JP6896100B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、圧縮機からの冷媒ガスから冷凍機油を分離する油分離器を備えた冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置には、圧縮機において冷凍機油の枯渇が懸念される運転を回避するために、圧縮機が吐出する冷媒ガスから冷凍機油を分離する油分離器が設置されている機種がある。しかし、定常運転時に圧縮機に多量の油を返すと、圧縮機内で油が過充填となり、性能低下が生じる課題がある。そこで特開２００８−１３９００１号公報（特許文献１）に開示された冷凍サイクル装置では、油溜め容器を設け、定常運転等では余剰油を滞留させ、油枯渇運転時では、油溜め容器に貯めた余剰油を圧縮機へ流入させる。

この冷凍サイクル装置は、圧縮機の吐出側に接続された油分離器と、油分離器に連通し、油分離器で分離された冷凍機油を貯留させるための油溜め容器と、油溜め容器と圧縮機の吸入側とに接続され且つ開閉弁を有して油溜め容器の冷凍機油を圧縮機の吸入側に戻す接続管とを有し、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行なう冷媒回路を備える。

油溜め容器は、密閉された容器を構成し、油流入管によって油分離器に接続されている。油溜め容器は、油分離器の下方に配置されている。そして、油溜め容器は、油分離器で分離された冷凍機油がその自重で油流入管を通って流入するように構成されている。つまり、余剰油回収機構は、圧縮機から流出して油分離器で分離された冷凍機油の全てを油溜め容器に回収するように構成されている。

特開２００８−１３９００１号公報（請求項１および段落００４４）

油溜め容器を設けると、低温外気時には油に冷媒が溶け込んでしまい、油濃度が薄くなって圧縮機で油枯渇が生じる。圧縮機停止中は特にこの現象が顕著であり、油溜めがあっても油枯渇を完全に防ぐことはできない。

上記特開２００８−１３９００１号公報に開示された冷凍サイクル装置は、停止中に油分離器および油溜め容器内の冷凍機油に溶け込む冷媒を抑制できず、油溜め容器内の液体の油濃度が低下するという問題がある。また、圧縮機起動時等には、運転中に圧縮機から吐出された油濃度の低い混合液が油溜め容器に流入し、油溜め容器内の液体の油濃度が低下するという問題がある。油溜め部から油濃度の低い混合液が圧縮機に流入すると、圧縮機中で油が枯渇状態となり、圧縮機の信頼性が低下する恐れがある。

また、油溜め容器に冷凍機油が貯留されているとき、冷凍機油に冷媒が溶けこむことで冷媒回路中の冷媒量が低下する。そのために冷媒回路中の冷媒量が適正冷媒量以下となり冷凍サイクルの性能が低下する。冷媒回路中の冷媒量を適正冷媒量に保とうとすると、冷媒回路に封入する冷媒量が増加してしまうという問題もある。

また、油溜め容器内の冷凍機油に冷媒が溶け込むと、体積が増加し、油溜め容器でオーバーフローが生じるおそれがある。油溜め容器でオーバーフローが生じると、油分離器において油分離率低下が生じ、冷凍サイクルの性能及び圧縮機の信頼性が低下してしまう。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、油溜め容器内の冷凍機油の濃度を保ち、圧縮機における油枯渇を防ぐことが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。冷凍サイクル装置は、冷媒が、圧縮機、油分離器、第１熱交換器、減圧装置、第２熱交換器、の順に循環し圧縮機に戻る冷媒回路と、冷凍機油を貯留する油溜め部と、油分離器と油溜め部とを接続し、油分離器で分離された冷凍機油を油溜め部に送る第１配管と、第１配管に設けられた第１の弁と、油溜め部と圧縮機の吸入側とを接続する第２配管と、第２配管に設けられた第２の弁と、第２配管が油溜め部に接続される位置より低い位置において、油溜め部と圧縮機の吸入側とを接続する第３配管と、第３配管に設けられた第３の弁とを備える。圧縮機の停止期間において、第１〜第３の弁は閉止される。

本発明によれば、油分離器で分離された冷凍機油を貯留する油溜めの出入り口配管に設けられた弁を閉止して運転停止中において貯留される液の油濃度が低下するのを防ぐことができるため、圧縮機に油枯渇が生じるのを防ぐことができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 油分離器２および油溜め部６の間の接続を詳細に示した部分拡大図である。 制御装置１００が実行する弁の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に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 制御装置１０１が実行する弁の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３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 制御装置１０２が実行する弁の制御を説明するためのフローチャートである。 油溜め部６の圧力と油濃度と温度との関係を示す図である。 実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。 冷房と暖房において適正な使用冷媒量が異なることを示す図である。

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、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。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
（冷凍サイクル装置の構成）
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す図である。図１に示す冷凍サイクル装置３００は、冷媒が、圧縮機１、油分離器２、第１熱交換器３（高圧側）、減圧装置４、第２熱交換器５（低圧側）、の順に循環し圧縮機１に戻る冷媒回路３０を備える。冷媒回路３０の各要素は、配管３１〜３５によって接続される。

冷凍サイクル装置３００は、さらに、冷凍機油を貯留する油溜め部６と、第１配管２１、第２配管２２、第３配管２３とを備える。

第１配管２１は、油分離器２と油溜め部６とを接続し、油分離器２で分離された冷凍機油を油溜め部６に送る。第２配管２２は、油溜め部６と圧縮機１の吸入側の低圧配管３５とを接続する。第３配管２３は、第２配管２２が油溜め部６に接続される位置より低い位置において、油溜め部６と圧縮機１の吸入側の低圧配管３５とを接続する。

冷凍サイクル装置３００は、さらに、第１配管２１に設けられた第１の弁１１と、第２配管２２に設けられた第２の弁１２と、第３配管２３に設けられた第３の弁１３と、制御装置１００とを備える。

第３の弁１３は、第３配管２３に設けられる返油量調整弁である。返油量調整弁は、油溜め部６から圧縮機１に送られる返油量を調整する弁である。

返油管である第１配管２１および貯油量調整弁である第１の弁１１を経由して油分離器２から油溜め部６に混合液が流入する。油溜め部６からは返油管である第３配管２３および返油量調整弁である第３の弁１３を経由して圧縮機１に冷凍機油が戻される。また油溜め部６からはガス抜き配管である第２配管２２および遮断弁である第２の弁１２を経由して圧縮機１に冷媒ガスが戻される。

以上のように、油溜め部６に接続された配管にはすべて閉止可能な弁が設けられているので、冷凍サイクル装置３００は、油溜め部６を密閉することが可能に構成されている。圧縮機１の停止期間において、第１〜第３の弁１１〜１３はともに閉止され、油溜め部６の外部の冷媒が油溜め部６中の冷凍機油に溶け込むのが防止される。

図２は、油分離器２および油溜め部６の間の接続を詳細に示した部分拡大図である。図１、図２を参照して、油分離器２は、圧縮機１と高圧側の第１熱交換器３との間に配管３１，３２で接続される。油溜め部６の上底面６Ｕは、油分離器２と第１配管２１によって接続される。油溜め部６の上底面６Ｕはまた、圧縮機１と低圧側の第２熱交換器５との間の低圧配管３５に、第２配管２２によって接続される。油溜め部６の下底面６Ｌは、油抜き配管である第３配管２３によって、圧縮機１と低圧側の第２熱交換器５の間の低圧配管３５に接続される。

油溜め部６は、油分離器２よりも下方に設置される。これにより、油分離器２中の液体は重力によって第１配管２１を経由して油溜め部６に流入する。

第１配管２１の一端は、油溜め部６の上底面６Ｕに接続される。第１配管２１の他方端は、地面に対し、Ｙ≦Ｈ≦Ｙ＋（Ｘ−Ｙ）／２の高さＨの位置に接続される。Ｘは地面（室外機底面）と油分離器２の上端との距離を示す。Ｙは地面（室外機底面）と油分離器２の下端との距離を示す。

第２配管２２は、油溜め部６の上底面６Ｕと圧縮機１の吸入側の低圧配管３５とを接続する。第３配管２３は、油溜め部６の下底面６Ｌと圧縮機１の吸入側の低圧配管３５とを接続する。

（言葉の定義）
冷凍サイクル装置３００の動作の説明の前に、本明細書において用いられるいくつかの用語について説明する。

「混合液」は、冷凍機油中に冷媒が寝込んだ（溶け込んだ）状態の液体である。
「余剰油」は、圧縮機１における適正油量に対して余剰となった冷凍機油である。冷凍サイクル装置内に封入された冷凍機油は、運転状態に応じて、圧縮機１が必要とする油量（適正油量）が変化する。特に、過渡時（過渡的にアクチュエータの変化が生じる運転：例、起動時や除霜運転時）と安定時とを比較すると、安定時のほうが適正油量が少ない。このため、過渡時を考慮して冷凍機油が封入されていた場合、安定時には適正油量に対して冷凍機油が余る。この余った冷凍機油を余剰油とする。

「オーバーフロー」は、配管２１から油溜め部６に流入した混合液の流量が、配管２３へ流出する流量よりも多い場合に油溜め部６から混合液があふれ、油分離器２の液面が上昇することを言う。オーバーフロー時には、極端に油分離器２の油と冷媒の分離効率が低下する。

「油回収運転」は、油枯渇が懸念されない場合、例えば圧縮機１に十分冷凍機油がある場合に、冷凍機油を油溜め部６に貯留させる運転である。

「返油運転」は、油枯渇が懸念される場合、例えば起動時やデフロスト運転時などの圧縮機１の運転周波数が急激に変化する場合に、油溜め部６に貯留された油を圧縮機１に返す運転である。

（冷凍サイクル装置の動作説明）
制御装置１００は、通常運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、遮断弁（弁１２）は全開に制御する。

図３は、制御装置１００が実行する弁の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍サイクル装置３００の全体の制御を行なうメインルーチンから、一定時間ごとまたは起動条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図３を参照して、制御装置１００は、動作を開始するとステップＳ１０１において冷凍サイクル装置３００の運転条件を検知する。この運転条件には、圧縮機１の運転周波数も含まれている。

続いて、ステップＳ１０２では、制御装置１００は、圧縮機１の運転周波数の増加量と規定変化量とを比較する。圧縮機１の運転周波数が規定変化量以上増加した場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、圧縮機１において多くの冷凍機油が必要とされるため、ステップＳ１０３において制御装置１００は、運転モードを返油運転モードに設定する。

制御装置１００は、返油運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、遮断弁（弁１２）は全閉に制御する。

返油運転モードでは、図１の圧縮機１から吐出されたガス冷媒と混合液は油分離器２に流入される。ガス冷媒と混合液は、油分離器２内で分離され、ガス冷媒は高圧側の第１熱交換器３へ流出し、混合液は油溜め部６に流入する。油溜め部６内に流入した混合液は、油溜め部６から油抜き配管である第３配管２３および返油量調整弁（弁１３）を経て、圧縮機１と低圧側の第２熱交換器５の間の低圧配管３５を通り、圧縮機１に供給される。

一方、圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量より少ない場合（Ｓ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０４において、制御装置１００は、圧縮機１の周波数を検知する。ここで、周波数がゼロではなく、かつ圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量未満の場合（Ｓ１０４でＮＯ）、圧縮機１での冷凍機油の必要量は通常量でよいので、ステップＳ１０６において制御装置１００は、運転モードを油回収運転モードに設定し、返油量調整弁（弁１３）の開度を減少させる。

制御装置１００は、油回収運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、遮断弁（弁１２）は全開に制御する。

油回収運転モードでは、図１の圧縮機１から吐出されたガス冷媒と混合液は油分離器２に流入する。ガス冷媒と混合液とは、油分離器２内で分離され、ガス冷媒は高圧側の第１熱交換器３へ流出し、混合液は貯油量調整弁（弁１１）を通過して油溜め部６に流入する。油溜め部６に滞留しているガス冷媒は、ガス抜き配管である第２配管２２および遮断弁（弁１２）を通過し低圧配管３５に流入する。混合液は、油溜め部６内の液面を上昇させる。液面が上昇し、油溜め部６内の上部に設置している第２配管２２の接続部まで液面が上昇すると、第２配管２２および低圧配管３５を経由して、混合液が圧縮機１に流入する。

一方、圧縮機１の運転周波数がゼロである場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、制御装置１００は、冷凍サイクル装置３００（圧縮機１）の運転停止時は、返油量調整弁（弁１３）、貯油量調整弁（弁１１）、および遮断弁（弁１２）をともに全閉に制御する。圧縮機１が停止中は、各弁を閉にすることで、油溜め部６と冷媒回路３０との流路を遮断し、冷媒回路３０内の冷媒が油溜め部６に移動しなくさせる。これによって、圧縮機１の運転停止中に油溜め部６中の混合液の温度が低下しても、冷媒回路３０から冷媒が移動し混合液中に溶け込むことが防止され、混合液の油濃度の低下が防止される。なお、３つの弁が閉じるタイミングは、同時でなくても良い。圧縮機１の停止期間中に返油量調整弁（弁１３）、貯油量調整弁（弁１１）、および遮断弁（弁１２）がともに閉止されている期間が含まれていればよい。

ステップＳ１０３，Ｓ１０５，Ｓ１０６のいずれかにおいて返油量調整弁（弁１３）の開度が決定されたら、制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、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。

油回収運転モードでは、余剰油を油溜め部６に貯留させることで、圧縮機１の性能を向上させることができる。油回収運転モード時にガス抜き配管からガスを抜きながら油を回収することで、油回収時間を短縮することができる。

返油運転モードでは、圧縮機１から吐出された油濃度の低い混合液が油溜め部６に移動することを抑制し、油溜め部６内の油濃度の低下を抑制することによって、圧縮機信頼性を向上させることができる。

圧縮機停止時では、油溜め部６と冷媒回路３０とを遮断することで、油溜め部６への冷媒の移動を防止する。停止中に冷媒が油溜め部６内に移動しないため、冷媒回路３０内の冷媒による油濃度低下を抑制させるため、油濃度の高い混合液を圧縮機１に流入させることができ、圧縮機１の信頼性を向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の構成において、油溜め部６に貯留される混合液の液面高さが検知できる液面センサを設置し、液面高さが規定位置となるように弁を制御する。

図４は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図４に示す冷凍サイクル装置３０１は、冷媒が、圧縮機１、油分離器２、第１熱交換器３、減圧装置４、第２熱交換器５、の順に循環し圧縮機１に戻る冷媒回路３０と、油溜め部６と、配管２１〜２３と、弁１１〜１３とを備える。これらについては、実施の形態１の冷凍サイクル装置３００と同様であるので説明は繰り返さない。

冷凍サイクル装置３００は、さらに、油溜め部６に貯留された液体の液面高さを検出する液面センサ５２と、液面センサ５２が検出した液面高さに応じて弁１１〜１３を制御する制御装置１０１とをさらに備える。制御装置１０１は、液面高さが規定位置となるように弁１１〜１３を制御する。液面センサ５２としては、電気抵抗変化の検出、静電容量の変化の検出、超音波、電波、レーザ光の反射の検出によるものなどを使用することができる。

図５は、制御装置１０１が実行する弁の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍サイクル装置３０１の全体の制御を行なうメインルーチンから、一定時間ごとまたは起動条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図４、図５を参照して、制御装置１０１は、最初にステップＳ１０１において冷凍サイクル装置３００の運転条件を検知する。この運転条件には、圧縮機１の運転周波数も含まれている。

続いて、ステップＳ１０２では、制御装置１０１は、圧縮機１の運転周波数の増加量と規定変化量とを比較する。圧縮機１の運転周波数が規定変化量以上増加した場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、圧縮機１において多くの冷凍機油が必要とされるため、ステップＳ１０３において制御装置１０１は、運転モードを返油運転モードに設定する。

制御装置１０１は、返油運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、遮断弁（弁１２）は全閉に制御する。

一方、圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量より少ない場合（Ｓ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０４において、制御装置１０１は、圧縮機１の周波数を検知する。

圧縮機１の運転周波数がゼロである場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、制御装置１０１は、冷凍サイクル装置３００（圧縮機１）の運転停止時は、返油量調整弁（弁１３）、貯油量調整弁（弁１１）、および遮断弁（弁１２）をともに全閉に制御する。圧縮機１が停止中は、各弁を閉にすることで、油溜め部６と冷媒回路３０との流路を遮断し、冷媒回路３０内の冷媒が油溜め部６に移動しなくさせる。これによって、圧縮機１の運転停止中に油溜め部６中の混合液の温度が低下しても、冷媒回路３０から冷媒が移動し混合液中に溶け込むことが防止され、混合液の油濃度の低下が防止される。

一方、周波数がゼロではなく、かつ圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量未満の場合（Ｓ１０４でＮＯ）、圧縮機１での冷凍機油の必要量は通常量でよいので、ステップＳ１０６Ａにおいて制御装置１０１は、運転モードを油回収運転モードに設定し、続くステップＳ１０７〜Ｓ１１０の処理によって液面高さを調整するように返油量調整弁（弁１３）、貯油量調整弁（弁１１）、遮断弁（弁１２）を制御する。

ステップＳ１０７では、制御装置１０１は、液面センサ５２によって、油溜め部６内の液面高さを検知する。そして、ステップＳ１０８において、液面高さと規定位置とを比較する。液面高さが規定位置未満の場合は（Ｓ１０８でＹＥＳ）、ステップＳ１１０において制御装置１０１は、返油量調整弁（弁１３）の開度を小とし、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大とし、遮断弁（弁１２）は開の状態に各弁を制御する。一方、液面高さが規定位置以上の場合は（Ｓ１０８でＮＯ）、ステップＳ１０９において制御装置１０１は、返油量調整弁（弁１３）の開度を小とし、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小とし、遮断弁（弁１２）は開の状態に各弁を制御する。

ステップＳ１０３，Ｓ１０９，Ｓ１１０のいずれかにおいて３つの弁の開度が決定されたら、制御はメインルーチンに戻される。

冷媒と冷凍機油の流れは、基本的には実施の形態１と同様の流れとなるが、油溜め部６内の混合液の液面高さを規定位置付近に保つように弁の開度が制御される。

油溜め部６の液面高さが規定位置未満の場合は、油分離器２から流出された混合液は、貯油量調整弁（弁１１）を通り、油溜め部６に流入する。油溜め部６内のガス冷媒は、ガス抜き配管２２を経由して低圧配管３５に流入する。油溜め部６に流入した混合液は、油溜め部６に滞留し、液面高さを上昇させる。液面高さが規定位置以上の場合は、貯油量調整弁（弁１１）と返油量調整弁（弁１３）の開度を制御し、各弁の混合液の通過量の収支を合わせることで、液面高さを維持させる。

以上説明したように、実施の形態２の冷凍サイクル装置によれば、油溜め部６内の混合液の液面高さを調節することで、余剰油を適正量貯留させることができ、圧縮機１の信頼性向上及び冷凍サイクルの性能を向上させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、油溜め部６内の液面高さに代えて油濃度を管理する。

図６は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図６に示す冷凍サイクル装置３０２は、冷媒が、圧縮機１、油分離器２、第１熱交換器３、減圧装置４、第２熱交換器５、の順に循環し圧縮機１に戻る冷媒回路３０と、油溜め部６と、配管２１〜２３と、弁１１〜１３とを備える。これらについては、実施の形態１、２の冷凍サイクル装置３００と同様であるので説明は繰り返さない。

冷凍サイクル装置３０２は、さらに、油溜め部６に貯留された液体の油濃度を検出する油濃度センサ５３と、油濃度センサ５３の出力に応じて弁１１〜１３を制御する制御装置１０２とをさらに備える。制御装置１０２は、油溜め部６内の混合液の油濃度が規定濃度となるように弁１１〜１３を制御する。

油濃度センサ５３は、冷凍機油と液冷媒の混合液中の冷凍機油の濃度を検出するものであるが、混合液中の冷媒濃度を検出するものであっても良い。油濃度センサ５３としては、例えば、静電容量センサ、音速センサ、光学式センサなど、種々の方式によって濃度を検出するセンサを使用することができる。

図７は、制御装置１０２が実行する弁の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、冷凍サイクル装置３０２の全体の制御を行なうメインルーチンから、一定時間ごとまたは起動条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図６、図７を参照して、制御装置１０２は、最初にステップＳ１０１において冷凍サイクル装置３００の運転条件を検知する。この運転条件には、圧縮機１の運転周波数も含まれている。

続いて、ステップＳ１０２では、制御装置１０２は、圧縮機１の運転周波数の増加量と規定変化量とを比較する。圧縮機１の運転周波数が規定変化量以上増加した場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、圧縮機１において多くの冷凍機油が必要とされるため、ステップＳ１０３において制御装置１０２は、運転モードを返油運転モードに設定する。

制御装置１０２は、返油運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、遮断弁（弁１２）は全閉に制御する。

一方、圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量より少ない場合（Ｓ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０４において、制御装置１０２は、圧縮機１の周波数を検知する。

圧縮機１の運転周波数がゼロである場合（Ｓ１０４でＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、制御装置１０２は、冷凍サイクル装置３００（圧縮機１）の運転停止時は、返油量調整弁（弁１３）、貯油量調整弁（弁１１）、および遮断弁（弁１２）をともに全閉に制御する。圧縮機１が停止中は、各弁を閉にすることで、油溜め部６と冷媒回路３０との流路を遮断し、冷媒回路３０内の冷媒が油溜め部６に移動しなくさせる。これによって、圧縮機１の運転停止中に油溜め部６中の混合液の温度が低下しても、冷媒回路３０から冷媒が移動し混合液中に溶け込むことが防止され、混合液の油濃度の低下が防止される。

一方、周波数がゼロではなく、かつ圧縮機１の運転周波数の増加量が規定変化量未満の場合（Ｓ１０４でＮＯ）、圧縮機１での冷凍機油の必要量は通常量でよいので、ステップＳ１０６において制御装置１０２は、運転モードを油回収運転モードに設定し、返油量調整弁（弁１３）の開度を減少させる。

制御装置１０２は、油回収運転モードでは、返油量調整弁（弁１３）の開度を小さく、もしくは全閉に制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大きく、もしくは全開に制御し、遮断弁（弁１２）は全開に制御する。

続いて、ステップＳ１１７において制御装置１０２は、油濃度センサ５３によって油溜め部６中の混合液の油濃度を検知し、ステップＳ１１８において、検知した油濃度と規定油濃度とを比較する。

油濃度が規定油濃度未満の場合は（Ｓ１１８でＹＥＳ）、制御装置１０２は、ステップＳ１２０において、返油量調整弁（弁１３）の開度を小さく制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小さく制御し、遮断弁（弁１２）は全開に制御する。

一方、油濃度が規定油濃度以上の場合は（Ｓ１１８でＮＯ）、制御装置１０２は、ステップＳ１１９において、返油量調整弁（弁１３）の開度を小さく制御し、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大きく制御し、遮断弁（弁１２）を閉じる。

ステップＳ１０３，Ｓ１１９，Ｓ１２０のいずれかにおいて３つの弁の開度が決定されたら、制御はメインルーチンに戻される。

冷媒と冷凍機油の流れは、基本的には実施の形態１、２と同様の流れとなるが、油溜め部６内の混合液の油濃度を規定油濃度付近に保つように弁の開度が制御される。

図８は、油溜め部６の圧力と油濃度と温度との関係を示す図である。
制御装置１０２は、油濃度が規定油濃度未満の場合は、貯油量調整弁（弁１１）の開度を小さくし、図８に示すように油溜め部６内の圧力を低下させ、油濃度を上昇させる。

逆に、油濃度が規定油濃度以上の場合は、制御装置１０２は、貯油量調整弁（弁１１）の開度を大きくし、油溜め部６内の圧力を上昇させ、油濃度を低下させる。

実施の形態３の冷凍サイクル装置によれば、運転中に油溜め部内の圧力を調整することによって油濃度を変化させることができる。これにより、圧縮機１において必要な油濃度を確保するため、圧縮機１の信頼性を向上させることができる。

加えて、混合液の油濃度を制御することで、冷媒回路に封入する冷媒量を削減することができ、または、冷媒回路の冷媒量最適化による冷凍サイクルの性能を向上させることができる。

図９は、実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図９に示した冷凍サイクル装置３０２Ａは、図６に示した冷凍サイクル装置３０２に四方弁６０を追加したものである。

実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置３０２Ａでは、冷凍サイクル装置の運転状態に応じて規定油濃度を変化させる。

図１０は、冷房と暖房において適正な使用冷媒量が異なることを示す図である。このときの油溜め６中の油濃度の最適値も冷房と暖房では異なる。冷房と暖房を切替え可能な冷凍サイクル装置では、冷凍回路への冷媒封入量は、図１０に示すように冷房と暖房の各適正量の中間に設定されることが多い。

すなわち、図１０中の封入量は、出荷時に室外機に封入されている規定量の冷媒量である。暖房時の適正使用冷媒量は封入量よりも多く、冷房時の適正使用冷媒量は封入量よりも少ない。このとき、油濃度センサ５３で濃度を監視し、油溜め部６の圧力を調整すれば、冷房時適正量、暖房時適正量に冷媒使用量を調節することができる。

したがって、冷凍サイクル装置３０２Ａが冷房と暖房を切替えるような運転をした場合には、図７のステップＳ１１８における規定油濃度を冷房運転と暖房運転との場合で切り替える。

内容積が高圧側熱交換器＜低圧側熱交換器となる運転を行なう場合の規定油濃度を濃度Ｄ１とし、高圧側熱交換器＞低圧側熱交換器となる運転を行なう場合の規定油濃度を濃度Ｄ２としたとき、規定油濃度Ｄ１＜規定油濃度Ｄ２となるように規定油濃度を設定する。

以上説明したように、実施の形態３および変形例の冷凍サイクル装置によれば、以下の効果が得られる。

温度から油濃度を推定するのではなく、油濃度を検知するため、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

運転状態に応じて適正冷媒量は異なる。運転状態に応じて規定油濃度を変化させることによって、混合液中の冷媒の溶け込み量を調整し、冷媒回路中に冷媒を放出させることによって、運転状態に応じて性能を向上させることができる。

封入した冷媒量に対し、油濃度を適正値に管理できるため、油に溶け込む分の余分な量の冷媒を封入する必要がなくなり、冷媒量を削減することができる。

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 圧縮機、２ 油分離器、３ 第１熱交換器、４ 減圧装置、５ 第２熱交換器、６ 油溜め部、６Ｌ 下底面、６Ｕ 上底面、１０ ヒーター、１１〜１３ 弁、２１〜２３，３１〜３５ 配管、３０ 冷媒回路、５２ 液面センサ、５３ 油濃度センサ、６０ 四方弁、１００，１０１，１０２ 制御装置、３００，３０１，３０２，３０２Ａ 冷凍サイクル装置。

Claims (1)

1. 冷媒が、圧縮機、油分離器、第１熱交換器、減圧装置、第２熱交換器、の順に循環し前記圧縮機に戻る冷媒回路と、
   冷凍機油を貯留する油溜め部と、
   前記油分離器と前記油溜め部とを接続し、前記油分離器で分離された冷凍機油を前記油溜め部に送る第１配管と、
   前記第１配管に設けられた第１の弁と、
   前記油溜め部と前記圧縮機の吸入側とを接続する第２配管と、
   前記第２配管に設けられた第２の弁と、
   前記第２配管が前記油溜め部に接続される位置より低い位置において、前記油溜め部と前記圧縮機の吸入側とを接続する第３配管と、
   前記第３配管に設けられた第３の弁とを備え、
   前記圧縮機の停止期間において、前記第１〜第３の弁は閉止され、
   前記油溜め部に貯留された液体の油濃度を検出する油濃度センサと、
   前記油濃度センサで検出された油濃度が規定濃度となるように前記第１〜第３の弁の開度を制御する制御装置とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記油濃度センサで検出された油濃度が前記規定濃度よりも低い場合には、前記油濃度が前記規定濃度よりも高い場合に比べて、前記第１の弁の開度を減少させる、冷凍サイクル装置。

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