JPWO2007126018A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

回転数可変型の圧縮機２１と、室外側熱交換器２３と、減圧装置２４と、室内側熱交換器５１と、アキュムレータ２５とが順次接続された冷凍サイクルユニットと、圧縮機２１の吐出側とアキュムレータ２５の出口側とを連通するとともに二方弁３１を有するバイパス管３０と、圧縮機２１の温度を検出する吐出温度センサ２８と、圧縮機２１の起動時に吐出温度センサ２８の検出温度に応じて二方弁３１を開閉し、圧縮機２１の運転回転数を所定値以下に制限する制御装置４０とを備えている。

Description

本発明は、空気調和装置に関し、特に室外機に設けられた圧縮機の冷凍機油の希釈防止を行えるものに関する。
圧縮機寝込み起動時の冷凍機油吐出の防止と負荷に対応した早い能力発揮を両立させるため、圧縮機の吐出側と吸入側を連通するとともに二方弁を有するバイパス管を設けた空気調和装置が知られている（例えば、特開２００５−６１７３８号公報）。このような空気調和装置では、運転開始後の圧縮機の初回起動時における低周波数運転時間を、通常起動時のそれより長くし、かつ、圧縮機の初回起動時に所定時間二方弁を開くようにして、初回起動時に長く低周波数で運転し、起動時の冷凍機油の飛び出しを緩和し、吐出される冷凍機油の一部を圧縮機に戻し、２回目以降の起動時に、低周波数運転時間を短くして必用能力の供給を早く実現していた。
上述した空気調和装置では、次のような問題があった。すなわち、起動開始後、寝込みが解消され二方弁が閉じられたとき、アキュムレータに溜まっている液冷媒が、アキュムレータから圧縮機へ多量に流入し、冷凍機油の希釈が起こりやすいという問題があった。
そこで本発明は、アキュムレータに溜まっている液冷媒が多量に圧縮機に流入することにより起こる冷凍機油の希釈を防止することができる空気調和装置を提供することを目的としている。
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の空気調和装置は次のように構成されている。
回転数可変型の圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側熱交換器と、アキュムレータとを環状に接続してなる空気調和装置において、前記圧縮機の吐出側と前記アキュムレータの出口側とを連通するとともに二方弁を有するバイパス管と、前記圧縮機の温度を検出する圧縮機温度検出手段とを備え、前記空気調和装置の運転開始後の前記圧縮機の起動時に、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第１の判定温度以下の場合、前記二方弁を開き、前記圧縮機温度検出手段の検出温度に応じて前記圧縮機の運転回転数を所定値以下に制限し、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第２の判定温度以上になったとき、前記二方弁を閉じる制御手段を有する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。 図２は、同空気調和装置の制御フローチャートを示す説明図である。 図３は、同空気調和装置の制御方法に係る圧縮機の運転周波数、圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。 図４は、同制御方法における圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。 図５は、同制御方法における圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。 図６は、同空気調和装置の制御方法のさらに他の例に係る圧縮機温度、ΔＴ（圧縮機温度−吐出圧力に対応する飽和蒸発温度）、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態に係る空気調和装置の制御フローチャートを示す説明図である。 図８は、同空気調和装置の制御方法に係る圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る空気調和装置１０の構成を示すブロック図、図２は、図制御を示すフローチャートを示す図、図３は圧縮機２１の運転周波数と圧縮機温度、及び二方弁４の開閉タイミングを示したタイムチャートを示す図である。
空気調和装置１０は、室外機２０と、室内機５０と、これらを接続する接続管６０，６１とを備えている。
室外機２０は、ケース内高圧型で回転数可変型の圧縮機２１と、この圧縮機２１の吐出パイプ２１ａ側に四方弁２２を介して接続された室外側熱交換器２３と、この室外側熱交換器２３の出口側に接続された減圧装置２４とを備えている。減圧装置２４の出口側は接続管６０を介して室内機５０の室内側熱交換器５１の入口側と接続されている。
圧縮機２１の吸込パイプ２１ｂ側には、アキュムレータ２５が接続されている。室外側熱交換器２３には、送風機２３ａが隣接配置されている。
圧縮機２１の吐出パイプ２１ａには、吐出圧力の検出手段である吐出圧力センサ２７及び圧縮機温度検出手段である吐出温度センサ２８が取り付けられている。
アキュムレータ２５の入口側には、四方弁２２を介して接続管６１が接続されている。接続管６１は室内機５０の室内側熱交換器５１の出口側と接続されている。
吸込パイプ２１ｂと吐出パイプ２１ａとの間は、バイパス管３０により接続され、二方弁３１により開閉自在に設けられている。
さらに、室外機２０には、制御手段である制御装置４０が設けられている。制御装置４０は、吐出圧力センサ２７、吐出温度センサ２８等の出力値に基づいて圧縮機２１の駆動、送風機２３ａの駆動、四方弁２２の切換、二方弁３１の開閉等を行う。
室内機５０は、室内側熱交換器５１と送風機５１ａとを備えている。室内側熱交換器５１の入口側に接続管６０、出口側に接続管６１が接続されている。
上述した圧縮機２１、室外側熱交換器２３、減圧装置２４、室内側熱交換器５１、アキュムレータ２５が環状に接続されることで、ヒートポンプ式冷凍サイクルが形成されている。
このように構成された空気調和装置１０は、次のように動作する。図２に示すように、圧縮機２１が起動されると（ＳＴ１）、吐出温度センサ２８の出力値が制御装置４０に入力され、制御装置４０では圧縮機温度が第１の判定温度（以下、初期判定温度という。例えば１０℃。）以下か否かが判断される（ＳＴ２）。圧縮機温度が初期判定温度の１０℃以下の場合には二方弁３１が開かれ（ＳＴ３）、１０℃以上の場合にはＳＴ８へ進む。
二方弁３１が開かれると、圧縮機温度と出力吐出圧力センサ２７の出力に対応する冷媒の飽和蒸発温度との温度差ΔＴが所定値（例えば２０Ｋ）以上か否かが判定され（ＳＴ４）、ΔＴが２０Ｋ以上の場合には二方弁３１が閉じられる（ＳＴ６）。ΔＴが２０Ｋ未満の場合には圧縮機温度が第２の判定温度（以下、終了判定温度という。例えば５０℃。）以上か否かが判断され（ＳＴ５）、圧縮機温度が終了判定温度の５０℃以上の場合には二方弁３１が閉じられ（ＳＴ６）、終了判定温度の５０℃未満の場合には引き続き二方弁３１が開いた状態で維持される。
ＳＴ６にて二方弁３１が閉じられると、二方弁が閉じられてから所定時間経過後（例えば３分間）の圧縮機温度の低下量が所定量（例えば２５Ｋ）以上か否かが判断され（ＳＴ７）、低下量が２５Ｋ以上の場合にはＳＴ３に戻り、再度、二方弁３１が開かれる。圧縮機温度の低下量が２５Ｋ未満の場合には圧縮機温度が第３の判定温度（以下、再判定温度という。例えば２０℃。）以上か否かが判断され（ＳＴ８）、圧縮機温度が再判定温度の２０℃以上の場合には引き続き二方弁３１は閉じた状態で維持される。圧縮機温度が再判定温度の２０℃未満の場合には、ΔＴが所定値（例えば２０Ｋ）以上か否かが判断され（ＳＴ９）、ΔＴが２０Ｋ以上の場合には引き続き二方弁３１は閉じられ、ΔＴが２０Ｋ未満の場合にはＳＴ３へ戻り、再度、二方弁３１が開かれる。
ここで、二方弁３１の開閉動作及び圧縮機２１の駆動について詳述する。図３は圧縮機温度に基づいて圧縮機２１の運転周波数及び二方弁３１の開閉動作を制御する場合における圧縮機周波数、圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図、図４は二方弁３１が閉じられた後に圧縮温度が低下した場合における圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図、図６は図４において圧縮機温度の低下量が所定量以上となった場合における圧縮機温度、二方弁の開閉タイミングのタイムチャートを示す説明図である。
図３に示すように、圧縮機２１の起動時には、圧縮機温度が１０℃以下であることから二方弁３１が開かれる。これにより、二方弁３１を開いている間はアキュムレータ２５に溜まっている液冷媒が圧縮機に戻ることがない。
圧縮仕事によって徐々に油温を上げ、これに伴い、圧縮機の運転周波数も上昇させて油温の上昇を促進する。つまり、圧縮機温度が２０℃以下の場合には最大２５Ｈｚ、４０℃以下の場合には最大４０Ｈｚ、５０℃以下の場合には最大５５Ｈｚで駆動される。
圧縮機温度が第２の判定温度５０℃に到達すると、アキュムレータ２５に溜まった液冷媒が圧縮機２１に戻ったとしても冷凍機油の希釈が起こりにくい状態になっているので、二方弁３１が閉じられ、その後、圧縮機２１を室内からの要求負荷に対する所定の周波数へ移行する（通常運転）。
このように圧縮機温度に応じた周波数で運転されるため、冷凍機油内に溶け込んだ冷媒は緩やかに放出され、冷凍機油の急激な発泡（フォーミング）現象が緩和されるとともに、圧縮機温度を十分寝込みが解消される温度まで迅速に上昇させることができる。
また、図４に示すように、二方弁３１を閉じた後、通常運転中に、アキュムレータ２５に溜まった液冷媒が圧縮機２１に流入し、圧縮機温度が再判定温度（２０℃）以下に低下したときには、再度、二方弁３１を開き、圧縮機２１を圧縮機温度に応じた周波数で運転する。
このように２方弁３１を閉じた状態で運転中に、過度の液冷媒が圧縮機２１に流入し、圧縮機温度が低下したとしても、再度、二方弁３１を開き、圧縮機温度に応じた周波数で圧縮機３１を運転することにより、液冷媒の流入による冷凍機油の希釈を防止し、フォーミングによる冷凍機油の圧縮機２１からの飛び出しを防ぐことができる。本実施の形態では、再判定温度（２０℃）を初期判定温度（１０℃）よりも高く設定することにより信頼性を向上させているが、再判定温度を初期判定温度と同じ温度に設定しても良い。
また、図５に示すように、二方弁３１を閉じてから所定時間経過後に、圧縮機温度が所定値以上低下した場合には、アキュムレータ２５に溜まった液冷媒量が多いと推定して、圧縮機温度が再判定温度（２０℃）以下に低下する前に再度二方弁３１を開く。具体的には、二方弁３１を閉じてから３分後に圧縮機温度が２５Ｋ以上低下した場合は、再度二方弁３１を開き、圧縮機２１を圧縮機温度に応じた周波数で運転する。
これにより、アキュムレータ２５に多量の液冷媒が存在する状態で二方弁３１を閉じたとしても急激な冷凍機油の希釈やフォーミングによる冷凍機油の圧縮機３１からの飛び出しを防ぐことができる。
次に、二方弁開閉動作及び圧縮機駆動についての他の制御方法について説明する。図６は、二方弁開閉動作及び圧縮機駆動の他の制御方法における圧縮機温度、ΔＴ（圧縮機温度−吐出圧力に対応する飽和蒸気温度）、二方弁の開閉との関係を示すタイムチャートを示す説明図である。
圧縮機２１の吐出側に設けられた吐出圧力センサ２７の出力に対応する冷媒の飽和蒸発温度と、吐出温度センサ２８の出力値の差が所定値以上になったとき、二方弁３１を閉じる。すなわち、吐出ガス冷媒の過熱度が十分高いときは、既に寝込みが解消されているとともに、アキュムレータ２５内の液冷媒が圧縮機２１に流入したとしても冷凍機油の希釈が起きないので、直ちに二方弁を閉じて通常運転に移行させることが望ましい。
具体的には、ΔＴが２０Ｋを超えていれば寝込み状態は十分解消され、またアキュムレータ２５内の液冷媒が圧縮機２１に流入しても寝込みが起きないと判断できるため、圧縮機温度が終了判定温度の５０℃以上に達していない状態でも二方弁を閉じる。
この制御方法においては、冷凍機油の希釈を防止しながら早く通常運転に移行させることができる。
また、図６に示すように、二方弁３１を閉じた後、圧縮機温度が再判定温度以下になったとしても、上記ΔＴが所定値以上のときは二方弁３１を閉じたままにする。すなわち、圧縮機温度が低下しても吐出ガス冷媒の過熱度が十分高いときは、アキュムレータ２５内の液冷媒が圧縮機２１に流入しても冷凍機油の希釈が起きにくいので、二方弁を閉じたままで通常運転を行う。
具体的には、ΔＴが２０Ｋを超えていれば寝込み状態は十分解消され、またアキュムレータ２５内の液冷媒が圧縮機２１に流入しても冷凍機油の希釈が起きないと判断できるため、圧縮機温度が再判定温度（２０℃以下）に達した状態でも二方弁を閉じたままとする。これにより二方弁を閉じることなく冷凍機油の希釈を防止しながら通常運転を継続することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図７は制御を示すフローチャートを示す図、図８は第２の実施の形態に係る二方弁開閉動作及び圧縮機駆動の制御方法における時間と、圧縮機温度、二方弁の開閉動作との関係を示すタイムチャートを示す説明図ある。この第２の実施の形態が、第１の実施の形態と異なる点は、図３のＳＴ３において二方弁３１を開く代わりに、二方弁３１を所定の間隔で開閉動作させることにあり、その他の形態は第１の実施の形態と同じである。同一部分は説明を省略する。
本実施の形態において空気調和装置１０は、次のように動作する。図７に示すように、圧縮機２１が起動されると（ＳＴ１）、吐出温度センサ２８の出力値が制御装置４０に入力され、制御装置４０では圧縮機温度が初期判定温度の１０℃以下か否かが判断される（ＳＴ２）。圧縮機温度が１０℃以下の場合には二方弁開閉動作が実施される（ＳＴ３）。この開閉動作は、二方弁３１を例えば３分２０秒の所定間隔おきに例えば５秒間の所定時間閉じるものである。圧縮機温度が１０℃以上の場合にはＳＴ８へ進む。
ＳＴ３の二方弁開閉動作が行われると、圧縮機温度と出力吐出圧力センサ２７の出力に対応する冷媒の飽和蒸発温度との温度差ΔＴが２０Ｋ以上か否かが判定され（ＳＴ４）、ΔＴが２０Ｋ以上の場合には二方弁３１が閉じられる（ＳＴ６）。ΔＴが２０Ｋ未満の場合には圧縮機温度が終了判定温度の５０℃以上か否かが判断され（ＳＴ５）、圧縮機温度が５０℃以上の場合には二方弁３１が閉じられる（ＳＴ６）。圧縮機温度が５０℃未満の場合には、引き続き二方弁３１の開閉動作が継続される。
ＳＴ６にて二方弁３１が閉じられると、二方弁が閉じられてから３分間経過後の圧縮機温度の低下量が２５Ｋ以上か否かが判断され（ＳＴ７）、低下量が２５Ｋ以上の場合にはＳＴ３に戻り、再度二方弁３１の開閉動作が行なわれる。低下量が２５Ｋ未満の場合には圧縮機温度が再判定温度の２０℃以上か否かが判断され（ＳＴ８）、圧縮機温度が２０℃以上の場合には引き続き二方弁３１は閉じた状態で維持される。圧縮機温度が２０℃未満の場合には、ΔＴが２０Ｋ以上か否かが判断され（ＳＴ９）、ΔＴが２０Ｋ以上の場合には引き続き二方弁３１は閉じられ、ΔＴが２０Ｋ未満の場合にはＳＴ３へ戻り、再度二方弁３１の開閉動作が行なわれる。
図８に示すように、圧縮機２１の起動時には、圧縮機温度が初期判定温度の１０℃以下であることから二方弁３１の開閉が行われる。二方弁３１を閉じている５秒間にアキュムレータ２５に溜まっている液冷媒を圧縮機３１に流入させることになるが、短時間なので圧縮機２１に流入した液冷媒により冷凍機油が希釈するには至らない。
圧縮仕事によって徐々に油温が上昇すると、寝込みが解消される。これに伴い、圧縮機温度が２０℃以下の場合には最大２５Ｈｚ、４０℃以下の場合には最大４０Ｈｚ、５０℃以下の場合には最大５５Ｈｚで駆動され、油温の上昇が促進される。そして、二方弁３１を閉じている短時間に液冷媒を適度に流入させてアキュムレータ２５に溜まった液冷媒を減少させる。
圧縮機温度が終了判定温度の５０℃に到達すると、アキュムレータ２５に溜まった液冷媒が圧縮機２１に流入したとしても冷凍機油の希釈が起こりにくい状態になっているので、二方弁３１が閉じられ、その後、圧縮機２１を室内からの要求負荷に対する所定の周波数へ移行する（通常運転）。
このように圧縮機温度に応じた周波数で運転されるため、冷凍機油内に溶け込んだ冷媒は緩やかに放出され、冷凍機油の急激な発泡現象が緩和されるとともに、圧縮機温度を十分寝込みが解消される温度まで迅速に上昇させることができる。
さらに、二方弁３１が開いている間は、アキュムレータ２５から圧縮機２１への液冷媒の流入を抑えながら圧縮機温度を上昇させ、また二方弁３１が閉じている間は適度に液冷媒を圧縮機に流入させることによりアキュムレータ２５の冷媒液面を下げ、二方弁開閉動作終了時における多量の液冷媒の流入による圧縮機温度の低下および冷凍機油の希釈を防ぐことが可能となる。
また、二方弁３１を繰り返し開閉している間、吐出冷媒温度センサ２８の検知温度が上昇傾向となるように、制御装置４０内で演算を行い二方弁３１の開時間、閉時間を決定するようにしてもよい。圧縮機温度は、二方弁３１を開いている間はアキュムレータ２５からの液冷媒が流入が抑えられるので圧縮仕事により上昇し、二方弁３１が閉じている間はアキュムレータ２５からの液冷媒の流入により下降するが、総じて上昇傾向となるよう開時間及び閉時間を設定する。
このように、二方弁開閉動作の間に圧縮機温度を上昇させつつアキュムレータ２５内の液冷媒の量を減少させることが可能となり、寝込みの解消及び二方弁開閉動作が終了し二方弁３１が閉じたときの圧縮機への多量の液冷媒の流入を抑えることができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、圧縮機温度検知装置として、圧縮機吐出管２１ａに取り付けられた吐出温度センサ２８を用い略圧縮機温度とすることでコストアップを抑えるようにしていたが、圧縮機に直接設けられた圧縮機温度センサ２６を用いてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
本発明によれば、アキュムレータに溜まっている液冷媒が多量に圧縮機に流入することにより起こる冷凍機油の希釈を防止することが可能となる。

Claims (6)

  1. 回転数可変型の圧縮機と、四方弁と、室外側熱交換器と、減圧装置と、室内側熱交換器と、アキュムレータとを環状に接続してなる空気調和装置において、前記圧縮機の吐出側と前記アキュムレータの出口側とを連通するとともに二方弁を有するバイパス管と、前記圧縮機の温度を検出する圧縮機温度検出手段とを備え、
    前記空気調和装置の運転開始後の前記圧縮機の起動時に、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第１の判定温度以下の場合、
    前記二方弁を開き、前記温度検出手段の検出温度に応じて前記圧縮機の運転回転数を所定値以下に制限し、
    前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第２の判定温度以上になったとき、前記二方弁を閉じる制御手段を有することを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機温度検出手段の検出温度が前記第２の判定温度以上となって前記二方弁を閉じた後に、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第３の判定温度を下回ったとき、再度、第２の判定温度以上となるまで前記二方弁を開くことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
  3. 前記圧縮機温度検出手段の検出温度が前記第２の判定温度以上となって前記二方弁を閉じた後に、前記二方弁を閉じた時点から所定時間経過後の前記検出温度の低下量が所定量を上回ったとき、再度第２の判定温度以上となるまで前記二方弁を開くことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
  4. 前記圧縮機の吐出側の圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記二方弁が開いた状態で、前記圧力検出手段の出力に対応する冷媒の飽和蒸発温度と、前記圧縮機温度検出手段の検出温度との差が所定値以上のとき、前記二方弁を閉じ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空気調和装置。
  5. 前記圧力検出手段の出力に対応する冷媒の飽和蒸発温度と前記圧縮機温度検出手段の検出温度との差が所定値以上のときは、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が前記第３の判定温度以下であっても前記二方弁を閉じることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和装置。
  6. 前記空気調和装置の運転開始後の前記圧縮機の起動時に、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第１の判定温度以下で前記二方弁を開いたとき、前記圧縮機温度検出手段の検出温度が第２の判定温度以上になるまで、前記二方弁を所定間隔おきに所定時間閉じることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の空気調和装置。
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