JP2014228226A - ヒートポンプ空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転後の停止時におけるイルの逆流を防止して信頼性の高いヒートポンプ空気調和機を提供する。【解決手段】圧縮機の吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう圧縮機停止遅延制御手段１１を設け、暖房運転で圧縮機１が停止するときには、圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させ、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させ、オイル粘度を高めることで、オイルのシール性を向上させてヒートポンプ空気調和機の信頼性を向上することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリ圧縮機を有するヒートポンプ空気調和機に関する。

一般にヒートポンプ空気調和機は、室外が低気温時、暖房運転で短時間運転を行ない停止すると、圧縮機内のオイル温度が低く、冷媒がオイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいるため、オイル粘度は低くなっている。

この様なオイル粘度が低い状態、即ちオイルのシール性が低下している状態で、高低圧力差がつくため、オイルはアキュムレータに逆流して油面が低下する。

この課題対し従来の発明では、圧縮機構部に開閉弁を設け、当該開閉弁を、圧縮機構部の回転軸が回転するときに発生する遠心力を受けるときに開き、遠心力を受けないときに閉まる構成としている。圧縮機を運転中は遠心力により開閉弁を開き、停止により遠心力を受けなくなると開閉弁を閉止するようにして、油溜め部と給油通路との間を連通しない機構としている（特許文献１）。

特開２０１０−２６１４６２号公報

しかしながら、上記従来の構成では圧縮機内で発生したスラッジが弁体と弁蓋の間に付着した場合、開閉弁のシール性が低下するため、逆流を防止できない。また、シャフト構造を新たに設計する必要があるため、設計工数がかかりコストが上がるなどの課題があった。

本発明の目的は、メカニカルな構造によって逆流の防止を行なうのではなく、暖房運転で圧縮機が停止するときには、圧縮機吐出過熱度（以下、圧縮機吐出ＳＨと称す）が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させ、これによりオイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めることでオイルのシール性を向上させ、オイルの逆流を防止して、設計工数の抑制を行ないながら、ヒートポンプ空気調和機の信頼性を向上することにある。

本発明は前記目的を達成するため、暖房運転停止時に圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう圧縮機遅延制御手段を設け、暖房運転停止時、室内ファンを停止し、圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう構成としてある。

これにより、暖房運転停止時には圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させ、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めてオイルのシール性を向上させることにより、オイルの逆流を防止することができ、設計工数の抑制を行ないながら、安価で信頼性の高いヒートポンプ空気調和機を提供することができる。

本発明によれば、暖房運転で圧縮機が停止するときには、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めてオイルのシール性を向上させることにより、メカニカルな構造を用いることなくオイルの逆流を防止することができ、安価で信頼性の高いヒートポンプ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におけるヒートポンプ空気調和機の構成図 同ヒートポンプ空気調和機の圧縮機を示す断面図 同ヒートポンプ空気調和機の制御チャート図

本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ空気調和機は、暖房運転停止時に圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう圧縮機遅延制御手段を設け、暖房運転停止時、室内ファンを停止し、圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう構成としてある。

これにより、暖房運転で圧縮機が停止するときには、圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させることで、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めてオイルのシール性を向上させ、メカニカルな構造を用いることなくオイルの逆流を防止することができる。

本発明の第２の実施の形態けるヒートポンプ空気調和機は、前記第１の発明のヒートポンプ空気調和機に、室外ファン、膨張弁制御の停止遅延を行うシステム遅延制御手段を設けたもので、より短時間に圧縮機吐出ＳＨを上昇することができるので、圧縮機停止までの遅延時間を短縮できる。

以下、本発明のヒートポンプ空気調和機について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施例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）
先ず、本発明のヒートポンプ空気調和機について図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ空気調和機の構成図である。

本実施の形態１におけるヒートポンプ空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷房／暖房運転時の冷媒回路を切り替える四方弁２、冷房時には凝縮器となり暖房時には蒸発器となって冷媒と外気の熱を交換する室外熱交換器３、室外熱交換器３内を流れる冷媒と外気の熱交換を促進する室外ファン７、冷媒を減圧する膨張弁４、冷媒と室内空気の熱を交換し冷房時には蒸発器となり暖房時には凝縮器となる室内熱交換器５、室内熱交換器５内を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進する室内ファン８、圧縮機１の吸い込み側に接続したアキュムレータ６から構成してある。

室外機２２は圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、膨張弁４、アキュムレータ６、室外ファン７で構成し、室内機２１は室内熱交換器５、室内ファン８で構成し、室外機２２と室内機２１は液側接続管２３とガス側接続管２４で接続してある。

また、このヒートポンプ空気調和機には、圧縮機１の吐出温度を検知する吐出温度センサ１３と室内熱交換器５の略中央に設置され冷媒の飽和温度を検知する室内熱交温度センサ１４を設置し、吐出温度センサ１３で検知した吐出温度と室内熱交温度センサ１４で検
知した室内熱交換器内の冷媒温度より冷媒の過熱度を計算し、過熱度により、圧縮機１の停止を遅延する圧縮機停止遅延制御手段１１及び膨張弁４、室外ファン７の運転を遅延するシステム遅延制御手段１２が設置してある。

また、圧縮機停止遅延制御手段１１、システム遅延制御手段１２により停止遅延制御手段１０を構成している。

次に上記圧縮機１の構成について図２を用いて説明する。図２は本実施の形態における圧縮機１の断面図である。

図２において、圧縮機１は、電動機２９と圧縮機構部２７をシャフト３１で連結して密閉容器２８内に収納したものであって、圧縮機構部２７は、シリンダ３０と、このシリンダ３０の両端面を閉塞する上端板３４と下端板３５とで形成した圧縮室３９と、前記上端板３４および下端板３５に支持されたシャフト３１の偏心部３１ａに嵌合させて前記圧縮室３９内に設けたローラ３２と、このローラ３２の外周に当接しローラ３２の偏心回転に追従して往復運動し圧縮室３９内を低圧部と高圧部とに仕切るベーン３３を備えている。電動機２９は回転子４１と固定子４２によって構成してある。

シリンダ３０には、圧縮室３９内の低圧部に向けて作動冷媒を吸入する吸入ポート４０を開通し、上端板３４には、圧縮室３９内の低圧部から転じて形成される高圧部から作動冷媒を吐出する吐出ポート３８が開通してあり、ローラ３２はシリンダ３０が上端板３４、下端板３５に上下から閉塞されることによって形成される圧縮室３９に収容してある。吐出ポート３８は上端板３４を貫通する孔として形成してあり、吐出ポート３８の上面には所定の大きさ以上の圧力を受けた場合に解放される吐出バルブ３６が設けてある。そして、この吐出バルブ３６を覆うように吐出マフラ３７が設けてある。なお、上記吐出マフラ３７には作動冷媒が通過するマフラ吐出孔が設けてある。

この様に構成したヒートポンプ空気調和機について動作を説明する。

先ず、冷房運転時には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り室外熱交換器３に送られる。そして、室外ファン７によって外気と熱交換を促進して放熱し、高圧の液冷媒となり膨張弁４に送られる。膨張弁４では減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、液接続管２３を通って、室内熱交換器５に送られる。

室内ファン８によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気の熱を吸熱し蒸発気化して低温のガス冷媒となる。このとき冷媒によって吸熱された室内空気は温度湿度が低下して室内ファン８によって室内に吹き出され室内を冷房する。また、ガス冷媒は、ガス側接続管２４を通過して四方弁２に入り、アキュムレータ６を経て圧縮機１に戻る。

一方、暖房運転には、圧縮機１によって圧縮された冷媒は高温高圧の冷媒となって四方弁２を通り、ガス接続管２４に送られる。室内ファン８によって吸い込まれた室内空気は室内熱交換器５を通って冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ熱を放熱し凝縮して高圧の液冷媒となる。このとき室内空気は冷媒の熱を吸熱し温度が上昇した状態で室内ファン８によって室内に吹き出され室内を暖房する。その後、冷媒は液接続管２３を通って膨張弁４に送られ、膨張弁４において減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器３に送られて、室外ファン７により外気と熱交換を促進して蒸発気化し、四方弁２を経由してアキュムレータ６を通って圧縮機１へ戻される。この様にして冷暖房運転がなされる。

以上のようにして動作するヒートポンプ空気調和機の圧縮機１について、次にその圧縮
機１の動作、作用を説明すると、低圧部側ではローラ３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室を徐々に拡大しながら離れていき、吸入ポート４０から吸入室内に作動冷媒を吸入する。一方、高圧部側ではローラ３２の摺動部が吐出ポート３８へ圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出バルブ３６が開いて吐出ポート３８から作動冷媒を吐出し、吐出マフラ３７に設けられたマフラ吐出孔を通過して密閉容器２８内に放出される。

その後、電動機２９の回転子４１と固定子４２の間に形成されたエアギャップ２６を通って、電動機２９の上部のガス貯留空間５０空間に送り出され、冷媒吐出管５１から密閉容器２８の外に吐出される。

この圧縮機１では、密閉容器２８下部に油溜め部４５が形成されており、圧縮機１運転時には、油溜め部４５のオイルは、シャフト３１内部に形成された給油通路４６を通り、圧縮機１内部およびシャフト３１の軸受部に供給される。給油通路４６は、圧縮機１上部の圧縮後の冷媒ガスが一時的に貯留されるガス貯留空間５０と圧縮機１内部の圧縮空間との間を連通している。

ここで、圧縮機１が運転後停止した場合には密閉容器２８内は圧力が高く、吸入ポート４０は圧力が低い状態となっている。よって、油溜め部４５のオイルは給油通路４６を通して密閉容器２８と吸入ポート４０との圧力差により吸入ポート４０へ押されることになる。このとき、オイルと混合している、あるいはオイルに大量に溶け込んでいる冷媒のためオイルの粘度が小さいと、前記密閉容器２８と吸入ポート４０との圧力差により吸入ポート４０にオイルが押し出されることになり、油溜め部の４５の油面が低下するような形となる。すなわち、オイルが逆流することになる。

しかしながらこの発明では、このような油オイルの逆流を防止することができる。すなわち、オイル粘土が低下しがちな短時間暖房運転後の停止時に、圧縮機１を停止する場合には先ず室内ファン８のみを停止する。停止遅延制御手段１０は、吐出温度センサ１３で吐出温度を検知し、室内熱交温度センサ１４で飽和温度を検知し、その差を過熱度として判定し、例えば５Ｋ以下である場合、圧縮機停止遅延制御手段１１は圧縮機１をそのまま運転し、システム遅延制御手段１２は膨張弁４、室外ファン７の運転を継続する。過熱度が５Ｋより高くなると圧縮機停止遅延制御手段１１が圧縮機１を停止し、システム遅延制御手段１２が膨張弁４、室外ファン７を停止する。

これを図３の制御フロー図を用いて説明する。尚、図３では本発明の特長である暖房起動時の動作を中心に説明を行い、その他、詳細については割愛する。

ＳＴＥＰ１では利用者が例えばリモコンにより暖房運転を停止する。

ＳＴＥＰ２では室内ファン８を停止する。

ＳＴＥＰ３では吐出温度センサ１３で圧縮機１の吐出温度（Ｔｄ）を検知し、室内熱交温度センサ１４で室内熱交換器温度（Ｔｎ）を検知する。

ＳＴＥＰ４ではＳＴＥＰ３で検知した吐出温度（Ｔｄ）と室内熱交換器温度（Ｔｎ）の差より過熱度（ＳＨ）をＳＨ＝Ｔｄ−Ｔｎとして推算し、ＳＨ＞５ＫであればＳＴＥＰ６に移行して遅延制御を行わず全てのアクチュエータを停止して停止遅延制御手段１０は制御を終了する。

ＳＨ≦５Ｋの場合はＳＴＥＰ５に移行して遅延制御を継続し、さらにＳＴＥＰ３に移行
する。

この様にして、暖房運転で圧縮機１が停止するときには、圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させる。これによって、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めることができ、その結果オイルのシール性が向上し、メカニカルな構造を用いることなくオイルの逆流を防止することができる。

また、この実施の形態では更に室外ファン７、膨張弁４制御の停止遅延を行うシステム遅延制御手段１２を設けているので、より短時間に圧縮機吐出ＳＨを上昇することができ、圧縮機停止までの遅延時間を短縮できる。

本発明によれば、メカニカルな構造によって逆流の防止を行なうのではなく、暖房運転で圧縮機が停止するときには、圧縮機吐出ＳＨが一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なって、圧縮機温度を上昇させ、オイルと混合している、あるいはオイルに溶け込んでいた冷媒を蒸発させオイル粘度を高めてオイルのシール性を向上させることにより、オイルの逆流を防止することができ、設計工数の抑制を行ないながら、安価で信頼性の高いヒートポンプ空気調和機を提供することができる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
６ アキュムレータ
７ 室外ファン
８ 室内ファン
１０ 停止遅延制御手段
１１ 圧縮機停止遅延制御手段
１２ システム遅延制御手段

Claims (2)

1. 暖房運転停止時に圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なう圧縮機遅延制御手段を設け、暖房運転停止時、室内ファンを停止し、圧縮機の吐出冷媒の過熱度が一定以上となるまで圧縮機停止遅延制御を行なうことを特徴とするヒートポンプ空気調和機。
2. 室外ファン、膨張弁制御の停止遅延を行うシステム遅延制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ空気調和機。

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