JP6003319B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧縮機の起動時に冷凍機油を圧縮機に供給し、圧縮機の起動時の寝込み状態によるオイル濃度の低下を防止する機能を搭載した空気調和装置に関する。

従来、空気調和装置における圧縮機は、ケース内に潤滑用の冷凍機油を充填している。一般的に、冷凍機油には冷媒が溶け込みやすいものが使われている。そのため、圧縮機を低外気温下で長時間運転停止した場合、冷凍サイクル内の冷媒が冷凍機油を溜め込んでいる圧縮機に戻り、その後圧縮機内で冷媒が液化して圧縮機内の冷凍機油に溶け込んだ寝込み状態となる。この状態で圧縮機を起動すると、冷媒が溶け込んだ低濃度で粘度の低い冷凍機油が圧縮機内の摺動部に供給されるため、潤滑不良となり焼き付けを起こすという問題が生じる。また、寝込み状態により生じるオイルフォーミングが起こり、冷凍機油が圧縮機外に持出されるため、圧縮機内の冷凍機油面が低下し、冷凍機油が正常に圧縮機内の圧縮機構部等の摺動部に供給されなくなる問題が生じる。

なお、圧縮機から吐出側配管に吐出されたガス冷媒と冷凍機油を分離し、冷凍機油だけを吸入側配管に戻すオイルセパレータを設けたものがあるが（例えば、特開平６−２９６２号公報）、これだと冷凍機油の油面低下を防ぐことはできるものの、圧縮機の起動直後に戻された冷凍機油は液冷媒で希釈されており粘度が低く、さらに、オイルセパレータは圧縮機の運転中に機能するものであり、起動時においては戻す冷凍機油が存在しない。したがって、潤滑不良を防止することができない。

上記した冷凍機油への冷媒の寝込みを防止する方法として、運転停止中の圧縮機をヒータにより加熱するものが提案されている。（例えば、特開平１１-１０８４７３号公報）

しかし、この方法ではヒータを使って圧縮機を加熱しているため、消費電力を増大させてしまうという問題がある。また、電源遮断時には使用できない。

一方、冷凍機油の粘度低下を防ぐ方法として、冷凍機油の濃度を検出し、濃度が所定値以下となったら減圧装置により圧縮機内に流入する冷媒量を調節するものが提案されている。（例えば、特開平５−５５６２号公報）

しかし、この方法では、圧縮機の運転を開始してから所定時間経過後に初めて機能するため、圧縮機の起動時には機能しない。

特開平６−２９６２号公報 特開平１１−１０８４７３号公報 特開平５−５５６２号公報

そこで、本発明の目的は、上記の問題点を解決することであり、電力を使うことなく、圧縮機の起動時に寝込み状態による冷凍機油の粘度の低下を防止した空気調和装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１の空気調和装置は、内部低圧型の圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とが冷媒配管により順次接続された冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、底面が前記圧縮機の底面と同一の高さの面となるように併設され、冷凍機油を貯留できるレシーバと、前記レシーバと前記圧縮機の吐出側配管とを接続し前記レシーバに高圧冷媒を供給する加圧管と、前記レシーバと前記圧縮機の運転停止時において前記冷凍機油が浸からない位置とを接続し前記レシーバと前記圧縮機とを均圧する圧力バランス管と、前記レシーバの底面近傍と前記圧縮機の給油口近傍とを接続し冷凍機油を流通させる油移動管と、前記加圧管と前記圧力バランス管と前記油移動管とにそれぞれ設けられた第１開閉弁と第２開閉弁と第３開閉弁と、制御手段と、前記制御手段に含まれ、前記圧縮機内の前記冷凍機油の濃度を検出するオイル濃度検知手段とを備え、前記圧縮機の運転中は、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が予め設定した設定値Ａ以上の場合、前記第２開閉弁を開けて前記圧力バランス管内を流通可能にすることで前記圧縮機と前記レシーバとを均圧にし、さらに前記第３開閉弁を開けて前記油移動管内を流通可能にすることで前記圧縮機内の前記冷凍機油の一部を前記圧縮機と前記レシーバとの油面レベル差によって前記レシーバへ溜め込み、前記圧縮機の運転停止中は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁と前記第３開閉弁とを閉め、前記圧縮機の起動時は、第３開閉弁を開けて前記油移動管内を流通可能にすることで前記レシーバに貯留した高濃度の前記冷凍機油を前記圧縮機の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とする。

また、請求項２の空気調和装置は、請求項１の構成を有したものにおいて、前記圧縮機の起動時、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が予め設定した設定値Ｂ以下となったら第３開閉弁を開けて油移動管を連通させることで、前記レシーバに貯留した高濃度の冷凍機油を前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給し、前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力とが均圧となった後、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が前記設定値Ｂを超えなかったら第１開閉弁を開けて加圧管を流通可能にすることで前記レシーバを加圧し、前記レシーバに貯留した高濃度の前記冷凍機油を前記圧縮機の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とする。

また、請求項３の空気調和装置は、請求項１の構成を有したものにおいて、前記圧縮機の起動時、前記オイル濃度検知手段の検出値が予め設定した設定値Ｂ以下となったら、第１開閉弁を開けて加圧管内を流通可能にすることで前記レシーバを加圧し、第３開閉弁を開けて油移動管内を流通可能にすることで前記レシーバに貯留した高濃度の冷凍機油を前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とする。

また、請求項４の空気調和装置は、請求項３の構成を有したものにおいて、加圧管は吐出側配管に設けられたトラップの下部に接続されていることを特徴とする。

また、請求項５の空気調和装置は、請求項１ないし３の構成を有したものにおいて、油移動管に減圧手段を設けたことを特徴とする。

上記のように構成した本発明の空気調和装置では、圧縮機の運転中にレシーバ内に高濃度の冷凍機油を溜め込み、前記圧縮機の運転停止中に前記レシーバを冷凍サイクルから遮断するようにしているので、冷凍サイクル内の冷媒が前記レシーバ内へ流入しないので、前記レシーバ内の冷凍機油は電源遮断時でも高濃度を保ち粘度の低下を起こさない。

また、圧縮機の起動時に高濃度の冷凍機油を前記圧縮機に直接供給するようにしているので、前記圧縮機への冷凍機油の供給が円滑に行われ、潤滑不良を起こさない。また、オイルフォーミングにより冷凍機油が圧縮機外へ持ち出されてもレシーバから冷凍機油を供給するので油面低下の心配がない。

本発明の第１の実施形態に係る空気調和装置の全体的な構成を示す概略図。 本発明の第１の実施形態に係る空気調和装置の圧縮機とレシーバとの関係を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係る空気調和装置の圧縮機および室内ファンの運転制御動作を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る空気調和装置の圧縮機とレシーバとの関係を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。

［全体構成について］
図１は、第１の実施形態による冷凍サイクルの一例としての空気調和装置１の全体構成を示す概略図である。本実施例の空気調和装置１の冷媒サイクルは、圧縮機１０と、凝縮器２０と、膨張手段４０と、蒸発器５０とが冷媒配管により順次接続されている。また、圧縮機１０と凝縮器２０とを接続する吐出側配管８１と、圧縮機１０とがそれぞれ後述する配管を介してレシーバ７０に接続されている。

図１において、圧縮機１０で圧縮された高温高圧のガス冷媒は吐出側配管８１を介して凝縮器２０に流入し、凝縮器２０内で外気と熱交換することによって凝縮する。その後、高圧の液冷媒となって冷媒配管８３を介して膨張手段４０へ流入する。凝縮器２０から流出した高圧の液冷媒が膨張手段４０を通過すると、減圧され膨張し、低温低圧の液冷媒となって冷媒配管８４を介して蒸発器５０に流入する。膨張手段４０から流出した低温低圧の液冷媒が蒸発器５０に流入すると、冷媒が外気と熱交換することによって蒸発し低圧のガス冷媒となる。その後、吸入側配管８２を介して圧縮機１０へと吸入される。本実施例の冷凍サイクル主回路は上記したように構成されている。

なお、この冷凍サイクルは、冷媒の流通方向が一定の非可逆サイクルであるが、冷媒の流通方向を変更可能な可逆サイクルであってもよい。

次に、圧縮機１０とレシーバ７０と吐出側配管８１および吸入側配管８２との関係を図２を用いて説明する。

［圧縮機］
図２は、第１の実施形態による圧縮機１０とレシーバ７０と吐出側配管８１および吸入側配管８２との関係を示す断面図である。圧縮機１０は、制御手段６０により回転数が制御されるモータ（例えば、三相ブラシレスモータ）によって駆動される能力可変型圧縮機１０である。本実施例では、内部低圧型のスクロール圧縮機を例として説明する。ただし、本発明は内部低圧型であればこれに限定されず、例えば、ロータリ圧縮機等の他の形式の圧縮機であってもよい。圧縮機１０は、図示しない室外機筐体内に縦置きされる円筒状の密閉容器１１（シェル）を備える。密閉容器１１は、円筒状の胴部１１ａと、胴部１１ａの上端側に一体的に被せられる上蓋１１ｂと、胴部１１ａの底部を塞ぐ底蓋１１ｃとから構成され、通常、胴部１１ａは鋼板を円筒形状に加工したもので、上蓋１１ｂと底蓋１１ｃは鋳物製である。密閉容器１１内には、冷媒の圧縮機構部１２と、圧縮機構部１２を駆動する電動機１３とが収納されているが、スクロール圧縮機の場合、圧縮機構部１２が上部に配置され、電動機１３は圧縮機構部１２の下部に配置される。

圧縮機構部１２は、図示しない固定スクロールと、電動機１３による旋回運動を行う旋回スクロールとを含み、固定スクロールに形成されている冷媒吸入ポート１４が密閉容器１１内に開口している。

また、図示しないが、固定スクロールには旋回スクロールによって圧縮された冷媒を吐出する冷媒吐出ポートが形成されており、冷媒吐出ポートには吐出側配管８１が接続され、吐出側配管８１は密閉容器１１の上蓋１１ｂを貫通し凝縮器２０に接続されている。

通常、電動機１３には、ステータコア１３ａ（固定子）の内側にロータ１３ｂ（回転子）を配置してなるインナーロータ型電動機が用いられる。ステータコア１３ａは、胴部１１ａの内周面に例えば焼き嵌め等により固定される。ロータ１３ｂは、旋回スクロールに連結される出力軸１３ｃを有し、出力軸１３ｃを介して図示しない軸受け部材によりステータコア１３ａ内に回転可能に保持される。

密閉容器１１内には、上記軸受け部材等の圧縮機１０内の摺動部を潤滑するための冷凍機油１５が所定量封入される。冷凍機油１５は底蓋１１ｃ側に貯留されるが、出力軸１３ｃには、例えば図示しない容積型ポンプに連通する油吸い上げ穴が全長にわたって形成されており、下端部には給油口１３ｄが設けられている。冷凍機油１５は上述した容積型ポンプにより、ロータ１３ｂの回転に伴って電動機１３の上部側にまで吸い上げられ、上記摺動部を潤滑した後、例えばステータコア１３ａと胴部１１ａとの間に形成されている図示しない隙間を通って底蓋１１ｃ側に戻される。

吸入側配管８２の低圧冷媒は密閉容器１１内に流入し、固定スクロールに設けられ密閉容器１１内に開口した冷媒吸入ポート１４を通って圧縮機構部１２に吸入される。圧縮機構部１２で圧縮され高圧冷媒となった後冷媒吐出ポートから吐出側配管８１へと吐出される。したがって、密閉容器１１内は低圧の冷媒が充満している。

また、密閉容器１１を構成する胴部１１ａにおける圧縮機１０の運転停止時に冷凍機油１５が浸からない位置に第１圧縮機開口部１６が設けられ、底蓋１１ｃに第２圧縮機開口部１７が設けられており、第１圧縮機開口部１６には後述する圧力バランス管９２が接続され、第２圧縮機開口部１７には後述する油移動管９３が接続されている。

［レシーバ］
図２において、レシーバ７０は、底面が圧縮機１０の底面と同一面上となるように併設された密閉容器である。レシーバ７０は、上面に第１上面開口部７１と第２上面開口部７２とを有し、底面近傍に底面開口部７３を有している。第１上面開口部７１は加圧管９１を介して吐出側配管８１に接続され、第２上面開口部７２は圧力バランス管９２を介して第１圧縮機開口部１６接続されている。底面開口部７３は油移動管９３を介して第２圧縮機開口部１７を通過し圧縮機１０内の給油口１３ｄ近傍に接続されている。上述した加圧管９１、圧力バランス管９２および油移動管９３にはそれぞれ制御手段６０により開閉制御される第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３が設けられている。また、油移動管９３には減圧手段１１０が設けられている。

［減圧手段］
減圧手段１１０は、油移動管９３に接続されている。キャピラリチューブ等が用いられ、冷凍機油１５が油移動管９３を通過する際に減圧と流量制御を行う。

［オイル濃度検知手段］
次にオイル濃度検知手段１２０について説明する。冷凍機油１５の濃度は、圧縮機１０内の冷凍機油１５が存在する部分の圧力と、その温度とにより一義的に決まる。したがって、本実施例のオイル濃度検知手段１２０は、圧縮機１０の機外で冷凍機油１５貯留部に対応する位置に配置され、密閉容器１１の胴部１１ａを介して冷凍機油１５の温度を検出する温度センサ１２１と、吸入側配管８２に設けられ、圧縮機１０に吸入される冷媒の蒸発圧力を検出する圧力センサ１２２と、制御手段６０に含まれ、温度センサ１２１と圧力センサ１２２との検出値から圧縮機１０内のオイル濃度を推定するオイル濃度推定部１２３とから構成されている。ここで求めた値に基づいて、第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の制御を行う。

温度センサ１２１は、圧縮機１０の機外で好ましくは冷凍機油１５貯留部に対向する位置の胴部１１ａに外付けされる。胴部１１ａは熱伝導率のよい鋼板製であるため、間接的であるにしても密閉容器１１内の冷凍機油１５の温度をほぼ正確に検出できる。

圧力センサ１２２は、吸入側配管８２に接続され、圧縮機１０へ吸入される冷媒の蒸発圧力を検出する。

温度センサ１２１と圧力センサ１２２で検出された各検出信号は、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して制御手段６０のオイル濃度推定部１２３に与えられる。

温度センサ１２１と圧力センサ１２２により冷凍機油温度と吸入圧力がわかると、圧力飽和温度が算出でき、それと実温度（冷凍機油温度）との差は冷凍機油１５に対する液相冷媒の溶解度を表す。したがって、冷凍機油温度と吸入圧力から冷凍機油１５の濃度を推定できる。オイル濃度推定部１２３は、冷凍機油１５の温度をＴｃｏｍｐ、圧力センサ１２２から出力される冷媒の蒸発飽和圧力をＰｃとして、蒸発飽和圧力Ｐｃを蒸発飽和温度Ｔｃに換算した上で、冷凍機油温度Ｔｃｏｍｐと蒸発飽和温度Ｔｃとの温度差ΔＴ（＝Ｔｃｏｍｐ−Ｔｃ）を求める。冷凍機油１５の濃度はこの温度差ΔTとして推定される。（以下、オイル濃度推定値ΔＴという。）

［制御手段］
図１において、制御手段６０は、主に圧縮機１０や室内ファン３０の回転数を制御し、さらに、後述するオイル濃度推定部１２３を含み、第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の開閉制御を行う。

なお、凝縮器２０の近傍には制御手段６０により回転数が制御されるモータによって駆動される室内ファン３０が設けられている。室内ファン３０は、気流を発生させることによって、凝縮器２０に流れる冷媒と外気との熱交換を促進させている。

ところで、圧縮機１０の運転停止時は、冷凍機油１５は、密閉容器１１内で冷媒が溶け込み希釈される。特に、圧縮機１０が低外気温下（例えば−２０℃程度）で長時間停止した状態では、空気調和装置１の冷凍サイクル内の冷媒が冷凍機油１５を多く溜め込んでいる圧縮機１０に集中し、その後圧縮機１０内で冷媒が液化して圧縮機１０内の冷凍機油１５に溶け込んだ寝込み状態となる。この状態で圧縮機１０を起動すると、冷媒が寝込んだ粘度の低い冷凍機油１５が圧縮機１０内の摺動部に供給されるため、潤滑不良となり焼き付けを起こすという問題が生じる。また、寝込み状態により生じるオイルフォーミングが起こり、冷凍機油１５が圧縮機１０外に持出されるため、圧縮機１０内の潤滑油面が低下し、冷凍機油１５が正常に圧縮機１０内の摺動部に供給されなくなる問題が生じる。

このことから、圧縮機１０の起動時における圧縮機１０内の冷凍機油１５の濃度が高い状態であることが重要である。以下に、本発明の圧縮機１０の起動時に高濃度のオイルを供給する動作について図２を用いて説明する。

［オイル回収動作］
まず、圧縮機１０内の冷凍機油１５をレシーバ７０に回収する際の制御手段６０による第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の開閉制御について、図２を用いて説明する。

圧縮機１０の運転中、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出する。制御手段６０は、オイル濃度推定値ΔＴが予め設定されている設定値のＡｄｅｇ．以上である場合には、密閉容器１１の底蓋１１ｃ側に滞留している冷凍機油１５の濃度が十分高いと推定し、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３を開にする。第２開閉弁１０２を開にすることでレシーバ７０と圧縮機１０とは圧力バランス管９２より連通し、レシーバ７０と圧縮機１０とが均圧となる。さらに、第３開閉弁１０３を開にすることで密閉容器１１の底蓋１１ｃ側に滞留している冷凍機油１５が油面のレベル差により油移動管９３を介してレシーバ７０に流れ込む。その後、制御手段６０は所定時間（レシーバ７０内の冷凍機油１５の油面と圧縮機１０内の冷凍機油１５の油面が同じレベルになるのに必要な時間）が経過したら第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３を閉にする。以上の動作で、圧縮機１０内の高濃度の冷凍機油１５をレシーバ７０に回収する。

冷凍機油１５の回収動作をした後、レシーバ７０は冷凍機油１５と共に低圧冷媒が入ったまま冷凍サイクルから遮断される。圧縮機１０は停止すると冷凍サイクル内で差圧がなくなり冷凍サイクル全体で均圧となる。すると、遮断されたレシーバ７０内はサイクル全体で均圧となった圧縮機１０より低圧になる。したがって、レシーバ７０から圧縮機１０へ冷凍機油１５を供給する際に開閉弁１０３を開けると、圧縮機１０内から低圧のレシーバ７０内へ冷凍機油１５が逆流してしまう。これを防止するため、運転停止後に第２開閉弁１０２を開く。

その後、均圧になったら第２開閉弁１０２を閉にし、圧縮機１０の運転停止中は、レシーバ７０は冷凍サイクルと接続されていない状態を保つ。これによって、圧縮機１０の運転停止時にレシーバ７０内に冷媒が流入しなくなるので、レシーバ７０内の冷凍機油１５に冷媒が寝込むのを防止し、圧縮機１０の起動時まで冷凍機油１５を高濃度に保つことができる。

なお、冷凍機油１５の回収は、レシーバ７０内の冷凍機油１５の油面と圧縮機１０内の冷凍機油１５の油面が同じレベルになるまで行うが、その時、必要最低限の冷凍機油１５が圧縮機１０内に残るようにしなければならないため、予めレシーバ７０の大きさを調節する必要がある。

［オイル供給動作］
次に、レシーバ７０に回収した冷凍機油１５を圧縮機１０に供給する際の制御手段６０による第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の開閉制御について説明する。

圧縮機１０の起動時、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出する。ΔＴと予め設定され、この値を下回るとレシーバ７０から圧縮機１０へ冷凍機油１５の供給を行う設定値Ｂとの関係がΔＴ＜Ｂだった場合、制御手段６０は、密閉容器１１の底蓋１１ｃ側に滞留している冷凍機油１５が冷媒により希釈され濃度が低下していると推定して、第３開閉弁１０３を開にする。圧縮機１０の起動時に圧縮機１０内は徐々に低圧になっていく。この時レシーバ７０内は、運転停止後に第２開閉弁１０２を開けて冷凍サイクル全体と均圧したときの圧力を保っている。そこで第３開閉弁１０３を開にすることで、レシーバ７０と圧縮機１０内の給油口１３ｄ近傍とは油移動管９３により連通し、レシーバ７０内の圧力と圧縮機１０と内の圧力が均圧になろうとする。この場合、レシーバ７０内の圧力が圧縮機１０内の圧力より高くなるのでレシーバ７０内の冷凍機油１５が圧縮機１０内に流れ込む。その後、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出し、ΔＴ＞Ｂとなったら、第３開閉弁１０３を閉にする。以上の動作により、圧縮機１０の起動時にレシーバ７０内に回収した高濃度の冷凍機油１５を圧縮機１０内の給油口１３ｄ近傍に供給することができる。

また、この供給動作は起動時に生じる差圧を用いているので、レシーバ７０内の圧力と圧縮機１０内の圧力とが均圧となったらレシーバ７０と圧縮機１０との間の冷凍機油１５の移動は中断されるが、圧縮機１０の回転数を上昇させるなど、再び差圧が発生した場合、圧縮機１０へ冷凍機油１５の供給が再開される。

また、レシーバ７０内の圧力と圧縮機１０内の圧力とが均圧となり冷凍機油１５の供給が中断しているとき、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出する。ΔＴ＜Ｂだった場合、第１開閉弁１０１を開にする。第１開閉弁１０１を開にすることで、吐出側配管８１とレシーバ７０とは加圧管９１により連通する。これによって、圧縮機１０から吐出側配管８１に吐出された高圧冷媒をレシーバ７０に供給しレシーバ７０内を加圧する。すると、レシーバ７０内の圧力が圧縮機１０内の圧力より高くなるので、圧縮機１０内に冷凍機油１５が流れ込む。その後、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出し、ΔＴ＞Ｂとなったら、第１開閉弁１０１、第３開閉弁１０３を閉にする。

以上の動作により、圧縮機１０の運転停止中は冷凍サイクルから遮断したレシーバ７０内に高濃度の冷凍機油１５を貯留するようにしているので、冷凍サイクル配管内の冷媒が圧縮機１０に集中してもレシーバ７０内の冷凍機油１５に寝込むことはなく、電源遮断時でも高濃度を保つことができる。また、圧縮機１０の起動時に高濃度の冷凍機油１５を圧縮機１０内の給油口１３ｄ近傍に直接供給するようにしているので、圧縮機１０への冷凍機油の供給が円滑に行われ、潤滑不良を防止する。また、オイルフォーミングにより冷凍機油１５が圧縮機１０外へ持ち出されてもレシーバ７０から冷凍機油１５を供給するので油面低下の心配がない。

次に、第２の実施形態における空気調和装置１を図３ないし図４を用いて説明する。なお、本実施例の空気調和装置１は冷媒回路は、圧縮機１０と、凝縮器２０と、膨張手段４０と、蒸発器５０とが冷媒配管により順次接続されており、圧縮機１０と凝縮器２０とを接続する吐出側配管８１と、圧縮機１０とがそれぞれ配管でレシーバ７０に接続されているという構成については第１の実施形態と同じであるため詳細な説明を省略する。本実施例は、第１の実施形態の構成を有する空気調和装置１において、さらに圧縮機１０の立ち上がり性能を向上させる制御を備えた空気調和装置１である。

［フィードバック制御］
従来、圧縮機１０の起動時に圧縮機１０からの冷凍機油１５の吐出による油面低下を防ぐため、圧縮機１０起動直後の回転数を低い値に保ち、段階的に要求回転数まで上昇させることにより、圧縮機１０から冷凍サイクルに吐出される冷凍機油１５の量を抑制するとともに、圧縮機１０外へ吐出された冷凍機油１５を圧縮機１０内へ回収するまでの時間を稼ぐようにしている。しかし、これは過酷な条件で安全率を見込んで予め定められたものであり、起動時の条件によっては実際の油面に余裕があっても必要以上に能力が抑制される場合がある。

本実施例は上記の問題を解決することが目的であり、圧縮機１０内の冷凍機油１５の濃度を検出し、検出値に基づいて圧縮機１０および室内ファン３０の回転数を制御するものである。以下に、本実施例の制御について図３のフローチャートを用いて説明する。

［圧縮機回転数制御］
図３は、本実施例のオイル濃度検知手段１２０に基づいた圧縮機１０の回転数制御のフローチャートである。ＳＴ１で圧縮機１０を起動した後、ＳＴ２でオイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを推定し、ΔＴを初期値ΔＴ０に設定する。ＳＴ３でΔＴ＜Ｂの場合、ＳＴ４に進み、第１開閉弁１０１と第３開閉弁１０３が閉じているか判定し、閉じていたらＳＴ５に進み、第１開閉弁１０１と第３開閉弁１０３を開制御して冷凍機油１５の供給動作を開始する。その後ＳＴ６で圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）と室内ファン３０の回転数（ＲＰＭｆａｎ）とをその時点でのそれぞれの回転数にホールドする。一方、ＳＴ３でΔＴ≧Ｂだった場合はＳＴ７に進み、圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）と要求された回転数（ＲＰＭｃｏｍｐｓ）とを比較し、ＲＰＭｃｏｍｐ＜ＲＰＭｃｏｍｐｓであった場合、ＳＴ８へ進み、以下の圧縮機１０の回転数制御を開始する。

圧縮機１０の回転数制御は、まず、ＳＴ８で再びオイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを推定し、その時のΔＴと初期値ΔT０とを比較する。ΔＴ＞ΔＴ０の場合はＳＴ９へ進み、圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）を大きく上昇させる。一方、ΔＴ≦ΔＴ０の場合はＳＴ１０へ進み、ΔＴ＝ΔＴ０であった場合はＳＴ１１へ進み、圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）を小さく上昇させる。一方、ΔＴ＜ΔＴ０の場合はＳＴ１２へ進み、冷凍機油１５への冷媒の寝込みが進んでいると判断し、圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）をその時点での回転数にホールドする。それぞれ圧縮機１０の回転数制御をした後は、ＳＴ２まで戻る。

［室内ファン回転数制御］
次に、ＳＴ７で圧縮機１０の回転数（ＲＰＭｃｏｍｐ）と要求された回転数（ＲＰＭｃｏｍｐｓ）とを比較し、ＲＰＭｃｏｍｐ≧ＲＰＭｃｏｍｐｓであった場合、ＳＴ１３へ進み、凝縮器２０の温度を検出する図示しない凝縮器温度センサで検出した室内機温度（Ｔｉ）が室内機温度設定値（Ｔｓ）を超えたら、ＳＴ１４へ進み室内ファン３０を起動し、ＳＴ１５へ進む。なお、Ｔｉ≦Ｔｓであった場合は、ＳＴ２まで戻る。ＳＴ１５で、室内ファン３０の回転数（ＲＰＭｆａｎ）が要求された回転数（ＲＰＭｆａｎｓ）より低い場合、ＳＴ１６に進み、以下の室内ファン３０の回転数制御を開始する。

室内ファン３０の回転数制御は、まず、ＳＴ１６でオイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔTを推定し、初期値ΔT０からその時のΔTで急激な濃度変化により変化量が設定値（Ｃ）を超えていないかを判定する。例えば、オイル濃度推定値ΔＴが急激に低下している場合は冷媒の溶解が進んでいると判断でき、また、オイル濃度推定値ΔＴが急激に上昇している場合は圧力変化による冷媒の蒸発がおこり油面が低下していると判断できる。−Ｃ≦ΔＴ−ΔＴ０≦Ｃであった場合、ＳＴ１７に進み、室内ファン３０の回転数（ＲＰＭｆａｎ）を小さく上昇させる。一方、ＳＴ１６でΔＴ−ΔＴ０＜−Ｃ、もしくはＣ＜ΔＴ−ΔＴ０であった場合、ＳＴ１８に進み、室内ファン３０の回転数（ＲＰＭｆａｎ）をその時点での回転数にホールドする。それぞれ室内ファン３０の回転数制御をした後は、ＳＴ２まで戻る。

次に、ＳＴ１５で室内ファン３０の回転数（ＲＰＭｆａｎ）と要求された回転数（ＲＰＭｆａｎｓ）とを比較し、ＲＰＭｆａｎ≧ＲＰＭｆａｎｓであった場合、ＳＴ１９へ進み、
第１開閉弁１０１と第３開閉弁１０３とが開いているか判定する。冷凍機油１５の供給動作で開制御していた場合、ＳＴ２０に進み、第１開閉弁１０１と第３開閉弁１０３とを閉制御し、その後通常運転を行う。なお、ＳＴ１９で第１開閉弁１０１と第３開閉弁１０３とが閉じていた場合、そのまま通常運転に切り替わる。

上記した圧縮機１０の回転数および室内ファン３０の回転数の制御を行うことにより、従来の圧縮機１０の起動方法よりも早く圧縮機１０の回転数を上昇させることができるので、立ち上がり性能が向上する。

［オイル戻し］
上述した圧縮機１０の回転数制御で回転数を上昇させると、圧縮機１０からの吐油量が上昇する。すると、レシーバ７０に貯留した冷凍機油１５の油量では圧縮機１０の起動時の供給量を十分に確保できなくなるという問題が発生する。したがって、圧縮機１０から吐出された冷凍機油１５をレシーバ７０に戻す必要があり、その構成を以下に説明する。

図４は、第２の実施形態の圧縮機１０とレシーバ７０との関係を示した断面図である。第１の実施例と同様にレシーバ７０は、底面が圧縮機１０の底面と同一面上となるように併設された密閉容器である。レシーバ７０は、上面に第１上面開口部７１と第２上面開口部７２とを有し、底面近傍に底面開口部７３を有している。第１上面開口部７１には加圧管９１が接続され、第２上面開口部７２には圧力バランス管９２が接続されている。底面開口部７３には、油移動管９３が接続されている。上述した加圧管９１、圧力バランス管９２および油移動管９３にはそれぞれ制御手段６０により開閉制御される第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３が設けられている。また、油移動管９３には減圧手段１１０が設けられている。本実施例では、吐出側配管８１にトラップ１３０を設けており、加圧管９１はトラップ１３０の液溜りとなるトラップ下部１３１に接続されている。これによって、圧縮機１０から冷媒とともに吐出された冷凍機油１５がトラップ１３０のトラップ下部１３１に溜り、溜った冷凍機油１５は加圧管９１を介してレシーバ７０に回収されるので、本実施例の圧縮機１０の回転数制御で回転数を上昇させても起動時に供給される冷凍機油１５を十分に確保できる。

次に、本実施例の構成における冷凍機油１５の回収動作と供給動作とを以下に説明する。

［オイル回収動作］
圧縮機１０内の冷凍機油１５をレシーバ７０に回収する際の制御手段６０による第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の開閉制御については、第１の実施例と同じであるため省略する。

［オイル供給動作］
次に、レシーバ７０に回収した冷凍機油１５を圧縮機１０に供給する際の制御手段６０による電磁第１開閉弁１０１、第２開閉弁１０２、第３開閉弁１０３の開閉制御について説明する。

圧縮機１０の起動時、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出する。ΔＴと予め設定され、この値を下回ると前記レシーバから前記圧縮機へ冷凍機油の供給を行う設定値Ｂとの関係がΔＴ＜Ｂだった場合、制御手段６０は、密閉容器１１の底蓋１１ｃ側に滞留している冷凍機油１５が冷媒により希釈され濃度が低下していると推定して、第１開閉弁１０１、第３開閉弁１０３を開にする。第１開閉弁１０１を開にすることで、吐出側配管８１とレシーバ７０とが加圧管９１により連通される。これによって、圧縮機１０から吐出側配管８１に吐出された高圧冷媒は、レシーバ７０に供給されレシーバ７０内を加圧する。第３開閉弁１０３を開にすることで、レシーバ７０と圧縮機１０とが油移動管９３により連通され、レシーバ７０内の圧力と圧縮機１０内の圧力とが均圧になろうとする。この場合、レシーバ７０内の圧力が圧縮機１０内の圧力より高くなるので、レシーバ７０内の冷凍機油１５が圧縮機１０内の給油口１３ｄ近傍に流れ込む。その後、オイル濃度検知手段１２０によりオイル濃度推定値ΔＴを検出し、ΔＴ＞Ｂとなったら、第３開閉弁１０３を閉にする。以上の動作で、レシーバ７０内に回収した高濃度の冷凍機油１５を圧縮機１０に供給する。

上記した構成により、起動時に実際の油面に余裕があっても必要以上に能力が抑制されることなく、従来の起動方法よりも圧縮機１０の回転数を早く上げることができるので、立ち上がり性能が向上する。

１ 空気調和装置
１０ 圧縮機
１１ 密閉容器
１１ａ 胴部
１１ｂ 上蓋
１１ｃ 底蓋
１２ 圧縮機構部
１３ 電動機
１３ａ ステータコア
１３ｂ ロータ
１３ｃ 出力軸
１３ｄ 給油口
１４ 冷媒吸入ポート
１５ 冷凍機油
１６ 第１圧縮機開口部
１７ 第２圧縮機開口部
２０ 凝縮器
３０ 室内ファン
４０ 膨張手段
５０ 蒸発器
６０ 制御手段
７０ レシーバ
７１ 第１上面開口部
７２ 第２上面開口部
７３ 底面開口部
８１ 吐出側配管
８２ 吸入側配管
８３ 冷媒配管
８４ 冷媒配管
９１ 加圧管
９２ 圧力バランス管
９３ 油移動管
１０１ 第１開閉弁
１０２ 第２開閉弁
１０３ 第３開閉弁
１１０ 減圧手段
１２０ オイル濃度検知手段
１２１ 温度センサ
１２２ 圧力センサ
１２３ オイル濃度推定部
１３０ トラップ
１３１ トラップ下部

Claims (5)

1. 内部低圧型の圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とが冷媒配管により順次接続された冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、
   底面が前記圧縮機の底面と同一の高さの面となるように併設され、冷凍機油を貯留できるレシーバと、
   前記レシーバと前記圧縮機の吐出側配管とを接続し前記レシーバに高圧冷媒を供給する加圧管と、
   前記レシーバと前記圧縮機の運転停止時において前記冷凍機油が浸からない位置とを接続し前記レシーバと前記圧縮機とを均圧する圧力バランス管と、
   前記レシーバの底面近傍と前記圧縮機の給油口近傍とを接続し冷凍機油を流通させる油移動管と、
   前記加圧管と前記圧力バランス管と前記油移動管とにそれぞれ設けられた第１開閉弁と第２開閉弁と第３開閉弁と、
   制御手段と、前記制御手段に含まれ、前記圧縮機内の前記冷凍機油の濃度を検出するオイル濃度検知手段とを備え、
   前記圧縮機の運転中は、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が予め設定した設定値Ａ以上の場合、前記第２開閉弁を開けて前記圧力バランス管内を流通可能にすることで前記圧縮機と前記レシーバとを均圧にし、さらに前記第３開閉弁を開けて前記油移動管内を流通可能にすることで前記圧縮機内の前記冷凍機油の一部を前記圧縮機と前記レシーバとの油面レベル差によって前記レシーバへ溜め込み、
   前記圧縮機の運転停止中は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁と前記第３開閉弁とを閉め、
   前記圧縮機の起動時は、第３開閉弁を開けて前記油移動管内を流通可能にすることで前記レシーバに貯留した高濃度の前記冷凍機油を前記圧縮機の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とした空気調和装置。
2. 前記圧縮機の起動時、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が予め設定した設定値Ｂ以下となったら第３開閉弁を開けて油移動管を連通させることで、前記レシーバに貯留した高濃度の冷凍機油を前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給し、前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力とが均圧となった後、前記オイル濃度検知手段により検出された検出値が前記設定値Ｂを超えなかったら第１開閉弁を開けて加圧管を流通可能にすることで前記レシーバを加圧し、前記レシーバに貯留した高濃度の前記冷凍機油を前記圧縮機の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とした請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記圧縮機の起動時、前記オイル濃度検知手段の検出値が予め設定した設定値Ｂ以下となったら、第１開閉弁を開けて加圧管内を流通可能にすることで前記レシーバを加圧し、第３開閉弁を開けて油移動管内を流通可能にすることで前記レシーバに貯留した高濃度の冷凍機油を前記圧縮機内の圧力と前記レシーバ内の圧力との差圧によって前記圧縮機に供給することを特徴とした請求項１に記載の空気調和装置。
4. 加圧管は圧縮機の吐出側配管に設けられたトラップの下部に接続されていることを特徴とした請求項３に記載の空気調和装置。
5. 油移動管に減圧手段を設けたことを特徴とした請求項１ないし４に記載の空気調和装置。
   
   
   
   
   

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