JP2008509370A - 冷媒サイクルで使用する改良された潤滑剤リターンスキーム - Google Patents

Abstract

下流の凝縮器（２４）に対して冷媒を圧縮する圧縮機（２２）を有する冷媒サイクル（２０）。ファン（２５）は凝縮器（２４）にわたって空気を吹付ける。通常、凝縮器は屋外熱交換器である。冷媒は、凝縮器（２４）から膨張器（２６）へ、また膨張器（２６）から蒸発器（２８）へと移動する。蒸発器は屋内熱交換器である。

Description

本発明は、潤滑剤の流れを改良するスキーム（ｓｃｈｅｍｅ）に関し、より詳細には、潤滑剤の圧縮機への不十分な供給を防止するために、冷媒サイクルの様々な位置から潤滑剤を圧縮機に戻すことに関する。

冷媒サイクルは、通常、冷媒を圧縮してその冷媒を下流の凝縮器へと送る圧縮機を備える。冷媒は凝縮器から、冷媒を膨張させる膨張器に移動する。冷媒は膨張器から蒸発器へと移動する。蒸発器は、通常、調和する環境の温度を変化させる熱交換器である。冷媒は、蒸発器から圧縮機へ戻る前に、調節弁を通過する場合がある。蒸発器は、冷媒と、冷媒サイクルを通って移動した潤滑剤とを取り込む場合が多々ある。潤滑剤は、普通、圧縮機の可動部品を潤滑するのに必要である。しかしながら、潤滑剤は圧縮機に送られるときに、冷媒中に混入し、冷媒と一緒に冷媒サイクルを通って移動することが多い。蒸発器について特に言及するが、油がその他の場所に蓄積する可能性もあり、本発明はこれらその他の場所から油を戻すのを補助するものである。

蒸発器内の状態（条件）によって、潤滑剤が冷媒から離れて蒸発器内に捕捉されたままになることが多い。ある時点で、圧縮機内への潤滑剤の供給が不十分になることがあり、これは望ましくない。また、蒸発器内の油の停滞により、蒸発器内における熱伝達が悪影響を受け、装置の効率および能力が低減することがあり、やはりそれも望ましくない。

開示する本発明の実施形態において、潤滑剤の不十分な供給に至る可能性のある条件をコントロールが検出すると実行される、多数のスキームが特定される。好ましくは、検出される条件とは、吐出冷媒圧力である。当然のことながら、吸入圧力など他の条件を検出してもよい。１つの主要なスキームは、凝縮器にわたって空気を送り込むファンを周期的に停止させることである。この停止により冷媒の圧力が増大する。冷媒圧力が増加すると、潤滑剤が蒸発器内に残留する可能性が減る。

このコントロールは、凝縮器ファンの停止が、潤滑剤が不足に近づいていることを示すと考えられ得る条件を変えるのに効果的か否かを監視する。これら条件がある期間継続する場合、第２のスキームが実行される。一実施形態において、この第２のスキームは、蒸発器に関連する加熱素子を作動させることを含む。これにより蒸発器への負荷が増大し、蒸発器を通る冷媒の質量流量の増加が確実となる。

質量流量が増加することによって、より多量の潤滑剤が運ばれ、その潤滑剤を圧縮機に戻す結果につながる。さらに、蒸発器を通って移動する質量流量が増加したことにより、蒸発器における冷媒の温度変化が小さいことが確実になる。これにより、冷媒が潤滑剤／冷媒混合物から沸騰して出て行く可能性が減るため、より多量の潤滑剤が圧縮機に戻される。

第３のスキームでは、最初の２つのスキームで問題が修正されるように機能しない場合に、吸入調節弁（ＳＭＶ）が開くようにこれを作動させて圧縮機への冷媒の質量流量を増加させる。これにより、やはり、潤滑剤が蒸発器内に残留する可能性が低くなる。

もちろん、この開示された順序を変更して、修正ステップを他のいかなる順序で行うこともできる。

本発明の他の態様では、コントロールへ吐出圧力情報を供給する変換器が故障している場合でも、潤滑剤を圧縮機に確実に戻す方法が案出される。変換器が有効な信号をもはや供給しない場合、上述の様々なスキームを一定の条件の下で使用することができる。

以下における現時点での好ましい実施形態の詳細な説明により、当業者等には本発明の様々な特徴及び利点が明らかになるであろう。詳細な説明に関連する図面は、以下の通り簡単に説明される。

図１に、冷媒を圧縮し、その冷媒を下流の凝縮器２４に送る圧縮機２２を有する冷媒サイクル２０を示す。ファン２５が凝縮器２４にわたって空気を吹き付ける。典型的には、凝縮器は屋外熱交換器である。

冷媒は凝縮器２４から膨張器２６へ、膨張器２６から蒸発器２８へと移動する。蒸発器は屋内熱交換器である。図示のように、ファン３０が蒸発器に空気を吹付け、その空気は、通常、調和する環境中へ送られる。概略的にも示すように、加熱素子３２が蒸発器に関連付けられている。この加熱素子は、蒸発器に蓄積し得る氷を溶解する、従来の蒸発器のいくつかに設けられていた。

吸入調節弁３４が蒸発器の下流、かつ圧縮機２２の上流に配置される。吸入調節弁は、圧縮機２２に到達する冷媒の吸入圧力を調節することができ、既知の構成要素でもある。

コントロール３５がサイクル２０に関連づけられており、ファン２５と、加熱器コイル３２と、吸入調節弁３４とを操作する。さらに、図示のように、吐出圧力変換器（ＤＰＴ）２３が圧縮機２２の下流に配置される。この変換器は、圧縮機を出る冷媒の吐出圧力を指示する信号を供給する。

図示のように、エコノマイザ熱交換器３２が冷媒サイクル２０中に組込まれている。タップラインとエコノマイザ膨張器３３とにより、圧縮機２２の圧縮サイクルの中間点までライン４０を介して戻される冷媒の一部が膨張する。周知のように、主膨張器２６に向かって下流へ移動する冷媒の主流は、このエコノマイザサイクルによって過冷される。さらに、図示のように、アンローダライン３１は、圧縮機２２内で圧縮された冷媒を選択的に移動させて、圧縮機の吸入管に戻す。好ましい一実施形態では、このアンローダラインは冷媒リターンライン４０に組込むことができる。より複雑な冷媒システム、あるいはより複雑でない冷媒システムも、本出願の教示から利益を得るであろう。

上述したように、一定の条件下では、熱交換器を通る潤滑油の流量（通常、蒸発器熱交換器がほとんどの油を停留させるが、凝縮器熱交換器、エコノマイザ熱交換器、および、もしあれば、いずれかのシステム熱交換器に関連する隣接の配管内にある程度の油が停滞することも予想される）が不十分になり、システム内に過剰な油が停留する場合がある。このことは、圧縮機２２に戻る油の供給が不十分になり、及び／又は熱交換器コイルの熱交換に悪影響を及ぼして冷媒サイクルの運転効率及び性能を低減させ得る。そのため、少なくとも周期的に、潤滑剤が圧縮機へ確実に戻されるようにする制御アルゴリズムのフローチャートを図２に示す。

図２に示すように、冷却サイクルが開始した後、システムを定常状態に調整できるように遅延が与えられる。図２に示す実施形態では、１５秒の遅延が設定されている。しかし、図２および図３のフローチャートに示した全ての数字情報については、単なる例に過ぎない。他の期間も本発明の範囲内であり、図２又は図３に示したいずれの値に対する他の数値も同様である。

遅延が経過すると、コントロールは、ＤＰＴが特定の圧力より小さいか否かを質問する仮定（ＩＦ）ボックスに移る。ＤＰＴがこの所定の圧力より小さい場合と、凝縮器ファン（ＣＦ）２５が一定時間作動（ＯＮ）していた場合には、圧縮機２２に戻る潤滑剤が不十分である潜在的な可能性があると判定される。

凝縮器ファン２５が一定時間作動していなかった場合、あるいは、ＤＰＴが所定の圧力を超えている場合（即ち、いずれか一方が「ＮＯ」である場合）、システムは単純に定常状態監視に戻る。

しかし、両方の質問に対する答えが「ＹＥＳ」である場合、アルゴリズムは凝縮器ファン２５を停止（ＯＦＦ）するステップを継続する。次に、コントロールは、ＤＰＴがその他の値を超えて増加したかどうかを周期的に質問する、別の仮定ボックスへ進み、ここでは、最初の仮定ボックスにおいて所定の値よりかなり高く示されている。圧力がこの高い数値に戻るまで増加しない限り、コントロールはループを維持する。ＤＰＴがこの数値にまで増加すると、凝縮器ファンが再び作動される。凝縮器ファンを停止することにより、吐出圧力が増加するはずである。このように圧力が増加することによって、潤滑剤同士における、及び潤滑剤と蒸発器の材料との間における摩擦抵抗が解消されて、潤滑剤が蒸発器から確実に送り出される。また、増大した溶解度（より多量の冷媒が潤滑剤中に送り込まれることによる）、及び低減された粘度（冷媒／潤滑剤混合物が「希薄」になることによる）という利益ももたらされる。

図２にさらに示すように、第２の仮定ボックスにおける回答は又、他のコントロールループへ戻される。凝縮器ファンがある時間の間停止（ＯＦＦ）状態のままであった場合、コントロールは、ＤＰＴが別の圧力より低い（好ましくは制御スキームＡで質問されたいずれの圧力よりもかなり低い）か否か、かつ、凝縮器ファンが一定時間の間停止していたか否かを質問する仮定ボックスを有する第２のコントロールスキームＢに移行する。どちらかの答えが「ＮＯ」である場合、コントロールはループを維持する。一方、両方の答えが「ＹＥＳ」である場合、蒸発器の加熱器３２が作動（ＯＮ）される。これにより、蒸発器２８によって吸収されなければならない熱負荷が増加するという利益が得られ、それにより蒸発器を通る冷媒の質量流量を増大させることができる。これにより潤滑剤は確実に圧縮機に戻される。さらに、質量流量が増大すると、蒸発器内の冷媒の単位当たりの温度変化が低減する。温度変化量が低減することにより、冷媒／潤滑剤混合物から冷媒が沸騰して出て行く可能性が減るため、より多量の潤滑剤を圧縮機に確実に戻すことができる。

加熱器を作動させた後、システムは、ＤＰＴが所定のレベルまで増加したか否かの質問に移行する。ＤＰＴがそのレベルに到達していない限り、ループは継続する。ＤＰＴがそのレベルに到達すると、加熱器３２が再び停止され、システムは最初の仮定ボックスに戻る。

同時に、本発明の方法は、第３のコントロールスキームＣをさらに含むことができる。ＤＰＴが所定の値未満であり、かつ、加熱器がある期間作動しており、さらには凝縮器ファンがある期間停止していた場合には、所定の期間、吸入調節弁が比較的大きい開度にまで開かれる。これにより、圧縮機に到達する冷媒量が確実に増加し、さらに、蒸発器を出る冷媒量も増加する。蒸発器を通る冷媒の流量が増大することによって、冷媒／潤滑剤の比も増大し、そのため溶解度を増加させ、かつ粘度を低減させることができる。ＳＭＶの開口が拡大した結果、冷媒／潤滑剤混合物が「薄く」（粘度が低く）なり、自由流れの面積が増すことにより、潤滑剤は蒸発器から排除されて圧縮機の油だめに戻る。

本発明は、従って、冷媒サイクル２０の実行を監視し、潤滑剤のリターン（戻り）が不十分である可能性を示す事象条件において、圧縮機に戻る潤滑剤の流量を増大することが可能なステップの実行に移行する方法を提供する。

その他の実行シーケンスも本発明の範囲内にあることを理解すべきである。すなわち、３つのスキームＡ、Ｂ、Ｃは、いずれの順序で用いてよく、スキームＢ又はＣを最初に用い、他の２つのいずれか一方を２番目、そして他方を３番目に用いることもできる。当然のことながら、選択された各シーケンスに関して、油のリターンの問題が、１つ又は２つのスキームのみを実行することによって解消し得るときには、３つのスキームを全て使用する必要はない。

図３は、ＤＰＴセンサ２３が故障した場合に、圧縮機に潤滑剤を供給する別のフローチャートを示している。ＤＰＴセンサが有効と見なされる限り、図２のフローチャートが通常に実行される。もちろん、信号が有効か否かを判定するようにセンサのフィードバックを監視する数多くの周知の方法がある。本発明は、判定を行う方法までは及ばない。さらに、本発明のこの態様は他の監視される条件にまで範囲が及ぶ。

信号が無効である場合、コントロールは、周囲温度が前もって設定された２つの量の間にあるか否か質問する。その答えが「ＹＥＳ」であった場合、ＳＭＶは時間当たりの特定の時間（分）だけ、所定の開口度になる。凝縮器ファンは作動状態を維持される。

周囲温度が第１の範囲内にない場合、コントロールは、周囲温度がより低い第２の範囲内にあるか否か質問する。その答えが「ＹＥＳ」であれば、凝縮器ファンが停止される。一方、温度がその第２範囲をも下回る場合、凝縮器ファンは停止され、ＳＭＶは所定の開口度にまで動かされる。

本発明の方法は、吐出圧力変換器が機能していない場合でさえ、潤滑剤が圧縮機に戻されるのを確実にする、ある程度「フェールセーフ」な方法を提供する。

本発明の好ましい実施形態を開示してきたが、当業者であれば、この方法における様々な修正も本発明の範囲内であることは理解するであろう。従って、特許請求の範囲を検討して本発明の真の範囲と内容を確認すべきである。

標準的な冷媒サイクルを示す図である。 図１の冷媒サイクルを実行するフローチャートである。 本発明の第２の態様のフローチャートである。

Claims (26)

1. （ａ）潤滑剤の不十分な流量を示す条件を監視するステップと、
   （ｂ）上記監視するステップ（ａ）が、潤滑剤の不十分な流量が存在することを示す場合に、防止動作を実行するステップと、
   を含むことを特徴とする、冷媒サイクルの動作を監視する方法。
2. 前記監視するステップが、圧縮機の下流における吐出圧力を監視するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記防止動作を実行するステップが、凝縮器の熱交換器に関連する凝縮器ファンを停止するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記凝縮器ファンが一旦停止された後、前記条件は監視され続け、かつ、前記条件が、前記冷媒サイクルが冷媒の流量が不十分であることを示す可能性がほとんどない条件に移行していることを示す条件に変わるまで、前記凝縮器ファンが停止されたままであることを特徴とする、請求項３記載の方法。
5. 前記監視する条件は又、第２の防止動作も備え、該第２の防止動作は、前記凝縮器ファンが停止された後に、前記条件が所定時間内に変化しなかった場合に実行され、この第２の防止動作は、所定時間の間前記凝縮器ファンを停止しことが前記条件を適切に変化させなかった場合に、蒸発器に関連する加熱器を作動させるステップを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
6. 前記加熱器が一旦作動された後、前記条件は監視され続け、かつ、前記条件が、前記冷媒サイクルが冷媒の流量が不十分であることを示す可能性がほとんどない条件に移行していることを示す条件に変わるまで、前記加熱器が作動されたままであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記凝縮器ファンを停止するステップと、前記加熱器を作動するステップとが前記条件を適切に変化させなかった場合に、第３の防止動作が吸入調節弁を制御することを特徴とする、請求項５記載の方法。
8. コントロールに条件を供給するセンサが監視され、該センサが無効であると見なされる場合に、潤滑剤の十分な流量を確保するために、前記冷媒サイクル内のいずれの条件からも独立した第２のコントロールループが実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２のコントロールループが周囲温度を調べ、潤滑剤の充分な流量を確保するよう、周囲温度に基づいて特定のスキームを選択することを特徴とする、請求項８記載の方法。
10. 第１の周囲温度範囲が、前記周囲温度が高い範囲にあるか否かを調べ、かつ、前記周囲温度がこの範囲内にある場合には吸入調節弁を制御し、さらに、前記周囲温度がこの範囲を下回る場合は前記コントロールが凝縮器ファンを停止することを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. ３つまたはより少ない防止動作が連続した順序で実行され、該防止動作は、凝縮器ファンを停止するステップと、蒸発器に関連する加熱器を作動させるステップと、吸入調節弁の開口度を制御するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
12. 前記加熱器を作動させるステップが、第１の修正動作として実行されることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
13. 前記吸入調節弁の開口度を制御するステップが、前記第１の修正動作として実行されることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
14. 冷媒を凝縮器に送る圧縮機であって、前記凝縮器は、前記凝縮器全体にわたって空気を送り込むファンを有し、ここで前記冷媒は、前記凝縮器から下流の膨張器へ送られ、前記冷媒は、前記膨張器から蒸発器へ送られて、前記冷媒は、前記蒸発器から調節弁を通って前記圧縮機へ戻るように送られる、圧縮機と、
    前記冷媒サイクルを制御するコントロールであって、前記コントロールは、前記冷媒サイクル内のある条件を監視して、該条件が潤滑剤の流量が不十分であることを示しているか否かを判定し、前記条件が潤滑剤の流量が不十分であることを示している場合に修正動作を行う、コントロールと、
    を備えることを特徴とする、冷媒サイクル。
15. 前記監視することが、前記圧縮機の下流で吐出圧力を監視するステップを含むことを特徴とする、請求項１４記載の冷媒サイクル。
16. 前記動作が、凝縮器熱交換器に関連する凝縮器ファンを停止するステップを含むことを特徴とする、請求項１５記載の冷媒サイクル。
17. 前記凝縮器ファンが停止された後、前記条件が監視され続け、かつ、その条件が、前記冷媒サイクルが潤滑剤の不十分な流量が存在する可能性がほとんどないという条件に移行していることを示す条件に変わるまで、前記凝縮器ファンが停止されたままであることを特徴とする、請求項１６記載の冷媒サイクル。
18. 前記監視される条件が、第２の防止動作にも適用され、この第２の防止動作は、前記凝縮器ファンが停止された後に、所定時間内に前記条件が変化したか否かを質問し、かつ、前記第２の防止動作は、所定時間の間、前記凝縮器ファンを停止したことが条件を適切に変化させなかった場合に、蒸発器に関連する加熱器を作動させるステップを含むことを特徴とする、請求項１６記載の冷媒サイクル。
19. 前記加熱器が作動された後、前記条件が監視され続け、かつ、その条件が、前記冷媒サイクルが潤滑剤の不十分な流量が存在する可能性がほとんどない条件に移行していることを示す条件に変わるまで、前記加熱器が作動されたままであることを特徴とする、請求項１８に記載の冷媒サイクル。
20. 前記凝縮器ファンを停止するステップと、前記加熱器を作動させるステップとが、前記条件を適切に変化させなかった場合に、第３の防止動作が吸入調節弁を制御することを特徴とする、請求項１９記載の冷媒サイクル。
21. コントロールに条件を供給するセンサが監視され、前記センサが無効と見なされる場合、潤滑剤の流量を確保するために、前記冷媒サイクル内におけるいずれの条件からも独立して第２のコントロールループが行われることを特徴とする、請求項１４記載の冷媒サイクル。
22. 前記第２のコントロールループが周囲温度を調べ、潤滑剤の流量を確保するために、該周囲温度に基づいて特定のスキームを選択することを特徴とする、請求項２１記載の冷媒サイクル。
23. 第１の周囲温度範囲が、前記周囲温度が高い範囲にあるか否かを監視して、前記周囲温度がこの範囲内にある場合は吸入調節弁を制御し、前記周囲温度がこの範囲を下回る場合に、前記コントロールは凝縮器ファンを停止することを特徴とする、請求項２０記載の冷媒サイクル。
24. 前記修正動作が、凝縮器ファンを停止するステップと、前記蒸発器に関連する加熱器を作動させるステップと、吸入調節弁を制御するステップと、を含むことを特徴とする、請求項１４記載の冷媒サイクル。
25. 前記加熱器を作動させるステップが、第１の修正動作として行われ、続いて前記修正動作のうちの他の２つのステップが連続して行われることを特徴とする、請求項２４記載の冷媒サイクル。
26. 前記吸入調節弁を制御するステップが第１の修正動作として行われ、前記修正動作のうちの他の２つのステップが引き続き連続して行われることを特徴とする、請求項２４記載の冷媒サイクル。

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