JP2005249278A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 室内の快適性をできるだけ損なうことなく、圧縮機の起動異常を防ぐことができる信頼性にすぐれた空気調和装置を提供する。
【解決手段】 各室内ユニット３の要求能力に応じて圧縮機４ａ，４ｂの運転台数および能力を制御するとともに、圧縮機４ａ，４ｂのうち運転の優先順位が高い圧縮機４ａから吐出される冷媒の圧力Ｐｄを検知する。圧縮機４ａ，４ｂの２台運転が必要なとき、検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ未満であれば、運転中の圧縮機４ａの能力を維持した状態で、停止中の圧縮機４ｂを運転する。ただし、検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ以上であれば、運転中の圧縮機４ａの能力を低減してから、停止中の圧縮機４ｂを運転する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数台の能力可変圧縮機を有する室外ユニット、および複数台の室内ユニットからなる空気調和装置に関する。

複数台の能力可変圧縮機を有する室外ユニット、および複数台の室内ユニットからなるマルチタイプの空気調和装置では、各室内ユニットの要求能力（空調負荷）に応じて各圧縮機の運転台数および能力が制御される。

このようなマルチタイプの空気調和装置で、例えば２台の能力可変圧縮機を有するものでは、圧縮機の１台運転から２台運転への切換えに際し、すでに運転している１台目圧縮機からの吐出冷媒の影響により、これから運転（起動）しようとする２台目圧縮機に大きな起動負荷がかかり、２台目圧縮機が起動異常を起こすことがある。

このような２台目圧縮機の起動異常を防ぐため、２台目圧縮機の運転に際し、あらかじめ１台目圧縮機の能力を低減する例がある（例えば特許文献１参照）。
特許第２５５７９０３号公報

しかしながら、２台目圧縮機の運転に際してあらかじめ１台目圧縮機の能力を低減するものでは、２台目圧縮機の起動負荷が小さくて２台目圧縮機が起動異常を起こさない状況であっても、１台目圧縮機の能力が低減されてしまう。これは、空調能力の不要な減少につながり、室内の快適性が損なわれることがある。しかも、１台目圧縮機の能力が一旦低減されると、２台目圧縮機が起動してから１台目圧縮機の能力が定常状態に立ち上がるまでに時間がかかり、やはり快適性が損なわれることがある。

この本発明は、上記の事情を考慮したもので、室内の快適性をできるだけ損なうことなく、圧縮機の起動異常を防ぐことができる信頼性にすぐれた空気調和装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明の空気調和装置は、複数台の能力可変圧縮機を有する室外ユニット、および複数台の室内ユニットからなるものであって、各室内ユニットの要求能力に応じて各圧縮機の運転台数および能力を制御するとともに、各圧縮機のうち運転の優先順位が高い圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検知する。各圧縮機の運転台数の増加が必要なとき、上記検知圧力が設定値未満であれば、運転中の圧縮機の能力を維持した状態で、停止中の圧縮機を運転する。ただし、検知圧力が設定値以上であれば、運転中の圧縮機の能力を低減してから、停止中の圧縮機を運転する。

この発明によれば、室内の快適性をできるだけ損なうことなく、圧縮機の起動異常を防ぐことができる信頼性にすぐれた空気調和装置を提供できる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１において、１はマルチタイプの空気調和装置で、１台の室外ユニット２および複数台の室内ユニット３からなる。室外ユニット２は、２台の能力可変圧縮機４ａ，４ｂ、油分離器７、四方弁９、室外熱交換器１０、リキッドタンク１１、アキュムレータ１６、室外ファン２０、室外制御部５０、およびインバータ５１，５２などで構成されている。各室内ユニット３は、電子膨張弁１３、室内熱交換器１４、室内ファン３０、および室内制御部（図示しない）などで構成されている。この室外ユニット２および各室外ユニット３は、液側管１２およびガス側管１３により、接続されている。

上記室外制御部５０は、室外ユニット２の運転を制御する。インバータ５１，５２は、商用交流電源５３の電圧を整流し、整流後の電圧を室外制御部５０の指令に応じた周波数の交流電圧にそれぞれ変換して出力する。このインバータ５１，５２の出力により、圧縮機４ａ，４ｂのモータＭａ，Ｍｂが駆動される。圧縮機４ａは、圧縮機４ｂよりも運転の優先順位が予め高く設定されていて、上記各室内ユニット３の要求能力の合計が大きくないときには、圧縮機４ａが先に運転（起動）される。上記運転の優先順位は適宜切換え可能であり、圧縮機４ｂを先に運転（起動）するようにしてもよい。

圧縮機４ａ，４ｂはその運転中に密閉ケース内が高圧になる高圧型の圧縮機で、密閉ケース内に潤滑用の油Ｌが収容されている。この圧縮機４ａ，４ｂの冷媒吐出口に吐出管５ａ，５ｂがそれぞれ接続され、これら吐出管５ａ，５ｂが高圧側配管６に接続されている。吐出管５ａ，５ｂには、圧力検知手段として圧力センサ８ａ，８ｂがそれぞれ設けられるとともに、逆止弁５１ａ，５１ｂが設けられている。また、圧縮機４ａ，４ｂの冷媒吸込口に吸込管１８ａ，１８ｂが接続され、これら吸込管１８ａ，１８ｂが低圧側配管１７に接続されている。吸込管１８ａ、１８ｂには、サクションカップ１９ａ，１９ｂが接続されている。

圧縮機４ａ，４ｂの密閉ケースの側面における所定の高さ位置に、第１均油管４１ａ，４１ｂの一端が接続され、これら均油管４１ａ，４１ｂに逆止弁４２ａ，４２ｂおよび第１減圧手段たとえばキャピラリチューブ４３ａ，４３ｂが設けられている。均油管４１ａ，４１ｂの他端は、気液分離手段であるバッファタンク４４に集合接続されている。バッファタンク４４は、気体と液体とを分離する機能を有し、均油管４１ａ，４１ｂから流れてきた余剰分の油Ｌを一時的に蓄える。

バッファタンク４４の側面部における所定の高さ位置に第２均油管４５の一端が接続され、その均油管４５の他端は２つの均油管４５ａ，４５ｂに分岐して吸込管１８ａ，１８ｂに接続されている。均油管４５ａ，４５ｂには第２減圧手段たとえばキャピラリチューブ４６ａ，４６ｂが設けられている。

高圧側配管６とバッファタンク４４との間にバイパス管４７が接続され、そのバイパス管４７に第３減圧手段たとえばキャピラリチューブ４８が設けられている。

油分離器７と均油管４５の間に、油戻り管７１，７２が接続されている。油戻り管７１は、その一端が油分離器７の側面における所定の高さ位置に接続されている。この油戻し管７１にキャピラリチューブ７３が設けられている。油戻し管７１の接続位置より上方に溜まった油分離器７内の油Ｌは、油戻し管７１に流入し、キャピラリチューブ７３を介して均油管４５に流入する。均油管４５に流入した油Ｌは、均油管４５ａ，４５ｂに分流し、キャピラリチューブ４６ａ，４６ｂを介して吸込管１８ａ，１８ｂに流入し、冷凍サイクルを循環した冷媒と共に圧縮機４ａ，４ｂに吸込まれる。

油戻し管７２は、その一端が油分離器７の下部に接続されている。この油戻し管７２に開閉弁７４およびキャピラリチューブ７５が設けられている。

第１均油管４１ａ，４１ｂのキャピラリチューブ４３ａ，４３ｂの下流側には、第１温度センサＴ１ａ，Ｔ１ｂが設けられ、第２均油管４５には、第２温度センサＴ２が取付けられ、バイパス管４７のキャピラリチューブ４８の下流側位置には、第３温度センサＴ３が取付けられている。油Ｌが流れる管は温度が高く、冷媒が流れる管は温度が低く検出されるため、上記各温度センサで検出された温度差を比較することによって圧縮機４ａ，４ｂの油面レベルを検出することができる。これら各温度センサＴ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２，Ｔ３のデータを室外制御部５０が処理し、上記開閉弁７４の開閉を制御して均油を行う。

圧縮機４ａ，４ｂが運転されると、その圧縮機４ａ，４ｂから吐出される冷媒が、吐出管５ａ，５ｂを介して高圧側配管６に流れ、その高圧側配管６により油分離器７に供給される。油分離器７は、冷媒と油Ｌを分離し、この油分離器７内の冷媒は、四方弁９に流れる。

四方弁９に流れた冷媒は、冷房運転時、室外熱交換器１０に流れ、この室外熱交換器１０で室外空気と熱交換して凝縮（液化）する。室外熱交換器１０を経た冷媒は、リキッドタンク１１、バックドバルブ２１ａ、液側管１２、パックドバルブ２１ｃを順に介して室内ユニット３に流れる。室内ユニット３に流れた冷媒は、膨張弁１３を通って室内熱交換器１４に流れ、この室内熱交換器１４で室内空気と熱交換して気化する。室内熱交換器１４を経た冷媒は、パックドバルブ２１ｄ、ガス管１５、パックドバルブ２１ｂを順に介して室外ユニット２に流れる。室外ユニット２に流れた冷媒は、上記四方弁９を通ってアキュムレータ１６に流れ、そのアキュムレータ１６から低圧側配管１７および吸込管１８ａ，１８ｂを通って圧縮機４ａ，４ｂに吸込まれる。

暖房運転時は、四方弁９が切換わることにより、反対方向に冷媒が流れる。

圧縮機４ａ，４ｂの密閉ケース内の油面がそれぞれ均油管４１ａ，４１ｂの接続位置よりも高ければ、その接続位置を超えている分の油Ｌが、余剰分として均油管４１ａ，４１ｂに流入する。均油管４１ａ，４１ｂに流入した油Ｌは、キャピラリチューブ４３ａ，４３ｂを介してバッファタンク４４に流入する。バッファタンク４４には、高圧側配管６からバイパス管４７を通じて微小量の高圧の冷媒ガスが流入する。バッファタンク４４に流入した油Ｌは、バイパス管４７を通じて加わる圧力と、吸込管１８ａ，１８ｂから均油管４５，４５ｂおよび均油管４５を通じて加わる吸入圧力とにより、均油管４５に流出してそこから均油管４５ａ，４５ｂに分流する。分流した油はキャピラリチューブ４６ａ，４６ｂを介して吸込管１８ａ，１８ｂに流入する。吸込管１８ａ，１８ｂに流入した油Ｌは、冷凍サイクル中を循環した冷媒と共に、吸込管１９ａ，１９ｂを通って圧縮機４ａ，４ｂに吸込まれる。

圧縮機４ａのケース内の油面は均油管４１ａの接続位置よりも高く、圧縮機４ｂのケース内の油面が均油管４１ｂの接続位置よりも低いというように、圧縮機４ａ，４ｂのケース内の油面レベルに偏りが生じることがある。この場合、圧縮機４ａ側の均油管４１ａには油Ｌが流入し、圧縮機４ｂ側の均油管４ｂには高圧の冷媒ガスが流入するが、これら流入した油Ｌおよび冷媒ガスはバッファタンク４４に集合する。集合した油Ｌと冷媒ガスはバッファタンク４４内で互いに分離され、均油管４５の接続位置を越えている分の油が均油管４５に流入する。均油管４５に流入した油は、キャピラリチューブ４６ａ，４６ｂの抵抗作用によって均油管４５ａ，４５ｂに均等に分流する。

こうして、油量の多い側の圧縮機４ａから油量の少ない側の圧縮機４ｂへと油が移動するようになり、圧縮機４ａ，４ｂのケース内の油面レベルが迅速にバランスする。

一方、圧縮機４ａ，４ｂから冷媒が吐出されるのに伴い、圧縮機４ａ，４ｂ内の油Ｌの一部が吐出管５ａ，５ｂに流出する。流出した油Ｌは、高圧側配管６から油分離器７に流れる。油分離器７は、油Ｌを冷媒ガスから分離して収容する。油分離器７に収容される油Ｌのうち、油戻し管７１の接続位置を超えた分の油が油戻し管７１に流入する。油戻し管７１に流入した油Ｌは、均油管４５および均油管４５ａ，４５ｂを介して圧縮機４ａ，４ｂに戻される。

圧縮機４ａ，４ｂの密閉ケース内の油面レベルが両方とも低下した場合は、油戻し管７２に設けられている開閉弁７４が開かれることによって、油分離器７内の油が均油管４５および均油管４５ａ，４５ｂを介して圧縮機４ａ，４ｂに戻される。

また、均油管４１ａと均油管４１ｂとの間にバッファタンク４４が存在し、そのバッファタンク４４内では重量が軽い冷媒が上方に移動して重量の重い油Ｌが下方に移動するので、運転中の圧縮機４ａから均油管４１ａに流入した油Ｌがバッファタンク４４および均油管４１ｂを通って停止中の圧縮機４ｂへ流れ込むという不具合を未然に防止することができる。よって、運転中の圧縮機４ａから停止中の圧縮機４ｂへの油Ｌの不要な移動を防ぐことができる。

次に、圧縮機４ａ，４ｂの１台運転から２台運転への切換制御について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
各室内ユニット３の要求能力の合計が大きくないとき、圧縮機４ａの１台が運転され、圧縮機４ｂが停止される。そして、圧縮機４ａの能力すなわち運転周波数（インバータ５１の出力周波数）Ｆａが、各室内ユニット３の要求能力の合計に応じて制御される。

各室内ユニット３の要求能力の合計が増して、圧縮機４ａ，４ｂの２台運転が必要になると（ステップ１０１のＹＥＳ）、圧力センサ８ａの検知圧力（圧縮機４ａから吐出されている冷媒の圧力）Ｐｄと予め定められている設定値Ｐｄｓとが比較される（ステップ１０２）。

検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ未満であれば（ステップ１０２のＹＥＳ）、これから運転（起動）する圧縮機４ｂの起動負荷が小さくて圧縮機４ｂが起動異常を起こす心配はないとの判断の下に、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されたまま（ステップ１０３）、停止中の圧縮機４ｂが運転（起動）される（ステップ１０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数（要求能力の合計に対応する運転周波数）に設定される（ステップ１０５）。

このように、圧縮機４ｂの運転に際し、すでに運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されることにより、空調能力の不要な減少を回避することができる。よって、室内の快適性が損なわれる心配はない。また、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されることにより、２台運転が開始された後の圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂを指令周波数に向けて迅速に移行させることができる。

検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ以上であれば（ステップ１０２のＮＯ）、これから運転する圧縮機４ｂに大きな起動負荷がかかる可能性があるとの判断の下に、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａが許容最低周波数Ｆminまで低減される（ステップ１０６）。この後、圧縮機４ｂが運転される（ステップ１０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数（要求能力の合計に対応する運転周波数）に設定される（ステップ１０５）。

このように、圧縮機４ａの運転周波数Ｆａを許容最低周波数Ｆminまで低減してから２台目の圧縮機４ｂを運転することにより、運転開始する圧縮機４ｂに大きな起動負荷がかからず、圧縮機４ｂの起動異常を未然に防ぐことができる。よって、１台運転から２台運転に確実に移行することができ、各室内ユニット３の要求能力を満たす十分な空調能力を得ることができる。

複数の室内ユニット３が接続されるマルチタイプの空気調和機の場合、各室内ユニット３の運転パターンが頻繁に変化し、それに伴って圧縮機４ａ，４ｂの１台運転と２台運転とが頻繁に切換わることが多いため、上記の制御を採用することにより、空気調和装置としての高い信頼性を確保することができる。

［２］第２の実施形態について説明する。
構成は第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
作用について図３のフローチャートを参照しながら説明する。
圧縮機４ａ，４ｂの２台運転が必要になると（ステップ２０１のＹＥＳ）、圧力センサ８ａの検知圧力Ｐｄと設定値Ｐｄｓとが比較される（ステップ２０２）。

検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ未満であれば（ステップ２０２のＹＥＳ）、これから運転する圧縮機４ｂの起動負荷が小さくて圧縮機４ｂが起動異常を起こす心配はないとの判断の下に、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されたまま（ステップ２０３）、停止中の圧縮機４ｂが運転される（ステップ２０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数に設定される（ステップ２０５）。

検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ以上であれば（ステップ２０２のＮＯ）、これから運転する圧縮機４ｂに大きな起動負荷がかかる可能性があるとの判断の下に、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａが予め定められている設定周波数Ｆ２まで低減される（ステップ２０６）。この後、検知圧力Ｐｄと設定値Ｐｄｓとが再び比較される（ステップ２０７）。

ここで、検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ未満に下がれば（ステップ２０７のＹＥＳ）、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されたまま（ステップ２０３）、停止中の圧縮機４ｂが運転される（ステップ２０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数に設定される（ステップ２０５）。

ただし、検知圧力Ｐｄがまだ設定値Ｐｄｓ以上の状態にあれば（ステップ２０７のＮＯ）、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａが上記設定周波数Ｆ２よりもさらに低い設定周波数Ｆ１（＜Ｆ２）まで低減される（ステップ２０８）。この後、検知圧力Ｐｄと設定値Ｐｄｓとが再び比較される（ステップ２０９）。

ここで、検知圧力Ｐｄが設定値Ｐｄｓ未満に下がれば（ステップ２０９のＹＥＳ）、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａがそのままの状態に維持されたまま（ステップ２０３）、停止中の圧縮機４ｂが運転される（ステップ２０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数に設定される（ステップ２０５）。

ただし、検知圧力Ｐｄがまだ設定値Ｐｄｓ以上の状態にあれば（ステップ２０９のＮＯ）、運転中の圧縮機４ａの運転周波数Ｆａが上記設定周波数Ｆ１よりさらに低い許容最低周波数Ｆmin（＜Ｆ１）までさらに低減される（ステップ２１０）。この後、圧縮機４ｂが運転される（ステップ２０４）。そして、圧縮機４ａ，４ｂの運転周波数Ｆａ，Ｆｂが、各室内ユニット３からの指令周波数に設定される（ステップ２０５）。

このように、圧縮機４ａの運転周波数Ｆａを低減する周波数として３段階の値Ｆ２，Ｆ１，Ｆminを用意することにより、空調能力の減少をできるだけ抑えながら、２台目の圧縮機４ｂの異常のない確実な起動が可能となる。

他の効果は第１の実施形態と同じである。

［３］なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

各実施形態の構成を示す図。 第1の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…空気調和装置、２…室外ユニット、３…室内ユニット、４ａ，４ｂ…圧縮機、５ａ，５ｂ…吐出管、８ａ，８ｂ…圧力センサ、１０…室外熱交換器、４１ａ，４１ｂ…第１均油管、４３ａ，４３ｂ…キャピラリチューブ、４５…第２均油管、４６ａ，４６ｂ…キャピラリチューブ、４７…バイパス管、５０…室外制御部、５１，５２…インバータ、Ｍａ，Ｍｂ…モータ

Claims (1)

1. 複数台の能力可変圧縮機を有する室外ユニット、および複数台の室内ユニットからなる空気調和装置において、
   前記各室内ユニットの要求能力に応じて前記各圧縮機の運転台数および能力を制御する制御手段と、
   前記各圧縮機のうち運転の優先順位が高い圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記各圧縮機の運転台数の増加が必要なとき、前記圧力検知手段の検知圧力が設定値未満であれば、運転中の圧縮機の能力を維持した状態で停止中の圧縮機を運転する制御手段と、
   前記各圧縮機の運転台数の増加が必要なとき、前記圧力検知手段の検知圧力が設定値以上であれば、運転中の圧縮機の能力を低減してから停止中の圧縮機を運転する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする空気調和装置。

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