JP4195031B2 - 空気調和機の容量制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、2つの圧縮機を採用した空気調和機に係り、特に、第1及び第2圧縮機を備える空気調和機の冷媒流路に、3方または4方に切り替えられる方向切替部材と、低圧を均圧するためのソレノイド弁とを備え、第1及び第2圧縮機を用いて100%、60%、40%などのように3段に圧縮能力を調節して可変運転を容易とすることによって、画期的な省エネルギーを達成するだけでなく、圧縮機の圧力不均衡を速かに解消することから第1及び第2圧縮機の摩耗を防止することができる空気調和機の容量制御装置に関する。
一般に、空気調和機は、圧縮機で冷媒を高圧に圧縮し、圧縮された冷媒を凝縮機で液化して凝縮し、この高圧に凝縮された冷媒を直径の小さい毛細管に通流させながら室内熱交換器(蒸発器;以下、「室内機」と称する。)で冷媒を瞬間的に気化し蒸発させることによって温度を降下して冷気を発生させ、この発生した冷気を室内に吐出させることで冷房を行う。
続いて、室内機で熱を吸収しながら気化した冷媒は、圧縮機から凝縮機に移動して凝縮され液化しながら熱を外部に放出した後、上記の過程を繰り返しながら持続的に冷房を行うことになる。
図1は、従来の第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図であり、図2は、従来の第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機とを備えた空気調和機を示す構成図であり、図3は、一般の第1及び第2圧縮機の容量制御方法を示す図である。
従来の第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機は、室外に設置されるアウトドア装置Bとして、冷媒を高温高圧に圧縮させる第1及び第2圧縮機12,14と、第1及び第2圧縮機12,14で圧縮された冷媒を移送するための第1及び第2吐出管16,18と、第1及び第2吐出管16,18に介設され、通流する冷媒が逆流するのを防止する第1及び第2逆止弁20,22と、第1及び第2逆止弁20,22を通過した冷媒を低温高圧状態に凝縮する凝縮機24と、凝縮機24からの冷媒を急速に膨脹させて低温低圧状態にする、インドア装置Aの膨脹弁26と、膨脹弁26からの膨脹冷媒が室内の熱気を吸収して冷気を排出するようにする高温低圧状態の室内機2と、室内機2で蒸発された冷媒を分岐して通流させるための第1及び第2吸入管4,6と、から構成される。
ここで、冷媒の総容量を100%とするとき、第1圧縮機12は、総冷媒容量の40%を圧縮し、第2圧縮機14は、総冷媒容量の60%を圧縮するように構成する。
図1に示すように、従来の1つの室内機を持つ空気調和機では、まず、使用者が100%を要求するモードでは、第1及び第2圧縮機12,14が同時に駆動され、第1及び第2吸入管4,6から吸入した冷媒を第1及び第2吐出管16,18に吐出する。
続いて、吐出された冷媒は、第1及び第2逆止弁20,22により逆流が防止された状態で、凝縮機24で凝縮されて膨脹弁26、室内機2を順に通って室内に冷気を供給するようになる。
一方、節電モードでは、第1及び第2圧縮機12,14のいずれかが選択的に作動され、冷気が弱く供給される。
なお、図3に示すように、自動運転モードで作動する場合には、室内温度と空気調和機の設定温度との差(DT)に基づいて制御する。すなわち、室内機2における負荷容量(DT)=室内温度(RT)−空気調和機の設定温度(ST)と定義される。
仮に、室内温度と設定温度との差(DT)が、設定値1(DTS1)以上に上昇すると、100%運転と判断して第1及び第2圧縮機12,14を全部駆動し、室内温度と設定温度との差(DT)が、設定値1(DTS1)と設定値2(DTS2)との間にあると、第2圧縮機14のみを駆動し、設定温度差(DT)が、設定値2(DTS2)と設定値3(DTS3)との間にあると、第1圧縮機12のみを駆動する。
このような制御過程により、室内温度と設定温度との差(DT)を最小化し、室内温度(RT)を適度に維持することができる。
一方、図2に示すように、従来の第1及び第2圧縮機及び第1及び第2室内機を備えた空気調和機は、図1に示す空気調和機の構成と略同様である。ただし、凝縮機24で凝縮された冷媒を、第1室内機(RAC:Room Air Conditioner)2aまたは第2室内機(PAC:Package Air Conditioner)2bに選択的に移送するための第1選択弁8及び第2選択弁10をさらに備える点が異なる。
この構成は、例えば、家庭において、部屋に設置される第1室内機2aと、居間に設置される第2室内機2bを選択的に作動する場合、負荷容量に応じて第1及び第2圧縮機12,14を選択的に作動するためのものである。
ここで、第1室内機2a(RAC)の膨脹弁26は、アウトドア装置Aの第1選択弁8の前段に配設されると良い。
図2に示す空気調和機を、図3に示すような自動運転モードで作動する場合には、第1室内機2aと第2室内機2bの負荷容量に応じて第1及び第2圧縮機12,14の駆動を制御する。
すなわち、第1及び第2圧縮機12,14の駆動は、第1室内機2aにおける負荷容量(DT)=室内温度(RT)−空気調和機の設定温度(ST)と定義され、同様に、第2室内機2bにおける負荷容量(DT)=室内温度(RT)−空気調和機の設定温度(ST)と定義され、第1室内機2aの負荷容量(DT)と第2室内機2bの負荷容量(DT)との和に基づいて制御される。
仮に、負荷容量(DT)が設定値1(DTS1)以上に上昇すると、100%運転と判断して第1及び第2圧縮機12,14を全部駆動し、負荷容量(DT)が、設定値1(DTS1)と設定値2(DTS2)との間にあると、60%運転と判断して第2圧縮機14のみを駆動し、負荷容量(DT)が、設定値2(DTS2)と設定値3(DTS3)との間にあると、40%運転と判断して第1圧縮機12のみを駆動する。
しかしながら、このような2つの室内機を有するマルチ空気調和機は、第1及び第2圧縮機12,14の起動時に過多な電流を消耗するため、圧縮機の起動及び停止状態が持続して繰り返されるとエネルギー消費効率が顕著に低下する問題につながる。
しかも、第1及び第2圧縮機12,14と逆止弁20,22間の第1及び第2吐出管16,18には高圧が作用しており、第1及び第2圧縮機12,14の後段に接続される第1及び第2吸入管4,6には低圧が作用するため、圧力平衡が取れていない状況で、停止していた第1及び第2圧縮機12,14を作動すさせる際、第1及び第2圧縮機12,14の起動が相当難しくなる。その結果、停止していた圧縮機の作動に必要な均圧を取るに時間がかかり、圧縮機を迅速に作動させられないという問題が生じる。
また、複数の圧縮機を使用する従来の空気調和システムは、頻繁に圧縮機の運転/停止を繰り返すことでエネルギー効率の増大を図るもので、圧縮機の作動時に圧力差による液バック現象が生じ、頻繁な圧縮機の運転/停止により圧縮機が摩耗されるため、圧縮機の信頼性が低下してしまうという問題点があった。
なお、下記特許文献1には、複数の浄化器が一体に結合されて汚染度に応じて各機器の駆動率を組み合わせて浄化する組合せ運転可能な分離型空気調和装置が開示されている。
特開2005−219049
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、2つの第1及び第2圧縮機を備える空気調和機の冷媒流路に、3方または4方に切り替えられる方向切替部材と、低圧を均圧するためのソレノイド弁とを備え、第1及び第2圧縮機を用いて100%、60%、40%などのように3段に圧縮能力を調節して可変運転を容易とし、画期的な省エネルギーを達成できる以外に、圧縮機の圧力不均衡を速かに解消することによって第1及び第2圧縮機の摩耗を防止することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、第1及び第2圧縮機と1以上の室内機が備えられ、連続した可変能力を発揮する空気調和機において、前記室内機から移送管を介して移送される冷媒を分岐して前記第1及び第2圧縮機に供給する第1及び第2吸入管と、前記第1及び第2圧縮機で圧縮される冷媒を凝縮機に供給するための第1及び第2吐出管と、前記第1及び第2吐出管と前記移送管との間に連結され、前記第1及び第2圧縮機の前段に加えられる高圧を後段に形成される低圧に均圧するためのバイパス回路と、を含む空気調和機の容量制御装置を提供する。
ここで、前記第2吐出管から第1吐出管へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁を備える。
前記バイパス回路は、前記第1吐出管と前記移送管との間に連結されて、前記第1圧縮機前段の高圧を低圧に均圧する低圧連結管と、前記低圧連結管に設置されて、冷媒の流れを断続するソレノイド弁と、前記第2吐出管から前記低圧連結管に連結される分岐管と、前記第2吐出管と分岐管にかけて設置され、開閉動作により冷媒の移送を制御して前記第2圧縮機前段の高圧を低圧に均圧する方向切替部材と、を含む。
さらに、本発明に係る空気調和機の容量制御装置は、前記第1及び第2圧縮機、方向切替部材、ソレノイド弁及び安全装置を各々制御する制御部と、該制御部に制御信号を入力する信号入力部とを備える。
前記方向切替部材は、前記第2吐出管と分岐管を各々開閉する3方制御バルブまたは4方制御バルブであると好ましい。
また、前記バイパス回路は、前記第1及び第2吐出管の冷媒圧力を選択的に均圧するために第1及び第2吐出管を移送管に互いに連結させる低圧連結管と、前記低圧連結管に設置されて、第1吐出管の冷媒が移送管と均圧されるように冷媒の流れを断続するソレノイド弁と、前記第2吐出管と前記低圧連結管にかけて設置され、開閉動作により、第1及び第2吐出管を低圧連結管に選択的に連結して均圧するか、第1及び第2吐出管を凝縮機流入管に選択的に連結して冷媒を供給するための方向切替部材と、からなることもできる。
また、本発明に係る空気調和機の容量制御装置は、前記第1及び第2圧縮機、方向切替部材、ソレノイド弁及び安全装置を各々制御する制御部と、該制御部に制御信号を入力する信号入力部とをさらに備える。
ここで、前記方向切替部材は、前記第2吐出管と低圧連結管を各々開閉する4方制御バルブであると好ましい。
前記第1圧縮機及び前記第2圧縮機の同時作動(ON)時に、前記方向切替部材が停止(OFF)して前記第2吐出管が凝縮機流入管に連結され、前記ソレノイド弁が停止(OFF)して第1吐出管が逆止弁を通って凝縮機流入管に連結されることが好ましい。
また、前記第1圧縮機の作動(ON)及び前記第2圧縮機の停止(OFF)時に、前記方向切替部材が作動(ON)し、前記第2吐出管が前記低圧連結管と連結されて第2圧縮機の前・後段が均圧され、前記第1吐出管に移送される冷媒の一部を、ソレノイド弁及び方向切替部材を順に経て第2吐出管を通って凝縮機流入管に供給することによって前記第1圧縮機から吐出される冷媒を分散移送して摩擦抵抗を低減することが好ましい。
また、前記第1圧縮機の停止(OFF)及び第2圧縮機の作動(ON)時に、前記方向切替部材が停止(OFF)し、前記第2吐出管が凝縮機流入管に連結され、前記ソレノイド弁が開放され、前記第1吐出管が低圧連結管に連結されて第1圧縮機の前・後段が均圧されることが好ましい。
また、上記目的を達成するために、本発明は、第1及び第2圧縮機と1以上の室内機が備えられて連続した可変能力を発揮する空気調和機の制御方法において、信号入力部に所望の運転を入力し、制御部で運転モードを選択するようにするステップと、第1及び第2圧縮機を選択的に起動し、最大容量、中間容量、最小容量運転のうちいずれか一起動運転を行うステップと、前記制御部で安全装置の作動するか否かを判断し、安全装置が作動すると、異常があると判断して停止運転モードに進入し、安全装置が作動しないと、起動運転を終了し正常運転モードに進入するステップと、前記1以上の室内機の負荷容量に対する第1及び第2圧縮機の負荷を制御部で判断し、負荷増加運転、負荷減少運転、負荷維持運転及び停止運転のいずれか一つの正常運転モードを選択して運転するステップと、前記制御部で前記安全装置の作動するか否かを判断し、安全装置が作動すると、異常があると判断して停止運転モードに進入し、そうでないと、正常運転モードを持続して行うステップと、信号入力部から制御部に停止信号が入力された場合または前記安全装置で異常が感知されて停止運転モードに進入した場合を判断し、第1及び第2圧縮機を停止させるステップと、を含む空気調和機の容量制御方法も提供する。
前記起動運転ステップのうち、第1及び第2圧縮機を全部起動する最大容量の100%起動運転ステップは、前記ソレノイド弁を開放し、第1吐出管と低圧連結管とを連結して低圧に均圧し、方向切替部材をONにし、第2吐出管を分岐管に連結して低圧に均圧するステップと、前記第1圧縮機を作動するステップと、ソレノイド弁を遮断するステップと、前記第2圧縮機を作動し、方向切替部材をOFFにするステップと、を含む。
前記第1及び第2圧縮機を全部起動する最大容量の100%起動運転ステップでは、第1室内機(RAC)及び第2室内機(PAC)が適用される場合に、第1及び第2室内機が全部起動されることが好ましい。
また、前記起動運転ステップのうち、第1圧縮機のみを起動する最小容量の40%起動運転ステップは、前記ソレノイド弁を開放し、第1吐出管と低圧連結管を連結して低圧に均圧し、方向切替部材をONにし、第2吐出管を分岐管に連結して低圧に均圧するステップと、前記第1圧縮機を作動するステップと、前記ソレノイド弁を遮断するステップと、を含む。
前記第1圧縮機のみを起動する最小容量の40%起動運転ステップでは、第1及び第2室内機が適用される場合に、容量の小さい第1室内機(RAC)のみが起動されることが好ましい。
前記起動運転ステップのうち、第2圧縮機のみを起動する中間容量の60%起動運転ステップは、前記方向切替部材をONにし、第2吐出管を分岐管に連結して低圧に均圧するステップと、前記方向切替部材をOFFにして第2吐出管を凝縮機に接続するステップと、第2圧縮機のみを駆動するステップと、を含むことが好ましい。
前記第2圧縮機のみを起動する中間容量の60%起動運転ステップでは、第1及び第2室内機が適用される場合に、容量の大きい第2室内機(PAC)のみを起動することが好ましい。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を増加させる負荷増加運転ステップのうち、最小容量の40%容量から中間容量の60%容量に増加させる運転は、前記第1圧縮機が作動中の状態で前記第2圧縮機を作動させるステップと、前記方向切替部材をOFFにして前記第2吐出管を凝縮機に連結するステップと、前記第1圧縮機を停止させるステップと、前記ソレノイド弁を開放し、前記第1吐出管を低圧連結管に連結して低圧に均圧してから一定時間が経過すると、ソレノイド弁を遮断するステップと、を含む。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を増加させる負荷増加運転ステップのうち、中間容量の60%容量から最大容量の100%容量に増加させる運転は、前記第2圧縮機が作動中の状態で前記ソレノイド弁を開放し、前記第1吐出管を低圧連結管に連結して低圧に均圧するステップと、前記第1圧縮機を作動させるステップと、前記ソレノイド弁を遮断するステップと、を含む。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を増加させる負荷増加運転ステップのうち、最小容量の40%容量から最大容量の100%容量に増加させる運転は、前記第1圧縮機が作動中の状態で前記第2圧縮機を作動するステップと、前記方向切替部材をOFFにして第2吐出管を凝縮機に連結するステップと、含む。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を減少させる負荷減少運転ステップのうち、最大容量の100%容量から中間容量の60%容量に減少させる運転は、前記第1と2圧縮機とも作動中の状態で前記第1圧縮機を停止するステップと、前記ソレノイド弁を開放し、前記第1吐出管と低圧連結管とを連結して低圧に均圧するステップと、前記ソレノイド弁を遮断するステップと、含む。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を減少させる負荷減少運転ステップのうち、中間容量の60%容量から最小容量の40%容量に減少させる運転は、前記第2圧縮機が作動中の状態で前記ソレノイド弁を開放し、第1吐出管と低圧連結管とを連結して低圧に均圧するステップと、前記第1圧縮機を作動するステップと、前記ソレノイド弁を遮断するステップと、前記方向切替部材をONにし、第2吐出管と分岐管とを連結して低圧に均圧した後に、第2圧縮機を停止させるステップと、を含む。
また、前記正常運転ステップにおいて負荷を減少させる負荷減少運転ステップのうち、最大容量の100%容量から最小容量の40%容量に減少させる運転は、前記第1及び第2圧縮機とも作動中の状態で前記方向切替部材をONにし、第2吐出管と分岐管とを連結して低圧に均圧するステップと、前記第2圧縮機を停止させるステップと、を含む。
また、前記第1及び第2圧縮機を停止するステップのうち、最小容量の40%運転中に停止する場合には、まず前記方向切替部材をOFFにして第2吐出管を凝縮機に連結した後に、前記第1圧縮機を停止する。
本発明による空気調和機の容量制御装置及びその制御方法によれば、2圧縮機(すなわち、第1及び第2圧縮機)を備える空気調和機の冷媒流路に、3方または4方に切り替えられる方向切替部材と低圧に均圧するためのソレノイド弁とを備え、第1及び第2圧縮機で100%、60%、40%のように3段に圧縮能力を調節して可変運転を容易とし、画期的な省エネルギーを達成するだけでなく、圧縮機の圧力不均衡を速かに解消するため、第1及び第2圧縮機の摩耗を防止することが可能になる。
なお、いかなる運転条件でも圧縮機起動時に発生する液バック現象を顕著に低減させるため、圧縮機の信頼性及び効率性を向上させられる効果が得られる。
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、後述する実施形態は、本発明をより明瞭にするために例示されるもので、本発明の権利範囲を限定するためのものではない。
図4は、本発明の第1実施形態による第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図であり、図5は、図4に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機を全部作動する際の冷媒流れ図であり、図6は、図4に示す空気調和機において第1圧縮機のみを作動する状態を示す図であり、図7は、図4に示す空気調和機において第2圧縮機のみを作動する状態を示す図であり、図8は、本発明の第1実施形態による空気調和機の容量制御装置を示す構成図である。
図示の如く、本発明の第1実施形態による空気調和機の容量制御装置は、第1及び第2圧縮機112,114と室内機102とを備えて連続した可変能力を発揮する空気調和機において、室内機102から移送管103を通って移送される冷媒を分岐して第1及び第2圧縮機112,114にそれぞれ供給する第1及び第2吸入管104,106と、第1及び第2圧縮機112,114で圧縮された冷媒を凝縮機128に供給するための第1及び第2吐出管118,120と、第1及び第2吐出管118,120と移送管103との間に連結されて、第1及び第2圧縮機112,114の前段に加えられる高圧を、後段に形成される低圧に均圧するバイパス回路Cと、で構成される。
また、前記第2吐出管120から第1吐出管118へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁126をさらに備える。
バイパス回路Cは、第1吐出管118と移送管103との間に連結されて第1圧縮機112前段の高圧を低圧に均圧する低圧連結管116と、低圧連結管116に設置されて、冷媒の流れを断続するソレノイド弁124と、第2吐出管120から低圧連結管116に連結される分岐管116aと、第2吐出管120と分岐管116aとの間に設置され、開閉動作により冷媒の移送を制御して第2圧縮機114前段の高圧を低圧に均圧する方向切替部材122と、で構成される。
さらに、図8に示すように、第1及び第2圧縮機112,114、方向切替部材122、ソレノイド弁124及び安全装置150を各々制御する制御部140を備え、この制御部140に制御信号を入力する信号入力部142を備える。
また、方向切替部材122は、第2吐出管120と分岐管116aを各々開閉する3方制御バルブまたは4方制御バルブからなる。
このように第1及び第2圧縮機112,114と室内機102が適用される第1実施形態では、室内機102の負荷容量が40%以下の場合には第1圧縮機112のみが作動し(図6)、室内機102の負荷容量が60%以下の場合には第2圧縮機114のみが作動し(図7)、負荷容量が100%の場合には第1及び第2圧縮機112,114両方が作動する(図5)ように制御部140が制御を行う。
また、図9は、本発明の第2実施形態による第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機とを備えた空気調和機を示す構成図であり、図10は、図9に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機を全部作動する際の冷媒流れ図である。また、図11は、図9に示す空気調和機において第1圧縮機及び第1室内機のみを作動する状態を示す図であり、図12は、図9に示す空気調和機において第2圧縮機及び第2室内機のみを作動する状態を示す図であり、図13は、本発明の第2実施形態による空気調和機の容量制御装置の構成図である。
図示の如く、本発明の第2実施形態による空気調和機の容量制御装置は、冷媒を圧縮する第1及び第2圧縮機112,114と、これら第1及び第2圧縮機112,114を作動に応じて選択的に作動して冷房を行う第1及び第2室内機102a,102bとを備えて連続した可変能力を発揮する空気調和機において、第1及び第2室内機102a,102bから移送管103を通って移送される冷媒を分岐して第1及び第2圧縮機112,114にそれぞれ供給する第1及び第2吸入管104,106と、第1及び第2圧縮機112,114で圧縮された冷媒を凝縮機128に供給するための第1及び第2吐出管118,120と、第1及び第2吐出管118,120と移送管103との間に連結されて、第1及び第2圧縮機112,114の前段に加えられる高圧を、後段に形成される低圧に均圧するバイパス回路Cと、で構成される。
また、前記第2吐出管120から第1吐出管118へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁126をさらに備える。
バイパス回路Cは、第1吐出管118と移送管103との間に連結されて第1圧縮機112前段の高圧を低圧に均圧する低圧連結管116と、低圧連結管116に設置されて、冷媒の流れを断続するソレノイド弁124と、第2吐出管120から低圧連結管116に連結される分岐管116aと、第2吐出管120と分岐管116aとの間に設置され、開閉動作により冷媒の移送を制御して第2圧縮機114前段の高圧を低圧に均圧する方向切替部材122と、で構成される。
さらに、凝縮機128で凝縮された冷媒を選択的に第1室内機RAC 102aに移送するための第1選択弁8と、凝縮機128で凝縮された冷媒を選択的に第2室内機PAC 102bに移送するための第2選択弁10と、を備える。
これら第1及び第2選択弁8,10の前・後段には、冷媒を膨脹させる膨脹弁26a,26bが各々設置される。
さらに、図13に示すように、第1及び第2圧縮機112,114、方向切替部材122、ソレノイド弁124、第1及び第2室内機102a,102b及び安全装置150を各々制御する制御部140が備えられ、この制御部140に制御信号を入力する信号入力部142が備えられる。
また、方向切替部材122は、第2吐出管120と分岐管116aを各々開閉する3方制御バルブまたは4方制御バルブからなる。
このように第1及び第2圧縮機112,114と第1及び第2室内機102a,102bとが採用される第2実施形態では、負荷容量が40%以下の場合には第1圧縮機112と第1室内機102aのみが作動し(図11)、負荷容量が60%以下の場合には第2圧縮機114と第2室内機102bのみが作動し(図12)、負荷容量が100%の場合には第1及び第2圧縮機112,114と第1及び第2室内機102a,102bの両方が作動する(図10)ように制御部140が制御を行う。
図14は、本発明の第3実施形態による第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図であり、図15は、図14に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機を運転する際の冷媒流れ図である。図16は、図14に示す空気調和機において第1圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図であって、ソレノイド弁が開放(ON)された場合を示し、図17は、図14に示す空気調和機において第1圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図であって、ソレノイド弁が遮断(OFF)された場合を示す。また、図18は、図14に示す空気調和機において第2圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図である。図19は、本発明の第3実施形態による第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機を有する空気調和機の構成図である。
図示の如く、本発明の第3実施形態による空気調和機の容量制御装置は、第1及び第2圧縮機112,114を備えて可変能力を発揮する空気調和機において、室内機102から移送管103を通って移送される冷媒を分岐して第1及び第2圧縮機112,114にそれぞれ供給する第1及び第2吸入管104,106と、第1及び第2吸入管104,106から流入して第1及び第2圧縮機112,114で圧縮された冷媒をそれぞれ排出するための第1及び第2吐出管118,120と、第1及び第2吐出管118,120と移送管103との間に連結されて、第1及び第2圧縮機112,114の前段に加えられる高圧を、後段に形成される低圧に均圧するバイパス回路Cと、で構成される。
また、前記第2吐出管120から第1吐出管118へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁48をさらに備える。
バイパス回路Cは、第1及び第2吐出管118,120の冷媒を選択的に均圧するために、第1及び第2吐出管118,120を移送管103に連結させる低圧連結管116bと、低圧連結管116bに介設されて、第1吐出管118の冷媒が移送管103と均圧されるように冷媒の流れを断続するソレノイド弁124と、第2吐出管120から低圧連結管116bにかけて設置され、開閉動作により第1及び第2吐出管118,120の低圧連結管116bに対する接続を制御して選択的に均圧させたり、第1及び第2吐出管118,120の凝縮機128への接続を制御して選択的に冷媒を供給する方向切替部材122と、で構成される。方向切替部材122は、4方制御バルブからなることが好ましい。
さらに、図8に示したのと同様に、第1及び第2圧縮機112,114、方向切替部材122、ソレノイド弁124及び安全装置150を各々制御する制御部140を備え、この制御部140に制御信号を入力する信号入力部142を備える。
ここで、第1及び第2圧縮機112,114の総出力を100%とすると、第1圧縮機112の出力が40%であれば、第2圧縮機114の出力は60%とする。もちろん、第1及び第2圧縮機112,114の室内機102に対する負荷容量の比率は、適宜に調整することができるが、第1及び第2圧縮機112,114の室内機102に対する負荷容量の比率は各々、40%、60%とすることが好ましい。
また、図15に示すように、第1圧縮機112及び第2圧縮機114の同時作動(ON)時には、方向切替部材122が停止(OFF)されて、第2吐出管120が凝縮機128に接続され、ソレノイド弁124が停止(OFF)されて、第1吐出管118が逆止弁126を通って凝縮機128に接続される。
また、図16に示すように、第1圧縮機112の作動(ON)及び第2圧縮機114の停止(OFF)時には、方向切替部材122が作動(ON)して、第2吐出管120が低圧連結管116bと連結されて第2圧縮機114の前・後段が均圧されるようにし、ソレノイド弁124が開放(ON)されて、第1吐出管118を通流する冷媒の一部が方向切替部材122を経て凝縮機128に供給されるようにすることによって、第1圧縮機112から吐出される冷媒を分散移送して摩擦抵抗を低減させる。
一方、図17に示すように、第1圧縮機112の作動(ON)及び第2圧縮機114の停止(OFF)時でも、ソレノイド弁124が遮断される場合には、第1圧縮機112の冷媒が第1吐出管118のみを通って凝縮機128に流れる。
また、図18に示すように、第1圧縮機112の停止(OFF)及び第2圧縮機114の作動(ON)時には、方向切替部材122が停止(OFF)され、第2吐出管120が凝縮機128に接続され、第1吐出管118が低圧連結管116bに接続され、第1圧縮機112の前・後段が均圧される。
特に、図19に示す第3実施形態は、第1及び第2圧縮機112,114が第1及び第2室内機102a,102bと連動して負荷容量を調節する構成であり、第1及び第2圧縮機112,114と第1及び第2室内機102a,102bとが適用される第2実施形態と同様な構成とされる。ただし、負荷容量が40%以下の場合には第1圧縮機112と第1室内機102aのみが作動し、負荷容量が60%以下の場合には第2圧縮機114と第2室内機102bのみが作動し、負荷容量が100%の場合には第1及び第2圧縮機112,114と第1及び第2室内機102a,102bとが全部作動するように制御するように制御部140を構成する点が異なる。したがって、第2実施形態と重複する説明は省略するものとする。
以上の空気調和機では、1つの室内機(室内機102)が備えられた場合と二つの室内機が(第1及び第2室内機102a,102b)備えられた場合を例示したが、必要に応じて、それ以上の室内機を備えたマルチ型室内機も適用可能である。
以下、添付の図面に基づき、本発明による空気調和機の容量制御方法について詳細に説明する。
図7及び図20を参照すると、一つの室内機102を採用する場合には、信号入力部142に所望の運転を入力し、制御部142で運転モードを選択するようにする(ステップS10)。
一方、図9及び図13に示すように、第1室内機RAC 102a及び第2室内機PAC 102bを採用する場合には、信号入力部142に所望の運転情報を入力し、該当の運転モードに応じて制御部140で第1及び第2室内機102a,102bの負荷容量を選択する(ステップS10)。
ステップS10の後に、第1及び第2圧縮機112,114を選択的に起動し、最大容量、中間容量、最小容量運転のうちいずれか一起動運転が行われるようにする。(ステップS20)
ここで、起動運転ステップS20のうち、第1及び第2圧縮機112,114を全部起動する最大容量(100%)起動運転ステップ(ステップS110)では、図21に示すように、ソレノイド弁124を開放し、第1吐出管118と低圧連結管116とを連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧する(ステップS111)。
また、方向切替部材122をONにし、第2吐出管120を分岐管116aを介して低圧連結管116に連結したり、低圧連結管116bに直接連結して第2圧縮機114の前・後段を低圧に均圧する。(ステップS112)
その後、第1圧縮機112を作動し(ステップS113)、ソレノイド弁124を遮断する(ステップS114)。
続いて、第2圧縮機114を作動し(ステップS115)、方向切替部材122をOFFにする(ステップS116)。
この場合、図5に示すように1つの室内機102が採用された場合には、冷媒が、膨脹弁130を経て室内機102で室内に100%負荷容量の冷房を行い、続いて第1及び第2圧縮機112,114に戻る。一方、図10に示すように第1及び第2室内機102a,102bが採用される場合には、第1及び第2選択弁8,10を同時に開きながら冷媒が第1及び第2膨脹弁26a,26bを経て第1及び第2室内機102a,102bで室内に100%負荷容量の冷房を行った後に、第1及び第2圧縮機112,114に戻るようになる。
一方、起動運転ステップS20のうち、第1圧縮機112のみを起動する最小容量(例えば、40%)起動運転ステップS130では、ソレノイド弁124を開放し、第1吐出管118と低圧連結管116を連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧し、方向切替部材122をONにし、第2吐出管120を分岐管116aを介して低圧連結管116に連結したり、低圧連結管116bに直接連結して第2圧縮機114の前・後段を低圧に均圧する(ステップS131、S132)。
その後、第1圧縮機112を作動し(ステップS133)、ソレノイド弁124を遮断する(ステップS134)。
この場合、図6に示すように1つの室内機102が採用される場合には、冷媒が、膨脹弁130を経て室内機102で室内に40%負荷容量の冷房を行った後に、第1圧縮機112に戻り、図11に示すように第1及び第2室内機102a,102bが採用される場合には、第2選択弁10が遮断され、第1選択弁8が開き、冷媒が膨脹弁26aを経て第1室内機102aで室内に40%負荷容量の冷房を行った後に、第1圧縮機112に戻る。
また、起動運転ステップS20のうち、第2圧縮機114のみを起動する中間容量(例えば、60%)起動運転ステップS120では、図23に示すように、方向切替部材122をONにし、第2吐出管120を、分岐管116aを介して低圧連結管116に連結したり、低圧連結管116bに直接連結して第2圧縮機114の前・後段を低圧に均圧する(ステップS121)。
続いて、方向切替部材122をOFFにして第2吐出管120を凝縮機128に接続し(ステップS122)、第2圧縮機123のみを駆動する(ステップS123)。
この場合、図7に示すように1つの室内機102が採用される場合、冷媒は、膨脹弁130を経て室内機102で室内に60%負荷容量の冷房を行った後に、第2圧縮機114に戻り、図12に示すように第1及び第2室内機102a,102bが採用される場合、第1選択弁8が遮断されかつ第2選択弁10が開き、冷媒は、膨脹弁26bを経て第2室内機102bで室内に60%負荷容量の冷房を行った後に、第2圧縮機114に戻る。
図20を再び参照すると、ステップ20の後に、制御部140は、安全装置150の作動するか否かを判断し(ステップS30)、安全装置150が作動すると、異常があると判断して停止運転モードに進入し(ステップS40)、安全装置150が作動しないと、起動運転を終了し正常運転モードに移行するように制御する(ステップS50)。
さらに、図24に示すように、ステップS40の後に、室内機102,102a,102bの負荷容量に対する第1及び第2圧縮機112,114の負荷を制御部140で判断し(ステップS60)、負荷増加運転、負荷減少運転、負荷維持運転及び停止運転のいずれか一つの正常運転モードを選択して運転する(ステップS70)
この場合、正常運転ステップS70において負荷を増加させる負荷増加運転ステップS140のうち、最小容量の40%容量から中間容量の60%容量に増加させる運転では、図25に示すように、第1圧縮機112が作動中の状態で第2圧縮機114を作動させる(ステップS141)。
続いて、方向切替部材122をOFFして第2吐出管120を凝縮機128に連結し(ステップS142)、第1圧縮機112を停止させる(ステップS143)。
その後、ソレノイド弁124を開放(ON)し、第1吐出管118を低圧連結管116に連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧してから一定時間が経過すると、ソレノイド弁124を遮断(OFF)する。(ステップS144、S145)
また、正常運転ステップS70において、負荷を増加させる負荷増加運転ステップS140のうち、中間容量の60%容量から最大容量の100%容量に増加させる運転では、図26に示すように、第2圧縮機114が作動中の状態でソレノイド弁124を開放し、第1吐出管118を低圧連結管116に連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧する(ステップS146)。
続いて、第1圧縮機112を作動させ(ステップS147)、ソレノイド弁124を遮断する(ステップS148)。
また、正常運転ステップS70において、負荷を増加させる負荷増加運転ステップS140のうち、最小容量の40%容量から最大容量の100%容量に増加させる運転では、図27に示すように、第1圧縮機112が作動中の状態で第2圧縮機114を作動し(ステップS149)、方向切替部材122をOFFして第2吐出管120を凝縮機128に連結する(ステップS150)。
また、正常運転ステップS70において、負荷を減少させる負荷減少運転ステップS160のうち、最大容量の100%容量から中間容量の60%容量に減少させる運転では、図28に示すように、第1及び2圧縮機112,114両方が作動中の状態で第1圧縮機112を停止させる(ステップS161)。
続いて、ソレノイド弁124を開放し、第1吐出管118と低圧連結管116とを連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧し(ステップS162)、ソレノイド弁124を遮断する(ステップS163)。
また、正常運転ステップS70において、負荷を減少させる負荷減少運転ステップS160のうち、中間容量の60%容量から最小容量の40%容量に減少させる運転では、図29に示すように、第2圧縮機114が作動中の状態でソレノイド弁124を開放し、第1吐出管118と低圧連結管116とを連結して第1圧縮機112の前・後段を低圧に均圧する(ステップS164)。
その後、第1圧縮機112を作動し(ステップS165)、ソレノイド弁124を遮断する(ステップS166)。
続いて、方向切替部材122をONし、第2吐出管120を、分岐管116aを介して低圧連結管116に連結したり、低圧連結管116bに直接連結して第2圧縮機114の前・後段を低圧に均圧した後に(ステップS167)、第2圧縮機114を停止させる(ステップS168)。
また、正常運転ステップS70において、負荷を減少させる負荷減少運転ステップS160のうち、最大容量の100%容量から最小容量の40%容量に減少させる運転では、図30に示すように、第1及び第2圧縮機114両方が作動中の状態で方向切替部材122をONにし、第2吐出管120を、分岐管116aを介して低圧連結管116に連結したり、低圧連結管116bに直接連結して第2圧縮機114の前・後段を低圧に均圧し(ステップS169)、第2圧縮機114を停止させる(ステップS170)。
本発明による空気調和機の容量制御方法は、第1、第2及び第3実施形態に同一に適用される。第1及び第2実施形態と第3実施形態は、バイパス回路Cにおいてソレノイド弁124が低圧連結管106に直接連結されるか、あるいは、方向切替部材122を介して低圧連結管106bに連結されるかによって構成上少し異なっているだけで、第1及び第2圧縮機112,114の前・後段が均圧され、前述の負荷増加運転、負荷減少運転、負荷維持運転及び停止運転等の正常運転モード、起動運転モード、停止運転モードを行う点は同一である。
再び図24を参照すると、ステップS70の後に、安全装置150を作動するか否かを確認し、安全装置150が作動すると、異常があると判断して停止運転モード(ステップS40)に進入し、そうでないと、正常運転モードを繰り返し行う(ステップS80)。
一方、図31に示すように、信号入力部142から制御部140に停止信号が入力された場合または安全装置150で異常が感知されて停止運転モードに進入した場合を制御部140で判断し、第1及び第2圧縮機112,114を停止するように制御する。(ステップS40、S90)。ステップS90において、100%運転中に停止する際には第1及び第2圧縮機112,114を同時に停止し(ステップS92)、60%運転中に停止する際には第2圧縮機のみを停止する(ステップS94)。
特に、第1及び第2圧縮機112,114を停止するステップS90のうち、最小容量の40%運転中に停止する場合には、まず方向切替部材122をOFFして第2吐出管120を凝縮機128に連結した後に、第1圧縮機112を停止させる(ステップS96)。
以上で第1及び第2圧縮機112,114の容量をそれぞれ40%、60%としたのは一例であり、これは、必要に応じて適宜可変可能である。
また、図32は、本発明による様々な運転条件における能力及び消費電力の変化を示すグラフであり、パワーの入力(Power Input)に対する100%、60%及び40%の運転で表れる能力及び消費電力(Capacity And Power)が示されている。
従来の第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図である。 従来の第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機とを備えた空気調和機を示す構成図である。 一般の第1及び第2圧縮機の容量制御方法を示す図である。 本発明の第1実施形態による第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図である。 図4に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機を全て作動する際の冷媒流れ図である。 図4に示す空気調和機において第1圧縮機のみを作動する状態を示す図である。 図4に示す空気調和機において第2圧縮機のみを作動する状態を示す図である。 本発明の第1実施形態による空気調和機における容量制御装置を示す構成図である。 本発明の第2実施形態による第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機を備えた空気調和機を示す構成図である。 図9に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機を全て作動する際の冷媒流れ図である。 図9に示す空気調和機において第1圧縮機及び第1室内機のみを作動する状態を示す図である。 図9に示す空気調和機において第2圧縮機及び第2室内機のみを作動する状態を示す図である。 本発明の第2実施形態による空気調和機における容量制御装置を示す構成図である。 本発明の第3実施形態による第1及び第2圧縮機を備えた空気調和機を示す構成図である。 図13に示す空気調和機において第1及び第2圧縮機を運転する際の冷媒流れ図である。 図13に示す空気調和機において第1圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図であり、ソレノイド弁が開放(ON)された場合を示す。 図13に示す空気調和機において第1圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図であり、ソレノイド弁が遮断(OFF)された場合を示す。 図13に示す空気調和機において第2圧縮機のみを運転する際の冷媒流れ図である。 本発明の第3実施形態による第1及び第2圧縮機と第1及び第2室内機を備えた空気調和機を示す構成図である。 本発明による起動運転制御による動作流れ図である。 本発明による100%起動運転制御による動作流れ図である。 本発明による40%起動運転制御による動作流れ図である。 本発明による60%起動運転制御による動作流れ図である。 本発明による正常運転制御過程による動作流れ図である。 本発明による40%から60%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による60%から100%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による40%から100%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による100%から60%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による60%から40%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による100%から40%への容量制御による動作流れ図である。 本発明による停止運転制御による動作流れ図である。 本発明による様々な運転条件による能力及び消費電力の変化を示すグラフである。
符号の説明
A インドア装置
B アウトドア装置
26,26a,26b 膨脹弁
102,102a,102b 室内機
104 第1吸入管
106 第2吸入管
112 第1圧縮機
114 第2圧縮機
116,116b 低圧連結管
116a 分岐管
118 第1吐出管
120 第2吐出管
122 方向切替部材
124 ソレノイド弁
126 逆止弁
128 凝縮機
130 膨脹弁
140 制御部
142 信号入力部
150 安全装置

Claims (9)

  1. 第1及び第2圧縮機と1以上の室内機と
    前記室内機から移送管を介して移送される冷媒を分岐して前記第1及び第2圧縮機に供給する第1及び第2吸入管と、
    前記第1及び第2圧縮機で圧縮される冷媒を凝縮機に供給するための第1及び第2吐出管と、
    前記第1及び第2吐出管と前記移送管との間に連結され、前記第1及び第2圧縮機の前段に加えられる高圧を後段に形成される低圧に均圧するためのバイパス回路と、
    を含む、連続した可変能力を発揮する空気調和機において、
    前記バイパス回路は、
    前記第1吐出管と前記移送管との間に連結されて、前記第1圧縮機前段の高圧を低圧に均圧する低圧連結管と、
    前記低圧連結管に設置されて、冷媒の流れを断続するソレノイド弁と、
    前記第2吐出管から前記低圧連結管に連結される分岐管と、
    前記第2吐出管と分岐管にかけて設置され、開閉動作により冷媒の移送を制御して前記第2圧縮機前段の高圧を低圧に均圧する方向切替部材と、
    を含むことを特徴とする、空気調和機の容量制御装置。
  2. 第1及び第2圧縮機と1以上の室内機と、
    前記室内機から移送管を介して移送される冷媒を分岐して前記第1及び第2圧縮機に供給する第1及び第2吸入管と、
    前記第1及び第2圧縮機で圧縮される冷媒を凝縮機に供給するための第1及び第2吐出管と、
    前記第1及び第2吐出管と前記移送管との間に連結され、前記第1及び第2圧縮機の前段に加えられる高圧を後段に形成される低圧に均圧するためのバイパス回路と、
    を含む、連続した可変能力を発揮する空気調和機において、
    前記バイパス回路は、
    前記第1及び第2吐出管の冷媒圧力を選択的に均圧するために第1及び第2吐出管を移送管に互いに連結させる低圧連結管と、
    前記低圧連結管に設置されて、第1吐出管の冷媒が移送管と均圧されるように冷媒の流れを断続するソレノイド弁と、
    前記第2吐出管と前記低圧連結管にかけて設置され、開閉動作により、第1及び第2吐出管を低圧連結管に選択的に連結して均圧するか、第1及び第2吐出管を凝縮機流入管に選択的に連結して冷媒を供給するための方向切替部材と、
    を含むことを特徴とする、空気調和機の容量制御装置。
  3. 前記第2吐出管から第1吐出管へ冷媒が逆流するのを防止する逆止弁をさらに含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の空気調和機の容量制御装置。
  4. 前記第1及び第2圧縮機、方向切替部材、ソレノイド弁及び安全装置を各々制御する制御部と、該制御部に制御信号を入力する信号入力部とをさらに含むことを特徴とする、請求項1またはに記載の空気調和機の容量制御装置。
  5. 前記方向切替部材は、前記第2吐出管と分岐管を各々開閉する3方制御バルブまたは4方制御バルブであることを特徴とする、請求項に記載の空気調和機の容量制御装置。
  6. 前記方向切替部材は、前記第2吐出管と低圧連結管を各々開閉する4方制御バルブであることを特徴とする、請求項に記載の空気調和機の容量制御装置。
  7. 前記第1圧縮機及び前記第2圧縮機の同時作動(ON)時に、前記方向切替部材が停止(OFF)して前記第2吐出管が凝縮機流入管に連結され、前記ソレノイド弁が停止(OFF)して第1吐出管が逆止弁を通って凝縮機流入管に連結されることを特徴とする、請求項に記載の空気調和機の容量制御装置。
  8. 前記第1圧縮機の作動(ON)及び前記第2圧縮機の停止(OFF)時に、前記方向切替部材が作動(ON)して前記第2吐出管が前記低圧連結管と連結され、第2圧縮機の前・後段が均圧され、前記第1吐出管に移送される冷媒の一部を、ソレノイド弁及び方向切替部材を順に経て第2吐出管を通って凝縮機流入管に供給することによって前記第1圧縮機から吐出される冷媒を分散移送して摩擦抵抗を低減することを特徴とする、請求項に記載の空気調和機の容量制御装置。
  9. 前記第1圧縮機の停止(OFF)及び第2圧縮機の作動(ON)時に、前記方向切替部材が停止(OFF)し、前記第2吐出管が凝縮機流入管に連結され、前記ソレノイド弁が開放され、前記第1吐出管が低圧連結管に連結されて第1圧縮機の前・後段が均圧されることを特徴とする、請求項に記載の空気調和機の容量制御装置。
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