JP2006118827A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 暖房運転停止後に運転を再開する場合に、運転開始時の運転能力を大きくすることなく、迅速に暖房を開始することができる空気調和装置を提供する。
【解決手段】 圧縮機20A、20B1、20B2の吸込管30とレシーバタンク23とを制御弁50を設けたバイパス管51で接続し、暖房運転を停止する場合に、制御弁50を開状態に制御して、高圧と低圧の圧力差を利用して、レシーバタンク23内の冷媒を、バイパス管51を介して圧縮機20A、20B1、20B2の吸込管30内に引き込む室外制御装置100を設け、この室外制御装置100の動作に応じて、レシーバタンク23から利用側熱交換器10に至る配管内に残留する液冷媒をレシーバタンク23内に回収するようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、レシーバタンク及び利用側熱交換器を配管で接続した空気調和装置に関する。
従来より、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置及びレシーバタンクを収納する室外ユニットと、利用側熱交換器を収納する室内ユニットとを備える空気調和装置が知られている(例えば、特許文献1)。
この種の空気調和装置は、暖房運転時、圧縮機で圧縮されたガス冷媒を室内ユニットで放熱・凝縮させて液冷媒とし、その液冷媒を室外ユニットで吸熱・蒸発させてガス冷媒にして圧縮機に戻すため、暖房運転時は液冷媒が室内ユニット側に多い状態となる。
特開2001−324227号公報
しかし、従来の構成では、室外ユニットが室内ユニットの位置よりも高所に設置された場合、暖房運転停止後は、液冷媒が室内ユニット側にもともと多く存在するのに加え、室外ユニットに存在する液冷媒が重力により室内ユニット側に流出するため、次の運転の開始時は、室内ユニット側の液冷媒を回収するために、起動時の運転能力を大きくする必要があった。また、このように開始時の運転能力を高くしても、液冷媒の回収に時間がかかってしまい、暖房の立ち上がりが遅くなってしまう場合があった。
そこで、本発明の目的は、暖房運転停止後に運転を再開する場合に、運転開始時の運転能力を大きくすることなく、迅速に暖房を開始することができる空気調和装置を提供することにある。
上述課題を解決するため、本発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、レシーバタンク及び利用側熱交換器を配管で接続した空気調和装置において、前記圧縮機の吸込管と前記レシーバタンクとを制御弁を設けたバイパス管で接続し、暖房運転を停止する場合に、前記制御弁を開状態に制御して、高圧と低圧の圧力差を利用して、前記レシーバタンク内の冷媒を、前記バイパス管を介して、前記圧縮機の吸込管内に引き込む制御手段を設け、この制御手段の動作に応じて、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至る配管内に残留する液冷媒を、当該レシーバタンク内に回収することを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記減圧装置及び前記レシーバタンクを、室外ユニットに収納すると共に、前記利用側熱交換器を室内ユニットに収納し、この室内ユニットの位置よりも、前記室外ユニットの位置を高所に配置したことを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至るまでの配管における前記レシーバタンクの近傍に、前記配管の一部を前記レシーバタンクの高さ相当まで立ち上げて形成したトラップを設けたことを特徴とする。
また、本発明は、上記発明において、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至るまでの配管における前記レシーバタンクの近傍に、開閉弁を設け、前記制御手段は、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至る配管内に残留する液冷媒を、当該レシーバタンク内に回収した後に、前記開閉弁を閉状態に制御することを特徴とする。
本発明は、圧縮機の吸込管とレシーバタンクとを制御弁を設けたバイパス管で接続し、暖房運転を停止する場合に、制御弁を開状態に制御して、高圧と低圧の圧力差を利用して、レシーバタンク内の冷媒を、バイパス管を介して圧縮機の吸込管内に引き込む制御手段を設け、この制御手段の動作に応じて、レシーバタンクから利用側熱交換器に至る配管内に残留する液冷媒をレシーバタンク内に回収するので、暖房運転停止後にレシーバタンクを液冷媒で満たしておくことができ、暖房運転停止後に運転を再開する場合に、運転開始時の運転能力を大きくすることなく、迅速に暖房を開始することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図1は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。この空気調和装置1は、複数台(例えば2台)の室外ユニット2A、2Bと、この室外ユニット2A、2Bの位置よりも低所に設置される複数台(例えば2台)の室内ユニット3A、3Bとを備えている。この空気調和装置1は、室外ユニット2A、2Bと室内ユニット3A、3Bとを接続する冷媒配管5が、低圧ガス管6と、高圧ガス管7と、液管8とから構成され、室内ユニット3A、3Bを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転(ドライ運転を含む)と暖房運転とを混在して実施可能としている。
室内ユニット3Aは、室内熱交換器(利用側熱交換器)10と膨張弁(減圧装置)11とを備えて構成され、この室内熱交換器10の一端は、膨張弁11を介して液管8に配管接続される。また、室内熱交換器10の他端には、分岐管12が接続され、この分岐管12は、高圧ガス分岐管12Aと低圧ガス分岐管12Bとに分岐し、一方の高圧ガス分岐管12Aは第1開閉弁(例えば、電磁弁)13を介して高圧ガス管7に接続され、他方の低圧ガス分岐管12Bは第2開閉弁(例えば、電磁弁)14を介して低圧ガス管6に接続される。また、室内ユニット3Aには、室外熱交換器21の出入口温度や室温を検出する温度センサ等が配置される他、これらセンサの検出結果を入力してこの室内ユニット3Aの制御を行う室内制御装置(図示せず)を備えている。室内ユニット3Bについては、室内ユニット3Aと略同一の構成であるため、同一の部分に同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する
図2は、室外ユニット2Aの構成を示す回路図である。室外ユニット2Aは、能力可変型の圧縮機(DCインバータ圧縮機)20Aと、能力一定型の圧縮機(AC圧縮機)20B1、20B2と、室外熱交換器(熱源側熱交換器)21と、膨張弁22と、レシーバタンク23等から概略構成されている。以下、各圧縮機20A、20B1、20B2を特に区別する必要がない場合は、圧縮機20と表記する。
この室外ユニット2Aにおいて、各圧縮機20A、20B1、20B2は並列接続され、各圧縮機20A、20B1、20B2の吸込口に共通接続された吸込管30が、アキュムレータ24を介して低圧ガス管6に接続される。また、各圧縮機20A、20B1、20B2の吐出口に接続された吐出管31は、オイルセパレータ25を介して2つに分岐し、一方の冷媒吐出分岐管31Aが高圧ガス管7に接続され、他方の冷媒吐出分岐管31Bが室外熱交換器21に接続される。
ここで、上記冷媒吐出分岐管31Bには、切換弁40が設けられ、この切換弁40を開けると圧縮機20の吐出冷媒が室外熱交換器21に供給される。さらに、この冷媒吐出分岐管31Bには、上記切換弁40と室外熱交換器21との間に四方弁41が設けられ、この四方弁41は、室外熱交換器21から見て、室外熱交換器21の一端を、上記切換弁40につながる管路(冷媒吐出分岐管31B+冷媒吐出分岐管31A)、又は圧縮機20の吸込管30につながる管路(暖房経路用配管32)のいずれか一方に選択的に切り換える切換弁として機能する。
室外熱交換器21の他端は、室外熱交換器21に供給する冷媒流量を調整するための膨張弁26、レシーバタンク23、後段に詳述するトラップ27及び補助冷却回路28を介して液管8と配管接続される。レシーバタンク23は、室外ユニット2Aと室内ユニット3A、3Bとの間の液状冷媒を蓄えて各ユニット間の冷媒の需給の調整を図るものである。
また、補助冷却回路28は、レシーバタンク23と液管8とを接続する冷媒配管33を流れる液冷媒を補助冷却するものであり、より具体的には、レシーバタンク23と液管8との間の液冷媒が通る配管33の一部と、この配管33から分岐して膨張弁29を通過した冷媒が通る分岐管34の一部とを2重管で構成した、いわゆる2重管式熱交換器が適用される。この分岐管34は、補助冷却回路28に接続された冷媒配管35を介して圧縮機20の吸込管30とつながり、この分岐管34、35を通過した冷媒は圧縮機20の吸込口に戻される。
また、オイルセパレータ25には、図2に示すように、オイルセパレータ25に溜められたオイル量(潤滑油量)が所定量以上の場合に、余剰のオイル(潤滑油)を圧縮機20の吸込管30に戻す冷媒戻し管45と、当該オイルセパレータ25と他の室外ユニット2Bのオイルセパレータ25とを接続するためのオイルバランス管46とが接続される。
このオイルバランス管46は、開閉弁46Aを備え、図1に示すように、オイル管47を介して他の室外ユニット2Bのオイルセパレータ25と接続されると共に、このオイルバランス管46から分岐する分岐管45Aを介して冷媒戻し管45に接続される。この分岐管45Aには、開閉弁45Bが設けられる。このため、開閉弁46Aが開き、開閉弁45Bが閉じると、オイルセパレータ25に貯留されたオイルが他の室外ユニット2Bに供給され、開閉弁46Aが閉じ、開閉弁45Bが開くと、他の室外ユニット2Bから供給されたオイルが分岐管45Aを介して冷媒戻し管45に供給され、これによって、室外ユニット2A、2B間をオイルが行き来可能に構成されている。
また、室外ユニット2Aは、室外熱交換器21の出入口温度を検出する温度センサSO1、SO2、圧縮機20の吸込圧力を検出する圧力センサSA1及び圧縮機20の吐出圧力を検出する圧力センサSB1〜SB3等の各種センサ、複数の逆止弁、各種センサの検出結果を入力して室外ユニット2A全体を制御する室外制御装置100等を備える。室外ユニット2Bについては、室外ユニット2Aと略同一の構成であるため、同一の部分には同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。さらに、この空気調和装置1は、図示を省略したリモートコントローラを備え、室外ユニット2A、2Bのいずれかの室外制御装置100が、リモートコントローラを介して入力したユーザ指示等に応じて、他の室外制御装置100や室内制御装置と通信し、この空気調和装置1全体の運転制御を行う。
具体的には、全ての室内ユニット3A、3Bを同時に冷房運転する場合、各室外ユニット2A、2Bでは、切換弁40が開くと共に四方弁41が切換制御され、また、各室内ユニット3A、3Bでは第1開閉弁13が閉じ、第2開閉弁14が開く。この場合、図1に実線矢印で示すように、圧縮機20の吐出冷媒が、オイルセパレータ25を介して室外熱交換器21に供給され、ここで放熱・凝縮して液冷媒となり、レシーバタンク23及び補助冷却回路28を経て液管8に供給される。
そして、室内ユニット3A、3Bにおいては、液管8を介して液冷媒が膨張弁11を介して室内熱交換器10に供給され、ここで吸熱・蒸発し、低温低圧のガス冷媒となり、第2開閉弁14を介して低圧ガス管6に供給される。この低圧ガス管6に供給されたガス冷媒は、室外ユニット2A、2Bの吸込管30を介して圧縮機20で再び圧縮される。これによって、全ての室内ユニット3A、3Bで同時に冷房運転が可能になる。
一方、全ての室内ユニット3A、3Bを同時に暖房運転する場合、各室外ユニット2A、2Bでは、切換弁40が閉じると共に四方弁41が切換制御され、各室内ユニット3A、3Bでは第1開閉弁13が開き、第2開閉弁14が閉じる。この場合、図1に波線矢印で示すように、圧縮機20が吐出した高温高圧のガス冷媒が、オイルセパレータ25を介して高圧ガス管7に供給される。
そして、室内ユニット3A、3Bにおいては、高圧ガス管7を介してガス冷媒が室内熱交換器10に供給され、ここで、放熱・凝縮して液冷媒となった後、膨張弁11を介して液管8に供給される。この液管8に供給された液冷媒は、室外ユニット2A、2Bの冷媒配管33及びレシーバタンク23を介して室外熱交換器21に供給され、ここで、吸熱・蒸発し、ここで低温低圧のガス冷媒となり、吸込管30を介して圧縮機20で再び圧縮される。これによって、全ての室内ユニット3A、3Bで同時に暖房運転が可能になる。
また、暖房運転と冷房運転の混在運転を行う場合、例えば、室内ユニット3Aを暖房運転し、室内ユニット3Bを冷房運転する場合、室外ユニット2A、2Bが上記同時暖房運転の場合と同様に制御される一方、室内ユニット3Aにおいては、第1開閉弁13が閉じ、第2開閉弁14が開き、室内ユニット3Bにおいては、第1開閉弁13が開き、第2開閉弁14が閉じる。この場合、各室外ユニット2A、2Bから高温高圧のガス冷媒が高圧ガス管7に供給され、室内ユニット3Aにおいては、高圧ガス管7を介してガス冷媒が室内熱交換器10に供給され、ここで放熱・凝縮して液冷媒となった後、膨張弁11を介して液管8に供給される。この液管8に供給された液冷媒の一部は室外ユニット2A、2Bへ戻り、室外熱交換器21で吸熱・蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
一方、液管8に供給された液冷媒の残りは、室内ユニット3Bの室内熱交換器10に供給され、ここで吸熱・蒸発し、低温低圧のガス冷媒となった後、第2開閉弁14を介して低圧ガス管6に供給される。そして、この低圧ガス管6に供給された冷媒は、室外熱交換器21を経た上記ガス冷媒と共に、吸込管30を介して圧縮機20で再び圧縮される。これによって、室内ユニット3A、3B毎に暖房運転と冷房運転とが可能になる。
ところで、上記のように暖房運転時は、圧縮機20で圧縮されたガス冷媒を室内ユニット3A、3Bで放熱・凝縮させて液冷媒とし、その液冷媒を室外ユニット2A、2Bで吸熱・蒸発させてガス冷媒にして圧縮機20に戻すため、液冷媒が室内ユニット3A、3B側に多い状態となる。この空気調和装置1は、上記したように、室外ユニット2A、2Bが室内ユニット3A、3Bの位置よりも高所に配置され、暖房運転後に運転を停止した場合に、室外ユニット2A、2Bに存在する液冷媒が重力により室内ユニット3A、3B側へ流出したとすると、室外ユニット2A、2B周辺は殆どガス冷媒になり、次の運転の起動時に起動時運転能力(圧縮機20の圧縮能力)を大きくしなければ、室外ユニット2A、2B内に液冷媒を回収することが困難になってしまう。
そこで、本実施形態では、各室外ユニット2A、2Bに、図2に示すように、吸込管30とレシーバタンク23とを制御弁50を介して接続するバイパス管51を設けると共に、レシーバタンク23と液管8とをつなぐ冷媒配管33の一部を立ち上げてトラップ27を形成している。
図3に示すように、バイパス管51の一端は、レシーバタンク23の上部に連結され、圧縮機20の運転中或いは運転停止直後に制御弁50を開けた場合、吸込管30内の圧力がレシーバタンク23内の圧力より低いため、この圧力差により、レシーバタンク23の上部に貯留されたガス冷媒から順にバイパス管51を介して圧縮機20の吸込管30に引き込まれる。このバイパス管51には、制御弁50の他に、キャピラリーチューブ52が設けられ、このキャピラリーチューブ52は、レシーバタンク23内の冷媒がバイパス管51を介して一気に吸込管30に流れて、圧縮機20の吸込側に一気に大量の液冷媒が供給されてしまうのを防止するために設けられているが、省略してもよい。また、制御弁50は、電磁弁或いは電動弁等の開閉可能な弁が適用され、室外制御装置100の制御の下、空調運転時(暖房運転、冷房運転、冷暖混在の運転時)は閉制御される。
トラップ27は、レシーバタンク23と液管8とをつなぐ冷媒配管33の一部を立ち上げて形成され、このトラップ27の高さ(レシーバタンク23の下面に対する高さ)H1は、レシーバタンク23の高さH0と略同じ高さに形成される。なお、図3において、符号60は、空気調和装置1が設置される建屋であり、符号61は天井裏、符号62は天井、符号63は床であり、室外ユニット2A、2Bが建屋60の屋上に配置され、室内ユニット3A、3Bが建屋の被調和室64、65の天井62に配置されている。このように、レシーバタンク23の高さ相当のトラップ27を設けたため、室外ユニット2A、2Bが室内ユニット3A、3Bの位置よりも高所に配置された場合でも、レシーバタンク23内に溜まった液冷媒が重力により液管8側、つまり、室内ユニット3A、3B側に流出することが回避される。
本実施形態の空気調和装置1では、ユーザから運転停止指示を入力する等して暖房運転を停止する場合に、室外制御装置100が、圧縮機20等を停止させる通常の運転停止制御を行うと共に、レシーバタンク23に室内ユニット3A、3B側の液冷媒を回収させる液冷媒回収制御を行う。
図4は、液冷媒回収制御を示すフローチャートである。なお、膨張弁26は運転停止制御時に閉制御されているものとする。
まず、室外制御装置100は、制御弁50を閉状態から開状態に制御する(ステップS1)。制御弁50が開くと、吸込管30内の圧力がレシーバタンク23内の圧力より低いため、この圧力差によりレシーバタンク23の上方に滞留するガス冷媒から順にバイパス管51を介して吸込管30に引き込まれ、この冷媒の引き込みに応じて、レシーバタンク23から室内ユニット3A、3Bに至る配管(冷媒配管33及び液管8等)内に残留する液冷媒がレシーバタンク23内に回収される。
次に、室外制御装置100は、圧力センサSA1、SB1〜SB3の検出結果に基づいて、圧縮機20の吸込圧力と吐出圧力とがバランスしたか否か、つまり、吸込圧力と吐出圧力との差圧が所定範囲内に収まったか否かを判定し(ステップS2)、差圧が所定範囲内となると(ステップS2:YES)、制御弁50を閉じる(ステップS3)。このように、制御弁50を、圧縮機20の吸込圧力と吐出圧力とがバランスするまで開けておくため、レシーバタンク23から室内ユニット3A、3Bに至る配管内に残留する液冷媒を、できるだけ多くレシーバタンク23内に回収することができる。
以上説明したように、本実施形態では、圧縮機20の吸込管30とレシーバタンク23とを制御弁50を設けたバイパス管51で接続し、暖房運転を停止する場合に制御弁50を開制御するため、吸込管30内の圧力とレシーバタンク23内の圧力の差、つまり、冷媒が流れる冷媒回路中の高圧と低圧の圧力差を利用して、レシーバタンク23から室内ユニット3A、3Bに至る配管内に残留する液冷媒を、レシーバタンク23内に回収することができる。従って、暖房運転停止後にレシーバタンク23を液冷媒で満たすことができる。
また、本実施形態では、レシーバタンク23から室内ユニット3A、3Bに至る配管にはトラップ27が設けられているため、運転停止中にレシーバタンク23内に回収された液冷媒が室内ユニット3A、3B側に流出することがなく、次の運転開始までレシーバタンク23内に確実に保持される。
従って、暖房運転停止後に運転を開始する場合でも、室外ユニット2A、2B側に液冷媒が十分に蓄えられているため、運転開始時の運転能力を大きくしなくても、暖房運転をすぐに開始でき、運転開始時の運転能力を大きくする従来のものに比して、素早い暖房立ち上がりが可能になると共に、電力消費量を低減することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、トラップ27の高さをレシーバタンク23の高さと略同じにする場合について述べたが、レシーバタンク23内に蓄えられる液冷媒の量が、次の暖房運転開始時に迅速に暖房を開始可能な量以上となる範囲でトラップ27の高さを低くしてもよい。
また、上記実施形態では、運転停止中にレシーバタンク23内に回収された液冷媒が室内ユニット3A、3B側に流出しないようにトラップ27を設ける場合について例示したが、このトラップ27に代えて、図5に示すように、レシーバタンク23から室内熱交換器10に至るまでの配管に開閉弁(例えば電磁弁)27Aを設け、上記ステップS3の処理(制御弁50の閉制御)の後、この開閉弁27Aを閉制御するようにしてもよい。この開閉弁27Aを運転停止中に閉状態に保持しておくことにより、運転停止中にレシーバタンク23内に回収された液冷媒が室内ユニット3A、3B側に流出するのを確実に回避することができる。
また、上記実施形態で示した配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、上記実施形態では、複数の室外ユニットと複数の室内ユニットを備える空気調和装置に本発明を適用する場合を例示したが、任意台数の室外ユニットと室内ユニットを備える空気調和装置に広く適用が可能である。
本発明に係る空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。 室外ユニットの構成を示す回路図である。 トラップの説明に供する図である。 液冷媒回収制御を示すフローチャートである。 変形例の説明に供する室外ユニットの構成を示す回路図である。
符号の説明
1 空気調和装置
2A、2B 室外ユニット
3A、3B 室内ユニット
5 冷媒配管
6 低圧ガス管
7 高圧ガス管
8 液管
10 室内熱交換器(利用側熱交換器)
11、26 膨張弁(減圧装置)
20、20A、20B1、20B2 圧縮機
21 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
23 レシーバタンク
24 アキュムレータ
25 オイルセパレータ
27 トラップ
27A 開閉弁
28 補助冷却回路
30 吸込管
51 バイパス管
52 キャピラリーチューブ
100 室外制御装置

Claims (4)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、レシーバタンク及び利用側熱交換器を配管で接続した空気調和装置において、
    前記圧縮機の吸込管と前記レシーバタンクとを制御弁を設けたバイパス管で接続し、暖房運転を停止する場合に、前記制御弁を開状態に制御して、高圧と低圧の圧力差を利用して、前記レシーバタンク内の冷媒を、前記バイパス管を介して、前記圧縮機の吸込管内に引き込む制御手段を設け、この制御手段の動作に応じて、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至る配管内に残留する液冷媒を、当該レシーバタンク内に回収することを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記減圧装置及び前記レシーバタンクを、室外ユニットに収納すると共に、前記利用側熱交換器を室内ユニットに収納し、この室内ユニットの位置よりも、前記室外ユニットの位置を高所に配置したことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
  3. 前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至るまでの配管における前記レシーバタンクの近傍に、前記配管の一部を前記レシーバタンクの高さ相当まで立ち上げて形成したトラップを設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の空気調和装置。
  4. 前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至るまでの配管における前記レシーバタンクの近傍に、開閉弁を設け、前記制御手段は、前記レシーバタンクから前記利用側熱交換器に至る配管内に残留する液冷媒を、当該レシーバタンク内に回収した後に、前記開閉弁を閉状態に制御することを特徴とする請求項1又は2記載の空気調和装置。
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