JPH11142005A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低周波数域では、冷凍機油への冷媒の溶解率
が大きくなり、圧縮機内の油粘度が十分に確保されず、
圧縮機の摺動部の信頼性を確保できないという課題。 【解決手段】 回転速度を制御可能なインバータ駆動の
圧縮機１、室外熱交換器３、絞り機構４、室内熱交換器
５を冷媒配管により連結すると共に、圧縮機１に封入さ
れた冷凍機油として、冷媒に対して相互溶解性がないか
或は弱溶解性のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、家庭用、産業用
に利用される空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えば特開平５−１７７８９号公
報に示された従来の空気調和機を示す冷媒回路図であ
る。図において、１はインバータ駆動により回転速度を
制御可能な圧縮機、５は利用側熱交換器である室内熱交
換器、４は絞り機構、３は熱源側熱交換器である室外熱
交換器、２は冷媒の流れを逆転させる機能を有する四方
弁である。これらは配管によって直列に接続されて空気
調和機を構成している。

【０００３】また、この空気調和機には、冷媒として例
えば可燃性冷媒であるＨＦＣ３２を含む混合冷媒が用い
られ、また冷凍機油としては、例えばこの混合冷媒に対
して相互溶解性があるエステル系油が用いられている。

【０００４】図７は、冷媒としてＨＦＣ３２を含む混合
冷媒、冷凍機油としてエステル系油を使用したときの冷
凍機油温度と飽和液冷媒温度との差（以後は冷凍機油温
のスーパーヒートと称する）に対する冷凍機油中への冷
媒の重量溶解率と冷凍機油粘度の変化とを示したもので
ある。このような空気調和機では、冷凍機油と冷媒との
相互溶解性が高いため、図７に示すように冷媒の溶解率
により冷凍機油の粘度が変化するという特徴があった。
冷媒の溶解率が高く冷凍機油の粘度が低くなる領域で
は、圧縮機の摺動部の潤滑性が低下し、圧縮機の摺動部
の信頼性を確保できない状態となる。このため、油の粘
度を確保するため、冷凍機油温のスーパーヒートを常に
一定以上確保できるように空気調和機を制御する必要が
ある。

【０００５】従来の圧縮機の回転速度が制御可能なイン
バータ駆動を備えた能力可変型の空気調和機では、室温
が設定温度に近づいた場合、快適性を確保するため、圧
縮機の出力を可能な限り抑え、室温を一定に保つように
制御するが、圧縮機の運転周波数が低周波数側へ移行す
るほど冷凍機油温のスーパーヒートが減少するため、冷
凍機油温のスーパーヒートが一定以上確保できるまで下
限周波数を引上げるか、または低周波数域で冷媒の循環
量を抑制するといった方法が取られていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機で
は、冷媒を循環させる際、冷凍機油と冷媒との相互溶解
性があり、冷媒の溶解率により油の粘度が変化する。圧
縮機の吐出温度と凝縮温度との差がつきにくくなる低周
波数域では、圧縮機の吐出温度低下により冷凍機油温度
が比例して低下し冷凍機油温のスーパーヒートが低下す
るため、冷凍機油への冷媒の溶解率が大きくなり、圧縮
機内の油粘度が十分に確保されず、圧縮機の摺動部の信
頼性を確保できないという問題点があった。

【０００７】また、低周波数域での圧縮機内部の冷凍機
油温度と凝縮温度との差を一定値以上確保するために、
絞り機構部を絞り量が可変な電子膨張弁を使用し、低周
波数域においては絞り量をアップさせ、冷媒循環量を抑
制し圧縮機の吐出温度を上昇させるといった対応をとる
場合があるが、電子膨張弁を使用することで高コストな
空気調和機となっていた。

【０００８】この発明は、上記のような問題を解決する
ためになされたもので、信頼性の高い空気調和機を安価
に実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空気調和
機は、回転速度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、
熱源側熱交換器、絞り機構、利用側熱交換器を冷媒配管
により連結すると共に、前記圧縮機に封入された冷凍機
油として、冷媒に対して相互溶解性がないか或は弱溶解
性のものを用いたものである。

【００１０】また、前記絞り機構をキャピラリーチュー
ブで構成したものである。

【００１１】また、使用される凝縮温度における、冷凍
機油中に溶解する冷媒の重量溶解率が４０％以下とした
ものである。

【００１２】また、前記圧縮機をツインロータリー型圧
縮機としたものである。

【００１３】また、前記圧縮機をスクロール型圧縮機と
したものである。

【００１４】また、前記冷凍機油としてアルキルベンゼ
ン系油又は鉱油を用いたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実
施の形態の一例を示す冷媒回路図であり、図において、
１は回転速度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、２
は冷房・暖房時の流れを切り替える四方弁、３は熱源側
熱交換器である室外熱交換器、４は絞り機構である電子
膨張弁、５は利用側熱交換器である室内側熱交換器であ
り、これらは冷媒配管により順次連結されている。１１
は前記圧縮機の回転速度を制御する圧縮機駆動装置であ
る。

【００１６】３１は圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器
３、電子膨張弁等を備えた室外機、３２は室内熱交換器
５等を備えた室内機で、これら室内機３１と室外機３２
とはガス側室内外接続配管２１及び液側室内外接続配管
２２で接続され、冷凍サイクルを構成している。６は室
外熱交換器にて送風する室外送風ファン、７は室内熱交
換器にて送風する室内送風ファン、１２は室外送風ファ
ン６の回転速度を制御する室外送風ファン駆動装置、１
３は室内送風ファン７の回転速度を制御する室内送風フ
ァン駆動装置である。

【００１７】１４は圧縮機駆動装置１１、室外送風ファ
ン駆動装置１２等をトータル制御する室外マイコン制御
部、１５は室内送風ファン駆動装置１３等をトータル制
御すると共に、室外マイコン制御部１４と信号接続され
た室内マイコン制御部である。また、この空気調和機
は、冷媒としてＲ３２とＲ１２５の混合冷媒であるＲ４
１０Ａが用いられており、冷凍機油としては例えばＲ４
１０Ａと相互溶解性が小さく、しかもその比重が液冷媒
の比重より小さいアルキルベンゼン系油が用いられてい
る。

【００１８】次に動作について、図２に示した圧力−エ
ンタルピー線図を用いて説明する。まず暖房運転時は、
図１中実線矢印で示すように、圧縮機１で圧縮された高
温高圧の冷媒（図中Ａ点）は、ガス側室内外接続配管２
１を通って凝縮器として動作する室内熱交換器５で凝縮
し液化する（図中Ｂ点）。この液冷媒は液側室内外接続
配管２２を通って、電子式膨張弁４で減圧されて低温低
圧の気液二相冷媒となって蒸発器として動作する室外熱
交換器３で蒸発し、四方弁２を通って、圧縮機１に戻
り、再び圧縮される。

【００１９】一方、冷房時は図中破線矢印で示すよう
に、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気（図中Ａ
点）は、凝縮器として動作する室外熱交換器３で凝縮し
液化する（図中Ｂ点）。この液冷媒は、電子式膨張弁４
で減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、液側室内
外接続配管２２を通って、蒸発器として動作する室内熱
交換器５に流入する（図中Ｃ点）。さらに、この冷媒は
室内熱交換器３で蒸発し、ガス側室内外接続配管２１お
よび四方弁２を通って、圧縮機１に戻り、再び圧縮され
る。

【００２０】図３は圧縮機内部の冷凍機油粘度と圧縮機
運転周波数・圧縮機内部の冷凍機油温度と凝縮温度との
差で表される冷凍機油温のスーパーヒートとの関係を示
した相関図であり、前記圧縮機１に封入された冷凍機油
が、冷媒との溶解性の高い（相溶油）ものと冷媒との溶
解性の低い（弱相溶油）ものとの違いを示している。

【００２１】従来使用していた、冷媒との溶解性の高い
冷凍機油（相溶油）では、冷凍機油温度と飽和液冷媒温
度の差である油温のスーパーヒートが減少すると、圧縮
機内部の油粘度が急激に低下し、摺動部は流体潤滑から
境界潤滑へと移行し、磨耗が促進される状態となる。冷
凍機油温のスーパーヒートは圧縮機の運転周波数が低周
波数側へ移行するほど付きにくくなるので、圧縮機の信
頼性を確保するために、圧縮機の下限周波数を吐出スー
パーヒートが確保できるところまで引上げる必要があっ
た。

【００２２】そこで、この発明の実施の形態では、冷媒
に対して相互溶解性がないか或は弱溶解性を有する冷凍
機油を用いている。図３のように、冷媒との相互溶解性
がないか或は弱溶解性を有する冷凍機油の粘度は、冷凍
機油温のスーパーヒートがつきにくい低周波数域におい
ても冷凍機油への冷媒の溶解が少ないため、油粘度が確
保されるので、低周波数運転でも信頼性の高い空気調和
機を実現できる。

【００２３】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態の他の例を示す冷媒回路図であり、図において、４ａ
は絞り機構であるキャピラリーチューブである。その他
の構成は発明の実施の形態１と同様であり、相当部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

【００２４】従来使用していた、圧縮機の回転速度が制
御可能なインバータ駆動を備えた能力可変型の空気調和
機においては、室温が設定温度に近づいた場合、快適性
を確保するため、圧縮機の出力を可能な限り抑え室温を
一定に保つように制御する。しかし、圧縮機の運転周波
数が低周波数側へ移行するほど冷凍機油温のスーパーヒ
ートが付きにくくなるので、圧縮機の信頼性を確保する
ために、圧縮機の下限周波数を冷凍機油温のスーパーヒ
ートが確保できるところまで引き上げるか、または絞り
機構として電子膨張弁を使用し、冷媒流量の調整をする
必要があった。

【００２５】そこで、この発明の実施の形態によれば、
冷凍機油として冷媒との溶解性がないか或は弱溶解性有
する冷凍機油を使用することにより、低周波数域におい
ても油粘度が確保されるので、冷媒流量の調整を実施せ
ずとも、信頼性が高くしかも低コストな空気調和機を構
成することができる。

【００２６】また、ツインロータリー型もしくはスクロ
ール型といった加振力の小さな低振動タイプの圧縮機を
使用することにより、低周波数域でのユニット振動が抑
制され、更なる低周波数での運転が可能になる。そし
て、冷媒との溶解性がないか或は弱溶解性有する冷凍機
油を使用することで、低周波数域においても油粘度が確
保されるので、圧縮機の特性および性能を十分に引き出
すことが可能になる。

【００２７】実施の形態３．冷凍機油の粘度は、油温の
スーパーヒートの減少による冷凍機油中への冷媒の溶解
量の増加と、冷凍機油温度の上昇により低下する。そこ
で、本実施の形態では２０℃〜６５℃の通常使用され得
る凝縮温度範囲内で、最も冷凍機油の粘度が低下する６
５℃を例にとって説明する。

【００２８】図５は重量溶解率の異なる冷凍機油につい
て、油温のスーパーヒートと冷凍機油粘度の関係を示し
たものである。ここで、油温のスーパーヒートが６０ｄ
ｅｇ以上（油温は１２５℃以上）の高い領域では、相溶
性を有する冷凍機油においても、冷凍機油中への冷媒の
溶解量が少ないため、粘度は冷凍機油の物性値で決定す
る。

【００２９】一方、油温のスーパーヒートが低い領域で
比較すると、相溶性のある冷凍機油の粘度は、１０ｄｅ
ｇ以下になると冷媒の溶解により急激に低下し、０ｄｅ
ｇでは冷媒と同一粘度まで低下する（図中Ａ点）。しか
し、重量溶解率が４０％以下では、相溶性が低くなるに
従って冷凍機油は油温のスーパーヒートの減少に伴い粘
度は増加し、油温のスーパーヒートが０ｄｅｇの点（冷
凍機油の物性により決定される点）では、油温が低いた
め高い粘度を確保している。

【００３０】図５ではＡ点に近づく程相溶性が高く、Ｂ
点に近づく程相溶性は低く（弱相溶）なり、Ｂ点は非相
溶油の状態である。弱相溶性を有する領域の冷凍機油の
粘度は、冷凍機油中への冷媒の溶解率により決定され
る。図５に示すように、弱溶解性を有する冷凍機油は、
冷凍機油中への冷媒の重量溶解率の増加に伴い、冷凍機
油粘度は低下するが、重量溶解率を常に４０％以下とす
ることで、油温のスーパーヒートが０ｄｅｇの点におい
ても、油温のスーパーヒートが６０ｄｅｇ以上（油温は
１２５℃以上）の高温領域と同等以上の粘度が確保され
る。

【００３１】２０℃〜６５℃の通常使用され得る凝縮温
度範囲で、冷凍機油中に溶解する冷媒の重量溶解率を４
０％以下とすることで、油温のスーパーヒートが０ｄｅ
ｇになるまで、すなわち圧縮機１の温度を飽和温度近く
になるまで圧縮機の運転周波数を低下させることが可能
となり、圧縮機の運転周波数の低周波数域でも信頼性の
高い空気調和機を得ることができる。尚、上記各実施の
形態の冷媒と冷凍機油との組み合わせとして、冷媒にＨ
ＣＦＣ系冷媒であるＲ２２、冷凍機油にアルキルベンゼ
ン系油＋鉱油とする実施例等も考えられる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明は回転速
度を制御可能なインバータ駆動の圧縮機、熱源側熱交換
器、絞り機構、利用側熱交換器を冷媒配管により連結す
ると共に、前記圧縮機に封入された冷凍機油として、冷
媒に対して相互溶解性がないか或は弱溶解性のものを用
いたので、圧縮機内部の冷凍機油温のスーパーヒートの
付きにくい低周波数域でも冷凍機油中への冷媒の溶解が
少ないため、油粘度が確保され、圧縮機摺動部の信頼性
が高い空気調和機を得ることができる。

【００３３】また、前記絞り機構をキャピラリーチュー
ブで構成したので、安価なコストで圧縮機摺動部の信頼
性が高い空気調和機を得ることができる。

【００３４】また、使用される凝縮温度における、冷凍
機油中に溶解する冷媒の重量溶解率を４０％以下とした
ので、圧縮機の運転周波数が低周波数域でも圧縮機内の
冷凍機油の粘度が十分確保されるため、信頼性の高い空
気調和機を得ることができる。

【００３５】また、前記圧縮機をツインロータリー型圧
縮機としたので、圧縮機の運転周波数を低下させていっ
ても、圧縮機内の冷凍機油の粘度が十分確保されるた
め、信頼性を高く維持した、低振動で低騒音な空気調和
機を得ることができる。

【００３６】また、前記圧縮機をスクロール型圧縮機と
したので、圧縮機内の冷凍機油の粘度が十分確保される
ため、信頼性を高く維持した、低振動で低騒音な空気調
和機を得ることができる。

【００３７】また、前記冷凍機油としてアルキルベンゼ
ン系油又は鉱油を用いたので、圧縮機内の摺動部に対す
る潤滑性、耐磨耗性に優れ、信頼性の高い空気調和機を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における空気調和機
を示す冷媒回路図である。

【図２】 図１の冷媒回路の動作を示す圧力−エンタル
ピー線図である。

【図３】 冷凍機油の油粘度と圧縮機運転周波数及び冷
凍機油温のスーパーヒートの関係を示す相関図である。

【図４】 この発明の実施の形態２における空気調和機
を示す冷媒回路図である。

【図５】 冷凍機油温のスーパーヒートと冷凍機油粘度
との関係を示す相関図である。

【図６】 従来の空気調和機を示す冷媒回路図である。

【図７】 冷凍機油温のスーパーヒートと油中への溶解
率、粘度の関係を示す相関図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機、 ２ 四方弁、 ３ 室外熱交換器、 ４
絞り機構、 ４ａキャピラリーチューブ、 ５ 室内
熱交換器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転速度を制御可能なインバータ駆動の
   圧縮機、熱源側熱交換器、絞り機構、利用側熱交換器を
   冷媒配管により連結すると共に、前記圧縮機に封入され
   た冷凍機油として、冷媒に対して相互溶解性がないか或
   は弱溶解性のものを用いたことを特徴とする空気調和
   機。
2. 【請求項２】 前記絞り機構をキャピラリーチューブで
   構成した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】 使用される凝縮温度における、冷凍機油
   中に溶解する冷媒の重量溶解率を４０％以下としたこと
   を特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 【請求項４】 前記圧縮機をツインロータリー型圧縮機
   としたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
5. 【請求項５】 前記圧縮機をスクロール型圧縮機とした
   ことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
6. 【請求項６】 前記冷凍機油としてアルキルベンゼン系
   油又は鉱油を用いたことを特徴とする請求項１記載の空
   気調和機。