JP7254164B2

JP7254164B2 - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP7254164B2
Application number: JP2021511056A
Authority: JP
Inventors: 宗希石山; 裕輔島津
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: EP3951283A1; EP3951283A4; WO2020202555A1; US20220154981A1; JPWO2020202555A1; US11988419B2; CN113677938A

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

潤滑用の油を圧縮機へ戻す油戻し運転の機能を備えた冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置は、圧縮機への油戻し運転が必要となる低容量で運転されていることを判定して低容量での運転時間を積算する機能と、圧縮機の発停回数を積算する機能と、圧縮機の低容量での積算運転時間が予め設定した設定積算運転時間を経過した場合、及び圧縮機の発停回数が予め設定した設定発停回数を超過した場合に、油戻し運転制御を行う機能とを備える。

特開２０１６－１９４３８９号公報

しかしながら、特許文献１記載の冷凍サイクル装置では、予め設定した設定積算運転時間、および予め設定した設定発停回数は一定である。そのため、冷凍サイクル装置の状態、または冷媒回路の特性などによっては、油枯渇が生じていない場合でも、油戻し運転が実行される。また、油戻し運転の結果、油枯渇が解消された場合でも、適切なタイミングで油戻し運転を終了することができない。その結果、冷凍サイクル装置が提供する快適性および冷凍サイクル装置の性能が低下するおそれがある。

それゆえに、本発明の目的は、油枯渇が生じている可能性が高いときにのみ、油戻し運転が実行される冷凍サイクル装置を提供することである。

本発明の第１の局面の冷凍サイクル装置は、冷媒配管によって環状に接続された圧縮機と、高圧側熱交換器と、減圧装置と、低圧側熱交換器とを含み、冷媒を循環させるように構成された冷媒回路と、圧縮機内の油量を検出するセンサとを備える。冷媒回路の通常運転中の圧縮機の運転履歴と、圧縮機内の油量とに基づいて、冷媒回路は、油回収運転するように構成される。

本発明の第２の局面の冷凍サイクル装置は、冷媒配管によって環状に接続された圧縮機と、高圧側熱交換器と、減圧装置と、低圧側熱交換器とを含み、冷媒を循環させるように構成された冷媒回路と、圧縮機内の油量を検出するセンサとを備える。冷媒回路の通常運転における運転履歴に基づいて、冷媒回路は、油回収運転するように構成される。冷媒回路の油回収運転中において、センサによって検出された圧縮機内の油量が規定値以上の場合に、冷媒回路は、油回収運転を終了する。

本発明の第１の局面によれば、冷媒回路の通常運転中の圧縮機の運転履歴と、圧縮機内の油量とに基づいて、冷媒回路は、油回収運転するので、油枯渇が生じている可能性が高いときにのみ、油戻し運転を実行することができる。

本発明の第２の局面によれば、冷媒回路の油回収運転中において、センサによって検出された圧縮機内の油量が規定値以上の場合に、冷媒回路は、油回収運転を終了するので、油枯渇が生じている可能性が高いときにのみ、油戻し運転を実行することができる。

実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を表わす図である。実施の形態１の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。実施の形態２の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。実施の形態３の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。実施の形態４の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成を表わす図である。

冷凍サイクル装置は、冷媒回路８０と、油枯渇検出センサ６と、制御装置５とを備える。

冷媒回路８０は、冷媒配管８１によって環状に接続された圧縮機１と、高圧側熱交換器２と、減圧装置３と、低圧側熱交換器４とを含む。

冷媒回路８０は、冷媒を循環させるように構成される。圧縮機１は、容量制御が可能に構成される。圧縮機１は、低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒を吐出する。高圧側熱交換器２は、凝縮器として機能する。高圧側熱交換器２は、圧縮機１によって圧縮された高圧冷媒を凝縮させる。減圧装置３は、高圧側熱交換器２によって凝縮された高圧冷媒を減圧する。低圧側熱交換器４は、蒸発器として機能する。低圧側熱交換器４は、減圧装置３によって減圧された冷媒を蒸発させる。

冷媒回路８０に冷凍機油が封入されている。以下の説明では、冷凍機油を単に油と記載する。冷媒回路８０は、通常運転と油回収運転のいずれかで運転される。

（通常運転）
圧縮機１から吐出された冷媒と油の混合液は、高圧側熱交換器２、減圧装置３、低圧側熱交換器４の順に移動し、圧縮機１へ流入される。通常運転では、圧縮機１の起動時には、圧縮機１から流出される混合液の量が増加するため、圧縮機１の周波数が短時間で低下する。その結果、高圧側熱交換器２、減圧装置３、低圧側熱交換器４、および冷媒配管８１内に混合液が滞留し、圧縮機１への混合液の流入量が低下する。圧縮機１が最終的に停止した後、冷媒回路８０中の混合液は、冷媒回路８０内の圧力差に従って移動する。したがって、通常運転では、圧縮機１の起動から停止までの１サイクルにおいて、圧縮機１の流出量は増加するが、流入量（返油量）は低下する。圧縮機１の断続運転を繰り返し実施すると圧縮機１内の油量が低下する。冷媒回路８０の通常運転中において、圧縮機１は起動および停止を繰り返す。冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の積算運転時間Ｔｔは、冷媒回路８０の通常運転中における圧縮機１が運転動作した時間の累計である。積算運転時間Ｔｔは、圧縮機１が起動してから停止するまでの時間をサイクル時間としたときに、冷媒回路８０の通常運転中の１以上のサイクル時間の和である。冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の発停回数Ｎｔは、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１が起動した回数と停止した回数の和である。

（油回収運転）
通常運転において、冷媒回路８０の各要素に油が滞留している。油回収運転では、例えば、圧縮機１の周波数を通常運転時の周波数よりも増加させ、あるいは、減圧装置３の開度を増加させる。これによって、冷媒回路８０の各要素からの油が流出され、圧縮機１への流入量（返油量）が増加する。

油枯渇検出センサ６は、圧縮機１内の油量Ｏｍを検出する。油枯渇検出センサ６は、液面高さセンサ、または油濃度センサによって構成される。

本実施の形態では、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の積算運転時間Ｔｔが予め定められた基準時間Ｔｔｈを経過し、かつ圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈ以下の場合に、冷媒回路８０を油回収運転させる。

制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の積算運転時間Ｔｔが予め定められた基準時間Ｔｔｈを経過し、かつ圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈを超える場合に、積算運転時間Ｔｔを０にリセットする。

図２は、実施の形態１の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ４０１において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転を開始させる。

ステップＳ４０２において、制御装置５は、油枯渇検出センサ６からの信号に従って、油量Ｏｍの検出を開始する。

ステップＳ４０３において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転開始からの圧縮機１の積算運転時間Ｔｔのカウントを開始する。

ステップＳ４０５において、Ｔｔ＜基準時間Ｔｔｈのときに、処理がステップＳ４０６に進む。Ｔｔ≧基準時間Ｔｔｈのときには、処理がステップＳ４０７に進む。基準時間Ｔｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ４０６において、制御装置５は、積算運転時間Ｔｔのカウントを継続する。その後、処理がステップＳ４０５に戻る。

ステップＳ４０７において、油量Ｏｍ≦規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ４０９に進む。油量Ｏｍ＞規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ４０８に進む。規定値Ｏｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ４０８において、制御装置５は、積算運転時間Ｔｔを０にリセットする。その後、処理がステップＳ４０３に戻る。

ステップＳ４０９において、制御装置５は、冷媒回路８０を油回収運転させる。油回収運転では、たとえば、制御装置５は、圧縮機１の回転数を増加させる。これによって、冷媒回路８０の各構成要素からの油の流出量が増加し、圧縮機１への流入量（返油量）が増加する。

ステップＳ４１０おいて、冷媒回路８０の油回収運転が終了した場合に、処理が終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、圧縮機の積算運転時間が短い、または圧縮機内の油量が多いときには、油回収運転の必要性が低いので、油回収運転を実行しないことによって、快適性低下を抑制することができる。本実施の形態によれば、圧縮機の積算運転時間が長く、かつ圧縮機内の油量が少ないときには、油回収運転の必要性が高いので、油回収運転を実行することによって、圧縮機１の信頼性を向上させることができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の発停回数Ｎｔが予め定められた基準回数Ｎｔｈを経過し、かつ圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈ以下の場合に、冷媒回路８０を油回収運転させる。

制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の発停回数Ｎｔが予め定められた基準回数Ｎｔｈを経過し、かつ圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈを超える場合に、発停回数Ｎｔを０にリセットする。

図３は、実施の形態２の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ９０１において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転を開始させる。

ステップＳ９０２において、制御装置５は、油枯渇検出センサ６からの信号に従って、油量Ｏｍの検出を開始する。

ステップＳ９０３において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転開始からの圧縮機１の発停回数Ｎｔのカウントを開始する。

ステップＳ９０５において、Ｎｔ＜基準回数Ｎｔｈのときに、処理がステップＳ９０６に進む。Ｎｔ≧基準回数Ｎｔｈのときには、処理がステップＳ９０７に進む。基準回数Ｎｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ９０６において、制御装置５は、発停回数Ｎｔのカウントを継続する。その後、処理がステップＳ９０５に戻る。

ステップＳ９０７において、油量Ｏｍ≦規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ９０９に進む。油量Ｏｍ＞規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ９０８に進む。

ステップＳ９０８において、制御装置５は、発停回数Ｎｔを０にリセットする。その後、処理がステップＳ９０３に戻る。

ステップＳ９０９おいて、制御装置５は、冷媒回路８０を油回収運転させる。油回収運転では、たとえば、制御装置５は、圧縮機１の回転数を増加させる。これによって、冷媒回路８０の各構成要素からの油の流出量が増加し、圧縮機１への流入量（返油量）が増加する。

ステップＳ９１０において、冷媒回路８０の油回収運転が終了した場合に、処理が終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、圧縮機の発停回数が少ない、または圧縮機内の油量が多いときには、油回収運転の必要性が低いので、油回収運転を実行しないことによって、快適性低下を抑制することができる。本実施の形態によれば、圧縮機の発停回数が多く、かつ圧縮機内の油量が少ないときには、油回収運転の必要性が高いので、油回収運転を実行することによって、圧縮機１の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の積算運転時間Ｔｔが予め定められた基準時間Ｔｔｈを経過した場合に、冷媒回路８０を油回収運転させる。制御装置５は、油回収運転中において、圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈ以上の場合に、冷媒回路８０の油回収運転を終了させる。

図４は、実施の形態３の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ５０１において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転を開始させる。

ステップＳ５０２において、制御装置５は、油枯渇検出センサ６からの信号に従って、油量Ｏｍの検出を開始する。

ステップＳ５０３において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転開始からの圧縮機１の積算運転時間Ｔｔのカウントを開始する。

ステップＳ５０５において、Ｔｔ＜基準時間Ｔｔｈのときに、処理がステップＳ５０６に進む。Ｔｔ≧基準時間Ｔｔｈのときには、処理がステップＳ５０７に進む。基準時間Ｔｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ５０６において、制御装置５は、積算運転時間Ｔｔのカウントを継続する。その後、処理がステップＳ５０５に戻る。

ステップＳ５０７において、制御装置５は、冷媒回路８０を油回収運転させる。油回収運転では、たとえば、制御装置５は、圧縮機１の回転数を増加させる。これによって、冷媒回路８０の各構成要素からの油の流出量が増加し、圧縮機１への流入量（返油量）が増加する。

ステップＳ５０８において、油量Ｏｍ≧規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ５０９に進む。油量Ｏｍ＜規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ５０７に戻る。規定値Ｏｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ５０９において、制御装置５は、冷媒回路８０の油回収運転を終了させる。
以上のように、本実施の形態によれば、冷媒回路８０の油回収運転中において、圧縮機内の油量を検出することによって油回収運転を適切なタイミングで終了することができるので、快適性および圧縮機の性能を向上させることができる。

実施の形態４．
本実施の形態では、本実施の形態では、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転中の圧縮機１の発停回数Ｎｔが予め定められた基準回数Ｎｔｈを経過した場合に、冷媒回路８０を油回収運転させる。制御装置５は、油回収運転中において、圧縮機１内の油量Ｏｍが規定値Ｏｔｈ以上の場合に、冷媒回路８０の油回収運転を終了させる。

図５は、実施の形態４の冷凍サイクル装置の制御手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ１００１において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転を開始させる。

ステップＳ１００２において、制御装置５は、油枯渇検出センサ６からの信号に従って、油量Ｏｍの検出を開始する。

ステップＳ１００３において、制御装置５は、冷媒回路８０の通常運転開始からの圧縮機１の発停回数Ｎｔのカウントを開始する。

ステップＳ１００５において、Ｎｔ＜基準回数Ｎｔｈのときに、処理がステップＳ１００６に進む。Ｎｔ≧基準回数Ｎｔｈのときには、処理がステップＳ１００７に進む。基準回数Ｎｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ１００６において、制御装置５は、発停回数Ｎｔのカウントを継続する。その後、処理がステップＳ１００５に戻る。

ステップＳ１００７において、制御装置５は、冷媒回路８０を油回収運転させる。油回収運転では、たとえば、制御装置５は、圧縮機１の回転数を増加させる。これによって、冷媒回路８０の各構成要素からの油の流出量が増加し、圧縮機１への流入量（返油量）が増加する。

ステップＳ１００８において、油量Ｏｍ≧規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ１００９に進む。油量Ｏｍ＜規定値Ｏｔｈの場合には、処理がステップＳ１００７に戻る。規定値Ｏｔｈは、予め設定されている。

ステップＳ１００９において、制御装置５は、冷媒回路８０の油回収運転を終了させる。

以上のように、本実施の形態によれば、冷媒回路８０の油回収運転中において、圧縮機内の油量を検出することによって油回収運転を適切なタイミングで終了することができるので、快適性および圧縮機の性能を向上させることができる。

（変形例）
なお、上記の実施形態では、冷媒回路８０の特性に関わりなく、予め定められた基準時間Ｔｔｈを設定し、予め定められた基準回数Ｎｔｈを設定するものとしたが、これに限定されるものではない。

制御装置５は、冷媒回路８０の特性に基づいて、基準時間Ｔｔｈを設定するものとしてもよい。

制御装置５は、冷媒配管８１の長さが長いほど、基準時間Ｔｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の長さが規定値以上のときに、基準時間ＴｔｈをＡ１とし、冷媒配管８１の長さが規定値未満のときに、基準時間ＴｔｈをＢ１としてもよい。ただし、Ａ１＜Ｂ１である。

あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の高低差が大きいほど、基準時間Ｔｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の高低差が規定値以上のときに、基準時間ＴｔｈをＣ１とし、冷媒配管８１の高低差が規定値未満のときに、基準時間ＴｔｈをＤ１としてもよい。ただし、Ｃ１＜Ｄ１である。

あるいは、制御装置５は、外気温度が低いほど、基準時間Ｔｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、外気温度が規定値以上のときに、基準時間ＴｔｈをＥ１とし、外気温度が規定値未満のときに、基準時間ＴｔｈをＦ１としてもよい。ただし、Ｅ１＞Ｆ１である。

同様に、制御装置５は、冷媒回路８０の特性に基づいて、基準回数Ｎｔｈを設定するものとしてもよい。

制御装置５は、冷媒配管８１の長さが長いほど、基準回数Ｎｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の長さが規定値以上のときに、基準回数ＮｔｈをＡ２とし、冷媒配管８１の長さが規定値未満のときに、基準回数ＮｔｈをＢ２としてもよい。ただし、Ａ２＜Ｂ２である。

あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の高低差が大きいほど、基準回数Ｎｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、冷媒配管８１の高低差が規定値以上のときに、基準回数ＮｔｈをＣ２とし、冷媒配管８１の高低差が規定値未満のときに、基準回数ＮｔｈをＤ２としてもよい。ただし、Ｃ２＜Ｄ２である。

あるいは、制御装置５は、外気温度が低いほど、基準回数Ｎｔｈが小さくなるように設定することができる。あるいは、制御装置５は、外気温度が規定値以上のときに、基準回数ＮｔｈをＥ２とし、外気温度が規定値未満のときに、基準回数ＮｔｈをＦ２としてもよい。ただし、Ｅ２＞Ｆ２である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１圧縮機、２高圧側熱交換器、３減圧装置、４低圧側熱交換器、５制御装置、６油枯渇検出センサ、８０冷媒回路、８１冷媒配管。

Claims

冷媒配管によって環状に接続された圧縮機と、高圧側熱交換器と、減圧装置と、低圧側熱交換器とを含み、冷媒を循環させるように構成された冷媒回路と、
前記圧縮機内の油量を検出するセンサとを備え、
前記冷媒回路の通常運転中の前記圧縮機の積算運転時間が基準時間を経過し、かつ前記圧縮機内の油量が規定値以下の場合に、前記冷媒回路は、油回収運転し、
前記冷媒回路の前記通常運転中の前記圧縮機の積算運転時間が前記基準時間を経過し、かつ前記圧縮機内の油量が前記規定値を超える場合に、前記積算運転時間がリセットする、冷凍サイクル装置。
冷媒配管によって環状に接続された圧縮機と、高圧側熱交換器と、減圧装置と、低圧側熱交換器とを含み、冷媒を循環させるように構成された冷媒回路と、
前記圧縮機内の油量を検出するセンサとを備え、
前記冷媒回路の通常運転中の前記圧縮機の発停回数が基準回数を超過し、かつ前記圧縮機内の油量が規定値以下の場合に、前記冷媒回路は、油回収運転し、
前記冷媒回路の前記通常運転中の前記圧縮機の発停回数が前記基準回数を超過し、かつ前記圧縮機内の油量が前記規定値を超える場合に、前記発停回数がリセットする、冷凍サイクル装置。
前記冷媒回路の前記油回収運転中において、前記センサによって検出された前記圧縮機内の油量が規定値以上の場合に、前記冷媒回路は、前記油回収運転を終了する、請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。