JP6826808B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置10の冷媒配管系統を示す図である。この空気調和装置10は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置10であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室を冷暖房する。空気調和装置10は、熱源ユニットとしての室外ユニット11と、利用ユニットとしての室内ユニット12とを備えており、室外ユニット11と室内ユニット12とが冷媒連絡管13,14で接続されることによって冷媒回路が構成されている。冷媒回路内には、冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却・凝縮され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R32が用いられる。R32は、温暖化係数が小さい低GWP冷媒であって、HFC系冷媒の一種である。また、冷媒としてR32が用いられる場合には、冷凍機油としてR32に対していくらかの相溶性を有するエーテル系合成油が用いられる。この空気調和装置10では、冷媒としてR32を使用しているため、油分比率にもよるが、低外気時の運転においては、圧縮機20の潤滑のために冷媒とともに封入されている冷凍機油の溶解度が非常に小さくなる傾向がある。
(2−1)室内ユニット12
室内ユニット12は、各室の天井あるいは側壁に設置されており、冷媒連絡管13,14を介して室外ユニット11に接続されている。室内ユニット12は、主として、減圧器である室内膨張弁42と、利用側熱交換器としての室内熱交換器50とを有している。なお、ここでは、室内ユニット12が室内膨張弁42を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、室内ユニット12が室内膨張弁42を有していなくてもよい。
室外ユニット11は、室内ユニット12が配備される各室が存在する建物の外あるいは建物の地下室などに設置され、冷媒連絡管13,14を介して室内ユニット12に接続されている。室外ユニット11は、主として、圧縮機20と、四路切換弁15と、室外熱交換器30と、室外膨張弁41と、アキュムレータ70とを有している。
圧縮機20は、圧縮機用モータによって駆動される回転数が可変の密閉式圧縮機である。圧縮機20は、本実施形態において1台のみであるが、これに限定されず、室内ユニット12の接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機20が並列に接続されていてもよい。圧縮機20は、気体−液体間で状態変化する冷媒を、圧縮機付属容器28を介して吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮する。
四路切換弁15は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、室外熱交換器30を圧縮機20によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器50を室外熱交換器30において冷却された冷媒の蒸発器として機能させるために、四路切換弁15は、圧縮機20の吐出側の冷媒配管29と室外熱交換器30の一端とを接続するとともに、圧縮機20の吸入側の吸入流路27(アキュムレータ70を含む)とガス側閉鎖弁18とを接続する。また、暖房運転時には、室内熱交換器50を圧縮機20によって圧縮される冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室外熱交換器30を室内熱交換器50において冷却された冷媒の蒸発器として機能させるために、四路切換弁15は、圧縮機20の吐出側の冷媒配管29とガス側閉鎖弁18とを接続するとともに、吸入流路27と室外熱交換器30の一端とを接続する。本実施形態の四路切換弁15は、吸入流路27、圧縮機20の吐出側の冷媒配管29、室外熱交換器30およびガス側閉鎖弁18に接続された四路切換弁である。
室外熱交換器30は、冷媒の凝縮器又は蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器30は、その一端が四路切換弁15に接続されており、その他端が室外膨張弁41に接続されている。
室外ユニット11は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン35を有している。室外ファン35は、室外空気と室外熱交換器30を流れる冷媒との間で熱交換をさせるためのもので、室外ファン用モータによって回転駆動される。なお、室外熱交換器30の熱源は、室外空気に限定されるものではなく、水などの別の熱媒体であってもよい。
室外膨張弁41は、冷媒を減圧するための膨張機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外膨張弁41は、その一端が室外熱交換器30に接続され、その他端が液側閉鎖弁17に接続されている。
液側閉鎖弁17は、室外ユニット11と室内ユニット12との間で冷媒をやりとりするための液冷媒連絡管13が接続される弁である。ガス側閉鎖弁18は、室外ユニット11と室内ユニット12との間で冷媒をやりとりするためのガス冷媒連絡管14が接続される弁である。本実施形態の液側閉鎖弁17およびガス側閉鎖弁18は、サービスポートを備えた三方弁である。
アキュムレータ70は、冷媒を気液分離するとともに、余剰冷媒を貯留する機能を有している。アキュムレータ70は、圧縮機20の吸入側、より詳しくは、四路切換弁15と圧縮機20との間の吸入流路27に配置されている。アキュムレータ70は、蒸発器として機能する室内熱交換器50あるいは室外熱交換器30から四路切換弁15に接続された吸入流路27の第1配管27aを通って戻ってきた冷媒を、気液分離する。気液分離された冷媒のうち、ガス冷媒が圧縮機20へと送られる。アキュムレータ70は、図2に示すように、内部空間ISを形成するケーシング71と、入口管72と、出口管73とを有している。
室外ユニット11は、各種のセンサや、室外制御部91を有している。室外制御部91は、室外ユニット11の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット12の室内制御部92との間で伝送線90aを介して制御信号等のやりとりを行う。
冷媒連絡管13,14は、室外ユニット11および室内ユニット12を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。ここでは、液冷媒連絡管13及びガス冷媒連絡管14が冷媒連絡管に相当する。
空気調和装置10の制御装置90は、室内制御部92及び室外制御部91によって構成されている。制御装置90は、運転制御手段としての機能を有しており、空気調和装置10の各種運転における制御を行う。
ここで、Coilは、アキュムレータ70の油濃度[wt%]であり、OCRは、システム油上がり率[wt%]であり、xは、アキュムレータ70の出口管73の乾き度[−]である。そして、システム油上がり率OCRとアキュムレータ70の出口管73の乾き度xをパラメータとしたときのアキュムレータ70の油濃度を示す図7から、アキュムレータ70の出口管73の乾き度xに応じて、アキュムレータ70の油濃度が2wt%となるシステム油上がり率OCRを求めることができる。図8は、アキュムレータ70の出口管73の乾き度xに対して二層分離しないシステム油上がり率OCRの関係を示している。ここで、システム油上がり率は圧縮機20の回転数が高いほど大きくなることが知られており、例えばその特性は図9のように表すことができる。そして、図8に示すシステム油上がり率OCRを、図9を参照してシステム油上がり率OCRに相当する圧縮機20の回転数に置き換えることで、図4を得ることができる。
(4−1)
従来より、圧縮機に戻される冷媒を一時的に溜めて圧縮機に液冷媒が吸入されるのを抑制する機能を有するアキュムレータを備える冷凍装置がある。
本実施形態では、所定条件が満たされており、かつ検知部91aによって二層分離していることが検知されていない場合には、圧縮機20からシステムへと流出した冷凍機油を圧縮機20へと戻すための油戻し運転が実行される。このため、アキュムレータ70で二層分離していなくても、冷凍機油を圧縮機20へと戻す運転を実行することができている。
本実施形態では、所定条件を満たし、かつ検知部91aによって二層分離していることが検知された場合に、二層分離解消運転が実行される。二層分離解消運転は油戻し運転よりも高い回転数で圧縮機20が駆動されるため、二層分離解消運転を実行することで油戻し運転を実行するのと同様の効果を生じさせることができる。これにより、圧縮機20の冷凍機油不足を解消することができている。
ここで、アキュムレータ70で二層分離している場合には、二層分離していない場合よりも、アキュムレータ70から圧縮機20へと戻る冷凍機油の量は少なくなる。そうすると、アキュムレータ70で二層分離している場合と二層分離していない場合とでは、圧縮機20から吐出される冷凍機油の量が同じであっても、圧縮機20内に存在する冷凍機油量には差があることになる。
ここで、アキュムレータ70内に溜められている流体を攪拌することで二層分離を解消することのできる圧縮機20の回転数と、アキュムレータ70周辺の冷媒温度とは、相関関係にある(図5参照)。
ここで、二層分離の有無は、アキュムレータ70周辺の冷媒温度やアキュムレータ70内に溜められる流体中の油濃度と関係があり、例えば、アキュムレータ70周辺の冷媒温度の下限値を決めることで、アキュムレータ70内で二層分離しないアキュムレータ70内の油濃度を求めることができる。
(5−1)
上記実施形態では、吸入乾き度と、図3に示すマップとから、アキュムレータ70内で二層分離しているか否かが判断されている。
上記実施形態では、検知部91aによって二層分離していることが検知されているか否かに拘わらず、式1及び式2から冷凍機油流出量の積算演算が行われている。これに代えて、冷凍機油流出量の積算演算において、検知部91aによって二層分離していることが検知されている時と、二層分離していることが検知されていない時とで、演算式が異なっていてもよい。例えば、検知部91aによって二層分離が検知されている時のほうが、二層分離が検知されていない時よりも冷凍機油流出量の積算値が大きくなるように、式1における係数が異なっていてもよい。
20 圧縮機
70 アキュムレータ
91 室外制御部(制御部)
91a 検知部
Claims (7)
- 気体−液体間で状態変化する冷媒を圧縮する回転数可変な圧縮機(20)と、
前記圧縮機の吸入側に設けられており、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ(70)と、
前記圧縮機の駆動を制御する制御部(91)と、
を備え、
前記制御部は、
前記アキュムレータ内で二層分離している否かを検知する検知部(91a)を含み、
前記検知部によって前記二層分離していることが検知された場合には、油戻し運転よりも高い回転数で前記圧縮機を駆動する二層分離解消運転を実行する、
冷凍装置(10)。 - 前記制御部は、所定条件を満たしており、かつ前記検知部によって前記二層分離していることが検知されていない場合に、前記油戻し運転を実行し、
前記所定条件には、前記圧縮機から流出した冷凍機油量である冷凍機油流出量の積算値が所定値以上であるという条件が含まれている、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記所定条件を満たしており、かつ前記検知部によって前記二相分離していることが検知された場合に、前記二層分離解消運転を実行し、
前記冷凍機油流出量の積算演算において、前記検知部によって前記二層分離していることが検知されている時と、前記検知部によって前記二層分離していることが検知されていない時とで、演算式が異なっている、
請求項2に記載の冷凍装置。 - 前記制御部は、前記アキュムレータ周辺の冷媒温度に基づき、前記二層分離解消運転時の前記圧縮機の回転数を決定する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記検知部は、前記圧縮機の回転数に基づき、前記アキュムレータ内で前記二層分離しているか否かを判断する、
請求項4項に記載の冷凍装置。 - 前記検知部は、前記アキュムレータ周辺の冷媒温度に基づき、前記アキュムレータ内で前記二層分離しているか否かを判断する、
請求項5項に記載の冷凍装置。 - 前記検知部は、前記圧縮機に吸入される冷媒の乾き度である吸入乾き度に基づき、前記アキュムレータ内で前記二層分離しているか否かを判断する、
請求項5又は6項に記載の冷凍装置。
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