(57)【要約】  冷媒および潤滑油は、圧縮機（１）、第１熱交換器（２）、第３熱交換器（７）、第１減圧装置（３）、および第２熱交換器（４）の順に循環するとともに、圧縮機（１）、第１熱交換器（２）、第２減圧装置（５）、第３熱交換器（７）、およびバイパス部（８）の順に循環する。バイパス部（８）は、重力方向に延在する貯留部（８１）を含む。冷媒および潤滑油は、重力方向に逆らって貯留部（８１）を流れる。バイパス部（８）を流れる単位時間当たりの冷媒量が基準流量である場合、貯留部（８１）の直径は、貯留部（８１）を流れる冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を満たす。当該関係式が満たされる場合、貯留部（８１）に流入する潤滑油の量は、貯留部（８１）から流出する潤滑油の量よりも多い。限界速度は、重力加速度、貯留部（８１）の直径、潤滑油の密度、および気体の冷媒の密度から決定される。
2020090040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷凍サイクル装置であって、
潤滑油が貯留される圧縮機と、
第１熱交換器と、
第１減圧装置と、
第２熱交換器と、
第２減圧装置と、
第３熱交換器と、
バイパス部とを備え、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第３熱交換器、前記第１減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環するとともに、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第２減圧装置、前記第３熱交換器、および前記バイパス部の順に循環し、
前記バイパス部は、重力方向に延在する貯留部を含み、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記重力方向に逆らって前記貯留部を流れ、
前記バイパス部を流れる単位時間当たりの冷媒量が基準流量である場合、前記貯留部の直径は、前記貯留部を流れる前記冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を満たし、
前記関係式が満たされる場合、前記貯留部に流入する前記潤滑油の量は、前記貯留部から流出する前記潤滑油の量よりも多く、
前記限界速度は、重力加速度、前記直径、前記潤滑油の密度、および気体の前記冷媒の密度から決定される、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２減圧装置と連通する冷媒容器と、
前記冷媒容器と前記第１熱交換器との間に接続された第３減圧装置とをさらに備え、
前記第３熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
特定条件が満たされる場合の前記第２減圧装置の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記第２減圧装置の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記バイパス部は、前記貯留部の底部と前記圧縮機の吸入口との間に接続されたバイパス弁をさらに含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
特定条件が満たされる場合の前記バイパス弁の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記バイパス弁の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記特定条件は、前記圧縮機を通過する前記冷媒の過熱度が基準値よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記特定条件は、前記圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が基準変化量よりも小さいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液面の高さが基準高さよりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液体における前記潤滑油の濃度が基準濃度よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記貯留部は、前記バイパス部に含まれる配管と一体的に形成されている、請求項１〜９のいずれか１項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、冷媒とともに圧縮機の潤滑油が循環する冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒とともに圧縮機の潤滑油が循環する冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、国際公開２０１３／０９９０４７号（特許文献１）には、圧縮機によって吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器、および油分離器で分離された冷凍機油を貯留する油溜めを備える空気調和装置が開示されている。当該空気調和装置によれば、余剰の冷凍機油を油溜めに貯留しておくことにより、必要なときに必要な量の冷凍機油を圧縮機に戻すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２０１３／０９９０４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている空気調和装置においては、室外熱交換器と圧縮機との間に油分離機が接続されている。当該油分離機は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、および室内熱交換器の順に循環する流路の圧力損失を増加させ得る。その結果、空気調和装置の性能が低下し得る。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が循環する。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、第１減圧装置と、第２熱交換器と、第２減圧装置と、第３熱交換器と、バイパス部とを備える。圧縮機には、潤滑油が貯留される。冷媒および潤滑油は、圧縮機、第１熱交換器、第３熱交換器、第１減圧装置、および第２熱交換器の順に循環するとともに、圧縮機、第１熱交換器、第２減圧装置、第３熱交換器、およびバイパス部の順に循環する。バイパス部は、重力方向に延在する貯留部を含む。冷媒および潤滑油は、重力方向に逆らって貯留部を流れる。バイパス部を流れる単位時間当たりの冷媒量が基準流量である場合、貯留部の直径は、貯留部を流れる冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を満たす。当該関係式が満たされる場合、貯留部に流入する潤滑油の量は、貯留部から流出する潤滑油の量よりも多い。限界速度は、重力加速度、貯留部の直径、潤滑油の密度、および気体の冷媒の密度から決定される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、貯留部を流れる冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を貯留部の直径が満たすことにより、冷凍サイクル装置の性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の冷凍サイクル装置を循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。
【図３】図１の冷凍サイクル装置の安定状態においてバイパス部に流入する冷媒および潤滑油の様子の一例を示す図である。
【図４】図１の冷凍サイクル装置の安定状態においてバイパス部に流入する冷媒および潤滑油の様子の他の例を示す図である。
【図５】図１の冷凍サイクル装置の過渡状態においてオイルレシーバに流入する冷媒および潤滑油の様子を示す図である。
【図６】比較例１、比較例２、および実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の運転時間と圧縮機内の潤滑油量との関係をそれぞれ示す図である。
【図７】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のバイパス部におけるオイルセパレータと配管との接続態様の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置のバイパス部において貯留部と配管とが一体的に形成されている場合の例を示す図である。
【図９】実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】図９の冷凍サイクル装置を循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。
【図１１】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】図１１の制御装置によって行われる、オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理において、圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が基準変化量よりも小さいという条件を特定条件として用いる場合のフローチャートである。
【図１４】オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理において、圧縮機内の液面の高さが基準高さよりも大きいという条件を特定条件として用いる場合のフローチャートである。
【図１５】オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理において、圧縮機内の液体における潤滑油の濃度が基準濃度よりも大きいという条件を特定条件として用いる場合のフローチャートである。
【図１６】実施の形態２の変形例に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１８】図１７の制御装置によって行われる、オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理の流れを示すフローチャートである。
【図１９】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機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、冷凍サイクル装置１００は、潤滑油が貯留される圧縮機１と、凝縮器（第１熱交換器）と、膨張弁３（第１減圧装置）と、蒸発器４（第２熱交換器）と、膨張弁５（第２減圧装置）と、内部熱交換器７（第３熱交換器）、オイルレシーバ８１を含むバイパス部８と、制御装置１０とを備える。制御装置１０は、圧縮機１の駆動周波数ｆｃを制御して、圧縮機１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。
【００１１】
冷凍サイクル装置１００においては、冷媒が、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器７、および蒸発器４の順に循環する。以下では、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器７、および蒸発器４の順に冷媒を導く流路を主流路と呼ぶ。また、冷媒は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁５、内部熱交換器７、およびバイパス部８の順に循環する。以下では、凝縮器２と内部熱交換器７との間から分岐して蒸発器４と圧縮機１との間の流路に合流する流路をバイパス流路と呼ぶ。
【００１２】
蒸発器４からの冷媒は、ノードＮ６においてオイルレシーバ８１からの冷媒と合流し、圧縮機１に吸入される。内部熱交換器７においては、凝縮器２からの冷媒と膨張弁５からの冷媒との間で熱交換が行われる。具体的には、凝縮器２からの冷媒が膨張弁５からの冷媒によって冷却される。
【００１３】
ノードＮ１は、圧縮機１と凝縮器２との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ２は、凝縮器２から流出する冷媒が通過するノードである。ノードＮ３は、内部熱交換器７と膨張弁３との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ４は、内部熱交換器７と蒸発器４との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ５は、蒸発器４とノードＮ６との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ７は、膨張弁５と内部熱交換器７との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ８は、内部熱交換器７とバイパス部８との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ９は、オイルレシーバ８１とノードＮ６との間を流れる冷媒が通過するノードである。
【００１４】
図２は、図１の冷凍サイクル装置１００を循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。図２に示されている各状態は、図９のノードＮ１〜Ｎ９における冷媒の各状態に対応する。図４において、曲線ＬＣ１，ＧＣ１は、それぞれ飽和液線、および飽和蒸気線を表す。飽和液線ＬＣ１および飽和蒸気線ＧＣ１は、臨界点ＣＰ１において接続されている。後に説明する図１０においても同様である。
【００１５】
図１および図２を併せて参照しながら、ノードＮ６の状態からノードＮ１の状態への過程は、圧縮機１による断熱圧縮過程を表す。ノードＮ１の状態からノードＮ２の状態への過程は、凝縮器２による凝縮過程を表す。ノードＮ２の状態からノードＮ３の状態への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程を表す。ノードＮ３の状態からノードＮ４の状態への過程は、膨張弁３による減圧過程を表す。ノードＮ４の状態からノードＮ５の状態への過程は、蒸発器４による蒸発過程を表す。
【００１６】
ノードＮ２の状態からノードＮ７の状態への過程は、膨張弁５による減圧過程を表す。ノードＮ７の状態からノードＮ８の状態への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程である。ノードＮ８の状態（オイルレシーバ８１に流入する冷媒の状態）と、ノードＮ９の状態（オイルレシーバ８１から流出する冷媒の状態）とはほとんど同じである。蒸発器４からの冷媒とオイルレシーバ８１からの冷媒とがノードＮ６において合流し、圧縮機１に吸入される。
【００１７】
冷凍サイクル装置１００のように、圧縮機の圧縮機構を潤滑するための潤滑油が圧縮機に貯留される場合がある。圧縮機に潤滑油が貯留される場合、圧縮機からは冷媒とともに潤滑油が吐出される。当該潤滑油が配管および熱交換器に流入することによって、圧力損失が増加するとともに、熱交換器における熱交換効率が低下することが知られている。そのため、冷凍サイクル装置には圧縮機から吐出された冷媒と潤滑油とを分離して潤滑油を貯留するオイルセパレータが、圧縮機から吐出される冷媒を受けるように設置される場合がある。オイルセパレータに貯留された冷媒は、圧縮機とオイルセパレータとを接続する配管を介して圧縮機に戻される。
【００１８】
オイルセパレータを圧縮機から吐出される冷媒を受けるように設置する場合、オイルセパレータの流路抵抗によって圧力損失が増加する。また、オイルセパレータから圧縮機に潤滑油が戻される場合、冷媒も一緒に戻されるため、冷凍サイクル装置を循環する冷媒量（循環冷媒量）が減少し、冷凍サイクル装置の性能が低下する。
【００１９】
さらに、冷凍サイクル装置の起動時等、単位時間当たりの圧縮機の駆動周波数の変化量が一時的に基準変化量以上となる過渡状態において、圧縮機内の潤滑油が急激に減少する。冷凍サイクル装置の運転が安定状態（圧縮機の駆動周波数の変化量が基準変化量より小さい運転状態）となるまでの過渡状態において、圧縮機内の潤滑油が枯渇しないようにオイルセパレータに予め潤滑油を貯留しておく場合、過渡状態においてはオイルセパレータから潤滑油が圧縮機に戻されるため、圧縮機の潤滑油が枯渇することを防止することができる。しかし、冷凍サイクル装置の運転状態が安定状態となってからもオイルセパレータからの潤滑油の供給が継続するため、圧縮機内の潤滑油が過剰となり、圧縮機の性能が低下し得る。
【００２０】
そこで、冷凍サイクル装置１００においては、バイパス流路において内部熱交換器７と圧縮機１との間にオイルレシーバ８１を配置する。オイルレシーバ８１は、バイパス流路に配置されていることにより、冷凍サイクル装置１００の主流路においては圧力損失を生じさせない。
【００２１】
また、冷凍サイクル装置１００においては、冷媒および潤滑油が重力方向に逆らってオイルレシーバ８１を流れるようにオイルレシーバ８１を配置するとともに、オイルレシーバ８１の直径を、後に説明する式（３）を満たすように設定する。冷凍サイクル装置１００の安定状態においてオイルレシーバ８１に潤滑油が貯留されるとともに、冷凍サイクル装置１００の運転状態の過渡時にオイルレシーバ８１から圧縮機１に潤滑油が戻される。冷凍サイクル装置１００によれば、安定状態における循環冷媒量の減少、安定状態における圧縮機内の潤滑油の過剰、および過渡状態における圧縮機内の潤滑油の枯渇を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置１００の性能低下を抑制することができる。
【００２２】
図３および図４は、図１の冷凍サイクル装置１００の安定状態においてバイパス部８に流入する冷媒および潤滑油の様子を示す図である。以下では、オイルレシーバ８１に流入する液体である液冷媒および潤滑油を混合液Ｒｏとする。安定状態において想定される、オイルレシーバ８１に流入する冷媒の乾き度は、ほぼ１である。図３および図４において重力方向をＺ軸方向としている。図５，図６においても同様である。
【００２３】
図３に示されるように、オイルレシーバ８１は配管８１１と８１２との間に接続されている。オイルレシーバ８１は、Ｚ軸方向に延在し、直径Ｄ１の円筒形状を有する。冷媒および潤滑油は、配管８１１からオイルレシーバ８１に流入し、配管８１２から流出する。冷凍サイクル装置１００が安定状態である場合に想定される、オイルレシーバ８１を単位時間当たりに通過する冷媒量をＧｒとすると、オイルレシーバ８１を流れるガス冷媒Ｒｇの速度Ｖｇは以下の式（１）で表される。なお、式（１）において、ρｇは気体の冷媒（ガス冷媒）Ｒｇの密度である。
【００２４】
【数１】
2020090040.tif 000003
【００２５】
ガス冷媒Ｒｇが以下の式（２）で表される臨界速度Ｖｇｃ以下である場合、混合液Ｒｏのほとんどは、オイルレシーバ８１から流出せず、重力によってオイルレシーバ８１内に貯留される。なお、式（２）において、Ｇａは重力加速度を表し、ρｂは、潤滑油の密度を表す。
【００２６】
【数２】
2020090040.tif 000004
【００２７】
Ｖｇ≦Ｖｇｃという関係から、直径Ｄ１の範囲は、以下のように導かれる。
【００２８】
【数３】
2020090040.tif 000005
【００２９】
直径Ｄ１が式（３）を満たすことにより、冷凍サイクル装置１００の安定状態においては、図３および図４に示されるように、オイルレシーバ８１内に潤滑油を含む混合液Ｒｏが貯留される。
【００３０】
図５は、図１の冷凍サイクル装置１００の過渡状態においてオイルレシーバ８１に流入する冷媒および潤滑油の様子を示す図である。過渡状態においては、安定状態よりも多くの液冷媒Ｒｑがオイルレシーバに流入する。その結果、過渡状態においてガス冷媒Ｒｇが通過可能な領域は、安定状態においてガス冷媒Ｒｇが通過可能な領域よりも狭くなる。その結果、ガス冷媒Ｒｇの速度が増加して臨界速度Ｖｇｃより速くなり、混合液Ｒｏがオイルレシーバ８１から流出する。
【００３１】
図６は、比較例１、比較例２、および実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転時間と圧縮機内の潤滑油量との関係Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１をそれぞれ示す図である。なお、比較例１に係る冷凍サイクル装置は、オイルセパレータを備えていない。比較例２に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出される冷媒を受けるように設置されたオイルセパレータを備える。
【００３２】
図６を参照しながら、圧縮機の圧縮機構を十分に潤滑して圧縮機の信頼性を確保するためには、圧縮機内の潤滑油量は、ｑ１以上であることが望ましい。また、圧縮機の性能を確保するためには、圧縮機内の潤滑油量をｑ２以下として潤滑油量が過剰となることを抑制することが望ましい。すなわち、圧縮機内の潤滑油量の適正範囲は、ｑ１以上ｑ２以下である。また、比較例１、比較例２、および実施の形態１のいずれにおいても、運転時間０〜ｔ１までが過渡状態であり、運転時間ｔ１以降が安定状態である。潤滑油量ｑ１，ｑ２は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜決定することができる。
【００３３】
図６に示されるように、比較例１に係る冷凍サイクル装置に対応する曲線Ｃ１１においては、過渡状態において潤滑油が枯渇している時間帯があるとともに、安定状態における潤滑油量は過剰な範囲で推移している。比較例２に係る冷凍サイクル装置に対応する曲線Ｃ１２においては、過渡状態において潤滑油量は枯渇していないが、安定状態において潤滑油は比較例１よりもさらに過剰な範囲で推移している。一方、冷凍サイクル装置１００においては、過渡状態において潤滑油が枯渇していないとともに、運転時間ｔ１から或る程度の時間経過後、潤滑油量が適正範囲内で推移している。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置によれば、過渡状態の潤滑油の枯渇および安定状態における潤滑油の過剰を抑制することができる。
【００３４】
実施の形態１においては、オイルレシーバの重力方向の両端部に２つの配管がそれぞれ接続されている場合について説明した。オイルレシーバに接続されている配管は、冷媒および潤滑油が重力方向に逆らってオイルレシーバを流れるように接続されれば、どこに接続されてもよい。たとえば、図７に示されるバイパス部８Ａのように、オイルレシーバ８１Ａの側面の底部に配管８１１Ａを接続し、オイルレシーバ８１Ａの側面の上部に配管８１２Ａを接続してもよい。バイパス部８Ａにおいては冷媒および潤滑油は、配管８１１Ａからオイルレシーバ８１Ａに流入し、配管８１２Ａから流出する。
【００３５】
また、実施の形態１においては、貯留部が配管とは別体であるオイルレシーバである場合について説明した。貯留部は、配管と一体的に形成されてもよい。たとえば、図８に示されるバイパス部８Ｂのように、貯留部８１Ｂと配管８１１Ｂ，８１２Ｂとが一体的に形成されていてもよい。すなわち、貯留部８１Ｂは、バイパス部８Ｂに含まれる配管において貯留部８１Ｂ以外の部分よりも太い部分である。
【００３６】
実施の形態１の変形例．
実施の形態１の変形例においては、冷凍サイクル装置が、実施の形態１とは異なる態様の内部熱交換器を備える場合について説明する。
【００３７】
図９は、実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置１００Ａの構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００Ａの構成は、図１の冷凍サイクル装置１００に膨張弁３Ａ（第３減圧装置）および冷媒容器１１が追加されているとともに、図１の内部熱交換器７が７Ａに置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００３８】
図９に示されるように、冷媒容器１１は、膨張弁５と連通している。膨張弁３Ａは、冷媒容器１１と凝縮器２との間に接続されている。内部熱交換器７Ａは、冷媒容器１１の内部に配置されている。
【００３９】
ノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４〜Ｎ６，Ｎ８，Ｎ９については実施の形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。ノードＮ１０は、膨張弁３Ａと冷媒容器１１との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１１は、冷媒容器１１と膨張弁３との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１２は、冷媒容器１１と膨張弁５との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１３は、膨張弁５と内部熱交換器７Ａとの間を流れる冷媒が通過するノードである。
【００４０】
図１０は、図９の冷凍サイクル装置１００Ａを循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。図９に示されている各状態は、図９のノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４〜Ｎ６，Ｎ８〜Ｎ１３における冷媒の各状態に対応する。
【００４１】
図９および図１０を併せて参照しながら、ノードＮ６の状態からノードＮ１の状態を経由してノードＮ２に状態に至る過程は、実施の形態１と同様である。ノードＮ２の状態からノードＮ１０の状態への過程は、膨張弁３Ａによる減圧過程を表す。ノードＮ１１，Ｎ１２の各状態は、冷媒容器１１から流出する飽和液の状態であり、図１０において飽和液線ＬＣ１上に示されている。ノードＮ１１の状態からノードＮ４の状態への過程は、膨張弁３による減圧過程を表す。ノードＮ４の状態からノードＮ５，Ｎ６の状態を経由してノードＮ１の状態に至る過程は実施の形態１と同様である。
【００４２】
ノードＮ１２の状態からノードＮ１３の状態への過程は、膨張弁５による減圧過程を表す。ノードＮ１３の状態からノードＮ８の状態への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程である。
【００４３】
以上、実施の形態１および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、性能低下を抑制することができる。
【００４４】
実施の形態２．
実施の形態２においては、圧縮機内の潤滑油量が基準量よりも多いこと（潤滑油が枯渇していないこと）を示す特定条件の判定を行なうことにより、第２減圧装置の開度を調節して、オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する構成について説明する。
【００４５】
図１１は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置２００の構成は、図１の冷凍サイクル装置１００にセンサ部２１が追加されているとともに、図１の制御装置１０が２０に置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４６】
図１１に示されるように、制御装置２０は、圧縮機１の駆動周波数ｆｃを制御して、圧縮機１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置２０は、圧縮機１内の潤滑油が枯渇していないことを示す特定条件の判定に必要な情報（たとえば、圧縮機１を通過する冷媒の過熱度、圧縮機１内の液面高さ、あるいは潤滑油の密度）をセンサ部２１から取得する。制御装置２０は、センサ部２１からの情報を用いて、膨張弁５の開度を制御して、オイルレシーバ８１から圧縮機１へ戻る潤滑油の量を調節する。
【００４７】
図１２は、図１１の制御装置２０によって行われる、オイルレシーバから圧縮機へ戻る潤滑油の量を調節する処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示される処理は、冷凍サイクル装置２００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。
【００４８】
図１２に示されるように、制御装置２０は、Ｓ１０１において、圧縮機１を通過する冷媒の過熱度が基準値より大きいという条件（特定条件）が成立するか否かを判定する。圧縮機１を通過する冷媒の過熱度が基準値より大きい場合、冷凍サイクル装置２００の運転状態が安定状態となり、過渡状態で生じるような圧縮機１内の潤滑油量の急激な減少はほとんど生じていない。そのため、圧縮機１を通過する冷媒の過熱度が基準値より大きいという場合、圧縮機１内の潤滑油が枯渇していないと判定される。なお、圧縮機１を通過する冷媒には、圧縮機１に吸入される冷媒および圧縮機１から吐出される冷媒の少なくとも一方が含まれる。また、基準値は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。
【００４９】
圧縮機１を通過する冷媒の過熱度が基準値よりも大きい場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、制御装置２０は、Ｓ１０２において膨張弁５の開度を減少させて、処理をメインルーチンに返す。圧縮機を通過する冷媒の過熱度が基準値以下である場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、制御装置２０は、Ｓ１０３において膨張弁５の開度を増加させて、処理をメインルーチンに返す。制御装置２０は、Ｓ１０３において膨張弁５の開度を全開としてもよい。
【００５０】
冷凍サイクル装置２００においては、圧縮機１内の潤滑油が枯渇していない場合（特定条件が成立する場合）、単位時間当たりにオイルレシーバ８１に流入する冷媒量を減少させる。その結果、オイルレシーバ８１を通過する冷媒の速度Ｖｇ（式（１）参照）が臨界速度Ｖｇｃ（式（２）参照）以下となり、潤滑油がオイルレシーバ８１に貯留される。一方、圧縮機１内の潤滑油が枯渇している場合（特定条件が成立しない場合）、単位時間当たりにオイルレシーバ８１に流入する冷媒量を増加させてオイルレシーバ８１から圧縮機１に戻る潤滑油量を増加させる。冷凍サイクル装置２００によれば、実施の形態１よりも適時にオイルレシーバ８１から圧縮機１へ潤滑油を戻すことができるため、冷凍サイクル装置の信頼性および性能をさらに向上させることができる。
【００５１】
実施の形態２においては、圧縮機内の潤滑油量が基準量よりも多いことを示す特定条件として、圧縮機を通過する冷媒の過熱度が基準値よりも大きいという条件を用いる場合について説明した。特定条件は、圧縮機内の潤滑油量が基準量よりも多いことを示す条件であればどのような条件でもよい。たとえば圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が基準変化量よりも小さいという条件（図１３のＳ１１１）、圧縮機内の液面の高さが基準高さよりも大きいという条件（図１４のＳ１２１）、あるいは圧縮機内の液体における潤滑油の濃度が基準濃度よりも大きいという条件（図１５のＳ１３１）のいずれかを特定条件として用いてもよい。基準量、基準変化量、基準高さ、および基準濃度は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。
【００５２】
実施の形態２に係る冷凍サイクル装置が備える内部熱交換器の態様は、図１６に示される実施の形態２の変形例に係る冷凍サイクル装置２００Ａのように、図９に示される実施の形態１の変形例と同様の態様としてもよい。
【００５３】
以上、実施の形態２および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、性能低下を抑制することができる。
【００５４】
実施の形態３．
図１７は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置３００の構成は、図１１の冷凍サイクル装置２００のバイパス部８にバイパス弁８２が追加されているとともに、制御装置２０が３０に置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。図１７に示されるように、バイパス弁８２は、オイルレシーバ８１の底部と圧縮機１の吸入口との間に接続されている。
【００５５】
図１８は、図１７の制御装置３０によって行われる、オイルレシーバ８１から圧縮機１へ戻る潤滑油の量を調節する処理の流れを示すフローチャートである。図１８に示される処理は、冷凍サイクル装置３００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって呼び出される。
【００５６】
図１８に示されるように、制御装置３０は、Ｓ２０１において、特定条件が成立するか否かを判定する。特定条件としては、図１２のＳ１０１、図１３のＳ１１１、図１４のＳ１２１、あるいは図１５のＳ１３１の各々に示される条件を用いることができる。
【００５７】
特定条件が成立する場合（Ｓ２０１においてＹＥＳ）、制御装置３０は、Ｓ２０２においてバイパス弁８２の開度を減少させて、処理をメインルーチンに返す。特定条件が成立しない場合（Ｓ２０１においてＮＯ）、制御装置３０は、Ｓ３０３においてバイパス弁８２の開度を増加させて、処理をメインルーチンに返す。制御装置３０は、Ｓ３０２においてバイパス弁８２を閉止してもよいし、Ｓ３０３においてバイパス弁を全開としてもよい。
【００５８】
冷凍サイクル装置３００においては、特定条件が成立しない場合（圧縮機１内の潤滑油が枯渇している場合）に、オイルレシーバ８１の底部からも圧縮機１に潤滑油を戻す。冷凍サイクル装置３００によれば、圧縮機１内の潤滑油が枯渇している場合に、実施の形態２よりも短時間で必要な量の潤滑油をオイルレシーバ８１から圧縮機１に戻すことができるため、信頼性をさらに向上させることができる。
【００５９】
実施の形態３に係る冷凍サイクル装置が備える内部熱交換器の態様は、図１９に示される実施の形態３の変形例に係る冷凍サイクル装置３００Ａのように、図９に示される実施の形態１の変形例と同様の態様としてもよい。
【００６０】
以上、実施の形態３および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、性能低下を抑制することができる。
【００６１】
今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。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。
【符号の説明】
【００６２】
１  圧縮機、２  凝縮器、３，３Ａ，５  膨張弁、４  蒸発器、７，７Ａ  内部熱交換器、８，８Ａ，８Ｂ  バイパス部、１０，２０，３０  制御装置、１１  冷媒容器、２１  センサ部、８１，８１Ａ  オイルレシーバ、８１Ｂ  貯留部、８２  バイパス弁、１００，１００Ａ，２００，２００Ａ，３００，３００Ａ  冷凍サイクル装置、８１１，８１１Ａ，８１１Ｂ，８１２，８１２Ａ，８１２Ｂ  配管。
【図１】
2020090040.tif 000006
【図２】
2020090040.tif 000007
【図３】
2020090040.tif 000008
【図４】
2020090040.tif 000009
【図５】
2020090040.tif 000010
【図６】
2020090040.tif 000011
【図７】
2020090040.tif 000012
【図８】
2020090040.tif 000013
【図９】
2020090040.tif 000014
【図１０】
2020090040.tif 000015
【図１１】
2020090040.tif 000016
【図１２】
2020090040.tif 000017
【図１３】
2020090040.tif 000018
【図１４】
2020090040.tif 000019
【図１５】
2020090040.tif 000020
【図１６】
2020090040.tif 000021
【図１７】
2020090040.tif 000022
【図１８】
2020090040.tif 000023
【図１９】
2020090040.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月19日(2019.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷凍サイクル装置であって、
潤滑油が貯留される圧縮機と、
第１熱交換器と、
第１減圧装置と、
第２熱交換器と、
第２減圧装置と、
第３熱交換器と、
バイパス部とを備え、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第３熱交換器、前記第１減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環するとともに、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第２減圧装置、前記第３熱交換器、および前記バイパス部の順に循環し、
前記バイパス部は、重力方向に延在する貯留部を含み、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記重力方向に逆らって前記貯留部を流れ、
前記圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が基準変化量よりも小さい場合、前記貯留部の直径は、前記貯留部を流れる前記冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を満たし、
前記関係式が満たされる場合、前記貯留部に流入する前記潤滑油の量は、前記貯留部から流出する前記潤滑油の量よりも多く、
前記限界速度は、重力加速度、前記直径、前記潤滑油の密度、および気体の前記冷媒の密度から決定される、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２減圧装置と連通する冷媒容器と、
前記冷媒容器と前記第１熱交換器との間に接続された第３減圧装置とをさらに備え、
前記第３熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
特定条件が満たされる場合の前記第２減圧装置の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記第２減圧装置の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記バイパス部は、前記貯留部の底部と前記圧縮機の吸入口との間に接続されたバイパス弁をさらに含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
特定条件が満たされる場合の前記バイパス弁の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記バイパス弁の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記特定条件は、前記圧縮機を通過する前記冷媒の過熱度が基準値よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記特定条件は、前記圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が前記基準変化量よりも小さいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液面の高さが基準高さよりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液体における前記潤滑油の濃度が基準濃度よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記貯留部は、前記バイパス部に含まれる配管と一体的に形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
媒が通過するノードである。ノードＮ５は、蒸発器４とノードＮ６との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ７は、膨張弁５と内部熱交換器７との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ８は、内部熱交換器７とバイパス部８との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ９は、オイルレシーバ８１とノードＮ６との間を流れる冷媒が通過するノードである。
［００１４］
図２は、図１の冷凍サイクル装置１００を循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。図２に示されている各状態は、図１のノードＮ１〜Ｎ９における冷媒の各状態に対応する。図２において、曲線ＬＣ１，ＧＣ１は、それぞれ飽和液線、および飽和蒸気線を表す。飽和液線ＬＣ１および飽和蒸気線ＧＣ１は、臨界点ＣＰ１において接続されている。後に説明する図１０においても同様である。
［００１５］
図１および図２を併せて参照しながら、ノードＮ６の状態からノードＮ１の状態への過程は、圧縮機１による断熱圧縮過程を表す。ノードＮ１の状態からノードＮ２の状態への過程は、凝縮器２による凝縮過程を表す。ノードＮ２の状態からノードＮ３の状態への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程を表す。ノードＮ３の状態からノードＮ４の状態への過程は、膨張弁３による減圧過程を表す。ノードＮ４の状態からノードＮ５の状態への過程は、蒸発器４による蒸発過程を表す。
［００１６］
ノードＮ２の状態からノードＮ７の状態への過程は、膨張弁５による減圧過程を表す。ノードＮ７の状態からノードＮ８の状態への過程は、内部熱交換器７における熱交換過程である。ノードＮ８の状態（オイルレシーバ８１に流入する冷媒の状態）と、ノードＮ９の状態（オイルレシーバ８１から流出する冷媒の状態）とはほとんど同じである。蒸発器４からの冷媒とオイルレシーバ８１からの冷媒とがノードＮ６において合流し、圧縮機１に吸入される。
［００１７］
冷凍サイクル装置１００のように、圧縮機の圧縮機構を潤滑するための潤滑油が圧縮機に貯留される場合がある。圧縮機に潤滑油が貯留される場合、
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
力加速度を表し、ρｂは、潤滑油の密度を表す。式（２）は、Ｗａｌｌｉｓの相関式とも呼ばれる。
［００２６］
［数２］
2020090040.tif 000025
［００２７］
Ｖｇ≦Ｖｇｃという関係から、直径Ｄ１の範囲は、以下のように導かれる。
［００２８］
［数３］
2020090040.tif 000026
［００２９］
直径Ｄ１が式（３）を満たすことにより、冷凍サイクル装置１００の安定状態においては、図３および図４に示されるように、オイルレシーバ８１内に潤滑油を含む混合液Ｒｏが貯留される。
［００３０］
図５は、図１の冷凍サイクル装置１００の過渡状態においてオイルレシーバ８１に流入する冷媒および潤滑油の様子を示す図である。過渡状態においては、安定状態よりも多くの液冷媒Ｒｑがオイルレシーバに流入する。その結果、過渡状態においてガス冷媒Ｒｇが通過可能な領域は、安定状態においてガス冷媒Ｒｇが通過可能な領域よりも狭くなる。その結果、ガス冷媒Ｒｇの速度が増加して臨界速度Ｖｇｃより速くなり、混合液Ｒｏがオイルレシーバ８１から流出する。
［００３１］
図６は、比較例１、比較例２、および実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の運転時間と圧縮機内の潤滑油量との関係Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１をそれぞれ示す図である。なお、比較例１に係る冷凍サイクル装置は、オイルセパレータを備えていない。比較例２に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出される冷媒を受けるように設置されたオイルセパレータを備える。
［００３２］
図６を参照しながら、圧縮機の圧縮機構を十分に潤滑して圧縮機の信頼性を確保するためには、圧縮機内の潤滑油量は、ｑ１以上であることが望ましい。また、圧縮機の性能を確保するためには、圧縮機内の潤滑油量をｑ２以下として潤滑油量が過剰となることを抑制することが望ましい。すなわち、
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
部分よりも太い部分である。
［００３６］
実施の形態１の変形例．
実施の形態１の変形例においては、冷凍サイクル装置が、実施の形態１とは異なる態様の内部熱交換器を備える場合について説明する。
［００３７］
図９は、実施の形態１の変形例に係る冷凍サイクル装置１００Ａの構成を示す機能ブロック図である。冷凍サイクル装置１００Ａの構成は、図１の冷凍サイクル装置１００に膨張弁３Ａ（第３減圧装置）および冷媒容器１１が追加されているとともに、図１の内部熱交換器７が７Ａに置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。
［００３８］
図９に示されるように、冷媒容器１１は、膨張弁５と連通している。膨張弁３Ａは、冷媒容器１１と凝縮器２との間に接続されている。内部熱交換器７Ａは、冷媒容器１１の内部に配置されている。
［００３９］
ノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４〜Ｎ６，Ｎ８，Ｎ９については実施の形態１と同様であるため、説明を繰り返さない。ノードＮ１０は、膨張弁３Ａと冷媒容器１１との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１１は、冷媒容器１１と膨張弁３との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１２は、冷媒容器１１と膨張弁５との間を流れる冷媒が通過するノードである。ノードＮ１３は、膨張弁５と内部熱交換器７Ａとの間を流れる冷媒が通過するノードである。
［００４０］
図１０は、図９の冷凍サイクル装置１００Ａを循環する冷媒の状態の変化を示すＰ−ｈ線図である。図１０に示されている各状態は、図９のノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４〜Ｎ６，Ｎ８〜Ｎ１３における冷媒の各状態に対応する。
［００４１］
図９および図１０を併せて参照しながら、ノードＮ６の状態からノードＮ１の状態を経由してノードＮ２に状態に至る過程は、実施の形態１と同様である。ノードＮ２の状態からノードＮ１０の状態への過程は、膨張弁３Ａによる減圧過程を表す。ノードＮ１１，Ｎ１２の各状態は、冷媒容器１１から流出する飽和液の状態であり、図１０において飽和液線ＬＣ１上に示されている。ノードＮ１１の状態からノードＮ４の状態への過程は、膨張弁３によ
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月10日(2021.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環する冷凍サイクル装置であって、
潤滑油が貯留される圧縮機と、
第１熱交換器と、
第１減圧装置と、
第２熱交換器と、
第２減圧装置と、
第３熱交換器と、
バイパス部とを備え、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第３熱交換器、前記第１減圧装置、および前記第２熱交換器の順に循環するとともに、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第２減圧装置、前記第３熱交換器、および前記バイパス部の順に循環し、
前記バイパス部は、重力方向に延在する貯留部を含み、
前記冷媒および前記潤滑油は、前記重力方向に逆らって前記貯留部を流れ、
前記貯留部の直径は、前記圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が基準変化量よりも小さい場合の前記貯留部を流れる前記冷媒の速度が限界速度よりも遅いという関係式を満たし、
前記関係式が満たされる場合、前記貯留部に流入する前記潤滑油の量は、前記貯留部から流出する前記潤滑油の量よりも多く、
前記限界速度は、重力加速度、前記直径、前記潤滑油の密度、および気体の前記冷媒の密度から決定される、冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記第２減圧装置と連通する冷媒容器と、
前記冷媒容器と前記第１熱交換器との間に接続された第３減圧装置とをさらに備え、
前記第３熱交換器は、前記冷媒容器の内部に配置されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
特定条件が満たされる場合の前記第２減圧装置の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記第２減圧装置の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記バイパス部は、前記貯留部の底部と前記圧縮機の吸入口との間に接続されたバイパス弁をさらに含む、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
特定条件が満たされる場合の前記バイパス弁の開度は、前記特定条件が満たされない場合の前記バイパス弁の開度よりも小さく、
前記特定条件は、前記圧縮機内の前記潤滑油の量が基準量よりも多いことを示す条件である、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記特定条件は、前記圧縮機を通過する前記冷媒の過熱度が基準値よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記特定条件は、前記圧縮機の駆動周波数の単位時間当たりの変化量が前記基準変化量よりも小さいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液面の高さが基準高さよりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記特定条件は、前記圧縮機内の液体における前記潤滑油の濃度が基準濃度よりも大きいという条件として判定される、請求項３または５に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記貯留部は、前記バイパス部に含まれる配管と一体的に形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2020090040.tif 000027
2020090040.tif 000028
2020090040.tif 000029
2020090040.tif 000030