(57)【要約】【課題】  既設配管を再利用し、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって，圧縮機内に体積抵抗率の低いＰＡＧオイルが存在していても、過電流を発生せずに圧縮機内の液冷媒を排出し、圧縮機を円滑に起動できる空気調和装置及び冷凍装置を得る。【解決手段】  冷凍機油としてＰＡＧオイルを使用した空気調和装置及び冷凍装置の既設配管を再利用し、ＰＡＧオイル以外の冷凍機油を使用する電気ヒートポンプ式システムの熱源機１に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって、熱源機１に内蔵された圧縮機１０を外部から加熱する加熱手段と、加熱手段で圧縮機１０を加熱した後に、圧縮機１０を起動する制御装置３２とを備え、圧縮機１０の起動前に圧縮機１０内の底部に溜まる液の液面が圧縮機１０内の導線２８よりも低くなるようにする。【選択図】  図２
2005180753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機油としてＰＡＧオイルを使用した空気調和装置及び冷凍装置の既設配管を再利用し、ＰＡＧオイル以外の冷凍機油を使用する電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって、前記熱源機に内蔵された圧縮機を外部から加熱する加熱手段と、前記加熱手段で前記圧縮機を加熱した後に、前記圧縮機内のモータと接続された充電部で導線を通電して前記圧縮機を起動する制御装置とを備え、前記圧縮機の起動時に前記圧縮機内の底部に溜まる液の液面が前記導線よりも低くなるようにしたことを特徴とする空気調和装置及び冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機内の温度を検出する温度検出手段を備え、制御装置は、前記検出温度を元に、圧縮機内の冷凍機油中の冷媒の溶解度を算出し、前記算出値が、予め設定した値よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置及び冷凍装置。
【請求項３】
圧縮機内に油面検知装置を備え、制御装置は、前記検知した油面の高さに基づいて、加熱手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置及び冷凍装置。
【請求項４】
冷媒はＲ４１０Ａであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気調和装置及び冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設配管を再利用して、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置での圧縮機動作制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式冷凍装置では、圧縮機の運転停止後に、ヒートポンプ式冷凍装置内の最も低温部分である圧縮機に、凝縮した液冷媒が移動し、圧縮機内の冷凍機油中に液冷媒が溶け込んで寝込むという現象が発生する傾向がある。従来は、この状態で圧縮機の再起動を行うと冷凍機油中に溶け込んだ液冷媒が気泡状になって冷凍機油が圧縮機外に持ち出されるフォーミング現象が発生したり、或いは、液冷媒を圧縮機が直接吸込むことにより、液圧縮が発生して圧縮機の故障の原因になる等の問題があるので、圧縮機が動作しない程度の微少電流で圧縮機内の導線部分を通電して密閉容器内の油溜め空間を加熱し、冷凍機油中に溶け込んだ液冷媒を速やかに外部排出させた後に、圧縮機を起動するような制御を行っていた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９２０１７号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、既設配管を再利用して、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置では、ガスヒートポンプ式システムで使用される冷凍機油であるポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）オイルが既設配管内に残存し、冷媒の流れにより移動して圧縮機内に溜まってしまう場合がある。このＰＡＧオイルは、電気ヒートポンプ式システムで使用される冷凍機油よりも体積抵抗率が小さいため、圧縮機内に液冷媒が滞留し、ＰＡＧオイルを多く含んだ液冷媒が圧縮機内の導線と接触すると、導線の絶縁抵抗が低下し、通電の際に過電流が発生する。
圧縮機内を加熱し、液冷媒を外部排出する方式には、上記のように圧縮機内の導線部分を通電して密閉容器内の油溜め空間を過熱する方式と、外部からクランクケースヒータで圧縮機内を加熱する方式とがある。圧縮機内の導線部分を通電する方式では、圧縮機内に滞留した液冷媒が圧縮機内の導線と接触し、かつＰＡＧオイルの濃度が０．５％以上になると、上記の理由から通電の際に、圧縮機内に過電流が発生して短絡し易くなり、圧縮機を円滑に起動できないという問題があった。また、外部からクランクケースヒータで圧縮機内を加熱する方式でも、圧縮機内から充分な量の液冷媒を外部排出せずに、圧縮機内に滞留した液冷媒が圧縮機内の導線と接触した状態で圧縮機を起動すると、圧縮機内に過電流が発生して、上記と同様の問題が発生した。
【０００５】
なお、ガスヒートポンプ式システムとは、ガスエンジンで圧縮機を駆動させ、ヒートポンプ方式で冷房と暖房を行う空気調和装置及び冷凍装置のことである。また、電気ヒートポンプ式システムとは、電気モータで圧縮機を駆動させ、ヒートポンプ方式で冷房と暖房を行う空気調和装置及び冷凍装置のことである。また、ガスヒートポンプ式システムの冷凍機油としては、価格、入手性の面からＰＡＧオイルが一般的によく使用されている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって、圧縮機内に体積抵抗率の低いＰＡＧオイルが存在していても、過電流を発生せずに圧縮機内の液冷媒を排出し、圧縮機を円滑に起動することができる空気調和装置及び冷凍装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る空気調和装置及び冷凍装置は、冷凍機油としてＰＡＧオイルを使用した空気調和装置及び冷凍装置の既設配管を再利用し、ＰＡＧオイル以外の冷凍機油を使用する電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって、前記熱源機に内蔵された圧縮機を外部から加熱する加熱手段と、前記加熱手段で前記圧縮機を加熱した後に、前記圧縮機を起動する制御装置とを備え、前記圧縮機の起動前に前記圧縮機内の底部に溜まる液の液面が前記圧縮機内の導線よりも低くなるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、既設配管を再利用し、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置であって、ＰＡＧオイルが圧縮機に溜まった状態でも、外部加熱方式により圧縮機の密閉容器内の油溜め空間を加熱し、液冷媒の液面が圧縮機内の導線よりも低くなった後に、圧縮機を起動するので、過電流を発生せずに、圧縮機を円滑に起動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置を示す冷媒回路図であり、ＣＦＣやＨＣＦＣ冷媒を使用していたガスヒートポンプ式システムを、塩素を含まないＲ４０７ＣやＲ４１０Ａ等のＨＦＣ冷媒を使用した電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えたものである。
【００１０】
図１中、電気ヒートポンプ式システムの冷媒回路は、熱源機１と、ガスヒートポンプ式システムで使用されていた第１の接続配管３、第２の接続配管４と、この第１の接続配管３、第２の接続配管４で熱源機１と接続された室内機２とで主に構成されている。また、熱源機１は、熱源機側熱交換器５、第１の操作弁６、第２の操作弁７、アキュムレータ８、及び油分離器９（油分離手段）、圧縮機１０、四方弁１１とを有している。また、室内機２は、流量調整器１２、利用側熱交換器１３とを有している。
【００１１】
次に、ガスヒートポンプ式システムを電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換える手順について説明する。まず、ガスヒートポンプ式システムの冷媒回路からＣＦＣまたはＨＣＦＣ冷媒を回収し、次に、第１の接続配管３、第２の接続配管４からＣＦＣまたはＨＣＦＣ冷媒用の熱源機と室内機を取り外し、第１の接続配管３、第２の接続配管４に、図１に示すＲ４０７ＣまたはＲ４１０Ａ冷媒用の熱源機１、室内機２を接続する。なお、接続される熱源機１には予めＲ４０７ＣまたはＲ４１０Ａ冷媒を充填しておく必要がある。次に、第１の操作弁６と第２の操作弁７は閉じたままで、室内機２、第１の接続配管３、第２の接続配管４を真空引きし、その後第１の操作弁６と第２の操作弁７を開弁するとともに、Ｒ４０７ＣまたはＲ４１０Ａ冷媒の追加充填を行い、通常の空調運転を実施する。
【００１２】
次に、熱源機１での圧縮機１０の構成について、圧縮機１０の部分断面図である図２に基づいて説明する。圧縮機１０は、円形胴体部を有する密閉容器２１内にモータ２２、主軸２３、圧縮要素２４が配置され、密閉容器２１から冷媒の吸入管２５、吐出管２６が突出して取り付けられ、モータ２２の通電を行う充電部２７が、３本の導線２８でモータ２２と接続されている構成をしている。図３が、圧縮機内の充電部の拡大断面図であり、充電部２７とは、圧縮機１０を通電する部分である。そして、圧縮機１０の運転時には、ガス冷媒は吸入管２５から密閉容器２１内に流入し、圧縮要素２４で圧縮され、高温、高圧にされた後、吐出管２６を通って、圧縮機１０から排出されることになる。
【００１３】
また、圧縮機１０の密閉容器２１の周りにクランクケースヒータ２９を巻いて設置し、このクランクケースヒータ２９で圧縮機１０内の油溜め空間３０を加熱し、油溜め空間３０内の冷凍機油中に溶解している液冷媒を蒸発させ、圧縮機内から排出する。なお。圧縮機１０に設置されたクランクケースヒータ温度センサ３１の温度は、制御装置３２により制御されている。
【００１４】
冷凍機油中の冷媒の溶解度曲線は図４に示すように、温度が高い程、溶解度が小さい傾向を示す。また、圧縮機１０内の油溜め空間３０の液冷媒の液面の高さは、冷媒の溶解度を小さくする程、低く抑えることができる。このため、圧縮機１０内の温度を制御することにより、油溜め空間３０の液冷媒の液面の高さを制御することができる。
本実施の形態では、液冷媒の液面が、充電部２７と接続された導線２８と接触しない高さになるように、クランクケースヒータ２９で外部から圧縮機１０を加熱し、クランクケースヒータ温度センサ３１により、圧縮機１０内の温度を予め設定した目標温度４０℃（図４のＣ）になるように制御する。
ここで、冷凍機油中の冷媒の溶解度を考慮するのは、冷媒の沸点は冷凍機油の沸点より低いため、冷媒の方が先に蒸発するからである。
【００１５】
このように、本実施の形態は、ガスヒートポンプ式システムから電気ヒートポンプ式システムの熱源機に置き換えた空気調和装置及び冷凍装置で、ガスヒートポンプ式システムの冷凍機油として使用されるＰＡＧオイルが圧縮機１０内に存在していても、クランクケースヒータ２９で圧縮機１０を加熱することにより、液冷媒の液面の高低に関わらず、圧縮機１０の起動前に、液冷媒を蒸発させて冷媒を圧縮機１０の外部に排出することができる。また、ＰＡＧオイルが融けこんだ液冷媒の液面を導線２８よりも低くした状態で圧縮機１０を起動するようにするため、圧縮機１０内のＰＡＧオイルの濃度に関わらず、過電流を発生せずに、圧縮機１０を円滑に起動することができる。
【００１６】
次に、本発明が、冷媒としてＲ４１０Ａを使用している空気調和装置及び冷凍装置で有効である理由について説明する。
例えば、２０℃におけるＲ４０７Ｃ冷媒とＲ４１０Ａ冷媒の液密度はそれぞれρｌＲ４０７Ｃ＝１１５９［ｋｇ／ｍ３］、ρｌＲ４１０Ａ＝１０８５［ｋｇ／ｍ３］であるようにＲ４１０Ａ冷媒は、Ｒ４０７Ｃ冷媒に比べて液密度が小さい。
現地工事でＲ４０７Ｃ冷媒と同質量のＲ４１０Ａ冷媒を誤って封入する恐れがあり、この場合、Ｒ４１０Ａ冷媒の方が容量が大きくなるため、Ｒ４０７Ｃ冷媒で液冷媒の液面が導線２８に接触しなくても、Ｒ４１０Ａ冷媒では接触するという事態が発生する。
【００１７】
また、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用した場合、Ｒ４０７Ｃ冷媒よりも高圧力となり、配管を細くする必要があるので、Ｒ４０７Ｃ冷媒と同量のＲ４１０Ａ冷媒を封入すると、配管内を循環する冷媒量が減少し、圧縮機１０内の油溜め空間３０に溜まる液冷媒の量が多くなる可能性が高まる。
現地工事で、Ｒ４０７Ｃ冷媒と同質量のＲ４１０Ａ冷媒を誤って封入した場合、Ｒ４１０Ａ冷媒用に設計された回路では過充填になり、圧縮機１０内が冷媒で液没する危険度が高まる。このように、Ｒ４１０Ａ冷媒はＲ４０７Ｃ冷媒よりも、運転停止時に圧縮機内に溜まる冷媒の容量が多くなる恐れがあるので、本発明は、冷媒としてＲ４０７Ｃを使用している空気調和装置及び冷凍装置よりも、Ｒ４１０Ａを使用している空気調和装置及び冷凍装置で特に有効である。
【００１８】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２における圧縮機を示す部分断面図であり、圧縮機内温度により圧縮機１０の動作制御をするようにしたものである。なお、図５中、図２と同じ構成及び相当する構成には同一の符号を付し説明を省略する。
図５中、３３は圧縮機１０の内部に配置された圧縮機内温度センサである。
次に、図５での温度制御につき図６のフローチャートに基づき説明する。
まず、圧縮機内温度センサ３３から圧縮機内温度Ｔ１を読み取り（ステップＳ１）、モリエル線図を用いて圧縮機内温度Ｔ１から圧縮機１０内の圧力Ｐを求める（ステップＳ２）。次に、クランクケースヒータ温度センサ３１からクランクケースヒータ２９の温度Ｔ２を読み取り（ステップＳ３）、制御装置３２内に記憶された図４に示す関係図を基に、具体的には、縦軸の圧縮機１０内の圧力Ｐの値と、横軸のクランクケースヒータの温度Ｔ２の値との交点Ｂから冷凍機油中の冷媒の溶解度Ｗを読み取る（ステップＳ４）。次に、溶解度の現在値Ｗが予め定められた溶解度の目標値Ｗｍよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ５）、大きい場合はクランクケースヒータ２９の電源をＯＮ（ステップＳ６）にして加熱し、小さい場合は電源をＯＦＦ（ステップＳ７）になるように制御する。
なお、本実施の形態では、圧縮機内温度センサ３３を圧縮機１０の内部に配置したが、圧縮機内温度センサ３３の代わりに、圧縮機１０の外部に温度センサを配置し、圧縮機内温度Ｔ１として使用してもよい。
また、図４で冷凍機油中の冷媒の溶解度Ｗを求める場合に、本実施の形態ではクランクケースヒータ温度センサ３１の温度Ｔ２を使用したが、代わりに圧縮機内温度センサ３３の圧縮機内温度Ｔ１を使用してもよい。
【００１９】
液冷媒が導線２８と接触しないように、実施の形態１では、圧縮機１０内の温度制御のみを考え、クランクケースヒータ２９で圧縮機１０内の温度を点Ａから点Ｃへ４０℃になるように制御しているが（図４）、実施の形態２では、圧縮機１０内の温度と、冷凍機油中の冷媒の溶解度から、液冷媒の液面の高さをある程度予測し、圧縮機１０内の温度を点Ａから点Ｂへ２０℃になるように制御しているため、クランクケースヒータ２９の入力を必要最低限に抑えることができる。このように、本実施の形態では、液冷媒が多い、すなわち、冷凍機油中の冷媒の溶解度が大きい場合にのみ、クランクケースヒータ２９で圧縮機１０を加熱するため、木目細かい制御ができる。特に夏場は、外気温度が高いためクランクケースヒータ２９で過度に加熱する必要はないため、本実施の形態の制御により、消費電力を節約でき有効である。
【００２０】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３における圧縮機を示す部分断面図であり、油面検知装置で検知した油面により圧縮機１０の動作制御をするようにしたものである。なお、図７中、図２と同じ構成及び相当する構成には同一の符号を付し説明を省略する。
図７中、３４は圧縮機１０内に設置された油面検知装置である。また、図７の制御装置３２は、油面検知装置３４で検知された液冷媒の高さが所定の高さよりも高い場合にはクランクケースヒータ２９の電源をＯＮにし、所定の高さよりも低い場合にはクランクケースヒータ２９の電源をＯＦＦするようにしている。
このように、液冷媒の液面の高さを直接検知することで、クランクケースヒータ２９の電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことにより、更に木目細かい制御ができ、また省エネを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における空気調和装置を示す冷媒回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１を示す圧縮機の部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１を示す圧縮機内の充電部の拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２で使用される冷凍機油中の冷媒の溶解度曲線である。
【図５】本発明の実施の形態２を示す圧縮機の部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における圧縮機の加熱制御を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３を示す圧縮機の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  熱源機、２  室内機、３  第１の接続配管、４  第２の接続配管、５  熱源機側熱交換器、６  第１の操作弁、７  第２の操作弁、８  アキュムレータ、９  油分離器、１０  圧縮機、１１  四方弁、１２  流量調整器、１３  利用側熱交換器、２１  密閉容器、２２  モータ、２３  主軸、２４  圧縮要素、２５  吸入管、２６  吐出管、２７  充電部、２８  導線、２９  クランクケースヒータ、３０  油溜め空間、３１  クランクケースヒータ温度センサ、３２  制御装置、３３  圧縮機内温度センサ、３４  油面検知装置
【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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