(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、膨張装置、室外側熱交換器及びこれらを順次接続する冷媒管からなるものにおいて、上記圧縮機の吐出口と四方弁の間に油分離器を設け、かつ該油分離器と上記圧縮機の吸入口の間に上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも高い場合に対応した流路抵抗を有する第１の絞り器を含むバイパス経路と、上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも低い場合に対応し、前記第１の絞り器の流路抵抗より小さい流路抵抗を有する第２の絞り器と開閉弁を含むバイパス経路を設け、かつ上記圧縮機の運転周波数を空気調和装置への負荷に応じて制御するとともに圧縮機の運転周波数に応じて上記開閉弁を制御する制御手段を設けて、該制御手段により上記圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき上記開閉弁を開成する構成とし、そして、圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき、その運転時間を計測して該運転時間が第１の指定時間になれば、上記開閉弁を閉成するとともに上記圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数より高い周波数の第２の指定周波数で運転して該運転時間を計測し、該第２の指定周波数による運転時間が第２の指定時間になると、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数にて運転するようにしたことを特徴とする空気調和装置の冷凍サイクル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置の冷凍サイクルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和装置冷凍のサイクルによるは、図６に示すように構成されている。即ち、該空気調和装置は圧縮機１、四方弁２、室内側熱交換器３、膨張装置４、室外側熱交換器５、冷媒管６、室内側送風機７及び室外側送風機８で構成されている。
【０００３】
このような構成において、冷房の場合、冷媒の流れは実線矢印に示すように流れ、圧縮機１から吐出した冷媒は四方弁２を経て室外側熱交換器５で凝縮し、室外空気に排熱した後、膨張装置４で低温低圧になり、室内側熱交換器３に流入し、室内空気を冷却して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁２を経た後、再び圧縮機１に吸入される。
【０００４】
又、暖房の場合、冷媒の流れは点線矢印に示すように流れ、圧縮機１から吐出した冷媒は四方弁２を経て室内側熱交換器３で凝縮し、室内空気を加熱した後、膨張装置４で低温低圧になり、室外側熱交換器５に流入し、室外空気から受熱して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁２を経た後、再び圧縮機１に吸入される。
【０００５】
圧縮機１には機構部の潤滑のために冷凍機油が封入されており、この冷凍機油が圧縮機１から流出しにくい機構になっているが、現状では圧縮機１から吐出される冷媒の中に少量の冷凍機油も吐出される。現在、空気調和装置で使用されている冷媒フロン２２は、冷凍機油と相溶性があるので該冷凍機油は冷媒に溶け込んで室内側熱交換器３や室外側熱交換器５を経て再び圧縮機１に戻ってくるので、冷凍サイクルは支障なく運転される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、オゾン層破壊問題でＨＣＦＣ系フロンであるフロン２２は２００４年から２０２０年の間に順次削減することとなっており、オゾン層破壊係数が０であるＨＦＣ系フロン等に切り替える必要がある。代替冷媒として有力なＨＦＣ系フロンには、３種混合冷媒Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ：２３／２５／５２ｗｔ％）、２種混合冷媒Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５：５０／５０ｗｔ％）があるが、上記代替冷媒と、従来の冷凍機油として使用されている鉱物油とは相溶性が小さく、圧縮機１から吐出した冷凍機油は冷媒に混入して戻る割合が非常に少なくなり、このため、圧縮機内の冷凍機油の量が不足し潤滑不良を起こす惧れがある。
【０００７】
ところで、上記代替冷媒と相溶性のある冷凍機油として、ポリエステル系の冷凍機油やポリエーテル系の冷凍機油が開発されているが、ポリエステル系の冷凍機油は吸湿性があり、加水分解しやすいが、工程油等の不純物が混入するとスラッジができやすいと云う問題がある。又、ポリエーテル系の冷凍機油は吸湿性があるが、コスト、供給性が不透明であると云う問題がある。そこで、冷凍機油としては、従来の鉱物油、ポリエステル系の冷凍機油やポリエーテル系の冷凍機油等から選ぶことになるが、何れにしても、冷媒との相溶性が劣るものと予想され、冷凍機油の戻りに対する対策が必要である。
【０００８】
大型の空気調和装置等で冷凍機油の戻りの悪い場合、従来では図７に示すように、圧縮機１の吐出口と吸入口の間に油分離器９及び絞り器１０からなるバイパス経路を設け、圧縮機１から吐出した冷媒中に含まれる冷凍機油は油分離器９で分離され、分離された冷凍機油は絞り装置１０を経て圧縮機１に吸入されるようになっている。絞り器１０はキャピラリーチューブや膨張弁が用いられ、流路抵抗が大きすぎると、冷凍機油が十分に流れず、又流路抵抗が小さすぎると、冷媒が多量に流れて本来の空気調和装置としての能力が減少するので、適当な流路抵抗のものが用いられる。
【０００９】
この装置によれば、圧縮機１から吐出した冷凍機油は殆ど油分離器９で分離され、圧縮機１に再び吸入される。しかし乍ら、一定の圧縮機回転数で運転される冷凍サイクルでは問題無く冷凍機油が戻るが、現在、主流となっているインバータ圧縮機を用いて圧縮機の運転周波数の制御により容量制御を行うエアコンにおいては、圧縮機の運転周波数が低い場合には、圧縮機から吐出して冷凍サイクル中に循環する冷凍機油は、冷媒の流速が小さいため、なかなか圧縮機１まで戻らないと云う問題が起こり、圧縮機内の冷凍機油の量が不足し潤滑不良を起こす惧れがある。従って、本発明の目的とするところは、代替冷媒として有力なＨＦＣ系フロン或いはその混合物においても冷凍機油の戻りが十分に行われる空気調和装置の冷凍サイクルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の技術の問題点を鑑みてなされたものであり、請求項１に記載された空気調和装置の冷凍サイクルは、圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、膨張装置、室外側熱交換器及びこれらを順次接続する冷媒管からなるものにおいて、上記圧縮機の吐出口と四方弁の間に油分離器を設け、かつ該油分離器と上記圧縮機の吸入口の間に上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも高い場合に対応した流路抵抗を有する第１の絞り器を含むバイパス経路と、上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも低い場合に対応し、前記第１の絞り器の流路抵抗より小さい流路抵抗を有する第２の絞り器と開閉弁を含むバイパス経路を設け、かつ上記圧縮機の運転周波数を空気調和装置への負荷に応じて制御するとともに圧縮機の運転周波数に応じて上記開閉弁を制御する制御手段を設けて、該制御手段により上記圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき上記開閉弁を開成する構成とし、そして、圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき、その運転時間を計測して該運転時間が第１の指定時間になれば、上記開閉弁を閉成するとともに上記圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数より高い周波数の第２の指定周波数で運転して該運転時間を計測し、該第２の指定周波数による運転時間が第２の指定時間になると、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数にて運転するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、冷房運転の場合、圧縮機から吐出した冷媒は油分離器、四方弁を経て室外側熱交換器で凝縮し、室外空気に排熱した後、膨張装置で低温低圧になり、室内側熱交換器に流入し、室内空気を冷却して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁を経た後、再び圧縮機に吸入される。又、暖房の場合、圧縮機から吐出した冷媒は油分離器、四方弁を経て室内側熱交換器で凝縮し、室内空気を加熱した後、膨張装置で低温低圧になり、室外側熱交換器に流入し、室外空気から受熱して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁を経た後、再び圧縮機に吸入される。
【００１８】
そして、上記冷房及び暖房運転の何れにおいても、油分離器で分離された冷凍機油は上記第１の絞り器、第２の絞り器を経由して圧縮機に吸入され、しかも、制御手段により圧縮機の運転周波数に応じて上記開閉弁を制御するようにして、圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき、その運転時間を計測して該運転時間が第１の指定時間になれば、上記開閉弁を閉成するとともに上記圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数より高い周波数の第２の指定周波数で運転して該運転時間を計測し、該第２の指定周波数による運転時間が第２の指定時間になると、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数にて運転する。その結果、圧縮機から吐出された冷凍機油の戻りを、圧縮機の運転周波数に応じて、更に確実に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に従って詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を示す空気調和装置の冷凍サイクルを示す図であり、従来と同一部分には同一符号を付している。
【００２３】
従って、図中１は圧縮機、２は四方弁、３は室内側熱交換器、４は膨張装置、５は室外側熱交換器、６は冷媒管、７は室内側送風機、８は室外側送風機、９は油分離器、１０は絞り器（以下、第１の絞り器という）である。そして、本発明の特徴とする構成は、上記第１の絞り器１０に並列に第２の絞り器１１と開閉弁１２とからなるバイパス経路を設けた点にある。このような構成において、第１の絞り器１０と第２の絞り器１１はキャピラリーチューブや膨張弁が用いられ、流路抵抗が大きすぎると十分に冷凍機油が流れず、又流路抵抗が小さすぎると冷媒が多量に流れて本来の空気調和装置の能力が低下するので、適当な流路抵抗のものが用いられる。
【００２４】
又、第１の絞り器１０の流路抵抗は第２の絞り器１１の流路抵抗より大きくしており、第１の絞り器１０の流路抵抗は圧縮機１の運転周波数が標準から高周波に対応した流路抵抗とし、一方第２の絞り器１１の流路抵抗は圧縮機の運転周波数が低周波数に対応し流路抵抗としている。又、本発明では、制御装置１３により、圧縮機１の運転周波数を空気調和装置の負荷及び運転時間に応じて制御したり、或いは圧縮機１の運転周波数に応じて開閉弁１２を制御する構成となっている。以下、本発明の冷凍サイクルの動作を説明する。
【００２５】
［冷房運転］
冷房運転の場合、冷媒の流れは実線矢印に示すように流れ、圧縮機１から吐出した冷媒は油分離器９、四方弁２を経て室外側熱交換器５で凝縮し、室外空気に排熱した後、膨張装置４で低温低圧になり、室内側熱交換器３に流入し、室内空気を冷却して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁２を経た後、再び圧縮機１に吸入される。
【００２６】
［暖房運転］
又、暖房の場合、冷媒の流れは点線矢印に示すように流れ、圧縮機１から吐出した冷媒は油分離器９、四方弁２を経て室内側熱交換器３で凝縮し、室内空気を加熱した後、膨張装置４で低温低圧になり、室外側熱交換器５に流入し、室外空気から受熱して蒸発する。蒸発して気化した冷媒は四方弁２を経た後、再び圧縮機１に吸入される。尚、上記冷房及び暖房運転の何れにおいても、油分離器９で分離された冷凍機油は上記第１の絞り器１０、第２の絞り器１１を経由して圧縮機１に吸入される。
【００２７】
図２は開閉弁１２の制御フローを示しており、このフローから明らかなように、先ず、ステップＳ１で空気調和装置の負荷を算定し、次いでステップＳ２において圧縮機運転周波数の設定を行う。そして、ステップＳ３で圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１と比較し、圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１以上のときは、開閉弁１２を閉成（ステップＳ５）し、指定周波数ｆ１より低いとき（ステップＳ４）は開閉弁１２を開成する。
【００２８】
即ち、圧縮機１の運転周波数は空気調和装置の負荷に応じて最低周波数ｆminから最高周波数ｆmaxの範囲で制御されるが、圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１以上のときは、開閉弁１２は閉成し、圧縮機１から吐出し油分離器９で分離された冷凍機油は第１の絞り器１０を経て圧縮機１に吸入される。又圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１以下のときは、開閉弁１２は開成し、圧縮機１から吐出し油分離器９で分離された冷凍機油は主に流路抵抗の小さい第２の絞り器１１及び開閉弁１２を経て圧縮機１に吸入される。圧縮機の運転周波数が低いときは、圧縮機の吐出出力と吸入圧力の差が小さいが、第２の絞り器１１の流路抵抗も小さいことから、冷凍機油は十分に圧縮機に吸入される。
【００２９】
次に、本発明の他の実施の形態の制御フローを図３に従って説明する。この実施の形態では、先ず、ステップＳ１で空気調和装置の負荷を算定し、次いでステップＳ２において圧縮機運転周波数の設定を行う。
【００３０】
そして、ステップＳ３において圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１より低いと判断したとき、開閉弁１２を開成（ステップＳ６）するとともに圧縮機の運転時間Ｔｆ１を計測し（ステップＳ７〜Ｓ９）、運転時間Ｔｆ１が第１の指定時間Ｔ１になれば、開閉弁１２を閉成（ステップＳ１０）するとともに圧縮機１の運転周波数を第１の指定周波数ｆ１より高い第２の指定周波数ｆ２に切り替えて運転し（ステップＳ１１）し、その運転時間Ｔｆ２を計測する（ステップＳ１２）。
【００３１】
そして、第２の指定周波数ｆ２での運転時間Ｔｆ２が第２の指定時間Ｔ２になると（ステップＳ１３〜Ｓ１４）、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数で運転を繰り返す。
【００３２】
一般に、圧縮機１から吐出し油分離器９で分離されずに冷凍サイクル中に循環した冷凍機油は運転周波数が高い場合には十分に戻るが、運転周波数が低いときには戻り難い。本実施の形態では、圧縮機の運転周波数を強制的に高くすることで冷凍機油の戻りを確実に行うことができる。尚、本実施の形態において、上記ステップＳ３で圧縮機の運転周波数が指定周波数ｆ１以上である場合には、開閉弁１２を閉成し、運転時間が所定時間過ぎたところで、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数で運転を繰り返すことになる。
【００３３】
更に、本発明の他の実施の形態の制御フローを図４に従って説明する。ステップＳ１、Ｓ２に示すように圧縮機１の起動時に開閉弁１２を開成するとともに起動後の運転時間Ｔonを計測する(ステップＳ３〜Ｓ４)。そして、運転時間Ｔonが第３の指定時間Ｔ３になると開閉弁１２を閉成する（するＳ５〜Ｓ６）。この実施の形態では、冷凍機油が不足しやすい圧縮機の起動時に流路抵抗の小さい開閉弁１２のバイパス経路を通ることにより冷凍機油の戻りを容易にすることができ、殊に、起動時における冷凍機油の戻りを確実にすることができる。
【００３４】
更に、本発明の他の実施の形態の制御フローを図５に従って説明する。この実施の形態における冷凍サイクルの構成は上記従来の技術で述べた図７の冷凍サイクルと同じ構成を有している。この実施の形態では、先ず、ステップＳ１で空気調和装置の負荷を算定し、次いでステップＳ２において圧縮機の運転周波数の設定を行う。
【００３５】
そして、ステップＳ３において圧縮機１の運転周波数が第１の指定周波数ｆ１より低いと判断したとき、圧縮機の運転時間Ｔｆ１を計測するステップＳ５、Ｓ６に入り、そして、運転時間Ｔｆ１が第１の指定時間Ｔ１になれば、圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数ｆ１より高い第２の指定周波数ｆ２に設定（ステップＳ８）、その運転時間Ｔｆ２を計測する（ステップＳ９）。そして、第２の指定周波数ｆ２での運転時間Ｔｆ２が第２の指定時間Ｔ２になると（ステップＳ１０〜Ｓ１１）、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数で運転を繰り返す。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、上述のように構成されるものであり、請求項１に記載された空気調和装置の冷凍サイクルは、圧縮機、四方弁、室内側熱交換器、膨張装置、室外側熱交換器及びこれらを順次接続する冷媒管からなるものにおいて、上記圧縮機の吐出口と四方弁の間に油分離器を設け、かつ該油分離器と上記圧縮機の吸入口の間に上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも高い場合に対応した流路抵抗を有する第１の絞り器を含むバイパス経路と、上記圧縮機の運転周波数が所定値よりも低い場合に対応し、前記第１の絞り器の流路抵抗より小さい流路抵抗を有する第２の絞り器と開閉弁を含むバイパス経路を設け、かつ上記圧縮機の運転周波数を空気調和装置への負荷に応じて制御するとともに圧縮機の運転周波数に応じて上記開閉弁を制御する制御手段を設けて、該制御手段により上記圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき上記開閉弁を開成する構成とし、そして、上記圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき、その運転時間を計測して該運転時間が第１の指定時間になれば、上記開閉弁を閉成するとともに上記圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数より高い周波数の第２の指定周波数で運転して該運転時間を計測し、該第２の指定周波数による運転時間が第２の指定時間になると、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数にて運転するようにした構成である。
【００４２】
この構成によれば、上記冷房及び暖房運転の何れにおいても、油分離器で分離された冷凍機油は上記第１の絞り器、第２の絞り器を経由して圧縮機に吸入され、しかも、制御手段により圧縮機の運転周波数に応じて上記開閉弁を制御するようにして、圧縮機の運転周波数が第１の指定周波数より低いとき、その運転時間を計測して該運転時間が第１の指定時間になれば、上記開閉弁を閉成するとともに上記圧縮機の運転周波数を第１の指定周波数より高い周波数の第２の指定周波数で運転して該運転時間を計測し、該第２の指定周波数による運転時間が第２の指定時間になると、再び空気調和装置の負荷に応じた運転周波数にて運転する。その結果、圧縮機から吐出された冷凍機油の戻りを、圧縮機の運転周波数に応じて、更に確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和装置の冷凍サイクルを示す構成図である。
【図２】本発明に係る空気調和装置の冷凍サイクルの動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図３】本発明に係る空気調和装置の冷凍サイクルの他の実施の形態の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図４】本発明に係る空気調和装置の冷凍サイクルの他の実施の形態の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図５】本発明に係る空気調和装置の冷凍サイクルの更に他の実施の形態の動作説明に供されたフローチャートを示す図である。
【図６】従来の空気調和装置の冷凍サイクルを示す構成図である。
【図７】従来の空気調和装置の他の冷凍サイクルを示す構成図である。
【符号の説明】
１    圧縮機
２    四方弁
３    室内側熱交換器
４    膨張装置
５    室外側熱交換器
６    冷媒管
９    油分離器
１０    第１の絞り器
１１    第２の絞り器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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