JP2009150628A - 空気調和装置に用いられる高圧シェル圧縮機の均油システム - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の均油システムの特徴を活かしつつ圧縮機の起動時にオイルフォーミングが発生しても、短時間で各圧縮機のオイルレベルを適正に保つことができ、かつ低コスト化が可能となる空気調和装置を提供する。
【解決手段】 可変速圧縮機１と定速圧縮機２とを含む複数の高圧シェル圧縮機から吐出管８を介して冷媒を導出し、前記圧縮機に吸入管を介して冷媒を導入するように構成した空気調和装置において、前記吐出管８及び前記吸入管７を電磁弁４１を介して接続する、前記吐出管８よりも内径が小さい高低圧調整用のガスバイパス４と、前記可変速圧縮機１の標準油面高さ近傍に設けられた可変速圧縮機均油口１１及び前記ガスバイパス４の前記電磁弁４１上流側を接続するオイル吐出バイパス６と、前記定速圧縮機２の標準油面高さ近傍に設けられた定速圧縮機均油口２１及び前記吸入管７を接続する均油バイパス５と、を設けた。
【選択図】 図３

Description

この発明は、複数の高圧シェル圧縮機を並列配置した空気調和装置の均油システムに関するものである。

従来、高圧シェル型の可変速圧縮機と定速圧縮機とを並列配置した空気調和装置には、圧縮機間のオイルバランスをとるための均油システムを、圧縮機の高圧側である吐出管及び低圧側である吸入管の間に設けたものが知られている（特許文献１）。

具体例を挙げると、例えば図１に示すように、各圧縮機Ｂ１、Ｂ２の標準油面高さ近傍に設けられた均油口Ｂ１１、Ｂ２１と前記吐出管Ｂ８とを接続するオイル吐出バイパスＢ６と、その吐出管Ｂ８における前記オイル吐出バイパスＢ６の接続点よりも下流側と吸入管Ｂ７とを接続する均油回路Ｂ５とを有したものがある。

前記均油回路Ｂ５には、電磁弁Ｂ５１及び減圧部Ｂ５２が設けられている。

前記吐出管Ｂ８には、前記均油回路Ｂ５の接続点よりも下流で前記吐出管の合流点よりも上流に逆止弁Ｂ３が設けられている。

そして、冷暖房運転時に両方の圧縮機Ｂ１、Ｂ２が運転している場合には、両方の電磁弁Ｂ５１は閉じられており、圧縮機Ｂ１、Ｂ２の余剰オイルは、オイル吐出バイパスＢ６から吐出管Ｂ８へ排出され、各圧縮機Ｂ１、Ｂ２に分配されることによって、圧縮機Ｂ１，Ｂ２の間で均油が行われる。

また、冷暖房運転中に定速圧縮機Ｂ２が停止している場合には、対応する均油回路Ｂ５の電磁弁Ｂ５１が開放されることによって、余剰オイルが吸入管Ｂ７に排出され、その余剰オイルが運転している可変速圧縮機Ｂ１に分配されることで有効オイル量を増やすことができる。

さらに、各圧縮機Ｂ１、Ｂ２と吐出管Ｂ８の合流点の間に逆止弁Ｂ３が設けられているので、停止中の定速圧縮機Ｂ２への冷媒侵入を防止し、液冷媒滞留を防ぐことができる。

また、可変速圧縮機Ｂ１のみが運転し、小能力運転を行っている場合には、対応する均油回路Ｂ５の電磁弁Ｂ５１が閉じられており、均油配管による高低圧バイパスが存在せず、均油配管と可変速圧縮機Ｂ１の間のみを循環し続ける冷媒が無いため、小能力運転時の冷暖房効率の低下を防止できる。
特許第３８４８０９８号公報

しかしながら、このように、均油口Ｂ１１、Ｂ２１と吐出管Ｂ８とがオイル吐出バイパスＢ６によって接続されていると、可変速圧縮機Ｂ１の起動時に、オイル中に溶け込んでいる冷媒が沸騰するオイルフォーミングが発生した場合には、オイル吐出バイパスＢ６、吐出管Ｂ８を介して図示しない室内機側に多量のオイルが流入することになる。

また、仮に電磁弁Ｂ５１を開放していても、図２の矢印で示されるように、大部分のオイルは均油回路Ｂ５よりも配管径が大きい吐出管Ｂ８側に流れてしまうため、オイルフォーミングによって多量のオイルが室内機側への流出することを根本的に解決することはできない。

この現象は直管を流れる冷媒流量の式（１）から説明することができる。

Ｑ＝πｄ^４Δｐ／１２８μＬ （１）

ここで、

Ｑ：冷媒流量 ｄ：配管内径 Δｐ：圧力損失 μ：冷媒粘度 Ｌ：配管長さ

である。

（１）式に示されるように直管を流れる冷媒流量は配管内径ｄ^４に比例し、通常、均油回路Ｂ５の内径は、吐出管Ｂ８の内径に対して１／２〜１／３に設計されることから、均油回路Ｂ５に流れる冷媒流量は吐出管Ｂ８に流れる冷媒流量の１／１６〜１／８１であることが分かる。

そして、オイルは冷媒流量に比例して分配されるので、オイルフォーミングが起こったときには、吐出管Ｂ８へ流出したオイルの量の１／１６〜１／８１しか均油回路Ｂ５を経由して吸入管Ｂ７に戻らず、残りは室内機側に流入し、長時間、圧縮機Ｂ１、Ｂ２のオイルが不足するという問題が発生する。

さらに、圧縮機Ｂ１、Ｂ２ごとに均油回路Ｂ５が設けられているため、部品点数が多くなり、コストダウンの障害となる。

本願発明は上記のような問題点を鑑み、既存の均油システムの特長を活かしつつ圧縮機の起動時にオイルフォーミングが発生しても、短時間で各圧縮機のオイルレベルを適正に保つことができ、かつ低コスト化が可能となる空気調和装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る空気調和装置は、可変速圧縮機と定速圧縮機とを含む複数の高圧シェル圧縮機から吐出管を介して冷媒を導出し、前記圧縮機に吸入管を介して冷媒を導入するように構成した空気調和装置において、前記吐出管及び前記吸入管を電磁弁を介して接続する、前記吐出管よりも内径が小さい高低圧調整用のガスバイパスと、前記可変速圧縮機の標準油面高さ近傍に設けられた可変速圧縮機均油口及び前記ガスバイパスの前記電磁弁上流側を接続するオイル吐出バイパスと、前記定速圧縮機の標準油面高さ近傍に設けられた定速圧縮機均油口及び前記吸入管を接続する均油バイパスと、を備えることを特徴とする。

ここで「高圧シェル圧縮機」とは、圧縮機の密閉容器内の圧力が吐出圧力とほぼ等しい圧縮機のことを指す。

このようなものであれば、起動時にオイルフォーミングが発生して多量のオイルが可変速圧縮機から流出しても、ガスバイパスを電磁弁によって開放すれば、流出したオイルの大部分をガスバイパスから吸入管を経由して圧縮機に戻すことができ、配管径の大きい吐出管に流出するオイルの量を従来に比べて減らすことができる。その結果、室内機側に流出するオイルの量を減らすことができるので、短時間で圧縮機のオイルレベルを適正に保つことができる。

また、通常の冷暖房運転中に、可変速圧縮機及び定速圧縮機がともに運転している場合には、可変速圧縮機の余剰オイルは、オイル吐出バイパスからガスバイパスを経由して吐出管に排出されて、室内機を経由して各圧縮機に分配される一方、定速圧縮機の余剰オイルは、均油バイパスから吸入管に排出され、各圧縮機に分配されるので、各圧縮機間の均油を好適に行うことができる。

さらに、通常の冷暖房運転中に定速圧縮機が停止している場合には、定速圧縮機の余剰オイルが運転中と同様に均油バイパスから吸入管に排出されたのちに、運転を行っている圧縮機に分配されるので、有効オイル量を増やすことができる。

加えて、可変速圧縮機のみが運転を行う小能力運転時には、ガスバイパスを電磁弁によって閉塞することにより、可変速圧縮機から吐出された冷媒が、ガスバイパスを経由して可変速圧縮機に戻ることを阻害できるので、小能力運転時の冷暖房効率の低下を防止することができる。

オイルフォーミングが起こっている間は、多量のオイルが室内機側に流出しないようにし、オイルフォーミング終了後には通常の冷暖房運転に移行し、運転効率を向上させるためには、電磁弁を可変速圧縮機の起動から一定時間開放し、その後閉塞する電磁弁制御手段をさらに備えているのが好ましい。

可変速圧縮機は、冷暖房中には常時運転しているので、液冷媒の貯留はほとんど起こらない。従って、冷暖房中に停止している圧縮機への吐出管側からの冷媒侵入を防止して、液冷媒滞留を防ぐには、定速圧縮機側の吐出管のみに逆止弁を設けることが望ましい。又、このようにすれば、両方に逆止弁を設けたものと比べてコストダウンを図ることができる。

小能力運転時は定速圧縮機が停止し、逆止弁による高圧回路との遮断と、均油バイパスによる低圧回路への連通で、圧縮機の密閉容器内が吸入圧力と等しくなるため、均油バイパスにより一部の冷媒が循環することはなく、冷暖房効率の低下は発生しない。従って、均油バイパスが定速圧縮機均油口及び吸入管を開閉弁を介さずに直接的に接続するように構成することが好ましく、その結果、開閉弁の省略によるコストダウンを図ることができる。

このように構成した本発明に係る空気調和装置は、圧縮機の起動時にオイルフォーミングが発生しても、短時間で各圧縮機のオイルレベルを適正に保つことができ、かつ低コスト化が可能である。さらに、冷暖房運転時に複数の圧縮機が運転している場合には、各圧縮機間の均油を行うことができ、冷暖房運転時に定速圧縮機が停止していても、余剰オイルが排出され、停止中の圧縮機内に液冷媒が滞留することがなく、小能力運転時にも冷暖房効率が低下しないという既存の空気調和装置の特長をも有している。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る空気調和装置１００の室外機Ａは、図３に示すように、並列配置した可変速圧縮機１と定速圧縮機２と、冷暖房の切り替えを行う四方弁Ａ１と、外気と冷媒の熱交換を行う熱交換器Ａ３と、室内機に流入する冷媒の状態を調整する可変バルブＡ４と、冷媒の液成分の分離を行い圧縮機に気体成分のみを送るアキュームレータＡ２と、を備えており、それぞれの構成部品は配管により接続されている。

前記可変速圧縮機１と前記定速圧縮機２の周辺の配管について詳述する。

前記可変速圧縮機１と前記定速圧縮機２のそれぞれは、冷媒を吐出するための吐出管８と冷媒を吸入するための吸入管７に接続されており、これら前記吐出管８と前記吸入管７との間には、高低圧を調整するためのガスバイパス４を設けている。さらに、各圧縮機１、２の間で均油を行うための配管として、前記可変速圧縮機１の標準油面高さ近傍に設けられた可変速圧縮機均油口１１と前記ガスバイパス４とを接続するオイル吐出バイパス６と、前記定速圧縮機２の標準油面高さに設けられた定速圧縮機均油口２１と前記吸入管７とを接続する均油バイパスと、を設けている。

各部について説明する。

前記可変速圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して、吐出するものであり、外部からの信号によってその吐出量を変化させることができるものである。本実施形態では、この可変速圧縮機を冷暖房運転中においては常時動作させるように構成してある。

前記定速圧縮機２は、吸入した冷媒を圧縮して、一定の圧力で吐出するものである。本実施形態では、小能力運転時には、停止させるように構成してある。

前記吐出管８は、前記可変速圧縮機１と前記定速圧縮機２とから延出し、合流した後に四方弁Ａ１に接続されるものである。この吐出管８における合流点８１と前記定速圧縮機２との間には、当該吐出管８から前記定速圧縮機２に冷媒が逆流しないように逆止弁３が設けられている。

前記吸入管７は、アキュームレータＡ２から延出し、途中で分岐して、前記可変速圧縮機１と前記定速圧縮機２とにそれぞれ接続されるものである。

前記ガスバイパス４には、前記電磁弁４１とガスバイパス減圧部４２とが設けられている。このガスバイパス４は、前記吐出管８の合流点１１と四方弁Ａ１との間から前記吸入管７のアキュームレータＡ２と分岐点７１との間までを接続するものであり、前記ガスバイパス減圧部４２を除く部分の内径は前記吐出管８に対して１／２〜１／３に設定されている。このように、前記吐出管８に対してガスバイパス４の管径を細くするのは、冷暖房に寄与しない冷媒が多量に流れるのを防ぎ、ＣＯＰが低下するのを防ぐためである。また、ガスバイパス４を用いて高低圧を調整するのは、冷房時の吸入圧力低下、もしくは暖房時の吐出圧力上昇が発生しやすい小能力運転時であり、冷媒循環量が負荷の大きい通常運転時に比べて少ないため、多量の冷媒をバイパスさせる必要がないからでもある。

電磁弁４は、開閉信号を受信して開閉するリモートコントロール可能なものであり、その開閉信号は電磁弁制御手段９から出力される。この前記電磁弁制御手段９は、例えば、専用の電気回路やコンピュータで構成されたものである。

前記ガスバイパス減圧部４２は、冷媒の流れに対する抵抗となるものであり、このガスバイパス減圧部４２によって、例えば小能力運転時の高低圧調整を行うことができる。このガスバイパス減圧部４２の流路抵抗は、本来、その内径寸法を小さくするなどして高低圧調整を行うためにガスバイパスを通る冷媒の減圧を行い、小能力運転時に高低圧の調整を行うために必要な最大限の値に設定すべきところ、本実施形態では、起動時に可変速圧縮機から吐出されるオイルを排出できるように、その流路抵抗を小さく設定している。ただし、このようにすると、必要量以上の冷媒が吐出管８から吸入管７に流れてしまい、小能力運転中の高低圧調整時における効率低下が著しくなるため、その際の電磁弁４１の開放時間を、前記ガスバイパス減圧部４２を本来の流路抵抗値に設定した場合に比べて短く設定するようにしている。

前記オイル吐出バイパス６は、前記可変速圧縮機均油口１１と前記ガスバイパスの電磁弁４１の上流とを接続し、前記ガスバイパス４のガスバイパス減圧部４２を除く部分の配管径と同じ配管径を有したものである。

前記均油バイパス５は、その一端が、前記定速圧縮機均油口２１に接続されたもので、この定速圧縮機均油口２１よりも上に貯留された余剰オイルを、可変速圧縮機１側の吸入管７に排出するように構成されている。この均油バイパス５の流量容量は、前記可変速圧縮機１が大容量運転を行っている場合などの前記定速圧縮機２のオイル量が増加する条件で設定される。前記均油バイパス５の途中には弁等は設けられておらず、前記定速圧縮機２から流れてくる冷媒の減圧を行う均油バイパス減圧部５１のみが設けられている。

次に、圧縮機起動時の空気調和装置１００の動作を図４を用いてオイルの挙動と合わせて説明する。

圧縮機起動時には、前記可変速圧縮機１のみが運転を行い、前記電磁弁４１が前記電磁弁制御手段９によって開放される。前記可変速圧縮機１が起動したときに、特に外気温が低い場合には、オイルフォーミングが発生し、多量のオイルが前記可変速圧縮機１から流出する。この多量のオイルはオイル吐出バイパス６を介してガスバイパス４に流入する。

このとき、前記吐出管８のほうが前記吸入管７よりも高圧であるため、ガスバイパス４に流入したオイルの一部は前記吸入管７へ流れ、従来の配管方法と比べて多量のオイルが圧縮機に戻される。

可変速圧縮機１からオイルフォーミングによって多量のオイルが流出しなくなる時間になると、前記電磁弁４１は閉じ、通常の冷暖房運転に切り替わる。

このオイルフォーミングによって多量のオイルが流出しなくなる時間はあらかじめ実験的に求めておき、前記電磁弁制御手段９に記憶させておく。例えば、圧縮機シェルか吐出管にオイル挙動を監視することができるサイトグラスを設けておき、低気温で長時間放置しておいた圧縮機を起動させ、オイルフォーミングや多量のオイル流動が終わるまでの時間を測定すればよい。

冷暖房運転時の空気調和装置１００の動作と、オイル挙動について説明する。

冷暖房運転中には、前記ガスバイパス４の前記電磁弁４１は閉じられているため、前記可変速圧縮機１の余剰オイルは前記吐出管８に排出され、図示しない室内機を経由して各圧縮機１、２に分配される。

前記定速圧縮機２の余剰オイルは、前記定速圧縮機２が運転しているときには、前記均油バイパス５から前記吸入管７へ排出され、各圧縮機１、２に分配される。

前記定速圧縮機２が運転していないときには、運転しているときと同様に前記均油バイパス５から前記吸入管７へ余剰オイルが排出され、運転を行っている前記可変速圧縮機１に分配される。

また、小能力運転時に、暖房の設定温度が標準的な使用条件よりも高く、前記吐出管８側の圧力が規定値よりも高い、あるいは、冷房の設定温度が標準的な使用条件よりも低く前記吸入管７の圧力が規定値よりも低い場合には、前記吐出管８と前記吸入管７との間の圧力調整を行うために、前記電磁弁４１を一定時間開放する。

このように、本実施形態に係る空気調和装置１００によれば、オイル吐出バイパス６が吐出管８に接続されるのではなく、吐出管６よりも内径の小さい高低圧調整用のガスバイパス４に直接接続されており、起動時にオイルフォーミングが発生して多量のオイルが可変速圧縮機１から流出しても、電磁弁４１が開放されて、流出したオイルの量の一部をガスバイパス４を経由して吸入管７側に戻し、各圧縮機１、２に戻すことができる。その結果、室内機側に流出するオイルの量を大幅に減らすことができるので、短時間で圧縮機のオイルレベルを適正に保つことができる。

さらに、オイルフォーミングが起こったときに流出したオイルを吸入管７に戻すために、吐出管８及び吸入管７の間の高低圧調整用に設けられている既存のガスバイパス４を利用しているので、新たに均油を行うための配管を設ける必要が無く、新たなコストアップを招くことがない。

電磁弁制御手段９が可変速圧縮機１の起動時に電磁弁４１を開放し、オイルフォーミングによって多量のオイルが流出しなくなる時間になると電磁弁４１を閉じるように構成されているので、起動時に多量のオイルが図示しない室内機側に流出するのを防ぎつつ、オイルフォーミングが終われば通常の冷暖房運転に切り替えて、運転効率を向上させることができる。

通常の冷暖房運転中に、可変圧縮機１及び定速圧縮機２がともに運転している場合には、可変速圧縮機１の余剰オイルは、オイル吐出バイパス６からガスバイパス４を経由して、吐出管８に排出されて、図示しない室内機を経由して各圧縮機１、２に分配され、定速圧縮機２の余剰オイルは、均油バイパス５から吸入管７に排出されて各圧縮機１、２に分配されるので、圧縮機１、２間の均油を行うことができる。

冷暖房運転中に、定速圧縮機２が運転していない場合には、定速圧縮機２の余剰オイルは均油バイパス５から吸入管７に排出されて、運転している可変速圧縮機１に分配されるので、有効オイル量を増やすことができる。

小能力運転時に運転を行う可変速圧縮機１には、標準的な使用条件では電磁弁４１は閉じられているので、ガスバイパス４を経由して冷媒が圧縮機１、２に戻らない。したがって、ガスバイパス４と可変速圧縮機１との間のみを循環する冷媒が存在しないため、小能力運転時の冷暖房効率低下を防止することができる。

定速圧縮機２の吐出管８には逆止弁３が設置されているので、冷暖房運転中に定速圧縮機２が停止している場合でも、高圧側の吐出管８から定速圧縮機の内部に冷媒が侵入せず、圧縮機内部に液冷媒が滞留するのを防ぐことができる。

可変速圧縮機１は、冷暖房中は常時運転しており、吐出管８から可変速圧縮機１へ液冷媒が侵入しにくいので、可変速圧縮機１側の吐出管８には逆止弁を設けていない。つまり、定速圧縮機２側の吐出管８にのみ逆止弁３を設けているので、可変速圧縮機と定速圧縮機の両方に逆止弁を設けている空気調和装置に比べて部品点数を減らすことができる。

定速圧縮機２は、小能力運転時に停止しているため、定速圧縮機２に高低圧をバイパスする均油バイパス５が設けられていても、全く冷暖房効率を下げないので、均油バイパス５には開閉弁を設けていない。つまり、定速圧縮機均油口２及び吸入管７を開閉弁を介さずに接続しているので、部品点数をさらに減らし、コストダウンを図ることができる。

なお、本発明は前記図示例や実施形態に限られず、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、電磁弁４１を常に開放しておくようにしても、起動時のオイルフォーミングによる室内機側へのオイル流出を防ぐことはできる。

可変速圧縮機１側の吐出管８にも、逆止弁３を設けたものであっても構わない。このようなものであれば、例えば、空気調和装置１００が停止しているときに、可変速圧縮機１に吐出管８から冷媒が逆流し、可変速圧縮機１の内部に冷媒が貯留されることを防ぐことができる。

均油バイパス５に開閉弁が設けられたものであれば、定速圧縮機２の運転時に均油する必要が無いときには、開閉弁を閉じておくことで、前記均油バイパス５と前記定速圧縮機２との間を循環する冷媒を無くすことができ、冷暖房の効率を上げることができる。

従来の空気調和装置の模式図。 従来の空気調和装置の起動時のオイル挙動の模式図。 本発明の一実施形態に係る空気調和装置の模式図。 本発明の一実施形態に係る空気調和装置の起動時のオイル挙動の模式図。

符号の説明

１００・・・空気調和装置
１・・・可変速圧縮機
１１・・・可変速圧縮機均油口
２・・・定速圧縮機
２２・・・定速圧縮機均油口
３・・・逆止弁
４・・・ガスバイパス
４１・・・電磁弁
５・・・均油バイパス
６・・・オイル吐出バイパス
７・・・吸入管
８・・・吐出管
９・・・電磁弁制御手段

Claims (4)

1. 可変速圧縮機と定速圧縮機とを含む複数の高圧シェル圧縮機から吐出管を介して冷媒を導出し、前記圧縮機に吸入管を介して冷媒を導入するように構成した空気調和装置において、
   前記吐出管及び前記吸入管を電磁弁を介して接続する、前記吐出管よりも内径が小さい高低圧調整用のガスバイパスと、
   前記可変速圧縮機の標準油面高さ近傍に設けられた可変速圧縮機均油口及び前記ガスバイパスの前記電磁弁上流側を接続するオイル吐出バイパスと、
   前記定速圧縮機の標準油面高さ近傍に設けられた定速圧縮機均油口及び前記吸入管を接続する均油バイパスと、を備えることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記電磁弁を前記可変速圧縮機の起動から一定時間開放する電磁弁制御手段をさらに備えている請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記定速圧縮機側の吐出管にのみ逆止弁が設けられている請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記均油バイパスが前記定速圧縮機均油口及び前記吸入管を開閉弁を介さずに直接的に接続するものである請求項１、２又は３記載の空気調和装置。