(57)【要約】【課題】冷凍機油量が室外ユニットと室内ユニットを繋ぐ配管長の長短に対応するように、空気調和機の据付時に、室外ユニットに設けた油タンクから冷凍機油の必要な封入分を冷凍サイクル内に追加すること。【解決手段】熱交換器６、膨張弁５を含む室内ユニットと、圧縮機１、四方弁２、熱交換器、膨張弁を含む室外ユニットと、室外ユニットに設置された各構成要素を制御する制御装置１８と、室外ユニットと室内ユニットを接続して冷媒の経路となる現地配管７と、を備えた空気調和機において、室外ユニットには、圧縮機１の高圧側と低圧側に亘って、冷凍機油を溜めた油タンク８と、油タンクの両側に設けた電磁弁９，１０と、低圧側の電磁弁側に設けたキャピラリ１２と、を配置し、制御装置１８は、現地配管７の長さに対応した冷凍機油の油量を油タンクから冷凍サイクル内に追加封入するように電磁弁９，１０の開時間を制御すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器、膨張弁を含む室内ユニットと、圧縮機、四方弁、熱交換器、膨張弁を含む室外ユニットと、前記室外ユニットに設置されて前記室外ユニット内の各構成要素を制御する制御装置と、前記室外ユニットと前記室内ユニットを接続して冷媒の経路となる現地配管と、を備えた空気調和機において、
前記室外ユニットには、前記圧縮機の高圧側と低圧側に亘って、冷凍機油を溜めた油タンクと、前記油タンクの両側に設けた電磁弁と、低圧側の電磁弁側に設けたキャピラリと、を配置し、
前記制御装置は、前記現地配管の長さに対応した冷凍機油の油量を前記油タンクから冷凍サイクル内に追加封入するように前記電磁弁の開時間を制御する
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、
前記現地配管を前記室内ユニットと前記室外ユニットに接続した後で、前記空気調和機の通常運転開始の前に、前記制御装置が、前記現地配管の長さの入力を基に追加封入の冷凍機油量を算出し、必要な冷凍機油量を冷凍サイクル内に追加封入する
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項２において、
前記制御装置は、前記圧縮機を一時的に運転することで発生する差圧と前記キャピラリの構造的寸法とによりキャピラリ流量を演算し、前記演算したキャピラリ流量と前記必要な冷凍機油量とから前記電磁弁の開時間を算出する
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記現地配管で予測される最短の長さに必要な冷凍機油量を前記冷凍サイクル内に保持し、前記現地配管で予測される最長の長さに必要な追加封入すべき冷凍機油量を前記油タンクに溜めておく
ことを特徴とする空気調和機。
【請求項５】
請求項１において、
前記油タンクの両側に設けた電磁弁に並列して手動弁を接続し、
前記制御装置による前記電磁弁の開時間制御に代えて、前記手動弁による開動作調整をして前記油タンクから前記冷凍機油を冷凍サイクル内に追加封入する
ことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１台の室外ユニットと１台の室内ユニットを組み合わせた空気調和機及び１台の室外ユニットと複数台の室内ユニットを組み合わせた空気調和機に係り、特に、実際の施工条件に合わせて最適な冷凍機油量を封入する空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、配管長が最大となる場合でも油不足とならないよう冷凍機油の封入量を決定し、室外ユニットに冷凍機油を封入し製品化している。そのため配管長が短い場合は常に油リッチの状態になり、多量の冷凍機油が常時サイクル配管に排出されていた。そのため、特に低圧側の熱交換器に油が溜まり配管内に油膜を作ることにより熱交換器の伝熱性能低下の原因となり、暖房能力および冷房能力を低下させる。また、適切に制御を行わないと大量の冷凍機油が圧縮機に戻ることにより、冷凍機油による液圧縮を起し、入力の増加や圧縮機故障の原因になっていた。
【０００３】
また、冷凍機油量を実際の施工条件に合わせ最適化しようとした場合、出荷時には最短の配管長分の冷凍機油を封入しておき、現地で配管長に合わせた必要冷凍機油分を追加封入させる方法も考えられるが、ＨＦＣ冷媒に使用する冷凍機油は合成油を使用することから、水分の吸湿性が非常に高いために水和物生成や冷凍機油の酸性劣化を起しやすく、圧縮機故障の原因になり易く、現地施工の作業性も悪くなる。
【０００４】
そこで、現地の施工条件により決まる配管長に対して最適となる冷凍機油封入量に簡単に変更出来る空気調和機が望まれていた。冷凍機油を追加補充する従来技術として、例えば特許文献１が挙げられる。この引用文献１には、補充用として従来の塩素を含む冷媒を用いずに、オゾン層を破壊しない代替冷媒が空気調和機の特性を大幅に変えることなく補充することが開示されています。
【０００５】
また、圧縮機を備えた冷凍サイクルの冷凍装置において、圧縮機に収容する冷凍機油の量を冷媒配管の全長の最も長いものに合わせて一律同量に設定すると余剰な冷凍機油が発生することを勘案して、圧縮機から吐出される余剰な冷凍機油を回収して、冷媒配管等に付着する油量を低減しようとする技術が、例えば、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７３００６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、一般的な空気調和機において、室外ユニットと室内ユニットを別々に設置するパッケージエアコンでは、現地の設置条件により配管長が大きく異なる。そのため、圧縮機の潤滑剤として用いる冷凍機油は最大配管長においても油不足とならないように油量を決定し、室外ユニットに封入している。なお、一般的に云えば、冷凍機油は数％の割合で冷媒中に混入していき、サイクル内の配管に付着することとなるので、冷凍機油は配管長の大きさに（例えば、業務用であると現地配管が１００ｍを超えるものもある）応じて圧縮機潤滑のための油不足とならないように適量を圧縮機内に保持しておく必要がある。
【０００８】
そのため配管長が短い場合は常に油リッチになり、多量の冷凍機油が常時サイクル配管に排出される状態になる。その際、特に低圧側の熱交換器に油が溜まり熱交換器の伝熱性能低下の原因となる。また、適切に制御を行わないと冷凍機油を圧縮機で液圧縮することにより、入力電力の増大や圧縮機故障の原因になる。
【０００９】
また、冷凍機油量を実際の施工条件に合わせ最適化しようとした場合、出荷時には最短の配管長分の冷凍機油を封入しておき、現地で配管長に合わせた必要冷凍機油分を追加封入させる方法も考えられるが、ＨＦＣ冷媒に使用する冷凍機油は合成油を使用することから、水分の吸湿性が非常に高いために水和物生成や冷凍機油の酸性劣化を起しやすく、圧縮機故障の原因になり易く、現地施工の作業性も悪くなる。
【００１０】
上記特許文献１では、既存の冷凍空調機に使用されている塩素を含むフロン系冷媒に対して，塩素を含まない冷媒を追加補充することが開示されているに過ぎず、自動的に冷凍機油を追加封入する技術についての開示はされていない。さらに、上記の特許文献２には、油分離器で分離した冷凍機油の全てを油溜め容器に回収し、回収した冷凍機油の一部を電磁弁の開閉制御で圧縮機に戻し、冷凍空調機の運転中において、冷媒回路に流れる冷凍機油の量を抑制しており、冷凍機油を回収しつつ供給もしており複雑な構成と冷凍機油量の制御となっている。
【００１１】
本発明の目的は、圧縮機の潤滑用としての冷凍機油の油量が室外ユニットと室内ユニットを繋ぐ配管長の長短に対応するように、空気調和機の据付時に、室外ユニットに設けた油タンクから冷凍機油の必要な封入分を冷凍サイクル内に追加することのできる空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
熱交換器、膨張弁を含む室内ユニットと、圧縮機、四方弁、熱交換器、膨張弁を含む室外ユニットと、前記室外ユニットに設置されて前記室外ユニット内の各構成要素を制御する制御装置と、前記室外ユニットと前記室内ユニットを接続して冷媒の経路となる現地配管と、を備えた空気調和機において、前記室外ユニットには、前記圧縮機の高圧側と低圧側に亘って、冷凍機油を溜めた油タンクと、前記油タンクの両側に設けた電磁弁と、低圧側の電磁弁側に設けたキャピラリと、を配置し、前記制御装置は、前記現地配管の長さに対応した冷凍機油の油量を前記油タンクから冷凍サイクル内に追加封入するように前記電磁弁の開時間を制御する構成とする。
【００１３】
また、前記空気調和機において、前記現地配管を前記室内ユニットと前記室外ユニットに接続した後で、前記空気調和機の通常運転開始の前に、前記制御装置が、前記現地配管の長さの入力を基に追加封入の冷凍機油量を算出し、必要な冷凍機油量を冷凍サイクル内に追加封入する構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、現地配管長が短く油リッチになるような施工条件においても、必要分の冷凍機油のみを冷凍サイクル内に封入させることが可能になり、油リッチ時に発生する冷房能力不足、暖房能力不足、入力増加や圧縮機故障を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る空気調和機における冷凍機油の追加封入のための冷凍サイクル構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る空気調和機における冷凍機油の追加封入作業を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る空気調和機の冷凍機油追加封入について、図１と図２を参照しながら以下詳細に説明する。図１には、本実施形態に係る空気調和機の構成例として挙げたシングルタイプエアコンディショナー（１台の室外ユニットに対して１台の室内ユニットを備えたもの）の冷凍サイクル系統図を示す。
【００１７】
本発明の実施形態に係る空気調和機は、基本的な構成として、低温、低圧の冷媒蒸気を圧縮して高温、高圧の冷媒蒸気にする圧縮機１、暖房と冷房で冷媒の流れを逆にする四方弁２、冷房時は凝縮器、暖房時は蒸発器となる室外熱交換器３、サイクル配管内の冷媒流量を調節する室外膨張弁４、冷凍サイクル内の冷媒および冷凍機油を密閉しておくための液阻止弁１３及びガス阻止弁１４、各弁や圧縮機やファンなどの各構成要素を制御する制御装置１８、からなる室外ユニットと、冷房時は蒸発器、暖房時は凝縮器となる室内熱交換器６、サイクル配管内の冷媒流量を調節する室内膨張弁６、からなる室内ユニットと、現地の施工条件にあわせて室外ユニットと室内ユニットを接続して冷媒の経路となる現地配管７と、から構成されている。
【００１８】
なお、従来では通常、冷媒と冷凍機油は室外ユニットに封入されており、配管長に合わせて現地で冷媒を追加封入している。しかし、冷凍機油の追加封入は難しく、コストもかかるため、通常は最大配管長に合わせた冷凍機油を封入しており、現地配管にあわせて冷凍機油量を調節することができなかった。
【００１９】
本実施形態に係る空気調和機は、図１に示すように、室外ユニット内に油タンク８と、電磁弁９，１０と、キャピラリ１２とを設け、冷凍機油を冷凍サイクルから分離して貯めておくことにより、必要な追加冷凍機油分のみを簡単に追加封入することを可能にする構成を採用していることが特徴である。図１によると、高圧側電磁弁９と油タンク８と低圧側電磁弁１０とキャピラリ１２とを直列接続した油経路が、四方弁２の上流側で、圧縮機１に対して並列接続されている。さらに、圧縮機１の吐出側には高圧圧力センサ１５、吸入側には低圧圧力センサ１１が付設されている。また、油タンク８には、現地の施工条件に合わせた配管長が、例えば１０ｍ〜１００ｍであると仮定すると、最大の配管長である１００ｍに見合った油を入れておく。本発明の主たる特徴を概説すると、冷凍サイクルを現地に設置し通常運転を開始する前に、電磁弁９，１０の開時間の自動調整により配管長に見合った油量を油タンク８から冷凍サイクルに補充封入するものである。
【００２０】
次に、本実施形態に関する冷凍機油の追加封入の作業手順について、図２に示すフローチャートに沿って説明する。まず、室外ユニットは、液阻止弁１３、ガス阻止弁１４、電磁弁（高圧側）９および電磁弁（低圧側）１０を閉じた状態で出荷される。この際、電磁弁（高圧側）９と電磁弁（低圧側）１０の間を除くサイクル配管内に、規定配管長分の冷媒および最短配管長分の冷凍機油が封入されており、油タンク８には最大配管長時に必要となる分の追加冷凍機油が封入されている。
【００２１】
次に、室内ユニットおよび室外ユニットを据付けた（ステップＳ１）後、室内ユニットと室外ユニットを繋ぐ現地配管７を接続する（ステップＳ２）。現地配管７および室内ユニット内の空気を抜くための周知の真空引きを実施後に、配管長にあわせた冷媒量を液阻止弁１３およびガス阻止弁１４から室内ユニットと現地配管７側に追加封入する（ステップ３）。そして、液阻止弁１３とガス阻止弁１４を開けることにより、冷凍サイクルが繋がり運転が可能になる。
【００２２】
次に、室外ユニットに設けられた制御装置１８の制御基板上のディップスイッチＤＳＷ等から現地配管長を入力すると（ステップ４）、制御基板上のマイコンが配管長と冷凍機油量の関係式から必要追加冷凍機油量（ｃｃ）を算出する（ステップ５）。必要追加冷凍機油量の算出後、制御基板上にある油追加モードスイッチ（不図示）を押すことにより（ステップ６）、冷凍機油追加モード運転が開始される（ステップ７）。スイッチを押して各種弁やファンを動作させるなどの準備が整い次第（数秒後に）、圧縮機１が自動的に運転を開始すると、圧縮機1の吐出側は高圧圧力に、圧縮機1の吸込側は低圧圧力になる。よって、低圧圧力センサ１１および高圧圧力センサ１５から圧力検出することにより差圧を求めることが出来るので（ステップ８）、キャピラリ１２の内径および長さと差圧の関係よりキャピラリ流量（ｃｃ／ｓｅｃ）をマイコンで演算することが可能になる（ステップ９）。あるいは、圧力センサ１１，１５の代りに、凝縮温度センサ１６と外気温度センサ１７等を用いて差圧を推定することも可能である（ステップ８）。
【００２３】
次に、制御基板上のマイコンが求めた追加冷凍機油封入量（ｃｃ）とキャピラリ流量（ｃｃ／ｓｅｃ）から、電磁弁（高圧側）９と電磁弁（低圧側）１０の開時間（Ｘ秒）についても、同様にマイコンが計算し（ステップ９）、この数値（Ｘ秒）を制御基板内の記憶装置に記憶させておく。以上で、冷凍機油追加の準備が終了する。この準備終了の段階では、電磁弁９，１０は開いていない。また、圧縮機１も一旦停止させておいてもよい。
【００２４】
冷凍機油追加の準備が終了後、かつ、圧縮機1の運転開始から一定時間経過した後（冷媒の吐出圧力を確保してから）、電磁弁（高圧側）９と電磁弁（低圧側）１０を開けることにより（ステップ１０）、高圧圧力側からの圧力で油タンク８内にある冷凍機油が低圧側に押し出されていき、キャピラリ１２を通って低圧側配管に排出される。その際、制御基板上のタイマで電磁弁（高圧側）９と電磁弁（低圧側）１０の開時間を測定し、Ｘ秒経過したのを確認後（ステップ１１）、電磁弁（高圧側）９と電磁弁（低圧側）１０を自動的に閉じ（ステップ１２）、圧縮機１の運転を停止することにより（ステップ１３）、冷凍機油の追加封入作業は終了する。
【００２５】
本実施形態の空気調和機によれば、必要追加冷凍機油分のみを封入可能で、不必要な分の冷凍機油は油タンクに残ったままとなることから、現地配管長毎に異なる最適な冷凍機油量に自由に調節することが出来、油リッチによる能力不足や入力増大を防止できる。また逆に、冷凍機油不足により発生する圧縮機故障も防止できる。
【００２６】
上述の例では、油タンク８の高圧側及び低圧側の弁９，１０を電磁弁として電磁弁開時間Ｘを自動で計算する例を示したが、弁９，１０を手動弁として予め定められた配管長以上の場合は、この手動弁を開けるだけとする、すなわち、冷凍機油をその全量だけ追加するか否かの選択のみとする簡易的な手法を採用してもよい。また、手動弁９、手動弁１０及び油タンク８の単位接続経路を複数個並列して設置して、配管長に応じて複数個の接続経路の内のいくつかの接続経路について該当する手動弁９，１０を開くようにした段階式の冷凍機油追加方式としてもよい。さらに、図１に示す電磁弁９，１０にそれぞれ手動弁を並列接続する構成として、電磁弁の代わりに手動弁を操作して同様な機能を奏させてもよい。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施形態は次のような構成を備えることを特徴とするものである。すなわち、製品の出荷状態においては、最短の配管長に必要な分の冷凍機油を冷凍サイル内に循環させておき、それ以外の最大配管長に必要な分の追加冷凍機油を油タンクに貯めておく。油タンクは室外ユニット内に据付けておき、油タンクの前後には電磁弁又は手動弁を配置し、圧縮機の高圧側と低圧側の冷媒配管に接続させる。なお、電磁弁又は手動弁は常時閉としておき、冷凍サイクルと分離させておく。そして、実際の据付け条件による配管長から必要追加冷凍機油量を算出し、流量調節可能なキャピラリを通して、必要追加封入分のみを冷凍サイクル内に追加封入させる。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
２  四方弁
３  室外熱交換器
４  室外膨張弁
５  室内熱交換器
６  室内膨張弁
７  現地配管
８  油タンク
９  電磁弁（高圧側）または手動弁
１０  電磁弁（低圧側）または手動弁
１１  低圧圧力センサ
１２  キャピラリ
１３  液阻止弁
１４  ガス阻止弁
１５  高圧圧力センサ
１６  凝縮温度センサ
１７  外気温度センサ
１８  制御装置
【図１】
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【図２】
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