JP6309169B2

JP6309169B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP6309169B2
Application number: JP2017527027A
Authority: JP
Inventors: 利徳大手
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2035-07-08
Also published as: JPWO2017006452A1; CN106338160A; EP3136010B1; EP3136010A4; US20180073786A1; CN205580036U; WO2017006452A1; US10598413B2; EP3136010A1; CN106338160B

Description

本発明は、サーモオフする状況下で圧縮機の油濃度を確保する空気調和装置に関するものである。

空気調和装置の圧縮機内部にはモータ軸などの駆動部を潤滑するため、冷凍機油が封入されている。圧縮機の起動時に湿り蒸気状態の冷媒を吸入するような場合あるいは停止中に冷媒が冷凍機油に溶け込む寝込み状態になった場合に、冷凍機油が冷媒と混ざって希釈されてしまう。油濃度の低い状態で長時間運転を続けると、モータ軸などが潤滑不十分となり、摩耗あるいは焼き付けを起こし不具合を発生させる可能性がある。通常は起動後しばらく運転すると圧縮機が温まり、冷凍機油に混ざっている冷媒が蒸発して排出されるため、運転に必要な油濃度は確保される。

圧縮機内の冷凍機油の濃度を検出し、その濃度に応じて圧縮機の運転を適性に制御する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−３８５０３号公報

しかしながら、空調している室内側の周囲温度と空気調和装置の設定温度とが近い場合など、頻繁にサーモオフする条件下では油濃度が確保される前に、圧縮機が停止と再起動を繰り返す。この場合には、低い油濃度のまま繰り返し運転を継続することになり、その結果、圧縮機のモータ軸などが摩耗や焼き付けを起こして故障に至る可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、サーモオフ条件が成立する状況下で、圧縮機の油濃度を確保する空気調和装置を提供することにある。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器を冷媒配管にて冷媒が循環するように接続した冷媒回路と、前記圧縮機の運転状態を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒の温度および前記圧縮機の吐出ガス冷媒の圧力から前記圧縮機の内部の油濃度を推測し、前記油濃度が油濃度基準値を下回る場合に、サーモオフ条件が成立しても前記圧縮機の運転を継続させ、前記サーモオフ条件が成立した場合であって、前記油濃度が前記油濃度基準値以上の場合は、前記圧縮機の運転を停止させるものであり、前記サーモオフ条件は、室内温度が設定温度に近づいたときに条件成立となるものである。

本発明に係る空気調和装置によれば、制御装置は、サーモオフ条件が成立しても圧縮機の運転を継続させる。これにより、圧縮機が加熱され、冷凍機油に混ざり込んだ冷媒が蒸発して吐出ガス冷媒の過熱度が確保される。よって、頻繁にサーモオフ条件が成立する状況下で、潤滑の悪い低油濃度の状態となったまま、長時間繰り返しオン／オフ運転することがない。したがって、サーモオフ条件が成立する状況下で、圧縮機の油濃度を確保することができる。このため、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置を示す全体構成図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の圧縮機制御を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係るガス冷媒の過熱度と冷凍機油濃度との関係を示す図である。本発明の実施の形態１に係るエーテル系冷凍機油とＲ４１０Ａ冷媒との温度および圧力の関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の圧縮機制御を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
さらに、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１を示す全体構成図である。
空気調和装置１は、圧縮機２と、四方弁３と、室内熱交換器４と、膨張弁５と、室外熱交換器６と、図示しないアキュムレータと、を冷媒配管７にて冷媒が循環するように接続した冷媒回路８を備えている。
また、冷媒回路８は、圧縮機２の吐出側の冷媒配管７と圧縮機２の吸込側の冷媒配管７とを接続したバイパス管９と、バイパス管９の途中に設けられたバイパス弁１０と、を備えている。
空気調和装置１は、室内機１１と室外機１２とを備えている。

空気調和装置１の室内機１１は、室内熱交換器４と、室内熱交換器４に室内空気を送風する送風機１３と、膨張弁５と、を有する。
室内熱交換器４は、たとえばプレート式熱交換器で構成される。
膨張弁５は、高圧冷媒を減圧させて低圧二相冷媒にする。
また、空気調和装置１の室内機１１は、室内温度を検出する室内温度センサ１４を有する。

空気調和装置１の室外機１２は、圧縮機２と、四方弁３と、室外熱交換器６と、室外熱交換器６に外気を送風する送風機１５と、を有する。
圧縮機２は、容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成され、低温低圧ガス冷媒を吸引し、圧縮して高温高圧ガス冷媒の状態にして吐出する。圧縮機２の内部にはモータ軸などの駆動部を潤滑するため、冷凍機油が封入されている。冷凍機油には、冷媒が溶け込む。
四方弁３は、冷房運転と暖房運転とで冷媒回路８を流通する冷媒の流通経路を切り替える。
室外熱交換器６は、たとえばプレートフィン式熱交換器などで構成され、冷媒と外気とで熱交換させて冷媒を蒸発させる。
また、空気調和装置１の室外機１２は、圧縮機２の表面または吐出配管には、圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度を検出する温度センサ１６と、圧縮機２の吐出ガス冷媒の圧力を検出する圧力センサ１７と、を有する。

空気調和装置１の室外機１２は、圧縮機２と送風機１３、１５とバイパス弁１０と四方弁３とを含むアクチュエーターの駆動をなどの空気調和装置１の制御を担う制御装置１８を有する。制御装置１８には、室内温度センサ１４、温度センサ１６および圧力センサ１７の検出信号が入力される。
制御装置１８は、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などで構成される。
制御装置１８は、室内温度センサ１４から室内温度を取得し、室内温度が設定温度に近づくと圧縮機２の運転を停止し、送風機１３の送風のみを実施するサーモオフを実施する。
また、制御装置１８は、温度センサ１６から圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度を取得し、圧力センサ１７から圧縮機２の吐出ガス冷媒の圧力を取得し、これらの取得値に基づき圧縮機２の運転およびバイパス弁１０の開閉を制御する。このため、制御装置１８には、図２のフローチャートに対応したプログラムが記憶され、図３のマップが記憶されている。

次に、空気調和装置１の冷房運転時の動作例について説明する。制御装置１８によって四方弁３が冷房運転に切り替えられた場合には、冷媒が圧縮機２により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁３を介して室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器６を通過する室外空気と熱交換して放熱され、高圧の液冷媒となって流出する。室外熱交換器６から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁５で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４に流入した気液二相の冷媒は、室内熱交換器４を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を冷却して低温低圧のガス冷媒となって圧縮機２に吸入される。

次に、空気調和装置１の暖房運転時の動作例について説明する。制御装置１８によって四方弁３が暖房運転に切り替えられた場合には、冷媒は、上記と同様に圧縮機２により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁３を介して室内熱交換器４に流入する。室内熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４を通過する室内空気と熱交換され、室内空気を暖めて高圧の液冷媒となる。室内熱交換器４から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁５で減圧され、低圧の気液二相の冷媒となり、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６に流入した低圧の気液二相の冷媒は、室外熱交換器６を通過する室外空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機２に吸入される。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１の圧縮機制御を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１に係るガス冷媒の過熱度と冷凍機油濃度との関係を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１に係るエーテル系冷凍機油とＲ４１０Ａ冷媒の温度および圧力の関係を示す図である。
図２〜図４に基づいて空気調和装置１の圧縮機制御を説明する。

制御装置１８は、ステップＳ１にてサーモオフ条件が成立するか否かを判断する。
サーモオフ条件は、室内温度センサ１４から取得した室内温度が設定温度に近づいたときに、条件成立となる。サーモオフが実施されると、通常は、圧縮機２の運転を停止し、送風機１３の送風のみを実施する。しかし、実施の形態１では、以下の制御を実施する。
ステップＳ１にてサーモオフ条件が成立する場合には、ステップＳ２に移行する。ステップＳ１にてサーモオフ条件が成立しない場合には、本ルーチンを終了する。

制御装置１８は、ステップＳ２では、吐出ガス冷媒の過熱度を算出する。
吐出ガス冷媒の過熱度は、以下のようにして算出する。まず、圧力センサ１７から吐出ガス冷媒の圧力を取得し、その飽和圧力を圧力温度表で温度に読み替える。次に、温度センサ１６から吐出ガス冷媒の温度を取得し、読み替えた温度との差である過熱度を求める。

制御装置１８は、ステップＳ３では、ステップＳ２にて算出した過熱度から圧縮機２の内部の油濃度を推測する。
吐出ガス冷媒の過熱度と油濃度には、図３のような相関関係があり、過熱度が高い程、冷凍機油に溶け込む冷媒は蒸発して圧縮機２の内部の油濃度が増加する。
ここで、図３は、Ｒ４１０Ａ冷媒の過熱度とエーテル系冷凍機油の濃度の相関関係の一例を示している。図３の相関関係は、図４の物性データを元にして作成されている。

制御装置１８は、ステップＳ４では、ステップＳ３にて推測した圧縮機２の内部の油濃度が油濃度基準値を下回るか否かを判断する。
具体的には、制御装置１８は、油濃度が圧縮機２の駆動部を良好に潤滑するのに必要な図３に示す７０％程度を下回るか否かを判断する。
ステップＳ４にて油濃度が油濃度基準値を下回る場合には、ステップＳ５に移行する。ステップＳ４にて油濃度が油濃度基準値以上になる場合には、ステップＳ７に移行する。

制御装置１８は、ステップＳ５では、圧縮機２の運転を継続させる。制御装置１８は、同時に、バイパス弁１０を開く。
室内側の周囲温度と空気調和装置１の設定温度が近い場合は、サーモオフとサーモオンとを繰り返す可能性が高い。そのような状況では、圧縮機２内の油濃度が十分確保できない状態で断続的に運転することになる。そして、その状態が長時間続いた場合は、圧縮機２の駆動部を劣化あるいは破損させる可能性がある。制御装置１８は、ステップＳ５の処理により圧縮機２の運転を継続させることで、圧縮機２が暖まって油濃度が上がるため、圧縮機２の駆動部の潤滑性を向上させることができる。
また、サーモオフ条件の成立時に、圧縮機２の運転を継続すると同時に、冷媒回路８のバイパス弁１０を開き、冷媒回路８の運転容量制限を行うことで、空調能力を落とし、冷え過ぎあるいは暖まり過ぎを抑える。
ステップＳ５の処理の後、ステップＳ６に移行する。

制御装置１８は、ステップＳ６では、圧縮機２の運転を継続させてから１０分経過したか否かを判断する。
サーモオフを遅らせて圧縮機２の運転を継続することは、室内が冷え過ぎあるいは暖まり過ぎの状態になり、快適性が悪化する懸念がある。このため、圧縮機２の運転継続時間には、１０分までといった一定時間の上限を設けている。
ステップＳ６にて１０分経過した場合には、ステップＳ７に移行する。ステップＳ６にて１０分未経過の場合には、ステップＳ５に戻る。

制御装置１８は、ステップＳ７では、圧縮機２の運転を停止させる。制御装置１８は、同時に、バイパス弁１０を閉じる。
ステップＳ７の処理の後、本ルーチンを終了する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１の圧縮機制御を示すフローチャートである。
なお、実施の形態２では、実施の形態１で説明した重複する説明を省略する。
図３の相関関係から過熱度が１０℃以上であれば、油濃度が７０％程度を上回ると考えられる。このことから、制御装置１８では、過熱度を油濃度に変換することなく、直接過熱度の１０℃以上を判断指標として運転継続を決めてもよい。これにより、制御装置１８内での計算処理を簡略化することができる。

制御装置１８は、ステップＳ２の処理の後、ステップＳ４ａに移行する。
制御装置１８は、ステップＳ４ａでは、ステップＳ２にて算出した過熱度が油濃度基準値を下回るか否かを判断する。
具体的には、制御装置１８は、過熱度が１０℃を下回るか否かを判断する。過熱度が１０℃を下回る場合には、圧縮機２の駆動部を良好に潤滑するのに必要な油濃度であると図３に示す７０％程度に相当する。
ステップＳ４ａにて過熱度が過熱度基準値を下回る場合には、ステップＳ５に移行する。ステップＳ４ａにて過熱度が過熱度基準値以上になる場合には、ステップＳ７に移行する。
以下、実施の形態１と同様である。

以上の実施の形態１、２によると、制御装置１８は、圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度および圧縮機２の吐出ガス冷媒の圧力から圧縮機２の内部の油濃度を推測し、油濃度が油濃度基準値を下回る場合に、サーモオフ条件が成立しても圧縮機２の運転を継続させる。この構成によると、圧縮機２が加熱され、冷凍機油に混ざり込んだ冷媒が蒸発して吐出ガス冷媒の過熱度が確保される。よって、頻繁にサーモオフ条件が成立する状況下で、潤滑の悪い低油濃度の状態となったまま、長時間繰り返しオン／オフ運転することがない。したがって、サーモオフ条件が成立する状況下で、圧縮機２の油濃度を確保することができる。このため、圧縮機２の信頼性を向上させることができる。

制御装置１８は、油濃度が油濃度基準値を下回る場合に、サーモオフ条件が成立しても圧縮機２の運転を継続させると共に、バイパス弁１０を開き運転容量制限を行う。この構成によると、サーモオフ条件の成立時であって圧縮機２の運転を継続させる場合に、空気調和装置１の空調能力を落とし、冷え過ぎあるいは暖まり過ぎを抑えることができる。

制御装置１８は、圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度および圧縮機２の吐出ガス冷媒の圧力から吐出ガス冷媒の過熱度を算出し、油濃度と圧縮機２の吐出ガス冷媒の過熱度との予め定められた図３に示す相関関係と、算出された過熱度と、に基づき油濃度を推測する。この構成によると、圧縮機２内の油濃度を圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度および吐出ガス冷媒の圧力から推測することができる。

制御装置１８は、圧縮機２の吐出ガス冷媒の温度および圧縮機２の吐出ガス冷媒の圧力から吐出ガス冷媒の過熱度を算出し、算出された過熱度が油濃度基準値に対応する過熱度基準値を下回る場合に、サーモオフ条件が成立しても圧縮機２の運転を継続させる。この構成によると、制御装置１８内での計算処理を簡略化することができる。

制御装置１８は、サーモオフ条件が成立しても圧縮機２の運転を継続させる時間に上限を設けた。この構成によると、サーモオフ条件の成立時であって圧縮機２の運転を継続させた場合に、空気調和装置１の運転が継続することによる冷え過ぎあるいは暖まり過ぎを抑えることができる。

１空気調和装置、２圧縮機、３四方弁、４室内熱交換器、５膨張弁、６室外熱交換器、７冷媒配管、８冷媒回路、９バイパス管、１０バイパス弁、１１室内機、１２室外機、１３送風機、１４室内温度センサ、１５送風機、１６温度センサ、１７圧力センサ、１８制御装置。

Claims

圧縮機、室内熱交換器、膨張弁および室外熱交換器を冷媒配管にて冷媒が循環するように接続した冷媒回路と、
前記圧縮機の運転状態を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒の温度および前記圧縮機の吐出ガス冷媒の圧力から前記圧縮機の内部の油濃度を推測し、前記油濃度が油濃度基準値を下回る場合に、サーモオフ条件が成立しても前記圧縮機の運転を継続させ、
前記サーモオフ条件が成立した場合であって、前記油濃度が前記油濃度基準値以上の場合は、前記圧縮機の運転を停止させるものであり、
前記サーモオフ条件は、室内温度が設定温度に近づいたときに条件成立となるものである空気調和装置。
前記圧縮機の吐出側の冷媒配管と前記圧縮機の吸込側の冷媒配管とを接続したバイパス管と、
前記バイパス管の途中に設けられたバイパス弁と、
を備え、
前記制御装置は、前記油濃度が前記油濃度基準値を下回る場合に、前記サーモオフ条件が成立しても前記圧縮機の運転を継続させると共に、前記バイパス弁を開き運転容量制限を行う請求項１に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒の温度および前記圧縮機の吐出ガス冷媒の圧力から吐出ガス冷媒の過熱度を算出し、前記油濃度と前記圧縮機の吐出ガス冷媒の前記過熱度との予め定められた相関関係と、算出された前記過熱度と、に基づき前記油濃度を推測する請求項１または２に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、前記圧縮機の吐出ガス冷媒の温度および前記圧縮機の吐出ガス冷媒の圧力から吐出ガス冷媒の過熱度を算出し、算出された前記過熱度が前記油濃度基準値に対応する過熱度基準値を下回る場合に、前記サーモオフ条件が成立しても前記圧縮機の運転を継続させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
前記制御装置は、前記サーモオフ条件が成立しても前記圧縮機の運転を継続させる時間に上限を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。