時間を調節し、圧縮機１１の起動又はデフロスト運転の終了からの経過時間が規定時間に達するまでの期間には、返油調整弁１７の開度を第１開度に設定し、経過時間が規定時間に達した後の期間には、返油調整弁１７の開度を第１開度よりも小さい第２開度に設定するように構成されている。

本実施の形態によれば、配管内容積が小さい場合（例えば、液相配管２１及び気相配管２２が短尺である場合）などにおいて、余剰油を油分離器１５に滞留又は貯留させることができる。これにより、圧縮機１１内の油面が過度に上昇してしまうことを防ぐことができ、圧縮機１１から油が持ち出される量を減少させることができる。したがって、圧縮機１１及び冷凍サイクル装置１００の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、圧縮機１１の起動直後及びデフロスト運転の終了直後において、油分離器１５から圧縮機１１への返油量を増加させることができる。これにより、圧縮機１１での油枯渇を抑制できるため、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１２は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、実施の形態２の冷凍サイクル装置１００と同様の構成に加えて、余剰油を貯留する油容器１８をさらに有している。油容器１８は、返油管１６のうちの油分離器１５と返油調整弁１７との間に設けられている。

図１３は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３のステップＳ７１、Ｓ７３〜Ｓ７８は、図１１のステップＳ６１〜Ｓ６７と同様である。

ステップＳ７２以降は、例えば、冷凍サイクル装置１００の起動時及び運転中に繰り返して実行される。

ステップＳ７２では、圧縮機１１の運転を継続するか否かを判定する。圧縮機１１の運転を継続する場合にはステップＳ７３に進み、圧縮機１１の運転を終了する場合にはステップＳ７９に進む。

ステップＳ７９では、返油調整弁１７の開度を全閉に設定する。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００では、冷媒回路１０は、返油管１６のうちの油分離器１５と返油調整弁１７との間に設けられた油容器１８をさらに有している。

本実施の形態によれば、定常運転時に余剰油を油容器１８に貯留することができる。これにより、圧縮機１１内の油面が過度に上昇してしまうことを防ぐことができ、圧縮機１１から油が持ち出される量を減少させることができる。したがって、定常運転時の圧縮機１１及び冷凍サイクル装置１００の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、余剰油を油分離器１５ではなく油容器１８に貯留することができる。したがって、油分離器１５での分離効率の低下を防止でき、定常運転時の冷凍サイクル装置１００の性能を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、油分離器１５で分離された油又は混合液を油容器１８に一旦貯留することによって、油濃度のより高い混合液を圧縮機１１に返油することができる。したがって、圧縮機１１の起動直後及びデフロスト運転の終了直後において、油濃度のより高い混合液を圧縮機１１に返油することにより、圧縮機１１での油枯渇をより効果的に抑制でき、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

変形例３−１．
本実施の形態の変形例３−１について説明する。本変形例では、圧縮機１１の運転を停止する前又はデフロスト運転を終了する前に、油貯留運転（第４運転モードで行われる運転の一例）が行われる。ここで、油貯留運転とは、圧縮機１１以外の冷媒回路１０に滞留した油を回収して油容器１８に貯留する運転のことである。

図１４は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。図１４に示すように、熱源側熱交換器１２には、冷媒温度センサ３６が取り付けられている。冷媒温度センサ３６は、放熱器として機能する熱交換器（本例では、熱源側熱交換器１２）の二相部の冷媒温度を検出し、検出信号を制御装置３０に出力するものである。冷媒温度センサ３６に代えて、二相部の冷媒圧力を検出する冷媒圧力センサが設けられていてもよい。なお、負荷側熱交換器１４が放熱器として機能する場合には、負荷側熱交換器１４の二相部の冷媒温度又は冷媒圧力を検出する冷媒温度センサ又は冷媒圧力センサが設けられていてもよい。また、図示を省略しているが、圧縮機１１の吐出配管には、吐出温度センサが取り付けられている。吐出温度センサは、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度を検出し、検出信号を制御装置３０に出力するものである。

図１５は、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３に示した処理と図１５に示す処理とは、互いに組み合わせて実行することができる。図１５に示す処理は、圧縮機１１の運転を停止するとき又はデフロスト運転を終了するとき（例えば、圧縮機１１の運転停止指令又はデフロスト運転終了指令を外部から受信したとき）に実行される。例えば実施の形態１と同様の手順により、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積が既に推定されているものとする。

図１５のステップＳ８１では、返油調整弁１７の開度を全閉に設定する。これにより、油貯留運転が開始される。

次に、ステップＳ８２では、圧縮機１１から吐出される吐出冷媒の温度と、放熱器として機能する熱交換器に二相部の冷媒温度と、に基づいて、吐出冷媒の過熱度を演算する。

次に、ステップＳ８３では、吐出冷媒の過熱度が予め設定された閾値過熱度よりも大きいか否かを判定する。吐出冷媒の過熱度が閾値過熱度よりも大きいと判定した場合にはステップＳ８５に進み、吐出冷媒の過熱度が閾値過熱度以下であると判定した場合にはステップＳ８４に進む。

ステップＳ８４では、吐出冷媒の過熱度が閾値過熱度よりも大きくなるように、各アクチュエータ（例えば、圧縮機１１の周波数及び減圧装置１３の開度）を制御する。吐出冷媒の過熱度が閾値過熱度よりも大きくなるまで、ステップＳ８２〜Ｓ８４の処理が繰り返される。

ステップＳ８５では、液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積に基づいて、油貯留運転の実行時間を調節する。熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差が推定されている場合には、配管内容積だけでなく高低差にも基づいて油貯留運転の実行時間を調節してもよい。

ステップＳ８６では、油貯留運転が開始されてからの経過時間が上記実行時間を経過した後、又は、ステップＳ８３で吐出冷媒の過熱度が閾値過熱度よりも大きいと判定されてからの時間が上記実行時間を経過した後、圧縮機１１の運転を停止（又は、デフロスト運転を終了して暖房運転を開始）する。

その後、圧縮機１１を再び起動する際には、外気温度に基づいて返油調整弁１７の開度を調整する。例えば、外気温度が低いほど返油調整弁１７の開度が大きくなるようにする。そして、圧縮機１１を起動させた後の経過時間が所定時間以上となった場合、返油調整弁１７の開度を減少させて返油量を減少させ、再び余剰油を油容器１８に貯留させる。

以上説明したように、本変形例に係る冷凍サイクル装置１００では、制御装置３０は、返油調整弁１７を閉状態にして油容器１８に油を貯留する第４運転モード（例えば、油貯留運転を行う運転モード）をさらに備えており、圧縮機１１を停止させる前又はデフロスト運転を終了する前に第４運転モードを実行し、第４運転モードの実行時間を液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積に基づいて調節するように構成されている。

本変形例によれば、既に述べた本実施の形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本変形例によれば、圧縮機１１の運転を停止する際には、油容器１８内に油を貯留する油貯留運転が実行される。これにより、圧縮機１１の停止時に貯留した油を、圧縮機１１の次の起動時に返油することができるため、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

また、本変形例によれば、液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積や熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差に基づいて油貯留運転の実行時間を調節できるため、無駄な油貯留運転が実行されるのを回避することができ、冷凍サイクル装置１００の性能を向上させることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置について説明する。図１６は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態１又は２と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１６に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１００と同様の構成に加えて、圧縮機１１内での液冷媒の寝込みの有無を判定する寝込み判定部３７と、圧縮機１１のシェルを加熱して圧縮機１１内の液冷媒を追い出す加熱部３８と、をさらに有している。

寝込み判定部３７は、例えば、特開２０１１−１４４９６６号公報に記載されているような構成を有している。すなわち、寝込み判定部３７は、停止中の圧縮機１１内のモータに判定用の電圧を印加し、モータの入力電圧と入力電流とに基づいてモータの巻き線インピーダンスを推定し、巻き線インピーダンスに基づいて巻き線温度を推定する。また、寝込み判定部３７は、吐出圧力センサ又は吸入圧力センサの検出値に基づいて圧縮機１１内の冷媒の飽和温度を算出するとともに、飽和温度に基づいて閾値温度を算出する。寝込み判定部３７は、巻き線温度が閾値温度よりも低い場合には、巻き線が液冷媒に浸っている状態、すなわち寝込み状態であると判定し、巻き線温度が閾値温度以上である場合には、寝込み状態ではないと判定する。寝込み判定部３７には、制御装置３０の機能ブロックの一部が含まれている。

加熱部３８は、停止中の圧縮機１１のシェルを加熱する構成を有している。加熱部３８は、例えば、圧縮機１１に設けられたケースヒータや、圧縮機１１のモータが回転しない条件でモータに通電して巻き線の温度を上昇させる拘束通電手段などによって構成されている。加熱部３８の作動によって圧縮機１１のシェルが加熱されると、圧縮機１１内で寝込んだ液冷媒は蒸発し、圧縮機１１から追い出される。これにより、圧縮機１１内の油面を低下させることができるため、圧縮機１１が起動する時の油の持ち出し量を減少させることができる。

図１７は、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御装置３０で実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１７に示す処理は、例えば、圧縮機１１の停止中に実行される。例えば実施の形態１と同様の手順により、冷凍サイクル装置１００が据え付けられた後の実際の液相配管２１及び気相配管２２の配管内容積と、熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差と、が既に推定されているものとする。

図１７のステップＳ９１では、寝込み判定部３７から、圧縮機１１内における冷媒寝込みの有無の情報を取得する。

ステップＳ９２では、圧縮機１１が冷媒寝込み状態であるか否かを判定する。圧縮機１１が冷媒寝込み状態であると判定した場合にはステップＳ９３に進み、圧縮機１１が冷媒寝込み状態でないと判定した場合にはステップＳ９５に進む。

ステップＳ９３では、推定された配管内容積が閾値容積以上であり、かつ推定された高低差が閾値高低差以上であるか否かを判定する。ステップＳ５と同様に、閾値容積としては、例えば、規定配管長の液相配管及び気相配管の配管内容積を用いることができる。また、閾値高低差は、例えば、規定高低差又は±０ｍとすることができる。推定された配管内容積が閾値容積以上であり、かつ推定された高低差が閾値高低差以上であると判定した場合には、ステップＳ９４に進む。推定された配管内容積が閾値容積未満であると判定した場合、又は推定された高低差が閾値高低差未満であると判定した場合には、ステップＳ９５に進む。

ステップＳ９４では、加熱部３８を作動させ、圧縮機１１のシェルを加熱する。これにより、圧縮機１１内で寝込んだ液冷媒を蒸発させ、圧縮機１１内の油面を低下させることができる。したがって、圧縮機１１が起動するときの油の持ち出し量を減少させ、油枯渇を回避することができる。

ステップＳ９５では、加熱部３８を作動させない。これにより、圧縮機１１が寝込み状態である場合、圧縮機１１が起動するときの油の持ち出し量を減少させることはできない。しかしながら、配管内容積が閾値容積未満である場合、又は高低差が閾値高低差未満である場合には、圧縮機１１から持ち出された油が戻りやすくなっているため、加熱部３８を作動させて圧縮機１１内の液面を低下させるまでもなく、油枯渇は生じにくい。

以上説明したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１内での液冷媒の寝込みの有無を判定する寝込み判定部３７と、圧縮機１１を加熱する加熱部３８と、をさらに備えている。制御装置３０は、圧縮機１１内で液冷媒の寝込みが発生しており、かつ液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上である場合には、加熱部３８を作動させ、圧縮機１１内で液冷媒の寝込みが発生していない場合、又は液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合には、加熱部３８を作動させないように構成されている。

本実施の形態によれば、配管内容積が閾値容積未満である場合、又は高低差が閾値高低差未満である場合などの油枯渇が生じにくい条件を満たす場合には、加熱部３８を作動させないようにすることができる。したがって、圧縮機１１の電力消費量を削減することができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、液相配管２１の圧損に基づいて液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積を推定しているが、気相配管２２の圧損に基づいて液相配管２１及び気相配管２２の少なくとも一方の配管内容積を推定するようにしてもよい。気相配管２２の圧損は、例えば、気相配管２２の入口部での冷媒の温度又は圧力と、気相配管２２の出口部での冷媒の温度又は圧力と、に基づいて算出される。

また、上記実施の形態では、液相配管２１の入口部及び出口部のヘッド差に基づいて熱源側熱交換器１２と負荷側熱交換器１４との高低差を推定しているが、気相配管２２の入口部及び出口部のヘッド差に基づいて当該高低差を推定するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０ 冷媒回路、１１ 圧縮機、１２ 熱源側熱交換器、１３ 減圧装置、１４ 負荷側熱交換器、１５ 油分離器、１６ 返油管、１７ 返油調整弁、１８ 油容器、２１ 液相配管、２２ 気相配管、３０ 制御装置、３１、３２ 冷媒温度センサ、３３ 外気温度センサ、３４、３５ ＧＰＳ受信機、３６ 冷媒温度センサ、３７ 寝込み判定部、３８ 加熱部、４０ 熱源ユニット、５０ 負荷ユニット、１００ 冷凍サイクル装置。

Claims (10)

1. 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及び負荷側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷媒回路と、
   少なくとも前記圧縮機を制御する制御装置と、
   前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器を収容する熱源ユニットと、
   前記負荷側熱交換器を収容する負荷ユニットと、を備え、
   前記熱源ユニットと前記負荷ユニットとの間は、前記冷媒配管の一部である液相配管及び気相配管を介して接続されており、
   前記制御装置は、
   第１運転モードと、前記圧縮機から流出する油の流量が前記第１運転モードよりも少ない第２運転モードと、を備えており、
   前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて、前記第１運転モード及び前記第２運転モードを切り替えるように構成されている冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、
   前記液相配管の前記熱源ユニット側での冷媒の温度若しくは圧力と、前記液相配管の前記負荷ユニット側での冷媒の温度若しくは圧力とに基づいて、前記液相配管の圧損を算出するか、又は、前記気相配管の前記熱源ユニット側での冷媒の温度若しくは圧力と、前記気相配管の前記負荷ユニット側での冷媒の温度若しくは圧力とに基づいて、前記気相配管の圧損を算出し、
   算出した前記液相配管又は前記気相配管の圧損と、前記液相配管又は前記気相配管の配管長が規定配管長である場合における圧損と配管内容積との関係と、に基づいて、前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の実際の配管内容積を推定するように構成されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の位置を検出する位置検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の位置情報と、前記液相配管又は前記気相配管の配管長が規定配管長である場合における前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の位置情報と配管内容積との関係と、に基づいて、前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の実際の配管内容積を推定するように構成されている請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、
   前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合、又は外気温度が閾値温度以上である場合には、前記第１運転モードを実行し、
   前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上であり、かつ外気温度が閾値温度未満である場合には、前記第２運転モードを実行するように構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、
   前記冷媒回路に滞留した油を前記圧縮機に戻す第３運転モードをさらに備えており、
   前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合には、前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上である場合よりも、前記第３運転モードの実行頻度又は実行時間を減少させるように構成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記負荷側熱交換器の設置高さに対する前記熱源側熱交換器の設置高さを前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の高低差としたとき、
   前記制御装置は、さらに前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の高低差に基づいて、前記第１運転モード及び前記第２運転モードを切り替えるように構成されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、
   前記冷媒回路に滞留した油を前記圧縮機に戻す第３運転モードをさらに備えており、
   前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の高低差が閾値高低差未満である場合には、前記熱源側熱交換器及び前記負荷側熱交換器の高低差が閾値高低差以上である場合よりも、前記第３運転モードの実行頻度又は実行時間を減少させるように構成されている請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記冷媒回路は、
   前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、
   前記油分離器で分離された油を前記圧縮機に返油する返油管と、
   前記返油管に設けられた返油調整弁と、をさらに有しており、
   前記制御装置は、
   前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積と外気温度とに基づいて規定時間を調節し、
   前記圧縮機の起動又はデフロスト運転の終了からの経過時間が前記規定時間に達するまでの期間には、前記返油調整弁の開度を第１開度に設定し、
   前記経過時間が前記規定時間に達した後の期間には、前記返油調整弁の開度を前記第１開度よりも小さい第２開度に設定するように構成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記冷媒回路は、前記返油管のうちの前記油分離器と前記返油調整弁との間に設けられた油容器をさらに有しており、
   前記制御装置は、
   前記返油調整弁を閉状態にして前記油容器に油を貯留する第４運転モードをさらに備えており、
   前記圧縮機を停止させる前又はデフロスト運転を終了する前に前記第４運転モードを実行し、
   前記第４運転モードの実行時間を前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積に基づいて調節するように構成されている請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記圧縮機内での液冷媒の寝込みの有無を判定する寝込み判定部と、
    前記圧縮機を加熱する加熱部と、をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記圧縮機内で液冷媒の寝込みが発生しており、かつ前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積以上である場合には、前記加熱部を作動させ、
    前記圧縮機内で液冷媒の寝込みが発生していない場合、又は前記液相配管及び前記気相配管の少なくとも一方の配管内容積が閾値容積未満である場合には、前記加熱部を作動させないように構成されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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