JP2019132525A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】吐油量が多い圧縮機を用いた場合でも、冷媒の循環量の低下を防止し、能力低下を来さない空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１は、圧縮機２１及び圧縮機２１の冷媒吐出側に位置する油分離器２８を含む冷媒回路１０と、油分離器２８で冷媒から分離された潤滑油１０９ａを油分離器２８から圧縮機２１に戻す返油回路６５と、返油回路６５に設けられたオイルポンプ８１と、空気調和機１を制御する制御手段２００と、を備え、制御手段２００は、圧縮機２１内部の前記潤滑油の量が低下する運転状態であることを検出したときオイルポンプ８１を動作させることにより潤滑油１０９ａを油分離器２８から圧縮機２１へ戻す。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機、特に、油分離器を有する空気調和機に関するものである。

従来、空気調和機においては、圧縮機としてロータリ式やスクロール式のものが用いられている。スクロール式圧縮機は、ロータリ式圧縮機と比較して圧縮機内部から冷媒とともに排出される潤滑油の量が一般的に多くなる傾向がある。これは、ロータリ式圧縮機は圧縮部が電動機部の下に配置されているのに対して、スクロール式圧縮機は圧縮部が電動機部の上に配置されていることに起因する。ロータリ式圧縮機の場合、圧縮部で生成された潤滑油を含んだ高圧冷媒が電動機部側に存在する通路や隙間を経由して吐出管から吐出されるため、冷媒と潤滑油とが分離しやすい。スクロール式圧縮機の場合、圧縮部で生成された潤滑油を含んだ高圧冷媒は電動機部を経由することなく吐出管から吐出されるため、吐油量が多くなる。そこで、スクロール式圧縮機を搭載する冷凍サイクルでは、圧縮機の冷媒吐出側（下流側）の冷媒回路内に油分離器（オイルセパレータ）を搭載する例が多く、冷媒と潤滑油を分離することで、熱交換器側への潤滑油流入による熱交換性能の低下防止を図るとともに、分離した潤滑油を最短経路で圧縮機側へ返油して圧縮機の信頼性確保（油面確保）をしている（例えば、特許文献１参照）。

このような空気調和機１の冷凍サイクルを例示すると、図５に示すように、冷媒回路１０のうち室外機冷媒回路１０ａに返油する手段として、圧縮機２１の冷媒吐出側すなわち高圧側に位置する油分離器２８から、圧縮機２１の冷媒吸入側すなわち低圧側に位置する吸入管６６へ、電磁弁２９及び減圧器９１（キャピラリチュープ）を用いた返油管６５が形成されている。なお、ここで挙げた要素以外は、本発明の実施形態として後述する。

しかしながら、この態様において、電磁弁２９が開閉制御されて弁が「開」の状態になる（電磁弁がない場合は常時「開」の状態となる）と、高圧側の油分離器２８と低圧側の吸入管６６とが返油管６５を介して連通することから、返油管６５を通じて、油分離器２８で分離された潤滑油と共に一部の冷媒も流れてしまう。そうすると、室外熱交換器２３又は室内熱交換器３１へ流入する冷媒が減少し、返油しない場合に比して冷媒の循環量が低下したり、また、圧縮機２１へ戻ってきた冷媒を再圧縮したりすることにより、使用される圧縮機２１の圧縮動力（すなわち消費電力）に対して、得られる空気調和機１の能力が低下するという問題があった。

特開平９−１４７６９号公報

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、吐油量が多い圧縮機を用いた場合でも、冷媒の循環量の低下を防止し、能力低下を来さない空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の第１の観点は、圧縮機及び前記圧縮機の冷媒吐出側に位置する油分離器を含む冷媒回路と、前記油分離器で冷媒から分離された潤滑油を前記圧縮機へ戻す返油回路と、前記空気調和機を制御する制御手段と、を備え、前記返油回路は、前記潤滑油を前記油分離器から前記圧縮機へ戻すオイルポンプと、前記圧縮機から前記油分離器への前記潤滑油の流通を規制する逆止弁とを有し、前記制御手段は、前記圧縮機内部の前記潤滑油の量が低下する運転状態であることを検出したとき前記オイルポンプを動作させることにより前記潤滑油を前記油分離器から前記圧縮機へ戻す、ことを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記制御手段は、前記圧縮機が起動したら前記オイルポンプを動作させる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、さらに、前記返油回路を加熱する加熱手段を備える。

本発明によれば、吐油量が多い圧縮機を用いた場合でも、冷媒の循環量の低下を防止し、能力低下を来さない空気調和機を提供することができる。

第１実施形態の空気調和機を説明する図であって、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 第１実施形態の空気調和機を構成する圧縮機の一例を示す縦断面図である。 第１実施形態の空気調和機に係る返油回路の構造を模式的に説明する図である。 第２実施形態の空気調和機に係る返油回路の構造を模式的に説明する図である。 従来の空気調和機に係る冷媒回路図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。第１実施形態としては、室外機と室内機が２本の冷媒配管で接続された空気調和機を例に挙げて説明する。第１実施形態は、室外機において、油分離器で冷媒から分離された潤滑油を圧縮機へ戻す返油管を圧縮機内部の高圧となる空間へ接続することにより、冷媒が再び圧縮されることを防止するとともに、配管を流れる際に生じる圧力損失によって潤滑油が戻される圧縮機内部の高圧となる空間より低圧になった返油管について、返油管内圧力を上昇させる手段としてオイルポンプを設けて潤滑油を加圧することにより、圧力差（返油管内圧力＞圧縮機内圧力）をつけて潤滑油を圧縮機内へ戻すものである。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）に示すように、第１実施形態における空気調和機１は、屋外に設置される室外機２と、室内に設置され、室外機２に液管４及びガス管５で接続された室内機３を備えている。詳細には、室外機２の閉鎖弁２５と室内機３の液管接続部３３が液管４で接続されている。また、室外機２の閉鎖弁２６と室内機３のガス管接続部３４がガス管５で接続されている。以上により、空気調和機１の冷媒回路１０が形成される。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、油分離器２８と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、膨張弁２４と、液管４が接続された閉鎖弁２５と、ガス管５が接続された閉鎖弁２６と、室外ファン２７を備えている。そして、室外ファン２７を除くこれら各装置が後述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室外機冷媒回路１０ａを形成している。なお、圧縮機２１の冷媒吸入側には、図示しないアキュムレータが設けられている。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を変えることができる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａと吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、四方弁２２のポートｃと吸入管６６で接続されている。

ここで、圧縮機２１の内部構造詳細の一例を説明する。圧縮機２１は、密閉容器１０１内に圧縮されて吐出された冷媒が溜まる内部高圧型のスクロール式圧縮機であり、図２は、第１実施形態の圧縮機２１の縦断面図である。図２において、圧縮機２１には、密閉容器１０１内の上下に、冷媒を圧縮する圧縮部１０２と、圧縮部１０２を駆動するステータ１０３ｂとロータ１０３ａとからなる電動機１０３とを配設している。

より詳しくは、圧縮機２１は、渦捲き状のラップを立設させた固定スクロール１０４と、固定スクロール１０４とラップを互いに噛み合わせ複数の圧縮室１０５を形成する旋回スクロール１０６と、旋回スクロール１０６の背面のボス部１０６ａに、先端に形成した旋回軸１０７ａを挿入し、電動機１０３のステータ１０３ｂの回転力を旋回スクロール１０６に伝達するシャフト１０７と、シャフト１０７の上部を支持するメインフレーム１０８と、シャフト１０７の下端を支持するサブフレーム１０８ａと、密閉容器１０１の底部に設けられ、圧縮部１０２の軸受け等の摺動部分に潤滑油１０９ａを供給するための油溜め１０９とから構成されている。

シャフト１０７の内部には、上端から下方へ、シャフト１０７の回転軸の軸心に対して偏心して潤滑油送路１１０が設けられると共に、シャフト１０７の下部には、下端を開口し潤滑油送路１１０と油溜め１０９とを連通する円筒状の遠心ポンプ１１１が設けられ、シャフト１０７の下端を支持するサブフレーム１０８の底部には、遠心ポンプ１１１の下端の開口部に臨ませた吸込口１１２が設けられている。

さらに、ロータ１０３ａのシャフト１０７側の近傍に複数に形成され、電動機１０３の上部空間１０３ｃ１と下部空間１０３ｃ２とを連通するガス通路１１６と、ロータ１０３ａの上部に取付けられた遠心ファン１１３とが設けられている。

遠心ファン１１３は、シャフト１０７の回りに図示しない複数の羽根が放射状に配置され、ロータ１０３ａの回転により、電動機１０３を収納する電動機室１０３ｃ内のガスを循環させ、電動機１０３及び油溜め１０９を冷却するもので、圧縮部１０２からの吐出ガスを電動機１０３の外周部で上部空間１０３ｃ１から下部空間１０３ｃ２へ、そのガスをロータ１０３ａに設けたガス通路１１６を通して電動機１０３の下部から上部へ導き、電動機１０３のステータ１０３ｂを冷却する。

なお、潤滑油送路１１０と電動機１０３の上部空間１０３ｃ１とを連通し、潤滑油送路１１０内のガスを電動機室１０３ｃに放出するためのガス抜き孔１１５を、遠心ファン１１３の上方に設けた構成となっている。

上記構成において、圧縮機２１が運転されると、旋回スクロール１０６の旋回運動によって吸入管６６から圧縮部１０２の吸入室１０５ａに吸入された低圧冷媒は、圧縮室１０５の外周部から中心部へ順次移動しながら圧縮されて高圧冷媒ガスとなり、冷媒ガスは吐出孔１０４ａを経由して吐出室１１４に吐出される。そして、吐出室１１４の高圧冷媒ガスは電動機室１０３ｃ（上部空間１０３ｃ１及び下部空間１０３ｃ２）を経由して吐出管６１から密閉容器１０１の外部に放出される。

一方、シャフト１０７が回転すると、遠心ポンプ１１１も回転し、シャフト１０７の回転による遠心力作用を利用して、油溜め１０９から潤滑油１０９ａを吸引し、潤滑油１０９ａは潤滑油送路１１０を通して圧縮部１０２の軸受け等の各摺動部分に供給される。

潤滑油送路１１０内に溜まるガスは、ガス抜き孔１１５を通り電動機室１０３ｃに放出され、潤滑油送路１１０内の圧力上昇を抑えて、遠心ポンプの能力低下を防いでいる。

また、圧縮機２１は、電動機室１０３ｃの下部空間１０３ｃ２に返油管６５が接続されており、後述する油分離器２８で分離した潤滑油１０９ａを油溜め１０９へ供給している。

図１（Ａ）に戻る。油分離器２８は、吐出管６１に設けられ、冷媒流入口が吐出管６１を介して圧縮機２１に接続され、冷媒流出口が吐出管６１を介して四方弁２２のポートａに接続されている。また、油分離器２８の油流出口と前述した圧縮機２１の下部空間１０３ｃ２が、逆止弁８２とオイルポンプ８１を備えた返油管６５で接続されている。この返油管６５は、圧縮機２１から冷媒とともに吐出され油分離器２８で冷媒から分離された潤滑油１０９ａを、圧縮機２１に送るためのものである。返油管６５、逆止弁８２及びオイルポンプ８１を含む一連の回路を返油回路という（なお、本明細書では、返油管６５で代表させて返油回路ということがある）。

逆止弁８２は、返油管６５に設けられ、返油管６５で圧縮機２１側から油分離器２８の方向へ冷媒が流れるのを規制する。オイルポンプ８１は、返油管６５に設けられ、油分離器２８からオイルポンプ８１へ流入した潤滑油１０９ａが圧縮機２１の下部空間１０３ｃ２（高圧となる空間）へ供給されるようにするため、潤滑油１０９ａの圧力が下部空間１０３ｃ２内部の冷媒の圧力以上となるように加圧している。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り替えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側と吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６６で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２６と室外機ガス管６４で接続されている。なお、四方弁２２が、本発明の流路切替手段である。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気を熱交換させるものである。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂと冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は閉鎖弁２５と室外機液管６３で接続されている。室外熱交換器２３は、後述する四方弁２２の切り替えによって、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。

膨張弁２４は、図示しないパルスモータにより駆動される電子膨張弁である。具体的には、パルスモータに加えられるパルス数によりその開度が調整される。膨張弁２４は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度が所定の目標温度となるように、その開度が調整される。

室外ファン２７は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２７は、その中心部が図示しないファンモータの回転軸に接続されている。ファンモータが回転することで室外ファン２７が回転する。室外ファン２７の回転によって、室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を、室外機２の図示しない吹出口から室外機２外部へ放出する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度（上述した吐出温度）を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入管６６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ７４が設けられている。

室外熱交換器２３の図示しない冷媒パスの略中間部には、室外熱交換器２３の温度である室外熱交温度を検出する熱交温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０を備えている（なお、本明細書では、室外機制御手段２００を単に制御手段ということがある）。

記憶部２２０は、フラッシュメモリで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２７等の制御状態等を記憶している。また、図示は省略するが、記憶部２２０には室内機３から受信する要求能力に応じて圧縮機２１の回転数を定めた回転数テーブルが予め記憶されている。

通信部２３０は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部２４０は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２１０に出力する。

ＣＰＵ２１０は、前述した室外機２の各センサでの検出結果を、センサ入力部２４０を介して取り込む。さらには、ＣＰＵ２１０は、室内機３から送信される制御信号を、通信部２３０を介して取り込む。ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号等に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２７の駆動制御を行う。また、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、四方弁２２の切り替え制御を行う。さらには、ＣＰＵ２１０は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、室外膨張弁２４の開度調整、オイルポンプ８１の稼動を行う。

＜室内機の構成＞
次に、図１（Ａ）を用いて、室内機３について説明する。室内機３は、室内熱交換器３１と、室内ファン３２と、液管４の他端が接続された液管接続部３３と、ガス管５の他端が接続されたガス管接続部３４を備えている。そして、室内ファン３２を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒回路１０の一部をなす室内機冷媒回路１０ｂを形成している。

室内熱交換器３１は、冷媒と後述する室内ファン３２の回転により室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に取り込まれた室内空気を熱交換させるものである。室内熱交換器３１の一方の冷媒出入口は、液管接続部３３と室内機液管６７で接続されている。室内熱交換器３１の他方の冷媒出入口は、ガス管接続部３４と室内機ガス管６８で接続されている。室内熱交換器３１は、室内機３が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機３が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。なお、液管接続部３３やガス管接続部３４では、各冷媒配管が溶接やフレアナット等により接続されている。

室内ファン３２は樹脂材で形成されており、室内熱交換器３１の近傍に配置されている。室内ファン３１は、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３の図示しない吸込口から室内機３の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機３の図示しない吹出口から室内へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、室内機３には各種のセンサが設けられている。室内機液管６７には、室内熱交換器３１に流入あるいは室内熱交換器３１から流出する冷媒の温度を検出する液側温度センサ７７が設けられている。室内機ガス管６８には、室内熱交換器３１から流出あるいは室内熱交換器３１に流入する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ７９が備えられている。

＜冷媒回路の動作＞
次に、第１実施形態における空気調和機１の空調運転時の冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作について、図１（Ａ）を用いて説明する。以下の説明では、まず、室内機３が暖房運転を行う場合について説明し、次に、冷房運転を行う場合について説明する。そして、室外熱交換器２３で発生した霜を溶かす熱交除霜運転と、室外ファン２７で発生した霜を溶かすファン除霜運転からなる除霜運転を行う場合について説明する。

＜＜暖房運転＞＞
室内機３が暖房運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路１０において実線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、室内熱交換器３１が凝縮器として機能する暖房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて油分離器２８に流入する。圧縮機２１から吐出された冷媒には、圧縮機２１に滞留していた潤滑油１０９ａが含まれている。この潤滑油１０９ａは、油分離器２８で冷媒から分離され、油分離器２８から四方弁２２のポートａへは冷媒のみが流出する。なお、油分離器２８で冷媒から分離された潤滑油１０９ａは、油分離器２８から返油管６５に流出し、逆止弁８２を介してオイルポンプ８１に流入し、オイルポンプ８１で加圧された後、圧縮機２１の下部空間１０３ｃ２へ直接的に流入する。四方弁２２のポートａに流入した冷媒は、四方弁２２のポートｄから室外機ガス管６４を流れて、閉鎖弁２６を介してガス管５に流入する。ガス管５を流れる冷媒は、ガス管接続部３４を介して室内機３に流入する。

室内機３に流入した冷媒は、室内機ガス管６８を流れて室内熱交換器３１に流入し、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って凝縮する。このように、室内熱交換器３１が凝縮器として機能し、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機液管６７を流れ、液管接続部３３を介して液管４に流入する。液管４を流れ、閉鎖弁２５を介して室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れて膨張弁２４を通過する際に減圧される。上述したように、暖房運転時の膨張弁２４の開度は、圧縮機２１の吐出温度が所定の目標温度となるように調整される。

膨張弁２４を通過して室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２のポートｂ及びポートｃ、吸入管６６を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜＜冷房運転＞＞
室内機３が冷房運転あるいは除霜運転を行う場合、ＣＰＵ２１０は、図１（Ａ）に示すように四方弁２２を破線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂとが連通するよう、また、ポートｃとポートｄとが連通するよう、切り替える。これにより、冷媒回路１０において破線矢印で示す方向に冷媒が循環し、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに室内熱交換器３１が蒸発器として機能する冷房サイクルとなる。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて油分離器２８に流入する。圧縮機２１から吐出された冷媒には、圧縮機２１に滞留していた潤滑油１０９ａが含まれている。この潤滑油１０９ａは、油分離器２８で冷媒から分離され、油分離器２８から四方弁２２のポートａへは冷媒のみが流出する。なお、油分離器２８で冷媒から分離された潤滑油１０９ａは、油分離器２８から返油管６５に流出し、逆止弁８２を介してオイルポンプ８１に流入し、オイルポンプ８１で加圧された後、圧縮機２１の下部空間１０３ｃ２へ直接的に流入する。四方弁２２のポートａに流入した冷媒は、四方弁２２のポートｂから冷媒配管６２を流れて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２７の回転により室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮する。

室外熱交換器２３から流出した冷媒は室外機液管６３を流れ、膨張弁２４を通過する際に減圧される。

膨張弁２４を通過した冷媒は、閉鎖弁２５を介して液管４に流出する。液管４を流れ、液管接続部３３を介して室内機３に流入した冷媒は、室内機液管６７を流れて室内熱交換器３１に流入する。

室内熱交換器３１に流入した冷媒は、室内ファン３２の回転により室内機３の内部に取り込まれた室内空気と熱交換を行って蒸発する。このように、室内熱交換器３１が蒸発器として機能し、冷房運転の場合は、室内熱交換器３１で冷媒と熱交換を行った室内空気が図示しない吹出口から室内に吹き出されることによって、室内機３が設置された室内の冷房が行われる。

室内熱交換器３１から流出した冷媒は、室内機ガス管６８を流れ、ガス管接続部３４を介してガス管５に流出する。ガス管５を流れる冷媒は、閉鎖弁２６を介して室外機２に流入し、室外機ガス管６４、四方弁２２のポートｄ及びポートｃ、吸入管６６の順に流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

＜＜返油運転＞＞
次に、空気調和機１の返油運転について、図３を参照して説明する。図３は、図１における圧縮機２１と返油回路（返油管６５、逆止弁８２、オイルポンプ８１）との構造的関係を模式的に示している。返油運転は、冷媒回路１０が暖房運転又は冷房運転される際に、その双方において同じように実行される。

前述したように、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて油分離器２８に流入する。圧縮機２１から吐出された冷媒には、圧縮機２１に滞留していた潤滑油１０９ａが含まれている。この潤滑油１０９ａは、油分離器２８で冷媒から分離され、油分離器２８から四方弁２２のポートａへは冷媒のみが流出する。油分離器２８で冷媒から分離された潤滑油１０９ａは、油分離器２８から返油管６５に流出し、逆止弁８２を介してオイルポンプ８１に流入し、オイルポンプ８１で加圧された後、圧縮機２１の下部空間１０３ｃ２へ直接的に流入する。

従来の空気調和機１では、図５に示したように、返油回路（返油管６５、電磁弁２９、減圧器９１）の下流側が圧縮機２１の冷媒吸入側（圧縮機２１外部の低圧側）へ接続しているため、冷媒が潤滑油１０９ａとともに戻ってしまって冷媒循環量が低下したり、圧縮機２１へ戻った冷媒を圧縮機２１において再圧縮したりするなどによる空気調和機１の能力低下を来す。これに対し、第１実施形態に係る空気調和機１では、図１に示すように、返油回路（返油管６５、逆止弁８２、オイルポンプ８１）は圧縮機２１の内部である下部空間１０３ｃ２へ、すなわち圧縮機２１の高圧となる空間へ 直接的に接続しているため、冷媒回路１０への冷媒循環量が低下せず、ひいては冷媒の再圧縮が生じず、空気調和機１の能力低下を防止できる。

ここで、圧縮機２１の圧縮室１０５から吐出された冷媒（潤滑油１０９ａを含む）の圧力に対して、返油管６５内の圧力が吐出管６１、返油管６５、油分離器２８、逆止弁８２による圧力損失等により下部空間１０３ｃ２内の圧力より低下してしまうことから、圧縮機２１の高圧となる空間へ潤滑油１０９ａを戻すにあたっては、潤滑油１０９ａを加圧するオイルポンプ８１が必要となる。

図３に示すように、圧縮機２１の吐出室１１４の圧力をＰ０、電動機室１０３ｃの上部空間１０３ｃ１及び下部空間１０３ｃ２の圧力をＰ１、油分離器２８の内部の圧力をＰ２、オイルポンプ８１の出口の圧力をＰ３とすると、オイルポンプ８１が稼動しないときの圧力関係は、「Ｐ０＞Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３」となり、潤滑油１０９ａは、圧縮機２１の電動機室１０３ｃの下部空間１０３ｃ２ひいては油溜め１０９へ戻ることができない。

そこで、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、オイルポンプ８１を稼動させて、圧力関係が「Ｐ０＞Ｐ３＞Ｐ１＞Ｐ２」となるように潤滑油１０９ａを加圧し、圧縮機２１の電動機室１０３ｃの下部空間１０３ｃ２ひいては油溜め１０９へ潤滑油１０９ａを戻す。

その際、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１内部の潤滑油１０９ａの量が低下する運転状態（例えば、圧縮機２１起動時）下においてオイルポンプ８１を動作させる。これにより、吐油の多い場合にのみ、選択的につまり効率的に返油を実行することができる。そして、常に返油することを回避することによって、新たな動力であるオイルポンプ８１を含む空気調和機１の全体の消費電力を抑制するものである。

例えば、ＣＰＵ２１０は、圧縮機２１が起動したことを検出したらオイルポンプ８１を動作させるようにしても良い。この場合、オイルポンプ８１の動作を停止させる解除条件は、圧縮機２１が起動してから経過する所定時間とする。この所定時間は、圧縮機２１が起動してから圧縮機２１の吐出温度が十分に上昇して圧縮機２１内の吐油量が少なくなるまで時間を試験等により予め定めたものである。上記の他、油溜め１０９の油面高さを検出し、その油面高さが予め定めた高さ（例えば、吸込口１１２の下端付近）となったらオイルポンプ８１を動作させ、その予め定めた高さより低くなったらオイルポンプ８１の動作を停止させるようにしてもよい。その後は、上記したような条件下と圧縮機２１の回転数が安定している運転状態（安定時）では、吐油量（具体的には、オイル循環率ＯＣＲ）は数倍以上の差異があることから、潤滑油１０９ａを常時戻すことなく、安定時に１時間に１度の所定時間の割合でオイルポンプ８１を動作させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を、図４に基づいて説明する。図４は、第１実施形態の図３に対応する態様で第２実施形態を示している。第２実施形態は、返油回路（返油管６５、逆止弁８２、オイルポンプ８１）の経路中に加熱手段を設けることにより、返油回路の潤滑油１０９ａの温度低下を防ぎ、起動性能の低下、信頼性の低下を抑制するものである。加熱手段を設けた点以外は第１実施形態と同様の構成を備えるので、加熱手段以外の説明は省略する。

第１実施形態の構成では、低外気温時の起動時等においては、油分離器２８で分離した潤滑油１０９ａが、油分離器２８やオイルポンプ８１、その接続経路である返油管６５内で冷却され、圧縮機２１内部に返油される際には、外気温度に近い低温状態となって圧縮機温度（潤滑油温度）の上昇を妨げることがある。 そうすると、潤滑油１０９ａが冷媒に希釈されて粘度の低い状態が長く続いてしまうこととなり、圧縮機２１の信頼性の低下につながる。

これに対し、第２実施形態では、図４に示すように、返油回路の加熱手段として、油分離器２８及びオイルポンプ８１にベルトヒータ８４を取付け、圧縮機２１内の油温が低下するのを防いでいる。ここで、圧縮機２１内の油温をＴｃ、外気温度をＴａ、吐出管６１の温度をＴｄとすると、室外機制御手段２００のＣＰＵ２１０は、各部温度の大小関係に応じて、ベルトヒータ８４のＯｎ、Ｏｆｆを例えば以下のように切り替える。
（例）・ＴｃがＴｄ若しくはＴａ以上のとき、Ｏｆｆ。それ以外のとき、Ｏｎ。
・Ｔａが一定値（例えば５℃）以上のとき、Ｏｆｆ。それ以外のとき、Ｏｎ。

第２実施形態は、以下のような効果を奏する。低外気温度（例えば５℃）時等に発生する、圧縮機２１内の油温が低下するのを防ぎ、起動性能（能力）の低下を防止できる。また、油温低下による圧縮機信頼性の低下を防止できる。これらに加えて、圧縮機２１の外周に加熱手段を取り付けて圧縮機２１内に返油された潤滑油１０９ａを加温する方法（圧縮機２１内でのオイル加熱）に対して、熱容量の小さい部位（流路）で加熱するため、潤滑油１０９ａを効率的に加温し、加温による消費電力の増大を抑えることができる。さらに、Ｏｎ／Ｏｆｆを判断して加熱手段を使用するため、消費電力の増大を抑えることができる。

（変形例）
第１及び第２実施形態では、圧縮機２１として密閉容器１０１内に圧縮されて吐出された冷媒が貯まる内部高圧型のスクロール式圧縮機を説明したが、密閉容器１０１内に吸引された冷媒が貯まる内部低圧型のスクロール式圧縮機を用いて、上記した返油回路（返油管６５、逆止弁８２、オイルポンプ８１）を適用することができる。ただし、そのときは、返油管６５は圧縮機２１の圧縮室１０５に接続される。なお、このほかにも、ロータリ式圧縮機を圧縮機２１としても差し支えない。

１ 空気調和機
２ 室外機
３ 室内機
４ 液管
５ ガス管
１０ 冷媒回路
１０ａ 室外機冷媒回路
１０ｂ 室内機冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 膨張弁
２５ 液側閉鎖弁
２６ ガス側閉鎖弁
２７ 室外ファン
２８ 油分離器
３１ 室内熱交換器
３２ 室内ファン
３３ 液側閉鎖弁
３４ ガス側閉鎖弁
６１ 吐出管
６２ 冷媒管
６３ 冷媒管
６４ 冷媒管
６５ 返油管（返油回路）
６６ 吸入管
６７ 冷媒管
６８ 冷媒管
７１ 吐出圧力センサ
７２ 吸入圧力センサ
７３ 吐出温度センサ
７４ 吸入温度センサ
７５ 熱交温度センサ
７６ 外気温度センサ
７７ 液側温度センサ
７８ ガス側温度センサ
７９ 室温センサ
８１ オイルポンプ
８２ 逆止弁
８４ ベルトヒータ（加熱手段）
１０１ 密閉容器
１０２ 圧縮部
１０３ 電動機
１０３ａ ロータ
１０３ｂ ステータ
１０３ｃ 電動機室
１０３ｃ１ 上部空間
１０３ｃ２ 下部空間
１０４ 固定スクロール
１０４ａ 吐出孔
１０５ 圧縮室
１０５ａ 吸入室
１０６ 旋回スクロール
１０６ａ ボス部
１０７ シャフト
１０７ａ 旋回軸
１０８ メインフレーム
１０８ａ サブフレーム
１０９ 油溜め
１０９ａ 潤滑油
１１０ 潤滑油送路
１１１ 遠心ポンプ
１１２ 吸込口
１１３ 遠心ファン
１１４ 吐出室
１１５ ガス抜き孔
２００ 室外機制御手段（制御手段）
２１０ ＣＰＵ
２２０ 記憶部
２３０ 通信部
２４０ センサ入力部

Claims (3)

1. 圧縮機及び前記圧縮機の冷媒吐出側に位置する油分離器を含む冷媒回路と、
   前記油分離器で冷媒から分離された潤滑油を前記圧縮機へ戻す返油回路と、
   前記空気調和機を制御する制御手段と、を備え、
   前記返油回路は、前記潤滑油を前記油分離器から前記圧縮機へ戻すオイルポンプと、前記圧縮機から前記油分離器への前記潤滑油の流通を規制する逆止弁とを有し、
   前記制御手段は、前記圧縮機内部の前記潤滑油の量が低下する運転状態であることを検出した とき前記オイルポンプを動作させる、ことを特徴とする空気調和機。
2. 前記制御手段は、前記圧縮機が起動したら前記オイルポンプを動作させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. さらに、前記返油回路に前記潤滑油を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和機。

Images