(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
能力可変型圧縮機と定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に備え、四方弁の切替えによって冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機において、前記四方弁は差圧ピストンを備え、この差圧ピストンによって形成される小径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒を導き、大径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒または吸入側冷媒を選択的に導いて、前記四方弁を切替える手段を備え、且つ起動初期の一定時間は前記定速型圧縮機を作動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差を発生させた後に前記四方弁を切替える手段を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
能力可変型圧縮機と定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に備え、四方弁の切替えによって冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機の制御方法において、前記四方弁は差圧ピストンを備え、この差圧ピストンによって形成される小径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒を導き、大径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒または吸入側冷媒を選択的に導いて、前記四方弁を切替える手段を備え、起動初期には吐出圧が所定圧以上に達するまで、前記定速型圧縮機を作動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差を発生させた後、前記四方弁を切替えることを特徴とする空気調和機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和機及びその制御方法に係り、特にパワーコントロール機構を備える容量可変型圧縮機と、定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に介在させるとともに、差圧ピストンを備えた四方弁により冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、能力可変型圧縮機と定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に備え、四方弁の切替えにより冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機は知られている。この種のものでは、四方弁は差圧ピストンを備えるのが一般的であり、この差圧ピストンによって形成される小径ピストン側圧力室に圧縮機の吐出側冷媒を導くとともに、大径ピストン側圧力室に圧縮機の吐出側冷媒または吸入側冷媒を選択的に導いて、四方弁を切替えるようになっている。
【０００３】
能力可変型圧縮機にインバータを用いたものでは、このインバータ圧縮機を起動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差を発生させた後に、前記四方弁を切替えているので、従来、その切替えはスムーズに行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ圧縮機を用いずに機械的な能力切替え制御を可能にした、例えばパワーコントロール機構を備える能力可変型圧縮機などを用いる場合には、この能力可変型圧縮機を起動時に作動させると、吐出圧が所定圧にまで上昇するのに時間がかかり、そのために冷媒回路中に高圧が発生せず、冷暖房運転のための四方弁を切替えることができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、四方弁を用いた暖冷房運転の切換えを確実に、かつ迅速に行うことのできる空気調和機及びその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、能力可変型圧縮機と定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に備え、四方弁の切替えによって冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機において、前記四方弁は差圧ピストンを備え、この差圧ピストンによって形成される小径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒を導き、大径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒または吸入側冷媒を選択的に導いて、前記四方弁を切替える手段を備え、且つ起動初期の一定時間は前記定速型圧縮機を作動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差を発生させた後に前記四方弁を切替える手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、能力可変型圧縮機と定速型圧縮機とを冷媒回路中に並列に備え、四方弁の切替えによって冷暖房運転を切替え可能にした空気調和機の制御方法において、前記四方弁は差圧ピストンを備え、この差圧ピストンによって形成される小径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒を導き、大径ピストン側圧力室に前記圧縮機の吐出側冷媒または吸入側冷媒を選択的に導いて、前記四方弁を切替える手段を備え、起動初期には吐出圧が所定圧以上に達するまで、前記定速型圧縮機を作動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差を発生させた後、前記四方弁を切替えることを特徴とするものである。
【０００９】
これらの発明によれば、圧縮機の起動初期において、四方弁のピストンに常に大きな差圧が発生するので、四方弁の切換えが確実かつ迅速に行われ、それによって、暖冷房運転の切換えが確実かつ迅速に行なわれる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態を図面により説明する。
図１において、１００は空気調和機の室外ユニットを示し、この室外ユニット１００には複数の室内ユニット２００がつながれている。
室外ユニット１００の圧縮機１は定速型圧縮機１ａと、パワーコントロール機構を備えた圧縮機（以下、単に「Ｐ／Ｃ圧縮機」という。）１ｂとによって構成され、それらの圧縮機１ａ，１ｂは冷媒回路に並列に配置されている。
【００１１】
定速型圧縮機１ａは、例えば６馬力の出力を有し、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂは、４馬力の最大出力を有し、出力２馬力にダウン可能になっている。圧縮機１の吐出管２ａは、オイルセパレータ３を介して四方弁４につながり、該四方弁４を介して室外熱交換器５につながれている。この室外熱交換器５は、室内ユニット２００の室内膨張弁６を介して、室内熱交換器７につながり、更に、四方弁４を介してアキュームレータ８につながれ、該アキュームレータ８を介して、圧縮機１の吸込管２ｂにつながれている。
【００１２】
上述のＰ／Ｃ圧縮機１ｂの機構について簡単に説明すると、図２及び図３に示すように、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの密閉容器１０内に回転圧縮機要素が収納され、この圧縮機要素は、中間仕切板１１と、この中間仕切板１１の両側にそれぞれ設けられた一対のシリンダ１２，１３とを備えている。両シリンダ１２，１３の内側壁に設けられた第１孔１４，１５と、この第１孔１４，１５と連通するように両シリンダ１２，１３に設けられた第２孔１６，１７と、この第２孔１６，１７を連通する中間仕切板４に設けられた第３孔１８とが形成されている。
【００１３】
両シリンダ１２，１３の第２孔１６，１７には、ピストン１９，２０が収納されており、両ピストン１９，２０に跨がってコイルバネ（弾性体であれば板ばねやベローズでもよい）２１が配設されている。シリンダ１２，１３に形成された凹所２２により両シリンダ１２，１３の第２孔１６，１７と連通する第４孔２３，２４と、この第４孔２３，２４と外部冷媒回路の低圧側または高圧側とを選択的に連通させる制御ポート２５が形成されている。
【００１４】
前述の構成のＰ／Ｃ圧縮機１ｂにおいては、冷媒回路の低圧側と制御ポート２５とを連通させて、第４孔２３，２４、凹所２２を介して第２孔１６，１７に低圧側圧力を加えることにより、図２に示すように、ピストン１９，２０を離間方向に移動させ、第１孔１４，１５を開放することにより、一方のシリンダ１２内で圧縮工程中にあるガスを第１孔１４、第２孔１６、第３孔１８、第２孔１７、第１孔１５を介して吸入工程にある他方のシリンダ１３内へ流すようにし、これによりＰ／Ｃ圧縮機２はハーフパワー（２馬力）で運転される。一方、通常運転時には、図３に示すように、冷媒回路の高圧側と制御ポート２５とを連通させて、第４孔２３，２４、凹所２２を介して、第２孔１６，１７に高圧側圧力を加えることにより、ピストン１９，２０を接近方向に移動させ、両方の第１孔１４，１５を閉鎖することにより、両シリンダ１２，１３間での冷媒の移動を阻止し、これによりＰ／Ｃ圧縮機１ｂはフルパワー（４馬力）で運転される。
【００１５】
この空気調和機では、高圧開放弁９ａを介在させた第一の内部コントロール回路２ｃがオイルセパレータ３とＰ／Ｃ圧縮機１ｂの制御ポート２５につながれ、低圧制御弁９ｂを介在させた第２の内部コントロール回路２ｄが、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの吸入管２ｅにつながれる。
また、戻し弁９ｃを介在させた外部コントロール回路２ｆによって、オイルセパレータ３と圧縮機１ｂの吸入管２ｇとがつながれる。
【００１６】
この実施の形態によれば、図１を参照して、まず高圧開放弁９ａを開き、低圧開放弁９ｂを閉じる。この状態では、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの制御ポート２５には、前記オイルセパレータ３で分離したオイルが、第一の内部コントロール回路２ｃを通じて導かれる。したがって、制御ポート２５には高圧が負荷され、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂはフルパワーで運転する。
【００１７】
次に、高圧開放弁９ａを閉じ、低圧開放弁９ｂを開く。この状態（図２の状態）では、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの制御ポート２５には、吸入管２ｅの低圧流体が作用するので、Ｐ／Ｃ圧縮機２はハーフパワーで運転する。また、外部コントロール回路２ｆ戻し弁２４を開くと、圧縮機１からの吐出冷媒の一部が、アキュームレータ１９に戻されるので、これにより１馬力の出力が減ぜられる。この外部コントロール回路２ｆは能力制御に使用される。
【００１８】
一方、四方弁は、図４及び図５に示すように、シリンダハウジング３０内にスプール３１を収容している。このスプール３１は一端に小径ピストン３２と大径ピストン３３とを備え、それらのピストン３２，３３によってシリンダハウジング３０内を２つの圧力室３４，３５に形成している。さらに、シリンダハウジング３０には、連通孔３６，３７，３８，３９，が形成され、スプール３１によって４つのポートのうちの２つづつを選択的に連通する
この四方弁４は、パイロット弁４０を備え、３つのポート４１，４２，４３を有している。そして、ポート４２はシリンダハウジング３０の圧力室３４と連通され、ポート４１はシリンダハウジング３０のポート３８と連通され、ポート４３はシリンダハウジング３０の圧力室３５と連通されている。
【００１９】
したがって、この四方弁４では、小径ピストン３２と大径ピストン３３に作用する圧力によって作動される。パイロット弁４０を図４のように作動してポート４２とポート４３とを連通させると、圧力室３４と圧力室３５が連通されるため、スプール３１には該スプール３１を左方に移動させる力が生じ、それによってスプール３１は左方に移動される。そして、ポート３６とポート３９が連通され、ポート３７とポート３８とが連通される。
【００２０】
また、パイロット弁４０が図５のように作動してポート４１とポート４３とを連通させると、圧力室３５はポート３８と連通され、この場合に、小径ピストン３２に作用する圧力（Ｐ１  ）が大径ピストンに作用する圧力（Ｐ２  ）よりも大きく、スプール３１を左方へ移動させる力（Ｐ２  ×Ｓ２  （但し、Ｓ２は小径ピストン３２の圧力作用面積））よりも右方へ移動させる力（Ｐ１  ×Ｓ１  （但し、Ｓ１  は大径ピストン３３の圧力作用面積））の方が大きい場合には、スプール３１は図５に示したように右方に移動される。
【００２１】
上述した定速型圧縮機１ａ、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂ、第一の内部コントロール回路２ｃの高圧開放弁９ａ、第二の内部コントロール回路２ｄの低圧開放弁９ｂ，外部コントロール回路２ｆの戻し弁９ｃ、四方弁４のパイロット弁４０等は制御装置５０によって後述するように制御される。また、圧縮機１の吐出側には、圧縮機１の吐出圧を検出するセンサ６０が設けられ、このセンサ６０の検出信号は制御装置５０に入力される。
【００２２】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
冷房運転の場合は、各圧縮機１ａ，１ｂからの吐出冷媒は、オイルセパレータ３及び四方弁４を介して室外熱交換器５へ送られた後、室内ユニット２００を循環してアキュームレータ８に送られる。四方弁４を切替えて、冷媒の流れを変えれば、暖房運転が行われる。
【００２３】
室内の空調負荷（馬力）が変動する時には、（１）各圧縮機１ａ，１ｂのＯＮ，ＯＦＦ、（２）外部コントロール回路９ｃの戻し弁９ｃのＯＮ，ＯＦＦ、（３）第一の内部コントロール回路２ｃの高圧開放弁９ａ及び第二の内部コントロール回路２ｄの低圧開放弁９ｂのＯＮ，ＯＦＦにより、図６に示すように、能力（馬力）を１馬力毎に制御する。
【００２４】
例えば、要求馬力が１０馬力の場合には、２台の圧縮機１ａ，１ｂをＯＮにする。この場合に、内部コントロール回路２ｃの高圧開放弁９ａはＯＮになり、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの制御ポート２５には、高圧のオイルが加えられる。Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂは図３の状態になる。要求馬力が９馬力の場合には、２台の圧縮機１ａ，１ｂをＯＮにするとともに、戻し弁９ｃをＯＮにすることにより、外部コントロール回路２ｆにより１馬力分の吐出量がアキュームレータ８に戻され、９馬力での運転が行われる。要求馬力が８馬力の場合には、２台の圧縮機１ａ，１ｂをＯＮにするとともに、戻し弁９ｃをＯＦＦの状態のまま、高圧開放弁９ａをＯＦＦにして低圧開放弁９ｂをＯＮにする。
【００２５】
この場合には、図２に示すように、パワーコントロール機構の作用により、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂの馬力は２馬力（ハーフパワー）となり、他方の定速型圧縮機１ａの馬力は６馬力であるから、合計８馬力となる。要求馬力が７馬力の場合には、２台の圧縮機１ａ，１ｂをＯＮにするとともに、戻し弁９ｃをＯＮにし、高圧開放弁９ａをＯＦＦにして低圧開放弁９ｂをＯＮにする。
【００２６】
この場合には、パワーコントロール機構の作用により、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂは２馬力となり、外部コントロール回路２ｆにより１馬力分の吐出量がアキュームレータ８に戻されるので、合計７馬力になる。以下同様に、図６に示すように、定速型圧縮機１ａ、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂ、高圧開放弁９ａ、低圧開放弁９ｂ及び戻し弁９ｃのＯＮ、ＯＦＦを組み合わせることにより、１馬力から１０馬力まで１馬力ずつの細かな制御が可能となる。
【００２７】
この実施の形態によれば、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差が発生しないと、四方弁４の切替えを行なうことができないことになる。
Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂにおいては、起動初期は圧力上昇の過渡期であり、図２を参照して、万一孔１４，１５が塞がれない場合には、この圧縮機１ｂはアンロード状態となり、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差が発生しない。これでは、四方弁４の切替えを行なうことができない。そこで、この実施の形態によれば、起動初期においては、Ｐ／Ｃ圧縮機１ｂを運転せずに、必ず、定速型圧縮機１ａを所定時間運転させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差が発生した後に、四方弁４を切替える。
【００２８】
そして、圧縮機１からの吐出圧が、四方弁４のスプール３１を作動させるに十分な圧力になった場合には、センサ６０の検出信号が制御装置５０に入力されて、空調負荷に応じた冷暖房運転が行なわれる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る空気調和機及びその制御方法によれば、起動初期において、定速型圧縮機を作動させて、冷媒回路中の冷媒の高圧と低圧との圧力差が発生した後に、四方弁を切替えるので、この四方弁には大きな圧力が作用するので、冷暖房運転の切換えをほぼ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】Ｐ／Ｃ圧縮機に内蔵されたパワーコントロール機構の低圧付与状態を示す断面図である。
【図３】Ｐ／Ｃ圧縮機に内蔵されたパワーコントロール機構の高圧付与状態を示す断面図である。
【図４】四方弁を概念的に示した断面図で、スプールが一方へ作動された状態を示した図である。
【図５】四方弁のスプールが他方へ作動された状態を示した概念的な断面図である。
【図６】本発明に係る空気調和機の能力可変制御を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
１ａ  定速型圧縮機
１ｂ  Ｐ／Ｃ圧縮機
４  四方弁
３１  差圧ピストン
３６，３７，３８，３９  ポート
４０  パイロット弁
４１，４２，４３  ポート
５０  制御装置
６０  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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