JP2006322617A - マルチ型空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
マルチ型空調機にて圧縮機サイクルに使用する冷媒量のみで自然循環サイクルを行い、室内機毎の冷房能力バランスを適性にする。
【解決手段】
複数の室内機４０と、圧縮機１１、四方弁１３、室外熱交換器１４、室外膨張弁１６、レシーバ１７、液ポンプ３１を有する室外機１０と、複数の室内機４０と室外機１０とを接続するガス接続配管２３及び液接続配管２２と、を備えた空気調和機において、室外熱交換器１４、室外膨張弁１６、レシーバ１７、液接続配管２２の順に接続され、レシーバ１７と液接続配管２２との間に設けられた液ポンプ３１と、液ポンプ３１と並列に接続された電磁弁３２と、ガス接続配管２３から圧縮機１１への接続をガス接続配管２３から室外熱交換器１４への接続に切替える手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マルチ型空気調和機に関し、室内温度に比べ室外温度が低い場合でも冷房運転をするものに好適である。

近年ビルの最上階、火力を使う調理室やＯＡ機器の発熱が多いテナント等で、密閉性が高い叉は外気の空気質が悪いなどの理由で換気できない場合には、冬場でも空気調和機を冷房運転する場合がある。このような場合に圧縮機による強制循環サイクルよりも、入力が小さく効率が高い自然循環サイクルに切替えて、重力差や液ポンプにより運転するシステムが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００２−１０６９８６号公報

上記従来技術においては、圧縮機サイクルより自然循環サイクルでは多くの冷媒が必要となるため、液タンクに余剰冷媒を予め溜めておく必要がある。このためタンクの容積が増大し、圧縮機サイクル時にはより多くの余剰液冷媒が発生する。さらに、自然循環サイクルは絞り装置が室外機に必要とされ、室外機と室内機の液接続配管は低圧二相となるため液接続配管の冷媒量は比較的少ない。しかし、室外機が１台に対して室内機が複数台接続されるマルチ型空調機では、絞り装置が室内機毎に配置することが多く、特許文献１に記載のものをそのまま適用しただけでは、室外機と室内機の液接続配管を高圧液で満たすこととなり、追加冷媒量をより多く必要となる。また、室内機毎の冷媒分配が困難である。さらに、高圧液を作るのに液ポンプを使用しているが、ポンプ入口の液冷媒が飽和液または二相だとキャビテーションを起こし昇圧できない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、マルチ型空調機にて室内機及び低圧ガス配管に残る冷媒量を出来るだけ少なくすると共に、圧縮機サイクルに使用する冷媒量のみで自然循環サイクルを行う。また、自然循環サイクルで運転する場合、室内機毎の冷房能力バランスを適性にすることにある。

上記目的を達成するために本発明は、室内熱交換器、室内膨張弁をそれぞれに有する複数の室内機と、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張弁、レシーバ、液ポンプを有する室外機と、前記複数の室内機と前記室外機とを接続するガス接続配管及び液接続配管と、を備えた空気調和機において、前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記レシーバ、前記液接続配管の順に接続され、前記レシーバと前記液接続配管との間に設けられた前記液ポンプと、前記液ポンプと並列に接続された電磁弁と、前記ガス接続配管から前記圧縮機への接続を前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続に切替える手段と、を備える。

また、上記のものにおいて、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記室内膨張弁毎に室内熱交換器出口の過熱度を制御することが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記室内機の冷房能力によって前記液ポンプの回転数を制御することが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記液ポンプは二相流ポンプとされたことが望ましい。
さらに、上記のものにおいて、前記レシーバは二相レシーバとされ、その出口側配管に乾き度調整穴が設けられ、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記液ポンプの回転数を制御することが望ましい。

本発明によれば、圧縮機サイクルに使用する冷媒量のみで自然循環サイクルを行うと共に、外気低温時の冷房運転時に入力が小さく効率の良い運転が可能なマルチ型空調機を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はマルチ型空調機の冷凍サイクルであり、１台の室外機１０と４台の室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄから構成される。まず、圧縮機サイクルで冷房運転した場合の冷媒の流れを説明する。
圧縮機１１ａ、１１ｂで圧縮された高圧ガス冷媒は、圧縮機吐出側逆止弁１２a、１２ｂを通り合流する。そして四方弁１３により室外熱交換器１４へと送られ外気と熱交換し高圧液冷媒となる。そして、開度全開の室外膨張弁１６を通過しレシーバ１７、弁が開いている電磁弁３２を通過する。電磁弁３２は冷房運転時に液ポンプ３１側に冷媒を流さず、自然循環運転時のみ流すように液ポンプ３１に並列に接続された電磁弁であり、圧縮機サイクル時には電磁弁３２は開、自然循環サイクル時には電磁弁３２は閉となる。また、液ポンプ３１が停止中には液冷媒を流せるようにすれば、電磁弁３２を設ける必要は無い。

電磁弁３２を通過した液冷媒は液阻止弁２１、液接続配管２２を通り室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄへと送られる。そして、室内膨張弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにて室内負荷に応じて絞られ、室内機を運転しない場合には膨張弁開度は０となる。また、圧縮機サイクルの場合、室内膨張弁前後に差圧がないと冷媒が流れないため、室内蒸発圧力より液圧力が高くなるように、圧縮機を運転する必要がある。
室内膨張弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにて減圧した冷媒は、室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄにて室内空気と熱交換し、低圧ガス冷媒となる。そして各室内機から出てきたガス冷媒はガス接続配管２３、ガス阻止弁２４を通り、四方弁１３、三方弁３５、アキュムレータ１８を経由し再び圧縮機１１ａ、１１ｂへと戻る。ここで、三方弁３５は、通常時は四方弁１３と圧縮機側とを接続するようになっているが、自然循環サイクル時には、四方弁１３と室外熱交換器１４を接続するように切替わる。接続を切替る機構として四方弁１３と圧縮機側、四方弁１３と室外熱交換器１４それぞれに電磁弁を使用してもよく、四方弁１３と室外熱交換器１４には逆止弁を使用してもよい。

外気低温の場合、室内温度が高く室外温度が低いため、熱交換器としては室内蒸発圧力より室外凝縮圧力は低くても必要能力が確保できる。しかし、室内膨張弁４１の前後差圧を確保するため、室外凝縮圧力は室内蒸発圧力より高くしなければならず、室外機での凝縮能力が極端に大きくなる。このため圧縮機回転数を最小にしても、過剰に冷房能力が発生し、過剰な入力が必要となり効率が悪くなる。
また、冷房能力が過剰な為、室内空気の吹出し温度が極端に（例えば０℃）低下し、対人空調の場合は冷風感を与える。このため圧縮機及び室内機を頻繁にｏｎ／ｏｆｆすることとなり、効率が低下する。これを避けるために、外気低温時は自然循環サイクルを利用する。

次に外気低温にて、自然循環サイクルで冷房運転した場合の冷媒の流れを説明する。
液ポンプ３１を使いレシーバ１７に溜まった液冷媒を昇圧させ循環させる。ここで、液圧は室外温度に依存した室外凝縮圧力であり、室内膨張弁前後の差圧確保ができる程度に昇圧すればよい。つまり、室内蒸発圧力より室外凝縮圧力は低くてよい。このとき電磁弁３２は閉止している。送られた液冷媒は液阻止弁２１、液接続配管２２を通り室内機４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに送られる。ここで、室内膨張弁４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、それぞれの能力が確保できて、室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの出口が過熱するように開度が制御される。これにより、室内機の液冷媒量を最適に保つことが出来る。

また、各室内機から過熱した冷媒が流出するためガス接続配管２３の冷媒も過熱し二相となりにくいため、冷媒の溜まり込みを防止できる。さらに、冷房能力が室内機全体として過剰であれば液ポンプ３１の回転数を減少し、冷房能力が室内機全体として不足であれば液ポンプ３１の回転数を増加させ能力を調整する。
つまり、室外機１台室内機複数台接続のマルチ型空調機の室内機及びガス配管に残留する冷媒量および、室内機毎の冷媒分配を適正にする室内膨張弁制御を行い、同時に、室内機毎の冷房能力過不足を検知し液ポンプの回転数制御を行う。

室内熱交換器４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄから流出した冷媒は、室内蒸発圧力と室外凝縮圧力の差圧に従い、ガス接続配管２３、ガス阻止弁２４、四方弁１３を通り三方弁３５にて室外熱交換機１４へと送られる。そして、室外熱交換機１４にて外気と熱交換し凝縮した液冷媒は開度全開の室外膨張弁１６を通りレシーバ１７に溜まり再び液ポンプ３１に送られる。

図２は室内熱交換器出口過熱度と室内機毎の冷媒能力補正を適正に行う室内膨張弁制御と液ポンプ周波数制御の例である。ｎ台目室内機に対し、冷房能力が不足し室内熱交出口が過熱である場合は、室内膨張弁開度を増加させ室内能力を確保させるようにする。冷房能力が不足し室内熱交出口が湿りの場合は、膨張弁を絞り室内機冷媒量を適正にすると同時に、室内能力フラグｍ＝１とし液ポンプ増速の要求を出す。この能力フラグの数値は室内機容量毎に補正係数を掛けることが良い。

次に冷房能力が適正で室内熱交出口が過熱である場合は、膨張弁開度は変化させない。冷房能力が適正で室内熱交出口が湿りの場合は、室内膨張弁を絞り、室内機冷媒量を適正にする。冷房能力が過剰で室内熱交出口が過熱の場合は、膨張弁開度を絞ると同時に、室内能力フラグｍ＝-1とし液ポンプ減速の要求を出す。冷房能力が過剰で室内熱交出口が湿りの場合は、室内膨張弁を絞り室内機冷媒量を適正にする。
これらの膨張弁開度制御を各室内機毎に行うと同時に室内能力フラグの集計を行い、合計値が正の場合は液ポンプ回転数を大きくし、合計が負の場合は液ポンプ回転数小さくして減速してもよい。また、数値の大小に応じて周波数の変化量を変えてもよく、室内膨張弁制御の際に液ポンプの回転数制御の演算を行うことが良い。液ポンプ回転数制御は独立のフローで行うことも可能で、この際に、室内膨張弁制御と液ポンプ回転数制御のタイミングを変えることが良い。

図３は従来技術の運転状態と一実施の形態による運転状態を表すモリエル線図であり、（１）が従来技術、（２）が実施例、（３）が圧縮機使用を示している。（２）に示した実施例では（１）の従来技術の自然循環サイクルに対し冷媒量が少ないため、室内機側の蒸発圧力、室外機側の凝縮圧力が共に低くなる。ここで、凝縮圧力と室外空気相当飽和圧力との差が小さくなることは室外機での放熱がしにくくなることであり、室外ファン風量を全速にし、放熱を促進してもよい。これによりレシーバに液冷媒が溜まる。仮に凝縮圧力が室外空気相当飽和圧力まで低下すると、室外空気との熱交換は困難であり、この場合は（３）に示した圧縮機サイクルで運転する。但し、圧縮機サイクルで一度凝縮圧力を上昇させた後、凝縮圧力が室外空気相当飽和圧力まで低下する間は、自然循環サイクルを行うというように、圧縮機サイクルと自然循環サイクルを間欠的に行ってもよい。

図４は、自然循環を行うには冷媒量が不足し、液管が二相となる場合の例であり、（１）は液ポンプ部に二相流ポンプを使って、液圧とガス圧を上昇させて冷媒循環させた例である。二相流ポンプは、ターボ形のポンプ、例えば遠心式ポンプ、軸流式ポンプでよい。また、容積形のレシプロピストン式やロータリー式やスクロール式のものでもよいが、容積形の場合は吸入側乾き度が小さすぎると（乾き度Ｘ＝０．１以下）圧縮過程で液となり液圧縮の恐れがあるため、圧縮過程で圧力逃がし機構をつけることが良い。さらに、吸入乾き度が所定乾き度を下回らないように（２）に示すような二相レシーバを使用することがよく、レシーバ出口側配管に乾き度調整穴を設けており、これにより、流出する液にガスが合流しレシーバ出口側が二相となり、乾き度Ｘ＝０よりも大きくすることが出来る。

（３）はレシーバの液部とガス部それぞれから取り出しを設け液ポンプと圧縮機を並列に使って冷媒循環させた例であり、二相流ポンプと同等の機能をはたすことができる。また、液側はターボ形ポンプ、ガス側は容積形ポンプなどの使い分けが可能であり、圧縮機側の圧力逃がし機構や二相レシーバは必要が無くなる。（４）は実際に液ポンプと圧縮機を並列に接続させた場合を示し、圧縮機は二相レシーバのガス冷媒側に、液ポンプは液冷媒側に接続されている。圧縮機側は循環量が少なくて済むため、圧縮機サイクルの圧縮機より小容量のものでよい。また、レシーバが満液になった場合は液ポンプのみの運転に切替えればよい。

本発明の一実施の形態による冷凍サイクル系統図。 本発明の一実施の形態による室内膨張弁制御のフローチャート。 従来技術及び一実施の形態による運転状態を表すモリエル線図。 他の実施の形態によるモリエル線図及び二相レシーバ部の冷凍サイクルを示すブロック図。

符号の説明

１０…室外機、１１a、１１ｂ…圧縮機、１２a、１２ｂ…圧縮機吐出側逆止弁、１３…四方弁、１４…室外熱交換器、１５…室外ファン、１６…室外膨張弁、１７…レシーバ、１８…アキュムレータ、２１…液阻止弁、２２…液接続配管、２３…ガス接続配管、２４…ガス阻止弁、３１…液ポンプ、３２…電磁弁、３５…三方弁、３６…逆止弁、３７…電磁弁、３８…電磁弁、３９…電磁弁、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ…室内機、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ…室内膨張弁、４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…室内熱交換器、４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…室内ファン。

Claims (5)

1. 室内熱交換器、室内膨張弁をそれぞれに有する複数の室内機と、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、室外膨張弁、レシーバ、液ポンプを有する室外機と、前記複数の室内機と前記室外機とを接続するガス接続配管及び液接続配管と、を備えた空気調和機において、
   前記室外熱交換器、前記室外膨張弁、前記レシーバ、前記液接続配管の順に接続され、前記レシーバと前記液接続配管との間に設けられた前記液ポンプと、
   前記液ポンプと並列に接続された電磁弁と、
   前記ガス接続配管から前記圧縮機への接続を前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続に切替える手段と、
   を備えたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記室内膨張弁毎に室内熱交換器出口の過熱度を制御することを特徴とするマルチ型空気調和機。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記室内機の冷房能力によって前記液ポンプの回転数を制御することを特徴とするマルチ型空気調和機。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記液ポンプは二相流ポンプとされたことを特徴とするマルチ型空気調和機。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記レシーバは二相レシーバとされ、その出口側配管に乾き度調整穴が設けられ、前記切替える手段で前記ガス接続配管から前記室外熱交換器への接続にした場合、前記液ポンプの回転数を制御することを特徴とするマルチ型空気調和機。
   

Images