JP5859220B2

JP5859220B2 - 分岐管及び空気調和装置

Info

Publication number: JP5859220B2
Application number: JP2011102142A
Authority: JP
Inventors: 崇濱千代; 晋一五十住
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP2012233630A; EP2518416A1

Description

本発明は、室内機と室外機とを連結するガス管に設けられる分岐管及び空気調和装置に関するものである。

室外機と室内機を有し、冷媒管からなる冷媒回路を備える空気調和装置において、複数の室外機が並列して設けられる場合がある。複数の室外機へ冷媒を分配するため、冷媒管には分岐管が設けられる。図５及び図６に従来の分岐管２を示す。

分岐管２は、流入部２０と、二つの流出部２１を有し、流入部２０へ流入した冷媒は、２方向に分かれて、二つの流出部２１からそれぞれ流出する。従来、二つの流出部２１は、同一断面積であった。例えば、図６に示す断面積比Ｓ３：Ｓ４＝１：１であった。

特許文献１は、主管内を流れる冷媒を２つの流れに分配するための分岐用管継手に関し、分岐部付近のサイズのコンパクト化と分岐部における偏流防止とを両立させる技術が開示されている。

特許第３７４２９３３号公報

図１を用いて、空気調和装置１０の構成を説明する。空気調和装置１０の室外機３は、圧縮機と、室外熱交換器と、暖房用膨張弁を備え、室内機４は、冷房用膨張弁と、室内熱交換器を備える。

冷房運転時において、室外熱交換器は、凝縮器として機能し、室内熱交換器は、蒸発器として機能する。そして、冷房運転時において、圧縮機と、室外熱交換器と、冷房用膨張弁と、室内熱交換器によって、冷媒回路が構成される。暖房運転時において、室内熱交換器は、凝縮器として機能し、室外熱交換器は、蒸発器として機能する。そして、暖房運転時において、圧縮機と、室内熱交換器と、暖房用膨張弁と、室外熱交換器によって、冷媒回路が構成される。

図１に示すように、空気調和装置１０が、３台の室外機３と、３台の室内機４からなるとき、冷媒は、冷媒管である液管６，７，９，１１と、ガス管１２，１３，１４，１５，１６を流れる。

ところで、空気調和装置１０における室外機３の圧縮機では、圧縮機内の摺動部分の潤滑のために、潤滑油が用いられている。この潤滑油は、その一部が圧縮機から吐出された冷媒とともに室外熱交換器、室内熱交換器等の冷媒回路内を流れ、再び圧縮機に回収される。潤滑油が冷媒回路内を流れる際、熱交換器や冷媒管の内壁に付着すると、伝熱を阻害するとともに、圧縮機へ戻される潤滑油量が低下して圧縮機の潤滑不足を招く。そこで、熱交換器や冷媒管の内壁に付着して滞留してしまった潤滑油を回収するために、定期的に圧縮機側に潤滑油を回収する、いわゆる油戻し運転が行われる。

油戻し運転では、全ての室外機へ同量の潤滑油が回収されるように、全ての室外機にて、圧縮機が同一流量の冷媒を吸入・吐出する。

図１に示すように、３台以上の室外機３が並列して設けられる場合であっても、従来、分岐部２８と分岐部２９の両方にて、図５及び図６に示す分岐管２が用いられる。油戻し運転時において、冷媒流出先の室外機３が１台ずつである分岐部２９では、流出部２１の断面積比がＳ３：Ｓ４＝１：１である分岐管２によって、２台の室外機３それぞれへ冷媒及び潤滑油が等しく分配される。そのため、２台の室外機３は、潤滑油が等しく回収される。

一方、分岐部２８では、一方の冷媒流出先の室外機３が１台であり、他方の冷媒流出先の室外機３が２台である。そのため、油戻し運転時において、分岐管２の一方の流出部２１と他方の流出部２１とでは、冷媒及び潤滑油の流量が異なる。このとき、室外機３が１台の側と、室外機３が２台の側との潤滑油の分配比が１：２となれば、３台全ての室外機３にて均等に潤滑油が回収され得る。しかし、分岐部２８，２９の両方にて、流出部２１の断面積比がＳ３：Ｓ４＝１：１である従来の分岐管２を使用していたところ、全ての室外機３へ均等に潤滑油を分配することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷媒が流れるガス管の分岐部分において、室内機側から各室外機へ適切な比率で冷媒を分配することが可能な分岐管及び空気調和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の分岐管及び空気調和装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る分岐管は、室内機と室外機とを連結するガス管に設けられ、冷媒を複数の室外機へ分配する分岐部分に用いられる分岐管であって、冷媒が流入する流入部と、流入部から流入した冷媒を室外機へ流出させる第１の流出部と、流入部から流入した冷媒を、第１の流出部からの流出先の室外機と異なる室外機へ、第１の流出部における目的流量と異なる目的流量で流出させる第２の流出部とを備え、第１の流出部と第２の流出部との断面積比は、第１の流出部と第２の流出部との目的流量比に応じて決定され、前記第１の流出部と前記第２の流出部との前記目的流量比は、前記第１の流出部と前記第２の流出部それぞれからの流出先の前記室外機の容量及び台数に基づいて決定される。

この発明によれば、流入部へ流入した冷媒が、第１の流出部と第２の流出部から流出される。そして、第１の流出部の断面積と第２の流出部の断面積との断面積比が、第１の流出部における冷媒の目的流量と第２の流出部における冷媒の目的流量との目的流量比に応じて決定されることから、第１の流出部と第２の流出部において、冷媒の流速が等しくなる。本発明では、第１の流出部と第２の流出部との断面積比が１：１であり、かつ第１の流出部と第２の流出部それぞれに接続された後流側のガス管において、断面積比が調整される場合に比べて、流入部から流入した冷媒が分岐する地点に近いところで断面積比が調整される。そのため、第１の流出部と第２の流出部それぞれから室外機へ流出する冷媒の流量が、より目的流量に近くなる。その結果、例えば、室内機から室外機へ流れる冷媒に潤滑油が含まれる場合、各室外機へより適切な比率で潤滑油を分配することができる。

また、本発明に係る分岐管は、室内機と室外機とを連結するガス管に設けられ、冷媒を複数の室外機へ分配する分岐部分に用いられる分岐管であって、冷媒が流入する流入部と、流入部から流入した冷媒を少なくとも１台の室外機へ流出させる第１の流出部と、流入部から流入した冷媒を、第１の流出部と異なる台数の室外機であり、第１の流出部からの流出先の室外機と異なる複数の室外機へ流出させる第２の流出部とを備え、全ての室外機で冷媒の流量が同一となるように流量が制御されているとき、第１の流出部と第２の流出部との断面積比は、第１の流出部と第２の流出部それぞれからの流出先の室外機の台数比のみに応じて決定される。

この発明によれば、流入部へ流入した冷媒が、第１の流出部と第２の流出部から流出される。そして、全ての室外機で冷媒が同一の流量となるように冷媒流量が制御されているとき、第１の流出部の断面積と第２の流出部の断面積との断面積比が、第１の流出部からの流出先の室外機の台数と第２の流出部からの流出先の室外機の台数との台数比に応じて決定されることから、第１の流出部と第２の流出部において、冷媒の流速が等しくなる。本発明では、第１の流出部と第２の流出部との断面積比が１：１であり、かつ第１の流出部と第２の流出部それぞれに接続された後流側のガス管において、断面積比が調整される場合に比べて、冷媒が分岐する地点に近いところで断面積比が調整される。そのため、第１の流出部と第２の流出部それぞれから室外機へ流出する冷媒は、室外機の台数に応じて分配される。その結果、例えば、室内機から室外機へ流れる冷媒に潤滑油が含まれる場合、各室外機へ均等に潤滑油を分配することができる。

また、本発明に係る空気調和装置は、室内機と、複数の室外機と、室内機と室外機を連結するガス管を備え、ガス管に上記の分岐管が設けられる。

この発明によれば、例えば油戻し運転などにおいて、室内機から室外機へ流れる冷媒に潤滑油が含まれる場合、各室外機へより適切な比率で潤滑油を分配することができる。

本発明によれば、冷媒が流れるガス管の分岐部分において、室内機側から各室外機へ適切な比率で冷媒を分配することができる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置を示す構成図である。同実施形態に係る分岐管を示す端面図である。同実施形態に係る分岐管を示す縦断面図である。同実施形態に係る分岐管を適用した配管例を示す正面図である。従来の分岐管を示す端面図である。従来の分岐管を示す縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の構成について、図１を用いて説明する。
図１に示されるように、本実施形態に係る空気調和装置１０は、複数の室外機３と複数の室内機４とを備えている。室外機３は、いずれも図示しない圧縮機と、室外熱交換器と、暖房用膨張弁を備え、室内機４は、いずれも図示しない冷房用膨張弁と、室内熱交換器を備える。

冷房運転時において、室外熱交換器は、凝縮器として機能し、室内熱交換器は、蒸発器として機能する。そして、圧縮機と、室外熱交換器と、冷房用膨張弁と、室内熱交換器によって、冷媒回路が構成される。図１に示すように、空気調和装置１０が、３台の室外機３と、３台の室内機４からなるとき、冷媒は、冷媒管である液管６，７，９，１１と、ガス管１２，１３，１４，１５，１６を流れる。

冷房運転時、室外機３の圧縮機から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器に送られ、ここで外気と熱交換することによって凝縮液化する。この液冷媒は、液管６へ流入し、液管７，８，９，１１を経て、室内機４に流入する。そして、液冷媒は、冷房用膨張弁を通過する過程で、断熱膨張した後、室内熱交換器へ送られ、ここで室内空気を冷却することによって蒸発気化する。室内熱交換器において吸熱してガスになった冷媒は、ガス管１２に流入し、ガス管１３，１４，１５を経て、室外機３に流入し、圧縮機に送られる。

暖房運転時において、室内熱交換器は、凝縮器として機能し、室外熱交換器は、蒸発器として機能する。そして、圧縮機と、室内熱交換器と、暖房用膨張弁と、室外熱交換器によって、冷媒回路が構成される。

暖房運転時には、室外機３に設けられた図示しない四方弁が冷房運転時と異なる方向に切り換えられる。室外機３の圧縮機から吐出された冷媒は、ガス管１５に流入し、ガス管１４，１３，１２を経て、室内機４の室内熱交換器に流入し、ここで室内空気に放熱することによって凝縮液化する。この液冷媒は、室内機４から液管９へ流入し、液管８，７，６を経て、室外機３に流入する。そして、液冷媒は、室外機３の暖房用膨張弁を通過する過程で、断熱膨張した後、室外熱交換器へ送られ、ここで外気から吸熱することによって蒸発気化する。次いで、このガス冷媒は、室外機３の圧縮機に送られる。

室外分岐部２２では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、１台の室外機３に接続された液管６が２本接続され、他端側にて、液管７が１本接続される。室外分岐部２３では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、１台の室外機３に接続された１本の液管６と、１本の液管７が接続され、他端側にて、液管８が１本接続される。

室内分岐部２４では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、１本の液管８が接続され、他端側にて、１台の室内機４に接続された１本の液管９と、１本の液管１１が接続される。室内分岐部２５では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、液管１１が１本接続され、他端側にて、１台の室内機４に接続された液管９が２本接続される。

室内分岐部２６では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、１台の室内機４に接続されたガス管１２が２本接続され、他端側にて、ガス管１３が１本接続される。室内分岐部２７では、分岐管（図示せず。）が設けられ、分岐管の一端側にて、１台の室内機４に接続された１本のガス管１２と、１本のガス管１３が接続され、他端側にて、ガス管１４が１本接続される。

室外分岐部２８では、図２及び図３に示す分岐管１が設けられ、分岐管１の一端側にて、ガス管１４が１本接続され、他端側にて、１台の室外機３に接続された１本のガス管１５と、１本のガス管１６が接続される。室外分岐部２９では、図４及び図５に示す分岐管２が設けられ、分岐管２の一端側にて、ガス管１６が１本接続され、他端側にて、１台の室外機３に接続されたガス管１５が２本接続される。

本実施形態の空気調和装置１０における室外機３の圧縮機は、圧縮機内の摺動部分の潤滑のために、潤滑油が用いられている。この潤滑油は、その一部が圧縮機から吐出された冷媒とともに室内熱交換器、室外熱交換器等の冷媒回路内を流れ、再び圧縮機に回収される。

この潤滑油が冷媒回路内を流れる際、熱交換器や冷媒管の内壁に付着すると、伝熱を阻害するとともに、圧縮機へ戻される潤滑油量が低下して圧縮機の潤滑不足を招く。そこで、本実施形態の空気調和装置１０では、熱交換器や冷媒管の内壁に付着して滞留してしまった潤滑油を回収するために、定期的に圧縮機側に潤滑油を回収する、いわゆる油戻し運転が行われる。

油戻し運転では、全ての室外機３にて、圧縮機が同一流量の冷媒を吸入・吐出するように、制御部５が、冷媒の流量を制御する。これにより、全ての室外機３へ同量の潤滑油が回収される。

以下、油戻し運転の動作について説明する。
冷房運転時では、規定したタイミングで、制御部５が、潤滑油の回収運転をスタートさせる。冷房時における潤滑油の回収運転では、室内機４のファン（図示せず。）の回転数を低下させたり、流量調整弁（図示せず。）の開度を規定より大きくする。その結果、室内熱交換器内での蒸発量を低下させ、液相の状態で冷媒を循環させることができる。そして、室内熱交換器及びガス管１２，１３，１４，１５の管壁等に付着している潤滑油が、液冷媒と共に室外機３側のアキュムレータ（図示せず。）に回収され、アキュムレータの油戻し管から圧縮機に潤滑油が戻される。

一方、暖房運転時では、規定したタイミングで、制御部５が、潤滑油の回収運転をスタートさせる。暖房時における潤滑油の回収運転では、まず、室内機４のファンを停止して室内空調を停止する。そして、冷房運転時と同一方向に冷媒を循環させるため、通常の暖房運転時とは異なる方向へ四方弁を切り替える。そして、室外機３の圧縮機で圧縮された高温高圧のガス冷媒を室外熱交換器へと導き、凝縮液化させて液冷媒とする。この液冷媒は、液管６へ流入し、液管７，８，９，１１を経て、室内機４へと導かれる。液冷媒は、室内熱交換器で熱交換を行わずに、液冷媒の状態のままでガス管１２へ流入し、ガス管１３，１４，１５，１６を経て、再び室外機３へと導かれる。室外機３へと流れ込んだ液冷媒は、アキュムレータを通って圧縮機へと戻される。これにより、室内熱交換器及び液管６，７，８，９内に拡散していた潤滑油を圧縮機へと戻すことができる。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る分岐管１について説明する。分岐管１は、冷媒管に設けられ、図１に示す分岐部２８に適用される。分岐管１は、油戻し運転時において、複数の室外機３へ冷媒及び潤滑油を分配する。

分岐管１は、流入部１７と、第１の流出部１８と、第２の流出部１９を有する。分岐管１は、略Ｙ字型の形状を有する。

流入部１７は、例えば円形状の断面を有し、油戻し運転時に冷媒及び潤滑油が流入する。流入部１７は、鑞（ろう）付けによって、図４に示すように、ガス管１４と接続される。

第１の流出部１８は、例えば円形状の断面を有し、油戻し運転時に流入部１７から流入した冷媒及び潤滑油を室外機３へ流出させる。第１の流出部１８は、鑞付けによって、図４に示すように、ガス管１５と接続される。

第２の流出部１９は、油戻し運転時に流入部１７から流入した冷媒及び潤滑油を、第１の流出部１８からの流出先の室外機３と異なる室外機３へ流出させる。第２の流出部１９は、鑞付けによって、図４に示すように、ガス管１６と接続される。

そして、油戻し運転時に全ての室外機３で冷媒の流量が同一となるように流量が制御されているとき、第１の流出部１８と第２の流出部１９との断面積比は、第１の流出部１８からの流出先の室外機３の台数と第２の流出部１９からの流出先の室外機３の台数との台数比に応じて決定される。

例えば、図１に示す分岐部２８の例では、第１の流出部１８からの流出先の室外機３の台数は１台であり、第２の流出部１９からの流出先の室外機３の台数は２台である。したがって、第１の流出部１８と第２の流出部１９との断面積比は、Ｓ１：Ｓ２＝１：２となるように決定される。なお、ガス管１５とガス管１６との断面積比も１：２となるように設定される。

そして、全ての室外機３で冷媒の流量が同一となるように流量が制御されているとき、図１に示す例では、第１の流出部１８からの流出先の室外機３の台数は１台であり、第２の流出部１９からの流出先の室外機３の台数は２台であるから、第１の流出部１８と第２の流出部１９との目的流量比は、１：２である。

上記のような構成を有する分岐管１を分岐部２８に適用し、従来の構成を有する上記の分岐管２を分岐部２９に適用して、油戻し運転を実行することによって、空気調和装置１０が室外機３を３台有する場合、全ての室外機３に均等に潤滑油を分配することができる。

筒部分において流速は、流速＝流量／断面積で表される。したがって、全ての室外機３で冷媒の流量が同一となるように流量が制御されているとき、本実施形態の分岐管１の第１の流出部１８と第２の流出部１９では、流速が等しくなる。また、本実施形態では、従来の二つの流出部２１の断面積比Ｓ３：Ｓ４が１：１である分岐管２が分岐部２８に適用されて、かつ流出部２１それぞれに接続された後流側のガス管１５，１６において、断面積比が調整される場合に比べて、冷媒が分岐する地点に近いところで断面積比が調整されている。

そのため、本実施形態の分岐管１の第１の流出部１８と第２の流出部１９それぞれから室外機３へ流出する冷媒は、流出先の室外機３の台数に応じて分配されると考えられる。その結果、例えば、室内機４から室外機３へ流れる冷媒に潤滑油が含まれる場合、各室外機３へ均等に潤滑油を分配することができる。

上記実施形態では、分岐管１の流出先の台数比が１：２である場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、流出先の台数比が１：３であれば、油戻し運転時において、全ての室外機３にて流量が等しくなるように設定する場合、分岐管１の第１の流出部１８と第２の流出部１９の断面積比は１：３となるようにする。流出先の台数比が２：３であれば、油戻し運転時において、全ての室外機３にて流量が等しくなるように設定する場合、分岐管１の第１の流出部１８と第２の流出部１９の断面積比は２：３となるようにする。

また、上記実施形態では、流出側の出口が二つである分岐管について説明したが、三つ以上の出口を有する場合にも同様に断面積比を設定することで、全ての室外機３へ潤滑油を均等に分配できる。

更に、上記実施形態では、油戻し運転時において、全ての室外機３にて流量が等しくなるようにし、第１の流出部１８と第２の流出部１９の断面積比を流出先の室外機の台数比に対応させる場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、第１の流出部１８と第２の流出部１９の流出先の各室外機３の容量が異なり、内部に必要とする潤滑油の量が異なる場合等の理由によって、油戻し運転時にて、各室外機３における流量が異なるように設定される場合にも、本発明を適用できる。

このとき、第１の流出部１８と第２の流出部１９との断面積比は、第１の流出部１８と第２の流出部１９との目的流量比に応じて決定される。このときも、流速＝流量／断面積であるから、第１の流出部１８と第２の流出部１９において、冷媒の流速が等しくなる。そして、室内機４から室外機３へ流れる冷媒に潤滑油が含まれる場合、従来の分岐管２を適用する場合に比べて、各室外機３へより適切な比率で潤滑油を分配することができる。

１，２分岐管
３室外機
４室内機
５制御部
６，７，８，９，１１液管
１０空気調和装置
１２，１３，１４，１５，１６ガス管
１７，２０流入部
１８第１の流出部
１９第２の流出部
２１流出部
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９分岐部

Claims

室内機と室外機とを連結するガス管に設けられ、冷媒を複数の前記室外機へ分配する分岐部分に用いられる分岐管であって、
前記冷媒が流入する流入部と、
前記流入部から流入した前記冷媒を前記室外機へ流出させる第１の流出部と、
前記流入部から流入した前記冷媒を、前記第１の流出部からの流出先の前記室外機と異なる前記室外機へ、前記第１の流出部における目的流量と異なる目的流量で流出させる第２の流出部と、
を備え、
前記第１の流出部と前記第２の流出部との断面積比は、前記第１の流出部と前記第２の流出部との目的流量比に応じて決定され、
前記第１の流出部と前記第２の流出部との前記目的流量比は、前記第１の流出部と前記第２の流出部それぞれからの流出先の前記室外機の容量及び台数に基づいて決定される分岐管。
室内機と室外機とを連結するガス管に設けられ、冷媒を複数の前記室外機へ分配する分岐部分に用いられる分岐管であって、
前記冷媒が流入する流入部と、
前記流入部から流入した前記冷媒を少なくとも１台の室外機へ流出させる第１の流出部と、
前記流入部から流入した前記冷媒を、前記第１の流出部と異なる台数の室外機であり、前記第１の流出部からの流出先の室外機と異なる複数の室外機へ流出させる第２の流出部と、
を備え、
全ての室外機で前記冷媒の流量が同一となるように流量が制御されているとき、前記第１の流出部と前記第２の流出部との断面積比は、前記第１の流出部と前記第２の流出部それぞれからの流出先の室外機の台数比のみに応じて決定される分岐管。
室内機と、
複数の室外機と、
前記室内機と前記室外機を連結するガス管を備え、
前記ガス管に請求項１又は２に記載の分岐管が設けられた空気調和装置。