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

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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