WO2023067747A1

WO2023067747A1 - 空気調和機、制御方法、及びプログラム

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Publication number: WO2023067747A1
Application number: PCT/JP2021/038883
Authority: WO
Inventors: 雅一佐藤; 祥之多田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CN118076842A; DE112022004997T5; WO2023067839A1; US20240240806A1; JPWO2023067839A1

Abstract

空気調和機は、圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機であり、前記圧縮機の運転周波数を検出する運転周波数検出部と、前記運転周波数検出部による検出結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測する運転時間計測部と、前記運転時間計測部による計測結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測する停止回数計測部と、前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う運転制御部と、を備える。

Description

空気調和機、制御方法、及びプログラム

　本開示は、空気調和機、制御方法、及びプログラムに関する。

　冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用する空気調和機がある。このような空気調和機は、圧縮機を運転させて冷媒をサイクル内で循環させるように構成されている。圧縮機の内部には、稼働部材の動きを滑らかにするために潤滑用の冷凍機油が封入されている。

　圧縮機が運転している間、冷凍機油の一部は、冷媒と共に圧縮機から流出する。圧縮機から流出した冷凍機油は、サイクルを循環した後、圧縮機へ戻ってくる。圧縮機の運転周波数（以下、圧縮機周波数と称する）が低く、冷媒配管内における冷媒の流速が低い場合には、圧縮機から流出した冷凍機油が圧縮機に戻るまでに要する時間（以下、返油時間と称する）が長くなり返油性が悪くなる。

　圧縮機周波数は、通常、室温と設定温度との温度差が大きい状態では高くなり、室温が設定温度に近づいて温度差が小さくなるにつれて低くなる。また、圧縮機周波数には運転範囲が設定されており、特に圧縮機周波数の下限値として最低周波数が設定されている。そして、最低周波数で運転していても冷房能力もしくは暖房能力が過剰となり、室温が設定温度よりも冷えるもしくは暖まると圧縮機の運転が停止される（サーモオフ）。サーモオフによって圧縮機が停止した後は、信頼性を確保するため、所定時間（３分程度）、圧縮機を再起動させないように運用されている。

　室温と設定温度との温度差が小さく、圧縮機周波数が低い状態（最低周波数に近い状態）で長時間運転が継続されると、圧縮機において冷凍機油不足が生じる恐れがある。このため、従来の空気調和機では、圧縮機周波数が低い状態で長時間運転が継続されると、圧縮機の最低周波数を一時的に上昇させ、冷凍機油の返油時間を短くして返油性を改善させる制御が行われている。

　特許文献１には、圧縮機の運転周波数が所定周波数以下での運転が一定時間継続された場合に、圧縮機の最低周波数を一時的に上昇させる最低周波数上昇制御を行う空気調和機に関する技術が記載されている。特許文献１には、最低周波数上昇制御の開始と同時に、サーモオフ条件を、通常のサーモオフ条件よりもサーモオフが発生しにくい条件に変更する。これにより、サーモオフの頻繁な発生を抑制することができ、空気調和機の信頼性及び快適性を確保できる。

特開２０２０－１９３７４６号公報

　しかしながら、圧縮機周波数が低い状態で長時間運転が継続されない場合でも、圧縮機において冷凍機油不足が生じる恐れがある。具体的には、断続運転が行われると冷凍機油不足が生じる恐れがある。断続運転は、圧縮機周波数が低い状態で短時間の起動と停止が繰り返される運転である。

　例えば、気密性又は断熱性の高い室内では、圧縮機周波数が低い状態で運転しても、すぐに冷房能力もしくは暖房能力が過剰となって運転が停止される。その後、室温と設定温度との温度差に応じて運転が再開されるが、またすぐに冷房能力もしくは暖房能力が過剰となって運転が停止される。このような、短時間の運転が繰り返されることで断続運転が行われる。

　断続運転が行われると、圧縮機周波数が低い状態での運転により、冷凍機油の返油性が悪くなる一方で圧縮機に冷媒が多く返ってくる。このため、圧縮機の内部にある冷媒に含まれる冷凍機油の割合である油濃度が低下する。その後、圧縮機の運転が開始され、圧縮機から吐出する冷媒の温度が上昇すると、冷凍機油内に溶け込んでいた冷媒が蒸発してフォーミングを起こし、蒸発した冷媒と共に、多量の冷凍機油が流出する。断続運転を行うと、油濃度が低下した状態で圧縮機から冷凍機油が多量に流出し、その結果、冷凍機油が不足して圧縮機の信頼性を維持することが困難となる問題があった。

　本開示は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、断続運転が行われた場合でも、圧縮機の内部にある冷凍機油が不足しないように制御することができる空気調和機、制御方法、及びプログラムを提供することにある。

　上記問題を解決するために、本開示の一態様は、圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機であり、前記圧縮機の運転周波数を検出する運転周波数検出部と、前記運転周波数検出部による検出結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測する運転時間計測部と、前記運転時間計測部による計測結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測する停止回数計測部と、前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う運転制御部と、を備える空気調和機である。

　上記問題を解決するために、本開示の一態様は、圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機が備える制御装置が行う制御方法であり、運転周波数検出部が、前記圧縮機の運転周波数を検出し、運転時間計測部が、前記運転周波数検出部による検出結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測し、停止回数計測部が、前記運転時間計測部による計測結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測し、運転制御部が、前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う、制御方法である。

　上記問題を解決するために、本開示の一態様は、圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機が備える制御装置に、前記圧縮機の運転周波数を検出させ、前記検出させた結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測させ、前記連続時間を計測させた結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測させ、前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う、プログラムである。

　本開示によれば、断続運転が行われた場合でも、圧縮機の内部にある冷凍機油が不足しないように制御することができる。

第１の実施形態による空気調和機の一例を示す構成図である。第１の実施形態による圧縮機周波数と返油時間の関係を示すイメージ図である。第１の実施形態による圧縮機の停止回数と圧縮機の内部における油濃度の関係を示すイメージ図である。第１の実施形態による空気調和機が行う処理の流れを示すフローチャートである。第１の実施形態による空気調和機の回復運転のイメージ図である。第１の実施形態による空気調和機の返油時間と圧縮機の内部における油量の関係を示すイメージ図である。第１の実施形態による空気調和機の圧縮機の内部における油濃度と油量の関係を示すイメージ図である。第１の実施形態による空気調和機における、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］での運転時間と、圧縮機の内部における油濃度の関係の例を示すイメージ図である。第２の実施形態による空気調和機の回復運転のイメージ図である。

　以下、本開示の実施の形態による空気調和機について、図面を参照して説明する。以下、明細書の全文、及び各図において同一符号が付された機器等については、同一又はこれに相当する機器を示す。また、明細書全文に記載されている構成要素の形態は、あくまで例示である。本発明は、明細書内に記載された構成要素の形態のみに限定されない。

［第１の実施形態］
　図１は、第１の実施形態による空気調和機の一例を示す構成図である。図１に示すように、空気調和機１００は、室外機と室内機が、冷媒配管６（冷媒配管６１～６６）又は電気配線などにより接続されたセパレート形空気調和機である。室外機には、圧縮機１０、四方弁２０、膨張弁３０、室外熱交換器５０、室外ファン５００、及び制御装置３００が収納されている。室内機には、室内熱交換器４０及び室内ファン４００が収納されている。

　空気調和機１００は、冷凍サイクルと、送風装置と制御系により構成される。冷凍サイクルでは、圧縮機１０、四方弁２０、膨張弁３０、室内熱交換器４０、及び室外熱交換器５０を冷媒配管６により接続させた回路が構成され、回路内に冷媒を循環させる。冷凍サイクルに循環させる冷媒は、様々な冷媒を採用可能である。例えば、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒（クロロフルオロカーボン系冷媒）のＲ３２冷媒、Ｒ１２５冷媒、及びＲ１３４ａ冷媒など、或いは、これらの混合冷媒のＲ４１０Ａ冷媒、Ｒ４０７ｃ冷媒、Ｒ４０４Ａ冷媒などを採用することができる。送風装置は、室内ファン４００及び室外ファン５００により構成される。

　送風装置は、熱交換器に空気を送風する。具体的には、室内ファン４００は、室内空気を室内熱交換器４０に搬送する。室外ファン５００は、室外空気を室外熱交換器５０に搬送する。

　制御系は、制御装置３００により構成される。制御装置３００は、コンピュータである。制御装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサを含み、ＣＰＵ等がプログラム（ソフトウェア）を実行することにより、制御装置３００が備える機能が実現される。制御装置３００は、冷凍サイクルにおける冷媒の循環、及び送風装置における送風などを制御する機能を有し、これらの機能を実行することによって、空気調和機１００による冷房運転及び暖房運転を制御する。

　冷媒配管６１は、圧縮機１０の吐出側と、四方弁２０のＤポートを接続する。冷媒配管６２は、四方弁２０のＥポートと、室内熱交換器４０とを接続する。冷媒配管６３は、室内熱交換器４０と膨張弁３０とを接続する。冷媒配管６４は、膨張弁３０と室外熱交換器５０を接続する。冷媒配管６５は、室外熱交換器５０と、四方弁のＣポートを接続する。冷媒配管６６は、四方弁２０のＳポートと、圧縮機１０の吸入側とを接続する。

　圧縮機１０は、冷媒配管６６から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を冷媒配管６１に吐出する。圧縮機１０は、種々のタイプを採用可能である。例えば、圧縮機１０として、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、又はスクリュータイプ等の機器を採用することができる。

　四方弁２０は、冷房運転と暖房運転とを切り替える装置である。暖房運転では、図１に実線で示すように、冷媒配管６１と冷媒配管６２を接続させるとともに、冷媒配管６５と冷媒配管６６を接続させる。冷房運転では、図１に破線で示すように、圧縮機１０の吐出側と接続される冷媒配管６１と、冷媒配管６５を接続させるとともに、冷媒配管６２と、圧縮機１０の吸入側と接続される冷媒配管６６を接続させる。

　膨張弁３０は、膨張弁３０に流れ込む冷媒を減圧する装置である。膨張弁３０は、冷媒配管６４から供給された冷媒を減圧して膨張させ、冷媒配管６３に供給する。

　室内熱交換器４０は、室内の空気と冷媒とを熱交換させる。室内ファン４００は、室内熱交換器４０に併設され、室内熱交換器４０に室内の空気を搬送する。

　室外熱交換器５０は、室外の空気である外気と冷媒とを熱交換させる。室外ファン５００は、室外熱交換器５０に併設され、室外熱交換器５０に外気を搬送する。室外熱交換器５０は、例えば、複数の伝熱配管と複数の熱交換フィンとを有するフィンチューブ型熱交換器である。

　制御装置３００は、空気調和機１００による冷房運転、及び暖房運転を制御する。

　まず、暖房運転の動作を例に、通常行われる運転の動作を説明する。圧縮機１０は、冷媒配管６６から冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して冷媒配管６１に吐出する。制御装置３００は、圧縮機１０に制御信号を出力することによって、圧縮機１０の運転周波数を変更する。圧縮機１０の運転周波数が変更されることによって、圧縮機１０から吐出させる冷媒の温度及び圧力を調整することができる。圧縮機１０によって圧縮され、冷媒配管６１に吐出された冷媒は、四方弁２０を経由して冷媒配管６２に流れ、室内熱交換器４０に流入する。

　室内熱交換器４０は、圧縮機１０により圧縮された高温高圧の冷媒と室内の空気とを熱交換させる。この熱交換によって、冷媒は凝縮されて液化する。制御装置３００は、室内ファン４００に制御信号を出力することによって、室内ファン４００の回転数を変更する。室内ファン４００の回転数が変更されることによって、室内熱交換器４０に搬送させる空気量を変化させ、室内熱交換器４０における冷媒と、室内の空気とが交換する熱量を調整することができる。室内熱交換器４０によって凝縮された冷媒は、冷媒配管６３に流れ、膨張弁３０に流入する。

　膨張弁３０は、室内熱交換器４０によって凝縮された冷媒を減圧して膨張させる。制御装置３００は、膨張弁３０に制御信号を出力することによって、膨張弁３０の開度を変更する。膨張弁３０の開度が変更されることによって、膨張弁３０から流出させる冷媒の状態を調整することができる。具体的には、膨張弁３０の開度大きくすることによって、膨張弁３０から流出される冷媒の圧力を上昇させ、冷媒の乾き度が低下するように調整することができる。ここでの冷媒の乾き度とは、気液二相の状態にある冷媒中に含まれる飽和蒸気の割合である。また、膨張弁３０の開度を小さくすることによって、膨張弁３０から流出される冷媒の圧力を低下させ、冷媒の乾き度が上昇するように調整することができる。膨張弁３０によって減圧された冷媒は、冷媒配管６４に流れ、室外熱交換器５０に流入する。

　室外熱交換器５０は、膨張弁３０により減圧された冷媒と外気とを熱交換させる。この熱交換によって、冷媒は蒸発して過熱蒸気になる。制御装置３００は、室外ファン５００に制御信号を出力することによって、室外ファン５００の回転数を変更する。室外ファン５００の回転数が変更されることによって、室外熱交換器５０に搬送させる空気量を変化させ、室外熱交換器５０における冷媒と、外気とが交換する熱量を調整することができる。室外熱交換器５０によって過熱蒸気となった冷媒は、冷媒配管６５に流れ、四方弁２０を経由して冷媒配管６６に流れ、圧縮機１０に流入する。

　圧縮機１０の内部には、稼働部材の動きを滑らかにするために潤滑用の冷凍機油６００が封入されている。圧縮機１０が運転している場合、冷凍機油６００の一部は、圧縮機１０の外に流出する。圧縮機１０の外部に流出した冷凍機油６００は、冷凍サイクルを循環した後、圧縮機１０に戻ってくる。

　図２は、第１の実施形態による圧縮機の運転周波数（圧縮機周波数）と返油時間の関係を示すイメージ図である。図２の横軸は圧縮機周波数、縦軸は返油時間を示している。返油時間は、圧縮機１０から流出した冷凍機油６００が、冷凍サイクルを循環した後、圧縮機１０に戻ってくるまでに要する時間である。

　図２に示すように、圧縮機周波数が高いほど、圧縮機１０に冷凍機油６００が戻ってくるまでの時間は短い。一方、圧縮機周波数が低いほど、冷媒配管内を流れる油の流速が遅くなり圧縮機１０に冷凍機油６００が戻ってくるまでの時間が長くなる。つまり、圧縮機周波数が低い場合、圧縮機周波数が高い場合と比較して返油時間が長くなり返油性が悪くなる。このため、圧縮機周波数が低い場合、圧縮機１０の内部の油量が低下して油不足となり圧縮機１０の信頼性が維持できなくなる可能性がある。

　ここで、圧縮機１０の起動時は、低圧の引き込み等の課題により、膨張弁３０の開度は開き気味（高開度）に制御される。このため、圧縮機１０を起動させた時点において、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］となる。ここでの吐出ＳＨは、圧縮機１０が吐出する冷媒の温度（吐出温度）と、冷媒の凝縮温度の差、すなわち吐出過熱度である。

　なお、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］となる運転では、圧縮機１０から吐出される冷媒の状態が気液二相の状態となる。このため、圧縮機１０の信頼性を維持するためには、速やかに吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となる運転に移行し、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となる運転が継続されることが望ましい。

　圧縮機１０が起動した時点において、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］の状態であり、運転が継続され、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となった時に、油量が一時的に大きく減少する。吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］の状態で冷凍機油６００に溶け込んでいた冷媒が蒸発して、冷媒とともに、多くの冷凍機油６００が圧縮機１０の吐出側から冷媒配管６１に流出するためである。

　特に、室内の温度と設定温度と差がそれほど大きくない状態で、圧縮機１０を起動させる場合、圧縮機周波数が低い状態で運転が開始される。この場合、圧縮機周波数が高い場合と比較して、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となるまでに時間を要する。吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となるように、膨張弁３０の開度を高開度から低開度に変更するまでに要する時間が、圧縮機周波数が高い場合と比較して長くなるためである。

　圧縮機１０が断続運転を行うと、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］の状態で運転が繰り返し行われる。ここでの断続運転は、圧縮機周波数が低い状態で短時間の起動と停止が繰り返される運転である。断続運転では、短時間の運転が行われた後に停止されることから、圧縮機１０が起動した時点において吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］であった状態が、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］に変化する前に停止される場合が多いと考えられる。このため、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］での運転が、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］に移行することなく続くことになる。吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］での運転では、圧縮機１０の内部の冷凍機油６００に溶け込んだ冷媒は蒸発しない。また、冷凍サイクルを循環してきた冷媒は圧縮機１０に戻ってきて、その一部が冷凍機油６００に溶け込む。この結果、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］での運転が継続すると油濃度が低下する。油濃度は、圧縮機１０の内部の冷媒に含まれる冷凍機油６００の割合である。

　図３は、第１の実施形態による圧縮機の停止回数と油濃度の関係を示すイメージ図である。図３の横軸は圧縮機の停止回数、縦軸は圧縮機１０の内部にある油濃度を示している。図３に示すように、停止回数が増えると、油濃度は低下する。

　断続運転が行われ、圧縮機１０の内部の油濃度が低下した後、圧縮機１０が起動された場合を考える。この場合、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］に変化するまで圧縮機１０の運転が継続されると、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］に変化した時点で圧縮機１０の内部にある冷凍機油６００に溶け込んでいた多量の冷媒が蒸発する。そして、蒸発した冷媒と共に多量の冷凍機油６００が圧縮機１０から冷媒配管６１に流出する。この結果、圧縮機１０の内部が油不足となり、圧縮機１０の信頼性が維持できなくなる可能性がある。

　上記の対策として、本実施形態では、圧縮機１０の内部の油濃度を回復させる回復運転を行う。以下、回復運転により行われる具体的な動作を説明する。

　図１に示すように、制御装置３００は、運転周波数検出部３０１と、運転時間計測部３０２と、停止回数計測部３０３と、運転制御部３０４とを備える。運転周波数検出部３０１は、圧縮機１０の運転周波数を検出する。運転時間計測部３０２は、運転周波数検出部３０１による検出結果に基づいて、連続時間を計測する。連続時間は、圧縮機１０の運転周波数が基準周波数未満である低周波数運転が連続して行われた時間である。停止回数計測部３０３は、運転時間計測部３０２による計測結果に基づいて、停止回数を計測する。停止回数は、連続時間が基準時間以上、継続されることなく、圧縮機１０が停止された回数である。運転制御部３０４は、停止回数に基づいて、回復運転を行う。

　図４は、第１の実施形態による空気調和機が行う処理の流れを示すフローチャートである。図４には、回復運転を行うか否かを判定する判定処理の流れが示されている。

　まず、運転制御部３０４は、圧縮機起動イベントが発生する（ステップＳ１０）と、圧縮機１０を起動させる（ステップＳ１１）。ここでの、圧縮機起動イベントは、例えば、サーモオン条件を充足した場合、又は、リモコンにより運転が開始操作された場合である。サーモオン条件は、冷房運転時であれば室内の温度が設定温度より高くなること、暖房運転であれば室内の温度が設定温度より低くなることである。

　運転周波数検出部３０１は、圧縮機１０が起動されると、圧縮機周波数を検出する。運転周波数検出部３０１は、検出した圧縮機周波数を運転時間計測部３０２に出力する。運転時間計測部３０２は、運転周波数検出部３０１から取得した圧縮機周波数が、基準周波数以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。運転時間計測部３０２は、運転周波数検出部３０１から取得した圧縮機周波数が基準周波数以下である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、運転時間を計測する（ステップＳ１３）。運転時間は、圧縮機周波数が基準周波数以下である低い周波数での運転（低周波数運転）が継続された時間である。

　一方、運転時間計測部３０２は、運転周波数検出部３０１から取得した圧縮機周波数が基準周波数より大きい場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１９に示す処理を行う。つまり、制御装置３００は判定処理を終了させ（ステップＳ１９）、ステップＳ１０に示す処理に戻り、圧縮機起動イベントが発生するまで待機する。

　運転制御部３０４は、圧縮機１０を停止させるか否かを判定する（ステップＳ１４）。運転制御部３０４は、例えば、サーモオフ条件を充足した場合、又は、リモコンにより運転が停止操作された場合に圧縮機１０を停止させる。サーモオフ条件は、冷房運転時であれば室内の温度が設定温度より低くなること、暖房運転であれば室内の温度が設定温度より高くなることである。運転制御部３０４は、圧縮機１０を停止させない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２に示す処理を行う。一方、運転制御部３０４は、圧縮機１０を停止させない場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に示す処理を行う。

　運転時間計測部３０２は、圧縮機１０が停止された場合、運転時間の計測を終了させる。運転時間計測部３０２は、計測した運転時間を停止回数計測部３０３に出力する。

　停止回数計測部３０３は、運転時間計測部３０２から取得した運転時間が基準時間以内であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。停止回数計測部３０３は、運転時間が基準時間以内である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、停止回数を１増加させる（ステップＳ１６）。停止回数計測部３０３は、停止回数を運転制御部３０４に出力する。

　一方、停止回数計測部３０３は、運転時間が基準時間より大きい場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１９に示す処理を行う。つまり、制御装置３００は判定処理を終了させ（ステップＳ１９）、ステップＳ１０に示す処理に戻り、圧縮機起動イベントが発生するまで待機する。

　運転制御部３０４は、停止回数計測部３０３から取得した停止回数が基準回数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。運転制御部３０４は、停止回数が基準回数以上である、つまり、停止回数が基準回数に到達した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、回復運転を開始させる。

　一方、運転制御部３０４は、停止回数が基準回数に満たない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１０に示す処理に戻り、圧縮機起動イベントが発生するまで待機する。

　図５は、第１の実施形態による空気調和機の回復運転のイメージ図である。図５に示すように、本実施形態の空気調和機１００では、停止回数が基準回数（この図の例では、３回）以上となった場合、回復運転が行われる。回復運転では、圧縮機周波数を、低周波数運転させた時より大きい圧縮機周波数で圧縮機１０を運転させる。これにより、圧縮機１０から流出した冷凍機油６００を圧縮機１０の内部に戻し、圧縮機１０の内部の油濃度を回復させる。

　この図の例では、運転制御部３０４は、停止回数が基準回数（３回）に到達して圧縮機１０が停止した後、次に圧縮機１０を起動させた場合において、低周波数運転を行う前に、回復運転を行う場合の例が示されている。つまり、運転制御部３０４は、停止回数が基準回数（３回）に到達して圧縮機１０が停止した後、次に圧縮機１０を起動させた場合、まず、回復運転を行い、回復運転を終了させた後に、低周波数運転を行う。

　また、運転制御部３０４は、回復運転において、回復運転を行う前に圧縮機１０が運転した運転周波数よりも高い周波数で、圧縮機１０を運転させる。この図の例では、回復運転において、圧縮機周波数を段階的に上昇させて圧縮機１０を運転させた例が示されている。

　ここで、本実施形態における、基準周波数、基準時間、及び基準回数を決定する方法について説明する。

　図２に示すように、返油時間は、圧縮機周波数と外気温によって変化する。一般的に、外気温が低いほど、返油に要する時間が長くなる傾向にある。また、冷媒配管６の内部を流れる冷媒の流速が大きい場合は、冷凍機油６００も冷媒の流れに同伴されて上昇し、冷媒の流速が減少すると冷凍機油６００は管壁に沿って下降する。つまり、冷媒配管６の内部を流れる冷媒の流速が大きいと、外気温が低い場合において冷媒配管６の内壁に沿って下降して付着した油を上昇させることが可能となる。このため、基準周波数は、外気温が低い場合における、ゼロペネ速度により大きい速度に対応する圧縮機周波数が「基準周波数」として設定される。

　ゼロペネ速度は、冷媒の流速が速まり、冷凍機油６００が冷媒配管６の内壁に沿って下降する現象が減少する状態となる冷媒の流速である。図２の例では、圧縮機周波数Ｆ１が、ゼロペネ周波数に相当する。ゼロペネ周波数は、ゼロペネ速度より大きい速度に対応する周波数である。そして、図２に示す対応関係に基づいて、圧縮機周波数Ｆ１に対応する返油時間Ｔ１が決定される。

　図６は、第１の実施形態による空気調和機の返油時間と圧縮機の内部にある油量の関係を示すイメージ図である。図６の横軸は返油時間、縦軸は圧縮機１０の内部における冷凍機油６００の油量を示している。圧縮機１０が運転中に、圧縮機１０から冷凍機油６００が流出した場合であっても、圧縮機１０の内部の油量が下限を下回る前に、圧縮機１０に冷凍機油６００が戻ってくれば、圧縮機１０の信頼性を維持することができる。このため、返油時間と、圧縮機１０の内部における冷凍機油６００の油量との関係は図６に示すように、右下がりの関係となる。図２に基づいて、圧縮機周波数Ｆ１に対応する返油時間Ｔ１が決定される。そして、図６に基づいて、返油時間Ｔ１に対応する圧縮機１０の内部の油量Ｖ１が決定される。このようにして決定された油量Ｖ１が、圧縮機１０の信頼性を維持するために必要な油量の下限値を下回らないことを、試験等によって確認しておくことが望ましい。

　図７は、第１の実施形態による圧縮機の内部における油濃度と油量の関係を示すイメージ図である。図７には、圧縮機１０による運転が吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］から吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］の状態に変化した時に圧縮機１０の内部に残る油量の最低値と、圧縮機１０の内部における油濃度の限界値との関係が示されている。図７の横軸は圧縮機１０の内部における油濃度、縦軸は圧縮機１０の内部に残る油量が示されている。図７に示すように、油濃度が高いほど、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］の状態に変化した時に圧縮機１０から流出する油量は少なくなる。油濃度が低いほど、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］の状態に変化した時に圧縮機１０から流出される油量は多くなる。図７に基づいて、圧縮機１０の内部における冷凍機油６００の油量Ｖ１に対応する油濃度Ｃ１が決定される。ここでの油量Ｖ１は、図６に基づいて決定された、圧縮機１０の信頼性を維持するために必要な油量の下限値を下回らない油量である。

　図８は、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］の状態で運転が継続された運転時間と、圧縮機の内部における油濃度との関係を示すイメージ図である。図８の横軸は運転時間、縦軸は圧縮機１０の内部における油濃度を示している。図８に示すように、吐出ＳＨ＝０［ｄｅｇ］の状態で運転が継続された時間が長いほど、圧縮機１０の内部にある冷凍機油６００に溶け込み、油濃度が低下する。図７で述べたように、圧縮機１０の内部にある冷凍機油６００の油量Ｖ１は、圧縮機１０における信頼性を維持できる油量の下限値を下回らない油量である。また、油濃度Ｃ１は油量Ｖ１に対応する油濃度であり、圧縮機１０における信頼性を維持できる油濃度の下限値を下回らない油濃度である。図８に基づいて、油濃度Ｃ１に対応する運転時間Ｔ２が決定される。このようにして決定された運転時間Ｔ２が、「基準時間」として設定される。

　図３で述べたように、停止回数が増えるほど油濃度は低下する。また、図７で述べたように、吐出ＳＨ＞０［ｄｅｇ］となった場合における圧縮機１０の内部にある油量は、油濃度が低いほど低下する。この関係に基づいて、圧縮機１０における信頼性を維持できる油濃度の下限値を下回らない油濃度である油濃度Ｃ１に対応する停止回数Ｓ１が、「基準回数」として設定される。

　ここで、回復運転について説明する。本実施形態では、運転制御部３０４は、圧縮機１０の停止回数が基準回数に到達して圧縮機１０を停止させた後、次に、圧縮機１０を起動させた時に回復運転を行う。

　運転制御部３０４は、通常の暖房運転又は冷房運転において圧縮機１０に行う制御とは異なる制御を行うことにより回復運転を行う。運転制御部３０４は、回復運転に用いる複数の運転周波数と、それぞれの運転周波数における運転時間を設定する。運転制御部３０４は、例えば、図５に示すように、複数の回復運転周波数のうち、最も低い周波数から最も高い周波数まで、各運転周波数に対応づけられた運転時間の運転を行い、段階的に圧縮機周波数を上昇させて回復運転を行う。段階的に圧縮機周波数を高くすることにより、一気に周波数を高くした場合と比較して、圧縮機１０の稼働部材に故障が発生することを抑制することができる。

　或いは、運転制御部３０４は、圧縮機周波数を一旦上昇させて、複数の回復運転周波数のうち、最も高い周波数の運転を行い、段階的に圧縮機周波数を下降させることにより回復運転を行うようにしてもよい。一気に圧縮機周波数を高めることにより、圧縮機１０の内部における油濃度を早急に回復させることができる。

　また、図５では、回復運転において、４つの段階に渡り段階的に圧縮機周波数を上昇させる制御を行う場合を例示したが、これに限定されることはなく、段階数は任意に設定されてよい。図２に示すように、一般的に、圧縮機１０を高い周波数で運転させることにより返油時間を短くして返油に係る速度を速めることができる。このため、回復運転においては、圧縮機１０を、少なくとも断続運転中の圧縮機周波数よりも高い周波数で運転する時間を設けるようにする。

　また、回復運転中にサーモオフ条件を充足する等により圧縮機１０が停止してしまうと、油濃度を回復させることが困難となる。このため、運転制御部３０４は、回復運転中において、圧縮機１０の運転を停止させることなく、強制的に継続させるようにしてもよい。

　以上説明したように、第１の実施形態による空気調和機１００は、圧縮機１０と、室内熱交換器４０と、膨張弁３０と、室外熱交換器５０とが、冷媒配管６（冷媒配管６１～６６）により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機である。圧縮機１０の内部には冷凍機油が封入されている。空気調和機１００は、運転周波数検出部３０１と、運転時間計測部３０２と、停止回数計測部３０３と、運転制御部３０４とを備える。運転周波数検出部３０１は、圧縮機１０の運転周波数を検出する。運転時間計測部３０２は、圧縮機１０の運転周波数が基準運転周波数以下で運転が連続して行われた運転時間を計測する。停止回数計測部３０３は、圧縮機１０の運転時間が基準運転時間より長く継続されることなく圧縮機１０が停止された停止回数を計測する。運転制御部３０４は、停止回数に基づいて、回復運転を行う。回復運転は、圧縮機１０の内部における油濃度を回復させる運転である。

　これにより、第１の実施形態による空気調和機１００では、断続運転が行われ、圧縮機１０の内部における油濃度が低下した場合に回復運転を行うことができる。このため、圧縮機１０の内部における油濃度が、圧縮機１０の信頼性を維持できなくなるまで低下してしまう前に、圧縮機１０の内部における油濃度を回復させることができる。したがって、圧縮機１０の内部における油量の低下を防ぎ、圧縮機１０の信頼性を維持することができる。

　また、第１の実施形態の空気調和機１００では、運転制御部３０４は、停止回数が基準回数に到達して圧縮機１０を停止させた後、次に、圧縮機１０を起動させた場合において、圧縮機１０を低周波数運転させる前に、回復運転を行う。これにより、第１の実施形態では、圧縮機１０の内部における油濃度が低下した場合に、次に圧縮機１０を起動させた時点において最も早いタイミングで回復運転を行うことができる。

　また、第１の実施形態の空気調和機１００では、運転制御部３０４は、回復運転において、回復運転を行う前に前記圧縮機が運転した運転周波数よりも高い周波数で前記圧縮機を運転させる時間が少なくとも存在するように制御する。これにより、実施形態の空気調和機１００では、回復運転を行うことによって、冷凍機油６００の返油時間を短くして、圧縮機１０の内部における油不足を解消させることができる。

　また、第１の実施形態の空気調和機１００では、運転制御部３０４は、回復運転を実行中に圧縮機１０の運転を停止させない。これにより、回復運転中にサーモオフ条件を充足した場合でも圧縮機１０が停止されないようにすることができる。したがって、油濃度を回復させることが困難となってしまう事態を抑制することができる。

［第２の実施形態］
　図９は、第２の実施形態による空気調和機の回復運転のイメージ図である。図９に示すように、本実施形態では、回復運転を行う条件、及び回復運転における圧縮機１０の運転周波数及び運転時間は、上述した第１の実施形態と同様である。

　本実施形態では、運転制御部３０４が、圧縮機１０に回復運転を開始させるタイミングを、上述した第１の実施形態とは異なるタイミングとする。具体的に、運転制御部３０４は、圧縮機１０の停止回数が基準回数に到達して圧縮機１０を停止させた後、次に、圧縮機１０を起動させた場合、まず、通常の運転を行う。そして、運転制御部３０４は、通常の運転を行っている最中にサーモオフ条件を充足する等して圧縮機１０を停止させる場合において、圧縮機１０を停止させる前に回復運転を行う。

　以上説明したように、第２の実施形態の空気調和機１００では、運転制御部３０４は、停止回数が基準回数に到達して圧縮機１０を停止させる。その後、次に、圧縮機１０を起動させた場合において、まず、圧縮機に低周波数運転させる。そして、圧縮機に低周波数運転を実行中にサーモオフ条件を充足する等して圧縮機１０を停止させる場合、圧縮機１０を停止させる前に、回復運転を行う。

　これにより、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態では、圧縮機１０の内部における油濃度が低下した場合に、まずは通常の運転を行い、室温が適切な温度となるように調整した後に回復運転を行うことができる。したがって、空間の快適性を維持できるように制御することができる。

［実施形態の変形例］
　上述した少なくとも一つの実施形態において、基準周波数、基準時間、及び基準回数の組合せが複数設定されてもよい。

　上述したように、基準周波数として、少なくともゼロペネ速度より大きい速度に対応する圧縮機周波数を設定すること設定条件である。この設定条件を充足する範囲で、例えば、２つの基準周波数、第１基準周波数と、第２基準周波数とを設定する。ここで、第１基準周波数は、第２基準周波数より高い周波数である。

　例えば、第１基準周波数に対応する基準時間（第１基準時間という）、及び、基準回数（第１基準回数という）を、上述した実施形態の決定方法により決定する。すなわち、第１基準周波数及び図２に基づいて第１返油時を決定する。第１返油時間及び図６に基づいて第１油量を決定する。第１油量及び図７に基づいて第１油濃度を決定する。そして、第１油濃度及び図８に基づいて第１運転時間を決定し、この第１運転時間を、「第１基準時間」として設定する。また、第１油濃度及び図３に基づいて第１停止回数を決定し、この第１運転時間を、「第１基準回数」として決定する。

　また、第２基準周波数に対応する基準時間（第２基準時間という）、及び、基準回数（第２基準回数という）を、上述した実施形態の決定方法により導出する。そして、第２基準回数が第１基準周回数と同じ回数と導出された場合、第２基準回数を変更し、第１基準周回数よりも減らした回数とする。

　低い圧縮機周波数で断続運転が行われた場合、高い圧縮機周波数の場合と比較して、圧縮機１０の内部における油濃度が低下する度合が大きくなる。第２基準回数を、第１基準周回数よりも減らした回数とすることにより、低い圧縮機周波数で断続運転が行われた場合に、高い圧縮機周波数と比較してより早い時点で回復運転が行われるようにすることができ、油量の低下を防ぎ、圧縮機１０の信頼性を維持することができる。

　或いは、第２基準回数が第１基準周回数と同じ回数と導出された場合、２基準回数を第１基準周回数と同じ回数とし、回復運転における圧縮機の運転周波数を、第１基準周波数に対応して回復運転を行う場合に適用する運転周波数よりも高い周波数で運転させるようにしてもよい。低い圧縮機周波数で断続運転が行われた場合、高い圧縮機周波数の場合と比較して、圧縮機１０の内部における油濃度が低下する度合が大きくなる。回復運転において、回復運転における圧縮機の運転周波数を、第１基準周波数に対応して回復運転を行う場合に適用する運転周波数よりも高い周波数で運転させることにより、圧縮機１０により多くの油量を戻すことができ、圧縮機１０の信頼性を維持することができる。

　なお、上述した空気調和機１００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

　１００…空気調和機、１０…圧縮機、３００…制御装置、３０１…運転周波数検出部、３０２…運転時間計測部、３０３…停止回数計測部、３０４…運転制御部

Claims

　圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機であり、
　前記圧縮機の運転周波数を検出する運転周波数検出部と、
　前記運転周波数検出部による検出結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測する運転時間計測部と、
　前記運転時間計測部による計測結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測する停止回数計測部と、
　前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う運転制御部と、
　を備える空気調和機。
　前記運転制御部は、前記停止回数が基準回数に到達して前記圧縮機を停止させた後、次に前記圧縮機を起動させた場合において、前記圧縮機を前記低周波数運転させる前に前記回復運転を行う、
　請求項１に記載の空気調和機。
　前記運転制御部は、前記停止回数が基準回数に到達して前記圧縮機を停止させた後、次に前記圧縮機を起動させた場合において、前記圧縮機に前記低周波数運転させた後に前記圧縮機を停止させる場合において、前記圧縮機を停止させる前に前記回復運転を行う、
　請求項１に記載の空気調和機。
　前記運転制御部は、前記回復運転において、前記回復運転を行う前に前記圧縮機に運転させた運転周波数よりも高い周波数で前記圧縮機を運転させる時間が少なくとも存在するように、前記圧縮機の運転周波数を制御する、
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空気調和機。
　前記運転制御部は、前記回復運転を実行中に前記圧縮機の運転を停止させない、
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の空気調和機。
　圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機が備える制御装置が行う制御方法であり、
　運転周波数検出部が、前記圧縮機の運転周波数を検出し、
　運転時間計測部が、前記運転周波数検出部による検出結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測し、
　停止回数計測部が、前記運転時間計測部による計測結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測し、
　運転制御部が、前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う、
　制御方法。
　圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とが配管により接続され、冷媒が循環する冷凍サイクルを有する空気調和機が備える制御装置に、
　前記圧縮機の運転周波数を検出させ、
　前記検出させた結果に基づいて、前記圧縮機の運転周波数が基準周波数以下である低周波数運転が連続して行われた連続時間を計測させ、
　前記連続時間を計測させた結果に基づいて、前記連続時間が基準時間より長く継続されることなく前記圧縮機が停止された停止回数を計測させ、
　前記停止回数に基づいて、前記圧縮機の内部に封入された冷凍機油の濃度を回復させる回復運転を行う、
　プログラム。