JP2003240310A - 空気調和機及びそれに用いられる室外機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】筐体をより小型化すると共に、液圧縮、圧縮機
内の冷凍機油粘度低下による圧縮機軸受の磨耗を防止し
て信頼性を向上する。 【解決手段】圧縮機１、四方弁５、室外熱交換機４、室
外膨張弁２、室外ファン３を有する室外機と、室内熱交
換機１０、室内膨張弁１２、室内ファン１４を有する複
数台の室内機８と、を配管接続し、非共沸混合冷媒が循
環する冷凍サイクルとした空気調和機において、室外膨
張弁２と室内膨張弁１２との間に設けられ機械室側に配
置されたレシーバ１９と、を備え、室内機の運転室数が
変化した場合、圧縮機１の吐出圧力又は吐出温度に関連
して運転周波数の変化速度を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室外機と一台また
は複数台の室内機によって、室内の空気の加熱や冷却を
行う空気調和機に関し、特に、小型で、運転室数が変化
しても信頼性の高いマルチ式空気調和機及びそれに用い
られる室外機に好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、マルチ式空気調和機においては、
室数変化時や除霜開始時、終了時に圧縮機への液戻りが
多くなるため、圧縮機吸入口の前にアキュムレータが取
り付けられている。そして、このアキュムレータによ
り、液とガスとを分離し、圧縮機に液が混入しない様に
し、液圧縮による圧縮機の破壊や冷媒機油粘度低下によ
る圧縮機軸受けの破壊を防止している。

【０００３】しかし、近年、筐体の小型化の要求が高ま
り、冷媒封入量に比較してアキュムレータの容積を小さ
いものを用いることが多く、圧縮機へ乾き度が低い状態
の液が戻って来る状態となり、始動時や室数変化時、除
霜開始終了時に圧縮機保護を行うことが困難になりつつ
ある。

【０００４】さらに、容積の小さいアキュムレータを用
い、その内部の冷媒液面水位を監視して膨張弁の開度を
調整し、圧縮機への液戻りを防止または緩和することが
知られ。例えば、特開平８−３１３０７１号公報に記載
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、アキュムレータの容積を小さくするには良いが、マ
ルチ式空調機では、例えば冷房運転の際、室数が急激に
減少すると室内機から完全に蒸発しきれない多量の冷媒
が室外機に戻ってくるなどのため、アキュムレータを無
くしてまで室外機の小型化を図るには無理が有る。ま
た、非共沸混合冷媒を用いた場合、冷暖房負荷が変化し
た場合、冷凍サイクルを循環する冷媒の組成変化を抑制
するため室外熱交換器と室内熱交換器との間にレシーバ
を設けることが望ましいが、その分だけ室外機の外形が
大きくなる。

【０００６】本発明の目的は、筐体をより小型化すると
共に、液圧縮による圧縮機の破壊あるいは圧縮機内の冷
凍機油粘度低下による圧縮機軸受の磨耗を防止し、信頼
性を向上した空気調和機及びそれに用いられる室外機を
提供することにある。

【０００７】また、本発明の目的は、マルチ式空調機に
おいて、非共沸混合冷媒を用いた場合でも配管長さに関
わらず現地の施工性を向上すると共に、より室外機を小
型化し、冷房または暖房のいずれのモードでも、循環す
る冷媒の組成変化を抑制して信頼性を向上することにあ
る。

【０００８】さらに、本発明の目的は、非共沸混合冷媒
を用いたマルチ式空調機において、小型化を図ると共
に、運転室数の変化、始動時などで液圧縮を防止し、圧
縮機の破壊、冷凍機油粘度の低下、圧縮機軸受の磨耗、
を防止し圧縮機を保護することにある。なお、本発明は
上記目的の少なくとも一つを達成することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、運転周波数が可変とされた圧縮機、四方
弁、室外熱交換機、室外膨張弁、室外ファンを有する室
外機と、室内熱交換機、室内膨張弁、室内ファンを有す
る複数台の室内機と、を配管接続し、非共沸混合冷媒が
循環する冷凍サイクルとした空気調和機において、前記
室外熱交換機の送風側となる熱交換室と前記圧縮機が配
置される機械室とを仕切るシキリイタと、前記室外膨張
弁と前記室内膨張弁との間に設けられ前記機械室に配置
されたレシーバと、を備え、前記室内機の運転室数が変
化した場合、前記圧縮機の吐出圧力又は吐出温度に関連
して前記運転周波数の変化速度を決定するものである。

【００１０】また、上記のものにおいて、前記室内機の
運転室数が減少した場合、前記圧縮機の吐出圧力又は吐
出温度が所定値になるまでは第１の周波数下降速度で前
記運転周波数を下降させ、その後、前記第１の周波数下
降速度よりも大きな値である第２の周波数下降速度で下
降させることが望ましい。

【００１１】さらに、上記のものにおいて、前記室内機
の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少前の
周波数で所定時間保持することが望ましい。さらに、上
記のものにおいて、前記室内機の運転室数が変化した場
合、運転中の前記室内機の膨張弁開度を変化前よりも小
さくすることが望ましい。

【００１２】さらに、上記のものにおいて、前記圧縮機
の吸入側に前記機械室側に配置されたトラップを設けた
ことが望ましい。

【００１３】さらに、本発明は運転周波数を可変とされ
た圧縮機、四方弁、室外熱交換機、室外膨張弁、室外フ
ァンを有し、室内熱交換機、室内膨張弁、室内ファンを
有する室内機と配管接続され、冷凍サイクルとされる室
外機において、前記室外熱交換機の送風側となる熱交換
室と前記圧縮機が配置される機械室とを仕切るシキリイ
タと、前記室外膨張弁と前記室内膨張弁との間になるよ
うに設けられるレシーバと、前記圧縮機の吸入側に設け
られたトラップと、前記圧縮機の吐出側の圧力又は温度
を検出する検知器と、を備え、前記圧縮機、前記レシー
バ及び前記トラップは前記機械室側に配置されたもので
ある。

【００１４】さらに、上記のものにおいて、前記圧縮機
の吐出圧力又は吐出温度に関連して前記運転周波数の変
化速度を決定することが望ましい。

【００１５】さらに、上記のものにおいて、前記室内機
の運転室数が減少した場合、前記圧縮機の吐出圧力又は
吐出温度が所定値になるまでは第１の周波数下降速度で
前記運転周波数を下降させ、その後、前記第１の周波数
下降速度よりも大きな値である第２の周波数下降速度で
下降させることが望ましい。

【００１６】さらに、上記のものにおいて、前記室内機
の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少前の
周波数で所定時間保持することが望ましい。

【００１７】さらに、上記のものにおいて、前記室内機
の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少前の
周波数で所定時間保持し、その後、下降させることが望
ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図を参照して説明する。図１は、多室形空気調和機
システム（マルチ式空調機、マルチエアコン）の冷凍サ
イクルを示し、室外機１３に複数台（図は２台）の室内
機８、１５を接続した場合を示し、室外機１３には運転
周波数が可変できるようにインバータ駆動の容量可変形
圧縮機１と、室外熱交換器４と、室外熱交換器４に送風
する室外ファン３と、冷暖房切替用の四方弁５と、レシ
ーバ１９と、室外膨張弁２とが設けられ、それぞれ配管
で接続されている。室内機８、１５には室内熱交換器１
０、１７がそれぞれ設けられている。レシーバ１９は、
室外膨張弁２と室内膨張弁１２との間になるように設け
られている。

【００１９】また、圧縮機１の吸入側には冷媒の吸入圧
力を検出する吸入圧力検知器１０１、吐出側には吐出圧
力を検出する吐出圧力検知器１０２が設けられ、制御装
置１６へ入力される。制御装置１６は、入力信号に基づ
いて、圧縮機周波数操作器１０３、室外膨張弁２の開度
を操作する室外開度操作器１０４、室内膨張弁９、１２
の冷媒循環量を操作する室内開度操作器１０５、１０６
の操作量を演算し、制御する。

【００２０】図６は、室外機１３の外カバーを外した状
態を示し、圧縮機１、レシーバ１９、室外熱交換器４の
配置を示している。室外機１３の内側はシキリイタ２０
によって室外熱交換機４の送風側となる熱交換室と、圧
縮機１が配置される機械室とに仕切られている。圧縮機
１の吐出側は四方弁５を介して室外熱交換器４へ配管２
１で接続されている。室外熱交換器４からは室外膨張弁
２を介してレシーバ１９、接続口２５へ配管され、室内
機８、１５が接続される。図７は、図６の右側面を示
し、室内機８、１５から接続口３１を介して圧縮機１の
吸入側に至る間に配管を折り曲げてトラップ２２が設け
られている。トラップ２２は、まずＵ字状部２３に曲げ
られ、その後逆Ｕ字状部２４となり、Ｕ字状部２３の最
下部で若干の余剰冷媒が液で溜められ、逆Ｕ字状部２４
で気液分離される。また、先にＵ字状、その後逆Ｕ字状
とすることでＵ字状部２３から液が溢れることも防止さ
れる。

【００２１】さらに、圧縮機１、レシーバ１９及びトラ
ップ２２が機械室側に配置されるので、室外熱交換器４
側は送風の障害となるものが無くなり、有効面積を確保
でき、室外機１３の幅寸法も小さくしてコンパクト化を
図ることができる。

【００２２】マルチ式空調機において、複数の室内機
８、１５が冷房運転される場合、室内熱交換器１０、１
７には容量の約１５％程度の液冷媒が存在している。よ
って、一部の室内機を残して一斉にスイッチOFFを行う
と、OFF指令を受けた室内機は室内ファン１１を停止さ
せ、室内膨張弁９を閉止させる。しかし、室内熱交換器
１０に残存する液冷媒と、室内膨張弁９を閉止する間に
流入した液冷媒は蒸発しきれずにガスラインを通り、圧
縮機１の吸入口へ流入する。そして、蒸発器と凝縮器の
バランスが一時的に崩れ、蒸発器が小さくなったことで
圧縮機吸入冷媒の乾き度が低下し、圧縮機１の吸入冷媒
の乾き度は低いものとなり、その乾き度（液冷媒の量）
がある一定の量を超えると圧縮機の破壊に至る恐れがあ
る。この一時的に崩れる状態のとき、乾き度を上げれば
良いことになる。

【００２３】乾き度を上げるためには、熱交換器の面積
を大きくして蒸発量を増やすか、圧力を強制的に低下さ
せれば良く、エンタルピが変化せずとも、乾き度を低下
させないことができるが、熱交換器の面積を一時的に大
きくすることは現実的でない。そこで、圧力を強制的に
低下させるために、圧縮機１の運転周波数を相対的に大
きくする。

【００２４】図２は従来行われている制御方法であり、
運転室数が減少したときに、圧縮機１の運転周波数を運
転される室内機８、１５の容量に応じて、一定の割合
（３．０Ｈz/秒）で低下させ、室数が増加したときは、
運転周波数を一定の割合（０．５Ｈz/秒）で上げて行く
ことにより行われる。

【００２５】従来の運転制御方法に対して、マルチ式空
調機で運転される室数、あるいは室内機８、１５が変化
した場合、圧縮機の吐出圧力又は吐出温度に関連して運
転周波数の変化速度を決定する例として、図３（ａ）は
変化速度をゼロ、つまり、圧縮機１の運転周波数を減室
する前と同じ周波数に所定時間、６秒間保つことを示し
ている。図３（ｂ）は、室数が減少後も運転周波数の保
持を続けると、圧縮機１の吐出温度が非常に高くなる危
険性があり、それを防止するため、圧縮機１の運転周波
数を室数減少後の値になるまで緩やかに低下させるもの
である。

【００２６】図３（ａ）では室数が減少したときは圧縮
機の周波数を３．０Ｈz／秒ですぐに落とさずに減少前
の周波数が高い状態を６秒間保持することにより、圧縮
機吸入側の圧力が降下し、吸入側の乾き度が高い状態を
維持することとなる。この規定圧力Psoを保護制御が働
く下限圧力より大きくなるように決めておき、Psoより
圧縮機の吸入側圧力Psが大きい場合は周波数を維持し続
ける。その後、Psoより小さくなれば、室数減少後の室
内機が必要としている容量に応じた圧縮機１の運転周波
数Fto（要求周波数）になるまで、周波数を一秒間に３
Ｈzずつ下げていく。

【００２７】図３（b）では圧縮機の吐出圧力又は吐出
温度に関連した運転周波数の変化速度として０．５Ｈｚ
／秒でゆっくりと低下させていくものである。そして、
図３（a）と同様に、規定圧力Psoと保護制御が働く圧縮
機吐出温度より低い規定温度Tdoを定め、Ps＞Psoまた
は、Td＞Tdo（Td：圧縮機吐出口の温度）のどちらかに
なるまで０．５Ｈｚ／秒で低下させていく。その後、要
求周波数Ftまで降下させる。このことにより、圧縮機吐
出温度の急激な上昇を防ぎつつ、冷媒の乾き度を維持す
ることができる。

【００２８】図３（ｃ）では、（ａ）、（b）どちらか
の後に、運転を停止させない室内機８の運転を補助的に
継続すると共に、その室内膨張弁９の開度を絞り、さら
に液冷媒戻りを軽減し、圧縮機１を保護して信頼性の向
上を図る。

【００２９】運転室数を増加する場合、静止していた室
内機に溜まっていた液冷媒に対し、室内膨張弁が開くの
で圧力が急に加わり、溜まっていた液冷媒が圧縮機側に
一時的に戻ってくることがある。図４は、このときの制
御方法を示し、運転される室内機の数が増加した場合
は、室内機８側の膨張弁９が開く前に、圧縮機１の周波
数をある程度上げておき、圧縮機１の吸入圧力Psを下
げ、冷媒の乾き度が一時的に低くなることを防止する。

【００３０】図４（a）では、運転される室数が増加し
た場合、要求周波数の数十％、例えば６０％まで運転周
波数Ftを速い変化率（３Ｈz／秒）で上げ、室内膨張弁
９を開き、その後、０．５Ｈz／秒の通常の変化速度で
運転周波数を運転される室内機の容量に応じた要求周波
数Ftoまで上昇する。また、図３（ｃ）で説明した運転
室内機の数が減少するときと同様に、図４（ｂ）に示す
ように、増加する室内機８の室内膨張弁９の開度を小さ
くすることにより、圧縮機１への液戻りをさらに低減す
ることができる。

【００３１】図５は、冷凍サイクルの計算により求めた
室数変化時のモリエル線図（定常時）であり、破線が図
３（a）の圧縮機周波数を室数変化時に一定時間だけ保
持する制御を用い、室外機一台に対し１ＨＰの室内機を
６台つなげた場合である。冷媒はＲ４０７Ｃとして計算
し、実線は６ＨＰ全室運転した場合で、この時の圧縮機
の周波数は９０Ｈzである。実線の全室運転時から１室
だけ運転することに変化した場合、従来は急激に蒸発器
の熱交換器が小さくなり多量の冷媒が圧縮機に戻ってく
ることになり、乾き度が確保されない状態になる。この
状態は一時的なものであり、この定常のサイクル計算で
表すことはできないが、圧縮機吸入部の冷媒の状態が左
側（乾き度の低くなる方）に移行したものとなる。

【００３２】破線は、図３の制御を実施したものであ
り、１ＨＰの室内機が１室だけ運転される場合におい
て、圧縮機の周波数を９０Ｈzで動かしたものであり、
圧縮機吸入部の冷媒の圧力は実線に対して０．２ＭＰa
辺りまで下がる。これは、運転室内機に対し、圧縮機を
必要以上に回すため、圧縮機の仕事量が大きくなり、相
対的に圧縮機の吸入部の圧力が下がるためである。室数
が変化した時に０．２ＭＰa辺りまで冷媒の圧力を一時
的に下げれば、実線の０．４ＭＰa付近に比べ飽和曲線
による気体液体の混合領域（飽和域）が広くなるため、
乾き度の小さい左側に冷媒が同じ量移行したとしても、
冷媒が乾き度の低い状態になる割合が小さくなる。しか
し、圧縮機の仕事量が多いので、図５のように吐出側の
過熱度TdSHが高くなり、圧縮機出口温度が異常に高くな
る。TdSHが７０〜８０（Ｋ）近くになると圧縮機出口温
度は、１００℃を超える。そこで、図３（ｂ）に示すよ
うに圧縮機の運転周波数を低い変化速度とすれば良いこ
とになる。

【００３３】以上によれば、一台の室外機に対し複数台
の室内機が取り付けられるマルチ空調機において、アキ
ュムレータを無しとしても始動時や室数変化時、除霜開
始終了時に圧縮機吸入側の乾き度を大きくし液圧縮によ
る圧縮機の破壊を防止し、圧縮機内の冷凍機油の粘度低
下を防止して圧縮機軸受けの磨耗を防止することができ
る

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、筐体をより小型化する
と共に、液圧縮による圧縮機の破壊あるいは圧縮機内の
冷凍機油粘度低下による圧縮機軸受の磨耗を防止し、信
頼性を向上した空気調和機及びそれに用いられる室外機
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による冷凍サイクルを示す
構成図。

【図２】従来技術において運転室数が変化したときの圧
縮機運転周波数の制御を示すフローチャート。

【図３】一実施形態による室数減少時における圧縮機運
転周波数、室内膨脹弁開度の制御を示すフローチャー
ト。

【図４】一実施形態による室数増加時における圧縮機運
転周波数、室内膨脹弁開度の制御を示すフローチャー
ト。

【図５】一実施形態における制御を実施した場合のモリ
エル線図を示すグラフ。

【図６】一実施形態における室外機内の配置を示す、上
面及び平面図。

【図７】一実施形態におけるトラップの形状を示す側面
図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…室外膨張弁、３…室外ファン、４…室
外熱交換機、５…四方弁、６…ガス管、７…液管、８、
１５…室内機、９、１２…室内膨張弁、１０、１７…室
内熱交換機、１１、１４…室内ファン、１３…室外機、
１６…制御装置、１９…レシーバ、２０…シキリイタ、
２２…トラップ、１０１…吸入側圧力検知器、１０２…
吐出側圧力検知器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 13/00 １０４ Ｆ２５Ｂ 13/00 １０４ (72)発明者 吉田 悟 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 空調システム清水生産本部内 Ｆターム(参考） 3L054 BA01 BB03 3L060 AA01 CC04 CC16 DD02 EE04 3L092 GA04 HA04 HA08 KA03 LA05 LA07

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転周波数が可変とされた圧縮機、四方
   弁、室外熱交換機、室外膨張弁、室外ファンを有する室
   外機と、室内熱交換機、室内膨張弁、室内ファンを有す
   る複数台の室内機と、を配管接続し、非共沸混合冷媒が
   循環する冷凍サイクルとした空気調和機において、 前記室外熱交換機の送風側となる熱交換室と前記圧縮機
   が配置される機械室とを仕切るシキリイタと、 前記室外膨張弁と前記室内膨張弁との間に設けられ前記
   機械室に配置されたレシーバと、を備え、 前記室内機の運転室数が変化した場合、前記圧縮機の吐
   出圧力又は吐出温度に関連して前記運転周波数の変化速
   度を決定することを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、前記室内
   機の運転室数が減少した場合、前記圧縮機の吐出圧力又
   は吐出温度が所定値になるまでは第１の周波数下降速度
   で前記運転周波数を下降させ、その後、前記第１の周波
   数下降速度よりも大きな値である第２の周波数下降速度
   で下降させることを特徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】請求項１に記載のものにおいて、前記室内
   機の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少前
   の周波数で所定時間保持することを特徴とする空気調和
   機。
4. 【請求項４】請求項１に記載のものにおいて、前記室内
   機の運転室数が変化した場合、運転中の前記室内機の膨
   張弁開度を変化前よりも小さくすることを特徴とする空
   気調和機。
5. 【請求項５】請求項１に記載のものにおいて、前記圧縮
   機の吸入側に前記機械室側に配置されたトラップを設け
   たことを特徴とする空気調和機。
6. 【請求項６】運転周波数を可変とされた圧縮機、四方
   弁、室外熱交換機、室外膨張弁、室外ファンを有し、室
   内熱交換機、室内膨張弁、室内ファンを有する室内機と
   配管接続され、冷凍サイクルとされる室外機において、 前記室外熱交換機の送風側となる熱交換室と前記圧縮機
   が配置される機械室とを仕切るシキリイタと、 前記室外膨張弁と前記室内膨張弁との間になるように設
   けられるレシーバと、 前記圧縮機の吸入側に設けられたトラップと、 前記圧縮機の吐出側の圧力又は温度を検出する検知器
   と、を備え、 前記圧縮機、前記レシーバ及び前記トラップは前記機械
   室側に配置されたことを特徴とする室外機。
7. 【請求項７】請求項６に記載のものにおいて、前記圧縮
   機の吐出圧力又は吐出温度に関連して前記運転周波数の
   変化速度を決定することを特徴とする室外機。
8. 【請求項８】請求項６に記載のものにおいて、前記室内
   機の運転室数が減少した場合、前記圧縮機の吐出圧力又
   は吐出温度が所定値になるまでは第１の周波数下降速度
   で前記運転周波数を下降させ、その後、前記第１の周波
   数下降速度よりも大きな値である第２の周波数下降速度
   で下降させることを特徴とする室外機。
9. 【請求項９】請求項６に記載のものにおいて、前記室内
   機の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少前
   の周波数で所定時間保持することを特徴とする室外機。
10. 【請求項１０】請求項６に記載のものにおいて、前記室
    内機の運転室数が減少した場合、前記運転周波数を減少
    前の周波数で所定時間保持し、その後、下降させること
    を特徴とする室外機。