JP2010048500A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を備えた室外機の低外気温条件下で使用時、使用するシリンダ数の切換えに使用するシリンダ数切換え弁内に残留した冷凍機油の固化あるいは粘度上昇による切換え不良をなくすことが可能な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】2個のシリンダを備え、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機と、シリンダの吸込側に連通し、シリンダの1個使用あるいは2個使用に切換えるシリンダ数切換え弁とを備え、シリンダ数切換え弁は、密閉型圧縮機の高さと略同等もしくは若干低い位置で、かつ密閉型圧縮機に近接して設けられる。
【選択図】 図8
【解決手段】2個のシリンダを備え、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機と、シリンダの吸込側に連通し、シリンダの1個使用あるいは2個使用に切換えるシリンダ数切換え弁とを備え、シリンダ数切換え弁は、密閉型圧縮機の高さと略同等もしくは若干低い位置で、かつ密閉型圧縮機に近接して設けられる。
【選択図】 図8
Description
本発明は2個のシリンダを備え負荷に応じて1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を収容した冷凍サイクル装置に関する。
従来、空気調和機のような冷凍サイクル装置には、密閉型圧縮機が搭載されている。
室外機の機械室には、2個のシリンダを備えた回転圧縮方式の密閉型圧縮機が設けられ、この密閉型圧縮機は、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能にするシリンダ数切換え弁が介在し、また、一方のシリンダの吸込側にアキュムレータを介して直接吸込み配管が連通され、他方のシリンダの吸込側にバファーマフラーを介した吸込み配管が接続され、アキュムレータを介して低圧側配管が連通されるか、吐出管からの高圧側配管が連通されるように切換えられる。
2個のシリンダを用いた通常運転では、蒸発器、四方弁、アキュムレータを介して戻ったガス冷媒は、アキュムレータで2分され、一方の冷媒ガスは直接一方のシリンダに吸い込まれ、他方の冷媒ガスはシリンダ数切換え弁を介して他方のシリンダに吸い込まれる。双方のシリンダに吸い込まれた冷媒ガスは圧縮され、密閉容器を介して、四方弁、凝縮器へと送られる。
一方、省エネルギー運転では、シリンダ数切換え弁の作用で、他方のシリンダは密閉型圧縮機の吐出管からの高圧側配管を介して他方のシリンダの吸込側に連通され、シリンダの吸込側は高圧になるので、シリンダの圧縮室内の圧力差によりローリングピストンへと押し付けられ、追従していたベーンは離れ、フリーとなる。この状態で、ベーン背面側に埋め込んだ小磁石によりベーンを吸着、保持する。シリンダではベーンによる仕切りがないため、空運転状態となり、この結果、1個のシリンダのみの運転になる。従って、密閉型圧縮機の運転を停動することなく、小入力で連続運転が可能となり、省エネルギーとなる。
図10に示すように、上記のような室外機の機械室において、従来のシリンダ数切換え弁11Aは、配管の引き回しおよび溶接の容易性から、高圧側配管31Aaに逆U字形状のものが採用され、密閉型圧縮機8の上部から離れた位置に設置していた。
このため、バッファーマフラー10自身が密閉型圧縮機8に対して高い位置に設けられ、さらに、シリンダ数切換え弁11Aの高さ位置も、密閉型圧縮機8に対して高い位置にある。また、バッファーマフラー10の上端からシリンダ数切換え弁11Aまでの高さH3は、バッファーマフラー10の高さH2よりも高い(長い)ため、シリンダ数切換え弁11Aは、密閉型圧縮機8に対して高い位置にある。
高圧側配管31Aaが逆U字形状のため、設置スペースが限られており、密閉型圧縮機8の上部に配置するしかなく、配管の長が伸びて、圧力損失が大きくなり、性能の低下となっていた。
また、従来のシリンダ切換え弁11Aでは、特に外気温度が低い条件(空調負荷大)で2個のシリンダを使用した状態で密閉型圧縮機8を起動し、室内温度が安定域に達した(要求空調負荷が低)後、1個のシリンダへ切換えを実施しようとした際、極まれに前段の運転条件、環境条件によっては、サイクル中の冷凍機油がシリンダ切換え弁11A内に残留、これが固化、粘度上昇を起こしており、弁切換え動作が上手くいかない場合が生じるため、弁切換えに制約条件を持たせる場合が存在した。
なお、前記消音マフラーが、冷凍サイクルの四方弁より低い位置に配置された冷凍サイクル装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−180829号公報
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を備えた室外機の低外気温条件下で使用時、使用するシリンダ数の切換えに使用するシリンダ数切換え弁内に残留した冷凍機油の固化あるいは粘度上昇による切換え不良の生じない冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、室外機の機械室に、2個のシリンダを備え負荷に応じて1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を収容した冷凍サイクル装置において、上記密閉型圧縮機の周辺に、冷凍サイクルの低圧側配管と、前記密閉型圧縮機の吐出側と連通する高圧側配管と、前記密閉型圧縮機のシリンダ数切換え弁と、前記低圧側配管と常時連通して前記密閉型圧縮機の第1のシリンダへ接続される第1の吸込み側配管と、バッファーマフラーを介在し前記密閉型圧縮機の第2のシリンダへ接続される第2の吸込み側配管とを備え、前記シリンダ数切換え弁は、前記高圧側配管と前記第2の吸込み側配管が連通する流路、または前記低圧側配管と前記第2の吸込み側配管が連通する流路に選択的に切換え可能に接続されると共に、密閉型圧縮機の高さと略同等もしくは若干低い位置で、かつ密閉型圧縮機に近接して配置したことを特徴とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を備えた室外機の低外気温条件下で使用時、使用するシリンダ数の切換えに使用するシリンダ数切換え弁内に残留した冷凍機油の固化あるいは粘度上昇による切換え不良を生じない冷凍サイクル装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る冷凍サイクル装置の一実施例である空気調和機の室外機の斜視図であり、図2は本発明に係る冷凍サイクルの概念図であり、図3は本室外機に収容される密閉型圧縮機とシリンダ数切換え手段を備えた冷凍サイクル装置の縦断面図である。
図1および図2に示すように、冷凍サイクル装置の一実施例である空気調和機1は、室外機2と室内機3に分離される。
この室外機2は、筐体4内を熱交換器室(図示せず)と機械室5(図6)とに仕切板(図示せず)で左右に分割され、前記熱交換器室収容される室外ファン6および室外熱交換器7と、機械室5内に収容される密閉型圧縮機8、四方弁9、バッファーマフラー10、シリンダ数切換え弁11、電子制御弁12を備え、室内機3には室内ファン14を備えた室内熱交換器13を備え、室外機2と室内機3は連通管15、16、室外機2に設けられたパックドバルブ17、18を介して順次連通して冷凍サイクルが構成される。
図3に示すように、密閉型圧縮機8は密閉容器22を備え、この密閉容器22内の下部には圧縮機構部23が、上部には電動機部24がそれぞれ設けられ、これら圧縮機構部23と電動機部24は、回転軸25を介して連結される。
圧縮機構部23は、2個のシリンダを備えるツインタイプ形で、第1の圧縮機構部を構成する第1のシリンダ23Aと第2の圧縮機構部を構成する第2のシリンダ23Bとから構成される。
第1のシリンダ23Aは上部側に設けられ、第1のローリングピストン23a1が偏心回転自在に収容され、第2のシリンダ23Bは第1のシリンダ23Aの下部に中間仕切り板26で離間されて設けられ、第2のローリングピストン23b1が偏心回転自在に収容される。
シリンダ数切換え弁11は上面に第1の接続口、下面に第2および第3の接続口を備えた3方弁として機能する弁で構成し、第1の接続口と第3の接続口が連通、または第2の接続口と第3の接続口が連通するよう切り替えられる構成とする。なお、この弁は、このために設計された3方弁を使用しても良いが、水平方向に弁が作動する構成でなり、通常冷凍サイクルの流路切換え用として使用され量産されている四方切換弁を1箇所の接続口を閉塞して使用しても良い。
前記第1のシリンダ23Aは、吸込側に第1の吸込み側配管27aが接続し、一方、第2のシリンダ23Bは、吸込側に第2の吸込み側配管27bが接続し、この第2の吸込み側配管27bには冷媒のマフラー効果を得るバッファーマフラー10が介設している。
冷凍サイクルの密閉型圧縮機の吸込側に冷媒を戻すための低圧側配管29には、蒸発器でガス化しきれなかった冷媒が液状のまま密閉型圧縮機8に吸入されるのを防ぐ役割を持つ筒状構造をしたアキュムレータ28が介在されている。
このアキュムレータ28は、上部に冷媒流入用の低圧側配管29が上方から挿入され、下部に冷媒流出用の2本の配管が下方に延出し、その一方は前記第1の吸込み側配管27aとして密閉型圧縮機の第1のシリンダ23Aに常時連通するよう配管される。また、もう一方は、低圧側連通管29aによりシリンダ数切換え弁11の第2の接続口に接続している。
さらに密閉型圧縮機8の吐出管30と連通する高圧側配管31がシリンダ数切換え弁11の第1の接続口に接続し、バッファーマフラー10が介設している第2の吸込み側配管27bがシリンダ数切換え弁11の第3の接続口に接続されている。
また、密閉容器22の内底部には潤滑油を集溜する油溜り部32が設けられ、第2のシリンダ23Bの全部と、第1のシリンダ23Aのほとんど大部分が油溜り部32の潤滑油中に浸漬されている。
回転軸25の最下端面は第2の軸受25aから露出していて、ここに図示しない給油ポンプが設けられる。この給油ポンプには給油通路が連通していて、回転軸25の回転にともなって給油ポンプが油溜り部32の潤滑油を吸い上げ、給油通路に導くようになっている。
従って、図4に示すように、密閉型圧縮機8の2個のシリンダを用いた通常の運転では、シリンダ数切換え弁11が、第2の接続口と第3の接続口が連通する状態に保持される。アキュムレータ28に戻ったガス冷媒は、アキュムレータ28で2分され、一方の冷媒ガスは、直接第1のシリンダ23Aに吸い込まれ、他方の冷媒ガスはシリンダ数切換え弁11を介して第2のシリンダ23Bに吸込まれ、第1のシリンダと第2のシリンダ双方で圧縮作用が行われ、密閉容器22を介して、高圧ガスが吐出管30より吐出される。
これに対して、図5に示すように、密閉型圧縮機8の1個のシリンダを用いた省エネルギー運転では、シリンダ数切換え弁11が、第1の接続口と第3の接続口が連通する状態に保持される。第2のシリンダ23Bは、高圧側配管31、シリンダ数切換え弁11およびバッファーマフラー10、第2の吸込み側配管27bを介して吐出管30に連通するので、第2シリンダ23Bの吸込側は高圧になり、第2のシリンダ23Bの圧縮室内の圧力差により第2のローリングピストン23b1へと押し付けられ、追従していたベーン23b2は離れ、フリーとなる。この状態で、ベーン背面側に埋め込んだ小磁石23b3によりベーンを吸着、保持する。シリンダではベーンによる仕切りがないため、空運転状態となり、第2のシリンダ23Bでの圧縮作用は停止状態となる。このためアキュムレータ28に戻ったガス冷媒は、一方の、第1の吸込み側配管27aを介して第1のシリンダ23Aのみに吸い込まれる。この結果、1個のシリンダのみの運転になる。
以上のように構成する、シリンダの1個使用あるいは2個使用に切換えるシリンダ数切換え弁11は、図6および図7に示すように、密閉型圧縮機8、四方弁9、アキュムレータ28およびバッファーマフラー10などと共に機械室5に収容される。
図7および図8に示すように、シリンダ数切換え弁11は密閉型圧縮機8の高さと略同等か若干低い位置に、かつ密閉型圧縮機8に近接して設けられる。
ここで、近接とはシリンダ数切換え弁11が密閉型圧縮機8からの放熱の影響を受ける距離を意味する。
また、シリンダ数切換え弁11は、バッファーマフラー10の上端10aからの高さH1を、バッファーマフラーの全長H2以下にする。
また、三方弁で構成するシリンダ数切換え弁11の上面に接続する高圧側配管31の上方への突出部は直管であり、密閉型圧縮機8と干渉しないため、密閉型圧縮機8の密閉容器22の側面に配置が可能になり、高圧配管31の長さが短縮される。
さらに、図9に示すように、シリンダ数切換え弁11は、断熱、防音のために密閉型圧縮機8の周囲を覆うカバー33内に収容されるのが好ましい。
次に本実施形態の冷凍サイクル装置の動作について説明する。
冬季など外気が低温時、暖房運転が行われる。
運転当初はシリンダを2個使用する通常運転が行われる。
図4に示すように、通常運転では、第2のシリンダ23Bは、低圧側連通管29a、シリンダ数切換え弁11、バッファーマフラー10を介在する第2の吸込み側配管27bと連通する。このとき、シリンダ数切換え弁11は定常状態にあり、動作はしない。
この状態で、アキュムレータ28に戻ったガス冷媒は、アキュムレータ28で2分され、一方の冷媒ガスは、直接第1のシリンダ23Aに吸い込まれ、他方の冷媒ガスは、シリンダ数切換え弁11を介して第2のシリンダ23Bに吸込まれ、第1のシリンダ23Aと第2のシリンダ23Bの双方で圧縮される。
一方、通常運転が継続され、室内温度が所定温度になると、省エネルギー運転が行われる。
前段の通常運転が継続され、密閉型圧縮機8が発熱して温度上昇すると、シリンダ数切換え弁11は密閉型圧縮機8の高さと略同等か若干低い位置に、かつ密閉型圧縮機8に近接して設けられているので、密閉型圧縮機8からの放熱の影響でシリンダ数切換え弁11が効果的に加熱される。これにより、シリンダ切換え弁11内のサイクル中の冷凍機油の温度が上昇し、粘度が低下して軟化し、シリンダ数切換え弁11内の残留がなくなり、シリンダ数切換え弁11が動作しすい状態になる。
なお、密閉圧縮機8の周囲は、筐体4で覆われているため、ある程度の断熱、遮音効果を有しているが、密閉圧縮機8の周囲をさらにカバー33で覆う構成とすれば、さらに高い効果が得られる。
このように、先行する通常運転によりシリンダ数切換え弁11が動作しすい状態になっているので、図5に示すように、省エネルギー運転では、シリンダ数切換え弁11の動作を確実に行える。
シリンダ数切換え弁11の切換え動作により、第2のシリンダ23Bは、吐出管30、高圧側配管31、シリンダ数切換え弁11およびバッファーマフラー10を介在する第2の吸込み側配管27bと連通する。従って、第2シリンダ23Bの吸込側は高圧になり、第2のシリンダ23Bの圧縮室内の圧力差により第2のローリングピストン23b1へと押し付けられ、追従していたベーンは離れ、フリーとなり、第2のシリンダ23Bではベーンによる仕切りがないため、空運転状態となり、第2シリンダ23Bでの圧縮作用は停止する。このため、密閉型圧縮機8は第1のシリンダ23Aのみでの運転になり、低圧縮容量での省エネルギー運転となる。
上記のように、本実施形態の冷凍サイクル装置では、シリンダ数切換え弁11は密閉型圧縮機8の高さと略同等もしくは若干低い位置で、かつ密閉型圧縮機8に近接して設けられているので、低外気温条件下で使用時、密閉型圧縮機8の起動後速やか(通常運転を短時間)にシリンダ数切換え弁11の環境温度を一定温度以上に維持することが可能となり、シリンダ数切換え弁11内に残留した冷凍機油の固化あるいは粘度上昇による切換え不良をなくすことが可能になり、シリンダ数切換え弁11の動作を確実に行うことができる。
しかも、弁切換えに制約条件を持たせる必要がない。
また、シリンダ数切換え弁11のバッファーマフラー10の上端からの高さを、バッファーマフラー10の全長以下にするので、接続配管長さの短縮化(圧力損失低減)を図ることができ、性能が向上する。さらに、シリンダ数切換え弁11はカバー33内に収容されるので、シリンダ数切換え弁11が加熱され、動作しやすい状態になる。
本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、負荷に応じてその1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を備えた室外機の低外気温条件下で使用時、使用するシリンダ数の切換えに使用するシリンダ数切換え弁内に残留した冷凍機油の固化あるいは粘度上昇による切換え不良をなくすことが可能な冷凍サイクル装置が実現される。
1…空気調和機、2…室外機、3…室内機、4…筐体、5…機械室、6…室外ファン、7…室外熱交換器、8…密閉型圧縮機、9…四方弁、10…バッファーマフラー、11…シリンダ数切換え弁、12…電子制御弁、13…室内熱交換器、14…室内ファン、15、16…連通管、17、18…パックドバルブ、22…密閉容器、23…圧縮機構部、23A…第1の圧縮機構部を構成する第1のシリンダ、23B…第2の圧縮機構部を構成する第2のシリンダ、23a1…第1のローリングピストン、23b1…第2のローリングピストン、23b2…ベーン、23b3…小磁石、24…電動機部、25…回転軸、25a…第2の軸受、26…中間仕切り板、27a…第1の吸込み側配管、27b…第2の吸込み側配管、28…アキュムレータ、29…低圧側配管、29a…低圧側連通管、30…吐出管、31…高圧側配管、32…油溜り部、33…カバー、H1…高さ、H2…全長。
Claims (3)
- 室外機の機械室に、2個のシリンダを備え負荷に応じて1個ないし2個を選択的に切換えて使用可能な密閉型圧縮機を収容した冷凍サイクル装置において、
上記密閉型圧縮機の周辺に、冷凍サイクルの低圧側配管と、前記密閉型圧縮機の吐出側と連通する高圧側配管と、前記密閉型圧縮機のシリンダ数切換え弁と、前記低圧側配管と常時連通して前記密閉型圧縮機の第1のシリンダへ接続される第1の吸込み側配管と、バッファーマフラーを介在し前記密閉型圧縮機の第2のシリンダへ接続される第2の吸込み側配管とを備え、前記シリンダ数切換え弁は、前記高圧側配管と前記第2の吸込み側配管が連通する流路、または前記低圧側配管と前記第2の吸込み側配管が連通する流路に選択的に切換え可能に接続されると共に、密閉型圧縮機の高さと略同等もしくは若干低い位置で、かつ密閉型圧縮機に近接して配置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 前記シリンダ数切換え弁は、水平方向に弁が作動する構成で、上面より上方に向けて突出する高圧側配管、下面に下方に向けて前記低圧側配管と前記第2の吸込み側配管とがそれぞれ接続し、前記第2の吸込み側配管に設けられたバッファーマフラーが垂直方向に設けられ、前記バッファーマフラーの上端部から前記シリンダ数切換え弁までの高さを、前記バッファーマフラーの全長以下にすることを特徴とする請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記シリンダ数切換え弁は、断熱、防音のために前記密閉型圧縮機の周囲を覆うカバー内に収容されることを特徴とする請求項1または2に記載の冷凍サイクル装置。
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