空调装置的制作方法

专利名称：空调装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在成为跨临界循环的空调装置中由压缩机排出的冷冻机油滞留在散热器内时的回油处理。
背景技术：
在以往的使用氟利昂系制冷剂的空调装置中，使用了具有相对于液态制冷剂易于溶解的相溶性的冷冻机油。特别是在冷冻循环复杂且大型的高楼空调用途中是典型的，具有冷冻机油难以滞留于循环内的液态制冷剂所存在的位置的优点。但是，由于近年来的ニ氧化碳这样的自然制冷剂化的倾向，针对压缩机等机械要 素，需要高粘度的冷冻机油。高粘度的冷冻机油相对于制冷剂的溶解性较低，在冷冻循环内易于滞留。如果滞留在换热器内，则传热性能降低，如果滞留在换热器、配管或容器内，则压缩机内部的油量降低，可靠性受损。与此相对应地，有的空调装置若使压缩机以低频运行则使室内换热器成为散热器，增加频率而进行回油运行(例如參照专利文献I)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2008 — 107060号公报(第11 — 12页、图3)

发明内容
发明所要解决的问题但是，以往的空调装置以滞留在室内换热器内的冷冻机油为对象，并未考虑滞留在室外换热器内的冷冻机油。另外，存在着室内换热器具有多个，但并未设想其一部分停止等的部分负荷这样的问题。而且，由于成为跨临界循环，因此不能够应用氟利昂类制冷剂中的两相制冷剂ー冷冻机油系统、液态制冷剂ー冷冻机油系统中的、以制冷剂为过热气体状态的位置为主体的回油技术，没有研究散热器、高压配管、高压容器中的超临界制冷剂ー冷冻机油系统中的回油技术。本发明是为了解决如上所述的问题而做成的，获得ー种能够使滞留在跨临界循环的超临界侧的冷冻机油返回压缩机的、提高了可靠性的空调装置。用于解决问题的方案本发明的空调装置使用压缩机、散热器、膨胀机构、在连接有蒸发器的冷冻循环用的制冷剂回路中成为跨临界循环的制冷剂、相对于上述制冷剂相溶性较小的冷冻机油，其中，该空调装置具有设置在上述制冷剂回路上的流量调整机构和控制上述流量调整机构的流量控制部件，在上述散热器的出口侧的制冷剂速度小于规定的阈值的情况下，利用上述流量控制部件使上述散热器的出口侧的制冷剂速度増加，至少在规定时间内进行使从上述压缩机排出的冷冻机油返回上述压缩机的回油运行。
发明效果本发明的空调装置在散热器出口侧的制冷剂速度小于规定的阈值的情况下，利用流量控制部件使散热器的出口侧的制冷剂速度増加，至少在规定时间内进行使从压缩机排出的冷冻机油返回压缩机的回油运行。因此，从压缩机排出的冷冻机油适当地返回压缩机，空调装置的可靠性提高。


图I是表示本发明的实施方式I中的空调装置的结构图。图2是表示制冷运行时的控制装置40的结构与作用的图。图3是表示制热运行时的控制装置40的结构与作用的图。图4是表不室外热交换量与风扇风速及传热面积之间的关系的图。图5A是表示制冷运行时的控制装置的控制的流程图。图5B是紧接着图5A的流程图。图6是表示流动方式的贝克(Baker )线图。图7A是表示制热运行时的控制装置的控制的流程图。图7B是紧接着图7A的流程图。
具体实施例方式实施方式I.图I是表示本发明的实施方式I中的空调装置的制冷剂回路图的图。以下，说明本发明的实施方式I。在图I中，I表示室外机，10p、10q表示室内机，15表示与室外机I相连接的气体主管，13p、13q表示与室内机10p、10q相连接的气体支管，14表示气体主管15与气体支管13p、13q之间的分支点，7表示与室外机I相连接的液体主管，9p、9q表示与室内机10p、10q相连接的液体支管，8表示液体主管7与液体支管9p、9q之间的分支点。在室外机I内，在压缩机2的排出侧具有分油器17、流路切换用的四通阀3。4a、 4b,4c表示传热面积互不相同的换热器的通路(path)，整体构成了室外换热器4。5表示过冷却换热器、6表示室外膨胀机构，依次与液体主管7连接。另外，压缩机2的吸入侧依次与储液器16、四通阀3、气体主管15相连接。18表示一端与分油器17的下侧内部相连接、另一端与压缩机2的吸入侧配管相连接的回油旁路。22表示从过冷却换热器5与液体主管7之间分支、井向连接储液器16与四通阀3的配管合流的过冷却旁路。在该过冷却旁路22上连接有过冷却调整阀21、过冷却换热器
5。16a表不位于与压缩机2的吸入侧相连接的储液器16中的U字管，16b、16c、16d表不储液器16的回油孔。另外，40a表示室外机I的控制装置。在室内机10p、10q内，IlpUlq表示室内膨胀机构、12p、12q表示室内换热器，依次从与室内机10p、10q相连接的气体支管9p、9q与液体支管13p、13q连接。另外，40p、40q分别表示室内机10p、10q的控制装置。压缩机2具有倒相电路，通过由倒相电路进行的电源频率的转换来控制转速，是能够控制容量的类型。另外，室外膨胀机构6、过冷却调整阀21、室内膨胀机构lip、Ilq表示能够可变地控制开度的例如电子膨胀阀。而且，在该例子中，控制装置40a控制室外膨胀机构6及过冷却调整阀21,控制装置40p、40q控制室内膨胀机构llp、llq。室外机I中的压カ传感器中的31a设置在压缩机2的排出侧，31b设置在压缩机2的吸入侧，31c设置在室外膨胀机构6与室内膨胀机构IlpUlq之间，測量各个设置位置的压力。室外机I中的温度传感器中的32a设置在压缩机2与分油器17之间，32b设置在压缩机2与储液器16之间，32c设置在室外换热器4与四通阀3之间，32d设置在室外换热器4与过冷却换热器5之间，32 e设置在过冷却换热器5、室外膨胀机构6及过冷却调整阀21之间，32j设置在过冷却换热器5、储液器16及四通阀3之间，測量各个设置位置的温度。另外，温度传感器32k測量室外机I的周围温度。室内机10p、10q内的传感器中的32f、32g设置在室内换热器12p、12q与室内膨胀机构llp、llqt_，32h、32i设置在室内换热器12p、12q与气体支管13p、13q之间，测量各
个设置位置的温度。如上所述，在室外机I、室内机10p、10q中分别设有例如由微型计算机构成的控制装置40a、40p、40q。这些控制装置根据压カ传感器31、温度传感器32的測量信息、由空调装置的使用者指示的运行内容(负荷要求)，控制压缩机2的运行频率、四通阀3的流路切換、室外换热器4的热交换量、室外膨胀机构6的开度、过冷却调整阀21的开度、室内膨胀机构IlpUlq的开度等。而且，这些控制装置能够发送接收例如包括各种数据等的通信。另外，以下，将表示各个控制装置40a、40p、40q的控制装置整体的情况作为控制装置40来进行说明。在此，分开将控制装置40a设置在室外机I中，将控制装置40p、40q设置在室内机10p、10q中，也可以集中设置在ー个位置。另外，也可以利用ー个装置进行各个装置的控制。后面说明执行控制装置40的功能的内部结构。制冷剂是成为跨临界循环的物质，例如是作为自然制冷剂的ニ氧化碳。以往的氟利昂系制冷剂在冷冻循环中未使用超临界状态而仅是气相 液相 气液两相。作为冷冻循环中的动作状态、控制目标，广泛使用“饱和温度”、“过冷却度”、“过热
反 o与此相对，ニ氧化碳除了气相 液相 气液两相以外还能够成为超临界状态。“气体”主管、“过冷却”换热器等名称不是表示制冷剂状态的名称，当然也包括超临界状态。在此，考虑在超临界状态下对以往的氟利昂系制冷剂所广泛使用的“饱和温度”、“过冷却度”、“过热度”的概念也进行类似解释。“过冷却”这样的概念未包括临界压力以上，但是通过利用(“近似”饱和温度)=(成为压カ值与临界焓的温度)来定义临界压カ以上的压カ值中的“近似”饱和温度，从而能够设为(“近似”过冷却度)=(“近似”饱和温度)一(温度)来进行定义。以下，对“近似”饱和温度、“近似”过冷却度进行与临界压力以下的饱和温度、过冷却度相同的处理。另外，也可以定义为(“近似”饱和温度)=(压カ值中的定压比热达到极大值时的温度)、(“近似”过冷却度)=(“近似”饱和温度)一(温度)。通过如此定义，能够移用与以往的氟利昂系制冷剂中的蒸气压缩循环相同的控制方法，能够减少设计负担，能够确保可靠性。接着，说明该空调装置中的运行动作。首先说明制冷运行时的动作。四通阀3沿图I的实线方向进行连接。另外，室外膨胀机构6设定为全开或接近于全开的状态，而且，过冷却调整阀21、室内膨胀机构IlpUlq设定为适当的开度。该情况下的制冷剂的流动如下所述。在通过分油器17时混在制冷剂中的冷冻机油的大致大部分与从压缩机2排出的高压高温的制冷剂气体分离而滞留在内侧底部，从此处通过回油旁路18到达压缩机2的吸入侧。由此，能够减少存在于分油器17到储液器16中的冷冻机油，具有改善压缩机可靠性的效果。另ー方面，冷冻机油所占的比例降低了的高压高温的制冷剂，经四通阀3在室外换热器4中散热而成为高压低温的制冷剂，进入过冷却换热器5。从过冷却换热器5出来并分支的一方流体被过冷却调整阀21适当地调整流量而成为低压的制冷剂，与从室外换热器4出来的制冷剂在过冷却换热器5内进行热交換。从室外换热器4出来的制冷剂若从过冷却换热器5出来，则成为高压且温度更低的制冷剂。从过冷却换热器5出来的一方低压制冷剂到达连接储液器16与四通阀3的配管。由此，在相同能力的情况下，由于焓差増大，因此能够減少所需制冷剂流量，具有·由压カ损失减少带来的性能改善的效果。而且，能够减少从室外机出来并经由室内机再次返回室外机的路径中的冷冻机油，具有改善压缩机可靠性的效果。另外，此处所说的高压、低压是表示制冷剂回路内的压カ的相对关系(对于温度也是ー样的)。另ー方面，从过冷却换热器5出来的高压制冷剂通过室外膨胀机构6，但是由于完全打开，因此不会较大地减压而作为高压低温的制冷剂供给到液配管7。之后，在液体主管7的分支点8处分支,通过液体支管9p、9q,进入室内机10p、10q内，被室内膨胀机构lip、Ilq减压而成为低压低干燥度的两相制冷剂。然后，在室内换热器12p、12q中蒸发、气化，经气体配管13p、13q、气体主管的分支点14、气体主管15、四通阀3、储液器16被吸入压缩机2。若两相制冷剂流入储液器16内，则液态制冷剂滞留在其下部，从U字管16a的上方开ロ部流入的富含气体的制冷剂被吸入压缩机2。能够暂时防止压缩机2的液体回流直到将过度的液体、两相制冷剂滞留在储液器16内而产生溢流，能够获得压缩机可靠性的改
善效果。另外，未能用分油器17分离出来的冷冻机油需要花费较长的时间在制冷剂回路内循环而滞留在储液器16内。根据储液器16内的状态，存在有如下3种情况的冷冻机油的动作。第一种是没有液态制冷剂的情况，若某一-!'亘定量的冷冻机油滞留，则从位于比U字管16a的上方开ロ部靠最下方的位置的U字管的回油孔16b向压缩机2回油。第二种是在储液器16内有液态制冷剂且冷冻机油密度大于液态制冷剂密度的情況。在该情况下，在储液器16内冷冻机油未溶解于制冷剂而滞留在液态制冷剂的下方，因此与第一种情况相同。第三种是在储液器16内有液态制冷剂且冷冻机油密度小于液态制冷剂密度的情况，在储液器16内冷冻机油未溶解于制冷剂而滞留在液态制冷剂的上方。在该情况下，冷冻机油根据储液器16内的液面高度从回油孔16b、16c、16d向压缩机2回油。在上述三种情况中的任意情况下，通过向压缩机2供给冷冻机油，能够减少储液器16内的滞留油量，能够获得压缩机的可靠性提高、由冷冻机油的封入油量减少带来的成本改善这样的效果。但是，滞留在储液器16下部的、或者溶解于冷冻机油中的液态制冷剂从回油孔16b、16c、16d被吸入压缩机2,若液态制冷剂被过度吸入压缩机,则由于压缩机故障等，压缩机可靠性受损。与此相对，通过设定适度的U字管形状与回油孔形状，从而制冷剂相对于压缩机具有适度的吸入干燥度，能够使储液器具有能够仅使冷冻机油回油的功倉^:。接着，说明利用该空调装置中的控制装置40进行的控制动作。图2是表示制冷运行时的控制装置40的结构及作用的图。在制冷运行中，室内换热器12p、12q成为蒸发器，因此，在此以发挥规定的热交换能力的方式设定蒸发温度(蒸发器的两相制冷剂温度)，将实现该蒸发温度的低压值设定为低压目标值。然后，利用压缩机控制部件41进行借助于变换器(inverter)的压缩机2的转速控制(运行容量控制)。压缩机2的运行容量被控制为由压カ传感器32b测量的低压值确定的目标值、例如与饱和温度10°C相当的压力。另外，同时通过转速控制，使冷凝温度(由散热器的压カ实现的“近似”饱和温度)也发生变化，但是为了确保性能、可靠性而作为“近似”冷凝温度设定恒定的范围，将实现该“近似”冷凝温度的压カ值设定为高压目标值。基于根据室外换热器4的热交换量、室内换热器12p、12q的 热交换量预先确定了用于输送作为传热媒介的空气、水的风扇转速、泵流量的状态，利用压缩机控制部件41与室外热交换量控制部件42控制为使由压カ传感器31a、31b测量的压カ处于目标范围内。另外，室外换热器4的传热面积通过热交换开闭阀23 (23a、23b、23c)的开闭操作而利用通路4a、4b、4c来进行调整。另外，利用室内过热度控制部件43将室内膨胀机构llp、llq开度控制为利用(温度传感器32h的温度)一(温度传感器32f的温度)、(温度传感器32i的温度一温度传感器32g的温度)计算出的室内换热器12p、12q的出口过热度成为目标值。作为该目标值，使用预先确定的目标值、例如2°C。通过控制为成为目标的出口过热度，能够将蒸发器内的两相状态的制冷剂所占的比例保持为理想的状态。另外,室外膨胀机构6被控制为利用室外膨胀控制部件45预先确定的初始开度、例如全开或接近于全开的开度。另外，过冷却调整阀21的开度被过冷却换热器过热度控制部件44控制为利用(温度传感器32j的温度)一(根据利用压カ传感器31b测量的压カ换算得到的饱和温度)计算出的过冷却换热器5的低压侧出ロ过热度目标值。作为该目标值例如使用2°C，能够实现与过冷却换热器5的规格相匹配的热交換。而且，流量控制部件46为了调节散热器的制冷剂流量(或者制冷剂流速)而控制压缩机2的容量与室外换热器4的热交换量。在此，压缩机控制部件41、室外热交换量控制部件42、过冷却换热器过热度控制部件44、室外膨胀控制部件45及流量控制部件46设在位于室外机I中的控制装置40a中，室内过热度控制部件43设在位于室内机10p、10q中的控制装置40p、40q。接着，说明制热运行的动作。四通阀3沿图I的虚线方向进行连接。室外膨胀机构6以在室外膨胀机构6的前后产生适度的压カ差的方式预先设定了开度。过冷却调整阀21设定为全闭，室内膨胀机构llp、llq设定为适度的开度。该情况下的制冷剂的流动如下所述。从压缩机2排出的高压高温的制冷剂气体经分油器17、四通阀3流入气体主管15。分油器17进行与制冷运行时的记载相同的动作。经气体主管15供给到室内机10p、10q的制冷剂在室内机10p、10q内的室内换热器12p、12q中散热而成为高压低温，被膨胀阀IlpUlq减压，以中间压カ成为液相或者饱和地接近于液体的两相制冷剂。中间压カ的制冷剂在通过了液体主管7之后流入室外机1，但是通过室外膨胀机构6而成为低压两相状态。成为低压两相状态的制冷剂通过过冷却换热器5，在室外换热器4中蒸发而成为低压低温的制冷剂，经储液器16被吸入压缩机2。储液器16进行与制冷运行时的记载相同的动作。过冷却调整阀21为全闭且没有流体，在过冷却换热器5中没有热交換。如果在过冷却调整阀21中有流体，则进行热交换，与此相对应地性能降低。图3中表示制热运行时的控制装置40的结构及作用。在制热运行中，室内换热器12p、12q成为散热器，因此，在此以发挥规定的热交换量的方式设定“近似”冷凝温度，将实 现该“近似”冷凝温度的高压值设定为高压目标值。而且，利用压缩机控制部件41进行借助于变换器的压缩机2的转速控制。压缩机2的运行容量被控制为由压カ传感器31a测量出的高压值确定的目标值、例如与“近似”饱和温度50°C相当的压力。另外，同时通过转速控制，使室外换热器4的蒸发温度发生变化，但是为了确保能力、可靠性而设定恒定的范围，将实现该蒸发温度的低压值设定为低压目标值。基于根据室外换热器4的热交换量、室内换热器12p、12q的热交换量预先确定了用于输送作为传热媒介的空气、水的风扇转速、泵流量的状态，利用压缩机控制部件41与室外热交换量控制部件42控制为使由压カ传感器31b测量的低压值处于目标范围内。另外，借助于室内过冷却度控制部件47，室内膨胀机构IlpUlq被开度控制为利用(根据由压力传感器31a测量的压カ換算的“近似”饱和温度)一(温度传感器32f的温度)、(根据由压力传感器31a测量的压カ換算得到的“近似”饱和温度)一(温度传感器32g的温度)计算的室内换热器12p、12q的出口过冷却度成为目标值(温度)。作为该目标值,使用预先确定的目标值、例如10°C。另外，过冷却调整阀21被固定控制为利用过冷却换热器过热度控制部件44预先确定的初始开度、例如全闭或接近于全闭的开度。另外，室外膨胀机构6被室外膨胀控制部件45开度控制为使(由压力传感器31c测量的压力)成为(实现“近似”冷凝饱和温度的压カ值)和(由(“近似”饱和温度)一(室内换热器出ロ过冷却度的目标值)确定的焓与CO2的饱和焓一致时的压力)。 而且，流量控制部件46为了调节散热器的制冷剂流量(或制冷剂流速)而控制压缩机2的容量与室内膨胀机构llp、llq。另外，压缩机控制部件41、室外热交换量控制部件42、过冷却换热器过热度控制部件44、室外膨胀控制部件45及流量控制部件46设在位于室外机I中的控制装置40a，室内过冷却度控制部件47设在位于室内机10p、10q中的控制装置40p、40q。在此，若观察制热运行与制冷运行的不同点，则在制冷运行中，在液体主管7、液体支管9p、9q中存在有高压的液态制冷剂，另ー方面，在制热运行中，在液体主管7、液体支管9p、9q在存在有中间压カ的液相或接近于饱和液体的两相制冷剂。因而，在制热运行中，与制冷运行相比，不能够使制冷剂充分地滞留在液体主管7、液体支管9p、9q中而产生剰余的制冷剂，该剩余制冷剂作为液态制冷剂存在于储液器16。在大容量化了的空调装置中，由于液体主管7、液体支管9p、9q的管径、配管长度增加，因此剩余制冷剂进ー步增多。但是，若没有室外膨胀机构6，则液体主管7、液体支管9p、9q内的制冷剂为低压两相，剰余制冷剂量増大。由于液体主管7、液体支管9p、9q内的制冷剂的密度较大，因此通过室外膨胀机构6的开度调整，抑制了剰余制冷剂量。而且，若在制冷运行时适度地调整室外膨胀机构6的开度，则制冷运行时的液体主管7、液体支管9p、9q的液态制冷剂減少，因此能够抑制制热运行时的剩余制冷剂。—般换热器内的容积是室外换热器4大于室内换热器12p、12q,作为散热器进行使用时的容积差成为制热时的剩余制冷剂。对换热器内的剰余制冷剂与上述液体主管7、液体支管9p、9q的剰余制冷剂之和乘以安全系数得到的值成为储液器容积。若空调装置的储液器的总和较大，则给成本 紧凑性带来影响。另外，过冷却换热器5在制冷时使用，在制热时不使用。这是为了減少制冷时的低压侧回路的压カ损失。与氟利昂系制冷剂不同，在使用热输送能力较大的CO2吋，压カ损失较小，因此认为不必设置过冷却换热器5。但是，为了改善制热时的传热性能，若以室内换热器12p、12q的散热性能为主体进行设计，则通路数减小，因此制冷时的压力损失有可能比氟利昂系制冷剂大，过冷却换热器5对同时实现制冷 制热性能也是有效的。以上，说明了制冷运行与制热运行的动作，但是这是室内负荷为与空调装置的额 定能力相等的额定负荷的情況。接着，说明室内负荷小于空调装置的额定能力的部分负荷的情况。首先，说明制冷运行时的部分负荷。若室内负荷较小，则与此相对应地室内机的运行台数減少，存在有停止运行的室内机。若室内机IOp停止运行，则室内膨胀机构Ilp的开度为0，制冷剂循环量为O。另外，室内换热器12p为低压气体，即使停止运行，制冷剂也不会停滞。由于制冷剂循环量为0，因此与制冷剂一起流动的冷冻机油不会滞留，确保压缩机
可靠性。由干与室内机的一部分停止运行相对应地将蒸发温度保持为恒定，因此压缩机频率减小。由于室内热交换量与压缩机输入減少，因此，为了使(室外热交换量)=(室内热交换量)+ (压缩机输入)成立，室外热交换量降低。图4是表不室外热交换量与风扇风速及传热面积之间的关系的图。为了使室外热交換量降低，首先使风扇风速减小。若风扇风速为某ー恒定的下限值，则由于进一歩使室外热交换量降低，因此使传热面积減少。如果热交換开闭阀23a、23b、23c全部打开，则首先关闭23a，使风扇风速增速。此时的风扇风速小于热交換开闭阀全部打开时的最大风速。这是为了在切换热交换开闭阀时使室外热交换量连续地变化。而且，在使室外热交换量降低的情况下，使风扇风速减小。若风扇风速为某ー恒定的下限值，则由于进一歩使室外热交换量降低，因此使传热面积減少。关闭热交換开闭阀23b，使风扇风速增速。接着，说明制热运行时的部分负荷。若室内负荷较小，则与此相对应地室内机的运行台数減少，存在有停止运行的室内机。若室内机IOp停止运行，则室内膨胀机构Ilp的开度微小地打开，制冷剂循环量微小。这是因为，若将室内膨胀机构IlP的开度设为全闭，则室内换热器IOp内的制冷剂马上冷却而成为低温的高密度制冷剂且停止室内机内的制冷剂量增加，因此抑制冷冻循环的制冷剂分布混乱、所需制冷剂量减少且控制安定性受损的情況。但是，由于制冷剂循环量微小，因此冷冻机油易于滞留。但是如果使制冷剂循环量増加，则不会与负荷相应地使室内机停止，因此为了调整负荷，制冷剂流量也设为微小。针对冷冻机油的滞留，通过后述的回油运行确保压缩机可靠性。由干与室内机的停止相应地将“近似”冷凝温度保持为恒定，因此压缩机频率减小。由于室内热交换量与压缩机输入減少，因此为了使(室外热交换量)=(室内热交换量)+ (压缩机输入)成立，室外热交换量降低。该降低时的控制装置的操作与制冷相同。如上所述，由于进行控制，因此在制冷运行与制热运行吋，即使室内负荷发生变动，空调装置也都能够进行追随。接着，说明与制冷剂一起在冷冻循环内循环的冷冻机油。首先说明制冷运行的情况。一般在额定负荷的情况下，制冷剂循环量较大，冷冻机油难以滞留。但是，由于具有非相溶性，因此若为高压低温制冷剂，则流速较小，因而倾向于冷冻机油易于在循环内滞留。特别是在部分负荷中尤为显著且需要将制冷剂流速设为某ー值以上。图5A及图5B是表示制冷运行时的控制装置40的控制的一个例子的流程图，说明该动作。首先，在步骤SO中，压缩机2等起动而开始空调装置的制冷运行。在步骤SI中，构成控制装置40的各个控制部件设定由与各个传感器的初始状态检测相应的初始设定得到的固定值。接着，在步骤S2中，在空调装置的运行开始之后，对是否经过了预先确定的规定·时间(例如5分钟、10分钟等)进行判断。在步骤S2中，在运行开始之后，若判断为经过了上述规定时间，则在步骤S3中，根据压カ传感器31 (31a等)及温度传感器32 (32a等)、以及室内机10p、10q的使用状况(负荷状況)等信息(数据)，除了流量控制部件46的其他控制部件(40、41、42、43、44、45)进行各个控制对象的控制。然后，在步骤S4中，对预先确定的规定时间(例如5分钟、10分钟等)的时间经过进行判断。在此，相对于其他控制部件按照各自固有的控制指令发出的时间间隔(例如I分钟)进行实施，流量控制部件46以比其充分大的时间间隔(例如5分钟)执行步骤S4而进行流量控制部件46的实施判定。这是为了防止波动等的发生，使控制安定。在步骤S4中，如果经过了上述规定时间，则在步骤S5中计算作为散热器的室外换热器4的出口侧的制冷剂速度。该计算能够按照以下所述进行。压缩机控制部件41与室外热交换量控制部件42具有高压的目标值与低压的目标值，对低压目标值利用温度传感器32b的检测值与压缩机频率计算制冷剂循环量。然后，利用高压目标值与温度传感器32d的检测值计算散热器出ロ密度。进而根据热交換开闭阀23a、23b、23c的开闭状态、预先存储在控制装置40中的各个散热器的通路数与散热器的传热管的截面积，能够计算出室外换热器4的出ロ侧的平均制冷剂速度。在步骤S6中，如果计算值为预先确定的阈值以上，则油料不会滞留，因此返回步骤S3。但是，若由于负荷侧要求、大气温度等环境条件而成为部分负荷运行，则制冷剂速度降低，若计算值小于阈值，则进入步骤S7。在步骤S7中，存储当前的热交换开闭阀23a、23b、23c的开闭状态、室外换热器4的风扇风速、压缩机2的频率。然后，如果为状态A (热交換开闭阀23a:闭；23b:闭；23c:开)，则进入步骤S10。在此，由于没有应关闭的开闭阀，因此为了使流速增加而使压缩机2的频率增加。然后，在步骤Sll中，利用在步骤S5中示出的方法计算增速后的制冷剂速度，在步骤S12中，如果该计算值大于预先确定的第2阈值，则进入步骤S40。在步骤S12中，如果其为第2阈值以下，则返回步骤S10。如果在步骤S8中为状态B (热交換开闭阀23a :闭；23b :开；23c :开)，则进入步骤S20。在步骤S20中，关闭开闭阀23c，为了补充室外换热器4的传热面积因通路4c而减少的量而使风扇风速增加。在步骤S21中，利用在步骤S5中示出的方法计算制冷剂速度，在步骤S22中，如果该计算值大于预先确定的第2阈值，则进入步骤S40。如果其为第2阈值以下，则进入步骤S23。在步骤S23中使压缩机2的频率增加，在步骤S24中计算制冷剂速度，在步骤S25中，如果该计算值大于第2阈值，则进入步骤S40。在步骤S25中，如果其为第2阈值以下，则返回步骤S23。如果在步骤S8中为状态C (热交換开闭阀23a :开；23b :开；23c :开)，则进入步骤30。在步骤S30中，若关闭热交換开闭阀23c，则室外换热器4的传热面积减少通路4c的量，因此为了对其进行补充而使风扇风速增加。然后，在步骤S31中计算制冷剂速度，在步骤S32中，如果该计算值大于第2阈值，则进入步骤S40。另ー方面，如果其为第2阈值以下，则在步骤S33中关闭开闭阀23b，増加风扇风速来对室外换热器4的传热面积因通路4b而减少的量进行补充。进而，在步骤S34中计算制冷剂速度，在步骤S35中，如果该计算值大于第2阈值，则进入步骤S40。如果其为第2阈值以下，则在步骤S36使压缩机2的频率増加。然后，在步骤S37中计算制冷剂速度，在步骤S38中，如果该计算值大于第2阈值，则进入步骤S40，如果为以下，则返回步骤S36。在步骤S40中，如果经过了预先确定的规定时间，则进入步骤S41。在步骤S41中，返回到在步骤S7中存储的状态，返回步骤S3。通过如上所述利用散热器出ロ的制冷剂速度进行控制，从而能够保持控制安定性同时不使冷冻机油滞留。作为制冷剂速度的阈值，以往凭经验设定了设计值。但是，看不到关于超临界状态下的油料的流动方式的见解、设计方法。以往，在空气一水类的液泛速度式中使用气体制冷剂物性与冷冻机油物性，设定了制冷剂速度的阈值。但是，在超临界低温制冷剂与冷冻机油中密度差较小，若在液泛速度式中代入物性，则在验算上成为未滞留那样的結果。但是，通过可视化实验等，滞留油量以在液泛速度式中代入冷冻机油与制冷剂的物性而得到的值(例如0. 2[m/s])以上的制冷剂速度増加，此时能够获得流动方式发生变化的結果。图6是表示流动方式的贝克线图，具有若从环状流变化为层状流(在图6中为分层流)则滞留油量增加这样的见解。贝克线图也是空气一水系的两相流动方式，但是公知表示 与将低粘度的制冷剂置换为“空气”、将高粘度的冷冻机油置换为“水”相同的动作。而且，根据上述可视化实验空调装置的运行状态能够求出制冷剂流速的阈值。在CO2制冷剂的大致代表性的使用条件下，是从0.4[m/s]到0.6[m/s]之间。但是，也考虑到例外的情况，本实施例中的CO2制冷剂的速度的阈值设为从0. 3 [m/s]到0. 7 [m/s]之间。另外，第2阈值是根据使在某一特定时间内滞留的冷冻机油返回的情况而定，大于上述阈值，例如上述阈值的I. 5倍为第2阈值。图7A及图7B是表示制热运行时的控制装置40的控制的一个例子的流程图。该情况与制冷运行时不同，散热器为室内换热器12p、12q。首先，在步骤SlOO中，压缩机2等起动而开始空调装置的制热运行。在步骤SlOl中，构成控制装置40的各个控制部件设定为由与各个传感器的初始状态检测相应的初始设定得到的固定值。接着，在步骤S102中，在空调装置的运行开始之后，对是否经过了预先确定的规定时间(例如5分钟、10分钟等)进行判断。在步骤S102中，在运行开始之后，若判断为经过了上述规定时间，则在步骤S103中，根据压カ传感器31 (31a等)及温度传感器32 (32a等)、以及室内机10p、IOq的使用状况(负荷状況)等信息(数据)，除了流量控制部件46的其他控制部件(40、41、42、47、44、45 )进行各个控制对象的控制。然后，在步骤S104中，对室内机的运行停止状态进行判断。这是因为在运行时与停止时室内换热器内的动作不同。特别是如果室内机停止运行，则温度传感器的误检测较多，需要改变计算方法。在室内机运行时，在步骤S105中与制冷运行时相同地计算制冷剂速度。在步骤S106中，如果该计算值为预先确定的阈值以上，则冷冻机油不会滞留，因此返回步骤S103。在步骤S106中，如果计算值小于阈值，则在步骤SI 10中存储室内膨胀机构lip、IIq与压缩机2的频率。接着，在步骤S112中增大室内膨胀机构IlpUlq的开度，使制冷剂循环量增加。然后，在步骤S113中计算制冷剂速度，在步骤S114中，如果该计算值大于预先确定的第2 阈值，则进入步骤S117。如果该计算值为第2阈值以下，则在步骤S115中对室内膨胀机构的开度进行判断，如果该开度不是最大，则返回步骤S112。如果该开度达到最大，则在步骤S116中使压缩机2的频率增加并进入步骤S117。在步骤SI 17中，如果经过了恒定时间，则在步骤SI 18中，返回到在步骤SI 10中存储的状态，返回步骤S103。在步骤S104中，在室内机停止的情况下也进行与上述大致相同的操作。但是，在图7B中省略了流程的一部分。另外，在此，在与步骤S112对应的步骤S132中，使室内膨胀机构lip、Ilq增加,并且使压缩机2的频率增加。而且，室内机IOq也比照室内机IOp被进行控制。另外，也可以省略图7B中的Slll与S131的步骤，在上述说明中，作为没有这些步骤的情况来进行说明。由于本实施方式的空调装置形成为如上所述的结构，因此不管在哪种运行状况下，都不会在散热器内滞留较多的冷冻机油，能够适当地确保装置的可靠性。在以上实施例中，说明了直接制冷剂冷却方式的空调装置，但是本发明也能够应用于像冷风装置那样使用输送媒介间接地进行空气调节的装置中。另外，说明了室内机全部为制冷与制热中的任意一者的冷暖切换方式，但是即使是冷暖同时方式，如果换热器为散热器，则也能够获得相同的效果。另外，ニ氧化碳的冷冻循环由于效率较低，因此也可以利用膨胀机构来进行动カ回收，改进性能。另外，在本实施例中，作为计算值计算了平均制冷剂速度，但是如果利用通路平衡较差的散热器预先掌握最差的制冷剂速度，则也可以计算以该通路为对象的制冷剂速度。由此利用所滞留的通路来进行判断，因此可靠性提高。附图标记说明I室外机；2压缩机；3四通阀；4室外换热器；4a、4b、4c室外换热器的通路；5过冷却换热器；6室外膨胀机构；7液体主管；8液体主管的分支点；9p、9q 液体支管；10p、IOq室内机；llp、llq室内膨胀机构；12p、12q室内换热器；13p、13q气体支管；14气体主管的分支点；15气体主管；16储液器；16aU字管；16a、16b、16c回油孔；17分油器；18回油旁路；19毛细管；21过冷却调整阀；22过冷却旁路；23(23a、23b、23c)热交换开闭阀；31(31a、31b、31c)压カ传感器；32 (32a 32k)温度传感器；40 (40a、40p、40q)控制装置；41压缩 机控制部件；42室外热交换量控制部件；43室内过热度控制部件；44过冷却换热器过热度控制部件；45室外膨胀控制部件；46流量控制部件；47室内过冷却度控制部件。
权利要求
1.一种空调装置，其使用压缩机、散热器、膨胀机构、在连接有蒸发器的冷冻循环用的制冷剂回路中成为跨临界循环的制冷剂、相对于上述制冷剂相溶性较小的冷冻机油，其特征在干， 该空调装置具有设置在上述制冷剂回路中的流量调整机构和控制上述流量调整机构的流量控制部件， 在上述散热器的出口侧的制冷剂速度小于规定的阈值的情况下，利用上述流量控制部件使上述散热器的出口侧的制冷剂速度増加，至少在规定时间内进行使从上述压缩机排出的冷冻机油返回上述压缩机的回油运行。
2.根据权利要求I所述的空调装置，其特征在干， 上述制冷剂速度由层状流与环状流的交界确定。
3.根据权利要求I或2所述的空调装置，其特征在干， 上述散热器具有多个，对每个上述散热器判断上述制冷剂速度，对各个散热器执行回油运行。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的空调装置，其特征在于， 上述散热器具有多个通路，上述制冷剂速度是每个上述通路的制冷剂速度中的任意一个或平均值。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的空调装置，其特征在于， 上述膨胀机构具有上述流量调整机构的功能，上述流量控制部件使上述膨胀机构的开度发生变化。
6.根据权利要求1、2或4所述的空调装置，其特征在干， 上述散热器具有多个通路，作为回油运行条件的上述制冷剂速度是每个上述通路的制冷剂速度中的任意ー个或平均值，在上述散热器的入ロ设置多个开闭阀，上述膨胀机构具有上述流量调整机构的功能，具有从上述压缩机的出口到上述蒸发器的入口的多个路径，在某一散热器出口侧的制冷剂速度小于某ー阈值的情况下，将与制冷剂速度为上述阈值以上的其他几个散热器对应的开闭阀关闭。
7.根据权利要求I至4中任一项所述的空调装置，其特征在干， 上述压缩机是能够根据频率变更控制容量的压缩机，上述流量控制部件使上述压缩机的频率发生变化。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的空调装置，其特征在干， 上述制冷剂为~■氧化碳。
9.根据权利要求8所述的空调装置，其特征在干， 上述阈值处于0. 3 [m/s]到0. 7 [m/s]之间。
全文摘要
一种空调装置，其使用压缩机、散热器、膨胀机构、在连接有蒸发器的冷冻循环用的制冷剂回路中成为跨临界循环的制冷剂、相对于上述制冷剂相溶性较小的冷冻机油，其中，该空调装置具有设置在上述制冷剂回路中的流量调整机构和控制上述流量调整机构的流量控制部件，在上述散热器的出口侧的制冷剂速度小于规定的阈值的情况下，利用上述流量控制部件使上述散热器的出口侧的制冷剂速度增加，至少在规定时间内进行使从上述压缩机排出的冷冻机油返回上述压缩机的回油运行。
文档编号F25B43/02GK102844631SQ20108006584
公开日2012年12月26日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者岛津裕辅, 高山启辅, 鸠村杰 申请人:三菱电机株式会社