JP3675977B2

JP3675977B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3675977B2
Application number: JP22240796A
Authority: JP
Inventors: 隆治宮; 義雄矢口; 順一斉藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-08-23
Also published as: JPH1062026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の圧縮機と冷媒加熱手段とを備えた空気調和機に係り、詳しくは冷媒加熱運転中における停止側圧縮機やその吸込配管での冷媒の寝込みを解消する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、旧来の冷房専用機に代わり、空気を熱源として暖房を行うヒートポンプ型の空気調和機が増加している。ところが、ヒートポンプ型の空気調和機では、外気温が著しく低い場合、室外熱交換器での冷媒の蒸発温度と外気温との差がごく小さく無くなり、暖房が殆ど行えなくなる不具合があった。そこで、通常の室外熱交換器（空気熱交換器）の他に冷媒加熱器を室外ユニット内に設け、温水等と冷媒との間での熱交換（すなわち、冷媒加熱）を行わせることにより、比較的高温の冷媒を圧縮機に供給するものが出現している。この種の空気調和機では、外気温と無関係に室内熱交換器での凝縮潜熱を確保できるため、厳冬時においても十分な暖房が可能となる。
【０００３】
一方、大型の空気調和機では、室外ユニット内に複数の圧縮機を設置し、空調負荷の増減に応じて圧縮機の能力や運転台数を変えるものが知られている。例えば、二台の圧縮機を備えるものでは、定速型圧縮機と最大能力が定速圧縮機と等しい可変型圧縮機とを組合せ、能力制御を広範囲に行うものがある。この空気調和機では、５０％以下の能力が要求される場合には可変型圧縮機のみを駆動し、５０％以上の能力が要求される場合には両圧縮機を共に駆動する。これにより、可変型圧縮機で５段階に能力切換が行えれば、全体では１０段階の能力切換が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複数の圧縮機と冷媒加熱器とを備えたヒートポンプ型の空気調和機では、冷媒加熱を行いながら運転している際に、能力制御のために一部の圧縮機を停止させると、停止中の圧縮機やその圧縮機への吸込配管の内部に液冷媒が溜まる（冷媒が寝込む）ことがあった。これは、加熱されることにより冷媒の飽和温度が上昇し、冷媒の流れがなく外気に曝されて低温となった圧縮機や吸込配管に接触して冷媒が凝縮するもので、冷媒の寝込みは運転を続ける間に徐々に進行してゆく。
【０００５】
圧縮機や吸込配管内で冷媒が寝込んだ場合、再起動時に大量の液冷媒が圧縮機構に流入し、液圧縮により圧縮機が故障することがあった。また、停止中の圧縮機やその吸込配管内に大量の冷媒が寝込むと、運転中の圧縮機や冷媒回路に流通する冷媒が不足し、空調が円滑に行えなくなることもあった。更に、圧縮機内での冷媒の寝込み量が多くなると、液冷媒に浸されることにより、電動モータの巻線に絶縁破壊が生じることもあった。尚、圧縮機の下部にはクランクケースヒータが付設されているが、これは圧縮機の停止時に封入された潤滑油に冷媒が溶け込むことを防止するものであり、圧縮機内に寝込んだ大量の液冷媒を気化させる能力はなく、また、吸込配管に寝込んだ液冷媒に対しては殆ど効果がなかった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、冷媒加熱運転中における停止側の圧縮機やその吸込配管における冷媒の寝込みを解消した空気調和機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、暖房能力の調整のために並列に接続され単独もしくは同時運転される複数の圧縮機と、冷媒加熱手段とを有する冷媒回路を備えた空気調和機において、これら複数の圧縮機につながる低圧側冷媒回路を遮断する遮断弁と、冷媒加熱運転時に一方の圧縮機が停止し他方の圧縮機が運転している場合、第１所定時間毎に第２所定時間に亘り前記遮断弁を駆動して前記低圧側冷媒回路を遮断させる遮断弁駆動制御手段とを備え、この制御手段の作動により暖房能力の低下のために停止された圧縮機並びにこれにつながる低圧側冷媒回路内の冷媒を運転中の圧縮機の低圧側冷媒回路に回収して、運転停止中の圧縮機並びにその低圧側冷媒回路への冷媒寝込みをしにくくしたものである。
【０００８】
この発明によれば、例えば、冷媒加熱運転時に複数台の圧縮機のうちの一台が停止している場合、一定のインターバルで遮断弁により低圧側冷媒回路を数分間遮断する。これにより、遮断弁と圧縮機との間の冷媒回路がポンプダウンされて、冷媒回路内の圧力が外気温度の飽和圧力以下に低下し、停止中の圧縮機やその吸込配管内での冷媒の寝込みが解消される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図１には、室内ユニット１と室外ユニット３とからなる空気調和機の冷媒回路（実線で示す）および電気回路（一点鎖線で示す）を表している。室内ユニット１内には、室内熱交換器５、電動ファン７、電動式の膨張弁９等と、電動ファン７および電動膨張弁９等を駆動制御する室内側ＥＣＵ１１とが収納されている。また、室外ユニット３内には、並列に配置された第１および第２圧縮機２１，２３、電磁式の四方弁２５、並列に配置された室外熱交換器２７および冷媒加熱器２９、アキュムレータ３１、電動ファン３３等と、両圧縮機２１，２３、四方弁２５、電動ファン３３等を駆動制御する室外側ＥＣＵ３５とが収納されている。
【００１３】
本実施形態の場合、第１圧縮機２１は可変型であり、空調運転時には優先的に駆動される。また、第２圧縮機２３は定速型であり、５０％以上の能力が要求された場合にのみ駆動される。室外熱交換器２７は通常の空気熱交換器であるが、冷媒加熱器２９は所定温度（本実施形態では、５０℃）の温水と冷媒との間で熱交換を行わせる水熱交換器である。
【００１４】
室内ユニット１および室外ユニット３内の機器類は冷媒配管５１〜６４により接続されており、暖房時（冷媒加熱運転時）には実線の矢印で示した方向に冷媒が循環し、冷房運転時には破線の矢印で示した方向に冷媒が循環する。図中、３７，３９は室外側ＥＣＵ３５により開閉駆動される電磁式の遮断弁であり、冷房あるいは暖房時において室外熱交換器２７あるいは冷媒加熱器２９への冷媒配管５８，５６を遮断する。また、４１，４３，４５は冷媒を一方向へのみ流通させる逆止弁であり、冷媒配管５１，５２，６０に介装されている。
【００１５】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１６】
外気温が所定値以下に低下し、空気を熱源とした暖房ができなくなると、室外側ＥＣＵ３５は、通常の暖房運転から冷媒加熱運転への切換を行う。すなわち、遮断弁３７を閉鎖する一方で遮断弁３９を開放し、冷媒の供給先を室外熱交換器２７から冷媒加熱器２９に変更する。そして、電動ファン３３を停止させると共に、図示しない温水源からの温水を冷媒加熱器２９に供給させる。
【００１７】
これにより、室内熱交換器５からの液冷媒は、冷媒配管５５，５６を介して冷媒加熱器２９に流入し、その内部で温水との熱交換により比較的高温（例えば、２０〜４０℃）のガス冷媒となる。ガス冷媒は、冷媒配管５７，６１を介してアキュムレータ３１に流入し、冷媒配管６２〜６４を介して第１および第２圧縮機２１，２３に吸入される。この際、冷媒配管６０に逆止弁４５が設けられているため、室外熱交換器２７側へのガス冷媒の流入が防止される。第１および第２圧縮機２１，２３に吸入されたガス冷媒は、その内部で圧縮されて高温高圧となり、冷媒配管５１〜５４を介して室内熱交換器５に流入する。そして、高温のガス冷媒は、電動ファン７に送風された室内空気に熱エネルギーを放出して暖房を行う一方、室内熱交換器５内で徐々に凝縮して再び液冷媒となる。
【００１８】
さて、室外側ＥＣＵ３５は、室外ユニット３への能力要求が小さくなった場合、第１圧縮機２１の能力制御を行うと共に、第２圧縮機２３を停止させる。すると、アキュムレータ３１からのガス冷媒は、冷媒配管６２，６３を介して第１圧縮機２１のみに吸入され、その内部で圧縮された後、冷媒配管５１，５３〜５４を介して室内熱交換器５に流入することになる。この際、冷媒配管５２に逆止弁４３が設けられているため、第１圧縮機２１から吐出されたガス冷媒が第２圧縮機２３側に流入することが防止される。
【００１９】
次に、第２圧縮機２３および吸込配管６４における冷媒の寝込みを防止する手順について述べる。
【００２０】
冷媒加熱運転中に第２圧縮機２３を停止させた場合、冷媒が吸込配管６４や第２圧縮機２３の内部で寝込む虞がある。すなわち、冷媒の流れがなく外気に曝されて低温となった吸込配管６４や第２圧縮機２３に触れた場合、加熱されて飽和温度の高くなったガス冷媒は容易に凝縮し、液冷媒としてこれらの内部に溜まることがある。本実施形態では、このような冷媒の寝込みを防止するため、以下に述べる方法を採っている。
【００２１】
室外側ＥＣＵ３５は、空気調和機の運転が開始されると、所定の制御インターバルで、図２〜図４に示したポンプダウン制御サブルーチンを繰り返し実行する。室外側ＥＣＵ３５は、このサブルーチンを開始すると、先ず図２のステップＳ１で平行処理されている各種サブルーチンからの運転情報を読み込んだ後、ステップＳ３で第２圧縮機２３が停止中であるか否かを判定する。そして、この判定がＮoであれば、室外側ＥＣＵ３５は、何の処理も行わずスタートに戻る。
【００２２】
また、ステップＳ３の判定がＹes、すなわち、第２圧縮機２３が停止中であれば、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ５で第２圧縮機の駆動指令が入力したか否かを判定する。第２圧縮機の駆動指令は、室外ユニット３への能力要求が増大することにより、圧縮機駆動制御サブルーチン等から出力される。
【００２３】
ステップＳ５の判定がＮo であった場合、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ７で圧縮機停止フラグＦSTOPが１であるか否かを判定する。圧縮機停止フラグＦSTOPは、第２圧縮機２３が停止中であることを示すフラグであり、その初期値は０に設定されている。そして、第２圧縮機２３の停止直後であれば、ステップＳ５の判定がＮoとなるため、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ９で第１タイマＴ1を起動させた後、ステップＳ１１で圧縮機停止フラグＦSTOPを１としてスタートに戻る。
【００２４】
第２圧縮機２３が既に停止中であった場合、ステップＳ７の判定がＹesとなるため、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ１３で第１タイマＴ1 の値が所定の待機時間Ｔ1X（本実施形態では、１時間）に達したか否かを判定する。そして、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ１３の判定がＮo であれば何の処理も行わずスタートに戻る。
【００２５】
第２圧縮機２３の停止時点から待機時間Ｔ1Xが経過してステップＳ１３の判定がＹesになると、室外側ＥＣＵ３５は、図３のステップＳ１５でポンプダウンフラグＦPDが１であるか否かを判定する。ポンプダウンフラグＦPDは、冷媒回路のポンプダウンが行われていることを示すフラグであり、その初期値は０に設定されている。
【００２６】
ステップＳ１３の判定がＹesになった直後には、ステップＳ１５の判定がＮo となるため、室外側ＥＣＵ３５は、先ずステップＳ１７で第２タイマＴ2 を起動させ、ステップＳ１９でポンプダウンフラグＦPDを１とする。しかる後、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ２１で遮断弁３９を閉鎖し、冷媒配管５６から第１圧縮機２１までの冷媒回路を閉回路としてスタートに戻る。これにより、第１圧縮機２１から冷媒配管５１側へガス冷媒が吐出されるに連れて、閉回路となった低圧側冷媒回路がポンプダウンされて回路内圧力が低下する。
【００２７】
ポンプダウンが開始されると、冷媒加熱器２９やアキュムレータ３１内のガス冷媒が冷媒配管５１側へ吐出される一方、回路内圧力の低下に伴って第２圧縮機２３や吸込配管６４内の液冷媒が急速に気化し、冷媒の寝込みが解消され始める。この際、冷媒配管５２に逆止弁４３が設けられているため、冷媒配管５３側から第２圧縮機２３へのガス冷媒の逆流が防止される。
【００２８】
ポンプダウン開始後には、ステップＳ１５の判定がＹesとなるため、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ２３で第２タイマＴ2 の値が所定の継続時間Ｔ2X（本実施形態では、１分）に達したか否かを判定し、この判定がＮo である間はポンプダウンを継続させてスタートに戻る。
【００２９】
第２タイマＴ2 の値が継続時間Ｔ2Xに達してステップＳ２３の判定がＹesになると、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ２５で圧縮機停止フラグＦSTOPおよびポンプダウンフラグＦPDを０にリセットした後、ステップＳ２７で遮断弁３９を開放する。これにより、ポンプダウンが終了して通常の冷媒加熱運転に復帰するが、この時点では第２圧縮機２３や吸込配管６４内での冷媒の寝込みが完全に解消されている。そして、次回の処理ではステップＳ７の判定がＮo となるため、第１タイマＴ1 の起動を始めとする制御が新たに開始される。すなわち、本実施形態では、待機時間Ｔ1X毎に、継続時間Ｔ2Xに亘ってポンプダウンが行われ、冷媒回路に流通する冷媒の不足による空調不良や、液冷媒による電動モータ巻線の絶縁破壊等の要因となる冷媒の寝込みが防止されるのである。
【００３０】
一方、冷媒加熱運転中に第２圧縮機２３の駆動指令が入力すると、ステップＳ５の判定がＹesになるため、室外側ＥＣＵ３５は、図４のステップＳ３１でポンプダウンフラグＦPDが１であるか否かを判定する。そして、この判定がＮo 、すなわち現在ポンプダウン中でなければ、先ずステップＳ３３で第２タイマＴ2 を起動させ、ステップＳ３５でポンプダウンフラグＦPDを１とする。しかる後、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ３７で遮断弁３９を閉鎖し、冷媒配管５６から第１圧縮機２１までの冷媒回路を閉回路としてスタートに戻る。これにより、上述したように低圧側冷媒回路のポンプダウンが開始され、第２圧縮機２３や吸込配管６４内での冷媒の寝込みが解消され始める。
【００３１】
ポンプダウンを開始した後には、ステップＳ３１の判定がＹesとなるため、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ３９で第２タイマＴ2 の値が継続時間Ｔ2Xに達したか否かを判定し、この判定がＮo である間はポンプダウンを継続させてスタートに戻る。
【００３２】
第２タイマＴ2 の値が継続時間Ｔ2Xに達してステップＳ３９の判定がＹesになると、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ４１で圧縮機停止フラグＦSTOPおよびポンプダウンフラグＦPDを０にリセットした後、ステップＳ４３で遮断弁３９を開放する。尚、第２圧縮機２３の駆動指令が入力した時点で、既にポンプダウンが開始されていた場合には、室外側ＥＣＵ３５は、継続時間Ｔ2Xの残余を消化するまでポンプダウンを行うことになる。
【００３３】
ポンプダウンを終了した室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ４５で駆動開始フラグＦSTART を１として圧縮機駆動制御サブルーチンに出力した後、スタートに戻る。そして、圧縮機駆動制御サブルーチンにおいて、室外側ＥＣＵ３５は、駆動開始フラグＦSTARTの入力したことをもって、第２圧縮機２３の駆動を開始する。これにより、再起動時の時点では第２圧縮機２３や吸込配管６４内での冷媒の寝込みが完全に解消され、液冷媒の流入に起因する第２圧縮機２３の故障が起こらなくなった。尚、この時点以降は、再び第２圧縮機２１が停止するまでステップＳ３の判定がＮo となるため、室外側ＥＣＵ３５は、ポンプダウン制御サブルーチンで実質的な処理を行わない。
【００３４】
このように、本実施形態では、一定時間毎にポンプダウンを行う一方で、第２圧縮機２１の再起動時はポンプダウンを先立って行うようにしたため、冷媒の寝込みに起因する種々のトラブルを未然に防ぐことができ、円滑な空調運転が実現されるようになった。
【００３５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、一定時間毎にポンプダウンと再起動時のポンプダウンとを行うようにしたが、待機時間を短縮することにより、起動時のポンプダウンを省略するようにしてもよい。また、上記実施形態は、可変型圧縮機と定速型圧縮機とを一台ずつ備えた空気調和機に本発明を適用したものであるが、一台の可変型圧縮機と二台以上の定速型圧縮機を備えた空気調和機に適用してもよい。また、本発明を定速圧縮機のみを複数台備えてこれらを交互に運転させる空気調和機に適用してもよい。また、上記実施形態は電動圧縮機を備えた空気調和機に適用したものであるが、ガスヒートポンプ型の空気調和機等に適用してもよいし、室内ユニットや室外ユニットを複数備えたものに適用してもよい。更に、装置の具体的構成や制御の手順等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の冷凍機によれば、冷媒加熱運転時に停止中の圧縮機があった場合、所定時間毎にポンプダウンを行ったり、再起動時にポンプダウンを行うようにしたため、圧縮機や吸込配管における冷媒の寝込みを防止することができ、液圧縮による圧縮機の故障や、冷媒の不足による空調不良、電動モータの巻線の絶縁破壊等の不具合を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構成図である。
【図２】ポンプダウン制御サブルーチンの手順を示したフローチャートである。
【図３】ポンプダウン制御サブルーチンの手順を示したフローチャートである。
【図４】ポンプダウン制御サブルーチンの手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１室内ユニット
３室外ユニット
２１第１圧縮機
２３第２圧縮機
２７室外熱交換器
２９冷媒加熱器
３５室外側ＥＣＵ
３７，３９遮断弁
６３，６４吸込配管

Claims

暖房能力の調整のために並列に接続され単独もしくは同時運転される複数の圧縮機と、冷媒加熱手段とを有する冷媒回路を備えた空気調和機において、これら複数の圧縮機につながる低圧側冷媒回路を遮断する遮断弁と、冷媒加熱運転時に一方の圧縮機が停止し他方の圧縮機が運転している場合、第１所定時間毎に第２所定時間に亘り前記遮断弁を駆動して前記低圧側冷媒回路を遮断させる遮断弁駆動制御手段とを備え、この制御手段の作動により暖房能力の低下のために停止された圧縮機並びにこれにつながる低圧側冷媒回路内の冷媒を運転中の圧縮機の低圧側冷媒回路に回収して、運転停止中の圧縮機並びにその低圧側冷媒回路への冷媒寝込みをしにくくしたことを特徴としたことを特徴とする空気調和機。