(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧シェル型の第１圧縮機の吐出ポートと凝縮器との間にオイルセパレータを介在させ、該オイルセパレータで分離されたオイルを油戻し流路を通って前記第１圧縮機に戻すように構成した空気調和装置において、
前記油戻し流路と並列に設けた第１バイパス流路と、
当該第１バイパス流路を開閉する第１制御弁と、
前記第１圧縮機と並列に配置され、該第１圧縮機の起動開始時又は起動開始後に起動される第２圧縮機と、
該第２圧縮機の吐出ポート及び吸入ポートを接続する第２バイパス流路と、
該第２バイパス流路を開閉する第２制御弁と、
前記第１制御弁と第前記２制御弁を開放制御する弁制御部と、を備え、
前記弁制御部は、前記第１圧縮機の起動開始時から前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機内の液冷媒が全て蒸発する所定時間経過後までの間、前記第１制御弁を開放させて、当該圧縮機から吐出される液冷媒及び含有オイルを前記第１バイパス流路に流通させるとともに、
前記弁制御部は、前記第１圧縮機の起動開始時から前記第１圧縮機及び前記第２圧縮機内の液冷媒が全て蒸発する所定時間経過後までの間で、かつ前記第２圧縮機の起動開始前は、前記第２制御弁を開放制御する
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記第１圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力及び吐出温度に基づいて当該冷媒の状態を判断する冷媒状態判断部をさらに備え、
前記弁制御部は、前記第１圧縮機の起動開始時から前記冷媒状態判断部によって冷媒が飽和又は過熱状態と判断されるまでの間、前記第１制御弁を開放させる
ことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記第１圧縮機の単位時間当たりの吐出量の上限を、前記第１バイパス流路の単位時間当たりに流すことができる流量に基づいて設定する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧シェル型圧縮機を有した空気調和装置に関し、特に起動初期段階での圧縮機の油面低下を防止できる空気調和装置に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、絞り機構、蒸発器をこの順に連結した冷媒回路を形成し、この冷媒回路内に冷媒を流通させることにより空気調和機能を営むものである。かかる空気調和装置においては、圧縮機の吐出ポートと凝縮器との間にオイルセパレータを介在させ、該オイルセパレータで分離されたオイルが油戻し流路を通って前記圧縮機に戻るように構成されている。
【０００３】
また、この構成に加えて、圧縮機の吐出ポートと吸入ポートとの間に、油戻し流路に並列して、制御弁を有したバイパス流路を形成し、何らかの不測の要因による吐出ポート圧（高圧）の増大や吸入ポート圧（低圧）の低下を、このバイパス流路を開放することにより防止するようにしたものも知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−３１８１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された構成は、ガス配管の高低圧の調整を行うことのみを目的としたものであり、圧縮機が起動したときに液冷媒が多量のオイルを含んで室内機側に流出してしまうことについては、なんら考慮されていない。
【０００５】
この種の空気調和装置は、外気温が低く、長期間停止していたときには多量の液冷媒が圧縮機に貯留された状態になる。この状態で圧縮機を起動すると、貯留されていた液冷媒に加えて、圧縮機内の気体冷媒が凝縮されてできた液冷媒も吐出され、オイルセパレータが油戻し流路によって圧縮機に戻すことができる液成分の量を超えてしまうため、多量の液冷媒とそれに含まれるオイルが室内機側に流出してしまう。その結果、配管長の長いマルチ機種では、室内機側に流出したオイルが圧縮機に戻るまで、数十分間かかる場合があり、長時間、圧縮機の油面低下が継続するという不具合が生じ得る。また、仮に配管長が短い場合でも、圧縮機シェル内の温度が低い間は、冷媒の凝縮によって新たに液冷媒が発生しつづけるため、液冷媒が全て蒸発するのに数十分かかり、圧縮機の油面低下が長時間に及ぶ場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、従来のガス配管を利用しつつも、圧縮機起動時にオイルを含んだ液冷媒が室内機側に流出するのを防ぐとともに、短時間で圧縮機内の温度を上昇させることによって、圧縮機の油面低下を解消することを所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は高圧シェル型圧縮機の吐出ポートと凝縮器との間にオイルセパレータを介在させ、該オイルセパレータで分離されたオイルを油戻し流路を通って前記圧縮機に戻すように構成した空気調和装置において、前記油戻し流路と並列に設けたバイパス流路と、当該バイパス流路を開閉する制御弁と、前記制御弁を開放制御する弁制御部と、を備え、前記弁制御部は、前記圧縮機の起動開始時から所定時間経過後までの間、前記制御弁を開放させて、当該圧縮機から吐出される液冷媒及び含有オイルを前記バイパス流路に流通させることを特徴としている。
【０００８】
このようなものであれば、圧縮機の起動から所定期間、バイパス流路を開放するので、圧縮機から吐出された液冷媒とそれに含まれるオイルとを、オイルセパレータから油戻し流路だけでなくバイパス流路にも並列して流し、圧縮機へ戻すことができる。つまり、オイルセパレータから圧縮機へのオイルの戻し量を増加させることができるので、オイルセパレータから室内機側に液冷媒とともにオイルが流出することを防ぐことができる。
【０００９】
さらに、起動時にバイパス流路を開放することによって、圧縮機から吐出された高温、高圧の冷媒の一部を低温の圧縮機に戻すことができるので、バイパス流路を開放しない場合に比べて短時間で圧縮機内の温度を上昇させることができる。その結果、液冷媒が室内機側に流出せず、圧縮機内の温度が短時間で上昇することから、全ての液冷媒が蒸発して、圧縮機の油面低下が解消されるまでの時間が短くなる。
【００１０】
また、所定期間だけバイパス流路を開放し、液冷媒が蒸発した後はバイパス流路を閉塞することにより、通常運転時には冷媒がバイパス流路を経由して圧縮機に戻ることを阻害することができるので、バイパス流路を設けたことによる運転効率の低下を防止することができる。
【００１１】
加えて、何らかの原因で高圧ガス配管が高圧になりすぎる、あるいは低圧ガス配管が低圧になりすぎる場合には、バイパス流路を開放することによって高低圧の調整を行うことができる。
【００１２】
起動時にオイルセパレータから室内機側にオイルが流出するのを防ぎつつ、圧縮機から液冷媒が排出されなくなった時点を検出できれば、その時点で、バイパス流路を閉塞し、通常運転に切り替えることにより、バイパス流路が開放される前記所定期間を最小限にすることができて、空気調和装置の運転効率を向上させることが可能になる。そのためには、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力及び吐出温度に基づいて当該冷媒の状態を判断する冷媒状態判断部をさらに備え、前記弁制御部は、前記圧縮機の起動開始時から前記冷媒状態判断部によって冷媒が飽和又は過熱状態と判断されるまでの間、前記制御弁を開放させるものが好ましい。
【００１３】
バイパス流路の本来の機能であるガス配管の高低圧調整機能を損なうこと無く、起動時におけるオイルセパレータから圧縮機への液冷媒の戻し量を増加させるためには、前記圧縮機の単位時間当たりの吐出量の上限を、前記バイパス流路の単位時間当たりに流すことができる流量に基づいて設定するものであればよい。
【００１４】
起動時に停止している圧縮機のシェル内の圧力を低下させることにより、液冷媒を蒸発させることができれば、停止している圧縮機内に液冷媒が貯留されるのを防ぐことが可能となる。そのためには、前記圧縮機と並列に配置され、該圧縮機の起動開始時又は起動開始後に起動される第２圧縮機と、該第２圧縮機の吐出ポート及び吸入ポートを接続する第２バイパス流路と、該第２バイパス流路を開閉する第２制御弁と、をさらに備え、前記弁制御部は、前記圧縮機の起動開始時から所定時間経過後までの間で、かつ前記第２圧縮機の起動開始前は、前記第２制御弁を開放制御するものが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
このように本発明によれば、既存の高低圧調整用のバイパス流路を利用し、本来の機能を損なうことなく起動時の液冷媒及び含有オイルの戻し量を増加させることができ、オイルセパレータから室内機側へ液冷媒とともにオイルが多量に流出するのを防ぐことができる。さらに、高温、高圧の冷媒を圧縮機に戻すことにより、圧縮機内部の温度を上昇させ、短時間で液冷媒を蒸発させることができる。従って、短時間で圧縮機の油面低下を解消することができる。この効果は特に配管の長いマルチ機種において顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態に係る空気調和装置１００は、図１の回路構成図に示すように、室内機Ｂと室外機Ａとから構成される。
【００１８】
前記室内機Ｂは、図１に示すように、第２の絞り機構Ｂ１と蒸発器Ｂ２を複数並列に配置した、マルチ機種としている。
【００１９】
前記室外機Ａは、２つの並列に配置された第１圧縮機１ａと第２圧縮機１ｂと、オイルセパレータ３と、冷暖房の切り替えを行う四方弁Ａ１と、熱交換を行う凝縮器Ａ２と、第１の絞り機構Ａ３及びそれに並列に接続された逆止弁Ａ４と、室内機Ｂと接続されるポートＡ５と、室内機から戻ってきた冷媒の気液分離を行うアキュームレータＡ６とが、配管によって接続されている。
【００２０】
前記圧縮機１ａ、１ｂ周辺の配管について詳述する。
【００２１】
前記圧縮機１ａ、１ｂの吐出ポート１１ａ、１１ｂから前記オイルセパレータ３には冷媒を吐出するための高圧配管１５が接続されており、吸入ポート１２ａ、１２ｂには、冷媒を吸入する低圧配管１４が接続されている。前記オイルセパレータ３から前記低圧配管１４にはオイルを戻す油戻し流路４が設けられており、その油戻し流路４と並列してバイパス流路５が設けられている。第１圧縮機１ａと第２圧縮機１ｂの吸入ポート１ｂ側の低圧配管１４との間には、第１均油流路７ａが設けられ、第２圧縮機１ｂと第１圧縮機１ａの吸入ポート１ａ側の低圧配管１４との間には第２均油回路７ｂが設けられている。
【００２２】
各部について説明する。
【００２３】
前記第１圧縮機１ａと第２圧縮機１ｂは、高圧シェル型の圧縮機であり、第１圧縮機１ａは可変速圧縮機である。本実施形態では第１圧縮機１ａが起動時には先に動作するように構成している。
【００２４】
前記オイルセパレータ３は、前記圧縮機１ａ、１ｂから吐出された液冷媒あるいはオイルと気体冷媒を分離し、液体成分は前記油戻し流路４に戻し、気体冷媒は室内機側に流すように構成されたものである。このオイルセパレータ３から気体冷媒を室内機Ｂ側に流す配管には冷媒の圧力を計測する圧力センサ９が設けられている。
【００２５】
前記高圧ガス配管１５は、各吐出ポート１１ａ、１１ｂから延出し、合流した後にオイルセパレータ３に接続されたものである。合流点Gと各圧縮機１ａ、１ｂとの間には、高圧配管１５から各圧縮機１ａ、１ｂに冷媒が逆流しないように逆止弁１３ａ、１３ｂが設けられており、その逆止弁１３ａ、１３ｂと各圧縮機１ａ、１ｂとの間には温度センサ８ａ、８ｂが設けられている。この温度センサ８ａ、８ｂは両方の配管に取り付けられて、各圧縮機１ａ、１ｂから吐出された冷媒の温度を計測するものである。
【００２６】
前記低圧ガス配管１４は、アキュームレータＡ６から延出し、分岐点Ｄで分岐して各吸入ポート１ａ、１ｂに接続されている。
【００２７】
前記油戻し流路４は、低圧配管１４に分岐点ＤとアキュームレータＡ６との間で接続されており、その途中には通過する流体の減圧を行う油戻し流路減圧部４２が設けられている。
【００２８】
前記バイパス流路５は、前記油戻し流路４の油戻し流路減圧部４２の上流から前記低圧配管１４の前記油戻し流路４の接続箇所４３とアキュームレータＡ６との間に接続されるものである。このバイパス流路５は高圧配管１５と低圧配管１４との間の圧力調整を行うものであり、高低圧の調整を行うのに適した流量を流すことができるように設計されるものである。さらに、本実施形態では前記バイパス流路５の開閉を行う制御弁５１を設けている。
【００２９】
前記制御弁５１は、開閉信号を受信して開閉するリモートコントロール可能なものであり、その開閉制御は図１には図示しない弁制御機構６が行う。この弁制御機構６は、例えば、専用の電気回路やコンピュータで構成されたものである。
【００３０】
前記弁制御機構６は、図２に示すように、少なくとも冷媒状態判断部６１と弁制御部６２とから構成される。
前記冷媒状態判断部６１は、図２に示すように、温度センサ８ａ、８ｂの計測した圧縮機１ａ、１ｂの冷媒温度と、圧力センサ９の計測した冷媒圧力とから、冷媒状態を判断するように構成されている。
【００３１】
前記弁制御部６２は、前記冷媒状態判断部６１が示す冷媒状態に応じて、前記制御弁５１に開閉を指令するものである。
【００３２】
次に、起動時の制御方法について液冷媒の挙動とあわせて説明する。
【００３３】
まず、本実施形態では前記第１圧縮機１ａだけを起動させて、それと同時に前記弁制御部６２が前記制御弁５１の開放を指令する。圧縮機１ａから吐出された液冷媒とそれに含まれるオイルとは、オイルセパレータ３から油戻し流路４あるいはバイパス流路５を経由して低圧配管１４から圧縮機１ａ、１ｂに戻る。
【００３４】
制御弁５１の開放状態は、温度センサ８ａ、８ｂが計測した温度と、圧力センサ９が計測した圧力とから、前記冷媒状態判断部６１が、冷媒が飽和または過熱状態であると判断する、つまり、液冷媒が全ての圧縮機１ａ、１ｂに存在しないと判断するまで維持する。この冷媒状態の判断の一例としては、圧力センサ９の計測した冷媒圧力からを算出された飽和温度に対して、温度センサ８ａ、８ｂで冷媒の温度から過熱度が５Ｋよりも大きいと算出されれば、圧縮機１ａ、１ｂ内には液冷媒が存在しないと判断するものが挙げられる。
【００３５】
また、前記バイパス流路５を開放している期間では、前記第１圧縮機１ａの単位時間当たりの吐出量を前記バイパス流路５が流すことができる液冷媒の単位時間当たりの流量に合わせて制限を行っている。このバイパス流路５が流すことができる単位時間あたりの流量は、例えば、バイパス流路５の管径や、バイパス流路５にかけることができる圧力などによって決まる。なお、吐出量の制限は、前記第１圧縮機１ａの回転数を制御することによって行われる。
【００３６】
前記制御弁５１が開放されている間は、液冷媒は、前記圧縮機１ａ、１ｂ、オイルセパレータ３、油戻し流路４あるいはバイパス流路５、前記圧縮機１ａ、１ｂの順に循環し続ける。また、前記第１圧縮機１ａから吐出された高温、高圧のガスの一部はバイパス流路５を経由して前記圧縮機１ａ、１ｂに戻り、それらの内部の温度を上昇させる。その結果、液冷媒は蒸発していく。
【００３７】
前記冷媒状態判断部６１が、すべての圧縮機１ａ、１ｂの温度が上昇し、液冷媒が蒸発して存在しないと判断したら、制御弁５１を閉じ、停止していた圧縮機１ｂも起動させ、通常運転に移行する。
【００３８】
このように、第１の実施形態によれば、制御弁５１によって、起動時にバイパス流路５を開放するので、第１圧縮機１ａから吐出された液冷媒とそれに含まれるオイルとを、オイルセパレータ３から油戻し流路４あるいはバイパス流路５を経由して圧縮機１ａ、１ｂに戻すことにより、オイルの戻し量を増やすことができる。その結果、外気温が低く、長期間停止していたことにより圧縮機１ａ、１ｂに内に液冷媒が貯留されていたとしても、オイルが室内機Ｂ側に流出するのを防ぐことができる。
【００３９】
また、バイパス流路５を開放することによって、第１圧縮機１ａから高温、高圧のガスの一部を圧縮機１ａ、１ｂに戻すことができ、圧縮機１ａ、１ｂ内部の温度上昇を促進し、吐出された液冷媒は、前記オイルセパレータ３を経由して、油戻し流路４あるいはバイパス流路５にも流れて、圧縮機１ａに戻るという循環を繰り返すので、短時間で蒸発させることができる。
【００４０】
そして、これらの効果から、圧縮機１ａ、１ｂにクランクケースヒータなどを用いなくても、圧縮機の油面低下を短時間で解消することができる。
【００４１】
さらに、圧縮機１ａ、１ｂと逆止弁１３ａ、１３ｂとの間に設けられた温度センサ８ａ、８ｂが計測した圧力とオイルセパレータ３の下流に設けられた圧力センサ９が計測した温度とから冷媒状態判断部６１が、冷媒が飽和または過熱状態であるかどうかを判断することができる。その状態判断によって、バイパス流路５の開放期間を決定するので、全ての圧縮機１ａ、１ｂから液冷媒が排出されなくなった時点でバイパス流路５を閉じて、通常運転に移行することができる。その結果、空気調和装置１００の運転効率を向上させることができる。
【００４２】
また、バイパス流路５が流すことができる流量に基づいて、起動時の第１圧縮機１ａの単位時間当たりの吐出量の上限を決定しているので、オイルセパレータ３から室内機Ｂ側への液冷媒の流出を防ぐことができる。さらに、起動時の制御はバイパス流路５を基準にして決められているので、バイパス流路５は、液冷媒を流すために新たに設計しなおす必要が無い。従って、高低圧調整機能が損なわれることが無く、従来のものを使用することができ、新たなコストアップを招かない。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下に示す説明において、第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
【００４４】
この第２実施形態での空気調和装置１００は、図３の回路構成図に示すように、前記第１実施形態の空気調和装置１００に、起動時は停止している圧縮機１ｂに吐出ポート１１ｂ及び吸入ポート１２ｂを接続する第２バイパス流路１０をさらに設けたものである。
【００４５】
前記第２バイパス流路１０は、高圧配管１５の吐出ポート１１ｂと合流点Ｇとの間から低圧配管の分岐点Ｄと吸入ポート１２ｂの間とを接続するものであって、その途中には第２制御弁１１が設けられている。
【００４６】
この実施形態では、弁制御機構６は、図４に示すように、制御弁５１の開閉制御だけでなく前記第２制御弁の開閉制御も行う。起動時の制御弁５１の開閉制御は先の実施形態と同様であり、前記第２バイパス制御弁１１も、起動時から冷媒状態判断部６１が圧力センサ９の圧力と温度センサ８ａ、８ｂの温度とから、全ての圧縮機１ａ、１ｂに液冷媒が存在しないと判断するまで開放されている。
【００４７】
このように、この実施形態では、圧縮機１ｂのシェル内を低圧側の配管に接続してあり、第２制御弁５１を開放することによって、停止している圧縮機１ｂのシェル内の圧力を低下させることができ、圧縮機１ｂのシェル内の液冷媒を蒸発させることができる。
【００４８】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４９】
バイパス流路の制御弁は、開閉弁ではなく、可変容量の膨張弁を用いても構わない。
【００５０】
例えば、冷媒状態判断部を用いずに、液冷媒が全て蒸発するまでの時間を実験的に求めるなどして、制御弁によってバイパス流路を開放する時間を決めても良い。
【００５１】
前記実施形態では、単位時間当たりの流量を圧縮機の回転数によって制御していたが、可変容量の圧縮機を用いても構わない。
【００５２】
起動時における圧縮機の単位時間当たりの上限吐出量は、バイパス流路が流すことができる流量から決められていたが、例えば、逆に、起動時に流したい液冷媒の量から、バイパス流路が流すことができる流量を決めてもよい。
【００５３】
冷媒状態を判断するために使用される温度センサを圧縮機の両方に設けるのではなく、片側だけに設けてもよい。その場合、例えば、過熱度による判定をより安全側に設定しておけば、液冷媒が室内機側に流出するのを防ぐことができる。
【００５４】
温度センサが圧縮機の吸入ポートと分岐点との間の低圧配管に設けられていても構わない。
【００５５】
その他、本発明は前記図示例や実施形態に限られず、その主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施形態における冷媒回路の構成図。
【図２】同実施形態における弁制御機構の機能ブロック図。
【図３】本名発明の別の実施形態における冷媒回路の構成図。
【図４】別の実施形態における弁制御機構の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００５７】
１００・・・空気調和装置
１ａ、１ｂ・・・圧縮機
１１ａ、１１ｂ・・・吐出ポート
Ａ２・・・凝縮器
３・・・オイルセパレータ
４・・・油戻し流路
５・・・バイパス流路
５１・・・制御弁
６２・・・弁制御部
６１・・・冷媒状態判断部
１ｂ・・・第２圧縮機
１２ｂ・・・吸入ポート
１０・・・第２バイパス流路
１１・・・第２制御弁
【図１】
0005473213.tif 000002
【図２】
0005473213.tif 000003
【図３】
0005473213.tif 000004
【図４】
0005473213.tif 000005