(57)【要約】【課題】冷凍回路の運転状況に応じて、冷凍能力の低下を抑制しながら、圧縮機における摺動部の潤滑性及びシール性が確保される冷凍回路を提供する。【解決手段】冷凍回路は、冷媒から潤滑油の一部を分離する分離室48及び分離室48で分離された潤滑油を貯留する貯油室49を有するオイルセパレータ16と、オイルセパレータ16の貯油室49と圧縮機14との間を繋ぎ、貯油室49の潤滑油をガスクーラ18、膨張弁20及び蒸発器22をバイパスして圧縮機14に返戻させるためのバイパス流路52と、バイパス流路52を通じた潤滑油の返戻量を連続的に変化させるためのニードルバルブ56と、冷凍回路の運転状況を検知する温度センサ80と、温度センサ80の検知結果に応じてニードルバルブ56を調整し、バイパス流路52を通じた潤滑油の返戻量を調整する制御装置34とを備える。【選択図】図１
2007292426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を含む冷媒が循環する循環流路と
前記循環流路に、前記冷媒の流動方向でみて順次介挿された圧縮機、オイルセパレータ、放熱器、膨張弁及び蒸発器と、
前記循環流路の前記圧縮機よりも下流に介挿され、前記冷媒から前記潤滑油の一部を分離する分離室及び前記分離室で分離された潤滑油を貯留する貯油室を有するオイルセパレータと、
前記オイルセパレータの貯油室と圧縮機との間を繋ぎ、前記貯油室の潤滑油を前記放熱器、膨張弁及び蒸発器をバイパスして前記圧縮機に返戻させるためのバイパス流路と、
前記バイパス流路を通じた前記潤滑油の返戻量を連続的に変化させるための潤滑油返戻量可変手段と
前記冷凍回路の運転状況を検知する検知手段と、
前記検知手段の検知結果に応じて前記潤滑油返戻量可変手段を制御し、前記バイパス流路を通じた前記潤滑油の返戻量を調整する制御手段と
を備えることを特徴とする冷凍回路。
【請求項２】
前記潤滑油返戻量可変手段は、前記バイパス流路に介挿されたニードルバルブを含むことを特徴とする請求項１に記載の冷凍回路。
【請求項３】
前記検知手段は、前記圧縮機に取り付けられ、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を測定するための温度センサを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍回路。
【請求項４】
前記検知手段は、前記オイルセパレータに取り付けられ、前記貯油室に貯留された前記潤滑油の量を測定する油量センサを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷凍回路。
【請求項５】
前記バイパス流路を流れる前記潤滑油が冷却されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の冷凍回路。
【請求項６】
前記冷媒はＣＯ２であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の冷凍回路。
【請求項７】
前記圧縮機は電動圧縮機であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の冷凍回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍回路は、一般に、潤滑油を含む冷媒が循環する循環流路を備え、循環流路には、冷媒の流動方向でみて、圧縮機、放熱器（凝縮器又はガスクーラ）、膨張弁及び蒸発器が順次介挿される。
ところで近年、地球環境への配慮から、地球温暖化係数の小さい冷媒を用いた冷凍回路の開発が進められている。この種の冷媒の一例としては自然系のＣＯ２（炭酸）がある。
【０００３】
冷媒としてＣＯ２を用いた冷凍回路では、フロン系の冷媒を用いた場合に比べて、圧縮機で圧縮された冷媒の圧力（吐出圧）が高くなる。また、ＣＯ２は分子量が小さいため、圧縮機の圧力室から漏れ易い。このため、圧縮機の摺動部の潤滑性及びシール性を確保するために、冷媒により多くの潤滑油を含ませる必要がある。
しかし、冷媒に含まれる潤滑油量が増え、放熱器や蒸発器中を流れる潤滑油量が多くなると、放熱器や蒸発器での放熱や熱交換の効率が低下し、冷凍回路の冷凍能力が低下してしまう。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１が開示する冷凍回路は、循環流路に介挿されたオイルセパレータを備える。この冷凍回路では、オイルセパレータで冷媒中の潤滑油が分離され、蒸発器に流入する潤滑油量が低減されている。そして、分離された潤滑油は、オイル返戻通路を通じて圧縮機に返戻され、圧縮機中の潤滑油量が確保される。
確かに、特許文献１の冷凍回路によれば、蒸発器を流れる潤滑油の量が低減されて冷凍能力の低下が抑制され、且つ、圧縮機には十分な潤滑油が供給されて潤滑性及びシール性が確保される。
【特許文献１】特開2006-082658号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の冷凍回路では、オイルセパレータから圧縮機にオイル返戻通路を通じて略一定の流量にて潤滑油が返戻される。すなわち、この冷凍回路では、冷凍回路の運転状況にかかわらず、潤滑油が略一定の流量にて返戻される。このため、この冷凍回路では、冷凍回路の運転状況のいかんによっては、冷凍能力の低下を抑制しながら、圧縮機の摺動部での潤滑性及びシール性を確保するのが困難になる虞がある。
【０００６】
例えば、この冷凍回路では、冷凍回路中の潤滑油量を多めにしておかなければ、圧縮機を起動した時に、圧縮機の摺動部で油膜切れが生じ、圧縮機での潤滑性やシール性が十分に確保されない虞がある。しかし、この一方では、冷凍回路中の潤滑油量を多めにした場合、冷媒とともにオイルセパレータを通過してしまう潤滑油量が増大し、冷凍能力の低下を招く虞がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、冷凍回路の運転状況に応じて、冷凍能力の低下を抑制しながら、圧縮機における摺動部の潤滑性及びシール性が確保される冷凍回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するべく、本発明によれば、潤滑油を含む冷媒が循環する循環流路と前記循環流路に、前記冷媒の流動方向でみて順次介挿された圧縮機、オイルセパレータ、放熱器、膨張弁及び蒸発器と、前記循環流路の前記圧縮機よりも下流に介挿され、前記冷媒から前記潤滑油の一部を分離する分離室及び前記分離室で分離された潤滑油を貯留する貯油室を有するオイルセパレータと、前記オイルセパレータの貯油室と圧縮機との間を繋ぎ、前記貯油室の潤滑油を前記放熱器、膨張弁及び蒸発器をバイパスして前記圧縮機に返戻させるためのバイパス流路と、前記バイパス流路を通じた前記潤滑油の返戻量を連続的に変化させるための潤滑油返戻量可変手段と前記冷凍回路の運転状況を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に応じて前記潤滑油返戻量可変手段を制御し、前記バイパス流路を通じた前記潤滑油の返戻量を調整する制御手段とを備えることを特徴とする冷凍回路が提供される（請求項１）。
【０００９】
好ましくは、前記潤滑油返戻量可変手段は、前記バイパス流路に介挿されたニードルバルブを含む（請求項２）。
好ましくは、前記検知手段は、前記圧縮機に取り付けられ、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を測定するための温度センサを含む（請求項３）。
好ましくは、前記検知手段は、前記オイルセパレータに取り付けられ、前記貯油室に貯留された前記潤滑油の量を測定する油量センサを含む（請求項４）。
【００１０】
好ましくは、前記バイパス流路を流れる前記潤滑油が冷却される（請求項５）。
好ましくは、前記冷媒はＣＯ２である（請求項６）。
好ましくは、前記圧縮機は電動圧縮機である（請求項７）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の冷凍回路は潤滑油返戻量可変手段と、冷凍回路の運転状況を検知する検知手段と、検知手段の検知結果に応じて潤滑油返戻量可変手段を制御し、バイパス流路を通じた前記潤滑油の返戻量を調整する制御手段とを備え、潤滑油返戻量可変手段によって、バイパス流路を通じた潤滑油の返戻量を連続的に変化させることができる。従って、この冷凍回路では、冷凍回路の運転状況に合わせて、潤滑油返戻量可変手段によって圧縮機に返戻される潤滑油の返戻量を調整することで、放熱器や蒸発器での放熱や熱交換の効率低下を抑制しながら、圧縮機の摺動部での潤滑性及びシール性が確保される。この結果、冷凍回路の運転状況に応じて、圧縮機での摺動抵抗、体積効率、及び冷凍能力のいずれもが良好な範囲に保持されるとともに、圧縮機の消費動力が削減され、冷凍回路の成績係数も向上する。
【００１２】
請求項２の冷凍回路では、潤滑油返戻量可変手段が前記バイパス流路に介挿されたニードルバルブを含むことで、簡単な構成にて、潤滑油の返戻量を連続的に確実に変化させられる。
請求項３の冷凍回路では、検知手段が圧縮機に取り付けられた温度センサを含むことで、簡単な構成にて、冷凍回路の運転状況が確実に検知される。
【００１３】
請求項４の冷凍回路では、検知手段がオイルセパレータに取り付けられた油量センサを含むことで、簡単な構成にて、冷凍回路の運転状況が確実に検知される。
請求項５の冷凍回路では、バイパス流路を流れる潤滑油が冷却されることで、潤滑油の粘度が適当な範囲に保たれ、圧縮機の摺動部での潤滑性及びシール性が向上する。また、潤滑油が冷却されることで、圧縮機の温度上昇が抑制され、圧縮機の摺動部での摺動条件が緩和される。この結果、圧縮機の耐久性が向上する。
【００１４】
請求項６の冷凍回路は、フロン系の冷媒に比べて地球温暖化係数が小さいＣＯ２を冷媒として使用しているため、地球環境に優しい。その一方で、この冷凍回路では、運転状況に合わせて、放熱器や蒸発器での放熱や熱交換効率の低下が抑制されながら、圧縮機の摺動部での潤滑性やシール性が確保されるので、圧縮機で圧縮されたＣＯ２の圧力が高く、ＣＯ２の分子量が小さくても、圧縮機の圧力室からのＣＯ２の漏出が防止される。このため、圧縮機でのＣＯ２の再膨張（再圧縮）が防止され、圧縮機の過熱が防止される。
【００１５】
請求項７の冷凍回路では、オイルセパレータが圧縮機とは別体であり、圧縮機がオイルセパレータを内蔵している必要がない。電動圧縮機の場合、オイルセパレータを内蔵すると構成が複雑になり、大型化してしまうが、この冷凍回路では、圧縮機がオイルセパレータを内蔵していなくてもよいので、簡単な構成を有する小型の電動圧縮機を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、車両用空調装置に適用された一実施形態の冷凍回路の概略を示し、冷凍回路は、車室２へ送られる空気流の冷却又は除湿に利用される。
冷凍回路は循環流路４を有し、自然系冷媒であるＣＯ２冷媒（R-744）が、冷凍機油としての潤滑油を含んだ状態で循環流路４を循環する。循環流路４は、エンジンルーム６から隔壁８を貫通して車室２の前方部分に渡り、車室２の前方部分は、インストルメントパネル10によって機器スペース12として区画されている。
【００１７】
循環流路４には、冷媒の流動方向でみて、圧縮機14、オイルセパレータ16、ガスクーラ（放熱器）18、膨張弁20、蒸発器22及びアキュムレータ24が順次介挿されている。これらのうち、圧縮機14、ガスクーラ18、オイルセパレータ16、膨張弁20及びアキュムレータ24はエンジンルーム６内に配置され、蒸発器22は機器スペース12内に配置されている。
なお、循環流路４において、圧縮機14の出口（吐出ポート）とオイルセパレータ16の入口との間、オイルセパレータ16の出口とガスクーラ18の入口との間、ガスクーラ18の出口と膨張弁20の入口との間、膨張弁20の出口と蒸発器22の入口との間、蒸発器22の出口とアキュムレータ24の入口との間、及び、アキュムレータ24の出口と圧縮機14の入口（吸入ポート）との間の部分は、パイプ25a,25b,25c,25d,25e,25fによってそれぞれ構成されている。
【００１８】
圧縮機14は電動スクロール圧縮機であり、圧縮機14の略円筒状のハウジング26は、支持壁28を挟んで連結されたモータケーシング30とスクロールケーシング31とを有する。モータケーシング30の内部は、電動モータ32を収容するモータ室33として区画され、電動モータ32には、機器スペース12に配置された制御装置34から電力を供給可能である。なお、圧縮機14の吸入ポートはモータケーシング30に形成されている。
【００１９】
スクロールケーシング31には、スクロールユニットが収容され、スクロールユニットは、固定スクロール35及び固定スクロール35に対して旋回運動可能な可動スクロール36を有する。固定及び可動スクロール35,36は、それぞれ基板及び基板と一体の渦巻壁を有し、互いの間に複数の圧力室38を形成している。
ここで、可動スクロール36を旋回運動させるため、可動スクロール36の基板と電動モータ32の回転軸39との間は、変換機構40を介して連結され、電動モータ32の回転軸39の回転運動は、変換機構40によって、可動スクロール36の旋回運動に変換される。
【００２０】
圧力室38は、可動スクロール36の旋回運動に伴い、固定及び可動スクロール35,36の径方向外側にて周期的に形成され、圧力室38の形成過程で、スクロールケーシング31の外周壁と固定及び可動スクロール35,36の外周との間に区画された吸入室41から、圧力室38となる渦巻壁間の領域に、冷媒が流入する。なお、モータ室33と吸入室41との間は、ハウジング26の外部に設けられた接続パイプ42によって連通しており、吸入ポートから圧縮機14に流入した冷媒は、モータ室33及び接続パイプ42を通過して吸入室41に流入可能である。
【００２１】
形成された圧力室38は、可動スクロール36の旋回運動に伴い、固定及び可動スクロール35,36の径方向内側に移動しながら縮小し、消滅する。固定スクロール35の基板には、その中央を貫通する吐出孔が形成されており、縮小した圧力室38は、吐出孔を通じて、固定スクロール35の基板とスクロールケーシング31の端壁との間に区画された吐出室43と連通可能である。ただし、吐出孔はリード弁44によって開閉され、圧力室38で圧縮された冷媒の圧力がリード弁44の締切圧を超えたときに、圧力室38内の冷媒が吐出室43に吐出される。
【００２２】
圧縮機14の吐出ポートは、スクロールケーシング31に形成され、吐出室43に開口している。従って、吐出室43の高圧の冷媒は、吐出ポートを通じて圧縮機14から流出し、パイプ25aを通じてオイルセパレータ16に流入する。
オイルセパレータ16は、略円筒状のハウジング46を有し、ハウジング46内は、貫通孔を有する仕切り壁47によって、分離室48と貯油室49とに上下に仕切られている。オイルセパレータ16の出口は、ハウジング46の上端壁の中央に形成され、オイルセパレータ16の入口は、ハウジング46の外周壁の上端壁側に形成されている。
【００２３】
分離室48には、同心にて分離管50が配置され、分離管50の上端は、オイルセパレータ16の出口に接続される一方、分離管50の下端は、仕切り壁47から離間している。
オイルセパレータ16に流入した冷媒は、分離管50の回りを旋回運動し、この間、潤滑油が冷媒から遠心分離される。遠心分離された潤滑油は分離室48から仕切り壁47の貫通孔を通じて貯油室49に流入し、貯油室49に貯留される。
【００２４】
一方、冷媒は、分離管50の周囲を旋回運動した後、分離管50の内部を上昇してから出口を通じてオイルセパレータ16から流出し、そして、パイプ25bを通じてガスクーラ18に流入する。
ガスクーラ18は、エンジンルーム６の前方側に配置され、ガスクーラ18の近傍には、ファン（図示せず）が配置されている。ガスクーラ18は、車両の走行によってエンジンルーム６内に流入する風やファンからの風によって冷却される。このため、ガスクーラ18も流入した冷媒は、ガスクーラ18を通過する間に放熱し、その温度が低下する。
【００２５】
ガスクーラ18にて温度が低下した冷媒は、ガスクーラ18から流出した後、パイプ25cを通じて膨張弁20に流入する。冷媒は膨張弁20を通過する際に膨張し、この膨張によって冷媒の圧力及び温度が低下する。膨張弁20から流出した冷媒は、パイプ25dを通じて蒸発器22に流入する。
蒸発器22の近傍にはブロワ（図示せず）が配置され、ブロワからの送風は、蒸発器22の外側を通過して車室２に吹出す。ここで、蒸発器22の内側では冷媒が蒸発しており、ブロワからの送風は、冷媒との熱交換により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風によって車室２が冷房される。
【００２６】
蒸発器22で蒸発した冷媒は、蒸発器22から流出した後、パイプ25eを通じてアキュムレータ24に流入する。アキュムレータ24に流入した冷媒のうち、気相の冷媒のみがアキュムレータ24から流出し、パイプ25fを通じて圧縮機14に流入する。
一方、オイルセパレータ16の貯油室と圧縮機14の吸入ポートとの間は、バイパス流路52によって接続されている。
【００２７】
より詳しくは、バイパス流路52の一部はバイパス管54によって形成され、バイパス管54の上流端は、オイルセパレータ16のハウジング46の下端壁即ち底面に形成された排出孔に接続されている。一方、バイパス管54の下流端は、パイプ25fの途中に接続され、バイパス流路52の残部は、バイパス管54との接続点よりも下流側のパイプ25fの下流部分によって形成されている。すなわち、パイプ25fの下流部分は、循環流路４の一部とバイパス流路52の一部とを兼ねている。
【００２８】
バイパス流路52には、バイパス流路52を通じて流れる潤滑油の流量、即ち、オイルセパレータ16の貯油室49から圧縮機14に返戻される潤滑油の返戻量を連続的に変化させるための手段（潤滑油返戻量可変手段）として、ニードルバルブ56が介挿されている。
より詳しくは、図２に示したように、ニードルバルブ56の弁ハウジング57は、互いに気密に連結された駆動ケーシング58及び弁ケーシング59を有し、駆動ケーシング58内には円筒状のソレノイドコイル60が収容されている。ソレノイドコイル60からはリード線が引き出され、リード線は駆動ケーシング58に取り付けたプラグを貫通して制御装置34に接続されている。
【００２９】
ソレノイドコイル60の内側には、アーマチュア62が配置され、アーマチュア62にはロッド64の基端部が固定されている。ロッド64は、駆動ケーシング58の端壁を貫通し、ロッド64の先端部は、弁ケーシング59内に位置している。なお、ロッド64の先端部は、弁体65として形成され、先端に近づくに連れて縮径されたニードル状をなす。
弁ケーシング59の内部は、区画壁66によって入力室68及び出力室70に区画され、弁ケーシング59に形成された入力ポート及び出力ポートは、入力室68又は出力室70にそれぞれ開口している。ここで、ニードルバルブ56は、バイパス管54に介挿され、バイパス管54は２つのバイパス管54a,54bに分断されている。これらのうち、オイルセパレータ16側のバイパス管54aが弁ケーシング59の入口ポートに接続され、パイプ25f側のバイパス管54bが弁ケーシング59の出口ポートに接続されている。
【００３０】
区画壁66には、入力室68と出力室70との間を連通する弁孔71がロッド64と同軸に形成され、弁孔71の内周面は、弁座72としてのテーパ面をなす。従って、ニードルバルブ56では、ソレノイドコイル60に供給する電力量、即ちソレノイドコイル60の電磁力を調整することによって、弁座72からの弁体65のリフト量を連続的に変化させることができ、リフト量に応じてニードルバルブ56の弁開度は連続的に変化する。
【００３１】
また、冷凍回路は、冷凍回路の運転状況を検知するための手段として、圧縮機のスクロールケーシングの外側に取り付けられた温度センサ80を有する。温度センサ80は、例えばサーミスタや熱電対により構成され、吐出室43の冷媒温度を直接若しくは間接的に検知する。温度センサ80は、電線を通じて制御装置34に電気的に接続され、制御装置34には、吐出室43の冷媒の温度が入力される。
【００３２】
以下、上述した冷凍回路の動作について説明する。
圧縮機14は、その電動モータ32が制御装置34からの電力供給を受けて作動させられると、吸入ポートを通じて冷媒を吸入して圧縮し、圧縮された高温高圧の冷媒を吐出する。つまり、圧縮機14は、循環流路4において冷媒を循環させ、これにより冷媒は、圧縮機14、オイルセパレータ16、ガスクーラ18、膨張弁20、蒸発器22及びアキュムレータ24を順次通過する。
【００３３】
オイルセパレータ16では、冷媒に含まれる潤滑油の一部が分離され、潤滑油の含有量を低減された冷媒がガスクーラ18にて放熱する。ガスクーラ18で放熱して低温になった冷媒は、膨張弁20で膨張してより低温低圧の冷媒になる。低温低圧の冷媒に含まれる液相成分は蒸発器22にて気化し、蒸発器22の外部から気化熱を奪う。これにより、蒸発器22の外側を通過するブロワからの風が冷風になり、この冷風が車室２の冷房又は除湿に使用される。
【００３４】
蒸発器22で略気相成分のみとなった低温低圧の冷媒は、アキュムレータ24で液相成分が除去され、低温低圧の冷媒が圧縮機14に吸入される。
一方、オイルセパレータ16で分離された潤滑油は、オイルセパレータ16の貯油室49に一時的に貯留されるけれども、バイパス流路52を通じて圧縮機14に返戻される。すなわち、オイルセパレータ16の排出孔から流出した潤滑油は、バイパス管54及びパイプ25fの下流部分を流れた後、吸入ポートを通じて圧縮機14に流入する。
【００３５】
ここで、バイパス管54を流れる潤滑油の流量は、バイパス管54に介挿されたニードルバルブ56の弁開度に依存し、ニードルバルブ56の弁開度は、制御装置34によって制御される。
本実施形態では、制御装置34は、温度センサ80によって検知した圧縮機14の吐出室43での冷媒の温度（吐出温度）に基づいて、ニードルバルブ56の弁開度を調節する。
【００３６】
具体的には、制御装置34は、吐出温度が所定の上限温度を超えると、弁開度を増大し、圧縮機14に返戻される潤滑油の返戻量を増大する。これにより、圧縮機14の摺動部での摺動抵抗が低下するとともに圧力室38のシール性が向上し、摺動部での発熱や冷媒の再膨張（再圧縮）が抑制され、吐出温度が低下する。
一方、ニードルバルブ56の弁開度の増大によって、潤滑油の返戻量が多くなりすぎると、圧縮機14から吐出される冷媒に含まれる潤滑油量も増大する。冷媒に含まれる潤滑油量が増大すると、オイルセパレータ16で冷媒から潤滑油が十分に分離されず、冷媒とともにオイルセパレータ16の出口からガスクーラ18に向けて流出する潤滑油量が増大してしまう。すなわち、ガスクーラ18、膨張弁20、蒸発器22、及び、アキュムレータ24を流れる潤滑油量が増大してしまう。ガスクーラ18や蒸発器22における潤滑油の流量増大は、ガスクーラ18や蒸発器22での放熱や熱交換の効率低下をもたらし、冷凍回路の冷凍能力が低下してしまう。
【００３７】
そこで、この冷凍回路では、制御装置34が、圧縮機14中の潤滑油量が過剰になっていることを圧縮機14の吐出温度の低下に基づいて検知し、吐出温度が所定の下限温度を下回ると、ニードルバルブ56の弁開度を小さくし、圧縮機14に返戻される潤滑油の返戻量を減少させる。
また、制御装置34は、圧縮機14の起動時、ドライスタートによる圧縮機14の損傷を防止すべく、冷凍能力の低下に拘わらずニードルバルブ56の弁開度を大きくし、圧縮機14に供給される潤滑油の量を多めにする。そして、制御装置34は、起動から時間が経つに連れて、冷凍能力を確保すべくニードルバルブ56の弁開度を徐々に小さくする。
【００３８】
上述したように、本実施形態の冷凍回路では、冷凍回路の運転状況、即ち圧縮機14の吐出温度に合わせて、ニードルバルブ56の弁開度を調整して圧縮機14に返戻される潤滑油の返戻量を制御することで、ガスクーラ18や蒸発器22での放熱や熱交換の効率低下を抑制しながら、圧縮機14の摺動部での潤滑性及びシール性が確保される。この結果、冷凍回路の運転状況に応じて、圧縮機14での摺動抵抗、体積効率、及び冷凍能力のいずれもが良好な範囲に保持されるとともに、圧縮機14の消費動力が削減され、冷凍回路の成績係数も向上する。
【００３９】
そして、上述した冷凍回路では、温度センサ80という簡単な検知手段によって冷凍回路の運転状況が確実に検知される。
また、上述した冷凍回路は、フロン系の冷媒に比べて地球温暖化係数が小さいＣＯ２を冷媒として使用しているため、地球環境に優しい。その一方で、この冷凍回路では、運転状況に合わせて、ガスクーラ18や蒸発器22での放熱や熱交換効率の低下が抑制されながら、圧縮機14の摺動部での潤滑性やシール性が確保されるので、圧縮機14で圧縮されたＣＯ２の圧力が高く、ＣＯ２の分子量が小さくても、圧縮機14の圧力室38からのＣＯ２の漏出が防止される。このため、圧縮機14でのＣＯ２の再膨張（再圧縮）が防止され、圧縮機14の過熱が防止される。
【００４０】
更に、上述した冷凍回路では、オイルセパレータ16が圧縮機14とは別体であり、圧縮機14がオイルセパレータを内蔵している必要がない。圧縮機14が電動圧縮機の場合、オイルセパレータを内蔵すると構成が複雑になり、大型化してしまうが、この冷凍回路では、圧縮機14がオイルセパレータを内蔵していなくてもよいので、簡単な構成を有する小型の電動圧縮機を用いることができる。
【００４１】
ここで、図３、図４及び図５は、上述した冷凍回路において、ニードルバルブ56の弁開度、即ち潤滑油の返戻量を３段階に変化させたときの、圧縮機14の回転数と、冷媒循環量、体積効率及び成績係数との関係をそれぞれ示すグラフである。なお、弁開度の大きさは、実施例１＞実施例２＞実施例３の順であり、冷媒循環量は、膨張弁20の直上流にて測定した値である。
【００４２】
図３から、弁開度が大きく潤滑油の返戻量が多いほど、圧縮機14でのシール性が確保され、冷媒循環量が増大することがわかる。
また、図４からは、弁開度が大きく潤滑油の返戻量が多いほど、冷凍能力が向上し、成績係数が向上することがわかる。
更に、図５からは、弁開度が大きく潤滑油の返戻量が多いほど、冷凍能力が向上するととともに、摺動抵抗の低減により圧縮機14の消費動力が削減され、成績係数が向上することがわかる。
【００４３】
本発明は、上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能である。
上記した一実施形態では、制御装置34は圧縮機14に取り付けた温度センサ80によって、冷凍回路の運転状況として、圧縮機14での冷媒の吐出温度を検知したけれども、運転状況を検知するための対象及び手段は、吐出温度及び温度センサ80に限定されることはない。
例えば、温度センサ80は、圧縮機14に対して取り付けられているが、圧縮機14に接続されたパイプ（吐出配管）25aに対して取り付けてもよい。
【００４４】
また、図６に示したように、冷凍回路の運転状況を検知する手段としての液面計82をオイルセパレータ16に取り付けても良い。液面計82は、貯油室49における潤滑油の液面高さを測定可能であり、液面高さに基づいて、貯油室49における潤滑油の貯油量が検知される。換言すれば、液面計82は、貯油量を測定する油量センサであり、油量センサによっても、温度センサ80と同様に、簡単な構成にて冷凍回路の運転状況を確実に検知することができる。なお、液面計82は、例えば、それぞれ制御装置34に電気的に接続されたレーザーダイオード84とフォトダイオード86とを、サイトグラス87,87を介してハウジング46に取付けることよって構成することができる。
【００４５】
また、図７に示したように、冷凍回路の運転状況を検知するための手段として、ガスクーラ18と膨張弁20との間を繋ぐパイプ25cに冷媒の流量計88を介挿してもよい。
上記した一実施形態では、バイパス管54を流れる潤滑油の温度は高温であり、自然放熱により低下するけれども、バイパス管54を流れる潤滑油を強制的に冷却してもよい。強制的に冷却してより低温の潤滑油を圧縮機14に供給することで、潤滑油の粘度が適当な範囲に保たれ、圧縮機14の摺動部での潤滑性及びシール性が更に向上する。また、潤滑油が冷却されることで、圧縮機14の温度上昇が抑制され、圧縮機14の摺動部での摺動条件が緩和される。この結果、圧縮機の耐久性が向上する。
【００４６】
そのためには、例えば、図８に示したように、バイパス管54に内部熱交換器90を介挿し、内部熱交換器90に、冷却水を供給する冷却水循環装置92を並列に接続してもよい。あるいは、図９に示したように、バイパス管54に放熱器96を介挿し、放熱器96の近傍に、放熱器96を空冷するためのファン98を配置してもよい。
上記した一実施形態では、潤滑油の返戻量を連続的に変化させるための手段（潤滑油返戻可変手段）として、電磁的に弁開度が変化させられるニードルバルブ56を用いたけれども、ニードルバルブ56を開閉させるための駆動手段は特に限定されない。
【００４７】
また、潤滑油返戻可変手段として、ニードルバルブ56に変えて電磁開閉弁を用い、この電磁開閉弁をデューティ比制御することによって弁開度を連続的に変化させてもよい。ただし、ニードルバルブ56によれば、デューティ比制御の必要がなく、簡単な構成にて、潤滑油の返戻量を連続的に確実に変化させられる。
上記した一実施形態では、オイルセパレータ56は、冷媒から潤滑油を遠心分離したけれども、潤滑油の分離手段は特に限定されない。
【００４８】
上記した一実施形態では、冷凍回路の冷媒は、ＣＯ２冷媒であったけれども、冷媒の種類は特に限定されない。ただし、地球環境を考慮すれば、ＣＯ２冷媒を用いるのが好ましい。
上記した一実施形態では、圧縮機14は、電動スクロール圧縮機であったけれども、電動モータ32に代えて、エンジンにベルトを介して接続される電磁クラッチ若しくはプーリを有していてもよい。また、圧縮機14は、斜板式又は揺動板式の往復動型圧縮機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例に係る冷凍回路の概略構成図である。
【図２】図１の冷凍回路に使用されたニードルバルブの概略を示す縦断面図である。
【図３】図１の冷凍回路における、圧縮機の回転数と冷媒循環量との関係を示すグラフである。
【図４】図１の冷凍回路における、圧縮機の回転数と体積効率との関係を示すグラフである。
【図５】図１の冷凍回路における、圧縮機の回転数と成績係数との関係を示すグラフである。
【図６】変形例の冷凍回路に使用される、液面計を取り付けたオイルセパレータを示す図である。
【図７】流量計が介挿された変形例の冷凍回路の一部を示す図である。
【図８】返戻される潤滑油を冷却するための手段として、バイパス管に介挿された内部熱交換器と、内部熱交換機に冷却水を供給する冷却水循環装置とを示す図である。
【図９】返戻される潤滑油を冷却するための手段として、バイパス管に介挿された放熱器と、放熱器を空冷するためのファンとを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
４  循環流路
14  圧縮機
16  オイルセパレータ
18  ガスクーラ（放熱器）
20  膨張弁
22  蒸発器
24  アキュムレータ
34  制御装置（制御手段）
52  バイパス流路
56  ニードルバルブ（潤滑油返戻量可変手段）
80  温度センサ（検知手段）
【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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【図９】
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