JP4196814B2 - 冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
また他の従来の冷凍空調装置として、圧縮機の起動前に圧縮機の電動要素に通電することで圧縮機シェル内の冷媒及び油を加熱しているものがある(例えば、特許文献2参照)。こうすることで、圧縮機内で二相分離しているCO2冷媒を蒸発させて圧縮機の外に追い出し、圧縮機の電気絶縁性を向上していた。
また、特許文献2では圧縮機内の冷凍機油の加熱機能を有するが、冷凍機油と冷媒の密度の大小で加熱機構を動作させるものではなかった。即ち、上記課題を解決するためにその加熱機能をどのように発揮させるかは明確ではなく、周囲温度が低温であるときに加熱量不足であると上記と同様の状態となり、圧縮機運転の信頼性が低下する。また過剰に加熱すると、冷凍空調装置の消費電力を増大させるという問題があった。
以下、この発明の実施の形態1に係る冷凍空調装置について、図1、図2に基づいて説明する。図1はこの実施の形態に係る冷凍空調装置を示す冷媒回路図であり、圧縮機1、放熱器2、減圧装置である膨張弁3、蒸発器4が環状に接続されている。この冷凍空調装置には二酸化炭素(CO2)冷媒が封入され、冷凍機油としては、例えばポリアルキレングリコール油(PAG油)が用いられる。また、図2はこの実施の形態に係る圧縮機1を示す断面図である。
ここで、設定温度として、液冷媒とPAG油の密度が逆転する密度逆転温度を設定してもよいが、密度逆転温度より所定の値高い温度を設定すれば、確実に図4に示されるようにPAG油の上に液冷媒が存在させることができ、好ましい。
ここで、通電の開始・停止を判断する設定温度は、冷凍空調装置の停止時に常に制御する場合と同様、液冷媒とPAG油の密度逆転温度である−15℃より所定の温度として5℃高い温度、即ち−10℃としてもよいが、ここでは少し高く設定する。長時間停止していたために圧縮機1自体が低温になり、図5に示すように冷凍機油が液冷媒の上に浮いている状態であると考えられる。このため、設定温度をー5℃として少し大きく設定することで、加熱量を多くでき、確実に図4に示すように液冷媒が冷凍機油の上に浮いている状態とすることができる。
サーミスタ17で計測した温度で加熱停止を判断する場合には、PAG油の密度が液冷媒の密度よりも所定の値、例えば50kg/m3程度大きい密度であると推定される温度を加熱停止設定温度として設定すればよい。この密度における所定の値は、図5の状態から図4の状態に確実に移動するときのPAG油と液冷媒の密度差を予め試験や計算で把握しておけばよく、上記の値に限るものではない。
さらに確実に不必要になった時点、即ちPAG油の密度が液冷媒の密度よりも所定の密度だけ大きくなったと推定される時点でヒータ16への通電を停止することで、冷凍機油の過剰な加熱を抑制でき、消費電力の増加も防止し、効率のよい冷凍空調装置の運転を実現できるという効果がある。
以下、この発明の実施の形態2による冷凍空調装置について説明する。冷凍空調装置の冷媒回路、圧縮機1の構造及び運転動作は実施の形態1と同様である。実施の形態2では、加熱装置で冷凍機油を加熱する際、冷凍機油の全体を一様に加熱するのではなく、不均一に加熱する場合の様々な構成例について説明する。
図10は実施の形態2におけるヒータ配置状況を示した図であり、シェル7の底面図(図10(a))、側面図(図10(b))を示している。図10に示されるように、ヒータ16をシェル7の底部の外周で、図に向かって右側の半円部を加熱するように配置する。
また油溜め12の状態をより確実に図4の状態、即ちPAG油の上方に液冷媒が存在する状態とすることができ、圧縮機1起動時に、圧縮機構部もしくは主軸受け8aなどへの潤滑を確実にでき、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
即ち、シェル底部の外周で図10のように半円部に限るものではなく、全周よりも少ない部分、例えば外周の40%や60%の部分を加熱するように構成してもよい。また外周を隙間なく連続して加熱するのではなく、複数の加熱装置を外周に設け、それぞれで局所的に加熱するように構成してもよい。
また、図10、図12では向かって右側にヒータ16を配置したが、もちろんこれに限るものではない。
また、圧縮機1に通常設けられている圧縮機構部を駆動する電動機に通電し、その発熱によってPAG油を加熱する構成では、電動機の一部に通電することで、局所的に発熱させることができ、油溜め12内の液冷媒及びPAG油を不均一に加熱することができ、上記と同様の効果を奏する。
2 放熱器
3 減圧装置
4 蒸発器
7 シェル
9 主軸
9b 給油通路
10 電動機
12 油溜め
13 油供給装置
16 加熱装置
17 油温検知装置
18 制御装置
Claims (6)
- 二酸化炭素冷媒が封入され、圧縮機構部で前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機のシェル底部に滞留する冷凍機油の温度を検知する油温検知装置と、前記シェル底部に設けられ、前記冷凍機油を加熱する加熱装置と、前記冷凍機油を前記圧縮機構部もしくは軸受け部に給油する油供給装置と、を備え、前記油温検知装置で検知された温度が、前記冷凍機油と前記冷媒の密度の大小が逆になる温度である密度逆転温度に基づいて設定した設定温度よりも低いときに、前記加熱装置によって前記冷凍機油を前記シェルの外周上で不均一に加熱することを特徴とする冷凍空調装置。
- 二酸化炭素冷媒が封入され、圧縮機構部で前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機のシェル底部に滞留する冷凍機油の温度を検知する油温検知装置と、前記シェル底部の外周で前記シェルの全周よりも少ない部分に設けられ、前記冷凍機油を加熱する加熱装置と、前記冷凍機油を前記圧縮機構部もしくは軸受け部に給油する油供給装置と、を備え、前記油温検知装置で検知された温度が、前記冷凍機油と前記冷媒の密度の大小が逆になる温度である密度逆転温度に基づいて設定した設定温度よりも低いときに、前記加熱装置によって前記冷凍機油を前記シェルの外周上で前記冷凍機油の厚みにアンバランスを生じさせるように加熱することを特徴とする冷凍空調装置。
- 前記設定温度を、前記密度逆転温度より所定の値高い温度とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷凍空調装置。
- 前記冷凍機油の密度が、前記冷媒の密度より所定の値大きい密度であると推定されるときに、前記冷凍機油の加熱を停止することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の冷凍空調装置。
- 前記加熱装置を、前記シェル底部の外周で半円部に配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
- 前記加熱装置を、前記シェルの底面に配置したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の冷凍空調装置。
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