JP2003004325A

JP2003004325A - マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置

Info

Publication number: JP2003004325A
Application number: JP2001193188A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kasagi; 司笠木; Tadahiro Kato; 忠広加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP4658394B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の
運転状況に応じて、室外熱交換器の凝縮能力及び気化能
力を容易に能力変化させることができる安価なシステム
を提供する。【解決手段】複数の室内機ユニットと、圧縮機及び室
外熱交換器を備えている室外機ユニットと、室内機ユニ
ットのそれぞれについて冷媒の流れ方向を制御し冷暖房
運転の選択切換を行う分流コントロールユニットとを具
備してなるマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置
で、４分割した室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを並列に接続す
ると共に、各室外熱交換器３２Ａ〜Ｄ毎に冷媒の流れを
制御する冷媒供給切換手段となる四方弁３８Ａ〜Ｃ、電
磁弁３９及び逆止弁４０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の圧縮機をガ
スエンジンによって駆動するとともに、暖房運転時に
は、当該ガスエンジンの排気ガスを液冷媒の加熱源とし
て利用するガスヒートポンプ式空気調和装置に係り、特
に、複数の室内ユニットを備えて全数冷房運転、全数暖
房運転及び冷暖房同時運転から選択切換可能なマルチ型
ガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房等の空調
運転を行う空気調和装置は、室内熱交換器、圧縮機、室
外熱交換器、絞り機構等の要素を含む冷媒回路を備えて
いる。室内の冷暖房は、冷媒がこの回路を巡る途中で、
室内熱交換器及び室外熱交換器において室内の空気（以
下「室内気」と呼ぶ）及び外気とそれぞれ熱の交換を行
うことによって実現される。また、この冷媒回路には、
室外熱交換器による冷媒の熱の受取り（暖房運転時）の
みに頼るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱する
ための冷媒加熱器が設置されることもある。

【０００３】ところで、近年、上述した冷媒回路中に設
けられる圧縮機の動力源として、通常使用されている電
動機に代わり、ガスエンジンを利用するものが開発され
ている。このガスエンジンを利用した空気調和装置は、
一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨ
Ｐ」と略す）と呼ばれている。このＧＨＰによれば、比
較的安価である都市ガス等を燃料として利用できるた
め、電動機を利用した圧縮機を備えている空気調和装置
（以下「ＥＨＰ」と略す）のように、ランニングコスト
がかさむということがなく、消費者にとってコストダウ
ンが可能となる。

【０００４】また、ＧＨＰにおいては、たとえば暖房運
転時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスや
エンジン冷却水の熱（いわゆる廃熱）を冷媒の加熱源と
して利用すれば、優れた暖房効果を得ることが可能にな
るとともに、ＥＨＰに比してエネルギの利用効率を高め
ることができる。ちなみに、この場合において、ＧＨＰ
のエネルギ利用効率は、ＥＨＰと比較して１．２〜１．
５倍ほど高くなる。また、このような仕組みを導入すれ
ば、冷媒回路中において、上述したような冷媒加熱器等
の機器を特別に設置する必要がなくなる。

【０００５】その他、ＧＨＰでは、暖房運転時に必要な
室外熱交換器の霜除去動作、いわゆるデフロスト動作に
ついてもガスエンジンの廃熱を利用して実施することが
できる。一般に、ＥＨＰにおけるデフロスト動作は、暖
房運転を停止して一時的に冷房運転を行って室外熱交換
器の霜除去を行うようになされている。この場合、室内
に対しては冷風が吹き出すことになるから、室内環境の
快適性を損なうこととなる。ＧＨＰでは、上記したよう
な事情から連続暖房運転が可能となり、ＥＨＰで懸念さ
れるような問題の発生がない。

【０００６】一方、ＥＨＰの室内ユニット側において
は、複数の空調対象区画毎に独立した室内ユニットを設
置し、全区画（室内ユニットの全数）または一部区画の
冷房運転、全区画（室内ユニットの全数）または一部区
画の暖房運転及び空調対象区画または室内ユニット毎に
冷房／暖房／休止の同時運転を行うことができるマルチ
型と呼ばれるシステムが開発されており、たとえば特開
平１−２４７９６７号公報、特開平７−４３０４２号公
報、特開平９−６０９９４号公報などに開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに多くの利点を有するＧＨＰの室内ユニットについて
も、ＥＨＰと同様にマルチ型システムの適用が望まれ
る。しかしながら、ＧＨＰにマルチ型システムを適用す
る場合には、室外ユニット側に設けられている室外熱交
換器の凝縮能力や蒸発能力について、各室内ユニットの
運転状況に応じた広範囲の要求能力に対応する必要があ
る。すなわち、主として冷房運転を行う場合には、冷房
運転を行っている室内機ユニット数や暖房運転を行って
いる室内機ユニット数の組み合わせに応じて、コンデン
サとして機能する室外熱交換器に求められる凝縮能力が
広範囲にわたって変化するため、要求に応じた凝縮能力
を容易に提供できる安価なシステムが望まれる。

【０００８】図１１は、空気調和装置の冷凍サイクルを
示すモリエル線図である。冷房運転の場合には、図中の
ｉ１−ｉ２間が室内熱交換器の冷房（蒸発）能力とな
る。この冷房能力を得るためには、室外熱交換器側から
ｉ３−ｉ１間の凝縮能力を得る必要がある。しかしなが
ら、複数の室内ユニットにおいてそれぞれ冷房及び暖房
の混合運転がなされる場合、暖房運転をしている少数の
室内熱交換器からｉ４−ｉ１間の暖房（凝縮）能力が得
られるため、室外熱交換器ではｉ３−ｉ４間に相当する
凝縮能力を負担すればよい。すなわち、ｉ１−ｉ２間の
冷房能力及びｉ４−ｉ１間の暖房能力は使用者が選択す
る運転状況に応じて変化する値であるため、室外熱交換
器に要求される凝縮能力もこれに応じて広範囲にわたっ
て変化する。

【０００９】また、主として暖房運転を行う場合には、
使用者の設定に応じて、冷房運転を行う少数の室内熱交
換器で得られる蒸発能力と暖房運転を行う多数の室内熱
交換器で得られる凝縮能力とが変化するので、エバポレ
ータとして機能する室外熱交換器に要求される蒸発能力
もこれに応じて広範囲に変化する。なお、暖房運転時に
おいては、たとえばガスエンジンから水熱交換器にエン
ジン冷却水を導入してガスエンジンの廃熱を利用すれ
ば、エバポレータとして機能する室外熱交換器の蒸発能
力を補うことも可能である。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、複数の室内機ユニットを
備え冷暖房混合運転も可能なマルチ型システムの運転状
況に応じて、室外熱交換器に対する凝縮能力及び気化能
力の要求変動に容易に能力変化させることができる安価
なシステムを備えたマルチ型ガスヒートポンプ式空気調
和装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載
のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置は、それぞ
れに室内熱交換器を備え室内の空気と冷媒との間で熱交
換を行う複数の室内機ユニットと、ガスエンジンで駆動
する圧縮機及び外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱
交換器を備えている室外機ユニットと、前記室内機ユニ
ットのそれぞれについて冷媒の流れ方向を制御し冷暖房
運転の選択切換を行う分流コントロールユニットとを具
備してなるマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置で
あって、前記室外熱交換器を複数に分割して並列に接続
すると共に、同室外熱交換器の各分割部分毎に冷媒の流
れを制御する冷媒供給切換手段を設けたことを特徴とす
るものである。

【００１２】このようなマルチ型ガスヒートポンプ式空
気調和装置によれば、複数に分割した室外熱交換器に対
し、各分割部毎に冷媒の流れを制御することができるの
で、室外熱交換器の凝縮能力または蒸発能力を分割数に
応じて段階的に変化させることができる。

【００１３】請求項１に記載のマルチ型ガスヒートポン
プ式空気調和装置においては、前記室外熱交換器に隣接
して前記ガスエンジンのラジエータを設置し、該ラジエ
ータを複数に分割して並列に接続すると共に、同ラジエ
ータの各分割部毎にエンジン冷却水の導入を選択する切
換手段を設けることが好ましく、これにより、ラジエー
タに導入するエンジン冷却水から得られるエンジン廃熱
を、ラジエータの分割数に応じて段階的に有効利用する
ことができる。

【００１４】請求項１または２に記載のマルチ型ガスヒ
ートポンプ式空気調和装置においては、前記室外熱交換
器の室外機ファンで外気導入の風量制御を行うことが好
ましく、これにより、風量制御により室外熱交換器の凝
縮能力または蒸発能力を調整することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下では、本発明に係るマルチ型
ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態につい
て、図１から図３を参照して説明する。図１に示すマル
チ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＭＧＨ
Ｐ」と略す）１は、大きくは複数の室内機ユニット１０
と、各室内機ユニット１０毎に冷媒の流れ方向を制御し
て冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニッ
ト２０と、後述するガスエンジン駆動の圧縮機や室外熱
交換器を備えた室外機ユニット３０とを具備して構成さ
れている。このＭＧＨＰ１では、各室内ユニット１０、
分流コントロールユニット２０及び室外機ユニット３０
の間が冷媒配管２をもって接続されている。

【００１６】室内機ユニット１０には、図２に示すよう
に、冷房運転時に低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室
内の空気（室内気）から熱を奪うエバポレータとして機
能し、暖房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させ
て室内気を暖めるコンデンサとして機能する、室内熱交
換器１１が具備されている。なお、図中の符号１２は冷
房運転用の絞り機構として設けた電子膨張弁、１３は暖
房運転用の絞り機構として機能するキャピラリチュー
ブ、１４は逆止弁である。図示の例では、上述した室内
機ユニット１０が４台（１０Ａ〜１０Ｄ）並列に設けら
れており、それぞれが独立した空調対象区画に設置され
て、後述する分流コントロールユニット２０の切換操作
により、全数冷房運転、全数暖房運転、または各室内機
ユニット毎に冷房運転／暖房運転／休止（以下「冷暖房
同時運転」と呼ぶ）を選択できるようになっている。

【００１７】分流コントロールユニット２０は、室内機
ユニット１０と室外機ユニット３０との間を接続する冷
媒の管路と、冷媒が流れる管路及びその流れ方向を選択
切り換えする電磁弁等の開閉弁とにより構成されてい
る。図示の例では、各室内機ユニット１０毎に４個の電
磁弁２１，２２，２３，２４が設けられ、それぞれの室
内機ユニット１０の運転に応じて各電磁弁２１〜２４を
開閉することで、すなわち冷房運転、暖房運転及び休止
のいずれかが選択される運転状況に応じて各電磁弁２１
〜２４の開閉状態を切り換えることで、後述する室外機
ユニット３０と接続されて冷媒が流れる管路や冷媒の流
れ方向を選択切換できるようになっている。なお、分流
コントロールユニット２０は、一つの室内機ユニット１
０毎にそれぞれ設けられた２本の室内機ユニット接続用
の冷媒配管２と、後述する室外機ユニット３０と接続す
るために設けた３本の室外機接続用の冷媒配管２とを備
えている。

【００１８】室外機ユニット３０は、その内部におい
て、二つの大きな構成部分に分割される。第１の構成部
分は、圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室
内機ユニット１０と共に冷媒回路を形成する部分であ
り、以後冷媒回路部と呼ぶことにする。第２の構成部分
は、圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに
付随する機器を備えた部分であり、以後ガスエンジン部
と呼ぶことにする。

【００１９】冷媒回路部内には、圧縮機３１、室外熱交
換器３２、水熱交換器３３、アキュムレータ３４、レシ
ーバ３５、オイルセパレータ３６、絞り機構３７、四方
弁３８、電磁弁３９及び逆止弁４０などが具備されてい
る。また、冷媒回路部は、分流コントロールユニット２
０に設けられた３本の冷媒配管２と接続するため、それ
ぞれに第１操作弁４１，第２操作弁４２，第３操作弁４
３を設けた分流コントロールユニット接続用の３本の冷
媒配管２を備えている。圧縮機３１は、後述するガスエ
ンジンＧＥを駆動源として運転され、室内熱交換器１１
または室外熱交換器３２のいずれかより吸入される低温
低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐
出する。これにより冷房運転時には、外気温が高い場合
でも、冷媒は室外熱交換器３２を通して外気に放熱する
ことが可能となる。また、暖房運転時には、室内熱交換
器１１を通して室内気に熱を与えることが可能となる。

【００２０】室外熱交換器３２は、冷房運転時に高温高
圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデン
サとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒
を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして
機能する。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、
室外熱交換器３２は、先の室内熱交換器１１とは逆の働
きを行うことになる。

【００２１】この実施形態における室外熱交換器３２
は、熱交換部分を複数に分割して並列に接続した構成と
してある。図示の例では、室外熱交換器３２が４分割さ
れており、それぞれに符号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３
２Ｄを付す。また、室外熱交換器３２は、後述するガス
エンジＧＥのラジエータ５３と隣接して設置されてい
る。ラジエータ５３は、ガスエンジンＧＥのエンジン冷
却水を外気と熱交換して冷却する熱交換器である。従っ
て、たとえば低外気温時に暖房運転を行うような場合に
は、室外機ファン４４の回転方向を選択切換することに
より、エバポレータとして機能する室外熱交換器３２が
ラジエータ５３を通過して温度上昇した外気と熱交換で
きるようになるため、その蒸発能力を高めることができ
る。

【００２２】水熱交換器３３は、後述するガスエンジン
ＧＥのエンジン冷却水から冷媒が熱を回収するために設
けられている。すなわち、暖房運転時において、冷媒は
室外熱交換器３２における熱交換のみに頼るのではな
く、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水からも廃熱を回
収することができるようになるため、暖房運転の効果を
より高めることが可能となる。

【００２３】アキュムレータ３４は、圧縮機３１に流入
するガス冷媒に含まれる液状成分を貯留するために設け
られている。レシーバ３５は、コンデンサとして機能す
る熱交換器で液化した冷媒を気液分離し、冷凍サイクル
中の余剰冷媒を液として蓄えるために設けられている。
オイルセパレータ３６は、冷媒中に含まれる油分を分離
して圧縮機３１に戻すために設けられたものである。

【００２４】絞り機構３７は、凝縮された高温高圧の液
冷媒を減圧、膨張させて低温低圧の液冷媒とするための
ものである。図示の例では、絞り機構３７として、電子
膨張弁、膨張弁及びキャピラリーチューブが目的に応じ
て使い分けられている。

【００２５】四方弁３８は、冷媒配管２に設けられて冷
媒の流路や流れ方向を選択切り換えするものであり、電
磁弁３９や逆止弁４０と共に、複数に分割した室外熱交
換器３２への冷媒供給切換手段を構成している。この四
方弁３８には４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられて
おり、ポートＤは圧縮機３１の吐出側と、ポートＣは室
外熱交換器３２と、ポートＳは圧縮機３１の吸入側とそ
れぞれ冷媒配管２で接続され、さらにポートＥは、ポー
トＣと室外熱交換器３２とを接続する冷媒配管２の途中
に接続されている。図示の構成例では、４分割した室外
熱交換器３２に対応して３個の四方弁３８が３個設けら
れており、それぞれに符号３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを付
す。

【００２６】第１の四方弁３８Ａは、符号３２Ａを付し
た室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この室
外熱交換器３２Ａは単独使用が可能であり、しかも、こ
の冷媒配管には絞り機構３７として電子膨張弁を備えて
いるため、熱交換能力の可変制御が可能である。第２の
四方弁３８Ｂは、符号３２Ｂ，３２Ｃを付した二つの室
外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この場合、
室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃは、常に両方が同時使用さ
れ、しかもその用途は同じになる。第３の四方弁３８Ｃ
は、符号３２Ｄを付した室外熱交換器（熱交換部）に接
続されている。この室外熱交換器３２Ｄは、単独での使
用が可能である。

【００２７】従って、室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを均等に
分割すれば、その熱交換能力は、室外熱交換器３２Ａを
単独で使用する２５％能力、室外熱交換器３２Ｂ，３２
Ｃを同時使用する５０％能力、室外熱交換器３２Ｂ〜Ｄ
の３分割を使用する７５％能力、そして、室外熱交換器
３２Ａ〜Ｄを全て使用する１００％能力から、使用状況
に応じて適宜選択することができる。また、四方弁３８
Ａ〜Ｄや電磁弁３９を開閉切換操作することにより、冷
媒の流れ方向についても切り換えることができるので、
室外熱交換器３２Ａ及び３２Ｄをそれぞれ単独で、そし
て、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを一体的に、エバポレ
ータまたはコンデンサとして使い分けることができる。

【００２８】一方、ガスエンジン部には、ガスエンジン
ＧＥを中心として、冷却水系５０や燃料吸入系６０の
他、図示省略の排気ガス系及びエンジンオイル系が具備
されている。ガスエンジンＧＥは、冷媒回路部内に設置
されている圧縮機３１とシャフトまたはベルト等により
接続されており、ガスエンジンＧＥから圧縮機３１に駆
動力が伝達されるようになっている。

【００２９】冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバ
タンク５２、ラジエータ５３などを備え、これらを配管
により接続して構成される回路（破線で表示）を巡るエ
ンジン冷却水によって、ガスエンジンＧＥを冷却するた
めの系である。水ポンプ５１は、ガスエンジンＧＥの冷
却水を回路に循環させるために設けられている。リザー
バタンク５２は、この回路を流れる冷却水において、そ
の余剰分を一時貯蔵しておく、あるいは冷却水が回路に
不足した場合にそれを供給するためのものである。ラジ
エータ５３は、室外熱交換器３２と一体的に構成された
ものであって、エンジン冷却水がガスエンジンＧＥから
奪った熱を外気に放出するために設けられている。図示
の例では、室外熱交換器３２と同様に、ラジエータ５３
も４分割されて並列に接続されており、それぞれに符号
５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄを付してある。また、
電磁弁３９を設けて、ラジエータ５３Ａ，５３Ｄの単独
使用、ラジエータ５３Ｂ，５３Ｃの同時使用を選択でき
るようにしてある。

【００３０】冷却水系５０には、上記した構成の他に排
気ガス熱交換器５４が設けられている。これは、ガスエ
ンジンＧＥより排出される排気ガスの熱を、エンジン冷
却水に回収するために設けられているものである。ま
た、冷却水系５０には先に説明した水熱交換器３３が備
えられ、冷媒回路部及び冷却水系５０の両系に跨るよう
に配置されている。これらのことから、暖房運転時に
は、エンジン冷却水はガスエンジンＧＥから熱を奪うだ
けでなく排気ガスからも熱を回収し、かつその回収され
た熱が、エンジン冷却水より水熱交換器３３を通して冷
媒に与えられる仕組みになっている。なお、冷却水系５
０におけるエンジン冷却水の流量制御は、２箇所に設け
られた流量制御弁５５により行われる。

【００３１】燃料吸入系６０は、ガスレギュレータ６
１、ガス電磁弁６２、ガス接続口６３などを備え、ガス
エンジンＧＥに液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスを
ガス燃料として供給するための系である。ガスレギュレ
ータ６１は、ガス電磁弁６２及びガス接続口６３を介し
て外部から供給されるガス燃料の送出圧力を調整するた
めに設けられている。このガスレギュレータ６１で圧力
調整されたガス燃料は、図示省略の吸気口から吸入され
た空気と混合された後、ガスエンジンＧＥの燃焼室に供
給される。

【００３２】以下では、上記の構成となるＭＧＨＰ１に
おいて、室内を冷暖房するそれぞれの運転時について、
その作用を説明する。まず最初に、室内ユニット１０Ａ
〜Ｄの全数を冷房運転する場合について、図１ないし３
を参照して説明する。なお、各弁類の開閉状態は黒塗り
で図示した弁類が閉であり、冷媒の流れ方向が矢印で示
されている。この場合、冷媒回路部３０の四方弁３８Ａ
〜Ｃは、いずれもポートＤ／Ｃ間が連通され、圧縮機３
１の吐出側と室外熱交換器３２とが接続されている。こ
の状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス
冷媒は、四方弁３８を通ってコンデンサとして機能する
室外熱交換器３２に送られる。

【００３３】高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３２で
凝縮液化され、外気に放熱して高温高圧の液冷媒とな
る。この液冷媒は、図３に示すように、逆止弁４０を通
過してレシーバ３５に導かれる。レシーバ３５で気液分
離された液冷媒は、第３操作弁４３を通って分流コント
ロールユニット２０へ流れ込む。分流コントロールユニ
ット２０に流れ込んだ高温高圧の液冷媒は、電磁弁２４
を経て電子膨張弁１２に導かれ、同電子膨張弁１２を通
過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、エバ
ポレータとして機能する室内熱交換器１１に送られる。

【００３４】室内熱交換器１１に送られた低温低圧の液
冷媒は、室内気から熱を奪って蒸発気化する。この過程
で室内気を冷却して低温低圧のガス冷媒となり、再度分
流コントロールユニット２０に戻され、さらに、第１操
作弁４１を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送
られる。冷媒回路部に送られた低温低圧のガス冷媒はア
キュムレータ３４に流入し、液状成分が分離されたのち
圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス
冷媒は、圧縮機３１の作動により圧縮され、高温高圧の
ガス冷媒となって再び室外熱交換器３２に送られるの
で、冷媒が状態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成する
ことができる。

【００３５】次に、室内ユニット１０Ａ〜Ｄの全数を暖
房運転する場合について、図４ないし６を参照して説明
する。この場合、冷媒回路部の四方弁３８Ａ〜Ｃは、い
ずれもポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機３１の吐出側
と室内熱交換器１１とが接続されている。この状態で
は、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、
第２操作弁４２を通って分流コントロールユニット２０
に送られる。分流コントロールユニット２０内に導かれ
た冷媒は、電磁弁２２を通って各室内ユニット１０Ａ〜
Ｄのコンデンサとして機能する室内熱交換器１１に送ら
れる。

【００３６】高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１
で室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程におい
て、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高温高圧
の液冷媒となる。この液冷媒は、キャピラリーチューブ
１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒となり、
逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０へ戻さ
れる。分流コントロールユニット２０に流れ込んだ低温
低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３を通っ
て室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。

【００３７】冷媒回路部３０に送られた液冷媒は、レシ
ーバ３５を経て気液分離がなされ、液冷媒のみがエバポ
レータとして機能する室外熱交換器３２へ送られる。こ
の液冷媒は、室外熱交換器３２へ入る前に、絞り機構３
７として設けられているキャピラリーチューブを通過し
て再度減圧される。室外熱交換器３２においては、低温
低圧の液冷媒は外気から熱を奪い、蒸発気化して低温低
圧のガス冷媒となる。この時、ラジエータ５３に高温の
エンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷
媒を効率よく蒸発気化させることができる。

【００３８】こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、
四方弁３８のポートＣからポートＳを経てアキュムレー
タ３４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機３１
に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧
縮機３１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒と
なって再び室内熱交換器１１に送られるので、冷媒が状
態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができ
る。

【００３９】最後に、室内ユニット１０Ａ〜Ｄを冷暖房
同時運転する場合について、図７ないし９を参照して説
明する。なお、ここでの冷暖房同時運転は、暖房主体運
転に冷房運転を混在させた場合、具体的には３セットの
室内機ユニット１０Ａ〜Ｃを暖房運転とし、残る１セッ
トの室内機ユニット１０Ｄを冷房運転する場合を例にし
て説明する。この場合、冷媒回路部の四方弁３８Ａ，Ｃ
は、いずれもポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機３１の
吐出側と室内ユニット１０Ａ〜Ｃの室内熱交換器１１と
が接続されている。

【００４０】この状態では、圧縮機３１より吐出された
高温高圧のガス冷媒は、第２操作弁４２を通って分流コ
ントロールユニット２０に送られる。分流コントロール
ユニット２０内に導かれた冷媒は、室内機ユニット１０
Ａ〜Ｃに対応するそれぞれの電磁弁２２を通って、各室
内ユニット１０Ａ〜Ｃにおいてコンデンサとして機能す
る室内熱交換器１１Ａ〜Ｃに送られる。

【００４１】高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１
Ａ〜Ｃで室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程
において、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高
温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、キャピラリーチ
ューブ１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒と
なり、逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０
へ戻される。分流コントロールユニット２０に流れ込ん
だ低温低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３
を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。

【００４２】一方、冷房運転されている室内機ユニット
１０Ｄは、分流コントロールユニット２０内において、
対応する電磁弁２１，２４が開となる。このため、室内
機ユニット１０Ａ〜Ｃから室外機ユニット３０へ送られ
る低温低圧の液冷媒は、その一部が第３操作弁４３の上
流側で分流し、電磁弁２４及び電子膨張弁１２を通って
エバポレータとして機能する室内熱交換器１１Ｄに送ら
れる。室内熱交換器１１Ｄに送られた低温低圧の液冷媒
は、室内気から熱を奪って蒸発気化し、室内気を冷却す
る。この過程で室内気を冷却して低温低圧のガス冷媒と
なり、分流コントロールユニット２０に戻される。分流
コントロールユニット２０内では電磁弁２１を通り、第
１操作弁４１から室外機ユニット３０の冷媒回路部に送
られる。

【００４３】室内機ユニット１０Ｄへ分流させた残りの
液冷媒は、第３操作弁４３から冷媒回路部３０に送られ
る。この液冷媒は、レシーバ３５を経て気液分離がなさ
れ、液冷媒のみがエバポレータとして機能する室外熱交
換器３２へ送られる。この液冷媒は、室外熱交換器３２
へ入る前に、絞り機構３７として設けられているキャピ
ラリーチューブを通過して再度減圧される。

【００４４】ところで、室外熱交換器３２に要求される
蒸発能力は、全数暖房運転時と比較して少なくてすむ。
すなわち、４セット設けてある室内機ユニット１０Ａ〜
Ｄのうち、３セットが暖房運転され、残る１セットが冷
房運転されていることから、４分割された室外熱交換器
３２Ａ〜Ｄの約５０％と、冷房運転している室内熱交換
器１１Ｄとを合計した蒸発能力があればよい。このた
め、ここでは室外熱交換器３２Ａ及び３２Ｄを使用し、
残る５０％の室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃは休止させて
いる。従って、低温低圧の液冷媒は、室外熱交換器３２
Ａ，３２Ｄを通過して流れる過程において外気から熱を
奪い、蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となる。この
時、ラジエータ５３に高温のエンジン冷却水を流すと、
エンジン廃熱を利用して液冷媒を効率よく蒸発気化させ
ることができる。

【００４５】こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、
四方弁３８Ａ，ＣのポートＣからポートＳを経てアキュ
ムレータ３４へ導かれる。また、室内熱交換器１１Ｄで
蒸発気化した低温低圧のガス冷媒は、第１操作弁４１の
後流側で四方弁３８Ａ，Ｃからアキュムレータ３４へ導
かれるガス冷媒と合流し、同様にしてアキュムレータ３
４へ導かれる。アキュムレータ３４に導入された低温低
圧のガス冷媒は、液状成分が分離されたのち圧縮機３１
に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧
縮機３１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒と
なって再び室内熱交換器１１に送られるので、冷媒が状
態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができ
る。

【００４６】このように、冷暖房同時運転を行う場合に
は、室内機ユニット１０Ａ〜Ｄの運転状況に応じて、４
分割された室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの運転形態を、コン
デンサ、エバポレータまたは休止の中から、四方弁３８
及び電磁弁３９の操作によりそれぞれ選択切り換えする
ことができる。すなわち、４分割された室外熱交換器３
２Ａ〜Ｄは、コンデンサとして使用する場合、その使用
数に応じて、図１０に実線で示すように、段階的に変化
する凝縮能力の特性を有している。この特性では、要求
能力がａ％から２５％までの間は凝縮能力も比例して増
加している。これは、絞り機構３７として調整機能を有
する電子膨張弁が採用されている室外熱交換器３２Ａを
単独で使用するためである。なお、凝縮能力の最低値
は、電子膨張弁の調整範囲により定まる。

【００４７】要求能力が２５％以上になると、室外熱交
換器を２台同時使用することで５０％の凝縮能力が得ら
れるようにしてある。この場合、室外熱交換器３２Ｂ，
３２Ｃを常に同時使用することで、選択切換に必要とな
る電磁弁３９の数を減らしている。なお、この場合の絞
り機構３７には、低コスト化を狙って調整機能がない膨
張弁を採用しているため、凝縮能力を比例制御すること
はできない。要求能力が５０％以上になると、室外熱交
換器を３台使用して７５％の凝縮能力が得られるように
してある。この場合、上述した５０％の凝縮能力が得ら
れる室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃに加えて、室外熱交換
器３２Ｄを追加使用する。そして、要求能力が７５％以
上になると、４分割した室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを全数
使用し、１００％の凝縮能力が得られるようにしてあ
る。なお、上述した凝縮能力は、エバポレータとして使
用する場合には蒸発能力と読み替えることができる。

【００４８】ところで、室外熱交換器３２の分割数は４
分割に限定されるものではなく、室内ユニット１０の数
や冷暖房同時運転の要求などに応じて適宜変更可能であ
る。また、調整機能を有する電子膨張弁を絞り機構３７
の全てに採用すれば、ほぼ全域にわたって比例制御する
ことができる。従って、絞り機構３７についても、全て
に調整機能を有する電子膨張弁を採用してもよいし、反
対に全てに調整機能をもたない膨張弁を採用することも
可能である。

【００４９】このように、全数冷房運転の場合には、冷
房運転することでエバポレータとして機能する室外熱交
換器１１Ａ〜Ｄの数と、コンデンサとして機能する室外
熱交換器３２Ａ〜Ｄの数を一致させ、全数暖房運転の場
合には、暖房運転することでコンデンサとして機能する
室内熱交換器１１Ａ〜Ｄの数とエバポレータとして機能
する室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの数とを一致させればよ
い。また、冷暖房同時運転の場合には、エバポレータと
して機能する室内熱交換器１１及び室外熱交換器３２の
蒸発能力と、コンデンサとして機能する室内熱交換器１
１及び室外熱交換器３２の凝縮能力とがバランスするよ
うに、分割された室外熱交換器３２の使用数や組合せな
どを決めればよい。なお、たとえば室内熱交換器１１が
４セット設置され、冷房運転及び暖房運転が共に２セッ
トと同数の場合には、室内熱交換器１１どうしで能力が
バランスするので、室外熱交換器３２を全数休止させる
ことも可能である。

【００５０】さて、上述した実施形態では、ラジエータ
５３を室外熱交換器３２と同様の４分割としてある。こ
のため、電磁弁３９の開閉操作により、特に、室外熱交
換器３２をエバポレータとして使用する分割部に対応し
てエンジン冷却水を導入することが可能になり、ラジエ
ータの分割数に応じてエンジン廃熱を段階的に有効利用
することができる。また、上述した室外熱交換器３２の
熱交換能力については、室外機ファン４４の運転速度を
制御することにより外気導入の風量が変化するので、使
用する分割部の数を切り換える段階的な調整に加え、風
量に応じた調整も可能である。なお、本発明の構成は上
述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマルチ型
ガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、室外熱交換
器を複数に分割して並列に接続し、冷媒供給切換手段に
より各分割部毎の冷媒の流れを制御できるようにしたの
で、全数冷房運転、全数暖房運転及び冷暖房同時運転か
ら適宜選択される室内機ユニットの運転状況に応じて大
きく変動する蒸発能力または凝縮能力を、安価なシステ
ムで容易に得ることができるといった顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空
気調和装置の一実施形態を示す図で、全数冷房運転時の
状態を示す全体構成図である。

【図２】図１における分流コントロールユニット及び
室内機ユニットの内部構成を示す図である。

【図３】図１における室外熱交換器周辺の構成例を示
す図である。

【図４】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空
気調和装置の一実施形態を示す図で、全数暖房運転時の
状態を示す全体構成図である。

【図５】図４における分流コントロールユニット及び
室内機ユニットの内部構成を示す図である。

【図６】図４における室外熱交換器周辺の構成例を示
す図である。

【図７】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空
気調和装置の一実施形態を示す図で、冷暖房同時運転時
の状態を示す全体構成図である。

【図８】図７における分流コントロールユニット及び
室内機ユニットの内部構成を示す図である。

【図９】図８における室外熱交換器周辺の構成例を示
す図である。

【図１０】本発明の実施形態に示した室外熱交換器に
ついて、凝縮能力の特性を示す図である。

【図１１】マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和機に
おいて、冷暖房同時運転を実施した場合の問題点を説明
するために示したモリエル線図である。

【符号の説明】

１マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（ＭＧＨ
Ｐ）１０室内機ユニット１１室内熱交換器２０分流コントロールユニット３０室外機ユニット３１圧縮機３２室外熱交換器３７絞り機構３８四方弁３９電磁弁４０逆止弁４１第１操作弁４２第２操作弁４３第３操作弁ＧＥガスエンジン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２５Ｂ 27/02 Ｆ２５Ｂ 27/02 ＣＦ (72)発明者笠木司愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 (72)発明者加藤忠広愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社冷熱事業本部内Ｆターム(参考） 3L092 GA01 GA02 HA01 HA13 LA02 LA03 LA06 MA04 NA12 PA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに室内熱交換器を備え室内の空
気と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内機ユニット
と、ガスエンジンで駆動する圧縮機及び外気と冷媒との
間で熱交換を行う室外熱交換器を備えている室外機ユニ
ットと、前記室内機ユニットのそれぞれについて冷媒の
流れ方向を制御し冷暖房運転の選択切換を行う分流コン
トロールユニットとを具備してなるマルチ型ガスヒート
ポンプ式空気調和装置であって、前記室外熱交換器を複数に分割して並列に接続すると共
に、同室外熱交換器の各分割部分毎に冷媒の流れを制御
する冷媒供給切換手段を設けたことを特徴とするマルチ
型ガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項２】前記室外熱交換器に隣接して前記ガスエ
ンジンのラジエータを設置し、該ラジエータを複数に分
割して並列に接続すると共に、同ラジエータの各分割部
毎にエンジン冷却水の導入を選択する切換手段を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチ型ガスヒート
ポンプ式空気調和装置。
【請求項３】前記室外熱交換器の室外機ファンで外気
導入の風量制御を行うことを特徴とする請求項１または
２に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置。