JP3529449B2

JP3529449B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP3529449B2
Application number: JP22412194A
Authority: JP
Inventors: 勇人三平; 裕明宮崎
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JPH0861744A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１台の室外機と複数の
室内機とからなり、ビル等の空気調和に用いられるマル
チタイプの空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビル等の空気調和には、冷温水を熱源と
してエアーハンドリングユニットやファンコイル等の空
気調和装置が一般に用いられている。しかし、近年水質
の悪化が激しく、これにより配管が腐食されるなどの問
題が多く発生するようになり、できるだけ水の使用を控
えたいという要望が出てきている。これらの要望に対す
る回答として、例えば冷媒を直接冷熱源とするヒートポ
ンプマルチ方式や、その他ＶＡＶパッケージ方式などが
提案されている。

【０００３】ヒートポンプマルチ方式の例として、例え
ば特開平２−２２３７７４号公報に開示されたものは、
図１０に示される構成となっている。これは、コンプレ
ッサ１と熱交換器６を備える室外機６１と、それぞれ熱
交換器６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃを有する複数の室内機６
６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃと、これら複数の室内機をガス管
６５および液管６４により並列に室外機６１に接続する
分岐ユニット６３とからなっている。液管６４およびガ
ス管６５にはそれぞれ膨脹弁６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃと
流量調整弁６９Ａ、６９Ｂ、６９Ｃが設けられている。

【０００４】この装置では、ガス管側の流量調整弁６９
Ａ、６９Ｂ、６９Ｃを負荷に相当する開度だけ開き冷媒
量を制御する。すなわち、冷房運転時には、負荷が軽い
と流量調整弁の開度が閉じ方向に制御される。これによ
り、室内機側熱交換器６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃの蒸発温
度が上がり、吸い込み空気温度との差が小さくなるため
吹き出し空気温度が上昇する。また、暖房運転時には、
負荷が軽いと流量調整弁が閉じ方向に制御される。そし
て、室内機側熱交換器６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃの凝縮温
度が下がり、吸い込み空気温度との差が小さくなるため
吹き出し空気温度が下降する。このようにして、室内機
は負荷の変化に対して吹き出し空気温度の変化で対応す
る。一方、ＶＡＶパッケージ方式は、室内機の吹き出し
空気温度を一定にし、ＶＡＶユニットにより風量を制御
することにより空調ゾーンの室温を変化させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヒートポンプ
マルチ方式は、負荷に応じて吹き出し空気温度を変化さ
せるため空調ゾーンごとに室内機が必要となり、非常に
多くの室内機を居住区域に設置するので、そのメインテ
ナンス性が著しく低く、そのうえ外気処理のため外気処
理装置を数多い室内機ごとに付設しなければならず、高
い設備コストを要するという問題がある。

【０００６】一方、ＶＡＶパッケージ方式の場合には、
室外機と室内機をそれぞれ一ヵ所に集中するのでメイン
テナンス性は良好であるが、ビル内でのＯＡ機器の偏
在、空調ゾーンの方位、あるいはその他の使い勝手によ
って負荷の異なる複数の空調ゾーンに対しては、それぞ
れ別個の室外機および室内機を設置しなければならない
ので、やはり空調機の数が増加し、そのための設置スペ
ースの増大を必要とすることになる。したがって、本
発明は、１台の室外機と複数の室内機を備える空気調和
装置において、高い設備コストを要することなく、個々
の空調ゾーンにおいてその要求負荷に応じて個別に風量
を変化できるようにした空気調和装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、室
外機用熱交換器と能力可変のコンプレッサを備える１台
の室外機と、該室外機に冷凍サイクルの液管とガス管を
形成する冷媒配管により並列に接続され、それぞれ室内
機用熱交換器と送風機を備える複数の室内機とからな
り、各室内機の送風をダクトによりそれぞれＶＡＶユニ
ットを備える複数の空調ゾーンに導き、それぞれの空調
ゾーンの室温をＶＡＶユニットによる風量変化で制御す
る空気調和装置において、室内機はそれぞれ、冷媒配管
に配設された流量調整弁、膨張弁、前記室内機用熱交換
器の入口および出口の冷媒温度を検出する温度センサ、
ならびに前記流量調整弁と膨張弁の間に配設された冷媒
圧力を検出する圧力センサおよび冷媒温度を検出する温
度センサと、室内機用熱交換器の吹き出し空気温度を検
出する温度センサと、ＶＡＶユニットによる風量、冷媒
圧力および冷媒温度に基づき、冷房運転時には膨脹弁に
入る冷媒の過冷却度が当該室内機の負荷に応じた値にな
るよう流量調整弁を制御して、ＶＡＶユニットによる風
量変化に合わせて吹き出し空気温度を所定温度に制御す
る制御手段とを有し、前記室外機は、室内機の負荷に応
じてコンプレッサの出力を制御するように構成されたも
のとした。

【０００８】上記構成はまずヒートポンプマルチ方式と
ＶＡＶパッケージ方式を組み合わせることになるが、ヒ
ートポンプマルチ方式は基本的に風量一定を前提として
負荷にあわせて吹き出し空気温度を制御する。一方、Ｖ
ＡＶパッケージ方式はそれぞれの空調ゾーンの負荷に合
わせて給気風量を可変として所定の室温を維持するもの
であるが、ある室内機においてその総風量が減少したと
しても、すべての空調ゾーンの空調負荷が減少したこと
を意味しない。ＶＡＶパッケージ方式では上述のように
吹き出し空気温度が一定になるようにコンプレッサの容
量制御を行なうものであるが、ヒートポンプマルチ方式
においては単にコンプレッサの容量制御を行なっても吹
き出し空気温度の制御はできない。これは、ヒートポン
プマルチ方式では室外機から複数の室内機までの冷媒配
管距離がまちまちであり、圧力損失は冷媒流速の２乗に
比例することからコンプレッサの容量制御を行なうと各
室内機に到達する冷媒の圧力分布が大きく変化し、各室
内機の冷媒流量も変化してしまうからである。

【０００９】一方、ＶＡＶパッケージ方式においては、
各室内機が受け持つ空調ゾーンの空調負荷が異なること
から各室内機ごとに吹き出し空気温度を異ならせる必要
がある。この際、ヒートポンプマルチ方式をベースとし
て、１台の室内機の吹き出し空気温度を変化させるため
コンプレッサの容量制御を行なうと、上記のように他の
室内機の吹き出し空気温度まで変化することとなる。し
たがって、とくにダクトを用いて複数ゾーンの室温を個
々に制御しようとする場合に、空調ゾーンによってはこ
れまで快適な室温であったものがなんら手を付けないの
に変化してしまうような不具合が生じる可能性もある。
また同様に、室内機同志が干渉し合い、吹き出し空気温
度の制御が困難になることもあり得る。

【００１０】また、すべての空調ゾーンの空調負荷が減
少し、例えば冷房において大多数のＶＡＶユニットが最
少換気状態となった場合には、室内機はその吹き出し空
気温度を上げることによりＶＡＶユニットを制御範囲に
戻して、快適空調を維持するようにし、また、吹き出し
空気温度がすべての空調ゾーンの要求負荷に対して不足
した場合には吹き出し空気温度を下げることが望まし
い。

【００１１】したがって本発明では、各室内機の膨脹弁
の手前に流量調整弁を備え、該流量調整弁を制御する制
御手段を有するものとし、制御手段は、冷房運転時には
膨脹弁に入る冷媒の過冷却度が室内機の負荷に応じて決
定される値になるよう流量調整弁を制御するものとして
いる。なお、暖房運転時には室内機の熱交換器を出た冷
媒の過冷却度が一定になるよう流量調整弁を制御するも
のとするのが好ましい。そしてさらに、複数の室内機に
向かう液管とガス管の間には、互いの間で熱交換を行な
う第１の過冷却熱交換器を設け、あるいは室外機の熱交
換器に向かう液管とガス管の間に、互いの間で熱交換を
行なう第２の過冷却熱交換器を設けることができる。

【００１２】

【作用】上記構成により、各室内機から複数の空調ゾー
ンへの各ダクトにＶＡＶユニットを備え、ＶＡＶユニッ
トによる風量変化でそれぞれの空調ゾーンの室温が制御
される。これにより、多数の空調ゾーンごとの室温調節
は簡単な構成のＶＡＶユニットで行なわれ、個別に室内
機を設置する必要がないからメインテナンス性が向上す
る。

【００１３】また、個々の空調ゾーンの状態に応じてＶ
ＡＶユニットにより風量を変化できるとともに、制御手
段が、室内機の膨脹弁手前に配置された流量調整弁を負
荷に対応した過冷却度となるように制御することによ
り、風量が変化されても他の室内機との干渉を生じない
でそれぞれの室内機において膨張弁による冷媒圧力を一
定に保持でき、吹き出し空気温度の安定した空気調和が
行なわれる。そして、必要に応じて吹き出し空気温度も
任意に制御できる。

【００１４】なお、複数の室内機に向かう液管とガス管
の間に第１の過冷却熱交換器を設けたときには、流量調
整弁を通過する液冷媒の過冷却度が大きくなり、流量調
整弁による流量の制御幅が拡大される。さらに室外機の
熱交換器に向かう液管とガス管の間に第２の過冷却熱交
換器を設けたときには、室外機のコンプレッサに入るガ
ス冷媒の過熱度を大きくすることができ、暖房能力が向
上する。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例のシステム構成
を示す。この実施例においては、室外機３０に対して、
分岐ユニット４０を介して３機の室内機５０Ａ、５０
Ｂ、５０Ｃが並列に接続されている。各室内機からは
熱交換された空気がダクト４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃによ
り空調ゾーンＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＣへ
導かれる。各ダクトは対応する空調ゾーンの数に応じて
適宜に分岐し、それぞれにＶＡＶユニット４５Ａ、４５
Ｂ、４５Ｃ等が設けられ、個別に空調ゾーン室内への風
量を変化可能となっている。

【００１６】図２は本実施例の冷媒回路を示す。３機の
室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、分岐ユニット４０を
介して、液管およびガス管を形成する冷媒配管Ｒ１、Ｒ
２により室外機３０に対して並列に接続される。室外機
３０は、能力可変のコンプレッサ１と熱交換器６を備え
る。コンプレッサ１にはアキュムレータ３が付設され、
四方弁２により流れ方向が切り替えられる冷媒配管に連
結されている。コンプレッサ１の吐出側と吸い込み側に
はそれぞれ圧力センサ１１Ａ、１１Ｂが設けられてい
る。熱交換器６には室外機の送風機２１が付設され、両
端にはそれぞれ温度センサ１０Ａ、１０Ｂが設けられて
いる。

【００１７】室外機３０には、さらに室外機側過冷却熱
交換器４が備えられ、室外機側過冷却熱交換器４と熱交
換器６の間の冷媒配管には、電子式の暖房運転用膨脹弁
７、圧力センサ８および冷媒温度を検出する温度センサ
９が設置されている。室外機側過冷却熱交換器４を通過
する他の冷媒配管の入口側は熱交換器６に接続され、出
口側は四方弁２に接続されている。この冷媒配管の入
口と出口の間には２個の冷房運転用逆止弁５Ａ、５Ｂが
設けられ、冷房運転時には冷媒が室外機側過冷却熱交換
器４をバイパスするようになっている。

【００１８】四方弁２は、冷房運転時に冷媒が冷媒配管
Ｒ１から送出され、暖房運転時には冷媒が冷媒配管Ｒ２
から送出されるとともに、いずれの場合も戻り冷媒がア
キュムレータ３を経てコンプレッサ１に戻るように循環
経路を切り替える。ここでは、冷媒配管Ｒ１が液管を、
冷媒配管Ｒ２がガス管を形成している。

【００１９】分岐ユニット４０は室内機側過冷却熱交換
器１２を備える。過冷却熱交換器１２は冷媒配管Ｒ１に
より室外機側過冷却熱交換器４と接続されるとともに、
２個の暖房運転用逆止弁１３、２３を介して冷媒配管Ｒ
２に接続されている。冷媒配管Ｒ２および過冷却熱交換
器１２を通過した冷媒配管Ｒ１はそれぞれ室内機５０
Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに並列に接続された分岐配管とな
る。

【００２０】室内機５０Ａは、室内機側熱交換器１８Ａ
と、これに付設された室内機の送風機２４Ａを備え、熱
交換器１８Ａの両端に上記冷媒配管Ｒ１およびＲ２が接
続される。冷媒配管Ｒ１には、室内機側過冷却熱交換器
１２側から熱交換器１８Ａ方向に順に電子式の流量調整
弁１４Ａ、冷媒温度検出の温度センサ１７Ａ、圧力セン
サ１６Ａ、電子式の冷房運転用膨脹弁１５Ａが設けられ
ている。また、熱交換器１８Ａには室内機吹き出し空気
温度を検出する温度センサ２２Ａが付設されるととも
に、両端には室外機と同様に温度センサ１９Ａ、２０Ａ
が設けられている。熱交換器１８Ａで熱交換され室内機
の送風機２４Ａにより吹き出される空気は、ダクト４７
Ａにより空調ゾーンＺＡ１、ＺＡ２へ導かれる。ダクト
の各空調ゾーン側にはそれぞれＶＡＶユニット４５Ａが
設けられ、個別に風量を変化可能となっている。室内機
５０Ｂ、５０Ｃも室内機５０Ａと同じ構成を有し、以
降、それぞれ参照番号にＢおよびＣを付して示す。

【００２１】図３は、上記の室内機および室外機におけ
る制御装置を示す。制御装置は室内機および室外機とも
マイクロコンピュータおよびその周辺機器からなる。室
外機制御部３１は、外部にコンプレッサ用インバータ３
２、室外機の送風機用インバータ３３を接続している。
また、周辺機器として、暖房運転用膨脹弁７の駆動制御
部３４、四方弁２の駆動制御部３５、温度センサ９、１
０Ａ、１０Ｂのための温度変換器３６、圧力センサ８、
１１Ａ、１１Ｂのための圧力変換器３７が室外機制御部
３１に接続されている。

【００２２】室内機５０Ａにおける室内機制御部５１Ａ
は、周辺機器として、冷房運転用膨脹弁１５Ａの駆動制
御部３９Ａ、流量調整弁１４Ａの駆動制御部４１Ａ、各
温度センサ１７Ａ、１９Ａ、２０Ａおよび２２Ａのため
の温度変換器４２Ａ、圧力センサ１６Ａのための圧力変
換器４３Ａ、ならびに温度設定器４４Ａが室内機制御部
５１Ａに接続されている。また、室内機５０Ａには室内
機の送風機用インバータ３８Ａがあり、このインバータ
には空調ゾーンごとに設置されたＶＡＶユニット４５Ａ
の設定状況に対応して風量を決定する風量設定部４６Ａ
が接続されている。室内機５０Ｂ、５０Ｃにおける室内
機制御部５１Ｂ、５１Ｃについても同様に構成され、そ
れぞれ参照番号にＢおよびＣを付して示す。

【００２３】室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、
それぞれ上記周辺機器からの情報に基づいて室内機５０
Ａ、５０Ｂ、５０Ｃにおける負荷状態を演算する。室外
機制御部３１は各室内機の室内機制御部５１Ａ、５１
Ｂ、５１Ｃから入力される負荷信号を合計し、これに相
当する制御信号をコンプレッサ用インバータ３２に送出
する。コンプレッサ用インバータ３２はこの制御信号に
従いコンプレッサ１を駆動する。

【００２４】すなわち、室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、
５１Ｃは吹き出し空気温度センサ２２Ａ、２２Ｂ、２２
Ｃの温度データとそれぞれの温度設定器４４Ａ、４４
Ｂ、４４Ｃで設定された温度データとの差を演算する。
そして、室内機の吹き出し空気温度が吸い込み空気温度
や、湿度などにより影響されるため、それらを勘案した
負荷増減量を室外機制御部３１に送る。また、室内機の
送風機用インバータ３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃは、それぞ
れの風量設定部４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃからの風量信号
を受けて室内機の送風機２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを駆動
し、送風量を制御する。

【００２５】次に上記構成における冷房運転時の作動を
図４により説明する。冷房運転時には、四方弁２によ
り、同図に付した矢印の方向に冷媒が流れ、室外機側熱
交換器６が凝縮器、各室内機側熱交換器１８Ａ、１８
Ｂ、１８Ｃが蒸発器として作用する。すなわち、室外機
３０においてコンプレッサ１からの圧縮ガス冷媒は、四
方弁２と冷房運転用逆止弁５Ａを通り、熱交換器６で液
化する。それから、室外機側過冷却熱交換器４を経て分
岐ユニット４０の室内機側過冷却熱交換器１２へ入る。
室内機側過冷却熱交換器１２では、各室内機５０Ａ、５
０Ｂ、５０Ｃの室内機側熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８
Ｃから出てきたガス冷媒と熱交換され過冷却度が増大し
た液冷媒となる。

【００２６】さらに、冷媒は分岐配管により分岐され、
各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに並列に入り、続
いて冷房運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを経て減
圧されて、低温の気液混合状態になる。つぎに、冷媒は
熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃにおいて室内空気と熱
交換され、ガス状の冷媒となる。そして、冷媒配管Ｒ２
により再び分岐ユニット４０の過冷却熱交換器１２へ戻
り、室外機３０から冷媒配管Ｒ１で入ってくる液冷媒を
冷却する。室内機側過冷却熱交換器１２を出た冷媒は、
室外機３０の四方弁２からアキュムレータ３を経てコン
プレッサ１へ戻る。室内機側過冷却熱交換器１２が発明
の第１の過冷却熱交換器を構成している。

【００２７】この間における暖房運転用膨脹弁７、室外
機用送風機２１、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、
冷房運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御は以下
のように行なわれる。まず、室外機制御部３１により暖
房運転用膨脹弁７は全開状態に保持される。つぎに、室
外機用送風機用インバータ３３に、コンプレッサ１の吐
出側圧力センサ１１Ａにより検出される圧力が予め設定
された値になるよう、例えばＰＩＤ制御あるいはステッ
プ制御などによる信号が出力され、これにより室外機用
送風機２１が駆動されて風量を制御する。

【００２８】一方、室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１
Ｃでは、圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを通じて冷
媒の圧力を検出し、各室内機における冷媒の飽和温度を
計算する。そして、冷媒温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、
１７Ｃで検出した温度との差、つまり過冷却度を計算
し、図５に示される過冷却度レベルと室内機の負荷の関
係式から求めた過冷却度になるように、流量調整弁１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを制御する。さらに、室内機側熱交
換器の両端に設置された温度センサ１９Ａ、１９Ｂ、１
９Ｃ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの検出信号により、入口
と出口の温度差、つまり過熱度が一定になるように、冷
房運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを制御する。

【００２９】ここで、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ
の負荷が同等であれば、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、
１４Ｃの開度は互いに同じとなる。この場合には、分岐
ユニット４０からの冷媒は各室内機に均等に分配され、
各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの吹き出し空気温度は
同温度となる。

【００３０】つぎに、例えば室内機５０Ａの負荷が重く
て風量が大に設定され、室内機５０Ｂ、５０Ｃの負荷は
軽くて風量が小に設定された場合には、室内機５０Ｂお
よび５０Ｃの吹き出し空気温度は下がり始める。そこ
で、室内機５０Ｂ、５０Ｃの室内機制御部５１Ｂ、５１
Ｃは、室外機制御部３１に対してインバータ３２への制
御信号を下げさせ、これによりコンプレッサ１の出力が
低下する。

【００３１】これと同時に、室内機５０Ｂ、５０Ｃの過
熱度が小さくなるため、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは
冷房運転用膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃの開度を小さくする。
その結果、冷凍サイクル全体の冷媒流量が減少して、分
岐ユニット４０から各室内機側へ送出される液冷媒の過
冷却度は増加する。なお、この間、コンプレッサ１の吐
出圧力は一定になるよう制御されているので、各室内機
の冷房運転用膨脹弁手前の圧力は変化しない。

【００３２】室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは、上にあわ
せて流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃを絞る。これは、冷房運
転用膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃは室内機側熱交換器１８Ｂ、
１８Ｃの過熱度を一定にするだけで、吹き出し空気温度
や冷媒量を制御していないので、結果的に吹き出し空気
温度が下がり負荷が大きな状態の温度まで回復しない場
合が起こり得る。この対策として、冷房運転用膨脹弁１
５Ｂ、１５Ｃ手前の過冷却度が小さくなるようにするも
のである。

【００３３】すなわち、流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃを絞
ると、冷房運転用膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃ手前の圧力が下
がり、熱交換器１８Ｂ、１８Ｃを流れる冷媒量が減少す
る。その結果、熱交換量が減り、吹き出し空気温度が上
昇して、負荷の大きな室内機５０Ａの吹き出し空気温度
と同じ温度が得られる。図６は上述の過冷却度の制御要
領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。

【００３４】なお、分岐ユニット４０は過冷却熱交換器
１２を備えているので、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、
１４Ｃに入る液冷媒の過冷却度を大きくでき、流量調整
弁の開度を小さく絞りこんでも冷媒が膨脹し始めること
がないから、流量の制御幅が拡大される。また、この過
冷却熱交換器１２は、戻りの冷媒を完全にガス化するの
に役立つ。すなわち、室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの
吹き出し風量を急速に減少させた場合に、冷房運転用膨
脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御速度が追いつかず室
内機側熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃで蒸発しきれな
かった液冷媒があっても、過冷却熱交換器１２が一時的
な蓄熱器として働くので、液冷媒がコンプレッサ１に入
る液圧縮現象が防止される。同じく、過冷却熱交換器１
２により、コンプレッサ１に入るガス冷媒の過熱度を確
保できるので、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの冷房
運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの過熱度を小さく
設定でき、室内機側熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの
利用効率を上げることができる。

【００３５】つぎに暖房運転時の作動を図７により説明
する。暖房運転時には、四方弁２の切り替えにより、同
図に付した矢印の方向に冷媒が流れ、室外機側熱交換器
６が蒸発器、各室内機側熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８
Ｃが凝縮器として作用する。すなわち、コンプレッサ１
からの圧縮ガス冷媒は、四方弁２から冷媒配管Ｒ２によ
り分岐ユニット４０に入り、暖房運転用逆止弁１３を通
ったあと分岐され、各熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ
で液化する。

【００３６】このあと、液冷媒は各流量調整弁１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃを経て、分岐ユニット４０で他の室内機
からきた冷媒と合流し、室内機側過冷却熱交換器１２を
通り、冷媒配管Ｒ１で室外機３０の室外機側過冷却熱交
換器４に入る。冷媒は室外機側過冷却熱交換器４におい
て室外機側熱交換器６からのガス冷媒と熱交換され、過
冷却度が増大した液冷媒となる。

【００３７】液冷媒はさらに暖房運転用膨脹弁７により
減圧され、低温の気液混合状態になって熱交換器６に入
る。冷媒は熱交換器６で室外空気と熱交換され、ガス状
となって室外機側過冷却熱交換器４を通過し、前述のよ
うに分岐ユニット４０からきた液冷媒を冷却するととも
に、自らは過熱度の増したガス状の冷媒となる。このあ
と、冷媒は四方弁２およびアキュムレータ３を経てコン
プレッサ１に戻る。室外機側過冷却熱交換器４が発明の
第２の過冷却熱交換器を構成している。

【００３８】この間における冷房運転用膨脹弁１５Ａ、
１５Ｂ、１５Ｃ、室外機用送風機２１、流量調整弁１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、暖房運転用膨脹弁７の制御は以下
のように行なわれる。まず、各室内機制御部５１Ａ、５
１Ｂ、５１Ｃにより、冷房運転用膨脹弁１５Ａ、１５
Ｂ、１５Ｃは全開状態に保持される。つぎに、室外機制
御部３１により、室外機用送風機用インバータ３３に、
コンプレッサ１の吸い込み側圧力センサ１１Ｂにより検
出される圧力が予め設定された値になるよう、例えばＰ
ＩＤ制御あるいはステップ制御などによる信号が出力さ
れ、これにより室外機用送風機２１が駆動されて風量を
制御する。

【００３９】各室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃで
は、圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃで冷媒の圧力を
測定し、冷媒の飽和温度を演算する。そして、それらの
各飽和温度と温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃで検出
される温度との差、つまり過冷却度を求め、この過冷却
度が常に一定になるように流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、
１４Ｃを制御する。また室外機制御部３１は、熱交換器
６の出入口に取り付けられた温度センサ１０Ａ、１０Ｂ
の検出結果に基づいて、冷房運転時の室内機と同様に過
熱度が一定に保持されるように暖房運転用膨脹弁７を制
御する。

【００４０】ここで、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ
の負荷が同等であれば、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、
１４Ｃの開度は互いに同じとなる。この場合には、分岐
ユニット４０から冷媒が均等に分配されて、各室内機５
０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの吹き出し空気温度は同じとな
る。つぎに、例えば室内機５０Ａの負荷が重くて風量が
大に設定され、室内機５０Ｂ、５０Ｃの負荷が軽くて風
量が小に設定された場合には、室内機５０Ｂ、５０Ｃの
吹き出し空気温度は上昇し始める。

【００４１】そこで、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは、
室外機制御部３１に対してインバータ３２への制御信号
を下げさせ、これによりコンプレッサ１の出力が低下す
る。その結果、冷凍サイクル全体の冷媒流量が減少す
る。これと同時に、室内機５０Ｂ、５０Ｃの過冷却度が
大きくなるため、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは流量調
整弁１４Ｂ、１４Ｃを絞り方向に制御して、室内機５０
Ｂ、５０Ｃへの冷媒流量を減少させる。これにより、吹
き出し空気温度は下降し、常時所定値に保持される。な
お、負荷の変化のない室内機５０Ａにおいては、コンプ
レッサ１の出力変化と流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃの絞り
の影響のバランスによって冷媒流量は変化せず、したが
って吹き出し空気温度は変化しない。上記の制御要領が
図８のモリエル線図に示される。

【００４２】なお、この暖房運転では過冷却度を一定に
維持するよう制御するので、過冷却度が大きくなって室
内機側熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ内に液冷媒が多
く溜まり冷凍サイクル全体が冷媒不足を起こす不具合現
象が防止される。さらに、室外機３０に設けられた室外
機側過冷却熱交換器４は、戻りの冷媒を完全に液化する
のに役立つ。すなわち、室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ
の吹き出し風量を急速に減少させた場合に、流量調整弁
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの制御速度が追いつかず、室外
機３０側に未凝縮のガス冷媒が流れても、室外機側過冷
却熱交換器４が一時的な蓄熱器として働いて確実に液化
され、ガス冷媒が暖房運転用膨脹弁７に入ることによる
制御性の低下が防止される。

【００４３】同じく、室外機側過冷却熱交換器４により
コンプレッサ１に入るガス冷媒の過熱度を大きくするこ
とができるので、コンプレッサ１の吐出温度が高くで
き、その分暖房能力が向上する。

【００４４】以上説明したように、本実施例では１台の
室外機から分岐ユニットを介して複数の室内機に並列に
冷媒配管されたヒートポンプ式空気調和装置において、
室内機の送風をダクトにより複数の空調ゾーンに導き各
空調ゾーンごとにＶＡＶユニットにより風量を可変とし
たうえ、分岐ユニットに室内機側過冷却熱交換器１２
を、室外機に室外機側過冷却熱交換器４を備え、室内機
の液管側には流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと冷房
運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを設け、冷房運転
時には、流量調整弁を各室内機の負荷に応じた過冷却度
になるように、そして冷房運転用膨脹弁を室内機側熱交
換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの過熱度が一定になるよう
制御する一方、暖房運転時には、流量調整弁で室内機側
熱交換器の過冷却度を一定に維持し、冷房運転用膨脹弁
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを全開にするとともに、室外機
に設けた暖房運転用膨脹弁７により室外機側熱交換器６
の過熱度を一定に制御するようにしたので、空調ゾーン
での風量を変化させても室内機の吹き出し空気温度が変
化しない。したがって、他の室内機の負荷状態の影響を
受けることなく、風量変化により個別の空調ゾーンの室
温を任意に制御できるという効果を有する。これによ
り、多数の個別の空調ゾーンには簡単なＶＡＶユニット
を配置するだけで、膨脹弁、流量調整弁等を必要とする
室内機を設置する必要がないからメインテナンス性が向
上する。

【００４５】また、冷房時には、とくに室内機側過冷却
熱交換器１２により流量調整弁に入る冷媒の過冷却度が
増されるので、流量調整幅が拡大でき、安定した冷凍サ
イクルが得られる。さらにまた、室内機の吹き出し風量
が急減したとき、冷房時には過冷却熱交換器１２が一時
的な蓄熱器として作用し、液冷媒がコンプレッサ１に入
る液圧縮現象が防止され、暖房時には室外機側過冷却熱
交換器４が一時的な蓄熱器として作用し、冷媒の確実な
液化を促進して暖房運転用膨脹弁７での制御性の低下が
防止される。なおまた、空調ゾーンの負荷状態によっ
て、特定の室内機の吹き出し空気温度を冷房運転時に上
げたり、暖房運転時に下げたりしたい場合がある。それ
らの場合にも、それぞれの運転時に求められる過冷却度
に対して冷房運転時はその過冷却度を下げるように、ま
た暖房運転時には上げるように補正を行ない、流量調整
弁を制御することにより、ＶＡＶユニットの制御範囲を
通常の状態へ戻すことができる。

【００４６】また、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの
設置場所がまちまちで、分岐ユニット４０からの配管長
に差があっても、各室内機の膨脹弁と流量調整弁間の冷
媒の状態を同じにできるので、設置工事施工に際して配
管圧損を考慮に入れなくても同じ空調能力が得られる。
そして、室内機の負荷に関係なく室内機の冷媒量を一定
に保てるため、冷媒封入量を最小にでき冷媒量調整用の
リキッドタンクが不要となる。

【００４７】図９は、本発明の第２の実施例を示す。こ
の第２の実施例は上述の第１の実施例に対して、分岐ユ
ニットを廃止し、分岐ユニットにあった室内機側過冷却
熱交換器を各室内機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、室外機３０から延びる冷媒配管Ｒ１’、Ｒ
２’が分岐されて各室内機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０
Ｃ’へ並列に接続されている。そして、各室内機内にお
いて、冷媒配管Ｒ１’が室内機側過冷却熱交換器１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを通ったあと、流量調整弁１４Ａ、
１４Ｂ、１４Ｃに接続される。

【００４８】また冷媒配管Ｒ２’は過冷却熱交換器１２
Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと並列の暖房運転用逆止弁１３Ａ、
１３Ｂ、１３Ｃが設けられるとともに、別の逆止弁２３
Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを介して過冷却熱交換器１２Ａ、１
２Ｂ、１２Ｃに接続されている。そして、逆止弁２３
Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは冷房時に戻り冷媒が過冷却熱交換
器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを通るようにし、暖房時に過
冷却熱交換器をバイパスするように流れる。その他の構
成は第１の実施例と同じである。冷房運転および暖房運
転における冷媒の流れは前実施例と同じであるから、作
動についての説明は省略する。

【００４９】この実施例によれば、第１の実施例と同様
の効果を有するとともに、室内機側過冷却熱交換器を各
室内機毎に分割して設けるから、それら個々の過冷却熱
交換器として扱いが簡単で安価な小型のものが使用でき
る利点がある。なお、逆止弁５Ａ、５Ｂ、１３、２３、
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃとし
ては電磁弁を用いてこれを制御するようにしてもよい。

【００５０】また、上記各実施例では室内機が３台接続
されたものを示したが、室内機の台数はこれに限定され
ることなく、２台でもあるいは４台以上でも同様に実施
可能であり、送風しない室内機があれば、流量調整弁を
全閉にして機能させないようにすることも可能である。
また、分岐ユニットを複数設けて、それぞれの分岐ユニ
ットに複数の室内機を接続することもでき、さらには第
１の実施例と第２の実施例を組み合わせてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、１台の室外機
に複数の室内機が並列に接続された空気調和装置におい
て、各室内機の送風をダクトにより複数の空調ゾーンに
導き、各空調ゾーンごとにＶＡＶユニットを備えて、Ｖ
ＡＶユニットによる風量変化でそれぞれの空調ゾーンの
室温を制御するようにしたので、多数の空調ゾーンごと
の室温調節が簡単な構成のＶＡＶユニットで行なわれ、
メインテナンス性を向上しながら個別の空調ゾーンを快
適な室温に制御できるという効果を有する。

【００５２】また、各室内機の熱交換器に付設された膨
脹弁の手前に流量調整弁を設け、冷房運転時には室内機
の負荷に対応した過冷却度となるように流量調整弁を制
御するので、風量が変化されても他の室内機との干渉を
生じないでそれぞれの室内機において冷媒量を一定に保
持でき、吹き出し空気温度の安定した空調が行なわれ
る。そして、必要に応じて吹き出し空気温度も任意に制
御できる。これにより、室内機の膨脹弁の状態を同じに
できるので各室内機の設置場所による能力差がなくな
り、空調設計時に能力補正する必要がなく、また設置工
事が簡略化できるという効果がある。そしてまた、室内
機の負荷に関係なく室内機の冷媒量を一定に保てるか
ら、冷媒封入量を最小にでき、冷媒量調整用のリキッド
タンクも不要となる。

【００５３】さらに、複数の室内機に向かう液管とガス
管の間に過冷却熱交換器を設けることにより、流量調整
弁に入る液冷媒の過冷却度が大きくなり、冷房運転時流
量調整弁による流量の制御幅が拡大されるという効果が
得られ、室内機の吹き出し風量を急減させても、過冷却
熱交換器の蓄熱器作用で戻りの冷媒が確実にガス化さ
れ、室外機コンプレッサの破損が防止される。また、室
外機の熱交換器に向かう液管とガス管の間に過冷却熱交
換器を設けることにより、暖房運転時室外機のコンプレ
ッサに入るガス冷媒の過熱度を大きくすることができ、
暖房能力が向上するとともに、室内機の吹き出し風量を
急減させても、過冷却熱交換器の蓄熱器作用で戻り冷媒
の確実な液化を促進する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のシステム構成図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例の冷媒回路図である。

【図３】実施例における制御装置を示すブロック図であ
る。

【図４】実施例における冷房運転時の冷媒の流れを示す
図である。

【図５】過冷却度レベルと室内機の負荷の関係を示す図
である。

【図６】冷房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図
である。

【図７】実施例における暖房運転時の冷媒の流れを示す
図である。

【図８】暖房運転時の冷凍サイクルを示すモリエル線図
である。

【図９】第２の実施例を示す図である。

【図１０】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１コンプレッサ２四方弁３アキュムレータ４室外機側過冷却熱交換器５Ａ、５Ｂ、１３、２３逆止弁６、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ熱交換器７暖房運転用膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ冷房運転用膨脹弁８、１１Ａ、１１Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ圧
力センサ９、１０Ａ、１０Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ温
度センサ１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ室内機側過冷却熱交
換器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ流量調整弁１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ
温度センサ２１室外機の送風機２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ温度センサ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ逆止弁２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ室内機の送風機３０室外機３１室外機制御部３２、３３、３８Ａインバータ３４、３５、３９Ａ駆動制御部３６、４２Ａ温度変換器３７、４３Ａ圧力変換器４０分岐ユニット４１Ａ駆動制御部４４Ａ温度設定器４５Ａ、４５Ｂ、４５ＣＶＡＶユニット４６Ａ風量設定部４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃダクト５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ａ’、５０Ｂ’、５０
Ｃ’ 室内機５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ室内機制御部６１室外機６３分岐ユニット６４液管６５ガス管６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ室内機６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ熱交換器６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ膨脹弁６９Ａ、６９Ｂ、６９Ｃ流量調整弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１’、Ｒ２’ 冷媒配管ＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＣ空調ゾー
ン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ２５Ｂ 13/00 ３３１Ｆ２５Ｂ 13/00 ３３１Ａ (56)参考文献特開平５−33968（ＪＰ，Ａ) 特開平５−26501（ＪＰ，Ａ) 特開平４−356648（ＪＰ，Ａ) 特開平４−217755（ＪＰ，Ａ) 特開平３−84352（ＪＰ，Ａ) 特開平２−223774（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−173868（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/02 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】室外機用熱交換器と能力可変のコンプレ
ッサを備える１台の室外機と、該室外機に冷凍サイクル
の液管とガス管を形成する冷媒配管により並列に接続さ
れ、それぞれ室内機用熱交換器と送風機を備える複数の
室内機とからなり、各室内機の送風をダクトによりそれ
ぞれＶＡＶユニットを備える複数の空調ゾーンに導き、
それぞれの空調ゾーンの室温を前記ＶＡＶユニットによ
る風量変化で制御する空気調和装置において、前記室内機はそれぞれ、冷媒配管に配設された流量調整弁、膨張弁、前記室内機
用熱交換器の入口および出口の冷媒温度を検出する温度
センサ、ならびに前記流量調整弁と膨張弁の間に配設さ
れた冷媒圧力を検出する圧力センサおよび冷媒温度を検
出する温度センサと、前記室内機用熱交換器の吹き出し空気温度を検出する温
度センサと、前記ＶＡＶユニットによる風量、前記冷媒圧力および冷
媒温度に基づき、冷房運転時には前記膨脹弁に入る冷媒
の過冷却度が当該室内機の負荷に応じた値になるよう前
記流量調整弁を制御して、前記ＶＡＶユニットによる風
量変化に合わせて前記吹き出し空気温度を所定温度に制
御する制御手段とを有し、前記室外機は、前記室内機の負荷に応じて前記コンプレ
ッサの出力を制御することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】前記制御手段は、それぞれの空調ゾーン
の負荷状態によって、特定の室内機の前記吹き出し空気
温度を冷房運転時に上げる場合は負荷状況に合わせて過
冷却度を下げ、前記吹き出し空気温度を暖房運転時に下
げる場合は負荷状況に合わせて過冷却度を上げるように
前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１記
載の空気調和装置。
【請求項３】前記制御手段は、暖房運転時には前記室
内機の熱交換器を出た冷媒の過冷却度が一定になるよう
前記流量調整弁を制御するものであることを特徴とする
請求項１記載の空気調和装置。
【請求項４】前記複数の室内機に向かう液管とガス管
の間に、互いの間で熱交換を行なう第１の過冷却熱交換
器が設けられていることを特徴とする請求項１から３の
いずれか１に記載の空気調和装置。
【請求項５】前記室外機の熱交換器に向かう液管とガ
ス管の間に、互いの間で熱交換を行なう第２の過冷却熱
交換器が設けられていることを特徴とする請求項１から
４のいずれか１に記載の空気調和装置。