| 【発明の名称】 |
冷凍装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】薮 知宏
【氏名】山下 泰
【氏名】佐藤 義和
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| 【要約】 |
【課題】１台の圧縮機が故障すると、他の圧縮機のみの応急運転を行うようにして、十分な信頼性を得る。
【解決手段】第１圧縮機（51）と第２圧縮機（52）とを有する２段圧縮機構（50）を備えている。第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）を共に駆動した２段圧縮運転と、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の何れか一方のみを駆動した単段圧縮運転とに切り換わる。具体的に、第１圧縮機（51）の吸込側と第２圧縮機（52）の吸込側とを繋ぐ第１接続通路（61）と、第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吐出側とを繋ぐ第２接続通路（62）と、第１接続通路（61）及び第１接続通路（61）を開閉する第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）とより構成された切換え機構（60）を設けている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１圧縮機（51）と第２圧縮機（52）とを有する２段圧縮機構（50）を備えた冷凍装置において、上記第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）を共に駆動した２段圧縮運転と、上記第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の何れか一方のみを駆動した単段圧縮運転とが切り換わるように構成されている冷凍装置。
【請求項２】 請求項１において、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換える切換え手段（60）は、第１圧縮機（51）の吸込側と第２圧縮機（52）の吸込側とを繋ぐ第１接続通路（61）と、第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吐出側とを繋ぐ第２接続通路（62）と、上記第１接続通路（61）及び第１接続通路（61）をそれぞれ開閉する第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）とより構成されている冷凍装置。
【請求項３】 請求項１において、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換える切換え手段（60）は、第１圧縮機（51）の吸込側が接続された第１ポートａと、第１圧縮機（51）の吐出側及び第２圧縮機（52）の吸込側が接続された第２ポートｂと、第２圧縮機（52）の吐出側が接続された第３ポートｃとを有し、上記第１ポートａと第２ポートｂとが連通した第１接続位置と、上記第２ポートｂと第３ポートｃとが連通した第２接続位置と、各ポートａ，ｂ，ｃが不連通状態になる中立位置とを有する切換弁（65）を備えている冷凍装置。
【請求項４】 請求項２又は３において、第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）の故障を検出する検出手段（72）が設けられ、切換え手段（60）は、検出手段（72）が第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の故障を検出すると、２段圧縮運転から単段圧縮運転に切り換えるように構成されている冷凍装置。
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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、２段圧縮機構を備えた冷凍装置に関し、特に、単段圧縮運転と２段圧縮運転の切換え制御対策に係るものである。
【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ている。そして、上記圧縮機構は、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段圧縮運転とが切り換えられるように構成されている。
【０００３】上記空気調和装置は、暖房運転時、吹出し温度が第１の温度よりも低く且つ外気温度が第２の温度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。これは、吹出し温度が第１の温度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、外気温度が第２の温度より高いと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、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】上述したように、従来の空気調和装置は、エネルギー効率の面から単段圧縮運転と２段圧縮運転とを切り換えるようにしている。
【０００５】しかしながら、第１圧縮機と第２圧縮機の故障に関しては何ら考慮されていなかった。例えば、第１圧縮機が故障した場合、第２圧縮機によって運転を継続することができないという問題があった。つまり、第２圧縮機が正常であるにも拘わらず、応急運転を行うことができなっかた。この結果、空調運転の信頼性が低いという問題があった。
【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもので、１台の圧縮機が故障すると、他の圧縮機のみの応急運転を行うようにして、十分な信頼性を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、２段圧縮運転と、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の何れかの単段圧縮運転とを切り換えるようにしたものである。
【０００８】〈解決手段〉具体的に、図１に示すように、本発明は、第１圧縮機（51）と第２圧縮機（52）とを有する２段圧縮機構（50）を備えた冷凍装置を対象としている。そして、上記第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）を共に駆動した２段圧縮運転と、上記第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の何れか一方のみを駆動した単段圧縮運転とが切り換わるように構成されている。
【０００９】また、本発明は、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換える切換え手段（60）が、第１圧縮機（51）の吸込側と第２圧縮機（52）の吸込側とを繋ぐ第１接続通路（61）と、第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吐出側とを繋ぐ第２接続通路（62）と、上記第１接続通路（61）及び第１接続通路（61）をそれぞれ開閉する第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）とより構成されていてもよい。
【００１０】また、本発明は、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換える切換え手段（60）が、第１圧縮機（51）の吸込側が接続された第１ポートａと、第１圧縮機（51）の吐出側及び第２圧縮機（52）の吸込側が接続された第２ポートｂと、第２圧縮機（52）の吐出側が接続された第３ポートｃとを有し、上記第１ポートａと第２ポートｂとが連通した第１接続位置と、上記第２ポートｂと第３ポートｃとが連通した第２接続位置と、各ポートａ，ｂ，ｃが不連通状態になる中立位置とを有する切換弁（65）を備えていてもよい。
【００１１】また、本発明は、第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）の故障を検出する検出手段（72）が設けられていてもよい。その際、切換え手段（60）は、検出手段（72）が第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）の故障を検出すると、２段圧縮運転から単段圧縮運転に切り換えるように構成されている。
【００１２】すなわち、本発明では、２台の圧縮機（51，52）が共に正常であると、第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）の双方で冷媒を圧縮する２段圧縮運転を行う。一方、上記第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が故障した場合は、単段圧縮運転に切り換わる。
【００１３】例えば、検出手段（72）が、第１圧縮機（51）の故障を検出すると、切換え手段（60）が第２閉鎖弁（64）を閉じたまま第１閉鎖弁（63）を開ける。この結果、２段圧縮機構（50）に戻る冷媒が、第１接続通路（61）を流れ、第１圧縮機（51）を流れることなく、第２圧縮機（52）に戻る。その後、冷媒は第２圧縮機（52）で圧縮されて吐出する。
【００１４】また、上記検出手段（72）が、第２圧縮機（52）の故障を検出すると、切換え手段（60）が第１閉鎖弁（63）を閉じたまま第２閉鎖弁（64）を開ける。この結果、２段圧縮機構（50）に戻る冷媒が、第１圧縮機（51）で圧縮されて吐出し、この冷媒が、第２接続通路（62）を流れ、第２圧縮機（52）を流れることなく、利用側熱交換器などに流れる。
【００１５】また、上記切換え手段（60）が切換弁（65）を備える場合、上記第１圧縮機（51）が故障すると、切換弁（65）を第１接続位置に切り換える。この結果、２段圧縮機構（50）に戻る冷媒が、切換弁（65）の第１ポートａから第２ポートｂを流れ、第１圧縮機（51）を流れることなく、第２圧縮機（52）に戻る。その後、冷媒は第２圧縮機（52）で圧縮されて吐出する。
【００１６】また、上記第２圧縮機（52）が故障すると、切換弁（65）を第２接続位置に切り換える。この結果、２段圧縮機構（50）に戻る冷媒が、第１圧縮機（51）で圧縮されて吐出し、この冷媒が、切換弁（65）の第２ポートｂから第３ポートｃを流れ、第２圧縮機（52）を流れることなく、利用側熱交換器などに流れる。
【００１７】
【発明の効果】したがって、本発明によれば、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が故障すると、単段圧縮運転を行うようにしたために、１つの圧縮機（5２又は51）によって応急運転を行うことができる。この結果、空調運転の信頼性を向上させることができる。
【００１８】特に、２段圧縮運転を行っているので、１つの圧縮機（51又は52）が故障しても他の圧縮機（52又は51）が正常であるので、この正常な圧縮機（52又は51）によって空調運転を継続させることができる。この結果、空調能力はやや低下するものの、所定の空調状態を持続させることができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００１９】また、１つの切換弁（65）によって２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換えるようにすると、部品点数を少なくすることができ、構成の簡略化を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態１を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】図１に示すように、本実施形態の冷凍装置は、冷暖房運転が可能な空気調和装置（10）に構成したものである。
【００２２】該空気調和装置（10）は、冷媒循環が可逆な冷媒回路（20）を備えている。そして、該空気調和装置（10）は、１つの熱源側熱交換器である室外熱交換器（30）と、複数の利用側熱交換器である室内熱交換器（40）を備え、いわゆるマルチ型に構成されている。
【００２３】上記冷媒回路（20）は、２段圧縮機構（50）と、四路切換弁（21）と、複数の室内熱交換器（40）と、開度調整可能な電動式の第１膨張弁（22）と、気液分離器（23）と、開度調整可能な電動式の第２膨張弁（24）と、室外熱交換器（30）とを備えている。該２段圧縮機構（50）などの各機器は、冷媒配管（2a）によって順に接続されている。そして、上記複数の室内熱交換器（40）は互いに並列に接続されている。
【００２４】上記２段圧縮機構（50）は、低段側の第１圧縮機（51）と高段側の第２圧縮機（52）とから構成されている。
【００２５】具体的に、上記第１圧縮機（51）の吸込側がアキュムレータ（25）を介して四路切換弁（21）に接続されている。一方、該第１圧縮機（51）の吐出側がアキュムレータ（26）を介して第２圧縮機（52）の吸込側に接続されている。該第２圧縮機（52）の吐出側が四路切換弁（21）に接続されている。そして、上記第２圧縮機（52）から吐出した冷媒が、暖房運転時において、四路切換弁（21）を経て、室内熱交換器（40）、第１膨張弁（22）、気液分離器（23）、第２膨張弁（24）及び室外熱交換器（30）を順に流れた後、四路切換弁（21）を介して第１圧縮機（51）の吸入側に流れる。
【００２６】上記冷媒回路（20）には、ガスインジェクションを行うためのインジェクション通路（11）が設けられている。該インジェクション通路（11）の一端は、気液分離器（23）の上部に接続され、他端は、第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吸込側との間の冷媒配管（2a）に接続されている。該インジェクション通路（11）は電磁弁（12）が設けられている。そして、上記インジェクション通路（11）は、２段圧縮運転のときに気液分離器（23）のガス冷媒を第２圧縮機（52）に供給するように構成されている。
【００２７】上記冷媒回路（20）には、液冷媒の導入通路（13）が設けられている。該導入通路（13）は、開度調整可能な電動式の第３膨張弁（14）が設けられている。該導入通路（13）の一端は、室内熱交換器（40）と第１膨張弁（22）の間の冷媒配管（2a）に接続され、他端は、インジェクション通路（11）に接続されている。該導入通路（13）は、液冷媒の一部をインジェクション通路（11）に供給するように構成されている。
【００２８】上記室内熱交換器（40）及び室外熱交換器（30）は、いずれも空気熱交換器で構成されている。そして、上記各室内熱交換器（40）は、それぞれ室内ユニット（1A）に設けられる一方、他の２段圧縮機構（50）や室外熱交換器（30）などは、１つの室外ユニット（1B）に設けられている。
【００２９】更に、上記冷媒回路（20）には、冷媒流れを切り換える切換え機構（60）が設けられている。該切換え機構（60）は、２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換える切換え手段を構成している。具体的に、上記切換え機構（60）は、第１圧縮機（51）の吸込側と第２圧縮機（52）の吸込側とを繋ぐ第１接続通路（61）と、第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吐出側とを繋ぐ第２接続通路（62）と、該第１接続通路（61）及び第２接続通路（62）をそれぞれ開閉する第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）とより構成されている。
【００３０】上記２段圧縮機構（50）の他、切換え機構（60）の第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）は、コントローラ（70）によって制御されている。該コントローラ（70）は、第１圧縮機（51）や第２圧縮機（52）の他、各膨張弁（22，24，14）などを制御して空調運転を制御する運転制御部（71）が設けられている。
【００３１】また、上記コントローラ（70）には故障検出部（72）と切換え制御部（73）が設けられている。該故障検出部（72）は、第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）の故障を検出する検出手段を構成している。該故障検出部（72）は、例えば、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が、ＤＣモータを備えている場合、位置検出を行うので、この位置検出信号から第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）の故障を検出する。
【００３２】上記切換え制御部（73）は、故障検出部（72）が第１圧縮機（51）の故障を検出すると、第２閉鎖弁（64）を閉じたまま第１閉鎖弁（63）を開ける一方、故障検出部（72）が第２圧縮機（52）の故障を検出すると、第１閉鎖弁（63）を閉じたまま第２閉鎖弁（64）を開けるように構成されている。
【００３３】〈作用〉次に、上述した空気調和装置（10）の冷暖房運転について説明する。
【００３４】暖房運転及び冷房運転はコントローラ（70）の運転制御部（71）によって制御される。そこで、先ず、通常の暖房運転時について説明する。
【００３５】この暖房運転時は四路切換弁（21）が図１の実線側に切り換わる。尚、第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）は共に閉鎖されている。
【００３６】図１の実線の矢符で示すように、第１圧縮機（51）で１段圧縮された冷媒は、第２圧縮機（52）に入り、２段圧縮される。この第２圧縮機（52）から吐出した冷媒は、図１の一点鎖線の矢符で示すように、四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（40）に流れて凝縮する。凝縮した液冷媒は、第１膨張弁（22）で減圧した後、気液分離器（23）に流れ、第２膨張弁（24）で再度減圧した後、室外熱交換器（30）に流れて蒸発する。その後、蒸発したガス冷媒は、図１の実線の矢符で示すように、四路切換弁（21）を経て第１圧縮機（51）に戻り、この循環を繰り返す。
【００３７】また、冷房運転時は四路切換弁（21）が図１の破線側に切り換わる。尚、第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）は共に閉鎖されている。
【００３８】図１の実線の矢符で示すように、暖房時と同様に冷媒が第１圧縮機（51）及び第２圧縮機（52）で２段圧縮される。その後、該冷媒は、図１の破線の矢符で示すように、四路切換弁（21）を経て室外熱交換器（30）に流れて凝縮する。凝縮した液冷媒は、第２膨張弁（24）で減圧した後、気液分離器（23）に流れ、第１膨張弁（22）で再度減圧した後、室内熱交換器（40）に流れて蒸発する。その後、蒸発したガス冷媒は、図１の実線の矢符で示すように、四路切換弁（21）を経て第１圧縮機（51）に戻り、この循環を繰り返す。
【００３９】上述した２段圧縮運転を行う場合は、電磁弁（12）が開かれてインジェクション通路（11）が連通する。このインジェクション通路（11）の連通により、気液分離器（23）における中間圧力のガス冷媒が、第２圧縮機（52）に供給される。その際、液冷媒の一部が、導入通路（13）を通り、インジェクション通路（11）のガス冷媒に供給される。この液冷媒はガス冷媒と混合して蒸発し、第２圧縮機（52）に供給される。このガスインジェクション動作により、暖房運転時において、室内熱交換器（40）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。そして、上記吐出温度が液冷媒によって低下する。また、冷房運転時において、蒸発熱量が増大し、冷房能力が向上する。
【００４０】次に、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が故障した場合の運転動作を説明する。尚、この運転動作は、暖房運転を例に説明するが、冷房運転時も同じである。
【００４１】先ず、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が故障すると、コントローラ（70）の故障検出部（72）が検出し、単段圧縮運転が行われる。
【００４２】そこで、上記第１圧縮機（51）が故障すると、図２に示すように、切換え制御部（73）が第２閉鎖弁（64）を閉じたまま第１閉鎖弁（63）を開ける。この結果、室外熱交換器（30）から戻るガス冷媒は、四路切換弁（21）を経て第１接続通路（61）を流れ、第１圧縮機（51）を流れることなく、第２圧縮機（52）に戻る。その後、ガス冷媒は第２圧縮機（52）で圧縮されて吐出し、四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（40）に流れ、上述の動作を行う。
【００４３】一方、上記第２圧縮機（52）が故障すると、図３に示すように、切換え制御部（73）が第１閉鎖弁（63）を閉じたまま第２閉鎖弁（64）を開ける。この結果、室外熱交換器（30）から戻るガス冷媒は、四路切換弁（21）を経て第１圧縮機（51）に戻る。その後、ガス冷媒は第１圧縮機（51）で圧縮されて吐出し、この冷媒は、第２接続通路（62）を流れ、第２圧縮機（52）を流れることなく、四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（40）に流れ、上述の動作を行う。
【００４４】〈実施形態１の効果〉以上のように、本実施形態によれば、第１圧縮機（51）又は第２圧縮機（52）が故障すると、単段圧縮運転を行うようにしたために、１つの圧縮機（52又は51）によって応急運転を行うことができる。この結果、空調運転の信頼性を向上させることができる。
【００４５】特に、２段圧縮運転を行っているので、１つの圧縮機（51又は52）が故障しても他の圧縮機（52又は51）が正常であるので、この正常な圧縮機（52又は51）によって空調運転を継続させることができる。この結果、空調能力はやや低下するものの、所定の空調状態を持続させることができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態２】次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４７】本実施形態は、図４に示すように、実施形態１の切換え機構（60）が第１閉鎖弁（63）及び第２閉鎖弁（64）を備えていたのに代え、４方向切換弁（65）を備えるようにしたものである。
【００４８】上記４方向切換弁（65）は、第１圧縮機（51）の吸込側が接続された第１ポートａと、第１圧縮機（51）の吐出側及び第２圧縮機（52）の吸込側が接続された第２ポートｂと、第２圧縮機（52）の吐出側が接続された第３ポートｃと、常に閉鎖された第４ポートｄとを備えている。そして、該４方向切換弁（65）は、中立位置と第１接続位置と第２接続位置とに切り換わるように構成されている。
【００４９】該４方向切換弁（65）の中立位置は、第１ポートａと第４ポートｄとが連通し、第１ポートａと第２ポートｂと第３ポートｃが連通していない切り換え状態である。
【００５０】また、上記４方向切換弁（65）の第１接続位置は、第１ポートａと第２ポートｂとが連通し、第３ポートｃと第４ポートｄが閉鎖されて第１圧縮機（51）の吸込側と第２圧縮機（52）の吸込側とが連通した切り換え状態である。
【００５１】また、上記４方向切換弁（65）の第２接続位置は、第２ポートｂと第３ポートｃとが連通し、第１ポートａと第４ポートｄが閉鎖されて第１圧縮機（51）の吐出側と第２圧縮機（52）の吐出側とが連通した切り換え状態である。
【００５２】したがって、通常の暖房運転及び冷房運転時には、図４に示すように、４方向切換弁（65）が中立位置にあり、２段圧縮運転が行われる。
【００５３】一方、上記第１圧縮機（51）が故障すると、図５に示すように、切換え制御部（73）が４方向切換弁（65）を第１接続位置に切り換える。この結果、上記室外熱交換器（30）から戻るガス冷媒は、四路切換弁（21）を経て４方向切換弁（65）の第１ポートａから第２ポートｂを流れ、第１圧縮機（51）を流れることなく、第２圧縮機（52）に戻る。その後、ガス冷媒は第２圧縮機（52）で圧縮されて吐出し、四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（40）に流れ、上述の動作を行う。
【００５４】また、上記第２圧縮機（52）が故障すると、図６に示すように、切換え制御部（73）が第１閉鎖弁（63）を４方向切換弁（65）を第２接続位置に切り換える。この結果、室外熱交換器（30）から戻るガス冷媒は、四路切換弁（21）を経て第１圧縮機（51）に戻る。その後、ガス冷媒は第１圧縮機（51）で圧縮されて吐出し、この冷媒は、４方向切換弁（65）の第２ポートｂから第３ポートｃを流れ、第２圧縮機（52）を流れることなく、四路切換弁（21）を経て室内熱交換器（40）に流れ、上述の動作を行う。
【００５５】この結果、本実施形態によれば、１つの４方向切換弁（65）によって２段圧縮運転と単段圧縮運転とを切り換えるので、部品点数を少なくすることができ、構成の簡略化を図ることができる。その他の構成並びに作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００５６】
【発明の他の実施の形態】上記各実施形態は、空気調和装置（10）について説明したが、本発明は、冷凍庫などの各種の冷凍装置にも適用してもよい。
【００５７】また、上記各実施形態は、冷房運転と暖房運転とをそれぞれ行うようにしたが、本発明は、四路切換弁（21）を備えない冷房専用機や暖房専用機であってもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月３日（１９９９．６．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７９３１
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 弘 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６４７８（Ｐ２０００−３４６４７８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１５５９７６ |
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