WO2024166152A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

冷凍サイクル装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024166152A1
WO2024166152A1 PCT/JP2023/003718 JP2023003718W WO2024166152A1 WO 2024166152 A1 WO2024166152 A1 WO 2024166152A1 JP 2023003718 W JP2023003718 W JP 2023003718W WO 2024166152 A1 WO2024166152 A1 WO 2024166152A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oil
refrigerant
oil concentration
refrigeration cycle
opening
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/003718
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄誠 小野
宗希 石山
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2023/003718 priority Critical patent/WO2024166152A1/ja
Publication of WO2024166152A1 publication Critical patent/WO2024166152A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/02—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for separating lubricants from the refrigerant

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle device equipped with an accumulator.
  • refrigeration cycle devices such as air conditioners are filled with the maximum amount of refrigerant necessary to ensure that there is no refrigerant shortage under any operating conditions, and are therefore equipped with a receiver to store temporary surplus refrigerant.
  • receivers such as accumulators that are placed on the suction side of the compressor, or receivers that are placed on the outlet side of the condenser.
  • the compressor that constitutes the refrigeration cycle device stores refrigeration oil to lubricate sliding parts such as bearings.
  • a small amount of refrigeration oil is discharged together with the refrigerant discharged from the compressor and circulates within the refrigerant circuit.
  • Refrigeration cycle devices equipped with accumulators are equipped with an oil return mechanism to prevent the refrigeration oil circulating in the refrigerant circuit from accumulating inside the accumulator.
  • the oil return hole a typical oil return mechanism, has the function of returning the mixed fluid of liquid refrigerant and refrigeration oil stored at the bottom of the accumulator to the compressor along with the gas refrigerant flowing out of the accumulator.
  • the solubility of refrigeration oil which indicates how much refrigeration oil can dissolve in liquid refrigerant, is temperature dependent, and when the temperature inside the accumulator drops, a state called two-layer separation can occur, in which the refrigeration oil and liquid refrigerant separate.
  • the oil return mechanism such as the oil return hole, is no longer able to return the refrigeration oil to the compressor, resulting in a problem of a shortage of refrigeration oil in the compressor.
  • This invention was made to solve the above problems, and aims to provide a refrigeration cycle device that, under two-phase separation conditions, returns oil only when the concentration of refrigeration oil near the liquid level formed in the accumulator is high, and can suppress liquid backflow due to the oil return function when oil return is not necessary.
  • the refrigeration cycle device is a refrigeration cycle device having a refrigerant circuit configured by sequentially connecting a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and an accumulator, the accumulator comprising a container for storing refrigerant, an inlet pipe having one end connected to the outlet of the evaporator and the other end opening into the inside of the container, an outlet pipe having one end connected to the inlet of the compressor and the other end opening into the inside of the container, a first oil return mechanism opening to the bottom of the container, a second oil return mechanism having one end opening into the inside of the container and the other end connected to the outlet pipe via a first opening/closing valve, and a first oil concentration detection means for detecting the oil concentration at the opening position of the second oil return mechanism, and a control means for opening the first opening/closing valve when the oil concentration detected by the first oil concentration detection means is equal to or greater than a predetermined value, and closing the first opening/
  • the refrigeration cycle device can return refrigeration oil to the compressor through the oil return pipe, which is the second oil return mechanism, even if the liquid refrigerant stored in the accumulator becomes separated into two layers. This allows the refrigeration cycle device to be operated safely without compromising the reliability of the compressor.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an air conditioning apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing an internal structure of an accumulator according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a control block diagram of the air conditioning apparatus according to the first embodiment.
  • 4 is a flowchart showing a flow of control of a first opening/closing valve of the air conditioning apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an internal structure of an accumulator according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a control block diagram of an air conditioning apparatus according to a second embodiment.
  • 13 is a flowchart showing the flow of oil return control operation of the air conditioning apparatus according to embodiment 2.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the flow of control of refrigerant recovery operation in oil return control of an air conditioning apparatus according to embodiment 2.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing an internal structure of an accumulator according to a third embodiment.
  • 13 is a flowchart showing a flow of a control operation of a second on-off valve according to the third embodiment.
  • Fig. 1 is a refrigerant circuit configuration diagram of an air conditioner 100, which is an example of a refrigeration cycle apparatus according to embodiment 1.
  • the air conditioner 100 has an outdoor unit 1 installed outdoors and an indoor unit 2 installed indoors, which are connected by a gas pipe 3 and a liquid pipe 4, which are refrigerant piping, to form one refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit that constitutes the air conditioning device 100 is filled with R32, which is an HFC refrigerant.
  • the refrigerant filled in this refrigerant circuit does not necessarily have to be an HFC refrigerant, and may be a natural refrigerant such as propane or carbon dioxide, or an HFO refrigerant such as R1234yf. A mixture of multiple refrigerants may also be filled.
  • the outdoor unit 1 includes a compressor 5, a four-way switching valve 6, an outdoor heat exchanger 7, an outdoor blower 8, and an accumulator 9.
  • the compressor 5 has a built-in compression mechanism (not shown) driven by a motor capable of adjusting the rotation speed, and is capable of adjusting the amount of refrigerant circulating.
  • the compressor 5 also stores refrigeration oil for lubricating a plurality of sliding parts of the compression mechanism. A small amount of the refrigeration oil stored in the compressor 5 is discharged together with the refrigerant discharged from the compressor 5.
  • the amount of oil circulating in the refrigerant circuit after being discharged from the compressor 5 is about 0.1 wt % to 1.0 wt % of the amount of refrigerant circulating.
  • the four-way switching valve 6 is a valve that has the function of switching the flow direction of the refrigerant, and in this embodiment, it is possible to select whether the indoor unit 2 is operating in cooling mode or heating mode.
  • the outdoor heat exchanger 7 is composed of a heat transfer tube and numerous fins, and exchanges heat between the outdoor air and the refrigerant flowing through the heat transfer tube.
  • the outdoor blower 8 is composed of a propeller fan driven by a motor, and has the function of drawing in air from around the outdoor unit 1 and supplying it to the outdoor heat exchanger 7.
  • the outdoor heat exchanger 7 acts as a condenser and releases heat to the outdoor air, and when the air conditioning device 100 is in heating operation, the outdoor heat exchanger 7 acts as an evaporator and absorbs heat from the outdoor air.
  • the indoor unit 2 is composed of an expansion valve 10, an indoor heat exchanger 11, and an indoor blower 12.
  • the expansion valve 10 is an electrically operated valve configured to be adjustable in opening degree, and has a function of reducing the pressure of the inflowing refrigerant and expanding it to a predetermined pressure.
  • the indoor heat exchanger 11 is composed of a heat transfer tube and numerous fins, and functions as an evaporator during cooling operation and as a condenser during heating operation, providing air conditioning for the room in which the indoor unit 2 is installed.
  • the indoor blower 12 is composed of, for example, a DC motor with adjustable rotation speed and a centrifugal fan, and draws indoor air into the indoor unit 2 and supplies it to the indoor heat exchanger 11. After exchanging heat with the refrigerant in the indoor heat exchanger 11, the indoor air is supplied back into the room as temperature-controlled air.
  • the opening degree of the expansion valve 10 is adjusted so that the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger 7, which serves as a condenser during cooling operation, becomes liquid refrigerant having a predetermined degree of subcooling. Also, the opening degree is adjusted so that the refrigerant passing through the indoor heat exchanger 11, which serves as a condenser during heating operation, becomes liquid refrigerant having a predetermined degree of subcooling.
  • the refrigerant is mostly distributed as high-pressure liquid refrigerant between the condenser outlet and the expansion valve 10. That is, in the air-conditioning device 100 shown in Fig. 1, high-pressure liquid refrigerant is present in the outdoor heat exchanger 7 and the liquid pipe 4 during cooling operation, whereas high-pressure liquid refrigerant is present between the indoor heat exchanger 11 and the expansion valve 10 during heating operation.
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the accumulator 9 according to embodiment 1. The configuration of the accumulator 9 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 shows a state in which liquid refrigerant and refrigerating machine oil are stored inside the accumulator 9 and separated into two layers.
  • 15 is a metal container that has a sealed structure and is strong enough to withstand the pressure of the refrigerant.
  • the container 15 has an inlet pipe 16 into which low-pressure refrigerant flows via the four-way valve 6, and an outlet pipe 17 that is connected to the suction side of the compressor 5.
  • the inlet pipe 16 opens into the upper space of the container 15.
  • the outlet pipe 17 is joined so as to penetrate the top surface of the container 15, and has a straight pipe section that extends to the bottom of the container 15, and a U-shaped curved pipe section in which an oil return hole 24, which is the first oil return mechanism, is formed.
  • One end of this curved pipe section is a refrigerant opening 25 that opens at the top of the container 15.
  • a pressure sensor 18 is provided on the outlet pipe 17 in the path from the accumulator 9 to the compressor 5, and detects the refrigerant pressure inside the accumulator 9.
  • the refrigerant pressure detected by the pressure sensor 18 is both the pressure inside the accumulator 9 and the suction pressure of the compressor 5, and is the lowest pressure in the refrigerant circuit.
  • the accumulator 9 is provided with an oil return pipe 21 as a second oil return mechanism.
  • One end of the oil return pipe 21 is an oil opening 23, and a first oil concentration sensor 26 is provided nearby.
  • the other end of the oil return pipe 21 is connected to the outlet pipe 17 via a first opening/closing valve 22.
  • the oil opening 23 is located at a height that is a first length, the oil opening height H1, in the vertically upward direction as viewed from the oil return hole 24, and is located at a height that is a second length, the outlet height H2, in the vertically downward direction as viewed from the refrigerant opening 25.
  • the oil opening height H1 is approximately the same length as the outlet height H2.
  • the oil opening 23 is located at a height that is approximately halfway between the oil return hole 24 and the refrigerant opening 25.
  • the first oil concentration sensor 26 is connected to the welding terminal 19 via a signal line 27, and transmits oil concentration information from the welding terminal 19 to the outside.
  • the first oil concentration sensor converts the oil concentration into an electrical signal, for example, by using the capacitance, viscosity, or refractive index of the fluid at the detection position.
  • the fluid in the accumulator 9 When the fluid in the accumulator 9 separates into two layers, it is either a liquid with an oil concentration of 90% or more (hereinafter referred to as the oil layer), a liquid with an oil concentration of 10% or less (hereinafter referred to as the refrigerant layer), or a refrigerant gas. Therefore, if the oil concentration detected by the oil concentration sensor 26 is a predetermined value, for example 60% or more, it is determined to be the oil layer, and if it is less than 60%, it is determined to be the refrigerant layer.
  • the oil concentration detected by the oil concentration sensor 26 is a predetermined value, for example 60% or more, it is determined to be the oil layer, and if it is less than 60%, it is determined to be the refrigerant layer.
  • the oil concentration sensor 26 does not need to have a strict resolution.
  • the signal from the first oil concentration sensor 26 may be contact information that outputs, for example, "1" if there is an oil layer and "0" otherwise.
  • 30 is the liquid level of the fluid remaining in the accumulator 9.
  • an oil layer is formed vertically downward from the liquid level 30 with a width of the oil layer thickness M, and an interface 31 is formed between the oil layer and the refrigerant layer formed below the oil layer.
  • the amount of excess refrigerant remaining in the container 15 is determined by the operating conditions, so interface 31 is also stable when the operation is stable.
  • FIG. 3 is a control block diagram of the air conditioning apparatus 100 in the embodiment of the present disclosure.
  • 50 is a control device that is built into the outdoor unit 1.
  • the control device 50 performs oil return control to return the refrigeration oil remaining in the accumulator 9 to the compressor 5.
  • the control device 50 includes a data acquisition unit 51, a calculation unit 52, and a judgment unit 53.
  • the data acquisition unit 51, the calculation unit 52, and the judgment unit 53 are configured, for example, with a microprocessor and a semiconductor memory.
  • the data acquisition unit 51 acquires information detected by the pressure sensor 18 and the first oil concentration sensor 26. The acquired information is sent to the calculation unit 52.
  • the calculation unit 52 compares the pressure information detected by the pressure sensor 17 with pre-stored refrigerant property information and converts it into temperature information for the accumulator 9. Furthermore, it calculates whether or not the two-layer separation state is occurring based on the pre-stored two-layer separation temperature information and the temperature information for the accumulator 9.
  • the determination unit 53 determines whether the fluid at the position of the oil opening 23 is an oil layer based on the information detected by the first oil concentration sensor 52, and issues a control instruction to the first opening/closing valve 22 to open if the oil opening 23 is an oil layer, and to close if it is not an oil layer.
  • control operation is to determine whether the fluid in the accumulator 9 is separated into two layers and whether the fluid at the height of the oil opening 23 is an oil layer.
  • the configuration may be such that the determination of whether there is separation into two layers is not performed.
  • FIG 4 is a flowchart showing the flow of control of the first on-off valve 22 of the air conditioning device 100 according to embodiment 1. Below, the control operation of the first on-off valve 22 will be explained with reference to each step in Figures 3 and 4.
  • Step 1 When the air conditioning apparatus 100 starts operating, the data acquisition unit 51 acquires the outlet pressure Ps of the accumulator 9 from the pressure sensor 18 , and also acquires the oil concentration Oc1 in the vicinity of the oil opening 23 from the first oil concentration sensor 26 .
  • Step 2 The calculation unit 52 calculates the accumulator temperature Tacc from the outlet pressure Ps by referring to information on the physical properties of the refrigerant sealed in the refrigerant circuit of the air-conditioning device 100. Note that the accumulator temperature Tacc may be directly detected by installing a temperature sensor in the inlet pipe 16 or the outlet pipe 17, or the container 15, instead of being calculated from the outlet pressure Ps.
  • Step 3 The determination unit 53 determines whether the accumulator temperature Tacc is lower than the two-layer separation temperature. If Tacc is equal to or higher than the two-layer separation temperature, the process proceeds to step 6. If Tacc is lower than the two-layer temperature, the process proceeds to step 4 to perform a second determination.
  • Step 4 The determination unit 53 compares the oil concentration Oc1 near the oil opening 23 with the oil layer determination concentration (e.g., 80%) and determines whether an oil layer has been formed at the height of the oil opening 23.
  • the information detected by the first oil concentration sensor 26 does not have to be the oil concentration Oc1, and can be any information that can determine whether the fluid at the height of the oil opening 23 is an oil layer or not.
  • Steps 5 and 6 When the fluid at the height of the oil opening 23 is an oil layer, the determination unit 53 opens the first on-off valve 22 to allow the refrigeration oil to flow from the oil return pipe 21 to the outlet pipe 17. When the fluid at the height of the oil opening 23 is not an oil layer and when the refrigerant stored in the accumulator 9 in step 3 is not in a two-phase separation state, the determination unit 53 closes the first on-off valve 22.
  • the control device 50 repeats this control operation at intervals of, for example, 30 seconds to prevent a large amount of refrigeration oil from accumulating in the accumulator 9.
  • the device is designed so that the refrigeration oil stored in the compressor 5 will not run short if the oil layer thickness M, which indicates the amount of refrigeration oil remaining in the accumulator 9, is equal to or less than the allowable oil layer thickness L, which is a preset length.
  • the allowable oil layer thickness L is an index indicating the amount of refrigeration oil that can remain in the accumulator 9 without causing any problems in terms of reliability, and is adjusted by the amount of refrigeration oil that is sealed in advance in the refrigerant circuit that constitutes the air conditioning device 100.
  • the first oil concentration sensor 26 detects the oil layer before the oil layer thickness M exceeds the allowable oil layer thickness L, and the first opening/closing valve 22 is opened. Therefore, oil can be returned from the accumulator 9 before the refrigeration oil stored in the compressor 5 runs short.
  • the boundary surface 31 when the boundary surface 31 is located above the oil opening 23, the liquid level 30 reaches the refrigerant opening 25 before the gradually increasing oil layer thickness M becomes greater than the allowable oil layer thickness L. Therefore, the refrigeration oil stored in the compressor 5 can be returned from the refrigerant opening 25 to the compressor 5 before it runs short. In other words, no matter how much excess refrigerant there is, the oil layer thickness M will never exceed the allowable oil layer thickness L.
  • the allowable oil layer thickness L must be adjusted to the longer of the oil opening height H1 and the outlet height H2, so the position of the oil opening 23 is designed so that the oil opening height H1 and the outlet height H2 are approximately the same length. This allows the allowable oil layer thickness L to be minimized, and the amount of refrigeration oil sealed in the refrigerant circuit to be minimized.
  • the air conditioning device 100 even if two-layer separation occurs in the fluid in the accumulator 9 and it becomes impossible to return the refrigeration oil to the compressor 5 through the oil return hole 24 provided at the bottom of the container 15, the refrigeration oil can be returned to the compressor 5 from the separated oil layer regardless of the position of the boundary surface 31, which is determined by the amount of excess refrigerant.
  • the position of the oil opening 23 is determined so that the oil opening height H1 and the outlet height H2 are approximately the same length, so the amount of refrigeration oil sealed in the refrigerant circuit can be reduced, reducing equipment costs.
  • Embodiment 2. 5 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of an accumulator 109 according to embodiment 2.
  • embodiment 2 the same parts as those in embodiment 1 are given the same reference numerals, and the description will focus on the differences from embodiment 1.
  • 41 is a float that moves up and down with the liquid level 30 formed by the fluid stored in the accumulator 109.
  • the float 41 is equipped with a second oil concentration sensor 42, and the oil concentration information detected by the second oil concentration sensor 42 can be taken out to the outside via the signal line 27 and the welding terminal 19.
  • the second oil concentration sensor 42 is installed below the liquid level 30 by the allowable oil layer thickness L when the float 41 is floating on the liquid level 30. By detecting the oil concentration of the fluid located below the liquid level 30 by the allowable oil layer thickness L, it is possible to determine whether the oil layer thickness M has reached the allowable oil layer thickness L when the fluid in the accumulator 109 has separated into two layers to form an oil layer and a refrigerant layer.
  • the oil concentration information detected by the second oil concentration sensor 42 is transmitted to the control device 50, and the control device 50 determines that "oil recovery is not required” when the oil layer thickness M ⁇ the allowable oil layer thickness L, and that "oil recovery is required” when the oil layer thickness M ⁇ the allowable oil layer thickness L.
  • the position of the oil opening 23 in embodiment 2 can be set so that the vertical distance H1 from the oil return hole 24 is greater than the allowable oil layer thickness L.
  • the accumulator 109 is enlarged in the vertical direction, there is no need to increase the allowable oil layer thickness L, and the amount of refrigeration oil to be sealed in does not increase.
  • the oil opening 23 in the second embodiment is positioned at a position where the vertical distance H2 from the refrigerant opening 25 is equal to or less than the allowable oil layer thickness L.
  • the boundary surface 31 is formed at a position higher than the oil opening 23, the liquid level 30 reaches the refrigerant opening 25 before the second oil concentration sensor 42 detects the oil layer. Therefore, the oil layer thickness M does not exceed the allowable oil layer thickness L.
  • Figure 6 is a control block diagram of an air conditioning apparatus according to embodiment 2.
  • Figure 7 is a flowchart showing the flow of the oil return control operation of the air conditioning apparatus according to embodiment 2. Below, the oil return control operation of the accumulator 109 according to embodiment 2 will be explained with reference to Figures 6 and 7.
  • the data acquisition unit 51 built into the control device 50 acquires the detection information of the pressure sensor 18 and the detection information of the first oil concentration sensor 26, which are acquired at regular intervals, as well as the oil concentration information detected by the second oil concentration sensor 42.
  • the calculation unit 52 calculates the temperature of the accumulator 109, as in the first embodiment.
  • the determination unit 53 performs oil return control to open and close the first opening/closing valve 22, and refrigerant recovery control to manipulate the opening of the expansion valve 10, based on the oil concentration information obtained from the first oil concentration sensor 26 and the second oil concentration sensor 42.
  • step 11 detection information is acquired from the pressure sensor 18, the first oil concentration sensor 26, and the second oil concentration sensor 42.
  • step 12 the temperature Tacc of the accumulator 109 is calculated, and in step 13, it is determined whether the fluid in the accumulator 109 is separated into two layers. If it is determined that the fluid is not separated into two layers, the process proceeds to step 16, where the first opening/closing valve 22 is closed.
  • This control operation is the same as the control operation in embodiment 1.
  • step 14 it is determined whether the oil concentration Oc1, which is the information from the first oil concentration sensor 22, is an oil layer concentration. If it is determined that Oc1 is an oil layer, the process proceeds to step 15 and the first opening/closing valve 22 is opened. This control operation is the same as the control operation in embodiment 1.
  • step 14 If it is determined in step 14 that Oc1 is not an oil layer, the process proceeds to step 17 to determine whether the oil concentration Oc2, which is the detection information of the second oil concentration sensor 42, is an oil layer. This control operation is to confirm whether oil cannot be returned from the oil return pipe 21, but oil cannot be retained in the accumulator 109, i.e., whether oil return is necessary.
  • step 17 if Oc2 is not an oil layer, it can be determined that oil recovery is not necessary, so the process proceeds to step 16 and the first opening/closing valve 22 is kept closed.
  • Oc2 is an oil layer, oil cannot be recovered from the oil return pipe 21, but it can be determined that oil needs to be returned to the compressor 5, so the process moves to step 18 and refrigerant recovery operation begins.
  • FIG 8 is a flowchart showing the control operation of the refrigerant recovery operation.
  • the expansion valve 10 is fully opened in step 21.
  • the expansion valve 10 is normally adjusted to open so that the degree of subcooling at the condenser outlet is a target value, but by opening fully, the liquid refrigerant distributed at the condenser outlet moves downstream of the expansion valve 10, and the liquid refrigerant in the accumulator 109 gradually increases.
  • step 22 similar to step 11, the refrigerant pressure Ps in the accumulator 109 and Oc1 are measured by the first oil concentration sensor 22.
  • step 23 it is determined whether or not two-layer separation has occurred based on the calculated accumulator temperature Tacc, and if the two-layer separation state is no longer present, the refrigerant recovery operation is terminated by moving to step 29, and the control of the expansion valve 10 is returned to normal.
  • step 24 determines whether or not oil recovery from the oil return pipe 21 is possible based on Oc1. Since Oc1 is not the oil layer concentration when the refrigerant recovery operation is started, steps 22 to 24 are repeated to continue the refrigerant recovery operation until Oc1 becomes the oil layer concentration.
  • step 24 When it is detected in step 24 that Oc1 has reached the oil layer concentration, it is determined that oil recovery is possible, and the process proceeds to step 26, where the first opening/closing valve 22 is opened. In this state, the refrigerant recovery operation and the oil recovery operation are performed simultaneously.
  • steps 26 and 27 are repeated until Oc1 is no longer the oil layer concentration.
  • Oc1 is no longer the oil layer concentration
  • step 28 the first on-off valve 22 is closed to end the oil recovery operation, and then in step 29, the expansion valve 10 is returned to normal control to complete the refrigerant recovery operation. Once the refrigerant recovery operation is completed, the process returns to the control flow shown in FIG. 7.
  • the second oil concentration sensor 42 determines that an oil recovery operation is necessary, and the refrigerant recovery operation is started so that the refrigeration oil can be recovered from the oil return pipe 21. This control operation ensures that the refrigeration oil can be returned to the compressor 5 from the oil return pipe 21.
  • Embodiment 3. 9 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of an accumulator 209 according to embodiment 3.
  • the outlet pipe 17 does not have a straight pipe portion that reaches the bottom of the container 15, and the oil return hole 24, which is the first oil return mechanism, is configured to be connected to the outlet pipe 17 via a second on-off valve 43.
  • FIG 10 is a flowchart showing the flow of the control operation of the second on-off valve 43 according to embodiment 3.
  • step 31 is the same as step 1 in Figure 4
  • step 32 is the same as step 2 in Figure 4
  • step 33 is the same as step 3 in Figure 4.
  • the bottom of the container 15 is a refrigerant layer with almost no dissolved refrigeration oil, so there is no need to return liquid refrigerant to the compressor 5. Also, when the two layers are separated, the return oil from the accumulator 209 is entrusted to the oil return pipe 21, which is the second oil return mechanism, so there is no need to operate the oil return hole 24, which is the first oil return mechanism. Therefore, if it is determined in step 33 that two layers are separated, the second opening/closing valve 43 is closed in step 34.
  • the fluid stored in the container 15 is liquid refrigerant and refrigeration oil dissolved in the liquid refrigerant, so the refrigeration oil can be returned to the compressor 5 through the oil return hole 24 that opens to the bottom of the container 15. Therefore, if it is determined in step 33 that no two-layer separation has occurred, the second opening/closing valve 43 is opened in step 35.
  • the second opening/closing valve 43 is always open when there is no two-layer separation, but is closed when there is a two-layer separation.
  • the second on-off valve 43 is closed to prevent the liquid refrigerant at the bottom of the container 15 from being returned to the compressor 5. This makes it possible to prevent deterioration of reliability due to liquid backflow.
  • Air conditioning device 1 Outdoor unit, 2 indoor units, 3 gas pipes, 4 liquid pipes, 5 compressor, 6 four-way switching valve, 7 outdoor heat exchanger, 8 Outdoor blower, 9, 109, 209 Accumulator, 10 Expansion valve, 11 Indoor heat exchanger, 12 Indoor blower, 15 containers, 16 inlet pipe, 17 outlet pipe, 18 pressure sensor, 19 welding terminal, 21 Oil return pipe, 22 first opening/closing valve, 23 oil opening, 24 Oil return hole, 25 refrigerant opening, 26 First oil concentration sensor, 27 signal line, 30 Liquid level, 31 boundary surface, 41 float, 42 second oil concentration sensor, 43 second opening/closing valve, H1 oil opening height, H2 Exit height, M oil layer thickness, L Allowable oil layer thickness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

二層分離条件において、アキュムレータ内に形成される液面近傍の冷凍機油濃度が高い場合にだけ返油を行い、返油不要な場合には油戻し機能による液バックを抑制することができる冷凍サイクル装置を得る。アキュムレータ９を備えた冷凍サイクル装置１００において、アキュムレータ９は、容器１５と、一端が容器９の内部に開口する入口管１６と、一端が容器９の上部に開口する出口管１７と、第１の返油機構２４と、一端が容器９の内部に開口し、他端が出口管１７に第１の開閉弁２２を介して接続された第２の返油機構２１と、第２の返油機構２１の開口位置の油濃度を検知する第１の油濃度検知手段２６と、を備え、第１の油濃度検知手段２６により検知された油濃度が所定濃度以上であるときに第１の開閉弁２２を開放し、第１の油濃度検知手段２６により検知された油濃度が所定濃度未満であるときに第１の開閉弁２２を閉止する制御手段を備えた。

Description

冷凍サイクル装置
本発明は、アキュムレータを備えた冷凍サイクル装置に関する。
一般に、空気調和装置等の冷凍サイクル装置には、いかなる運転条件でも冷媒不足が生じないように、必要最大量の冷媒が封入されているため、一時的に余剰となった冷媒を貯留するための受液器が備えられている。受液器には、圧縮機の吸入側に配置されるアキュムレータ、あるいは、凝縮器出口側に配置されるレシーバ、などの種類がある。
また、冷凍サイクル装置を構成する圧縮機には、軸受等の摺動部分を潤滑するための冷凍機油が貯留されている。冷凍サイクル装置が運転されると、冷凍機油は、圧縮機から吐出される冷媒とともに僅かに吐出され、冷媒回路内を循環している。
アキュムレータを備えた冷凍サイクル装置においては、冷媒回路内を循環する冷凍機油がアキュムレータの内部に溜まり込まないように、返油機構を備えている。代表的な返油機構である油戻し孔は、アキュムレータから流出するガス冷媒とともに、アキュムレータ底部に貯留された液冷媒と冷凍機油の混合流体を圧縮機に戻す機能を有するものである。
液冷媒中にどれだけ冷凍機油が溶け込めるかを示す溶解度には温度依存性があり、アキュムレータ内の温度が低くなると、冷凍機油と液冷媒とが分離する二層分離と呼ばれる状態となることがある。二層分離が発生すると、油戻し孔のような返油機構では冷凍機油を圧縮機に戻すことができなくなり、圧縮機内の冷凍機油が不足してしまうという問題がある。
このような問題を回避するため、アキュムレータ内部に鉛直方向に配置された出口管の高さ方向に複数の油戻し孔を設け、冷凍機油の濃度が高くなる液面近傍から確実に液冷媒を吸入するようにする方法が知られている。（例えば、特許文献１）。
特開平１０―２０５９３１号公報
しかしながら、特許文献１に示されたアキュムレータでは、アキュムレータ底部の油戻し孔に加えて複数の返油孔が設置されることとなる。液面とともに上下に移動するフロート等によって、液面近傍の油戻し孔だけを開口させ、それ以外の油戻し孔を閉止したとしても、二層分離する条件においては、常に２か所の油戻し孔が開口する。
液面上層の冷凍機油が高濃度になる部分から集中的に返油された後は、少なくとも２か所から冷凍機油がほとんど溶解していない液冷媒が圧縮機に戻されることとなり、冷凍サイクルの運転効率を低下させることとなる。また、圧縮機内に液冷媒が多量に流入すると、摺動部の潤滑不良による信頼性の悪化も懸念される。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、二層分離条件において、アキュムレータ内に形成される液面近傍の冷凍機油濃度が高い場合にだけ返油を行い、返油不要な場合には油戻し機能による液バックを抑制することができる冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するため、本開示に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュムレータが順次接続されて構成される冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、前記アキュムレータは、冷媒を貯留する容器と、一端が前記蒸発器の出口に接続され、他端が前記容器の内部に開口する入口管と、一端が前記圧縮機の入口に接続され、他端が前記容器の内部に開口する出口管と、前記容器の底部に開口する第１の返油機構と、一端が前記容器の内部に開口し、他端が前記出口管に第１の開閉弁を介して接続された第２の返油機構と、前記第２の返油機構の前記開口位置の油濃度を検知する第１の油濃度検知手段と、を備え、前記第１の油濃度検知手段により検知された油濃度が所定値以上であるときに前記第１の開閉弁を開放し、前記第１の油濃度検知手段により検知された油濃度が前記所定値未満であるときに前記第１の開閉弁を閉止する制御手段を備えた。
本開示に係る冷凍サイクル装置は、アキュムレータ内に貯留されている液冷媒が二層分離状態となっても、第２の返油機構である油戻し管から冷凍機油を圧縮機に戻すことができる。これにより、圧縮機の信頼性が損なわれず、冷凍サイクル装置を安全に運転することができる。
実施の形態１に係る空気調和装置の全体構成図である。 実施の形態１に係るアキュムレータの内部構造を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の第１開閉弁の制御の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係るアキュムレータの内部構造を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の制御ブロック図である。 実施の形態２に係る空気調和装置の返油制御動作の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る空気調和装置の返油制御における冷媒回収運転の制御の流れを示すフローチャートである。 実施の形態３に係るアキュムレータの内部構造を示す概略断面図である。 実施の形態３に係る第２開閉弁の制御動作の流れを示すフローチャートである。
以下に、本開示の実施の形態に係る冷凍サイクル装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置１００の冷媒回路構成図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室外に設置された室外ユニット１と、室内に設置された室内ユニット２とが、冷媒配管であるガス管３と液管４によって接続されて１つの冷媒回路を形成している。
空気調和装置１００を構成する冷媒回路には、ＨＦＣ冷媒であるＲ３２が封入されている。この冷媒回路に封入される冷媒は、必ずしもＨＦＣ冷媒でなくてもよく、プロパン、二酸化炭素のような自然冷媒であってもよいし、Ｒ１２３４ｙｆなどのＨＦＯ冷媒でもよい。また、複数の冷媒を混合して封入してもよい。
＜室外ユニット＞
室外ユニット１は、圧縮機５、四方切替弁６、室外熱交換器７、室外送風機８、アキュムレータ９を備えている。圧縮機５は、回転数を調整可能なモータによって駆動される圧縮機構を内蔵しており（図示せず）、冷媒循環量を調整することができる。また、圧縮機５は、圧縮機構が有する複数の摺動部を潤滑するための冷凍機油を貯留している。圧縮機５に貯留されている冷凍機油は、圧縮機５から吐出される冷媒とともに僅かに排出される。圧縮機５から吐出されて冷媒回路を循環する油循環量は、冷媒循環量の０．１ｗｔ％～１．０ｗｔ％程度である。
四方切替弁６は、冷媒の流れ方向を切り替える機能を有する弁であり、本実施の形態では、室内ユニット２が冷房運転する場合と、暖房運転する場合とを選択可能としている。
室外熱交換器７は、伝熱管と多数のフィンによって構成されており、室外空気と伝熱管内を流通する冷媒とを熱交換させる。室外送風機８は、モータで駆動されるプロペラファンで構成されており、室外ユニット１の周囲から空気を吸い込んで室外熱交換器７に供給する機能を有している。
室外熱交換器７は、空気調和装置１００が冷房運転を行う場合には凝縮器となって室外空気に熱を放出し、空気調和装置１００が暖房運転を行う場合には蒸発器となって室外空気から熱を吸収する。
＜室内ユニット＞
室内ユニット２は、膨張弁１０、室内熱交換器１１、室内送風機１２で構成されている。膨張弁１０は、開度調整可能に構成された電動式の弁であり、流入する冷媒を所定の圧力まで減圧膨張させる機能を有している。
室内熱交換器１１は、伝熱管と多数のフィンによって構成されており、冷房運転の場合は蒸発器として、暖房運転の場合は凝縮器として機能し、室内ユニット２が設置された室内の空調を行う。
室内送風機１２は、例えば回転数調整可能な直流モータと遠心ファンによって構成されて、室内空気を室内ユニット２内に吸い込んで室内熱交換器１１に供給している。室内熱交換器１１で冷媒との熱交換を行った室内空気は、温調空気として再び室内に供給される。
実施の形態１において、膨張弁１０は、冷房運転時に凝縮器となっている室外熱交換器７を通過した冷媒が所定の過冷却度を有する液冷媒となるように開度調整される。また、暖房運転時に凝縮器となっている室内熱交換器１１を通過する冷媒が所定の過冷却度を有する液冷媒となるように開度調整される。
＜冷媒量分布＞
一般に、冷媒回路において、冷媒は凝縮器出口から膨張弁１０の間に高圧液冷媒として多く分布する。すなわち、図１に示す空気調和装置１００においては、冷房運転では室外熱交換器７、液管４に高圧液冷媒が存在する一方、暖房運転では室内熱交換器１１と膨張弁１０との間に高圧液冷媒が存在する。
冷媒が最も多く必要とされる運転条件は、高圧液冷媒が存在する要素機器の容積が大きい冷房運転時に生じ、それに合わせて封入冷媒量が決定される。そのため、暖房運転時には冷媒回路内に不要となる冷媒が生じる。不要となった余剰冷媒は、アキュムレータ９の内部に液冷媒として滞留する状態となる。
＜アキュムレータ＞
図２は、実施の形態１に係るアキュムレータ９の内部構造を示す概略断面図である。図２を参照してアキュムレータ９の構成について説明する。なお、図２では、アキュムレータ９の内部に液冷媒と冷凍機油が貯留され、二層分離した状態を示している。
図２において、１５は金属製の容器であり、密閉構造であるとともに、冷媒の圧力に耐えられる強度を有している。容器１５は、四方弁６を経由して低圧の冷媒が流入する入口管１６と、圧縮機５の吸入側に接続される出口管１７を備えている。
入口管１６は、容器１５の上部空間に開口している。出口管１７は、容器１５の上面を貫通するように接合され、容器１５の底部まで延びる直管部と、第１の返油機構である油戻し孔２４が形成されたＵ字形状の曲管部を有している。この曲管部の一端は、容器１５の上部で開口する冷媒開口２５となっている。
出口管１７には、アキュムレータ９から圧縮機５に向かう経路に圧力センサ１８が備えられ、アキュムレータ９内部の冷媒圧力を検知している。圧力センサ１８で検知される冷媒圧力は、アキュムレータ９内部の圧力であるとともに圧縮機５の吸入圧力でもあり、冷媒回路内で最も低い圧力である。
アキュムレータ９の内部には、第２の返油機構として油戻し管２１が備えられている。油戻し管２１の一端は、油開口２３であり、近傍に第１油濃度センサ２６を備えている。また、油戻し管２１のもう一方の端部は、第１開閉弁２２を経由して出口管１７に接続されている。
油開口２３は、油戻し孔２４からみて鉛直上方向に第１長さである油開口高さＨ１だけ離れた高さに位置しており、また、冷媒開口２５からみて鉛直下方向に第２長さである出口高さＨ２だけ離れた高さに位置している。油開口高さＨ１は、出口高さＨ２の略同じ長さである。言い換えると、油開口２３は、油戻し孔２４と冷媒開口２５のおよそ中間の高さに配置されている。
第１油濃度センサ２６は、信号線２７を介して溶接端子１９に接続されており、溶接端子１９から外部に油濃度情報を伝達する。第１油濃度センサは、例えば検出位置にある流体の静電容量、粘性、光の屈折率などを利用して油濃度を電気信号に変換するものである。
アキュムレータ９内の流体が二層分離状態となれば、油濃度が９０％以上の液体（以降、油層）、油濃度１０％以下の液体（以降、冷媒層）、冷媒ガス、のいずれかであるので、油濃度センサ２６で検知された油濃度が所定値、例えば６０％以上であれば油層と判断し、６０％未満であれば冷媒層と判断する。
そのため、油濃度センサ２６は、厳密な分解能を備えたものでなくてもよい。第１油濃度センサ２６からの信号は、例えば油層であれば「１」、それ以外であれば「０」を出力する接点情報であってもよい。
図２において、３０は、アキュムレータ９内に滞留している流体の液面である。アキュムレータ９内の流体が二層分離状態である場合には、液面３０から鉛直下方向に油層厚さＭの幅で油層が形成され、また、油層と油層の下に形成される冷媒層との境界面３１が形成される。容器１５内に滞留する余剰冷媒の量は運転条件によって定まるので、運転が安定している状態では境界面３１も安定している。
続いて、本開示の実施形態における空気調和装置１００の制御動作について図３を参照して説明する。図３は、本開示の実施の形態における空気調和装置１００の制御ブロック図である。図３において、５０は制御装置であり、室外ユニット１に内蔵されている。制御装置５０は、アキュムレータ９に滞留する冷凍機油を圧縮機５への戻す返油制御を行うものである。
制御装置５０は、データ取得部５１、演算部５２、判定部５３を備えている。データ取得部５１、演算部５２、判定部５３は、例えばマイクロプロセッサおよび半導体メモリで構成されている。
データ取得部５１は、圧力センサ１８、第１油濃度センサ２６で検出された情報を取得する。取得された情報は演算部５２へ送られる。
演算部５２は、圧力センサ１７で検出された圧力情報を、予め記憶された冷媒物性情報と照合し、アキュムレータ９の温度情報に換算する。さらに、予め記憶された二層分離温度情報とアキュムレータ９の温度情報に基づいて二層分離状態であるか否かを演算する。
判定部５３は、第１油濃度センサ５２で検出された情報に戻づいて、油開口２３の位置にある流体が油層であるか否かを判定し、第１開閉弁２２に対して、油開口２３が油層である場合には開放、油層でない場合には閉止するように制御指示を発信する。
本実施の形態では、アキュムレータ９内の流体が二層分離しているか否かの判定と、油開口２３の高さにある流体が油層であるか否かの判定を行う制御動作としたが、二層分離していない状態、すなわち液冷媒に冷凍機油が溶解している状態では油層が形成されないため、二層分離しているか否かの判定を行わない構成としてもよい。
図４は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の第１開閉弁２２の制御の流れを示すフローチャートである。以下に、図３および図４の各ステップを参照しながら第１開閉弁２２の制御動作について説明する。
（ステップ１）
空気調和装置１００が運転を開始すると、データ取得部５１は、圧力センサ１８からアキュムレータ９の出口圧力Ｐｓを取得し、また、第１油濃度センサ２６から油開口２３近傍の油濃度Ｏｃ１を取得する。
（ステップ２）
演算部５２は、空気調和装置１００の冷媒回路に封入された冷媒物性情報を参照し、出口圧力Ｐｓからアキュムレータ温度Ｔａｃｃを算出する。なお、アキュムレータ温度Ｔａｃｃは、出口圧力Ｐｓから演算するのではなく、入口管１６もしくは出口管１７、あるいは容器１５に温度センサを設置して直接検知してもよい。
（ステップ３）
判定部５３は、アキュムレータ温度Ｔａｃｃが二層分離温度より低いかどうかを判定する。Ｔａｃｃが二層分離温度以上である場合には、ステップ６に移行する。また、Ｔａｃｃが二層温度未満である場合には、ステップ４に移行して第２の判定を行う。
（ステップ４）
判定部５３は、油開口２３近傍の油濃度Ｏｃ１と、油層判定濃度（例えば８０％）とを比較し、油開口２３の高さに油層が形成されているかどうかを判定する。なお、第１油濃度センサ２６が検知する情報は、油濃度Ｏｃ１でなくてもよく、油開口２３の高さにある流体が油層であるかそうでないかを判断できる情報であればよい。
（ステップ５、６）
判定部５３は、油開口２３の高さにある流体が油層である場合には、第１開閉弁２２を開放して油戻し管２１から冷凍機油を出口管１７に流通させる。また、判定部５３は、油開口２３の高さにある流体が油層でない場合、およびステップ３においてアキュムレータ９に貯留された冷媒が二層分離状態でない場合には、第１開閉弁２２を閉止する。制御装置５０は、この制御動作を例えば３０秒周期で繰り返すことで、アキュムレータ９内に多くの冷凍機油が滞留しないようにしている。
　実施の形態１の空気調和装置１００においては、アキュムレータ９に滞留する冷凍機油の量を示す油層厚さＭが、予め設定された所定長さである油層許容厚さＬ以下であれば圧縮機５に貯留されている冷凍機油が不足することがないように設計されている。すなわち、油層許容厚さＬは、アキュムレータ９に滞留しても信頼性上問題ない冷凍機油量を示す指標であり、空気調和装置１００を構成する冷媒回路に予め封入される冷凍機油量で調整されるものである。
　空気調和装置１００が運転中にアキュムレータ９内が二層分離状態になると、油戻し孔２４から冷凍機油が流出しなくなるため、二層分離状態のまま運転が継続されると、徐々にアキュムレータ９に滞留する冷凍機油が増えていく。
余剰冷媒の量によって定まる境界面３１が油開口２３よりも下に位置している場合、油層厚さＭが油層許容厚さＬを超える前に第１油濃度センサ２６が油層を検知するので、第１開閉弁２２が開放される。よって、圧縮機５に貯留されている冷凍機油が不足する前にアキュムレータ９から返油することができる。
また、境界面３１が油開口２３よりも上に位置している場合、徐々に大きくなる油層厚さＭが、油層許容厚さＬより大きくなる前に液面３０が冷媒開口２５に到達する。よって、圧縮機５に貯留されている冷凍機油が不足する前に冷媒開口２５から圧縮機５に返油することができる。すなわち、余剰冷媒がいかなる量であっても、油層厚さＭが油層許容厚さＬを超えることが無い。
油層許容厚さＬは、油開口高さＨ１と出口高さＨ２の長い方に合わせる必要があるため、油開口高さＨ１と出口高さＨ２がほぼ同じ長さになるように油開口２３の位置を設計している。これにより、油層許容厚さＬを最小にすることができ、冷媒回路内に封入する冷凍機油量を最小にすることができる。
以上のように、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、アキュムレータ９内の流体に二層分離が生じて、容器１５の底部に設けられた油戻し孔２４から冷凍機油を圧縮機５に戻せなくなったとしても、余剰冷媒の量で決まる境界面３１の位置によらず、二層分離した油層から冷凍機油を圧縮機５に戻すことができる。
また、油開口高さＨ１と出口高さＨ２がほぼ同じ長さになるように油開口２３の位置を決めているので、冷媒回路に封入する冷凍機油量を少なくすることができ、機器コストを低減することができる。
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係るアキュムレータ１０９の内部構造を示す概略断面図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号を付し、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。
図５において、４１はフロートであり、アキュムレータ１０９に貯留されている流体が形成する液面３０とともに上下するようになっている。フロート４１には、第２油濃度センサ４２が搭載されており、第２油濃度センサ４２が検知する油濃度情報は、信号線２７および溶接端子１９を経由して外部に取り出せるようになっている。
第２油濃度センサ４２は、フロート４１が液面３０に浮かんでいる状態において、液面３０に対して油層許容厚さＬだけ下方向に設置されている。液面３０よりも油層許容厚さＬだけ下に位置する流体の油濃度を検知することで、アキュムレータ１０９内の流体が二層分離して油層と冷媒層が形成されている場合、油層厚さＭが油層許容厚さＬに達したかどうかを判断できるようになっている。
詳細には、第２油濃度センサ４２で検知された油濃度情報は、制御装置５０に送信され、制御装置５０においては、油層厚さＭ＜油層許容厚さＬのときに「油回収不要」、油層厚さＭ≧油層許容厚さＬのときに「油回収必要」、と判断するようになっている。
これにより、実施の形態２における油開口２３の位置は、油戻し孔２４との鉛直方向の距離Ｈ１が許容油層厚さＬより大きくなるようにすることができる。すなわち、アキュムレータ１０９を鉛直方向に大型化しても、許容油層厚さＬを大きくする必要がなく、封入する冷凍機油量を増大させることがない。
また、実施の形態２における油開口２３は、冷媒開口２５との鉛直方向の距離Ｈ２が許容油層厚さＬ以下となる位置に配置されている。これにより、境界面３１が油開口２３よりも高い位置に形成される場合、第２油濃度センサ４２が油層を検知する前に、液面３０が冷媒開口２５に到達する。よって、油層厚さＭが許容油層厚さＬを超えることが無い。
図６は、実施の形態２に係る空気調和装置の制御ブロック図である。図７は、実施の形態２に係る空気調和装置の返油制御動作の流れを示すフローチャートである。以下に、図６および図７を参照して実施の形態２に係るアキュムレータ１０９の返油制御動作について説明する。
図６に示す制御ブロック図において、制御装置５０に内蔵されたデータ取得部５１は、一定間隔で取得している圧力センサ１８の検知情報および第１油濃度センサ２６の検知情報とともに、第２油濃度センサ４２が検知した油濃度情報も取得する。演算部５２は、実施の形態１と同様に、アキュムレータ１０９の温度を演算する。
判定部５３は、第１油濃度センサ２６と第２油濃度センサ４２から得られる油濃度情報に基づいて、第１開閉弁２２の開閉操作を行う返油制御と、膨張弁１０の開度を操作する冷媒回収制御を行う。
続いて、図７に示すフローチャートの各ステップにおける制御装置５０の返油制御動作について説明する。空気調和装置１００の運転が開始されると、ステップ１１では、圧力センサ１８、第１油濃度センサ２６、第２油濃度センサ４２から検知情報を取得する。
続いて、ステップ１２でアキュムレータ１０９の温度Ｔａｃｃを演算し、ステップ１３でアキュムレータ１０９内の流体が二層分離しているかどうかを判定する。ここで、二層分離していないと判断された場合、ステップ１６に移行して第１開閉弁２２を閉止した状態とする。この制御動作は、実施の形態１における制御動作と同じである。
ステップ１３で二層分離していると判断された場合、ステップ１４では、第１油濃度センサ２２からの情報である油濃度Ｏｃ１が油層濃度であるかどうかを判断する。ここでＯｃ１が油層であると判断された場合には、ステップ１５に移行して第１開閉弁２２を開放状態とする。この制御動作も、実施の形態１における制御動作と同じである。
ステップ１４において、Ｏｃ１が油層でないと判断された場合、ステップ１７に移行して第２油濃度センサ４２の検知情報である油濃度Ｏｃ２が油層かどうかを判断する。この制御動作は、油戻し管２１から返油することはできないが、アキュムレータ１０９内に油を滞留させることができない状況、すなわち返油が必要かどうかを確認するものである。
ステップ１７において、Ｏｃ２が油層でない場合は油回収が不要であると判断できるので、ステップ１６に移行し、第１開閉弁２２を閉止した状態を保持する。
Ｏｃ２が油層である場合、油戻し管２１から油を回収することはできないが、圧縮機５に油を戻す必要があると判断できるので、ステップ１８に移行し、冷媒回収運転を開始する。
図８は、冷媒回収運転の制御動作を示すフローチャートである。図８において、冷媒回収運転が開始されると、ステップ２１で膨張弁１０を全開とする。膨張弁１０は、通常、凝縮器出口の過冷却度が目標値になるように開度調整されているが、全開になることで、凝縮器出口に分布していた液冷媒が膨張弁１０の下流に移動し、アキュムレータ１０９内の液冷媒が徐々に増大していくような状況になる。
ステップ２２では、ステップ１１と同様に、アキュムレータ１０９内の冷媒圧力Ｐｓ、第１油濃度センサ２２によるＯｃ１の測定を行う。ステップ２３では演算されたアキュムレータ温度Ｔａｃｃに基づいて二層分離しているかどうかを判断し、二層分離状態でなくなった場合には冷媒回収運転を終了するため、ステップ２９に移行し、膨張弁１０の制御を通常に戻す。
二層分離状態は維持されている場合はステップ２４に移行し、Ｏｃ１に基づいて油戻し管２１からの油回収が可能であるかどうかを判断する。冷媒回収運転を開始した時点ではＯｃ１は油層濃度ではないので、Ｏｃ１が油層濃度になるまでステップ２２～ステップ２４を繰り返して冷媒回収運転を継続する。
ステップ２４において、Ｏｃ１が油層濃度になったことを検知すると、油回収が可能になったと判断してステップ２６に移行し、第１開閉弁２２を開放する。この状態では、冷媒回収運転と油回収運転が同時に行われている。
この状態から、Ｏｃ１が油層濃度でなくなるまでステップ２６とステップ２７を繰り返し行う。ステップ２６でＯｃ１が油層濃度でなくなったことを検知すると、油回収が完了したと判断し、ステップ２８に移行する。
ステップ２８では第１開閉弁２２を閉止して油回収運転を終了し、続いてステップ２９で膨張弁１０を通常制御に戻して冷媒回収運転を完了する。冷媒回収運転を完了すると、再び図７に示す制御フローに戻る。
以上のように、実施の形態２に係るアキュムレータ１０９を備えた空気調和装置によれば、第２油濃度センサ４２によって油回収運転が必要になったことを判定し、油戻し管２１から冷凍機油を回収できるように冷媒回収運転を開始する。この制御動作により、油戻し管２１から確実に冷凍機油を圧縮機５に戻すことができる。
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係るアキュムレータ２０９の内部構造を示す概略断面図である。出口管１７は、容器１５の底部に到達する直管部を有しておらず、第１返油機構である油戻し孔２４は、第２開閉弁４３を経由して出口管１７に接続される構成となっている。
図１０は実施の形態３に係る第２開閉弁４３の制御動作の流れを示すフローチャートである。図１０において、ステップ３１は図４におけるステップ１、ステップ３２は図４におけるステップ２、ステップ３３は図４におけるステップ３の処理と同一である。
二層分離している状態では、容器１５底部は、冷凍機油がほとんど溶解していない冷媒層となっているので、液冷媒を圧縮機５に戻す必要がない。また、二層分離している状態では、アキュムレータ２０９からの返油は第２返油機構である油戻し管２１に委ねられているので、第１返油機構である油戻し孔２４を機能させる必要がない。そのため、ステップ３３で二層分離していると判断すると、ステップ３４で第２開閉弁４３を閉止する。
一方、二層分離していない状態では、容器１５に貯留されている流体は、液冷媒および液冷媒に溶解している冷凍機油であるため、容器１５の底部に開口する油戻し孔２４から圧縮機５に冷凍機油を戻すことができる。そのため、そのため、ステップ３３で二層分離していないと判断すると、ステップ３５で第２開閉弁４３を開放する。
すなわち、実施の形態３に係る空気調和装置１００において、第２開閉弁４３は、二層分離していない状態では常に開放されている一方、二層分離状態にあるときには閉止される。
　以上のように、実施の形態３に係るアキュムレータ２０９を備えた空気調和装置によれば、二層分離している状態では第２開閉弁４３を閉止して容器１５底部の液冷媒を圧縮機５に戻さないようにする。これにより、液バックによる信頼性悪化を防止することができる。
また、二層分離していて、かつ第１油濃度センサ２６が油層を検知していない状態では、第１返油機構である第２開閉弁４３と、第２返油機構である第１開閉弁２２の双方が閉止されている状態となる。よって、必要以上に圧縮機５に液冷媒を戻すことが無く、冷凍サイクルの運転効率を向上させることができる。
また、以上の実施の形態に示した構成は、本開示発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１００　空気調和装置
１　室外ユニット、
２　室内ユニット、
３　ガス管、
４　液管、
５　圧縮機、
６　四方切替弁、
７　室外熱交換器、
８　室外送風機、
９、１０９、２０９　アキュムレータ、
１０　膨張弁、
１１　室内熱交換器、
１２　室内送風機、
１５　容器、
１６　入口管、
１７　出口管、
１８　圧力センサ、
１９　溶接端子、
２１　油戻し管、
２２　第１開閉弁、
２３　油開口、
２４　油戻し孔、
２５　冷媒開口、
２６　第１油濃度センサ、
２７　信号線、
３０　液面、
３１　境界面、
４１　フロート、
４２　第２油濃度センサ、
４３　第２開閉弁、
Ｈ１　油開口高さ、
Ｈ２　出口高さ、
Ｍ　油層厚さ、
Ｌ　油層許容厚さ

Claims (8)

  1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュムレータが順次接続されて構成される冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
    前記アキュムレータは、
    冷媒を貯留する容器と、
    一端が前記蒸発器の出口に接続され、他端が前記容器の内部に開口する入口管と、
    一端が前記圧縮機の入口に接続され、他端が前記容器の内部に開口する出口管と、
    前記容器の底部に開口する第１の返油機構と、
    一端が前記容器の内部に開口し、他端が前記出口管に第１の開閉弁を介して接続された第２の返油機構と、
    前記第２の返油機構の前記開口位置の油濃度を検知する第１の油濃度検知手段と、
    を備え、
    前記第１の油濃度検知手段により検知された油濃度が所定値以上であるときに前記第１の開閉弁を開放し、
    前記第１の油濃度検知手段により検知された油濃度が前記所定値未満であるときに前記第１の開閉弁を閉止する制御手段を備えた、
    冷凍サイクル装置。
  2. 前記第２の返油機構の開口位置と前記第１の返油機構の開口位置との高さ方向の距離である第１長さは、
    前記第２の返油機構の開口位置と前記出口管の開口位置との高さ方向の距離である第２長さと略等しい、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記冷凍サイクル装置は、
    前記容器に貯留される冷媒が二層分離しているかどうかを判定する二層分離検知手段を備えた、
    請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記冷凍サイクル装置は、
    前記容器の内部に貯留される冷媒の液面とともに上下に移動するフロートと、
    前記フロートに設置され、前記液面から所定長さだけ鉛直下方の位置の油濃度を検知する第２の油濃度検知手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記第１の油濃度検知手段により検知された油濃度が前記所定値未満であり、かつ、
    前記第２の油濃度検知手段により検知された油濃度が前記所定値以上のとき、前記膨張弁の開度を大きくする冷媒回収モードを開始する、
    請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記冷凍サイクル装置が前記冷媒回収モードであって、
    前記第１の油濃度検出手段により検知された油濃度が前記所定値以上の状態から前記所定値未満の状態に変化したとき、前記冷媒回収モードを終了する、
    請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記第２長さは前記所定長さ以下であり、かつ、前記第１長さは前記所定長さ以上である
    請求項４～５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記第１の返油機構は、前記出口管の管壁に設けられた孔である
    請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記第１の返油機構は、第２の開閉弁を介して前記出口管に接続された返油回路であり、前記第２の開閉弁は、
    前記二層分離検知手段が二層分離を検知していないときに開放され、前記二層分離検知手段が二層分離を検知しているときに閉止される、
    請求項１～４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
PCT/JP2023/003718 2023-02-06 2023-02-06 冷凍サイクル装置 WO2024166152A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/003718 WO2024166152A1 (ja) 2023-02-06 2023-02-06 冷凍サイクル装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/003718 WO2024166152A1 (ja) 2023-02-06 2023-02-06 冷凍サイクル装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024166152A1 true WO2024166152A1 (ja) 2024-08-15

Family

ID=92262113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/003718 WO2024166152A1 (ja) 2023-02-06 2023-02-06 冷凍サイクル装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024166152A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011163671A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Mitsubishi Electric Corp 受液器及びそれを用いた冷凍サイクル装置
JP2012154509A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Mitsubishi Electric Corp 空気調和機
WO2016117128A1 (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 三菱電機株式会社 空気調和装置
WO2017085813A1 (ja) * 2015-11-18 2017-05-26 三菱電機株式会社 空気調和装置
JP2022054834A (ja) * 2020-09-28 2022-04-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 空気調和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011163671A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Mitsubishi Electric Corp 受液器及びそれを用いた冷凍サイクル装置
JP2012154509A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Mitsubishi Electric Corp 空気調和機
WO2016117128A1 (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 三菱電機株式会社 空気調和装置
WO2017085813A1 (ja) * 2015-11-18 2017-05-26 三菱電機株式会社 空気調和装置
JP2022054834A (ja) * 2020-09-28 2022-04-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 空気調和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3683524B1 (en) Refrigeration apparatus
JP4245064B2 (ja) 空気調和装置
JP5011957B2 (ja) 空気調和装置
JP6366742B2 (ja) 空気調和装置
JP5130910B2 (ja) 空気調和装置及び冷媒量判定方法
JP2004263995A (ja) 空気調和装置
JP2004218865A (ja) 冷凍装置及び冷凍装置の冷媒量検出方法
JP2009079842A (ja) 冷凍サイクル装置およびその制御方法
JP2002277078A (ja) 冷凍サイクル
KR20080022593A (ko) 공기 조화 장치
EP2873935A1 (en) Freezer
JP2003262418A (ja) 冷凍空調装置
EP3217123A1 (en) Air-conditioning/hot water-supply system
EP2865970A1 (en) Freezer
JP3937884B2 (ja) 冷凍空調装置
JP2011012958A (ja) 冷凍サイクル装置の制御方法
JP6103027B2 (ja) 冷凍装置
JP2016211774A (ja) 冷凍装置
WO2024166152A1 (ja) 冷凍サイクル装置
JP5035022B2 (ja) 空気調和装置および冷媒量判定方法
JP2003090634A (ja) 冷凍装置
JP2002277079A (ja) 冷凍サイクル
JP2009210143A (ja) 空気調和装置および冷媒量判定方法
JP2016095040A (ja) 冷凍装置の油分離装置
JP2008111584A (ja) 空気調和装置