JP2001272113A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置

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JP2001272113A
JP2001272113A JP2000091700A JP2000091700A JP2001272113A JP 2001272113 A JP2001272113 A JP 2001272113A JP 2000091700 A JP2000091700 A JP 2000091700A JP 2000091700 A JP2000091700 A JP 2000091700A JP 2001272113 A JP2001272113 A JP 2001272113A
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Japan
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temperature
compressor
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JP2000091700A
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English (en)
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Yukio Kiguchi
行雄 木口
Junichi Mukaikubo
順一 向窪
Masahiko Sasaki
雅彦 佐々木
Masaki Imamura
正樹 今村
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Toshiba Carrier Corp
Original Assignee
Toshiba Carrier Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑油の粘度の低下を回避することができ、
これにより圧縮機内の摺動部における異常磨耗や焼き付
きを防ぐことができる冷凍サイクル装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機内の潤滑油の温度Txを検知する
とともに、凝縮器の温度Tcを検知し、この両検知温度
の差ΔTaが設定値ΔTとなるよう、流量調整弁4の開
度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、空気調和機など
に搭載される冷凍サイクル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】圧縮機、凝縮器、減圧器(たとえば膨張
弁)、および蒸発器を順次に配管接続して冷媒を循環さ
せる冷凍サイクルでは、圧縮機内の潤滑油の温度が凝縮
温度より低くなると、冷凍サイクル中の冷媒が圧縮機内
の潤滑油に溶け込む事態を生じる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】冷凍サイクル中の冷媒
が潤滑油に溶け込むと、潤滑油の粘度が低下し(潤滑性
悪化)、圧縮機内の摺動部に異常磨耗や焼き付きが起こ
ることがある。
【0004】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、潤滑油の粘度の低下を回避す
ることができ、これにより圧縮機内の摺動部における異
常磨耗や焼き付きを防ぐことができる冷凍サイクル装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の冷
凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、流量調整弁、蒸発
器を接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、上記圧
縮機内の潤滑油の温度を検知する第1温度検知手段と、
上記凝縮器の温度を検知する第2温度検知手段と、この
第1温度検知手段の検知温度と第2温度検知手段の検知
温度との差が設定値となるよう上記流量調整弁を制御す
る制御手段と、を備えている。
【0006】請求項2に係る発明の冷凍サイクル装置
は、請求項1に係る発明において、制御手段について限
定している。制御手段は、圧縮機の吐出冷媒温度に応じ
て上記設定値を変化させる。
【0007】請求項3に係る発明の冷凍サイクル装置
は、圧縮機、凝縮器、流量調整弁、蒸発器を接続して冷
媒を循環させる冷凍サイクルと、上記圧縮機内の潤滑油
の温度を検知する第1温度検知手段と、上記凝縮器の温
度を検知する第2温度検知手段と、この第1温度検知手
段の検知温度と第2温度検知手段の検知温度との差が設
定値未満のとき、その差が設定値となるよう上記流量調
整弁を制御する第1制御手段と、上記第1温度検知手段
の検知温度と第2温度検知手段の検知温度との差が設定
値以上のとき、上記蒸発器における冷媒の過熱度が一定
値を維持するよう上記流量調整弁を制御する第2制御手
段と、を備えている。
【0008】請求項4に係る発明の冷凍サイクル装置
は、請求項1に係る発明において、第1制御手段につい
て限定している。第1制御手段は、圧縮機の吐出冷媒温
度に応じて上記設定値を変化させる。
【0009】請求項5に係る発明の冷凍サイクル装置
は、請求項1または請求項3に係る発明において、第1
温度検知手段について限定している。第1温度検知手段
は、圧縮機の吐出冷媒温度および外気温度により潤滑油
の温度を推定する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0011】図1に示すように、圧縮機1の吐出口に四
方弁2を介して室外熱交換器3が配管接続され、この室
外熱交換器3に流量調整弁4を介して室内熱交換器5が
配管接続されている。そして、室内熱交換器5に上記四
方弁2を介して圧縮機1の吸込口が配管接続されてい
る。この配管接続により、冷房および暖房が可能なヒー
トポンプ式冷凍サイクルが構成されている。
【0012】圧縮機1は、密閉ケースで覆われ、電動機
部および圧縮機部を収容するとともに、内底部に潤滑油
を充填している。この潤滑油は、圧縮機内の摺動部の潤
滑作用を確保するとともに、圧縮機部を冷却するための
ものである。電動膨張弁4は、供給される駆動パルスの
数に応じて開度が変化する、いわゆるパルスモータバル
ブ(PMV)である。
【0013】冷房時は、圧縮機1から吐出される冷媒が
図示実線矢印の方向に流れ、室外熱交換器3が凝縮器、
室内熱交換器5が蒸発器として機能する。暖房時は、四
方弁2が切換わることにより、圧縮機1から吐出される
冷媒が図示破線矢印の方向に流れ、室内熱交換器5が凝
縮器、室外熱交換器3が蒸発器として機能する。
【0014】室外熱交換器3の近傍に室外送風機6およ
び外気温度センサ7が設けられている。室外送風機6
は、外気を吸い込んでそれを室外熱交換器3に供給す
る。外気温度センサ7は、室外送風機6によって吸い込
まれる外気の温度Toを検知する。
【0015】室内熱交換器5の近傍に室内送風機8およ
び室内温度センサ9が設けられている。室内送風機8
は、室内空気を吸い込み、それを室内熱交換器5に通し
て室内に吹き出す。室内温度センサ9は、室内送風機8
によって吸い込まれる室内空気の温度Tiを検知する。
【0016】圧縮機1と四方弁2との間の配管に、圧縮
機1から吐出される冷媒の温度Tdを検知する冷媒温度
センサ11が取り付けられている。室外熱交換器3の一
端および他端に熱交換器温度センサ12,13がそれぞ
れ取り付けられている。室内熱交換器5に熱交換器温度
センサ14が取り付けられている。熱交換器温度センサ
14は、暖房時に凝縮器の温度を検知する第2温度検知
手段として機能する。
【0017】一方、商用交流電源20にインバータ回路
21が接続されている。インバータ回路21は、商用交
流電源20の電圧を整流し、それをスイッチングにより
制御部23からの指令に応じた周波数の電圧に変換し出
力する。このインバータ回路21の出力は、圧縮機1に
駆動電力として供給される。
【0018】制御部23は、当該空気調和機の全般にわ
たる制御を行う。この制御部23に、上記四方弁2、流
量調整弁4、室外送風機6、外気温度センサ7、室内送
風機8、室内温度センサ9、冷媒温度センサ11、熱交
換器温度センサ12,13、インバータ回路21、およ
び受光部24が接続されている。受光部24は、リモー
トコントロール式の操作器(以下、リモコンと略称す
る)25から発せられる運転条件設定用の赤外線光を受
光する。
【0019】そして、制御部23は、主要な機能手段と
して次の[1]〜[4]を備える。
【0020】[1]室内温度センサ9の検知温度Tiを
リモコン25の設定室内温度Tsに収束させるべく、圧
縮機1の運転周波数(インバータ回路21の出力周波
数)Fを制御する手段。
【0021】[2]冷媒温度センサ11で検知される吐
出冷媒温度Tdおよび外気温度センサ7で検知される外
気温度Toに基づき、圧縮機1のケース内の潤滑油の温
度Txを検知(推定)する第1温度検知手段。
【0022】[3]上記第1温度検知手段の検知温度T
xと第2温度検知手段である熱交換器温度センサ14の
検知温度(凝縮温度)Tcとの差ΔTaが設定値(吐出
冷媒温度Tdに応じて決定される値)ΔT未満のとき、
その差ΔTaが設定値ΔTとなるよう流量調整弁4の開
度を制御する第1制御手段。
【0023】[4]上記第1温度検知手段の検知温度T
xと第2温度検知手段である熱交換器温度センサ14の
検知温度(凝縮温度)Tcとの差ΔTaが設定値ΔT以
上のとき、蒸発器(室外熱交換器3)における冷媒の過
熱度SH(=熱交換器温度センサ12,13の検知温度
の差)が一定値SHsを維持するよう流量調整弁4の開
度を制御する第2制御手段。
【0024】つぎに、上記の構成の作用を図2のフロー
チャートを参照して説明する。
【0025】暖房運転時、外気温度センサ7によって外
気温度Toが検知されるとともに(ステップ101)、
冷媒温度センサ11によって吐出冷媒温度Tdが検知さ
れる(ステップ102)。そして、両検知温度に基づ
き、圧縮機1内の潤滑油温度Txが推定される(ステッ
プ103)。この推定方法について図3を参照しながら
説明しておく。
【0026】まず、圧縮機単体での熱バランスを考えて
みる。圧縮機内に吸い込まれたエンタルピhs[kJ/k
g]の冷媒ガスは動力Lc[W]により断熱圧縮を行
い、エンタルピhcとなる。そして、圧縮機内の潤滑油
と熱交換しながら、最終的にエンタルピhdとなり、圧
縮機から吐出される。圧縮機のモータ表面、ケース、潤
滑油温度がすべて同一温度と仮定すれば、ケース内で熱
交換されたエネルギはケース外への熱リーク量Qo
[W]と考えられる。
【0027】つまり、以下の式が成立する。(1)式は
冷凍サイクル側から求めた熱リーク量Qo、(2)式は
圧縮機の断熱計数から求めた熱リーク量Qoである。さ
らに、吐出冷媒ガスと潤滑油も熱交換することから、
(3)式が成立する。
【0028】 Lc=G×(hc−hs)、Qd=G×(hc−hd)、Qd=Qo…(1) Qo=K×(Tx−To)…(2) Qd=μ×(Td−Tx)…(3) (2)式と(3)式から、潤滑油温度Txは吐出冷媒温
度Tdと外気温度Toによって次のように決定される。 Tx=(μ/K)/(1+μ/K)×Td+1/(1+μ/K)×To…(4 ) この(4)式から、外気温度Toごとの吐出冷媒温度T
dに対する潤滑油温度Txを計算して求めることができ
る。
【0029】Kは巻線過熱運転より求めた圧縮機断熱係
数(=2[W/K])、μはカロリーデータとサイクル
データより求めた温度係数(=8[W/K])、Qdは
冷媒からの熱交換量[W]、Gは冷媒循環量[kg/h]
である。
【0030】このようにして潤滑油温度Txが推定され
た後、現時点の吐出冷媒温度Tdと、制御部23の内部
メモリに記憶されている図4の設定値決定条件テーブル
との照合により、潤滑油温度Txに対する設定値ΔTが
決定される(ステップ104)。
【0031】一方、凝縮器として機能する室内熱交換器
5の温度が凝縮温度Tcとして熱交換器温度センサ14
により検知されている(ステップ105)。そして、上
記推定された潤滑油温度Txとこの凝縮温度Tcとの差
ΔTaが検出され(ステップ106)、その温度差ΔT
aと上記決定された設定値ΔTとが比較される(ステッ
プ107)。
【0032】温度差ΔTaが設定値ΔT未満であれば
(ステップ107のNO)、その温度差ΔTaが設定値
ΔTとなるよう、流量調整弁4の開度が制御される(ス
テップ109)。
【0033】温度差ΔTaが設定値ΔT以上であれば
(ステップ107のYES)、蒸発器として機能してい
る室外熱交換器3における冷媒の過熱度SHが一定値S
Hsを維持するよう、流量調整弁4の開度が制御される
(ステップ108)。
【0034】一定値SHsについては、現時点の運転周
波数Fと、制御部23の内部メモリに記憶されている図
5の一定値決定条件テーブルとの照合により、決定され
る。
【0035】以上のように、潤滑油温度Txとこの凝縮
温度Tcとの差ΔTaが設定値ΔTに満たなければ、そ
の温度差ΔTaが設定値ΔTとなるよう流量調整弁4の
開度が制御されることにより、あらゆる運転条件や装置
据付条件においても、冷凍サイクル中の冷媒が潤滑油に
溶け込む事態を未然に防ぐことができる。
【0036】したがって、潤滑油の粘度の低下を回避す
ることができ、これにより圧縮機1内の摺動部における
異常磨耗や焼き付きを防ぐことができ、圧縮機1の信頼
性が大幅に向上する。
【0037】しかも、潤滑油温度Txを外気温度Toお
よび吐出冷媒温度Tdから推定するようにしているの
で、圧縮機1内の潤滑油の温度を直接的に検知すること
が困難な状況であっても、潤滑油の粘度の低下を確実に
回避することができる。潤滑油の温度を検知するための
専用の温度センサが不要になるという利点もある。
【0038】また、潤滑油温度Txとこの凝縮温度Tc
との差ΔTaが設定値ΔTを満足していれば、過熱度S
Hの一定値制御を実行するようにしているので、空調負
荷に応じた能力制御を最適な状態で実行することがで
き、よって空調能力を最大限引き出すことができる。
【0039】なお、上記実施形態において、温度差ΔT
aに応じた開度制御に入る条件については、温度差ΔT
aが設定値ΔT未満で、しかもその状態が所定時間継続
した場合としてもよい。また、空気調和機への適用につ
いて説明したが、冷凍サイクルを搭載したものであれ
ば、他の機器への適用も可能である。その他、この発明
は蒸気実施形態に限定されるものではなく、要旨を変え
ない範囲で種々変形実施可能である。
【0040】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、圧
縮機内の潤滑油の温度を検知するとともに、凝縮器の温
度を検知し、この両検知温度の差が設定値となるよう流
量調整弁を制御するようにしたので、潤滑油の粘度の低
下を回避することができ、これにより圧縮機内の摺動部
における異常磨耗や焼き付きを防ぐことができる冷凍サ
イクル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の冷凍サイクルおよび制御回路の構
成を示す図。
【図2】同実施形態の作用を説明するためのフローチャ
ート。
【図3】同実施形態の潤滑油温度推定を説明するための
図。
【図4】同実施形態の温度差制御用の設定値決定条件の
フォーマットを示す図。
【図5】同実施形態の過熱度制御用の一定値決定条件の
フォーマットを示す図。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…四方弁、3…室外熱交換器、4…流量
調整弁、5…室内熱交換器、7…外気温度センサ、9…
室内温度センサ、11…吐出冷媒温度センサ、12,1
3…熱交換器温度センサ、21…インバータ回路、23
…制御部、25…リモコン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 雅彦 静岡県富士市蓼原336番地 東芝キヤリア 株式会社内 (72)発明者 今村 正樹 東京都港区新橋3丁目3番9号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 Fターム(参考) 3L060 AA01 CC03 CC04 DD02 DD05 EE09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、流量調整弁、蒸発器を
    接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、 前記圧縮機内の潤滑油の温度を検知する第1温度検知手
    段と、 前記凝縮器の温度を検知する第2温度検知手段と、 この第1温度検知手段の検知温度と第2温度検知手段の
    検知温度との差が設定値となるよう前記流量調整弁を制
    御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の冷凍サイクル装置にお
    いて、 前記制御手段は、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じて前
    記設定値を変化させることを特徴とする冷凍サイクル装
    置。
  3. 【請求項3】 圧縮機、凝縮器、流量調整弁、蒸発器を
    接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルと、 前記圧縮機内の潤滑油の温度を検知する第1温度検知手
    段と、 前記凝縮器の温度を検知する第2温度検知手段と、 この第1温度検知手段の検知温度と第2温度検知手段の
    検知温度との差が設定値未満のとき、その差が設定値と
    なるよう前記流量調整弁を制御する第1制御手段と、 前記第1温度検知手段の検知温度と第2温度検知手段の
    検知温度との差が設定値以上のとき、前記蒸発器におけ
    る冷媒の過熱度が一定値を維持するよう前記流量調整弁
    を制御する第2制御手段と、 を具備したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の冷凍サイクル装置にお
    いて、 前記第1制御手段は、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じ
    て前記設定値を変化させることを特徴とする冷凍サイク
    ル装置。
  5. 【請求項5】 請求項1または請求項3に記載の冷凍サ
    イクル装置において、前記第1温度検知手段は、前記圧
    縮機の吐出冷媒温度および外気温度により潤滑油の温度
    を推定することを特徴とする冷凍サイクル装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100404973C (zh) * 2004-11-02 2008-07-23 东芝开利株式会社 冷冻机
JP2008190864A (ja) * 2008-05-14 2008-08-21 Daikin Ind Ltd 空気調和装置
US8033123B2 (en) 2006-07-24 2011-10-11 Daikin Industries, Ltd. Air conditioner
CN110440402A (zh) * 2019-07-02 2019-11-12 青岛海尔空调电子有限公司 空调器及其回油控制方法

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