| 【発明の名称】 |
空気調和装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】千代谷 司
【氏名】土山 英明
【氏名】吉村 和男
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| 【要約】 |
【課題】クランクケースヒータ等の外部熱源を用いることなく冷媒の寝込みを防止し、経済性および信頼性を向上した圧縮機を提供する。
【解決手段】第１の圧縮機１ａと第２圧縮機１ｂは、２枚の熱伝導板３１ａ、３１ｂで挟持し、合体固定する。ここで、圧縮機１ｂをＯＦＦ優先の圧縮機として能力制御により停止した場合。圧縮機１ａと圧縮機１ｂを結合する熱伝導板３１ａ、３１ｂを介して運転中の圧縮機１ａの熱を停止中の停止優先圧縮機１ｂへと伝達し、圧縮機１ｂの温度を圧縮機１ａの温度とほぼ同じに保持する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】各々が独立してＯＮ−ＯＦＦ制御される複数の圧縮機を有し、前記複数の圧縮機を一つの冷凍サイクル内で並列に接続して能力制御を行う冷凍サイクルを備えた空気調和装置において、一方の圧縮機の熱源の一部を他方の圧縮機に伝達する熱伝達手段を有することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】前記熱伝達手段は、前記複数の圧縮機を熱伝導体により狭持する構造とすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】前記熱伝達手段は、それぞれの圧縮機を載置する底板を熱伝導体を介して連結する構造とすることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
【請求項４】前記熱伝導体は、熱伝導板であることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の空気調和装置。
【請求項５】前記熱伝導板に、それぞれの圧縮機ケースの形状に対応した凹部を形成したことを特徴とする請求項４に記載の空気調和装置。
【請求項６】前記熱伝達手段は、圧縮機の吐出管から吐出される冷媒を他の圧縮機の潤滑油内に通過させる冷媒配管からなる熱伝導回路とすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項７】請求項６に記載の空気調和装置において、前記複数の圧縮機のうちでＯＦＦ優先の圧縮機を定め、このＯＦＦ優先の圧縮機内に他方の圧縮機に接続された熱伝導回路の冷媒配管を通した構造とすることを特徴とする空気調和装置。
【請求項８】前記熱伝達手段は、前記複数の圧縮機の吐出管に接続され、他の圧縮機の潤滑油近傍の圧縮機ケース表面を前記冷媒配管で囲う熱伝導回路とすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項９】請求項８に記載の空気調和装置において、前記複数の圧縮機のうちでＯＦＦ優先の圧縮機を定め、このＯＦＦ優先の圧縮機の潤滑油近傍の圧縮機ケース表面を他方の圧縮機に接続された熱伝導回路の冷媒配管で囲う構造とすることを特徴とする空気調和装置。
【請求項１０】前記複数の圧縮機と前記熱伝導手段の間隙、あるいは前記熱伝導手段の相互の間隙に熱伝導材を充填することを特徴とする請求項１〜９いずれかに記載の空気調和装置。
【請求項１１】前記複数の圧縮機の周辺を断熱防音材で囲う構造とすることを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記載の空気調和装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、1つの冷凍サイクルに複数の圧縮機を並列に接続してなる冷凍サイクルを用いた空気調和装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、空気調和装置やショーケース等の冷凍サイクル装置に用いられる圧縮機は、１つの冷凍サイクル中に大容量のものが１つ設けられ、インバータ駆動により能力制御が行われていた。
【０００３】近年では、省エネ、きめ細やかな能力制御による快適性の向上、またシステムコストダウン等を目的に、１つの冷凍サイクル中に２つ以上の小容量の圧縮機を並列に接続して用いるシステム開発が行われている。
【０００４】このようなシステムでは、運転中に空調負荷が低下した場合、能力制御により１台の圧縮機を停止させると、停止された圧縮機は周辺の空気により自然冷却され、その内部や周辺配管内の温度が下がる。同一圧力下において冷媒は、より温度の低いところで凝縮する性質があるため、運転中の圧縮機により加熱されたガス冷媒は、温度の低い停止中の圧縮機内やその圧縮機の吸込側冷媒配管内に触れると容易に凝縮してしまい、液冷媒となってその内部に溜まることがあった。このような状態で停止していた圧縮機を再起動すると、大量の液冷媒が圧縮部に流入し、液圧縮により圧縮部が損傷することがあった。また、冷媒は潤滑油中に溶け込みながら寝込むため、潤滑油が冷媒回路中に放出されて潤滑不足が生じ、摺動部が損傷することがあった。更に、圧縮機内で冷媒の寝込み量が多くなると、液冷媒に侵されるため、電動モータの絶縁不良の原因となることもあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この冷媒の寝込みを防止するために、吐出側冷媒配管の圧縮機の吐出管付近に逆止弁を設けたり、圧縮機にクランクケースヒータを設けるなどの施策が行われている。
【０００６】しかしながら、逆止弁を設けても逆止弁からの冷媒の漏れがあり、また、吸込側冷媒配管側からの液冷媒の流入もあるため、冷媒の寝込み（液状態での貯溜）を防止することはできなかった。また、クランクケースヒータを用いる場合は、消費電力が増加し省エネを阻害してしまうという問題があった。
【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、消費電力を増加させることなく寝込みを防止し、エネルギー効率、経済性および信頼性を向上した空気調和装置を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するために請求項１の発明は、各々が独立してＯＮ−ＯＦＦ制御される複数の圧縮機と、この複数の圧縮機を一つの冷凍サイクル内で並列に接続して能力制御を行う冷凍サイクルと、からなる空気調和装置装置において、一方の圧縮機の熱源の一部を、他方の圧縮機に伝達する熱伝達手段を有することを特徴とする。
【０００９】請求項２の発明は、請求項１の発明において、熱伝達手段は、複数の圧縮機を熱伝導体により狭持する構造とすることを特徴とする。
【００１０】請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、熱伝達手段は、それぞれの圧縮機を載置する底板を熱伝導体を介して連結する構造とすることを特徴とする。
【００１１】請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、熱伝導体は熱伝導板であることを特徴とする。
【００１２】請求項５の発明は、請求項４の発明において、熱伝導板に、それぞれの圧縮機ケースの形状に対応した凹部を形成したことを特徴とする。
【００１３】請求項６の発明は、請求項１の発明において、圧縮機の吐出管から吐出される冷媒を他の圧縮機の潤滑油内に通過させる冷媒配管からなる熱伝導回路とすることを特徴とする。
【００１４】請求項７の発明は、請求項６の発明において、複数の圧縮機のうちでＯＦＦ優先の圧縮機を定め、このＯＦＦ優先の圧縮機内に前記ＯＦＦ優先の圧縮機に定められていない他方の圧縮機に接続された熱伝導回路の冷媒配管を通した構造とすることを特徴とする。
【００１５】請求項８の発明は、請求項１の発明において、複数の圧縮機の吐出管に接続され、他の圧縮機の潤滑油近傍の圧縮機ケース表面を前記冷媒配管で囲う熱伝導回路とすることを特徴とする。
【００１６】請求項９の発明は、請求項８の発明において、複数の圧縮機のうちでＯＦＦ優先の圧縮機を定め、このＯＦＦ優先の圧縮機の潤滑油近傍の圧縮機ケース表面をＯＦＦ優先の圧縮機に定められていない他方の圧縮機に接続された熱伝導回路の冷媒配管で囲う構造とすることを特徴とする。
【００１７】請求項１０の発明は、請求項１〜９いずれかの発明において、複数の圧縮機と熱伝導手段の間隙、あるいは熱伝導手段の相互の間隙に熱伝導材を充填することを特徴とする。
【００１８】請求項１１の発明は、請求項１〜１０いずれかの発明において、複数の圧縮機の周辺を断熱防音材で囲うことを特徴とする。
【００１９】上述した構成により、請求項１〜４の発明によれば、熱伝達手段を介して運転中の圧縮機で発生した熱を、停止側の圧縮機に伝熱することにより停止側の圧縮機内の冷媒が加熱されるのでクランクケースヒータなどの外部熱源を用いなくても停止側の圧縮機内で冷媒が液状態で寝込まなくなり、冷媒の寝込みに起因する圧縮機の圧縮部の損傷、摺動部の焼付、電動モータの絶縁不良等を防止できる。
【００２０】請求項５の発明によれば、請求項４の発明に加えて、伝熱板に形成された凹部に より、伝熱板と圧縮機の接触面積が増えるので、熱伝達が促進され、寝込み防止の効果が大きくなる。
【００２１】請求項６および７の発明によれば、運転中の圧縮機から吐出された高温度の吐出ガスが、停止中の圧縮機の潤滑油中を通ることで潤滑油が温められ、冷媒が潤滑油中に溶け込むことを防止できる。
【００２２】請求項８および９の発明によれば、運転中の圧縮機から吐出された高温度の吐出ガスが、停止中の圧縮機の潤滑油近傍の圧縮機ケースを温めることで圧縮機内の潤滑油が温められ、冷媒の潤滑油中への溶け込みを防止できる。
【００２３】請求項１０の発明によれば、請求項１〜９の発明に加えて、圧縮機と熱伝導体の間の間隙や熱伝導体相互間の間隙にシリコン等の熱伝導材が充填されることで熱伝達が促進され、冷媒の寝込み防止の効果が大きくなる。
【００２４】請求項１１の発明によれば、請求項１〜１０の発明に加えて、断熱防音材が圧縮機の周辺を囲うことにより、周囲空気の影響を受けにくくなるので、熱伝達が促進され、寝込み防止の効果が大きくなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る圧縮機の第１の実施形態について説明する。
【００２６】図１に示すように、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機１ａ、１ｂからなる圧縮装置１、凝縮器２、キャピラリチューブあるいは電子膨張弁からなる減圧器３、蒸発器４を順次、冷媒配管５で接続してなる冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは１つの冷凍サイクルの循環経路中に複数の圧縮機を並列に接続して構成されている。
【００２７】図２に示すように、圧縮装置１は、第１の圧縮機１ａと第２の圧縮機１ｂを２台並列に接続した構成とし、圧縮機１ａ、１ｂの吐出管２１ａ、２１ｂにそれぞれ吐出側冷媒配管２２ａ、２２ｂを接続し、これらを凝縮器側接続配管２４に集合し凝縮器２に接続している。また、吐出管２２のうち、圧縮機１ｂに接続した吐出側冷媒配管２２ｂに吐出方向とは反対方向への冷媒の逆流を防止する逆止弁２３を設けている。
【００２８】吸込側は、蒸発器４から配管接続された蒸発器側接続配管２５に２本の吸込側冷媒配管２６ａ、２６ｂを並列接続し、これらを圧縮機１ａ、１ｂの吸込管２８ａ、２８ｂにそれぞれアキュームレータ２７ａ、２７ｂを介して接続している。
【００２９】そして、このように接続される圧縮装置１は空気調和装置の室外ユニットの底板２９に載置し、第１の圧縮機１ａと第２の圧縮機１ｂは、熱伝達手段である熱伝導体３１で挟持し、合体固定されている。
【００３０】図３に示すように、熱伝導体３１は２枚の板状の熱伝導板３１ａおよび３１ｂからなり、圧縮機１ａの円筒状の圧縮機ケースの外形に対応した円弧状の凹部３２ａと、圧縮機１ｂに対応した凹部３２ｂを各々に形成している。
【００３１】圧縮機を挟持する際は、熱伝導板３１ａおよび３１ｂに形成された凹部３２ａと圧縮機１ａの圧縮機ケース外周面が面接触をするように配置する。また、圧縮機１ｂに対応する凹部３２ｂを圧縮機１ｂの圧縮機ケースに同様に配置する。
【００３２】次に本構成における作用を説明する。
【００３３】空気調和装置が運転中に空調負荷が低下した場合、片側の圧縮機を停止することにより空調能力が小さくなるように制御される。ここで、一方の圧縮機１ｂが停止されたとすると、図１中の圧縮装置１の内、他方の圧縮機１ａの１台のみの運転となり、圧縮機１ｂ内部および周辺の配管内部の冷媒は自然冷却され温度が下がる。この温度低下した冷媒に圧縮機１ａにより加熱されて飽和温度の高くなったガス冷媒が触れると容易に凝縮し、凝縮した冷媒は液冷媒として圧縮機１ｂおよび周辺配管の内部に溜まり寝込むことになる。
【００３４】本実施の形態では、圧縮機１ａと圧縮機１ｂを結合する熱伝導板３１ａ、３１ｂを介して運転中の圧縮機１ａの熱が停止中の圧縮機１ｂへと伝達され圧縮機１ｂは圧縮機１ａの温度とほぼ同じ温度を保持することができる。これにより、停止中の圧縮機１ｂ内部および周辺配管の内部で冷媒が凝縮しなくなるので、冷媒の寝込みが少なくなり、停止中の圧縮機１ｂを再び起動した時、液圧縮や液冷媒による摺動部の潤滑不良等に起因する圧縮機の損傷を防止することができる。
【００３５】また、２台の圧縮機を結合する熱伝導板に圧縮機ケースの外形に対応した凹部を形成したことにより、熱伝導板と圧縮機との接触面積が増すので、熱伝導性の向上と同時に構造体としての強度が向上し、圧縮機運転時の振動や共振を低減することができる。
【００３６】ここで、圧縮装置１（１ａ、１ｂ）と熱伝導体３１（３１ａ、３１ｂ）の間隙、あるいは熱伝導板３１ａ、３１ｂの相互間に充填可能な熱伝導材としてシリコン等（図示しない）を充填する構成としてもよい。
【００３７】また、図４に示すように、並列に接続された圧縮機の周辺を断熱防音材４１で囲う構成としてもよい。
【００３８】このような構成にすることによって、熱伝達が促進されるので、冷媒の寝込み防止の効果が大きくなる。
【００３９】なお、熱伝導板は圧縮機相互間で熱交換するものなので、第一の実施の形態のように、熱伝導板で圧縮機を挟持する構成に限られず、図５に示すように、それぞれの圧縮機を載置する底板５２ａ、５２ｂを熱伝導板５１を介して連結する構造としてもよい。
【００４０】次に本発明に係る圧縮機の第２の実施の形態について説明する。
【００４１】図６に示すように、第１の圧縮機１′ａと第２の圧縮機１′ｂとは、１つの冷凍サイクルに並列して構成されている。圧縮機１′ａ、圧縮機１′ｂのそれぞれの吐出管６１ａ、６１ｂに吐出側冷媒配管６２ａ、６２ｂをそれぞれ接続する。吐出側冷媒配管６２ａ、６２ｂは凝縮器側接続配管６６に集合し凝縮器に接続する。圧縮機１′ａに接続される吐出側冷媒配管６２ａは、配管６６に接続される途中で、吐出管から排出される高温度の冷媒をもう一方の圧縮機１′ｂ内部の潤滑油溜り部６４に通過させる熱伝導回路を形成している。同様に圧縮機１′ｂに接続される吐出側冷媒配管６２ｂは、圧縮機１′ａ内部の潤滑油溜り部６３を通る構造としている。また、両圧縮機の吐出側冷媒配管６６に逆止弁６５ａ、６５ｂをそれぞれ設けている。
【００４２】また、上記圧縮機の吸込側は、図１中の蒸発器４から配管接続された蒸発器側接続配管６７に吸込側冷媒配管６８ａ、６８ｂを接続し、これを圧縮機１′ａ、１′ｂの吸込管６１０ａ、６１０ｂにそれぞれ接続している。また、吸込側冷媒配管６８ａ、６８ｂにアキュームレータ６９ａ、６９ｂをそれぞれ設けている。
【００４３】次に本構成における作用を説明する。
【００４４】圧縮機１′ａにより圧縮された冷媒は高温高圧のガスに変化し吐出管６１ａより吐出される。吐出ガスは接続配管６６を通って凝縮器２に導かれる途中、圧縮機１′ｂ内部の潤滑油溜り部６４を通過することにより高温度の吐出ガスと潤滑油とが互いに熱交換される。
【００４５】同様に、圧縮機１′ｂより吐出された吐出ガスは圧縮機１′ａ内部の潤滑油溜り部６３を通過することにより潤滑油と熱交換される。
【００４６】空調機運転中に空調負荷が低下した場合、片側の圧縮機は停止されて能力制御される。圧縮機１′ｂが停止されたとすると、図１中の圧縮装置１は圧縮機１′ａの１台のみの運転となり、圧縮機１′ｂ内部および周辺の配管内部の冷媒は自然冷却され温度が下がる。
【００４７】この温度低下した冷媒に運転中の圧縮機１′ａにより加熱されて飽和温度の高くなったガス冷媒が触れると、ガス冷媒は容易に凝縮し、凝縮した液冷媒として圧縮機１′ｂおよび周辺配管の内部に溜まることになる。また、潤滑油と冷媒は相溶性が良く、凝縮した冷媒は潤滑油中に溶け込みながら寝込むことになる。
【００４８】本実施の形態では、停止した圧縮機１′ｂ内部の潤滑油中を、圧縮機１′ａより吐出された高温度の吐出ガスが通過することにより吐出ガスと潤滑油とが互いに熱交換される。
【００４９】よって、圧縮機１′ｂ内部の潤滑油は、圧縮機１′ａの吐出ガスの温度とほぼ同じ温度を保持することができる。
【００５０】これにより、冷媒の寝込みおよび潤滑油中への溶け込みが少なくなり、停止させた圧縮機１′ｂを再び起動した時、液圧縮や液冷媒による摺動部の潤滑不良等に起因する圧縮機の損傷を抑えられる。基本的には、停止した圧縮機内部および周辺の配管内部の温度を凝縮器の熱交中間温度以上とすることで冷媒の寝込み現象を防止することが可能である。
【００５１】従って、従来のクランクケースヒータに通電して得られる効果と同等の効果をヒータ電気入力なしに得ることができる。
【００５２】また、両方の圧縮機が運転中の場合、既に潤滑油は潤滑油中を通過する吐出ガスと近い温度まで上昇しており、吐出ガスと潤滑油の間で熱交換はほどんどなく運転の障害とはならない。
【００５３】また、圧縮機１′ａに小容量の圧縮機、圧縮機１′ｂに大容量の圧縮機を用いて能力制御を行う場合、■圧縮機１′ａのみの運転、■圧縮機１′ｂのみの運転、■圧縮機１′ａと圧縮機１′ｂを同時に運転、の３通りの運転方法が考えられる。本実施の形態においては、両方の圧縮機で互いに熱交換が可能なので上記の■、■の運転方法に対して、冷媒の寝込みを防止することができる。
【００５４】さらに、第２の実施の形態において、２台の圧縮機のうちでＯＦＦ優先の圧縮機を定めた場合には、ＯＦＦ優先の圧縮機のみの潤滑油と熱交換する構成としてもよい。このときの構成を図７に示す。なお、図６と同等部については同等の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５５】図７に示すように、圧縮機１′ｂをＯＦＦ優先の圧縮機とした場合、圧縮機内部で潤滑油と吐出ガスを熱交換させるための熱伝導回路を構成する吐出管６２は、圧縮機１′ａから排出される吐出ガスを圧縮機１′ｂ内部を通して接続配管６６へ接続する吐出側冷媒配管６２ａのみとし、熱交換は圧縮機１′ｂ内部の潤滑油溜り部６４のみで行う構成とする。また、逆止弁は圧縮機１′ｂの吐出管６１ｂ側にのみ設けている。
【００５６】本実施の形態では、停止した圧縮機１′ｂ内部の潤滑油中を、圧縮機１′ａより吐出された高温度の吐出ガスが通過することにより吐出ガスと潤滑油とが互いに熱交換される。
【００５７】よって、圧縮機１′ｂ内部の潤滑油は、圧縮機１′ａの吐出ガスの温度とほぼ同じ温度を保持することができる。これにより、冷媒の寝込みおよび潤滑油中への溶け込みが少なくなり、ＯＦＦ優先の圧縮機１′ｂを再び起動した時、液圧縮や液冷媒による摺動部の潤滑不良等に起因する圧縮機の損傷を抑えられる。
【００５８】また、上記の構成により、第二の実施の形態にくらべ構造が簡単となり、部品コスト、製造コストを低減することができる。
【００５９】なお、第二の実施の形態は、高温度の吐出ガスと潤滑油とを熱交換させることで目的を達成するものであり、図８に示すように、吐出側冷媒配管を潤滑油溜り近傍の圧縮機ケース表面に巻き付けて熱交換させる構成としても同等の効果が得られる。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、停止中の圧縮機に運転中の圧縮機の熱を伝熱手段により熱伝達することにより、クランクケースヒータなどの外部熱源を用いずに、停止中の圧縮機およびその周辺の配管を加熱し、冷媒の寝込みを防止することで、停止した圧縮機を再起動した場合、冷媒の寝込みに起因する、圧縮部の損傷、摺動部の焼付、電動モータの絶縁不良等の不具合を解消できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３１６１
【弁理士】
【氏名又は名称】外川 英明
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３６００（Ｐ２０００−２８３６００Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８８０１５ |
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