JP2012145251A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルを構成する冷媒配管の配管長に応じて潤滑油の循環量を適切に設定することができるヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、室内熱交換器５、膨張弁６、油分離器７を備える空気調和機１００において、油分離器７の底面部に、電磁弁１４ａを備えた油戻し配管２１ａが接続され、油分離器７の側面部に、電磁弁１４ｂを備えた油戻し配管２１ｂが接続され、制御装置１５により、長配管時に電磁弁１４ａが開弁され且つ電磁弁１４ｂが閉弁され、短配管時に電磁弁１４ａが閉弁され且つ電磁弁１４ｂが開弁するように制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクル内を循環する冷媒と冷凍機油を分離する油分離器を備えたヒートポンプ装置に関する。

空気調和機などのヒートポンプ装置では、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を潤滑にするための潤滑油（冷凍機油）が封入されている。この潤滑油の一部は、圧縮機から吐出される冷媒とともに、冷凍サイクル中に流出し、流出した潤滑油は冷媒とともに冷凍サイクル内を循環して圧縮機に戻る。このようなヒートポンプ装置では、油分離器の上下に間隔を開けて油戻し管を接続するとともに下側の油戻し管に電磁弁を設けて、通常時は電磁弁を閉じることで油分離器の底側に潤滑油を溜めておき、圧縮機の潤滑油が不足したときに電磁弁を開弁して潤滑油の不足を補う技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２０５１７５号公報

ところで、冷凍サイクルを構成する冷媒配管の長さは様々であり、通常、潤滑油の封入量は、冷凍サイクル内で潤滑油量不足とならないように施工時の冷媒配管長に関係なく、最大配管長を想定した多めの量の潤滑油を封入している。この最大配管長とは、室外ユニットに複数の室内ユニットを接続した場合に、室外ユニットから最も長い配管で接続される室内ユニットへの片道分の配管長であり、室外ユニットと室内ユニットとの間の配管長をいう。しかし、特許文献１に記載の技術では、冷媒配管の配管長が短い場合、冷凍サイクル内を循環する潤滑油の余剰が生じるという問題があった。その結果、多量の潤滑油が冷凍サイクル内を循環し、冷媒配管や熱交換器等に潤滑油が滞留し、例えば熱交換器の伝熱管内に油膜を作って熱交換器での伝熱性能を低下させてしまい、冷房能力や暖房能力が低下することになる。

本発明は前記従来の問題を解決するものであり、冷凍サイクルを構成する冷媒配管の配管長に応じて潤滑油の循環量を適切に設定することができるヒートポンプ装置を提供することを課題とする。

本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機の吐出側に設けられて潤滑油と圧縮された前記冷媒とを分離する油分離器、冷媒の流路を切り替える四方弁、および室外熱交換器を備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える室内ユニットと、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットの少なくとも一方に設けられる膨張弁と、を備えるヒートポンプ装置において、前記油分離器の下部に接続され、前記圧縮機の吸入側の低圧配管に接続される第１油戻し管と、前記油分離器の上部に接続され、前記圧縮機の吸入側の低圧配管に接続される第２油戻し管と、前記第１油戻し管に設けられる第１遮断弁と、前記第２油戻し管に設けられる第２遮断弁と、冷媒配管の長さに基づいて前記第１遮断弁および前記第２遮断弁を開閉制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクルを構成する冷媒配管の長さに応じて潤滑油の循環量を適切に設定することができるヒートポンプ装置を提供できる。

本実施形態に係る空気調和機を示す全体構成図である。 油分離器とその周辺を示す構成図である。 冷房運転時の冷媒の流れを示す全体構成図である。 暖房運転時の冷媒の流れを示す全体構成図である。 本実施形態に係る空気調和機における制御フローチャートである。 他の実施形態の油分離器およびその周辺を示す構成図である。

以下、本実施形態の空気調和機１００について図１ないし図６を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の空気調和機１００は、ヒートポンプ装置の一例であり、圧縮機１，１、四方弁２、室外熱交換器３、油分離器７および制御装置１５を備える室外ユニットＡと、室内熱交換器５および膨張弁６を備える室内ユニットＢ１，Ｂ２とを含んで構成されている。なお、以下では、いわゆるツインタイプエアコンディショナ（１台の室外ユニットＡに対して２台の室内ユニットＢ１，Ｂ２を備えたもの）を適用した場合を例に挙げて説明する。なお、室内ユニットの台数は、２台に限定されるものではなく、３台以上であってもよく、あるいは１台であってもよい。また、室内ユニットの台数（または合計容量）は、室外ユニットＡの運転によって室内ユニットＢ１，Ｂ２を運転できる台数（または合計容量）にすることが好ましい。

圧縮機１は、例えばスクロールタイプで容量可変型（インバータを用いた回転速度可変型）のもので構成され、吸入側からの低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒（ガス冷媒）にして、配管２３ａ、油分離器７、配管２３ｂを介して四方弁２に送られる。なお、本実施形態では、２つの圧縮機１を並列に備えた空気調和機１００を例に挙げて説明しているが、圧縮機１を１つのみ備えた空気調和機であってもよく、圧縮機１を３つ以上並列に備えた空気調和機であってもよい。また、圧縮機１は、スクロールタイプに限定されるものではなく、ロータリータイプ、レシプロタイプなど冷凍機油（圧縮機１を潤滑に駆動するための潤滑油）が冷媒とともに圧縮機１から流出するタイプのものであれば各種のものに適用できる。

四方弁２は、高圧配管２３（配管２３ａおよび配管２３ｂ）を介して圧縮機１と接続され、制御装置１５によって、冷房運転時（図３参照）と暖房運転時（図４参照）とで冷媒の流れを切り替えることができるものである。すなわち、四方弁２は、冷房運転時に圧縮機１の吐出側が室外熱交換器３側と繋がり、暖房運転時に圧縮機１の吸込側（低圧配管２２側）が四方弁２を介してガス阻止弁１２側と繋がるように流路が切り換えられる。また、四方弁２は、配管２６を介して室外熱交換器３と接続され、配管２７を介してガス阻止弁１２と接続され、さらに低圧配管２２（配管２２ａ、アキュムレータ８および配管２２ｂ）を介して圧縮機１と接続されている。

室外熱交換器３は、冷房運転時に凝縮器として機能し、暖房運転時に蒸発器として機能するものであり、配管２６が接続される側とは反対側の端部が液管２５を介して液阻止弁１３と接続されている。なお、液管２５は、それぞれの室外熱交換器３，３と接続されるように途中で分岐して形成されている。また、室外熱交換器３には、図示しない送風機が設けられており、送風機により送られる室外空気と室外熱交換器３を流れる冷媒とを熱交換させるように構成されている。

なお、ガス阻止弁１２および液阻止弁１３は、それぞれを閉弁することにより、冷凍サイクル内の冷媒および冷凍機油を室外ユニットＡに密封することができ、空気調和機１００の施工時に閉とされ、施工完了後に開となる弁である。

なお、本実施形態では、室外熱交換器３を有するユニットを２組備えた場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、１組であってもよく、３組以上であってもよい。また、一方の室外熱交換器３に冷媒が流れるように３方弁を介して冷媒が流れる室外熱交換器３を選択できるようにしてもよい。または、それぞれの室外熱交換器３に流れる冷媒の量を調整できる流量調整弁を設けてもよい。

室内熱交換器５は、冷房運転時に蒸発器として機能し、暖房運転時に凝縮器として機能するものである。また、室内熱交換器５は、一端が配管２８ａと接続され、他端が配管２８ｂと接続され、ユニット接続配管１６を介して室外ユニットＡと接続されるように構成されている。また、室内熱交換器５には、図示しない送風機が設けられており、送風機により送られる室内空気と室内熱交換器５を流れる冷媒とで熱交換させるように構成されている。

なお、ユニット接続配管１６は、配管１６ａ，１６ｂ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｃ，１６ｄ、ガス側分配器１６ｓおよび液側分配器１６ｔで構成されている。配管２８ａは、配管１６ｂ、ガス側分配器１６ｓおよび配管１６ａを介してガス阻止弁１２と接続され、配管２８ｂは、配管１６ｃ、液側分配器１６ｔおよび配管１６ｄを介して液阻止弁１３と接続されている。

膨張弁６は、例えば制御装置１５によって制御される電動式のものであり、任意の絞り量に設定可能な減圧装置であり、配管２８ｂ上に設けられている。また、膨張弁６は、冷房運転時に、室外熱交換器３から出た液冷媒を低温低圧の液冷媒にし、暖房運転時に、室内熱交換器５から出た液冷媒を低温低圧の液冷媒にする。

なお、本実施形態では膨張弁６を室内ユニットＢ１，Ｂ２側に設けた場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、室外ユニットＡ側に膨張弁を設けるようにしてもよく、あるいは室内ユニットＢ１，Ｂ２と室外ユニットＡの双方に膨張弁を設けて、必要に応じて絞り機能を有するように切り替えて使用するようにしてもよい。

油分離器７は、圧縮機１から流出した冷凍機油と冷媒とを分離する気液分離器であり、圧縮機１の吐出側の、四方弁２の上流側に設けられている。すなわち、油分離器７は、配管２３ａを介して圧縮機１の吐出側と接続され、配管２３ｂを介して四方弁２と接続されている。なお、配管２３ａと配管２３ｂとで高圧配管２３が構成されている。また、油分離器７およびその周辺の構成の詳細については後記する。

アキュムレータ８は、気液混合冷媒（気体成分と液体成分とが混合した冷媒）から液冷媒を分離する機能を有するものであり、内部に液冷媒を貯留する貯留部（不図示）を備えている。なお、図示していないが、アキュムレータ８には、液冷媒を抜くための配管（不図示）および排出弁（不図示）が設けられている。これにより、圧縮機１に液冷媒が導入されるのを防止でき、圧縮機１に不具合が生じるのを防止できる。

なお、室外ユニットＡには、液管２５と配管２３ｂ（高圧配管２３）とを接続するバイパス配管２４が設けられている。また、バイパス配管２４には、液管２５側から順に、逆止弁１１、電磁弁１０が設けられている。逆止弁１１は、液管２５側から配管２３ｂへの流体の流れを許容するとともに逆流を防ぐ機能を有する。電磁弁１０は、空気調和機１００の起動時に制御装置１５により開弁される。電磁弁１０が開弁されることにより、室外熱交換器３の伝熱管内、配管２６、液管２５に付着した冷凍機油を、バイパス配管２４を介して油分離器７に回収することができるようになっている。

また、本実施形態では、室外ユニットＡと室内ユニットＢ１，Ｂ２とを接続するユニット接続配管１６（配管１６ａ，１６ｂ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｃ，１６ｄ、ガス側分配器１６ｓ、液側分配器１６ｔ）、室外ユニットＡ内の配管２６，２７、低圧配管２２（配管２２ａ，２２ｂ）、高圧配管２３（配管２３ａ，２３ｂ）、バイパス配管２４、液管２５、室内ユニットＢ１，Ｂ２内の配管２８ａ，２８ａ，２８ｂ，２８ｂにより冷媒配管１０１（図１参照）が構成されている。換言すると、冷媒配管１０１とは、室外ユニットＡと室内ユニットＢ１，Ｂ２とを接続するユニット接続配管１６のみではなく、冷媒が通る流路を構成する配管のすべてを含むことを意味している。これは、室外ユニットＡや室内ユニットＢ１，Ｂ２内の冷媒配管についても、機種によって配管長が異なるため、当該冷媒配管を含めて長配管か短配管かを決定する必要があるからである。

制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力装置などで構成され、室外ユニットＡ内に設けられている。また、制御装置１５は、圧縮機１のモータの回転速度、四方弁２の流路切替、膨張弁６の減圧率、電磁弁１０，１４ａ，１４ｂの開閉、図示しない送風機のモータの回転速度を制御する。

また、制御装置１５は、空気調和機１００が長配管のシステムであるか、短配管のシステムであるかを切り替える切替スイッチ１５ａと接続されている。このように、切替スイッチ１５ａを制御装置１５を構成する制御基板上に制御装置１５と一体に組み込むことで、制御基板を単一の基板で構成することができる。

なお、長配管および短配管とは、冷媒配管１０１の配管長であり、室外ユニットＡと室内ユニットＢ１，Ｂ２とを接続するユニット接続配管１６の長さによって変動するものであり、また室外ユニットＡの機種によって室外ユニットＡ内の低圧配管２２、高圧配管２３、バイパス配管２４、液管２５、配管２６，２７の長さによって変動するものであり、また、室内ユニットＢ１，Ｂ２の機種によって室内ユニットＢ１，Ｂ２内の配管２８ａ，２８ｂの長さによって変動するものである。

例えば、Ｘメートルを最大配管長とした場合に、その５０％の（Ｘ／２）メートルを境にして、（Ｘ／２）メートルより長い配管を長配管、（Ｘ／２）メートルより短い配管を短配管と定義することができる。具体的には、例えば、Ｘは１００である。例えば、室外ユニットＡを屋上に設置するビルに施工する場合には、冷媒配管１０１が長配管となり、室外ユニットＡをベランダなどに設置する家庭用として使用する場合には、冷媒配管１０１が短配管となる。

切替スイッチ１５ａは、例えば、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチであり、ＯＮである場合には長配管に設定され、ＯＦＦである場合には短配管に設定される。または、逆に、ＯＮである場合には短配管に設定され、ＯＦＦである場合には長配管に設定されるようにしてもよい。

また、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２にそれぞれ設けられた制御基板と電気的に接続され、使用者の操作パネル（または操作リモコン）の操作によって冷房、暖房の切替、設定温度など各種の操作信号を取得する。例えば、室内ユニットＢ１のみの運転が開始された場合には、一方の圧縮機１、および一方の室外熱交換器３が動作する。

また、室外ユニットＡには、高圧配管２３の配管２３ｂに圧力センサ２０ａが設けられ、低圧配管２２の配管２２ａに圧力センサ２０ｂが設けられている。制御装置１５は、圧力センサ２０ａによって圧縮機１の吐出側の圧力を検出し、圧力センサ２０ｂによって圧縮機１の吸入側の圧力を検出し、基準となる圧力に対して許容圧力範囲からずれた場合には、運転停止等の機能が働くようになっている。

図２に示すように、油分離器７は、例えば、上下方向（鉛直方向）に細長い筒状を呈しており、側面部（周面部）７ａの上端部に、冷媒が導入される高圧配管２３（配管２３ａ）が接続されている。また、側面部７ａに接続される高圧配管２３の端部は、側面部７ａを内部に貫通して、貫通した端部が下方に屈曲して延びる屈曲部２３ａ１を有している。このように、屈曲部２３ａ１を下向きにすることにより、冷凍機油が配管２３ｂ側に流れるのを抑制することができる。

また、油分離器７の上面部７ｂには、配管２３ｂが接続される接続部７ｂ１が上向きに形成されている。なお、油分離器７と四方弁２（図１参照）との間の配管２３ｂには、後記するバイパス配管２４が分岐して接続されている。

また、油分離器７の底面部７ｃには、油分離器７内の冷凍機油を圧縮機１の吸入側に戻す長配管用吹出口１８が下向きに形成され、この長配管用吹出口１８に油戻し配管２１ａ（第１油戻し管）の一端が接続されている。油戻し配管２１ａの他端は、配管２２ａ（低圧配管２２；図１参照）に接続されている。また、油戻し配管２１ａには、制御装置１５によって開閉制御される電磁弁１４ａ（第１遮断弁）が設けられている。なお、底面部７ｃは、周縁側から中心の長配管用吹出口１８側に向かって傾斜するテーパー部７ｃ１を有している。これにより、油分離器７の底部の冷凍機油を確実に油分離器７内から排出することができる。

また、油分離器７の側面部７ａには、前記底面部７ｃよりも上下方向（鉛直方向）の上方に、油分離器７内の冷凍機油を圧縮機１の吸入側に戻す短配管用吹出口１９が形成され、この短配管用吹出口１９に油戻し配管２１ｂ（第２油戻し管）の一端が接続されている。油戻し配管２１ｂの他端は、油戻し配管２１ａより下流の配管２２ａ（低圧配管２２）に接続されている。また、油戻し配管２１ｂには、前記と同様に、制御装置１５によって開閉制御される電磁弁１４ｂ（第２遮断弁）が設けられている。

よって、電磁弁１４ａが閉弁し、かつ、電磁弁１４ｂが開弁することにより、圧縮機１から流出した冷凍機油が、油戻し配管２１ｂが接続されるラインＬ（図２参照）よりも下側に貯留されるようになる。また、電磁弁１４ａが開弁し、かつ、電磁弁１４ｂが閉弁することにより、油分離器７の底部の冷凍機油が油分離器７に貯留されることなく油戻し配管２１ａを介して排出される。

なお、本実施形態では、油戻し配管２１ａ，２１ｂを、四方弁２とアキュムレータ８との間の配管２２ａ（低圧配管２２）に接続する場合を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、油戻し配管２１ａ，２１ｂの下流側の端部を、アキュムレータ８に直接に接続してもよい。また、油戻し配管２１ａ，２１ｂの下流側の端部を、圧縮機１とアキュムレータ８との間の配管２２ｂ（低圧配管２２）に接続するようにしてもよい。また、本実施形態では、油戻し配管２１ａ，２１ｂをそれぞれ別個にした状態で配管２２ａに接続しているが、油戻し配管２１ａと油戻し配管２１ｂとを電磁弁１４ａ，１４ｂの下流側で合流させた配管を配管２２ａ（またはアキュムレータ８、または配管２２ｂ）に接続してもよい。

なお、油分離器７において、油戻し配管２１ａが接続される長配管用吹出口１８に対する油戻し配管２１ｂが接続される短配管用吹出口１９の位置関係（ラインＬより下側に溜まる容積）は、空気調和機１００の施工条件、および室外ユニットＡ、室内ユニットＢ１，Ｂ２の機種によって適宜変更される。つまり、冷媒配管１０１が長配管時に冷凍機油が不足することなく、冷媒配管１０１が短配管時に冷凍機油が過剰になることがないように設定される。

次に、空気調和機１００の冷房運転時の冷媒の流れについて図３を参照し、暖房運転時の冷媒の流れについて図４を参照しながら説明する。図３および図４において太実線矢印は、冷媒の流れる方向を示している。

図３に示すように、冷房運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒（ガス状態）は、配管２３ａ（高圧配管）、油分離器７、配管２３ｂ（高圧配管）、四方弁２、配管２６を通り、室外熱交換器３において凝縮される。すなわち、冷媒は、室外熱交換器３で室外空気に放熱されることにより、凝縮されて液冷媒となる。

なお、このとき圧縮機１から流出した冷凍機油が油分離器７を通過することにより、冷媒と冷凍機油とが分離される。なお、電磁弁１４ａが開弁し、電磁弁１４ｂが閉弁している場合には、油分離器７で分離された冷凍機油は、油戻し配管２１ａ、配管２２ａ（低圧配管２２）、アキュムレータ８、配管２２ｂ（低圧配管２２）を通って圧縮機１の吸入側に戻る。また、電磁弁１４ａが閉弁し、電磁弁１４ｂが開弁している場合には、油分離器７で分離された冷凍機油は、油戻し配管２１ｂ、配管２２ａ（低圧配管２２）、アキュムレータ８、配管２２ｂ（低圧配管２２）を通って圧縮機１の吸入側に戻る。ここで、油戻し配管２１ａと配管２２ａとの接続部分と電磁弁１４ａとの間には、油量を調整するキャピラリ（不図示、減圧手段）が設けられている。これにより、油戻し配管２１ａから戻る油量を油分離器７に流入する油より少なくするように調整することができる。したがって、後記する長配管と判断された場合では油分離器７から油を多く戻しつつも油分離機７から油がなくなるのを防止できるので、圧縮機１に戻す冷凍機油量の不足を防止することができる。なお、キャピラリに代えて、電磁弁１４ａの流路口径を電磁弁１４ｂのものよりも小さくしたり、油戻し配管２１ａの内径を油戻し配管２１ｂのものよりも小さくしてもよい。

室外熱交換器３で凝縮された液冷媒は、液管２５、配管１６ｄ，１６ｃ，２８ｂを通って、室内ユニットＢ１，Ｂ２の膨張弁６に至り、減圧され、低温低圧の液冷媒となる。減圧された冷媒は、蒸発器となる室内熱交換器５に送られて冷媒が蒸発することで、室内空気が冷却される。すなわち、冷媒は、室内熱交換器５によって室内空気の熱を吸熱することにより、室内を冷房する。

室内熱交換器５で蒸発した冷媒は、配管２８ａ，１６ｂ，１６ａ，２７を通り、四方弁２を経由して、配管２２ａ、アキュムレータ８、配管２２ｂを通って圧縮機１の吸入側に戻る。

図４に示すように、暖房運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒（ガス冷媒）は、配管２３ａ、油分離器７、配管２３ｂ、四方弁２、配管２７，１６ａ，１６ｂを通り室内熱交換器５に送られ、冷媒が凝縮される。すなわち、冷媒は、室内熱交換器５で室内空気に放熱されることにより、凝縮されて液冷媒となる。このとき、送風機（不図示）による室内空気が室内熱交換器５を通過することにより、室内空気が暖められる。

室内熱交換器５で凝縮された冷媒は、膨張弁６によって減圧され、低温低圧の液冷媒となる。減圧された冷媒は、配管２８ｂ，１６ｃ，１６ｄ、液阻止弁１３、液管２５を通って、蒸発器となる室外熱交換器３に至る。蒸発した冷媒は、配管２６、四方弁２を経由し、配管２２ａ、アキュムレータ８、配管２２ｂを通って圧縮機１の吸入側に戻る。

次に、本実施形態の空気調和機における長配管時および短配管時のそれぞれに対応した電磁弁の開閉制御について図５を参照して説明する。なお、切替スイッチ１５ａは、空気調和機１００の施工時に、施工業者によって、空気調和機１００が長配管である場合には、ＯＮに切り換えられ、短配管である場合には、ＯＦＦに切り換えられる。また、空気調和機１００の運転停止時には、圧縮機１，１および送風機（不図示）はすべてＯＦＦ（停止）し、電磁弁１０，１４ａ，１４ｂはすべて閉弁している。

図５に示すように、ステップＳ１０１において、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転スイッチがＯＮにされたか否かを判断する。制御装置１５は、運転スイッチがＯＮにされていないと判断した場合には（Ｓ１０１、Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理に戻り、運転スイッチがＯＮにされたと判断した場合には（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、制御装置１５は、電磁弁１４ａを開にし、ステップＳ１０３に進み、圧縮機１をＯＮにする（圧縮機１の駆動を開始する）。つまり、空気調和機１００の運転スイッチをＯＮにした場合（運転起動時）は、例えば、空気調和機１００の能力が１００％必要な過渡的な状態であり、圧縮機１に必要な冷凍機油量も増加する。この場合に電磁弁１４ａを開弁することにより、長配管用吹出口１８から油戻し配管２１ａを介して圧縮機１に戻る冷凍機油量を増加させることができる。すなわち、後記する短配管と判断された空気調和機１００であっても、電磁弁１４ａを開弁することにより、運転開始時（起動時）という多くの冷凍機油を必要とする過渡的な状況においても冷凍機油が不足するのを防止できる。なお、電磁弁１４ａが開弁している場合においては、前記したように油戻し配管２１ａに図示しないキャピラリが設けられているので、油分離器７内の冷凍機油が空になることはなく、油分離器７内に冷凍機油が貯留された状態が維持される。

そして、ステップＳ１０４に進み、制御装置１５は、所定時間１が経過したか否かを判断する。なお、所定時間１とは、空気調和機１００の運転開始（起動）から冷凍サイクルが安定した定常状態となるまでに必要な時間であり、実験やシミュレーションなどによって予め決められた時間（例えば、２分間）である。制御装置１５は、所定時間１が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０４、Ｎｏ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返し、所定時間１が経過していると判断した場合には（Ｓ１０４、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、制御装置１５は、切替スイッチ１５ａがＯＮであるか否か、つまり長配管であるか短配管であるかを判断する。制御装置１５は、施工時に切替スイッチ１５ａがＯＮに設定されて、長配管であると判断した場合には（Ｓ１０５、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進む。

このように、空気調和機１００が長配管のシステムである場合には（Ｓ１０５、Ｙｅｓ）、短配管のシステムに比べて冷凍機油を多く必要とするため、電磁弁１４ａを継続して開弁しておくことにより、長配管時に冷凍機油が不足するのを防止できる。また、前記したように図示しないキャピラリによって、油戻し配管２１ａに流れる冷凍機油の油量が調整されているので、油戻し配管２１ａから流出する油量よりも圧縮機１から流入する油量が多くなり、油分離器７内は冷凍機油が貯留された状態が維持される（油分離器７が空になることはない）。

ステップＳ１１３において、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２のすべての運転スイッチがＯＦＦにされたか否かを判断し、すべての運転スイッチがＯＦＦにされていないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１３の処理を繰り返し、すべての運転スイッチがＯＦＦにされたと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４に進み、圧縮機１をＯＦＦ（停止）するとともに電磁弁１４ａを閉弁して、リターンする。

なお、図５には図示していないが、空気調和機１００が長配管である場合、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加したときには（１台→２台）、例えば、圧縮機１の運転台数を増加させるとともに、冷媒を導入する室外熱交換器３の運転台数を増やす制御を行う。逆に、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が減少したときには（２台→１台）、例えば、圧縮機１および室外熱交換器３のそれぞれの運転台数を減らす制御を行う。

一方、ステップＳ１０５において、制御装置１５は、施工時に切替スイッチ１５ａがＯＦＦにされて、短配管であると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１０６に進み、電磁弁１４ａを閉弁し、かつ、電磁弁１４ｂを開弁する。これにより、油分離器７の底側（ラインＬよりも下側；図２参照）に冷凍機油が貯留されることにより、短配管時であっても冷凍機油が過剰に循環するのを防止することができる。このように、短配管時には、油分離器７には、短配管用吹出口１９よりも下側に冷凍機油が溜まるので、長配管時と同様に、油分離器７内の冷凍機油が空になることはない。

そして、ステップＳ１０７に進み、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加したか否かを判断する。室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加したかどうかは、制御装置１５が、室内ユニットＢ１，Ｂ２の操作パネル（不図示）によって新たに運転開始の信号を取得したか否かによって判断することができる。

ステップＳ１０７において、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加した場合（Ｙｅｓ）、例えば、室内ユニットＢ１が先に運転している状態において、その後に室内ユニットＢ２の運転が開始された場合には、ステップＳ１０８に進み、また、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１０８において、制御装置１５は、電磁弁１４ａを開弁し、かつ、電磁弁１４ｂを閉弁する。これは、前記した空気調和機１００の運転開始時（起動時）と同様に、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加した場合には、例えば、空気調和機１００の能力が１００％必要な過渡的な状態であり、圧縮機１に必要な冷凍機油量も一時的に増加するためである。この場合に電磁弁１４ａを開弁して、長配管用吹出口１８から油戻し配管２１ａを介して圧縮機１に戻す冷凍機油量を増やすことにより、過渡的な状態のときに圧縮機１の潤滑に必要な冷凍機油量が不足するのを防止できる。なお、ステップＳ１０８においては、電磁弁１４ａを開弁し、かつ、電磁弁１４ｂを閉弁する構成に限定されるものではなく、電磁弁１４ａと電磁弁１４ｂの双方を開弁する構成であってもよい。

そして、ステップＳ１０９に進み、制御装置１５は、所定時間２が経過したか否かを判断する。なお、所定時間２とは、空気調和機１００の運転切替時（運転台数が増加した状態）から冷凍サイクルが安定した定常状態となるまでに必要な時間であり、実験やシミュレーションなどによって予め決められた時間（例えば、２分間）である。制御装置１５は、所定時間２が経過していないと判断した場合には（Ｓ１０９、Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理を繰り返し、所定時間２が経過していると判断した場合には（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、制御装置１５は、電磁弁１４ａを閉弁し、かつ、電磁弁１４ｂを開弁する。ところで、所定時間２が経過して冷凍サイクルが安定した定常状態においても電磁弁１４ａの開弁を継続していると、冷凍機油が過剰となるので、電磁弁１４ａを閉じ、かつ、電磁弁１４ｂを開くことによって、油分離器７の底側（短配管用吹出口１９よりも下方；図２参照）に冷凍機油が貯留され、圧縮機１に戻る冷凍機油量を減少させることができる。

そして、ステップＳ１１１に進み、制御装置１５は、室内ユニットＢ１，Ｂ２のすべての運転スイッチがＯＦＦにされたか否かを判断し、すべての運転スイッチがＯＦＦにされた場合には、ステップＳ１１２に進み、圧縮機１を停止するとともに、電磁弁１４ｂを閉弁してリターンする。また、制御装置１５は、すべての運転スイッチがＯＦＦにされていない場合には（Ｓ１１１、Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻る。なお、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が減少した場合には、ステップＳ１１１、Ｓ１０７、Ｓ１１１、・・・となるように処理が繰り返され、電磁弁１４ａの閉弁および電磁弁１４ｂの開弁を維持し、この処理中に室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数が増加した場合には（Ｓ１０７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。

なお、本実施形態では、圧縮機１の運転開始後に空気調和機１００が長配管であるか短配管であるかを判断しているが、これに限定されるものではなく、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転スイッチがＯＮされたと判断したときに、長配管であるか短配管であるかを判断するようにしてもよい。例えば、長配管である場合にはフラグを「１」とし、短配管である場合にはフラグを「０」として、ステップＳ１０５に替えて、フラグを確認して、長配管であるか短配管であるかを判断するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の空気調和機１００は、油分離器７の底面部（下部）に接続された電磁弁１４ａを備えた油戻し配管２１ａと、油分離器７の側面部（上部）に接続された電磁弁１４ｂを備えた油戻し配管２１ｂと、冷媒配管１０１の長さ（長配管であるか、短配管であるか）に基づいて電磁弁１４ａ，１４ｂを開閉制御する制御装置１５とを備えるものである。これにより、冷媒配管１０１の配管長が長い場合には電磁弁１４ａを開弁するとともに電磁弁１４ｂを閉弁することにより、圧縮機１に戻る冷凍機油（潤滑油）が不足するのを防止できる。その結果、圧縮機１における冷凍機油不足による圧縮機１の能力低下や圧縮機１の消費電力増加を防止できる。

また、冷媒配管１０１の配管長が短い場合には電磁弁１４ａを閉弁するとともに電磁弁１４ｂを開弁させて、油分離器７に冷凍機油を所定量保有させることで、多量の冷凍機油が冷凍サイクルへ循環するのを抑制できる。よって、冷媒配管１０１、室外熱交換器３や室内熱交換器５の伝熱配管内への油膜付着による伝熱効率の低下を防止でき、冷房能力および暖房能力の低下を防止できる。さらには、圧縮機１の能力低下、圧縮機１の消費電力増加を抑制することができる。

また、本実施形態の空気調和機１００によれば、油分離器７の底面部７ｃに油戻し配管２１ａ（第１油戻し管）を接続したことにより、長配管時は短配管時よりも油を多く戻すことができるので圧縮機１における冷凍機油不足を防止できる。また、油分離器７の側面部７ａに油戻し配管２１ｂ（第２油戻し管）を接続したことにより、油戻し配管２１ｂの高さ（Ｌ）になるまで冷凍機油を安定して貯留することができる。

また、本実施形態の空気調和機１００では、制御装置１５が、冷媒配管１０１の配管長が長い長配管時であると判断した場合には、電磁弁１４ａを開とし、かつ、電磁弁１４ｂを閉とする制御が行われる。このように、電磁弁１４ａを開としたときに、電磁弁１４ｂを閉とすることにより、圧縮機１への冷凍機油の戻り量が過剰になるのを防止できる。つまり、油戻し配管２１ａよりも流れ易い油戻し配管２１ｂの電磁弁１４ｂを閉としないと、油戻し配管２１ｂを経由して冷凍機油が垂れ流し状態となり、冷凍サイクル系統における冷凍機油が過剰になるおそれがあるからである。

また、本実施形態の空気調和機１００によれば、制御装置１５が冷媒配管１０１の配管長が短い短配管時であると判断した場合、電磁弁１４ａを閉とし、かつ、電磁弁１４ｂを開とし、運転起動時には、冷媒配管１０１が短配管の場合であっても電磁弁１４ａを開にすることにより、圧縮機１に戻る冷凍機油量を増加させることができ、運転起動時という冷凍機油を多く必要とする過渡的な状態であっても、冷凍機油が不足するのを防止することができる。なお、短配管時のシステムにおいて、電磁弁１４ａが開にされたとしても、前記したように油分離器７内の冷凍機油が空になることはない。

また、本実施形態の空気調和機１００によれば、制御装置１５が冷媒配管１０１の長さが短い短配管時であると判断した場合、室内ユニットＢ１，Ｂ２の台数の増加時に電磁弁１４ａを開弁することにより、運転起動時と同様に、圧縮機１に戻る冷凍機油量を増加させることができ、室内ユニットＢ１，Ｂ２の運転台数増加という冷凍機油を一時的に多く必要とする過渡的な状態であっても、冷凍機油が不足するのを防止することができる。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、長配管用吹出口１８を油分離器７Ａの側面部７ａの下部（下端部）に設ける油分離器７Ａとしてもよい。これにより、油分離器７Ａの底面から下方への出っ張りを無くすことができ、油分離器７Ａの高さ寸法を低く抑えることができる。

また、図示していないが、本実施形態の空気調和機１００において、油戻し配管２１ａの配管径（内径）を、油戻し配管２１ｂの配管径（内径）よりも細くする構成にしてもよい。これにより、油戻し配管２１ａ内の圧力が小さくなり、圧縮機１に戻る冷凍機油の量を少なくすることができる。つまり、空気調和機１００が非常に長配管の場合には、電磁弁１４ａ，１４ｂの両方を開弁することによって、多くの冷凍機油が圧縮機１に戻ることになるが、多くの冷凍機油が戻ることによって、従来のように冷凍機油が過剰な状態になるのを防ぐために、底面側の油戻し配管２１ａの配管径を細くすることによって、油戻し配管２１ａ内の圧力を下げることで、冷凍機油の戻り量を少なくできる。よって、非常に長配管の場合にも、油分離器７内の冷凍機油が空になることはなく、油分離器７内に冷凍機油が貯留された状態となる。

また、油戻し配管２１ｂの電磁弁１４ｂの下流側にキャピラリーチューブなどの減圧手段を設けるようにしてもよい。

また、本発明に係るヒートポンプ装置は、空気調和機１００に限定されるものではなく、冷凍装置、冷蔵庫、給湯機、自動販売機、温風発生装置、冷風発生装置など施工条件、装置の機種に応じて冷媒配管の配管長が変化するあらゆる装置に適用することができる。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
５ 室内熱交換器
６ 膨張弁
７，７Ａ 油分離器
８ アキュムレータ
１４ａ 電磁弁（第１遮断弁）
１４ｂ 電磁弁（第２遮断弁）
１６ ユニット接続配管
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 配管
１６ｓ ガス側分配器
１６ｔ 液側分配器
１８ 長配管用吹出口
１９ 短配管用吹出口
２１ａ 油戻し配管（第１油戻し管）
２１ｂ 油戻し配管（第２油戻し管）
２２ 低圧配管
２３ 高圧配管
２４ バイパス配管
２５ 液管
２６，２７，２８ａ，２８ｂ 配管
１００ 空気調和機（ヒートポンプ装置）
１０１ 冷媒配管
Ａ 室外ユニット
Ｂ１，Ｂ２ 室内ユニット

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機の吐出側に設けられて潤滑油と圧縮された前記冷媒とを分離する油分離器、冷媒の流路を切り替える四方弁、および室外熱交換器を備える室外ユニットと、室内熱交換器を備える室内ユニットと、前記室外ユニットおよび前記室内ユニットの少なくとも一方に設けられる膨張弁と、を備えるヒートポンプ装置において、
   前記油分離器の下部に接続され、前記圧縮機の吸入側の低圧配管に接続される第１油戻し管と、
   前記油分離器の上部に接続され、前記圧縮機の吸入側の低圧配管に接続される第２油戻し管と、
   前記第１油戻し管に設けられる第１遮断弁と、
   前記第２油戻し管に設けられる第２遮断弁と、
   冷媒配管の長さに基づいて前記第１遮断弁および前記第２遮断弁を開閉制御する制御装置と、を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記第１油戻し管は、前記油分離器の底面部に接続され、
   前記第２油戻し管は、前記油分離器の側面部に接続されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記第１油戻し管は、前記油分離器の側面側の下部に接続され、
   前記第２油戻し管は、前記油分離器の側面側の上部に接続されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記制御装置は、前記冷媒配管の配管長が長い長配管時であると判断した場合には、前記第１電磁弁を開とし、かつ、前記第２電磁弁を閉とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記制御装置は、前記冷媒配管の配管長が短い短配管時であると判断した場合には、前記第１電磁弁を閉とし、かつ、前記第２電磁弁を開とし、運転起動時には、前記冷媒配管が短配管の場合であっても、前記第１遮断弁を開にすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記室内ユニットを複数台備え、
   前記制御装置は、前記冷媒配管の長さが短い短配管時であると判断した場合、前記室内ユニットの台数の増加時に前記第１遮断弁を開にすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
7. 前記第１油戻し管の配管径は、前記第２油戻し管の配管径よりも細く形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。

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