JP2010096472A

JP2010096472A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2010096472A
Application number: JP2008269694A
Authority: JP
Inventors: Koji Hirano; 浩二平野; Makoto Fukukawa; 真福川
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: JP5357495B2

Abstract

【課題】電圧の異なる冷凍サイクル装置間で、同一コイルを使用することが可能となり、高範囲に渡る冷凍サイクル装置での標準化を図ることができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本冷凍サイクル装置は、コンプレッサと、サイクル切換弁と、電動膨張弁と、各弁の駆動を制御する制御装置を備え、電動膨張弁は、駆動パルスにより弁開度が制御される弁であり、サイクル切換弁は、弁の切換え動作時のみコイルに通電して弁を切換える自己保持形弁であり、弁駆動回路は、１個の駆動電源と、電動膨張弁に駆動パルスを発生させる電動膨張弁駆動回路と、サイクル切換弁の切換えを行う切換弁駆動回路とを備え、制御装置は、通常運転状態で、電動膨張弁駆動回路に駆動パルスを発信するよう制御し、切換弁の切換動作時は、電動膨張弁駆動回路の駆動パルスの発信を停止させた状態で、切換弁駆動回路に駆動制御信号を送信する制御手段を備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は２個のシリンダを備え１個ないし２個を選択的に切換えて使用可能なコンプレッサの制御方法を改良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、コンプレッサが搭載されている。

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コンプレッサが設けられ、このコンプレッサは、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ッ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。

従来、シリンダ数切換弁の駆動電源は、空気調和機の供給電源仕様側に合わせて選定を行い制御する方式をとっていた。この場合、例えば単相１００Ｖ用機種と２００Ｖ用機種では、同じ切換弁を利用する場合であっても異なる電源コイルとなり、部品の標準化、共通化が図られていない。

また、上記コイルには常時通電される方式をとるため、運転中に弁位置保持のための消費電力を必要とし電力を消費していた。

このことは、冷房、暖房を切換えるサイクル切換弁についても同様のことが言える。

なお、特許文献１には、負荷の大小に応じて圧縮運転と非圧縮運転をなす２シリンダ形ロータリ式コンプレッサを備え、圧縮運転から非圧縮運転への切換え、もしくはその逆の切換える冷凍サイクル装置が提案されている。
特開２００５−１７１８９７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、電圧の異なる冷凍サイクル装置間で、同一コイルを使用することが可能となり、高範囲に渡る冷凍サイクル装置での標準化を図ることができ、さらに、コイルを切換え時のみの通電方式とし、運転中に弁位置保持のための消費電力を必要とせず省エネルギー化を図ることができる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、コンプレッサと、冷凍サイクルの冷房運転と暖房運転時に冷媒の流れを切換えるサイクル切換弁と、冷媒を減圧し流量を制御する電動膨張弁と、前記各弁の駆動動作を行う弁駆動回路と、この弁駆動回路に弁制御信号を送信し、前記各弁の駆動を制御する制御装置を備えた冷凍サイクル装置において、前記電動膨張弁は、駆動パルスにより弁開度が制御される弁であり、前記サイクル切換弁は、弁の切換え動作時のみコイルに通電して弁を切換える自己保持形弁であり、前記弁駆動回路は、１個の駆動電源と、この駆動電源に接続し前記電動膨張弁に駆動パルスを発生させる電動膨張弁駆動回路と、同じく前記駆動電源に接続しサイクル切換弁の切換えを行う切換弁駆動回路とを備え、前記制御装置は、通常運転状態で、前記電動膨張弁駆動回路に前記駆動パルスを発信するよう制御し、サイクル切換弁の切換動作時は、前記電動膨張弁駆動回路の前記駆動パルスの発信を停止させた状態で、切換弁駆動回路に駆動制御信号を送信する制御手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、２個のシリンダを備え１個ないし２個を選択的に切換えて使用可能なコンプレッサと、このコンプレッサの吸込側に設けられ前記シリンダの１個または２個運転に切換えるシリンダ数切換弁と、冷凍サイクルの冷房運転と暖房運転時に冷媒の流れを切換えるサイクル切換弁と、冷媒を減圧し流量を制御する電動膨張弁と、前記各弁の駆動動作を行う弁駆動回路と、この弁駆動回路に弁制御信号を送信し、前記各弁の駆動を制御する制御装置を備えた冷凍サイクル装置において、前記電動膨張弁は、駆動パルスにより弁開度が制御される弁であり、前記シリンダ数切換弁および前記サイクル切換弁は、夫々弁の切換え動作時のみコイルに通電して弁を切換える自己保持形弁であり、前記弁駆動回路は、１個の駆動電源と、この駆動電源に接続し前記電動膨張弁に駆動パルスを発生させる電動膨張弁駆動回路と、同じく前記駆動電源に接続しシリンダ数切換弁あるいはサイクル切換弁の切換を行う切換弁駆動回路とを備え、前記制御装置は、通常運転状態では、前記電動膨張弁駆動回路に前記駆動パルスを発信するよう制御すると共に、シリンダ数切換弁およびサイクル切換弁の切換動作時は、前記電動膨張弁駆動回路の前記駆動パルスの発信を停止させた状態で、切換弁駆動回路に切換え駆動信号を送信することを特徴とする。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、電圧の異なる冷凍サイクル装置間で、同一コイルを使用することが可能となり、高範囲に渡る冷凍サイクル装置での標準化を図ることができ、また、本コイルを切換え時のみの通電方式とし、運転中に弁位置保持のための消費電力を必要とせず省エネルギー化を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明に係る冷凍サイクル装置の一実施形態を空気調和機を例にとり図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る空気調和機に用いる冷凍サイクルの概念図であり、図２は本発明の一実施形態の空気調和機に用いる室外機の機械室内構造を示す斜視図、図３は本発明の一実施形態の空気調和機に用いるシリンダ数切換弁を備えたコンプレッサの縦断面図である。

図１および図２に示すように、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、筐体内を熱交換器室（図示しない）と機械室５とに仕切板（図示しない）で左右に分割し、熱交換器室に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内に収容されるコンプレッサ８、冷暖切換え用のサイクル切換弁（四方弁）９、バッファーマフラー１０、シリンダ数切換弁１１、パルスモータ駆動バルブ（ＰＭＶ）である電動膨張弁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、コンプレッサ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２３ａ_１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の下部に中間仕切板２６で離間されて設けられ、第２のローリングピストン２３ｂ_１が偏心回転自在に収容される。

サイクル切換弁９（図１）およびシリンダ数切換弁１１は、弁の切換え動作時のみ通電して、コイル（ソレノイド）を付勢し、この付勢されたコイルにより弁体を作動させて所定位置に移動させ、所定位置に弁体を機械的手段あるいは磁石などにより保持する自己保持形で、電圧の極性を変換することで弁の切換えを行うことが可能であり、コイルには、例えば１２Ｖ以下のような直流弱電圧用のものを使用する。従って、サイクル切換弁９およびシリンダ数切換弁１１は、弁体を所定位置に保持するために、コイルを常時付勢しておく必要がない。

また、サイクル切換弁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換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。

第１のシリンダ２３Ａは、吸込側に第１の吸込側配管２７ａが接続し、一方、第２のシリンダ２３Ｂは、吸込側に第２の吸込側配管２７ｂが接続し、この第２の吸込側配管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。

冷凍サイクルのコンプレッサ８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コンプレッサ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の吸込側配管２７ａとしてコンプレッサの第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弁１１の第２の接続口に接続している。

さらにコンプレッサ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の吸込側配管２７ｂがシリンダ数切換弁１１の第３の接続口に接続される。

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、コンプレッサ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に流入した冷媒は、ガス冷媒がアキュムレータ２８で２分され、一方のガス冷媒は、直接第１のシリンダ２３Ａに吸い込まれ、他方のガス冷媒はシリンダ数切換弁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、コンプレッサ８の１個のシリンダを用いた小能力運転では、サイクル切換弁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、サイクル切換弁１１およびバッファーマフラー１０、第２の吸込側配管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２３ｂ_１へと押し付けられ、追従していたベーン２３ｂ_２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。

図６に示すように、室外機２は、室外機制御回路４１を備える。

室外機制御回路４１は、メイン基板４３に室外機ＭＣＵ（マイクロコントローラ・ユニット）４４をはじめ各種の回路が取り付けられ、室外機ＭＣＵ４４は整流器などを備えた電源回路４５を介して電源に接続される。

室外機ＭＣＵ４４は本発明における室外機側の制御装置をなし、ＣＰＵ、メモリなどを備え、ＣＰＵがＲＯＭ及びＲＡＭとデータのやりとりを行いながらＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行することによって、コンプレッサ８、シリンダ数切換弁１１、サイクル切換弁９、電動膨張弁１０を含む室外機２の被制御部品を制御する。

また、室外機ＭＣＵ４４にはコンプレッサ８を回転制御するコンプレッサ駆動回路４６が接続され、さらに、室外ファン６の回転を制御する室外ファン駆動回路４７が接続される。

また、室外機ＭＣＵ４４にはシリンダ数切換弁１１、サイクル切換弁９、電動膨張弁１０を開閉駆動する弁駆動回路４９が接続される。

さらに、室外機ＭＣＵ４４にはコンプレッサ８の吐出側に設けられる吐出センサＳ１、吸込側に設けられる吸込センサＳ２、室外熱交換器７に設けられる熱交換器センサＳ３および外気温センサＳ４が接続され、吐出センサＳ１はコンプレッサ８から吐出される冷媒温度を、吸込センサＳ２はコンプレッサ８に吸込まれる冷媒温度を、熱交換器センサＳ３は室外熱交換器７内の冷媒温度を、外気温センサＳ４は外気温度を各々検知し、温度情報として室外機ＭＣＵ４４に入力する。

電源回路４５は配線５０を介して室内機３側に接続され、配線５０には電流センサ５１が設けられる。

図７に示すように、弁駆動回路４９には、ＤＣ１２Ｖの駆動電源６０としてのトランスと、電動膨張弁１２のパルスモータへ駆動パルスを出力するＰＭＶ駆動回路６７と、サイクル切換弁９とシリンダ切換弁１１の切換えを行う切換弁駆動回路６１とを備える。この切換弁駆動回路６１は、常開スイッチ６２Ａから構成する通電リレー６２と、ＯＮ端子６３ａ_１およびＯＦＦ端子６３ａ_２を備えた第１切換スイッチ６３ＡならびにＯＮ端子６３ｂ_１およびＯＦＦ端子６３ｂ_２を備えた第２切換スイッチ６３Ｂから構成する極性切換手段としての極性切換リレー６３と、ＯＮ端子６４ａ_１およびＯＦＦ端子６４ａ_２を備えた切換スイッチ６４Ａを構成する弁選択リレー６４と、１２Ｖ以下の直流弱電圧で作動し極性が切り換わることで吸着、離脱の動作を行うサイクル切換弁コイル９Ｃおよびシリンダ数切換弁コイル１１Ｃとを備えている。

弁駆動回路４９の回路構成は、前記駆動電源６０の両端子にＰＭＶ駆動回路６７が直接接続されると共に、切換弁駆動回路６１が前記ＰＭＶ駆動回路６７と並列接続される。即ち、前記駆動電源６０のプラス電位側に、通電リレー６２の常開スイッチ６２Ａを介して、極性切換リレー６３の第１の切換スイッチ６３Ａが接続され、前記駆動電源６０のマイナス電位側に、極性切換リレー６３の第２の切換スイッチ６３Ｂが接続される。極性切換リレー６３の第１切換スイッチ６３ＡのＯＮ端子６３ａ_１は、抵抗６５を介して第２切換スイッチ６３ＢのＯＦＦ端子６３ｂ_２に接続され、第２切換スイッチ６３ＢのＯＮ端子６３ｂ_１は、第１切換スイッチ６３ＡのＯＦＦ端子６３ａ_２に配線接続される。この第１切換スイッチ６３ＡのＯＦＦ端子６３ａ_２に弁選択リレー６４の切換スイッチ６４Ａが接続され、このＯＦＦ端子６４ａ_２側にサイクル切換弁コイル９Ｃの一端側が接続し、またＯＮ端子６４ａ_１側にシリンダ数切換弁コイル１１Ｃの一端側が接続される。サイクル切換弁コイル９Ｃおよびシリンダ数切換弁コイル１１Ｃの他端側は、夫々極性切換リレー６３の第２の切換スイッチ６３ＢのＯＦＦ端子６３ｂ_２に接続される。さらに、極性切換リレー６３の第１切換スイッチ６３Ａと第２切換スイッチ６３Ｂ間における配線間にはサージ吸収用のダイオード６６が接続される。

常開スイッチ６２Ａ開閉制御を行う通電リレー６２の、第１切換スイッチ６３Ａと第２切換スイッチ６３Ｂの端子切換えを行う極性切換リレー６３、切換スイッチ６４Ａの端子切換えを行う弁選択リレー６４への通電制御は室外機ＭＣＵ４４からの指令によって行われる。

従って、前記ＰＭＶ駆動回路６７と、前記切換弁駆動回路６１の前記サイクル切換弁９の弁位置切換え用のコイル９Ｃまたは前記シリンダ数切換弁コイル１１Ｃとが、駆動電源６０に対し、並列接続されるため、サイクル切換弁９の弁位置切換え用のコイル９Ｃへの通電、極性切換リレー６３による弁切換えおよびシリンダ数切換弁１１の弁位置切換え用のコイル１１Ｃへの通電、入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化する電動膨張弁（ＰＭＶ）のパルス発生は１個の共通の駆動電源６０によって行われ、駆動電源が共通化する。

図８はリレー、弁の制御相関図で、図中左側は、室外機ＭＣＵ４４のポート、極性切換リレー６３、サイクル切換弁コイル９Ｃ、およびシリンダ数切換弁コイル１１Ｃの通電の相関を示し、さらに、図中右側では、室外機ＭＣＵ４４のポート、弁選択リレー６４と通電されるコイルの相関を示す。

室外機ＭＣＵ４４のポートがＬｏｗの場合、極性切換リレー６３がＯＦＦとなり、第１切換スイッチ６３ＡがＯＦＦ端子６３ａ_２に、第２切換スイッチ６３ＢがＯＦＦ端子６３ｂ_２に接続される。

この際弁選択ポートがＬｏｗの場合は、弁選択リレー６４がＯＦＦ端子６４ａ_２に接続され冷暖切換えのサイクル切換弁コイル９Ｃ側に接続されるため、通電リレー６２に１秒間通電を行うとサイクル切換弁コイル９Ｃが吸着方向に作用し、その状態を保持する。したがって、冷凍サイクルは、冷房モードに維持される。

また、極性ポートが上記したＬｏｗの状態で、弁選択ポートがＨｉｇｈとなった場合は、弁選択リレー６４がＯＮ端子６４ａ_１に接続され、シリンダ数切換弁コイル１１Ｃ側に接続されるため、通電リレー６２に１秒間通電を行うとシリンダ数切換弁コイル１１Ｃが吸着方向に作用し、その状態を保持する。したがって、コンプレッサ８は１シリンダでの運転モードに維持される。

また、極性切換ポートをＨｉｇｈに設定した場合は、極性切換リレー６３がＯＮとなり、第１切換スイッチ６３ＡがＯＮ端子６３ａ_１に、第２切換スイッチ６３ＢがＯＮ端子６３ｂ_１に接続される。このため、サイクル切換弁コイル９Ｃもしくはシリンダ数切換弁コイル１１Ｃへの通電される極性がプラスマイナス逆転する。

したがって、上述した際弁選択ポートがＬｏｗの場合は、通電リレー６２に１秒間通電を行うとサイクル切換弁コイル９Ｃが離脱方向に作用し、その状態を保持する。したがって、冷凍サイクルは、暖房モードに切り換わりその状態が維持される。

また、極性ポートがＨｉｇｈの状態で、弁選択ポートがＨｉｇｈとなった場合は、弁選択リレー６４がＯＮ端子６４ａ_１に接続され、シリンダ数切換弁コイル１１Ｃ側に接続されるため、通電リレー６２に１秒間通電を行うと、シリンダ数切換弁コイル１１Ｃが離脱方向に作用し、その状態を保持する。したがって、コンプレッサ８は２シリンダでの運転モードに維持される。

図９は、リレー、弁のシーケンス制御図で、下段から上段へ、ＰＭＶ駆動回路４４から電動膨張弁１２のパルスモータへ発せられる駆動パルス、弁選択リレー６４への制御信号、極性切換リレー６３への制御信号、通電リレーへの制御信号のシーケンスを示す。この図に示されるとおり、通常時は、駆動電源からの電源供給は、全てＰＭＶ駆動パルスに供給され、切換弁を切換え操作する場合のみ、ＰＭＶ駆動パルスを停止し、通電リレー側への電源供給を行う制御を実施している。具体的には、室外機ＭＣＵから弁切換え操作信号が出た場合、ＰＭＶ駆動パルスの発信中にＰＭＶ駆動回路にストップパルスを送り、５秒間パルス発信を停止させる。その際、極性切換ポート、および弁選択ポートにＬｏｗまたはＨｉｇｈに信号を送り極性切換リレー６３、弁選択リレー６４を所定モードに設定し、２秒後に１秒間通電リレーをＯＮとし、弁の切換え操作を実行し、その後２秒間その状態を保持した後、ＰＭＶ駆動回路にスタートパルスを送りＰＭＶ駆動パルスの発信を再開する制御を実施する。

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。

例えば、冷房サイクル運転、暖房サイクル運転が可能な自動運転を実施した場合を説明する。

図６および図７に示すように、リモコンなどにより、所望室内温度を設定し、自動運転の運転を操作すると、指定した自動運転の指令が室内機３内に配置した室内制御回路に入力され、室内温度と設定温度差などの条件により冷房運転或いは暖房運転などの運転モードが設定され、この設定されたモードに基づく運転信号が、室内機３側の制御回路から室外機２内に配置した室外機制御回路４１に送られ、室外機制御回路４１の室外機ＭＣＵ４４からの指令により、設定された運転モードに基づく室外機側の冷凍サイクル回路、圧縮機の運転モードなど運転が実行される。

例えば、室内温度が設定温度より高い場合は、冷房モードが設定され運転が開始される。

図７および図８に示すように、この室内温度情報の入力により、冷房サイクル運転が必要であると指令を受けた室外機ＭＣＵ４４は、室外機ＭＣＵ４４の極性切換ポートがＬｏｗにあり、極性切換リレー６３を第１、第２切換スイッチ６３Ａ、６３ＢがＯＦＦ端子６３ａ_２、６３ｂ_２に接続された状態に、弁選択リレー６４を切換スイッチ６４ＡがＯＦＦ端子６４ａ_２に接続された状態にし、通電リレー１を１秒間通電することで、図７および図８に示すように、サイクル切換弁コイル９Ｃを吸着させる方向に電流が流れ、弁体は、冷凍サイクルが冷房運転可能な状態に保持される。

なお、予め冷房サイクル運転になっており、極性切換リレー６３および弁選択６４はＯＦＦ状態で待機している場合はこの動作は省略される。

一方、通常運転では、弁体は離脱状態にあり、図４に示すようなコンプレッサ８の２個のシリンダ２３ａ_２３Ｂを用いた通常の冷房運転が可能な状態としている。

図１に実線で冷媒の流れ方向を矢示する冷房運転が開始されると、コンプレッサ８の２個のシリンダ２３ａ_２３Ｂを用いた通常の運転では、シリンダ数切換弁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。

吐出管３０より吐出された高圧ガスは室外熱交換器７で冷却され、液冷媒となり、液冷媒は電動膨張弁（ＰＭＶ）１２により減圧されると共に所要流量に制御されてから室内熱交換器１３内に流入し、ここで蒸発して気化し、外気から吸熱して周囲の空気を冷却し、その冷却空気を室内ファン１４により室内へ送風することにより室内を冷房する。

一方、室内熱交換器１３で蒸発してガス化したガス冷媒は、サイクル切換弁９、シリンダ数切換弁１１を介して、第１のシリンダ２３Ａおよび第２のシリンダ２３Ｂに吸込まれる。

この冷房運転時、電動膨張弁１２の開度が絞られ過ぎて室内熱交換器１３内に流入する液状冷媒の流入量が少な過ぎると、その過少の冷媒により外気から大量の熱量を吸熱するので、過熱状態となる場合がある。

そこで、コンプレッサの吸込温度センサＳ２冷媒の過熱状態を検知し、その情報を室外機ＭＣＵ４４に入力し、この室外機ＭＣＵ４４からの弁制御信号に基づき、弁駆動回路４９に設けたＰＭＶ駆動回路６７が発生する駆動パルスにより、電子膨張弁１２に制御パルスを与えて所定開度ずつ開閉し、冷媒流量を制御するようになっている。

図９に示すように、室外機ＭＣＵ４４から電動膨張弁１２の開度調整指令が出され、図９中「ＰＭＶ動作中」で示すように、電動膨張弁１２のパルスモータに、電動膨張弁駆動回路が発生する駆動パルスが入力され、電動膨張弁１２の開度調整が行なわれ、冷媒流量が適正に制御される。

通常の冷房運転が継続され、室内温度が所望の温度に達すると、室内機３に設けた室内温度センサからの温度情報に基づき、室外機ＭＣＵ４４は小能力での省エネルギー運転を行う判断をする。

室外機ＭＣＵ４４が省エネルギー運転を行うと判断するとコンプレッサ８の１シリンダ運転に切換えるための動作を行い、図９に示すシーケンスが実行される。

切換弁駆動回路６１による弁切換え動作中は、室外機ＭＣＵ４４からＰＭＶ駆動回路６７へのパルスの送信は行われず、電動膨張弁１２の絞り、開放動作は停止される。

室外機ＭＣＵ４４は弁選択ポートがＨｉｇｈであり、室外機ＭＣＵ４４は弁駆動回路４９に弁選択リレー６４を切換えるための駆動信号を送信し、弁選択リレー６４の切換スイッチ６４ＡをＯＮ端子６４ａ_１に接続された状態にする。

この弁選択リレー６４の動作は通電リレー６２を１秒間通電動作させる前後２秒の５秒間設定される。

この場合も、切換弁駆動回路６１による弁切換え動作中は、室外機ＭＣＵ４４からＰＭＶ駆動回路６７のパルスの送信は行われず、電動膨張弁１２の開度制御動作は停止される。

弁選択リレー６４がＯＮ端子６４ａ_１に接続されると、シリンダ数切換弁コイル１１Ｃに弁体を吸着する方向の電流が流れ、図５に示すような小能力モード運転が開始される。

小能力モード運転が開始されると、サイクル切換弁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、サイクル切換弁１１およびバッファーマフラー１０、第２の吸込側配管２７ｂを介して吐出管３０に連通するので、第２のシリンダ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２３ｂ_１へと押し付けられ、追従していたベーン２３ｂ_２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り、小能力運転となるため、運転停止を繰り返すことなく運転継続が可能となり省エネルギー運転が行われる。

室内温度が上昇して冷房負荷が増加し、室外機ＭＣＵ４４が通常の冷房運転に復帰させると判断すると、通常冷房運転をさせるために、図９に示すシーケンスに基づき、室外機ＭＣＵ４４は弁駆動回路４９に極性切換リレー６３を切換えるための駆動信号を送信し、極性切換リレー６３の第１、第２切換スイッチ６３Ａ、６３ＢがＯＮ端子６３ａ_１、６３ｂ_１に接続された状態にし、弁選択リレー６４を切換スイッチ６４ＡがＯＮ端子６４ａ_１に接続された状態にし、シリンダ数切換弁コイル１１Ｃに弁体を離脱させる方向の電流を流し、２個のシリンダを用いた通常運転に復帰させる。

また、外気温が低下して暖房運転を行う場合、あるいは冷房運転が終了して、室内機に付着した結露を除去するための乾燥運転を行う場合には、暖房サイクル運転による暖房運転が行われる。

室外機ＭＣＵ４４が暖房運転を行う指令を受けると、図９に示すシーケンスに基づき、室外機ＭＣＵ４４は弁駆動回路４９に極性切換リレー６３を切換えるための駆動信号を送信し、極性切換リレー６３の第１、第２切換スイッチ６３Ａ、６３ＢがＯＮ端子６３ａ_１、６３ｂ_１に接続された状態にし、弁選択リレー６４を切換スイッチ６４ＡがＯＦＦ端子６４ａ_２に接続された状態にし、電流の流れを逆にし、サイクル切換弁９のコイル９Ｃに弁体を離脱させる方向の電流を流し、サイクル切換弁９で冷媒の流れを図１に点線で矢視する方向にする。

この暖房運転においても、サイクル切換弁９の切換えにより、２シリンダによる通常運転、１シリンダによる小能力運転は行われるが、弁駆動回路４９の動作は、上記に説明したサイクル切換弁９の切換え以外、冷房運転と異ならないので、説明は省略する。

本実施形態の空気調和機は、サイクル切換弁９およびシリンダ数切換弁１１のコイルには直流弱電圧用のものを使用するので、従来の空気調和機が供給電源仕様（例えば、単相１００Ｖと２００Ｖ機種）間でそれぞれ異なるコイルを利用していたのと異なり、供給電源に係りなく、同一品を使用することが可能となり、高範囲に渡る空気調和機、冷凍機での標準化を図ることができる。

また、サイクル切換弁９およびシリンダ数切換弁１１は、切換え時のみに、コイルに通電する方式を採用しているため、運転中に弁位置保持のための消費電力を必要とせず省エネルギー効果に優れ、また、シリンダ数切換弁およびサイクル切換弁の両方に直流弱電圧用のコイルを使用した自己保持形弁を使用するので、一層、省エネルギー効果に優れる。

さらに、機種間で駆動電源仕様が同一であるため、制御基盤に別々の駆動源を配置する必要がなく、同一回路上の切換えのみで２個のコイル操作を制御することが可能であり、生産性に優れる。

本実施形態の冷凍サイクル装置によれば、電圧の異なる冷凍サイクル装置間で、同一コイルを使用することが可能となり、高範囲に渡る冷凍サイクル装置での標準化を図ることができ、さらに、コイルを切換え時のみの通電方式とし、運転中に弁位置保持のための消費電力を必要とせず省エネルギー化を図ることができる冷凍サイクル装置が実現する。

本発明の一実施形態の空気調和機に用いる冷凍サイクルの概念図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる室外機の機械室内構造を示す斜視図。本発明の一実施形態の空気調和機に用い、シリンダ数切換弁を備えたコンプレッサの縦断面図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる冷凍サイクル装置の通常運転時の概念図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる冷凍サイクル装置の省エネルギー運転時の概念図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる室外機の制御ブロック図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる弁駆動回路図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる、リレー、弁の制御相関図。本発明の一実施形態の空気調和機に用いる、リレー、弁のシーケンス制御図。

符号の説明

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…コンプレッサ、９…サイクル切換弁、９Ｃ…サイクル切換弁コイル、１０…バッファーマフラー、１１…シリンダ数切換弁、１１Ｃ…シリンダ数切換弁コイル、１２…電動膨張弁、１３…室内熱交換器、１４…室内ファン、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、２４…電動機部、２５…回転軸、２５ａ…第２の軸受、２６…中間仕切板、２７ａ…第１の吸込側配管、２７ｂ…第２の吸込側配管、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、４１…室外機制御回路、４３…メイン基板、４４…室外機ＭＣＵ、４５…電源回路、４６…コンプレッサ駆動回路、４７…室外ファン駆動回路、４９…弁駆動回路、６０…駆動電源、６１…切換弁駆動回路、６２…通電リレー、常開スイッチ６２Ａ、６３…極性切換リレー、６３Ａ…第１切換スイッチ、６３ａ_１…ＯＮ端子、６３ａ_２…ＯＦＦ端子、６３Ｂ…第２切換スイッチ、６３ｂ_１…ＯＮ端子、６３ｂ_２…ＯＦＦ端子、６４…弁選択リレー、６４Ａ…切換スイッチ、６４ａ_１…ＯＮ端子、６４ａ_２…ＯＦＦ端子、６７…ＰＭＶ駆動回路。

Claims

コンプレッサと、冷凍サイクルの冷房運転と暖房運転時に冷媒の流れを切換えるサイクル切換弁と、冷媒を減圧し流量を制御する電動膨張弁と、前記各弁の駆動動作を行う弁駆動回路と、この弁駆動回路に弁制御信号を送信し、前記各弁の駆動を制御する制御装置を備えた冷凍サイクル装置において、
前記電動膨張弁は、駆動パルスにより弁開度が制御される弁であり、前記サイクル切換弁は、弁の切換え動作時のみコイルに通電して弁を切換える自己保持形弁であり、
前記弁駆動回路は、１個の駆動電源と、この駆動電源に接続し前記電動膨張弁に駆動パルスを発生させる電動膨張弁駆動回路と、同じく前記駆動電源に接続しサイクル切換弁の切換えを行う切換弁駆動回路とを備え、
前記制御装置は、通常運転状態で、前記電動膨張弁駆動回路に前記駆動パルスを発信するよう制御し、サイクル切換弁の切換動作時は、前記電動膨張弁駆動回路の前記駆動パルスの発信を停止させた状態で、切換弁駆動回路に駆動制御信号を送信する制御手段を備えている
ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
２個のシリンダを備え１個ないし２個を選択的に切換えて使用可能なコンプレッサと、このコンプレッサの吸込側に設けられ前記シリンダの１個または２個運転に切換えるシリンダ数切換弁と、冷凍サイクルの冷房運転と暖房運転時に冷媒の流れを切換えるサイクル切換弁と、冷媒を減圧し流量を制御する電動膨張弁と、前記各弁の駆動動作を行う弁駆動回路と、この弁駆動回路に弁制御信号を送信し、前記各弁の駆動を制御する制御装置を備えた冷凍サイクル装置において、
前記電動膨張弁は、駆動パルスにより弁開度が制御される弁であり、前記シリンダ数切換弁および前記サイクル切換弁は、夫々弁の切換え動作時のみコイルに通電して弁を切換える自己保持形弁であり、
前記弁駆動回路は、１個の駆動電源と、この駆動電源に接続し前記電動膨張弁に駆動パルスを発生させる電動膨張弁駆動回路と、同じく前記駆動電源に接続しシリンダ数切換弁あるいはサイクル切換弁の切換を行う切換弁駆動回路とを備え、
前記制御装置は、通常運転状態では、前記電動膨張弁駆動回路に前記駆動パルスを発信するよう制御すると共に、シリンダ数切換弁およびサイクル切換弁の切換動作時は、前記電動膨張弁駆動回路の前記駆動パルスの発信を停止させた状態で、切換弁駆動回路に切換え駆動信号を送信する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弁および前記サイクル切換弁の両方に直流弱電圧用のコイルを使用した自己保持形弁を使用し、前記電動膨張弁駆動回路の電動膨張弁駆動パルスを停止させた状態で、前記シリンダ数切換弁あるいは前記サイクル切換弁の一方のコイルに極性切換えの駆動信号を発生させて、弁切換することを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。