(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、暖房運転時の熱源として利用する冷媒加熱手段とを有する空気調和機において、当該複数の圧縮機のうち、冷媒加熱運転時に停止しうる圧縮機にはメインクランクケースヒータとサブクランクケースヒータとからなる圧縮機加熱手段と、この圧縮機加熱手段を作動させる制御手段とを備え、前記冷媒加熱運転時に停止しうる圧縮機のみの運転停止の時は、この制御手段によってメインクランクケースヒータとサブクランクケースヒータとに通電し、いずれの圧縮機も運転を停止している時はメインクランクケースヒータのみに通電し、これにより暖房能力の低下のために圧縮機の単独運転時における運転停止中の圧縮機を加熱してこの停止中の圧縮機への冷媒寝込みをしにくくしたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１記載の空気調和機において、当該複数の圧縮機にそれぞれ対応する複数の吸込配管と、当該複数の吸込配管を連通させる連通路とを備えたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【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の発明では、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、暖房運転時の熱源として利用する冷媒加熱手段とを有する空気調和機において、当該複数の圧縮機のうち、冷媒加熱運転時に停止しうる圧縮機にはメインクランクケースヒータとサブクランクケースヒータとからなる圧縮機加熱手段と、この圧縮機加熱手段を作動させる制御手段とを備え、前記冷媒加熱運転時に停止しうる圧縮機のみの運転停止の時は、この制御手段によってメインクランクケースヒータとサブクランクケースヒータとに通電し、いずれの圧縮機も運転を停止している時はメインクランクケースヒータのみに通電することを提案する。
【０００８】
この発明によれば、例えば、二台の圧縮機のうち冷媒加熱運転時に停止される可能性があるものには十分な加熱能力を有する電気ヒータを付設し、冷媒加熱運転時における停止側圧縮機の電気ヒータに通電を行う。これにより、停止側圧縮機の内部で冷媒が凝縮しなくなり、冷媒の寝込みに起因する圧縮機の故障等が防止される。
【００１１】
又、請求項２の発明では、圧縮機に吸入される冷媒を加熱して冷媒加熱運転を行わせる冷媒加熱手段と、同一の冷媒回路に並列に接続された複数の圧縮機とを有する空気調和機において、当該複数の圧縮機にそれぞれ対応する複数の吸込配管と、当該複数の吸込配管を連通させる連通路とを備えたものを提案する。
【００１２】
この発明によれば、運転時に一部の圧縮機を停止させても、その吸込配管が運転側圧縮機の吸込配管に連通路を介して連通しているため、停止側圧縮機の吸込配管の冷媒が運転側圧縮機内に吸引されて冷媒の寝込みが防止される。
【００１３】
【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。
【００１４】
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、並列に配置された一対の圧縮機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。尚、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。
【００１５】
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。また、冷媒配管６３と冷媒配管６４とは連通配管６５により連通されており、冷媒が両冷媒配管６３，６４の間で移動可能となっている。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。
【００１６】
図２には、圧縮機２１，２３およびアキュムレータ３１周辺のレイアウトを示している。図２中で左方の圧縮機（以下、第１圧縮機と記す）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、右方の圧縮機（以下、第２圧縮機と記す）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。両圧縮機２１，２３の下部には、メインクランクケースヒータ７１が付設されており、第２圧縮機２３の上部には更に圧縮機加熱手段である２本のサブクランクケースヒータ７３，７５が付設されている。メインクランクケースヒータ７１とサブクランクケースヒータ７３，７５とは、同一容量（本実施形態では、３２Ｗ）であり、図３に示したように、室外側ＥＣＵ３５により通電制御される。
【００１７】
一方、アキュムレータ３１の直上部に接続した冷媒配管６２は、２本の冷媒配管（以下、吸込配管と記す）６３，６４に分岐した後、下降してベースプレート（図示せず）の上面に沿って配管された後、上昇して両圧縮機２１，２３に接続している。そして、両吸込配管６３，６４は、圧縮機２１，２３への立上り部位で、連通配管６５を介して連通されている。
【００１８】
以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
さて、室外側ＥＣＵ３５は、室外ユニット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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、以下に述べる二つの手段を採っている。
【００２４】
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４に示したクランクケースヒータ通電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。
【００２５】
そして、この判定がＮo 、すなわち、第２圧縮機２３が運転中であれば、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ５でメインクランクケースヒータ７１およびサブクランクケースヒータ７３，７５への通電を中止させる。これは、運転中であれば冷媒回路の温度が十分に高くなっているため、第２圧縮機２３および吸込配管６４内での冷媒の凝縮は起こり得ず、逆に不要な加熱を行うことにより第２圧縮機２３の温度が過度に上昇するためである。
【００２６】
ステップＳ３の判定がＹesであった場合、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ７で第１圧縮機２１が運転中であり且つ冷媒加熱運転が行われてい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、ステップＳ９でメインクランクケースヒータ７１へのみ通電を開始する。すなわち、冷房運転時や通常の暖房運転時には、封入された潤滑油への冷媒の溶け混みを防止するため、第２圧縮機２３の温度をある程度高く維持する。また、冷媒加熱運転時であっても、第１圧縮機２１も停止していれば、冷媒が寝込む虞がないため、上述した理由で第２圧縮機２３の温度をある程度高く維持する。
【００２７】
ステップＳ７の判定がＹes、すなわち、冷媒加熱運転時に第１圧縮機２１のみが運転されている場合、室外側ＥＣＵ３５は、ステップＳ１１でメインクランクケースヒータ７１およびサブクランクケースヒータ７３，７５への通電を開始する。これにより、第２圧縮機２３は全体的に加熱され、その内部温度がガス冷媒の飽和温度より高くなり、冷媒が寝込む原因となる液冷媒の凝縮が防止される。
【００２８】
一方、アキュムレータ３１からのガス冷媒は、冷媒配管６２を介して吸込配管６４に流入した後、低温となった管壁に触れることにより徐々に凝縮する。そして、凝縮により生成された液冷媒は、ガス冷媒より比重が大きいため、吸込配管６４の下部に溜まる。ことろが、本実施形態では、吸込配管６４が連通配管６５を介して吸込配管６３に連通され、且つその連通部位が吸込配管６４の最下部かつ第２圧縮機２３への立上り部に設けられているため、吸込配管６４内ではガス冷媒の流れが生じ、液冷媒が殆ど生成されない。また、液冷媒が生成された場合にも、吸込配管６４内に溜まることなく、速やかに第１圧縮機２１に吸引される。その結果、吸込配管６４内における液冷媒の寝込みも完全に防止され、第２圧縮機２３の再起動時においても、液冷媒が第２圧縮機２３に流入することが防止される。
【００２９】
このように、本実施形態では、第２圧縮機２３にサブクランクケースヒータ７３，７５を付設して適宜通電制御を行うと共に、両圧縮機２１，２３の吸込配管６３，６４を連通させるようにしたため、第２圧縮機２３やその吸込配管６４における冷媒の寝込みを防止することができた。その結果、従来装置で問題となっていた、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が完全に解消された。
【００３０】
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、圧縮機加熱手段と連通路とを共に用いるようにしたが、いずれか一方のみでも所定の効果を得ることができる。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し、その場合にはサブクランクケースヒータを全ての圧縮機に備えることが望ましい。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。
【００３１】
【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を圧縮機加熱手段により加熱したり、複数の圧縮機の吸込配管を連通させるようにしたため、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】圧縮機およびアキュムレータ周辺のレイアウトを示す斜視図である。
【図３】圧縮機の側面図である。
【図４】クランクケースヒータ通電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
３１  アキュムレータ
３５  室外側ＥＣＵ
３７，３９  遮断弁
６３，６４  吸込配管
６５  連通配管
７１  メインクランクケースヒータ
７３，７５  サブクランクケースヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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