JP2005061740A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の圧縮機を同時に運転する冷凍サイクルにおいて、一部の圧縮機を起動、停止したとき、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行うことができる空気調和装置を提供すること。
【解決手段】起動時及び停止時の少なくとも一方にて、圧縮機の吐出側と逆止弁との間の配管から商用周波数圧縮機の吸込側配管へ、冷媒を分流させるバイパス手段を備え、圧縮機の起動停止に伴う逆止弁の開閉を同時に行うことにより、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに並列接続される複数台の高圧型圧縮機が、可変周波数圧縮機と商用周波数で運転される商用周波数圧縮機を含み、空調負荷に応じてこの商用周波数圧縮機の起動、停止を行う空気調和装置に関する。

システムの大形化に応じて、複数台の高圧型圧縮機を互いに並列に接続して室外機の容量を大きくしている。この場合、インバータ装置を用いて圧縮機を能力制御する、いわゆる可変周波数圧縮機と、商用電源周波数でそのまま運転する商用周波数圧縮機とを並列に接続し、可変周波数圧縮機を常時運転し、空調負荷に応じて商用周波数圧縮機を起動、停止する構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。

商用周波数圧縮機の停止中、又は、停止時に冷媒が逆流しないように、その吐出側に逆止弁を設けるのが一般的であり、例えば、１台の可変周波数圧縮機に複数台の商用周波数圧縮機を並列接続する場合には、商用周波数圧縮機毎に、それぞれの吐出側に逆止弁が設けられる。

ところで、商用周波数圧縮機を起動、停止したとき、その吐出側に設けられた逆止弁の前後が微差圧状態になるとともに、加圧の方向が頻繁に反転することがあり、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行うことができないことがある。このため、電磁開閉器により開閉弁の開閉を行ない圧力平衡を行っている。
特開平９−２５０８１９号公報

従来の課題を解決するために、商用周波数圧縮機を起動、停止したとき、その吐出側に設けられた逆止弁の前後が微差圧状態になるとともに、加圧の方向が頻繁に反転することがあり、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行うことができないことがある。このため、電磁開閉器により開閉弁の開閉を行ない圧力平衡を行っている。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、圧縮機の起動、停止に伴う開閉弁の開閉を同時に行うことにより、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行うことができる空気調和装置を提供することを目的とする。

従来の課題を解決するために本発明に係る空気調和装置は、商用周波数で運転される商用周波数圧縮機の吐出側にそれぞれ逆止弁が配設された冷凍サイクルを備え、空調負荷に応じてこれらの圧縮機を起動、停止させるに当たり、逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間、例えば、その起動時及び停止時の少なくとも一方にて、商用周波数圧縮機の吐出側と逆止弁との間の配管から商用周波数圧縮機の吸込側配管へ、冷媒を分流させるバイパス手段を備えたものであり、圧縮機の起動停止に伴う逆止弁の開閉を同時に行うことにより、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を迅速に行うことができる。

この場合、バイパス手段は、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間に接続された開閉弁と、逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間に、開閉弁を開放する弁開閉制御回路とで構成することによって、高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡を
迅速に行うことができ、商用周波数圧縮機の起動、停止と同時に開閉弁を開閉することにより電磁開閉器を省略することが出来る、さらに、この開閉弁にキャピラリチューブを直列接続することによって、流量の少ない開閉弁の使用が可能となる。

なお、バイパス手段として、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間にキャピラリーチューブのみを接続するだけでも十分な場合があり、この場合には構成が著しく簡易化される利点がある。

本発明の空気調和装置によれば、空調負荷に応じて商用周波数圧縮機を起動、停止させるに当たり、その吐出側に設けられた逆止弁の前後の頻繁な圧力変動を抑えるバイパス手段を備えているので、圧縮機の起動停止に伴う高圧側圧力と低圧側圧力の圧力平衡を迅速に行うことができ、商用周波数圧縮機の起動、停止と同時に開閉弁を開閉することにより電磁開閉器を省略することが出来る。

この場合、バイパス手段は、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間に接続された開閉弁と、逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間に、開閉弁を 開閉する弁開閉制御回路とで構成することによって、高圧側圧力と低圧側圧力の圧力平衡を迅速に行うことができ、さらに、この開閉弁にキャピラリチューブを直列接続することによって、流量の少ない開閉弁の使用が可能となる。
また、バイパス手段として、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間にキャピラリーチューブのみを接続するだけでも十分な場合があり、この場合には構成が著しく簡易化される利点がある。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明に係る空気調和装置の第１の実施形態の全体構成を示す系統図である。図１において、１および２はそれぞれ圧縮機ユニットであり、このうち、圧縮機ユニット１はインバータ装置によって可変周波数運転する可変周波数圧縮機１０と、商用電源の周波数でそのまま運転する商用周波数圧縮機１１とを一つのケースに収納したものであり、圧縮機ユニット２は商用電源の周波数でそのまま運転する商用周波数圧縮機１１及び１２を一つのケースに収納したものである。これらの圧縮機ユニット１および２は圧縮機相互の油量をバランスさせるための均油管８で接続されている。

上述した４台の圧縮機のうち、可変周波数圧縮機１０の吐出側はマフラー２０を介してオイルセパレータ３の入側に接続され、商用周波数圧縮機１１はマフラー２１及び逆止弁３１を介して同じくオイルセパレータ３の入側に接続されている。同様に、商用周波数圧縮機１２はマフラー２２及び逆止弁３２を介して、商用周波数圧縮機１３はマフラー２３及び逆止弁３３を介して、それぞれオイルセパレータ３の入側に接続されている。逆止弁３１〜３３はそれぞれ商用周波数圧縮機１１〜１３の運転休止中に、可変周波数圧縮機１０から吐出されるガス冷媒が逆流することを防止するものである。

オイルセパレータ３は圧縮機１０〜１３から吐出された冷媒ガス中に微粒となって混入される冷凍機油を分離する容器であり、ここで分離された油はストレーナ６１及びキャピラリーチューブ７１を介して各圧縮機１０〜１３に戻されるが、圧縮機ユニット１及び圧縮機ユニット２の運転状態に応じて戻り量を加減するべく、一端がストレーナ６１に接続されたキャピラリーチューブ７１の他端は、キャピラリーチューブ７２を介して圧縮機ユ
ニット２の吸込側に接続され、さらに、開閉弁４８及びキャピラリーチューブ７３の並列接続経路を介して圧縮機ユニット１の吸込側に接続されている。

オイルセパレータ３の出側、すなわち、冷凍機油が分離除去されたガス冷媒の出側は四方弁４を通って、互いに並列接続された室外熱交換器ユニット５，６に供給される。この室外熱交換器ユニット５，６はそれぞれ上段熱交換器と下段熱交換器とでなり、この場合は凝縮器として作用し、室外熱交換器ユニット５の出側は膨張弁５１及び逆止弁３４の並列接続経路を介してリキッドタンク７に接続され、同じく、室外熱交換器ユニット６の出側も膨張弁５２及び逆止弁３５の並列接続経路を介してリキッドタンク７に接続されている。なお、膨張弁５１及び５２は暖房運転時に逆方向に循環するガス冷媒を減圧させるもので、室外熱交換器ユニット５，６からの液冷媒は逆止弁３４，３５を通してそのままリキッドタンク７に貯えられる。

リキッドタンク７に貯えられた液冷媒の大部分は、ドライヤ６２によって冷媒中に溶解する水分を除去されたのち、バックドバルブ４６を介して冷媒用の絞り手段、室内用熱交換器などを備える室内ユニット８１〜８４に供給され、リキッドタンク７に貯えられた液冷媒の一部は、膨張弁５３及び開閉弁４９の並列接続経路と、キャピラリーチューブ７５，７６とでなるクーリングパイパスを介して、圧縮機ユニット１，２に戻される。

室内ユニット８１〜８４は室内熱交換器が蒸発器として作用し、ここで液冷媒がガス冷媒に変換され、バックドバルブ４７を介してストレーナ６３に導かれ、ここで、異物が除去されたのち、四方弁４を通してアキュムレータ９に供給される。アキュムレータ９はガス冷媒に混入する未蒸発液冷媒を捕捉分離し、ガス冷媒のみを圧縮機ユニット１，２に吸入させるものである。なお、アキュムレータ９の入側とオイルセパレータ３の入側との間に、空気調和装置の停止時に圧縮機の吐出側と吸入側とを圧力バランスさせて起動に備える開閉弁４５が接続されている。

さらに、本実施形態の最大の特徴として、商用周波数圧縮機１１の吐出側における逆止弁３１の圧縮機側の配管から、各圧縮機の吸入側配管に冷媒を分流させて、逆止弁３１以降の負荷に対するバイパス経路を形成する開閉弁４１が設けられている。また、これと同様に、商用周波数圧縮機１２の吐出側における逆止弁３２の圧縮機側の配管から、各圧縮機の吸入側配管に冷媒を分流させてバイパス経路を形成する開閉弁４２と、商用周波数圧縮機１３の吐出側における逆止弁３３の圧縮機側の配管から、各圧縮機の吸入側配管に冷媒を分流させてバイパス経路を形成する開閉弁４３とが設けられている。また、逆止弁３１〜３３の入側と出側の圧力差が小さくなり、しかも圧力が頻繁に変動すると予測される時、例えば、商用周波数圧縮機１１〜１３の起動時や停止時に該当する開閉弁４１〜４３を開閉する弁開閉制御回路４０を備えている。

上記のように構成された第１の実施形態のうち、特に、本発明に関係する部分を中心にしてその動作を以下に説明する。この装置が冷房モードで運転されたとすれば、四方弁４は実線の矢印で示した冷媒循環経路を形成する。室内ユニット８１〜８４が設置された室内の空調負荷に応じて、図示省略の制御装置により、運転すべき圧縮機の選択と運転が行われる。この場合、可変周波数圧縮機１０を常時能力制御運転し、空調負荷がその能力を超える毎に商用周波数圧縮機１１、商用周波数圧縮機１２、商用周波数圧縮機１３の順に運転台数が増やされる。これらの圧縮機から吐出されたガス冷媒はオイルセパレータ３→四方弁４→室外熱交換器ユニット５，６→リキッドタンク７→ドライヤ６２→室内ユニット８１〜８４→ストレーナ６３→四方弁４→アキュムレータ９→可変周波数圧縮機１０、商用周波数圧縮機１１，１２，１３の経路で循環し、周知の熱交換作用によって空調対象室内の空調が行われる。

なお、運転停止中又は運転開始時に開閉弁４５を開放して、可変周波数圧縮機１０の吐出側の圧力と吸入側の圧力とを平衡させて、起動負荷を軽減している。また、膨張弁５３及び開閉弁４９を含むクーリングバイパスを介して、リキッドタンク７の液冷媒の一部を圧縮機ユニット１，２に戻して圧縮機を冷却する。また、オイルセパレータ３で分離された油は、ストレーナ６１、キャピラリーチューブ７１等を介して圧縮機ユニット１，２に回収され、均油管８によって両者の油量が均等化される。

ここで、可変周波数圧縮機１０のみが運転され、商用周波数圧縮機１１〜１３が停止されておれば、逆止弁３１〜３３の作用により可変周波数圧縮機１０から吐出された冷媒が商用周波数圧縮機１１〜１３に逆流することはない。

しかるに、可変周波数圧縮機１０のみの運転中、商用周波数圧縮機１１を追加運転する場合、逆止弁３１の入側の冷媒圧力が増大し、その入側と出側の差圧は小さくなり、微差圧状態となる。この微差圧状態は一様では無く極性も変動する。また、可変周波数圧縮機１０及び商用周波数圧縮機１１を併用運転中、商用周波数圧縮機１１を停止して可変周波数圧縮機１０の単独運転に移る場合にも同様な現象が発生する。

弁開閉制御回路４０は、商用周波数圧縮機１１の起動と同時に開閉弁４１を開放させて逆止弁３１からの冷媒を可変周波数圧縮機１０からの冷媒と合流させ、反対に、商用周波数圧縮機１１の停止と同時に開閉弁４１を閉じる。また、弁開閉制御回路４０は、商用周波数圧縮機１２，１３の起動、停止時においても、商用周波数圧縮機１１の起動、停止時に開閉弁４１を開閉制御したと同様に、開閉弁４２，４３を開閉制御する。この結果、商用周波数圧縮機１１〜１３の起動、停止時に高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡が迅速に行うことができ、商用周波数圧縮機の起動、停止と同時に開閉弁を開閉することにより電磁開閉器１０１〜１０３を省略することが出来る。

以上、図１に示した第１の実施形態を冷房モードで運転する場合について説明したが、暖房モードで運転する場合においても上述した開閉弁４１〜４３の開閉制御により高圧圧力側と低圧圧力側の圧力平衡が迅速に行える。

（実施の形態２）
図２は本発明に係る空気調和装置の第２の実施形態の構成を示す部分系統図で、特に、逆止弁３１に対応するもののみについて示したもので、商用周波数圧縮機１１の吐出側配管と吸込側配管との間に接続された開閉弁４１と、キャピラリーチューブ７７との直列接続経路でバイパス回路を形成し、このうち、開閉弁４１を弁開閉制御回路４０によって開閉制御するものである。

（実施の形態３）
図３は本発明に係る空気調和装置の第３の実施形態の構成を示す部分系統図で、特に、逆止弁３１に対応するもののみについて示したもので、商用周波数圧縮機１１の吐出側配管と吸込側配管との間にキャピラリーチューブ７７を接続し、逆止弁３１の入側と出側とが微差圧状態で圧力変動をきたす時間を大幅に短縮し、この構成によれば開閉弁４１及び弁開閉制御回路４０が不要化されて、構成が著しく簡易化される利点がある。

以上のように、本発明にかかる空気調和装置は、空調負荷に応じて商用周波数圧縮機を起動、停止させるに当たり、その吐出側に設けられた逆止弁の前後の頻繁な圧力変動を抑えるバイパス手段を備えているので、圧縮機の起動停止に伴う高圧側圧力と低圧側圧力の圧力平衡を迅速に行うことができ、商用周波数圧縮機の起動、停止と同時に開閉弁を開閉することにより電磁開閉器を省略することが可能となるので、互いに並列接続される複数
台の高圧型圧縮機が、可変周波数圧縮機と商用周波数で運転される商用周波数圧縮機を含み、空調負荷に応じてこの商用周波数圧縮機の起動、停止を行う空気調和装置の用途に適用できる。

第１の実施形態の構成を示す冷凍サイクルの全体系統図 第２の実施形態の構成を示す冷凍サイクルの部分系統図 第３の実施形態の構成を示す冷凍サイクルの部分系統図 本発明の弁開閉制御回路を示す図 従来の弁開閉制御回路を示す図

符号の説明

１，２ 圧縮機ユニット
３ オイルセパレータ
４ 四方弁
５，６ 室外熱交換器ユニット
７ リキッドタンク
９ アキュムレータ
１０ 可変周波数圧縮機
１１〜１３ 商用周波数圧縮機
３１〜３３ 逆止弁
４０ 弁開閉制御回路
４１〜４３ 開閉弁
７７ キャピラリーチューブ
８１〜８４ 室内ユニット
１０１〜１０３ 弁開閉用電磁開閉器

Claims (7)

1. 互いに並列接続される複数台の高圧型圧縮機が可変周波数圧縮機と商用周波数で運転される商用周波数圧縮機を含み、この商用周波数圧縮機の吐出側にそれぞれ逆止弁が配設された冷凍サイクルを備え、空調負荷に応じて商用周波数圧縮機の起動、停止を行う空気調和装置において、逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間に、商用周波数圧縮機の吐出側と逆止弁との間の配管から商用周波数圧縮機の吸込側配管へ、冷媒を分流させるバイパス手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. バイパス手段は、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間に接続された開閉弁と、逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間に、開閉弁を開閉する弁開閉制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. バイパス手段は、さらに、開閉弁に直列接続されたキャピラリチューブを備えたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
4. 逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間は、商用周波数圧縮機の起動時であり、起動と同時に開閉弁を開くことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間は、商用周波数圧縮機の停止時であり、停止と同時に開閉弁を閉じることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
6. 逆止弁の前後の圧力が頻繁に変動すると予測される期間は、商用周波数圧縮機の起動時及び停止時の両方であり、起動と同時に開閉弁を開き、停止と同時に開閉弁を閉じることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
7. バイパス手段は、商用周波数圧縮機の吐出側配管と吸込側配管との間に接続されたキャピラリーチューブであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
   

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