DE112015000790T5

DE112015000790T5 - Klimatisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015000790T5
Application number: DE112015000790.3T
Authority: DE
Inventors: Masaru Matsui; Yoshitsugu Nishiyama; Tetsuya Masuda
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-11-03
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JPWO2015122171A1; WO2015122171A1; JP6296364B2; DE112015000790B4

Abstract

Zu lösende Aufgabe Vorsehen einer Klimatisierungsvorrichtung, die es ermöglicht, dass eine Vielzahl von Inneneinheiten gleichzeitig entweder einen Kühlbetrieb oder einen Heizbetrieb durchführen oder einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb parallel durchführen, und die das Problem überwunden hat, dass die Behaglichkeit der Benutzer verdorben wird, wenn sich die Heizkapazität des gesamten Systems aufgrund eines Abtauvorgangs verringert, der erforderlich ist, um Reifbildung an einem Wärmeaustauscher der Außeneinheit zu verhindern, die auftritt, wenn die Klimatisierungsvorrichtung während des Heizbetriebs nahe der Nennkapazität betrieben wird. Lösung Die Klimatisierungsvorrichtung enthält mindestens eine Außeneinheit 2A, die mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor 201A ausgestattet ist, der durch elektrische Energie angetrieben wird, und mindestens eine Außeneinheit 2B, die mit einem nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor 202B ausgestattet ist, der durch eine andere Antriebsquelle als elektrische Energie angetrieben wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Außen- oder Freilufteinheiten parallel zueinander, verbunden mit Inneneinheiten, und genauer einen Betrieb zum Verhindern von Reifbildung an einem Außen-Wärmeaustauscher.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren wurde gefordert, dass Klimatisierungsvorrichtungen eine hohe Klimatisierungsleistung aufweisen, und da sich die Klimatisierungslast auf der Inneneinheit bzw. innenliegende Einheit erhöht, wird es schwierig, eine erforderliche Kapazität durch eine einzige Außen- oder Freilufteinheit bzw. außenliegende Einheit sicherzustellen. Hier ist es denkbar, die Größe des Wärmeaustauschers oder des Kompressors der Außeneinheit gemäß der Klimatisierungsleistung der Inneneinheit zu erhöhen. Jedoch erfordert dies ein entsprechend größeres Gehäuse für die Außeneinheit, was verschiedene Probleme aufwirft, beispielsweise die Schwierigkeit der Anlieferung der Klimatisierungsvorrichtung zu einer Baustelle durch einen Aufzug und eine Erhöhung der Montage-Mannstunden, weil die Klimatisierungsvorrichtung nicht über ein Fabrik-Montageband übertragbar ist.
In diesem Zusammenhang ist eine Klimatisierungsvorrichtung bekannt, bei der eine Erhöhung der Kapazität der Klimatisierungsvorrichtung als System erreicht ist durch ein paralleles Verbinden einer Vielzahl von Außeneinheiten mit Einheiten-Verbindungsleitungen, die sich von den Inneneinheiten erstrecken, und ein Steuern des Betriebs der Vielzahl von Außeneinheiten gemäß der Innen-Klimatisierungslast (siehe z. B. Patentschrift 1).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentschrift 1: Japanische Patentoffenlegung Nr. 7-225067

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wenn sich während des Heizbetriebs Reif auf dem Wärmeaustauscher der Außeneinheit bildet, taut die Klimatisierungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, den Reif ab, indem sie den Heizbetrieb unterbricht und den Heizkreis zum Kühlkreis umschaltet, sodass das vom Kompressor abgegebene Kältemittel hoher Temperatur direkt zum Außen-Wärmeaustauscher geleitet wird.
Jedoch besteht eins der Probleme darin, dass das Abtauen ein Unterbrechen des Heizbetriebs bedingt und dadurch die Behaglichkeit der Benutzer verdirbt.
Die vorliegende Erfindung, die in Hinsicht auf diesen Punkt ersonnen wurde, zielt darauf ab, eine Klimatisierungsvorrichtung zu schaffen, die eine Reifbildung am Wärmeaustauscher der Außeneinheit während des Heizbetriebs verhindert und durchgehend arbeiten kann, während sie die Heizfähigkeit aufrechterhält.
Lösung der Aufgabe
Diese Beschreibung schließt den gesamten Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-026967 ein, eingereicht am 14. Februar 2014.
Um die obige Aufgabe zu lösen, enthält eine Klimatisierungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Außen- oder Freilufteinheiten bzw. außenliegenden Einheiten, jeweils mit einem Kompressor, einem Außen-Wärmeaustauscher und einem Außen-Entspannungsventil, und eine Vielzahl von Inneneinheiten bzw. innenliegenden Einheiten, jeweils mit einem Innen-Wärmeaustauscher und einem Innen-Entspannungsventil; wobei die Außeneinheiten und die Inneneinheiten miteinander durch Einheiten-Verbindungsleitungen verbunden sind; ein Ende des Außen-Wärmeaustauschers verzweigt und entweder mit einem Kältemittel-Abgaberohr oder einem Kältemittel-Ansaugrohr des Kompressors verbunden ist; die Einheiten-Verbindungsleitungen ein Hochdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Abgaberohr verbunden ist, ein Niederdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Ansaugrohr verbunden ist, und ein Flüssigkeitsrohr aufweisen, das mit dem anderen Ende des Außen-Wärmeaustauschers verbunden ist; ein Ende des Innen-Wärmeaustauschers mit dem Hochdruckgasrohr bzw. dem Niederdruckgasrohr durch ein Hochdruckgas-Zweigrohr und ein Niederdruckgas-Zweigrohr verbunden ist und das andere Ende mit dem Flüssigkeitsrohr durch ein Flüssigkeits-Zweigrohr verbunden ist; im Hochdruckgas-Zweigrohr und im Niederdruckgas-Zweigrohr jeweils ein Öffnungs-/Schließventil vorgesehen ist; wobei die Klimatisierungsvorrichtung ausgelegt ist zu ermöglichen, dass die Vielzahl von Inneneinheiten gleichzeitig entweder einen Kühlbetrieb oder einen Heizbetrieb durchführt oder einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb parallel durchführt, wobei die Vielzahl von Außeneinheiten mindestens eine Außeneinheit, die mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch elektrische Energie angetrieben wird, und mindestens eine Außeneinheit enthält, die mit einem nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch eine andere Antriebsquelle als elektrische Energie angetrieben wird.
Somit wird in dem Fall, in dem die Inneneinheit den Heizbetrieb enthält und eine Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher der Außeneinheit auftreten kann, ein Teil eines im Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit zu verdampfenden Kältemittels zur nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit geleitet und mit vom Außen-Wärmeaustauscher der nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit und der Antriebsquelle des nicht-elektrisch angetriebenen Kompressors erzeugter Abwärme verdampft, und das in der nichtelektrisch angetriebenen Außeneinheit verdampfte Kältemittel wird zum nichtelektrisch angetriebenen Kompressor zurückgeführt und wird auch durch das Niederdruckgasrohr zum elektrisch angetriebenen Kompressor zurückgeführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Es ist möglich, eine Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit während des Heizbetriebs zu verhindern, indem die Wärmeaustauschlast an diesem Wärmeaustauscher verringert wird, und die Klimatisierungsvorrichtung durchgehend zu betreiben, während die Heizkapazität beibehalten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Kältekreisschaltbild einer Klimatisierungsvorrichtung in der Ausführungsform 1 nach der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsform
Eine erste Erfindung ist eine Klimatisierungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Außen- oder Freilufteinheiten bzw. außenliegenden Einheiten, jeweils mit einem Kompressor, einem Außen-Wärmeaustauscher und einem Außen-Entspannungsventil, und eine Vielzahl von Inneneinheiten bzw. innenliegenden Einheiten, jeweils mit einem Innen-Wärmeaustauscher und einem Innen-Entspannungsventil, enthält; wobei die Außeneinheiten und die Inneneinheiten miteinander durch Einheiten-Verbindungsleitungen verbunden sind; ein Ende des Außen-Wärmeaustauschers verzweigt und entweder mit einem Kältemittel-Abgaberohr oder einem Kältemittel-Ansaugrohr des Kompressors verbunden ist; die Einheiten-Verbindungsleitungen ein Hochdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Abgaberohr verbunden ist, ein Niederdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Ansaugrohr verbunden ist, und ein Flüssigkeitsrohr aufweisen, das mit dem anderen Ende des Außen-Wärmeaustauschers verbunden ist; ein Ende des Innen-Wärmeaustauschers mit dem Hochdruckgasrohr bzw. dem Niederdruckgasrohr durch ein Hochdruckgas-Zweigrohr und ein Niederdruckgas-Zweigrohr verbunden ist und das andere Ende mit dem Flüssigkeitsrohr durch ein Flüssigkeits-Zweigrohr verbunden ist; das Hochdruckgas-Zweigrohr und das Niederdruckgas-Zweigrohr jeweils mit einem Öffnungs-/Schließventil versehen sind; wobei die Klimatisierungsvorrichtung ausgelegt ist zu ermöglichen, dass die Vielzahl von Inneneinheiten gleichzeitig entweder einen Kühlbetrieb oder einen Heizbetrieb durchführt oder einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb parallel durchführt, wobei die Vielzahl von Außeneinheiten mindestens eine Außeneinheit, die mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch elektrische Energie angetrieben wird, und mindestens eine Außeneinheit enthält, die mit einem nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch eine andere Antriebsquelle als elektrische Energie angetrieben wird.
Somit wird in dem Fall, in dem die Inneneinheit den Heizbetrieb enthält, ein Teil des im Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit zu verdampfenden Kältemittels zur nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit geleitet und mit vom Außen-Wärmeaustauscher der nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit und der Antriebsquelle des nicht-elektrisch angetriebenen Kompressors erzeugter Abwärme verdampft. Das in der nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit verdampfte Kältemittel wird zum nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor zurückgeführt und wird auch durch das Niederdruckgasrohr zum elektrisch angetriebenen Kompressor zurückgeführt Demgemäß werden in der vorliegenden Erfindung in dem Fall, in dem die Inneneinheit einen Heizbetrieb enthält, die durch den Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit strömende Kältemittelmenge reduziert und der Wärmeaustauschbetrag zum Verdampfen dieses Kältemittels reduziert. Somit ist es möglich, eine Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit zu verhindern und dabei die Heizkapazität beizubehalten.
Eine zweite Erfindung ist die Klimatisierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung, wobei der Hubraum bzw. das Fördervolumen des nicht-elektrisch angetriebenen Kompressors größer ist als der Hubraum bzw. das Fördervolumen des elektrisch angetriebenen Kompressors.
Somit wird während des Heizbetriebs die von der Antriebsquelle des nichtelektrisch angetriebenen Kompressors erzeugte Abwärmemenge groß, bezogen auf den Wärmeaustauschbetrag zum Verdampfen im Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit.
Demgemäß kann in der vorliegenden Erfindung von dem im Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit zu verdampfenden Kältemittel eine größere Kältemittelmenge als die in der ersten Erfindung mit vom Außen-Wärmeaustauscher der nicht-elektrisch angetriebenen Außeneinheit und der Antriebsquelle des nicht-elektrisch angetriebenen Kompressors erzeugter Abwärme verdampft werden. Somit kann im Vergleich mit der ersten Erfindung die zweite Erfindung eine Gefahr der Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher der elektrisch angetriebenen Außeneinheit reduzieren.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht durch diese Ausführungsform eingeschränkt.
(Ausführungsform 1)
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung genau beschrieben.
1 ist ein Kältekreisschaltbild, das eine Ausführungsform einer Klimatisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Klimatisierungsvorrichtung 1 enthält eine Vielzahl von (z. B. zwei) Außen- oder Freilufteinheiten bzw. außenliegenden Einheiten 2A, 2B und eine Vielzahl von (z. B. drei) Inneneinheiten bzw. innenliegenden Einheiten 3A, 3B, 3C. Einheiten-Verbindungsleitungen 5, die die Außeneinheiten 2A, 2B und die Inneneinheiten 3A, 3B, 3C miteinander verbinden, bestehen aus einem Niederdruckgasrohr 6, einem Hochdruckgasrohr 7 und einem Flüssigkeitsrohr 8. Die Klimatisierungsvorrichtung 1 ermöglicht, dass die Inneneinheiten 3A, 3B, 3C gleichzeitig entweder einen Kühlbetrieb oder einen Heizbetrieb durchführen oder einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb parallel durchführen.
Die Außeneinheit 2A besteht grob aus einem kapazitätsvariablen Kompressor 201A mit einer elektrischen Energiequelle als Antriebsquelle, einem Außen-Wärmeaustauscher 202A, einem Außen-Entspannungsventil 203A usw.
In der Außeneinheit 2A ist ein mit einem Ansauganschluss des Kompressors 201A verbundenes Kältemittelansaugrohr 204A durch einen Akkumulator 205A mit dem Niederdruckgasrohr 6 verbunden. Ein mit einem Abgabeanschluss des Kompressors 201A verbundenes Kältemittel-Abgaberohr 206A verläuft durch einen Ölabscheider 207A und verzweigt sich zu zwei Rohren, wobei ein Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Aa mit dem Hochdruckgasrohr 7 verbunden ist und das andere Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Ab mit einem Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202A verbunden ist.
Hier sind die Kältemittelabgabe-Zweigrohre 206Aa, 206Ab mit Schaltventile 208A, 209A versehen, und ein Schließen des Schaltventils 208A und ein Öffnen des Schaltventils 209A bewirkt, dass ein vom Kompressor 201A abgegebenes Kältemittel dem Außen-Wärmeaustauscher 202A zugeführt wird.
Darüber hinaus ist mit einem Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202A, mit dem das Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Ab verbunden ist, ein Heizrohr 206Ac durch ein Schaltventil 210A parallel zum Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Ab verbunden, gesehen vom Außen-Wärmeaustauscher 202A, und das andere Ende des Heizrohrs 206Ac ist mit dem Kältemittelansaugrohr 204A verbunden.
Das andere Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202A ist mit dem Flüssigkeitsrohr 8 durch das Außen-Entspannungsventil 203A verbunden, das dazu dient, die Durchflussrate des dem Außen-Wärmeaustauscher 202A zugeführten Kältemittels einzustellen.
Die Außeneinheit 2A enthält weiter verschiedene Sensoren, wie etwa einen Temperatursensor (nicht gezeigt), der die Auslass- und die Einlasstemperatur des Außen-Wärmeaustauschers 202A misst, einen Drucksensor (nicht gezeigt), der den Ansaugdruck des Kompressors 201A misst, und einen Drucksensor (nicht gezeigt), der den Abgabedruck des Kompressors 201A misst, sowie eine Außen- oder Freiluftsteuerung 100A, in die Messergebnisse der verschiedenen Sensoren eingegeben werden, und die die gesamte Außeneinheit 2A steuert.
Die Außeneinheit 2B besteht grob aus einem Verbrennungsmotor 4 mit beispielsweise Gas als Antriebsquelle, einem motorgetriebenen Kompressor 201B mit dem Verbrennungsmotor 4 als Antriebsquelle, einem Außen-Wärmeaustauscher 202B, einem Außen-Entspannungsventil 203B usw.
In der Außeneinheit 2B ist ein mit einem Ansauganschluss des Kompressors 201B verbundenes Kältemittelansaugrohr 204B durch einen Akkumulator 205B mit dem Niederdruckgasrohr 6 verbunden. Ein mit einem Abgabeanschluss des Kompressors 201B verbundenes Kältemittel-Abgaberohr 206B verläuft durch einen Ölabscheider 207B und verzweigt sich zu zwei Rohren, wobei ein Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Ba mit dem Hochdruckgasrohr 7 verbunden ist und das andere Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Bb mit einem Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202B verbunden ist.
Hier sind die Kältemittelabgabe-Zweigrohre 206Ba, 206Bb mit Schaltventile 208B, 209B versehen, und ein Schließen des Schaltventils 208B und ein Öffnen des Schaltventils 209B bewirkt, dass das vom Kompressor 201B abgegebene Kältemittel dem Außen-Wärmeaustauscher 202B zugeführt wird.
Darüber hinaus ist mit einem Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202B, mit dem das Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Bb verbunden ist, ein Heizrohr 206Bc durch ein Schaltventil 210B parallel zum Kältemittelabgabe-Zweigrohr 206Bb verbunden, gesehen vom Außen-Wärmeaustauscher 202B, und das andere Ende des Heizrohrs 206Bc ist mit dem Kältemittelansaugrohr 204B verbunden.
Das andere Ende des Außen-Wärmeaustauschers 202B ist mit dem Flüssigkeitsrohr 8 durch das Außen-Entspannungsventil 203B verbunden, das dazu dient, die Durchflussrate des dem Außen-Wärmeaustauscher 202B zugeführten Kältemittels einzustellen.
Darüber hinaus ist ein Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Hochtemperaturkühlwasser durchführt, das zum Kühlen des Verbrennungsmotors 4 verwendet wird, parallel zum Außen-Wärmeaustauscher 202B durch ein Entspannungsventil 211B für den Motorabwärme-Wärmeaustauscher, das die Durchflussrate des dem Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B zugeführten Kältemittels einstellt, und durch ein Flüssigkeits-Zweigrohr 8B verbunden, das sich vom Flüssigkeitsrohr 8 erstreckt, und das Flüssigkeits-Zweigrohr 8B ist mit dem Kältemittelansaugrohr 204B verbunden.
Die Außeneinheit 2B enthält weiter verschiedene Sensoren, wie etwa einen Temperatursensor (nicht gezeigt), der die Auslass- und die Einlasstemperatur des Außen-Wärmeaustauschers 202B misst, einen Drucksensor (nicht gezeigt), der den Ansaugdruck des Kompressors 201B misst, und einen Drucksensor (nicht gezeigt), der den Abgabedruck des Kompressors 201B misst, sowie eine Außen- oder Freiluftsteuerung 100B, in die Messergebnisse der verschiedenen Sensoren eingegeben werden, und die die gesamte Außeneinheit 2B steuert.
Hier fungiert eine der Außeneinheiten 2A, 2B als eine Haupteinheit, und die Außensteuerung 100A oder 100B der Haupteinheit steht in Verbindung mit einer Innensteuerung (nicht gezeigt) und steuert den Betrieb der gesamten Klimatisierungsvorrichtung 1 auf Grundlage der Anweisungen eines Benutzers, die über eine Fernbedienung (nicht gezeigt) eingegeben sind.
Die Inneneinheit 3A enthält einen Innen-Wärmeaustauscher 10 und ein Innen-Entspannungsventil 11, und ein Ende des Innen-Wärmeaustauschers 10 ist mit dem Flüssigkeitsrohr 8 durch ein am Innen-Entspannungsventil 11 vorgesehenes Flüssigkeits-Zweigrohr 18 verbunden. Das Zweigrohr 12 ist mit dem anderen Ende des Innen-Wärmeaustauschers 10 verbunden, und das Zweigrohr 12 ist in ein Hochdruckgaszweigrohr 12A und ein Niederdruckgaszweigrohr 12B verzweigt. Das Hochdruckgaszweigrohr 12A ist mit dem Hochdruckgasrohr 7 durch ein erstes Öffnungs-/Schließventil 13 verbunden, während das Niederdruckgaszweigrohr 12B mit dem Niederdruckgasrohr 6 durch ein zweites Öffnungs-/Schließventil 14 verbunden ist.
Die Inneneinheit 3A enthält einen Temperatursensor (nicht gezeigt), der die Auslass- und die Einlasstemperatur des Innen-Wärmeaustauschers 10 und eine Raumtemperatur misst, einen Drucksensor (nicht gezeigt), der den Kältemitteldruck im Innen-Wärmeaustauscher 10 misst, usw., die darin angeordnet sind, und enthält weiter die Innensteuerung (nicht gezeigt), in die Messergebnisse dieser Sensoren eingegeben werden, und die die Inneneinheit 3A steuert. Da die Inneneinheiten 3B, 3C im Wesentlichen dieselbe Anordnung aufweisen wie die Inneneinheit 3A, sind dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, während eine wiederholte Beschreibung davon weggelassen ist.
Als Nächstes werden der Betrieb und das Verhalten der Klimatisierungsvorrichtung 1 beschrieben.
In dem Fall, in dem alle Inneneinheiten 3A, 3B, 3C gleichzeitig einen Kühlbetrieb durchführen, sind in den Außeneinheiten 2A, 2B die Schaltventile 209A, 209B geöffnet, und die Schaltventile 208A, 208B, 210A, 210B sind geschlossen, während in den Inneneinheiten 3A, 3B, 3C die ersten Öffnungs-/Schließventile 13 geschlossen sind und die zweiten Öffnungs-/Schließventile 14 geöffnet sind. In diesem Fall wird, wie durch die durchgezogenen Pfeile in 1 angegeben, das von den Kompressoren 201A, 201B abgegebene Kältemittel durch Ölabscheider 207A, 207B den Außen-Wärmeaustauschern 202A, 202B zugeführt, wo das Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch Außengebläse 212A, 212B zugeführt wird, und zu einem flüssigen Kältemittel kondensiert wird, bevor es dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführt wird.
In den Inneneinheiten 3A, 3B, 3C wird das flüssige Kältemittel durch das Flüssigkeitsrohr 8 und das Entspannungsventil 11 den Innen-Wärmeaustauschern 10 zugeführt, wo das flüssige Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch Innengebläse 15 zugeführt wird, Wärme aufnimmt, verdampft wird und zu einem gasförmigen Niedertemperatur-/Niederdruck-Kältemittel wird, bevor es durch die zweiten Öffnungs-/Schließventile 14 dem Niederdruckgasrohr 6 zugeführt wird. Das dem Niederdruckgasrohr 6 zugeführte gasförmige Kältemittel strömt durch die Ansaugrohre 204A, 204B der Außeneinheiten 2A, 2B und wird in den Kompressoren 201A, 201B wieder komprimiert. Auf diese Weise können alle Inneneinheiten 3A, 3B, 3C gleichzeitig einen Kühlbetrieb durchführen.
Das Folgende ist ein Beispiel zum Betreiben des elektrisch angetriebenen Kompressors 201A und des motorgetriebenen Kompressors 201B während des Kühlbetriebs.
In dem Fall, in dem die Kühllast kleiner ist als die Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn der motorgetriebene Kompressor 201B bei der minimalen Betriebsfrequenz (der minimalen Kühlkapazität des motorgetriebenen Kompressors 201B) betrieben wird, wird, da ein Betreiben des motorgetriebenen Kompressors 201B allein zu intermittierendem Betrieb führen würde, der elektrisch angetriebene Kompressor 201A allein betrieben.
In dem Fall, in dem die Kühllast größer ist als die minimale Kühlkapazität am motorgetriebenen Kompressor 201B und kleiner ist als die Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn sowohl der elektrisch angetriebene Kompressor 201A als auch der motorgetriebene Kompressor 201B bei der minimalen Betriebsfrequenz (der minimalen Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind) betrieben werden, wird einer aus dem elektrisch angetriebenen Kompressor 201A und dem motorgetriebenen Kompressor 201B, beispielsweise einer mit niedrigeren Betriebskosten oder niedrigerem Energieverbrauch, ausgewählt und betrieben.
In dem Fall, in dem die Kühllast größer ist als die minimale Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind, werden sowohl der elektrisch angetriebene Kompressor 201A als auch der motorgetriebene Kompressor 201B betrieben, sodass beispielsweise die Betriebskosten oder der Energieverbrauch minimiert werden. In diesem Fall werden Beziehungen zwischen der Betriebsfrequenz jedes Kompressors und den Betriebskosten oder dem Energieverbrauch beim Bestimmen der Betriebsfrequenzen des elektrisch angetriebenen Kompressors 201A und des motorgetriebenen Kompressors 201B verwendet, um die Betriebskosten oder den Energieverbrauch zu minimieren.
In der Praxis beträgt das Verhältnis der durch den motorgetriebenen Kompressor 201B getragenen Kühllast zur gesamten Kühllast ungefähr ±15% der Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn der motorgetriebene Kompressor 201B allein bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben wird, zur maximalen Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben werden (der maximalen Kühlkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind).
Andererseits sind in dem Fall, in dem alle Inneneinheiten 3A, 3B, 3C gleichzeitig einen Heizbetrieb durchführen, in den Außeneinheiten 2A, 2B die Schaltventile 209A, 209B geschlossen, und sind die Schaltventile 208A, 208B, 210A, 210B geschlossen, während in den Inneneinheiten 3A, 3B, 3C die ersten Öffnungs-/Schließventile 13 geöffnet sind und die zweiten Öffnungs-/Schließventile 14 geschlossen sind. In diesem Fall wird, wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 angegeben, das durch die Kompressoren 201A, 201B abgegebene gasförmige Hochtemperatur-/Hochdruck-Kältemittel durch den Ölabscheider 25 dem Hochdruckgasrohr 7 zugeführt.
In den Inneneinheiten 3A, 3B, 3C wird das gasförmige Kältemittel durch das Hochdruckgasrohr 7 den Innen-Wärmeaustauschern 10 zugeführt, wo das gasförmige Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch die Innengebläse 15 zugeführt wird, und zu einem flüssigen Kältemittel kondensiert wird, bevor es durch die Entspannungsventile 11 dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführt wird. Das dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführte flüssige Kältemittel strömt durch die Außen-Entspannungsventile 203A, 203B der Außeneinheiten 2A, 2B und wird den Außen-Wärmeaustauschern 202A, 202B zugeführt, wo das flüssige Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch die Außengebläse 212A, 212B zugeführt wird, verdampft wird und dort zu einem gasförmigen Niedertemperatur-/Niederdruck-Kältemittel wird, bevor es durch die Heizrohre 206Ac, 206Bc und die Ansaugrohre 204A, 204B strömt und in den Kompressoren 201A, 201B wieder komprimiert wird.
Im Falle des Heizbetriebs ist in der Außeneinheit 2B das Entspannungsventil 211B für den Motorabwärme-Wärmeaustauscher zusammen mit dem Außen-Entspannungsventil 203B geöffnet, sodass ein Teil des durch das Flüssigkeitsrohr 8 der Außeneinheit 2B zugeführten Kältemittels Wärme mit Kühlwasser (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 4 austauscht, der den Kompressor 201B antreibt, verdampft wird und im Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B zu einem gasförmigen Kältemittel wird, bevor es durch das Flüssigkeits-Zweigrohr 8B strömt und sich im Ansaugrohr 204B mit dem gasförmigen Kältemittel vermischt, das im Außen-Wärmeaustauscher 202B verdampft ist.
Auf diese Weise können alle Inneneinheiten 3A, 3B, 3C gleichzeitig einen Heizbetrieb durchführen.
Wenn eine Situation eintritt, in der beispielsweise der elektrisch angetriebene Kompressor 201A bei der maximalen Drehzahl betrieben ist, während die Außenlufttemperatur niedrig ist, wird das Außen-Entspannungsventil 203A der Außeneinheit 2A vollständig geschlossen oder weitgehend geschlossen, sodass die durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A strömende Kältemittelmenge bedeutend kleiner ist als die Summe aus der durch den Außen-Wärmeaustauscher 202B der Außeneinheit 2B strömenden Kältemittelmenge und der durch den Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B strömenden Kältemittelmenge.
Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem die maximalen Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn der motorgetriebene Kompressor 201B bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben wird, auf das Doppelte der maximalen Heizkapazität eingestellt ist, die verfügbar ist, wenn der elektrisch angetriebene Kompressor 201A bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben wird, wie weiter unten beschrieben, das Verhältnis der durch den elektrisch angetriebenen Kompressor 201A getragenen Heizlast zur gesamten Heizlast fast proportional zu den maximalen Heizkapazitäten der Kompressoren und beträgt fast die Hälfte der durch den nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor 201B getragenen Heizlast. Das heißt, die durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A strömende Kältemittelmenge beträgt ursprünglich ungefähr die Hälfte der durch den Außen-Wärmeaustauscher 202B und den Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B der Außeneinheit 2B strömenden Kältemittelmenge.
In dieser Ausführungsform ist jedoch die durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A strömende Kältemittelmenge auf eine bedeutend kleinere Menge eingestellt als die Hälfte der durch den Außen-Wärmeaustauscher 202B und den Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B der Außeneinheit 2B strömenden Kältemittelmenge und ist beispielsweise auf eine Menge eingestellt, der nicht größer ist als ein Viertel dieser Menge. Das Einschränken der durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A strömenden Kältemittelmenge kann die Notwendigkeit beseitigen, die Temperatur des Kältemittels zu senken, um das gesamte durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A strömende Kältemittel zu verdampfen. Das heißt, es wird weniger wahrscheinlich, dass Feuchtigkeit in der Außenluft an Rippenoberflächen des Außen-Wärmeaustauschers 202A gefriert und Reifbildung auftritt.
Während des Heizbetriebs bleibt das Schaltventil 210B der Außeneinheit 2B offen, sodass ein Teil des im Außen-Wärmeaustauscher 202B und im Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B verdampften Kältemittels durch das Heizrohr 206Bc und das Flüssigkeits-Zweigrohr 8B strömt, dann in das Niederdruckgasrohr 6 strömt, durch das Niederdruckgasrohr 6 in das Ansaugrohr 204A der Außeneinheit 2A strömt, durch den Akkumulator 205A strömt und zum elektrisch angetriebenen Kompressor 201A zurückkehrt.
Das Folgende ist ein Beispiel zum Betreiben des elektrisch angetriebenen Kompressors 201A und des motorgetriebenen Kompressors 201B während des Heizbetriebs.
In dem Fall, in dem die Heizlast kleiner ist als die Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn der motorgetriebene Kompressor 201B bei der minimalen Betriebsfrequenz (der minimalen Heizkapazität des motorgetriebenen Kompressors 201B) betrieben wird, wird, da ein Betreiben des motorgetriebenen Kompressors 201B allein zu intermittierendem Betrieb führen würde, der elektrisch angetriebene Kompressor 201A allein betrieben.
In dem Fall, in dem die Heizlast größer ist als die minimale Heizkapazität am motorgetriebenen Kompressor 201B und kleiner ist als die Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn sowohl der elektrisch angetriebene Kompressor 201A als auch der motorgetriebene Kompressor 201B bei der minimalen Betriebsfrequenz (der minimalen Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind) betrieben werden, wird einer aus dem elektrisch angetriebenen Kompressor 201A und dem motorgetriebenen Kompressor 201B, beispielsweise einer mit niedrigeren Betriebskosten oder niedrigerem Energieverbrauch, ausgewählt und betrieben.
In dem Fall, in dem die Heizlast größer ist als die minimale Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind, werden sowohl der elektrisch angetriebene Kompressor 201A als auch der motorgetriebene Kompressor 201B betrieben, sodass beispielsweise die Betriebskosten oder der Energieverbrauch minimiert sind. In diesem Fall werden Beziehungen zwischen der Betriebsfrequenz jedes Kompressors und den Betriebskosten oder dem Energieverbrauch beim Bestimmen der Betriebsfrequenzen des elektrisch angetriebenen Kompressors 201A und des motorgetriebenen Kompressors 201B verwendet, um die Betriebskosten oder den Energieverbrauch zu minimieren.
In der Praxis beträgt das Verhältnis der durch den motorgetriebenen Kompressor 201B getragenen Heizlast zur gesamten Heizlast ungefähr ±15% der Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn der motorgetriebene Kompressor 201B allein bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben wird, zur maximalen Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren bei der maximalen Betriebsfrequenz betrieben werden (der maximalen Heizkapazität, die verfügbar ist, wenn beide Kompressoren in Betrieb sind).
Jedoch wird während des Heizbetriebs der Zustand der Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher 202B der Außeneinheit 2B ständig überwacht, und falls eine Gefahr der Reifbildung besteht, wird eine Steuerung durchgeführt, um die Betriebsfrequenz des motorgetriebenen Kompressors 201B zu erhöhen und die Betriebsfrequenz des elektrisch angetriebenen Kompressors 201A zu verringern, sogar wenn die Betriebsfrequenzen der Kompressoren so eingestellt wurden, dass die Betriebskosten oder der Energieverbrauch minimiert sind.
Wenn die Betriebsfrequenz des motorgetriebenen Kompressors 201B erhöht wird, erhöht sich die Abwärmemenge des Verbrennungsmotors 4, und die Wärmemenge des dem Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B zugeführten Kühlwassers erhöht sich ebenfalls. Das heißt, eine größere Menge des Kältemittels kann im Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B verdampft werden, wodurch die durch den Außen-Wärmeaustauscher 202B strömende Kältemittelmenge reduziert ist und die Gefahr der Reifbildung reduziert ist.
Wie durch die obige Beschreibung verdeutlicht, wird in dieser Ausführungsform während des Heizens ein Teil des im Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A zu verdampfenden Kältemittels im Außen-Wärmeaustauscher 202B und im Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B der Außeneinheit 2B verdampft. Das im Außen-Wärmeaustauscher 202B und im Motorabwärme-Wärmeaustauscher 212B verdampfte Kältemittel wird zum nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor 201B und durch ein Öffnen des Schaltventils 210B auch zum elektrisch angetriebenen Kompressor 201A durch das Niederdruckgasrohr 6 zurückgeführt.
Somit ist während des Heizbetriebs die durch den Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A strömende Kältemittelmenge reduziert, und der Wärmeaustauschbetrag zum Verdampfen dieses Kältemittels ist reduziert, sodass es möglich ist, eine Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher 202A zu verhindern und die Heizkapazität zu bewahren.
Darüber hinaus kann, da der Wärmeaustauschbetrag im Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A reduziert oder beseitigt ist, die Drehzahl des Außengebläses 212A verringert oder auf null gesetzt sein. Somit ist es möglich, den Stromverbrauch des Außengebläses 212A zu reduzieren und den Wirkungsgrad der gesamten Klimatisierungsvorrichtung zu erhöhen.
In dem Fall, in dem Heizbetrieb und Kühlbetrieb parallel durchgeführt werden, in dem beispielsweise die Inneneinheiten 3A, 3B einen Heizbetrieb durchführen, während die Inneneinheit 3C ein Kühlbetrieb durchführt, werden die Außeneinheiten 2A, 2B auf dieselbe Weise gesteuert wie in dem Fall des oben beschriebenen gleichzeitigen Heizbetriebs, während in den Inneneinheiten 3A, 3B die ersten Öffnungs-/Schließventile 13 geöffnet sind und die zweiten Öffnungs-/Schließventile 14 geschlossen sind, und in der Inneneinheit 3C das erste Öffnungs-/Schließventil 13 geschlossen ist und das zweite Öffnungs-/Schließventil 14 geöffnet ist. In diesem Fall wird das gasförmige Hochtemperatur-/Hochdruck-Kältemittel von den Außeneinheiten 2A, 2B dem Hochdruckgasrohr 7 zugeführt, und in den Inneneinheiten 3A, 3B wird das gasförmige Kältemittel durch das Hochdruckgasrohr 7 dem Innen-Wärmeaustauscher 10 zugeführt, wo das gasförmige Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch die Innengebläse 15 zugeführt wird, und zu einem flüssigen Kältemittel kondensiert, bevor es durch die Entspannungsventile 11 dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführt wird. Ein Teil des dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführten flüssigen Kältemittels kehrt zu den Außeneinheiten 2A, 2B zurück und tauscht Wärme mit Luft aus, die durch die Außengebläse 212A, 212B zugeführt wird, wird in den Außen-Wärmeaustauschern 202A, 202B verdampft und wird zu einem gasförmigen Niedertemperatur-/Niederdruck-Kältemittel.
Andererseits wird der Rest des dem Flüssigkeitsrohr 8 zugeführten flüssigen Kältemittels durch das Entspannungsventil 11 der Inneneinheit 3C dem Innen-Wärmeaustauscher 10 zugeführt, wo das flüssige Kältemittel Wärme mit Luft austauscht, die durch das Innengebläse 15 zugeführt wird, verdampft und zu einem gasförmigen Niedertemperatur-/Niederdruck-Kältemittel wird, bevor es durch das zweite Öffnungs-/Schließventil 14 dem Niederdruckgasrohr 6 zugeführt wird. Das dem Niederdruckgasrohr 6 zugeführte Kältemittel strömt durch die Ansaugrohre 204A, 204B zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel, das durch die Außen-Wärmeaustauscher 202A, 202B geströmt ist, und wird in den Kompressoren 201A, 201B wieder komprimiert. Auf diese Weise können die Inneneinheiten 3A, 3B einen Heizbetrieb durchführen, während die Inneneinheit 3C einen Kühlbetrieb durchführt.
In diesem Fall werden die Außeneinheiten 2A, 2B auch auf dieselbe Weise gesteuert wie in dem Fall des oben beschriebenen gleichzeitigen Heizbetriebs; wenn eine Situation eintritt, in der beispielsweise der elektrisch angetriebene Kompressor 201A bei der maximalen Drehzahl betrieben ist, während die Außentemperatur niedrig ist, wird eine Steuerung durchgeführt, um eine Reifbildung am Außen-Wärmeaustauscher 202A der Außeneinheit 2A zu vermeiden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann geeignet als eine Klimatisierungsvorrichtung verwendet werden, die dauernd arbeiten kann, wobei sie die Kapazität während des Heizbetriebs beibehält.
Bezugszeichenliste

1: Klimatisierungsvorrichtung
2A: Elektrisch angetriebene Außeneinheit
2B: Nicht-elektrisch angetriebene Außeneinheit
3A, 3B, 3C: Inneneinheit
4: Verbrennungsmotor
5: Einheiten-Verbindungsleitungen
6: Niederdruckgasrohr
7: Hochdruckgasrohr
8: Flüssigkeitsrohr
201A: Elektrisch angetriebener Kompressor
201B: Nicht-elektrisch angetriebener Kompressor
202A, 202B: Außen-Wärmeaustauscher
203A, 203B: Außen-Entspannungsventil
212B: Motorabwärme-Wärmeaustauscher

Claims

Klimatisierungsvorrichtung, enthaltend: eine Vielzahl von Außeneinheiten, jeweils enthaltend einen Kompressor, einen Außen-Wärmeaustauscher und ein Außen-Entspannungsventil, und eine Vielzahl von Inneneinheiten, jeweils enthaltend einen Innen-Wärmeaustauscher und ein Innen-Entspannungsventil, wobei die Außeneinheiten und die Inneneinheiten durch Einheiten-Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, ein Ende des Außen-Wärmeaustauschers verzweigt und entweder mit einem Kältemittel-Abgaberohr oder einem Kältemittel-Ansaugrohr des Kompressors verbunden ist, die Einheiten-Verbindungsleitungen ein Hochdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Abgaberohr verbunden ist, ein Niederdruckgasrohr, das mit dem Kältemittel-Ansaugrohr verbunden ist, und ein Flüssigkeitsrohr aufweisen, das mit dem anderen Ende des Außen-Wärmeaustauschers verbunden ist, ein Ende des Innen-Wärmeaustauschers mit dem Hochdruckgasrohr bzw. dem Niederdruckgasrohr durch ein Hochdruckgas-Zweigrohr und ein Niederdruckgas-Zweigrohr verbunden ist und das andere Ende mit dem Flüssigkeitsrohr durch ein Flüssigkeits-Zweigrohr verbunden ist, das Hochdruckgas-Zweigrohr und das Niederdruckgas-Zweigrohr jeweils mit einem Öffnungs-/Schließventil versehen sind, wobei die Klimatisierungsvorrichtung ausgelegt ist zu ermöglichen, dass die Vielzahl von Inneneinheiten gleichzeitig entweder einen Kühlbetrieb oder einen Heizbetrieb durchführen oder einen Kühlbetrieb und einen Heizbetrieb parallel durchführen, wobei die Vielzahl von Außeneinheiten mindestens eine Außeneinheit, die mit einem elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch elektrische Energie angetrieben wird, und mindestens eine Außeneinheit enthält, die mit einem nicht-elektrisch angetriebenen Kompressor ausgestattet ist, der durch eine andere Antriebsquelle als elektrische Energie angetrieben wird.
Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fördervolumen des nicht-elektrisch angetriebenen Kompressors größer ist als das Fördervolumen des elektrisch angetriebenen Kompressors.