JP6601719B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、空気調和装置において、圧縮機へのオイルの戻り量を適正化して、圧縮機の効率を向上できるようにすることを目的とする。
また、本発明は、前記弁は、非通電時に開状態となり通電時に閉状態となる開閉弁であることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成図である。
空気調和装置10は、室外ユニット11と、複数の室内ユニット12・・・(・・・は複数を示す。以下同じ。)とを有している。室外ユニット11と室内ユニット12・・・とは、液管13a及びガス管13bからなるユニット間配管13で接続され、これによって空調運転を行うための冷凍サイクル回路が構成される。室外ユニット11には、ガスエンジン15(エンジン)と、ガスエンジン15の駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機16とが収容されている。詳細には、圧縮機16は、並列に設けられる第1の圧縮機16c及び第2の圧縮機16dを備える。ガスエンジン15は、燃料調整弁(不図示)を経て供給されるガスなどの燃料と、スロットル弁(不図示)を経て供給される空気との混合気を燃焼させて駆動力を発生する。
圧縮機16の吐出管16aには、オイルセパレータ18、四方弁19、及び、室外熱交換器20,20が順に接続され、室外熱交換器20,20は、液管13aを介して、各室内ユニット12・・・の室内熱交換器21・・・の一端に接続される。各室内熱交換器21・・・の一端側には、膨張弁22・・・が設けられている。室外熱交換器20,20の熱交換は、送風機20aの送風によって促進される。
各室内熱交換器21・・・の他端には、ガス管13bを介して四方弁19が接続され、四方弁19には、圧縮機16の吸込管16bが接続されている。吸込管16bにおいて圧縮機16の近傍には、アキュムレータ23が設けられる。各室内熱交換器21・・・は、送風機(不図示)を備える。
吐出管16aにおいて、圧縮機16とオイルセパレータ18との間には、圧力スイッチ28と、吐出管16aの冷媒の圧力を検出する高圧側圧力センサ29とが設けられる。圧力スイッチ28は、冷媒の高圧異常を検出して圧縮機16を停止させる機能を有する。
吸込管16bにおいて、圧縮機16とアキュムレータ23との間には、吸込管16bの冷媒の圧力を検出する低圧側圧力センサ30が設けられる。また、吸込管16bには、吸込管16bを液管13a側に接続する冷媒配管82が接続され、この冷媒配管82には、電動弁80が設けられる。冷媒配管82は、電動弁80と吸込管16bとの間の部分にプレート型熱交換器31を備える。
バイパス管35には、バイパス管35の流路の面積を変更するバイパス弁36が設けられる。バイパス弁36は、室外ユニット11の室外側制御部37(制御部)によって制御される電動弁であり、開状態から閉状態の間で、段階的或は無段階に、流路の面積を任意に調整可能である。
オイルセパレータ18は、筒状であって内部に流入する冷媒からオイルを遠心力によって分離する遠心分離式である。オイルセパレータ18は、上端及び下端が塞がれた円筒状の本体部18aを備える。オイルセパレータ18の冷媒流入口18bは、本体部18aの上部の筒状の内壁に沿って設けられ、冷媒は、冷媒流入口18bに接続された吐出管16aから本体部18a内に流入する。
オイルセパレータ18のオイル流出口18cは、本体部18aの底部に設けられる。オイルセパレータ18の冷媒流出口18dは、本体部18aにおける上部に設けられ、吐出管16aは、冷媒流出口18dから四方弁19へ延びる。
冷媒流入口18bから本体部18aに流入した冷媒は、本体部18aの筒状の内周面に沿って図2に示すように旋回しながら下方に流れ、この際の遠心力によってオイルが冷媒から分離される。分離されたオイルは、本体部18aの下部に貯留され、ガス状態の冷媒は、冷媒流出口18dから流出する。
第1の戻し管71の一端は、オイル流出口18cに接続され、第1の戻し管71の他端は、吸込管16bにおけるアキュムレータ23の下流の部分に接続される。第1の戻し管71は、キャピラリーチューブにより構成される減圧部71aを備える。
第2の戻し管72は、キャピラリーチューブにより構成される減圧部72aと、減圧部72aの下流に設けられるオイル戻し弁72b(弁)とを備える。オイル戻し弁72bは、非通電時に開状態となり通電時に閉状態となる電磁弁(開閉弁)であり、室外側制御部37によって開閉を制御される。
四方弁19が冷房運転用に切り替えられている場合、図1に実線の矢印で示すように、圧縮機16から吐出管16aに吐出された冷媒は、オイルセパレータ18、四方弁19、室外熱交換器20,20、液管13a、室内熱交換器21・・・、ガス管13b、四方弁19、プレート型熱交換器31、アキュムレータ23、及び、圧縮機16の順に循環し、室内熱交換器21・・・での冷媒の蒸発熱により室内が冷房される。
各室内熱交換器21・・・は並列接続されるため、室内熱交換器21・・・へ個別に冷媒を供給することができ、室内熱交換器21・・・を各々独立して運転することが可能である。
冷却水回路40は、ガスエンジン15から冷却水配管を介して順に接続される冷却水三方弁41と、ラジエータ43,43と、冷却水ポンプ44と、ガスエンジン15の排気ガス熱交換器45とを備え、冷却水ポンプ44は、この回路内に冷却水を循環させる。冷却水回路の配管は、図1に太線で示されるとともに、冷却水の流れは、実線の矢印で示される。
ラジエータ43,43は、室外熱交換器20,20の内側に並列に配置されている。ラジエータ43では、外気と冷却水との熱交換が行われる。
また、プレート型熱交換器31では、電動弁80の動作で、圧縮機16に戻る冷媒が冷却水回路40内を流れる冷却水によって加熱される。これにより、冷媒の低圧圧力が上昇し、暖房効率が向上する。
排気ガス熱交換器45には、排気マフラー46と、排気を排出する排気トップ47とが順に接続されている。
また、冷却水回路40は、冷却水を、ガスエンジン15、冷却水三方弁41、及び、プレート型熱交換器31、冷却水ポンプ44、排気ガス熱交換器45、及び、ガスエンジン15の順に冷却水が流れる第2経路を形成可能である。
さらに、この冷却水回路40には、冷却水を補充するリザーバタンク83が接続されている。
室外ユニット11の室外側制御部37には、冷却水回路40の各部を含むガスエンジン15、圧縮機16、四方弁19、バイパス弁36、及び、オイル戻し弁72bが接続されている。また、室外側制御部37には、高圧側圧力センサ29、低圧側圧力センサ30、圧力スイッチ28、外気の温度を検出する外気温センサ48、ガスエンジン15のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段73、及び、室外ユニット11への運転の指示等が入力されるコントロールパネル49等が接続されている。
室外側制御部37には、室内ユニット12・・・の制御を行う室内側制御部50が接続されており、室外側制御部37と室内側制御部50とは相互に通信を行う。室内側制御部50には、膨張弁22・・・、室温を検出する室温センサ51、及び、室内ユニット12・・・への運転の指示が入力されるリモートコントローラ52等が接続されている。
室外側制御部37及び室内側制御部50は、CPU、記憶手段としてのROM、RAM及びEEPROM等を備える。
図4は、オイル量の適正化の制御のタイムチャートである。
図4では、横軸に時間が示され、縦軸に、ガスエンジン15のエンジン回転数、圧縮機16の吸入側の過熱度、及び、オイル戻し弁72bの開閉状態が示されている。
空気調和装置10では、圧縮機16が必要とするオイル量が少なくなったか否かを判別する指標の一つとして、冷媒の循環量における所定の循環量閾値Thcが設定されている。上述のように、冷媒の循環量はエンジン回転数から推定できるため、本実施の形態では、循環量閾値Thcは、冷媒の所定の循環量に対応する所定のエンジン回転数である。
循環量閾値Thcは、圧縮機16からの吐出による冷媒の循環量が比較的少なく、圧縮機16が必要とするオイル量が少なくなったと見なすことができる値に設定されており、実験や計算により求められる。すなわち、エンジン回転数が循環量閾値Thc以下である場合、圧縮機16が必要とするオイル量が少なくなったと判断することができる。
圧縮機16の吸入側の過熱度が高い場合、オイルと冷媒とが適正に分離されて冷媒回路を循環していると判断することができる。また、圧縮機16の吸入側の過熱度が低い場合、冷媒とオイルとが混在した状態で圧縮機16に戻っていると判断することができ、この場合、圧縮機16に戻った冷媒は蒸発し、実質的に圧縮機16に戻るオイル量は、オイルが適正に分離されている場合に比して小さくなる。
過熱度閾値Thsは、オイルと冷媒とが適正に分離されて循環されており、第2の戻し管72から戻すオイルを減らすことができると判断される値に設定されている。すなわち、過熱度が過熱度閾値Ths以上である場合、第2の戻し管72から戻すオイルを減らすことができると判断することができる。過熱度閾値Thsは、実験や計算により求められる。
この圧力差が小さく、所定の圧力差範囲内にある場合、圧縮機16の運転や冷媒の循環が安定しており、圧縮機16が必要とするオイル量が少なくなったと判断することができる。
まず、室外側制御部37は、空気調和装置10の運転中に、エンジン回転数検出手段73の出力値に基づいて、ガスエンジン15のエンジン回転数が、循環量閾値Thc以下であるか否かを判別する(ステップS1)。
エンジン回転数が循環量閾値Thc以下である場合(ステップS1:Yes)、室外側制御部37は、過熱度が過熱度閾値Ths以上であるか否かを判別する(ステップS2)。
過熱度が過熱度閾値Ths以上である場合(ステップS2:Yes)、室外側制御部37は、上記圧力差が上記所定の圧力差範囲内であるか否かを判別する(ステップS3)。
タイマーが所定値に達していない場合(ステップS5:Nо)、室外側制御部37は、オイル戻し弁72bを非通電状態として開状態とし(ステップS6)、次いで処理を終了し、ステップS1に移行する。ステップS5でNоとなった状態は、時刻t2と時刻t3との間の状態、及び、時刻t5と時刻t6との間の状態に対応し、オイルセパレータ18のオイルは、第1の戻し管71及び第2の戻し管72の両方を通って圧縮機16に戻る。
エンジン回転数が循環量閾値Thc以下であるが、過熱度が過熱度閾値Thsより小さい場合(ステップS2:Nо)、室外側制御部37は、タイマーのカウントをリセット(終了)し(ステップS7)、ステップS6に移行してオイル戻し弁72bを開状態にする。この状態は、時刻t1に対応する。
エンジン回転数が循環量閾値Thc以下であるとともに過熱度が過熱度閾値Ths以上であるが、圧力差が所定の圧力差範囲内でない場合(ステップS3:Nо)、室外側制御部37は、タイマーのカウントをリセット(終了)し(ステップS7)、ステップS6に移行してオイル戻し弁72bを開状態にする。
すなわち、循環量閾値Thc、過熱度閾値Ths及び所定の圧力差範囲内の条件のうち、いずれか一つでも満たされなくなれば、タイマーのカウントを開始した後であっても、タイマーはリセットされる。
このように、循環量閾値Thc、過熱度閾値Ths及び上記所定の圧力差範囲内の条件に基づいて、圧縮機16が必要とするオイル量が通常の量よりも少なくて良いと判断される場合に、オイル戻し弁72bを全閉とし、第2の戻し管72から戻るオイル量を減らすことで、圧縮機16に戻るオイル量を適正化できる。このため、オイルによる抵抗を低減でき、圧縮機16の効率を向上できる。
また、オイル戻し弁72bは、圧縮機16の吸込側の冷媒の過熱度が所定の過熱度閾値Ths以上になったことに基づいて閉じられる。これにより、圧縮機16の吸込側の冷媒の過熱度が高く、オイルと冷媒とが適正に分離されて循環されていると判断される場合に、第2の戻し管72を通って圧縮機16に戻るオイル量を減少させることができる。このため、圧縮機16へのオイルの戻り量を適正化して、圧縮機16の効率を向上できる。
さらに、循環量閾値Thc以下、過熱度閾値Ths以上、及び、圧力差範囲内の条件が全て満たされたときに、タイマーのカウントが開始され、条件が全て満たされたままタイマーにより所定時間hが経過したことが判別されると、オイル戻し弁72bが閉じられる。これにより、圧縮機16の運転が所定時間hに亘り安定した状態にある場合にオイル戻し弁72bが閉じられてオイルの戻り量が減らされるため、圧縮機16の運転が不安定な場合にオイル戻し弁72bが閉じられてオイルの戻り量が減少してしまうことを防止できる。
また、オイル戻し弁72bは、非通電時に開状態となり通電時に閉状態となる開閉弁であるため、故障等によりオイル戻し弁72bの通電がされなくなった場合には、オイル戻し弁72bは開状態となる。このため、オイル戻し弁72bの通電がされなくなった場合であっても、第2の戻し管72からオイルを圧縮機16に戻すことができ、オイル不足となるリスクを低減できる。
上記実施の形態では、循環量閾値Thcは、冷媒の所定の循環量に対応する所定のエンジン回転数であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。冷媒の循環量は圧縮機16の回転数からも推定できるため、循環量閾値Thcは、冷媒の所定の循環量に対応する所定の圧縮機16の回転数としても良い。
また、上記実施の形態では、オイル戻し弁72bは、電磁弁(開閉弁)であるものとして説明したが、これに限らず、開状態から閉状態の間で段階的或は無段階に開度が調整可能な電動弁であっても良い。この場合、所定時間hが経過した際に、オイル戻し弁を全閉状態とせずに、開度を小さくしても良い。
16 圧縮機
18 オイルセパレータ
70 オイル戻し管
71 第1の戻し管
72 第2の戻し管
72b オイル戻し弁(弁)
Thc 循環量閾値
Ths 過熱度閾値
Claims (3)
- 圧縮機と、前記圧縮機の冷媒の吐出側に設けられるオイルセパレータと、前記オイルセパレータと前記圧縮機の吸込側とを繋ぐオイル戻し管とを備えた空気調和装置において、
前記オイル戻し管は、前記オイルセパレータから定常的に前記吸込側へオイルを戻す第1の戻し管と、前記第1の戻し管に対して並列に設けられる第2の戻し管とを備え、前記第2の戻し管には流路を開閉する弁が設けられ、
前記弁は、前記圧縮機による冷媒の循環量が所定の循環量閾値以下になったことに基づいて閉じられ、
前記弁は、前記圧縮機の吸込側の冷媒の過熱度が所定の過熱度閾値以上になったことに基づいて閉じられ、
前記弁は、前記圧縮機の前記吐出側と前記吸込側との圧力差が所定の圧力差範囲内になったことに基づいて閉じられ、
前記循環量閾値以下、前記過熱度閾値以上、及び、前記圧力差範囲内の条件が全て満たされたときに、タイマーのカウントが開始され、前記条件が全て満たされたまま前記タイマーにより所定時間経過したことが判別されると、前記弁が閉じられることを特徴とする空気調和装置。 - 前記タイマーのカウント中に、前記条件の少なくとも1つが満たされなくなった場合、タイマーのカウントが停止されることを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 前記弁は、非通電時に開状態となり通電時に閉状態となる開閉弁であることを特徴とする請求項1または2記載の空気調和装置。
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