JP2508183B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、容量制御が可能な圧縮機を備えた空気調和
装置に関する。

（従来の技術） 従来より、容量制御の可能な圧縮機を備えた空気調和
装置において、利用側熱交換器の負荷が小さく、かつ圧
縮機の容量が最小の場合、利用側熱交換器と熱源側熱交
換器の容量の差が増大し、相対的に利用側熱交換器が小
さくなり、冷房時の蒸発圧力降下および暖房時の凝縮圧
力上昇をまねく。そこで、冷媒回路にバイパス管を設け
て冷媒量を制御することにより能力を制御するものは公
知である（特開昭59−195046号公報等参照）。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来の技術では、冷媒をバイパスさせて
利用側熱交換器における能力を調節させているが、圧縮
機の入力はあまり低下しないため、装置全体としてみる
と効率が低下してしまう。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために、第１請求項の発明にお
いては、第１図に示すように、容量制御が可能な圧縮機
１、蒸発器となる水冷熱交換器3a、暖房用膨張機構４、
個別に能力制御が可能な凝縮器となる複数の利用側熱交
換器7aを順次冷媒管により連結した空気調和系統Yaを複
数形成し、加熱装置により加熱された温水を供給する温
水源ユニット13に複数の前記空気調和系統Ya,…の各水
冷熱交換器3a,…を水配管により接続した空気調和装置
において、液側冷媒管16と高圧ガス側冷媒管17aとを連
通する連通冷媒管18aと、前記水冷熱交換器3aの入口側
水配管19から分岐し、出口側水配管20に接続する水支管
21と、前記連通冷媒管18aを通る冷媒と前記水支管21を
通る水との間で熱交換する補助水冷熱交換器14aと、前
記圧縮機１の最小容量運転時に前記連通冷媒管18aを通
る冷媒を凝縮圧力あるいは凝縮温度に応じて制御する冷
媒制御弁15とを備えている。

第２請求項の発明においては、第２図に示すように、
容量制御が可能な圧縮機１、凝縮器となる水冷熱交換器
3b、複数の冷房用膨張機構６、個別に能力制御が可能な
蒸発器となる複数の利用側熱交換器7bを順次冷媒管によ
り連結した空気調和系統Ybを複数形成し、冷却水ユニッ
ト12に複数の前記空気調和系統Yb,…の各水冷熱交換器3
b,…を水配管により接続した空気調和装置において、液
側冷媒管16と低圧ガス側冷媒管17bとを連通する連通冷
媒管18bと、前記水冷熱交換器3bの入口側水配管19から
分岐し、出口側水配管20に接続する水支管21と、前記連
通冷媒管186を通る冷媒と前記水支管21を通る水との間
で熱交換する補助水冷熱交換器14bと、前記圧縮機１の
最小容量運転時に前記連通冷媒管18bを通る冷媒を蒸発
圧力あるいは蒸発温度に応じて制御する冷媒制御弁15と
を備えている。

第３請求項の発明においては、第３図に示すように、
容量制御が可能な圧縮機１、四路切換弁２、冷房時凝縮
器となり暖房時蒸発器となる水冷熱交換器３、暖房用膨
張機構４、複数の冷房用膨張機構６および冷房時蒸発器
となり暖房時凝縮器となる個別に能力制御が可能な複数
の利用側熱交換器７を順次冷媒管により連結した空気調
和系統Ｙを複数形成し、冷房時に運転する冷却水ユニッ
ト12と暖房時に運転する加熱装置により加熱された温水
を供給する温水源ユニット13とからなる冷温水源ユニッ
トＸに複数の前記空気調和系統Y,…の各水冷熱交換器3,
…を水配管により接続した空気調和装置において、液側
冷媒管16とガス側冷媒管17とを連通する連通冷媒管18
と、前記水冷熱交換器３の入口側水配管19から分岐し、
出口側水配管20に接続する水支管21と、前記連通冷媒管
18を通る冷媒と前記水支管21を通る水との間で熱交換す
る補助水冷熱交換器14と、前記圧縮機１の最小容量運転
時に前記連通冷媒管18を通る冷媒を暖房時は凝縮圧力あ
るいは凝縮温度、冷房時は蒸発圧力あるいは蒸発温度に
応じて制御する冷媒制御弁15とを備えている。

（作用） 第１請求項の発明においては、圧縮機１の容量が最小
であって利用側熱交換器7aの能力をさらに小さくする必
要がある場合、凝縮圧力あるいは凝縮温度に応じて連通
冷媒管18aに通る冷媒を制御して、凝縮圧力を降下させ
ることができ、より低能力の運転ができる。それと同時
に、補助水冷熱交換器14aにおいて熱回収することによ
り、連通冷媒管18aを通る冷媒との間で熱交換された水
が、温水源ユニット13に戻る水の温度を上昇するため、
温水源ユニット13の加熱装置における加熱量を節減する
ことができるので、装置全体としての効率を低下させな
い。

第２請求項の発明においては、圧縮機１の容量が最小
であって利用側熱交換器7bの能力をさらに小さくする必
要がある場合、蒸発圧力あるいは蒸発温度に応じて連通
冷媒管18bに通る冷媒を制御して、蒸発圧力を上昇させ
ることができ、より低能力の運転ができる。それと同時
に、補助水冷熱交換器14bにおいて熱回収することによ
り、連通冷媒管18bを通る冷媒との間で熱交換された水
が冷却水ユニット12に戻る水の温度を低下するため、他
の空気調和系統Ｙの凝縮温度を低くすることができ、装
置全体としての効率を低下させない。

第３請求項の発明においては、暖房運転時は第１請求
項の発明の作用、冷房運転時は第２請求項の発明の作用
がある。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図、第２図は第１請求項の発明の一実施例に係る空気
調和装置の構成図、フロー線図であり、第３図、第４図
は第２請求項の発明の一実施例に係る第１図、第２図相
当図、第５図、第６図は第３請求項の発明の一実施例に
係る第１図、第２図相当図である。

先ず、第３請求項の発明について説明する。

第５図において、Ａは熱源ユニット、Ｂ〜Ｄは該熱源
ユニットＡに並列に接続した室内ユニットである。前記
熱源ユニットＡには、容量制御が可能な圧縮機１と、冷
房運転時には図中実線のように切換わり、暖房運転時に
は図中破線のように切換わる四路切換弁２と、冷房時凝
縮器となり暖房時蒸発器となる水冷熱交換器３と、冷房
時には開放し、暖房時には冷媒の絞り作用を行う暖房用
膨張機構４と、液化した冷媒を貯蔵するレシーバ５と、
アキュムレータ９とを内蔵しており、該各機器は冷媒管
を介して冷媒を流通可能にし、さらに液側冷媒管16とガ
ス側冷媒管17とを連通させる連通冷媒管18と、前記水冷
熱交換器３の入口側水配管19から分岐して出口側水配管
20に接続する水支管21との間で熱交換する補助水冷熱交
換器14と、前記連通冷媒管18を通る冷媒を制御する冷媒
制御弁15とが設けられている。そして、11は前記圧縮機
１の駆動周波数を調節するインバータ、10は暖房時には
吐出ガスの圧力、冷房時には吸入ガスの圧力を検知する
圧力センサである。

また、前記室内ユニットＢ〜Ｄは同一構成であり、各
々、冷房時蒸発器となり暖房時凝縮器となる利用側熱交
換器7,…と、暖房時には冷媒流量を調節し、冷房時には
冷媒の絞り作用を行う冷房用膨張機構6,…とを備え、該
各機器を冷媒管により連結している。なお、前記利用側
熱交換器７は室内空気と熱交換するものであり、８は該
利用側熱交換器７用の送風機である。

さらに、冷温水源ユニットＸは冷房時に運転する冷却
水ユニット12、暖房時に運転する温水源ユニット13で構
成され、該冷却ユニット12、該温水源ユニット13から延
びる往管26,28、復管27,29は水配管25に接続し、各接続
点には接続点切換弁30…を設けており、前記水配管25か
ら往水配管23と復水配管24を延ばし、該往水配管23には
ポンプＰを介装し、複数の前記水冷熱交換器3,…の入口
側水配管19,…、出口側水配管20…が往水配管23、復水
配管24に接続され、水冷熱交換器3,…ごとに空気調和系
統Y,…を形成している。

熱源ユニットＡと室内ユニットＢ〜Ｄとは、連絡配管
によりそれぞれ連結して空気調和系統Ｙを形成してお
り、空気調和装置の冷房運転時は、接続点切換弁30,…
は冷却水ユニット12から水冷熱交換器３に冷却水を供給
するように切換え、四路切換弁２を実線のようにして、
圧縮機１から吐出した高圧冷媒ガスは水冷熱交換器３に
より熱交換を受けて液化され、開放された暖房用膨張機
構４を経て、レシーバ５に液貯蔵される。そして、室内
ユニットＢ〜Ｄに分岐して送られ、冷房用膨張機構6,…
により絞り作用を受けて低圧冷媒液となり、利用側熱交
換器7,…で蒸発により冷房を行い、ガス状態となって合
流したのち、アキュムレータ９を経て圧縮機１に戻る。
そしてこのとき、各室内ユニットＢ〜Ｄでは各室内の空
調負荷に基づいて各冷房用膨張機構6,…の開度が制御さ
れ、その開度と送風機８の風量とによって各利用側熱交
換器7,…の冷房能力制御が行われる。一方、熱源ユニッ
トＡでは、圧力センサ10により検知される吸入ガス圧力
値から算出する各利用側熱交換器7,…の能力が適正範囲
に保持されるように圧縮機１の容量制御が行なわれてい
る。

また、暖房運転時は、接続点切換弁30,…を切換えて
温水源ユニット13が水冷熱交換器３に温水を供給するよ
うにし、四路切換弁２を破線のようにして、圧縮機１か
ら吐出した高圧冷媒ガスはガス側冷媒管17から室内ユニ
ットＢ〜Ｄに分岐して送られ、利用側熱交換器7,…で凝
縮により暖房を行い、液冷媒となり、冷媒流量の調節を
している冷房用膨張機構6,…を経て合流したのち、レシ
ーバ５に液貯蔵される。そして、暖房用膨張機構４によ
り絞り作用を受けて低圧冷媒液となり、水冷熱交換器３
で蒸発してガス冷媒となったのち、アキュムレータ９を
経て圧縮機１に戻る。このとき、各室内ユニットＢ〜Ｄ
では各室内の空調負荷に基づいて、各冷房用膨張機構6,
…の開度を調節して各利用側熱交換器7,…への冷媒容量
の分配比が決定される。そして、その流量と送風機８の
風量とによって各利用側熱交換器7,…の暖房能力制御が
行われる。一方、熱源ユニツトＡでは、水冷熱交換器３
における過熱度を一定にするように暖房用膨張弁４の開
度制御が行なわれると同時に、圧力センサ10により検知
される吐出ガス圧力値から算出する各利用側熱交換器7,
…の能力が適正範囲に保持されるように圧縮機１の容量
制御が行われる。以上の空気調和装置において、圧縮機
１の容量制御が最小にしても、利用側熱交換器7,…の運
転台数が少なくかつ負荷が小さいような場合、ガス側冷
媒管17の圧力センサ10により検知される、冷房時の蒸発
圧力Pe、暖房時の凝縮圧力Pcに応じて連通冷媒管18に介
装された冷媒制御弁15を開閉し、さらに冷房時には該冷
媒制御弁15により冷媒の絞り作用を行い補助水冷熱交換
器14において水支管21を流れる水と連通冷媒管18を通る
冷媒との間で熱交換させる。補助水冷熱交換器14で熱交
換された水は、出口側水配管20から復水配管24に戻る水
の温度を冷房時は低く、暖房時は高くする。よって、冷
房時は、冷却水ユニット12が例えばクーリングタワーで
あれば冷却水の温度がより低くなり、他の空気調和系統
Ｙの水冷熱交換器３において、負荷が大きい場合には有
効である。また、暖房時は、温水源ユニット13が加熱装
置により、一定温度の温水を供給するものであれば、温
水源ユニット13に戻る水の温度が高くなることにより、
加熱装置における加熱量を減少できる。

次に、第６図に基づいて連通冷媒管18に介装された冷
媒制御弁15の作動態様を説明する。尚、S1〜S15はステ
ップ番号を示す。また、制御弁15が開いている状態から
開弁するのを冷房時の蒸発圧力PeがP₂を越えていると
き、および暖房時の凝縮圧力PcがP₃未満のときとし、閉
じている状態から開弁するのを冷房時の蒸発圧力PeがP₁
未満のとき、および暖房時の凝縮圧力PcがP₄を越えてい
るときとして、P₁＜P₂，P₃＜P₄とする。（第７図） 先ずS2において、圧縮機１が作動しているか否かを判
定して作動していないNOの場合はS2に戻り、作動してい
るYESの場合はS3に進み、圧縮機１が最小容量で運転し
ているか否かを判定し、最小容量でないNOの場合はS2に
戻り、最小容量であるYESの場合はS4に進む。S4におい
ては、冷媒制御弁15の開閉状態を検知して、閉じている
NOの場合はS5に進み、開いているYESの場合はS10に進
む。S5およびS10においては、冷房運転中であるか暖房
運転中であるかを検知して、冷房運転中であるときS5に
おいてはS6、S10においてはS11に進み、暖房運転中であ
るときS5においてはS7、S10においてはS12に進む。S6に
おいては、蒸発圧力PeがP₁未満であるか否かを判定し、
P₁以上であるNOの場合はS2に戻り、P₁未満であるYESの
場合はS8に進む。S7においては、凝縮圧力PcがP₄を越え
ているか否かを判定し、P₄以下であるNOの場合はS2に戻
り、P₄を越えているYESの場合はS9に進む。S8において
は、冷媒制御弁15は、あらかじめ設定している設定蒸発
圧力Pesと蒸発圧力Peとの圧力差ΔPeによって開度調節
をするのである。具体的には、圧力差ΔPeに比例したＰ
動作、あるいはＰ動作に圧力差ΔPeの積分に比例するＩ
動作を加えたPI動作、あるいはＰ動作に圧力差ΔPeの微
分に比例するＤ動作を加えたPD動作、あるいはＰ動作に
Ｉ動作とＤ動作とを加えたPID動作によって開度を調節
し、絞り作用をもたらしてS2に戻る。S9においては、冷
媒制御弁15はあらかじめ設定している設定凝縮圧力Pcs
と凝縮圧力Pcとの圧力差ΔPcによって開度調節するので
ある。具体的には、Ｐ動作あるいはPI動作あるいはPD動
作あるいはPID動作によって開度を調節して、連通冷媒
管18への冷媒流量の分配化を決定し、S2に戻る。S11に
おいては、蒸発圧力PeがP2を越えているか否かを判定
し、P2以下であるNOの場合はS14に進み、P2を越えてい
るYESの場合はS13に進む。S12においては、凝縮圧力Pc
がP₃未満であるか否かを判定し、P₃以上であるNOの場合
はS15に進み、P₃未満であるYESの場合はS13に進む。S13
においては、冷媒制御弁15を閉弁したのちS2に戻る。S1
4においてはS8と同様に冷媒制御弁15の開度調節をした
のち、S2に戻る。S15においてはS9と同様に冷媒制御弁1
5の開度調節をしたのち、S2に戻る。

次に第１請求項の発明の一実施例について第１図およ
び第２図に基づいて説明する。

第１図における空気調和装置は暖房専用のものであ
り、第３請求項の発明の実施例との相違点は、四路切換
弁２はなく、水冷熱交換器3aが蒸発器、利用側熱交換器
7aが凝縮器、補助水冷熱交換器14aが凝縮器として作用
する。また連通冷媒管18aは高圧ガス側冷媒管17aから高
圧液側冷媒管16に連通するものである。さらに、往水配
管23および復水配管24は温水源ユニット13から延びてお
り、冷却水ユニットは持たない、なお、各機器は第５図
に示す実施例の暖房運転時の同様に作動する。

第２図に示す作動態様は、第６図に示す実施例におい
て、S₄において制御弁15が開いているYESの場合はS12に
進み、閉じているNOの場合はS7に進むようにしたもので
あり、S5、S6、A8、S10、S11、S14を省いたものであ
る。

次に、第２請求項の発明の一実施例について第３図お
よび第４図に基づいて説明する。

第３図における空気調和装置は冷房専用のものであ
り、第３請求項との相違点は、四路切換弁２はなく、水
冷熱交換器3bが凝縮器、利用側熱交換器7bが蒸発器、補
助水冷熱交換器14bが蒸発器として作用する。また連通
冷媒管18bは高圧液側冷媒管16から低圧ガス側冷媒管17b
に連通するものである。さらに往水配管23および復水配
管24は冷却水ユニット12から延びており、温水源ユラッ
ト13は持たない。なお各機器は第５図に示す実施例の冷
房運転時と同様に作動する。

第４図に示す作動態様は、第６図に示す実施例におい
て、S4において制御弁15が開いているYESの場合はS11に
進み、閉じているNOの場合はS6に進むようにしたもので
あり、S5、S7、S9、S10、S12、S15を省いたものであ
る。

第１請求項の発明の実施例においては、連通冷媒管18
aを高圧液側冷媒管16bに接続しているが、低圧液側冷媒
管16aに接続してもよく、その際は冷媒制御弁15に絞り
作用をもたせる。

第３請求項の発明の実施例においては、連通冷媒管18
を暖房用膨張機構４とレシーバ５の液側冷媒管16bに接
続しているが、水冷熱交換器３と暖房用膨張機構４の間
の液側冷媒管16cに接続してもよく、その際は冷媒制御
弁15は暖房時においても絞り作用をもたせる。

また、第３請求項の発明の実施例においては、冷媒制
御弁15の作動を圧力に応じて行っているが、温度に応じ
て作動させてもよく、第１請求項の発明の実施例および
第２請求項の発明の実施例についても同様である。

尚、第１図、第３図および第５図において、22は水支
管21に介装する水制御弁であり、冷媒制御弁15が開弁し
ているときは水制御弁22を開弁し、冷媒制御弁15が閉弁
しているときは水制御弁22を開弁して、入口側水配管19
から水支管21への水の流れを制御するものである。

（発明の効果） 以上、説明したように、第１請求項の発明において
は、圧縮機１が最小容量で運転しており、利用側熱交換
器7aの能力をさらに小さくする必要がある場合、凝縮圧
力あるいは凝縮温度に応じて冷媒制御弁15により連通冷
媒管18aに冷媒を流し、凝縮圧力を降下させて、補助水
冷熱交換器14aにおいて加熱熱量を回収することによっ
て、利用側熱交換器7aをより低能力で運転して、かつ回
収した熱を温水源ユニット13に戻して、加熱装置におけ
る加熱量を節減でき、装置の効率低下を防ぐ。

第２請求項の発明においては、圧縮機２が最小容量で
運転しており、利用側熱交換器7bの能力をさらに小さく
する必要ある場合、蒸発圧力あるいは蒸発温度に応じて
冷媒制御弁15により連通冷媒管18bに冷媒を流し、蒸発
圧力を上昇させて、補助水冷熱交換器14bにおいて冷却
熱量を回収することによって、作用側熱交換器7bより低
能力で運転して、かつ回収した熱を冷却水ユニット12に
戻して、該冷却水ユニット12の供給する冷却水の温度を
低くし、凝縮温度を低くすることができ、回収した熱を
他の空気調和系統Ｙに利用できる。

第３請求項の発明においては、第１請求項の発明の効
果を暖房時に、第２請求項の発明の効果を冷房時にもた
らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１請求項の発明の一実施例の空気調和装置の
構成図、第２図は該空気調和装置の作動説明のためのフ
ロー線図、第３および第４図は第２請求項の発明の一実
施例の空気調和装置の第１図および第２図相当図、第５
図および第６図は第３請求項の発明の一実施例の空気調
和装置の第１図および第２図相当図、第７図は凝縮圧力
および蒸発圧力に関する説明図である。 １……圧縮機、２……四路切換弁、3,3a,3b……水冷熱
交換器、４……暖房用膨張機構、６……冷房用膨張機
構、7,7a,7b……利用側熱交換器、12……冷却水ユニッ
ト、13……温水源ユニット、14,14a,14b……補助水冷熱
交換器、15……冷媒制御弁、16……液側冷媒管、17,17
a,17b……ガス側冷媒管、18,18a,18b……連通冷媒管、1
9……入口側水配管、20……出口側水配管、21……水支
管、Ｘ……冷温水源ユニット、Y,Ya,Yb……空気調和系
統。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容量制御が可能な圧縮機（１）、蒸発器と
   なる水冷熱交換器（3a）、暖房用膨張機構（４）、個別
   に能力制御が可能な凝縮器となる複数の利用側熱交換器
   （7a）を順次冷媒管により連結した空気調和系統（Ya）
   を複数形成し、加熱装置により加熱された温水を供給す
   る温水源ユニット（13）に複数の前記空気調和系統（Y
   a），…の各水冷熱交換器（3a），…を水配管により接
   続した空気調和装置において、液側冷媒管（16）と高圧
   ガス側冷媒管（17a）とを連通する連通冷媒管（18a）
   と、前記水冷熱交換器（3a）の入口側水配管（19）から
   分岐し、出口側水配管（20）に接続する水支管（21）
   と、前記連通冷媒管（18a）を通る冷媒と前記水支管（2
   1）を通る水との間で熱交換する補助水冷熱交換器（14
   a）と、前記圧縮機（１）の最小容量運転時に前記連通
   冷媒管（18a）を通る冷媒を凝縮圧力あるいは凝縮温度
   に応じて制御する冷媒制御弁（15）とを備えたことを特
   徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】容量制御が可能な圧縮機（１）、凝縮器と
   なる水冷熱交換器（3b）、複数の冷房用膨張機構
   （６）、個別に能力制御が可能な蒸発器となる複数の利
   用側熱交換器（7b）を順次冷媒管により連結した空気調
   和系統（Yb）を複数形成し、冷却水ユニット（12）に複
   数の前記空気調和機（Yb），…の各水冷熱交換器（3
   b），…を水配管により接続した空気調和装置におい
   て、液側冷媒管（16）と低圧ガス側冷媒管（17b）とを
   連通する連通冷媒管（18b）と、前記水冷熱交換器（3
   b）の入口側水配管（19）から分岐し、出口側水配管（2
   0）に接続する水支管（21）と、前記連通冷媒管（18b）
   を通る冷媒と前記水支管（21）を通る水との間で熱交換
   する補助水冷熱交換器（14b）と、前記圧縮機（１）の
   最小容量運転時に前記連通冷媒管（18b）を通る冷媒を
   蒸発圧力あるいは蒸発温度に応じて制御する冷媒制御弁
   （15）とを備えたことを特徴とする空気調和装置。
3. 【請求項３】容量制御が可能な圧縮機（１）、四路切換
   弁（２）、冷房時凝縮器となり暖房時蒸発器となる水冷
   熱交換器（３）、暖房用膨張機構（４）、複数の冷房用
   膨張機構（６）および冷房時蒸発器となり暖房時凝縮器
   となる個別に能力制御が可能な複数の利用側熱交換器
   （７）を順次冷媒管により連結した空気調和系統（Ｙ）
   を複数形成し、冷房時に運転する冷却水ユニット（12）
   と暖房時に運転する加熱装置により加熱された温水を供
   給する温水源ユニット（13）とからなる冷温水源ユニッ
   ト（Ｘ）に複数の前記空気調和系統（Ｙ），…の各水冷
   熱交換器（３），…を水配管により接続した空気調和装
   置において、液側冷媒管（16）とガス側冷媒管（17）と
   を連通する連通冷媒管（18）と、前記水冷熱交換器
   （３）の入口側水配管（19）から分岐し、出口側水配管
   （20）に接続する水支管（21）と、前記連通冷媒管（1
   8）を通る冷媒と前記水支管（21）を通る水との間で熱
   交換する補助水冷熱交換器（14）と、前記圧縮機（１）
   の最小容量運転時に前記連通冷媒管（18）を通る冷媒を
   暖房時は凝縮圧力あるいは凝縮温度、冷房時は蒸発圧力
   あるいは蒸発温度に応じて制御する冷媒制御弁（15）と
   を備えたことを特徴とする空気調和装置。