JPWO2015045011A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置は、圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順に接続したものであって、オイルセパレータに接続され、オイルセパレータ内で分離した冷凍機油を分岐する分配器（１０）と、分配器により分岐された冷凍機油を圧縮機の吸入側に流出するものであって、絞り機構（１１Ｂ）を有する第１返油流路（１１）と、分配器により分岐された冷凍機油を圧縮機の吸入側に流出するものであって、冷凍機油を貯留する油タンク及び油タンクと圧縮機の吸入側との間に設けられた開閉弁（１２Ｂ）を備えた第２返油流路（１２）とを備えている。分配器は、オイルセパレータに接続される流入開口部（１０Ｂ）と、第１返油流路に接続される第１返油開口部（１０Ｃ）と、第２返油流路に接続される第２返油開口部（１０Ｄ）とが形成された分配器本体を有するものであり、第１返油開口部は、分配器本体の上方に設けられており、第２返油開口部は、分配器本体の下方に設けられている。

Description

本発明は、オイルセパレータにより分離された冷凍機油を圧縮機に返油する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来から、圧縮機、油分離器、凝縮器、絞り装置、蒸発器が順に接続された冷凍サイクル装置において、圧縮機から冷媒とともに冷凍機油が吐出されるために、圧縮機の吐出側にオイルセパレータが設けられている。そして、オイルセパレータにおいて冷媒から分離された冷凍機油は再び圧縮機の吸入側へ返油するようになっている。ここで、オイルセパレータから圧縮機への返油を行う種々の流路及び制御が提案されている（例えば特許文献１−３参照）。

特許文献１には、オイルセパレータと圧縮機の吸入側との間に、毛細管が設けられた接続管及び油タンクと開閉弁と毛細管とを有する流路とが並列に接続された冷凍サイクル装置が開示されている。そして、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度及び接続管を流れる冷凍機油の温度（もしくは圧縮機に吸入される冷媒の温度）に基づいて開閉弁の開閉が制御されている。特許文献２には、オイルセパレータにキャピラリを介して油タンクが接続されており、油タンクと圧縮機の吸入側との間には、電磁弁を有する第１の回路及び第２の回路が並列に接続された空気調和機が開示されている。そして、運転停止後に再起動する際、電磁弁を開放し、油タンクに貯留された冷凍機油が圧縮機に供給されるようになっている。特許文献３には、オイルセパレータと圧縮機の吸入側との間には、絞り手段が設けられた第１の流路と、絞り手段及び電磁弁が設けられた第２の流路とが並列に接続された空気調和装置が開示されている。そして、圧縮機の吸入側の過熱度もしくは運転周波数に基づいて電磁弁の開閉が制御されている。

特開２０１１−１９６５９４号公報 特開平５−２６４１１０号公報 特開２００５−３４５０３２号公報

ここで、オイルセパレータは冷媒と冷凍機油とを完全に分離させるものではなく、冷媒と冷凍機油が混合した状態でオイルセパレータから流出する。したがって、特許文献１、２のように、オイルセパレータに油タンクが接続された場合であっても冷凍機油のみを油タンクに貯留することはできず、余剰な冷凍機油が冷凍サイクルを循環することになる。そのため、圧縮機内に余剰な冷凍機油が供給され、圧縮機入力が増大する場合がある。また、特許文献１−３において、過剰な冷凍機油が圧縮機から吐出された場合、オイルセパレータにおける分離能力が超過しオイル分離効率が低下する。すると、大量の冷凍機油が冷凍サイクル内に滞留した状態になり、圧縮機内の冷凍機油が枯渇する場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機入力の低減を図りながら、圧縮機内に冷凍機油を確実に供給し信頼性を確保することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順に接続した冷凍サイクル装置であって、オイルセパレータに接続され、オイルセパレータ内で分離された冷凍機油を分岐する分配器と、分配器により分岐された冷凍機油を圧縮機の吸入側に流出するものであって、絞り機構を有する第１返油流路と、分配器により分岐された冷凍機油を圧縮機の吸入側に流出するものであって、冷凍機油を貯留する油タンク及び油タンクと圧縮機の吸入側との間に設けられた開閉弁を備えた第２返油流路とを備え、分配器は、オイルセパレータに接続される流入開口部と、第１返油流路に接続される第１返油開口部と、第２返油流路に接続される第２返油開口部とが形成された分配器本体を有するものであり、第１返油開口部は、分配器本体の上方に設けられており、第２返油開口部は、分配器本体の下方に設けられていることを特徴とする。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、第１返油開口部が分配器本体の上方に設けられており、第２返油開口部が分配器本体の下方に設けられていることにより、油タンク側に優先的に冷凍機油が貯留されるため、余剰の冷凍機油による圧縮機入力の増大を防止するとともに、冷凍サイクル内に滞留する冷凍機油の油量を低減してオイルセパレータの容積不足によるオイル分離効率の低下を抑え、圧縮機内に冷凍機油を確実に供給し信頼性を確保することができる。

本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１を示す冷媒回路図である。 図１の冷凍サイクル装置における分配器の一例を示す模式図である。 図１の冷凍サイクル装置における室外機の一例を示す模式図である。 図１の開閉制御手段による開閉弁の制御の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の冷凍サイクル装置の好ましい実施形態について説明する。図１は冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。冷凍サイクル装置１は、圧縮機２、オイルセパレータ３、凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６を順に接続する。圧縮機２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。オイルセパレータ３は圧縮機２から吐出された高温高圧の冷媒と冷凍機油とを分離するものであって、例えば遠心分離や重力、フィルタなどの作用により冷媒と冷凍機油とを分離する。オイルセパレータ３で冷凍機油を分離するため、冷凍機油が混入することに起因する伝熱性能低下や圧損増大によるサイクル性能低下を抑制することができる。

凝縮器４は、圧縮機２において圧縮された冷媒と例えば屋外の空気（外気）との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させるものである。なお、凝縮器４へ外気を送り込む凝縮器用ファン４ａが設置されており、凝縮器用ファン４ａから凝縮器４へ送風が行われる。膨張弁５は、開度を変化させて通過する冷媒の流量等を調整して冷媒の圧力を調整し、蒸発器６側へ冷媒を流出するものである。蒸発器６は、膨張弁５によって低圧状態になった冷媒と空気との熱交換を行うものである。なお、蒸発器６へ蒸発器用ファン６ａが設置されており、蒸発器用ファン６ａから送風が行われる。

次に、図１を参照して冷凍サイクル装置１の動作例について説明する。まず、圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ３において冷媒と冷凍機油とが分離された後、凝縮器４に流入する。凝縮器４に流入した冷媒は、外気との熱交換により放熱して凝縮する。凝縮した高圧液冷媒は、膨張弁５により減圧されて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、蒸発器６において冷却対象となる空気等の負荷から吸熱して低圧ガス冷媒となって圧縮機２の吸入側へ流出する。そして、再び圧縮機２において冷媒が吸入される。

ここで、冷媒が凝縮器４、膨張弁５及び蒸発器６を経由して圧縮機２へ循環する際、冷凍機油も冷凍サイクル内を循環する。この際の冷凍機油の移動速度は冷媒の移動速度よりも遅いため、見かけ上、冷凍機油は冷凍サイクル内に滞留した状態になる。１つの冷凍サイクルの配管が長くなるほど滞留する冷凍機油の油量は多くなり、滞留する冷凍機油が多くなるほど圧縮機２の内部での油量が低下する。このような状況であっても圧縮機２の内部での油量が低下するのを防止するためには、冷凍サイクル装置１に封入する冷凍機油の油量を多くせざるを得ない。一方、図１に示すように、圧縮機２の吐出側に設けられたオイルセパレータ３において冷媒中の冷凍機油が分離されることにより、冷媒に対する冷凍機油の循環率を低く抑えることができる。よって、冷凍サイクルの配管の長さが圧縮機２の内部での油量の低下、もしくは冷凍サイクル装置１内に封入する冷凍機油の油量の増大には影響しない。

しかしながら、オイルセパレータ３でのオイル分離効率が低下し、冷凍機油を分離可能な分離能力を超えた場合、オイルセパレータ３において分離できなかった冷凍機油がオイルセパレータ３から膨張弁５側へ循環し、圧縮機２の内部での油量の低下が生じる状況になる。特に、例えば低外気で液冷媒が圧縮機２の内部に存在した状態で圧縮機２を起動した場合、もしくは暖房運転時に圧縮機２の内部に液冷媒と冷凍機油とが存在した状態でデフロスト後の再起動した場合、液冷媒が急激に発泡（気化）し、もしくは冷凍機油の冷媒溶解度が急激に低下する。すると、圧縮機２のシェル内の冷凍機油が大量に圧縮機２から冷媒とともに排出され、オイルセパレータ３において冷凍機油が分離されないまま、凝縮器４、膨張弁５及び蒸発器６を循環する。この大量に吐出された冷凍機油が戻る時間までに圧縮機２内の油量が低下してしまい、潤滑不良などの信頼性の低下を招くことになる。

そこで、図１の冷凍サイクル装置１は、圧縮機２の起動時等の圧縮機２において冷凍機油の枯渇が生じやすい状況においても、確実に圧縮機２に冷凍機油を供給し、圧縮機２内の油量の低下による信頼性の低下を抑えるようになっている。具体的には、冷凍サイクル装置１は、分配器１０、第１返油流路１１、第２返油流路１２を有している。

図２は図１の冷凍サイクル装置における分配器の一例を示す模式図である。図１及び図２の分配器１０は、オイルセパレータ３内で分離した冷凍機油を第１返油流路１１と第２返油流路１２とに分岐させるものであって、流入開口部１０Ｂ、第１返油開口部１０Ｃ、第２返油開口部１０Ｄが形成された分配器本体１０Ａを有している。流入開口部１０Ｂはオイルセパレータ３に接続されており、第１返油開口部１０Ｃは第１返油流路１１に接続されており、第２返油開口部１０Ｄは第２返油流路１２に接続されている。

流入開口部１０Ｂ及び第１返油開口部１０Ｃは、分配器本体１０Ａの上方に設けられており、第２返油開口部１０Ｄは、分配器本体１０Ａの下方に設けられている。分配器１０は、オイルセパレータ３から流れる冷凍機油と冷媒とを分離し、分離した冷凍機油が重力により優先的に第２返油開口部１０Ｄ側へ流れるような構造を有している。すなわち、オイルセパレータ３は冷媒と冷凍機油とを完全に分離するものではないため、冷凍機油は冷媒が混合した状態でオイルセパレータ３から分配器１０に流れる。分配器１０内に流入した冷凍機油の密度は高温（ガス状態）の冷媒の密度よりも高い。このため、重力により冷凍機油は冷媒よりも分配器本体１０Ａの下側に流れやすい。したがって、分配器１０に流入した冷凍機油は、分配器本体１０Ａ内で冷媒が分離された際に優先的に第２返油開口部１０Ｄ側に流れる。なお、分配器１０においても冷凍機油と冷媒とが完全に分離されるものではなく、第１返油開口部１０Ｃからも冷媒が混合した冷凍機油が分岐され圧縮機２の吸入側に返油される。

特に、分配器本体１０Ａ内の流路面積Ｄ１は、流入開口部１０Ｂ、第１返油開口部１０Ｃ、第２返油開口部１０Ｄの流路面積Ｄ２よりも大きくなるように形成されている（Ｄ１＞Ｄ２）。したがって、流入開口部１０Ｂから流入した冷凍機油の流速は分配器本体１０Ａ内で低下し、冷媒が混合した冷凍機油への影響力は流速よりも重力の方が大きくなる。このため、分配器本体１０Ａ内において冷媒と冷凍機油との分離をさらに促進することができる。

第１返油流路１１は、分配器１０の第１返油開口部１０Ｃ及び圧縮機２の吸入側に接続されており、分配器１０において分岐した冷凍機油を圧縮機２に戻す流路を形成している。第１返油流路１１は、分岐配管１１Ａ及び分岐配管１１Ａ上に配置された絞り機構１１Ｂを有している。絞り機構１１Ｂは、分岐配管１１Ａ内を流れる冷凍機油を減圧するものであって、例えばキャピラリチューブもしくは電子制御弁等からなっている。

第２返油流路１２は、分配器１０の第１返油開口部１０Ｃ及び圧縮機２の吸入側に接続されたものであって、第１返油流路１１と並列な流路を形成している。第２返油流路１２は、油タンク１２Ａと開閉弁１２Ｂとを有している。油タンク１２Ａは、分配器１０の第２返油開口部１０Ｄに接続されており、分配器１０の第２返油開口部１０Ｄから流れる冷凍機油を貯留するものである。開閉弁１２Ｂは、油タンク１２Ａの下側に接続されている。

開閉弁１２Ｂは、例えば電磁弁等からなるものであって、油タンク１２Ａの下側に接続されているとともに、圧縮機２の吸入側に接続されている。なお、開閉弁１２Ｂの動作は開閉制御手段２０により制御されている。そして、開閉弁１２Ｂが閉止された場合、第２返油流路１２に流れ込んだ冷凍機油が油タンク１２Ａ内に貯留され、冷凍機油は第２返油流路１２から圧縮機２へ流れない。なお、油タンク１２Ａが冷凍機油で満たされた場合、オイルセパレータ３から供給される冷凍機油は分配器１０を介して第１返油流路１１から圧縮機２側へ流れることになる。一方、開閉弁１２Ｂが開放された場合、圧縮機２の吐出側と吸入側との圧力差により、油タンク１２Ａ内の冷凍機油が圧縮機２へ供給される。

図３は図１の冷凍サイクル装置１における室外機の一例を示す模式図である。図３の室外機には、上述した圧縮機２、オイルセパレータ３及び凝縮器４もしくは蒸発器６になる熱交換器等が収容されているとともに、開閉弁１２Ｂ、膨張弁５、絞り機構１１Ｂ等の冷媒部品が収容されている。なお、冷凍サイクルを形成する配管類は、室外機の内部に集約されている。上述した油タンク１２Ａ及びオイルセパレータ３は、圧縮機２の上方に設置することで省スペースを実現できる。

次に、図１から図３を参照して冷凍機油の流れについて説明する。圧縮機２から冷媒とともに吐出された冷凍機油は、オイルセパレータ３において冷媒から分離され、冷媒が混合した状態で分配器１０の流入開口部１０Ｂへ流入する。分配器１０に流入した冷凍機油は、第１返油開口部１０Ｃから第１返油流路１１へ分岐されるとともに、第２返油開口部１０Ｄから第２返油流路１２へ分岐される。この際、分配器１０内においても、冷媒と冷凍機油とが分離され、冷凍機油が重力の影響で下側の第２返油開口部１０Ｄ側（第２返油流路１２側）へ優先的に流れる。特に、分配器本体１０Ａ内の流路面積Ｄ１は、各開口部１０Ｂ〜１０Ｄの流路面積Ｄ２よりも大きくなっているため、分配器本体１０Ａ内の冷凍機油は流動力よりも重力に影響されやすくなり、ガス冷媒よりも密度の高い冷凍機油が下方の第２返油開口部１０Ｄ（第２返油流路１２側）側へ第１返油開口部１０Ｃよりも優先的に流れる。

流入開口部１０Ｂから第１返油流路１１へ流入した冷凍機油は、絞り機構１１Ｂを介して圧縮機２の吸入側へ流れる。一方、第２返油開口部１０Ｄから第２返油流路１２へ流入した冷凍機油は、油タンク１２Ａ内に流れる。ここで、開閉弁１２Ｂが閉止している場合、油タンク１２Ａ内に冷凍機油が貯留されていく。なお、油タンク１２Ａに冷凍機油が貯留されていく最中も、冷凍機油は第１返油流路１１側を通って圧縮機２へ供給される。そして、油タンク１２Ａが冷凍機油で満たされた場合、冷凍機油は分配器１０から第２返油流路１２側へは流れず、第１返油流路１１側から圧縮機２へ流れる。一方、開閉弁１２Ｂが開放した場合、油タンク１２Ａに貯留された冷凍機油が圧縮機２の吸入側へ供給される。この際、第１返油流路１１からも冷凍機油が圧縮機２の吸入側へ供給される。

このように、分配器１０に冷媒と冷凍機油が混合して流入した際、分配器１０は冷凍機油が第１返油流路１１よりも第２返油流路１２側に優先的に流れるように冷凍機油を分配するため、第２返油流路１２の油タンク１２Ａに確実に短時間で冷凍機油を貯留させることができる。したがって、圧縮機２内に余剰な冷凍機油が存在せず、圧縮機２内のロータやシャフトといった回転系による油の撹拌ロスが発生しないため、圧縮機入力の低減を図ることができる。また、冷凍機油の撹拌増大により、圧縮機２から吐出される油量増加がないため、伝熱低下や圧損増大によるサイクル性能低下が抑制される。さらに、開閉弁１２Ｂが閉止状態であるときにであっても、油タンク１２Ａの容量以上に冷凍機油を貯留することがないため、圧縮機２における冷凍機油の枯渇を防止することができるとともに、バイパスロスを抑制することができる。

特に、冷媒としてＲ３２冷媒（ハイドロフルオロカーボン）が用いられている場合、Ｒ４１０Ａ冷媒等に比べて冷媒に冷凍機油が溶解しにくい性質を有しているため、冷媒雰囲気内での冷凍機油の粘度が高くなる傾向がある。冷凍機油の粘度が高い場合、冷凍サイクル内に滞留する油量が増大するため、油タンク１２Ａによる余剰油の貯留の効果が顕著になる。

また、分配器１０の下流側に絞り機構１１Ｂが設けられているため、従来のようにオイルセパレータ３からキャピラリチューブを介して油タンクに流れる場合に比べて、油タンク１２Ａの寸法を小さくすることができる。すなわち、オイルセパレータ３の冷凍機油がキャピラリチューブにおいて減圧された後に油タンク１２Ａに流入する場合、減圧後の冷凍機油の速度は減圧前の冷凍機油の速度よりも大きくなり、重力の影響よりも流動による影響の方が大きくなる。そのため、油タンク１２Ａ内に流れる冷媒を含む冷凍機油のうち冷凍機油を優先的に貯留させるためには、油タンク１２Ａの寸法を大きくする必要があり、室外機のスペースが圧迫されてしまう。一方で図１の冷凍サイクル装置１においては、分配器１０の下流側に絞り機構１１Ｂが設けられているため、減圧されてから分配器１０で分離する場合と比較して分配器１０の大きさを小さくすることができる。

また、開閉弁１２Ｂが開放された場合、冷凍機油は第１返油流路１１及び第２返油流路１２の双方を経由して圧縮機２へ吸入されるため、圧縮機２への冷凍機油の返油量を増大させることができる。したがって、オイルセパレータ３で分離した冷凍機油が返油しきれずにオイルセパレータの容積を圧迫することがなくなり、オイル分離効率の低下を抑制することができるため、サイクル性能を改善することができる。

ところで、上述したように、第２返油流路１２における開閉弁１２Ｂは、圧縮機２の圧縮機２内の油量が枯渇する状況では圧縮機２内での必要油量を確保するために開放し、圧縮機２内の油量が必要油量に達している状況では圧縮機入力を低減させるために閉止することが望ましい。そこで、冷凍サイクル装置１は、圧縮機２内において冷凍機油が枯渇する状況及び冷凍機油が必要油量に達している状況を自動的に判断し、開閉弁１２Ｂの開閉を制御する開閉制御手段２０を有している。

まず、開閉制御手段２０は、圧縮機２の起動時に開閉弁１２Ｂを開放するように制御する。なお、ここでいう圧縮機２の起動時には圧縮機２の再起動も含む。これにより、圧縮機２内の冷凍機油が枯渇する状況を回避することができる。すなわち、圧縮機２の起動時は、静止時と比べて回転速度、圧力変化及び発熱量が瞬時に発生して圧縮機２内の冷凍機油が吐出されやすい。このため、オイルセパレータ３の分離能力を超え、冷凍サイクルに冷凍機油が貯留された状態になり、圧縮機２内の冷凍機油が枯渇する場合がある。このとき、圧縮機２の吐出と吸入の圧力差が増加するに従い、油タンク１２Ａ内の冷凍機油が圧縮機２へ供給されるため、圧縮機２内部の油量低減を抑制することができる。また、第１返油流路１１だけでなく、第２返油流路１２からも冷凍機油が流出するため、オイルセパレータ３で分離した冷凍機油が、返油しきれずにオイルセパレータ３内に残留し、分離効率が悪化するのを抑制することができる。

さらに、開閉制御手段２０は、圧縮機２の起動後において、圧縮機２のシェル内の過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなったときに開閉弁１２Ｂを閉止するように制御する。すなわち、冷凍サイクル装置１は、吐出温度センサ２１及び凝縮温度センサ２２を備えており、開閉制御手段２０は、吐出温度センサ２１及び凝縮温度センサ２２により検出された温度に基づいて過熱度ＳＨを算出して開閉弁１２Ｂの動作を制御する。

吐出温度センサ２１は、圧縮機２の吐出口に設けられており、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を吐出温度Ｔ１として検出するものである。凝縮温度センサ２２は、例えば凝縮器４の中間部分に設けられており、凝縮器４を流れる冷媒の温度を凝縮温度Ｔ２として検出するものである。開閉制御手段２０は、吐出温度Ｔ１及び凝縮温度Ｔ２との差分（吐出温度Ｔ１−凝縮温度Ｔ２）を圧縮機２のシェル内の過熱度ＳＨとして算出する。そして、開閉制御手段２０は、過熱度ＳＨと予め設定された設定閾値ＳＨｒｅｆとを比較し、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きい場合には開閉弁１２Ｂを閉止する。一方、開閉制御手段２０は、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆ以下である場合には開閉弁１２Ｂを開放する。なお、この設定閾値ＳＨｒｅｆは、運転開始から冷媒が凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６を経て圧縮機２に至る冷凍サイクルの状態が安定するまで運転を行った際の過熱度ＳＨを想定して設定したものである。

このように、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなった場合に開閉弁１２Ｂを閉止することにより、圧縮機２内の冷凍機油の枯渇による圧縮機２の信頼性を確保しながら、圧縮機入力の低減を図ることができる。すなわち、例えば圧縮機２の起動時に冷媒の寝込みが発生している場合のように、圧縮機２のシェル内に液冷媒が存在する場合、圧縮機２のシェル内の過熱度ＳＨは小さくなる。このとき、冷凍機油中に冷媒が溶解し、冷媒の見かけ上の体積が増加する。溶解状態の程度が大きいと液冷媒自体が存在し、液冷媒と冷凍機油との混合物容積が増加する。さらに、圧縮機２内の液冷媒と冷凍機油との混合物は、圧縮機２内の回転径（シャフトやロータ）により撹拌されることで、圧縮機２から排出されやすい状態になる。

その後、圧縮機２のモータの温度上昇に伴い、圧縮機２内の過熱度ＳＨが増加する。すると、冷凍機油中の冷媒溶解度が低下して急激に冷媒が発泡する。これに伴い、冷凍機油も飛散し、圧縮機２の外に排出されやすくなる。圧縮機２のシェル内の液冷媒の気化が完了すると、圧縮機２からの冷凍機油の吐出油量が低下して過熱度ＳＨが大きくなる。このとき、オイルセパレータ３で分離される油量は低下するが、オイルセパレータ３から凝縮器４側へ流出する冷凍機油の油量はさらに小さい。この間、開閉弁１２Ｂは開放されているため、圧縮機２内には油タンク１２Ａに貯留された冷凍機油が供給され、圧縮機２内の冷凍機油が枯渇することを防止している。

その後、冷凍サイクルの状態が安定すると、圧縮機２から吐出される冷凍機油の油量が低下する。言い換えれば、閉止して油タンク１２Ａに余剰油を貯留しても、オイルセパレータ３の分離効率が低下しない。そこで、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなった場合、開閉制御手段２０は冷凍サイクルの状態が安定したと判断して開閉弁１２Ｂを閉止する。これにより、圧縮機２内の冷凍機油の枯渇による圧縮機２の信頼性を確保しながら、圧縮機入力の低減を図ることができる。

図４は図１の冷凍サイクル装置１の動作例を示すフローチャートであり、図１から図４を参照して冷凍サイクル装置１の動作例について説明する。まず、圧縮機２の起動が行われた際（ステップＳＴ１）、開閉制御手段２０の制御により開閉弁１２Ｂが開放される（ステップＳＴ２）。そして、開閉制御手段２０において、吐出温度センサ２１及び凝縮温度センサ２２により検出された吐出温度Ｔ１及び凝縮温度Ｔ２を用いて圧縮機２内のシェルの過熱度ＳＨ（＝吐出温度Ｔ１−凝縮温度Ｔ２）が算出される（ステップＳＴ３）。

その後、開閉制御手段２０において、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きいか否かが判定される（ステップＳＴ４）。過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆ以下である場合、未だサイクル状態が安定していないと判断し、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなるまで、開閉弁１２Ｂが開放した状態に保持される（ステップＳＴ３、ＳＴ４）。一方、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなった場合、開閉弁１２Ｂが閉止される（ステップＳＴ５）。その後、ユーザーからの操作もしくは自動制御による通常運転が行われる。

このように、圧縮機２内の冷凍機油が吐出されやすい起動時に開弁することで、油タンク１２Ａ内の冷凍機油を圧縮機２へ供給でき、油量低下を抑制する。また、第１返油流路１１だけでなく、第２返油流路１２が開くため、オイルセパレータ３からの返油量が増大することで、オイルセパレータ３の分離効率が改善され、系外へ排出される冷凍機油が少ない。しばらく運転させるとサイクル状態が安定し吐出油量が低下するので、閉止して油タンク１２Ａに余剰油を貯留しても、オイルセパレータ３の分離効率が低下せず、また圧縮機２入力を低減できるとともに、バイパスロスを抑制する。

また、従来のように、膨張過程での冷媒の断熱膨張での温度変化と、油の温度変化の差異を比較するのではなく、液バックのような大きな温度差で開閉の制御を行っているため、特に給油が必要な開放時の操作が短時間で実施できる。

さらに、開閉弁１２Ｂの開放時において、圧力差により油タンク１２Ａ内の冷凍機油が圧縮機２へ供給され必要油を確保する。第２返油流路１２があるので、オイルセパレータ３から圧縮機２への返油量が増大するので、オイルセパレータ３の分離効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。例えば図３において、第１返油流路１１及び第２返油流路１２の駆動源は圧力差であるので、オイルセパレータ３、油タンク１２Ａ、圧縮機２の位置関係（高低）は任意に設定できる。設置の平面スペースが狭くても、オイルタンクやオイルセパレータ３は圧縮機２の上方に設置することができる。

また、図２の分配器１０において、分配器本体１０Ａは円筒形状を有する場合について例示しているが、第１返油開口部１０Ｃが第１返油流路１１に接続され第２返油開口部１０Ｄが第２返油流路１２に接続されていれば、その形状を問わず、例えば四角形状等の多角形状に形成されたものであってもよい。さらに、オイルセパレータ３に接続された流入開口部１０Ｂが分配器本体１０Ａの上方に設けられている場合について例示しているが、たとえば分配器本体１０Ａの側方等に設けられたものであってもよい。このような場合であっても、分配器本体１０Ａ内の流動面積が各開口部１０Ｂ〜１０Ｄの流動面積よりも大きく形成されていることが好ましい。

また、図４において、開閉制御手段２０は、圧縮機２の起動とともに開閉弁１２Ｂを開放し、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなったときに開閉弁１２Ｂを閉止する場合について例示しているが、通常運転時においても、過熱度ＳＨに基づいて開閉弁１２Ｂの開閉制御を行うようにしてもよい。すなわち、起動時及び通常運転時において、開閉制御手段２０は、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆ以下の場合には開閉弁１２Ｂを開放し、過熱度ＳＨが設定閾値ＳＨｒｅｆよりも大きくなったときに開閉弁１２Ｂを閉止するように制御してもよい。

さらに、図４において、開閉制御手段２０は起動時に開閉弁１２Ｂを開放される場合について例示しているが、起動時の圧縮機２の吐出油量の傾向を把握していれば、開放状態の条件を限定してもよい。例えば、外気温が設定外気温度閾値（例えば−７℃）よりも低い場合、低外気で停止している圧縮機２内に液冷媒が存在しやすい。そこで、開閉制御手段２０は、起動時又は通常運転時の運転周波数が１１０Ｈｚ等の設定周波数よりも大きい場合に開閉弁１２Ｂを開放し、設定周波数以下となれば開閉弁１２Ｂを閉止すればよい。圧縮機２の運転周波数が大きいと、回転系の速度が大きく、撹拌エネルギーが増大する。このため、圧縮機２内の冷凍機油も飛散して圧縮機２外に排出されやすいため、信頼性が確保され、性能が改善される。さらに、一定時間間隔で開閉弁１２Ｂの開閉を自動的に制御するようにしてもよい。

また、図４の開閉制御手段２０は、吐出温度Ｔ１及び凝縮温度Ｔ２に基づいて圧縮機２のシェル内の過熱度ＳＨを検出する場合について例示しているが、上記過熱度ＳＨを検出するものであればその手法は問わない。例えば圧縮機２からの冷媒の吐出圧力を直接検知する吐出圧力センサが設けられており、吐出圧力から冷媒の飽和温度を換算し過熱度ＳＨを演算するようにしてもよい。また、吐出温度Ｔ１の代わりにシェル表面温度を用いても良いであってもよい。さらに、圧縮機２が高圧シェルの場合で説明したが、低圧シェルであってもよい。その場合は、開閉制御手段２０は蒸発器６における蒸発温度と圧縮機２への冷媒の吸入温度の差で開閉弁１２Ｂの開閉を制御する。蒸発温度は蒸発器６の二相温度を検知してもよいし、吐吸入力を直接検知し、それを冷媒の飽和温度に換算してもよい。

１ 冷凍サイクル装置、２ 圧縮機、３ オイルセパレータ、４ 凝縮器、４ａ 凝縮器用ファン、５ 膨張弁、６ 蒸発器、６ａ 蒸発器用ファン、１０ 分配器、１０Ａ 分配器本体、１０Ｂ 流入開口部、１０Ｃ 第１返油開口部、１０Ｄ 第２返油開口部、１１ 第１返油流路、１１Ａ 分岐配管、１１Ｂ 絞り機構、１２ 第２返油流路、１２Ａ 油タンク、１２Ｂ 開閉弁、２０ 開閉制御手段、２１ 吐出温度センサ、２２ 凝縮温度センサ、Ｄ１、Ｄ２ 流路面積、ＳＨ 過熱度、ＳＨｒｅｆ 設定閾値、Ｔ１ 吐出温度、Ｔ２ 凝縮温度。

Claims (8)

1. 圧縮機、オイルセパレータ、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順に接続した冷凍サイクル装置であって、
   前記オイルセパレータに接続され、前記オイルセパレータ内で分離した冷凍機油を分岐する分配器と、
   前記分配器により分岐された冷凍機油を前記圧縮機の吸入側に流出するものであって、絞り機構を有する第１返油流路と、
   前記分配器により分岐された冷凍機油を前記圧縮機の吸入側に流出するものであって、冷凍機油を貯留する油タンク及び前記油タンクと前記圧縮機の吸入側との間に設けられた開閉弁を備えた第２返油流路と
   を備え、
   前記分配器は、前記オイルセパレータに接続される流入開口部と、前記第１返油流路に接続される第１返油開口部と、前記第２返油流路に接続される第２返油開口部とが形成された分配器本体を有するものであり、
   前記第１返油開口部は、前記分配器本体の上方に設けられており、前記第２返油開口部は、前記分配器本体の下方に設けられている
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記分配器本体は、流路面積が前記流入開口部、前記第１返油開口部及び前記第２返油開口部の流路面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記開閉弁の開閉を制御する開閉制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記開閉制御手段は、前記圧縮機の起動時に前記開閉弁を開放するように制御することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記開閉制御手段は、前記圧縮機のシェル内の過熱度が設定閾値よりも大きい場合、前記開閉弁を閉止するように制御することを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を吐出温度として検出する吐出温度センサと、
   前記凝縮器に流れる冷媒の温度を凝縮温度として検出する凝縮温度センサと
   をさらに備え、
   前記開閉制御手段は、前記吐出温度及び前記凝縮温度に基づいて前記圧縮機のシェル内の過熱度を算出するものであることを特徴とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記開閉制御手段は、前記圧縮機の運転周波数が設定閾値よりも大きい場合には前記開閉弁を開放し、前記圧縮機の運転周波数が閾値以下である場合には前記開閉弁を閉止するものであることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
8. 冷媒は、Ｒ３２冷媒を含むものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

Images