(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構(1) を備えた冷凍装置であって、
単段圧縮運転時に停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止する冷媒流入防止手段(14,15,21)を備え、
冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側配管(13)にそれぞれ設けられた開閉弁(14,15)により構成され、
単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配管(23)とが、冷媒吸引通路(22)により接続され、該冷媒吸引通路(22)には減圧機構(24)が設けられている冷凍装置。
【請求項２】
２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構(1) を備えた冷凍装置であって、
単段圧縮運転時に停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止する冷媒流入防止手段(14,15,21)を備え、
冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)に設けられた開閉弁(14)と、該停止側圧縮機(9) の吐出側配管(13)に、該停止側圧縮機(9) に流入する方向への冷媒の流通を禁止するように設けられた逆止弁(21)とから構成されて、
単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配管(23)とが、冷媒吸引通路(22)により接続され、該冷媒吸引通路(22)には減圧機構(24)が設けられている冷凍装置。
【請求項３】
減圧機構(24)がキャピラリチューブにより構成されている請求項１または２記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構を備えた冷凍装置に関し、特に、単段圧縮運転時における停止側圧縮機での冷媒の滞留防止対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平４−８０５４５号公報に示されているように、蒸発圧力が低くて高圧縮比の運転が要求される冷凍装置では、２段圧縮式冷凍サイクルが採用されている。この公報に記載された２段圧縮式冷凍サイクルの圧縮機構は、２台の圧縮機から構成され、一方の圧縮機のみを使用する単段圧縮運転と、両方の圧縮機を直列に使用する２段圧縮運転とを切り換えることができるように構成されている。
【０００３】
図４に、この種の２段圧縮式冷凍サイクルが適用された従来の空気調和装置の冷媒回路の一例を示している。この冷媒回路は、二段圧縮機構(1) と、四路切換弁(2) と、室内熱交換器(3) と、第１電子膨張弁(4) と、気液分離器(5) と、第２電子膨張弁(6) と、室外熱交換器(7) とが直列に接続された構成であり、圧縮機構(1) は、下段側の第１圧縮機(8) と上段側の第２圧縮機(9) とから構成されている。
【０００４】
第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側配管(13)とは、電磁弁(16)を介して互いに接続されており、この電磁弁(16)の開閉状態を切り換えることで、両圧縮機(8,9) を使用する２段圧縮運転と、第１圧縮機(8) のみを使用する単段圧縮運転とを選択することができるようになっている。
【０００５】
なお、(17)はガスインジェクション動作を行うためのインジェクション通路である。このインジェクション通路(17)は、２段圧縮による暖房運転時等に気液分離器(5) 内の中間圧冷媒を圧縮機構(1) に戻すことにより暖房能力を高めるものとして、従来より用いられているものである。
【０００６】
この空気調和装置において、例えば単段圧縮による暖房運転を行う場合、ガスインジェクションは行わず、電磁弁(16)を「開」に設定して第１圧縮機(8) を動作させ、第２圧縮機(9) は停止させる。そして、第１圧縮機(8) から吐出された冷媒が冷媒回路内を循環し、その際に室内熱交換器(3) で室内空気を加熱することにより、室内が暖房される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図示の構成では、電磁弁(16)を開いて単段圧縮運転を行っているときには、第２圧縮機(9) の吸入側と吐出側が高圧になるため、第２圧縮機(9) に冷媒が流入して滞留する。このため、第２圧縮機(9) の中に液冷媒が溜まってしまい、該第２圧縮機(9) の再起動ができなくなったり、系内の冷媒量が不足したりすることがあった。また、第２圧縮機(9) を再起動した場合でも、冷凍機油が第２圧縮機(9) 内の液冷媒に溶け込んで該冷媒と共に流出してしまい、第２圧縮機(9) 内の冷凍機油が不足し、潤滑不良などの不具合が生じることもあった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、２段圧縮機構を備えた冷凍装置において、単段圧縮運転時に停止側の圧縮機に冷媒が溜まり込むのを防止し、上述した種々の問題が発生しないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単段圧縮運転時に停止側圧縮機(9) に冷媒を流入させないようにして、溜まり込みを防ぐようにしたものである。
【００１０】
具体的に、本発明が講じた解決手段は、２段圧縮運転と単段圧縮運転とが可能な２段圧縮機構(1) を備えた冷凍装置を前提としている。そして、単段圧縮運転時に停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止する冷媒流入防止手段(14,15,21)を備えている。
【００１１】
上記構成において、冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側配管(13)にそれぞれ設けられた開閉弁(14,15) により構成することができる。また、冷媒流入防止手段(14,15,21)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)に設けた開閉弁(14)と、吐出側配管(13)に、該停止側圧縮機(9) に流入する方向への冷媒の流通を禁止するように設けた逆止弁(21)とから構成してもよい。
【００１２】
そして、この構成においては、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配管(23)とを、冷媒吸引通路(22)により接続し、該冷媒吸引通路(22)には減圧機構(24)を設けている。この減圧機構(24)には、キャピラリチューブを使用することができる。
【００１３】
−作用−
上記解決手段では、冷媒流入防止手段(14,15,21)を設けたことにより、単段圧縮運転時に、停止側圧縮機(9) に冷媒が流入しない。具体的には、停止側圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側配管(13)にいずれも開閉弁(14,15) を設けた場合には両開閉弁(14,15) を閉じ、吐出側のみを逆止弁(21)とした場合は吸入側の開閉弁(14)を閉じることで、停止側圧縮機(9) への冷媒の流入を防止できる。
【００１４】
そして、上記冷媒吸引通路(22)を設けることにより、単段圧縮運転時に開閉弁(14,15) または逆止弁(21)に漏れがあって停止側圧縮機(9) 内に冷媒が流入した場合でも、その冷媒を、キャピラリチューブ等の減圧機構(24)を介して低圧ガス配管(23)から動作側圧縮機に吸引できる。
【００１５】
【発明の効果】
このように、上記解決手段によれば、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) に液冷媒が溜まらないので、該停止側圧縮機(9) の再起動ができなくなったり、系内の冷媒量が不足したりすることを防止できる。また、単段圧縮運転時の停止側圧縮機(9) を２段圧縮運転の再開時に再起動した場合に、冷凍機油が冷媒と共に流出することもなくなるので、該圧縮機(9) 内の冷凍機油が不足し、潤滑不良が生じるような不具合も防止できる。
【００１６】
そして、冷媒吸引通路(22)を設けているので、開閉弁(14,15) や逆止弁(21)に漏れが生じて冷媒が停止側圧縮機(9) に流入した場合でも、該停止側圧縮機(9) に液冷媒が溜まるのを防止できるから、上述したような問題の発生を確実に防止することができる。
【００１７】
【発明の参考技術１】
以下、本発明の参考技術１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る冷凍装置の参考技術１としての空気調和装置の冷媒回路図である。この冷媒回路は、二段圧縮機構(1) と、四路切換弁(2) と、室内熱交換器(3) と、第１電子膨張弁(4) と、気液分離器(5) と、第２電子膨張弁(6) と、室外熱交換器(7) とから構成され、圧縮機構(1) は、下段側の第１圧縮機(8) と上段側の第２圧縮機(9) とから構成されている。
【００１９】
具体的には、第１圧縮機(8) の吐出側が後述の第１電磁弁(14)とアキュムレータ(10)を介して第２圧縮機(9) の吸入側に接続され、第２圧縮機(9) の吐出側は、第２電磁弁(15)（後述する）、四路切換弁(2) 、室内熱交換器(3)、第１電子膨張弁(4) 、気液分離器(5) 、第２電子膨張弁(6)、室外熱交換器(7) 、四路切換弁(2) 、そしてアキュムレータ(11)を介して、第１圧縮機(9) の吸入側に接続されている。
【００２０】
第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)と吐出側配管(13)には、単段圧縮運転時に該第２圧縮機(9) への冷媒の流入を防止する冷媒流入防止手段として、第１，第２電磁弁（開閉弁）(14,15) が設けられている。また、該吸入側配管(12)と吐出側配管(13)は、両電磁弁(14,15) の反第２圧縮機(9) 側の部分が、第３電磁弁(16)を介して互いに接続されている。そして、この第３電磁弁(16)の開閉状態を切り換えることにより、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換えることが可能に構成されている。
【００２１】
本参考技術１の冷媒回路は、二段圧縮運転時に、必要に応じてガスインジェクションを行えるように構成されている。このため、気液分離器(5) のガス出口と、第２圧縮機(9) の吸入側配管(12)との間に、２段圧縮運転のときに気液分離器(5) 内のガス冷媒を第２圧縮機(9) に送るインジェクション通路(17)が接続され、該インジェクション通路(17)には第４電磁弁(18)が設けられている。さらに、上記室内熱交換器(3) と第１電子膨張弁(4) の間と、インジェクション通路(17)の第４電磁弁(18)の上流側との間に、冷媒の一部をインジェクション通路(17) に導入する液冷媒導入通路(19)が接続され、該液冷媒導入通路(19)には第３電子膨張弁(20)が設けられている。
【００２２】
なお、室内熱交換器(3) 及び室外熱交換器(7) は、いずれも空気熱交換器であり、それぞれ、図示しない室内ユニット及び室外ユニットに設けられている。そして、室内ユニットには室内熱交換器(3) に空気を供給する室内ファン（図示せず）が設けられ、室外ユニットには室外熱交換器(7) に空気を供給する室外ファン（図示せず）が設けられている。なお、室内熱交換器(3) は、複数台（図では２台のみ示している）が並列に接続されている。
【００２３】
−運転動作−
次に、この空気調和装置の運転動作について説明する。
【００２４】
この空気調和装置は、四路切換弁(2) を切り換えることにより、暖房運転または冷房運転を任意に選択して行うことができ、暖房運転では四路切換弁(2) は図の実線側に設定され、冷房運転では破線側に設定される。また、２段圧縮運転を行う場合は、第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)が開かれて第３電磁弁(16)が閉鎖され、両圧縮機(8,9) が直列に使用される一方、単段圧縮運転を行う場合は第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)が閉鎖されて第３電磁弁(16)が開かれ、第１圧縮機(8) のみが使用される。さらに、２段圧縮運転時にガスインジェクション動作を行うときは、インジェクション通路(17)の第４電磁弁(18)が開かれ、ガスインジェクション動作を行わないときには該第４電磁弁(18)は閉鎖される。
【００２５】
以下に、この空気調和装置の運転状態として、まず、２段圧縮でインジェクション通路(17)を開いて暖房運転する状態について説明する。このとき、図示しない制御手段により、四路切換弁(2) や各電磁弁(14,15,16,18) が上述のように制御されるのに加えて、各電子膨張弁(4,6,20)の開度が調節され、気液分離器(5) 内の冷媒圧力が所定の中間圧力に設定されるとともに、圧縮機構(1) の吐出側及び吸入側の冷媒圧力が、所定の高圧及び低圧に制御される。
【００２６】
この状態で、圧縮機構(1) において２段圧縮されたガス冷媒は、四路切換弁(2) を経た後、室内熱交換器(3) に流入する。室内熱交換器(3) において、高温高圧のガス冷媒は室内空気と熱交換して凝縮し、室内空気を加熱する。凝縮した液冷媒は、第１電子膨張弁(4) を通過する際に減圧され、一部が膨張して中間圧の気液二相冷媒となる。気液二相冷媒は気液分離器(5) に流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。液冷媒は気液分離器(5) を流出した後、第２電子膨張弁(6) を通過して低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器(7) に流入する。そして、室外熱交換器(7) において、二相冷媒は室外空気と熱交換して蒸発し、蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(2) を通過した後、アキュムレータ(11)を経て第１圧縮機(1) に吸入される。
【００２７】
一方、気液分離器(5) 内のガス冷媒は、インジェクション通路(17)から第４電磁弁(18)を経て、第２圧縮機(9) に吸入される。その際、室内熱交換器(3) を通過した後の液冷媒の一部が液冷媒導入通路(19)に吸引され、第３電子膨張弁(20)を通って減圧された後にインジェクション通路(17)のガス冷媒と混合して蒸発し、第２圧縮機(9) に吸入される。このガスインジェクション動作により、室内熱交換器(3) を流れるガス冷媒の循環量が増大し、暖房能力が向上する。
【００２８】
次に、単段圧縮による暖房運転について説明する。
【００２９】
この場合、第３電磁弁(16)が開かれる一方、第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)は閉じられる。また、ガスインジェクション通路(17)と液冷媒導入通路(19)は使用されないので、第４電磁弁(18)と第３電子膨張弁(20)は共に閉鎖される。そして、第１電子膨張弁(4) は全開に設定され、第２電子膨張弁(6) は液冷媒を所定の低圧に減圧するように所定の開度に制御される。
【００３０】
この状態において、第１圧縮機(8) で圧縮されたガス冷媒は、第３電磁弁(16)と四路切換弁(2) を通って室内熱交換器(3) に流入する。そして、冷媒は該室内熱交換器(3) で室内空気と熱交換して凝縮し、その際に室内空気を加熱する。凝縮した液冷媒は、第１電子膨張弁(4) と気液分離器(5) を通過した後、第２電子膨張弁(6) により低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器(7) に流入する。そして、室外熱交換器(7) において、二相冷媒は室外空気と熱交換して蒸発し、蒸発したガス冷媒は、四路切換弁(2) を通過した後、アキュムレータ(11)を経て第１圧縮機(8) に吸入され、以上のサイクルが繰り返される。
【００３１】
なお、インジェクション通路(17)を閉じて行う二段圧縮運転や、暖房運転とは逆サイクルで行う冷房運転について、冷媒循環動作の説明は省略する。
【００３２】
−参考技術１の効果−
本参考技術によれば、単段圧縮運転時に第１電磁弁(14)と第２電磁弁(15)が閉じられるので、第１圧縮機(8) から吐出された冷媒が第２圧縮機(9) には流入しない。このため、単段圧縮運転時の停止側圧縮機である第２圧縮機(9) 内に液冷媒が溜まらないので、第２圧縮機(9) の再起動ができなくなったり、系内の冷媒量が不足したりすることを防止できる。また、第２圧縮機内に冷媒が溜まらないことから、該第２圧縮機(9) の再起動時に冷凍機油が流出することもなく、第２圧縮機(9) の潤滑不良等の不具合も防止できる。
【００３３】
【発明の参考技術２】
本発明の参考技術２は、図２に示すように、第２圧縮機(9) の吐出側配管(13)に、上記第２電磁弁(15)に代えて逆止弁(21)を設けたものである。この逆止弁(21)は、第２圧縮機(9) から流出する方向への冷媒の流通を許容する一方、該第２圧縮機(9) に流入する方向への冷媒の流通は禁止するように構成されている。その他の部分については、参考技術１と同様に構成されているので、ここでは説明を省略する。
【００３４】
−運転動作−
本参考技術２において、２段圧縮運転時には、第１電磁弁(14)を開き、第３電磁弁(16)を閉じて両圧縮機(8,9) を起動する。そうすると、冷媒が第１圧縮機(8) 、第２圧縮機(9) の順に圧縮された後、冷媒回路内を循環して第１圧縮機(8) に戻るサイクルが参考技術１と同様に行われて、室内空気が温度調節される。
【００３５】
また、単段圧縮運転時には、第１電磁弁(14)を閉じ、第３電磁弁(16)を開いて、第１圧縮機(8) を起動し、第２圧縮機(9) を停止する。そうすると、第１圧縮機(8) から吐出された冷媒が冷媒回路内を循環して該第１圧縮機(8) に戻るサイクルが参考技術１と同様に行われ、同様に室内空気が温度調節される。
【００３６】
−参考技術２の効果−
本参考技術２の構成においても、単段圧縮運転時に第１圧縮機(8) から吐出された冷媒が第２圧縮機(9) に流入しないため、第２圧縮機(9) 内に液冷媒が溜まるのを防止できる。したがって、第２圧縮機(9) の再起動ができなくなったり、系内の冷媒量が不足したりすることを防止でき、かつ、第２圧縮機(9) を再起動した場合に冷凍機油が冷媒と共に流出することもないので、第２圧縮機(9) 内の冷凍機油が不足する不具合も防止できる。
【００３７】
また、本参考技術２では第２圧縮機(9) の吐出側に逆止弁(21)を用いているので、この逆止弁(21)に関する開閉制御は不要となる。しかも電磁弁(15,16,18)の個数を参考技術１よりも低減できるので、該電磁弁(15,16,18)を開閉制御するための電気回路等の構成を簡素化できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態は、参考技術２の冷媒回路に、冷媒吸引通路(22)を設けたものである。この冷媒吸引通路(22)は、単段圧縮運転時の停止側圧縮機である第２圧縮機(9) と、冷媒回路の低圧ガス配管(23)とに接続されている。そして、この冷媒吸引通路(22)には、減圧機構としてキャピラリチューブ(24)が設けられていると共に、該冷媒吸引通路(22)内の冷媒の流通を制御するための第５電磁弁(25)が設けられている。
【００３９】
−運転動作−
この実施形態では、２段圧縮運転時は、冷媒吸引通路(22)の第５電磁弁(25)は閉じられ、他の電磁弁(14,16,18)や電子膨張弁(4,6,20)は参考技術２と同様に制御される。上記第５電磁弁(25)が閉じられていて、冷媒吸引通路(22)が閉鎖しているので、２段圧縮運転時の冷媒循環動作は参考技術２と同じように行われる。
【００４０】
一方、単段圧縮運転時は、冷媒吸引通路(22)の第５電磁弁(25)を開いたうえで、他の電磁弁(14,16,18)や電子膨張弁(4,6,20)が参考技術２と同様に制御される。このとき、冷媒は、基本的には参考技術２と同様に冷媒回路内を循環し、室内の暖房や冷房が行われる。本実施形態では冷媒吸引通路(22)を設けているので、第１電磁弁(14)または逆止弁(21)から冷媒が漏れて第２圧縮機(9) 内に流入した場合でも、その冷媒が、キャピラリチューブ(24)を介して第１圧縮機(8) に吸引される。その際、第２圧縮機(9) 内の冷媒はキャピラリチューブ(24)を通過して低圧ガス冷媒と混合し、ガス化してから該圧縮機(8) に吸引されるため、第１圧縮機(8) へ液冷媒が戻ることはない。
【００４１】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、冷媒吸引通路(21)を設けたことにより、第２圧縮機(9) に液冷媒が溜まるのをより確実に防止できるから、参考技術２の効果をさらに高めることができる。
【００４２】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００４３】
例えば、上記実施形態では暖房運転と冷房運転とを切り換え可能な空気調和装置について説明したが、暖房専用機あるいは冷房専用機としてもよい。また、上記実施形態は、本発明を空気調和装置に適用したものであるが、本発明は、空気調和装置以外の冷凍装置であっても適用することができる。
【００４４】
また、上記冷媒回路の構成は単なる一例であって、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ガスインジェクション機構あるいは液冷媒導入通路は必ずしも設けなくてよいし、圧縮機構(1) の運転を単段と二段に切り換えるための具体的な回路構成なども適宜変更してよい。さらに、冷房運転は常時単段圧縮で行い、暖房運転のみを単段圧縮と２段圧縮とを切り換えながら行うようにしてもよい。
【００４５】
さらに、実施形態の冷媒吸引通路(22)は、参考技術２の冷媒回路に対して設けたものであるが、参考技術１の冷媒回路に設けてもよい。
【００４６】
なお、参考技術１においては、第２圧縮機(9) への液溜まりを防止できる一方、第１，第２電磁弁(14,15) を開閉するタイミングを制御すれば単段圧縮運転時に第２圧縮機(9) 内に所定量の冷媒を溜めることも可能となるため、余剰冷媒を保持して系内の冷媒流量を調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考技術１に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図２】  本発明の参考技術２に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図４】  従来の空気調和装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
(1)   二段圧縮機構
(2)   四路切換弁
(3)   室内熱交換器
(4)   第１電子膨張弁
(5)   気液分離器
(6)   第２電子膨張弁
(7)   室外熱交換器
(8)   第１圧縮機
(9)   第２圧縮機
(10)  アキュムレータ
(11)  アキュムレータ
(12)  吸入側配管
(13)  吐出側配管
(14)  第１電磁弁（開閉弁）
(15)  第２電磁弁（開閉弁）
(16)  第３電磁弁（開閉弁）
(17)  インジェクション通路
(18)  第４電磁弁
(19)  液冷媒導入通路
(20)  第３電子膨張弁
(21)  逆止弁
(22)  冷媒吸引通路
(23)  低圧ガス配管
(24)  キャピラリチューブ（減圧機構）
(25)  第５電磁弁
【図１】
0004320844.tif 000002
【図２】
0004320844.tif 000003
【図３】
0004320844.tif 000004
【図４】
0004320844.tif 000005