(57)【要約】【課題】圧縮機側面にオーバーフロー管を取り付けることなく２台の圧縮機の必要油量を確保でき、圧縮機内部の構成が同一で１つの圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクル装置に用いる場合との共用を可能とした、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供するものである。【解決手段】２台の圧縮機各々の吐出管に配設されたオイルセパレータと、オイルセパレータにより冷媒と分離されたオイルを他方の圧縮機の吸入管へ減圧手段を介して戻す２つのオイルバイパス回路と、２つのオイルバイパス回路各々の減圧手段下流に配設された２つの温度センサと、２台の圧縮機の運転速度を各々独立して制御する２つのインバータと、２つのインバータの運転速度を決定する圧縮機制御手段と、２つの温度センサの検知温度差によって前記圧縮機制御手段の決定した２つのインバータの運転速度に対して補正を施す圧縮機運転補正手段を備えた構成とした。【選択図】図１
2006214602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２台の圧縮機を並列接続した構成を有する冷凍サイクルと、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設されたオイルセパレータと、前記オイルセパレータにより冷媒と分離されたオイルを前記２台の圧縮機のうち相対する他方の圧縮機の吸入管へ減圧手段を介して戻す２つのオイルバイパス回路と、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設された吐出温度センサと、前記２つのオイルバイパス回路各々の減圧手段下流に配設されたバイパス回路温度センサと、前記２台の圧縮機の運転周波数を各々独立して制御する２つのインバータと、前記２つのインバータの運転周波数を決定する圧縮機制御手段と、前記吐出温度センサと前記バイパス回路温度センサの検知温度によって前記圧縮機制御手段の決定した２つのインバータの運転周波数に対して補正を施す圧縮機運転補正手段を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
オイルセパレータの下流に配設された逆止弁と、２台の圧縮機の何れか片方を停止する圧縮機運転手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
吐出圧力もしくは凝縮器温度を検知する凝縮温度検知手段と、吸入圧力もしくは蒸発器温度を検知する蒸発温度検知手段と、凝縮温度と蒸発温度により所定の運転周波数における冷媒吐出量を求め、運転周波数に応じた係数を乗じることで冷媒吐出量を算出する冷媒吐出量算出手段と、予め設定された圧縮機の冷媒吐出量と油面高さに対するオイル吐出量の相関式とを備え、圧縮機運転補正手段は前記相関式による演算結果を基に２つのインバータの運転周波数に対して補正を施すことを特徴とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台の密閉型圧縮機を搭載した冷凍サイクル装置に関わり、特に圧縮機の油面制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置では、複数台の圧縮機に充填されたオイルが冷媒とともに吐出され、冷凍サイクル中を循環するうちに、各圧縮機の油面に偏りが生じ、油量の減少した圧縮機の摺動部に潤滑不良が生じて信頼性を損なうといった不具合を回避するため、圧縮機内の油面を均等、もしくは最低限の油面を確保できるように種々の均油回路が提案されてきた。
【０００３】
例えば、圧縮機内部の油面を直接検出する方式としては、フロートスイッチ方式の油面調節器が知られている。
【０００４】
この油面調節器は、圧縮機内のオイルを均油管により容器内に取り込み、容器内の油面に浮かぶフロートの上下動によって油面を検出する構成のものである。また、冷凍サイクル中のオイルが適正量以上充填されていることを前提とした方式として、圧縮機容器側面にオーバーフロー管を取り付け、圧縮機容器内のオイルが所定量以上になれば、オイルはオーバーフロー管より圧縮機容器外部へ取り出され、減圧手段を介してオイルの不足した圧縮機へ戻すようにした構成のものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置を示すものである。
【０００６】
図４に示すように、圧縮機１ａ、１ｂは並列接続されて１つの冷凍サイクルを構成している。
【０００７】
圧縮機１ａ、１ｂの各々の吐出管は逆流防止用の逆止弁１９ａ、１９ｂを介して合流し、オイルセパレータ２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５、室内熱交換器６の順に接続された後に分岐され、圧縮機１ａ、１ｂの吸入管へ戻るように接続されている。
【０００８】
オイルセパレータ２ではガス冷媒とオイルが分離され、オイルはオイル戻し管２１を流れ電磁弁２２、減圧手段２３を介して吸入管合流部へ接続される。
【０００９】
そして、圧縮機１ａ、１ｂの側面には各々オーバーフロー管１１ａ、１１ｂが取り付けられており、電磁弁１２ａ、１２ｂ、減圧手段１３ａ、１３ｂを介して吸入管合流部に接続されている。
【００１０】
圧縮機１ａ、１ｂにおいては、オーバーフロー管１１ａ、１１ｂの取り付け位置が適正油面位置であり、それを超える油面となる場合は電磁弁１２ａ、１２ｂを開とすることで、余剰となったオイルは吸入管合流部へ戻され、ガス冷媒とともに圧縮機１ａ、１ｂに再分配される。
【００１１】
以上の作用により圧縮機１ａ、１ｂの油面をオーバーフロー管取り付け位置の適正油面に保つことができるように構成されている。
【特許文献１】特開２００２−２４２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成は、圧縮機側面にオーバーフロー管を備えた構成であることから、２台の圧縮機の内の１台を用いて、２台の圧縮機を搭載した冷凍サイクルの半分の能力をもつ冷凍サイクルを構成し、これに前記圧縮機と内部構造が同一の圧縮機を用いるのは不可能であり、冷凍サイクル装置製造における部品管理面、製造工数面においてコストアップを招来するという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、１つの圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクルに用いる場合との共用を可能とし、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、２台の圧縮機を並列接続した構成を有する冷凍サイクルと、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設されたオイルセパレータと、前記オイルセパレータにより冷媒と分離されたオイルを前記２台の圧縮機のうち相対する他方の圧縮機の吸入管へ減圧手段を介して戻す２つのオイルバイパス回路と、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設された吐出温度センサと、前記２つのオイルバイパス回路各々の減圧手段下流に配設されたバイパス回路温度センサと、前記２台の圧縮機の運転周波数を各々独立して制御する２つのインバータと、前記２つのインバータの運転周波数を決定する圧縮機制御手段と、前記吐出温度センサと前記バイパス回路温度センサの検知温度によって前記圧縮機制御手段の決定した２つのインバータの運転周波数に対して補正を施す圧縮機運転補正手段を備えた構成としたものである。
【００１５】
これによって、１つの圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクルに用いる場合との共用を可能とし、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、前記の構成に加え、オイルセパレータの下流に配設された逆止弁と、２台の圧縮機の何れか片方を停止する圧縮機運転手段を備えたものである。
【００１７】
これによって、冷凍サイクル装置の要求負荷が極端に小さい場合に、１台の圧縮機のみでの運転ができるようになる。
【００１８】
また、本発明の冷凍サイクル装置は、吐出圧力もしくは凝縮器温度を検知する凝縮温度検知手段と、吸入圧力もしくは蒸発器温度を検知する蒸発温度検知手段と、凝縮温度と蒸発温度により所定の運転周波数における冷媒吐出量を求め、運転周波数に応じた係数を乗じることで冷媒吐出量を算出する冷媒吐出量算出手段と、予め設定された圧縮機の冷媒吐出量と油面高さに対するオイル吐出量の相関式とを備え、圧縮機運転補正手段は前記相関式による演算結果を基に２つのインバータの運転周波数に対して補正を施すようにしたものである。
【００１９】
これによって、冷凍サイクル装置の冷媒循環量をより正確に推定でき、予め実験により求めた冷媒吐出量と油面高さとの相関式により、圧縮機内部の油面高さを正確に推定することができるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の冷凍サイクル装置は、２台の圧縮機を用いた冷凍サイクルと、その半分の能力をもつ冷凍サイクルに１台の圧縮機を搭載した場合に、これら圧縮機の共用を可能とし、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１の発明は、２台の圧縮機を並列接続した構成を有する冷凍サイクルと、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設されたオイルセパレータと、前記オイルセパレータにより冷媒と分離されたオイルを前記２台の圧縮機のうち相対する他方の圧縮機の吸入管へ減圧手段を介して戻す２つのオイルバイパス回路と、前記２台の圧縮機各々の吐出管に配設された吐出温度センサと、前記２つのオイルバイパス回路各々の減圧手段下流に配設されたバイパス回路温度センサと、前記２台の圧縮機の運転周波数を各々独立して制御する２つのインバータと、前記２つのインバータの運転周波数を決定する圧縮機制御手段と、前記吐出温度センサと前記バイパス回路温度センサの検知温度によって前記圧縮機制御手段の決定した２つのインバータの運転周波数に対して補正を施す圧縮機運転補正手段を備えているので、１つの圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクルに用いる場合との共用を可能とし、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。
【００２２】
第２の発明は、特に、第１の発明の構成に加え、オイルセパレータの下流に配設された逆止弁と、２台の圧縮機の何れか片方を停止する圧縮機運転手段を備えたことにより、冷凍サイクル装置の要求負荷が極端に小さい場合に、１台の圧縮機のみでの運転ができるようになる。
【００２３】
第３の発明は、特に、第１の発明の構成に加え、吐出圧力もしくは凝縮器温度を検知する凝縮温度検知手段と、吸入圧力もしくは蒸発器温度を検知する蒸発温度検知手段と、凝縮温度と蒸発温度により所定の運転周波数における冷媒吐出量を求め、運転周波数に応じた係数を乗じることで冷媒吐出量を算出する冷媒吐出量算出手段と、予め設定された圧縮機の冷媒吐出量と油面高さに対するオイル吐出量の相関式とを備え、圧縮機運転補正手段は前記相関式による演算結果を基に２つのインバータの運転周波数に対して補正を施すようにしたことにより、冷凍サイクル装置の冷媒循環量をより正確に推定でき、予め実験により求めた冷媒吐出量と油面高さとの相関式により、圧縮機内部の油面高さを正確に推定することができるようになる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の制御ブロック図を示すものである。
【００２６】
図１において、圧縮機１ａとオイルセパレータ２ａ、圧縮機１ｂとオイルセパレータ２ｂは各々直列接続され、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５、室内熱交換器６とを環状に連結して冷凍サイクルが構成される。
【００２７】
また、オイルセパレータ２ａ、２ｂからは、オイルバイパス回路３１ａ、３１ｂが取り出され、圧縮機１ａ、１ｂからガス冷媒とともに吐出されたオイルを分離し、減圧手段３２ａ、３２ｂを介して、相対する他方の圧縮機１ｂ、１ａの吸入管へ接続されている。
【００２８】
圧縮機１ａ、１ｂの吐出管には吐出温度センサ３３ａ、３３ｂが取り付けられ、各圧縮機の吐出温度を検出する。
【００２９】
また、オイルバイパス回路３１ａ、３１ｂが各々吸入管に接続される手前には、バイパス回路温度センサ３４ａ、３４ｂが取り付けられ、各オイルバイパス回路の配管温度を検出する。圧縮機制御手段４１は、冷凍サイクル装置の冷凍能力（例えば空気調和機の室内
温度センサ４４により検知された室内温度）を所定の値に保つように、インバ−タ４３ａ、４３ｂの出力（圧縮機の運転周波数）が２台の圧縮機を同じ運転周波数で運転すべく算出する。
【００３０】
圧縮機運転補正手段４２は、圧縮機制御手段４１が算出した結果に対して、吐出温度センサ３３ａ、３３ｂおよびバイパス回路温度センサ３４ａ、３４ｂの検出値に基づいて補正を加え、インバ−タ４３ａ、４３ｂに出力するように構成されている。
【００３１】
以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下その作用を説明する。
本実施の形態の構成は、圧縮機側面にオーバーフロー管を備えた構成ではないため、圧縮機内の油面高さは、冷媒吐出管からのオイル吐出量と冷媒吸入管からのオイル戻り量により決定される。
【００３２】
すなわち、２台の圧縮機のオイル吐出量が等しく、吸入管からのオイル戻り量が等しい場合、２台の圧縮機の油面は変化しない。
【００３３】
２台の圧縮機の油面が均等でかつ適正レベルを維持している場合は、その運転状態を継続するのが好ましく、２台の圧縮機の油面に偏りが生じ、油面の低下した圧縮機が信頼性に支障を来たすような状態になっている場合は、圧縮機の油面が均等になるように運転状態を変化させる必要がある。
【００３４】
一般的に圧縮機のオイル吐出量は、図２に示すように、内部の油面高さと運転周波数に依存し、吸入管からのオイル戻り量は吸入管近傍の配管形状に依存する傾向がある。
【００３５】
２台の圧縮機の吸入管形状が、オイル戻り量が均等になるように設計されており、同じ運転周波数で運転しているならば、油面が高い圧縮機のオイル吐出量が多く、逆に油面が低い圧縮機のオイル吐出量は少なくなる。
【００３６】
本実施の形態においては、オイルバイパス回路が相対する他方の圧縮機の吸入管へオイルを戻すように構成し、さらに２台の圧縮機各々のオイル吐出量の多少を判定して、オイル吐出量の多い圧縮機の運転周波数を高く、逆にオイル吐出量の少ない圧縮機の運転周波数を低く設定することで、油面の低い圧縮機にオイルが戻されて、油面高さを調整することが可能にしている。
【００３７】
オイル吐出量の多少を判定する手段として、オイルセパレータからオイルバイパス回路を介して圧縮機の冷媒吸入管へ流れる流体がオイルであるか冷媒であるかを判定し、オイルと判定された圧縮機のオイル吐出量が多いと判定し、逆に冷媒であると判定された圧縮機のオイル吐出量が少ないと判定するようにし、その結果に基づいて圧縮機運転補正手段４２が運転周波数に補正を加えるようにしている。
【００３８】
例えば、圧縮機１ａから吐出されたオイルは、オイルセパレータ２ａにより冷媒から分離されオイルバイパス回路３１ａを介して圧縮機１ｂ側の吸入管へ流れるが、オイル吐出量が少ない場合には、オイルバイパス回路３１ａを流れる流体はガス冷媒の状態となり、オイル吐出量が多い場合には、オイルの状態となる。
【００３９】
圧縮機１ａから吐出された直後の流体の温度は吐出温度センサ３３ａにより検知され、減圧手段３２ａを通過した後の流体の温度はバイパス回路温度センサ３４ｂにより検知される。
【００４０】
圧縮機１ａのオイル吐出量が多くオイルバイパス回路３１ａを流れる流体がオイルの場
合、流体の温度は減圧手段３２ａを通過し減圧されても、放熱量が小さく吐出温度センサ３３ａにより検知された値からの減分が小さく、逆に圧縮機１ａのオイル吐出量が少なくオイルバイパス回路３１ａを流れる流体がガス冷媒の場合、流体の温度は減圧手段３２ａを通過し減圧されることにより放熱し、吐出温度センサ３３ａにより検知された値からの減分が大きくなる。
【００４１】
すなわち、吐出温度センサ３３ａの検知値をＴ１ａ、吐出温度センサ３３ｂの検知値をＴ１ｂ、バイパス回路温度センサ３４ａの検知値をＴ２ａ、バイパス回路温度センサ３４ｂの検知値をＴ２ｂとすると、圧縮機１ａのオイル吐出量はＴ１ａ−Ｔ２ｂ、圧縮機１ｂのオイル吐出量はＴ１ｂ−Ｔ２ａによって推定できる。
【００４２】
圧縮機運転補正手段４２は、以上の作用により推定された圧縮機１ａ、圧縮機１ｂのオイル吐出量を基に、圧縮機１ａのオイル吐出量が多い場合は、圧縮機制御手段４１が算出した運転周波数に対してプラスの補正を加えた値をインバ−タ４３ａに、またマイナスの補正を加えた値をインバ−タ４３ｂに出力し、逆に圧縮機１ｂのオイル吐出量が多い場合は、圧縮機制御手段４１が算出した運転周波数に対してプラスの補正を加えた値をインバ−タ４３ｂに、またマイナスの補正を加えた値をインバ−タ４３ａに出力する。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、圧縮機側面にオーバーフロー管を備えていないを使用して２台の圧縮機の油面を均等に制御できるので、１台の圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクルに用いる場合との共用を可能とし、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態において、すでに図１で示した通りオイルセパレータの下流に逆止弁を配設し、２台の圧縮機の何れか片方を停止する圧縮機運転手段を設けることで、冷凍サイクル装置の要求負荷が極端に小さい場合に、１台の圧縮機のみでの運転ができるようにすることができる。
【００４５】
また、本実施の形態において、室外熱交換器４の温度を検知する室外熱交換器温度センサと、室内熱交換器６の温度を検知する室内熱交換器温度センサを備え、四方弁３が冷房側にあるときは、室外熱交換器温度センサを凝縮温度検知手段、室内熱交換器温度センサを蒸発温度検知手段とし、四方弁３が暖房側にあるときは、室外熱交換器温度センサを蒸発温度検知手段、室内熱交換器温度センサを凝縮温度検知手段とし、図３に示すように予め実験により求めた圧縮機の凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅによる冷媒吐出量の関数Ｆ１（Ｔｃ、Ｔｅ）、および運転周波数ｆに応じた係数の関数Ｆ２（ｆ）から冷媒吐出量Ｇ＝Ｆ１（Ｔｃ、Ｔｅ）×Ｆ２（ｆ）を算出し、その冷媒吐出量Ｇと油面高さｈの２変数に対するオイル吐出量の相関式Ｆ３（Ｇ、h）とを備え、圧縮機運転補正手段は相関式による演算結果を基に２つのインバータの運転周波数に対して補正を施すようにしたことで、圧縮機内部の油面高さを正確に推定することができ、より精度良く２台の圧縮機の油面を均等に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、１つの圧縮機で構成される半分の冷凍能力を有する冷凍サイクルに用いる場合と共用し、低コストで製造可能な冷凍サイクル装置を提供することが可能となるので、冷凍能力の制御可変範囲の拡大と低負荷運転時の省エネを両立させる技術開発にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の制御ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の運転周波数と油面高さの相関を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の蒸発温度および凝縮温度から油面高さを導き出す関係を示すグラフ
【図４】従来の冷凍サイクル装置の制御ブロック図
【符号の説明】
【００４８】
１ａ、１ｂ  圧縮機
２ａ、２ｂ  オイルセパレータ
２  オイルセパレータ
３  四方弁
４  室内熱交換器
５  膨張弁
６  室内熱交換器
１１ａ、１１ｂ  オイルバイパス回路
１２ａ、１２ｂ  電磁弁
１３ａ、１３ｂ  減圧手段
１９ａ、１９ｂ  逆止弁
２１  オイルバイパス回路
２２  電磁弁
２３  減圧手段
３１ａ、３１ｂ  オイルバイパス回路
３２ａ、３２ｂ  減圧手段
３３ａ、３３ｂ  吐出温度センサ
３４ａ、３４ｂ  バイパス回路温度センサ
４１  圧縮機制御手段
４２  圧縮機運転補正手段
４３ａ、４３ｂ  インバータ
４４  室内温度センサ
【図１】
2006214602.tif 000003
【図２】
2006214602.tif 000004
【図３】
2006214602.tif 000005
【図４】
2006214602.tif 000006