JP2005214515A - 冷凍サイクル装置、冷凍サイクル装置の圧縮機、油戻し運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 冷凍サイクル装置において、圧縮機内部の潤滑油を適量に維持する。
【解決手段】 冷凍サイクル装置の圧縮機1を、冷媒のスクロール型圧縮機構4と、スクロール型圧縮機構4を密閉し底部2bに潤滑油と液冷媒との混合液31が貯留されるハウジング2と、ハウジング2内の混合液31のレベルを検出するための温度計測手段S1とを有する構成とし、さらに、圧縮機1の外部に流出した潤滑油をハウジング2内に戻す油戻し手段と、検出されたハウジング2内の混合液31のレベルに基づいて油戻し手段による油戻し運転を制御する制御部Cとを備える構成とした。
【選択図】図1
【解決手段】 冷凍サイクル装置の圧縮機1を、冷媒のスクロール型圧縮機構4と、スクロール型圧縮機構4を密閉し底部2bに潤滑油と液冷媒との混合液31が貯留されるハウジング2と、ハウジング2内の混合液31のレベルを検出するための温度計測手段S1とを有する構成とし、さらに、圧縮機1の外部に流出した潤滑油をハウジング2内に戻す油戻し手段と、検出されたハウジング2内の混合液31のレベルに基づいて油戻し手段による油戻し運転を制御する制御部Cとを備える構成とした。
【選択図】図1
Description
本発明は、圧縮機を備えた冷凍サイクル装置等に関する。
冷凍サイクル装置では、圧縮機から外部に吐出されるガス冷媒中に内部の潤滑油がミスト状になって流出するため、油分離器を設けて吐出ガス冷媒中に含まれる潤滑油を分離し、圧縮機内に戻す油戻し制御が行われている。
従来、この油戻し制御は、圧縮機内部に溜まっている潤滑油の量に関わりなく、一定時間間隔で油戻し運転を実施している。
また、他の従来の油戻し制御としては、例えば、潤滑油の油戻し配管に流量制御弁を設け、始動直後の圧縮機容量増加に応じて流量調整を行う技術が特許文献1に提案されている。
従来、この油戻し制御は、圧縮機内部に溜まっている潤滑油の量に関わりなく、一定時間間隔で油戻し運転を実施している。
また、他の従来の油戻し制御としては、例えば、潤滑油の油戻し配管に流量制御弁を設け、始動直後の圧縮機容量増加に応じて流量調整を行う技術が特許文献1に提案されている。
しかしながら、上記従来の冷凍サイクル装置には、以下の課題が残されている。すなわち、一定時間間隔で油戻し運転を実施しているため、必要以上に油戻し運転を行ってしまう場合がある。油戻し運転を行っている間は、冷房/暖房運転を停止する必要があることから、冷房/暖房能力が小さくなって電気代が多くかかるおそれがある。また、必要以上の油戻し運転を行うと、室内外の騒音レベルも高くなってしまう。一定時間間隔で油戻し運転を実施していると、逆に、圧縮機内の潤滑油が減少してしまい潤滑油不足の状態になる場合もあり、この場合、潤滑油による十分な潤滑効果・冷却効果等を得ることができなくなってしまい、圧縮機の良好な運転を妨げることになる。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、圧縮機内部の潤滑油を適量に維持することが可能な冷凍サイクル装置、冷凍サイクル装置の圧縮機、油戻し運転制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒の圧縮機構、および圧縮機構を密閉し底部に潤滑油と液冷媒との混合液が貯留されるハウジングを有する圧縮機と、圧縮機構で圧縮されて圧縮機から吐出されたガス冷媒中に混入して外部に流出した潤滑油をハウジング内に戻す油戻し手段と、ハウジング内の潤滑油の貯留量に基づき、油戻し手段での潤滑油のハウジングへの油戻し運転を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
すなわち、本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒の圧縮機構、および圧縮機構を密閉し底部に潤滑油と液冷媒との混合液が貯留されるハウジングを有する圧縮機と、圧縮機構で圧縮されて圧縮機から吐出されたガス冷媒中に混入して外部に流出した潤滑油をハウジング内に戻す油戻し手段と、ハウジング内の潤滑油の貯留量に基づき、油戻し手段での潤滑油のハウジングへの油戻し運転を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
ここで、制御部は、ハウジングの側壁部分の温度を計測することで、ハウジング内の混合液のレベルを検出し、検出されたレベルに基づき、油戻し手段での油戻し運転を制御することができる。
この場合、ハウジング底部の液冷媒が溜まっている液相部とその上方のガス冷媒だけの気相部とでは温度が異なり、前者の方が高い温度となることを利用し、ハウジングの側壁部分の温度を計測することで、ハウジング内の混合液のレベルを検出する。
これにより、ハウジング内の潤滑油の貯留量に相関するハウジング内の混合液のレベルが、所定レベルを下回ると油戻し運転を開始し、混合液のレベルが所定のレベルまで復帰したら油戻し運転を停止させることで、油戻し運転を自動的に行うことができる。
この場合、ハウジング底部の液冷媒が溜まっている液相部とその上方のガス冷媒だけの気相部とでは温度が異なり、前者の方が高い温度となることを利用し、ハウジングの側壁部分の温度を計測することで、ハウジング内の混合液のレベルを検出する。
これにより、ハウジング内の潤滑油の貯留量に相関するハウジング内の混合液のレベルが、所定レベルを下回ると油戻し運転を開始し、混合液のレベルが所定のレベルまで復帰したら油戻し運転を停止させることで、油戻し運転を自動的に行うことができる。
また、制御部は、ハウジング内の液相部と気相部の差圧に基づき、油戻し手段での油戻し運転を制御することもできる。ハウジング底部に溜まっている混合液の量が変動すると、気相部と差圧が発生する。これを利用し、差圧に応じ、ハウジング内の潤滑油の貯留量に相関する混合液量を推算することができるので、これに基づき、油戻し運転の開始および停止を制御するのである。
さらに、圧縮機は、ハウジングの底部に設けられ混合液の温度を計測する液温度計測手段と、ハウジングの底部上方の中間部の圧力を計測する圧力計測手段とを備え、制御部は、計測された混合液の温度と中間部の圧力とに基づいて混合液中の潤滑油と液冷媒との比率を算出し、この比率と、ハウジング内の混合液の量とに基づいて油戻し手段での油戻し運転を制御することもできる。ここで、ハウジング内の混合液の量は、上記したようなハウジングの温度や差圧を検出することで得ることができ、またこれ以外の手法を用いても良い。
さらに、圧縮機は、ハウジングの底部に設けられ混合液の温度を計測する液温度計測手段と、ハウジングの底部上方の中間部の圧力を計測する圧力計測手段とを備え、制御部は、計測された混合液の温度と中間部の圧力とに基づいて混合液中の潤滑油と液冷媒との比率を算出し、この比率と、ハウジング内の混合液の量とに基づいて油戻し手段での油戻し運転を制御することもできる。ここで、ハウジング内の混合液の量は、上記したようなハウジングの温度や差圧を検出することで得ることができ、またこれ以外の手法を用いても良い。
本発明は、冷凍サイクル装置の圧縮機単体として捉えることもできる。この圧縮機は、冷媒の圧縮機構と、圧縮機構を密閉し底部に潤滑油と液冷媒との混合液が貯留されるハウジングと、ハウジングの側壁部に、上下方向に間隔を隔てて設けられた複数の温度センサと、を備えることを特徴とする。
このような圧縮機において、複数の温度センサにおいてハウジングの温度を検出することで、ハウジング内の混合液のレベルを検出することができ、これをトリガーとすることで、冷凍サイクル装置における圧縮機への油戻し運転をコントロールすることが可能となる。
このような圧縮機において、複数の温度センサにおいてハウジングの温度を検出することで、ハウジング内の混合液のレベルを検出することができ、これをトリガーとすることで、冷凍サイクル装置における圧縮機への油戻し運転をコントロールすることが可能となる。
本発明は、冷凍サイクル装置の圧縮機の外殻を形成するハウジング内に貯留される、潤滑油と液冷媒との混合液または潤滑油の量を把握するステップと、把握された混合液または潤滑油の量に基づき、圧縮機から吐出されたガス冷媒中に混入して圧縮機の外部に流出した潤滑油をハウジング内に戻す油戻し運転を実行するステップと、を有することを特徴とする油戻し運転制御方法として捉えることもできる。
本発明によれば、圧縮機のハウジング内の混合液または潤滑油の量に応じ、油戻し手段による油戻し運転を制御することにより、必要不可欠なときだけ油戻し運転を行って冷房/暖房能力を最大に発揮させ、電気代を節約することができる。また、室内外に平均的騒音レベルを低く抑えることで快適性を向上させることができる。さらに、圧縮機内の潤滑油量が減少すれば時間に関わりなく油戻し運転を実施するので、潤滑油不足にならず圧縮機の良好な運転を維持することができる。
以下、本発明に係る冷凍サイクル装置の第1実施形態を、図1及び図2を参照しながら説明する。
本実施形態の冷凍サイクル装置に用いる圧縮機1は、図1に示すように、インバータ制御によって回転数を変更可能なスクロール型密閉圧縮機であり、有底筒形状のハウジング2と、該ハウジング2内部の上部にフレーム3で支持されたスクロール型圧縮機構4と、該スクロール型圧縮機構4の下方に、すなわちハウジング2内部の下部にフレーム3で配設されたモータ5とを備え、該モータ5の回転シャフト6が、スクロール型圧縮機構4の下部に連結されている。
本実施形態の冷凍サイクル装置に用いる圧縮機1は、図1に示すように、インバータ制御によって回転数を変更可能なスクロール型密閉圧縮機であり、有底筒形状のハウジング2と、該ハウジング2内部の上部にフレーム3で支持されたスクロール型圧縮機構4と、該スクロール型圧縮機構4の下方に、すなわちハウジング2内部の下部にフレーム3で配設されたモータ5とを備え、該モータ5の回転シャフト6が、スクロール型圧縮機構4の下部に連結されている。
前記ハウジング2は、筒部2aの下端および上端が底部2bおよび蓋部2cでそれぞれ閉塞状態とされ、筒部2aには吸入管7が内部と貫通状態に接続されるとともに、蓋部2cには吐出管8が内部に突出状態に接続されている。前記スクロール型圧縮機構4は、フレーム3に固定された固定スクロール9と、フレーム3と固定スクロール9との間にスラスト軸受10を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回スクロール11と、該旋回スクロール11の外面に設けられ旋回スクロール11の公転旋回運動を許容しながらその自転を阻止するオルダムリング等の自転阻止機構12とを備えている。
前記固定スクロール9は、固定側端板9aと、該固定側端板9aの内面に立設された渦巻き状の固定側渦巻体9bと、固定側端板9aの周縁部形成された円筒状の周壁部9cとを備えている。
また、固定スクロール9の上面には、吐出カバー13が固定されており、この吐出カバー13によって、ハウジング2の内部上方に、吐出キャビティ17が画成される。吐出カバー13には、吐出ポート14が設けられていると共に、上面には吐出ポート14を開閉する吐出弁15が設けられている。前記固定側端板9aには、その中央部に吐出口が上下に貫通状態に形成されて吐出ポート14に連通している。
また、固定スクロール9の上面には、吐出カバー13が固定されており、この吐出カバー13によって、ハウジング2の内部上方に、吐出キャビティ17が画成される。吐出カバー13には、吐出ポート14が設けられていると共に、上面には吐出ポート14を開閉する吐出弁15が設けられている。前記固定側端板9aには、その中央部に吐出口が上下に貫通状態に形成されて吐出ポート14に連通している。
また、周壁部9cには、固定側端板9a内面側とハウジング2側とを連通する吸入通路18が形成され、該吸入通路18は、固定スクロール9と旋回スクロール11との間に形成される吸入室19に接続される。
前記旋回スクロール11は、前記固定側端板9aに対向状態に配された旋回側端板11aと、該旋回側端板11aの内面に立設され固定側渦巻体9bと噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体11bとを備えている。前記旋回側端板11aには、その外面に円筒形状のボス20が軸線を同じくして立設され、該ボス20の内部には、ブッシュ21が旋回軸受22を介して回転可能に嵌装されている。
前記旋回スクロール11は、前記固定側端板9aに対向状態に配された旋回側端板11aと、該旋回側端板11aの内面に立設され固定側渦巻体9bと噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体11bとを備えている。前記旋回側端板11aには、その外面に円筒形状のボス20が軸線を同じくして立設され、該ボス20の内部には、ブッシュ21が旋回軸受22を介して回転可能に嵌装されている。
固定スクロール9と旋回スクロール11とは、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻体9bと旋回側渦巻体11bとの互いの側面が複数箇所で線接触するように180゜の位相差をもって噛み合わされている。また、この状態で、固定側渦巻体9bおよび旋回側渦巻体11bの先端部がそれぞれ旋回側端板11aおよび固定側端板9aの内面に密接して、固定側渦巻体9bと旋回側渦巻体11bの中心に対して点対称の位置関係となる複数箇所に密閉空間となる圧縮室が形成される。
前記モータ5の回転シャフト6は、フレーム3の内周面に配された上部軸受24に軸支され、軸線から所定量偏心された偏心ピン26が上端に突出状態に設けられている。該偏心ピン26は、ブッシュ21に挿入され、ブッシュ21を回転可能に支持している。
偏心ピン26および回転シャフト6には、これらを上下に貫通する油通路29が形成されるとともに、回転シャフト6の下端には潤滑油ポンプ30が設けられており、油通路29の下端に接続されている。また、ハウジング2の底部2bには、潤滑油と液冷媒との混合液31が貯留されており、該混合液31内に回転シャフト6の下端が配されている。さらに、フレーム3には、旋回スクロール11およびフレーム3との間に形成された室27とフレーム3下部とを連通する排油孔(図示略)と、フレーム3外周部に配されフレーム3上部と下部とを連通する通路(図示略)とが形成されている。
偏心ピン26および回転シャフト6には、これらを上下に貫通する油通路29が形成されるとともに、回転シャフト6の下端には潤滑油ポンプ30が設けられており、油通路29の下端に接続されている。また、ハウジング2の底部2bには、潤滑油と液冷媒との混合液31が貯留されており、該混合液31内に回転シャフト6の下端が配されている。さらに、フレーム3には、旋回スクロール11およびフレーム3との間に形成された室27とフレーム3下部とを連通する排油孔(図示略)と、フレーム3外周部に配されフレーム3上部と下部とを連通する通路(図示略)とが形成されている。
このような圧縮機1では、モータ5を駆動することにより、回転シャフト6の回転が偏心ピン26、ブッシュ21、旋回軸受22およびボス20を介して旋回スクロール11に伝達されるとともに、旋回スクロール11が自転阻止機構12によって自転が阻止された状態で固定スクロール9に対して公転旋回運動を行う。このとき、ガス冷媒は、吸入管7からハウジング2内に供給されるとともにモータ5を冷却し、さらに吸入通路18および吸入室19を経て圧縮室へと供給される。
そして、圧縮室内のガスは、旋回スクロール11の上記公転旋回運動による圧縮室の容積縮小に伴い、圧縮されながら中央部に移送される。さらに、圧縮されたガスは、吐出ポート14から吐出弁15を押し開けて吐出キャビティ17内に排出され、該吐出キャビティ17から吐出管8によって外部へと排出される。
また、底部2bに貯留された潤滑油と液冷媒との混合液31は、潤滑油ポンプ30によって吸い上げられるとともに油通路29内を通って偏心ピン26先端から出され、偏心ピン26、ブッシュ21、旋回軸受22、スラスト軸受10、下部軸受および自転阻止機構12等を潤滑する。この後、潤滑油は、室27から排油孔を介してハウジング2の底部2bに戻されて貯留される。
また、底部2bに貯留された潤滑油と液冷媒との混合液31は、潤滑油ポンプ30によって吸い上げられるとともに油通路29内を通って偏心ピン26先端から出され、偏心ピン26、ブッシュ21、旋回軸受22、スラスト軸受10、下部軸受および自転阻止機構12等を潤滑する。この後、潤滑油は、室27から排油孔を介してハウジング2の底部2bに戻されて貯留される。
次に、本実施形態の冷凍サイクル装置における冷媒回路を、図2を参照して説明する。
図2に示すように、室内ユニット101は、室外ユニット102に接続されている。なお、室外ユニット102に対して順次並列に接続すれば、室内ユニット101の台数を増やしても構わない。
室内ユニット101は、空気熱交換器103と電子膨張弁104とが設けられており、冷房時には、冷却器(蒸発器)としての空気熱交換器103から冷媒(例えば、407C等)を吐出して室外ユニット102へ送り、暖房時には、室外ユニット102から送られてくる冷媒を加熱器(凝縮器)としての空気熱交換器103に入れるようになされている。
室内ユニット101は、空気熱交換器103と電子膨張弁104とが設けられており、冷房時には、冷却器(蒸発器)としての空気熱交換器103から冷媒(例えば、407C等)を吐出して室外ユニット102へ送り、暖房時には、室外ユニット102から送られてくる冷媒を加熱器(凝縮器)としての空気熱交換器103に入れるようになされている。
室外ユニット102は、アキュムレータ105と、能力可変式でインバータ制御される上記圧縮機1と、定速運転される圧縮機106と、圧縮機1及び圧縮機106に対応したオイルセパレータ107A、107Bと、圧縮機1と圧縮機106とを連通する均油管108と、冷房時に凝縮器として機能し、暖房時に蒸発器として機能する空気熱交換器109と、ストレーナ110と、四方切換弁V4とを備えている。
そして、この冷凍サイクル装置では、冷房時、室内ユニット101の空気熱交換器103を経た冷媒を、冷媒配管を通して四方切換弁V4に送り、この四方切換弁V4を介してアキュムレータ105に入れ、このアキュムレータ105から、冷媒配管111A、111Bを介してそのとき運転している圧縮機1およびまたは圧縮機106に送り込む。
これら圧縮機1、106に送られた冷媒は、ここで圧縮され高温高圧のガス冷媒となり、冷媒配管を通って対応するオイルセパレータ107A、107Bを経た後、四方切換弁V4を介して空気熱交換器109に送られる。
このとき、オイルセパレータ107A、107Bでは、それぞれ対応する圧縮機1、106から送られてくるガス冷媒中の潤滑油を分離し、そのうちのガス冷媒を、冷媒配管を通して四方切換弁V4に送るとともに、潤滑油を、油配管を通して対応する各圧縮機1、106に戻す。空気熱交換器109に送られたガス冷媒は、空気により冷やされて凝縮され液冷媒になった後、冷媒配管を通してストレーナ110等を経て、各室内ユニット101の電子膨張弁104に送られる。
これら電子膨張弁104に入った液冷媒は、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒となり、冷媒配管を通って空気熱交換器103に入り、この空気熱交換器103で冷媒の蒸発潜熱で室内空気を冷却することによって蒸発気化する。
このようにして、蒸発気化した冷媒(すなわちガス冷媒)は、冷媒配管を通して再び室外ユニット102に送られる。
このようにして、蒸発気化した冷媒(すなわちガス冷媒)は、冷媒配管を通して再び室外ユニット102に送られる。
一方、この冷凍サイクル装置では、暖房時、室内ユニット101の空気熱交換器103から吐出した冷媒を、冷媒配管を通して電子膨張弁104に送り、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒とした後、室外ユニット102のストレーナ110を経て空気熱交換器109に入れる。
空気熱交換器109に入れられた冷媒は、その蒸発潜熱で冷やされて蒸発しガス冷媒になった後、冷媒配管を通って四方切換弁V4を介し、アキュムレータ105に送られる。
空気熱交換器109に入れられた冷媒は、その蒸発潜熱で冷やされて蒸発しガス冷媒になった後、冷媒配管を通って四方切換弁V4を介し、アキュムレータ105に送られる。
このアキュムレータ105に送られたガス冷媒は、そのとき運転している対応する圧縮機1、106に入れられ、ここで圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、冷媒配管を通って対応するオイルセパレータ107A、107Bに送られる。
そして、このオイルセパレータ107A、107Bでは、それぞれ対応する圧縮機1、106から送られてくるガス冷媒中の潤滑油を分離し、そのうちのガス冷媒を冷媒配管を通して四方切換弁V4を介し、各室内ユニット101の空気熱交換器103に入れるとともに、潤滑油を、油配管を通して対応する圧縮機1、106に戻す。
各室内ユニット101の空気熱交換器103に入れられたガス冷媒は、空気により冷やされて凝縮され液冷媒になった後、冷媒配管を通して電子膨張弁104に送られ、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒となり、冷媒配管を通って再び室外ユニット102に送られる。
各室内ユニット101の空気熱交換器103に入れられたガス冷媒は、空気により冷やされて凝縮され液冷媒になった後、冷媒配管を通して電子膨張弁104に送られ、ここで絞られることにより断熱膨張して気液二相の冷媒となり、冷媒配管を通って再び室外ユニット102に送られる。
さて、本実施形態における圧縮機1は、ハウジング2の底部2b及び底部2b近傍の筒部(側壁)2aに設けられ、ハウジング2内の混合液31のレベルを検出するための温度計測手段S1と、ハウジング2の底部2bに設けられ混合液31の温度を計測する液温センサ(液温度計測手段)S2と、ハウジング2の底部2b上方の中間部2dの圧力を計測する圧力センサ(圧力計測手段)S3とを備えている。
そして、このような圧縮機1を備えた冷凍サイクル装置は、図2に示すように、スクロール型圧縮機構4で圧縮された吐出ガス冷媒中に混入して外部の室内ユニット101に流出した潤滑油をハウジング2内に戻す油戻し手段100と、油戻し手段100でのハウジング2に潤滑油を戻す油戻し運転を制御する制御部Cとを備えている。油戻し手段100は、一端がアキュムレータ105下部に接続され他端が冷媒配管111Aを介して吸入管7に接続された油戻し配管112と、該油戻し配管112に設けられたキャピラリ113及び流量調整弁114とを備えている。
温度計測手段S1は、底部2b及び底部2b近傍の筒部2aに設置された温度センサ(温度計測手段)S11で構成され、各温度センサS11は制御部Cに接続されている。なお、前記温度センサS11及び前記液温センサS2は、例えば白金測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等が用いられる。
ここで、温度センサS11は、ハウジング2内の混合液31のレベルが油戻し運転を開始するべきレベルに到達したことを検出するため、油戻し運転を開始するべきレベルの近傍に少なくとも1つ設ける。さらに、温度変化を検出するための基準とするべく、油戻し運転を開始するべきレベルから上方または下方に十分離れた位置にも温度センサS11を設けるのが好ましい。さらに、図1に示したように、ハウジング2の筒部2aに、上下に間隔を隔てて複数の温度センサS11を備えても良い。このようにすれば、複数の温度センサS11で、ハウジング2の温度分布を計測することができる。計測する温度分布としては、少なくとも混合液31が溜まっている部位とガス冷媒だけの部位との2点で得られるものでも構わないが、より高精度な計測を行うには本実施形態のように、筒部2aにおいて上下方向の複数箇所の温度を計測するのが好ましい。なお、油戻し運転を開始するべきレベル近傍については、混合液31のレベルをより細かく検出するため、温度の計測点をより複数かつ狭ピッチで設定しても良い。
このようにして、温度センサS11における温度変化を監視することで、ハウジング2内の混合液31のレベルを検出することができるのである。
ここで、温度センサS11は、ハウジング2内の混合液31のレベルが油戻し運転を開始するべきレベルに到達したことを検出するため、油戻し運転を開始するべきレベルの近傍に少なくとも1つ設ける。さらに、温度変化を検出するための基準とするべく、油戻し運転を開始するべきレベルから上方または下方に十分離れた位置にも温度センサS11を設けるのが好ましい。さらに、図1に示したように、ハウジング2の筒部2aに、上下に間隔を隔てて複数の温度センサS11を備えても良い。このようにすれば、複数の温度センサS11で、ハウジング2の温度分布を計測することができる。計測する温度分布としては、少なくとも混合液31が溜まっている部位とガス冷媒だけの部位との2点で得られるものでも構わないが、より高精度な計測を行うには本実施形態のように、筒部2aにおいて上下方向の複数箇所の温度を計測するのが好ましい。なお、油戻し運転を開始するべきレベル近傍については、混合液31のレベルをより細かく検出するため、温度の計測点をより複数かつ狭ピッチで設定しても良い。
このようにして、温度センサS11における温度変化を監視することで、ハウジング2内の混合液31のレベルを検出することができるのである。
ハウジング2の底部2bに設けられた液温センサS2は、混合液31の温度を計測する。
また、前記圧力センサS3は、混合液31がなくガス冷媒だけの部位であるハウジング2の中間部2dの圧力を計測するため、本実施形態では吸入管7の接続部分に取り付けられている。
制御部Cでは、液温センサS2で計測された混合液31の温度と中間部2dの圧力とに基づいて混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出することができる。さらに、温度計測手段S1によって検出された混合液31のレベルから得られる混合液31の量と、算出された潤滑油と液冷媒との比率とに基づいて、ハウジング2内の混合液31に混入している潤滑油の量を具体的に推算することもできる。そして、推算された潤滑油の量に基づいて前記油戻し手段100を制御することもできる。
また、前記圧力センサS3は、混合液31がなくガス冷媒だけの部位であるハウジング2の中間部2dの圧力を計測するため、本実施形態では吸入管7の接続部分に取り付けられている。
制御部Cでは、液温センサS2で計測された混合液31の温度と中間部2dの圧力とに基づいて混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出することができる。さらに、温度計測手段S1によって検出された混合液31のレベルから得られる混合液31の量と、算出された潤滑油と液冷媒との比率とに基づいて、ハウジング2内の混合液31に混入している潤滑油の量を具体的に推算することもできる。そして、推算された潤滑油の量に基づいて前記油戻し手段100を制御することもできる。
本実施形態における油戻し運転の制御について、以下に説明する。
本実施形態では、温度計測手段S1で計測された温度変化に基づいて混合液31のレベルを検出し、この混合液31のレベルから潤滑油の過不足を判断して、油戻し手段100による油戻し運転を制御する。そして、混合液31のレベルが、ある基準高さ以下になったら、冷房/暖房運転を停止させ、室内ユニット101側から潤滑油を圧縮機1に戻す油戻し運転を行い、圧縮機1内の混合液31のレベルが所定のレベルまで復帰したら、油戻し運転を終了するように制御を行う。これにより、油戻し運転を自動的に行い、圧縮機1内部の潤滑油量を適量に維持することができる。
本実施形態では、温度計測手段S1で計測された温度変化に基づいて混合液31のレベルを検出し、この混合液31のレベルから潤滑油の過不足を判断して、油戻し手段100による油戻し運転を制御する。そして、混合液31のレベルが、ある基準高さ以下になったら、冷房/暖房運転を停止させ、室内ユニット101側から潤滑油を圧縮機1に戻す油戻し運転を行い、圧縮機1内の混合液31のレベルが所定のレベルまで復帰したら、油戻し運転を終了するように制御を行う。これにより、油戻し運転を自動的に行い、圧縮機1内部の潤滑油量を適量に維持することができる。
さらに、この冷凍サイクル装置では、制御部Cにおいて、液温センサS2で計測された混合液31の温度と圧力センサS3で計測された中間部2dの圧力と潤滑油に溶け込む液冷媒量との相関関係から混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出することもできる。そして、温度計測手段S1によって検出される混合液31のレベル(量)と、算出された比率とから、混合液31中の潤滑油量を具体的に推算することもできる。推算された潤滑油量に基づき、油戻し運転の開始・停止を制御することで、より高精度に圧縮機1内の潤滑油量をコントロールすることができる。
ここで、混合液31の量と、潤滑油と液冷媒との比率とに基づいて、ハウジング2内の混合液31に混入している潤滑油の量を具体的に推算し、これに基づいて前記油戻し手段100を制御する場合は、以下のようにする。
まず、中間部2dの圧力と潤滑油に溶け込む液冷媒量との相関関係から混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出する。
混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率は、図3に示すような相関関係を有している。この相関関係から、以下のような相関式が得られる。
「冷媒と潤滑油との混合液の定常状態における温度、圧力、溶解度の相関式」
A=exp〔-(R-a)/b〕-c …(式1−1)
P=Psat(T)×A …(式1−2)
P:圧力、T:温度
R:溶解度 R=Mref/(Mref+Moil)*100 Mref:冷媒質量、Moil:潤滑油質量
Psat(T):潤滑油の溶解が無い、冷媒のその温度における飽和圧力
exp:指数関数
a,b,c:冷媒、潤滑油の種類によって決まる定数
まず、中間部2dの圧力と潤滑油に溶け込む液冷媒量との相関関係から混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出する。
混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率は、図3に示すような相関関係を有している。この相関関係から、以下のような相関式が得られる。
「冷媒と潤滑油との混合液の定常状態における温度、圧力、溶解度の相関式」
A=exp〔-(R-a)/b〕-c …(式1−1)
P=Psat(T)×A …(式1−2)
P:圧力、T:温度
R:溶解度 R=Mref/(Mref+Moil)*100 Mref:冷媒質量、Moil:潤滑油質量
Psat(T):潤滑油の溶解が無い、冷媒のその温度における飽和圧力
exp:指数関数
a,b,c:冷媒、潤滑油の種類によって決まる定数
例えば、上記式1−1及び式1−2において、冷媒がR407、潤滑油が32SAM(ダイヤモンドフリーズMA32「三菱石油製」)のとき、上記定数をa=2,b=22,c=0.0138とすることで、同一の潤滑油における定常状態における温度、圧力、溶解度の相関を近似することができる。その近似式により、図4に示すような曲線が得られる。
なお、図4において、実線は温度70℃の場合の計算結果であり、三角印点は公知資料による値である。また、破線は温度30℃の場合の計算結果であり、×印点は公知資料による値である。
上記式1−2に基づき、計測した上記温度及び圧力から、混合液31への潤滑油の溶解度、すなわち混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出することができる。そして、この比率と、検出された混合液31のレベルとからハウジング2内の潤滑油量を求めることができるのである。
なお、図4において、実線は温度70℃の場合の計算結果であり、三角印点は公知資料による値である。また、破線は温度30℃の場合の計算結果であり、×印点は公知資料による値である。
上記式1−2に基づき、計測した上記温度及び圧力から、混合液31への潤滑油の溶解度、すなわち混合液31中の潤滑油と液冷媒との比率を算出することができる。そして、この比率と、検出された混合液31のレベルとからハウジング2内の潤滑油量を求めることができるのである。
そして、得られた潤滑油の量が、予め設定されたしきい値を下回ったら、冷房/暖房運転を停止させて油戻し手段100による油戻し運転を行う。この油戻し運転の間も、同様にしてハウジング2内の潤滑油量の推算を行い、その量が所定のレベルまで復帰したら、油戻し運転を終了するように制御を行うことができる。このようにして、ハウジング2内の潤滑油量を具体的に把握することで、より最適な潤滑油量のコントロールを行うことができる。
ここで、油戻し手段100で油戻し運転を行う際には、油戻し配管112を通し、圧縮機1に潤滑油を戻すわけであるが、以下に示す相関から、戻す潤滑油の量を推算することもできる。
すなわち、以下に示す温度、溶解度、粘度の相関式により、油戻し配管112で送られる潤滑油の粘度が算出できる。
「冷媒と潤滑油との混合液の温度、溶解度、粘度の相関式」
μ=exp〔exp(B×T+C)〕 …(式2−1)
B=d×R2+e×R+f …(式2−2)
C=g×R2+h×R+i …(式2−3)
μ:粘度、T:温度、R:溶解度(定義は上記と同じ)
exp:指数関数
d,e,f,g,h,i:冷媒、潤滑油の種類によって定まる定数
すなわち、以下に示す温度、溶解度、粘度の相関式により、油戻し配管112で送られる潤滑油の粘度が算出できる。
「冷媒と潤滑油との混合液の温度、溶解度、粘度の相関式」
μ=exp〔exp(B×T+C)〕 …(式2−1)
B=d×R2+e×R+f …(式2−2)
C=g×R2+h×R+i …(式2−3)
μ:粘度、T:温度、R:溶解度(定義は上記と同じ)
exp:指数関数
d,e,f,g,h,i:冷媒、潤滑油の種類によって定まる定数
例えば、上記式2−1、2−2及び式2−3において、冷媒がR407、潤滑油が32SAMのとき、上記定数をd=-4×10-6,e=-0.0001,f=-0.0144,g=-0.0004,h=-0.0268,i=1.7762とすることで、定常状態における温度、溶解度、粘度の相関を近似することができ、図5に示すような相関を得ることができる。なお、図5において、太線は溶解度40%の場合の計算結果であり、菱形点はハンドブック記載の値である。また、細線は溶解度10%の場合の計算結果であり、四角黒点はハンドブック記載の値である。
したがって、上記式2−1に基づき、計測した上記温度及び算出した溶解度から粘度を求めることができ、油戻し配管112の流量調整弁114において、粘度を考慮して油戻し運転時の潤滑油の流量を制御することで、ハウジング2に戻す潤滑油の量をより高精度に把握することができ、より高精度に適量の潤滑油を戻すことができるのである。
したがって、上記式2−1に基づき、計測した上記温度及び算出した溶解度から粘度を求めることができ、油戻し配管112の流量調整弁114において、粘度を考慮して油戻し運転時の潤滑油の流量を制御することで、ハウジング2に戻す潤滑油の量をより高精度に把握することができ、より高精度に適量の潤滑油を戻すことができるのである。
以下、本発明に係る冷凍サイクル装置の第2実施形態を、図6を参照しながら説明する。
なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態ではハウジング2内の混合液量を温度計測手段S1により計測しているのに対し、第2実施形態の圧縮機50では、図6に示すように、ハウジング2の底部2bの液相部と、底部2bより上方の中間部2dにおける気相部との差圧を計測する差圧計(差圧計測手段)S4を備え、制御部Cが計測された差圧に基づいて混合液31の量を算出して油戻し手段100による油戻し運転を制御する点である。
すなわち、差圧計S4は、ハウジング2の底部2bと該底部2b上方の中間部2dとに接続され差圧信号を制御部Cに送信するようになっている。そして、制御部Cが計測された差圧に基づいて混合液31のレベルを推算し、この混合液31のレベルから潤滑油の過不足を判断して、油戻し手段100による油戻し運転を制御する。すなわち、本実施形態では、ハウジング2の底部2bに混合液31が溜まっている量に応じ、中間部2dの気相部分と差圧が発生することを利用し、差圧に応じた混合液量を推算し、内部の潤滑油量を適量に維持する油戻し制御が可能になる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
1、50…圧縮機、2…ハウジング、2b…底部、2d…中間部、4…スクロール型圧縮機構、31…混合液、100…油戻し手段、105…アキュムレータ、114…流量調整弁、C…制御部、 S1…温度計測手段、S11…温度センサ(温度計測手段)、S2…液温センサ(液温度計測手段)、S3…圧力センサ(圧力計測手段)、S4…差圧計(差圧計測手段)
Claims (6)
- 冷媒の圧縮機構、および前記圧縮機構を密閉し底部に潤滑油と液冷媒との混合液が貯留されるハウジングを有する圧縮機と、
前記圧縮機構で圧縮されて前記圧縮機から吐出されたガス冷媒中に混入して外部に流出した前記潤滑油を前記ハウジング内に戻す油戻し手段と、
前記ハウジング内の前記潤滑油の貯留量に基づき、前記油戻し手段での前記潤滑油の前記ハウジングへの油戻し運転を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記制御部は、前記ハウジングの側壁部分の温度を計測することで、前記ハウジング内の前記混合液のレベルを検出し、検出された前記レベルに基づき、前記油戻し手段での油戻し運転を制御することを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記制御部は、前記ハウジング内の液相部と気相部の差圧に基づき、前記油戻し手段での油戻し運転を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記圧縮機は、前記ハウジングの底部に設けられ前記混合液の温度を計測する液温度計測手段と、前記ハウジングの底部上方の中間部の圧力を計測する圧力計測手段とを備え、
前記制御部は、計測された前記混合液の温度と前記中間部の圧力とに基づいて前記混合液中の前記潤滑油と前記液冷媒との比率を算出し、該比率と、前記ハウジング内の前記混合液の量とに基づいて前記油戻し手段での油戻し運転を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の冷凍サイクル装置。 - 冷媒の圧縮機構と、
前記圧縮機構を密閉し底部に潤滑油と液冷媒との混合液が貯留されるハウジングと、
前記ハウジングの側壁部に、上下方向に間隔を隔てて設けられた複数の温度センサと、
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置の圧縮機。 - 冷凍サイクル装置の圧縮機の外殻を形成するハウジング内に貯留される、潤滑油と液冷媒との混合液または前記潤滑油の量を把握するステップと、
把握された前記混合液または前記潤滑油の量に基づき、前記圧縮機から吐出されたガス冷媒中に混入して前記圧縮機の外部に流出した前記潤滑油を前記ハウジング内に戻す油戻し運転を実行するステップと、
を有することを特徴とする油戻し運転制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004021747A JP2005214515A (ja) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | 冷凍サイクル装置、冷凍サイクル装置の圧縮機、油戻し運転制御方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008117530A1 (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Daikin Industries, Ltd. | 冷凍装置及び冷凍装置の油戻し方法 |
JP2016161138A (ja) * | 2015-02-26 | 2016-09-05 | 三菱重工業株式会社 | 冷凍サイクルの油戻し回路および油戻し方法 |
-
2004
- 2004-01-29 JP JP2004021747A patent/JP2005214515A/ja not_active Withdrawn
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WO2008117530A1 (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Daikin Industries, Ltd. | 冷凍装置及び冷凍装置の油戻し方法 |
JP2008241065A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置及び冷凍装置の油戻し方法 |
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KR20170102987A (ko) | 2015-02-26 | 2017-09-12 | 미츠비시 쥬코 서멀 시스템즈 가부시키가이샤 | 냉동 사이클의 오일 복귀 회로 및 오일 복귀 방법 |
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