JP2508311B2 - 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〕 この発明は熱源機１台に対して複数台の室内機を接続
する多室形ヒートポンプ式空気調和装置に関するもので
あり、特に各室内機毎に冷暖房を選択的に、かつ１方の
室内機では冷房、他方の室内機では暖房を同時に行うこ
とができる空気調和装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、熱源機１台に対して複数台の室内機をガス管と
液管の２本の配管で接続し、冷暖房運転を行うヒートポ
ンプ式空気調和装置が一般的であり、各室内機は全部冷
房かまたは全部暖房を行うように形成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の多室形ヒートポンプ式空気調和装置は上記のよ
うに構成され、全部の室内機が暖房又は冷房の一方の運
転しか行わないため、冷房が必要な場所で暖房が行われ
たり、逆に暖房が必要な場所で冷房が行われるような問
題があった。特に、大規模なビルに据え付けた場合、イ
ンテリア部とペリメータ部、又は一般事務室とコンピュ
ータ等のOA化された部屋とでは空調の負荷が著しく異な
るため、大きな問題となっていた。

この発明は上記のような課題を解決するために成され
たものであり、熱源機１台に対して複数台の室内機を接
続し、各室内機毎に冷暖房を選択的に、かつ一方の室内
機では冷房、他方の室内機では暖房が同時に行うことが
でき、大規模なビルに据え付けた場合、インテリア部と
ペリメータ部、または一般事務室とコンピュータルーム
等のOA化された部屋のように空調負荷が著しく異なって
も、それぞれに対応できる多室形ヒートポンプ式空気調
和装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載のこの発明に係る空気調和装置は、第２
の接続配管に設けられ、冷媒流量を制御する第２の流量
制御部と、第１、第２の流量制御部間に位置し、各室内
機に至る配管の分岐部に一端が接続され、第３の流量制
御部と第１の逆止弁を介して第１の接続配管に、あるい
は第２の逆止弁を介して第２の接続配管に連通するバイ
パス配管と、第１の接続配管に設けられ、その圧力を検
出する第１の圧力検出部と、第２の流量制御部と第３の
流量制御部との間の管部に設けられ、その圧力を検出す
る第２の圧力検出部と、第１及び第２の圧力検出部の検
出圧力差が所定の範囲内となるよう第２及び第３の流量
制御部を制御する流量制御部制御手段とを備えたもので
ある。

また請求項２記載のこの発明に係る空気調和装置は、
各室内機の室内側熱交換器の一方を第１及び第２の接続
配管に切換可能に接続する弁装置を有する第１の分岐部
と、各室内機の室内側熱交換器の他方に第１の流量制御
部を介して接続され、かつ第２の接続配管に接続されて
なる第２の分岐部と、第２の接続配管に設けられ、第１
の分岐部と第２の分岐部とを連通させる第２の流量制御
部と、一端が第２の分岐部に接続され、他端が第３の流
量制御部と第１の逆止弁を介して第１の接続配管に、あ
るいは第２の逆止弁を介して第２の接続配管に連通する
バイパス配管と、第１の接続配管に設けられ、その圧力
を検出する第１の圧力検出部と、第２の流量制御部と第
３の流量制御部の間の管路に設けられ、その圧力を検出
する第２の圧力検出部と、第１及び第２の圧力検出部の
検出圧力差が所定の範囲内となるよう第２及び第３の流
量制御部を制御する流量制御部制御手段とを備えたもの
である。

〔作 用〕

この発明においては、暖房主体の冷暖房同時運転の場
合、高圧ガス冷媒を第１の接続配管、第１の分岐部から
暖房しようとしている各室内機に導入して暖房を行い、
その後冷媒は第２の分岐部から一部は冷房しようとして
いる室内機に流入して冷房を行い、第１の分岐部から第
２の接続配管に流入する。一方、残りの冷媒は第２の流
量制御部を通って冷房室内機を通った冷媒と合流し、第
２の接続配管に流入して熱源機に戻る。

又、冷房主体の場合には、高圧ガスを熱源機で任意量
熱交換して二相状態として第２の接続配管からガス状の
冷媒を第１の分岐部を介して暖房しようとする室内機に
導入して暖房を行い、冷媒は第１の流量制御部で少し減
圧され、第２の分岐部に流入する。一方、残りの液状冷
媒は第２の流量制御部を通って第２の分岐部で暖房室内
機を通った冷媒と合流し、冷房しようとする各室内機に
流入して冷房を行い、第１の分岐部から第１の接続配管
を通って圧縮機に戻る。

又、暖房運転のみの場合、冷媒は熱源機から第１の接
続配管、第１の分岐部を通って各室内機に流入し、暖房
して第２の分岐部から第２の接続配管を通って熱源機へ
戻る。又、各圧力検出部の検出圧力差が所定範囲内にな
るように第２及び第３の流量制御部を制御する。

又、冷房のみの場合、冷媒は熱源機から第２の接続配
管、第２の分岐部を通って各室内機に導入され、冷房し
て第１の分岐部から第１の接続配管を通って熱源機に戻
る。

〔実施例〕 以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第
１図はこの発明の第１の実施例による空気調和装置の冷
媒系を中心とする全体構成図を示し、第２図はその冷房
又は暖房のみの運転状態図を示す。又、第３図は暖房主
体（暖房運転容量が冷房運転容量より大きい場合）の冷
暖房同時運転時の状態図、第４図は冷房主体（冷房運転
容量が暖房運転容量より大きい場合）の冷暖房同時運転
時の状態を示す図である。

第１図において、Ａは熱源機、Ｂ〜Ｄは同一構成の室
内機、Ｅは熱源機Ａと室内機Ｂ〜Ｄを中継する中継機で
ある。熱源機Ａにおいて、１は冷媒を圧縮する圧縮機、
２は冷媒流通方向を切換える四方弁、３は空気と冷媒の
熱交換を行う熱源機側熱交換器、４は蓄圧するアキュム
レータであり、これらは冷媒管路により接続されてい
る。５は各室内機Ｂ〜Ｄに設けられた室内側熱交換器、
６は四方弁２と中継機Ｅを接続する第１の接続配管、6b
〜6dは各室内機Ｅ〜Ｄの熱交換器５と中継機Ｅとを接続
する接続配管、７は熱交換器３と中継機Ｅを接続する第
２の接続配管、7b〜7dは室内機Ｂ〜Ｄの熱交換器５と第
１の流量制御部９を介して接続されると共に中継機Ｅと
も接続された接続配管であり、流量制御部９は熱交換器
５に近接して設けられその出口側の冷房時はスーパーヒ
ート量、暖房時はサブクール量により制御される。又、
８は接続配管6b〜6dと接続配管６または接続配管７側と
を切換可能に接続する三方切換弁であり、この各三方切
換弁８を含む接続配管部分で第１の分岐部10を形成す
る。11は接続配管7b〜7dを接続配管７側と接続する第２
の分岐部、12は接続配管７の途中に設けられた気液分離
部で、その気層部は三方切換弁８の第１口8aに接続さ
れ、その液層部は分岐部11側と接続される。13は気液分
離部12と分岐部11との間に設けられた第２の流量制御部
（ここでは電気式膨張弁）、14は分岐部11と接続配管6,
7とを結ぶバイパス配管、15はバイパス配管14の途中に
設けられた第３の流量制御部（ここでは電気式膨張
弁）、16a〜16dは分岐部11において配管間に設けられた
熱交換部、17,18はバイパス配管14と接続配管6,7との間
に設けられた逆止弁であり、バイパス配管14から接続配
管6,7方向への冷媒流通のみを許容する。25は接続配管
６に設けられた第１の圧力検出部、26は流量制御部13,1
5の間の管路に設けられた圧力検出部である。

次に、上記構成の動作について説明する。第２図は冷
房又は暖房のみの運転状態を示し、まず冷房運転状態に
ついて説明する。即ち、実線矢印で示すように圧縮機１
より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四方弁２を通り、
熱交換器３で熱交換して凝縮液化された後、接続配管
７、気液分離部12及び流量制御部13を通り、さらに分岐
部11、接続配管7b〜7dを通って各室内機Ｂ〜Ｄに流入す
る。各室内機Ｂ〜Ｄに流入した冷媒は各熱交換器５の出
口側のスーパーヒート量により制御される流量制御部９
により低圧まで減圧された後、熱交換器５により室内空
気と熱交換され、蒸発してガス化され室内を冷房する。
ガス化された冷媒は接続配管6b〜6d、三方切換弁８、分
岐部10、接続配管６、四方弁２及びアキュムレータ４を
経て圧縮機１に吸入される。このとき、三方切換弁８の
第１口8aは閉路、第２口8b、第３口8cは開路している。

又、上記冷房サイクルにおいて、流量制御部13を通過
した冷媒の一部がバイパス配管14へ入り、流量制御部15
で低圧まで減圧されると共に熱交換部16a〜16dにおいて
接続配管7b〜7d側及び分岐部11の合流部側と熱交換を行
い、これにより蒸発した冷媒は逆止弁17を介して接続配
管６に入り、四方弁２、アキュムレータ４を介して圧縮
機１に吸入される。このとき、接続配管６が低圧、接続
配管７が高圧のため、逆止弁17は必然的に開通する。一
方、熱交換部16a〜16dで冷却されてサブクールを充分に
付けられた冷媒は接続配管7b〜7dを通って室内機Ｂ〜Ｄ
に流入することになる。なお、この際、接続配管7b〜7d
は液冷媒で満たされている。

次に、第２図を用いて暖房運転のみの場合について説
明する。即ち、点線矢印に示すように圧縮機１より吐出
された高温高圧冷媒ガスは、四方弁２、接続配管６、分
岐部10、三方切換弁８、接続配管6b〜6dを通って各室内
機Ｂ〜Ｄに流入し、室内空気と熱交換して凝縮液化し、
室内を暖房する。液化した冷媒は熱交換器５出口のサブ
クール量により制御されてほぼ全開状態の流量制御部９
を通り、接続配管7b〜7dを介して分岐部11に流入して合
流し、流量制御部13を通る。流量制御部９で減圧後も冷
媒は液状態を保ち、第２及び第３の流量制御部13,15で
減圧後初めて冷媒が二相状態となるように各流量制御部
13,15を制御する。これにより、接続配管7b〜7dは液冷
媒で満たされる。冷房運転のみの場合にも接続配管7b〜
7dは液冷媒で満たされているが、暖房運転のみの場合に
接続配管7b〜7dが二相状態になるように流量制御部13を
制御すると、冷房運転のみの場合に接続配管7b〜7dに保
持される質量冷媒量より冷媒比重が小さい分だけ接続配
管7b〜7dでの冷媒量が少なくなり、余剰冷媒としてアキ
ュムレータ４に貯留される液冷媒量が多くなる。ところ
が、この実施例では接続配管7b〜7dの冷媒は液状態であ
るので、接続配管7b〜7dに保持される質量冷媒量は冷房
運転のみの場合と大差がない。このため、余剰冷媒も多
くなく、アキュムレータ４の小容量化が可能となり、圧
縮機１への液バックも少なく、圧縮機１の信頼性を高め
ることができる。低圧まで減圧された冷媒は気液分離部
12、接続配管７を経て熱交換器３に流入し、熱交換によ
り蒸発しガス状態となった冷媒は四方弁２、アキュムレ
ータ４を介して圧縮機１に吸入される。なお、三方切換
弁８の開閉は冷房運転のみの場合と同様である。

次に、冷暖房同時運転における暖房主体の場合につい
て第３図を用いて説明する。即ち、点線矢印に示すよう
に、圧縮機１より吐出された高温高圧冷媒ガスは四方弁
２、接続配管６を介して中継機Ｅに送られ、分岐部10、
三方切換弁８、接続配管6b,6cを通って暖房しようとす
る各室内機B,Cに流入し、熱交換器５で室内空気と熱交
換されて凝縮液化され、室内を暖房する。この凝縮液化
した冷媒は各熱交換器５の出口のサブクール量により制
御されたほぼ全開状態の流量制御部９を通って少し減圧
され、接続配管7b,7cを介して分岐部11に流入する。こ
の冷媒の一部は接続配管7dを通って冷房しようとする室
内機Ｄに入り、熱交換器５の出口のスーパーヒート量に
より制御される流量制御部９に入って減圧された後に、
熱交換器５に入って熱交換して蒸発しガス状態となって
室内を冷房し、三方切換弁８を介して気液分離部12に流
入する。一方、他の冷媒は流量制御部13を通って気液分
離部12に流入し、室内機Ｄを通った冷媒と合流して接続
配管７に流入し、熱交換器３に流入して熱交換して蒸発
しガス状態となる。さらに、冷媒は四方弁２、アキュム
レータ４を経て圧縮機１に吸入される。この暖房主体運
転においては、室内機B,Cに接続された三方切換弁８の
第１口8aは閉路、第２口8b及び第３口8cは開路されてお
り、室内機Ｄに接続された三方切換弁８の第２口8bは閉
路、第１口8a及び第３口8cは開路されている。

又、このサイクル時、一部の液冷媒は接続配管7b〜7c
の合流部からバイパス配管14へ入り、流量制御部15で低
圧まで減圧され、熱交換部16a〜16dでそれぞれ熱交換を
行って蒸発し、さらに逆止弁18を通って接続配管７へ入
り、熱交換器３に流入し熱交換して蒸発しガス状態とな
る。この冷媒はさらに四方弁２、アキュムレータ４を介
して圧縮機１に吸入される。このとき、接続配管６が高
圧、接続配管７が低圧のため、逆止弁18側を流通する。
一方、熱交換部16a〜16cで熱交換され冷却されてサブク
ールを付けられた冷媒は分岐部11から熱交換部16dでさ
らにサブクールを充分付けられ、室内機Ｄに流入する。

次に、冷暖房同時運転における冷房主体の場合につい
て第４図を用いて説明する。この場合、実線矢印に示す
ように圧縮機１より吐出された高温高圧の冷媒ガスは四
方弁２を介して熱交換器３で任意量を熱交換して二相の
高温高圧状態となり、接続配管７を介して気液分離部12
へ送られ、ガス状冷媒と液状冷媒に分離され、ガス状冷
媒は分岐部10、三方切換弁８、接続配管6dを介して暖房
しようとする室内機Ｄに流入し、熱交換器５で室内空気
と熱交換して凝縮液化し、室内を暖房する。さらに、冷
媒は熱交換器５の出口のサブクール量により制御されほ
ぼ全開状態の流量制御部９を通り少し減圧され、接続配
管7dを介して分岐部11に流入する。一方、液状冷媒は流
量制御部13を通って分岐部11に流入し、室内機Ｄを暖房
した冷媒と合流する。合流した冷媒は接続配管7b,7cを
通って室内機B,Cに流入し、熱交換器５の出口のスーパ
ーヒート量により制御される流量制御部９により低圧ま
で減圧され、室内空気と熱交換し蒸発してガス化され、
室内を冷房する。ガス状態となった冷媒は接続配管6b,6
c、三方切換弁８、分岐部10、接続配管６、四方弁２、
アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸入される。この冷
媒主体の冷暖房同時運転においては、室内機Ｄに接続さ
れた三方切換弁８の第１口8a、第３口8cは開口して第２
口8bは閉口し、室内機B,Cの第２口8b、第３口8cは開口
し、第１口8aは閉じている。又、このサイクル時、一部
の液冷媒は接続配管7b〜7dの合流部からバイパス配管14
へ入り、流量制御部13で低圧まで減圧されて熱交換部16
a〜16dで熱交換され、蒸発した冷媒は逆止弁17、接続配
管６、四方弁２、アキュムレータ４を経て圧縮機１に吸
入される。なお、接続配管６は低圧で接続配管７が高圧
のため、逆止弁17が導通する。一方、熱交換部16dで熱
交換により冷却されサブクールを付けられた冷媒は分岐
部11に流入し、熱交換部16a〜16cでさらにサブクールを
付けられて冷房しようとする室内機B,Cへ流入する。

次に、暖房運転のみの場合の流量制御部13,15の制御
について説明する。第６図は流量制御部13,15の制御機
構を示し、第７図はその動作を示すフローチャートであ
る。又、40は圧力検出部25,26の検出圧力差に応じて流
量制御部13,15の弁開度を制御する流量制御部制御手段
である。圧力検出部25,26の検出圧力の差ΔP₃₂がある値
ΔP₁以下になると暖房しようとする室内機B,Cの流量制
御部９が全開となっても暖房に必要な冷媒が供給されな
い。又、圧力差ΔP₃₂がある値ΔP₂以上になると、熱交
換器５を通過後の液冷媒が充分にサブクールをとれてい
ても流量制御部９で減圧後には液単相とならずに、接続
配管7b〜7dは気液二層状態となってしまう。そこで、圧
力差ΔP₃₂がΔP₁より大きく予め設定された第１の目標
圧力差ΔP_MdとΔP₂より小さく予め設定された第２の目
標圧力差ΔP_Muとの間となるように、即ちΔP_Md≦ΔP₃₂
≦ΔP_Muとなるように流量制御部13,15を制御することに
より、接続配管7b〜7dを液単相で満たしつつ、暖房しよ
うとする室内機B,Cに充分な冷媒を供給することができ
る。

第７図のステップ50では圧力差ΔP₃₂を計算し、ステ
ップ51ではΔP₃₂をΔP_Mdと比較し、ΔP₃₂＜ΔP_Mdであれ
ばステップ52で流量制御部15の開度が全開値か否かを判
定し、全開値でなければステップ53で流量制御部15の開
度を増加させ、全開値であればステップ54で流量制御部
13の開度を増加させ、それぞれステップ50に戻る。一
方、ΔP₃₂≧ΔP_Mdであるとステップ55に進み、ΔP₃₂を
ΔP_Muと比較する。ΔP₃₂＞ΔP_Muであればステップ56に
進み、流量制御部13の開度が全閉値となっているか否か
を判定し、全閉値でなければステップ57で流量制御部13
の開度を減少させ、全閉値であればステップ58で流量制
御部15の開度を減少させ、それぞれステップ50に戻る。
又、ΔP₃₂≦ΔP_Muの場合にもステップ50に戻る。こうし
て、圧力差ΔP₃₂を一定範囲に保つことができる。

なお、上記実施例においては三方切換弁８を設け、接
続配管6b〜6dに対して接続配管6,7を切換可能に接続し
ているが、第５図に示すように電磁弁30,31を設けて切
換可能としてもよい。

又、上記各実施例では室内機を３台としたが、２台以
上であれば何台でもよい。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１記載のこの発明によれば、熱源
機の切換弁と各室内機の室内側熱交換器の一方とを第１
の接続配管を介して接続すると共に熱源機の熱源機側熱
交換器と各室内機側の他方に設けた第１の流量制御部と
を第２の接続配管を介して接続したものにおいて、第１
の接続配管に設けられ、その圧力を検出する第１の圧力
検出部と、第２の流量制御部と第３の流量制御部との間
の管路に設けられ、その圧力を検出する第２の圧力検出
部とを備え、流量制御部制御手段により、第１及び第２
の圧力検出部の検出圧力差が所定の範囲内となるよう第
２及び第３の流量制御部を制御する構成としたことによ
り、第１の流量制御部と第２の流量制御部との間の接続
配管を液冷媒で満たすことができるため、アキュムレー
タに貯留される余剰冷媒量が少なくなりアキュムレータ
の小容量化を図ることができる。

請求項２記載のこの発明によれば、各室内機の室内側
熱交換器の一方を第１及び第２の接続配管に切換可能に
接続する弁装置を有する第１の分岐部と、各室内機の室
内側熱交換器の他方に第１の流量制御部を介して接続さ
れ、かつ第２の接続配管に接続されてなる第２の分岐部
と、第２の接続配管に設けられ、第１の分岐部と第２の
分岐部とを連通させる第２の流量制御部と、一端が第２
の分岐部に接続され、他端が第３の流量制御部と第１の
逆止弁を介して第１の接続配管に、あるいは第２の逆止
弁を介して第２の接続配管に連通するバイパス配管と、
第１の接続配管に設けられ、その圧力を検出する第１の
圧力検出部と、第２の流量制御部と第３の流量制御部の
間の管路に設けられ、その圧力を検出する第２の圧力検
出部とを備え、流量制御部制御手段により、第１及び第
２の圧力検出部の検出圧力差が所定の範囲内となるよう
第２及び第３の流量制御部を制御する構成としたことに
より、第１の流量制御部と第２の流量制御部との間の接
続配管が液冷媒で満たされ、運転モード（暖房運転、暖
房主体運転、冷房主体運転、冷房運転）を切換えたと
き、冷房室内機への液冷媒の供給を迅速に行なうことが
でき、必要な空調条件に速応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の冷媒系構成図であり、第２図は
冷房又は暖房のみの運転状態図、第３図は暖房主体冷暖
房同時運転の状態図、第４図は冷房主体冷暖房同時運転
の状態図、第５図はこの発明装置の他の実施例による冷
媒系構成図、第６図及び第７図はこの発明装置の流量制
御部制御系の構成図及びフローチャートである。 Ａ……熱源機、Ｂ〜Ｄ……室内機、１……圧縮機、２…
…四方弁、３……熱源機側熱交換器、４……アキュムレ
ータ、５……室内側熱交換器、６……第１の接続配管、
７……第２の接続配管、7b〜7d……接続配管、８……三
方切換弁、９……第１の流量制御部、10……第１の分岐
部、11……第２の分岐部、13……第２の流量制御部、14
……バイパス配管、15……第３の流量制御部、17,18…
…逆止弁、25,26……圧力検出部、40……流量制御部制
御手段。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、切換弁、熱源機側熱交換器及びア
   キュムレータ等よりなる１台の熱源機と、室内側熱交換
   器及び第１の流量制御部からなる複数台の室内機とを備
   え、上記熱源機の切換弁と上記各室内機の室内側熱交換
   器の一方とを第１の接続配管を介して接続すると共に上
   記熱源機の熱源機側熱交換器と上記室内機側の他方に設
   けた第１の流量制御部とを第２の接続配管を介して接続
   したものにおいて、上記第２の接続配管に設けられ、冷
   媒流量を制御する第２の流量制御部と、上記第１、第２
   の流量制御部間に位置し、上記各室内機に至る配管の分
   岐部に一端が接続され、第３の流量制御部と第１の逆止
   弁を介して第１の接続配管に、あるいは第２の逆止弁を
   介して第２の接続配管に連通するバイパス配管と、上記
   第１の接続配管に設けられ、その圧力を検出する第１の
   圧力検出部と、上記第２の流量制御部と上記第３の流量
   制御部との間の管部に設けられ、その圧力を検出する第
   ２の圧力検出部と、上記第１及び第２の圧力検出部の検
   出圧力差が所定の範囲内となるよう第２及び第３の流量
   制御部を制御する流量制御部制御手段とを備えたことを
   特徴とする空気調和装置。
2. 【請求項２】圧縮機、切換弁、熱源機側熱交換器及び室
   内側熱交換器と第１の流量制御部からなる複数台の室内
   機とを第１及び第２の接続配管を介して接続したものに
   おいて、各室内機の室内側熱交換器の一方を第１及び第
   ２の接続配管に切換可能に接続する弁装置を有する第１
   の分岐部と、各室内機の室内側熱交換器の他方に上記第
   １の流量制御部を介して接続され、かつ上記第２の接続
   配管に接続されてなる第２の分岐部と、上記第２の接続
   配管に設けられ、上記第１の分岐部と上記第２の分岐部
   とを連通させる第２の流量制御部と、一端が第２の分岐
   部に接続され、他端が第３の流量制御部と第１の逆止弁
   を介して第１の接続配管に、あるいは第２の逆止弁を介
   して第２の接続配管に連通するバイパス配管と、第１の
   接続配管に設けられ、その圧力を検出する第１の圧力検
   出部と、第２の流量制御部と第３の流量制御部の間の管
   路に設けられ、その圧力を検出する第２の圧力検出部
   と、上記第１及び第２の圧力検出部の検出圧力差が所定
   範囲内となるよう第２及び第３の流量制御部を制御する
   流量制御部制御手段とを備えたことを特徴とする空気調
   和装置。