JP3752334B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の圧縮機を備えた空気調和装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の空気調和装置には、例えば特開平4−358778号公報に記載のような横向き略円筒状のアキュムレータと、このアキュムレータと圧縮機とを連通する複数の冷媒流出管とを備えたものがあった。この空気調和装置にあっては、複数の冷媒流出管はアキュムレータの底部にアキュムレータの長手方向に所定間隔をおいて接続されるとともに、各冷媒流出管は接続位置から上方に延設され、それぞれの先端の冷媒流出口がアキュムレータ内の所定の高さに開口するようになっていた。また、各冷媒流出管にはアキュムレータ内の底部近傍に位置する油戻し穴が形成されていた。さらに、アキュムレータの内部を流入室と流出室とに区画する仕切板を備え、この仕切板に連通孔が形成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、空気調和装置が横形多気筒圧縮機を備えたものである場合には、アキュムレータへの各冷媒流出管の接続位置を横形多気筒圧縮機への各冷媒流出管の接続位置を基準に決定できて、空気調和装置をよりコンパクトに形成できる効果が奏される。しかしながら、空気調和装置が別個独立した複数の圧縮機を備えたものである場合には、複数の圧縮機の形状が必ずしも同一でなく、また、各圧縮機のアキュムレータからの距離も必ずしも同一でなく、さらに、各圧縮機がアキュムレータに対して同一方向に位置していない場合も多いため、複数の冷媒流出管を横長のアキュムレータの長手方向に並べると、かえって配管設計の自由度が小さくなることがあった。
【0004】
特に、各冷媒流出管に形成された油戻し穴を通じて充分な量の潤滑油を圧縮機へ戻すにはアキュムレータの底部近傍に油戻し穴を開口させる必要があり、このため冷媒流出管をアキュムレータの底部に接続せざるを得なかったので、アキュムレータの下方にはアキュムレータ内から取り出した冷媒流出管を圧縮機の方向に曲げるなどするための空間が必要となり、アキュムレータそのものの配設位置が高くなって、延いては空気調和装置の全高が高くなるという問題が生じるおそれがあった。
【0005】
また、油戻し穴はアキュムレータの底部近傍に位置するように冷媒流出管に形成されているため、圧縮機の停止中にアキュムレータ内に液冷媒が溜まると、この液冷媒が油戻し穴から冷媒流出管内に流入して、冷媒流出管の中もアキュムレータの液面と同じ高さまで液冷媒を満たされることになった。したがって、次に圧縮機が起動した場合には、冷媒流出管内に溜まった液冷媒をそのまま圧縮機に吸い込んで液圧縮をおこし、圧縮機が損傷するおそれがあった。
【0006】
また、アキュムレータ内に冷媒とともに流入した潤滑油は、その液面が仕切板に形成された連通孔に達するまでは流入室のみに溜まって流出室には出ていかないため、流出室にある油戻し穴から圧縮機へ潤滑油が戻りにくく、潤滑油の枯渇により圧縮機が損傷するおそれもあった。
【0007】
また、それぞれの末端に圧縮機が接続された複数の冷媒流出管が、横長のアキュムレータの長手方向に並んだ状態でアキュムレータに接続されている場合、アキュムレータ内への冷媒流入口から近いほうの冷媒流出管に接続された圧縮機が停止し、冷媒流入口から遠いほうの冷媒流出管に接続された圧縮機が運転しているような状況では、冷媒流入口からアキュムレータ内に流入した冷媒が停止中の圧縮機に係る冷媒流出管の冷媒流出口を飛び越えるようにして、運転中の圧縮機に係る冷媒流出管の冷媒流出口へと流れることになる。このため、液冷媒の飛沫の一部が停止中の圧縮機に係る冷媒流出管に入り込んで、その内部に溜まり、停止していた圧縮機が起動するときに液バック運転となる結果、起動した圧縮機が液圧縮により損傷するおそれもあった。
【0008】
さらに、流入室と流出室とは連通孔を有する仕切板で区画されているものの、連通孔が冷媒流入管の冷媒流入口と冷媒流出管の冷媒流出口とを結ぶ直線上に位置している場合には冷媒流入口からの液冷媒が直接冷媒流出口に流れる可能性が高く、延いては圧縮機に液冷媒が多量に戻って液圧縮による圧縮機損傷につながるおそれもあった。
【0009】
本発明は以上のような問題点を解消するためになされたものであって、複数の圧縮機を備えた空気調和装置であって、液圧縮や潤滑油枯渇に起因する圧縮機の損傷を防止できる空気調和装置の提供を目的とするものである。また、前記目的に加えて、配管設計の自由度を大きくすることにより小型化を図ることができる空気調和装置の提供を目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の空気調和装置は、冷媒流入管及び複数の冷媒流出管が接続されたアキュムレータと、前記冷媒流出管を介して前記アキュムレータにそれぞれ接続された複数の圧縮機とを備え、一端が前記アキュムレータの底部に接続され他端が前記アキュムレータの底部よりも高い位置で前記複数の冷媒流出管に接続された複数の返油管を設け、複数の圧縮機の運転台数を変化させる制御を行なう制御手段を備えるとともに、前記制御手段が一部の圧縮機のみを運転する制御を行なう場合に停止する圧縮機に接続された冷媒流出管の冷媒流出口を、他の冷媒流出管の冷媒流出口よりも、冷媒流入口から水平方向に離れた位置に配した構成としたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和装置のアキュムレータ及び圧縮機を示したものである。図中、1a,1bは圧縮機、2は横向きの略円筒形状に形成されたアキュムレータ、3は熱源側熱交換器及び利用側熱交換器などを備えた冷媒回路(不図示)内の冷媒をアキュムレータ2内に流入させるための冷媒流入管、4a,4bはアキュムレータ2内から冷媒を流出させて圧縮機1a、1bにそれぞれ戻すための冷媒流出管、5a,5bは一端がアキュムレータ2の底部に接続され他端が冷媒流出管4a,4bにそれぞれ接続された返油管、6a,6bは圧縮機1a,1bのそれぞれの吐出管である。
【0019】
また、h1,h2は返油管5a,5bがそれぞれ冷媒流出管4a,4bに接続される位置とアキュムレータ2の底部との高低差を示しており、このように返油管5a,5bはそれぞれがアキュムレータ2の底部よりも高い位置で冷媒流出管4a,4bに接続されている。また、h6は冷媒流出管4a,4b先端の冷媒流出口41a,41bとアキュムレータ2の底部との高低差を示している。さらに、図中の太線矢印はガス冷媒、もしくは液冷媒と潤滑油との混合液が流れる方向を示している。なお、返油管5a,5bとしては、冷媒流出管4a,4bよりも管径の細いものが用いられている。
【0020】
また、図2はアキュムレータ2の筒心方向と直角な断面を示したもので、このように冷媒流出管4a,4bはアキュムレータ2の底部に接続されるとともに、この接続位置から垂直に上向きに延びてアキュムレータ2内に突出している。また、返油管5a,5bもアキュムレータ2の底部に接続されている。
【0021】
以上のように構成されているので、圧縮機1a,1bの運転中には冷媒流出管4a,4bで発生する圧力損失によって返油管5a,5bの一端側と他端側とに圧力差が生じ、アキュムレータ2内の底部に溜まった潤滑油は返油管5a,5bを経て冷媒流出管4a,4bの途中に合流し、圧縮機1a,1bに吸入される。また、例えば圧縮機1aのみが運転され圧縮機1bが停止している状態で、かつ、アキュムレータ2内に液冷媒と潤滑油との混合液が溜まった状態であっても、その液面の高さがh2未満である場合には、アキュムレータ2内の混合液が返油管5bを通じて冷媒流出管4b内に流入することがない。したがって、冷媒流出管4b内に混合液が溜まり込むことがなく、次に圧縮機1bが起動する際の液バックの発生を防止できて、圧縮機1bの損傷を回避できる。
【0022】
このように、返油管5a,5bのいずれにも流出管4a,4bとの合流高さとしてh1,h2なる所定の高さが確保されているので、圧縮機1aのみ停止している場合や、圧縮機1a,1bがともに停止している場合でも、停止中の圧縮機につながる流出管4a,4b内に混合液が滞留することなく、起動に際して液バックに起因する不具合を回避できる。
【0023】
なお、一般的に、圧縮機1a,1bが縦形略円筒形状の圧縮機である場合、横形略円筒形状の圧縮機に比べて高さが高いので、冷媒流出管4a,4bと圧縮機1a,1bとの接続位置も高くなる。そのため、図1のような構造を持つ空気調和装置においては図1中のh1,h2の高低差を大きくすることが可能となり、アキュムレータ2内の液面が高くなってもそれに対応した高低差h1,h2を確保した設計が可能となり、空気調和装置の信頼性がさらに向上する。特にアキュムレータ2が、その胴径よりも、略円筒形状をした圧縮機1a,1bの筒心方向の長さ(すなわち高さ)が長いものである場合は、h1,h2の高低差をアキュムレータ2内の考えられる液面高さより高くできる可能性が大きくなる。このことから、縦形円筒形状の圧縮機と横形円筒形状のアキュムレータとを組みあわせた場合に、圧縮機の損傷を防止する効果が特に大きくなるといえる。
【0024】
発明の実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2に係るアキュムレータを筒心方向と直角な断面で示したものであり、この実施の形態では、冷媒流出管4a,4bは横向き略円筒状のアキュムレータ2の底部(すなわち最も低い位置)から周方向にずれた位置の周壁に接続されている。ただし、アキュムレータ2内における冷媒流出管4a,4b先端の冷媒流出口41a,41bの開口位置は発明の実施の形態1における図2と同様である。また、返油管5a,5bは図2と同様にアキュムレータ2底部の周壁が最も低くなる位置に接続されている。
【0025】
このように、冷媒流出管4a,4bと返油管5a,5bとをアキュムレータ2の底部に別々に接続し、冷媒流出管4a,4bと返油管5a,5bとをアキュムレータ2よりも冷媒流れ方向下流側で合流させる構成とすれば、冷媒流出管4a,4bを必ずしもアキュムレータ2の底部から取り出す必要はなくなる。したがって、アキュムレータ2の底部には冷媒流出管4a,4bより細い返油管5a,5bのみを接続するように構成すれば、太い冷媒流出管4a,4bを圧縮機の方向に曲げるための空間がアキュムレータ2の下方に必要なくなって、アキュムレータ2の設置位置を下げることも可能である。また、冷媒流出管4a,4bを下方以外にも取り出せることで配管設計の自由度が大きくなり、アキュムレータ2底部に溜まった潤滑油を充分に戻しながら空気調和装置の小型化が図れる。
【0026】
さらに、必要に応じ、図4のように冷媒流出管4aと冷媒流出管4bとをアキュムレータ2周壁の周方向に異なった位置に接続することも可能である。
【0027】
発明の実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の冷媒回路を示したものであり、1a,1b,・・・・5a,5bまでは図1に同一符号で示したものと同じ構成要素である。また、7は冷房運転と暖房運転とを切り替える四方切換弁、8は熱源側熱交換器、9a,9bは流量制御装置、10a,10bは利用側熱交換器である。そして、11は圧縮機1aもしくは1bから出た吐出冷媒を圧力を検出する高圧圧力センサ、12はアキュムレータ2入口の冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサである。図中の実線の太線矢印は冷房時の冷媒の流れを、破線の太線矢印は暖房時の冷媒の流れを示している。なお、ここでは圧縮機1aは容量制御可能な圧縮機であり、圧縮機1bは必要に応じて運転/停止を行わせる固定容量圧縮機である。また、図5に示したように、アキュムレータ2から圧縮機1a,1bに至る部分の構成は図1と同様であり、冷媒流入管3の先端の冷媒流入口31と、冷媒流出管4a,4bの先端の冷媒流出口41a,41bとは、アキュムレータ2の筒心方向に沿った直線上に並べられるとともに、冷媒流出口41bは冷媒流出口41aよりも冷媒流入口31から水平方向に離れた位置に配されている。
【0028】
図7は圧縮機の制御のための制御ブロック図であり、高圧圧力センサ11及び低圧圧力センサ12の出力を受けて、制御装置13が所定の制御フローに基づきインバータ14を介して圧縮機1aの運転周波数を変化させるとともに、開閉器15を介して圧縮機1bの運転/停止を制御する。
【0029】
図8は制御装置13が行なう圧縮機1a,1bの制御内容を示したフローチャートである。先ずステップS1において、現在の運転状態が冷房であるのか暖房であるのかを判定する。冷房の場合にはステップS2において低圧圧力センサ12の出力値(Ps)が予め設定されている目標値Psmより所定値sだけ高いかどうかを判定する。そして、PsがPsm+sよりも高ければ、ステップS3で圧縮機1aの運転周波数の変化幅ΔFを+b(ただしb>0)とする。ステップS2でPsがPsm+sよりも低い場合には、次のステップS4で今度はPsがPsm−sよりも低いかどうかを判定する。もし低ければステップS5で圧縮機1aの周波数の変化幅ΔFを−bとする。ステップS4でPsがPsm−sよりも高い場合にはステップS6でΔF=0とする。
【0030】
他方、ステップS1において、運転状態が暖房であると判定された場合には、ステップS7において高圧圧力センサ11の出力値(Pd)が予め設定されている目標値Pdmより所定値dだけ高いかどうかを判定する。そして、PdがPdm+dよりも高ければ、ステップS8で圧縮機1aの運転周波数の変化幅ΔFを−a(ただしa>0)とする。ステップS7でPdがPdm+dよりも低い場合には、次のステップS9で今度はPdがPsm−dよりも低いかどうか判定する。もし低ければステップS10で圧縮機1aの運転周波数の変化幅ΔFを+aとする。ステップS9でPdがPsm−dよりも高い場合にはステップS6でΔF=0とする。
【0031】
ステップS11では、現在運転中の圧縮機1aの運転周波数F*に、これまでに決定されたΔFを加えた値を運転周波数Fとして設定する。S12ではFが予め設定された最大値Fmax以上かどうかを判定する。そして、F≧Fmaxならば、ステップS13で圧縮機1bが停止中かどうか判定し、停止中であればステップS14で圧縮機1bを起動させるとともに、圧縮機1aの周波数を所定値Faまで低下させる。ステップS13ですでに圧縮機1bが運転中であると判定すれば周波数制御は現状のままとしてステップS1に戻る。
【0032】
ステップS12でF<Fmaxである場合、今度はステップS15でFが予め設定された最小値Fmin以下かどうかを判定する。F≦FminであればステップS17で圧縮機1bが運転中であるかどうか判定し、運転中であればステップS18で圧縮機1bを停止させるとともに、圧縮機1aの周波数を所定値Faまで上昇させる。ステップS15でF>Fminと判定された場合はステップS16でFを出力する。
【0033】
以上のようにして、この実施形態の空気調和装置では、圧縮機1aを常時運転するとともに、その運転周波数制御により高圧圧力及び低圧圧力を目標値付近に安定させるとともに、もし圧縮機1aの運転周波数制御のみで目標となる高圧値及び低圧値付近にならない場合には圧縮機1bを運転もしくは停止させるという制御を行なう。このため圧縮機1aが運転していても圧縮機1bは選択的に停止状態となっていることがある。
【0034】
このように、停止状態になることがあり得る圧縮機1bに接続された冷媒流出管4bの冷媒流出口41bを、常に運転される圧縮機1aに接続された冷媒流出管4aの冷媒流出口41aよりも流入管2から遠い位置に配することにより、圧縮機1aが運転中で圧縮機1bが停止中のときは、冷媒流入管3からアキュムレータ2内に入った冷媒は常に冷媒流出口41aにのみ流れ、冷媒流出口41bには届かない。このため、圧縮機1bの停止中に冷媒流出管4b内に冷媒の飛沫等が入って中に液冷媒が溜まることがないため、次に圧縮機1bが起動するときに多量の液を吸い込んで圧縮機損傷になるといた不具合が回避できる。
【0035】
発明の実施の形態4.
図9は本発明の実施の形態4に係るアキュムレータをその筒心方向に沿った縦断面で示したものであり、図10は図9のアキュムレータを筒心方向と直角な断面で示したものである。図中の構成要素は前記実施の形態1の図1に同一符号で示したものと同様であるが、仕切板16が追加となっているために、これについて説明する。仕切板16は、アキュムレータ2の内部を、冷媒流入口31を有する流入室2aと冷媒流出口41a,41bを有する流出室2bとに区画するように設けられている。また、仕切板16はアキュムレータ2の上部に位置し、仕切板16の下部には第1の連通孔17が形成されている。図9に示したように、仕切板16の下端は、冷媒流入口31と冷媒流出口41a,41bとを結んだ直線L1,L2よりも下まで延びており、したがって第1の連通孔17は、前記直線L1,L2よりも低い位置で流入室2aと流出室2bとを連通することになっている。
【0036】
以上のように構成されているので、例えば冷媒流入口31から流入した冷媒が幾何学的に冷媒流入口31と冷媒流出口41aとを結ぶ最も近い経路(L1)に沿って流れるのは不可能であり、第1の連通孔17を通過するために必ず曲がった経路を辿って流れることになる。したがって、冷媒流入口31からの冷媒に液冷媒が混じっている場合にも、その液冷媒が直接冷媒流出口41a,41bに飛び込んで冷媒流出管4a,4b内に吸い込まれる可能性が低くなって、アキュムレータ2の気液分離機能を向上させることができて、空気調和装置の信頼性を高めることができる。
【0037】
発明の実施の形態5.
図11は本発明の実施の形態5に係るアキュムレータを筒心方向に沿った縦断面で示したものであり、図12は図11のアキュムレータを筒心方向と直角な断面で示したものである。図中の構成要素は前記実施の形態4の図9に同一符号で示したものと同様であるが、仕切板16及び返油管5a,5bが異なっているため、これについて説明する。すなわち、仕切板16には、第1の連通孔17に代えて第3の連通孔18が形成されている。第3の連通孔18の下端はアキュムレータ2内の底部から所定の高さh3にあり、したがって、第3の連通孔18はアキュムレータ2の底部よりも高い位置で流入室2aと流出室2bとを連通している。なお、第3の連通孔18の上端は冷媒流入口31と冷媒流出口41aとを結んだ直線L1よりも下方に位置している。そして、返油管5a,5bの一端は仕切板16で区画された流入室2a側の底部に接続されている。
【0038】
以上のように構成されているので、冷媒流入口31から流入した液冷媒と潤滑油との混合液は、その液面がh3の高さに達するまでは流入室2a側に溜まり、返油管5a,5bから冷媒流出管4a,4bを通じて圧縮機1a,1bに戻る。したがって、複数の圧縮機に対応すべく大型化したアキュムレータ2であっても、潤滑油の混ざった混合液を流入室2aに集中して貯めることで、アキュムレータ2内の全体に平均して溜める場合よりも、その液面を高くすることができ、このような液面高さの上昇で液柱圧が上昇することによる返油量の増加が図れて、潤滑油枯渇に起因する圧縮機故障を回避できる。また、液面の高さがh3を超えると混合液は第3の連通孔18を通じて流出室2b側に流れるため、液面は必要以上に上昇せず、過度の返液量には至らないことから圧縮機に好ましくない液バックは回避できる。
【0039】
また、第3の連通孔18の上端が冷媒流入口31と冷媒流出口41aとを結ぶ直線L1よりも下方に位置しており、アキュムレータ2内の冷媒の流れが幾何学的に冷媒流入口31と冷媒流出口41aとを結ぶ最も近い経路(L1)を辿ることを阻止できるために、冷媒流入口31からのガス冷媒に液冷媒が混じっている場合にも液冷媒が直接冷媒流出管4a,4bに吸い込まれる可能性は低くなって、アキュムレータ2の気液分離機能を向上させることができ、空気調和装置の信頼性を高めることができる。
【0040】
発明の実施の形態6.
図13(a)は本発明の実施の形態6に係るアキュムレータを筒心方向と直角な断面で示したものであり、図13(b)は図13(a)のアキュムレータを水平な断面で示したものである。図中の構成要素は前記実施の形態5の図11に同一符号で示したものとほぼ同様であるが、仕切板16には、第3の連通孔18に代えて第2の連通孔19が形成されている。そして、冷媒流入管3の中心線Xと仕切板16上の第2の連通孔19の中心線Yと冷媒流出管4a,4bの中心線Zとは、互いに水平方向にすれた位置に配されており、したがって、第2の連通孔19は冷媒流入口31と冷媒流出口41a,41bとを結ぶ直線から仕切板16と平行な水平方向にずれた位置で流入室2aと流出室2bとを連通することになっている。
【0041】
以上のように構成されているので、冷媒流入管3からの液冷媒が直接冷媒流出管4a,4bへ流入する直線的な経路がなくなり、冷媒の流れが曲がり気液分離効果が向上し、圧縮機の損傷も回避されるため、空気調和装置の信頼性も充分に向上する。
【0042】
発明の実施の形態7.
図14は本発明の実施の形態7に係るアキュムレータを筒心方向に沿った縦断面で示したものであり、その概略構成は実施の形態5における図11と同様であるが、それに追加して、一端がアキュムレータ2内に開口し他端がアキュムレータ2外で冷媒流出管4aに接続された液面検出管21と、アキュムレータ2外で液面検出管21を加熱するヒータ22と、ヒータ22の下流側で冷媒流出管4aとの合流部に至るまでの液面検出管21の配管温度を検出する温度センサ23とが設けられている。20は仕切板16に形成された第4の連通孔20である。なお、液面検出管21は仕切板16よりも冷媒流出口41a,41b側(すなわち流出室2b内)に開口している。そして、以上の液面検出管21,ヒータ22,及び温度センサ23からなる構成が本発明にいう液面検出手段の一例となっている。
【0043】
次いで、動作を説明する。アキュムレータ2内の液面の高さが液面検出管21の上端開口までの高さh4未満であるときには、液面検出管21内を流れるのはほとんどガス冷媒である。この状態でヒータ22により液面検出管21を加熱すると、液面検出管21内のガス冷媒はすぐに過熱状態となり、温度センサ23は高温(飽和温度より過熱された冷媒の温度)を検出することになる。他方、アキュムレータ2内の液面がh4よりも高くなると、液面検出管21には液冷媒が流れるようになる。液冷媒の場合、その潜熱の影響で液面検出管21内の冷媒は全ては気化されず、温度センサ23の位置では低圧の二相状態となる。このため、温度センサ23は低圧飽和温度という低温を検出することになる。
【0044】
このようにアキュムレータ2内の液面の高さによって温度センサ23の検出温度が異なるため、その検出温度に基づいてアキュムレータ2内の液面が所定の高さに達しているか否かを検出することが可能となる。したがって、この検出結果に基づいて圧縮機を運転/停止する制御装置(不図示)を設ければ、例えばアキュムレータ2内の液面が過剰に上昇し、ついには冷媒流出管4a,4bに液が吸い込まれる前に圧縮機を停止させて、液圧縮に起因する圧縮機の損傷を回避するようなことが可能となる。
【0045】
また、以上において、冷媒流入口31からの冷媒の急激な流れが仕切板16によって緩和されるので、流出室2b内の液面は流入室2a内の液面に比べて、波立ちの少ない安定した状態となる。したがって、仕切板16が無い場合に比べて液面の検出精度が向上し、冷媒流入管3から流入する液冷媒による液面の波立ちで検出誤差が生じて不必要に圧縮機の運転を停止するような事態を回避でき、空気調和装置の性能が安定して発揮できる。
【0046】
発明の実施の形態8.
図15は本発明の実施の形態8に係る空気調和装置の冷媒回路図、図16は図15の空気調和装置におけるアキュムレータを筒心方向に沿った縦断面で示した図である。図15において、1a,1bは圧縮機、2はアキュムレータ、3はアキュムレータ2への冷媒流入管、4a,4bはアキュムレータ2から圧縮機1a,1bに冷媒を戻すための冷媒流出管、5a,5bはアキュムレータ2から冷媒流出管4a,4bに潤滑油を戻すための返油管、7は四方切換弁、8は熱源側熱交換器、9a,9bは流量制御装置、10a,10bは利用側熱交換器、11は高圧圧力センサ、12は低圧圧力センサ、24a,24bはアキュムレータ2内から冷媒流出管4a,4bに潤滑油を戻すための副返油管、25は圧縮機から吐出された潤滑油を回収する油分離器、26は油分離器で回収した潤滑油をアキュムレータ2へ戻す油戻し管である。
【0047】
また、図16において16はアキュムレータ2内を流入室2aと流出室2bとに区画する仕切板、21は液面検出管、22はヒータ、23は温度センサ、27は副返油管24a,24b及び油戻し管26が開口した空間2cを流出室2bから区画する副仕切板、28は副仕切板に形成されて流出室2bと空間2cとを連通する副連通孔である。
【0048】
なお、図17に示すように、仕切板16には、その水平方向の中心線を上下にまたがる位置に、第5の連通孔29が2個設けられている。
【0049】
次いで、図15に基づいて冷房時の冷媒の動きを説明する。圧縮機1a,1bから吐出された高温高圧のガス冷媒は油分離器25、四方切換弁7を経て熱源側熱交換器8に至る。ここで冷媒は凝縮し高圧の液冷媒となる。その後流量制御装置9a,9bにより減圧され、利用側熱交換器10a,10b内で蒸発する。こうして低圧となった冷媒は再び四方切換弁7を経て冷媒流入管3よりアキュムレータ2内に入り、仕切板16の第5の連通孔29を通って冷媒流出管4a,4bを流れて圧縮機1a,1bに戻る。
【0050】
次に暖房時の冷媒の動きを説明する。暖房時には圧縮機1a,1bから出た高温高圧のガス冷媒は油分離器25、四方切換弁7を経て利用側熱交換器10a,10bへ流れる。ここで凝縮して液冷媒となったのち、流量制御装置9a,9bで減圧されて気液二相冷媒となる。その後熱源側熱交換器8で蒸発し、四方切換弁7を経てアキュムレータ2に戻り、冷房時と同様に圧縮機1a,1bに戻る。
【0051】
以上のように、冷房時は利用側熱交換器10a,10bが、暖房時は熱源側熱交換器8が蒸発器として作用するが、冷媒の一部は完全に蒸発せずに液の状態でアキュムレータ2に至る。冷媒流入管3からアキュムレータ2内に流入した冷媒は冷媒流出管4a,4bから流れ出るまでの間に仕切板16によってその流れが曲げられようとするが、特に密度の大きい液冷媒は容易に進路が曲がらずそのままアキュムレータ2内面や仕切板16に衝突して滴下し、結果として流出管4a、4bに流れ込むのはガス冷媒がほとんどとなり、アキュムレータ2内の底部には液冷媒が滞留することとなる。こうしてアキュムレータ2で気液分離が行われ、圧縮機1a,1bに直接液冷媒が戻って液圧縮という不具合が発生することが防止される。
【0052】
次に潤滑油の流れについて説明する。圧縮機1a,1bからは常に若干の潤滑油が冷媒とともに吐出される。この潤滑油は油分離器25によりその大部分が捕捉される。油分離器25で捕捉された潤滑油は油戻し管26を通ってアキュムレータ2の空間2cに流れる。空間2cは副仕切板27によって流出室2bと隔離されていることから、流入室2a及び流出室2bに溜まった液冷媒と混ざることがないため、ここに溜まっている潤滑油は濃度が高くなっている。そして、空間2cに溜まった潤滑油は、その底部に設けられた副返油管24a,24bを経て圧縮機1a,1bに戻る。
【0053】
油分離器25は大部分の潤滑油を分離するが、それでも分離できなかった潤滑油は冷媒と一緒に四方切換弁7へと流れる。そして冷房/暖房に関わらず、最終的にはアキュムレータ2内に戻り、そこで気液分離されて液冷媒とともにアキュムレータ2の流入室2a及び流入室2bの底部に滞留する。液冷媒が存在することから、流入室2a及び流出室2b内の潤滑油濃度は空間2c内の潤滑油よりも低くなる。こうして流入室2a,流出室2bに滞留する潤滑油は液冷媒とともに返油管5a,5bを経て圧縮機1a,1bへと戻る。
【0054】
また、図17に示したように、第5の連通孔29の下端をアキュムレータ2の底部から所定の高さh5だけ離れた位置に配することにより、アキュムレータ2内の液面が低い場合には流入室2aに冷媒と潤滑油との混合液を滞留させ、その液面を上昇させることにより液柱圧を上げて返油管5a,5bに流れる混合液量すなわち返油量を増加させることができ、さらに液面が上昇してきた場合には第5の連通孔29を通じて流出室2cへ液冷媒を流すことで液面の上昇を抑えることにより液柱圧を必要以上に高くせず、返油管5a,5bを潤滑油とともに流れる液冷媒の量も抑制できるため圧縮機1a,1bに液バックが発生して圧縮機損傷に至ることを回避できる。
【0055】
なお、図17のように第5の連通孔29が仕切板16の水平方向の中心線を含むのではなく、図18に示したように、仕切板16の水平方向の中心線の上下及び垂直方向の中心線の左右にそれぞれ配されるように、4個の第5の連通孔29を仕切板16に形成しても、その下部に位置する孔の下端がアキュムレータ2の底部からh5の高さにあるようにすれば、図17とほぼ同様の効果が得られる。
【0056】
また、気液分離効果を大きくするために、図19のように図18で示した仕切図16に庇部30(冷媒方向変化手段の一例)を設けることも考えられる。すなわち、庇部30は、4個の第5の連通孔29の流出室2b側をそれぞれ覆うとともに、その開口の方向(図中nで示す)が、第5の連通孔29と冷媒流出管4a,4bの冷媒流出口41a,41bとを結ぶ直線(図中D1で示す)と異なる方向を向くように形成されている。したがって、流入室2aから流出室2bに向かって流れる冷媒は、第5の連通孔29を通過する際に庇部30によって方向を大きく変えることになって、液冷媒が冷媒流出量4a,4bに吸い込まれにくくなり、アキュムレータ2の気液分離性能が向上して空気調和装置の信頼性を高めることができる。
【0057】
なお、庇部30は仕切板16と別の部材を取り付けて構成してもよく、また、仕切板16に第5の連通孔29を打ち抜き形成する際に完全に打ち抜かず、一部が仕切板16とつながったままとして、庇形状としてもよい。また、本発明の冷媒方向変化手段は以上のような庇部に限定されず、第5の連通孔29を通過する冷媒の方向を変えることができれば、例えば各第5の連通孔29の流出室2b側の出口に下向き又は横向きに湾曲した管を取り付けたような構成としても構わない。
【0058】
【発明の効果】
本発明に係る空気調和装置によれば、アキュムレータの底部に溜まった潤滑油を返油管及び冷媒流出管を通じて運転中の圧縮機に供給できる。また、複数の圧縮機の一部又は全部が停止している時でも、停止中の圧縮機に接続された冷媒流出管内がアキュムレータ内の液冷媒で満たされることがないので、圧縮機起動時の液圧縮に起因する圧縮機の損傷を防止できる。
【0059】
また、一部の圧縮機のみを運転している場合、冷媒流入口からアキュムレータ内に流入した冷媒が、停止中の圧縮機に接続された冷媒流出管の冷媒流出口を飛び越えるようにして運転中の圧縮機に接続された冷媒流出管の冷媒流出口へ流れることはない。したがって、冷媒流入口からの液冷媒の飛沫の一部が停止中の圧縮機に接続された冷媒流出管内に入り込んで溜まることがなくなるので、圧縮機起動時の液圧縮に起因する圧縮機の損傷を防止できる。
【0060】
また、冷媒流出管をアキュムレータの底部に接続した場合のように太い冷媒流出管を圧縮機の方向に曲げる必要がなくなるので、アキュムレータ下方の空間は小さくて済み、アキュムレータの設置位置を下げることも可能となり、かつ、配管設計の自由度も大きくなるために空気調和装置の小型化が図れる。
【0061】
また、冷媒流入口から冷媒流出口までの冷媒は第1の連通孔を通過するために必ず曲がった経路を辿ることになり、冷媒流入口からのガス冷媒に液冷媒が混じっている場合にも、その液冷媒が直接冷媒流出口に飛び込んで冷媒流出管内に吸い込まれる可能性が低くなる。したがって、アキュムレータの気液分離性能を向上させて、液圧縮に起因する圧縮機の損傷を防止できる。
【0062】
また、冷媒流入口から冷媒流出口までの冷媒は第2の連通孔を通過するために必ず曲がった経路を辿ることになり、冷媒流入口からのガス冷媒に液冷媒が混じっている場合にも、その液冷媒が直接冷媒流出口に飛び込んで冷媒流出管内に吸い込まれる可能性が低くなる。したがって、アキュムレータの気液分離性能を向上させて、液圧縮に起因する圧縮機の損傷を防止できる。
【0063】
また、第3の連通孔がアキュムレータの底部よりも高い位置にあるので、ガス冷媒に混じって冷媒流入口から流入室に流入した液冷媒及び潤滑油は、その液面が第3の連通孔に達するまでは流入室内に集中的に溜まる。したがって、流入室内の液面が流出室の液面よりも高くなり、液柱圧が上昇することにより、流入室の底部に接続されている返油管を通じた圧縮機への返油量が増加する。よって、例えば複数の圧縮機に対応すべくアキュムレータを大型化しているような場合であっても、潤滑油枯渇に起因する圧縮機の損傷を防止できる。また、流入室内の液面が第3の連通孔に達すると、液は第3の連通孔を通じて流出室側に流れるため、流入室内の液面が過度に高くなって液柱圧が必要以上に上昇するようなことがなく、圧縮機に好ましくない液バック状態は回避できる。
【0064】
また、冷媒流入口からの冷媒の急激な流れが仕切板によって緩和され、流出室内の液面は波立ちの少ない安定した状態となるので、流出室内に設けた液面検出手段によってアキュムレータ内の液面を高精度に検出することが可能となって、検出誤差により圧縮機を不必要に停止させるとうな事態を回避できる。
【0065】
また、冷媒流入口から冷媒流出口までの冷媒は第5の連通孔を通過する際に、冷媒方向変化手段によってその流れ方向を変化させられるので、冷媒流入口からのガス冷媒に液冷媒が混じっている場合にも、その液冷媒が直接冷媒流出口に飛び込んで冷媒流出管内に吸い込まれる可能性が低くなる。したがって、アキュムレータの気液分離性能を向上させて、液圧縮に起因する圧縮機の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の要部を一部を断面で示した側面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係るアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態2に係るアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態2に係る別のアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の要部を一部を断面で示した側面図である。
【図6】 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図7】 図6の空気調和装置の制御ブロック図である。
【図8】 図6の空気調和装置の制御フローチャートである。
【図9】 本発明の実施の形態4に係るアキュムレータをその筒心方向に沿った縦断面で示した断面図である。
【図10】 図9のアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図11】 本発明の実施の形態5に係るアキュムレータをその筒心方向に沿った縦断面で示した断面図である。
【図12】 図11のアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図13】 (a)は本発明の実施の形態6に係るアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。(b)は図13(a)のアキュムレータを水平な断面で示した断面図である。
【図14】 本発明の実施の形態7に係るアキュムレータをその筒心方向に沿った縦断面で示した断面図である。
【図15】 本発明の実施の形態8に係る本発明に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
【図16】 本発明の実施の形態8に係るアキュムレータをその筒心方向に沿った縦断面で示した断面図である。
【図17】 図16のアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図18】 本発明の実施の形態8に係る別のアキュムレータをその筒心方向と直角な断面で示した断面図である。
【図19】 本発明の実施の形態8に係るさらに別のアキュムレータにおける、仕切板,庇部,冷媒流出管の形状及び相互の位置関係を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1a 圧縮機、1b 圧縮機、2 アキュムレータ、3 冷媒流入管、31 冷媒流入口、4a 冷媒流出管、4b 冷媒流出管、41a 冷媒流出口、41b 冷媒流出口、5a 返油管、5b 返油管、16 仕切板、17 第1の連通孔、18 第3の連通孔、19 第2の連通孔、20 第4の連通孔、21 液面検出管、22 ヒータ、23 温度センサ、29 第5の連通孔、30 庇部(冷媒方向変化手段)。
Claims (1)
- 冷媒流入管及び複数の冷媒流出管が接続されたアキュムレータと、前記冷媒流出管を介して前記アキュムレータにそれぞれ接続された複数の圧縮機とを備え、一端が前記アキュムレータの底部に接続され他端が前記アキュムレータの底部よりも高い位置で前記複数の冷媒流出管に接続された複数の返油管を設け、複数の圧縮機の運転台数を変化させる制御を行なう制御手段を備えるとともに、前記制御手段が一部の圧縮機のみを運転する制御を行なう場合に停止する圧縮機に接続された冷媒流出管の冷媒流出口を、他の冷媒流出管の冷媒流出口よりも、冷媒流入口から水平方向に離れた位置に配したことを特徴とする空気調和装置。
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