JPWO2018008130A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

本発明の空気調和装置は、圧縮機および熱源側熱交換器を含む複数の熱源側ユニットと、負荷側熱交換器および負荷側絞り装置と、負荷側熱交換器の接続先を複数の圧縮機に分岐する第１ヘッダーと、負荷側絞り装置の接続先を複数の熱源側熱交換器に分岐する第２ヘッダーと、複数の熱源側熱交換器と第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス絞り装置と、熱源側熱交換器を圧縮機の吸入側または吐出側に接続させる複数の回路切替部と、複数の圧縮機の吐出側に設けられた複数の吐出圧力センサと、複数のバイパス絞り装置と第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス圧力センサと、除霜対象の熱源側ユニットにおいて、回路切替部を制御して圧縮機から吐出される冷媒の一部を熱源側熱交換器に流入させ、吐出圧力センサの値とバイパス圧力センサの値との差が予め決められた値以上になるようにバイパス絞り装置の開度を調節する制御部と、を有するものである。

Description

本発明は、複数の熱源側ユニットを有する空気調和装置に関する。

空気調和装置において、外気温が低いときに暖房運転を行うと、蒸発器として機能する室外熱交換器のフィン表面および冷媒配管に霜が付着する場合がある。室外熱交換器のフィン表面および冷媒配管に霜が付着すると、室外熱交換器の風路圧力損失が増大して、伝熱性能が低下してしまうため、定期的に暖房運転を止め室外機を除霜運転させる必要がある。除霜運転を行っている間、暖房運転が停止しているため、室内の人に冷風感を生じさせるという問題点があった。

上記の問題点に対して、除霜運転時にも暖房運転を実行し、除霜運転時の快適性を維持するようにした空気調和システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。複数台の室外機を備えた空気調和装置の別の一例が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示された空気調和装置は、除霜運転する際にシステム全体の負荷の大きさを判断し、暖房運転と並行に除霜運転を実施しても、室内側で温度が低下して不快感を与えない場合に、除霜運転を実行している。

特開２００８−１７５４１０号公報 特開２０１２−１０７７９０号公報

特許文献１および特許文献２に開示されたような、複数台の室外機を有する空気調和装置において暖房運転を継続しながら除霜運転を行うと、除霜対象の熱交換器での冷媒圧力は圧縮機吸入圧力と同等の低圧状態(飽和圧力が低い状態)になってしまう。そのため、除霜時は冷媒の顕熱分の熱交換しか行えず、冷媒流量に対して高い除霜能力を得ることができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の熱源側ユニットにおいて暖房運転を継続しながら除霜運転する際、高い暖房能力を維持し、除霜能力を高められる空気調和装置を得るものである。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機および熱源側熱交換器を含む複数の熱源側ユニットと、負荷側熱交換器および負荷側絞り装置を含む負荷側ユニットと、前記負荷側熱交換器に接続される冷媒配管を複数の前記圧縮機に分岐する第１ヘッダーと、前記負荷側絞り装置に接続される冷媒配管を複数の前記熱源側熱交換器に分岐する第２ヘッダーと、前記複数の熱源側熱交換器と前記第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス絞り装置と、前記複数の熱源側ユニットのそれぞれに設けられ、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機の吸入側または吐出側に接続させる回路切替部と、前記複数の圧縮機の吐出側に対応して設けられた複数の吐出圧力センサと、前記複数のバイパス絞り装置と前記第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス圧力センサと、前記複数の熱源側ユニットのうち、一部の熱源側ユニットに前記熱源側熱交換器の除霜を行わせるとともに、他の熱源側ユニットの前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させる制御部と、を有し、前記制御部は、前記一部の熱源側ユニットにおいて、前記回路切替部を制御して前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を前記熱源側熱交換器に流入させる流路制御手段と、前記一部の熱源側ユニットにおいて、前記吐出圧力センサが検知する圧力と前記バイパス圧力センサが検知する圧力との差が予め決められた値以上になるように前記バイパス絞り装置の開度を調節する圧力制御手段と、を有するものである。

本発明は、複数の熱源側ユニットを有する空気調和装置において暖房運転を継続しながら一部の熱源側ユニットを除霜運転する際、除霜対象の熱源側熱交換器の下流側の冷媒圧力と圧縮機の吐出圧力との差が予め決められた値以上になるように除霜対象の熱源側熱交換器の圧力を適正に制御することにより、冷媒の潜熱を利用して除霜能力を高められるだけでなく、高い暖房能力を維持できる。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。 図１に示した空気調和装置における制御を説明するための機能ブロック図である。 図２に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。 図１に示した空気調和装置の除霜運転時の動作手順を示すフローチャートである。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の一構成例を示す冷媒回路図である。図１を参照して、本実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路構成について説明する。図１に示す空気調和装置１は、ビルおよびマンション等の建物に設置され、空調用の冷媒を循環させるヒートポンプ式冷凍サイクルを利用して、空調対象空間に対して冷房と暖房とができるものである。なお、本実施の形態１の説明に用いる図面では、各構成部材の相対的な大きさの関係は実際のものとは異なる場合がある。

［空気調和装置の概要］
図１に示すように、空気調和装置１は、熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂと、負荷側ユニット２００とを有する。熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂは室外に設置され、負荷側ユニット２００は室内に設置されている。熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂおよび負荷側ユニット２００は冷媒配管で接続されている。熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂおよび負荷側ユニット２００は、主冷媒回路を構成して冷媒を循環させ、空調対象空間の暖房および冷房を行う。

冷媒配管は、暖房運転時に、ガス冷媒が流れる冷媒配管１０５と、液冷媒または気液二相冷媒が流れる冷媒配管１０６とを含む。熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂと負荷側ユニット２００とを接続する冷媒配管として、冷媒配管１５０Ａ、１５０Ｂおよび冷媒配管１６０Ａ、１６０Ｂが設けられている。また、熱源側ユニット１００Ａおよび熱源側ユニット１００Ｂを接続する冷媒配管として、接続配管１１３が設けられている。

冷媒回路に循環させる冷媒は、特に限定されず、例えば、ＨＦＣ系冷媒であるＲ４１０Ａ、Ｒ４０４ＡまたはＨＦＯ（ハイドロ・フルオロ・オレフィン）等である。冷媒は、自然冷媒であるＣＯ_２またはアンモニア等であってもよい。

本実施の形態１では、空気調和装置１は２台の熱源側ユニットと１台の負荷側ユニットとが接続された構成の場合で説明するが、熱源側ユニットの数が２台以上であれば、これらのユニットの台数は図１に示す場合に限定されない。

［熱源側ユニット］
図１に示した熱源側ユニット１００Ａの構成を説明する。熱源側ユニット１００Ｂは熱源側ユニット１００Ａと同様な構成なため、熱源側ユニット１００Ｂの構成に関する詳細な説明を省略する。

図１に示すように、熱源側ユニット１００Ａは、圧縮機１０１Ａ、四方弁１０２Ａ、熱源側熱交換器１０３Ａ、アキュームレータ１０４Ａおよび送風機１０９Ａを有する。圧縮機１０１Ａの吐出側は冷媒配管１５１Ａを介しては四方弁１０２Ａと接続されている。四方弁１０２Ａは冷媒配管１５３Ａを介して熱源側熱交換器１０３Ａと接続されている。圧縮機１０１Ａの吐出側と熱源側熱交換器１０３Ａとを接続するためのバイパス回路１１５Ａが設けられている。冷媒配管１５３Ａには主回路用弁１０７Ａが設けられ、バイパス回路１１５Ａにはバイパス回路弁１０８Ａが設けられている。四方弁１０２Ａは、冷媒配管１５１Ａ、１５３Ａの他に、冷媒配管１５２Ａ、１５４Ａと接続されている。

熱源側熱交換器１０３Ａは、冷媒配管１５３Ａとの接続口とは反対側の接続口が冷媒配管１５５Ａと接続されている。冷媒配管１５５Ａにはバイパス絞り装置１１６Ａが設けられている。アキュームレータ１０４Ａの冷媒入口は冷媒配管１５６Ａを介して冷媒配管１５４Ａの途中に接続されている。アキュームレータ１０４Ａの冷媒出口は圧縮機１０１Ａの吸入口と接続されている。

圧縮機１０１Ａの吐出側の冷媒配管１５１Ａには、吐出温度センサ１１２Ａおよび吐出圧力センサ１４２Ａが設けられている。アキュームレータ１０４Ａの冷媒入口側の冷媒配管１５６Ａには、流入温度センサ１１１Ａおよび流入圧力センサ１４１Ａが設けられている。冷媒配管１５５Ａにおいて、熱源側熱交換器１０３Ａとの接続口近くに熱交換器温度センサ１１０Ａが設けられている。また、冷媒配管１５５Ａにおいて、バイパス絞り装置１１６Ａを基準にして、熱源側熱交換器１０３Ａとは反対側にバイパス圧力センサ１１４Ａが設けられている。

上述した構成の他に、空気調和装置１を制御する制御部２０が熱源側筐体１２０Ａ内に収容されている。各センサは信号線を介して制御部２０と接続されている。制御部２０の構成の詳細は後で説明する。制御部２０の設置場所は、熱源側ユニット１００Ａに限らず、熱源側ユニット１００Ｂまたは負荷側ユニット２００であってもよい。制御部２０はこれらのユニットと無線または有線で信号を送受信できるように電気的に接続されていればよく、制御部２０の設置場所はこれらのユニット内に限らない。

圧縮機１０１Ａは、吸入する冷媒を圧縮し、冷媒を高温および高圧の状態にして吐出する。四方弁１０２Ａは、空気調和装置１が冷房運転と暖房運転のいずれかの運転状態であるかに応じて、冷媒回路に流れる冷媒の流れを切り替える。具体的には、冷房運転の場合、四方弁１０２Ａは、冷媒配管１５１Ａを冷媒配管１５３Ａと接続し、冷媒配管１５２Ａを冷媒配管１５４Ａと接続する。暖房運転の場合、四方弁１０２Ａは、冷媒配管１５１Ａを冷媒配管１５２Ａと接続し、冷媒配管１５３Ａを冷媒配管１５４Ａと接続する。

なお、空気調和装置１が冷房運転をする場合、熱源側熱交換器１０３Ａは凝縮器として機能する。以下では、熱源側熱交換器１０３Ａが凝縮器として機能する場合の熱源側ユニット１００Ａの運転を冷房用運転と称する。また、熱源側熱交換器１０３Ａが蒸発器として機能する場合の熱源側ユニット１００Ａの運転を暖房用運転と称する。熱源側熱交換器１０３Ａの除霜を行うときの熱源側ユニット１００Ａの運転を除霜運転と称する。

熱源側熱交換器１０３Ａは、周囲の空気と熱源側熱交換器１０３Ａ内を流れる冷媒との熱交換を行う。熱源側熱交換器１０３Ａは、蒸発器として機能する場合、冷媒を蒸発ガス化させる。熱源側熱交換器１０３Ａは、放熱器（凝縮器）として機能する場合、冷媒を凝縮液化させる。本実施の形態１では、熱源側熱交換器１０３Ａは１台の熱交換器を有する場合で説明するが、複数の熱交換器を有する構成であってもよい。

送風機１０９Ａは、熱源側熱交換器１０３Ａに送風する。アキュームレータ１０４Ａは、四方弁１０２Ａと圧縮機１０１Ａとの間に配置され、過剰な冷媒を貯留する。アキュームレータ１０４Ａは、例えば、過剰な冷媒を貯留する容器である。

主回路用弁１０７Ａおよびバイパス回路弁１０８Ａは、例えば、電磁弁であり、弁開度を調整することで、冷媒回路に流れる冷媒の流量を調整する。主回路用弁１０７Ａは、四方弁１０２Ａと熱源側熱交換器１０３Ａとの間の流路に配置されている。バイパス回路弁１０８Ａは、圧縮機１０１Ａの吐出側と熱源側熱交換器１０３Ａとの間の流路に配置されている。主回路用弁１０７Ａおよびバイパス回路弁１０８Ａは、熱源側熱交換器１０３Ａを圧縮機１０１Ａの吸入側または吐出側に接続させる回路切替部１１７Ａを構成する。

熱交換器温度センサ１１０Ａ、流入温度センサ１１１Ａおよび吐出温度センサ１１２Ａは、例えば、サーミスタである。熱交換器温度センサ１１０Ａは、熱源側熱交換器１０３Ａに流れる冷媒の温度を検知する。流入温度センサ１１１Ａは、アキュームレータ１０４Ａに流入する冷媒の温度を検知する。吐出温度センサ１１２Ａは、圧縮機１０１Ａから吐出される冷媒の温度を検知する。

熱交換器温度センサ１１０Ａは、例えば、熱源側熱交換器１０３Ａに取り付けられる。熱交換器温度センサ１１０Ａは、空気調和装置１の冷房運転および除霜運転の各運転状態において冷媒流出側の冷媒温度を検出する。また、熱交換器温度センサ１１０Ａは、図１に示すように、熱源側熱交換器１０３Ａとバイパス絞り装置１１６Ａとの間に設置されてもよい。この場合、熱交換器温度センサ１１０Ａは、熱源側ユニット１００Ａが暖房用運転時に熱源側熱交換器１０３Ａに流入する冷媒の温度を検知する。そのため、制御部２０は、熱交換器温度センサ１１０Ａが検知する温度に基づいて、熱源側ユニット１００Ａが、除霜運転を行っているか、暖房用運転を行っているかを判断することができる。

流入圧力センサ１４１Ａ、吐出圧力センサ１４２Ａおよびバイパス圧力センサ１１４Ａは冷媒の圧力を検知するセンサである。流入圧力センサ１４１Ａはアキュームレータ１０４Ａに流入する冷媒の圧力を検知する。吐出圧力センサ１４２Ａは圧縮機１０１Ａから吐出される冷媒の圧力を検知する。バイパス圧力センサ１１４Ａは、熱源側熱交換器１０３Ａの除霜時にバイパス絞り装置１１６Ａから流出する冷媒の圧力を検知する。

制御部２０は、流入圧力センサ１４１Ａが検知する圧力の値からアキュームレータ１０４Ａに流れ込む冷媒の飽和温度を得ることができる。制御部２０は、飽和温度と流入温度センサ１１１Ａの温度とを比較することによりアキュームレータ１０４Ａに流入する冷媒の状態が過熱ガスであるかどうかを判断することができる。

制御部２０は、吐出圧力センサ１４２Ａが検知する圧力の値から圧縮機１０１Ａから吐出される冷媒の飽和温度を得ることができる。制御部２０は、飽和温度と吐出温度センサ１１２Ａの温度とを比較することにより圧縮機１０１Ａから吐出される冷媒の状態が過熱ガスであるかどうかを判断することができる。

制御部２０は、バイパス圧力センサ１１４Ａが検知する圧力と吐出圧力センサ１４２Ａが検知する圧力とを比較することで、熱源側熱交換器１０３Ａにおいて、冷媒の潜熱を利用して除霜が行われているか否かを判断することができる。なお、負荷側ユニット２００に供給する冷媒を過冷却するための冷媒熱交換器が冷媒配管１５５Ａに設けられていてもよい。

［負荷側ユニット］
図１に示した負荷側ユニット２００の構成を説明する。負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１、負荷側絞り装置２０２、および送風機２０３を有する。これらの構成は負荷側筐体２０４内に収容されている。負荷側熱交換器２０１と負荷側絞り装置２０２とは直列に接続されている。負荷側熱交換器２０１は冷媒配管１０５に接続され、負荷側絞り装置２０２は冷媒配管１０６に接続されている。

負荷側熱交換器２０１は、空調対象空間の空気と負荷側熱交換器２０１内を流れる冷媒との熱交換を行う。負荷側熱交換器２０１は、蒸発器として機能する場合、冷媒を蒸発ガス化させる。負荷側熱交換器２０１は、放熱器として機能する場合、冷媒を凝縮液化させる。送風機２０３は、負荷側熱交換器２０１に送風する。

負荷側絞り装置２０２は、減圧弁および膨張弁として機能し、冷媒を減圧および膨張させる。負荷側絞り装置２０２は、例えば、弁開度を可変に制御できる電子式膨張弁であり、弁開度を調整することで、緻密な流量制御を行うことができる。負荷側絞り装置２０２は、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段であってもよい。

［ユニット間を接続する構成］
熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂと負荷側ユニット２００との間に、冷媒配管１０５を冷媒配管１５０Ａ、１５０Ｂに分岐するヘッダー１３２が設けられている。冷媒配管１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれは冷媒配管１５２Ａ、１５２Ｂのそれぞれと接続されている。また、冷媒配管１０６を冷媒配管１６０Ａ、１６０Ｂに分岐するヘッダー１３４が設けられている。冷媒配管１６０Ａ、１６０Ｂのそれぞれは冷媒配管１５５Ａ、１５５Ｂのそれぞれと接続されている。接続配管１１３は熱源側ユニット１００Ａの冷媒配管１５４Ａおよび熱源側ユニット１００Ｂの冷媒配管１５４Ｂと接続されている。

［制御部の構成］
図２は、図１に示した空気調和装置における制御を説明するための機能ブロック図である。図２に示すように、制御部２０は、プログラムを記憶するメモリ２１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２２とを有する。メモリ２１は、例えば、不揮発性メモリである。制御部２０は、圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂ、送風機１０９Ａ、１０９Ｂおよび送風機２０３と信号線を介して接続されている。制御部２０は、主回路用弁１０７Ａ、１０７Ｂ、バイパス回路弁１０８Ａ、１０８Ｂ、四方弁１０２Ａ、１０２Ｂ、バイパス絞り装置１１６Ａ、１１６Ｂおよび負荷側絞り装置２０２と信号線を介して接続されている。

また、制御部２０は、熱交換器温度センサ１１０Ａ、１１０Ｂ、流入温度センサ１１１Ａ、１１１Ｂおよび吐出温度センサ１１２Ａ、１１２Ｂと信号線を介して接続されている。制御部２０には、これらの温度センサから温度の値を示す信号である温度検知信号が入力される。制御部２０は、流入圧力センサ１４１Ａ、１４１Ｂ、吐出圧力センサ１４２Ａ、１４２Ｂおよびバイパス圧力センサ１１４Ａと信号線を介して接続されている。制御部２０には、これらの圧力センサから圧力の値を示す信号である圧力検知信号が入力される。制御部２０は、室内に設置されたリモートコントローラ（不図示）と信号線を介して接続されている。

制御部２０は、リモートコントローラ（不図示）から入力される指示と各センサから入力される検知信号とに基づいて、圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂ、送風機１０９Ａ、１０９Ｂおよび送風機２０３の起動および停止と、これらの機器の運転周波数を制御する。また、制御部２０は、リモートコントローラ（不図示）から入力される指示と各センサから入力される検知信号とに基づいて、主回路用弁１０７Ａ、１０７Ｂおよびバイパス回路弁１０８Ａ、１０８Ｂの開閉と、四方弁１０２Ａ、１０２Ｂにおける流路の切り替えを制御する。制御部２０は、リモートコントローラ（不図示）から入力される指示と各センサから入力される検知信号とに基づいて、バイパス絞り装置１１６Ａ、１１６Ｂおよび負荷側絞り装置２０２の開度を制御する。

図３は、図２に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御部２０は、冷凍サイクル制御手段３１と、流路制御手段３２と、圧力制御手段３３とを有する。図２に示したＣＰＵ２２がプログラムを実行することで、冷凍サイクル制御手段３１、流路制御手段３２および圧力制御手段３３が空気調和装置１に構成される。

冷凍サイクル制御手段３１は、リモートコントローラ（不図示）から暖房運転の指示が入力されると、主回路用弁１０７Ａ、１０７Ｂを開状態、バイパス回路弁１０８Ａ、１０８Ｂを閉状態、バイパス絞り装置１１６Ａ、１１６Ｂの開度を全開にした状態で圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂと送風機１０９Ａ、１０９Ｂ、２０３を起動する。冷凍サイクル制御手段３１は、各種センサの値に基づいて、圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂおよび送風機１０９Ａ、１０９Ｂ、２０３の運転周波数と、負荷側絞り装置２０２の開度を制御する。

冷凍サイクル制御手段３１は、熱交換器温度センサ１１０Ａ、１１０Ｂが検知する温度を監視する。冷凍サイクル制御手段３１は、熱交換器温度センサ１１０Ａ、１１０Ｂのうち、いずれかの温度センサが検知する温度が予め決められた閾値以上になると、その温度センサに対応する熱源側熱交換器に生じた霜により蒸発器としての能力が低下していると判断する。そして、冷凍サイクル制御手段３１は、除霜が必要と判断した熱源側熱交換器を含む熱源側ユニットを流路制御手段３２に通知する。なお、冷凍サイクル制御手段３１は、除霜運転が必要な熱源側ユニットを指示する入力がリモートコントローラ（不図示）からあったとき、除霜運転させる熱源側ユニットを流路制御手段３２に通知してもよい。

流路制御手段３２は、冷凍サイクル制御手段３１から通知された熱源側ユニットにおいて、回路切替部を制御して圧縮機から吐出される冷媒の一部を熱源側熱交換器に流入させる。そして、流路制御手段３２は、除霜運転させる熱源側ユニットを圧力制御手段３３に通知する。例えば、熱源側ユニット１００Ａが除霜運転を行う場合、流路制御手段３２は、バイパス回路弁１０８Ａを開け、主回路用弁１０７Ａを閉じる。流路制御手段３２は、除霜運転させる熱源側ユニット１００Ａを圧力制御手段３３に通知する。なお、暖房用運転を行っている熱源側ユニット１００Ｂに対しては、流路制御手段３２は、回路切替部１１７Ｂを制御して、バイパス回路弁１０８Ａを閉状態、主回路用弁１０７Ａを開状態にしておく。

圧力制御手段３３は、流路制御手段３２から通知された熱源側ユニット１００Ａにおいて、吐出圧力センサ１４２Ａが検知する圧力Ｐｈとバイパス圧力センサ１１４Ａが検知する圧力Ｐｂとの差が予め決められた値Δｐ以上になるようにバイパス絞り装置１１６Ａの開度を調節する。

［空気調和装置における暖房運転時の動作］
次に、空気調和装置１の暖房運転時の動作について説明する。熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂにおいて、主回路用弁１０７Ａ、１０７Ｂは開状態であり、バイパス回路弁１０８Ａ、１０８Ｂは閉状態である。以下の説明では、高圧および低圧は、冷媒回路内における圧力の相対的な関係を表すものとする。温度についても、圧力と同様であり、高温および低温は、冷媒回路内における温度の相対的な関係を表す。

熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂの圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂで加圧された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１０２Ａ、１０２Ｂを通って、ヘッダー１３２に流入する。圧縮機１０１Ａで加圧された冷媒と圧縮機１０１Ｂで加圧された冷媒とが、ヘッダー１３２で合流して、負荷側ユニット２００に流入する。

負荷側ユニット２００に流入した冷媒は、負荷側熱交換器２０１を通過する際、室内の空気と熱交換を行って放熱し、凝縮する。負荷側熱交換器２０１に流入する冷媒の圧力は、負荷側絞り装置２０２によって調整される。負荷側熱交換器２０１内を通過した中間圧力の液体または気液二相状態の冷媒は、ヘッダー１３４で分流し、熱源側ユニット１００Ａおよび熱源側ユニット１００Ｂに流入する。

熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂに流入した冷媒は、熱源側熱交換器１０３Ａ、１０３Ｂを通過する際、外気と熱交換を行うことで蒸発してガス冷媒となる。このガス冷媒は、四方弁１０２Ａ、１０２Ｂおよびアキュームレータ１０４Ａ、１０４Ｂを介して圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂに吸入される。圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂに吸入された冷媒は、再び加圧されて圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂから吐出される。

［空気調和装置における除霜運転時の動作］
次に、本実施の形態１における空気調和装置１の除霜運転時の動作について、図１および図４を参照して説明する。図４は、図１に示した空気調和装置の除霜運転時の動作手順を示すフローチャートである。ここでは、熱源側ユニット１００Ｂが暖房用運転を行いながら、熱源側ユニット１００Ａが除霜運転を行う場合で説明する。初期状態では、流路制御手段３２の制御にしたがって、主回路用弁１０７Ａ、１０７Ｂは開状態であり、バイパス回路弁１０８Ａ、１０８Ｂは閉状態になっている。

熱源側ユニット１００Ａにて、除霜運転を行う場合、制御部２０は、バイパス回路弁１０８Ａを開け、主回路用弁１０７Ａを閉じる（ステップＳ１）。これによって、圧縮機１０１Ａから吐出される高温冷媒の一部は、バイパス回路弁１０８Ａを経由して熱源側熱交換器１０３Ａに流入する。なお、圧縮機１０１Ａから吐出される高温冷媒のうち、熱源側熱交換器１０３Ａに流入する冷媒を除く冷媒は、冷媒配管１５２Ａおよびヘッダー１３２を介して、負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１に流入する。

高温の冷媒は、熱源側熱交換器１０３Ａに流入すると、熱源側熱交換器１０３Ａに付着した霜と熱交換を行う。具体的には、熱源側熱交換器１０３Ａに付着した霜は、高温のガス冷媒の熱を吸熱する。その結果、熱源側熱交換器１０３Ａに付着した霜は、融解して流れ落ちる。このとき、上記のように、主回路用弁１０７Ａは閉状態なので、除霜後の冷媒はアキュームレータ１０４Ａへは流れず、バイパス絞り装置１１６Ａによって減圧された後、冷媒配管１５５Ａから冷媒配管１６０Ａを経由してヘッダー１３４に到達する。なお、制御部２０は、除霜運転を行っている熱源側ユニット１００Ａの送風機１０９Ａを停止してもよい。この場合、外気の吸熱による除霜性能の悪化を抑えることができる。

制御部２０は、バイパス圧力センサ１１４Ａから圧力Ｐｂの値を読み、吐出圧力センサ１４２Ａから圧力Ｐｈの値を読む。そして、制御部２０は、圧力Ｐｈと圧力Ｐｂとの差が予め決められた値Δｐ以上か否かを判定する（ステップＳ２）。制御部２０は、（圧力Ｐｈ−圧力Ｐｂ）の値がΔｐ以上であれば、圧力Ｐｂの監視を継続する。ステップＳ２の判定の結果、（圧力Ｐｈ−圧力Ｐｂ）の値がΔｐより小さい場合、制御部２０は、（圧力Ｐｈ−圧力Ｐｂ）の値がΔｐ以上になるように、バイパス絞り装置１１６Ａの開度を調節する（ステップＳ３）。熱源側熱交換器１０３Ａにおける圧力が圧縮機１０１Ａの吸入圧力と同程度まで低い圧力になってしまうと、除霜時に冷媒の顕熱分の熱交換しか行えず、冷媒流量に対して高い除霜能力が得られないからである。

除霜対象の熱交換器の冷媒圧力は除霜運転中の除霜能力と暖房運転の暖房能力に影響する。除霜対象の熱交換器の冷媒圧力が低いと、除霜時の冷媒飽和温度は外気温度と比較して低くなり、冷媒の潜熱を利用できず除霜能力が小さくなってしまう。一方、除霜対象の熱交換器の冷媒圧力が高くなるほど、除霜対象の熱交換器での冷媒飽和温度が高くなり、除霜に冷媒潜熱を利用でき除霜能力は上がるが、除霜熱交換器でより多くの冷媒が凝縮し、暖房運転側が冷媒不足となり暖房能力が発揮できなくなってしまう。そこで、除霜対象の熱交換器の冷媒圧力を系内の冷媒を過不足無く使用できる（余剰冷媒分が除霜熱交にたまる）圧力にするのが、最も除霜能力および暖房能力の観点で効率の良い運転状態となる。

冷媒の潜熱を利用して除霜を行うためには、除霜対象の熱交換器において、圧縮機から流入するガス冷媒の一部が液化するような圧力になっていればよい。本実施の形態１では、制御部２０が、バイパス絞り装置１１６Ａの開度を制御して、熱源側熱交換器１０３Ａから流出するガス冷媒の流路を絞って熱源側熱交換器１０３Ａを凝縮器のように機能させることで、熱源側熱交換器１０３Ａにおいてガス冷媒の一部を液化させる。具体的には、圧力制御手段３３は、（圧力Ｐｈ−圧力Ｐｂ）の値が熱源側熱交換器１０３Ａにおいてガス冷媒の一部が液化する値になるようにバイパス絞り装置１１６Ａの開度を調節する。（圧力Ｐｈ−圧力Ｐｂ）とバイパス絞り装置１１６Ａの開度との関係が予めメモリ２１に登録されていてもよい。
ただし、熱源側熱交換器１０３Ａにおいて、ガス冷媒の全てを液化させる必要はない。例えば、上記のように送風機１０９Ａを停止すれば、必要以上にガス冷媒を液化してしまうことを防げる。

図１および図４の説明に戻ると、熱源側ユニット１００Ａが除霜運転を行っている間、熱源側ユニット１００Ｂは暖房用運転を行う。すなわち、圧縮機１０１Ｂで加圧された高温高圧のガス冷媒は、ヘッダー１３２および冷媒配管１０５を通って、負荷側ユニット２００の負荷側熱交換器２０１内に流入する。負荷側熱交換器２０１内を通過した中間圧力の液体または気液二相状態の冷媒は、冷媒配管１０６を通ってヘッダー１３４に到達する。

ヘッダー１３４において、除霜熱交を行う熱源側熱交換器１０３Ａを通過した冷媒と、負荷側ユニット２００から冷媒配管１０６を通って戻ってきた冷媒とが合流する。合流後の冷媒は、熱源側ユニット１００Ｂの熱源側熱交換器１０３Ｂを通過する際、外気と熱交換を行うことで蒸発してガス冷媒となる。暖房用運転を行っている熱源側ユニット１００Ｂの熱源側熱交換器１０３Ｂは蒸発器として機能しているので、蒸発性能を促進させるために送風機１０９Ｂを運転させた方がよい。

熱源側熱交換器１０３Ｂを通過したガス冷媒の一部は、冷媒配管１５３Ｂ、１５４Ｂ、１５６Ｂおよびアキュームレータ１０４Ｂを経由して圧縮機１０１Ｂに戻る。熱源側熱交換器１０３Ｂを通過したガス冷媒の残りは、接続配管１１３を通って、熱源側ユニット１００Ａに戻る。具体的には、接続配管１１３を通過した冷媒は、冷媒配管１５４Ａ、１５６Ａおよびアキュームレータ１０４Ａを経由して圧縮機１０１Ａに戻る。圧縮機１０１Ａおよび圧縮機１０１Ｂに戻った冷媒は、吸入され加圧された後、吐出される。

図４に示す手順において、制御部２０は、除霜終了になるまで、ステップＳ２およびステップＳ３の処理を繰り返す（ステップＳ４）。除霜終了は、例えば、除霜運転開始からの時間が予め決められた時間に到達した場合、リモートコントローラ（不図示）から除霜運転の終了の指示が入力された場合、および他の熱源側ユニットで除霜運転が必要になった場合などである。

図１および図４を参照して、熱源側ユニット１００Ａが除霜運転を行い、熱源側ユニット１００Ｂが暖房用運転を行う場合で説明したが、熱源側ユニット１００Ｂが除霜運転を行い、熱源側ユニット１００Ａが暖房用運転を行ってもよい。このように、熱源側ユニット１００Ａおよび熱源側ユニット１００Ｂのうち、一方のユニットが除霜運転を行い、他方のユニットが暖房用運転を行うことで、暖房運転を行いながら除霜運転を行うことができる。

熱源側ユニットが３つ以上の場合、除霜運転を行う一部の熱源側ユニットが熱源側ユニット１００Ａと同様に動作し、暖房用運転を行う他の熱源側ユニットは熱源側ユニット１００Ｂと同様に動作すればよい。熱源側ユニットの総数がＸｔであり、Ｘｔのうち、暖房用運転を行う熱源側ユニットの数をＸｗとし、除霜運転を行う熱源側ユニットの数をＸｄとすると、ＸｗとＸｄの関係は、Ｘｗ≧Ｘｄ、Ｘｔ＝Ｘｗ＋Ｘｄであることが望ましい。

本実施の形態１の空気調和装置は、複数の熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂと、負荷側ユニット２００と、負荷側熱交換器２０１に接続される冷媒配管１０５を複数の圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂに分岐するヘッダー１３２と、負荷側絞り装置２０２に接続される冷媒配管を複数の熱源側熱交換器１０３Ａ、１０３Ｂに分岐するヘッダー１３４と、複数の熱源側熱交換器１０３Ａ、１０３Ｂとヘッダー１３４との間に設けられた複数のバイパス絞り装置１１６Ａ、１１６Ｂと、熱源側熱交換器１０３Ａ、１０３Ｂを圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂの吸入側または吐出側に接続させる回路切替部１１７Ａ、１１７Ｂと、複数の圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂの吐出側に対応して設けられた複数の吐出圧力センサ１４２Ａ、１４２Ｂと、複数のバイパス絞り装置１１６Ａ、１１６Ｂとヘッダー１３４との間に設けられた複数のバイパス圧力センサ１１４Ａ、１１４Ｂと、制御部２０とを有し、制御部２０は、除霜運転を行う一部の熱源側ユニット１００Ａにおいて、圧縮機１０１Ａから吐出される冷媒の一部を熱源側熱交換器１０３Ａに流入させる流路制御手段３２と、吐出圧力センサ１４２Ａが検知する圧力とバイパス圧力センサ１１４Ａが検知する圧力との差が予め決められた値以上になるようにバイパス絞り装置１１６Ａの開度を調節する圧力制御手段３３とを有するものである。

本実施の形態１によれば、複数の熱源側ユニットを有する空気調和装置において暖房運転を継続しながら一部の熱源側ユニットを除霜運転する際、除霜対象の熱源側熱交換器の下流側の冷媒圧力と圧縮機の吐出圧力との差が予め決められた値以上になるように除霜対象の熱源側熱交換器の圧力を適正に制御することにより、冷媒の一部を液化し、冷媒の潜熱を利用して除霜能力を高められるだけでなく、高い暖房能力を維持できる。

本実施の形態１において、流路制御手段３２が、他の熱源側ユニット１００Ｂの回路切替部１１７Ｂを制御して熱源側熱交換器１０３Ｂを、複数の圧縮機１０１Ａ、１０１Ｂの吸入側と接続される接続配管１１３に接続させるようにしてもよい。除霜運転で使用された冷媒がヘッダー１３４を介して他の熱源側ユニット１００Ｂに流入するので、暖房および除霜で使用された冷媒が熱源側ユニット１００Ｂで気化された後、接続配管１１３を介して複数の熱源側ユニット１００Ａ、１００Ｂに分配される。そのため、暖房用運転を行う熱源側ユニット１００Ｂに冷媒が偏ってしまうことを防ぐことができる。

特許文献１および特許文献２に開示された装置およびシステムでは、暖房用運転を行う熱源側ユニットと除霜運転を行う熱源側ユニットとの運転サイクルの違いから暖房用運転を行う熱源側ユニットに冷媒が偏ってしまう。長時間除霜運転を続けると、除霜運転を行う熱源側ユニットの圧縮機の吐出温度が過昇になり、圧縮機への多量の液流入(液バック)等を引き起こし、圧縮機は安定した運転ができなくなってしまう。これに対して、本実施の形態１のように接続配管１１３が空気調和装置に設けられていると、除霜運転を行う熱源側ユニット１００Ａと暖房用運転を行う他の熱源側ユニット１００Ｂとに均等に冷媒が戻り、暖房用運転を行う熱源側ユニット１００Ｂに冷媒が偏ってしまうことを防ぐことができる。

また、除霜運転を行う熱源側ユニット１００Ａにおいて、圧力制御手段３３は、吐出圧力センサ１４２Ａが検知する圧力とバイパス圧力センサ１１４Ａが検知する圧力との差が、熱源側熱交換器１０３Ａにおける冷媒の一部が液化する値になるようにバイパス絞り装置１１６Ａの開度を調節してもよい。この場合、熱源側熱交換器１０３Ａを凝縮器のように機能させることになるので、冷媒の一部が液化し、冷媒の潜熱を利用した除霜を確実に行うことができる。

１ 空気調和装置、２０ 制御部、２１ メモリ、２２ ＣＰＵ、３１ 冷凍サイクル制御手段、３２ 流路制御手段、３３ 圧力制御手段、１００Ａ、１００Ｂ 熱源側ユニット、１０１Ａ、１０１Ｂ 圧縮機、１０２Ａ、１０２Ｂ 四方弁、１０３Ａ、１０３Ｂ 熱源側熱交換器、１０４Ａ、１０４Ｂ アキュームレータ、１０５、１０６ 冷媒配管、１０７Ａ、１０７Ｂ 主回路用弁、１０８Ａ、１０８Ｂ バイパス回路弁、１０９Ａ、１０９Ｂ 送風機、１１０Ａ、１１０Ｂ 熱交換器温度センサ、１１１Ａ、１１１Ｂ 流入温度センサ、１１２Ａ、１１２Ｂ 吐出温度センサ、１１３ 接続配管、１１４Ａ、１１４Ｂ バイパス圧力センサ、１１５Ａ、１１５Ｂ バイパス回路、１１６Ａ、１１６Ｂ バイパス絞り装置、１１７Ａ、１１７Ｂ 回路切替部、１２０Ａ 熱源側筐体、１３２、１３４ ヘッダー、１４１Ａ、１４１Ｂ 流入圧力センサ、１４２Ａ、１４２Ｂ 吐出圧力センサ、１５０Ａ〜１５６Ａ、１５０Ｂ〜１５６Ｂ、１６０Ａ、１６０Ｂ 冷媒配管、２００ 負荷側ユニット、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側絞り装置、２０３ 送風機、２０４ 負荷側筐体。

Claims (3)

1. 圧縮機および熱源側熱交換器を含む複数の熱源側ユニットと、
   負荷側熱交換器および負荷側絞り装置を含む負荷側ユニットと、
   前記負荷側熱交換器に接続される冷媒配管を複数の前記圧縮機に分岐する第１ヘッダーと、
   前記負荷側絞り装置に接続される冷媒配管を複数の前記熱源側熱交換器に分岐する第２ヘッダーと、
   前記複数の熱源側熱交換器と前記第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス絞り装置と、
   前記複数の熱源側ユニットのそれぞれに設けられ、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機の吸入側または吐出側に接続させる回路切替部と、
   前記複数の圧縮機の吐出側に対応して設けられた複数の吐出圧力センサと、
   前記複数のバイパス絞り装置と前記第２ヘッダーとの間に設けられた複数のバイパス圧力センサと、
   前記複数の熱源側ユニットのうち、一部の熱源側ユニットに前記熱源側熱交換器の除霜を行わせるとともに、他の熱源側ユニットの前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させる制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記一部の熱源側ユニットにおいて、前記回路切替部を制御して前記圧縮機から吐出される冷媒の一部を前記熱源側熱交換器に流入させる流路制御手段と、
   前記一部の熱源側ユニットにおいて、前記吐出圧力センサが検知する圧力と前記バイパス圧力センサが検知する圧力との差が予め決められた値以上になるように前記バイパス絞り装置の開度を調節する圧力制御手段と、
   を有する空気調和装置。
2. 前記流路制御手段は、前記他の熱源側ユニットにおいて、前記回路切替部を制御することで前記熱源側熱交換器を、前記複数の圧縮機の吸入側と接続される接続配管に接続させる、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記圧力制御手段は、前記一部の熱源側ユニットにおいて、前記吐出圧力センサが検知する圧力と前記バイパス圧力センサが検知する圧力との差が、前記熱源側熱交換器における前記冷媒の一部が液化する値になるように前記バイパス絞り装置の開度を調節する、請求項１または２に記載の空気調和装置。

Images