JP2011047525A

JP2011047525A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2011047525A
Application number: JP2009194010A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tagami; 陽一田上
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】圧縮機の効率を向上させるとともに、圧縮機の信頼性を保つ空気調和器を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機５と、四方弁６と、室外熱交換器１０と、室外ファン１８と、前記圧縮機５から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータ１９を有する室外機２を備え、分離された前記潤滑油が前記室外熱交換器１０に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却するオイル冷却管２０を備えたもので、吸入側に戻す潤滑油量を減らすことがないため、圧縮機５の信頼性を保ち、さらに、吸入側へ流入する冷媒の加熱を一定量減らすことができるため、吸入冷媒の密度を高く保つことができ、圧縮機５の効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機に関するもので、特に空気調和機の信頼性向上に関するものである。

従来のこの種の空気調和機として、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を取り除くオイルセパレータを備え、このオイルセパレータにより取り除かれた潤滑油を圧縮機または圧縮機の吸入配管に戻す油戻り管を具備したものが知られている。

オイルセパレータによって分離された潤滑油は、吐出側と同等の高温な潤滑油であり、これを吸入側へ流入させると吸入冷媒を加熱してしまい、冷媒の密度が低下し、冷媒循環量が減り、圧縮機の性能が著しく低下してしまう。

そこで、冷媒の加熱を防ぎ、圧縮機の性能を最適化する手段として、油戻り管にオイル弁を具備し、吐出温度、吐出圧力、外気温度、前記室外熱交換器の出口冷媒温度のいずれかが所定の値を超えた場合に、オイル弁を閉方向に作動させる手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６―１７０５００号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の空気調和機の構成では、本来の目的である圧縮機の信頼性を損なわないために吸入側に戻している潤滑油の流量を減らす方向に動作させるため、圧縮機の運転周波数が高く、潤滑油の吐出量が多い場合に、圧縮機の信頼性が低下してしまうという課題があった。

また、潤滑油の戻り量を減らしてしまうと、オイルセパレータの冷媒と潤滑油の分離性能も低下することとなり、結果的に室内機側へ潤滑油が流出してしまい、室内機の熱交換能力が低下し、性能向上につながらない、という課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機の信頼性を損なうことなく、圧縮機の効率を向上させることができる空気調和機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が前記室外熱交換器に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えたもので、吸入側に戻す潤滑油量を減らすことがないため、圧縮機の信頼性を保ち、さらに、吸入側へ流入する冷媒の加熱を一定量減らすことができるため、吸入冷媒の密度を高く保つことができ、圧縮機の効率を向上させることができる。

また、本発明の空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、
室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が、前記室外熱交換器によって冷却された冷媒と並列に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えたもので、室外機の放熱能力を損なわず、余計な高圧圧力上昇を伴わずに潤滑油を冷却することができるため、より圧縮機の効率を向上させることができる。

本発明の空気調和機は、潤滑油を冷却することにより、吸入側の冷媒密度を上げることになり、サイクル内を循環する冷媒量が多くなり、圧縮機の運転効率を高めることができる。また、複数の室内機を持つ多室型の空気調和機においては、全体冷凍サイクルが大きくなる分、内部に保有する潤滑油量も多くなり、吸入側の冷媒が加熱される状況になりやすいため、圧縮機の効率を向上させる多室形空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図本発明の実施の形態２における空気調和機の構成を示す図本発明の実施の形態３における空気調和機の構成を示す図本発明の実施の形態４における空気調和機の構成を示す図同空気調和機の動作を説明するフローチャート本発明の実施の形態５における空気調和機の構成を示す図同空気調和機の動作を説明するフローチャート

第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が前記室外熱交換器に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えたもので、吸入側に戻す潤滑油量を減らすことがないため、圧縮機の信頼性を保ち、さらに、吸入側へ流入する冷媒の加熱を一定量減らすことができるため、吸入冷媒の密度を高く保つことができ、圧縮機の効率を向上させることができる。

第２の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が、前記室外熱交換器によって冷却された冷媒と並列に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えたもので、室外機の放熱能力を損なわず、余計な高圧圧力上昇を伴わずに潤滑油を冷却することができるため、より圧縮機の効率を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の室外熱交換器によって冷却された冷媒を前記室外熱交換器に再度流入するよう配置し、分離された潤滑油を冷却する回路を、前記室外熱交換器内の冷媒回路に並列に流入するよう配置したもので、冷房運転時は潤滑油を冷却させることができ、また、暖房運転時においては、潤滑油の冷却とともに、油戻り回路と並列に設置した冷媒回路との熱交換により、蒸発機として作用する室外熱交換器の蒸発温度を向上させる効果があり、暖房運転時の室外熱交換性能を向上させることができ、暖房運転においては全体の冷凍サイクルを向上させることにより、空気調和機の性能を向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の圧縮機の吸入温度を検知する吸入温度センサーを備え、潤滑油を冷却する回路上に電磁開閉器を配置し、前記吸入温度が所定の値を超えた場合、前記電磁開閉器を閉方向に動作させるもので、外気温度が高い場
合の冷房運転時において、吸入温度が高くなる場合に備え、電磁開閉器を閉じることにより、吸入側の加熱を抑えることができ、圧縮機の効率を高めることができる。また、加熱されやすくなっている潤滑油をできるだけ冷却しながら、それでも所定の温度を超えた場合にのみ電磁開閉器を閉じる動作をするため、不必要な閉動作を少なくすることができ、
圧縮機の信頼性を維持することができる。

第５の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の圧縮機の吸入温度を検知する吸入温度センサーと、前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサーを備え、潤滑油を冷却する回路上に膨張弁を配置し、前記吸入温度と前記吸入圧力から換算される吸入過熱度が所定の値になるよう、前記膨張弁を制御するもので、圧縮機の吸入冷媒の状態をコントロールすることができ、より精度の高い効率的な運転をすることができる。また、吸入圧力から換算した吸入過熱度を確認することにより、室内機の設置状況、配管長さの状況、運転条件など、様々な状況下においても圧縮機の潤滑油量を確保できるので、圧縮機の信頼性を維持することができる。

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、本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図である。

図１において、本実施の形態における空気調和機は、室外機２と、室外機２と冷媒配管４を介して接続された室内機（図示せず）から構成されている。室外機２には、冷媒配管４により接続された圧縮機５と、四方弁６と、吐出温度センサー７と、吸入温度センサー８と、室外熱交換器１０と、室外膨張弁１３ａと、液冷媒を圧縮機５に戻すことを防ぐためのアキュームレータ１７と、室外熱交換器１０に空気を送る室外ファン１８と、オイルセパレータ１９を設け、これらを主たる要素として構成されたものである。９は、外気温度センサーである。

冷房運転時には、冷媒が、図１に示される実線矢印方向に流れて、圧縮機５から吐出された冷媒がオイルセパレータ１９で潤滑油と冷媒に分離され、冷媒は、室外機１０を経て室内機に送られる。

冷凍サイクル上での絞り機構は、室外膨張弁１３ａであり、これを適切な開度にするため、吐出温度センサー８を検知し、全体冷凍サイクルが適正化する開度になるように制御している。

暖房運転時には、冷媒が、図１に示される破線矢印方向に流れて、圧縮機５から吐出された冷媒が冷房運転時と同様にオイルセパレータ１９で潤滑油と分離され、冷媒は、室内機を経て室外機２に送られるように、四方弁６が切り換えられる。

次に、本実施の形態における空気調和機が全体として冷房運転を行っている状態において、潤滑油を冷却する作用を、図１の図面を参照しながら説明する。

冷房運転時には、室外熱交換器１０は、凝縮器として作用するため、室外ファン１８によって放熱することにより、圧縮機５から吐出された冷媒吐出温度から、室外熱交換器１０全体としての温度は、冷媒の吐出圧力飽和温度にまで下がっている。本実施の形態では、この室外熱交換器１０の内部に、冷媒回路とは別の回路としてオイル冷却管２０を配置している。このオイル冷却管２０の一端は、オイルセパレータ１９の底部に接続され、他端は、アキュームレータ１７の吸入側に接続され、オイルセパレータ１９で分離された潤
滑油を冷却するようにしている。

オイル冷却管２０は、室外熱交換器１０全体の容量に比して少量になるようにしており、室外熱交換器１０全体の放熱能力を低下させないようにしている。

ここで、オイル冷却管２０を通過した潤滑油は、室外ファン１８によって、オイル冷却管２０の通過距離に応じた熱量を放熱し、冷却され、吸入管３０に送られる。

これにより、吐出温度と同等の潤滑油を吸入側へ流入させるよりも吐出圧力飽和温度近くまで温度を下げた潤滑油を吸入側へ流入させることができる。圧縮機５の運転効率は冷媒の吸入密度によって大きく左右されるため、吐出圧力飽和温度まで潤滑油の温度を下げることによって、吸入過熱度が低く抑えられ、吸入密度を向上させ、圧縮機５の効率を大きく向上させることができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における空気調和機の構成を示す図である。尚、上記実施の形態１における空気調和機と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。上記実施の形態１においては、潤滑油を冷却するオイル冷却管２０を、室外熱交換器１０の内部に設けたが、本実施の形態では、図２に示すように、冷凍サイクル中に、液バイパス膨張弁２１と、液と潤滑油を熱交換するためのオイル熱交換器２２を具備したものである。本オイル熱交換器２２については、冷媒回路とオイル冷却管が二重管で熱交換されるような構成にしてもよい。

以上のように構成された本実施の形態における空気調和機の冷房運転を行っている際の、潤滑油を冷却する作用は、以下の通りである。

冷房運転時、室外熱交換器１０によって、冷媒は凝縮され、室外熱交換器１０の出口では冷媒は、全て高圧の液相状態となっている。室内機に送る側の冷媒を減圧する手段として室外膨張弁１３ａが設けられているが、別の回路として高圧の液冷媒を吸入側へ流入させる液バイパス回路３１を設け、この液バイパス回路３１上に設けた液バイパス膨張弁２１により減圧する。

ここでの液バイパス膨張弁２１の開度調整は、液バイパス温度センサー２３と室内機に具備された熱交換器（図示せず）の温度センサー（図示せず）により換算される蒸発器出口過熱度が所定の値になるように調整される。

減圧された液冷媒は、減圧されて二相冷媒となり、吸入圧力飽和温度近くにまで温度が下げられ、オイル熱交換器２２から吸熱し、冷媒側は、蒸発され、潤滑油側は放熱よりも温度をさらに下げることができる。

これにより、室内負荷が低く、必要とされる冷媒量に余剰分がある場合や、多室形の空気調和機など、実際の運転は、停止室内機が存在する場合が多いものの、全体の室内機が運転できるだけの冷媒を設計上保有しておかなければならない機器などには、このオイル熱交換器２２が、室内機と同等の蒸発器として作用させることができ、室内機の蒸発能力、室外機の凝縮能力を損なうことなく、また、潤滑油戻し量も減らすことがないので、圧縮機５の信頼性を維持しつつ、圧縮機５の効率をより向上させることができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における空気調和機の構成を示す図である。尚、上記実施の形態１における空気調和機と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における空気調和機が、全体として暖房運転を行っている状態において、潤滑油を冷却する作用を、図３の図面を参照しながら説明する。

本実施の形態における空気調和機は、実施の形態１同様、室外熱交換器１０内部に冷媒回路とは別の回路としてオイル冷却管２０を具備しているが、この位置と並列に近接するように、室外膨張弁１３ａから室外熱交換器１０へ流入する回路を設置するようにし、室外熱交換器１０へ再度、流入するようにしたものである。

暖房運転時、冷媒は、室内機（図示せず）を経て、室外膨張弁１３ａによって減圧される。減圧された冷媒は、二相冷媒となり、室外ファン１８と室外熱交換器１０によって、空気と熱交換して冷媒は吸熱して蒸発されるが、本実施の形態のように室外膨張弁１３ａからの配管４ａとオイル冷却管２０を近接して設置させておくことにより、冷媒は、潤滑油と熱交換し、蒸発能力が向上すると共に、潤滑油の方は冷却される。作用、効果については上述した内容となるので割愛する。

以上のように本実施の形態によれば、暖房運転においても圧縮機５の信頼性を維持しつつ、効率を向上させることができる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における空気調和機の構成を示す図、図５は、同空気調和機の動作を説明するフローチャートである。尚、上記実施の形態における空気調和機と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における空気調和機が、全体として冷房運転を行っている状態において、潤滑油を冷却する作用を、図４、図５を参照しながら説明する。

本実施の形態における空気調和機は、上記実施の形態３同様、室外熱交換器１０内部に冷媒回路とは別の回路としてオイル冷却管２０を設けると共に、この回路上に電磁開閉器２４を具備している。

まず、ステップＳ１で、冷房運転開始と同時に、吸入温度センサー８により、吸入温度の計測を開始（ステップＳ２）し、電磁開閉器２４を開く（ステップＳ３）。次に、所定の時間経過後、吸入温度が所定の値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ４）。所定の値を超えている場合、室外熱交換器１０による放熱を行っても、オイル戻り管が十分に冷却されていないと判断し、電磁開閉器２４を閉じる（ステップＳ５）。

電磁開閉器２４を閉じる動作を行ってから、所定の時間が経過した後に、吸入温度が所定の値よりも下がったかどうかを判断し（ステップＳ６）、所定の温度を下回っていれば電磁開閉器２４を開き（ステップＳ７）、再度、吸入温度を監視して開閉動作を行う。

以上のように、本実施の形態によれば、外気温度が高い場合の冷房運転時において、吸入温度が高くなる場合に備え、電磁開閉器２４を閉じることにより、吸入側の加熱を抑えることができ、圧縮機５の効率を高めることができる。また、加熱されやすくなっている潤滑油をできるだけ冷却しながら、それでも所定の温度を超えた場合にのみ電磁開閉器２４を閉じる動作をするため、不必要な閉動作を少なくすることができ、圧縮機５の信頼性を維持することができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における空気調和機の構成を示す図、図７は、同空気調
和機の動作を説明するフローチャートである。尚、上記実施の形態における空気調和機と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における空気調和機は、上記実施の形態３と同様、室外熱交換器１０の内部に冷媒回路とは別の回路としてオイル冷却管２０を備え、この回路上に、オイル冷却管用膨張弁２５と、吸入圧力を検知する手段として吸入圧力センサー３２を設けたものである。

本実施の形態における空気調和機が、全体として冷房運転を行っている状態において、潤滑油を冷却する作用を、図６、図７を参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１で、冷房運転開始と同時に、吸入温度センサー８と吸入圧力センサー３２により、吸入過熱度の計測を開始（ステップＳ２）し、オイル冷却管用膨張弁２５を全開にする（ステップＳ３）。次に、所定の時間経過後、吸入過熱度が所定の値よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ４）。

本来、吸入過熱度は、吐出温度センサー７による、室外膨張弁１３ａの操作によってコントロールするものであるため、この動作よりも、所定の時間、判断する時間を長くしておく。

所定の値を超えている場合、室外熱交換器１０による放熱を行ってもオイル戻り管が十分に冷却されていないと判断し、オイル冷却管用膨張弁２５を所定の開度分閉じる（ステップＳ５）。オイル冷却管用膨張弁２５を所定の開度分閉じる動作を行ってから、所定の時間が経過した後に、吸入過熱度が所定の値よりも下がったかどうかを判断し（ステップＳ６）、所定の値を下回っていれば、オイル冷却管用膨張弁２５を所定の開度分開き（ステップＳ７）、再度、吸入過熱度を監視して開閉動作を行う。

以上のように本実施の形態によれば、圧縮機５の吸入冷媒の状態をコントロールすることができ、より精度の高い効率的な運転をすることができる。また、吸入圧力から換算した吸入過熱度を確認することにより、室内機の設置状況、配管長さの状況、運転条件など、様々な状況下においても圧縮機５の潤滑油量を確保できるので、圧縮機５の信頼性を維持することができる。

以上のように、本発明にかかる空気調和機の冷凍サイクル及び、運転制御方法は、圧縮機への潤滑油戻り量をできるだけ減らすことなく、吸入過熱度を低減させて圧縮機の効率を高めることができるので、室外機にオイルセパレータを具備した機器であれば、１台の室外機に１台の室内機を接続させる空気調和機だけでなく、室内機に膨張弁を搭載した業務用や、店舗用の多室形空気調和機の圧縮機運転効率向上の用途にも適用できる。

２室外機
５圧縮機
６四方弁
７吐出温度センサー
８吸入温度センサー
９外気温度センサー
１０室外熱交換器
１３ａ室外膨張弁
１８室外ファン
１９オイルセパレータ
２０オイル冷却管（回路）
２１液バイパス膨張弁
２２オイル熱交換器
２３液バイパス温度センサー
２４電磁開閉器
２５オイル冷却管用膨張弁（膨張弁）
３２吸入圧力センサー

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が前記室外熱交換器に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えた空気調和機。
冷媒を圧縮する圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外ファンと、前記圧縮機から冷媒と共に吐出された潤滑油を分離するオイルセパレータを有する室外機を備え、分離された前記潤滑油が、前記室外熱交換器によって冷却された冷媒と並列に流入するように配されると共に、冷房運転時に、前記潤滑油を冷却する回路を備えた空気調和機。
室外熱交換器によって冷却された冷媒を前記室外熱交換器に再度流入するよう配置し、分離された潤滑油を冷却する回路を、前記室外熱交換器内の冷媒回路に並列に流入するよう配置した請求項１又は２に記載の空気調和機。
圧縮機の吸入温度を検知する吸入温度センサーを備え、潤滑油を冷却する回路上に電磁開閉器を配置し、前記吸入温度が所定の値を超えた場合、前記電磁開閉器を閉方向に動作させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。
圧縮機の吸入温度を検知する吸入温度センサーと、前記圧縮機の吸入圧力を検知する吸入圧力センサーを備え、潤滑油を冷却する回路上に膨張弁を配置し、前記吸入温度と前記吸入圧力から換算される吸入過熱度が所定の値になるよう、前記膨張弁を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和機。