(57)【要約】【課題】圧縮機内の液相冷媒を効率よく除去する圧縮機制御システムを提供すること。【解決手段】この制御システムでは、まず、圧縮機３内部の油溜まり部の潤滑油温度および冷媒吸入管９の内部圧力を検出するか、または、圧縮機３の吐出側配管１２の圧力および温度を検出する。前者であれば、制御装置１０は、まず、入力される圧縮機の油溜まり部における潤滑油温度と前記圧縮機の吸入管圧力とから、潤滑油の粘度を想定する。後者の場合も、入力される吐出側配管圧力と温度とから、潤滑油の粘度を想定する。そして、その結果から、粘度が所定の値よりも大きいか低いかを判断し、判断結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための電気的命令をインバータ１１に下す。なお、上記制御は、潤滑油の粘度が許容範囲に戻ったと制御装置１０が判断するときに中止され、通常の圧縮機の運転に戻す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の油溜まり部における潤滑油温度と前記圧縮機の吸入管圧力とから潤滑油の粘度を想定する粘度想定手段と、
前記粘度想定手段の結果から、粘度が所定の値よりも大きいか小さいかを判断する粘度低下判断手段と、
前記粘度低下判断手段の結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための命令を下す低速命令手段と、
を有することを特徴とする圧縮機制御システム。
【請求項２】
圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力と吐出圧力飽和温度とから潤滑油の粘度を想定する粘度想定手段と、
前記粘度想定手段の結果から、粘度が所定の値よりも大きいか小さいかを判断する粘度低下判断手段と、
前記粘度低下判断手段の結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための命令を下す低速命令手段と、
を有することを特徴とする圧縮機制御システム。
【請求項３】
前記粘度低下判断手段の結果に応じて、圧縮機からの吐出容量を制限する容量制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機制御システム。
【請求項４】
前記粘度低下判断手段の結果に応じて、吐出口からオイルセパレータまでの間の流路と、蒸発機と圧縮機吸入口との間の流路と、を短絡する冷媒流路を開くことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧縮機制御システム。
【請求項５】
オイルセパレータからの潤滑油戻り流路に設けられる弁を閉止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の圧縮機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機制御システムに関するものであり、さらに詳しくは、長期間使用しない場合や、圧縮機内に液相の冷媒が溜まりやすい環境にある空気調和装置に用いられる圧縮機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置では、長期間停止させておくと冷媒が圧縮機の中に液相として溜まり、軸受の潤滑油が希釈されて粘度が低下するという現象が起きていた。また、冬場では蒸発器での熱交換効率が雪が堆積する等の影響で低下するために、冷媒が蒸発せずにそのまま圧縮機に戻り、これも潤滑油が薄まって粘度が低下するという現象が起きていた。
【０００３】
これに対し、長期間停止させるときでも、圧縮機内のヒータを作動させ、一定温度を維持することにより、液相の冷媒が圧縮機内に溜まらないようにする技術がある。また、圧縮機の温度、圧力、室外熱交換器の温度、室内熱交換器の温度を検出することにより、インバータの周波数の上昇速度を下げる技術もある（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０―２２７５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空気調和装置を長期間停止させておく場合は、大元の電源も切られることが多い。そのため、ヒータが作動せず、上記技術は合理的でなかった。また、上記温度検出による技術では、制御の応答性が悪く、液相冷媒の除去について何ら工夫がされていなかった。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、応答性もよく、圧縮機の内部に液相の潤滑油が溜まっていることを的確に検出・判断し、効率よく圧縮機内部の液相冷媒を除去できる圧縮機制御システム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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、この発明による圧縮機制御システムは、圧縮機の油溜まり部における潤滑油温度と前記圧縮機の吸入管圧力とから潤滑油の粘度を想定する粘度想定手段と、前記粘度想定手段の結果から、粘度が所定の値よりも大きいか低いかを判断する粘度低下判断手段と、前記粘度低下判断手段の結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための命令を下す低速命令手段と、を有するようにしたものである。
【０００８】
圧縮機の油溜まり部における潤滑油温度と前記圧縮機の吸入管圧力がわかると、圧力飽和温度が算出でき、それと実温度との差は、液相冷媒に対する潤滑油の溶解度を表す。したがって、上記温度と圧力から潤滑油の粘度が間接的に想定できる。そこで、この温度差が一定範囲であるときには、粘度が低下していると判断し、圧縮機の回転数を必要最低限度に抑える。このようにすると、軸受に負担をかけずに、圧縮機内の温度が上昇し、液相冷媒をすみやかに除去することができる。上記温度差が一定範囲を超えれば、通常の圧縮機運転に切り替えることができる。
【０００９】
つぎの発明による圧縮機制御システムは、圧縮機から吐出される冷媒の吐出圧力と吐出圧力飽和温度とから潤滑油の粘度を想定する粘度想定手段と、前記粘度想定手段の結果から、粘度が所定の値よりも大きいか低いかを判断する粘度低下判断手段と、前記粘度低下判断手段の結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための命令を下す低速命令手段と、を有するようにしたものである。
【００１０】
吐出ガス温度と吐出圧力飽和温度の差は潤滑油の溶解度に略比例しており、この温度差により潤滑油の粘度を間接的に想定できる。したがって、この温度差が一定範囲であるときには、粘度が低下していると判断し、圧縮機の回転数を必要最低限度に抑える。このようにすると、軸受に負担をかけずに、圧縮機内の温度が上昇し、液相冷媒をすみやかに除去することができる。上記温度差が一定範囲を超えれば、通常の圧縮機運転に切り替えることができる。
【００１１】
つぎの発明による圧縮機制御システムは、前記圧縮機制御システムにおいて、前記粘度低下判断手段想定手段の結果に応じて、圧縮機からの吐出容量を制限する容量制御を行うようにしたものである。
【００１２】
容量制御は、圧縮途中の冷媒を外部に抜き出し、吸入側に戻す制御である。当該制御を行うと、圧縮室の負荷が減るので、軸受の負担は減り、潤滑油の粘度が低下しているときの運転としては最適となる。
【００１３】
つぎの発明による圧縮機制御システムは、前記圧縮機制御システムにおいて、前記粘度低下判断手段想定手段の結果に応じて、吐出口からオイルセパレータまでの間の流路と、蒸発機と圧縮機吸入口との間の流路と、を短絡する冷媒流路を開くようにしたものである。
【００１４】
粘度低下判断手段想定手段の結果に応じて、吐出口からオイルセパレータまでの間の流路と、蒸発機と圧縮機吸入口との間の流路と、を短絡すると、圧縮機から吐出された高温・高圧の冷媒が吸入側に戻されることになる。これにより、圧縮機内部の温度は上昇し、液相冷媒がすみやかに除去される。
【００１５】
つぎの発明による圧縮機制御システムは、前記圧縮機制御システムにおいて、オイルセパレータからの潤滑油戻り流路に設けられる弁を閉止するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る圧縮機制御システムによれば、潤滑油の粘度低下による軸受焼き付きを防止できる。これにより圧縮作用が適切に行え、圧縮不良を防止できる。特に、長期間使用しなかった後で空気調和装置を起動する場合や厳寒時等の蒸発器の効率が低下した場合に効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１に係る空調システムを示す構成図である。一般の空調システム１は、蒸発器２、スクロールコンプレッサー等の圧縮機３、オイルセパレータ４、凝縮器５、および膨張弁６によって構成される。圧縮機３の内部にはシャフトを支持する軸受があり、軸受を潤滑する潤滑油は、冷媒と共に吐出口から排出される。その後流に設けられるオイルセパレータ４は、冷媒から潤滑油を分離し、高圧であることを利用して弁７およびキャピラリー８を通じて潤滑油を圧縮機３のオイル溜まり部（図示省略）に戻す。
【００１９】
この発明では、圧縮機３内部の油溜まり部の潤滑油温度および冷媒吸入管９の内部圧力を検出するか、または、圧縮機３の吐出側配管１２の圧力および温度を検出する。前者であれば、制御装置１０は、まず、入力される圧縮機の油溜まり部における潤滑油温度と前記圧縮機の吸入管圧力とから、潤滑油の粘度を想定する。また、後者であれば、入力される圧縮機３の吐出側配管１２の圧力および温度上記潤滑油の粘度を想定するために用いる。
【００２０】
そして、その結果から、粘度が所定の値よりも大きいか低いかを間接的に判断し、判断結果に応じて、圧縮機の回転速度を必要最低速度にするための電気的命令をインバータ１１に下す。回転速度の上昇は軸受負荷を増やすことになるからである。なお、上記制御は、潤滑油の粘度が許容範囲に戻ったと制御装置１０が判断するときに中止され、通常の圧縮機の運転に戻す。
【００２１】
このような構成にするのは、長期間、空調システムを作動させずに放置したり、凝縮器５、蒸発器２の効率が落ちたときに、冷媒が液相のまま圧縮機に流入するという現象が起きる場合があるからである。そして、油溜まり部に冷媒が一定水準以上に溜まると、潤滑油の粘度を下げてしまう。これを防止するためである。つまり、余計に溜まった液相冷媒を除去することが必要であるかを検知し、圧縮機３の軸受に負担をかけずに潤滑油を元の理想的な粘度に戻すためである。
【００２２】
圧縮機３の油溜まり部にある潤滑油の粘度は、吸入管９の圧力と、その圧力から算出される冷媒の圧力飽和温度と実際の油溜まり部の温度との差から想定できる。この差が小さいときは、液相としての冷媒の性質が反映されているということなので、油溜まり部に冷媒が液相で溜まっていて、潤滑油の粘度が低下していると判断できる。したがって、圧縮機３の油溜まり部における潤滑油温度と圧縮機３の吸入管圧力とから潤滑油の粘度を間接的に想定するということになる。なお、経験的には、油溜まり部の潤滑油温度が吸入管圧力における圧力飽和温度よりも１０℃以上大きくなれば、潤滑油の粘度は許容範囲に入ると考えられる。
【００２３】
図２は、圧縮機の吐出側配管の温度と潤滑油の粘度との関係を示すグラフである。横軸は、実際の配管内部温度と吐出側配管の圧力から算出される吐出圧力飽和温度との差であり、縦軸は潤滑油の粘度である。このように、実際の配管内部温度と吐出側配管の圧力から算出される吐出圧力飽和温度との差と、潤滑油の粘度とは一定の関係があり、上記温度差が検出されれば、潤滑油の粘度を想定することができる。なお、吐出側配管の温度と圧力を利用する場合、圧縮機３の油溜まり部の温度を測るよりも潤滑油の粘度を反映する速度が速いというメリットがある。圧縮機３の油溜まり部は熱容量が大きいため、吐出側の温度と圧力の検出よりも、応答が遅くなる。
【００２４】
圧縮機内の潤滑油の粘度が下がっているときに、圧縮機を通常運転させると、潤滑作用がうまく行われずに、軸受に負担がかかってしまい、最悪の場合、焼き付きを起こす。したがって、この発明では、潤滑油の粘度を間接的に想定し、一定範囲、たとえば配管内にあるガスの実温度と、実際の圧力下での圧力飽和温度との差が１０℃以内となったときに、圧縮機の回転を必要最低回転数にするか、または容量制御により、軸受の負担を小さくする。
【００２５】
必要最低回転数とは、エンジン回転数とプーリ比で決まる回転数であったり、圧縮機の軸受け油膜圧力が発生可能となる軸受けの仕様で決まる回転数をいい、たとえば１８００ｍｉｎ-1である。必要最低回転数で圧縮機を連続運転すると、圧縮機の内部温度は上昇し、内部に余計に溜まった冷媒はガス化する。そして、潤滑油は本来の粘度に戻る。このとき、制御装置によって、オイルセパレータからの戻り弁を閉止させておくと、オイルセパレータから冷媒が戻ってくるのが防止されるので圧縮機内部の冷媒除去に、効率的となる。
【実施例２】
【００２６】
図３は、実施例２に係る制御システムを示す構成図である。基本的には、図１におけるシステムと同じで、同じ装置には同じ符号を付してある。また、図示省略したが、制御装置１０に吸入側配管の圧力と油溜まり部の潤滑油温度、または吐出側配管の内部圧力、温度が入力される点も実施例１と同様である。この発明では、圧縮機３の内部の潤滑油粘度が下がったと判断したときに、容量制御を行う点が特徴である。
【００２７】
容量制御とは、圧縮機の圧縮室において、圧縮途中のガスを外部に通じる配管１５に排出し、再び吸入側へ戻してやることにより、吐出容量を調整する制御のことである。容量制御を行うと、圧縮室の負荷が軽くなるので、軸受の負担も軽くなり、潤滑油の粘度が下がっているときの圧縮機動作としては最適となる。具体的には、制御装置が潤滑油粘度が下がっていると判断したときに、容量制御に用いる配管の弁１６を開く。
【００２８】
この容量制御は、圧縮機３の回転数を必要最低回転数にする制御と併用することもできる。併用すれば、より軸受の負担が軽くなって、焼き付きを防止すると共に、圧縮機内部の温度が上がることにより液相冷媒が減少して、潤滑油の粘度が正常に戻る。また、これら２つの制御と共に、オイルセパレータからの戻り弁７を閉止することもできる。これによって、液相の冷媒の戻りを防止でき、圧縮機の液相冷媒の除去をより効率的に行うことができる。なお、上記制御は、潤滑油の粘度が許容範囲に戻ったと制御装置１０が判断するときに中止され、通常の圧縮機の運転に戻す。
【００２９】
上記のように制御すると、圧縮機内部の液相除去が速やかに行われるので、冷媒と潤滑油（これら２つは混ざりやすい。）が混ざり、オイルセパレータをくぐり抜けてシステム側に潤滑油が流れ込むのを防止する。このことは、圧縮機内部の潤滑油の減少を防止することにもなる。これにより、軸受損傷による圧縮不良を防止できる。
【実施例３】
【００３０】
図４は、実施例３に係る制御システムを示す構成図である。この構成も基本的には、図１におけるシステムと同じで、同じ装置には同じ符号を付してある。また、図示省略したが、制御装置１０に吸入側配管の圧力と油溜まり部の潤滑油温度、または吐出側配管の内部圧力、温度が入力される点も実施例１または２と同様である。
【００３１】
この発明では、圧縮機３の内部の潤滑油粘度が下がったと判断したときに、吐出口２０からオイルセパレータ４までの間の流路１７と、蒸発機（図示省略）と圧縮機吸入口１９との間の流路と、を短絡する冷媒流路２１を開く制御を行う点が特徴である。具体的には、制御装置１０が上記流路１７にある弁２２を開く命令を出すことによって、流路を開く。このようにすると、圧縮機３から吐出された高温・高圧の冷媒が、そのまま吸入口１９に戻るので、圧縮機３の内部の液相冷媒が除去されやすくなる。
【００３２】
上記制御は、実施例１で説明した圧縮機の必要最低回転制御、実施例２で説明した容量制御と共に行うことによっても、より一層の液相冷媒除去効果がある。これによって、圧縮機３の内部の潤滑油は適切な粘度を取り戻し、通常の圧縮機３の運転に早く移行することができる。また、これらの制御と共に、オイルセパレータからの戻り弁７を閉止することもできる。これによって、液相の冷媒の戻りを防止でき、圧縮機の液相冷媒の除去をより効率的に行うことができる。なお、上記制御は、潤滑油の粘度が許容範囲に戻ったと制御装置１０が判断するときに中止され、通常の圧縮機の運転に戻す。
【００３３】
上記のように制御しても、圧縮機内部の液相除去が速やかに行われるので、冷媒と潤滑油（これら２つは混ざりやすい。）が混ざり、オイルセパレータをくぐり抜けてシステム側に潤滑油が流れ込むのを防止する。このことは、圧縮機内部の潤滑油の減少を防止することにもなる。これにより、軸受損傷による圧縮不良を防止できる。
【００３４】
図５は、制御装置のハードウェア構成を示す構成図である。制御装置１０は、ＣＰＵ（中央演算装置）２５を中心に、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２７、および入出力インターフェース２８をバス２９で接続した構成である。ＣＰＵ２５の実行プログラムは、ＲＯＭ２６に予め格納される。また、このＲＯＭ２６には、入出力インターフェース２８との通信プログラムも格納される。入出力インターフェース２８には、センサで検出される配管の温度、圧力が伝記信号として入力される。また、制御装置からの圧縮機回転命令信号や弁の操作信号が伝記信号として出力される。なお、ハードディスクやフラッシュメモリー等の記録装置をバスに接続するようにしてもよいし、制御状態を示すためのユーザーインターフェースを接続するようにしてもよい。
【００３５】
図６は制御装置の機能ブロックを示す構成図である。制御装置１０は、上記ハードウエアとＲＯＭ２６に格納したプログラムによって実現され、演算部３０を中心に、入力部３１、出力部３２、記憶部３３で構成される。演算部３０は、さらに想定部３４、判断部３５、および命令部３６によって構成される。入出力インターフェースで構成される入力部３１には、センサからの温度と圧力の値が入力される。そして、ＣＰＵで構成される演算部３０の想定部で、実温度と圧力飽和温度との差が求められ、潤滑油の粘度を間接的に想定する。
【００３６】
想定部３４の結果で、粘度が低いと判断された場合、たとえば上記温度差が１０℃以下であるときには、判断部３５で本発明による制御を行うと判断部３５が判断する。そして、その判断により、圧縮機の回転速度を必要最低回転にして上昇しないようにする命令、各制御に用いる弁を開く命令を入出力インターフェースで構成される出力部３２より出力する。記憶部３３は、必ずしも必要でないが、これによって演算部３０の記録が残るようにしておくことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に圧縮機制御システムは、圧縮機を用いる空気調和装置等の生産、使用に有用であり、特に、季節的に長期間不使用となるような空気調和装置の生産、使用に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の空調システムを示す構成図である。
【図２】圧縮機の吐出側配管の温度と潤滑油の粘度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２に係る制御システムを示す構成図である。
【図４】実施例３に係る制御システムを示す構成図である。
【図５】制御装置のハードウェア構成を示す構成図である。
【図６】制御装置の機能ブロックを示す構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  空調システム
２  蒸発器
３  圧縮機
４  オイルセパレータ
５  凝縮器
６  膨張弁
７、１６、２２  弁
９  冷媒吸入管
１０  制御装置
１２  吐出側配管
１７  流路
１９  圧縮機吸入口
２０  吐出口
２１  冷媒流路
２８  入出力インターフェース
２９  バス
３０  演算部
３１  入力部
３２  出力部
３４  想定部
３５  判断部
３６  命令部
【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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