(57)【要約】【課題】直列に設けられた複数の圧縮機の各々に溜まった油量を適切に管理する方法を提供する。【解決手段】制御装置は、互いに均油管を介して接続され、直列に設けられた複数の圧縮機を備える冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記均油管に設けられた弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに均油管を介して接続され、直列に設けられた複数の圧縮機を備える冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記均油管に設けられた弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、制御装置。
【請求項２】
前記弁を閉じた状態で所定の第１時間運転した後に、所定の第２時間だけ前記弁を開く制御を行う、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
直列に設けられた低段側および高段側の圧縮機と、
前記高段側の圧縮機と前記低段側の圧縮機とを接続する均油管と、
前記均油管に設けられた弁と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記低段側の圧縮機の回転数を、前記高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、冷媒回路。
【請求項４】
請求項３に記載の冷媒回路を備える、ヒートポンプ。
【請求項５】
互いに均油管を介して接続され、直列に設けられた複数の圧縮機を備える冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記均油管に設けられた弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、冷媒回路、ヒートポンプ及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の圧縮機を搭載し、各圧縮機に仕事量を分散させて高効率化を図る熱源装置が提案されている。例えば、特許文献１には、同一排除容積の２つの圧縮機を直列に接続し、低段側の圧縮機の回転数を高段側の圧縮機の回転数の２倍に制御することにより、高効率運転を実現する冷凍装置について記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２９６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、圧縮機を複数搭載すると、圧縮機間で油量に偏りが生じ、様々な不具合が生じる可能性がある。
【０００５】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御装置、冷媒回路、ヒートポンプ及び制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、互いに均油管を介して接続され、直列に設けられた複数の圧縮機を備える冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記均油管に設けられた弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、制御装置である。
【０００７】
本発明の一態様における前記制御装置は、前記弁を閉じた状態で所定の第１時間運転した後に、所定の第２時間だけ前記弁を開く制御を行う。
【０００８】
本発明の一態様は、直列に設けられた低段側および高段側の圧縮機と、前記高段側の圧縮機と前記低段側の圧縮機とを接続する均油管と、前記均油管に設けられた弁と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記低段側の圧縮機の回転数を、前記高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、冷媒回路である。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の冷媒回路を備えるヒートポンプである。
【００１０】
本発明の一態様は、互いに均油管を介して接続され、直列に設けられた複数の圧縮機を備える冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、前記均油管に設けられた弁の開度を制御することにより、前記低段側の圧縮機および前記高段側の圧縮機の冷凍機油の量を制御する、制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直列に設けられた複数の圧縮機に溜まった油量の偏りを防ぎ、安定した運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における冷媒回路の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における油量管理制御の一例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】
【００１３】
＜実施形態＞
以下、本発明の一実施形態による冷媒回路を図１〜図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態における冷媒回路の一例を示す図である。
冷媒回路１は、ヒートポンプに用いられる冷媒回路である。冷媒回路１は、外部から供給された空気や水などの利用側媒体の温度を所定の目標温度に昇温し、温風や温水をユーザ側に提供する。図１が示すとおり冷媒回路１は、高段側圧縮機１０Ａと、低段側圧縮機１０Ｂと、利用側熱交換器（凝縮器）１１と、膨張弁１２と、熱源側熱交換器（蒸発器）１３と、これらを接続する配管で構成された冷媒の流路１４と、均油管１５と、弁１６と、制御装置２０と、を含んで構成される。
なお、図１に示す冷媒回路１の構成は、冷媒回路１の基本的な構成を模式的に示したものであって、さらに他の構成要素が含まれていてもよい。
【００１４】
高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂは冷媒を圧縮する。高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとは直列に接続されている。低段側圧縮機１０Ｂは、熱源側熱交換器１３から供給された低圧の冷媒を吸入して圧縮を行い、中間圧力の冷媒を高段側圧縮機１０Ａ側へ吐出する。高段側圧縮機１０Ａは、低段側圧縮機１０Ｂが吐出した中間圧力の冷媒を吸入して圧縮を行い、高圧の冷媒を吐出する。
【００１５】
高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂの回転数は、例えばインバータ（図示せず）を介して制御装置２０によって制御される。高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂの回転数は、例えば、高段側圧縮機１０Ａの吐出側の圧力や温度、低段側圧縮機１０Ｂが吐出する冷媒の圧力や温度がそれぞれ所定の目標値となるように制御される。低段側圧縮機１０Ｂの吐出側の中間圧力の目標値は、高段側圧縮機１０Ａ、低段側圧縮機１０Ｂによる圧縮効率が、最も高くなるような圧力に設定されている。
【００１６】
高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとは、互いに均油管１５を介して接続されている。均油管１５には、弁１６が設けられる。弁１６を開くと、二重線の矢印で示すように、高圧側（高段側圧縮機１０Ａ）から低圧側（低段側圧縮機１０Ｂ）へ冷凍機油が移動する。弁１６を閉じると、冷凍機油は移動しない。均油管１５および弁１６は、均油回路を構成している。
【００１７】
利用側熱交換器１１は、凝縮器として機能する。利用側熱交換器１１に供給された高圧の冷媒は、ユーザが利用する利用側媒体と熱交換して放熱し、凝縮されて液化される。一方、利用側熱交換器１１へと供給された空気や温度などの利用側媒体は、高圧の冷媒から吸熱し、所定の目標温度に昇温され、ユーザに提供される。なお、図中、点線矢印は、利用側媒体の流れ方向を示し、実線矢印は、冷媒の流れ方向を示している。
【００１８】
膨張弁１２は、冷媒を減圧する。利用側熱交換器１１で凝縮された液冷媒は、膨張弁１２によって減圧、膨張され低圧の冷媒となる。
熱源側熱交換器１３は、蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１３は、膨張弁１２から流入した低圧の冷媒を、外気等の熱源からの吸熱により蒸発させる。制御装置２０は、例えば、熱源側熱交換器１３による蒸発温度が目標値となるように、膨張弁１２の開度を制御する。熱源側熱交換器１３を通過して気化した冷媒は、低段側圧縮機１０Ｂへ吸入される。低段側圧縮機１０Ｂは冷媒を圧縮して高段側圧縮機１０Ａ側へ吐出する。同様の過程を繰り返し、冷媒は、冷媒回路１を循環する。これにより、所定の温度に昇温された温風や温水などの利用側媒体が提供される。
【００１９】
制御装置２０は、例えばマイコン等のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）を備えたコンピュータ装置である。制御装置２０は、冷媒回路１を構成する機器を制御して、所望の運転状態を実現する。例えば、制御装置２０は、冷媒回路１に設けられた図示しない温度センサ、圧力センサ等の計測結果を取得して、例えば、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの吐出側の温度や圧力が目標値となるように各圧縮機の回転数を制御したり、膨張弁１２の開度を制御したりする。また、制御装置２０は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂに溜まった冷凍機油の油量の偏りを防ぎ、冷媒回路１に流出する油量を抑制するために油量管理制御を実行する。
【００２０】
次に制御装置２０が備える油量管理制御の機能について説明する。図示するように制御装置２０は、制御部２１と、タイマ２２と、記憶部２３とを備えている。なお、制御装置２０は、冷媒回路１に関して種々の制御を行うが、本明細書では油量管理制御以外の制御に関する機能の説明を省略する。
【００２１】
制御部２１は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を制御する。より具体的には、制御部２１は、低段側圧縮機１０Ｂを高段側圧縮機１０Ａよりも高速の回転数で運転する。一般に圧縮機が吐出する油量は回転数に比例する。その為、低段側圧縮機１０Ｂを高段側圧縮機１０Ａよりも高速に回転することで、低段側圧縮機１０Ｂが高段側圧縮機１０Ａへ吐出する油量が相対的に多くなり、高段側圧縮機１０Ａに冷凍機油が溜まるようになる。一方、低段側圧縮機１０Ｂの油量は減少する。油量に偏りが生じると様々な不具合が生じる可能性がある。そこで、制御部２１は、弁１６を開き、高段側圧縮機１０Ａに溜まった冷凍機油を低段側圧縮機１０Ｂへと移動させ、油量の偏りを是正する。一方、弁１６を常に開いた状態にしておくと、高圧な高段側圧縮機１０Ａから低圧な低段側圧縮機１０Ｂへと均油管１５を通して常に冷凍機油が流れるようになり、低段側圧縮機１０Ｂに冷凍機油が多く溜まるようになる。従って、制御部２１は、低段側圧縮機１０Ｂの回転数をより高速に運転しつつ、弁１６の開閉を適切に制御し、高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂの油量に偏りが生じないようにする（均油制御）。また、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数制御、弁１６の開閉制御により、高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂとの間で冷凍機油を循環させ、冷媒回路中への冷凍機油の流出を抑える。これら均油制御と圧縮機（高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂ）外への冷凍機油の流出を抑制する制御をあわせて油量管理制御と呼ぶ。
【００２２】
タイマ２２は、時刻を計測する。
記憶部２３は、センサによる計測値や油量管理制御に必要なパラメータの値など種々の情報を記憶する。記憶部２３は、例えば、弁１６を開状態とする時間、弁１６を閉状態とする時間、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数などの情報を記憶する。また、記憶部２３は、制御装置２０の機能を実現する各種プログラムを記憶する。なお、制御部２１は、制御装置２０が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部２３からプログラムを読み出して実行することで実現される機能である。
【００２３】
次に油量管理制御の処理の流れについて図２を用いて説明する。
図２は、本発明の一実施形態における油量管理制御の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部２１が、低段側圧縮機１０Ｂの回転数が高段側圧縮機１０Ａの回転数より大きく（高速）となるよう制御し、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を行う（ステップＳ１１）。高段側圧縮機１０Ａの回転数および低段側圧縮機１０Ｂの回転数は、冷媒回路１の負荷の大きさや効率の観点から計算や実験などにより予め定められており、記憶部２３に記録されている。制御部２１は、記憶部２３から各々回転数の情報を読み出して、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数を制御する。
【００２４】
また、制御部２１は、弁１６を閉とする制御を行う（ステップＳ１２）。タイマ２２は、弁１６を閉じた時刻を記憶部２３に記録する。
次に制御部２１は、タイマ２２が計測する時刻を監視し、弁１６を閉じてから、所定の第１時間が経過したかどうかを判定する（ステップＳ１３）。第１時間の値は、記憶部２３に記録されている。第１時間が経過しない場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部２１は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数、弁１６の閉状態をそのまま維持しつつ、冷媒回路１の運転を継続する。この間、低段側圧縮機１０Ｂが吐出した冷凍機油が、高段側圧縮機１０Ａへ溜まり、高段側圧縮機１０Ａの油量が徐々に増加する。
【００２５】
第１時間が経過すると（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部２１は、弁１６を開とする制御を行う（ステップＳ１４）。タイマ２２は、弁１６を開いた時刻を記憶部２３に記録する。
【００２６】
次に制御部２１は、タイマ２２が計測する時刻を監視し、弁１６を開いてから、所定の第２時間が経過したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。第２時間の値は、記憶部２３に記録されている。第２時間が経過しない場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、制御部２１は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数、弁１６の開状態をそのまま維持しつつ、冷媒回路１の運転を継続する。この間、高圧側の高段側圧縮機１０Ａに溜まった冷凍機油が、均油管１５を通過して低圧側の低段側圧縮機１０Ｂへと移動し、２つの圧縮機に溜まった油量の偏りが改善される。
【００２７】
また、ステップＳ１２〜ステップＳ１５の制御中における高段側圧縮機１０Ａと低段側圧縮機１０Ｂの間の冷凍機油の移動により、冷凍機油が２つの圧縮機の間で循環することになり、冷媒回路１への冷凍機油の流出が抑制される。
【００２８】
第２時間が経過すると（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、制御部２１は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を停止するか否かを判定する（ステップＳ１６）。例えば、ユーザから運転の停止を指示する信号の入力があると、制御部２１は、運転を停止すると判定する。その場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御部２１は、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの運転を停止する。
【００２９】
運転を停止しない場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、制御部２１は、弁１６を開とする制御を行う（ステップＳ１２）。タイマ２２は、弁１６を開いた時刻を記憶部２３に記録する。以降、ステップＳ１３からの処理を繰り返す。つまり、弁１６が開状態となっている時間と、閉状態になっている時間を監視しながら、制御部２１は、弁１６の開閉を制御する。これにより、油量を計測するセンサ等を設けることなく、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数の制御と、弁１６を開状態および閉状態にしておく時間の制御だけで、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの油量を適切に管理することができる。なお、高段側圧縮機１０Ａおよび低段側圧縮機１０Ｂの回転数、所定の第１時間および第２時間には、冷媒回路１の目的（昇温された利用側媒体の提供）を達成しつつ、２つの圧縮機の油量が適切な状態で運転が継続できることが事前に実験等により確認された値が設定される。
【００３０】
上記の油量管理制御によれば、複数の圧縮機が直列に設けられた冷媒回路において、低段側の圧縮機の回転数を、高段側の圧縮機の回転数よりも大きくして運転しつつ、高段側の圧縮機と低段側の圧縮機を接続する均油回路を開放することで、高段側の圧縮機と低段側の圧縮機の油量の偏りを改善することができる。また、冷媒回路へ流出する冷凍機油の量を抑制し、複数の圧縮機の間に冷凍機油を封入しておくことができる。これにより、それぞれの圧縮機の油量を適切に保ち、冷媒回路１を安定して運転することができる。また、油不足による圧縮機の焼き付けや破損等のリスクを低減することができる。
【００３１】
なお、図１では、２台の圧縮機が直列に設けられた冷媒回路を示したが、本実施形態の油量管理制御は、３台以上の圧縮機を直列に備え、それらの圧縮機の中で高段側の圧縮機と低段側の圧縮機が均油管で接続された冷媒回路に適用してもよい。また、弁１６の制御について開または閉とする制御を例示したが、弁１６として流量調節弁を設け、高段側の圧縮機から低段側の圧縮機へ移動する冷凍機油の流量を調整するようにしてもよい。
【００３２】
また、油量管理制御を行ううえで、低段側の圧縮機と高段側の圧縮機の回転数の比は、低段側の圧縮機の回転数＞高段側の圧縮機の回転数となることを前提に、運転条件に応じて任意に定めることができる。同様に、均油回路を封鎖する時間（第１時間）と開放する時間（第２時間）についても、運転条件に応じて任意に定めることができる。また、本実施形態の油量管理制御の適用先の冷媒回路において、複数の圧縮機の間での押しのけ量の大小関係には特に制限は無い。
【００３３】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、実施形態では、温風などを提供するヒートポンプの冷媒回路について説明したが、空気調和機、冷凍機などの冷媒回路において、本実施形態の油量管理制御を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・冷媒回路
１０Ａ・・・高段側圧縮機
１０Ｂ・・・低段側圧縮機
１１・・・利用側熱交換器
１２・・・膨張弁
１３・・・熱源側熱交換器
１４・・・流路
２０・・・制御装置
１５・・・均油管
１６・・・弁
２１・・・制御部
２２・・・タイマ
２３・・・記憶部
【図１】
2019078459.tif 000003
【図２】
2019078459.tif 000004