JP4948016B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数台の熱源機に対して、複数台の室内機を並列接続してなる空気調和装置に係り，特に各室内機毎に冷房・暖房を選択でき，一方の室内機では冷房を、他方の室内機では暖房を同時に行うことのできる空気調和装置に関するものである。

従来は，圧縮機，四方切換弁，熱源側熱交換器を有する1台の熱源機と，それぞれ流量制御装置及び室内側熱交換器を有する複数の室内機を備え，上記複数の室内機で冷房運転と暖房運転を同時に行える冷媒回路が構成されている空気調和装置である。

この従来の空気調和装置では，暖房運転中，室外の熱源側熱交換器にて冷媒を蒸発させることとなり，外気温度が低いと室外の熱源側熱交換器に着霜してしまい，十分な暖房能力が得られなくなる。従って，これを解消する為に通常，除霜運転が行われる。暖房運転を一時中断し，四方切換弁により冷媒の流れを切り換えることで，圧縮機からの高温ガスを熱源側熱交換器に流し除霜を行う。除霜完了後，再び四方切換弁を元の状態に切り換えて暖房運転を行うものである。なお、参考の特許文献として下記の公報を例示しておく。

特開２００４−２９４０３６号公報 特開２００２−２８６２７３号公報 特開２００１−１１６３８３号公報

前記した従来の空気調和装置で除霜運転を行った場合，除霜が完了するまで室内機側の暖房運転を一時中断する為，室内側熱交換器における室内空気の加熱を停止せざるを得なくなり，平均的な暖房能力の低下を招くという問題があった。

この発明は，上述のような従来の課題を解決する為になされたもので，その目的とするところは熱源側熱交換器の除霜中にも室内機の暖房運転を継続させ，これにより暖房能力の向上を図ることにある。

上述の目的を達成するために，請求項１に記載の本発明の空気調和装置は，圧縮機，切換弁及び熱源側熱交換器を内装した複数台の熱源機と，流量制御装置及び室内側熱交換器を内装した少なくとも１台以上の室内機とを，複数の接続配管を介してそれぞれ並列に接続したものにおいて，前記複数の接続配管間に設けて，前記切換弁にて流れる冷媒の方向を切り換えることにより運転時は常に，所定の接続配管を低圧に，他の所定の接続配管を高圧にする複数の逆止弁によって形成された流路切換弁装置と，少なくとも１台以上の室内側熱交換器の一方を前記低圧となる所定の接続配管，または前記高圧となる他の所定の接続配管に切り換え可能となる複数の電磁開閉弁によって形成された第１の分岐部を備え，さらに，前記複数台の熱源機にそれぞれ着霜検知手段を設け，いずれか１台の熱源機が着霜状態であることを検知すると，着霜を検知した熱源機に内装されている切換弁を反転させ，この熱源機に内装されている熱源側熱交換器にこの熱源機に内装されている圧縮機から吐出された冷媒を流入させて除霜運転を行い，この熱源側熱交換器から流出した冷媒と，着霜を検知していない他の熱源機に内装されている圧縮機から吐出された冷媒とを合流させて暖房運転を継続することを特徴とする。

請求項２に記載の本発明の空気調和装置は、請求項１に記載の空気調和装置において、少なくとも１台以上の熱源機が着霜状態であることを検知しても，除霜運転中の熱源機がある場合，その除霜運転が完了するまでは，他の熱源機の除霜運転を開始しないことを特徴とする。

本発明の空気調和装置は，圧縮機、切換弁、及び熱源側熱交換器を有する熱源機を少なくとも２台以上有し、第１、第２の接続配管内の冷媒が一方向流れであることを利用し、熱源機が暖房運転中，少なくとも1台以上の熱源機を除く他の熱源機が除霜運転を行うと同時に，他の熱源機によって暖房運転を継続させることで，暖房能力の低下を防止することができる。これにより室内側において安定した暖房運転を確保することが可能である。

また，複数の熱源機にて除霜運転と暖房運転を同時に行っている際，暖房運転中の熱源機の圧縮機運転周波数を高圧圧力，あるいは凝縮温度に応じて増減させることで，暖房運転中の室内機の凝縮温度を短時間で目標値へ上昇させることで，暖房能力を維持できるとともに，除霜運転中の熱源機の除霜運転時間を短縮することが可能となる。その際，高圧圧力，あるいは凝縮温度に応じて，暖房運転中の熱源機の圧縮機運転周波数をコントロールしているため，高圧過昇を抑制できる。

また，少なくとも1台以上の熱源機を除く他の熱源機が除霜運転を行い，他の熱源機が暖房運転を継続している際，停止中の室内機に内装した流量制御装置を全閉，または停止中の室内機に接続された第1の分岐部に内装した電磁開閉弁を全閉にすることで，除霜及び暖房同時運転中の停止室内機を流れる冷媒流動音の発生を防止するとともに，前記流量制御装置及び電磁開閉弁をともに全閉にすることで，停止室内機への冷媒滞留を防止することで，熱源機の冷媒不足を解消することが可能となる。

また，少なくとも2台以上の熱源機を同一のサイクルで運転している場合には，最大で複数の熱源機の合計冷媒流量相当の冷房・暖房能力を発揮することができる。

また，少なくとも1台以外の熱源機が故障した場合でも，残りの熱源機を稼動することによりバックアップ運転をすることができる。

以下，この発明の空気調和装置の実施例を図面に基づいて説明する。図1〜図3はこの発明の一実施例を示し，図1は冷媒回路図，図2は冷房・暖房同時運転における暖房主体運転時の冷媒の流れを示す冷媒回路図，図3は暖房しながら除霜運転の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。なお，この実施例では熱源機2台に室内機3台を接続した場合について説明するが，2台以上の熱源機，及び2台以上の室内機を接続した場合も同様である。

図1において，A，Bは並列接続された熱源機，C，D，Eは後述するように互いに並列接続された室内機でそれぞれ同じ構成となっている。Fは後述するように，第1の分岐部10，第2の流量制御装置13，第2の分岐部11，気液分離装置12，第1の熱交換器17，第2の熱交換器16，第3の流量制御装置15を内蔵した中継機である。また，1a，1bは圧縮機，2a，2bは熱源機の冷媒流通方向を切り換える四方切換弁，3a，3bは熱源側熱交換器，4a，4bはアキュムレータで，上記四方切換弁2a，2bを介して圧縮機1a，1bと接続されている。これらによって熱源機A，Bがそれぞれ構成される。また，5c，5d，5eは3台の室内機C，D，Eに設けられた室内側熱交換器，6は熱源機A，Bの四方切換弁2a，2bと中継機Fを後述する逆止弁19a，19b，及び接続配管6a，6bを介して接続する第1の接続配管，6c，6d，6eはそれぞれ室内機C，D，Eはの室内側熱交換器5c，5d，5eと中継機Fを接続し，第1の接続配管6に対応する室内機側の第1の接続配管，7は熱源機A，Bの熱源機側熱交換器3a，3bと中継機Fを後述する第3の逆止弁18a，18bを介して接続する第2の接続配管である。

また，7c，7d，7eはそれぞれ室内機C，D，Eの室内側熱交換器5c，5d，5eと中継機Fを第1の流量制御装置9c，9d，9eを介して接続し，第2の接続配管7に対応する室内機側の第2の接続配管である。
熱源機Ａ及びＢは，圧縮機1a，1b，熱源機の冷媒流通方向を切り換える切換弁である四方切換弁2a，2b，熱源側熱交換器3a，3b，アキュムレータ4a，4bを内蔵している。
また，室内機Ｃ，Ｄ，Ｅは，第1の流量制御装置9，室内側熱交換器5を内蔵しており，5c，5d，5eは，それぞれ室内機Ｃ，Ｄ，Ｅの室内側熱交換器である。6は四方弁2と中継機Ｆを接続する太い第1の接続配管，6c，6d，6eはそれぞれ室内機Ｃ，Ｄ，Ｅの室内側熱交換器5c,5d,5eと中継機Ｆを接続し，第1の接続配管6に対応する室内機側の第1の接続配管，7は熱源側熱交換器3a，3b中継機Ｆを接続する前記第1の接続配管6より細い第2の接続配管，7c，7d，7eはそれぞれ室内機Ｃ，Ｄ，Ｅの室内側熱交換器5c，5d，5eと中継機Ｆを接続し，第2の接続配管7に対応する室内機側の第2の接続配管，8c，8d，8e，8f，8g，8hは室内機側の第1の接続配管6c，6d，6eと第1の接続配管6，または，第2の接続配管7側に切り換え可能に接続する第1，第2，第3の電磁弁，9は第1の流量制御装置で，9c，9d，9eは室内側熱交換器5c，5d，5eに近接して接続され，冷房時は室内側熱交換器5の出口側過熱度,暖房時は過冷却度により調整される第1の流量制御装置で，室内機側の第2の接続配管7c，7d，7eに接続される。

10は第1の分岐部で，室内機Ｃ，Ｄ，Ｅに対応し，室内機側の第1の接続配管6c，6d，6eと，第1の接続配管6または，第2の接続配管7に切り換え可能に接続する電磁弁8c，8d，8e，8f，8g，8hよりなる第1の分岐部，11は第2の分岐部で，室内機Ｃ，Ｄ，Ｅに対応し，室内機側の第2の接続配管7c，7d，7eとその会合部よりなる第2の分岐部，12は第2の接続配管7の途中に設けられた気液分離装置で,その気相分は，第1の分岐部10に接続され,その液相分は第2の分岐部11に接続されている。13は気液分離装置12と第2の分岐部11と前記第1の接続配管を結ぶ第1のバイパス管，15は第3の流量制御装置で，第1のバイパス配管14の途中に設けられた開閉自在な第3の流量制御装置，16は第1のバイパス管14と第3の流量制御装置15の下流に設けられた熱交換器であり，第2の流量制御装置13と第2の分岐部11との間の接続配管と第1のバイパス配管14との間で熱交換を行う第2の熱交換器，17は第1のバイパス配管14と第3の流量制御装置15の下流および第2の熱交換器16の下流に設けられ，気液分離装置12と第2の流量制御装置13とを接続する配管との間で熱交換を行う第1の熱交換器である。

18は熱源側熱交換器3a，3bと第2の接続配管7との間に設けられた逆止弁であり，熱源側熱交換器3a，3bから第2の接続配管7へのみ冷媒の流通を許容する。19は熱源機ＡまたはＢの四方切換弁2a，2bと第2の接続配管7との間に設けられた逆止弁であり，四方切換弁2a，2bから第2の接続配管7へのみ冷媒の流通を許容する。21は熱源側熱交換器3と第1の接続配管6との間に設けられた逆止弁であり，第1の接続配管6から熱源側熱交換器3へのみ冷媒の流通を許容する。これら18，19，20，21で流路切換弁を構成する。

このように構成された空気調和装置の空調運転について説明する。まず，図3に添って，冷暖房同時運転における暖房主体運転の場合について説明する。ここでは，室内機Ｃ，Ｄが暖房，室内機Ｅのみが冷房しようとしている場合について説明する。
このとき，室内機に接続された電磁開閉弁8c，8d，8hは閉止，8e，8f，8gは開口される。冷媒の流れを以下に示す。図3に実線矢印で示すように圧縮機1a，1bで圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方切換弁2a，2b，逆止弁20a，20bを経て，熱源機Ａ，Ｂの冷媒が合流し，第2の接続配管7，中継機Ｆの気液分離装置12，第1の分岐部10へ送られる。第1の分岐部10へ流入した冷媒は，室内機Ｃ，Ｄに流入し，室内熱交換器5c，5dで空気などの利用媒体と熱交換して凝縮液化する。この液状態となった冷媒は，室内側熱交換器5c，5dの出口の過冷却度により制御され，第1の流量調整9c，9dを通り少し減圧されて，高圧と低圧の中間の圧力（中間圧）となり，室内機側の第2の接続配管7c，7dから第2の分岐部11に流入する。

冷房しようとしている室内機Ｅへの冷媒の流れは，第2の分岐部11から室内機側の接続配管7eを通り，室内側熱交換器5eの出口の過熱度により制御される第1の流量制御装置9eにより低圧まで減圧されて室内側熱交換器5eで空気などの利用媒体と熱交換して蒸発・ガス化し，室内機Ｅに接続された電磁開閉弁8eを介して第1の接続配管6に流入する。冷房しようとしている室内機Ｅの冷房負荷の大きさに応じて，室内機Ｅに流入する冷媒流量は決まる。よって，第2の分岐部11から室内機Ｅに流入する冷媒流量が室内機Ｃ，Ｄから第2の分岐部11へ流入する冷媒流量より多い場合は，室内機Ｃ，Ｄから第2の分岐部11に流入した冷媒の一部は，第2の分岐部11に流入して,室内機Ｃ，Ｄから第2の分岐部11に流入した冷媒と合流して，室内機Ｅへ流入する。一方，室内機Ｃ，Ｄから第2の分岐部11に流入した他の冷媒は，第1のバイパス配管14を通り，第3の流量制御装置15により低圧まで減圧されて，冷房しようとしている室内機Ｅを通った冷媒と合流して，太い第1の接続配管6に流入する。その後，熱源機Ａ，Ｂに分かれて，逆止弁21a，21b，熱源側熱交換器3a，3bに流入して蒸発しガス状態となった冷媒は，四方切換弁2a，2b，アキュムレータ4a，4bを経て圧縮機1に吸入される循環サイクルを構成し，暖房主体運転を行う。

次に図2に添って，全暖房または，暖房主体運転中，除霜運転と同時に暖房運転を行う場合について説明する。ここでは，室内機Ｃ，Ｄが暖房，室内機Ｅのみが冷房の暖房主体運転中，熱源機A，Bはそれぞれ着霜を検知する着霜検知手段を有しており，熱源機Aの熱源側熱交換器3aが着霜検知手段によって着霜を検知した場合，熱源機Bは暖房サイクルのまま，熱源機Aを除霜運転，つまりホットガスリバースサイクルに入れる。
このとき，室内機C，D，Eに接続された電磁開閉弁8c，8d，8hは閉止，8e，8f，8gは開口されたままとする。冷媒の流れを図2に実線矢印で示す。熱源機Aが着霜を検知すると，熱源機A，Bの圧縮機1a，1bの運転周波数を一時的に低下させることで，高圧圧力と低圧圧力の差を小さくし，熱源機Aの四方切換弁2aを冷房側へ切り換えて除霜運転を開始する。再び圧縮機1a，1bの運転周波数を増加させ，圧縮された高温高圧のガス冷媒は熱源機Aに関しては，四方切換弁2aを経て，着霜している熱源側熱交換器3aへ流入することで，除霜が行われる。また，熱源機Bに関しては，圧縮機1bによって圧縮された高温高圧のガス冷媒は四方切換弁2b，逆止弁20bを経て，熱源機Aの熱源側熱交換器3aから流出した気液二相冷媒と合流し，第2の接続配管7，中継機Ｆの気液分離装置12，第1の分岐部10へ送られる。第1の分岐部10へ流入した冷媒は，室内機Ｃ，Ｄに流入し，室内熱交換器5c，5dで空気などの利用媒体と熱交換して凝縮液化する。この液状態となった冷媒は，室内側熱交換器5c，5dの出口の過冷却度により制御され，第1の流量調整9c，9dを通り少し減圧されて，高圧と低圧の中間の圧力（中間圧）となり，室内機側の第2の接続配管7c，7dから第2の分岐部11に流入する。従って，室内機C，D，Eは暖房運転を継続しつつ，いずれか1台の除霜運転を行うことができる為，暖房能力がゼロとなることはない。

また，上述の除霜手段にて，暖房運転中の熱源機Bの圧縮機1bの運転周波数を目標とする高圧圧力，あるいは凝縮温度に応じて増減させることで，暖房運転中の室内機の凝縮温度を早急に上昇させることができると共に，除霜運転中の熱源機の除霜運転時間を短縮することが可能となる。その際，高圧圧力，あるいは凝縮温度に応じて，暖房運転中の熱源機の圧縮機運転周波数をコントロールしているため，高圧過昇を抑制できる。

また，上述の除霜手段にて，熱源機Aが除霜完了した後，熱源機Aにて暖房運転しつつ，熱源機Bにて除霜運転を開始させることで，除霜運転にて暖房を停止することなく，常時暖房能力を発揮することが可能となる。

上述の空気調和装置において，いずれか1台の熱源機が除霜中，他の熱源機が着霜検知手段によって，着霜を検知した場合でも，除霜中の熱源機が除霜運転完了するまで，除霜運転に入らないよう制御することで，常に暖房運転を継続させることが可能である。

上述の空気調和装置において，2台以上の熱源機が，それぞれの熱源機の着霜検知手段によって着霜を検知した場合でも，それぞれの熱源機に優先順位を設けた制御にて1台ずつ除霜運転を開始・完了させることで，他の熱源機は暖房運転を継続させることが可能である。

この実施の形態では，暖房主体運転を元に説明したが，暖房のみの運転でも同様の効果を奏することができる。また，熱源機2台に室内機3台，中継機1台を接続した場合について説明したが，2台以上の熱源機，1台以上の室内機，及び1台以上の中継機についても同様の効果を奏することができる。また，熱源側熱交換器3a，3bと直列または並列に氷蓄熱層や水蓄熱槽（湯を含む）が設置されても同様の効果を奏することは明らかである。

本発明の実施の形態による空気調和装置の一例として，冷媒回路を示す図。 図1の空気調和装置の暖房しながら除霜運転の冷媒の流れを示す図。 本発明の実施の形態による冷暖房同時運転における暖房主体運転時の流れを示す図。

符号の説明

Ａ，Ｂ：熱源機， Ｃ，Ｄ，Ｅ：室内機， Ｆ：中継機， 1：圧縮機， 2：四方切換弁， 3：熱源側熱交換器， 4：アキュムレータ， 5：室内側熱交換器， 6，6a，6b，6c，6d，6e：第1の接続配管， 7，7a，7b，7c，7d，7e：第2の接続配管， 8c，8d，8e：第1の電磁開閉弁， 9：第1の流量制御装置， 10：第1の分岐部， 11：第2の分岐部， 12：気液分離装置， 13：第2の流量制御装置， 14：第1のバイパス配管， 15：第3の流量制御装置， 16：第2の熱交換器， 17：第1の熱交換器， 18a，18b：第3の逆止弁， 19a，19b：第4の逆止弁， 20 21：逆止弁， 22c，22d，22e：第2の電磁開閉弁

Claims (2)

1. 圧縮機，切換弁及び熱源側熱交換器を内装した複数台の熱源機と，
   流量制御装置及び室内側熱交換器を内装した少なくとも１台以上の室内機とを，複数の接続配管を介してそれぞれ並列に接続したものにおいて，
   前記複数の接続配管間に設けて，前記切換弁にて流れる冷媒の方向を切り換えることにより運転時は常に，所定の接続配管を低圧に，他の所定の接続配管を高圧にする複数の逆止弁によって形成された流路切換弁装置と，
   少なくとも１台以上の室内側熱交換器の一方を前記低圧となる所定の接続配管，または前記高圧となる他の所定の接続配管に切り換え可能となる複数の電磁開閉弁によって形成された第１の分岐部を備え，
   前記複数台の熱源機にそれぞれ着霜検知手段を設け，
   いずれか１台の熱源機が着霜状態であることを検知すると，着霜を検知した熱源機に内装されている切換弁を反転させ，この熱源機に内装されている熱源側熱交換器にこの熱源機に内装されている圧縮機から吐出された冷媒を流入させて除霜運転を行い，この熱源側熱交換器から流出した冷媒と，着霜を検知していない他の熱源機に内装されている圧縮機から吐出された冷媒とを合流させて暖房運転を継続する
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 請求項１に記載の空気調和装置において，
   少なくとも１台以上の熱源機が着霜状態であることを検知しても，除霜運転中の熱源機がある場合，その除霜運転が完了するまでは，他の熱源機の除霜運転を開始しない
   ことを特徴とする空気調和装置。

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