JP7170927B1 - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】大型のアキュムレータを必要とせずに、運転開始時の液冷媒の流れ込みを制御することができる、空気調和機を提供する。
【解決手段】空気調和機１００は、圧縮機１と室内熱交換器５と膨張弁４とアキュムレータ１６とを有する１台の室内機７と、第一室外熱交換器Ａ２を有し、室内機７と冷媒配管で接続される第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６とを備える。空気調和機１００は、第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６から室内機７へ冷媒を送る第一、第二、導出冷媒配管Ｌ２ａ１、Ｌ２ｂ１のそれぞれに設けられる第一、第二電磁弁Ａ１、Ａ２の遅延開動作を制御する弁制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、１台の室内機に対し２台以上の室外機を備える空気調和機に関し、例えば、情報通信機器を設置した部屋での空気調和に好適な空気調和機に関する。

室内機に圧縮機、蒸発器、アキュムレータ、膨張弁、送風機を備え、室外機に凝縮器、液冷媒貯留タンクを備えた空気調和機の冷暖房運転では、外気が低温のときの起動時に室外機から室内機へ液冷媒の戻りが生じる。この戻りの液冷媒は、アキュムレータに貯留されるが、このアキュムレータを大型化することで、圧縮機への液冷媒の戻りを回避している。また、特許文献１では、液バックからの圧縮機の保護と、アキュムレータの小型化または削除による室外ユニットの小型コンパクト化を目的として、冷房起動時に冷媒回路切換弁により冷凍サイクルを暖房サイクルとするとともに、室内電動膨張弁を開、室内ファンを停止の状態として起動し、規定条件が満たされたとき、冷凍サイクルを冷房サイクルに切り換えて冷房運転を開始する冷媒追い出し制御をすることを開示している。

特開２００９－１４４９４０号公報

外気が低温になると、停止中に室外機に冷媒が溜まり、運転開始と同時に室外機に溜まった液冷媒が室内機に流れ込み、アキュムレータ内の液冷媒量が増加し、アキュムレータが液で満たされると圧縮機が液冷媒を吸入し、液圧縮が起こり圧縮機が故障する危険がある。従来では、アキュムレータの容積を大きくすることで圧縮機への液冷媒の吸入を回避しているが、室内機１台に対し室外機２台以上を接続する大容量の空気調和機では、室内機に大型のアキュムレータが必要となり、室内機の大型化、アキュムレータの製作費の増大、室内機の質量増加につながる。

そこで、本発明は、大型のアキュムレータを必要とせずに、運転開始時の液冷媒の流れ込みを制御することができる、空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮機と室内熱交換器と膨張弁とアキュムレータとを有する１台の室内機と、室外熱交換器を有し、前記１台の室内機と冷媒配管で接続される少なくとも２台以上の室外機とを備える空気調和機であって、前記２台以上の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁と、前記導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁の遅延開動作を制御する弁制御部と、を備える。

本発明によれば、運転開始時に室外機に設けた弁の開動作に遅延を設けることで、室内機への過度な液冷媒の流れ込みを回避でき、室内機に備えたアキュムレータおよび室内機の小型化を図ることができる。

実施形態に係わる空気調和機を概略的に示す全体構成図である。 空気調和機の弁の開動作手順を示すフロー図である。 空気調和機の弁の閉動作手順を示すフロー図である。

本発明における主要な装置構成について説明する。追加の器機が室内機または室外機に設けられていてもよい。

図１は、空気調和機１００の構成を示す図である。空気調和機１００を構成する室内機７は、例えば、情報通信機器（サーバ等）が設置される部屋（一年を通じて負荷変動が少なく、かつ、ある程度一定の温度の部屋、例えばサーバルーム等）に設置される。空気調和機１００では、常時冷房運転が行われており、これにより、熱を発する情報通信機器の冷却が行われる。

空気調和機１００は、例えばサーバルームに設置される室内機７と、屋外に設置される第一室外機Ａ６および第二室外機Ｂ６とを備えている。また、空気調和機１００では、冷媒配管が使用されている。室内機７は、圧縮機１と、室内熱交換器５（蒸発器）と、室内ファン１８と、膨張弁４と、アキュムレータ１６とを備えている。室内機７は、圧縮機１を用いた冷凍サイクルの利用時に使用される逆止弁２２を備えている。

第一室外機Ａ６は、第一室外熱交換器Ａ２（凝縮器）と、第一余剰冷媒調整装置Ａ９（レシーバタンク）と、第一室外ファンＡ８と、第一電磁弁Ａ１とを備えている。第二室外機Ｂ６は、第二室外熱交換器Ｂ２（凝縮器）と、第二余剰冷媒調整装置Ｂ９（レシーバタンク）と、第二室外ファンＢ８と、第二電磁弁Ｂ１とを備えている。

第一室外機Ａ６と第二室外機Ｂ６は、室内機７と各冷媒配管（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１ａ１、Ｌ２ａ１、Ｌ１ｂ１、Ｌ２ｂ１）で接続されている。室内機７に収容された圧縮機、膨張弁４及び室内熱交換器５と、第一室外機Ａ６に収容された室外熱交換器Ａ２とが、この冷媒配管（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１ａ１、Ｌ２ａ１）により接続され、第二室外機Ｂ６に収容された室外熱交換器Ｂ２が、この冷媒配管（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１ｂ１、Ｌ２ｂ１）により接続される。これにより、室外熱交換器Ａ２、Ｂ２が並列に配置された冷凍サイクルが形成される。室内機７側の導出冷媒配管Ｌ１は、第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６側の第一、第二導入冷媒配管Ｌ１ａ１、Ｌ１ｂ１に分岐され、第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６側の第一、第二導出冷媒配管Ｌ２ａ１、Ｌ２ｂ１は、室内機７側の導入冷媒配管Ｌ２に合流される。

空気調和機１００では、圧縮機１、第一、第二室外熱交換器Ａ２、Ｂ２、膨張弁４及び室内熱交換器５をこの順で冷媒が通流することで、冷凍サイクルが形成されている。そして、室内機７の圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、導出冷媒配管Ｌ１から分岐された第一導入冷媒配管Ｌ１ａ１を介して、第一室外機Ａ６の第一室外熱交換器Ａ２に供給される。ガス冷媒は、第一室外熱交換器Ａ２において外気によって凝縮して液冷媒となり、第一余剰冷媒調整装置Ａ９に供給される。第一余剰冷媒調整装置Ａ９の液冷媒は、第一導出冷媒配管Ｌ２ａ１から室内機７の導入冷媒配管Ｌ２を通流し、膨張弁４で膨張して低温低圧の液冷媒となり、室内熱交換器５に供給される。室内熱交換器５では、冷媒は蒸発することでガス冷媒となるとともに、冷熱が部屋に放出され、部屋の冷房が行われる。そして、室内熱交換器５から排出されたガス冷媒は、アキュムレータ１６を経て、圧縮機１に戻される。第二室外機Ｂ６における冷媒の流れは、第一室外機Ａ６における冷媒の流れと同様である。

室内機７と、第一室外機Ａ６及び第二室外機Ｂ６とは、互いに通信を行うために通信ケーブル等に接続される。室内機７と、第一室外機Ａ６及び第二室外機Ｂ６とは、通信ケーブル等により接続されることに限定されるものではなく、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等を使用して無線通信を行うように構成されていてもよい。

施設の管理者は、室内に配置されたコントローラーを使用して室内機７を操作する。管理者は、コントローラーを操作し、室内機７の起動や停止、設定温度の変更等の指令を室内機７へ送信する 。第一、第二電磁弁Ａ１、Ｂ１の開閉制御は、図示しない電気信号線を介して接続された第一、第二インターフェース（Ｉ／Ｆ）Ａ５２、Ｂ５２を経由して、制御基板５０により行われる。本実施形態において、制御基板５０は弁の遅延開動作を制御する弁制御部の機能を有する。第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６の少なくとも一方には温度センサが設けられている。温度センサで計測された外気温の情報は、第一、第二インターフェース（Ｉ／Ｆ）Ａ５２、Ｂ５２を経由して、制御基板５０へ送信される。

次いで、空気調和機１００の運転を開始したときの、弁制御部による第一、第二電磁弁Ａ１、Ｂ１の動作フローについて、図２Ａを参照しながら説明する。まず、空気調和機１００は、停止しており、第一、第二電磁弁Ａ１、Ｂ１はすべて閉じている状態である。

ステップＳ１において、空気調和機１００は運転指令を受け運転を開始する。これにより、圧縮機１が起動される。

ステップＳ２において、圧縮機１が起動された後で、第一室外機Ａ６の第一電磁弁Ａ１を開ける。弁制御部は、第一電磁弁Ａ１を開ける第一弁開指令を第一電磁弁Ａ１へ送る。第一電磁弁Ａ１は、この第一弁開指令に応じて、電磁弁を開ける。電磁弁が開いて、液冷媒が第一室外機Ａ６から室内機７へ送られる。一方、第二室外機Ｂ６の第二電磁弁Ｂ１が閉じたままであるので、第二室外機Ｂ１から液冷媒は室内機７へ送られない。

ステップＳ３において、所定外気温以上、または所定外気温未満でかつ一定時間運転後、第二室外機Ｂ６の第二電磁弁Ｂ１を開ける。弁制御部は、第二電磁弁Ｂ１を開ける第二弁開指令を第二電磁弁Ｂ１へ送る。第二電磁弁Ｂ１は、この第二弁開指令に応じて、電磁弁を開ける。電磁弁が開いて、液冷媒が第二室外機Ｂ６から室内機７へ送られる。「所定外気温」は、例えば、６℃、４℃、２℃、０℃など、設置される環境および空気調和機の機器仕様により予め設定されている。「一定時間」は、例えば、アキュムレータ１６の液冷媒収容可能量から求められる設定値、物理シミュレーションで求められる設定値、実験値から求められる設定値、アキュムレータ１６のリアルタイムの液位データから求められる設定値であってもよい。

次いで、空気調和機１００の運転を停止したときの、第一、第二電磁弁Ａ１、Ｂ１の動作フローについて、図２Ｂを参照しながら説明する。

ステップＳ１１において、空気調和機１００は停止指令を受け停止する。これにより、圧縮機１が停止される。ステップＳ１２において、圧縮機１が停止された後で、第一室外機Ａ６の第一電磁弁Ａ１および第二電磁弁Ｂ６を閉じる。弁制御部は、第一電磁弁Ａ１を閉じる第一弁閉指令を第一電磁弁Ａ１へ送る。第一電磁弁Ａ１は、この第一弁閉指令に応じて、電磁弁を閉める。また、弁制御部は、第二電磁弁Ｂ１を閉じる第二弁閉指令を第二電磁弁Ｂ１へ送る。第二電磁弁Ｂ１は、この第二弁閉指令に応じて、電磁弁を閉める。

上記実施形態によれば、運転開始時に、第一電磁弁Ａ１を開けてから遅れて第二電磁弁Ｂ１を開けることで、第一、第二室外機Ａ６、Ｂ６から室内機への過度な液冷媒の流れ込みを回避できる。

（別実施形態）
（１）上記実施形態の空気調和機１００は２台の室外機を備えているが、２台に限定されず、３台以上を備えていてもよい。３台以上の室外機のそれぞれに弁が設けられており、弁の開動作の遅延制御が行われる。遅延制御としては、１台目の弁が開き、次いで２台目の弁が開き、次いで３台目の弁が開くように、順次１台づつ遅延して弁が開いてもよく、あるいは、１台目の弁が開き、次いで、残りの内の複数の室外機の弁が同じタイミングで開いてもよく、残りのすべての室外機の弁が同じタイミングで開いてもよい。
（２）上記実施形態の室内機７において、室内熱交換器５の出口側冷媒温度を測定する温度センサと、冷凍サイクル利用時のアキュムレータ１６の出口側冷媒温度を測定する温度センサを備えていてもよい。
（３）上記実施形態の室内機７において、冷凍サイクル利用時の圧縮機１の吐出側冷媒圧力を測定する圧力センサを備えていてもよい。
（４）上記実施形態のアキュムレータ１６において、内部に滞留した液冷媒の液面の高さを検出する液位センサが設けられていてもよい。
（５）上記実施形態において、第一、第二電磁弁Ａ１、Ｂ１に限定されず、他の弁機構、膨張弁、仕切弁などであってもよい。
（６）弁の開動作の遅延制御には、弁を開く速度を遅くする制御も含まれる。この場合、ステップＳ２、３において、弁制御部は、外気温に応じて弁を開く速度を調整してもよい。
（７）空気調和機１００の室外機は１台であってもよい。この場合、図１中の第一室外機Ａ６および第二室外機Ｂ６との各構成要素は、１つの室外機の筐体中に設けられる。すなわち、１つの筐体に複数の熱交換器が設けられるので、１つの室内機に並列な複数の冷凍サイクルが形成される。

（空気調和機の制御方法）
空気調和機の制御方法は、圧縮機と室内熱交換器と膨張弁とアキュムレータとを有する１台の室内機と、室外熱交換器を有し、前記１台の室内機と冷媒配管で接続される少なくとも２台以上の室外機とを備える空気調和機の制御方法であって、
前記２台以上の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁と、前記導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁の遅延開動作を制御する弁制御ステップとを含む。
前記弁制御ステップは、圧縮器の起動の後で、第一の弁を開け、所定外気温以上、または所定外気温未満でかつ一定時間運転後、その他の弁（複数でもよい）を順次あるいは残り全ての弁を同じタイミングで開ける制御を行ってもよい。

１ 圧縮機
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
７ 室内機
８ 室外熱交換器
１６ アキュムレータ
５０ 制御基板（弁制御部）
１００ 空気調和機
Ａ１ 第一電磁弁
Ａ２ 第一室外熱交換器
Ａ９ 第一余剰冷媒調整装置
Ａ６ 第一室外機
Ｂ１ 第二電磁弁
Ｂ２ 第二室外熱交換器
Ｂ９ 第二余剰冷媒調整装置
Ｂ６ 第二室外機

Claims (4)

1. 圧縮機と室内熱交換器と膨張弁とアキュムレータとを有する１台の室内機と、室外熱交換器を有し、前記１台の室内機と冷媒配管で接続される少なくとも２台以上の室外機とを備える空気調和機であって、前記２台以上の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁と、前記導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁の遅延開動作を制御する弁制御部と、を備え、
   前記弁制御部は、運転開始時に、前記圧縮機の起動の後で、前記２台以上の室外機のうち一台の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管に設けられる弁を開け、遅れて他の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管に設けられる弁を開けるよう制御する、空気調和機。
2. 圧縮機と室内熱交換器と膨張弁とアキュムレータとを有する１台の室内機と、２台以上の室外熱交換器を有し、前記１台の室内機と冷媒配管で接続される室外機とを備える空気調和機であって、前記２台以上の室外熱交換器から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁と、前記導出冷媒配管のそれぞれに設けられる弁の遅延開動作を制御する弁制御部と、を備え、
   前記弁制御部は、運転開始時に、前記圧縮機の起動の後で、前記２台以上の室外機のうち一台の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管に設けられる弁を開け、遅れて他の室外機から前記室内機へ冷媒を送る導出冷媒配管に設けられる弁を開けるよう制御する、空気調和機。
3. 前記弁制御部は、所定外気温以上、または所定外気温未満でかつ一定時間運転後、遅延開動作の制御を行う、
   請求項１または２記載の空気調和機。
4. 前記弁制御部は、外気温度に応じて弁を開く速度を調整する制御を行う、
   請求項１または２に記載の空気調和機。
   

Images