JP7162173B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、除霜運転から暖房運転に切り換えた際に、圧縮機のオイル量の低下を防止することを可能とした空気調和装置に関するものである。

従来から、空気調和装置において、除霜運転を行った場合に、室内熱交換器で熱交換が十分に行われないことから、圧縮機へ液冷媒が戻りやすい状態となるため、除霜運転後に暖房運転に切り換えた際に、圧縮機内のオイルの希釈率が低下することが知られている。
そして、オイルの希釈率が低下している状態で、除霜運転から暖房運転に切り換えると、圧縮機のオイルがフォーミングして、圧縮機の油面低下が発生し、圧縮機が故障するおそれがあった。

このような問題を解決するため、従来、例えば、除霜運転から暖房運転に切り換える場合に、圧縮機の内部に設けられた開閉弁を開き、圧縮機の吐出室の高圧ガスを圧縮機の吸入配管に戻すことにより、室内熱交換器から送られる液冷媒を気液分離器の上流側配管内に閉じ込めることで、液冷媒の圧縮機への吸込を防止するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５５－１０７８６２号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、液冷媒の吸込を防止することができるものの、圧縮機から冷媒とともに、オイルが吐出された場合、圧縮機へのオイル戻りに時間がかかり、圧縮機のオイル量の低下により、圧縮機の故障が生じるおそれがあるという問題がある。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、除霜運転から暖房運転に切り換えた際に、圧縮機のオイル量の低下を防止して、圧縮機の故障を防止することができる空気調和装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、圧縮機から吐出される冷媒を前記室外熱交換器または前記室内熱交換器に切り換える四方弁と、前記圧縮機の吐出側と吸込側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられるバイパス弁と、前記圧縮機、前記膨張弁、前記四方弁および前記バイパス弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、除霜運転が終了した後、暖房運転に移行する場合に、前記バイパス弁を開とし、前記膨張弁を最小開度とする第１のステップによる制御を行い、前記第１のステップによる制御の後、前記バイパス弁が開いた状態で、前記膨張弁の開度を開き、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内熱交換器および前記バイパス配管に送る第２のステップによる制御を行うことを特徴とする。

これによれば、第１のステップによる制御を行うと、膨張弁を最小開度としているので、圧縮機から吐出した冷媒は、室内熱交換器側にはほとんど送られず、バイパス配管を通ってアキュムレータに送られることになる。そのため、圧縮機の温度上昇に伴って、オイルに溶けこんでいる冷媒が蒸発し、冷媒の寝込みを解消することができる。

本発明によれば、第１のステップによる制御を行うことにより、圧縮機の温度上昇に伴って、オイルに溶け込んでいる冷媒が蒸発し、冷媒の寝込みを解消することができる。そして、圧縮機の温度上昇により、仮にオイルのフォーミングが発生したとしても、冷媒とともに、オイルもバイパス配管を介してアキュムレータに戻され、アキュムレータから圧縮機に送られるので、圧縮機に十分なオイルを供給することができ、圧縮機のオイルの油面を確保することができる。その結果、オイル不足による圧縮機の故障の発生を防止することができる。

本発明に係る空気調和装置の実施の形態を示す冷凍サイクルの回路図。 本実施の形態における動作を示すタイミングチャート。 本実施の形態における動作を示すフローチャート。

第１の発明は、圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、圧縮機から吐出される冷媒を前記室外熱交換器または前記室内熱交換器に切り換える四方弁と、前記圧縮機の吐出側と吸込側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられるバイパス弁と、前記圧縮機、前記膨張弁、前記四方弁および前記バイパス弁を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、除霜運転が終了した後、暖房運転に移行する場合に、前記バイパス弁を開とし、前記膨張弁を最小開度とする第１のステップによる制御を行う。

これによれば、第１のステップによる制御を行うことにより、圧縮機の温度上昇に伴って、オイルに溶け込んでいる冷媒が蒸発し、冷媒の寝込みを解消することができる。そして、圧縮機の温度上昇により、仮にオイルのフォーミングが発生したとしても、冷媒とともに、オイルもバイパス配管を介してアキュムレータに戻され、アキュムレータから圧縮機に送られるので、圧縮機に十分なオイルを供給することができ、圧縮機のオイルの油面を確保することができる。その結果、オイル不足による圧縮機の故障の発生を防止することができる。

第２の発明は、前記制御装置は、前記第１のステップによる制御の後、前記膨張弁の開度を開き、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内熱交換器および前記バイパス配管に送る第２のステップによる制御を行う。
これによれば、第２のステップによる制御を行うことにより、冷凍サイクル内に滞留している冷媒の急激な液戻りを抑制でき、安全に暖房運転のサイクルへの移行を行うことができる。

第３の発明は、前記制御装置は、前記第２のステップによる制御の後、前記バイパス弁を閉じ、前記膨張弁をさらに開いて、暖房運転を安定させる第３のステップによる制御を行う。
これによれば、第３のステップによる制御を行うことにより、暖房運転と同様の制御が行われ、暖房運転の冷媒の流れに移行することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る空気調和装置の実施の形態を示す冷凍サイクルの回路図である。
図１に示すように、空気調和装置１は、室外ユニット１０と、室内ユニット２０とを備えている。室外ユニット１０は、圧縮機１１を備えており、圧縮機１１には、冷媒の吸込口１２および吐出口１３が設けられている。
圧縮機１１の吐出口１３には、四方弁１４、室外熱交換器１５、膨張弁１６が順次冷媒配管１７により接続されている。
室外熱交換器１５は、室外ファン１８を備えている。また、膨張弁１６は、全閉状態から全開状態に開度を調整することができる電動弁である。

室内ユニット２０は、室内熱交換器２１を備えており、室内熱交換器２１は、室内ファン２２を備えている。室内熱交換器２１の一方は、膨張弁１６に接続されている。室内熱交換器２１の他方は、途中四方弁１４およびアキュムレータ１９を介して圧縮機１１の吸込口１２に接続されている。
圧縮機１１の吐出側とアキュムレータ１９の吸込側との間には、バイパス配管３０が接続されており、バイパス配管３０には、バイパス配管３０の開閉を行うバイパス弁３１が設けられている。

また、空気調和装置１は、制御装置４０を備えている。制御装置４０は、圧縮機１１、室外ファン１８および室内ファン２２の駆動制御を行うとともに、四方弁１４の切換制御、膨張弁１６の開度制御およびバイパス弁３１の開閉制御を行うように構成されている。
制御装置４０は、例えば、ＣＰＵなどの演算処理回路、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、所定のプログラムを実行することにより、所定の制御を行うものである。

次に、本実施の形態の動作について説明する。
まず、冷房運転を行う場合は、図１中実線で示すように冷媒が流れるように、四方弁１４を切り換える。この状態の四方弁１４はＯＦＦ状態とされる。
この状態で、圧縮機１１を動作させることにより、圧縮機１１の吸込口１２から冷媒を吸込み、この冷媒は、圧縮機１１により所定圧力に圧縮された後、吐出口１３から吐出される。
圧縮機１１の吐出口１３から吐出された冷媒は、四方弁１４を介して、図中実線矢印で示すように、室外熱交換器１５に送られ、膨張弁１６により減圧された後、室内熱交換器２１に流入する。冷媒は、室内熱交換器２１において、室内空気と熱交換し、室内空気を冷却した後、四方弁１４、アキュムレータ１９を介して圧縮機１１の吸込口１２から戻される。

また、暖房運転を行う場合は、四方弁１４をＯＮにして、図１中破線で示すように冷媒が流れるように、四方弁１４を切り換える。
この状態で、圧縮機１１を動作させることにより、圧縮機１１の吐出口１３から吐出された冷媒は、四方弁１４を介して、図中破線矢印で示すように、室内熱交換器２１に流入し、室内空気と熱交換して室内空気を暖める。その後、冷媒は、膨張弁１６により減圧されて室外熱交換器１５に流入し、室外熱交換器１５で熱交換した後、四方弁１４、アキュムレータ１９を介して圧縮機１１の吸込口１２から戻される。

次に、本実施の形態の制御動作について、図２に示すタイミングチャートおよび図３に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、除霜運転を行う場合は、四方弁１４をＯＦＦにし、四方弁１４を冷房運転時と同様に切り換える。また、膨張弁１６を除霜時の制御開度に開き、圧縮機１１の駆動周波数を除霜時の駆動周波数に制御する（ＳＴ１）。
これにより、圧縮機１１から吐出される高温の冷媒が室外熱交換器１５に送られ、室外熱交換器１５に付着した霜を除去する。

次に、除霜運転から暖房運転に切り換える場合は、制御装置４０は、第１のステップによる制御を行う。
第１のステップによる制御は、制御装置４０は、四方弁１４を暖房運転を行うようにＯＮに切換え、圧縮機１１の駆動周波数を所定の高さになるように制御する。また、制御装置４０は、バイパス弁３１を開動作させ、膨張弁１６の開度を最小開度となるように制御する（ＳＴ２）。
ここで、最小開度とは、全閉状態である開度０から、例えば、最大開度を１００とした場合、開度１０程度までの範囲の開度をいう。

第１のステップによる制御を行うと、膨張弁１６を最小開度としているので、圧縮機１１から吐出した冷媒は、室内熱交換器２１側にはほとんど送られず、バイパス配管３０を通ってアキュムレータ１９に送られることになる。

一般に、除霜運転を行った場合、室内熱交換器２１で熱交換が十分に行われないことから、圧縮機に液冷媒が戻りやすい状態となるが、第１のステップによる制御を行うことにより、圧縮機１１の温度上昇に伴って、オイルに溶けこんでいる冷媒が蒸発され、冷媒の寝込みを解消することができる。
そして、圧縮機１１の温度上昇により、仮にオイルのフォーミングが発生したとしても、冷媒とともに、オイルもバイパス配管３０を介してアキュムレータ１９に戻され、アキュムレータ１９から圧縮機１１に送られる。これにより、圧縮機１１に十分なオイルを供給することができ、圧縮機１１のオイルの油面を確保することができる。

ここで、冷媒として、Ｒ３２冷媒を用いる場合、アキュムレータ１９のオイル吐出口を大きく形成することがある。これは、Ｒ３２冷媒は、圧縮機１１の吐出温度が高くなる傾向があるため、圧縮機１１にオイルを多めに供給して、圧縮機１１を冷却し、冷媒の吐出温度を低下させるためである。
このようにした場合に、圧縮機１１に液冷媒が多く供給されるため、圧縮機１１のオイルに冷媒が溶けこみやすく、圧縮機１１の温度上昇に伴ってオイルフォーミングが発生しやすくなるが、本実施の形態においては、バイパス配管３０により冷媒およびオイルを戻すようにしているので、Ｒ３２冷媒を用いた場合でも、圧縮機１１から吐出されるオイルおよび冷媒をアキュムレータ１９に戻すことにより、圧縮機１１のオイル量を確保することができる。

また、制御装置４０は、第１のステップによる制御を行った後、第２のステップによる制御を行う。
第２のステップによる制御は、制御装置４０により、第１のステップによる制御を行った状態から、膨張弁１６の開度をわずかに開き、圧縮機１１からの吐出冷媒を室内熱交換器２１およびバイパス配管３０に送るように制御する（ＳＴ３）。
このとき、圧縮機１１から吐出された冷媒は、バイパス配管３０と、室内熱交換器２１とにそれぞれ送られるが、室内熱交換器２１に送られる冷媒量は、膨張弁１６の開度を調整することで調整することができる。
この第２のステップによる制御を行うことにより、圧縮機１１から吐出された冷媒とオイルがバイパス配管３０を介して吸込口１２に戻る量と冷凍サイクル内に滞留している液冷媒が吸込口１２に戻る量の混合する割合を調整することができるので、液冷媒が吸込口１２に急激に戻ることを抑制し、圧縮機１１から室内熱交換器２１に流れる暖房運転のサイクルへの移行を安全に行うことができる。

さらに、制御装置４０は、第２のステップによる制御を行った後、第３のステップによる制御を行う。
第３のステップによる制御は、第２のステップによる制御を行った状態から、バイパス弁３１を閉じ、膨張弁１６の開度をさらに開くように制御する（ＳＴ４）。ここで、圧縮機１１の駆動周波数は、通常の暖房運転より低い周波数で駆動されている。
この第３のステップによる制御を行うことにより、暖房運転と同様の制御が行われ、暖房運転の冷媒の流れに移行することができる。
そして、所定時間が経過して冷媒の流れが安定したら、通常の暖房運転の自動制御に切り換えられる（ＳＴ５）。

なお、図２では、第１のステップから第３のステップにおいて、圧縮機１１の駆動周波数は同一の駆動周波数を示しているが、実際は、圧縮機１１への冷媒の吸込圧力、吸込温度、外気温などの環境に基づいて、適宜制御されるものである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、制御装置４０は、除霜運転が終了した後、暖房運転に移行する場合に、バイパス弁３１を開とし、膨張弁１６を最小開度とする第１のステップによる制御を行う。
これによれば、第１のステップによる制御を行うことにより、圧縮機１１の温度上昇に伴って、オイルに溶け込んでいる冷媒が蒸発され、冷媒の寝込みを解消することができる。そして、圧縮機１１の温度上昇により、仮にオイルのフォーミングが発生したとしても、冷媒とともに、オイルもバイパス配管３０を介してアキュムレータ１９に戻され、アキュムレータ１９から圧縮機１１に送られるので、圧縮機１１に十分なオイルを供給することができ、圧縮機１１のオイルの油面を確保することができる。その結果、オイル不足による圧縮機１１の故障の発生を防止することができる。

また、本実施の形態においては、制御装置４０は、第１のステップによる制御の後、膨張弁１６の開度を開き、圧縮機１１からの吐出冷媒を室内熱交換器２１およびバイパス配管３０に送る第２のステップによる制御を行う。
これによれば、第２のステップによる制御を行うことにより、圧縮機１１から吐出された冷媒、および冷凍サイクル内に滞留している冷媒の戻り量およびオイルの戻り量を調整しつつ、圧縮機１１から室内熱交換器２１に流れる暖房運転のサイクルへの移行を行うことができる。

また、本実施の形態においては、制御装置４０は、第２のステップによる制御の後、バイパス弁３１を閉じ、膨張弁１６をさらに開いて、暖房運転を安定させる第３のステップによる制御を行う。
これによれば、第３のステップによる制御を行うことにより、暖房運転と同様の制御が行われ、暖房運転の冷媒の流れに移行することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。

以上のように、本発明に係る空気調和装置は、除霜運転から暖房運転に切り換える際に、オイルへの冷媒の寝込みを解消することができ、圧縮機に十分なオイルを供給することにより、圧縮機のオイルの油面を確保することができる空気調和装置に、好適に利用可能である。

１ 空気調和装置
１０ 室外ユニット
１１ 圧縮機
１４ 四方弁
１５ 室外熱交換器
１６ 膨張弁
１７ 冷媒配管
１８ 室外ファン
１９ アキュムレータ
２０ 室内ユニット
２１ 室内熱交換器
２２ 室内ファン
３０ バイパス配管
３１ バイパス弁
４０ 制御装置

Claims (3)

1. 圧縮機と、室外熱交換器と、膨張弁と、室内熱交換器と、圧縮機から吐出される冷媒を前記室外熱交換器または前記室内熱交換器に切り換える四方弁と、前記圧縮機の吐出側と吸込側とを接続するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けられるバイパス弁と、前記圧縮機、前記膨張弁、前記四方弁および前記バイパス弁を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、除霜運転が終了した後、暖房運転に移行する場合に、前記バイパス弁を開とし、前記膨張弁を最小開度とする第１のステップによる制御を行い、前記第１のステップによる制御の後、前記バイパス弁が開いた状態で、前記膨張弁の開度を開き、前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内熱交換器および前記バイパス配管に送る第２のステップによる制御を行うことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御装置は、前記第２のステップにおける前記膨張弁の開度を、暖房運転における前記膨張弁の開度よりも小さくする ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記第２のステップによる制御の後、前記バイパス弁を閉じ、前記膨張弁をさらに開く第３のステップによる制御を行い、
   前記第３のステップにおける駆動周波数を、暖房運転における前記圧縮機の駆動周波数よりも低くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。

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