JPH0972622A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オイル分離器２から圧縮機１吸入側へのオイ
ル戻し量を低外気温時から高外気温時に至るまで、適切
に設定できるようにする。 【解決手段】 冷凍サイクルの高低圧差が所定値以下に
低下する低外気温時には、外気温センサ１０３の検出信
号が入力される制御回路１０６により凝縮器冷却ファン
１０１の回転速度を低下するとともに、オイル分離器２
内の電気ヒータ１０２を加熱状態とする。これにより、
凝縮器３の冷却能力が低下して、サイクル高圧が上昇す
る。これと同時に、電気ヒータ１０２によりオイルを加
熱する。そのため、このオイル温度が上昇し、オイルの
粘度が低下する。この結果、オイル戻し通路９からのオ
イル戻し量を、上記ファン回転速度制御とオイル加熱制
御を行わない場合に比して、増加できるので、圧縮機１
の潤滑不足を未然に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷媒とオイルとを混
合してサイクルを循環させる冷凍装置において、特に圧
縮機吐出側にオイル分離器を設け、このオイル分離器で
分離されたオイルを圧縮機吸入側に直接戻すようにした
冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のオイル分離器を備えた冷
凍装置は種々の分野で使用されており、オイル分離器で
分離されたオイルは、通常、キャピラリチューブを介し
て圧縮機吸入側に直接戻すようにしている。ところで、
キャピラリチューブは圧縮機吐出側に設けられたオイル
分離器内の高圧のオイルを減圧してから圧縮機吸入側に
戻す減圧手段としての役目をはたしているが、このキャ
ピラリチューブの流量特性から、オイル戻し量は、サイ
クルの高低圧差に比例し、オイル粘度（オイル温度）に
反比例する関係にある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、外気温が低下
してくると、冷凍熱負荷の低下によりサイクルの高低圧
差が減少するとともに、オイル温度の低下によりオイル
粘度が増大して、オイル戻し量が極端に低下する。これ
により、圧縮機の潤滑不足を招く恐れがあった。そこ
で、日本電装公開技報．整理番号９３−０７４（１９９
３年１１月１５日発行）には、上記キャピラリチューブ
を並列に２本設けるとともに、その一方のキャピラリチ
ューブの流路を開閉制御する電磁弁を設け、低外気温時
には、この電磁弁を開いて、オイル戻し量を増加させる
ようにしたものが提案されている。

【０００４】しかしながら、この従来技術では、オイル
戻し量の調整を行うためには、仕様（内径、長さ）の異
なるキャピラリチューブを用意する必要があり、そのた
めオイル戻し量のきめ細かい調整がしにくいという問題
がある。また、可動部を持つ電磁弁をサイクル内に設置
しているので、信頼性に欠けるという問題もある。

【０００５】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
オイル分離器から圧縮機吸入側へのオイル戻し量を低外
気温時から高外気温時に至るまで、適切に設定できる冷
凍装置を提供することを目的とする。また、本発明の他
の目的は、オイル戻し量のきめ細かい調整を容易に行う
ことができる冷凍装置を提供することにある。

【０００６】

【発明の概要】本発明は上記目的を達成するため、以下
の技術的手段を採用する。請求項１記載の発明では、圧
縮機（１）吐出側に配設されたオイル分離器（２）で分
離されたオイルを加熱する加熱手段（１０２）を備える
とともに、凝縮器（３）に冷却空気を送風する冷却ファ
ン（１０１）および前記加熱手段（１０２）を制御する
制御手段（１０６）を備え、冷凍サイクルの高低圧差が
所定値以下に低下する運転条件下では、前記制御手段
（１０６）により冷却ファン（１０１）の回転速度を低
下するとともに、前記加熱手段（１０２）を加熱状態と
することを特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明では、前記制御手段
（１０６）は、前記冷凍サイクルの高低圧差が所定値以
下に低下する運転条件を外気温の低下により判定するこ
とを特徴としている。請求項３記載の発明では、前記制
御手段（１０６）は、前記冷凍サイクルの高低圧差が所
定値以下に低下する運転条件をサイクル高圧の低下によ
り判定することを特徴としている。

【０００８】請求項４記載の発明では、前記加熱手段
は、電気ヒータ（１０２）からなり、前記冷却ファン
（１０１）はモータ（１０１ａ）により駆動される電動
ファンからなり、前記冷凍サイクルの高低圧差が所定値
以下に低下する運転条件下では、前記制御手段（１０
６）により前記電気ヒータ（１０２）を前記冷却ファン
（１０１）の駆動用モータ（１０１ａ）に直列接続する
ことを特徴としている。

【０００９】請求項１〜４記載の発明によれば、冷凍サ
イクルの高低圧差が所定値以下に低下する運転条件下で
は、制御手段（１０６）により冷却ファン（１０１）の
回転速度を低下するとともに、加熱手段（１０２）を加
熱状態としているから、凝縮器（３）の冷却能力が低下
して、サイクル高圧が上昇する。これと同時に、電気加
熱手段（１０２）によりオイルを加熱する。そのため、
このオイル温度が上昇し、オイルの粘度が低下する。

【００１０】以上により、低外気温時における、オイル
戻し通路（９）からのオイル戻し量を、上記ファン回転
速度制御とオイル加熱制御を行わない場合に比して、増
加できるので、オイル戻し量が低外気温時に極端に低下
して、圧縮機（１）の潤滑不足が発生するのを未然に防
止できる。また、上記制御により低外気温時におけるオ
イル戻し量の確保ができるため、オイル戻し通路（９）
の減圧手段（８）として、減圧度合いの大きいものを使
用することができるので、高外気温時におけるオイル戻
し量が過剰になることもない。

【００１１】従って、低外気温時から高外気温時に至る
広範な外気温度変化に対して、常に適正なオイル戻し量
を維持でき、圧縮機（１）の潤滑確保と冷凍能力向上に
貢献できる。しかも、本発明では、上記したファン回転
速度制御とオイル加熱制御により低外気温時のオイル戻
し量を確保しているから、ファン回転速度の低下量とオ
イル加熱量の調整は電気的に容易に行うことができる。
それ故、従来技術のように、オイル戻し量の調整を行う
ために、仕様（内径、長さ）の異なるキャピラリチュー
ブを用意する必要がなく、オイル戻し量のきめ細かい調
整を容易に行うことができる。また、電磁弁のような可
動部を持つ機器をサイクル内に設置する必要がないの
で、冷凍装置の信頼性も向上できる。

【００１２】上記作用効果に加えて、請求項４記載の発
明では、冷凍サイクルの高低圧差が所定値以下に低下す
る運転条件下では、制御手段（１０６）により、冷却フ
ァン（１０１）の駆動用モータ（１０１ａ）に、加熱手
段をなす電気ヒータ（１０２）を直列接続しているか
ら、電気ヒータ（１０２）それ自体をモータ（１０１
ａ）の速度低下用の抵抗器として利用でき、電気制御部
の回路構成を簡潔にすることができ、コスト低減を図る
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明を車両用冷凍装置、よ
り具体的に言えば、冷凍車用の冷凍装置に適用した場合
を示しており、この冷凍車用の冷凍装置（冷凍サイク
ル）は、冷媒圧縮機１、オイル分離器２、冷媒凝縮器
３、レシーバ４、温度作動式膨張弁（減圧手段）５、冷
媒蒸発器６、およびアキュムレータ７を、金属製パイプ
またはゴム製パイプよりなる冷媒配管によって順次接続
した閉回路より構成されている。

【００１４】冷媒圧縮機１は、自動車のエンジンルーム
（図示せず）内に設置された走行用エンジンにベルトと
電磁クラッチ（動力断続手段）１１０を介して連結され
ている。この冷媒圧縮機１は、電磁クラッチ１１０が接
続状態となり、エンジンの回転動力が伝達されると、起
動する。圧縮機１の作動により、アキュムレータ７下流
側よりガス冷媒を吸入、圧縮して、高温高圧の過熱ガス
冷媒をオイル分離器２側へ吐出する。

【００１５】また、圧縮機１としては斜板型圧縮機等の
公知の種々の形式のものを使用でき、冷媒中に混合され
ているオイルにより圧縮機１内部の機構の潤滑を行うよ
うになっている。オイル分離器２は、圧縮機１からの吐
出ガス冷媒に混合されているオイルを分離するもので、
オイルの分離構造は例えばガス冷媒とオイルの比重差を
利用してオイルを遠心分離する公知の構造でよい。この
オイル分離器２内の下部側にはオイルを溜めておくオイ
ル溜室２ａが設けてあり、このオイル溜室２ａには、オ
イルを加熱する加熱手段として電気ヒータ１０２が設置
されている。

【００１６】オイル分離器２のオイル溜室２ａ内のオイ
ルは、キャピラリチューブ８を有するオイル戻し通路９
によって圧縮機１の吸入側通路に直接戻すようにしてあ
る。キャピラリチューブ８はオイル分離器２内の高圧の
オイルを減圧してから圧縮機１の吸入側に戻す減圧手段
として設けられている。冷媒凝縮器３は、冷媒圧縮機１
の吐出ガス冷媒を冷却ファン１０１により送られてくる
冷却空気と熱交換させて冷媒を冷却、凝縮させる。冷却
ファン１０１はモータ１０１ａにより駆動される電動フ
ァンから構成されている。

【００１７】レシーバ４は、冷媒凝縮器２で凝縮した冷
媒の気液を分離して、液冷媒のみを導出するものであ
る。温度作動式膨張弁５は、冷媒蒸発器６の冷媒入口部
側に接続され、レシーバ４からの高温高圧の液冷媒を断
熱膨張して低温低圧の気液二相の霧状冷媒にする減圧手
段として働くもので、冷媒蒸発器６の冷媒出口部の冷媒
過熱度を所定値に維持するよう弁開度を自動調整するよ
うになっている。

【００１８】冷媒蒸発器６は、冷凍車の冷凍庫１０内に
設置され、冷凍庫１０内を冷却するもので、膨張弁５の
下流側とアキュムレータ７の入口側との間に接続されて
いる。この蒸発器６は、膨張弁５より内部に流入した気
液二相状態の冷媒を庫内空気循環用ファン１０９により
送風される庫内空気と熱交換させて冷媒を蒸発させ、そ
の蒸発潜熱により庫内空気を冷却する冷却手段として働
く。ファン１０９もモータ１０９ａにより駆動される電
動ファンから構成されている。

【００１９】アキュムレータ７は、蒸発器６の出口側に
接続されて、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス
冷媒を導出するものである。次に、図２を参照しなが
ら、電気制御部分について説明すると、冷凍装置制御用
の制御回路１０６は、乗員により手動操作される冷凍運
転スイッチ１１１を介して車載バッテリ１０７から電源
の供給を受けて、起動するようになっている。

【００２０】制御回路１０６には、冷凍庫１０内の温度
を検出する庫内温度センサ１０８、および外気温度を検
出する外気温センサ１０３から検出信号が入力されるよ
うになっている。そして、制御回路１０６はこれらの入
力信号と設定値とを比較して、高圧上昇リレーコイル１
０４と冷凍リレーコイル１０５の通電を制御するように
なっている。この両リレーコイル１０４、１０５はそれ
ぞれリレー接点１０４ａ、１０５ａを開閉する。

【００２１】次に、上記構成において作動を説明する。
冷凍運転スイッチ１１１が乗員により閉成されると、制
御回路１０６が起動し、庫内温度センサ１０８により検
出される冷凍庫１０内の温度が、乗員により設定された
設定温度（例えば−１８°Ｃ）より高いときは、制御回
路１０６内の比較回路（図示せず）によりこの温度判定
が行われ、冷凍リレーコイル１０５に通電されるので、
冷凍リレー接点１０５ａが閉成する。

【００２２】これにより、電磁クラッチ１１０に通電さ
れ、電磁クラッチ１ａが接続状態となるので、自動車エ
ンジンの回転が圧縮機１に伝達され、圧縮機１が起動す
る。また、このとき、ファンモータ１０９ａに通電さ
れ、庫内空気循環用ファン１０９が作動し、庫内空気が
蒸発器６に送風される。一方、外気温センサ１０３によ
り検出される外気温が設定温度（例えば、１０°Ｃ）よ
り高いと、制御回路１０６内の比較回路（図示せず）に
よりこの温度判定が行われ、高圧上昇リレーコイル１０
４への通電を遮断する。すると、高圧上昇リレーの接点
１０４ａは常閉側固定接点１０４ｂに閉成している。

【００２３】これにより、凝縮器３の冷却ファン１０１
のモータ１０１ａには車載バッテリ１０７の電源電圧が
直接印加され、冷却ファン１０１は高速（Ｈｉ）モード
で作動する。このとき、電気ヒータ１０２は通電されな
いので、オイル分離器２のオイル溜室２ａ内のオイルを
加熱しない。圧縮機１から吐出された過熱ガス冷媒は、
オイル分離器２でオイルと分離された後に、凝縮器３に
流入し、ここで冷却ファン１０１により送風される冷却
空気と熱交換して冷媒が冷却され、凝縮する。この凝縮
冷媒は、ガス冷媒を一部含む飽和液冷媒であって、レシ
ーバ４内に流入し、ここで冷媒の気液が分離される。

【００２４】そして、液冷媒のみがレシーバ４より導出
され、温度作動式膨張弁５に流入する。この膨張弁５に
おいて、液冷媒は減圧され、低温、低圧の気液２相冷媒
となる。次いで、この気液２相冷媒は蒸発器６にて庫内
空気と熱交換して蒸発し、その蒸発潜熱により庫内空気
を冷却する。蒸発器６にて蒸発した過熱ガス冷媒はアキ
ュムレータ７を介して圧縮機１に吸入され、再度圧縮さ
れる。

【００２５】ところで、上記冷凍装置の作動において、
外気温が上記のごとく設定温度より高いときは、冷凍熱
負荷が大きいので、サイクル高圧が高くなり、サイクル
の高低圧差が大きくなる。そこで、冷却ファン１０１は
高速（Ｈｉ）モードで作動させて、凝縮器３の冷却能力
を高めることによりサイクル高圧の上昇を抑制する。ま
た、電気ヒータ１０２への通電を遮断することにより、
オイルへの加熱を停止してオイル温度の過度な上昇を止
める。これにより、オイル戻し通路９からのオイル戻し
量が過剰になるのを抑制する。

【００２６】一方、外気温が上記設定温度より低くなる
低外気温時には、この外気温の低下が制御回路１０６に
て判定され、高圧上昇リレーコイル１０４に通電される
ので、リレー接点１０４ａが常開側の固定接点１０４ｃ
に吸引され閉成する。すると、電気ヒータ１０２が凝縮
器３の冷却ファン１０１のモータ１０１ａに直列接続さ
れるため、モータ１０１ａへの印加電圧が低下して冷却
ファン１０１は低速（Ｌｏ）モードで作動する。

【００２７】これにより、凝縮器３の冷却能力が低下し
て、サイクル高圧が上昇する。これと同時に、電気ヒー
タ１０２に通電され、電気ヒータ１０２が発熱し、オイ
ル分離器２のオイル溜室２ａ内のオイルを加熱する。そ
のため、このオイル温度が上昇し、オイルの粘度が低下
する。以上により、低外気温時における、オイル戻し通
路９からのオイル戻し量を、上記制御を行わない場合に
比して増加できるので、オイル戻し量が低外気温時に極
端に低下して、圧縮機１の潤滑不足が発生するのを未然
に防止できる。

【００２８】なお、図３は高圧上昇リレーコイル１０４
への通電のＯＮ、ＯＦＦ制御特性を示すもので、外気温
が１０°Ｃまで低下すると、リレーコイル１０４に通電
（ＯＮ）し、外気温が１５°Ｃまで上昇すると、リレー
コイル１０４の通電を遮断（ＯＦＦ）するようになって
いる。次に、本発明によるオイル戻し量制御の作用効果
を実験例に基づいて具体的に説明すると、キャピラリチ
ューブ８として、内径φ１．２５ｍｍ、長さ６ｍのもの
を用い、圧縮機１として吐出容量１７７ｃｃの斜板型の
もの、冷媒としてＲ４０４Ａ、オイルとしてＰＡＧ系
（ポリアルキルグリコール系）をそれぞれ用い、庫内温
度−３０°Ｃ、圧縮機回転数１８００ｒｐｍの条件で冷
凍装置を運転したところ、図４に示すオイル戻し量の制
御特性が得られた。

【００２９】図４において、３５°Ｃの高外気温時に
は、オイル戻し量が４．２ｋｇ／ｈとなり、目標値の
１．６ｋｇ／ｈを上回る適正な値となった。上記仕様の
キャピラリチューブ８によれば、その流量特性から、外
気温が１０°Ｃまで低下すると、オイル戻し量は０．４
ｋｇ／ｈまで低下する。このときの高低圧差は０．９Ｍ
Ｐａで、オイル分離器２内のオイル温度は４０°Ｃであ
った。本発明によれば、外気温度が１０°Ｃまで低下す
ると、前述したように高圧上昇リレーコイル１０４を作
動させて、冷却ファン１０１の回転数低下および電気ヒ
ータ１０２によるオイル加熱制御を自動的に実施して、
オイル戻し量を増加できる。

【００３０】これにより、外気温が−１０°Ｃまで低下
したときにも、目標値の０．３ｋｇ／ｈを上回るオイル
戻し量を確保できた。因みに、比較例として、キャピラ
リチューブ８として、内径φ１．２５ｍｍ、長さ１ｍ
（上記実験例は長さ６ｍ）のものを用いて、本発明によ
る制御を実施しない場合には、外気温＝−１０°Ｃ〜３
５°Ｃの変化に対して、オイル戻し量が０．４ｋｇ／ｈ
〜１４．０ｋｇ／ｈの広範な変動を示し、低外気温時に
は問題がないものの、高外気温時にはオイル戻し量が過
多となり、サイクル循環冷媒量が減少して冷凍能力の低
下を招くという問題を生じていた。

【００３１】これに対し、本発明によれば、上記自動制
御を行うことにより、低外気温時および高外気温時の双
方において適正なオイル戻し量を確保できた。図５は本
発明の他の実施形態を示すもので、冷凍サイクルの高低
圧差が所定値以下に低下する運転条件を判定する手段と
して、外気温でなく、サイクル高圧を検出して判定する
ようにした例である。

【００３２】すなわち、本例では、サイクル高圧側回
路、例えば凝縮器３の下流側回路に、圧力センサ１１２
を設置し、この圧力センサ１１２の検出信号を制御回路
１０６に入力し、高圧が設定値例えば０．８ＭＰａまで
低下すると、高圧上昇リレーコイル１０４を作動させ
て、冷却ファン１０１の回転数低下および電気ヒータ１
０２によるオイル加熱制御を自動的に実施する。

【００３３】そして、高圧が設定値例えば１．０ＭＰａ
まで上昇すると、高圧上昇リレーコイル１０４の作動を
停止して、冷却ファン１０１の回転数を上昇させるとと
もに、電気ヒータ１０２によるオイル加熱を自動的に停
止する。このように、高圧の低下に対応して、冷却ファ
ン１０１の回転数低下および電気ヒータ１０２によるオ
イル加熱制御を自動的に実施するようにしても、同様の
作用効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を例示する冷凍サイクル図で
ある。

【図２】図１の冷凍サイクルの制御回路図である。

【図３】図２の制御回路に用いられている高圧上昇リレ
ーコイルの作動説明図である。

【図４】本発明の実験結果を示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…オイル分離器、３…凝縮器、８…キャ
ピラリチューブ、９…オイル戻し通路、１０１…冷却フ
ァン、１０２…電気ヒータ、１０３…外気温センサ、１
０６…制御回路、１１２…圧力センサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機（１）
   と、 この圧縮機（１）吐出側に設けられ、圧縮機（１）から
   吐出された冷媒とオイルとを分離するオイル分離器
   （２）と、 このオイル分離器（２）で分離されたオイルを、減圧手
   段（８）を介して圧縮機（１）吸入側に戻すオイル戻し
   通路（９）と、 前記オイル分離器（２）で分離されたガス冷媒を冷却し
   て凝縮する凝縮器（３）と、 この凝縮器（３）に冷却空気を送風する冷却ファン（１
   ０１）と、 前記オイル分離器（２）で分離されたオイルを加熱する
   加熱手段（１０２）と、 前記冷却ファン（１０１）および前記加熱手段（１０
   ２）を制御する制御手段（１０６）とを備え、 冷凍サイクルの高低圧差が所定値以下に低下する運転条
   件下では、前記制御手段（１０６）により冷却ファン
   （１０１）の回転速度を低下するとともに、前記加熱手
   段（１０２）を加熱状態とすることを特徴とする冷凍装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御手段（１０６）は、前記冷凍サ
   イクルの高低圧差が所定値以下に低下する運転条件を外
   気温の低下により判定することを特徴とする請求項１に
   記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段（１０６）は、前記冷凍サ
   イクルの高低圧差が所定値以下に低下する運転条件をサ
   イクル高圧の低下により判定することを特徴とする請求
   項１に記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段は、電気ヒータ（１０２）
   からなり、 前記冷却ファン（１０１）はモータ（１０１ａ）により
   駆動される電動ファンからなり、 前記冷凍サイクルの高低圧差が所定値以下に低下する運
   転条件下では、前記制御手段（１０６）により前記電気
   ヒータ（１０２）を前記冷却ファン（１０１）の駆動用
   モータ（１０１ａ）に直列接続することを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍装置。