JP2011117626A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
油上がりによる圧縮機内の油量不足を防止すると共に、圧縮機内の油量を適切に維持して圧縮機の信頼性向上を図る。
【解決手段】
空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３及び室外膨張弁４を備える室外ユニットＡと、室内熱交換器５及び室内膨張弁６を備える室内ユニットＢ１，Ｂ２とを備えている。前記圧縮機の吐出側には油分離器７が設けられ、この油分離器と前記圧縮機旧友側の低圧配管２２とは油戻し配管２１で接続され、この油戻し配管には電子膨張弁１４が備えられている。この電子膨張弁は、前記圧縮機の周波数、前記圧縮機内の油量、前記圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいてその開度が調整され、前記圧縮機内油量が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、１台の室外ユニットと複数台の室内ユニットを組み合わせた空気調和機に関し、特に、空気調和機の冷凍サイクル内を循環する冷凍機油を分離して、その冷凍機油を圧縮機に戻すことで、圧縮機内の冷凍機油の量を適正にする油量調整機能を備えた空気調和機に関する。

一般に、空気調和機には、圧縮機の潤滑のために冷凍機油が封入されている。冷凍機油の必要量は、使用される冷媒配管の配管長により異なり、冷媒配管の長さに比べ、冷凍機油量が少ない場合、油不足になってしまう。このため、空気調和機の室外ユニットを製作する場合には、予想される最大配管長の場合でも油量不足とならない十分な油量を封入していた。

また、他の従来技術としては特許文献１に記載のものなどがある。この文献のものは、圧縮機内の油面高さを検知するセンサを設けると共に、油分離器と圧縮機を接続する油戻し配管に開閉弁と絞りを設け、前記開閉弁の開閉制御と前記絞りにより、各圧縮機への油の戻り制御を行なうものである。

特開２００１−３４９６４４号公報

上述したように、従来のものでは、空気調和機を構成する室外ユニットにおける冷凍機油の封入量は、前記最大配管長の時でも油量不足にならないような十分な油量とされている。このため、配管長が短いときには常に冷凍機油が過多の状態となり、多量の冷凍機油がサイクル配管内に排出されてしまい、低圧側の熱交換器に油が溜まって、配管内に油膜を作る。これにより、熱交換器の伝熱性能を低下させ、冷房能力及び暖房能力を低下させていた。

また、圧縮機に戻る油量を適切に制御できないと、多量の冷凍機油が圧縮機内に戻ることになり、冷凍機油による液圧縮を起こし、圧縮機入力の増加や圧縮機の故障の原因ともなっていた。

更に、上記特許文献１のものでは、圧縮機から排出された冷凍機油は油分離器で冷媒と分離され、圧縮機に戻る構造となっている。しかし、冷凍機油の戻り量の制御は電磁弁による開閉制御であり、冷凍機油の戻り量の微調整による圧縮機内油量の最適化は困難であった。

また、起動時や室数切替時（空調する室数の変更時）等の過渡的なサイクル状態のときは、一時的に圧縮機内の冷凍機油が冷凍サイクル内に流出してしまうため、圧縮機内の冷凍機油が不足することになる。しかし、室外ユニットの運転状態に応じて、圧縮機内の冷凍機油を常に一定に保持するような油量制御についての配慮も従来為されていなかった。

本発明の目的は、圧縮機から冷凍機油が冷凍サイクルに放出される、所謂、油上がりによる圧縮機内の油量不足を防止すると共に、圧縮機内の油量を適切に維持して圧縮機の信頼性向上を図れる空気調和機を得ることにある。

本発明の他の目的は、冷凍サイクル内に冷凍機油が多量に放出されて、冷凍サイクル中の冷媒配管や熱交換器に冷凍機油が大量に滞留するのを防止し、冷房能力及び暖房能力が低下することを防止できる空気調和機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備える室外ユニットと、熱交換器及び室内膨張弁を備える室内ユニットと、前記室外ユニットと前記室内ユニットを接続する冷媒配管とを備えた空気調和機において、前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、前記四方弁と前記圧縮機との間の低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、この油戻し配管に設けられた電子膨張弁と、前記圧縮機の周波数、前記圧縮機内の油量、前記圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記圧縮機内油量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備えた空気調和機において、前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、前記四方弁と前記圧縮機との間の低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、この油戻し配管に設けられた電子膨張弁と、前記圧縮機の周波数、前記圧縮機内の油量、前記圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記圧縮機内油量を制御する制御装置とを備えることにある。

ここで、前記圧縮機の吸入側の低圧配管にアキュームレータを設け、前記油戻し配管は、前記四方弁と前記アキュームレータとの間の前記低圧配管に接続と良い。また、前記油戻し配管を、前記低圧配管に設けられたアキュームレータに直接接続するようにしても良い。

更に、前記油戻し配管は、前記四方弁と前記アキュームレータとの間の前記低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、前記アキュームレータと前記圧縮機との間の吸入配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管とを備え、前記それぞれの油戻し配管に電子膨張弁を設けるようにしても良い。

前記圧縮機は、並列に複数台設けられ、前記油戻し配管は、前記各圧縮機の吸入配管と前記油分離器とを接続するように複数本設けられて、これら複数本の油戻し配管のそれぞれに前記電子膨張弁を備え、前記制御装置は、前記各圧縮機の周波数、前記各圧縮機内の油量、前記各圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記各圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記各油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記各圧縮機内油量を制御するようにすれば、圧縮機を複数台設けた場合にも各圧縮機における油量を適切に制御することが可能になる。

上記において、室外ユニットに設置されている室外ユニットの各構成要素を制御する制御装置により、前記油戻し配管の電子膨張弁の開度制御を行うようにすると制御装置を共用できる。

また、前記圧縮機内の油面高さを検知する油面高さセンサを備え、前記制御装置は、前記圧縮機の周波数に基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御すると共に、前記油面高さセンサからの信号に基づく圧縮機内の油量に応じて前記油戻し回路の電子膨張弁開度を修正するようにすると、圧縮機内の油量変動の小さい空気調和機が得られる。

更に、前記圧縮機からの吐出ガス温度又は圧縮機頂部など圧縮機吐出配管に近い部分の高温部の温度を検出する圧縮機温度センサと、前記圧縮機吐出側の高圧配管に設けられ圧縮機吐出側の圧力を検出するための圧力センサとを備え、前記制御装置は、前記圧縮機温度センサ及び圧縮機吐出側の圧力センサによる検出値に基づいて圧縮機吐出ガスのスーパーヒートを算出し、この算出されたスーパーヒートに基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御することで、前記圧縮機内の油量を適切に制御できる。ここで、前記制御装置は、前記算出されたスーパーヒートが許容範囲であれば、前記電子膨張弁の開度を維持し、前記スーパーヒートが許容範囲より低い場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ更に開き、前記スーパーヒートが許容範囲より高い場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ閉じ、その後一定時間経過毎にスーパーヒートを算出して前記電子膨張弁開度を制御すると、前記電子膨張弁の開度を適切にして圧縮機内油量を制御できる。

なお、前記スーパーヒートが許容範囲より低い場合でも前記電子膨張弁開度が既に上限開度である場合、或いは前記スーパーヒートが許容範囲より高い場合でも前記電子膨張弁開度が既に下限開度である場合には、電子膨張弁の開度を更に開閉する制御を行わないようにすることが好ましい。

また、前記圧縮機吐出側の高圧配管に設けられ圧縮機吐出側の圧力を検出するための圧力センサと、前記圧縮機吸入側の低圧配管に設けられ圧縮機吸入側の圧力を検出するための圧力センサとを備え、前記制御装置は、前記圧縮機吐出側の圧力センサ及び前記圧縮機吸入側の圧力センサによる検出値に基づいて圧縮機における圧力比を算出し、この算出された圧力比に基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御することでも、前記圧縮機内の油量を適切に制御できる。ここで、前記制御装置は、前記算出された圧力比が許容範囲であれば、前記電子膨張弁の開度を維持し、前記圧力比が許容範囲より小さい場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ更に開き、前記圧力比が許容範囲より大きい場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ閉じ、その後一定時間経過毎に圧力比を算出して前記電子膨張弁開度を制御するようにすると良い。

なお、前記圧力比が許容範囲より小さい場合でも前記電子膨張弁開度が既に上限開度である場合、或いは前記圧力比が許容範囲より大きい場合でも前記電子膨張弁開度が既に下限開度である場合には、電子膨張弁の開度を更に開閉する制御を行わないことが好ましい。

本発明によれば、圧縮機から冷凍機油が冷凍サイクルに放出される、所謂、油上がりによる圧縮機内の油量不足を防止することができると共に、圧縮機内の油量を適切に維持できるから、圧縮機の信頼性向上を図れる。また、冷凍サイクル内に冷凍機油が多量に放出されて、冷凍サイクル中の冷媒配管や熱交換器に冷凍機油が大量に滞留するのも抑制できるから、冷房能力及び暖房能力が低下することも防止できる空気調和機を得ることができる効果がある。

本発明の空気調和機の実施例１を示す冷凍サイクル構成図である。 本発明の空気調和機の実施例１の他の例を示す冷凍サイクル構成図である。 本発明の空気調和機の実施例１における制御を説明するフローチャートである。 本発明の空気調和機の実施例２における制御を説明するフローチャートである。 本発明の空気調和機の実施例３における制御を説明するフローチャートである。 本発明の空気調和機に対する参考例を示す冷凍サイクル構成図である。

本発明の実施例を説明する前に、まず、本発明に対する参考例を図６により説明する。

図６に示すものは、圧縮機１の吐出側に油分離器７を設け、この油分離器７から油戻し配管２１を介して油をアキュムレータ８に送り、このアキュームレータ８を経由して圧縮機１に油を戻す参考例である。前記油戻し配管２１には電磁弁１０ａが設けられ、開閉制御により油量調整を行うと共に、高圧を減圧するためにキャピラリチューブ１７が設けられている。なお、図６において、Ａは室外ユニット、Ｂ１，Ｂ２は室内ユニット、２は四方弁、３は室外熱交換器、４は室外膨張弁、５は室内熱交換器、６は室内膨張弁、９はレシーバタンク、１０は電磁弁、１１は逆止弁、１２はガス阻止弁、１３は液阻止弁、１５は制御装置、１６は冷媒配管である。

しかし、この参考例のものでも、電磁弁１０ａでは単に全開，全閉の開閉制御を行うだけで、細かな冷凍機油量の調整はできず、起動時や室内ユニットの室数切替時等の過渡的なサイクル状態では、冷凍機油の圧縮機への戻り量を最適に制御することは困難である。

これに対し本発明は、冷凍機油の圧縮機への戻り油量、或いは圧縮機内の冷凍機油の量を適切に制御できるようにしたもので、これにより、冷房性能及び暖房性能の向上、圧縮機の信頼性向上を図るものである。
以下、本発明の実施例を図１〜図５により説明する。

図１は、本発明の空気調和機の実施例１を示す冷凍サイクル構成図で、空気調和機としてツインタイプエアコンディショナー(１台の室外ユニットに対して２台の室内ユニットを備えたもの)に本発明を適用した場合の例を示す。なお、本実施例において、室内ユニットの数は２台に限られず、３台以上でも、或いは１台であっても、本発明は同様に適用できるものである。

図において、Ａは室外ユニット、Ｂ１，Ｂ２は前記室外ユニットＡに冷媒配管１６により接続されている室内ユニットである。前記室外ユニットＡにおいて、１は、低温，低圧の冷媒蒸気を圧縮して高温，高圧の冷媒蒸気にする圧縮機で、この実施例では複数台の圧縮機１が並列に設けられている。２は冷房時と暖房時で冷媒の流れを逆転させるための四方弁、３は、冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器となる室外熱交換器で、この実施例では１つの室外ユニットＡに２個の室外熱交換器３が設けられており、それぞれの室外熱交換器３には冷凍サイクルの冷媒配管内を流れる冷媒流量を制御するための室外膨張弁４が設けれられている。７は、前記圧縮機１の吐出側に設けられ、圧縮機からの吐出冷媒に混合されている冷凍機油を分離するための油分離器、８は、前記圧縮機１の吸入側に設けられ、気液混合冷媒から液冷媒を分離するためのアキュムレータ、１２はガス阻止弁、１３は液阻止弁で、これらガス阻止弁１２及び液阻止弁１３により、冷凍サイクル内の冷媒及び冷凍機油を室外ユニットＡに密封することができるようになっている。

前記室内ユニットＢ１，Ｂ２において、５は、冷房時は蒸発器、暖房時は凝縮器となる室内熱交換器、６は冷凍サイクルの冷媒配管内を流れる冷媒の流量を調整する室内膨張弁である。

また、前記室外ユニットＡには、室内外ユニットの膨張弁、電磁弁、圧縮機及びファンなどの各機器を制御する制御装置１５が設けられている。

前記室外ユニットＡと室内ユニットＢ１，Ｂ２とは、現地の施工条件に合わせて、空気調和機を設置する現地の冷媒配管１６により接続されている。

２１は油戻し配管で、この油戻し配管２１は前記油分離器７と、前記アキュムレータ８の上流側（アキュームレータと四方弁の間）の低圧配管２２とを接続し、この油戻し配管２１には電子膨張弁１４が設けられている。なお、この油戻し配管２１は前記アキュームレータ８に直接接続するようにしても良い。

本実施例のように、油戻し配管２１に絞り装置である電子膨張弁１４を設けることで、弁開度を微調整することが可能となり、適正な油量を圧縮機内に戻すことができるから、常に一定の油量を圧縮機内に保有させることが可能となる。従って、本実施例によれば、空気調和機の起動時や室内ユニットの運転台数が変化した場合など、過渡的なサイクル運転条件においても、圧縮機内の冷凍機油量を適正に保つことができ、油量低下による潤滑不足や、多量の冷凍機油が圧縮機内に戻ることによる液圧縮などを引き起こすこともなくなり、圧縮機１の故障を防止することが可能となる。また、圧縮機から冷凍サイクル配管内に排出される油量も最小限に抑えることができ、熱交換器への冷凍機油滞留による伝熱性能の低下や、それに伴なう冷房能力及び暖房能力の低下を抑えることもできる。電子膨張弁１４の制御も前記制御装置１５で制御することができる。

また、図１において、１８は各圧縮機１内の油面高さ（油量）を検出するための油面高さセンサ、１９は圧縮機からの吐出ガス温度又は圧縮機頂部など圧縮機吐出配管に近い部分の高温部の温度を検出する圧縮機温度センサ、２０ａは高圧配管２３に設けられ圧縮機吐出側の圧力を検出するための圧力センサ、２０ｂは低圧配管２２に設けられ圧縮機吸込側の圧力を検出するための圧力センサである。

なお、２４は前記油分離器７下流側の前記高圧配管２３とレシーバタンク９が設けられている液管２５とを接続するバイパス配管で、このバイパス配管２４には電磁弁１０と逆止弁１１が設けられている。２６は前記複数の室外熱交換器３にそれぞれ設けられている前記室外膨張弁４のそれぞれと並列に設けた逆止弁である。

図２は図１の変形例を示すもので、この例において図１と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示している。本実施例に示すように、１台の室外ユニットＡにおいて複数の圧縮機１を使用している場合、各圧縮機１毎に運転条件が異なるため、各圧縮機１内の必要とされる冷凍機油量も異なる。即ち、一方の圧縮機の油量が適正な場合であっても、他方の圧縮機の油量が過多であったり、過少状態となれば、上述したように、圧縮機の故障や冷凍サイクルの性能低下に繋がる。

この図２に示す例は、前記複数台の圧縮機の何れもが適正油量となるようにしたもので、この例では、油分離器７と、それぞれの圧縮機の吸入配管２２ａ，２２ｂとを複数の油戻し配管２１ａ，２１ｂで接続し、これら油戻し配管２１ａ，２１ｂのそれぞれに電子膨張弁１４を設けている。これにより、各圧縮機毎に油の戻り量をそれぞれの圧縮機の運転状態に応じてコントロールできるから。各圧縮機内の油面を一定に保つことが可能となる。

図１に示す実施例では、油戻し配管２１はアキュムレータ８上流の低圧配管２２に接続されているため、冷媒循環量やアキュムレータ８内の液冷媒の量によっては、アキュムレータ８から圧縮機１に十分な量の油を戻せない場合がある。これに対し、図２に示す例では、油分離器７から直接各圧縮機１の吸入配管２２ａ，２２ｂに、それぞれの油戻し配管２１ａ，２１ｂを介して戻すので、冷媒循環量やアキュムレータ８の状態や特性に影響されず、それぞれの電子膨張弁１４の開度制御により適正な冷凍機油量をそれぞれの圧縮機内に戻すことができる。

なお、図２の例において、図１に示す油戻し配管２１と電子膨張弁１４を併設することも可能である。即ち、前記四方弁２と前記アキュームレータ８との間の前記低圧配管２２と前記油分離器７とを接続する油戻し配管と、前記アキュームレータ８と前記圧縮機１との間の吸入配管２２ａ，２２ｂと前記油分離器７とを接続する油戻し配管とを設け、それぞれの油戻し配管に電子膨張弁１４を設けるようにしても良い。

次に、圧縮機内の油量制御の具体例を図３のフローチャートで説明する。この制御例は圧縮機の周波数に基づいて前記電子膨張弁１４の開度制御をすることを基本とし、更に圧縮内の油量を検出して前記電子膨張弁１４の開度を補正するように制御する例を示している。

この例では、圧縮機内の油量を常に検出して常に一定の油量に保つことができるように、圧縮機１に油面高さセンサ１８（図１、図２参照）を取り付ける。即ち、圧縮機１の容器に穴を設けておき、容器の外側から前記油面高さセンサ１８の検知部を容器内に挿入し、センサ本体は圧縮機１の容器外に設置する。油面高さセンサ１８の取付位置は、圧縮機内の油量が過多或いは過少にならないように制御するため、最適油量となる中間の位置と、これ以上油量が少なくなると圧縮機の故障の原因となる下限の位置に、それぞれ油面高さセンサ１８を設置する。

次に、図３のフローチャートに沿って、この実施例における圧縮機内油面高さ制御について説明する。
初めに、空気調和機の電源を投入する(ステップＳ１)。電源が投入されると、油戻り量を制御する電子膨張弁１４の正確な開度を検出するため、ゼロリセット(基準点調整)が行なわれる(ステップＳ２)。次に室外ユニットの圧縮機１が起動する(ステップＳ３)。圧縮機が起動すると、一時的に圧縮機内の冷凍機油が冷凍サイクル配管内に排出され油量不足となるため、この油量不足を防ぐために電子膨張弁１４の開度を全開とし圧縮機１内の油量を増やす(ステップＳ４)。次に、タイマーを０秒に設定し、Ａ秒経過後ステップＳ７に移行する(ステップＳ５，Ｓ６)。ステップＳ７では圧縮機の周波数を検知し、この検知された圧縮機周波数に基づいて、予め求めておいた「圧縮機周波数−膨張弁開度特性図（ａ）」から、電子膨張弁１４の開度Ｘplsを算出（ステップＳ８）し、電子膨張弁１４の開度をＸplsに制御する（ステップＳ９）。

次に、油面高さセンサ１８で検出された圧縮機内の油面が、下限値より低ければ、前記ステップＳ４に戻って膨張弁１４の開度は全開とされ、下限値より高くなった場合にはステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、油面高さが中間値と下限値の間であれば、この状態が最適油量となるため電子膨張弁１４の開度は現状の開度に維持される。ステップＳ１１で、油面が中間値以上となった場合はステップＳ１２に移行し、電子膨張弁１４の開度を指定パルスＹplsだけ閉じて、圧縮機内へ導入される油量を減らし、ステップＳ５に戻る。
上記のように制御することで、圧縮機内の油面を適正な所定範囲に保つことができる。

一般に、空気調和機では圧縮機の運転周波数を上昇させることで冷媒循環量を増加させ、これによって、冷暖房の能力向上を図っている。しかし、冷媒循環量が多くなると、圧縮機から流出する冷凍機油量も多くなり、結果的に圧縮機内の油量が減少する。本実施例では、予め圧縮機周波数に対する電子膨張弁１４の開度による圧縮機への給油量の関係を求めておき（図３の「圧縮機周波数−膨張弁開度特性図（ａ）」参照）、圧縮機の運転周波数が高いときは、電子膨張弁１４の開度を大きくして、圧縮機への冷凍機油の供給量を増大させ、圧縮機運転周波数が低いときは、電子膨張弁１４の開度を小さくして、圧縮機への冷凍機油の供給量を減少させるように制御することで、圧縮機への給油量を運転周波数の変化に応じて迅速に対応できるようにしている。

本実施例によれば、圧縮機周波数に基づいて電子膨張弁１４の開度を適切な開度に制御すると共に、圧縮機内の油面を検知して前記開度を修正するように構成しているので、圧縮機１から冷凍機油が冷凍サイクルに放出される、所謂、油上がりによる圧縮機内の油量不足を防止することができると共に、圧縮機内の油量を適切に維持できるから、圧縮機の信頼性向上を図れ、且つ冷凍サイクル内に冷凍機油が多量に放出されるのを防止し、冷房能力及び暖房能力が低下することも防止できる。

次に、本発明の実施例２を図４のフローチャートにより説明する。この実施例において、空気調和機の基本構成は図１や図２に示すものと同様であり、電子膨張弁１４の開度制御の手法のみ異なるものである。

この実施例は、圧縮機吐出ガススーパーヒート（過熱度）を用いて電子膨張弁１４の開度制御をするものである。圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHは、圧縮機の頂部に設けられた圧縮機温度センサ１９から得られた温度と、圧縮機の吐出側に設けられた圧力センサ２０ａから得られた圧力から算出することができる。圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHが低い場合は、通常圧縮機温度が低下しているため、圧縮機下部の冷凍機油が溜まっている部位の温度も低下している。このため、圧縮機内の液冷媒量が増加して圧縮機内の冷凍機油に液冷媒が多量に混入する。このため、冷凍機油の粘度が低下するので、電子膨張弁１４の開度を制御して圧縮機内に冷凍機油をより多く供給する必要がある。

以下、本実施例の制御を図４のフローチャートに沿って説明する。
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ６までは図３に示す実施例と同じであるので、説明を省略する。本実施例において、ステップＳ７，Ｓ８では、室外ユニットの圧縮機温度センサ１９と圧縮機の吐出側に設けた圧力センサ２０ａからの検出値に基づいて、制御装置１５により、圧縮機吐出温度と吐出圧力を検知すると共に、圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHを算出する。その算出された圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHが、目標温度に対して許容範囲かどうかをステップＳ９で演算し、許容範囲であれば、油戻り量を制御する電子膨張弁１４の開度を現状維持させ、ステップＳ５に戻る。また、ステップＳ９で圧縮機吐出ガススーパーヒートが目標温度の許容範囲外の場合にはステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０では、算出された圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHが目標温度TdSHより許容範囲以上低いとき（Yesの場合）にはステップＳ１１に移行し、電子膨張弁１４の開度を指定パルスＹpls分だけ更に開いてステップ５に戻る。このとき、前記電子膨張弁開度が既に上限開度である場合には、電子膨張弁開度を更に開く制御は行なわず、その上限開度を維持する。

一方、算出された圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHが目標温度TdSHより許容範囲以上高いとき（Noの場合）はステップＳ１２へ移行し、電子膨張弁１４の開度が下限開度より大（Yesの場合）であればステップＳ１３に移行して電子膨張弁１４の開度を指定パルスＺpls分だけ閉じる。ステップＳ１２で膨張弁開度が下限開度以下の場合（Noの場合）にはその開度を維持してステップＳ５に戻る。

ここで、電子膨張弁１４の開閉制御の速度に対し、圧縮機吐出ガススーパーヒートTdSHの温度変化の速度は小さいために、電子膨張弁１４の開度が過剰に開閉されてしまい、圧縮機内の油量が過大または過少になってしまうことが考えられる。このため、本実施例では、ステップＳ５，Ｓ６に設定されたタイマーを利用して制御することで、圧縮機内油量が過大または過少になることを防止している。

本実施例によれば、圧縮機吐出ガススーパヒートに基づいて電子膨張弁１４の開度制御をするので、サイクル運転状態が変動しても、圧縮機吐出ガススーパヒートに対応して圧縮機内の冷凍機油量を適正量に制御することができる。従って、圧縮機の信頼性向上を図れると共に、冷凍サイクル内に冷凍機油が多量に放出されるのを防止して冷房能力及び暖房能力を確保することができる。

本発明の実施例３を図５のフローチャートにより説明する。この実施例においても、空気調和機の基本構成は図１や図２に示すものと同様であり、電子膨張弁１４の開度制御の手法のみ異なるものである。

この実施例は、圧縮機１の吐出圧力と吸込圧力との比である圧力比を用いて電子膨張弁１４の開度制御をするものである。

圧縮機１の吐出圧力と吸込圧力との比である圧力比は、圧縮機１の品質確保のため運転範囲に制限がある。例えば、暖房期の外気低温時には圧縮機の吸入圧力が低下するので高圧力比運転になる。また、冷房期の外気低温時には圧縮機の吐出圧力が減少するので低圧力比運転になる。

高圧力比運転時には、圧縮機の周波数を減少させて高圧力比運転を回避するが、油上がりが小さくなるため、圧縮機内の冷凍機油の油量が過大となる。また、圧力比が低い場合は、圧縮機の周波数を上昇させて低圧力比運転を回避するが、結果的に油上がりが大きくなり、圧縮機内の冷凍機油の油量不足を引き起こす。

そこで、本実施例では、図５のフローチャートに示すように、圧力比に基づいて油戻し配管２１の電子膨張弁１４を制御する。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１からステップＳ６までは図３，図４に示す実施例と同じであるので、説明を省略する。

本実施例において、ステップＳ７，Ｓ８では、室外ユニットの圧縮機の吐出側の圧力センサ２０ａと吸込側の圧力センサ２０ｂからの検出値に基づいて、制御装置１５により、圧縮機吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓを検知し、圧力比εを算出する。圧力比εを算出後次のステップに移行する。算出された圧力比εが、予め定めた圧縮機の運転範囲、即ち、圧力比εが下限値β１と上限値β２の範囲内かどうかをステップＳ９とＳ１０で確認する。圧力比εが、「β１≦ε≦β２」であれば、電子膨張弁１４の開度はそのまま維持してステップＳ１０からステップＳ５に戻る。

ステップＳ９及びＳ１０で圧力比εが圧力比の上限値β２よりも大きい場合には、ステップＳ１１に移行し、現在の電子膨張弁１４の開度がその電子膨張弁の下限開度より大である場合には、ステップＳ１２に移行して、電子膨張弁１４の開度を予め設定してあるＢパルス分だけ閉め、ステップＳ５に戻る。ステップＳ１１で現在の電子膨張弁１４の開度がその電子膨張弁の下限開度以下である場合には、その開度を維持してステップＳ５に戻る。

前記ステップＳ９において、算出した圧力比εが下限開度β１未満の場合にはステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３で、電子膨張弁１４の開度が上限開度未満であれば、ステップＳ１４に移行し、電子膨張弁１４の開度を予め定め設定してあるＣパルス分だけ開いた後、ステップＳ５に戻る。ステップＳ１３で電子膨張弁１４の開度が上限開度以上の場合には、その開度を維持してステップＳ５に戻る。

本実施例において、電子膨張弁１４の開閉制御の速度に対し、圧縮機の圧力比の変化速度は小さいために、電子膨張弁１４の開度が過剰に開閉されてしまい、圧縮機内の油量が過大または過少になってしまうことが考えられる。このため、本実施例においても、ステップＳ５，Ｓ６に設定されたタイマーを利用して制御することで、圧縮機内油量が過大または過少になることを防止している。

本実施例によれば、圧力比に基づいて電子膨張弁１４の開度制御をするので、圧力比が変化して許容運転範囲外の圧力比になっても、圧力比の変化に対応して圧縮機内の冷凍機油量を適正量に制御することができる。従って、圧縮機の信頼性向上を図れると共に、冷凍サイクル内に冷凍機油が多量に放出されるのを防止して冷房能力及び暖房能力を確保することができる。

以上述べたように、上述した各本実施例によれば、室内外配管長の長短によらず、常に適正な冷凍機油を圧縮機に供給することができる。また、短配管時の冷凍機油が過多の状態でも冷房能力及び暖房能力の低下を防止することができると共に、圧縮機入力増加を抑制することもできる。更に、起動時や室数切替時等の過渡的なサイクル状態に対しても、圧縮機内の冷凍機油量を一定に保つことができるようになり、圧縮機の信頼性を向上することができる。また、冷凍機油を最適に制御できるため、全体の油量を低減することも可能になる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 室外膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 室内膨張弁
７ 油分離器
８ アキュムレータ
９ レシーバタンク
１０ 電磁弁
１１ 逆止弁
１２ ガス阻止弁
１３ 液阻止弁
１４ 電子膨張弁
１５ 制御装置
１６ 冷媒配管
１７ キャピラリチューブ
１８ 油面高さセンサ
１９ 圧縮機温度センサ
２０ａ，２０ｂ 圧力センサ
２１ 油戻し配管
２２ 低圧配管（２２ａ，２２ｂ…圧縮機の吸入配管）
２３ 高圧配管
２４ バイパス配管
２５ 液管
Ａ 室外ユニット
Ｂ１，Ｂ２ 室内ユニット。

Claims (18)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備える室外ユニットと、熱交換器及び室内膨張弁を備える室内ユニットと、前記室外ユニットと前記室内ユニットを接続する冷媒配管とを備えた空気調和機において、
   前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、
   前記四方弁と前記圧縮機との間の低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、
   この油戻し配管に設けられた電子膨張弁と、
   前記圧縮機の周波数、前記圧縮機内の油量、前記圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記圧縮機内油量を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
2. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び室外膨張弁を備えた空気調和機において、
   前記圧縮機の吐出側に設けられた油分離器と、
   前記四方弁と前記圧縮機との間の低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、
   この油戻し配管に設けられた電子膨張弁と、
   前記圧縮機の周波数、前記圧縮機内の油量、前記圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記圧縮機内油量を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１又は２に記載の空気調和機において、前記圧縮機の吸入側の低圧配管にはアキュームレータが設けられていることを特徴とする空気調和機。
4. 請求項３に記載の空気調和機において、前記油戻し配管は、前記四方弁と前記アキュームレータとの間の前記低圧配管に接続されていることを特徴とする空気調和機。
5. 請求項３に記載の空気調和機において、前記油戻し配管は、前記低圧配管に設けられたアキュームレータに直接接続されていることを特徴とする空気調和機。
6. 請求項３に記載の空気調和機において、前記油戻し配管は、前記四方弁と前記アキュームレータとの間の前記低圧配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管と、前記アキュームレータと前記圧縮機との間の吸入配管と前記油分離器とを接続する油戻し配管とを備え、前記それぞれの油戻し配管に電子膨張弁が設けられていることを特徴とする空気調和機。
7. 請求項１又は２に記載の空気調和機において、前記圧縮機は、並列に複数台設けられ、前記油戻し配管は、前記各圧縮機の吸入配管と前記油分離器とを接続するように複数本設けられて、これら複数本の油戻し配管のそれぞれに前記電子膨張弁が設けられ、前記制御装置は、前記各圧縮機の周波数、前記各圧縮機内の油量、前記各圧縮機から吐出される吐出ガススーパーヒート、前記各圧縮機における吸入圧力と吐出圧力の比である圧力比の少なくとも何れかに基づいて前記各油戻し配管の電子膨張弁の開度を調整して前記各圧縮機内油量を制御することを特徴とする空気調和機。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の空気調和機において、室外ユニットに設置されている室外ユニットの各構成要素を制御する制御装置により、前記油戻し配管の電子膨張弁の開度制御を行うことを特徴とする空気調和機。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の空気調和機において、圧縮機内の油面高さを検知する油面高さセンサを備えることを特徴とする空気調和機。
10. 請求項９に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記圧縮機の周波数に基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御すると共に、前記油面高さセンサからの信号に基づく圧縮機内の油量に応じて前記油戻し回路の電子膨張弁開度を修正することを特徴とする空気調和機。
11. 請求項１〜１０の何れかに記載の空気調和機において、前記圧縮機からの吐出ガス温度又は圧縮機頂部など圧縮機吐出配管に近い部分の高温部の温度を検出する圧縮機温度センサと、前記圧縮機吐出側の高圧配管に設けられ圧縮機吐出側の圧力を検出するための圧力センサとを備えることを特徴とする空気調和機。
12. 請求項１１に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記圧縮機温度センサ及び圧縮機吐出側の圧力センサによる検出値に基づいて圧縮機吐出ガスのスーパーヒートを算出し、この算出されたスーパーヒートに基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御することを特徴とする空気調和機。
13. 請求項１２に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記算出されたスーパーヒートが許容範囲であれば、前記電子膨張弁の開度を維持し、前記スーパーヒートが許容範囲より低い場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ更に開き、前記スーパーヒートが許容範囲より高い場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ閉じ、その後一定時間経過毎にスーパーヒートを算出して前記電子膨張弁開度を制御することを特徴とする空気調和機。
14. 請求項１３に記載の空気調和機において、前記スーパーヒートが許容範囲より低い場合でも前記電子膨張弁開度が既に上限開度である場合、或いは前記スーパーヒートが許容範囲より高い場合でも前記電子膨張弁開度が既に下限開度である場合には、電子膨張弁の開度を更に開閉する制御を行わないことを特徴とする空気調和機。
15. 請求項１〜１４の何れかに記載の空気調和機において、前記圧縮機吐出側の高圧配管に設けられ圧縮機吐出側の圧力を検出するための圧力センサと、前記圧縮機吸入側の低圧配管に設けられ圧縮機吸入側の圧力を検出するための圧力センサとを備えることを特徴とする空気調和機。
16. 請求項１３に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記圧縮機吐出側の圧力センサ及び前記圧縮機吸入側の圧力センサによる検出値に基づいて圧縮機における圧力比を算出し、この算出された圧力比に基づいて前記油戻し回路の電子膨張弁の開度を制御することを特徴とする空気調和機。
17. 請求項１６に記載の空気調和機において、前記制御装置は、前記算出された圧力比が許容範囲であれば、前記電子膨張弁の開度を維持し、前記圧力比が許容範囲より小さい場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ更に開き、前記圧力比が許容範囲より大きい場合には前記電子膨張弁の開度を指定パルス分だけ閉じ、その後一定時間経過毎に圧力比を算出して前記電子膨張弁開度を制御することを特徴とする空気調和機。
18. 請求項１７に記載の空気調和機において、前記圧力比が許容範囲より小さい場合でも前記電子膨張弁開度が既に上限開度である場合、或いは前記圧力比が許容範囲より大きい場合でも前記電子膨張弁開度が既に下限開度である場合には、電子膨張弁の開度を更に開閉する制御を行わないことを特徴とする空気調和機。

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