JP2012047409A - マルチ型空気調和システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】常時冷房運転される室内機ユニット3cにおいては、複数の電磁弁101a、101b、101cを備えたガス管圧力コントロールキット100を備え、冷媒の吸込温度に応じて電磁弁101a、101b、101cの開閉を制御することで、室内熱交換器40を経て低圧ガス管7を通って室外機ユニット1へと導かれる冷媒の圧力損失を調節し、室内熱交換器40における冷媒の蒸発圧力を調節する。これにより、外気温が低く、他の室内機ユニット3で暖房運転を行い、室外機ユニットが蒸発器として機能している場合においても、冷房運転を行っている室内機ユニット3cにおいては、吸込温度が氷点下以下となるのを防ぎ、室内熱交換器40が氷結するのを防ぐ。
【選択図】図2
Description
そして、このような構成により、複数台の室内機ユニットを、冷房運転するものと暖房するものとを同時に混在させることを可能としていた。
すると、室内機ユニットから送出される冷媒は、冷房を行っている室内機ユニットの熱交換器よりも、より大きな温度差(エンタルピ)が得られる室外機ユニットの熱交換器へと流れる。その結果、冷房を行っている室内機ユニットの熱交換器において、相対的に冷媒量が少なくなるという問題が生じる。また、他の室内機ユニットが暖房運転を行っている場合、他の室内機も冷房運転を行っている場合に比較し、冷媒の過冷却量が小さいので、冷房運転を行っている室内機ユニットにおいては、相対的に能力が低下する。
しかし、このような手法は、あくまでも制御(ソフトウェア)により実現しているもので、マルチ型空気調和システムを構成する室内機ユニットの全体台数、常時冷房運転を行う室内機ユニットの台数等に応じて、室内機ユニットの膨張弁開度や圧縮機の回転数を最適に設定しなければならない。このため、個々の空気調和システムごとに独自に室内機ユニットの膨張弁開度や圧縮機の回転数を設定しなければならず、その作業に手間がかかり、製品コスト上昇に繋がる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、複数の室内機ユニットを備えた空気調和システムにおいて、常時冷房運転を行う室内機ユニットが存在する場合においても、容易かつ安価に十分な冷房能力を確保することのできるマルチ型空気調和システムを提供することを目的とする。
ここで、蒸発圧力調整機構は、冷房運転のみを行う室内機ユニットに装備する。蒸発圧力調整機構は、室内熱交換器と室外機ユニットとの間において低圧ガス管を複数の分岐管に分岐するとともに、開閉可能なバルブを分岐管にそれぞれ設け、これらのバルブの開閉を調整することで、室内熱交換器における冷媒の蒸発圧力を調整することができる。
このように、蒸発圧力調整機構で室内熱交換器における蒸発圧力を調整することによって、外気温が低く、他の室内機ユニットで暖房運転を行い、室外機ユニットが蒸発器として機能している場合においても、蒸発圧力調整機構を備えて冷房運転を行っている室内機ユニットにおいては、吸込温度が氷点下以下となるのを防ぎ、室内熱交換器が氷結するのを防ぐことができる。
また、このような構成では、冷房運転のみを行う室内機ユニットには蒸発圧力調整機構を備え、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う室内機ユニットには冷暖房運転切換機構を備えればよい。
さらに、過熱熱交換器が圧力損失となり、室内熱交換器における冷媒の蒸発温度が上昇するため、室内熱交換器が氷結しにくくなる。
また、冷房運転のみを行う室内機ユニットには蒸発圧力調整機構を備え、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う室内機ユニットには冷暖房運転切換機構を備えるというハードウェアの構成により上記効果が得られるため、個々の空気調和システムに応じてソフトウェアを設定する必要が無く、設置も容易で、コストを抑えることができる。
さらに、過熱熱交換器が圧力損失となり、室内熱交換器における冷媒の蒸発温度が上昇するため、室内熱交換器が氷結しにくくなる。その結果、冷房運転を中断して解氷運転を行う必要も無く、冷房運転を連続的に行うことが可能となり、常時冷房運転を行う室内機ユニットにおける冷房能力を高めることができる。
[第一の実施形態]
図1は、本実施の形態におけるマルチ型空気調和システムの全体構成を説明するための図である。
図1に示すように、マルチ型空気調和システム200は、一つの室外機ユニット1と、複数の室内機ユニット3、3、…と、これらを接続する高圧ガス管(主管)5、低圧ガス管(主管)7、および液管9を備えている。
各室外熱交換器12a,12bには、それぞれ、液管9側に設けられた液管側温度センサ30a,30bと、室外四方弁14a,14b側に設けられた四方弁側温度センサ32a,32bが設けられている。
また、室外熱交換器12a,12bの近傍には、室外温度すなわち外気温度を測定する室外温度センサ34が設けられている。
各室内機ユニット3は、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器40を備えている。室内熱交換器40には、その前後の温度を測定するための温度センサ33,35が設けられている。室内熱交換器40の近傍には、室内温度を測定するための室内温度センサ37が設けられている。室内熱交換器40と液管9とを接続する液冷媒用分岐管44には、室内膨張弁42が設けられている。
また、複数の室内機ユニット3、3、…において、冷房運転のみを行う室内機ユニット3C以外の室内機ユニット3には、室外機ユニット1との間に、高圧ガス管5および低圧ガス管7の切り換えを行う分流コントローラ(冷暖房運転切換機構)46が設けられている。
室内側低圧ガス分岐管7cは、ガス管圧力コントロールキット100の部分において複数の分岐管102a、102b、102cに分岐している。そして、ガス管圧力コントロールキット100は、複数、本実施形態では3個、の電磁弁(バルブ)101a、101b、101cを備えている。
制御部70は、入力部72から得られるデータに基づいて、各制御値を演算する。この制御値を、室外膨張弁11a、室外ファンF1、室外四方弁14a、圧縮機10等の各制御機器に向けて送る。制御部70の各演算結果は、室内制御装置CL2の入力部82へと送られる。
入力部72には、室外熱交換器12aに設けられた液管側温度センサ30a、四方弁側温度センサ32a、室外熱交換器12aの近傍に設けられた室外温度センサ34、圧縮機10の吐出管に設けられた吐出管温度センサ36、高圧圧力センサPSH、アキュムレータ20の上流側に設けられた低圧圧力センサPSLおよび吸入管温度センサ38の各出力値が入力される。
制御部80は、入力部82から得られるデータに基づいて、各制御値を演算する。この制御値を、室内膨張弁42、室内ファンF2、分流コントローラ46の室内四方弁48、ガス管圧力コントロールキット100の電磁弁101a、101b、101c等の制御対象機器に送る。制御部80の各演算結果は、室外制御装置CL1の入力部72へと送られる。
入力部82には、室内熱交換器40に設けられた各温度センサ33,35、室内温度センサ37の各出力値が入力される。
図2(b)は、冷房運転時(外気温が高い時:高外気、外気温が低い時:低外気)、暖房運転時における、室内四方弁48、高圧ガス分岐管用開閉弁52、第1高低圧バイパス開閉弁60、第2高低圧バイパス開閉弁64の開閉状態の設定例を示す図である。
この図2(b)に示すように、冷房運転時においては、高外気、低外気に限らず、第1高低圧バイパス開閉弁60、室内四方弁48、第2高低圧バイパス開閉弁64、高圧ガス分岐管用開閉弁52が全て閉とされている。
また、暖房運転時においては、第1高低圧バイパス開閉弁60、室内四方弁48、第2高低圧バイパス開閉弁64、高圧ガス分岐管用開閉弁52のうち、室内四方弁48、高圧ガス分岐管用開閉弁52のみが開とされ、第1高低圧バイパス開閉弁60、第2高低圧バイパス開閉弁64、は閉とされている。
図5(a)において太線で示すように、高圧液冷媒は、室内機ユニット3に接続された液冷媒用分岐管44に分岐した後、室内機ユニット3の室内膨張弁42で絞られて膨張させられる。その後、液冷媒は室内熱交換器40で蒸発して、室内空気から熱を奪い冷却する。蒸発気化した低圧ガス冷媒は、分流コントローラ46の室内四方弁48へと流れ込む。室内四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通させ、且つ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート48−3とを連通させている。したがって、室内熱交換器40からの低圧ガス冷媒は、室内四方弁48を通り、室内側低圧ガス分岐管7cへと流れ込んだ後、主管である低圧ガス管7を通って室外機ユニット1へと導かれる。
一方、分流コントローラ46の第1高低圧バイパス開閉弁60は閉とされているので、第1高低圧バイパス管58には高圧ガス冷媒が流れない。
すなわち、図6に示すように、室内機ユニット3cの運転をスタートした後(ステップS101)、室内機ユニット3cに備えられた温度センサ33における検出温度が規定温度(例えば図6の例では3℃)を上回っているか否かを判定し(ステップS102)、規定温度以上である場合には、冷房運転をパターン1(図3(b)参照)とし、3個の電磁弁101a、101b、101cを開く(ステップS103)。
一方、ステップS102において、検出温度が規定温度を上回っていないときには、冷房運転をパターン2(図3(b)参照)とし、2個の電磁弁101a、101bを開き、残る電磁弁101cを閉じる(ステップS104)。
このような一連の処理を、所定のサンプリング時間(例えば120秒)ごとに繰り返して行う。
さらに、ソフトウェアによる制御ではなく、冷房専用であるか、冷房暖房兼用であるかによって、ガス管圧力コントロールキット100または分流コントローラ46を備えるというハードウェアによる使い分けであるため、個々の空気調和システムに応じてソフトウェアを設定する必要が無く、設置も容易で、この点においてもコストを抑えることができる。
次に、本発明にかかるマルチ型空気調和システムの第二の実施形態について説明する。ここで、本実施形態においては、全ての室内機ユニットに、上記第一の実施形態で示した分流コントローラ46、ガス管圧力コントロールキット100に代えて、以下に示す分流コントローラ(冷暖房運転切換機構)120を備える点が上記第一の実施形態とは異なる。そして、室外機ユニット1、室内機ユニット3については、上記第一の実施形態と共通の構成であるため、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明を行い、共通する構成についてはその説明を省略する。
このような分流コントローラ120においては、過冷却熱交換器121は、冷房時において、液管9において冷媒を過冷却状態とするために設けられている。
また、分流コントローラ120には、室内側低圧ガス分岐管7cにおいて過冷却熱交換器121の出口側に温度センサ123が設けられている。
すなわち、暖房時における室内熱交換器40の入口側の温度センサ35の検出温度と、出口側の温度センサ33の検出温度との差である室内熱交換器40の出口における加熱度SH(熱交換器出口SH=(温度センサ35の検出温度)―(温度センサ33の検出温度))が、予め定められた規定の温度となるよう、室内膨張弁42の開度が制御される。
これにより、室内機ユニット3においては、冷媒循環量を確保しつつ、十分な冷房能力を発揮することができる。
また、これにより、液管9を通って圧縮機10に液冷媒が戻ってしまうのを防ぐことができ、圧縮機10の故障を防ぎ、システム信頼性を高めることができる。
次に、本発明にかかるマルチ型空気調和システムの第三の実施形態について説明する。ここで、本実施形態においては、全ての室内機ユニットに、上記第一の実施形態で示した分流コントローラ46、ガス管圧力コントロールキット100に代えて、以下に示す分流コントローラ(冷暖房運転切換機構)130を備える点が上記第一の実施形態とは異なる。そして、室外機ユニット1、室内機ユニット3については、上記第一の実施形態と共通の構成であるため、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明を行い、共通する構成についてはその説明を省略する。
また、室内四方弁48の下流側の低圧バイパス管50には、第2キャピラリチューブ57が設けられている。
このような分流コントローラ130においては、過熱熱交換器131は、冷房時において、液管9において冷媒を過熱状態とするために設けられている。
また、分流コントローラ130には、室内側低圧ガス分岐管7cにおいて過熱熱交換器131の出口側に温度センサ133が設けられている。
すなわち、暖房時における室内熱交換器40の入口側の温度センサ35の検出温度と、出口側の温度センサ33の検出温度との差である室内熱交換器40の出口における加熱度SH(熱交換器出口SH=(温度センサ35の検出温度)―(温度センサ33の検出温度))が、予め定められた規定の温度となるよう、室内膨張弁42の開度が制御される。
Claims (6)
- 室外機ユニットと、前記室外機ユニットに対して複数台が並列に接続された室内機ユニットと、を備えたマルチ型空気調和システムであって、
前記室外機ユニットは、圧縮機と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、を備えるとともに、前記圧縮機の吐出側に接続されて高圧のガス状態の冷媒を送給する高圧ガス管と、前記圧縮機の吸入側に接続されて前記高圧ガス管よりも低圧のガス状態の冷媒を送給する低圧ガス管と、液状態の冷媒を送給する液管とが導出され、
複数の前記室内機ユニットは、室内の空気と前記冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器を備え、
少なくとも一台の前記室内機ユニットが冷房専用とされ、前記液管から供給された前記冷媒を熱交換する前記室内熱交換器における蒸発圧力を調整する蒸発圧力調整機構を備え、
複数の前記室内機ユニットの残部は、前記高圧ガス管、前記低圧ガス管、前記液管における前記冷媒の流れ方向を切り換えることで、冷房運転と暖房運転とを選択的に切り換える冷暖房運転切換機構を備えることを特徴とするマルチ型空気調和システム。 - 前記蒸発圧力調整機構は、前記室内熱交換器と前記室外機ユニットとの間において前記低圧ガス管を複数の分岐管に分岐するとともに、開閉可能なバルブを前記分岐管のそれぞれに設け、これらの前記バルブの開閉を調整することで、前記室内熱交換器における前記冷媒の蒸発圧力を調整することを特徴とする請求項1に記載のマルチ型空気調和システム。
- 前記冷暖房運転切換機構は、
前記高圧ガス管の主管から分岐される高圧ガス分岐管に接続される第1ポートと、前記室内熱交換器側に接続される第2ポートと、前記低圧ガス管の主管から分岐された低圧ガス分岐管に接続される第3ポートと、前記低圧ガス分岐管に合流する低圧バイパス管に接続される第4ポートと、が形成された四方弁と、
前記四方弁の上流側の前記高圧ガス分岐管上に設けられる第1開閉弁と、
前記第1開閉弁より前記高圧ガス分岐管の上流側に一端が接続され、かつ前記第1開閉弁より前記高圧ガス分岐管の下流側に他端が接続されて、前記第1開閉弁を迂回する高圧バイパス管と、
前記高圧バイパス管の下流側と前記四方弁の前記第1ポートとの間の前記高圧ガス分岐管に一端が接続され、前記低圧バイパス管が接続される位置よりも下流側の前記低圧ガス分岐管に他端が接続される高低圧バイパス管と、
前記高低圧バイパス管上に設けられる第2開閉弁と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のマルチ型空気調和システム。 - 室外機ユニットと、前記室外機ユニットに対して複数台が並列に接続された室内機ユニットと、を備えたマルチ型空気調和システムであって、
前記室外機ユニットは、圧縮機と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、を備えるとともに、前記圧縮機の吐出側に接続されて高圧のガス状態の冷媒を送給する高圧ガス管と、前記圧縮機の吸入側に接続されて前記高圧ガス管よりも低圧のガス状態の冷媒を送給する低圧ガス管と、液状態の冷媒を送給する液管とが導出され、
複数の前記室内機ユニットは、室内の空気と前記冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器を備え、
複数の前記室内機ユニットは、前記高圧ガス管、前記低圧ガス管、前記液管における前記冷媒の流れ方向を切り換えることで、冷房運転と暖房運転とを選択的に切り換える冷暖房運転切換機構を備え、
少なくとも一台の前記室内機ユニットは、前記冷暖房運転切換機構に、冷房運転時において、前記液管から前記室内熱交換器に供給される前記冷媒を、前記室内熱交換器を経た前記冷媒と熱交換することで過冷却する過冷却熱交換器を備えていることを特徴とするマルチ型空気調和システム。 - 室外機ユニットと、前記室外機ユニットに対して複数台が並列に接続された室内機ユニットと、を備えたマルチ型空気調和システムであって、
前記室外機ユニットは、圧縮機と、外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、を備えるとともに、前記圧縮機の吐出側に接続されて高圧のガス状態の冷媒を送給する高圧ガス管と、前記圧縮機の吸入側に接続されて前記高圧ガス管よりも低圧のガス状態の冷媒を送給する低圧ガス管と、液状態の冷媒を送給する液管とが導出され、
複数の前記室内機ユニットは、室内の空気と前記冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器を備え、
複数の前記室内機ユニットは、前記高圧ガス管、前記低圧ガス管、前記液管における前記冷媒の流れ方向を切り換えることで、冷房運転と暖房運転とを選択的に切り換える冷暖房運転切換機構を備え、
少なくとも一台の前記室内機ユニットは、前記冷暖房運転切換機構に、冷房運転時において、前記室内熱交換器を経て前記低圧ガス管に送り込まれる前記冷媒を、前記高圧ガス管から送り込まれる前記冷媒と熱交換することで過熱する過熱熱交換器を備えていることを特徴とするマルチ型空気調和システム。 - 前記過冷却熱交換器または前記過熱熱交換器を備えた前記室内機ユニットは、
前記室内熱交換器を通る前記冷媒の流量を調整する膨張弁と、
暖房運転時においては、前記室内熱交換器の入口側と出口側の前記冷媒の温度差が予め定められた規定値となるよう、前記膨張弁の開度を調整し、冷房運転時においては、前記過冷却熱交換器または前記過熱熱交換器の出口側と入口側の前記冷媒の温度差が予め定められた規定値となるよう、前記膨張弁の開度を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項5または6に記載のマルチ型空気調和システム。
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