JP5263522B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、室内側に複数台の室内機を有し、また、室外側にも複数台の室外機を有し、それらが冷媒配管を介して接続されているオフィスビルや共同住宅等の大型建物に好適な冷凍装置に関し、さらに詳しく言えば、複数台の室外機のうちの所定の室外機のみを運転状態とし、他の室外機を停止状態として冷房運転を行う際の冷媒不足を解消する技術に関するものである。

オフィスビルや共同住宅等の大型建物の空調設備においては、室内機の運転台数により要求される冷房能力もしくは暖房能力が異なるため、これに対応できるように、複数台の室外機が用いられるものがある。

この場合、各室外機ごとに、圧縮機，四方弁（流路切替弁），室外熱交換器，室外膨張弁およびアキュムレータが備えられ、各室外機は、それぞれ分岐管を介して冷媒配管に並列に接続される。

圧縮機には、通常、インバータ制御により回転数が可変型の圧縮機（インバータ圧縮機）や回転数が一定の一定速型圧縮機が用いられる。また、好ましくは、各圧縮機には吐出側と吸入側との圧力差を所定範囲に保つため、吐出管と吸入管との間に、電磁開閉弁と膨張機構とを直列に含むホットガスバイパス回路が設けられている。

室外機は、室内側で要求される能力に応じて運転されるため、例えば１台の室外機のみが運転され、他の室外機は運転停止とされる場合がある（以下、運転が停止される室外機を「停止室外機」ということがある）。

このような場合、停止室外機に冷媒が溜まり込むため、運転中の室外機に冷媒不足が生じることがある。冷媒不足になると、液側配管が気液の２相状態となり、室内機の能力低下や室内側膨張弁で冷媒音が発生する等の不具合が生ずる。

そこで、特許文献１に記載された発明では、運転状態にある室外機に冷媒不足が生じたときには、停止室外機を運転し、停止室外機に溜まり込んでいる冷媒を冷媒配管に供給するようにしている。

特開２０００−２２０８９４号公報

上記特許文献１に記載された発明によれば、冷媒不足が生じた運転中の室外機に迅速に冷媒を供給することができるが、停止室外機の圧縮機を起動させるのに必要な電力が消費されるため、省エネルギー対策上好ましくない。

したがって、本発明の課題は、複数台の室外機を備える冷凍装置において、冷媒不足が生じた運転中の室外機に対して、停止室外機の圧縮機を起動させることなく、その停止室外機に溜まり込んでいる冷媒を供給することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、室内と室外とにかけて配管される液側配管とガス側配管とを含む冷媒配管に対して、室内側では、それぞれ室内膨張弁と室内熱交換器とを含む複数台の室内機が並列に接続されているとともに、室外側では、それぞれ圧縮機，流路切替弁，室外熱交換器，室外膨張弁およびアキュムレータを含む複数台の室外機が並列に接続され、上記室外機の各々に、電磁開閉弁および膨張機構を直列に含み、上記圧縮機の吐出側の高圧配管と上記アキュムレータ側の低圧配管との間に接続されるホットガスバイパス回路が設けられている冷凍装置において、上記複数台の室外機のうちの少なくとも１台の室外機のみを運転状態とし、他の室外機を停止状態として冷房運転を行っている際、上記冷媒配管内に冷媒不足が生じたときには、上記停止状態にある停止室外機の上記電磁開閉弁を開として、上記停止室外機の上記室外熱交換器に溜められている冷媒を上記ホットガスバイパス回路および上記低圧配管を介して上記冷媒配管のガス側配管に供給するにあたって、上記ホットガスバイパス回路が接続される上記低圧配管の接続部分には、上記ホットガスバイパス回路を介して供給される冷媒が重力にて上記アキュムレータ側に流れ込まないような傾斜が付けられていることを特徴としている。

本発明では、請求項２に記載されているように、上記室外熱交換器の出口側にはサブクール熱交換器が接続されており、冷房運転時における上記室外熱交換器の高圧飽和温度と上記サブクール熱交換器の流出側の冷媒温度との温度差が所定値以下の状態が所定時間継続した場合に、上記冷媒配管内に冷媒不足が生じたと判定する。

本発明によれば、複数台の室外機のうちの所定の室外機のみを運転状態とし、他の室外機を停止状態として冷房運転を行っている際、冷媒配管内に冷媒不足が生じたときには、停止室外機におけるホットガスバイパス回路の電磁開閉弁を開として、停止室外機の室外熱交換器に溜められている冷媒をホットガスバイパス回路および低圧配管を介して冷媒配管のガス側配管に供給するようにしたことにより、停止室外機の圧縮機を起動させることなく、その停止室外機に溜まり込んでいる冷媒を冷媒不足が生じた運転中の室外機に迅速に供給することができる。

また、冷房運転時における室外熱交換器の高圧飽和温度とサブクール熱交換器の流出側の冷媒温度との温度差に基づいて冷媒不足かどうかを判定することにより、判定の確度を高めることができる。

また、ホットガスバイパス回路が接続される低圧配管の接続部分に、ホットガスバイパス回路を介して供給される冷媒が重力にてアキュムレータ側に流れ込まないような傾斜を付けることにより、停止室外機に溜まり込んでいる冷媒を確実に運転中の室外機に供給することができる。

次に、図１および図２により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体的な構成を示す冷媒回路図で、図２はホットガスバイパス回路と低圧配管との接続部分の構造を示す模式図である。

まず、図１を参照して、この冷凍装置は、室内と室外とにかけて配管される液側配管１０Ｌとガス側配管１０Ｇとを含む冷媒配管１０を備え、この冷媒配管１０に対して、室内側では複数台の室内機２０が並列に接続され、また、室外側では複数台の室外機３０が並列に接続される。

図１には、作図の都合上、３台の室内機２０が示されており、各室内機２０は、室内熱交換器２１，室内膨張弁２２および送風ファン２３を含み、図示しない建物の空調を必要とする場所に設置される。室内熱交換器２１の一端側は、室内膨張弁２２を介して液側配管１０Ｌに接続され、室内熱交換器２１の他端側は、ガス側配管１０Ｇに接続される。

この実施形態において、室外機３０は、第１室外機３０Ａと第２室外機３０Ｂの２台であり、その構成は同一であるため、各室外機３０Ａ，３０Ｂを区別する必要がない場合には、両機３０Ａ，３０Ｂを総称として室外機３０とする。

室外機３０は、基本的構成として、圧縮機３１と、四方弁（流路切替弁）３４と、送風ファン３５ａを有する室外熱交換器３５と、室外膨張弁３６と、アキュムレータ３７とを備える。また、室外機３０は、室外熱交換器３５のほかにサブクール熱交換器３９を備えている。

圧縮機３１には、回転数可変（容量可変）のインバータ圧縮機、回転数一定（容量一定）の一定速型圧縮機、ロータリ式、スクロール式のいずれが用いられてもよい。

圧縮機３１は、冷媒吐出管３１ａと冷媒吸入管３１ｂとを有し、冷媒吐出管３１ａは、オイルセパレータ３２ａ，逆止弁３２ｃおよび高圧側配管３３ａを介して四方弁３４に接続される。冷媒吸入管３１ｂは、アキュムレータ３７に接続される。

液側配管１０Ｌは、分岐管１１ａを介して室外機３０Ａ，３０Ｂの各室外熱交換器３５に接続される。また、ガス側配管１０Ｇは、分岐管１１ｂを介して室外機３０Ａ，３０Ｂの各四方弁３４に接続される。四方弁３４からアキュムレータ３７に至る配管が低圧側配管３３ｂである。

オイルセパレータ３２ａは吐出ガスに含まれている冷凍機油を分離し、分離された冷凍機油はキャピラリーチューブ３２ｂを介して冷媒吸入管３１ｂに戻される。

また、高圧側配管３３ａと低圧側配管３３ｂとの間には、圧縮機３１の吐出側と吸入側との圧力差を所定範囲に保つため、電磁開閉弁３８ａとキャピラリーチューブ（膨張機構）３８ｂとを直列に含むホットガスバイパス回路３８が接続されている。

冷房運転時には、四方弁３４が図１の実線状態に切り替えられる。これにより、圧縮機３１から吐出されたガス冷媒は四方弁３４から室外熱交換器３５に至り、外気と熱交換して凝縮する（冷房運転時、室外熱交換器３５は凝縮器として作用する）。

室外熱交換器３５で凝縮された液冷媒は、室外膨張弁３６に対して並列に接続されている逆止弁３６１およびサブクール熱交換器３９を通り液側配管１０Ｌを介して室内ユニット２０に供給される。

室内ユニット２０側において、液冷媒は各室内膨張弁２２で所定の圧力に減圧されたのち、室内熱交換器２１で室内空気と熱交換して蒸発し、これにより、室内空気が冷却される（冷房運転時、室熱交換器２１は蒸発器として作用する）。

室内熱交換器２１で蒸発されたガス冷媒は、ガス側配管１０Ｇ，四方弁３４および低圧側配管３３ｂを介して介してアキュムレータ１６０に入り、液冷媒が分離されたのち、冷媒吸入管３１ｂにより圧縮機３１に戻される。

暖房運転時には、四方弁３４が図１の鎖線状態に切り替えられ、室内熱交換器２１が凝縮器として作用し、室外交換器３５が蒸発器として作用する。

圧縮機３０Ａ，３０Ｂは、室内側で要求される能力に応じて運転されるが、例えば第２圧縮機３０Ｂが停止状態にあり、第１圧縮機３０Ａのみにより冷房運転が行われ、冷媒不足が生じた場合の制御について説明する。

まず、冷媒不足状態の判定は、室外熱交換器３５の高圧飽和温度Ｔｉと、サブクール熱交換器３９の流出側冷媒温度Ｔｏとの温度差（Ｔｉ−Ｔｏ）が所定値（一例として４℃）以下である状態の継続時間によって行うことができる。すなわち、Ｔｉ−Ｔｏ≦４℃が例えば２分間継続された場合に冷媒不足と判定できる。

なお、高圧飽和温度Ｔｉは、高圧側配管３３ａの圧力センサＳ１により検出される吐出ガス圧力から換算して求められ、流出側冷媒温度Ｔｏは液側配管１０Ｌに設けられている温度センサＳ２により得ることができる。

冷媒不足状態の判定は図示しない制御部により行われるが、第１室外機３０Ａが冷媒不足と判定された場合には、制御部は、停止室外機３０Ｂに冷媒放出要求を送信する。

この冷媒放出要求を受けて、停止室外機３０Ｂは、自機のホットガスバイパス回路３８の電磁開閉弁３８ａを「開」にする。

これにより、停止室外機３０Ｂの室外熱交換器３５に溜め込まれている冷媒が、図示の矢印で示すように、四方弁３４→ホットガスバイパス回路３８→低圧側配管３３ｂ→四方弁３４→分岐管１１ｂを介して第１室外機３０Ａのガス側配管１０Ｇに供給される。

この場合、図２に示すように、ホットガスバイパス回路３８が接続される低圧配管３３ｂの接続部分に、ホットガスバイパス回路３８を介して供給される冷媒が重力にてアキュムレータ３７側に流れ込まないような傾斜を付けることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、停止室外機３０Ｂの圧縮機３１を起動させることなく、その停止室外機３０Ｂに溜まり込んでいる冷媒を、冷媒不足が生じた運転中の室外機３０Ａに迅速に供給することができる。

上記実施形態では、室外機を２台としているが、室外機が３台以上の場合にも、本発明は適用可能である。また、室外熱交換器のみで所望とするサブクールがとれる場合には、サブクール熱交換器は省略されてよい。

本発明の実施形態に係る冷凍装置の全体的な構成を示す冷媒回路図。 ホットガスバイパス回路と低圧配管との接続部分の構造を示す模式図。

符号の説明

１０ 冷媒配管
１０Ｌ 液側配管
１０Ｇ ガス側配管
２０ 室内機
２１ 室内熱交換器
２２ 室内膨張弁
３０（３０Ａ，３０Ｂ） 室外機
３１ 圧縮機
３２ａ オイルセパレータ
３３ａ 高圧側配管
３３ｂ 低圧側配管
３４ 四方弁
３５ 室外熱交換器
３６ 室外膨張弁
３７ アキュムレータ
３８ ホットガスバイパス回路
３８ａ 電磁開閉弁
３８ｂ キャピラリーチューブ（膨張機構）

Claims (2)

1. 室内と室外とにかけて配管される液側配管とガス側配管とを含む冷媒配管に対して、室内側では、それぞれ室内膨張弁と室内熱交換器とを含む複数台の室内機が並列に接続されているとともに、室外側では、それぞれ圧縮機，流路切替弁，室外熱交換器，室外膨張弁およびアキュムレータを含む複数台の室外機が並列に接続され、上記室外機の各々に、電磁開閉弁および膨張機構を直列に含み、上記圧縮機の吐出側の高圧配管と上記アキュムレータ側の低圧配管との間に接続されるホットガスバイパス回路が設けられている冷凍装置において、
   上記複数台の室外機のうちの少なくとも１台の室外機のみを運転状態とし、他の室外機を停止状態として冷房運転を行っている際、上記冷媒配管内に冷媒不足が生じたときには、上記停止状態にある停止室外機の上記電磁開閉弁を開として、上記停止室外機の上記室外熱交換器に溜められている冷媒を上記ホットガスバイパス回路および上記低圧配管を介して上記冷媒配管のガス側配管に供給するにあたって、
   上記ホットガスバイパス回路が接続される上記低圧配管の接続部分には、上記ホットガスバイパス回路を介して供給される冷媒が重力にて上記アキュムレータ側に流れ込まないような傾斜が付けられていることを特徴とする冷凍装置。
2. 上記室外熱交換器の出口側にはサブクール熱交換器が接続されており、冷房運転時における上記室外熱交換器の高圧飽和温度と上記サブクール熱交換器の流出側の冷媒温度との温度差が所定値以下の状態が所定時間継続した場合に、上記冷媒配管内に冷媒不足が生じたと判定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。

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