JP2007147260A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、商用交流電源ばかりでなく、蓄電池を積極的に利用して、冷暖房能力の増大化に繋げられる空気調和機を提供する。
【解決手段】密閉型圧縮機Ｍ、室内熱交換器２８、膨張装置２７、室外熱交換器２６、四方切換え弁２５を冷媒管Ｐを介して接続してなる冷凍サイクル回路部Ｒと、蓄電池４５と、この蓄電池および商用交流電源４０を電源として密閉型圧縮機を駆動するインバータ回路とを備え、蓄電池および商用交流電源の両方を電源として、強制的に商用交流電源の電流制限値より大きい運転電流で密閉型圧縮機を駆動する大容量運転と、商用交流電源のみで運転する通常運転とを切換える制御部３５を備え、密閉型圧縮機は密閉ケース１内に電動機部３と第１、第２の圧縮機構部２Ａ，２Ｂを収容し、これら圧縮機構部は互いに構成が異なるとともに負荷に応じて全ての圧縮機構部の圧縮運転を行う通常運転と、第２の圧縮機構部を非圧縮状態とする低能力運転とに切換え可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、商用交流電源および蓄電池を電源とし、インバータ回路を介して密閉型圧縮機を駆動する空気調和機に関する。

一般的に多用される空気調和機は、電源として商用交流電源が用いられる。この商用交流電源からインバータ回路を介して密閉型圧縮機の電動機部に電力が供給され、運転周波数を制御しつつ駆動するようになっている。すなわち、従来は商用交流電源以外に電源が存在していなかった。

これに対して本出願人は、［特許文献１］において電源として商用交流電源とともに蓄電池を備えた冷凍サイクル装置を提案するに至った。これは、蓄電池の放電電流を最大にして商用交流電源からの入力を最小に押える強制放電処理の機能と、商用交流電源からの入力電流値が設定値よりも大きくなった場合に蓄電池の放電を行い、圧縮機の運転電流の不足分を補う放電を行う通常放電処理の機能を備えている。
特開２００２−２２８２２８号公報

このように、上述の［特許文献１］の技術では、強制放電処理として、蓄電池の放電電流を最大限使用し、電源からの交流入力電流を最小限に押える。通常放電処理は、過負荷運転などにより電源からの交流入力電流が不足する場合に限って実施するようになっている。

したがって、上記空気調和機によれば利用範囲の拡大化を図れるが、蓄電池を放電する際は特殊な条件のもと、いわば緊急避難的に使用する。そのため、蓄電池の利用頻度は極めて低い一方で、蓄電池を収容し、かつ必要に応じて充電操作するスペースを筐体内に確保する必要があり、有効性において評価が低くなってしまう。

本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、商用交流電源ばかりでなく、蓄電池を積極的に用いて有効利用を図るとともに、冷暖房能力の増大化に繋げられる空気調和機を提供しようとするものである。

上記目的を満足するため本発明の空気調和機は、密閉型圧縮機、室内熱交換器、膨張装置、室外熱交換器および四方弁を冷媒流路で接続してなる冷凍サイクル回路部と、蓄電池と、この蓄電池および商用交流電源を電源として密閉型圧縮機を駆動するインバータ回路とを備え、蓄電池および商用交流電源の両方を電源として、強制的に商用交流電源の電流制限値より大きい運転電流で密閉型圧縮機を駆動する大容量運転と、商用交流電源のみで運転する通常運転とに切換える制御手段を備え、密閉型圧縮機は密閉ケース内に電動機部および電動機部によって駆動される複数の圧縮機構部を収容してなり、複数の圧縮機構部は、互いに構成が異なるとともに負荷に応じて全ての圧縮機構部の圧縮運転を行う通常運転と、一部の圧縮機構部を非圧縮状態とする低能力運転とに切換え可能である。

本発明によれば、商用交流電源ばかりでなく、蓄電池の有効利用化を図って空調性能の増大化を得られるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
図１は、第１の実施の形態である空気調和機を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクル回路部Ｒの系統図と、この冷凍サイクル回路部Ｒに備えられる密閉型圧縮機Ｍの断面図および、概略の電気回路図である。（なお、密閉型圧縮機Ｍの断面図において、図面上の煩雑を避けるために一部の構成部品について符号を付していない、もしくは図示しない）
上記密閉型圧縮機Ｍから説明すると、１は密閉ケースであって、この密閉ケース１内の下部には第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂが設けられ、上部には電動機部３が設けられる。これら電動機部３と第１、第２の圧縮機構部２Ａ，２Ｂは、回転軸４を介して連結される。

上記電動機部３は、上記密閉ケース１の内面に固定されるステータ５と、このステータ５の内側に所定の間隙を存して配置され、上記回転軸４に嵌着されるロータ６とから構成される。
上記第１、第２の圧縮機構部２Ａ，２Ｂは、それぞれが回転軸４の下部に中間仕切り板７を介して上下に配設される第１のシリンダ８Ａと、第２のシリンダ８Ｂを備えている。これら第１、第２のシリンダ８Ａ，８Ｂは、互いに外形形状寸法が相違し、かつ内径寸法が同一となるよう設定されている。

第１のシリンダ８Ａの上面部には主軸受９が重ね合わされ、バルブカバーとともに取付けボルトを介して第１のシリンダ８Ａに取付け固定される。第２のシリンダ８Ｂの下面部には副軸受１０が重ね合わされ、バルブカバーとともに取付けボルトを介して第１のシリンダ８Ａに取付け固定される。
上記主軸受９のフランジ部には、上記バルブカバーで覆われる吐出弁機構が設けられる。また、上記副軸受１０のフランジ部にも、上記バルブカバーで覆われる吐出弁機構が設けられる。

上記中間仕切り板７および副軸受１０の外径寸法は第２のシリンダ８Ｂの内径寸法よりも大であり、しかも第２のシリンダ８Ｂの内径位置がシリンダ中心からずれている。そのため、第２のシリンダ８Ｂの外周一部は中間仕切り板７および副軸受１０の外径よりも径方向に突出している。
上記回転軸４は、中途部と下端部が主軸受９と副軸受１０に回転自在に枢支される。さらに、回転軸４は各シリンダ８Ａ，８Ｂ内部を貫通するとともに、略１８０°の位相差をもって形成される２つの偏心部４ａ，４ｂを一体に備えている。各偏心部４ａ，４ｂは互いに同一直径をなし、各シリンダ８Ａ，８Ｂ内径部に位置するよう組立てられる。各偏心部４ａ，４ｂの周面には、互いに同一直径をなす偏心ローラ１３ａ，１３ｂが嵌合される。

上記第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂは、上記中間仕切り板７と主軸受９および副軸受１０で上下面が区画され、それぞれの内部に第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂが形成される。第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂは互いに同一直径および高さ寸法に形成され、上記偏心ローラ１３ａ，１３ｂが偏心回転自在に収容される。

各偏心ローラ１３ａ，１３ｂの高さ寸法は、第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂの高さ寸法と略同一に形成される。したがって、偏心ローラ１３ａ，１３ｂは互いに１８０°の位相差があるが、第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂで偏心回転することにより、第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂにおいて同一の排除容積に設定される。

図２は、第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂのそれぞれ一部を分解して示す斜視図である。
第１のシリンダ８Ａと第２のシリンダ８Ｂには、第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂと連通するブレード室１５ａ，１５ｂが設けられている。各ブレード室１５ａ，１５ｂには、ブレード１６ａ，１６ｂの先端部が第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂに対して突没自在に収容される。

上記ブレード室１５ａ，１５ｂは、上記ブレード１６ａ，１６ｂの両側面が摺動自在に移動できるブレード収納溝１７ａ，１７ｂと、各ブレード収納溝１７ａ，１７ｂ端部に一体に連設されブレード１６ａ，１６ｂの後端部が収容される縦孔部１８ａ，１８ｂとからなる。

特に、上記第１のシリンダ８Ａには、外周面とブレード室１５ａとを連通する横孔２０が設けられ、ばね部材２１が収容される。上記ばね部材２１は、ブレード１６ａの後端部面と密閉ケース１内周面との間に介在され、ブレード１６ａに弾性力（背圧）を付与して、ブレード先端を偏心ローラ１２ａ周面に弾性的に接触させる圧縮ばねである。

上記第２のシリンダ８Ｂ側のブレード室１５ｂにはブレード１６ｂ以外に何らの部材も収容されていないが、後述するようにブレード室１５ｂの設定環境および、後述する高圧冷媒導入機構Ｋの作用に応じて、ブレード１６ｂ先端を上記偏心ローラ１３ｂに接触させる、もしくは接触させない。

各ブレード１６ａ，１６ｂの先端部は、それぞれが平面視で半円状に形成されており、平面視で円形状の偏心ローラ１３ａ，１３ｂ周面の軸方向に沿って、各偏心ローラの回転角度にかかわらず線接触できる。
上記偏心ローラ１３ａ，１３ｂが第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂの内周壁に沿って偏心回転するとき、ブレード１６ａ，１６ｂはブレード収納溝１７ａ，１７ｂに沿って往復運動し、第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂを吸込み室と圧縮室に仕切る。そして、ブレード１６ａ，１６ｂの後端部は縦孔部１８ａ，１８ｂから進退自在となる。

上記第２のシリンダ８Ｂの外形形状寸法と、上記中間仕切り板７および副軸受１０の外形寸法との関係から、第２のシリンダ８Ｂの外形一部は密閉ケース１内に露出する。この密閉ケース１内への露出部分が上記ブレード室１５ｂに相当するように設計されており、したがってブレード室１５ｂおよびブレード１６ｂ後端はケース内圧力を直接的に受けることになる。

上記第２のシリンダ８Ｂおよびブレード室１５ｂは構造物であるからケース内圧力を受けても何らの影響もないが、ブレード１６ｂはブレード室１５ｂに摺動自在に収容され、かつ後端部がブレード室１５ｂの縦孔部１８ｂに位置するので、ケース内圧力を直接的に受ける。

さらに、ブレード１６ｂの先端部が第２のシリンダ室１４ｂに対向しており、ブレード１６ｂ先端部は第２のシリンダ室１４ｂ内の圧力を受ける。結局、ブレード１６ｂは先端部と後端部が受ける互いの圧力の大小（差圧）に応じて、圧力の大きい方から圧力の小さい方向へ移動するよう構成されている。

第２のシリンダ８Ｂにおけるブレード室１５ｂの縦孔部１８ｂと隣接する位置に保持機構２２が設けられる。この保持機構２２は、ブレード１６ｂの後端部を引きつけて、ブレード先端部を偏心ローラ１３ｂから引き離す方向に付勢する。ただし、保持機構２２はブレード１６ｂの先端部が位置する第２のシリンダ室１４ｂにかかる圧力と、ブレード１６ｂの後端部が位置するブレード室１５ｂにかかる密閉ケース１内圧力との差圧の影響を受ける。

上記保持機構２２として、磁性素材で形成されるブレード１６ｂに対し永久磁石を用いる。あるいは、永久磁石に代って電磁石を備え、必要に応じて磁気吸引するようにしてもよい。あるいは、弾性体である引張りばねの一端部をブレード１６ｂの後端部に掛止して、常に所定の弾性力で引張り付勢するようにしてもよい。

再び図１に示すように、上記密閉型圧縮機Ｍは、ヒートポンプ式の冷凍サイクル回路部Ｒに組み込まれている。すなわち、密閉ケース１の上端部には冷媒流路を構成する冷媒管Ｐが接続されていて、この冷媒管Ｐには、主四方切換え弁２５と、室外熱交換器２６と、膨張装置である主回路絞り弁２７と、室内熱交換器２８と、アキュームレータ２９が順次設けられる。

上記アキュームレータ２９から２本の吸込み冷媒管Ｐａ，Ｐｂが延出されていて、第１の吸込み冷媒管Ｐａは密閉ケース１を貫通して第１のシリンダ８Ａに設けられる吸込み孔に接続される。したがって、第１のシリンダ室１４ａとアキュームレータ２９とは第１の吸込み冷媒管Ｐａを介して連通される。

第２の吸込み冷媒管Ｐｂは、密閉ケース１を貫通して第２のシリンダ８Ｂに設けられる吸込み孔に接続される。したがって、第２のシリンダ室１４ｂとアキュームレータ２９とは第２の吸込み冷媒管Ｐｂを介して連通される。この第２の吸込み冷媒管Ｐｂの中途部には、上記高圧冷媒導入機構Ｋを構成する補助四方切換え弁３０が設けられる。
上記補助四方切換え弁３０は、後述するように冷房運転と暖房運転との選択に応じて冷凍サイクル回路部Ｒでの冷媒の循環方向を切換える上記主四方切換え弁２５をそのまま用いることができる。

補助四方切換え弁３０は、主弁（図示している）と副弁（パイロット弁とも呼ばれる：図示していない）とから構成される。上記主弁には、上記密閉型圧縮機Ｍに接続される冷媒管Ｐから分岐される分岐冷媒管Ｐｃが接続する高圧部Ｄと、アキュームレータ２９から延出される第２の吸込み冷媒管Ｐｂが接続する低圧部Ｓと、上記第２のシリンダ室１４ｂと連通される第２の吸込み冷媒管Ｐｂが接続する第１の導管部Ｃおよび、先端開口部に栓体が嵌め込まれて完全閉塞される第２の導管部Ｅを備えている。

上記主弁は、両端が閉塞される筒状の弁箱を有し、この弁箱内には弁体が弁箱の軸方向に沿って移動自在に収容されている。弁体の両側部には連結棒を介してピストンが接続されていて、それぞれのピストンは弁箱内壁に摺接可能に収容され、弁箱の軸方向に沿って摺動自在である。各ピストンには細孔が設けられていて、ピストンの両側部において気体の流通が可能である。

上記弁体は、弁箱に設けられる弁座に沿って移動でき、かつ弁座には上記第１の導管部Ｃと、低圧部Ｓおよび第２の導管部Ｅの開口端が設けられる。弁体は、その位置に応じて第１の導管部Ｃと低圧部Ｓ相互を連通し、あるいは低圧部Ｓと第２の導管部Ｅとを連通するようになっている。これにともない、高圧部Ｄが第２の導管部Ｅと連通し、あるいは高圧部Ｄが第１の導管部Ｃと連通することになる。

上記副弁は、ソレノイドによって駆動されるニードル弁を弁体内に備え、主弁の低圧部Ｓと連通する回路と、主弁の弁箱両側部と連通する回路を備えている。ソレノイドを励磁し、もしくは消磁することでニードル弁は左右いずれか一方に移動する。すなわち、副弁は主弁内のピストンと弁体を左右いずれかに移動させ、低圧部Ｓと高圧部Ｄに対する第１の導管部Ｃと第２の導管部Ｅの切換えを行う。

一方、上記密閉型圧縮機Ｍの電動機部３には、内部にインバータ回路を備えた制御部（制御手段）３５が電気的に接続される。この制御部３５は、インバータ回路を介して上記密閉型圧縮機Ｍの電動機部３に対する運転周波数を可変するよう制御する。
そして、制御部３５には外部の商用交流電源４０と、別途配置される蓄電池４５がそれぞれ並列に電気的に接続される。したがって、密閉型圧縮機Ｍの電動機部３を駆動する電源を、商用交流電源４０と、蓄電池４５との両方が同時に、もしくは別々に供給するよう制御部３５で制御するようになっている。

上記インバータ回路に対し、従来の商用交流電源をもとに設定された電流制限値よりも強制的に大きな運転電流で密閉型圧縮機Ｍの電動機部３を駆動できるよう、新たな設定がなされている。したがって、ここに用いられる密閉型圧縮機Ｍは、圧縮機としての最大駆動領域が従来のものよりも拡大されている。

このような密閉型圧縮機Ｍと、室内熱交換器２８他を備えてヒートポンプ式の冷凍サイクル回路部Ｒを構成する空気調和機であり、冷房運転と暖房運転もしくは除湿運転などの空調運転の選択に応じて、主四方切換え弁２５を切換えてから電動機部３を駆動する。
上記主四方切換え弁２５は、暖房運転時に密閉型圧縮機Ｍと室内熱交換器２８を連通し、室外熱交換器２６とアキュームレータ２９とを連通する。冷房運転時には、密閉型圧縮機Ｍと室外熱交換器２６を連通し、室内熱交換器２８とアキュームレータ２９とを連通する。

そして上記制御部３５は、商用交流電源４０の電力とともに、蓄電池４５を放電させることによる電力を密閉型圧縮機Ｍの電動機部３に供給して、空調運転の起動を行う。具体的には、起動時に設定温度と外気温との温度差が大のとき、もしくは設定温度と室内温度との差が大のときは、商用交流電源４０および蓄電池４５の両方を電源として併用し、商用交流電源の電流制限値よりも強制的に大きな運転電流となるように上記密閉型圧縮機Ｍの運転周波数が設定される。

上記密閉型圧縮機Ｍは高い運転周波数で回転駆動され、ヒートポンプ式の冷凍サイクル回路部Ｒには大循環量の冷媒が流れる。そのため、空調運転の起動から極く短時間で室内温度を設定温度に近づけることができる。
なお説明すると、たとえば暖房運転時において、暖房能力は簡易的に、「圧縮機の運転電流×運転時間」で表すことができる。上記運転電流は、同じ圧力条件では運転周波数によって変化するものである。そこで、上述したように空調運転の起動時には強制的に運転電流を増大して、暖房能力の向上化を図る。

快適域に達した状態では通常運転に移行する。このとき制御部３５は、蓄電池４５の放電を停止し商用交流電源４０のみを電源としてインバータ回路に供給するよう制御する。そして制御部３５は、前述した起動時の大容量運転時および通常運転時において、以下に述べるように高圧冷媒導入機構Ｋを制御する。

上記回転軸４が回転駆動され、第１の圧縮機構部２Ａと第２の圧縮機構部２Ｂが同時に作用して、偏心ローラ１３ａ，１３ｂは第１，第２のシリンダ室１４ａ，１４ｂ内で、それぞれ偏心回転を行う。第１の圧縮機構部２Ａにおいて、ブレード１６ａがばね部材２１によって常に弾性的に押圧付勢され、ブレード１６ａの先端が偏心ローラ１３ａの周面に摺接して第１のシリンダ室１４ａ内を吸込み室と圧縮室に二分する。

偏心ローラ１３ａの第１のシリンダ室１４ａ内周面転接位置とブレード収納溝１７ａが一致し、ブレード１６ａが最も後退した状態で、このシリンダ室１４ａの空間容量が最大となる。アキュームレータ２９から第１の吸込み冷媒管Ｐａを介して導かれる低圧の冷媒ガスは第１のシリンダ室１４ａに吸込まれ、充満する。

第１のシリンダ室１４ａにおいて、偏心ローラ１３ａの偏心回転にともない、偏心ローラ１３ａのシリンダ室１４ａ内周面に対する転接位置が移動し、ブレード１６ａによって区画された圧縮室の容積が減少する。すなわち、先にシリンダ室１４ａに導かれたガスが徐々に圧縮される。

回転軸４が継続して回転し、第１のシリンダ室１４ａにおける圧縮室の容量がさらに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁機構が作用する。高圧の冷媒ガスはバルブカバーを介して密閉ケース１内へ吐出され充満する。そして、密閉ケース１上部に接続される冷媒管Ｐから冷凍サイクル回路部Ｒへ導かれる。

上述したように、アキュームレータ２９から第１の吸込み冷媒管Ｐａを介して第１の圧縮機構部２Ａに導かれる冷媒は圧縮され、密閉ケース１内へ吐出される。また、制御部３５は高圧冷媒導入機構Ｋを構成する補助四方切換え弁３０の副弁ソレノイドを、非通電状態となすよう制御する。

したがって、主弁の低圧部Ｓと第１の導管部Ｃとが連通し、高圧部Ｄと第２の導管部Ｅとが連通するよう切換えられる。低圧部Ｓには第２の吸込み冷媒管Ｐｂを介してアキュームレータ２９から低圧の冷媒が導かれる。この低圧冷媒は、第１の導管部Ｃから第２の吸込み冷媒管Ｐｂを介して第２のシリンダ室１４ｂに導かれる。なお、冷媒管Ｐから分岐冷媒管Ｐｃに分流される高圧冷媒は、補助四方切換え弁３０の高圧部Ｄから第２の導管部Ｅに導かれたところで、これより先の導通が遮断される。

第２の吸込み冷媒管Ｐｂから補助四方切換え弁３０を介して第２のシリンダ室１４ｂに導かれる低圧冷媒によって、第２のシリンダ室１４ｂは吸込み圧（低圧）雰囲気となる。その一方で、密閉ケース１内に高圧の冷媒ガスが充満し、第２の圧縮機構部２Ｂを構成するブレード室１５ｂが密閉ケース１内に露出して吐出圧（高圧）雰囲気となっている。

上記ブレード１６ｂ先端部が低圧条件となり、後端部が高圧条件となって、前後端部で差圧が存在する。この差圧の影響で、ブレード１６ｂ先端部が偏心ローラ１２ｂに摺接するように押圧付勢される。なお、上記保持機構２２の付勢力は、第２のシリンダ室１４ｂの吸込み圧力とブレード室１５ｂの密閉ケース１内圧力との差圧よりも小さい。したがって、ブレード１６ｂに対する保持機構２２の影響力はない。

このようにして、第１のシリンダ室１４ａ側のブレード１６ａがばね部材２１により押圧付勢され圧縮作用が行われるのと全く同様の圧縮作用が、第２のシリンダ室１４ｂにおいても行われる。結局、大容量運転時と通常運転時に、密閉型圧縮機Ｍでは第１の圧縮機構部２Ａおよび第２の圧縮機構部２Ｂの両方で圧縮作用をなす。
快適域における通常運転が所定時間継続すると、設定温度と室内温度とが略同一となって安定するので、第２の圧縮機構部２Ｂを非圧縮運転状態とし、第１の圧縮機構部２Ａのみでの圧縮運転を行う低能力運転に移行する。

このとき上記制御部３５は、再び高圧冷媒導入機構Ｋを切換え制御する。具体的には、補助四方切換え弁３０を構成する副弁のソレノイドに通電し、主弁の高圧部Ｄと第１の導管部Ｃを連通し、低圧部Ｓと第２の導管部Ｅとを連通させる。したがって、アキュームレータ２９から第２の吸込み冷媒管Ｐｂを介して補助四方切換え弁３０の低圧部Ｓに導かれた低圧冷媒は、栓体で閉塞される第２の導管部Ｅに導かれて、これより先の流通が遮断される。

上記密閉型圧縮機Ｍで圧縮された高圧冷媒の一部は、冷媒管Ｐから分岐冷媒管Ｐｃに分流され、補助四方切換え弁３０の高圧部Ｄから第１の導管部Ｃと、第２の吸込み冷媒管Ｐｂを介して第２のシリンダ室１４ｂに導かれる。
上述したように、上記第１の圧縮機構部２Ａでは通常の圧縮作用がなされ、密閉ケース１内には吐出された高圧ガスが充満して、密閉ケース１内が高圧となっている。第２のシリンダ８Ｂに設けられるブレード室１５ｂは、密閉ケース１内と同一の高圧状態下にあることには変りがない。また、第２の圧縮機構部２Ａでは、第２のシリンダ室１４ｂが補助四方切換え弁３０の切換えによって高圧雰囲気となる。

したがって、第２のシリンダ室１４ｂに備えられるブレード１６ｂの先端部および後端部ともに高圧条件となり、互いに差圧が存在しない。ブレード１６ｂは偏心ローラ１３ｂの最初の回転で押し退けられ、そのままブレード１６ｂ先端部は偏心ローラ１３ｂの外周面から離間する。

ブレード１６ｂ後端部は保持機構２２に接触して磁気的に吸着保持され、かつブレード１６ｂ先端部が偏心ローラ１２ｂ周面と離間した状態を保持するので、偏心ローラ１３ｂは空回転を行う。結局、第２のシリンダ室１４ｂでの圧縮作用は行われず、非圧縮運転状態（休筒状態とも言う）になる。第１の圧縮機構部２Ａでの圧縮作用のみが有効であり、上述した通常運転を半減する低能力運転となる。

本発明における密閉型圧縮機Ｍと、この密閉型圧縮機Ｍを備えたヒートポンプ式の冷凍サイクル回路部Ｒを構成する空気調和機によれば、起動時に設定温度と外気温との差が大であるとき、もしくは設定温度と室内温度との差が大であるとき、商用交流電源４０とともに蓄電池４５の電力を用いて、商用交流電源４０の電流制限値よりも強制的に大きな運転電流となるように上記密閉型圧縮機Ｍの運転周波数を設定する。したがって、冷暖房による室温の立ち上がりが早くなって、より短時間で快適域に到達する。

また、同一の冷凍能力を得る場合、排除容積の小さな圧縮機を高回転数で運転するよりも、排除容積の大きな圧縮機を前者より回転数を低くして運転した方が、運転騒音の低減を図ることができる。その一方で、圧縮機の排除容積を増大すると、低負荷時のＯＮ−ＯＦＦ切換えを頻繁に行うこととなり、快適性の低下を招き省エネ性の悪化に繋がってしまう。

そこで本発明の密閉型圧縮機Ｍのように、快適域に到達したあとで負荷が低い場合は１シリンダのみの低能力運転を行い、ＯＮ−ＯＦＦ断続運転をさせないようにすることにより、排除容積を大きくして圧縮機の運転騒音を低減しながら、低負荷時のＯＮ−ＯＦＦの頻度を低減し、快適性の低下および省エネ性の悪化を防止することができる。

図３は本発明における第２の実施の形態を示していて、特に上記蓄電池４５に対する充電方式を説明する図である。
密閉型圧縮機Ｍの構成作用と、この密閉型圧縮機Ｍを備えたヒートポンプ式冷凍サイクル回路部Ｒの構成と作用は、全て先に図１および図２で説明したものと同一であるので、ここでは同番号を付して新たな説明は省略する。

この実施の形態では、上記制御部３５に外部エネルギ源５０を電気的に接続することが特徴であって、この点のみ先に説明したものと相違する。上記外部エネルギ源５０として、風力発電や、太陽光発電もしくはエンジンなどがある。上記制御部３５は、この外部エネルギ源５０を用いて上記蓄電池４５に対する充電をなす。もちろん、商用交流電源４０を用いた充電も可能なように構成されている。

したがって、放電によって電位が低下した蓄電池４５は外部エネルギ源５０による充電作用によって早急に能力が復帰する。特に、上記密閉型圧縮機Ｍでは先に説明した低能力運転を行う際に低消費電力の運転が可能であり、このとき蓄電池４５から放電をなすように制御することで、ランニングコストの低減化を得られる。

図４は本発明における第３の実施の形態を示していて、先に図１で説明したヒートポンプ式冷凍サイクル回路部Ｒに、後述する冷媒加熱装置（加熱手段）６０が追設されることを特徴としている。冷媒加熱装置６０以外は、全て先に図１において説明したものと同一であるので、ここでは同番号を付して新たな説明は省略する。

上記冷媒加熱装置６０は、上記密閉型圧縮機Ｍと上記主四方切換え弁２５とを連通する冷媒管Ｐの中途部に設けられていて、上記制御部３５と電気的に接続される加熱用ヒータＨと、加熱媒体であるたとえば水を収容する密閉容器６０ａを備えている。上記密閉容器６０ａには冷媒管Ｐが貫通され、密閉型圧縮機Ｍから吐出される冷媒を加熱用ヒータＨと加熱媒体により加熱するようになっている。

あるいは、密閉容器６０ａ内に加熱用ヒータＨを収容し、密閉容器６０ａの両側部に冷媒管Ｐを接続して、密閉型圧縮機Ｍから吐出される冷媒を密閉容器６０ａ内に導入し加熱用ヒータＨにて加熱するようにしてもよい。もしくは、冷媒管Ｐを加熱用ヒータＨで直接加熱するようにしてもよい。

たとえば暖房運転時の特に起動時において、設定温度と外気温との温度差が所定温度以上であるとき、もしくは設定温度と室内温度との差が大のときは、特に大きな暖房能力が必要となる。このとき上記制御部３５は、密閉型圧縮機Ｍを駆動する電力として商用交流電源４０から供給するとともに、上記冷媒加熱装置６０の加熱用ヒータＨへは蓄電池４５を放電させることによる電力を供給するよう制御する。

そのため、密閉型圧縮機Ｍは商用交流電源の電流制限値の範囲内で高い運転周波数で回転駆動され、冷凍サイクル回路部Ｒには大循環量の冷媒が流れる。さらに、密閉型圧縮機Ｍから吐出された冷媒は、その直後に冷媒加熱装置６０に導かれ、加熱用ヒータＨによって加熱される。
したがって、外気から汲み上げるヒートポンプ熱量が極くわずかであっても、冷媒加熱装置６０における加熱用ヒータＨの冷媒加熱作用により室内熱交換器２８において冷媒の凝縮熱量を早急に増大させ、室内環境を快適域に持っていく時間が短縮されることとなる。

上述したように暖房運転の起動時に、制御部３５は蓄電池４５から加熱用ヒータＨへ電力を供給し、蓄電池４５から密閉型圧縮機Ｍへ電力を供給しない制御をなす。たとえば、密閉型圧縮機Ｍの熱容量が大きい場合に、上記第１の実施形態のように蓄電池４５の電力を密閉型圧縮機Ｍへ供給して、より高い運転周波数で運転しても、回転数増大による循環量増加の吸熱量が密閉型圧縮機Ｍの加熱に利用されてしまい、室内の暖房能力に有効に利用され難い場合がある。

これに対して、以上のように制御することにより、室温の上昇を早めることができ、商用交流電源４０の電流制限からくる制限値は、密閉型圧縮機Ｍの駆動用として上述の運転時における制限値と同じ範囲で利用可能である。
一方、暖房運転中に外気温が低下すると、冷媒の蒸発作用をなす室外熱交換器２６に着霜をきたし、そのまま放置すれば熱交換効率が低下してしまう。そこで、制御部３５は暖房運転から除霜運転に切換え制御する。

具体的には、制御部３５は主四方切換え弁２５を暖房状態から冷房状態に切換え、かつ密閉型圧縮機Ｍの作動を継続するとともに、冷媒加熱装置６０における加熱用ヒータＨの加熱作用開始を制御する。
密閉型圧縮機Ｍで圧縮され吐出される冷媒ガスは、冷媒加熱装置６０に導かれ加熱用ヒータＨによって加熱される。外気温が極く低い環境下であっても、冷媒は高温のホットガス状態となって冷媒加熱装置６０から導出される。

そのあと、主四方切換え弁２５を介して室外熱交換器２６に導かれ、ホットガス状態のままで室外熱交換器２６を加熱する。室外熱交換器２６に付着していた霜は短時間で溶融されることとなり、室外熱交換器２６は早期に熱交換効率が復帰するので、再び暖房運転に切換え制御できる。

なお、この第３の実施の形態においても、冷房運転における起動時に、上記制御部３５は蓄電池４５および商用交流電源４０の両方を電源として、強制的に商用交流電源４０の電流制限値より大きい運転電流で密閉型圧縮機Ｍを駆動する大容量運転を行うよう制御することは変りがない。

図５は本発明における第４の実施の形態を示していて、先に図３にもとづいて説明した第２の実施の形態におけるヒートポンプ式冷凍サイクル回路部Ｒに冷媒加熱装置６０を追設したことを特徴としている。
上記蓄電池４５に対する充電方式として、制御部３５に外部エネルギ源５０が電気的に接続される。上記外部エネルギ源５０として、風力発電や、太陽光発電もしくはエンジンなどがあり、これら外部エネルギ源５０を用いて上記蓄電池４５に対する充電をなす。商用交流電源４０を用いた充電も可能なように構成されている。

そのうえで、暖房運転時における起動時や、除霜運転時に、蓄電池４５から冷媒加熱装置６０へ電力を供給して所期の効果を得ることは、ここでも確実に行われる。蓄電池４５においては、常に充分な充電状態にあり、電力切れの心配がなく、信頼性の向上を得られる。

なお、上述の実施の形態において、冷媒加熱装置６０に加熱用ヒータＨを備えたが、この代用として、冷媒管Ｐ内に鉄材等の磁性材料からなる被加熱媒体を挿設し、冷媒管Ｐ外部からの電磁誘導により加熱するようにしてもよい。
このような構成であれば、冷媒管Ｐに導かれる冷媒を直接的に加熱することとなり、加熱量を有効に伝達可能となる。すなわち、暖房立ち上がり時間や除霜時間のさらなる短縮化に効果がある。

また、冷媒を加熱する冷媒加熱装置（加熱手段）６０として、密閉型圧縮機Ｍの吐出側に設けるばかりでなく、密閉型圧縮機Ｍの吸込み側に接続される冷媒管Ｐを加熱するように設けてもよい。
さらに、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では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とともに、上述した実施の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。

本発明における第１の実施の形態に係る、空気調和機を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクル回路の系統図と密閉型圧縮機の一部断面図および、概略の電気回路図。 同実施の形態に係る、密閉型圧縮機の圧縮機構部一部を分解した斜視図。 本発明における第２の実施の形態に係る、空気調和機を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクル回路の系統図と密閉型圧縮機の一部断面図および、概略の電気回路図。 本発明における第３の実施の形態に係る、空気調和機を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクル回路の系統図と密閉型圧縮機の一部断面図および、概略の電気回路図。 本発明における第４の実施の形態に係る、空気調和機を構成するヒートポンプ式の冷凍サイクル回路の系統図と密閉型圧縮機の一部断面図および、概略の電気回路図。

符号の説明

Ｍ…密閉型圧縮機、２８…室内熱交換器、２７…主回路絞り弁（膨張装置）、２６…室外熱交換器、２５…主四方切換え弁、Ｐ…冷媒管（冷媒流路）、Ｒ…冷凍サイクル回路部、４５…蓄電池、４０…商用交流電源、３５…（インバータ回路を備えた）制御部（制御手段）、１…密閉ケース、３…電動機部、２Ａ…第１の圧縮機構部、２Ｂ…第２の圧縮機構部、５０…外部エネルギ源、６０…冷媒加熱装置（加熱手段）。

Claims (5)

1. 密閉型圧縮機、室内熱交換器、膨張装置、室外熱交換器および四方弁を冷媒流路を介して接続してなる冷凍サイクル回路部と、蓄電池と、この蓄電池および商用交流電源を電源として上記密閉型圧縮機を駆動するインバータ回路とを備えた空気調和機において、
   上記蓄電池および商用交流電源の両方を電源として、強制的に商用交流電源の電流制限値より大きい運転電流で上記密閉型圧縮機を駆動する大容量運転と、商用交流電源のみで運転する通常運転とに切換え制御する制御手段を備え、
   上記密閉型圧縮機は、密閉ケース内に電動機部および、この電動機部によって駆動される複数の圧縮機構部を収容してなり、
   上記複数の圧縮機構部は、互いに構成が異なるとともに、負荷に応じて、全ての圧縮機構部の圧縮運転を行う通常運転と、一部の圧縮機構部を非圧縮状態とする低能力運転とに切換え可能であることを特徴とする空気調和機。
2. 上記制御手段は、運転起動時で、設定温度と外気温との温度差が所定温度以上のとき、または設定温度と室内温度との温度差が所定温度以上のときに、大容量運転を行うよう制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 上記冷媒流路に、上記蓄電池を電源として冷媒流路に導かれる冷媒を加熱する加熱手段を備え、
   上記制御手段は、上記商用交流電源により上記密閉型圧縮機を駆動するとともに、上記蓄電池により上記加熱手段を作動して冷媒を加熱する、冷媒加熱運転を行うよう制御することを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
4. 上記制御手段は、運転起動時で、設定温度と外気温との温度差が所定温度以上のとき、または設定温度と室内温度との温度差が所定温度以上のときに、大容量運転または冷媒加熱運転を行うよう制御することを特徴とする請求項３記載の空気調和機。
5. 上記蓄電池は、商用交流電源もしくは商用交流電源以外の外部エネルギ源の出力によって充電可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の空気調和機。

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