(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮能力可変な圧縮機（１）に冷媒循環可能に接続した室外熱交換器（８）と室内熱交換器との間の液管（１０）（１２）に気液分離器（１１）を介装し、この気液分離器（１１）と圧縮機（１）の吸込側との間に、気液分離器（１１）内のガス冷媒を圧縮機（１）に返流させるガスインジェクション用のバイパス配管（１３）と、このバイパス配管（１３）を通しての流路を開閉する開閉弁（１４）とを設けた空気調和機であって、上記開閉弁（１４）の開閉切換え時において、開閉弁（１４）の開切換え時には圧縮機（１）の圧縮能力を低下させると共に、開閉弁（１４）の閉切換え時には圧縮機（１）の圧縮能力を増加させることにより、圧縮機（１）の切換え前後の冷凍能力が互いにほぼ同等になるように、ガスインジェクションの有無に伴う冷凍能力の変化に基づいて圧縮機（１）の圧縮能力を補正する切換制御手段（１５）を設け、さらに、負荷に応じて増減させる圧縮機（１）の圧縮能力が、ガスインジェクション有りのときの効率曲線と無しのときの効率曲線との交点近傍に対応する圧縮能力に達した時に、上記開閉弁（１４）の開閉切換えと圧縮機（１）の圧縮能力の補正とを上記切換制御手段（１５）が行うべく構成し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】
この発明は、室外熱交換器と室内熱交換器とを相互に接続する液管中に介装した気液分離器からガス冷媒を圧縮機に返流させるためのガスインジェクション用のバイパス配管を備える空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機における例えば暖房運転は、圧縮機からの吐出ガス冷媒を室内熱交換器から室外熱交換器へと循環させることによって行われる。このとき、蒸発器として機能する室外熱交換器で外気からの吸熱が行われ、凝縮器として機能する室内熱交換器での放熱で室内暖房が行われる。
【０００３】
ところで、暖房運転時に外気温度が低いと充分な暖房能力を得難くなる。この場合、室内熱交換器で凝縮して室外熱交換器へと流れる液冷媒中へのガス冷媒の混入割合が多くなる。このガス冷媒は、室外熱交換器に供給されても外気からの吸熱作用には殆ど寄与しない。そこで、このガス冷媒を分離して圧縮機に返流させる操作、いわゆるガスインジェクションを行うことで、このガス冷媒は圧縮機で二段圧縮されて再度室内熱交換器に供給されることになり、これによって、室内熱交換器での凝縮が生じ易くなって全体的な暖房能力が向上する。
【０００４】
このようなガスインジェクションを行うために、従来、圧縮能力が一定の圧縮機を設けた空気調和機において、室内熱交換器と室外熱交換器との間の液管中に気液分離器を介装し、この気液分離器と圧縮機の吸込側との間に、開閉弁の介設されたバイパス配管を設けたものが知られている。この場合、上記したように能力が不足気味になり易い暖房運転時に、上記開閉弁を開弁してガスインジェクションを併用した運転を行い、冷房運転時には、上記開閉弁を閉弁状態で保持してガスインジェクション無しで運転するような制御が行われている。
【０００５】
なお、近年は、インバータ制御により圧縮能力が可変な圧縮機を内装する空気調和機が主流になってきており、このような空気調和機に、上記のようなガスインジェクション用のバイパス配管を設けて構成する場合においては、例えば暖房運転時に一律にガスインジェクションを行う構成とする必要はない。つまり、負荷が小さい間は、圧縮能力可変範囲内でこの負荷に余裕を持って対応でき、この場合には、ガスインジェクション無しの運転の方がより高い効率での運転状態を維持することができる。したがって、負荷の増加に対応して圧縮機の運転周波数が所定の周波数に達したときに、バイパス配管に介設されている開閉弁の開閉切換えを行い、これによって、上記周波数を超える高周波数域で、ガスインジェクションを併用した運転となるように制御することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように圧縮機の運転周波数が所定の周波数に達したときに、バイパス配管に介設されている開閉弁の開閉切換えを単に行うだけの制御では、空調快適性が損なわれ易いという問題が発生する。
【０００７】
つまり、負荷の変化に応じて運転周波数を変化させながら空調運転を行っているときにガスインジェクションの切換えを行うと、これに伴って冷凍能力が急変する。このため、例えばガスインジェクション無しの運転から有りの運転への切換え時には能力過多になり易く、逆にガスインジェクション有りの運転から無しの運転に切換わった時には能力不足を生じ易い。この結果、室内空調温度が設定温度を超えた後のサーモＯＦＦ時間が長くなったり、また、能力不足により設定温度に達するまでの時間が長くなるなど、空調制御性が低下し、これによって快適性が損なわれてしまう。
【０００８】
この発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ガスインジェクションの切換えを行う際の空調快適性の低下を抑制し得ると共に、さらに、より経済性を向上し得る空気調和機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の空気調和機は、圧縮能力可変な圧縮機１に冷媒循環可能に接続した室外熱交換器８と室内熱交換器との間の液管１０・１２に気液分離器１１を介装し、この気液分離器１１と圧縮機１の吸込側との間に、気液分離器１１内のガス冷媒を圧縮機１に返流させるガスインジェクション用のバイパス配管１３と、このバイパス配管１３を通しての流路を開閉する開閉弁１４とを設けた空気調和機であって、上記開閉弁１４の開閉切換え時において、開閉弁１４の開切換え時には圧縮機１の圧縮能力を低下させると共に、開閉弁１４の閉切換え時には圧縮機１の圧縮能力を増加させることにより、圧縮機１の切換え前後の冷凍能力が互いにほぼ同等になるように、ガスインジェクションの有無に伴う冷凍能力の変化に基づいて圧縮機１の圧縮能力を補正する切換制御手段１５を設け、さらに、負荷に応じて増減させる圧縮機１の圧縮能力が、ガスインジェクション有りのときの効率曲線と無しのときの効率曲線との交点近傍に対応する圧縮能力に達した時に、上記開閉弁１４の開閉切換えと圧縮機１の圧縮能力の補正とを上記切換制御手段１５が行うべく構成したことを特徴としている。
【００１０】
上記構成の空気調和機においては、例えば、ガスインジェクション無しの運転から、開閉弁１４を開弁してガスインジェクション有りの運転に切換える際には、この切り換えに伴って冷凍能力が増加する分、圧縮機１の圧縮能力を低下させる制御が切換制御手段１５によって行われる。また、ガスインジェクション有りの運転から、開閉弁１４を閉弁してガスインジェクション無しの運転に切換える際には、冷凍能力がこの切換えによって低下する分、圧縮機１の圧縮能力を増加させる制御が行われる。
【００１１】
これによって、ガスインジェクションの切換え時にも、全体的な冷凍能力の変動は抑えられ、負荷の変化に対応した運転状態が維持されて能力過多や能力不足になることが防止されるので、空調快適性の低下が抑制される。
【００１３】
このような構成によって、さらに経済性を向上することができる。つまり、効率の観点では、圧縮機１が圧縮能力の高い領域で運転されているときには、ガスインジェクション有りの運転の方が無しの運転のときよりも効率は高く、逆に圧縮機１が圧縮能力の低い領域で運転されているときには、ガスインジェクション無しの運転の方が効率が高くなるのが一般的である。そこで、ガスインジェクション有りのときの効率曲線と無しのときの効率曲線とが交差する点の近傍において、ガスインジェクション無しの運転とガスインジェクション有りの運転との切換えを行うことにより、圧縮機における圧縮能力可変範囲の全体にわたって、より効率の高い運転状態が維持され、経済性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の空気調和機の具体的な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、セパレート形空気調和機における室外機内の構成を示す冷媒回路図である。図のように、この室外機には圧縮機１が内装されており、この圧縮機１の吐出配管２と、アキュムレータ３・３が介設された吸込配管４とは、それぞれ四路切換弁５に接続されている。上記圧縮機１は、その回転速度、つまり圧縮能力を制御するためのインバータ１ａを有するものである。
【００１６】
四路切換弁５には、その一方の切換ポートに第１ガス管６が、また、他方の切換ポートに第２ガス管７がそれぞれ接続されている。この第２ガス管７に、室外熱交換器８が接続され、さらに、この室外熱交換器８に、順次、減圧機構としての電動膨張弁９が介設された第１液管１０と、気液分離器１１と、減圧機構としての電動膨張弁９’が介設された第２液管１２とが接続されている。
【００１７】
この第２液管１２の先端と、前記第１ガス管６の先端との間に、図示してはいないが、室内熱交換器が内装された室内機が連絡配管を介して接続され、これによって、圧縮機１からの吐出冷媒が、室外熱交換器８と室内熱交換器とを通過した後に圧縮機１に返流される冷媒循環回路が構成される。
【００１８】
すなわち、四路切換弁５を図中実線で示すような切換位置に位置させて圧縮機１を運転すると、圧縮機１からの吐出冷媒が図中実線矢印に沿って循環し、このとき、室外熱交換器８が蒸発器として機能して外部より吸熱する一方、室内熱交換器が凝縮器として機能し、その放熱によって室内暖房が行われる。
【００１９】
一方、四路切換弁５を上記から切換えて、圧縮機１からの吐出冷媒を図中破線矢印に沿って循環させることにより、室外熱交換器８が凝縮器として機能すると共に、室内熱交換器が蒸発器として機能する冷房運転が行われる。
【００２０】
前記第１液管１０と第２液管１２とから成る液管（冷暖いずれの場合にも高圧側となる位置）に介装されている気液分離器１１は、さらに、バイパス配管１３によって圧縮機１の中間ポートに接続され、このバイパス配管１３には、電磁弁よりなる開閉弁１４が介設されている。
【００２１】
密閉容器状の気液分離器１１内においては、第１液管１０と第２液管１２とがこの気液分離器１１の底部に近接する位置に開口する一方、バイパス配管１３は気液分離器１１の上壁近傍の位置に開口している。これにより、例えば暖房運転時に第２液管１２からこの気液分離器１１内に流入した冷媒は、これにガス成分が混入していれば、ガス相と液相とにこの気液分離器１１内で上下に分離し、分離した液冷媒が第１液管１０へと供給される。また、冷房運転時においても、上記同様に、第１液管１０からの冷媒は、気液分離器１１内でガス相と液相とに上下に分離し、分離した液冷媒が第２液管１２へと供給される。
【００２２】
一方、気液分離器１１内で上部側に分離したガス冷媒は、前記した開閉弁１４が開弁されていれば、バイパス配管１３を通して圧縮機１に返流され、このガス冷媒は、アキュムレータ３を通して返流されたガス冷媒と共に、圧縮機１で圧縮され吐出されることになる（以下、このように開閉弁１４を開弁し、バイパス配管１３を通して気液分離器１１内のガス冷媒を圧縮機１に返流させる運転を、ガスインジェクションという）。
【００２３】
上記した開閉弁１４の開閉制御は、この空気調和機全体を監視し、圧縮機１の圧縮能力、すなわち、その回転速度を負荷に応じて定める周波数制御を行いながら、暖房運転もしくは冷房運転を制御する空調制御装置（切換制御手段）１５によって行われる。以下、その制御内容について説明する。
【００２４】
図２の（ｂ）には、前記インバータ１ａによる圧縮機１の運転周波数と、暖房能力或いは冷房能力（以下、これらを総称して冷凍能力という）との関係を、また、同図（ａ）には、運転周波数と成績係数（ＣＯＰ）との関係をそれぞれ示している。図中破線で示す曲線は、開閉弁１４をＯＦＦ、すなわち、前記ガスインジェクションを行わずに運転したとき（以下、ガスインジェクションＯＦＦという）の能力曲線および成績係数曲線（以下、効率曲線という）であり、図中実線で示す曲線は、開閉弁１４をＯＮ、すなわち、開閉弁１４を開弁してガスインジェクションを併用したとき（以下、ガスインジェクションＯＮという）の能力曲線および効率曲線である。
【００２５】
冷凍能力は、運転周波数が大きくなるほど増加し、かつ、ガスインジェクションＯＮ時には、ＯＦＦ時よりも大きな冷凍能力が得られる。
【００２６】
一方、効率曲線は、特定の運転周波数で最大値を有する上に凸の曲線となるのが一般的である。そして、ガスインジェクションＯＮでは、効率が最大となるときの運転周波数がガスインジェクションＯＦＦのときよりも高周波数側にずれ、したがって、ガスインジェクションＯＮ時とＯＦＦ時との効率曲線は互いに交差する。この交差点での運転周波数をＦｐとすると、このＦｐよりも低い周波数では、ガスインジェクションＯＦＦでの運転の方がＯＮ時よりも高い効率が得られ、一方、Ｆｐを超える周波数では、ガスインジェクションＯＮでの運転の方が、より高い効率が得られる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、前記空調制御装置１５により、上記した交差点に対応する運転周波数Ｆｐを含む近傍領域を、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換領域として、開閉弁１４の開閉制御が行われる。すなわち、同図（ｂ）において、ガスインジェクションＯＮとＯＦＦとでの各運転における冷凍能力が互いに同等になる運転周波数の組み合わせのうち、上記した交差点に対応する周波数Ｆｐをほぼ中心とする周波数の組み合わせＦ1 ・Ｆ2 を求め、これらが、空調制御装置１５に、切換時の下限周波数Ｆ1 ・上限周波数Ｆ2 として予め記憶されている。なお、Ｆ1 〜Ｆ2 の周波数範囲を切換範囲Ｓｃとすると、同図（ａ）に示されているように、この範囲ＳｃでガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えを行っても、効率には殆ど差を生じない。
【００２８】
上記した切換範囲Ｓｃの下限周波数Ｆ1 ・上限周波数Ｆ2 が記憶されている空調制御装置１５は、まず、下限周波数Ｆ1 未満では開閉弁１４を閉弁状態に保持してガスインジェクションＯＦＦでの運転を行う一方、上限周波数Ｆ2 を超える範囲では、開閉弁１４を開弁してガスインジェクションＯＮでの運転を行う。
【００２９】
そして、切換範囲Ｓｃにおいては、例えば、この切換範囲Ｓｃよりも低域側から、負荷に応じて漸増させている運転周波数がＦ1 、Ｆｐを順次超えてＦ2 に達した時に、開閉弁１４を開弁させ、ガスインジェクションＯＦＦの運転からＯＮの運転に切換える。そして同時に、運転周波数をＦ2 からＦ1 に一旦低下させる制御を行う。その後、開閉弁１４の開弁状態を保持して、周波数を負荷に応じて高域側へと漸増させる。
【００３０】
このような制御により、ガスインジェクションＯＦＦ→ＯＮの切換えに伴う能力増加分は圧縮機１の圧縮能力の低下によって補償され、全体的な冷凍能力の変動は生じず、かつ、より高い効率での運転状態が維持される。
【００３１】
一方、ガスインジェクションＯＮの状態において、切換範囲Ｓｃよりも高域側から漸減させている運転周波数が切換範囲Ｓｃに達したときには、この運転周波数がさらにＦ2 、Ｆｐを順次通過してＦ1 に達した時に、開閉弁１４を閉弁させる。同時に、運転周波数をＦ1 からＦ2 に一旦上昇させ、その後、開閉弁１４の閉弁状態を保持して、周波数を負荷に応じて低域側へと漸減させる制御を行う。これにより、上記同様に、開閉弁１４の開閉切換に伴う能力変動が抑えられ、また、より高い運転効率が維持される。
【００３２】
以上の説明のように、本実施形態においては、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えに当たり、この切り換え前後における冷凍能力の変動が生じないように圧縮機１の圧縮能力を変更させる制御が同時に行われる。これにより、良好な空調快適性を維持することができる。また、上記の切換えは、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦでの各効率曲線が交差する近傍領域で行われ、この領域を挟んで低域側と高域側とで、それぞれ、より効率の高い運転状態が選択されるので、全体にわたって消費電力が低減され、経済性が向上する。
【００３３】
以上にこの発明の具体的な実施形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記実施形態では、室外機に１台の室内機を接続したセパレート形空気調和機を例に挙げたが、室外機に複数の室内機を接続して構成されるマルチタイプの空気調和機にも本発明を適用することが可能である。
【００３４】
また、上記では、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦ時の各効率曲線の交点に対応する運転周波数Ｆｐに対し、これを中心とする切換範囲Ｓｃを定め、この範囲Ｓｃの下限周波数Ｆ1 と上限周波数Ｆ2 とで、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えをそれぞれ行う構成としたが、例えば、運転周波数が増減する過程のいずれにおいても、上記のＦｐに達した時点で切換えるようにすること等も可能である。
【００３５】
もっともこの場合には、図２中二点鎖線で示すように、運転周波数が増加する過程でＦｐに達したときには、運転周波数をＦｐからＦ1'まで低下させる必要があり、また、運転周波数が減少する過程でＦｐに達したときには、ＦｐからＦ2'まで増加させる必要がある。この切換え範囲Ｆ1'〜Ｆ2'は、上記実施形態における切換範囲Ｓｃよりも広く、これによって、切換え直後の効率がより低いものとなるので、上記実施形態のように、Ｆｐをほぼ中心としてその両側にそれぞれ設定した下限周波数とＦ1 と上限周波数Ｆ2 とで、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えを行うようにすることが望ましい。
【００３６】
さらに、本発明の請求項１の範囲においては、上記した効率曲線の交点に対応する周波数Ｆｐの近傍以外のその他の特定周波数領域で、開閉弁１４の開閉切換えを行うようにすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明のように、この発明の請求項１の空気調和機においては、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えを行うに際し、これに伴う冷凍能力の変化を補償するように圧縮機の圧縮能力が補正される。これにより、全体的な冷凍能力の変動が抑えられ、負荷の変化に対応した運転状態が維持されて能力過多や能力不足になることが防止されるので、空調快適性が維持される。
【００３８】
また、上記空気調和機においては、負荷に応じて増減させる圧縮機の圧縮能力が、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦ時の各効率曲線の交点近傍に対応する圧縮能力に達した時に、ガスインジェクションＯＮ／ＯＦＦの切換えが行われるので、圧縮機の圧縮能力可変範囲の全体にわたって、より効率の高い運転状態が維持され、経済性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態での空気調和機における室外機内の構成について、制御ブロック図を付記して示す冷媒回路図である。
【図２】上記空気調和機における圧縮機の運転周波数と冷凍能力、および成績係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  圧縮機
８  室外熱交換器
１０  第１液管
１１  気液分離器
１２  第２液管
１３  バイパス配管
１４  開閉弁
１５  空調制御装置（切換制御手段）
【図１】
0003780666.tif 000002
【図２】
0003780666.tif 000003