JP3216351B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機に係り、特
に、多段圧縮を行う冷凍サイクルに好適な空気調和機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和機においては、特開平３
−７５４５９号公報記載のように、室外機は圧縮機、四
方弁及び室外熱交換器を備え、室内機は室内冷媒制御弁
及び室内熱交換器をそれぞれ備えており、室外機と室内
機とを接続配管によって接続していた。また、圧縮機の
吐出圧力と吸入圧力の比（圧力比）が大きい冷凍サイク
ルでは、特開平３−１２９２５６号公報記載のように、
圧縮機としてに多段圧縮を行う構成が採用されていた。

【０００３】なお、多段に連結したポンプの他の例とし
ては、本来１台でもポンプとして完成したものを直列に
２段連結して、高圧力比運転に対応したものが特開平５
−７１４８６号公報に、また、１本の駆動軸で直列に連
結された多数のポンプを駆動する方法が特開平4-311696
号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の空気調和機
においては、室外機と室内機とを接続する接続配管長さ
が長いと、特に、冷房時のガス側の接続配管内で生じる
圧力損失が大きくなる。この圧力損失のため、圧縮機の
吸入圧力が低下し、圧縮機吸入冷媒の密度が小さくな
る。これにより、圧縮機が吐き出す質量流量が減り、室
内機を循環する冷媒循環量が減り、冷房能力が低下する
という不具合があった。

【０００５】また、室外機と室内機との高低差が大きい
と、室外機と室内機とを接続するガス側の接続配管で圧
力損失が生じるという不具合の他に、液側の接続配管で
の液ヘッドにより冷凍サイクルの性能が影響される。例
えば、室外機が下で室内機が上にある場合の冷房運転で
は、液側接続配管の出口圧力は高低差がない場合に比べ
液ヘッド分だけ低下する。この低下により、室内機の室
内冷媒制御弁前の圧力が低下し、それに伴い室内冷媒制
御弁後の圧力も低下し蒸発圧力が低下する。さらに、圧
縮機吸入圧力が下がり、前記と同様の理由によって冷媒
循環量が減り冷房能力が低下するという不具合があっ
た。

【０００６】ところで、圧縮開始時の圧縮室容積と吐出
開始時の圧縮室容積の比率、いわゆる固有圧縮比が一定
な容積型ポンプでは、設計条件以外の圧力比で運転する
と、過圧縮や不足圧縮が生じて圧縮損失が増大するとい
う課題が生じる。そのため、特開平5-71486号公報に示
される２段の圧縮機でも、それぞれが固有圧縮比を持っ
ているので吸入圧力または吐出圧力が設計条件と異なる
と、単段のときと同様に、過圧縮や不足圧縮が生じてい
た。また、駆動電動機の回転方向を逆にして管路の逆方
向へガスを圧縮しようとすると、個々の圧縮機が膨張機
として作用して、運転不能になるか、大きな圧縮損失が
発生するという不具合があった。

【０００７】さらに、特開平4-311696号公報に示される
多段の流体ポンプでは、全ポンプの回転速度が同一であ
るために、空調機や冷凍機用の冷媒圧縮機や空気圧縮機
として用いると、圧縮室から吐出口へ導かれる過程で逆
流及び再圧縮を生じ、大きな圧縮損失を生じるという不
具合があった。これを防止するために吸入側から吐出側
へ向けてポンプの押し退け量を低減すれば圧縮作用を奏
するが、固有圧縮比が一定となり、運転圧力比が変化し
たのに追従して最適状態を維持することができないとい
う不具合があった。

【０００８】本発明の目的は、空気調和機の室外機と室
内機とを接続する接続配管長さが長くなっても、また、
室外機と室内機との高低差が大きくなっても能力が低下
することのない空気調和機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、熱源側熱交換器と第１の圧縮機とを備
えた室外ユニットと、利用側熱交換器と該利用側熱交換
器に室内空気を送風する送風機とを備えた複数台の室内
ユニットとを接続配管によって接続し、複数段の圧縮機
を直列に接続してなる多段圧縮機を有する空気調和機に
おいて、前記第１の圧縮機と前記利用側熱交換器とを接
続する接続配管の途中であって、前記それぞれの室内ユ
ニットに第２の圧縮機を設けたものである。

【００１０】また、熱源側熱交換器と第１の圧縮機とを
備えた室外ユニットと、利用側熱交換器と該利用側熱交
換器に室内空気を送風する送風機とを備えた室内ユニッ
トとを接続配管によって接続し、複数段の圧縮機を直列
に接続してなる多段圧縮機を有する空気調和機におい
て、前記第１の圧縮機と前記利用側熱交換器とを接続す
る接続配管の途中であって、屋内側に第２の圧縮機を設
け、前記第２の圧縮機を前記接続配管の前記複数の室内
ユニットへの分岐部より前記室外機側に設けたものであ
る。

【００１１】さらに、多段圧縮機は容積型圧縮機であ
り、該それぞれの圧縮機を駆動する電動機の回転速度
を、前記多段圧縮機の吸込み圧力と前記多段圧縮機の吐
出圧力に応じて可変に設定することが望ましい。

【００１２】さらに、多段圧縮機はそれぞれ回転方向に
よってガスの流通方向が変化する可逆型の回転圧縮機で
あることが望ましい。

【００１３】

【作用】空気調和機の室外機と室内機とを接続する接続
配管長さが長い場合に圧縮機を複数台用いる。そして、
室外機に設けた熱源側熱交換器と室内機に設けた利用側
熱交換器とを結ぶ冷媒ガス流路に複数台の圧縮機を分散
配置する。これにより、利用側熱交換器と１段目の圧縮
機との冷媒ガス流路の長さを短くでき、その間の圧力損
失を低減できる。さらに、１段目の圧縮機の吸入圧力の
低下を少なくできる。また、１段目の圧縮機によって圧
縮された冷媒の密度が大きくなり、１段目の圧縮機と２
段目の圧縮機とを結ぶ冷媒ガス流路における圧力損失を
小さくできる。このように、冷媒ガス流路での圧力損失
が減少することによって、各圧縮機の吸入冷媒の密度が
大きくなり、冷媒循環量を低下させることががなく、冷
房能力を確保できる。

【００１４】また、室外機と室内機との高低差が大きい
場合、上記と同様に、室外機に設けた熱源側熱交換器
と、室内機に設けた利用側熱交換器とを結ぶ冷媒ガス流
路に、複数台の圧縮機を分散配置する。それとともに、
熱源側熱交換器と利用側熱交換器とを結ぶ冷媒液流路に
液ポンプを設ける。冷媒ガス流路に複数台の圧縮機を分
散配置することにより、冷媒ガス流路におけるの圧力損
失をは上記と同様の作用によりて小さくできる。さら
に、冷媒液流路に液ポンプを設けて液冷媒を加圧し、液
側の接続配管出口圧力を高めることにより、室内冷媒制
御弁前後の圧力を上昇させ、蒸発圧力の低下を防止でき
る。これにより、冷媒循環量を低下させることがなく、
空気調和機の能力を確保できる。

【００１５】また、分散させたポンプの場合には、低圧
側に近いポンプを高速で、高圧側に近いポンプを低速で
回転させるので、低圧側から高圧側へ向かって体積流量
の減少するガスを効率的に圧縮できる。吐出圧力と吸入
圧力の圧力比が大きい場合には、低圧側と高圧側の回転
速度比を大きくし、逆に前記圧力比が小さい場合には前
記回転速度比を小さくすることによって、過圧縮や不足
圧縮のない最適な圧縮状態で運転することができる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図１、図２を用いて説明
する。◆図１は空気調和機の冷凍サイクル構成である。
図１において、室外ユニット１には２つの室内ユニット
２ａ，２ｂが並列に配管接続されている。そして、室外
ユニット１は配管接続された第１の圧縮機１１と室外熱
交換器１２、それに室外熱交換器に外気を送風する室外
ファン１５とを備えている。一方、各室内ユニット２
ａ、２ｂはそれぞれ順次配管接続された室内冷媒制御弁
２２ａ、２２ｂと、室内熱交換器２１ａ、２１ｂと、第
２の圧縮機１０１ａ、１０１ｂと、室内熱交換器２１
ａ、２１ｂに送風する室内ファン２３ａ、２３ｂとを備
えている。そして、室外ユニット１内の室外熱交換器１
２と、室内ユニット２ａ、２ｂ内の室内冷媒制御弁２２
ａ、２２ｂとが液配管３によって、また、室外ユニット
１内の第１の圧縮機１１と、室内ユニット２ａ、２ｂ内
の第２の圧縮機１０１ａ、１０１ｂとがガス配管４によ
ってそれぞれ接続されている。ここで、図１は室外ユニ
ット１と室内ユニット２ａ、２ｂとを接続する液配管３
およびガス配管４の配管長さが長い場合を示している。

【００１７】次に、上記のように構成した本実施例の冷
房運転の動作について説明する。冷媒の流れは図中に実
線で示している。◆第１の圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は室外熱交換器１２へ流入し、室外フ
ァン１５によって送られる室外空気と熱交換され、凝縮
して液冷媒となり液配管３へ流入する。液配管３へ流入
した液冷媒の流れは分岐され、それぞれ室内ユニット２
ａ、２ｂへ流入する。室内ユニット２ａ、２ｂへ流入し
た液冷媒は室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂで減圧され、
室内熱交換器２１ａ、２１ｂへ流入し、それぞれ室内フ
ァン２３ａ、２３ｂによって送られる室内空気と熱交換
して蒸発し、ガス冷媒となる。これにより室内が冷房さ
れる。

【００１８】室内熱交換器２１ａ、２１ｂから流出した
ガス冷媒は、第２の圧縮機１０１ａ、１０１ｂによりそ
れぞれ凝縮圧力より低い圧力に圧縮され、室内ユニット
２ａ、２ｂを出た後両室内ユニットの流れが合流し、ガ
ス配管４を経て、室外ユニット１へ流入する。室外ユニ
ット１へ流入したガス冷媒は第１の圧縮機１１へ吸込ま
れ、凝縮圧力まで圧縮される。

【００１９】この冷房運転時の冷媒の状態変化をモリエ
ル線図上に示したのが図２である。第１の圧縮機１１か
ら流出したａ点の冷媒は室外熱交換器１２で凝縮されて
ｂ点の状態になり、その冷媒が液配管３を通過する間に
小さな圧力損失が生じ、室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂ
に到達してｃ点の状態となる。次に、室内冷媒制御弁２
２ａ、２２ｂによって減圧された冷媒はｄ点の状態とな
り、室内熱交換器２１ａ、２１ｂへ流入し、蒸発してｅ
点の状態になり、第２の圧縮機１０１ａ、１０１ｂに吸
込まれて凝縮圧力より低い圧力に圧縮され、ガス配管４
へ流入する。その後、ガス配管４を通っている間は配管
長さが長いにも拘らず、冷媒密度が比較的大きいので大
きな圧力損失を生じない。そして、第１の圧縮機１１に
吸込まれるときはｇ点の状態となり、第１の圧縮機１１
によって凝縮圧力まで圧縮され、ａ点の状態になる。

【００２０】ここで、図２中で破線で示したように、第
２の圧縮機１０１ａ、１０１ｂが無いと室内熱交換器２
１ａ、２１ｂから流出したｅ’点の冷媒は、ガス配管４
を通っている間に配管長さが長く、しかも冷媒密度が小
さいために大きな圧力損失を生じる。そして、第１の圧
縮機１１に吸込まれるときは吸込圧力が低いｇ’点の状
態となる。このｇ’点では、冷媒密度がさらに小さくな
っているので、第１の圧縮機１１の吐出冷媒の質量流量
が少なくなり、室内ユニット２ａ、２ｂへの冷媒循環量
が減り、冷房能力が低下することになる。

【００２１】本実施例によれば、確執内規にそれぞれ圧
縮機が設けられているので、各室内機が設置されている
部屋の空調負荷に合わせて、それぞれの圧縮機を容量制
御し、室内機を流れる冷媒流量を変化させることができ
る。これによって、各室内機能力の個別制御が容易にな
る。

【００２２】次に、本発明の他の実施例を図３に示す。
◆図３は空気調和機の冷凍サイクル構成を示したもので
ある。室外ユニット１は第１の圧縮機１１、室外熱交換
器１２、室外冷媒制御弁１３、第１の四方弁１４および
室外ファン１５を備えており、室内ユニット２は室内熱
交換器２１、室内冷媒制御弁２２および室内ファン２３
を備えている。室外ユニット１内の室外冷媒制御弁１３
と室内ユニット２内の室内冷媒制御弁２２とを液配管３
により、室外ユニット１内の四方弁１４と室内ユニット
２内の室内熱交換器２１とをガス配管４により接続して
いる。さらに、ガス配管４の途中には第２の圧縮機１０
１と第２の四方弁１０２が設けられている。

【００２３】次に、このように構成した本実施例の動作
を、冷房運転について説明する。◆ここで、冷媒の流れ
は図中に実線で示している。第１の圧縮機１１から吐出
された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱
交換器１２へ流入し、室外ファン１５によって送られる
室外空気と熱交換して凝縮し液冷媒となる。液冷媒は室
外冷媒制御弁１３を通って液配管３へ流入し、室内ユニ
ット２へ送られる。室内ユニット２へ流入した液冷媒は
室内冷媒制御弁２２で減圧され、室内熱交換器２１へ流
入し、室内ファン２３により送風される室内空気と熱交
換されて蒸発しガス冷媒となる。これにより、室内が冷
房される。

【００２４】ガス冷媒はガス配管４へ流入し、ガス配管
４の途中に設置された第２の四方弁１０２を通って第２
の圧縮機１０１で凝縮圧力より低い圧力に圧縮される。
そして、再度、第２の四方弁１０２を通り、ガス配管４
を通って室外ユニット１へ流入する。室外ユニット１へ
流入したガス冷媒は第１の四方弁１４を経て第１の圧縮
機１１へ吸込まれ、凝縮圧力まで圧縮される。

【００２５】次に、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図３の中に破線で示している。第１の圧縮機１１
から吐出されたガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管
４へ流入し、ガス配管４の途中に設置された第２の四方
弁１０２を通って第２の圧縮機１０１で凝縮圧力まで圧
縮される。その後、再度、第２の四方弁１０２を通り、
さらに、ガス配管４を通って室内ユニット２へ送られ
る。室内ユニット２へ流入したガス冷媒は室内熱交換器
２１において室内ファン２３により送風された室内空気
と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。これにより、室
内が暖房される。

【００２６】液冷媒は室内冷媒制御弁２２を通って液配
管３へ流入し、室外ユニット１へ送られる。室外ユニッ
ト１に流入した液冷媒は、室外冷媒制御弁１３で減圧さ
れ、室外熱交換器１２へ流入する。室外熱交換器１２に
流入した冷媒は室外ファン１５により送風された室外空
気と熱交換されて蒸発し、第１の四方弁１４を通って第
１の圧縮機１１へ吸込まれ、凝縮圧力より低い圧力に圧
縮される。◆本実施例によれば、第１および第２の四方
弁を同時に切り替えることにより、ガス配管、液配管、
室外熱交換器及び室内熱交換器のそれぞれを流れる冷媒
の流れ方向を逆にできる。これにより室内機の冷房運転
と暖房運転の切り換え運転が可能となる。

【００２７】本発明のさらに他の実施例を図４に示す。
◆図４は空気調和機の冷凍サイクル構成を示したもので
ある。図４に示したように、室外ユニット１は室内ユニ
ット２より下方に設置されており、室外ユニット１は第
１の圧縮機１１１、室外熱交換器１２、室外冷媒制御弁
１３および、室外ファン１５を備えている。一方、室内
ユニット２は室内熱交換器２１、室内冷媒制御弁２２お
よび室内ファン２３を備えている。室外ユニット１と室
内ユニット２とは液配管３とガス配管４で接続されてお
り、液配管３およびガス配管４の途中には２つのポンプ
システム２００、３００が配置されている。そして、ポ
ンプシステム２００はポンプシステム３００の情報に設
置され、第２の圧縮機２１１、第１の液ポンプ２０１お
よび逆止弁２０２を備えている。一方、ポンプシステム
３００は第３の圧縮機３１１、第２の液ポンプ３０１お
よび逆止弁３０２を備えている。

【００２８】ここで、第１の圧縮機１１１、第２の圧縮
機２１１および第３の圧縮機３１１は吐き出し量が可変
であり、さらに、冷媒の流れ方向を逆にできる可逆式で
ある。このような圧縮機の手段としては、図５、図６に
示すようにモータ５８とタイミングギア５９により駆動
されるルーツブロワがある。このルーツブロワの回転数
をインバータなどで変えられるようにすることによって
吐き出し量を可変にできる。また、回転方向を逆にする
ことにより、冷媒の流れ方向を逆にできる。

【００２９】次に、このように構成した本実施例の動作
を図４を用いて説明する。◆まず、冷房運転について説
明する。ここで、冷媒の流れを図中に実線で示してい
る。第１の圧縮機１１１から吐出されたガス冷媒は室外
熱交換器１２へ流入し、室外ファン１５により送風され
る室外空気と熱交換して凝縮し、液冷媒となる。液冷媒
は室外冷媒制御弁５７を通って液配管３へ流入しその配
管中を上昇し、第１の液ポンプ２０１で加圧された後、
さらに液配管３を上昇し続ける。そして、第２の液ポン
プ３０１で再度加圧され、液配管３を通って室内ユニッ
ト２へ流入する。室内ユニット２へ流入した液冷媒は室
内冷媒制御弁２２で減圧された後、室内熱交換器２１へ
流入し、室内ファン２３が送風する室内空気と熱交換し
て蒸発し、ガス冷媒となる。このとき室内が冷房され
る。ガス冷媒はガス配管４内を下降し、第３の圧縮機３
１１で圧縮された後、さらにガス配管４を下降し続け、
第２の圧縮機２１１でさら圧縮された後、ガス配管４を
経て室外ユニット１へ流入する。室外ユニット１へ流入
したガス冷媒は第１の圧縮機１１１へ吸込まれて、凝縮
圧力まで圧縮される。

【００３０】ここで、この冷房運転時の冷媒の状態変化
を図５に示したモリエル線図上に示す。第１の圧縮機１
１１を出たａ点の冷媒は室外熱交換器１２で凝縮されて
ｂ点の状態になり、その冷媒が液配管３を上昇し、第１
の液ポンプ２０１に来るまでに、液ヘッドの分だけ圧力
が下がりｃ点の状態になる。その後、第１の液ポンプ２
０１で加圧されてｄ点の状態になり、さらに液配管３を
上昇し続ける。そして、第２の液ポンプ３０１に到る迄
に、液ヘッドの影響で圧力が低下しｅ点の状態になる。
その後、第２の液ポンプ３０１で加圧されてｆ点の状態
になり、さらに液配管３を上昇し続けて室内ユニット２
へ流入する。そして、室内冷媒制御弁２２に到達するま
でに、液ヘッドのために圧力が低下しｇ点の状態にな
る。

【００３１】次に、室内冷媒制御弁２２によって減圧さ
れた冷媒はｈ点の状態となり、室内熱交換器２１へ流入
し蒸発してｉ点の状態になり、室内ユニット２から流出
してガス配管４内を下降する。第３の圧縮機３１１に到
るまでに、圧力損失が生じるが、配管長さが短いので圧
力の低下は小さく、ｊ点の状態となる。その後、第３の
圧縮機３１１で少し圧縮されてｋ点の状態になり、さら
にガス配管４内を下降する。その後、第２の圧縮機２１
１に到るまでに、配管長さが長いので圧力損失を生じる
が、冷媒密度が大きいので圧力の低下は小さくｌ点の状
態になる。その後、第２の圧縮機２１１でさらに圧縮さ
れてｍ点の状態になり、さらにガス配管４内を下降し、
室外ユニット１へ流入する。この間の配管長さは長いに
も拘らず、冷媒密度が比較的大きいので大きな圧力損失
は生じない。さらに、第１の圧縮機１１１に吸込まれる
きはｎ点の状態となり、第１の圧縮機１１１によって凝
縮圧力まで圧縮され、ａ点の状態になる。

【００３２】ここで、第１の液ポンプ２０１、第２の液
ポンプ３０１がともに無い場合には、図５中に破線で示
したように、室外熱交換器１２から流出したｂ’点の冷
媒は、液配管３内を上昇している間に液ヘッドが小さく
なり、室内冷媒制御弁２２に到達するまでに圧力が低下
し、ｇ’点の状態となる。これに伴い、室内冷媒制御弁
２２出口の圧力も低下するので蒸発圧力が低下し、一段
目の圧縮機構である第３の圧縮機の吸入圧力が低下し、
吸入冷媒密度が小さくなる。これによって、冷媒循環量
が減少し、冷房能力が低下する。

【００３３】次に、図４を用いて本実施例の暖房運転に
ついて説明する。冷媒の流れは図中に破線で示してい
る。それぞれの圧縮機１１１、２１１、３１１は冷房運
転時とは逆方向に冷媒を送る。第１の圧縮機１１１から
吐出されたガス冷媒はガス配管４へ流入し配管内を上昇
し、第２の圧縮機２１１で圧縮された後、さらにガス配
管４内を上昇し、第３の圧縮機３１１でさらに圧縮さ
れ、ガス配管４を経て室内ユニット２へ流入する。室内
ユニット２へ流入したガス冷媒は室内熱交換器２１にお
いて室内ファン２３により送風された室内空気と熱交換
し、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が暖房され
る。

【００３４】液冷媒は室内冷媒制御弁２２を経た後液配
管３へ流入し、第２の液ポンプ３０１をバイパスする逆
止弁３０２を通過し、液配管３内を下降し、さらに、第
１の液ポンプ２０１をバイパスする逆止弁２０２を通過
し、液配管３を通って室外ユニット１へ流入する。室外
ユニット１に流入した液冷媒は、室外冷媒制御弁５７で
減圧された後、室外熱交換器１２へ流入する。室外熱交
換器１２へ流入した冷媒は室外ファン１５により送風さ
れる室外空気と熱交換されて蒸発し、第１の圧縮機１１
１に吸入され圧縮される。

【００３５】本実施例によれば、四方弁なしで、冷房、
暖房の切り替えが行え、コストを低減できる。

【００３６】次に、図６及び図８以下を用いて複数の圧
縮機を分散配置させる実施例について説明する。◆図８
は圧縮機を分散配置した機器構成を模式的に示したもの
である。この実施例では、初段、第２段、第３段、第４
段、最終段の５段を構成する圧縮機C1、C2、C3、C4、C5
が、それぞれの圧縮機を駆動する電動機M1 、M2、M3、M
4、M5及び、全体の吸入管、各圧縮機を連結する連結
管、全体の吐出管を構成する配管L1、L2、L3、L4、L5、
L6を備えており、さらに、複数の電動機を個々に異なる
周波数で駆動できる電源装置４１が設けられている。そ
して、電源装置４１は各電動機の回転速度を制御する制
御部と、個々の電動機に電力を供給する各出力部とから
構成されているが、出力部をそれぞれの電動機の近傍に
設けて制御部と信号線で接続する構成であってもよい。

【００３７】個々の圧縮機としては、例えば図６に示す
ようなルーツ型ブロワが使用されることは上述のとおり
である。このルーツ型ブロワでは紙面に垂直方向に長い
圧縮機室５３に、紙面に垂直方向に厚みを持つまゆ型ロ
ータ５１、５２が互いに反対方向に回転するように収容
されており、このロータ５１、５２の回転作用でガスを
吸入口５７から取り込んで移送し、吐出口５４から外部
へ吐出している。５５、５６はロータ５２、５１を回転
させる一対の回転駆動軸である。回転駆動軸５５、５６
は平行に配設される。この圧縮機において、ロータ５１
と５２を実線の細線矢印の向きに回転させるとガスは実
線の太線矢印の向きに流れ、逆に、ロータ５１と５２を
破線の細線矢印の向きに回転させるとガスは破線の太線
矢印の向きに流れる。なお、図８ではそれぞれのポ圧縮
機吸入口５７が左側に、吐出口５４が右側に配置されて
いると考えればよい。そして、圧縮機C1の吸入口５７に
は吸入管L1が接続されており、圧縮機C1の吐出口５４圧
縮機プC2の吸入口５７とは連結管L2で連結されている。
以下同様に、圧縮機C2とC3、C3とC4、C4とC5がそれぞれ
連結され、圧縮機C5の吐出口には吐出管L6が接続されて
いる。

【００３８】このように構成した本実施例では、吸入管
L1から圧縮機C1に吸入されたガスは、圧縮機C1で図８中
で右側へ移送され、連結管L2に吐出される。次にこのガ
スは圧縮機C2に吸入され、さらに図の右側へ移送され
る。ここで、圧縮機C2の回転速度より圧縮機C1の回転速
度を高くしておくと、吸入管L1から吸入される体積流量
より、連結管L3から吐出される体積流量の方が少ない
が、重量流量はどちらも同じであるから、前記体積流量
比率に応じてガスの比容積が減少し、連結管L2内の圧力
が吸入管L1内の圧力より上昇する。さらに圧縮機C3、C
4、C5の順に回転速度を減少させていくと、連結管L3、L
4、L5の圧力が順に上昇していき、最終段の圧縮機C5の
吐出口に接続される吐出管L6の圧力が全体のシステムで
決まる吐出圧力にまで高められる。

【００３９】図９に吸入管L1、連結管L2、L3、L4、L5、
吐出管L6における圧力上昇の様子を示す。ここで、吸入
圧力がPs、吐出圧力がPd2であるときに、各連結管内の
圧力が曲線２で示されるような最適値になるように電動
機M1、M2、M3、M4、M5の回転速度を決定し、電源装置４
１から各電動機の回転速度指令を発生する。この状態で
吐出圧力がPd3に上昇した場合、電動機M1の回転速度を
そのままにしておいて、電動機M2〜M5の回転速度をそれ
ぞれある比率だけ低下させるか、あるいは電動機M5の回
転速度をそのままにしておいて電動機M1〜M4の回転速度
をそれぞれある比率だけ上昇させれば、各連結管内の圧
力は曲線４３のように変化し、再び最適な運転を実現で
きる。

【００４０】一方、吐出圧力がPd1に低下した場合に
は、電動機M1の回転速度はそのままにしておいて、電動
機M2〜M5の回転数をある比率で上昇させ曲線４４で表わ
されるような適正な圧力変化にしてもよいし、連結管L
2、L3、L4の圧力が曲線４２のようになるように電動機M
1〜M3の回転速度を決め、電動機M4、M5の回転速度を電
動機M3の回転速度と同じにして、曲線４５で表される圧
力変化になるようにしてもよい。このいずれの方法にお
いても、過圧縮や不足圧縮が生じず、圧縮損失を小さく
することができる。

【００４１】次に、各圧縮機を駆動する電動機M1〜M5の
回転方向を一斉に逆転させると、各圧縮機内のガスの流
れ方向が逆になり、図１０に示すように、ガスは図の右
側から左側へ向かって流れるようになる。すなわち、こ
こでは図８の吸入管L1が吐出管L1に、吐出管L6が吸入管
L6に変わる。ここで、吸入圧力がPs、吐出圧力がPd2で
あるときに、各連結管内の圧力が図１１の曲線４６で示
されるような最適な値になるように電動機M1、M2、M3、
M4、M5の回転速度を決定し、電源装置４１から各電動機
の駆動指令を発生する。

【００４２】ところで、吐出圧力がPd3に上昇した場
合、電動機M5の回転速度をそのままにしておいて、電動
機M1〜M4の回転速度をそれぞれある比率だけ低下させる
か、電動機M1の回転速度をそのままにしておいて、電動
機M2〜M5の回転速度をそれぞれある比率だけ上昇させれ
ば、各連結管内の圧力が曲線４７で示されるように変化
し、再び最適な運転にすることができる。逆に、吐出圧
力がPd1に低下した場合には、電動機M5の回転速度をそ
のままにしておいて、電動機M1〜M4の回転数をある比率
で上昇させ曲線４８で表わされるような適正な圧力変化
にしてもよいし、連結管L2、L3、L4の圧力が曲線４２で
示されるように電動機M3〜M5の回転速度を決め、電動機
M1、M2の回転速度を電動機M3の回転速度と同じくして、
曲線４９の様な圧力変化になるようにしてもよい。いず
れも過圧縮や不足圧縮は生じず、圧縮損失を小さくする
ことができる。

【００４３】このように、本実施例によれば、運転され
る吸入圧力、吐出圧力に応じて最適な運転をすることが
でき、ガスの流れ方向も四方弁などの補器を使わずに容
易に反転させることができ、しかも、いずれの方向でも
全く遜色のない最適な運転状態を創りだすことができ
る。全体的に回転速度を変えれば流量も容易に変化で
き、運転状態に応じた最適流量を流すことができる。ま
た、個々のポンプの前後の差圧が小さくなるため、軸受
負荷が小さく、無給油式のポンプを実現できる。

【００４４】次に、図１２を用いて他の実施例を説明す
る。図１２は長い配管６０で結ばれる第１の装置５８と
第２の装置５９間でのガス移送の場合であり、必要に応
じて第１の装置５８から第２の装置５９へ、またはその
逆に第２の装置５９から第１の装置５８へガスを圧縮し
て送ることを前提とした装置である。従来のように圧縮
機が１台の場合に、第１の装置５８側に圧縮機を設ける
と、第１の装置５８から第２の装置５９に向けて圧縮移
送するときは、高圧になり比容積が小さくなった後に配
管６０に流入するので流体損失はあまり増大しない。し
かし、第２の装置５９から第１の装置５８へ向けて圧縮
移送するときは、低圧で比容積が大きい状態で配管６０
に流入するので流体損失が増加する。これに対して、本
実施例では、第１の装置５８と第２の装置５９の双方に
圧縮機を３台づつ直列に連結して備えているので、第１
の装置５８と第２の装置５９が長い配管６０で接続され
ていても、また、移送方向が第１の装置から第２の装置
またはその逆の方向であっても配管６０内は適度に圧縮
された状態のガスであり、比容積が比較的小さいので流
体損失が小さくなる。

【００４５】以上の実施例では一つの装置に圧縮機を６
台用いた例について説明したが、無論、圧縮機の台数は
必要に応じて増減すべきものであり、本発明で規定する
ものではない。

【００４６】図１３に、ビルに本発明の空気調和機を配
置したときの模式図を示す。この図では異なる３階につ
いて、その詳細配置を示している。室外機１はビルの屋
上に設けられ、この室外機と各階の各部分の天井に設け
られた複数の室内機が液配管３及びガス配管４により接
続されている。図中、詳細を示した３階の中の最上層の
階および最下層階では、複数台の室内機に分岐する前の
位置に室内機から室外機へガスを戻すための第２の圧縮
機１０１が設けられている。このように室外機と室内機
の中間の位置に圧縮機を配置することにより、第２の圧
縮機の個数を減らすことができるとともに、圧縮機の騒
音が室内に伝わり深いとなる現象を防止できる。さら
に、この第２の圧縮機を機械室等に設ければ、圧縮機が
大型化しても何等支障が無い。また、中層の階では６台
の室外機各々に第２の圧縮機１０１が設けられている。
このようにすることにより、小型の圧縮機を天井裏等に
配置できる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、室外機に備えた熱源側
熱交換器と室内機に備えた利用側熱交換器とを結ぶ冷媒
ガス流路に、前記複数台の圧縮機を分散配置したので、
冷媒ガス流路における圧力損失が減少し、各圧縮機の吸
入冷媒密度の低下を抑制でき、冷媒循環量の低下を防止
できる。これにより、室外機と室内機とを接続する接続
配管長さが長い場合にも、冷房能力を確保できる。

【００４８】また、熱源側熱交換器と利用側熱交換器と
を結ぶ冷媒液流路に液ポンプを設けたので、液冷媒が冷
媒液流路を上昇するときに、下流側の圧力、すなわち、
膨張機構前の圧力を上昇させることができる。これによ
り、蒸発圧力の低下および圧縮機の吸入圧力の低下を抑
制できるとともに、圧縮機の吸入冷媒密度の低下を抑制
でき、冷媒循環量の低下を防止できる。そして、室外機
と室内機との高低差が大きくても、空気調和機の能力を
確保できる。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和機の一実施例のサイクル図。

【図２】図１の冷凍サイクル各部の冷媒の状態を示すモ
リエル線図。

【図３】本発明の空気調和機の他の実施例のサイクル
図。

【図４】本発明の空気調和機のさらに他の実施例のサイ
クル図。

【図５】図４の実施例に使用する圧縮機の縦断面図。

【図６】図５の圧縮機の横断面図。

【図７】図４の冷凍サイクル各部の冷媒の状態を示すモ
リエル線図。

【図８】分散配置時の正方向流れ運転の模式図。

【図９】図８の装置の圧力変化を示す図。

【図１０】分散配置時の逆方向流れ運転の模式図。

【図１１】図１０の装置の圧力変化を示す図。

【図１２】分散配置の他の実施例の模式図。

【図１３】ビルに本発明の空気調和機を配置したときの
模式図。

【符号の説明】

１…室外ユニット、 ２、２ａ、２
ｂ…室内ユニット ３…液配管、 ４…ガス配管 １１…第１の圧縮機 １２…室外熱
交換器 １３…室外冷媒制御弁 １４、１０２
…四方弁 １５…室外ファン ２１、２１
ａ、２１ｂ…室内熱交換器 ２２、２２ａ、２２ｂ…室内冷媒制御弁、２３、２３
ａ、２３ｂ…室内ファン ５１、５２…ロータ、 ５３…ケーシ
ング ５４…歯車、 ５５…駆動モ
ータ １０１、１０１ａ、１０１ｂ…第２の圧縮機 １１１…第１の圧縮機 ２００、３００…ポンプシステム、 ２０１…第１
の液ポンプ ２０２、３０２…逆止弁、 ２１１…第２
の圧縮機 ３０１…第２の液ポンプ ３１１…第３
の圧縮機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 日比野 陽三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平４−236067（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−4866（ＪＰ，Ｕ) 特公 平３−40300（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00 - 1/10 F25B 13/00 F25B 13/00 104

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源側熱交換器と第１の圧縮機とを備えた
   室外ユニットと、利用側熱交換器と該利用側熱交換器に
   室内空気を送風する送風機とを備えた複数台の室内ユニ
   ットとを接続配管によって接続し、複数段の圧縮機を直
   列に接続してなる多段圧縮機を有する空気調和機におい
   て、 前記第１の圧縮機と前記利用側熱交換器とを接続する接
   続配管の途中であって、前記それぞれの室内ユニットに
   第２の圧縮機を設けたことを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】熱源側熱交換器と第１の圧縮機とを備えた
   室外ユニットと、利用側熱交換器と該利用側熱交換器に
   室内空気を送風する送風機とを備えた室内ユニットとを
   接続配管によって接続し、複数段の圧縮機を直列に接続
   してなる多段圧縮機を有する空気調和機において、 前記第１の圧縮機と前記利用側熱交換器とを接続する接
   続配管の途中であって、屋内側に第２の圧縮機を設け、
   前記第２の圧縮機を前記接続配管の前記複数の室内ユニ
   ットへの分岐部より前記室外機側に設けたことを特徴と
   する空気調和機。
3. 【請求項３】複数段の圧縮機を直列に接続してなる多段
   圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張手段と、利用側熱交
   換器と、四方弁とを順次配管接続した空気調和機におい
   て、 前記圧縮機の少なくとも１段と前記熱源側熱交換器とを
   室外ユニットが備え、前記利用側熱交換器と前記膨張手
   段とを室内ユニットが備え、前記室外ユニットと前記室
   内ユニットとを接続する配管中に前記圧縮機の少なくと
   も１段を配設したことを特徴とする空気調和機。
4. 【請求項４】前記多段圧縮機は容積型圧縮機であり、該
   それぞれの圧縮機を駆動する電動機の回転速度を、前記
   多段圧縮機の吸込み圧力と前記多段圧縮機の吐出圧力に
   応じて可変に設定することを特徴とする請求項３に記載
   の空気調和機。
5. 【請求項５】前記多段圧縮機はそれぞれ回転方向によっ
   てガスの流通方向が変化する可逆型の回転圧縮機である
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。