JPWO2018138796A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置において、冷媒は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器の順に循環する。冷凍サイクル装置は、検出部（１００）と、加熱部（５０）と、制御装置（２００）とを備える。検出部（１００）は、圧縮機内の冷凍機油の温度を検出する。加熱部（５０）は、冷凍機油を加熱する。制御装置（２００）は、検出部（１００）の検出する温度が冷凍機油の流動点より低い場合に加熱部（５０）を作動させ、検出部（１００）の検出する温度が流動点に到達した場合には、加熱部（５０）による加熱を停止する。好ましくは、加熱部は、圧縮機筐体の外側かつモータ部の下部に設けられるヒータを備える。

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に低温時に冷凍機油の流動性を向上させることができる冷凍サイクル装置に関する。

寒冷地対応等、運転範囲拡大が求められている。運転範囲拡大の懸念事項の一つとして、圧縮機の冷凍機油の潤滑性が挙げられる。

潤滑油の粘性変化により、圧縮機の摺動部の粘性抵抗が変化するので、夏季の圧縮機温度が比較的高いときは圧縮機入力は小さく、冬季の圧縮機温度が比較的低いときは圧縮機入力は大きいという特性を示すことが知られている。

特開昭５９−２１７４５３号公報（特許文献１）には、圧縮機、凝縮器、絞り装置、蒸発器等を順次接続して構成し、凝縮器および圧縮機をファンによって強制冷却するものにおいて、圧縮機と凝縮器との間に電磁弁を有する第１の冷媒回路と、第１冷媒回路と並列に抵抗管と圧縮機の潤滑油加熱パイプを直列に接続した第２の冷媒回路を設け、潤滑油温を直接、又は間接的に検知するサーモスタット装置により電磁弁およびファンを制御する冷凍装置が開示されている。

特開昭５９−２１７４５３号公報

しかし、圧縮機内の冷凍機油の温度（以下、油温度）が流動点以下である時、以下の点でいくつかの課題が生じる。第１に、油温度が流動点以下の場合、圧縮機内の冷凍機油が高粘度になり、駆動トルクが増大し、圧縮機のモータ電流値が過電流となる。そのため、圧縮機が異常停止し、空調等ができなくなるのでユーザの快適性が低下する。この場合には、圧縮機の軸受等への給油不足となり、潤滑不良で故障する可能性があり、冷凍サイクル装置の信頼性が低下する。

第２に、圧縮機内の冷媒中の油濃度が一様ではなく、油濃度にムラが存在する場合（例えば、冷媒と冷凍機油に二相分離が生じている場合等）には、圧縮機内の高粘度な冷凍機油がモータ周りに存在することがあり、上記と同様に駆動トルクが増大し、圧縮機が過電流となる。そのため、異常停止および快適性の低下の懸念がある。たとえば、軸と軸受の間に形成された液膜に濃度分布が生じた場合、高粘度な冷凍機油は循環されないので、一点に応力が集中し、その箇所の面圧が上昇する。面圧が上昇することで摩耗が生じたり、偏心量が増加し他の箇所の液膜が薄くなり摩耗したりする等、圧縮機の信頼性を低下させる。

この発明の目的は、冷凍機油の適正な粘度を維持させることができる冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示は、冷媒が、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置である。冷凍サイクル装置は、検出部と、加熱部と制御装置とを備える。検出部は、圧縮機内の冷凍機油の温度を検出する。加熱部は、冷凍機油を加熱する。制御装置は、検出部の検出する温度が冷凍機油の流動点より低い場合に加熱部を作動させ、検出部の検出する温度が流動点に到達した場合には、加熱部による加熱を停止する。

本発明によれば、冷凍機油の粘度が適正に保たれ、低温下における冷凍サイクル装置の信頼性が向上する。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 流動点と油温度との関係について説明するための図である。 実施の形態１の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。 ヒータの配置の第１例を示す図である。 ヒータの配置の第２例を示す図である。 ヒータの配置の第３例を示す図である。 ヒータの配置の第４例を示す図である。 実施の形態１の冷凍サイクル装置で実行される制御の変形例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 実施の形態２の冷凍サイクル装置で実行される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の冷凍サイクル装置のモータ電流の切替え制御を説明するための電流波形図である。 実施の形態３の冷凍サイクル装置の基本動作を説明するための電流波形図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 実施の形態３の冷凍サイクル装置で実行される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に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 実施の形態５の冷凍サイクル装置で実行される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６に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。 実施の形態６の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。

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。

（用語の定義）
本実施の形態では、圧縮機と冷凍機油に関し、以下のように用語の定義を行なう。液体が全く流動しない温度を凝固点といい、凝固点の直前の温度を「流動点」という。流動点は、冷凍機油の種類や濃度によって異なるが、極低温でありたとえばダフニーハーメチックオイル（登録商標）の場合、−３７．５℃である。「油量」とは、加熱対象の冷凍機油の量をいう。「モータ電流値」とは、圧縮機を駆動するためのモータの電流値をいう。

実施の形態１．
実施の形態１は、圧縮機の冷凍機油の温度が流動点以下であることを検知し、冷凍機油を加熱する冷凍サイクル装置に関する。図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図１を参照して、冷凍サイクル装置３０１は、圧縮機１と、凝縮器（高圧側熱交換器）２と膨張弁（減圧装置）３と、蒸発器（低圧側熱交換器）４と、流動点判定センサ１００と、加熱部５０と、制御装置２００とを備える。

圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒は、凝縮器２の冷媒通路に流入する。凝縮器２および膨張弁３を通過した低温低圧の冷媒は、浄化つきの冷媒通路に流入する。流動点判定センサ１００は、圧縮機１内の冷凍機油の温度が流動点以下となることを検知できる。流動点判定センサ１００としては、例えば、圧縮機シェル温度を検知できる温度センサを用いることができる。加熱部５０は、冷凍機油の温度を上昇させる。制御装置２００は、流動点判定センサ１００の検出値に基づき、加熱部５０および、各アクチュエータ（例えば、圧縮機の運転周波数や膨張弁３の開度等）を制御する。

図２は、流動点と油温度との関係について説明するための図である。油濃度が低い場合には流動点は温度Ｔ１である。油濃度が中程度の場合には流動点は温度Ｔ２である。油濃度が高い場合には流動点は温度Ｔ３である。なお、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係がある。

油温度が低下すると流動点では粘度がμ１となる。油温度が流動点よりも低くなると、粘度が急激に増大し、冷凍機油は流動性が無くなる。

流動点については、油濃度を検知する手段を設けていない場合、最も厳しい条件（油濃度：高）の際の流動点をあらかじめ記憶しておいたものを流動点の判定値として用いる。濃度にムラがある場合でも、加熱することで粘度は低下し流動性は向上する。従って、油濃度が高い時の流動点（温度Ｔ３）まで、一様に圧縮機内部の混合液体を加熱すれば圧縮機内の冷凍機油を流動点以上にさせることができる。

図３は、実施の形態１の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図１、図３を参照して、ステップＳ１では、制御装置２００は、センサ１００によって、冷凍機油の温度を検知する。続いて、ステップＳ２において、制御装置２００は、現在の油温度と流動点との高低を判定する。

ステップＳ２において、現在の油温度≦流動点の場合には（Ｓ２でＮＯ）、ステップＳ３に処理が進められ、制御装置２００は加熱部５０によって圧縮機１の内部の冷凍機油を加熱する。このとき冷凍機油の温度は流動点以下であるので、冷凍機油は凝固状態であるので、圧縮機１のモータは回転していない。

一方、ステップＳ２において、油温度＞流動点の場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、通常制御が行なわれる。通常制御では、加熱部５０の加熱は停止され、圧縮機１のモータが運転され、冷媒が冷媒回路中を循環する。

（冷媒と油の流れ）
制御装置２００は、センサ１００によって冷凍機油温度が流動点以下であることを検知した場合、冷凍機油を加熱部５０によって加熱する。このとき、摩擦やトルク増大による過電流をふせぐため、制御装置２００は、稼動部（アクチュエータであるモータや電磁弁）を停止させる。

加熱部５０によって冷凍機油の温度が上昇すると油粘度は低下する。冷凍機油の温度が上昇し、油粘度が低下したら、制御装置２００は、各アクチュエータを駆動させる。また、圧縮機内の油濃度にムラが生じた場合（例えば油と冷媒が二相分離が生じた場合）、圧縮機内の液冷媒を一様に加熱することによって、油濃度のムラを減らすことができる。

実施の形態１の冷凍サイクル装置によれば、以下の効果が得られる。第１に、油温度を流動点より高い温度で圧縮機を制御することで、圧縮機の駆動トルクの上昇を抑制させ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。第２に、油温度を流動点より高い温度にしてから、圧縮機１の稼働部を制御することで、圧縮機１の駆動トルク上昇による過電流で圧縮機が異常停止するのを回避し、信頼性を向上させることができる。第３に、圧縮機内に二相分離等の油濃度のムラが生じた時、圧縮機内の液冷媒を一様に加熱することで、ムラを減らし、圧縮機信頼性を向上させることができる。

（加熱部の配置例）
以下、圧縮機１に設けた加熱部５０の配置例をいくつか示す。加熱部５０としては、電気ヒータを使用することができる。ヒータの位置は、一般的には圧縮機１の底部である。たとえば、圧縮機の回転軸が中空になっており、冷凍機油が圧縮機内の圧力差で圧縮機底から軸内を通り、モータ上部まで吸い上げられるようになっている圧縮機がある。このような圧縮機では、吸い上げられた油はモータ上部から、重力によって圧縮機底に落ちていき、循環する。したがって、冷凍機油が滞留しやすい箇所として、モータの上部または下部も考えられる。ヒータをモータの上部と下部の各々において、筐体の内側または外側に設置してもよい。なお、圧縮機１におけるモータの配置、油の流れ方、油の吸い上げ方等は圧縮機の機種によって異なるため、以下はあくまでも例示であり、他の配置であっても良い。

図４は、ヒータの配置の第１例を示す図である。圧縮機１は、筐体の内部にモータ１１と圧縮部（冷媒を圧縮して吐出するポンプ部）１２とが収容されている。モータ１１が配置されている部分をモータ部ということとする。この第１例に示す圧縮機１では、加熱部５０をモータ部の下部かつ筐体外部に設置している。モータ１１が圧縮部１２より上に配置される場合には、加熱部５０は圧縮部１２とモータ１１との間に配置される。

このような配置の圧縮機では、圧縮機停止中に、冷凍機油がモータ１１の下端部に滞留する場合がある。圧縮機内の冷凍機油の温度が流動点以下となる時、冷凍機油が多く滞留する箇所（モータ下端部）を加熱する。加熱温度をモニタするために、センサ１００は、冷凍機油の滞留する場所に設置することが好ましい。これにより、圧縮機内の冷凍機油は一様に加熱される。したがって、圧縮機内の冷凍機油の大部分の粘度を低下させることができ、信頼性を向上させることができる。また、圧縮機内に二相分離等の油濃度のムラが生じた時、一様に加熱することで、ムラを減らし、圧縮機信頼性を向上させることができる。

図５は、ヒータの配置の第２例を示す図である。この第２例に示す圧縮機１Ａでは、加熱部５１をモータ部の下部かつ筐体内部に設置している。冷凍機油の滞留については、第１例と同様である。

第２例では、圧縮機１Ａ内の冷凍機油中にヒータが配置される。したがって、油を直接加熱することができ、消費電力を抑制することができる。また、油を直接加熱することによって、目標温度への到達時間を短縮させ、暖房を早期に開始させることができる。

図６は、ヒータの配置の第３例を示す図である。この第３例に示す圧縮機１Ｂでは、加熱部５２をモータ部の上部かつ筐体外部に設置している。図７は、ヒータの配置の第４例を示す図である。この第４例に示す圧縮機１Ｃでは、加熱部５３をモータ部の上部かつ筐体内部に設置している。モータ部の冷凍機油は、モータ上部からモータ内を通り、モータ下部へ流れる。第３例および第４例ではモータ上部に滞留した油を加熱させる。

モータ上部の油粘度を低下させることで、モータの回転部を駆動するためのトルクを低減させることができ、信頼性の向上と、快適性が低下する時間の短縮という効果を得ることができる。またモータ上部の油のみを加熱対象とするので、加熱対象の熱容量が小さくなり加熱量を小さくすることができ、消費電力を抑制することができる。

（加熱制御の変形例）
図３に示した制御の例では、加熱部５０の加熱量はＯＮ／ＯＦＦでのみ切替えることを想定していたが、冷凍機油の温度が実際に流動点以上となってから加熱部５０を停止させるのでは、目標温度に対して余分に加熱してから通常制御に移行することとなる。

余分な加熱をなくすためには、油温度を検知して、記憶した流動点以下の場合は、検知した現温度と流動点の温度差から算出した加熱量で加熱し、流動点より温度が高くなれば通常の制御を実施するようにすればよい。

図８は、実施の形態１の冷凍サイクル装置で実行される制御の変形例を説明するためのフローチャートである。冷凍サイクル装置の構成については、図１に示した構成と同様である。まずステップＳ１１において、制御装置２００は、センサ１００によって油温度の検知を行なう。続いて、ステップＳ１２において、制御装置２００は、検知した冷凍機油の温度と流動点とを比較する。ステップＳ１２において冷凍機油温度＜流動点である場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御装置２００は、加熱量の推定を行ない、加熱部５０に推定加熱量での加熱を行なわせる。

加熱量は、冷凍機油の比熱ｃ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、現在の油温度と流動点の差ΔＴ［Ｋ］、油量ｍ［ｇ］、油温度上昇に必要な時間Δｔより下記式（１）によって推定する。
Ｑ＝ｍｃΔＴ／Δｔ …（１）

油量ｍは、圧縮機に保持されている冷凍機油の量である。また、時間Δｔは、加熱にかける時間を示しているため、ヒータの大きさと目標加熱時間との関係で決まる。目標加熱時間はユーザが不快と感じない時間を記憶させる。このとき、膨張弁３は、通常制御に移行するまでの立上げを早くするために、開度を小さくさせる等の制御を行なってもよい。

以上説明したように、この変形例では、制御装置２００は、センサ１００の出力と冷凍機油の流動点とに基づいて加熱部５０から冷凍機油に与える熱量を算出する。

この変形例の制御を用いれば、油温度が流動点に近い場合、温度上昇に必要な加熱量を抑制し、消費電力を削減することができる。また油温度が流動点未満で流動点から離れている場合、温度上昇にかかる時間を短縮させることができ、早期に空調等を開始することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、圧縮機に加熱部を設けて冷凍機油を加熱する例を示したが、加熱する手段としてモータの発熱（ジュール熱）を利用しても良い。

図９は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図９を参照して、冷凍サイクル装置３０２は、圧縮機１と、凝縮器（高圧側熱交換器）２と膨張弁（減圧装置）３と、蒸発器（低圧側熱交換器）４と、流動点判定センサ１００と、電流センサ１０１と、制御装置２００とを備える。

冷媒の循環および流動点判定センサ１００については、実施の形態１と同様であるので、説明は繰り返さない。電流センサ１０１は、モータ電流を検知する。制御装置２００は、流動点判定センサ１００によって検知された検知値、および電流センサ１０１より検知されたモータ電流値に基づいて、圧縮機１のモータ電流を制御する。

図１０は、実施の形態２の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図１０を参照して、制御装置２００は、ステップＳ２１において油温度を検知し、ステップＳ２２においてモータ電流値を検知する。そして、制御装置２００は、ステップＳ２３において、現在の油温度と流動点の大小を判定する。

ステップＳ２３において油温度≦流動点の場合（Ｓ２３でＮＯ）、ステップＳ２４に処理が進められ、制御装置２００は、モータ電流を制御し、再びステップＳ２３の判定を行なう。一方、ステップＳ２３において油温度＞流動点の場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、制御装置２００は、通常制御を行ない、その後再びステップＳ２１からの処理を繰り返す。

図１１は、実施の形態２の冷凍サイクル装置のモータ電流の切替え制御を説明するための電流波形図である。図１１を用いて運転時間の経過と冷媒および油の流れについて説明する。制御装置２００は冷凍機油温度が流動点より高い通常制御時には、波形Ｗ１に示すようにモータ電流を制御する。また、モータの回転抵抗が高すぎてモータ電流が過電流となる電流上限値を超える場合には、波形Ｗ３に示すように圧縮機を直ちに停止させる。このように作動するように構成された冷凍サイクル装置において、制御装置２００は、冷凍機油温度が流動点以下であることを検知した場合、波形Ｗ２に示すようにモータ電流値を規制（制限）する。このときの規制値（制限値）は、電流上限値を超えない範囲で通常制御時よりも大きい値に決定される。そこで、モータ電流がモータのコイルに流れることにより、コイルの抵抗成分によってジュール熱が発生し、冷凍機油が加熱される。すると油の温度が上昇し、油粘度が低下する。冷凍機油の温度が流動点以上となったことを検知した場合、制御装置２００は、電流値の制限を解除し、各アクチュエータ（圧縮機モータや膨張弁）を通常制御する。

従来の場合には、流動点以下で運転した場合、過電流となり圧縮機が停止する。実施の形態２の冷凍サイクル装置３０２は、過電流以下を電流値規制値とすることで、圧縮機の停止は生じない。

これに対し、冷凍サイクル装置３０２は、加熱部として圧縮機１のモータのコイルを使用し、コイルに流れる電流を検出する電流センサ１０１をさらに備える。

制御装置２００は、電流センサ１０１の出力が過電流しきい値を超えた場合にはモータを停止させるように構成される。また制御装置は、センサ１００の検出する温度が冷凍機油の流動点より高い場合には、コイルに流れる電流の目標値を第１の電流値に設定してモータを制御し、検出部の検出する温度が冷凍機油の流動点より低い場合には、目標値を第１の電流値よりも大きくかつ過電流しきい値よりも小さい第２の電流値に設定してモータを制御する。

実施の形態２の冷凍サイクル装置３０２では、ヒータ等の追加の加熱手段を用いずに油温度を上昇させることができる。

電流値を制限させるため、過電流による圧縮機停止が抑制され、快適性が低下するのを抑制することができる。

（実施の形態２の変形例１）
実施の形態２においても、図８に示した制御と同様な考え方によって、規制値を決定することができる。

この場合、制御装置２００は、油温度の検知値と、流動点とに基づいてモータ電流の規制値を推定する。そして、制御装置２００は、推定した規制値および検知値より、モータ電流および各アクチュエータ（例えば、圧縮機の運転周波数や膨張弁の開度等）を制御する。

加熱量は、冷凍機油の比熱ｃ［Ｊ／（ｇ・Ｋ）］、現在の油温度と目標油温度（例えば流動点）の差ΔＴ［Ｋ］、油量ｍ［ｇ］、モータコイルの抵抗値Ｒ、油温度上昇に必要な時間Δｔより下記式（２）によって推定する。
Ｉ＝√（ｍｃΔＴ／Ｒ）／Δｔ …（２）

制御装置２００は、式（２）によって算出した電流値Ｉが電流上限値未満の場合、電流値Ｉを規制値とする。電流値Ｉが電流上限値以上の場合は、電流上限値（例えば過電流保護制御時の電流値）を規制値とする。

実施の形態２の変形例１では、冷凍機油の温度を上昇させるのに規制値を可変とし、モータ電流を必要な電流値に制限することで、消費電力を削減することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、モータ電流値の変化量より、油の粘度を推定する場合について説明する。図１２は、実施の形態３の冷凍サイクル装置の基本動作を説明するための電流波形図である。

油粘度が高い場合、モータ電流値が上昇する。その変化量は通常の変化量に対して大きくなる。運転時間とモータ電流との関係によって定まる変化量（電流増加率）が規定の変化量である電流波形が波形Ｗ１２であるとすると、波形Ｗ１１に示すように変化量が規定の変化量よりも小さい場合（波形Ｗ１１）と、大きい場合（波形Ｗ１３）とが考えられる。

変化量が規定の変化量よりも大きい場合には、波形Ｗ１３に示すように過電流によって圧縮機が停止してしまう。このときの冷凍機油の温度は流動点より低い。一方、波形Ｗ１１に示すように変化量が規定の変化量よりも小さい場合には、モータ電流は上限値に到達することは無く、通常運転を行なうことができる。この関係を利用すれば、冷凍機油の温度を監視する代わりにモータ電流値を監視して、冷凍機油の粘度を推定することができる。

図１３は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図１３を参照して、冷凍サイクル装置３０３は、圧縮機１と、凝縮器（高圧側熱交換器）２と膨張弁（減圧装置）３と、蒸発器（低圧側熱交換器）４と、電流センサ１０１と、制御装置２００と、記憶装置２０１とを備える。流動点判定センサ１００は、図１３の構成では設けられていない。

冷媒の循環については、実施の形態１と同様であるので、説明は繰り返さない。電流センサ１０１は、モータ電流を検知する。記憶装置２０１は、電流センサ１０１の検出値を記憶する。

制御装置２００は、電流センサ１０１の検出値および記憶装置２０１に記憶された電流値により、モータ電流の差分もしくは積算値の増幅分を算出する。さらに制御装置２００は、算出値から電流値の変化量を推定し、変化量推定値および規定の変化量に基づいて、モータ電流もしくは加熱手段および各アクチュエータ（例えば、圧縮機の運転周波数や膨張弁の開度等）を制御する。

たとえば、制御装置は、モータに流れる電流の変化量が規定の変化量（第１の変化量）よりも小さい場合に、目標値を第１の電流値に設定し、モータに流れる電流の変化量が第１の変化量よりも大きい場合に、目標値を第１の電流値よりも大きくかつ過電流しきい値よりも小さい第２の電流値に設定する。

図１４は、実施の形態３の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ３１において、制御装置２００は、モータ電流値を検知する。次いで、制御装置２００は、ステップＳ３２において、モータ電流値変化量と規定の変化量の大小判定を行なう。ステップＳ３２においてモータ電流値の変化量≧規定の変化量である場合（Ｓ３２でＮＯ）、制御装置２００は、ステップＳ３３においてモータ電流を制御して冷凍機油を加熱し、再びステップＳ３２の判定を行なう。

モータ電流の制御には、いくつかの段階がある。電流値の変化量が規定変化量より大きい場合（Ｓ３２でＮＯ）、最初はモータ電流の指令値（目標値）を電流規制値にする。モータ電流を規制値としても電流の変化量が規定変化量より大きい場合、かつ規定時間以上となる場合、制御装置２００は、圧縮機を停止させる。

一方、ステップＳ３２において変化量＜規定の変化量である場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御装置２００はステップＳ３４に処理を進め圧縮機の通常制御を行ない、その後ステップＳ３１からの処理を繰り返す。

実施の形態３の冷凍サイクル装置によれば、圧縮機の油粘度が低温に限らず何らかの影響で高くなっても、モータ電流を制限することで、圧縮機の異常停止や圧縮機故障等、快適性低下および信頼性低下を防ぐことができる。また、温度センサや濃度センサ等がなくても、圧縮機の運転状況に応じてモータ電流を制限し、圧縮機の異常停止や圧縮機故障を回避することができるため、センサ等が故障した場合でも、快適性低下および信頼性低下を防ぐことができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、圧縮機内の油濃度を検知して、制御に用いる例を説明する。図１５は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図１５を参照して、冷凍サイクル装置３０４は、圧縮機１と、凝縮器（高圧側熱交換器）２と膨張弁（減圧装置）３と、蒸発器（低圧側熱交換器）４と、流動点判定センサ１００と、電流センサ１０１と、油濃度センサ１０２と、制御装置２００とを備える。

冷媒の循環および流動点判定センサ１００については、実施の形態１と同様であり、電流センサ１０１については、実施の形態３と同様であるので、説明は繰り返さない。油濃度センサ１０２は、圧縮機内の冷凍機油の濃度を検知する。

実施の形態１では、油濃度を検出していなかったので、図２において流動点を最も厳しい条件である温度Ｔ３に設定していた。これに対して、実施の形態４では、油濃度を油濃度センサ１０２によって検出することによって、油濃度に応じて流動点を図２のＴ２，Ｔ１に切替えることが可能となる。

また、実施の形態１の式（１）および実施の形態２の式（２）に用いる、熱容量および粘度を、油濃度および油温度により推定し、油温度が流動点以下の場合は、より正確に必要な電流値および加熱量で加熱することも可能となる。なお、粘度は、図２に示す関係のグラフを記憶しておき、推定することができる。また熱容量は、加熱による温度上昇を記憶し、比熱と温度上昇から推定することができる。

すなわち、制御装置２００は、センサ１００の出力と流動点と濃度センサ１００の出力とに基づいて冷凍機油に与える熱量を算出する。

実施の形態４の冷凍サイクル装置は、油温度上昇のために必要な加熱量をより正確に算出しそれに対応するヒータ電流値またはモータ電流値で加熱できるため、消費電力を抑制することができる。また、油濃度を検知することによって、粘度と油の存在量の両方を検知することができ、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

実施の形態５．
以上説明した実施の形態１〜４は、主として圧縮機内の冷凍機油の流動性について検討した。しかし、圧縮機だけでなく低圧側の要素（蒸発器および配管等）内の温度が流動点以下の場合、以下の課題が生じる。

第１に、低圧側の配管および熱交換器内で流動点以下となり、油が流れにくくなるため、油が多量に低圧側の要素内に滞留し、圧縮機内の油枯渇により信頼性が低下する。第２に、油が多量に低圧側熱交換器の配管に滞留し、配管内の伝熱性能低下および圧損増大により熱交換性能が低下する。

そこで、実施の形態５では、低圧側の二相配管温度を検知し、温度が流動点以下の場合、一定時間経過後に流入させる冷媒の圧力又は温度を上昇させる。

図１６は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図１６を参照して、冷凍サイクル装置３０５は、圧縮機１と、凝縮器（高圧側熱交換器）２と膨張弁（減圧装置）３と、蒸発器（低圧側熱交換器）４と、流動点判定センサ１０３（例えば、配管温度センサ）と、制御装置２００と、記憶装置２０１とを備える。

冷媒の循環については、実施の形態１と同様であるので、説明は繰り返さない。電流センサ１０１は、モータ電流を検知する。記憶装置２０１は、電流センサ１０１の検出値を記憶する。流動点判定センサ１０３は、低圧側熱交換器（蒸発器４）の温度が流動点以下となることを検知できる。記憶装置２０１は、低圧系の温度が流動点以下となった時間を記憶する。制御装置２００は、低圧系の温度が流動点以下となった時間が規定時間以上であることを検知した場合、各アクチュエータを制御する。アクチュエータは、冷凍機油の温度が上昇するものであればどのようなものであっても良い。たとえば、低圧側熱交換器が空気熱交換器である場合、ファン回転速度を増加させることにより、低圧側熱交換器内部の温度を上昇させることができる。また、低圧側熱交換器が水熱交換器である場合、水流量を増加させることにより、低圧側熱交換器内部の温度を上昇させることができる。他にも、減圧装置の開度を大きくしたり、圧縮機周波数を低下させたりすることによって、低圧部の圧力を上昇させることも考えられる。

図１７は、実施の形態５の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図１７を参照して、まずステップＳ４１において制御装置２００は、センサ１０３によって低圧側熱交換器内の温度を検知する。続いて制御装置２００は、ステップＳ４２において流動点と現在の油温度との大小判定を行なう。

ステップＳ４２において、油温度≦流動点の場合（Ｓ４２でＮＯ）、制御装置２００は、ステップＳ４４において時間のカウントを開始する。そしてステップＳ４５において、制御装置２００は、センサ１０３によって低圧側熱交換器内の温度を検知する。さらに、ステップＳ４６において制御装置２００は、カウントしている時間と規定時間との大小を判定する。

ステップＳ４６において、流動点＞油温度の場合（Ｓ４６でＮＯ）、制御装置２００は、ステップＳ４７においてカウントしている時間と規定時間とを比較する。ステップＳ４７でカウント時間＞規定時間が成立しなければ再びステップＳ４５に処理が戻される。一方、ステップＳ４７でカウント時間＞規定時間が成立していれば、ステップＳ４８において低圧側熱交換器の温度を上昇させるように各アクチュエータを制御する。

ステップＳ４２またはＳ４６において、現在の油温度が流動点以上となった場合には、ステップＳ４３に処理が進められ、制御装置２００は通常制御を行なうとともに時間カウントをリセットし、その後ステップＳ４１からの処理を繰り返す。

実施の形態５の冷凍サイクル装置によれば、低圧側熱交換器内の油粘度が上昇し、油が多量に低圧側熱交換器に滞留することを防ぐことができ、性能低下および圧縮機信頼性低下を抑制することができる。

実施の形態６．
冷凍サイクル装置に高圧側熱交換器および低圧側熱交換器を切替える切替弁（例えば、四方弁）が設置されている場合は、冷凍機油の温度が流動点以下となるとき、高圧側熱交換器および低圧側熱交換器を切替えることで、低圧側熱交換器内の油温度を上昇させることができる。

図１８は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成を示した図である。図１８を参照して、冷凍サイクル装置３０６は、冷媒が、圧縮機１、凝縮器、膨張弁３、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置である。凝縮器は、第１熱交換器４０２と第２熱交換器４０４のいずれか一方であり、蒸発器は、第１熱交換器４０２と第２熱交換器４０４のいずれか他方である。冷凍サイクル装置３０６は、切替弁５と、温度センサ１０３と、制御装置２００とを備える。

切替弁５は、第１熱交換器４０２を凝縮器とし第２熱交換器４０４を蒸発器として作動させる第１の循環状態と、第１熱交換器４０２を蒸発器とし第２熱交換器４０４を凝縮器として作動させる第２の循環状態と、を切替えるように構成される。

温度センサ１０３は、蒸発器として作動する熱交換器に流れる冷媒温度を検出する。図１８の場合には、第２熱交換器４０４が蒸発器として働く上記の第２循環状態において蒸発器に流れる冷媒温度を検出する。なお、第１熱交換器４０２に他の温度センサを設け、上記の第１循環状態において蒸発器に流れる冷媒温度を検出するようにしても良い。

制御装置２００は、温度センサ１０３の検出する冷媒温度が冷凍機油の流動点より低い場合には、規定時間の間切替弁５を切り替えた後元に戻すように切替弁５を制御する。

図１９は、実施の形態６の冷凍サイクル装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図１９を参照して、制御装置２００は、起動時にステップＳ１において温度センサ１０３から第２熱交換器４０４の配管中の冷凍機油の温度（冷媒温度）を検知する。そして、制御装置２００は、ステップＳ５２において現在の冷凍機油の温度と目標温度（流動点）とを比較する。

ステップＳ５２において、現在の冷凍機油の温度が流動点よりも低い場合には、ステップＳ５３に処理を進め、切替弁５によって冷媒の流通方向の切替えを行なう。切替後は、通常制御では、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒は、第２熱交換器４０４に流入し、膨張弁、第１熱交換器４０２を経て圧縮機１に戻る。

これによって、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒が、第２熱交換器４０４に流入するようになるので、第２熱交換器４０４の配管温度が上昇する。この状態でステップＳ５２の判定が繰り返し実行され、制御装置２００は検出温度が目標温度以上となるまで圧縮機１を運転する。ステップＳ５２において、現在の冷凍機油の温度が目標温度以上となった場合（Ｓ５２でＮＯ）、ステップＳ５４において制御装置２００は切替弁５を通常制御（元の状態）に戻す。通常制御では、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒は、第１熱交換器４０２に流入し、膨張弁３で減圧され、第２熱交換器４０４を経て圧縮機１に戻る。

なお、図１９の処理は、冷凍サイクル装置の運転開始時に１回実行される。このときの目標温度は、冷凍機油の流動点である。流動点は、冷凍機油の種類や濃度によって異なるが、極低温でありたとえばダフニーハーメチックオイル（登録商標）の場合、−３７．５℃である。Ｓ５４の通常運転時にも、除霜運転が発生して切替弁５を同様に切替えることも考えられるが、このときの切替温度は冷凍機油の流動点よりも高く、たとえば水の凝固点前後の０℃付近である。

低圧側熱交換器の温度が流動点以下となる時、低圧側熱交換器内の油粘度が上昇し、油が多量に滞留するため、性能低下および圧縮機の油枯渇のような信頼性低下が生じる。実施の形態６では、低圧側熱交換器の温度を流動点以上となるように制御することで、冷凍サイクル装置の性能低下および圧縮機信頼性低下を抑制することができる。

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およ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。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 膨張弁、４ 蒸発器、５ 切替弁、１１ モータ、１２ 圧縮部、５０ 加熱部、１００，１０３ 流動点判定センサ、１０１ 電流センサ、１０２ 油濃度センサ、２００ 制御装置、２０１ 記憶装置、３０１〜３０６ 冷凍サイクル装置、４０２ 第１熱交換器、４０４ 第２熱交換器。

Claims (10)

1. 冷媒が、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機内の冷凍機油の温度を検出する検出部と、
   前記冷凍機油を加熱する加熱部と、
   前記検出部の検出する温度が前記冷凍機油の流動点より低い場合に前記加熱部を作動させ、前記検出部の検出する温度が前記流動点に到達した場合には、前記加熱部による加熱を停止する制御装置とを備える、冷凍サイクル装置。
2. 前記圧縮機は、
   筐体と、
   前記筐体中に収容されたポンプ部およびモータ部とを含み、
   前記加熱部は、前記筐体の外側かつ前記モータ部の下部に設けられるヒータを備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記圧縮機は、
   筐体と、
   前記筐体中に収容されたポンプ部およびモータ部とを含み、
   前記加熱部は、前記筐体の内側かつ前記モータ部の下部に設けられるヒータを備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記圧縮機は、
   筐体と、
   前記筐体中に収容されたポンプ部およびモータ部とを含み、
   前記加熱部は、前記筐体の外側または内側で、かつ前記モータ部の上部に設けられるヒータを備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、前記検出部の出力と前記流動点とに基づいて前記加熱部から前記冷凍機油に与える熱量を算出する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記加熱部は、前記圧縮機のモータのコイルを発熱部として備え、
   前記冷凍サイクル装置は、前記コイルに流れる電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記電流センサの出力が過電流しきい値を超えた場合には前記モータを停止させるように構成され、
   前記制御装置は、前記検出部の検出する温度が前記冷凍機油の流動点より高い場合には、前記コイルに流れる電流の目標値を第１の電流値に設定して前記モータを制御し、前記検出部の検出する温度が前記冷凍機油の流動点より低い場合には、前記目標値を前記第１の電流値よりも大きくかつ前記過電流しきい値よりも小さい第２の電流値に設定して前記モータを制御する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、前記検出部の出力に応じて前記第２の電流値を決定する、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記制御装置は、前記モータに流れる電流の変化量が第１の変化量よりも小さい場合に、前記目標値を前記第１の電流値に設定し、前記モータに流れる電流の変化量が第１の変化量よりも大きい場合に、前記目標値を前記第２の電流値に設定する、請求項６に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記圧縮機内の液冷媒と冷凍機油の混合物中の冷凍機油の濃度を検出する濃度センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記検出部の出力と前記流動点と前記濃度センサの出力とに基づいて前記加熱部から前記冷凍機油に与える熱量を算出する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
10. 冷媒が、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
    前記凝縮器は、第１熱交換器と第２熱交換器のいずれか一方であり、
    前記蒸発器は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器のいずれか他方であり、
    前記第１熱交換器を前記凝縮器とし前記第２熱交換器を前記蒸発器として作動させる第１の循環状態と、前記第１熱交換器を前記蒸発器とし前記第２熱交換器を前記凝縮器として作動させる第２の循環状態と、を切替える切替弁と、
    前記蒸発器として作動する熱交換器に流れる冷媒温度を検出するセンサと、
    前記センサの検出する冷媒温度が冷凍機油の流動点より低い場合には、規定時間の間前記切替弁を切り替えた後元に戻すように前記切替弁を制御する制御装置とを備える、冷凍サイクル装置。

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