JP2010139156A - 冷凍装置およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】室外ユニットに並列に接続されて運転される複数台の圧縮機を有する冷凍装置において、運転停止後、圧縮機（インバータ圧縮機）を確実に起動させる。
【解決手段】並列に接続された第１圧縮機１１０と第２圧縮機１２０の２台の圧縮機を含み、各圧縮機の吐出側にオイルセパレータ１１１，１２１が設けられ、第１圧縮機側の第１オイルセパレータ１１１が減圧手段１１５を含む第１油戻し配管１１４を介して第２圧縮機の吸入管１６４に接続され、第２圧縮機側の第２オイルセパレータ１２１が減圧手段１２５を含む第２油戻し配管１２４を介して第１圧縮機の吸入管１６３に接続され、第１圧縮機がインバータ圧縮機で第２圧縮機が一定速型の圧縮機である冷凍装置において、第１油戻し配管１１４の減圧手段１１５と並列に電磁弁１１６を接続し、第１圧縮機（インバータ圧縮機）１１０の再起動に先立って電磁弁１１６を開として、吐出側と吸入側とをほぼ均圧にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、室外ユニットに並列に接続された第１圧縮機と第２圧縮機の少なくとも２台の圧縮機を備え、オフィスビルや共同住宅等の大型建物に好適な冷凍装置に関し、さらに詳しく言えば、第１圧縮機から第２圧縮機に、また、第２圧縮機から第１圧縮機にそれぞれ冷凍機油が戻される油戻し配管が設けられている冷凍装置およびその制御方法に関するものである。
オフィスビルや共同住宅等の大型建物の空調設備には、１台の室外ユニットから建物内に設置される複数台の室内ユニットに冷媒を供給する、いわゆるマルチエアコンシステムが採用されている。なお、大規模システムでは、室外ユニットが複数台とされることもある。
マルチエアコンシステムにおいては、室内ユニットの運転台数により要求される冷房能力もしくは暖房能力が異なるため、これに対応できるように、室外ユニットには複数台の圧縮機が搭載される。
圧縮機が２台の場合について説明すると、通常、第１圧縮機にはインバータ制御による回転数可変型の圧縮機が用いられ、第２圧縮機には回転数一定の一定速型の圧縮機が用いられる。
所定の能力までは、第２圧縮機を停止状態として、第１圧縮機のみがインバータにより回転数が制御されて運転される。これに対して、所定以上の能力が要求される場合には、第１圧縮機とともに、一定速型の第２圧縮機が運転される。
このように、第１圧縮機のみを運転する場合、第１，第２圧縮機をともに運転する場合のいずれの場合においても、各圧縮機内で冷凍機油の過不足が生じないようにする必要がある。
その対策の一例として、特許文献１に記載された発明では、第１圧縮機の冷凍機油貯留部と第２圧縮機の吸入管とを減圧手段を有する油戻し配管を介して接続し、第２圧縮機の冷凍機油貯留部と第１圧縮機の吸入管とを減圧手段を有する油戻し配管を介して接続するようにしている。
特開２００１−３２４２３０号公報
上記特許文献１に記載された発明によれば、圧縮機を２台とも運転する場合には、第１圧縮機から第２圧縮機に、また、第２圧縮機から第１圧縮機にそれぞれ余剰の冷凍機油が戻され、圧縮機を１台だけ運転する場合には、余剰の冷凍機油が自機に戻されるため、各圧縮機内に適正量の冷凍機油が保たれる。
ところで、各油戻し配管には、減圧手段としてのキャピラリーチューブが設けられているため、各圧縮機を停止した場合、その吐出側と吸入側とで均圧がとられているとは限らない。
これは、特に、第１圧縮機（インバータ圧縮機）の再起動時に問題となる。すなわち、インバータ圧縮機の場合、再起動時に吐出側と吸入側との圧力差が大きい場合には、モータに過大な負荷がかかるため、モータの保護回路が動作し、起動が失敗するおそれがある。
したがって、本発明の課題は、並列に接続されて運転される第１圧縮機から第２圧縮機に、また、第２圧縮機から第１圧縮機にそれぞれ冷凍機油が戻される減圧手段を有する油戻し配管が設けられており、第１圧縮機にインバータ圧縮機が用いられている場合においても、運転停止後における第１圧縮機の再起動を確実に行えるようにすることにある。
上記課題を解決するため、本発明の冷凍装置は、請求項１に記載されているように、室外ユニットに、並列に接続された第１圧縮機と第２圧縮機の少なくとも２台の圧縮機を備え、上記各圧縮機の吐出管にオイルセパレータが設けられ、上記第１圧縮機側の第１オイルセパレータが減圧手段を含む第１油戻し配管を介して上記第２圧縮機の吸入管に接続されているとともに、上記第２圧縮機側の第２オイルセパレータが減圧手段を含む第２油戻し配管を介して上記第１圧縮機の吸入管に接続されており、上記第１圧縮機がインバータ制御による回転数可変型の圧縮機で、上記第２圧縮機が回転数一定の一定速型の圧縮機である冷凍装置において、上記第１油戻し配管の上記減圧手段と並列に、上記減圧手段に対するバイパス回路を選択的に形成する電磁弁が接続されていることを特徴としている。
本発明の冷凍装置において、請求項２に記載されているように、上記第１油戻し配管における上記減圧手段と上記電磁弁の並列回路に代えて、電子膨張弁が用いられてもよい。
また、本発明の冷凍装置の制御方法は、請求項３に記載されているように、室外ユニットに、並列に接続された第１圧縮機と第２圧縮機の少なくとも２台の圧縮機を備え、上記各圧縮機の吐出管にオイルセパレータが設けられ、上記第１圧縮機側の第１オイルセパレータが減圧手段を含む第１油戻し配管を介して上記第２圧縮機の吸入管に接続されているとともに、上記第２圧縮機側の第２オイルセパレータが減圧手段を含む第２油戻し配管を介して上記第１圧縮機の吸入管に接続されており、上記第１圧縮機がインバータ制御による回転数可変型の圧縮機で、上記第２圧縮機が回転数一定の一定速型の圧縮機である冷凍装置の制御方法において、上記第１油戻し配管の上記減圧手段と並列に、上記減圧手段に対するバイパス回路を選択的に形成する電磁弁を接続し、上記第１，第２圧縮機の運転停止後で、上記第１圧縮機を再起動するにあたっては、上記電磁弁を開として上記バイパス回路を形成し、上記第１圧縮機の吐出側と吸入側とをほぼ均圧状態としたのち、上記第１圧縮機を再起動することを特徴としている。
本発明の冷凍装置の制御方法において、請求項４に記載されているように、上記第１油戻し配管における上記減圧手段と上記電磁弁の並列回路に代えて、電子膨張弁を用い、上記第１，第２圧縮機の運転停止後で、上記第１圧縮機を再起動するにあたっては、上記電子膨張弁を全開にして、上記第１圧縮機の吐出側と吸入側とをほぼ均圧状態としたのち、上記第１圧縮機を再起動するようにしてもよい。
本発明によれば、第１圧縮機（インバータ圧縮機）側の第１オイルセパレータが減圧手段を含む第１油戻し配管を介して第２圧縮機（一定速型圧縮機）の吸入管に接続されているとともに、第２圧縮機側の第２オイルセパレータが減圧手段を含む第２油戻し配管を介して第１圧縮機の吸入管に接続されている構成において、第１油戻し配管の減圧手段と並列に、その減圧手段に対するバイパス回路を選択的に形成する電磁弁が設けられ、各圧縮機の運転停止時に電磁弁を「開」にすると、第１圧縮機の吐出側と吸入側とが均圧状態となるため、第１圧縮機を確実に再起動することができる。
次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体的な構成を示す冷媒回路図で、図２は上記冷凍装置に含まれる室外ユニットの圧縮機構部を示す拡大図である。
まず、図１を参照して、この冷凍装置は、室外ユニット１００と室内ユニット２００とを備える。室外ユニット１００には、圧縮機構部１０１と、四方弁（流路切替弁）１３０と、室外ファン１４１を有する室外熱交換器１４０と、室外膨張弁１５０と、アキュムレータ１６０とが含まれている。
室内ユニット２００には、それぞれ室内膨張弁２１１を有する複数台（この例では作図上３台）の室内熱交換器２１０が液側配管１１とガス側配管１２との間に並列に接続されている。各室内熱交換器２１０には室内ファンが付設されるが、その図示は省略されている。
次に、図２を参照して、この実施形態によると、圧縮機構部１０１には、吐出側ガス配管１３に対して並列に接続される第１，第２の２台の圧縮機１１０，１２０が設けられている。
この実施形態において、第１圧縮機１１０には、インバータ制御による回転数可変型の圧縮機（インバータ圧縮機）が用いられ、第２圧縮機１２０には、回転数一定の一定速型圧縮機が用いられる。
第１圧縮機１１０，第２圧縮機１２０は、ロータリ圧縮機もしくはスクロール圧縮機のいずれでもよいが、この実施形態では、第１圧縮機１１０をロータリ圧縮機とし、第２圧縮機１２０をスクロール圧縮機としている。
第１圧縮機１１０の冷媒吐出管１１０ａは、オイルセパレータ１１１および逆止弁１１２を介して吐出側ガス配管１３に接続され、また、第２圧縮機１２０の冷媒吐出管１２０ａは、オイルセパレータ１２１および逆止弁１２２を介して吐出側ガス配管１３に接続される。
オイルセパレータ１１１，１２１は、それぞれ高圧吐出ガス冷媒に含まれている冷凍機油を分離し、逆止弁１１２，１２２は、それぞれ他機からの高圧吐出ガス冷媒が自機に入り込むのを阻止する。
アキュムレータ１６０は、各圧縮機１１０，１２０の冷媒の吸い込み側に設けられ、仕事を終えた冷媒が戻される。アキュムレータ１６０から低圧冷媒ガスの主吸込管１６１が引き出され、その端部に分岐管１６２が設けられている。
分岐管１６２は二股であって、その一方に第１圧縮機１１０の吸入管１６３が接続され、その他方に第２圧縮機１２０の吸入管１６４が接続される。なお、この実施形態において、第１圧縮機１１０は液バック量がより少ないことが要求されるロータリ圧縮機であるため、第１圧縮機１１０の吸い込み側には、サブのアキュムレータ１１３が設けられている。
第１圧縮機１１０側のオイルセパレータ１１１は、減圧手段としてのキャピラリーチューブ１１５を有する油戻し配管１１４を介して第２圧縮機１２０の吸入管１６４に接続される。
同様に、第２圧縮機１２０側のオイルセパレータ１２１は、減圧手段としてのキャピラリーチューブ１２５を有する油戻し配管１２４を介して第１圧縮機１２０の吸入管１６３に接続される。
本発明では、第１圧縮機１１０側から第２圧縮機１２０側に至る油戻し配管１１４に、キャピラリーチューブ１１５に対して並列に電磁弁１１６が設けられる。
電磁弁１１６は、室外ユニット１００の図示しない制御部により制御され、第１圧縮機１１０の運転時には「閉（オフ）」で、第１圧縮機１１０の運転停止時に「開（オン）」とされ、これによりキャピラリーチューブ１１５を迂回するバイパス回路が形成される。
また、吸入管１６４に対する油戻し配管１１４の接続位置は、油戻し配管１１４から第２圧縮機１２０側に供給される冷凍機油が重力により落下し得る位置とされる。例えば、吸入管１６４に分岐管１６２側に向けて下り勾配となる傾斜部がある場合、その傾斜部に油戻し配管１１４を接続する。
これによれば、吸入管１６３と吸入管１６４は、分岐管１６２の部分で相互に連通しているため、第２圧縮機１２０が運転停止状態のときには、油戻し配管１１４から第２圧縮機側に供給される冷凍機油が第１圧縮機１１０に吸い込まれ、第２圧縮機１２０が運転状態のときには、油戻し配管１１４から第２圧縮機１２０側に供給される冷凍機油がそのまま第２圧縮機１２０に吸い込まれる。
次に、この冷凍装置の運転動作について説明する。所定の能力までは、第２圧縮機１２０を停止状態として、第１圧縮機１１０のみがインバータにより回転数が制御されて運転される。これに対して、所定以上の能力が要求される場合には、第１圧縮機１１０とともに、一定速型の第２圧縮機１２０が運転される。
冷房運転時には、四方弁１３０が図１の実線状態に切り替えられる。これにより、圧縮機構部１０１から吐出されたガス冷媒は四方弁１３０から室外熱交換器１４０に至り、外気と熱交換して凝縮する（冷房運転時、室外熱交換器１４０は凝縮器として作用する）。
室外熱交換器１４０で凝縮された液冷媒は、室外膨張弁１５０に対して並列に接続されている逆止弁１５１を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００側において、液冷媒は各室内膨張弁２１１で所定の圧力に減圧されたのち、室内熱交換器２１０で室内空気と熱交換して蒸発し、これにより、室内空気が冷却される（冷房運転時、室熱交換器２１０は蒸発器として作用する）。
室内熱交換器２１０で蒸発されたガス冷媒は、四方弁１３０を介してアキュムレータ１６０に入り、液冷媒が分離されたのち、圧縮機構部１０１に戻される。
暖房運転時には、四方弁１３０が図１の鎖線状態に切り替えられる。これにより、圧縮機構部１０１から吐出されたガス冷媒は四方弁１３０から室内熱交換器２１０に至り、室内空気と熱交換して凝縮し、これにより、室内空気が暖められる（暖房運転時、室内熱交換器２１０は凝縮器として作用する）。
室内熱交換器２１０で凝縮された液冷媒は、暖房能力に応じて弁開度が制御される室内膨張弁２１１を通り、室外ユニット１００に供給される。
室外ユニット１００側において、液冷媒は室外膨張弁１５０で所定の圧力に減圧されたのち、室外熱交換器１４０で外気と熱交換して蒸発する（暖房運転時、室外交換器１４０は蒸発器として作用する）。
室外熱交換器１４０で蒸発されたガス冷媒は、四方弁１３０を介してアキュムレータ１６０に入り、液冷媒が分離されたのち、圧縮機構部１０１に戻される。
第１，第２圧縮機１１０，１２０がともに運転しているときには（このとき、電磁弁１１６は「閉」）、第１圧縮機１１０側のオイルセパレータ１１１にて分離された冷凍機油が油戻し配管１１４を介して第２圧縮機１２０の吸入管１６４に供給されるとともに、第２圧縮機１２０側のオイルセパレータ１２１にて分離された冷凍機油が油戻し配管１２４を介して第１圧縮機１２０の吸入管１６３に供給され、これにより、各圧縮機１１０，１２０内の冷凍機油量がほぼ均等化される。
また、第１圧縮機１１０のみが運転され、第２圧縮機１２０が停止している場合には（この場合も、電磁弁１１６は「閉」）、油戻し配管１１４から第２圧縮機１２０側に供給される冷凍機油が第１圧縮機１１０に吸い込まれる。
各圧縮機１１０，１２０の運転が停止され、運転再開時には、まず、第１圧縮機（インバータ圧縮機）１１０が再起動されるが、本発明では、第１圧縮機１１０の再起動に先だって電磁弁１１６が「開」にされる。
これにより、キャピラリーチューブ１１５を迂回するバイパス回路が形成され、第１圧縮機１１０の吐出管１１０ａ側と吸入管１６３側とが直接的に接続され、第１圧縮機１１０の吐出管１１０ａ側と吸入管１６３側とがほぼ均圧状態となるため、第１圧縮機（インバータ圧縮機）１１０を確実に起動することができる。
別の実施形態として、キャピラリーチューブ（減圧手段）１１５と電磁弁１１６の並列回路に代えて、弁開度が制御可能な電子膨張弁を用い、通常運転時には電子膨張弁を所定に絞り、再起動時には電子膨張弁を全開としてもよい。
上記実施形態では、第１圧縮機（インバータ圧縮機）１台と、第２圧縮機（一定速型圧縮機）１台の組み合わせとしているが、第１，第２圧縮機がともに複数台の場合でも、本発明は適用可能である。
本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体的な構成を示す冷媒回路図。 上記冷凍装置に含まれる室外ユニットの圧縮機構部を示す拡大図。
符号の説明
１００ 室外ユニット
１０１ 圧縮機構部
１１０ 第１圧縮機
１２０ 第２圧縮機
１１１，１２１ オイルセパレータ
１１２，１２２ 逆止弁
１１４，１２４ 油戻し管
１１５，１２５ キャピラリーチューブ
１１６ 電磁弁
１３０ 四方弁
１４０ 室外熱交換器
１５０ 室外膨張弁
１６０ アキュムレータ
１６３，１６４ 吸入管
２００ 室内ユニット
２１０ 室内熱交換器
２１１ 室内膨張弁

Claims (4)

  1. 室外ユニットに、並列に接続された第１圧縮機と第２圧縮機の少なくとも２台の圧縮機を備え、上記各圧縮機の吐出管にオイルセパレータが設けられ、上記第１圧縮機側の第１オイルセパレータが減圧手段を含む第１油戻し配管を介して上記第２圧縮機の吸入管に接続されているとともに、上記第２圧縮機側の第２オイルセパレータが減圧手段を含む第２油戻し配管を介して上記第１圧縮機の吸入管に接続されており、上記第１圧縮機がインバータ制御による回転数可変型の圧縮機で、上記第２圧縮機が回転数一定の一定速型の圧縮機である冷凍装置において、
    上記第１油戻し配管の上記減圧手段と並列に、上記減圧手段に対するバイパス回路を選択的に形成する電磁弁が接続されていることを特徴とする冷凍装置。
  2. 上記第１油戻し配管における上記減圧手段と上記電磁弁の並列回路に代えて、電子膨張弁が用いられることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
  3. 室外ユニットに、並列に接続された第１圧縮機と第２圧縮機の少なくとも２台の圧縮機を備え、上記各圧縮機の吐出管にオイルセパレータが設けられ、上記第１圧縮機側の第１オイルセパレータが減圧手段を含む第１油戻し配管を介して上記第２圧縮機の吸入管に接続されているとともに、上記第２圧縮機側の第２オイルセパレータが減圧手段を含む第２油戻し配管を介して上記第１圧縮機の吸入管に接続されており、上記第１圧縮機がインバータ制御による回転数可変型の圧縮機で、上記第２圧縮機が回転数一定の一定速型の圧縮機である冷凍装置の制御方法において、
    上記第１油戻し配管の上記減圧手段と並列に、上記減圧手段に対するバイパス回路を選択的に形成する電磁弁を接続し、上記第１，第２圧縮機の運転停止後で、上記第１圧縮機を再起動するにあたっては、上記電磁弁を開として上記バイパス回路を形成し、上記第１圧縮機の吐出側と吸入側とをほぼ均圧状態としたのち、上記第１圧縮機を再起動することを特徴とする冷凍装置の制御方法。
  4. 上記第１油戻し配管における上記減圧手段と上記電磁弁の並列回路に代えて、電子膨張弁を用い、上記第１，第２圧縮機の運転停止後で、上記第１圧縮機を再起動するにあたっては、上記電子膨張弁を全開にして、上記第１圧縮機の吐出側と吸入側とをほぼ均圧状態としたのち、上記第１圧縮機を再起動することを特徴とする請求項３に記載の冷凍装置の制御方法。
JP2008315654A 2008-12-11 2008-12-11 冷凍装置およびその制御方法 Active JP5229476B2 (ja)

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