(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段圧縮機構(1) を備えた空気調和装置であって、
外気温度(T) と負荷(Q) とに基づいて、単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換える制御手段(20)を備え、
制御手段(20)は、暖房運転時、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Ta)よりも低いと２段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であると、負荷(Q) が外気温度に対して予め定められた基準負荷(Qa)よりも小さいときには単段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qa)以上であるときには２段圧縮運転を行うように構成され、
暖房の基準負荷(Qa)は、外気温度(T) が高くなるほど大きな値に設定されている空気調和装置。
【請求項２】
制御手段(20)は、冷房運転時、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Tb)よりも低いと単段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であると、負荷(Q) が外気温度に対して予め定められた基準負荷(Qb)よりも大きいときには２段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qb)以下であるときには単段圧縮運転を行うように構成され、
冷房の基準負荷(Qb)は、外気温度(T) が高くなるほど小さな値に設定されている請求項１記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２段圧縮機構を備えた空気調和装置に関し、特に、単段圧縮運転と２段圧縮運転の切換制御技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蒸発圧力が低くて高圧縮比の運転が要求される空気調和装置では、例えば特開平４−８０５４５号公報に示されているように、２段圧縮式冷凍サイクルが採用されている。２段圧縮式冷凍サイクルの圧縮機構は、第１圧縮機と第２圧縮機とから構成され、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られるように構成されている。
【０００３】
上記公報に記載された空気調和装置では、図７に示すように、暖房運転時、吹出し温度がある温度Ｂよりも低くて外気温度がある温度Ａよりも高いときに単段圧縮運転を行い、それ以外の温度条件のときには２段圧縮運転を行うようにしている。これは、吹出し温度がＢより高いと単段圧縮運転よりも２段圧縮運転の方がエネルギー効率が高く、外気温度がある温度Ａより高いと２段圧縮運転よりも単段圧縮運転の方がエネルギー効率が高いとの理由によるものである。また、冷房運転時には、高圧縮比にしなくてもエネルギー効率が高いとの理由で、常に単段圧縮運転を行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような運転制御では、例えば暖房運転の立ち上げ時には吹出し温度が低いため、外気温度がＡより高いと単段圧縮運転を行うことになる。つまり、立ち上げ時には能力を高くして運転することが望まれるのに反して低能力での運転になってしまう。また、外気温度が高い場合には、室温が上がっても、吹出し温度が高いと２段圧縮運転が行われるので、運転に無駄が生じる。さらに、冷房運転の場合には、常に単段圧縮運転であるため、立ち上げ時などは十分な性能が得られないことになる。
【０００５】
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空気調和装置において、常に必要な能力で効率の良い運転を行えるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が講じた第１の解決手段は、２段圧縮機構(1) を備えた空気調和装置において、外気温度(T) と負荷(Q) とに基づいて、単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換える制御手段(20)を備えた構成としたものである。
【０００７】
また、この第１の解決手段では、制御手段(20)を、暖房運転時、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Ta)よりも低いと２段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であると、負荷(Q) がそのときの外気温度に対して予め定められた基準負荷(Qa)よりも小さいときには単段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qa)以上であるときには２段圧縮運転を行うように構成している。
【０００８】
また、この第１の解決手段では、暖房の基準負荷(Qa)を、外気温度(T) が高くなるほど大きな値に設定している。
【０００９】
また、本発明が講じた第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、制御手段(20)を、冷房運転時、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Tb)よりも低いと単段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であると、負荷(Q) がそのときの外気温度に対して予め定められた基準負荷(Qb)よりも大きいときには２段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qb)以下であるときには単段圧縮運転を行うように構成したものである。
【００１０】
また、この第２の解決手段では、冷房の基準負荷(Qb)を、外気温度(T) が高くなるほど小さな値に設定している。
【００１１】
−作用−
上記第１の解決手段では、従来の空気調和装置とは違って、外気温度と吹出し温度でなく、外気温度(T) と負荷(Q) （室内温度と設定温度との差）とに基づいて、単段と２段の圧縮運転が切り換えられる。
【００１２】
このため、暖房運転時は、外気温度(T) が基準温度(Ta)よりも低いと２段圧縮運転で高能力の運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であると、負荷(Q) が基準負荷(Qa)よりも小さいときには単段圧縮で運転を効率よく行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qa)以上であるときには２段圧縮で高能力の運転を行うことができる。
【００１３】
また、外気温度(T) が高いときほど、負荷(Q) 、つまり室内温度と設定温度との差が大きくなければ２段圧縮は行われず、それ以外は単段圧縮で効率よく運転できる。つまり、無駄な運転を行うのを防止できる。また、逆に外気温度(T) が高くても負荷(Q) が大きいときは、２段圧縮による高い能力の運転を行うことができる。
【００１４】
上記第２の解決手段では、冷房運転時は、外気温度(T) が基準温度(Tb)よりも低いと単段圧縮で高効率の運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であると、負荷(Q) が基準負荷(Qb)よりも大きいときには２段圧縮で高能力の運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qb)以下であるときには単段圧縮で運転を効率よく行うことができる。
【００１５】
また、外気温度(T) が高いときは、負荷(Q)が比較的小さくても高能力の２段圧縮運転が行われる。
【００１６】
【発明の効果】
上記第１の解決手段によれば、外気温度(T) と負荷(Q) とから、必要に応じて単段圧縮と２段圧縮の運転が切り換えられるので、常に必要な能力で効率の良い運転を行うことができる。また、暖房運転時に能力と効率のバランスをとりながら運転を行うことができ、必要以上に二段圧縮運転を行うことがなく、無駄なく効率の良い運転を行うことができる。
【００１７】
上記第２の解決手段によれば、冷房運転時に能力と効率のバランスをとりながら運転を行うことができる。また、必要以上に二段圧縮運転を行うことがなく、無駄なく効率の良い運転を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の空気調和装置の冷媒回路図である。この冷媒回路は、二段になった圧縮機構(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。
【００２０】
具体的には、第１圧縮機(8) の吐出側がアキュムレータ(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、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) 、そして四路切換弁(2) を介して、第１圧縮機(9) の吸入側に接続されている。なお、第１圧縮機(8) の吐出側は、第１圧縮機(9) と並列に四路切換弁(2) にも接続され、その並列回路の一方を使用するために電磁弁(12,13) が設けられている。
【００２１】
本実施形態の冷媒回路は、二段圧縮運転が可能なだけでなく、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(14)が接続され、該インジェクション通路(14)には電磁弁(15)が設けられている。さらに、上記室内熱交換器(3) と第１膨張弁(4) の間と、インジェクション通路(14)の電磁弁(15)の上流側との間に、冷媒の一部をインジェクション通路(14) に導入する液冷媒導入通路(16)が接続され、該液冷媒導入通路(16)には第３電子膨張弁(17)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。
【００２３】
図２は、この空気調和装置の概略機器構成を示すブロック図である。図示するように、この空気調和装置の制御手段であるコントローラ(20)の入力部(20a) には、リモートコントロールユニット(21)やセンサ(22)などが接続されている。リモートコントロールユニット(21)は、電源のオン／オフや温度設定などの信号を入力部(20a) に送信するように構成されている。また、センサ(22)は、外気温度、室内温度を検出する温度センサや、冷媒圧力を検知する圧力センサ等を含み、それぞれの検出値を入力部に送信する。なお、外気温度などは、例えば冷媒圧力から検出するようにしてもよい。
【００２４】
これらの入力信号は、演算部(20b) を経て機器制御部(20c) に送られ、この機器制御部(20c) により、圧縮機構(1) （第１圧縮機(8) 、第２圧縮機(9) ）、ファン(23)（室内ファン、室外ファン）、バルブ(24)（四路切換弁(2) 、各電子膨張弁(4,6,15)、電磁弁(12,13,15)）等の各機器の動作が制御される。
【００２５】
この空気調和装置では、暖房運転と冷房運転のいずれの場合も、外気温度(T) と負荷(Q) とに基づいて単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換えるように構成されている。なお、ここで言う負荷(Q) は、室内温度と設定温度との差である。
【００２６】
具体的には、暖房運転の場合は、図３に示すように、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Ta)よりも低いと常に２段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であると、負荷(Q) がそのときの外気温度(T) に応じて予め定められた基準負荷(Qa)よりも小さいときには単段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qa)以上であると２段圧縮運転を行うように構成されている。なお、本実施形態では、この基準負荷(Qa)は、外気温度(T) が高くなるに従って直線的に増加する値となるように設定されている。つまり、暖房運転で外気温度(T) が基準温度(Ta)以上で高くなるほど、負荷(Q) が大きいこと（言い換えれば設定温度が高くて室温との差が大きいこと）が２段圧縮運転を行う条件となる。
【００２７】
また、冷房運転の場合は、図４に示すように、外気温度(T) が予め定められた基準温度(Tb)よりも低いと常に単段圧縮運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であると、負荷(Q) がそのときの外気温度(T) に対して予め定められた基準負荷(Qb)よりも大きいときには２段圧縮運転を行い、負荷(Q) が該基準負荷(Qb)以下であると単段圧縮運転を行うように構成されている。本実施形態では、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上で高くなっても、負荷(Q) が小さければ単段圧縮運転が行われる。
【００２８】
−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。
【００２９】
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、電磁弁(12)が開かれて電磁弁(13)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電磁弁(12)が閉鎖されて電磁弁(13)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(14)の電磁弁(15)が開かれる。
【００３０】
以下に、この空気調和装置の運転状態の代表例として、２段圧縮でインジェクション通路(14)を開き、暖房運転する状態について説明する。このとき、コントローラ(20)は、四路切換弁(2) や各電磁弁(12,13,15)を制御するのに加えて、各電子膨張弁(4,6,17)の開度を調節し、気液分離器(5) 内の冷媒圧力を所定の中間圧力にするとともに、圧縮機構(1) の吐出側及び吸入側の冷媒圧力を、所定の高圧及び低圧に制御している。
【００３１】
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。
【００３２】
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(14)から電磁弁(15)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(16)に吸引され、第３電子膨張弁(17)を通って減圧された後にインジェクション通路(14)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。
【００３３】
なお、インジェクション通路(14)を閉じて行う二段圧縮運転や、単段圧縮運転、あるいは暖房運転とは逆サイクルで行う冷房運転について、冷媒循環動作の詳しい説明は省略する。
【００３４】
次に、二段圧縮運転と単段圧縮運転の切り換え動作について説明する。
【００３５】
図５は、本実施形態の空気調和装置における暖房運転時の動作を示すフローチャートである。このフローチャートにおいて、暖房運転が開始されると、まずステップST１で外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であるかどうかが判別される。そして、外気温度(T) が基準温度(Ta)より低い場合はステップST２に進み、２段圧縮運転が行われる。このとき、必要に応じてガスインジェクション動作の要否も選択される（図示せず）。
【００３６】
ステップST３では、リモートコントロールユニットなどによる停止信号の入力がないかどうかを検知しており、入力のない場合はステップST１へ戻り、入力があった場合は運転を停止する。
【００３７】
ステップST１で外気温度(T) が(Ta)以上であることを検出した場合は、ステップST４へ進み、負荷(Q) が、基準負荷(Qa)以上かどうかを判別する。そして、負荷(Q) が該基準負荷(Qa)以上であるときは、ステップST２の２段圧縮運転が行われる。逆に負荷(Q) が基準負荷(Qa)より小さいと判断されると、ステップST５へ進んで１段圧縮運転が行われ、さらにステップST３以降の動作が継続して行われる。
【００３８】
この空気調和装置では、外気温度、室内温度、設定温度などをコントローラで常時検知しており、温度変化に伴って判別結果が変化すると、２段圧縮運転と単段圧縮運転が自動的に切り替わるようになっている。
【００３９】
一方、図６のフローチャートには冷房運転時の動作を示している。このフローでは、まずステップST１１で外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であるかどうかを判別し、温度(T) が低い場合はステップST１２へ進んで単段圧縮運転を行う。ステップST１３では停止信号の入力の有無を検出しており、入力のない場合はステップST１１へ戻り、入力があった場合は運転を停止する。
【００４０】
ステップST１１の判別の結果、外気温度(T) が(Tb)以上であることを検知すると、ステップST１４へ進んで負荷(Q) の判別を行う。そして、負荷(Q) が基準負荷(Qb)以下であればステップST１２の単段圧縮運転を行い、それより大きければステップST１５へ進んで２段圧縮運転を行うとともにステップST１３以降の動作を繰り返す。この冷房運転時にも、単段圧縮運転と２段圧縮運転の切り換えは、外気温度、室内温度、設定温度などの変化に伴って自動的に行われる。
【００４１】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、暖房運転時は、外気温度(T) が基準温度(Ta)よりも低いと常に２段圧縮運転で高能力の運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Ta)以上であると、負荷(Q) が基準負荷(Qa)よりも小さいときには単段圧縮で運転を効率よく行い、負荷(Q) が基準負荷(Qa)以上になると２段圧縮で高能力の運転を行うことができる。また、冷房運転時は、外気温度(T) が基準温度(Tb)よりも低いと常に単段圧縮で高効率の運転を行う一方、外気温度(T) が基準温度(Tb)以上であると、負荷(Q) が基準負荷(Qb)よりも大きいときには２段圧縮で高能力の運転を行い、負荷(Q) が基準負荷(Qb)以下になると単段圧縮で運転を効率よく行うことができる。
【００４２】
このように、本実施形態では、外気温度(T) と負荷(Q) とから、必要に応じて単段圧縮と２段圧縮をと切り換えて運転するようにしているので、常に必要な能力で効率の良い運転を行うことができる。つまり、暖房時、冷房時とも、能力と効率のバランスのとれた運転を行うことができる。
【００４３】
【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。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、基準負荷(Qa,Qb) は外気温度(T) に対応して直線的に変化する値としたが、必ずしも直線的に変化する値でなくてもよく、状況に応じて適宜定めた値を用いればよい。
【００４５】
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の機構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。
【００４６】
また、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であっても単段圧縮運転と二段圧縮運転を切り換えるように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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２】  図１の空気調和装置の制御ブロック図である。
【図３】  図１の空気調和装置での暖房運転時における圧縮機構の運転モード切り換えを示す線図である。
【図４】  図１の空気調和装置での冷房運転時における圧縮機構の運転モード切り換えを示す線図である。
【図５】  図１の空気調和装置の暖房運転動作を示すフローチャートである。
【図６】  図１の空気調和装置の冷房運転動作を示すフローチャートである。
【図７】  従来の空気調和装置の暖房運転時における運転モード切り換えを示す線図である。
【符号の説明】
(1)     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
(10,11) アキュムレータ
(12,13) 電磁弁
(14)    インジェクション通路
(15)    電磁弁
(16)    液冷媒導入通路
(17)    第３電子膨張弁
(20)    コントローラ（制御手段）
(21)    リモートコントロールユニット
(22)    センサ
(23)    ファン
(24)    バルブ
【図１】
0004277354.tif 000002
【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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【図７】
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