JP2009236397A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】停止中の室外ユニットの再運転時、冷凍サイクルの一時的に不安定に起因する、快適性低下や消費エネルギー増を解決し、サイクルの安定性及び省エネ性能が向上した空気調和装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置１０は、少なくとも室内膨張弁３１と室内熱交換器３２とを備えた複数の室内ユニット１２と、少なくとも圧縮機２１と、四方弁２４と、室外熱交換器２２と、室外膨張弁２３とリキッドタンク２５とを備えた複数の室外ユニット１１と、が冷媒配管１３で接続されてなる空気調和装置であって、前記圧縮機２１の吐出側と前記四方弁２４との間に設けられる逆流防止弁５５と、四方弁２４及び逆流防止弁５５の間と、前記リキッドタンク２５とを開閉弁５６を介して接続するバイパス手段５８と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に複数の室外ユニットおよび複数の室内ユニットを備えたものに関する。

空気調和装置において、それぞれ圧縮機を備えた複数台の室外ユニットと、複数台の室内ユニットとが冷媒配管を介して並列に接続されて構成された空気調和装置が知られている。この種のマルチタイプの空気調和装置において、冷房又は暖房運転の際には、複数の室外ユニットのうち少なくとも一台が停止状態にあると、停止状態の室外ユニットに冷媒が滞留して、他の運転中の室外ユニットの冷媒が不足する場合がある。このような場合に鑑みて、停止状態で冷媒が滞留した室外ユニットを運転させる空気調和装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、室内ユニットの運転状態に対応して室外ユニットの圧縮機の容量を制御可能とするとともに、運転状態にある室外ユニットのうちの少なくとも一台の冷媒が不足した場合に、停止状態で冷媒が滞留している室外ユニットを運転させるように制御することにより、冷媒が不足した室外ユニットへ冷媒を供給している。
特開２０００−２２０８９４号公報

しかしながら、上記の技術には以下のような問題がある。すなわち、停止中の室外ユニットを運転させると、冷凍サイクルが一時的に不安定となる場合がある。この結果、室内ユニットの吹き出し温度が実際の空調負荷に対して過剰となり、快適性が損なわれる原因となる。また、実際の空調負荷としては運転させる必要のない室外ユニットを運転させるため消費エネルギーが増えるという問題がある。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、冷凍サイクルの安定性及び省エネ性能を向上することを目的とする。

本発明の一形態に係る空気調和装置は、少なくとも室内膨張弁と室内熱交換器とを備えた複数の室内ユニットと、少なくとも圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外膨張弁とリキッドタンクとを備えた複数の室外ユニットと、が冷媒配管で接続されてなる空気調和装置であって、前記圧縮機の吐出側と前記四方弁との間に設けられる逆流防止手段と、前記四方弁及び前記逆流防止手段の間と、前記リキッドタンクとを開閉弁を介して接続するバイパス手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、停止中の室外ユニットを運転させることなく、冷媒を供給することを可能とする。この結果、冷凍サイクルの安定性及び省エネ性能を向上することが可能となる。

以下、この発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る空気調和装置１０は、複数の室外ユニット１１（１１ａ〜１１ｃ）と、複数の室内ユニット１２（１２ａ〜１２ｆ）を備えたマルチタイプの空気調和装置である。複数の室内ユニット１２と複数の室外ユニット１１とは、冷媒配管としての液管１３およびガス管１４によって並列に接続されている。なお、ここでは一例として室外ユニット１１を３台、室内ユニット１２を６台備えた場合を示すが、これに限られるものではない。

室外ユニット１１内には、それぞれ、インバータ５１によって駆動される密閉型回転式圧縮機２１、室外熱交換器２２、電子膨張弁２３、四方弁２４、リキッドタンク２５、およびアキュムレータ２６が連通されている。電子膨張弁２３は、液管１３が乾き始めると、その開度が大きくなる。この開度に基づいて後述するように開閉弁としてのバイパス電磁弁５６の開閉動作が制御される。

また、複数の室内ユニット１２には、それぞれ、電子膨張弁３１、室内熱交換器３２、が配置されている。

圧縮機２１の冷媒吐出口に吐出管４１を介して四方弁２４が接続され、その四方弁２４に室外熱交換器２２が接続されている。室外熱交換器２２に対し、外気供給用の室外ファン２７が設けられているとともに、その室外ファン２７を駆動させるファンモータ２８が設けられている。

また、圧縮機２１の吐出側と四方弁２４との間には、オイルセパレータ４６と逆流防止手段としての逆流防止弁５５が設けられている。吐出管４１と吸込管４４との間に油戻し管４５の一端が接続され、その他端がキャピラリチューブ４７を介してオイルセパレータ４６に接続されている。四方弁２４及び逆流防止弁５５の間と、冷媒調整用のリキッドタンク２５とは、バイパス電磁弁５６およびキャピラリチューブ５７を備えたバイパス手段としてのバイパス配管５８によって接続されている。バイパス電磁弁５６は、制御部５０の制御に応じて開閉することによりリキッドタンク２５に通じる冷媒の流れをコントロールする機能を有する。

室外熱交換器２２には電子膨張弁２３および冷媒量調整用のリキッドタンク２５を介して複数の電子膨張弁３１が接続され、その各電子膨張弁３１に複数の室内熱交換器３２がそれぞれ接続されている。これら室内熱交換器３２に対し、室内空気循環用の室内ファン３３が設けられているとともに、その室内ファン３３吸込む室内空気の温度Ｔａを検知する室内温度センサ３４が設けられている。

各室内熱交換器３２に、上記四方弁２４およびアキュムレータ２６を介して吸込管４４が接続されている。吸込管４４にサクションカップ４８を介して圧縮機２１の冷媒吸込口が接続されている。

上記圧縮機２１、吐出管４１、四方弁２４、室外熱交換器２２、室外ファン２７、外気温度センサ２８、電子膨張弁２３、リキッドタンク２５、アキュムレータ２６、吸込管４４、サクションカップ４８、オイルセパレータ４６、キャピラリチューブ４７、逆流防止弁５５、バイパス電磁弁５６は、室外ユニット１１に搭載されている。

上記各電子膨張弁２３、各室内熱交換器３２、各室内ファン３３、各室内温度センサ３４は、それぞれ室内ユニット１２に搭載されている。

制御部５０には、四方弁２４、外気温度センサ２８、各室内温度センサ３４、インバータ５１、操作器５２、電子膨張弁２３、各電子膨張弁３１、バイパス電磁弁５６が接続されている。制御部５０は接続された操作機５２の各種設定や各センサ等の検知結果に応じて、各部を制御する機能を有する。例えば、運転中の室外ユニット１１と停止中の室外ユニット１１が混在する場合に、電子膨張弁２３の開度に基づいて、バイパス電磁弁５６を開閉させるよう制御する。

インバータ５１は、商用交流電源５３の電圧を整流し、その整流後の直流電圧を制御部５０からの指令に応じた周波数の交流電圧に変換して出力する。この出力が圧縮機２１の駆動電力となる。操作器５２は、運転モードや室内温度など各種運転条件の設定用である。

こうして、複数台の室外ユニット１１から複数台の室内ユニット１２にかけて、冷房および暖房運転が可能なヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成されている。

冷房時には室内ユニット１２の電子膨張弁２３で過熱度制御および室内ユニット１２間の分流制御を行い、暖房時には室外ユニット１１の電子膨張弁２３で加熱度制御を行っている。

冷房運転時は、圧縮機２１の吐出冷媒が四方弁２４、室外熱交換器２２、電子膨張弁２３、リキッドタンク２５、各電子膨張弁３１を通して各室内熱交換器３２に流れ、その各室内熱交換器３２を経た冷媒が四方弁２４、アキュムレータ２６、吸込管４４、およびサクションカップ４８を通して圧縮機２１に吸込まれる。このとき、室外熱交換器２２が凝縮器、各室内熱交換器３２が蒸発器として働く。

暖房運転時は、圧縮機２１の吐出冷媒が四方弁２４、各室内熱交換器３２、各電子膨張弁２３、リキッドタンク２５、電子膨張弁２３を通して室外熱交換器２２に流れ、その室外熱交換器２２を経た冷媒が四方弁２４、アキュムレータ２６、吸込管４４、およびサクションカップ４８を通して圧縮機２１に吸込まれる。このとき、各室内熱交換器３２が凝縮器、室外熱交換器２２が蒸発器として働く。

この空気調和装置１０において、複数の室外ユニット１１に、停止中の室外ユニット１１ｂ，ｃと運転中の室外ユニット１１ａが混在する場合について図１及び図２を参照して説明する。ここでは一例として、３台の室外ユニット１１（１１ａ〜１１ｃ）のうち、左側の２台の室外ユニット１１ｂ、１１ｃが停止した状態であって、６台の室内ユニットのうち左側の４台の室内ユニット１２ｃ〜１２ｆが停止した状態を説明する。

なお、図１及び図２において、破線の矢印は液管１３内の冷媒の流れを示し、実線の矢印はガス管１４内のガスの流れを示す。また、各リキッドタンク２５における斜線は、冷媒が溜まっている状態を示しているとともに、室内熱交換器３２における斜線は冷媒が凝縮している状態を示している。

停止された室外ユニット１１ｂ、１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃ内の冷媒は液管１３内の冷媒の乾き度によってその溜まる量が変化する。

停止している室外ユニット１１ｂ，１１ｃがある場合には、停止室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃ以外にも、停止された室内ユニット１２（１２ｃ〜１２ｆ）の室内熱交換器３２内で冷媒が凝縮する。このように停止された室内ユニット１２ｃ〜１２ｆが多いと、液管１３は冷媒不足状態となる。

このように停止ユニット１１，１２に冷媒が滞留するのを防止するため、制御部５０は、運転中及び停止中の室外ユニット１１が混在する場合に、停止中の室内ユニット１２ｃ〜ｆの室内電子膨張弁２３ｃ〜２３ｆを閉じるとともに、運転停止中の室外ユニット１１ｂ、ｃのバイパス配管５８ｂ、ｃのバイパス電磁弁５６ｂ、ｃを開く。

具体的には、例えば液管１３が冷媒不足状態となり、液管１３が乾き始めることにより運転中の室外ユニット１１ａの電子膨張弁２３の開度がある一定開度よりも大きくなると、この開度を検知し、この検知結果に応じて、停止した室外ユニット１１ｂ，１１ｃのバイパス電磁弁５６ｂ，５６ｃを開くように制御する。

図２に示すように、室内電子膨張弁２３を閉じ、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのバイパス配管５８ｂ，５８ｃのバイパス電磁弁５６ｂ、５６ｃを開くと、液管１３内の停止室外ユニット１１ｂ、１１ｃにおいては、逆流防止弁５５の位置まで運転ユニット１１ａからの高圧吐出ガスが来ているため、停止室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃ内から、高圧ガスによって液冷媒が液管１３押し出される。このため、停止中のリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに冷媒が溜まるのが防止されるので、必要な冷媒が確保できる。

一方、バイパス電磁弁５６のガス冷媒は、リキッドタンク２５内の液冷媒及びタンク温度で凝縮するのでリキッドタンク２５内の液冷媒は安定する。

以上により、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのバイパス電磁弁５６ｂ，５６ｃの開閉により冷媒不足状態が解消されるため、冷凍サイクルの過熱や冷媒回収制御による暖房能力低下の発生頻度が小さくなる。このため、停止した室外ユニット１１ｂ，１１ｃや停止中の室内ユニット１２ｃ〜１２ｆを動作させることなく、安定した暖房能力を得ることが可能となる。

本実施形態に係る空気調和装置１０によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに滞留した冷媒を運転中の室外ユニット１１ａの吐出ガスにより押し出すので、停止中の室外ユニット２５ｂ，２５ｃのリキッドタンクに冷媒が溜まるのを防止し、冷媒不足を防止することができる。

また、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの圧縮機２１を作動させることなく冷媒不足を防止するため、冷凍サイクルが一時的に不安定となることを回避できる。また、停止中の室外ユニット１１ｂ、１１ｃを運転させないので省エネ性能に優れた空気調和装置を提供することができる。

また、室内ユニット１２からの冷媒回収制御頻度を低減することができる。このため、室温が安定するので、快適な温度空間の提供が可能となる。

また、停止室内ユニット１２ｃ〜１２ｆ及び停止室外ユニット１１ｂ，１１ｃに滞留する冷媒量を考慮する必要がないため、装置全体に封入する冷媒量を低減することが可能となる。

［第２実施形態］
図３に、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置１００の構成を示す。この第２実施形態に係る空気調和装置はバイパス配管５８に、開閉弁として、流量が調整可能な電子式流量調整弁５９を使用している。この他の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。電子式流量調整弁５９の開度は運転中の室外ユニット１１ａの電子膨張弁２３の開度に応じて調整される。

本実施形態に係る空気調和装置１００においても上記第１実施形態の空気調和装置１０と同様の効果が得られる。さらに、停止室外ユニット１１のリキッドタンク２５内にバイパスするガス量を調整できるため、冷凍サイクルに応じたリキッドタンク２５内の液レベル調整が可能となる。したがって、停止室内ユニット１２の数に応じて冷媒量の調節が可能であるため、冷凍サイクル内を適正な圧力に安定させることが可能となる。

その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の第１実施形態に係る空気調和装置の構成を示す説明図。 同空気調和装置の動作を示す説明図。 本発明の第２実施形態に係る空気調和装置の構成を示す説明図。

符号の説明

１０、１００…空気調和装置、１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）…室外ユニット、
１２…室内ユニット（１２ａ〜１２ｆ）、１３…液管（冷媒配管）、
１４…ガス管（冷媒配管）、２１…圧縮機、２２…室外熱交換器、２３…電子膨張弁、
２４…四方弁、２５…リキッドタンク、２６…アキュムレータ、２７…室外ファン、
２８…外気温度センサ、３１…電子膨張弁、３２…室内熱交換器、３３…室内ファン、
３４…室内温度センサ、４１…吐出管、４４…吸込管、４５…バイパス管、
５０…制御部、５５…逆流防止弁、５６…バイパス電磁弁（開閉弁）、
５７…キャピラリチューブ、５８…バイパス配管（バイパス手段）、
５９…電子式流量調整弁。

Claims (3)

1. 少なくとも室内膨張弁と室内熱交換器とを備えた複数の室内ユニットと、
   少なくとも圧縮機と四方弁と室外熱交換器と室外膨張弁とリキッドタンクとを備えた複数の室外ユニットと、が冷媒配管で接続されてなる空気調和装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記四方弁との間に設けられる逆流防止手段と、前記四方弁及び前記逆流防止手段の間と前記リキッドタンクとを開閉弁を介して接続するバイパス手段と、を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 運転中及び停止中の前記室外ユニットが混在するとき、停止中の前記室内ユニットの前記室内膨張弁を閉じ、運転停止中の前記室外ユニットのバイパス手段の開閉弁を開くことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記室外ユニットのバイパス手段の開閉弁は、電子式流量調整弁であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。

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