JPWO2017085784A1 - 空気調和装置及び空気調和装置の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

圧縮機内の油を適量に保ち、圧縮機の油圧縮による効率悪化を防ぐことができる空気調和装置及び空気調和装置の運転制御装置。空気調和装置は、凝縮器、膨張器、蒸発器、圧縮機、及び、油分離器が配管により接続された冷媒回路と、前記油分離機から前記圧縮機へ返油する返油回路と、を備え、前記圧縮機は、内部に油濃度を検出する油濃度検知センサを備え、前記返油回路は、前記油濃度検知センサにより検出された前記油濃度に応じて開閉される複数の電磁弁を備えている。

Description

本発明は、空気調和装置及び空気調和装置の運転制御装置に関し、特に、返油回路に関するものである。

従来より、圧縮機、室外熱交換器、室内側絞り装置、室内熱交換器を冷媒回路により接続して構成した冷凍空調装置が用いられている。このような冷凍空調装置には、冷媒と、冷媒に混ざり圧縮機から持ち出された冷凍機油とを分離するオイルセパレータと、圧縮機へ油を戻す返油回路とが設けられたものがある。返油回路は、圧縮機吐出側のオイルセパレータを圧縮機吸入側につなぐ配管である。返油回路により圧縮機から持ち出された冷凍機油を圧縮機吸入側へ返油し、冷凍機油を室内機側配管に流出させないことで、圧縮機内の油面低下を防いでいる。返油回路では、予め決定された一定量で返油が行われており、流量を過渡的に調整することができないことがある。

これに対し、特許文献１においては、圧縮機が貯留する冷凍機油の油面高さに応じて開閉する電磁弁を設けた技術が提案されている。また、特許文献２においては、圧縮機の冷媒濃度に応じて電磁弁を開閉する技術が提案されている。いずれの文献においても、圧縮機内の油が一定値以下であると、緊急油戻しを行うことができる。

特開２０１５−３８４０７号公報 特開２０１５−３８４０６号公報

特許文献１又は特許文献２においては、圧縮機の油面の低下又は圧縮機の冷媒濃度の上昇があり、圧縮機内の油が不足すると緊急油戻しを行うため、圧縮機内の油が極度に不足することは回避できると考えられる。

しかし、一般的に、圧縮機内の油が不足することを防ぐため、必要油量に対し多めの油量を冷媒回路内に封入する設計がなされている。そのため、空気調和装置の運転状況によって圧縮機に油が過剰に返油された場合、特許文献１又は特許文献２の方法では、冷凍機油過多になることを回避することができない。圧縮機に油が過剰に返油されると、油が冷媒とともに圧縮されることになり、圧縮機の効率が低下してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、圧縮機内の油を適量に保ち、圧縮機の油圧縮による効率悪化を防ぐことができる空気調和装置及び空気調和装置の運転制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、凝縮器、膨張器、蒸発器、圧縮機、及び、油分離器が配管により接続された冷媒回路と、前記油分離機から前記圧縮機へ返油する返油回路と、を備え、前記圧縮機は、内部に油濃度を検出する油濃度検知センサを備え、前記返油回路は、前記油濃度検知センサにより検出された前記油濃度に応じて開閉される複数の電磁弁を備えている。

本発明に係る空気調和装置及び空気調和装置の運転制御装置によれば、圧縮機内の油濃度に応じて返油回路に設けられた複数の電磁弁の開閉制御が行われる。これにより、圧縮機内の油量を適量に保ち、且つ、圧縮機の油圧縮による効率悪化を防止することができる。

実施の形態に係る空気調和装置の構成図である。 図１の空気調和装置の返油回路の構成図である。 電磁弁を制御する制御装置の構成図である。 制御装置による電磁弁の制御を説明するフローチャートである。

実施の形態．
図１は、本実施の形態に係る空気調和装置１００の構成図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、圧縮機１、油分離器２、凝縮器３、膨張器４、蒸発器５、アキュームレータ６を備え、各要素が順次配管により接続された冷媒回路７を構成している。冷媒回路７の各構成要素は、室外機及び室内機に収容されている。そして、空気調和装置１００が冷房運転時には、室外機に配置された熱交換器が凝縮器３として作用し、空気調和装置１００が暖房運転時には、室外機に配置された熱交換器が蒸発器５として作用する。

圧縮機１は、低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒にして吐出する。圧縮機１は、圧縮機１の内部の冷媒が含む冷凍機油の油濃度を検知し、制御装置１３に通知する油濃度検知センサ１２を備えている。制御装置１３は、本発明に係る運転制御装置の一例である。油濃度検知センサ１２は、制御装置１３に電気的に接続されている。油分離器２は、圧縮機１の吐出側に接続され、圧縮機１から吐出された冷媒から冷凍機油を分離するものである。冷凍機油は、圧縮機１の潤滑油である。油分離器２において分離された冷凍機油は、返油回路１１により圧縮機１の吸入側に返油される。凝縮器３は、油分離器２により分離された冷媒を流入させ、冷媒を凝縮させて外部の空気と熱交換を行う。膨張器４は、流入した冷媒を膨張させて低温のガス冷媒を生成し、吐出する。蒸発器５は、膨張器４において生成された低温低圧のガス冷媒を流入させ、冷媒を蒸発させて外部の空気と熱交換を行う。アキュームレータ６は、冷媒のうち余剰冷媒を貯留するためのものであり、圧縮機１の吸入側に接続される。アキュームレータ６には、液面高さを検出する液面高さセンサ６ａが配置されていてもよい。

図２は、図１の空気調和装置１００の返油回路１１の構成図である。図２に示すように、返油回路１１は、メイン電磁弁８と、第１サブ電磁弁９と、第２サブ電磁弁１０と、から成る並列に接続された複数の電磁弁により構成されている。返油回路１１は、油分離器２において分離された冷凍機油を圧縮機１の吸入側に返油する配管である。返油回路１１を構成する配管は、分岐点１１ａにおいて分岐し、メイン電磁弁８と、第１サブ電磁弁９と、第２サブ電磁弁１０とを並列に接続して集結点１１ｂにおいて再び集結する。メイン電磁弁８と、第１サブ電磁弁９と、第２サブ電磁弁１０とは、それぞれ、制御装置１３に電気的に接続されており、油濃度検知センサ１２により検出され、制御装置１３に記憶された圧縮機１の油濃度に基づき開閉が制御される。メイン電磁弁８、第１サブ電磁弁９、及び、第２サブ電磁弁１０には、それぞれ異なる閾値濃度Ｔｈが設定されており、油濃度が閾値濃度Ｔｈよりも大きいと、それぞれの電磁弁が閉じるように制御される。なお、メイン電磁弁８と、第１サブ電磁弁９と、第２サブ電磁弁１０とは、大中小の異なる口径を有していてもよく、それぞれの同口径を有していてもよい。また、メイン電磁弁８、第１サブ電磁弁９、及び、第２サブ電磁弁１０に加え、キャピラリーチューブを接続し、流量の調整を可能とすることもできる。なお、電磁弁は、少なくとも２つ接続されていればよい。

図３は、電磁弁を制御する制御装置１３の構成図である。なお、以下の説明においては、メイン電磁弁８と、第１サブ電磁弁９と、第２サブ電磁弁１０とを総称し、電磁弁として説明する。図３に示すように、制御装置１３は、記憶部１３ａと、制御手段１３ｂと、を備え、油濃度検知センサ１２が検出した圧縮機１の油濃度Ｘに基づきそれぞれの電磁弁を制御する。記憶部１３ａは、それぞれの電磁弁に予め設定された閾値濃度Ｔｈと、油濃度検知センサ１２が検出した圧縮機内の油濃度Ｘとを記憶する。制御手段１３ｂは、記憶部１３ａが記憶するそれぞれの閾値濃度Ｔｈと油濃度Ｘとを比較し、油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも大きければ、電磁弁を閉じる制御を行い、油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも小さければ、電磁弁を開く制御を行う。

図４は、制御装置１３による電磁弁の制御を説明するフローチャートである。制御装置１３は、油濃度Ｘと、それぞれの電磁弁に設定された閾値濃度Ｔｈとに基づき、図４に示す制御をそれぞれの電磁弁につき並行して行う。

図４に示すように、圧縮機１の起動が開始され、制御装置１３による制御が開始すると、ステップＳ１において、制御装置１３は、油濃度検知センサ１２が検出した圧縮機１の油濃度Ｘを取得する。そして、ステップＳ２において、制御装置１３は、油濃度Ｘと、電磁弁に設定された閾値濃度Ｔｈとの比較を行う。油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも大きい場合は、ステップＳ３において、制御装置１３は、電磁弁が開いているか否かを判断し、開いていると判断されればステップＳ４に移行し、ステップＳ４において、制御装置１３は、電磁弁を閉じる。

一方、ステップＳ２において、油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも大きくない場合はステップＳ５に移行する。ステップＳ５において、制御装置１３は、電磁弁が閉じているか否かを判断し、電磁弁が閉じている場合は、ステップＳ６に移行し、ステップＳ６において、制御装置１３は、電磁弁を開く。

このように、制御装置１３は、油濃度Ｘと閾値濃度Ｔｈとを比較し、油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも小さいと電磁弁を開き、油濃度Ｘが閾値濃度Ｔｈよりも大きいと電磁弁を閉じる。そして、処理が終了すると所定の間隔後に新たな油濃度Ｘを取得し、その油濃度Ｘに基づき処理を行う。この処理は、圧縮機１の駆動が停止するまで定期的に、繰り返される。これにより、常時適切な流量で圧縮機１への返油が行われることになる。

続いて、空気調和装置１００の冷媒及び油の動作について説明する。
冷媒配管を流通する冷媒は、圧縮機１において圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって圧縮機１から流出し、圧縮機１の二次側に接続された油分離器２に流入する。冷媒は、油分離器２において、油が分離されて凝縮器３に流入し、その後、膨張器４、及び、蒸発器５を通り、アキュームレータ６に到達して一時的に貯留され、再び圧縮機１に流入する。

一方、圧縮機１の冷凍器油は、圧縮機１において冷媒ともに圧縮され、冷媒に混入して流出し、油分離器２において冷媒から分離される。油分離器２において分離された油は、返油回路１１に流入し、返油回路１１の分岐点１１ａに到達する。そして、分岐点１１ａにおいて、メイン電磁弁８、第１サブ電磁弁９、及び、第２サブ電磁弁１０のうちの開口している電磁弁を通った後、集結点１１ｂで再び集結して返油回路１１の終端に到達する。油は、返油回路１１の終端から圧縮機１の１次側の冷媒回路７を流通する冷媒に合流し、冷媒と共に再び圧縮機１に流入する。これにより、返油が完了する。

返油回路１１においては、接続された電磁弁のそれぞれが、図２に示す制御装置１３の制御により動作する。例えば、メイン電磁弁８、第１サブ電磁弁９、及び、第２サブ電磁弁１０について、それぞれ、閾値濃度Ｔｈをメイン閾値Ｔｈｍａｉｎ、第１サブ閾値Ｔｈｓ１、及び、第２サブ閾値Ｔｈｓ２が設定された場合を考える。それぞれの閾値は、メイン閾値Ｔｈｍａｉｎ＞第１サブ閾値Ｔｈｓ１＞第２サブ閾値Ｔｈｓ２であるとする。この場合には、油濃度Ｘが上限値であるメイン閾値Ｔｈｍａｉｎよりも大きいと、全ての電磁弁が閉となり、返油が行われない。また、油濃度Ｘがメイン閾値Ｔｈｍａｉｎと第１サブ閾値Ｔｈｓ１との間の値であると、メイン電磁弁８のみが開となり、第１サブ電磁弁９及び第２サブ電磁弁１０は閉となる。油濃度Ｘが第１サブ閾値Ｔｈｓ１と第２サブ閾値Ｔｈｓ２との間の値であると、メイン電磁弁８及び第１サブ電磁弁９が開となり、第２サブ電磁弁１０は閉となる。そして、油濃度Ｘが下限値である第２サブ閾値Ｔｈｓ２よりも小さい値であると、全ての電磁弁が開となり最大流量で返油が行われる。

このように、圧縮機１の油濃度Ｘが上限値よりも大きい場合には、圧縮機１に返油する必要がないため、全ての電磁弁が閉となり、電磁弁により返油が停止される。また、油濃度Ｘが下限値よりも小さい場合には、全ての電磁弁が開となり最大流量で返油が行われるため、冷媒配管に必要以上の油が混入されることがない。これにより、圧縮機１内の油量を適量に保ちながら、油濃度Ｘの上昇による圧縮機１の効率悪化を防止することができる。

以上説明した、本実施の形態に係る、空気調和装置１００によれば、圧縮機１に収容された油濃度検知センサ１２により圧縮機１内の油濃度Ｘを検出し、それに応じて返油回路１１に設けられた複数の電磁弁が開閉される。そのため、圧縮機１の油濃度Ｘが低い場合には電磁弁が開となり、圧縮機１の油濃度Ｘが高い場合には、電磁弁が閉となり返油回路の流量が調節される。圧縮機１内の油濃度Ｘが適量に維持され、油濃度Ｘの上昇による圧縮機１の効率悪化を防止することができる。

それぞれの電磁弁は、異なる油濃度を閾値として開閉するため、油濃度検知センサ１２により検出された油濃度Ｘの値に応じて開閉する電磁弁が決定される。これにより、返油回路１１の流量の上限と下限とを調節することができる。

複数の電磁弁は、返油回路１１に並列に接続することができる。

特に、異なる口径を有する電磁弁を設けることで、返油回路１１の流量を詳細に調節することができる。

電磁弁の開閉は、制御装置１３により、油濃度検知センサ１２で検出した油濃度Ｘに応じて実施される。

１ 圧縮機、２ 油分離器、３ 凝縮器、４ 膨張器、５ 蒸発器、６ アキュームレータ、６ａ 液面高さセンサ、７ 冷媒回路、８ メイン電磁弁、９ 第１サブ電磁弁、１０ 第２サブ電磁弁、１１ 返油回路、１１ａ 分岐点、１１ｂ 集結点、１２ 油濃度検知センサ、１３ 制御装置、１３ａ 記憶部、１３ｂ 制御手段、１００ 空気調和装置。

本発明に係る空気調和装置は、凝縮器、膨張器、蒸発器、圧縮機、及び、油分離器が配管により接続された冷媒回路と、前記油分離器から前記圧縮機へ返油する返油回路と、を備え、前記圧縮機は、内部に油濃度を検出する油濃度検知センサを備え、前記返油回路は、前記油濃度検知センサにより検出された前記油濃度に応じて開閉される複数の電磁弁を備え、中間部分の分岐点において並列に分岐しており、前記複数の電磁弁のそれぞれが、分岐した前記返油回路のそれぞれに接続されている。

Claims (5)

1. 凝縮器、膨張器、蒸発器、圧縮機、及び、油分離器が配管により接続された冷媒回路と、
   前記油分離器から前記圧縮機へ返油する返油回路と、
   を備え、
   前記圧縮機は、
   内部に油濃度を検出する油濃度検知センサを備え、
   前記返油回路は、
   前記油濃度検知センサにより検出された前記油濃度に応じて開閉される複数の電磁弁を備えた、
   空気調和装置。
2. 前記複数の電磁弁は、
   それぞれ異なる閾値を有し、
   前記油濃度がそれぞれに設定された閾値以上であるときに閉じる、
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記複数の電磁弁は、
   前記返油回路に並列に接続された、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 複数の前記電磁弁は、
   それぞれ異なる口径を有する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
5. 圧縮機の内部の油濃度を油濃度検知センサにより検出する検出部と、
   電磁弁が開閉する閾値濃度を記憶する記憶部と、
   検出部で検出された油濃度と、前記閾値濃度とを比較し、前記油濃度が前記閾値濃度よりも高いときに、前記電磁弁を閉じる制御を行う制御手段と、を備えた、
   空気調和装置の運転制御装置。

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