JPWO2016117128A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

冷媒回路の動作状態及び外気条件等の運転条件の変化によらず、常に運転条件に合った適切な冷媒流量及び圧縮機（１）への返油量を確保することができ、性能低下及び信頼性悪化を防止することが可能となる空気調和装置（１００）を得ることを目的とする。アキュムレータ（１１）内の冷媒温度を検出する第一検出器と、冷媒と冷凍機油の二層分離温度の情報を記憶する記憶部（３０ｄ）と、冷媒温度と二層分離温度を比較して冷媒と冷凍機油の二層分離状態を判定する判定器と、圧縮機（１）の吸入冷媒状態を検出する第二検出器と、二層分離状態及び吸入冷媒状態に基づいて流量調整弁（１３）の開度を調整する制御部と、を備えている。

Description

本発明は、冷媒を循環させる冷媒回路を有する空気調和装置に関するものである。
従来から空気調和装置等の冷凍サイクル装置では、冷媒回路内において運転条件の変化により冷媒不足が生じないように、余剰冷媒を貯留する冷媒容器を設置している。冷媒容器としては、例えば、圧縮機の吸入側に設置され、蒸発器から流出した冷媒を一時的に貯留するアキュムレータがある。また、中圧状態の冷媒が導通する位置に配置され、凝縮器又は蒸発器から流出した冷媒を一時的に貯留するレシーバ等もある。
前述の冷媒容器の中で、圧縮機の吸入側に設置されるアキュムレータには、余剰冷媒を貯留する機能が求められる。さらに、アキュムレータは、圧縮機への液冷媒流入する液バックの過剰状態を防止するため、液バック量を抑制し、かつ、圧縮機から冷媒とともに流出した冷凍機油を容器内部に多量に貯留することなく、圧縮機へ確実に返油する機能が求められる。余剰冷媒量は、外気条件及び圧縮機の運転周波数などの運転条件によって変動する。概して、低蒸発温度条件では、冷媒循環量が少なく、余剰冷媒量が多くなる傾向である。一方で、高蒸発温度条件では、冷媒循環量が多く、余剰冷媒量が少なくなる傾向である。
また、空気調和装置に冷媒とともに使用される冷凍機油は、ある一定の温度以上になると油密度が冷媒密度よりも小さくなり、液冷媒と冷凍機油の二層分離が生じる。この二層分離が生じる温度を二層分離温度と称し、二層分離温度は、使用する冷媒と冷凍機油の組合せにより異なる。例えば、Ｒ４１０Ａ冷媒にエーテル油（ＰＶＥ）を用いると二層分離温度は−５０℃以下となるのに対して、Ｒ３２冷媒にＰＶＥを用いると二層分離温度は−５℃程度まで高くなる。
アキュムレータを有する冷媒回路で構成された空気調和装置において、例えばＲ３２冷媒にＰＶＥを用いるなど、二層分離温度が高い冷凍機油を使用すると、冷媒の蒸発温度が低くなる極低温条件（例えば−２０℃）で、冷凍機油と液冷媒との二層分離が生じる。この結果、冷凍機油は、アキュムレータ内で液冷媒上層部に分離し、アキュムレータの下部にある油戻し穴を経由して圧縮機に戻ることができず、圧縮機の摺動部において焼きつきが発生するといった問題があった。そこで従来から、圧縮機に流入する液冷媒量を抑制するとともに、圧縮機に必要量の返油が効率的に実施できる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
従来の空気調和装置は、密閉容器と、密閉容器内に開口する入口管及び出口管と、一端を密閉容器の外部における出口管と連結し、上下方向に沿って複数個の油回収穴が形成されている多孔管と、一端を密閉容器の外部における出口管と連結し、他端を密閉容器底部に開口する第１返油管と、を有したアキュムレータを備えている。そして、当該空気調和装置は、第１返油管と出口管との接続部分のいずれかに第１開閉弁を設け、密閉容器の外部における多孔管と出口管との接続部分のいずれかに第２開閉弁を設け、密閉容器内に滞留する冷凍機油と冷媒の状態を、冷媒の圧力又は温度の少なくとも一つで検知することによって、開閉弁を制御する二層分離検知制御手段を備えている。
特開２０１１−１６３６７１号公報
特許文献１に記載の空気調和装置は、第１返油管及び多孔管を密閉容器外部で出口管と連結し、密閉容器とそれぞれの連結部との間に第１開閉弁及び第２開閉弁を設け、二層分離検知制御手段によりこれらの開閉弁が開閉制御される。空気調和装置は、このような開閉制御により、二層分離が生じている場合においても、圧縮機への液冷媒の過剰流入を抑制しつつ、必要量の返油を実行している。
しかしながら、従来の空気調和装置は、開閉弁の開閉動作により圧縮機への液冷媒流入量及び返油量の制御が可能ではあるが、冷媒回路の動作状態又は外気条件等の運転条件の変化に応じて、弁の開度を調整する手段がない。このため、空気調和装置は、運転条件に合った適切な冷媒流量及び返油量の流量制御がなされず、空気調和装置の性能低下及び信頼性悪化が生じるといった問題点があった。
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、冷媒回路の動作状態及び外気条件等の運転条件の変化によらず、常に運転条件に合った適切な冷媒流量及び圧縮機への返油量を確保することができ、性能低下及び信頼性悪化を防止することが可能となる空気調和装置を得ることを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器及び冷媒容器が順次配管を介して接続された冷媒回路と、前記冷媒容器の内部に一端が挿入され、他端が前記圧縮機の吸引側の配管に接続されたバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられた流量調整弁と、前記冷媒容器内の冷媒温度を検出する第一検出器と、冷媒と冷凍機油の二層分離温度の情報を記憶する記憶部と、前記冷媒温度と前記二層分離温度を比較して前記冷媒と前記冷凍機油の二層分離状態を判定する判定器と、前記圧縮機の吸入冷媒状態を検出する第二検出器と、前記二層分離状態及び前記吸入冷媒状態に基づいて前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を備えたものである。
本発明によれば、空気調和装置は、冷媒容器内の二層分離状態を判定する判定部と、二層分離状態の判定結果に基づいて流量調整弁の開度を調整する制御装置とを備える。これにより、高精度な二層分離状態判定によるバイパス流量制御を可能とし、不要な液バック回避と確実な圧縮機への返油が可能となり、液バック及び圧縮機摺動部の焼きつき等による圧縮機故障を回避することができ、高い信頼性を実現することができる。
本発明の実施の形態に係る空気調和装置を概略的に示す冷媒回路の構成図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のアキュムレータ内部の構成概略図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の流量調整弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明の空気調和装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
［機器構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００を概略的に示す冷媒回路の構成図である。空気調和装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、屋内の冷暖房に使用される装置である。図１に示されるように、空気調和装置１００は、熱源ユニットＡと複数台の利用ユニットＢとから構成されている。なお、本実施の形態では、１台の利用ユニットＢの場合を例として説明する。熱源ユニットＡと複数台の利用ユニットＢとは、冷媒連絡配管となる液接続配管６及びガス接続配管９を介して接続されている。
空気調和装置１００に用いられる冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、又はＲ１２３４ｙｆ／ｚｅなどのＨＦＯ冷媒、Ｒ２２、Ｒ１３４ａなどのＨＣＦＣ冷媒、もしくは二酸化炭素（ＣＯ２）、炭化水素、ヘリウム、プロパン等のような自然冷媒などがある。
［利用ユニットＢ］
利用ユニットＢは、屋内の天井への埋め込み、吊り下げ、又は屋内の壁面に壁掛け等により設置されている。利用ユニットＢは、上述したように液接続配管６及びガス接続配管９を介して熱源ユニットＡに接続されて冷媒回路の一部を構成している。
次に、利用ユニットＢの詳細な構成について説明する。利用ユニットＢは冷媒回路の一部である室内側冷媒回路を構成しており、室内送風装置８と室内熱交換器７とを備えている。なお、室内熱交換器７は、本発明における「利用側熱交換器」に相当する。
室内熱交換器７は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器からなる。室内熱交換器７は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内の空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内の空気を加熱する。
室内送風装置８は、室内熱交換器７に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣモータ（図示せず）によって駆動される遠心ファン、又は多翼ファン等から構成されている。室内送風装置８は、利用ユニットＢ内に室内空気を吸入し、室内熱交換器７内の冷媒との間で熱交換を行わせる。そして、室内送風装置８は、熱交換を行った空気を供給空気として室内に供給する。
また、利用ユニットＢには、各種センサが設置されている。すなわち、室内熱交換器７の液側には、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０５が設けられている。液状態又は気液二相状態の冷媒の温度としては、暖房運転時における過冷却液温度Ｔｃｏ又は冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度がある。
また、室内熱交換器７には、気液二相状態の冷媒の温度を検出するガス側温度センサ２０７が設けられている。気液二相状態の冷媒の温度としては、暖房運転時における凝縮温度Ｔｃ、又は冷房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度がある。
さらに、利用ユニットＢの室内空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室内空気の温度を検出する室内温度センサ２０６が設けられている。なお、液側温度センサ２０５、ガス側温度センサ２０７、及び室内温度センサ２０６は、いずれもサーミスタから構成されている。室内送風装置８の動作は、制御装置３０（運転制御手段）によって制御されるようになっている。
［熱源ユニットＡ］
次に、熱源ユニットＡの詳細な構成について説明する。熱源ユニットＡは、屋外に設置されており、液接続配管６及びガス接続配管９を介して利用ユニットＢに接続されており、冷媒回路の一部を構成している。
熱源ユニットＡは、圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、室外送風装置４と、減圧装置５と、アキュムレータ１１と、流量調整弁１３とを備えている。なお、室外熱交換器３は、本発明における「熱源側熱交換器」に相当する。また、アキュムレータ１１は、本発明における「冷媒容器」に相当する。
圧縮機１は、運転容量（周波数）を可変させることが可能な装置であり、ここではインバータにより制御されるモータ（図示せず）によって駆動される容積式圧縮機を用いている。なお、圧縮機１は、ここでは１台のみであるが、本発明はこれに限定されず、利用ユニットＢの接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機１が並列に接続されたものであってもよい。
四方弁２は、冷媒の流れの方向を切り換える機能を有する弁である。四方弁２は、冷房運転時には、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３のガス側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側とガス接続配管９側とを接続するように冷媒流路を切り換える（図１の四方弁２の破線）。このようにすることで、冷房運転時には、室外熱交換器３は、圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として機能し、室内熱交換器７は、室外熱交換器３において凝縮される冷媒の蒸発器として機能する。
一方、四方弁２は、暖房運転時には、圧縮機１の吐出側とガス接続配管９側とを接続するとともに、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３のガス側とを接続するように冷媒流路を切り換える（図１の四方弁２の実線）。このようにすることで、暖房運転時には、室内熱交換器７は、圧縮機１において圧縮される冷媒の凝縮器として機能し、室外熱交換器３は、室内熱交換器７において凝縮される冷媒の蒸発器として機能する。
室外熱交換器３は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されるクロスフィン式のフィンアンドチューブ型の熱交換器からなる。室外熱交換器３は、ガス側の配管が四方弁２に接続され、液側の配管が液接続配管６に接続され、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。
室外送風装置４は、室外熱交換器３に供給する空気の流量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣモータ（図示せず）によって駆動されるプロペラファンから構成されている。室外送風装置４は、熱源ユニットＡ内に室外空気を吸入し、室外熱交換器３内の冷媒との間で熱交換した空気を室外に排出する機能を有する。
減圧装置５は、熱源ユニットＡの液側に接続配置され、冷媒回路内を流れる冷媒の流量調整等を行う装置である。
アキュムレータ１１は、圧縮機１の吸入側の配管に接続されて配置される冷媒容器である。アキュムレータ１１は、運転中の余剰冷媒を貯留する機能、及び圧縮機１への液冷媒の過剰流入を抑制しつつ、圧縮機１から冷媒とともに流出してしまった冷凍機油を圧縮機１に返油する機能を有している。
バイパス配管１２は、一端がアキュムレータ１１内に挿入され、他端が圧縮機１の吸入側配管にバイパスされた配管である。流量調整弁１３は、バイパス配管１２の流路に設けられ、バイパス配管１２を流れる冷媒等の流量を調整する。
なお、図１に示されるように、アキュムレータ１１の内部側にあるバイパス配管１２は、油戻し穴１４を備えていない。しかし、図２に示されるように、アキュムレータ１１の内部側にあるバイパス配管１２において、上下方向に沿って複数の油戻し穴１４を備える構成としてもよい。
また、熱源ユニットＡには、各種センサが設置されている。圧縮機１には、冷媒の吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサ２０１及び圧縮機のシェル温度を検出する圧縮機シェル温度センサ２０８が設けられている。また、圧縮機１の吸入側の配管には、圧縮機吸入圧力センサ２０９が設けられ、圧縮機１の吐出側の配管には、圧縮機吐出圧力センサ２１０が設けられている。
室外熱交換器３には、気液二相状態の冷媒の温度を検出するガス側温度センサ２０２が設けられている。気液二相状態の冷媒の温度としては、冷房運転時における凝縮温度Ｔｃ又は暖房運転時における蒸発温度Ｔｅに対応する冷媒温度がある。さらに、室外熱交換器３の液側の配管には、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２０４が設けられている。
また熱源ユニットＡの室外空気の吸入口側には、ユニット内に流入する室外空気の温度、すなわち外気温度Ｔａを検出する室外温度センサ２０３が設けられている。なお、ここでは吐出温度センサ２０１、ガス側温度センサ２０２、室外温度センサ２０３、液側温度センサ２０４及び圧縮機シェル温度センサ２０８はいずれもサーミスタから構成されている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外送風装置４、減圧装置５の動作は、制御装置３０（運転制御手段）によって制御されるようになっている。
以上のように、熱源ユニットＡと利用ユニットＢとが液接続配管６とガス接続配管９を介して接続されて、空気調和装置１００の冷媒回路が構成されている。
なお、本実施の形態では、熱源ユニットＡが１台の場合の構成を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱源ユニットＡが２台以上の複数であってもよい。また、熱源ユニットＡと利用ユニットＢのいずれもが複数のユニットで構成されている場合において、それぞれの容量の大きさが異なっても、又は全てが同一の容量でもよい。
また、本実施の形態では、四方弁２を設けて暖房運転と冷房運転とを切り換え可能な冷媒回路を構成する場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、四方弁２を設けずに、冷房運転のみ又は暖房運転のみを行うようにしてもよい。
図３は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の制御ブロック図である。図３に示されるように、制御装置３０は、センサ類及びアクチュエータ類の計測制御を行う。
制御装置３０は、空気調和装置１００に内蔵されており、測定部３０ａ、演算部３０ｂ、駆動部３０ｃ、記憶部３０ｄ、及び判定部３０ｅを備えている。測定部３０ａ、演算部３０ｂ、駆動部３０ｃ及び判定部３０ｅは、例えばマイコンにより構成されている。また、記憶部３０ｄは、半導体メモリ等によって構成される。
測定部３０ａには、各種センサ類（圧力センサ及び温度センサ）より検出された運転状態量が入力され、圧力及び温度の測定を行う。測定部３０ａで計測された運転状態量は演算部３０ｂに入力される。なお、測定部３０ａと各種センサ類により、本発明における「第一検出器」が構成される。
演算部３０ｂは、測定部３０ａで測定された運転状態量に基づき、予め与えられた式等を用いて、例えば冷媒物性値（飽和圧力、飽和温度、エンタルピなど）を演算する。なお、演算部３０ｂは、本発明における「第二検出器」に相当する。
駆動部３０ｃは、演算部３０ｂの演算結果に基づき、圧縮機１、室外送風装置４、減圧装置５、流量調整弁１３等を駆動する。なお、演算部３０ｂ及び駆動部３０ｃにより、本発明における「制御部」が構成される。
記憶部３０ｄは、演算部３０ｂによって得られた結果、予め定められた定数、冷媒の物性値（飽和圧力、飽和温度、乾き度等）を計算する関数式、及び関数表（テーブル）などを記憶する。記憶部３０ｄ内のこれらの記憶内容は、必要に応じて参照、書き換えることが可能である。記憶部３０ｄには、更に制御プログラムが記憶されており、記憶部３０ｄ内のプログラムに従って、制御装置３０が空気調和装置１００を制御する。
判定部３０ｅは、演算部３０ｂによって得られた結果に基づいて大小の比較、判定等の処理を行う。なお、判定部３０ｅは、本発明における「判定器」に相当する。
なお、本実施の形態の構成例では、制御装置３０を空気調和装置１００に内蔵する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。熱源ユニットＡにメイン制御部を、利用ユニットＢに制御装置３０の機能の一部を持つサブ制御部を設けて、メイン制御部とサブ制御部との間でデータ通信を行うことにより連携処理を行う構成にしてもよい。又は、利用ユニットＢに全ての機能を持つ制御装置３０を設置する構成、あるいは空気調和装置１００の外部に制御装置３０を別途設置する形態等としてもよい。
［空気調和装置１００の基本運転動作］
続いて、本実施の形態の空気調和装置１００の各運転モードにおける動作を説明する。まず、冷房運転の動作について図１を用いて説明する。
冷房運転時は、四方弁２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３のガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室内熱交換器７のガス側に接続された状態となっている。
圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して凝縮器である室外熱交換器３へ至り、室外送風装置４の送風作用により冷媒は凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる。凝縮液化した高圧低温の冷媒は、減圧装置５で減圧されて二相冷媒となって、液接続配管６を経由して利用ユニットＢに送られ、室内熱交換器７へ送られる。減圧された二相冷媒は蒸発器である室内熱交換器７にて室内送風装置８の送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧のガス冷媒は、四方弁２、アキュムレータ１１を経由して、再び圧縮機１へ吸入される。
ここで、減圧装置５は、室外熱交換器３の出口における冷媒過冷却度が所定値になるように開度を調整して、室内熱交換器７を流れる冷媒の流量を制御している。このため、室外熱交換器３において凝縮された液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。室外熱交換器３の出口における冷媒過冷却度は、液側温度センサ２０４の検出値からガス側温度センサ２０２（冷媒の凝縮温度Ｔｃ相当）を引いた値で検出する。このように、室内熱交換器７には利用ユニットＢが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
次に、暖房運転の動作について図１を用いて説明する。暖房運転時は、四方弁２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機１の吐出側が室内熱交換器７のガス側に接続され、かつ圧縮機１の吸入側が室外熱交換器３のガス側に接続された状態となっている。
圧縮機１から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁２及びガス接続配管９を経由して利用ユニットＢへ送られる。そして、高温高圧のガス冷媒は、凝縮器である室内熱交換器７へ至り、室内送風装置８の送風作用により冷媒は凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる。凝縮液化した高圧低温の冷媒は、液接続配管６を経由して熱源ユニットＡに送られ、減圧装置５で減圧されて二相冷媒となって、室外熱交換器３へ送られる。減圧された二相冷媒は蒸発器である室外熱交換器３にて、室外送風装置４の送風作用により蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、低圧ガス冷媒は、四方弁２、アキュムレータ１１を経由して、再び圧縮機１へ吸入される。
ここで、減圧装置５は、室内熱交換器７の出口における冷媒過冷却度が所定値になるように開度を調整して室内熱交換器７を流れる冷媒の流量を制御している。このため、室内熱交換器７において凝縮された液冷媒は、所定の過冷却度を有する状態となる。室内熱交換器７の出口における冷媒過冷却度は、液側温度センサ２０５の検出値からガス側温度センサ２０７（冷媒の凝縮温度Ｔｃ相当）を引いた値で検出する。このように、室内熱交換器７には利用ユニットＢが設置された空調空間において要求される運転負荷に応じた流量の冷媒が流れている。
なお、ここでは冷媒の凝縮温度Ｔｃとして各熱交換器に設置された温度センサの検出値を用いたが、圧縮機１の圧縮機吐出圧力センサ２１０によって冷媒の吐出圧力を検出し、吐出圧力の検出値を飽和温度換算して冷媒の凝縮温度Ｔｃとして用いてもよい。
［流量調整弁１３の制御方法］
図４は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置１００の流量調整弁１３の制御動作の流れを示すフローチャートである。以下、図１を参照しながら図４の各ステップに基づいて、流量調整弁１３の制御動作について説明する。
（ＳＴＥＰ１１）
フロー開始後、測定部３０ａは、冷媒容器内温度Ｔａｃｃを検出する。その後、（ＳＴＥＰ１２）へ移行する。ここで、冷媒容器内温度Ｔａｃｃはアキュムレータ１１内の冷媒温度であり、例えば冷媒の蒸発温度Ｔｅを用いる。冷房運転時における冷媒の蒸発温度Ｔｅは、室内熱交換器７に設けられたガス側温度センサ２０７の検出値を用いる。また、暖房運転時における冷媒の蒸発温度Ｔｅは、室外熱交換器３に設けられたガス側温度センサ２０２の検出値を用いる。
なお、ここでは冷媒の蒸発温度として、各熱交換器に設置された温度センサの検出値を用いた。しかし、圧縮機１の吸入側に設けられた圧縮機吸入圧力センサ２０９によって、冷媒の吸入圧力を検出し、吸入圧力の検出値を飽和温度換算して冷媒の蒸発温度として用いてもよい。また、アキュムレータ１１の入口側配管に冷媒温度センサを設置し、その温度センサの検出値を冷媒容器内温度Ｔａｃｃとして用いてもよい。
（ＳＴＥＰ１２）
判定部３０ｅは、あらかじめ記憶部３０ｄに記憶しておいた冷凍機油の二層分離温度Ｔ０と、冷媒容器内温度Ｔａｃｃとを比較して、アキュムレータ１１内において液冷媒と冷凍機油の二層分離が生じているかどうか判定する。冷媒容器内温度Ｔａｃｃが、二層分離温度Ｔ０よりも低ければ、液冷媒と冷凍機油の二層分離が生じていると判断し（ＳＴＥＰ１３）へ移行する。一方、冷媒容器内温度Ｔａｃｃが、二層分離温度Ｔ０よりも高ければ、二層分離が生じていないと判断し（ＳＴＥＰ１７）へ移行する。
（ＳＴＥＰ１３）
演算部３０ｂは、駆動部３０ｃを介して流量調整弁１３を全開とする。その後、（ＳＴＥＰ１４）へ移行する。
（ＳＴＥＰ１４）
演算部３０ｂは、圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓを算出する。その後、（ＳＴＥＰ１５）へ移行する。ここで、吸入冷媒過熱度ＳＨｓは、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓから冷媒の蒸発温度Ｔｅを引いた値である。冷房運転時における冷媒の蒸発温度Ｔｅは、室内熱交換器７に設けられたガス側温度センサ２０７の検出値を用いる。また、暖房運転時における冷媒の蒸発温度Ｔｅは、室外熱交換器３に設けられたガス側温度センサ２０２の検出値を用いる。
また、吸入冷媒温度Ｔｓの算出には、冷媒の蒸発温度Ｔｅを飽和圧力換算した低圧圧力Ｐｓ（圧縮機１の吸入圧力相当）と、冷媒の凝縮温度Ｔｃを飽和圧力換算した高圧圧力Ｐｄ（圧縮機１の吐出圧力相当）とを用いる。そして、吸入冷媒温度Ｔｓの算出には、圧縮機１の圧縮工程は、ポリトロープ指数ｎのポリトロープ変化と仮定し、圧縮機１の吐出温度センサ２０１により検出される冷媒の吐出温度Ｔｄを用いて、下記式より求めることができる。
Figure 2016117128
ここで、Ｔｓ、Ｔｄは温度［Ｋ］、Ｐｓ、Ｐｄは圧力［ＭＰａ］、ｎはポリトロープ指数［−］である。ポリトロープ指数は一定値（例えばｎ＝１．２）としてもよいが、Ｐｓ、Ｐｄの関数として定義することで、より精度よく吸入冷媒温度Ｔｓを推測することができる。
なお、冷媒の高圧圧力（吐出冷媒圧力）Ｐｄ、及び低圧圧力（吸入冷媒圧力）Ｐｓを算出するのに、ここでは冷媒の凝縮温度Ｔｃ及び蒸発温度Ｔｅにより換算しているが、圧縮機１の吸入側にある圧縮機吸入圧力センサ２０９、及び吐出側にある圧縮機吐出圧力センサ２１０を用いて求めるようにしてもよい。また、圧縮機１の吸入側に温度センサを設置し、吸入冷媒温度Ｔｓを直接検出してもよい。
（ＳＴＥＰ１５）
算出した吸入冷媒過熱度ＳＨｓを基に圧縮機１の吸入冷媒が、過熱ガス状態かどうか判定する。圧縮機１の吸入冷媒が、過熱ガス状態（ＳＨｓ＞０）であれば、そのまま制御フローを終了する。圧縮機１の吸入冷媒が、過熱ガス状態でなければ、（ＳＴＥＰ１６）へ移行する。
（ＳＴＥＰ１６）
演算部３０ｂは、駆動部３０ｃを介して流量調整弁１３の開度を閉じる方向へ調整する。その後、（ＳＴＥＰ１４）へ移行する。ここで、流量調整弁１３の開度調整は、例えば流量調整弁１３として電子膨張弁を用いた場合、弁の仕様、及び開度特性に合わせて、一定開度（例えば２０パルス）ずつ開度を小さくする方法で調整する。なお、ここでは流量調整弁１３の例として電子膨張弁としたが、同様の開度調整が可能なものであれば他の方式の流量調整弁１３を用いてもよい。
なお、ここでは圧縮機１の吸入冷媒過熱度ＳＨｓに基づいて流量調整弁１３の開度を調整する方法を説明したが、吸入冷媒過熱度ＳＨｓの代わりに吸入冷媒乾き度に基づいて流量調整弁１３の開度を調整する方法であってもよい。この場合、冷媒乾き度Ｘ＝１で飽和ガス状態、冷媒乾き度Ｘ＞１で過熱ガス状態となるため、冷媒乾き度Ｘ≧１となるように流量調整弁１３の開度を調整するとよい。吸入冷媒乾き度は、冷媒の物性情報として記憶部３０ｄにあらかじめ記憶しておき、圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓ、又は低圧圧力（吸入冷媒圧力）Ｐｓを用いて求めることができる。
（ＳＴＥＰ１７）
演算部３０ｂは、駆動部３０ｃを介して流量調整弁１３を全閉にする。その後、制御フローを終了する。
以上のことから、演算部３０ｂが、二層分離状態及び吸入冷媒過熱度ＳＨｓに基づいて、駆動部３０ｃを介して流量調整弁１３の開度を調整することで、高精度な二層分離状態判定によるバイパス流量制御を可能とした。これにより、不要な液バックの回避と確実な圧縮機１への返油が可能となり、液バック又は圧縮機１の摺動部の焼きつき等による圧縮機１の故障を回避することができ、高い信頼性を実現することができる。
また、演算部３０ｂが、圧縮機１の吸入側の吸入冷媒状態に基づいて、バイパス配管１２に設けられた流量調整弁１３の開度を駆動部３０ｃを介して調整する。このようにすることで、冷媒回路の動作状態及び外気条件等の運転条件によらず、常に適切な冷媒流量と圧縮機１への返油量を確保することができ、性能低下及び信頼性悪化を防止することができる。
さらに、アキュムレータ１１の内部から圧縮機１の吸入側へ接続されているバイパス配管１２において、アキュムレータ１１の内部側に挿入された配管先端に複数の油戻し穴１４を備えさせる。このようにすることで、外気条件及び運転周波数の変化などの運転条件の変化に伴うアキュムレータ１１内の液の貯留量に変化が生じても、確実に圧縮機１へ返油を実現することができる。
［冷却装置の変形例］
本発明の特徴事項を各実施の形態において説明したが、例えば、冷媒の流路構成（配管接続）、圧縮機１、熱交換器、膨張弁等の冷媒回路要素の構成等の内容は、各実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術の範囲内で適宜変更が可能である。
１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 室外送風装置、５ 減圧装置、６ 液接続配管、７ 室内熱交換器、８ 室内送風装置、９ ガス接続配管、１１ アキュムレータ、１２ バイパス配管、１３ 流量調整弁、１４ 油戻し穴、３０ 制御装置、３０ａ 測定部、３０ｂ 演算部、３０ｃ 駆動部、３０ｄ 記憶部、３０ｅ 判定部、１００ 空気調和装置、２０１ 吐出温度センサ、２０２ ガス側温度センサ、２０３ 室外温度センサ、２０４ 液側温度センサ、２０５ 液側温度センサ、２０６ 室内温度センサ、２０７ ガス側温度センサ、２０８ 圧縮機シェル温度センサ、２０９ 圧縮機吸入圧力センサ、２１０ 圧縮機吐出圧力センサ、Ａ 熱源ユニット、Ｂ 利用ユニット。

Claims (5)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器及び冷媒容器が順次配管を介して接続された冷媒回路と、
    前記冷媒容器の内部に一端が挿入され、他端が前記圧縮機の吸引側の配管に接続されたバイパス配管と、
    前記バイパス配管に設けられた流量調整弁と、
    前記冷媒容器内の冷媒温度を検出する第一検出器と、
    冷媒と冷凍機油の二層分離温度の情報を記憶する記憶部と、
    前記冷媒温度と前記二層分離温度を比較して前記冷媒と前記冷凍機油の二層分離状態を判定する判定器と、
    前記圧縮機の吸入冷媒状態を検出する第二検出器と、
    前記二層分離状態及び前記吸入冷媒状態に基づいて前記流量調整弁の開度を調整する制御部と、を備えた
    空気調和装置。
  2. 前記制御部は、前記判定器が前記冷媒と前記冷凍機油とが前記二層分離状態でないと判定した場合には、前記流量調整弁の開度を全閉とし、前記判定器が前記冷媒と前記冷凍機油とが前記二層分離状態であると判定した場合には、前記流量調整弁の開度を全開とする
    請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 前記第二検出器は、吸入冷媒過熱度を検出し、
    前記制御部は、前記流量調整弁が全開となった後、前記吸入冷媒過熱度に基づいて、前記圧縮機に吸入される前記冷媒が常に過熱ガス状態となるように、前記流量調整弁の開度を調整する
    請求項２に記載の空気調和装置。
  4. 前記第二検出器は、前記圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入冷媒乾き度を検出し、
    前記制御部は、前記流量調整弁が全開となった後、前記吸入冷媒乾き度に基づいて、前記圧縮機に吸入される前記冷媒が常に飽和ガス状態もしくは過熱ガス状態となるように、前記流量調整弁の開度を調整する
    請求項２に記載の空気調和装置。
  5. 前記バイパス配管は、前記冷媒容器の内部に挿入された部分に、上下方向に沿って複数の油戻し穴を備える
    請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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