JP4675083B2

JP4675083B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP4675083B2
Application number: JP2004310799A
Authority: JP
Inventors: 卓関根
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP2006125665A

Description

本発明は、圧縮機、室外熱交換器及びレシーバタンクを収納する複数台の室外ユニットと、室内熱交換器を収納する一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続した空気調和装置に関する。

従来より、複数台の室外ユニットと、一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続し、空調負荷に応じて室外ユニットの運転台数を変更する空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１）。この種の空気調和装置では、室外ユニット内の液管にレシーバタンクを配置し、このレシーバタンクに冷媒回路中の余剰冷媒を貯留するようにしたものがある。この場合、レシーバタンクと液管との間に、当該室外ユニットの運転停止時に他の室外ユニットからの液冷媒が逆流して、レシーバタンクに寝込まないようにするための遮断弁を設けたものが提案されている。
特許第３２２９６４８号公報

しかし、従来の構成では、レシーバタンクに冷媒が寝込むのを防止するため、余分な遮断弁を設けなくてはならないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、室外ユニットのレシーバタンクと液管との間に遮断弁を設けることなく、レシーバタンク内への液冷媒の寝込みを防止することができる空気調和装置を提供することを目的としている。

上述課題を解決するため、本発明は、圧縮機、室外熱交換器及びレシーバタンクを収納する複数台の室外ユニットと、室内熱交換器を収納する一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続した空気調和装置において、前記室外ユニットに、前記圧縮機の吐出冷媒で前記レシーバタンク内の液冷媒を室外ユニットと室内ユニットとの間の液管に追い出し可能に、前記圧縮機の吐出管と前記レシーバタンクとの間を制御弁を介して接続するバイパス管を設け、冷房運転で、かつ、外気温度に基づいてガス欠の可能性ありと判定される間、運転停止中の停止室外ユニット内の前記制御弁を開状態に制御して、前記停止室外ユニット内の圧縮機の間欠運転を継続し、前記停止室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込んで前記レシーバタンクに対する液冷媒の追い出し及び液冷媒の流入防止を行う制御手段を備えることを特徴とする。

また、本発明は、圧縮機、室外熱交換器及びレシーバタンクを収納する複数台の室外ユニットと、室内熱交換器を収納する一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続した空気調和装置において、前記室外ユニットに、前記圧縮機の吐出冷媒で前記レシーバタンク内の液冷媒を室外ユニットと室内ユニットとの間の液管に追い出し可能に、前記圧縮機の吐出管と前記レシーバタンクとの間を制御弁を介して接続するバイパス管を設け、冷房運転で、かつ、ガス欠の可能性ありと判定される間、運転停止中の停止室外ユニット内の前記制御弁を開状態に制御して、前記停止室外ユニット内の圧縮機の間欠運転を継続し、前記停止室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込んで前記レシーバタンクに対する液冷媒の追い出し及び液冷媒の流入防止を行う制御手段を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記構成において、前記制御手段は、前記室内ユニットの吹出空気の温度を測定するセンサを備え、このセンサの測定結果に基づいてガス欠の可能性ありか否かを判定することを特徴とする。
また、本発明は、上記構成において、前記制御弁は、前記複数台の室外ユニットを同時運転して運転時の循環冷媒のガス欠が検知された場合に開状態に制御され、運転中の室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込み、前記レシーバタンク内の液冷媒を液管側に追い出すことを特徴とする。

本発明は、室外ユニットのレシーバタンクと液管との間に遮断弁を設けることなく、レシーバタンク内への液冷媒の寝込みを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係る空気調和装置１の回路図である。
この空気調和装置１は、ガス管５及び液管７を備えてなるユニット間配管９に、室外ユニット１Ａ、１Ｂが並列に接続されると共に、室内ユニット３Ａ、３Ｂが並列に接続されて構成される。

室外ユニット１Ａは、能力一定型の圧縮機（ＡＣ圧縮機）Ａと、能力可変型の圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）Ｂとを備え、圧縮機Ａ、Ｂは並列接続され、圧縮機Ａ、Ｂの吸込側には吸込管２０Ａが接続され、この吸込管２０Ａにはアキュムレータ１１Ａが接続され、吐出側には吐出管２１Ａが接続され、この吐出管２１Ａにはオイルセパレータ１２Ａを介して四方弁１３Ａが接続される。さらに、四方弁１３Ａに接続された室外冷媒配管１８Ａには、室外熱交換器１４Ａ、室外膨張弁１５Ａ及びレシーバタンク１６Ａが順次接続される。
また、室外ユニット１Ａは、吐出管２１Ａとレシーバタンク１６Ａの上部とを接続するバイパス管２２Ａを備え、このバイパス管２２Ａには制御弁２５Ａが設けられる。この制御弁２５Ａは、例えば、常閉型の電磁弁が適用される。室外熱交換器１４Ａには、この室外熱交換器１４Ａへ送風する室外ファン１７Ａが隣接して配置されている。

室外ユニット１Ｂは、能力一定型の圧縮機（ＡＣ圧縮機）Ｃの吸込管２０Ｂにアキュムレータ１１Ｂが接続され、吐出管２１Ｂにオイルセパレータ１２Ｂを介して四方弁１３Ｂが接続され、さらに、四方弁１３Ｂに接続された室外冷媒配管１８Ｂに、室外熱交換器１４Ｂ、室外膨張弁１５Ｂ及びレシーバタンク１６Ｂが順次接続される。また、室外ユニット１Ｂは、吐出管２１Ｂとレシーバタンク１６Ｂの上部とを接続するバイパス管２２Ｂを備え、このバイパス管２２Ｂには制御弁２５Ｂが設けられる。この制御弁２５Ｂは、例えば、常閉型の電磁弁が適用される。室外熱交換器１４Ｂには、この室外熱交換器１４Ｂへ送風する室外ファン１７Ｂが隣接して配置されている。

室内ユニット３Ａは、室内冷媒配管３９Ａに室内膨張弁３８Ａ及び室内熱交換器３４Ａが順次接続され、この室内冷媒配管３９Ａの一端がガス管５に、他端が室内熱交換器３４Ａ、室内膨張弁３８Ａを介して液管７にそれぞれ接続される。室内熱交換器３４Ａには、この室内熱交換器３４Ａへ送風する室内ファン３７Ａが隣接して配置される。室内機３Ｂは、室内機３Ａと同一の構成であるので、説明を省略する。

圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃは、図２に示すように、圧縮機Ａが４馬力（ｐｓ）の能力一定定格圧縮機であり、圧縮機Ｂが空調負荷に応じて能力（回転数）を可変に制御できる６馬力の能力可変インバータ圧縮機であり、圧縮機Ｃが１０馬力の能力一定定格圧縮機である。従って、室外ユニット１Ａは１０馬力の能力可変型の室外ユニットとなり、室外ユニット１Ｂは１０馬力の能力一定型（定格）の室外ユニットとなっている。

一方、室内ユニット３Ａ、３Ｂは図１では２つしか示されていないものの、実際は多数の室内ユニットが設けられている。そしてこれらの室内ユニットの馬力の合計が２０馬力となるようにしている。例えば、室内ユニット３Ａは５馬力、室内ユニット３Ｂは４馬力、図示しない室内ユニットの合計馬力は１１馬力とされる。

この空気調和装置１において、冷房運転時には、図１に示すように、四方弁１３Ａ、１３Ｂが点線の位置（冷房運転時の位置）に切り替えられる。圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃから吐出された冷媒は、点線矢印で示すように、オイルセパレータ１２Ａ、１２Ｂ、四方弁１３Ａ、１３Ｂを経た後、室外熱交換器１４Ａ、１４Ｂに入り、ここで凝縮した後、室外膨張弁１５Ａ、１５Ｂ及びレシーバタンク１６Ａ、１６Ｂを経て、液管７を流れ、室内ユニット３Ａ、３Ｂに流入する。
室内ユニット３Ａ、３Ｂに流入した冷媒は、室内膨張弁３８Ａ、３８Ｂ、室内熱交換器３４Ａ、３４Ｂに入り、ここで蒸発した後、ガス管５を流れ、各室外ユニット１Ａ、１Ｂに分流する。そして、その分流した冷媒は、四方弁１３Ａ、１３Ｂ、アキュムレータ１１Ａ、１１Ｂを経て、圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃに戻される。

暖房運転時には、四方弁１３Ａ、１３Ｂが実線の位置（暖房運転時の位置）に切り替えられる。圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃから吐出された冷媒は、実線矢印で示すように、オイルセパレータ１２Ａ、１２Ｂ、四方弁１３Ａ、１３Ｂを経た後、ガス管５を流れ、各室内ユニット３Ａ、３Ｂに流入する。
各室内ユニット３Ａ、３Ｂに流入した冷媒は、室内熱交換器３４Ａ、３４Ｂに入り、ここで凝縮した後、室内膨張弁３８Ａ、３８Ｂを経て、液管７を流れ、各室外ユニット１Ａ、１Ｂに分流する。そして、その分流した冷媒は、レシーバタンク１６Ａ、１６Ｂ及び室外膨張弁１５Ａ、１５Ｂを経て、室外熱交換器１４Ａ、１４Ｂに入り、ここで蒸発した後、四方弁１３Ａ、１３Ｂ、アキュムレータ１１Ａ、１１Ｂを経て、圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃに戻される。

空気調和装置１は、室内ユニット３Ａ、３Ｂが配置された室内の温度（室内ユニット３Ａ、３Ｂの吸込空気の温度）を測定する温度センサ４０Ａ、４０Ｂと、室外温度（室外ユニット１Ａ、１Ｂの吸込空気の温度）を測定する温度センサ４１Ａ、４１Ｂと、室内ユニット３Ａ、３Ｂの吹出空気の温度を測定する温度センサ４２Ａ、４２Ｂ等を備え、これらセンサの信号はコントローラ１００に出力される。

コントローラ（制御手段）１００は、上記センサからの信号等に基づいて室外ユニット１Ａ、１Ｂ及び室内ユニット３Ａ、３Ｂの運転制御を行う。具体的には、コントローラ１００は、室外ユニット１Ａ、１Ｂの合計出力を１〜６ｐｓの範囲で制御するには、図２を参照して、室外ユニット１Ａの能力可変圧縮機Ｂを運転して、その可変範囲内で制御する。
また、コントローラ１００は、合計出力を７〜１０ｐｓの範囲で制御するには、室外ユニット１Ａの能力一定圧縮機Ａ（４ｐｓ）を運転しっ放しにして、残りの３〜６ｐｓを能力可変圧縮機Ｂの運転により制御する。
また、コントローラ１００は、合計出力を１１〜１６ｐｓの範囲で制御するには、室外ユニット１Ｂの能力一定圧縮機Ｃ（１０ｐｓ）を運転しっ放しにして、残りの１〜６ｐｓを室外ユニット１Ａの能力可変圧縮機Ｂの運転により制御する。
さらに、コントローラ１００は、合計出力を１７〜２０ｐｓの範囲で制御するには、室外ユニット１Ｂの能力一定圧縮機Ｃ（１０ｐｓ）、及び室外ユニット１Ａの能力一定圧縮機Ａ（４ｐｓ）を運転しっ放しにして、残りの３〜６ｐｓを室外ユニット１Ａの能力可変圧縮機Ｂの運転により制御する。

また、コントローラ１００は、室外ユニット１Ａ、１Ｂを同時運転している場合、室外ユニット１Ａ、１Ｂ内の圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃの能力の違い等に起因して室外ユニット１Ａ、１Ｂ内の循環冷媒量に偏りが生じ、ガス欠運転になるおそれがあるため、ガス欠運転を回避する運転時ガス欠回避制御を行う。
すなわち、コントローラ１００は、温度センサ４２Ａ、４２Ｂにより測定される室内ユニット３Ａ、３Ｂの吹出空気の温度を監視し、いずれか一方の温度がガス欠の可能性がある予め定めた温度範囲（十分に冷房或いは暖房できない温度範囲）内になったことを検知すると、室外ユニット１Ａ、１Ｂ内の制御弁２５Ａ、２５Ｂを閉状態に制御し、圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃの吐出冷媒の一部をバイパス管２２Ａ、２２Ｂを介してレシーバタンク１６Ａ、１６Ｂ内に送り込む。この吐出冷媒の送り込みによって、レシーバタンク１６Ａ、１６Ｂに溜められた液冷媒が液管７又は室外冷媒配管１８Ａ、１８Ｂに追い出され、運転時の冷媒循環量が増えてガス欠運転が回避される。

ところで、本構成では、冷房運転時に運転停止中の室外ユニットが存在した場合、例えば、室外ユニット１Ａの能力可変圧縮機Ｂだけが運転し、室外ユニット１Ｂが運転停止されている場合、室外ユニット１Ａから液管７に供給された液冷媒が室外ユニット１Ｂ内のレシーバタンク１６Ｂ内に流れ込み、運転時の冷媒循環量が低下してガス欠運転を招くおそれがある。
この場合、本実施形態では、運転時ガス欠回避制御に使用された制御弁２５Ｂを用いて、混在運転時ガス欠回避制御が行われる。この制御は、図３のフローチャートに示すように、運転停止中の室外ユニット１Ｂのレシーバタンク１６Ｂ内への液冷媒の寝込みを防止することにより、ガス欠が回避される。

図３は、混在運転時ガス欠回避制御を示すフローチャートである。
まず、コントローラ１００は、室外ユニット１Ａ、１Ｂがコンデンサ状態か否か（冷房運転中か否か）を判定する（ステップＳ１）。このステップＳ１の判定が否定結果の場合（ステップＳ１：NO）、コントローラ１００は、この制御を一旦終了し、所定の割り込み周期でこの制御を繰り返し実行する。

一方、ステップＳ１の判定が肯定結果の場合（ステップＳ１：YES）、コントローラ１００は、温度センサ４１Ａ、４１Ｂにより、室外温度を取得し、室外温度が低いか否か（例えば、５℃以下か否か）を判定する（ステップＳ２）。具体的には、コントローラ１００は、温度センサ４１Ａ、４１Ｂにより測定される温度のうち、低い方の温度が５℃以下か否かを判定する。

室外温度が５℃より高い場合（ステップ２：NO）、液冷媒のガス化が促され、レシーバタンク１６Ｂへの液冷媒の流れ込みによる冷媒循環量不足の可能性が低いため、コントローラ１００は、この制御を一旦終了する。一方、室外温度が５度以下の場合（ステップ２：YES）、コントローラ１００は、制御対象の室外ユニット１Ｂが停止中か否かを判定し（ステップ３）、運転中であればこの制御を一旦終了し、停止中であれば、室外ユニット１Ｂの制御弁２５Ｂを開状態に制御すると共に（ステップ４）、室外ユニット１Ｂの圧縮機Ｃの運転を開始する（ステップ５）。
この場合、コントローラ１００は、圧縮機Ｃを所定時間間隔で運転と運転停止とを繰り返す間欠運転させ、この圧縮機Ｃの吐出冷媒を、バイパス管２２Ｂを介してレシーバタンク１６Ｂ内に間欠的に送り込み、レシーバタンク１６Ｂ内に溜まっている液冷媒を液管７に追い出すと共に、レシーバタンク１６Ｂ内への液冷媒の流入を防止させる。
このように、ガス欠運転を招くおそれがある状況（冷房運転時に外気温度が５℃以下）になると、運転停止中の室外ユニット１Ｂのレシーバタンク１６Ｂ内の液冷媒の追い出し及び液冷媒の流入防止を行うので、運転時の冷媒循環量を増やし、ガス欠運転を事前に回避することができる。

次に、コントローラ１００は、室外ユニット１Ａ、１Ｂが非コンデンサ状態になったか、若しくは、外気温度が高くなったか否か（例えば５℃より高くなったか否か）、または、室外ユニット１Ｂの運転を開始したか否かを判定し（ステップ６）、いずれかの条件が満たされるまで、上記運転状態（制御弁２５Ｂを開状態にし、圧縮機Ｃを間欠運転した状態）を継続し、いずれかの条件が満たされると、室外ユニット１Ｂの制御弁２５Ｂを閉状態に制御すると共に、室外ユニット１Ｂの圧縮機Ｃの間欠運転を停止する（ステップ７）。
このため、冷房運転停止、暖房運転への切り替え、室外温度が高くなる、或いは、冷房負荷が増大して室外ユニット１Ｂの運転を開始するといったいずれかの事態が生じるまでは、上記運転状態が継続し、上記事態が生じると、上記運転状態が中止される。なお、混在運転時ガス欠回避制御を、室外ユニット１Ｂに対して行う場合を例に説明したが、室外ユニット１Ａに対して行う場合も同様である。ここで、室外ユニット１Ａの圧縮機Ａ、Ｂを間欠運転する場合は、圧縮機Ａ、Ｂのいずれか一方或いは両方を間欠運転すればよい。

このように本実施形態では、運転時ガス欠回避制御に使用された制御弁２５Ｂを用いて、冷房運転時に外気温度が低くなると、運転停止中の室外ユニット１Ａ、１Ｂの制御弁２５Ａ、２５Ｂを開状態に制御すると共に、この室外ユニット１Ａ、１Ｂの圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃを間欠運転するため、各室外ユニット１Ａ、１Ｂのレシーバタンク１６Ａ、１６Ｂと液管７との間に遮断弁を設けることなく、レシーバタンク１６Ａ、１６Ｂ内への液冷媒の寝込みを防止することができる。また、上記遮断弁といった、レシーバタンク１６Ａ、１６Ｂ内への液冷媒の寝込みだけを防止する部品を配置する必要がないため、部品点数を低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、温度センサ４１Ａ、４１Ｂにより測定した室外温度が所定温度以下の場合に、運転停止中の室外ユニット１Ａ、１Ｂの制御弁２５Ａ、２５Ｂを開状態に制御すると共に、運転停止中の室外ユニット１Ａ、１Ｂの圧縮機を運転する場合について例示したが、本発明はこれに限らない。

具体的には、図４に他の混在運転時ガス欠回避制御を示すように、コントローラ１００は、室外ユニット１Ａ、１Ｂがコンデンサ状態であって（ステップ１：YES）、かつ、制御対象の室外ユニット（例えば室外ユニット１Ｂ）が停止中（ステップＳ２Ａ：YES）の場合に、ガス欠（ガス欠のおそれが高い状態を含む）か否かを判定し（ステップ３Ａ）、ガス欠の場合に、図３に示すステップＳ４〜Ｓ７の処理を順次実行するように構成してもよい。
このガス欠か否かの判定は、例えば、温度センサ４２Ａ、４２Ｂにより取得した室内ユニット３Ａ、３Ｂの吹出空気の温度のいずれかが、ガス欠の可能性がある予め定めた温度範囲（十分に冷房或いは暖房できない温度範囲）内か否かを判定することによって行えばよい。すなわち、室外温度を取得する方法に代えて、室外温度が低いことが原因で生じるガス欠を検知する方法によっても、運転停止中の室外ユニット１Ａ、１Ｂのレシーバタンク１６Ａ、１６Ｂ内への液冷媒の寝込みを防止することが可能である。

また、上記実施形態では、停止中の室外ユニット１Ａ、１Ｂの圧縮機Ａ、Ｂ、Ｃを間欠運転する場合を例示したが、運転停止中の室外ユニット内の圧縮機が能力可変型の圧縮機である場合は、能力可変型圧縮機（例えば、圧縮機Ｂ）を低能力（例えば、２０Ｈｚ）で運転するようにしてもよい。また、上記実施形態で示した配管構成や室外ユニット及び室内ユニットの台数はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

本発明の実施形態に係る空気調和装置の回路図である。圧縮機の運転の説明に供する図である。混在運転時ガス欠回避制御を示すフローチャートである。他の混在運転時ガス欠回避制御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
１Ａ、１Ｂ室外ユニット
３Ａ、３Ｂ室内ユニット
５ガス管
７液管
１１Ａ、１１Ｂアキュムレータ
１２Ａ、１２Ｂオイルセパレータ
１３Ａ、１３Ｂ四方弁
１４Ａ、１４Ｂ室外熱交換器
１５Ａ、１５Ｂ室外膨張弁
１６Ａ、１６Ｂレシーバタンク
２０Ａ、２０Ｂ吸込管
２１Ａ、２１Ｂ吐出管
２２Ａ、２２Ｂバイパス管
２５Ａ、２５Ｂ制御弁
Ａ、Ｂ、Ｃ圧縮機

Claims

圧縮機、室外熱交換器及びレシーバタンクを収納する複数台の室外ユニットと、室内熱交換器を収納する一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続した空気調和装置において、
前記室外ユニットに、前記圧縮機の吐出冷媒で前記レシーバタンク内の液冷媒を室外ユニットと室内ユニットとの間の液管に追い出し可能に、前記圧縮機の吐出管と前記レシーバタンクとの間を制御弁を介して接続するバイパス管を設け、
冷房運転で、かつ、外気温度に基づいてガス欠の可能性ありと判定される間、運転停止中の停止室外ユニット内の前記制御弁を開状態に制御して、前記停止室外ユニット内の圧縮機の間欠運転を継続し、前記停止室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込んで前記レシーバタンクに対する液冷媒の追い出し及び液冷媒の流入防止を行う制御手段を備えることを特徴とする空気調和装置。
圧縮機、室外熱交換器及びレシーバタンクを収納する複数台の室外ユニットと、室内熱交換器を収納する一又は複数台の室内ユニットとをガス管及び液管で接続した空気調和装置において、
前記室外ユニットに、前記圧縮機の吐出冷媒で前記レシーバタンク内の液冷媒を室外ユニットと室内ユニットとの間の液管に追い出し可能に、前記圧縮機の吐出管と前記レシーバタンクとの間を制御弁を介して接続するバイパス管を設け、
冷房運転で、かつ、ガス欠の可能性ありと判定される間、運転停止中の停止室外ユニット内の前記制御弁を開状態に制御して、前記停止室外ユニット内の圧縮機の間欠運転を継続し、前記停止室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込んで前記レシーバタンクに対する液冷媒の追い出し及び液冷媒の流入防止を行う制御手段を備えることを特徴とする空気調和装置。
前記制御手段は、前記室内ユニットの吹出空気の温度を測定するセンサを備え、このセンサの測定結果に基づいてガス欠の可能性ありか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
前記制御弁は、前記複数台の室外ユニットを同時運転して運転時の循環冷媒のガス欠が検知された場合に開状態に制御され、運転中の室外ユニット内の圧縮機の吐出冷媒を、前記バイパス管を介して前記レシーバタンク内に送り込み、前記レシーバタンク内の液冷媒を液管側に追い出すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。