WO2017221300A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置は、冷凍機油を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮した冷媒を減圧して膨張させる膨張弁と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器と、圧縮機の吸入側に設けられ、蒸発した冷媒における余剰冷媒を貯留するアキュムレータと、一端がアキュムレータの側面に接続され、他端が圧縮機の吸入側に接続された吐出管、および吐出管に設けられ、アキュムレータから吐出する冷凍機油の流量を調整する流量調整弁を有し、アキュムレータに貯留された余剰冷媒に含まれる冷凍機油を圧縮機に返油する返油回路と、暖房運転で起動する際に、アキュムレータから圧縮機に対して冷凍機油を返油させるように返油回路の流量調整弁を制御し、圧縮機内の冷凍機油の油量およびアキュムレータから返油される冷凍機油の油量に応じて圧縮機の圧縮機周波数を制御する制御装置とを備える。

Description

空気調和装置

　本発明は、圧縮機の運転を制御する空気調和装置に関するものである。

　従来、空気調和装置に用いられる圧縮機内には、冷媒圧縮機構部の軸受等を潤滑するための冷凍機油が封入されている。また、低外気温条件において停止状態となっている圧縮機内には、液冷媒が存在している。そして、この場合には、冷凍機油と液冷媒とによる混合液が２層分離状態で圧縮機内に滞留している。

　このような状態で空気調和装置が停止状態から暖房運転を開始し、圧縮機が急速に増速すると、圧縮機内の冷凍機油が冷媒とともに圧縮機の系外に吐出されることによって潤滑不足となり、圧縮機の故障につながる虞がある。そのため、従来の空気調和装置では、暖房起動時の圧縮機周波数を低速の一定値に制限している。

　しかしながら、このように圧縮機周波数を制限すると、十分な冷媒循環量を得ることができず、暖房能力が不足するという問題が生じてしまう。そこで、最近では、暖房起動時における上述した問題を解決するために、様々な手法が提案されている。

　例えば、特許文献１には、圧縮機の回転数に対して２種類の増速モードを有する圧縮機が記載されている。この圧縮機では、起動時における圧縮機の温度に応じていずれか一方の増速モードを選択して圧縮機の回転数の上昇速度を制御することにより、起動時における冷凍機油の流出、液圧縮等を防止することができる。

　また、特許文献２には、貯留室に挿入された導出管の開口側管壁に上下方向に複数の補助油戻し穴を設けたアキュムレータが記載されている。このアキュムレータでは、貯留室内に液冷媒が溜まった場合でも、液冷媒を吸入しないようにして圧縮機への液バックを防止しつつ、圧縮機への返油量を確保することができる。

　さらに、特許文献３には、圧縮機の吐出側に、ガス冷媒から冷凍機油を分離するオイルセパレータを設けた空気調和装置が記載されている。この空気調和装置では、オイルセパレータで分離された冷凍機油を、圧縮機の吸入側に設けられたアキュムレータに流入させ、流入した冷凍機油がアキュムレータの内周面に沿って流れるようにすることにより、冷凍機油を圧縮機に対して容易に返油することができる。

特開昭６２－２３３６５２号公報 特開平１０－２０５９３１号公報 特開２０１４－２２８１７７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の圧縮機では、予め設定された２種類の増速モードを、外気温の変化等を考慮して設定していない。そのため、例えば外気温の変化によって圧縮機から吐出される冷凍機油の量が変化した場合に、圧縮機内の冷凍機油が不足してしまうという虞があるというように、外乱に対する制御性が不十分である。

　また、特許文献２に記載のアキュムレータでは、構造上、補助油戻し穴をアキュムレータの上面近傍に設けることができないため、例えばアキュムレータ内が液冷媒で満たされた状態では、圧縮機に対して十分な冷凍機油を送ることが困難である。

　さらに、特許文献３に記載のアキュムレータでは、オイルセパレータから返油された冷凍機油によって、アキュムレータ内で２層分離した冷凍機油および液冷媒を撹拌してしまうため、圧縮機に対して十分な冷凍機油を効率的に送ることが困難である。

　すなわち、上述した各特許文献に記載の方法を用いたとしても、低外気温条件において圧縮機を停止状態から暖房運転を開始した場合には、圧縮機が潤滑不足となる虞がある。そのため、圧縮機を増速させることができず、高い暖房能力を得ることが困難である。

　本発明は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、低外気温条件において圧縮機を停止状態から暖房運転を開始した場合であっても、暖房能力を向上させ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。

　本発明の空気調和装置は、冷凍機油を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮した前記冷媒を減圧して膨張させる膨張弁と、膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機の吸入側に設けられ、蒸発した前記冷媒における余剰冷媒を貯留するアキュムレータと、一端が前記アキュムレータの側面に接続され、他端が前記圧縮機の吸入側に接続された吐出管、および前記吐出管に設けられ、前記アキュムレータから吐出する前記冷凍機油の流量を調整する流量調整弁を有し、前記アキュムレータに貯留された前記余剰冷媒に含まれる冷凍機油を前記圧縮機に返油する返油回路と、暖房運転で起動する際に、前記アキュムレータから前記圧縮機に対して前記冷凍機油を返油させるように前記返油回路の前記流量調整弁を制御し、前記圧縮機内の冷凍機油の油量および前記アキュムレータから返油される冷凍機油の油量に応じて前記圧縮機の圧縮機周波数を制御する制御装置とを備えるものである。

　以上のように、本発明の空気調和装置によれば、暖房起動時にアキュムレータからも返油させるようにすることにより、圧縮機内の油量のみならずアキュムレータからの返油量も考慮した圧縮機周波数に設定するため、低外気温条件において圧縮機を停止状態から暖房運転を開始した場合であっても、暖房能力を向上させることができる。

実施の形態１に係る空気調和装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１のアキュムレータの制御動作について説明するための概略図である。 能力優先モードおよび省エネルギー優先モードにおける時間と圧縮機の圧縮機周波数との関係について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る空気調和装置における暖房起動時の処理の流れの一例について説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
　以下、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置について説明する。

［空気調和装置の構成］
　図１は、本実施の形態１に係る空気調和装置１０の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、空気調和装置１０は、圧縮機１、冷媒流路切替装置２、室内熱交換器３、室内側膨張弁４、室外側膨張弁５、室外熱交換器６、アキュムレータ７および制御装置２０で構成されている。空気調和装置１０は、これらの各機器が順に冷媒配管を介して接続されることにより、冷媒が循環する冷凍サイクルを形成する。なお、図１における矢印は、暖房運転時における冷媒の流れる方向を示す。

　また、以下の説明において、冷媒とは、冷凍サイクル中で熱を運ぶ役割を果たす媒体としての単なる冷媒だけでなく、後述する圧縮機１で用いられる冷凍機油が冷媒に混入した混合液も含めたものとして説明する。

　圧縮機１は、低温低圧の冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温高圧の状態にして吐出する。圧縮機１としては、例えば圧縮機周波数を制御することによって容量を制御できるインバータ圧縮機等を用いることができる。また、図示しないが、圧縮機１内部の底部には、この圧縮機１の圧縮機構部を潤滑するための冷凍機油が滞留する油溜めが設けられている。

　冷媒流路切替装置２は、例えば四方弁であり、冷媒の流れる方向を切り替えることにより、冷房運転及び暖房運転の切り替えを行う。

　室内熱交換器３は、図示しないファン等の室内側送風機によって供給される空気等の流体と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、室内空間に供給される暖房用空気または冷房用空気が生成される。具体的には、室内熱交換器３は、暖房運転の際に、冷媒の熱により空気等を加熱する凝縮器として機能する。また、室内熱交換器３は、冷房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により空気等を冷却する蒸発器として機能する。

　室内側膨張弁４は、冷媒の流量を調整することによって冷媒を減圧して膨張させる。室内側膨張弁４としては、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁を用いることができる。

　室外側膨張弁５は、冷媒の流量を調整することによって冷媒を減圧して膨張させる。室外側膨張弁５としては、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁を用いることができる。

　室外熱交換器６は、図示しないファン等の室外側送風機によって供給される空気等の流体と冷媒との間で熱交換を行う。これにより、室外熱交換器６は、暖房運転の際に蒸発器として機能する。また、室外熱交換器６は、冷房運転の際に凝縮器として機能する。

　アキュムレータ７は、圧縮機１の吸入側に設けられている。アキュムレータ７は、冷房運転と暖房運転の運転状態の違いによって生じる余剰冷媒、過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒等を貯留する。

　アキュムレータ７には、吸入管１１、複数の吐出管１２ａ～１２ｃおよび合流管１３が設けられている。図１に示す例は、３つの吐出管１２ａ～１２ｃが設けられている場合を示す。以下の説明において、吐出管１２ａ～１２ｃを特に区別する必要がない場合には、単に「吐出管１２」と称する。なお、吐出管１２の数は、この例に限られず、例えば２つあるいは４つ以上でもよいし、１つでもよい。

　吸入管１１は、アキュムレータ７を形成する容器の側面、好ましくは側面の底面側に接続されている。室外熱交換器６から流出した冷媒は、吸入管１１を介してアキュムレータ７に流入し、この冷媒のうちの液冷媒が容器内に貯留される。

　複数の吐出管１２は、一端がアキュムレータ７の容器の側面に、上下方向に並ぶように接続されている。また、吐出管１２の他端は、後述する合流管１３に接続されている。図１に示す例では、吐出管１２ａが最上位の位置に設けられ、吐出管１２ｃが最下位の位置に設けられている。そして、吐出管１２ｂは、吐出管１２ａおよび吐出管１２ｃの間の位置に設けられている。アキュムレータ７の容器内に滞留する冷媒は、吐出管１２ａ～１２ｃを介して流出することができる。

　複数の吐出管１２ａ～１２ｃのそれぞれには、流量調整弁１４ａ～１４ｃが設けられている。この例では、流量調整弁１４ａが吐出管１２ａに設けられ、流量調整弁１４ｂが吐出管１２ｂに設けられ、流量調整弁１４ｃが吐出管１２ｃに設けられている。なお、以下の説明において、流量調整弁１４ａ～１４ｃと特に区別する必要がない場合には、単に「流量調整弁１４」と称する。

　複数の流量調整弁１４は、アキュムレータ７の容器から流出する冷媒の流量を調整することによって冷媒を減圧して膨張させる。流量調整弁１４としては、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁を用いることができる。

　合流管１３は、アキュムレータ７の上面に接続されている。アキュムレータ７に流入した冷媒のうちのガス冷媒は、合流管１３から流出し、圧縮機１に吸入される。

　本実施の形態１では、複数の吐出管１２および各吐出管１２に設けられた複数の流量調整弁１４によって返油回路８が形成される。返油回路８は、アキュムレータ７内に貯留された冷凍機油を圧縮機１に返油するためのものである。

　制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの演算装置上で実行されるソフトウェア、各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成され、この空気調和装置１０全体の運転を制御する。例えば、制御装置２０は、後述する第１の液面センサ２１および第２の液面センサ２２から受け取った情報、ならびに利用者から指示される運転内容等に基づき、圧縮機１の圧縮機周波数、室内側膨張弁４、室外側膨張弁５、流量調整弁１４ａ～１４ｃの開度等を制御する。

　制御装置２０には、第１の液面センサ２１および第２の液面センサ２２が接続されている。第１の液面センサ２１は、圧縮機１に設けられている。第１の液面センサ２１は、圧縮機１内に設けられた図示しない油溜めに滞留する冷凍機油と液冷媒とによる混合液の液面高さを検出するために設けられている。また、第１の液面センサ２１は、油溜めに滞留する混合液が２層分離している場合に、液冷媒と冷凍機油との界面の高さを検出する。第１の液面センサ２１は、検出した混合液の液面高さおよび界面の高さを示す情報を制御装置２０に供給する。

　第２の液面センサ２２は、アキュムレータ７に設けられている。第２の液面センサ２２は、アキュムレータ７内に滞留する液冷媒と冷凍機油とによる混合液の液面高さを検出するために設けられている。また、第２の液面センサ２２は、アキュムレータ７内に滞留する混合液が２層分離している場合に、液冷媒と冷凍機油との界面の高さを検出する。第２の液面センサ２２は、検出した混合液の液面高さおよび界面の高さを示す情報を制御装置２０に供給する。

　なお、圧縮機１の油溜めに滞留する液冷媒と冷凍機油との界面高さは、例えば、油溜めの容器と第１の液面センサ２１との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化に基づいて検出することができる。また、アキュムレータ７内の液冷媒と冷凍機油との界面高さについても同様に、例えば、アキュムレータ７の容器と第２の液面センサ２２との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化に基づいて検出することができる。

　制御装置２０は、油量判断部２５、アキュムレータ状態判断部２６、弁制御部２７、周波数制御部２８および動作モード設定部２９で構成されている。なお、この例における制御装置２０については、本実施の形態１に関連する部分のみを図示し、それ以外の部分については、説明を省略する。

　また、制御装置２０には、操作入力部３０が接続されている。操作入力部３０は、例えば、利用者が動作モードを選択する際に用いられる。なお、動作モードの詳細については後述する。操作入力部３０は、選択された動作モード示す信号を後述する動作モード設定部２９に供給する。操作入力部３０としては、例えば、リモートコントローラ、空気調和装置１０の室内機に設けられたキー、ボタン等を用いることができる。

　油量判断部２５は、第１の液面センサ２１で検出された圧縮機１内の混合液の液面高さおよび界面の高さを示す情報に基づき、圧縮機１内の冷凍機油の油量を判断する。また、油量判断部２５は、第２の液面センサ２２で検出されたアキュムレータ７内の混合液の液面高さおよび界面の高さを示す情報に基づき、アキュムレータ７内の冷凍機油の油量を判断する。そして、油量判断部２５は、これらの油量に基づき、圧縮機１内およびアキュムレータ７内の冷凍機油の油量を判断し、冷凍機油の油量を示す情報を弁制御部２７および周波数制御部２８に供給する。

　アキュムレータ状態判断部２６は、第２の液面センサ２２で検出されたアキュムレータ７内の混合液の液面高さおよび界面の高さを示す情報に基づき、アキュムレータ７内の冷凍機油の高さを判断する。そして、アキュムレータ状態判断部２６は、冷凍機油の高さを示す情報を弁制御部２７および周波数制御部２８に供給する。

　動作モード設定部２９は、例えば、複数の動作モードのうち利用者によって選択された動作モードで空気調和装置１０を動作させるために、選択された動作モードに設定する。動作モード設定部２９は、選択された動作モードを示す情報を弁制御部２７および周波数制御部２８に供給する。

　弁制御部２７は、油量判断部２５、アキュムレータ状態判断部２６および動作モード設定部２９から受け取った各種の情報に基づき、各吐出管１２の高さと、冷凍機油が存在する高さとを比較する。そして、弁制御部２７は、比較結果に基づいて複数の流量調整弁１４の開度を制御する。具体的には、例えば、弁制御部２７は、複数の流量調整弁１４のうちアキュムレータ７内の冷凍機油の高さに対応する流量調整弁１４を判断する。そして、弁制御部２７は、この冷凍機油に対応する流量調整弁１４を「開」状態とし、それ以外の流量調整弁１４を「閉」状態とするように、それぞれの流量調整弁１４を制御する。

　周波数制御部２８は、油量判断部２５、アキュムレータ状態判断部２６および動作モード設定部２９から受け取った各種の情報に基づき、圧縮機１の圧縮機周波数を制御する。また、周波数制御部２８には、図示しないカウンタが設けられている。カウンタは、圧縮機１の圧縮機周波数を設定する際に用いられる。具体的には、例えば、周波数制御部２８は、予め設定された圧縮機周波数の初期値Ｆ０と、カウンタの値と、圧縮機周波数の増速量ΔＦとに基づき、圧縮機１の圧縮機周波数を設定する。なお、圧縮機周波数の設定の詳細については、後述する。

［空気調和装置の動作］
　次に、本実施の形態１に係る空気調和装置１０の動作について説明する。ここでは、空気調和装置１０における暖房運転モード時の動作、および暖房運転モードによる起動（以下、「暖房起動」と適宜称する）時の動作について説明する。なお、空気調和装置１０は、暖房運転モード、冷房運転モード等の種々の運転モードで動作させることができるが、本実施の形態１は、これらの運転モードのうち、特に暖房運転モードで動作させる場合に関するものである。そのため、以下では、暖房運転モード時の動作についてのみ説明し、その他の運転モード時の動作については説明を省略する。

（暖房運転モード）
　まず、暖房運転モード時の空気調和装置１０の動作について説明する。暖房運転モードでは、冷媒流路切替装置２が図１に示す状態に切り替えられる。そして、低温低圧の冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。

　圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置２を介して室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内空気と熱交換して放熱しながら凝縮し、過冷却状態の高圧の液冷媒となって室内熱交換器３から流出する。

　室内熱交換器３から流出した高圧の液冷媒は、室内側膨張弁４および室外側膨張弁５によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、室外空気と熱交換して吸熱及び蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室外熱交換器６から流出する。

　室外熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置２及びアキュムレータ７へ流入する。このとき、余剰冷媒は液冷媒として、アキュムレータ７へ滞留し、ガス冷媒は、吐出管１２ａ～１２ｃおよび合流管１３を通過して、圧縮機１へ吸入される。

［暖房起動時の動作］
　次に、空気調和装置１０における暖房起動時の動作について説明する。本実施の形態１に係る空気調和装置１０では、低外気温条件における暖房起動時に、圧縮機１内の冷凍機油の油量とともに、アキュムレータ７からの冷凍機油の返油量を制御することにより、暖房運転時の動作モードを選択することができる。

　動作モードとは、予め決められた条件に応じて空気調和装置１０を動作させるためのものである。本実施の形態１では、動作モードとして、例えば暖房能力を優先させた「能力優先モード」、または省エネルギー性を優先させた「省エネルギー優先モード」を選択することができる。

　なお、低温度条件における停止状態において、圧縮機１の油溜め内の混合液は、液冷媒と冷凍機油とが分離した２層分離状態となる。このとき、一般的には、冷凍機油の比重は、液冷媒の比重よりも小さい。そのため、分離した冷凍機油は、液冷媒よりも上側に存在するものとする。

（アキュムレータの制御）
　各動作モード選択時における空気調和装置１０の動作について説明する前に、アキュムレータ７の制御動作について説明する。図２は、図１のアキュムレータ７の制御動作について説明するための概略図である。

　アキュムレータ７には、吸入管１１を介して冷媒が流入するが、このとき、液冷媒中に冷凍機油が溶解した混合液として流入して滞留する。このようにアキュムレータ７に滞留した混合液は、低温度条件における停止状態において、図２に示すように液冷媒と冷凍機油とが分離した２層分離状態となる。このとき、一般的には、冷凍機油の比重は、液冷媒の比重よりも小さい。そのため、分離した冷凍機油は、液冷媒よりも上側に存在する。

　このような状態において、第２の液面センサ２２は、混合液の液面高さｈ１と、２層分離した液冷媒と冷凍機油との界面の高さである液冷媒の液面高さｈ２とを検出する。制御装置２０のアキュムレータ状態判断部２６は、第２の液面センサ２２から検出結果である液面高さｈ１およびｈ２を示す情報を受け取り、この情報に基づき、冷凍機油が存在する高さを判断する。

　そして、制御装置２０の弁制御部２７は、各吐出管１２の高さと、冷凍機油が存在する高さとを比較する。その結果、弁制御部２７は、冷凍機油の高さに対応する吐出管１２に設けられた流量調整弁１４の開度を制御し、アキュムレータ７に滞留する混合液から冷凍機油のみを流出させる。

　例えば、図２に示す例では、分離した冷凍機油が吐出管１２ａの高さに存在する。そのため、弁制御部２７は、吐出管１２ａに設けられた流量調整弁１４ａを「開」状態とし、それ以外の流量調整弁１４ｂおよび１４ｃを「閉」状態とするように、各流量調整弁１４の開度を制御する。

　なお、各吐出管１２の高さと冷凍機油の高さとを比較する場合には、例えば、制御装置２０の図示しない記憶装置等に、各流量調整弁１４の高さを示す情報を予め記憶しておき、この情報と冷凍機油の高さを示す情報と比較する。

　これにより、冷凍機油のみが流出し、液冷媒はアキュムレータ７内に留まるため、冷凍機油を圧縮機１に対して返油することができる。また、このときの流量調整弁１４ａの開度を調整することにより、圧縮機１への冷凍機油の返油量を調整することができる。

　次に、各動作モード選択時における空気調和装置１０の動作について説明する。
　ここでは、動作モードとして「能力優先モード」または「省エネルギー優先モード」が選択された場合について説明する。

（能力優先モード選択時）
　能力優先モード選択時の空気調和装置１０における暖房起動時の動作について説明する。「能力優先モード」は、暖房能力を優先させるため、圧縮機１の圧縮機周波数を増速させる。

　この場合には、圧縮機１に封入されている冷凍機油が圧縮機１の系外に吐出されているため、圧縮機１内の冷凍機油が不足する場合がある。そのため、制御装置２０は、上述したようにしてアキュムレータ７の流量調整弁１４の開度を制御することによって圧縮機１への冷凍機油の返油量を制御する。そして、圧縮機１内の冷凍機油の油量を徐々に増加させ、圧縮機周波数を圧縮機１内の冷凍機油の油量に応じて増速させる。

　圧縮機１内の冷凍機油の油量が増加し、十分となった場合には、流量調整弁１４の開度を小さくする。これにより、冷媒の密度を上げることで冷凍サイクル中の冷媒の循環量を増やし、暖房能力を向上させることができる。

（省エネルギー優先モード選択時）
　省エネルギー優先モード選択時の空気調和装置１０における暖房起動時の動作について説明する。「省エネルギー優先モード」は、省エネルギー性を優先させるため、圧縮機１の圧縮機周波数を圧縮機１内の冷凍機油の油量に応じた周波数に設定する。

　このとき、圧縮機１の圧縮機周波数は、能力優先モード選択時の周波数よりも小さくなる。そのため、省エネルギー優先モードでは、圧縮機１を起動する際に必要となる電力が能力優先モード選択時よりも少なくなり、省エネルギー性を向上させて暖房起動することができる。

　図３は、能力優先モードおよび省エネルギー優先モードにおける時間と圧縮機１の圧縮機周波数との関係について説明するための概略図である。図３において、能力優先モードにおける圧縮機周波数の変化が実線で示されている。また、省エネルギー優先モードにおける圧縮機周波数の変化が点線で示されている。

　暖房起動区間において、圧縮機１には、アキュムレータ７から冷凍機油が返油される。そのため、能力優先モードの場合、圧縮機周波数Ｆは、初期値である周波数Ｆ０から例えば時間Δｔ毎にΔＦずつ増速する。そして、暖房運転区間において、圧縮機周波数は、予め設定された周波数となる。なお、圧縮機周波数Ｆの初期値Ｆ０は、例えば、暖房起動時に圧縮機１内に存在する冷凍機油の油量に対応する周波数である。また、圧縮機周波数の増速量を示す「ΔＦ」は、予め設定されているものとする。

　一方、省エネルギー優先モードの場合、暖房起動区間における圧縮機周波数Ｆは、初期値である周波数Ｆ０から変化しない。そして、アキュムレータ７からの返油量が十分となった暖房運転区間において、圧縮機周波数Ｆは、予め設定された周波数に設定される。

　図４は、本実施の形態１に係る空気調和装置における暖房起動時の処理の流れの一例について説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１において、制御装置２０は、２層分離した状態で圧縮機１の油溜め内に滞留する混合液の液面高さと、当該混合液における冷凍機油と液冷媒との界面の高さとを第１の液面センサ２１により検出する。ここで、混合液は、上述したように液冷媒と冷凍機油とが２層分離しているため、検出した界面の高さは、液冷媒の液面高さと同等となる。

　次に、ステップＳ２において、制御装置２０の油量判断部２５は、検出された混合液の液面高さおよび界面の高さに基づき、圧縮機１内の冷凍機油の油量を算出する。例えば、制御装置２０は、混合液の油面高さと界面の高さの差分により、冷凍機油の高さを算出し、油溜めの容積、形状等を考慮することにより、冷凍機油の油量を算出する。

　また、ステップＳ３において、制御装置２０は、２層分離した状態でアキュムレータ７内に滞留する混合液の液面高さｈ１と、当該混合液における液冷媒と冷凍機油との界面の高さ、すなわち液冷媒の液面高さｈ２とを第２の液面センサ２２により検出する。ステップＳ４において、制御装置２０のアキュムレータ状態判断部２６は、混合液の液面高さｈ１と、液冷媒の液面高さｈ２とに基づき、アキュムレータ７内の冷凍機油が存在する高さを判断する。

　次に、ステップＳ５において、制御装置２０の周波数制御部２８は、圧縮機１の圧縮機周波数Ｆを初期値である周波数Ｆ０に設定する。また、周波数制御部２８は、カウンタの値ｎを値「１」に設定する。さらに、制御装置２０の弁制御部２７は、返油回路８における各吐出管１２の高さと、アキュムレータ７内の冷凍機油が存在する高さとを比較し、冷凍機油の高さに対応する返油回路８の流量調整弁１４を「開」状態とする。これにより、アキュムレータ７内に滞留する２層分離した混合液のうち、冷凍機油のみが吐出管１２を介して流出する。例えば、図２に示す例では、流量調整弁１４ａが「開」状態とされることにより、アキュムレータ７内の冷凍機油が吐出管１２ａを介して流出する。

　ここで、「冷凍機油の高さに対応する流量調整弁１４」とは、冷凍機油が存在する高さの範囲内に位置する流量調整弁１４のことをいう。なお、複数の流量調整弁１４がアキュムレータ７内の冷凍機油の高さに対応する場合には、それぞれの流量調整弁１４を「開」状態とする。

　ステップＳ６において、制御装置２０の動作モード設定部２９は、操作入力部３０に対する操作によって設定された動作モードが「能力優先モード」および「省エネルギー優先モード」のいずれであるかを判断する。設定された動作モードが「能力優先モード」であると判断された場合には、処理がステップＳ７に移行する。一方設定された動作モードが「省エネルギー優先モード」であると判断された場合には、処理がステップＳ１２に移行する。

　動作モードが能力優先モードに設定された場合、ステップＳ７において、周波数制御部２８は、圧縮機周波数の初期値Ｆ０、カウンタの値ｎおよび圧縮機周波数の増速量ΔＦに基づき、圧縮機１の圧縮機周波数Ｆを「Ｆ０＋ｎΔＦ」に設定する。

　ここで、圧縮機１の圧縮機周波数が増速するほど、多くの冷凍機油が必要となる。そのため、ステップＳ８において、制御装置２０の油量判断部２５は、アキュムレータ７からの返油量に基づき、圧縮機１内の冷凍機油の油量がステップＳ７で設定された圧縮機周波数で圧縮機１を運転させるのに十分な量であるか否かを判断する。アキュムレータ７からの返油量は、例えば、返油前のアキュムレータ７内の冷凍機油の油量と、返油後または返油中のアキュムレータ７の冷凍機油の油量との差分から判断することができる。

　冷凍機油の油量が十分でないと判断した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、弁制御部２７は、アキュムレータ７内の冷凍機油の高さに対応する返油回路８の流量調整弁１４の開度を「全開」状態とする（ステップＳ１０）。これにより、アキュムレータ７内に滞留する２層分離した混合液のうちの冷凍機油が吐出管１２を介してさらに流出する。そして、処理がステップＳ８に戻る。

　一方、冷凍機油の油量が十分であると判断した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ９に移行する。ステップＳ９において、制御装置２０は、設定時間を経過したか否かを判断する。ここで、設定時間は、例えば図３に示す暖房起動区間である。設定時間が経過していないと判断した場合（ステップＳ９；Ｎｏ）、制御装置２０は、カウンタの値ｎを値「１」だけインクリメントさせて「ｎ＋１」とする（ステップＳ１１）。そして、処理がステップＳ７に戻る。一方、設定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ９；Ｙｅｓ）には、一連の処理が終了し、通常の暖房運転が行われる。

　また、ステップＳ６において動作モードが省エネルギー優先モードに設定された場合、ステップＳ１２において、制御装置２０は、設定時間を経過したか否かを判断する。設定時間が経過していないと判断した場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）には、処理がステップＳ１２に戻り、設定時間が経過するまでステップＳ１２の処理を繰り返す。一方、設定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）には、一連の処理が終了し、通常の暖房運転が行われる。

　このように、能力優先モードでは、圧縮機１の圧縮機周波数を初期値Ｆ０から段階的に大きくしながら、アキュムレータ７から圧縮機１に対して冷凍機油を返油させることにより、圧縮機周波数を増速しても圧縮機１を潤滑させながら暖房起動することができる。そのため、圧縮機１の能力を向上させて暖房起動することができる。また、省エネルギー優先モードでは、圧縮機１の圧縮機周波数を初期値Ｆ０の状態に保持したまま暖房起動することにより、省エネルギー性を向上させることができる。

　なお、圧縮機１内の冷凍機油の油量が設定された圧縮機周波数で圧縮機１を運転させるのに必要な量を判断する場合には、例えば、制御装置２０の図示しない記憶装置に、冷凍機油の油量と圧縮機周波数との関係を示すテーブルを予め記憶しておき、このテーブルを参照して冷凍機油の油量を判断する。また、これに限らず、例えば、圧縮機周波数に基づいて必要な冷凍機油の油量を算出するための計算式を用いて、必要な冷凍機油の油量を算出してもよい。

　また、図３に示す処理において、圧縮機１内の冷凍機油の油量を算出する処理（ステップＳ１～ステップＳ２）、およびアキュムレータ７内の冷凍機油の高さを判断する処理（ステップＳ３～ステップＳ４）は、順序を逆にしてもよいし、並列的に行ってもよい。

　以上のように、本実施の形態１に係る空気調和装置１０は、冷凍機油を含む冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮させる室内熱交換器３と、凝縮した冷媒を減圧して膨張させる室内側膨張弁４および室外側膨張弁５と、膨張した冷媒を蒸発させる室外熱交換器６と、圧縮機１の吸入側に設けられ、蒸発した冷媒における余剰冷媒を貯留するアキュムレータ７と、一端がアキュムレータ７の側面に接続され、他端が圧縮機１の吸入側に接続された吐出管１２、および吐出管１２に設けられ、アキュムレータ７から吐出する冷凍機油の流量を調整する流量調整弁１４を有し、アキュムレータ７に貯留された余剰冷媒に含まれる冷凍機油を圧縮機１に返油する返油回路８と、暖房運転で起動する際に、アキュムレータ７から圧縮機１に対して冷凍機油を返油させるように返油回路８の流量調整弁１４を制御し、圧縮機１内の冷凍機油の油量およびアキュムレータ７から返油される冷凍機油の油量に応じて圧縮機１の圧縮機周波数を制御する制御装置２０とを備える。

　このように、アキュムレータ７内の冷凍機油の返油量を制御することにより、圧縮機１内の冷凍機油を十分な量とすることができる。そのため、低外気温条件において圧縮機を停止状態から暖房運転を開始した場合であっても、暖房能力を向上させることができる。

　以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

　１　圧縮機、２　冷媒流路切替装置、３　室内熱交換器、４　室内側膨張弁、５　室外側膨張弁、６　室外熱交換器、７　アキュムレータ、８　返油回路、１０　空気調和装置、１１　吸入管、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　吐出管、１３　合流管、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ　流量調整弁、２０　制御装置、２１　第１の液面センサ、２２　第２の液面センサ、２５　油量判断部、２６　アキュムレータ状態判断部、２７　弁制御部、２８　周波数制御部、２９　動作モード設定部、３０　操作入力部。

Claims (4)

1. 　冷凍機油を含む冷媒を圧縮する圧縮機と、
   　圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
   　凝縮した前記冷媒を減圧して膨張させる膨張弁と、
   　膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   　前記圧縮機の吸入側に設けられ、蒸発した前記冷媒における余剰冷媒を貯留するアキュムレータと、
   　一端が前記アキュムレータの側面に接続され、他端が前記圧縮機の吸入側に接続された吐出管、および前記吐出管に設けられ、前記アキュムレータから吐出する前記冷凍機油の流量を調整する流量調整弁を有し、前記アキュムレータに貯留された前記余剰冷媒に含まれる冷凍機油を前記圧縮機に返油する返油回路と、
   　暖房運転で起動する際に、前記アキュムレータから前記圧縮機に対して前記冷凍機油を返油させるように前記返油回路の前記流量調整弁を制御し、前記圧縮機内の冷凍機油の油量および前記アキュムレータから返油される冷凍機油の油量に応じて前記圧縮機の圧縮機周波数を制御する制御装置と
   を備える
   空気調和装置。
2. 　前記圧縮機は、
   　底部に前記冷凍機油を滞留させる油溜めを有し、
   　前記空気調和装置は、
   　前記油溜めに滞留する冷凍機油を含む液冷媒との混合液の液面高さ、および前記冷凍機油および前記液冷媒の界面高さを検出する第１の液面センサと、
   　前記アキュムレータに設置され、該アキュムレータに貯留された冷凍機油と液冷媒との混合液の液面高さ、および前記冷凍機油および前記液冷媒の界面高さを検出する第２の液面センサと
   をさらに備え、
   　前記制御装置は、
   　前記第１の液面センサで検出された前記圧縮機における前記液面高さおよび前記界面高さに基づき、前記圧縮機内の冷凍機油の油量を判断し、
   　前記第２の液面センサで検出された前記アキュムレータにおける前記液面高さおよび前記界面高さに基づき、前記アキュムレータ内の冷凍機油の油量を判断する
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 　前記返油回路は、
   　前記アキュムレータの側面に上下方向に位置するように複数の前記吐出管が接続され、
   　複数の前記吐出管のそれぞれに前記流量調整弁が設けられ、
   　前記制御装置は、
   　前記第２の液面センサで検出された前記アキュムレータにおける前記液面高さおよび前記界面高さに基づき、前記アキュムレータ内における前記冷凍機油の高さを判断し、
   　複数の前記吐出管のうち、前記冷凍機油の高さに対応する位置に接続された前記吐出管に設けられた流量調整弁の開度を制御する
   請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 　暖房能力を優先させるモードと、省エネルギー性を優先させるモードとのいずれかで動作させる機能を有し、
   　前記制御装置は、
   　前記暖房運転で起動する際に前記圧縮機内に存在する冷凍機油の油量に対応する周波数を前記圧縮機周波数の初期値として設定し、
   　前記暖房能力を優先させるモードで動作させる場合に、前記圧縮機内の冷凍機油の油量および前記アキュムレータから返油される冷凍機油の油量に基づき、前記圧縮機周波数を前記初期値から段階的に大きくし、
   　前記省エネルギー性を優先させるモードで動作させる場合に、前記圧縮機周波数を前記初期値のまま保持する
   請求項１～３のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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