JP2017156050A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】電源駆動室外ユニットと、非電源駆動室外ユニットとを併設した空気調和機において、暖房運転時には、電源駆動室外ユニットの空気熱交換器だけ着霜する。【解決手段】バランス管４１０は電源駆動室外ユニットとの間に、電源駆動圧縮機の吸入管と連通した電源駆動室外ユニット油回収管とその途中に電源駆動室外ユニット油回収弁を備え、バランス管４１０と非電源駆動圧縮機２１１の吸入管とを連通する非電源駆動室外ユニット均圧管４１１と、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１の連通を制御する第１開閉弁４１２と、バランス管４１０と非電源駆動室外ユニットの油分離器２１３とを連結する油供給管２２３の連通を制御する第２開閉弁４１３と、バランス管４１０と電源駆動室外ユニットの油分離器１１３とを連結する油供給管１２３の連通を制御する第３開閉弁４１４とを設けたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンにより駆動される非電源駆動圧縮機を内蔵した室外ユニットと、電力により駆動される電源駆動圧縮機を内蔵した室外ユニットとを併設した空気調和機に関するものである。

一般に、複数台の室外ユニット群と複数台の室内ユニット群とを配管で接続し、空調負荷に応じて室外ユニットの運転台数を制御するマルチ型空気調和機が知られている。

室外ユニット群として、電源駆動圧縮機を内蔵する電源駆動室外ユニットと、非電源駆動圧縮機を内蔵する非電源駆動室外ユニットで構成することで、電源容量に余裕がない場合でも空気調和機の増設が可能であり、また電力使用量の平準化を図ることができる、いわゆるハイブリッド空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照、図３）。

特許文献１のハイブリッド空気調和機では、運転効率を向上させるため、非電源駆動圧縮機の排除容積を電源駆動圧縮機よりも大きくする構成が提案されている。非電源駆動源（例えばガスエンジン等の内燃機関）は低回転数域でエンジン効率が低下するため、低負荷時は電源駆動圧縮機を主体に運転し、低負荷時に運転する電源駆動圧縮機の排除容積を小さくすることで非電源駆動源の回転数低下を抑制し運転効率を向上させ、空気調和機の総運転効率を向上させることができる。

また、複数台の室外ユニット群と複数台の室内ユニット群とを配管で接続した空気調和機において、一部の室外ユニットが除霜運転中である時、除霜運転中の室外ユニットは圧縮機に液冷媒が吸入されるため、圧縮機内の冷凍機油が減少し、室外ユニット間の冷凍機油バランスが偏るという課題がある。室外ユニット間の冷凍機油の均等分配を図るため、室外ユニット間をバランス管で接続した構成が提案されている。これによって、除霜中においても冷凍機油が不足した室外ユニットに他方の室外ユニットからバランス管を経由して油を供給することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−０５６９３１号公報 特開２００２−２４３２８９号公報

しかしながら、電源駆動圧縮機よりも大きい排除容積をもつ非電源駆動圧縮機を内蔵する非電源駆動室外ユニットと、電源駆動室外ユニットとで構成されるハイブリッド空気調和機において、例えば、非電源駆動圧縮機の定格能力を２０ＨＰ、電源駆動圧縮機の定格能力を１０ＨＰの合計３０ＨＰとする場合、低外気温時（例えば外気温度２℃）に３０ＨＰ程度の暖房運転を行うと、電源駆動室外ユニットの空気熱交換器だけ着霜し、暖房運転時の快適性が損なわれるという課題がある。

暖房運転時、電源駆動室外ユニットと非電源駆動室外ユニットとは、ともに外気と熱交換して冷媒を蒸発させる。しかし、非電源駆動室外ユニットには、当該圧縮機の駆動源（ガスエンジンなど）の排熱も有効利用して冷媒を蒸発させる構成を有しており、非電源駆動圧縮機を最大能力付近で運転しても空気熱交換器には着霜しない。一方、電源駆動室外
ユニットには有効利用できる排熱はなく、全ての冷媒を空気熱交換器で蒸発させる必要がある。電源駆動室外ユニットを最大能力付近で運転する場合、当該室外ユニットの空気熱交換器における熱交換能力（蒸発能力）を高めるために、空気熱交換器を流れる冷媒の温度を０℃以下に低下させる必要が生じ、当該空気熱交換器のフィン表面で外気中の水分が凍結し、着霜が起こる。

したがって、最大能力（３０ＨＰ）付近で暖房運転を行う場合、特許文献２のように電源駆動室外ユニットと非電源駆動室外ユニットとをバランス管で接続したハイブリッド空気調和機においても、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器のみ着霜し、除霜しなければならない事態に陥る。電源駆動室外ユニットの除霜には、電源駆動室外ユニットを逆サイクル（冷房）運転し、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器を加熱する。その間、着霜していない非電源駆動室外ユニットは暖房運転を行うが、除霜の切り替え時は停止する必要があり、また除霜運転時は暖房能力低下するため、利用者の快適性が損なわれる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、非電源駆動圧縮機を内蔵する室外ユニットと、電源駆動圧縮機を内蔵する室外ユニットとを組み合わせた空気調和機において、暖房時には、電源駆動圧縮機を内蔵した室外ユニットの空気熱交換器に極力冷媒を流さないようにして、当該空気熱交換器における着霜を防止し、暖房能力を維持したまま連続運転を可能とする空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機では、電源駆動圧縮機と非電源駆動圧縮機の間で油の受け渡しを行うバランス管を備えた空気調和機において、バランス管と電源駆動室外ユニットとの間には、電源駆動室外ユニット油分離器と連通した電源駆動室外ユニット油供給管と、電源駆動圧縮機の吸入管と連通した電源駆動室外ユニット油回収管とその途中に電源駆動室外ユニット油回収弁を備え、バランス管と非電源駆動室外ユニットとの間には、非電源駆動室外ユニット油分離器と連通した非電源駆動室外ユニット油供給管と、非電源駆動圧縮機の吸入管と連通した非電源駆動室外ユニット油回収管とその途中に非電源駆動室外ユニット油回収弁を備える。さらにバランス管と非電源駆動圧縮機の吸入管とを連通する非電源駆動室外ユニット均圧管と、非電源駆動室外ユニット均圧管の連通を制御する第１開閉弁と、非電源駆動室外ユニット油供給管の連通を制御する第２開閉弁と、電源駆動室外ユニット油供給管の連通を制御する第３開閉弁とを備える。

暖房時には、第２開閉弁と第３開閉弁を閉じて、両室外ユニットからバランス管に供給される油を止める。さらに、第１開閉弁と電源駆動室外ユニット油回収弁を開いて、非電源駆動室外ユニット均圧管と、バランス管を経由して、電源駆動圧縮機に冷媒を流す。

非電源駆動室外ユニットは、当該圧縮機の駆動源より発生する高温の排熱を用いて冷媒を蒸発させるのに対して、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器で低温の外気を用いて冷媒を蒸発させるので、非電源駆動圧縮機に吸入される冷媒の圧力は、電源駆動圧縮機に吸入される冷媒の圧力より高くなる。よって差圧により、非電源駆動室外ユニット均圧管とバランス管を経由して、非電源駆動室外ユニットから電源駆動室外ユニットに冷媒が流れる。

これによって、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器において蒸発させるべき冷媒の一部を、非電源駆動室外ユニットに流し、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器、および、非電源駆動圧縮機の駆動源より発生する排熱で蒸発させ、非電源駆動室外ユニット内で蒸発した冷媒は、電源駆動圧縮機に戻る。

暖房運転時において、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器における熱交換負荷を下げ、当該熱交換器における着霜を防止し、暖房能力を維持したまま連続運転が可能となる。

また既存のバランス管を経由することで、室外ユニット間の配管を追加することなく冷媒を供給することができるため、コスト増加を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル図 本発明の実施の形態２における空気調和機の冷凍サイクル図 従来技術における空気調和機の冷凍サイクル図

第１の発明は、電力により駆動する電源駆動圧縮機が搭載された電源駆動室外ユニットと、電力以外の駆動源により駆動する非電源駆動圧縮機が搭載された非電源駆動室外ユニットとを、少なくとも１台の室内機から延びるユニット間配管に並列に接続し、電源駆動圧縮機と非電源駆動圧縮機との間で油の受け渡しを行うバランス管を備え、バランス管と電源駆動室外ユニットとの間には、電源駆動圧縮機の後に設置された電源駆動室外ユニット油分離器と連通した電源駆動室外ユニット油供給管と、電源駆動圧縮機の吸入管と連通した電源駆動室外ユニット油回収管とその途中に油の回収量を制御するための電源駆動室外ユニット油回収弁を備え、バランス管と非電源駆動室外ユニットとの間には、非電源駆動圧縮機の後に設置された非電源駆動室外ユニット油分離器と連通した非電源駆動室外ユニット油供給管と、非電源駆動圧縮機の吸入管と連通した非電源駆動室外ユニット油回収管とその途中に油の回収量を制御するための非電源駆動室外ユニット油回収弁を備えた空気調和機において、ユニット間を連結するバランス管と非電源駆動圧縮機の吸入管とを連通する非電源駆動室外ユニット均圧管とその途中に、非電源駆動圧縮機と電源駆動圧縮機の吸入冷媒の均圧を制御する第１開閉弁を備え、非電源駆動室外ユニットの油分離器からバランス管に油を供給する非電源駆動室外ユニット油供給管に第２開閉弁を備え、電源駆動室外ユニットの油分離器からバランス管に油を供給する電源駆動室外ユニット油供給管に第３開閉弁を備えることを特徴とする空気調和機である。

これにより、暖房時には、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器において蒸発させるべき冷媒の一部を、非電源駆動室外ユニットに流し、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器、および、非電源駆動圧縮機の駆動源より発生する排熱で蒸発させる。なお、非電源駆動室外ユニット内で蒸発した冷媒は、非電源駆動圧縮機に戻すとともに、第１開閉弁と電源駆動室外ユニット油回収弁を開とし、第２開閉弁と第３開閉弁を閉として、非電源駆動室外ユニット均圧管とバランス管と電源駆動室外ユニット油回収管を経由して電源駆動圧縮機にも戻す。

よって、本発明では、暖房運転時において、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器に流れる冷媒量が減り、当該冷媒を蒸発させるための熱交換量が低減するため、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器における着霜を防止することができ、暖房能力を維持することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、バランス管と電源駆動圧縮機の吸入管とを連通する電源駆動室外ユニット均圧管に第４開閉弁を備え、前記電源駆動室外ユニット均圧管の配管径がバランス管と連通する電源駆動室外ユニット油回収管の配管径より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機である。

これにより、暖房時には、従来は非電源駆動室外ユニット均圧管とバランス管と電源駆動室外ユニット油回収管を経由していたが、本発明では第１開閉弁と第４開閉弁を開とし
、第２開閉弁と第３開閉弁を閉として、非電源駆動室外ユニット均圧管とバランス管と電源駆動室外ユニット均圧管と経由することで、電源駆動室外ユニット均圧管の配管径が電源駆動室外ユニット油回収管より拡管され、流れる冷媒に対する圧力損失が低減されるため電源駆動圧縮機に戻す冷媒量が増加する。

すなわち、例えば起動時の圧縮機油吐出量の増加と総冷媒循環量の増加に対して、本構成は、非電源駆動室外ユニット内で蒸発した冷媒の一部を電源駆動圧縮機に戻したまま、電源駆動室外ユニット油分離器から電源駆動圧縮機に油を確実に戻すことができ、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器を流れる冷媒循環量の急激な増加を抑制することができ、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器が着霜する危険性を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態の空気調和機の冷凍サイクル構成を図１に示す。図１の空気調和機は、室外ユニットとして電源駆動圧縮機を搭載した電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動圧縮機を搭載した非電源駆動室外ユニット２００の計２台に対し、室内機を２台接続した、いわゆるマルチ型空気調和機の構成となっている。なお、冷凍サイクル構成に関しては、図１に示したものに限定されない。例えば、室外ユニットは３台以上、室内機も３台以上、並列に接続可能である。

電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動室外ユニット２００とは、室内機３００、３１０と冷媒が流通する配管で連結されている。

電源駆動室外ユニット１００において、１１１は商用電源など電力により駆動する電源駆動圧縮機、１１２は電源駆動室外ユニットアキュムレータであり電源駆動圧縮機１１１にガス冷媒を供給する。１１３は電源駆動室外ユニット油分離器であり、電源駆動圧縮機１１１の吐出ガスに含まれる冷凍機油を分離する。

電源駆動室外ユニット油分離器１１３で分離された冷凍機油は、電源駆動圧縮機１１１の吸入管に電源駆動室外ユニット油戻し管１１３ａにより戻される。また、電源駆動室外ユニット油戻し管１１３ａに備えられた電源駆動室外ユニット油戻し管流路抵抗１１３ｂによって油戻し量が決まる。

１１４は冷房と暖房で冷凍サイクルを切り替える電源駆動室外ユニット四方弁、１１５は冷媒を膨張させる電源駆動室外ユニット減圧装置である。１２０は電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に電源駆動室外ユニット１００周囲の空気を供給する電源駆動室外ユニット室外送風ファンである。電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０には、アルミニウム製のフィンに、銅製の内面溝付き管を通した、いわゆる、フィンアンドチューブ熱交換器を用いる。

非電源駆動室外ユニット２００において、２１０は例えばガスを駆動源とするエンジン、２１１はエンジン２１０より駆動力を得て冷媒を圧縮するエンジン駆動圧縮機である。エンジン駆動圧縮機２１１の排除容積は、電源駆動圧縮機１１１の排除容積よりも大きい。また、エンジン駆動圧縮機２１１、電源駆動圧縮機１１１の潤滑油は同じ冷凍機油とする。

２１２は非電源駆動室外ユニットアキュムレータであり、エンジン駆動圧縮機２１１にガス冷媒を供給する。２１３は非電源駆動室外ユニット油分離器であり、エンジン駆動圧
縮機２１１の吐出ガスに含まれる冷凍機油を分離する。非電源駆動室外ユニット油分離器２１３で分離された冷凍機油は、エンジン駆動圧縮機２１１の吸入管に非電源駆動室外ユニット油戻し管２１３ａにより戻される。また、非電源駆動室外ユニット油戻し管２１３ａに備えられた非電源駆動室外ユニット油戻し管流路抵抗２１３ｂによって油戻し量が決まる。

２１４は冷房と暖房で冷凍サイクルを切り替える非電源駆動室外ユニット四方弁、２１５は冷媒を膨張させる非電源駆動室外ユニット減圧装置である。また、２１７は、エンジン２１０の冷却に用いた高温の冷却水と冷媒との熱交換を行うエンジン排熱熱交換器であり、暖房時に利用する。エンジン排熱熱交換器２１７にはプレート熱交換器などが用いられる。２１６はエンジン排熱熱交換器２１７に流入する冷媒流量を調整するエンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁である。

２２０は非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０に非電源駆動室外ユニット２００周囲の空気を供給する非電源駆動室外ユニット室外送風ファンである。非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０には、アルミニウム製のフィンに、銅製の内面溝付き管を通した、いわゆる、フィンアンドチューブ熱交換器を用いる。

室内機３００において、３０１は室内空気熱交換器、３０２は室内空気熱交換器３０１に室内機３００周囲の空気を供給する室内送風ファン、３０３は冷媒を膨張させる室内機減圧装置である。同様に、室内機３１０において、３１１は室内空気熱交換器、３１２は室内空気熱交換器３１１に室内機３１０周囲の空気を供給する室内送風ファン、３１３は冷媒を膨張させる室内機減圧装置である。

電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動室外ユニット２００は、バランス管４１０で接続されている。

このバランス管４１０の一端４１０Ａは、電源駆動室外ユニット流路抵抗１２１、電源駆動室外ユニット逆止弁１２２を含む電源駆動室外ユニット油供給管１２３を介して電源駆動室外ユニット油分離器１１３に接続されるとともに、電源駆動室外ユニット油回収弁１２４を含む電源駆動室外ユニット油回収管１２５を介して電源駆動圧縮機１１１の吸込管に接続され、さらに電源駆動室外ユニットフラッシング弁１２６を含む電源駆動室外ユニットフラッシング管１２７を介して電源駆動圧縮機１１１の吐出管に接続されている。

また、バランス管４１０の他端４１０Ｂは、非電源駆動室外ユニット流路抵抗２２１、非電源駆動室外ユニット逆止弁２２２を含む非電源駆動室外ユニット油供給管２２３を介して非電源駆動室外ユニット油分離器２１３に接続されるとともに、非電源駆動室外ユニット油回収弁２２４を含む非電源駆動室外ユニット油回収管２２５を介してエンジン駆動圧縮機２１１の吸込管に接続され、さらに非電源駆動室外ユニットフラッシング弁２２６含む非電源駆動室外ユニットフラッシング管２２７を介してエンジン駆動圧縮機２１１の吐出管に接続されている。

本実施の形態において、室外ユニット間を連結するバランス管４１０の一端４１０Ａと他端４１０Ｂの間と、エンジン駆動圧縮機２１１に接続された非電源駆動室外ユニットアキュムレータ２１２の吸入管とを連通する非電源駆動室外ユニット均圧管４１１と、その途中にエンジン駆動圧縮機２１１と電源駆動圧縮機１１１の吸入冷媒の均圧を制御する第１開閉弁４１２を備え、非電源駆動室外ユニット油分離器２１３からバランス管４１０に油を供給する非電源駆動室外ユニット油供給管２２３の途中に第２開閉弁４１３を備え、電源駆動室外ユニット油分離器１１３からバランス管４１０に油を供給する電源駆動室外ユニット油供給管１２３の途中に第３開閉弁４１４を備えている。

次に、電源駆動室外ユニット１００、非電源駆動室外ユニット２００、室内機３００、３１０の動作を説明する。

冷房運転時、電源駆動室外ユニット四方弁１１４と非電源駆動室外ユニット四方弁２１４とは実線に冷媒を流すよう設定される（図１参照）。また、エンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁２１６は閉で、エンジン排熱熱交換器２１７には冷媒は流れない。さらに、電源駆動室外ユニット油回収弁１２４と非電源駆動室外ユニット油回収弁２２４が閉状態、電源駆動室外ユニットフラッシング弁１２６と非電源駆動室外ユニットフラッシング弁１２６が閉状態、非電源駆動室外ユニット２００の非電源駆動室外ユニット均圧管４１１の途中に設置された第１開閉弁４１２は閉状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は開状態となっており、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１には冷媒は流れない。

電源駆動室外ユニット１００において、電源駆動圧縮機１１１にて圧縮された高温高圧の冷媒は、まず電源駆動室外ユニット油分離器１１３に流入する。電源駆動室外ユニット油分離器１１３にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は電源駆動室外ユニット四方弁１１４を通り、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に入る。ガス冷媒は、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０にて、外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって電源駆動室外ユニット減圧装置１１５を通り、室内機３００、３１０に供給される。

なお、電源駆動室外ユニット油分離器１１３で分離された冷凍機油は、電源駆動圧縮機１１１の吸入管に電源駆動室外ユニット油戻し管１１３ａにより戻される。

非電源駆動室外ユニット２００において、エンジン駆動圧縮機２１１にて圧縮された高温高圧の冷媒は、まず非電源駆動室外ユニット油分離器２１３に流入する。非電源駆動室外ユニット油分離器２１３にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は非電源駆動室外ユニット四方弁２１４を通り、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０に入る。ガス冷媒は、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０にて、外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって非電源駆動室外ユニット減圧装置２１５を通り、室内機３００、３１０に供給される。

なお、非電源駆動室外ユニット油分離器２１３で分離された冷凍機油は、エンジン駆動圧縮機２１１の吸入管に非電源駆動室外ユニット油戻し管２１３ａにより戻される。

室内機３００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置３０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器３０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器３０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内機３００から流出する。

室内機３１０においても、室内機３００と同様に、まず、高圧の液冷媒は、室内機減圧装置３１３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器３１１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器３１１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内機３１０から流出する。

なお、室内機３００のみ冷房運転を行う場合は、室内機減圧装置３１３を閉じ、室内機３１０の室内熱交換器３１１には冷媒の供給を行わない。一方、室内機３１０のみ冷房運転を行う場合は、室内機減圧装置３０３を閉じ、室内機３００の室内熱交換器３０１には冷媒の供給を行わない。

室内機３００、３１０から流出したガス冷媒は、再度、電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動室外ユニット２００に戻る。電源駆動室外ユニット１００に流入したガス冷媒は、電源駆動室外ユニット四方弁１１４、電源駆動室外ユニットアキュムレータ１１２を通って、電源駆動圧縮機１１１に戻る。また、非電源駆動室外ユニット２００に流入したガス冷媒は、非電源駆動室外ユニット四方弁２１４、非電源駆動室外ユニットアキュムレータ２１２を通って、エンジン駆動圧縮機２１１に戻る。

冷房運転時における、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の運転方法は、例えば下記のようにする。

冷房負荷が、エンジン駆動圧縮機２１１が最低運転周波数で運転した時の冷房能力（エンジン駆動圧縮機２１１の最小冷房能力）よりも小さい場合には、エンジン駆動圧縮機２１１のみでは断続運転に陥るため、電源駆動圧縮機１１１のみを運転する。

冷房負荷が、エンジン駆動圧縮機２１１の最小冷房負荷よりも大きく、かつ、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１とがともに最低運転周波数で運転した場合の冷房能力（両圧縮機運転時の最小冷房能力）よりも小さい場合は、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１のどちらか一方、例えば、運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーが小さい方を選択して運転する。

冷房負荷が、両圧縮機運転時の最小冷房能力よりも大きい場合は、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の両方を、例えば、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように運転する。この場合、運転コストト、もしくは、消費エネルギーを最小とするための電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の運転周波数の決定には、各圧縮機の運転周波数と運転コスト、もしくは、消費エネルギーとの関係を利用する。

実際には、冷房負荷全体に対してエンジン駆動圧縮機２１１が受け持つ冷房負荷の割合は、両圧縮機をともに最高運転周波数で運転した場合の最大冷房能力（両圧縮機運転時の最大冷房能力）に対する、エンジン駆動圧縮機２１１のみを最高運転周波数で運転したときの冷房能力の割合±１５％程度である。

次に暖房運転時では、電源駆動室外ユニット四方弁１１４と非電源駆動室外ユニット四方弁２１４とは点線に冷媒を流すよう設定される（図１参照）。また、エンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁２１６は開で、エンジン排熱熱交換器２１７には冷媒が流れる。さらに、非電源駆動室外ユニット油回収弁２２４が閉状態、電源駆動室外ユニットフラッシング弁１２６と非電源駆動室外ユニットフラッシング弁２２６が閉状態である。非電源駆動室外ユニット均圧管４１１の途中に設置された第１開閉弁４１２と、電源駆動室外ユニット油回収弁１２４は開状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は閉状態となっており、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１には冷媒は流れる状態となっている。

電源駆動室外ユニット１００において、電源駆動圧縮機１１１にて圧縮された高温高圧の冷媒は、まず電源駆動室外ユニット油分離器１１３に流入する。電源駆動室外ユニット油分離器１１３にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は電源駆動室外ユニット四方弁１１４を通り、電源駆動室外ユニット１００を出て、室内機３００、３１０に供給される。

なお、電源駆動室外ユニット油分離器１１３で分離された冷凍機油は、電源駆動圧縮機
１１１の吸入管に電源駆動室外ユニット油戻し管１１３ａにより戻される。

非電源駆動室外ユニット２００において、エンジン駆動圧縮機２１１にて圧縮された高温高圧の冷媒は、まず非電源駆動室外ユニット油分離器２１３に流入する。非電源駆動室外ユニット油分離器２１３にて、冷凍機油を分離された純度の高いガス冷媒は非電源駆動室外ユニット四方弁２１４を通り、非電源駆動室外ユニット２００を出て、室内機３００、３１０に供給される。

電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動室外ユニット２００とから送出された高温高圧のガス冷媒は、合流した後、室内機３００、３１０に供給される。室内機３００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３０１に流入する。高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって、室内機減圧装置３０３を通り、室内機３００から流出する。

室内機３１０においても、室内機３００と同様に、まず、高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３１１に流入する。高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器３１１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱した後凝縮し、高圧の液冷媒となって、室内機減圧装置３１３を通り、室内機３１０から流出する。

なお、冷房時と同様に、室内機３００のみ暖房運転を行う場合は、室内機減圧装置３１３を閉じ、室内機３１０の室内熱交換器３１１には冷媒の供給を行わない。一方、室内機３１０のみ暖房運転を行う場合は、室内機減圧装置３０３を閉じ、室内機３００の室内熱交換器３０１には冷媒の供給を行わない。

室内機３００、３１０から流出した高圧の液冷媒は合流した後、再度、電源駆動室外ユニット１００と非電源駆動室外ユニット２００に戻る。このとき、電源駆動室外ユニット減圧装置１１５は、全閉、もしくはかなり閉じた状態になっており、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量は、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０に流れる冷媒量と、エンジン排熱熱交換器２１７に流れる冷媒量との和よりもかなり少なくなっている。

例えば、エンジン駆動圧縮機２１１を最高運転周波数で運転した場合の最大暖房能力が、電源駆動圧縮機１１１を最高運転周波数で運転した場合の最大暖房能力の２倍に設定されている場合、暖房負荷全体に対して電源駆動圧縮機１１１が受け持つ暖房負荷の割合は、後述するように、各圧縮機の最大暖房能力にほぼ比例し、エンジン駆動圧縮機２１１が受け持つ暖房負荷のほぼ１／２となる。すなわち、本来、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量は、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７に流れる冷媒量の約１／２となる。

しかし、本実施の形態では、暖房運転中は、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１に設置された第１開閉弁４１２と電源駆動室外ユニット油回収弁１２４は開状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は閉状態とする。

非電源駆動室外ユニット２００はエンジンから発生する高温の排熱を用いて冷媒を蒸発させるのに対して、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器で低温の外気を用いて冷媒を蒸発させるので、非電源駆動圧縮機に吸入される冷媒の圧力は、電源駆動圧縮機に吸入される冷媒の圧力より高くなる。よって差圧により、非電源駆動室外ユニット均圧管とバランス管を経由して、非電源駆動室外ユニットから電源駆動室外ユニットに冷媒が流れる。

非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０にて蒸発した冷媒の一部は、非電源駆動室外ユニット四方弁２１４を通った後、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１に流入し、バランス管４１０と電源駆動室外ユニット１００の電源駆動室外ユニット油回収管１２５を経由して電源駆動圧縮機１１１に戻る。

電源駆動室外ユニット減圧装置１１５は、全閉、もしくはかなり閉じた状態にし、非電源駆動室外ユニット減圧装置２１５もかなり閉じた状態、エンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁２１６を開いた状態にすることで、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量は、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７に流れる冷媒量の１／２よりもかなり小さい量、例えば、１／４以下に設定される。電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量を絞ることにより、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒を全て蒸発させるために、冷媒の温度を下げなくてもよい。つまり、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０のフィン表面で外気中の水分が凍結しにくくなり、着霜が起こりにくくなる。

暖房運転時における、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の運転方法は、例えば下記のようにする。

暖房負荷が、エンジン駆動圧縮機２１１が最低運転周波数で運転した時の暖房能力（エンジン駆動圧縮機２１１の最小暖房能力）よりも小さい場合には、エンジン駆動圧縮機２１１のみでは断続運転に陥るため、電源駆動圧縮機１１１のみを運転する。

暖房負荷が、エンジン駆動圧縮機２１１の最小暖房負荷よりも大きく、かつ、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１とがともに最低運転周波数で運転した場合の暖房能力（両圧縮機運転時の最小暖房能力）よりも小さい場合は、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１のどちらか一方、例えば、運転コストが安い、もしくは、消費エネルギーが小さい方を選択して運転する。

暖房負荷が、両圧縮機運転時の最小暖房能力よりも大きい場合は、電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の両方を、例えば、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように運転する。この場合、運転コスト、もしくは、消費エネルギーを最小とするための電源駆動圧縮機１１１とエンジン駆動圧縮機２１１の運転周波数の決定には、各圧縮機の運転周波数と運転コスト、もしくは、消費エネルギーとの関係を利用する。

実際には、暖房負荷全体に対してエンジン駆動圧縮機２１１が受け持つ暖房負荷の割合は、両圧縮機をともに最高運転周波数で運転した場合の最大暖房能力（両圧縮機運転時の最大暖房能力）に対する、エンジン駆動圧縮機２１１のみを最高運転周波数で運転したときの暖房能力の割合±１５％程度である。

ただし、暖房運転時は、常時、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０の着霜状態を監視しており、着霜の危険性がある場合は、運転コスト、もしくは、消費エネルギーが最小となるように各圧縮機の運転周波数を設定していても、エンジン駆動圧縮機２１１の運転周波数を上げ、電源駆動圧縮機１１１の運転周波数を下げる制御をおこなう。

エンジン駆動圧縮機２１１の運転周波数を上げると、エンジン２１０の排熱量が増加し、エンジン排熱熱交換器２１７に供給される冷却水熱量も増加する。すなわち、エンジン排熱熱交換器２１７にて、より多くの冷媒を蒸発させることができ、室外熱交換器２３０に流す冷媒量を減らして、着霜の危険性を低減する。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、暖房時には、電源駆動室外ユニット１００の室外熱交換器１３０において蒸発させるべき冷媒の一部を、非電源駆動室外ユニット２００の室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７とで蒸発させる。なお、室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７とで蒸発した冷媒は、エンジン駆動圧縮機２１１に戻すとともに第１開閉弁４１２を開として、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１、バランス管４１０を通して電源駆動圧縮機１１１にも戻す。

よって、暖房運転時において、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量が減り、当該冷媒を蒸発させるための熱交換量が低減するため、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０における着霜を防止することができ、暖房能力を維持することが可能となる。

また、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０における熱交換量が小さくなる、あるいは無くすことにより、電源駆動室外ユニット室外送風ファン１２０の回転数を小さく、もしくはゼロとすることができる。よって、電源駆動室外ユニット室外送風ファン１２０の消費電力を抑え、空気調和機全体の効率を向上させることが可能となる。

運転中にいずれかの電源駆動室外ユニット１００、非電源駆動室外ユニット２００に油不足が発生した場合、冷凍機油の不均一はバランス管４１０を通じて是正される。この冷凍機油の不均一は、電源駆動室外ユニット油分離器１１３、非電源駆動室外ユニット油分離器２１３に設けた油面検知器が油不足を検知した場合に行う。

なお、油回収制御では、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１に設置された第１開閉弁４１２は閉状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は開状態となり、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１には冷媒は流れない。

電源駆動室外ユニット１００に油不足が発生した場合、自己の電源駆動室外ユニット油回収弁１２４が開かれる。すると、非電源駆動室外ユニット油分離器２１３内の油が、非電源駆動室外ユニット油供給管２２３、バランス管４１０、及び油不足発生側の電源駆動室外ユニット油回収管１２５を介して、電源駆動圧縮機１１１の吸込管に吸い込まれる。この過程では、適宜、非電源駆動室外ユニットフラッシング弁２２６が開かれ、エンジン駆動圧縮機２１１からの吐出冷媒が非電源駆動室外ユニットフラッシング管２２７を介してバランス管４１０に導かれ、この吐出冷媒の圧力によって冷凍機油が押し流される。

非電源駆動室外ユニット２００に油不足が発生した場合、自己の非電源駆動室外ユニット油回収弁２２４が開かれる。すると、電源駆動室外ユニット油分離器１１３内の油が、電源駆動室外ユニット油供給管１２３、バランス管４１０、及び油不足発生側の非電源駆動室外ユニット油回収管２２５を介して、エンジン駆動圧縮機２１１の吸込管に吸い込まれる。この過程では、適宜、電源駆動室外ユニットフラッシング弁１２６が開かれ、電源駆動圧縮機１１１からの吐出冷媒が電源駆動室外ユニットフラッシング管１２７を介してバランス管４１０に導かれ、この吐出冷媒の圧力によって押し流される。いずれの場合も、この油回収制御は空気調和装置の運転中に実行される。

（実施の形態２）
本実施の形態における空気調和機の冷凍サイクル図を図２に示す。図２は図１と比較して、電源駆動室外ユニット１００に電源駆動室外ユニット均圧管４１５と第４開閉弁４１６が存在する。その他の構成は、図１と同じなので、構成要素の説明は省略する。

本実施の形態では、図２に示すように、室外ユニット間を連結するバランス管４１０の
一端４１０Ａと４１０Ｂの間と、電源駆動圧縮機１１１に接続されたアキュムレータ１１２の吸入管とを連通する電源駆動室外ユニット均圧管４１５とその途中に、非電源駆動圧縮機２１１と電源駆動圧縮機１１１の吸入冷媒の均圧を制御する第４開閉弁４１６を備えている。

次に、電源駆動室外ユニット１００、非電源駆動室外ユニット２００、室内機３００、３１０の動作を説明する。

冷房運転時、電源駆動室外ユニット四方弁１１４と非電源駆動室外ユニット四方弁２１４とは実線に冷媒を流すように設定される（図２参照）。基本的には実施の形態１に記載した動作を行う。すなわち、エンジン排熱熱交換器用冷媒流量調整弁２１６は閉で、エンジン排熱熱交換器２１７には冷媒は流れない。さらに、非電源駆動室外ユニット２００の非電源駆動室外ユニット均圧管４１１の途中に設置された第１開閉弁４１２と、電源駆動室外ユニット１００の電源駆動室外ユニット均圧管４１５の途中に設置された第４開閉弁４１６は閉状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は開状態となっており、室外ユニット均圧管４１１、４１５には冷媒は流れない。

一方、暖房運転時も、基本的には、実施の形態１に記載した動作を行う。すなわち、電源駆動室外ユニット１００の電源駆動室外ユニット減圧装置１１５は、全閉、もしくはかなり閉じた状態にし、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量は、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０に流れる冷媒量とエンジン排熱熱交換器２１７に流れる冷媒量との和よりもかなり少なくする。こうすることで、室外熱交換器１３０に流れる冷媒の温度を過度に下げなくても、冷媒は全て蒸発する。つまり、室外熱交換器１３０のフィン表面で外気中の水分が凍結しにくくなり、着霜が起こりにくくなる。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、暖房時には、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０において蒸発させるべき冷媒の一部を、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７とで蒸発させる。

なお、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１に設置された第１開閉弁４１２と電源駆動室外ユニット均圧管４１５に設置された第４開閉弁４１６は開状態、非電源駆動室外ユニット２００の第２開閉弁４１３と電源駆動室外ユニット１００の第３開閉弁４１４は閉状態となり、非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器２３０とエンジン排熱熱交換器２１７にて蒸発した冷媒の一部は、非電源駆動室外ユニット四方弁２１４を通った後、非電源駆動室外ユニット均圧管４１１に流入し、バランス管４１０と電源駆動室外ユニット均圧管４１５を経由して電源駆動圧縮機１１１にも戻す。

また、非電源駆動室外ユニット２００で蒸発した冷媒の一部を電源駆動圧縮機１１１に戻したまま、電源駆動室外ユニット油分離器１１３から電源駆動圧縮機１１１に油を確実に戻すことができるため、圧縮機油吐出量が増加する起動時においても、非電源駆動室外ユニット２００で蒸発した冷媒の一部を電源駆動圧縮機１１１に戻すことができる。

さらに、実施の形態１と比較して、暖房運転時において、電源駆動室外ユニット油回収管１２５と比較して配管径が大きい電源駆動室外ユニット均圧管４１５を経由することで、圧力損失が低下し、非電源駆動室外ユニット２００に流れる冷媒量が増加し、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０に流れる冷媒量が減り、当該冷媒を蒸発させるための熱交換量が低減するため、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０における着霜を防止することができ、暖房能力を維持することが可能となる。

また、電源駆動室外ユニットの室外熱交換器１３０における熱交換量が小さくなる、あるいは無くすことにより、電源駆動室外ユニット室外送風ファン１２０の回転数を小さく、もしくはゼロとすることができる。よって、電源駆動室外ユニット室外送風ファン１２０の消費電力を抑え、空気調和機全体の効率を向上させることが可能となる。

本発明は、暖房運転時に、能力を維持して連続運転が可能な空気調和機として好適に利用することができる。

１００ 電源駆動室外ユニット
１１１ 電源駆動圧縮機
１１３ 電源駆動室外ユニット油分離器
１１５ 電源駆動室外ユニット減圧装置
１２３ 電源駆動室外ユニット油供給管
１２４ 電源駆動室外ユニット油回収弁
１２５ 電源駆動室外ユニット油回収管
１３０ 電源駆動室外ユニットの室外熱交換器
２００ 非電源駆動室外ユニット
２１１ エンジン駆動圧縮機
２１３ 非電源駆動室外ユニット油分離器
２１５ 非電源駆動室外ユニット減圧装置
２１７ エンジン排熱熱交換器
２２３ 非電源駆動室外ユニット油供給管
２２４ 非電源駆動室外ユニット油回収弁
２２５ 非電源駆動室外ユニット油回収管
２３０ 非電源駆動室外ユニットの室外熱交換器
３００，３１０ 室内機
４１０ バランス管
４１１ 非電源駆動室外ユニット均圧管
４１２ 第１開閉弁
４１３ 第２開閉弁
４１４ 第３開閉弁
４１５ 電源駆動室外ユニット均圧管
４１６ 第４開閉弁

Claims (2)

1. 電力により駆動する電源駆動圧縮機が搭載された電源駆動室外ユニットと、電力以外の駆動源により駆動する非電源駆動圧縮機が搭載された非電源駆動室外ユニットとを、少なくとも１台の室内機から延びるユニット間配管に並列に接続し、前記電源駆動圧縮機と前記非電源駆動圧縮機の間で油の受け渡しを行うバランス管を備えた空気調和機において、前記バランス管は室外ユニットとの間は、圧縮機の後に設置される油分離器と連通した油供給管と、圧縮機の吸入管と連通した油回収管とその途中に油回収弁を備え、前記バランス管と前記非電源駆動圧縮機の吸入管とを連通する非電源駆動室外ユニット均圧管と、前記非電源駆動室外ユニット均圧管の連通を制御する第１開閉弁と、前記バランス管と前記非電源駆動室外ユニットの油分離器とを連結する非電源駆動室外ユニット油供給管の連通を制御する第２開閉弁と、前記バランス管と前記電源駆動室外ユニットの油分離器とを連結する電源駆動室外ユニット油供給管の連通を制御する第３開閉弁とを、備えることを特徴とする空気調和機。
2. 前記バランス管と前記電源駆動圧縮機の吸入管とを連通する電源駆動室外ユニット均圧管と、前記電源駆動室外ユニット均圧管の連通を制御する第４開閉弁を備え、前記電源駆動室外ユニット均圧管の配管径がバランス管の配管径より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。

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