JP2010243123A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房と暖房を切換えて運転可能な室外ユニットを用いた簡易な構成で、冷房と暖房を同時に運転可能な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】圧縮機、室外熱交換器、ガス接続口、液接続口を有する第一および第二の室外ユニットと、室内液管と、室内熱交換器と、室内ガス管とを順に接続した複数台の室内ユニットと、前記両室外ユニットの前記液接続口と複数台の室内ユニットにおける前記室内液管とを連通させる共通液管を備え、前記各室内ユニットの前記室内ガス管を第一ガス管と第二ガス管に分岐し、前記第一ガス管を前記一方の室外ユニットの前記ガス接続口と接続すると共に、前記第二ガス管を前記他方の室外ユニットの前記ガス接続口と接続し、前記各室内ユニットの前記第一ガス管および第二ガス管にそれぞれ流路を切換える配管切換ユニットを設け、前記配管切換ユニットの切換えにより前記各室内熱交換器を前記室外ユニットのいずれか一方とのみ連通することを特徴とする冷凍サイクル装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台の室外ユニットと室内ユニットとを接続して形成される冷凍サイクル装置に関する。

複数台の室外ユニットと、複数台の室内ユニットと、を高圧ガス配管と低圧ガス配管および液配管を用いて並列に接続して冷凍サイクルを構成し、複数台の各室内ユニットにおいて、冷房と暖房を同時に運転することが可能なマルチ型の空気調和機が知られており、例えば特許文献１がある。

この冷凍装置は、複数台の熱源ユニット（室外ユニット）、複数台の利用ユニット（室内ユニット）、メイン液ライン、メイン高圧ガスライン、メイン低圧ガスライン及び配管ユニットを備えている。

熱源ユニットは、圧縮機と、一端が圧縮機の吐出側と吸込側とに切換可能に接続され且つ他端に液ラインが接続された熱源側熱交換器と、液ラインに設けられた熱源側減圧手段とを有している。そして、圧縮機から吐出方向に冷媒流通を許容する高圧通路と、圧縮機の吸込方向に冷媒流通を許容する低圧通路とに分岐されたガスラインの基端が圧縮機の吐出側と吸込側とに切換可能に接続されている。

メイン液ライン、メイン高圧ガスライン及びメイン低圧ガスラインは、各熱源ユニットが並列に接続されるように各液ライン、各高圧通路及び各低圧通路が接続されている。利用ユニットは、メイン液ラインに一端が接続された利用側熱交換器と、利用側熱交換器とメイン液ラインとの間に設けられた利用側減圧手段とを有している。そして、利用側熱交換器の他端がメイン高圧ガスライン及びメイン低圧ガスラインに切換可能に接続されている。

配管ユニットは、熱源ユニットからメイン高圧ガスラインに向う冷媒流通を許容する逆止弁と、メイン低圧ガスラインから熱源ユニットに向う冷媒流通を許容する逆止弁とが備えられている。

また、一端が１つの熱源ユニットにおける熱源側熱交換器のガス側冷媒配管に接続され、且つ他端がメイン高圧ガスライン及びメイン低圧ガスラインに接続され、上記熱源ユニットからメイン高圧ガスラインに向う冷媒流通を許容する高圧補助通路及び上記メイン低圧ガスラインから熱源ユニットに向う冷媒流通を許容する低圧補助通路を有する補助ガスラインとが備えられている。

特許第3289366号公報

上述した冷凍装置では、冷房と暖房を切換えて運転可能な熱源ユニットを並列接続することで、冷房と暖房を同時に運転可能としており、冷房と暖房を同時に運転可能な専用の熱源外ユニットが不要になるというメリットがある。しかし、各熱源ユニットのガス側冷媒配管とメイン高圧ガスライン、および低圧ガスラインを切換え接続するために複雑な構成の配管ユニットが必要になり、また、冷凍装置を施行する際には、配管ユニットの設置スペースを確保する必要があり、設置面積が増大するという課題も有していた。因みに、冷房と暖房の専用の熱源ユニットを用いた場合には、この配管ユニットは不要である。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、配管ユニットを外部に配置することなく、冷房と暖房を切換えて運転可能な室外ユニットを用いた簡易な構成で、冷房と暖房を同時に運転可能な冷凍サイクル装置を提供することにある。

本発明は、圧縮機と、室外熱交換器と、ガス接続口と、圧縮機の吸込口と吐出口のうち一方を前記ガス接続口、他方を前記室外熱交換器の一端と連通させるように任意に流路を切換可能な流路切換弁、前記室外熱交換器の他端に接続された液接続口を有する第一および第二の室外ユニットと、
室内液管と、室内熱交換器と、室内ガス管とを順に接続した複数台の室内ユニットと、
前記各室外ユニットの前記液接続口と、複数台の室内ユニットにおける前記室内液管とを連通させる共通液管とを備えた冷凍サイクル装置において、
前記各室内ユニットの前記室内ガス管を第一ガス管と第二ガス管に分岐し、
前記第一ガス管を前記一方の室外ユニットのガス接続口と接続すると共に、前記第二ガス管を前記他方の室外ユニットのガス接続口と接続し、
前記各室内ユニットの前記第一ガス管および第二ガス管のそれぞれ流路を切換える配管切換ユニットを設け、
前記配管切換ユニットの切換えにより前記各室内熱交換器を前記室外ユニットのいずれか一方とのみ連通することを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、冷房運転と暖房運転を同時におこなう場合に、前記第一および第二の室外ユニットのうち、一方の室外ユニットを圧縮機の吐出口とガス接続口が連通するように前記配管切換ユニットを切換えた吸熱サイクルとし、他方の室外ユニットを圧縮機の吐出口と室外熱交換器が連通するように前記配管切換ユニットを切換えた放熱サイクルとし、暖房運転をおこなう室内ユニットでは、吸熱サイクルの室外ユニットと連通するように、前記配管切換ユニットで切換え、冷房運転をおこなう室内ユニットでは、放熱サイクルの室外ユニットと連通するように、前記配管切換ユニットで切換えることを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、吸熱サイクルもしくは、放熱サイクルを形成する室外ユニットを、第一の室外ユニットと第二の室外ユニットで交互にサイクル切換可能とし、このサイクル切換にあわせて、前記配管切換ユニットを切換えることを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、前記第一の室外ユニットと第二の室外ユニットで交互にサイクル切換を行なうことで、吸熱サイクルとなる室外ユニットの室外熱交換器の除霜運転を行うことを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、冷房運転をおこなう室内ユニットの冷房要求負荷に基づいて放熱サイクルを形成する室外ユニットの圧縮機の容量制御をおこなう一方、暖房運転をおこなう室内ユニットの暖房要求負荷に基づいて吸熱サイクルを形成する室外ユニットの圧縮機の容量制御をおこなうことを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、前記第一制御弁および第二制御弁は、電動膨張弁であることを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置において、冷房運転もしくは暖房運転時に、前記配管切換ユニットにより、前記各室内ユニットと連通する室外ユニットを切換可能としたことを特徴とする。

また、上記に記載の冷凍サイクル装置おいて、各室内ユニットの容量と吸込空気温度の情報に基づいて、各室外ユニットと連通する室内ユニットを切換える機能を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、冷房と暖房を切換えて運転可能な室外ユニットを用いて、簡単な構成で冷房と暖房を同時に運転可能な冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の実施例１の冷暖同時運転時の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく室内ユニットの動作を切換えた場合の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく室外ユニットの動作を切換えた場合の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく冷房運転時の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく異なる蒸発温度で冷房運転する場合の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく暖房運転時の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく異なる凝縮温度で暖房運転する場合の冷媒流れを示すサイクル系統図。 同じく配管切換ユニットの構成図。 本発明の実施例２の室外ユニットを3台とした構成を示すサイクル系統図。

本発明における実施形態に係わる冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置について、図１〜図９を用いて、以下詳細に説明する。

本発明の実施例１を、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施例の冷凍サイクル装置の構成を示すサイクル系統図である。本実施例では、２台の室外ユニット20ａ、20ｂと3台の室内ユニット21ａ、21ｂ、21ｃとを、共通液管10と第一ガス管11と第二ガス管12の３本の配管で接続して冷凍サイクルを構成している。各室内ユニット21では、室内熱交換器30が共通液管10と、室内液管（10ａ、10ｂ、10ｃ）と減圧手段31を介して接続されており、室内熱交換器30の他端には室内ガス管32が接続されている。室内ガス管32は、配管切換ユニット22を介して第一ガス管１１と第二ガス管12とに接続されている。

配管切換ユニット22（22ａ、22ｂ、22ｃ）では、室内ガス管32と接続された配管が２系統のガス管（第一ガス管、第二ガス管）に分岐されており、一方の配管系統が第一制御弁43を介して第一ガス管11と、他方の配管系統が第二制御弁42を介して第二ガス管12と接続されている。この第一制御弁43および第二制御弁42を用いて配管流路を開閉させることにより、室内ガス管32と第一ガス管11もしくは第二ガス管12との連通状態を任意に切換えることが可能となっている。

第一ガス管11は第一の室外ユニット20ａのガス接続口5ａと、第二ガス管12は第二の室外ユニット20ｂのガス接続口5ｂとに、それぞれ個別に接続されている。また、各室外ユニット20ａ、20ｂの液接続口6ａ、6ｂはともに共通液管10に接続されている。

室外ユニット20は、圧縮機１と室外熱交換器2を備えており、室外熱交換器2は一端が液接続口6へ接続され、その配管経路に減圧手段4が設けられている。室外熱交換器2の他端は流路切換弁として機能する四方弁3に接続されており、四方弁3により圧縮機１の吸込口もしくは吐出口の一方に選択的に連通させることが可能となっている。また、圧縮機1の吸込口もしくは吐出口のうち他方は、四方弁3を介してガス接続口5と連通状態となる。第一の室外ユニット20aの四方弁3aと第二の室外ユニット20bの四方弁3bは、それぞれ任意に流路を切換えることが可能な構成となっている。
＜冷暖同時 例１＞
次に本実施例における冷暖同時運転（冷房１台、暖房２台）時の例１の動作を示す。図1で矢印は、室内ユニット21cで冷房運転を、21aおよび21bで暖房運転を行う場合の冷媒（図示せず）の流れ方向について一例を示している。四方弁３ａは、実線で示す接続状態となっており、室外ユニット20ａでは、圧縮機1ａの吐出口を室外熱交換器2ａに連通させることで、室外熱交換器2ａを凝縮器して利用し、凝縮した液冷媒を液接続口6ａを介して共通液管10へ供給する放熱サイクルを形成している。一方、室外ユニット20ｂでは圧縮機1ｂの吐出口をガス接続口5ｂへ連通するように四方弁3ｂで実線の流路を構成している。液接続口6ｂから室外ユニット20ｂへ流入した液冷媒は、膨張弁4ｂで減圧され低温・低圧となり、室外熱交換器2ｂで蒸発した後、圧縮機1ｂへと流入する。このように室外ユニット20ｂは室外空気から熱を奪う吸熱サイクルを形成する。

冷房運転をおこなう室内ユニット21cには、共通液管10から液冷媒を供給する。この液冷媒は、室内膨張弁31cで減圧されて低温・低圧となって、室内熱交換器30cにて室内空気から熱を奪い蒸発する。この作用により室内空気は低温となり冷房されることになる。室内熱交換器30cで蒸発した冷媒は、室内ガス管32cを通り、配管切換ユニット22cへ流入する。本実施例では、第一制御弁43ｃを開、第二制御弁42ｃを閉とすることで、冷媒を第一ガス管11から第一の室外ユニット20ａへ流す。その後、冷媒は放熱サイクルを形成している第一の室外ユニット20ａで圧縮されて、室外熱交換器２ａで外気に放熱することで液化した後、液管10へと戻る。

一方、暖房運転をおこなう室内ユニット20ａ、20ｂには、第二ガス管12から高温・高圧ガスの冷媒を供給する。第二ガス管12には、第二の室外ユニット20ｂの圧縮機1ｂで圧縮された冷媒が供給されている。配管切換ユニット22ａでは、第一制御弁43ａを閉、第二制御弁42ａを開とすることで、高温・高圧のガス冷媒を第二ガス管12から室内熱交換器30ａへと導入し、暖房運転をおこなう。このとき膨張弁31ａは全開としており、室内熱交換器30ａで凝縮液化した冷媒は、液管10へと流出する。また室内ユニット21ｂおよび配管切換ユニット22ｂでも同様の動作をおこない、暖房運転をおこなう。

このように共通液管10には、暖房運転をおこなう室内ユニット21ａと21ｂおよび、放熱サイクルを形成する第一の室外ユニット20ａから液冷媒が流入し、冷房運転をおこなう室内ユニット21ｃ、および吸熱サイクルを形成する第二の室外ユニット20ｂへと分かれて流出することになる。したがって共通液管10内の冷媒の流れ方向は、各室内ユニットの冷房負荷および暖房負荷によって逐次変化する。
＜冷暖同時 室内暖房⇒冷房＞
次に、図１で暖房運転をおこなっていた室内ユニット21ｂのみを、冷房運転に切換えた場合（冷房２台、暖房１台）の例２の動作を、図２を用いて説明する。室外ユニット20a、20bおよび室内ユニット21ａ、21ｃの動作は、図１に示す実施例と同様であり、室内ユニット21ｂおよび配管切換ユニット22ｂの動作を、室内ユニット21ｃおよび配管切換ユニット22ｃと同様の動作に変更する。

すなわち、共通液管10から供給される冷媒を、膨張弁31ｂを用いて減圧し、室内熱交換器30ｂで蒸発させた後、開となっている第一制御弁43ｂを通して第一ガス管11へと流出させる。このとき第二制御弁42ｂは閉止する。そして暖房負荷容量と冷房負荷容量の変化に合わせて、各圧縮機1ａおよび1ｂの運転容量（運転周波数）を変更する。このように室内ユニット21ｂの各弁31ｂ、42ｂ、43ｂの操作を変更することで、室内ユニット毎で任意に暖房運転と冷房運転を切換えることが可能である。
＜冷暖同時 配管形態、施工性＞
このように本実施例では、冷房と暖房を切換えて運転可能な室外ユニットを2台用いることで、冷房と暖房を同時に、かつ室内ユニット毎に任意に切換えて運転可能な冷凍サイクル装置を構成することが可能となっている。また本実施例では、配管切換ユニット22の切換えにより、各室内熱交換器を第一の室外ユニット２０ａと第二の室外ユニット２０ｂのいずれか一方とのみ接続（連通）されており、各室外ユニット20ａ、20ｂの液接続口6ａ、6ｂを液管10で連結する一方、第一ガス管11と第二ガス管12を互いに接続する必要がない。このため配管を接続するための従来技術に示される専用の複雑な配管ユニットが不要となり設置面積の増大を回避できるだけでなく、施工性も向上できる。特に第一ガス管11および第二ガス管12は、液管10に対して配管径が太く作業性が悪いので、これらの配管の接続を不要することで施工性を改善できる。
＜冷暖同時 圧縮機容量制御＞
図１に示す実施例において、冷房運転をおこなう室内ユニット21ｃは、放熱運転をおこなう室外ユニット20ａと第一ガス管11で連通しているので、冷房能力は第一の室外ユニット20ａに備えられた圧縮機1ａの運転容量によって制御される。一方、暖房運転をおこなう室内ユニット21ａ、21ｂは、吸熱運転をおこなう室外ユニット20ｂと第二ガス管12で連通しているので、暖房能力は第二の室外ユニット20ｂに備えられた圧縮機1ｂの運転容量によって制御される。また図２に示す実施例では、室内ユニット21ｂが暖房運転から冷房運転に切り替わっているので、冷房運転をおこなう室内ユニット21ｂ、21ｃの冷房負荷に合わせて圧縮機1ａの運転容量を運転周波数で制御し、暖房運転をおこなう室内ユニット21ａの暖房負荷に合わせて圧縮機1ｂの運転容量を運転周波数で制御すれば良い。

１台の室外ユニットを用いて冷房暖房の同時運転をおこなう場合には、従来、室外熱交換器から放熱する場合と吸熱する場合があり、制御が複雑化する。また放熱器として利用する場合にも、室外空気への放熱量と暖房室内ユニットへの放熱量バランスの制御が必要となっていたが、本実施例では、各圧縮機1ａおよび1ｂの運転容量により冷房能力と暖房能力を個別に制御することが可能となっており、簡便な制御が可能となっている。

なお、室内ユニットの冷暖房負荷は、室内ユニットの容量と吸込空気温度の情報に基づいて求められ、各室外ユニットと連通する室内ユニットを切換える機能を有している。このように圧縮機1ａと圧縮機1ｂの運転容量が、それぞれ冷房負荷と暖房負荷に合わせて決定されるので、各圧縮機は異なる運転周波数で動作することになる。
＜室外動作切換＞
ところで、圧縮機は内部に油を保有しており、保有している油の一部が吐出冷媒とともにサイクル中に流出し、その後吸込み冷媒とともに圧縮機へ戻ってくる。しかし本実施例のように複数台の室外ユニットを用いる場合には、各圧縮機1ａおよび1ｂの保有する油が一方に偏る可能性があり、油が不足した場合には圧縮機が損傷するなどの不具合をおこす恐れがあるので、油不足を回避することが重要となる。

また、圧縮機からサイクル中に流出する油量の冷媒流量に対する比率は、運転容量が大きくなるにつれて増大する傾向があるので、本実施例のように圧縮機1ａと1ｂとは異なる周波数で運転する場合には、運転周波数の高い（容量の大きな）圧縮機1ｂの保有する冷媒量が低下し易いという課題が生じる。そこで、本実施例では、図３に示すように室外ユニットの動作を、20ａと20ｂで適宜切換えることを可能とした。

すなわち本実施例では、図１で放熱サイクルを形成していた第一の室外ユニット20ａの四方弁3ａを実線で示す接続状態に切換えて吸熱サイクルへと切換える一方、吸熱サイクルを形成していた第二の室外ユニット20ｂの四方弁3ｂを実線で示す接続状態に切換えて放熱サイクルへと切換える。

さらに冷房運転をおこなう室内ユニット21ｃに接続された配管切換ユニット22ｃの第一制御弁43ｃを閉止する一方、第二制御弁42ｃを開とすることで、室内熱交換器30ｃを放熱サイクルを形成している第二の室外ユニットと連通させる。暖房運転をおこなう室内ユニット21ａおよび21ｂに接続された配管切換ユニット22ａおよび22ｂでは、第一制御弁43ａ、43ｂを開き、第二制御弁42ａ、42ｂを閉止することで、室内熱交換器30ａ、30ｂを、吸熱サイクルを形成する第一の室外ユニット20ａと連通させる。

本実施例では、冷房運転をおこなう室内ユニットが放熱サイクルを形成している室外ユニットと、また、暖房運転をおこなう室内ユニットが吸熱サイクルを形成している室外ユニットと、それぞれ連通するように、各室外ユニット21ａおよび21ｂの動作に合わせて、配管切換ユニットの第一制御弁43および第二制御弁42の開閉状態を切換可能としたので、室外ユニットの動作を適宜簡単に切換えることが可能となっている。

したがって、上述のように油の偏りが生じる可能性があると判断した場合には、室外ユニットの動作を適宜切換えることで、このような不具合を回避できる。室外ユニットの切換動作の実施を判断する条件は、両圧縮機の運転容量の差異があらかじめ定めた値よりも大きい状態が継続した場合としてもよく、また運転時間によって定期的に切換えるとしてもよい。

なお、室外ユニットの動作を切換える目的は、油の偏りを回避することに限られるものではなく、例えば各圧縮機の積算運転時間を均等にするためのローテーションであってもよい。

また切換動作を実施する条件の１つして、吸熱サイクルを形成している室外ユニットの室外熱交換器の表面に成長した霜を解かすための除霜運転のタイミングと一致させても良い。一致させない場合には、除霜運転の間、暖房運転をおこなう室内機に高温冷媒を供給できないという不具合が生じる。そのため除霜運転と一致させることで、それまで放熱サイクルを形成していた室外ユニット、すなわち霜のついてしない室外ユニットで吸熱サイクルを形成して利用することができるので、除霜運転により室内ユニットにおける暖房運転を停止させる必要がなく、快適性を向上できる。

なお、除霜運転をおこなう室外ユニットは、霜が解けて除霜運転が終了した後も、そのまま凝縮器として放熱サイクルを形成することとなる。このように放熱される熱を、霜を解かすための熱として利用することが可能となっているため、室外ユニット間の動作を切換えずに除霜運転を実施する場合に対して、省エネルギー性を向上させることができる。
＜全冷房 室外共用＞
次に図４を用いて冷房運転時の動作を示す。本実施例では、3台室内ユニット21全てで冷房運転を実施する場合の冷媒の流れを矢印で示している。室外ユニット20ａ、20ｂはともに放熱サイクルを形成しており、それぞれ第一ガス管11と第二ガス管12内のガス冷媒を圧縮機1で吸込んで圧縮し、室外熱交換器2で放熱・液化させた後、共通液管10へ液冷媒を供給する。各室内ユニット21では、各膨張弁31で冷媒を減圧した後、各室内熱交換器30で蒸発・ガス化させる。その後、第一ガス管11に連通する第一制御弁43、および第二ガス管12に連通する第二制御弁42をともに開とすることで、第一ガス管11と第二ガス管12の2本のガス管を使って各室外ユニット20へと冷媒を戻す。2本のガス管を用いるので、ガス管を１本しか用いない場合に比べて圧力損失を低減でき、省エネルギー性が向上するというメリットがある。

また室外ユニット20ａおよび20ｂは常に2台とも動作する必要はなく、冷房負荷が小さい場合には、一方のみ動作させれば良い。例えば第一の室外ユニット20ａのみ動作させる場合には、圧縮機１ｂを停止させるとともに、膨張弁4ｂを閉止し、さらに第二の室外ユニット20ｂに連通する第二ガス管12と各室内ユニット21を接続する第二制御弁42を閉止する。本動作により一方の室外ユニット20aのみ用いた冷房運転が可能となる。

なお、第一の室外ユニット20ａを停止させて、第二の室外ユニット20ｂを動作させてもよく、この場合には各室外ユニットの動作を入れ替え、さらに第一ガス管に接続される第一制御弁43を閉止し、第二ガス管に接続される第二制御弁42を開とする。このように室外ユニット20ａと20ｂの動作に合わせて第一制御弁と第二制御弁の開閉状態を動作させることにより、運転停止も含めて、室外ユニット20ａと20ｂの運転状態を入れ替えることが可能となっている。動作を入れ替えることにより、圧縮機1ａと1ｂの積算運転時間を均一化することができ、信頼性を高めることができる。
＜全冷房 室外分離＞
ところで、室内ユニットはそれぞれ異なる室温環境で設置され得る。一般に室温の高い環境では蒸発温度も高くてよく、室温の低い環境では蒸発温度を下げる必要がある。蒸発温度は高い方が省エネルギー性は高いが、各室内ユニットの冷媒圧力は、第一ガス管11および第二ガス管12を介して連通しているので、ほぼ同じ圧力すなわち同じ蒸発温度となる。このため異なる室温環境に設置された場合には、蒸発温度は室温の低い環境に合わせた蒸発温度となり、冷凍サイクル装置全体としての省エネルギー性は低下する。

そこで、本実施例では図５に示すように、各部屋の負荷に応じて、室内ユニットと連通する室外ユニットを任意に切換可能とした。室内の吸込み空気温度の情報に基いて、室内ユニット21ｃのみ室温が低く、室内ユニット21ａ、21ｂに対して蒸発温度を低く保つ必要があると判断されたと仮定する。このような場合に、図４では第一制御弁43と第二制御弁42をともに開としていたが、図5では一方のみ開とすることで、各室内ユニットと連通する室外ユニットを任意に切換可能としている。

すなわち蒸発温度が高くても良い室内ユニット21ａと21ｂでは、第一制御弁43を閉止し、第二制御弁42を開とすることで、蒸発したガスを第二ガス管12を介して第二の室外ユニット20ｂへと導入する。一方、蒸発温度の低い室内ユニット21ｃでは、第一制御弁43を開、第二制御弁42を閉とすることで、第一ガス管11を介して第一の室外ユニット20ａへ冷媒を戻す構成とする。

液管10は第一の室外ユニット20ａと第二の室外ユニット20ｂで共通なので、各圧縮機1ａと1ｂの吐出圧力は同等である。しかし、圧縮機1ａの吸込圧力は室内ユニット20ｃの蒸発温度によって定まり、圧縮機1ｂの吸込圧力は室内ユニット20ａと20ｂの蒸発温度によって定まるので、それぞれ異なる吸込圧力とすることができる。したがって、圧縮機1ａと1ｂをともに室内ユニット20ｃの蒸発温度にあわせた低い吸込圧力で運転する場合に対して、圧縮機1ｂの吸込圧力を高くできる分だけ、圧縮機1ｂの圧縮動力が抑制されるので、省エネルギー性を高めることが可能となっている。
＜全暖房 室外共用＋分離＞
次に図６を用いて暖房運転時の動作を説明する。暖房運転時には室外ユニット20ａ、20ｂを吸熱サイクルとし、共通液管10から供給された冷媒を室外熱交換器2で蒸発させ、圧縮機1で圧縮した後、高温・高圧のガス冷媒を第一ガス管11および第二ガス管12を用いて、各室内ユニット20へと供給する。室外ユニットは、暖房負荷に応じて一方のみ運転してもよく、また２台同時に運転するとしても良い。このとき、室内ユニットの第一制御弁43および第二制御弁42を、室外ユニット20の動作に合わせ、動作している室外ユニット20に連通する弁を適宜開閉動作させる。

また、図７に示すように第一制御弁43および第二制御弁42のうち一方のみ開とし、他方を閉止することにより、冷房運転時と同様に、各室内ユニット21に連通する室外ユニット20を任意に切換るとしても良い。本実施例のサイクルは、室内温度が大きく異なる場合等で、異なる凝縮温度、すなわち異なる吐出圧力で圧縮機1ａおよび1ｂを運転することが可能となるので、省エネルギー性を高める手段として有効である。
＜室外分離の判断制御＞
なお、連通する室外ユニットを一方のみに切換える運転をおこなう場合、一方の室外ユニットに連通する室内ユニットの合計容量が、室外ユニットの定格容量を超えると、冷房能力もしくは暖房能力が不足するという不具合が生じる可能性がある。また各室外ユニットの20圧縮機1は異なる運転容量で運転されることになるので、前述のように圧縮機1間で油の偏りが生じる可能性がある。このため、室外ユニット20間の動作、および各室内ユニット21の接続される室外ユニット20を適宜切換えることが望ましい。

そこで、本実施例では、第一の室外ユニット20ａに接続される室内ユニットの合計容量と、第二の室外ユニット20ｂに接続される室内ユニットの合計容量のうち、大きい方の室内ユニットの合計容量が、小さいほうの室外ユニット容量よりも小さい場合にのみ、室外ユニットに連通される室内機を切換える運転へ移行可能とした。このため室外ユニット20間の動作を入れ替えた場合であっても、また室外ユニット20ａと20ｂの定格容量が異なる場合であっても、冷房能力もしくは暖房能力が不足する不具合を回避することができ、また油の偏りによる信頼性の低下も抑制することができる。
＜配管切換ユニットについて＞
ところで、本実施例において、第一制御弁43を開とすると、暖房運転時には第一ガス管11から室内ユニット21へ冷媒が流れ、冷房運転時には室内ユニット21から第一ガス管11へと冷媒が流れる。このように冷媒の流れが冷房と暖房で逆になるため、双方向に流すことのできる制御弁が必要となる。一般的な開閉弁は、方向性があり、双方向に流すためには開閉弁を２つ並列配置する必要性が生じる。このため配管切換ユニット22が大きくなるなどの不具合が生じる。そこで、本実施例では、配管切換ユニットの第一制御弁43および第二制御弁42として、膨張弁31や4等に用いられる電動膨張弁と同様の形態の、スペースが小さくて済む電動膨張弁を用いて構成した。このため双方向の開閉動作が可能となっている。

また、室内ユニット20の動作が暖房と冷房で切り替わった場合には、室内熱交換器30内の冷媒圧力が、高圧と低圧で急激に変化するため、冷媒流動に伴う音が生じ、ユーザに不快感を与える可能性がある。本実施例では、開度を任意に調整可能な電動膨張弁を用いたので、このような場合に開度を徐々に大きくすることにより、開閉弁を用いた場合に対して、圧力変化を抑制することができるので、冷媒流動音の発生を抑制することが可能となっている。

また、図８は電動膨張弁で構成した第一制御弁43と第二制御弁42に加えて、第一圧力調整弁45、および第二圧力調整弁44と、キャピラリ46を用いた配管切換ユニットの構成例を示している。本実施例では、第一制御弁43の開度を開く前に、第一圧力調整弁45を開とし、室内熱交換器30と第一ガス管11の圧力をキャピラリ回路46を介して徐々に均圧化させることが可能となっている。第一制御弁43にはガス冷媒が流れるため、液冷媒に比べて圧力損失が大きくなりやすいので、流動抵抗の小さい大型の電動膨張弁を用いる必要がある。このため均圧化の動作において、圧力変化が早くなりすぎる可能性があるが、本実施例では小流量を流すキャピラリ回路46と第一圧力調整弁45を設けたので、第一圧力調整弁45を用いることで、徐々に均圧化させることが可能となっている。なお、第一圧力調整弁45も、双方向に冷媒が流れるため電動膨張弁を用いている。

また、第二制御弁42についても同様に、第二圧力調整弁44を用いて徐々に圧力を均圧化させた後、第二制御弁42を開とする動作をおこなうことで、圧力変動に伴う冷媒流動音を抑制することが可能となっている。なお、本実施例ではキャピラリ回路46を共用化することにより小型化を図っている。

本発明の第二の実施形態を、図９を用いて説明する。本実施例では、図１に示した実施例とは異なり、室外ユニットを3台並列配置している。また、各室外ユニット20ａと20ｂ、20ｃを共通液管10で連通させる点は同様である。各室外ユニットに接続される第一ガス管11、第二ガス管12、第三ガス管13は、それぞれ個別に各配管切換ユニット22に接続されている。配管切換ユニット22では、第一ガス管11、第二ガス管12、第三ガス管13それぞれに連通する回路に第一制御弁43、第二制御弁42、第三制御弁41が備えられており、各制御弁43、42、41を介して各ガス管11、12、13が室内ユニット21に接続されている。

本実施例では室内ユニットを21ａと21ｂの２台接続し、第一の室内ユニット21ａが暖房運転、室内ユニット21ｂが冷房運転をおこなう場合を示している。また第一の室外ユニット20ａは放熱サイクル、第二の室外ユニット20ｂおよび第三の室外ユニット20ｃは吸熱サイクルを形成するように各室外ユニット20の四方弁3を切換えている。

吸熱サイクルとなる第二の室外ユニット20ｂから供給されるガス冷媒は、第二ガス管12から第二制御弁42を通って室内ユニット21ａへ供給される。また吸熱サイクルとなる室外ユニット20ｃから供給されるガス冷媒は、第三ガス管13から第三制御弁41を通って室内ユニット21ａへ供給される。各室外ユニット20ｂ、20ｃから供給されたガス冷媒は、合流した後、室内熱交換器30ａで凝縮・液化した後、共通液管10に流れる。

冷房運転をおこなう室内ユニット21ｂでは、共通液管10から供給された冷媒を膨張弁31ｂで減圧した後、室内熱交換器30ｂで蒸発させて冷房運転をおこなう。ガス化した冷媒は、第一制御弁43、第一ガス管11を通って放熱サイクルを形成している室外ユニット20ａへと至る。

本実施例の冷凍サイクルでは、圧縮機1ａ、1ｂ、１ｃで圧縮された冷媒は、放熱運転をおこなう第一の室外ユニット20ａおよび、暖房運転をおこなう室内ユニット21ａで凝縮した後、吸熱運転をおこなう第二の室外ユニット20ｂおよび第三の室外ユニット20ｃ、そして冷房運転をおこなう室内ユニット21ｂで、蒸発ガス化した後、圧縮機へ戻る。

暖房運転をおこなう室内ユニット21ａでは、第一制御弁42aと第二制御弁43aを開とし、第三制御弁41aを閉止することで、第二ガス管12および第三ガス管13を介して、第二の室外ユニット20ｂと、第三の室外ユニット20ｃとのみ連通する状態とする。一方、冷房運転をおこなう室内ユニット21ｂでは、第三制御弁41bを開とし、第一制御弁42bおよび第二制御弁43bを閉止することで、室内ガス管32ｂを第一の室外ユニット20ａとのみ連通させる。

このように、室外ユニットの動作に合わせて配管切換ユニット22内の各制御弁41、42、43の開閉状態を切換えることによって、冷房と暖房を切換えて運転可能な室外ユニットを用いて、冷房と暖房を同時に実現可能な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。

１…圧縮機、２…室外熱交換器、３…流路切換弁（四方弁）、４…膨張弁、５…ガス接続口、６…液接続口、１０…共通液管、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…室内液管、１１…第一ガス管、１２…第二ガス管、１３…第三ガス管、２０…室外ユニット、２１…室内ユニット、２２…配管切換ユニット、３０…室内熱交換器、３１…膨張弁、３２…室内ガス管、４１…第三制御弁、４２…第二制御弁、４３…第一制御弁、４４…第二圧力調整弁、４５…第一圧力調整弁、４６…キャピラリ。

Claims (8)

1. 圧縮機と、室外熱交換器と、ガス接続口と、圧縮機の吸込口と吐出口のうち一方を前記ガス接続口、他方を前記室外熱交換器の一端と連通させるように任意に流路を切換可能な流路切換弁、前記室外熱交換器の他端に接続された液接続口を有する第一および第二の室外ユニットと、
   室内液管と、室内熱交換器と、室内ガス管とを順に接続した複数台の室内ユニットと、
   前記各室外ユニットの前記液接続口と、複数台の室内ユニットにおける前記室内液管とを連通させる共通液管とを備えた冷凍サイクル装置において、
   前記各室内ユニットの前記室内ガス管を第一ガス管と第二ガス管に分岐し、
   前記第一ガス管を前記一方の室外ユニットのガス接続口と接続すると共に、前記第二ガス管を前記他方の室外ユニットのガス接続口と接続し、
   前記各室内ユニットの前記第一ガス管および第二ガス管のそれぞれ流路を切換える配管切換ユニットを設け、
   前記配管切換ユニットの切換えにより前記各室内熱交換器を前記室外ユニットのいずれか一方とのみ連通することを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 請求項１記載の冷凍サイクル装置において、
   冷房運転と暖房運転を同時におこなう場合に、前記室外ユニットの一方を圧縮機の吐出口とガス接続口が連通するように前記配管切換ユニットを切換えた吸熱サイクルとし、他方の室外ユニットを圧縮機の吐出口と室外熱交換器が連通するように前記配管切換ユニットを切換えた放熱サイクルとし、
   暖房運転をおこなう室内ユニットでは、吸熱サイクルの室外ユニットと連通するように、前記配管切換ユニットで切換え、
   冷房運転をおこなう室内ユニットでは、放熱サイクルの室外ユニットと連通するように、前記配管切換ユニットで切換えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
3. 請求項２記載の冷凍サイクル装置において、吸熱サイクルもしくは、放熱サイクルを形成する室外ユニットを、第一の室外ユニットと第二の室外ユニットで交互にサイクル切換可能とし、このサイクル切換にあわせて、前記配管切換ユニットを切換えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 請求項３記載の冷凍サイクル装置において、前記第一の室外ユニットと第二の室外ユニットで交互にサイクル切換を行なうことで、吸熱サイクルとなる室外ユニットの室外熱交換器の除霜運転を行うことを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 請求項２〜４の何れかに記載の冷凍サイクル装置において、冷房運転をおこなう室内ユニットの冷房要求負荷に基づいて放熱サイクルを形成する室外ユニットの圧縮機の容量制御をおこなう一方、暖房運転をおこなう室内ユニットの暖房要求負荷に基づいて吸熱サイクルを形成する室外ユニットの圧縮機の容量制御をおこなうことを特徴とする冷凍サイクル装置。
6. 請求項２〜５の何れかに記載の冷凍サイクル装置において、前記第一制御弁および第二制御弁は、電動膨張弁であることを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 請求項１に記載の冷凍サイクル装置において、冷房運転もしくは暖房運転時に、前記配管切換ユニットにより、前記各室内ユニットと連通する室外ユニットを切換可能としたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
8. 請求項７に記載の冷凍サイクル装置おいて、各室内ユニットの容量と吸込空気温度の情報に基づいて、各室外ユニットと連通する室内ユニットを切換える機能を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images