JP2008240699A - 圧縮機容量制御操作機構、及びそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構及びそれを備えた空気調和装置を提供する。
【解決手段】圧縮機容量制御操作回路35は、4つの接続細管93a〜93dを有する四路切換弁用パイロット弁90と、吸入分岐管87と、中間管88と、吐出分岐管89とを備えている。吸入分岐管87は、4つの接続細管の1つである第1細管93aに接続されており、圧縮機22の吸入管28から分岐された第1細管93aよりも大径の管である。中間管88は、4つの接続細管の1つである第2細管93bに接続されており、圧縮機22のシリンダ中間部79に接続された第2細管93bよりも大径の管である。吐出分岐管89は、4つの接続細管の1つである第3細管93cに接続されており、圧縮機22の吐出管30から分岐された第3細管93cよりも大径の管である。
【選択図】図3

Description

本発明は、圧縮機容量制御操作機構、及びそれを備えた空気調和装置、特に、圧縮機に接続されて圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構、及びそれを備えた空気調和装置に関する。
従来より、蒸気圧縮式の冷媒回路を備えた空気調和装置がある。このような冷媒回路を備えた空気調和装置において、圧縮機に圧縮機容量制御操作回路を接続した構成を採用することによって、吸入容量に対して吐出容量を100%とするフルロード運転と吸入容量に対して吐出容量を低減させるアンロード運転とに圧縮機の運転状態を切り換える容量制御を行うことができるようにしたものがある。そして、圧縮機容量制御操作回路としては、圧縮機のシリンダ中間部と圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管と、バイパス管に設けられており2方弁として機能する電磁弁と、圧縮機の吐出管と圧縮機のシリンダ中間部とを接続するパイロット管と、パイロット管に設けられたキャピラリチューブとを有しており、電磁弁を閉じることによって圧縮機をフルロード運転に制御し、電磁弁を開けることによって圧縮機をアンロード運転に制御することができるようになっている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平9−72625号公報
しかし、上述の圧縮機容量操作回路においては、パイロット管にキャピラリチューブが設けられているだけであるため、アンロード運転時において、バイパス管を通じてシリンダ中間部から吸入管へ流れ込む冷媒に、パイロット管を通じて吐出管からバイパス管へ流れ込む冷媒も加わることになり、不必要に圧縮機から吐出された冷媒の一部が吸入管にバイパスされるという事態が生じることなり、アンロード運転時における圧縮機の消費動力が増加する原因となる。
これに対して、バイパス管だけでなく、パイロット管にも2方弁として機能する電磁弁を設けて、アンロード運転時に、バイパス管に設けられた電磁弁を開け、かつ、パイロット管に設けられた電磁弁を閉めることで、パイロット管を通じて吐出管からバイパス管へ冷媒が流れ込まないようにすることが可能である。しかし、この場合には、圧縮機容量制御操作回路に2方弁として機能する電磁弁が2つ必要となり、コストアップが生じることになる。
本発明の課題は、コストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構及びそれを備えた空気調和装置を提供することにある。
第1の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構は、圧縮機に接続されて圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構であって、流路切換弁と、吸入分岐管と、中間管と、吐出分岐管と、固定部材とを備えている。流路切換弁は、弁本体と、第1細管と、第2細管と、第3細管とを有している。弁本体は、第1流路と第2流路とが接続されかつ第3流路が第1及び第2流路のいずれにも接続されていない状態とする第1状態と、第2流路と第3流路とが接続されかつ第1流路が第2及び第3流路のいずれにも接続されていない状態とする第2状態とに切り換えることが可能な流路構成を2つの2方弁を用いて構成したものと同じ機能を有している。第1細管は、第1流路を構成しており、弁本体から延びている。第2細管は、第2流路を構成しており、弁本体から延びている。第3細管は、第3流路を構成しており、弁本体から延びている。吸入分岐管は、圧縮機の吸入管から分岐されており、第1細管に接続された第1細管よりも大径の管である。中間管は、圧縮機のシリンダ中間部に接続されており、第2細管に接続された第2細管よりも大径の管である。吐出分岐管は、圧縮機の吐出管から分岐されており、第3細管に接続された第3細管よりも大径の管である。固定部材は、吸入分岐管、中間管及び吐出分岐管のうちの少なくとも1つと、流路切換弁とを固定している。
この圧縮機容量制御操作機構は、流路切換弁として、弁本体から延びる第1、第2、及び第3細管を有するものを用いて構成されているため、第1細管の吸入分岐管との接続部分、第2細管の中間管との接続部分、及び第3細管の吐出分岐管との接続部分の強度が低くなっている。
そこで、この圧縮機容量制御操作機構では、吸入分岐管、中間管及び吐出分岐管のうちの少なくとも1つと、流路切換弁とを固定部材に固定することによって、第1、第2、及び第3細管に過大な応力が作用しないようにしている。これにより、2つの2方弁を用いることによって生じるコストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構を提供することができる。
第2の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構は、第1の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構において、吸入分岐管、中間管及び吐出分岐管のうち固定部材に固定されているものは、対応する細管の近傍部分が固定部材に固定されている。
この圧縮機容量制御操作機構では、吸入分岐管、中間管及び吐出分岐管のうち固定部材に固定されているものが、対応する細管の近傍部分が固定部材に固定されているため、吸入分岐管、中間管及び吐出分岐管の細管近傍における位置ずれ等を確実に防ぐことができる。これにより、第1、第2、及び第3細管に作用する応力を確実に小さくすることができる。
第3の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構は、圧縮機に接続されて圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構であって、4つの接続細管を有する四路切換弁用パイロット弁と、吸入分岐管と、中間管と、吐出分岐管とを備えている。吸入分岐管は、4つの接続細管の1つである第1細管に接続されており、圧縮機の吸入管から分岐されている。中間管は、4つの接続細管の1つである第2細管に接続されており、圧縮機のシリンダ中間部に接続されている。吐出分岐管は、4つの接続細管の1つである第3細管に接続されており、圧縮機の吐出管から分岐されている。
この圧縮機容量制御操作機構では、2つの2方弁の代わりに四路切換弁用パイロット弁を用いているため、2つの2方弁を用いることによって生じるコストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構を提供することができる。
第4の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構は、第3の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構において、4つの接続細管の1つである第4細管は、閉鎖されている。
この圧縮機容量制御操作機構では、四路切換弁用パイロット弁が有する4つの接続細管の1つを閉鎖するという簡単な処理によって、2つの2方弁によって構成される流路構成と同じ流路構成を実現できるため、構成が簡単になる。
第5の発明にかかる空気調和装置は、圧縮機と四路切換弁と第1熱交換器と膨張機構と第2熱交換器と含む蒸気圧縮式の主冷媒回路と、第3又は第4の発明にかかる圧縮機容量制御操作機構とを備えており、四路切換弁用パイロット弁として、四路切換弁を構成する四路切換弁用パイロット弁と同じものが使用されている。
この空気調和装置では、圧縮機容量制御操作機構に用いられる四路切換弁用パイロット弁が、主冷媒回路に含まれる四路切換弁を構成する四路切換弁用パイロット弁と同じものであるため、部品が共通化でき、これにより、空気調和装置全体のコストダウンに寄与できる。
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第1の発明では、第1、第2、及び第3細管に過大な応力が作用しないようにすることができ、これにより、2つの2方弁を用いることによって生じるコストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構を提供することができる。
第2の発明では、第1、第2、及び第3細管に作用する応力を確実に小さくすることができる。
第3の発明では、2つの2方弁を用いることによって生じるコストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構を提供することができる。
第4の発明では、構成が簡単になる。
第5の発明では、空気調和装置全体のコストダウンに寄与できる。
以下、図面に基づいて、本発明にかかる圧縮機容量制御操作機構、及びそれを備えた空気調和装置の実施形態について説明する。
(1)空気調和装置の構成
<全体>
図1は、本発明の一実施形態にかかる圧縮機容量制御操作機構が採用された空気調和装置1の概略構成図である。本実施形態において、空気調和装置1は、室内の冷暖房に使用される装置であり、主として、室外ユニット2と、室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7とを備えた、いわゆるセパレート型の空気調和装置である。すなわち、本実施形態において、室外ユニット2及び室内ユニット4は、設置場所に出荷されて設置された後に、現地において施工される冷媒連絡管6、7によって接続されることによって構成されるものである。そして、本実施形態の空気調和装置1の冷媒回路10は、室外ユニット2と室内ユニット4とが冷媒連絡管6、7を介して接続されることによって構成されている。
<室内ユニット>
次に、室内ユニット4の構成について、図1を用いて説明する。
室内ユニット4は、第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。室内ユニット4は、主として、冷媒回路10の一部を構成する室内冷媒回路10bを有している。この室内冷媒回路10bは、主として、第2熱交換器としての室内熱交換器41を有している。
室内熱交換器41は、本実施形態において、冷房時には冷媒の加熱器として機能し、暖房時には冷媒の冷却器として機能する熱交換器である。室内熱交換器41は、その一端が第2冷媒連絡管7に接続され、その他端が第1冷媒連絡管6に接続されている。
室内ユニット4は、本実施形態において、ユニット内に室内空気を吸入して、熱交換した後に、室内に供給するための室内ファン42を備えており、室内空気と室内熱交換器41を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。室内ファン42は、室内ファンモータ42aによって回転駆動されるようになっている。
また、室内ユニット4は、室内ユニット4を構成する各部の動作を制御する室内制御部43を備えている。そして、室内制御部43は、室内ユニット4の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室外ユニット2の室外制御部37(後述)との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
<室外ユニット>
次に、室外ユニット2の構成について、図1〜図3を用いて説明する。ここで、図2は、室外ユニット2の概略の内部構造を示す斜視図である。図3は、図1のA部の構造(すなわち、圧縮機22及び圧縮機容量制御操作回路35の構造)を示す概略縦断面図である。
室外ユニット2は、第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7を介して室内ユニット4に接続されており、冷媒回路10の一部としての室外冷媒回路10aを構成している。
室外ユニット2は、略直方体箱状のユニットケーシング51の内部が鉛直に延びる仕切板56により送風機室S1と機械室S2とに分割された構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものであり、主として、ユニットケーシング51と、室外冷媒回路10aを構成する室外冷媒回路構成部品(後述)と、室外ファン36と、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外制御部37(図1参照)として機能する電装品アセンブリ(図2では、図示せず)とを有している。
ユニットケーシング51は、主として、底板52と、天板53(図2には、2点鎖線により図示)と、前板54(図2には、2点鎖線により図示)と、側板55(図2には、2点鎖線により図示)と、仕切板56とを有している。
底板52は、ユニットケーシング51の底面部分を構成する横長の略長方形状の金属製の板状部材である。底板52の周縁部は、上向きに折り曲げられている。底板52の外面には、現地据付面に固定される2つの固定脚57が設けられている。固定脚57は、ユニットケーシング51の正面視において略U字形状を有し、ユニットケーシング51の前側から後側に向かって延びる金属製の板状部材である。
天板53は、室外ユニット2の天面部分を構成する横長の略長方形状の金属製の板状部材である。
前板54は、主として、ユニットケーシング51の前面部分及び右側面の前部を構成する金属製の板状部材であり、その下部が底板52にネジ等により固定されている。前板54には、ユニットケーシング51の背面及び左側面に形成された吸入口(図示せず)を通じて送風機室S1内に取り込まれた空気を外部に吹き出すための吹出口54aが形成されている。
側板55は、主として、ユニットケーシング51の右側面の後部及び右背面部分を構成する金属製の板状部材であり、その下部が底板52にネジ等により固定されている。
仕切板56は、底板52上に配置される鉛直に延びる金属製の板状部材であり、ユニットケーシング51の内部空間を左右2つの空間(すなわち、送風機室S1と機械室S2)に仕切るように配置されている。仕切板56は、その下部が底板52にネジ等により固定されている。
このように、ユニットケーシング51は、その内部空間が仕切板56により送風機室S1と機械室S2とに分割されている。より具体的には、送風機室S1は、底板52と、天板53と、前板54と、仕切板56とによって囲まれた空間であり、機械室S2は、底板52と、天板53と、前板54と、側板55と、仕切板56とによって囲まれた空間である。そして、後述のように、送風機室S1には、室外熱交換器24と室外ファン36とが配置され、機械室S2には、圧縮機22や四路切換弁23等の室外冷媒回路構成部品と電装品アセンブリ(図示せず)とが配置されている。尚、このユニットケーシング51では、前板54の機械室S2に面する部分を取り外すことによって、機械室S2の内部が見えるようになっている。
室外冷媒回路10aを構成する室外冷媒回路構成部品としては、主として、アキュムレータ21と、圧縮機22と、四路切換弁23と、第1熱交換器としての室外熱交換器24と、膨張機構としての膨張弁25(図2には、図示せず)と、第1閉鎖弁26と、第2閉鎖弁27とがある。ここで、室外熱交換器24は、送風機室S1に配置されており、室外熱交換器24以外の室外冷媒回路構成部品は、機械室S2内に配置されている。
アキュムレータ21は、圧縮機22の吸入口と四路切換弁23との間に接続された冷媒回路10内を循環する低圧冷媒を一時的に溜めるための容器であり、本実施形態において、機械室S2の右後方の角部に配置されている(図2参照)。アキュムレータ21の出口は、第1吸入管28によって圧縮機22の吸入口に接続されており、アキュムレータ21の入口は、第2吸入管29によって四路切換弁23に接続されている。
圧縮機22は、低圧の冷媒を吸入し圧縮して高圧の冷媒とした後に吐出する機能を有する圧縮機であり、本実施形態において、四路切換弁23等の室外冷媒回路構成部品や電装品アセンブリ(図2には、図示せず)を配置する空間を上方に空けた状態で、機械室S2の平面視略中央に配置されている(図2参照)。圧縮機22の吐出口は、吐出管30によって四路切換弁23に接続されている。尚、圧縮機22の内部構造及び圧縮機22に接続される圧縮機容量制御操作機構としての圧縮機容量制御操作回路35(図2には、図示せず)については後述するものとする。尚、後述において、冷媒回路10のうち圧縮機容量制御操作回路35と圧縮機容量制御操作回路35を除く部分とを区別して説明する際には、冷媒回路10のうち圧縮機容量制御操作回路35を除く部分を主冷媒回路と呼ぶこととする。
四路切換弁23は、冷房と暖房との切換時に、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房時には圧縮機22の吐出口と室外熱交換器24とを接続するとともにアキュムレータ21と第2閉鎖弁27とを接続し、暖房時には圧縮機22の吐出口と第2閉鎖弁27とを接続するとともにアキュムレータ21と室外熱交換器24とを接続することが可能である。四路切換弁23は、第1冷媒管31(図2には、一部のみを図示)によって室外熱交換器24に接続されており、また、第4冷媒管34によって第2閉鎖弁27に接続されている。本実施形態において、四路切換弁23は、四路切換弁本体23aと、四路切換弁本体23aに接続されたパイロット弁23b(図1には、図示せず)とを有している。このパイロット弁23bは、上述の冷房と暖房との切換を行う際に四路切換弁本体23aを操作するための四路切換弁用パイロット弁と呼ばれるものであり、四路切換弁本体23aに固定されている(図2参照)。
室外熱交換器24は、本実施形態において、冷房時には室外空気を熱源とする冷媒の冷却器として機能し、暖房時には室外空気を熱源とする冷媒の加熱器として機能する熱交換器である。室外熱交換器24の一端は、第1冷媒管31(図2には、一部のみを図示)に複数の分岐管24a(図2には、図示せず)を介して接続されている。また、室外熱交換器24の他端は、第2冷媒管32に複数の分岐管24b(図2には、図示せず)及び分流器24c(図2には、図示せず)を介して接続されている。室外熱交換器24は、本実施形態において、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、送風機室S1内に配置されている。室外熱交換器24は、平面視L字形状を有しており、ユニットケーシング51の左側面及び背面に沿うように配置されている。また、室外熱交換器24の右端部には、管板24dが設けられている。
膨張弁25(図2には、図示せず)は、本実施形態において、冷房時には室外熱交換器24において冷却された高圧の冷媒を室内熱交換器41に送る前に減圧し、暖房時には室内熱交換器41において冷却された高圧の冷媒を室外熱交換器24に送る前に減圧することが可能な電動膨張弁である。膨張弁25の一端は、第2冷媒管32に接続されている。また、膨張弁25の他端は、第3冷媒管33によって第1閉鎖弁26に接続されている。
第1閉鎖弁26は、室外ユニット2側の冷媒管(本実施形態における第3冷媒管33)と第1冷媒連絡管6(図2では、2点鎖線により図示)との接続部分に設けられる弁である。また、第2閉鎖弁27は、室外ユニット2側の冷媒管(本実施形態における第4冷媒管34)と第2冷媒連絡管7(図2では、2点鎖線により図示)との接続部分に設けられる弁である。第2閉鎖弁27は、第4冷媒管34によって四路切換弁23に接続されておる。
室外ファン36は、ユニットケーシング51の左側面及び背面に形成された吸入口(図示せず)を通じて送風機室S1内に空気を取り込み、室外熱交換器24を通過させた後に、ユニットケーシング51の前面に形成された吹出口54aから吹き出すように機能する送風ファンである。室外ファン36は、本実施形態において、プロペラファンであり、送風機室S1内の室外熱交換器24の下流側に配置されている。この室外ファン36は、室外ファンモータ36aによって回転駆動されるように構成されている。
電装品アセンブリ(図示せず)は、機械室S2の上部空間に配置されており、運転制御を行うためのマイコン等を含む制御P板やインバータ基板等の各種電装品を有している。
次に、圧縮機22の内部構造及び圧縮機容量制御操作回路35について詳述する。
圧縮機22は、本実施形態において、縦型円筒形状の容器であるケーシング61内に、主として、圧縮要素62と、オルダムリング73と、圧縮機モータ75と、下部主軸受76とが収容された密閉式圧縮機である。
ケーシング61は、主として、略円筒形状の胴板61aと、胴板61aの上端に溶接固定された上部鏡板61bと、胴板61aの下端に溶接固定された下部鏡板61cとを有している。
圧縮要素62は、スクロールタイプの圧縮要素であり、主として、ハウジング63と、ハウジング63の上方に配置される固定スクロール64と、固定スクロール64に噛合する可動スクロール65とを有している。ハウジング63は、その外周面において、周方向の全体にわたって胴板61aに圧入固定されている。これにより、ケーシング61の内部は、主として、ハウジング63の下方の高圧空間S3とハウジング63の上方の低圧空間S4とに区画されていることになる。また、このハウジング63には、上面中央に凹設されたハウジング凹部63aと、下面中央から下方に延設された軸受部63bとが形成されている。そして、この軸受部63bには、上下方向に貫通する軸受孔63cが形成されており、この軸受孔63cに駆動軸66が軸受67を介して回転自在に嵌入されている。固定スクロール64は、主として、鏡板64aと、鏡板64aの下面に形成された渦巻き状(インボリュート状)のラップ64bと、ラップ64bを囲う第2外周壁64cとを有している。鏡板64aには、圧縮室68(後述)に連通する吐出通路69と、吐出通路69に連通する拡大凹部70とが形成されている。吐出通路69は、鏡板64aの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。拡大凹部70は、鏡板64aの上面に凹設された水平方向に広がる凹部により構成されている。そして、固定スクロール64の上面には、この拡大凹部70を塞ぐように蓋体71がボルト72により固定されている。そして、拡大凹部70に蓋体71が覆い被せられることによって、低圧空間S4と区画されており(すなわち、高圧空間S3に連通しており)圧縮要素62の運転音を消音させる膨張室からなるマフラー空間S5が形成されている。可動スクロール65は、主として、鏡板65aと、鏡板65aの上面に形成された渦巻き状(インボリュート状)のラップ65bと、鏡板65aの下面に形成された軸受部65cと、鏡板65aの両端部に形成される溝部65dとを有している。そして、この可動スクロール65は、溝部65dにオルダムリング73が嵌め込まれることによってハウジング63に支持されている。また、軸受部65cには駆動軸66の上端が嵌入されている。可動スクロール65は、このように圧縮要素62に組み込まれることによって駆動軸66の回転により自転することなくハウジング73内を公転するようになっている。そして、可動スクロール65のラップ65bは固定スクロール64のラップ64bに噛合させられており、両ラップ64b、65bの接触部の間には圧縮室68が形成されている。そして、この圧縮室68は、可動スクロール65の公転に伴って、両ラップ64b、65b間の容積が中心に向かって収縮するようになっている。また、この圧縮要素62には、固定スクロール64とハウジング63とにわたって、連絡通路74が形成されている。この連絡通路74は、固定スクロール64に形成されたスクロール側通路74aと、ハウジング63に形成されたハウジング側通路74bとが連通するように形成されている。そして、連絡通路74の上端、すなわち、スクロール側通路74aの上端は、拡大凹部70に開口し、連絡通路74の下端、すなわち、ハウジング側通路74bの下端は、ハウジング63の下端面から高圧空間S3に開口している。
オルダムリング73は、上述のように、可動スクロール65の自転運動を防止するための部材であって、ハウジング63に形成されるオルダム溝(図示せず)に嵌め込まれている。
圧縮機モータ75は、本実施形態において、電装品アセンブリ(図示せず)に実装されたインバータ制御素子等によって周波数制御が行われる可能なモータであり、圧縮要素62の下方に配置されている。圧縮機モータ75は、主として、ケーシング61の内壁面に固定された環状のステータ75aと、ステータ75aの内周側に僅かな隙間(エアギャップ通路)をもって回転自在に収容されたロータ75bとを有している。ステータ75aには、銅線が巻回されており、上方および下方にコイルエンドが形成されている。ロータ75bは、上下方向に延びる駆動軸66によって圧縮要素62の可動スクロール65に連結されている。
下部主軸受76は、圧縮機モータ75の下方の下部空間に配置されている。この下部主軸受76は、胴板61aに固定されるとともに駆動軸66の下端側の軸受を構成し、駆動軸66を支持している。
そして、ケーシング61の上部鏡板61bには、低圧空間S4を上下方向に貫通するとともに、内端部が固定スクロール64に嵌入された吸入ノズル77が設けられており、圧縮機22の吸入口を構成している。また、ケーシング61の胴板61aには、内端部が高圧空間S3に開口する吐出ノズル78が設けられており、圧縮機22の吐出口を構成している。
さらに、本実施形態の圧縮機22は、圧縮機容量制御操作回路35が接続されることによって、吸入容量に対して吐出容量を100%とするフルロード運転と吸入容量に対して吐出容量を低減させるアンロード運転とに運転状態を切り換える容量制御が可能になっており、このような容量制御を実現するために、シリンダ中間部79が設けられている。シリンダ中間部79は、主として、アンロード通路80と、弁孔81と、バイパス通路82と、弁83と、スプリング84と、上述の蓋体71と、中間ノズル85とを有している。
アンロード通路80は、上下方向に延びるように固定スクロール64に形成されており、その下端部が圧縮室68に連通している。
弁孔81は、アンロード通路80の上端部から上方に延びるように固定スクロール64に形成されており、その上端部は蓋体71によって覆われている。
バイパス通路82は、低圧空間S4と圧縮室68とアンロード通路80及び弁孔81を介して連通させることによってアンロード運転時に圧縮室68から低圧空間S4に冷媒を導き、これにより、圧縮開始点を実質的に遅らせるための通路であり、弁孔81と低圧空間S4とを連通させるように固定スクロール64に形成されている。
弁83は、スプリング84によって上方に付勢された状態で弁孔81内に配置されており、弁83の上方に形成される操作圧室86内の圧力とスプリング84の付勢力とのバランスによって、弁孔81内を上下方向に移動できるようになっている。このため、弁83が下方に移動した場合(すなわち、操作圧室86内の圧力がスプリング84の付勢力よりも大きい場合)には、弁83によってアンロード通路80とバイパス通路82とが分断された状態となり、弁83が上方に移動した場合(すなわち、操作圧室86内の圧力がスプリング84の付勢力よりも小さい場合)には、アンロード通路80とバイパス通路82とが連通された状態となる。
中間ノズル85は、ケーシング61の上部鏡板61b、低圧空間S4及び蓋体71を上下方向に貫通して弁孔81の操作圧室86に連通するように設けられている。このように、圧縮機22には、中間ノズル85を通じて操作圧室86にかかる圧力に応じて弁83を作動させ、これによって、アンロード通路80を開閉することが可能なシリンダ中間部79が形成されている。
そして、このシリンダ中間部79を有する圧縮機22には、上述のように、圧縮機容量制御操作回路35が接続されている。この圧縮機容量制御操作回路35は、主として、吸入分岐管87と、中間管88と、吐出分岐管89と、流路切換弁としてのパイロット弁90とを有しおり、本実施形態において、圧縮機22と四路切換弁23の上下方向間の空間に配置されている(図2には、図示せず)。
吸入分岐管87は、圧縮機22の吸入管28から分岐された冷媒管であり、本実施形態において、吸入管28よりも小径である。
中間管88は、圧縮機22のシリンダ中間部79(より具体的には、中間ノズル85)に接続された冷媒管であり、本実施形態において、中間ノズル85とほぼ同径である。
吐出分岐管89は、圧縮機22の吐出管30から分岐された冷媒管であり、本実施形態において、吐出管30よりも小径である。
パイロット弁90は、本実施形態において、四路切換弁用パイロット弁であり、主として、弁本体91と、電磁コイル92と、4つの接続細管93a、93b、93c、93dとを有している。この弁本体91は、主として、弁ケース94と、弁体95と、プランジャ96とを有している。弁ケース94は、内部に中空の空間を有する略筒状の部材であり、その外周部に内部の空間に連通する4つのポート94a、94b、94c、94dと、軸方向一端側の部分にプランジャ96が進退可能に挿入される開口94eが形成されている。本実施形態において、第2ポート94b、第1ポート94a及び第4ポート94dは、開口94e寄りの位置から軸方向にほぼ等間隔に並んで配置されており、第3ポート94cは、第1ポート94aに対向するように配置されている。そして、弁体95は、弁ケース94内に配置されており、プランジャ96の弁ケース94内に挿入された部分の軸方向先端に連結されている。弁体95は、本実施形態において、椀形状を有しており、プランジャ96を弁ケース94内へ深く挿入することによって、開口94eから遠い側に移動して、第1ポート94aと第4ポート94dとを連通させるとともに第2ポート94bと第3ポート94cとを連通させ、プランジャ96の弁ケース94内への挿入を浅くすることによって、開口94eに近い側に移動して、第1ポート94aと第2ポート94bとを連通させるとともに第3ポート94cと第4ポート94dとを連通させることができる。電磁コイル92は、プランジャ96の弁ケース94の軸方向外側に突出した部分の外周を囲むように配置されており、本実施形態において、非通電状態にすると、プランジャ96が弁ケース94内へ深く挿入されて、これにより、弁体95が開口94eから遠い側に移動して、第1ポート94aと第4ポート94dとが連通するとともに第2ポート94bと第3ポート94cとが連通した状態となり、通電状態にすると、プランジャ96の弁ケース94内への挿入が浅くなり、これにより、弁体95が開口94eから近い側に移動して、第1ポート94aと第2ポート94bとが連通するとともに第3ポート94cと第4ポート94dとが連通した状態となる。第1細管93aは、一端が第1ポート94aに接続されており、他端が第1細管93aよりも大径の吸入分岐管87に接続されている。第2細管93bは、一端が第2ポート94bに接続されており、他端が第2細管93bよりも大径の中間管88に接続されている。第3細管93cは、一端が第3ポート94cに接続されており、他端が第3細管93cよりも大径の吐出分岐管89に接続されている。第4細管93dは、一端が第3ポート94dに接続されており、他端が閉鎖されている。このように、4つの接続細管の一つである第4細管93dを閉鎖することによって、パイロット弁90の弁本体91は、第1ポート94aに連通する第1細管93a及び吸入分岐管87を第1流路とし、第2ポート94bに連通する第2細管93b及び中間管88を第2流路とし、第3ポート94cに連通する第3細管93b及び吐出分岐管89を第3流路とした場合において、第1流路と第2流路とが接続されかつ第3流路が第1及び第2流路のいずれにも接続されていない状態とする第1状態(本実施形態において、電磁コイル92の通電状態に対応)と、第2流路と第3流路とが接続されかつ第1流路が第2及び第3流路のいずれにも接続されていない状態とする第2状態(本実施形態において、電磁コイル92の非通電状態に対応)とに切り換えることが可能な流路構成を2つの2方弁を用いて構成したものと同じ機能を有している。ここで、図3におけるパイロット弁90の状態は、電磁コイル92が非通電状態にある場合に対応している。また、図1におけるパイロット弁90に付された実線は、電磁コイル92が非通電状態にある場合に対応しており、図1におけるパイロット弁90に付された破線は、電磁コイル92が通電状態にある場合に対応している。
そして、フルロード運転を行う際には、電磁コイル92を非通電状態にすることで、パイロット弁90の第2ポート94bと第3ポート94cとが連通しかつ第1ポート94aが第2及び第3ポート94b、94cのいずれにも連通していない状態にする。これにより、シリンダ中間部79の操作圧室86内の圧力が大きくなり、弁83によってアンロード通路80とバイパス通路82とが分断された状態になるため、圧縮開始点が遅れることなく圧縮仕事が行われる。また、アンロード運転を行う際には、パイロット弁90の第1ポート94aと第2ポート94bとが連通しかつ第3ポート94cが第1及び第2ポート94a、94bのいずれにも連通していない状態にする。これにより、シリンダ中間部79の操作圧室86内の圧力が小さくなり、アンロード通路80とバイパス通路82とが連通されて圧縮室68から低圧空間S4に冷媒が導かれる状態になるため、圧縮開始点が遅れた状態で圧縮仕事が行われる。
このように、本実施形態の圧縮機容量制御操作回路35では、2つの2方弁の代わりに四路切換弁用のパイロット弁90を用いているため、2つの2方弁を用いることによって生じるコストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機22の容量制御を可能にできる。しかも、パイロット弁90を2つの2方弁によって構成される流路構成と同じ流路構成にするにあたり、4つの接続細管93a、93b、93c、93dの1つ(本実施形態では、第4細管93d)を閉鎖するという簡単な処理によって実現されているため、構成が簡単になっている。また、本実施形態においては、パイロット弁90として、主冷媒回路に含まれる四路切換弁23を構成する四路切換弁用のパイロット弁23bと同じものを使用しているため、部品が共通化でき、これにより、空気調和装置1全体のコストダウンにも寄与している。
しかし、本実施形態の圧縮機容量制御操作回路35では、流路切換弁として、四路切換弁用のパイロット弁90を採用していることから、弁本体91から第1、第2、及び第3細管93a、93b、93cが延びているものを使用することになる。このため、第1細管93aの吸入分岐管87との接続部分、第2細管93bの中間管88との接続部分、及び第3細管93cの吐出分岐管89との接続部分の強度が低くなっている。
そこで、本実施形態の圧縮機容量制御操作回路35では、吸入分岐管87、中間管88、及び吐出分岐管89の少なくとも1つ(ここでは、中間管88及び吐出分岐管89)とパイロット弁90とを固定部材98に固定することによって、第1、第2、及び第3細管93a、93b、93cに過大な応力が作用しないようにして、四路切換弁用のパイロット弁90を用いることを可能にしている。ここで、固定部材98は、板金製の板状部材であり、本実施形態において、第2細管93bと中間管88との接続部分及び第3細管93cと吐出分岐管89との接続部分に少なくとも対向するように配置されている。そして、パイロット弁90は、電磁コイル92がバンド部材97eによって固定部材98に固定されている。また、中間管88及び吐出分岐管89は、それぞれ、バンド部材97b、97cによって固定部材98に固定されている。尚、本実施形態においては、吸入分岐管87、吸入分岐管87、中間管88及び吐出分岐管89のうち固定部材98に固定されているもの(ここでは、中間管88及び吐出分岐管89)は、対応する細管93b、93cの近傍部分が固定部材98に固定されているため、吸入分岐管87、中間管88及び吐出分岐管89の細管近傍における位置ずれ等を確実に防ぐことができ、これにより、第1、第2、及び第3細管93a、93b、93cに作用する応力を確実に小さくすることができるようになっている。尚、本実施形態においては、第1細管93aと吸入分岐管87との接続部分は、固定部材98に固定されていないが、吸入分岐管87、中間管88、及び吐出分岐管89の少なくとも1つが固定部材98に固定されていればよく、例えば、中間管88及び吐出分岐管89と同様、吸入分岐管87がバンド部材によって固定部材98に固定されたり、吸入分岐管87、中間管88、及び吐出分岐管89のいずれか1つが固定部材98に固定されていてもよい。
また、室外制御部37は、室外ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4の室内制御部43との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内制御部43と室外制御部37とによって、空気調和装置1の運転制御を行う運転制御手段としての制御部が構成されている。
以上のように、室外冷媒回路10aと室内冷媒回路10bと冷媒連絡管6、7とが接続されることによって、圧縮機22、四路切換弁23、第1熱交換器としての室外熱交換器24、膨張機構としての膨張弁25、及び第2熱交換器としての室内熱交換器41を含む主冷媒回路と、圧縮機22に接続されて圧縮機22の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作回路35とを有する、室内の冷暖房が可能な冷媒回路10が構成されている。そして、本実施形態の空気調和装置1は、室内制御部43と室外制御部37とから構成される制御部によって、室外ユニット2及び室内ユニット4の各機器の制御を行うことができるようになっている。
(2)空気調和装置の動作
<フルロード運転時の動作>
まず、冷房時の動作について、図1及び図3を用いて説明する。
冷房時は、四路切換弁23が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機22の吐出側が室外熱交換器24に接続され、かつ、圧縮機22の吸入側が第2閉鎖弁27に接続された状態となっている。膨張弁25は、開度調節されるようになっている。また、閉鎖弁26、27は、開状態にされている。さらに、パイロット弁90の電磁コイル92は、非通電状態になっている。
この冷媒回路10の状態において、圧縮機22、室外ファン36及び室内ファン42を起動すると、低圧の冷媒は、圧縮機22に吸入されて圧縮されて高圧の冷媒となる。ここで、パイロット弁90の電磁コイル92が非通電状態になっているため、パイロット弁90の第2ポート94bと第3ポート94cとが連通しかつ第1ポート94aが第2及び第3ポート94b、94cのいずれにも連通していない状態となり、これにより、圧縮機22においては、圧縮開始点が遅れることなく圧縮仕事が行われて、吸入容量に対して吐出容量を100%とするフルロード運転が行われることになる。その後、高圧の冷媒は、四路切換弁23を経由して、冷媒の冷却器として機能する室外熱交換器24に送られて、室外ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。そして、室外熱交換器24において冷却された高圧の冷媒は、膨張弁25によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、第1閉鎖弁26及び第1冷媒連絡管6を経由して、室内ユニット4に送られる。この室内ユニット4に送られた低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒の加熱器として機能する室内熱交換器41において、室内空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して低圧の冷媒となる。そして、この室内熱交換器41において加熱された低圧の冷媒は、第2冷媒連絡管7を経由して室外ユニット2に送られ、第2閉鎖弁27、四路切換弁23及びアキュムレータ21を経由して、再び、圧縮機22に吸入される。このようにして、冷房が行われる。尚、このフルロード運転時における圧縮機22の容量制御は、主として、圧縮機モータ75の周波数制御によって行われている。
次に、暖房時の動作について、図1及び図3を用いて説明する。
暖房時は、四路切換弁23が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機22の吐出側が第2閉鎖弁27に接続され、かつ、圧縮機22の吸入側が室外熱交換器24に接続された状態となっている。膨張弁25は、開度調節されるようになっている。また、閉鎖弁26、27は、開状態にされている。さらに、パイロット弁90の電磁コイル92は、非通電状態になっている。
この冷媒回路10の状態において、圧縮機22、室外ファン36及び室内ファン42を起動すると、低圧の冷媒は、圧縮機22に吸入されて圧縮されて高圧の冷媒となる。ここで、パイロット弁90の電磁コイル92が非通電状態になっているため、パイロット弁90の第2ポート94bと第3ポート94cとが連通しかつ第1ポート94aが第2及び第3ポート94b、94cのいずれにも連通していない状態となり、これにより、圧縮機22においては、圧縮開始点が遅れることなく圧縮仕事が行われて、吸入容量に対して吐出容量を100%とするフルロード運転が行われることになる。その後、この高圧の冷媒は、四路切換弁23、第2閉鎖弁27及び第2冷媒連絡管7を経由して、室内ユニット4に送られる。そして、室内ユニット4に送られた高圧の冷媒は、冷媒の冷却器として機能する室内熱交換器41において、室内空気と熱交換を行って冷却された後、第1冷媒連絡管6を経由して室外ユニット2に送られる。この室外ユニット2に送られた高圧の冷媒は、膨張弁25によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の加熱器として機能する室外熱交換器24に流入する。そして、室外熱交換器24に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン36によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱されることによって蒸発して低圧の冷媒となり、四路切換弁23及びアキュムレータ21を経由して、再び、圧縮機22に吸入される。このようにして、暖房が行われる。尚、このフルロード運転時における圧縮機22の容量制御は、主として、圧縮機モータ75の周波数制御によって行われている。
<アンロード運転時の動作>
上述のようなフルロード運転は、冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力に対する高圧側の冷媒圧力の比が所定の範囲以下に収まっている場合や、圧縮機モータ75の周波数が比較的高い領域にある場合には、冷凍サイクルの運転効率が比較的良い領域での運転が行われるため、圧縮機22の容量制御は、圧縮機モータ75の周波数制御で十分である場合が多い。
しかし、冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力に対する高圧側の冷媒圧力の比が所定の範囲を越える場合や、圧縮機モータ75の周波数が低い領域にある場合には、圧縮機モータ75の周波数制御だけでは圧縮機22の容量制御を十分に行えない状況が生じたり、運転効率が悪い領域での運転が行われることになる。
そこで、このような場合には、パイロット弁90の電磁コイル92を通電状態に切り換えて、パイロット弁90の第1ポート94aと第2ポート94bとが連通しかつ第3ポート94cが第1及び第2ポート94a、94bのいずれにも連通していない状態にすることで、アンロード通路80とバイパス通路82とが連通されて圧縮室68から低圧空間S4に冷媒が導かれる状態にして、これにより、圧縮機22において、圧縮開始点が遅れた状態で圧縮仕事が行われるようにして、吸入容量に対して吐出容量を低減させるアンロード運転を行い、圧縮機モータ75の周波数が低い状態での運転を避けるようにしている。
これにより、冷凍サイクルの低圧側の冷媒圧力に対する高圧側の冷媒圧力の比が所定の範囲を越える場合や、圧縮機モータ75の周波数が低い領域にある場合においても、極力運転効率が低下しないようにできる。また、パイロット弁90は、2つの2方弁を用いた場合と同様、不必要に圧縮機22から吐出された冷媒の一部が吐出管30から吸入管28にバイパスされるという事態が生じないため、アンロード運転時における圧縮機22の消費動力の増加も抑えることができるようになっている。さらに、フルロード運転とアンロード運転とを切り換える際には、2つの2方弁を用いた場合とは異なり、パイロット弁90のみを制御すればよいため、電気配線の数を減らしたり、制御内容も簡単化することができる。
(3)他の実施形態
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
<A>
上述の実施形態では、パイロット弁90の4つの接続細管93a〜93dのうち第4細管93dを閉鎖するようにしているが、これに限定されるものではなく、4つの接続細管93a〜93dのいずれか1つを閉鎖すればよい。この場合には、閉鎖される細管に応じて吸入分岐管87、中間管88及び吐出分岐管89に接続される細管を変更して、上述の実施形態と同様、パイロット弁90を2つの2方弁によって構成される流路構成と同じ流路構成にすればよい。
<B>
上述の実施形態では、圧縮機22として、スクロール型の圧縮機を使用しており、圧縮機モータ75が高圧の冷媒で満たされる高圧空間S3に配置されているが、これに限定されるものではなく、ロータリー型の圧縮機等のような他の型式の圧縮機であってもよいし、また、圧縮機モータ75が低圧の冷媒で満たされる空間に配置されたものであってもよい。
<C>
上述の実施形態では、室外ユニット2として、ユニットケーシング51内が仕切板56によって送風機室S1と機械室S2に分割されるとともにユニットケーシング51内に吸入された空気をユニットケーシング51の前面から吹き出す型式のものであったが、これに限定されず、ユニットケーシング内に吸入された空気をユニットケーシングの天面から吹き出す型式の室外ユニット等のように、他の型式の室外ユニットであってもよい。また、上述の実施形態では、1台の室外ユニット2に1台の室内ユニット4が接続された、いわゆる、ペア型かつセパレート型の空気調和装置1であったが、1台以上の室外ユニットに複数台の室内ユニットが接続されたマルチ型の空気調和装置やリモートコンデンサ型の空気調和装置等のように、他の型式の空気調和装置であってもよい。
本発明を利用すれば、コストアップを防ぎつつ、2つの2方弁を用いた場合と同様の圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構及びそれを備えた空気調和装置を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる圧縮機容量制御操作機構が採用された空気調和装置の概略構成図である。 室外ユニットの概略の内部構造を示す斜視図である。 図1のA部の構造(すなわち、圧縮機及び圧縮機容量制御操作回路の構造)を示す概略縦断面図である。
符号の説明
1 空気調和装置
22 圧縮機
23 四路切換弁
24 室外熱交換器(第1熱交換器)
25 膨張弁(膨張機構)
41 室内熱交換器(第2熱交換器)
28 吸入管
30 吐出管
79 シリンダ中間部
87 吸入分岐管
88 中間管
89 吐出分岐管
90、23b パイロット弁(流路切換弁、四路切換弁用パイロット弁)
91 弁本体
93a 第1細管
93b 第2細管
93c 第3細管
93d 第4細管
98 固定部材

Claims (5)

  1. 圧縮機(22)に接続されて前記圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構であって、
    第1流路と第2流路とが接続されかつ第3流路が前記第1及び前記第2流路のいずれにも接続されていない状態とする第1状態と、前記第2流路と前記第3流路とが接続されかつ前記第1流路が前記第2及び前記第3流路のいずれにも接続されていない状態とする第2状態とに切り換えることが可能な流路構成を2つの2方弁を用いて構成したものと同じ機能を有する弁本体(91)と、前記第1流路を構成しており前記弁本体から延びる第1細管(93a)と、前記第2流路を構成しており前記弁本体から延びる第2細管(93b)と、前記第3流路を構成しており前記弁本体から延びる前記第3細管(93c)とを有する流路切換弁(90)と、
    前記圧縮機の吸入管(28)から分岐されており、前記第1細管に接続された前記第1細管よりも大径の吸入分岐管(87)と、
    前記圧縮機のシリンダ中間部(79)に接続されており、前記第2細管に接続された前記第2細管よりも大径の中間管(88)と、
    前記圧縮機の吐出管(30)から分岐されており、前記第3細管に接続された前記第3細管よりも大径の吐出分岐管(89)と、
    前記吸入分岐管、前記中間管及び前記吐出分岐管のうちの少なくとも1つと、前記流路切換弁とが固定された固定部材(98)と、
    を備えた圧縮機容量制御操作機構。
  2. 前記吸入分岐管(87)、前記中間管(88)及び前記吐出分岐管(89)のうち前記固定部材に固定されているものは、対応する前記細管(93a、93b、93c)の近傍部分が前記固定部材(98)に固定されている、請求項1に記載の圧縮機容量制御操作機構。
  3. 圧縮機(22)に接続されて前記圧縮機の容量制御を可能にする圧縮機容量制御操作機構であって、
    4つの接続細管を有する四路切換弁用パイロット弁(90)と、
    前記4つの接続細管(93a、93b、93c、93d)の1つである第1細管に接続されており、前記圧縮機の吸入管(28)から分岐された吸入分岐管(87)と、
    前記4つの接続細管の1つである第2細管に接続されており、前記圧縮機のシリンダ中間部(79)に接続された中間管(88)と、
    前記4つの接続細管の1つである第3細管に接続されており、前記圧縮機の吐出管(30)から分岐された吐出分岐管(89)と、
    を備えた圧縮機容量制御操作機構。
  4. 前記4つの接続細管(93a、93b、93c、93d)の1つである第4細管は、閉鎖されている、請求項3に記載の圧縮機容量制御操作機構。
  5. 前記圧縮機(22)と、四路切換弁(23)と、第1熱交換器(24)と、膨張機構(25)と、第2熱交換器(41)と含む蒸気圧縮式の主冷媒回路と、
    請求項3又は4に記載の圧縮機容量制御操作機構とを備え、
    前記四路切換弁用パイロット弁(90)として、前記四路切換弁を構成する四路切換弁用パイロット弁(23b)と同じものが使用されている、
    空気調和装置。
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