| 【発明の名称】 |
空気調和装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小野 達生
【氏名】河西 智彦
【氏名】外囿 圭介
【氏名】上野 嘉夫
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| 【要約】 |
【課題】複数の熱源機を並列に配管接続して運転する空気調和装置の、据付け性、冷媒や油の好適分流性などを改善すること。
【解決手段】この空気調和装置は、主熱源機５ａと、主熱源機５ａよりも最大空調能力の小さな従熱源機５ｂと、複数の利用側熱交換器７ａ，７ｂとを備えており、これらの間は第１合流管８Ａと第２合流管９Ａの２本で配管接続されて冷媒回路を構成してある。更に、主圧縮機１ａを容量可変に構成し、主ケーシング３５ａと従ケーシング３５ｂの寸法比を各熱源機５ａ，５ｂの最大空調能力比に応じて設定し、空調運転にあたっては主熱源機５ａを容量制御により常時運転し、かつ、従熱源機５ｂを選択的に運転・停止するように構成してある。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、前記主熱源機と前記従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、前記複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に前記第１合流部と前記第３合流部とが第１合流管により配管接続され、前記第２合流部と前記第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、前記主圧縮機を容量可変に構成し、前記主熱源機の主ケーシングと前記従熱源機の従ケーシングをそれぞれ概略箱型形状に形成し、前記主熱源機の最大空調能力と前記従熱源機の最大空調能力との比を概略１００：４０から１００：６５の範囲に設定し、前記主ケーシングの横幅または奥行き寸法と前記従ケーシングの横幅または奥行き寸法との比を前記主熱源機の最大空調能力と前記従熱源機の最大空調能力との比を応じて設定するとともに、空調運転にあたり前記主熱源機を容量制御により常時運転し、かつ、前記従熱源機を選択的に運転・停止するようにしたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】 主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、前記主熱源機と前記従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、前記複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に前記第１合流部と前記第３合流部とが第１合流管により配管接続され、前記第２合流部と前記第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、前記従熱交換器から前記第１合流部までの冷媒回路に、冷媒流量を調整する第１流量制御装置を設けたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】 主圧縮機、主熱交換器、主アキュムレータを有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器、従アキュムレータを有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、前記主熱源機と前記従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、前記複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に前記第１合流部と前記第３合流部とが第１合流管により配管接続され、前記第２合流部と前記第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、前記主圧縮機吐出側の冷媒回路に設けられた主油分離器と、前記主アキュムレータ内に設けられた主油貯溜部と、前記主油分離器と前記主油貯溜部とを連通する第１主バイパス管と、前記主油貯溜部から前記主圧縮機に油を戻す主返油管と、前記従圧縮機吐出側の冷媒回路に設けられた従油分離器と、前記従アキュムレータ内に設けられた従油貯溜部と、前記従油分離器と前記従油貯溜部とを連通する第１従バイパス管と、前記従油貯溜部から前記従圧縮機に油を戻す従返油管と、前記主油貯溜部と前記従油貯溜部とを連通する均油管とを備え、前記均油管の前記主油貯溜部側の接続開口部は前記主油貯溜部内の液量が第１所定量以下となった時に前記主油貯溜部内の液と接しない部分に位置し、かつ、前記均油管の前記従油貯溜部側の接続開口部は前記従油貯溜部内の液量が第２所定量以下となった時に前記従油貯溜部内の液と接しない部分に位置するように、前記均油管を配置したことを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】 主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、前記主熱源機と前記従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、前記複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に前記第１合流部と前記第３合流部とが第１合流管により配管接続され、前記第２合流部と前記第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、前記従圧縮機吐出側の冷媒回路に、冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁を備えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】 主圧縮機、主四方切換弁、主熱交換器、主アキュムレータを有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従四方切換弁、従熱交換器、従アキュムレータを有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、前記主熱源機と前記従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、前記複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に前記第１合流部と前記第３合流部とが第１合流管により配管接続され、前記第２合流部と前記第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、前記従圧縮機と前記従四方切換弁の間の冷媒回路に配備され冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁と、前記従逆止弁と前記従四方切換弁との間の冷媒回路から、前記従アキュムレータにまたは前記従四方切換弁と前記従アキュムレータとの間の冷媒回路に連結され第２流量制御装置を有する第２従バイパス管と、前記従アキュムレータから前記従熱交換器と利用側熱交換器との間の冷媒回路に連結され第３流量制御装置を有する第３従バイパス管とを備えていることを特徴とする空気調和装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の熱源機を並列に配管接続して運転する空気調和装置に係り、特に、据付け性、冷媒や油の好適分流性などを改善することのできる空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の空調、特に大形のビル用空調機の場合、空調機の能力別の機種揃えは、冷房能力２．８ｋＷを１馬力と称して、８，１０，１６，２０馬力のものを単位とした組合わせが主流であった。このため、例えば３０馬力の能力が必要な場合は、図１３のごとく、１０馬力の空調機と２０馬力の空調機を個別に２台設置するなどしていた。また、同じ容量の熱源機を複数台設置したほうが固定位置が決めやすいなどの利点から、図１４のごとく、１０馬力の空調機を３台組合わせて設置することもある。
【０００３】そして最近では、図１５のように、８馬力または１０馬力の熱源機を一つの単位ユニットとして、例えば３０馬力だと、１０馬力容量の熱源機を３台用意し、各熱源機から出た配管を一つに合流させて室内機に導くという複数熱源機の合流システムが出現している。この複数熱源機合流システムは、図１６に示すように、空調負荷に応じて３台の熱源機を順次運転させるといった運転形態を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば複数熱源機合流システムで３０馬力のものを設置する際に最小単位を１０馬力とすると、３台の熱源機の設置が必要となり、ビルの屋上に搬入する場合などはクレーン車による吊り上げ作業を３回も必要とするため、工事にかかる時間的、費用的な負担も大きかった。通常、熱源機の配置を検討する際に空調負荷は何馬力という単位で考えるのに対し、熱源機の空調能力と熱源機の形状寸法（横幅寸法など）とが比例していないと、各熱源機個別の寸法を常に念頭において設置寸法を設計しなければならない。そのため、何か空調負荷設計に変更があった場合には、もう一度配置設計も大きく見直す必要があるといった煩わしさもあった。
【０００５】また、複数の熱源機が個別に存在していることから、室内機から熱源機に戻る液冷媒や冷凍機油などは、個々の熱源機から出る冷媒循環量や油吐出量に応じた量が各熱源機に戻ることが理想である。ところが、実際には各熱源機から出る冷媒量や油量に対し、戻ってくる量を同等に制御するのは熱源機の台数が増えれば増えるほど困難となる。すなわち、液冷媒や油の戻り量が一部の熱源機で過剰気味となり、他方の熱源機では不足気味になってしまう。このように、液冷媒の戻りが過剰となると、液量過多による圧縮機への液バックが発生したり、あるいは油量の戻りが不足すると、油不足による圧縮機の潤滑不良損傷の問題も発生することとなる。
【０００６】特に、実際の空調機容量の設定は、図１３のように、年間の負荷の中で最大負荷となった時でも対応できるように設定されているが、中間期などはあまり運転容量が大きくなく、能力全体の何分の一かでこと足りるのである。この時、複数の熱源機を組合わせて１つの空調システムとする場合でも、熱源機１台あたりの最大能力が小さいものを数多く組合わせた場合には、中間期といえども複数の熱源機を同時に運転する頻度が増え、上述の油や液冷媒の戻りに関して問題が多発する。
【０００７】更に、複数の熱源機が冷媒回路内に並列に設けられている場合、その一部の熱源機が停止していると、運転熱源機からの吐出冷媒が室内機に行く途中で停止中の熱源機に逆流する。これにより、停止中の圧縮機に冷媒が溜まりこんで油が希釈され、次に起動する際には圧縮機内の油濃度が低下したままで運転せざるを得なかった。
【０００８】また、室内機から戻ってくる冷媒の一部が停止中の熱源機のアキュムレータに溜まって液冷媒量が過剰になり、圧縮機を起動すると、過剰な液冷媒をそのまま吸い込んで液バックによる圧縮機損傷につながることから、圧縮機を運転できない状況が発生する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決するため、この発明に係る空気調和装置は、主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、主熱源機と従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に第１合流部と第３合流部とが第１合流管により配管接続され、第２合流部と第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、主圧縮機を容量可変に構成し、主熱源機の主ケーシングと従熱源機の従ケーシングをそれぞれ概略箱型形状に形成し、主熱源機の最大空調能力と従熱源機の最大空調能力との比を概略１００：４０から１００：６５の範囲に設定し、主ケーシングの横幅または奥行き寸法と従ケーシングの横幅または奥行き寸法との比を主熱源機の最大空調能力と従熱源機の最大空調能力との比に応じて設定するとともに、空調運転にあたり主熱源機を容量制御により常時運転し、かつ、従熱源機を選択的に運転・停止するように構成してある。
【００１０】また、主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、主熱源機と従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に第１合流部と第３合流部とが第１合流管により配管接続され、第２合流部と第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、従熱交換器から第１合流部までの冷媒回路に、冷媒流量を調整する第１流量制御装置を設けたものである。
【００１１】更に、主圧縮機、主熱交換器、主アキュムレータを有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器、従アキュムレータを有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、主熱源機と従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に第１合流部と第３合流部とが第１合流管により配管接続され、第２合流部と第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、主圧縮機吐出側の冷媒回路に設けられた主油分離器と、主アキュムレータ内に設けられた主油貯溜部と、主油分離器と主油貯溜部とを連通する第１主バイパス管と、主油貯溜部から主圧縮機に油を戻す主返油管と、従圧縮機吐出側の冷媒回路に設けられた従油分離器と、従アキュムレータ内に設けられた従油貯溜部と、従油分離器と従油貯溜部とを連通する第１従バイパス管と、従油貯溜部から従圧縮機に油を戻す従返油管と、主油貯溜部と従油貯溜部とを連通する均油管とを備え、均油管の主油貯溜部側の接続開口部は主油貯溜部内の液量が第１所定量以下となった時に主油貯溜部内の液と接しない部分に位置し、かつ、均油管の従油貯溜部側の接続開口部は従油貯溜部内の液量が第２所定量以下となった時に従油貯溜部内の液と接しない部分に位置するように、均油管を配置したものである。
【００１２】そして、主圧縮機、主熱交換器を有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従熱交換器を有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、主熱源機と従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に第１合流部と第３合流部とが第１合流管により配管接続され、第２合流部と第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、従圧縮機吐出側の冷媒回路に、冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁を備えたものである。
【００１３】また、主圧縮機、主四方切換弁、主熱交換器、主アキュムレータを有する少なくとも１台以上の主熱源機と、従圧縮機、従四方切換弁、従熱交換器、従アキュムレータを有する少なくとも１台以上の従熱源機と、複数の利用側熱交換器とを備え、主熱源機と従熱源機とは第１合流部および第２合流部にて並列に配管接続され、複数の利用側熱交換器も第３合流部および第４合流部にてそれぞれ並列に配管接続され、更に第１合流部と第３合流部とが第１合流管により配管接続され、第２合流部と第４合流部とが第２合流管により配管接続されて冷媒回路を構成してなる空気調和装置において、従圧縮機と従四方切換弁の間の冷媒回路に配備され冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁と、従逆止弁と従四方切換弁との間の冷媒回路から、従アキュムレータにまたは従四方切換弁と従アキュムレータとの間の冷媒回路に連結され第２流量制御装置を有する第２従バイパス管と、従アキュムレータから従熱交換器と利用側熱交換器との間の冷媒回路に連結され第３流量制御装置を有する第３従バイパス管とを備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．図１はこの発明の一実施形態による冷媒回路図、図２は複数の熱源機を組み合わせてなる一冷媒回路システムにおいて基本単位となる熱源機の種類と組合わせによるシステム全体の能力を示す図である。図１において、この実施形態による空気調和装置は、主圧縮機１ａ、主四方切換弁２ａ、主熱交換器３ａ、および主アキュムレータ４ａを有する１台の主熱源機５ａと、従圧縮機１ｂ、従四方切換弁２ｂ、従熱交換器３ｂ、および従アキュムレータ４ｂを有する１台の従熱源機５ｂと、２台並列の利用側熱交換器７ａ，７ｂと、絞り装置６ａ，６ｂとを備えている。そして、主熱源機５ａと従熱源機５ｂは第１合流部８および第２合流部９で並列に配管接続されている。利用側熱交換器７ａ，７ｂは第３合流部８Ｂおよび第４合流部９Ｂでそれぞれ並列に配管接続されている。また、第１合流部８と第３合流部８Ｂとは第１合流管８Ａを介して配管接続されている。第２合流部９と第４合流部９Ｂとは第２合流管９Ａを介して配管接続されている。以上のような諸々の配管接続により、この空気調和装置の冷媒回路が構成されている。
【００１５】ここで、主圧縮機１ａは例えばインバータ制御などにより容量可変に構成されている。また、主熱源機５ａの主ケーシング３５ａと従熱源機５ｂの従ケーシング３５ｂは概略箱型形状に形成されている。そして、主熱源機５ａの最大空調能力と従熱源機５ｂの最大空調能力との比は、概略１００：４０から１００：６５の範囲に設定されている。更に、主ケーシング３５ａの横幅または奥行き寸法と従ケーシング３５ｂの横幅または奥行き寸法との比は、主熱源機５ａの最大空調能力と従熱源機５ｂの最大空調能力との比に応じて設定されている。加えて、この空気調和装置は、冷房または暖房運転に際して、主熱源機５ａの主圧縮機１ａを容量制御により常時運転するとともに、従熱源機５ｂの従圧縮機１ｂを、要求される空調負荷に応じて選択的に運転・停止させるように構成されている。
【００１６】尚、この空気調和装置において、図２に示す基本単位の形名は冷房能力を意味し、例えば５６０形であれば冷房能力５６ｋＷ相当を出力することを意味している。図２のように、基本単位として５６０、４５０という大容量の熱源機と、２８０、２２４形の小容量の熱源機により、熱源機の組合わせで６７４形から８４０形までのシステム容量（例えば、冷房能力）に対して全て２台の熱源機で能力を満足できる。能力変化範囲は、Ｊ５６０型の大容量熱源機で２．２ｋＷから５６ｋＷまで可変に変化可能で、４５０型の場合だと２．２ｋＷから４５ｋＷまで可変に制御可能である。
【００１７】また、図３のように、２台の主、従熱源機５ａ，５ｂから取り出した冷媒配管を途中の第１、第２合流部８，９で合流させて一つの冷媒回路を形成してある。また、第１、第２合流部８，９から室内機までの配管は２本の第１、第２合流管８Ａ，９Ａが用いられる。それにより、能力は最小２．２ｋＷから最大８４ｋＷまで可変に調整できるようになり、配管工事費用も低減化される。このように、２台の熱源機により最大８４ｋＷまでの冷房負荷に２台の熱源機で対応できるシステムのため、ビルの屋上に熱源機を搬入する場合などはクレーン車で引き揚げることになるが、その場合でも２回の作業で済み、時間的にも搬入費用の点でも負担が少なくなる。
【００１８】更に、これら基本単位室外ユニットである主、従熱源機５ａ，５ｂにおいて、主、従ケーシング３５ａ，３５ｂの外形寸法は図３のようになっている。これにより、配置レイアウトを考える場合に、１ｍ×１ｍの寸法と２ｍ×１ｍの寸法の組合わせで、能力比が概略寸法比（または、容積比）にほぼ等しくなる。従って、大容量の熱源機の場合は２ｍ2 、小容量の熱源機は１ｍ2 と、床面積を想定してレイアウトを検討することができるので、レイアウト検討が容易になる。
【００１９】また、図４に大容量の熱源機と小容量の熱源機の組合わせ運転パターンと必要能力の関係を示す。通常、空調機の能力は年間を通して最大負荷となる場合に合わせて設定されており、中間期や残業時間などのように比較的空調負荷が小さい領域では、容量制御可能な大容量熱源機側の運転だけで空調負荷をまかなうことができる。従って、一冷媒回路において複数の熱源機が同時に運転することによる油や冷媒の戻り量のアンバランスに伴う液バックや油不足などの問題の発生頻度が少なくなる。このため、空気調和装置の信頼性が向上する。
【００２０】発明の実施の形態２．図５はこの発明の一実施形態による冷媒回路図である。図において、５ａは主熱源機、５ｂは従熱源機であり、これら主、従熱源機５ａ，５ｂにおいて、１ａ，１ｂは主、従圧縮機、２ａ，２ｂは主、従四方切換弁、３ａ，３ｂは例えば室外などに配置される主、従熱交換器、４ａ，４ｂは主、従アキュムレータである。また、６ａ，６ｂは例えば室内機などに配置される絞り装置、７ａ，７ｂも例えば室内機などに配置される利用側熱交換器である。そして、８は主、従熱源機５ａ，５ｂの液冷媒が合流する第１合流部、９は主、従熱源機５ａ，５ｂのガス冷媒が合流する第２合流部である。そして、１０は従熱源機５ｂにおいて従熱交換器３ｂと第１合流部８の間の冷媒回路に設けられて冷媒流量を調整する第１流量制御装置である。図中、実線矢印は冷房運転における冷媒の流れを、破線矢印は暖房運転における冷媒の流れをそれぞれ示す。
【００２１】まず、冷房運転について説明する。主熱源機５ａ側の主圧縮機１ａを出た高温高圧のガス冷媒は主四方切換弁２ａを経て主熱交換器３ａへの流れ、放熱して高圧の液冷媒となる。その後、主熱源機５ａを出て第１合流部８に至る。従熱源機５ｂでも同様に従圧縮機１ｂから四方切換弁２ｂ、熱交換器３ｂを経て第１合流部８で主熱源機５ａ側からの液冷媒と合流する。合流した冷媒はそのまま利用側熱交換器７ａ，７ｂへと向かい、絞り装置６ａ，６ｂでそれぞれ減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、利用側熱交換器７ａ，７ｂにて吸熱することでそのほとんどがガス状になる。この低圧ガス冷媒は第２合流部９にて主熱源機５ａと従熱源機５ｂに分かれて流れる。主熱源機５ａに流れた冷媒は主四方切換弁２ａを経て主アキュムレータ４ａに入り、一部未蒸発であった液冷媒が分離されガス冷媒のみが主圧縮機１ａに戻る。従熱源機５ｂ側の冷媒も同様に、従四方切換弁２ｂ、従アキュムレータ４ｂを経て従圧縮機１ｂに戻る。
【００２２】次に、暖房運転について説明する。暖房運転では主圧縮機１ａを出た高温高圧のガス冷媒は主四方切換弁２ａを経て第２合流部９に至る。ここで同じく、従熱源機５ｂからのガス冷媒と合流し、利用側熱交換器７ａ，７ｂに入る。ここで、ガス冷媒は放熱、凝縮し高圧の液冷媒となる。利用側熱交換器７ａ，７ｂを出た冷媒は絞り装置６ａ，６ｂで減圧され、低圧の二相冷媒となる。二相冷媒はそのまま第１合流部８に至り、主熱源機５ａ側と従熱源機５ｂ側に分かれて流れる。主熱源機５ａ側に流れた冷媒は主熱交換器３ａにてその液部がほとんど吸熱蒸発し、主四方切換弁２ａを経て主アキュムレータ４ａで気液分離され、ガス冷媒のみが主圧縮機１ａに至る。一方、第１合流部８から従熱源機５ｂに流れた冷媒は第１流量制御装置１０によりやや減圧され、従熱交換器３ｂ、従四方切換弁４ｂ、従アキュムレータ５ｂを経て従圧縮機１ｂに戻る。
【００２３】ここで、第１流量制御装置１０の働きについて説明する。暖房運転時において、利用側熱交換器７ａ，７ｂから戻る冷媒は第１合流部８で主熱源機５ａと従熱源機５ｂとに分かれて流れるが、理想的なのは主圧縮機１ａと従圧縮機１ｂの吐出する冷媒吐出量に見合った割合で分流することである。しかし、冷媒の流れやすさは主に配管内の圧損に支配されやすく、これは圧縮機の冷媒流量、配管径、あるいは配管長に大きく左右される。例えば、図５の場合であると、第１合流部８から主熱交換器３ａまでの冷媒回路の配管径が第１合流部８から従熱交換器３ｂまでの冷媒回路の配管径よりも太い場合、同じ冷媒流量が流れると主熱源機５ａ側の方が圧損が小さくなる。従って、主熱源機５ａ側に流れる流量の方が多くなる。そのため、主熱交換器３ａに流れる二相冷媒流量が多くなり、主熱交換器３ａで蒸発しきれない液冷媒が増加する。更に、圧損の小さい熱交換器であれば、第１合流部８での圧力に対して圧力低下が小さい訳であるので、蒸発器として作用する主熱交換器３ａの蒸発温度も高くなる。蒸発温度が高い場合は、被冷却流体（空冷式では空気、水冷式では水）との温度差が小さくなるので、蒸発能力も低下する。よって、二相冷媒の液蒸発量も少なくなることから、主熱交換器３ａを出る冷媒の乾き度も小さくなりやすい。
【００２４】通常、主、従アキュムレータ４ａ，４ｂの構造は図６の通りとなっている。図６は主アキュムレータ４ａを例にとって示している。従アキュムレータ４ｂも構成部品の種類は同じであるため、ここでは説明を省略する。図において、入口管１１ａから入った冷媒のうち、液部分が底部に溜まり、ガス部分は主アキュムレータ４ａ内部でＵ字状となっている出口管１２ａの先端から吸われて、主圧縮機１ａに戻される。但し、わずかではあるが液冷媒に混ざっている油を主圧縮機１ａに戻す必要があるため、Ｕ字型の下部に小径の返油穴１３ａが穿設されており、この返油穴１３ａから冷媒と油の混合液が主圧縮機１ａへ吸われるようになっている。つまり、通常、主アキュムレータ４ａに入る液量と主アキュムレータ４ａ内の返油穴１３ａから吸われる液量が等しければ、主アキュムレータ４ａ内の液面は変化しない。しかし、主アキュムレータ４ａから出る液量は変わらないため、液の流入が多くなると徐々に主アキュムレータ４ａ内の液面が上昇する。ひいては、Ｕ字管の上端から多量の液が吸われてしまって、主圧縮機１ａに液バックし、液圧縮により主圧縮機１ａが壊れるという状態になる。
【００２５】そこで、この実施形態では、第１流量制御装置１０を開閉調節することにより、主熱源機５ａに液が過剰に流れている場合は第１流量制御装置１０を大きく開いて従熱源機５ｂ側へ流しやすくする。逆に、また従熱源機５ｂを過剰に流れている場合には第１流量制御装置１０を絞ってその流量を抑えるようにしてある。これにより、主アキュムレータ４ａまたは従アキュムレータ４ｂ内の液量が過剰に増えることを防止でき、圧縮機の損傷を回避できる。尚、アキュムレータへの流入流量が過剰かどうかの判断は、例えば主、従アキュムレータ４ａ，４ｂに液面検知装置（図示せず）を付加して判断する方法や、主、従アキュムレータ４ａ，４ｂの入口管上または主熱交換器３ａから主四方切換弁２ａに至る配管上に、温度センサーと圧力センサー（いずれも図示せず）を取付け、冷媒過熱度を検知することにより主、従アキュムレータ４ａ，４ｂ入口での過熱度を比較して、過熱度が小さい場合には液が戻り気味であると判断する方法などがある。本発明はこれらいずれの方法でも用いることができる。
【００２６】発明の実施の形態３．図７はこの発明の一実施形態による冷媒回路図を示す。図７は図５と同様の構成であるが、以下の相違点がある。まず、主熱源機５ａにおいて、主圧縮機１ａ吐出側で主四方切換弁２ａとの間の冷媒回路に、主油分離器１４ａが設けられている。主油分離器１４ａからは主アキュムレータ４ａに向かって第１主バイパス管１５ａが連結されている。従熱源機５ｂでも同様に、従油分離器１４ｂと第１従バイパス管１５ｂが設けられている。そして、主、従アキュムレータ４ａ，４ｂは均油管１６で連通している。
【００２７】続いて、主、従アキュムレータ４ａ，４ｂの内部構造を図８に示す。主、従アキュムレータ４ａ，４ｂとも構成部分の種類は共通であるため、図８には主アキュムレータ４ａのみの構造を代表して示している。図において、主アキュムレータ４ａ内部は仕切１７ａで区切られている。仕切１７ａを挟んで一方には、主、従四方切換弁２ａ，２ｂからの冷媒が流れ込む入口管１１ａと、主圧縮機１ａに戻る出口管１２ａとが接続された主液溜部１８ａが形成されている。仕切１７ａを挟んで反対側には、接続開口部３６ａの高さが主アキュムレータ４ａの底から所定高さｈに設定された均油管１６と、第１主バイパス管１５ａとが接続された主油貯溜部１９ａが形成されている。また、主油貯溜部１９ａの底部と、主圧縮機１ａの手前の出口管１２ａとは主返油穴２０ａでバイパス接続されている。すなわち、主油貯溜部１９ａ側の接続開口部３６ａは主油貯溜部１９ａ内の液量が第１所定量以下となった時に主油貯溜部１９ａ内の液と接しない部分に位置するように、均油管１６が配置されている。前記の第１所定量は図中の所定高さｈを越えない液量を意味する。一方、従アキュムレータ４ｂ側では、第２所定量としている。
【００２８】ここで、主熱源機５ａ側について冷媒回路上の動作について説明する。主圧縮機１ａから出る吐出ガス冷媒にはわずかながら潤滑油が含まれている。こうした油が冷媒回路を循環したのちなるべく早く主圧縮機１ａに戻るように、主油分離器１４ａを設けて、冷媒と油をまず分離する。分離された油は、主油分離器１４ａから第１主バイパス管１５ａを通って主アキュムレータ４ａの主油貯溜部１９ａに戻される。尚、仕切１７ａを設けているのは、主油分離器１４ａからでた濃度の高い油をそのまま主アキュムレータ４ａ内の液冷媒と混合させると、結局主アキュムレータ４ａ内は多量の液冷媒によって薄められた油濃度の低い混合液しか存在し得ないからである。そのため、返油穴１３ａから主圧縮機１ａに戻る混合液の液量が同じであっても、含まれる油量は少なくなる。
【００２９】一方、図８のように主油貯溜部１９ａにおいて濃度の高い状態の油が主返油管２０ａから主圧縮機１ａに戻される。これにより、主液溜部１８ａ内の液量に依らず、濃度の高い油を主圧縮機１ａに一定量戻すことが可能となって、主圧縮機１ａへの返油不足に伴う損傷は回避される。主、従油分離器１４ａ，１４ｂからの油を直接主、従圧縮機１ａ，１ｂに戻さず、主、従油貯溜部１９ａ，１９ｂを介する理由は次の通りである。長時間、主、従圧縮機１ａ，１ｂが停止中に、周囲温度が低いと、主、従油分離器１４ａ，１４ｂも低温となる。そこで、主圧縮機１ａが起動したとすると、起動直後の吐出ガス冷媒は低温の主油分離器１４ａで冷却されて液冷媒となる。こうして、時間とともに主油分離器１４ａの温度は上昇するが、それまでは主油分離器１４ａで作られた液が主圧縮機１ａの吸入部に戻ることになる。もし、主油貯溜部１９ａがないと、直接この液が主圧縮機１ａに至り主圧縮機１ａが液圧縮して損傷する。ところが、主油貯溜部１９ａは主油分離器１４ａからの液を一端受けるため、主圧縮機１ａに直接液が戻らず、圧縮機損傷も回避されることになる。
【００３０】次に、均油管１６の作用について説明する。図７に示したように、複数の主、従熱源機５ａ，５ｂが同時に運転している場合、例えば冷房運転の場合だと、主、従油分離器１４ａ，１４ｂでも完全に分離できなかった油が第１合流部８で合流した後、利用側熱交換器７ａ，７ｂを経由し第２合流部９で主、従熱源機５ａ，５ｂに分かれる。この場合、通常は冷媒の流動特性や第２合流部９の形状により、主、従熱源機５ａ，５ｂから出てきた油量の比と、第２合流部９で分流される油量の比が異なることが予想される。つまり、最悪の場合、油が多く出る方の熱源機に第２合流部９から少量の油が戻ることが考えられる。そのため、時間とともに一方の熱源機の油が減少し、他方の熱源機の液溜部に油が多く存在していく。多く存在する方を仮に主熱源機５ａとすると、主液溜部１８ａの油濃度が上昇し、返油穴１３ａから流れ出る混合液中の油量も増える。従って、主圧縮機１ａの返油量も増加する。主圧縮機１ａでは返油量の増加に伴って油吐出量も多くなる。これは、吸入ガス冷媒中の油が多くなると、吸入ガスとともに霧状となった油がガス冷媒と同じ流路をたどって、主圧縮機１ａ内の圧縮室に吸い込まれる確率が高くなるためである。
【００３１】一方、吐出した油のほとんどは主油分離器１４ａで分離されて主油貯溜部１９ａに戻ることから、主油貯溜部１９ａの油量が増加する結果となる。こうして、主、従アキュムレータ４ａ，４ｂの主、従油貯溜部１９ａ，１９ｂのそれぞれに油量の差が生じてくる。このとき、図７のように均油管１６で連通しておくことで、主油貯溜部１９ａ側で所定高さｈよりも油面が上昇した場合には、両熱源機間で従熱源機５ｂ側への油の移動が期待でき、第２合流部９での油の分流に偏りがあっても、従熱源機５ｂ側の油が無くなることはない。更に、主圧縮機１ａと従圧縮機１ｂの冷媒循環量の差によって、その上流にある主、従アキュムレータ４ａ，４ｂ内の内圧にも差ができる。このように、主油貯溜部１９ａと従油貯溜部１９ｂの内圧に差が生じると、油は圧力の高い方から低い方へ移動する。所定高さｈの位置で均油管１６を接続しているので、所定高さｈより下方にある油は他方のアキュムレータに向けて流れ出ることはないことから、必要最低限の油量を確保できる。所定高さｈは主、従アキュムレータ４ａ，４ｂで特に同じにする必要はなく、熱源機の高低差関係や、圧縮機の容量に応じて熱源機間で異なる高さとしても差し支えない。
【００３２】因みに、均油管１６を主、従圧縮機１ａ，１ｂ間に接続せず、主、従油貯溜部１９ａ，１９ｂと接続するのは、仮に一方の熱源機に多量の油が溜まった状態で油貯溜部がない場合、その油は主、従圧縮機１ａ，１ｂに溜まることになる。例えば、油溜め部分の容積が大きな圧縮機であれば問題ないが、一方の圧縮機の油溜め部分の容積が大きく、他方が小さい場合が考えられる。このような場合に、均油管１６を圧縮機間に取り付けると、油溜め容積の大きな圧縮機に溜まった油が均油管１６を通して他方の油溜め容積の小さな圧縮機に移動することになる。そこで、最悪の場合、油が移動しすぎて容積の小さな圧縮機内で油のオーバーフローが発生し、その油が圧縮部に至って油圧縮し損傷を招くおそれが生じる。このため、均油管１６は圧縮機間でなく、主油貯溜部１９ａと従油貯溜部１９ｂとを結ぶ方が圧縮機にとって好ましいのである。このように、アキュムレータ内に油貯溜部を設け、更に熱源機間を均油管１６で連結することにより、一方の熱源機で油が不足して圧縮機が損傷するといった問題が解消され、空気調和装置の信頼性が向上する。
【００３３】発明の実施の形態４．図９はこの発明の一実施形態を示している。冷媒回路構成はほぼ図５と同じであるため、相違点のみ説明すると、従熱源機５ｂの従圧縮機１ｂ吐出側で従四方切換弁２ｂとの間の冷媒回路に、冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁２１ｂが設けられていることである。ここでは、利用側熱交換器７ａ，７ｂの負荷に応じて、主、従熱源機５ａ，５ｂの主、従圧縮機１ａ，１ｂがそれぞれ単独で発停（起動・停止）する場合を想定している。すなわち、基本的に主圧縮機１ａを連続して制御運転させ、主圧縮機１ａだけでは負荷対応できない場合に、従圧縮機１ｂを起動させるといった図４に示したような実施形態１の運転パターンを行う場合を考える。例えば、暖房運転の場合に主圧縮機１ａだけが運転されていると、主圧縮機１ａから出た吐出ガスは第２合流部９を経由し、停止中の従熱源機５ｂに流れ込む。更に、従四方切換弁４ｂを経由して従圧縮機１ｂに向かおうとするが、その手前の従逆止弁２１ｂにより従圧縮機１ｂへは流入しないのである。これにより、ガス冷媒温度よりも低温の従圧縮機１ｂ内部で冷媒の凝縮が起こって従圧縮機１ｂ内に液が溜まり、次に従圧縮機１ｂを起動する際に液が寝込んで圧縮機内の油濃度が低下した状態から圧縮機を起動しなければならないといった問題を回避できる。
【００３４】尚、従熱源機５ｂ側の従四方切換弁２ｂとして、高圧側と低圧側の差圧により切換わる差圧作動型の弁を用いた場合、従四方切換弁２ｂは従圧縮機１ｂが停止中は、図９のごとく、従逆止弁２１ｂと第２合流部９が連通し、従アキュムレータ４ｂと従熱交換器３ｂが連通した状態としておくのがよい。これは、従圧縮機１ｂが停止中は、従四方切換弁２ｂの高圧部、つまり従圧縮機１ｂの吐出部の圧力が低いため、低圧部、つまり従四方切換弁２ｂの従アキュムレータ４ｂ側の圧力との差圧が小さいため、従四方切換弁２ｂを切換えるだけの差圧を確保しにくく、切換え不良が発生する可能性があるためである。
【００３５】発明の実施の形態５．図１０はこの発明の一実施形態による冷媒回路図を示したものである。冷媒回路構成は図７とほぼ同じであるが、従熱源機５ｂの従油分離器１４ｂと従四方切換弁２ｂの間の冷媒回路に、従逆止弁２１ｂが配備されている。このように、従逆止弁２１ｂを備えることによって、従熱源機５ｂの従圧縮機１ｂが停止中で主熱源機５ａが暖房運転している場合に、ガス冷媒が第２合流部９を経由して停止中の従圧縮機１ｂに流れ込んだりしない。そのため、従圧縮機１ｂ内で凝縮することによる圧縮機内油濃度の低下が発生することがない。更に、従油分離器１４ｂと従四方切換弁２ｂの間に従逆止弁２１ｂがあるため、従油分離器１４ｂ内に冷媒が寝込むこともない。従って、従油分離器１４ｂで液冷媒が発生し、それが第１従バイパス管１５ｂを経て従アキュムレータ４ｂの従油貯溜部１９ｂに流れ込むことによる従油貯溜部１９ｂ内の油濃度低下という問題も防止することが可能である。その結果、圧縮機の信頼性を十分に高めることが可能となる。
【００３６】尚、ここでは主熱源機５ａ側の主圧縮機１ａが運転され、従圧縮機１ｂが停止していることを想定しているが、主圧縮機１ａが停止し、従圧縮機１ｂが運転されるような場合には、図１１のごとく、主熱源機５ａの主油分離器１４ａと主四方切換弁２ａの間に、主逆止弁２１ａを設置しておくのもよい。
【００３７】発明の実施の形態６．図１２はこの発明の一実施形態による冷媒回路図を示す。冷媒回路構成は図５とほぼ同じであるため、図５との相違点を説明する。図において、２１ｂは従圧縮機１ｂと従四方切換弁２ｂの間の冷媒回路に配備されており冷媒吐出方向にのみ冷媒を流通させる従逆止弁、２２ｂは従逆止弁２１ｂと従四方切換弁２ｂの間の冷媒回路から従アキュムレータ４ｂへバイパスする第２従バイパス管４５ｂに設けられた第２流量制御装置、２３ｂは従アキュムレータ４ｂの底部から従熱交換器３ｂと第１合流部８の間の冷媒回路へバイパスする第３従バイパス管４６ｂに設けられた第３流量制御装置である。尚、第２従バイパス管４５ｂは、従アキュムレータ４ｂへ直接連結せず、従四方切換弁２ｂからの入口管１１ｂに連結しても構わない。
【００３８】次に、従逆止弁２１ｂおよび第２、第３流量制御装置２２ｂ，２３ｂの作用について説明する。今、従アキュムレータ４ｂ内に液冷媒が溜まった状態で従圧縮機１ｂが停止している状態とする。このとき、主圧縮機１ａが運転し主四方切換弁２ａは暖房運転側に切り換えられ、絞り装置６ａ，６ｂを全閉状態として、利用側熱交換器７ａ，７ｂへは冷媒が流れないようにしておく。そして、第２、第３流量制御装置２２ｂ，２３ｂを開いておくと、主圧縮機１ａから出た高圧冷媒は主四方切換弁２ａを通り、第２合流部９を経由して従熱源機５ｂ側へ流れる。そして、この冷媒は従四方切換弁２ｂを経て従逆止弁２１ｂで止められるが、第２流量制御装置２２ｂが開いているため、そのまま従アキュムレータ４ｂに流入し、従アキュムレータ４ｂ内の圧力が上昇する。更に、従アキュムレータ４ｂ底部にある第３従バイパス管４６ｂの第３流量制御装置２３ｂは開いているので、従アキュムレータ４ｂ内の液冷媒は第３従バイパス管４６ｂを通って第１合流部８へと流れる。このとき、第１流量制御装置１０は開いているので、冷媒は利用側熱交換器７ａ，７ｂへは流れず、第１合流部８を通ってそのまま主熱源機５ａへと流れていく。そして、冷媒は主熱交換器３ａおよび主四方切換弁２ａを経由して主アキュムレータ４ａに流入する。
【００３９】このように、従逆止弁２１ｂ、第２、第３流量制御装置２２ｂ，２３ｂを備えることにより、従熱源機５ｂ側の従圧縮機１ｂが停止した状態においても、従アキュムレータ４ｂ内に溜まった冷媒を主熱源機５ａの主アキュムレータ４ａへと移動させることが可能となる。従って、例えば従熱源機５ｂが停止中に従アキュムレータ４ｂ内に過剰に液冷媒が溜まっており、そのまま従圧縮機１ｂが起動すると液バックによる損傷のおそれがあるような場合でも、従アキュムレータ４ｂの液量を低下させることができ、圧縮機損傷を回避して製品の信頼性を向上させることができるのである。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明に係る空気調和装置によれば、複数の熱源機で一つの冷媒配管施工を行う場合でも、空調機として用いられる熱源機の容量の基本単位に沿って容量を大きくでき、熱源機の台数も少なくできるため、搬入負荷を低減できる。加えて、最大空調能力が１００：４０から１００：６５に対して熱源機ケーシングの横幅または奥行き寸法を概略熱源機の最大能力比に類するようにしているので、概略能力比を熱源機の占有面積比と考えることができ、設置レイアウトの検討も容易となる。また、複数の熱源機のうち一方の最大空調能力を大きく設定していることから、中間期などのように必要負荷の小さいときには１台の熱源機で負荷調整できる頻度が増え、複数の熱源機を同時運転することに起因する油不足や液バックといった問題が少なくなり、空気調和装置の信頼性も向上する。
【００４１】また、暖房運転時の主熱源機や従熱源機への冷媒や油の戻り量を均一にできるため、主熱源機や従熱源機での冷媒過多や油不足が解消されて圧縮機の損傷を防ぐのみならず、冷房運転時には停止中の従熱源機に第１合流部を経由した冷媒が流れ込まないため、利用側熱交換器への冷媒流量不足を防止できる。
【００４２】更に、主、従油貯溜部を連通する均油管により、主熱源機や従熱源機での油の偏り、または過剰な油の移動が解消されるため、主圧縮機や従圧縮機の損傷を防ぐことができる。
【００４３】そして、暖房運転時に従熱源機が停止中の場合でも、主熱源機から第２合流部を経由して従圧縮機へ冷媒が逆流しないため、停止中の従圧縮機に冷媒が寝込むことがなく油希釈の問題も発生しないことから信頼性が向上する。尚、システムの容量を大きくするために、主熱源機に対して従熱源機の台数が２台、３台と増加しても、従熱源機の台数に応じた数の逆止弁を主熱源機側に追加する必要はない。
【００４４】また、従圧縮機が停止中に従アキュムレータ内に液が溜まった場合でも第２、第３従バイパス管により、従アキュムレータ内の液は第１合流部を経由して主熱源機側に移動できるため、従圧縮機が起動するときに液バックにより損傷するという問題がなくなり、信頼性が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】宮田 金雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１０８４７２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月２３日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２６９９５７ |
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