JP4323484B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
このような不具合に対処するため、それぞれ相手側の圧縮機へ油を戻すように均油管を相手側圧縮機の吸込管に接続した冷凍サイクル装置がある(例えば特許第3197768号公報)。
また、各圧縮機に接続された均油管にそれぞれ電子式の開閉弁を介して一本の集合管を接続し、その集合管を各圧縮機の吸込み管に分岐接続した冷凍サイクル装置がある(例えば特開2002−242833号公報)
しかしながら、それぞれ相手側の圧縮機へ油を戻すように均油管を相手側圧縮機の吸込管に接続した冷凍サイクル装置では、均油管の接続が入り組んで構成が複雑になるとともに、圧縮機台数が3台以上の場合にどれか一台の圧縮機が故障すると、その故障した圧縮機と均油管接続されている側の圧縮機への油供給が不可能になってしまう。
また、各圧縮機に接続された均油管にそれぞれ電子式の開閉弁を介して一本の集合管を接続し、その集合管を各圧縮機の吸込み管へと分岐接続した冷凍サイクル装置では、運転中の圧縮機と停止中の圧縮機が混在する運転に際し、運転中の圧縮機から停止中の圧縮機へ油の逆流しないように電子弁を制御するが、高価な電子弁が圧縮機台数に応じた個数だけ必要になるため、コスト面で問題があった。
本発明の第1の態様による冷凍サイクル装置は、
ケース内に油が収容された高圧型の複数の圧縮機を備え、これら圧縮機の吐出管が高圧側配管に接続され、各圧縮機の吸込管が低圧側配管に接続されたものであって、
前記各圧縮機のケースに収容された油の余剰分が流入する複数の第1均油管;と、
前記各第1均油管に設けられた第1減圧器;と、
前記各第1均油管内の油が流入する気液分離器;と、
前記気液分離器から前記各吸込管にかけて接続された第2均油管;と、
前記各第2均油管に設けられた第2減圧器;と、
前記高圧側配管と前記気液分離器との間に接続されたバイパス管;と、
前記バイパス管に設けられた第3減圧器;と、
を備えている。
図2は、第2の実施形態の構成を示す図。
図3は、第3の実施形態の構成を示す図。
図4は、第3の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。
冷凍サイクル装置1は、室外機2および室内機3からなる空気調和機である。室外機2は、圧縮機4a,4b、油分離器7、四方弁9、室外熱交換器10、リキッドタンク11、アキュムレータ16、室外ファン20、室外制御部50、およびインバータ51,52などで構成されている。室内機3は、電子膨張弁13、室内熱交換器14、室内ファン30、および室内制御部(図示しない)などで構成されている。室外機2と室内機3は、液管12およびガス管15により接続されている。
上記室外制御部50は、室外機2の運転を制御する。インバータ51,52は、商用交流電源53の電圧を整流し、整流後の電圧を室外制御部50の指令に応じた周波数の交流電圧にそれぞれ変換して出力する。圧縮機4a,4bは、容量可変型で、インバータ51,52の出力によりそれぞれ駆動される。
(圧縮機周りの配管の説明)
圧縮機4a,4bはその運転中にケース内が高圧になる高圧型の圧縮機で、ケース内に潤滑用の油Lが収容されている。この圧縮機4a,4bの冷媒吐出口に吐出管5a,5bがそれぞれ接続され、これら吐出管5a,5bが高圧側配管6に接続されている。吐出管5a,5bには、逆止弁51a,51bが設けられている。また、圧縮機4a,4bの冷媒吸込口に吸込管18a,18bが接続され、これら吸込管18a,18bが低圧側配管17に接続されている。吸込管18a、18bには、サクションカップ19a、19bが接続されている。
(均油回路周りの説明)
次に均油回路について説明する。圧縮機4a,4bのケースの側面における所定の高さ位置に第1均油管41a,41bの一端が接続され、これら均油管41a,41bに逆止弁42a,42bおよび第1減圧器たとえばキャピラリチューブ43a,43bが設けられている。キャピラリチューブ43a,43bの下流側には、第1温度センサT1a,T1bが設けられている。均油管41a,41bの他端は、気液分離器であるバッファタンク44に集合接続されている。バッファタンク44は、気体と液体とを分離する機能を有し、均油管41a,41bから流れてきた余剰分の油Lを一時的に蓄える。
バッファタンク44の底部に第2均油管45の一端が接続され、その均油管45の他端は2つの均油管45a,45bに分岐して吸込管18a,18bに接続されている。第2均油管45の一端側に、バッファタンク44から流出する油Lの温度を検知する第3温度検知センサT2が取付けられている。均油管45a,45bには第2減圧器たとえばキャピラリチューブ46a,46bが設けられている。
高圧側配管6とバッファタンク44との間にバイパス管47が接続され、そのバイパス管47に第3減圧器たとえばキャピラリチューブ48が設けられている。このバイパス管47におけるキャピラリチューブ48の下流側位置に、第3温度センサT3が取付けられている。
なお、バッファタンク44は、均油管41a,41b、均油管45,45a,45b、バイパス管47よりも大きい径を有している。
(キャピラリチューブの条件)
均油管45a,45bにおけるキャピラリチューブ46a,46bの抵抗は、均油管41a,41bにおけるキャピラリチューブ43a,43bの抵抗より小さく、バイパス管47におけるキャピラリチューブ48の抵抗よりも小さい。したがって、バッファタンク44内の油Lは、均油管45a,45b側へ流れ易い。
(油分離器と油戻り管の説明)
油分離器7と均油管45の間に、油戻り管71,72が接続されている。油戻り管71は、その一端が油分離器7の側面における所定の高さ位置に接続されている。この油戻し管71にキャピラリチューブ73が設けられている。油戻し管71の接続位置より上方に溜まった油分離器7内の油Lは、油戻し管71に流入し、キャピラリチューブ73を介して均油管45に流入する。均油管45に流入した油Lは、均油管45a,45bに分流し、キャピラリチューブ46a,46bを介して吸込管18a,18bに流入し、冷凍サイクルを循環した冷媒と共に圧縮機4a,4bに吸込まれる。
油戻し管72は、その一端が油分離器7の下部に接続されている。この油戻し管72に開閉弁74およびキャピラリチューブ75が設けられている。
(冷凍サイクルにおける冷媒の流れの説明)
圧縮機4a,4bが運転されると、その圧縮機4a,4bから吐出される冷媒が、吐出管5a,5bを介して高圧側配管6に流れ、その高圧側配管6により油分離器7に供給される。油分離器7は、冷媒と油Lを分離し、この油分離器7内の冷媒は、四方弁9に流れる。
四方弁9に流れた冷媒は、冷房運転時、室外熱交換器10に流れ、この室外熱交換器10で室外空気と熱交換して凝縮(液化)する。室外熱交換器10を経た冷媒は、リキッドタンク11、バックドバルブ21a、液管12、パックドバルブ21cを順に介して室内機3に流れる。室内機3に流れた冷媒は、膨張弁13を通って室内熱交換器14に流れ、この室内熱交換器14で室内空気と熱交換して気化する。室内熱交換器14を経た冷媒は、パックドバルブ21d、ガス管15、パックドバルブ21bを順に介して室外機2に流れる。室外機2に流れた冷媒は、上記四方弁9を通ってアキュムレータ16に流れ、そのアキュムレータ16から低圧側配管17および吸込管18a,18bを通って圧縮機4a,4bに吸込まれる。
暖房運転時は、四方弁9を切り換えることにより、反対方向に冷媒が流れる。
(均油回路における油の流れ)
圧縮機4a,4bのケース内の油面がそれぞれ均油管41a,41bの接続位置よりも高ければ、その接続位置を超えている分の油Lが余剰分として均油管41a,41bに流入する。均油管41a,41bに流入した油Lは、キャピラリチューブ43a,43bを介してバッファタンク44に流入する。バッファタンク44には、高圧側配管6からバイパス管47を通じて微小量の高圧の冷媒ガスが流入する。バッファタンク44に流入した油Lは、バイパス管47を通じて加わる圧力と、吸込管18a,18bから均油管45,45bおよび均油管45を通じて加わる吸入圧力とにより、均油管45に流出してそこから均油管45a,45bに分流する。分流した油はキャピラリチューブ46a,46bを介して吸込管18a,18bに流入する。吸込管18a,18bに流入した油Lは、冷凍サイクル中を循環した冷媒と共に、吸込管19a,19bを通って圧縮機4a,4bに吸込まれる。
圧縮機4aのケース内の油面は均油管41aの接続位置よりも高く、圧縮機4bのケース内の油面が均油管41bの接続位置よりも低いというように、圧縮機4a,4bのケース内の油面レベルに偏りが生じることがある。この場合、圧縮機4a側の均油管41aには油Lが流入し、圧縮機4b側の均油管4bには高圧の冷媒ガスが流入するが、これら流入した油Lおよび冷媒ガスはバッファタンク44に集合する。集合した油Lと冷媒ガスはバッファタンク44内で互いに分離され、バッファタンク44から流出する際に混合状態となって均油管45に流入する。均油管45に流入した混合状態の油および冷媒は、キャピラリチューブ46a,46bの抵抗作用によって均油管45a,45bに均等に分流する。
こうして、油量の多い側の圧縮機4aから油量の少ない側の圧縮機4bへと油が移動するようになり、圧縮機4a,4bのケース内の油面レベルが迅速にバランスする。
一方、圧縮機4a,4bから冷媒が吐出されるのに伴い、圧縮機4a,4b内の油Lの一部が吐出管5a,5bに流出する。流出した油Lは、高圧側配管6から油分離器7に流れる。油分離器7は、油Lを冷媒ガスから分離して収容する。油分離器7に収容される油Lのうち、油戻し管71の接続位置を超えた分の油が油戻し管71に流入する。油戻し管71に流入した油Lは、均油管45および均油管45a,45bを介して圧縮機4a,4bに戻される。
圧縮機4a,4bのケース内の油面レベルが両方とも低下した場合は、油戻し管72に設けられている開閉弁74が開かれることによって、油分離器7内の油が均油管45および均油管45a,45bを介して圧縮機4a,4bに戻される。
(バッファタンク44の効果)
圧縮機4a,4bのうちどちらか一方が停止した場合、たとえば圧縮機4aが停止した場合、運転中の圧縮機4bから均油管41bに流入した油Lがバッファタンク44および均油管41aを通って停止中の圧縮機4aへ流れ込もうとしても、その流れ込みが逆止弁42aによって防止される。
ただし、逆止弁42bの逆止作用が万全でなく、均油管41aから圧縮機4a側へ油Lの微小な流れ込みが生じ得る状況であった場合には、運転中の圧縮機4bにおける油Lの量が徐々に減り、そのうち圧縮機4bが油不足となってしまう。
しかしながら、均油管41bと均油管41aとの間にバッファタンク44が存在し、そのバッファタンク44内では重量が軽い冷媒が上方に移動して重量の重い油Lが下方に移動するので、運転中の圧縮機4bから均油管41bに流入した油Lがバッファタンク44および均油管41aを通って停止中の圧縮機4aへ流れ込むという不具合を未然に防止することができる。よって、運転中の圧縮機4bから停止中の圧縮機4aへの油Lの不要な移動を防ぐことができる。
従来のように逆流防止用の高価な電子弁を採用する必要がないので、不要なコスト上昇を回避することができる。
均油管41a,41bがバッファタンク44に集合接続される構成であるから、圧縮機の台数が多くても、従来のように均油管が入り組んで構成されることがなく、よって構成の複雑化を回避することができる。
圧縮機4a,4bから吐出される高圧冷媒の圧力がバイパス管47を介してバッファタンク44に加わるので、バッファタンク44の設置位置の自由かつ容易な設計を可能としながら、バッファタンク44から圧縮機4a,4bへの油Lの分配供給が確実かつ迅速に完了する。
仮に、圧縮機4aが故障して圧縮機4bによるバックアップ運転を行う場合でも、運転中の圧縮機4bから故障した圧縮機4aへの油Lの不要な移動を防ぐことができるので、圧縮機4bによるバックアップ運転をいつまでも続けることができる。圧縮機4aの故障による能力低下分については、インバータ52の出力による圧縮機4bの容量可変運転によってバックアップすることができる。圧縮機4a,4bの両方ともインバータ駆動による容量可変型としたので、どちらか一方が壊れたとしても、容量可変のバックアップ運転ができる。
[2]第2の実施形態
図2に示すように、第1の実施形態におけるバッファタンク44に代えて、オイルタンク60が設けられている。そして、オイルタンク60の側面における所定の高さに、均油管45の一端が接続されている。
オイルタンク60に収容された油Lのうち、均油管45の接続位置を越えている分の油Lが、余剰分として均油管45に流入する。均油管45に流入した油Lは均油管45a,45bおよびキャピラリチューブ46a,46bを介して吸込管18a,18bに流れ、冷凍サイクル中を循環した冷媒と共に圧縮機4a,4bに吸込まれる。
(オイルタンク60の効果)
オイルタンク60は、基本的に第1の実施形態におけるバッファタンク44と同じ機能を有するが、とくに油Lの収容量がバッファタンク44よりも多いという特徴を有している。
すなわち、オイルタンク60に所定量以上の油Lを収容しておくことができるので、運転状況の変化などにより圧縮機4a,4bから流出する油Lの量が増加した場合でも、その増加に遅れることなく、油Lを圧縮機4a,4bへ迅速に供給することができる。このオイルタンク60からの油Lの供給は、油分離器7内の油Lを油戻り管71を通して供給する場合よりも速い。
他の構成、作用、効果は第1の実施形態と同じである。
[3]第3の実施形態
図3に示すように、複数の室外機2a,2bおよび複数の室内機3により空気調和機が構成されている。室外機2aは、第2の実施形態の室外機2と同じ構成であり、圧縮機4a,4bを有している。室外機2bも、第2の実施形態の室外機2と同じ構成であり、圧縮機4a,4bを有している。
室外機2a,2bごとに、バイパス管47におけるキャピラリチューブ48と並列に第1開閉弁V1が接続されている。
室外機2a,2bごとに、オイルタンク48の底部から低圧側配管17にかけて第3均油管61が接続され、その均油管61に第2開閉弁V2および第3開閉弁V3が設けられている。また、この均油管61における開閉弁V2に対し、キャピラリチューブ33および逆止弁34の直列回路が並列接続されている。
そして、室外機2a,2bにおける均油管61の開閉弁V2と開閉弁V3との間の位置の相互間に、パックドバルブ21e,21eを介してバランス管31が接続されている。
室外機2a,2bの2台運転時、室外機2a,2bの相互間で油量のアンバランスが生じることがある。たとえば、室外機2a側の圧縮機内の油量が多くなり、室外機2b側の圧縮機内の油量が不足することがある。
(油量検知の説明)
室外機2a,2bにおける各圧縮機の油量が適正であれば、均油管41a,41bに油Lが流入し、その油Lがオイルタンク60に流れる。そして、オイルタンク60内の油Lが均油管45に流入して圧縮機4a,4bの吸込側に供給される。
室外機2a,2bにおける各圧縮機の油量が不足すると、均油管41a,41bに流入するのは油Lでなく冷媒となり、オイルタンク60内も油面が低下する。このため、オイルタンク60から均油管45に冷媒が流入する。
均油管41a,41bに流入する油Lあるいは冷媒の温度が温度センサT1a,T1bにより検知され、均油管45に流入する油Lあるいは冷媒の温度が温度センサT2により検知される。これら温度センサT1a,T1b,T2の検知温度は、油Lが通る場合に、冷媒が通る場合よりも、高くなる。また、バイパス管47に流れる冷媒の温度が温度センサT3により検知される。
図4のフローチャートに示すように、圧縮機2a,2bの2台運転時(ステップ101のYES)、所定時間たとえば1分間ごとに、温度センサT1a,T1b,T2,T3の検知温度に基づいて室外機2a,2bにおける各圧縮機の油量が検出される(ステップ102)。なお、1分間ごとの検出としたが、常時検出も可能である。
すなわち、全ての圧縮機の油量が適正の場合、均油管41a,41bおよび均油管45にそれぞれ油Lが流入し、温度センサT1a,T1b,T2の検知温度が温度センサT3の検知温度(バイパス管47を流れる冷媒の温度)よりも高くなり、次の関係が成り立つ。なお、α1>β1>0である。
T1a−T3≧α1、T1b−T3≧α1、
T1a−T2≧β1、T1b−T2≧β1
全ての圧縮機の油面レベルが不足の場合、均油管41a、41bおよび均油管45にそれぞれ冷媒が流入するので、温度センサT1a,T1b,T2の検知温度が温度センサT3の検知温度(バイパス管47を流れる冷媒の温度)よりも低くなり、次の関係が成り立つ。なお、α2<β2、α2<0である。
T2−T3≦α2、T1a−T3≦β2、T1b−T3≦β2
これら検知温度の関係に基づいて、各圧縮機における油量を検出することができる。
室外機2a,2bのうち、たとえば室外機2aで油量不足が検出されると(ステップ103のNO)、室外機2aにおける開閉弁V2が一定時間tだけ開放されるとともに(ステップ104)、室外機2bにおける開閉弁V1,V3が同じ一定時間tだけ開放される(ステップ105)。そして、開閉弁V1,V2,V3が開放したことの指標として、フラグfが“1”にセットされる(ステップ106)。
油量が不足でない側の室外機2bにおける開閉弁V1,V3が開くことにより、室外機2bのオイルタンク60に蓄えられている油Lが均油管61を介してバランス管31に流れる。バランス管31に流れた油Lは、油量が不足している側の室外機2aにおける開閉弁V2が開いていることにより、室外機2aの低圧側配管17に導かれる。低圧側配管17に導かれた油Lは、圧縮機4a,4bに吸込まれる。引き続き、1分間ごとの油量検出が継続される。
室外機2aの油量不足が検出されなくなったとき(ステップ103YES)、フラグfが“1”であれば(ステップ107のYES)、室外機2a,2b間の油量バランスが実行されていたとの判断の下に、全ての開閉弁V1,V2,V3が閉成される(ステップ108)。
全ての開閉弁V1,V2,V3が閉成され後、油量不足でなかった側の室外機2bにおける開閉弁74が所定時間だけ開放される(ステップ109)。この開閉弁74の開放により、油分離器7に収容されている油Lがオイルタンク60に補給される。フラグfは“0”にリセットされる(ステップ110)。
以上、室外機2a,2bのそれぞれのオイルタンク60を室外機2a,2bの双方で共有するようにしている。
開閉弁V1,V2,V3が開放される一定時間tを調節することにより、オイルタンク61からの油Lの供給量を必要量だけに制限することができる。これにより、油Lを供給する側の室外機でかえって油Lが不足する事態を回避することができる。
1つの室外機における圧縮機台数が3台以上の場合は、温度センサT1をその台数分だけ増やすだけで同様の油量検出および油量バランスを実行することができる。
他の構成、作用、効果は第2の実施形態と同じである。
なお、この第3の実施形態では、バイパス管47に取付けた温度センサT3の検知温度を油量検出に使用したが、温度センサT3に代わり、圧縮機4a,4bの吐出管5a,5bの少なくとも一方に温度センサを取付け、その温度センサの検知温度を油量検出に使用してもよい。あるいは、高圧側配管6に圧力センサPdを取付け、その圧力センサの検知圧力から冷媒温度を捕らえ、その捕らえた温度を油量検出に使用してもよい。
均油管45に取付けた温度センサT2の検知温度を油量検出に使用したが、その温度センサT2を用いることなく、均油管45における油の温度をバイパス管47における温度センサT3から捕らえ、その捕らえた温度を油量検出に用いてもよい。
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
Claims (14)
- ケース内に油が収容された高圧型の複数の圧縮機を備え、これら圧縮機の吐出管が高圧側配管に接続され、各圧縮機の吸込管が低圧側配管に接続された冷凍サイクル装置であって、
前記各圧縮機のケースに収容された油の余剰分が流入する複数の第1均油管;と、
前記各第1均油管に設けられた第1減圧器;と、
前記各第1均油管内の油が流入する気液分離器;と、
前記気液分離器から前記各吸込管にかけて接続された第2均油管;と、
前記各第2均油管に設けられた第2減圧器;と、
前記高圧側配管と前記気液分離器との間に接続されたバイパス管;と、
前記バイパス管に設けられた第3減圧器;と、
を備えている。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
油の逆流を防ぐための逆止弁が、前記各第1均油管に設けられている。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
前記各第2減圧器の抵抗は、前記各第1減圧器の抵抗および前記各第3減圧器の抵抗よりも小さい。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
前記気液分離器は、前記各第1均油管、前記各第2均油管、前記バイパス管よりも大きい径を有するバッファタンクである。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
前記気液分離器は、オイルタンクである。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
前記各圧縮機は、インバータにより駆動される容量可変型である。 - 請求項1の冷凍サイクル装置において、
前記各第1均油管における前記第1減圧器より下流側位置の温度を検知する第1温度検知器;と、
前記バイパス管における前記第2減圧器より下流側位置の温度を検知する第2温度検知器;と、
前記気液分離器から流出する油の温度を検知する第3温度検知器;と、
前記各温度検知器の検知温度に応じて前記各圧縮機のケース内の油量を検出する検出セクション;と、
をさらに備えている。 - 請求項7の冷凍サイクル装置において、
前記検出セクションで検出される油量が不足か否かを判定する判定部;と、
前記判定部で不足と判定された場合、その不足の圧縮機を有する側の室外機における前記第2開閉弁を開き、残りの室外機における前記第1開閉弁および前記第3開閉弁を開く制御部;と、
をさらに備えている。 - 複数台の室外機ごとに、ケース内に油が収容された高圧型の複数の圧縮機、これら圧縮機の吐出管が接続された高圧側配管、および各圧縮機の吸込管が接続された低圧側配管を有する冷凍サイクル装置であって、
前記複数台の室外機ごとに、前記各圧縮機のケースに収容されている油の余剰分が流入する第1均油管;と、
前記各第1均油管に設けられた第1減圧器;と、
前記複数台の室外機ごとに、前記各第1均油管内の油が流入するオイルタンク;と、
前記複数台の室外機ごとに、前記オイルタンクから前記各吸込管にかけて接続された第2均油管;と、
前記各第2均油管に設けられた第2減圧器;と、
前記複数台の室外機ごとに、前記高圧側配管と前記オイルタンクとの間に接続されたバイパス管;と、
前記各バイパス管に設けられた第3減圧器;と、
前記各第3減圧器に並列接続された第1開閉弁;と、
前記複数台の室外機ごとに、前記オイルタンクと前記低圧側配管との間に接続された第3均油管;と、
前記各第3均油管に設けられた第2開閉弁および第3開閉弁;と、
前記各第3均油管の前記第2開閉弁と前記第3開閉弁との間の位置の相互間に接続されたバランス管;と、
を備えている。 - 請求項9の冷凍サイクル装置において、
前記各第2均油管は、前記オイルタンクにおける所定の高さ位置に接続され、収容された油のうち、当該接続位置より上方に存する油が流入する。 - 請求項9の冷凍サイクル装置において、
前記各第2均油管は、前記オイルタンクから前記各吸込管にかけて途中から複数に分岐している。 - 請求項9の冷凍サイクル装置において、
前記各圧縮機は、インバータにより駆動される容量可変型である。 - 請求項9の冷凍サイクル装置において、
前記各第1均油管における前記第1減圧器より下流側位置の温度を検知する第1温度検知器;と、
前記バイパス管における前記第2減圧器より下流側位置の温度を検知する第2温度検知器;と、
前記気液分離器から流出する油の温度を検知する第3温度検知器;と、
前記各温度検知器の検知温度に応じて前記各圧縮機のケース内の油量を検出する検出セクション;と、
をさらに備えている。 - 請求項13の冷凍サイクル装置において、
前記検出セクションで検出される油量が不足か否かを判定する判定部;と、
前記判定部で不足と判定された場合、その不足の圧縮機を有する側の室外機における前記第2開門弁を開き、残りの室外機における前記第1開閉弁および前記第3開閉弁を開く制御部;と、
をさらに備えている。
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