JP3643162B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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でてきている。このような要望に対する回答として、例えば冷媒を直接熱源とするヒートポンプマルチ方式や、ＶＡＶパッケージ方式などが提案されている。
一方、近年の空気調和は多様化し、夏は冷房運転、冬は暖房運転といった単純なものではなくなっている。つまり、ビル等の内部では季節、部屋の方位や位置、ＯＡ機器等の負荷により空気調和システム内で冷房運転と暖房運転とを同時に行ないたい場合がある。例えばビル内のインテリアゾーンでは冷房運転を、ペリメータゾーンでは暖房運転を行ないたい場合がある。
【０００３】
また、春、秋の中間期には朝夕に暖房運転、昼間には冷房運転が求められる場合もある。そしてこの場合、冷房運転と暖房運転の切換時期が空調ゾーンの方角により異なり、南側では冷房運転に切り替わるべき条件に至っているのに、北側では依然暖房運転が継続される必要があることもある。
さらに、ＯＡ機器等の負荷の大きい所では、冬でも一日中冷房運転しなければならない場合もある。
そこでこの対策として、デュアルダクト方式と呼ばれる冷熱源と温熱源の２熱源を持つエアーハンドリングユニットによる空調方式が採用される場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、デュアルダクト方式は設備費用、運転費用ともに高額になる欠点があった。さらに、２熱源の廃熱はそれぞれ捨てられていたため、省エネルギーに逆行するものとなる。
また、冷暖同時運転のできるヒートポンプマルチ方式は、負荷に応じて吹き出し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る。そのため、非常に多くの室内機を居住区域に設置することになり、そのメンテナンス性が著しく低い。また、これは室内空気循環型の空気調和方式であるため、外気処理機能のために新たに外気処理装置を数多い室内機ごとに設置しなければならず、高い設備コストを要するという問題がある。
【０００５】
さらに、冷暖同時運転時に、同じモードの複数の室内機同志や、同じモードの室内機と室外機の間で、適正に冷媒の分配ができないこと、また、コンプレッサの容量制御も十分でないため吹き出し空気温度も室内機ごとにまちまちであることから、設定温度に達すると室内機の冷媒制御弁を閉じたりして機能を停止しているのが現状で、室温制御性が良いとは言いがたい。
【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か所に集中させるので、メンテナンス性が良好で、また吹き出し空気温度を一定に制御できる。しかし、すべての室内機が冷房運転または暖房運転のどちらかでしか運転できず、運転モードの変更にはそれなりの手順と時間を要するという欠点をもっている。
また、ビル内での空調ゾーンの方位や位置、ＯＡ機器の偏在などにより負荷の異なる複数の空調ゾーンに対しては、それぞれ個別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、そのため設置スペースの増大となる。
【０００７】
そこで、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しかも同時的に冷房運転および暖房運転ができるためには、冷暖同時運転型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が考えられる。しかし、これらを単に重ねて適用しようとしても種々の不具合が生じる。
すなわち、冷暖同時運転型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、ＶＡＶパッケージ方式は、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いながら、それぞれの空調ゾーンの負荷に合わせて供給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。
【０００８】
他方の冷暖同時型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っても吹き出し空気温度の制御はできない。これは、冷暖同時運転型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うと各室内機に到達する冷媒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】
上記の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、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、冷暖同時運転型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にコンプレッサの容量制御を行うと、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になる。したがって、とくにダクトを用いて複数ゾーンの室内を個々に制御しようとする場合に、空調ゾーンによって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好ましくない。
【００１０】
また、実際の空気調和に際して、すべての空調ゾーンの空調負荷が減少し、例えば冷房運転時において大多数の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られるのが望ましい。
【００１１】
したがって、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、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冷房運転または暖房運転ができる空気調和装置、さらには、個別に風量を変化できるようにし、省エネルギー性にも優れた空気調和装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、コンプレッサ、熱交換器、該熱交換器に付設された膨脹弁、熱交換器の膨脹弁と反対側に設けられた流量調整手段、および該流量調整手段を制御する第１の制御手段を備える室外機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨脹弁、熱交換器の膨脹弁と反対側に設けられた流量調整手段、および該流量調整手段を制御する第２の制御手段を備え、冷凍サイクルの液管と高圧ガス管と低圧ガス管を形成する冷媒配管により前記室外機に並列に接続された複数の室内機とからなり、各室内機の送風を複数の空調ゾーンに導くとともに、各空調ゾーンごとに設けられたＶＡＶユニットと、室外機の熱交換器に接続されたガス管を該室外機の熱交換器に向かう高圧ガス管または低圧ガス管に選択的に接続可能の第１の切り換え手段と、各室内機の熱交換器に接続されたガス管を前記高圧ガス管または低圧ガス管に選択的に接続可能の第２の切り換え手段とを有して、それぞれの室内機を個別に冷房運転または暖房運転に選択的に制御し、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ように構成する。
【００１３】
そして、室内機の第２の制御手段は、当該室内機の吹き出し空気温度が例えば温度設定部などにより予め定められた温度になるよう当該室内機の流量調整手段を制御するものであり、室外機の第１の制御手段は、室外機の熱交換器が凝縮器として作用するときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御し、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御するものとした。
【００１４】
さらに、室内機の少なくとも１つにおいてその熱交換器が蒸発器として作用するとき前記室内機に向かう液管と室外機に向かう低圧ガス管の間に、互いの間で熱交換を行う第１の過冷却熱交換器を設けるのが好ましく、また、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するとき前記室外機の熱交換器に向かう液管と低圧ガス管の間に、互いの間で熱交換を行う第２の過冷却熱交換器を設けるのが好ましい。
さらに、室外機のコンプレッサは当該室外機の熱交換器が凝縮器として作用するときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度と第２の制御手段の制御情報に基いてその出力を制御し、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度と第２の制御手段の制御情報に基いてその出力を制御するのが好ましい。
【００１５】
【作用】
各室内機から複数の空調ゾーンへの途中にＶＡＶユニットを備え、ＶＡＶユニットによる吹き出し風量変化でそれぞれの空調ゾーンごとの室温調節が行なわれる。各室内機と室外機の熱交換器のガス管を高圧ガス管または低圧ガス管と選択的に接続することにより、冷房運転と暖房運転が同時的に混在する形でどの室内機もいずれかを選択できる。これにより、多数の空調ゾーンでも室温調節が簡単な構成のＶＡＶユニットで行われ、個別に多数の室内機を設置する必要がないからメンテナンス性が向上する。
また、冷暖同時運転時には、室内機間で熱エネルギーの移動が行われ大幅な省エネルギーとなる。
【００１６】
そしてとくに、室内機の第２の制御手段は、室内機の吹き出し空気温度が予め定められた値になるよう制御し、室外機の第１の制御手段は、室外機の熱交換器が凝縮器として作用するときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御し、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御するので、吹き出し風量が変化されても他の室内機の干渉を生じないで、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。
【００１７】
なお、複数の室内機に向かう液管と低圧ガス管の間に第１の過冷却熱交換器を設けたときには、流量調整手段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低圧ガス管の間に第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。
また、室外機のコンプレッサは室内機の吹き出し空気温度と第２の制御手段の制御情報により出力を制御するので、いつも負荷に見合った出力で運転でき、第１、第２の制御手段等における圧力損失を最少にすることができ、ムダのない空気調和を行なうことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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、１機の室外機３０に対して、３機の室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが分岐ユニット４０を介して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、４５Ｂ、４５Ｃ等が設けられ、個別に空調ゾーンへの風量を変化可能となっている。
【００１９】
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、低圧ガス管および高圧ガス管を形成する冷媒配管Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３により、室外機３０に対して並列に接続されている。
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の吸い込み側にはアキュムレータ３が付設され、コンプレッサ１の吐出側と吸い込み側の配管には、それぞれ圧力センサ１１Ａ、１１Ｂが設けられている。熱交換器６には送風機２１が付設されるとともに、両端にはそれぞれ冷媒温度検出用の温度センサ９、１０が設けられている。
【００２０】
室外機３０には、さらに過冷却熱交換器４が備えられ、過冷却熱交換器４の一方の端と熱交換器６の一方の端間の冷媒配管には、過冷却熱交換器４側から熱交換器６方向に順に電子式の膨張弁７、圧力センサ８が付設されている。
過冷却熱交換器４の他端は、液タンク２７を介して冷媒配管Ｒ１に接続されている。熱交換器６の他端側の冷媒配管（ガス管）には、電子式の流量調整弁２５が設置され、またその先は電磁弁５Ａを介して過冷却熱交換器４の熱交換通路の入口に接続されるとともに、電磁弁５Ｂを介して冷媒配管Ｒ３に接続されている。上記過冷却熱交換器４の熱交換通路の出口は冷媒配管Ｒ２に接続されている。冷媒配管Ｒ２はまたアキュムレータ３に接続され、冷媒配管Ｒ３はコンプレッサ１の吐出側に接続されている。
ここでは、流量調整弁２５が発明の室外機における流量調整手段を構成している。
【００２１】
分岐ユニット４０は過冷却熱交換器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３０の液タンク２７と接続されている。また、前記過冷却熱交換器１２の出口は室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに分岐され接続されている。
さらに、分岐ユニット４０には、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが備えられ、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃはそれぞれ室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを過冷却熱交換器１２のもう一方の冷媒配管Ｒ２系統に連通可能とし、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃはそれぞれ室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを冷媒配管Ｒ３に連通可能とする。
【００２２】
室内機５０Ａは、熱交換器１８Ａと、これに付設された送風機２４Ａを備える。熱交換器１８Ａの一方の端は、分岐ユニット４０の過冷却熱交換器１２の冷媒配管Ｒ１系統に接続され、他方の端は分岐ユニット４０の電磁弁１３Ａと２３Ａに接続される。
上記熱交換器１８Ａの一端側のＲ１配管には、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膨張弁１５Ａ、圧力センサ１６Ａ、冷媒温度検出のための温度センサ１７Ａが設けられている。
また、他端側は分岐ユニット４０から熱交換器１８Ａ方向に電子式の流量調整弁１４Ａ、冷媒温度検出のための温度センサ２０Ａが設けられている。
さらに、熱交換器１８Ａには、それぞれ室内機の吹き出し空気温度と吸い込み空気温度を検出する温度センサ２２Ａと２６Ａが付設されている。
【００２３】
熱交換器１８Ａで熱交換され、送風機２４Ａにより吹き出される空気は、図１に示したようにダクト４７Ａ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、Ｃを付して示す。
流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが発明の室内機における流量調整手段を構成する。
【００２４】
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に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には、コンプレッサ１用のインバータ３２、室外機の送風機２１用のインバータ３３が接続されている。
また、周辺機器として、膨脹弁７の駆動制御部３４、流量調整弁２５の駆動制御部３８、電磁弁５Ａ、５Ｂの駆動制御部３５、温度センサ９、１０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。
【００２５】
一方、室内機５０Ａの制御装置は、室内機制御部５１Ａと、室内機の送風機２４Ａ用のインバータ４９Ａとを備える。
インバータ４９Ａ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。
室内機制御部５１Ａには、周辺機器として、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、２０Ａ、２２Ａおよび２６Ａ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、ならびに温度設定部４４Ａが接続されている。
室内機５０Ｂ、５０Ｃにおける制御装置についても同様に構成され、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃ、そのほか、それぞれ参照番号にＢおよびＣを付して示す。室外機制御部３１と駆動制御部３８とが発明の第１の制御手段を構成し、室内機５０Ａについては室内機制御部５１Ａと駆動制御部４１Ａとが第２の制御手段を構成している。室内機５０Ｂ、５０Ｃについても同様である。
【００２６】
室外機制御部３１と各室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、通信手段によって結ばれ、室外機制御部３１は各室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの状況を常時知ることができる。
室外機制御部３１は、上記室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃから送られてきた室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの吹き出し空気温度や流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの開度より室外機３０の運転モードやコンプレッサ１の出力量を演算し、制御信号をコンプレッサ１用のインバータ３２に送出する。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。
また、室外機制御部３１は、室外機３０の熱交換器６が前記の全室内機の負荷量の小さい方の運転モードと同じモードとなるよう、すなわち、冷房運転の負荷の方が小さい時は室外機３０の熱交換器６が蒸発器として、また暖房運転の負荷の方が小さい時は凝縮器として働くように周辺機器を制御する。
【００２７】
室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１ＣはＶＡＶユニット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃの設定状況から吹き出し空気温度の情報を得て、それぞれの温度設定部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃに保持させる。そして、吸い込み空気温度センサ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの温度データと温度設定部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの温度データとの差を演算し、それぞれの室内機が冷房運転か暖房運転かの運転モードを決定する。
【００２８】
また、風量設定部４６Ａ、４６Ｂ、４６ＣはＶＡＶユニット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃからの情報に基づいて吹き出し風量を決定する。室内機の送風機用インバータ４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃは、それぞれの風量設定部４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃからの風量信号をうけて、室内機の送風機２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを駆動し、送風量を制御する。
また、電磁弁５Ａと５Ｂ、１３Ａと２３Ａ、１３Ｂと２３Ｂ、１３Ｃと２３Ｃはそれぞれ一方が開状態の時、他方は閉状態となるよう制御される。ただし、室内機または室外機の熱交換器が運転の必要がない場合は双方とも閉状態となる。
【００２９】
つぎに、上記構成における作動について説明する。
図４は、全ての室内機が冷房運転される全冷房運転時の冷媒の流れを示す。
全ての室内機が冷房運転されるときには、室外機においては電磁弁５Ｂが開状態、電磁弁５Ａが閉状態となり、室内機においては電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃがそれぞれ開状態、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが閉状態となるよう制御される。室外機の熱交換器６は凝縮器、各室内機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは蒸発器として作用する。
【００３０】
すなわち、室外機３０において、コンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、矢示のように電磁弁５Ｂを通り、熱交換器６で液化する。それから過冷却熱交換器４と液タンク２７を経て、冷媒配管Ｒ１で分岐ユニット４０の過冷却熱交換器１２へ入る。冷媒は、過冷却熱交換器１２で各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ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。
【００３１】
さらに、冷媒は分岐配管により分岐され、各膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに並列に入り減圧されて、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において吸い込み空気と熱交換され、ガス状の冷媒となる。そして、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを経て、過冷却熱交換器１２へ戻り、室外機３０から冷媒配管Ｒ１より入ってくる液冷媒を冷却する。過冷却熱交換器１２を出た冷媒は、冷媒配管Ｒ２を経て、室外機３０のコンプレッサ１に戻る。
過冷却熱交換器１２が発明の第１の過冷却熱交換器に該当する。
【００３２】
この間における室外機３０の膨脹弁７、流量調整弁２５、送風機２１、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの制御は以下のように行われる。
まず、室外機制御部３１は、圧力センサ８で冷媒の圧力を検出し、膨張弁７に入る冷媒の飽和温度を演算する。そして、温度センサ９で検出した冷媒の温度との差、つまり過冷却度が一定になるよう膨脹弁７を制御する。また、流量調整弁２５は全開状態に保持される。
【００３３】
また、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送風機用のインバータ３３へ出力され、送風機２１が駆動されて風量を制御する。
【００３４】
一方、室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃでは、温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各検出温度により、熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの入り口と出口の冷媒の温度差、つまり過熱度が一定になるように、膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを制御する。
【００３５】
さらに、吹き出し空気温度センサ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各検出温度が温度設定部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃで設定された温度となるよう流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを制御する。
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、冷媒は分岐ユニット４０から各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに均等に分配され、室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの吹き出し空気温度は互いに同じとなる。
【００３６】
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および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および５０Ｃの吹き出し空気温度は下がり、室内機５０Ａの吹き出し空気温度は上がりはじめる。
そこで、室内機５０Ｂ、５０Ｃの室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは、温度設定部４４Ｂ、４４Ｃの設定温度より吹き出し空気温度が低いので、流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃの開度を閉じる方向に制御する。すると、熱交換器１８Ｂ、１８Ｃを流れる冷媒は制限され熱交換器内の圧力が上昇、つまり冷媒の蒸発温度が上昇する。すると吸い込み空気温度との差が小さくなるので、吹き出し空気温度は上昇する。
【００３７】
これと同時に、室内機５０Ｂ、５０Ｃの冷媒の過熱度が小さくなるため、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃの開度を小さくする。
また、室内機５０Ａの室内機制御部５１Ａは温度設定部４４Ａの設定温度より吹き出し空気温度が高いので流量調整弁１４Ａの開度を開く方向に制御する。すると、熱交換器１８Ａを流れる冷媒は制限されず熱交換器内の圧力が下降し、つまり冷媒の蒸発温度が下がる。すると吸い込み空気温度との差が大きくなるので吹き出し空気温度は下がる。
これと同時に、室内機５０Ａの冷媒の過熱度が大きくなるため、室内機制御部５１Ａは膨張弁１５Ａの開度を大きくする。
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５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに入る冷媒の圧力は変化しない。
【００３８】
以上のように制御されている間、コンプレッサ１は以下のように制御される。室外機制御部３１は室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃより各室内機の吹き出し空気温度の状況と流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの開度の情報を入手し、室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でかつ吹き出し空気温度が設定温度より高い室内機が少なくとも１台あればコンプレッサ１のモーター回転数を上げてその出力を上げるようインバータ３２を制御する。
【００３９】
他方、すべての室内機の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの開度がほぼ全開でないならばコンプレッサ１の出力を下げるようインバータ３２を制御する。そしていずれにも該当しないその他の場合には、コンプレッサ１の出力を保持するようインバータ３２を制御する。
図５は上記の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００４０】
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、戻りの冷媒を完全にガス化するのにも役立つ。すなわち、すべての室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの吹き出し風量を急速に減少させた場合に、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御速度が追いつかず熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃで蒸発しきれなかった液冷媒が流れても、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に入っての液圧縮現象の発生が防止される。
【００４１】
また、この過冷却熱交換器１２は、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の膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの過熱度を小さく設定でき、熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃの利用効率を上げることができる。
【００４２】
つぎに、全ての室内機が暖房運転される全暖房運転時の冷媒の流れを、図６を参照して説明する。
全ての室内機が暖房運転されるときには、室外機においては電磁弁５Ａが開状態、電磁弁５Ｂが閉状態となり、室内機においては電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開状態となり、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが閉状態となるよう制御される。室外機の熱交換器６は蒸発器、各室内機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが凝縮器として作用する。
【００４３】
室外機３０のコンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、冷媒配管Ｒ３を経て、分岐ユニット４０に入る。冷媒はここで分岐され、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを通って、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに入って液化される。
このあと、分岐ユニットの過冷却熱交換器１２を経て、冷媒配管Ｒ１で室外機に戻り、液タンク２７を経て過冷却熱交換器４に入る。
冷媒は、過冷却熱交換器４において熱交換器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。
【００４４】
さらに、冷媒は膨脹弁７により減圧され、低温の気液混合状態になり熱交換器６に入る。冷媒は熱交換器６で室外空気と熱交換されてガス状となり、電磁弁５Ａを経て過冷却熱交換器４へ進む。ここで前述のように液タンク２７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冷媒となる。このあと、冷媒はアキュムレータ３を経てコンプレッサ１に戻る。
ここでは、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。
【００４５】
この間における膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、送風機２１、膨張弁７、流量調整弁２５の制御は以下のように行われる。
まず、各室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃで冷媒の圧力を検出し、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに入る冷媒の飽和温度を演算する。そして、温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃで検出した冷媒の温度との差、つまり過冷却度が一定になるよう膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを制御する。
さらに、吹き出し空気温度センサ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの各検出温度が温度設定部４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃで設定された温度となるよう流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを制御する。
また、コンプレッサ１の圧力センサ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ＰＩＤ制御、あるいはステップ制御などによる信号が送風機用インバータ３３に出力され、送風機２１が駆動されて風量を制御する。
【００４６】
また、室外機制御部３１では、温度センサ９、１０の検出温度に基づいて、冷房運転時の室内機と同様に、熱交換器６の過熱度が一定に保持されるよう膨脹弁７を制御する。
なお、流量調整弁２５は全開に保持される。
【００４７】
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、冷媒は分岐ユニット４０から各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ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じとなる。
【００４８】
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および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および５０Ｃの吹き出し空気温度は上がり、室内機５０Ａの吹き出し空気温度は下がりはじめる。
【００４９】
そこで、室内機５０Ｂ、５０Ｃの室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは、温度設定部４４Ｂ、４４Ｃの設定温度より吹き出し空気温度が高いので流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃの開度を閉じる方向に制御する。すると、熱交換器１８Ｂ、１８Ｃを流れる冷媒は制限され、熱交換器内の圧力が下降、つまり冷媒の凝縮温度が下降する。すると吸い込み空気温度との差が小さくなるので吹き出し空気温度は下がる。これと同時に、室内機５０Ｂ、５０Ｃの冷媒の過冷却度が小さくなるため、室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃは膨張弁１５Ｂ、１５Ｃの開度を小さくする。
【００５０】
また、室内機５０Ａの室内機制御部５１Ａは温度設定部４４Ａの設定温度より吹き出し空気温度が低いので流量調整弁１４Ａの開度を開く方向に制御する。すると、熱交換器１８Ａを流れる冷媒は制限されず熱交換器の圧力が上昇し、つまり冷媒の凝縮温度が上昇する。すると吸い込み空気温度との差が大きくなるので吹き出し空気温度は上昇する。
これと同時に、室内機５０Ａの冷媒の過冷却度が大きくなるため、室内機制御部５１Ａは膨張弁１５Ａの開度を大きくする。
【００５１】
以上のように制御されている間、コンプレッサ１は以下のように制御される。室外機制御部３１は室内機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃより各室内機の吹き出し空気温度の状況と流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの開度の情報を入手する。そして、室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でかつ吹き出し空気温度が設定温度より低い室内機が少なくとも１台あればコンプレッサ１の出力を上げるようインバータ３２を制御する。他方、すべての室内機の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの開度がほぼ全開でないならばコンプレッサ１の出力を下げるようインバータ３２を制御する。いずれにも該当しないその他の場合にはコンプレッサ１の出力を保持するようインバータ３２を制御する。
図７は上記の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００５２】
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ような不具合現象の発生が防止される。
さらに、室外機の過冷却熱交換器４は、戻りの冷媒を完全に液化するのに役立つ。すなわち、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを出た冷媒は圧力が下がるため一部気化が起こり気液混合状態となる場合があるが、過冷却熱交換器４で冷却されるため再び液冷媒となるので膨張弁７の制御性を低下させることがない。
【００５３】
また、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、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御速度が追いつかず、室外機３０に未凝縮のガス冷媒が流れても、過冷却熱交換器４が一時的な蓄熱器として働くので、ガス冷媒が膨脹弁７に入ることによる制御性の低下が防止できる。
同じく、過冷却熱交換器４によりコンプレッサ１に入るガス冷媒の加熱度を大きくすることができるので、コンプレッサ１の吐出温度が高くなり、その分暖房能力が向上する。
【００５４】
つぎに、冷房運転と暖房運転が平行して行なわれ、室内機の負荷が暖房運転より冷房運転の方が大きい冷暖同時冷房主運転時の作動について説明する。図８はこのときの冷媒の流れを示す。ここでは、たとえば一例として室内機５０Ａが暖房運転、室内機５０Ｂ、５０Ｃが冷房運転されるものとする。
まず、室外機では電磁弁５Ｂが開状態、電磁弁５Ａが閉状態となり、室内機では電磁弁２３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが開状態、電磁弁１３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが閉状態となるよう制御される。
室外機の熱交換器６と室内機の熱交換器１８Ａは凝縮器、室内機の熱交換器１８Ｂ、１８Ｃは蒸発器として作用する。
【００５５】
室外機３０において、コンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、電磁弁５Ｂから熱交換器６に入りここで液化される。熱交換器６を出た冷媒は過冷却熱交換器４と液タンク２７を経て冷媒配管Ｒ１で分岐ユニット４０の過冷却熱交換器１２へ入る。
コンプレッサ１からの高圧ガス冷媒はまた、冷媒配管Ｒ３によって分岐ユニット４０に入る。冷媒配管Ｒ３経由の冷媒は電磁弁２３Ａを経て室内機５０Ａの熱交換器１８Ａに入りここで液化する。
【００５６】
冷媒配管Ｒ１経由で分岐ユニットの過冷却熱交換器１２に入った冷媒は、室内機５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ｂ、１８Ｃ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。
この冷媒は分岐配管により室内機５０Ａの熱交換器１８Ａからきた液冷媒と一旦合流した後、室内機５０Ｂ、５０Ｃに並列に入る。ここでは、膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃにより減圧されて低温の気液混合状態になって、熱交換器１８Ｂ、１８Ｃに入る。
【００５７】
冷媒は熱交換器１８Ｂ、１８Ｃにおいて吸い込み空気と熱交換され、ガス状の冷媒となる。そして、流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃと電磁弁１３Ｂ、１３Ｃを経て過冷却熱交換器１２へ戻り、室外機３０から冷媒配管Ｒ１経由で入ってくる液冷媒を冷却する。
過冷却熱交換器１２を出た冷媒は、冷媒配管Ｒ２を経て室外機３０のコンプレッサ１に戻る。
【００５８】
この間における室外機３０の膨脹弁７、流量調整弁２５、送風機２１、室内機５０Ａの流量調整弁１４Ａ、膨脹弁１５Ａ、室内機５０Ｂ、５０Ｃの流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃ、膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃ、ならびにコンプレッサ１の制御は以下のように行われる。
まず、室外機制御部３１は、冷房運転時の室外機の制御と同様に、圧力センサ８と温度センサ９の検出結果より演算した過冷却度が一定となるように制御される。
【００５９】
また、流量調整弁２５は冷房運転の室内機の負荷量と暖房運転の負荷量の差分だけを室外機の熱交換器より補えばよいため、暖房運転の室内機５０Ａの流量調整弁１４Ａが開方向に制御されたときは流量調整弁２５は閉方向に、流量調整弁１４Ａが閉方向に制御されたときは流量調整弁２５は開方向に制御される。
なお、暖房運転の室内機が複数ある場合やその室内機の最大能力が異なる場合は、その室内機の流量調整弁の開度の総変化量を勘案し開方向か閉方向かを判断する。
さらに、コンプレッサ１は冷房運転の室内機の吹き出し空気温度の状況とその流量調整弁の開度の情報により全冷房運転時のコンプレッサと同様に制御される。
【００６０】
また、送風機２１については、全冷房運転時の制御と同様に、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インバータ３３を駆動させて、その風量制御が行なわれる。
一方、室内機５０Ａの室内機制御部５１Ａにおける膨脹弁１５Ａと流量調整弁１４Ａの制御は、全暖房運転時の室内機の膨張弁、流量調整弁の制御と同様に、過冷却度と吹き出し空気温度が一定になるように制御される。
【００６１】
また、室内機５０Ｂ、５０Ｃの室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃでは、膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃが、全冷房運転時の室内機の膨脹弁の制御と同様に、過熱度が一定になるよう制御され、流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃはこれもまた同じく吹き出し空気温度一定になるように制御される。
なお、それぞれの室内機の負荷が変化した場合は、全冷房運転または全暖房運転における同じ運転モードの室内機と同様であるから説明を省略する。
図９は上記の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００６２】
つぎに、冷暖同時運転で、室内機の負荷が冷房運転より暖房運転の方が大きい冷暖同時暖房主運転時の作動について、冷媒の流れを示す図１０を参照して説明する。ここでは、たとえば一例として室内機５０Ａが冷房運転、室内機５０Ｂ、５０Ｃが暖房運転されるものとする。
まず、室外機では電磁弁５Ａが開状態、電磁弁５Ｂが閉状態となり、室内機では電磁弁１３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが開状態、電磁弁２３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが閉状態となるよう制御される。室外機の熱交換器６と室内機の熱交換器１８Ａは蒸発器、室内機の熱交換器１８Ｂ、１８Ｃは凝縮器として作用する。
【００６３】
この運転では、室外機３０のコンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、冷媒配管Ｒ３を経て分岐ユニット４０に入る。ここで冷媒は電磁弁２３Ｂ、２３Ｃを経て、室内機５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ｂ、１８Ｃに入り、液化される。
熱交換器１８Ｂ、１８Ｃを出た冷媒は、分岐ユニット４０の分岐配管で合流し、一部は室内機５０Ａへ、残りは過冷却熱交換器１２、冷媒配管Ｒ１を経て室外機の液タンク２７に入り、続いて過冷却熱交換器４に入る。
【００６４】
室外機３０において、冷媒は過冷却熱交換器４で熱交換器６からのガス冷媒と熱交換され、過冷却が増大した液冷媒となる。そして、冷媒は膨脹弁７で減圧され低温の気液混合状態になり、熱交換器６に入る。熱交換器６で空気と熱交換され、ガス状となった冷媒は、電磁弁５Ａを経て過冷却熱交換器４を通過し、前述のように液タンク２７からきた液冷媒を冷却するとともに、自らは過熱度が増したガス冷媒となる。
【００６５】
一方、室内機５０Ａへ入った冷媒は、膨脹弁１５Ａで減圧されて低温の気液混合状態となる。つぎに、熱交換器１８Ａで吸い込み空気と熱交換され、ガス状の冷媒となる。その後、電磁弁１３Ａを経て冷媒配管Ｒ２を通り室外機３０に向かう。
冷媒は室外機３０内で過冷却熱交換器４を出た冷媒と合流し、アキュムレータ３を経てコンプレッサ１に戻る。
【００６６】
この間における室外機３０の膨脹弁７、流量調整弁２５、送風機２１、室内機５０Ａの流量調整弁１４Ａ、膨脹弁１５Ａ、室内機５０Ｂ、５０Ｃの流量調整弁１４Ｂ、１４Ｃ、膨脹弁１５Ｂ、１５Ｃならびにコンプレッサ１の制御は以下のように行われる。
まず、室外機制御部３１は、全暖房運転時の制御と同様に、過熱度が一定になるよう膨脹弁７を制御する。流量調整弁２５は冷房運転の室内機５０Ａの流量調整弁１４Ａが開方向に制御されたときは閉方向に、流量調整弁１４Ａが閉方向に制御されたときは流量調整弁２５は開方向に制御される。
なお、冷房運転の室内機が複数ある場合やその室内機の最大能力が異なる場合は、その室内機の流量調整弁の開度の総変化量を勘案し開方向か閉方向かを判断する。
【００６７】
さらに、コンプレッサ１は暖房運転の室内機の吹き出し空気温度の状況とその流量調整弁の開度の情報により全暖房運転時のコンプレッサと同様に制御される。
また、送風機２１については、全暖房運転時の制御と同様に、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送風機用インバータ３３を駆動させて、風量制御が行なわれる。
【００６８】
室内機５０Ａの室内機制御部５１Ａの制御は、冷暖同時冷房主運転時の室内機５０Ｂ、５０Ｃの制御と同様であるので省略する。また、室内機５０Ｂ、５０Ｃの室内機制御部５１Ｂ、５１Ｃの制御も同様に冷暖同時冷房主運転時の室内機５０Ａと同様である。
【００６９】
次に例えば室内機５０Ａが暖房運転、室内機５０Ｂ、５０Ｃが冷房運転で、冷房負荷の合計と暖房負荷が同じときには、両負荷間の差分に対して室外機の熱交換器６を凝縮器あるいは蒸発器として働かせる必要がないから、流量調整弁２５が閉じられ、同じく送風機２１も停止される。そして、室内機５０Ａを流れた冷媒はすべて、互いに並列の室内機５０Ｂおよび５０Ｃに流れて熱量がバランスする。また、コンプレッサ１は現在の出力を維持する。
【００７０】
上述した室外機制御部および室内機制御部における制御の流れを図により簡潔に示す。
室外機制御部では、図１１および図１２に示すように、まずステップ１０１において、室内機制御部５１Ａ〜５１Ｃからの運転状況を取得し、ステップ１０２で室外機の運転モードを決定する。そしてステップ１０３においてその運転モードを識別し、冷房あるいは冷房主運転で室外機が凝縮モードのときはステップ１０４に、暖房あるいは暖房主運転で室外機が蒸発モードのときはステップ１１３に、室外機が停止のときにはステップ１２４に進む。
【００７１】
室外機が凝縮モードのときは、まずステップ１０４で、室内機からの情報に基づき冷房運転の室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でかつ吹き出し空気温度が設定温度より高い室内機が少なくとも１台あるかを判断し、あればステップ１０７へ進む。そうでないならばステップ１０５へ進む。
ステップ１０５では、上記すべての冷房運転の室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でないかを判断し、すべてがほぼ全開でないならばステップ１０６へ、そうでないならばステップ１０８へ進む。
【００７２】
ステップ１０６では、コンプレッサ１の出力を低減するよう信号が室外機制御部からインバータ３２へ送出され、ステップ１０７ではコンプレッサ１の出力を増大するようインバータ３２に信号が出された後、それぞれステップ１０８に進む。
ステップ１０８では、コンプレッサ１の吐出側圧力が一定となるように室外機のインバータ３３を駆動させて送風機２１の風量制御が行なわれる。
【００７３】
そして、ステップ１０９において、暖房運転の室内機の流量調整弁の開度の総和を計算し、ステップ１１０で前回の総和と比較する。総和が閉方向に制御されているならばステップ１１１へ、開方向に制御されているならばステップ１１２へ進む。
ステップ１１１では流量調整弁を開方向へ制御し、ステップ１１２では流量調整弁を閉方向へ制御して、それぞれステップ１０１へ戻る。
また、ステップ１１０における比較で開度の総和が前回と同じであるときはそのままステップ１０１へ戻る。
【００７４】
次に、室外機が蒸発モードのときは、ステップ１１３で、室内機からの情報に基づいて暖房運転の室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でかつ吹き出し空気温度が設定温度より低い室内機が少なくとも１台あるかを判断し、あればステップ１１６へ進む。そうでないならばステップ１１４へ進む。
ステップ１１４では、上記すべての暖房運転の室内機の流量調整弁の開度がほぼ全開でないかを判断し、すべてがほぼ全開でないならばステップ１１５へ、そうでないならばステップ１１７へ進む。
【００７５】
ステップ１１５では、コンプレッサ１の出力を低減するよう信号が室外機制御部からインバータ３２へ送出され、ステップ１１６ではコンプレッサ１の出力を増大するようインバータ３２に信号が出された後、それぞれステップ１１７に進む。
ステップ１１７では、室外機の熱交換器６の過熱度を検出し、ステップ１１８でこの過熱度一定になるよう膨張弁７を制御する。
このあと、ステップ１１９ではコンプレッサ１の吸い込み側圧力が一定となるようにインバータ３３を駆動させて室外機の送風機２１の風量制御が行なわれる。
【００７６】
つぎにステップ１２０では冷房運転の室内機の流量調整弁の開度の総和を計算し、ステップ１２１で前回の総和と比較する。総和が閉方向に制御されているならばステップ１２２へ、開方向に制御されているならばステップ１２３へ進む。ステップ１２２では流量調整弁２５を開方向へ制御し、ステップ１２３では流量調整弁２５を閉方向へ制御したあと、それぞれステップ１０１へ戻る。
ステップ１２１における比較で開度の総和が前回と同じであるときはそのままステップ１０１へ戻る。
冷房負荷と暖房負荷が同じでステップ１０３での判定が停止のときには、ステップ１２４において、流量調整弁２５が閉じられ、ステップ１２５で送風機２１が停止されてステップ１０１へ戻る。
【００７７】
図１３は個々の室内機制御部での制御の流れを示す。
ステップ２０１においてＶＡＶユニット４５より温度設定部４４に要求吹き出し空気温度の情報を入力してこれを保持させる。次いでステップ２０２で、温度センサ２６により熱交換器１８の吸い込み空気温度を検出する。そして、ステップ２０３で、設定温度と吸い込み空気温度を比較して、冷房運転か暖房運転かの運転モードを決定する。
【００７８】
冷房運転モードの場合には、ステップ２０４において、まずＶＡＶユニット４５が要求する風量になるようインバータ４９を制御する。
つぎにステップ２０５で室内機の吹き出し空気温度を検出する。
そして、ステップ２０６において、上記検出した吹き出し空気温度と設定温度を比較し、吹き出し空気温度が設定温度より低い場合はステップ２０７へ進み、吹き出し空気温度と設定温度が同じならばステップ２０９へ、そして吹き出し空気温度が設定温度より高い場合はステップ２０８へ進む。
【００７９】
ステップ２０７では、流量調整弁１４を閉方向に制御し、ステップ２０８では流量調整弁１４を開方向に制御して、それぞれステップ２０９へ進む。
ステップ２０９では、温度センサ１７、２０の各検出温度から過熱度が求められ、ステップ２１０でこの過熱度が一定となるように膨張弁１５が制御される。
【００８０】
一方、暖房運転モードの場合には、ステップ２１１においてＶＡＶユニット４５が要求する風量になるようインバータ４９を制御する。
そして、ステップ２１２で室内機の吹き出し空気温度を検出する。
つぎのステップ２１３において、上記検出した吹き出し空気温度と設定温度を比較する。吹き出し空気温度が設定温度より高い場合はステップ２１４へ進み、吹き出し空気温度と設定温度が同じならばステップ２１６へ、吹き出し空気温度が設定温度より低い場合はステップ２１５へ進む。
【００８１】
ステップ２１４では流量調整弁１４を閉方向に制御し、ステップ２１５では流量調整弁１４を開方向に制御して、それぞれステップ２１６へ進む。
ステップ２１６では、圧力センサ１６の検出結果に基づく冷媒の飽和温度と温度センサ１７の検出温度との差により実際の過冷却度が求められ、ステップ２１７でこの過冷却度が一定となるように膨張弁１５が制御される。
このあと、ステップ２１８では以上の制御の結果を室外機制御部３１に転送し、ステップ２０１に戻る。
【００８２】
本実施例は以上のように構成され、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配管されたヒートポンプ式空気調和機において、室内機の送風を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、分岐ユニットに過冷却熱交換器と、その切り換えにより冷房運転と暖房運転を選択可能の電磁弁を備え、室外機に過冷却熱交換器を備えてその液管側には膨張弁、ガス管側には流量調整弁を設け、室内機の液管側には膨脹弁、ガス管側には流量調整弁を設けた。そして、室内機においては、冷房運転時には、流量調整弁を各室内機の吹き出し空気温度が一定となるように、そして膨脹弁を過熱度が一定になるよう制御する一方、暖房運転時には、流量調整弁を各室内機の吹き出し空気温度が一定となるように、そして膨張弁を過冷却度が一定になるように制御するものとした。
【００８３】
一方、室外機においては、該室外機が凝縮器モードのときは暖房運転時の室内機の流量調整弁の制御により決定される値になるよう、また蒸発器モードのときは冷房運転時の室内機の流量調整弁の制御により決定される値になるようそれぞれ流量調整弁２５を制御し、室外機の熱交換器が凝縮器モードのときは室外機の膨張弁を過冷却度が一定になるよう制御し、蒸発器モードのときは過熱度が一定になるよう制御するものとした。
また、コンプレッサは室外機が凝縮器モードのときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度とその流量調整弁の制御により、蒸発器モードのときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度とその流量調整弁の制御により、それぞれ勘案された値出力になるよう制御するものとした。
【００８４】
これにより、各空調ゾーンの個別の要求にあわせて、冷房運転および暖房運転が任意に実行でき、しかも風量を変化させても室内機の吹き出し温度が変化せず、安定した空気調和が得られるという効果を有する。また、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。
【００８５】
したがって、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、多数の室内機を設置する必要がないからメンテナンス性が向上する。
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、暖房運転時には過冷却熱交換器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膨脹弁７での制御性の低下が防止される。
さらに、暖房運転時には過冷却度を制御する膨張弁を出た冷媒が気液混合状態になっても再び液冷媒とすることができ、膨張弁７の制御性を低下させることがない。
【００８６】
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、流量調整弁を冷房運転時、暖房運転時ともに閉方向に制御することにより、吹き出し空気温度を冷房運転時は上げ、暖房運転時は下げる制御が可能になり、ＶＡＶユニットの制御範囲を通常の状態に戻すことができる。
また、各室内機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの設置場所がまちまちで、室外機３０からの配管長に差があっても、各室内機の熱交換器の蒸発圧力、または凝縮圧力を配管による圧力降下に影響されずに制御できるので、設置工事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。
さらに、室内機の流量調整弁の開度を少なくとも１台がほぼ全開になるように制御されるため、コンプレッサは必要最小限の出力で運転され、無駄がなく省エネルギーとなる。
なお、実施例では室内機で熱交換された空気がダクトにより空調ゾーンへ導かれているが、これに限定されず、たとえばビル内の天井や床下をサプライチャンバーとして利用して空気を導くダクトレス方式の場合にも同様に適用することができる。
【００８７】
図１４は、本発明の第２の実施例を示す。この実施例は上述の第１の実施例のシステム構成に対して、２台の室内機をそれぞれ冷房運転専用と暖房運転専用にし、デュアルダクト方式にて各空調ゾーンへＶＡＶユニットを介して吹き出すものである。
すなわち、室内機５０Ｂ’、５０Ｃ’はそれぞれ冷房運転専用、暖房運転専用の室内機で、冷房専用のダクト４７Ｂ’には冷房専用のＶＡＶユニット４５Ｂ’が接続され、暖房専用のダクト４７Ｃ’には暖房専用のＶＡＶユニット４５Ｃ’が接続されている。また、ＶＡＶユニット４５Ｂ’と４５Ｃ’はそれぞれ対となるように設置され、ＶＡＶユニット４５Ｂ’と４５Ｃ’を出た吹き出し空気は混合され各空調ゾーンＺＢ１’、ＺＢ２’、ＺＢ３’に吹き出す。その他の構成は第１の実施例と同じである。
各運転モード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。
【００８８】
本実施例によれば、第１の実施例と同じ効果を有するとともに、各空調ゾーンＺＢ１’、ＺＢ２’、ＺＢ３’ごとに冷房運転と暖房運転を選択できる。しかも空気調和装置内で熱移動を行なうから、従来のデュアルダクト方式のように２熱源の廃熱を捨てるようなことがなく、大幅な省エネルギーが可能となる利点を有する。
【００８９】
図１５は、本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、上述の第１の実施例の冷媒回路に対して、分岐ユニットを廃止し、分岐ユニットにあった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’、Ｒ２’、Ｒ３’が分岐されて、各室内機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’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’が過冷却熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを通ったあと、膨脹弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに接続される。
また、冷媒配管Ｒ２’は過冷却熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの他の通路に入り、電磁弁１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’を介して流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続されている。さらに、冷媒配管Ｒ３’は、電磁弁２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’を介して流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続されている。
【００９０】
そして、電磁弁１３Ａ’と、２３Ａ’、１３Ｂ’と２３Ｂ’、１３Ｃ’と２３Ｃ’は、第１の実施例と同様にそれぞれ一方が開状態のとき、他方が閉状態となるよう制御される。
その他の構成は第１の実施例と同じである。各運転モードにおける冷媒の流れも第１の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。
【００９１】
この実施例によれば、第１の実施例と同じ効果を有するとともに、過冷却熱交換器を各室内機毎に分割して設けるから、膨脹弁に向かう全ての冷媒がいずれかの過冷却熱交換器を通過し、過冷却度を増すことができ、過冷却熱交換器も取扱いが簡単で小型、安価なものが使用できる利点がある。
【００９２】
なお、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膨脹弁、流量調整弁を全閉にして作動させないことも可能である。
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３の実施例を組み合わせてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、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、各室内機と室外機の熱交換器のガス管を高圧ガス管または低圧ガス管と選択的に接続することにより、各室内機ごとに冷房運転と暖房運転を選択できるようにし、各室内機の送風を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、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ユニットで行われ、全ての空調ゾーンの要求に応じられ、かつ快適な室温に制御できるという効果を有する。
そして、個別に多数の室内機を設置する必要がないからメンテナンス性が向上するとともに、冷暖同時運転時には、室内機間で熱エネルギーの移動が行われるので、大幅な省エネルギー効果が得られる。
【００９４】
さらに、各室内機の吹き出し空気温度が一定になるようにその流量調整手段を制御するので、吹き出し風量が変化されても他の室内機との干渉を生じず、また吸い込み空気の湿度にも影響されないで、吹き出し空気温度の安定した空気調和が行なわれる。また、これにより、室内機の蒸発圧力、凝縮圧力を室内機の負荷の状態にあわせて制御できるので、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、必要に応じて吹き出し空気温度も任意に制御できるという効果を有する。
【００９５】
なお、複数の室内機に向かう液管と低圧ガス管の間に第１の過冷却熱交換器を設けることにより、例えば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、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低圧ガス管の間に第２の過冷却熱交換器を設けることにより、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た場合にも、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させることができる。
【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を示す図である。
【図２】実施例における冷媒回路図である。
【図３】室内機および室外機における制御装置を示す図である。
【図４】全冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図５】全冷房運転時の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図６】全暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図７】全暖房運転時の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図８】冷暖同時冷房主運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図９】冷暖同時冷房主運転時の制御要領を示す冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図１０】冷暖同時暖房主運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図１１】室外機制御部における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１２】室外機制御部における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１３】室内機制御部における制御の流れを示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施例を示す冷媒回路図である。
【図１５】第３の実施例を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
３ アキュムレータ
４ 過冷却熱交換器
５Ａ、５Ｂ 電磁弁
６ 熱交換器
７ 膨脹弁
８ 圧力センサ
９、１０ 温度センサ
１１Ａ、１１Ｂ 圧力センサ
１２ 過冷却熱交換器
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 電磁弁
１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’、２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’ 電磁弁
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ 流量調整弁
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 膨脹弁
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 圧力センサ
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 温度センサ
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 熱交換器
２１ 送風機
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 温度センサ
２５ 流量調整弁
２７ 液タンク
３０ 室外機
３１ 室外機制御部
３２、３３ インバータ
３４、３５、３８ 駆動制御部
３６ 温度変換器
３７ 圧力変換器
４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃ インバータ
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 駆動制御部
４０ 分岐ユニット
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ 温度変換器
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ 圧力変換器
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ 温度設定部
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｂ’、４５Ｃ’ ＶＡＶユニット
４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ 風量設定部
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ、４７Ｂ’、４７Ｃ’ ダクト
４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ 駆動制御部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｂ’、５０Ｃ’ 室内機
５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ” 室内機
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ 室内機制御部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’ 冷媒配管
ＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＣ、 空調ゾーン
ＺＢ１’、ＺＢ２’、ＺＢ３’ 空調ゾーン

Claims (4)

1. コンプレッサ、熱交換器、該熱交換器に付設された膨脹弁、熱交換器の膨脹弁と反対側に設けられた流量調整手段、および該流量調整手段を制御する第１の制御手段を備える室外機と、
   それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨脹弁、熱交換器の膨脹弁と反対側に設けられた流量調整手段、および該流量調整手段を制御する第２の制御手段を備え、冷凍サイクルの液管と高圧ガス管と低圧ガス管を形成する冷媒配管により前記室外機に並列に接続された複数の室内機とからなり、
   各室内機の送風を複数の空調ゾーンに導くとともに、
   各空調ゾーンごとに設けられたＶＡＶユニットと、
   室外機の熱交換器に接続されたガス管を該室外機の熱交換器に向かう高圧ガス管または低圧ガス管に選択的に接続可能の第１の切り換え手段と、
   各室内機の熱交換器に接続されたガス管を前記高圧ガス管または低圧ガス管に選択的に接続可能の第２の切り換え手段とを有して、
   それぞれの室内機を個別に冷房運転または暖房運転に選択的に制御し、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ように構成し、
   前記室内機の第２の制御手段は、当該室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう当該室内機の流量調整手段を制御するものであり、
   前記室外機の第１の制御手段は、室外機の熱交換器が凝縮器として作用するときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御し、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度が予め定められた温度になるよう室外機の流量調整手段を制御するものであることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記室内機の少なくとも１つにおいてその熱交換器が蒸発器として作用するとき前記室内機に向かう液管と室外機に向かう低圧ガス管の間に、互いの間で熱交換を行う第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記載の空気調和装置。
3. 前記室外機の熱交換器が蒸発器として作用するとき前記室外機の熱交換器に向かう液管と低圧ガス管の間に、互いの間で熱交換を行う第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または２記載の空気調和装置。
4. 前記室外機のコンプレッサは当該室外機の熱交換器が凝縮器として作用するときは冷房運転の室内機の吹き出し空気温度と第２の制御手段の制御情報に基いて制御され、室外機の熱交換器が蒸発器として作用するときは暖房運転の室内機の吹き出し空気温度と第２の制御手段の制御情報に基いて制御されるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の空気調和装置。

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