DE69330614T2 - Klimagerät - Google Patents

Klimagerät

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Kunie Sekigami
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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Erfindungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit zumindest einer Raumbaueinheit (Innenbaueinheit) und mehreren Außenbaueinheiten, die zueinander parallel mit einer Verbindungsröhre verbunden sind, die sich von der Raumbaueinheit erstreckt.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Mehrraum-Klimaanlage zum gleichzeitigen Kühlen oder Heizen einer Mehrzahl von Räumen eines Gebäudes ist allgemein bekannt. Diese Mehrraum-Klimaanlage ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2-85656 offenbart und ist so ausgestaltet, daß eine Mehrzahl Außenbaueinheiten mit jeweils einem Kompressor, einem Außenwärmetauscher so angeordnet sind, daß sie parallel zu einer Verbindungsröhre geschaltet sind, die mit jeder der Innenraumeinheiten verbunden ist. Diese Art Mehrraum-Klimaanlage hat den Vorteil, daß die Verwirklichung eines großkapazitiven Systems durch eine solche Vorrichtung unterstützt werden kann.
  • Diese Art Mehrraum-Klimaanlage wurde für gewöhnlich so ausgestaltet, daß ein Kühlmittelfluß zwischen jeder der Außenbaueinheiten und jeder der Innenbaueinheiten (Innenraumeinheit) durch Öffnungs- und Schließbetätigungen eines Ventils gesteuert wird, und die Öffnugs- und Schließbetätigungen jedes Ventils werden über individuelle Steuerungen durchgeführt, die jeweils für jede der Außenbaueinheiten vorgesehen sind. Bei dieser Bauart erfordert die Änderung der Anzahl der verbundenen Außenbaueinheiten oder Innenbaueinheiten notwendigerweise die Änderung des Steuerbetriebs (Programms) für jede Außenbaueinheit, oder es ist nötig, daß jede der einzelnen Steuerungen selbst durch eine andere ersetzt wird. Deshalb hat die bekannte Mehrraum-Klimaanlage den Nachteil, daß die jeweiligen Steuerungen nicht fest ohne Modifikation oder Austausch in jedem Zustand verwendet werden können.
  • Desweiteren fließt bei der so ausgebildeten Mehrraum-Klimaanlage das gleiche Kühlmittel herein bzw. heraus über eine Mehrzahl parallel im gleichen System vorgesehener Außenbaueinheiten. Deshalb tritt ein Problem auf, das in dem Fall, in dem das Kühlmittel teilweise in einer Außenbaueinheit, die benachbart einer sich in Betrieb befindlichen Außenbaueinheit angeordnet ist, der benachbarten, sich in Betrieb befindenden Außenbaueinheiten das Kühlmittel fehlt, und ein sog. "Gas-Lacking-Zustand" in der sich in Betrieb befindenden Außenbaueinheit auftritt.
  • Zusätzlich tritt in einem Fall, in dem eine große Menge Kühlmittel sich sammelt, in eine Außenbaueinheit fließt, ein Problem auf, daß ein Überschuß an Kühlmittel dazu neigt, in einem Außenwärmetauscher usw. der Außenbaueinheit gefangen zu werden. Wenn beispielsweise das Kühlmittel in dem Außenwärmetauscher bei einem Kühlbetrieb gefangen wird, wird die Verflüssigung des Kühlmittels unterdrückt, da die Wärmeaustauschfläche verringert ist.
  • Ferner wird bei dieser Art von Mehrraum-Klimaanlage, die mehrere, parallel angeordnete Außenbaueinheiten hat, der Klimatisierungsbetrieb so gesteuert, daß der Betrieb einiger Außenbaueinheiten (Kompressoren) unterbrochen wird, wenn eine Klimatisierungslast auf einen Wert verringert wird, der niedriger als der Gesamtausgang der Kompressoren der Außenbaueinheiten ist. Bei einem derartigen Steuerungsvorgang ist es erforderlich, daß der Ausgang der Klimaanlage über einen Klimatisierungs-Lastbereich von einer Mindestlast der Klimatisierung (0) bis zur maximalen Last der Klimatisierung gleichmäßig gesteuert wird.
  • Die EP-A-0410570 offenbart eine Klimaanlage mit einer Außenbaueinheit, die einen Kompressor mit variabler Kapazität und einen Kompressor mit feststehender Kapazität hat.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage zu schaffen, bei der der Ausgang der Klimaanlage über einen Klimatisierungs-Lastbereich von einer Mindestlast (0) bis zu seiner Maximallast gleichmäßig gesteuert werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Klimaanlage, die wenigstens eine Innenbaueinheit und mehrere Außenbaueinheiten hat, die parallel zu der die Baueinheiten verbindenden Leitung geschaltet sind, wenigstens eine Außenbaueinheit der Anzahl von Außenbaueinheiten mit einem kapazitätsunvariablen Kompressor und einem kapazitätsvariablen Kompressor versehen, dessen Kapazität in Übereinstimmung mit einer Klimaanlagenlast variabel ist.
  • Bei der so ausgebildeten Klimaanlage ist jede der übrigen Außenbaueinheiten mit einem kapazitätsunvariablen Kompressor ausgerüstet, und der Gesamtausgang ps1 des Kompressors der Außenbaueinheit, die sowohl den kapazitätsunvariablen Kompressor als auch den kapazitätsvariablen Kompressor hat und der Ausgang ps2 des Kompressors der Außenbaueinheit, die nur den kapazitätsunvariablen Kompressor hat, sind vorab so eingestellt, daß sie die folgende Gleichung
  • ps1 ≥ ps2
  • erfüllen.
  • Gemäß der so ausgebildeten Klimaanlage kann der Ausgang der Klimaanlage über einen Klimaanlagen-Lastbereich von einer Minimallast (0) bis zu einer Maximallast gleichmäßig gesteuert werden.
  • Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung darüberhinaus die Klimaanlagenlast variiert wird, wird die Kapazität des kapazitätsvariablen Kompressors in Übereinstimmung mit der Änderung der Klimaanlagenlast variiert, und zwar auf geeignete Art und Weise kombiniert mit der Kapazität des kapazitätsunvariablen Kompressors, so daß der Ausgang der Klimaanlage über einen extrem breiten Bereich gleichmäßig gesteuert werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Fig. 1 ist ein Kühlmittelkreisdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 2 zeigt eine Tabelle einer Kombination von Kompressoren;
  • Fig. 3 zeigt eine Tabelle einer weiteren Kombination von. Kompressoren;
  • Fig. 4 zeigt eine Tabelle einer weiteren Kombination von Kompressoren; und
  • Fig. 5 ist ein Kühlmittelkreisdiagramm einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
    • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
  • Um die Beschreibung der Erfindung zu vereinfachen, sind in den Figuren zwei Außenbaueinheiten und zwei Innenbaueinheiten repräsentativ dargestellt, die Anzahl der Außenbaueinheiten und die Anzahl der Innenbaueinheiten ist jedoch nicht auf zwei begrenzt, und es kann irgendeine Anzahl von Außenbaueinheiten und Innenbaueinheiten für diese Erfindung verwendet werden.
  • Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Klimaanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In der Fig. 1 repräsentieren die Bezugsziffern 101&sub1; und 101&sub2; die Außenbaueinheiten und die Bezugsziffern 103&sub1; und 103&sub2; die Innenbaueinheiten (Innenraumeinheiten). Die Außenbaueinheit 101&sub1; hat einen Akkumulator 110&sub1;, einen kapazitätsunvariablen Kompressor A, einen kapazitätsvariablen Kompressor B, dessen Kapazität in Übereinstimmung mit einer Klimaanlagenlast in einem Raum variabel ist, einen Öl- (Schmieröl)-Separator 112&sub1;, ein Vierwege-Umschaltventil 113&sub1;, einen Außenwärmetauscher 114&sub1; und elektrisches Expansions-Außenventil 115&sub1;.
  • Die Außenbaueinheit 101&sub2; hat einen Akkumulator 110&sub2;, einen kapazitätsunvariablen Kompressor C, einen Öl-(Schmieröl)- Separator 112&sub2;, ein Vierwege-Umschaltventil 113&sub2;, einen Außenwärmetauscher 114&sub2; und ein elektrisches Expansions- Außenventil 115&sub2;.
  • Jede Innenbaueinheit (Raumeinheit) 103&sub1; (103&sub2;) hat einen Innenwärmetauscher 134&sub1; (134&sub2;), und ein innenliegendes elektrisches Expansionsventil (mechanisches Innenventil) 135&sub1; (135&sub2;), eine Verbindungsleitung mit einem Gasrohr 105 und einem Flüssigkeitsrohr 107 erstreckt sich von jeder der Innenbaueinheiten 103&sub1; und 103&sub2;, und die Außenbaueinheiten 101&sub1; und 101&sub2; sind parallel zu der Verbindungsleitung geschaltet.
  • Der Ölseparator 112&sub1; der Außenbaueinheit 101&sub1; dient dazu, Schmieröl, welches das Kühlmittel, welches von den Kompressoren A und B ausgegeben worden ist, kontaminiert hat, zu separieren, und das separierte Schmieröl wird über die Rückführleitung 121&sub1; zu den Kompressoren A und B zurückgeleitet. Die Rückführungsleitung 121&sub1; ist mit einem Ventil 123&sub1; zum Öffnen und Schließen versehen.
  • Der Ölseparator 112&sub2; der Außenbaueinheit 101&sub2; dient dazu, Schmieröl, welches das Kühlmittel, welches von dem Kompressor C ausgegeben worden ist, kontaminiert hat, zu separieren, und das separierte Schmieröl wird über die Rückführleitung 121&sub2; zu dem Kompressor C zurückgeleitet. Die Rückführungsleitung 121&sub2; ist mit einem Ventil 123&sub2; zum Öffnen und Schließen versehen.
  • Die Rückführungsleitungen 121&sub1; und 121&sub2; der Außenbaueinheiten 101&sub1; und 101&sub2; sind durch eine Ausgleichleitung 151 miteinander verbunden. Die Ausgleichleitung 151 dient dazu, Schmieröl von einem Kompressor, der eine große Menge Schmieröl hat, zu einem anderen Kompressor, der eine geringe Schmierölmenge hat, zu leiten, wenn die Menge Schmieröl zwischen den Kompressoren der Außenbaueinheiten 101&sub1; und 101&sub2; im Ungleichgewicht ist.
  • Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist der Kompressor A ein kapazitätsvariabler Kompressor mit einer Leistung von 2,944 kW (4 PS), der Kompressor B ein kapazitätsvariabler Kompressor mit einer Leistung von 4,416 kW (6 PS), dessen Kapazität in Übereinstimmung mit der Klimaanlagenlast variabel ist, und der Kompressor C ist ein kapazitätsunvariabler Kompressor mit einer Leistung von 7,36 kW (10 PS).
  • Hierbei wird der Gesamtausgang der Kompressoren der Außenbaueinheit, die den kapazitätsunvariablen Kompressor A und den kapazitätsvariablen Kompressor B hat, und der Ausgang des Kompressors der Außenbaueinheit, die nur den kapazitätsunvariablen Kompressor C hat, durch ps1 bzw. ps2 repräsentiert, wobei die Beziehung, welche die folgende Ungleichung erfüllt, im Vergleich der PS-Zahlen zwischen den Kompressoren vorzuziehen ist:
  • ps1 (A + B) ≥ ps2 (C).
  • Zusätzlich sollte vorzugsweise gelten, daß Kompressor B (PS) ≥ Kompressor A (ps) gilt. Bei dieser Ausführungsform gilt ps1 (A + B) = ps2 (C) = 7,36 kW (10 PS).
  • In der Klimaanlage, die die vorstehend gezeigte Kombination an Kompressoren hat, werden, wenn beispielsweise die Klimaanlagenlast auf einen Wert verringert wird, der niedriger als der maximale Ausgang der Klimaanlage im Betrieb ist, einige Außenbaueinheiten so gesteuert, daß der Betrieb dieser Außenbaueinheiten unterbrochen wird.
  • Bei einem derartigen Steuerungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ausgang der Klimaanlage so gesteuert, daß sie über den Klimaanlagenlastbereich von der Mindest-(Null)-Last bis zur Maximallast gleichmäßig variabel (steuerbar) ist, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist.
  • Das heißt, um den Ausgang der Klimaanlage im Bereich von 0,736 bis 4,416 kW (1 bis 6 PS) zu steuern, wird der kapazitätsvariable Kompressor B der Außenbaueinheit 101 angetrieben und dessen Treibkapazität wird in dessen kapazitätsvariablen Bereich gesteuert. Um den Ausgang der Klimaanlage im Bereich von 5,152 bis 7,36 kW (7 bis 10 PS) zu steuern, wird der kapazitätsunvariable Kompressor A (2,944 kW 4 PS) der Außenbaueinheit 101&sub1; fortlaufend angetrieben, während der kapazitätsvariable Kompressor B der Außenbaueinheit 101&sub1; so gesteuert wird, daß sein Ausgang im Bereich von 2,208 bis 4,416 kW (3 bis 6 PS) gesteuert wird. Um ferner den Ausgang der Klimaanlage im Bereich von 8,096 bis 11,776 kW (11 bis 16 PS) zu steuern, wird der kapazitätsunvariable Kompressor C (7,36 kW 10 PS) fortlaufend angetrieben, während der kapazitätsvariable Kompressor W der Außenbaueinheit 101&sub1; so gesteuert wird, daß sein Ausgang im Bereich von 0,736 bis 4,416 kW (1 bis 6 PS) variiert. Um weiterhin den Ausgang der Klimaanlage im Bereich von 12,512 bis 14,72 kW (17 bis 20 ps) zu steuern, werden der kapazitätsunvariable Kompressor C (7,36 kW 10 PS) der Außenbaueinheit 101&sub1; und der kapazitätsunvariable Kompressor A 2,944 kW 4 PS) der Außenbaueinheit 101&sub1; fortlaufend angetrieben, während der kapazitätsvariable Kompressor B der Außenbaueinheit 101&sub1; so gesteuert wird, daß sein Ausgang im Bereich von 2,208 bis 4,416 kW (3 bis 6 PS) variiert. Durch diesen Betrieb kann der Ausgang der Klimaanlage gleichmäßig über dem Bereich von der Mindest-(Null)-Last bis zur Maximal-(Leistungsstärke)-Last variiert (gesteuert) werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Kombination aus Kompressoren, und eine große Anzahl von Kombinationen von Kompressoren, die wie in den Tabellen gemäß der Fig. 3 und 4 gezeigt, vorgeschlagen werden können. In den Tabellen gemäß der Fig. 3 und 4 repräsentiert jeweils INV5 (3,68 kW 5 PS) und INV 6 (4,416 kW 6 PS) einen Kompressor mit nur einem kapazitätsunvariablen Kompressor, INV8 (5,888 kW 8 PS) repräsentiert einen Kompressor mit einem kapazitätsvariablen Kompressor mit 3,68 kW (5 PS) und einem kapazitätsvariablen Kompressor mit 2,208 kW (3 PS) und INV10 (7,36 kW 10 PS) repräsentiert einen Kompressor mit einem kapazitätsvariablen Kompressor von 4,416 kW (6 PS) und einem kapazitätsunvariablen Kompressor von 2,944 kW (4 PS).
  • In Fig. 3 und 4 kann beispielsweise für den maximalen Ausgang von 11,776 kW (16 PS) eine Kombination aus INV8 (5,888 kW 8 PS) und dem Leistungs-(kapazitätsunvariablen)-Kompressor 5,888 kW (8ps) angewandt werden. Für den maximalen Ausgang von 14,72 kW (20 PS) kann eine Kombination aus INV10 (7,36 kW 10 PS) und dem Leistungs-(kapazitätsunvariablen)-Kompressor 7,36 kW (10 PS) angewandt werden. Ferner kann für den Maximalausgang von 16,928 kW (23 PS) eine Kombination aus INV5 (3,68 kW 5 PS), dem INV8(5,888 kW 8 PS) und der Leistungsstärke-(kapazitätsvariabler)- Kompressor 7,36 kW (10 PS) angewandt werden. Für den Maximalausgang von 18,4 kW (25 PS) kann eine Kombination aus INV5 (3,68 kW 5 PS), INV10 (7,36 kW 10 PS) und der Leistungsstärke-(kapazitätsunvariablen)-Kompressor 7,36 kW (10 PS) angewandt werden.
  • Gemäß diesen Kombinationen, bei denen die Summe der Ausgänge der Außenbaueinheit, welche den kapazitätsunvariablen Kompressor und den kapazitätsvariablen Kompressor hat, durch ps1 repräsentiert ist und der Ausgang der Außenbaueinheit, die nur den kapazitätsunvariablen Kompressor hat, durch ps2 repräsentiert ist, wird die folgende Ungleichung: ps1 ≥ ps2 erfüllt. Bei den Kombinationen der Kompressoren, die die vorstehende Ungleichung erfüllen, kann der Ausgang der Klimaanlage über den gesamten Bereich von der Nullast bis zur Maximallast gleichmäßig variiert (gesteuert) werden.
  • Fig. 5 zeigt eine Modifikation dieser Ausführungsform. Die Bezugsziffern 171&sub1; und 171&sub2; repräsentieren Außenbaueinheiten, und die Bezugsziffern 173&sub1; und 173&sub2; repräsentieren Innenbaueinheiten. Die Außenbaueinheit 171&sub1; hat einen Akkumulator 191&sub1;, einen kapazitätsunvariablen Kompressor A, einen kapazitätsvariablen Kompressor B, einen Öl-(Schmieröl)-Separator 192&sub1;, einen Außenwärmetauscher 193&sub1; und ein elektrisches Außenexpansionsventil (194&sub1;). Die Außenbaueinheit 171&sub2; hat einen Akkumulator 191&sub2;, einen kapazitätsunvariablen Kompressor C, einen Ölseparator 192&sub2;, einen Außenwärmetauscher 193&sub2; und ein elektrisches Außenexpansionsventil 194&sub2;. Die Innenbaueinheit 173&sub1; (173&sub2;) hat einen Innenwärmetauscher 197&sub1; (197&sub2;) und ein elektrisches Innen-Expansionsventil (mechanisches Innenventil) 198&sub1; (198&sub2;).
  • Die Innenbaueinheiten 173&sub1; und 1732 sind über eine Verbindungsleitung 108, die eine Hochdruckgasleitung 181, eine Niedrigdruckgasleitung 183 und eine Flüssigkeitsleitung 185 aufweist, mit den Innenbaueinheiten 171&sub1; und 171&sub2; verbunden, und die Leitungen 181, 183 und 185 sind mit Umschaltventilen a, b, c, d, e, f, g, h für den Kühlmittelströmungsdurchgang versehen, um jeden der Wärmetauscher 175&sub1; und 175&sub2; der Innenbaueinheiten 173&sub1; und 173&sub2; in die Lage zu versetzen, daß er als Kondensor oder Verdampfer arbeitet, wie dies in der Fig. 5. gezeigt ist.
  • Das heißt, durch geeignete Schaltvorgänge der Umschaltventile a, b, c, d, e, f, g, h wird der Kühlmittelstrom variiert, und es kann beispielsweise eine Außenbaueinheit 173&sub1; in einem Heizvorgang angetrieben werden, während die andere Außenbaueinheit 173&sub2; in einem Kühlvorgang angetrieben wird. Die Bezugsziffer 201 repräsentiert eine Ausgleichsleitung um die Rückführleitungen 203&sub1; und 203&sub2; anzuschließen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform und ähnlich wie bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Gesamtheit der maximalen Ausgänge der Kompressoren der Außenbaueinheit, welche den kapazitätsunvariablen Kompressor A und den kapazitätsvariablen Kompressor B hat (ps1), und der Ausgang des Kompressors der Außenbaueinheit, die nur den kapazitätsunvariablen Kompressor C hat (ps2), so gesetzt, daß die folgende Ungleichung erfüllt ist: ps1 (A + B) ≥ ps2 (C). Es ist auch vorzuziehen, daß gilt: Kompressor B (ps) Kompressor A (ps).
  • Gemäß dieser Ausführungsform und wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann der Ausgang der Klimaanlage über den Klimanlagenlastbereich von der Mindest-(Null)-Last bis zur Maximallast gleichmäßig variiert (gesteuert) werden.

Claims (4)

1. Klimaanlage mit wenigstens einer Innenbaueinheit (103&sub1;, 103&sub2;) mit einer von dieser ausgehenden, die Baueinheiten verbindenden Leitung (105, 107), und mehreren Außenbaueinheiten (101&sub1;, 101&sub2;), die parallel zu der die Baueinheiten verbindenden Leitung (105, 107) geschaltet sind, um die Anzahl der Außenbaueinheiten (101&sub1;, 102&sub2;) zu steuern, damit diese in Übereinstimmung mit einer Klimaanlagenlast betrieben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Außenbaueinheit (101&sub1;) einen kapazitätsunvariblen Kompressor (A) und einen kapazitätsvariablen Kompressor (B), dessen Kapazität in Übereinstimmung mit der Klimaanlagenlast varibel ist, hat, und
daß jede der übrigen, anderen Außenbaueinheiten (101&sub2;) als diese Außenbaueinheit einen kapazitätsunvariablen Kompressor (C) hat, und die Summe (ps1) der Ausgänge dieser Außenbaueinheit (102&sub1;), die den kapazitätsunvariblen Kompressor (A) und den kapazitätsvariablen Kompressor (B) hat, und die Ausgänge (ps2) jeder der übrigen Außenbaueinheiten (101&sub2;), die nur den kapazitätsunvariablen Kompressor (C) haben, so eingestellt sind, daß sie die Gleichung: ps1 ≥ ps2 erfüllen.
2. Klimaanlage nach Anspruch 1, weiterhin mit Steuerungsmitteln zum Steuern des Treibens des kapazitätsunvariablen Kompressors (A) und des kapazitätsvariablen Kompressors (B), so daß der Ausgang der Klimaanlage über einen Klimaanlagen-Lastbereich von einer Null-Last bis zu einer Maximallast gleichmäßig variabel ist.
3. Klimaanlage nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Kühlmittelkanal (151, 201), über welchen die Anzahl von Außenbaueinheiten (101) miteinander verbunden sind, damit zwischen diesen Schmieröl und/oder Kühlmittel fließen kann.
4. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei jede der Außenbaueinheiten (101) aufweist: einen Kompressor (A, B, C), einen Ölseparator (112) zum Trennen des Schmieröls von dem Kühlmittel, einen Außenwärmetauscher (114) zum Tauschen von Wärme zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft, und einen Ölabzugskanal, durch welchen der Ölseparator (112) und der Kühlmittelkanal (151) miteinander verbunden sind.
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