JPWO2018229890A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器の順の第１循環方向に循環する。冷凍サイクル装置は、油分離器と、流調弁と、バイパス流路と、液面検知部と、制御装置とを備える。油分離器は、圧縮機からの冷媒から潤滑油を分離して貯留する。バイパス流路は、流調弁を介して油分離器から圧縮機へ、潤滑油を移動させる。液面検知部は、潤滑油と気化した冷媒との密度差を利用して、圧縮機内または油分離器内の液面を検知する。制御装置は、液面の検知結果を用いて、流調弁の開度を調整する。制御装置は、予め定められた条件が成立する場合、検知結果を用いずに開度を増加させる。

Description

本発明は、返油制御が行なわれる冷凍サイクル装置に関する。

従来から、圧縮機から吐出される気体の冷媒（ガス冷媒）と潤滑油とを分離するために、圧縮機と凝縮器との間に油分離器が配置された冷凍サイクル装置が知られている。当該冷凍サイクル装置においては、圧縮機内の潤滑油量が不足した場合に油分離器から圧縮機へ潤滑油を戻す制御（返油制御）が行なわれる場合がある。

たとえば、特開２０１５−３８４０７号公報（特許文献１）に開示されている冷凍装置においては、圧縮機の潤滑が十分に行われるようにするため、圧縮機内の潤滑油面が基準位置より低いことを油面センサの出力信号が示す場合に、緊急油戻し通路に設けられた開閉弁が開かれ、油分離器に貯留された潤滑油が圧縮機に戻される。

特開２０１５−３８４０７号公報

流体の密度には、気体と液体との境界面である流体の液面を境にして、気体と液体との密度差が生じる。圧縮機内または油分離器内の基準位置における流体の密度が当該密度差だけ変化したことを検知することにより、液面が基準位置を通過したことを検知することができる。以下では、液面の検知とは、液面が基準位置を通過したことを検知することを意味するものとする。

運転中の冷凍サイクル装置においては、圧縮機から吐出される流体はガス冷媒および潤滑油から成るのが通常である。当該流体の液面を検知するためには、液面検出部が、ガス冷媒と潤滑油との密度差を検出することが可能な分解能を有している必要がある。

冷凍サイクル装置においては、蒸発器における液体の冷媒（液冷媒）の気化が不十分であることにより、蒸発器から液冷媒が流出して液冷媒が圧縮機に吸入される現象（液戻り）が発生する場合がある。液戻りが発生した場合、圧縮機から吐出される流体には、ガス冷媒および潤滑油以外に、液冷媒が含まれる。液戻りが発生した場合、圧縮機から吐出される流体の液面を検知するためには、ガス冷媒と、潤滑油および液冷媒を含む液体との密度差を検知する必要がある。

ガス冷媒と、潤滑油および液冷媒を含む液体との密度差は、ガス冷媒と潤滑油との密度差よりも小さくなり得る。液戻りを想定することなく、ガス冷媒と潤滑油との密度差を検出することが可能な分解能を有する液面検出部を用いて流体の液面を検知している場合、液面検出部の分解能によっては、ガス冷媒と、潤滑油および液冷媒を含む液体との密度差を検出することが困難になり得る。

液戻りが発生した場合、圧縮機から吐出される流体の液面の検知が困難になり得る。その結果、圧縮機において潤滑油が不足しているにも関わらず、油分離機から圧縮機へ潤滑油が戻されないという事態が生じ得る。潤滑油が不足している状態で圧縮機の運転が継続されると、圧縮機が故障する可能性が高まる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、圧縮機における潤滑油の不足の発生を抑制することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器の順の第１循環方向に循環する。冷凍サイクル装置は、油分離器と、流調弁と、バイパス流路と、液面検知部と、制御装置とを備える。油分離器は、圧縮機からの冷媒から潤滑油を分離して貯留する。バイパス流路は、流調弁を介して油分離器から圧縮機へ、潤滑油を移動させる。液面検知部は、潤滑油と気化した冷媒との密度差を利用して、圧縮機内または油分離器内の液面を検知する。制御装置は、液面の検知結果を用いて、流調弁の開度を調整する。制御装置は、予め定められた条件が成立する場合、検知結果を用いずに開度を増加させる。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、予め定められた条件が成立する場合に、液面検知部による液面の検知結果を用いることなく流調弁の開度を増加させて、油分離器から圧縮機に戻す潤滑油を増加させる。その結果、圧縮機における潤滑油の不足の発生が抑制され、冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の冷凍サイクル装置において、圧縮機内の潤滑油が不足している状態を示す図である。 図１の冷凍サイクル装置において行なわれる、液面検知による返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 自己発熱センサの構成の一例を示す図である。 周囲流体が潤滑油である場合の自己発熱センサの特性と、周囲流体がガス冷媒である場合の自己発熱センサの特性とを併せて示す図である。 図１の冷凍サイクル装置において、除霜モードが開始された場合の構成を示す機能ブロック図である。 図１の冷凍サイクル装置において、除霜モードが終了した場合の構成を示す機能ブロック図である。 周囲流体が潤滑油である場合の自己発熱センサの特性と、周囲流体がガス冷媒である場合の自己発熱センサの特性と、周囲流体が潤滑油および液冷媒を含む液体である場合の自己発熱センサの特性とを併せて示す図である。 環境温度とセンサ電圧差との対応関係を示す図である。 実施の形態１における返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１０に示される、液面検知によらない返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１２の冷凍サイクル装置において行なわれる、液面検知による返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２における液面検知によらない返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態３における液面検知によらない返油制御の処理の流れの一例を示す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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００の運転モードは、暖房モード、冷房モード、および除霜モードを含む。図１においては、暖房モードにおける冷媒の流れが示されている。

図１のように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１と、油分離器２と、四方弁３と、室内に配置される熱交換器４と、膨張弁５と、室外に配置される熱交換器６と、開閉弁７と、バイパス流路８と、液面検知部１０と、制御装置３０とを備える。暖房モードにおいて冷媒は、圧縮機１、油分離器２、熱交換器４、膨張弁５、および熱交換器６の順に循環する。

圧縮機１は、低圧のガス冷媒を断熱圧縮し、高圧のガス冷媒を油分離器２へ吐出する。ガス冷媒の断熱圧縮を行なう機構において金属同士が直接に接触して摩耗および摩擦熱が発生することを抑制するために、圧縮機１の内部には潤滑油ＬＢ１が貯留されている。圧縮機１からは、冷媒とともに潤滑油ＬＢ１が吐出される。

油分離器２は、圧縮機１と熱交換器４との間に接続され、圧縮機１からのガス冷媒から潤滑油ＬＢ１を分離して貯留する。油分離器２の形式としては、たとえば遠心分離型、多孔板式、金網式、デミスタ式を挙げることができる。

圧縮機１から吐出された潤滑油ＬＢ１をそのまま循環させておくと、圧力損失の増大、および熱交換器４，６の伝熱性能の低下が生じ、冷凍サイクル装置１００の性能が低下し得る。また、冷媒よりも一般に粘度が高い潤滑油ＬＢ１は圧縮機１から吐出されてから圧縮機１に戻ってくるまで冷媒よりも時間が掛かる。圧縮機１から吐出される潤滑油ＬＢ１の量よりも、圧縮機１に吸入される潤滑油ＬＢ１の量が小さいと、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１の量が減少し、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１の量が必要量を下回る可能性がある。圧縮機１から吐出された潤滑油ＬＢ１を一旦油分離器２に貯留することにより、熱交換器４以降に流出する潤滑油ＬＢ１の量を抑制することができるとともに、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１が不足した場合に潤滑油ＬＢ１を戻すことができる。

四方弁３は、暖房モードにおいては図１のように、冷媒が圧縮機１、油分離器２、熱交換器４、膨張弁５、および熱交換器６の順に循環するように流路を形成する。冷房モードおよび除霜モードにおいては、冷媒が圧縮機１、油分離器２、熱交換器６、膨張弁５、および熱交換器４の順に循環するように流路を形成する。冷房モードおよび除霜モードにおいて冷媒は、圧縮機１、油分離器２、熱交換器６、膨張弁５、および熱交換器４の順に循環する。

熱交換器４は、暖房モードにおいては凝縮器として機能する。熱交換器４において圧縮機１からのガス冷媒は、凝縮熱を放出して凝縮する。暖房モードにおいて熱交換器４には、液冷媒ＲＬ１が貯留される。熱交換器４は、冷房モードおよび除霜モードにおいては蒸発器として機能する。

膨張弁５は、液冷媒を断熱膨張させて減圧し、気液二相状態の湿り蒸気として流出させる。膨張弁５としては、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）を用いることができる。

熱交換器６は、暖房モードの場合には蒸発器として機能する。膨張弁５からの湿り蒸気は、外気から気化熱を吸収して気化する。熱交換器４は、冷房モードおよび除霜モードにおいては凝縮器として機能する。

バイパス流路８は、開閉弁７を介して油分離器２から圧縮機１へ、潤滑油ＬＢ１を移動させる。バイパス流路８は、油分離器２の吐出口と圧縮機１の吸入口とを接続している。

液面検知部１０は、油分離器２内の液面を検知する。液面検知部１０は、温度センサ１１と、自己発熱センサ１２とを含む。自己発熱センサ１２は、油分離器２の内部の基準位置ＳＰ１に配置されている。自己発熱センサ１２は、基準位置ＳＰ１の周囲の流体（周囲流体）の密度に応じた電圧値を検出する。温度センサ１１は、周囲流体の温度（環境温度）を検出する。液面検知部１０は、静電容量式センサを含み、周囲流体の密度に応じた容量値を検出してもよい。自己発熱センサ１２の構成および液面検知部１０の液面検知の仕組みについては後に詳細に説明する。

制御装置３０は、液面検知部１０からの液面の検知結果を用いて開閉弁７の開閉を制御し、油分離器２に貯留されている潤滑油ＬＢ１を圧縮機１へ戻す制御（返油制御）を行なう。返油制御は、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１が不足している場合に行なわれる。油分離器２内に貯留されている潤滑油ＬＢ１の量が多いほど、圧縮機１内に貯留されている潤滑油ＬＢ１の量は少なくなる。冷凍サイクル装置１００においては、油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ１よりも高い場合を、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１が不足している場合としている。図１においては、油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面は基準位置ＳＰ１よりも低いため、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１は不足しておらず、返油制御は行なわれない。

制御装置３０は、圧縮機１の駆動周波数を制御して圧縮機１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置３０は、四方弁３を制御して、冷媒の循環方向を切り替える。制御装置３０は、温度センサ２１から圧縮機１の温度を取得する。

図２は、図１の冷凍サイクル装置１００において、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１が不足している状態を示す図である。図２に示されるように、油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面は基準位置ＳＰ１よりも高い。この場合、制御装置３０は、液面検知による返油制御を行なう。

図３は、図１の冷凍サイクル装置１００において行なわれる、液面検知による返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下ではステップを単にＳと記載する。

図３に示されるように、制御装置３０は、Ｓ１０１において油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ１よりも高いか否かを判定する。制御装置３０は、油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ１よりも高い場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、処理をＳ１０２へ進める。制御装置３０は、Ｓ１０２において開閉弁７を開いて処理をＳ１０３へ進める。制御装置３０は、Ｓ１０３において基準時間待機した後、処理をＳ１０４へ進める。当該基準時間は、油分離器２から圧縮機１へ基準量の潤滑油ＬＢ１が移動するのに必要な時間であり、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができる。制御装置３０は、Ｓ１０４において開閉弁を閉じてから液面検知による返油制御を終了する。制御装置３０は、油分離器２内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ１以下である場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、液面検知による返油制御を終了する。

図４は、自己発熱センサ１２の構成の一例を示す図である。自己発熱センサ１２は、電極１２１，１２２と、抵抗素子１２３とを含む。電極１２１と電極１２２との間に、抵抗素子１２３が設置される。抵抗素子１２３は、抵抗素子１２３の温度の上昇に伴い抵抗値が単調に減少する特性（負の温度特性）を有するサーミスタを含む。抵抗素子１２３は、温度の変化に伴って抵抗値が変化する素子であればよく、たとえば抵抗素子１２３の温度の上昇に伴い抵抗値が単調に増加する特性（正の温度特性）を有するサーミスタであってもよい。自己発熱センサ１２は、電極１２１と電極１２２との間の電圧を出力する。電極１２１と電極１２２との間の電圧は、環境温度および周囲流体の密度によって変化する。

潤滑油ＬＢ１の密度は、ガス冷媒の密度よりも大きい。流体の密度が大きいほど、流体の熱伝導率は大きくなる。抵抗素子１２３に基準電流が流れたときに抵抗素子１２３に発生する熱は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の方が、周囲流体がガス冷媒である場合よりも、周囲流体に伝わりやすい。抵抗素子１２３に基準電流が流れたときの抵抗素子１２３から周囲流体への放熱量は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の方が、周囲流体がガス冷媒である場合よりも大きい。抵抗素子１２３に基準電流が流れたときの抵抗素子１２３に発生する熱量のうち周囲流体へ移動せずに抵抗素子１２３に残存する熱量は、抵抗素子１２３から周囲流体への放熱量が大きいほど小さい。そのため、抵抗素子１２３に基準電流が流れたときの抵抗素子１２３の温度変化は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の方が、周囲流体がガス冷媒である場合よりも小さい。抵抗素子１２３の抵抗値の変化は、抵抗素子１２３の温度変化が小さいほど小さい。そのため、抵抗素子１２３の抵抗値の変化は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の方が、周囲流体がガス冷媒である場合よりも小さい。抵抗素子１２３の抵抗値の変化が小さいほど、電極１２１と電極１２２との間の電圧（自己発熱センサ１２の出力値）の変化が小さい。そのため、抵抗素子１２３に基準電流が流れたときの自己発熱センサ１２の出力値の変化は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の方が、周囲流体がガス冷媒である場合よりも小さい。

図５は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の自己発熱センサ１２の特性ＶＣ１と、周囲流体がガス冷媒である場合の自己発熱センサ１２の特性ＶＣ２とを併せて示す図である。特性ＶＣ１およびＶＣ２は、環境温度Ｔａｔｍと自己発熱センサ１２の出力値（センサ電圧）Ｖｓとの関係として表されている。図５において、電圧Ｖ１ｓｏは、環境温度がＴ１であって周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合のセンサ電圧Ｖｓである。電圧Ｖ１ｓｇは、環境温度がＴ１であって周囲流体がガス冷媒である場合のセンサ電圧Ｖｓである。図５に示されるように、環境温度ＴａｔｍがＴ１である場合、潤滑油ＬＢ１とガス冷媒との密度の差は、電圧Ｖ１ｓｏとＶ１ｓｇとのセンサ電圧差ΔＶ１ｓとして検出される。そのため、周囲流体がガス冷媒から潤滑油ＬＢ１へ変わった場合、あるいは潤滑油ＬＢ１からガス冷媒へ変わった場合、センサ電圧Ｖｓにはセンサ電圧差ΔＶ１ｓの変化が生じる。冷凍サイクル装置１００においては、環境温度Ｔａｔｍに応じて閾値を決定しておき、センサ電圧Ｖｓの変化が当該閾値を超えたときに液面が検知されたと判定される。

センサ電圧Ｖｓが閾値以上の減少をした場合、周囲流体が潤滑油ＬＢ１からガス冷媒に変化したことを意味する。この場合、油分離器２内の液面は、図１に示されるように基準位置ＳＰ１よりも下にあり、圧縮機１内の潤滑油は不足していない。逆に、センサ電圧Ｖｓが閾値以上の増加をした場合、周囲流体がガス冷媒から潤滑油ＬＢ１に変化したことを意味する。油分離器２内の液面は、図２に示されるように基準位置ＳＰ１よりも上にあるため、圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１が不足しており、返油制御が行なわれる。

運転中の冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１から吐出される流体はガス冷媒および潤滑油ＬＢ１から成るのが通常である。当該流体の液面を検知するためには、自己発熱センサ１２が、ガス冷媒と潤滑油ＬＢ１との密度差を検出することが可能な分解能を有している必要がある。

冷凍サイクル装置１００においては、液戻りが発生する場合がある。液戻りが発生する場合としては、たとえば除霜モードが開始された場合（図６）、除霜モードが終了した場合（図７）、暖房モードが開始された場合（図７）、および四方弁３によって冷媒の循環方向が切り替えられた場合（図６および図７）を挙げることができる。

図６に示されるように、暖房モードを中断して除霜モードを開始する場合には、四方弁３によって冷媒の循環方向が切り替えられる。除霜モードにおいては、暖房モードにおいて蒸発器として機能していた熱交換器６に着いた霜を、冷媒の凝縮熱によって溶解させて除去する。冷凍サイクル装置１００の除霜モードにおいては、リバースサイクルデフロストが行なわれる。暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器４は、除霜モードにおいては蒸発器として機能する。除霜モードの開始時には、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器４に液冷媒ＲＬ１が貯留されている。除霜モードが開始してからしばらくの間、圧縮機１には熱交換器４から液冷媒ＲＬ１が流入するため、液戻りが発生する。

除霜モードが終了し暖房モードが再開する場合には、図７に示されるように四方弁３によって冷媒の循環方向が切り替えられる。除霜モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器６には液冷媒が貯留されている。暖房モードが再開してからしばらくの間、圧縮機１には熱交換器６から液冷媒ＲＬ１が流入するため、液戻りが発生する。

冷凍サイクル装置１００が停止されている間、室外に配置されている熱交換器６においてはガス冷媒が冷却されて液冷媒となり、当該液冷媒が図７に示されるように熱交換器６に貯留される。外気温が低いほど、熱交換器６に貯留される液冷媒量は多くなる。運転モードを暖房モードとして冷凍サイクル装置１００が起動された場合、暖房モードが開始されてからしばらくの間、圧縮機１には熱交換器６から液冷媒ＲＬ１が流入するため、液戻りが発生する。

液戻りが発生した場合、圧縮機１から吐出される流体には、ガス冷媒および潤滑油ＬＢ１の他に、液冷媒が含まれる。液戻りが発生した場合、圧縮機１から吐出される流体の液面を検知するためには、ガス冷媒と、潤滑油ＬＢ１および液冷媒を含む液体との密度差を検知する必要がある。

図８は、周囲流体が潤滑油ＬＢ１である場合の自己発熱センサ１２の特性ＶＣ１と、周囲流体がガス冷媒である場合の自己発熱センサ１２の特性ＶＣ２と、周囲流体が潤滑油ＬＢ１および液冷媒を含む液体である場合の自己発熱センサ１２の特性ＶＣ３とを併せて示す図である。図８において示される特性ＶＣ１，ＶＣ２、センサ電圧Ｖ１ｓｏ，Ｖ１ｓｇ、センサ電圧差ΔＶ１ｓ、および環境温度Ｔ１は、図５に示される特性ＶＣ１，ＶＣ２、センサ電圧Ｖ１ｓｏ，Ｖ１ｓｇ、センサ電圧差ΔＶ１ｓ、および環境温度Ｔ１とそれぞれ同様である。図８においてセンサ電圧Ｖ１ｓｍは、環境温度がＴ１であって周囲流体が潤滑油ＬＢ１および液冷媒を含む液体である場合のセンサ電圧Ｖｓである。センサ電圧差ΔＶ２ｓは、センサ電圧Ｖ１ｓｍとＶ１ｓｇとの差である。

液冷媒の密度が潤滑油ＬＢ１よりも小さい場合、ガス冷媒と、潤滑油ＬＢ１および液冷媒を含む液体との密度差は、ガス冷媒と潤滑油ＬＢ１との密度差よりも小さくなる。その結果、図８に示されるように、ガス冷媒と、潤滑油ＬＢ１および液冷媒を含む液体との密度差を表すセンサ電圧差ΔＶ２ｓは、ガス冷媒と潤滑油ＬＢ１との密度差を表すセンサ電圧差ΔＶ１ｓよりも小さい。

図９は、環境温度Ｔａｔｍとセンサ電圧差ΔＶ１ｓとの対応関係、および環境温度Ｔａｔｍとセンサ電圧差ΔＶ２ｓとの対応関係を併せて示す図である。図９において、センサ電圧差ΔＶｒｓは、自己発熱センサ１２によって検出可能な電圧値の変化（分解能）を表す。センサ電圧差ΔＶｒｓよりも小さい電圧値の変化（差）は、自己発熱センサ１２によっては検出することが不可能である。環境温度Ｔ２〜Ｔ４（Ｔ２＜Ｔ４）の範囲は、冷凍サイクル装置１００の運転中に想定される温度の範囲を表す。

図９に示されるように、センサ電圧差ΔＶ１ｓは、環境温度Ｔ２〜Ｔ４の範囲において分解能ΔＶｒｓを超えている。しかし、センサ電圧差ΔＶ２ｓは、環境温度がＴ３（Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４）よりも高くなると、分解能ΔＶｒｓを下回る。液戻りが環境温度Ｔ３〜Ｔ４の範囲で生じた場合、自己発熱センサ１２による油分離器２内の液面の検知が困難になる。その結果、圧縮機１において潤滑油が不足しているにも関わらず、返油制御が行なわれないという事態が生じ得る。潤滑油が不足している状態で圧縮機１の運転が継続されると、圧縮機１が故障する可能性が高まる。

そこで、冷凍サイクル装置１００においては、液冷媒が圧縮機１に吸入されることにより液面検知部１０による液面検知が困難になり得る場合（予め定められた条件が成立する場合）には、液面検知部１０による液面の検知結果を用いずに返油制御を行なう。その結果、圧縮機１における潤滑油ＬＢ１の不足の発生が抑制され、冷凍サイクル装置１００の信頼性を向上させることができる。予め定められた条件とは、液戻りが発生し易い条件として予め定義された条件である。液戻りとは、たとえば液冷媒が圧縮機１に吸入されることにより液面検知部１０による液面検知が困難になる場合、あるいは圧縮機１に単位時間に吸入される液冷媒の量が基準量より大きい場合と考えることもできる。

図１０は、実施の形態１における返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図９に示される処理は不図示のメインルーチンによって一定時間間隔で行なわれる。予め定められた条件は、除霜モードが開始されたという条件、および除霜モードが終了したという条件、および暖房モードが開始されたという条件を含む。予め定められた条件は、除霜モードが開始されたという条件および除霜モードが終了したという条件に代えて冷媒の循環方向が切り替えられたという条件を含んでいてもよい。

図１０に示されるように、制御装置３０は、Ｓ１０において予め定められた条件が成立したか否かを判定する。予め定められた条件が成立している場合（Ｓ１０においてＹＥＳ）、制御装置３０は、処理をＳ２００に進める。制御装置３０は、Ｓ２００において液面検知部１０の液面の検知結果を用いずに返油制御を行なった後、処理をメインルーチンに返す。予め定められた条件が不成立の場合（Ｓ１０においてＮＯ）、制御装置３０は、処理をＳ１００に進める。制御装置３０は、Ｓ１００において液面検知部１０の液面検知結果を用いて返油制御を行なった後、処理をメインルーチンに返す。Ｓ１００に示される液面検知による返油制御の処理は、図３に示される処理と同様である。

図１１は、図１０の液面検知によらない返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１１に示されるように、制御装置３０は、Ｓ２０１において開閉弁７を開き、処理をＳ２０２に進める。制御装置３０は、Ｓ２０２において開閉弁７を開いてから基準時間経過したか否かを判定する。当該基準時間は、油分離器２から圧縮機１へ基準量の潤滑油ＬＢ１が移動するのに必要な時間であり、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができる。開閉弁７を開いてから基準時間経過した場合（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、制御装置３０は、Ｓ２０３において開閉弁７を閉じた後、処理をメインルーチンに返す。開閉弁７を開いてから基準時間経過していない場合（Ｓ２０２においてＮＯ）、制御装置３０は、処理をＳ２０２に戻す。

以上、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置によれば、圧縮機内の冷媒の液量が基準液量を超えることにより液面検知部による液面の検知が困難になり得る場合に、液面検知部からの情報を用いることなく開閉弁の開度を増加させて、油分離器から圧縮機に戻す潤滑油を増加させる。その結果、圧縮機における潤滑油の不足が生じ難くなり、冷凍サイクル装置の信頼性を向上させることができる。

実施の形態１の変形例１．
実施の形態１においては、液面検知部が油分離器内の液面を検知する場合について説明した。本発明に係る冷凍サイクル装置においては、図１２に示される冷凍サイクル装置１００Ａのように、液面検知部２０が圧縮機１内の液面を検知してもよい。

図１２に示されるように、液面検知部２０は、圧縮機１内の液面を検知する。液面検知部２０は、温度センサ２１と、自己発熱センサ２２とを含む。自己発熱センサ２２は、圧縮機１の内部の基準位置ＳＰ２に配置されている。自己発熱センサ２２は、基準位置ＳＰ２の周囲の流体の密度に応じた電圧値を検出する。温度センサ２１は、環境温度を検出する。制御装置３０Ａは、液面検知部２０からの液面の検知結果を用いて返油制御を行なう。

図１３は、図１２に示される冷凍サイクル装置１００Ａにおいて行なわれる、液面検知による返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１３に示されるように、制御装置３０Ａは、Ｓ１２１において圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ２よりも低い否かを判定する。圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ２よりも低い場合（Ｓ１２１においてＹＥＳ）、制御装置３０Ａは、実施の形態１と同様にＳ１０２〜Ｓ１０４の返油制御を行なって処理をメインルーチンへ戻す。圧縮機１内の潤滑油ＬＢ１の液面が基準位置ＳＰ２以上である場合（Ｓ１２１においてＮＯ）、処理をメインルーチンへ戻す。

実施の形態１の変形例２．
実施の形態１においては、流路切替装置としての四方弁を備え、除霜モードにおいてリバースサイクルデフロストが行なわれる冷凍サイクル装置について説明した。本発明に係る冷凍サイクル装置は、図１４に示される冷凍サイクル装置１００Ｂのように四方弁を備えていなくてもよい。冷凍サイクル装置１００Ｂの除霜モードにおいては、圧縮機１が停止された状態での除霜運転（オフサイクルデフロスト）が制御装置３０Ｂによって行なわれる。オフサイクルデフロストにおいては、たとえば不図示のヒータによって熱交換器６（蒸発器）が加熱されることにより、熱交換器６に生じた霜が溶解して除去される。冷凍サイクル装置１００Ｂにおいて、液面検知によらない返油制御が制御装置３０Ｂによって行なわれる予め定められた条件には、暖房モードが開始されたという条件、および除霜モードが終了したという条件が含まれる。

以上、実施の形態１の変形例１および変形例２に係る冷凍サイクル装置によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１において、油分離器から圧縮機へ基準量の潤滑油が移動したことを示す終了条件は、開閉弁７を開いてから基準時間経過したという条件（図１１のＳ２０２）である。基準時間は固定の値であるため、油分離器から圧縮機へ基準量の潤滑油が移動した場合でも、基準時間が経過していないときは開閉弁７が閉じられない。油分離器内の潤滑油の量が十分に減少した状態で開閉弁７が開いたままであると、圧縮機から油分離器へ吐出されたガス冷媒までも圧縮機へ戻され得る。圧縮機から吐出されたガス冷媒の一部が油分離器から圧縮機へ戻されると、凝縮器として機能する熱交換器へ流入するガス冷媒の量が減少する。その結果、相変化を繰り返しながら冷凍サイクル装置を循環する冷媒の量（循環冷媒量）が減少するため、冷凍サイクル装置の性能が低下する。一方、液面検知による返油制御においては、液面を検知することにより油分離器から圧縮機へ基準量の潤滑油が移動したことを検知するため、油分離器内の潤滑油の量が十分に減少しているにも関わらず開閉弁７が開いたままにされるという事態が生じ難い。

液面検知によらない返油制御が行なわれている場合に液戻りが解消された場合には、できるだけ早く開閉弁７を閉じて液面検知による返油制御に移行するのが望ましい。そこで実施の形態２においては、液面検知によらない返油制御の終了条件として、圧縮機内の温度が基準温度よりも大きいという条件を採用する。これ以外の実施の形態２の構成は実施の形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。

液戻りが生じた場合、液冷媒の温度はガス冷媒よりも低いため、圧縮機１の温度は一時的に低下する。圧縮機１に流入する液冷媒の量が減少するにつれて圧縮機１の温度は上昇する。そのため、圧縮機１の温度が基準温度よりも高くなった場合に、液戻りが解消したと判定することができる。圧縮機１の温度上昇率（温度変化を時間間隔で割った値）が基準値を超えた場合に液戻りが解消したと判定してもよい。

以上、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態２においては、液戻りが解消したと判定された場合、液面検知によらない返油制御が終了する。その結果、循環冷媒量の減少を抑制することができるため、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。

実施の形態３．
液面検知によらない返油制御の終了条件が成立し、開閉弁７が閉じられると、圧縮機から膨張弁までの高圧側の冷媒の圧力（凝縮圧力）が上昇し、冷凍サイクル装置の性能および安全性が低下し得る。そこで実施の形態３においては、液面検知によらない返油制御の終了条件が成立し、開閉弁７が閉じられた後、圧縮機の駆動周波数を基準値まで低下させて、圧縮機の単位時間あたりの吐出量を基準吐出量まで減少させる。圧縮機の単位時間あたりの吐出量を減少させることにより、高圧側の冷媒の圧力を低下させることができる。

実施の形態３と実施の形態１との違いは、液面検知によらない返油制御の終了条件が成立し、開閉弁７が閉じた後、圧縮機の駆動周波数を基準値まで低下させる点である。これ以外の構成については同様であるため、説明を繰り返さない。

図１６は、実施の形態３における液面検知によらない返油制御の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１６に示さるように、制御装置は、Ｓ２０１において開閉弁を開いた後（Ｓ２０１）、基準時間が経過するのを待って（Ｓ２０２）、開閉弁を閉じる（Ｓ２０３）。その後、制御装置は、Ｓ２０４において圧縮機１の駆動周波数を基準値まで低下させた後、処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに実施の形態３においては、液面検知によらない返油制御の終了条件が成立して開閉弁が閉じられた後、圧縮機の駆動周波数を基準値まで低下させる。その結果、冷凍サイクル装置の高圧側の圧力の上昇を抑制することができ、冷凍サイクル装置の性能および安全性の低下を抑制することができる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わされて実施されることも予定されている。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 圧縮機、２ 油分離器、３ 四方弁、４，６ 熱交換器、５ 膨張弁、７ 開閉弁、８ バイパス流路、１０，２０ 液面検知部、１１，２１ 温度センサ、１２，２２ 自己発熱センサ、３０，３０Ａ，３０Ｂ 制御装置、１００，１００Ａ，１００Ｂ 冷凍サイクル装置、１２１，１２２ 電極、１２３ 抵抗素子、ＬＢ１ 潤滑油。

Claims (13)

1. 冷媒が、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器の順の第１循環方向に循環する冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機からの前記冷媒から潤滑油を分離して貯留するように構成された油分離器と、
   流調弁と、
   前記流調弁を介して前記油分離器から前記圧縮機へ、前記潤滑油を移動させるように構成されたバイパス流路と、
   前記潤滑油と気化した前記冷媒との密度差を利用して、前記圧縮機内または前記油分離器内の液面を検知するように構成された液面検知部と、
   前記液面の検知結果を用いて、前記流調弁の開度を調整するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、予め定められた条件が成立する場合、前記検知結果を用いずに前記開度を増加させるように構成されている、冷凍サイクル装置。
2. 前記冷凍サイクル装置の運転モードは、暖房モードを含み、
   前記予め定められた条件は、前記暖房モードが開始されたという条件を含む、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記運転モードは、除霜モードをさらに含み、
   前記冷媒の循環方向を、前記第１循環方向と、前記第１循環方向とは逆方向の第２循環方向との間で切り替えるように構成された流路切替装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記流路切替装置を制御して、前記循環方向を前記暖房モードにおいては前記第１循環方向とし、前記除霜モードにおいては、前記第２循環方向とするように構成されている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記予め定められた条件は、前記除霜モードが開始されたという条件および前記除霜モードが終了したという条件をさらに含む、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記予め定められた条件は、前記循環方向が切り替えられたという条件をさらに含む、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記運転モードは、除霜モードをさらに含み、
   前記予め定められた条件は、前記除霜モードが終了したという条件をさらに含む、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記制御装置は、前記予め定められた条件が成立した場合において、前記開度を増加させた後、前記油分離器から前記圧縮機へ基準量の前記潤滑油が移動したことを示す終了条件が成立したとき、前記開度を減少させるように構成されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記終了条件は、前記開度の増加が完了してから基準時間経過したという条件を含む、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記終了条件は、前記圧縮機内の温度が基準温度よりも大きいという条件を含む、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記制御装置は、前記開度の減少が完了した後、前記圧縮機の単位時間あたりの吐出量を基準吐出量まで減少させるように構成されている、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記液面検知部は、前記油分離器内の液面を検知するように構成され、
    前記制御装置は、前記予め定められた条件が不成立の場合、前記液面が前記油分離器内の基準位置よりも高いとき、前記開度を増加させるように構成されている、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記液面検知部は、前記圧縮機内の液面を検知するように構成され、
    前記制御装置は、前記予め定められた条件が不成立の場合、前記液面が前記圧縮機内の基準位置よりも低いとき、前記開度を増加させるように構成されている、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記液面検知部は、自己発熱式センサを含む、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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