(57)【要約】【課題】  オイルタンクやオイルポンプを設置すると、装置が大型化し、ポンプ動力を費やすためシステム効率が低下するということ。また、オイルの供給量が過小になると上記の問題が生じるが、過大になる場合も膨張機のモータ動作不良を生じてしまうということ。【解決手段】  本発明の冷凍サイクル装置の制御方法によれば、前記蒸発器１０４の入口に蒸発器入口温度検出手段１０５と、前記蒸発器１０４の出口に蒸発器出口温度検出手段１０６を設け、それぞれの温度差が一定値以上の場合は圧縮機１０１の運転を通常運転より小さく制御することによって、確実に膨張機１０３内に一定量のオイルを確保し、膨張機１０３の動作不良を防ぐことを目的としてなされたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が、圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器の順に循環する構成において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口温度検出手段を設け、前記蒸発器入口温度検出手段で検出した測定値と、前記蒸発器出口温度検出手段で測定した測定値の差が、一定値以上の場合は前記圧縮機の回転数を通常運転より小さく制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
冷媒が、圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器の順に循環する構成において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口圧力検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口圧力検出手段を設け、前記蒸発器入口圧力検出手段で検出した測定値と、前記蒸発器出口圧力検出手段で測定した測定値の差が、一定値以上の場合は前記圧縮機の回転数を通常運転より小さく制御することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、蒸発器入口温度と出口温度の温度差が一定値以下になったとき圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
冷媒が、圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器の順に循環する構成において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口温度検出手段を設け、それぞれの温度差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。
【請求項６】
冷媒が、圧縮機、放熱器、膨張機、蒸発器の順に循環する構成において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口圧力検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口圧力検出手段を設け、それぞれの圧力差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。      
【請求項７】
請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、蒸発器入口温度と出口温度の温度差が一定値以下になったとき圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張機を用いた給湯機や空調機などの冷凍サイクル装置およびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の膨張弁を用いた冷凍サイクル装置の場合には、潤滑オイルを必要とする機械は主に圧縮機だけであった。ところが、冷媒として二酸化炭素を用いた超臨界冷凍サイクルにおいては、動力回収のために、膨張機を用いることが有効とされている。膨張機も潤滑オイルを必要とする機械であり、冷凍サイクル中でのオイルの制御がより重要となってきている。特に、蒸発器においては、従来の膨張弁を用いた冷凍サイクルではオイルの問題は大きな問題とはならなかったが、膨張機を用いたシステムにおいては、膨張機から吐出されたオイルが蒸発器に進入するという課題が発生する。
【０００３】
冷凍サイクル装置において、圧縮機や膨張機から吐出された冷媒はオイルとともに出ていくものであるが、膨張機から吐出されるオイルが大きいほど、膨張機内に滞留するオイル量が減るので、膨張機内部のメカ摺動ロスが発生したり、焼き付きを生じてしまうという課題がある。また、圧縮機や膨張機から吐出されたオイルは熱交換器等の配管内に滞留するので、熱交換器の熱伝達率が低下し、十分な熱交換量が確保できないという課題がある。
【０００４】
図８は、このような課題を解決するためのスクリュ膨張機を用いた温水排熱熱利用発電システムの構成回路を示している。このシステムには給油パイプＩ、ＩＩが設けられているので、膨張機内のシリンダ、ロータ間等の摺動面の潤滑およびシール作用及びベアリングの潤滑等を円滑に行うことができる。（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６２７００１号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらオイルタンクやオイルポンプを設置すると、装置が大型化し、ポンプ動力を費やすためシステム効率が低下するという課題があった。また、オイルの供給量が過小になると上記の問題が生じるが、過大になる場合も膨張機のモータ動作不良を生じてしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口温度検出手段を設け、それぞれの温度差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することによって、確実に膨張機内に一定量のオイルを確保することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の運転方法は、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口温度検出手段を設け、それぞれの温度差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することを特徴とする冷凍サイクル装置の運転方法である。
【０００８】
本構成によって、前記圧縮機運転を通常運転より小さく制御することによって蒸発器内に滞留するオイルを圧縮機または膨張機内に戻すことができるので、熱交換器の伝熱性能低下を防止しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の冷凍サイクル装置の運転方法は、前記蒸発器の入口に蒸発器入口圧力検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口圧力検出手段を設け、それぞれの圧力差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することを特徴とする。
【００１０】
本構成によって、よりリアルタイムに熱交換器内の異常なオイル滞留の有無を確認することができるので、前記圧縮機運転を通常運転より小さく制御することによって蒸発器内に滞留するオイルを圧縮機または膨張機内に戻すことができ、熱交換器の伝熱性能低下を防止しつつより確実に膨張機の動作不良を防ぐことができる。
また、本発明の冷凍サイクル装置の運転方法は、請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする。
【００１１】
本構成によって、より確実に快適性と膨張機の信頼性の両面を確保することができる。
【００１２】
また、本発明の冷凍サイクル装置の運転方法は、請求項１または請求項２の運転を一定時間行ったあと、蒸発器入口温度と出口温度の温度差が一定値以下になったとき圧縮機の回転数を通常運転の回転数に復帰させることを特徴とする。
【００１３】
本構成によって、膨張機内のオイル量を適正量に保ちつつ、快適性と膨張機の信頼性の両面を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の冷凍サイクル装置の運転方法によれば、圧縮機と、放熱器と、膨張機と、蒸発器を順次直列に接続した冷凍サイクル装置において、前記蒸発器の入口に蒸発器入口温度検出手段と、前記蒸発器の出口に蒸発器出口温度検出手段を設け、それぞれの温度差を検出することによって、熱交換器内の異常なオイル滞留の有無を把握することができるので、それぞれの温度差が一定値以上の場合は圧縮機運転を通常運転より小さく制御することによって、蒸発器内に滞留するオイルを圧縮機または膨張機内に戻すことができ、熱交換器の伝熱性能低下を防止しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の冷凍サイクル装置の運転方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
本実施形態の冷凍サイクル装置は、図１に示すように、例えばフロンまたは二酸化炭素等の冷媒を作動流体とし、冷媒を昇圧する圧縮機１０１と、この圧縮機１０１で昇圧された冷媒を冷却する放熱器１０２と、この放熱器１０２よりも冷媒下流側に配置されて冷却された冷媒を減圧膨張する絞り装置１０３と、この絞り装置１０３で減圧された冷媒を加熱する蒸発器１０４を順次配管接続して冷凍サイクル回路が構成されている。
【００１７】
また、本実施形態の冷凍サイクル装置には、蒸発器入口配管には、蒸発器入口温度検出手段１０５が設けられており、蒸発器出口配管には、蒸発器出口温度検出手段１０６が設けられている。さらに、本実施形態の冷凍サイクル装置は、圧縮機回転数制御手段１０７および、制御回路１０８が設けられている。また、圧縮機１０１の回転数は、前記蒸発器入口温度検出手段１０５によって検出された温度と前記蒸発器出口温度検出手段１０６によって検出された温度との差に応じて制御できるように構成されている。
【００１８】
以上のように構成された、本実施形態の冷凍サイクル装置について、以下その動作を説明する。
【００１９】
圧縮機１０１で吐出された冷媒は、放熱器１０２に入り、ここで放熱して冷却される。その後、冷媒は、絞り装置１０３に導かれ、蒸発圧力まで減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、蒸発器１０４において、吸熱してガス状となり圧縮機１０１へ戻される。
【００２０】
次に、本実施の形態の冷凍サイクル装置の制御方法を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２１】
運転が開始されると、ステップ２０１で前記蒸発器入口温度検出手段によって検出された温度Ｔｉｎと前記蒸発器出口温度検出手段によって検出された温度Ｔｏｕｔとの差が設定値Ｔｘと比較される。そして、Ｔin−ToutがＴｘよりも小さい場合は、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイル量が少ない状態であることを示しており、ステップ２０１に戻る。また、Ｔin−ToutがＴｘよりも大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が大きいと判断され、ステップ２０２に移る。ステップ２０２では、圧縮機の回転数を小さくするように制御してステップ２０１に戻る。
【００２２】
ここで、蒸発器の入口と出口の冷媒温度差Ｔin−Toutが大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が多いと判断している理由は次の通りである。
【００２３】
蒸発器１０４の配管内に滞留するオイル量が増加すると、配管中を流れる冷媒の流路断面積が低下するため、冷媒流速が大きくなる。冷媒流速が大きくなると冷媒の圧力損失が増加するため、図９のモリエル線図に示すように、実線サイクルから破線サイクルのように冷凍サイクルが変化する。つまり、蒸発器出口温度はTout1からTout2に変わるが、このように冷媒が気液二相状態の場合、冷媒圧力が低い方が温度も低くなるため、Tout2の温度の方がTout1よりも低くなる。したがって、配管内に滞留するオイル量が増加すると、破線のような冷凍サイクルとなり、蒸発器入口温度Tinと蒸発器出口温度Toutの差が大きくなるので、Tin−Toutを測定することによって蒸発器内のオイル滞留量の大小を予測することができる。
【００２４】
また、蒸発器内のオイル量は、圧縮機の回転数を制御することによって制御することが可能である。すなわち、圧縮機の回転数が低下することにより、オイルの吐出量が低下するのみならず、圧縮機の底部に滞留したオイルの巻き上げ量が減少するために、吐出冷媒中のオイルの重量比も低下する。また、一般に、圧縮機の回転数が低下するに伴って、膨張機も回転数が低下する。膨張機についても圧縮機と同様に、回転数の低下に伴って、オイル吐出量が低下するため、蒸発器に供給されるオイル量は低下する。結局、圧縮機の回転数を低下させことによって、蒸発器に滞留するオイル量を低下させることができる。この圧縮機の回転数を低下させる低速運転の時間は、一般的なルームエアコンの場合、３分程度である。
【００２５】
オイルの種類としては、冷媒と相溶性の高いオイルを用いるのが望ましい。冷媒と相溶性の優れたオイルは、熱交換器内に滞留しても、圧縮機の回転数の低下に伴い、冷媒に容易に溶解し、圧縮機に回収されやすい。
【００２６】
このようなオイルとしては、フロン冷媒の場合、ＰＯＥ（ポリオールエステル）オイルが一般的に用いられており、冷媒と良く溶け合う性質を有する。また、二酸化炭素冷媒の場合、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）オイルが一般的に用いられている。フロン冷媒に対するＰＯＥオイルほどの相溶性は無いものの、冷媒と溶け合う性質を有している。
【００２７】
以上のように、前記圧縮機１０１の回転数を小さくすることによって蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイルを圧縮機または膨張機内に戻すことができるので、熱交換器の伝熱性能低下を防止しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は、本発明による第２実施形態の冷凍サイクル装置を示す構成図である。第２実施形態の冷凍サイクル装置は、蒸発器入口配管に設けられた蒸発器入口圧力検出手段１０９と、蒸発器出口配管に設けられた蒸発器出口圧力検出手段１１０を設け、圧縮機１０１の回転数は、前記蒸発器入口圧力検出手段によって検出された圧力と前記蒸発器出口圧力検出手段によって検出された圧力との差に応じて制御できるように構成されている。
本実施の形態の動作を、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
運転が開始されると、ステップ３０１で前記蒸発器入口圧力検出手段によって検出された圧力Ｐｉｎと前記蒸発器出口圧力検出手段によって検出された圧力Ｐｏｕｔとの差が設定値Ｐｘと比較される。そして、Ｐin−ＰoutがＰｘよりも小さい場合は、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイル量が少ない状態であることを示しており、ステップ３０１に戻る。また、Ｐin−ＰoutがＰｘよりも大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が大きいと判断され、ステップ３０２に移る。ステップ３０２では、圧縮機の回転数を小さくするように制御してステップ３０１に戻る。
【００３０】
以上のように、前記圧縮機１０１の回転数を小さくすることによって蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイルを圧縮機または膨張機内に戻すことができるので、熱交換器の伝熱性能低下を防止しつつ膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【００３１】
（実施の形態３）
本実施形態の動作を、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００３２】
運転が開始されると、ステップ４０１で前記蒸発器入口温度検出手段によって検出された温度Ｔｉｎと前記蒸発器出口温度検出手段によって検出された温度Ｔｏｕｔとの差が設定値Ｔｘと比較される。そして、Ｔin−ToutがＴｘよりも小さい場合は、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイル量が少ない状態であることを示しており、ステップ４０１に戻る。また、Ｔin−ToutがＴｘよりも大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が大きいと判断され、ステップ４０２に移る。ステップ４０２では、圧縮機１０１の回転数を小さくするように制御してステップ４０３に移る。ステップ４０３では、運転開始からの経過時間Timeと設定値Ｔｍが比較され、TimeがＴｍよりも小さい場合はステップ４０１に戻る。またTimeがＴｍよりも大きい場合はステップ４０４に移り、圧縮機１０１の回転数を通常運転の回転数に戻すように制御してステップ４０１に戻る。
【００３３】
以上のように、運転開始から一定時間経過後に前記圧縮機１０１の回転数を通常運転に復帰させることによって、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイルを圧縮機または膨張機内に戻しつつ、快適性を確保し膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【００３４】
(実施の形態４)
本実施形態の動作を、図７のフローチャートと図５のタイムチャートを用いて説明する。
【００３５】
運転が開始されると、ステップ５０１で前記蒸発器入口温度検出手段によって検出された温度Ｔｉｎと前記蒸発器出口温度検出手段によって検出された温度Ｔｏｕｔとの差が設定値Ｔｘと比較される。そして、Ｔin−ToutがＴｘよりも小さい場合は、蒸発器１０４の
配管内に滞留しているオイル量が少ない状態であることを示しており、ステップ５０１に戻る。また、Ｔin−ToutがＴｘよりも大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が大きいと判断され、ステップ５０２に移る。ステップ５０２では、圧縮機１０１の回転数を小さくするように制御してステップ５０３に移る。この時点が、図５のＡ点に相当する。ステップ５０３では、運転開始からの経過時間Timeと設定値Ｔｍが比較され、TimeがＴｍよりも小さい場合はステップ５０１に戻る。またTimeがＴｍよりも大きい場合はステップ５０４に移り、前記蒸発器入口温度検出手段によって検出された温度Ｔｉｎと前記蒸発器出口温度検出手段によって検出された温度Ｔｏｕｔとの差が設定値Ｔｘと比較される。そして、Ｔin−ToutがＴｘよりも小さい場合は、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイル量が少ない状態であることを示しており、ステップ５０５に移り、圧縮機１０１の回転数を通常運転の回転数に戻すように制御してステップ５０１に戻る。この時点が、図５のＢ点に相当する。また、Ｔin−ToutがＴｘよりも大きい場合は、蒸発器配管内に滞留しているオイル量が大きいと判断され、ステップ５０１に戻る。
【００３６】
以上のように、運転開始から一定時間経過後に蒸発器入口温度と出口温度差が一定値よりも小さい場合に、前記圧縮機１０１の回転数を通常運転に復帰させることによって、蒸発器１０４の配管内に滞留しているオイルを圧縮機または膨張機内に戻しつつ、快適性を確保し膨張機の動作不良を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかる冷凍サイクル装置は、給湯器や空気調和機の他に、食器乾燥用や生ゴミ処理用など、他の用途の冷凍サイクル装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置を示す構成図
【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制御フローチャート
【図３】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の制御フローチャート
【図５】本発明の実施の形態３における冷凍サイクル装置の制御フローチャート
【図６】本発明の実施の形態４における冷凍サイクル装置の制御フローチャート
【図７】本発明の実施の形態４における経過時間と圧縮機回転数のタイムチャート
【図８】従来技術の冷凍サイクル装置を示す構成図
【図９】蒸発器配管内のオイル滞留量による冷凍サイクルの変化を示すモリエル線図
【符号の説明】
【００３９】
１０１  圧縮機
１０２  放熱器
１０３  膨張機
１０４  蒸発器
１０５  蒸発器入口温度検出手段
１０６  蒸発器出口温度検出手段
１０７  圧縮機回転数制御手段
１０８  制御回路
１０９  蒸発器入口圧力検出手段
１１０  蒸発器出口圧力検出手段
【図１】
2007147152.tif 000003
【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】
2007147152.tif 000009
【図８】
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【図９】
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