JPS6250735B2

JPS6250735B2 -

Info

Publication number: JPS6250735B2
Application number: JP54164912A
Authority: JP
Inventors: Ei Myueraa Deiru
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1979-01-04
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1987-10-27
Also published as: CA1126364A; JPS5592867A; US4236379A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、熱ポンプ冷凍装置（reverse cycle
refrigeration system）の圧縮機クランクケース
の温度差検出制御装置に関している。

建物内を冷暖房するのに、ヒートポンプ装置が
多年にわたつて使用されており、冷暖房に用いら
れる経費が上昇しているため、最近ますますその
普及が図られている。すなわち、ヒートポンプ装
置は、動作効率すなわち運転経費の効率が良いた
め建物の冷暖房の目的に大いに注目されている。
然して問題点が無いわけでは無く、その１つに、
この装置は停止状態でしばらく放置しておくと、
配管中の冷媒が圧縮機のクランクケース内に集ま
つてしまう点が挙げられる。これは、その装置を
“オフ”状態にしておくと、熱ポンプ装置すなわ
ちヒートポンプ装置内の冷媒が、その装置の一番
温度の低い場所で凝縮する傾向があるためであ
る。ヒートポンプの暖房運転中の場合に、最低温
度の場所とは通常室外ユニツト（普通圧縮機はこ
れと一体に組み合せてある。）であり、この場合
室内より室外の方が遥かに低温のためである。こ
のため冷媒が、この圧縮機のクランクケース内に
凝縮し、平衡点すなわちその最低温の場所の温度
に相当した蒸気圧力でガス状冷媒と液状冷媒の平
衡点に達するまで、その場所に凝縮蓄積され続け
るのである。以前は、クランクケース内の冷媒
が、そこの圧縮機用潤滑油と混合する傾向が知ら
れているため、冷媒がクランクケースに蓄積され
た時には圧縮機を起動させないことが重要と考え
られて来た。この混合液は、冷媒と油の分離槽を
持つ場合に比較すると、有効に機能している全液
量を減少せることになり、そのため同じ平衡蒸気
圧ではさらに冷媒の凝縮が進むため、平衡点では
混合液が存在しがちである。そのため、圧縮機の
起動時に、クランクケース油内に冷媒があると、
圧縮機の吸引側が低圧になるため冷媒が気化しよ
うとし、さらにまたこの事態が起こると冷媒は油
を撹拌し油を泡だたせ、この泡が圧縮機の入口に
導入され、その後この圧縮機によつて冷媒配管中
に揚げきつてしまう。したがつて、これが発生す
ると、潤滑油がクランクケースから汲み上げられ
てしまうので、その油が全冷媒配管系を一循環し
て戻つてくるまでは、すなわちこの配管を経てク
ランクケースに戻るまでは、潤滑油なしに圧縮機
が運転することになる。ところが、このような無
潤滑油運転を行うと著しい摩擦と過熱が圧縮機に
生じ、このため圧縮機の寿命を劣化し、ついには
余分の経費と、不便さおよび不快さを招くことに
なる。

これに関連するもう一つの問題、この油および
冷媒泡状混合物は、純粋の冷媒蒸気ほど圧縮しや
すく無いため、圧縮機をのろのろ運転させる所謂
“スラツギング”（slugging）を生じ、思わぬダメ
ージを圧縮機の弁に与えることがある。

このことは全て、以前からよく知られており、
各種の従来公知技術がこの欠点を解決するのに提
案されて来ている。このため、この頃では大部分
のヒートポンプ装置は、そのクランクケース内が
最低温度点にならない様に、何等かのクランクケ
ース加熱手段を持つており、それによつて冷媒が
クランクケース内に凝縮するのを防止し、圧縮機
に上述した損傷が生ずるのを防止している。ま
た、さらに新規にヒートポンプ装置を設置する際
に、しばしば行われるのが、クランクケース加熱
手段によつてクランクケース内の蓄積冷媒を気化
するまでの所定期間圧縮機の起動を保留するもの
である。しかし、実際には、操作者の無知または
不注意によつて、しばしば圧縮機を所定の準備期
間を待たずに、即付勢してしまうため、圧縮機に
損傷を与えることがある。また、クランクケース
加熱手段の故障があると圧縮機は損傷のおそれを
有して起動されることになり、さらに加熱手段に
よる加熱不足は泡の発生を招くことにもなる。

本発明は、圧縮機クランクケースの温度を検出
し、このクランクケース温度が外気温度より所定
の安全レベル以上に上昇するある時間までヒート
ポンプ圧縮機の動作を禁止状態とする新規かつ有
用な装置を提供するのを目的としている。

すなわち、本発明は、圧縮機クランクケース低
温度差検出制御装置に関し、通常の冷媒圧縮装置
と、クランクケース加熱装置と、室外コイル（ユ
ニツト）と、室内コイル（ユニツト）と、上記圧
縮装置およびコイルに連結される冷媒配管と、さ
らに冷媒圧縮制御装置とからなる熱ポンプ冷凍装
置に適用するためのものである。特に、本検出制
御装置は、（室）外気温度信号（以下、TODAと
略すことがある。）を送出する室外（外気）温度
検出器（以下、TODASと略すことがある。）
と、クランクケース温度信号（以下、TCCと略
すことがある。）を送出するクランクケース温度
検出器（以下、TCCSと略すことがある。）と、
室内冷暖房指令出力を送出する室内温度検出器
（以下、STATと略すことがある。）と、さらに誤
動作指示検出器ならびに制御器とを有している。
この制御器は、上述したこれ等の温度検出器に接
続され、それ等より各出力を受けている。さらに
この制御器は、室内温度検出器を冷媒圧縮制御装
置に必要に応じて結線する回路結線装置を有して
いる。また、この制御器は、外気温度が所定値以
下であつてしかもクランクケース温度値とその外
気温度値との温度差がある所定量以下になつてい
ると、圧縮装置の動作を禁止状態とするように働
かせるものである。

以下、図面と共に本発明の最良の一実施例を説
明する。第１図に於いて、熱ポンプ冷凍装置は、
室内熱交換コイル１０と、室外熱交換コイル１２
と、冷媒圧縮装置すなわち圧縮機１４と、適当な
電力源１７で付勢される圧縮制御装置１５とを有
している。さらに圧縮機１４には、やはり電源１
７で付勢されるクランクケース加熱装置１９が組
み付けられている。各コイルユニツト１０および
１２と圧縮機１４とを連結するため冷媒配管装置
が施され、さらにこの配管装置は、制御器１８を
持つ四方切換弁１６と、膨張装置２０と、さらに
適当な連結パイプ２１乃至２６を有している。こ
のような装置は、例えば米国特許第3170304号に
示すように、典型的な公知の従来技術である。周
知の通り、この冷凍装置は、室内サーモスタツト
からの冷房乃至暖房要求を感知すると、圧縮機１
４を動作させる様に機能する。例えば、室内暖房
時には、圧縮された温冷媒が四方切換弁１６を経
て圧縮機１４から室内コイル１０に流れ、その熱
は室内空気の加熱に使われる。逆に、室内冷房時
には、温冷媒は四方切換弁１６を経て圧縮機１４
から室外コイル１２に流れ、そこで冷媒は冷却さ
れて続いて室内に送られて冷房に使われる。

第１図に示した圧縮機クランクケース温度検出
制御装置は、外気温度検出器３１を有し、この出
力３２は（室）外気温度TODAの指示出力信号
となる。このTODA３２は、後述するようにマ
ルチプレクサ４０の二入力の一方を構成してい
る。さらに本検出制御装置は、クランクケース温
度検出器３４を有し、その出力３５は圧縮機クラ
ンクケース温度TCCの指示出力信号となると共
に、マルチプレクサ４０のもう一方の入力を形成
している。

さらに、また本検出制御装置は、建物の室内温
度に応答する室内サーモスタツト４２を有し、こ
の温度が熱ポンプ冷凍装置によつて制御されるこ
とになる。室内サーモスタツトすなわちSTAT４
２は四方切換弁１６用の制御器１８と結線された
第一出力４３と、さらに一対の常閉接点４６およ
び結線４５を経て圧縮機１４の制御装置１５に結
線された第二出力４４とを有している。接点４６
は、マイクロ・プロセツサ５０の附属部４７内に
含まれている。このマイクロ・プロセツサ５０お
よび附属部４７は、後で詳しく記述する。

冷暖房用サーモスタツトは、米国ハネウエル社
製の型番T872が使われ、第１図に示すように室
内サーモスタツト４２として使用されている。こ
の型番T872は、冷暖房制御信号を供給すると共
に、複数の補助加熱装置を制御するためのスイツ
チ装置を備えたバイメタル駆動型水銀スイツチ型
のものである。周知のように、STAT４２が制御
空間の冷房乃至暖房を指令すると、その制御信号
が出力４３および４４から供給され、制御信号４
３は、制御器１８を介して四方切換弁１６を適当
な方向に切換えて室内の冷房乃至暖房の切換を行
い、一方、制御信号４４は、STAT４２によつて
マイクロプロセツサ５０に暖房もしくは冷房のい
ずれかの指令があつたことを伝える。さらにこの
制御信号４４は、常閉接点４６および結線４５を
経て圧縮機１４をリセツト状態すなわち“オフ”
の位置から動作状態すなわち“オン”位置に制御
する。制御信号４４は、マイクロプロセツサ５０
にも印加され、圧縮機１４の動作要求があつたこ
とを指示させている。米国ハネウエル社の型番
T872サーモスタツトは、さらに誤動作指示器６
３および誤動作リセツト６５とを有し、これ等は
後に詳述することになる。なお、第１図中、便宜
上これ等の構成部分４２，６３および６５は、互
に隣接して図示したが、これは先に指摘した
T872に全て内蔵されているからである。

また、TODAS３１およびTCCS３４は、それ
ぞれ米国ハネウエル社製のプラチナ・フイルム抵
抗型温度検出器型番C800AおよびC800Dが使用さ
れている。また、第１図に示したヒート・ポン
プ・ユニツトすなわち、機器１０，１２，１４，
１５，１６および１９は、米国キヤリヤー社製で
あり、室外ユニツト型番38CQ033300および室内
ユニツト型番40AQ036300JRが使用してある。

上述のように、マルチプレクサ４０には、結線
３２および３５からそれぞれTODAおよびTCC
のアナログ信号が印加されている。マルチプレク
サ４０の動作は、アナログの二入力信号の一方ま
たは、他方をマイクロプロセツサ５０から導線５
２を介してマルチプレクサ４０に加えられる制御
信号の状態に基づき、出力５３に供給するもので
ある。すなわち、このマイクロプロセツサ５０
は、二つの入力信号のどちらを出力５３に供給す
るかを指令する制御信号をマルチプレクサ４０に
供給している。出力５３は、通常のアナログ・デ
ジタル変換器（以下“Ａ／Ｄ”と略すことがあ
る。）５４の入力として印加され、これより更に
その出力５５を介してマイクロプロセツサ５０の
二つ目の入力として加えられる。またこのＡ／Ｄ
５４は、マイクロプロセツサ５０からの制御指令
を受けるため入力５６を有している。Ａ／Ｄ５４
の出力５５は、入力信号５３でのアナログ指示信
号から変換されたデジタル信号となつている。

マイクロプロセツサ５０は、さらに誤動作指示
器６３に接続されている出力信号線６２を有して
いる。上述のT872では、誤動作指示器６３は、
警報灯、又はその他の視覚、聴覚による報知器で
も良い。さらにこの指示器６３には、例えばスイ
ツチの様な適当なリセツト装置６５が付加され、
そこよりマイクロプロセツサ５０に第三の信号線
を形成している。

第１図に示す構成機器として使われているマイ
クロプロセツサには、米国インテル社製の型番
8049が選ばれており、また第１図のブロツク５４
で示したアナログ・デジタル変換器には、米国テ
キサス・インストラメント社製の型番TL505C
（TI社説明書DL−S12580を参照）が使用され、
さらにマルチプレクサとしては、米国モトロラ社
製の型番MC14051BPが使われている。

第１図に示した結線および配管は、各機器の指
命を伝える電気配線もしくは、パイプ類で代表し
ておいたが、これは、この分野の当業者ならば理
解し得るものであり、場合によつて別の機器を、
ここに使用した特定の機器で示したように結線し
ても良い。

次に、第１図に示した本検出制御装置の動作を
述べることにするが、この動作は、第２図に示す
フローチヤートを参照すると良く理解できる。第
２図中、参照符号１０１は、開始点「システム電
源印加」を示し、ヒートポンプ装置が電源付勢さ
れた状態になること、すなわち、圧縮制御装置１
５およびクランクケース加熱装置１９に、電源１
７が印加され、同様に電力供給が必要な他の機器
にも適宜所定電力が印加されたことを意味してい
る。本制御系は、まず接合部１０２を経て
「TODASA／Ｄに接続せよ」の処理ブロツク１０
３に進み、ここでTODA出力信号３２がマルチ
プレクサ４０を経て、Ａ／Ｄ変換器５４に印加さ
れる。このブロツク１０３からの流れは
「TODAを測定せよ」の処理ブロツク１０４に進
み、さらに次の「TCCSをＡ／Ｄに接続せよ」の
処理ブロツク１０５を経て、「TCCを測定せよ」
の処理ブロツク１０６に進む。これ等の各ブロツ
ク１０３，１０４，１０５および１０６にて、
TODAおよびTCCの温度測定が、上述したマル
チプレクサ４０、Ａ／Ｄ変換器５４およびマイク
ロプロセツサ５０を使つて集中的に実行される。

ブロツク１０６の流れは、更に次の「TODA
はＴ_REF.より大きいか？」を意味する「TODA
＞Ｔ_REF.？」の論理判断ブロツク１０７に進
む。ここから“YES”応答１０８または“NO”
応答１０９が出される。Ｔ_REF.とは、TODAと
比較すべき基準温度すなわち、設定点温度のこと
であり、冷媒がクランクケース内もしくは室外コ
イル内で通常凝縮しないような、すなわちクラン
クケースおよび室外コイル内で、冷媒がガス状態
保ち、代わりにクーラー室内コイル内で冷媒が凝
縮する程度の高い温度に設定してある。基準度Ｔ
_REF.の代表的な値は、80〓である。TODAがＴ
_REF.より大きいならば、冷媒がクランクケース
の潤滑油と混合するような問題が発生する余地は
無い。そこで、ブロツク１０７からの“YES”
応答１０８は、接合部１２０を経て「圧縮機を動
作可能状態に設定せよ」の処理ブロツク１２１に
進み、つづいて、この流れは、「誤動作指示器を
ターンオフせよ」の処理ブロツク１２２に流れ、
さらにこの流れは、「休止」の処理ブロツク１２
３に進む。そのブロツク１２３からの流れは、接
合部１２４を経て、「圧縮機は運転中か？」の論
理判断ブロツク１２５に至る。この判断ブロツク
１２５は、“YES”応答１２６および“NO”応
答１２７を有し、“YES”応答１２６があると再
び接合部１２４を介してこのブロツク１２５に戻
り閉ループを形成し、“NO”応答１２７が出され
ると圧縮機が運転してないことを示す。

さて、判断ブロツク１０７からの“YES”応
答１０８は、問題発生の余地のないことを示し、
正常動作運転に相当し、ブロツク１２１で圧縮機
を動作可能状態とし、ブロツク１２２が誤動作指
示器６３をターンオフさせることを示す。さらに
ブロツク１２３の「休止」とは、本制御系が、圧
縮機クランクケース温度に問題点があるか否かを
判断するのに周期的動作すなわち、周期的にリサ
イクリングしていることを意味しており、単位時
間当り120サイクルの周期（すなわち周波数）が
適当である。続いて、ブロツク１２３から接合部
１２４を経て、判断ブロツク１２５へ進んだ流れ
は、“YES”または“NO”応答のいずれかを判
断され、“YES”応答１２６が出されると、接合
部１２４を経て同じブロツク１２５に戻つて閉ル
ープを形成する。さらに“NO”応答１２７が出
されると判断ブロツク１０７でのチエツクを再度
行うために接合部１０２に流れを戻している。

TODAがＴ_REF.より大きくないときには、判
断ブロツク１０７から、「TCCとTODAとの差△
Ｔは△Ｔ_MINより大きいか？」を意味する「TCC
−TODA＞△Ｔ_MIN？」の論理判断ブロツク１３
０に進み、“NO”応答１３１ないし“YES”応
答１３２の判断信号を出す。この判断ブロツク１
３０は、(i)圧縮機クランクケース温度TCCおよ
び外気温度TODA間の度差△Ｔと、(ii)所定量の
△Ｔ_MINとの間で、比較を行つている。この温度
差△Ｔが△Ｔ_MINより大きいと、安全運転状態す
なわち、クランクケース温度が外気温度に比して
十分高くなつていることを示すことになり、クラ
ンクケース内で油と混合してしまう恐れのある冷
媒を気化し去るためクランクケース加熱装置が十
分な期間動作していたことの確認が行われる。こ
のような“安全運転”状態になつているとこの
“YES”応答１３２を接合部１２０を介して処理
ブロツク１２１に送り、前述と同じ動作を行わせ
る。ここでは、△Ｔ_MINの値は、TODAが55〓以
下であるときは、10〓に設定するのが最適である
ことが見つけられており、また、TODAが55〓
以上であると６〓に設定してある。然し乍ら、ク
ランクケース温度が高くなつてないと、判断ブロ
ツク１３０から出る“NO”応答１３１は、「圧縮
機動作禁止状態に設定せよ」の処理ブロツク１３
３に進み、さらにその流れは、次の「誤動作指示
器をオンせよ」の処理ブロツク１３４に至り、続
いてこの流れは、信号線１３５を介して接合部１
０２に戻る。そのため、もしクランクケース温度
TCCが外気温度TODAに比して低くすぎると、
先に述べたように甚大な故障が発生する余地があ
ることを示すことになるので、そこでの“NO”
応答１３１は、次の二つの動作を行わせるに至
る。すなわち、第一に、ブロツク１３３で示すよ
うにマイクロプロセツサ５０が第１図に示す接点
４６を開成させて、STAT４２からの圧縮機１４
の動作指令信号を阻止することによつて圧縮機動
作を停止させるものであり、第二に、ブロツク１
３４で示すように“NO”応答が誤動作指示器６
３を付勢するものである。ブロツク１３４の流れ
１３５は、接合部１０２に戻つて閉ループを形成
してチエツクを繰り返えすようになつており、判
断ブロツク１３０からの応答が“NO”応答１３
１を続づけるかぎり、圧縮機動作は禁止されしか
も誤動作指示器６３が付勢される。この機器に関
する知識が有る人が、誤動作指示器６３が動作中
であることを知ると、機器の調整作業を採ること
になり、例えば、クランクケース加熱装置の動作
時間を十分な時間に変更したりする。その結果、
当然に、クランクケース温度は順当な値に増し、
ブロツク１３０からの出力は、“YES”応答１３
２に変り、続いて接合部１２０からブロツク１２
１に進み、圧縮機動作可能状態に設定され、誤動
作指示器６３を消勢する。一方、誤動作指示器６
３で引き続き更に誤動作指示があると、当然にサ
ービスマンによる保守点検を要し、その指示の原
因を調べ対策を採れるものである。

上述のように、本発明を実施するのに、米国イ
ンテル社型番8049マイクロプロセツサを用いた
が、米国カルフアルニア州95051サンタ・クララ
のインテル社の1978年著作権のマニユアルである
“INTEL^R MCS−48^TM Family of Single Chip.
Microcomputers−−User´s Manual”が参考資料
になるでしよう。

以上のように、本発明の熱ポンプ冷凍装置用の
圧縮機クランクケース温度差制御装置によれば、
クランクケースの異常低温を検出することによ
り、冷媒と圧縮機潤滑油との相互関係に異常があ
るが否かをチエツクでき、異常状態での運転続行
による機器損傷を防止できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例装置である圧縮機
クランクケース温度差制御装置のブロツク図を、
さらに、第２図は、第１図に示す同実施例装置の
制御フローチヤートすなわち流れ図を示してい
る。図中、１０……室内熱交換器（又は室内コイル）、１
２……室外熱交換器（又は室外コイル）、１４…
…圧縮機、１５……制御装置、１６……四方切換
弁、１７……電源、１８……制御器、１９……ク
ランクケース加熱装置、２０……膨張装置、２
１，２２，２４，２５および２６……配管、３１
……室外外気温度検出器又はTODAS、３４……
圧縮機クランクケース温度検出器又はTCCS、４
０……マルチプレクサ、４２……室内サーモスタ
ツト又はSTAT、４７……附属制御器、５０……
マイクロプロセツサ、５４……アナログ・デジタ
ル変換器又はＡ／Ｄ、６３……誤動作指示器、６
５……誤動作リセツト。

Claims

【特許請求の範囲】１クランクケース加熱装置を有する冷媒圧縮装
置と、冷媒圧縮制御装置と、室内および室外コイ
ルと、さらにこのコイルおよび上記冷媒圧縮装置
を連結する冷媒配管とからなる熱ポンプ冷凍装置
の圧縮機クランクケース温度差制御装置におい
て、室外気温度検出器と、上記圧縮装置のクラン
クケース温度検出器と、室内の冷房または暖房指
令を行う室内温度検出器と、上記室外、室内およ
びクランクケース温度検出器に接続される制御器
とを備え、上記制御器は、上記室外気温度と第１
の所定温度とを比較する第１比較手段と、上記圧
縮機クランクケース温度と室外気温度との温度差
を、第２の所定温度と比較する第２比較手段と、
上記室内温度検出器からの指令信号の上記冷媒圧
縮制御装置への伝達を制御して上記圧縮装置を動
作可能状態または動作禁止状態にする制御手段と
からなり、上記制御手段は上記第１比較手段によ
る比較結果が、室外気温度＞第１の所定温度のと
き上記圧縮装置を動作可能状態とし、第１比較手
段による比較結果が室外気温度＜第１の所定温度
のときには、さらに上記第２比較手段の比較結果
が圧縮機クランクケース温度−室外気温度＞第２
の所定温度のとき上記圧縮装置を動作可能状態と
し、圧縮機クランクケース温度−室外気温度＜第
２の所定温度のときは上記圧縮装置を動作禁止状
態とすることを特徴とする圧縮機クランクケース
温度差制御装置。２特許請求の範囲第１項において、制御手段は
室内温度検出器からの圧縮装置の動作を要求する
信号を圧縮装置に伝達するための常閉接点を有
し、この常閉接点を開成することにより、前記圧
縮装置の動作を禁止することを特徴とする圧縮機
クランクケース温度差制御装置。