JPWO2014046236A1 - マルチ型空気調和装置の室外ユニット - Google Patents

Abstract

マルチ型空気調和装置の室外ユニットは、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外膨張弁と、リキッドタンクと、アキュムレータと、室外ユニットの液冷媒の出入口と前記リキッドタンクとの間の冷媒管に設けられる遮断弁と、前記冷媒管に設けられ、前記遮断弁をキャピラリチューブを介してバイパスし、前記液冷媒の出入口側が重力方向上側に接続される第１のバイパス回路と、を備えている。また、前記各室外ユニットは、前記リキッドタンクの底部と前記アキュムレータの入口側とを電磁弁を介して接続する第２のバイパス回路を備えている。

Description

本発明は、複数の室内ユニットと複数の室外ユニットを備えたマルチ型空気調和装置の室外ユニットに関する。

空気調和装置において、複数の室外ユニットと、複数の室内ユニットとが冷媒配管を介して並列に接続されて構成されたマルチ型空気調和装置が知られている。

この種の空気調和装置では、室内ユニットの要求に応じて室外ユニットの運転台数が制御される。

しかしながら、運転中の室外ユニットと停止中の室外ユニットとが混在する場合、冷媒配管を介して運転中の室外ユニットから運転停止中の室外ユニットに冷媒が流入し、リキッドタンクに冷媒が滞留することによって、冷凍サイクル中の冷媒循環量が不足することがある。

そのため、各室外ユニットの液冷媒の出入口とリキッドタンクと間に遮断弁を設け、この遮断弁を全閉にすることにより、運転停止中の室外ユニットのリキッドタンクへの冷媒の流入を防止する構成が知られている。また、この遮断弁の開閉を制御することによって冷凍サイクル中の冷媒循環量を調整する構成が知られている。

特許第３２２９６４８号公報 特許第４５７５１８４号公報

上記従来の構成では、遮断弁を全閉とした場合、運転停止中の室外ユニットのリキッドタンクに冷凍サイクル中の余剰冷媒を貯めることができなくなるため、冷凍サイクル中の冷媒循環量の調整ができない。一方、冷凍サイクル中の冷媒循環量を調整するために遮断弁を開閉する場合、その制御が複雑になるという問題があった。

上述の従来技術を鑑み、本発明の目的は、室外ユニットの液冷媒の出入口とリキッドタンクとの間に遮断弁を設け、冷媒循環量の調整のために遮断弁の制御を複雑にすることなく、冷凍サイクル内の冷媒循環量を適正に調整することができるマルチ型空気調和装置の室外ユニットを提供することにある。

上記課題を達成するために、本実施形態のマルチ型空気調和装置の室外ユニットは、複数の室内ユニットと複数の室外ユニットを冷媒配管により接続して構成されるマルチ型空気調和装置の室外ユニットであって、前記各室外ユニットは、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外膨張弁と、リキッドタンクと、アキュムレータと、各室外ユニットの液冷媒の出入口と前記リキッドタンクとの間の冷媒管に設けられる遮断弁と、前記冷媒管に設けられ、前記遮断弁をキャピラリチューブを介してバイパスし、前記液冷媒の出入口側が重力方向上側に接続される第１のバイパス回路と、を備えることを特徴とする。

上記本実施形態のマルチ型空気調和装置の室外ユニットは、更に、以下の実施形態を有することが望ましい。

前記各室外ユニットは、前記リキッドタンクの底部と前記アキュムレータの入口側とを電磁弁を介して接続する第２のバイパス回路を備えていることが望ましい。

上述の本発明実施形態によるマルチ型空気調和装置の室外ユニットによれば、室外ユニットの液冷媒の出入口とリキッドタンクとの間に遮断弁を設け、冷媒循環量の調整のために遮断弁の制御を複雑にすることなく、冷凍サイクル内の冷媒循環量を適正に調整することができる。

本発明に係るマルチ型空気調和装置の一実施形態の概略構成図。 図１に示される本実施形態において、更に制御を実施した状態を示す図。 本実施形態における第１のバイパス回路と冷媒管との接続状態を示す図。

以下、本発明に係るマルチ型空気調和装置の実施形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３に於いて、本実施形態に係る空気調和装置１０は、複数の室外ユニット１１（１１ａ〜１１ｃ）と、複数の室内ユニット１２（１２ａ〜１２ｆ）を備えたマルチ型空気調和装置である。複数の室内ユニット１２と複数の室外ユニット１１とは、冷媒配管としてのガス管１３および液管１４によって並列に接続されている。なお、ここでは一例として室外ユニット１１を３台、室内ユニット１２を６台備えた場合を示すが、本発明の実施形態はこれに限られるものではない。尚、室外ユニット１１は複数台接続されているものとし、複数台であればその接続台数は問わない。

複数の室外ユニット１１（１１ａ〜１１ｃ）には、それぞれ、インバータ５１によって駆動される密閉型回転式圧縮機２１、室外熱交換器２２、室外膨張弁２３、四方弁２４、リキッドタンク２５、およびアキュムレータ２６が配置され、冷媒管２９により接続されている。

複数の室内ユニット１２（１２ａ〜１２ｆ）には、それぞれ、室内膨張弁３１、室内熱交換器３２が配置され、冷媒管２９により接続されている。

各室外ユニット１１では、圧縮機２１の冷媒吐出口に冷媒管２９を介して四方弁２４が接続され、その四方弁２４に室外熱交換器２２が接続されている。室外熱交換器２２に対し、外気供給用の室外ファン２７が設けられているとともに、その室外ファン２７を駆動させるファンモータ２８が設けられている。

圧縮機２１の吐出側と四方弁２４との間には、オイルセパレータ４１と逆流防止手段としての逆流防止弁５５が設けられている。アキュムレータ２６と圧縮機２１との間の冷媒管２９に油戻し管４４の一端が接続され、その他端がキャピラリチューブ４５を介してオイルセパレータ４１に接続されている。

室外熱交換器２２に室外膨張弁２３を介して冷媒量調整用のリキッドタンク２５が接続され、リキッドタンク２５に室外ユニット１１の液冷媒の出入口となる液側封鎖弁４２が接続されている。リキッドタンク２５と液側封鎖弁４２との間には、逆流防止弁５６が設けられ、液側封鎖弁４２側からリキッドタンク２５に向かう冷媒の流通を防止する。

リキッドタンク２５と液側封鎖弁４２との間の冷媒管２９には、逆流防止弁５６と並行して遮断弁５８と逆流防止弁５９を備える冷媒遮断回路５７が設けられている。遮断弁５８は、制御器５０の制御に応じて開閉され、各室外ユニット１１が暖房運転中に開かれ、運転停止中または冷房運転中は閉じられる。冷媒遮断回路５７の逆流防止弁５９は、リキッドタンク２５側から液側封鎖弁４２に向かう冷媒の流れを防止する。

逆流防止弁５６と冷媒遮断回路５７をバイパスするように、キャピラリチューブ６２を備えた第１のバイパス回路６１が設けられている。この第１のバイパス回路６１は、冷媒管２９は、その一端が逆流防止弁５６と冷媒遮断回路５７よりも液側封鎖弁４２側に接続され、他端が逆流防止弁５６と冷媒遮断回路５７の逆流防止弁５９との間に接続されている。

また、図３に示すように、第１のバイパス回路６１の液側封鎖弁４２側の接続部は、冷媒管２９の上部から重力方向上方に延びる立上げ部７１が形成されている。

各室外ユニット１１の液側封鎖弁４２に液管１４の一端が接続され、液管１４の他端は、各室内ユニット１２の液管接続部（図示しない）に接続されている。

各室内ユニット１２において、液管接続部に室内膨張弁３１が接続され、室内膨張弁３１に室内熱交換器３２がそれぞれ接続されている。室内熱交換器３２に対向して室内空気循環用の室内ファン３３が設けられているとともに、その室内ファン３３が吸込む室内空気の温度Ｔａを検知する室内温度センサ３４が設けられている。

各室内熱交換器３２に、ガス管接続部（図示しない）を介してガス管１３の一端が接続され、ガス管１３の他端は、各室外ユニット１１のガス冷媒の出入口となるガス側封鎖弁４３に接続されている。

各室外ユニット１１のガス管接続部は、四方弁２４およびアキュムレータ２６を介して圧縮機２１のサクションカップ４８に接続されている。

各室外ユニット１１のリキッドタンク２５の底部とアキュムレータ２６の入口側との間に、電磁弁６４およびキャピラリチューブ６５を備えた第２のバイパス回路６３が接続されている。この電磁弁６４は、制御部５０の制御に応じて開閉し、その開閉量に応じてリキッドタンク２５内の冷媒量をコントロールする機能を有する。

制御部５０には、各四方弁２４、各外気温度センサ２８、各室内温度センサ３４、各インバータ５１、操作器５２、各室外膨張弁２３、各室内膨張弁３１、各遮断弁５８、各電磁弁６４が接続されている。また、制御部５０は接続された操作機５２の各種設定や各センサ等の検知結果に応じて、各部を制御する機能を有する構成となっている。例えば、運転中の室外ユニット１１と停止中の室外ユニット１１が混在する場合に、停止中の室外ユニット１１の遮断弁５８を閉じたり、室内膨張弁３１の開度に基づいて、第２のバイパス回路６３の電磁弁６４を開閉させるよう制御する。

インバータ５１は、商用交流電源５３の電圧を整流し、その整流後の直流電圧を制御部５０からの指令に応じた周波数の交流電圧に変換して出力する。この出力が圧縮機２１の駆動電力となる。

制御部５０に接続される操作器５２は、運転モードや室内設定温度など各種運転条件の設定するために設けられる。

上述の構成により、複数の室外ユニット１１から複数の室内ユニット１２にかけて、冷房および暖房運転が可能なヒートポンプ式の冷凍サイクルが構成されている。

次に、上記構成に基づく本実施形態のマルチ型空気調和装置１０の作用を説明する。まず、冷房運転時は、各室外ユニット１１の圧縮機２１から吐出した冷媒が、オイルセパレータ４１、逆流防止弁５５、四方弁２４、室外熱交換器２２、室外膨張弁２３、リキッドタンク２５、逆流防止弁５６、液側封鎖弁４２を流通し、次いで、液管１４を介して、各室外ユニット１２の液側接続部、室内膨張弁３１、室内熱交換器３２、ガス側接続部を流通し、ガス管１３を介して、各室外ユニット１１のガス側封鎖弁４３、四方弁２４、アキュムレータ２６、サクションカップ４８を流通して圧縮機２１に吸込まれる。このとき、室外熱交換器２２が凝縮器、各室内熱交換器３２が蒸発器として作動する。

一方、暖房運転時は、各室外ユニット１１の圧縮機２１から吐出した冷媒が、オイルセパレータ４１、逆流防止弁５５、四方弁２４、ガス側封鎖弁４３を流通し、ガス管１３を介して、各室内ユニット１２のガス側接続部、室内熱交換器３２、室内膨張弁２３、液側接続部を流通し、液管１４を介して、各室外ユニット１１の液側封鎖弁４２、遮断弁５８、逆流防止弁５９、リキッドタンク２５、室外膨張弁２３、室外熱交換器２２、四方弁２４、アキュムレータ２６、サクションカップ４８を通流して圧縮機２１に吸込まれる。このとき、各室内熱交換器３２が凝縮器、室外熱交換器２２が蒸発器として作動する。

上述の空気調和装置１０において、室内ユニット１２側の要求に応じて複数の室外ユニット１１の運転台数が制御され、運転中と停止中の室外ユニット１１が混在する場合がある。ここでは一例として、３台の室外ユニット１１（１１ａ〜１１ｃ）のうち、左側の２台の室外ユニット１１ｂ，１１ｃが停止した状態であって、右側の室外ユニット１１ａが運転している状態について説明し、一方、複数の室内ユニット１２は、６台の室内ユニットのうち左側の４台の室内ユニット１２ｃ〜１２ｆが停止した状態であって、右側の２台の室内ユニット１２ａ，１２ｂが運転している状態について説明する。

なお、図１、図２において、破線の矢印はガス管１３内の冷媒の流れを示し、実線の矢印は液管１４内の冷媒の流れを示す。また、図１、図２において、遮断弁５８および電磁弁６４は、黒塗が閉じた状態、白抜きが開いた状態を示す。

例えば、冷房運転時、運転中の室外ユニット１１ａから液管１４を介して運転中の室内ユニット１２ａ，１２ｂに液冷媒が流入すると、液冷媒は、室内ユニット１２でガス冷媒となり、ガス管１３を介して運転中の室外ユニット１１ａに戻る。 この時、運転中の室外ユニット１１ａから液管１４に流れ出た液冷媒の一部が、液管１４を介して運転停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃ内に流れ込み、リキッドタンク２５ｂ，２５ｃに冷媒が溜まり、停止している室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクルにおいて冷媒循環量が不足することがある。制御部５０は、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃでの冷媒の滞留を防止するため、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの遮断弁５８ｂ，５８ｃを閉じるべく作動する。

停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクル中に十分な冷媒が存在する場合、つまり、冷媒循環量が十分な場合、停止中の室外ユニット１１ｃ，１１ｂの各液側封鎖弁４２と逆流防止弁５６ｂ，５６ｃとの間の各冷媒管２９に、液管１４を介して液冷媒が流入し、図３（Ａ）に示すように、冷媒管２９が液相の冷媒で満たされることになる。

ここで、第１のバイパス回路６１の液側封鎖弁４２側の接続部は、冷媒管２９の上部から重力方向上方に延びる立上げ部７１が形成されているので、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第１のバイパス回路６１ｂ，６１ｃを介して各冷媒管２９内の液冷媒が余剰冷媒として自然とリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに流れる。また、第１のバイパス回路６１はキャピラリチューブ６２を備えているので、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに瞬間的に多量の液冷媒が流れることはない。

一方、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクル中に十分な量の冷媒が循環していない場合は、停止中の室外ユニット１１ｃ，１１ｂの各液側封鎖弁４２と逆流防止弁５６ｂ，５６ｃとの間の冷媒管２９は、図３（Ｂ）に示すように、ガス相の冷媒が多くなる。この場合、冷媒管２９内では、液相の冷媒とガス相の冷媒が二相状態となり、液冷媒はガス冷媒に比べて重いので重力方向下方に分離し、ガス冷媒は液冷媒より軽いので重力方向上方に分離する。上述のように、第１のバイパス回路６１の液側封鎖弁４２側の接続部は、各冷媒管２９の上部から重力方向上方に延びる立上げ部７１が形成されているので、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第１のバイパス回路６１ｂ，６１ｃを介して各冷媒管２９内のガス冷媒が自然にリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに流れ、リキッドタンク２５ｂ，２５ｃ内に余分に冷媒が溜まることがない。

このように、第１のバイパス回路６１を冷媒管２９上部の重力方向上側から延設したので、冷媒管２９が液相の冷媒で満たされている場合は、第1のバイパス回路６１を液冷媒が流通しリキッドタンク２５内に溜まり、冷媒管２９が液相の冷媒で満たされていない場合は、第１のパイパス回路６１をガス冷媒が流通してリキッドタンク２５内に多量の冷媒が溜まらず、従って、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクル中の冷媒循環量を適正に調整することができる。

さらに、本実施形態の空気調和装置１０においては、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの遮断弁５８ｂ，５８ｃを閉じた後、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクル中の冷媒循環量不足が検知された場合、室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第２のバイパス回路６３の電磁弁６４ｂ，６４ｃを開く。

具体的には、例えば、冷媒循環量が不足状態となり、液管１４が乾き始めると、運転中の室内ユニット１２の室内膨張弁３１の開度がある一定開度よりも大きくなる。この開度を検知し、この検知結果に応じて、停止した室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの電磁弁６４ｂ，６４ｃを開くように制御する。 または、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃが停止している間、定期的に第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの電磁弁６４ｂ，６４ｃを開閉するように制御してもよい。

図２に示すように、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの電磁弁６４ｂ，６４ｃが開かれると、リキッドタンク２５ｂ，２５ｃと各アキュムレータ２６の入口側が連通する。

この時、第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの一端が接続されるリキッドタンク２５ｂ，２５ｃは、第１のバイパス回路６１ｂ，６１ｃと液管１４を介して運転中の室外ユニット１１ａの高圧側と連通する一方、第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの他端が接続される各アキュムレータ２６の入口側は、ガス管１３を介して運転中の室外ユニット１１ａの低圧側と連通する。つまり、第２のバイパス回路６３においては、リキッドタンク２５側が高圧となり、アキュムレータ２６の入口側が低圧となる。従って、リキッドタンク２５ｂ，２５ｃの冷媒が、第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃに流入し、各アキュムレータ２６の入口側に流れ出る。

各アキュムレータ２６の入口側に流れ出た冷媒は、各アキュムレータ２６と各四方弁２４とを接続する各冷媒管２９に流入し、各四方弁２４、各ガス側封鎖弁４３を介してガス管１３に流入し、ガス管１３から運転中の室外ユニット１１ａに流入する。

以上の作動により、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第２のバイパス回路６３の電磁弁６４ｂ，６４ｃが開かれ、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃを除いた冷凍サイクル中の冷媒不足状態が解消される。

本実施形態に係る空気調和装置１０の室外ユニット１１によれば、以下のような効果が得られる。

すなわち、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの遮断弁５８ｂ、５８ｃを閉じても、第１のパイパス回路６１ｂ，６１ｃを介してリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに必要に応じて自然に冷媒が流入するので、リキッドタンク２５ｂ，２５ｃの冷媒貯留量を調整するために遮断弁５８ｂ，５８ｃを開閉制御する複雑な制御を不要とすると共に、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに必要以上に冷媒が滞留することがなく、冷凍サイクル中の冷媒循環量の不足を防止することができる。

また、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの遮断弁５８ｂ、５８ｃを閉じた後、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃ以外の冷凍サイクル中での冷媒循環量の不足状態が検知された場合は、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃの第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃの電磁弁６４ｂ，６４ｃを開くことにより、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに溜まった冷媒が第２のバイパス回路６３ｂ，６３ｃ、ガス管１３を介して運転中の室外ユニット１１ａに流れるので、冷凍サイクル中の冷媒不足状態を解消することができる。

さらに、停止中の室外ユニット１１ｂ，１１ｃのリキッドタンク２５ｂ，２５ｃに冷媒が滞留したとしても運転中の室外ユニット１１ａに回収することができるため、装置全体に封入する冷媒量を低減することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、実施形態の範囲を限定することは意図していない。また、本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０---空気調和装置、１１---室外ユニット、１２---室内ユニット、２１---圧縮機、２２---室外熱交換器、２３---室外膨張弁、２４---四方弁、２５---リキッドタンク、２６---アキュムレータ、２７---室外ファン、２８---ファンモータ、２９---冷媒管、３１---室内膨張弁、３２---室内熱交換器、５０---制御部、５１---インバータ、５２---操作機、５８---遮断弁、６１---第一バイパス回路、６３---第二バイパス回路、６４---電磁弁．

Claims (2)

1. 複数の室内ユニットと複数の室外ユニットを冷媒配管により接続して構成されるマルチ型空気調和装置の室外ユニットであって、前記各室外ユニットは、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、室外膨張弁と、リキッドタンクと、アキュムレータと、各室外ユニットの液冷媒の出入口と前記リキッドタンクとの間の冷媒管に設けられる遮断弁と、前記冷媒管に設けられ、前記遮断弁をキャピラリチューブを介してバイパスし、前記液冷媒の出入口側が重力方向上側に接続される第１のバイパス回路と、を備えていることを特徴とするマルチ型空気調和装置の室外ユニット。
2. 前記各室外ユニットは、前記リキッドタンクの底部と前記アキュムレータの入口側とを電磁弁を介して接続する第２のバイパス回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ型空気調和装置の室外ユニット。

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