JP4643135B2 - マルチ空気調和器 - Google Patents

Description

本発明は空気調和器に関し、特に多数のルームを個別的に冷房、又は暖房しえるマルチ空気調和器に関する。

一般に、空気調和機は、住居空間、レストラン、又は事務室などの室内空間を冷房又は暖房するための装置である。
最近、多数のルームに区画された室内空間をより効率的に冷房又は暖房するためのマルチ空気調和機の開発が持続的に行われている。
かかるマルチ空気調和機は、通常、一台の室外機に多数台の室内機が連結され、それぞれの室内機が各ルームに設けられる形態からなり、暖房と冷房のいずれかの運転モードで作動しながら室内を暖房または冷房する。

しかしながら、室内に区画された複数のルームのうち何れかは暖房が必要で、何れかは冷房が必要な場合においても、冷房モード又は暖房モードで一律に運転されるため、上記した要求に適切に対応できないという限界がある。

例えば、ビルなどでは、ルームの位置や時間に応じて温度差が発生しえるが、ビルの北側のルームは暖房を必要とする反面、南側のルームは陽光のため冷房を必要とする場合、一つのモードで運転される従来のマルチ空気調和機では上記した要求に適切に対応し難い。また、電算室を備えた場合、夏だけでなく、冬にも電算設備の発熱負荷を解決するために冷房が必要とされるが、このような要求に機器が適切に対応できないという限界がある。

結局、上記した必要性に応じて、機器動作中に同時に各ルームを個別的に空気調和させえるマルチ空気調和機、つまり、暖房を要するルームではこれに設けられた室内機が暖房モードで運転され、同時に冷房を要する他のルームではこれに設けられた室内機が冷房モードで運転されえる、冷/暖房同時型マルチ空気調和機の開発が要求されている。

そこで、本発明の目的は、多数のルームを個別的に暖房、又は冷房することができ、二相状態の冷媒が室内機の膨張装置に流入することを防止して、冷房能力の低下、及び騒音発生を防止することのできるマルチ空気調和器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一形態によれば、 圧縮器、室外熱交換機、前記圧縮器から吐き出された冷媒の流動流路を制御する流路制御バルブ、室内を暖房する場合に前記室内を経由しながら凝縮された状態で流入した液相冷媒を膨張させ、前記室外熱交換機に送る室外機膨張装置、そして、室外機チューブを含めてなる室外機；室内機膨張装置、室内熱交換機、そして、室内機チューブを含めてなる多数個の室内機；前記室外機から流入した冷媒を各運転モードにしたがって前記各室内機に選択的に分配して流動させた後、再び前記室外機に送る分配器；前記室外熱交換機、又は室内熱交換機で凝縮された後、それぞれ前記室内機膨張装置、又は前記室外機膨張装置側に流動する冷媒を過冷却する手段を含めてなるマルチ空気調和器を提供する。

ここで、前記手段は、前記室外熱交換機、前記室外機膨張装置、前記室内機膨張装置、そして、前記室内熱交換機を直列に連結する冷媒管のうち、前記室外機膨張装置と、前記室内機膨張装置との間の一部分と熱交換するように設けられる過冷却用熱交換機を含めてなる。
この際、前記過冷却用熱交換機は、前記冷媒管内を流動する冷媒の一部を用いて、前記過冷却用熱交換機と熱交換する部分を通る残りの冷媒を過冷却するように構成されることが好ましい。

このために、前記手段は、前記冷媒管と前記過冷却用熱交換機の一段とを連結して、前記室外熱交換機、又は室内熱交換機を経由した後、前記冷媒管内を流動する冷媒の一部を前記過冷却用熱交換機に流入させる第１誘導管；前記第１誘導管内を流動する冷媒を膨張させるように前記第１誘導管に設けられる過冷却用膨張装置；そして、前記圧縮器のインレットと、前記過冷却用熱交換機の他端とを連結して、前記過冷却用熱交換機を経由した冷媒を前記圧縮器に案内する第２誘導管をさらに含めてなる。

一方、本発明で前記過冷却手段は、前記過冷却用熱交換機と、前記室外機膨張装置との間の前記冷媒管に設けられる補助過冷却用熱交換機をさらに含めてなる。そして、この場合、前記過冷却手段は、前記冷媒管と前記補助過冷却用熱交換機の一端とを連結する補助第１誘導管；前記補助第１誘導管に設けられる補助過冷却用膨張装置；そして、前記圧縮器のインレットと、前記補助過冷却用熱交換機の他端とを連結する補助第２誘導管をさらに含めてなる。

前記過冷却用熱交換機は前記冷媒管の外周面を包むように設けられるか、前記冷媒管の内部を通るように設けられえる。後者の場合、前記過冷却用熱交換機は前記冷媒管内を流れる冷媒と熱交換する面積が広がるように前記冷媒管の内部で複数回折り曲げられることが好ましい。

一方、本発明による空気調和器において、前記流路制御バルブは、前記圧縮器のアウトレットと連通する第１ポートと、前記室外熱圧縮器と連通する第２ポートと、前記圧縮器のインレットと連通する第３ポートと、そして、閉鎖された管に連結されるか、それ自体が閉鎖された第４ポートとを含めてなる。

そして、前記室外機チューブは、前記圧縮器のアウトレットと前記第１チューブとを連結する第１チューブと、前記第２チューブと前記室外機の第１ポートとを連結し、その中間に前記室外熱交換機が設けられる第２チューブと、前記第１チューブと前記室外機の第２チューブとを連結する第３チューブと、そして、前記第３ポートと前記圧縮器のインレットとを連結し、その中間が前記室外機の第３ポートに連結される第４チューブとを含めてなる。

前記空気調和器において、前記室外機の第１ポートは前記分配器の第１ポートに連結され、前記室外機の第２ポートは前記分配器の第２ポートに連結され、前記室外機の第３ポートは前記分配器の第３ポートに連結される。

一方、前記分配器は、前記室外機から流入した冷媒を室内機に案内し、前記室内機から流入した冷媒を前記室外機に案内する分配器チューブ、そして、前記分配器チューブ内を流れる冷媒の流れを前記各運転モードに適するよう制御できるように前記分配器チューブに設けられるバルブ部を含めてなる。

ここで、前記分配器チューブは、前記分配器の第１ポートに連結される液相冷媒管、前記液相冷媒管でそれぞれ分岐し、前記各室内機膨張装置に連結される多数個の液相冷媒分岐管、前記分配器の第２ポートに連結される気相冷媒管、前記気相冷媒管でそれぞれ分岐し、前記各室内熱交換機に連結される多数個の第１気相冷媒分岐管、前記各気相冷媒分岐管でそれぞれ分岐する多数個の第２気相冷媒分岐管、そして、前記各第２気相冷媒分岐管を共に連結させ、前記分配器の第３ポートと連通するリターン管を含めてなる。

本発明による空気調和器が上記のように構成される場合、前記過冷却用熱交換機は前記液相冷媒管と前記液相冷媒分岐管との連結部分に設けられることが好ましい。そして、前記第１誘導管は前記液相冷媒管で分岐し、前記過冷却用熱交換機に連結され、前記第２誘導管は前記リターン管に連結されることが好ましい。

一方、上記目的を達成するための本発明の他の一形態によれば、圧縮器と室外熱交換機とを含めてなる室外機；前記室外機と直接に連結され、室内機膨張装置と室内熱交換機とを含めてなる多数個の室内機；前記室外熱交換機、前記室内機膨張装置、そして、前記室内熱交換機を直列に連結する冷媒管のうち、前記室外熱交換機と前記室内機膨張装置との間に設置され、冷媒を過冷却する過冷却用熱交換機を含めてなるマルチ空気調和器を提供する。

以下で説明するように、本発明によるマルチ空気調和器は次のような利点を有する。

第一に、多数個のルームをそれぞれ独立的に冷房、又は暖房できるので、各ルームの環境に合せた最適な空気調和機能を提供できる。
第二に、前記過冷却手段によって過冷却された液相冷媒が前記室内機、及び室外機膨張装置に供給される。これにより、前記室内機、及び室外機膨張装置で発生する騒音、及び誤作動、そして、故障を顕著に減少させえる。
尚、冷凍効率が向上するので、冷房、及び暖房性能が改善する。

一方、上記では一つの室外機と分配器、そして、多数個の室内機が提供され、多数個のルームをそれぞれ独立的に冷房、又は暖房できるマルチ空気調和器について述べた。上記で幾つかの実施形態が説明されたが、本発明の趣旨、及び範囲から外れない限り、他の様々な形態で具体化されえることは該当技術に通常の知識を有する者には自明なことであろう。

例えば、一つの室外機に多数個の室内機が直接に連結されたマルチ空気調和器の場合、多数個のルームを全て冷房するか、全て暖房しえる。
そして、この場合にもやはり室外機と各室内機とを連結する連結配管に上記の過冷却手段を設けることができ、これによって、本発明による過冷却手段が上記の実施形態と同一の機能を行えることは該当技術に通常の知識を有する者には自明なことであろう。

以下、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明による空気調和器は、図１に示すように、室外機Ａ、分配器Ｂ、及び多数の室内機Ｃ；Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を含めてなる。前記室外機Ａには圧縮器１、室外熱交換機２、流路制御バルブ６、そして、室外機チューブなどが設置され、前記分配器Ｂには分配器チューブ２０、バルブ部３０などが設置される。そして、各室内機Ｃには室内熱交換機６２と室内機膨張装置６１とがそれぞれ設置される。そして、本発明による空気調和器には空気調和効率を高め、騒音、及び故障発生を減らすために過冷却手段７０がさらに設置される。

このように構成された空気調和器は、第１運転モード−全室を冷房する運転、第２運転モード−全室を暖房する運転、第３運転モード−多数室を冷房し、かつ少数室を暖房する運転、第４運転モード−多数室を暖房し、かつ少数室を冷房する運転の各運転モードにしたがって各室内機Ｃ；Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が設けられた各ルームの内部空間を独立的にそれぞれ冷房または暖房するように構成されている。

以下では前記空気調和器の一実施形態の詳細な構成を図１に基づいて説明する。
説明の便宜上、後述する符号２２は２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、２４は２４ａ，２４ｂ，２４ｃを、２５は２５ａ，２５ｂ，２５ｃを、３１は３１ａ，３１ｂ，３１ｃを、３２は３２ａ，３２ｂ，３２ｃを、６１は６１ａ，６１ｂ，６１ｃを、６２は６２ａ，６２ｂ，６２ｃを、そして、ＣはＣ１，Ｃ２，Ｃ３を示す。そして、各ルームの数が変動することによって室内機Ｃの個数、及び、これと連関した各構成要素の個数も共に変動することは当然であるが、本明細書では説明の便宜上、ルームが３つである場合、つまり、室内機Ｃが３つである場合を例に挙げて説明する。

まず、室外機Ａの構成について詳細に説明する。
図１を参照にすると、圧縮器１のアウトレットには第１チューブ３が連結される。そして、前記第１チューブ３は流路制御バルブ６に連結されるが、前記流路制御バルブ６は、各運転モードに従って前記圧縮器１から吐き出された気相冷媒の流動流路を制御する。前記流路制御バルブ６は４つのポートを有するが、第１ポート６ａに前記第１チューブ３が連結される。

前記流路制御バルブ６の第２ポート６ｂは第２チューブ７に連結される。ここで、前記第２チューブ７はその一端が前記流路制御バルブ６の第２ポート６ｂに連結され、他端は図１に示すように前記室外機Ａの第１ポートＡ₁に連結される。前記第２チューブ７の中間には図１に示すように前記室外熱交換機２が設置される。

前記流路制御バルブ６の第３ポート６ｃは第４チューブ５に連結される。ここで、前記第４チューブ５の一端は前記第３ポート６ｃに連結され、他端は前記圧縮器１のインレットに連結される。そして、前記第４チューブ５の中間の一地点は前記室外機Ａの第３ポートＡ₃と連通する。一方、前記第４チューブ５の中間の一地点、より詳細には、前記圧縮器１のインレットと、前記室外機Ａの第３ポートＡ₃との間に位置した地点にはアキュムレータ９が提供される。

前記流路制御バルブ部６の第４ポート６ｄは、図１に示すように、その一端が閉鎖された管６ｅに連結される。しかし、前記第４ポート６ｄは別途の管に連結されず、それ自体が閉鎖された形態からなることもある。

上記のように構成された流路制御バルブ６は、マルチ空気調和器が第１及び第３運転モードで運転されるときに前記第１ポート６ａと第２ポート６ｂとを連通させながら、同時に前記第３ポート６ｃと第４ポート６ｄとを連通させる。
そして、第２及び第４運転モードで運転されるときに前記第１ポート６ａと第４ポート６ｄとを連通させながら、同時に前記第２ポート６ｂと第３ポート６ｃとを連通させる。このように制御される流路制御バルブ６による冷媒の流れについては後に詳述する。

一方、前記第１チューブ３の中間には第３チューブ４の一端が連結される。そして、前記第３チューブ４の他端は前記室外機Ａの第２ポートＡ₂に連結される。前記第２チューブ７の中間地点、より詳細には、前記室外熱交換機２と前記室外機Ａの第１ポートＡ₁との間の地点にはチェックバルブ７ａが提供される。

ここで、前記チェックバルブ７ａは前記室外熱交換機２に隣接して提供されることが好ましい。そして、前記第２チューブ７にはチェックバルブ７ａと並列に室外機膨張装置７ｃが設置される。このために、両端部がそれぞれ前記チェックバルブ７ａのインレット側とアウトレット側とに連結される並列管７ｂが提供され、前記並列管７ｂに前記室外機膨張装置７ｃが設置される。

上記のように設置されるチェックバルブ７ａは前記室外熱交換機２を通過した後、前記室外機Ａの第１ポートＡ₁側に流動する冷媒は通過させ、前記室外機Ａの第１ポートＡ₁を通過した後、前記室外熱交換機２側に流動する冷媒は通過させない。したがって、前記室外機Ａの第１ポートＡ₁を通過した後、前記室外熱交換機２側に流動する冷媒は前記チェックバルブ７ａの案内にしたがって前記並列管７ｂと前記室外機膨張装置７ｃを経由した後、室外熱交換機２に流入する。

一方、本発明で前記室外機膨張装置７ｃが流路を開放できるように構成されると、前記チェックバルブ７ａが提供されなくても上記の説明と同一の機能が行える。即ち、前記冷媒が前記室外熱交換機２から前記分配器Ｂ側に流動するとき、前記室外機膨張装置７ｃが流路を開放させ、前記冷媒が前記分配器Ｂ側から前記室外熱交換機２側に流動するときには、前記室外機膨張装置７ｃが前記冷媒を膨張させると、前記チェックバルブ７ａが上述の実施形態と同一の機能を行えるようになるのである。

上記のように構成された室外機Ａは多数個の連結チューブによって前記分配器Ｂに連結される。このために、前記連結チューブのうち第１連結チューブ１１は前記室外機Ａの第１ポートＡ₁と、前記分配器Ｂの第１ポートＢ₁とを連結し、第２連結チューブ１２は前記室外機Ａの第２ポートＡ₂と、前記分配器Ｂの第２ポートＢ₂とを連結し、第３連結チューブ１３は前記室外機Ａの第３ポートＡ₃と、前記分配器Ｂの第３ポートＢ₃とを連結する。したがって、本発明によるマルチ空気調和器で前記室外機Ａと分配器Ｂは３つの配管を介して連結される。

一方、分配器Ｂは運転モードにしたがって室外機Ａから流入した冷媒を選択された室内機Ｃに正確に案内しなければならない。そして、前記分配器Ｂと多数台の室内機Ｃとを連結する多数個の配管を単純化させ、配管作業が容易で、かつ外的美観性が向上するようにすることが好ましい。上記の事項を考慮して設けられた本発明による空気調和器の分配器Ｂは、図１に示すように、分配器チューブ２０、そして、バルブ部３０を含めてなる。

前記分配器チューブ２０は前記室外機Ａから分配器Ｂに流入した冷媒を室内機Ｃに案内し、前記室内機Ｃを経由した後、分配器Ｂに流入した冷媒を前記室外機Ｃに案内する。このような役割を果たす分配器チューブ２０は液相冷媒管２１、多数の液相冷媒分岐管２２、気相冷媒管２３、多数の第１気相冷媒分岐管２４、多数の第２気相冷媒分岐管２５、そして、リターン管２６を含めてなる。

図１を参照にすると、前記液相冷媒管２１は前記第１連結チューブ１１と連通するように分配器Ｂの第１ポートＢ₁に連結される。そして、前記液相冷媒分岐管２２は前記液相冷媒管２１で多数個が分岐し、それぞれ前記室内機Ｃの室内機膨張装置６１に連結される。前記気相冷媒管２３は前記第２連結チューブ１２と連通するように前記分配器Ｂの第２ポートＢ₂に連結される。
そして、前記第１気相冷媒分枝管２４は、前記気相冷媒管２３で多数個が分岐し、それぞれ前記室内機Ｃの室内熱交換機６２に連結される。一方、前記第２気相冷媒分岐管２５はそれぞれ前記第１気相冷媒分岐管２４の中間地点で分岐する。そして、リターン管２６は、図１に示すように、前記第２気相冷媒分岐管２５を共に連結する。ここで、前記リターン管２６は中間の一地点が前記分配器Ｂの第３ポートＢ₃と連通する。

前記分配器Ｂのバルブ部３０は、前記各運転モードにしたがって各ルームの室内機Ｃに選択的に気相、又は液相の冷媒を流入させ、各室内機Ｃを経由した気相、又は液相の冷媒を室外機Ａ側に再流入させるように分配器チューブ２０内の冷媒の流れを制御する役割を果たす。このような役割を果たすバルブ部３０は、図１に示すように、各第１気相冷媒分岐管２４と、各第２気相冷媒分岐管２５上にそれぞれ設けられ、制御される多数個の開閉バルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを含めてなる。ここで、前記バルブ３１，３２は各運転モードに従って前記各第１気相冷媒分岐管２４と、各第２気相冷媒分岐管２５とをそれぞれ開放するか閉鎖することで、冷媒の流動流路を制御する。

一方、各運転モード別にバルブ部３０が具体的に制御される内容は空気調和器の作動過程を説明しながら述べる。

本発明によるマルチ空気調和器で前記分配器Ｂは、第１運転モードで運転されるときに前記第２連結チューブ１２内に停滞する高圧の気相冷媒が液化することを防止する液化防止手段２７をさらに含めてなりえる。前記分配器Ｂに前記手段２７が提供される理由は、前記第２連結チューブ１２に高圧の気体状態の冷媒が停滞し液化すると、冷房、又は暖房を行う冷媒が足りなくなりえるので、これらを気化させ液化を防止し、最終的に空気調和器の冷媒不足現象を防止するためである。このような前記手段２７は、前記リターン管２６と前記気相冷媒管２３とを連結するバイパス管２７ａと、該バイパス管２７ａに設けられる分配器膨張装置２７ｂとを含めてなる。上記のように提供された手段２７の具体的な作用については後述する。

一方、前記室内機Ｃは各ルームにそれぞれ設置され、室内熱交換機６２、室内機膨張装置６１、そして、室内ファン（図示せず）を含めてなる。各室内熱交換機６２は分配器Ｂの各第１気相冷媒分岐管２４に連結され、各室内機膨張装置６１は分配器Ｂの各液相冷媒分岐管２２に連結される。そして、各室内熱交換機６２と、各室内機膨張装置６１とは冷媒管によって相互に連結される。
前記各室内ファンは各室内熱交換機６２に送風するように設けられる。

以下では本発明によるマルチ空気調和器に提供される過冷却手段について説明する。前記過冷却手段の構造、及び設置位置に関する説明に先立って、過冷却手段の必要性について簡単に説明する。

一般に、前記室外機Ａは建物の屋上など、建物の外部に設置される。そして、前記各室内機Ｃは建物の内部の各ルームにそれぞれ設置される。そして、前記分配器Ｂは前記室外機Ａと室内機Ｃの中間地点、例えば、建物の内部の一空間、又は天井の内部空間に設置される。このように前記室外機Ａと室内機Ｃは相当に遠い距離に配置されるので、前記室外機Ａ、又は室内機Ｃで凝縮された液相の冷媒が前記室内機Ｃ、又は室外機Ａにそれぞれ移動するときに冷媒管内を流れる冷媒の圧力が低下し、一部の冷媒が膨張する。

このように一部の冷媒が膨張して、気相、及び液相が混在した二相状態の冷媒が室外機膨張装置７ｃ、又は室内機膨張装置６１に流入すると、冷媒の膨張時に騒音が発生し、誤作動、及び故障が発生するおそれがある。そして、膨張効率が低下して、結果的に空気調和効率が落ちるという問題が発生する。したがって、かかる問題を解決するためには、前記室外熱交換機２、又は室内熱交換機６２で凝縮された後流動する冷媒を過冷却して、前記室内機膨張装置６１、又は室外機膨張装置７ｃに供給するための構造的な改善策が要求されている。

本発明によるマルチ空気調和器には上記の問題を解決するために過冷却手段７０がさらに備えられる。前記過冷却手段７０は、図１に示すように、分配器Ｂ内に設けられることが好ましく、前記室外熱交換機２、又は室内熱交換機６２で凝縮された後、それぞれ前記室内機膨張装置６１、又は前記室外機膨張装置７ｃ側に流動する冷媒を過冷却する。このような前記過冷却手段７０は過冷却用熱交換機７１を含めてなる。

前記過冷却用熱交換機７１は前記室外熱交換機２、前記室外機膨張装置７ｃ、前記室内機膨張装置６１、そして、前記室内熱交換機６２を直列に連結する配管のうち、前記室外機膨張装置７ｃと前記室内機膨張装置６１との間の一部分と熱交換するように設けられる。より詳細には、図１に示すように、前記過冷却用熱交換機７１は、前記液相冷媒管２１と前記液相冷媒分岐管２２が分岐する部分に設けられる。

上記のように設けられる過冷却用熱交換機７１は、前記過冷却用熱交換機７１が設置された部分を通る冷媒を冷却することで、前記冷媒を過冷却状態に作る。このように前記過冷却用熱交換機７１が設置された部分を通る冷媒を冷却するためには多様な方法が使用されえる。即ち、前記過冷却用熱交換機７１に冷たい空気を送風するか、熱交換のための冷却水を始めとした冷却流体を供給して前記過冷却用熱交換機７１を通る冷媒を冷却しえる。しかし、本発明では別途の冷却用流体を使用せず、前記冷媒管、つまり、液相冷媒管２１内を流動する冷媒の一部を用いて、前記過冷却用熱交換機７１を通る残りの冷媒を冷却する構造を提示する。

このために、前記過冷却手段７０は、前記液相冷媒管２１内を流れる冷媒の一部を前記過冷却用熱交換機７１に案内する第１誘導管７２、前記第１誘導管７２内を流動する冷媒を膨張させる過冷却用膨張装置７３、そして、前記過冷却用熱交換機７１を経由した冷媒を前記圧縮器１のインレット側に流入させる第２誘導管７４を含めてなる。ここで、前記液相冷媒管２１の一端は前記液相冷媒管２１のうち前記分配器Ｂの第１ポートＢ₁と、前記液相冷媒分岐管２２が分岐する地点との間に連結され、他端は前記過冷却用熱交換機７１の一端に連結される。

そして、前記過冷却用膨張装置７３は、図１に示すように、前記第１誘導管７２に設けられる。前記第２誘導管７４は、図１に示すように、その一端が前記過冷却用膨張装置７３の他端に連結され、他端が前記リターン管２６に連結される。上記のように前記第２誘導管７４の他端が前記リターン管２６に連結されると、前記過冷却用膨張装置７３を経由した冷媒が前記リターン管２６と前記第４チューブ５を経由した後、圧縮器１のインレットに流入する。一方、前記第２誘導管７４は前記第４チューブ５に直接に連結されることもある。

上記の位置に設けられる前記過冷却用熱交換機７１は、図６に示すように、冷媒管、つまり、前記液相冷媒管２１の内部を通るように設けられる。この場合、前記液相冷媒管２１、及び前記液相冷媒分岐管２２の内部を流れる冷媒と熱交換する面積が広がるように、前記過冷却用熱交換機７１は、図６及び図７に示すように、前記液相冷媒分岐管２２内で複数回折り曲げられた形状を有することが好ましい。前記過冷却用熱交換機７１が上記のような形状を有すると、前記液相冷媒管２１の内部を流動する冷媒が前記過冷却用熱交換機７１と直接に接触するので、前記過冷却用熱交換機７１の内部を流れる他の冷媒と効果的に熱交換可能である。

一方、図６及び図７には前記過冷却用熱交換機７１が前記液相冷媒管２１の外周面を包むように設けられた実施例が示されているが、これとは逆に、前記液相冷媒管２１が前記過冷却用熱交換機７１の内部を通るように設けられることもある。このような実施形態は、図示してはいないが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも理解しやすいだろう。

一方、本発明による空気調和器で冷媒をよりきちんと過冷却するため、図９に示すように、また他の過冷却手段８０がさらに備えられえる。ここで、前記過冷却手段８０は、前記過冷却用熱交換機８１、第１誘導管８２、過冷却用膨張装置８３、そして、第２誘導管８４を含めてなる。かかる過冷却手段８０の構造、及び連結関係は上述した過冷却手段７０の構造と大同小異であるので省略する。但し、前記過冷却用熱交換機８１は、図９に示すように、分配器Ｂの第１ポートＢ₁と、前記過冷却用熱交換機７１との間の地点に設置される。

上記のように、本発明によるマルチ空気調和器に二つの過冷却用熱交換機７１、８１が提供される場合、前記過冷却用熱交換機７１は全ての運転モードで作動することが好ましい。しかし、前記過冷却用熱交換機８１は、空気調和性能が必要以上に低下することを防止するために、第１運転モードでのみ作動することが好ましい。

以下では上記のように設けられる過冷却手段７０によって液相冷媒管２１の内部を流れる冷媒が過冷却される原理について図８を参照して説明する。
参考までに、図８は図１の過冷却手段による過冷却原理を示すＰ−ｈ線図である。説明の便宜上、以下では前記室外熱交換機２が凝縮器として機能し、前記室内熱交換機６２が蒸発器として機能する実施形態に基づいて説明する。

まず、圧縮器１で冷媒は高い圧力で圧縮され、凝縮器として機能する図１の前記室外熱交換機２に移送される。前記室外熱交換機２で前記冷媒は高圧を維持した状態で放熱しながら凝縮し、液化する。前記室外熱交換機２で液化した冷媒は図１の第２チューブ７を介して分配器Ｂ側に移動する。この際、前記室外機Ａと分配器Ｂとを連結する冷媒管、つまり、第１連結チューブ１１の長さが長いので、前記第１連結チューブ１１内で発生する摩擦のため冷媒の圧力が低下する。このように冷媒の圧力が低下しつつ一部の冷媒が膨張するので、図８に示すように、冷媒は二相状態となる。

二相状態で前記第１連結チューブ１１内を流れる冷媒の一部質量ｍは図１の第１誘導管７２に流入し、残りの質量（１−ｍ）は図１の液相冷媒管２１側に流入する。前記第１誘導管７２に流入した冷媒の一部質量（ｍ）は前記過冷却用膨張装置７３で完全に膨張した後、前記過冷却用熱交換機７１内で前記液相冷媒管２１内を流動する冷媒の残りの質量（１−ｍ）と熱交換しながら気化する。

この際、液相冷媒管２１を流れる冷媒の残りの質量（１−ｍ）は前記過冷却用熱交換機７１内を流れる冷媒の一部の質量（ｍ）に気化熱を供給する。したがって、液相冷媒管２１を流れる冷媒の残りの質量（１−ｍ）は、図８に示すように、等圧条件で温度が下がるに伴ってエンタルピー（ｈ）が低くなり、過冷却される。これにより、前記液相冷媒管２１を介して前記室内機膨張装置６１に流入する全ての冷媒は液体状態となる。一方、上記の過程で前記過冷却用熱交換機７１は冷媒の一部の質量（ｍ）を気化する蒸発器として機能する。

上記の過程を通じて過冷却された液体状態の冷媒の残り質量（１−ｍ）は室内機膨張装置６１で膨張した後、室内熱交換機６２で蒸発しながら室内空間を冷房する。そして、リターン管６に移動した後、圧縮器１のインレットに流入する。一方、前記過冷却用熱交換機７１で気化した冷媒の一部の質量（ｍ）は前記リターン管２６を経由して圧縮器１のインレットに流入する。

一方、上記のように構成された本発明によるマルチ空気調和器は、圧縮器１から吐き出された気相冷媒が、各運転モードに従って、室外機Ａでは前記流路制御バルブ６の制御によって流動流路、及び流動方向が変更され、分配器Ｂと室外機Ｃでは前記バルブ部３０の制御によって流動流路、及び流動方向が変更されつつ各ルームを個別的に冷房、又は暖房する。

以下では各運転モード別に前記流路制御バルブ６と前記バルブ部３０の制御によって冷媒がどの様に流動しながら各ルームを冷房、又は暖房するかを具体的に説明する。説明の便宜上、第３運転モードでは２台の室内機Ｃ１，Ｃ２は冷房を行い、他の１台の室内機Ｃ３は暖房を行うものと仮定する。また、第４運転モードでは２台の室内機Ｃ１，Ｃ２は暖房を行い、他の１台の室内機Ｃ３は冷房を行うものと仮定する。

図２は前記第１運転モードで空気調和システムの動作状態を示す構成図である。全ての室内機が冷房機能を行う第１運転モードにおいて、前記流路制御バルブ６は前記第１ポート６ａと第２ポート６ｂとを連通させ、同時に前記第３ポート６ｃと、第４ポート６ｄとを連通させる。これにより、前記圧縮器１のアウトレットから吐き出された冷媒は殆ど前記第１チューブ３を経由した後、前記第２チューブ７に流入する。そして、図２に示すように、圧縮器１から吐き出された冷媒の一部は前記第１チューブ３に連結された第３チューブ４に流入する。まず、圧縮器１から吐き出された後、第２チューブ７に流入した冷媒の流れについて説明する。

第２チューブ７に流入した冷媒は前記室外熱交換機２で室外空気と熱交換しながら凝縮される。凝縮した液相の冷媒はチェックバルブ７ａ、室外機Ａの第１ポートＡ₁、そして、第１連結チューブ１１を経由した後、冷媒の一部の質量（ｍ）は第１誘導管７２を介して前記過冷却用熱交換機７１に流入し、冷媒の残りの質量（１−ｍ）は分配器Ｂの液相冷媒管２１に流入する。そして、前記図５に基づいて説明されたように、前記液相冷媒管２１内に流入した冷媒の残りの質量（１−ｍ）は前記過冷却用熱交換機７１内を流動する冷媒の一部の質量（ｍ）と熱交換しながら過冷却され、完全に液化する。

前記過冷却用熱交換機７１を経由しながら気化した冷媒の一部の質量（ｍ）は、前記第２誘導管７４とリターン管２６、及び第４チューブ５を経由して前記圧縮器１のインレットに流入する。そして、分配器Ｂの液相冷媒管２１に流入した冷媒の残りの質量（１−ｍ）は、各液相冷媒分岐管２２を介して各室内機膨張装置６１に流入する。室内機膨張装置６１で膨張した冷媒は各室内熱交換機６２で熱交換され、各室内空間を冷却する。この際、前記室内機膨張装置６１に供給される冷媒は前記過冷却手段７０によって全て液化した状態であるので、膨張騒音、及び故障発生が従来より顕著に減少する。

前記第１運転モードで前記分配器Ｂのバルブ部３０は、第１気相冷媒分岐管２４ａ，２４ｂ，２４ｃに設けられたバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが閉鎖され、前記第２気相冷媒分岐管２５ａ，２５ｂ，２５ｃに設けられたバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが開放されるように制御される。したがって、前記室内熱交換機６２で室内空気を冷却しながら気化した気相の冷媒は、図２に示すように、前記第２気相冷媒分岐管２５を介してリターン管２６に流入する。

一方、前記圧縮器１から吐き出された後、第３チューブ４に流入した冷媒は室外機Ａの第２ポートＡ₂、第２連結チューブ１２、分配器Ｂの第２ポートＢ₂を経由した後、気相冷媒管２３に流入する。一方、図２に示すように、前記気相冷媒管２３に連結された第１気相冷媒分岐管２４に設けられたバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは閉鎖されているので、前記気相冷媒管２３に流入した気相冷媒はバイパス管２７ａに案内される。そして、前記分配器膨張装置２７ｂで膨張した後、前記リターン管２６に移動する。したがって、前記手段２７は第３チューブ４と第２連結チューブ１２の内部に充満した気相冷媒が停滞した状態で液化することを効率よく防止する。

前記リターン管２６で合せられた気相の冷媒は分配器Ｂの第３ポートＢ₃、第３連結チューブ１３、そして、室外機Ａの第３ポートＡ₃を経由して、第４チューブ５に流入する。一方、第１運転モードで前記第４チューブ５の一端が連結される流路制御バルブ６の第３ポート６ｃは閉鎖された管６ｅに連結された第４ポート６ｄと連通している。したがって、第４チューブ５に流入した冷媒はアキューミュレータ９を経由した後、前記圧縮器１のインレットに流入する。

図３は第２運転モードで空気調和システムの動作状態を示す構成図である。
全てのルームを暖房する第２運転モードで、前記流路制御バルブ６は第１ポート６ａと第４ポート６ｄとを連通させ、同時に前記第２ポート６ｂと第３ポート６ｃとを連通させる。これにより、前記圧縮器１から吐き出された後、第１チューブ３に流入した冷媒は全量が前記図３に示すように、前記第３チューブ４に流入する。第３チューブ４に流入した気相の冷媒は室外機Ａの第２ポートＡ₂、第２連結チューブ１２、そして、分配器Ｂの第２ポートＢ₂を経由した後、気相冷媒管２３に流入する。

前記第２運転モードで前記分配器膨張装置２７ｂは閉鎖される。そして、前記第１気相冷媒分岐管２４に設けられたバルブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは開放され、前記第２気相冷媒分岐管２５に設けられたバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは閉鎖される。したがって、前記気相冷媒管２３に流入した冷媒は全量が前記各第１気相冷媒分岐管２４に流入する。そして、室内熱交換機６２で室内空気と熱交換しながら凝縮する。この際、前記室内熱交換機６２は凝縮熱を放出し、室内ファン（図示せず）が前記凝縮熱を室内空間に吐き出すので、室内空間が暖房される。

また、第２運転モードでは、図３に示すように、室内機膨張装置６１が開放されるので、前記室内熱交換機６２で凝縮された冷媒は液相冷媒分岐管２２を介して液相冷媒管２１に流入する。この際、前記液相冷媒管２１内を流れる冷媒は、図３に示すように、前記過冷却用熱交換機７１と熱交換しながら過冷却された後、分配器Ｂの第１ポートＢ₁、第１連結チューブ１１、そして、室外機Ａの第１ポートＡ₁を経由した後、第２チューブ７に流入する。この際、前記過冷却手段７０によって冷媒が過冷却される原理は、前記図８に基づいて説明されたものと大同小異であるので省略する

一方、第２チューブ７に流入した冷媒はチェックバルブ７ａの案内によって並列管７ｂに流入した後、室外機膨張装置７ｃで膨張される。この際、前記室外機膨張装置７ｃに流入する冷媒は前記過冷却手段７０によって全て液化した状態であるので、前記室外機膨張装置７ｃで発生する騒音、及び誤動作、又は故障は著しく減少する。前記室外機膨張装置７ｃで膨張した冷媒は室外熱交換機２で熱交換しながら気化する。そして、前記流路制御バルブ６の案内によって第４チューブ５に流入した後、アキュムレータ９を経由して前記圧縮器１のインレットに流入する。この際、前記第２気相冷媒分岐管２５に設けられたバルブ３２ａ，３２ｂ，３２ｃは閉鎖されているので、前記第４チューブ５に流入した冷媒は圧縮器１側にのみ流入する。

図４は第３運転モードで空気調和器の動作状態を示す構成図である。多数のルームを冷房し、少数のルームを暖房する第３運転モードにおいて、前記流路制御バルブ６は、前記第１運転モードと同様に、前記第１ポート６ａと前記第２ポート６ｂとを連通させ、前記第３ポート６ｃと第４ポート６ｄとを連通させる。したがって、前記圧縮器１から吐き出された冷媒はその一部が前記第２チューブ７に流入し、残りは第３チューブ４に流入する。この過程は、前記図２を参照にして説明された第１運転モードにおける冷媒の流れと同一であるのでその説明は省略する。

第３運転モードにおいて、前記分配器膨張装置２７ｂは閉鎖される。そして、冷房を行う室内機Ｃ１，Ｃ２に連結される第１気相冷媒分岐管２４ａ，２４ｂに設けられたバルブ３１ａ，３２ｂは閉鎖され、第２気相冷媒分岐管２５ａ，２４ｂに設けられたバルブ３２ａ，３２ｂは開放される。そして、暖房を行う室内機Ｃ３に連結される第１気相冷媒分岐管２４ｃに設けられたバルブ３１ｃは開放され、第２気相冷媒分岐管２５ｃに設けられたバルブ３２ｃは閉鎖される。

したがって、前記第３チューブ４を経由した後、分配器Ｂの気相冷媒管２３に流入した冷媒は、図４に示すように、第１気相冷媒分岐管２４ｃを経由して室内機Ｃ３の室内熱交換機６２ｃに流入する。
室内熱交換機６２ｃで凝縮熱を発散しながら室内を暖房した後、前記冷媒は液相状態で室内機膨張装置６１ｃを経由して液相冷媒管２１に流入する。そして、前記液相冷媒管２１内に流入した冷媒は前記過冷却用熱交換機７１と熱交換しながら過冷却され、完全に液化する。

一方、前記圧縮器１から吐き出された後、前記第２チューブ７を経由して分配器Ｂの液相冷媒管２１に流入した冷媒は、図４に示すように、前記室内機Ｃ３で暖房を行った後、液相冷媒管２１に流入した冷媒と合せられる。そして、合せられた冷媒は過冷却手段７０によって過冷却され、完全に液化した後、液相冷媒分岐管２２ａ，２２ｂを介して室内機Ｃ１，Ｃ２の室内機膨張装置６１ａ，６１ｂに流入する。そして、室内熱交換機６２ａ，６２ｂで気化しながら室内空間を冷房した後、第２気相冷媒分岐管２５ａ，２５ｂを経由してリターン管２６に流入する。前記リターン管２６に流入した冷媒は、前記第３連結チューブ１３を介して第４チューブ５に流入し、前記アキュムレータを経て前記圧縮器１のインレットに流入する。第３運転モードでも前記過冷却手段７０によって二相状態の冷媒が全て液化した後に前記室内機膨張装置６１ａ，６１ｂに流入するので、騒音、及び故障を著しく減少させえる。

図５は第４運転モードで空気調和器の作動状態を示す構成図である。多数のルームを暖房し、少数のルームを冷房する第４運転モードにおいて、前記流路制御バルブ６は前記第１ポート６ａと前記第４ポート６ｄとを連通させ、前記第２ポート６ｂと第３ポート６ｄとを連通させる。したがって、前記圧縮器１から吐き出された冷媒は全量が前記第３チューブ４を経由して分配器Ｂに流入する。

第４運転モードで前記分配器膨張装置２７ｂは閉鎖される。そして、冷房を行う室内機Ｃ１，Ｃ２に連結された第１気相冷媒分岐管２４ａ，２４ｂに設けられたバルブ３１ａ，３１ｂは開放され、第２気相冷媒分岐管２５ａ，２５ｂに設けられたバルブ３２ａ，３２ｂは閉鎖される。また、冷房を行う室内機Ｃ３に連結された第１気相冷媒分岐管２４ｃに設けられたバルブ３１ｃは閉鎖され、前記第２気相冷媒分岐管２５ｃに設けられたバルブ３２ｃは開放される。
したがって、前記第２チューブ７を経由して分配器Ｂの気相冷媒管２３に流入した冷媒は第１気相冷媒分岐管２４ａ，２４ｂを介して室内熱交換機６２ａ、６２ｂに流入する。そして、室内機Ｃ１，Ｃ２で暖房を行った後、液相冷媒分岐管２２ａ，２２ｂを介して液相冷媒管２１に移動する。

図５を参照にすると、液相冷媒管２１に流入した冷媒は前記過冷却手段７０によって完全に液化した後、その一部が液相冷媒分岐管２２ｃに流入し、残りは第１連結チューブ１１側に移動する。ここで、前記第１連結チューブ１１に流入した冷媒は前記第２チューブ７、並列管７ｂ、室外機膨張装置７ｃ、室外熱交換機２、そして、流路制御バルブ６を経由して第４チューブ５に流入する。

一方、前記液相冷媒分岐管２２ｃに流入した冷媒は、前記室内機Ｃ３の室内機膨張装置６１ｃと室内熱交換機６２ｃを経由しながら室内空間を冷房した後、第２気相冷媒分岐管２５ｃ、リターン管２６、そして、第３連結チューブ１３を経由して第４チューブ５に流入する。最後に、前記第４チューブ５で合せられた冷媒は前記アキュムレータ９を経由した後、圧縮器１のインレットに流入する。第４運転モードの場合にも、前記過冷却手段７０によって完全に液化した冷媒が前記室内機膨張装置６１ｃと前記室外機膨張装置７ｃに流入するので、騒音、及び故障を著しく減少させえる。

本発明の一実施形態によるマルチ空気調和器を示す構成図である。 全室を冷房する運転で図１の動作状態を示す構成図である。 全室を暖房する運転で図１の動作状態を示す構成図である。 多数室を冷房し、少数室を暖房する運転で図１の動作状態を示す構成図である。 多数室を暖房し、少数室を冷房する運転で図１の動作状態を示す構成図である。 図１の過冷却手段を示す概略図である。 図６のＩ−Ｉ線断面図である。 図１の過冷却手段による過冷却原理を示すＰ−ｈ線図である。 本発明による空気調和器の他の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

Ａ…室外機
Ｂ…分配器
Ｃ…室内機
１…圧縮器
２…室外熱交換機
２０…分配器配管
３０…バルブ部
６１…室内機膨張装置
７０，８０…過冷却手段
７１，８１…過冷却用熱交換機
７２，８２…第１誘導管
７３，８３…過冷却用膨張装置
７４，８４…第２誘導管

Claims (9)

1. 圧縮器、室外熱交換機、前記圧縮器から吐き出された冷媒の流動流路を制御する流路制御バルブ、室内を暖房する場合に前記室内を経由しながら凝縮された状態で流入した液相冷媒を膨張させ、前記室外熱交換機に送る室外機膨張装置、そして、室外機チューブを含めてなる室外機；
   室内機膨張装置、室内熱交換機、そして、室内機チューブを含めてなる多数個の室内機；
   前記室外機から流入した冷媒を各運転モードにしたがって前記各室内機に選択的に分配して流動させた後、再び前記室外機に送る分配器；
   前記室外熱交換機、又は室内熱交換機で凝縮された後、それぞれ前記室内機膨張装置、又は前記室外機膨張装置側に流動する冷媒を過冷却する手段であって、前記分配器内に設置される手段； を含めてなるマルチ空気調和器において、
   前記手段は、
   前記室外熱交換機、前記室外機膨張装置、前記室内機膨張装置、そして、前記室内熱交換機を直列に連結する冷媒管のうち、前記室外機膨張装置と、前記室内機膨張装置との間の一部分と熱交換するように設けられる過冷却用熱交換機を含めてなり、
   該過冷却用熱交換機は、液相冷媒分岐管が前記分配器内の液相冷媒管から分岐される部位に設置され、
   前記手段は、
   前記冷媒管と前記過冷却用熱交換機の一端とを連結して、前記室外熱交換機、又は室内熱交換機を経由した後、前記冷媒管内を流動する冷媒の一部を前記過冷却用熱交換機に流入させる第１誘導管；
   前記第１誘導管内を流動する冷媒を膨張させるように前記第１誘導管に設けられる過冷却用膨張装置；
   前記圧縮器のインレットと、前記過冷却用熱交換機の他端とを連結して、前記過冷却用熱交換機を経由した冷媒を前記圧縮器に案内する第２誘導管をさらに含めてなり、
   前記過冷却用熱交換機は、前記冷媒管の内部を通るように設けられ、
   前記過冷却用熱交換機は、前記冷媒管内を流れる冷媒と熱交換する面積が広がるように前記冷媒管の内部で複数回折り曲げられ、
   前記過冷却用熱交換機はチューブ状に形成され、前記冷媒管の内部を通るように設けられる、マルチ空気調和器。
2. 前記過冷却用熱交換機は、前記冷媒管内を流動する冷媒の一部を用いて、前記過冷却用熱交換機と熱交換する部分を通る残りの冷媒を過冷却する請求項１記載のマルチ空気調和器。
3. 前記手段は、
   前記過冷却用熱交換機と、前記室外機膨張装置との間の前記冷媒管に設けられる補助過冷却用熱交換機をさらに含めてなる請求項１記載のマルチ空気調和器。
4. 前記手段は、
   前記冷媒管と前記補助過冷却用熱交換機の一端とを連結する補助第１誘導管；
   前記補助第１誘導管に設けられる補助過冷却用膨張装置；
   前記圧縮器のインレットと、前記補助過冷却用熱交換機の他端とを連結する補助第２誘導管をさらに含めてなる請求項３記載のマルチ空気調和器。
5. 前記流路制御バルブは、
   前記圧縮器のアウトレットと連通する第１ポートと、
   前記室外熱圧縮器と連通する第２ポートと、
   前記圧縮器のインレットと連通する第３ポートと、
   閉鎖された管に連結されるか、それ自体が閉鎖された第４ポートとを含めてなる請求項１記載のマルチ空気調和器。
6. 前記室外機チューブは、
   前記圧縮器のアウトレットと前記第１チューブとを連結する第１チューブと、
   前記第２チューブと前記室外機の第１ポートとを連結し、その中間に前記室外熱交換機が設けられる第２チューブと、
   前記第１チューブと前記室外機の第２チューブとを連結する第３チューブと、
   前記第３ポートと前記圧縮器のインレットとを連結し、その中間が前記室外機の第３ポートに連結される第４チューブとを含めてなる請求項５記載のマルチ空気調和器。
7. 前記室外機の第１ポートは前記分配器の第１ポートに連結され、前記室外機の第２ポートは前記分配器の第２ポートに連結され、前記室外機の第３ポートは前記分配器の第３ポートに連結される請求項６記載のマルチ空気調和器。
8. 前記分配器は、
   前記室外機から流入した冷媒を室内機に案内し、前記室内機から流入した冷媒を前記室外機に案内する分配器チューブ、
   前記分配器チューブ内を流れる冷媒の流れを前記各運転モードに適するよう制御できるように前記分配器チューブに設けられるバルブ部を含めてなる請求項７記載のマルチ空気調和器。
9. 前記分配器チューブは、
   前記分配器の第１ポートに連結される前記液相冷媒管、
   前記液相冷媒管でそれぞれ分岐し、前記各室内機膨張装置に連結される前記多数個の液相冷媒分岐管、
   前記分配器の第２ポートに連結される気相冷媒管、
   前記気相冷媒管からそれぞれ分岐し、前記各室内熱交換機に連結される多数個の第１気相冷媒分岐管、
   前記各気相冷媒分岐管からそれぞれ分岐する多数個の第２気相冷媒分岐管、
   前記各第２気相冷媒分岐管を共に連結させ、前記分配器の第３ポートと連通するリターン管を含めてなる請求項８記載のマルチ空気調和器。

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