JP2000346474A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２段圧縮機構を備えた冷凍装置において、単
段圧縮運転時に停止側の圧縮機に冷媒が溜まり込むのを
防止する。 【解決手段】 ２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な
２段圧縮機構１を備えた冷凍装置であって、単段圧縮運
転時に停止側圧縮機９への冷媒の流入を防止する冷媒流
入防止手段１４，１５，２１を備える。単段圧縮運転時
に停止側圧縮機9 への冷媒の流入を防止できるように、
該停止側圧縮機9 の吸入側配管12と吐出側配管13に、そ
れぞれ開閉弁14,15 を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２段圧縮運転と単
段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構を備えた冷凍装置に
関し、特に、単段圧縮運転時における停止側圧縮機での
冷媒の滞留防止対策に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平４−８０５４５
号公報に示されているように、蒸発圧力が低くて高圧縮
比の運転が要求される冷凍装置では、２段圧縮式冷凍サ
イクルが採用されている。この公報に記載された２段圧
縮式冷凍サイクルの圧縮機構は、２台の圧縮機から構成
され、一方の圧縮機のみを使用する単段圧縮運転と、両
方の圧縮機を直列に使用する２段圧縮運転とを切り換え
ることができるように構成されている。

【０００３】図４に、この種の２段圧縮式冷凍サイクル
が適用された従来の空気調和装置の冷媒回路の一例を示
している。この冷媒回路は、二段圧縮機構(1) と、四路
切換弁(2) と、室内熱交換器(3) と、第１電子膨張弁
(4) と、気液分離器(5) と、第２電子膨張弁(6) と、室
外熱交換器(7) とが直列に接続された構成であり、圧縮
機構(1) は、下段側の第１圧縮機(8) と上段側の第２圧
縮機(9) とから構成されている。

【０００４】第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側
配管(13)とは、電磁弁(16)を介して互いに接続されてお
り、この電磁弁(16)の開閉状態を切り換えることで、両
圧縮機(8,9) を使用する２段圧縮運転と、第１圧縮機
(8) のみを使用する単段圧縮運転とを選択することがで
きるようになっている。

【０００５】なお、(17)はガスインジェクション動作を
行うためのインジェクション通路である。このインジェ
クション通路(17)は、２段圧縮による暖房運転時等に気
液分離器(5) 内の中間圧冷媒を圧縮機構(1) に戻すこと
により暖房能力を高めるものとして、従来より用いられ
ているものである。

【０００６】この空気調和装置において、例えば単段圧
縮による暖房運転を行う場合、ガスインジェクションは
行わず、電磁弁(16)を「開」に設定して第１圧縮機(8)
を動作させ、第２圧縮機(9) は停止させる。そして、第
１圧縮機(8) から吐出された冷媒が冷媒回路内を循環
し、その際に室内熱交換器(3) で室内空気を加熱するこ
とにより、室内が暖房される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図示の構成で
は、電磁弁(16)を開いて単段圧縮運転を行っているとき
には、第２圧縮機(9) の吸入側と吐出側が高圧になるた
め、第２圧縮機(9) に冷媒が流入して滞留する。このた
め、第２圧縮機(9) の中に液冷媒が溜まってしまい、該
第２圧縮機(9) の再起動ができなくなったり、系内の冷
媒量が不足したりすることがあった。また、第２圧縮機
(9) を再起動した場合でも、冷凍機油が第２圧縮機(9)
内の液冷媒に溶け込んで該冷媒と共に流出してしまい、
第２圧縮機(9) 内の冷凍機油が不足し、潤滑不良などの
不具合が生じることもあった。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みて創案
されたものであり、その目的とするところは、２段圧縮
機構を備えた冷凍装置において、単段圧縮運転時に停止
側の圧縮機に冷媒が溜まり込むのを防止し、上述した種
々の問題が発生しないようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、単段圧縮運転
時に停止側圧縮機(9) に冷媒を流入させないようにし
て、溜まり込みを防ぐようにしたものである。

【００１０】具体的に、本発明が講じた解決手段は、２
段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構(1)
を備えた冷凍装置を前提としている。そして、単段圧縮
運転時に停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止する冷
媒流入防止手段(14,15,21)を備えた構成としたものであ
る。

【００１１】上記構成において、冷媒流入防止手段(14,
15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側
配管(12)と吐出側配管(13)にそれぞれ設けられた開閉弁
(14,15) により構成することができる。また、冷媒流入
防止手段(14,15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機
(9) の吸入側配管(12)に設けた開閉弁(14)と、吐出側配
管(13)に、該停止側圧縮機(9) に流入する方向への冷媒
の流通を禁止するように設けた逆止弁(21)とから構成し
てもよい。

【００１２】さらに、この構成においては、単段圧縮運
転時の停止側圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配管(2
3)とを、冷媒吸引通路(22)により接続し、該冷媒吸引通
路(22)には減圧機構(24)を設けることができる。この減
圧機構(24)には、キャピラリチューブを使用することが
できる。

【００１３】−作用− 上記解決手段では、冷媒流入防止手段(14,15,21)を設け
たことにより、単段圧縮運転時に、停止側圧縮機(9) に
冷媒が流入しない。具体的には、停止側圧縮機(9) の吸
入側配管(12)と吐出側配管(13)にいずれも開閉弁(14,1
5) を設けた場合には両開閉弁(14,15) を閉じ、吐出側
のみを逆止弁(21)とした場合は吸入側の開閉弁(14)を閉
じることで、停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止で
きる。

【００１４】また、上記冷媒吸引通路(22)を設けると、
単段圧縮運転時に開閉弁(14,15) または逆止弁(21)に漏
れがあって停止側圧縮機(9) 内に冷媒が流入した場合で
も、その冷媒を、キャピラリチューブ等の減圧機構(24)
を介して低圧ガス配管(23)から動作側圧縮機に吸引でき
る。

【００１５】

【発明の効果】このように、上記解決手段によれば、単
段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) に液冷媒が溜まらない
ので、該停止側圧縮機(9) の再起動ができなくなった
り、系内の冷媒量が不足したりすることを防止できる。
また、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) を２段圧縮運
転の再開時に再起動した場合に、冷凍機油が冷媒と共に
流出することもなくなるので、該圧縮機(9) 内の冷凍機
油が不足し、潤滑不良が生じるような不具合も防止でき
る。

【００１６】さらに、冷媒吸引通路(22)を設けると、開
閉弁(14,15) や逆止弁(21)に漏れが生じて冷媒が停止側
圧縮機(9) に流入した場合でも、該停止側圧縮機(9) に
液冷媒が溜まるのを防止できるから、上述したような問
題の発生をより確実に防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る冷凍装置の実施形態
１としての空気調和装置の冷媒回路図である。この冷媒
回路は、二段圧縮機構(1) と、四路切換弁(2) と、室内
熱交換器(3) と、第１電子膨張弁(4) と、気液分離器
(5) と、第２電子膨張弁(6) と、室外熱交換器(7) とか
ら構成され、圧縮機構(1) は、下段側の第１圧縮機(8)
と上段側の第２圧縮機(9) とから構成されている。

【００１９】具体的には、第１圧縮機(8) の吐出側が後
述の第１電磁弁(14)とアキュムレータ(10)を介して第２
圧縮機(9) の吸入側に接続され、第２圧縮機(9) の吐出
側は、第２電磁弁(15)（後述する）、四路切換弁(2) 、
室内熱交換器(3)、第１電子膨張弁(4) 、気液分離器(5)
、第２電子膨張弁(6)、室外熱交換器(7) 、四路切換弁
(2) 、そしてアキュムレータ(11)を介して、第１圧縮機
(9) の吸入側に接続されている。

【００２０】第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側
配管(13)には、単段圧縮運転時に該第２圧縮機(9) への
冷媒の流入を防止する冷媒流入防止手段として、第１，
第２電磁弁（開閉弁）(14,15) が設けられている。ま
た、該吸入側配管(12)と吐出側配管(13)は、両電磁弁(1
4,15) の反第２圧縮機(9) 側の部分が、第３電磁弁(16)
を介して互いに接続されている。そして、この第３電磁
弁(16)の開閉状態を切り換えることにより、２段圧縮運
転と単段圧縮運転とを切り換えることが可能に構成され
ている。

【００２１】本実施形態１の冷媒回路は、二段圧縮運転
時に、必要に応じてガスインジェクションを行えるよう
に構成されている。このため、気液分離器(5) のガス出
口と、第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)との間に、２段
圧縮運転のときに気液分離器(5) 内のガス冷媒を第２圧
縮機(9) に送るインジェクション通路(17)が接続され、
該インジェクション通路(17)には第４電磁弁(18)が設け
られている。さらに、上記室内熱交換器(3) と第１電子
膨張弁(4) の間と、インジェクション通路(17)の第４電
磁弁(18)の上流側との間に、冷媒の一部をインジェクシ
ョン通路(17)に導入する液冷媒導入通路(19)が接続さ
れ、該液冷媒導入通路(19)には第３電子膨張弁(20)が設
けられている。

【００２２】なお、室内熱交換器(3) 及び室外熱交換器
(7) は、いずれも空気熱交換器であり、それぞれ、図示
しない室内ユニット及び室外ユニットに設けられてい
る。そして、室内ユニットには室内熱交換器(3) に空気
を供給する室内ファン（図示せず）が設けられ、室外ユ
ニットには室外熱交換器(7) に空気を供給する室外ファ
ン（図示せず）が設けられている。なお、室内熱交換器
(3) は、複数台（図では２台のみ示している）が並列に
接続されている。

【００２３】−運転動作− 次に、この空気調和装置の運転動作について説明する。

【００２４】この空気調和装置は、四路切換弁(2) を切
り換えることにより、暖房運転または冷房運転を任意に
選択して行うことができ、暖房運転では四路切換弁(2)
は図の実線側に設定され、冷房運転では破線側に設定さ
れる。また、２段圧縮運転を行う場合は、第１電磁弁(1
4)と第２電磁弁(15)が開かれて第３電磁弁(16)が閉鎖さ
れ、両圧縮機(8,9) が直列に使用される一方、単段圧縮
運転を行う場合は第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)が閉
鎖されて第３電磁弁(16)が開かれ、第１圧縮機(8) のみ
が使用される。さらに、２段圧縮運転時にガスインジェ
クション動作を行うときは、インジェクション通路(17)
の第４電磁弁(18)が開かれ、ガスインジェクション動作
を行わないときには該第４電磁弁(18)は閉鎖される。

【００２５】以下に、この空気調和装置の運転状態とし
て、まず、２段圧縮でインジェクション通路(17)を開い
て暖房運転する状態について説明する。このとき、図示
しない制御手段により、四路切換弁(2) や各電磁弁(14,
15,16,18) が上述のように制御されるのに加えて、各電
子膨張弁(4,6,20)の開度が調節され、気液分離器(5)内
の冷媒圧力が所定の中間圧力に設定されるとともに、圧
縮機構(1) の吐出側及び吸入側の冷媒圧力が、所定の高
圧及び低圧に制御される。

【００２６】この状態で、圧縮機構(1) において２段圧
縮されたガス冷媒は、四路切換弁(2) を経た後、室内熱
交換器(3) に流入する。室内熱交換器(3) において、高
温高圧のガス冷媒は室内空気と熱交換して凝縮し、室内
空気を加熱する。凝縮した液冷媒は、第１電子膨張弁
(4) を通過する際に減圧され、一部が膨張して中間圧の
気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は気液分離器(5) に
流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。液冷媒は気
液分離器(5) を流出した後、第２電子膨張弁(6)を通過
して低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器(7) に流入す
る。そして、室外熱交換器(7) において、二相冷媒は室
外空気と熱交換して蒸発し、蒸発したガス冷媒は、四路
切換弁(2) を通過した後、アキュムレータ(11)を経て第
１圧縮機(1) に吸入される。

【００２７】一方、気液分離器(5) 内のガス冷媒は、イ
ンジェクション通路(17)から第４電磁弁(18)を経て、第
２圧縮機(9) に吸入される。その際、室内熱交換器(3)
を通過した後の液冷媒の一部が液冷媒導入通路(19)に吸
引され、第３電子膨張弁(20)を通って減圧された後にイ
ンジェクション通路(17)のガス冷媒と混合して蒸発し、
第２圧縮機(9) に吸入される。このガスインジェクショ
ン動作により、室内熱交換器(3) を流れるガス冷媒の循
環量が増大し、暖房能力が向上する。

【００２８】次に、単段圧縮による暖房運転について説
明する。

【００２９】この場合、第３電磁弁(16)が開かれる一
方、第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)は閉じられる。ま
た、ガスインジェクション通路(17)と液冷媒導入通路(1
9)は使用されないので、第４電磁弁(18)と第３電子膨張
弁(20)は共に閉鎖される。そして、第１電子膨張弁(4)
は全開に設定され、第２電子膨張弁(6) は液冷媒を所定
の低圧に減圧するように所定の開度に制御される。

【００３０】この状態において、第１圧縮機(8) で圧縮
されたガス冷媒は、第３電磁弁(16)と四路切換弁(2) を
通って室内熱交換器(3) に流入する。そして、冷媒は該
室内熱交換器(3) で室内空気と熱交換して凝縮し、その
際に室内空気を加熱する。凝縮した液冷媒は、第１電子
膨張弁(4) と気液分離器(5) を通過した後、第２電子膨
張弁(6) により低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器
(7) に流入する。そして、室外熱交換器(7) において、
二相冷媒は室外空気と熱交換して蒸発し、蒸発したガス
冷媒は、四路切換弁(2) を通過した後、アキュムレータ
(11)を経て第１圧縮機(8) に吸入され、以上のサイクル
が繰り返される。

【００３１】なお、インジェクション通路(17)を閉じて
行う二段圧縮運転や、暖房運転とは逆サイクルで行う冷
房運転について、冷媒循環動作の説明は省略する。

【００３２】−実施形態１の効果− 本実施形態によれば、単段圧縮運転時に第１電磁弁(14)
と第２電磁弁(15)が閉じられるので、第１圧縮機(8) か
ら吐出された冷媒が第２圧縮機(9) には流入しない。こ
のため、単段圧縮運転時の停止側圧縮機である第２圧縮
機(9) 内に液冷媒が溜まらないので、第２圧縮機(9) の
再起動ができなくなったり、系内の冷媒量が不足したり
することを防止できる。また、第２圧縮機内に冷媒が溜
まらないことから、該第２圧縮機(9) の再起動時に冷凍
機油が流出することもなく、第２圧縮機(9) の潤滑不良
等の不具合も防止できる。

【００３３】

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、図２に
示すように、第２圧縮機(9) の吐出側配管(13)に、上記
第２電磁弁(15)に代えて逆止弁(21)を設けたものであ
る。この逆止弁(21)は、第２圧縮機(9) から流出する方
向への冷媒の流通を許容する一方、該第２圧縮機(9) に
流入する方向への冷媒の流通は禁止するように構成され
ている。その他の部分については、実施形態１と同様に
構成されているので、ここでは説明を省略する。

【００３４】−運転動作− 本実施形態２において、２段圧縮運転時には、第１電磁
弁(14)を開き、第３電磁弁(16)を閉じて両圧縮機(8,9)
を起動する。そうすると、冷媒が第１圧縮機(8) 、第２
圧縮機(9) の順に圧縮された後、冷媒回路内を循環して
第１圧縮機(8)に戻るサイクルが実施形態１と同様に行
われて、室内空気が温度調節される。

【００３５】また、単段圧縮運転時には、第１電磁弁(1
4)を閉じ、第３電磁弁(16)を開いて、第１圧縮機(8) を
起動し、第２圧縮機(9) を停止する。そうすると、第１
圧縮機(8) から吐出された冷媒が冷媒回路内を循環して
該第１圧縮機(8) に戻るサイクルが実施形態１と同様に
行われ、同様に室内空気が温度調節される。

【００３６】−実施形態２の効果− 本実施形態２の構成においても、単段圧縮運転時に第１
圧縮機(8) から吐出された冷媒が第２圧縮機(9) に流入
しないため、第２圧縮機(9) 内に液冷媒が溜まるのを防
止できる。したがって、第２圧縮機(9) の再起動ができ
なくなったり、系内の冷媒量が不足したりすることを防
止でき、かつ、第２圧縮機(9) を再起動した場合に冷凍
機油が冷媒と共に流出することもないので、第２圧縮機
(9) 内の冷凍機油が不足する不具合も防止できる。

【００３７】また、本実施形態２では第２圧縮機(9) の
吐出側に逆止弁(21)を用いているので、この逆止弁(21)
に関する開閉制御は不要となる。しかも電磁弁(15,16,1
8)の個数を実施形態１よりも低減できるので、該電磁弁
(15,16,18)を開閉制御するための電気回路等の構成を簡
素化できる。

【００３８】

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、実施形
態２の冷媒回路に、冷媒吸引通路(22)を設けたものであ
る。この冷媒吸引通路(22)は、単段圧縮運転時の停止側
圧縮機である第２圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配
管(23)とに接続されている。そして、この冷媒吸引通路
(22)には、減圧機構としてキャピラリチューブ(24)が設
けられていると共に、該冷媒吸引通路(22)内の冷媒の流
通を制御するための第５電磁弁(25)が設けられている。

【００３９】−運転動作− この実施形態３では、２段圧縮運転時は、冷媒吸引通路
(22)の第５電磁弁(25)は閉じられ、他の電磁弁(14,16,1
8)や電子膨張弁(4,6,20)は実施形態２と同様に制御され
る。上記第５電磁弁(25)が閉じられていて、冷媒吸引通
路(22)が閉鎖しているので、２段圧縮運転時の冷媒循環
動作は実施形態２と同じように行われる。

【００４０】一方、単段圧縮運転時は、冷媒吸引通路(2
2)の第５電磁弁(25)を開いたうえで、他の電磁弁(14,1
6,18)や電子膨張弁(4,6,20)が実施形態２と同様に制御
される。このとき、冷媒は、基本的には実施形態２と同
様に冷媒回路内を循環し、室内の暖房や冷房が行われ
る。本実施形態３では冷媒吸引通路(22)を設けているの
で、第１電磁弁(14)または逆止弁(21)から冷媒が漏れて
第２圧縮機(9) 内に流入した場合でも、その冷媒が、キ
ャピラリチューブ(24)を介して第１圧縮機(8) に吸引さ
れる。その際、第２圧縮機(9) 内の冷媒はキャピラリチ
ューブ(24)を通過して低圧ガス冷媒と混合し、ガス化し
てから該圧縮機(8) に吸引されるため、第１圧縮機(8)
へ液冷媒が戻ることはない。

【００４１】−実施形態３の効果− 本実施形態３によれば、冷媒吸引通路(21)を設けたこと
により、第２圧縮機(9) に液冷媒が溜まるのをより確実
に防止できるから、実施形態２の効果をさらに高めるこ
とができる。

【００４２】

【発明のその他の実施の形態】本発明は、上記実施形態
について、以下のような構成としてもよい。

【００４３】例えば、上記実施形態では暖房運転と冷房
運転とを切り換え可能な空気調和装置について説明した
が、暖房専用機あるいは冷房専用機としてもよい。ま
た、上記各実施形態は、本発明を空気調和装置に適用し
たものであるが、本発明は、空気調和装置以外の冷凍装
置であっても適用することができる。

【００４４】また、上記冷媒回路の構成は単なる一例で
あって、上記実施形態に限定されるものではない。例え
ば、ガスインジェクション機構あるいは液冷媒導入通路
は必ずしも設けなくてよいし、圧縮機構(1) の運転を単
段と二段に切り換えるための具体的な回路構成なども適
宜変更してよい。さらに、冷房運転は常時単段圧縮で行
い、暖房運転のみを単段圧縮と２段圧縮とを切り換えな
がら行うようにしてもよい。

【００４５】さらに、実施形態３の冷媒吸引通路(22)
は、実施形態２の冷媒回路に対して設けたものである
が、実施形態１の冷媒回路に設けてもよい。

【００４６】なお、実施形態１においては、第２圧縮機
(9) への液溜まりを防止できる一方、第１，第２電磁弁
(14,15) を開閉するタイミングを制御すれば単段圧縮運
転時に第２圧縮機(9) 内に所定量の冷媒を溜めることも
可能となるため、余剰冷媒を保持して系内の冷媒流量を
調整することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る空気調和装置の冷媒
回路図である。

【図２】本発明の実施形態２に係る空気調和装置の冷媒
回路図である。

【図３】本発明の実施形態３に係る空気調和装置の冷媒
回路図である。

【図４】従来の空気調和装置の冷媒回路図である。

【符号の説明】

(1) 二段圧縮機構 (2) 四路切換弁 (3) 室内熱交換器 (4) 第１電子膨張弁 (5) 気液分離器 (6) 第２電子膨張弁 (7) 室外熱交換器 (8) 第１圧縮機 (9) 第２圧縮機 (10) アキュムレータ (11) アキュムレータ (12) 吸入側配管 (13) 吐出側配管 (14) 第１電磁弁（開閉弁） (15) 第２電磁弁（開閉弁） (16) 第３電磁弁（開閉弁） (17) インジェクション通路 (18) 第４電磁弁 (19) 液冷媒導入通路 (20) 第３電子膨張弁 (21) 逆止弁 (22) 冷媒吸引通路 (23) 低圧ガス配管 (24) キャピラリチューブ（減圧機構） (25) 第５電磁弁

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 義和 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な
   ２段圧縮機構(1) を備えた冷凍装置であって、 単段圧縮運転時に停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防
   止する冷媒流入防止手段(14,15,21)を備えている冷凍装
   置。
2. 【請求項２】 冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧
   縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側
   配管(13)にそれぞれ設けられた開閉弁(14,15)により構
   成されている請求項１記載の冷凍装置。
3. 【請求項３】 冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧
   縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)に設けら
   れた開閉弁(14)と、該停止側圧縮機(9) の吐出側配管(1
   3)に、該停止側圧縮機(9) に流入する方向への冷媒の流
   通を禁止するように設けられた逆止弁(21)とから構成さ
   れている請求項１記載の冷凍装置。
4. 【請求項４】 単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) と、
   冷媒回路の低圧ガス配管(23)とが、冷媒吸引通路(22)に
   より接続され、該冷媒吸引通路(22)には減圧機構(24)が
   設けられている請求項２または３記載の冷凍装置。
5. 【請求項５】 減圧機構(24)がキャピラリチューブによ
   り構成されている請求項４記載の冷凍装置。