JP3936757B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外調機と複数の室内空調機とからなり、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。
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、部屋の方向や位置、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を、同時に行いたい場合がある。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り換え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換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ところでは、冬でも一日中冷房運転しなければならない場合もある。
【０００４】
そこでこの対策として、例えば特開平８ー６１７４４、特開平８ー１２１９０２、特願平８ー６０２２８などがすでに開示されている。これは外調機と複数の室内空調機をもつヒートポンプ式空気調和装置において各熱交換器に付設された膨張弁と直列に流量調整弁を設置した。さらに流量調整弁と直列に液管と低圧ガス管の間で熱交換を行う過冷却熱交換器を設置した。そこで上記過冷却熱交換器で液冷媒の過冷却度を増し、流量調整弁にて膨張弁に入る液冷媒の過冷却度を制御し、給気温度を一定または任意の温度になるよう制御させた。室内空調機を出た給気はダクトにて各空調ゾーンへ導かれ空調ゾーンの室温は給気温度一定方式ではＶＡＶで風量を変更したり給気温度を変更したりして設定温度となるよう制御させた。
【０００５】
また、特願平７ー３５２０８５に開示されているものは各熱交換器に付設された膨張弁とは反対側のガス管に流量調整弁を設置した、さらに上記膨張弁と直列に前記先願と同様に液管と低圧ガス管の間で熱交換を行う過冷却熱交換器を設置した。そこで上記過冷却熱交換器で液冷媒の過冷却度を増し、流量調整弁にて熱交換器内の凝縮温度または蒸発温度を制御し、給気温度を一定または任意の温度になるよう制御させた。空調ゾーンの室温は上記と同様にＶＡＶで制御させたり給気温度を変更したりさせた。
【０００６】
ところで、冷媒の過冷却度を調整する技術として特開平５ー１０６１８が開示されている。これはヒートポンプ式マルチエアコンにて液管に調整熱交換器を設置し、同時に液管と低圧ガス管とを接続するバイパス回路を設置し、このバイパス回路に調整用膨張弁と前記調整用熱交換器を設置し、調整用膨張弁の開度は低圧ガス管の温度により行われるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平８ー６１７４４、特開平８ー１２１９０２、特願平８ー６０２２８は配管長が長くてかつ雰囲気温度が低い場合、配管を流れる液冷媒が過冷却されさらに過冷却熱交換器により過冷却度を増大させてしまうことにより運転状況によっては膨張弁に入る冷媒の過冷却度を小さくしたくても流量調整弁の開度が最小開度に達してしまったり、開度が全閉近傍で制御されたりするため流量特性が顕著に変化し、目標とする過冷却度に制御できない不具合があった。
【０００８】
また、特願平７ー３５２０８５では過冷却熱交換器により液冷媒の過冷却度を大きくした冷媒のエンタルピーが減少し、減少した分だけ蒸発器側の冷却能力が増大するため冷房負荷が小さい時、過大な能力が出てしまい給気温度制御性を損ねる問題があった。
【０００９】
さらに、特開平５ー１０６１８はフラッシュガスが発生したり、過熱度が高くなるのを防止するために、液冷媒の過冷却度を制御している。しかしながら、各室内空調機毎に過冷却度を制御したり蒸発温度や凝縮温度を制御したりするための流量調整弁を各室内空調機毎に設置していないため、各々の送風温度を制御したり風量の変更をしたりすることができず、ビル用空気調和装置として多様な負荷に対応し、快適な空気調和が可能な機器としての機能は満たしてはいない。
【００１０】
したがって、本発明は上記問題点に鑑み、外調機と複数の室内空調機を備える空気調和装置において蒸発モードの熱交換器に入る冷媒の過冷却度が目標とする値よりも大きくなりすぎることを防ぎ、流量調整弁の開度が最小開度に達して制御できなくなったり、開度が全閉近傍で制御され目標とする過冷却度に制御できない状況を防止する。
さらに、過冷却度が大きくなったとき蒸発側熱交換器の能力過大を防ぐことを目的とし、効率の良い空気調和装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成される。
【００１２】
そしてさらに、前記の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１３】
請求項２記載の発明は、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖選択型の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成される。
【００１４】
そしてさらに、前記の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１５】
さらに、請求項３記載の発明は、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成されるものとした。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項５記載の空気調和装置において、前記過冷却機構の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１７】
【作用】
請求項１および２において、気液熱交換器に付設された過冷却機構を、蒸発器として作用する熱交換器の膨張弁に入る液冷媒の過冷却度のなかで、最大に設定されている熱交換器の流量調整弁の開度が全開となるよう制御することにより、必要以上に冷媒の過冷却度を増大させることがないから、過冷却度を小さく設定されても流量調整弁の制御性を失うことがない。
さらに、少なくとも蒸発器として作用する熱交換器の流量調整弁の開度をほぼ最大にできる分、流量調整弁の圧力損失を小さくできるため、冷凍サイクルの高圧側を低くでき安定した冷凍サイクルを維持できる。
【００１８】
また、請求項３および４においては、蒸発器として作用する室内空調機の負荷が小さい時、過冷却機構を閉じ、機能させなくすることによりその分熱交換器の冷却能力が減少し、負荷に対応した能力となり流量調整弁の制御性を向上させる。
【００１９】
【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したもので、特開平８ー１２１９０２の第１の実施例を改良したものである。この実施例においては、１機の外調機３０に対して、３機の室内空調機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。各室内空調機からは熱交換された給気がダクト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。
【００２０】
図２は本実施例の冷媒回路を示す。３機の室内空調機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、外調機３０に対して並列に接続されている。外調機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。なお、「外調機」は、以下に詳述するように、室内空調機での利用に備えて冷媒処理を行なう、いわゆる室外機の別名として使用している（以下、本願において同じ）。
【００２１】
外調機３０には、さらに気液熱交換器４が備えられ、気液熱交換器４側から熱交換器６方向に順に電子式の流量調整弁２５、冷媒温度検出のための温度センサ９、圧力センサ８、電子式の膨張弁７が設置されている。気液熱交換器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の両端の冷媒配管には冷媒温度検出のための温度センサ１０Ａ、１０Ｂが設置されている。
さらに、気液熱交換器４のガス熱交換側には液タンク２７に入る冷媒配管から電磁弁６１を介してキャピラリ６２に入り、次に前記気液熱交換器４に入り、冷媒配管Ｒ２に至る冷却用冷媒回路が付設されている。熱交換器６の他端側の冷媒配管（ガス管）は、電磁弁５Ａを介して冷媒配管Ｒ２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。冷媒配管Ｒ２はアキュムレータ３に接続され、冷媒配管Ｒ３はコンプレッサ１に接続されている。
【００２２】
分岐ユニット４０は気液熱交換器１２を備える。気液熱交換器１２の液熱交換側の一方の端は冷媒配管Ｒ１により外調機３０の液タンク２７と接続されている。また、前記気液熱交換器１２の他の端は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに分岐され接続されている。さらに、気液熱交換器１２のガス熱交換側には冷媒配管Ｒ１から電磁弁６４を介してキャピラリ６３に入り、次に気液熱交換器１２のガス熱交換側に入り、冷媒配管Ｒ２に至る冷却用冷媒回路が付設されている。
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はそれぞれ室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを冷媒配管Ｒ２系統に連通可能とし、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃはそれぞれ室内空調機 ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを冷媒配管Ｒ３に連通可能とする。
【００２３】
室内空調機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の気液熱交換器１２の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、２３Ａに接続される。
上記熱交換器１８Ａの一端側のＲ１配管には、気液熱交換器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、電子式の膨張弁１５Ａが設けられている。
また、熱交換器１８Ａには、それぞれ室内空調機の給気温度と還気温度を検出する温度センサ２２Ａと２６Ａが付設されるとともに、両端には冷媒温度を検出する温度センサ１９Ａ、２０Ａが設けられている。
熱交換器１８Ａで熱交換され、送風機２４Ａにより送り出される給気は、図１に示したようにダクト４７Ａにより空調ゾーンへ導かれる。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。
室内空調機５０Ｂ、５０Ｃも室内空調機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。
【００２４】
図３は、上記室内空調機および外調機における制御装置を示す。制御装置は室内空調機および外調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。
外調機制御部３１には、コンプレッサ１用のインバータ３２、外調機３０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、膨張弁７の駆動制御部３４、流量調整弁２５の駆動制御部４９、電磁弁５Ａ、５Ｂ、６１、６４の駆動制御部３５、温度センサ９、１０Ａ、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が外調機制御部３１に接続されている。
【００２５】
一方、室内空調機５０Ａの制御装置は、室内空調機制御部５１Ａと、送風機２４Ａ用のインバータ３８Ａとを備える。
インバータ３８Ａ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。
室内空調機制御部５１Ａには、周辺機器として、膨張弁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、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、電磁弁１３Ａと２３Ａの駆動制御部４８Ａならびに温度設定部４４Ａが接続されている。
室内空調機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。
【００２６】
外調機制御部３１と各室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、通信手段によって結ばれ、外調機制御部３１は、各室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの状況を常時知ることができる。
外調機制御部３１は、上記室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃから送られてきた室内空調機の負荷量を運転モード別に積算し、大きい方の運転モードの負荷量に相当する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。
すなわち、外調機制御部３１は、外調機３０の熱交換器６が前記全室内空調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外調機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】
室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１ＣはＶＡＶユニット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃより給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、還気温度センサ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、それぞれの室内空調機が冷房運転か暖房運転かの運転モードを決定する。
すなわち、室内空調機の給気温度が室内空調機の還気温度や湿度に影響されるため、それらを勘案した負荷増減量を加え、コンプレッサ１の出力に相当する負荷量を室内空調機の運転モードとともに外調機制御部３１に送る。
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給気風量を決定する。室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ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からの風量信号をうけて、室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ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に制御される。
【００２８】
つぎに、上記構成における作動について説明する。
図４は、全ての室内空調機が冷房運転される全冷房運転時の冷媒の流れを示す。
全ての室内空調機が冷房運転されるときには、外調機３０において電磁弁５Ｂが全開状態、電磁弁５Ａ、６１が全閉状態となり、分岐ユニット４０において電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃがそれぞれ全開状態、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが全閉状態となるよう制御される。このとき外調機３０の熱交換器６は凝縮器、各室内空調機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは蒸発器として作用する。
すなわち、外調機３０において、コンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、矢印のように電磁弁５Ｂを通り、熱交換器６で液化する。それから液タンク２７、冷媒配管Ｒ１、分岐ユニット４０を経て冷媒は分岐配管より分岐され、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに並列に入り、続いて膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃにより減圧され、低温の気液混合状態となる。
つぎに、冷媒は熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃにおいて還気と熱交換され、ガス状の冷媒となる。そして、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを経て、冷媒配管Ｒ２、アキュムレータ３を経てコンプレッサ１に戻る。
【００２９】
また、冷媒配管Ｒ１より液冷媒の一部が電磁弁６４を介してキャピラリ６３に入り減圧され、気液熱交換器１２のガス熱交換側を通り、冷媒配管Ｒ２に導かれる。これにより気液熱交換器１２の液熱交換側を通る液冷媒が冷却され冷媒の過冷却度が増大する。
この間における外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、各室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、電磁弁６４の制御は以下のように行われる。
まず、外調機制御部３１により膨張弁７は全開に保持される。流量調整弁２５は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの負荷状態と外調機３０の熱交換器６の負荷状態により決定される過冷却度を圧力センサ８と温度センサ９より求まる実過冷却度により開度を制御される。さらに、分岐ユニット４０の電磁弁６４は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの負荷状態を情報として得て、その中で一番大きい過冷却度に設定されている室内空調機の流量調整弁の開度を取得する。取得した流量調整弁の開度が全開または実過冷却度が設定過冷却度より小さいならば電磁弁６４を開とし、流量調整弁が全開でなく実過冷却度が設定過冷却度より大きいならば電磁弁６４を閉とする。この結果、過冷却度を一番大きく設定された室内空調機の流量調整弁は全開近傍で制御される。
【００３０】
以上の制御の流れを図５のフローチャートに示す。すなわちステップ１０１にて冷房運転の室内空調機の全ての過冷却度の情報を取得し、ステップ１０２でこのなかで最も過冷却度を大きく設定されている室内空調機の流量調整弁の開度を取得し、ステップ１０３でそれが全開ならばステップ１０４へ進み、全開でないならばステップ１０５へ進む。ステップ１０５では設定過冷却度と実過冷却度を比較し、実過冷却度が設定過冷却度以下ならばステップ１０４へ進み、そうでないならばステップ１０６へ進む。ステップ１０４では電磁弁６４を開操作を行い、ステップ１０６では電磁弁６４を閉操作を行う。
【００３１】
また、室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃにより、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの給気温度が一定となるように決定される過冷却度を圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃにより求まる実過冷却度により開度を制御される。また、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは温度センサ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃと２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃより求められる冷媒の過熱度が一定となるよう開度を制御される。
【００３２】
つぎに全ての室内空調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。
全ての室内空調機が暖房運転されるときには、外調機３０においては電磁弁５Ａが全開状態、電磁弁５Ｂが全閉となり、分岐ユニット４０においては電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが全開状態、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、６４が全閉状態となるよう制御される。このとき外調機３０の熱交換器６は蒸発器、各室内空調機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが凝縮器として作用する。
【００３３】
すなわち、外調機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を通って各室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに入って液化される。
このあと、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを経たあと分岐ユニット４０、冷媒配管Ｒ１を通り外調機３０の液タンク２７に入る。さらに、液タンク２７を出た冷媒は流量調整弁２５を経て膨張弁７に入り減圧され、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で外気と熱交換されてガス状となり流量調整弁５Ａを経てアキュムレータ３に入り、コンプレッサ１に戻る。
また、液タンク２７を出た液冷媒の一部が電磁弁６１を介してキャピラリ６２に入り減圧され、気液熱交換器４のガス熱交換側を通り、冷媒配管Ｒ２に導かれる。これにより気液熱交換器４の液熱交換側を通る液冷媒が冷却され冷媒の過冷却度が増大する。
【００３４】
この間における外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、電磁弁６１、室内空調機３０の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御は以下のように行われる。
まず、外調機制御部３１により膨張弁７は温度センサ１０Ａ、１０Ｂより求められる冷媒の過熱度が一定となるよう制御される。また、流量調整弁２５は外調機の負荷により決定される過冷却度を圧力センサ８と温度センサ９より求められる実過冷却度により開度を制御される。電磁弁６１は流量調整弁２５の開度が全開または実過冷却度が設定過冷却度より小さいならば電磁弁６１を開とし、流量調整弁２５が全開でなく実過冷却度が設定過冷却度より大きいならば電磁弁６１を閉とする。この結果、流量調整弁２５は全開近傍で制御される。
【００３５】
以上の制御の流れを図７のフローチャートに示す。すなわちステップ１１０にて流量調整弁２５の開度が全開ならばステップ１１１に進み、そうでないならばステップ１１２に進む。ステップ１１２では設定過冷却度と実過冷却度を比較し、実過冷却度が設定過冷却度以下ならばステップ１１１へ進み、そうでないならばステップ１１３へ進む。ステップ１１１では電磁弁６１を開操作し、ステップ１１３では電磁弁６１を閉操作を行う。
【００３６】
また、室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃにより、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの給気温度が一定となるよう決定される過冷却度を圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃにより求められる実過熱度により開度を制御される。膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは全開に保持される。
【００３７】
つぎに、冷房運転と暖房運転が平行して行われる冷暖同時運転の場合の制御は、冷房運転の室内空調機の流量調整弁、膨張弁は全冷房の室内空調機の制御と同様で、暖房運転の室内空調機の流量調整弁、膨張弁は全暖房運転の室内空調機の制御と同様である。そして、外調機の流量調整弁、膨張弁の制御は、室内空調機の冷房負荷が暖房負荷より大きい場合は、外調機の熱交換器が凝縮器として作用するため全冷房運転のときの外調機と同様になり、室内空調機の暖房負荷が冷房負荷より大きい場合は、外調機の熱交換器が蒸発器として作用するため全暖房運転のときの外調機と同様の制御となる。
【００３８】
また、電磁弁６１の制御は熱交換器６が凝縮器として作用するときは全閉、蒸発器として作用するときは全暖房運転時の制御と同様に制御される。さらに、電磁弁６４の制御は冷房運転の室内空調機がないときは全閉とし、冷房運転の室内空調機が少なくとも１台あるときは全冷房運転時の制御と同様に冷房運転の室内空調機の過冷却度と流量調整弁の開度により制御される。
【００３９】
本実施例は以上のように構成され、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、冷媒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外調機により並列に接続された複数の室内空調機とからなる空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構を外調機または室内空調機の蒸発器として作用している熱交換器の中で過冷却度を最も大きく設定されている熱交換器の流量調整弁が全開近傍となるよう制御した。
これにより、蒸発モードの他の熱交換器に向かう液冷媒の過冷却度が必要以上に大きくなり、その結果流量調整弁の開度が最小開度に達して目標とする過冷却度に制御できなくなったり、また、全閉近傍で流量特性が顕著に変化してしまう問題を防止できる効果を有する。
【００４０】
図８は本発明の第２の実施例を示す。この実施例は、上述の本発明の第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気液熱交換器と過冷却機構を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０から延びる冷媒配管Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’が分岐されて、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’へ並列に接続されている。そして、各室内空調機において、冷媒配管Ｒ１’が各気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの液冷媒通路側を通ったあと、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続される。
また、冷媒配管Ｒ２’は、電磁弁１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、冷媒配管Ｒ３’は、電磁弁２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。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時、他方が閉状態となるよう制御される。
【００４１】
さらに、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の液管より電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス側熱交換通路を経て冷媒配管Ｒ２’に至る過冷却機構を備えている。
なお、各運転モードにおける冷媒の流れは第１の実施例と同じである。また、外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の各膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御は第１の実施例と同じである。各室内空調機の過冷却機構の電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃの制御はそれぞれ各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の設定された過冷却度に応じて各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと連動して制御される。この結果、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはみな全開近傍で制御される。
【００４２】
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、過冷却機構を各室内空調機毎に設けているから、膨張弁に向かう全ての冷媒がいずれかの過冷却機構を通過し、個々に過冷却度が制御されることができ、過冷却機構も取り扱いが簡単で安価なものが使用できる。また、冷媒の過冷却度を各熱交換器ごとに個別に流量調整弁と過冷却機構の両方で制御できるので目標過冷却度に早急に制御できる利点がある。
【００４３】
図９は本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、特開平８ー６１７４４の第１の実施例を改良したもので、本発明の第１の実施例に対しては冷暖同時機能を廃止し、ヒートポンプマルチ方式にしたものである。
すなわち、３機の室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、分岐ユニット４０’を介して液管及びガス管を形成する冷媒配管Ｒ１１、Ｒ２１により外調機３０’に対して並列に接続されている。そして、外調機３０’において気液熱交換器４を液タンク２７と流量調整弁２５の間に設置し、電磁弁６１、キャピラリ６２、逆止弁６５により流量調整弁２５に入る冷媒の過冷却度を前記第１の実施例と同様に制御する。さらに、外調機には冷房と暖房を切り換えるための四方弁６７が設置されている。
【００４４】
分岐ユニット４０’においては気液熱交換器１２を液管に設置し、電磁弁６４、キャピラリ６３、逆止弁６６により各室内空調機の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに入る冷媒の過冷却度を前記第１の実施例と同様に制御する。
図１０は本発明の第４の実施例を示す。この実施例は特開平８ー６１７４４の第２の実施例を改良したもので、本発明の第３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過冷却機構を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０’から延びる冷媒配管Ｒ１１’，Ｒ２１’が分岐されて、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”へ並列に接続されている。そして、各室内空調機において、冷媒配管Ｒ１１’が気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの液熱交換側を通ったあと、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続される。
【００４５】
また、冷媒配管Ｒ２１’は、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”の液管より電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス熱交換側を通り、逆止弁６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃを経て冷媒配管Ｒ２１’に至る過冷却機構を備えている。
なお、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”において、各膨張弁、各流量調整弁の制御は第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。
【００４６】
本第３、第４の実施例は以上のように構成され、これらも、第１、第２の実施例と同じ効果を有する。
【００４７】
図１１は本発明の第５の実施例を示す。この実施例は、特願平７ー３５２０８５記載の第１の実施例を改良したもので、本発明の第１の実施例に対しては外調機と各室内空調機の液管にある流量調整弁を廃止し、それぞれの熱交換器６、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管側に設置したものである。
すなわち、３機の室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１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により外調機３０１に対して並列に接続されている。そして、外調機３０１において流量調整弁２５’を熱交換器６のガス管側に設置した。さらに、気液熱交換器４を液タンク２７と膨張弁７の間に設置し、本発明の第１の実施例と同様に接続する過冷却機構を構成する電磁弁６１、キャピラリ６２を有する。
【００４８】
また、分岐ユニット４０において気液熱交換器１２を冷媒配管Ｒ１と各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の液管の間に設置し、本発明の第１の実施例と同様に過冷却機構を構成する電磁弁６４、キャピラリ６３を有する。さらに、室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１において流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’を各熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管側に設置した。
【００４９】
以上の構成において外調機３０１の流量調整弁２５’は熱交換器６が凝縮器として作用するときは凝縮圧力を制御し、蒸発器として作用するときは蒸発圧力を制御し、各室内空調機に対して必要な熱量を排出または収集を行う。また、膨張弁７は熱交換器６が蒸発器として作用するときは冷媒の過熱度が一定となるように制御し、凝縮器として作用するときは冷媒の過冷却度が一定となるように制御する。
さらに、各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１において、流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’は各熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが暖房運転時は凝縮圧力を制御し、冷房運転時は蒸発圧力を制御し、各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の各給気温度を目標温度となる様制御する。さらに、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは冷房運転時は冷媒の過熱度が一定となるように制御し、暖房運転時は冷媒の過冷却度が一定となるよう制御する。
【００５０】
また、電磁弁６１は熱交換器６が蒸発器として作用し、かつ負荷が小さいときに電磁弁６１を全閉とする。すなわち、流量調整弁２５’があらかじめ決められた開度以下になったならば電磁弁６１を全閉とする。さらに、電磁弁６４は各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の少なくとも１台が冷房運転時で、かつ負荷が小さいとき電磁弁６４を全閉とする。すなわち、冷房運転の流量調整弁があらかじめ決められた開度以下になったならば電磁弁６４を全閉とする。
【００５１】
本実施例によれば、冷房運転の熱交換器の負荷が小さいときに、膨張弁に入る冷媒の過冷却度を必要以上に大きくなることがないので冷房能力が過大になることがない。
【００５２】
図１２は本発明の第６の実施例を示す。この実施例は、特開平７ー３５２０８５の第２の実施例を改良したもので、上述の本発明の第５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気液熱交換器を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０１から延びる冷媒配管Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’が分岐され各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’へ並列に接続されている。そして、各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’には、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが冷媒配管Ｒ１’と膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの間に接続されている。
【００５３】
また、冷媒配管Ｒ２’は、電磁弁１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、冷媒配管Ｒ３’は、電磁弁２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。そして、電磁弁１３Ａ’と２３Ｂ’、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時、他方が閉状態となるよう制御される。
さらに、各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’には、冷媒配管Ｒ１’より各電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してそれぞれキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、それぞれ気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス管側熱交換器を経て冷媒配管Ｒ２’に至る過冷却機構を備えている。
【００５４】
なお、外調機３０１において膨張弁７、流量調整弁２５’、電磁弁６１の制御は前記実施例５と同じである。また、各室内室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’において、各膨張弁、流量調整弁の制御は先願と同じである。また、各電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃの制御はそれぞれの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが冷房運転のときで、かつ負荷が小さいときにそれぞれの電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを全閉とする。すなわち、各流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’のがあらかじめ決められた開度以下になったならばそれぞれの電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを全閉とする。
【００５５】
本実施例によれば、前記第５の実施例と同様の効果を有する。
【００５６】
なお、以上の第１から第６の実施例では、室内空調機が３台接続されたものを示したが、室内空調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空調機を接続することもでき、さらには第１と第２、第３と第４、第５と第６の実施例を組み合わせても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、外調機に複数の室内空調機が並列に接続された空気調和装置において、液配管の途中に気液熱交換器を設置し、蒸発器として作用する熱交換器に向かう液冷媒を過冷却機構と流量調整弁で過冷却度を制御することにより過冷却度が大きくなって流量調整弁の開度が最小になり制御できなくなってしまったり、流量特性が顕著に変化する全閉近傍で流量調整弁を制御することがない。
また、蒸発モードの流量調整弁の開度を少なくとも１台を全開近傍に維持することができるため、流量調整弁による圧力損失を小さくできる。
さらに、必要以上の過冷却度をとることがないので蒸発器側の必要負荷が小さい場合に冷房能力が過大となることを防ぐことができ、無駄がない。
【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】第１の実施例における冷媒回路図である。
【図３】室内空調機および外調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】全冷房運転時の過冷却機構と流量調整弁の制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】全暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図７】全暖房運転時の過冷却機構と流量調整弁の制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施例における冷媒回路図である。
【図９】本発明の第３の実施例における冷媒回路図である。
【図１０】本発明の第４の実施例における冷媒回路図である。
【図１１】本発明の第５の実施例における冷媒回路図である。
【図１２】本発明の第６の実施例における冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
３ アキュムレータ
４ 気液熱交換器
５Ａ、５Ｂ 電磁弁
６ 熱交換器
７ 膨張弁
８ 圧力センサ
９、１０Ａ、１０Ｂ 温度センサ
１１Ａ、１１Ｂ 圧力センサ
１２ 気液熱交換器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 気液熱交換器
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 電磁弁
１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’、２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’ 電磁弁
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’ 流量調整弁
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 膨張弁
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 圧力センサ
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 室内ユニット側ガス管
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 熱交換器
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 温度センサ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 温度センサ
２１、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 送風機
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 温度センサ
２５、２５’ 流量調整弁
２７ 液タンク
３０、３０’、３０１ 外調機
３１ 空調機制御部
３２ インバータ
３３ インバータ
３４ 駆動制御部
３５ 駆動制御部
３６ 温度変換器
３７ 圧力変換器
３８Ａ インバータ
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 駆動制御部
４０、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 ＶＡＶ
４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ 風量設定部
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ ダクト
４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ 駆動制御部
４９ 駆動制御部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’、５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ” 室内空調機
５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１、５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’ 室内空調機
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ 室内空調機制御部
６１、６４、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ 電磁弁
６２、６３、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ キャピラリ
６５、６６、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ 逆止弁
６７ 四方弁
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’ 冷媒配管
Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１１’、Ｒ２１’ 冷媒配管
ＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＣ 空調ゾーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、外調機と複数の室内空調機とからなり、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。
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、部屋の方向や位置、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を、同時に行いたい場合がある。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り換え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換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ところでは、冬でも一日中冷房運転しなければならない場合もある。
【０００４】
そこでこの対策として、例えば特開平８ー６１７４４、特開平８ー１２１９０２、特願平８ー６０２２８などがすでに開示されている。これは外調機と複数の室内空調機をもつヒートポンプ式空気調和装置において各熱交換器に付設された膨張弁と直列に流量調整弁を設置した。さらに流量調整弁と直列に液管と低圧ガス管の間で熱交換を行う過冷却熱交換器を設置した。そこで上記過冷却熱交換器で液冷媒の過冷却度を増し、流量調整弁にて膨張弁に入る液冷媒の過冷却度を制御し、給気温度を一定または任意の温度になるよう制御させた。室内空調機を出た給気はダクトにて各空調ゾーンへ導かれ空調ゾーンの室温は給気温度一定方式ではＶＡＶで風量を変更したり給気温度を変更したりして設定温度となるよう制御させた。
【０００５】
また、特願平７ー３５２０８５に開示されているものは各熱交換器に付設された膨張弁とは反対側のガス管に流量調整弁を設置した、さらに上記膨張弁と直列に前記先願と同様に液管と低圧ガス管の間で熱交換を行う過冷却熱交換器を設置した。そこで上記過冷却熱交換器で液冷媒の過冷却度を増し、流量調整弁にて熱交換器内の凝縮温度または蒸発温度を制御し、給気温度を一定または任意の温度になるよう制御させた。空調ゾーンの室温は上記と同様にＶＡＶで制御させたり給気温度を変更したりさせた。
【０００６】
ところで、冷媒の過冷却度を調整する技術として特開平５ー１０６１８が開示されている。これはヒートポンプ式マルチエアコンにて液管に調整熱交換器を設置し、同時に液管と低圧ガス管とを接続するバイパス回路を設置し、このバイパス回路に調整用膨張弁と前記調整用熱交換器を設置し、調整用膨張弁の開度は低圧ガス管の温度により行われるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平８ー６１７４４、特開平８ー１２１９０２、特願平８ー６０２２８は配管長が長くてかつ雰囲気温度が低い場合、配管を流れる液冷媒が過冷却されさらに過冷却熱交換器により過冷却度を増大させてしまうことにより運転状況によっては膨張弁に入る冷媒の過冷却度を小さくしたくても流量調整弁の開度が最小開度に達してしまったり、開度が全閉近傍で制御されたりするため流量特性が顕著に変化し、目標とする過冷却度に制御できない不具合があった。
【０００８】
また、特願平７ー３５２０８５では過冷却熱交換器により液冷媒の過冷却度を大きくした冷媒のエンタルピーが減少し、減少した分だけ蒸発器側の冷却能力が増大するため冷房負荷が小さい時、過大な能力が出てしまい給気温度制御性を損ねる問題があった。
【０００９】
さらに、特開平５ー１０６１８はフラッシュガスが発生したり、過熱度が高くなるのを防止するために、液冷媒の過冷却度を制御している。しかしながら、各室内空調機毎に過冷却度を制御したり蒸発温度や凝縮温度を制御したりするための流量調整弁を各室内空調機毎に設置していないため、各々の送風温度を制御したり風量の変更をしたりすることができず、ビル用空気調和装置として多様な負荷に対応し、快適な空気調和が可能な機器としての機能は満たしてはいない。
【００１０】
したがって、本発明は上記問題点に鑑み、外調機と複数の室内空調機を備える空気調和装置において蒸発モードの熱交換器に入る冷媒の過冷却度が目標とする値よりも大きくなりすぎることを防ぎ、流量調整弁の開度が最小開度に達して制御できなくなったり、開度が全閉近傍で制御され目標とする過冷却度に制御できない状況を防止する。
さらに、過冷却度が大きくなったとき蒸発側熱交換器の能力過大を防ぐことを目的とし、効率の良い空気調和装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成される。
【００１２】
そしてさらに、前記の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１３】
請求項２記載の発明は、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖選択型の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成される。
【００１４】
そしてさらに、前記の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１５】
さらに、請求項３記載の発明は、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御するように構成されるものとした。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項５記載の空気調和装置において、前記過冷却機構の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されるように構成されるものとした。
【００１７】
【作用】
請求項１および２において、気液熱交換器に付設された過冷却機構を、蒸発器として作用する熱交換器の膨張弁に入る液冷媒の過冷却度のなかで、最大に設定されている熱交換器の流量調整弁の開度が全開となるよう制御することにより、必要以上に冷媒の過冷却度を増大させることがないから、過冷却度を小さく設定されても流量調整弁の制御性を失うことがない。
さらに、少なくとも蒸発器として作用する熱交換器の流量調整弁の開度をほぼ最大にできる分、流量調整弁の圧力損失を小さくできるため、冷凍サイクルの高圧側を低くでき安定した冷凍サイクルを維持できる。
【００１８】
また、請求項３および４においては、蒸発器として作用する室内空調機の負荷が小さい時、過冷却機構を閉じ、機能させなくすることによりその分熱交換器の冷却能力が減少し、負荷に対応した能力となり流量調整弁の制御性を向上させる。
【００１９】
【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したもので、特開平８ー１２１９０２の第１の実施例を改良したものである。この実施例においては、１機の外調機３０に対して、３機の室内空調機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。各室内空調機からは熱交換された給気がダクト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。
【００２０】
図２は本実施例の冷媒回路を示す。３機の室内空調機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、外調機３０に対して並列に接続されている。外調機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。なお、「外調機」は、以下に詳述するように、室内空調機での利用に備えて冷媒処理を行なう、いわゆる室外機の別名として使用している（以下、本願において同じ）。
【００２１】
外調機３０には、さらに気液熱交換器４が備えられ、気液熱交換器４側から熱交換器６方向に順に電子式の流量調整弁２５、冷媒温度検出のための温度センサ９、圧力センサ８、電子式の膨張弁７が設置されている。気液熱交換器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の両端の冷媒配管には冷媒温度検出のための温度センサ１０Ａ、１０Ｂが設置されている。
さらに、気液熱交換器４のガス熱交換側には液タンク２７に入る冷媒配管から電磁弁６１を介してキャピラリ６２に入り、次に前記気液熱交換器４に入り、冷媒配管Ｒ２に至る冷却用冷媒回路が付設されている。熱交換器６の他端側の冷媒配管（ガス管）は、電磁弁５Ａを介して冷媒配管Ｒ２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。冷媒配管Ｒ２はアキュムレータ３に接続され、冷媒配管Ｒ３はコンプレッサ１に接続されている。
【００２２】
分岐ユニット４０は気液熱交換器１２を備える。気液熱交換器１２の液熱交換側の一方の端は冷媒配管Ｒ１により外調機３０の液タンク２７と接続されている。また、前記気液熱交換器１２の他の端は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに分岐され接続されている。さらに、気液熱交換器１２のガス熱交換側には冷媒配管Ｒ１から電磁弁６４を介してキャピラリ６３に入り、次に気液熱交換器１２のガス熱交換側に入り、冷媒配管Ｒ２に至る冷却用冷媒回路が付設されている。
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はそれぞれ室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを冷媒配管Ｒ２系統に連通可能とし、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃはそれぞれ室内空調機 ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを冷媒配管Ｒ３に連通可能とする。
【００２３】
室内空調機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の気液熱交換器１２の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、２３Ａに接続される。
上記熱交換器１８Ａの一端側のＲ１配管には、気液熱交換器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、電子式の膨張弁１５Ａが設けられている。
また、熱交換器１８Ａには、それぞれ室内空調機の給気温度と還気温度を検出する温度センサ２２Ａと２６Ａが付設されるとともに、両端には冷媒温度を検出する温度センサ１９Ａ、２０Ａが設けられている。
熱交換器１８Ａで熱交換され、送風機２４Ａにより送り出される給気は、図１に示したようにダクト４７Ａにより空調ゾーンへ導かれる。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。
室内空調機５０Ｂ、５０Ｃも室内空調機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。
【００２４】
図３は、上記室内空調機および外調機における制御装置を示す。制御装置は室内空調機および外調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。
外調機制御部３１には、コンプレッサ１用のインバータ３２、外調機３０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、膨張弁７の駆動制御部３４、流量調整弁２５の駆動制御部４９、電磁弁５Ａ、５Ｂ、６１、６４の駆動制御部３５、温度センサ９、１０Ａ、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が外調機制御部３１に接続されている。
【００２５】
一方、室内空調機５０Ａの制御装置は、室内空調機制御部５１Ａと、送風機２４Ａ用のインバータ３８Ａとを備える。
インバータ３８Ａ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。
室内空調機制御部５１Ａには、周辺機器として、膨張弁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、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、電磁弁１３Ａと２３Ａの駆動制御部４８Ａならびに温度設定部４４Ａが接続されている。
室内空調機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。
【００２６】
外調機制御部３１と各室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、通信手段によって結ばれ、外調機制御部３１は、各室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの状況を常時知ることができる。
外調機制御部３１は、上記室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃから送られてきた室内空調機の負荷量を運転モード別に積算し、大きい方の運転モードの負荷量に相当する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。
すなわち、外調機制御部３１は、外調機３０の熱交換器６が前記全室内空調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外調機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】
室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１ＣはＶＡＶユニット４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃより給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、還気温度センサ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、それぞれの室内空調機が冷房運転か暖房運転かの運転モードを決定する。
すなわち、室内空調機の給気温度が室内空調機の還気温度や湿度に影響されるため、それらを勘案した負荷増減量を加え、コンプレッサ１の出力に相当する負荷量を室内空調機の運転モードとともに外調機制御部３１に送る。
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給気風量を決定する。室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ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からの風量信号をうけて、室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ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に制御される。
【００２８】
つぎに、上記構成における作動について説明する。
図４は、全ての室内空調機が冷房運転される全冷房運転時の冷媒の流れを示す。
全ての室内空調機が冷房運転されるときには、外調機３０において電磁弁５Ｂが全開状態、電磁弁５Ａ、６１が全閉状態となり、分岐ユニット４０において電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃがそれぞれ全開状態、電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが全閉状態となるよう制御される。このとき外調機３０の熱交換器６は凝縮器、各室内空調機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃは蒸発器として作用する。
すなわち、外調機３０において、コンプレッサ１からの高圧ガス冷媒は、矢印のように電磁弁５Ｂを通り、熱交換器６で液化する。それから液タンク２７、冷媒配管Ｒ１、分岐ユニット４０を経て冷媒は分岐配管より分岐され、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに並列に入り、続いて膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃにより減圧され、低温の気液混合状態となる。
つぎに、冷媒は熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃにおいて還気と熱交換され、ガス状の冷媒となる。そして、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを経て、冷媒配管Ｒ２、アキュムレータ３を経てコンプレッサ１に戻る。
【００２９】
また、冷媒配管Ｒ１より液冷媒の一部が電磁弁６４を介してキャピラリ６３に入り減圧され、気液熱交換器１２のガス熱交換側を通り、冷媒配管Ｒ２に導かれる。これにより気液熱交換器１２の液熱交換側を通る液冷媒が冷却され冷媒の過冷却度が増大する。
この間における外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、各室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、電磁弁６４の制御は以下のように行われる。
まず、外調機制御部３１により膨張弁７は全開に保持される。流量調整弁２５は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの負荷状態と外調機３０の熱交換器６の負荷状態により決定される過冷却度を圧力センサ８と温度センサ９より求まる実過冷却度により開度を制御される。さらに、分岐ユニット４０の電磁弁６４は室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの負荷状態を情報として得て、その中で一番大きい過冷却度に設定されている室内空調機の流量調整弁の開度を取得する。取得した流量調整弁の開度が全開または実過冷却度が設定過冷却度より小さいならば電磁弁６４を開とし、流量調整弁が全開でなく実過冷却度が設定過冷却度より大きいならば電磁弁６４を閉とする。この結果、過冷却度を一番大きく設定された室内空調機の流量調整弁は全開近傍で制御される。
【００３０】
以上の制御の流れを図５のフローチャートに示す。すなわちステップ１０１にて冷房運転の室内空調機の全ての過冷却度の情報を取得し、ステップ１０２でこのなかで最も過冷却度を大きく設定されている室内空調機の流量調整弁の開度を取得し、ステップ１０３でそれが全開ならばステップ１０４へ進み、全開でないならばステップ１０５へ進む。ステップ１０５では設定過冷却度と実過冷却度を比較し、実過冷却度が設定過冷却度以下ならばステップ１０４へ進み、そうでないならばステップ１０６へ進む。ステップ１０４では電磁弁６４を開操作を行い、ステップ１０６では電磁弁６４を閉操作を行う。
【００３１】
また、室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃにより、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの給気温度が一定となるように決定される過冷却度を圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃにより求まる実過冷却度により開度を制御される。また、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは温度センサ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃと２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃより求められる冷媒の過熱度が一定となるよう開度を制御される。
【００３２】
つぎに全ての室内空調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。
全ての室内空調機が暖房運転されるときには、外調機３０においては電磁弁５Ａが全開状態、電磁弁５Ｂが全閉となり、分岐ユニット４０においては電磁弁２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃが全開状態、電磁弁１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、６４が全閉状態となるよう制御される。このとき外調機３０の熱交換器６は蒸発器、各室内空調機の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが凝縮器として作用する。
【００３３】
すなわち、外調機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を通って各室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに入って液化される。
このあと、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを経たあと分岐ユニット４０、冷媒配管Ｒ１を通り外調機３０の液タンク２７に入る。さらに、液タンク２７を出た冷媒は流量調整弁２５を経て膨張弁７に入り減圧され、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で外気と熱交換されてガス状となり流量調整弁５Ａを経てアキュムレータ３に入り、コンプレッサ１に戻る。
また、液タンク２７を出た液冷媒の一部が電磁弁６１を介してキャピラリ６２に入り減圧され、気液熱交換器４のガス熱交換側を通り、冷媒配管Ｒ２に導かれる。これにより気液熱交換器４の液熱交換側を通る液冷媒が冷却され冷媒の過冷却度が増大する。
【００３４】
この間における外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、電磁弁６１、室内空調機３０の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御は以下のように行われる。
まず、外調機制御部３１により膨張弁７は温度センサ１０Ａ、１０Ｂより求められる冷媒の過熱度が一定となるよう制御される。また、流量調整弁２５は外調機の負荷により決定される過冷却度を圧力センサ８と温度センサ９より求められる実過冷却度により開度を制御される。電磁弁６１は流量調整弁２５の開度が全開または実過冷却度が設定過冷却度より小さいならば電磁弁６１を開とし、流量調整弁２５が全開でなく実過冷却度が設定過冷却度より大きいならば電磁弁６１を閉とする。この結果、流量調整弁２５は全開近傍で制御される。
【００３５】
以上の制御の流れを図７のフローチャートに示す。すなわちステップ１１０にて流量調整弁２５の開度が全開ならばステップ１１１に進み、そうでないならばステップ１１２に進む。ステップ１１２では設定過冷却度と実過冷却度を比較し、実過冷却度が設定過冷却度以下ならばステップ１１１へ進み、そうでないならばステップ１１３へ進む。ステップ１１１では電磁弁６１を開操作し、ステップ１１３では電磁弁６１を閉操作を行う。
【００３６】
また、室内空調機制御部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃにより、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの給気温度が一定となるよう決定される過冷却度を圧力センサ１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと温度センサ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃにより求められる実過熱度により開度を制御される。膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは全開に保持される。
【００３７】
つぎに、冷房運転と暖房運転が平行して行われる冷暖同時運転の場合の制御は、冷房運転の室内空調機の流量調整弁、膨張弁は全冷房の室内空調機の制御と同様で、暖房運転の室内空調機の流量調整弁、膨張弁は全暖房運転の室内空調機の制御と同様である。そして、外調機の流量調整弁、膨張弁の制御は、室内空調機の冷房負荷が暖房負荷より大きい場合は、外調機の熱交換器が凝縮器として作用するため全冷房運転のときの外調機と同様になり、室内空調機の暖房負荷が冷房負荷より大きい場合は、外調機の熱交換器が蒸発器として作用するため全暖房運転のときの外調機と同様の制御となる。
【００３８】
また、電磁弁６１の制御は熱交換器６が凝縮器として作用するときは全閉、蒸発器として作用するときは全暖房運転時の制御と同様に制御される。さらに、電磁弁６４の制御は冷房運転の室内空調機がないときは全閉とし、冷房運転の室内空調機が少なくとも１台あるときは全冷房運転時の制御と同様に冷房運転の室内空調機の過冷却度と流量調整弁の開度により制御される。
【００３９】
本実施例は以上のように構成され、熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、冷媒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外調機により並列に接続された複数の室内空調機とからなる空気調和装置において、前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、該過冷却機構を外調機または室内空調機の蒸発器として作用している熱交換器の中で過冷却度を最も大きく設定されている熱交換器の流量調整弁が全開近傍となるよう制御した。
これにより、蒸発モードの他の熱交換器に向かう液冷媒の過冷却度が必要以上に大きくなり、その結果流量調整弁の開度が最小開度に達して目標とする過冷却度に制御できなくなったり、また、全閉近傍で流量特性が顕著に変化してしまう問題を防止できる効果を有する。
【００４０】
図８は本発明の第２の実施例を示す。この実施例は、上述の本発明の第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気液熱交換器と過冷却機構を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０から延びる冷媒配管Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’が分岐されて、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’へ並列に接続されている。そして、各室内空調機において、冷媒配管Ｒ１’が各気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの液冷媒通路側を通ったあと、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続される。
また、冷媒配管Ｒ２’は、電磁弁１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、冷媒配管Ｒ３’は、電磁弁２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。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時、他方が閉状態となるよう制御される。
【００４１】
さらに、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の液管より電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス側熱交換通路を経て冷媒配管Ｒ２’に至る過冷却機構を備えている。
なお、各運転モードにおける冷媒の流れは第１の実施例と同じである。また、外調機３０の膨張弁７、流量調整弁２５、各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の各膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの制御は第１の実施例と同じである。各室内空調機の過冷却機構の電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃの制御はそれぞれ各室内空調機５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’の設定された過冷却度に応じて各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと連動して制御される。この結果、各流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはみな全開近傍で制御される。
【００４２】
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、過冷却機構を各室内空調機毎に設けているから、膨張弁に向かう全ての冷媒がいずれかの過冷却機構を通過し、個々に過冷却度が制御されることができ、過冷却機構も取り扱いが簡単で安価なものが使用できる。また、冷媒の過冷却度を各熱交換器ごとに個別に流量調整弁と過冷却機構の両方で制御できるので目標過冷却度に早急に制御できる利点がある。
【００４３】
図９は本発明の第３の実施例を示す。この実施例は、特開平８ー６１７４４の第１の実施例を改良したもので、本発明の第１の実施例に対しては冷暖同時機能を廃止し、ヒートポンプマルチ方式にしたものである。
すなわち、３機の室内空調機５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、分岐ユニット４０’を介して液管及びガス管を形成する冷媒配管Ｒ１１、Ｒ２１により外調機３０’に対して並列に接続されている。そして、外調機３０’において気液熱交換器４を液タンク２７と流量調整弁２５の間に設置し、電磁弁６１、キャピラリ６２、逆止弁６５により流量調整弁２５に入る冷媒の過冷却度を前記第１の実施例と同様に制御する。さらに、外調機には冷房と暖房を切り換えるための四方弁６７が設置されている。
【００４４】
分岐ユニット４０’においては気液熱交換器１２を液管に設置し、電磁弁６４、キャピラリ６３、逆止弁６６により各室内空調機の流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに入る冷媒の過冷却度を前記第１の実施例と同様に制御する。
図１０は本発明の第４の実施例を示す。この実施例は特開平８ー６１７４４の第２の実施例を改良したもので、本発明の第３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過冷却機構を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０’から延びる冷媒配管Ｒ１１’，Ｒ２１’が分岐されて、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”へ並列に接続されている。そして、各室内空調機において、冷媒配管Ｒ１１’が気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの液熱交換側を通ったあと、流量調整弁１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに接続される。
【００４５】
また、冷媒配管Ｒ２１’は、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”の熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”の液管より電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス熱交換側を通り、逆止弁６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃを経て冷媒配管Ｒ２１’に至る過冷却機構を備えている。
なお、各室内空調機５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ”において、各膨張弁、各流量調整弁の制御は第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。
【００４６】
本第３、第４の実施例は以上のように構成され、これらも、第１、第２の実施例と同じ効果を有する。
【００４７】
図１１は本発明の第５の実施例を示す。この実施例は、特願平７ー３５２０８５記載の第１の実施例を改良したもので、本発明の第１の実施例に対しては外調機と各室内空調機の液管にある流量調整弁を廃止し、それぞれの熱交換器６、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管側に設置したものである。
すなわち、３機の室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１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により外調機３０１に対して並列に接続されている。そして、外調機３０１において流量調整弁２５’を熱交換器６のガス管側に設置した。さらに、気液熱交換器４を液タンク２７と膨張弁７の間に設置し、本発明の第１の実施例と同様に接続する過冷却機構を構成する電磁弁６１、キャピラリ６２を有する。
【００４８】
また、分岐ユニット４０において気液熱交換器１２を冷媒配管Ｒ１と各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の液管の間に設置し、本発明の第１の実施例と同様に過冷却機構を構成する電磁弁６４、キャピラリ６３を有する。さらに、室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１において流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’を各熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管側に設置した。
【００４９】
以上の構成において外調機３０１の流量調整弁２５’は熱交換器６が凝縮器として作用するときは凝縮圧力を制御し、蒸発器として作用するときは蒸発圧力を制御し、各室内空調機に対して必要な熱量を排出または収集を行う。また、膨張弁７は熱交換器６が蒸発器として作用するときは冷媒の過熱度が一定となるように制御し、凝縮器として作用するときは冷媒の過冷却度が一定となるように制御する。
さらに、各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１において、流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’は各熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが暖房運転時は凝縮圧力を制御し、冷房運転時は蒸発圧力を制御し、各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の各給気温度を目標温度となる様制御する。さらに、膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは冷房運転時は冷媒の過熱度が一定となるように制御し、暖房運転時は冷媒の過冷却度が一定となるよう制御する。
【００５０】
また、電磁弁６１は熱交換器６が蒸発器として作用し、かつ負荷が小さいときに電磁弁６１を全閉とする。すなわち、流量調整弁２５’があらかじめ決められた開度以下になったならば電磁弁６１を全閉とする。さらに、電磁弁６４は各室内空調機５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１の少なくとも１台が冷房運転時で、かつ負荷が小さいとき電磁弁６４を全閉とする。すなわち、冷房運転の流量調整弁があらかじめ決められた開度以下になったならば電磁弁６４を全閉とする。
【００５１】
本実施例によれば、冷房運転の熱交換器の負荷が小さいときに、膨張弁に入る冷媒の過冷却度を必要以上に大きくなることがないので冷房能力が過大になることがない。
【００５２】
図１２は本発明の第６の実施例を示す。この実施例は、特開平７ー３５２０８５の第２の実施例を改良したもので、上述の本発明の第５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気液熱交換器を各室内空調機毎に設けるようにしたものである。
すなわち、外調機３０１から延びる冷媒配管Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’が分岐され各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’へ並列に接続されている。そして、各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’には、気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが冷媒配管Ｒ１’と膨張弁１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの間に接続されている。
【００５３】
また、冷媒配管Ｒ２’は、電磁弁１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。さらに、冷媒配管Ｒ３’は、電磁弁２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’を介して熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃのガス管に接続されている。そして、電磁弁１３Ａ’と２３Ｂ’、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時、他方が閉状態となるよう制御される。
さらに、各室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’には、冷媒配管Ｒ１’より各電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを介してそれぞれキャピラリ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃに導き、それぞれ気液熱交換器１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのガス管側熱交換器を経て冷媒配管Ｒ２’に至る過冷却機構を備えている。
【００５４】
なお、外調機３０１において膨張弁７、流量調整弁２５’、電磁弁６１の制御は前記実施例５と同じである。また、各室内室内空調機５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’において、各膨張弁、流量調整弁の制御は先願と同じである。また、各電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃの制御はそれぞれの熱交換器１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが冷房運転のときで、かつ負荷が小さいときにそれぞれの電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを全閉とする。すなわち、各流量調整弁１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’のがあらかじめ決められた開度以下になったならばそれぞれの電磁弁６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃを全閉とする。
【００５５】
本実施例によれば、前記第５の実施例と同様の効果を有する。
【００５６】
なお、以上の第１から第６の実施例では、室内空調機が３台接続されたものを示したが、室内空調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空調機を接続することもでき、さらには第１と第２、第３と第４、第５と第６の実施例を組み合わせても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、外調機に複数の室内空調機が並列に接続された空気調和装置において、液配管の途中に気液熱交換器を設置し、蒸発器として作用する熱交換器に向かう液冷媒を過冷却機構と流量調整弁で過冷却度を制御することにより過冷却度が大きくなって流量調整弁の開度が最小になり制御できなくなってしまったり、流量特性が顕著に変化する全閉近傍で流量調整弁を制御することがない。
また、蒸発モードの流量調整弁の開度を少なくとも１台を全開近傍に維持することができるため、流量調整弁による圧力損失を小さくできる。
さらに、必要以上の過冷却度をとることがないので蒸発器側の必要負荷が小さい場合に冷房能力が過大となることを防ぐことができ、無駄がない。
【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】第１の実施例における冷媒回路図である。
【図３】室内空調機および外調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】全冷房運転時の過冷却機構と流量調整弁の制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】全暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。
【図７】全暖房運転時の過冷却機構と流量調整弁の制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施例における冷媒回路図である。
【図９】本発明の第３の実施例における冷媒回路図である。
【図１０】本発明の第４の実施例における冷媒回路図である。
【図１１】本発明の第５の実施例における冷媒回路図である。
【図１２】本発明の第６の実施例における冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ コンプレッサ
３ アキュムレータ
４ 気液熱交換器
５Ａ、５Ｂ 電磁弁
６ 熱交換器
７ 膨張弁
８ 圧力センサ
９、１０Ａ、１０Ｂ 温度センサ
１１Ａ、１１Ｂ 圧力センサ
１２ 気液熱交換器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 気液熱交換器
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ 電磁弁
１３Ａ’、１３Ｂ’、１３Ｃ’、２３Ａ’、２３Ｂ’、２３Ｃ’ 電磁弁
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ａ’、１４Ｂ’、１４Ｃ’ 流量調整弁
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 膨張弁
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 圧力センサ
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 室内ユニット側ガス管
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 熱交換器
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 温度センサ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 温度センサ
２１、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 送風機
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 温度センサ
２５、２５’ 流量調整弁
２７ 液タンク
３０、３０’、３０１ 外調機
３１ 空調機制御部
３２ インバータ
３３ インバータ
３４ 駆動制御部
３５ 駆動制御部
３６ 温度変換器
３７ 圧力変換器
３８Ａ インバータ
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ 駆動制御部
４０、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 ＶＡＶ
４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ 風量設定部
４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ ダクト
４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ 駆動制御部
４９ 駆動制御部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ａ’、５０Ｂ’、５０Ｃ’、５０Ａ”、５０Ｂ”、５０Ｃ” 室内空調機
５０Ａ１、５０Ｂ１、５０Ｃ１、５０Ａ１’、５０Ｂ１’、５０Ｃ１’ 室内空調機
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ 室内空調機制御部
６１、６４、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ 電磁弁
６２、６３、６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ キャピラリ
６５、６６、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ 逆止弁
６７ 四方弁
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１’、Ｒ２’、Ｒ３’ 冷媒配管
Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ１１’、Ｒ２１’ 冷媒配管
ＺＡ１、ＺＡ２、ＺＢ１、ＺＢ２、ＺＣ 空調ゾーン
Claims (4)
- 熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、
それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、
前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、
該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御する制御手段を備え、該制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されることを特徴とする空気調和装置。 - 熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備える外調機と、
それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および該膨張弁と直列に設けられた流量調整弁を備え、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前記外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖選択型の空気調和装置において、
前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、
該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御する制御手段を備え、該制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されることを特徴とする空気調和装置。 - 熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備える外調機と、
それぞれ熱交換器、該熱交換器に付設された膨張弁、および熱交換器の膨張弁と反対側に設けられた流量調整弁を備え、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外調機に並列に接続された複数の室内空調機とからなる冷暖同時運転可能の空気調和装置において、
前記外調機または室内空調機の少なくとも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、該熱交換器に向かう液管に気液熱交換器を設置し、さらに液管より減圧機構を介して冷媒が該気液熱交換器のガス熱交換側に入りその後低圧ガス管に至るバイパス回路を持つ過冷却機構を有して、
該過冷却機構と流量調整弁により過冷却度を制御する制御手段を有することを特徴とする空気調和装置。 - 前記過冷却機構の制御手段は蒸発器として作用する熱交換器の内、過冷却度を最も大きく設定された熱交換器の過冷却度と流量調整弁の開度により制御されることを特徴とする請求項３記載の空気調和装置。
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