JP2005083704A - 冷凍サイクル、空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 アキュームレータ内で冷媒と冷凍機油との二層分離状態が発生した場合でも、圧縮機への返油量を確保し、信頼性の高い冷凍サイクルを得る。
【解決手段】 圧縮機1の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を設けると共に、制御装置２１は圧縮機１の起動指令を受けた後、暖房運転時に室外熱交換器２に設けた蒸発温度サーミスタ２２により蒸発温度Tevaを検知し、蒸発温度Tevaからアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定し、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合のみ、バイパス用二方弁１１を所定時間だけ開くように制御する。これにより、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油をバイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るので、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルに関するものである。

従来の空気調和機の冷凍サイクルにおいては、圧縮機摺動部を潤滑するために冷凍機油が封入されている。通常、低温領域においても液冷媒と冷凍機油が分離しないように、空調機の使用条件で想定される下限温度−２０℃に対し、低温側二層分離温度が十分下回る特性の冷凍機油を選定するのが一般的である。したがって、圧縮機吸入配管にアキュームレータを有する冷凍サイクルでは、アキュームレータ内の吸入配管の下部に油戻し穴を設け、アキュムレータに流入した冷凍機油はアキュームレータ内部に貯留された液冷媒に溶解した状態で油戻し穴を通り、アキュームレータ内の吸入配管より圧縮機へ返油される。

特開平６−３３１２３４号公報（第２ページ、図２）

しかし、前記のような従来の冷凍サイクルにおいて、冷凍機油との相互溶解性が低下する例えば、Ｒ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒、あるいはＲ３２単体冷媒を冷凍機油と使用すると、冷凍機油の低温側二層分離温度が−２０℃を上回り、通常の空調機の使用条件において低圧側で二層分離状態が発生する。このとき、圧縮機吸入部にアキュームレータを有していると、アキュームレータ内は下部に液冷媒、上部に冷凍機油の二層分離状態となり、アキュームレータ内吸入配管の油戻し穴からは油濃度の薄い液冷媒が圧縮機に戻り、ほとんどの冷凍機油はアキュームレータ上部に溜まりこんでしまう。これにより、圧縮機内の冷凍機油が不足して圧縮機摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等が発生し圧縮機信頼性に課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、アキュームレータ内で冷媒と冷凍機油との二層分離状態が発生した場合でも、圧縮機への返油量を確保し、信頼性の高い冷凍サイクル、空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る冷凍サイクルは、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、アキュームレータを環状に接続し、冷媒と冷凍機油を封入した冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁を介して接続するバイパス回路と、前記アキュームレータ内の液冷媒の温度を推定し、推定した液冷媒温度に基づいて前記バイパス用ニ方弁を所定時間開けるよう制御する制御手段と、を有するものである。

アキュームレータ内の液冷媒の温度に基づいて所定時間、圧縮機の吐出配管と吸入配管とを接続するバイパス回路のバイパス用バイパス用ニ方弁を開けることにより、圧縮機から吐出した大量の冷凍機油は、バイパス回路を通って圧縮機の吸入配管に戻るため、、アキュームレータ内、低圧側で冷媒と冷凍機油との二層分離状態が発生し得る例えば、Ｒ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒あるいはＲ３２単体冷媒とこの冷媒に対して低温側二層分離温度が−２０℃を上回る冷凍機油等を封入した場合でも、アキュームレータ内の液冷媒の温度に基づいて圧縮機内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータに流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。なお、図１の冷凍サイクルは、暖房運転時の状態を示している。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるバイパス用二方弁１１の制御フローチャートを示す。また、図３に暖房運転時の蒸発温度とアキュームレータ温度の関係の一例を示す。また、図１７は冷媒とエステル油の組合せに対する低温側二層分離温度の関係を示す。

図１において、１は圧縮機、２は四方弁、３は室外熱交換器、４は膨張弁、５は室内熱交換器、６はアキュームレータ、７はアキュームレータ内吸入管８に設けられた油戻し穴、９はアキュームレータ６内に貯留された液冷媒、１０は圧縮機１の吐出配管と吸入配管を接続するバイパス回路、１１はバイパス回路を開閉するためのバイパス用二方弁、２１はバイパス用二方弁１１の制御装置、２２は室外熱交換器３に設けられ、暖房運転時に蒸発温度を検知するサーミスタである。そして、この冷凍サイクルには、Ｒ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒あるいはＲ３２単体冷媒等と、この冷媒に対して低温側二層分離温度が−２０℃を上回る冷凍機油等とを用いて説明するが、本発明は、この冷媒および冷凍機油に限らず、これら以外またはこれ以外の配合のの冷媒および冷凍機油でも良く、アキュームレータ６内にて冷媒と冷凍機油との二層分離状態が発生する、あるいは発生する可能性のある冷媒および冷凍機油であれば良い。

次に、このように構成された冷凍サイクルにおいて、暖房運転初期の冷媒および冷凍機油の動作を、図１を用いて説明する。
圧縮機１の起動後、圧縮された高温高圧の前記冷媒、すなわちＲ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒あるいはＲ３２単体冷媒は、圧縮機１内部で攪拌された冷凍機油とともに圧縮機１の吐出配管から吐出され、四方弁２を通って室内熱交換器５に入り室内空気と熱交換し、乾き度の低い二相冷媒または液冷媒まで凝縮し、室内熱交換器５から流出する。

室内熱交換器５から流出した乾き度の低い前記冷媒は、膨張弁４を通って低圧に減圧されて低圧の冷媒となり、室外熱交換器３へ流入する。室外熱交換器３に流入した冷媒は、外気と熱交換し乾き度の高い冷媒となって室外熱交換器３を流出し、四方弁２を介してアキュームレータ６に流入する。アキュームレータ６に流入した低圧冷媒は気液分離され、ガス冷媒は、アキュームレータ内吸入配管８の端部より流出する一方、液冷媒と冷凍機油は、油戻し穴７より流出する。そして再びガス冷媒と液冷媒および冷凍機油はアキュームレータ内吸入配管８の内部で合流し、圧縮機１の吸入配管へ戻る。

ここで、本冷凍サイクルは、冷媒としてＲ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒あるいはＲ３２単体冷媒を使用することを前提としている。Ｒ３２冷媒は、冷凍機油との相互溶解性が低下する特性を有しており、図１７に示すように、従来、ＨＦＣ冷媒に対し相溶油として認知されているエステル油との組合せにおける低温側二層分離温度は、Ｒ３２の比率が小さいＲ４０７Ｃ冷媒（Ｒ３２：Ｒ１２５：Ｒ１３４ａ＝２３：２５：５２重量％）に比べて、Ｒ３２の比率の大きいＲ４１０Ａ（Ｒ３２：Ｒ１２５＝５０：５０重量％）やＲ３２冷媒単体のほうが高くなる特性となっており、空調機として使用される温度帯である−２０℃以上の領域においても二層分離が発生する可能性がある。

また、本冷凍サイクルの場合、圧縮機１の吸入部に液冷媒を貯留するアキュームレータ６を有しているが、特に、暖房起動運転時は大量の冷凍機油が圧縮機１より流出し、冷媒回路をまわってアキュームレータ６に流入するが、外気条件等によってはアキュームレータ６内の液冷媒９の温度が低温側二層分離温度以下となってしまうため、アキュームレータ６内では液冷媒９と冷凍機油が二層分離状態となり、密度の小さい冷凍機油は液冷媒９の上部に滞留する。このため、油戻し穴７からは極めて油濃度の小さい液冷媒９が圧縮機１に戻ることになり、圧縮機１内は冷凍機油が不足する状態となる。特に、圧縮機１が一定速タイプにおいては、圧縮機１の起動直後は冷凍サイクルの低圧は大きくアンダーシュートするため、定常運転時よりも低い圧力となり、アキュームレータ６内の液冷媒温度はより低くなり、二層分離状態が発生しやすくなる。

そこで、本実施の形態１の場合、圧縮機1の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を設けると共に、次に説明するように、制御装置２１が蒸発温度Tevaよりアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定して、所定時間バイパス用二方弁１１を開けるよう制御ように制御する。

つまり、本実施の形態１の制御装置２１は、図２の制御フローに示すように、圧縮機１の起動指令を受けた後（ＳＴ１）、暖房運転時に蒸発器となる室外熱交換器２に設けた蒸発温度サーミスタ２２により蒸発温度Tevaを検知し（ＳＴ２）、例えば圧縮機１が一定速タイプで圧縮機１の回転数が固定されるような場合は、図３に示すようにその空調機が持つ蒸発温度Tevaとアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccとが固有の関係を持つので、蒸発温度Tevaからアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定する（ＳＴ３）。

そして、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合のみ（ＳＴ４“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を所定時間開き（ＳＴ５，ＳＴ６“Ｎ”）、所定時間経過後（ＳＴ６“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を閉じるように制御する（ＳＴ７）。

従って、本実施の形態１では、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合は、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油をバイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るので、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

特に、本実施の形態１の冷凍サイクルでは、室外熱交換器３の温度を検知する室外熱交換器温度サーミスタ２２を設け、制御装置２１が室外熱交換器温度サーミスタ２２で検知した蒸発温度Tevaに基づきアキュームレータ６内の液冷媒温度を推定して、アキュームレータ６内部で液冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを直接検出しなくても、簡単にアキュームレータ６内の冷媒と冷凍機油との二層分離状態を判断することが可能である。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクルを説明する。
図４は、本発明の実施の形態２に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、２３は外気温度を検知する外気温度サーミスタであり、それ以外の構成は、図１に示す実施の形態１の冷凍サイクルと同じである。なお、図４の冷凍サイクルは暖房運転時の状態を示している。また、図５は本発明の実施の形態におけるバイパス用二方弁１１の制御フローチャートを示す。また、図６に暖房運転時の外気温度とアキュームレータ温度の関係の一例を示す。なお、暖房運転初期の冷媒および冷凍機油の動作については、図１を用いて説明した前述の内容と同じであるため、省略する。

本実施の形態２では、圧縮機1の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を設けると共に、次に説明するように、制御装置２１が外気温度Tairよりアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定し、所定時間バイパス用二方弁１１を開けるよう制御することを特徴としている。

つまり、本実施の形態２の制御装置２１は、図５の制御フローに示すように、圧縮機１の起動指令を受けた後（ＳＴ１１）、外気温度サーミスタ２３により外気温度Tairを検知し（ＳＴ１２）、例えば圧縮機が一定速タイプで圧縮機回転数が固定されるような場合は、図６に示すようにその空調機が持つ外気温度Tairとアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccとが固有の関係を持つので、検知した外気温度Tairからアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定する（ＳＴ１３）。

その後は前記実施の形態１同様に、制御装置２１は、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回る場合のみ（ＳＴ１４“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を所定時間開き（ＳＴ１５，ＳＴ１６“Ｎ”）、所定時間経過後（ＳＴ１６“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を閉じるように制御する（ＳＴ１７）。

従って、本実施の形態２によれば、前記実施の形態１と同様に、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合は、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油はバイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

特に、本実施の形態２の冷凍サイクルでは、外気温度を検知する外気温度サーミスタ２３を設け、制御装置２１が外気温度サーミスタ２３で検知した外気温度Tairに基づきアキュームレータ６内の液冷媒温度を推定して、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを直接検出しなくても、簡単にアキュームレータ６内の冷媒と冷凍機油との二層分離状態を判断することが可能である。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクルを説明する。
図７は、本発明の実施の形態３に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、２４は低圧冷媒温度を検知する低圧冷媒温度サーミスタであり、それ以外の構成は、図１に示す実施の形態１の冷凍サイクル等と同じである。なお、図７の冷凍サイクルは、暖房運転時の状態を示している。また、図８は本発明の実施の形態３におけるバイパス用二方弁１１の制御フローチャートを示す。なお、暖房運転初期の冷媒および冷凍機油の動作については、図１を用いて説明した前述の内容と同じであるため、省略する。

本実施の形態３においては、圧縮機1の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を設けると共に、次に説明するように、制御装置２１が低圧冷媒温度Trsによりアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定し、所定時間バイパス用二方弁１１を開けるよう制御することを特徴としている。

つまり、本実施の形態３の制御装置２１は、図８の制御フローに示すように、圧縮機１の起動指令を受けた後（ＳＴ２１）、低圧冷媒温度サーミスタ２４により低圧冷媒温度Trsを検知し（ＳＴ２２）、これをアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccと同等温度してアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定する（ＳＴ２３）。

その後は前記実施の形態１，２と同様に、制御装置２１は、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回る場合のみ（ＳＴ２４“Ｎ”）、バイパス用二方弁１１を所定時間開き（ＳＴ２５，ＳＴ２６“Ｎ”）、所定時間経過後（ＳＴ２６“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を閉じるように制御する（ＳＴ２７）。

従って、本実施の形態３によれば、前記実施の形態１，２と同様に、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合は、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油は、バイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

特に、本実施の形態３の冷凍サイクルでは、低圧冷媒温度を検知する低圧冷媒温度サーミスタ２４を設け、制御装置２１が低圧冷媒温度サーミスタ２４で検知した低圧冷媒温度Trsに基づきアキュームレータ６内の液冷媒温度を推定して、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを直接検出しなくても、簡単にアキュームレータ６内の冷媒と冷凍機油との二層分離状態を判断することが可能である。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクルを説明する。
図９は、本発明の実施の形態４に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、２５は低圧側冷媒圧力を検知する低圧冷媒圧力センサーであり、それ以外の構成は、図１に示す実施の形態１の冷凍サイクル等と同じである。なお、図９の冷凍サイクルは暖房運転時の状態を示している。また、図１０は、本発明の実施の形態４におけるバイパス用二方弁１１の制御フローチャートを示す。なお、暖房運転初期の冷媒および冷凍機油の動作については図１を用いて説明した前述の内容と同じであるため、省略する。

本実施の形態４においては、圧縮機1の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を設けると共に、次に説明するように、制御装置２１がアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定し、所定時間バイパス用二方弁１１を開けるよう制御することを特徴としている。

つまり、本実施の形態４の制御装置２１は、図１０の制御フローに示すように、圧縮機１の起動指令を受けた後（ＳＴ３１）、低圧冷媒圧力センサー２５により低圧冷媒圧力Prsを検知し（ＳＴ３２）、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを低圧冷媒圧力Prsの飽和液温度として算出することによりアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定する（ＳＴ３３）。

その後は前記実施の形態１〜３と同様に、制御装置２１は、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回る場合のみ（ＳＴ３４“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を所定時間開バイパス用二方弁１１を所定時間開き（ＳＴ３５，ＳＴ３６“Ｎ”）、所定時間経過後（ＳＴ３６“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を閉じるように制御する（ＳＴ３７）。

従って、本実施の形態４によれば、前記実施の形態１〜３等と同様に、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合は、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油はバイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

特に、本実施の形態４の冷凍サイクルでは、低圧側冷媒圧力を検知する低圧冷媒圧力センサー２５を設け、制御装置２１が低圧冷媒圧力センサー２５で検知した低圧側冷媒圧力Prsに基づきアキュームレータ６内の液冷媒温度を推定して、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを直接検出しなくても、簡単にアキュームレータ６内の冷媒と冷凍機油との二層分離状態を判断することが可能である。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５に係る冷凍サイクルを説明する。
図１１は、本発明の実施の形態５に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、１２は圧縮機１から吐出される冷媒と冷凍機油を分離する気液分離器であり、圧縮機１と四方弁２との間に設け、かつ、気液分離機８の底部と圧縮機１の吸入配管をバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０を有する。なお、本実施の形態５では、制御装置２１がアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定して、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回る場合のみ、バイパス用二方弁１１を所定時間開けるよう制御するが、制御装置２１によるアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccの推定方法は、前記実施の形態１〜４のどれでも良いので、図１１では、一例として、図１に示す実施の形態１における外熱交換器３に設けられ蒸発温度サーミスタ２２が暖房運転時に検知した蒸発温度Tevaに基づく液冷媒温度Taccの推定方法の例を示している。

次に、このように構成された実施の形態５の冷凍サイクルにおいて、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度を下回った場合の動作について図７を用いて説明する。

圧縮機起動後、圧縮された高温高圧の二相冷媒は、圧縮機１内部で攪拌された冷凍機油とともに圧縮機１から吐出して気液分離器１２に入り、ここで、冷媒ガスと冷媒液および冷凍機油は分離される。ここで、前記実施の形態１で上述したように、制御装置２１はアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定して、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度を下回る場合は、所定時間バイパス用二方弁１１が開くように制御するので、気液分離器１２で分離された液冷媒と冷凍機油は、バイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻る一方、ガス冷媒は四方弁２へ流れ、四方弁２を介し冷媒回路を循環することになる。

従って、本実施の形態５によれば、前記実施の形態１〜４の構成に加えて、圧縮機１から吐出される冷媒と冷凍機油を分離する気液分離器１２を設け、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが低温側二層分離温度を下回わる場合は、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油のほとんどが気液分離器１２によって確実に分離されて圧縮機１に戻るようにしたので、アキュームレータ６内の液冷媒温度が二層分離状態を下回る場合においても、アキュームレータ６に滞留する冷凍機油の量は極めて少なくなり、圧縮機１内の冷凍機油の減少を防止し、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止する信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、３１はバイパス用二方弁１１を制御する制御装置であり、その他の構成は、実施の形態２で説明した図４に示す冷凍サイクルと同じにしている。また、図１３は、本発明の実施の形態６の制御装置３１による膨張弁の制御フローチャートを示す。

本発明の実施の形態６におけるバイパス用二方弁１１の制御処理を、図１３を用いて説明する。
本実施の形態６では、実施の形態２と同様に圧縮機１の吐出配管と吸入配管をバイパス用二方弁１１を介して接続するバイパス回路１０と、外気温度を検知する外気温度サーミスタ２３を有し、制御装置３１は、図１３の制御フローに示すように、圧縮機１の起動指令を受けた後（ＳＴ４１）、外気温度サーミスタ２３により外気温度Tairを検知し（ＳＴ４２）、検知した外気温度Tairを予め低温側二層分離温度付近に設定した設定温度Ｔ１と比較して（ＳＴ４３）、外気温度Tairがその設定温度Ｔ１を下回る場合のみ（ＳＴ４３“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を所定時間開き（ＳＴ４４，ＳＴ４５“Ｎ”）、所定時間経過後（ＳＴ４５“Ｙ”）、バイパス用二方弁１１を閉じるように制御する（ＳＴ４６）。

従って、本実施の形態６によれば、外気温度Tairを検知して低温側二層分離温度付近に設定した設定温度Ｔ１と直接比較し、外気温度Tairがその設定温度Ｔ１を下回る場合には、バイパス用二方弁１１を所定時間開く返油制御により、圧縮機１から吐出した大量の冷凍機油はバイパス回路１０を通って圧縮機１の吸入配管に戻るようにしたため、前記実施の形態１〜５等と同様に、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することが可能となるとともに、アキュームレータ６に流入して二層分離し滞留する冷凍機油の量を減少させることが可能となり、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止し信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

特に、本実施の形態６の冷凍サイクルでは、外気温度Tairを検知して低温側二層分離温度付近に設定した設定温度Ｔ１と直接比較して、アキュームレータ６内部で冷媒と冷凍機油が二層分離しているか否かを判断しているので、前記実施の形態１〜５とは異なり、アキュームレータ６内の液冷媒温度を推定する必要がなくなり、より簡単にアキュームレータ６内の冷媒と冷凍機油との二層分離を判断することが可能となる。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。図において、４１は膨張弁４を制御する制御装置であり、本実施の形態７では、前記実施の形態１〜６とは異なり、圧縮機１の吐出配管と吸入配管を接続するバイパス回路１０およびバイパス回路１０を開閉するためのバイパス用二方弁１１は備えていない。また、制御装置４１がアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定するための方法は、前記実施の形態１〜５と同じで良い。また、図１５は、本発明の実施の形態７の制御装置４１による膨張弁４の制御フローチャートを示す。なお、暖房運転初期の冷媒および冷凍機油の動作については、図１を用いて説明した前述の内容と同じであるため、省略する。

本実施の形態７における膨張弁の制御処理を、図１５を用いて説明する。
本実施の形態７の場合、制御装置４１は、圧縮機１の起動指令を受けると（ＳＴ５１）、実施の形態１〜５で説明したように、蒸発温度サーミスタ２２や外気温度サーミスタ２３、低圧冷媒温度サーミスタ２４、低圧冷媒圧力センサー２５の検知結果に基づいてアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを推定し（ＳＴ５２）、推定したアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccを低温側二層分離温度と比較する（ＳＴ５３）。ここまでの処理は、前記実施の形態１〜５の処理と同じである。

本実施の形態７の場合、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも低い場合（ＳＴ５３“Ｙ”）、制御装置４１は、アキュームレータ内の液冷媒温度Taccが二層分離温度以上になるように膨張弁４の開度を所定時間大きくする一方（ＳＴ５４）、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも高い場合は（ＳＴ５３“Ｎ”）、膨張弁４の開度を維持し（ＳＴ５５）、所定時間経過後に（ＳＴ５６“Ｙ”）、膨張弁４の開度は定常制御へ戻すように制御する（ＳＴ５７）。これにより、圧縮機１の起動から定常運転に至るまでの過渡運転において、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも低くなることを防止することが可能となる。

従って、本実施の形態７によれば、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも低い場合は、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度以上になるように所定時間膨張弁４の開度を大きくするようにしたので、圧縮機１より大量に冷凍機油が流出し、冷媒回路を循環してアキュームレータ６に流入する圧縮機起動後の過渡運転においても、アキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも低くならず、アキュームレータ６内で液冷媒９の上部に冷凍機油が滞留することを防止することができる。その結果、アキュームレータ内の油戻し穴７から圧縮機への返油を確保することができるため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を防止し、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止する信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

また、本実施の形態７では、上述した図１５に示す膨張弁４の開度制御ではなく、図１６に示す膨張弁４の開度制御を行なうようにしても良い。つまり、図１６に示すように、制御装置４１は、圧縮機１の起動指令を受けると（ＳＴ６１）、圧縮機１の起動後の膨張弁４の開度をあらかじめその安定時開度よりも十分大きく設定することを所定時間維持し（ＳＴ６２，ＳＴ６３“Ｎ”）、所定時間経過後は膨張弁４の開度は定常制御に戻すように制御する（ＳＴ６４）。このようにすれば、圧縮機１の起動から定常運転に至るまでの過渡運転においては、圧縮機１の起動後の膨張弁４の開度をあらかじめその安定時開度よりも十分大きく設定することを所定時間維持するので、、液冷媒温度Taccが二層分離温度よりも低くならないように膨張弁４の開度をその安定時開度よりも十分大きく設定することにより、たとえアキュームレータ６内の液冷媒温度Taccが過度に低下しても、アキュームレータ６の内部で液冷媒と冷凍機油が二層分離することを防止して、油戻し穴７から圧縮機１への返油を確保することができるため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を抑制することで、圧縮機１摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止する信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

なお、本実施の形態７では、前記実施の形態１〜６とは異なり、バイパス回路１０を開閉するためのバイパス用二方弁１１の開閉を制御せずに膨張弁４の開度を制御してアキュームレータ６内での二層分離を防止するように説明したが、例えば、本実施の形態７と前記実施の形態１〜６とを組み合わせて、バイパス用二方弁１１の開閉制御と膨張弁４の開度制御とを同時に行なっても良いし、また選択的にバイパス用二方弁１１の開閉制御と膨張弁４の開度制御とを片方ずつ実施するようにしても勿論よい。

実施の形態８.
本発明の実施の形態８に係る空気調和機は、前記実施の形態１〜７の冷凍サイクルにおいて、圧縮機１として高圧シェルタイプを使用し、かつ、冷凍機油として４０℃における動粘度が３２cSt以上のエステル油またはエーテル油またはＰＡＧ油を用いたことを特徴としている。

従って、本実施の形態８によれば、圧縮機として高圧シェルタイプを使用しているので、停止時に外気温度が冷凍機油の低温側二層分離温度以下となり、圧縮機１内部で液冷媒と冷凍機油が二層分離状態になった場合においても、圧縮機１の起動後すぐに圧縮機１内部が吐出圧となり温度が上昇するので、二層分離状態が解消され圧縮機１摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止する信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

また、本実施の形態８では、高圧シェルタイプの圧縮機１に使用する冷凍機油として、４０℃における動粘度が３２cSt以上のエステル油またはエーテル油またはＰＡＧ油を用いている。圧縮機に使用する冷凍機油は、圧縮機１のシェル内の温度が高くなるにつれて動粘度が低下する性質を有しているので、潤滑に必要な動粘度を確保するためには、一般的に高圧シェルタイプの圧縮機は低圧シェルタイプの圧縮機に比べて高粘度の冷凍機油を用いている。特に、Ｒ３２のようなＨＦＣ冷媒に対しては、４０℃における動粘度が３２cSt以上のエステル油またはエーテル油またはＰＡＧ油を用いている。これは、図１７に示すように、同じ種類の冷媒と冷凍機油の組合せにおいても、粘度の高い冷凍機油ほど低温側二層分離温度が上昇する特性があるので、本実施の形態８のように高圧シェルタイプの圧縮機を用いる冷凍サイクルにおいては、実施の形態１〜６に示すバイパス用二方弁１１の制御や、実施の形態７に示すような膨張弁４の制御により、高圧シェルタイプでない圧縮機の場合より圧縮機１より大量に冷凍機油が流出し、冷媒回路を循環してアキュームレータ６に流入する圧縮機１の起動後の過渡運転となるので、高圧シェルタイプの圧縮機１に高粘度の冷凍機油を利用することにより、アキュームレータ６内で液冷媒９の上部に冷凍機油が滞留することを防ぎ、アキュームレータ内の油戻し穴７から圧縮機への返油を確保することができるため、圧縮機１内の冷凍機油の減少を防止し、圧縮機１の摺動部の潤滑不良による焼付き、異常磨耗等を防止する信頼性の高い冷凍サイクルを得ることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る例えば空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態１におけるバイパス用二方弁１１の制御フローチャートである。 蒸発温度とアキュームレータ温度の関係を示すグラフである。 実施の形態２における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態２における冷凍サイクルに係るバイパス用二方弁１１の制御フローチャートである。 外気温度とアキュームレータ温度の関係を示すグラフである。 実施の形態３における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態３における冷凍サイクルに係るバイパス用二方弁１１の制御フローチャートである。 実施の形態４における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態４における冷凍サイクルに係るバイパス用二方弁１１の制御フローチャートである。 実施の形態５における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態６における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態６における実施の形態に係るバイパス用二方弁１１の制御フローチャートである。 実施の形態７における冷凍サイクルに係る空気調和機の冷凍サイクルを示すブロック図である。 実施の形態７における冷凍サイクルに係る膨張弁の制御フローチャートである。 実施の形態７における冷凍サイクルに係る他の膨張弁の制御フローチャートである。 冷媒と冷凍機油の組合せにおける低温側二層分離温度である。

符号の説明

１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 膨張弁、５ 室内熱交換器、６ アキュームレータ、７ 油戻し穴、８ アキュームレータ内吸入管、９ アキュームレータ内液冷媒、１０ バイパス回路、１１ バイパス用二方弁、１２ 気液分離器、２２ 暖房時蒸発温度サーミスタ、２３ 外気温度サーミスタ、２４ 低圧冷媒温度サーミスタ、２５ 低圧冷媒圧力センサー、２１，３１，４１ 制御装置。

Claims (13)

1. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、アキュームレータを環状に接続し、冷媒と冷凍機油を封入した冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁を介して接続するバイパス回路と、前記アキュームレータ内の液冷媒の温度を推定し、推定した前記アキュームレータ内の液冷媒温度に基づいて前記バイパス用ニ方弁を所定時間開けるよう制御する制御手段と、を有することを特徴とする冷凍サイクル。
2. さらに、圧縮機と四方弁の間に冷媒ガスと冷媒液および冷凍機油を分離する気液分離器を設け、前記制御手段によって前記バイパス用ニ方弁が開いている場合は、前記気液分離器で分離された液冷媒と冷凍機油はバイパス回路を介して圧縮機の吸入配管に戻す一方、ガス冷媒は四方弁を介し冷媒回路を循環させることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル。
3. 前記制御手段は、圧縮機の起動時に、前記アキュームレータ内の液冷媒の温度を推定して、推定した前記アキュームレータ内の液冷媒温度と低温側二層分離温度とを比較し、前記アキュームレータ内の液冷媒温度が低温側二層分離温度を下回るときのみ前記バイパス用二方弁を所定時間開けることを特徴とする請求項１または請求項２の冷凍サイクル。
4. さらに、前記室外熱交換器の温度を検知する室外熱交換器温度サーミスタを設け、前記制御手段は、暖房運転時に前記室外熱交換器温度サーミスタで検知した蒸発温度に基づき前記アキュームレータ内の液冷媒温度を推定することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
5. さらに、前記外気温度を検知する外気温度サーミスタを設け、前記制御手段は、暖房運転時に前記外気温度サーミスタで検知した外気温度によりアキュームレータ内冷媒温度を推定することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
6. さらに、前記アキュームレータに接続される低圧配管に低圧冷媒ガス温度を検知する低圧冷媒温度サーミスタを設け、前記制御手段は、前記低圧冷媒温度サーミスタで検知した低圧温度によりアキュームレータ内の液冷媒温度を推定することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル
7. さらに、前記アキュームレータに接続される低圧配管に低圧冷媒圧力を検知する低圧冷媒圧力センサーを設け、前記制御手段は、前記低圧冷媒圧力センサーで検知した低圧冷媒圧力によりアキュームレータ内の液冷媒温度を推定することを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル。
8. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、アキュームレータを環状に接続し、冷媒と冷凍機油を封入した冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機の吐出配管と吸入配管とをバイパス用二方弁を介して接続するバイパス回路と、外気温度があらかじめ設定した温度を下回る場合は、前記バイパス用二方弁を所定時間開ける制御手段と、を有することを特徴とする冷凍サイクル。
9. 圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、アキュームレータを環状に接続し、冷媒と冷凍機油を封入した冷凍サイクルにおいて、前記圧縮機を起動して安定状態に至るまでにアキュームレータ内の温度が低温側二層分離温度を下回らないように、前記膨張弁の開度を調整する制御手段を有することを特徴とする冷凍サイクル。
10. 前記冷媒として、Ｒ３２冷媒を少なくとも５０％以上含む混合冷媒あるいはＲ３２単体冷媒を用いる一方、前記冷凍機油として、前記冷媒に対して低温側二層分離温度が−２０℃を上回る冷凍機油を用いることを特徴とする請求項１〜請求項９いずれかの請求項に記載の冷凍サイクル。
11. 前記圧縮機は、高圧シェルタイプであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の冷凍サイクル。
12. 前記冷凍機油として、４０℃における動粘度が３２cSt以上のエステル油またはエーテル油またはＰＡＧ油を使用することを特徴とする請求項１１に記載の冷凍サイクル。
13. 請求項１〜請求項１２記載の冷凍サイクルを有することを特徴とする空気調和機。

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