JP2014126286A - 空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の室内熱交換器と各室内熱交換器に対応する室内流量調節弁及び室内ファンとを有しており、自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムにおいて、自然循環式冷房運転時において、広い冷房能力範囲をカバーすることができるようにする。
【解決手段】空気調和システム（１）では、自然循環式冷房運転時において、各室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の冷房能力制御を対応する室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）の開度制御及び室内ファン（５６ａ、５６ｂ）の風量制御によって行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、空気調和システム、特に、複数の室内熱交換器と各室内熱交換器に対応する室内流量調節弁及び室内ファンとを有しており、自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムに関する。

従来より、特許文献１（特開平１１−２４３０号公報）に示すように、複数の室内熱交換器と各室内熱交換器に対応する室内流量調節弁及び室内ファンとを有しており、自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムがある。具体的には、空気調和システムは、室外熱交換器、室外熱交換器よりも下方に配置された複数の室内熱交換器、複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内流量調節弁が接続されることによって構成された冷媒回路と、複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内ファンとを有している。空気調和システムは、液冷媒とガス冷媒との密度差によって室外熱交換器、室内流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させて室内の冷房を行う自然循環式冷房運転を行うことが可能である。

上記従来の空気調和システムでは、室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように、対応する室内流量調節弁の開度を変更する制御を行うことによって、自然循環式冷房運転時の各室内熱交換器の冷房能力を制御している。

しかし、このような室内流量調節弁の開度制御だけでは、室内熱交換器の冷房能力の可変範囲が狭く、広い冷房能力範囲をカバーすることが難しい。

本発明の課題は、複数の室内熱交換器と各室内熱交換器に対応する室内流量調節弁及び室内ファンとを有しており、自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムにおいて、自然循環式冷房運転時において、広い冷房能力範囲をカバーすることができるようにすることにある。

第１の観点にかかる空気調和システムは、室外熱交換器、室外熱交換器よりも下方に配置された複数の室内熱交換器、複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内流量調節弁が接続されることによって構成された冷媒回路と、複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内ファンとを有している。空気調和システムは、液冷媒とガス冷媒との密度差によって室外熱交換器、室内流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させて室内の冷房を行う自然循環式冷房運転を行うことが可能である。そして、ここでは、自然循環式冷房運転時において、各室内熱交換器の冷房能力制御を対応する室内流量調節弁の開度制御及び室内ファンの風量制御によって行う。

ここでは、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器の冷房能力制御として、室内流量調節弁の開度制御とともに、室内ファンの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器の冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

これにより、ここでは、自然循環式冷房運転時において、広い冷房能力範囲をカバーすることができる。

第２の観点にかかる空気調和システムは、第１の観点にかかる空気調和システムにおいて、各室内流量調節弁の開度制御は、対応する室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように、室内流量調節弁の開度を変更する制御である。ここで、室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器の冷房能力を大きくするために、目標過熱度を小さくし、室内熱交換器の冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器の冷房能力を小さくするために、目標過熱度を大きくするものである。また、各室内ファンの風量制御は、対応する室内熱交換器に供給される室内空気の風量を変更する制御である。ここで、室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器の冷房能力を大きくするために、室内ファンの風量を大きくし、室内熱交換器の冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器の冷房能力を小さくするために、室内ファンの風量を小さくするものである。

ここでは、室内流量調節弁の開度制御として、室内熱交換器の出口における過熱度を目標過熱度に近づける制御を採用している。そして、この室内流量調節弁の開度制御における目標過熱度、及び、室内ファンの風量を、室内熱交換器の冷房能力の過不足に応じて変更するようにしている。

これにより、ここでは、室内熱交換器の冷房能力の可変範囲をさらに拡大することができる。

第３の観点にかかる空気調和システムは、第２の観点にかかる空気調和システムにおいて、各室内熱交換器の冷房能力の過不足は、空調対象となる空間の室内温度に基づいて決定される。

ここでは、室内温度に基づいて適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。

第４の観点にかかる空気調和システムは、第３の観点にかかる空気調和システムにおいて、各室内熱交換器の冷房能力の過不足は、室内温度の変化に基づいて決定される。

ここでは、室内温度だけでなく、室内温度の変化に基づいて冷房能力の過不足を決定することができるため、さらに適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。

第５の観点にかかる空気調和システムは、第２〜第４の観点のいずれかにかかる空気調和システムにおいて、室内熱交換器の冷房能力を大きくする場合には、室内流量調節弁の開度制御よりも室内ファンの風量制御を優先し、室内熱交換器の冷房能力を小さくする場合には、室内ファンの風量制御よりも室内流量調節弁の開度制御を優先する。

自然循環式冷房運転を安定的に行うためには、室内熱交換器の出口側に液冷媒が流入することを避けることが好ましい。このため、室内流量調節弁の開度制御及び室内ファンの風量制御によって室内熱交換器の冷房能力を変更する際にも、室内熱交換器の出口側に液冷媒が流入することを避けることが必要になる。

そこで、ここでは、室内熱交換器の冷房能力を大きくする場合には、室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を小さくする変更を伴う室内流量調節弁の開度制御よりも室内ファンの風量制御を優先するようにしている。また、室内熱交換器の冷房能力を小さくする場合には、室内ファンの風量制御よりも室内熱交換器の出口における冷媒の過熱度を大きくする変更を伴う室内流量調節弁の開度制御を優先するようにしている。

これにより、ここでは、室内熱交換器の出口側に液冷媒が流入することを避けつつ、室内流量調節弁の開度制御及び室内ファンの風量制御による室内熱交換器の冷房能力制御を行うことができる。

第６の観点にかかる空気調和システムは、第２〜第５の観点のいずれかにかかる空気調和システムにおいて、室内流量調節弁の開度制御によって目標過熱度が上限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量制御によって室内ファンの風量が下限風量に到達しても、室内熱交換器の冷房能力が過剰である場合には、室内流量調節弁を閉止するサーモオフに移行する。

これにより、ここでは、目標過熱度が上限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量が下限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の下限から外れているかどうかを判定し、速やかにサーモオフに移行して、室内熱交換器の冷房能力の過剰に対応することができる。

第７の観点にかかる空気調和システムは、第２〜第６の観点のいずれかにかかる空気調和システムにおいて、冷媒回路には、圧縮機がさらに設けられており、圧縮機を運転することによって圧縮機、室外熱交換器、室内流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転と、自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能になっている。そして、ここでは、室内流量調節弁の開度制御によって目標過熱度が下限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量制御によって室内ファンの風量が上限風量に到達しても、室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に移行する。

これにより、ここでは、自然循環式冷房運転と圧縮機を運転する蒸気圧縮式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能になっている。このため、自然循環式冷房運転ではカバーすることができない大きな冷房能力範囲をカバーすることができる。そして、ここでは、目標過熱度が下限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量が上限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の上限から外れているかどうかを判定し、速やかに蒸気圧縮式冷房運転に移行して、室内熱交換器の冷房能力の不足に対応することができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の観点にかかる空気調和システムでは、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器の冷房能力制御として、室内流量調節弁の開度制御とともに、室内ファンの風量制御を行うようにしているため、自然循環式冷房運転時において、広い冷房能力範囲をカバーすることができる。

第２の観点にかかる空気調和システムでは、室内流量調節弁の開度制御における目標過熱度、及び、室内ファンの風量を、室内熱交換器の冷房能力の過不足に応じて変更するようにしているため、室内熱交換器の冷房能力の可変範囲をさらに拡大することができる。

第３の観点にかかる空気調和システムでは、室内温度に基づいて適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。

第４の観点にかかる空気調和システムでは、室内温度だけでなく、室内温度の変化に基づいて冷房能力の過不足を決定することができるため、さらに適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。

第５の観点にかかる空気調和システムでは、室内熱交換器の出口側に液冷媒が流入することを避けつつ、室内流量調節弁の開度制御及び室内ファンの風量制御による室内熱交換器の冷房能力制御を行うことができる。

第６の観点にかかる空気調和システムでは、目標過熱度が上限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量が下限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の下限から外れているかどうかを判定し、速やかにサーモオフに移行して、室内熱交換器の冷房能力の過剰に対応することができる。

第７の観点にかかる空気調和システムでは、目標過熱度が下限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファンの風量が上限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の上限から外れているかどうかを判定し、速やかに蒸気圧縮式冷房運転に移行して、室内熱交換器の冷房能力の不足に対応することができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和システムの概略構成図である。 空気調和システムの制御ブロック図である。 蒸気圧縮式暖房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 蒸気圧縮式冷房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 自然循環式冷房運転時における空気調和システム内の冷媒の流れを示す図である。 自然循環式冷房運転時における室内温度に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足の程度に応じた目標過熱度及び風量の変更を示す表である。 自然循環式冷房運転時における室内温度に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足に応じた目標過熱度及び風量の変更を示す表である。 目標過熱度及び室内ファンの風量の変化と冷房能力の変化との関係を示す図である。 変形例１の自然循環式冷房運転時における室内温度及び室内温度の変化に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足の程度に応じた風量の変更を示す表である。 変形例１の自然循環式冷房運転時における室内温度及び室内温度の変化に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足に応じた目標過熱度の変更を示す表である。 変形例１の自然循環式冷房運転時における室内温度及び室内温度の変化に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足の程度に応じた風量の変更を示す表である。 変形例１の自然循環式冷房運転時における室内温度及び室内温度の変化に基づく冷房能力の過不足の決定、及び、過不足に応じた目標過熱度の変更を示す表である。 変形例２の室内熱交換器における室内熱交飽和温度センサの配置を示す図である。 変形例２の室内熱交換器における室内熱交飽和温度センサの配置を示す図である。 変形例２の室内熱交換器における室内熱交飽和温度センサの配置を示す図である。 変形例２の室内熱交換器における室内熱交圧力センサの配置を示す図である。 変形例３にかかる空気調和システムの概略構成図である。 変形例３にかかる空気調和システムの制御ブロック図である。

以下、本発明にかかる空気調和システムの実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和システムの具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和システムの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和システム１の概略構成図である。

空気調和システム１は、圧縮機２１（後述）を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な装置である。また、ここでは、空気調和システム１は、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式暖房運転によって室内の暖房を行うことが可能な装置でもある。空気調和システム１は、主として、室外ユニット２と、室外ユニット２よりも下方に配置された複数（ここでは、２台）の室内ユニット５ａ、５ｂとが接続されることによって構成されている。例えば、室外ユニット２は、建物の屋上等に配置されており、室内ユニット５ａ、５ｂは、建物の室内等に配置されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット５ａ、５ｂとは、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して接続されている。すなわち、空気調和システム１の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂとが冷媒連絡管６、７を介して接続されることによって構成されている。また、冷媒回路１０には、冷媒とともに、圧縮機２１の潤滑のための冷凍機油が封入されている。

＜室内ユニット＞
室内ユニット５ａ、５ｂは、上記のように、建物の室内等に設置されている。室内ユニット５ａ、５ｂは、冷媒連絡管６、７を介して、互いが並列に接続されるとともに室外ユニット２に接続されており、室外ユニット２との間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室内ユニット５ａ、５ｂが２台であるが、３台以上の室内ユニットが並列に接続されていてもよい。

次に、室内ユニット５ａ、５ｂの構成について説明する。尚、室内ユニット５ａと室内ユニット５ｂとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット５ａの構成だけを説明し、室内ユニット５ｂの構成については、室内ユニット５ａの各部を示す添字「ａ」を「ｂ」に読み替えるものとして、説明を省略する。

室内ユニット５ａは、主として、室内流量調節弁５１ａと、室内熱交換器５３ａとを有している。

−室内流量調節弁−
室内流量調節弁５１ａは、開度調節されることで室内熱交換器５３ａを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁である。室内流量調節弁５１ａは、室内熱交換器５３ａの液側の端部に接続された室内ユニット液冷媒管５４ａに設けられている。そして、室内ユニット５ａは、室内ユニット液冷媒管５４ａの室内流量調節弁５１ａの液側の端部に近い側の端部が、液冷媒連絡管６に接続されている。

−室内熱交換器−
室内熱交換器５３ａは、蒸気圧縮式暖房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時には室内流量調節弁５１ａによって流量調節された冷媒を蒸発させる熱交換器である。室内熱交換器５３ａは、空調対象となる空間の室内空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。室内熱交換器５３ａの液側の端部は、上記のように、室内ユニット液冷媒管５４ａに接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、室内ユニットガス冷媒管５５ａに接続されている。室内ユニット５ａは、室内ユニットガス冷媒管５５ａの室内熱交換器５３ａのガス側の端部から遠い側の端部が、ガス冷媒連絡管７に接続されている。

そして、室内熱交換器５３ａの加熱源又は冷却源としての室内空気は、室内ファン５６ａによって供給されるようになっている。室内ファン５６ａは、ここでは、室内ファン用モータ５７ａによって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

−室内側制御部等−
また、室内ユニット５ａには、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器５３ａには、室内熱交換器５３ａの液側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交液側温度センサ６１ａと、室内熱交換器５３ａのガス側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交ガス側温度センサ６２ａとが設けられている。また、室内ユニット５ａには、室内ユニット５ａが空調対象とする室内空間における室内空気の温度を検出する室内温度センサ６３ａが設けられている。

また、室内ユニット５ａは、室内ユニット５ａを構成する各部の動作を制御する室内側制御部５８ａを有している。そして、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａを個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、他の室内ユニット５ｂ及び室外ユニット２との間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、上記のように、建物の屋上等に設置されている。室外ユニット２は、冷媒連絡管６、７を介して、室内ユニット５ａ、５ｂに接続されており、室内ユニット５ａ、５ｂとの間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室外ユニット２が１台であるが、２台以上の室外ユニットが並列に接続されていてもよい。

室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、冷暖切換機構２３と、室外熱交換器２４と、レシーバ２５と、室外流量調節弁２６と、圧縮機バイパス機構２７とを有している。

−圧縮機、圧縮機バイパス機構−
圧縮機２１は、蒸気圧縮式暖房運転時及び蒸気圧縮式冷房運転時に冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を圧縮機用モータ２２によって回転駆動する密閉式構造になっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入冷媒管２８が接続されており、吐出側に吐出冷媒管２９が接続されている。ここで、吸入冷媒管２８は、圧縮機２１の吸入側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。吐出冷媒管２９は、圧縮機２１の吐出側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。

そして、吸入冷媒管２８には、圧縮機バイパス機構２７を構成する圧縮機バイパス管３０の一端が接続されており、吐出冷媒管２９には、圧縮機バイパス冷媒管３０の他端が接続されている。圧縮機バイパス機構２７は、自然循環式冷房運転時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８から吐出冷媒管２９に冷媒を送るための機構である。圧縮機バイパス冷媒管３０には、圧縮機２１の停止時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に冷媒を流すための圧縮機バイパス弁３１が設けられている。ここでは、圧縮機バイパス弁３１として、吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力よりも吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力が高い場合に吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側への冷媒の流れを許容し、吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が高い場合に吐出冷媒管２９側から吸入冷媒管２８側への冷媒の流れを遮断する逆止弁が使用されている。尚、圧縮機バイパス弁３１は、逆止弁に限定されるものではなく、電磁弁等であってもよい。

−冷暖切換機構−
冷暖切換機構２３は、冷媒回路１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時には、室外熱交換器２４を冷媒の放熱器として、かつ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを室外熱交換器２４において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の実線を参照）。また、冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式暖房運転時には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを冷媒の放熱器として、かつ、室外熱交換器２４を室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて放熱した冷媒の蒸発器として機能させる暖房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の破線を参照）。冷暖切換機構２３は、ここでは、吸入冷媒管２８、吐出冷媒管２９、室外ユニット第１ガス冷媒管３２、及び、室外ユニット第２ガス冷媒管３３に接続された四路切換弁からなる。ここで、室外ユニット第１ガス冷媒管３２は、冷暖切換機構２３と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続する冷媒管である。室外ユニット第２ガス冷媒管３３は、ガス冷媒連絡管７及び室内ユニットガス冷媒管５５ａ、５５ｂを介して、冷暖切換機構２３と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続する冷媒管である。尚、冷暖切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上記と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。

−室外熱交換器−
室外熱交換器２４は、蒸気圧縮式暖房運転時には室外流量調節弁２６によって減圧された冷媒を蒸発させ、蒸気圧縮式冷房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、自然循環式冷房運転時には圧縮機バイパス機構２７によって圧縮機２１をバイパスした冷媒を放熱させる熱交換器である。室外熱交換器２４は、室外ユニット２が配置された空間の室外空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。ここで、室外熱交換器２４は、室外ユニット２が室内ユニット５ａ、５ｂよりも上方に配置されているため、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ及び室内熱交換器５３ａ、５３ｂよりも上方に配置されていることになる。すなわち、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ及び室内熱交換器５３ａ、５３ｂは、室外熱交換器２４よりも下方に配置されている。室外熱交換器２４の液側の端部は、室外ユニット液冷媒管３４に接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、上記のように、室外ユニット第１ガス冷媒管３２に接続されている。ここで、室外ユニット液冷媒管３４は、液冷媒連絡管６、及び、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを含む室内ユニット液冷媒管５４ａ、５４ｂを介して、室外熱交換器２４の液側の端部と室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側の端部とを接続する冷媒管である。

そして、室外熱交換器２４の加熱源又は冷却源としての室外空気は、室外ファン３５によって供給されるようになっている。室外ファン３５は、ここでは、室外ファン用モータ３６によって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。

−レシーバ−
レシーバ２５は、冷媒回路１０において発生する余剰冷媒を溜めることができるように室外ユニット液冷媒管３４に設けられた容器である。レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の入口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち室外熱交換器２４の液側の端部に近い側の室外ユニット第１液冷媒管３４ａに接続されており、レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち液冷媒連絡管６に近い側の室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに接続されている。

−室外流量調節弁−
室外流量調節弁２６は、ここでは、室外ユニット液冷媒管３４のうちレシーバ２５の蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口側の部分に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに設けられている。ここで、室外流量調節弁２６は、室外ユニット２が室内ユニット５ａ、５ｂよりも上方に配置されているため、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ及び室内熱交換器５３ａ、５３ｂよりも上方に配置されていることになる。

−室外側制御部等−
また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、室外空気の温度を検出する室外温度センサ６５が設けられている。また、圧縮機２１の吸入側には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ６６が設けられており、圧縮機２１の吐出側には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ６７が設けられている。

また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室外側制御部３７は、室内側制御部５８ａ、５８ｂとの間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管６、７は、空気調和システム１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂと、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって、空気調和システム１の冷媒回路１０が構成されている。空気調和システム１は、上記のように、主として、室外熱交換器２４、室外熱交換器２４よりも下方に配置された室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室外熱交換器２４よりも下方に配置された複数（ここでは、２つ）の室内熱交換器５３ａ、５３ｂ、複数の室内熱交換器５３ａ、５３ｂのそれぞれに対応する室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが接続されることによって構成された冷媒回路１０と、複数の室内熱交換器５３ａ、５３ｂのそれぞれに対応する室内ファン５６ａ、５６ｂとを有している。空気調和システム１は、液冷媒とガス冷媒との密度差によって室外熱交換器２４、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させて室内の冷房を行う自然循環式冷房運転を行うことが可能である。また、冷媒回路１０には、圧縮機２１がさらに設けられており、圧縮機２１を運転することによって圧縮機２１、室外熱交換器２４、室外流量調節弁２６、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転と、自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能である。

＜制御部＞
空気調和システム１は、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット５ａ、５ｂの各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７との間を接続する伝送線８１とによって、上記の自然循環式冷房運転等を含む空気調和システム１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。

制御部８は、図２に示すように、各種センサ６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂ、６５、６６、６７等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２３、２６、３６、５１ａ、５１ｂ、５７ａ、５７ｂ等を制御することができるように接続されている。

（２）空気調和システムの動作
次に、空気調和システム１の動作について、図３〜図５を用いて説明する。空気調和システム１は、室内の暖房を行う運転として、蒸気圧縮式暖房運転を行うことが可能である。また、空気調和システム１は、室内の冷房を行う運転として、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転を切り換えて行うことが可能である。

＜蒸気圧縮式暖房運転＞
蒸気圧縮式暖房運転時には、図３に示すように、冷暖切換機構２３が暖房運転状態に切り換えられる。また、蒸気圧縮式暖房運転時には、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用される。

このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及びガス冷媒連絡管７を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。このとき、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる高圧のガス冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節されている。そして、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで放熱した高圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを通過した後に、液冷媒連絡管６を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６に送られる。室外流量調節弁２６に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６によって低圧まで減圧される。室外流量調節弁２６で減圧された低圧の冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器２４で蒸発した低圧の冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。

＜蒸気圧縮式冷房運転＞
蒸気圧縮式冷房運転時には、図４に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。また、蒸気圧縮式冷房運転時には、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用される。

このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した高圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節されるとともに低圧まで減圧される。そして、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機に吸入される。

＜自然循環式冷房運転＞
自然循環式冷房運転時には、図５に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。また、自然循環式冷房運転時には、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂが室内熱交換器５３ａ、５３ｂを流れる冷媒の流量を調節するために使用される。

このような冷媒回路１０において、圧縮機２１を停止した状態にして圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０及び圧縮機バイパス弁３１を通じて冷媒が圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に流れるようにする。すると、低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、低圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した低圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、重力によって下降して、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。

室内ユニット５ａ、５ｂに送られた低圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節される。そして、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの入口側（ここでは、液冷媒連絡管６側）に存在する液冷媒との密度差によって上昇して、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。

室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及び圧縮機バイパス機構２７を通じて、再び、室外熱交換器２４に送られる。

（３）冷房能力制御
上記の空気調和システム１では、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時において、室内温度センサ６３ａ、６３ｂによって検出される室内温度Ｔｒを、利用者がリモコン等の入力装置によって設定した目標室内温度Ｔｒｔに近づけるための冷房能力制御を行うようにしている。

＜蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御＞
蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御は、主として、圧縮機２１の容量制御、室外ファン３５の風量制御、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって行われる。

圧縮機２１の容量制御は、蒸気圧縮式冷房運転時における冷媒回路１０の蒸発圧力Ｐｅ（ここでは、吸入圧力センサ６６によって検出される冷媒の圧力）が目標蒸発圧力Ｐｅｔに近づくように、圧縮機２１の周波数（回転数）を変更する制御である。ここで、蒸発圧力Ｐｅが目標蒸発圧力Ｐｅｔよりも高い場合には、蒸発圧力Ｐｅを低くするために、圧縮機２１の周波数（回転数）を大きくし、蒸発圧力Ｐｅが目標蒸発圧力Ｐｅｔよりも低い場合には、蒸発圧力Ｐｅを高くするために、圧縮機２１の周波数（回転数）を小さくする。

室外ファン３５の風量制御は、蒸気圧縮式冷房運転時における冷媒回路１０の高圧Ｐｈ（ここでは、吐出圧力センサ６７によって検出される冷媒の圧力）が目標高圧Ｐｈｔに近づくように、室外ファン３５の回転数を変更する制御である。ここで、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｔよりも高い場合には、高圧Ｐｈを低くするために、室外ファン３５の回転数を大きくし、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｔよりも低い場合には、高圧Ｐｈを高くするために、室外ファン３５の回転数を小さくする。

各室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御は、対応する室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔに近づくように、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を変更する制御である。ここで、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔよりも大きい場合には、過熱度ＳＨを小さくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を大きくし、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔよりも小さい場合には、過熱度ＳＨを大きくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を小さくする。尚、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨは、室内熱交ガス側温度センサ６２ａ、６２ｂによって検出される冷媒温度値から室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂによって検出される冷媒温度値を差し引くことによって得られる。

各室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御は、対応する室内熱交換器５３ａ、５３ｂに供給される室内空気の風量を変更する制御である。ここで、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高い場合（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合）には、室内ファン５６ａ、５６ｂの回転数を大きくし、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合）には、室内ファン５６ａ、５６ｂの回転数を小さくする。

空気調和システム１では、このような蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御を行うことによって、蒸気圧縮式冷房運転時において、室内温度Ｔｒを目標室内温度Ｔｒｔに近づけるようにしている。このため、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高く、冷房能力が不足している場合には、冷房能力を大きくするために、圧縮機２１の運転容量（周波数）が大きくなり、室外ファン３５の風量（回転数）が大きくなり、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が大きくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が大きくなる傾向になる。また、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合には、冷房能力を小さくするために、圧縮機２１の運転容量（周波数）が小さくなり、室外ファン３５の風量（回転数）が小さくなり、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が小さくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が小さくなる傾向になる。そして、蒸気圧縮式冷房運転時においては、圧縮機２１の容量制御及び室外ファン３５の風量制御を行うことができるため、図８に示すように、小さい冷房能力（自然循環式冷房運転時における冷房能力の上限付近）から大きな冷房能力に至る広い冷房能力範囲に対応することができるようになっている。

＜自然循環式冷房運転時における冷房能力制御＞
自然循環式冷房運転時における冷房能力制御は、主として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって行われる。

すなわち、自然循環式冷房運転時においては、蒸気圧縮式冷房運転時とは異なり、圧縮機２１の運転を行わないため、圧縮機２１の容量制御を行わない。また、自然循環の搬送力を得るために、室外ファン３５を最大回転数で運転して、室外ファン３５の風量制御は行わない。尚、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御は、上記の蒸気圧縮式冷房運転時における室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御と同様であるため、ここでは説明を省略する。

空気調和システム１では、このような自然循環式冷房運転時における冷房能力制御を行うことによって、自然循環式冷房運転時において、室内温度Ｔｒを目標室内温度Ｔｒｔに近づけるようにしている。このため、後述するように、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高く、冷房能力が不足している場合には、冷房能力を大きくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が大きくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が大きくなる傾向になる。また、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合には、冷房能力を小さくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が小さくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が小さくなる傾向になる。そして、自然循環式冷房運転時においては、自然循環の搬送力が圧縮機２１の運転による搬送力よりも小さく、そして、圧縮機２１の容量制御及び室外ファン３５の風量制御を行うことができない。このため、自然循環式冷房運転時においては、図８に示すように、蒸気圧縮式冷房運転時の冷房能力範囲の下限近く又はそれ以下の冷房能力範囲に対応することができるようになっている。

このように、ここでは、自然循環式冷房運転時において、各室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御を対応する室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって行っている。すなわち、ここでは、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

これにより、ここでは、自然循環式冷房運転時において、広い冷房能力範囲をカバーすることができる。

しかも、ここでは、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御として、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における過熱度ＳＨを目標過熱度ＳＨｔに近づける制御を採用し、図６に示すように、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御における目標過熱度ＳＨｔ、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量を、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の過不足の程度に応じて変更するようにしている。ここで、図６は、自然循環式冷房運転時における室内温度Ｔｒに基づく冷房能力の過不足の決定、及び、決定された過不足に応じた目標過熱度及び風量の変更を示す表である。

図６によれば、まず、自然循環式冷房運転時における各室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の過不足が空調対象となる空間の室内温度Ｔｒに基づいて決定される。ここでは、室内温度Ｔｒから目標室内温度Ｔｒｔを差し引いた温度差ΔＴｒが−１℃〜＋１℃の範囲内にあるときは、冷房能力の過不足がない状態であると判定する。これに対して、温度差ΔＴｒが−１℃以下であるときは、冷房能力が過剰であると判定し、温度差ΔＴｒが＋１℃以上であるときは、冷房能力が不足していると判定する。

そして、室内温度Ｔｒに基づいて冷房能力の過不足がない場合には、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量を現状維持し、かつ、目標過熱度ＳＨｔを現状維持する。ここで、室内ファン５６ａ、５６ｂが複数段階（例えば、１０段階）のファンステップで風量変更が可能である場合には、そのファンステップを現状維持することになる。また、目標過熱度ＳＨｔが所定の目標過熱度範囲（例えば、２〜８℃の範囲）で変更可能である場合には、その目標過熱度ＳＨｔを現状維持することになる。これに対して、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を大きくするために、目標過熱度ＳＨｔを小さくし、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を小さくするために、目標過熱度ＳＨｔを大きくする。また、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を大きくするために、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を大きくし、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を小さくするために、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を小さくする。

これにより、ここでは、室内温度Ｔｒに基づいて適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。また、ここでは、図８に示すように、目標過熱度ＳＨｔをその上限（例えば、８℃）から下限（例えば、２℃）まで変化させ、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量をその下限（第１ファンステップ）から上限（第１０ファンステップ）まで変化させることによって、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲をさらに拡大することができる。

しかも、ここでは、冷房能力の過不足の程度に応じて、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の変更度合いを変えるようにしている。具体的には、温度差ΔＴｒが小さい場合には、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の変更幅を小さくするようにしている。例えば、図６に示すように、温度差ΔＴｒが−５℃以下の場合には、ファンステップを３段階小さくし、目標過熱度ＳＨｔを３℃大きくする変更を行う。また、温度差ΔＴｒが−５〜−３℃の範囲内の場合には、ファンステップを２段階小さくし、目標過熱度ＳＨｔを２℃大きくする変更を行う。また、温度差ΔＴｒが−３〜−１℃の範囲内の場合には、ファンステップを１段階小さくし、目標過熱度ＳＨｔを１℃大きくする変更を行う。一方、温度差ΔＴｒが大きい場合には、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の変更幅を温度差ΔＴｒが小さい場合よりも大きくするようにしている。例えば、図６に示すように、温度差ΔＴｒが＋５℃以上の場合には、ファンステップを３段階大きくし、目標過熱度ＳＨｔを３℃小さくする変更を行う。また、温度差ΔＴｒが＋５〜＋３℃の範囲内の場合には、ファンステップを２段階大きくし、目標過熱度ＳＨｔを２℃小さくする変更を行う。また、温度差ΔＴｒが＋３〜＋１℃の範囲内の場合には、ファンステップを１段階大きくし、目標過熱度ＳＨｔを１℃小さくする変更を行う。

これにより、ここでは、冷房能力の過不足の程度が大きい場合には、速やかに冷房能力の変更を行うことができ、冷房能力の過不足の程度が小さい場合には、緩やかに冷房能力の変更を行うことができるようになるため、冷房能力を変更する制御の追従性を向上させることができる。但し、冷房能力を変更する制御の追従性が要求されない場合や目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の上下限幅が小さい場合等には、図７に示すように、室内温度Ｔｒに基づいて冷房能力の過不足の方向だけを決定して、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の１段階ずつ変更するようにしてもよい。

また、ここで、自然循環式冷房運転を安定的に行うためには、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口側に液冷媒が流入することを避けることが好ましい。このため、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を変更する際にも、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口側に液冷媒が流入することを避けることが必要になる。

そこで、ここでは、図８に示すように、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を大きくする場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨを小さくする変更を伴う室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御よりも室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を優先するようにしている。また、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を小さくする場合には、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御よりも室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨを大きくする変更を伴う室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御を優先するようにしている。すなわち、ここでは、冷房能力を大きくする場合には、まず、目標過熱度ＳＨｔを小さくする制御を行わずに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を大きくする制御を行い、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量が上限風量に到達した後に、目標過熱度ＳＨｔを小さくする制御を行うようにしている。また、冷房能力を小さくする場合には、まず、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を小さくする制御を行わずに、目標過熱度ＳＨｔを大きくする制御を行い、目標過熱度ＳＨｔが上限目標過熱度に到達した後に、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量を小さくする制御を行うようにしている。そうすると、冷房能力を大きくする場合及び小さくする場合のいずれにおいても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂ内に存在する液冷媒の量を減少させる方向の制御を優先して行うことになる。

これにより、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口側に液冷媒が流入することを避けつつ、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御による室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御を行うことができる。

また、ここでは、図８に示すように、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御によって目標過熱度ＳＨｔが上限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって室内ファン５６ａ、５６ｂの風量が下限風量に到達しても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合には、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを閉止するサーモオフに移行するようにしている。

これにより、ここでは、目標過熱度ＳＨｔが上限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量が下限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の下限から外れているかどうかを判定し、速やかにサーモオフに移行して、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の過剰に対応することができる。

また、ここでは、上記のように、自然循環式冷房運転と圧縮機２１を運転する蒸気圧縮式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能になっている。このため、図８に示すように、自然循環式冷房運転ではカバーすることができない大きな冷房能力範囲をカバーすることができる。そこで、ここでは、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御によって目標過熱度ＳＨｔが下限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって室内ファン５６ａ、５６ｂの風量が上限風量に到達しても、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に移行するようにしている。

これにより、ここでは、目標過熱度ＳＨｔが下限目標過熱度に到達し、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量が上限風量に到達したかどうかに基づいて、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲の上限から外れているかどうかを判定し、速やかに蒸気圧縮式冷房運転に移行して、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の不足に対応することができる。

（４）変形例１
上記の実施形態では、自然循環式冷房運転時における冷房能力制御において、室内温度Ｔｒに基づいて冷房能力の過不足の決定するようにしているが、これに限定されるものではない。

例えば、図９及び図１０に示すように、室内温度Ｔｒ及び室内温度Ｔｒの変化に基づいて冷房能力の過不足を決定するようにしてもよい。具体的には、室内温度Ｔｒの変化として、現在の室内温度Ｔｒから冷房能力の過不足を前回判定した際の室内温度Ｔｒを差し引いた経時的な温度変化ΔＴｒｃを冷房能力の過不足の決定に使用してもよい。すなわち、ここでは、温度差ΔＴｒが０℃〜＋２℃の範囲内にあり、かつ、温度変化ΔＴｒｃが−１℃〜０℃の範囲内にある場合には、冷房能力の過不足がない状態であると判定する。また、温度差ΔＴｒが−４℃以下であり、かつ、温度変化ΔＴｒｃが＋２℃以上である場合にも、冷房能力の不足に対して冷房能力を大きくしている状態であると判定する。さらに、温度差ΔＴｒが＋４℃以上であり、かつ、温度変化ΔＴｒｃが−２℃以下である場合にも、冷房能力の過剰に対して冷房能力を小さくしている状態であると判定する。

そして、室内温度Ｔｒ及び室内温度Ｔｒの変化に基づいて冷房能力の過不足がない場合には、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量を現状維持し、かつ、目標過熱度ＳＨｔを現状維持する。これに対して、室内温度Ｔｒ及び室内温度Ｔｒの変化に基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を大きくするために、目標過熱度ＳＨｔを小さくし、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を小さくするために、目標過熱度ＳＨｔを大きくする。また、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を大きくするために、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を大きくし、室内温度Ｔｒに基づいて室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力を小さくするために、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）を小さくする。すなわち、ここでは、温度差ΔＴｒが０℃〜＋２℃の範囲内にあり、かつ、温度変化ΔＴｒｃの方向及び大きさに応じて、室内ファン５６ａ、５６ｂのファンステップを１、２段階大きくしたり又は小さくする変更を行い（図９参照）、目標過熱度ＳＨｔを１℃又は２℃大きくしたり又は小さくする変更を行う（図１０参照）。また、温度差ΔＴｒが−４℃以下である場合には、温度変化ΔＴｒｃに応じて、室内ファン５６ａ、５６ｂのファンステップを１〜３段階小さくし（図９参照）、目標過熱度ＳＨｔを１〜３℃大きくする（図１０参照）。さらに、温度差ΔＴｒが＋４℃以上である場合には、温度変化ΔＴｒｃに応じて、室内ファン５６ａ、５６ｂのファンステップを１〜３段階大きくし（図９参照）、目標過熱度ＳＨｔを１〜３℃小さくする（図１０参照）。

このように、ここでは、室内温度Ｔｒだけでなく、室内温度Ｔｒの変化に基づいて冷房能力の過不足を決定することができるため、さらに適切に冷房能力の過不足を決定して冷房能力を変更することができる。しかも、ここでも、冷房能力の過不足の程度に応じて、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の変更度合いを変えるようにしている。これにより、ここでは、冷房能力の過不足の程度が大きい場合には、速やかに冷房能力の変更を行うことができ、冷房能力の過不足の程度が小さい場合には、緩やかに冷房能力の変更を行うことができるようになるため、冷房能力を変更する制御の追従性を向上させることができる。但し、冷房能力を変更する制御の追従性が要求されない場合や目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の上下限幅が小さい場合等には、図１１及び図１２に示すように、室内温度Ｔｒ及び室内温度Ｔｒの変化に基づいて冷房能力の過不足の方向だけを決定して、目標過熱度ＳＨｔ及び室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（ファンステップ）の１段階ずつ変更するようにしてもよい。

（５）変形例２
上記の実施形態及び変形例１においては、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨを得るために、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側及びガス側に温度センサ６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けている。

しかし、自然循環式冷房運転時において、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側は、過冷却状態になりやすいため、室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂが検出する温度値が室内熱交換器５３ａ、５３ｂ内に存在する冷媒の飽和温度よりも低い温度を検出する場合がある。このため、上記の実施形態及び変形例１のように、室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂが検出する温度値を使用して過熱度ＳＨを得る場合には、正確な過熱度ＳＨが得られにくく、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御に多少悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂ内に存在する冷媒の飽和温度を検出するための室内熱交飽和温度センサ６８ａ、６８ｂを設けて、室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂの代わりに使用するようにしている。例えば、図１３に示すように、室内熱交換器５３ａ、５３ｂが上下方向に２パスの伝熱管が並ぶ構成である場合には、上段側のパスの伝熱管の長さ方向の中間付近（伝熱管の全長の３〜７割程度の位置、図１３の太線部分参照）に、室内熱交飽和温度センサ６８ａ、６８ｂを設けることが好ましい。また、図１４及び図１５に示すように、最上段及び最下段のパス以外のパスの伝熱管の中間付近（伝熱管の全長の３〜７割程度の位置、図１４及び図１５の太線部分参照）に設けることが好ましい。これにより、伝熱管のうち液冷媒で満たされた部分やガス冷媒で満たされた部分を避けて、室内熱交飽和温度センサ６８ａ、６８ｂを設けることができる。

また、図１６に示すように、室内熱交飽和温度センサ６８ａ、６８ｂを設ける代わりに、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口に室内熱交圧力センサ６９ａ、６９ｂを設けて、検出される圧力値を冷媒の飽和温度に換算するようにしてもよい。

これらの場合においても、上記の実施形態及び変形例１と同様に、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

（６）変形例３
上記の実施形態及び変形例１、２においては、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムの例として、図１〜図１６に示す空気調和システム１を挙げて説明した。

しかし、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムは、上記の空気調和システム１の構成に限定されるものではない。

＜Ａ＞
例えば、図１７及び図１８に示す空気調和システム１のように、液ポンプ３９を設けるようにしてもよい。ここでは、自然循環式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外流量調節弁２６をバイパスする調節弁バイパス冷媒管３８を室外ユニット第２液冷媒管３４ｂから分岐接続し、調節弁バイパス冷媒管３８に液ポンプ３９を設けている。液ポンプ３９は、室外熱交換器２４において放熱した液冷媒を搬送する機構である。液ポンプ３９は、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）を液ポンプ用モータ４０によって回転駆動する構造になっている。

これにより、液ポンプ３９を運転することによって液ポンプ循環式冷房運転を行うことができるようになる。

また、この場合においても、上記の実施形態及び変形例１、２と同様に、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。また、ここでは、液ポンプ循環式冷房運転を行うことができるため、自然循環式冷房運転の冷房能力範囲を超えた場合には、蒸気圧縮式冷房運転ではなく、液ポンプ循環式冷房運転に切り換えるようにしてもよい。

＜Ｂ＞
また、例えば、図１７及び図１８に示す空気調和システム１のように、液冷媒連絡管６を通じて室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送る際の液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保つために、過冷却熱交換器４１及び過冷却バイパス冷媒管４２を設けるようにしてもよい。ここでは、過冷却熱交換器４１は、蒸気圧縮式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂの室外流量調節弁２６と液冷媒連絡管６との間の部分に設けられており、液冷媒を液冷媒連絡管６に送る前にさらに放熱させる熱交換器である。過冷却熱交換器４１は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器からなり、放熱側流路４１ａを流れる冷媒と蒸発側流路４１ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。放熱側流路４１ａには、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒が流れるようになっている。蒸発側流路４１ｂには、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、過冷却熱交換器４１は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒によって室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の放熱を行わせる熱交換器となっている。過冷却バイパス冷媒管４２は、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の一部を分岐して吸入冷媒管２８に送るための冷媒管である。そして、過冷却バイパス冷媒管４２には、過冷却熱交換器４１の蒸発側流路４１ｂの入口寄りの部分に、過冷却流量調節弁４３が設けられている。過冷却流量調節弁４３は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒の流量を調節する弁である。

これにより、蒸気圧縮式冷房運転時において、過冷却流量調節弁４３の開度制御を行うことによって、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる液冷媒をさらに冷却した後に液冷媒連絡管６に送ることができる。そして、液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保ちつつ、液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送ることができる。

また、この場合においても、上記の実施形態及び変形例１、２と同様に、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

＜Ｃ＞
また、例えば、ここでは図示しないが、冷暖切換機構２３を省略して、吐出冷媒管２９と室外ユニット第１ガス冷媒管３３とを接続し、かつ、室外ユニット第２ガス冷媒管３３と吸入冷媒管２８とを接続することによって、冷房専用の空気調和システムにしてもよい。

この場合においても、上記の実施形態及び変形例１、２と同様に、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

＜Ｄ＞
また、例えば、ここでは図示しないが、圧縮機２１、冷暖切換機構２３、吸入冷媒管２８、吐出冷媒管２９及び圧縮機バイパス機構２７を省略して、室外ユニット第１ガス冷媒管３２と室外ユニット第２ガス冷媒管３３とを接続することによって、自然循環式冷房運転専用の空気調和システムにしてもよい。

この場合においても、自然循環式冷房運転時における室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力制御として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御とともに、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御を行うようにしているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力の可変範囲を拡大することができる。

本発明は、複数の室内熱交換器と各室内熱交換器に対応する室内流量調節弁及び室内ファンとを有しており、自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムに対して、広く適用可能である。

１ 空気調和システム
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２４ 室外熱交換器
２６ 室外流量調節弁
３５ 室外ファン
５１ａ、５１ｂ 室内流量調節弁
５３ａ、５３ｂ 室内熱交換器
５６ａ、５６ｂ 室内ファン

特開平１１−２４３０号公報

Claims (7)

1. 室外熱交換器（２４）、前記室外熱交換器よりも下方に配置された複数の室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）、前記複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）が接続されることによって構成された冷媒回路（１０）と、前記複数の室内熱交換器のそれぞれに対応する室内ファン（５６ａ、５６ｂ）とを有しており、液冷媒とガス冷媒との密度差によって前記室外熱交換器、前記室内流量調節弁、前記室内熱交換器の順に冷媒を循環させて室内の冷房を行う自然循環式冷房運転を行うことが可能な空気調和システムにおいて、
   前記自然循環式冷房運転時において、前記各室内熱交換器の冷房能力制御を対応する前記室内流量調節弁の開度制御及び前記室内ファンの風量制御によって行う、
   空気調和システム（１）。
2. 前記各室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）の開度制御は、対応する前記室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の出口における冷媒の過熱度が目標過熱度に近づくように、前記室内流量調節弁の開度を変更する制御であって、前記室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、前記室内熱交換器の冷房能力を大きくするために、前記目標過熱度を小さくし、前記室内熱交換器の冷房能力が過剰である場合には、前記室内熱交換器の冷房能力を小さくするために、前記目標過熱度を大きくするものであり、
   前記各室内ファン（５６ａ、５６ｂ）の風量制御は、対応する前記室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）に供給される室内空気の風量を変更する制御であって、前記室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、前記室内熱交換器の冷房能力を大きくするために、前記室内ファンの風量を大きくし、前記室内熱交換器の冷房能力が過剰である場合には、前記室内熱交換器の冷房能力を小さくするために、前記室内ファンの風量を小さくするものである、
   請求項１に記載の空気調和システム（１）。
3. 前記各室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の冷房能力の過不足は、空調対象となる空間の室内温度に基づいて決定される、
   請求項２に記載の空気調和システム（１）。
4. 前記各室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の冷房能力の過不足は、前記室内温度の変化に基づいて決定される、
   請求項３に記載の空気調和システム（１）。
5. 前記室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の冷房能力を大きくする場合には、前記室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）の開度制御よりも前記室内ファン（５６ａ、５６ｂ）の風量制御を優先し、
   前記室内熱交換器の冷房能力を小さくする場合には、前記室内ファンの風量制御よりも前記室内流量調節弁の開度制御を優先する、
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の空気調和システム（１）。
6. 前記室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）の開度制御によって前記目標過熱度が上限目標過熱度に到達し、かつ、前記室内ファン（５６ａ、５６ｂ）の風量制御によって前記室内ファンの風量が下限風量に到達しても、前記室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の冷房能力が過剰である場合には、前記室内流量調節弁を閉止するサーモオフに移行する、
   請求項２〜５のいずれか１項に記載の空気調和システム（１）。
7. 前記冷媒回路（１０）には、圧縮機（２１）がさらに設けられており、前記圧縮機を運転することによって前記圧縮機、前記室外熱交換器（２４）、前記室内流量調節弁（５１ａ、５１ｂ）、前記室内熱交換器（５３ａ、５３ｂ）の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転と、前記自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能になっており、
   前記室内流量調節弁の開度制御によって前記目標過熱度が下限目標過熱度に到達し、かつ、前記室内ファン（５６ａ、５６ｂ）の風量制御によって前記室内ファンの風量が上限風量に到達しても、前記室内熱交換器の冷房能力が不足している場合には、前記蒸気圧縮式冷房運転に移行する、
   請求項２〜６のいずれか１項に記載の空気調和システム（１）。

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