JP2012122638A - 多室型冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不必要な油回収動作をなくし、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に戻ることを防止すること。
【解決手段】各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃが所定開度Ｐ１以下となった運転時間を検知する手段と、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口での冷媒過熱度の検出手段とを備え、前記室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度が所定開度Ｐ１以下で、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口での冷媒過熱度が所定値Ｋ１以上となる運転時間が所定時間Ｔ１以上となったＮ台以下の室内機毎に、前記室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度を所定時間Ｔ２の間、所定開度Ｐｏとする油回収制御動作をインターバル時間Ｔ３以上おいて順次行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、一台の室外機に複数台の室内機が接続できる多室型冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、この種の多室型冷凍サイクル装置では、冷房運転時、所定の運転状態での運転を継続していると、室内機側に冷凍機油が滞留し、圧縮機シェル内の冷凍機油が不足する状態が発生するために油回収制御を行っている。

例えば、能力可変型圧縮機の所定周波数以下での運転時間及び所定吐出圧力以下での運転時間が所定値以上となった場合に、停止機も含む各室内機の流量調整弁の開度を大きくし、かつ圧縮機の運転周波数を上げる運転を行うことによって、室内機側に滞留した冷凍機油の回収を行っている。

前記従来の技術では、このように構成された多室型冷凍サイクル装置において、冷房運転時、能力可変型圧縮機の所定周波数以下での運転時間及び所定吐出圧力以下での運転時間が所定時間以上となった場合に、停止機も含む各室内機の流量調整弁の開度を一斉に大きくし、かつ圧縮機の運転周波数を上げる運転を行うことによって、室内機側に滞留した冷凍機油の回収を行う油回収制御を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４１８２８７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮機の運転周波数或いは吐出圧力からサイクル状態を判断して油の滞留状態を予測し、各室内機に対して一斉に油回収動作を行うので、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に流入し、液バックを発生させる危険性がある。

或いは、多量の液冷媒が低圧側に移動することによって、サイクル状態が大きく変化し、油回収制御後のシステムの立ち上がりに時間がかかる。

また、油の滞留状態を圧縮機の運転周波数或いは吐出圧力からサイクル状態から判断して、各室内機に対して一斉に油回収動作を行うので、各室内機の運転状態に左右される室内熱交換器及び接続ガス管での油の滞留状態に応じた回収動作ができず、不必要な油回収動作を行うという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、各室内機の室内熱交換器及び接続ガス管での油の滞留状態に応じて、各室内機の油回収動作を順次行い、不必要な油回収動作を防止すると共に、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に流入することを防止し、圧縮機シェル内に十分な油を常に有し、冷房運転を安定して行うことができる信頼性の高い多室型冷凍サイクル装置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、本発明の多室型冷凍サイクル装置は、各室内機の流
量調整弁の開度が所定開度以下となった運転時間を検知する手段を備え、流量調整弁が所定開度以下となった室内機から、流量調整弁を所定時間、所定開度とし、室内熱交換器及び接続ガス管に溜まった油を液冷媒と共に回収する油回収動作を順次行うようにしたものである。

これによって、冷媒循環量が低下した運転が継続されて、室内熱交換器及び接続ガス管に油が滞留した室内機を、適切に特定することができ、油が滞留していると特定した室内機から油回収動作を順次行うことで、不必要な油回収動作を防止すると共に、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に流入することも防止できる。

本発明の多室型冷凍サイクル装置は、各室内機の熱交換器及び接続ガス管での油の滞留状態に応じて、油回収動作が必要な室内機のみに対して適切に油回収動作を行うことができ、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に流入することも防止できるので、圧縮機シェル内に十分な油を常に有し、安定した冷房運転を行うことができる信頼性の高い多室型冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における多室型冷凍サイクル装置のサイクル構成図 同冷房運転時の油回収制御のフローチャート

第１の発明は、各室内機の流量調整弁が所定開度以下となった運転時間を検知する手段を備え、この検知値に基づいて、流量調整弁開度が所定開度以下の運転時間が所定時間以上となる室内機から、流量調整弁開度を所定時間、所定開度とする油回収制御動作を順次行う制御装置を備えることにより、冷媒循環量が低下した運転が継続されて、室内熱交換器及び接続ガス管に油が滞留した前記室内機を適切に特定でき、特定した室内機から油回収動作を順次行うことで、不必要な油回収動作を防止すると共に、油回収動作によって多量の液冷媒が低圧側に流入することも防止することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の油回収制御動作を行う条件として、流量調整弁の開度が所定開度以下で、かつ各室内機の熱交換器出口での冷媒過熱度が所定値以上となる運転時間が所定時間以上とすることにより、各室内機の室内熱交換器及び接続ガス管の冷媒循環量に加えて冷媒状態を把握でき、その結果各室内機の室内熱交換器及び接続ガス管での油の滞留状態がより正確に把握することができ、より適切な油回収動作を行うことができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、各室内機が油回収制御動作を順次実施する場合に、所定時間以上のインターバル時間をおいて油回収制御動作を行うことで、油回収制御動作によって低圧側に流入した液冷媒が確実になくなる時間を確保することによって、液冷媒が低圧側に移動することにより生じる冷凍サイクルの変化を最小限にすることができるので、安定した冷房運転を継続して行うことができる。

第４の発明は、特に、第１〜３の発明のいずれかの発明において、油回収制御動作を行う条件を満たした室内機が複数台存在する場合に、所定台数以下の前記室内機に対しては同時に油回収制御動作を実施することによって、油回収制御動作による液冷媒の低圧側への移動をサイクル状態に大きな影響を与えない程度とし、前記室内機側に滞留した油を遅延することなく回収することができるので、圧縮機シェル内に十分な油を常に有し、安定した冷房運転を行うことができる。

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、本発明の第１の実施の形態における多室型冷凍サイクル装置のサイクル構成図を示すものである。

図１において、能力可変型圧縮機１と、四方弁２と、室外熱交換器３と、室外流量調整弁５と、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃと、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃと、アキュームレータ１１とが順次連結され冷媒回路を形成している。

室外機１５には、室外熱交換器３用の室外ファン４と、能力可変型圧縮機１の吐出配管には、吐出圧力検出手段１３と、能力可変型圧縮機１の吸入配管には、吸入圧力検出手段１２と、制御装置１４とを備えている。

複数の室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ用の室内ファン８ａ、８ｂ、８ｃと、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの入口には冷媒温度を検出する室内熱交換器入口温度センサー９ａ、９ｂ、９ｃと、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口には冷媒温度を検出する室内熱交換器出口温度センサー１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備え、接続液管１７ａ、１７ｂ、１７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃによって主冷媒回路に接続されている。

以上のように構成された冷凍サイクル装置において、以下、冷房運転時の冷媒の状態変化を説明する。

能力可変型圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して、室外熱交換器３に流入し、室外ファン４によって搬送される空気に放熱し、高圧の液冷媒となる。
室外熱交換器３から流出した高圧の液冷媒は、室外流量調整弁５を介して、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃに流入する。

室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃで減圧された冷媒は、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃに流入し、室内ファン８ａ、８ｂ、８ｃによって搬送される空気から吸熱し、蒸発して低圧のガス冷媒となる。

室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃから流出した低圧のガス冷媒は、四方弁２を介して、アキュームレータ１１に流入する。

室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃで蒸発できなかった液冷媒が存在すれば、アキュームレータ１１で分離され、アキュームレータ１１からは低圧のガス冷媒が流出し、能力可変型圧縮機１に吸入され、このように冷媒が循環することによって冷凍サイクルが形成されている。

以下、冷房運転時の油回収制御動作について、図２に示したフローチャートを参照して、詳細を説明する。

まず、冷房運転が開始された場合に、各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃが所定開度Ｐ１以下となった運転時間を検知しカウントするカウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃの値をクリアする（ステップＳ１）。

各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃは、通常の冷房運
転時の制御動作として負荷に応じて流量調整が行われ、開度が制御される（ステップＳ２）。

この通常の冷房運転時の制御方法としては、例えば、各室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出入口に室内熱交換器入口温度センサー９ａ、９ｂ、９ｃと、室内熱交換器出口温度センサー１０ａ、１０ｂ、１０ｃを設け、これらの検出値の差温から室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口での冷媒過熱度を求め、その過熱度を要求負荷に応じた目標値になるように室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度を増減することが行われている。

すなわち、この冷房運転時の通常制御においては、室内の冷房負荷が小さくなった場合、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度を小さくすることで、各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃに流入する冷媒循環量を制限し能力制御を行っている。

このような制御動作が行われて、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃによって、流入する冷媒循環量が制限された運転が継続して行われると、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃを流れる冷媒ガスの流速の低下、及び過熱度の上昇による油の粘度の上昇によって、冷凍サイクル内を循環する油が室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに滞留するようになる。

このような状況が継続されて、圧縮機１のシェル内の油が不足する状況が発生するのを防止するために、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して、滞留した油の回収を行う必要がある。

室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに滞留した油の回収を行うには、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度を要求負荷以上に開けることで、冷媒循環量を増加させると共に室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃで蒸発できない液冷媒を供給して、油に液冷媒を溶解させて流動性を上げることが最も効果的である。

したがって、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃの油の滞留状態を判断するために、各室内機の室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに油を滞留させるようになる冷媒循環量となる所定開度Ｐ１以下で、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが所定値Ｋ１以上でないかの判定を実施する（ステップＳ３）。

なお、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃは、室内熱交換器入口温度センサー９ａ、９ｂ、９ｃと、室内熱交換器出口温度センサー１０ａ、１０ｂ、１０ｃとの差温から算出され、冷媒過熱度の所定値Ｋ１は、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口がそれ以下の過熱度では油の滞留が生じなくなる値である。

各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが、所定開度Ｐ１以下で、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが所定値Ｋ１以上はなければ、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに油の滞留が進行していないと判断して、運転時間をカウントするカウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃの値をそれぞれクリアする段階（ステップＳ１）に戻る。

各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが、所定開度Ｐ１以下で、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが所定値Ｋ１以上あれば、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス
管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに油の滞留が進行していると判断して、運転時間をカウントするカウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃのカウントを進める（ステップＳ４）。

次に、運転時間カウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃが所定時間Ｔ１以上であるかの判定を行う（ステップＳ５）。

なお、所定時間Ｔ１は、各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃへの油の滞留が許容できる時間であり、実験を基に決定される。

運転時間カウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃが所定時間Ｔ１以上でなければ、冷房運転時の通常制御動作の段階に戻り、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度と室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃを監視し、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃが所定開度Ｐ１以下で、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口の冷媒過熱度Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃが所定値Ｋ１以上となる運転時間のカウントを継続する。

運転時間カウンタＴａ、Ｔｂ、Ｔｃが所定時間Ｔ１以上であれば、条件を満たした室内機に油回収を行う順位を付与する（ステップＳ６）。

次に、油回収を行う順位を付与された室内機の台数が、同時に油回収動作を行っても低圧側への液冷媒の流入が許容できる台数であるＮ台以下であるかの判定を行う（ステップＳ７）。

Ｎ台以下ならば、室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃに滞留した油を回収するのに十分な冷媒を流すことができるように設定した所定時間Ｔ２の間、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃを所定開度Ｐｏとし、油回収動作を行う（ステップＳ８）。

Ｎ台を超える台数ならば、Ｎ台の室内機に対しては、Ｎ台以下の場合と同様に油回収動作を行ない、Ｎ番目以降の室内機については、油回収動作の実施を待機し、油回収を行う順位を繰り上げる（ステップＳ９）。

油回収制御動作が終了してから、油回収制御のインターバル時間Ｔ３が経過するのをカウントし（ステップＳ１０）、油回収制御動作を待機中の室内機が存在するかの判定を行う（ステップＳ１１）。

油回収制御動作を待機している室内機が存在すれば、室内機台数がＮ台以下であるかの判定段階に戻り、それらの室内機に対して油回収制御動作を順次行う。

油回収制御動作を待機している室内機が存在しないならば、冷房運転時の通常制御段階に戻り、それ以下の制御動作を繰り返す。

以上のように、本実施の形態においては、複数の室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口での冷媒過熱度の検出手段と、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度が所定開度Ｐ１以下で、かつ室内熱交換器７ａ、７ｂ、７ｃの出口での冷媒過熱度が所定値Ｋ１以上となる運転時間を検知する手段とを備え、その運転時間が所定時間Ｔ１以上となったＮ台以下の室内機毎に、室内流量調整弁６ａ、６ｂ、６ｃの開度を所定時間Ｔ２の間、所定開度Ｐｏとする油回収制御動作をインターバル時間Ｔ３以上の時間をおいて順次行うことで、各室内機１６ａ、１６ｂ、１６ｃの室内熱交換器７ａ、７ｂ
、７ｃ及び接続ガス管１８ａ、１８ｂ、１８ｃでの油の滞留状態に応じて、適切に油回収動作を行うことができ、油回収動作による多量の液冷媒が低圧側に流入することを防止できるので、圧縮機シェル内に十分な油を常に有し、安定した冷房運転を行うことができる信頼性の高い多室型冷凍サイクル装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる多室型冷凍サイクル装置及びその制御方法は、冷房運転時、各室内機の熱交換器及び接続ガス管での油の滞留状態に応じて、適切に油回収動作を行うことができ、油回収動作による多量の液冷媒の低圧側への流入も防止できるので、複数の利用側熱交換器を有し個別制御を行う熱源機等にも適用できる。

６ａ、６ｂ 室内流量調整弁
９ａ、９ｂ 室内熱交換器入口温度センサー
１０ａ、１０ｂ 室内熱交換器出口温度センサー
１４ 制御装置
１６ａ、１６ｂ 室内機

Claims (4)

1. 冷房運転時、複数の室内機の室内流量調整弁の開度を調整し、油回収を行う多室型冷凍サイクル装置において、各室内機の前記室内流量調整弁が所定開度以下となった運転時間を検知する手段を備え、この検知値に基づいて、前記室内機のうち前記室内流量調整弁が所定開度以下となる運転時間が所定時間以上となった室内機から、前記室内流量調整弁を所定時間、所定開度とする油回収制御動作を順次行う制御装置を備えたことを特徴とする多室型冷凍サイクル装置。
2. 前記室内機の室内熱交換器出口での冷媒過熱度を検出する手段を備え、この検出値に基づいて、前記室内機のうち前記室内流量調整弁の開度が所定開度以下で、かつ、室内熱交換器出口での冷媒過熱度が所定値以上となる運転時間が所定時間以上となった室内機から、前記室内流量調整弁を所定時間、所定開度とする油回収制御動作を順次行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多室型冷凍サイクル装置。
3. 前記室内機が油回収制御動作を順次実施する場合に、所定時間以上のインターバル時間をおいて油回収制御動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の多室型冷凍サイクル装置。
4. 油回収制御動作を行う条件を満たした室内機が複数台存在する場合に、所定台数以下の室内機に対しては同時に油回収制御動作を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多室型冷凍サイクル装置。

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