JP2572393B2

JP2572393B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2572393B2
Application number: JP62163466A
Authority: JP
Inventors: 舜治蜂須賀; 辛一郎稗田; 昌裕広瀬; 和雄宇野; 勝利村松; 寛樹石川
Original assignee: OOBAYASHIGUMI KK; IHI Corp
Current assignee: OOBAYASHIGUMI KK; IHI Corp
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JPS6410061A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、ヒートポンプを利用した空気調和装置に係
り、特に、１台の室外機ユニットと複数台の室内機ユニ
ットとの間で、冷媒を循環させて並列運転を実施する技
術に関するものである。

「従来の技術」一般に、空気調和装置（いわゆる空調装置、エアコン
等）では、ヒートポンプの原理によって熱を輸送して、
屋内、室内の冷暖房を行なうようにしている。

第６図は、室外機ユニット１と室内機ユニット２とが
分割されている分離型の空気調和装置の従来例を示すも
ので、１台の室外機ユニット１に対して、２台の室内機
ユニット２が、冷媒液の液輸送系３と、該冷媒液の蒸発
ガスのガス輸送系４とによって、連結状態とされている
とともに、室外機ユニット１の部分は第７図（ａ）に、
また、室内機ユニット２の部分は第７図（ｂ）に示すよ
うな構成とされている。

即ち、冷房運転時には、室外機ユニット１において、
冷媒液のガス化した蒸発ガスを圧縮器５により圧縮し
て、圧縮状態とされた蒸発ガスを図中実線の矢印で示す
ように、熱交換部６に送り込んで室外への放熱を行な
い、該放熱によって液体化した冷媒液を逆止弁７及び液
輸送系３を介して室内機ユニット２に送り出し、室内機
ユニット２において、自動膨張弁８により減圧放出を行
なって、低圧冷媒液を第７図の実線の矢印で示すように
熱交換部６に送り、気化時の潜熱を利用して室内を冷却
し、そして、蒸発ガスをガス輸送系４を経由して、室外
機ユニット１に戻す一連の冷媒の循環を行なうようにし
ている。

また、暖房時には、室内機ユニット１の圧縮器５によ
り蒸発ガスを圧縮して、ガス輸送系４を介して第７図の
破線の矢印で示すように、室内機ユニット２に送り込
み、熱交換部６により室内を暖房するとともに、逆止弁
７及び液輸送系３を介して室外機ユニット１に戻し、室
外機ユニット１において、自動膨張弁８により減圧放出
を行なって、低圧冷媒液とするとともに、熱交換部６に
より室外から吸熱を行ない、冷媒液のガス化した蒸発ガ
スを再び圧縮する一連の冷媒の循環を行なうようにして
いる。

そして、１台の室外機ユニット１により、２台の室内
機ユニット２を作動させる並列運転を可能としている。

「発明が解決しようとする問題点」しかしながら、空気調和装置において、並列運転され
る２台の室内機ユニット２の相互間に、流路の抵抗や長
さの相違や設置高さの相違があると、個々の室内機ユニ
ット２に送り込まれる流量の不平衡現象が生じ易く、大
容量化や並列運転台数の制限を受けるという問題点があ
る。

また、室外機ユニット１及び室内機ユニット２をそれ
ぞれ増設すると、設置面積や冷媒配管系統の増加を招い
て、経済性が損なわれるという問題点を生じる。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、１台の室外機ユニットに対する室内機ユニッの設置台
数を大きくすること、室内機ユニットの設置条件や流路抵抗、あるいは、要
求熱負荷に応じて適正な流量の冷媒を正確に送り込むこ
と、室内機ユニットの要求熱負荷の変更に対応して、冷媒
の流量設定を簡単に実施すること、等を目的としているものである。

「問題点を解決するための手段」本発明における空気調和装置は、室外機ユニットと複
数の室内機ユニットとの間を接続している液輸送系にお
ける室内機ユニット側に、複数の室内機ユニットとの間
で冷媒液の受け渡しを流路を分割した状態で行なうため
の流体分配手段を設けるとともに、前記液輸送系の一部
に流体分配手段に向かう冷媒液を加圧状態で送り出すた
めの加圧流体供給手段を配設した構成に加えて、前記流
体分配手段は、液輸送系に連通させられるロータリー部
と、該ロータリー部の回りに周方向に間隔を明けて内向
状態に配されているとともに複数の室内機ユニットに接
続させられる複数のポートを有するケーシングとを具備
し、前記ロータリー部に、回転位置の切り替えにより室
内機ユニットの流体供給量に応じて複数のポートと選択
的に接続される連通開口が、周方向に間隔を明けて配さ
れるとともに、連通開口の開口面積が周方向に非均一状
態に設定される技術を採用している。

「作用」流体分配手段におけるロータリー部の回転位置によっ
て、連通開口とケーシングにおける各ポートとの連通
数、あるいは、連通組み合わせが変化し、液輸送系と接
続される室内機ユニットの選択、運転台数の設定がなさ
れる。

また、ロータリー部を回転作動させて回転位置を変更
すると、各ポートとの連通状態の切り替えが全部同時
に、即ち同期状態で行なわれる。このため、任意数の室
内機ユニットに一定の冷媒を送り込む場合は、ロータリ
ー部を停止状態とすることにより、連通開口の連通数及
び連通組み合わせを固定した運転を行ない、一方、複数
の室内機ユニットの要求熱負荷が相違する場合は、ロー
タリー部を間欠回転させることにより、連通状態を順次
変更し、各ポートの連通時間の差によって、室内機ユニ
ットに送り込む冷媒の流量を設定し、並列運転時の負荷
調整の自由性を得ているものである。

さらに、冷房時において、加圧流体供給手段の作動に
より、液輸送系から流体分配手段に向かう冷媒液を加圧
状態で送り出し、流体分配手段から室内機ユニットへの
冷媒液の供給量を正確にするとともに、流通を円滑にし
ている。

「実施例」以下、第１図ないし第５図に基づいて、本発明に係る
空気調和装置の一実施例を説明する。なお、前述した従
来例と共通する部分には同一符号を付して説明を簡略化
する。

一実施例における空気調和装置では、室外機ユニット
１と複数の室内機ユニット２との間を、液輸送系３とガ
ス輸送系４とによって接続してなるものである点で、従
来例と共通しているが、これらの構成に加えて、液輸送
系３に、流体分配手段９と加圧流体供給手段10とが直列
状態に配設されている。

即ち、液輸送系３における室内機ユニット２に近接し
た位置には、複数の室内機ユニット２との間で冷媒液の
受け渡しを流路を分割した状態で行なうための流体分配
手段９が設けられるとともに、該流体分配手段９に、こ
れに向かう冷媒液を加圧状態で送り出すための加圧流体
供給手段10が直列状態に配設されている。

そして、前記流体分配手段９は、主として第２図に示
すように、液輸送系３に連通させられるロータリー部11
と、該ロータリー部11の回転を行なうための回転駆動源
12と、ロータリー部11を回転自在に支持するためのケー
シング13とが設けられるとともに、該ケーシング13にお
いて、ロータリー部11と対向する箇所には、周方向に間
隔を明けた複数のポート14が内向状態に配されており、
該ポート14は、その一つ（Ｆポート）を除いて分配管15
によって室内機ユニット２に接続されており、Ｆポート
は加圧流体供給手段10の一部、後述するバイパスライン
16に接続されている。

前記ロータリー部11について、第２図及び第３図に基
づいてさらに詳述すると、ロータリー部11は、ケーシン
グ13の中を回転する概略円盤状とされるとともに、前記
液輸送系３に対して回転状態で連通させるためのスイベ
ルジョイント部17と、該スイベルジョイント部17から流
体が送り込まれる中空室18と、該中空室18の周縁部分に
明けられている外向状態の複数の連通開口19（19a〜19
m）とを有しており、連通開口19は、前記ポート14より
も数が多く明けられているとともに、周方向の開口距離
が非均一状態、つまり、開口の周方向の大きさが全部同
一ではなく、後述するように、各ポート14の数と使用目
的とにより、周方向の開口距離を変えて開口面積を周方
向に相異させた設定がなされている。

つまり、第１図例では、ケーシング13における６個の
ポート14の中の５個が室内機ユニット２に接続されて、
１台ないし５台の室内機ユニット２を任意の組み合わせ
で作動させるようにしているため、基準回転角５°で連
通状態が切替わるように、360°÷５°＝72通りの連通
状態を得るように設定している。

したがって、前記回転駆動源12にあっては、ステッピ
ングモータあるいはモータの１回転を減速して回転角５
°にする等により、基準回転角５°を単位とする必要回
転量の回転駆動と、その回転位置で正確に停止させる機
能と、第４図に示すように、連通条件を与えたときに、
連通条件を満足する回転角を選択して、ロータリー部11
を必要回転角だけ回転作動させるための制御手段等を備
えたものが適用される。

加圧流体供給手段10は、いわゆる容量制御機構を備え
たポンプ等の機能を有するものであり、駆動モータ及び
ポンプからなる流体駆動部20と、該流体駆動部20におけ
るポンプの吸引管21と吐出管22とを液輸送系３とロータ
リー部11におけるスイベルジョイント部17とに選択的に
接続させるための三方弁23・23と、ケーシング13におけ
る複数のポート14の中の一つであるＦポートに接続され
ているバイパスライン16と、該バイパスライン16の途中
に設けられている流量制限部24とから構成されている。

次いで、ロータリー部11における連通開口19と、ロー
タリー部の回転角αと、ケーシングにおける各ポート14
とによって組み合わせがなされる連通状態の変化（分配
サイクル）について説明する。

＜分割数の決定＞一般論として、分配弁が、ｎ個の出口用ポートを有し
ていると、分配数を１個から全数個まで任意に変える場
合、分割数N₁は、以下に説明するように求められる。

ｎ個のポートのうち、ｒ個（ただし、ｎ≧ｒ）を最大
とする数のポートに、流体を流すときの組み合わせ数N₁
は、下式で表される。

したがって、例えば分配弁において、６ポートを使用
して、その内の５個のポートに分配する場合には、上記組み合わせは、重複なしの場合を示しているの
で、実用上、ロータリー部の連通開口とポートとの配置
によって、分配系統の配置が対称形となる場合を考慮し
て設定する。

前記６ポートの例を記号で示すと、（組み合わせ）（対称形） ABDE− DEAB BCEF− EFBC CDFA− FACD ACE − CEA及びEAC BDF − DFB及びFBD AD − DA BE − EB CF − FC 計10通りである。この増加分をN₂とすると、求める全分
割数は、N₁＋N₂である。

前述した６ポートの例であると、次の第１表に示すよ
うに、72通りとなる。

＜ロータリー部の流通開口の設定＞ｎ個の出口用ポートに対して、ｍ（ただし２≦ｍ≦
ｎ）個を最大とし、１個を最小とする分配を行なう場合
におけるすべての分配の組み合わせを考慮して、ロータ
リー部に角度毎の流通開口を設定する。

この場合、各ポートの間の分割数Ｓは、にて表される。

したがって、分割角度ｒとポート間角度Ｒは、となる。

なお第２図例においては、Ｓ＝12、ｒ＝５°、Ｒ＝60
°となっている。

ロータリー部における連通開口は、前述したように、
ポート間角度Ｒ°内で、ロータリー部の分割角度ｒ°毎
に、ある１個のポートを基準として、ｍ個を最大とし、
１個を最小とする分配を行なう場合におけるすべての分
配の組み合わせを考慮して設定している。

即ち、出口用ポート数がN₁ないしNn（ポートｎ個）
で、各ポート間に連通開口を、分割角度ｒ°、分割数Ｓ
個配置する場合は、第２表の関係となる。

以上の要領でロータリー部の連通開口を設定すると、
ロータリー部を分配角度毎に回転させることにより、す
べての同時分配の組み合わせが可能となる。

第２図に示す状態を基準（回転角０°）として、ロー
タリー部11を右回転させる場合を考えると、第１表の回
転角αの欄で示すように、回転角０°における連通状態
は、連通開口19aがＡポートとＢポートに、連通開口19c
がＣポートに、連通開口19gがＤポートに、連通開口19k
がＥポートにそれぞれ連通して、全部の室内機ユニット
２が液輸送系３と接続された状態となっている。また、
回転角５°における連通状態を見ると、連通開口19a〜1
9kの移動により、連通開口19kがＥポートから外れるの
で、Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄポートが連通した状態となる。

このように、ロータリー部11の回転位置により、連通
開口19とケーシング13における各ポート14との連通数、
あるいは、連通開口19との組み合わせを変化させた状態
で、各連通箇所を同時に切り換え設定することが可能と
なり、連通状態の選択によって、室内機ユニット２の作
動対象に合わせて、液輸送系３を接続することができ
る。

冷房時を例にとって説明すると、加圧流体供給系10に
おける流体駆動部20の作動によって、加圧状態の冷媒液
をロータリー部11におけるスイベルジョイント部17を経
由して中空室18に送り込むと、ロータリー部11の回転位
置に応じて、各連通開口19からケーシング13における各
ポート14を介して、複数の室内機ユニット２の１台ない
し５台に、冷媒液を分配することになり、ロータリー部
11を非回転状態とすれば、第１表に示した回転角αとポ
ート連通との関係が固定する。このように、任意数、任
意箇所の室内機ユニット２とロータリー部11とを連通状
態とすることにより、必要とする箇所に冷媒液を送り込
むことができる。

この場合に、加圧流体供給手段10における流体駆動部
20が供給流量100％の運転状態に設定されているとすれ
ば、100％供給を必要とする場合は、第２図及び第１表
の回転角０°の状態として、Ａ〜Ｅポートをロータリー
部11の中空部18と連通させるようにすればよく、100％
未満の冷媒供給となる場合は、バイパスライン16及び流
量制限部24を経由して、冷媒の一部を戻すようにして、
室内機ユニット２への供給圧力を許容値以下に抑制する
ものである。

また、流体分配手段９にはロータリー部11の回転駆動
源12が具備されているため、各ポート14の連通状態を選
択しながら間欠的に切り替えると、第４図に示すよう
に、各室内機ユニット２に対する流体供給量を100％な
いし０％の間で調整することができる。

即ち、第４図に示すように、Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅポー
トについて、それぞれ100・50・80・90・40％の流体供
給（目的とする熱負荷に対して必要な量の流体供給）を
必要としているような場合は、ポート数が３以上のとき
にバイパスライン16を作動させるとすれば、単位時間毎
にロータリー部11の回転位置を変えることにより、目的
とする流体の分配を行なうことができる。

第４図の場合は、単位時間毎に連通状態の切り替えを
行なうことにより、100％流量を必要としないポート14
については、間欠的に流体を挿通させるとともに、単位
時間が10回で元の連通状態に戻して、再び繰り返すこと
により、規定の流量比を得るようにしているものであ
る。

このような規定の流量比は、冷暖房両方の場合に適用
することが可能である。冷房時には、室外機ユニット１
の圧縮機５によって蒸発ガスを圧縮して、第１図に実線
の矢印で示すように、油分離器25、流路切り換え弁26を
経由して熱交換部６に送り、熱交換部６において冷却す
ることにより蒸発ガスを液化し、逆止弁７、受液器27か
ら液輸送系３を経由して、室内機ユニット２に向けて冷
媒液を送り出すとともに、液輸送系３の途中で加圧流体
供給手段10によって加圧を行ない、加圧状態の冷媒液を
流体分配手段９に送り、必要供給量を越えた冷媒液は、
バイパスライン16により戻しながら、ロータリー部11の
回転位置によって目的とする数の室内機ユニット２に冷
媒液を供給する。室内機ユニット２において、自動膨張
弁８により減圧放出を行なうとともに、熱交換によって
気化された冷媒、つまり、蒸発ガスは、ガス輸送系４に
より室外機ユニット１に戻されて、再び循環させられ
る。

次いで、暖房時には、加圧流体供給手段10における三
方弁23と、室外機ユニット１における流路切り換え弁26
とを切り替えるとともに、室外機ユニット１の圧縮機５
によって蒸発ガスを圧縮して、第１図に破線の矢印で示
すように、ガス輸送系３を介して室内機ユニット２に送
り込み、熱交換部６によって放熱を行なった後、液輸送
系３を介して室外機ユニット１に戻すとともに、室外機
ユニット１において、自動膨張弁８により減圧放出を行
なって低圧冷媒液とし、熱交換部６により吸熱を行な
い、蒸発ガスを再度圧縮して循環させられることにな
る。

また、前述したように、加圧流体供給手段10は、冷媒
液が蒸発ガスに対して相対的に粘性が大きく、流路の抵
抗が生じ易いため、意図的に液輸送系３に挿入状態に配
設して、冷媒液の流通を円滑化するようにしている。

次いで、第５図は、前記流量制限部24の他の実施例を
示すものであり、冷房時のポンプによる冷媒液の加圧作
用と、暖房時のポンプによる吸引作用と相違、あるいは
配管路の他の部分からの影響等によって、加圧流体供給
部10におけるバイパスライン16を挿通する冷媒液に付与
すべき絞り特性が変化することが予期されるため、二つ
の逆止弁７によって並列回路相互に流れの方向性を付与
して、絞り特性の相違する二つのオリフィス24a・24bを
使い分けることにより、適正な流量制限を行なうように
しているものである。

「発明の効果」本発明に係る空気調和装置によれば、下記のような効
果を奏するものとなる。

（ｉ）流体分配手段によってケーシングの連通開口数に
対応して冷媒の分割数を設定するとともに、分割数の制
限が少なくなり、１台の室外機ユニットに対する室内機
ユニットの設置台数を任意に設定することができる。

（ii）ロータリー部とケーシングとに配設した連通開口
とポートとの間を、ロータリー部の回転位置により連通
させ、また、連通開口の周方向の距離が非均一状態とな
っていることにより、複数の室内機ユニットと液輸送系
との連通状態を選択することが可能で、室内機ユニット
に適正な流量の冷媒を送り込むことができる。

（iii）流体分配手段におけるロータリー部の回転位置
を間欠的に切り替えることによって、室内機ユニットの
要求熱負荷に対応した冷媒の供給量を設定することがで
き、また、冷房条件を正確に設定することができる。

（iv）加圧流体供給手段によって、冷媒液を加圧状態に
して室内機ユニットに送り込むことにより、室外機及び
室内機ユニットの設置場所の高さの相違、室内機ユニッ
ト相互間の圧力損失の相違等による冷媒供給むらを解消
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明に係わる空気調和装置の一
実施例を示すもので、第１図は配管系統図、第２図は分
配弁部分の正断面図、第３図は分配弁部分の側面図、第
４図は分配サイクルの例の説明図、第５図は第１図の空
気調和装置において、加圧流体供給手段における流量制
限部の他の実施例を示す接続図、第６図は空気調和装置
の従来例を示す配管系統図、第７図（ａ）（ｂ）は第６
図における室外機及び室内機ユニットの構成説明図であ
る。１……室外機ユニット、２……室内機ユニット、３……
液輸送系、４……ガス輸送系、５……圧縮機、６……熱
交換部、７……逆止弁、８……自動膨張弁、９……流量
分配弁、10……加圧流体供給装置、11……ロータリー
部、12……回転駆動源、13……ケーシング、14……ポー
ト、15……分配管、16……バイパスライン、17……スイ
ベルジョイント部、18……中空室、19……連通開口、20
……流体駆動部、21……吸引管、22……吐出管、23……
三方弁、24……流量制限部、24a・24b……オリフィス、
25……油分離器、26……流路切り換え弁、27……受液
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広瀬昌裕東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者宇野和雄東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者村松勝利東京都江東区豊洲２丁目１番１号石川島播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者石川寛樹愛知県知多市北浜町11番１号石川島播磨重工業株式会社愛知工場内 (56)参考文献特開昭60−132179（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−96442（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】室外機ユニット（１）と複数の室内機ユニ
ット（２）との間を液輸送系（３）とガス輸送系（４）
とによって接続してなる空気調和装置において、前記液
輸送系における室内機ユニット側に、複数の室内機ユニ
ットとの間で冷媒液の受け渡しを流路を分割した状態で
行なうための流体分配手段を設けるとともに、前記液輸
送系の一部に流体分配手段に向かう冷媒液を加圧状態で
送り出すための加圧流体供給手段（10）を配設してな
り、前記流体分配手段は、液輸送系に連通させられるロ
ータリー部（11）と、該ロータリー部の回りに周方向に
間隔を明けて内向状態に配されているとともに複数の室
内機ユニットに接続させられる複数のポート（14）を有
するケーシング（13）とを具備し、前記ロータリー部
に、回転位置の切り替えにより室内機ユニットの流体供
給量に応じて複数のポートと選択的に接続される連通開
口が、周方向に間隔を明けて配されるとともに、連通開
口の開口面積が周方向に非均一状態に設定されることを
特徴とする空気調和装置。