(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、負荷に合わせた運転が可能な空気調和機を提供することでる。【解決手段】  空気調和機１は、二つの圧縮機４，５を備え、高段側圧縮機５の第２吸入分岐管９中には、吸入側逆止弁１０が設けられている。また、各圧縮機４，５の吐出分岐管１３，１４は、冷媒が吐出側逆止弁１５，１８を通った後に合流するように構成されている。低段側圧縮機４の吐出分岐管１３からは、バイパス配管１６がさらに延び、このバイパス配管１６は、第２吸入分岐管９に連結されている。このバイパス配管１６中には、開閉弁１７が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧縮機、第２の圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外側減圧手段を有する室外機と、室内側減圧手段、室内熱交換機を有する室内機とを、液管及びガス管で接続した空気調和機において、
前記第１、第２の圧縮機に冷媒を吸入させる吸入配管は、前記第１の圧縮機の第１吸入分岐管と、前記第２の圧縮機の第２吸入分岐管とに分岐しており、前記第２吸入分岐管中には、冷媒の逆流を防止する吸入側逆止弁が設けられており、
前記第１、第２の圧縮機から吐出される冷媒が通流する吐出配管は、前記第１の圧縮機の第１吐出配管と、前記第２の圧縮機の第２吐出配管とが合流した後に前記四方弁に接続され、前記第１、第２吐出配管中には、冷媒の逆流を防止する吐出側逆止弁がそれぞれ設けられ、前記第１吐出配管の前記吐出側逆止弁と前記第１の圧縮機との間からは、バイパス分岐管が分岐し、前記バイパス分岐管は、前記第２吸入分岐管の前記吸入側逆止弁と前記第２の圧縮機との間で接続されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記第１の圧縮機は、前記第２の圧縮機よりも容量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記第１の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第２の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第１、第２の圧縮機の両方を同時に運転させるモードと、を切り替える制御部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記バイパス分岐管には、開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記第１の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第２の圧縮機のみを運転させるモードと、前記開閉弁を開き、前記第１、第２の圧縮機の両方を同時に運転させるモードと、前記開閉弁を閉じて、両方の前記圧縮機を運転させるモードとを切り替える制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
【請求項６】
前記第１の圧縮機と、前記第２の圧縮機との少なくとも一方の圧縮機が、容量可変型の圧縮機であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段圧縮が可能な空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷房運転と、暖房運転とが切り替え可能な空気調和機には、圧縮機を直列にしたものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１に開示されている空気調和機は、低段側圧縮器と、高段側圧縮機と、凝縮器と、中間冷却器と、主絞り装置と、蒸発器とが順次配管で接続されている。
【０００３】
また、特許文献２に開示されている空気調和機では、低段側圧縮機、又は高段側圧縮機の一方のみで空調ができるように切替装置が設けられている。具体的には、四方弁の切り換えによって冷房運転と暖房運転を切換可能な構成において、低段側圧縮機の吸入側の配管中に三方弁を設け、低段側圧縮機を介さずに、冷媒を高段側圧縮機に直接に導入できるように配管されている。さらに、低段側圧縮機と、高段側圧縮機とを結ぶ配管中に三方弁を設けて、高段側圧縮機を介さずに、低段側圧縮機からの冷媒を直接に熱交換器に供給できるように配管されている。これら三方弁、及び四方弁からなる切替装置は、室外空気温度によって切り替えられ、３通りの運転サイクルが可能になる。
【特許文献１】特開平２−２１３６５２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１１０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているような空気調和機は、低段側圧縮機と、高段側圧縮機とが、直列に接続されているので、常に２台の圧縮機を同時に運転させなければならず、各圧縮機の単独運転、すなわち、単段圧縮運転をすることができなかった。単段圧縮運転ができないと、過負荷運転時などのように、高圧が上昇する運転条件においては、高圧カットによって圧縮機が停止するなどして、快適性の低下に繋がると共に、圧縮機の信頼性が低下することになる。また、暖房過負荷や、冷房低温条件などの低負荷条件においても、２台の圧縮機が常に運転するため、能力過剰となって、システム全体として発停を繰り返して行うようになり、エネルギ消費効率が低下してしまう。
また、特許文献２に開示されているような空気調和機では、冷房と暖房の切り替えに使用される四方弁の他に、各圧縮機周りの冷媒の流路を切り替えるために、三方弁が２つ必要になり、装置構成が複雑になるという問題があった。また、弁の数が増えると共に、これら弁の切り替えに複雑な制御が必要になるので、装置のコストが高くなるという問題があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、負荷に合わせた運転を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、第１の圧縮機、第２の圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外側減圧手段を有する室外機と、室内側減圧手段、室内熱交換機を有する室内機とを、液管及びガス管で接続した空気調和機において、前記第１、第２の圧縮機に冷媒を吸入させる吸入配管は、前記第１の圧縮機の第１吸入分岐管と、前記第２の圧縮機の第２吸入分岐管とに分岐しており、前記第２吸入分岐管中には、冷媒の逆流を防止する吸入側逆止弁が設けられており、前記第１、第２の圧縮機から吐出される冷媒が通流する吐出配管は、前記第１の圧縮機の第１吐出配管と、前記第２の圧縮機の第２吐出配管とが合流した後に前記四方弁に接続され、前記第１、第２吐出配管中には、冷媒の逆流を防止する吐出側逆止弁がそれぞれ設けられ、前記第１吐出配管の前記吐出側逆止弁と前記第１の圧縮機との間からは、バイパス分岐管が分岐し、前記バイパス分岐管は、前記第２吸入分岐管の前記吸入側逆止弁と前記第２の圧縮機との間で接続されていることを特徴とする空気調和機とした。
【０００６】
この空気調和機では、第１の圧縮機から吐出するガス冷媒を、バイパス分岐管を通って第２の圧縮機に吸入させて、さらに圧縮するような、いわゆる２段圧縮を行うことができる。この場合に、第１の圧縮機側の吐出側逆止弁によって、第２の圧縮機から吐出される高圧のガス冷媒が第２吐出配管を通って第１の圧縮機に逆流することはない。このよう吐出側逆止弁の機能は、第２の圧縮機のみを運転させた場合にも発揮される。また、吸入側逆止弁によって、バイパス分岐管を通流するガス冷媒が、第２吸入分岐管を逆流することはない。このように構成することで、冷媒の吸入経路や、吐出経路を適宜切り換えることが可能になり、単段圧縮と、２段圧縮とを任意に選択できるようになる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の空気調和機において、前記第１の圧縮機は、前記第２の圧縮機よりも容量が大きいことを特徴とする。
この空気調和機は、２段圧縮する際に、第１の圧縮機を低段側圧縮機として運転させる際に、第１の圧縮機の方が圧縮機容量を大きくなるので、ガス冷媒を効率良く昇圧することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気調和機において、前記第１の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第２の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第１、第２の圧縮機の両方を同時に運転させるモードと、を切り替える制御部を備えることを特徴とする。
この空気調和機では、２段圧縮運転に加えて、負荷に応じて適正な容量の圧縮機を段階的に選択でき、効率良く運転をすることができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の空気調和機において、前記分岐管には、開閉弁が設けられていることを特徴とする。
この空気調和機では、開閉弁を閉じると、第１の圧縮機の吐出側から第２の圧縮機の吸入側に向かうガス冷媒の流れを禁止できる。このように開閉弁を設けることによって、並列圧縮モードが実施可能になる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の空気調和機において、前記第１の圧縮機のみを運転させるモードと、前記第２の圧縮機のみを運転させるモードと、前記開閉弁を開き、前記第１、第２の圧縮機の両方を同時に運転させるモードと、前記開閉弁を閉じて、両方の前記圧縮機を運転させるモードとを切り替える制御部を備えることを特徴とする
この空気調和機では、低負荷時や、標準運転時には、第１の圧縮機、又は第２の圧縮機を用いた単段圧縮を行い、暖房の低外気温条件等、圧縮比が大きくなるような条件では、開閉弁を開いて２段圧縮を行う。さらに、高負荷時など圧縮機能力を必要とする場合には、開閉弁を閉じて、２台の圧縮機で並列に単段圧縮を行う。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の空気調和機において、前記第１の圧縮機と、前記第２の圧縮機との少なくとも一方の圧縮機が、容量可変型の圧縮機であることを特徴とする。
この空気調和機では、一台の圧縮機で単段圧縮を行う際に、負荷に応じて圧縮機容量を制御することができる。また、容量を変化させることで、２段圧縮時に各圧縮機における圧縮比を適正化する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１の圧縮機の吐出側と第２の圧縮機の吸入側とを接続するバイパス分岐管と、バイパス分岐管から第１の圧縮機の吸入側に向かう冷媒の逆流を防止する吸入側逆止弁と、一方の圧縮機の吐出側から他方の圧縮機の吐出側への逆流を防止する吐出側逆止弁とを設けたので、三方弁の切り替え制御を行わなくても単段圧縮と、２段圧縮とを選択的に実施することができ、運転状態に応じた適切な運転なサイクルを選択することが可能になる。さらに、切り替え弁の数を減らすことができるので、装置のコストを低減できる。また、分岐管中に開閉弁を設けると、２台の圧縮機を共に運転させる一般的な並列圧縮が可能になる。第１の圧縮機の容量を、第２の圧縮機の容量よりも大きくしたり、第２の圧縮機を容量可変型にしたりすると、多様な負荷の変化に対応することが可能になり、エネルギ消費効率を向上させることができると共に、２段圧縮時には各圧縮機における圧縮比を適正化でき、運転効率の向上、及び信頼性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１にシステム構成を示すように、空気調和機１は、室外機２と、室内機３とから構成されている。室外機３は、第１の圧縮機である低段側圧縮機４と、第２の圧縮機である高段側圧縮機５との２つの圧縮機を備えている。高段側圧縮機５は、低段側圧縮機４に比べて容量は小さいが、その容量を変化させることができる容量可変型の圧縮機である。
各圧縮機４，５の吸入側には、吸入配管６が接続されている。吸入配管６は、分岐点７で第１吸入分岐管８と、第２吸入分岐管９とに分岐している。第１吸入分岐管８は、低段側圧縮機４の吸入側に接続されており、第２吸入分岐管９は、高段側圧縮機５の吸入側に接続されている。第２吸入分岐管９中には、吸入側逆止弁１０が設けられている。この吸入側逆止弁１０は、高段側圧縮機５に向かう方向には、冷媒の通流を許容するが、その逆の方向には、冷媒を通流させないように設定されている。
【００１４】
さらに、各圧縮機４，５の吐出側には、吐出配管１１が接続されている。吐出配管１１は、低段側圧縮機４の吐出側に接続された第１吐出配管１３と、高段側圧縮機５の吐出側に接続された第２吐出配管１４とを有し、これら第１吐出配管１３，１４が合流するように構成されている。第１吐出配管１３中には、吐出側逆止弁１５が設けられている。吐出側逆止弁１５は、低段側圧縮機４から合流点１２に向かう方向には、冷媒の通流を許容するが、低段側圧縮機４に逆流する方向には冷媒を通流させないように設定されている。さらに、吐出側逆止弁１５と、低段側圧縮機４との間からは、バイパス配管１６が分岐している。このバイパス配管１６は、第２吸入分岐管９に、吸入側逆止弁１０よりも高段側圧縮機５側で連結されており、バイパス配管１６中には、電磁弁からなる開閉弁１７が設けられている。
また、第２吐出配管１４は、高段側圧縮機５の吐出側に接続されている。この第２吐出配管１４中には、吐出側逆止弁１８が設けられている。この吐出側逆止弁１８は、高段側圧縮機５から合流点１２に向かう方向には、冷媒の通流を許容するが、高段側圧縮機５に向かう方向には冷媒を通流させないように設定されている。
【００１５】
さらに、吐出配管１１は、四方弁２０の第１のポート２０ａに接続されている。図１において、第１のポート２０ａは、第２のポート２０ｂに連通しており、第２のポート２０ｂは、配管２１を介して、室内機３の室内熱交換器２２に接続されている。さらに、室内熱交換器２２には、液管である配管２３の一端部が接続されており、この配管２３の一端部側で、かつ室内機３内には、膨張弁２４が設けられている。配管２３の他端部は、室外機２に導かれ、膨張弁２５を介して室外熱交換器２６に接続されている。さらに、室外熱交換器２６には配管２７が接続されており、この配管２７は、四方弁２０の第３のポート２０ｃに接続されている。図１において、第３のポート２０ｃは、第４のポート２０ｄに連通しており、第４のポート２０ｄには、前記した吸入配管６が接続されている。なお、図１の配管構成は、暖房運転時に対応するもので、後述する冷房運転時には、四方弁２０を切り換えて、第１のポート２０ａと第３のポート３０ｃとが連通され、第２のポート２０ｂと第４のポート２０ｄとが連通される。
【００１６】
また、室外機２には、制御部２８が設けられており、制御部２８は、各圧縮機４，５の制御や、開閉弁１７、及び四方弁２０の切り替え、膨張弁２４，２５の開度調整を司っている。
【００１７】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
この空気調和機１は、制御部２８の制御によって、第１の圧縮機又は第２の圧縮機のどちらか一方のみを運転する単段圧縮モードと、２段圧縮モードと、並列圧縮モードとに切り替えて運転することができる。
【００１８】
単段圧縮モードは、暖房過負荷時や、冷房低温条件時など、負荷に応じて、圧縮機４，５を適宜選択するものである。例えば、単段圧縮モードとして、高段側圧縮機５のみを運転させる場合には、低段側圧縮機４を停止させ、開閉弁１７を閉じる。図２に矢印で示すように、暖房時では、高段側圧縮機５から吐出されたガス冷媒は、第２吐出配管１４から合流点１２を通り、四方弁２０に導かれる。このとき、第１吐出配管１３中には、吐出側逆止弁１５があるので、低段側圧縮機４に冷媒が逆流することはない。したがって、冷媒は、四方弁２０から配管２１を通って室内熱交換機２２に供給される。室内熱交換器２２において熱交換により形成される液冷媒は、配管２３に排出され、膨張弁２４，２５によって減圧され、室外熱交換器２６に供給される。液冷媒は、室外熱交換器２６で熱交換によってガス冷媒となり、配管２７から排出され、四方弁２０を通って、吸入配管６に導かれる。吸入配管６では、分岐点７を経て、第２吸入分岐管９を通り、高段側圧縮機５に吸入され、以降、冷媒は、上述した経路を循環する。なお、開閉弁１７が閉じているので、バイパス配管１６から低段側圧縮機４の吐出側に冷媒が流入することはない。
【００１９】
冷房運転時には、制御部２８（図１参照）が、四方弁２０を切り替えて、第１のポート２０ａと第３のポート２０ｃとを連通させ、第２のポート２０ｂと第４のポート２０ｄとを連通させる。その結果、高段側圧縮機５から吐出されたガス冷媒は、四方弁２０の第３のポート２０ｄから図２中の矢印とは逆の方向、つまり配管２７から室外熱交換器２６に供給され、熱交換によって液冷媒となり、膨張弁２４，２５で減圧された後に、室内熱交換器２２に供給される。そして、室内熱交換器２２で熱交換によってガス冷媒となった後に、第２のポート２０ｂから吸入配管６を通って高段側圧縮機５に吸入される。
このような単段圧縮モードでは、容量の小さい高段側圧縮機５を使用することで、低負荷条件において圧縮機の発停を低減させるので、エネルギ消費効率が向上する。さらに、高段側圧縮機５は、負荷に合わせて容量を変化させるので、エネルギ消費効率がさらに向上する。
【００２０】
２段圧縮モードは、暖房低温条件など、高圧縮比運転時に用いられ、開閉弁１７を開いた状態で、両圧縮機４，５を運転させる。図３に示すように、低段側圧縮機４から吐出されるガス冷媒は、バイパス配管１６を通って第２吸入分岐管９に導かれる。このとき、吸入側逆止弁１０は、冷媒の逆流を防止しているので、冷媒は、高段側圧縮機５に吸入される。高段側圧縮機５でさらに圧縮された高温、高圧のガス冷媒は、吐出配管１１を通って四方弁２０に導かれる。このとき、第１吐出配管１３中には、吐出側逆止弁１５があるので、高段側圧縮機５にガス冷媒が逆流することはない。さらに、このガス冷媒は、低段側圧縮機４から吐出されるガス冷媒より高圧であるため、低段側圧縮機４側のガス冷媒が直接に合流点１２に流入することはない。暖房時では、冷媒は、四方弁２０から室内熱交換器２２、膨張弁２４，２５、室外熱交換器２６を通って、それぞれ熱交換を行いつつ、吸入配管６に戻る。そして、冷媒は、第１吸入分岐管８から低段側圧縮機４に吸入される。なお、第１吸入分岐管８内は、吸入側逆止弁１０よりも高段側圧縮機５側が高圧になっているので、ガス冷媒が吸入側逆止弁１０を通って、高段側圧縮機５に直接流入することはない。
このような２段圧縮モードでは、低圧のガス冷媒を低段側圧縮機４で一度圧縮した後に、高段側圧縮機５に導いて再度圧縮を行うので、圧縮比が高くならざるを得ない運転条件下でも、各圧縮機４，５ごとの圧縮比を下げることができ、運転効率を向上できる。また、信頼性の向上が図れる。
【００２１】
並列圧縮モードでは、例えば、室内機３の接続容量が１３０％となるような大容量運転時に用いられ、開閉弁１７を閉じた状態で、両圧縮機４，５を運転させる。図４に示すように、両圧縮機４，５から吐出されるガス冷媒は、合流点１２で合流し、四方弁２０に導かれる。このとき、開閉弁１７が閉じているので、低段側圧縮機４から吐出されるガス冷媒が、高段側圧縮機５に吸入されることはない。また、前述の通り、吐出側逆止弁１５，１８の存在によって、一方の圧縮機４，５から吐出されたガス冷媒が、他方の圧縮機４，５の吐出側に逆流することはない。暖房時では、ガス冷媒は、四方弁２０から室内熱交換器２２、膨張弁２４，２５、室外熱交換器２６を通って、それぞれ熱交換を行いつつ、吸入配管６に戻る。そして、ガス冷媒は、分岐点７で分流し、第１吸入分岐管８から低段側圧縮機４に吸入され、第２吸入分岐管９から高段側圧縮機５に吸入される。
この並列圧縮モードでは、２台の圧縮機４，５を並列に運転させることで、１台での単段圧縮モードの場合に比べて冷媒の循環量が多くなるので、冷房能力、又は暖房能力を向上させることができる。また、高段側圧縮機５を容量可変型としたので、負荷が小さい場合や、負荷が大きい場合であっても、負荷に応じた適正な能力を確保することができる。なお、負荷が小さい場合には、エネルギ消費効率を向上させることができる。
【００２２】
この実施の形態によれば、各圧縮機４，５の吐出側に吐出側逆止弁１５，１８を設けたので、圧縮機４，５を一台のみ運転するときには、一方の圧縮機４，５から吐出されたガス冷媒が他方の圧縮機４，５に逆流しなくなる。したがって、従来のような弁の切り替え動作を行わなくても各圧縮機４，５を選択的に使用することが可能になる。
さらに、低段側圧縮機４の第１吐出配管１３から高段側圧縮機５の吸入側にガス冷媒を供給するバイパス配管１６を設けたので、両圧縮機４，５を用いた２段圧縮が可能になる。この場合において、高段側圧縮機５側の第２吸入分岐管９に、吸入側逆止弁１０を設けたので、低段側圧縮機４から吐出されたガス冷媒が逆流することが防止される。したがって、従来のような弁の切り替え動作を行わなくても２段圧縮を行うことができる。
さらに、バイパス配管１６中に開閉弁１７を設けたので、並列圧縮をする場合に、開閉弁１７を閉止することによってバイパス配管１６中にガス冷媒が通流することを防止できるようになり、両圧縮機４，５を共に運転する場合に、二段圧縮モードと、並列圧縮モードとの切り換えが可能になる。開閉弁１７は、三方弁などに比べて安価であり、その制御も容易であることから、装置コストを低く抑えることができる。
また、低段側圧縮機４の容量に比べて高段側圧縮機５の容量を小さく設定したので、２段圧縮時に冷媒を効率良く圧縮することができる。
【００２３】
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、前記の実施の形態では、高段側の第２の圧縮機５を能力可変型、低段側を一定速型としているので、低段側の一定速機である第１の圧縮機４のみを用いた単段圧縮モードは行わないが、第１、第２の圧縮機４，５が容量の異なる定速機の組み合せの場合には、第１の圧縮機４のみを運転させる単段圧縮モードが実施される。
バイパス配管１６に、開閉弁１７を設けない場合には、第１単段圧縮モード、又は２段圧縮モードのいずれかを実施することが可能になる。
低段側圧縮機４を容量可変型の圧縮機としても良い。この場合には、高段側圧縮機５を定容量の圧縮機としても良いし、両圧縮機４，５を容量可変型にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における空気調和機のシステム構成を示す図である。
【図２】単段圧縮を実施するときの冷媒の循環経路を示す図である。
【図３】２段圧縮を実施するときの冷媒の循環経路を示す図である。
【図４】並列圧縮を実施するときの冷媒の循環経路を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      空気調和機
４      低段側圧縮機（第１の圧縮機）
５      高段側圧縮機（第２の圧縮機）
６      吸入配管
８      吸入分岐管（一方の吸入分岐管）
９      吸入分岐管（他方の吸入分岐管）
１０    吸入側逆止弁
１１    吐出配管
１３    吐出分岐管（一方の吐出分岐管）
１４    吐出分岐管（他方の吐出分岐管）
１５，１８    吐出側逆止弁
１６    バイパス配管
１７    開閉弁
２０    四方弁
２２    室内熱交換機
２４    膨張弁（室内側減圧手段）
２５    膨張弁（室外側減圧手段）
２６    室外熱交換機
２８    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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