JP4169521B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機を有する複数台の室外ユニットと、電動式膨張弁及び室内熱交換器を有する室内ユニットとをユニット間配管でつなぎ、室内の空調負荷に応じてこれらの室外ユニットの運転台数が制御される空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮機を有する複数台の室外ユニットと、電動式膨張弁及び室内熱交換器を有する室内ユニットとをユニット間配管でつなぎ、室内の空調負荷に応じてこれらの室外ユニットの運転台数が制御される空気調和装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の空気調和装置では、冷房運転時に室外ユニットの運転台数が増加した場合の過渡期に、停止していた室外ユニットに溜まって(寝込んで)いた冷媒が室内ユニットに流れ込むことにより、急激に冷媒流量が増加し、一時的に冷媒流量が過大となり、冷媒が室内熱交換器で蒸発しきれずに液冷媒のまま圧縮機に吸い込まれることによる液圧縮の恐れがあり、この液圧縮の対策として、大型のアキュムレータを設置せざるを得ないという問題がある。
【0004】
また、冷房運転時に室外ユニットの運転台数が減少した場合の過渡期に、室内ユニットに流れる冷媒の流量が急激に減少し、一時的に室内膨張弁の前後の冷媒圧力の差が小さくなる。例えば、通常の冷房運転時(定常状態)、室内膨張弁の入口の冷媒圧力が2MPa、室内膨張弁の出口の冷媒圧力が0.5MPaで運転していたものが、室外ユニットの運転台数の減少により、一時的に室内膨張弁の入口の冷媒圧力が1.9MPa、室内膨張弁の出口の冷媒圧力が0.9MPaとなり、冷媒の圧力差が小さくなる。つまり、通常の冷房運転時(定常状態)の室内膨張弁の開度の制御を行っているときに、室外ユニットの運転台数が減少した場合、室内膨張弁の出口の冷媒圧力が急激に上昇するので、圧縮機の冷媒吸い込み側の冷媒圧力が急激に上昇し、液冷媒のまま圧縮機に吸い込まれることによる液圧縮の恐れがあり、この液圧縮の対策として、大型のアキュムレータを設置せざるを得ないという問題がある。
【0005】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、冷房運転時に室外ユニットの運転台数が変化した場合の過渡期において、圧縮機に液冷媒が吸い込まれるのを防止できる空気調和装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、圧縮機を有する複数台の室外ユニットと、電動式膨張弁及び室内熱交換器を有する室内ユニットとをユニット間配管でつなぎ、室内の空調負荷に応じてこれらの室外ユニットの運転台数が制御される空気調和装置において、冷房運転時に前記室外ユニットの運転台数が変化した場合、前記室内の空調負荷に応じた各室内ユニットの電動式膨張弁の開度制御を無視して、強制的に前記電動式膨張弁の開度を冷媒が流れ始める程度の、前記電動式膨張弁の前記開度制御時よりも低い開度の所定値に制限する制限手段を備えたことを特徴とするものである。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記制限手段は、前記室外ユニットの運転台数が変化した場合、各室内ユニットの前記電動式膨張弁の開度を所定時間に亘って前記所定値に制限することを特徴とするものである。
【0008】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記圧縮機は、エンジンにより駆動されることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づき説明する。
【0011】
図1は、本発明に係る空気調和装置の本実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【0012】
この図1に示すように、ヒートポンプ式の空気調和装置10は、複数台(例えば2台)の室外ユニット11A、11B、複数台(例えば2台)の室内ユニット12A、12B、複数台の室外ユニット11A、11Bと複数台の室内ユニット12A、12Bとをつなぐユニット間配管42及び制御装置13を有してなる。
【0013】
各室外ユニット11A、11Bは室外に設置される。室外ユニット11Aを例にとってその構成を説明すると、室外ユニット11Aの室外冷媒配管40Aには圧縮機16Aが配設されるとともに、この圧縮機16Aの吸込側にアキュムレータ15Aが配設され、圧縮機16Aの吐出側に油分離器17A、逆止弁18A及び四方弁19Aが順次配設され、この四方弁19A側に室外熱交換器20A、室外膨張弁21Aが順次配設されて構成される。室外熱交換器20Aには、この室外熱交換器20Aへ向かって送風する室外ファン22Aが隣接して配置されている。
【0014】
上記の油分離器17Aは、圧縮機16Aから吐出される冷媒中の油を分離するものであり、ここで分離された油は図示しない戻し管を通じて圧縮機16Aに戻される。上記の逆止弁18Aは室外ユニット11Aの運転停止時に、冷媒が四方弁19Aから油分離器17Aへ逆流するのを防止するものである。圧縮機16Aは、フレキシブルカップリング(ベルト・プーリー)24A等を介してガスエンジン23Aに連結され、このガスエンジン23Aにより駆動される。尚、残りの室外ユニット11Bの構成は、室外ユニット11Aの構成と略同一であるため、説明を省略する。
【0015】
室内ユニット12A、12Bはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管41A、41Bに室内熱交換器27A、27Bが配設されるとともに、室内冷媒配管41A、41Bのそれぞれにおいて室内熱交換器27A、27Bの近傍に室内膨張弁28A、28Bが配設されて構成される。上記室内熱交換器27A、27Bには、これらの室内熱交換器27A、27Bから室内へ送風する室内ファン29A、29Bが隣接して配置されている。30A、30Bは、温度センサであり、冷房運転時に室内熱交換器27A、27Bの冷媒の入口付近の温度が検出される。また、31A、31Bは、温度センサであり、冷房運転時に室内熱交換器27A、27Bの冷媒の出口付近の温度が検出される。
【0016】
ユニット間配管42は、ガス側配管43と液側配管44とから構成されている。そして、ガス側配管43は室外ユニット11A、11B内の四方弁19A、19B側に、液側配管44は室外ユニット11A、11B内の室外膨張弁21A、21B側にそれぞれつながれている。そして、複数台の室外ユニット11A、11Bと複数台の室内ユニット12A、12Bとは並列にユニット間配管42でつながれている。
【0017】
制御装置13は、空気調和装置10の全体を制御するものである。例えば、制御装置13は、室外ユニット11A、11Bのそれぞれの運転を制御する。具体的には、制御装置13は、室外ユニット11A、11Bのそれぞれにおけるガスエンジン23A、23B(即ち圧縮機16A、16B)の回転数、四方弁19A、19Bの切り換え、室外ファン22A、22Bの回転数及び室外膨張弁21A、21Bの開度等をそれぞれ制御する。
【0018】
また、制御装置13は、室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度及び室内ファン22A、22Bの回転数を各室内の空調負荷に応じて制御する。
【0019】
更にまた、制御装置13は、空調負荷に応じて室外ユニット11A、11Bの運転台数を制御する。
【0020】
制御装置13は、四方弁19A、19Bを切り換えることにより、ヒートポンプ式空気調和装置10を冷房運転又は暖房運転に設定する。つまり、制御装置13が四方弁19A、19Bを冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器20A、20Bが凝縮器となり、室内膨張弁28A、28Bで冷媒流量が調整されるとともに、冷媒が膨張され、室内熱交換器27A、27Bが蒸発器となって冷房運転状態となり、各室内熱交換器27A、27Bが室内を冷房する。また、制御装置13が四方弁19A、19Bを暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器27A、27Bが凝縮器となり、室内膨張弁28A、28Bで冷媒流量が調整され、さらに室外膨張弁21A、21Bで冷媒流量が調整されるとともに、冷媒が膨張され、室外熱交換器20A、20Bが蒸発器となって暖房運転状態となり、各室内熱交換器27A、27Bが室内を暖房する。
【0021】
制御装置13は、安定して運転している定常状態のときの通常の冷房運転時において、温度センサ30A、31Aによって検出された温度を基に、室内膨張弁28Aの開度を制御する。また、制御装置13は、冷房運転時において、温度センサ30B、31Bによって検出された温度を基に、室内膨張弁28Bの開度を制御する。具体的に、制御装置13は、通常、各室内熱交換器27A、27Bの冷媒の入口付近の温度と出口付近の温度との差温が所定温度(例えば、1[℃])となるように、室内膨張弁28A、28Bの開度を制御する。
【0022】
ところで、本実施の形態は、冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化(増加又は減少)する場合の過渡期に室内膨張弁28A、28Bの開度の制御に関するものである。室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化するのは、室外ユニット11A及び11Bの2台で運転していたのが、室外ユニット11Aのみ又は室外ユニット11Bのみの運転となる場合、あるいは、室外ユニット11Aのみ又は室外ユニット11Bのみで運転していたのが室外ユニット11A及び11Bの2台運転となる場合である。
【0023】
室内膨張弁28A、28Bは、電動式膨張弁である。より具体的に、室内膨張弁28A、28Bは、パルスモータによって駆動されるパルスモータ駆動方式の電動式膨張弁である。
【0024】
図2は、室内膨張弁28A、28Bの開度制御の一例を示す図であり、通常の冷房運転時、即ち、室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化しない場合の冷房運転時、室内の空調負荷に応じて室内膨張弁28A、28Bの開度が制御装置13により制御される。例えば、各室内熱交換器27A、27Bの冷媒の入口付近の温度と出口付近の温度との差温が所定温度(例えば、1[℃])となるように、制御装置13により室内膨張弁28A、28Bの開度が制御される。このパルスモータ駆動方式の室内膨張弁28A、28Bは、例えば、480ステップで弁が全開となり、80ステップ程度で冷媒が流れ始める。
【0025】
次に、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が増加した場合について説明する。例えば、室外ユニット11Aの1台のみで運転していたものが、室外ユニット11A、11Bの2台運転に増加したものとする。つまり、制御装置13は、各室内の空調負荷に応じて室外ユニット11A、11Bの2台運転に増加させる制御を行う。次に、制御装置13は、各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を所定値に制限する。つまり、制御装置13は、通常の室内膨張弁28A、28Bの開度の制御を無視して、強制的に各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を所定値に制限する。より具体的には、制御装置13は、各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を通常の冷房運転時よりも低い所定値(例えば、80ステップ)に制限する。この所定値(80ステップ)は、冷媒が流れ始める値である。これによって、少量の冷媒がこの室内膨張弁28A、28Bで膨張されて通過し、室内熱交換器27A、27Bで蒸発してアキュムレータ17A及び17Bを通過して、圧縮機16A及び16Bに吸い込まれる。
【0026】
この場合、室内膨張弁28A、28Bを通過する冷媒流量は少量であり、また、室内膨張弁28A、28Bの開度は、通常の冷房運転時よりも低い所定値に設定されることから、室外ユニット11A、11Bの運転台数が急激に増加した後の過渡期において、即ち、室内熱交換器27A、27Bに流れ込む冷媒流量が一時的に増加するような過渡期において、冷媒が過剰に室内熱交換器27A、27Bに流れ込むのを防止することができる。そして、アキュムレータ15A、15Bに液冷媒として流入してくる冷媒の量が減少するので、アキュムレータ15A、15Bの小型化が図れる。
【0027】
そして、制御装置13は、所定時間(例えば1分程度)、この所定値(例えば、80ステップ)に制限した後、定常状態の通常の冷房運転時に行われる室内膨張弁28A、28Bの開度の制御を行う。
【0028】
次に、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が減少した場合について説明する。例えば、室外ユニット11A、11Bの2台で運転していたものが、室外ユニット11Aの1台のみの運転に減少したものとする。つまり、制御装置13は、各室内の空調負荷に応じて室外ユニット11A、11Bのの1台のみの運転に減少させる制御を行う。次に、制御装置13は、各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を所定値に制限する。つまり、制御装置13は、通常の室内膨張弁28A、28Bの開度の制御を無視して、強制的に各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を所定値に制限する。より具体的には、制御装置13は、各室内ユニット12A、12Bの室内膨張弁28A、28Bの開度を通常の冷房運転時よりも低い所定値(例えば、80ステップ)に制限する。この所定値(80ステップ)は、冷媒が流れ始める値である。これによって、少量の冷媒がこの室内膨張弁28A、28Bで膨張されて通過し、室内熱交換器27A、27Bで蒸発してアキュムレータ17Aを通過して、圧縮機16Aに吸い込まれる。
【0029】
この場合、室内膨張弁28A、28Bを通過する冷媒流量は少量であり、また、室内膨張弁28A、28Bの開度は、通常の冷房運転時よりも低い所定値に設定されることから、室外ユニット11A、11Bの運転台数が急激に減少した後の過渡期において、室内膨張弁28A、28Bの出口側の冷媒圧力の上昇が抑制され、圧縮機16Aの吸い込み側の冷媒圧力の上昇も抑制される。そして、アキュムレータ15A、15Bに液冷媒として流入してくる冷媒の量が減少するので、アキュムレータ15A、15Bの小型化が図れる。
【0030】
そして、制御装置13は、所定時間(例えば1分程度)、この所定値(例えば、80ステップ)に制限した後、通常の冷房運転時に行われる室内膨張弁28A、28Bの開度の制御を行う。
【0031】
尚、上述の所定時間は、空気調和装置10の運転が、室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化した後の不安定な運転状態(過渡期)から通常の安定した運転状態(定常状態)となるまでの時間である。つまり、本実施の形態の特徴である室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化したときの制御を行わなかった場合に、空気調和装置10の運転が安定する程度の時間である。
【0032】
以上、本実施の形態によれば、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が増加した場合、室内膨張弁28A、28Bの開度が、通常の冷房運転時よりも低い所定値(例えば、80ステップ)に制限されることから、冷媒が過剰に室内熱交換器27A、27Bに流れ込むのを防止できるので、室内熱交換器27A、27Bに流れ込んだ冷媒は、十分に蒸発させることができ、また、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が減少した場合、室内膨張弁28A、28Bの開度が、通常の冷房運転時よりも低い所定値(例えば、80ステップ)に制限されることから、室内膨張弁28A、28Bの出口側、即ち、圧縮機16A、16Bの吸い込み側の冷媒圧力の急激な上昇が抑制されるので、小型のアキュムレータ15A、15Bを使用しても、圧縮機16A、16Bによる液圧縮を防止することができる。
【0033】
また、本実施の形態によれば、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化した場合、室内膨張弁28A、28Bの開度が、所定時間(例えば1分程度)に亘って所定値(例えば、80ステップ)に制限されることから、室内熱交換器27A、27Bに流れ込む冷媒流量が一時的に増加するような過渡期において、冷媒が過剰に室内熱交換器27A、27Bに流れ込むのを防止することができる。これによって、室内熱交換器27A、27Bに流れ込んだ冷媒は、十分に蒸発することができるので、小型のアキュムレータ15A、15Bを使用しても、圧縮機16A、16Bによる液圧縮を防止できる。
【0034】
また、本実施の形態によれば、室内膨張弁28A、28Bの開度は、冷媒が流れ始める所定値とすれば、より効果的である。
【0035】
また、本実施の形態によれば、室内膨張弁28A、28Bの開度は、室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化した後の不安定な運転状態(過渡期)から通常の安定した運転状態(定常状態)となるまでの所定時間に亘って所定値に制限されることから、空気調和装置10の定常状態における冷房運転を妨げることなく、過渡期における圧縮機16A、16Bによる液圧縮を防止できる。
【0036】
また、本実施の形態によれば、ガスエンジン23A、23Bで圧縮機16A、16Bが駆動される場合、圧縮機16A、16Bの冷媒吸い込み側の冷媒圧力が急激に上昇すれば、ガスエンジン23A、23Bにかかる負荷が急激に増大するので、エンジンストールが発生しやすくなるが、空気調和装置10の冷房運転時に室外ユニット11A、11Bの運転台数が変化した場合、室内膨張弁28A、28Bの開度が、冷媒が流れ始める所定値(例えば、80ステップ)に制限されることから、室内膨張弁28A、28Bの出口の冷媒圧力、即ち、圧縮機16A、16Bの冷媒吸い込み側の冷媒圧力の急激な上昇が抑制されるので、ガスエンジン23A、23Bのエンジンストールを防止することができる。
【0037】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、冷房運転時に室外ユニットの運転台数が変化した場合の過渡期において、圧縮機に液冷媒が吸い込まれるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空気調和装置の一実施の形態における冷媒回路等を示す回路図である。
【図2】空気調和装置の冷房運転時に室外ユニットの運転台数が変化した場合の室内膨張弁の開度の制御を示す図である。
【符号の説明】
10 空気調和装置
11A、11B 室外ユニット
12A、12B 室内ユニット
13 制御装置
15A、15B アキュムレータ
16A、16B 圧縮機
23A、23B ガスエンジン(エンジン)
27A、27B 室内熱交換器
28A、28B 室内膨張弁(電動式膨張弁)
42 ユニット間配管
Claims (3)
- 圧縮機を有する複数台の室外ユニットと、電動式膨張弁及び室内熱交換器を有する室内ユニットとをユニット間配管でつなぎ、室内の空調負荷に応じてこれらの室外ユニットの運転台数が制御される空気調和装置において、
冷房運転時に前記室外ユニットの運転台数が変化した場合、前記室内の空調負荷に応じた各室内ユニットの電動式膨張弁の開度制御を無視して、強制的に前記電動式膨張弁の開度を冷媒が流れ始める程度の、前記電動式膨張弁の前記開度制御時よりも低い開度の所定値に制限する制限手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記制限手段は、前記室外ユニットの運転台数が変化した場合、各室内ユニットの前記電動式膨張弁の開度を所定時間に亘って前記所定値に制限することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記圧縮機は、エンジンにより駆動され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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