JP4341967B2

JP4341967B2 - マルチ型空気調和機

Info

Publication number: JP4341967B2
Application number: JP2004339743A
Authority: JP
Inventors: 宏治内藤; 憲一中村; 和幹浦田; 道子遠藤
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP2006145185A

Description

本発明は、マルチ型空気調和機に関し、特に分岐ユニットを用い冷媒分配を行うものに好適である。

1台の室外機に対し複数台の室内機が接続されるマルチ型空気調和機において、室外機暖房運転時に、室内機の中には室温が設定値を満たし、サーモオフしている場合やスイッチオフしている場合がある。通常、停止した室内機の電子膨張弁は閉止しているが、暖房運転の場合、膨張作用を行っている電子膨張弁は室外熱交換器の液側に付いているものだけとなるめ、停止している室内熱交換器内には高圧ガス冷媒が存在している。そして、室内送風機が停止状態でも、室内空気と対流熱伝達を起こすため、高圧ガス冷媒は放熱し、凝縮して液冷媒として停止室内機に溜まり、冷凍サイクルとしては冷媒不足となる。そのため、停止室内機の室内膨張弁を微開にして高圧ガス冷媒をわずかに流し、凝縮した液冷媒を回収する方法が一般的に良く知られている。

しかし、暖房運転に使われるべき熱がサーモオフ、スイッチオフ室内機で放熱され、。特に、暖房運転室内機が少数（例えば１台）の場合、他の停止機（例えば３１台）の室内膨張弁は微開となるため、各停止機での放熱損失が相対的に大きくなる。損失分はインバータ圧縮機の周波数を上げて冷媒循環量を増やすことにより補うため、入力が増加して効率が悪化する。

これに関しては、室内機とガス側接続配管の間に電磁弁を設け閉止することにより冷媒の溜まり込みを防止する方法が知られ、例えば、特許文献１に記載されている。また、冷暖同時マルチ型空気調和機では、冷暖切替ユニットが室内機と分岐管の間に存在し、高圧ガス管電磁弁を閉止することにより、高圧ガスが室内機に溜まりこむのを防止する方法が知られ、例えば特許文献２に記載されている。

特開平５−３０２７６５号公報、

特開平２−９３２６３号公報

上記従来技術においては、室内熱交換器内に冷媒が凝縮することは防止できるが、主流側接続配管から室内機熱交入口の電磁弁を接続する分岐管までの距離が通常は長く必要とされるので、この配管部分で冷媒が凝縮し溜まりこむことは防止できず、放熱損失が発生する。

また、冷暖同時マルチ型空気調和機においては、主流側接続配管から冷暖切替ユニット高圧ガス電磁弁を接続する分岐管に溜まりこむ冷媒は、高圧ガス管から冷暖切替ユニット内にあるキャピラリを通して低圧ガス管にバイパスしている。これにより冷媒の溜まり込みによる冷媒不足は防止できるが、放熱損失は防止できない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、暖房運転時サーモオフやスイッチオフした室内機の熱交換器や接続配管への冷媒の溜まりこみを防止し、冷凍サイクルが冷媒不足となることを防止することにある。

また、他の目的は、放熱損失および損失分を補うための圧縮機入力の増加を無くし、ＣＯＰの高い暖房運転を行うことにある。さらに、他の目的は、空気調和機設置現場での施工時追加作業を低減することにある。なお、本発明は上記目的の少なくとも一つを達成することにある。

上記目的を達成するために本発明は、室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数台の室内機と、圧縮機と室外熱交換器と室外膨張弁とを有する室外機と、前記複数台の室内機と前記室外機とを接続する主流側ガス接続配管及び液接続配管と、を有するマルチ型空気調和機において、前記主流側ガス接続配管は分岐され、該分岐点から前記室内機へ接続される室内ガス接続配管との間に設けられたガス管室内側電磁弁と、前記分岐点から下流となる位置で前記主流側ガス接続配管に配置されたガス管主流側電磁弁と、を備えたものである。

また、上記のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁は前記分岐点の近傍に設けられ、分岐ユニットに収納されたことが望ましい。ここで、ガス管室内側電磁弁が分岐点の近傍に設けられるとは、分岐点から室内熱交換器の入口までの配管長さに比べて冷媒の溜まり込みが無視できる程の位置にガス管室内側電磁弁が配置されることを意味する。

さらに、上記のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁と、前記液接続配管を室内機へ分岐する配管と、が分岐ユニットに収納されたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、複数の前記ガス管室内側電磁弁と、該複数の前記ガス管室内側電磁弁から下流となる位置で前記主流側ガス接続配管に配置されたガス管主流側電磁弁と、を備えたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁を全開として暖房起動し、その後、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁のうちいずれか一つを順番に閉止し、閉止した毎に各前記室内機の室内熱交換器ガス管温度を検出して閉止した前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁と各前記室内機との接続を検出することが望ましい。

本発明によれば、暖房運転時に暖房室内機がサーモオフ、スイッチオフした場合、この暖房室内機に高圧ガスを分配する分岐管部で閉止するため、室内機、分岐管の電磁弁と室内機を繋ぐ接続配管に高圧冷媒が流入しないため、冷媒の凝縮による溜まり込みや放熱損失が防止できる。さらに、冷暖同時マルチ型空気調和機においては、冷暖切替ユニットを分岐管部に設置することにより、高圧ガス接続配管に溜まりこむ冷媒のキャピラリバイパスが不要となる。

また、室内膨張弁の微開や凝縮冷媒のバイパスを行う必要がないので、圧縮機入力の増加を不要とできる。さらに、分岐管と電磁弁閉止機構を同一の箱に納めることにより、施工作業を簡単にすることができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は冷凍サイクルを示し、室内機４０ａ、４０ｃが暖房運転、４０ｂ、４０ｄが停止している。まず、冷凍サイクル内の冷媒の流れを説明する。圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃで圧縮された高圧ガス冷媒は、暖房運転のため、四方弁１２からガス阻止弁２６へと流れ、主流側ガス接続配管５１ａを通って分岐ユニット３０ａに送られる。分岐ユニット３０ａは分岐配管とガス管主流側電磁弁３１ａとガス管室内側電磁弁３２ａを一つの箱に納めたユニットである。分岐ユニット３０ａより分岐する室内機４０ａは暖房運転であるため、ガス管室内側電磁弁３２ａは開となる。これにより高圧ガス冷媒が室内ガス接続配管５２ａを通り室内熱交換器４２ａへ送られ、室内空気と熱交換し液冷媒となる。この液冷媒は室内膨張弁４１ａから液分岐管３３ａを通り液接続配管５５へ送られる。一方分岐ユニット３０ａより下流の分岐ユニット３０ｃに暖房運転の室内機４０ｃが接続されているため、ガス管主流側電磁弁３１ａも開き、高圧冷媒は主流側ガス接続配管５１ｂを通り分岐ユニット３０ｂへと送られる。

分岐ユニット３０ｂより分岐する室内機４０ｂは停止であるため、ガス管室内側電磁弁３２ａは閉となる。そして、室内膨張弁４１ｂも閉となるため液冷媒の流れ込みも起こらない。つまり、高圧ガス冷媒は室内ガス接続配管５２ｂや室内熱交換器４２ｂに冷媒が流れないため途中の配管等での液冷媒の溜まり込みや冷媒の放熱損失は発生しない。
一方分岐ユニット３０ｂより下流の分岐ユニット３０ｃに暖房運転の室内機４０ｃが接続されているため、ガス管主流側電磁弁３１ｂは開き、高圧冷媒は主流側ガス接続配管５１ｃを通り分岐ユニット３０ｃへと送られる。分岐ユニット３０ｃより分岐する室内機４０ｃは暖房運転であるため、ガス管室内側電磁弁３２ｃは開となる。これにより高圧ガス冷媒が室内ガス接続配管５２ｃを通り室内熱交換器４２ｃへ送られ、室内空気と熱交換し液冷媒となる。この液冷媒は室内膨張弁４１ｃから液分岐管３３ｃを通り液接続配管５５へ送られる。
また、分岐ユニット３０ｄより分岐する室内機４０ｄは停止であるため、ガス管室内側電磁弁３２ｄは閉となる。そして、室内膨張弁４１ｄも閉となるため液冷媒の流れ込みも起こらない。つまり高圧ガス冷媒は室内ガス接続配管５２ｄや室内熱交換器４１ｄに流れないため液冷媒の溜まり込みや冷媒の放熱損失は発生しない。

室内機４０ａ、４０ｃにて凝縮し液接続配管５５へ送られた液冷媒は液阻止弁２１、レシーバ１５を通り室外膨張弁１４で絞られ減圧し、室外熱交換器１３にて外気と熱交換し吸熱して、アキュムレータ１８、圧縮機１１a、１１ｂ、１１ｃに送られる。そして再び圧縮される。

分岐ユニットの電磁弁開閉の基準としては、冷房運転時は電磁弁を開とし、暖房室内機が存在する冷暖同時運転または暖房運転場合はその電磁弁の下流に接続するものによって違ってくる。電磁弁下流が室内機である場合、その室内機が冷房室内機、暖房サーモオフ、スイッチオフの場合は電磁弁を閉とし、それ以外は開とする。次に電磁弁下流が分岐ユニットの場合は、暖房運転時は、その分岐ユニット以下の分岐ユニット全てに繋がる室内機のうち１台でも暖房運転しているものがある場合は電磁弁を開とし、下流に暖房運転している室内機が無い場合は閉とする。また、電磁弁下流が室内機である場合で冷房室内機、暖房サーモオフ、スイッチオフの場合でも、上流側分岐ユニットの電磁弁が閉の場合は、電磁弁の開閉に関係無く冷媒は流れないため、電磁弁は開で良い。

分岐ユニット内の電磁弁とこれに接続される室内機または分岐ユニットはそれぞれ互いの動作を認識しなければならない。このため、室内機と室外機を結ぶ伝送線を分岐ユニットに渡らせることが良い。
また、室内機が何号機であるかは室内基板上のスイッチや自動設定機能により決められるが、分岐ユニット号機も同様に分岐ユニット基板上のスイッチや自動設定機能により設定可能とすることが良い。そして、分岐ユニット内の個々の電磁弁番号についても、対応する室内機もしくは分岐ユニットが認識できるように、分岐ユニット基板上のスイッチや自動設定機能により設定可能とすることが良い。

さらに、分岐ユニット内個々の電磁弁の自動アドレス設定機能について、暖房試運転を行うことにより設定可能とすることが望ましい。このフローチャートを、図５に示し説明する。
電磁弁を全開として暖房起動し、室内吸込吹出温度差がしきい値以上もしくは室内熱交換器のガス管温度がしきい値以上となった場合、分岐ユニット内の電磁弁を１個づつ閉止し、これに対応して室内吸込吹出温度差がしきい値以下もしくは室内熱交換器ガス管温度がしきい値以下に下がる室内機が発生する。これにより、閉止した電磁弁に接続される室内機を検出できる。
対応する室内機が１台のみの場合は、その電磁弁には室内機が直接接続されており、対応する室内機が複数台の場合は、その電磁弁は分岐ユニットが接続されていることがわかる。さらに、分岐ユニットの配置も予測可能であり、冷房試運転時に液管温度や室内吸込吹出温度差を用いて分岐ユニット内個々の電磁弁自動アドレス設定を行ってもよい。

図５において、電磁弁にアドレスとして１〜ｍmax（電磁弁数）を割り当てる。全電磁弁を開として暖房運転で起動を行い、全室内機での吹出吸込空気温度差の最小値ΔＴmin（Ｋ）が設定吹出吸込温度差ΔＴset（Ｋ）以上となった場合、ｍ、ｎ、ｉの初期値０に対して、ｍ番電磁弁を示すｍをｍ＋１として、ｍ番（１番）電磁弁を閉とする。室内ｎ号機を示すｎをｎ＋１として室内ｎ号（１号）機の吹出空気温度ΔＴｏ（ｎ）と室内ｎ号（１号）機の吸込空気温度ΔＴｉ（ｎ）との差ΔＴ（ｎ）を求め、ΔＴsetより大きいかどうかを確認する。ここで、そうでなければ、つまり図中Falseであればｉをｉ＋１とし、ｍ番電磁弁の下流にあるｉ台目室内機号機番号ＥＶ（ｍ、ｉ）を室内ｎ号機とする。以下、室内機台数ｎmaxだけ繰り返し、ｍ番（１番）電磁弁を開とし、分岐ユニット電磁弁数ｍmaxまで繰り返して終了する。

図２は他の実施の形態のサイクル図であり、図１に対し、液分岐管を分岐ユニットに含めたものである。これにより分岐管が１ユニットとなるため、個々に断熱材を巻いたり、固定したりする手間が省け、施工性も向上する。また、冷房、暖房により流れの向きが変わるため、単純な電磁弁に替えて双方向の電磁弁を用いることが良い。さらに、冷房側に流れるときの圧損増加を防止するために、電磁弁と並列に逆止弁６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを設けることが望ましい。

室内機４０ａ、４０ｂが暖房運転、４０ｃ、４０ｄが停止している例であり、前述したように、下流が室内機であるガス管室内側電磁弁３２ａ、３２ｂは、室内機の運転に従い閉となる。ガス管室内側電磁弁３２ｃ、３２ｄは、上流側分岐ユニット３０ｂのガス主流側電磁弁３１ｂが閉のため、開でも閉でもよい。下流側が分岐ユニットであるガス主流側電磁弁３１ａ、３１ｂは、分岐ユニット以下につながる室内機全ての運転に従い、ガス主流側電磁弁３１ａは下流側分岐ユニット３０ｂに暖房運転の室内機４０ｂが接続されているため開、ガス主流側電磁弁３１ｂは下流側分岐ユニット３０ｃには停止した室内機４０ｃ、４０ｄしか接続されていないため閉とする。

図３はさらに他の実施の形態のサイクル図であり、冷暖同時マルチ型空気調和機に適用した事例である。室内機４０ａ、４０ｃが暖房運転、４０ｂが冷房運転、４０ｄが停止している。圧縮機１１ａ、１１ｂ、１１ｃで圧縮された高圧ガス冷媒は、暖房主体運転のため、四方弁１２ａ及び四方弁１２ｂから高圧ガス阻止弁２３へと流れ、主流側ガス接続配管５１ａを通って分岐ユニット３０ａに送られる。分岐ユニット３０ａより分岐する室内機４０ａは暖房運転であるため、ガス管室内側電磁弁３２ａは開となり、低圧ガス管室内側電磁弁３４ａは閉となるため、高圧ガス冷媒が室内ガス接続配管５２ａを通り室内熱交換器４２ａへ送られ、室内空気と熱交換し液冷媒となる。液冷媒は室内膨張弁４１ａから液分岐管３３ａを通り液接続配管５５へ合流する。一方分岐ユニット３０ａより下流の分岐ユニット３０ｃに暖房運転の室内機４０ｃが接続されているため、ガス管主流側電磁弁３１ａも開き、高圧冷媒は主流側ガス接続配管５１ｂを通り分岐ユニット３０ｂへと送られる。分岐ユニット３０ｂより分岐する室内機４０ｂは冷房であるため、ガス管室内側電磁弁３２ｂは閉、低圧ガス管室内側電磁弁３４ｂは開となる。分岐ユニット３０ｂより下流の分岐ユニット３０ｃに暖房運転の室内機４０ｃが接続されているため、ガス管主流側電磁弁３１ｂは開き、高圧冷媒は主流側ガス接続配管５１ｃを通り分岐ユニット３０ｃへと送られる。分岐ユニット３０ｃより分岐する室内機４０ｃは暖房運転であるため、ガス管室内側電磁弁３２ｃは開、低圧ガス管室内側電磁弁３４ｃは閉となる。これにより高圧ガス冷媒が室内ガス接続配管５２ｃを通り室内機４０ｃ、室内熱交換器４２ｃへ送られ、室内空気と熱交換し液冷媒となる。この液冷媒は室内膨張弁４１ｃから液分岐管３３ｃを通り液接続配管５５へ送られる。分岐ユニット３０ｃより分岐する室内機４０ｄは停止であるため、ガス管室内側電磁弁３２ｄは閉、低圧ガス管室内側電磁弁３４ｄは開となる。そして、室内膨張弁４１ｄも閉となるため液冷媒の流れ込みも起こらず、室内熱交換器４２ｄは低圧ガス阻止弁２２を通して低圧側に引かれるため、冷媒が溜まり込むことがない。

室内機４０ａ、４０ｃにて凝縮し、液接続配管５５へ送られた液冷媒の一部は液分岐管３３ｂを通って室内膨張弁４１ｂにて絞られ減圧し、室内熱交換器４２ｂにて室内空気と熱交換し吸熱して、低圧ガス冷媒となり室内ガス接続配管５２ｂを通り分岐ユニット３０ｂへと送られる。ガス管室内側電磁弁３２ｂが閉で低圧ガス管室内側電磁弁３４ｂが開のため、低圧ガス冷媒は低圧ガス接続配管５４、低圧ガス阻止弁２２を通してアキュムレータ１８の上流に送られる。室内機４０ａ、４０ｃにて凝縮し液接続配管５５へ送られた液冷媒の残りは、液阻止弁２１、レシーバ１５を通り室外膨張弁１４ａ、１４ｂで絞られ減圧し、室外熱交換器１３ａ、１３ｂにて外気と熱交換し吸熱して、四方弁１２ａ、１２ｂを通りアキュムレータ１８の上流で低圧ガス冷媒と合流する。そして、アキュムレータ１８、圧縮機１１a、１１ｂ、１１ｃに送られ再び圧縮され暖房運転に使用される。

図３に示す冷暖同時マルチ型空気調和機の分岐ユニットは、分岐管部に配置されるので、分岐管部から室内機までの接続配管の途中にあるものに比べて、主流側高圧ガス管から冷暖切替ユニットの間の高圧ガス接続分岐管に凝縮し溜まった液冷媒を低圧ガス管に戻すためのキャピラリバイパスを設ける必要がなく、簡素化して低価格化できる。
図３のものにおいて、液分岐管は図２と同様に分岐管ユニットの内部に含めても良い。また、末端の分岐ユニット３０ｃは、分岐ユニット３１ａ、３１ｂと同じ構造のものを２個使用して代用が可能で、例えば末端のガス主流側電磁弁または接続配管を常に閉止して置けば良い。

図４はさらに他の実施の形態のサイクル図であり、図１で３０ａ、３０ｂ、３０ｃと複数ある分岐ユニットを、分岐ユニット３０の１つとしたものである。分岐ユニット同士の距離が遠くない場合、つまり従来の施工で、２つに分かれるライン分機用の分岐管ではなく、１つの管から複数に分かれるヘッダ分岐用の分岐管を使用した場合に適用できる。この分岐ユニット３０を使用することにより、図１で使用していたガス管主流側電磁弁３１ａ、３１ｂを省略できる。

本発明の一実施の形態による冷凍サイクルを示すブロック図。他の実施の形態による冷凍サイクルを示すブロック図。さらに、他の実施の形態による冷凍サイクルを示すブロック図。さらに、他の実施の形態による冷凍サイクルを示すブロック図。電磁弁自動アドレス設定機能を示すフローチャート。

符号の説明

１０…室外機、１１a、１１ｂ、１１ｃ…圧縮機、１２、１２a、１２ｂ…四方弁、１３、１３a、１３ｂ…室外熱交換器、１４、１４ａ、１４ｂ…室外膨張弁、１５…レシーバ、１８…アキュムレータ、２１…液阻止弁、２２…低圧ガス阻止弁、２３…高圧ガス阻止弁、２６…ガス阻止弁、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…分岐ユニット、３１ａ、３１ｂ…ガス管主流側電磁弁、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ…ガス管室内側電磁弁、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…液分岐管、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ…低圧ガス管室内側電磁弁、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…室内機、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…室内膨張弁、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…室内熱交換器、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ…主流側ガス接続配管、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ…室内ガス接続配管、５４…低圧ガス接続配管、５５…液接続配管、６１ａ、６１ｂ…逆止弁、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ…逆止弁。

Claims

室内熱交換器と室内膨張弁を有する複数台の室内機と、圧縮機と室外熱交換器と室外膨張弁とを有する室外機と、前記複数台の室内機と前記室外機とを接続する主流側ガス接続配管及び液接続配管と、を有するマルチ型空気調和機において、
前記主流側ガス接続配管は分岐され、該分岐点から前記室内機へ接続される室内ガス接続配管との間に設けられたガス管室内側電磁弁と、
前記分岐点から下流となる位置で前記主流側ガス接続配管に配置されたガス管主流側電磁弁と、
を備えたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁は前記分岐点の近傍に設けられ、分岐ユニットに収納されたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁と、前記液接続配管を室内機へ分岐する配管と、が分岐ユニットに収納されたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、複数の前記ガス管室内側電磁弁と、該複数の前記ガス管室内側電磁弁から下流となる位置で前記主流側ガス接続配管に配置されたガス管主流側電磁弁と、を備えたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
請求項１に記載のものにおいて、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁を全開として暖房起動し、その後、前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁のうちいずれか一つを順番に閉止し、閉止した毎に各前記室内機の室内熱交換器ガス管温度を検出して閉止した前記ガス管室内側電磁弁及び前記ガス管主流側電磁弁と各前記室内機との接続を検出することを特徴とするマルチ型空気調和機。