(57)【要約】  【課題】  オイルタンクやオイルポンプを設置すると、装置が大型化し、ポンプ動力を費やすためシステム効率が低下するということ。また、オイルの供給量が過小になると上記の問題が生じるが、過大になる場合も膨張機のモータ動作不良を生じてしまうということ。  【解決手段】  本発明の冷凍サイクル装置の制御方法によれば、圧縮機１０１と膨張機１０３を３方弁１０５を介して接続する第１のオイル戻し回路１０６と、３方弁１０５と蒸発器１０４の出口を接続する第２のオイル戻し回路１０８を設け、前記膨張機１０３内に滞留するオイル量に応じて、前記３方弁１０５を切り替えることによって、確実に前記膨張機１０３内に一定量のオイルを確保することを目的としてなされたものである。  【選択図】  図１
2007064492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機から順に３方弁と電磁弁とを通り、前記膨張機に接続する第１のオイル戻し回路と、
前記３方弁より前記蒸発器の出口側に連通する第２のオイル戻し回路とを設け、
前記膨張機内に滞留するオイル量に応じて、前記３方弁を切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機からの出力電流を検知する膨張機出力電流検出手段を設け、前記膨張機からの出力電流が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させ、電磁弁を開くように制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。  
【請求項３】
前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機の入口圧力を検出する膨張機入口圧力検出手段と、前記膨張機の出口圧力を検出する膨張機出口圧力検出手段を設け、前記冷凍サイクル装置起動時に、膨張機入口圧力と膨張機出口圧力との差が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させ、電磁弁を開くように制御することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機から３方弁を通り、一端は電磁弁を通り、前記膨張機に接続する第１のオイル戻し回路と、他端は前記蒸発器の出口側に連通する第２のオイル戻し回路を設け、前記膨張機内に滞留するオイル量に応じて、前記３方弁を切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項５】
前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機からの出力電流を検知する膨張機出力電流検出手段を設け、前記膨張機からの出力電流が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させ、電磁弁を開くように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【請求項６】
前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機の入口圧力を検出する膨張機入口圧力検出手段と、前記膨張機の出口圧力を検出する膨張機出口圧力検出手段を設け、前記冷凍サイクル装置起動時に、膨張機入口圧力と膨張機出口圧力との差が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させ、電磁弁を開くように制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を用いた給湯機や空調機などの冷凍サイクル装置に関し、膨張機内に滞留するオイル量に応じて、オイル戻し回路に設けられた３方弁を切り替えることを特徴とする構成とその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクル装置において、圧縮機や膨張機から吐出された冷媒はオイルとともに出ていくものであるが、膨張機から吐出されるオイルが大きいほど、膨張機内に滞留するオイル量が減るので、膨張機内部のメカ摺動ロスが発生したり、焼き付きを生じてしまうという課題がある。また、オイル量が低下すると膨張機メカの体積効率が低下するので、回収動力も低下し、システム性能の向上が小さくなるという課題がある。
【０００３】
図８は、このような課題を解決するためのスクリュ膨張機を用いた温水排熱熱利用発電システムの構成回路を示している。このシステムには給油パイプI、IIが設けられているので、膨張機内のシリンダ、ロータ間等の摺動面の潤滑およびシール作用及びベアリングの潤滑等を円滑に行うことができる。（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６２７００１号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらオイルタンクやオイルポンプを設置すると、装置が大型化し、ポンプ動力を費やすためシステム効率が低下するという課題があった。また、オイルの供給量が過小になると上記の問題が生じるが、過大になる場合も膨張機のモータ動作不良や、過大な出力電流を生じてしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、前記圧縮機から順に３方弁と電磁弁とを通り、前記膨張機に接続する第１のオイル戻し回路と、前記３方弁から前記蒸発器の出口側に連通する第２のオイル戻し回路を設け、前記膨張機内に滞留するオイル量に応じて、前記３方弁を切り替えることを特徴とする冷凍サイクル装置である。    
【０００６】
本構成によって、膨張機内のオイル量の大小に応じて３方弁の流路方向を切り替えることによって膨張機内に滞留するオイル量を制御することができるので、確実に膨張機内に一定量のオイルを確保することができ、膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【０００７】
また、本発明の冷凍サイクル装置の運転方法は、前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機からの出力電流を検知する膨張機出力電流検出手段を設け、前記膨張機からの出力電流が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させる方向に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置の運転方法である。  
【０００８】
本構成によって、より確実に膨張機内のオイル量の大小を把握することができるので、確実に膨張機内に一定量のオイルを確保することができ、膨張機の動作不良を防ぐことが
できる。
【０００９】
また、前記圧縮機の運転周波数を検出する圧縮機運転周波数検出手段と、前記膨張機の入口圧力を検出する膨張機入口圧力検出手段と、前記膨張機の出口圧力を検出する膨張機出口圧力検出手段を設け、前記冷凍サイクル装置起動時に、膨張機入口圧力と膨張機出口圧力との差が一定値以下になった場合に、前記３方弁を前記圧縮機から前記第１のオイル戻し回路に連通させる方向に切り替えることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の冷凍サイクル装置の運転方法である。  
【００１０】
本構成によって、よりリアルタイムに膨張機内のオイル量の大小を把握することができるので、確実に膨張機内に一定量のオイルを確保することができ、膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の冷凍サイクル装置の運転方法によれば、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、圧縮機と膨張機を３方弁と電磁弁を介して接続する第１のオイル戻し回路と、３方弁と蒸発器出口を接続する第２のオイル戻し回路を設け、膨張機内に滞留するオイル量に応じて３方弁の流路を切り替えることによって、膨張機内に滞留するオイル量を制御することができるので、確実に膨張機内に一定量のオイルを確保することができ、膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の冷凍サイクル装置の運転方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１に示すように、例えばフロンまたは二酸化炭素等の冷媒を作動流体とし、冷媒を昇圧する圧縮機１０１と、この圧縮機１０１で昇圧された冷媒を冷却する放熱器１０２と、この放熱器１０２よりも冷媒下流側に配置されて冷媒を減圧膨張することにより動力を取り出す膨張機１０３と、この膨張機１０３で減圧された冷媒を加熱する蒸発器１０４を順次配管接続した冷凍サイクル回路を有する。そして圧縮機と膨張機を３方弁１０５と電磁弁１０７を介して接続する第１のオイル戻し回路１０６と、３方弁１０５と蒸発器１０４の出口を接続する第２のオイル戻し回路１０８が設けられている。また、本装置は、さらに、圧縮機に設けられた圧縮機運転周波数検出手段１０９と、膨張機からの出力電流を検知する膨張機出力電流検出手段１１０と、制御回路１１１を有する。３方弁は制御回路からの信号に基づき、Ａ方向またはＢ方向に切り替えられるように構成されている。
【００１４】
次に、本実施形態の冷凍サイクル装置における、３方弁１０５の切り替え方向について説明する。図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、３方弁がＡ方向およびＢ方向の場合のオイルの流れを示している。すなわち、図１（ａ）に示すように、３方弁１０５がＡ方向に切り替わる場合は、圧縮機１０１からのオイルは３方弁１０５を通り、第１のオイル戻し回路１０６を通って膨張機１０３内に流入する。また、図１（ｂ）に示すように、３方弁１０５がＢ方向に切り替わる場合は、圧縮機１０１からのオイルは３方弁１０５を通り、第２のオイル戻し回路１０８を通って蒸発器１０４出口側から圧縮機１０１に戻る。
また図３に示すように、第１のオイル戻し回路１０６は、圧縮機１０１のオイル滞留部と膨張機１０３のオイル滞留部とを連結するように設けられている。
【００１５】
以上のように構成された、冷凍サイクル装置について、以下その動作を説明する。
【００１６】
圧縮機１０１で吐出された冷媒は、放熱器２に入り、ここで放熱して冷却する。その後、冷媒は膨張機１０３に導かれ、冷媒は機械エネルギーを発生させるとともに、自らも温度低下し、エンタルピを減少させる。その後、蒸発圧力まで減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器１０４において、吸熱してガス状となり圧縮機１０１へ戻される。なお、前記膨張機１０３で回収した機械エネルギーは圧縮機１０１を回転するための補助動力として利用される。
【００１７】
また図４は、圧縮機運転周波数と膨張機からの出力電流の関係を示した図である。線Ａは圧縮機運転周波数に対する、最低必要な電流値を示す線であり、線Ｂは圧縮機運転周波数に対する最大電流値を示す線である。すなわち、線Ａと線Ｂに囲まれる領域が、膨張機の運転上、問題が生じない電流値である。
【００１８】
本実施の形態の冷凍サイクル装置の動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００１９】
運転が開始されると、ステップ２０１で電磁弁１０７を閉じるように制御し、ステップ２０２で前記圧縮機運転周波数検出手段によって圧縮機運転周波数を検出する。
【００２０】
ステップ２０３では、膨張機出力電流検出手段１１０によって検出された電流値Ｉと最低必要な電流設定値Ｉｍが比較される。そして、ＩがＩｍより小さい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が低下することで膨張機の体積効率が低下し、回収動力量が低下している状態であることを示しており、ステップ２０４に移る。また、ＩがＩｍよりも大きい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が多いと判断され、ステップ２０５に移る。ステップ２０４では、電磁弁１０７を開くように制御し、３方弁１０５をＡ方向すなわち圧縮機のオイルが膨張機に流れるように制御してステップ２０５に移る。
【００２１】
ステップ２０５では、膨張機出力電流検出手段１１０によって検出された電流値Ｉと最大電流設定値Ｉｘが比較される。そして、ＩがＩｘより大きい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が過大であることで膨張機のモータ動作不良が生じ、オイルが負荷となって出力電流値が増加している状態であることを示しており、ステップ２０６に移る。また、ＩがＩｘよりも小さい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が過大ではないと判断され、ステップ２０２に移る。ステップ２０６では、電磁弁１０７を開くように制御し、３方弁１０５をＢ方向すなわち膨張機のオイルが蒸発器１０４の出口に流れるように制御してステップ２０２に移る。
【００２２】
以上のように、膨張機からの出力電流値を検出して、３方弁を切り替えることによって膨張機１０３に滞留しているオイル量を適正に保つことができるので、冷凍サイクル装置の性能を最適に確保しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【００２３】
なお、膨張機出力電流検出手段１１０は、電流ではなく、電圧または電力量を検出する手段で代用しても構わない。
【００２４】
（実施の形態２）
本実施形態の冷凍サイクル装置を示す構成図を図５に示す。図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ、３方弁がＡ方向およびＢ方向の場合を示している。本実施形態の冷凍サイクル装置は、膨張機入口配管に設けられた膨張機入口圧力検出手段１１２と、膨張機出口配管に設けられた膨張機出口圧力検出手段１１３を設け、３方弁１０５の方向の切り替えは、圧縮機１０１の運転回転数と、前記膨張機入口圧力検出手段１１２および前記膨張機出口圧力検出手段１１３によって検出された圧力との差に応じて制御できるように構成されてい
る。
【００２５】
本実施の形態の冷凍サイクル装置の動作を、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００２６】
運転が開始されると、ステップ３０１で電磁弁１０７を閉じるように制御し、ステップ３０２で前記圧縮機運転周波数検出手段１０９によって圧縮機運転周波数を検出する。
【００２７】
ステップ３０３では、膨張機入口圧力検出手段１１２によって検出された圧力値Ｐｉｎと膨張機出口圧力検出手段１１３によって検出された圧力値Ｐｏｕｔの差ΔＰと最低必要な差圧設定値Ｐｍが比較される。そして、ΔＰがＰｍより小さい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が低下することで膨張機の体積効率が低下し、膨張機入口出口の差圧が低下している状態であることを示しており、ステップ３０４に移る。また、ΔＰがＰｍよりも大きい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が多いと判断され、ステップ３０５に移る。ステップ３０４では、電磁弁１０７を開くように制御し、３方弁１０５をＡ方向すなわち圧縮機のオイルが膨張機に流れるように制御してステップ３０５に移る。
【００２８】
ステップ３０５では、膨張機入口圧力検出手段１１２によって検出された圧力値Ｐｉｎと膨張機出口圧力検出手段１１３によって検出された圧力値Ｐｏｕｔの差ΔＰと最大差圧設定値Ｐｘが比較される。そして、ΔＰがＰｘより大きい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が過大であることで膨張機のモータ動作不良が生じ、オイルが負荷となって閉塞に近い状態となり、差圧が増加している状態であることを示しており、ステップ３０６に移る。また、ΔＰがＰｘよりも小さい場合は、膨張機内に滞留するオイル量が過大ではないと判断され、ステップ３０２に移る。ステップ３０６では、電磁弁１０７を開くように制御し、３方弁１０５をＢ方向すなわち膨張機のオイルが蒸発器１０４の出口に流れるように制御してステップ３０２に移る。
【００２９】
以上のように、膨張機入口出口の差圧を検出して、３方弁を切り替えることによって膨張機１０３に滞留しているオイル量を適正に保つことができるので、より確実に冷凍サイクル装置の性能を最適に確保しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【００３０】
なお、前記膨張機入口圧力検出手段１１２及び膨張機出口圧力検出手段１１３は、それぞれ圧力ではなく、温度を検出する手段で代用しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯器や空気調和機の他に、食器乾燥用や生ゴミ処理用など、他の用途の冷凍サイクル装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における３方弁がＡ方向の場合の冷凍サイクル装置を示す構成図  （ｂ）本発明の実施の形態１における３方弁がＢ方向の場合の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の制御フローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における第１のオイル戻し回路の構成図
【図４】本発明の実施の形態１における圧縮機運転周波数と膨張機からの出力電流の関係図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２における３方弁がＡ方向の場合の冷凍サイクル装置を示す構成図  （ｂ）本発明の実施の形態２における３方弁がＢ方向の場合の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図６】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の制御フローチャート
【図７】本発明の実施の形態２における圧縮機運転周波数と膨張機からの出力電流の関係図
【図８】従来技術の冷凍サイクル装置を示す構成図
【符号の説明】
【００３３】
１０１  圧縮機
１０２  放熱器
１０３  膨張機
１０４  蒸発器
１０５  ３方弁
１０６  第１のオイル戻し回路
１０７  電磁弁
１０８  第２のオイル戻し回路
１０９  圧縮機運転周波数検出手段
１１０  膨張機出力電流検出手段
１１１  制御回路
１１２  膨張機入口圧力検出手段
１１３  膨張機出口圧力検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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