JP4159409B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の室外ユニットを備えた空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、空気調和装置として、圧縮機から吐出される冷媒の過熱防止を図るべく、液管を流れる液冷媒を圧縮機の吸込側に供給するためのリキッド管を備えた空気調和装置が知られている(例えば特許文献1参照)。このリキッド管には、通常閉状態となるリキッド弁が設置されており、圧縮機から吐出された冷媒が所定温度をこえたようなときに、当該リキッド弁が開となり、液管を流れる温度の比較的低い液状冷媒を微量に圧縮機に供給するよう構成されている。
【0003】
ところで、上記のように、リキッド管は、高圧な液冷媒が流れる液管と、低圧なガス状冷媒が流れる圧縮機の吸込側とをバイパスするように配設されるため、リキッド弁が破損などした場合には、多量の液冷媒が圧縮機に吸い込まれ、圧縮機内で液圧縮が生じ、当該圧縮機が破損する恐れがある。
【0004】
そこで、従来の空気調和装置として、リキッド管に、予備のリキッド遮断弁(電磁弁)がリキッド弁の他に追加された構成のものが知られている。このリキッド遮断弁は、圧縮機(すなわち、室外機)が運転を開始すると開き、停止すると閉まるように制御されるものであり、これにより、万が一、リキッド弁が破損などにより開状態のままロックされたとしても、リキッド遮断弁により圧縮機への液冷媒の流れ込みが防止されるのである。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−63437号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リキッド遮断弁を設けると、部品点数が増加して装置コストが高くなるといった問題があった。さらに、リキッド遮断弁のように可動部品を増設することは、装置の信頼性を低下させるといった問題もある。
【0007】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、部品を増設することなく、圧縮機の吸込側への液状冷媒の溜まり込みを防止することのできる空気調和装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、複数台の室外ユニットと室内ユニットとが、液管およびガス管からなる同一の冷媒配管に接続された空気調和装置において、前記室外ユニットの各々には、圧縮機と、四方弁と、前記液管を流れる液状冷媒を前記圧縮機の上流側に導くリキッド管とが設けられ、複数の室外ユニットのいずれかが停止する一方で、他の室外ユニットが冷房運転するときに、停止する室外ユニットは、自身が備える圧縮機の吸込側が前記室内ユニットに連通するように、自身が備える四方弁を切り換えることを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の空気調和装置において、前記室外ユニットの各々は、前記ガス管に接続される室外ユニット内ガス管に設けられる冷媒ガス遮断弁を備え、複数の室外ユニットのいずれかが停止する一方で、他の室外ユニットが冷房運転するときに、停止する室外ユニットは、自身が備える圧縮機の吸込側が前記室内ユニットに連通するように、自身が備える四方弁を切り換えると共に、前記冷媒ガス遮断弁を間欠的に開閉することを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の空気調和装置において、前記リキッド管の出口は、アキュムレータを介して圧縮機の吸込側に接続され、前記冷媒ガス遮断弁は、前記アキュムレータが満液になる程度の時間が経過した後に、前記アキュムレータに溜まった液状冷媒を前記ガス管に吸い出すに十分な時間だけ開くことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
<第1実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態ついて説明する。本実施形態では、空気調和装置として、室内ユニットと室外ユニットとを各々複数台備える空気調和装置、いわゆる、マルチ空気調和装置について説明する。
【0012】
図1は、本実施形態にかかる空気調和装置1の構成を示す図である。この図に示すように、空気調和装置1は、液状冷媒が流れる液管4、および、ガス状冷媒が流れるガス管5からなる冷媒配管6を備えている。この冷媒配管6には、複数台(図示例では2台)の室外ユニット2−1、2−2、および、複数台(図示例では5台)の室内ユニット3−1〜3−5が接続されている。なお、以下の説明では、各室外ユニット2−1、2−2を特に区別しない場合には、「室外ユニット2」と称し、また同様に、各室内ユニット3−1〜3−5を区別しな場合には、「室内ユニット3」と称することにする。
【0013】
室内ユニット3は、冷房運転時に、低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室内(空調対象区画)の空気(室内気)から熱を奪う蒸発器として機能する一方、暖房運転時には、高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて室内気を暖める凝縮器として機能する室内熱交換器31を備えている。さらに、室内ユニット3は、冷房運転時の絞り機構として機能する室内膨張弁(電動弁)30を備え、この室内膨張弁30と室内熱交換器31とが、この順で液管4およびガス管5との間に接続されている。さらに、室内ユニット3には、室内熱交換器31に対して送風する室内ファン32が内蔵されている。
【0014】
図示のように、上述した室内ユニット3が冷媒配管6に対して5台(室内ユニット3−1〜3−5)並列に設けられており、それぞれが複数の空調対象区画に適宜に設置され、冷房運転、暖房運転あるいは休止を行う。
【0015】
一方、室外ユニット2は、ガスエンジン200と、圧縮機21と、室外熱交換器24と、四方弁23とを備えている。ガスエンジン200は、圧縮機21を駆動するものであり、図示省略の排気ガス熱交換器や、エンジンオイルタンク、冷却水タンク、冷却水を冷却するための冷却水系などを備え、タイミングベルトやシャフトなどで構成される動力伝達機構28aを介して圧縮機21に接続されている。これにより、ガスエンジン200から圧縮機21に駆動力が伝達される。
【0016】
圧縮機21は、室内熱交換器31あるいは室外熱交換器24のいずれかで気化した低温低圧のガス冷媒を圧縮して、高温高圧のガス冷媒として吐出するものである。上記室外熱交換器24は、冷房運転時には、高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱する凝縮器として機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪う蒸発器として機能するものである。つまり、室外熱交換器24は、冷暖房それぞれの運転時において、先の室内熱交換器31とは逆の機能を担うことになる。
【0017】
図示のように、本実施形態の室外熱交換器24は、2つの室外熱交換器ユニット24a、24bを備え、熱交換能力が高められた構成となっている。また、各室外熱交換器ユニット24a、24bと外気との熱交換を促すべく、ファン240a、240bが設けられている。各ファン240a、240bは、天井方向に排気するように構成され、噴出口が室外ユニット2の天井に位置するようになされている。
【0018】
四方弁23は、コントロールユニット27に制御され、ガス管5に接続される室外ユニット2側のガス管28に設けられ、冷媒の流路を選択的に切り換えるものである。この四方弁23には、圧縮機21の吸込側21aおよび吐出側21bが接続されると共に、室外ユニット2側のガス管28を介して室内熱交換器31が接続され、また、室外ユニット2側の管29を介して室外熱交換器24が接続される構成となっている。この構成において、四方弁23は、冷房運転時に、吸込側21aと室内熱交換器31とを連通すると共に吐出側21bと室外熱交換器24とを連通する一方、暖房運転時には、吸込側21aと室外熱交換器24とを連通すると共に吐出側21bと室内熱交換器31とを連通する。
【0019】
すなわち、四方弁23が暖房運転にセットされたときには、圧縮機21が吐出側21bに吐出した高温高圧のガス状冷媒は、ガス管5を通って室内熱交換器31に供給され、ここで温度の低い室内気と熱交換して室内気を加熱し、自身は放熱して液化する。そして、この液化した液冷媒が室外ユニット2側の管29に設けられた室外膨張弁(電動弁)25にて減圧され、室外熱交換器24において外気と熱交換して蒸発し、吸込側21aから圧縮機21に還流する。
【0020】
一方、四方弁23が冷房運転にセットされたときには、圧縮機21から吐出側21bに吐出された高温高圧のガス状冷媒は、室外熱交換器24に先に供給され、ここで外気によって冷却・液化され、この液化した液冷媒が液管4を通って室内ユニット3に供給される。室内ユニット3に供給された液冷媒は、室内膨張弁30で減圧されて、室内熱交換器31にて室内気から蒸発熱を奪って蒸発することで、室内気を冷却する。そして、気化した冷媒は、室内ユニット3からガス管5を通って圧縮機21に還流する。
【0021】
また、図示のように、室外ユニット2にあっては、四方弁23と圧縮機21の吸込側21aとの間にアキュムレータ20が設けられると共に、四方弁23と圧縮機21の吐出側21bとの間にオイルセパレータ22が設けられている。アキュムレータ20は、圧縮機21に流入するガス冷媒に含まれる液状成分を貯留するものであり、オイルセパレータ22は、冷媒中に含まれる油分を分離して圧縮機21に戻すためのものである。
【0022】
さらに、室外ユニット2は、室外ユニット2側の管29を流れる液状冷媒を、圧縮機21の吸込側21aに設けられたアキュムレータ20の手前に適宜供給するためのリキッド管40と、このリキッド管40に設けられたリキッド弁(電動弁)41とを備えている。さらに詳述すると、リキッド弁41は、通常閉じており、圧縮機21から吐出された冷媒が所定温度(冷媒の種類によるが例えば115℃など)をこえた場合に開き、室外ユニット2側の管29から温度の低い液状冷媒をアキュムレータ20の手前に供給する。これにより、アキュムレータ20から圧縮機21の吸込側21aに吸い込まれるガス状冷媒の温度が低下し、圧縮機21から吐出されるガス状冷媒の過熱防止が図られることとなる。
【0023】
ところで、本実施形態のマルチ形の空気調和装置1においては、ある条件が成立すると、圧縮機21が破壊されることがある。この条件とは、室外ユニット2−1、2−2のいずれか一方のみが冷房運転し、他方が停止しているときに、この停止している室外ユニット2のリキッド弁41が開いた状態でロックされた場合である。
【0024】
より具体的には、室外ユニット2−2が冷房運転し、室外ユニット2−1が停止していると仮定すると、室外ユニット2−2の冷房運転により、液管4には、高圧液状冷媒が流れるため、停止室外ユニット2−1側の管29内も高圧に維持された状態となる。この状態においては、室外膨張弁25およびリキッド弁41が通常閉じているため、停止室外ユニット2−1の圧縮機21の吸込側21aに液状冷媒が侵入することが防止されている。しかしながら、故障などによりリキッド弁41が開いた状態でロックされてしまうと、高圧液状冷媒がリキッド管40を通って圧縮機21の吸込側21aに溜まり込み、この圧縮機21の起動時に液圧縮により、この圧縮機21が破壊されることがあるのである。
【0025】
そこで、本実施形態の空気調和装置1は、リキッド弁41が開いた状態でロックされてしまったとしても、リキッド管40から流れ込んできた液冷媒を、圧縮機21の吸込側21aではなく、ガス管5側に流すことで、吸込側21aに冷媒が溜まり込むのを防止する構成となっている。
【0026】
詳述すると、室外ユニット2−2が冷房運転を行う一方で、室外ユニット2−1が停止すると仮定した場合、室外ユニット2−1のコントロールユニット27は、運転停止時に、当該室外ユニット2−1の四方弁23を冷房運転にセットして、吸込側21aと室内熱交換器31とが連通された状態で室外ユニット2−1が停止するように制御する。
【0027】
この制御により、停止室外ユニット2−1にあっては、この室外ユニット2−1のリキッド弁41が開いた状態でロックされ、液管4からアキュムレータ20の直前に液状冷媒が流れ込んだとしても、他の室外ユニット2−2が冷房運転することにより、ガス管5が低圧に維持されているため、リキッド管40から流れ込んできた液状冷媒は、ガス管5に吸込まれるようにして、四方弁23からガス管5に向けて流れ、停止室外ユニット2−1から外へ抜けて行くととなる。これにより、圧縮機21の吸込側21aに液状冷媒が溜まり込むのが防止されるのである。
【0028】
このように、本実施形態によれば、室外ユニット2−1が停止する一方、他の室外ユニット2−2が冷房運転する場合に、停止する室外ユニット2−1の四方弁23が冷房運転にセットされた状態で停止するように制御されるため、リキッド弁41が開いた状態でロックされたとしても、リキッド管40から流れ込んできた液状冷媒がガス管5に吸い込まれていくので、圧縮機21の吸込側21aに液状冷媒が溜まり込むのが防止される。
【0029】
さらに、本実施形態によれば、リキッド弁41の故障に備えて、補助の弁などを増設する必要がなく、装置の部品点数を削減でき、コストを抑えることが可能となる。また、液状冷媒が圧縮機21の吸込側21aに溜まり込むのが防止されるため、圧縮機21の保護、及び、品質寿命を向上させることが可能となる。
【0030】
<第2実施形態>
次いで、本発明の第2実施形態について説明する。図2は、本実施形態にかかる空気調和装置1’の構成を示す図である。この図において、第1実施形態の空気調和装置1と異なる点は、室外ユニット2’側のガス管28に冷媒ガス遮断弁26が設けられている点である。
【0031】
この冷媒ガス遮断弁26は、外気温が低いような場合(例えば10℃以下など)にも冷房運転を行うような所(例えば、コンピュータルームなどの低温状態の維持が望まれる所)で用いられる空気調和装置1’に予め設けられているものである。具体的には、低外気温時に冷房運転が行われると、通常低圧に維持される室外ユニット2’側のガス管28にも冷媒液が入り込むため、運転時に開き、停止時には閉じる冷媒ガス遮断弁26を室外ユニット2’側のガス管28に設けているのである。
【0032】
しかしながら、室外ユニット2’の停止時にガス管28が冷媒ガス遮断弁26により閉塞してしまうと、第1実施形態にて説明したように、四方弁23が冷房状態にセットされたとしても、リキッド管40から流れてくる液状冷媒がガス管28に吸込まれなくなってしまい、圧縮機21の吸込側21aに液状冷媒が溜まり込んでしまうといった問題が生じる。
【0033】
そこで本実施形態では次のようにして、この問題を解決している。すなわち、室外ユニット2’−2が冷房運転を行う一方で、室外ユニット2’−1が停止すると仮定すると、室外ユニット2’−1のコントロールユニット27’は、運転停止時に、当該室外ユニット2’−1の四方弁23を冷房運転にセットして、吸込側21aと室内熱交換器31とが連通された状態とすると共に、冷媒ガス遮断弁26を間欠的に開くという制御を行う。
【0034】
冷媒ガス遮断弁26が開閉する間隔は、アキュムレータ20の液状冷媒の貯蓄能力、および、冷媒ガス遮断弁26が開いたとしても室外ユニット2’のガス管28への液状冷媒の溜まり込みを防止可能な時間に基づいて次のようにして決定されている。
【0035】
具体的には、冷媒ガス遮断弁26が閉じた状態において、リキッド弁41が開いた状態でロックされた場合には、リキッド管40からの液状冷媒は、アキュムレータ20に流れ込み、アキュムレータ20が満液状態になったときに、液状冷媒が圧縮機21の吸込側21aに溜まり込むこととなる。換言すれば、アキュムレータ20が満液状態となるに要する時間αだけ、冷媒ガス遮断弁26を閉じておくことが可能となる。また、この時間αが経過したとき、すなわち、アキュムレータ20が略満液状態のときに、冷媒ガス遮断弁26が開けば、圧縮機21の吸込側21aに溜まり込んだ液状冷媒をガス管5側に吸い出すことが可能となるのである。
【0036】
また、冷媒ガス遮断弁26が開いている時間は、室外ユニット2’側のガス管28への液状冷媒の溜まり込みが生じない程度の時間βに設定されれば良い。すなわち、冷媒ガス遮断弁26が、時間αだけ閉じ、時間βだけ開くというような間欠動作を繰り返すように制御されることで、室外ユニット2’側のガス管28への液状冷媒の溜まり込みと共に、圧縮機21の吸込側21aへの液状冷媒の溜まり込みとを防止することが可能となるのである。
【0037】
以上説明したように、本実施形態によれば、室外ユニット2’側のガス管28に冷媒ガス遮断弁26が設けられている場合であっても、この冷媒ガス遮断弁26を間欠的に開閉させることで、室外ユニット2’側のガス管28への液状冷媒の溜まり込みと共に、圧縮機21の吸込側21aへの液状冷媒の溜まり込みとを防止することが可能となる。
【0038】
<変形例>
上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一態様にすぎず、本発明の範囲内で任意に変形可能であることは勿論である。例えば、上述した各実施形態においては、複数の室外ユニットや、複数の室内ユニットの各々が同一のものとして説明したが、その冷凍能力は、同一である必要はない。また、圧縮機21がガスエンジンにより駆動される構成について例示したが、電気により駆動される構成であっても良いことは勿論である。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、部品を増設することなく、圧縮機の吸込側への液状冷媒の溜まり込みを防止することのできる空気調和装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる空気調和装置の構成を示す図である。
【図2】同空気調和装置が備えるコントロールユニットの制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 空気調和装置
2、2’、2−1、2−2、2’−1、2’−2 室外ユニット
3、3−1〜3−5 室内ユニット
4 液管
5 ガス管
6 冷媒配管
21 圧縮機
21a 吸込側
21b 吐出側
23 四方弁
26 冷媒ガス遮断弁
27 コントロールユニット
28 室外ユニット側のガス管(室外ユニット内ガス管)
29 室外ユニット側の管
40 リキッド管
41 リキッド弁

Claims (3)

  1. 複数台の室外ユニットと室内ユニットとが、液管およびガス管からなる同一の冷媒配管に接続された空気調和装置において、
    前記室外ユニットの各々には、圧縮機と、四方弁と、前記液管を流れる液状冷媒を前記圧縮機の上流側に導くリキッド管とが設けられ、
    複数の室外ユニットのいずれかが停止する一方で、他の室外ユニットが冷房運転するときに、停止する室外ユニットは、自身が備える圧縮機の吸込側が前記室内ユニットに連通するように、自身が備える四方弁を切り換える
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記室外ユニットの各々は、
    前記ガス管に接続される室外ユニット内ガス管に設けられる冷媒ガス遮断弁を備え、
    複数の室外ユニットのいずれかが停止する一方で、他の室外ユニットが冷房運転するときに、停止する室外ユニットは、自身が備える圧縮機の吸込側が前記室内ユニットに連通するように、自身が備える四方弁を切り換えると共に、前記冷媒ガス遮断弁を間欠的に開閉する
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記リキッド管の出口は、アキュムレータを介して圧縮機の吸込側に接続され、
    前記冷媒ガス遮断弁は、前記アキュムレータが満液になる程度の時間が経過した後に、前記アキュムレータに溜まった液状冷媒を前記ガス管に吸い出すに十分な時間だけ開く
    ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
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