JPH09170826A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オゾン層を破壊しない混合冷媒を用いた空気調
和機における圧縮機の信頼性が確保出来ないという課
題。 【解決手段】圧縮機１、室外熱交換器３等からなる室外
機６と、室内熱交換器７、室内ファン８等からなる室内
機９を配管接続してオゾン層を破壊しない混合冷媒を封
入し、圧縮機１のシェル内の圧力を検知するにシェル内
圧力検知器２１と、圧縮機１内のオイル温度を検知する
オイル温度検知器１０と、シェル内圧力検知器２１で検
知されるシェル内圧力とオイル温度検知器１０で検知さ
れる圧縮機１内のオイル温度を入力として圧縮機シェル
内での冷媒とオイルの溶解度を算出する溶解度算出器２
２と、圧縮機１内のオイルを加熱する加熱手段１１と、
溶解度算出器２２で算出される溶解度を入力として加熱
手段１１を制御する加熱手段制御器２３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、空気調和
機の改良、特にオゾン層を破壊しない混合冷媒を用いた
空気調和機における圧縮機の信頼性向上に利用可能な、
空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和機として図３に示す
ようなものがある。図３において、１は圧縮機、２は冷
房運転、暖房運転の切換を行う四方弁、３は室外熱交換
器、４は室外ファン、５は膨張弁であり、室外機６を構
成している。また７は室内熱交換器、８は室内ファンで
あり、室内機９を構成している。また圧縮機１、四方弁
２、室外熱交換器３、膨張弁５、室内熱交換器７などは
配管接続されて、内部には単一冷媒であるＨＣＦＣ２２
が封入されている。また圧縮機１内には圧縮機メカ部
（図示せず）の潤滑や冷却および圧縮機内のモーター
（図示せず）の冷却のためのオイルが封入されている。

【０００３】室内機９で冷房を行う場合には、四方弁２
を図３中の実線のように切り換えて室外熱交換器３を凝
縮器として、室内熱交換器７を蒸発器として作用させ
る。また室内機９で暖房を行う場合には、四方弁２を図
３中の破線のように切り換えて室外熱交換器３を蒸発器
として、室内熱交換器７を凝縮器として作用させる。

【０００４】また、圧縮機１停止中には圧縮機１内のオ
イルに冷媒が溶解して、圧縮機１起動時には、オイル中
の冷媒が急激に発泡して多量のオイルが圧縮機１から吐
出されて圧縮機１内でオイルが不足したり、メカ部へオ
イルとともに多量の液冷媒が供給されたりするため、メ
カ部の潤滑や冷却が不足して異常磨耗や焼き付き等が発
生し、圧縮機信頼性を損なう。

【０００５】そこでこれを防止するために圧縮機１内の
オイル温度を検知するオイル温度検知器１０と、オイル
を加熱する加熱手段１１と、オイル温度検知器１０が検
知するオイル温度が設定温度以下であれば加熱手段１１
を動作させる加熱手段制御器１２を設けている。

【０００６】さらに圧縮機１運転中には冷媒とともに少
量のオイルが吐出されて四方弁２、凝縮器（冷房時には
室外熱交換器３、暖房時には室内熱交換器７）、膨張弁
５、蒸発器（冷房時には室内熱交換器７、暖房時には室
外熱交換器３）を循環してアキュムレータ１３に至る。
アキュムレータ１３内には蒸発器で蒸発しきれなかった
液冷媒とガス冷媒を分離してガス冷媒だけを圧縮機１に
供給するように圧縮機１の吸入側とアキュムレータ１３
を接続する吸入配管１４が突出している。このため液状
態であるオイルがアキュムレータ１３内に滞留して圧縮
機１内のオイルが不足して圧縮機信頼性を損ねるため、
この吸入配管１４のアキュムレータ１３内の底部付近に
はオイル戻し穴１５が設けられ、圧縮機１運転中にアキ
ュムレータ１３内に滞留するオイルを吸入配管１４を経
て圧縮機１に戻す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、冷媒としてＨＣＦＣ２２を、オイルと
して鉱油を用いてきた長年にわたる経験をもとにオイル
温度のみを検知して加熱手段を制御しているが、オゾン
層を破壊しない冷媒として例えば複数のＨＦＣを成分と
する混合冷媒とＨＦＣに対応した新しいオイル（例えば
エステルオイル）を空気調和機に用いた市場実績はない
ため、経験をもとにオイル温度のみを検知して加熱手段
を制御することは困難であり、またオイルと冷媒の溶解
度はオイル温度のみで一意的に決まるものではなく、例
えばオイル温度が低温であっても圧力が低ければ溶解度
は減少（すなわちオイル中に溶け込む冷媒量が減少）す
るため、起動時の発泡現象やメカ部への液冷媒供給は少
ないにも関わらず、加熱手段制御器１２によって加熱手
段１１が動作するため、エネルギー浪費という問題があ
った。また逆にオイル温度が高温であっても圧力が高け
れば溶解度は増加（すなわちオイル中に溶け込む冷媒量
が増加）するため、起動時の発泡現象やメカ部への液冷
媒供給が発生するにも関わらず、加熱手段制御器１２に
よって加熱手段１１は動作せず、圧縮機信頼性を損なう
という問題があった。

【０００８】さらに、オイルと冷媒の溶解度を短時間で
減少させる（オイル中の冷媒を追い出す）ためには多量
の加熱量を必要とし、そのため加熱能力の大きな加熱手
段を設けたり、また多量のエネルギー（例えば電気エネ
ルギー）が消費され、コストアップやエネルギー浪費と
いう問題があった。

【０００９】さらに、オゾン層を破壊しない冷媒として
ＨＦＣ混合冷媒が有力であるが、混合冷媒を構成する成
分と組成は未だ流動的であり、混合冷媒の組合せによっ
ては、従来のＨＣＦＣ２２と鉱油の系よりもアキュムレ
ータ１３内で冷媒とオイルが２相分離を起こしやすくな
ることもあり、アキュムレータ１３内に滞留したオイル
が圧縮機１に戻らずに圧縮機１内でオイルが不足して圧
縮機信頼性を損なうといった問題がある。

【００１０】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、従来に比べて圧縮機の信頼性をより一層向上させる
ことができる空気調和機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室外ファン
等からなる室外機と、室内熱交換器、室内ファン等から
なる室内機を配管接続してオゾン層を破壊しない混合冷
媒を封入し、圧縮機のシェル内の圧力を検知するにシェ
ル内圧力検知器と、圧縮機内のオイル温度を検知するオ
イル温度検知器を設け、シェル内圧力検知器で検知され
るシェル内圧力とオイル温度検知器で検知される前記圧
縮機内のオイル温度を入力として圧縮機シェル内での冷
媒とオイルの溶解度を算出する溶解度算出器と、圧縮機
内のオイルを加熱する加熱手段と、溶解度算出器で算出
される溶解度を入力として加熱手段を制御する加熱手段
制御器を備えることを特徴とするものである。

【００１２】また、室外機内に冷房運転と暖房運転とを
切り換える四方弁を備え、加熱手段が動作しているとき
に圧縮機のシェル内と室外熱交換器とが接続されるよう
に四方弁を切り換える加熱時四方弁制御器と、加熱手段
が動作しているときに室外ファンを動作させる加熱時室
外ファン制御器を備えることを特徴とするものである。

【００１３】さらに、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、
室外ファン、アキュムレータ等からなる室外機と、室内
熱交換器、室内ファン等からなる室内機を配管接続して
オゾン層を破壊しない混合冷媒を封入し、圧縮機の吸入
側とアキュムレータとの接続配管はアキュムレータ内部
に突出させ、アキュムレータ内に突出された接続配管に
はアキュムレータ底部からの距離が異なる複数のオイル
戻し穴を備えることを特徴とするものである。

【００１４】上記構成の空気調和機では、例えば、圧縮
機内のオイル中への冷媒の溶解度をオイル温度と圧縮機
シェル内圧力をもとに算出して、算出された溶解度をも
とにオイルを加熱する加熱手段を制御することにより、
加熱手段を効率的に動作することができエネルギー浪費
を防止するとともに、起動時の発泡現象やメカ部への液
冷媒供給を防止して圧縮機信頼性を向上させることがで
きるものである。

【００１５】さらに上記構成の空気調和機では、例え
ば、加熱手段が動作しているときに室外ファンを動作さ
せることにより、圧縮機中のオイルから放出された冷媒
ガスが室外熱交換器内で速やかに液化するため、圧縮機
シェル内から室外熱交換器への冷媒ガスの移動が促進さ
れ、すなわちオイルからの冷媒ガスの放出が促進される
ので、加熱手段の加熱能力やあるいは消費エネルギーを
小さくできるものである。

【００１６】また上記構成の空気調和機では、例えば、
オゾン層を破壊しない冷媒としてオイルと２相分離しや
すい混合冷媒が封入されてアキュムレータ内で混合冷媒
とオイルが２相分離した場合にも、アキュムレータ内部
に突出した吸入配管の上部に設けられたオイル戻し穴か
らオイルを確実に圧縮機に戻すことができるので圧縮機
内のオイル量を確保して圧縮機信頼性を向上させること
ができるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明にかかる一実施の形態の空
気調和機の構成図であり、従来例を示した図３と同一の
構成要素については同一の番号を付している。

【００１９】図１において、１は圧縮機、２は冷房運
転、暖房運転の切換を行う四方弁、３は室外熱交換器、
４は室外ファン、５は膨張弁であり、室外機６を構成し
ている。また７は室内熱交換器、８は室内ファンであ
り、室内機９を構成している。また圧縮機１、四方弁
２、室外熱交換器３、膨張弁５、室内熱交換器８などは
配管接続されて、内部にはオゾン層を破壊しないＨＦＣ
の混合冷媒が封入されている。また圧縮機１内には圧縮
機メカ部（図示せず）の潤滑や冷却および圧縮機内のモ
ーター（図示せず）の冷却のためのオイルが封入されて
いる。

【００２０】また、１０は圧縮機１内のオイル温度を検
知するオイル温度検知器、１１は圧縮機１内のオイルを
加熱する加熱手段、２１は圧縮機１内の圧力を検知する
シェル内圧力検知器、２２はオイル温度検知器１０とシ
ェル内圧力検知器２１の検知結果をもとに圧縮機１内の
冷媒とオイルの溶解度を算出する溶解度算出器、２３は
溶解度算出器２２の算出した溶解度をもとに加熱手段１
１を制御する加熱手段制御器である。

【００２１】また、圧縮機１の吸入側には吸入配管２４
を介してアキュムレータ２５が接続され、吸入配管２４
の一端はアキュムレータ２５の内部に突出するように接
続される。さらに、吸入配管２４のアキュムレータ２５
の内部に突出した部分には、アキュムレータ底部からの
距離が異なる穴が複数個（本実施の形態においては２個
であり、アキュムレータ底部に近い方の穴を２６−ａ、
他方を２６−ｂと番号を付す）設けられている。

【００２２】さらに、２７は加熱手段１１が動作してい
るときには圧縮機１のシェル内と室外熱交換器３とが接
続されるように四方弁２を切り換える加熱時四方弁制御
器、２８は加熱手段１１が動作しているときに室外ファ
ン４を動作させる加熱時室外ファン制御器である。

【００２３】次に、図２はオゾン層を破壊しない冷媒の
一例であるＲ４０７Ｃ（ＨＦＣ３２／ＨＦＣ１２５／Ｈ
ＦＣ１３４ａ＝２３／２５／５２ｗｔ％）とエステルオ
イルとの溶解特性を模式的に表した図である。図２にお
いて横軸はＲ４０７Ｃとエステルオイルとの混合物中の
Ｒ４０７Ｃの分率（溶解度（ｗｔ％））を示し、縦軸は
平衡状態の圧力を示す。またＴ１、Ｔ２は温度を示し、
Ｔ１＜Ｔ２である。図２から同じ温度条件でも圧力の違
いによってＲ４０７Ｃの溶解度が異なることがわかる。

【００２４】以下に図２を用いて図１のような構成を備
えた空気調和機における動作について説明する。

【００２５】まず圧縮機１停止中に、圧縮機１内のオイ
ルに冷媒（Ｒ４０７Ｃ）が溶解してａ点の状態（Ｒ４０
７Ｃの溶解度＝Ｘａ、平衡圧力＝Ｐａ、温度＝Ｔ１）に
あるとする。このときオイル温度検知器１０がＴ１、シ
ェル内圧力検知器２１がＰａを検知し、これらをもとに
溶解度算出器２２がＲ４０７Ｃの溶解度をＸａと算出す
る。次に加熱手段制御器２３は溶解度Ｘａとあらかじめ
設定された設定溶解度Ｘｏと比較してＸａ＜Ｘｏなので
加熱手段１１を動作させない。この結果加熱手段１１を
無駄に動作させることなく、起動時の発泡現象やメカ部
への液冷媒供給も防止でき、エネルギー浪費を回避で
き、圧縮機信頼性を向上させることができる。

【００２６】つぎに、圧縮機１停止中に、圧縮機１内の
オイルに冷媒（Ｒ４０７Ｃ）が溶解してｂ点の状態（Ｒ
４０７Ｃの溶解度＝Ｘｂ、平衡圧力＝Ｐｂ、温度＝Ｔ
１）にあるとする。このときオイル温度検知器１０がＴ
１、シェル内圧力検知器２１がＰｂを検知し、これらを
もとに溶解度算出器２２がＲ４０７Ｃの溶解度をＸｂと
算出する。次に加熱手段制御器２３は溶解度Ｘｂとあら
かじめ設定された設定溶解度Ｘｏと比較してＸｂ＞Ｘｏ
なので加熱手段１１を動作させる。この結果オイル温度
が上昇して溶解度は減少していき、起動時の発泡現象や
メカ部への液冷媒供給が防止でき、圧縮機信頼性を向上
させることができる。

【００２７】さらに、加熱手段１１を動作させるときに
加熱時四方弁制御器２７が圧縮機１内と室外熱交換器３
とが接続されるように四方弁２を切り換え、加熱時室外
ファン制御器２８が室外ファン４を動作させる。すると
圧縮機１内のオイルから放出された冷媒ガスが室外熱交
換器内で速やかに液化するため、圧縮機１内から室外熱
交換器３への冷媒ガスの移動が促進され、すなわちオイ
ルからの冷媒ガスの放出が促進されるので、加熱手段１
１の動作時間が短縮され、加熱手段の加熱能力やあるい
は消費エネルギーを小さくできる。

【００２８】次に、圧縮機１運転中には冷媒とともに少
量のオイルが吐出されて四方弁２、凝縮器（冷房時には
室外熱交換器３、暖房時には室内熱交換器７）、膨張弁
５、蒸発器（冷房時には室内熱交換器７、暖房時には室
外熱交換器３）を循環してアキュムレータ２５に至る。
アキュムレータ２５内では蒸発器で蒸発しきれなかった
液冷媒とガス冷媒を分離してガス冷媒だけを圧縮機１に
供給するために、圧縮機１の吸入側とアキュムレータ２
５を接続する吸入配管２４をアキュムレータ２５内に突
出させた構造となっている。このため液状態であるオイ
ルがアキュムレータ２５内に徐々に滞留する。ここで冷
媒とオイルが完全に溶解した状態でアキュムレータ２５
内に滞留する場合には、吸入配管２４に従来から設けら
れているアキュムレータ２５底部付近に設けられたオイ
ル戻し穴２６−ａからオイルが圧縮機１内に戻される。

【００２９】しかし、オゾン層を破壊しない冷媒として
ＨＦＣ混合冷媒が有力であるが、混合冷媒を構成する成
分と組成は未だ流動的であり、混合冷媒の組合せによっ
てはアキュムレータ２５内で冷媒とオイルが２相分離し
て、アキュムレータ２５底部付近にはオイルを少ししか
含まない混合冷媒が滞留し、その上部に混合冷媒を少し
しか含まないオイルが滞留する。したがって吸入配管２
４のアキュムレータ２５底部付近に設けられたオイル戻
し穴２６−ａからはオイルは圧縮機１内に少量しか戻ら
ないが、オイル戻し穴２６−ａよりも上方に新たに設け
たオイル戻し穴２６−ｂからは混合冷媒を少ししか含ま
ないオイルが圧縮機１内に戻されるようになる。以上の
ようにオゾン層を破壊しない冷媒としてオイルと２相分
離しやすい混合冷媒が封入された空気調和機において
も、圧縮機１内にオイルが十分に確保され、圧縮機信頼
性を向上させることができる。

【００３０】以上述べたことから明らかなように、上記
実施の形態では、オゾン層を破壊しない混合冷媒を封入
した空気調和機において、圧縮機のシェル内の圧力を検
知するシェル内圧力検知器と、圧縮機内のオイル温度を
検知するオイル温度検知器と、シェル内圧力とシェル内
オイル温度から冷媒とオイルの溶解度を算出する溶解度
算出器と、圧縮機内のオイルを加熱する加熱手段と、溶
解度算出器で算出される溶解度をもとに加熱手段を制御
する加熱手段制御器を備えることにより、加熱手段を効
率的に動作させてエネルギー浪費を防止できるととも
に、起動時の発泡現象やメカ部への液冷媒供給を防止し
て圧縮機信頼性を向上させることができる。

【００３１】また、加熱手段が動作しているときに圧縮
機のシェル内と室外熱交換器とが接続されるように四方
弁を切り換える加熱時四方弁制御器と、加熱手段が動作
しているときに室外ファンを動作させる加熱時室外ファ
ン制御器を備えることにより、圧縮機中のオイルから放
出された冷媒ガスが室外熱交換器内で速やかに液化し
て、圧縮機シェル内から室外熱交換器への冷媒ガスの移
動、すなわちオイルからの冷媒ガスの放出が促進される
ので、加熱手段の加熱能力やあるいは消費エネルギーを
小さくできる。

【００３２】さらに、アキュムレータ内に突出された接
続配管にはアキュムレータ底部からの距離が異なる複数
のオイル戻し穴を備えることにより、オゾン層を破壊し
ない冷媒としてオイルと２相分離しやすい混合冷媒が封
入されてアキュムレータ内で混合冷媒とオイルが２相分
離した場合にも、アキュムレータ内部に突出した吸入配
管の上部に設けられたオイル戻し穴からオイルを確実に
圧縮機に戻すことができるので圧縮機内のオイル量を確
保して圧縮機信頼性を向上させることができる。

【００３３】なお、本発明のシェル内圧力検知器は、本
実施の形態では圧縮機１内の圧力を検知するためにシェ
ル内圧力検知器２１を圧縮機に直接設ける構成とした
が、これに限らず、例えば圧縮機１内が吸入圧力と等し
くなる低圧シェルタイプの圧縮機の場合には、吸入配管
などに設けられる吸入圧力検知器を用いてもシェル内圧
力を検知できることは明らかであり、また、圧縮機１内
が吐出圧力と等しくなる高圧シェルタイプの圧縮機の場
合には、吐出配管などに設けられる吐出圧力検知器を用
いてシェル内圧力を検知できることも明らかであり、と
もに本発明に含まれるものとする。要するに、圧縮機の
シェル内の圧力に関する情報を直接または間接的に検知
することさえ出来れば、シェル内圧力検知器の設置場所
や設置方法は、問わない。又、検知する対象は、例え
ば、圧縮機のシェル内の圧力と当価な関係にある値であ
れば、圧力そのものでなくてもかまわない。

【００３４】又、本発明のオイル温度検知器は、本実施
の形態では圧縮機内のオイルの温度を検知するためにオ
イル温度検知器を圧縮機に直接設ける構成としたが、こ
れに限らず例えば、圧縮機以外の場所で、しかも上記オ
イル温度と同等の温度変化が得られる場所であってもよ
く、要するに、圧縮機内のオイル温度に関する情報を直
接または間接的に検知することさえ出来れば、オイル温
度検知器の設置場所や設置方法は、問わない。又、検知
する対象は、例えば、圧縮機内のオイルの温度と当価な
関係にある値であれば、オイルの温度そのものでなくて
もかまわない。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来に比べて圧縮機の信頼性をより一層向上さ
せることができるという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施の形態の空気調和機の構
成図。

【図２】オゾン層を破壊しない冷媒の一例であるＲ４０
７Ｃとエステルオイルとの溶解特性を模式的に表した
図。

【図３】従来の空気調和機の構成図

【符号の説明】

１：圧縮機 ２：四方弁 ３：室外熱交換器 ４：室外ファン ５：膨張弁 ６：室外機 ７：室内熱交換器 ８：室内ファン ９：室内機 １０：オイル温度検知器 １１：加熱手段 ２１：シェル内圧力検知器 ２２：溶解度算出器 ２３：加熱手段制御器 ２４：吸入配管 ２５：アキュムレータ ２６−ａ、２６−ｂ：オイル戻し穴 ２７：加熱時四方弁制御器 ２８：加熱時室外ファン制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 光晴 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 雄二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、及び室
   外ファンを少なくとも有する室外機と、 室内熱交換器及び室内ファンを少なくとも有する室内機
   と、 内部に所定の混合冷媒が封入される、前記室外機と前記
   室内機とを接続する配管と、 前記圧縮機のシェル内の圧力に関する情報を直接または
   間接的に検知するシェル内圧力検知器と、 前記圧縮機内のオイル温度に関する情報を直接または間
   接的に検知するオイル温度検知器と、 前記シェル内圧力に関する情報と前記圧縮機内のオイル
   温度に関する情報とを利用して、前記圧縮機シェル内で
   の前記混合冷媒と前記オイルの溶解度を算出する溶解度
   算出器と、 前記圧縮機内のオイルを加熱する加熱手段と、 前記溶解度算出器で算出される前記溶解度に基づいて、
   前記加熱手段を制御する加熱手段制御器と、を備えるこ
   とを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】 前記室外機内に冷房運転と暖房運転とを
   切り換える四方弁と、 前記加熱手段が動作しているときに、前記圧縮機のシェ
   ル内と前記室外熱交換器とが接続されるように前記四方
   弁を切り換える加熱時四方弁制御器と、 前記加熱手段が動作しているときに、前記室外ファンを
   動作させる加熱時室外ファン制御器と、を備えることを
   特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 【請求項３】 圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室外フ
   ァン、及びアキュムレータを少なくとも有する室外機
   と、 室内熱交換器、及び室内ファンを少なくとも有する室内
   機と、 内部に所定の混合冷媒が封入される、前記室外機と前記
   室内機とを接続する配管と、 一端が前記圧縮機の吸入側と接続され、他端が前記アキ
   ュムレータ内部に突出し、且つ前記アキュムレータ底部
   からの距離が各々異なる複数のオイル戻し穴を有する吸
   入配管と、を備えることを特徴とする空気調和機。