(57)【要約】【課題】膨張機と圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において、時間の経過につれて膨張機の第２密閉容器内の油面は徐々に上昇、圧縮機の第１密閉容器内の油面は低下していき、発電機における粘性抵抗の増加による膨張機の性能低下が生じるとともに、圧縮機の第１密閉容器内の油面低下により圧縮機の信頼性が確保できなくなっていた。【解決手段】圧縮機構１０２ｂを収納する第１密閉容器１０２ａ内と、膨張機構１０４ｂを収納する第２密閉容器１０４ａ内を常時接続する均油管１０６の上側に、開閉機構１０８を備えた均圧管１０７を設け、前記第１密閉容器１０２ａ内の第１油溜り１０２ｃの油面が規定値以下に低下した際には、開閉機構１０８の開閉を行い、油面の調整を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器と、を少なくとも備えた冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機は、圧縮機構と前記圧縮機構を収納する第１密閉容器とを備え、前記第１密閉容器内には、油を貯留する第１油溜りと、前記圧縮機構から吐出された冷媒または前記圧縮機構に吸入される冷媒が充満する第１冷媒空間と、が形成されており、
前記膨張機は、吸入孔および吐出孔が形成された膨張機構と前記膨張機構を収納する第２密閉容器とを備え、前記第２密閉容器内には、油を貯留する第２油溜りと、前記膨張機構の吸入孔および吐出孔と連通しない第２冷媒空間と、が形成されており、
前記第１油溜りと前記第２油溜りとを結ぶ均油管と、
前記第１冷媒空間と前記第２冷媒空間とを結ぶ均圧管と、
前記均圧管の冷媒の流通を制御する開閉機構と、を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記開閉機構は自動制御弁であ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】
前記自動制御弁は、一定時間ごとに開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記自動制御弁は、前記圧縮機構を収納する前記第１密閉容器内の前記第１油溜りの油面の高さが規定値以下になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記自動制御弁は、前記膨張機構を収納する前記第２密閉容器内の前記第２油溜りの油面の高さが規定値以上になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記自動制御弁は、前記圧縮機構を収納する前記第１密閉容器内の圧力と、前記膨張機構を収納する前記第２密閉容器内の圧力の差が規定値以上になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記自動制御弁は、前記圧縮機構を収納する前記第１密閉容器内の温度の変化量が規定値以上になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記自動制御弁は、前記膨張機構を収納する前記第２密閉容器内の温度の変化量が規定値以上になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記自動制御弁は、前記膨張機により出力される電流の値が規定値以下になると開、閉の制御がなされることを特徴とする、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記自動制御弁は、電磁弁であ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１１】
前記開閉機構は、差圧弁であ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１２】
前記差圧弁は、前記圧縮機構を収納する前記第１密閉容器内の圧力と、前記膨張機構を収納する前記第２密閉容器内の圧力の差が規定値以上になると開となり、開となった後圧力の差が規定値以下になると閉となることを特徴とする、請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記差圧弁は、弁体とバネから構成され、前記弁体に作用する圧力差による力が前記バネの押さえ付け力を超えると開となり、開となった後、前記弁体に作用する圧力差による力が前記バネの押さえ付け力を下回ると閉となることを特徴とする、請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１４】
前記差圧弁は、リードバルブであることを特徴とする、請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１５】
冷媒を二酸化炭素としたことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置において、圧縮機と分離された膨張機、いわゆる分離型膨張機を用いた冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、分離型膨張機を備えた従来の冷凍サイクル装置４の構成図である。従来の冷凍サイクル装置４は、圧縮機１０２と、放熱器１０３と、膨張機１０４と、蒸発器１０５とが、順に接続されて構成されている。従来の冷凍サイクル装置４に充填されている冷媒は、圧縮機１０２において圧縮され、低圧状態から高温高圧状態となる。圧縮機１０２を流出した冷媒は、放熱器１０３において空気や水等と熱交換して冷却され、中温状態となる。放熱器１０３を流出した冷媒は、膨張機１０４において膨張し、高圧状態から低温低圧状態になる。膨張機１０４を流出した冷媒は、蒸発器１０５において空気や水等と熱交換して加熱され、中温状態となる。蒸発器１０５を流出した冷媒は、再び圧縮機１０２において圧縮され、以後、上述の動作を繰り返す。
【０００４】
圧縮機１０２は、第１密閉容器１０２ａと、第１密閉容器１０２ａ内に収納された圧縮機構１０２ｂと、電動機（図示せず）と、回転軸（図示せず）とを備えている。圧縮機構１０２ｂと電動機とは、回転軸により連結されており、電動機が回転することにより回転軸が回転し、冷媒が圧縮される。
【０００５】
膨張機１０４は、第２密閉容器１０４ａと、第２密閉容器１０４ａ内に収納された膨張機構１０４ｂと、発電機（図示せず）と、回転軸（図示せず）とを備えている。膨張機構１０４ｂと発電機とは、回転軸により連結されており、冷媒が膨張することによって回転軸が回転し、発電機が駆動される。上記冷媒の膨張過程で発生する膨張エネルギーは、動力回収して圧縮機１０２の駆動エネルギーに利用することができ、冷凍サイクルの効率を向上させることができる。
【０００６】
圧縮機構１０２ｂおよび膨張機構１０４ｂは、いずれも摺動部分を有しているため、潤滑のための潤滑油が必要となる。そのため、圧縮機１０２の第１密閉容器１０２ａおよび膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａには、第１油溜り１０２ｃおよび第２油溜り１０４ｃがそれぞれ設けられている。また、第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとは、配管により接続されている。これにより、配管を通じて潤滑油が第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとの間を移動することができるため、第１油溜り１０２ｃと第２油溜り１０４ｃの油面の高さをそれぞれ変動させて一定に保つことができる。
【０００７】
配管による接続方法としては、均油管１０６のみを用いたもの（例えば、特許文献１参照）や、均油管１０６および均圧管１０７を用いたもの（例えば、非特許文献１参照）がある。
【０００８】
膨張機構１０４ｂには、吸入管１０９および吐出管１１０が、第２密閉容器１０４ａを貫通して直接接続されている。仮に、吸入管１０９および吐出管１１０を膨張機構１０４ｂに直接接続せずに、第２密閉容器１０４ａ内の空間に向かって開口させると、冷媒が圧縮機１０２、放熱器１０３、膨張機１０４、蒸発器１０５の順に流通せずに、均油管１０６や均圧管１０７を通じて、圧縮機１０２と膨張機１０４との間で直接流通してしまう。したがって、膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａ内は、膨張機構１０４ｂに吸入される冷媒および膨張機構１０４ｂから吐出される冷媒が循環することのない、すなわち、冷媒回路とは直接つながることのない密閉空間となる。
【０００９】
上述したように、膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａ内は密閉空間であるが、一般的に、第２密閉容器１０４ａ内の冷媒および潤滑油は、膨張機構１０４ｂの隙間より、僅かながら膨張機構１０４ｂに漏れ込んでいく。この膨張機講１０４ｂへの冷媒の漏れ込みおよび第２密閉容器１０４ａ内の潤滑油の持ち出しにより、第２密閉容器１０４ａ内の冷媒量および潤滑油量が減少するとともに、第２密閉容器１０４ａ内の圧力も低下する。
【００１０】
均油管１０６のみが、圧縮機１０２と膨張機１０４との間に接続されている場合では、第２密閉容器１０４ａ内の圧力が低下すると、圧力差により均油管１０６を通じて、圧縮機１０２内の潤滑油が膨張機１０４の方に流れ込んでいく。これにより、圧縮機１０２の第１油溜り１０２ｃの油量が徐々に減少する一方で、膨張機１０４の第２油溜り１０４ｃの油量は徐々に増加する。このような圧縮機１０２内および膨張機１０４内における潤滑油量の変化は、短時間で見ると非常に微量であるが、時間が経過するにつれて顕著となる。長時間運転後には、膨張機１０４内の油面が発電機付近にまで達することで、発電機と回転軸間の粘性抵抗の増加による膨張機１０４の性能の低下が生じるともに、圧縮機１０２内の油面が低下することで、摺動部分などへの潤滑油の供給が十分に行われず、圧縮機１０２の信頼性が確保できなくなる。
【００１１】
一方、均油管１０６および均圧管１０７が、圧縮機１０２と膨張機１０４との間に接続されている場合には、圧縮機１０２と膨張機１０４との間で圧力差が生じても、冷媒が均圧管１０７を通じて移動するために、圧縮機１０２内と膨張機１０４内の圧力を均一に保つことができ、圧縮機１０２内と膨張機１０４内の潤滑油量の変動も抑えることができる。
【特許文献１】特開２００７−２４４３９号公報
【非特許文献１】「平成１４年度成果報告書  エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発  ＣＯ２空調機用二相流膨張機・圧縮機の開発」、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成１５年３月、ｐ．５〜３７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の冷凍サイクル装置４においては、作動条件の関係上、圧縮機構１０２ｂが高温となるため、第１密閉容器１０２ａの内部温度と、低温の膨張機構１０４ｂを収納する第２密閉容器１０４ａの内部温度に差が生じる。この温度差により、第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとの間では、冷媒が均圧管１０７を通じて移動するのと同時に、熱も移動する。これにより、第１密閉容器１０２ａ内の温度が低下する一方で、第２密閉容器１０４ａ内の温度は上昇するため、従来の冷凍サイクル装置４における加熱能力、冷凍能力が低下していた。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、その目的は、均油管および均圧管により接続された圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置において、加熱能力、冷凍能力の低減を抑制して、膨張機の性能低下を防止し、かつ圧縮機の信頼性を維持しながら運転を実施することができる冷凍サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機構を収納する第１密閉容器内と、膨張機を収納する第２密閉容器内を常時接続する均油管と、開閉機構を備えた均圧管とを設け、所定の条件に応じて開閉機構を開閉する。
【００１５】
本構成により、均圧管を通じて冷媒を移動させることで、圧縮機内の油面と膨張機内の油面の均衡を保つことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、膨張機の第２密閉容器内の潤滑油量が増加、もしくは圧縮機の第１密閉容器内の潤滑油量が減少した際には、均圧管に備えた開閉機構を開いて、均圧管を通じて冷媒を移動させることで、第１密閉容器内と第２密閉容器内の潤滑油量を調整し、調整後には開閉機構を閉めて、引き続き、冷凍サイクル装置の運転を安定して続けることができる。したがって、圧縮機における潤滑油不足を防止することが可能になるとともに、膨張機における粘性抵抗の増加による回収電流の低下を防止することが可能になり、より高性能、高信頼性の冷凍サイクルを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置１を示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１は、圧縮機１０２と、放熱器１０３と、膨張機１０４と、蒸発器１０５とを順次、配管により接続することで、冷媒回路を構成している。圧縮機１０２と膨張機１０４とは、均油管１０６および均圧管１０７により接続されている。均圧管１０７の中途部には、開閉機構１０８が設けられており、開閉機構１０８が開の時のみ、圧縮機１０２と膨張機１０４とが連通する。本実施の形態１の冷凍サイクル装置１では、開閉機構１０８として電磁弁（自動制御弁）、作動流体としてフロンまたは二酸化炭素等の冷媒を使用している。本実施の形態１では、開閉機構１０８として電磁弁を用いているが、自動制御弁の種類はこれに限られることはなく、電動弁・空気作動弁などの他の自動制御弁を適宜使用することができる。
【００１９】
また、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１は、開閉機構１０８の開閉の制御指令を行う制御回路１１１と、均油管１０６の温度を検出する均油管温度検出手段１１２と、膨張機１０４の外部に設けられた発電機１１３とを有する。制御回路１１１は、開閉機構１０８と均油管温度検出手段１１２とに接続され、均油管温度検出手段１１２は、均油管１０６に設置されている。
【００２０】
図２は、図１における圧縮機１０２の縦断面図である。図２に示すように、圧縮機１０２は、第１密閉容器１０２ａと、第１密閉容器１０２ａ内に収納された圧縮機構１０２ｂと、圧縮機構１０２ｂを駆動する電動機１０２ｄと、圧縮機構１０２ｂと電動機１０２ｄとを連結する回転軸１０２ｅとにより構成されている。
【００２１】
第１密閉容器１０２ａは、上端および下端が閉塞された略円筒状で、鉛直方向長さが水平方向長さより長い、縦長の密閉容器である。なお、第１密閉容器１０２ａは上記形状に限られることはなく、横長の密閉容器でもよい。第１密閉容器１０２ａの内部は、圧縮機構１０２ｂから吐出される高圧の冷媒が充填されているため、高圧空間となっている。
【００２２】
第１密閉容器１０２ａの下部の内壁には、プレート１０２ｇが固定され、プレート１０２ｇの中央部には、軸受１０２ｈが固定されている。軸受１０２ｈは、回転軸１０２ｅの下側部分を回転自在に支持している。回転軸１０２ｅの内部には、給油路（図示せず）が設けられている。
【００２３】
第１密閉容器１０２ａの底部には、第１油溜り１０２ｃが形成され、潤滑油が貯留されている。第１油溜り１０２ｃには、回転軸１０２ｅの下側に設けられたオイルポンプ１０２ｆが浸漬している。回転軸１０２ｅの回転に伴って、オイルポンプ１０２ｆは、第１油溜り１０２ｃの潤滑油を汲み上げ、回転軸１０２ｅの給油路を介して、潤滑油を圧縮機構１０２ｂに導く。ここでは、オイルポンプ１０２ｆは、トロコイドポンプによって構成されているが、オイルポンプ１０２ｆの種類は限定されない。
【００２４】
圧縮機構１０２ｂは、スクロール式の圧縮機構によって構成されている。なお、圧縮機構１０２ｂの具体的構成は何ら限定されることなく、ロータリ式等、他の形式の圧縮機構でもよい。
【００２５】
第１密閉容器１０２ａの鉛直方向のほぼ中央には、電動機１０２ｄが配置されている。電動機１０２ｄは、第１密閉容器１０２ａの内壁に固定された固定子１０２ｉと、回転軸１０２ｅに固定された回転子１０２ｊとにより構成されている。
【００２６】
第１密閉容器１０２ａの上面には、圧縮冷媒を放熱器１０３へ導く吐出管１０２ｋが接続されている。第１密閉容器１０２ａの上側側面には、蒸発器１０５からの冷媒を圧縮機構１０２ｂに導く吸入管１０２ｌが接続されている。第１密閉容器１０２ａ内の油面より上方の側面には、孔１０２ｍが形成されている。孔１０２ｍには、均圧管１０７が挿入され、第１密閉容器１０２ａ内の第１冷媒空間１０２ｏに向かって開口するように連結されている。第１密閉容器１０２ａ内の油面以下の下側側面には、孔１０２ｎが形成されている。孔１０２ｎには、均油管１０６が挿入され、第１油溜り１０２ｃに向かって開口するように連結されている。
【００２７】
図３は、図１における膨張機１０４の縦断面図である。図３に示すように、膨張機１０４は、第２密閉容器１０４ａと、第２密閉容器１０４ａ内に収納された膨張機構１０４ｂと、膨張機構１０４ｂから動力が供給されて駆動する発電機１０４ｄと、膨張機構１０４ｂと発電機１０４ｄとを連結する回転軸１０４ｅとにより構成されている。
【００２８】
第２密閉容器１０４ａは、上端および下端が閉塞された略円筒状で、鉛直方向長さが水平方向長さより長い、縦長の密閉容器である。なお、第２密閉容器１０４ａは上記形状に限られることはなく、横長の密閉容器でもよい。第２密閉容器１０４ａの内部は、圧縮機１０２から流れ込んできた高圧の冷媒が充填されているため、高圧空間となっている。
【００２９】
第２密閉容器１０４ａの下部の内壁には、プレート１０４ｇが固定され、プレート１０４ｇの中央部には、軸受１０４ｈが固定されている。軸受１０４ｈは、回転軸１０４ｅの下側部分を回転自在に支持している。回転軸１０４ｅの内部には、給油路（図示せず）が設けられている。
【００３０】
第２密閉容器１０４ａの底部には、第２油溜り１０４ｃが形成され、潤滑油が貯留されている。第２油溜り１０４ｃには、回転軸１０４ｅの下側に設けられたオイルポンプ１０４ｆが浸漬している。回転軸１０４ｅの回転に伴って、オイルポンプ１０４ｆは、第２油溜り１０４ｃの潤滑油を汲み上げ、回転軸１０４ｅの給油路を介して、潤滑油を圧縮機構１０２ｂに導く。ここでは、膨張機１０４のオイルポンプ１０４ｆは、トロコイドポンプによって構成されているが、オイルポンプ１０４ｆの種類は限定されない。
【００３１】
膨張機構１０４ｂは、スクロール式の膨張機構によって構成されている。なお、膨張機構１０４ｂの具体的構成は何ら限定されることなく、ロータリ式等、他の形式の膨張機構でもよい。
【００３２】
第２密閉容器１０４ａの鉛直方向のほぼ中央には、発電機１０４ｄが配置されている。発電機１０４ｄは、第２密閉容器１０４ａの内壁に固定された固定子１０４ｉと、回転軸１０４ｅに固定された回転子１０４ｊとにより構成されている。
【００３３】
第２密閉容器１０４ａの上側側面には、放熱器１０３からの冷媒を膨張機構１０４ｂに導く吸入管１０４ｋが接続されている。吸入管１０４ｋは、第２密閉容器１０４ａの側面を貫通して、膨張機構１０４ｂに形成された吸入孔１０４ｐに直接接続されている。また、第２密閉容器１０４ａの上側側面には、膨張冷媒を蒸発器１０５へ導く吐出管１０４ｌが接続されている。吐出管１０４ｌは、第２密閉容器１０４ａの側面を貫通して、膨張機構１０４ｂに形成された吐出孔１０４ｑに直接接続されている。これにより、膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａ内は、膨張機構１０４ｂに吸入される冷媒および膨張機構１０４ｂから吐出される冷媒が循環することのない、すなわち、冷媒回路とは直接つながることのない密閉空間となる。
【００３４】
第２密閉容器１０４ａ内の油面より上方の側面には、孔１０４ｍが形成されている。孔１０４ｍには、均圧管１０７が挿入され、第２密閉容器１０４ａ内の第２冷媒空間１０４ｏに向かって開口するように連結されている。第２密閉容器１０４ａ内の油面以下の下側側面には、孔１０４ｎが形成されている。孔１０４ｎには、均油管１０６が挿入され、第２油溜り１０４ｃに向かって開口するように連結されている。
【００３５】
上述より、均油管１０６は、圧縮機１０２の第１油溜り１０２ｃと膨張機１０４の第２油溜り１０４ｃとを連通しており、均油管１０６を通じて、潤滑油の相互輸送が行われる。均圧管１０７は、圧縮機１０２の第１密閉空間１０２ｏと膨張機１０４の第２密閉空間１０４ｏとを連通しており、均圧管１０７を通じて、冷媒の相互輸送が行われる。
【００３６】
次に、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１における開閉機構１０８と、冷媒および潤滑油との関係について説明する。
【００３７】
本実施の形態１における開閉機構１０８は、潤滑油量の極端な偏りの無い平常運転時では閉となっており、均油管１０６のみが、第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとを接続し、均油管１０６を通じて潤滑油が移動する。長時間運転などによる、潤滑油量の極端な偏りが生じた時には、開閉機構１０８は開となり、均油管１０６および均圧管１０７が、第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとを接続する。これにより、均油管１０６を通じて潤滑油が移動するとともに、均圧管１０７を通じて冷媒が移動する。
【００３８】
冷凍サイクル装置１の運転時には、圧縮機１０２から吐出された高温の冷媒は、超臨界状態で放熱器１０３に吸入される。放熱器１０３に吸入された冷媒は、放熱して冷媒温度が低下した状態で、膨張機１０４に吸入される。膨張機１０４に吸入された冷媒は、膨張して蒸発器１０５に吸入される。蒸発器１０５に吸入された冷媒は、蒸発して冷媒温度が上昇した状態で、圧縮機１０２に吸入される。この際、第１密閉容器１０２ａ内の温度は、例えば、８０℃程度の常温より高い温度（以下、高温という）となる一方、第２密閉容器１０４ａ内の温度は、例えば、１５℃程度の常温となる。
【００３９】
圧縮機１０２の第１密閉容器１０２ａ内においては、第１油溜り１０２ｃの潤滑油が、オイルポンプ１０２ｆによって汲み上げられ、圧縮機構１０２ｂへと供給される。圧縮機構１０２ｂへ供給された潤滑油は、圧縮機構１０２ｂの隙間部分のシールを行うとともに、摺動部分の潤滑を行う。圧縮機構１０２ｂのシールまたは潤滑を行った潤滑油の一部は、圧縮機構１０２ｂから第１冷媒空間１０２ｏに向かって、圧縮機構１０２ｂ内の冷媒とともに吐出される。冷媒と潤滑油とは比重が大きく異なるため、冷媒とともに吐出された潤滑油は、第１冷媒空間１０２ｏを流動する際に冷媒と分離され、第１油溜り１０２ｃに戻る。一方、潤滑油と分離された冷媒は、第１密閉容器１０２ａ内を上昇して、吐出管１０２ｋより外部へ吐出される。
【００４０】
膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａ内においては、第２油溜り１０４ｃの潤滑油が、オイルポンプ１０４ｆによって汲み上げられ、膨張機構１０４ｂへと供給される。膨張機構１０４ｂへ供給された潤滑油は、膨張機構１０４ｂの隙間部分のシールを行うとともに、摺動部分の潤滑を行う。膨張機１０４においては、膨張機構１０４ｂを除く第２密閉容器１０４ａの内部が冷媒回路とは直接つながることのない密閉空間となっているため、圧縮機１０２と異なり、膨張機構１０４ｂ内の冷媒および潤滑油は、第２密閉容器１０４ａ内を循環することなく、吐出管１０４ｌを通じて膨張機構１０４ｂから外部へ直接吐出される。そのため、膨張機構１０４ｂから冷媒とともに吐出された潤滑油は、第２油溜り１０４ｃに回収されることなく、第２密閉容器１０４ａの外部に流出してしまう。潤滑油が第２密閉容器１０４ａの外部に流出すると、第２密閉容器１０４ａ内の潤滑油の質量が低減するとともに、第２密閉容器１０４ａ内の圧力も低下する。
【００４１】
第２密閉容器１０４ａ内の圧力が低下すると、圧力差により、潤滑油が圧縮機１０２の第１密閉容器１０２ａ側から第２密閉容器１０４ａ側へと、均油管１０６を通じて流れ込む。これにより、第１密閉容器１０２ａ内の第１油溜り１０２ｃの潤滑油量は減少する一方で、第２密閉容器１０４ａ内の第２油溜り１０４ｃの潤滑油量は増加する。
【００４２】
このような潤滑油の移動による油面の変動は、２〜３時間程度の短時間の運転においては微量であり、性能などに影響を与えるほどではないが、時間が経過するにつれて、第２密閉容器１０４ａ内の油面は徐々に上昇する一方で、第１密閉容器１０２ａ内の油面は徐々に低下していく。一晩の運転など、長時間運転を行った際には、第２密閉容器１０４ａ内の油面が発電機１０４ｄにまで達するほど、著しく油面の変動が生じる。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態１においては、長時間運転による油面の不均衡が生じる前に、均圧管１０７に設置した開閉機構１０８を開くことにより、第１密閉容器１０２ａから第２密閉容器１０４ａへ冷媒を移動させて、第１密閉容器１０２ａ内および第２密閉容器１０４ａ内の油面の調整を適切に行うことができる。
【００４４】
具体的には、開閉機構１０８が開けられると、第１密閉容器１０２ａと第２密閉容器１０４ａとの間の圧力差および温度差（圧力、温度とも第１密閉容器１０２ａの方が高い）などにより、第１密閉容器１０２ａの冷媒が、均圧管１０７を通じて第２密閉容器１０４ａへ移動する。これにより、第２密閉容器１０４ａの潤滑油が、均油管１０６を通じて第１密閉容器１０２ａへ移動するため、第２密閉容器１０４ａ内の油面は低下、第１密閉容器１０２ａ内の油面は上昇し、油面の均衡を保つことができる。
【００４５】
また、本実施の形態１における開閉機構１０８は、１度開けられたら、常時開けられたままにしておくのではなく、１度開けられた後でも、特定の条件を満たしたら、再び閉じられる構造となっている。以下、本実施の形態１における開閉機構１０８の制御方法を説明する。
【００４６】
図４は、本実施の形態１における開閉機構１０８の制御を示すフローチャートである。本実施の形態１の冷凍サイクル装置１による運転の前には、予め、開閉機構１０８を開く目安時間ｔ１の設定と、潤滑油の初期温度Ｔ０の記録、および開閉機構１０８を閉じる目安となる温度差Ｔ１の設定とをしておく。
【００４７】
図４に示すように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１の運転を開始する。この時、開閉機構１０８は閉じられている。ステップ２０１において、制御回路１１１は、タイマーなどで測定された冷凍サイクル装置１の運転時間ｔと開閉機構１０８を開く目安時間ｔ１とを比較する。そして、運転時間ｔが目安時間ｔ１に達したら、ステップ２０２に移り、開閉機構１０８を開ける。
【００４８】
開閉機構１０８が開けられると、均圧管１０７においては主に冷媒の移動、均油管１０６においては主に潤滑油の移動が生じる。この時、圧縮機１０２と膨張機１０４の内部は、冷凍サイクル装置１の運転条件により、圧縮機１０２側が高温、膨張機１０４側がほぼ常温となっているため、第２密閉容器１０４ａのほぼ常温の潤滑油が、均油管１０６を通じて第１密閉容器１０２ａへと移動する。そのため、均油管温度検出手段１１２により検出される均油管１０６内の温度Ｔは、開閉機構１０８が開かれると同時に下がる。
【００４９】
上述のように、開閉機構１０８が開けられた後、しばらくは、膨張機１０４側から流れ込んでくるほぼ常温の潤滑油の影響により、均油管１０６内の温度Ｔは下がり続けるが、時間が経つにつれて、均圧管１０７を介した冷媒の移動量、均油管１０６を介した潤滑油の移動量が安定してくる。均油管１０６内の温度Ｔは、高温の第１密閉容器１０２ａ側からの熱伝導の影響を受けて、再び上昇し始める。
【００５０】
ステップ２０３において、制御回路１１１は、潤滑油の初期温度Ｔ０を用いて差温ΔＴ＝Ｔ０−Ｔを算出し、開閉機構１０８を閉じる目安となる温度差Ｔ１と比較する。そして、均油管１０６内の温度Ｔが上昇し始めて、差温ΔＴが温度差Ｔ１以下となると、潤滑油の調整がなされたと判断してステップ２０４に移り、開閉機構１０８を閉める。
【００５１】
制御回路１１１は、開閉機構１０８を閉めるとステップ２０５に移って、制御のための運転時間ｔを０にリセットし、ステップ２０１に戻る。
【００５２】
このように、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１によれば、長時間運転時においても、定期的に開閉機構１０８の開閉を行うことにより、第１密閉容器１０２ａ内および第２密閉容器１０４ａ内の潤滑油量を調整することができる。その結果、冷凍サイクル装置１の性能を保ちつつ、信頼性を高めることができる。
【００５３】
なお、上記においては、時間および均油管１０６内の温度により、開閉機構１０８の開閉を行う一例を説明したが、開閉機構１０８を開閉する判断に用いるものとしては、均油管１０６内の温度以外の温度（例えば、圧縮機１０２の第１密閉容器１０２ａ内の温度、膨張機１０４の第２密閉容器１０４ａ内の温度など）でもよいし、温度以外のものとして、第１密閉容器１０２ａ内の圧力と、第２密閉容器１０４ａ内の圧力などでもよい。また、開閉機構１０８が開いている時間を設定しておくなどして、開閉機構１０８の制御を時間のみで行うことも可能である。
【００５４】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置２の構成図を示す。本実施の形態２は、膨張機１０４により出力されて回収される電流の測定値により、開閉機構１０８の開閉を制御する点において、実施の形態１と相違する。なお、実施の形態１と同一構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
【００５５】
図５に示すように、本実施の形態２の冷凍サイクル装置２は、開閉機構１０８の開閉の制御指令を行う制御回路１１１と、膨張機１０４から出力される電流を検出する膨張機回収電流検出手段１１４とを有する。制御回路１１１は、開閉機構１０８と膨張機回収電流検出手段１１４とに接続され、膨張機回収電流検出手段１１４は、発電機１１３に設置されている。
【００５６】
図６は、本実施の形態２における開閉機構１０８の制御を示すフローチャートである。予め、開閉機構１０８を開く目安となる回収電流Ｉ１を設定しておく。
【００５７】
図６に示すように、本実施の形態２の冷凍サイクル装置２の運転を開始する。この時、開閉機構１０８は閉じられている。ステップ３０１において、制御手段１１１は、膨張機回収電流検出手段１１４により測定された回収電流Ｉと開閉機構１０８を開く目安となる回収電流Ｉ１とを比較する。
【００５８】
一般的に、冷媒に比べて潤滑油の方が粘性が高いため、冷凍サイクル装置２の運転中に第２密閉容器１０４ａ内において油面の上昇が起こる。発電機１０４ｄまで油面が達すると、回転子１０４ｊが回転する際の粘性抵抗が増えるため、膨張機回収電流検出手段１１４により測定される回収電流Ｉが低下し、開閉機構１０８を開く目安となる回収電流Ｉ１を下回ってしまう。
【００５９】
制御手段１１１は、膨張機回収電流検出手段１１４により測定される回収電流Ｉが、開閉機構１０８を開く目安となる回収電流Ｉ１以下となると、ステップ３０２に移り、開閉機構１０８を開ける。開閉機構１０８が開けられると、均圧管１０７においては主に冷媒の移動、均油管１０６においては主に潤滑油の移動が生じる。第２密閉容器１０４ａ内においては、潤滑油の移動により、粘性抵抗が減る。また、圧縮機１０２と膨張機１０４の内部は、冷凍サイクル装置２の運転条件により、圧縮機１０２側が高温、膨張機１０４側がほぼ常温となっているため、開閉機構１０８が開かれると同時に、第２密閉容器１０４ａに高温の冷媒が流れ込む。これにより、第２冷媒空間１０４ｏの冷媒温度が上昇するため、潤滑油の粘性が下がり、粘性抵抗が減る。その結果、膨張機回収電流検出手段１１４により測定される回収電流Ｉが増加する。開閉機構１０８が開けられた後、しばらくは、膨張機１０４側の潤滑油が圧縮機１０２側へ流れることと、冷媒温度が上昇することの影響により、粘性抵抗も小さくなり続け、膨張機回収電流検出手段１１４により測定される回収電流Ｉも増加し続ける。
【００６０】
ステップ３０３において、制御回路１１１は、増加し続ける回収電流Ｉと、開閉機構１０８を開く目安となる回収電流Ｉ１とは異なる設定をした回収電流Ｉ２とを比較する。回収電流Iの大きさは、温度に比例して変化するので、開閉機構１０８が閉じられて、第２密閉容器１０４ａ内の温度が下がった後も、若干減少する。このため、回収電流Ｉ２は、ステップ３０１において用いた回収電流Ｉ１よりも大きな値とする。
【００６１】
制御回路１１１は、回収電流Ｉが回収電流Ｉ２を以上となると、潤滑油の調整がなされたと判断して、ステップ３０４に移り、開閉機構１０８を閉める。そして、ステップ３０１に戻る。
【００６２】
このように、本実施の形態２の冷凍サイクル装置２によれば、長時間運転により膨張機１０４側の油面が上昇、圧縮機１０２側の油面が低下した場合においても、回収電流の変化により油面の変動を検知し、定期的に開閉機構１０８の開閉を行うことにより、第１密閉容器１０２ａ内および第２密閉容器１０４ａ内の潤滑油量を調整することができる。その結果、冷凍サイクル装置２の性能を保ちつつ、信頼性を高めることができる。
【００６３】
なお、上記においては、膨張機１０４から出力される回収電流の変化により、開閉機構１０８の開閉を行う一例を説明したが、開閉機構１０８を開閉する判断に用いるものとしては、第１油溜り１０２ｃの油面高さと、第２油溜り１０４ｃの油面高さの変化のみで行ってもよい。
【００６４】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３の冷凍サイクル装置３の構成図を示す。本実施の形態３は、開閉機構１０８として差圧弁１２０のみを用いる点において、実施の形態１、２と相違する。なお、実施の形態１、２と同一構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
【００６５】
図８、図９は、本実施の形態３の開閉機構１０８の一例を示す縦断面図である。図８に示すように、差圧弁１２０は、弁体１１５とバネ１１６により構成されており、均圧管１０７の内部に設けられた管路縮小部１１７とバネ支え部１１８との間に配置されている。差圧弁１２０の位置としては、均圧管１０７の途中につけてもよいし、均圧管１０７の端につけてもよい。また、差圧弁１２０としては、図９に示すような、リードバルブ１１９を用いてもよい。
【００６６】
本実施の形態３では、冷凍サイクル装置３の運転中に生じた第１密閉容器１０２ａ内の圧力と第２密閉容器１０４ａ内の圧力との差により、開閉機構１０８の開閉を行うことができる。具体的には、冷凍サイクル装置３の運転中に、第１密閉容器１０２ａ内の圧力と第２密閉容器１０４ａ内の圧力との差が規定値以上になると、差圧弁１２０が開き、上記圧力差が規定値以下となると、差圧弁１２０が閉じる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明は、圧縮機と膨張機とを備えた冷凍サイクル装置、例えば、空気調和装置、給湯機、冷凍機、冷蔵庫、除湿機等について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る膨張機の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る開閉機構の制御フローチャート
【図５】本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態２に係る開閉機構の制御フローチャート
【図７】本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成図
【図８】本発明の実施の形態３に係る開閉機構部の縦断面図
【図９】本発明の実施の形態３に係る開閉機構部の縦断面図
【図１０】従来の冷凍サイクル装置の構成図
【符号の説明】
【００６９】
１，２，３，４    冷凍サイクル装置
１０２    圧縮機
１０２ａ    第１密閉容器
１０２ｂ    圧縮機構
１０２ｃ    第１油溜り
１０２ｄ    電動機
１０２ｅ    回転軸
１０２ｆ    オイルポンプ
１０２ｇ    プレート
１０２ｈ    軸受
１０２ｉ    固定子
１０２ｊ    回転子
１０２ｋ    吐出管
１０２ｌ    吸入管
１０２ｍ    孔
１０２ｎ    孔
１０２ｏ    第１冷媒空間
１０３    放熱器
１０４    膨張機
１０４ａ    第２密閉容器
１０４ｂ    膨張機構
１０４ｃ    第２油溜り
１０４ｄ    発電機
１０４ｅ    回転軸
１０４ｆ    オイルポンプ
１０４ｇ    プレート
１０４ｈ    軸受
１０４ｉ    固定子
１０４ｊ    回転子
１０４ｋ    吸入管
１０４ｌ    吐出管
１０４ｍ    孔
１０４ｎ    孔
１０４ｏ    第２冷媒空間
１０４ｐ    吸入孔
１０４ｑ    吐出孔
１０５    蒸発器
１０６    均油管
１０７    均圧管
１０８    開閉機構
１０９    吸入管
１１０    吐出管
１１１    制御回路
１１２    均油管温度検出手段
１１３    発電機
１１４    膨張機回収電流検出手段
１１５    弁体
１１６    バネ
１１７    管路縮小部
１１８    バネ支え部
１１９    リードバルブ
１２０    差圧弁
【図１】
2009036460.tif 000003
【図２】
2009036460.tif 000004
【図３】
2009036460.tif 000005
【図４】
2009036460.tif 000006
【図５】
2009036460.tif 000007
【図６】
2009036460.tif 000008
【図７】
2009036460.tif 000009
【図８】
2009036460.tif 000010
【図９】
2009036460.tif 000011
【図１０】
2009036460.tif 000012