JP5240392B2

JP5240392B2 - 冷凍装置

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Publication number: JP5240392B2
Application number: JP2012213551A
Authority: JP
Inventors: 嘉紀由良; 伸一笠原; 康介木保
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: BR112014007664B1; EP2781855A4; CN103827597A; BR112014007664A2; CN103827597B; EP2781855A1; EP2781855B1; JP2013083434A; US20140230476A1; WO2013047754A1; US9939184B2; AU2012317420B2; AU2012317420A1

Description

本発明は、圧縮機で冷媒の圧縮を行う冷凍装置に関する。

従来から、室内と室外との間で熱を移送する空気調和装置として、室内に配置される利用側熱交換器と室外に配置される熱源側熱交換器とを備える空気調和装置がある。この空気調和装置において、熱の移送を行うために、利用側熱交換器と熱源側熱交換器のうちの一方が放熱器になり、他方が蒸発器になる。例えば、このような空気調和装置では、利用側熱交換器と熱源側熱交換器との間で冷媒を循環させて熱を移送するため、冷媒を圧縮する圧縮機と利用側熱交換器及び熱源側熱交換器（放熱器及び蒸発器）とを用いて冷凍装置が構成されるのが一般的である。

この種の冷凍装置では、圧縮機停止中のクランクケース内の圧力が一定の条件下において潤滑油の温度（以下、油温という）が低いと、クランクケース内の潤滑油に冷媒の溶け込む割合が大きくなる。圧縮機の長期間の運転休止や冷媒の温度（外気の温度）変化などの条件が重なると、いわゆる寝込みと呼ばれる現象が生じて圧縮機内の潤滑油中に多くの冷媒が溶け込む。潤滑油中に冷媒が寝込むと、例えば潤滑油の粘度が低下して潤滑油の性能が低下する。

そこで、従来から圧縮機内における冷媒の寝込みを防止するため、クランクケースにヒータを取り付けて圧縮機が停止しているときにも、圧縮機を温めて冷媒が寝込まないようにする対策が採られている。また、欠相通電によるモータ巻き線加熱方法によって圧縮機内の潤滑油が温められる場合もある。

しかし、圧縮機を温めるためにヒータに通電すると一定の電力（待機電力）を消費してしまい、冷凍装置で消費される電力量が増加するという問題を生じる。

このような圧縮機の待機電力を削減するために、例えば特許文献１（特開２００１−７３９５２号公報）や特許文献２（特許第４１１１２４６号公報）には、冷媒温度や外気温に基づいて圧縮機のヒータの加熱が不要な時期を判断し、ヒータを制御して待機電力を削減する技術が記載されている。

特許文献１や特許文献２の技術では、待機電力が削減できるものの未だ待機電力を削減することができる部分を残しており、また、圧縮機内の潤滑油に溶け込んでいる冷媒の量に基づいて制御するものではないためにヒータによる加熱が不足する場合もある。

一方、特許文献３（特開平９−１７０８２６号公報）に記載されている従来の技術では、潤滑油と冷媒との混合液の油濃度（混合液に占める潤滑油の割合）に基づいて圧縮機のヒータの制御を行っている。しかし、特許文献３に記載されているヒータの制御では、冷媒と潤滑油の溶解特性を示す曲線から現在の油濃度を求める計算が複雑になり、実用的ではない。例えば、特許文献３の技術では、冷媒や潤滑油の種類や組合せや条件が変わるたびに溶解度特性を示す曲線を求めなければならないことから、溶解度曲線の元となるデータ取得に掛かるコストやデータを元に作成する回帰式に掛かる作業量が増大するのみならず、動作時のマイクロコンピュータに処理させるデータ量が増加するなど計算負荷が増大する。

本発明の課題は、圧縮機内の潤滑油について適切な油濃度又は油粘度の維持が容易でかつ待機電力を削減できる冷凍装置を低コストで提供することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を蒸発させる蒸発器と、放熱器と蒸発器の間を循環する冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機内の潤滑油を加熱するヒータと、ヒータを制御する制御装置とを備え、制御装置は、圧縮機内の冷媒の飽和温度に対して所定温度を加えて得られる油温目標値に圧縮機内の潤滑油の油温が達するようにヒータを制御する。

第１観点の冷凍装置によれば、潤滑油の油温目標値と現在の油温とを用いてヒータを制御すると、温度をパラメータとして簡単に制御できる。そして、冷媒の飽和温度に対して所定温度を加えるため、外気などが冷媒の飽和温度に達しないときに冷媒の潤滑油への溶け込みを抑えることができ、油濃度や油粘度を維持し易い。また、冷媒の飽和温度に基づいてヒータのオンオフができるため、外気条件などに左右されずに加熱が不要なところでヒータをオフでき、待機電力も削減できる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点の冷凍装置において、圧縮機内の冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器をさらに備え、油温目標値は、所定温度によって、冷媒の圧力における溶解平衡時の油濃度又は油粘度が所定の設定範囲に入る潤滑油と冷媒の混合液の温度に設定されている。

第２観点の冷凍装置によれば、所定温度によって、冷媒の圧力において油濃度又は油粘度が所定の設定範囲に入る混合液の温度に油温目標値を設定することにより、ヒータによる加熱が不足しないようにしながら待機電力を削減することができるヒータの制御が行われる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第２観点の冷凍装置において、油温目標値は、所定温度によって、冷媒の圧力における溶解平衡時の油濃度又は油粘度が所定の設定値になる潤滑油と冷媒の混合液の温度に設定されている。

第３観点の冷凍装置によれば、一定の油濃度又は油粘度を維持させる油温になるようにヒータの制御を行わせることができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第１観点から第３観点のいずれかの冷凍装置において、制御装置は、飽和温度毎に所定温度をデータとして保持している。

第４観点の冷凍装置によれば、データを用いて、制御装置における計算などの工数を省くことができる。

本発明の第５観点に係る冷凍装置は、圧縮機内の潤滑油の油温を測定して制御装置に出力する温度検出器又は圧縮機内の潤滑油の油温を推定するためのパラメータに関する測定を行って制御装置に出力する測定器をさらに備える。

第５観点の冷凍装置によれば、圧縮機内の潤滑油の油温を測定する専用の温度検出器又は測定器を設けることにより、圧縮機内の潤滑油の油温を比較的正確に検知することができる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置は、第５観点の冷凍装置において、制御装置は、冷凍装置の起動時に、潤滑油の油温及び油温目標値に基づき、通常起動と寝込み起動とを選択するものである。

第６観点の冷凍装置によれば、通常起動と寝込み起動を的確に選択できるため、圧縮機の信頼性を向上することができる。

本発明の第７観点に係る冷凍装置は、第６観点の冷凍装置において、寝込み起動は、設定が互いに異なる複数の寝込み起動を含み、制御装置は、通常起動ではなくて寝込み起動を選択する場合に、潤滑油の油温及び油温目標値に基づき、複数の寝込み起動のうちのいずれかを選択するものである。

第７観点の冷凍装置によれば、油温及び油温目標値に基づいて、より適切な寝込み起動を選択でき、寝込み起動が選択できない場合に比べて信頼性が向上する。

本発明の第８観点に係る冷凍装置は、第６観点又は第７観点の冷凍装置において、制御装置は、冷凍装置に外部から供給される電源がオンされた後の最初の起動のときに、試運転実施の履歴に応じて試運転を行うか又は寝込み起動を行うかを選択するものである。

第８観点の冷凍装置によれば、制御装置により試運転と寝込み運転を切り換えられるので、現場などで必要に応じて冷凍装置の試運転を行なわせることができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、飽和温度と所定温度とを用いて制御することで、制御が簡単になることからコストを抑えることができ、また圧縮機内の潤滑油について適切な油濃度又は油粘度の維持が容易でかつ待機電力を削減することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、油濃度や油粘度を必要以上に高くなるような制御を行わなくて済むため、待機電力の削減効果が向上する。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、一定の油濃度又は油粘度を維持させながら待機電力を削減することができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置では、制御装置におけるヒータの制御を高速に行なわせることができ、圧縮機の状況変化への応答が速くなる。（本制御で用いる計算領域増大を抑止）
本発明の第５観点に係る冷凍装置では、正確な潤滑油の温度に基づいて正確な制御を行なうことができる。

本発明の第６観点に係る冷凍装置では、寝込み起動が必要なときに的確に寝込み起動を行なわせることができ、信頼性が向上する。

本発明の第７観点に係る冷凍装置では、適切な寝込み起動の選択により信頼性を向上させることができる。

本発明の第８観点に係る冷凍装置では、試験運転と寝込み運転の切り換えができ、冷凍装置の設置が容易になる。また、不要な寝込み運転を回避できる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の構成を説明するための冷媒回路図。圧縮機の構成を説明するための部分破断斜視図。制御装置におけるヒータ制御を説明するためのフローチャート。飽和温度と油温オフセット値との関係を示すグラフ。冷媒の圧力と溶解度と混合液の温度との関係を示すグラフ。油温オフセット値の設定についての説明のための模式図。第１実施形態に係る冷凍装置の効果について説明するためのグラフ。従来の制御装置におけるヒータ制御を説明するためのフローチャート。従来の制御装置におけるヒータ制御を説明するための模式図。第２実施形態による制御装置におけるヒータ制御を説明するためのフローチャート。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明に係る圧縮機の実施形態は、以下に説明する実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

＜第１実施形態＞
（１）冷凍装置の構成
（１−１）冷媒回路
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍装置が採用された空気調和装置１０の構成を示す冷媒回路図である。空気調和装置１０は、室内に設置される利用側ユニット２０と室外に設置される熱源側ユニット３０とを備える。利用側ユニット２０には、室内熱交換器２１と室内ファン２２とが配置されている。熱源側ユニット３０には、室外熱交換器３１と室外ファン３２と電動弁３３とアキュムレータ３４と四路切換弁３５と圧縮機４０とが配置されている。

図１の空気調和装置１０は、四路切換弁３５を備えており、この四路切換弁３５によって室内を冷房する冷房運転と室内を暖房する暖房運転の切換を行なうことができる。冷房運転の場合には、室内熱交換器２１が蒸発器として機能し、室外熱交換器３１が放熱器として機能する。暖房運転の場合には、逆に、室内熱交換器２１が放熱器として機能し、室外熱交換器３１が蒸発器として機能する。

この四路切換弁３５は、第１ポートから第４ポートまでの４つのポートを有している。四路切換弁３５は、冷房時には第１ポートと第２ポートが接続されるとともに第３ポートと第４ポートが接続され、暖房時には第１ポートと第３ポートが接続されるとともに第２ポートと第４ポートが接続される。四路切換弁３５の第１ポートには圧縮機４０の吐出管４２が接続され、第２ポートには室外熱交換器３１の一端が接続され、第３ポートには室内熱交換器２１の一端が接続され、第４ポートにはアキュムレータ３４の吸入管が接続されている。

空気調和装置１０における四路切換弁３５以外の部分の利用側ユニット２０及び熱源側ユニット３０の各部の接続は、次のようになっている。すなわち、室外熱交換器３１の他端に電動弁３３の一端が接続され、電動弁３３の他端に室内熱交換器２１の他端が接続され、アキュムレータ３４の吐出管は圧縮機４０の吸入管４３に接続されている。

（１−２）圧縮機の構成
図２は、圧縮機４０の部分破断斜視図である。圧縮機４０には、円筒状のケーシング４１の側部に吐出管４２が取り付けられており、上部に吸入管４３が取り付けられている。吸入管４３の下方には、スクロール４４が設けられており、スクロール４４を駆動するモータ４５がスクロール４４の下方に設けられている。潤滑油７０は、円筒状のケーシング４１の底部４１ａに溜まるように構成されており、ケーシング４１の底部４１ａに巻付けられるようにクランクケースヒータ４６が取り付けられている。また、潤滑油７０が溜まる底部４１ａには、油温検出器６２が取り付けられている。

（１−３）制御装置及び計測機器
空気調和装置１０は、また、図１に示されているように、空気調和装置１０の動作の制御のための制御装置５０及び各種の計測機器を備えている。ここでは、計測機器について、圧縮機４０のクランクケースヒータ４６の制御に関連するものを示し、他の多くの計測機器については記載を省略している。制御装置５０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）５０ａ及びメモリ５０ｂなどを備えるマイクロコンピュータで構成される。

制御装置５０は、室内ファン２２のファンモータ２２ａ、室外ファン３２のファンモータ３２ａ、電動弁３３、四路切換弁３５、及び圧縮機４０のモータ４５及びクランクケースヒータ４６に接続されている。また、制御装置５０には、圧縮機４０の吸入管４３の圧力を測定する冷媒圧力検出器６１、圧縮機４０内の潤滑油７０の温度を検出する油温検出器６２、外気温を検出する外気温検出器６３及び室内熱交換器２１の温度を検出する熱交温度検出器６４が接続されている。

（２）クランクヒータの制御
制御装置５０によるクランクケースヒータ４６の制御について図３のフローチャートに沿って説明する。この制御装置５０は、圧縮機４０のモータ４５を制御しているので、圧縮機４０の動作と停止の状態に関する情報を有している。

制御装置５０は、圧縮機４０が停止している状態において、まず、冷媒圧力検出器６１の検出結果を受けて、圧縮機４０内の飽和温度を算出する（ステップＳ１０）。冷媒の飽和温度Ｔ_rは、冷媒の圧力ＬＰが分かれば、従来からよく知られた方法を用いて、冷媒の圧力と飽和温度との関係から簡単に算出される。例えば、制御装置５０は、冷媒の圧力ＬＰと飽和ガス温度（以下、飽和温度Ｔ_rという）の関係を示す関係式ｆａを記憶しており、その関係式ｆａを用いて飽和温度Ｔ_rを算出する。

次に、制御装置５０は、ステップＳ１０で得られる飽和温度Ｔ_rに所定温度（以下油温オフセット値という）を加えて油温目標値Ｔ_soを算出する。油温オフセット値は、制御装置５０のメモリ５０ｂに記憶されているデータに基づいて決定される（ステップＳ１１）。なお、油温オフセット値については後ほど詳しく説明する。

図４は、飽和温度Ｔ_rと油温オフセット値との関係を示すグラフである。図４に示されているグラフは、油濃度Ｃ_soによって異なったものになる。図４には、油濃度Ｃ_soが６０％（冷媒濃度が４０％）の場合と油濃度Ｃ_soが７０％（冷媒濃度が３０％）の場合の２つのグラフが示されている。例えば、その空気調和装置１０の冷凍装置の油濃度Ｃ_soが６０％に決められている場合、図４の下側の６０％のデータを用い、それ以外のデータは用いない。ステップＳ１０で求まった飽和温度Ｔ_rが５℃であれば、点Ｐ１から油温オフセット値がＴos1℃に決まる。従って、油温目標値Ｔ_soは、５℃＋Ｔos1℃（飽和温度Ｔ_r＋油温オフセット値）に決まる。図４に示されているグラフは、例えば簡単な２次式ｆｂで近似されており、制御装置５０は、油濃度Ｃ_soと飽和温度Ｔ_rの値から油温目標値Ｔ_soを計算する。式ｆｂ（Ｔ_r）は、油濃度Ｃ_so毎にその式が用意されている。そして、油濃度Ｃ_soの値によって式を選択して、選択された式ｆｂ（Ｔ_r）を使って飽和温度Ｔ_rの値から油温目標値Ｔ_soが算出される。

制御装置５０は、油温検出器６２を用いて、圧縮機４０内の潤滑油７０の油温を検出する（ステップＳ１２）。油温検出器６２は、潤滑油７０の油温を直接検出するように設置されていてもよいが、ここではケーシング４１の底部４１ａに取り付けられている。なお、油温検出器６２の設置場所は、油溜まり周辺であれば例えば圧縮機４０の側部でもよい。そのため、制御装置５０は、油温検出器６２の検出温度Ｔ_bを簡単な補正式ｆｃに代入して油温Ｔ_oを検出する。この補正式ｆｃは、例えば、油温検出器６２の検出結果と潤滑油７０の中に直接温度センサを入れて検出した値とについて行った実測などから定めることができる。

ステップＳ１３において、制御装置５０は、油温目標値Ｔ_soと油温Ｔ_oとを比較して、油温Ｔ_oが油温目標値Ｔ_soに達していなければステップＳ１４に進み、クランクケースヒータ４６をオンにしてステップＳ１０に戻る。もし、ステップＳ１３で、油温目標値Ｔ_soと油温Ｔ_oとを比較して、油温Ｔ_oが油温目標値Ｔ_soに達していれば、制御装置５０は、ステップＳ１５に進み、クランクケースヒータ４６をオフにしてステップＳ１０に戻る。

制御装置５０は、このような制御を行うことにより、圧縮機４０の停止時において、油温Ｔ_oが油温目標値Ｔ_soを満たすようにクランクケースヒータ４６を制御することができる。

（３）油温オフセット値
このように空気調和装置１０の冷凍装置は、制御装置５０の制御によって、圧縮機４０の停止中に潤滑油７０の油温Ｔ_oが油温目標値Ｔ_soに達する状態を維持できるように構成されている。そして、油温目標値Ｔ_soは、飽和温度Ｔ_r＋油温オフセット値によって定まる。

この油温オフセット値は、油温目標値Ｔ_soが冷媒の圧力ＬＰにおける溶解平衡時の油濃度が所定の設定値になる潤滑油７０と冷媒の混合液の温度に設定されている。

この点について、図５を用いて説明する。図５は、平衡状態にある冷媒の圧力ＬＰと潤滑油７０と冷媒の混合液の温度（以下液温という）と冷媒の溶解度との関係を示すグラフである。図５に示されている点Ｐｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４は、それぞれ図４の点Ｐ１，Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４に対応する。

図５のグラフにおいて、点Ｐｓ１は、溶解平衡時に圧力がα１、液温がβ１の状態で油濃度が６０％（冷媒の溶解度が４０％）になる点である。そして、図６に示されているように、点Ｐｓ１の状態ＳＴ１でクランクケースヒータ４６をオンせずに放置すると、液温は、現在の液温β１から圧力α１で平衡状態ＳＴ２を保つ冷媒の飽和温度Ｔ_rα₁に変化する。このとき、冷媒はさらに潤滑油中に溶解して、油濃度は６０％から低下する。つまり、油濃度を６０％に保つには、液温をβ１に保てばよい。

従って、油温オフセット値は、（溶解平衡時に圧力がα１で油濃度が６０％になる液温）−（圧力α１の冷媒の飽和温度）、即ちβ１−Ｔ_rα₁で与えられる。

冷媒の飽和温度毎の油温オフセット値の決定の仕方を図４及び図５を用いて説明する。油濃度については、その所望の設定値が信頼性と待機電力削減の観点から冷凍装置毎に決定される。従って、油濃度が例えば６０％に設定される冷凍装置であれば、溶解度が４０％になる縦軸に平行な直線（以下４０％ラインという）と各曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…との関係を見ればよい。そうすると、４０％ラインが圧力α２の点Ｐｓ２で交わる溶解度曲線はＬ２であり、４０％ラインが圧力α３の点Ｐｓ３で交わる曲線はＬ３であり、４０％ラインが圧力α４の点Ｐｓ４で交わる曲線はＬ４である。一方、圧力α２で油温と飽和温度が等しくなる点Ｐ_th2を通る二点鎖線で示されている仮想の溶解度曲線の温度はＴ_rα₂になる。同様に、圧力α３の点Ｐ_th3を通る仮想の溶解度曲線の温度はＴ_rα₃になり、圧力α４の点Ｐ_th4を通る仮想の溶解度曲線の温度はＴ_rα₄になる。従って、圧力α２のときの油温オフセット値は、曲線Ｌ２の示す温度β２から温度Ｔ_rα₂を引いた値になる。同様に、油温オフセット値は、圧力α３のときは曲線Ｌ３の示す温度β３から温度Ｔ_rα₃を引いた値になり、圧力α４のときは曲線Ｌ４の示す温度β４から温度Ｔ_rα₄を引いた値になる。

以上説明したように、油温オフセット値は、圧縮機４０内の冷媒の圧力が決まれば一つに決まる値である。そして、油温オフセット値は、図５のグラフが分かっていれば、予め求めておける値でもある。

このようにして図５のグラフから求められる４つの飽和温度の油温オフセット値をプロットしたものが図４に示されているグラフの点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４である。例えば、求められた各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…について最小二乗法などを適用して、各点の間を補完することで飽和温度と油温オフセット値との関係を示すグラフが完成する。図４に示されているグラフの曲線を示す近似式が、データとして制御装置５０のメモリ５０ｂに記憶されている。

（４）特徴
（４−１）
以上説明したように、空気調和装置１０の冷凍装置は、室内熱交換器２１（放熱器又は蒸発器）と室外熱交換器３１（蒸発器又は放熱器）と圧縮機４０とクランクケースヒータ４６と制御装置５０と冷媒圧力検出器６１と油温検出器６２を備えて構成されている。そして、制御装置５０は、圧縮機４０内の冷媒の飽和温度Ｔ_rに対して油温オフセット値（所定温度）を加えて得られる油温目標値Ｔ_soに圧縮機４０内の潤滑油の油温Ｔ_oが達するようにヒータを制御する。

例えば、特許文献１や特許文献２に示されている技術では、図７に示されているように、高油濃度区間でもクランクケースヒータがオンすることがある。つまり、外気の温度がクランクケースヒータをオンさせなくてはならない低い状態から高くなっていくときには、クランクケースヒータをオンしなくてもよい程高い油濃度になっていても、外気の温度がオフになる条件まではその状況を維持するため油濃度に係わらずオンの状態を維持する場合がある。

一方、上記第１実施形態の制御装置５０では、油温目標値Ｔ_soは、油温オフセット値（所定温度）によって、圧縮機４０内の冷媒の圧力における溶解平衡時の油濃度が所定の設定値（例えば６０％）になる潤滑油７０と冷媒の混合液の温度（例えばβ１〜β４など）に設定されている。そのため、外気の温度によってヒータ制御が左右されずに制御装置５０が油濃度でクランクケースヒータ４６の制御を行うことができ、高油濃度区間でクランクケースヒータ４６をオンすることがなく、待機電力の削減を行うことができる。そして、制御装置５０は、一定の油濃度を維持させる油温になるようにクランクケースヒータ４６の制御を行うことができる。

ところで、例えば、特許文献３にも同じように油濃度を維持するようにクランクケースヒータの制御を行う技術が記載されている。しかしながら、特許文献３の技術では、目標とする油濃度になるように圧縮機内の油の溶解度を溶解特性から算出するので複雑な計算が必要で、冷凍装置が高価なものとなり、また応答も遅くなる。図８は、特許文献３に記載されている従来の油濃度によるヒータ制御を示すフローチャートである。また、図９は、従来のヒータ制御を説明するため溶解度特性を模式的に示したグラフである。従来のヒータ制御では、シェル内圧力検知器が検出する圧縮機内の圧力Ｐａとオイル温度検知器が検出する温度Ｔ１から、溶解度算出器が溶解度Ｘを算出する（ステップＳ２０）。そして、算出された溶解度Ｘが設定溶解度Ｘ₀より高いか否かを判断する（ステップＳ２１）。算出された溶解度がＸａのように設定溶解度Ｘ₀より小さい場合はヒータをオフし（ステップＳ２３）、算出された溶解度がＸｂのように設定溶解度Ｘ₀より高い場合はヒータをオンする（図９参照）。

このように特許文献３の従来のヒータ制御は一見単純そうに見えるが、しかし、実際には単純ではない。図９は見易くするために一部を強調するように変形して書かれているが、特許文献３のヒータ制御では、曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のように溶解度曲線を変更しながら、ヒータオフの点Ｐｘ４を探さなくてはならない。例えば、算出された溶解度Ｘｂのときの圧力と液温がＰｂとＴ１であるが、このときに、クランクケースヒータで圧縮機を温めると、次に測定される圧力と温度は変化しており、例えば圧力Ｐｃ、温度Ｔ２になる。そうなると、溶解度曲線としては曲線Ｌ１１が使えず、曲線Ｌ１２に変更しなければならない。しかも、曲線Ｌ１２上の点Ｐｘ２を探さなければならないので、ステップＳ２０に戻って、溶解度算出器によって複雑な計算を遣り直して、溶解度Ｘｃを算出しなければならない。このように、クランクケースヒータによって加熱するに従って、温度がＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のように変化し、圧力も環境温度などの影響で測定の都度例えばＰｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅのように変化し、そのため溶解度曲線をＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のように変更しなければならなくなる。このように、冷媒圧力と油温の２つのパラメータを用いて複雑な計算をしなければ、溶解度Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃ，Ｘｄ，Ｘｅ…が求まらないため、計算に時間が掛かって応答が遅くなる。また、冷媒と潤滑油の組み合わせも様々であり、溶解度曲線も温度毎に準備しなければならず、設計の工数も掛かる。

それに対して、上記第１実施形態の冷凍装置では、図４に示されているように、クランクケースヒータ４６のオンオフによって潤滑油７０の温度と冷媒の圧力が変化しても、そこから求められる飽和温度Ｔ_rから図４の曲線を表す同一の簡単な式を用いて油温オフセット値が求まる。つまり、上記第１実施形態に係る制御装置５０は、溶解度曲線の情報を持たなくても済み、かつヒータ制御に伴う計算を簡略化することができる。また、潤滑油と冷媒の種類が変わって、新たに制御装置５０に保持させるための図４に示されているようなデータを得なければならなくなっても、油濃度の所定の設定値（例えば６０％）についての飽和温度と油温オフセット値が分かればよいので、溶解度曲線をデータ化する必要がなく、設計工数も短縮される。また、上記第１実施形態ではオンオフ制御を行う場合について説明したが、本実施形態の空気調和装置１０では、制御装置５０がクランクケースヒータ４６を制御するためのパラメータが温度だけであるため、比例制御などを使って油温目標値Ｔ_soに達するまでの時間を短縮させるような構成とすることも容易である。

（４−２）
また、制御装置５０のメモリ５０ｂが記憶するデータも少なく、図４に示されている飽和温度毎に油温オフセット値（所定温度）をデータとして保持していれば、制御装置５０における計算などに必要な記憶容量や計算負荷を省くことができる。それにより、制御装置５０におけるクランクケースヒータ４６の制御を高速に行なわせることができ、圧縮機４０の状況変化への応答が速くなる。

（５）変形例
（５−１）
制御装置５０が保持する飽和温度と油温オフセット値の関係は、油濃度が６０％になる曲線を示すものではなく、所定の設定範囲、例えば６０〜６５％の間に入る曲線や直線で示されていてもよい。例えば、図４の直線ＬＮは、油濃度の設定範囲６０〜６５％の間に入る直線である。直線ＬＮは、飽和温度が比較的低い側では、油濃度設定値が６５％の飽和温度と油温オフセット値の関係を示す曲線に近く、飽和温度が比較的高い側では、油濃度設定値が６０％の飽和温度と油温オフセット値の関係を示す曲線に近くなるように設定されている。

このような直線ＬＮを用いて制御装置５０が制御を行うと、油濃度の制御範囲に多少の幅（例えば６０〜６５％）ができるが、その範囲内での制御で十分である場合や他の理由から所定の設定範囲内で油濃度の設定値が変化するような設定をすることもできる。直線ＬＮを用いる場合には、飽和温度から比例計算で油温オフセット値が求まり、制御が簡単になる。

（５−２）
上記第１実施形態では、油濃度を設定値として用いて、図４に示されているように、油濃度が所定の設定範囲あるいは所定の設定値になる飽和温度と油温オフセット値の関係を求め、その関係を用いて制御装置５０がクランクケースヒータ４６を制御している。

しかし、飽和温度と油温オフセット値の関係を求める際の所定の設定範囲あるいは所定の設定値に用いるのは、油濃度の値ではなく、油粘度の値を用いてもよい。元々、油濃度を所定の設定範囲あるいは所定の設定値にすべく、クランクケースヒータ４６の制御を行うのは、油粘度が低下することを防ぐ目的があるので、直接その目的を達成することができるようなヒータ制御を行ってもよい。油粘度を用いる場合でも油濃度の場合と同様に油温オフセット値を定めることができる。

（５−３）
上記第１実施形態では、油温検出器６２によって、圧縮機４０内の潤滑油７０の油温を検出する場合について説明したが、他の測定装置の検出結果から潤滑油７０の油温を推定するようにしてもよい。例えば、油温検出器６２の検出結果に対して、圧縮機４０の周辺の外気温や室内熱交換器２１の温度などを用いて補正を加えてさらに精度を高めるような推定を行ってもよい。あるいは、油温検出器６２を用いないで、潤滑油７０の油温を推定するためのパラメータに関する測定を行う他の計測器の計測結果から圧縮機４０内の潤滑油７０の油温を推定するようにしてもよい。

（５−４）
上記第１実施形態では、制御装置５０は、クランクケースヒータ４６のオンオフ制御を行っているが、油温オフセット値の値に応じて加熱量を変化させるような制御を行ってもよい。例えば、圧縮機４０内の圧力変化が急峻な場合に油温オフセット値の値が負の値になることがある。そのような場合には、油温オフセット値が正の値をとる場合よりも加熱量を増加させるような変更を行ってもよい。

（５−５）
上記第１実施形態では、冷媒圧力検出器６１を吸入管４３に取り付けて、吸入管４３の側で圧縮機４０内の冷媒の圧力を測定している。しかし、圧縮機４０内の冷媒の圧力を吸入管４３の側よりも吐出管４２の側の方がよりよく測定できる場合には、吐出管４２に冷媒圧力検出器６１を吸入管４３に取り付けて圧力を検出してもよい。

（５−６）
上記第１実施形態では、飽和温度として飽和ガス温度を用いたが、飽和温度として飽和液温度を用いてもよい。

（５−７）
上記第１実施形態では、潤滑油７０を温めるためにクランクケースヒータ４６を用いたが、潤滑油７０を温めるためのヒータはクランクケースヒータ４６に限られない。例えば潤滑油７０を温める方法として欠相通電によるモータ巻き線加熱方法を用いることもでき、この場合には潤滑油７０を温めるヒータとしてモータ巻き線が用いられる。この場合、制御装置５０は、ヒータの制御として、欠相通電によるモータ巻き線加熱のオンオフ制御を行う。

＜第２実施形態＞
（６）冷凍装置の概要
上記第１実施形態では、空気調和装置１０の冷凍装置の電源が投入され、空気調和装置１０の冷凍装置が動作状態を継続しているときのヒータの制御について説明している。しかし、空気調和装置１０の冷凍装置が置かれる状況の中には、空気調和装置１０の電源が切られた状態というものも存在する。電源が切られた状態で長期間停止している圧縮機４０では、圧縮機４０内の冷凍機油の加熱ができず、外気温の変化により冷凍機油に冷媒が多量に溶解する場合がある。以下に説明する第２実施形態による空気調和装置１０は、電源が切られた後の再電源投入時に、冷凍機油に溶け込んだ多量の冷媒による粘度低下による不具合を防止するための制御ができるように構成されている。

このように第２実施形態による冷凍装置は、その構成においては、第１実施形態の空気調和装置１０の冷凍装置と同様の構成をとることができる。そこで、以下の第２実施形態の冷凍装置の説明は、第２実施形態の冷凍装置が第１実施形態の空気調和装置１０の冷凍装置と同じ構成を持つものとして、電源が切られた後の再電源投入時の制御に焦点があてられている。

（７）ヒータ制御
図１０は、第２実施形態の冷凍装置における起動時のヒータ制御の動作を示すフローチャートである。ステップＳ３１の油濃度一定制御は、第１実施形態で説明した制御であって起動時以外のヒータ制御を示している。言い換えると、ステップＳ３２乃至ステップＳ３７は、第１実施形態のヒータ制御のサブルーチンということになる。従って、ステップＳ３２からステップＳ３７は、第１実施形態のヒータ制御において適当な時点で行なわれればよい。

起動時に、ブレーカのオンが初回か否かが判断される（ステップＳ３２）。これは、試運転が行なわれるような起動か否かの判断であり、ブレーカのオンが初回であれば、一般的には試運転が必要と考えられる。そのため、ブレーカのオンが初回であれば、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、試運転実施フラグがオンになっているか否かを判断する。試運転が実施されていれば、試運転実施フラグがオンにされる。この試運転実施フラグは、例えば、制御装置５０のメモリ５０ｂに記憶されている。試運転実施フラグがオフになっていると、試運転が未実施であるから、試運転が実施される（ステップＳ３４）。試運転実施フラグがオフでなければ、試運転が既に実施されているので、寝込み起動を行う（ステップＳ３５）。ここでいう寝込み起動とは、通常起動の持つ設定よりも、圧縮機内の潤滑油中に多くの冷媒が溶け込んだ状態（寝込み状態）に対して、より適した設定に変更して行われる起動である。このように、ブレーカのオンが最初と判断される場合としては、例えば、停電などによって空気調和装置１０に全く電気が供給されない状態になった場合などが考えられる。ステップＳ３４の試運転及びステップＳ３５の寝込み起動に続いては、冷房運転又は暖房運転などの運転が行なわれる（ステップＳ３９）。その後、例えば制御装置５０に対して運転停止の指示などがあれば、制御装置５０は空気調和装置１０の運転を停止する（ステップＳ４０）。運転停止後に起動時以外のヒータ制御が行なわれる（ステップＳ３１）。

一方、起動時に、ブレーカのオンが初回でないと判断されると（ステップＳ３２）、（Ｔo−Ｔｒ）が目標オフセット値と同じか又はそれより小さくなっているか否かが判断される。この目標オフセット値は、目標とする油濃度が実現される油温目標値Ｔsoから飽和温度Ｔｒを引いた値であり、状況の変化に合わせて（所定時間間隔で）随時計算されて更新される値である。目標オフセット値よりも（Ｔo−Ｔｒ）が大きければ、目標とする油濃度が実現されているので、通常起動が行なわれる（ステップＳ３８）。

ステップＳ３６で（Ｔo−Ｔｒ）が目標オフセット値と同じか又はそれよりも小さいと判断されると、制御装置５０は、ΔＴの値に応じて設定されたレベル別寝込み起動を行う（ステップＳ３７）。ここで、ΔＴは、｛目標オフセット値−（Ｔo−Ｔｒ）｝である。例えば、このΔＴが０≦ΔＴ≦５℃の範囲であれば、低レベル寝込み起動を行い、ΔＴ＞５℃の範囲であれば高レベル寝込み起動を行う。低レベル寝込み起動よりも高レベル寝込み起動の方が、圧縮機内の潤滑油中に所定量よりも多くの冷媒が溶け込んだ場合の起動に適した設定になっている。

ステップＳ３６で行なわれる判断について具体例を挙げて説明すると、次のようになる。まず、目標油濃度でのグラフの交点から冷媒の圧力と油温を読み取り、油温オフセット値を求める。例えば、図５の油濃度６０％（溶解度４０wt％）のラインと各等油温線との交点Ｐｓ1，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４を読み取る。その交点での圧力を飽和温度Ｔｒに換算し、油温Ｔoから減算すると（Ｔo−Ｔｒ）が求まる。

このように、実際の実験などによって得られるグラフから直接読み取るため（冷媒の圧力と油温と目標油濃度との実際の関係から直接導くため）、制御装置５０のヒータ制御に用いられる全パラメータの関係が高精度に再現される。

また、圧縮機４０の保有するドーム内保有油量（１００％）が明確な場合は、目標油濃度から逆算して油面高さが算出できる。そのため、起動時にターミナルが潤滑油に漬かって生じるターミナル絶縁不良が起こる可能性がある場合には、目標油濃度を変更して絶縁不良が起こらないように制御装置５０に制御させることもできる。

（８）特徴
（８−１）
以上説明したように、第２実施形態の空気調和装置１０の制御装置５０は、起動時に、（Ｔo−Ｔｒ）及び目標オフセット値（潤滑油の油温及び油温目標値の一例）に基づき、通常起動と寝込み起動の選択を行う（ステップＳ３６）。通常起動と寝込み起動を選択できるため、寝込み起動が必要なときにはステップＳ３７に進んで寝込み起動を行うことができ、信頼性を向上することができる。

（８−２）
制御装置５０は、通常起動ではなくて寝込み起動を選択する場合に、ΔＴ(潤滑油の油温及び油温目標値の一例)に基づき、高レベル寝込み起動及び低レベル寝込み起動（複数の寝込み起動の一例）のうちのいずれかを選択する（ステップＳ３７）。このように適切な寝込み起動を選択できることから、寝込み起動が選択できない場合に比べて、より適切な寝込み起動を選択して圧縮機４０を起動することができ、信頼性がさらに向上する。

（８−３）
制御装置５０は、空気調和装置１０に外部から供給される電源がオンされた後の最初の起動のときに、試運転実施の履歴に応じて試運転を行うか又は寝込み起動を行うかを選択する（ステップＳ３３）。制御装置５０により試運転と寝込み運転を切り換えられるので、現場などで必要に応じて冷凍装置の試運転を行なわせることができる。それにより、試運転を行なうことで不要な寝込み起動を回避でき、冷凍装置の設置が容易になる。

（９）変形例
上記第２実施形態では、ステップＳ３３で試運転が終了していると判断された場合でも、停止後の状態が不明なので、通常起動は行わずに寝込み起動を行っている。しかし、さらに、寝込み起動の中でも、ステップＳ３７で設定されている高レベル寝込み起動を適用してもよい。

また、ステップＳ３５に入る条件が満たされたときは、目標油濃度を上昇させる措置をとってもよい。

１０空気調和装置
２１室内熱交換器
３１室外熱交換器
４０圧縮機
４６クランクケースヒータ
５０制御装置
６１冷媒圧力検出器
６２油温検出器

特開２００１−７３９５２号公報特許第４１１１２４６号公報特開平９−１７０８２６号公報

Claims

冷媒を放熱させる放熱器（２１，３１）と、
前記冷媒を蒸発させる蒸発器（３１，２１）と、
前記放熱器と前記蒸発器の間を循環する前記冷媒を圧縮する圧縮機（４０）と、
前記圧縮機内の潤滑油を加熱するヒータ（４６）と、
前記ヒータを制御する制御装置（５０）と
前記圧縮機内の前記冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出器（６１）と、
前記圧縮機内の前記潤滑油の油温を測定して前記制御装置に出力する温度検出器（６２）又は前記圧縮機内の前記潤滑油の油温を推定するためのパラメータに関する測定を行って前記制御装置に出力する測定器（６２，６３，６４）と、
を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機内の前記冷媒の飽和温度に対して所定温度を加えて得られる油温目標値に前記圧縮機内の前記潤滑油の油温が達するように前記ヒータを制御し、
前記制御装置は、前記飽和温度毎に前記所定温度をデータとして保持しており、
前記制御装置は、前記冷凍装置の起動時に、前記潤滑油の油温及び前記油温目標値に基づき、通常起動と、寝込み状態に対して前記通常起動より適した設定に変更して行われる寝込み起動とを選択し、
前記油温目標値は、前記所定温度によって、前記冷媒の圧力における溶解平衡時の油濃度又は油粘度が所定の設定値になる前記潤滑油と前記冷媒の混合液の温度に設定されている、
冷凍装置。
前記寝込み起動は、低レベル寝込み起動と前記低レベル寝込み起動よりも前記潤滑油中に所定量よりも多くの冷媒が溶け込んだ場合の起動に適した高レベル寝込み起動を含み、
前記制御装置は、前記通常起動ではなくて前記寝込み起動を選択する場合に、前記潤滑油の油温及び前記油温目標値に基づき、前記低レベル寝込み起動と前記高レベル寝込み起動とを選択する、
請求項１に記載の冷凍装置。
前記制御装置は、前記冷凍装置に外部から供給される電源がオンされた後の最初の起動のときに、試運転実施の履歴に応じて試運転を行うか又は前記寝込み起動を行うかを選択する、
請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。