JP2016109401A - 圧縮機の予熱装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小さい電力で効率よく潤滑油を温めることができる圧縮機の予熱装置を提供する。【解決手段】圧縮機の予熱装置５０は、冷凍サイクルに用いられる圧縮機に設けられ、圧縮機内の潤滑油の油面を検出する静電容量式の油面センサ４６と、この油面センサ４６に、高周波電圧を印加する電源部４５とを備える。また、高周波電圧は、圧縮機の停止中に印加され、電源部４５として、記圧縮機を制御するための制御部４１においてクロック信号を発生する発振回路が用いられる。さらに、所定の予熱条件に応じて、前記発振回路４５から前記油面センサ４６への高周波電圧の印加を断接する切替部５１を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒サイクルに用いられる圧縮機の予熱装置に関する。
蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される空気調和装置が知られている。
この種の空気調和装置においては、運転停止中に温度の低下した圧縮機内で冷媒が凝縮し、潤滑油に溶け込んでしまうという「寝込み現象」が生じる。このような寝込み現象が生じると、運転を再開したときに冷媒が急激に気化し、オイルフォーミングが生じる。そのため、圧縮機が冷媒とともに潤滑油を吸い上げ、油上がりが多くなって圧縮機の潤滑不足が発生するおそれがある。
圧縮機内における冷媒の寝込みを防止するため、従来、圧縮機のケーシングの外部にヒータを取り付けて、空気調和装置の停止中に圧縮機内の潤滑油を加熱する技術（例えば、特許文献１参照）や、圧縮機のモータへの欠相通電によって巻線を発熱させ、圧縮機内の潤滑油を加熱する技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開２０１４−１２６３０９号公報 特開２０１１−２７３３４号公報
ヒータによって圧縮機のケーシングを加熱する場合、ヒータを設けることによって当然にコストが増大する。また、圧縮機のケーシングを介して間接的に潤滑油を温めるので効率が悪く、多大な電力と時間が必要となる。
一方、圧縮機のモータへ欠相通電を行う場合、モータの巻線だけでなく、インバータ回路などのパワーモジュールにおいても電力が消費されるので、電力の損失が大きくなる。また、モータの巻線の熱を空気伝搬によって潤滑油に伝えるので、潤滑油の温度上昇に時間がかかり、効率が悪い。
本発明は、小さい電力で効率よく潤滑油を温めることができる圧縮機の予熱装置を提供することを目的とする。
（１）本発明に係る圧縮機の予熱装置は、
冷凍サイクルに用いられる圧縮機に設けられ、前記圧縮機内の潤滑油の油面を検出する静電容量式の油面センサと、
前記油面センサに高周波電圧を印加する電源部と、を備えているものである。
この構成によれば、静電容量式の油面センサに高周波電圧を印加することによって、誘電体である潤滑油を誘電加熱により加熱することができる。そのため、加熱用のヒータ等を別途備える必要が無く、油面センサを用いて潤滑油を直接温めることができるので、効率よく潤滑油を加熱することができる。また、誘電加熱を行うために油面センサに印加する電圧は高周波であればよいため、印加する電圧は必ずしも高い必要はなく、電力消費を少なくすることができる。
（２）前記高周波電圧は、前記圧縮機の停止中に印加されることが好ましい。
このような構成によって、圧縮機の停止中におけるは潤滑油の温度低下を防止することができる。
（３）前記電源部として、前記圧縮機を制御するための制御部においてクロック信号を発生する発振回路が用いられることが好ましい。
マイコン等によって構成される制御部のプロセッサは、高周波電圧信号からなるクロック信号に基づいて動作するが、このクロック信号を油面センサに印加することによって、潤滑油を加熱するための専用の電源を別途備えなくてもよく、構造の簡素化及びコストの低減を図ることができる。
（４）予熱装置は、所定の予熱条件に応じて、前記発振回路から前記油面センサへの高周波電圧の印加を断接する切替部を備えていることが好ましい。
これにより、油面センサを用いた潤滑油の加熱を必要に応じて行うことができる。
（５）前記発振回路が、前記油面センサの近傍に配置されていることが好ましい。
発振回路と静電容量式の油面センサとの距離が離れていると、高周波信号が流れる電気配線の抵抗成分によって高周波成分が消え、波形がなだらかになる（なまる）可能性がある。したがって、発振回路を静電容量式の油面センサの近傍に配置することによって確実に高周波電圧を静電容量式の油面センサに印加することができる。
本発明によれば、小さい電力で効率よく潤滑油を温めることができる。
本発明の一実施の形態における空気調和装置の概略構成図である。 圧縮機の制御装置を示す概略構成図である。 予熱装置を示す概略構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における空気調和装置の概略構成図である。
本実施の形態の空気調和装置１０は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって室内の温度を調整するものであり、室内機１２と、室外機１３と、これらの間にわたって設けられた冷媒回路１１とを備えている。
冷媒回路１１は、冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒を生成する圧縮機１５と、室内側熱交換器１６と、冷媒を減圧して低温低圧の液冷媒を生成する電子膨張弁（膨張手段）１７と、室外側熱交換器１８と、これらを順次接続する冷媒配管１９とを備えている。また、室内側熱交換器１６と室外側熱交換器１８には、それぞれ送風ファン２０、２１が対向して設けられている。
冷媒配管１９には四路切換弁２３が設けられ、この四路切換弁２３を切り換えることによって冷媒の流れを反転させ、圧縮機１５から吐出される冷媒を室外側熱交換器１８と室内側熱交換器１６とに切り換えて供給し、冷房運転と暖房運転とを切り換えることが可能となっている。
具体的に、暖房運転時には、四路切換弁２３を実線のように切り換えることによって、冷媒を実線矢印で示す方向に流し、これによって圧縮機１５から吐出された冷媒を室内側熱交換器１６に供給し、膨張弁１７を通過した冷媒を室外側熱交換器１８に供給する。この際、室内側熱交換器１６は凝縮器として機能して高温高圧のガス冷媒を凝縮・液化させ、室外側熱交換器１８は蒸発器として作用して低温低圧の液冷媒を蒸発・気化させる。
冷房運転時には、四路切換弁２３を点線のように切り換えることによって冷媒の流れを反転させ、点線矢印で示す方向に冷媒を流す。これにより、室内側熱交換器１６は蒸発器として作用し、室外側熱交換器１８は凝縮器として作用する。なお、膨張弁１７、四路切換弁２３、圧縮機１５、及び送風ファン２０、２１は、操作スイッチのオンオフや温度センサ等のセンサ出力に応じて制御装置により動作制御される。
図２に示すように、圧縮機１５のケーシング１５ａ内には、モータ３１と圧縮部３２とが収容されている。また、ケーシング１５ａには、冷媒の流入口１５ｂと吐出口１５ｃとが設けられている。そして、圧縮機１５は、モータ３１の回転動力によって圧縮部３２を駆動し、冷媒を圧縮する。
圧縮部３２は、例えばスクロールタイプのものやロータリータイプのものが用いられる。ケーシング１５ａの下部には、圧縮機１５内を潤滑するための潤滑油Ａが貯留されている。
モータ３１は、モータ駆動回路３３によって駆動される。モータ駆動回路３３は、商用電源３４を整流し平滑する整流平滑回路や、ＩＧＢＴ等のパワー素子を備えたインバータ回路を備えている。モータ駆動回路３３は、制御装置４０によって制御される。
制御装置４０は、圧縮機制御部４１と、油面検知部４２としての機能を備えている。圧縮機制御部４１は、モータ駆動回路３３に制御信号を付与するマイコン等を含んでいる。マイコンは、プロセッサ４４（図３参照）やメモリ等を有している。
図３に示すように、圧縮機制御部４１におけるプロセッサ４４は、発振回路４５によって生成されるクロック信号が入力され、このクロック信号に基づいて動作する。クロック信号は、数メガヘルツ〜数十メガヘルツの高周波電圧信号からなる。
油面検知部４２は、静電容量式の油面センサ４６によって圧縮機１５のケーシング１５ａ内に収容された潤滑油Ａの油面を検出する。具体的に、圧縮機１５のケーシング１５ａ内には、一対の電極４７を有する油面センサ４６が取り付けられており、油面検知部４２は、一対の電極４７間における静電容量を検出する。潤滑油Ａは誘電体であるので、一対の電極４７間における潤滑油Ａの有無や潤滑油Ａの量によって静電容量が変化する。したがって、油面検知部４２は、静電容量の変化を検出することによってケーシング１５ａ内の潤滑油Ａの油面を検出することができる。前述のプロセッサ４４は、油面センサ４６の検出信号の処理にも用いられ、油面検知部４２としても機能する。
本実施の形態の空気調和装置１０には、圧縮機１５内の潤滑油Ａを加熱する予熱装置５０が設けられている。この予熱装置５０は、運転停止中に低温となった圧縮機１５内の潤滑油Ａを加熱することによって、潤滑油Ａ中への冷媒の溶け込みを防止し、運転を開始したときのオイルフォーミングや油上がりを抑制する。
本実施の形態の予熱装置５０は、静電容量式の油面センサ４６と、この油面センサ４６に高周波電圧を印加する電源部４５とを備えている。電源部４５として、圧縮機制御部４１のプロセッサ４４にクロック信号を付与する発振回路が用いられている。
また、予熱装置５０は、発振回路４５と油面センサ４６との間に切替部５１を備えている。切替部５１は、発振回路４５によって生成された高周波電圧信号を、プロセッサ４４に付与する第１の形態と、油面センサ４６に付与する第２の形態とに切り替える。言い換えると、切替部５１は、発振回路４５による油面センサ４６への高周波電圧の印加を断接する。また、切替部５１は、第１の形態において、油面センサ４６をプロセッサ４４に接続し、油面センサ４６の検出信号をプロセッサ４４に送信可能とする。
予熱装置５０は、運転停止中に、切替部５１によって発振回路４５を油面センサ４６に接続することで油面センサ４６に高周波電圧を印加する。
高周波電界の中に誘電体を配置すると、誘電損失により誘電体が発熱する現象が生じる。一般に、この現象は「誘電加熱」と呼ばれる。本実施の形態の予熱装置５０は、油面センサ４６を構成する一対の電極４７間に高周波電圧を印加することによって、電極４７間に存在する潤滑油Ａに誘電加熱を生じさせる。
これにより、運転停止中における潤滑油Ａを加熱し、温度低下を抑制することができ、運転を再開した場合のオイルフォーミングや油上がりを防止することができる。
また、予熱装置５０は、潤滑油Ａそのものを発熱させるので、従来技術のように圧縮機１５のケーシング１５ａをヒータで加熱したり、圧縮機１５のモータ３１に欠相通電を行うことによってモータ３１を発熱させたりする場合のように、間接的に潤滑油を加熱する場合と比べ、効率よく短時間で潤滑油Ａを加熱できるという利点がある。
また、予熱装置５０は、油面センサ４６や、圧縮機制御部４１における発振回路４５を用いて構成されることで、予熱装置５０専用の電極や電源部を備えなくてもよい。したがって、予熱装置５０を備えることに伴うコスト増や構造の複雑化を抑制することができる。
切替部５１は、所定の予熱条件が満たされたときに、発振回路４５を油面センサ４６に接続するように切り替えることができる。この予熱条件は、冷媒の寝込みが生じ得る条件とすることができ、例えば、圧縮機１５内の潤滑油Ａの温度、ケーシング１５ａの温度、又は外気温度が所定の閾値以下となる条件を採用することができる。
予熱装置５０の発振回路（電源部）４５は、圧縮機１５の近傍に配置されている。すなわち、発振回路４５を備えた制御装置４０の制御基板は、圧縮機１５の近傍位置に配置されている。具体的には、圧縮機１５から発振回路４５、又は切替部５１その他の基板までの線路長が５０ｃｍ以内に設定される。これにより、発振回路４５と油面センサ４６とを接続する電気配線の抵抗成分によって、高周波電圧の波形がなまってしまうのを防止することができ、確実に油面センサ４６に高周波電圧を印加することができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更することができる。
例えば、本発明は、空気調和装置以外の冷凍サイクルを用いる各種装置、例えば冷凍機、冷蔵庫、調湿装置等に適用することができる。また、本発明は、冷暖房同時型の空気調和装置にも適用することができる。
また、冷媒回路の構成も上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、冷媒回路中に油分離器やアキュムレータ等の他の付属機器が含まれていてもよい。
予熱装置５０の電源部には、発振回路４５ではなく予熱装置５０専用の高周波電圧回路を用いてもよい。
油面センサ４６には、圧縮機１５の運転中に誘電加熱のために高周波電圧を印加してもよい。
１０：空気調和装置
１１：冷媒回路
１５：圧縮機
３１：モータ
３２：圧縮部
３３：モータ駆動回路
３４：商用電源
４０：制御装置
４１：圧縮機制御部
４２：油面検知部
４４：プロセッサ
４５：発振回路（電源部）
４６：油面センサ（静電容量式の油面センサ）
５０：予熱装置
５１：切替部
Ａ：潤滑油

Claims (5)

  1. 冷凍サイクルに用いられる圧縮機（１５）に設けられ、前記圧縮機（１５）内の潤滑油（Ａ）の油面を検出する静電容量式の油面センサ（４６）と、
    前記油面センサ（４６）に高周波電圧を印加する電源部（４５）と、を備えている、圧縮機の予熱装置。
  2. 前記高周波電圧は、前記圧縮機（１５）の停止中に印加される、請求項１に記載の圧縮機の予熱装置。
  3. 前記電源部（４５）として、前記圧縮機（１５）を制御するための制御部（４１）においてクロック信号を発生する発振回路が用いられる、請求項１又は２に記載の圧縮機の予熱装置。
  4. 所定の予熱条件に応じて、前記発振回路（４５）から前記油面センサ（４６）への高周波電圧の印加を断接する切替部（５１）を備えている、請求項３に記載の圧縮機の予熱装置。
  5. 前記発振回路（４５）が、前記油面センサ（４６）の近傍に配置されている、請求項３又は４に記載の圧縮機の予熱装置。
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