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

冷凍サイクル、空気調和機 Download PDF

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JP2005083704A JP2003318502A JP2003318502A JP2005083704A JP 2005083704 A JP2005083704 A JP 2005083704A JP 2003318502 A JP2003318502 A JP 2003318502A JP 2003318502 A JP2003318502 A JP 2003318502A JP 2005083704 A JP2005083704 A JP 2005083704A
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Tetsu Nanatane
哲ニ 七種
Masanobu Baba
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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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