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JP2922002B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JP2922002B2
JP2922002B2 JP3026431A JP2643191A JP2922002B2 JP 2922002 B2 JP2922002 B2 JP 2922002B2 JP 3026431 A JP3026431 A JP 3026431A JP 2643191 A JP2643191 A JP 2643191A JP 2922002 B2 JP2922002 B2 JP 2922002B2
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pressure
heat exchanger
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育訓 市川
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Toshiba Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、水熱交換器を有する
空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】空気調和機には、圧縮機，四方弁，水熱
交換器，減圧器を有する熱源ユニット、および空気熱交
換器を有する室内ユニットを備え、圧縮機，四方弁，水
熱交換器，減圧器，空気熱交換器を順次に接続してヒー
トポンプ式冷凍サイクルを構成したものがある。
【０００３】すなわち、圧縮機の吐出冷媒を四方弁から
水熱交換器，減圧器，空気熱交換器に通して圧縮機に戻
し、さらに水熱交換器に水を通し、水熱交換器を凝縮
器、空気熱交換器を蒸発器として働かせることにより、
冷房運転を実行することができる。
【０００４】また、圧縮機の吐出冷媒を四方弁の切換に
よって空気熱交換器，減圧器，水熱交換器に通して圧縮
機に戻し、さらに水熱交換器に水を通し、空気熱交換器
を凝縮器、水熱交換器を蒸発器として働かせることによ
り、暖房運転を実行することができる。
【０００５】このような空気調和機においては、感熱部
の感知温度に応じて開度が変化する膨張弁を採用し、そ
の膨張弁の感熱部を圧縮機の吸込側管路に取付けたもの
がある。これは、暖房運転時に感熱部の感知温度に基づ
く膨張弁の開度変化によって水熱交換器での冷媒過熱度
を一定値に維持し、冷凍サイクル機器の安定運転を図る
ためである。
【０００６】また、水熱交換器を有する空気調和機とし
ては、複数の室内ユニットを備えたマルチタイプがあ
る。
【０００７】これは、各室内ユニットの空気熱交換器を
並列に接続し、それら室内ユニットへの冷媒の流通を制
御することによって複数の部屋の選択的な空調を可能と
するもので、室内ユニットの運転台数に応じて圧縮機の
能力を変化させる制御を行ない、最適な空調能力を得る
ようにしている。
【０００８】そして、このマルチタイプの空気調和機で
は、室内容量が最小の状態で冷房運転を行なった場合、
冷媒循環量の減少に伴なって圧縮機への潤滑油の戻り量
が少なくなるため、一定時間ごとに圧縮機の能力を高
め、潤滑油の回収を行なうのが必須となっている。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、潤滑油の回
収を行なうマルチタイプの空気調和機では、回収時に蒸
発圧力が低下するという現象が生じる。
【００１２】ただし、冷凍サイクルの低圧側配管には低
圧スイッチが取り付けられている。この低圧スイッチ
は、低圧側圧力の異常低下に対する保護手段であると同
時に、暖房時における水熱交換器の凍結防止を目的とし
ており、低圧側圧力が下がって低圧スイッチが作動した
場合に圧縮機の運転が停止される。
【００１３】このため、潤滑油の回収時に低圧スイッチ
が作動し、不要にも運転停止に至ることがある。
【００１４】
【００１５】この発明の空気調和機は、上記の事情を考
慮したもので、水熱交換器の凍結を防止しながら、油回
収に際しての不要な運転停止を回避できることを目的と
する。
【００１６】
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明の空気調和機
は、圧縮機，水熱交換器，減圧器を有する熱源ユニット
と、それぞれが空気熱交換器を有する複数の室内ユニッ
トと、上記圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器，減圧器，各
空気熱交換器に通して圧縮機に戻し冷房運転を実行する
手段と、この冷房運転時、定期的に上記圧縮機の能力を
高めて潤滑油の回収運転を実行する手段と、上記圧縮機
の吐出冷媒を各空気熱交換器，減圧器，水熱交換器に通
して圧縮機に戻し暖房運転を実行する手段と、上記圧縮
機の吸込側の冷媒圧力がＰｓ1 以下になると作動する第
１低圧スイッチと、上記圧縮機の吸込側の冷媒圧力が設
定値Ｐｓ2 （＞Ｐｓ 1 ）以下になると作動する第２低圧
スイッチと、冷房運転時は上記第１低圧スイッチの作動
に応答して上記圧縮機の運転を停止し、暖房運転時は上
記第２低圧スイッチの作動に応答して上記圧縮機の運転
を停止する保護手段とを備える。
【００１８】
【００１９】
【作用】この発明の空気調和機では、作動点の異なる２
種類の低圧スイッチがあり、冷房時は作動点の低い方の
低圧スイッチが選択され、暖房時は作動点の高い方の低
圧スイッチが選択される。
【００２０】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。
【００２１】図１に示すように、熱源ユニットＡに液管
Ｗおよびガス管Ｇを介して分岐ユニットＢを接続し、同
分岐ユニットＢに複数の室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3
を接続している。
【００２２】熱源ユニットＡにおいて、１は能力可変圧
縮機で、その圧縮機１の吐出口に油分離器２を設け、そ
の油分離器２から圧縮機１の吸入口にかけてオイルバイ
パス３を設けている。
【００２３】圧縮機１の吐出口（油分離器２）に四方弁
４を介して水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃを接続する。
【００２４】この水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃは、冷媒
が通る管と水が通る管とを同軸的に配置した二重管式の
もので、ヘッダによって並列に接続した構成となってい
る。このうち、２つの水熱交換器５ｂ，５ｃの冷媒管に
は電磁開閉弁６，７をそれぞれ設けている。
【００２５】また、水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに冷房
サイクル形成用の逆止弁８と減圧器であるところの暖房
用膨張弁９の並列回路を介してリキッドタンク１０を接
続し、そのリキッドタンク１０に液管Ｗを接続する。
【００２６】液管Ｗには、分岐ユニットＢの電子流量調
整弁（パルスモータバルブ；以下ＰＭＶと略称する）３
１，４１，５１を介して減圧器であるところの冷房用膨
張弁３２，４２，５２を接続している。この膨張弁３
２，４２，５２には、暖房サイクル形成用の逆止弁３
３，４３，５３を並列に接続する。
【００２７】膨張弁３２，４２，５２には、室内ユニッ
トＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の空気熱交換器３４，４４，５４を
接続する。
【００２８】空気熱交換器３４，４４，５４にガス管Ｇ
を接続し、同ガス管Ｇを上記四方弁４およびアキューム
レータ１１を介して圧縮機１の吸込口に接続する。
【００２９】上記膨張弁９は感熱部９ａを付属して備え
ており、その感熱部９ａを四方弁４からアキュームレー
タ１１にかけての吸込側管路に取付ける。
【００３０】また、水管１２によって熱源ユニットＡの
外から水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに水を供給し、水熱
交換器５ａ，５ｂ，５ｃから流出する水を水管１３によ
って熱源ユニットＡの外に導く構成としている。そし
て、水管１３に温度センサ１４を取付ける。
【００３１】すなわち、冷房運転時は実線矢印の方向に
冷媒を流して冷房サイクルを形成し、さらに水熱交換器
５ａ，５ｂ，５ｃに水を流し、水熱交換器５ａ，５ｂ，
５ｃの少なくとも１つを凝縮器、空気熱交換器３４，４
４，５４のうち運転要求を出している空気熱交換器を蒸
発器として働かせる。
【００３２】暖房運転時は、四方弁２２の切換により破
線矢印の方向に冷媒を流して暖房サイクルを形成し、さ
らに水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに水を流し、空気熱交
換器３４，４４，５４のうち運転要求を出している空気
熱交換器を凝縮器、水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの少な
くとも１つを蒸発器として働かせる。
【００３３】一方、リキッドタンク１０と膨張弁９との
間の管路にクーリングバイパス１５の一端を接続し、そ
のバイパス１５の他端を水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃと
四方弁４との間の管路に接続する。そして、バイパス１
５に電磁開閉弁１６およびキャピラリチューブ１７を設
ける。
【００３４】油分離器２と四方弁４との間の高圧側配管
に圧力センサ１８を取り付ける。
【００３５】圧縮機１の吸込側管路に第１低圧スイッチ
２１および第２低圧スイッチ２２を取付ける。ここで、
第１低圧スイッチ２１は、低圧側圧力がＰｓ1 以下に下
がると作動するものである。第２低圧スイッチ２２は、
低圧側圧力がＰｓ2 （＞Ｐｓ1 ）以下に下がると作動す
るものである。
【００３６】制御回路を図２に示す。
【００３７】熱源ユニットＡは、マイクロコンピュ―タ
およびその周辺回路からなる室外制御部６０を備える。
この室外制御部６０に、インバ―タ回路６１、四方弁
４、開閉弁６，７，１６、温度センサ１４、圧力センサ
１８、および低圧スイッチ２１，２２を接続する。
【００３８】なお、図３に示すように、室外制御部６０
は制御回路基板６３を搭載しており、その制御回路基板
６３の四方弁接続用端子にリレー６４を接続する。そし
て、制御回路基板６３の低圧スイッチ接続用端子に、リ
レー接点（双方向性接点）６４ａの常閉側を介して第１
低圧スイッチ２１を接続スワールとともに、リレー接点
６４ａの常開側を介して第２低圧スイッチ２２を接続す
る。
【００３９】つまり、四方弁４を作動しない冷房運転時
は第１低圧スイッチ２１を選択し、四方弁４を切換作動
する暖房運転時は第２低圧スイッチ２２を選択する構成
としている。
【００４０】インバ―タ回路６１は、商用交流電源６２
の電圧を整流し、それを室外制御部６０の指令に応じた
所定周波数（およびレベル）の電圧に変換し、圧縮機モ
―タ１Ｍに駆動電力として供給するものである。
【００４１】分岐ユニットＢは、マイクロコンピュ―タ
およびその周辺回路からなるマルチ制御部７０を備え
る。このマルチ制御部７０に、ＰＭＶ３１，４１，５１
を接続する。
【００４２】室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 は、それぞ
れマイクロコンピュ―タおよびその周辺回路からなる室
内制御部８０を備える。これら室内制御部８０に、リモ
ートコントロール式の運転操作部（以下、リモコンと略
称する）８１および室内温度センサ８２を接続する。
【００４３】そして、室内制御部８０は、次の機能手段
を備えている。
【００４４】（１）リモコン８１の操作に基づく冷房運
転モードの要求または暖房運転モードの要求をマルチ制
御部７０に送る手段。
【００４５】（２）リモコン８１で設定される室内温度
と室内温度センサ８２の検知温度との差を要求冷房能力
（冷房運転モード時）または要求暖房能力（暖房運転モ
ード時）としてマルチ制御部７０に送る手段。
【００４６】また、マルチ制御部７０、室外制御部６
０、各ＰＭＶ、および各開閉弁により、次の機能手段を
構成している。
【００４７】（１）室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の要
求に従って冷房運転または暖房運転を実行する手段。
【００４８】（２）運転時、室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 の要求能力の総和に応じて圧縮機１の運転周波数
（インバータ回路６１の出力周波数）を制御する手段。
【００４９】（３）運転時、室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 の要求能力に応じてＰＭＶ３１，４１，５１の開度
を制御する手段。
【００５０】（４）運転時、圧力センサ１８の検知圧力
Ｐｄ（高圧側圧力）に応じて開閉弁６，７を開閉制御す
る手段。
【００５１】（５）冷房運転時、定期的に圧縮機１の能
力を高めて潤滑油の回収運転を実行する手段。
【００５２】（６）冷房運転時、第１低圧スイッチ２１
の作動に応答して圧縮機１の運転を停止する保護手段。
【００５３】（７）暖房運転時、記第２低圧スイッチ２
２の作動に応答して圧縮機１の運転を停止する保護手
段。
【００５４】（８）暖房運転時、温度センサ１４の検知
温度が設定値以上になると開閉弁１６を開く手段。
【００５５】つぎに、作用を説明する。
【００５６】まず、冷房運転について説明する。
【００５７】冷房運転時は、図示実線矢印の方向に冷媒
を流して冷房サイクルを形成し、水熱交換器５ａ，５
ｂ，５ｃの少なくとも１つを凝縮器、空気熱交換器３
４，４４，５４のうち運転要求を出している空気熱交換
器を蒸発器として働かせる。
【００５８】そして、室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3の
要求能力の総和に応じて圧縮機１の運転周波数（インバ
ータ回路６１の出力周波数）を制御するとともに、室内
ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の要求能力に応じて対応する
ＰＭＶ３１，４１，５１の開度を制御する。
【００５９】この冷房運転時、圧力センサ１８が高圧側
圧力Ｐｄを検知しており、その検知圧力Ｐｄに応じて二
方弁６，７を開閉制御する。
【００６０】たとえば、高圧側圧力Ｐｄが所定値以上な
らば二方弁６，７を共に開き、全ての水熱交換器５ａ，
５ｂ，５ｃを凝縮器として働かせる。
【００６１】室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 のいずれか
１つの単独運転になると、凝縮能力が過大となり、高圧
側圧力Ｐｄが低下するようになる。
【００６２】高圧側圧力Ｐｄが所定範囲まで下がると、
二方弁７を閉じ、水熱交換器５ｃへの冷媒の流入を止め
る。
【００６３】高圧側圧力Ｐｄがさらに下がると、二方弁
６，７の両方を閉じ、水熱交換器５ｂ，５ｃへの冷媒の
流入を止める。
【００６４】こうして、水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃを
選択的に働かせることにより、凝縮能力の過大な上昇を
押さえて必要十分な高圧側圧力Ｐｄを維持できる。
【００６５】また、この冷房運転時は、一定時間ごとに
圧縮機１の運転周波数を高め、潤滑油の回収を行なう。
これは、室内容量が最小の状態で冷房運転を行なうと、
冷媒循環量の減少に伴なって圧縮機１への潤滑油の戻り
量が少なくなることに対処したものである。
【００６６】この場合、図５に示すように、潤滑油の回
収に際して水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃでの蒸発圧力が
低下するが、四方弁４の非作動に伴なって作動点の低い
方の第１低圧スイッチ２１（作動点Ｐｓ1 ）が選択され
ているので、その第１低圧スイッチ２１が作動すること
はなく、不用な運転停止を回避することができる。
【００６７】何らかの原因で低圧側圧力が異常低下した
場合には、第１低圧スイッチ２１が作動して圧縮機１の
運転が停止することは勿論である。この停止状態は、第
１低圧スイッチ２１を手動復帰させない限り継続する。
【００６８】なお、図５に示している凍結防止制御は、
蒸発器として働く室内熱交換器の凍結をその室内熱交換
器の温度に応じて防止するための制御である。
【００６９】一方、暖房運転時は、四方弁４の切換作動
により図示破線矢印の方向に冷媒を流して暖房サイクル
を形成し、空気熱交換器３４，４４，５４のうち運転要
求を出している空気熱交換器を凝縮器、水熱交換器５
ａ，５ｂ，５ｃの少なくとも１つを蒸発器として働かせ
る。
【００７０】そして、室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3の
要求能力の総和に応じて圧縮機１の運転周波数（インバ
ータ回路６１の出力周波数）を制御するとともに、室内
ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 の要求能力に応じて対応する
ＰＭＶ３１，４１，５１の開度を制御する。
【００７１】この暖房運転時、圧力センサ１８が高圧側
圧力Ｐｄを検知しており、その検知圧力Ｐｄに応じて二
方弁６，７を開閉制御する。
【００７２】たとえば、高圧側圧力Ｐｄが所定値以下な
らば二方弁６，７を共に開いて全ての水熱交換器５ａ，
５ｂ，５ｃを凝縮器として働かせる。
【００７３】室内ユニットＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 のいずれか
１つの単独運転になると、蒸発能力が過大となり、蒸発
圧力の上昇とともに高圧側圧力Ｐｄも上昇する。
【００７４】高圧側圧力Ｐｄが所定範囲まで上がると、
二方弁７を閉じ、水熱交換器５ｃへの冷媒の流入を止め
る。
【００７５】高圧側圧力Ｐｄがさらに上昇すると、二方
弁６，７の両方を閉じ、水熱交換器５ｂ，５ｃへの冷媒
の流入を止める。
【００７６】こうして、水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃを
選択的に働かせることにより、蒸発能力の過大な上昇を
押さえて高圧側圧力Ｐｄの異常上昇を抑制できる。
【００７７】また、この暖房運転時、膨張弁９に流れる
冷媒の温度（つまり水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに流入
する冷媒の温度）と感熱部９ａの感知温度との差に応じ
て膨張弁９の開度が変化する。この開度変化は、水熱交
換器５ａ，５ｂ，５ｃに流入する冷媒の量を調節するも
のであり、これによって水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃで
の冷媒過熱度が一定値に維持される。
【００７８】さらに、暖房運転時は、水熱交換器５ａ，
５ｂ，５ｃから流出する水の温度が温度センサ１４で検
知される。
【００７９】この温度センサ１４の検知温度が設定値た
とえば２８℃に至らない範囲では、図４に示すように、
開閉弁１６を閉じ、バイパス１５を遮断する。
【００８０】温度センサ１４の検知温度が２８℃を超え
た場合には、開閉弁１６を開き、バイパス１５を導通す
る。
【００８１】バイパス１５が導通すると、Ｃ1 ，Ｃ2 ，
Ｃ3 を経た低温冷媒が四方弁４を通って圧縮機１の吸込
側管路に流入する。この流入により、膨張弁９の感熱部
９ａの感知温度が下がる。
【００８２】すなわち、膨張弁９の開度変化によって冷
媒過熱度の一定値制御を行なうものでは、水熱交換器５
ａ，５ｂ，５ｃに供給される水の温度が上昇すると、そ
の水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃから流出する冷媒の温度
が上昇して感熱部９ａを暖め、膨張弁９の絞りが甘くな
る傾向が生じるが、上記のように感熱部９ａの感知温度
が下がることによって膨張弁９の絞りが甘くなるのを未
然に防止できる。
【００８３】その後、温度センサ１４の検知温度が２３
℃以下まで下がると、開閉弁１６を閉じ、バイパス１５
を遮断する。
【００８４】こうして、膨張弁９の絞りを最適な状態に
維持することにより、冷媒循環量が増えて低圧側圧力が
上昇してしまうことがなく、ひいては高圧側圧力が上昇
してしまうこともない。したがって、圧縮機１を規格上
の許容圧力域の範囲内で運転することができ、冷凍サイ
クルの安定状態を確保して適正な運転の継続が可能であ
る。
【００８５】ところで、暖房運転時は蒸発器として働く
水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの表面に徐々に霜が付着
し、そのままでは水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃが凍結し
て破損に発展する心配がある。
【００８６】ただし、暖房運転時は四方弁４の作動に伴
なって作動点の高い方の第２低圧スイッチ２２（Ｐ
ｓ2 ）が選択されているので、水熱交換器５ａ，５ｂ，
５ｃが凍結に至る前に低圧側圧力の低下に応答して第２
低圧スイッチ２２が作動し、圧縮機１の運転が停止す
る。これにより、水熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの凍結，
破損が未然に防止される。
【００８７】なお、上記実施例では、水熱交換器５ｂ，
５ｃの冷媒流路において、膨張弁９に対応する側に二方
弁６，７を設けたが、四方弁４に対応する側に二方弁
６，７を設ける構成としてもよい。
【００８８】また、室内ユニットが３台の場合を例に説
明したが、その台数に限定はない。さらに、水熱交換器
が３つに分かれている場合を例に説明したが、その数に
ついても室内ユニットの台数や容量に応じて適宜に設定
可能である。
【００８９】
【００９０】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の空気調和
機は、作動点の異なる２種類の低圧スイッチを設け、冷
房時は作動点の低い方の低圧スイッチを選択し、暖房時
は作動点の高い方の低圧スイッチを選択する構成とした
ので、水熱交換器の凍結を防止しながら、油回収に際し
ての不要な運転停止を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の冷凍サイクルの構成を示
す図。
【図２】同実施例における制御回路の構成を示すブロッ
ク図。
【図３】同実施例における室外制御部の要部の構成を示
す図。
【図４】同実施例における温度センサの検知温度と開閉
弁の開閉制御との関係を説明するための図。
【図５】同実施例における冷房運転時の低圧側圧力の変
化の一例を示す図。
【符号の説明】
Ａ…熱源ユニット、Ｂ…分岐ユニット、Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ
3 …室内ユニット、１…能力可変圧縮機、４…四方弁、
５ａ，５ｂ，５ｃ…水熱交換器、９…暖房用膨張弁、３
４，４４，５４…室内熱交換器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機，水熱交換器，減圧器を有する熱
    源ユニットと、それぞれが空気熱交換器を有する複数の
    室内ユニットと、前記圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器，
    減圧器，各空気熱交換器に通して圧縮機に戻し冷房運転
    を実行する手段と、この冷房運転時、定期的に前記圧縮
    機の能力を高めて潤滑油の回収運転を実行する手段と、
    前記圧縮機の吐出冷媒を各空気熱交換器，減圧器，水熱
    交換器に通して圧縮機に戻し暖房運転を実行する手段
    と、前記圧縮機の吸込側の冷媒圧力がＰｓ1 以下になる
    と作動する第１低圧スイッチと、前記圧縮機の吸込側の
    冷媒圧力が設定値Ｐｓ2 （＞Ｐｓ 1 ）以下になると作動
    する第２低圧スイッチと、冷房運転時は前記第１低圧ス
    イッチの作動に応答して前記圧縮機の運転を停止し、暖
    房運転時は前記第２低圧スイッチの作動に応答して前記
    圧縮機の運転を停止する保護手段とを具備したことを特
    徴とする空気調和機。
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