JP2006145169A - 空気調和装置およびその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる空気調和装置を提供する。
【解決手段】 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外ユニットと、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって室外ユニットと接続され、高圧ガス管または液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、制御部は、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
【選択図】 図12
【解決手段】 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外ユニットと、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって室外ユニットと接続され、高圧ガス管または液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、制御部は、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
【選択図】 図12
Description
本発明は、高圧ガス管、低圧ガス管および液管によって室外機と接続された室内機およびこれを備えた空気調和装置の運転方法に関するものである。
高圧ガス管、低圧ガス管および液管によって一つの室外機と接続された複数の室内機を備え、それぞれの室内機で冷房・暖房運転を独立に行う空気調和装置として、いわゆる冷暖房フリーマルチエアコンが知られている(特許文献1参照)。
図15には、このような冷暖房フリーマルチエアコンが示されている。
室外ユニット100には、冷媒を圧縮する圧縮機101と、二つの室外熱交換器103A,Bとが設けられている。室外熱交換器103A,Bには、それぞれ、室外側切換弁102A,Bが設けられており、高圧ガス管110及び低圧ガス管111との接続を選択的に切り替えるようになっている。
高圧ガス管110は、圧縮機101からの吐出ガスが導かれる流路となっており、低圧ガス管111は、室内機A,B,Cからの低圧ガスが導かれる流路となっている。
室外側切換弁102A,Bとは反対側となる室外熱交換器103A,Bの端部には、液管112が接続されている。
図15には、このような冷暖房フリーマルチエアコンが示されている。
室外ユニット100には、冷媒を圧縮する圧縮機101と、二つの室外熱交換器103A,Bとが設けられている。室外熱交換器103A,Bには、それぞれ、室外側切換弁102A,Bが設けられており、高圧ガス管110及び低圧ガス管111との接続を選択的に切り替えるようになっている。
高圧ガス管110は、圧縮機101からの吐出ガスが導かれる流路となっており、低圧ガス管111は、室内機A,B,Cからの低圧ガスが導かれる流路となっている。
室外側切換弁102A,Bとは反対側となる室外熱交換器103A,Bの端部には、液管112が接続されている。
室内ユニットA,B,Cは、それぞれ、室内熱交換器107A,B,Cを備えており、各室内熱交換器107A,B,Cは、室外ユニット100と高圧ガス管110、低圧ガス管111および液管112によって接続されている。各室内熱交換器107A,B,Cには、室内側切換弁108A,B,Cが設けられており、高圧ガス管110及び低圧ガス管111との接続を選択的に切り替えるようになっている。また、各室内熱交換器107A,B,Cには、液管112からの液冷媒を膨張させるための膨張弁106A,B,Cが設けられている。
上記構成の冷暖房フリーマルチエアコンは、次のように運転される。
一例として、室内ユニットA,Bが冷房、室内ユニットCが暖房とされた運転について説明する。
圧縮機101によって圧縮された冷媒は、高圧ガス管110へと導かれ、この高圧ガス管110が室外側切換弁102Bによって選択されて、室外熱交換器103Bへと導かれる。
他方の室外熱交換器103Aは、液冷媒の溜まり込みを防止するために、室外切換弁102Aから高圧ガスを導き、逆止弁105Aおよびキャピラリチューブ135を通過させて減圧し、液管112へと導く。
凝縮器として動作する室外熱交換器103Aを通過して凝縮液化した液冷媒は、液管112によって室内ユニットA,Bへと導かれ、膨張弁106A,Bで膨張した後、室内熱交換器107A,Bで蒸発して室内空気を冷却する。これにより、室内ユニットA,Bは冷房動作を行う。室内熱交換器107A,Bを通過した冷媒は、室内側切換弁108A,Bによって選択された低圧ガス管111へと導かれ、アキュムレータ114を通過して再び圧縮機101へと戻される。
室内ユニットCの室内側切換弁108Cは、高圧ガス管110を選択しており、高圧ガスが室内熱交換器107Cに導かれ、室内空気を暖める。室内空気を暖めて凝縮液化した冷媒は、液管112へと導かれる。
一例として、室内ユニットA,Bが冷房、室内ユニットCが暖房とされた運転について説明する。
圧縮機101によって圧縮された冷媒は、高圧ガス管110へと導かれ、この高圧ガス管110が室外側切換弁102Bによって選択されて、室外熱交換器103Bへと導かれる。
他方の室外熱交換器103Aは、液冷媒の溜まり込みを防止するために、室外切換弁102Aから高圧ガスを導き、逆止弁105Aおよびキャピラリチューブ135を通過させて減圧し、液管112へと導く。
凝縮器として動作する室外熱交換器103Aを通過して凝縮液化した液冷媒は、液管112によって室内ユニットA,Bへと導かれ、膨張弁106A,Bで膨張した後、室内熱交換器107A,Bで蒸発して室内空気を冷却する。これにより、室内ユニットA,Bは冷房動作を行う。室内熱交換器107A,Bを通過した冷媒は、室内側切換弁108A,Bによって選択された低圧ガス管111へと導かれ、アキュムレータ114を通過して再び圧縮機101へと戻される。
室内ユニットCの室内側切換弁108Cは、高圧ガス管110を選択しており、高圧ガスが室内熱交換器107Cに導かれ、室内空気を暖める。室内空気を暖めて凝縮液化した冷媒は、液管112へと導かれる。
上記のような従来の冷暖房フリーマルチエアコンは、冷房運転を行っている室内機と暖房運転を行っている室内機とが混在する冷暖混在運転の場合、外気温との関係で、以下の問題を有していた。
冷暖房フリーマルチエアコンは、冷暖混在運転を実現するために、必要な凝縮温度および蒸発温度すなわち必要な冷媒圧力の高低圧値がある。この冷媒圧力の高低圧値が達成されない限り、室内ユニットの所望の吹出温度が得られず、暖房が不十分な不暖や冷房が不十分な不冷といった快適性に関わる問題が生じてしまう。
従来の冷暖房フリーマルチエアコンは、冷媒圧力をフィードバックさせながら、各熱交換器の容量を調整して冷媒の高低圧を維持している。しかし、室内ユニットの運転状態が急激に変化した場合(例えば、全ての室内ユニットが暖房を行っていたい状態から、半数の室内ユニットが冷房に切り替わった場合)、室内ユニットの運転状態の変化後の冷媒圧力をフィードバックして制御していたのでは応答が悪いといった問題がある。
これを回避するために、室外ユニットに必要とされる熱交換器容量をフィードフォワード的に予測して変化させることがあるが、室内ユニットの運転状態の変化を単に取り込んで室外ユニットの運転状態を変化させたのでは、外気温によって交換熱量が異なることから、室外ユニットの運転状態および運転台数を過剰に変化させてしまう場合がある。
従来の冷暖房フリーマルチエアコンは、冷媒圧力をフィードバックさせながら、各熱交換器の容量を調整して冷媒の高低圧を維持している。しかし、室内ユニットの運転状態が急激に変化した場合(例えば、全ての室内ユニットが暖房を行っていたい状態から、半数の室内ユニットが冷房に切り替わった場合)、室内ユニットの運転状態の変化後の冷媒圧力をフィードバックして制御していたのでは応答が悪いといった問題がある。
これを回避するために、室外ユニットに必要とされる熱交換器容量をフィードフォワード的に予測して変化させることがあるが、室内ユニットの運転状態の変化を単に取り込んで室外ユニットの運転状態を変化させたのでは、外気温によって交換熱量が異なることから、室外ユニットの運転状態および運転台数を過剰に変化させてしまう場合がある。
また、室外熱交換器の冷媒飽和温度と外気温との差が大きい場合、室外熱交換器が小容量であっても大きな容量が出るため、冷媒圧力のフィードバック制御によって冷媒の高低圧値が維持できていても、コンデンサとエバポレータの容量バランスが崩れ、室内熱交換器への冷媒循環量が不足して不暖・不冷を招くおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる空気調和装置およびその運転方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の空気調和装置およびその運転方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
すなわち、本発明にかかる空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
室外熱交換器が凝縮器とされている場合、外気温が低いほど室外熱交換器の凝縮能力は増大する。一方、室外熱交換器が蒸発器とされている場合、外気温が高いほど蒸発能力は増大する。制御部は、外気温を考慮することにより室外熱交換器の凝縮能力および蒸発能力を把握し、要求コンデンサ容量に的確に対応した室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する。
ここで、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器の運転状態(冷房運転または暖房運転)に応じて他の熱交換器(主として室外熱交換器)に要求する冷媒凝縮熱量であり、正の場合は室内熱交換器が主として冷房運転を行い、負の場合は主として暖房運転を行っていることを意味する。
「室外熱交換器の運転状態」とは、室外熱交換器が凝縮器として運転しているか又は蒸発器として運転しているか、もしくは、冷媒が流れない状態で停止(待機)しているかを意味する。
ここで、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器の運転状態(冷房運転または暖房運転)に応じて他の熱交換器(主として室外熱交換器)に要求する冷媒凝縮熱量であり、正の場合は室内熱交換器が主として冷房運転を行い、負の場合は主として暖房運転を行っていることを意味する。
「室外熱交換器の運転状態」とは、室外熱交換器が凝縮器として運転しているか又は蒸発器として運転しているか、もしくは、冷媒が流れない状態で停止(待機)しているかを意味する。
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記総要求コンデンサ容量を外気温に応じて段階的に補正することを特徴とする。
総要求コンデンサ容量が負の場合には、室内熱交換器は全体として暖房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は蒸発器として動作する。室外熱交換器が蒸発器として動作している場合、外気中の水分が凝縮して室外熱交換器の表面に付着することがある。室外熱交換器の表面に凝縮水が付着すると、室外熱交換器の表面を通過する空気の流れを阻害し、熱交換量が減少する。一方、室外熱交換器の表面に付着した凝縮水が蒸発することによって室外熱交換器の蒸発能力が増大する。このように、熱交換器表面の状態によって熱交換量が明確に決まらないので、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正しつつも段階的にすることとし、制御の安定性を増大させることとした。
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が正の場合、前記圧縮機の吐出圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする。
総要求コンデンサ容量が正の場合には、室内熱交換器は全体として冷房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は凝縮器として動作する。この場合、室外熱交換器では、圧縮機から吐出された高圧冷媒が供給されて凝縮が行われるので、吐出圧力における飽和温度と外気温との差によって制御することが好ましい。
さらに、前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記圧縮機の吸入圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする。
総要求コンデンサ容量が負の場合には、室内熱交換器は全体として暖房運転が行われているとみなすことができるので、室外熱交換器は蒸発器として動作する。この場合、室外熱交換器には圧縮機の吸入側に接続されて低圧液冷媒が蒸発するので、吸入圧力における飽和温度と外気温との差によって制御することが好ましい。
さらに、前記制御部は、通常運転時、冷媒圧力をフィードバックすることによって前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定し、
前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合に、前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的に変化させることを特徴とする。
前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合に、前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的に変化させることを特徴とする。
通常運転では、冷房および暖房に必要な冷媒の高低圧差を実現するように、冷媒圧力を検出してフィードバック制御により、室外熱交換器の運転状態および運転台数(運転パターン)を変化させる。総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合には、室外熱交換器に大きな運転パターンの変更が予測されるので、室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的(割り込み処理)に変化させることとした(フィードフォワード的な制御)。これにより、冷媒圧力をフィードバックして制御する場合に比べて、大きな運転パターンの変更への追従性が向上するので、室外熱交換器の運転パターンが決定するまでの時間を短縮させることができ、その間の室内熱交換器の能力不足を抑えることが可能となる。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器の運転パターンの変更を極力抑えて制御の安定を図る。
ここで、「所定値」とは、例えば、補正後の総要求コンデンサ容量の変化量を意味し、室外熱交換器を2台とした場合、60%を意味する。すなわち、1台の室外熱交換器で賄える範囲を超えた場合を意味する。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器の運転パターンの変更を極力抑えて制御の安定を図る。
ここで、「所定値」とは、例えば、補正後の総要求コンデンサ容量の変化量を意味し、室外熱交換器を2台とした場合、60%を意味する。すなわち、1台の室外熱交換器で賄える範囲を超えた場合を意味する。
また、本発明の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総冷房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする。
冷房運転を行っている室内熱交換器と暖房運転を行っている室内熱交換器が混在している冷暖混在運転の場合、冷房運転を行っている室内熱交換器の総冷房容量が、室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を超えない場合には、暖房運転を行っている室内熱交換器が室外機に定格容量(すなわち100%)の蒸発容量を要求しても、室外機余剰容量を用いて冷房運転をしている室内熱交換器に冷媒を供給することが可能である。
しかし、冬季のような低外気温とされた冷暖混在運転の場合、暖房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒高圧圧力を保つために室外熱交換器を蒸発器として使用すると、低外気温のため室外熱交換器に冷媒が多く流れ込んでしまう。この場合に、総冷房容量が室外機余剰容量を超えていると、総冷房容量に対応する冷媒流量を室外機が供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不冷となってしまう。
そこで、総冷房容量が室外機余剰容量を超えるような場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止して、総冷房能力に対応する冷媒流量を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
しかし、冬季のような低外気温とされた冷暖混在運転の場合、暖房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒高圧圧力を保つために室外熱交換器を蒸発器として使用すると、低外気温のため室外熱交換器に冷媒が多く流れ込んでしまう。この場合に、総冷房容量が室外機余剰容量を超えていると、総冷房容量に対応する冷媒流量を室外機が供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不冷となってしまう。
そこで、総冷房容量が室外機余剰容量を超えるような場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止して、総冷房能力に対応する冷媒流量を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
また、本発明の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総暖房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする。
冷房運転を行っている室内熱交換器と暖房運転を行っている室内熱交換器が混在している冷暖混在運転の場合、暖房運転を行っている室内熱交換器の総暖房容量が室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を超えない場合には、冷房運転を行っている室内熱交換器が室外機に定格容量(すなわち100%)の凝縮容量を要求しても、余剰容量で暖房運転をすることが可能である。
しかし、夏季のような高外気温とされた冷暖混在運転の場合、冷房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒流量を確保するために室外熱交換器を凝縮器として使用すると、多くの冷媒が凝縮器として動作する室外熱交換器に流れ込んでしまい、暖房運転を行う室内熱交換器の冷媒圧力が低下する。この場合に、総暖房容量が室外機余剰容量を超えていると、総暖房容量に対応する冷媒高圧圧力を供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不暖となってしまう。
そこで、このような場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止して、総暖房能力に対応する冷媒高圧圧力を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
しかし、夏季のような高外気温とされた冷暖混在運転の場合、冷房運転を行っている室内熱交換器に必要な冷媒流量を確保するために室外熱交換器を凝縮器として使用すると、多くの冷媒が凝縮器として動作する室外熱交換器に流れ込んでしまい、暖房運転を行う室内熱交換器の冷媒圧力が低下する。この場合に、総暖房容量が室外機余剰容量を超えていると、総暖房容量に対応する冷媒高圧圧力を供給できないおそれがある。すなわち、外気温の条件によっては、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器が不暖となってしまう。
そこで、このような場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止して、総暖房能力に対応する冷媒高圧圧力を室外機が供給できなくなる事態を回避することとした。
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする。
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、該総冷房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする。
また、本発明の空気調和装置の運転方法は、冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、該総暖房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする。
本発明の空気調和装置およびその運転方法によれば、外気温の変化に応じて適切に室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することができる。
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図1には、冷暖房フリーマルチエアコン(空気調和装置)の概略構成が示されている。
冷暖房フリーマルチエアコンは、一つの室外ユニット(室外機)1と、複数の室内ユニット(室内機)3と、これらを接続する高圧ガス管5、低圧ガス管7および液管9とを備えている。
室外ユニット1は、例えば2台とされた圧縮機10と、例えば2台とされた室外熱交換器12とを備えている。
室外熱交換器12は、室外空気と熱交換するものであり、通過する冷媒の状態に応じて、凝縮器または蒸発器として動作する。各室外熱交換器12a,bとレシーバ23との間の液管9との間であって、各室外熱交換器12a,bの近傍には、それぞれ、室外側膨張弁13a,bが設けられている。この室外側膨張弁13a,bをバイパスする室外側膨張弁バイパス管16a,bが設けられており、各バイパス管16a,bには、室外熱交換器12a,bからレシーバ23への冷媒流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁19a,bが設けられている。一方の第1室外熱交換器12aに接続された室外側膨張弁バイパス管16aには、逆止弁19aの上流側に開閉弁21が設けられている。
室外側膨張弁13a,bのレシーバ23側に接続された配管は、液管9の合流点9aにて合流するようになっている。
図1には、冷暖房フリーマルチエアコン(空気調和装置)の概略構成が示されている。
冷暖房フリーマルチエアコンは、一つの室外ユニット(室外機)1と、複数の室内ユニット(室内機)3と、これらを接続する高圧ガス管5、低圧ガス管7および液管9とを備えている。
室外ユニット1は、例えば2台とされた圧縮機10と、例えば2台とされた室外熱交換器12とを備えている。
室外熱交換器12は、室外空気と熱交換するものであり、通過する冷媒の状態に応じて、凝縮器または蒸発器として動作する。各室外熱交換器12a,bとレシーバ23との間の液管9との間であって、各室外熱交換器12a,bの近傍には、それぞれ、室外側膨張弁13a,bが設けられている。この室外側膨張弁13a,bをバイパスする室外側膨張弁バイパス管16a,bが設けられており、各バイパス管16a,bには、室外熱交換器12a,bからレシーバ23への冷媒流れを許容し、その逆の流れを阻止する逆止弁19a,bが設けられている。一方の第1室外熱交換器12aに接続された室外側膨張弁バイパス管16aには、逆止弁19aの上流側に開閉弁21が設けられている。
室外側膨張弁13a,bのレシーバ23側に接続された配管は、液管9の合流点9aにて合流するようになっている。
各圧縮機10a,bは、好適にはスクロールコンプレッサが用いられる。これらの圧縮機10a,bは、要求される能力に応じて、2台同時に運転する場合もあり、また、1台のみ運転させ、他の1台をバックアップとする場合もある。
圧縮機10で圧縮された冷媒は、高圧ガス冷媒となり、高圧ガス管5へと吐出される。
なお、冷媒としては、例えばR401Aが用いられる。このR401Aは、従来の冷媒であるR22,R407Cに比べて1.4倍(5℃)の密度を有し、1.6倍(5℃)の高圧が可能な高密度高圧冷媒とされており、高い冷凍能力を発揮し、圧力損失も少ないという利点を有する。
圧縮機10で圧縮された冷媒は、高圧ガス冷媒となり、高圧ガス管5へと吐出される。
なお、冷媒としては、例えばR401Aが用いられる。このR401Aは、従来の冷媒であるR22,R407Cに比べて1.4倍(5℃)の密度を有し、1.6倍(5℃)の高圧が可能な高密度高圧冷媒とされており、高い冷凍能力を発揮し、圧力損失も少ないという利点を有する。
室外ユニット1内に位置する高圧ガス管5は、分岐点5a,bにおいて分岐し、それぞれの分岐管13a,bが高圧ガス管用ポート14−1において室外側四方弁14a,14bに接続されている。室外側四方弁14a,bは、それぞれ、室外熱交換器12a,bに接続される室外熱交換器側ポート14−2と、低圧ガス管7の分岐点7dにおいて分岐する低圧ガス分岐管15a,bに接続される低圧ガス管側ポート14−3と、ストレーナ17a,b及びキャピラリチューブ18a,bを介して低圧ガス分岐管15a,bに接続されるバイパス管側ポート14−4とを備えている。
室外ユニット1内に位置する低圧ガス管7は、アキュムレータ20を介して、各圧縮機10a,bに接続されている。アキュムレータ20において回収された液冷媒は、液冷媒返送ライン22a,bによって各圧縮機10a,bに戻されるようになっている。
室外熱交換器12a,bは、室外側四方弁14a,bに接続される側の反対側に、液管9が接続されている。この室外ユニット1内の液管9には、液冷媒を貯留するレシーバ23と、冷房運転時に液管9を流れる冷媒に過冷却を与える過冷却器25とを備えている。過冷却器25は、液管9を流れる液冷媒の一部を取り出し、膨張弁25aによって膨張気化させて冷却した冷媒によって、液管9を流れる液冷媒に過冷却を与えるようになっている。過冷却に用いられて気化したガス冷媒は、アキュムレータ20に返送される。
室内ユニット3は、複数設けられており、各室内ユニットの構成は同等とされる。
室内ユニット3は、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器40を備えている。室内熱交換器40と液管9とを接続する液冷媒用分岐管44には、膨張弁42が設けられている。
各室内ユニット3には、高圧ガス管5及び低圧ガス管7の切り換えを行う分流コントローラ46が設けられている。
室内ユニット3は、室内空気と熱交換を行う室内熱交換器40を備えている。室内熱交換器40と液管9とを接続する液冷媒用分岐管44には、膨張弁42が設けられている。
各室内ユニット3には、高圧ガス管5及び低圧ガス管7の切り換えを行う分流コントローラ46が設けられている。
分流コントローラ46は、次のような構成となっている。
分流コントローラ46は、室内側四方弁48を備えている。室内側四方弁48は、高圧ガス管5の主管から分岐された高圧ガス分岐管5cに接続される高圧ガス管用ポート48−1と、室内熱交換器40側に接続される室内熱交換器側ポート48−2と、低圧ガス管7の主管から分岐された室内側低圧ガス分岐管7cに接続される低圧ガス管用ポート48−3と、室内側低圧ガス分岐管7cの中途位置49に合流する低圧バイパス管50に接続される低圧バイパス管用ポート48−4とを有している。
分流コントローラ46は、室内側四方弁48を備えている。室内側四方弁48は、高圧ガス管5の主管から分岐された高圧ガス分岐管5cに接続される高圧ガス管用ポート48−1と、室内熱交換器40側に接続される室内熱交換器側ポート48−2と、低圧ガス管7の主管から分岐された室内側低圧ガス分岐管7cに接続される低圧ガス管用ポート48−3と、室内側低圧ガス分岐管7cの中途位置49に合流する低圧バイパス管50に接続される低圧バイパス管用ポート48−4とを有している。
室内側四方弁48は、暖房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通する。また、室内側四方弁48は、冷房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通する。
室内側四方弁48の上流側の高圧ガス分岐管5cには、高圧ガス分岐管用開閉弁52が設けられている。この高圧ガス分岐管用開閉弁52を迂回するように高圧ガス分岐管用バイパス流路54が形成されており、この高圧ガス分岐管用バイパス流路54には第1キャピラリチューブ(減圧手段)55が設けられている。
室内側四方弁48の下流側の低圧バイパス管50には、第2キャピラリチューブ(流量調整手段)57が設けられている。
高圧ガス分岐管用バイパス流路54の上流側の高圧ガス分岐管5cと低圧バイパス管50の下流側(中途位置49の下流側)の室内側低圧ガス分岐管7cとの間には、高低圧バイパス管58が設けられている。高低圧バイパス管58には、高圧ガス分岐管5c側から室内側低圧ガス分岐管7c側に向かって、高低圧バイパス管用開閉弁60と第3キャピラリチューブ62とが順に設けられている。
室内側四方弁48の下流側の低圧バイパス管50には、第2キャピラリチューブ(流量調整手段)57が設けられている。
高圧ガス分岐管用バイパス流路54の上流側の高圧ガス分岐管5cと低圧バイパス管50の下流側(中途位置49の下流側)の室内側低圧ガス分岐管7cとの間には、高低圧バイパス管58が設けられている。高低圧バイパス管58には、高圧ガス分岐管5c側から室内側低圧ガス分岐管7c側に向かって、高低圧バイパス管用開閉弁60と第3キャピラリチューブ62とが順に設けられている。
冷暖房フリーマルチエアコンは、図示しないが、圧縮機10や室外熱交換器12を含む室外ユニット1、および室内熱交換器40や分流コントローラ46を含む室内ユニット3の制御を行う制御部を備えている。
次に、上記構成の冷暖房フリーマルチエアコンについて、各運転モードに応じてその動作を説明する。
以下に説明するように、本実施形態にかかる冷暖房フリーマルチエアコンは、要求される凝縮能力・蒸発能力に応じて、室外熱交換器12の動作を適宜変更するものである。
また、制御部によって各運転パターンが決定・変更される。
以下に説明するように、本実施形態にかかる冷暖房フリーマルチエアコンは、要求される凝縮能力・蒸発能力に応じて、室外熱交換器12の動作を適宜変更するものである。
また、制御部によって各運転パターンが決定・変更される。
[全冷房全台運転:運転パターンC4]
先ず、夏季のように、全ての室内ユニット3において冷房運転が選択されている場合の動作について、図1を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器12a,bは凝縮器として動作する。
圧縮機10aによって圧縮された高圧ガス冷媒は、高圧ガス管5の各分岐点5a,bで分岐して、各室外側四方弁14a,bへと流れる。一方、高圧ガス冷媒の一部分(ごく少量)は、室内ユニット3へと接続される高圧ガス管5を通って室内ユニット3へと流れる。なお、本実施形態において、圧縮機は1台のみ用いており、他の1台はバックアップ用とされている。
室外側四方弁14a,bでは、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2が連通され、また、低圧ガス管側ポート14−3とバイパス管側ポート14−4とが連通されている。したがって、高圧ガス管用ポート14−1へと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、室外熱交換器側ポート14−2を通過して、室外熱交換器12a,bへと導かれる。一方、室外側四方弁14a,bの低圧ガス管側ポート14−3とバイパス管側ポート14−4とが連通され、室外側低圧ガス分岐間15a,bを通る流路は閉ループとされているので、室外側低圧ガス分岐管15a,bには高圧ガス冷媒は流れず、また、低圧ガス管7の分岐点7dから低圧ガス冷媒が流れ込むこともない。ただし、室外側低圧ガス分岐管15a,b内は低圧ガス冷媒が満たされた状態となっている。
先ず、夏季のように、全ての室内ユニット3において冷房運転が選択されている場合の動作について、図1を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器12a,bは凝縮器として動作する。
圧縮機10aによって圧縮された高圧ガス冷媒は、高圧ガス管5の各分岐点5a,bで分岐して、各室外側四方弁14a,bへと流れる。一方、高圧ガス冷媒の一部分(ごく少量)は、室内ユニット3へと接続される高圧ガス管5を通って室内ユニット3へと流れる。なお、本実施形態において、圧縮機は1台のみ用いており、他の1台はバックアップ用とされている。
室外側四方弁14a,bでは、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2が連通され、また、低圧ガス管側ポート14−3とバイパス管側ポート14−4とが連通されている。したがって、高圧ガス管用ポート14−1へと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、室外熱交換器側ポート14−2を通過して、室外熱交換器12a,bへと導かれる。一方、室外側四方弁14a,bの低圧ガス管側ポート14−3とバイパス管側ポート14−4とが連通され、室外側低圧ガス分岐間15a,bを通る流路は閉ループとされているので、室外側低圧ガス分岐管15a,bには高圧ガス冷媒は流れず、また、低圧ガス管7の分岐点7dから低圧ガス冷媒が流れ込むこともない。ただし、室外側低圧ガス分岐管15a,b内は低圧ガス冷媒が満たされた状態となっている。
室外熱交換器12a,bへと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、外気と熱交換して放熱し、凝縮液化される。凝縮液化した高圧液冷媒は、レシーバ23を通過し、過冷却器25で過冷却された後、液管9を通って室内ユニット3へと導かれる。なお、室外ユニット1と室内ユニット3とを接続する液管9は、その長さが100mを超えるので、このように過冷却をつけて液管9内での液冷媒の蒸発を避けることが望ましい。
室内ユニット3側へと流れ込んだ高圧液冷媒は、各室内ユニット3に接続された高圧ガス分岐管5cに分岐した後、各室内ユニット3の膨張弁42で絞られて膨張させられる。その後、液冷媒は室内熱交換器40で蒸発して、室内空気から熱を奪い冷却する。蒸発気化した低圧ガス冷媒は、分流コントローラ46の室内側四方弁48へと流れ込む。室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。したがって、室内熱交換器40からの低圧ガス冷媒は、室内側四方弁48を通り、室内側低圧ガス分岐管7cへと流れ込んだ後、主管である低圧ガス管7を通って室外ユニット1へと導かれる。
分流コントローラ46内では、高圧ガス冷媒について、次のような冷媒流れが形成されている。高圧ガス管5から各室内ユニット3に分岐した高圧ガス分岐管5cを通って流れ込んだ高圧ガス冷媒は、高圧ガス分岐管用開閉弁52が閉とされているので、高圧ガス分岐管用バイパス流路54を通り、第1キャピラリチューブ55で減圧される。減圧されたガス冷媒は、室内側四方弁48を通り、低圧バイパス管50へと流れ込み、第2キャピラリチューブ57で絞られて流量調整された後、中途位置49において室内側低圧ガス分岐管7cに合流する。このように、高圧ガス分岐管5cの高圧ガス冷媒を、室内側四方弁48を介して流すようにしたので、高圧ガス分岐管5cにおいて高圧ガスが滞留することがなく、ひいては、主管である高圧ガス管5において高圧ガスが滞留することがない。したがって、高圧ガス管5(もしくは高圧ガス分岐管5c)内で高圧ガス冷媒が放熱・凝縮してしまい、液冷媒が高圧ガス管5内に溜まり込むことが防止される。特に、室外ユニット1と室内ユニット3とを接続する高圧ガス管5の配管長は100mを超え、たとえ配管を断熱したとしてもその放熱量は無視できないものとなるため、このような高圧ガス冷媒を分流コントローラ46によって流動させる冷媒回路が有効となる。
一方、分流コントローラ46の高低圧バイパス管用開閉弁60は閉とされているので、高低圧バイパス管58には高圧ガス冷媒が流れない。
一方、分流コントローラ46の高低圧バイパス管用開閉弁60は閉とされているので、高低圧バイパス管58には高圧ガス冷媒が流れない。
低圧ガス管7を通って室外ユニット1に流れ込んだ低圧ガス冷媒は、アキュムレータ20で液冷媒が除去された後、圧縮機10aへと戻される。
このように、全冷房全台運転では、要求される凝縮能力が大きいため、二つの室外熱交換器12a,bが凝縮器として運転される。
このように、全冷房全台運転では、要求される凝縮能力が大きいため、二つの室外熱交換器12a,bが凝縮器として運転される。
[全冷房運転(停止ユニット有):運転パターンC4’]
図2に示すように、全冷房運転であっても、全ての室内ユニット3の送風ファン(図示せず)が動作している場合に限らず、何台かは(同図においては室内ユニット3d)送風ファンが回転せず、停止ユニットとされている場合もある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい(例えば能力の100%)ので、室外熱交換器12a,bは2台とも凝縮器として動作する。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
図2に示すように、全冷房運転であっても、全ての室内ユニット3の送風ファン(図示せず)が動作している場合に限らず、何台かは(同図においては室内ユニット3d)送風ファンが回転せず、停止ユニットとされている場合もある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい(例えば能力の100%)ので、室外熱交換器12a,bは2台とも凝縮器として動作する。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[冷房主体(冷房期):運転パターンC4”]
図3に示すように、夏季のような冷房期であっても、1又は複数台の室内ユニット3(同図においては室内ユニット3aのみ)が暖房運転を選択されている場合がある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい(例えば能力の100%)ので、室外熱交換器12a,bは2台とも凝縮器として動作する。
室内ユニット3aは、室内側四方弁48を切り替えることによって、冷房運転から暖房運転へと切り替えられる。つまり、室内側四方弁48は、冷房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通していたものを、暖房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通するように切り替えられる。
図3に示すように、夏季のような冷房期であっても、1又は複数台の室内ユニット3(同図においては室内ユニット3aのみ)が暖房運転を選択されている場合がある。この場合、要求される凝縮能力は依然として大きい(例えば能力の100%)ので、室外熱交換器12a,bは2台とも凝縮器として動作する。
室内ユニット3aは、室内側四方弁48を切り替えることによって、冷房運転から暖房運転へと切り替えられる。つまり、室内側四方弁48は、冷房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通していたものを、暖房運転時には、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通するように切り替えられる。
その後、高圧ガス分岐管用開閉弁52が開けられる。この開閉弁52が開けられる直前には、高圧ガスは、高圧ガス分岐管用バイパス流路54に設けた第1キャピラリチューブ55によって高圧ガスの圧力が減じられて低圧ガスに近い圧力まで減じられているので、高圧ガス管用ポート48−1には、低圧ガスに近い圧力が加わっている。この状態で室内側四方弁48を切り替えて、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを接続するので、切り替え時における圧力差を可及的に小さくすることができ、室内側四方弁48の切り替え時における騒音を防止することができる。
このように室内側四方弁48が切り替えられると、高圧ガス冷媒は、室内熱交換器40へと導かれ、この室内熱交換器40で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器40で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管44を通って、主管である液管9へと合流する。
このように室内側四方弁48が切り替えられると、高圧ガス冷媒は、室内熱交換器40へと導かれ、この室内熱交換器40で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器40で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管44を通って、主管である液管9へと合流する。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[冷房主体(中間期:室外ファンコントロール範囲内):運転パターンC2]
図4には、春季や秋季のような中間期であって、冷房運転を行う室内ユニット3の台数が、暖房運転を行う室内ユニット3の台数よりも多い冷房主体の運転を行う場合が示されている。また、室外温度が冬季のように低すぎず(例えば5℃程度)、室外熱交換器12a,bに設けた室外ファン(図示せず)の運転・停止(又は室外ファンの回転数制御)によって凝縮能力をコントロールできる範囲における場合である。
図4には、春季や秋季のような中間期であって、冷房運転を行う室内ユニット3の台数が、暖房運転を行う室内ユニット3の台数よりも多い冷房主体の運転を行う場合が示されている。また、室外温度が冬季のように低すぎず(例えば5℃程度)、室外熱交換器12a,bに設けた室外ファン(図示せず)の運転・停止(又は室外ファンの回転数制御)によって凝縮能力をコントロールできる範囲における場合である。
この運転パターンでは、夏季のように要求冷房能力が大きくなく、したがって要求される凝縮能力が比較的小さい(例えば能力の50%)ので、第2室外熱交換器12bは停止されている。この第2室外熱交換器12bの停止は次のように行われる。
第2室外熱交換器12bに接続された室外側四方弁14bを切り替えて、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2との連通を切り、高圧ガス管用ポート14−1とバイパス管側ポート14−4とを連通させ、室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とを連通させる。これにより、圧縮機10aから吐出された高圧ガスを第2室外熱交換器12bに流さないようにする。また、第2室外熱交換器12bに接続された室外側膨張弁13bを全閉にする。
第2室外熱交換器12bに接続された室外側四方弁14bを切り替えて、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2との連通を切り、高圧ガス管用ポート14−1とバイパス管側ポート14−4とを連通させ、室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とを連通させる。これにより、圧縮機10aから吐出された高圧ガスを第2室外熱交換器12bに流さないようにする。また、第2室外熱交換器12bに接続された室外側膨張弁13bを全閉にする。
他方の第1室外熱交換器12aの下流側の室外側膨張弁13aは全開とされており、また、室外側膨張弁バイパス管16aに設けた開閉弁21も開とされている。
暖房運転を行う室内ユニット3aの分流コントローラ46は、次のように動作される。
分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。したがって、高圧ガス冷媒は、室内側四方弁48を通って、室内熱交換器40へと導かれ、この室内熱交換器40で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器40で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管44を通って、主管である液管9へと合流する。
分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。したがって、高圧ガス冷媒は、室内側四方弁48を通って、室内熱交換器40へと導かれ、この室内熱交換器40で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器40で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管44を通って、主管である液管9へと合流する。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[冷房主体(中間期:室外ファンコントロール範囲内):運転パターンC1]
図5には、図4を用いて説明した運転パターンC2に類似した運転パターンが示されている。本運転パターンC1と運転パターンC2とは、要求される凝縮能力が本運転パターンC1の方が小さい(例えば能力の0〜50%程度)点で異なる。したがって、運転パターンC2では、第1室外熱交換器12aの下流側に配置された室外側膨張弁13aおよび室外側膨張弁バイパス管16aの開閉弁21のいずれもが全開となっていたが、本運転パターンC1では室外側膨張弁13aをステップ的に中間段階の開度に絞り、室外側膨張弁バイパス管16aの開閉弁21を全閉としている。このようにして、室外ユニット1において発揮される凝縮能力を調整している。
図5には、図4を用いて説明した運転パターンC2に類似した運転パターンが示されている。本運転パターンC1と運転パターンC2とは、要求される凝縮能力が本運転パターンC1の方が小さい(例えば能力の0〜50%程度)点で異なる。したがって、運転パターンC2では、第1室外熱交換器12aの下流側に配置された室外側膨張弁13aおよび室外側膨張弁バイパス管16aの開閉弁21のいずれもが全開となっていたが、本運転パターンC1では室外側膨張弁13aをステップ的に中間段階の開度に絞り、室外側膨張弁バイパス管16aの開閉弁21を全閉としている。このようにして、室外ユニット1において発揮される凝縮能力を調整している。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[冷暖バランス(冷房≒暖房,低外気温室内小容量):運転パターンC2’]
図6には、室内ユニット3の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しく、各室内熱交換器40が小容量でバランスしている冷暖バランス運転のときであって、かつ冬季のように外気温が低い場合が示されている。
図6には、室内ユニット3の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しく、各室内熱交換器40が小容量でバランスしている冷暖バランス運転のときであって、かつ冬季のように外気温が低い場合が示されている。
同図において、室内ユニット3a,bは暖房運転が選択され、室内ユニット3c,dは冷房運転が選択されている。暖房運転時および冷房運転時における分流コントローラ46の動作は上述の通りである。
すなわち、暖房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。
冷房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
すなわち、暖房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。
冷房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
本運転パターンC2’では、第1室外熱交換器12aを凝縮器として、第2室外熱交換器12bを蒸発器として運転している。
すなわち、室外側膨張弁13aおよび室外側膨張弁バイパス管16aに設けた開閉弁21を開として第1室外熱交換器12aを凝縮器として動作させている。
第2室外熱交換器12bに接続されている室外側四方弁14bによって室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とが連通されているので、液管9の合流点9aから高圧液冷媒が室外側膨張弁13bへと流れ込む。室外側膨張弁13bは絞り弁として動作するように開度調整がなされており、ここで高圧液冷媒が膨張させられて第2室外熱交換器12bへと流され、外気との熱交換により蒸発させられるようになっている。これにより、第2室外熱交換器12bを蒸発器として動作させている。
すなわち、室外側膨張弁13aおよび室外側膨張弁バイパス管16aに設けた開閉弁21を開として第1室外熱交換器12aを凝縮器として動作させている。
第2室外熱交換器12bに接続されている室外側四方弁14bによって室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とが連通されているので、液管9の合流点9aから高圧液冷媒が室外側膨張弁13bへと流れ込む。室外側膨張弁13bは絞り弁として動作するように開度調整がなされており、ここで高圧液冷媒が膨張させられて第2室外熱交換器12bへと流され、外気との熱交換により蒸発させられるようになっている。これにより、第2室外熱交換器12bを蒸発器として動作させている。
本運転パターンC2’では、低外気温に見合った低圧で圧縮機10を運転させると、必要な高圧を維持するために圧縮機の周波数が増大し、システム内を循環する冷媒量が多くなってしまう。しかし、各室内熱交換器40が小容量でバランスしているので、冷媒循環量が多くなると冷暖混在運転のバランスを失うおそれがある。
また、低外気温とされているので、室外熱交換器12a,bをともに停止させておくと(これらの室外熱交換器12a,bは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している)、室外熱交換器12a,b内に冷媒が凝縮して大量に溜まり込んでしまうおそれがある。
そこで、第1室外熱交換器12aを凝縮器として、かつ第2室外熱交換器12bを蒸発器として動作させることにより、室外熱交換器12a,bで冷媒を常に流動させることを可能にして、冷媒の溜まり込みを防いでいる。また、冷媒循環量を増加させることができるので、必要な圧縮機の周波数を維持することができる。
また、低外気温とされているので、室外熱交換器12a,bをともに停止させておくと(これらの室外熱交換器12a,bは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している)、室外熱交換器12a,b内に冷媒が凝縮して大量に溜まり込んでしまうおそれがある。
そこで、第1室外熱交換器12aを凝縮器として、かつ第2室外熱交換器12bを蒸発器として動作させることにより、室外熱交換器12a,bで冷媒を常に流動させることを可能にして、冷媒の溜まり込みを防いでいる。また、冷媒循環量を増加させることができるので、必要な圧縮機の周波数を維持することができる。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[冷暖バランス(冷房≒暖房、低圧許容範囲):運転パターンC0]
図7には、室内ユニット3の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しい冷暖バランス運転の場合が示されている。本運転パターンC0は、図6を用いて示した運転パターンC2’と異なり、室内ユニット3の暖房運転をしている各室内熱交換器40の容量が比較的大きく、しかも、外気温に対応する飽和蒸気圧を考慮しても室外熱交換器12a,bにおける液冷媒の溜まり込みが許容される範囲(低圧許容範囲)となっている。
したがって、本運転パターンC0では、室外熱交換器12a,bのいずれも停止すなわち冷媒を流さないようになっており、凝縮器としても蒸発器としても動作させていない。ただし、これらの室外熱交換器12a,bは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している。すなわち、室外側四方弁14a,bの高圧ガス管用ポート14−1とバイパス管側ポート14−4とを連通させ、室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とを連通させて、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2との連通を切る。
冷房運転に供される高圧液冷媒は、暖房運転をしている室内ユニット3a,bの室内熱交換器40において凝縮した高圧液冷媒が用いられる。
図7には、室内ユニット3の冷房運転をしている台数と暖房運転をしている台数が等しい冷暖バランス運転の場合が示されている。本運転パターンC0は、図6を用いて示した運転パターンC2’と異なり、室内ユニット3の暖房運転をしている各室内熱交換器40の容量が比較的大きく、しかも、外気温に対応する飽和蒸気圧を考慮しても室外熱交換器12a,bにおける液冷媒の溜まり込みが許容される範囲(低圧許容範囲)となっている。
したがって、本運転パターンC0では、室外熱交換器12a,bのいずれも停止すなわち冷媒を流さないようになっており、凝縮器としても蒸発器としても動作させていない。ただし、これらの室外熱交換器12a,bは暖房運転に備えて蒸発器の状態で待機している。すなわち、室外側四方弁14a,bの高圧ガス管用ポート14−1とバイパス管側ポート14−4とを連通させ、室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とを連通させて、高圧ガス管用ポート14−1と室外熱交換器側ポート14−2との連通を切る。
冷房運転に供される高圧液冷媒は、暖房運転をしている室内ユニット3a,bの室内熱交換器40において凝縮した高圧液冷媒が用いられる。
本運転パターンにおいても、暖房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。
また、冷房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
また、冷房運転が行われている分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[全暖房全台運転:運転パターンE4]
次に、冬季のように、全ての室内ユニット3において暖房運転が選択されている場合の動作について、図8を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器12a,bは蒸発器として動作する。
次に、冬季のように、全ての室内ユニット3において暖房運転が選択されている場合の動作について、図8を用いて説明する。この場合、二つの室外熱交換器12a,bは蒸発器として動作する。
圧縮機10aによって圧縮された高圧ガス冷媒は、高圧ガス管5を通って室内ユニット3へと導かれる。高圧ガス冷媒のごく一部は、高圧ガス管5の分岐点5a,bにおいて分岐して各室外側四方弁14a,bへと流れ込む。室外側四方弁14a,bは、高圧ガス管用ポート14−1とバイパス管側ポート14−4とが連通され、また、室外熱交換器側ポート14−2と低圧ガス管側ポート14−3とが連通されている。したがって、室外側四方弁14a,bへと流れ込んだ高圧ガス冷媒は、バイパス管側ポート14−4を通って、キャピラリチューブ18a,bで減圧された後、室外側低圧ガス分岐管15a,bに合流する。室外側低圧ガス分岐管15a,b内の低圧ガス冷媒は、アキュムレータ20を通過して、再び圧縮機10aへと戻される。また、室外熱交換器12a,bから導かれる低圧ガス冷媒も、室外側四方弁14a,bを介して室外側低圧ガス分岐管15a,bに流れるようになっている。
高圧ガス管5によって室内ユニット3へと導かれた高圧ガス冷媒は、各高圧ガス分岐管5cを通過して、各分流コントローラ46へと流れ込む。分流コントローラ46の室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と室内熱交換器側ポート48−2とを連通し、かつ、低圧ガス管用ポート48−3と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通している。したがって、高圧ガス冷媒は、室内側四方弁48を通って、室内熱交換器40へと導かれ、この室内熱交換器40で凝縮・液化することによって室内空気に熱を与えて暖房を行う。室内熱交換器40で液化した高圧液冷媒は、液冷媒用分岐管44を通って、主管である液管9へと合流する。この高圧液冷媒は、液管9によって室外ユニット1へと導かれ、室外熱交換器12a,bの上流側に位置する室外側膨張弁13a,bによって減圧させられて低圧液冷媒とされた後に、室外熱交換器12a,bへと送られる。低圧液冷媒は、室外熱交換器12a,bにおいて外気から熱を奪うことにより蒸発して低圧ガス冷媒とされる。低圧ガス冷媒は、上述のように、室外側四方弁14a,bへと導かれた後、低圧ガス分岐管15a,bを通って圧縮機10aへと戻される。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[暖房主体(暖房期):運転パターンE4’]
図9に示すように、冬季のような暖房期であり殆どの室内ユニット3が暖房運転とされていても、一部の室内ユニット(図においては室内ユニット3d)のみが冷房運転を選択している場合がある。
この場合には、室内ユニット3dの分流コントローラを冷房運転時の設定に変更されている。すなわち、室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
このように暖房運転から冷房運転に切り替える場合、高圧ガス分岐管用開閉弁52を開から閉にして、高圧ガスを高圧ガス分岐管用バイパス流路54に流して第1キャピラリチューブ55で減圧した後に、室内側四方弁48を切り替える。このようにすることで、切り替え時における圧力差を可及的に小さくすることができ、室内側四方弁48の切り替え時における騒音を防止することができる。
図9に示すように、冬季のような暖房期であり殆どの室内ユニット3が暖房運転とされていても、一部の室内ユニット(図においては室内ユニット3d)のみが冷房運転を選択している場合がある。
この場合には、室内ユニット3dの分流コントローラを冷房運転時の設定に変更されている。すなわち、室内側四方弁48は、高圧ガス管用ポート48−1と低圧バイパス管用ポート48−4とを連通し、かつ、室内熱交換器側ポート48−2と低圧ガス管用ポート49−3とを連通している。
このように暖房運転から冷房運転に切り替える場合、高圧ガス分岐管用開閉弁52を開から閉にして、高圧ガスを高圧ガス分岐管用バイパス流路54に流して第1キャピラリチューブ55で減圧した後に、室内側四方弁48を切り替える。このようにすることで、切り替え時における圧力差を可及的に小さくすることができ、室内側四方弁48の切り替え時における騒音を防止することができる。
室外熱交換器12a,bについては、暖房期でありシステム全体として要求される蒸発能力が依然として大きい(例えば能力の100%)ので、上述の運転パターンE4(図8参照)と同様に、蒸発器として動作している。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[暖房主体(中間期):運転パターンE2]
図10に示すように、暖房運転が選択されている室内ユニット3の台数が冷房運転が選択されている室内ユニット3の台数よりも多く、しかも春季や秋季のような中間期の場合の運転パターンが示されている。
本運転パターンでは、冬季ほど蒸発能力が要求されない(例えば能力の50%程度)ので、第一室外熱交換器12aの膨張弁13aを全閉として第1室外熱交換器12aを停止し、第2室外熱交換器12bのみを蒸発器として動作させている。
図10に示すように、暖房運転が選択されている室内ユニット3の台数が冷房運転が選択されている室内ユニット3の台数よりも多く、しかも春季や秋季のような中間期の場合の運転パターンが示されている。
本運転パターンでは、冬季ほど蒸発能力が要求されない(例えば能力の50%程度)ので、第一室外熱交換器12aの膨張弁13aを全閉として第1室外熱交換器12aを停止し、第2室外熱交換器12bのみを蒸発器として動作させている。
なお、この運転パターンの場合にも、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58に設けられた高低圧バイパス管用開閉弁60は閉じられている。
[油戻し運転]
図11には、高圧ガス管6及び低圧ガス管7に溜まった圧縮機10の潤滑油を圧縮機10へと返送する油戻し運転の冷媒回路が示されている。
本油戻し運転は、暖房運転時に、室内側四方弁48を切り替えて高圧ガス管5と室内熱交換器40との高圧ガス冷媒流れを切断した後に、分流コントローラ46に設けた、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58の高低圧バイパス管用開閉弁60を開とすることによって行われる。このとき、分流コントローラ46内を流れる高圧ガスは、高低圧バイパス管58を通って、高圧ガス分岐管5cから低圧ガス分岐管7cへと流される。なお、高圧ガス分岐管用開閉弁52は開とされているが、この開閉弁52を通り、室内側四方弁46及び第2キャピラリチューブ57を通る圧力損失よりも、高低圧バイパス管58を通る圧力損失が小さくなるように第3キャピラリチューブ62の圧力損失を設定しているので、殆どの高圧ガス冷媒は高低圧バイパス管58内を流れる。
このように、高低圧バイパス管58を高圧ガスが流れるようにして、高低圧バイパス管58よりも室内熱交換器40側の冷媒流路をショートカットする冷媒回路を形成することとしたので、高低圧差を維持したままで高圧ガスから低圧ガス管7に流すことができる。これにより、室内の負荷に関わらずガス冷媒の流速を高く保つことができ、冷媒配管内壁に付着した潤滑油を効果的に回収することができる。
図11には、高圧ガス管6及び低圧ガス管7に溜まった圧縮機10の潤滑油を圧縮機10へと返送する油戻し運転の冷媒回路が示されている。
本油戻し運転は、暖房運転時に、室内側四方弁48を切り替えて高圧ガス管5と室内熱交換器40との高圧ガス冷媒流れを切断した後に、分流コントローラ46に設けた、高圧ガス分岐管5cと低圧ガス分岐管7cとを連通する高低圧バイパス管58の高低圧バイパス管用開閉弁60を開とすることによって行われる。このとき、分流コントローラ46内を流れる高圧ガスは、高低圧バイパス管58を通って、高圧ガス分岐管5cから低圧ガス分岐管7cへと流される。なお、高圧ガス分岐管用開閉弁52は開とされているが、この開閉弁52を通り、室内側四方弁46及び第2キャピラリチューブ57を通る圧力損失よりも、高低圧バイパス管58を通る圧力損失が小さくなるように第3キャピラリチューブ62の圧力損失を設定しているので、殆どの高圧ガス冷媒は高低圧バイパス管58内を流れる。
このように、高低圧バイパス管58を高圧ガスが流れるようにして、高低圧バイパス管58よりも室内熱交換器40側の冷媒流路をショートカットする冷媒回路を形成することとしたので、高低圧差を維持したままで高圧ガスから低圧ガス管7に流すことができる。これにより、室内の負荷に関わらずガス冷媒の流速を高く保つことができ、冷媒配管内壁に付着した潤滑油を効果的に回収することができる。
[室外ユニット運転パターン制御]
以上のC4,C2,C0,E2,E4等の運転パターンは、室外熱交換器12の運転状態および運転台数の観点から分類され、次表のようになる。
ここで、エバポレータ待機とは、室外側膨張弁13aおよび開閉弁21が全閉とされており、室外熱交換器12が室外側四方弁14によってシステムの低圧側と接続されている場合である。
判定用要求コンデンサ容量割合は、以下に説明する補正を総要求コンデンサ容量に加えた値である。
以上のC4,C2,C0,E2,E4等の運転パターンは、室外熱交換器12の運転状態および運転台数の観点から分類され、次表のようになる。
判定用要求コンデンサ容量割合は、以下に説明する補正を総要求コンデンサ容量に加えた値である。
上表に示された室外ユニット運転パターンは、制御部によって次のように決定・変更される。
図12には、運転パターンを決定・変更するフローチャートが示されている。
現在選択されている初期運転パターン(S1)を実行しつつ、10分ごとに、冷媒圧力の高圧および低圧の圧力判定が行われる(S2)。すなわち、得られた冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力の高低圧値を一定に保つようにフィードバック制御する。このような圧力基準によるフィードバック制御により、圧縮機10の周波数を増大させたり、室外熱交換器12の運転状態(コンデンサ、エバポレータ、又はエバポレータ待機)を変更したり、その運転台数を増減したりする。
外気温が低く室外熱交換器12での冷媒の溜まり込みのおそれがある場合には、運転パターンC2’等を選択する低外気温制御や、機種容量を超えないような制限を加える機種容量制限運転パターン(後述する)を選択する(S3)。
以上の判断を経て、運転パターンが決定される(S4)。
図12には、運転パターンを決定・変更するフローチャートが示されている。
現在選択されている初期運転パターン(S1)を実行しつつ、10分ごとに、冷媒圧力の高圧および低圧の圧力判定が行われる(S2)。すなわち、得られた冷媒圧力に基づいて、冷媒圧力の高低圧値を一定に保つようにフィードバック制御する。このような圧力基準によるフィードバック制御により、圧縮機10の周波数を増大させたり、室外熱交換器12の運転状態(コンデンサ、エバポレータ、又はエバポレータ待機)を変更したり、その運転台数を増減したりする。
外気温が低く室外熱交換器12での冷媒の溜まり込みのおそれがある場合には、運転パターンC2’等を選択する低外気温制御や、機種容量を超えないような制限を加える機種容量制限運転パターン(後述する)を選択する(S3)。
以上の判断を経て、運転パターンが決定される(S4)。
一方、この運転パターンの決定には、次のような割り込み処理が加わる。
制御部は、室内ユニット3の運転状態を常時把握しており、各室内ユニット3の室内熱交換器40が要求する要求コンデンサ容量を得て、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量を算出する。そして、外気温によって補正された総要求コンデンサ容量の室外機種容量に対する割合が60%以上変化した場合には、圧力判定に基づくフィードバック制御を行わずに(割り込み処理)、フィードフォワード的に運転パターンを変更する(S5)。具体的には、60%以上に増大した場合には、室外熱交換器のコンデンサ容量を増大させ(運転台数増加)、60%以下に減少した場合には、室外熱交換器12のコンデンサ容量を減少させる(運転台数減少)。
ここで、本実施形態の室外熱交換器12は2台であり、1台で制御できる容量は機種容量の50%なので、この50%を超えた60%を割り込み制御の閾値としている。したがって、1台で制御できる容量を超えた割合を閾値とすればよい。
なお、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器40の運転状態(冷房運転または暖房運転)に応じて要求する冷媒凝縮熱量(具体的には、室内ユニット3の機種容量が用いられる。)であり、正の場合は室内熱交換器が冷房運転を行い、負の場合は暖房運転を行っていることを意味する。
制御部は、室内ユニット3の運転状態を常時把握しており、各室内ユニット3の室内熱交換器40が要求する要求コンデンサ容量を得て、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量を算出する。そして、外気温によって補正された総要求コンデンサ容量の室外機種容量に対する割合が60%以上変化した場合には、圧力判定に基づくフィードバック制御を行わずに(割り込み処理)、フィードフォワード的に運転パターンを変更する(S5)。具体的には、60%以上に増大した場合には、室外熱交換器のコンデンサ容量を増大させ(運転台数増加)、60%以下に減少した場合には、室外熱交換器12のコンデンサ容量を減少させる(運転台数減少)。
ここで、本実施形態の室外熱交換器12は2台であり、1台で制御できる容量は機種容量の50%なので、この50%を超えた60%を割り込み制御の閾値としている。したがって、1台で制御できる容量を超えた割合を閾値とすればよい。
なお、「要求コンデンサ容量」とは、室内熱交換器40の運転状態(冷房運転または暖房運転)に応じて要求する冷媒凝縮熱量(具体的には、室内ユニット3の機種容量が用いられる。)であり、正の場合は室内熱交換器が冷房運転を行い、負の場合は暖房運転を行っていることを意味する。
このように、通常運転では、冷房および暖房に必要な冷媒の高低圧差を実現するように、冷媒圧力を検出してフィードバック制御により、室外熱交換器12の運転パターンを変化させる。総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が60%(所定値)を超えた場合には、室外熱交換器に大きな運転パターンの変更が予測されるので、室外熱交換器12の運転パターンを優先的(割り込み処理)に変化させることとした(フィードフォワード的な制御)。これにより、冷媒圧力をフィードバックして制御する場合に比べて、大きな運転パターンの変更への追従性が向上するので、室外熱交換器12の運転パターンが決定するまでの時間を短縮させることができ、その間の室内熱交換器12の能力不足を抑えることが可能となる。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が60%を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器12の運転パターンの大きな変更を極力抑えて制御の安定を図る。
また、総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が60%を超えない場合には、そのまま冷媒圧力によるフィードバック制御を行うこととし、室外熱交換器12の運転パターンの大きな変更を極力抑えて制御の安定を図る。
上述のフィードフォワード的な割り込み処理(S5)で用いられる総要求コンデンサ容量は、以下のように、外気温によって補正された値とされている。
(要求コンデンサ容量[w])=
(冷房室内機サーモON容量合計[w])−(暖房室内機サーモON容量合計[w])
(要求コンデンサ容量割合[%])=
(要求コンデンサ容量[w])/(室外機種容量[w])×100
(判定用要求コンデンサ容量割合Rcj[%])
=(要求コンデンサ容量割合[%])×(室外熱交換器能力補正係数)
ここで、冷房室内機サーモONとは、室内ユニット3のうち、冷房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器40内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。同様に、暖房室内機サーモONとは、室内ユニット3のうち、暖房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器40内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。
このように算出される判定用要求コンデンサ容量割合Rcjによって、割り込み処理(S5)がなされるか否かが決定される。
(要求コンデンサ容量[w])=
(冷房室内機サーモON容量合計[w])−(暖房室内機サーモON容量合計[w])
(要求コンデンサ容量割合[%])=
(要求コンデンサ容量[w])/(室外機種容量[w])×100
(判定用要求コンデンサ容量割合Rcj[%])
=(要求コンデンサ容量割合[%])×(室外熱交換器能力補正係数)
ここで、冷房室内機サーモONとは、室内ユニット3のうち、冷房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器40内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。同様に、暖房室内機サーモONとは、室内ユニット3のうち、暖房運転の指令がなされており、かつ、室内熱交換器40内を冷媒が流通して実際に空調を行っている状態をいう。
このように算出される判定用要求コンデンサ容量割合Rcjによって、割り込み処理(S5)がなされるか否かが決定される。
室外熱交換器能力補正係数Grefは、図13及び図14に示されたマップを用いて決定されている。この補正係数Grefは、制御部に備えられたマイクロコンピュータの記憶領域に保持されている。
図13は、要求コンデンサ容量割合が0以上の場合(正の場合)、すなわち室内ユニット3を全体としてみれば冷房とされている場合の室外熱交換器能力補正係数Grefが示されている。この場合、室外熱交換器12はコンデンサとして動作すると考える。図において、横軸は圧縮機10の吐出圧力における飽和温度から外気温を減じた温度差Δtを示し、縦軸は室外熱交換器能力補正係数Grefを示す。
同図に示すように、補正係数Grefを温度差Δtに比例するように定めた。これは、圧縮機10の吐出圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器12における冷媒温度と、外気温との温度差Δtに交換熱量は比例し、温度差Δtが大きいほど室外熱交換器12の凝縮能力が増大するからである。
同図に示すように、補正係数Grefを温度差Δtに比例するように定めた。これは、圧縮機10の吐出圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器12における冷媒温度と、外気温との温度差Δtに交換熱量は比例し、温度差Δtが大きいほど室外熱交換器12の凝縮能力が増大するからである。
折れ点A(8deg,100%),B(60deg,13%)については、次のように定めた。
最も温度差がつかない場合は、冷房の定格外気温を35℃としたとき、圧縮機10の吐出圧力の範囲を規定する高圧ゾーンの下限は2.5MPa(飽和温度で43℃)となる。この温度差8degと100%時の補正係数Grefとの交点を折れ点Aとした。
最も温度差がつく場合は、使用制限となる下限外気温を−5℃としたとき、高圧ゾーンの上限は3.3MPa(55℃)となる。
これらの温度差60degの位置を補正係数Grefの下限値y1とし、この下限値y1は、折れ点Aの温度差8degと折れ点Bの温度差60degとの比が、折れ点Aの補正係数100%と折れ点Bの補正係数y1との比が等しくなるように(すなわち、8deg:60deg=100%:y1%となるように)定めた。
このように定めた折れ点A,B間を直線でつなぐことにより、温度差Δtに対して比例する補正係数Grefを決定する。
このように補正係数Grefを温度差Δtに比例するように設定したので、外気温に対応した室外熱交換器12の凝縮能力を反映させて運転パターンを決定することができる。
最も温度差がつかない場合は、冷房の定格外気温を35℃としたとき、圧縮機10の吐出圧力の範囲を規定する高圧ゾーンの下限は2.5MPa(飽和温度で43℃)となる。この温度差8degと100%時の補正係数Grefとの交点を折れ点Aとした。
最も温度差がつく場合は、使用制限となる下限外気温を−5℃としたとき、高圧ゾーンの上限は3.3MPa(55℃)となる。
これらの温度差60degの位置を補正係数Grefの下限値y1とし、この下限値y1は、折れ点Aの温度差8degと折れ点Bの温度差60degとの比が、折れ点Aの補正係数100%と折れ点Bの補正係数y1との比が等しくなるように(すなわち、8deg:60deg=100%:y1%となるように)定めた。
このように定めた折れ点A,B間を直線でつなぐことにより、温度差Δtに対して比例する補正係数Grefを決定する。
このように補正係数Grefを温度差Δtに比例するように設定したので、外気温に対応した室外熱交換器12の凝縮能力を反映させて運転パターンを決定することができる。
図14は、要求コンデンサ容量割合が0よりも下回る場合(負の場合)、すなわち室内ユニット3を全体としてみれば暖房とされている場合の室外熱交換器能力補正係数Grefが示されている。この場合、室外熱交換器12はエバポレータとして動作すると考える。図において、横軸は外気温から圧縮機10の吸入圧力における飽和温度を減じた温度差Δtを示し、縦軸は室外熱交換器能力補正係数Grefを示す。
同図に示すように、補正係数Grefを温度差Δtに比例するように定めた。これは、圧縮機10の吸入圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器12における冷媒温度と、外気温との温度差Δtに交換熱量は比例し、温度差Δtが大きいほど室外熱交換器12の蒸発能力が増大するからである。
同図に示すように、補正係数Grefを温度差Δtに比例するように定めた。これは、圧縮機10の吸入圧力における飽和温度すなわち室外熱交換器12における冷媒温度と、外気温との温度差Δtに交換熱量は比例し、温度差Δtが大きいほど室外熱交換器12の蒸発能力が増大するからである。
折れ点C(8deg,100%),D(17deg,32%)については、次のように定めた。
最も温度差がつかない場合は、暖房の定格外気温を7℃としたとき、圧縮機10の吸入圧力の範囲を規定する低圧ゾーンの下限は0.67MPa(飽和温度で−1℃)となる。この温度差8degと100%時の補正係数Grefとの交点を折れ点Cとした。
最も温度差がつく場合は、暖房の高外気温を24℃としたとき、低圧ゾーンの上限は0.67MPa(−1℃)となる。
これらの温度差25degの位置を補正係数Grefの下限値y2とし、この下限値y2は、折れ点Cの温度差8degと折れ点Dの温度差25degとの比が、折れ点Cの補正係数100%と折れ点Dの補正係数y2との比が等しくなるように(すなわち、8deg:25deg=100%:y2%となるように)定めた。
最も温度差がつかない場合は、暖房の定格外気温を7℃としたとき、圧縮機10の吸入圧力の範囲を規定する低圧ゾーンの下限は0.67MPa(飽和温度で−1℃)となる。この温度差8degと100%時の補正係数Grefとの交点を折れ点Cとした。
最も温度差がつく場合は、暖房の高外気温を24℃としたとき、低圧ゾーンの上限は0.67MPa(−1℃)となる。
これらの温度差25degの位置を補正係数Grefの下限値y2とし、この下限値y2は、折れ点Cの温度差8degと折れ点Dの温度差25degとの比が、折れ点Cの補正係数100%と折れ点Dの補正係数y2との比が等しくなるように(すなわち、8deg:25deg=100%:y2%となるように)定めた。
図14の補正係数Grefは、温度差Δtに対して段階的に設定されているが、その理由は次の通りである。
室外熱交換器12がエバポレータとして動作する場合、外気中の水分が凝縮して室外熱交換器12の表面に付着することがある。室外熱交換器12の表面に凝縮水が付着すると、室外熱交換器12の表面を通過する空気の流れを阻害し、熱交換量が減少する。一方、室外熱交換器12の表面に付着した凝縮水が蒸発することによって室外熱交換器12の蒸発能力が増大する。このように、熱交換器表面の状態によって熱交換量が明確に決まらないので、補正係数Grefを段階的に設定した。具体的には、折れ点C,D間を直線で結ばずに、中間に折れ点Eをさらに設定して、階段状の補正係数Grefとした。このように定められた補正係数Grefにより、判定用要求コンデンサ容量割合Rcjはゾーン制御されることになり、制御の安定性が増大することとなる。
室外熱交換器12がエバポレータとして動作する場合、外気中の水分が凝縮して室外熱交換器12の表面に付着することがある。室外熱交換器12の表面に凝縮水が付着すると、室外熱交換器12の表面を通過する空気の流れを阻害し、熱交換量が減少する。一方、室外熱交換器12の表面に付着した凝縮水が蒸発することによって室外熱交換器12の蒸発能力が増大する。このように、熱交換器表面の状態によって熱交換量が明確に決まらないので、補正係数Grefを段階的に設定した。具体的には、折れ点C,D間を直線で結ばずに、中間に折れ点Eをさらに設定して、階段状の補正係数Grefとした。このように定められた補正係数Grefにより、判定用要求コンデンサ容量割合Rcjはゾーン制御されることになり、制御の安定性が増大することとなる。
[機種容量制限運転]
次に、機種容量から制限を加える運転パターン(図12のS3参照)の決定方法について説明する。
室外ユニット1には、一般に、定格容量(100%)を超えて運転可能な範囲の余剰容量(例えば定格容量を超えて30%)が定められている。制御部は、この余剰容量を考慮して室外機の運転パターンを以下のように制限する。
まず、圧縮機10が動作しているか否かを判断し、動作している場合には次の1及び2ように制御する。
次に、機種容量から制限を加える運転パターン(図12のS3参照)の決定方法について説明する。
室外ユニット1には、一般に、定格容量(100%)を超えて運転可能な範囲の余剰容量(例えば定格容量を超えて30%)が定められている。制御部は、この余剰容量を考慮して室外機の運転パターンを以下のように制限する。
まず、圧縮機10が動作しているか否かを判断し、動作している場合には次の1及び2ように制御する。
1.(冷房サーモON室内機種容量合計(総冷房容量)[w])
>(余剰容量[w]:室外機種容量×30%)
となった場合には、室外ユニット1の運転パターンの内、C4(総要求コンデンサ容量100%)〜E2(総要求コンデンサ容量-50%)までに制限して、運転パターンE4(総要求コンデンサ容量-100%)を禁止する。ここで、冷房サーモON室内機種容量とは、冷媒を流して実際に冷房運転を行っている室内熱交換器40の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器12がエバポレータ(蒸発器)として運転することを禁止することにより、暖房運転を行っている室内熱交換器40が定格容量の蒸発容量を室外ユニット1に要求したとしても、少なくとも1台の室外熱交換器12はコンデンサとして確保されるので、冷房運転を行う室内熱交換器40に必要な冷媒流量を供給することができる。
例えば、冷暖混在運転時でかつ低外気温での冷房主体運転の場合には、暖房運転を行っている室内熱交換器40の冷媒高圧圧力HPを上昇させるために、冷房主体運転にもかかわらず室外熱交換器12がエバポレータになる場合がある。この場合、冷媒圧力が一定でもエバポレータとされた室外熱交換器12に冷媒が流れてしまい、冷房運転をしている室内熱交換器40に冷媒が十分に流れず、不冷となる可能性がある。(あたかも、室外側で冷房運転を行い、室内側よりも優先してしまう。特に外気温が低い場合は冷媒が室外側に流れやすい。)上式に従った制御を行えば、室外熱交換器12の全てがエバポレータとなることはないので、室外熱交換器12に冷媒が流れてしまい、室内熱交換器40の冷媒供給不足が生じるという事態を避けることができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器40が不冷となってしまうことを防止できる。
>(余剰容量[w]:室外機種容量×30%)
となった場合には、室外ユニット1の運転パターンの内、C4(総要求コンデンサ容量100%)〜E2(総要求コンデンサ容量-50%)までに制限して、運転パターンE4(総要求コンデンサ容量-100%)を禁止する。ここで、冷房サーモON室内機種容量とは、冷媒を流して実際に冷房運転を行っている室内熱交換器40の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器12がエバポレータ(蒸発器)として運転することを禁止することにより、暖房運転を行っている室内熱交換器40が定格容量の蒸発容量を室外ユニット1に要求したとしても、少なくとも1台の室外熱交換器12はコンデンサとして確保されるので、冷房運転を行う室内熱交換器40に必要な冷媒流量を供給することができる。
例えば、冷暖混在運転時でかつ低外気温での冷房主体運転の場合には、暖房運転を行っている室内熱交換器40の冷媒高圧圧力HPを上昇させるために、冷房主体運転にもかかわらず室外熱交換器12がエバポレータになる場合がある。この場合、冷媒圧力が一定でもエバポレータとされた室外熱交換器12に冷媒が流れてしまい、冷房運転をしている室内熱交換器40に冷媒が十分に流れず、不冷となる可能性がある。(あたかも、室外側で冷房運転を行い、室内側よりも優先してしまう。特に外気温が低い場合は冷媒が室外側に流れやすい。)上式に従った制御を行えば、室外熱交換器12の全てがエバポレータとなることはないので、室外熱交換器12に冷媒が流れてしまい、室内熱交換器40の冷媒供給不足が生じるという事態を避けることができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒循環量が不足して能力不足となり、室内熱交換器40が不冷となってしまうことを防止できる。
2.(暖房サーモON室内機種容量合計(総暖房容量)[w])
>(余剰容量[w]:室外機種容量)×30%
となった場合には、室外ユニットの運転パターンの内、E4(総要求コンデンサ容量-100%)〜C2(総要求コンデンサ容量50%)までに制限して、運転パターンC4(総要求コンデンサ容量100%)を禁止する。ここで、暖房サーモON室内機種容量とは、冷媒を流して実際に暖房運転を行っている室内熱交換器40の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器12がコンデンサ(凝縮器)として運転することを禁止することにより、冷房運転を行っている室内ユニット3が定格容量の凝縮容量を室外ユニット1に要求したとしても、少なくとも1台の室外熱交換器12はエバポレータとして確保されるので、暖房運転を行う室内熱交換器40に必要な高圧圧力を保持することができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器40が不暖となってしまうことを防止することができる。
>(余剰容量[w]:室外機種容量)×30%
となった場合には、室外ユニットの運転パターンの内、E4(総要求コンデンサ容量-100%)〜C2(総要求コンデンサ容量50%)までに制限して、運転パターンC4(総要求コンデンサ容量100%)を禁止する。ここで、暖房サーモON室内機種容量とは、冷媒を流して実際に暖房運転を行っている室内熱交換器40の機種容量のことを意味する。
このように、冷暖混在運転であって上式を満たす場合に、全ての室外熱交換器12がコンデンサ(凝縮器)として運転することを禁止することにより、冷房運転を行っている室内ユニット3が定格容量の凝縮容量を室外ユニット1に要求したとしても、少なくとも1台の室外熱交換器12はエバポレータとして確保されるので、暖房運転を行う室内熱交換器40に必要な高圧圧力を保持することができる。
このように、機種容量制限運転を行うことにより、システム内の凝縮器と蒸発器との容量バランスが崩れ、冷媒高圧圧力が不足して能力不足となり、室内熱交換器40が不暖となってしまうことを防止することができる。
1 室外ユニット(室外機)
3 室内ユニット(室内機)
5 高圧ガス管
7 低圧ガス管
9 液管
48 室内側四方弁
50 低圧バイパス管
3 室内ユニット(室内機)
5 高圧ガス管
7 低圧ガス管
9 液管
48 室内側四方弁
50 低圧バイパス管
Claims (10)
- 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記総要求コンデンサ容量を外気温に応じて段階的に補正することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が正の場合、前記圧縮機の吐出圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和装置。
- 前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量が負の場合、前記圧縮機の吸入圧力飽和温度と外気温との差によって、前記総要求コンデンサ容量を補正することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記制御部は、通常運転時、冷媒圧力をフィードバックすることによって前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定し、
前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値の変化量が所定値を超えた場合に、前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を優先的に変化させることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の空気調和装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総冷房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置において、
前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の室外機余剰容量を前記総暖房容量が超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置。 - 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、前記総要求コンデンサ容量を外気温によって補正した値に基づいて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定することを特徴とする空気調和装置の運転方法。 - 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、冷房運転を行っている前記室内熱交換器の冷房容量を総計した総冷房容量を算出し、該総冷房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が蒸発器として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置の運転方法。 - 冷媒を圧縮する圧縮機および複数の室外熱交換器を備えた室外機と、
低圧ガス管、高圧ガス管および液管によって前記室外機と接続され、前記高圧ガス管または前記液管から冷媒が供給されて室内空気と熱交換を行う複数の室内熱交換器と、
前記各室内熱交換器が要求する要求コンデンサ容量を算出し、これら要求コンデンサ容量の総計である総要求コンデンサ容量に応じて前記室外熱交換器の運転状態および運転台数を決定する制御部とを備えた空気調和装置の運転方法において、
前記制御部は、暖房運転を行っている前記室内熱交換器の暖房容量を総計した総暖房容量を算出し、該総暖房容量が前記室外機の定格容量を超えて運転可能な範囲の余剰容量を超えた場合には、全ての室外熱交換器が凝縮機として運転することを禁止することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004339002A JP2006145169A (ja) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | 空気調和装置およびその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004339002A JP2006145169A (ja) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | 空気調和装置およびその運転方法 |
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JP2006145169A true JP2006145169A (ja) | 2006-06-08 |
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ID=36625066
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JP2004339002A Withdrawn JP2006145169A (ja) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | 空気調和装置およびその運転方法 |
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JP (1) | JP2006145169A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113439188A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-09-24 | 三菱电机株式会社 | 空调装置 |
-
2004
- 2004-11-24 JP JP2004339002A patent/JP2006145169A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN113439188A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-09-24 | 三菱电机株式会社 | 空调装置 |
CN113439188B (zh) * | 2019-02-27 | 2022-11-18 | 三菱电机株式会社 | 空调装置 |
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