JP7552105B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、冷却装置に関し、特に、オイル戻り流路を備えた冷却装置に関する。

従来、オイル戻り流路を備えた冷却装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、気体圧縮機と、オイルセパレータと、コンデンサと、膨張弁と、エバポレータと、アキュムレータと、制御部とを備える空気調和装置が開示されている。オイルセパレータは、気体圧縮機とコンデンサとの間に設けられており、気体圧縮機から吐出された冷媒と冷媒に含まれるオイルとを分離する機能を有している。また、気体圧縮機は、吸入室と、吐出室と、オイル溜りとを有している。オイル溜りと吸入室とは、オイル戻し配管によって接続されている。また、オイル戻し配管には、流量制御バルブが設けられている。制御部は、オイル流量に基づいて流量制御バルブを制御することにより、オイル戻し量を調整している。

特開２００４－８４６３３号公報

ここで、オイルセパレータは、冷媒とオイルとを完全に分離することができない。そのため、オイル戻し回路（オイル戻り流路）から圧縮機に戻ってくるオイルには冷媒が混入している場合がある。しかしながら、上記特許文献１に記載された空気調和装置（冷却装置）では、圧縮機に戻るオイルの量のみに着目して流量制御バルブ（オイル流量制御弁）を制御している。このように、圧縮機に戻るオイル量のみに基づいてオイルを戻す量を制御すると、圧縮機に戻るオイルに含まれる冷媒に起因して、圧縮機における圧縮効率が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、オイル戻り流路から圧縮機に戻るオイルに冷媒が含まれる場合でも、圧縮効率が低下することを抑制することが可能な冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出された冷媒と冷媒中に含まれるオイルとを分離するオイルセパレータと、オイルセパレータと、圧縮機とを接続し、オイルセパレータによって分離されたオイルを圧縮機に戻すためのオイル戻り流路と、オイル戻り流路に設けられたオイル戻り量調整弁と、オイル戻り流路を介して圧縮機に流入するオイルおよび冷媒を含む流体の圧力値を取得する圧力値取得部と、圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁の開閉制御を行うことにより、圧縮機へのオイルの戻り量を調整する制御部と、を備え、制御部は、圧力値が、オイル戻り流路を介して圧縮機に流入する冷媒の量を低減させるための目標圧力値に近づくように、オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている。

ここで、圧力値取得部によって取得された圧力値は、オイル戻り流路を流れる流体に含まれる冷媒の量を反映している。したがって、この発明の一の局面による冷却装置では、圧縮機に流入するオイルおよび冷媒を含む流体の圧力値を取得するとともに、圧力値取得部によって取得された圧力値に基づいてオイル戻り量調整弁の開閉制御を行うことにより、オイル戻り流路を流れる流体に含まれる冷媒の量を間接的に制御することができる。その結果、オイル戻り流路から圧縮機に戻るオイルに冷媒が含まれる場合でも、圧縮効率が低下することを抑制することができる。また、圧縮機の圧縮効率が低下することを抑制することが可能となるので、圧縮機において冷媒を所定の圧力まで圧縮する際に必要となる電流値が増加することを抑制することができる。その結果、圧縮機における消費電力量を低減することができる。また、圧縮機における消費電力量を低減させることが可能となるので、冷却装置におけるエネルギー消費効率を表す指標であるＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を向上させることができる。

また、圧力値が目標圧力値に近づくようにオイル戻り量調整弁が制御されるので、圧力値を取得することにより、容易にオイル戻り量を調整することができる。その結果、圧縮効率が低下することを容易に抑制することができる。

この場合、好ましくは、目標圧力値は、オイル戻り流路を流れる流体が、冷媒を含まないオイルの状態で圧縮機に流入する際の圧力値である。このように、オイル戻り流路内を流れる流体がオイルのみの理想的な値を目標値とすることにより、圧縮機に流れ込む冷媒の量を極力低減させることができる。その結果、圧縮機の冷却効率が低下することをより抑制することができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、圧縮機のオイル量を取得するオイル量取得部をさらに備え、制御部は、圧力値と、オイル量取得部によって取得された圧縮機のオイル量との両方に基づいて、オイル戻り量調整弁の制御を行うように構成されている。このように構成すれば、圧力値とともに、オイル量にも基づいてオイル戻り量調整弁を制御することが可能となるので、オイルが少ないことに起因して圧縮機の摺動性が低下することを抑制しつつ、圧縮効率が低下することを抑制することができる。その結果、圧縮機が破損する可能性を低下させつつ、圧縮効率が低下することを抑制することができる。

この場合、好ましくは、制御部は、圧縮機のオイル量が、予め定められた圧縮機のオイル量の下限値を下回らない範囲で、下限値近傍となるように、オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている。このように構成すれば、圧縮機に戻すオイル量が過度に増加することを抑制することが可能となるので、オイル量が下限値近傍になった場合にオイル戻り量調整弁を開き、オイル量が上限値近傍になった場合にオイル戻り量調整弁を閉じる構成と比較して、オイル戻り流路を介して圧縮機に流入する冷媒の量が少ない状態を維持することができる。その結果、圧縮機に戻る冷媒の量が過度に増加することを定常的に抑制することが可能となるので、圧縮効率が低下することを定常的に抑制することができる。

上記一の局面による冷却装置において、好ましくは、圧縮機は、１段圧縮部と２段圧縮部とを有する２段圧縮機であり、圧力値取得部は、圧力値として、２段圧縮部に流入する流体の中間圧力値を取得するように構成されており、制御部は、中間圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている。このように構成すれば、取得した中間圧力値によってオイル戻り量調整弁が制御されるので、２段圧縮機において、圧縮効率が低下することを容易に抑制することができる。なお、中間圧力値とは、２段圧縮機において、１段圧縮部において圧縮された後の冷媒の圧力値のことである。

本発明によれば、上記のように、オイル戻り流路から圧縮機に戻るオイルに冷媒が含まれる場合でも、圧縮効率が低下することを抑制することが可能な冷却装置を提供することができる。

一実施形態による冷却装置の概略的な全体構成を示した図である。 一実施形態によるオイル戻り流路の圧力値を示すグラフである。 一実施形態による圧縮機のオイル量を示すグラフである。 一実施形態による制御部がオイル戻り量調整弁を制御する処理を示したフローチャートである。 変形例による冷却装置の概略的な全体構成を示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（冷却装置の構成）
図１を参照して、本発明の一実施形態による冷却装置１００の構成について説明する。

図１に示す冷却装置１００は、冷却負荷Ｌを冷却するための装置である。たとえば、冷却装置１００は、物品（図示せず）を保管する冷蔵倉庫（図示せず）を所定温度に維持するための装置である。冷却装置１００は、二元式の冷凍装置であり、一般的に、一元式の冷凍装置よりも低い冷却温度（超低温）を得ることが可能である。

冷却装置１００は、高温側回路１０１と、低温側回路１０２と、オイル戻り回路１０３とを備えている。高温側回路１０１および低温側回路１０２は、それぞれ、独立して冷媒を循環させるように構成されている。高温側回路１０１および低温側回路１０２は、互いに異なる冷媒を循環させるように構成されている。高温側回路１０１および低温側回路１０２には、それぞれ、高温特性の良好な冷媒および低温特性の良好な冷媒が用いられる。また、オイル戻り回路１０３は、後述する低温側回路１０２の第２圧縮機２０から吐出された冷媒に含まれるオイルを、第２圧縮機２０に戻すための回路である。なお、冷媒は、回路内（高温側回路１０１および低温側回路１０２内）において黒塗りの矢印で示される方向に移動する。また、オイルセパレータ２１によって分離されたオイルは、白抜きの矢印で示された方向に移動する。

ここで、本実施形態では、冷却装置１００は、高温側回路１０１と低温側回路１０２とに跨るように設けられ、高温側回路１０１と低温側回路１０２との間で熱エネルギーを交換する熱交換器として、メインカスケード熱交換器１０、および、サブカスケード熱交換器１１を備えている。

メインカスケード熱交換器１０は、高温側回路１０１において、冷媒に熱エネルギーを付与する機能を有しており、低温側回路１０２において、冷媒から熱エネルギーを奪う機能を有している。詳細には、メインカスケード熱交換器１０は、高温側回路１０１において、蒸発器として機能するとともに、低温側回路１０２において、凝縮器として機能するように構成されている。

すなわち、冷却装置１００は、高温側回路１０１の蒸発潜熱を利用して、メインカスケード熱交換器１０により、低温側冷媒を凝縮および冷却するように構成されている。

（高温側回路の構成）
冷却装置１００の高温側回路１０１は、冷媒配管１と、メインカスケード熱交換器１０と、サブカスケード熱交換器１１と、第１圧縮機１２と、第１凝縮器１３と、膨張弁１４と、アキュムレータ１５と、圧力センサ１６と、を備えている。

高温側回路１０１は、メインカスケード熱交換器１０、サブカスケード熱交換器１１、第１圧縮機１２、第１凝縮器１３、および、膨張弁１４を、冷媒配管１により接続して形成されている。

高温側回路１０１は、第１圧縮機１２の冷媒吐出側を高温側回路１０１の基点（最上流の構成）とした場合に、第１圧縮機１２、第１凝縮器１３、膨張弁１４および熱交換器（メインカスケード熱交換器１０およびサブカスケード熱交換器１１）が上流側から順に配置されるとともに、各構成が冷媒配管１により環状に接続されるように構成されている。

メインカスケード熱交換器１０は、上記の通り、高温側回路１０１において、蒸発器として機能するように構成されている。メインカスケード熱交換器１０により蒸発された冷媒は、冷媒配管１を流通して、アキュムレータ１５を介してメインカスケード熱交換器１０の下流側に配置される第１圧縮機１２に流入される。

サブカスケード熱交換器１１は、高温側回路１０１において第１凝縮器１３および膨張弁１４の間に配置される冷媒配管１と、低温側回路１０２においてガスクーラ２２および冷却負荷Ｌの間に配置される冷媒配管２とに跨るように設けられている。サブカスケード熱交換器１１は、高温側回路１０１において第１凝縮器１３により凝縮された冷媒と、低温側回路１０２において冷却負荷Ｌにより蒸発された冷媒との間で熱交換を行うように構成されている。その結果、冷却装置１００は、サブカスケード熱交換器１１から膨張弁１４に冷却された冷媒を送るように構成されている。

メインカスケード熱交換器１０およびサブカスケード熱交換器１１は、高温側回路１０１において直列に配置されている。なお、サブカスケード熱交換器１１も、高温側回路１０１と低温側回路１０２との間で熱エネルギーを交換する熱交換器として機能する。

第１圧縮機１２は、吸入された気体冷媒を圧縮して高圧側（第１凝縮器１３側）に吐出するように構成されている。たとえば、第１圧縮機１２には、回転数の変更により冷媒吐出量が制御可能なインバータ制御式圧縮機が用いられる。第１圧縮機１２により圧縮された冷媒は、冷媒配管１を流通して第１圧縮機１２の下流側に配置される第１凝縮器１３に流入される。

第１凝縮器１３は、冷媒を凝縮するように構成されている。たとえば、第１凝縮器１３は、内部を流通する過熱状態の気体冷媒を送風機（図示せず）により送風される空気を用いて冷却する空気熱交換器により構成されている。第１凝縮器１３により凝縮された冷媒は、冷媒配管１を流通して第１凝縮器１３の下流側に配置される膨張弁１４に流入される。

膨張弁１４は、メインカスケード熱交換器１０とサブカスケード熱交換器１１と間に配置されている。サブカスケード熱交換器１１と膨張弁１４とメインカスケード熱交換器１０とは、直列に配置されている。膨張弁１４は、原則、全開にならない範囲で、高温側回路１０１のメインカスケード熱交換器１０に流入する冷媒量を調整するように構成されている。

アキュムレータ１５は、第１圧縮機１２に液体冷媒が流入して、第１圧縮機１２で液圧縮が発生するのを防止するために、第１圧縮機１２の上流側において、液体冷媒を気体冷媒から分離するように構成されている。

圧力センサ１６は、アキュムレータ１５と第１圧縮機１２との間で、かつ、第１圧縮機１２の入口近傍の冷媒配管１に設けられている。圧力センサ１６は、冷媒配管１内の冷媒圧力を検出するように構成されている。冷却装置１００は、圧力センサ１６の検出結果に基づいて、膨張弁１４の開度を調整するように構成されている。すなわち、冷却装置１００は、高温側回路１０１の冷媒圧力に基づいて、膨張弁１４の開度を制御するように構成されている。

（低温側回路の構成）
冷却装置１００の低温側回路１０２は、メインカスケード熱交換器１０と、サブカスケード熱交換器１１と、第２圧縮機２０と、オイルセパレータ２１と、ガスクーラ２２と、サービスバルブ２３と、冷媒配管２とを備えている。なお、第２圧縮機２０は、特許請求の範囲の「圧縮機」の一例である。また、第２圧縮機２０は、特許請求の範囲の「２段圧縮機」の一例である。

低温側回路１０２は、第２圧縮機２０、オイルセパレータ２１、ガスクーラ２２、メインカスケード熱交換器１０、膨張弁Ｌ１、冷却負荷Ｌ、および、サブカスケード熱交換器１１を、冷媒配管２により接続して形成されている。

低温側回路１０２は、第２圧縮機２０の冷媒吐出側を低温側回路１０２の基点（最上流の構成）とした場合に、第２圧縮機２０、ガスクーラ２２、メインカスケード熱交換器１０、膨張弁Ｌ１、冷却負荷Ｌ、および、サブカスケード熱交換器１１が上流側から順に配置されるとともに、各構成が冷媒配管２により環状に接続されるように構成されている。

冷却負荷Ｌには、入口近傍（上流側）に膨張弁Ｌ１が設けられている。冷却負荷Ｌおよび膨張弁Ｌ１は、２つのサービスバルブ２３を介して、サブカスケード熱交換器１１、および、第２圧縮機２０の上流側に接続されている。

第２圧縮機２０は、１段圧縮部２０ａと、２段圧縮部２０ｂとを有する２段圧縮機である。第２圧縮機２０の１段圧縮部２０ａにより圧縮された冷媒は、冷媒配管２ａを流通して第２圧縮機２０の２段圧縮部２０ｂに流入される。

第２圧縮機２０の２段圧縮部２０ｂにより圧縮された冷媒は、冷媒配管２を通して、オイルセパレータ２１に流入される。

オイルセパレータ２１は、第２圧縮機２０から吐出された冷媒と冷媒中に含まれるオイルとを分離するように構成されている。オイルセパレータ２１によってオイルが分離された冷媒は、冷媒配管２ｂを流通して、ガスクーラ２２に流入される。ガスクーラ２２は、メインカスケード熱交換器１０に流入する前の冷媒を冷却するために設けられている。ガスクーラ２２によって冷却された冷媒は、メインカスケード熱交換器１０に流入される。

メインカスケード熱交換器１０は、上記の通り、低温側回路１０２において、凝縮器として機能するように構成されている。すなわち、メインカスケード熱交換器１０は、第２圧縮機２０側（上流側）から流入する気体冷媒（過熱蒸気または飽和蒸気）を、液体冷媒（飽和液または過冷却液）にするように構成されている。メインカスケード熱交換器１０は、概して、気液二相状態の冷媒を流出させないように構成されている。メインカスケード熱交換器１０により凝縮された冷媒は、冷媒配管２を流通して、冷却負荷Ｌに流入される。

（オイル戻り回路の構成）
冷却装置１００のオイル戻り回路１０３は、第２圧縮機２０と、オイルセパレータ２１と、オイル戻り量調整弁３０と、圧力値取得部３１と、制御部３２と、オイル量取得部３３と、インタークーラ３４と、記憶部３５と、を備えている。オイル戻り回路１０３は、オイルセパレータ２１によって冷媒から分離されたオイルを、第２圧縮機２０に戻すように構成されている。本実施形態では、オイル戻り回路１０３は、オイルセパレータ２１によって冷媒から分離されたオイルを、第２圧縮機２０の２段圧縮部２０ｂに戻すように構成されている。

オイル戻り回路１０３は、第２圧縮機２０、オイルセパレータ２１、インタークーラ３４、および、オイル戻り量調整弁３０を、オイル戻り配管３により接続して形成されている。オイル戻り配管３によってオイルセパレータ２１と第２圧縮機２０とが接続されることにより、オイルセパレータ２１によって分離されたオイルを第２圧縮機２０に戻すためのオイル戻り流路３６が形成される。

オイルセパレータ２１とインタークーラ３４とは、第１オイル戻り配管３ａによって接続されている。また、インタークーラ３４と第２圧縮機２０とは、第２オイル戻り配管３ｂによって接続されている。また、オイルセパレータ２１には、オイル貯留部（図示せず）が設けられている。オイル戻り量調整弁３０が閉じられている場合、オイルセパレータ２１によって分離されたオイルは、オイル貯留部に貯留される。また、オイル戻り量調整弁３０が開かれた場合には、オイルセパレータ２１によって分離され、オイル貯留部に貯留されたオイルが、オイル貯留部から第２圧縮機２０にオイルが戻る。

オイル戻り量調整弁３０は、オイル戻り流路３６に設けられている。具体的には、オイル戻り量調整弁３０は、第２オイル戻り配管３ｂに設けられている。

圧力値取得部３１は、第２オイル戻り配管３ｂのうち、２段圧縮部２０ｂの入口近傍に設けられている。圧力値取得部３１は、オイル戻り流路３６を介して第２圧縮機２０に流入するオイルおよび冷媒を含む流体の圧力値を取得するように構成されている。本実施形態では、圧力値取得部３１は、圧力値として、２段圧縮部２０ｂに流入する流体の中間圧力値を取得するように構成されている。また、圧力値取得部３１は、制御部３２と電気的に接続されており、取得した中間圧力値を、制御部３２に出力するように構成されている。圧力値取得部３１は、たとえば、圧力センサを含む。なお、中間圧力値とは、第２圧縮機２０において、１段圧縮部２０ａにおいて圧縮された後の冷媒の圧力値のことである。

制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０と電気的に接続されている。制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うように構成されている。また、制御部３２は、圧力値取得部３１と電気的に接続されており、圧力値取得部３１から中間圧力値を取得するように構成されている。また、制御部３２は、オイル量取得部３３と電気的に接続されており、オイル量取得部３３から第２圧縮機２０のオイル量を取得するように構成されている。制御部３２は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。

オイル量取得部３３は、第２圧縮機２０に設けられており、第２圧縮機２０のオイル量を取得するように構成されている。また、オイル量取得部３３は、制御部３２と電気的に接続されており、取得した第２圧縮機２０のオイル量を制御部３２に出力するように構成されている。

記憶部３５は、制御部３２がオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う際に用いる目標圧力値ｐｔ、予め設定された第２圧縮機２０のオイル量の下限値Ａ１、および、予め設定された第２圧縮機２０のオイル量の上限値Ａ２が記憶されている。記憶部３５は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、または、不揮発性のメモリなどを含む。

インタークーラ３４は、２段圧縮部２０ｂに流入する冷媒、および、２段圧縮部２０ｂに流入するオイルを冷却するように構成されている。インタークーラ３４によって２段圧縮部２０ｂに流入する冷媒およびオイルを冷却することにより、２段圧縮部２０ｂにおける圧縮効率を向上させることができる。

（オイル戻り量の調整）
図２および図３を参照して、制御部３２がオイル戻り量調整弁３０を制御する構成について説明する。制御部３２は、圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うことにより、第２圧縮機２０へのオイルの戻り量を調整するように構成されている。本実施形態では、第２圧縮機２０が２段圧縮機であるため、制御部３２は、中間圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。

図２に示すグラフＧ１は、圧力値取得部３１によって取得された圧力値の変化を示している。グラフＧ１は、縦軸が圧力値であり、横軸が時間である。

図３に示すグラフＧ２は、第２圧縮機２０に含まれるオイルの量の変化を示している。グラフＧ２は、縦軸がオイル量であり、横軸が時間である。

グラフＧ１およびＧ２において、時間ｔ０から時間ｔ１の間の期間Ｒ１においては、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御は行われていない。すなわち、グラフＧ１およびＧ２における期間Ｒ１では、オイル戻り量調整弁３０は所定の開度で開かれた状態が維持されている。

オイル戻り量調整弁３０が開かれた状態が維持された場合、オイル戻り配管３を介してオイルセパレータ２１から第２圧縮機２０にオイルが戻るため、グラフＧ２の期間Ｒ１に示すように、第２圧縮機２０に含まれるオイルの量は、時間とともに増加する。

第２圧縮機２０に戻るオイルには、冷媒が含まれるため、グラフＧ１に示すように、期間Ｒ１では、圧力値取得部３１によって取得された圧力値が、目標圧力値ｐｔよりも高い値となっている。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、圧力値取得部３１によって取得された圧力値が、目標圧力値ｐｔよりも高い場合、制御部３２は、圧力値が、目標圧力値ｐｔに近づくように、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。なお、目標圧力値ｐｔは、オイル戻り流路３６を流れる流体が、冷媒を含まないオイルの状態で第２圧縮機２０に流入する際の圧力値である。

具体的には、制御部３２は、時間ｔ１以降の期間Ｒ２において圧力値取得部３１によって取得された圧力値が、目標圧力値ｐｔに近づくようにオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う。

ここで、オイル戻り量調整弁３０を開く（開度を大きくする）と、オイル戻り回路１０３を流れる流体の流量が増加するため、オイルセパレータ２１によって分離されたオイルが第２圧縮機２０に戻る量が増加する。すなわち、第２圧縮機２０内のオイル量が増加する。また、オイル戻り量調整弁３０を閉じると、オイル戻り回路１０３を流体が流れなくなるため、第２圧縮機２０にオイルは戻らない。第２圧縮機２０は、オイルと冷媒とを含む流体を圧縮し、圧縮後の流体を吐出するため、オイル戻り回路１０３によってオイルが戻されなければ、第２圧縮機２０内のオイル量は減少を続ける。

第２圧縮機２０内のオイルが減少を続け、第２圧縮機２０のオイル量の下限値Ａ１（図３参照）よりも下回った場合、オイルが少ないことに起因して第２圧縮機２０の摺動部の潤滑性が低下し、第２圧縮機２０が故障する恐れがある。また、第２圧縮機２０内のオイルが増加し続け、第２圧縮機２０のオイル量の上限値Ａ２（図３参照）を超えた場合、第２圧縮機２０からオイルが漏れる恐れがある。

そこで、本実施形態では、制御部３２は、圧力値と、オイル量取得部３３によって取得された第２圧縮機２０のオイル量との両方に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の制御を行うように構成されている。具体的には、図３に示すように、制御部３２は、第２圧縮機２０のオイル量が、予め定められた第２圧縮機２０のオイル量の下限値Ａ１を下回らない範囲で、下限値Ａ１近傍となるように、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。

なお、制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０の開状態と閉状態とを所定の時間毎に変更することにより、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うように構成されていてもよいし、オイル戻り量調整弁３０の開度を調整することにより、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うように構成されていてもよい。本実施形態では、制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０の開状態と閉状態とを所定の時間毎に変更することにより、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うように構成されている。

なお、上記したように、オイル戻り量調整弁３０が開状態（開度が大きい状態）のままでは、第２圧縮機２０内のオイルの量が増え続け、オイル戻り量調整弁３０が閉状態では、第２圧縮機２０内のオイルの量が減り続ける。そこで、本実施形態では、グラフＧ１の期間Ｒ２に示すように、制御部３２は、圧力値が目標圧力値ｐｔの近傍を推移するように、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う。また、制御部３２が、圧力値が目標圧力値ｐｔの近傍を推移するように、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うため、グラフＧ２に示すように、第２圧縮機２０内のオイル量は、下限値Ａ１の近傍を推移する。

次に、図４を参照して、制御部３２がオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う処理について説明する。

ステップＳ１において、制御部３２は、オイル戻り流路３６の圧力値（中間圧力値）を取得する。

ステップＳ２において、制御部３２は、ステップＳ１において取得した中間圧力値が、目標圧力値ｐｔよりも大きいか否かを判定する。中間圧力値が目標圧力値ｐｔ以下の場合、処理は、終了する。中間圧力値が目標圧力値ｐｔよりも大きい場合、処理は、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、制御部３２は、第２圧縮機２０のオイル量が、下限値Ａ１以上か否かを判定する。第２圧縮機２０のオイル量が下限値Ａ１以上の場合、処理は、ステップＳ４へ進む。第２圧縮機２０のオイル量が下限値Ａ１よりも小さい場合、処理は、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ４において、制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０を閉じる制御を行う。その後、処理は、終了する。

また、ステップＳ３からステップＳ５に処理が進んだ場合、ステップＳ５において、制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０が閉じているか否かを判定する。オイル戻り量調整弁３０が閉じている場合、処理は、ステップＳ６へ進む。オイル戻り量調整弁３０が開いている場合、処理は、終了する。

ステップＳ６において、制御部３２は、オイル戻り量調整弁３０を開く制御を行う。その後、処理は、終了する。

本実施形態では、制御部３２は、期間Ｒ２（図２参照）において、上記ステップＳ１～ステップＳ６の処理を繰り返し行うことにより、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う。すなわち、制御部３２は、期間Ｒ２においてオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うことにより、中間圧力値が目標圧力値ｐｔ近傍を維持するように、オイル戻り量調整弁３０の制御を維持する。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、冷却装置１００は、冷媒を圧縮する第２圧縮機２０と、第２圧縮機２０から吐出された冷媒と冷媒中に含まれるオイルとを分離するオイルセパレータ２１と、オイルセパレータ２１と、第２圧縮機２０とを接続し、オイルセパレータ２１によって分離されたオイルを第２圧縮機２０に戻すためのオイル戻り流路３６と、オイル戻り流路３６に設けられたオイル戻り量調整弁３０と、オイル戻り流路３６を介して第２圧縮機２０に流入するオイルおよび冷媒を含む流体の圧力値を取得する圧力値取得部３１と、圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うことにより、第２圧縮機２０へのオイルの戻り量を調整する制御部３２と、を備える。

ここで、圧力値取得部３１によって取得された圧力値は、オイル戻り流路３６を流れる流体に含まれる冷媒の量を反映している。したがって、第２圧縮機２０に流入するオイルおよび冷媒を含む流体の圧力値を取得するとともに、圧力値取得部３１によって取得された圧力値に基づいてオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うことにより、オイル戻り流路３６を流れる流体に含まれる冷媒の量を間接的に制御することができる。その結果、オイル戻り流路３６から第２圧縮機２０に戻るオイルに冷媒が含まれる場合でも、圧縮効率が低下することを抑制することができる。また、第２圧縮機２０の圧縮効率が低下することを抑制することが可能となるので、第２圧縮機２０において冷媒を所定の圧力まで圧縮する際に必要となる電流値が増加することを抑制することができる。その結果、第２圧縮機２０における消費電力量を低減することができる。また、第２圧縮機２０における消費電力量を低減させることが可能となるので、冷却装置１００におけるエネルギー消費効率を表す指標であるＣＯＰを向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３２は、圧力値が、目標圧力値ｐｔに近づくように、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。これにより、圧力値が目標圧力値ｐｔに近づくようにオイル戻り量調整弁３０が制御されるので、圧力値を取得することにより、容易にオイル戻り量を調整することができる。その結果、圧縮効率が低下することを容易に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、目標圧力値ｐｔは、オイル戻り流路３６を流れる流体が、冷媒を含まないオイルの状態で第２圧縮機２０に流入する際の圧力値である。これにより、オイル戻り流路３６内を流れる流体がオイルのみの理想的な値を目標値とすることにより、第２圧縮機２０に流れ込む冷媒の量を極力低減させることができる。その結果、第２圧縮機２０の冷却効率が低下することをより抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２圧縮機２０のオイル量を取得するオイル量取得部３３をさらに備え、制御部３２は、圧力値と、オイル量取得部３３によって取得された第２圧縮機２０のオイル量との両方に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の制御を行うように構成されている。これにより、圧力値とともに、オイル量にも基づいてオイル戻り量調整弁３０を制御することが可能となるので、オイルが少ないことに起因して第２圧縮機２０の摺動性が低下することを抑制しつつ、圧縮効率が低下することを抑制することができる。その結果、第２圧縮機２０が破損する可能性を低下させつつ、圧縮効率が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部３２は、第２圧縮機２０のオイル量が、予め定められた第２圧縮機２０のオイル量の下限値Ａ１を下回らない範囲で、下限値Ａ１近傍となるように、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。これにより、第２圧縮機２０に戻すオイル量が過度に増加することを抑制することが可能となるので、オイル量が下限値Ａ１近傍になった場合にオイル戻り量調整弁３０を開き、オイル量が上限値近傍になった場合にオイル戻り量調整弁３０を閉じる構成と比較して、オイル戻り配管３を介して第２圧縮機２０に流入する冷媒の量が少ない状態を維持することができる。その結果、第２圧縮機２０に戻る冷媒の量が過度に増加することを定常的に抑制することが可能となるので、圧縮効率が低下することを定常的に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、第２圧縮機２０は、１段圧縮部２０ａと２段圧縮部２０ｂとを有する２段圧縮機であり、圧力値取得部３１は、圧力値として、２段圧縮部２０ｂに流入する流体の中間圧力値を取得するように構成されており、制御部３２は、中間圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁３０を制御するように構成されている。これにより、取得した中間圧力値によってオイル戻り量調整弁３０が制御されるので、２段第２圧縮機２０において、圧縮効率が低下することを容易に抑制することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許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。

たとえば、上記実施形態では、冷却装置１００が高温側回路１０１と低温側回路１０２とを備える、いわゆる二元式の冷凍装置の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図５に示す変形例のように、冷却装置２００は、冷却回路１０４を備える、いわゆる、一元式の冷凍装置であってもよい。冷却装置２００が備える冷却回路１０４は、メインカスケード熱交換器１０およびサブカスケード熱交換器１１の代わりに、第２凝縮器４０を備える点で、上記実施形態による冷却装置１００が備える低温側回路１０２とは異なる。すなわち、冷却回路１０４は、第２圧縮機２０、オイルセパレータ２１、ガスクーラ２２、第２凝縮器４０、膨張弁Ｌ１、および、冷却負荷Ｌを、冷媒配管４により接続して形成されている。また、第２圧縮機２０の１段圧縮部２０ａと２段圧縮部２０ｂとは、第１冷媒配管４ａによって接続されており、２段圧縮部２０ｂとオイルセパレータ２１とは、第２冷媒配管４ｂによって接続されている。第２凝縮器４０は、上記実施形態による第１凝縮器１３と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。冷却装置２００が備えるオイル戻り回路１０３は、上記実施形態によるオイル戻り回路１０３と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

また、上記実施形態では、制御部３２が、圧力値（中間圧力値）と、第２圧縮機２０のオイル量との両方に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、制御部は、第２圧縮機２０のオイル量は用いず、圧力値（中間圧力値）のみに基づいて、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行うように構成されていてもよい。しかしながら、制御部が圧力値（中間圧力値）のみに基づいてオイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う場合、第２圧縮機２０のオイル量が下限値Ａ１を下回る可能性がある。そのため、制御部は、圧力値（中間圧力値）と、オイル量との両方に基づいて、オイル戻り量調整弁３０の開閉制御を行う構成が好ましい。

また、上記実施形態では、第２圧縮機２０が、２段圧縮機の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第２圧縮機２０は、１段圧縮機であってもよい。低温側圧縮機が１段圧縮機の場合、制御部は、低温側圧縮機に流流する流体の圧力値に基づいて、オイル戻り量調整弁の開閉制御を行えばよい。

２０ 第２圧縮機（圧縮機、２段圧縮機）
２０ａ １段圧縮部
２０ｂ ２段圧縮部
２１ オイルセパレータ
３０ オイル戻り量調整弁
３１ 圧力値取得部
３２ 制御部
３３ オイル量取得部
３６ オイル戻り流路
１００、２００ 冷却装置
Ａ１ 下限値（予め定められた圧縮機のオイル量の下限値）
ｐｔ 目標圧力値

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出された前記冷媒と前記冷媒中に含まれるオイルとを分離するオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータと、前記圧縮機とを接続し、前記オイルセパレータによって分離されたオイルを前記圧縮機に戻すためのオイル戻り流路と、
   前記オイル戻り流路に設けられたオイル戻り量調整弁と、
   前記オイル戻り流路を介して前記圧縮機に流入するオイルおよび前記冷媒を含む流体の圧力値を取得する圧力値取得部と、
   前記圧力値に基づいて、前記オイル戻り量調整弁の開閉制御を行うことにより、前記圧縮機へのオイルの戻り量を調整する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記圧力値が、前記オイル戻り流路を介して前記圧縮機に流入する前記冷媒の量を低減させるための目標圧力値に近づくように、前記オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている、冷却装置。
2. 前記目標圧力値は、前記オイル戻り流路を流れる流体が、前記冷媒を含まないオイルの状態で前記圧縮機に流入する際の圧力値である、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記圧縮機のオイル量を取得するオイル量取得部をさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力値と、前記オイル量取得部によって取得された前記圧縮機のオイル量との両方に基づいて、前記オイル戻り量調整弁の制御を行うように構成されている、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記制御部は、前記圧縮機のオイル量が、予め定められた前記圧縮機のオイル量の下限値よりも下回らない範囲で、下限値近傍となるように、前記オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている、請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記圧縮機は、１段圧縮部と２段圧縮部とを有する２段圧縮機であり、
   前記圧力値取得部は、前記圧力値として、前記２段圧縮部に流入する流体の中間圧力値を取得するように構成されており、
   前記制御部は、前記中間圧力値に基づいて、前記オイル戻り量調整弁を制御するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の冷却装置。

Images