JP3946191B2 - 冷凍装置及び冷凍装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の低圧シェル式圧縮機の間で均油が行われる冷凍装置及び冷凍装置の制御方法に関する。

例えば、空気調和機には、複数の室内機に対処できるよう、１台の室外機に複数の圧縮機を備える、いわゆるマルチ形のものがある。
この種空気調和機の室外機に配備される複数の圧縮機としては、可変容量形のものや、それら互いの圧縮機のシェル同士の間で互いにシェル容量が異なっている場合がある。このとき、圧縮機が均油管で連通されていると、高圧側の圧縮機のシェルから低圧側の圧縮機のシェルへオイルが移動してしまう現象が起こる。このとき、圧縮機のシェル内では、貯留オイルが回転部品によって攪拌され、ミスト状の形で存在するため、オイル量が均油管接続口位置よりたとえ下がったとしても、オイルがミスト状の形で移動し続けることとなり、結局、高圧側の圧縮機がオイル不足になる問題がある。

このようなオイルミストの移動を防止するものとして、複数の圧縮機のシェルを、均油管を介して互いに連通し、かつ、均油管を圧縮機の吐出側の冷媒配管とバイパス管によって接続したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０４−２２２３５４号公報 （第３−５頁、第１図）

上記公報に記載された冷凍装置に備えられた均油システムについて簡単に説明すると、冷媒回路中には、複数の圧縮機が互いに並列となるよう、吐出側の冷媒配管と吸込側の冷媒配管にそれぞれ接続されている。それら圧縮機のシェルは、隣り合うもの同士が均油管を介して互いに連通されている。圧縮機の吐出側の冷媒配管は前記均油管に、開閉弁を介装されたバイパス管によって接続されている。

この均油システムによれば、通常の冷暖房運転中は、開閉弁を開とし、バイパス管を介して高圧冷媒ガスを均油管に流入させる。これにより、均油管を介した各圧縮機のシェル間のオイルミストの移動を防止し、高圧側の圧縮機のオイル量不足を防止している。
また、長時間運転により、各圧縮機のシェル間のオイル量に偏りが発生した場合には、開閉弁を閉じた状態で複数の圧縮機のうち１台のみの運転を順次行う、いわゆる均油運転を行い、各圧縮機の余剰オイルを均油管を介して順次移動させ、各圧縮機のシェル内のオイル量を適正値に復帰させるようにしている。

しかしながら、上記した従来の冷凍装置では、通常の冷暖房運転中に開閉弁が故障等により閉じたままとなると均油管に高圧冷媒ガスが流入せず、均油管に高圧冷媒ガスが流入していない状態で圧縮機の運転を続けていると高圧側の圧縮機内のオイルミストが均油管を通って他方の圧縮機内に移動し、高圧側の圧縮機はオイル量不足により故障する場合があるという問題が存在する。つまり、圧縮機と比べて安価な開閉弁の故障により高価な圧縮機が破損することとなり、開閉弁だけの交換であれば安価且つ容易に行うことができるが、圧縮機を交換するとなると相当の費用と手間がかかることになる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、開閉弁の故障等した場合等、均油管に高圧冷媒が流入していないことを逸早く検知し、オイルミスト移動を防止して、圧縮機の破損を防止することができる冷凍装置及び冷凍装置の制御方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、冷媒回路中に互いに並列に接続されている複数の圧縮機と、該複数の圧縮機の各シェル間を接続する均油管と、前記圧縮機の吐出側の冷媒配管と前記均油管とを接続するバイパス管と、該バイパス管に介装されている開閉弁とが備えられている冷凍装置において、前記開閉弁と前記均油管との間に位置する前記バイパス管には、該バイパス管自体或いは該バイパス管内部の温度を検出する第１の温度センサが設けられ、前記吐出側の冷媒配管には、該冷媒配管内の温度を検出する第２の温度センサが設けられ、前記第１の温度センサによって検出されるバイパス管内温度が、前記第２の温度センサによって検出される冷媒管内温度から所定値を引いた温度よりも低い場合に、前記圧縮機の運転が停止されることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、冷媒回路中に互いに並列に接続されている複数の圧縮機と、該複数の圧縮機の各シェル間を接続する均油管と、前記圧縮機の吐出側の冷媒配管と前記均油管とを接続するバイパス管と、該バイパス管に介装されている開閉弁とが備えられている冷凍装置の制御方法において、前記圧縮機を駆動させて冷媒を前記冷媒回路中に循環させるとともに、前記圧縮機から吐出された高圧の前記冷媒を前記冷媒配管から前記バイパス管内に流入させ、該開閉弁と前記均油管との間に位置する前記バイパス管自体或いは該バイパス管内部の温度を検出し、且つ、前記吐出側の冷媒配管内の温度を検出し、前記バイパス管内の温度が吐出側の前記冷媒管内の温度から所定値を引いた温度よりも低い場合は前記圧縮機の運転を停止することを特徴としている。

本発明に係る冷凍装置によれば、開閉弁と均油管との間に位置するバイパス管には、バイパス管自体或いはバイパス管内の温度を検出する温度センサが設けられているため、圧縮機から吐出され冷媒配管からバイパス管に流入した高圧の冷媒が、開閉弁を通過して均油管に流入していると、温度センサによって検出される温度は高温となり、バイパス管に流入した高圧の冷媒が開閉弁を通過していないと、温度センサによって検出される温度は常温（低温）となり、これによって、高圧の冷媒が、開閉弁を通過して均油管に流入している確認することができ、オイルミストの移動を確実に防止し、オイル量不足による圧縮機の破損を防止することができる。

また、本発明に係る冷凍装置の制御方法によれば、圧縮機を駆動させて冷媒を冷媒回路中に循環させるとともに、圧縮機から吐出された高圧の冷媒を冷媒配管からバイパス管内に流入させ、開閉弁と均油管との間に位置するバイパス管自体或いはバイパス管内部の温度を検出し、バイパス管内温度が圧縮機から吐出された冷媒温度から所定値を引いた温度よりも低い場合は圧縮機の運転を停止するため、開閉弁の故障等により高圧の冷媒が開閉弁を通過していない場合は、圧縮機の運転は停止され、オイルミストの移動を防止してオイル量不足による圧縮機の破損を防止することができる。

以下、本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の制御方法の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は空気調和機である冷凍装置１の冷媒回路２を表す回路図である。図１に示すように、冷媒回路２中には、低圧シェル式の第１，第２の圧縮機３，４と、第１の熱交換器５と、膨張弁６と、第２の熱交換器７とが順次介装されている。２台の圧縮機３，４は互いに並列となるよう、吐出配管８と吸込配管９にそれぞれ接続されている。吐出配管８及び吸込配管９の一端は四方弁１０を介して冷媒回路２に接続されており、吐出配管８及び吸込配管９の他端は２つに分岐されて第１，第２の圧縮機３，４にそれぞれ接続されている。

第１，第２の圧縮機３，４の間には第１，第２の圧縮機３，４の各シェル間を接続する均油管１１が配管されており、第１，第２の圧縮機３，４のシェル同士は、均油管１１を介して互いに連通されている。均油管１１は第１，第２の圧縮機３，４のシェルの側面下部に接続されており、第１，第２の圧縮機３，４のシェル内のオイルは均油管１１を通って第１，第２の圧縮機３，４のシェルの間を互いに行き来され、第１，第２の圧縮機３，４のシェル内は均油される。

第２の圧縮機４に接続された吐出配管８と均油管１１との間には、吐出配管８と均油管１１とを接続するバイパス管１２が配管されており、吐出配管８と均油管１１とは、バイパス管１２を介して連通されている。バイパス管１２は吐出配管８や均油管１１に比べて径が小さい管で構成されており、バイパス管１２の中間には、電磁弁や電動弁等の開閉弁１３が介装されている。開閉弁１３は開閉されてバイパス管１２内を流通する冷媒ガスを調節するものであり、開閉弁１３が閉じられていると冷媒ガスは開閉弁１３を通過されず、開閉弁１３が開けられていると冷媒ガスは開閉弁１３を通過される。

また、バイパス管１２の中間には、バイパス管１２内の温度を検出する熱電対（サーモカップル）やサーミスタ、放射温度計、側温抵抗体等からなる第１の温度センサ１４が設けられている。第１の温度センサ１４は、開閉弁１３と均油管１１との間に位置するバイパス管１２に設けられており、開閉弁１３と均油管１１との間に位置するバイパス管１２に冷媒ガスが流通していないときは、第１の温度センサ１４によって検出される温度は常温となり、冷媒ガスが流通しているときは、第１の温度センサ１４によって検出される温度は高温となる。常温は、外気温と同程度であり、通常、０〜３５℃程度である。また、高温は、冷媒ガスの温度と同程度であり、通常、６０℃〜１３０℃程度である。

また、第１，第２の圧縮機３，４にそれぞれ接続されて合流されている吐出配管８には吐出配管８内の温度を検出する第２の温度センサ１５が設けられている。第２の温度センサ１５は第１の温度センサ１４と同様のものからなっている。また、冷凍装置１には、第１，第２の圧縮機３，４の駆動を制御する制御装置１６が備えられており、制御装置１６は冷凍装置１を操作する操作盤１７に電気的に接続されている。操作盤１７には、図示せぬタッチパネルが形成されており、このタッチパネルを操作することで、冷凍装置１は冷暖房運転、均油運転、運転停止が行われる。

また、第１，第２の温度センサ１４，１５及び第１，第２の圧縮機３，４はそれぞれ制御装置１６に電気的に接続されており、第１，第２の温度センサ１４，１５によって検出された温度の情報は制御装置１６に伝達され、この情報を受けた制御装置１６によって第１，第２の圧縮機３，４は制御される。具体的には、第１の温度センサ１４によって検出されたバイパス管内温度Ｔが、第２の温度センサ１５で検出された冷媒温度Ｔ_０から所定値Ａを引いた温度よりも低い場合、制御装置１６から第１，第２の圧縮機３，４に停止信号が送られ第１，第２の圧縮機３，４の駆動が停止されるとともに、制御装置１６から操作盤１７にエラー信号が送られエラー表示が行われる。なお、上記した所定値Ａとは、高圧冷媒ガスが流通する過程で熱損失によって低下する温度や誤差を考慮したものであり、その値は例えば１０℃程度であり、所定値Ａは０℃〜２０℃である。

次に、上記した冷凍装置１の使用方法及び制御方法について説明する。

まず、冷暖房運転について説明する。操作盤１７のタッチパネルを操作して第１，第２の圧縮機３，４をそれぞれ駆動させ、冷媒回路２に冷媒を循環移動させる。このとき、開閉弁１３は開けられており、第２の圧縮機４から吐出管８に吐出された高圧冷媒ガスは、バイパス管１２に流入してバイパス管１２内を実線矢印方向に流通し、開閉弁１３を通過してバイパス管１２内から均油管１１内に流入する。均油管１１内に流入した高圧冷媒ガスは、均油管１１内を実線矢印方向に流通し、第１，第２の圧縮機３，４のシェル内にそれぞれ流入する。これによって、均油管１１内は高圧となり、低圧の第１，第２の圧縮機３，４のシェル内部に発生するオイルミストが均油管１１内に流入すること（オイルミスト移動）を防止できる。

また、冷暖房運転中、開閉弁１３が適正に開けられた状態にあることを確認し、冷凍装置１の運転を制御する。具体的には、図２に示すように、第１の温度センサ１４で、開閉弁１３と均油管１１との間に位置するバイパス管１２内の温度Ｔを検出する。また、第２の温度センサ１５で、吐出管８内の温度を測定し、第１，第２の圧縮機３，４から吐出された高圧冷媒ガスの温度Ｔ_０を検出する。そして、これらの温度Ｔ，Ｔ_０の情報を制御装置１６に伝達し、バイパス管１２内の温度Ｔが高圧冷媒ガスの温度Ｔ_０から所定値Ａを引いた温度よりも低い場合は、第１，第２の圧縮機３，４をそれぞれ停止させる。バイパス管１２内の温度Ｔが高圧冷媒ガスの温度Ｔ_０から所定値Ａを引いた温度よりも高い場合は、そのまま第１，第２の圧縮機３，４を駆動し続けて冷暖房運転を行う。

次に、均油運転について説明する。まず、開閉弁１３を閉塞させるとともに第２の圧縮機４を停止させた状態で、第１の圧縮機３を駆動させる。第１の圧縮機３が駆動すると、第１の圧縮機３のシェル内は低圧となり、第１の圧縮機３のシェル内にある余剰オイルは均油管１１を通って第２の圧縮機４のシェル内に移動する。次に、開閉弁１３を閉塞させたままの状態で、第１の圧縮機３を停止させるとともに第２の圧縮機４を駆動させる。第２の圧縮機４が駆動すると、第２の圧縮機４のシェル内は低圧となり、第２の圧縮機４のシェル内にある余剰オイルは均油管１１を通って第１の圧縮機３のシェル内に移動する。このように、第１，第２の圧縮機３，４を交互に駆動させることで、第１，第２の圧縮機３，４の各シェル内のオイル量は均一になる。

上記した冷凍装置１によれば、開閉弁１３と均油管１１との間に位置するバイパス管１２には、バイパス管１２内の温度を検出する第１の温度センサ１４が設けられているため、第２の圧縮機４から吐出され吐出配管８からバイパス管１２に流入した高圧冷媒ガスが、開閉弁１３を通過して均油管１１に流入していると、第１の温度センサ１４によって検出される温度Ｔは高温となり、バイパス管１２に流入した高圧冷媒ガスが開閉弁１３を通過していないと、第１の温度センサ１４によって検出される温度Ｔは常温（低温）となる。これによって、高圧冷媒ガスが、開閉弁１３を通過して均油管１１に流入している確認することができ、オイルミストの移動を確実に防止し、オイル量不足による第１，第２の圧縮機３，４の破損を防止することができる。

また、吐出配管８には第２の温度センサ１５が設けられているため、第１の温度センサ１４によって検出される温度Ｔと、第１，第２の圧縮機３，４から吐出された高圧冷媒ガスの温度Ｔ_０を比較することができ、開閉弁１３が適正に開ききってなく、適正量の高圧冷媒ガスが通過していない場合でも検知することができる。

また、上記した冷凍装置１の制御方法によれば、第１，第２の圧縮機３，４を駆動させて冷媒を冷媒回路２中に循環させるとともに、第２の圧縮機４から吐出された高圧冷媒ガスを吐出配管８からバイパス管１２内に流入させ、開閉弁１３と均油管１１との間に位置するバイパス管１２内部の温度Ｔを検出し、バイパス管１２内温度Ｔが第１，第２の圧縮機３，４から吐出された高圧冷媒ガスの温度Ｔ_０から所定値Ａを引いた温度よりも低い場合は第１，第２の圧縮機３，４の運転を停止するため、開閉弁１３の故障等により高圧冷媒ガスが開閉弁１３を通過していない場合は、第１，第２の圧縮機３，４の運転は停止され、オイルミストの移動を防止してオイル量不足による第１，第２の圧縮機３，４の破損を防止することができる。

以上、本発明に係る冷凍装置及び冷凍装置の制御方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、第１の温度センサ１４によってバイパス管１２内の温度を検出しているが、本発明は、バイパス管１２自体の温度を検出してその温度からバイパス管１２内の温度を推定し、バイパス管１２内に高温の冷媒ガスが流通しているか確認してもよい。

また、上記した実施の形態では、冷凍装置１に２台の圧縮機３，４が設けられているが、本発明は、圧縮機が３台以上設けられている場合でもよい。また、上記した実施の形態では、空気調和機である冷凍装置１について説明をしたが、本発明は冷蔵庫や冷凍庫、その他の冷凍装置であってよい。

本発明に係る冷凍装置の実施の形態を表す回路図である。 本発明に係る冷凍装置の制御手段の実施の形態を表すフローチェート図である。

符号の説明

１ 冷凍装置
２ 冷媒回路
３ 第１の圧縮機（圧縮機）
４ 第２の圧縮機（圧縮機）
８ 吐出配管（吐出側の冷媒配管）
１１ 均油管
１２ バイパス管
１３ 開閉弁
１４ 第１の温度センサ（温度センサ）

Claims (2)

1. 冷媒回路中に互いに並列に接続されている複数の圧縮機と、該複数の圧縮機の各シェル間を接続する均油管と、前記圧縮機の吐出側の冷媒配管と前記均油管とを接続するバイパス管と、該バイパス管に介装されている開閉弁とが備えられている冷凍装置において、
   前記開閉弁と前記均油管との間に位置する前記バイパス管には、該バイパス管自体或いは該バイパス管内部の温度を検出する第１の温度センサが設けられ、
   前記吐出側の冷媒配管には、該冷媒配管内の温度を検出する第２の温度センサが設けられ、
   前記第１の温度センサによって検出されるバイパス管内温度が、前記第２の温度センサによって検出される冷媒管内温度から所定値を引いた温度よりも低い場合に、前記圧縮機の運転が停止されることを特徴とする冷凍装置。
2. 冷媒回路中に互いに並列に接続されている複数の圧縮機と、該複数の圧縮機の各シェル間を接続する均油管と、前記圧縮機の吐出側の冷媒配管と前記均油管とを接続するバイパス管と、該バイパス管に介装されている開閉弁とが備えられている冷凍装置の制御方法において、
   前記圧縮機を駆動させて冷媒を前記冷媒回路中に循環させるとともに、前記圧縮機から吐出された高圧の前記冷媒を前記冷媒配管から前記バイパス管内に流入させ、
   該開閉弁と前記均油管との間に位置する前記バイパス管自体或いは該バイパス管内部の温度を検出し、且つ、吐出側の前記冷媒配管内の温度を検出し、
   前記バイパス管内の温度が吐出側の前記冷媒管内の温度から所定値を引いた温度よりも低い場合は前記圧縮機の運転を停止することを特徴とする冷凍装置の制御方法。

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