JP3226365B2 - 冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機の冷凍サイ
クル構成に関するもので、特に冷媒ポンプを用いた冷凍
サイクルに係る。

【０００２】

【従来の技術】 （１）従来、室外ユニットが屋上などの室内ユニットよ
り上方に設置され、前記室外ユニットに複数台の室内ユ
ニットが接続され、それぞれの室内ユニットに高低差が
ある場合の暖房運転は、特開平０３−２９４７５２号公
報記載のように、室内ユニット間の高低差分の液ヘッド
を解消し、下方に設置された室内ユニットの暖房能力低
下を防止するために、各室内ユニットの能力を比較し、
能力が不足している室内ユニットがあれば、他の室内ユ
ニットで能力が最大の室内ユニットの液ライン側に取り
付けられている冷媒流量制御弁を絞っている。

【０００３】（２）また、１台の室外ユニットに複数台
の室内ユニットが接続される多室空気調和機の各室内ユ
ニットの能力制御は、特開平０２−２２３７７６号公報
記載のように、室内ユニットの液ライン側に取り付けら
れている冷媒流量制御弁の開度を調整している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（１）で
は、各室内ユニット間の高低差がさらに広がると、液ヘ
ッドも大きくなり、圧縮機の吐出圧力と吸入圧力との圧
力差以上の液ヘッドが下方の室内ユニットに作用する
と、下方の室内ユニットには冷媒が流れなくなり、暖房
能力が得られなくなる。

【０００５】また、室外ユニットと室内ユニットとの高
低差が大きく、液冷媒が上方へ流れる場合、液配管出口
の圧力は、高低差がない場合に比べ、液ヘッド分だけ低
下する。この圧力低下によって、圧縮機の吸入圧力が下
がり、圧縮機に吸入される冷媒の密度が小さくなり、冷
媒循環量が減少して、室内ユニットの能力が低下する。
さらに、室外ユニットと室内ユニットとの接続配管の
長さが長くなると、液配管の圧力損失のために、液配管
出口の圧力が下がり、上記の室外ユニットと室内ユニッ
トとの高低差がある場合と同様に、圧縮機の吸入圧力が
下がり、冷媒循環量が減少して、室内ユニットの能力が
低下する。

【０００６】本発明の目的は、ユニット間の高低差が大
きくなり、液配管に大きな液ヘッドが生じても、また、
接続配管の長さが長くなり、液配管に大きな圧力損失が
生じても、室内ユニットの能力を確保する空気調和機を
提供することである。

【０００７】また、上記従来技術（２）では、ある室内
ユニットの能力制御のために、その室内ユニットの冷媒
流量制御弁の開度を変えると、各室内ユニットの冷媒流
量バランスが変化し、他の室内ユニットに流れる冷媒流
量が変わり、他の室内ユニットの能力も変化する。

【０００８】本発明の他の目的は、室内ユニットの能力
制御が他の室内ユニットの能力に影響を及ぼさない空気
調和機を提供することである。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、塩素を含む冷
媒使用による公害問題を解消した空気調和機を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に先行する発明（以下「先行発明」という）
による冷凍サイクルは、圧縮機、熱源側熱交換器及び利
用側熱交換器等を冷媒配管で接続した冷凍サイクルにお
いて、熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間の冷媒液
流路に冷媒ポンプを設けたことを特徴とする。

【００１１】同じく、他の先行発明による冷凍サイクル
は、圧縮機、熱源側熱交換器等と複数の利用側熱交換器
等を冷媒配管で接続した冷凍サイクルにおいて、各々の
利用側熱交換器の冷媒液流路側に各々冷媒ポンプを設け
たことを特徴とする。

【００１２】上記目的を達成するために、請求項１に係
る発明による冷凍サイクルは、圧縮機、熱源側熱交換器
と利用側熱交換器等を冷媒配管で接続した冷凍サイクル
において、前記熱源側熱交換器と利用側交換器との間の
冷媒液流路に冷媒ポンプを設け、制御装置と前記圧縮機
の回転数制御装置、前記冷媒ポンプの回転数制御装置を
設け、前記制御装置によって前記圧縮機と前記冷媒ポン
プの質量流量が一致するように前記圧縮機の回転数と前
記冷媒ポンプの回転数を制御することを特徴とする。

【００１３】同じく、請求項２に係る発明による冷凍サ
イクルは、圧縮機、熱源側熱交換器と複数の利用側熱交
換器等を冷媒配管で接続した冷凍サイクルにおいて、前
記熱源側熱交換器と各利用側熱交換器との間の冷媒液流
路に冷媒ポンプを設け、熱源側制御装置と冷凍サイクル
の圧力を検知する圧力センサと前記圧縮機の回転数制御
装置を設け、前記熱源側制御装置によって圧縮機の回転
数で冷凍サイクルの圧力を制御せしめ、利用側制御装置
と利用側熱媒体の温度センサと前記冷媒ポンプの回転数
制御装置を設け、前記利用側制御装置によって前記冷媒
ポンプの回転数で利用側熱媒体の温度を制御せしめるこ
とを特徴とする。

【００１４】

【作用】室外ユニットが室内ユニットより上方に設置さ
れ、前記室外ユニットに複数台の室内ユニットが接続さ
れ、それぞれの室内ユニットに高低差がある暖房運転の
場合、下方の室内ユニットの冷媒液流路に冷媒ポンプを
設けることによって、液ヘッドに打ち勝って冷媒を流す
ことができ、下方の室内ユニットの暖房能力が確保でき
る。

【００１５】また、室外ユニットと室内ユニットとの高
低差が大きい場合、冷媒液流路に冷媒ポンプを設けるこ
とによって、液冷媒を加圧して上方に送ることができ、
液配管出口圧力が高められる。これによって、圧縮機の
吸入圧力も上昇し、冷媒循環量が確保され、室内ユニッ
トの能力が確保される。

【００１６】さらに、室外ユニットと室内ユニットとの
接続配管の長さが長い場合、冷媒液流路に冷媒ポンプを
設けることによって、液配管出口圧力が高められ、上記
の室外ユニットと室内ユニットとの高低差がある場合と
同様の作用によって、室内ユニットの能力が確保され
る。

【００１７】１台の室外ユニットに複数台の室内ユニッ
トが接続される多室形空気調和機の各室内ユニットの能
力制御を行う場合、各室内ユニットの冷媒液流路に冷媒
ポンプを設け、前記冷媒ポンプの容量を変化させること
によって、各室内ユニットに必要な冷媒を流すことがで
き、各室内ユニット独立に能力制御が行える。なお、こ
のとき、圧縮機は、各室内ユニットの冷媒ポンプの合計
吐出量に相当するだけの冷媒を循環させるために、容量
制御する。

【００１８】

【実施例】本発明に先行する発明（以下「先行発明」と
いう）の一実施例を図１、図２に示す。

【００１９】図１は１台の室外ユニット１に２台の室内
ユニット２ａ，２ｂを接続した多室形空気調和機を示し
ている。２台の室内ユニット２ａ，２ｂはそれぞれ液配
管３とガス配管４によって、室外ユニット１に対し並列
に接続されている。図１に示すように、室外ユニット１
がビルの屋上に設置され、最上階の部屋に室内ユニット
２ａが設置され、１階の部屋に室内ユニット２ｂが設置
されている。室内ユニット２ａと２ｂとの間の液配管３
には冷媒ポンプ５が設けられている。

【００２０】図１の空気調和機の冷凍サイクル構成を図
２に示す。室外ユニット１は圧縮機１１、熱源側熱交換
器の室外熱交換器１２、室外冷媒制御弁１３、四方弁１
４及びアキュムレータ１５で構成されている。室内ユニ
ット２ａ、２ｂはそれぞれ利用側熱交換器の室内熱交換
器２１ａ、２１ｂ及び室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂで
構成されている。室外ユニット１内の室外冷媒制御弁１
３と、室内ユニット２ａ、２ｂ内の室内冷媒制御弁２２
ａ、２２ｂとが液配管３によって結合されており、室内
ユニット２ａと室内ユニット２ｂとの間の液配管３の途
中には冷媒ポンプ５と電磁弁６が並列に接続されてい
る。また、室外ユニット１内の四方弁１４と、室内ユニ
ット２ａ、２ｂ内の室内熱交換器２１ａ、２１ｂとがガ
ス配管４によって結合されている。

【００２１】次に、動作を図２で説明する。

【００２２】まず、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管４へ入
り分岐され、それぞれ室内ユニット２ａ、２ｂへ送られ
る。室内ユニット２ａ、２ｂへ入った高温高圧のガス冷
媒は室内熱交換器２１ａ、２１ｂでそれぞれの室内空気
と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が
暖房される。液冷媒は室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂを
通って、室内ユニット２ａ、２ｂを出る。

【００２３】電磁弁６は閉じられており、室内ユニット
２ｂを出た液冷媒は冷媒ポンプ５で加圧されて、室内ユ
ニット２ａからでた液冷媒と合流し、液配管３を通って
室外ユニット１へ入る。その後、液冷媒は室内ユニット
２ａ、２ｂを出て合流し、液配管３を通って室外ユニッ
ト１へ入る。室外ユニット１へ入った液冷媒は室外冷媒
制御弁１３で減圧され、室外熱交換器１２へ入る。室外
熱交換器１２へ入った冷媒は室外空気と熱交換されて蒸
発し、四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮機
１１へ吸入される。

【００２４】次に、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って液配管３へ入る。
液配管３へ入った液冷媒は分岐され、それぞれ室内ユニ
ット２ａ、２ｂへ入る。ここで、電磁弁６は開いてお
り、冷媒ポンプ５は停止している。室内ユニット２ａ、
２ｂへ入った液冷媒は室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂで
減圧され、室内熱交換器２１ａ、２１ｂへ入り、それぞ
れ室内空気と熱交換されて蒸発しガス冷媒となる。この
とき室内が冷房される。ガス冷媒は室内ユニット２ａ、
２ｂを出て合流し、ガス配管４を通って、室外ユニット
１へ入る。室外ユニット１へ入ったガス冷媒は四方弁１
４とアキュムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入され
る。

【００２５】他の先行発明の一実施例を図３、図４に示
す。

【００２６】図３に示すように、ビルの屋上に室外ユニ
ット１が設置され、１階の部屋に室内ユニット２が設置
されている。室外ユニット１と室内ユニット２は液配管
３とガス配管４で接続されており、液配管には冷媒ポン
プ５が設けられている。

【００２７】図３の空気調和機の冷凍サイクル構成を図
４に示す。室外ユニット１は圧縮機１１、室外熱交換器
１２、室外冷媒制御弁１３、四方弁１４及びアキュムレ
ータ１５で構成されている。室内ユニット２は室内熱交
換器２１及び室内冷媒制御弁２２で構成されている。室
外ユニット１内の室外冷媒制御弁１３と室内ユニット２
内の室内冷媒制御弁２２とが液配管３によって結合され
ており、液配管３の途中には冷媒ポンプ５と電磁弁６が
並列に接続されている。また、室外ユニット１内の四方
弁１４と室内ユニット２内の室内熱交換器２１とがガス
配管４によって結合されている。

【００２８】次に、動作を図４で説明する。

【００２９】まず、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管４へ入
り、室内ユニット２へ送られる。室内ユニット２へ入っ
た高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１で室内空気と
熱交換され、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が暖
房される。液冷媒は室内冷媒制御弁２２を通って液配管
３へ入り、液冷媒は冷媒ポンプ５によって加圧されて、
室外ユニット１へ向かって上昇する。このとき、液配管
３に接続されている電磁弁６は閉じている。室外ユニッ
ト１へ入った液冷媒は、室外冷媒制御弁１３で減圧さ
れ、室外熱交換器１２へ入る。室外熱交換器１２へ入っ
た冷媒は室外空気と熱交換されて蒸発し、四方弁１４と
アキュムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００３０】次に、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って液配管３へ入る。
液配管３に接続されている電磁弁６は開いており、冷媒
ポンプ５は停止しているので、液配管３へ入った液冷媒
は電磁弁６を通って室内ユニット２へ入る。室内ユニッ
ト２へ入った液冷媒は室内冷媒制御弁２２で減圧され、
室内熱交換器２１へ入り、室内空気と熱交換されて蒸発
し、ガス冷媒となる。このとき室内が冷房される。ガス
冷媒はガス配管４を通って上昇し、室外ユニット１へ入
る。室外ユニット１へ入ったガス冷媒は四方弁１４とア
キュムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００３１】本発明の一実施例を図５、図６に示す。

【００３２】図５に示すように、地上に室外ユニット１
が設置され、最上階の部屋に室内ユニット２が設置され
ている。室外ユニット１と室内ユニット２は液配管３と
ガス配管４で接続されており、室外ユニット１内の液配
管には冷媒ポンプ５が設けられている。

【００３３】図５の空気調和機の冷凍サイクル構成を図
６に示す。室外ユニット１及び室内ユニット２の構成は
図２、図４の構成と同様である。なお、冷媒ポンプ５と
電磁弁６は室外ユニット１内に収納されている。

【００３４】次に、動作を図６で説明する。

【００３５】まず、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って冷媒ポンプ５で加
圧され、液配管３へ入り上昇し、室内ユニット３へ入
る。このとき、電磁弁６は閉じている。室内ユニット２
へ入った液冷媒は室内冷媒制御弁２２で減圧され、室内
熱交換器２１へ入り、室内空気と熱交換されて蒸発し、
ガス冷媒となる。このとき室内が冷房される。ガス冷媒
はガス配管４を通って下降し、室外ユニット１へ入る。
室外ユニット１へ入ったガス冷媒は四方弁１４とアキュ
ムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００３６】次に、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管４へ入
り、室内ユニット２へ送られる。室内ユニット２へ入っ
た高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１で室内空気と
熱交換され、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が暖
房される。液冷媒は室内冷媒制御弁２２を通って液配管
３へ入り、室外ユニット１へ向かって下降する。室外ユ
ニット１の液配管３に接続されている電磁弁６は開いて
おり、冷媒ポンプ５は停止しているので、室外ユニット
１へ入った液冷媒は電磁弁６を通って、室外冷媒制御弁
１３で減圧され、室外熱交換器１２へ入る。室外熱交換
器１２へ入った冷媒は室外空気と熱交換されて蒸発し、
四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮機１１へ
吸入される。

【００３７】本発明の他の実施例を図７に示す。

【００３８】図７は室外ユニット１と室内ユニット２と
の高低差が比較的小さく、配管長が長い例を示す。室外
ユニット１と室内ユニット２の構成は図２、図４と同様
である。

【００３９】次に、動作を説明する。

【００４０】まず、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って液配管３へ入る。
液配管３へ入った液冷媒は冷媒ポンプ５で加圧されて室
内ユニット２へ入る。室内ユニット２へ入った液冷媒は
室内冷媒制御弁２２で減圧され、室内熱交換器２１へ入
り、室内空気と熱交換されて蒸発し、ガス冷媒となる。
このとき室内が冷房される。ガス冷媒はガス配管４を通
って、室外ユニット１へ入る。室外ユニット１へ入った
ガス冷媒は四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧
縮機１１へ吸入される。

【００４１】次に、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管４へ入
り、室内ユニット２へ送られる。室内ユニット２へ入っ
た高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１で室内空気と
熱交換され、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が暖
房される。液冷媒は室内冷媒制御弁２２を通って液配管
３へ入る。液配管３へ入った液冷媒は冷媒ポンプ５で加
圧されて室外ユニット１へ入る。室外ユニット１へ入っ
た液冷媒は室外冷媒制御弁１３で減圧され、室外熱交換
器１２へ入る。室外熱交換器１２へ入った冷媒は室外空
気と熱交換されて蒸発し、四方弁１４とアキュムレータ
１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００４２】図７の実施例では、冷媒ポンプ５は両方向
に流れるポンプであり、このような機能を持つポンプ
は、歯車ポンプのような回転ポンプの回転方向を変える
ことによって得られる。また、一方向ポンプを使用し、
回路切替により冷媒の方向を変えることも出来る。

【００４３】本発明のさらに他の実施例を図８に示す。
図８に付した記号のうち図１と同じ記号は図１で述べた
構成要素と同じである。また、図８で、１６はレシ−
バ、１７は室外送風機、２５、２６は冷媒分流器であ
る。

【００４４】次に、動作を説明する。

【００４５】まず、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁、レシ−バ１６、冷媒ポン
プ５を通り、冷媒ポンプ５で加圧される。次に冷媒分流
器２６を含む液配管３を通って室内ユニット２ａ，２ｂ
に入る。室内ユニット２ａへ入った液冷媒は室内冷媒制
御弁２２ａで減圧され、室内熱交換器２１ａへ入り、室
内空気と熱交換されて蒸発し、ガス冷媒となる。このと
き室内が冷房される．室内ユニット２ａに入った冷媒も
同様に変化する。

【００４６】両室内ユニットのガス冷媒は、冷媒分流器
２５を含むガス配管４を通って、室外ユニット１へ入
る。室外ユニット１へ入ったガス冷媒は四方弁１４とア
キュムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入される。こ
こで、図９に、接続配管３、４の長さが長い場合につい
て、冷房運転時の冷媒の変化をモリエル線図上にしめ
す。室外熱交換器で液化した冷媒は、冷媒ポンプによっ
て圧力が上昇し、接続配管３で減圧されて室内冷媒制御
弁に入る。冷媒ポンプにより加圧されることにより、室
内冷媒制御弁の入り口圧力を高く保つことができる。

【００４７】したがって、接続配管が長い場合にも安定
した運転ができる。一方、冷媒ポンプが無い場合には、
図９に破線で示すように、室外熱交換器を出た冷媒は接
続配管３で減圧されて室内冷媒制御弁に入り口では圧力
が低下して室内冷媒制御弁前後の圧力差が小さくなり、
冷媒制御弁が全開になり、制御不能となる。

【００４８】次に図８における暖房運転について説明す
る。冷媒の流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐
出された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス
配管４へ入り、室内ユニット２ａ，２ｂへ送られる。室
内ユニット２ａへ入った高温高圧のガス冷媒は室内熱交
換器２１ａで室内空気と熱交換され、凝縮して液冷媒と
なる。このとき室内が暖房される。液冷媒は室内冷媒制
御弁２２ａを通って液配管３へ入る。室内ユニット２ｂ
へ入った冷媒も同様に変化する。液配管３を通った冷媒
はへ室外ユニット１へ入り、冷媒ポンプ５で加圧され
る。

【００４９】室外ユニット１へ入った液冷媒は室外冷媒
制御弁１３で減圧され、室外熱交換器１２へ入る。室外
熱交換器１２へ入った冷媒は室外空気と熱交換されて蒸
発し、四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮機
１１へ吸入される。液側接続配管内は、冷媒ポンプの作
用で圧力が低下し、室内ユニット２ａ，２ｂに供給され
た冷媒は、二相状態となり冷媒の平均密度が小さくな
り、室内ユニット２ｂが下部に設置された場合にも液側
接続配管内のヘッドの影響は小さく室内ユニット２ｂに
安定して冷媒を供給することができる。

【００５０】本発明のさらに他の実施例を図１０に示
す。

【００５１】図１０は１台の室外ユニット１に２台の室
内ユニット２ａ，２ｂを接続した多室形空気調和機を示
している。２台の室内ユニット２ａ，２ｂはそれぞれ液
配管３とガス配管４によって、室外ユニット１に対し並
列に接続されている。室外ユニット１の構成は図２、図
４、図７に示す室外ユニット１の構成と同様である。室
内ユニット２ａ、２ｂの構成は、室内ユニット２ａ、２
ｂ内に冷媒ポンプ５ａ、５ｂとポンプ制御器２３ａ、２
３ｂが収納されている以外は図２、図４、図６、図７の
室内ユニット２の構成と同様である。なお、冷媒ポンプ
５ａ、５ｂは、両方向に流れるポンプであり、かつ、そ
れぞれのポンプの吐出量はポンプ制御器２３ａ、２３ｂ
で制御できるようになっている。

【００５２】次に、動作を説明する。

【００５３】まず、冷房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に実線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って室外熱交換器１
２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って液配管３へ入る。
液配管３へ入った液冷媒は分岐され、それぞれ室内ユニ
ット２ａ、２ｂへ入る。室内ユニット２ａ、２ｂへ入っ
た液冷媒はそれぞれの冷媒ポンプ５ａ、５ｂで加圧され
る。

【００５４】ここで、室内ユニット２ａ、２ｂの要求能
力はそれぞれのポンプ制御器２３ａ、２３ｂに入力され
ており（図示せず）、ポンプ制御器２３ａ、２３ｂは要
求能力に見合った吐出量となるようにそれぞれの冷媒ポ
ンプ５ａ、５ｂを制御している。冷媒ポンプ５ａ、５ｂ
で加圧された液冷媒は、室内冷媒制御弁２２ａ、２２ｂ
で減圧され、室内熱交換器２１ａ、２１ｂへ入り、それ
ぞれ室内空気と熱交換されて蒸発しガス冷媒となる。

【００５５】このとき室内が冷房される。なお、室内冷
媒制御弁２２ａ、２２ｂはそれぞれの室内ユニット２
ａ、２ｂのユニット容量に比例した弁開度となってい
る。ガス冷媒は室内ユニット２ａ、２ｂを出て合流し、
ガス配管４を通って、室外ユニット１へ入る。室外ユニ
ット１へ入ったガス冷媒は四方弁１４とアキュムレータ
１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００５６】次に、暖房運転について説明する。冷媒の
流れは図中に破線で示す。圧縮機１１から吐出された高
温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通ってガス配管４へ入
り分岐され、それぞれ室内ユニット２ａ、２ｂへ送られ
る。室内ユニット２ａ、２ｂへ入った高温高圧のガス冷
媒は室内熱交換器２１ａ、２１ｂでそれぞれの室内空気
と熱交換され、凝縮して液冷媒となる。このとき室内が
暖房される。液冷媒は弁開度が全開の室内冷媒制御弁２
２ａ、２２ｂを通って、冷媒ポンプ５ａ、５ｂで加圧さ
れる。

【００５７】ここで、冷媒ポンプ５ａ、５ｂは前記冷房
運転と同様に、ポンプ制御器２３ａ、２３ｂで吐出量が
制御されている。冷媒ポンプ５ａ、５ｂで加圧された液
冷媒は、室内ユニット２ａ、２ｂを出て合流し、液配管
３を通って室外ユニット１へ入る。室外ユニット１へ入
った液冷媒は室外冷媒制御弁１３で減圧され、室外熱交
換器１２へ入る。室外熱交換器１２へ入った冷媒は室外
空気と熱交換されて蒸発し、四方弁１４とアキュムレー
タ１５を通って圧縮機１１へ吸入される。

【００５８】なお、圧縮機１１の吐出量は、圧縮機１１
のモータの回転数をインバータで変化させることによっ
て変えることができ、圧縮機モータの回転数は、室内ユ
ニット２ａ、２ｂの冷媒ポンプ５ａ、５ｂの運転容量の
合計容量、すなわち、冷媒ポンプ５ａ、５ｂの液冷媒の
吐き出し量の合計によって制御される。

【００５９】本発明のさらに他の実施例を図１１に示
す。

【００６０】図１１は１台の室外ユニット１に２台の室
内ユニット２ａ，２ｂを接続した多室形空気調和機を示
している。２台の室内ユニット２ａ，２ｂはそれぞれ液
配管３とガス配管４によって、室外ユニット１に対し並
列に接続されている。室外ユニット１で、５０は圧力セ
ンサであり、全体の構成は図２、図４、図７に示す室外
ユニット１の構成と同様である。室内ユニット２ａ、２
ｂで、２４ａ，２４ｂは室内送風機、３０ａ，３０ｂは
キャピラリチュ−ブ、４０ａ，４０ｂは室内空気温度検
知用のサ−ミスタである。また、２１ａ，２１ｂは室内
熱交換器、５ａ，５ｂは冷媒ポンプである。なお、冷媒
ポンプ５ａ、５ｂは、両方向に流れるポンプである。

【００６１】さらに、５１は室外ユニット側の制御装置
で、信号変換、演算機能、制御指令出力機能等を持つ制
御装置、５２は圧縮機の回転数を制御する回転数制御装
置であり、さらに具体的にはインバ−タである。また、
５３ａ，５３ｂは制御装置であり、制御装置５１と同様
な機能を有する。５４ａ，５４ｂはポンプの回転数を制
御する回転数制御装置であり、さらに具体的にはインバ
−タである。

【００６２】まず、冷房運転時の冷媒の流れについて説
明する。冷媒の流れは図中に実線で示す。圧縮機１１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って
室外熱交換器１２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮
して液冷媒となる。液冷媒は室外冷媒制御弁を通って液
配管３へ入る。液配管３へ入った液冷媒は分岐され、そ
れぞれ室内ユニット２ａ、２ｂへ入る。冷媒ポンプ５
ａ、５ｂで加圧された液冷媒は、キャピラリチュ−ブ３
０ａ、３０ｂで減圧され、室内熱交換器２１ａ、２１ｂ
へ入り、それぞれ室内空気と熱交換されて蒸発しガス冷
媒となる。このとき室内が冷房される。ガス冷媒は室内
ユニット２ａ、２ｂを出て合流し、ガス配管４を通っ
て、室外ユニット１へ入る。室外ユニット１へ入ったガ
ス冷媒は四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮
機１１へ吸入される。

【００６３】次に、暖房運転時の冷媒の流れについて説
明する。冷媒の流れは図中に破線で示す。圧縮機１１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って
ガス配管４へ入り分岐され、それぞれ室内ユニット２
ａ、２ｂへ送られる。室内ユニット２ａ、２ｂへ入った
高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１ａ、２１ｂでそ
れぞれの室内空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。このとき室内が暖房される。

【００６４】液冷媒はキャピラリチュ−ブ３０ａ、３０
ｂを通って、冷媒ポンプ５ａ、５ｂで加圧される。冷媒
ポンプ５ａ、５ｂで加圧された液冷媒は、室内ユニット
２ａ、２ｂを出て合流し、液配管３を通って室外ユニッ
ト１へ入る。室外ユニット１へ入った液冷媒は室外冷媒
制御弁１３で減圧され、室外熱交換器１２へ入る。室外
熱交換器１２へ入った冷媒は室外空気と熱交換されて蒸
発し、四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮機
１１へ吸入される。

【００６５】次に、制御信号、電源系統について説明す
る。室外側では、室外側制御装置５１に圧力センサ５０
の信号が取り込まれ、予めプログラムされた制御法に従
って演算され、回転数制御装置５２に指令が出力され
る。この指令に従って所定の駆動周波数で圧縮機１１が
運転される。また、室内ユニット２ａでは室内空気温度
センサ４０ａの信号が制御装置５３ａに取り込まれ、予
めプログラムされた制御法に従って演算され、回転数制
御装置５４ａに指令が出力される。この指令に従って所
定の駆動周波数で冷媒ポンプ５ａが運転される。室内ユ
ニット２ｂでも同様である。

【００６６】図１２、図１３は、制御法の実施例を表
す。まず図１２は冷房運転時の制御法を表す。図１２に
おいて、上部ブロック図は室外側の制御ブロック図を表
し、中段下段のブロック図は室内側の制御ブロック図を
表す。室外側の制御ブロック図は、冷房運転中の低圧圧
力を制御する方法を表す。圧力センサ５０の信号がフィ
−ドバックされ、制御目標値と比較され、実際の圧力と
制御目標との差に応じて、回転数制御装置５２に指令が
出され、所定の駆動周波数で圧縮機が運転される。

【００６７】制御目標値については、予め定た値であっ
てもよく、運転状態によって変化させることも可能であ
る。また、制御演算部の内容は、比例制御、ＰＩＤ制
御、あるいはファジィル−ルを用いた制御等が適用でき
る。以上の制御法によれば、冷房運転では、低圧側の圧
力が定められた圧力で一定になるように圧縮機の回転数
が制御され、回転数に応じた冷媒流量が室内側に流れ
る。また、室内側の冷媒蒸発圧力をほぼ一定に保つこと
ができる。

【００６８】中段の室内側の制御法を説明する。まず、
制御目標値はリモ−トコントロ−ラの信号で決められ、
室内空気温度サ−ミスタ４０ａの信号と比較される。制
御目標値と室内空気温度サ−ミスタ４０ａの信号との差
に応じて、冷媒ポンプ５ａの回転数制御装置５４ａに指
令が出され、所定の駆動周波数で冷媒ポンプ５ａが運転
される。制御演算部の内容は、比例制御、ＰＩＤ制御、
あるいはファジィル−ルを用いた制御等が適用できる。
下段の室内ユニット２ｂの場合についても同様である。
以上の制御法によれば、冷房運転では、室内の空気温度
が設定値になるように冷媒ポンプ５によって冷媒流量が
制御される。

【００６９】圧縮機１１の冷媒流量と冷媒ポンプ５ａ、
５ｂ流量の和は、以下のようにして一致する。冷媒ポン
プ５ａあるいは５ｂの回転数が上昇し流量が増加する
と、キャピラリチュ−ブ３０ａあるいは３０ｂの前の圧
力が上昇しキャピラリチュ−ブ３０ａあるいは３０ｂの
流量も増加する。室内側の冷媒流量が増加すると、低圧
側の圧力が上昇する。低圧側の圧力が上昇すると圧縮機
の回転数が上昇し冷媒流量が増大する。逆の場合も同様
な説明ができる。以上の様に圧縮機１１の冷媒流量と冷
媒ポンプ５ａ、５ｂ流量の和は一致することができ、安
定した運転が可能となる。

【００７０】本実施例によれば、膨張機構に安価な固定
絞りが使え、高価な室内冷媒制御弁の分コスト低減が図
れる効果がある。

【００７１】次に図１３は暖房運転時の制御法を表す。
図１３において、上部ブロック図は室外側の制御ブロッ
ク図を表し、中段下段のブロック図は室内側の制御ブロ
ック図を表す。室外側の制御ブロック図は、暖房運転中
の高圧圧力を制御する方法を表す。圧力センサ５０の信
号がフィ−ドバックされ、制御目標値と比較され、実際
の圧力と制御目標との差に応じて、回転数制御装置５２
に指令が出され、所定の駆動周波数で圧縮機が運転され
る。

【００７２】制御目標値については、予め定た値であっ
てもよく、運転状態によって変化させることも可能であ
る。また、制御演算部の内容は、比例制御、ＰＩＤ制
御、あるいはファジィル−ルを用いた制御等が適用でき
る。以上の制御法によれば、暖房運転では、高圧側の圧
力が定められた圧力で一定になるように圧縮機の回転数
が制御され、回転数に応じた冷媒流量が室内側に流れ
る。また、室内側の冷媒凝縮圧力をほぼ一定に保つこと
ができる。

【００７３】中段の室内側の制御法を説明する。まず、
制御目標値はリモ−トコントロ−ラの信号で決められ、
室内空気温度サ−ミスタ４０ａの信号と比較される。制
御目標値と室内空気温度サ−ミスタ４０ａの信号との差
に応じて、冷媒ポンプ５ａの回転数制御装置５４ａに指
令が出され、所定の駆動周波数で冷媒ポンプ５ａが運転
される。制御演算部の内容は、比例制御、ＰＩＤ制御、
あるいはファジィル−ルを用いた制御等が適用できる。
下段の室内ユニット２ｂの場合についても同様である。
以上の制御法によれば、暖房運転では、室内の空気温度
が設定値になるように冷媒ポンプ５によって冷媒流量が
制御される。

【００７４】圧縮機１１の冷媒流量と冷媒ポンプ５ａ、
５ｂ流量の和は、以下のようにして一致する。冷媒ポン
プ５ａあるいは５ｂの回転数が上昇し流量が増加する
と、キャピラリチュ−ブ３０ａあるいは３０ｂの後の圧
力が低下しキャピラリチュ−ブ３０ａあるいは３０ｂの
流量も増加する。この結果、室内熱交換器２１ａ，２１
ｂの圧力が低下し、高圧側の圧力が低下する。高圧側の
圧力が低下すると圧縮機の回転数が上昇し冷媒流量が増
大する。逆の場合も同様な説明ができる。以上の様に圧
縮機１１の冷媒流量と冷媒ポンプ５ａ、５ｂ流量の和は
一致することができ、安定した運転が可能となる。

【００７５】次に、全体の制御フロ−の実施例をを図１
４に示す。リモ−トコントロ−ラからの起動指令で室外
送風機、室内送風機、圧縮機が起動される。次に、所定
時間経過後に冷媒ポンプが起動される。圧縮機等に対し
て遅れて起動するのは、冷媒ポンプへの液冷媒の供給を
確実に行うためである。液冷媒の確実な供給によって、
冷媒ポンプの摺動部の摩耗防止、騒音の低減が可能とな
る。次に、運転状態を判定して、定められた条件を満足
すれば、図１２、図１３に示したような、フィ−ドバッ
ク制御を行う。また、停止指令にたいしては、まず冷媒
ポンプを停止し、次に圧縮機、室内外送風機を停止す
る。この停止順序も、起動時と同様な効果を得ることが
できる。

【００７６】本発明のさらに他の実施例を図１５に示
す。

【００７７】図１５も１台の室外ユニット１に２台の室
内ユニット２ａ，２ｂを接続した多室形空気調和機を示
している。室外ユニット１で、６０、６１は流量センサ
であり、５は冷媒ポンプである。なお、冷媒ポンプ５
は、両方向に流れるポンプである。全体の構成は図８に
示す室外ユニット１の構成と同様である。室内ユニット
２ａ、２ｂで、２１ａ，２１ｂは室内熱交換器、２２
ａ，２２ｂは冷媒制御弁、４０ａ，４０ｂは室内空気温
度検知用のサ−ミスタである。

【００７８】さらに、５１は室外ユニット側の制御装置
で、信号変換、演算機能、制御指令出力機能等を持つ、
５２は圧縮機の回転数を制御する回転数制御装置であ
り、さらに具体的にはインバ−タである。５５は冷媒ポ
ンプ５の回転数を制御する回転数制御装置であり、さら
に具体的にはインバ−タである。また、５３ａ，５３ｂ
は、室内ユニット側の制御装置で、信号変換、演算機
能、制御指令出力機能等を持つ。

【００７９】まず、冷房運転時の冷媒の流れについて説
明する。冷媒の流れは図中に実線で示す。圧縮機１１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って
室外熱交換器１２へ入り、室外空気と熱交換され、凝縮
して液冷媒となる。液冷媒は室外冷媒制御弁、レシ−バ
を通って冷媒ポンプ５で加圧され液配管３へ入る。液配
管３へ入った液冷媒は分岐され、それぞれ室内ユニット
２ａ、２ｂへ入る。

【００８０】室内ユニット２ａでは、液冷媒は制御弁２
２ａで減圧され、室内熱交換器２１ａへ入り、室内空気
と熱交換されて蒸発しガス冷媒となる。

【００８１】このとき室内が冷房される。ガス冷媒は室
内ユニット２ａ、２ｂを出て合流し、ガス配管４を通っ
て、室外ユニット１へ入る。室外ユニット１へ入ったガ
ス冷媒は四方弁１４とアキュムレータ１５を通って圧縮
機１１へ吸入される。

【００８２】次に、暖房運転時の冷媒の流れについて説
明する。冷媒の流れは図中に破線で示す。圧縮機１１か
ら吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁１４を通って
ガス配管４へ入り分岐され、それぞれ室内ユニット２
ａ、２ｂへ送られる。室内ユニット２ａ、２ｂへ入った
高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器２１ａ、２１ｂでそ
れぞれの室内空気と熱交換され、凝縮して液冷媒とな
る。このとき室内が暖房される。液冷媒は制御弁２２
ａ、２２ｂを通って、合流し、液配管３を通って室外ユ
ニット１へ入り、冷媒ポンプ５で加圧される。冷媒ポン
プ５で加圧された液冷媒は、室外冷媒制御弁１３で減圧
され、室外熱交換器１２へ入る。室外熱交換器１２へ入
った冷媒は室外空気と熱交換されて蒸発し、四方弁１４
とアキュムレータ１５を通って圧縮機１１へ吸入され
る。

【００８３】次に、制御信号、電源系統について説明す
る。室外側では、室外側制御装置５１に圧力センサ５
０、流量センサ６０、６１の信号が取り込まれ、圧縮機
の回転数は、予めプログラムされた制御法に従って演算
され、回転数制御装置５２に指令が出力される。この指
令に従って所定の駆動周波数で圧縮機１１が運転され
る。図１５の実施例でも、図１１、１２、１３の実施例
と同様、冷房運転時には低圧圧力を一定にするように圧
縮機回転数が制御され、暖房運転時には高圧圧力を一定
にするように圧縮機回転数が制御される。

【００８４】また、圧縮機から吐出される冷媒の流量が
冷媒流量センサ６１で検出される。一方、冷媒流量セン
サ６０によって冷媒ポンプの流量が検出され制御装置５
１に取り込まれる。冷媒ポンプの回転数は冷媒流量セン
サ６１、冷媒流量センサ６０によって得られる流量が一
致するように決定される。室内ユニット２ａでは室内空
気温度センサ４０ａの信号が制御装置５３ａに取り込ま
れ、予めプログラムされた制御法に従って演算され、冷
媒制御弁に指令が出力される。この指令に従って冷媒制
御弁が駆動され所定の開度となる。つまり、冷媒制御弁
によって流量を制御し、冷房能力が制御される。室内ユ
ニット２ｂでも同様である。

【００８５】次に、冷媒に関する実施例について図示を
省略して説明する。当該実施例においては、前記各実施
例における空気調和機に、現在空調機、冷凍機で用いら
れているＨＣＦＣ２２はいうに及ばず塩素を含まないＨ
ＦＣ系の単一冷媒、非共沸混合冷媒、すなわち塩素を含
まない非塩素系冷媒が使用される。

【００８６】以上、本発明の実施例を空気調和機を対象
に説明したが、低温を得るための冷凍機にも適用可能で
ある。また、圧縮機、冷媒ポンプの容量可変法として回
転数を変える方法のついて説明したが、他の容量可変手
段を用いても本発明は適用できる。

【００８７】

【発明の効果】本発明によれば、室外熱交換器と室内熱
交換器との間の冷媒液流路に冷媒ポンプを設け、液冷媒
を加圧することによって、室内ユニット間に高低差があ
る場合、液ヘッドに打ち勝って液冷媒を上方に送ること
ができる。これによって、室内ユニットに流れる冷媒を
十分確保でき、室内ユニットの能力低下が防止できる。
また、室外ユニットと室内ユニットに高低差がある場
合、冷媒ポンプで液冷媒を加圧し上方に流すことによっ
て、液冷媒出口圧力が高められ、これによって、圧縮機
の吸入圧力も上昇し、冷媒循環量が確保され、室内ユニ
ットの能力低下が防止できる。さらに、室外ユニットと
室内ユニットとの配管長が長い場合に、冷媒ポンプで液
冷媒を加圧することによって、液冷媒出口圧力が高めら
れ、前述と同様に、室内ユニットの能力低下が防止でき
る。

【００８８】また、冷媒ポンプを室内ユニットの冷媒液
流路に設け、容量変化させることによって、室内ユニッ
トを複数台有する多室形空気調和機の各室内ユニットの
能力をそれぞれ独立に制御できる。

【００８９】

【図面の簡単な説明】

【図１】先行発明の一実施例を示す空気調和機の配置
図。

【図２】先行発明の一実施例を示す冷凍サイクル構成
図。

【図３】他の先行発明の一実施例を示す空気調和機の配
置図。

【図４】他の先行発明の一実施例を示す冷凍サイクル構
成図。

【図５】本発明の一実施例を示す空気調和機の配置図。

【図６】本発明の一実施例を示す冷凍サイクル構成図。

【図７】本発明の他の実施例を示す冷凍サイクル構成
図。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す冷凍サイクル
構成図。

【図９】図８の実施例の作動状態図。

【図１０】本発明のさらに他の実施例を示す室内ユニッ
トの構成図。

【図１１】本発明のさらに他の実施例を示す室内ユニッ
トの構成図。

【図１２】図１１の冷房運転時の制御ブロック図。

【図１３】図１１の暖房運転時の制御ブロック図。

【図１４】図１１の制御フロー。

【図１５】本発明のさらに他の実施例を示す室内ユニッ
トの構成図。

【符号の説明】

１…室外ユニット ２、２ａ、
２ｂ…室内ユニット ３…液配管 ４…ガス配
管 ５、５ａ、５ｂ…冷媒ポンプ ６…電磁弁 ７…固定絞り １１…圧縮機 １２…室外熱交換器（熱源側熱交換器） １３…室外冷
媒制御弁 １４…四方弁 １５…アキュ
ムレータ １６…レシーバ １７…室外送
風機 ２１、２１ａ、２１ｂ…室内熱交換器（利用側熱交換
器） ２２、２２ａ、２２ｂ…室内冷媒制御弁 ２３ａ、２３ｂ…冷媒ポンプ制御器 ２４ａ、２４ｂ…室内送風機 ２５、２６…冷媒分流器 ３０ａ、３０ｂ…キャピラリチューブ ４０ａ、４０ｂ…室内空気温度センサ ５０…圧力センサ ５１、５３ａ、５３ｂ…制御装置 ５２、５４ａ、５４ｂ…回転数制御装置 ６０、６１…流量センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸草健治 静岡県清水市村松390番地 株式会社日 立製作所清水工場内 (56)参考文献 特開 平１−285745（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−116344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−194159（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322322（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 1/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、熱源側熱交換器と利用側熱交換
   器等を冷媒配管で接続した冷凍サイクルにおいて、前記
   熱源側熱交換器と利用側熱交換器との間の冷媒液流路に
   冷媒ポンプを設け、制御装置と前記圧縮機の回転数制御
   装置、前記冷媒ポンプの回転数制御装置を設け、前記制
   御装置によって前記圧縮機と前記冷媒ポンプの質量流量
   が一致するように前記圧縮機の回転数と前記冷媒ポンプ
   の回転数を制御することを特徴とする冷凍サイクル。
2. 【請求項２】 圧縮機、熱源側熱交換器と複数の利用側
   熱交換器等を冷媒配管で接続した冷凍サイクルにおい
   て、前記熱源側熱交換器と各利用側熱交換器との間の冷
   媒液流路に冷媒ポンプを設け、熱源側制御装置と冷凍サ
   イクルの圧力を検知する圧力センサと前記圧縮機の回転
   数制御装置を設け、前記熱源側制御装置によって圧縮機
   の回転数で冷凍サイクルの圧力を制御せしめ、利用側制
   御装置と利用側熱媒体の温度センサと前記冷媒ポンプの
   回転数制御装置を設け、前記利用側制御装置によって前
   記冷媒ポンプの回転数で利用側熱媒体の温度を制御せし
   めることを特徴とする冷凍サイクル。
3. 【請求項３】 冷凍サイクルの冷媒として、塩素を含ま
   ない冷媒を用いたことを特徴とする請求項１または２に
   記載の冷凍サイクル。