JP3943092B2 - 空気調和機及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、循環冷媒を利用して室外熱交換器に対する除霜運転を行う空気調和機及びその制御方法に関する。
ヒートポンプ空気調和機は、圧縮機の吐出側に連結された四方バルブを制御して圧縮機から吐出される冷媒の流れ方向を変えて冷房運転または暖房運転を行う。
マルチ空気調和機は、複数の室内空間に対する空気調和を行うためのものであり、通常、一つの室外ユニットに複数の室内ユニットを連結して構成するが、複数の室内ユニットにより要求される負荷の変動が頻繁に発生し、その変動の範囲も大きい。したがって、一つの室外ユニットが全体の室内ユニットから要求される冷房負荷(または、暖房負荷)を満足させるためには大容量で高価な圧縮機を備えなければならず、経済的負担が増える。
そこで、室外ユニットを複数台備えることによって室内ユニットから要求する負荷の変化に能動的に対処するようにしており、また、冷媒を運搬する配管を低減するために複数の室外ユニットと複数の室内ユニットとの間に連結する配管を共有するようにしている(特許文献1参照)
かかるマルチ空気調和機では、暖房運転を行うと室外ユニットの室外熱交換器に霜が付いて熱交換効率が劣ってしまい、これを防止するための除霜運転を行う。
しかし、従来の技術に係るマルチ空気調和機では、単に、複数の室外ユニットのうちいずれか一つの室外ユニットが除霜運転を行おうとする場合にも、その室外ユニットはもちろん、それ以外の室外ユニットも全て除霜モードに設定される。つまり、単に、一つの室外ユニットが除霜運転を要求したにもかかわらず、その他の室外ユニットも全て除霜運転を行わねばならないので、除霜運転の回数が多くなる。また、暖房中の室外ユニットも暖房運転を中断して除霜運転に転換しなければならないので、暖房性能が劣化するという問題があった。
特開平7−332815公報
本発明の目的は、暖房運転する室外ユニットの圧縮機から吐出される冷媒を利用して複数の室外ユニットのうち除霜運転したい少なくとも一つの室外ユニットの室外熱交換器に対する除霜運転が行えるように設計された空気調和機を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明は、冷媒を運搬するための共通配管により複数の室内ユニットと複数の室外ユニットが相互連結される空気調和機において、暖房運転を行う第1室外ユニットと、室外熱交換器に対する除霜運転を行う第2室外ユニットと、前記第1室外ユニットから排出する冷媒が前記第2室外ユニットの室外熱交換器を経て循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第1冷媒案内ユニットとを含み、該第1冷媒案内ユニットは、前記冷媒を前記室外熱交換器の入口に案内するための第1バイパスラインと方向転換バルブとを含む。
また、上記の目的を達成するために、本発明は、暖房運転する第1室外ユニットと、前記第1室外ユニットに備えられる第1圧縮機と、室外熱交換器に対する除霜運転をする第2室外ユニットと、前記第2室外ユニットに備えられる第2圧縮機と、前記第1室外ユニットと前記室外ユニットに連結される共通配管と、前記第1圧縮機により圧縮された冷媒が前記室外熱交換器を経て循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第1冷媒案内ユニットと、前記第2室外ユニットの室外熱交換器を経て循環する一部の冷媒が前記第2室外ユニット内部で循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第2冷媒案内ユニットとを含み、該第2冷媒案内ユニットは、前記室外熱交換器を経て前記共通配管に送られる液冷媒の一部を前記第2圧縮機の吸入側に案内するための第2バイパスラインと開閉バルブとを含む。
本発明は、複数の室外ユニットのうち暖房運転可能な室外ユニットに対しては暖房運転を行うと同時に、除霜条件を満足する室外ユニットに対して除霜運転が行えるため、暖房運転可能な室外ユニットが他の室外ユニットの除霜運転に影響を受けずに暖房運転を安定的に行うことができ、暖房運転の中断に起因する暖房性能の低下を防止できる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照番号または符号を共通使用し、周知技術については適宜説明を省略する。
本発明は、複数の室外ユニットと複数の室内ユニットを備え、これらの室外ユニット及び室内ユニットの台数が制限されるのではなく、必要に応じて台数を増減できるマルチ型空気調和機に適用する。
本発明に係る空気調和機は、図1に示すように、2台の室外ユニット100a、100b、4台の室内ユニット110a、110b、110c、110d、そして前記室外ユニットと前記室内ユニット間を連結する共通配管14を含む。前記室外ユニット及び室内ユニットは、冷媒運搬用として共通配管14を共有する。
各室外ユニット100a、100bは、冷媒の流れ方向を案内するための第1冷媒案内ユニットを備える。第1冷媒案内ユニットはそれぞれ、共通配管14から分岐されて室外熱交換器3、23の入口に連結されるバイパスライン10、30、このバイパスラインの中途に設けられた3方向バルブ9、29を含む。
第1及び第2室外ユニット100a、100bは機能的に同一の構成要素を備えるが、図1では、説明の便宜のために同一要素に異なる符号を付けている。
各室内ユニット110a、110b、110c、110dは、機能的に同一の構成要素を備える。つまり、第1室内ユニット110aは、室内熱交換器11、室内ファン12、及び室内膨脹バルブ13を備え、これらの構成要素は他の室内ユニット110b、110c、110dにも同じく備えられる。
共通配管14は、共通ガス管15と共通液管16とに分けられる。共通ガス管15及び共通液管16は、一側が分岐されて各室外ユニットに連結され、他側が分岐されて各室内ユニットに連結される。
室外ユニット100a、100bはそれぞれ、圧縮機1、21、四方バルブ2、22、室外熱交換器3、23、室外ファン4、24、室外膨脹バルブ5、25、アキュムレータ6、26、レシーバ7、27、熱交換器温度センサー8、28をそれぞれ備える。熱交換器温度センサー8、28は、室外熱交換器3、23の温度を感知するセンサーであり、空気調和機の全般的な動作を制御するマイコン(図示せず)に室外熱交換器の温度に対応する感知信号を入力する。すると、マイコンは感知信号に基づいて室外熱交換器の温度を認識し、この室外熱交換器の温度に基づいて除霜運転の開始と除霜運転を解除するか否かを判断する。
上述の如く、各室外ユニット100a、100bは、冷媒の流れ方向を案内するための第1冷媒案内ユニットを備える。第1冷媒案内ユニットはそれぞれ、バイパスライン10、30、前記バイパスラインの中途に設けられた3方向バルブ9、29を含む。
各室外ユニット100a、100bは、圧縮機1、21の出口側に連結された四方バルブ2、22を制御することにより圧縮機から吐出される冷媒の流れ方向を変えて冷房運転または暖房運転を行うことができる。
図2は、第1及び第2室外ユニット100a、100bが全て暖房運転する場合を示す。
圧縮機1、21から吐出される高温のガス冷媒は、四方バルブ2、22、3方向バルブ9、29を経て共通ガス管15に送られた後、共通ガス管15に連結された各室内ユニットの室内熱交換器11及び室内膨脹バルブ13を通りながら液冷媒になる。その後、共通液管16に連結されたレシーバ7、27、室外膨脹バルブ5、25、及び室外熱交換器3、23を通りながら低圧ガス冷媒になった後、アキュムレータ6、26を経て圧縮機1、21にリターンし吐出される。
この時、3方向バルブ9、29は圧縮機から吐出される冷媒を共通ガス管15に案内するように流路を設定し、バイパス流路10、30は閉鎖されて室外熱交換器3、23側への冷媒の流れは遮断される。
暖房運転中に複数の室外ユニットのうち除霜運転を要求する室外ユニットが発生する。
図3は、第1室外ユニット100aは暖房運転し、第2室外ユニット100bは除霜運転する場合の第1及び第2室外ユニットを示す。
本発明では、暖房運転可能な室外ユニットに対しては暖房運転を行うと同時に除霜条件を満足する室外ユニットに対しては除霜運転を行うが、暖房中の第1室外ユニット100aから排出される冷媒を利用して除霜運転を要求する第2室外ユニット100bの室外熱交換器に付いた霜を除去する。
第1室外ユニット100aでは圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を四方バルブ2と3方向バルブ9を経て共通ガス管15に排出する。共通ガス管15に排出された冷媒は暖房を要求する室内ユニットの室内熱交換器11で室内空気と熱交換した後、共通液管16を通じて第1室外ユニット100aにリターンする。このような循環過程によって室内空間が暖房される。
第1室外ユニット100aが暖房運転する時、第2室外ユニット100bでは圧縮機21をオフし、共通ガス管15に流れる高温のガス冷媒が室外熱交換器23側に流れるように3方向バルブ29を設定する。3方向バルブ29を通過した高温のガス冷媒はバイパスライン30を経て室外熱交換器23の入口に送られ、これにより、室外熱交換器23の配管に付いた霜が溶けて流れる。
室外熱交換器23を通った液冷媒は開放された室外膨脹バルブ25を通過する。この時、多い量の液冷媒が通過できるように室外膨脹バルブ25は100%開放される。室外膨脹バルブ25を通過した液冷媒はレシーバ27を経由して共通液管16に送られ、室内ユニットを経由してから帰ってくる液冷媒と合流する。合流された液冷媒は、第1室外ユニット100a側のレシーバ7、室外膨脹バルブ5、及び室外熱交換器3を通りながら低圧ガス冷媒になり、続いてアキュムレータ6を経て圧縮機1にリターンする。
室外ユニット100bに対する除霜運転を行う途中で、センサー28によって感知された室外熱交換器温度が設定された除霜解除温度に達すると、除霜運転を解除し、図2のような暖房運転に復帰する。
図4は、本発明の他の実施例による空気調和機を示す図であり、図3の実施例に適用された3方向バルブの機能を2個の開閉バルブで取り替えた例を示す。図4で、各室外ユニットは、お互い反対に動作する2個の開閉バルブを備える。第1開閉バルブ18、38は、バイパスライン10、30の中途に設けられ、第2開閉バルブ19、39は共通ガス管15と四方バルブ2、22との間に設けられる。
次に、第1室外ユニット100aは暖房運転し、第2室外ユニット100bは除霜運転する動作を図5を参照して説明する。
第1室外ユニット100aでは、第1開閉バルブ18を閉じ、第2開閉バルブ19を開く。圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒は第2開閉バルブ19を経て共通ガス管15に排出され、次いで暖房を要求する室内ユニットの室内熱交換器を通過した後共通液管16を経て第1室外ユニット100aにリターンする。この循環過程によって室内空間が暖房される。
第2室外ユニット100bでは、第1開閉バルブ38を開き、第2開閉バルブ39を閉じ、圧縮機21をオフにする。第1室外ユニット100aから共通ガス管15に排出された高温のガス冷媒はバイパスライン30に設けられた第1開閉バルブ38を経て室外熱交換器23の入口に送られ、これにより、室外熱交換器23の配管に付いた霜が溶けて流れる。
室外熱交換器23を通った液冷媒は、開いた室外膨脹バルブ25を通過する。この時、多い量の液冷媒が通過できるように室外膨脹バルブ25は100%開放される。室外膨脹バルブ25を通過した液冷媒はレシーバ27を経由して共通液管16に送られ、室内ユニットを通過してから帰ってくる液冷媒と合流する。合流された液冷媒は、第1室外ユニット100a側のレシーバ7、室外膨脹バルブ5、及び室外熱交換器3を通りながら低圧ガス冷媒になり、続いてアキュムレータ6を経て圧縮機1にリターンする。
室外ユニット100bに対する除霜運転を行う途中で、センサー28によって感知された室外熱交換器温度が設定された除霜解除温度に達すると、除霜運転を解除し、図2のような暖房運転に復帰する。
図6は、本発明のさらに他の実施例による空気調和機の冷凍サイクルを示す図であり、図3の構成に、冷媒を自体循環するための第2冷媒案内ユニットをさらに備えて具現した例を示す。第2冷媒案内ユニットは、第2バイパスライン20、40と第3開閉バルブ41、42を含む。
図6において、第2バイパスライン20、40は室外熱交換器3、23の出口側に連結された室外膨脹バルブ5、25を通過した液冷媒を圧縮機1、21の吸入側に流すように連結され、第3開閉バルブ41、42は第2バイパスライン40、20の中途に設けられる。
次に、第1室外ユニット100aは暖房運転し、第2室外ユニット100bは除霜運転する動作を図7を参照して説明する。
第1室外ユニット100aでは、圧縮機1から吐出された高温のガス冷媒を四方バルブ2と3方向バルブ9を経て共通ガス管15に排出する。共通ガス管15に排出された冷媒は暖房を要求する室内ユニットの室内熱交換器で室内空気と熱交換された後、共通液管16を通じて第1室外ユニット100aにリターンする、この循環過程によって室内空間が暖房される。この時、第2バイパスライン20の中途に設けられた第3開閉バルブ42は閉じられる。
第1室外ユニット100aが暖房運転する時、第2室外ユニット100bでは高温のガス冷媒が室外熱交換器23側に流れるように3方向バルブ29を設定し、圧縮機21を駆動するとともに第3開閉バルブ41を開く。3方向バルブ29を通過した高温のガス冷媒は第1バイパスライン30を経て室外熱交換器23の入口に送られる。この時、室外膨脹バルブ25は100%開放され、室外膨脹バルブ25を通過した大部分の液冷媒はレシーバ27に送られ、一部の液冷媒は第2バイパスライン40を経て圧縮機21の吸入側に送られる。圧縮機21内に流入した液冷媒は圧縮モータにより蒸発されて液相と気相が混ざり合った状態で圧縮された後吐出される。
ここで、圧縮機21は液冷媒を圧縮でき、容量可変可能なスクロール圧縮機を採択する。この時、圧縮機における圧縮比は、液冷媒を圧縮することを考慮して正常運転(暖房運転)に比べて相対的に低く設定する。
このように圧縮機21を駆動して一部の液冷媒を第2室外ユニット100b内で自体的に循環させる理由は、共通ガス管15から分岐される第1バイパスライン30を通じて流れる冷媒の量は減少し、共通ガス管15を通じて室内ユニットに送られる冷媒の量は増やすためである。つまり、第1バイパスライン30に相対的に少ない量の冷媒が流入しても第2バイパスライン40を通じて自体的に循環する過程が行われるようにすることによって良好な除霜効率を発揮できるようにするためである。さらに、圧縮機21の駆動により高圧側の室外熱交換器23の入口への冷媒の供給を増やして除霜速度も増大できる。
圧縮機21により室外熱交換器23の入口に送られた高温の液冷媒は、第1バイパスライン30を通過した高温のガス冷媒と合流して室外熱交換器23を通過し、これにより、室外熱交換器23の配管に付いた霜が溶けて流れる。
室外ユニット100bに対する除霜運転を行う途中で、センサー28によって感知された室外熱交換器温度が設定された除霜解除温度に到ると、除霜運転を解除し、図2のような暖房運転に復帰する。
本発明の一実施例による空気調和機を示す図である。 図1で全ての室外ユニットが暖房運転する場合における冷媒の流れを示す図である。 図1で一つの室外ユニットは暖房運転し、その他の室外ユニットは除霜運転する場合における冷媒の流れを示す図である。 本発明の他の実施例による空気調和機を示す図である。 図4で一つの室外ユニットは暖房運転し、その他の室外ユニットは除霜運転する場合における冷媒の流れを示す図である。 本発明のさらに他の実施例による空気調和機を示す図である。 図6で一つの室外ユニットは暖房運転し、その他の室外ユニットは除霜運転する場合における冷媒の流れを示す図である。
符号の説明
1、21 圧縮機
2、22 四方バルブ
3、23 室外熱交換器
4、24 室外ファン
5、25 室外膨張バルブ
6、26 アキュムレータ
7、27 レシーバ
8、28 熱交換器温度センサー
9、29 3方向バルブ
10、30 バイパスライン
11 室内熱交換器
12 室内ファン
13 室内膨張バルブ
14 共通配管
15 共通ガス管
16 共通液管
100a、100b 第1及び第2室外ユニット
110a〜110d 室内ユニット

Claims (16)

  1. 冷媒を運搬するための共通配管により複数の室内ユニットと複数の室外ユニットが相互連結される空気調和機において、
    暖房運転を行う第1室外ユニットと;
    室外熱交換器に対する除霜運転を行う第2室外ユニットと;
    前記第1室外ユニットから排出する冷媒が前記第2室外ユニットの室外熱交換器を経て循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第1冷媒案内ユニットとを含み、
    該第1冷媒案内ユニットは、前記冷媒を前記室外熱交換器の入口に案内するための第1バイパスラインと方向転換バルブとを含むことを特徴とする空気調和機。
  2. 前記方向転換バルブは、3方向バルブであることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記3方向バルブは、前記第1バイパスラインに設けられることを特徴とする請求項2に記載の空気調和機。
  4. 前記方向転換バルブは、第1及び第2開閉バルブであることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  5. 前記第1及び第2開閉バルブの少なくとも一つが前記第1バイパスラインに設けられることを特徴とする請求項4に記載の空気調和機。
  6. 前記第2室外ユニットは、液冷媒を圧縮できる圧縮機を備えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  7. 前記圧縮機は、スクロール圧縮機であることを特徴とする請求項6に記載の空気調和機。
  8. 着霜している前記室外熱交換器を経て前記共通配管に送られる前記液冷媒の一部を前記圧縮機の吸入側に案内するためのバイパスラインを有し、
    上記室外熱交換器に対する除霜運転を行う時、前記圧縮機は、正常運転に比べて相対的に圧縮比を低く設定することを特徴とする請求項6に記載の空気調和機。
  9. 前記室外熱交換器を経て前記共通配管に送られる液冷媒の一部を、前記圧縮機の吸入側に案内するための第2バイパスラインと第3開閉バルブをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の空気調和機。
  10. 前記第2室外ユニットは、前記室外熱交換器の出口側に連結される室外膨脹バルブをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
  11. 前記室外膨脹バルブは、前記室外熱交換器に対する除霜運転に際して100%開放されることを特徴とする請求項10に記載の空気調和機。
  12. 暖房運転する第1室外ユニットと;
    前記第1室外ユニットに備えられる第1圧縮機と;
    室外熱交換器に対する除霜運転をする第2室外ユニットと;
    前記第2室外ユニットに備えられる第2圧縮機と;
    前記第1室外ユニットと前記室外ユニットに連結される共通配管と;
    前記第1圧縮機により圧縮された冷媒が前記室外熱交換器を経て循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第1冷媒案内ユニットと;
    前記第2室外ユニットの室外熱交換器を経て循環する一部の冷媒が前記第2室外ユニット内部で循環できるように前記冷媒の流れ方向を案内する第2冷媒案内ユニットとを含み、
    該第2冷媒案内ユニットは、前記室外熱交換器を経て前記共通配管に送られる液冷媒の一部を前記第2圧縮機の吸入側に案内するための第2バイパスラインと開閉バルブとを含むことを特徴とする空気調和機。
  13. 前記第1冷媒案内ユニットは前記共通配管で分岐されて前記室外熱交換器の入口に連結される第1バイパスラインと、前記第1バイパスラインに設けられる3方向バルブとを含むことを特徴とする請求項12に記載の空気調和機。
  14. 前記第2圧縮機は、液冷媒を圧縮できるスクロール圧縮機であることを特徴とする請求項12に記載の空気調和機。
  15. 前記第2室外ユニットは、前記室外熱交換器の出口側に連結される室外膨脹バルブをさらに備え、前記室外膨脹バルブは除霜運転に際して100%開放されることを特徴とする請求項12に記載の空気調和機。
  16. 第2室外ユニットにより加熱された冷媒を利用して第1室外ユニットの熱交換器の除霜運転を行う方法において、
    共通配管を通じて前記第2室外ユニットから第1室外ユニットに冷媒を送り;
    前記第1室外ユニットの圧縮機をバイパスし;
    前記熱交換器を通過した後、前記共用配管に冷媒をリターンすることを特徴とする空気調和機の制御方法。
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