JP2008170052A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷媒寝込み防止方法において、冷凍機油のインピーダンスを検出する方法では、装置のコスト増加を招くという課題があった。
【解決手段】本発明の空気調和機１００は、圧縮機１０１、室外熱交換器１０２、膨張弁１０３、室内熱交換器１０４、四方弁１１２で構成されている。吐出温度センサー１０５、シェル温度センサー１０６、室外配管温度センサー１０７、外気温センサー１０８、室内配管温度センサー１０９、室温センサー１１０の検出値は制御装置１１５で処理され、クランクケースヒーター１１１への通電、非通電が決定される。複数の温度センサーの情報に基づいて、クランクケースヒーター１１１への電力供給を制御するので、安価な方法で、少ない消費電力で、圧縮機１０１の信頼性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒と圧縮機を用いて冷凍サイクルあるいはヒートポンプサイクルを構成して冷房ないしは暖房を行う空気調和機に関するもので、圧縮機内部の冷凍機油に冷媒が寝込んで冷凍機油の粘度を低下させ、潤滑性が悪化するのを防止する技術を提供するものである。

冷凍およびヒートポンプサイクルを用いて冷暖房を行う空気調和機においては、圧縮機の潤滑材や性能向上のための漏れ防止材として冷凍機油を使用している。冷凍機油は冷媒との相溶性が高い油を用いるのが一般的で、装置を停止していると冷媒は圧縮機中の冷凍機油に多量に溶け込んでいく。これを冷凍機油に冷媒が寝込むといい、油の粘度が低下して潤滑性が悪化し、装置の使用を続けるうちに性能低下を起こすばかりか故障の原因にすらなる。

その解決方法として、古くから圧縮機が停止している間、油の温度を上げて冷媒の溶け込みを防ぐ方法がとられている。このために使用されるヒーターを、クランクケースヒーターと呼ばれている。

従来クランクケースヒーターは装置が停止している間中通電するものであり、気温が高い場合などのヒーターを入れる必要がなくても加熱を行っていた。しかし、電気代や環境負荷の観点から、必要なときのみ加熱を行うような技術が開発されてきている。その一例として、圧縮機の油溜まりの中に少なくとも１対の電極を設け、電極間の交流抵抗の変化を検出することで冷媒の溶け込み量を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

図２は、特許文献１に示される空気調和機等に用いられる従来の圧縮機の断面図であり、圧縮機に容器１を加熱するヒータ巻線１３と、冷凍機油中に設けた電極１５と、寝込み検出装置１６とを備えている。寝込みの検出は、冷凍機油中に設けた電極１５間のインピーダンス変化を検出して行うものであり、冷媒の溶け込み量が危険濃度に達すると、ヒータ巻線１３に通電して圧縮機をヒートアップすることとしている。
特開平４−２４１７９７号公報

しかしながら、従来の冷凍機油中に設けた電極間のインピーダンス変化を検出する方法では、電極とインピーダンスを検出する回路が必要となり、装置のコスト増加を招くという課題があった。

本発明は、この課題に鑑み、安価なコストで、かつ少ない消費電力で、冷凍機油への冷媒寝込みを防止し、圧縮機の性能と信頼性を確保することのできる、空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機に関する温度を検出する圧縮機温度検出手段と、室外熱交換器に関する温度を検出する室外熱交換器温度検出手段と、室内熱交換器に関する温度を検出する室内熱交換器温度検出手段と、前記圧縮機を加熱する圧縮機加熱手段とを備え、前記圧縮機温度検出手段と、前記室外熱交換器温度検出手段と、前記室内熱交換器温度検出手段との温度検出値に基づいて、前記圧縮機加熱
手段により前記圧縮機を加熱するものである。これにより、複数の温度検出値だけから冷凍機油への冷媒寝こみ条件を判別し、前記圧縮機を加熱して冷媒寝こみを防止することができる。

本発明の空気調和機は、圧縮機温度検出手段と、室外熱交換器温度検出手段と、室内熱交換器温度検出手段の複数の温度検出値だけから冷凍機油への冷媒寝こみ条件を判別することで、交流抵抗値を測定するのに比べて簡単な検出回路で冷媒寝こみ条件の判別ができ、安価な装置を提供することができる。

また、本発明の空気調和機は、圧縮機温度検出手段は、前記圧縮機の吐出配管あるいは圧縮機シェルの温度を検出し、室外熱交換器温度検出手段は、前記室外熱交換器の配管あるいは室外空気の吸い込み口の温度を検出し、室内熱交換器温度検出手段は、前記室内熱交換器の配管あるいは室内空気の吸い込み口の温度を検出するので、従来、運転制御や保護制御で使用する温度センサーを温度検出手段として利用でき、安価な装置を提供することができる。

第１の発明は、圧縮機温度検出手段と、室外熱交換器温度検出手段と、室内熱交換器温度検出手段とを備えたことにより、複数の温度検出値だけから圧縮機内部の冷凍機油への冷媒寝こみ条件を判別することができ、電極を設けインピータンス変化を測定するのに比べて簡単な構成で冷媒寝こみ条件の判別ができ、安価な空気調和機を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明において、圧縮機温度検出手段の温度検出値が、室外熱交換器温度検出手段および室内熱交換器温度検出手段の温度検出値よりも、所定値以上低くなった場合に、冷媒寝こみ条件と判別し、不要な時に圧縮機加熱手段により圧縮機を加熱することを防ぎ、消費電力を抑えることができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、圧縮機を加熱している過程で、圧縮機温度検出手段の温度検出値が、室外熱交換器温度検出手段および室内熱交換器温度検出手段の温度検出値よりも、所定値以上高くなった場合に、圧縮機の加熱を停止し、確実に圧縮機を加熱するとともに、いたずらに圧縮機を加熱し続けて消費電力の増加を回避することができる。

第４の発明は、第１から第３の発明において、圧縮機温度検出手段を、少なくとも圧縮機の吐出配管又は圧縮機シェルのいずれかに取り付けるもので、すなわち従来、運転制御や保護制御に使用してきた吐出温度センサーやシェル温度センサーの出力を利用することができ、温度センサーを追加せずともよい安価な装置を提供することができる。

第５の発明は、第１から第４の発明において、室外熱交換器温度検出手段を、少なくとも室外熱交換器の配管又は室外空気の吸い込み口のいずれかに取り付けるもので、すなわち従来、運転制御や保護制御に使用してきた室外配管温度センサーや外気温センサーの出力を利用することができ、温度センサーを追加せずともよい安価な装置を提供することができる。

第６の発明は、第１から第５の発明において、室内熱交換器温度検出手段を、少なくとも室内熱交換器の配管又は室内空気の吸い込み口のいずれかに取り付けるもので、すなわち従来、運転制御や保護制御に使用してきた室内配管温度センサーや室温センサーの出力を利用することができ、温度センサーを追加することなく安価な装置を提供することがで
きる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明における第１の実施の形態である空気調和機の構成図を示すものである。図１において、室外機１１３に備えられた圧縮機１０１と室外熱交換器１０２と絞り装置である膨張弁１０３と、室内機１１４に備えられた室内熱交換器１０４とが冷媒配管で接続され、四方弁１１２によって冷媒の流れる方向が切換えられ、室内空間を冷房あるいは暖房による空気調和を行うよう構成されている。図１での冷媒の流れは、実線矢印が冷房運転、破線矢印が暖房運転となっている。

圧縮機１０１には、圧縮機加熱手段であるクランクケースヒーター１１１と、圧縮機温度検出手段となる吐出温度センサー１０５およびシェル温度センサー１０６が配備されている。室外熱交換器１０２内部の配管には、室外配管温度センサー１０７が、外気吸い込み口には外気温センサー１０８が配備されており、いずれのセンサーも室外温度検出手段となり得る温度センサーである。室内熱交換器１０４内部の配管には、室内配管温度センサー１０９が、室内空気吸い込み口には室温センサー１１０が配備されており、いずれのセンサーも室内温度検出手段となり得る温度センサーである。

吐出温度センサー１０５、シェル温度センサー１０６、室外配管温度センサー１０７、外気温センサー１０８、室内配管温度センサー１０９、室温センサー１１０の検出値は制御装置１１５で処理され、クランクケースヒーター１１１への通電、非通電が決定される。各温度センサーには、安価なサーミスターが使用され、簡単な回路で温度を検出することができる。

上述のように、本発明における第１の実施の形態である空気調和機は、複数の温度センサーの情報に基づいて、クランクケースヒーター１１１への電力供給を制御するので、簡単な構成、少ない消費電力で、圧縮機１０１の信頼性を確保することができる。

ところで、一般的には、冷媒が圧縮機の冷凍機油に寝込むのは外気温が低いときといわれているが、現象的にはそうとは限らない。

空気調和機が停止しているとき、運転後の残熱や周囲の温度の違いなどにより、装置内の各要素の温度は同じではない。一方、冷媒の圧力は各要素が連通している限り、装置中の最も低い温度を飽和圧力とする圧力でほぼ均圧となり、最も温度の低い部分に液冷媒が滞留する。従って、外気温が高くても圧縮機１０１の温度が装置中で最も低くなれば、液冷媒は圧縮機１０１に集中する。その結果、冷媒との相溶性が高い冷凍機油は冷媒で希釈され、起動時に必要な潤滑性能が得られず、故障を引き起こす可能性がある。

逆に、外気温が低くても、運転後の残熱で圧縮機１０１の温度が室外熱交換器１０２の温度よりも高い場合や、室内熱交換器１０４の温度が低い場合には、圧縮機１０１に大量の液冷媒が寝込むことはない。

このことから、圧縮機１０１への冷媒の寝込みを防止するには、吐出温度センサー１０５あるいはシェル温度センサー１０６の検出温度が、室外配管温度センサー１０７あるいは外気温センサー１０８の検出温度や、室内配管温度センサー１０９あるいは室温センサー１１０の検出温度に対して、所定の温度以下になった場合にクランクケースヒーター１１１へ通電するのが望ましい。

また、圧縮機１０１の温度で、もっとも望ましい温度測定箇所は内部の冷凍機油の温度であり、これを計測するためには温度センサーを内部に挿入しなければならない。本発明の空気調和機では構成の簡便性から吐出温度センサー１０５あるいはシェル温度センサー１０６の検出温度を採用することにしている。この場合、圧縮機１０１の熱容量を考えると、吐出温度センサー１０５あるいはシェル温度センサー１０６の検出温度が低下傾向の時には内部温度のほうが高く、上昇傾向の時には内部温度のほうが低いと考えられる。

従って、検出温度が低下していきクランクケースヒーター１１１へ通電を開始する場合と、クランクケースヒーター１１１による加熱で、検出温度が上昇していきクランクケースヒーター１１１へ通電を停止するときでは、閾値は異なる値を設定するのが望ましい。具体的には、圧縮機１０１の加熱を確実に行うため、室外配管温度センサー１０７あるいは外気温センサー１０８の検出温度や、室内配管温度センサー１０９あるいは室温センサー１１０の検出温度に対して、通電開始の閾値よりも通電停止の閾値を高く設定するのがよい。

本実施の形態１における空気調和機では、圧縮機に関する温度検出手段として吐出温度センサー１０５およびシェル温度センサー１０６を使用している。どちらか一方を使うなら、シェル温度センサー１０６を圧縮機１０１の冷凍機油溜りの近傍に配備して用いるのがよい。両方とも用いることができる場合は、どちらかの検出温度を目的にあわせて使用しても良いし、平均して用いることも可能である。吐出温度センサー１０５しか使えない場合は、できるだけ圧縮機シェルに近づけて配備すると良い。

一般的に、吐出温度センサー１０５およびシェル温度センサー１０６のようなセンサーは運転制御や保護制御で使用されるセンサーなので、クランクケースヒーター１１１の通電制御のために特別なセンサーを追加使用しなくてもよい。また、室外配管温度センサー１０７、外気温センサー１０８、室内配管温度センサー１０９、室温センサー１１０についても、運転制御や保護制御で必ず使用されるセンサーなので、クランクケースヒーター１１１の通電制御のために特別なセンサーを追加使用しなくてもよい。

室外、室内でセンサー情報がそれぞれ１つしか使えない場合には、室外配管温度センサー１０７と室内配管温度センサー１０９の検出温度を用いるのがよい。なお、外気温センサー１０８と室温センサー１１０で制御を行うことも可能ではある。それぞれ２つ使える場合には、雰囲気温度の変化等に合わせてより細かな制御を実施することが可能である。

本発明の空気調和機は、簡単な構成、少ない消費電力で、圧縮機内部の冷凍機油に冷媒が寝込むのを防止し、安価で信頼性の高い装置を提供するものであるが、その技術は冷凍機やヒートポンプ給湯機あるいは除湿機などの装置にも適用できる。また、冷媒と相溶性の高い冷凍機油を使う装置に対し、冷媒の種類を問わず効果を有するものである。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成図 空気調和機等に用いられる従来の圧縮機の断面図

符号の説明

１０１ 圧縮機
１０２ 室外熱交換器
１０３ 膨張弁
１０４ 室内熱交換器
１０５ 吐出温度センサー
１０６ シェル温度センサー
１０７ 室外配管温度センサー
１０８ 外気温センサー
１０９ 室内配管温度センサー
１１０ 室温センサー
１１１ クランクケースヒーター
１１２ 四方弁
１１３ 室外機
１１４ 室内機

Claims (6)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、室外熱交換器と、絞り装置と、室内熱交換器と、前記圧縮機の温度を検出する圧縮機温度検出手段と、前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交換器温度検出手段と、前記室内熱交換器の温度を検出する室内熱交換器温度検出手段と、前記圧縮機を加熱する圧縮機加熱手段とを備え、前記圧縮機温度検出手段と前記室外熱交換器温度検出手段と前記室内熱交換器温度検出手段との温度検出値に基づいて、前記圧縮機加熱手段により前記圧縮機を加熱することを特徴とする空気調和機。
2. 圧縮機温度検出手段の温度検出値が、室外熱交換器温度検出手段および室内熱交換器温度検出手段の温度検出値よりも、所定値以上低くなった場合に、圧縮機加熱手段により圧縮機を加熱することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 圧縮機加熱手段により圧縮機を加熱している過程において、圧縮機温度検出手段の温度検出値が、室外熱交換器温度検出手段および室内熱交換器温度検出手段の温度検出値よりも、所定値以上高くなった場合に、前記圧縮機の加熱を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 圧縮機温度検出手段を、少なくとも圧縮機の吐出配管又は圧縮機シェルに取り付けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 室外熱交換器温度検出手段を、少なくとも室外熱交換器の配管又は室外空気の吸い込み口に取り付けたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 室内熱交換器温度検出手段を、少なくとも室内熱交換器の配管又は室内空気の吸い込み口に取り付けたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の空気調和機。