JP4629083B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
前記室外機は、液状冷媒が流通する液ラインと、ガス状冷媒が流通する第1ガスライン及び第2ガスラインと、吸入したガス状冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機の吸入ポートの接続先を前記第1又は第2ガスラインのいずれか一方に切り換えるとともに、当該圧縮機の吐出ポートの接続先を前記第1又は第2ガスラインの他方に切り換える高低圧切換機構と、前記液ラインに接続した膨張弁及び当該膨張弁に直列接続した熱交換器を備えた室外熱交換ユニットと、前記室外熱交換ユニットの熱交換器に、前記第1ガスライン又は第2ガスラインのいずれか一方を切換可能に接続する室外熱交換動作切換機構と、を備えたものである。
前記第1室内機は、直列接続した熱交換器及び膨張弁を備え、当該膨張弁が前記液ラインに、また、当該熱交換器が前記第1ガスラインにそれぞれ接続されて、前記高低圧切換機構の動作により冷暖房が切り換わるものである。
前記第2室内機は、直列接続した熱交換器及び膨張弁を備え、当該膨張弁を前記液ラインに接続したものである。
前記ライン変換機構は、前記室外機に接続されたものであって、前記高低圧切換機構の動作で高低圧が切り換わる前記第1及び第2ガスラインを、高低圧が固定された2つの固定ガスラインに変換するものである。
前記分配機構は、前記第2室内機とライン変換機構との間に介在するものであって、前記第2室内機の熱交換器を、前記高圧側固定ガスライン又は低圧側固定ガスラインのいずれかに切換可能に接続するものである。
さらに、室外機の運転モード、すなわち、高低圧切換機構の動作は、第1室内機の運転モードで決定されるが、室外熱交換動作切換機構による切換動作及び膨張弁の拡縮調整によって、室内機全体としてみたときの総合負荷に応じた、室外熱交換ユニットの最適な熱交換機能の調整が可能となる。
本実施形態に係る空気調和装置100は、図1にその主要構成を模式的に示すように、単一の室外機1、単一の第1室内機2、複数の第2室内機3、ライン変換機構4及び分配機構5を具備している。
室外機1は、冷媒流出入のための3つのポートP11、P12、P13、圧縮機11、高低圧切換機構たる四方弁12、室外熱交換ユニット13、室外熱交換動作切換手段たる三方弁14を具備している。
次に、このような構成の空気調和装置100の動作を、図2〜図12を参照しつつ、説明する。なお、図2〜図11中、閉塞状態の弁は黒く塗りつぶし、開放状態のものは白抜きで表現している。
例えば、第1室内機2を冷房モードにすると、図示しないコントローラがこれを検知して、室外機1の四方弁12を図2〜図6の状態、すなわち第1ガスラインL11が圧縮機11の吸入側に接続された低圧ガスラインとなり、第2ガスラインL12が圧縮機11の吐出側に接続された高圧ガスラインとなる状態に制御する。以下にこの冷房モードでの負荷の状態による冷媒の流れ等を説明する。
例えば第2室内機3のいずれにも大きな冷房負荷が作用しているなど、室内機全体としてみたときの冷房負荷が暖房負荷に比べて非常に大きい場合(図12、パターン1の場合)は、コントローラが三方弁14を制御して、各室外熱交換器131を、高圧ガスラインである第2ガスラインL12に接続し、それらのいずれもが凝縮器として作用するように設定する。また、コントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して、高圧側固定ガスラインLHに接続されている分岐流路L52を閉塞し、低圧側固定ガスラインLLに接続されている分岐流路L51を開放することで、これら第2室内機3がいずれも冷房作用を営むように設定する。
例えば第2室内機3の一方が比較的大きな冷房負荷、他方が小さな暖房負荷の場合のように、室内機全体としてみたときの冷房負荷が暖房負荷よりも少し大きい場合(図12、パターン2の場合)は、コントローラが一方の三方弁14を制御して、高圧ガスラインである第2ガスラインL12に一方の室外熱交換器131を接続し、これを凝縮器とする一方、他方の熱交換器131に対しては、対応する膨張弁132を閉塞するなどして冷媒の流通を阻害し、その熱交換機能を停止させる。さらに、この実施形態では、コントローラが、他方の三方弁14を制御して、機能停止状態にある熱交換器131の一端を低圧ガスラインである第1ガスラインL11に接続するようにしている。これは、熱交換器131内の残存冷媒を吸引し、冷媒利用効率の向上を図るためである。また、コントローラは、図3に示すように、分配機構5の開閉弁51、52を制御し、各切換ユニット53の開閉状態を互いに逆にして、各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が冷房、他方が暖房作用を営むように設定する。
室内機の冷房負荷と暖房負荷がほぼ釣り合っている場合(図12、パターン3の場合)、図4に示すように、コントローラが、室外機1の各膨張弁132を閉塞し、全ての室外熱交換器131の機能を停止させるとともに、各三方弁14を制御して、各室外熱交換器131の一端を低圧ガスラインである第1ガスラインL11に接続する。これは、パターン2同様、室外熱交換器131内の残存冷媒を吸引し、冷媒の利用効率を向上するためである。また、コントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御し、各切換ユニット53の開閉状態を互いに逆にして各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が暖房、他方が冷房となるように設定する。
例えば第2室内機3の一方が大きな暖房負荷、他方が小さな冷房負荷の場合など、室内機全体としてみたときの暖房負荷が冷房負荷よりも少し大きい場合(図12、パターン4の場合)は、図5に示すように、コントローラが一方の三方弁14を制御して、低圧ガスラインである第1ガスラインL11に一方の室外熱交換器131を接続し、これを蒸発器とする。また、パターン2同様、他方の熱交換器131に対しては、対応する膨張弁132を閉塞するなどして冷媒の流通を阻害し、その熱交換機能を停止させるとともに、対応する三方弁14を制御して、前記他方の室外熱交換器131の一端を低圧ガスラインである第1ガスラインL11に接続し、冷媒利用効率の向上を図る。さらにコントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が暖房、他方が冷房となるように設定する。
第2室内機3のいずれもが大きな暖房負荷の場合など、室内機全体としてみたときの暖房負荷が冷房負荷よりも非常に大きい場合(図12、パターン5の場合)は、図6に示すように、コントローラが各三方弁14を制御して、低圧ガスラインである第1ガスラインL11に全ての室外熱交換器131を接続し、これらを蒸発器とするとともに、分配機構5の開閉弁51、52を制御して、低圧側固定ガスラインLLに接続されている分岐流路L51を閉塞し、高圧側固定ガスラインLHに接続されている分岐流路L52を開放する。
第1室内機2を暖房モードにすると、コントローラがこれを検知して室外機1の四方弁12を図7〜図11の状態、すなわち第1ガスラインL11が圧縮機11の吐出側に接続された高圧ガスラインとなり、第2ガスラインL12が圧縮機11の吸入側に接続された低圧ガスラインとなる状態に制御する。なお、以下に暖房モードでの負荷の状態による冷媒の流れ等を説明するが、前記冷房モードと動作が共通する部分は説明を簡略化する場合もある。
例えば第2室内機3のいずれにも大きな暖房負荷が作用しており、室内機全体としてみたときの暖房負荷が冷房負荷に比べて非常に大きい場合(図12、パターン6の場合)は、図7に示すように、コントローラが三方弁14を制御して、各室外熱交換器131を低圧ガスラインである第2ガスラインL12に接続し、それらのいずれもが蒸発器として作用するように設定する。また、コントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して、高圧側固定ガスラインLHに接続されている分岐流路L52を開放し、低圧側固定ガスラインLLに接続されている分岐流路L51を閉塞する。
その後、高圧ガス状冷媒の一部は、第1室内機2に導かれ、凝縮することで暖房作用を営んだ後、液状冷媒となって液ポートP13から室外機1に再度導入される。そして、各室外熱交換ユニット13で蒸発し、低圧ガス状冷媒となって三方弁14、四方弁12を介し圧縮機11の吸入ポートに戻る。
例えば第2室内機3の一方が大きな暖房負荷、他方が小さな冷房負荷の場合など、室内機全体としてみたときの暖房負荷が冷房負荷よりも少し大きい場合(図12、パターン7の場合)は、図8に示すように、コントローラが一方の三方弁14を制御して、低圧ガスラインである第2ガスラインL12に一方の室外熱交換器131を接続し、これを蒸発器とする。また、他方の熱交換器131に対しては、対応する膨張弁132を閉塞するなどして冷媒の流通を阻害し、その熱交換機能を停止させるとともに、対応する三方弁14を制御して、前記他方の室外熱交換器131の一端を、低圧の第2ガスラインL12に接続し、冷媒利用効率の向上を図る。さらにコントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が暖房、他方が冷房となるように設定する。
室内機の冷房負荷と暖房負荷がほぼ釣り合っている場合(図12、パターン8の場合)、図9に示すように、コントローラが、室外機1の各膨張弁を閉塞し、全ての室外熱交換器の機能を停止させるとともに、各三方弁14を制御して、各室外熱交換器の一端を低圧ガスラインである第2ガスラインL12に接続し、残存冷媒の吸引による冷媒利用効率の向上を図る。さらに、コントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御し、各切換ユニット53の開閉状態を互いに逆にして各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が暖房、他方が冷房となるように設定する。
そしてその一部は、第1室内機2に導入されて凝縮し、暖房作用を営んだ後、液状冷媒となってライン変換機構4の第5流路L45を介し、分配機構5の液流路L53に流入する。
例えば第2室内機3の一方が小さな暖房負荷、他方が大きな冷房負荷の場合など、室内機全体としてみたときの暖房負荷が冷房負荷よりも少し小さい場合(図12、パターン9の場合)は、図10に示すように、コントローラが一方の三方弁14を制御して、高圧ガスラインである第1ガスラインL11に一方の室外熱交換器131を接続し、これを凝縮器とする。また、他方の熱交換器131に対しては、対応する膨張弁132を閉塞するなどして冷媒の流通を阻害し、その熱交換機能を停止させるとともに、対応する三方弁14を制御して、前記他方の室外熱交換器131の一端を前記第2ガスラインL12に接続し、残存冷媒の吸引による冷媒利用効率の向上を図る。さらにコントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して各第2室内機3内の冷媒の流れが互いに逆になるようにし、一方の第2室内機3が暖房、他方が冷房となるように設定する。
第2室内機3の全てが大きな冷房負荷の場合など、室内機全体としてみたときの冷房負荷が暖房負荷に比べ非常に大きい場合(図12、パターン10の場合)は、図11に示すように、コントローラが各三方弁14を制御して、高圧ガスラインである第1ガスラインL11に各室外熱交換器131を接続し、これらを凝縮器とする。さらにコントローラは、分配機構5の開閉弁51、52を制御して各第2室内機3内の冷媒の流れを制御し、各第2室内機3が冷房となるように設定する。
したがって、このような構成であれば、冷暖房切換システムに用いられる室内機(第1室内機2)は、四方弁12の設定によって冷暖房を切り換えることができる。また、冷暖房同時システムに用いられる各室内機(第2室内機3)は、分配機構5の切換動作によってそれぞれ独立して冷暖房を切り換えることができる。
そして以上のことにより、冷暖房切換室内機2と冷暖房同時室内機3との混在が可能であり、幅広い空調負荷に対応した運転が可能となるため、空調設計の自由度を拡大することができる。
例えば、ライン変換機構を、分配機構に双方向電磁弁などの能動的なバルブとそれらを制御するコントローラ等を用いることでも構成可能である。また、三方弁や四方弁などの切換機構は、この種のバルブに限られるものではない。第2室内機を3以上設けてもよいし、第1室内機は、複数であっても冷暖房モードが常に同一モードで運転されるものであればよい。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
1・・・室外機
2・・・第1室内機
3・・・第2室内機
4・・・ライン変換機構
5・・・分配機構
L13・・・液ライン
L11・・・第1ガスライン
L12・・・第2ガスライン
11・・・圧縮機11
12・・・高低圧切換機構(四方弁)
13・・・室外熱交換ユニット
14・・・室外熱交換動作切換機構(三方弁)
LH・・・高圧側固定ガスライン
LL・・・低圧側固定ガスライン
P41a・・・変換元第1ポート
P42a・・・変換元第2ポート
P41b・・・変換先第1ポート
P42b・・・変換先第2ポート
L41〜L45・・・第1流路〜第5流路
41〜44・・・第1逆止弁〜第4逆止弁
P43a、P43b・・・中継ポート
Claims (4)
- 室外機と、単一又は同一モードで運転される複数の第1室内機と、単一又は複数の第2室内機と、ライン変換機構と、分配機構とを具備しており、
前記室外機は、
液状冷媒が流通する液ラインと、
ガス状冷媒が流通する第1ガスライン及び第2ガスラインと、
吸入したガス状冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機の吸入ポートの接続先を前記第1又は第2ガスラインのいずれか一方に切り換えるとともに、当該圧縮機の吐出ポートの接続先を前記第1又は第2ガスラインの他方に切り換える高低圧切換機構と、
前記液ラインに接続した流量制御可能な膨張弁及び当該膨張弁に直列接続した熱交換器を備えた室外熱交換ユニットと、
前記室外熱交換ユニットの熱交換器に、前記第1ガスライン又は第2ガスラインのいずれか一方を切換可能に接続する室外熱交換動作切換機構と、を備えたものであり、
前記第1室内機は、
直列接続した熱交換器及び膨張弁を備え、当該膨張弁が前記液ラインに、また、当該熱交換器が前記第1ガスラインにそれぞれ接続されて、前記高低圧切換機構の動作により冷暖房が切り換わるものであり、
前記第2室内機は、
直列接続した熱交換器及び膨張弁を備え、当該膨張弁を前記液ラインに接続したものであり、
前記ライン変換機構は、
前記室外機に接続されたものであって、前記高低圧切換機構の動作で高低圧が切り換わる前記第1及び第2ガスラインを、高低圧が固定された2つの固定ガスラインに変換するものであり、
前記分配機構は、
前記第2室内機とライン変換機構との間に介在するものであって、前記第2室内機の熱交換器を、前記高圧側固定ガスライン又は低圧側固定ガスラインのいずれかに切換可能に接続するものである
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記ライン変換機構が、
前記第1ガスライン及び第2ガスラインにそれぞれ接続される変換元第1ポート及び変換元第2ポートと、
前記高圧側固定ガスライン及び低圧側固定ガスラインにそれぞれ接続される変換先第1ポート及び変換先第2ポートと、
前記変換元第1ポート及び前記変換先第1ポートを接続する第1流路と、
前記変換元第2ポート及び前記変換先第2ポートを接続する第2流路と、
前記変換元第1ポート及び前記変換先第2ポートを接続する第3流路と、
前記変換元第2ポート及び前記変換先第1ポートを接続する第4流路と、
前記第1流路上に設けられ、前記変換元第1ポートに向かう冷媒のみを流通させる第1逆止弁と、
前記第2流路上に設けられ、前記変換先第2ポートに向かう冷媒のみを流通させる第2逆止弁と、
前記第3流路上に設けられ、前記変換先第2ポートに向かう冷媒のみを流通させる第3逆止弁と、
前記第4流路上に設けられ、前記変換元第2ポートに向かう冷媒のみを流通させる第4逆止弁と、を具備したものである請求項1記載の空気調和装置。 - 前記室外熱交換ユニットを複数並列に設けるとともに、互いに独立して動作可能な室外熱交換動作切換機構を、各室外熱交換ユニットにそれぞれ対応させて設けている請求項1又は2記載の空気調和装置。
- 前記室外熱交換ユニットの膨張弁が閉塞可能なものであって、
いずれか又は全ての室外熱交換ユニットの熱交換機能を、膨張弁を閉塞して停止させ得るように構成するとともに、機能停止状態の熱交換ユニットに対応する室外熱交換動作切換機構が、当該熱交換ユニットの熱交換器を、前記第1ガスライン又は第2ガスラインのうちの低圧側に設定されているガスラインに接続するように構成している請求項3記載の空気調和装置。
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