JP2020165545A

JP2020165545A - 空気調和装置

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Publication number: JP2020165545A
Application number: JP2019063524A
Authority: JP
Inventors: 隆志木村; Takashi Kimura
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP7275754B2

Abstract

【課題】高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量の判定が適切に行える空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置が空調運転を行っているときに、吐出温度から高圧飽和温度を減じて求めた温度差が所定温度差範囲内であれば、冷凍機油量の判定が可能であると判定する。冷凍機油量の判定が可能であると判定したら、油戻し管温度から低圧飽和温度を減じて求めた温度差を算出する。油戻し管温度から低圧飽和温度を減じて求めた温度差が所定温度差以下である場合は、冷凍機油が不足していると推定し、油戻し管温度から低圧飽和温度を減じて求めた温度差が所定温度差以上である場合は、冷凍機油が十分にあると推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路に滞留する冷凍機油を圧縮機に戻す油回収運転を行う空気調和装置に関する。

従来から、空気調和装置では、冷媒回路に備えられる、圧縮機やオイルセパレータなどの高圧容器を有する装置に滞留する冷凍機油量の多寡を判定するための、様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載の空気調和装置は、圧縮機の冷媒吐出側にオイルセパレータが設けられており、圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油は、オイルセパレータで冷媒から分離されて圧縮機に戻される。具体的には、オイルセパレータの高圧容器の側面にこの高圧容器に滞留する冷凍機油を高圧容器から流出させるための油流出部が設けられており、この油流出部と圧縮機の冷媒吸入側に接続される吸入管とがオイル戻り管で接続されている。オイルセパレータで冷媒から分離されて油流出部から流出した冷凍機油は、オイル戻り管および吸入管を流れて圧縮機に吸入される。

圧縮機から冷媒とともに吐出された冷凍機油は、一部はオイルセパレータで分離されずに冷媒回路へと流れるが、大部分はオイルセパレータで冷媒から分離されてオイルセパレータの内部に滞留する。オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量が多くなると、冷媒回路内に存在する冷凍機油の量が一定であることから、圧縮機の内部に滞留する冷凍機油量が減少し、場合によっては、圧縮機の内部の冷凍機油不足による潤滑不良が発生するおそれがある。従って、オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量をある一定の量以下として、圧縮機の内部に滞留する冷凍機油量を圧縮機の潤滑に支障をきたさない量にする必要がある。これを実現するため、オイルセパレータに設けられた油流出部は、オイルセパレータ側面において、オイルセパレータの内部の冷凍機油が上述した一定の量を超えないような油量に応じた油面の高さ（以下、上限レベルと記載する場合がある）に対応する位置に設けられている。また、オイル戻り管に減圧器を設けるとともに、この減圧器の下流側（低圧側）に第１温度センサを設けている。さらに、吸入管に第２温度センサを設けている。

上述した空気調和装置では、第１温度センサの検出値（以降、第１温度と記載する）と第２温度センサの検出値（以降、第２温度と記載する）とを比較することで、オイルセパレータの高圧容器の内部における冷凍機油量を検出する。具体的には、高圧容器の内部の冷凍機油量が上限レベルを超える量である場合は、高圧容器からオイル戻り管に冷凍機油が流れる。冷凍機油は減圧器で減圧されず温度も低下しないため、この場合は第１温度が第２温度より高い温度となる。一方、高圧容器の内部の冷凍機油量が上述した上限レベル以下の量である場合は、高圧容器からオイル戻り管に冷媒が流れる。オイル戻り管を流れる冷媒は減圧器で減圧されて温度が低下するので、この場合は高圧容器からオイル戻り管に冷凍機油が流れるときよりも、第１温度と第２温度とが近い温度となる。

つまり、特許文献１に記載の空気調和装置では、第１温度と第２温度とが近い値となる場合は、オイルセパレータの高圧容器内部における冷凍機油量が少ない、すなわち、圧縮機に十分な量の冷凍機油が滞留していると判定できる。一方で、第１温度が第２温度より高い温度となる場合は、オイルセパレータの高圧容器内部における冷凍機油量が多い、すなわち、圧縮機では冷凍機油量が不足していると判定できる。なお、上記の方法で判定した圧縮機の内部における冷凍機油量に応じて、空気調和装置で冷媒回路から冷凍機油を回収する油回収運転を実行するか否かを判断する。具体的には、圧縮機内部の冷凍機油量が不足していると判定した場合は油回収運転を実行し、圧縮機内部の冷凍機油量が十分な量であると判定した場合は油回収運転は行わない。

特開２００１−３２４２４７号公報

しかしながら、上述した方法では、空気調和装置が以下に記載する環境下で運転を行っている場合に、オイルセパレータに滞留する冷凍機油量の多寡を誤判定する場合がある。誤判定する場合として、まず、空気調和装置の運転負荷が大きい場合がある。この場合では、圧縮機の回転数が高くされることで、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度が高くなって、圧縮機から吐出される冷媒の過熱度（以降、吐出過熱度と記載する場合がある）が大きな値となれば、オイルセパレータの内部に滞留する冷媒の密度が、冷媒の温度が高温であることに起因して低くなる。この場合に、オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量が少なく油流出部からオイル戻り管に密度の低い高温の冷媒が流れると、オイル戻し管の減圧部では、密度が低いことに起因して冷媒がさほど減圧されないために、冷媒の温度がほとんど変化しない。このため、吐出過熱度が小さい値である場合に高圧容器からオイル戻り管に冷媒が流れるときよりも、第１温度センサで検出する温度が高い温度となり、第２温度センサで検出した温度との温度差が大きくなる。特許文献１に記載の空気調和装置では、上記のようにオイルセパレータに滞留する冷凍機油量が少なくても、オイル戻り管に密度の低い冷媒が流れることによって、第１温度センサの検出値が第２温度センサの検出値よりも大きければ、オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量が多いと誤判定するという問題がある。

他の誤判定する場合として、空気調和装置が寒冷地などの外気温度が低い場所に設置されており、かつ、空気調和装置の起動後間もない場合がある。この場合では、オイルセパレータの高圧容器の内部に滞留する冷凍機油の温度が低くなっている。この場合、オイルセパレータの内部に過剰な量の冷凍機油が滞留して冷凍機油がオイルセパレータからオイル戻り管に流出したときに、外気温度が高い場合や空気調和装置の起動から時間が経過した場合に高圧容器からオイル戻り管に冷凍機油が流れるときよりも、第１温度センサで検出する温度が低い温度となって、第２温度センサで検出した温度と近い温度となる場合がある。特許文献１に記載の空気調和装置では、上記のようにオイルセパレータに温度の低い冷凍機油が過剰に滞留していることによって、第１温度センサの検出値と第２温度センサの検出値とが近い値であれば、オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量が少ないと誤判定するという問題がある。

上記のように、特許文献１に記載の冷凍機油量の判定方法では、空気調和装置の設置場所や運転状態によってオイルセパレータの内部に滞留する冷媒や冷凍機油の状態（温度や密度）によっては、オイルセパレータの内部に滞留する冷凍機油量を適切に判定できないという問題があった。なお、このような問題は、オイルセパレータと同様に高圧容器を有する圧縮機の内部に滞留する冷凍機油量を、特許文献１に記載の方法で判定する際にも起こるものである。そして、高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量を誤判定すれば、この判定結果に基づいて実行の要否を判断する油回収運転を適切に行えないおそれがある。

本発明は、以上に説明した問題点を解決するものであり、高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量の判定が適切に行える空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る空気調和装置は、冷媒回路に接続されて冷凍機油および冷媒が滞留する高圧容器を有する。高圧容器は、この高圧容器の内部に滞留する冷凍機油および冷媒を流出させる油流出部を有する。油流出部と冷媒回路の低圧側とを接続する油戻し管と、油戻し管に設けられる減圧器と、この減圧器を通過した後の冷凍機油あるいは冷媒の温度である第１温度を検出する第１温度センサと、冷媒回路の低圧側を流れる冷媒の温度である第２温度を検出する第２温度センサと、高圧容器の内部の冷媒および冷凍機油の状態を判定する状態判定手段を有する。そして、第１温度と第２温度との温度差に基づいて、高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量を判定し、状態判定手段による、高圧容器の内部における冷媒および冷凍機油の状態を判定した結果に基づいて、冷凍機油量の判定結果の採用もしくは不採用を判断する、あるいは、第１温度と第２温度との温度差に基づく冷凍機油量の判定の実行もしくは不実行を判断する。

上記のように構成した本発明の空気調和装置は、高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量の判定が適切に行える。

本発明の実施形態である空気調和装置の説明図であり、（Ａ）が冷媒回路図、（Ｂ）が室外機制御手段のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機に１０台の室内機が冷媒配管で並列に接続され、全ての室内機で同時に冷房運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、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、本実施形態における空気調和装置１は、１台の室外機２に１０台の室内機５が、室内機５の台数と同じ１０本の液管８および１０本のガス管９で並列に接続されている。具体的には、室外機２に設けられる１０個の液側閉鎖弁２７と１０台の室内機５の液管接続部５３がそれぞれ１０本の液管８で接続されている。また、１０個のガス側閉鎖弁２８と１０台の室内機５のガス管接続部５４がそれぞれ１０本のガス管９で接続されている。このように、室外機２と１０台の室内機５が１０本の液管８および１０本のガス管９で接続されて、空気調和装置１の冷媒回路１０を形成している。尚、図１（Ａ）では、１０台の室内機５のうちの３台のみ、１０本の液管８および１０本のガス管のうちのそれぞれを３本のみ、１０個の液側閉鎖弁２７をおよび１０個のガス側閉鎖弁２８を３個について、それぞれ描画している。

＜室外機の構成＞
まずは、室外機２の構成について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、１０個の膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、室外ファン２６と、上述した１０個の液側閉鎖弁２７および１０個のガス側閉鎖弁２８と、油戻し管４７と、減圧器２９と、室外機制御手段２００を備えている。そして、室外ファン２６および室外機制御手段２００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の一部をなす室外機冷媒回路２０を形成している。尚、図１（Ａ）では、１０個の膨張弁２４のうち３個のみを描画している。

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで運転容量を可変できる能力可変型圧縮機であり、冷凍機油が滞留する箇所が高圧となる所謂内部高圧式の圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出口と四方弁２２のポートａが吐出管４１で接続されており、また、圧縮機２１の冷媒吸入側とアキュムレータ２５の冷媒流出側が吸入管４２で接続されている。さらに、圧縮機２１の密閉容器の側面には、油流出部２１ａが設けられている。油流出部２１ａは、圧縮機２１の側面において、圧縮機２１の内部の冷凍機油量がある一定の量、すなわち、圧縮機２１の潤滑に支障のない量以上の冷凍機油量に応じた油面の高さ（以下、下限レベルＬと記載する場合がある）に対応する位置に設けられている。具体的には、下限レベルＬは、例えば、圧縮機２１の潤滑に支障のない冷凍機油量の下限量が圧縮機２１の内部に滞留しているときの油面の高さよりも１ｃｍ高い位置とする。この油流出部２１ａと吸入管４２とが油戻し管４７で接続されており、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油の油面の高さが下限レベルＬより高い場合は、圧縮機２１から油流出部２１ａを介して油戻し管４７に冷凍機油が流出し、油面の高さが下限レベルＬより低い場合は、圧縮機２１から油流出部２１ａを介して油戻し管４７に高圧の冷媒が流出する。なお、油戻し管４７には、この油戻し管４７を流れる冷媒を減圧する減圧器２９が設けられる。また、圧縮機２１の能力は、発揮できる空調能力に基づいて定められ、この能力を発揮する圧縮機２１で必要となる量の冷凍機油が圧縮機２１に封入されている。また、圧縮機２１が、本発明の高圧容器である。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換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。上述したように、ポートａと圧縮機２１の冷媒吐出口が吐出管４１で接続されている。ポートｂと室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口が冷媒配管４３で接続されている。ポートｃとアキュムレータ２５の冷媒流入側が冷媒配管４６で接続されている。そして、ポートｄには室外機ガス管４５の一端が接続されている。室外機ガス管４５の他端には、１０本の室外機ガス分管４５ａ（図１（Ａ）では、これらのうち３本を描画）の各々の一端が接続されており、１０本の室外機ガス分管４５ａの各々の他端は、１０個のガス側閉鎖弁２８に接続されている。

室外熱交換器２３は、室外ファン２６の回転により図示しない吸込口から室外機２の内部に取り込まれた外気と冷媒を熱交換させる。上述したように、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と四方弁２２のポートｂが冷媒配管４３で接続されている。また、室外熱交換器２３の他方の冷媒出入口には室外機液管４４の一端が接続されている。室外熱交換器２３は、冷媒回路１０が冷房サイクルとなる場合は凝縮器として機能し、冷媒回路１０が暖房サイクルとなる場合は蒸発器として機能する。

室外機液管４４の他端には、１０本の室外機液分管４４ａ（図１（Ａ）では、これらのうち３本を描画）の各々の一端が接続され、１０本の室外機液分管４４ａの各々の他端は、１０個の液側閉鎖弁２７に接続されている。そして、各室外機液分管４４ａには、それぞれに膨張弁２４が組み込まれている。これら１０個の膨張弁２４は、全て室外機制御手段２００によりその開度が制御される。各膨張弁２４の開度を制御することによって、各膨張弁２４に接続される１０台の室内機５に流れる冷媒量が調整される。１０個の膨張弁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り、パルスモータに与えられるパルス数によって開度が調整される。

アキュムレータ２５は、上述したように、冷媒流入側と四方弁２２のポートｃが冷媒配管４６で接続され、冷媒流出側と圧縮機２１の冷媒吸入口が吸入管４２で接続されている。アキュムレータ２５は、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを吸入管４２を介して圧縮機２１に吸入させる。

室外ファン２６は、樹脂材で形成されたプロペラファンであり、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２６は、図示しないファンモータによって回転することで、室外機２に設けられた図示しない吸込口から室外機２の内部に外気を取り込み、室外熱交換器２３を流れる冷媒と熱交換した外気を室外機２に設けられた図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

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４１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する高圧センサ３１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３３が設けられている。冷媒配管４６におけるアキュムレータ２５の冷媒流入側近傍には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ３２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３４が設けられている。圧縮機２１の外表面には、圧縮機２１の密閉容器の温度を検出する圧縮機ケース温度センサ３８が設けられている。そして、油戻し管４７の減圧器２９の下流には、油戻し管温度センサ３９が設けられている。
なお、上述した油戻し管温度センサ３９が本発明の第１温度センサであり、低圧センサ３２が本発明の第２温度センサである。

室外熱交換器２３の図示しない伝熱管の中間部には、室外熱交換器２３の温度を検出する室外熱交換器温度センサ３５が設けられている。また、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３６が備えられている。なお、高圧センサ３１と吐出温度センサ３３とが、本発明の状態判定手段である。

各室外機液分管４４ａにおける膨張弁２４と液側閉鎖弁２７の間には、各室外機液分管４４ａを流れる冷媒の温度を検出する液側温度センサ３７がそれぞれ設けられている。

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た制御基板に搭載されており、図１（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１０と、記憶部２２０と、通信部２３０と、センサ入力部２４０とを備えている。

記憶部２２０は、例えばフラッシュメモリであり、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２６の駆動状態、１０台の室内機５の各々から送信される運転情報（運転／停止情報や設定温度情報等を含む）等を記憶する。通信部２３０は、１０台の室内機５の各々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、センサ入力部２４０を介して各種センサでの検出値を定期的（例えば、１分毎）に取り込むとともに、１０台の室内機５の各々から送信される運転情報を含んだ信号が通信部２３０を介して入力される。ＣＰＵ２１０は、これら入力された各種情報に基づいて、膨張弁２４の開度制御、圧縮機２１や室外ファン２６の駆動制御を行う。また、図示は省略するが、ＣＰＵ２１０は、タイマー計測機能を有している。

＜各室内機の構成＞
次に、室内機５の構成について説明する。１０台の室内機５は全て同じ構成を備えており、室内熱交換器５１と、液管接続部５３と、ガス管接続部５４と、室内ファン５５を備えている。そして、室内ファン５５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５０を形成している。

室内熱交換器５１は、冷媒と、室内ファン５５の回転により室内機５に備えられた図示しない吸込口から室内機５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５１の一方の冷媒出入口と液管接続部５３が室内機液管７１で接続されている。室内熱交換器５１の他方の冷媒出入口とガス管接続部５４が室内機ガス管７２で接続されている。尚、液管接続部５３やガス管接続部５４には、各冷媒配管が溶接やフレアナット等によって接続されている。
室内熱交換器５１は、室内機５が冷房運転を行う場合は蒸発器として機能し、室内機５が暖房運転を行う場合は凝縮器として機能する。

室内ファン５５は、樹脂材で形成されたクロスフローファンであり、室内熱交換器５１の近傍に配置されている。室内ファン５５は、図示しないファンモータによって回転することで、図示しない吸込口から室内機５の内部に室内空気を取り込み、室内熱交換器５１において冷媒と熱交換した室内空気を室内機５に備えられた図示しない吹出口から室内へ供給する。

以上説明した構成の他に、室内機５には各種のセンサが設けられている。室内熱交換器５１の図示しない伝熱管の中間部には、室内熱交換器５１の温度（以降、室内熱交温度と記載する場合がある）を検出する室内熱交換器温度検出手段である室内熱交換器温度センサ６１が設けられている。また、室内機５の図示しない吸込口付近には、室内機５の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室内温度を検出する室内温度検出手段である室内温度センサ６２が備えられている。

＜冷媒回路の動作＞
次に、本実施形態の空気調和装置１が冷房運転を行うときの冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作を、図１（Ａ）を用いて説明する。以下の説明では、１０台の室内機５が全て冷房運転を行っている場合について説明する。図１（Ａ）において、矢印は、冷媒回路１０における冷房運転時の冷媒の流れを示しており、また、四方弁２２については、冷房運転時の各ポート間の連通状態を実線で示している。

尚、空気調和装置１が暖房運転を行うときの冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作については詳細な説明を省略するが、暖房運転時は四方弁２２の各ポート間の連通状態は、図１（Ａ）に破線で示す状態となり、室外熱交換器２３が蒸発器として機能し、各室内熱交換器５１が凝縮器として機能する。

室内機５が冷房運転を行う場合は、四方弁２２が図１（Ａ）に実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｂが連通するように、また、ポートｃとポートｄが連通するように切り換えられる。これにより、冷媒回路１０が図１（Ａ）に矢印で示す方向に冷媒が流れる状態となり、室外熱交換器２３が凝縮器として機能するとともに、各室内熱交換器５１が蒸発器として機能する。

上記のような冷媒回路１０の状態で圧縮機２１が起動すると、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は吐出管４１から四方弁２２に流入し、四方弁２２から冷媒配管４３を流れて室外熱交換器２３に流入する。またそれと同時に、圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒が油戻し管４７に流入し、減圧器２９で減圧されて吸入管４２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２６の回転によって室外機２の内部に取り込まれた外気と熱交換を行って凝縮し、室外熱交換器２３から室外機液管４４に流出する。室外機液管４４に流入した冷媒は、各室外機液分管４４ａに分流し各膨張弁２４を通過して、各液側閉鎖弁２７を介して各液管８に流入する。なお、膨張弁２４の開度は、吐出温度センサ３３が検出した圧縮機２１の吐出温度が、室内機５で要求される空調能力に基づいて決定された目標温度となるように調整される。

各液管８から各液管接続部５３を介して各室内機５に流入した冷媒は、各室内機液管７１を流れて各室内熱交換器５１に流入し、各室内ファン５５の回転によって室内機２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。各室内熱交換器５１から各室内機ガス管７２に流出した冷媒は、各ガス管接続部５４を介して各ガス管９に流入し、各ガス管９を流れて各ガス側閉鎖弁２８を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、各室外機ガス分管４５ａから室外機ガス管４５、四方弁２２、冷媒配管４６へと流れてアキュムレータ２５に流入し、アキュムレータ２５でガス冷媒と液冷媒とに分離される。アキュムレータ２５から吸入管４２へと流出したガス冷媒は、吸入管４２を流れて圧縮機２１に吸入され、再び圧縮される。

＜圧縮機内部に滞留する冷凍機油量の判定方法について＞
次に、本実施形態の空気調和装置１で、圧縮機２１の密閉容器の内部に滞留する冷凍機油量の判定方法について説明する。前述したように、圧縮機２１の密閉容器には油流出部２１ａが設けられており、油流出部２１ａの位置（密閉容器の底面からの高さ）が前述した下限レベルＬに対応した位置とされている。

図１（Ａ）に示すように、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量が多く、冷凍機油の油面が下限レベルＬより高い第１レベルＬ_１となっているときは、圧縮機２１の油流出部２１ａから油戻し管４７に冷凍機油が流出する。この冷凍機油は、圧縮機２１の内部で高温となっており、かつ、冷凍機油は油戻し管４７に設けた減圧器２９で減圧されない。それにより、油戻し管温度センサ３９で検出する温度（以降、第１温度と記載する）は、低圧センサ３２で検出した低圧（圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力）に対応する飽和温度（低圧飽和温度。以降、第２温度と記載する）より高い温度となる。従って、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度が第２温度より所定温度以上高ければ、圧縮機２１の内部に冷凍機油が十分に存在すると判定できる。なお、上述した所定温度は、予め試験などを行って求められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されている値であり、圧縮機２１が制御上の最低回転数で駆動しているときの圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油の温度、つまり、圧縮機２１が駆動しているときの冷凍機油の最低温度や外気温度を考慮して定められている。一例として、所定温度は１０℃である。

一方、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量が少なく、冷凍機油の油面が下限レベルＬより低い第２レベルＬ_２となっているときは、圧縮機２１の油流出部２１ａから油戻し管４７には高圧の冷媒が流出する。この高圧の冷媒は、油戻し管４７に設けた減圧器２９で減圧されて温度が低下する。従って、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度は第２温度に近い温度となって、第１温度と第２温度との温度差が上述した所定温度より小さくなる。このように、第１温度と第２温度との温度差が所定温度より小さくなれば、圧縮機２１の内部の冷凍機油が不足していると判定できる。

＜冷凍機油量の判定結果の採用／不採用の判断について＞
次に、図１を用いて、本実施形態の空気調和装置１において圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量を判定する際に、この判定結果を採用するか否かを判断する方法について説明する。空気調和装置１の運転負荷が大きい場合に、圧縮機２１の回転数が高くされるため、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度が高くなる。この場合、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出過熱度が大きな値となって、圧縮機２１の内部に滞留する冷媒の密度が、冷媒の温度が高温であることに起因して低くなる。この場合は、オイル戻し管４７に流出した冷媒が減圧器２９でさほど減圧されないため、冷媒の温度がほとんど変化しない。このため、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度の検出値が第２温度の検出値よりも大きくなり、圧縮機２１の内部の冷凍機油量が十分にあると誤判定する場合がある。

また、空気調和装置１が寒冷地などの外気温度が低い場所に設置される場合に、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油の温度が低くなる。このとき、上述した方法で圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量を判定する場合に、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量が第１レベルＬ_１に相当する量であっても、圧縮機２１から油戻し管４７に流出する冷凍機油の温度が、外気温度が高い場合に圧縮機２１から油戻し管４７に冷凍機油が流れるときよりも低いことによって、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度が低い温度となって、第１温度と第２温度との温度差が所定温度より小さくなる場合がある。この場合は、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量が不足していると誤判定する。

以上に説明したように、空気調和装置１の設置場所や運転状態によって圧縮機２１の内部に滞留する冷媒や冷凍機油の状態（温度や密度）が影響を受けた場合に、第１温度と第２温度との温度差を用いた圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量の判定を適切に行えない場合がある。そして、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量を適切に判定できなければ、この判定結果に基づいて実行の要否を判断する油回収運転を適切に行えないおそれがある。

そこで、本実施形態の空気調和装置１では、第１温度と第２温度を用いて内部高圧式の圧縮機２１の密閉容器内部に滞留する冷凍機油量を判定する際、圧縮機２１の冷媒吐出側における吐出過熱度を用いて圧縮機２１の内部に滞留する冷媒や冷凍機油の状態を判断し、この判断結果に基づいて冷凍機油量の判定結果の採用／非採用を判断する。なお、圧縮機２１の吐出過熱度（以降、吐出ＳＨと記載する場合がある）は、高圧センサ３１によって検出される圧縮機２１から吐出された冷媒の圧力から、その圧力における冷媒の飽和温度（以下、高圧飽和温度と記載する場合がある）を求め、吐出温度センサ３３によって検出される圧縮機２１から吐出された冷媒の温度（以下、吐出温度と記載する場合がある）から高圧飽和温度を減じて求められる。

そして、この吐出ＳＨが大きい値である場合、例えば本実施形態では４０ｄｅｇ以上の値である場合は、前述したように、圧縮機２１の内部に滞留する冷媒の密度が、冷媒の温度が高温であることに起因して低くなり、オイル戻し管４７に流出した冷媒が減圧器２９でさほど減圧されずに冷媒の温度がほとんど変化しないため、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度と第２温度の差が所定温度以上となる場合がある。この場合は、圧縮機２１内部の冷凍機油が十分にあると誤判定するおそれがあるので、吐出ＳＨが４０ｄｅｇ以上の値であるときは、冷凍機油量の判定結果を採用しない。

一方、例えば、外気温度が低いことによって圧縮機２１の内部の温度が低くなり、圧縮機２１の内部の温度の低下によって吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以下の値となる場合は、吐出過熱度が１０ｄｅｇより大きい値である場合に圧縮機２１から油戻し管４７に冷凍機油が流れるときよりも、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油の温度が低くなって圧縮機２１から油戻し管４７に流出する冷凍機油の温度が低くなる。このため、油戻し管温度センサ３９で検出する第１温度が低い温度となり、第１温度と第２温度との温度差が所定温度より小さくなる場合がある。この場合は、圧縮機２１内部の冷凍機油量が不足していると誤判定するおそれがあるので、吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以下の値であるときは、冷凍機油量の判定結果を採用しない。

本実施形態の空気調和装置１では、求めた吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以上４０ｄｅｇ以下の範囲の値であれば、第１温度と第２温度との温度差を用いた冷凍機油量の判定結果を採用する。一方、求めた吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以上４０ｄｅｇ以下の範囲の値でなければ、第１温度と第２温度を用いた冷凍機油量の判定結果を採用しない。これにより、圧縮機２１の内部に滞留する冷凍機油量の判定を適切に行うことができる。

求めた吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以上４０ｄｅｇ以下の範囲の値であるときは、油戻し管温度センサ３９で第１温度を検出し、低圧センサ３２で検出した圧力から第２温度を算出し、第１温度から第２温度を減じた温度差が所定温度、例えば１０℃以上であれば、圧縮機２１の内部に冷凍機油が十分にあると判断し、温度差が所定温度より小さければ、圧縮機２１の内部で冷凍機油が不足していると判断する。そして、冷凍機油量が不足していると判断したときは、圧縮機２１の回転数を所定の回転数（例えば、７０ｒｐｓ）で駆動するとともに、各室内機５に対応する膨張弁２４の開度をそれぞれ所定開度（例えば、全開）として、冷媒回路１０に滞留する冷凍機油を圧縮機２１に戻す油回収運転を行う。なお、第１温度と第２温度を用いた冷凍機油量の判定結果を採用しないと判断し、油回収運転を行わない状態が一定時間経過した場合、例えば、圧縮機２１の運転時間が所定時間（例えば、８時間）となったときは、求めた吐出ＳＨが１０ｄｅｇ以上４０ｄｅｇ以下の範囲の値であるか否かに関わらず、油回収運転を行う。

ここで、上述した吐出ＳＨの上限値（４０ｄｅｇ）および下限値（１０ｄｅｇ）は、それぞれが予め試験などを行って求められて室外機制御手段２００の記憶部２２０に記憶されている値であり、ここまでに説明したように、吐出ＳＨが上限値より大きい値である、あるいは、下限値より小さい値である場合は、空気調和装置１の設置場所や運転状態によって圧縮機２１の内部に滞留する冷媒や冷凍機油が影響を受けて（冷媒の密度や冷凍機油の温度が変化して）、圧縮機２１の内部が、冷凍機油量を適切に判定できない状態となっていることが判明している値である。

なお、本実施形態では、吐出ＳＨを用いて冷凍機油の判定結果の採用／非採用を判断したが、これに代えて、圧縮機ケース温度センサ３８で検出した圧縮機２１の密閉容器の温度から高圧飽和温度を減じて求めた温度差である圧縮機過熱度を用い、この圧縮機過熱度が所定の温度範囲内の値であるか否かで、冷凍機油の判定結果の採用／非採用を判断してもよい。この場合、圧縮機ケース温度センサ３８と吐出温度センサ３３とが、本発明の状態判定手段となる。このとき、圧縮機過熱度の所定の温度範囲は、例えば、１０ｄｅｇ以上４０ｄｅｇ以下である。さらには、吐出ＳＨに代えて、低圧センサ３２で検出した圧縮機２１の吸入圧力を用いて求めた低圧飽和温度から、吸入温度センサ３４で検出した吸入温度を減じて求めた吸入過熱度を用い、この吸入過熱度が所定の温度範囲内の値であるか否かで、冷凍機油の判定結果の採用／非採用を判断してもよい。この場合、低圧センサ３２と吸入温度センサ３４とが、本発明の状態判定手段となる。このとき、吸入過熱度の所定の温度範囲は、例えば、２ｄｅｇ以上１０ｄｅｇ以下である。

また、本実施形態では、高圧容器が圧縮機２１である場合を説明したが、高圧容器が圧縮機２１の冷媒吐出側に設置されるオイルセパレータであってもよい。この場合は、オイルセパレータに油流出部を設け、この油流出部と吸入管４２とを油流出管４７で接続すればよい。また、本実施形態では、第１温度と第２温度との温度差を用いて冷凍機油量を判定した後に、吐出ＳＨを用いて冷凍機油量の判定結果の採用／非採用を判断したが、第１温度と第２温度との温度差を用いて冷凍機油量の判定を行う前に、吐出ＳＨを用いて冷凍機油量の判定を行う／行わないを判断してもよい。

１空気調和装置
２室外機
５室内機
１０冷媒回路
２１圧縮機
２１ａ油流出部
２２四方弁
２３室外熱交換器
２４膨張弁
３８圧縮機ケース温度センサ
５１室内熱交換器
６１室内熱交換器温度センサ
６２室内温度センサ
２００室外機制御部

Claims

冷媒回路に接続されて冷凍機油および冷媒が流入および流出する高圧容器を有する空気調和装置であって、
前記高圧容器は、同高圧容器の内部から冷凍機油および冷媒を流出させる油流出部を有し、
前記油流出部と前記冷媒回路の低圧側とを接続する油戻し管と、同油戻し管に設けられる減圧器と、同減圧器を通過した後の冷凍機油あるいは冷媒の温度である第１温度を検出する第１温度センサと、前記冷媒回路の低圧側を流れる冷媒の温度である第２温度を検出する第２温度センサと、前記高圧容器の内部の冷媒および冷凍機油の状態を判定する状態判定手段を有し、
前記第１温度と前記第２温度との温度差に基づいて、前記高圧容器の内部に滞留する冷凍機油量を判定し、
前記状態判定手段による、前記高圧容器の内部における冷媒および冷凍機油の状態を判定した結果に基づいて、冷凍機油量の判定結果の採用もしくは不採用を判断する、あるいは、前記第１温度と前記第２温度との温度差に基づく冷凍機油量の判定の実行もしくは不実行を判断する、
ことを特徴とする空気調和装置。
前記高圧容器は、前記冷媒回路に接続される圧縮機であり、
前記冷媒回路は、前記圧縮機の冷媒吸入側に接続される吸入管を有し、
前記圧縮機の油流出部と前記吸入管とが前記油戻し管で接続され、
前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサと、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する高圧センサとを有し、
前記状態判定手段は、前記吐出温度センサと前記高圧センサとを含み、
前記吐出温度センサで検出した吐出温度から前記高圧センサで検出した吐出圧力を用いて求めた高圧飽和温度を減じて、前記圧縮機の内部の冷媒および冷凍機油の状態に相当する前記圧縮機の吐出過熱度を求め、
前記吐出過熱度が所定の範囲内の値であるとき、前記冷凍機油量の判定結果を採用する、あるいは、前記第１温度と前記第２温度との温度差に基づく冷凍機油量の判定を実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記圧縮機本体の温度である圧縮機ケース温度を検出する圧縮機ケース温度センサを有し、
前記状態判定手段は、前記圧縮機ケース温度センサと前記高圧センサとを含み、
前記圧縮機ケース温度センサで検出した圧縮機ケース温度から前記高圧センサで検出した吐出圧力を用いて求めた高圧飽和温度を減じて、前記圧縮機の内部の冷媒および冷凍機油の状態に相当する前記圧縮機の圧縮機過熱度を求め、
前記圧縮機過熱度が所定の範囲内であるとき、前記冷凍機油量の判定結果を採用する、あるいは、前記第１温度と前記第２温度との温度差に基づく冷凍機油量の判定を実行する、
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
前記圧縮機に吸入される冷媒の温度である吸入温度を検出する吸入温度センサを有し、
前記第２温度センサは、前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する低圧センサであり、
前記状態判定手段は、前記吸入温度センサと前記低圧センサとを含み、
前記吸入温度センサで検出した吸入温度から前記低圧センサで検出した吸入圧力を用いて求めた低圧飽和温度を減じて、前記圧縮機の内部の冷媒および冷凍機油の状態に相当する前記圧縮機の吸入過熱度を求め、
前記吸入過熱度が所定の範囲内であるとき、前記冷凍機油量の判定結果を採用する、あるいは、前記第１温度と前記第２温度との温度差に基づく冷凍機油量の判定を実行する、
ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。