JPWO2016125239A1

JPWO2016125239A1 - 冷凍空調装置

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Publication number: JPWO2016125239A1
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Inventors: 智也藤本; 悠介有井; 池田　隆; 隆池田; 佐多　裕士; 裕士佐多
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Abstract

冷凍空調装置（例えば、冷凍機１００）は、容量可変の圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、及び蒸発器４が冷媒配管２０、２１を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに圧縮機１の運転周波数を制御する制御装置１０とを備え、制御装置１０は、冷媒配管２０、２１に滞留する冷凍機油を圧縮機１に戻す油回収運転を行うものであり、冷媒配管２０、２１の配管内径におけるゼロペネトレーション周波数を、蒸発器４での蒸発温度から演算し、油回収運転の運転周波数が、蒸発温度でのゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくなるように、油回収運転の運転周波数を変更するものである。

Description

本発明は、冷凍空調装置に関するものである。

従来の冷凍空調装置には、蒸発温度検知手段によって検知された蒸発温度からゼロペネトレーション周波数が算出され、ゼロペネトレーション周波数未満となる積算時間が所定時間以上となった場合に冷媒回路に滞留した冷凍機油を圧縮機へ戻す油回収運転をするものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２１５３５７号公報

しかしながら、ゼロペネトレーション周波数は冷媒配管の配管内径に依存し、冷媒配管の配管内径が大きくなると、設定した蒸発温度でのゼロペネトレーション周波数も大きくなる。このため、冷媒配管が既に設置されている場所に冷凍空調装置を設置する場合、設定した蒸発温度での既定の油回収運転の運転周波数が、ゼロペネトレーション周波数を下回る場合がある。このような場合であっても、特許文献１では、油回収運転の運転周波数を変更することができないため、適切に油回収運転が行われないという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を下回ることを回避し、冷媒回路に滞留した冷凍機油を確実に回収することが可能な冷凍空調装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、容量可変の圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記冷媒配管に滞留する冷凍機油を前記圧縮機に戻す油回収運転を行うものであり、前記冷媒配管の配管内径におけるゼロペネトレーション周波数を、前記蒸発器での蒸発温度から演算し、前記油回収運転の運転周波数が、前記蒸発温度での前記ゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、前記油回収運転の運転周波数が前記ゼロペネトレーション周波数より大きくなるように、前記油回収運転の運転周波数を変更するものである。

本発明によれば、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を下回ることを回避することができるため、冷媒回路に滞留した冷凍機油を確実に回収することができる。

本発明の実施の形態１に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態１の冷凍機１００における、ガス側の冷媒配管２１の配管径ごとに、蒸発温度とゼロペネトレーション周波数との関係を示したグラフである。本実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転の処理の例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転のパラメータの変更処理の流れの例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係るゼロペネトレーション周波数のグラフに、油回収運転の運転周波数の変更を概略的に示したものである。本発明の実施の形態２に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転のパラメータの変更処理の流れの例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２のステップＳ２４に係る回収運転周波数、第１の運転周波数、及び第２の運転周波数の変更処理を、ゼロペネトレーション周波数のグラフに概略的に示したものである。本発明の実施の形態２のステップＳ２５に係る第１の運転周波数及び第２の運転周波数の変更処理を、ゼロペネトレーション周波数のグラフに概略的に示したものである。本発明の実施の形態３に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。本発明の実施の形態３に係る冷凍機１００の制御装置１０における、開度調整処理の流れの例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態４に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る冷凍空調装置について説明する。図１は、本実施の形態１に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態では冷凍空調装置として、冷凍機１００を例示している。図１は、本実施の形態１に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。

図１に示すように、冷凍機１００は、内部に冷媒を循環させる冷凍サイクルを有している。冷凍サイクルは、容量可変の圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、及び蒸発器４が、冷媒配管を介して環状に接続された構成を有している。

冷凍機１００は、例えば室外に設置される１台の熱源側ユニット３０と、例えば室内に設置される１台の負荷側ユニット４０（利用側ユニット）とを有している。熱源側ユニット３０と負荷側ユニット４０との間は、液側の冷媒配管２０及びガス側の冷媒配管２１を介して接続されている。液側の冷媒配管２０及びガス側の冷媒配管２１は、熱源側ユニット３０と負荷側ユニット４０との間を接続する延長配管であり、冷凍サイクルを構成する冷媒配管の一部としてもよいし、あらかじめ冷凍機１００の設置箇所に設けられている冷媒配管としてもよい。図１では、熱源側ユニット３０と負荷側ユニット４０とを１台ずつ示しているが、冷凍機１００は、２台以上の熱源側ユニット又は負荷側ユニットを有していてもよい。本実施の形態１の冷凍機１００においては、熱源側ユニット３０には、圧縮機１及び凝縮器２が収容されている。また、負荷側ユニット４０には、減圧装置３及び蒸発器４が収容されている。

圧縮機１は、吸入した低圧冷媒を圧縮し、高圧冷媒として吐出する流体機械である。本実施の形態１の圧縮機１は、インバータにより回転周波数が制御されるようになっている。また、圧縮機１が冷媒を吐出するとともに、圧縮機１内の冷凍機油は冷媒回路に送り出される。

凝縮器２は、圧縮機１から吐出された冷媒と、外気（例えば、室外空気）との熱交換を実施するものであり、冷媒から外気に対して熱を放出させる熱交換器である。凝縮器２は、例えば、凝縮器用ファン（図示せず）によって送られてくる外気に対して熱を放出させるものであってもよい。

減圧装置３は、凝縮器２から流出した冷媒を膨張及び減圧させるものである。減圧装置３としては、例えば電子膨張弁等の膨張弁が用いられる。

蒸発器４は、減圧装置３によって減圧された冷媒と、室内空気（例えば、冷凍室内の空気）との熱交換を実施し、冷媒によって室内の空気を冷却する熱交換器である。蒸発器４では、内部を流通する冷媒と、後述の図１３に記載の蒸発器ファン４ｆにより送風される空気との間で熱交換が行われるようにしてもよい。

また、冷凍機１００には、圧縮機１に吸入される冷媒の圧力（吸入圧力）を検出する吸入圧力センサ２２が設けられている。吸入圧力センサ２２は、後述する制御装置１０に検出信号を出力するようになっている。

また、冷凍機１００は、制御装置１０を有している。制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えたマイコンを備えている。制御装置１０は、熱源側ユニット３０に設けられる熱源側ユニット制御装置と、負荷側ユニット４０のそれぞれに設けられ、熱源側ユニット制御装置とデータ通信可能な負荷側ユニット制御装置とにより構成されていてもよい。また、制御装置１０は図示しないが、吸入圧力から蒸発温度の演算等を行う演算部、蒸発温度と後述するゼロペネトレーション周波数の関係を示すデータのテーブルを記憶する記憶部、及びアラームを出力する表示部を備えていてもよい。また、制御装置１０とは別途に演算装置、記憶装置、及び表示装置を備え、相互にデータ通信可能なように構成してもよい。

制御装置１０は、吸入圧力センサ２２及びその他の圧力センサ又は温度センサ（例えば、図示しないが、圧縮機１に吐出される冷媒の圧力（吐出圧力）を検出する吐出圧力センサ、ならびに、蒸発器４の入口側及び出口側の冷媒の温度を検出する温度センサ等）からの検出信号等に基づいて、少なくとも冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに圧縮機１の運転周波数を含む冷凍機１００の運転状態を制御するものである。

次に、図１を参照しながら、本実施の形態１に係る冷凍機１００の基本動作（冷媒の流れ）について説明する。

低温低圧のガス冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮器２へ流入する。凝縮器２へ流入した冷媒は、室外空気等の低温の媒体に熱を放出することによって熱交換され、一部又は全部が凝縮して、液状態となり、熱源側ユニット３０から流出する。

熱源側ユニット３０から流出した冷媒は、液側の冷媒配管２０を経由して負荷側ユニット４０（例えば、ユニットクーラー）へ流入する。負荷側ユニット４０へ流入した冷媒は、減圧装置３へ流入し、膨張及び減圧されて、低温低圧の気液二相冷媒となる。減圧装置３から流出した低温低圧の気液二相冷媒は、蒸発器４へ流入する。蒸発器４へ流入した気液二相冷媒は、室内空気（例えば、冷凍室内の空気）を冷却（吸熱）し、蒸発して低温低圧のガス冷媒又は乾き度の高い気液二相冷媒となる。蒸発器４から流出したガス冷媒は、負荷側ユニット４０から流出する。

次に、本発明の実施の形態１に係る冷凍機１００の油回収運転について説明する。

本実施の形態の圧縮機１のようにインバータ圧縮機であって、負荷側ユニット４０の負荷が小さい場合、低周波数の圧縮機１の運転が続く場合がある。このとき、圧縮機１の運転周波数が、後述するゼロペネトレーション周波数未満の場合、冷媒循環流量が小さいため、冷凍機油が蒸発器４及びガス側の冷媒配管２１を含む吸入側配管内に滞留する。そして、一定時間、圧縮機１がゼロペネトレーション周波数未満の運転が継続した場合、運転周波数を増速させて冷媒循環流量を上げて、蒸発器４及びガス側の冷媒配管２１を含む吸入側配管内に滞留した冷凍機油を圧縮機１に戻す運転、すなわち油回収運転を実施する必要がある。

ここで、ゼロペネトレーション周波数について説明する。

冷媒回路のガス冷媒部においては、冷媒と油は気液二相流での流動様相を示し、特に上昇流においては気体流速により液体（油）の流動状態が変化する。気体流速が大きくなると液体も気体流中に同伴されて上昇し、気体流速が小さくなると液体は管壁に沿って下降する現象が生じる。気体流速が大きくなり下降液膜が減少した状態をゼロペネトレーションと呼び、その時の流速をゼロペネトレーション流速という。また、ゼロペネトレーション流速となる圧縮機１の運転周波数のことをゼロペネトレーション周波数という。

ゼロペネトレーション流速Ｕｇ^＊は、Ｗａｌｌｉｓの実験式に基づき、式（１）のように算出される。

Ｕｇ^＊＝Ｃ＊［ｇ＊φ_Ｄ＊（ρ_ｏｉｌ−ρ_ｇａｓ）／ρ_ｇａｓ］^１／２（１）
（Ｕｇ^＊：ゼロペネトレーション流速［ｍ／ｓ］
Ｃ：補正係数
ｇ：重力加速度（＝９．８［ｍ／ｓ^２］）
φ_Ｄ：ガス側の冷媒配管２１の配管内径［ｍ］
ρ_ｏｉｌ：油密度［ｋｇ／ｍ^３］
ρ_ｇａｓ：ガス密度［ｋｇ／ｍ^３］）

ここで、Ｃの補正係数は、上述のＷａｌｌｉｓの実験式が水及び空気を用いたものであることから、実際の冷媒及び油の種類ならびに実機での配管状況によって実験的に重み付けされる係数である。

式（１）によると、ガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きくなると、ゼロペネトレーション流速が大きくなることとなる。すなわち、ガス側の冷媒配管２１の配管内径（φ_Ｄ）が大きくなるに伴い、ゼロペネトレーション周波数は大きくなる。

また、蒸発温度が高くなると、それに伴いガス側の冷媒配管２１内部のガス密度（ρ_ｇａｓ）も大きくなるため、式（１）によると、ゼロペネトレーション流速は小さくなる。すなわち、蒸発温度が高くなるに伴い、ゼロペネトレーション流速は小さくなり、ゼロペネトレーション周波数は小さくなる。

図２は、本実施の形態１の冷凍機１００における、ガス側の冷媒配管２１の配管径ごとに、蒸発温度とゼロペネトレーション周波数との関係を示したグラフである。グラフの横軸は蒸発温度（℃）であり、縦軸は圧縮機運転周波数（Ｈｚ）である。各々のグラフ線の上方は、そのグラフ線におけるガス側の冷媒配管２１の配管内径で油回収が可能な周波数領域を示す。各々のグラフ線の下方は、そのグラフ線におけるガス側の冷媒配管２１の配管内径で油回収が不可能な周波数領域を示す。

図２で示すように、総てのグラフ線において、蒸発温度が大きくなるに伴い、ゼロペネトレーション周波数は小さくなる。また、ガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きくなるにつれて、ゼロペネトレーション周波数は大きくなる。

以上のことから、ゼロペネトレーション周波数よりも、油回収運転の運転周波数が大きくなれば、冷凍機油がガス側の冷媒配管２１内で滞留することなくスムーズに冷媒回路内を循環し圧縮機に返油されることとなる。すなわち、冷凍機油がガス側の冷媒配管２１内で滞留することを回避できる。

次に、本実施の形態１に係る冷凍機１００で行われる油回収運転について説明する。

本実施の形態１において、制御装置１０には、図２にグラフで示したガス側の冷媒配管２１の配管内径ごとに、蒸発温度とゼロペネトレーション周波数との関係を示したデータのテーブルが記憶されているものとする。また、圧縮機１の制御パラメータは、以下の通り初期設定されており、制御装置１０に記憶されているものとする。
・運転周波数の調整単位１Ｈｚ
・最大運転周波数（ｆｍａｘ）８０Ｈｚ
・油回収運転開始条件第１の運転周波数（４４Ｈｚ）以下の圧縮機周波数での運転を１時間以上積算したこと
・油回収運転キャンセル条件第２の運転周波数（４５Ｈｚ）以上の運転を５分以上実施したこと
・油回収運転の運転周波数（ｆｏ）５１Ｈｚ

図３は、本実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転の処理の例を示すフローチャートである。図３に示す処理は、少なくとも冷凍機１００の運転中を含む常時、所定の時間間隔（例えば、５分おき）に繰り返して実行される。

ステップＳ１においては、制御装置１０で圧縮機１が運転中であるか否かが判定される。圧縮機１が停止中である場合は、所定の時間間隔で圧縮機１の運転状態を監視する。

ステップＳ１において、圧縮機１が運転中であると判定された場合、ステップＳ２において、制御装置１０でタイマーカウント積算値（Ｔｓ）が所定時間（本実施の形態１においては、６０分）以上であるか否かが判定される。

ステップＳ２において、タイマーカウント積算値が所定時間以上であると判定された場合、ステップＳ３において、油回収運転が開始される。本実施の形態１においては、油回収運転は運転周波数を５１Ｈｚとして所定時間（例えば、５分）油回収運転を実施する。その後、制御装置１０は、油回収運転を停止させ、冷凍機１００の圧縮機１の通常運転を開始させる。その後、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２において、タイマーカウント積算値が所定時間未満であると判定された場合、ステップＳ４において、制御装置１０で、圧縮機１の運転周波数（ｆｄ）が第１の運転周波数以下であるか否かを判定される。本実施の形態１においては、第１の運転周波数は４４Ｈｚである。

ステップＳ４において、圧縮機１の運転周波数が第１の運転周波数（４４Ｈｚ）以下であると判定された場合、ステップＳ５において、制御装置１０はタイマーカウントを開始する。そして、運転周波数が第１の運転周波数（４４Ｈｚ）以下である時間の積算値（Ｔｓ）を演算する。そして、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ４において、圧縮機１の運転周波数が第１の運転周波数（４４Ｈｚ）を超えると判定された場合、ステップＳ６では、制御装置１０は、タイマーカウントを停止させる。

ステップＳ７においては、制御装置１０で、圧縮機１の運転周波数（ｆｄ）が第２の運転周波数以上となる期間が、所定時間（例えば、５分）以上継続したか否かが判定される。本実施の形態１においては、第２の運転周波数は４５Ｈｚである。その判定の結果、所定時間未満しか継続しなかったと判定された場合、ステップＳ１へ戻る。
するものである。

ステップＳ７において、圧縮機１の運転周波数が第２の運転周波数以上となる期間が、所定時間以上継続したと判定された場合、冷凍機油が圧縮機１側へ回収されたと見なされる。そして、ステップＳ８においては、制御装置１０は、タイマーカウントの積算値をリセットする。その後、ステップＳ１へ戻る。

次に、本実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０で実行される油回収運転のパラメータの変更処理について説明する。

図４は、本実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転のパラメータの変更処理の流れの例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、油回収運転の運転周波数を適切な値に調整するために、冷凍機１００の運転中に少なくとも１回、又は蒸発温度の設定を低くした場合に少なくとも１回実行される。

ステップＳ１１では、制御装置１０は吸入圧力センサ２２で検知された吸入圧力から、蒸発器４の蒸発温度を演算する。蒸発器４に直接温度センサを設置し、蒸発器４で検知された温度を蒸発温度として用いてもよい。

ステップＳ１２では、制御装置１０は、ステップＳ１１で演算した蒸発温度とガス側の冷媒配管２１の配管内径から、その蒸発温度におけるゼロペネトレーション周波数（ｆｚ）を演算する。ゼロペネトレーション周波数は、制御装置１０に記憶された、蒸発温度とゼロペネトレーション周波数との関係を示したデータのテーブルから演算することができる。

ステップＳ１３では、制御装置１０で、現在の油回収運転の運転周波数（ｆｏ）がゼロペネトレーション周波数以下か否かが判定される。現在の油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数よりも大きい場合は、その回の変更処理は終了する。

現在の油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数以下であると判定された場合、ステップＳ１４において、現在の油回収運転の運転周波数が変更される。本実施の形態１においては、油回収運転の運転周波数は、ゼロペネトレーション周波数より大きくなるように設定される。

図５は、本実施の形態１に係るゼロペネトレーション周波数のグラフに、油回収運転の運転周波数の変更を概略的に示したものである。横軸は蒸発温度（℃）、縦軸は圧縮機運転周波数（Ｈｚ）である。圧縮機運転周波数が４４Ｈｚの位置にある点線の水平線は、第１の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が４５Ｈｚの位置にある点線の水平線は、第２の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が５１Ｈｚの位置にある実線の水平線は、変更前の油回収運転の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数がｆｏの位置にある実線の水平線は、変更後の油回収運転の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が８０Ｈｚの位置にある実線の水平線は、圧縮機１の最大運転周波数を表す。

現在の油回収運転の運転周波数は、凝縮温度が−４０℃である場合、−４０℃でのゼロベネトレーション周波数より大きく、最大運転周波数である８０Ｈｚ以下となるように設定される。このように油回収運転の運転周波数を変更することにより、−４０℃以上の凝縮温度で運転する場合には、油回収運転を行うことができることとなる。

以上説明したように、冷凍機１００は、容量可変の圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、及び蒸発器４が冷媒配管２０、２１を介して接続され、内部に冷媒を循環させる冷凍サイクルと、少なくとも冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに圧縮機１の運転周波数を制御する制御装置１０とを備えている。この制御装置１０は、蒸発器４及び周波数可変の圧縮機１が接続される冷媒配管２１の配管内径におけるゼロペネトレーション周波数を、蒸発器４での蒸発温度から演算し、現在の油回収運転の運転周波数が、蒸発器４での蒸発温度でのゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、油回収運転の運転周波数をゼロペネトレーション周波数より高くなるように、油回収運転の運転周波数を変更するものである。

これらの構成によれば、ある蒸発温度でのゼロペネトレーション周波数が油回収運転の運転周波数以上であったとしても、油回収運転の運転周波数をゼロペネトレーション周波数を超えるように設定することができる。したがって、図５のグラフにあるように、ガス側の冷媒配管２１の配管内径から求められたゼロペネトレーション周波数を超えるように油回収運転の運転周波数を変更することにより、冷凍機油の滞留を回避できる蒸発温度の範囲を大きくすることができる。

例えば、冷媒配管２０、２１を再利用し、冷凍機１００と負荷側ユニット４０をＲ４０４Ａ用ユニットからＲ４１０Ａ用ユニットに置き換える場合、Ｒ４０４Ａで使用されるガス側の冷媒配管２１はφ６６．６８であり、Ｒ４１０で使用されるガス側の冷媒配管２１はφ５０．８となり、Ｒ４０４Ａの方がガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きくなる。これは、蒸発潜熱の違い、又は冷媒流速の違いなどによって生じるものである。Ｒ４１０で使用されていた配管内径の大きいガス側の冷媒配管２１で、冷凍機１００の冷媒としてＲ４１０を用いた場合、ガス側の冷媒配管２１内の冷媒流速が、φ５０．８の配管を用いた時より低下する。このような場合、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を超えない場合がある。

しかしながら、これらの構成によれば、ガス側の冷媒配管２１の配管内径に応じて、油回収運転のための運転周波数を変更できるため、このような場合であっても油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を超えるように設定できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、上述の実施の形態１に係る冷凍機１００の制御装置１０において、更に第１の運転周波数及び第２の運転周波数を変更する処理について説明する。図６は、本実施の形態２に係る冷凍機１００の制御装置１０における、油回収運転のパラメータの変更処理の流れの例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、第１の運転周波数及び第２の運転周波数を適切な値に調整するために、冷凍機１００の運転中に少なくとも１回、又は蒸発温度の設定に変更があった場合に少なくとも１回実行される。

図６におけるステップＳ２１は、吸入圧力センサ２２で検知された吸入圧力から、蒸発器４の蒸発温度を演算する工程であり、上述の実施の形態１に係る図４のステップＳ１１と同一の処理である。

ステップＳ２２は、ステップＳ２１で演算した蒸発温度とガス側の冷媒配管２１の配管内径から、その蒸発温度におけるゼロペネトレーション周波数（ｆｚ）を演算する工程であり、上述の実施の形態１に係る図４のステップＳ１２と同一の処理である。

ステップＳ２３では、制御装置１０で、現在の圧縮機１の運転周波数（ｆｄ）がゼロペネトレーション周波数以下か否かが判定される。

現在の圧縮機１の運転周波数がゼロペネトレーション周波数以下であると判定された場合、ステップＳ２４において、現在の第１の運転周波数（ｆ１）、第２の運転周波数（ｆ２）、及び油回収運転の運転周波数（ｆｏ）が変更される。本実施の形態２においては、第１の運転周波数、第２の運転周波数、及び油回収運転の運転周波数は、現在の圧縮機１の運転周波数より大きくなるように変更される。ステップＳ２４において、第２の運転周波数及び油回収運転の運転周波数は、第１の運転周波数よりも大きくなるように変更される。

現在の圧縮機１の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を超えると判定された場合、ステップＳ２５において、第１の運転周波数及び第２の運転周波数は、現在の第１の運転周波数及び第２の運転周波数よりも小さくなるように変更される。本実施の形態２においては、第１の運転周波数は４４Ｈｚよりも小さく、第２の運転周波数は４５Ｈｚより小さくなるように変更される。ステップＳ２５において、第２の運転周波数は第１の運転周波数よりも大きくなるように変更される。

図７は、本実施の形態２のステップＳ２４に係る油回収運転の運転周波数、第１の運転周波数、及び第２の運転周波数の変更処理を、ゼロペネトレーション周波数のグラフに概略的に示したものである。図８は、本実施の形態２のステップＳ２５に係る第１の運転周波数及び第２の運転周波数の変更処理を、ゼロペネトレーション周波数のグラフに概略的に示したものである。図７、８のグラフの横軸は蒸発温度（℃）、縦軸は圧縮機運転周波数（Ｈｚ）である。圧縮機運転周波数が４４Ｈｚの位置にある点線の水平線は、変更前の第１の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が４５Ｈｚの位置にある点線の水平線は、変更前の第２の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が５１Ｈｚの位置にある実線の水平線は、変更前の油回収運転の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数がｆｏの位置にある実線の水平線は、変更後の油回収運転の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数がｆ１の位置にある点線の水平線は、変更後の第１の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数がｆ２の位置にある点線の水平線は、変更後の第２の運転周波数を表す。圧縮機運転周波数が８０Ｈｚの位置にある実線の水平線は、圧縮機１の最大運転周波数を表す。圧縮機運転周波数がｆｄの位置にある一点鎖線の水平線は、現在の圧縮機１の運転周波数を表す。

図７においては、蒸発温度が−４０℃である場合に、圧縮機１の運転周波数がゼロペネトレーション周波数以下となる。このとき、本実施の形態２においては、油回収運転開始条件となる第１の運転周波数が、現在の圧縮機の運転周波数よりも大きくなるように変更される。本実施の形態２によれば、第１の運転周波数を大きくすることによって、油回収運転が開始される周波数領域を大きくすることができるため、圧縮機１の油回収運転が行われる確実性を高めることができる。例えば、図７において、変更後の油回収運転の運転周波数（ｆｏ）及び変更後の第２の運転周波数（ｆ２）を圧縮機最大周波数（８０Ｈｚ）に変更し、変更後の第１の運転周波数（ｆ１）を７９Ｈｚに変更した場合、第１の運転周波数（ｆ１＝７９Ｈｚ）以下の運転が既定時間積算された場合に、油回収運転に入ることとなる。また、圧縮機１が第２の運転周波数（ｆ２＝８０Ｈｚ）で運転され、第１の運転周波数（ｆ１＝７９Ｈｚ）の積算時間がキャンセルされても、圧縮機１の最大周波数での運転が一定時間以上行われるため、油が回収できる。

一方、図８においては、蒸発温度が−１０℃である場合に、圧縮機１の運転周波数がゼロペネトレーション周波数を超える。このとき、本実施の形態２においては、油回収運転キャンセル条件となる第２の運転周波数は、現在の第２の運転周波数よりも小さくなるように変更される。本実施の形態２によれば、第２の運転周波数を小さくすることによって、油回収運転がキャンセルされる周波数領域を大きくすることができるため、過剰な圧縮機１の油回収運転を抑制することができる。

また、油回収運転では、油回収運転周波数で運転する前に、蒸発温度を上げるために圧縮機１を一定時間停止させる必要がある。しかしながら、本実施の形態２によれば、過剰な油回収運転を抑制できるため、圧縮機１を停止する時間も低減され、連続的に冷却運転ができるため、負荷側ユニット４０内（例えば、冷蔵庫内）の温度上昇を防ぐことができる。

したがって、本実施の形態２によれば、圧縮機１の冷凍機油が枯渇することなく運転できるとともに、過剰な油回収運転を抑制することが可能な冷凍機１００を得ることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３を、図９及び図１０の冷媒回路図を用いて説明する。図９は、本実施の形態３に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。図９に示す冷凍機１００は、図１に記載の冷媒回路の構成要素に加え、圧縮機１の吸入側と凝縮器２の流出口側とをバイパスする高低圧バイパス配管１１と、高低圧バイパス配管１１上に設置される高低圧バイパス流量調整弁１２とを備えている。高低圧バイパス流量調整弁１２は、制御装置１０による開度制御によって高低圧バイパス配管１１を流れる冷媒の流量を調整できる。

図１０は、本実施の形態３に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。図１０に示す冷凍機１００は、図１に記載の冷媒回路の構成要素に加え、減圧装置３の流入口側に直列に負荷側流量調整弁１３を設けたものである。本実施の形態３では、負荷側流量調整弁１３を減圧装置３と一体化して、凝縮器２から流出した冷媒を膨張及び減圧させる装置として形成してもよい。負荷側流量調整弁１３も図９の高低圧バイパス流量調整弁１２と同様に、制御装置１０による開度制御によって流量調整されるものであり、液側の冷媒配管２０を流れる冷媒の流量を調整できる。

次に、油回収運転を行う前の圧縮機１の停止期間における高低圧バイパス流量調整弁１２、負荷側流量調整弁１３、又は減圧装置３の開度調整について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態３に係る冷凍機１００の制御装置１０における、開度調整処理の流れの例を示すフローチャートである。図１１の処理は、圧縮機１の停止期間中に少なくとも１回行われるものとする。

図１１におけるステップＳ４１は、吸入圧力センサ２２で検知された吸入圧力から、蒸発器４の蒸発温度を演算する工程であり、上述の実施の形態１に係る図４のステップＳ１１と同一の処理である。

ステップＳ４２は、ステップＳ４１で演算した蒸発温度とガス側の冷媒配管２１の配管内径から、その蒸発温度におけるゼロペネトレーション周波数（ｆｚ）を演算する工程であり、上述の実施の形態１に係る図４のステップＳ１２と同一の処理である。

ステップＳ４３では、制御装置１０で、現在の油回収運転の運転周波数（ｆｏ）がゼロペネトレーション周波数より大きいか否かが判定される。現在の油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数よりも大きい場合は、油回収運転が適切に行われるため、この処理は終了する。

現在の油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数未満であると判定された場合、ステップＳ４４において、高低圧バイパス流量調整弁１２、負荷側流量調整弁１３、又は減圧装置３の開度の変更が行われる。油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数未満となる場合、蒸発温度を高くすると、ゼロペネトレーション周波数が小さくなる。蒸発温度は、吸入圧力が大きくなるにつれて上昇するので、開度を大きくするように調整すればよい。その後、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数よりも大きくなるまで、ステップＳ４１〜Ｓ４３が繰り返し行われる。

本発明の実施の形態３においては、高低圧バイパス流量調整弁１２、負荷側流量調整弁１３、又は減圧装置３の開度調整を行うことによって、油回収運転が適切に行われ、冷凍機油が圧縮機１に適切に回収される。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４においては、上述の実施の形態１〜３を実施しても、ガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きく、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくならない場合を考える。本実施の形態４では、図１２の冷媒回路図を用いて説明する。

図１２は、本実施の形態４に係る冷凍機１００の概略構成を示す冷媒回路図である。図１２に示す冷凍機１００は、図１に記載の冷媒回路の構成要素に加え、蒸発器４に室内空気を送風する蒸発器ファン４ｆを備えている。蒸発器ファン４ｆとしては、例えばプロペラファンなどが用いられる。

ここでは、ユニットクーラなどで設定される、霜取り運転後のファン遅延時間を設定することにより、ガス側の冷媒配管２１内の冷凍機油を回収することを検討する。以下に、ファン遅延時間について説明する。

低温域で使用される蒸発器４（利用側熱交換器）では、付着した霜を融かすためヒータが使用されることが多い。このヒータに通電し霜を融かしきった後では、蒸発器４の温度はヒータの熱により、場合によっては約３０℃前後にまで達することがある。このまま冷却運転を開始した場合、負荷側ユニット４０の送風機（例えば、蒸発器ファン４ｆ）により高温の熱風が負荷側ユニット４０内（例えば、冷蔵庫内）に吹き出されることとなり、負荷側ユニット４０内の温度が上昇してしまうことがある。

そのため、ユニットクーラ等の冷凍機１００では、上述のような負荷側ユニット４０内の温度上昇を回避するために、負荷側ユニット４０の蒸発器ファン４ｆを運転しないファン遅延時間が設定されている。ファン遅延時間においては、蒸発器４内に流れる低温低圧の気液二相冷媒によって、蒸発器４の温度を低下させることができる。

ファン遅延時間を設定した場合、負荷側ユニット４０の冷媒配管内の冷媒は、蒸発器ファン４ｆが運転していないため十分に蒸発できず気液二相冷媒のまま、ガス側配管内を通過し、ガス側配管内にある冷凍機油は圧縮機１まで戻されることとなる。よって、ファン遅延時に気液二相冷媒を負荷側ユニット４０に流すことにより、ガス側の冷媒配管２１内にある冷凍機油を熱源側ユニット３０に戻すことができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５においては、上述の実施の形態１〜３を実施しても、ガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きく、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくならない場合を考える。ショーケース等のように霜取り運転後のファン遅延時間を設定しないものである場合、油回収運転時の低圧を上げて油を回収する方法がある。この場合に、制御装置１０は、吸入圧力センサ２２で吸入圧力を測定し、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくなるかどうかを判定し、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくならない場合は、アラームを出力するようにしてもよい。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６においては、上述の実施の形態１〜３を実施しても、ガス側の冷媒配管２１の配管内径が大きく、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数より大きくならない場合を考える。制御装置１０は、制御装置１０に記憶された蒸発温度とゼロペネトレーション周波数との関係を示したデータのテーブルを用いることにより、現在の蒸発温度において、油回収運転の運転周波数がゼロペネトレーション周波数よりも大きくなる冷媒配管の内径のデータを出力することができる。出力されたデータは、例えば表示装置（図示せず）に表示するものであってもよい。

その他の実施の形態．
本発明は、上述の実施の形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、上述の実施の形態では、冷凍空調装置として冷凍機１００を例に挙げたが、本発明は、給湯装置、冷凍空調機、冷蔵庫、自動販売機等の他の冷凍空調装置にも適用できる。

また、上述の実施の形態は、互いに組み合わせて使用可能である。

１圧縮機、２凝縮器、３減圧装置、４蒸発器、４ｆ蒸発器ファン、１０制御装置、１１高低圧バイパス配管、１２高低圧バイパス流量調整弁、１３負荷側流量調整弁、２０液側の冷媒配管、２１ガス側の冷媒配管、２２吸入圧力センサ、３０熱源側ユニット、４０負荷側ユニット、１００冷凍機。

本発明に係る冷凍空調装置は、容量可変の圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、前記冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記冷媒配管に滞留する冷凍機油を前記圧縮機に戻す油回収運転を行うものであり、前記冷媒配管の配管内径におけるゼロペネトレーション周波数を、前記蒸発器での蒸発温度から演算し、前記油回収運転の運転周波数が、前記蒸発温度での前記ゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、前記油回収運転の運転周波数が前記ゼロペネトレーション周波数より大きくなるように、前記油回収運転の運転周波数を変更し、前記油回収運転の運転周波数が、前記蒸発温度での前記ゼロペネトレーション周波数より大きい場合に、前記油回収運転の運転周波数の変更処理を終了するものである。

Claims

容量可変の圧縮機、凝縮器、減圧装置、及び蒸発器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクルと、
前記冷凍サイクルの運転及び停止、ならびに前記圧縮機の運転周波数を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記冷媒配管に滞留する冷凍機油を前記圧縮機に戻す油回収運転を行うものであり、
前記冷媒配管の配管内径におけるゼロペネトレーション周波数を、前記蒸発器での蒸発温度から演算し、
前記油回収運転の運転周波数が、前記蒸発温度での前記ゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、前記油回収運転の運転周波数が前記ゼロペネトレーション周波数より大きくなるように、前記油回収運転の運転周波数を変更するものである
冷凍空調装置。
前記制御装置は、
第１の運転周波数未満での前記圧縮機の運転時間が、所定の積算時間を超えた場合に、前記油回収運転を行い、
前記第１の運転周波数よりも高い第２の運転周波数以上での前記圧縮機の運転が、所定の時間連続して行われた場合に、前記積算時間のリセットを行うものであり、
前記圧縮機の運転周波数が、前記ゼロペネトレーション周波数以下となっている場合に、前記第１の運転周波数、前記第２の運転周波数、及び前記油回収運転の運転周波数を前記圧縮機の運転周波数より高くなるように変更し、
前記圧縮機の運転周波数が前記ゼロペネトレーション周波数を超える場合に、前記第１の運転周波数及び前記第２の運転周波数を、現在の前記第１の運転周波数及び現在の前記第２の運転周波数より小さくなるように変更するものである
請求項１に記載の冷凍空調装置。
前記制御装置は、
前記圧縮機の停止後、前記油回収運転の開始前に前記圧縮機の吸入圧力を前記減圧装置の開度調整により増加させるものである
請求項１又は２に記載の冷凍空調装置。
前記圧縮機の吸入側と前記凝縮器の流出口側とをバイパスする高低圧バイパス配管と、
前記高低圧バイパス配管上に設置された高低圧バイパス流量調整弁と
を更に備え、
前記制御装置は、
前記圧縮機の停止後、前記油回収運転の開始前に前記圧縮機の吸入圧力を前記高低圧バイパス流量調整弁の開度調整により増加させるものである
請求項１又は２に記載の冷凍空調装置。