JP6956791B2 - 冷凍サイクル装置および熱源ユニット - Google Patents

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Description

この発明は、油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機に戻す油戻し流路を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
従来から、油分離器で分離された冷凍機油を圧縮機に戻す油戻し流路を備えた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、油戻し流路に開閉弁が設けられており、開閉弁を通過した冷凍機油が圧縮機に戻る構成となっている。
特開２００７−１７８０５２号公報
しかしながら、特許文献１では、開閉弁が設けられた油戻し流路に、冷凍機油とガス冷媒とが混合した高温の流体が流れるため、開閉弁が高温となって、開閉弁の動作が不安定となるおそれがある。特許文献１では、開閉弁の動作不良によって返油不良となり、圧縮機が故障するおそれ等がある。
この発明は、上記のような課題を鑑みてなされたもので、返油不良のおそれが抑制された冷凍サイクル装置を得ることを目的としている。
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が順次接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路と、凝縮器で凝縮された冷媒を圧縮機に戻す流路であり、開閉弁が設けられたインジェクション流路と、インジェクション流路の開閉弁の上流に、油分離器で分離された冷凍機油を合流させる油戻し流路と、を備えたものである。
この発明では、インジェクション流路の開閉弁の上流に油戻し流路が合流しているため、開閉弁を通過する流体が高温となることが抑制されている。この発明によれば、開閉弁が高温となることによる動作不良が抑制されるため、返油不良のおそれが抑制された冷凍サイクル装置を得ることができる。
この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。 図１に記載の制御装置の構成の一例を示す図である。 図１に記載の冷凍サイクル装置の動作の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。 図４の変形例１である。 この発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
［冷凍サイクル装置］
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２は、冷凍サイクルを利用して、倉庫等の内部を冷却する冷凍装置に適用されるものである。冷凍サイクル装置２は、熱源ユニット４と負荷ユニット６とが配管接続されて形成される冷媒循環回路２０を有している。
［冷媒循環回路］
冷媒循環回路２０は、圧縮機１０、油分離器１２、凝縮器１４、膨張弁１６、および蒸発器１８が順次配管で接続されて形成されており、冷媒が循環するものである。この実施の形態の冷媒循環回路２０に適用される冷媒は、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２またはＣＯ ２等の地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い冷媒であるが、これらのうちの少なくとも１つを含んだ混合冷媒またはこれらとは異なる他の種類の冷媒であってもよい。また、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２は、非共沸混合冷媒を使用することもできる。非共沸混合冷媒は、例えば、Ｒ４０７ＣまたはＲ４４８Ａである。非共沸混合冷媒は、Ｒ３２と、Ｒ１２５と、Ｒ１３４ａと、Ｒ１２３４ｙｆと、ＣＯ２の混合冷媒であり、Ｒ３２の割合ＸＲ３２（ｗｔ％）が３３＜ＸＲ３２＜３９である条件と、Ｒ１２５の割合ＸＲ１２５（ｗｔ％）が２７＜ＸＲ１２５＜３３である条件と、Ｒ１３４ａの割合ＸＲ１３４ａ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１３４ａ＜１７である条件と、Ｒ１２３４ｙｆの割合ＸＲ１２３４ｙｆ（ｗｔ％）が１１＜ＸＲ１２３４ｙｆ＜１７である条件と、ＣＯ２の割合ＸＣＯ２（ｗｔ％）が３＜ＸＣＯ２＜９である条件と、ＸＲ３２とＸＲ１２５とＸＲ１３４ａとＸＲ１２３４ｙｆとＸＣＯ２の総和が１００である条件と、を全て満たす冷媒であってもよい。
圧縮機１０は、吸入した冷媒を圧縮して、冷媒を高温および高圧の状態にして吐出するものである。圧縮機１０は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。圧縮機１０は、一定の運転周波数で動作する一定速圧縮機であってもよい。
油分離器１２は、圧縮機１０が吐出した高温および高圧の冷媒から、冷凍機油を分離するものである。油分離器１２で分離された冷凍機油は、油戻し流路６０を通って、圧縮機１０に戻される。凝縮器１４は、油分離器１２で冷凍機油が分離された冷媒を凝縮するものである。凝縮器１４は、冷媒が流入する冷媒流入部の下部に、冷媒が流出する冷媒流出部を有しており、冷媒を効率よく通過させながら、冷媒を熱交換することができる。凝縮器１４は、例えば、冷媒が流れる配管と、配管が挿通されたフィンと、を含んで形成されたフィンチューブ式の熱交換器である。凝縮器１４は、冷媒が流れる配管と、配管同士を接合するコルゲートフィンと含んで形成されたコルゲートフィン熱交換器であってもよい。膨張弁１６は、凝縮器１４で凝縮された冷媒を膨張させるものである。膨張弁１６は、例えば開度を調整できる電子膨張弁、または温度式膨張弁等で形成されているが、開度を調整できない毛細管等で形成されてもよい。
蒸発器１８は、膨張弁１６で膨張された冷媒を蒸発するものである。蒸発器１８は、例えば、冷媒が流れる配管と、該配管に取り付けられたフィンと、を含んで形成されているフィンチューブ式の熱交換器である。
［負荷ユニット］
負荷ユニット６は、冷凍倉庫の内部の冷却空間に冷気を供給するものである。負荷ユニット６は、冷凍倉庫の内部に設けられている。負荷ユニット６は、配管で接続された膨張弁１６と蒸発器１８とを収容している。また、負荷ユニット６は、負荷側送風機１９を有している。負荷側送風機１９が動作することで、冷却空間から負荷ユニット６に空気が取り込まれ、取り込まれた空気が蒸発器１８を通過し、蒸発器１８を通過して熱交換された冷気が冷却空間に吹き出される。
［熱源ユニット］
熱源ユニット４は、負荷ユニット６に冷熱を供給するものである。熱源ユニット４は、冷凍倉庫の外部の屋外に設置されている。熱源ユニット４は、冷凍倉庫の外部の機械室等に設置されるものであってもよい。熱源ユニット４は、配管で接続された圧縮機１０と油分離器１２と凝縮器１４とを収容している。また、熱源ユニット４は、熱源側送風機１５を有している。熱源側送風機１５が動作することで、熱源ユニット４に空気が取り込まれ、取り込まれた空気が凝縮器１４を通過し、凝縮器１４を通過して熱交換された空気が熱源ユニット４の外部に吹き出される。さらに、熱源ユニット４は、インジェクション流路５０と油戻し流路６０とを有している。
［インジェクション流路］
インジェクション流路５０は、凝縮器１４で凝縮された冷媒の一部分を圧縮機１０に戻すものである。インジェクション流路５０は、凝縮器１４と膨張弁１６との間を接続する配管と、圧縮機１０の中間圧の圧縮室（図示を省略）と、を接続する配管で形成されている。インジェクション流路５０は、凝縮器１４と膨張弁１６との間を接続する配管と、圧縮機１０の低圧側と、を接続する配管であってもよい。インジェクション流路５０には、インジェクション膨張弁５２と開閉弁５４とが設けられている。インジェクション膨張弁５２は、インジェクション流路５０に流入した冷媒を膨張するものである。インジェクション膨張弁５２は、例えば開度を調整できる電子膨張弁、または温度式膨張弁等で形成されているが、開度を調整できない毛細管等で形成されてもよい。
開閉弁５４は、インジェクション膨張弁５２の下流に設けられている。開閉弁５４は、開閉動作することで、流体の通過を制御するものである。開閉弁５４は、開度を自在に調整することができるものであってもよい。開閉弁５４が、冷凍サイクル装置２の運転時に開状態となり、冷凍サイクル装置２の停止時に閉状態となるものである場合は、開閉弁５４を圧縮機１０から遠ざけて設けるとよい。例えば、開閉弁５４は、圧縮機１０と比較して、インジェクション流路５０と油戻し流路６０との合流部に近づけて設けられる。開閉弁５４を単純に圧縮機１０から遠ざけて設けることで、開閉弁５４が高温となることが抑制され、更に圧縮機１０の振動の影響を低減することができる。したがって、開閉弁５４の動作不良および劣化等が抑制される。一方、開閉弁５４が、冷凍サイクル装置２の運転時に開閉動作するものであるときは、開閉弁５４を圧縮機１０に近づけて設けるとよい。例えば、開閉弁５４は、インジェクション流路５０と油戻し流路６０との合流部と比較して、圧縮機１０に近づけて設けられる。開閉弁５４が、圧縮機１０に近づけて設けられることで、圧縮機１０の圧縮ロスが低減されるため、高効率化が実現される。
［油戻し流路］
油戻し流路６０は、油分離器１２で分離された冷凍機油をインジェクション流路５０の開閉弁５４の上流に合流させるものである。油戻し流路６０は、油分離器１２の油出口と、インジェクション流路５０のインジェクション膨張弁５２と開閉弁５４との間の配管と、を接続する配管で形成されている。
油戻し流路６０には、キャピラリーチューブ６２が設けられている。キャピラリーチューブ６２は、油戻し流路６０に流れる流体の流量を調整するものである。油戻し流路６０には、ガス冷媒と冷凍機油とが混合した高温の流体が流れる。したがって、油戻し流路６０に設ける部材をキャピラリーチューブ６２等の静的な部材で形成することによって、油戻し流路６０に安定的に流体を流すことができる。なお、油戻し流路６０を形成する配管の長さ、形状、流路断面積等を調整することによって、油戻し流路６０に流れる流体の流量を調整することができる場合は、キャピラリーチューブ６２を省略することができる。
この実施の形態の例では、油戻し流路６０がインジェクション流路５０の開閉弁５４の上流に接続されている。したがって、開閉弁５４には、インジェクション流路５０に流れる流体と油戻し流路６０に流れる流体との混合流体が流れる。インジェクション流路５０に流れる流体と油戻し流路６０に流れる流体との混合流体は、油戻し流路６０に流れる流体と比較して温度が低くなるため、開閉弁５４が高温となることを抑制することができる。したがって、開閉弁５４が高温となることによる動作不良および劣化等が抑制される。さらに、開閉弁５４に液冷媒が通過することで、開閉弁５４に付着した冷凍機油、スラッジ等が浄化されるため、開閉弁５４の動作不良のおそれが抑制される。さらに、開閉弁５４の上流に、インジェクション膨張弁５２が設けられている。インジェクション膨張弁５２がインジェクション量を調整する開閉動作を行うことによって、開閉弁５４の浄化が促進される。
また、熱源ユニット４は、吐出圧力センサ２２と、吐出温度センサ２４と、吸入圧力センサ２６と、吸入温度センサ２８と、制御装置３０と、報知装置７０と、を有している。吐出圧力センサ２２は、圧縮機１０が吐出した冷媒の圧力を検出するものである。吐出温度センサ２４は、圧縮機１０が吐出した冷媒の温度を検出するものである。吸入圧力センサ２６は、圧縮機１０が吸入する冷媒の圧力を検出するものである。吸入温度センサ２８は、圧縮機１０が吸入する冷媒の温度を検出するものである。制御装置３０は、冷凍サイクル装置２の制御を行うものである。制御装置３０は、例えば、マイクロコンピュータなどで構成されている。なお、制御装置３０は、負荷ユニット６に設けられていてもよく、熱源ユニット４および負荷ユニット６の外部に設置されたリモートコントローラ等に設けられていてもよい。報知装置７０は、音または光等によって、報知を行うものである。なお、報知装置７０は、熱源ユニット４の外部に設けられ、制御装置３０からの指示を受けて報知を行う携帯端末等であってもよい。
図２は、図１に記載の制御装置の構成の一例を示す図である。制御装置３０は、吐出圧力センサ２２、吐出温度センサ２４、吸入圧力センサ２６、または吸入温度センサ２８等の検出結果を用いて、圧縮機１０、熱源側送風機１５、膨張弁１６、負荷側送風機１９、インジェクション膨張弁５２、開閉弁５４、または報知装置７０等の制御を行うものである。また、制御装置３０は、記憶部３２に記憶されている情報を利用して、冷凍サイクル装置２の制御を行うことができる。記憶部３２は、例えば、制御装置３０が行う処理手順をプログラムとしたデータ等を記憶している。
［冷凍サイクルの動作］
次に、冷凍サイクルの動作について説明する。図１に示すように、圧縮機１０で圧縮された冷媒は、油分離器１２で冷凍機油が分離される。油分離器１２で冷凍機油が分離された冷媒は、凝縮器１４で凝縮する。凝縮器１４で凝縮された冷媒は、膨張弁１６で膨張する。膨張弁１６で膨張された冷媒は、蒸発器１８で蒸発する。蒸発器１８で蒸発された冷媒は、圧縮機１０に吸入され、再び圧縮される。
油分離器１２で冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し流路６０を通って、インジェクション流路５０に流入する。インジェクション流路５０に流入した冷凍機油は、開閉弁５４を通って、圧縮機１０に戻される。つまり、開閉弁５４が開状態となっているときに、冷凍機油の圧縮機１０への返油が行われる。
凝縮器１４で凝縮された冷媒の一部分は、インジェクション流路５０のインジェクション膨張弁５２を通って、油戻し流路６０に流れる冷凍機油と合流する。油戻し流路６０に流れる冷凍機油と合流した冷媒は、開閉弁５４を通って、圧縮機１０に戻される。つまり、インジェクション膨張弁５２および開閉弁５４が開状態となっているときに、圧縮機１０へのインジェクションが行われる。
［返油異常の検出］
この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２では、冷凍機油の通過を制御することができる要素が開閉弁５４のみとなっている。そして、開閉弁５４には、冷凍機油とともに、インジェクション流路５０に流れる冷媒が通過する。したがって、この実施の形態の例では、インジェクション流路５０に冷媒が流れているときに、吐出温度センサ２４が検出した吐出温度Ｔｄを利用して、開閉弁５４の異常による返油異常のおそれを検出することができる。開閉弁５４の異常による返油異常が生じるときは、インジェクション流路５０の冷媒の流れが阻害されるためである。例えば、制御装置３０は、インジェクション流路５０に冷媒を流すときに、吐出温度センサ２４が検出した吐出温度Ｔｄが閾値以上となると、返油不良のおそれがあると判断して、後述する返油異常処理を実行する。
返油異常を判断する閾値は、例えば、予め設定されており、記憶部３２に記憶されている。予め設定されている閾値は、例えば、インジェクションを行っているときに想定される上限の吐出温度に対応する値である。また、例えば、返油異常を判断する閾値は、インジェクションを行っていないときの圧縮機１０の基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０である。基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０は、吐出圧力センサ２２、吸入圧力センサ２６、および吸入温度センサ２８の検出結果を用いて算出することができる。閾値を基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０とすることで、冷凍サイクル装置２の負荷の大きさに関わらず、返油異常を検出することができる。閾値は、基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０に、正の設定値を足した値としてもよい。基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０から設定値を足した値を閾値とすることで、返油異常の誤検出のおそれを低減することができる。また、閾値は、インジェクション流路５０に流す冷媒の量を考慮した値としてもよい。閾値の精度を高めることによって、インジェクションまたは油戻しの異常を精度良く検出することができる。
［冷凍サイクル装置の動作］
図３は、図１に記載の冷凍サイクル装置の動作の一例を示す図である。図３に示すステップＳ０２にて、冷凍サイクル装置２は、冷却室を冷却する通常運転を行っている。ステップＳ０４にて、冷凍サイクル装置２がインジェクション動作を行っていない場合はステップＳ０２に戻り、冷凍サイクル装置２がインジェクション動作を行っている場合はステップＳ０６に進む。
ステップＳ０６にて、制御装置３０は、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるか否かの判断を行い、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるときに返油異常を検出する。ステップＳ０６における吐出温度Ｔｄの判断は複数回行ってもよい。吐出温度Ｔｄの判断を複数回実行することで、返油異常の検出を確実化して、冷凍サイクル装置２の運転を安定化させることができる。吐出温度Ｔｄの判断を複数回行う場合は、インジェクション膨張弁５２の開度を変更するとよい。インジェクション膨張弁５２の開度を変化させたときの、吐出温度Ｔｄの変化を監視することで、返油異常の検出を確実化するとともに、インジェクション膨張弁５２、開閉弁５４、またはその他の構成に異常が発生していることを予測することができる。インジェクション膨張弁５２の開度の変更は、開度を大きくするとよい。インジェクション膨張弁５２の開度を大きくすると、吐出温度Ｔｄが低下するため、吐出温度Ｔｄと閾値とを比較するのみで、異常検出を確実化し、さらに異常予測を行うことができる。その結果、制御装置３０の制御を単純化することができる。また、インジェクション膨張弁５２の開度を大きくすることによって、開閉弁５４の浄化が促進される。インジェクション膨張弁５２の開度を大きくすることで、開閉弁５４を通過する液冷媒の量が増加するためである。開閉弁５４が浄化されることによって、開閉弁５４の異常が正常化し、吐出温度Ｔｄが閾値未満となることで、通常運転を継続することができる。ステップＳ０６にて、吐出温度Ｔｄが閾値未満であるときは、ステップＳ０２に戻る。ステップＳ０６にて、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるときは、ステップＳ０８以降の返油異常処理を実行する。
ステップＳ０８にて、制御装置３０からの指示を受けた報知装置７０は、返油異常が発生している旨の報知を行う。報知を受けた作業者等は、冷凍サイクル装置２の状態を確認し、メンテナンス等によって返油異常を解消することができる。なお、この実施の形態の例では、開閉弁５４の異常による返油異常の可能性が高いため、作業者は開閉弁５４の異常を重点的に確認すればよい。
ステップＳ１０にて、制御装置３０は、圧縮機１０の回転数を低下させる。圧縮機１０の回転数が低下することで、圧縮機１０から持ち出される冷凍機油の量が低減する。さらに、圧縮機１０の回転数が低下することで、圧縮機１０の摺動部等の磨耗が抑制される。したがって、圧縮機１０が劣化し又は損傷するおそれ等を抑制することができる。さらに、圧縮機１０の回転数を低下させて動作させながら冷凍サイクル装置２の運転を継続することで、冷却対象の温度上昇を抑制することができる。
ステップＳ１２にて、制御装置３０は、インジェクション膨張弁５２の開度を変更する。インジェクション膨張弁５２の開度を変更することで、開閉弁５４を通過する流体の流れが変化するため、開閉弁５４の浄化が促進される。ステップＳ１２でのインジェクション膨張弁５２の開度の変更は、開度を大きくするとよい。インジェクション膨張弁５２の開度を大きくすることで、開閉弁５４を通過する液冷媒の流量が増加して、開閉弁５４の浄化が促進される。
ステップＳ１４にて、制御装置３０は、インジェクション膨張弁５２を開閉動作させる。例えば、ステップＳ１２でインジェクション膨張弁５２の開度を大きくしたときは、ステップＳ１４にて、インジェクション膨張弁５２の開度を小さくする。ステップＳ１２でインジェクション膨張弁５２の開度を小さくしたときは、ステップＳ１４にて、インジェクション膨張弁５２の開度を大きくする。インジェクション膨張弁５２を開閉動作させることで、開閉弁５４を通過する流体の流れが変化するため、開閉弁５４の浄化が促進される。インジェクション膨張弁５２の開閉動作は、交互に複数回実行するとよい。インジェクション流路５０を流れる冷媒に脈動が生じるため、開閉弁５４の浄化が更に促進される。
ステップＳ１６にて、制御装置３０は、開閉弁５４を開閉動作させる。開閉弁５４の開閉は、複数回実行するとよい。開閉弁５４を開閉動作させることで、開閉弁５４の浄化が促進される。インジェクション膨張弁５２の開閉動作と開閉弁５４の開閉動作とを同時に実行することで、開閉弁５４の浄化が更に促進される。
ステップＳ１８にて、制御装置３０は、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるか否かの判断を行う。制御装置３０は、吐出温度Ｔｄが閾値未満となっている場合は、返油異常が解消されたと判断し、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４にて、制御装置３０は、報知装置７０による報知を停止して返油異常処理を終了し、ステップＳ０２に戻る。ステップＳ１８にて、吐出温度Ｔｄが閾値以上であり、ステップＳ２０にて、設定時間が経過すると、ステップＳ２２に進み、圧縮機１０を停止させる。吐出温度Ｔｄが閾値以上の時間が設定時間以上となったときに、圧縮機１０を停止させることで、圧縮機１０の故障のおそれを低減することができる。
上記のように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２は、圧縮機１０、油分離器１２、凝縮器１４、膨張弁１６、および蒸発器１８が順次接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路２０と、凝縮器１４で凝縮された冷媒を圧縮機１０に戻す流路であり、開閉弁５４が設けられたインジェクション流路５０と、インジェクション流路５０の開閉弁５４の上流に、油分離器１２で分離された冷凍機油を合流させる油戻し流路６０と、を備えたものである。この実施の形態の例では、インジェクション流路５０の開閉弁５４の上流に油戻し流路６０が合流しているため、開閉弁５４が高温となることが抑制されている。さらに、この実施の形態の例では、開閉弁５４に液冷媒が通過することで、開閉弁５４に付着した冷凍機油、スラッジ等が浄化される。したがって、この実施の形態の例によれば、開閉弁５４の動作不良のおそれが抑制されているため、返油不良のおそれを抑制することができる。
なお、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２は、圧縮機１０、油分離器１２、凝縮器１４を有し、凝縮器１４で凝縮された冷媒を圧縮機１０に戻す流路であり、開閉弁５４が設けられたインジェクション流路５０と、インジェクション流路５０の開閉弁５４の上流に、油分離器１２で分離された冷凍機油を合流させる油戻し流路６０と、を備えた熱源ユニット４によって形成することができる。
例えば、この実施の形態の例では、油戻し流路６０にキャピラリーチューブ６２が設けられている。高温の流体が流れる油戻し流路６０に設ける部材をキャピラリーチューブ６２等の静的な部材で形成することによって、油戻し流路６０に安定的に流体が流れる。したがって、この実施の形態の例によれば、返油不良のおそれを抑制することができる。
また、例えば、この実施の形態の例では、インジェクション流路５０が、圧縮機１０の中間圧の圧縮室と接続されているため、圧縮機１０の低圧側から吸入する冷媒量の低下が抑制されている。したがって、この実施の形態の例によれば、冷凍サイクル装置２の運転能力の低下が抑制されている。
また、例えば、この実施の形態の例では、インジェクション流路５０の油戻し流路６０との合流部の上流にインジェクション膨張弁５２が設けられている。例えば、インジェクション膨張弁５２は開度を変更することができるもので形成されており、インジェクション膨張弁５２の開度を変更することで、開閉弁５４の浄化が促進される。
また、例えば、この実施の形態の例では、制御装置３０は、インジェクション流路５０に冷媒を流すときに、吐出温度センサ２４が検出した温度が閾値以上となると、返油異常処理を実行する。この実施の形態の例では、冷凍機油の通過を制御することができる要素が開閉弁５４のみとなっており、開閉弁５４には、冷凍機油とともに、インジェクション流路５０に流れる冷媒が通過する。したがって、この実施の形態の例によれば、吐出温度センサ２４が検出した吐出温度Ｔｄを利用して、開閉弁５４の異常によるインジェクション異常および返油異常を検出し、返油異常処理を実行することができる。
例えば、返油異常を判断する閾値は、吸入圧力センサ２６が検出した圧力と吸入温度センサ２８が検出した温度と吐出圧力センサ２２が検出した圧力とから得られる基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０から算出される。返油異常を判断する閾値を基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０から算出することで、冷凍サイクル装置２の負荷の大きさに関わらず、返油異常を検出することができる。なお、閾値を、基準吐出温度Ｔｄｉｎｊ０に、正の値の設定値を足したものとすることで、返油異常の誤検出のおそれを低減することができる。
また、例えば、この実施の形態の例では、返油異常処理のときに、報知装置７０は、返油異常が発生している旨を報知する。報知を受けた作業者等は、冷凍サイクル装置２の状態を確認し、メンテナンス等によって返油異常を解消することができる。
また、例えば、この実施の形態の例では、返油異常処理のときに、圧縮機１０の回転数を低下させる。圧縮機１０の回転数が低下することで、圧縮機１０から持ち出される冷凍機油の量が低減する。さらに、圧縮機１０の回転数を低下することで、圧縮機１０の摺動部等の磨耗が抑制される。したがって、この実施の形態の例によれば、返油異常のおそれがあるときに、圧縮機１０が劣化し又は損傷するおそれ等を低減することができる。さらに、圧縮機１０の回転数を低下させて動作させながら冷凍サイクル装置２の運転を継続することができる。
また、例えば、この実施の形態の例では、返油異常処理のときに、インジェクション膨張弁５２の開度を変更する。インジェクション膨張弁５２の開度を変更することで、開閉弁５４を通過する流体の流れが変化するため、開閉弁５４の浄化が促進される。なお、インジェクション膨張弁５２の開度を大きくすることで、開閉弁５４を通過する液冷媒の流量が増加して、開閉弁５４の浄化が促進される。
また、例えば、この実施の形態の例では、返油異常処理のときに、インジェクション膨張弁５２を開閉動作させる。インジェクション膨張弁５２を開閉動作させることで、開閉弁５４の浄化が促進される。なお、インジェクション膨張弁５２の開閉動作を複数回実行することで、インジェクション流路５０を流れる冷媒に脈動が生じるため、開閉弁５４の浄化が更に促進される。
また、例えば、この実施の形態の例では、返油異常処理のときに、開閉弁５４を開閉動作させる。開閉弁５４を開閉動作させることで、開閉弁５４の浄化が促進される。インジェクション膨張弁５２の開閉動作と、開閉弁５４の開閉動作と、を同時に実行することで、開閉弁５４の浄化が更に促進される。
なお、この実施の形態は、上記で説明したものに限定されない
例えば、ステップＳ０８〜ステップＳ１６のそれぞれの動作は、順番を入れ替えて実行することができる。さらに、ステップＳ０８〜ステップＳ１６の動作を実行中に、ステップＳ１８の動作を実行し、吐出温度Ｔｄが閾値未満となった場合は、ステップＳ２４にて、報知装置７０による報知を停止して返油異常処理を終了し、ステップＳ０２に戻ることとすることもできる。
また、例えば、ステップＳ０４〜ステップＳ２４の動作は、冷凍サイクル装置２の据え付け時、起動時、または定期点検時に実行することができる。開閉弁５４の動作確認等を行うことで、冷凍サイクル装置２を安定的に動作させることができる。例えば、予め設定されたタイミングで、ステップＳ０４およびステップＳ０６を実行し、ステップＳ０６にて、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるときに、ステップＳ０８以降の処理を実行する。または、作業者等からの指示を受けて、ステップＳ０４およびステップＳ０６を実行し、ステップＳ０６にて、吐出温度Ｔｄが閾値以上であるときに、ステップＳ０８以降の処理を実行する。作業者は、例えば、冷凍サイクル装置２に設けられたスイッチ等の入力部（図示を省略）を用いて、ステップＳ０４からの動作を行う旨の指示を行う。
また、例えば、ステップＳ１２〜ステップＳ１６の動作は、ステップＳ０６で吐出温度Ｔｄが閾値以上であるとき以外にも実行することができる。例えば、ステップＳ１２〜ステップＳ１６の動作を、定期的に、または作業者等からの指示を受けた後に実行することで、開閉弁５４の浄化が促進されるため、開閉弁５４の動作不良による返油不良のおそれが抑制される。
また、例えば、上記では、開閉弁５４の開状態の異常を検出する例についての説明を行ったが、この実施の形態によれば、開閉弁５４の閉状態の異常を検出することもできる。すなわち、インジェクション膨張弁５２を開状態として、開閉弁５４を閉状態としたときの吐出温度Ｔｄを利用することで開閉弁５４の閉状態の異常を検出することができる。
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。なお、図４において、図１と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。図４に示すように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２Ａの熱源ユニット４Ａは、図１に記載の実施の形態１の冷凍サイクル装置２の熱源ユニット４と比較して、冷凍機油冷却器１４１を有している。冷凍機油冷却器１４１は、油分離器１２で分離された冷凍機油を冷却するものである。冷凍機油冷却器１４１は、例えば、熱源側送風機１５が動作することによって空気流が形成される風路に設けられ、油戻し流路６０に流れる流体を空気と熱交換させるものである。冷凍機油冷却器１４１は、凝縮器１４の下部に設けられている。冷凍機油冷却器１４１は、凝縮器１４と比較して小さい熱交換面積を有している。冷凍機油冷却器１４１は、例えば、油戻し流路６０を形成する配管の一部分と、該配管の一部分に取り付けられたフィンと、を含んで形成されている。凝縮器１４と冷凍機油冷却器１４１とは、例えば、共通のフィンの異なる領域に設けられることで一体的に形成されているが、別体で形成されていてもよい。冷凍機油冷却器１４１は、油戻し流路６０のキャピラリーチューブ６２の上流に設けられている。冷凍機油冷却器１４１は、油戻し流路６０のキャピラリーチューブ６２の下流に設けられてもよい。
油分離器１２で分離された冷凍機油は、冷凍機油冷却器１４１で冷却され、キャピラリーチューブ６２を通って、インジェクション流路５０を流れる冷媒と合流する。油戻し流路６０に流れる流体が、冷凍機油冷却器１４１で冷却されることで、インジェクション流路５０に流れる冷媒の加熱が抑制され、開閉弁５４の加熱が抑制される。さらに、インジェクション流路５０に流れる冷媒の加熱が抑制されるため、インジェクション流路５０に流す冷媒の流量を低減することができる。インジェクション流路５０に流れる冷媒の流量を低減することで、冷凍サイクル装置２Ａの運転を高効率化することができる。
凝縮器１４の下部と冷凍機油冷却器１４１との間には、熱交換阻害部１４２が設けられている。熱交換阻害部１４２は、凝縮器１４に流れる冷媒が、冷凍機油冷却器１４１に流れる流体によって加熱されることを抑制するものである。この実施の形態の例では、凝縮器１４の下部に熱交換阻害部１４２が設けられている。凝縮器１４は、下部から冷媒が流出する構成となっているため、熱交換された後の冷媒と冷凍機油冷却器１４１との熱交換を抑制することで、凝縮器１４に流れる冷媒の加熱を抑制することができる。熱交換阻害部１４２は、例えば、凝縮器１４を形成している配管のピッチよりも、凝縮器１４と冷凍機油冷却器１４１との間の距離を大きくすることで形成することができる。なお、熱交換阻害部１５１は、凝縮器１４と冷凍機油冷却器１４１との熱交換を阻害する断熱材等で形成してもよい。この実施の形態の例では、熱交換阻害部１４２が設けられているため、凝縮器１４で冷却された冷媒の加熱が抑制される。その結果、冷凍サイクル装置２Ａの運転を高効率化することができる。
上記のように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２Ａの熱源ユニット４Ａは、油分離器１２で分離された冷凍機油を冷却する冷凍機油冷却器１４１を有している。したがって、この実施の形態によれば、開閉弁５４の加熱がさらに抑制される。さらに、この実施の形態によれば、インジェクション流路５０に流れる冷媒の加熱が抑制されるため、インジェクション流路５０に流す冷媒の流量を低減し、冷凍サイクル装置２Ａの運転を高効率化することができる。
例えば、キャピラリーチューブ６２は、油戻し流路６０の冷凍機油冷却器１４１の下流に設けられている。油戻し流路６０の冷凍機油冷却器１４１の下流にキャピラリーチューブ６２が設けられることで、キャピラリーチューブ６２および油戻し流路６０を形成する配管からの放熱による周囲空気の加熱を抑制することができる。
また、例えば、凝縮器１４は、上部から冷媒が流入し下部から冷媒が流出するものであり、凝縮器１４の下部と冷凍機油冷却器１４１との熱交換を阻害する熱交換阻害部１４２が設けられている。熱交換阻害部１４２が設けられることで、凝縮器１４で冷却された冷媒が、冷凍機油冷却器１４１を流れる流体によって加熱されることが抑制される。その結果、冷凍サイクル装置２Ａの運転を高効率化することができる。
［変形例１］
また、例えば、図５は、図４の変形例１である。変形例１の冷凍サイクル装置２Ｂの熱源ユニット４Ｂは、図４の冷凍サイクル装置２Ａの熱源ユニット４Ａと比較して、冷凍機油冷却器１４１Ａが、凝縮器１４の上部に設けられている。凝縮器１４は上部から冷媒が流入し下部から冷媒が流出する構成となっているため、冷凍機油冷却器１４１Ａが凝縮器１４の上部に設けられることで、熱交換された後の冷媒と冷凍機油冷却器１４１Ａとの熱交換を抑制することができる。つまり、変形例１では、熱交換阻害部１４２Ａが、凝縮器１４の下部と冷凍機油冷却器１４１Ａとの間の凝縮器１４によって形成されている。変形例１では、高温となる冷凍機油冷却器１４１Ａが、凝縮器１４の上部に設けられるため、凝縮器１４での熱交換が高効率化される。さらに、冷凍機油冷却器１４１Ａを凝縮器１４の上部に設けるのみで熱交換阻害部１４２Ａが形成されるため、構造を簡素化することができる。
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。なお、図６において、図１と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。図６に示すように、この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２Ｃの熱源ユニット４Ｃは、図１に記載の実施の形態１の冷凍サイクル装置２の熱源ユニット４と比較して、インジェクション膨張弁５２およびキャピラリーチューブ６２が省略されており、開閉弁５４Ａが開度を調整できる電子膨張弁で形成されている。なお、インジェクション流路５０を形成する配管の長さ、形状、流路断面積等を調整することによって、インジェクション流路５０に流れる冷媒の流量等が調整されている場合は、開閉弁５４Ａを、開状態および閉状態を切り替えるものとすることができる。この実施の形態の例の冷凍サイクル装置２Ｃによれば、実施の形態１と比較して、構成部材が低減されているため、低コスト化を実現することができる。
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部分を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
例えば、上記の実施の形態１〜実施の形態３では、冷凍倉庫等の内部を冷却する大型の冷凍装置に適用される冷凍サイクル装置についての説明を行ったが、冷凍サイクル装置は、冷蔵庫等の小型の冷凍装置に適用することができる。また、冷凍サイクル装置は、部屋の内部の冷房または暖房を行う空気調和装置、水等の加熱を行う加熱装置に適用することもできる。
２ 冷凍サイクル装置、２Ａ 冷凍サイクル装置、２Ｂ 冷凍サイクル装置、２Ｃ 冷凍サイクル装置、４ 熱源ユニット、４Ａ 熱源ユニット、４Ｂ 熱源ユニット、４Ｃ 熱源ユニット、６ 負荷ユニット、１０ 圧縮機、１２ 油分離器、１４ 凝縮器、１５
熱源側送風機、１６ 膨張弁、１８ 蒸発器、１９ 負荷側送風機、２０ 冷媒循環回路、２２ 吐出圧力センサ、２４ 吐出温度センサ、２６ 吸入圧力センサ、２８ 吸入温度センサ、３０ 制御装置、３２ 記憶部、５０ インジェクション流路、５２ インジェクション膨張弁、５４ 開閉弁、５４Ａ 開閉弁、６０ 油戻し流路、６２ キャピラリーチューブ、７０ 報知装置、１４１ 冷凍機油冷却器、１４１Ａ 冷凍機油冷却器、１４２ 熱交換阻害部、１４２Ａ 熱交換阻害部。

Claims (15)

  1. 圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が順次接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路と、
    前記凝縮器で凝縮された冷媒を前記圧縮機に戻す流路であり、開閉弁が設けられたインジェクション流路と、
    前記インジェクション流路の前記開閉弁の上流に、前記油分離器で分離された冷凍機油を合流部で合流させる油戻し流路と、を備え、
    前記開閉弁は、前記圧縮機よりも前記合流部に近い位置に配置され、
    前記合流部より前記インジェクション流路の上流に、前記開閉弁を通過する液冷媒の量を調整するインジェクション膨張弁が設けられた、冷凍サイクル装置。
  2. 前記油戻し流路にキャピラリーチューブが設けられた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記油戻し流路に冷凍機油を冷却する冷凍機油冷却器が設けられた、請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記キャピラリーチューブが、前記油戻し流路の前記冷凍機油冷却器の下流に設けられた、請求項２を引用する請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記凝縮器は、該凝縮器の上部から冷媒が流入し下部から冷媒が流出するものであり、
    前記凝縮器の下部と前記冷凍機油冷却器との熱交換を阻害する熱交換阻害部が前記凝縮器の下部と前記冷凍機油冷却器との間に設けられた、請求項３または請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記インジェクション流路が、前記圧縮機の中間圧の圧縮室と接続された、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記圧縮機が吐出した冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、
    前記インジェクション流路に冷媒を流すときに、前記吐出温度センサが検出した温度が閾値以上となると、返油異常処理を実行する制御装置と、を更に備えた、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が順次接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路と、
    前記凝縮器で凝縮された冷媒を前記圧縮機に戻す流路であり、開閉弁が設けられたインジェクション流路と、
    前記インジェクション流路の前記開閉弁の上流に、前記油分離器で分離された冷凍機油を合流させる油戻し流路と、
    前記圧縮機が吐出した冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、
    前記圧縮機が吸入する冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサと、
    前記圧縮機が吸入する冷媒の温度を検出する吸入温度センサと、
    前記圧縮機が吐出した冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサと、
    前記インジェクション流路に冷媒を流すときに、前記吐出温度センサが検出した温度が閾値以上となると、返油異常処理を実行する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記吸入圧力センサが検出した圧力と前記吸入温度センサが検出した温度と前記吐出圧力センサが検出した圧力とから得られる基準吐出温度から前記閾値を算出する、冷凍サイクル装置。
  9. 報知を行う報知装置を更に備え、
    前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記報知装置に報知させる、請求項７または８に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記圧縮機の回転数を低下させる、請求項７〜請求項９の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  11. 圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁、および蒸発器が順次接続され、冷媒が循環する冷媒循環回路と、
    前記凝縮器で凝縮された冷媒を前記圧縮機に戻す流路であり、開閉弁が設けられたインジェクション流路と、
    前記インジェクション流路の前記開閉弁の上流に、前記油分離器で分離された冷凍機油を合流させる油戻し流路と、
    前記インジェクション流路の前記油戻し流路との合流部の上流に設けられたインジェクション膨張弁と、
    前記圧縮機が吐出した冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、
    前記インジェクション流路に冷媒を流すときに、前記吐出温度センサが検出した温度が閾値以上となると、返油異常処理を実行する制御装置と、を備え、
    前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記インジェクション膨張弁の開度を変更する、冷凍サイクル装置。
  12. 前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記インジェクション膨張弁の開度を大きくする、
    請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
  13. 前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記インジェクション膨張弁を開閉動作させる、
    請求項１１または請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
  14. 前記返油異常処理のときに、前記制御装置は、前記開閉弁を開閉動作させる、
    請求項７〜請求項１３の何れか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  15. 圧縮機、油分離器、凝縮器を有し、
    前記凝縮器で凝縮された冷媒を前記圧縮機に戻す流路であり、開閉弁が設けられたインジェクション流路と、
    前記インジェクション流路の前記開閉弁の上流に、前記油分離器で分離された冷凍機油を合流部で合流させる油戻し流路と、を備え、
    前記開閉弁は、前記圧縮機よりも前記合流部に近い位置に配置され、
    前記合流部より前記インジェクション流路の上流に、前記開閉弁を通過する液冷媒の量を調整するインジェクション膨張弁が設けられた、熱源ユニット。
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