(57)【要約】【課題】圧縮機の内部機構の円滑な動作を妨げることなく、効率的な冷凍サイクル運転への移行が早期に行えるように、油戻し配管の流量制御弁を適正に制御する。【解決手段】圧縮機１０内に存在する冷凍機油の温度を検出する第１温度センサ１０１と、冷媒吸入側配管１０ｂ内の圧力を検出する低圧センサ１０５と、第１温度センサ１０１にて検出された冷凍機油温度Ｔ１と低圧センサ１０５にて検出された圧力から算出される低圧飽和温度Ｔ２を監視して油戻し配管１１の流量制御弁１３を制御する制御部７０とを含み、制御部７０は、圧縮機１０の起動当初から流量制御弁１３を開にした状態で、冷凍機油温度Ｔ１と低圧飽和温度Ｔ２を監視し、その温度差Δｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の判定値以上になった時点で流量制御弁１３を閉じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを備え、上記圧縮機の冷媒吐出側配管と冷媒吸入側配管との間に、油分離器と流量制御弁とを直列に接続してなる油戻し配管が接続されている空気調和機において、
上記圧縮機内に存在する冷凍機油の温度を検出する第１温度センサと、上記冷媒吸入側配管内の圧力を検出する低圧センサと、上記第１温度センサにて検出された冷凍機油温度Ｔ１と上記低圧センサにて検出された圧力から算出される低圧飽和温度Ｔ２を監視して上記流量制御弁を制御する制御部とを含み、
上記制御部は、上記圧縮機の起動当初から上記流量制御弁を開にした状態で、上記冷凍機油温度Ｔ１と上記低圧飽和温度Ｔ２を監視し、その温度差Δｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の判定値以上になった時点で、上記流量制御弁を閉じることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
上記冷媒吐出側配管を介して吐出冷媒温度を検出する第２温度センサと、上記冷媒吸入側配管を介して吸入冷媒温度を検出する第３温度センサと、上記冷媒吐出側配管内の圧力を検出する高圧センサとをさらに備え、
上記制御部は、上記第２温度センサにて検出された吐出冷媒温度Ｔ３と上記高圧センサにて検出された圧力から算出される高圧飽和温度Ｔ４とから求められる吐出過熱度ＳＨ１または上記第３温度センサにて検出された吸入冷媒温度Ｔ５と上記低圧飽和温度Ｔ２とから求められる吸入過熱度ＳＨ２（＝Ｔ５−Ｔ２）を上記温度差Δｔとともに監視し、
上記圧縮機の回転数を最小回転数、上記膨張弁の開度を最小開度、上記流量制御弁を開に設定して上記圧縮機を起動したのち、上記温度差Δｔが上記判定値以上になるまでの間において、上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２が大きくなるにしたがって上記圧縮機の回転数を上げるとともに、上記膨張弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
タイマをさらに備えるとともに、上記制御部には上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２に対する閾値および上記閾値に対応する上記圧縮機の目標回転数、上記膨張弁の目標開度が設定されており、
上記制御部は、上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２が上記タイマに設定されている所定時間内に上記閾値までに到達しない場合には、上記圧縮機の回転数および上記膨張弁の開度を上記目標回転数、上記目標開度にすることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に関し、さらに詳しく言えば、圧縮機の冷媒吐出側配管と冷媒吸入側配管との間に油分離器と流量制御弁とを直列に接続してなる油戻し配管が接続されている空気調和機における油戻し配管の流量制御弁の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機は、基本的な構成として、圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備え、四方弁の切り替えにより、暖房サイクルもしくは冷房サイクルのいずれかが選択される。
【０００３】
暖房運転の場合、圧縮機から吐出された冷媒が室内熱交換器で凝縮され、室外熱交換器で蒸発し、アキュムレータを介して圧縮機に吸入される。冷房運転の場合には、四方弁により冷媒の流れが切り替えられ、圧縮機から吐出された冷媒が室外熱交換器で凝縮され、室内熱交換器で蒸発し、アキュムレータを介して圧縮機に吸入される。
【０００４】
圧縮機には、通常、ロータリー式もしくはスクロール式の圧縮機が用いられるが、圧縮機の内部には、軸受け部や摺動部等の内部機構を潤滑するための冷凍機油が貯留されている。また、内部高圧型，内部低圧型のいずれにしても、圧縮機内には冷媒が循環する。
【０００５】
このように圧縮機内には、冷凍機油と冷媒とが併存しており、圧縮機の起動当初には、圧縮機の温度が低く冷凍機油内に比較的多くの冷媒が溶け込んでいるため、冷凍サイクルの安定した通常の空調運転時よりも、圧縮機から冷媒とともに多くの冷凍機油が冷凍サイクル内に吐出される。この状態が長時間続くと、圧縮機内が冷凍機油不足となり、最悪の事態として、圧縮機が故障してしまうことがある。
【０００６】
そこで、圧縮機の起動当初において冷媒とともに吐出される冷凍機油を回収して圧縮機に戻すために、圧縮機の冷媒吐出側配管と冷媒吸入側配管との間に、油分離器と流量制御弁とを直列に含む油戻し配管を接続することが行われている。
【０００７】
しかしながら、流量制御弁を常時開けていると、油戻し配管に流れる冷媒量が多くなることから、相対的にメインの冷凍サイクルに流れる冷媒量が少なくなり、冷凍サイクルの運転効率が低下する。
【０００８】
一方、冷凍サイクルの効率化を優先して、流量制御弁を早期に閉じると、圧縮機に戻される冷凍機油が少なくなり、圧縮機の内部機構の円滑な動作に支障をきたすことになる。
【０００９】
そこで、特許文献１に記載された空気調和機では、圧縮機の回転数が温度負荷に応じて低下した安定運転時に油戻し配管の流量制御弁を閉じるようにしている。
【００１０】
また、別の方法として、特許文献２に記載された空気調和機では、圧縮機の起動時から計時するタイマを備え、タイマによる所定時間の経過後に、油戻し配管の流量制御弁を閉じるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１７５１８９号公報
【特許文献２】特開平１０−２９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１による従来技術では、油戻し配管の流量制御弁が閉じられるまでの時間が長くなることから、冷凍サイクルの効率的な運転に移行するまでの時間が長くなる、という問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献２による従来技術では、タイマにより設定された所定時間の経過後に、流量制御弁を閉じるようにしていることから、必ずしも最適な状態、すなわち冷媒が冷凍機油内に溶け込み難い状態で流量制御弁が閉じられる保証がなく、信頼性の点で問題がある。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、圧縮機の内部機構の円滑な動作を妨げることなく、効率的な冷凍サイクル運転への移行が早期に行えるように、油戻し配管の流量制御弁を適正に制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、圧縮機，四方弁，室外熱交換器，膨張弁および室内熱交換器を冷媒配管を介して接続してなる冷凍サイクルを備え、上記圧縮機の冷媒吐出側配管と冷媒吸入側配管との間に、油分離器と流量制御弁とを直列に接続してなる油戻し配管が接続されている空気調和機において、上記圧縮機内に存在する冷凍機油の温度を検出する第１温度センサと、上記冷媒吸入側配管内の圧力を検出する低圧センサと、上記第１温度センサにて検出された冷凍機油温度Ｔ１と上記低圧センサにて検出された圧力から算出される低圧飽和温度Ｔ２を監視して上記流量制御弁を制御する制御部とを含み、上記制御部は、上記圧縮機の起動当初から上記流量制御弁を開にした状態で、上記冷凍機油温度Ｔ１と上記低圧飽和温度Ｔ２を監視し、その温度差Δｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の判定値以上になった時点で、上記流量制御弁を閉じることを特徴としている。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記冷媒吐出側配管を介して吐出冷媒温度を検出する第２温度センサと、上記冷媒吸入側配管を介して吸入冷媒温度を検出する第３温度センサと、上記冷媒吐出側配管内の圧力を検出する高圧センサとをさらに備え、上記制御部は、上記第２温度センサにて検出された吐出冷媒温度Ｔ３と上記高圧センサにて検出された圧力から算出される高圧飽和温度Ｔ４とから求められる吐出過熱度ＳＨ１または上記第３温度センサにて検出された吸入冷媒温度Ｔ５と上記低圧飽和温度Ｔ２とから求められる吸入過熱度ＳＨ２（＝Ｔ５−Ｔ２）を上記温度差Δｔとともに監視し、上記圧縮機の回転数を最小回転数、上記膨張弁の開度を最小開度、上記流量制御弁を開に設定して上記圧縮機を起動したのち、上記温度差Δｔが上記判定値以上になるまでの間において、上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２が大きくなるにしたがって上記圧縮機の回転数を上げるとともに、上記膨張弁の開度を大きくすることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項２において、タイマをさらに備えるとともに、上記制御部には上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２に対する閾値および上記閾値に対応する上記圧縮機の目標回転数、上記膨張弁の目標開度が設定されており、上記制御部は、上記吐出過熱度ＳＨ１または上記吸入過熱度ＳＨ２が上記タイマに設定されている所定時間内に上記閾値までに到達しない場合には、上記圧縮機の回転数および上記膨張弁の開度を上記目標回転数、上記目標開度にすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、上記の構成を採用したことにより、圧縮機内の冷凍機油を確保しつつ、効率的な冷凍サイクル運転への移行時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による空気調和機の実施形態を示す冷媒回路図。
【図２】上記実施形態での圧縮機起動時から流量調整弁を閉じるまでの圧縮機の回転数と膨張弁の弁開度の推移を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
図１を参照して、この実施形態に係る空気調和機は、室外機１と室内機２とを備え、室外機１には、圧縮機１０，四方弁２０，室外熱交換器３０，膨張弁４０およびアキュムレータ６０と当該空気調和機の動作等を制御する制御部７０とが含まれ、室内機２には、室内熱交換器５０が含まれている。
【００２２】
圧縮機１０は、ロータリー式もしくはスクロール式の圧縮機でよく、圧縮機１０には、圧縮機内に存在する冷凍機油の温度を検出する冷凍機油温度センサ（第１温度センサ）１０１が設けられている。この冷凍機油温度センサ１０１は、圧縮機下部側の冷凍機油貯留部に対応する容器壁に配置されていることが好ましい。
【００２３】
また、圧縮機１０の冷媒吐出側配管１０ａには、配管を介して吐出冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度（第２温度センサ）センサ１０２と、配管内の吐出冷媒の圧力を検出する高圧センサ１０４とが設けられている。
【００２４】
また、圧縮機１０の冷媒吸入側配管１０ｂには、配管を介して吸入冷媒の温度を検出する吸入冷媒温度センサ（第３温度センサ）１０３と、配管内の吸入冷媒の圧力を検出する低圧センサ１０５とが設けられている。
【００２５】
各温度センサ１０１，１０２，１０３には、サーミスタが用いられてよい。なお、この実施形態において、低圧センサ１０５は、冷媒吸入側配管１０ｂに含まれているアキュムレータ６０の冷媒入口側の配管に配置されている。
【００２６】
四方弁２０は、冷房時は実線の経路に、暖房時は破線の経路にそれぞれ切り替えられ、圧縮機１０から吐出される冷媒を、冷房運転時には室外熱交換器３０側に流し、暖房運転時には室内熱交換器５０側に流す。
【００２７】
室外熱交換器３０は、例えば軸流ファンからなる室外ファン３１を備え、室内熱交換器５０は、例えばクロスフローファンからなる室内ファン５１を備えている。膨張弁４０には、例えばステッピングモータにより弁開度が制御される電子膨張弁が用いられてよい。
【００２８】
圧縮機１０の冷媒吐出側配管１０ａと冷媒吸入側配管１０ｂとの間には、油分離器（オイルセパレータ）１２および流量制御弁１３を直列に含む油戻し配管１１が接続されている。この実施形態において、流量制御弁１３には電磁弁が用いられている。なお、油分離器１２は、逆止弁１４を介して四方弁２０の入口側ポートに接続される。
【００２９】
暖房運転時には、四方弁２０では鎖線で図示された経路が選択され、圧縮機１０から吐出された冷媒は、油分離器１２→四方弁２０→室内熱交換器５０→膨張弁４０→室外熱交換器３０→四方弁２０→アキュムレータ６０→圧縮機１０の吸入側へと流れ、室内熱交換器５０が凝縮器、室外熱交換器３０が蒸発器として作用する。
【００３０】
これに対して、冷房運転時には、四方弁２０では実線で図示された経路が選択されて冷媒の流れる方向が逆となり、室外熱交換器３０が凝縮器、室内熱交換器５０が蒸発器として作用する。
【００３１】
圧縮機１０内には、その内部機構を潤滑する冷凍機油が所定量貯留されており、先にも説明したように、圧縮機の起動当初には、冷凍サイクルの安定した通常の空調運転時よりも、圧縮機から冷媒とともに多くの冷凍機油が冷凍サイクル内に吐出される。
【００３２】
そこで、圧縮機１０の起動時に流量調整弁１３をオン（開）として、油分離器１２にて分離された冷凍機油を油戻し配管１１を介して圧縮機１０に戻すようにし、その後、圧縮機１０の運転に伴って、冷凍機油の温度が次第に高くなると、冷凍機油内に溶け込んでいる冷媒が蒸発し、吐出される冷凍機油も少なくなることから、流量調整弁１３をオフ（閉）にするが、本発明では、流量調整弁１３をオフするタイミングを次のように制御して、圧縮機１０内の冷凍機油を確保しつつ、効率的な冷凍サイクル運転に移行するまでの時間を短くする。
【００３３】
そのため、本発明において、制御部７０は、冷凍機油温度センサ１０１から得られる冷凍機油温度により、圧縮機１０内の冷凍機油の状態を把握し、さらに好ましくは圧縮機１０の吐出状態および／または吸入状態をも把握して、圧縮機１０の回転数、膨張弁４０の弁開度、流量調整弁の開閉を制御する。
【００３４】
この制御を行うえで、制御部７０は、圧縮機１０内の冷凍機油の状態を把握するパラメータとしてΔｔ，圧縮機１０の吐出状態を把握するパラメータとして吐出過熱度ＳＨ１または圧縮機１０の吸入状態を把握するパラメータとして吸入過熱度ＳＨ２を用いる。これらのパラメータは次式により求められる。
【００３５】
冷凍機油温度センサ１０１から得られる冷凍機油温度をＴ１，低圧センサ１０５にて検出された圧力から算出される低圧飽和温度をＴ２，吐出冷媒温度センサ１０２から得られる吐出冷媒温度をＴ３，高圧センサ１０４にて検出された圧力から算出される高圧飽和温度をＴ４，吸入冷媒温度センサ１０３から得られる吸入冷媒温度をＴ５として、
Δｔ＝冷凍機油温度Ｔ１−低圧飽和温度Ｔ２
吐出過熱度ＳＨ１＝吐出冷媒温度Ｔ３−高圧飽和温度Ｔ４
吸入過熱度ＳＨ２＝吸入冷媒温度Ｔ５−低圧飽和温度Ｔ２
【００３６】
パラメータΔｔについて説明すると、冷凍機油温度Ｔ１が低圧飽和温度Ｔ２よりも低いかもしくは同等のときには、冷媒の多くが冷凍機油に溶け込んでいる状態であり、冷凍機油温度Ｔ１が低圧飽和温度Ｔ２よりも高くなったときには、冷媒が蒸発しきって冷凍機油内に溶け込んだ冷媒がほとんどなくなり、結果として、吐油量も最小になっていると判断することができる。
【００３７】
この実施形態では、Δｔに対する所定の判定値を２ｄｅｇ．とし、Δｔ≧２ｄｅｇ．のときに、吐油量が最小になっていると判断し、油戻し配管１１の流量調整弁１３をオフにする。
【００３８】
また、上記の式により算出される吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が高くなるにしたがって冷凍機油内に溶け込んだ冷媒の蒸発が進行していると判断することができるため、この実施形態では、これらのパラメータＳＨ１またはＳＨ２により、圧縮機１０の回転数と膨張弁４０の弁開度を制御する。
【００３９】
すなわち、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が低く、吐油量が多いと判断されるときには、圧縮機１０の回転数を低くするとともに、膨張弁４０の弁開度を小さくて、油戻し配管１１に流れる量を多くする。
【００４０】
これに対して、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が高くなり、吐油量が少なくなる状態にあると判断されるときには、圧縮機１０の回転数を上げるとともに、膨張弁４０の弁開度を大きくすることにより、メインの冷凍サイクルに流れる冷媒の流量を多くし、油戻し配管１１に流れる量を少なくして、効率的な冷凍サイクル運転に移行するまでの時間を短くする。
【００４１】
本発明では、基本的に、Δｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）が所定の判定値以上（この実施形態では、Δｔ≧２ｄｅｇ．）の条件が満たされたときに、配管１１の流量調整弁１３をオフにするが、図２のタイミングチャートを参照しながら、圧縮機１０の起動からΔｔ≧２ｄｅｇ．となるまでの間の具体的な制御の一例について説明する。
【００４２】
まず、時間軸（横軸）中の０−Ｈ区間が圧縮機起動時の第１ステージで、この第１ステージでは、メインの冷凍サイクルに対して油戻し配管１１に流れる冷媒の流量比を多くして、圧縮機１０の内部に冷凍機油を確保するうえで、圧縮機１０の回転数を最小回転数Ａ（例えば３０ｒｐｓ）、膨張弁４０の弁開度を最小開度（例えば２０パルスの開度）、流量制御弁１３をオン（開）に設定して、圧縮機１０を起動する。
【００４３】
このようにして圧縮機１０を起動したのち、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２を監視し、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が、所定の第１閾値である例えば１０ｄｅｇ．以上（ＳＨ１またはＳＨ２≧１０ｄｅｇ．）になると、時間軸中のＨ−Ｉ区間の第２ステージに移行し、圧縮機１０の回転数を回転数Ｂ（例えば４０ｒｐｓ）に上げるとともに、膨張弁４０の弁開度を例えば４０パルスの開度とする。なお、流量制御弁１３はオン状態を維持する。
【００４４】
この第２ステージが実行されている間において、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が、所定の第２閾値である例えば１５ｄｅｇ．以上（ＳＨ１またはＳＨ２≧１５ｄｅｇ．）になると、時間軸中のＩ−Ｊ区間の第３ステージに移行し、圧縮機１０の回転数をさらに回転数Ｃ（例えば５０ｒｐｓ）に上げるとともに、膨張弁４０の弁開度を例えば６０パルスの開度とする。引き続き、流量制御弁１３はオン状態を維持する。
【００４５】
このように、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が漸次高くなり、冷凍機油の吐油量が少なくなるに伴って、圧縮機１０の回転数を漸次上げるとともに、膨張弁４０の弁開度を漸次大きくして、メインの冷凍サイクルに対して油戻し配管１１に流れる冷媒の流量比を少なくすることにより、圧縮機１０内に、圧縮機１０で必要とされる冷凍機油を確保しながら、効率的な冷凍サイクル運転に移行するまでの時間をより短くすることができる。
【００４６】
そして、上記第３ステージが実行されている間において、最終的にΔｔ≧２ｇｅｄ．の条件が満たされると、制御部７０は、圧縮機１０内において冷凍機油に溶け込んでいる冷媒がほとんどなくなったと判断して、油戻し配管１１の流量調整弁１２をオフ（閉）にする。
【００４７】
なお、この実施形態では、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が上記閾値（第１および第２の閾値）を超えた時点で、第１ステージから第２ステージ、第２ステージから第３ステージへと移行させるようにしているが、図示しないタイマに各ステージの最大経過時間として例えば６００ｍＳを設定し、この最大経過時間６００ｍＳに達したとしても、吐出過熱度ＳＨ１または吸入過熱度ＳＨ２が、上記閾値（第１および第２の閾値）を超えない場合には、圧縮機１０の回転数を第２ステージおよび第３ステージでそれぞれ設定されている目標回転数４０ｒｐｍ，５０ｒｐｍとし、また、膨張弁４０の弁開度を第２ステージおよび第３ステージでそれぞれ設定されている目標開度４０パルス，６０パルスに強制的に切り換えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０  圧縮機
１０ａ  冷媒吐出側配管
１０ｂ  冷媒吸入側配管
１０１  冷凍機油温度センサ（第１温度センサ）
１０２  吐出冷媒温度センサ（第２温度センサ）
１０３  吸入冷媒温度センサ（第３温度センサ）
１０４  高圧センサ
１０５  低圧センサ
１１  油戻し配管
１２  油分離器
１３  流量制御弁
２０  四方弁
３０  室外熱交換器
４０  膨張弁
５０  室内熱交換器
６０  アキュムレータ
７０  制御部
【図１】
2013204821.tif 000003
【図２】
2013204821.tif 000004