JP7330367B2 - 熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機 - Google Patents

Description

本開示は、熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機に関する。

圧縮機の筐体の形態には低圧シェルと高圧シェルがある。低圧シェルでは、圧縮前の冷媒および潤滑油がケースに貯留される。高圧シェルでは、圧縮後の冷媒および潤滑油がケース貯留される。圧縮機が低圧シェルの場合、圧縮機の吸入管に油分離器から返油しているが、圧縮機が高圧シェルの場合、冷凍サイクル装置の性能アップを目的として圧縮機の中間圧ポートに油分離器から返油している機種もある。

国際公開第２０１９／０２６２７０号は、圧縮機の中間圧ポートに冷媒を注入するインジェクション流路に油分離器からの油を合流させる冷凍サイクル装置を開示する。

国際公開第２０１９／０２６２７０号

圧縮機が高圧シェルの場合では、中間ポートへのインジェクション流路に油分離器からの油を返油した場合、液冷媒の戻り時（いわゆる液バック時）などに圧縮機の吸入ポート側の油が希釈されて圧縮機スクロールの潤滑性が低下することがある。

しかし、液冷媒の戻りを防ぐことを優先させて、圧縮機の吸入ポートに油分離器の油を戻すと、油と一緒に戻される液冷媒が室内機を循環しないので、冷凍サイクル装置の性能を低下させてしまう。

本開示の冷凍サイクル装置の熱源ユニットは、上記課題を解決するものであり、冷凍サイクル装置の性能低下を最低限としつつ、圧縮機の油不足を解消することを目的とする。

本開示は、第１膨張装置および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の熱源ユニットに関する。熱源ユニットは、負荷装置に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する第１流路と、第１流路に配置され、吸入ポートおよび中間圧ポートから冷媒を吸入し吐出ポートから冷媒を吐出するように構成された圧縮装置と、第１流路の圧縮装置の下流に配置され、冷媒入口、冷媒出口および油出口を有する油分離器と、第１流路の油分離器の下流に配置される凝縮器と、冷媒が循環する方向において、凝縮器よりも下流の第１流路の分岐点から分岐し、凝縮器を通過した冷媒を中間圧ポートから圧縮装置に戻すように構成された第２流路と、第２流路に配置される第２膨張装置と、油分離器の油出口から排出される冷凍機油を中間圧ポートおよび吸入ポートを介して圧縮装置に戻すように構成された油分配部とを備える。油分配部は、冷凍機油が中間圧ポートと吸入ポートに分配される比率を変更可能に構成される。

本開示の熱源ユニット、冷凍サイクル装置および冷凍機によれば、液冷媒の戻り時等の異常運転モード時の信頼性向上と、液冷媒の戻りが生じていないときの通常運転時の性能向上を両立させることができる。

中間圧インジェクション流路を有する冷凍サイクル装置の返油経路の第１検討例の構成を示す図である。 中間圧インジェクション流路を有する冷凍サイクル装置の返油経路の第２検討例の構成を示す図である。 実施の形態１の冷凍サイクル装置１の全体構成図である。 実施の形態１における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。 実施の形態１において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。 実施の形態２において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３の冷凍サイクル装置２０１の全体構成図である。 実施の形態３において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態４の冷凍サイクル装置３０１の全体構成図である。 実施の形態４における油分配部の流量調整弁の制御状態の第１例を示す図である。 実施の形態４における油分配部の流量調整弁の制御状態の第２例を示す図である。 実施の形態５の冷凍サイクル装置４０１の全体構成図である。 実施の形態５における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。 実施の形態５において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態５の変形例の冷凍サイクル装置５０１の全体構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

実施の形態１．
図１は、中間圧インジェクション流路を有する冷凍サイクル装置の返油経路の第１検討例の構成を示す図である。図１に示す冷凍サイクル装置は、圧縮装置１０の吐出ポートＧ２、油分離器２０、凝縮器３０、受液器（レシーバ）４０、第１膨張装置ＬＥＶ１、蒸発器６０、圧縮装置１０の吸入ポートＧ１の順に冷媒が循環する主冷媒流路と、第２膨張装置ＬＥＶ２を介して受液器４０の出口部分から圧縮装置１０の中間圧ポートＧ３に冷媒を注入するインジェクション流路とを備える。

この構成では、油分離器２０において分離した油を、圧縮機の吸入ポートＧ１に戻している。そして、第２膨張装置ＬＥＶ２によって、インジェクション流路を流れる冷媒の流量を調整することによって、圧縮装置１０の吐出温度が制御される。

この場合のメリットとして、圧縮装置１０内の摺動部の潤滑性が確保できる。一方で、油分離器２０から圧縮装置１０に返された油の中には冷媒も溶け込んでいる。このため、油に溶け込んだ冷媒の分だけ蒸発器６０側を循環する冷媒量が低下し、冷凍サイクル装置の能力および性能が低下するというデメリットがある。

図２は、中間圧インジェクション流路を有する冷凍サイクル装置の返油経路の第２検討例の構成を示す図である。

図２に示す構成の冷凍サイクル装置のように、油分離器２０から分離した油を圧縮装置１０の中間圧ポートＧ３に返す場合もある。中間圧ポートＧ３に油を返す場合も油の中に冷媒が溶け込んでいる可能性はある。しかし、溶け込んだ冷媒は、吐出温度を下げるために圧縮装置１０に注入する冷媒の一部として使える。結果的に圧縮装置１０の吐出温度を同じとする場合、図１の構成よりも図２の構成の方が、第２膨張装置ＬＥＶ２の開度を下げることができ、蒸発器６０に循環させる液冷媒量を多くすることができる。このため、図１に示す返油構成よりも図２に示す構成の方が、エネルギーロスが少ない。

ただし、圧縮装置１０の吸入ポートＧ１に液冷媒の戻りが発生している場合には、油の濃度が低下するため、油が入ってこない圧縮装置１０の吸入ポートＧ１から中間圧ポートＧ３までの内部において潤滑不足が生じる可能性がある。

実施の形態１の冷凍サイクル装置１を用いれば上記のような検討例における問題を解決することができる。

図３は、実施の形態１の冷凍サイクル装置１の全体構成図である。なお、図１では、冷凍サイクル装置における各機器の接続関係および配置構成を機能的に示しており、物理的な空間における配置を必ずしも示すものではない。

図３を参照して、冷凍サイクル装置１は、熱源ユニット２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。熱源ユニット２は、通常、室外または屋外に配置されるので、室外ユニット、または、屋外ユニットと呼ばれることがある。また熱源ユニット２は、本実施の形態では、熱を屋外に排出する冷熱源として動作する。

冷凍サイクル装置１の熱源ユニット２は、延長配管８４，８８によって、負荷装置３に接続されるように構成される。

熱源ユニット２は、圧縮装置１０と、油分離器２０と、凝縮器３０と、受液器４０と、配管８０～８３、８９とを備える。実施の形態１では、圧縮装置１０は、３ポートを有する１台の圧縮機によって構成される。配管８０は、圧縮装置１０の吐出ポートＧ２と油分離器２０とを接続する。配管８１は、油分離器２０と凝縮器３０とを接続する。配管８２は、凝縮器３０と受液器４０とを接続する。配管８３は、受液器４０と熱源ユニット２の冷媒出口とを接続する。受液器４０は、配管８２と配管８３との間に配置され、冷媒を貯留するように構成される。

配管８９から、圧縮装置１０、配管８０、油分離器２０、配管８１、凝縮器３０、配管８２、受液器４０を経て配管８３に至る流路は、負荷装置３と共に、冷媒が循環する循環流路を形成するように構成される。以下、この循環流路を冷凍サイクルの「メイン回路」とも言う。

熱源ユニット２は、配管９１，９３と、配管９１と配管９３との間に配置される第２膨張装置ＬＥＶ２とをさらに備える。配管９１は、循環流路の受液器４０の出口に接続された配管８３から第２膨張装置ＬＥＶ２に冷媒を流すように構成される。配管９３は、第２膨張装置ＬＥＶ２から圧縮装置１０に冷媒を流すように構成される。以下において、メイン回路から分岐して第２膨張装置ＬＥＶ２を経由して圧縮装置１０に冷媒を送るこの流路を、「インジェクション流路」と呼ぶ。

負荷装置３は、電磁弁７０と、第１膨張装置ＬＥＶ１と、蒸発器６０と、配管８５，８６，８７とを含む。第１膨張装置ＬＥＶ１としては、たとえば、膨張弁を使用することができる。好ましくは、第１膨張装置ＬＥＶ１は、熱源ユニット２と独立して制御される温度膨張弁である。電磁弁７０は、負荷装置３側が冷媒不要な状態となった場合に閉止される。

圧縮装置１０は、配管８９および配管９３から吸入される冷媒を圧縮して配管８０へ吐出する。圧縮装置１０は、吸入ポートＧ１、吐出ポートＧ２および中間圧ポートＧ３を有する。圧縮装置１０は、蒸発器６０を通過した冷媒を吸入ポートＧ１から吸入し、吐出ポートＧ２から凝縮器３０に向けて冷媒を吐出するように構成される。

配管９３は、第２膨張装置ＬＥＶ２の出口から圧縮装置１０の中間圧ポートＧ３に冷媒を流すように構成される。第２膨張装置ＬＥＶ２としては、たとえば、膨張弁を使用することができる。好ましくは、第２膨張装置ＬＥＶ２は、外部から与えられる信号に応じて開度が変更される電子膨張弁である。

圧縮装置１０は、制御装置１００からの制御信号に従って回転速度を調整するように構成される。圧縮装置１０の回転速度を調整することによって冷媒の循環量が調整され、冷凍サイクル装置１の冷凍能力を調整することができる。圧縮装置１０には種々のタイプのものを採用可能であり、たとえば、スクロールタイプ、ロータリータイプ、スクリュータイプ等のものを採用し得る。

凝縮器３０は、圧縮装置１０から吐出され油分離器２０を通過した冷媒を凝縮して配管８２へ流す。凝縮器３０は、圧縮装置１０から吐出された高温高圧のガス冷媒が外気と熱交換を行なうように構成される。この熱交換により、放熱した冷媒は凝縮して液相に変化する。図示しないファンは、凝縮器３０において冷媒が熱交換を行なう外気を凝縮器３０に供給する。ファンの回転数を調整することにより、圧縮装置１０の吐出側の冷媒圧力ＰＨを調整することができる。

熱源ユニット２は、さらに、圧力センサ１１０，１１１と、温度センサ１２１，１２２と、熱源ユニット２を制御する制御装置１００と、油分離器２０の油を分配する油分配部１５０とを備える。

圧力センサ１１０は、圧縮装置１０の吸入冷媒の圧力ＰＬを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。圧力センサ１１１は、圧縮装置１０の吐出冷媒の圧力ＰＨを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

温度センサ１２１は、圧縮装置１０から吐出された冷媒の温度Ｔ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ１２２は、圧縮装置１０に吸入される冷媒の温度Ｔ２を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

油分配部１５０は、配管９４と配管９５と第１の弁ＳＶ１と第２の弁ＳＶ２とを含む。たとえば、第１の弁ＳＶ１と第２の弁ＳＶ２として、各々電磁弁を用いることができる。配管９４は、油分離器２０の油出口と配管９３との間を接続する。配管９５は、油分離器２０の油出口と配管８９との間を接続する。第１の弁ＳＶ１は、配管９４に設けられ、油および冷媒の流通経路を開閉する。第２の弁ＳＶ２は、配管９５に設けられ、油および冷媒の流通経路を開閉する。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ１０４（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置１００の処理手順が記されたプログラムである。制御装置１００は、これらのプログラムに従って、熱源ユニット２における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

本実施の形態では、油分配部１５０は、冷凍機油が中間圧ポートＧ３と吸入ポートＧ１に分配される比率を変更可能に構成される。油分配部１５０は、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２によって分配を変更するため、分配比率は、（中間圧ポートＧ３の比率％、吸入ポートＧ１の比率％）の組み合わせで（１００％、０％）、（０％、１００％）、（０％、０％）の３通りに変更可能である。たとえば、圧縮機の油量過多の場合に、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２をともに閉じて、油分離器２０に冷凍機油を溜めることもできる。

以上説明したように、冷凍サイクル装置１の熱源ユニット２には、油分離器２０からの返油管として、圧縮装置１０の吸入管につながる配管９５と圧縮装置１０の中間圧ポートＧ３につながる配管９４の２つが設けられる。配管９４、配管９５にそれぞれ第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２が設けられ、油分配部１５０は、油を返す流路を切り替えられるよう構成される。

図４は、実施の形態１における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。図４に示すように、通常時は第１の弁ＳＶ１を開、第２の弁ＳＶ２を閉とし、冷凍サイクル装置１の性能を優先させる。一方、液冷媒の圧縮装置１０への戻りを検知した場合は、第１の弁ＳＶ１を閉、第２の弁ＳＶ２を開とする。これにより、液冷媒戻りを検知した場合は、圧縮装置１０の潤滑性が向上するとともに、高温の油および冷媒が圧縮装置１０の吸入側に戻ることになるため、吸入過熱度の上昇すなわち液冷媒戻りの解消につながる。

図５は、実施の形態１において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１において、制御装置１００は、液冷媒戻りが検出されているか否かを判断する。

液冷媒戻りは、圧縮装置１０が吸入する冷媒の過熱度（吸入加熱度）の低下を見て検出することができる。吸入加熱度は、圧縮装置１０が吐出する冷媒の過熱度（吐出加熱度）とも連動するので、吐出過熱度の低下を見て検出しても良い。

具体的には、制御装置１００は、ステップＳ１において、吸入加熱度または吐出過熱度があるしきい値を下回った場合に、液冷媒戻り有りと判断する。

なお、吐出過熱度（Ｔ１－ＣＴ）は、圧縮装置１０の吐出管に設けられた圧力センサ１１１の検出する圧力ＰＨに対応する飽和温度ＣＴと同じく圧縮機吐出管に設けられた温度センサ１２１の検出温度Ｔ１から得られる。また、吸入加熱度（Ｔ２－ＥＴ）は、圧縮装置１０の吸入ポートＧ１に接続された配管８９に設けられた圧力センサ１１０の検出圧力Ｐｌに対応する飽和温度ＥＴと同じく圧縮機吸入管に設けられた温度センサ１２２の検出温度Ｔ２から得られる。

液戻り検出無しと判断された場合（Ｓ１でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３において、第１の弁ＳＶ１を開とし、第２の弁ＳＶ２を閉とするように制御する。逆に、液戻り検出有りと判断された場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２において、第１の弁ＳＶ１を閉とし、第２の弁ＳＶ２を開とするように制御する。

このように、油分配部１５０を制御することによって、通常は冷凍サイクル装置１の能力および性能を重視した運転が行なわれる一方で、液冷媒戻り発生時などは圧縮装置１０の信頼性を優先する運転に切り替えることができる。

なお、油分配部１５０は、図３のように第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２設ける代わりに、三方弁のようなものを設けて、流路を切り替えるように構成されても良い。

実施の形態２．
冷凍倉庫などに使用される冷凍機の場合、図１に示すように、負荷装置３と熱源ユニット２は冷媒の延長配管８４，８８で接続されている。しかし、負荷装置３と熱源ユニット２は必ずしも同じメーカーで製造されるわけではなく、これらの間は通信線などでは接続されていない場合が多い。したがって、負荷装置３側で十分に庫内が冷えた場合、冷えすぎないようにするためには、負荷装置３において電磁弁７０が閉止され冷媒の流通が遮断される。

すると、圧縮装置１０の運転が続くことによって、蒸発器６０および配管８６，８７中の冷媒が圧縮装置１０に吸入され受液器４０に貯留される。そして、圧力センサ１１０が検出する圧力ＰＬがしきい値よりも低くなると、制御装置１００は圧縮装置１０の運転を停止させる。このような運転をポンプダウン運転ともいう。圧縮装置１０が停止される場合は、このように圧力ＰＬが通常よりも低下し、圧縮装置１０の吸入ポートＧ１と吐出ポートＧ２の差圧が大きくなる。圧縮機は、停止中は各ポートが内部で遮断された状態となるので、停止中も差圧は維持される。

負荷装置３側で温度が上昇したなどによって圧縮装置１０の再起動が必要になった場合には、負荷装置３が電磁弁７０を開く。すると、圧力ＰＬが上昇するので、これに応じて制御装置１００は、圧縮装置１０を起動させる。

ただし、圧縮機によっては吸入ポートと吐出ポートの差圧が大きいときに起動しづらい場合がある。冷媒が受液器４０から第１膨張装置ＬＥＶ１および蒸発器６０を通過して圧力ＰＬを上昇させるには、ある程度の時間を要する。そこで、実施の形態２に示す冷凍サイクル装置では、返油路を利用して圧縮機の起動性を向上させる。

図６は、実施の形態２における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。図６に示すように、通常時には、制御装置１００は、性能を向上させるために、第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２を閉じる。一方、圧縮装置１０の起動時には、制御装置１００は、第１の弁ＳＶ１を閉じ、第２の弁ＳＶ２を開く。これにより、圧縮装置１０の吐出側の冷媒が吸入側に移動するため、圧力ＰＨは低下し、圧力ＰＬは上昇する。圧縮装置１０の吸入側と吐出側の圧力差が小さくなると、圧縮装置１０を回転させるのに必要なトルクも小さくて済むため、圧縮装置１０の機動性が向上する。例えば、起動前の圧力ＰＨと圧力ＰＬとの差がしきい値より大きい場合などに図６の起動時の制御を行なう。

図７は、実施の形態２において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。

制御装置１００は、圧縮装置１０を停止させる場合には、同時に第２の弁ＳＶ２を閉じている。まずステップＳ１１において、制御装置１００は、圧縮装置１０の起動時であるか否かを判断する。例えば、電源が投入された場合、停止の判定しきい値以下となっていた圧力ＰＬが判定しきい値よりも上昇した場合、および庫内温度がしきい値よりも上昇した場合などに、制御装置１００は、圧縮装置１０の起動時であると判断する。

起動時であると判断した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２において、制御装置１００は、圧力ＰＨと圧力ＰＬの差がしきい値Ｐｔｈよりも大きいか否かを判断する。

｜ＰＨ－ＰＬ｜＞Ｐｔｈが成立した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３において、制御装置１００は、第１の弁ＳＶ１を閉じ、第２の弁ＳＶ２を開く。これにより、圧縮装置１０の吐出側の冷媒が吸入側に移動するため、圧力ＰＨは低下し、圧力ＰＬは上昇する。

続いて、ステップＳ１４において、制御装置１００は、圧力ＰＨと圧力ＰＬの差がしきい値Ｐｔｈ以下となったか否かを判断する。差がしきい値Ｐｔｈ以下にならない間は、ステップＳ１４に処理が留まり、時間待ちが行なわれる。

ステップＳ１２またはステップＳ１４において圧力ＰＨと圧力ＰＬの差がしきい値Ｐｔｈ以下であると判断された場合（Ｓ１２でＮＯまたはＳ１４でＹＥＳ）には、ステップＳ１５において、制御装置１００は、第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２を閉じる。そして、ステップＳ１６において制御装置１００は、圧縮装置１０を起動させる。なお、第２の弁ＳＶ２については、必ずしも閉じてから圧縮装置１０を起動させる必要はなく、第２の弁ＳＶ２を開いた状態で圧縮装置１０を起動させても良い。

このように、油分配部１５０の制御を圧縮装置１０の起動時に実行することにより、圧縮装置１０の起動時間が早くなるとともに、起動に必要なトルクも低減し圧縮装置１０が起動しやすくなる。

実施の形態３．
実施の形態３では、圧縮機を２台直列につなげて使用する場合の応用例を示す。低圧側圧力に対する高圧側圧力の比が高い条件などの高圧縮比条件で使用する場合、圧縮機を２台直列に接続して使用する場合がある。このような構成を２段圧縮構成という。たとえば、魚の冷凍倉庫など超低温状態で使用する場合の熱源ユニット、ＣＯ_２冷媒を使用する熱源ユニットなどに２段圧縮構成が採用される。

図８は、実施の形態３の冷凍サイクル装置２０１の全体構成図である。冷凍サイクル装置２０１は、熱源ユニット２０２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。

熱源ユニット２０２は、延長配管８４，８８によって、負荷装置３に接続されるように構成される。負荷装置３および延長配管８４，８８については、図３に示した構成と同様であるので説明は繰返さない。

熱源ユニット２０２は、図３に示した熱源ユニット２の構成において、圧縮装置１０に代えて圧縮装置１０Ａを備える。圧縮装置１０Ａは、直列に接続された第１圧縮機１１および第２圧縮機１２と圧力センサ１１２とを備える。第１圧縮機１１は、配管８９から冷媒を吸入し第２圧縮機１２に吐出する。第２圧縮機１２は吸入した冷媒を配管８０に吐出する。インジェクション流路である配管９３は、第１圧縮機１１と第２圧縮機１２の接続部分に接続される。圧力センサ１１２は、この接続部分の圧力ＰＭを検出する。

第１圧縮機１１と第２圧縮機１２は、別々の筐体を有する。各筐体には、モータおよび圧縮部が内蔵されている。なお、２段圧縮を行なうために、１つの筐体および１つのモータを有する圧縮機を用いても良い。この場合は、吐出口および吸入口が低圧用と高圧用の２つずつある。

このような２段圧縮の構成とするのは、１台の圧縮機で高圧力比の圧縮をした場合には、圧縮機の吐出温度が非常に高くなり、圧縮機を損傷させる場合があるからである。このため、２台の圧縮機を直列につなげて、間に冷媒を注入することで、吐出温度を下げている。

図８のような構成の場合、第１圧縮機１１内の油の量と第２圧縮機１２内の油の量との間に偏りが生じる可能性がある。そこで、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２に、筐体の底部に溜まる油の油面の高さを検出する油量センサ１３１，１３２をそれぞれ設ける。そして、第１圧縮機１１の油量ＯＬ１を油量センサ１３１によって検知し、第２圧縮機１２の油量ＯＬ２を油量センサ１３２によって検知する。

第１圧縮機１１の油量が少ない場合には、第２の弁ＳＶ２を開き、第１の弁ＳＶ１を閉じる。一方、第２圧縮機１２の油量が少ない場合には、第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２を閉じることによって、油量の偏りを抑制する。

図９は、実施の形態３において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。まずステップＳ２１において、制御装置１００は、第１圧縮機１１の油量ＯＬ１が判定しきい値Ｔｈ１よりも少ないか否かを判断する。

油量ＯＬ１が判定しきい値Ｔｈ１よりも少ない場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２２において第１の弁ＳＶ１を閉じ、第２の弁ＳＶ２を開く。これにより、油分離器から冷凍機油が第１圧縮機１１の吸入ポート側に供給されるので、油量ＯＬ１が増加する。

一方、油量ＯＬ１が判定しきい値Ｔｈ１以上である場合（Ｓ２１でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ２３において第２圧縮機１２の油量ＯＬ２が判定しきい値Ｔｈ２よりも少ないか否かを判断する。

油量ＯＬ２が判定しきい値Ｔｈ２よりも少ない場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２４において第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２を閉じる。これにより、油分離器から冷凍機油が第２圧縮機１２の吸入ポート側に供給されるので、油量ＯＬ２が増加する。

一方、油量ＯＬ２が判定しきい値Ｔｈ２以上である場合（Ｓ２３でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ２４の処理を行なわずに、現在の第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２の状態を維持する。

なお、冷凍機油の封入量は一定量であるので、油量ＯＬ１が減っている場合には、油量ＯＬ２は増えているという関係にある。このため、ステップＳ２３の判定を行なわずに、ステップＳ２１でＮＯと判定されたら、ステップＳ２４の処理を実行するようにしても良い。また、逆にステップＳ２１の判定を行なわずにステップＳ２３の判定を行ない、ステップＳ２３でＮＯと判定されたらステップＳ２２の処理を行なうようにしても良い。

このように油分配部の制御を行なうことによって、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２に対する冷凍機油の偏りを軽減することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、圧縮機を２台直列につなげて使用する場合の他の応用例を説明する。図８に示した構成において、第２の弁ＳＶ２の前に電子膨張弁またはキャピラリチューブなどを用いれば、第１の弁ＳＶ１および第２の弁ＳＶ２をともに開にして運転し、より細かな油量調整を行なうことが可能である。

図１０は、実施の形態４の冷凍サイクル装置３０１の全体構成図である。図１０に示す冷凍サイクル装置３０１は、熱源ユニット３０２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。

熱源ユニット３０２は、延長配管８４，８８によって、負荷装置３に接続されるように構成される。負荷装置３および延長配管８４，８８については、図３に示した構成と同様であるので説明は繰返さない。

熱源ユニット３０２は、図８に示した熱源ユニット２０２の構成において、油分配部１５０に代えて油分配部１５０Ａを備える。熱源ユニット３０２の他の構成は、図８に示した熱源ユニット２０２の構成と同様であるので、説明は繰返さない。

油分配部１５０Ａは、油分配部１５０の構成に加えて、流量調整弁ＬＥＶ３をさらに備える。流量調整弁ＬＥＶ３と第２の弁ＳＶ２とは、配管９５に直列に配置される。図１０では、流量調整弁ＬＥＶ３の方が第２の弁ＳＶ２よりも上流側に配置されているが、これらの配置は逆であっても良い。また、流量調整弁ＬＥＶ３が全閉可能であれば、第２の弁ＳＶ２を省略しても良い。

流量調整弁ＬＥＶ３としては、電子膨張弁を用いることができる。流量調整弁ＬＥＶ３を用いれば、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２への油の分配比率を細かく制御することが可能となる。たとえば、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２に等量の返油を行なうことも可能である。

図１１は、実施の形態４における油分配部の流量調整弁の制御状態の第１例を示す図である。第１例では、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２を開状態とし、図１１に示すように第１圧縮機１１の油量ＯＬ１が多いときは流量調整弁ＬＥＶ３の開度を小さく、第１圧縮機１１の油量ＯＬ１が少ないときは流量調整弁ＬＥＶ３の開度を大きくする。

冷凍サイクル装置に封入されている油の量は一定であるので、第１圧縮機１１の油量を調整することによって、第２圧縮機１２の油量も適量に調整される。

図１２は、実施の形態４における油分配部の流量調整弁の制御状態の第２例を示す図である。図１１に示した第１例では、第１圧縮機１１の油量ＯＬ１に応じて流量調整弁ＬＥＶ３の開度を変化させたが、逆に、第２圧縮機１２の油量ＯＬ２に応じて流量調整弁ＬＥＶ３の開度を変化させてもよい。第２例では、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２を開状態とし、図１２に示すように第２圧縮機１２の油量ＯＬ２が少ないときは流量調整弁ＬＥＶ３の開度を小さく、第２圧縮機１２の油量ＯＬ２が多いときは流量調整弁ＬＥＶ３の開度を大きくする。

冷凍サイクル装置に封入されている油の量は一定であるので、第２圧縮機１２の油量を調整することによって、第１圧縮機１１の油量も適量に調整される。

実施の形態４では、このように油分配部１５０Ａの流量調整弁ＬＥＶ３を制御することにより、２台の圧縮機の油量を適量に制御することができる。

実施の形態５．
室外機と室内機を接続する配管長が長いときなどは配管長を考慮して油を多めに封入する場合がある。しかし、運転状態によっては油量が過剰になって圧縮機に溜まる量が多くなる場合がある。その場合、アキュムレータを油溜めとして使用し、余剰冷媒をためる場合がある。

図１３は、実施の形態５の冷凍サイクル装置４０１の全体構成図である。図１３に示す冷凍サイクル装置４０１は、熱源ユニット４０２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。

熱源ユニット４０２は、延長配管８４，８８によって、負荷装置３に接続されるように構成される。負荷装置３および延長配管８４，８８については、図３に示した構成と同様であるので説明は繰返さない。

熱源ユニット４０２は、図３に示した熱源ユニット２の構成において、アキュムレータ２２と、配管９６と、第３の弁ＳＶ３と、油量センサ１３０とをさらに備える。熱源ユニット４０２の他の構成は、図３に示した熱源ユニット２の構成と同様であるので、説明は繰返さない。たとえば、第３の弁ＳＶ３として電磁弁を用いることができる。

アキュムレータ２２は、配管８９の途中に配置される。油量センサ１３０は、圧縮装置１０の油量ＯＬを検出する。

実施の形態５では、油分配部１５０Ｃが用いられる。油分配部１５０Ｃは、配管９４～９６と第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２、第３の弁ＳＶ３とを含む。配管９４は、油分離器２０の油出口と配管９３との間を接続する。第１の弁ＳＶ１は、配管９４に設けられ、油および冷媒の流通経路を開閉する。第２の弁ＳＶ２は、配管９５に設けられ、油および冷媒の流通経路を開閉する。配管９６は、配管９５の第１の弁ＳＶ１の上流部から分岐してアキュムレータ２２の入口側の配管８９に合流する。第３の弁ＳＶ３は、配管９６の途中に配置される。

実施の形態５では、第２の弁ＳＶ２に加えて第３の弁ＳＶ３を設けて、圧縮装置１０に直接油を返す場合と、アキュムレータ２２に油をためる場合を切り替える。

図１４は、実施の形態５における油分配部の電磁弁の制御状態を示す図である。図１４に示すように、通常の場合は性能を優先して第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２、第３の弁ＳＶ３を閉じる。液冷媒戻りを検知している場合は、圧縮機の潤滑不足の可能性があるので第２の弁ＳＶ２を開き、第１の弁ＳＶ１、第３の弁ＳＶ３を閉じる。液冷媒戻り非検出の通常の場合でも圧縮装置１０内の油量ＯＬが判定しきい値よりも多い場合は、第３の弁ＳＶ３を開き、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２を閉じて、アキュムレータに油をためる。

これにより、冷凍サイクル装置の能力および性能と、圧縮機内油の潤滑と、余剰油の圧縮機からの排出とのバランスをとることができる。

図１５は、実施の形態５において制御装置が実行する油分配部の電磁弁の制御を説明するためのフローチャートである。まずステップＳ３１において、制御装置１００は、液冷媒戻りが検出されているか否かを判断する。

液冷媒戻りは、実施の形態１と同様に、圧縮装置１０が吸入する冷媒の過熱度（吸入加熱度）の低下または吐出過熱度の低下を見て検出することができる。

液戻り検出有りと判断された場合（Ｓ３１でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３２において、第２の弁ＳＶ２を開き、第１の弁ＳＶ１、第３の弁ＳＶ３を閉じる。

一方、液戻り検出無しと判断された場合（Ｓ３１でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３３において、圧縮装置１０の油量ＯＬが判定しきい値Ｔｈよりも多いか否かを判断する。

油量ＯＬが判定しきい値Ｔｈよりも多い場合（Ｓ３３でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ３４において第３の弁ＳＶ３を開き、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２を閉じる。これにより、圧縮装置１０の吸入ポートに供給されていた油分離器２０から冷凍機油が、アキュムレータ２２の入口側に供給されるように変わるので、油量ＯＬが減少する。

一方、油量ＯＬが判定しきい値Ｔｈよりも少ない場合（Ｓ３３でＮＯ）、制御装置１００は、ステップＳ３５において第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２、第３の弁ＳＶ３を閉じる。

このように、油分配部１５０Ｃを制御することによって、通常は冷凍サイクル装置１の能力および性能を重視した運転が行なわれる一方で、液冷媒戻り発生時、圧縮機の油量過剰時などは圧縮装置１０の信頼性を優先する運転に切り替えることができる。

図１６は、実施の形態５の変形例の冷凍サイクル装置５０１の全体構成図である。冷凍サイクル装置５０１は、熱源ユニット５０２と、負荷装置３と、延長配管８４，８８とを備える。

熱源ユニット５０２は、延長配管８４，８８によって、負荷装置３に接続されるように構成される。負荷装置３および延長配管８４，８８については、図３に示した構成と同様であるので説明は繰返さない。

熱源ユニット５０２は、図１３に示した熱源ユニット４０２の構成において、圧縮装置１０に代えて圧縮装置１０Ａを備える。熱源ユニット５０２の他の構成は、図１３に示した熱源ユニット４０２の構成と同様であり、また圧縮装置１０Ａは、図８と同様な構成である。

制御装置１００は、第１圧縮機１１の油量ＯＬ１が不足を示す場合には、第２の弁ＳＶ２を開き、第１の弁ＳＶ１、第３の弁ＳＶ３を閉じる。また、第２圧縮機１２の油量ＯＬ２が不足を示す場合には、第１の弁ＳＶ１を開き、第２の弁ＳＶ２、第３の弁ＳＶ３を閉じる。油量ＯＬ１，ＯＬ２がいずれも不足を示さない場合には、第３の弁ＳＶ３を開き、第１の弁ＳＶ１、第２の弁ＳＶ２を閉じる。

このように制御することにより、圧縮機を２台直列に接続して使用する構成においても、過剰な油をアキュムレータ２２に貯留することができる。

なお、アキュムレータ２２にも油量センサを設けてアキュムレータの油量も制御のパラメータとして追加しても良い。冷凍サイクル装置５０１に封入されている冷凍機油の量は一定であるので、第１圧縮機１１、第２圧縮機１２、アキュムレータ２２のうちの少なくとも２つの油量を検出すれば、同様な制御が可能である。

また、以上の油量センサの検出精度を向上させるために、液冷媒が吸入された場合を除くために、温度センサおよび圧力センサを用いて圧縮機の吸入過熱度または吐出過熱度を併せて検出して、油量センサの出力と組み合わせて油量の判定を行なっても良い。

（まとめ）
以上説明した実施の形態について、再び図面を参照して説明する。

図３に示すように、本開示は、第１膨張装置ＬＥＶ１および蒸発器６０を含む負荷装置３に接続されるように構成された冷凍サイクル装置１の熱源ユニット２に関する。熱源ユニット２は、負荷装置３に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する第１流路（８０～８３，８９）と、第１流路に配置され、吸入ポートＧ１および中間圧ポートＧ３から冷媒を吸入し吐出ポートＧ２から冷媒を吐出するように構成された圧縮装置１０と、第１流路の圧縮装置１０の下流に配置され、冷媒入口、冷媒出口および油出口を有する油分離器２０と、第１流路の油分離器の下流に配置される凝縮器３０と、冷媒が循環する方向において、凝縮器３０よりも下流の第１流路の分岐点から分岐し、凝縮器３０を通過した冷媒を中間圧ポートＧ３から圧縮装置１０に戻すように構成された第２流路（９１，９３）と、第２流路に配置される第２膨張装置ＬＥＶ２と、油分離器２０の油出口から排出される冷凍機油を中間圧ポートＧ３および吸入ポートＧ１を介して圧縮装置１０に戻すように構成された油分配部１５０とを備える。油分配部１５０は、冷凍機油が中間圧ポートＧ３と吸入ポートＧ１に分配される比率を変更可能に構成される。

油分配部１５０は、油分離器２０の油出口と中間圧ポートＧ３とを連通させる第１の弁ＳＶ１と、油分離器２０の油出口と吸入ポートＧ１とを連通させる第２の弁ＳＶ２とを含む。

熱源ユニット２は、第１の弁ＳＶ１および第２の弁ＳＶ２を制御する制御装置１００をさらに備える。図４、図５に示すように、制御装置１００は、吸入ポートＧ１に対する液冷媒の戻り量が判定値よりも増加した場合に、第２の弁ＳＶ２を開き、第１の弁ＳＶ１を閉じる。

熱源ユニット２は、第１の弁ＳＶ１および第２の弁ＳＶ２を制御する制御装置１００をさらに備える。図６、図７に示すように、制御装置１００は、圧縮装置１０を起動する場合において、吐出ポートＧ２と吸入ポートＧ１の圧力差｜ＰＨ－ＰＬ｜が判定値Ｐｔｈよりも大きい場合には、第２の弁ＳＶ２を開いて圧力差を小さくする。

図８に示すように、圧縮装置１０Ａは、吸入ポートから冷媒を吸入し中間圧ポートに接続された配管に吐出する第１圧縮機１１と、中間圧ポートに接続された配管から冷媒を吸入し吐出ポートに吐出する第２圧縮機１２とを含む。

図１０に示すように、油分配部１５０Ａは、油分離器２０の油出口と中間圧ポートとを連通させる第１の弁ＳＶ１と、油分離器２０の油出口と吸入ポートとを連通させる流量調整弁ＬＥＶ３とを含む。

図１３に示すように、熱源ユニット４０２は、第１流路の圧縮装置１０の上流に配置されるアキュムレータ２２をさらに備える。油分配部１５０Ｃは、油分離器２０の油出口と中間圧ポートＧ３とを連通させる第１の弁ＳＶ１と、油分離器２０の油出口と吸入ポートＧ１とを連通させる第２の弁ＳＶ２と、油分離器２０の油出口とアキュムレータ２２の入口とを連通させる第３の弁ＳＶ３とを含む。

本開示は、他の局面では、上記のいずれかの熱源ユニット２，２０２，３０２，４０２，５０２と、負荷装置３とを備える冷凍サイクル装置１，２０１，３０１，４０１，５０１に関する。

本開示は、他の局面では、上記冷凍サイクル装置１，２０１，３０１，４０１，５０１を備える冷凍機に関する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２０１，３０１，４０１，５０１ 冷凍サイクル装置、２，２０２，３０２，４０２，５０２ 熱源ユニット、３ 負荷装置、１０，１０Ａ 圧縮装置、１１ 第１圧縮機、１２ 第２圧縮機、２０ 油分離器、２２ アキュムレータ、３０ 凝縮器、４０ 受液器、６０ 蒸発器、７０ 電磁弁、８０～８３，８５～８７，８９，９１，９３～９６ 配管、８４，８８ 延長配管、１００ 制御装置、１０４ メモリ、１１０～１１２ 圧力センサ、１２１，１２２ 温度センサ、１３０～１３２ 油量センサ、１５０，１５０Ａ，１５０Ｃ 油分配部、Ｇ１ 吸入ポート、Ｇ２ 吐出ポート、Ｇ３ 中間圧ポート、ＬＥＶ１ 第１膨張装置、ＬＥＶ２ 第２膨張装置、ＬＥＶ３ 流量調整弁、ＳＶ１ 第１の弁、ＳＶ２ 第２の弁、ＳＶ３ 第３の弁。

Claims (7)

1. 第１膨張装置および蒸発器を含む負荷装置に接続されるように構成された冷凍サイクル装置の熱源ユニットであって、
   前記負荷装置に接続されることによって、冷媒が循環する循環流路を形成する第１流路と、
   前記第１流路に配置され、吸入ポートおよび中間圧ポートから前記冷媒を吸入し吐出ポートから前記冷媒を吐出するように構成された圧縮装置と、
   前記第１流路の前記圧縮装置の下流に配置され、冷媒入口、冷媒出口および油出口を有する油分離器と、
   前記第１流路の前記油分離器の下流に配置される凝縮器と、
   前記冷媒が循環する方向において、前記凝縮器よりも下流の前記第１流路の分岐点から分岐し、前記凝縮器を通過した冷媒を前記中間圧ポートから前記圧縮装置に戻すように構成された第２流路と、
   前記第２流路に配置される第２膨張装置と、
   前記油分離器の前記油出口から排出される冷凍機油を前記中間圧ポートおよび前記吸入ポートを介して前記圧縮装置に戻すように構成された油分配部とを備え、
   前記油分配部は、前記冷凍機油が前記中間圧ポートと前記吸入ポートに分配される比率を変更可能に構成され、
   前記油分配部は、
   前記油分離器の前記油出口と前記中間圧ポートとを連通させる第１の弁と、
   前記油分離器の前記油出口と前記吸入ポートとを連通させる第２の弁とを含み、
   前記第１の弁および前記第２の弁を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記圧縮装置を起動する場合において、前記吐出ポートと前記吸入ポートの圧力差が判定値よりも大きい場合には、前記第２の弁を開いて前記圧力差を小さくする、熱源ユニット。
2. 前記制御装置は、前記吸入ポートに対する液冷媒の戻り量が判定値よりも増加した場合に、前記第２の弁を開き、前記第１の弁を閉じる、請求項１に記載の熱源ユニット。
3. 前記圧縮装置は、
   前記吸入ポートから冷媒を吸入し前記中間圧ポートに接続された配管に吐出する第１圧縮機と、
   前記中間圧ポートに接続された配管から冷媒を吸入し前記吐出ポートに吐出する第２圧縮機とを含む、請求項１に記載の熱源ユニット。
4. 前記第２の弁は、前記油分離器の前記油出口と前記吸入ポートとを連通させる流量調整弁である、請求項３に記載の熱源ユニット。
5. 前記第１流路の前記圧縮装置の上流に配置されるアキュムレータをさらに備え、
   前記油分配部は、
   前記油分離器の前記油出口と前記アキュムレータの入口とを連通させる第３の弁をさらに含む、請求項１に記載の熱源ユニット。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の熱源ユニットと、前記負荷装置とを備える冷凍サイクル装置。
7. 請求項６に記載の冷凍サイクル装置を備える冷凍機。

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