JP2005180764A - ヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 暖房運転時に室内と室外の温度差により冷媒の偏在を予測し、例えば運転開始数分冷房運転を行う逆サイクル運転では、空調時の快適性を損ない、又圧縮機内の冷凍機油が確保されないため、圧縮機の焼き付きを起すという問題があった。
【解決手段】 この発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、アキュームレータを順次冷媒配管により配管接続した冷凍サイクルに、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を組み合わせて流し暖房運転を行うものにおいて、暖房運転開始時に室外温度を検知して、室外空気が低外気温度のときに暖房運転開始と同時に冷房サイクルでの運転を所定時間行うように制御する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を使用するヒートポンプ式空気調和機の圧縮機内の冷凍機油確保に関するものである。

ヒートポンプ式空気調和機の運転を夜間などに長時間停止すると圧縮機内の冷凍機油中に液冷媒が溶解してたまりこむ、いわゆる寝込み現象が生じて圧縮機の起動時にオイルフォーミングが発生し、圧縮機内の冷凍機油と冷媒といっしょに吐出されて圧縮機が焼き付いてしまう現象が起こる。この場合の圧縮機への寝込み防止は、一般的に停止中の圧縮機をヒータで温めるなどしていた。

また、ヒートポンプ式空気調和機が運転を停止しているときは、室内空気と室外空気の温度の低い方に冷媒が凝縮してたまりこむため、暖房停止時には、冷媒は圧縮機のほかにも室外機の室外熱交換器にたまりこみ、暖房運転の開始時には室外熱交換器にたまりこんだ液冷媒が圧縮機の吸入側にあるアキュームレータへ流れ込んで、乾き度の低い冷媒として圧縮機に吸入されてしまい、液圧縮やオイルフォーミングが発生する問題が生じ、この点、圧縮機内の冷凍機油確保のためにオイルフォーミング等で吐出される油を冷凍サイクル内へ出さずに、圧縮機吸入側に戻すために油分離器を搭載していた（例えば、特許文献１参照。）。

また、室内温度と室外温度とを比較して冷媒のたまりこみを予測し、運転開始数分は四方弁を切り替え冷凍サイクルを逆にしているものもある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−０８３６２９号公報 特開昭６３−１２９２５７号公報

従来のヒートポンプ式空気調和機は、コストがかかることが問題点であった。また、ヒートポンプ式空気調和機は、室内と室外の温度差により冷媒の偏在を予測し、逆サイクル運転を行うものである。逆サイクル運転は、例えば暖房運転時に運転開始数分冷房運転を行うため快適性を悪化さあせることなってしまう。

室外温度がある程度高く、室内温度がそれに比較してさらに高いような場合、冷媒は室外側にたまりこむが、この状態で暖房運転をしても冷凍サイクルの蒸発器温度が高いため、蒸発器から圧縮機に戻ってくる液冷媒量は少なく、圧縮機内で冷媒と冷凍機油の相溶性の低下も少ないため、圧縮機から吐出される冷凍機油は少ない。また、アキュームレータ内での冷媒と冷凍機油の相溶性の低下も同じく少ないため、冷凍機油の戻り性も良い。
このことから高外気の場合、逆サイクル運転を行うことは必要ないが、室内と室外の温度差から冷媒のたまりこみのみを予測していると不要時にも逆サイクル運転を行ってしまうことになる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は圧縮機内の冷凍機油を確保することができるヒートポンプ式空気調和機を安価に得るものである。

また、第２の目的は快適性を損なうことなく上記の目的を達することができるヒートポンプ式空気調和機を得るものである。

この発明に係るヒートポンプ式空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、アキュームレータを順次冷媒配管により配管接続した冷凍サイクルに、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を組み合わせて流し暖房運転を行うものにおいて、暖房運転開始時に室外温度を検知して、室外空気が低外気温度のときに暖房運転開始と同時に冷房サイクルでの運転を所定時間行うようにしたものである。

この発明のヒートポンプ式空気調和機は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、アキュームレータを順次冷媒配管により配管接続した冷凍サイクルに、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を組み合わせて流し暖房運転を行うものにおいて、暖房運転開始時に室外温度を検知して、室外空気が低外気温度のときに暖房運転開始と同時に冷房運転を所定時間行うようにしたので、圧縮機の油面を確保し冷凍機油の枯渇を防ぐ効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図、図２はこの発明の実施の形態１によるヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートである。図において、圧縮機１と四方弁２と室外熱交換器３と膨張弁４とアキュムレータ５と接続バルブ６とを内蔵した室外機７を構成し、室内熱交換器８を内蔵した室内機９が前記室外機７の接続バルブ６と接続し冷媒配管１０で接続され、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を組合わせて流す冷凍サイクルが構成されている。前記室外機７には室外温度を直接的に測定する外気温度センサ１１ａあるいは、前記室外熱交換器３の配管温度検出する配管温度検出センサ１１ｂを備え、間接的に室外温度を検知するようにしている。又前記室外機７内には前記室外熱交換器３に外気と熱交換させる空気流を発生させる室外側送風機１３を配設し、前記室内機９内には室内空気と前記室内熱交換器８とを熱交換させるよう室内空気流を発生させる室内側送風機１２を配設している。

次に動作について説明する。このように構成された冷凍サイクルにおいて、室外空気が低外気温度のときの暖房時に図２のタイムチャートに示す動作を行う。すなわち、室外温度がある温度以下で暖房運転を行う場合、暖房運転開始ｔ１と同時に外気温度センサ１１ａ又は配管温度検出センサ１１ｂにより外気温度を検出し、例えば、外気温度が−３℃〜−５℃以下で、エステル油とＲ４１０Ａ冷媒が二相分離するため蒸発温度が−３℃をきるような状態で、四方弁２を切替へ冷媒が冷房サイクルの方向で流れるよう圧縮機１の運転を開始する。このとき室内送風機１２は動作させず停止しているので冷風は吹き出さない。そして、運転を開始して所定の時間ｔ１からｔ２経過後、四方弁２が暖房サイクルに切替わり冷媒が流れ、室内送風機１２も同時に動作を開始し室内に温風を吹き出すようになる。

以上のように、暖房サイクルでの運転前に冷房サイクルで運転するようにしているので、室外空気が低外気温度のときに室外熱交換器３にたまりこんだ液冷媒は膨張弁４で減圧された後、室内熱交換器８で蒸発し二相あるいは乾き状態でアキュームレータ５へ流入する。圧縮機１に吸入される冷媒も乾き度が高く保たれるため、液圧縮やオイルフォーミングを回避することができる。

また、室外温度を検知して逆サイクル運転の要否を決定しているので、室外空気が高外気温度のときに暖房時蒸発温度が高いと想定されるときは逆サイクル運転をせず、快適性を損ねない。

図３に示すのはエステル油とＲ４１０Ａ冷媒の相溶性を示す特性図である。逆サイクル運転の要否は、このエステル油とＲ４１０Ａ冷媒との相溶性によるところが大きい。このため、エステル油とＲ４１０Ａ冷媒は−３℃以下で二相分離するため蒸発温度が−３℃をきるような状態では、冷凍機油と冷媒が分離し圧縮機１からの油吐出量が増加する。また、アキュームレータ５内で分離発生すると、アキュームレータ５では冷媒に溶解した冷凍機油を冷媒と共に圧縮機１に戻しているので、油戻り性が悪化する。この悪化をなくす目的で蒸発温度−３℃ぐらいを境に逆サイクル運転が必要となる。

以上の実施の形態１では、外気温度から蒸発温度を予測し逆サイクル運転の要否を判断するようにしたものであるが、図４はこの発明の実施の形態１による他のヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートで、（ａ）は前回の運転終了から短い時間で暖房起動される場合を示し、（ｂ）は前回の運転終了から長い時間で暖房起動される場合を示している。

図４（ａ）に示す短い時間で暖房運転が断続する場合は、冷媒が室外熱交換器に移動する時間が無く、圧縮機本体および冷凍機油が熱を持っているので乾き度の低い冷媒が圧縮機に吸入されても液圧縮やオイルフォーミングは起こりづらい。
このため、前回の運転終了から一定時間内の起動時は逆サイクル運転を行わないようにする。

図４で動作の説明を行う。前回の運転終了から短い時間で暖房起動される（ａ）の場合は、前回の運転終了ｔ０から運転停止時間をカウントし、短い時間経過後ｔ１で暖房運転を開始と同時に四方弁２が暖房サイクルに切替わり冷媒が流れ、室内送風機１２も同時に動作を開始し温風を室内に吹き出すようになる。

また、前回の運転終了から長い時間で暖房起動される（ｂ）の場合は、前回の運転終了ｔ０から運転停止時間をカウントし、長い時間経過後ｔ１で暖房運転開始と同時に、外気温度センサ１１ａ又は配管温度検出センサ１１ｂにより外気温度を検出し、例えば、外気温度が−３℃〜−５℃以下の低外気温度であった場合は、エステル油とＲ４１０Ａ冷媒が二相分離するため蒸発温度が−３℃をきるような状態で、四方弁２を切替え冷媒が冷房サイクルの方向で流れるよう圧縮機１の運転を開始する。このとき室内送風機１２は動作させず停止しているので冷風は吹き出さない。そして、運転を開始して所定の時間ｔ１からｔ２経過後、四方弁２が暖房サイクルに切替わり冷媒が流れ、室内送風機１２も同時に動作を開始し温風を室内に吹き出し、冷房サイクルの後に暖房サイクルで運転開始する。

以上のように、短時間での断続運転時には逆サイクル運転しないようにしているので、快適性の悪化を低減することができる。

以上の実施の形態の説明では、逆サイクルの冷房サイクル運転ののちすぐに暖房サイクル運転にきりかえるものであるが、図５は、この発明の実施の形態１によるさらに他のヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートである。冷房サイクル運転の後一旦圧縮機を停止させ、その後暖房サイクルで運転する。

次に動作について説明する。このように構成された冷凍サイクルにおいて、室外空気が低外気温度のときの暖房時に図５のタイムチャートに示す動作を行う。すなわち、室外温度がある温度以下で暖房運転を行う場合、暖房運転開始ｔ１と同時に外気温度センサ１１ａ又は配管温度検出センサ１１ｂにより外気温度を検出し、例えば、外気温度が−３℃〜−５℃以下で、エステル油とＲ４１０Ａ冷媒が二相分離するため蒸発温度が−３℃をきるような状態で、四方弁２を切替へ冷媒が冷房サイクルの方向で流れるよう圧縮機１の運転を開始する。このとき室内送風機１２は動作させず停止しているので冷風は吹き出さない。そして、運転を開始して所定の時間ｔ１からｔ１ａ経過後一旦圧縮機１停止させ、その後、所定の時間ｔ１ａからｔ２経過後四方弁２が暖房サイクルに切替わり、冷媒が流れると同時に室内送風機１２も動作を開始し温風を室内に吹き出すようになる。

以上のように、図５のタイムチャートに示す動作では、冷房サイクルの運転でオイルフォーミングを起こさないように圧縮機の本体を加熱し、そこで一旦停止し圧縮機内部の冷媒圧力を下げるようにしているので、冷房運転中に温まった油中に含まれている冷媒を停止期間中に一時飽和圧力以下にすることで気化させる。このことで、再度暖房運転する際にオイルフォーミングを起こりづらくすることができる。

また、この発明の実施の形態１によるヒートポンプ式空気調和機での制御動作を示す図２、図４及び図５のタイムチャートでの動作で高圧シェルタイプ圧縮機の場合には、冷媒の圧力と同等の油の圧力に対して冷凍機油がどれだけの過熱度を持つかという油温のスーパーヒートがつく際に、油中の冷媒が気化して急激なオイルフォーミングがあるため、効果はより有効である。

この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式空気調和機の冷凍サイクル図である。 この発明の実施の形態１によるヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１によるヒートポンプ式空気調和機のエステル油とＲ４１０Ａ冷媒の相溶性を示す特性図である。 この発明の実施の形態１による他のヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１による他のヒートポンプ式空気調和機の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 圧縮機、
２ 四方弁、
３ 室外熱交換器、
４ 膨張弁、
５ アキュームレータ、
６ 接続バルブ、
７ 室外機、
８ 室内機、
９ 室内機、
１０ 冷媒配管、
１１ａ 外気温センサー、
１１ｂ 配管温度検出センサー、
１２ 室内送風機、
１３ 室外送風機、

Claims (4)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、アキュームレータを順次冷媒配管により配管接続した冷凍サイクルに、冷媒としてＲ４１０Ａ、冷凍機油としてエステル・エーテル系の相溶油を組み合わせて流し暖房運転を行うものにおいて、暖房運転開始時に室外温度を検知して、室外空気が低外気温度のときに暖房運転開始と同時に冷房サイクル運転を所定時間行うようにしたことを特徴とするヒートポンプ式空気調和機。
2. 前回運転終了からの運転停止時間をカウントし、圧縮機停止時間が長い場合、暖房運転開始前に冷房サイクル運転を所定時間行うことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気調和機。
3. 低外気のときに暖房運転開始と同時に冷房運転を所定時間行なうと共に、冷房サイクル運転後暖房運転の間に圧縮機を一時停止させる時間を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ式空気調和機。
4. 搭載する圧縮機が高圧シェルタイプであることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のヒートポンプ式空気調和機。

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