JP6123289B2 - Air conditioning system - Google Patents
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Description
本発明は、空気調和システム、特に、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムに関する。 The present invention relates to an air conditioning system, and more particularly to an air conditioning system capable of performing indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation and a natural circulation cooling operation.
従来より、特許文献１（特開２００３−３２９３１７号公報）に示すように、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムがある。具体的には、空気調和システムは、圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路を有している。空気調和システムは、圧縮機を運転することによって圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷房運転を行うことが可能である。また、空気調和システムは、圧縮機を停止した状態で室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる自然循環式冷房運転を蒸気圧縮式冷房運転と切り換えて行うことが可能である。 Conventionally, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-329317), there is an air conditioning system capable of performing indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation and a natural circulation cooling operation. Specifically, the air conditioning system has a refrigerant circuit configured by connecting a compressor, an outdoor heat exchanger, a flow control valve, and an indoor heat exchanger. The air conditioning system can perform a vapor compression cooling operation in which the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the flow rate control valve, and the indoor heat exchanger by operating the compressor. In addition, the air conditioning system can be performed by switching the natural circulation type cooling operation in which the refrigerant is circulated in the order of the outdoor heat exchanger, the flow rate control valve, and the indoor heat exchanger to the vapor compression type cooling operation while the compressor is stopped. Is possible.
上記従来の空気調和システムでは、室外温度が所定値よりも低く自然循環式冷房運転を安定的に行うことができる運転条件では、自然循環式冷房運転によって室内の冷房を行い、室外温度が所定値以上になり自然循環式冷房運転を安定的に行うことができない運転条件になると、蒸気圧縮式冷房運転に切り換えて室内の冷房を行うようにしている。 In the above conventional air conditioning system, the outdoor temperature is lower than a predetermined value, and under the operating conditions where the natural circulation cooling operation can be stably performed, the indoor air is cooled by the natural circulation cooling operation, and the outdoor temperature is a predetermined value. As described above, when the operating condition is such that the natural circulation cooling operation cannot be stably performed, the indoor cooling is performed by switching to the vapor compression cooling operation.
ところで、蒸気圧縮式冷房運転は、自然循環式冷房運転よりも大きな冷房能力に対応することができるとともに、自然循環式冷房運転と同程度の小さい冷房能力にもある程度は対応することができる。また、室外温度が所定温度よりも低い条件のような自然循環式冷房運転を安定的に行うことができる運転条件であっても、蒸気圧縮式冷房運転を行うこと自体は可能である。 By the way, the vapor compression type cooling operation can cope with a larger cooling capacity than the natural circulation type cooling operation, and can cope with a cooling ability as small as the natural circulation type cooling operation to some extent. Further, it is possible to perform the vapor compression type cooling operation itself even under the operating condition in which the natural circulation type cooling operation can be performed stably such as the condition where the outdoor temperature is lower than the predetermined temperature.
このように、比較的小さい冷房能力範囲では、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれも行うことが可能な場合がある。それにもかかわらず、上記従来のように、自然循環式冷房運転が可能な運転条件になっているかどうかという観点のみによって、一律に蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれかに切り換える切り換え手法を採用すると、システム全体として効率的な運転が行われていない状況が発生するおそれがある。 Thus, in a relatively small cooling capacity range, it may be possible to perform both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation. Nonetheless, as in the conventional case described above, the switching is uniformly switched to either the vapor compression cooling operation or the natural circulation cooling operation only from the viewpoint of whether or not the operating condition is capable of the natural circulation cooling operation. If the method is adopted, there is a possibility that a situation where efficient operation is not performed as the entire system may occur.
本発明の課題は、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムにおいて、システム全体として効率的な運転が得られるように両冷房運転の切り換えを行うことができるようにすることにある。 An object of the present invention is to provide an air-conditioning system capable of performing indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation and a natural circulation cooling operation, so that the entire system can be operated efficiently. It is to be able to perform switching.
第１の観点にかかる空気調和システムは、圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器が接続されることによって構成された冷媒回路と、室外熱交換器に室外空気を供給するための室外ファンと、室内熱交換器に室内空気を供給するための室内ファンと、を有しており、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能である。蒸気圧縮式冷房運転は、室外ファン及び室内ファンを運転するとともに圧縮機を運転することによって圧縮機、室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転である。自然循環式冷房運転は、圧縮機を停止した状態で室外ファン及び室内ファンを運転しつつ室外熱交換器、流量調節弁、室内熱交換器の順に冷媒を循環させる冷房運転である。そして、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転時において、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件である場合には、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力と自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力とを比較し、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のうち消費電力のいずれか小さいほうの冷房運転を行う。 An air conditioning system according to a first aspect supplies a refrigerant circuit configured by connecting a compressor, an outdoor heat exchanger, a flow rate control valve, and an indoor heat exchanger, and outdoor air to the outdoor heat exchanger. And an indoor fan for supplying indoor air to the indoor heat exchanger, and can cool the room by switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation. Is possible. The vapor compression cooling operation is a cooling operation in which the refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the flow control valve, and the indoor heat exchanger by operating the outdoor fan and the indoor fan and operating the compressor. The natural circulation cooling operation is a cooling operation in which the refrigerant is circulated in the order of the outdoor heat exchanger, the flow rate control valve, and the indoor heat exchanger while the outdoor fan and the indoor fan are operated with the compressor stopped. Here, in the vapor compression cooling operation, when both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation are operating conditions, the current power consumption of the vapor compression cooling operation and The power consumption predicted when switching to the natural circulation type cooling operation is compared, and the cooling operation with the smaller power consumption of the vapor compression type cooling operation and the natural circulation type cooling operation is performed.
ここで、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれも行うことが可能な運転条件とは、空気調和システムに対して要求される冷房能力範囲で言えば、比較的小さい冷房能力が要求され、また、室外温度が低い場合である。そして、このような冷房運転の状態を蒸気圧縮式冷房運転によって得ようとする場合には、機器の運転容量が小さく、また、圧縮機の高低差圧が小さいため、消費電力がかなり小さくなる傾向にある。このため、自然循環式冷房運転によって同じ冷房能力を得ようとする場合のほうが、蒸気圧縮式冷房運転を行う場合よりも消費電力が大きくなることが発生し得る。 Here, the operating conditions under which both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed are required to have a relatively small cooling capacity in terms of the cooling capacity range required for the air conditioning system. And when the outdoor temperature is low. And, when trying to obtain such a cooling operation state by vapor compression cooling operation, the operating capacity of the equipment is small, and the high and low differential pressure of the compressor is small, so the power consumption tends to be considerably small. It is in. For this reason, it may occur that the power consumption becomes larger when the same cooling capacity is obtained by the natural circulation cooling operation than when the vapor compression cooling operation is performed.
そこで、ここでは、上記のように、蒸気圧縮式冷房運転時において、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件である場合には、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力と自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力とを比較し、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のうち消費電力のいずれか小さいほうの冷房運転を行うようにしている。このため、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える手法とは異なり、自然循環式冷房運転が可能な運転条件であるにもかかわらず、消費電力の観点から蒸気圧縮式冷房運転を行うことができるようになる。 Therefore, here, as described above, in the vapor compression cooling operation, when both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation are operational conditions, the vapor compression cooling operation is performed. Compare the current power consumption with the power consumption predicted when switching to natural circulation cooling operation, and perform the cooling operation with the smaller one of the power consumption of the vapor compression cooling operation and natural circulation cooling operation I am doing so. For this reason, unlike the conventional method of switching to natural circulation type cooling operation uniformly in the operation condition in which natural circulation type cooling operation is possible, the consumption condition is not limited to the operation condition in which natural circulation type cooling operation is possible. From the viewpoint of electric power, the vapor compression cooling operation can be performed.
これにより、ここでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as the entire system.
第２の観点にかかる空気調和システムは、第１の観点にかかる空気調和システムにおいて、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力は、圧縮機の現在の周波数、室外ファンの現在の回転数、及び、室内ファンの現在の回転数に基づいて得られる電力値であり、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力は、室外ファンの最大回転数、及び、室内ファンの最大回転数に基づいて得られる電力値である。 Air conditioning system according to a second aspect is the air conditioning system according to a first aspect, the current power consumption of the vapor compression cooling operation, the current frequency of the compressor, the current rotational speed of the outdoor fan, And the electric power value obtained based on the current rotation speed of the indoor fan, and the power consumption predicted when switching to the natural circulation cooling operation is the maximum rotation speed of the outdoor fan and the maximum rotation of the indoor fan. It is a power value obtained based on the number.
ここでは、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力については、消費電力が大きい圧縮機、室外ファン及び室内ファンを考慮して算出している。そして、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力については、消費電力が大きい室外ファン及び室内ファンを考慮して算出している。しかも、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力については、同じ冷房能力を得ようとすると、室外ファンや室内ファンの回転数が自然循環式冷房運転時のほうが蒸気圧縮式冷房運転時よりも大きくなることを考慮して、最大回転数で室外ファン及び室内ファンを運転した場合を想定して算出している。 Here, the current power consumption of the vapor compression cooling operation is calculated in consideration of a compressor, an outdoor fan, and an indoor fan that consume a large amount of power. The power consumption predicted when switching to the natural circulation type cooling operation is calculated in consideration of outdoor fans and indoor fans that consume large amounts of power. Moreover, with regard to the power consumption predicted when switching to natural circulation cooling operation, when trying to obtain the same cooling capacity, the rotational speed of the outdoor fan or indoor fan is higher when it is in natural circulation cooling operation. In consideration of the fact that it is larger than that during operation, the calculation is performed assuming that the outdoor fan and the indoor fan are operated at the maximum rotation speed.
これにより、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれが効率的であるかを適切に判断することができる。 Thereby, here, it is possible to appropriately determine which one of the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation is efficient.
第３の観点にかかる空気調和システムは、第１又は第２の観点にかかる空気調和システムにおいて、自然循環式冷房運転時において、冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に切り換える。 In the air conditioning system according to the third aspect, in the air conditioning system according to the first or second aspect, when the cooling capacity is insufficient during the natural circulation cooling operation, the air compression system is switched to the vapor compression cooling operation. Switch.
ここでは、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に切り換えるようにしている。このため、冷房能力の不足を発生させることなく、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを適切に行うことができる。 Here, unlike the conventional switching method that switches to natural circulation type cooling operation under the operating conditions that allow natural circulation type cooling operation, when the cooling capacity is insufficient, the steam compression type cooling operation is performed. I try to switch. For this reason, it is possible to appropriately switch between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation without causing a lack of cooling capacity.
これにより、ここでは、冷房能力の不足を発生させることなく、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as a whole system without causing a lack of cooling capacity.
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
第１の観点にかかる空気調和システムでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 In the air conditioning system according to the first aspect, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so that efficient operation can be obtained as a whole system.
第２の観点にかかる空気調和システムでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれが効率的であるかを適切に判断することができる。 In the air conditioning system according to the second aspect, it is possible to appropriately determine which one of the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation is efficient.
第３の観点にかかる空気調和システムでは、冷房能力の不足を発生させることなく、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 In the air conditioning system according to the third aspect, it is possible to switch between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation so that the entire system can be operated efficiently without causing a lack of cooling capacity. it can.
以下、本発明にかかる空気調和システムの実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和システムの具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 Hereinafter, an embodiment of an air harmony system concerning the present invention and its modification are described based on a drawing. In addition, the specific structure of the air conditioning system concerning this invention is not restricted to the following embodiment and its modification, It can change in the range which does not deviate from the summary of invention.
（１）空気調和システムの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和システム１の概略構成図である。
(1) Configuration of Air Conditioning System FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioning system 1 according to an embodiment of the present invention.
空気調和システム１は、圧縮機２１（後述）を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な装置である。また、ここでは、空気調和システム１は、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式暖房運転によって室内の暖房を行うことが可能な装置でもある。空気調和システム１は、主として、室外ユニット２と、室外ユニット２よりも下方に配置された複数（ここでは、２台）の室内ユニット５ａ、５ｂとが接続されることによって構成されている。例えば、室外ユニット２は、建物の屋上等に配置されており、室内ユニット５ａ、５ｂは、建物の室内等に配置されている。ここで、室外ユニット２と室内ユニット５ａ、５ｂとは、液冷媒連絡管６及びガス冷媒連絡管７を介して接続されている。すなわち、空気調和システム１の冷媒回路１０は、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂとが冷媒連絡管６、７を介して接続されることによって構成されている。また、冷媒回路１０には、冷媒とともに、圧縮機２１の潤滑のための冷凍機油が封入されている。
The air conditioning system 1 can perform indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation performed by operating a compressor 21 (described later) and a natural circulation cooling operation performed with the
＜室内ユニット＞
室内ユニット５ａ、５ｂは、上記のように、建物の室内等に設置されている。室内ユニット５ａ、５ｂは、冷媒連絡管６、７を介して、互いが並列に接続されるとともに室外ユニット２に接続されており、室外ユニット２との間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室内ユニット５ａ、５ｂが２台であるが、３台以上の室内ユニットが並列に接続されていてもよい。
<Indoor unit>
As described above, the
次に、室内ユニット５ａ、５ｂの構成について説明する。尚、室内ユニット５ａと室内ユニット５ｂとは同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット５ａの構成だけを説明し、室内ユニット５ｂの構成については、室内ユニット５ａの各部を示す添字「ａ」を「ｂ」に読み替えるものとして、説明を省略する。
Next, the configuration of the
室内ユニット５ａは、主として、室内流量調節弁５１ａと、室内熱交換器５３ａとを有している。
The
−室内流量調節弁−
室内流量調節弁５１ａは、開度調節されることで室内熱交換器５３ａを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁である。室内流量調節弁５１ａは、室内熱交換器５３ａの液側の端部に接続された室内ユニット液冷媒管５４ａに設けられている。そして、室内ユニット５ａは、室内ユニット液冷媒管５４ａの室内流量調節弁５１ａの液側の端部に近い側の端部が、液冷媒連絡管６に接続されている。
-Indoor flow control valve-
The indoor flow
−室内熱交換器−
室内熱交換器５３ａは、蒸気圧縮式暖房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時には室内流量調節弁５１ａによって流量調節された冷媒を蒸発させる熱交換器である。室内熱交換器５３ａは、空調対象となる空間の室内空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。室内熱交換器５３ａの液側の端部は、上記のように、室内ユニット液冷媒管５４ａに接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、室内ユニットガス冷媒管５５ａに接続されている。室内ユニット５ａは、室内ユニットガス冷媒管５５ａの室内熱交換器５３ａのガス側の端部から遠い側の端部が、ガス冷媒連絡管７に接続されている。
-Indoor heat exchanger-
The
そして、室内熱交換器５３ａの加熱源又は冷却源としての室内空気は、室内ファン５６ａによって供給されるようになっている。室内ファン５６ａは、ここでは、室内ファン用モータ５７ａによって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。そして、室内ファン用モータ５７ａは、インバータ等によって回転数を多段階に変更できるようになっている。
And the indoor air as a heating source or cooling source of the
−室内側制御部等−
また、室内ユニット５ａには、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器５３ａには、室内熱交換器５３ａの液側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交液側温度センサ６１ａと、室内熱交換器５３ａのガス側の端部における冷媒の温度を検出する室内熱交ガス側温度センサ６２ａとが設けられている。また、室内ユニット５ａには、室内ユニット５ａが空調対象とする室内空間における室内空気の温度を検出する室内温度センサ６３ａが設けられている。
-Indoor control unit-
Various sensors are provided in the
また、室内ユニット５ａは、室内ユニット５ａを構成する各部の動作を制御する室内側制御部５８ａを有している。そして、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室内側制御部５８ａは、室内ユニット５ａを個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、他の室内ユニット５ｂ及び室外ユニット２との間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
Moreover, the
＜室外ユニット＞
室外ユニット２は、上記のように、建物の屋上等に設置されている。室外ユニット２は、冷媒連絡管６、７を介して、室内ユニット５ａ、５ｂに接続されており、室内ユニット５ａ、５ｂとの間で冷媒回路１０を構成している。尚、ここでは、室外ユニット２が１台であるが、２台以上の室外ユニットが並列に接続されていてもよい。
<Outdoor unit>
The
室外ユニット２は、主として、圧縮機２１と、冷暖切換機構２３と、室外熱交換器２４と、レシーバ２５と、室外流量調節弁２６と、圧縮機バイパス機構２７とを有している。
The
−圧縮機、圧縮機バイパス機構−
圧縮機２１は、蒸気圧縮式暖房運転時及び蒸気圧縮式冷房運転時に冷媒を圧縮する機構である。ここでは、圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）を圧縮機用モータ２２によって回転駆動する密閉式構造になっている。そして、圧縮機用モータ２２は、インバータ等によって周波数（回転数）を多段階に変更できるようになっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入冷媒管２８が接続されており、吐出側に吐出冷媒管２９が接続されている。ここで、吸入冷媒管２８は、圧縮機２１の吸入側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。吐出冷媒管２９は、圧縮機２１の吐出側と冷暖切換機構２３とを接続する冷媒管である。
−Compressor, compressor bypass mechanism−
The
そして、吸入冷媒管２８には、圧縮機バイパス機構２７を構成する圧縮機バイパス管３０の一端が接続されており、吐出冷媒管２９には、圧縮機バイパス冷媒管３０の他端が接続されている。圧縮機バイパス機構２７は、自然循環式冷房運転時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８から吐出冷媒管２９に冷媒を送るための機構である。圧縮機バイパス冷媒管３０には、圧縮機２１の停止時に圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に冷媒を流すための圧縮機バイパス弁３１が設けられている。ここでは、圧縮機バイパス弁３１として、吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力よりも吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力が高い場合に吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側への冷媒の流れを許容し、吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が高い場合に吐出冷媒管２９側から吸入冷媒管２８側への冷媒の流れを遮断する逆止弁が使用されている。尚、圧縮機バイパス弁３１は、逆止弁に限定されるものではなく、電磁弁等であってもよい。
One end of a
−冷暖切換機構−
冷暖切換機構２３は、冷媒回路１０内における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時には、室外熱交換器２４を冷媒の放熱器として、かつ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを室外熱交換器２４において放熱した冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の実線を参照）。また、冷暖切換機構２３は、蒸気圧縮式暖房運転時には、室内熱交換器５３ａ、５３ｂを冷媒の放熱器として、かつ、室外熱交換器２４を室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて放熱した冷媒の蒸発器として機能させる暖房運転状態への切り換えを行うことができる。すなわち、冷暖切換機構２３は、吐出冷媒管２９と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続するとともに、吸入冷媒管２８と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続することができる（図１の冷暖切換機構２３の破線を参照）。冷暖切換機構２３は、ここでは、吸入冷媒管２８、吐出冷媒管２９、室外ユニット第１ガス冷媒管３２、及び、室外ユニット第２ガス冷媒管３３に接続された四路切換弁からなる。ここで、室外ユニット第１ガス冷媒管３２は、冷暖切換機構２３と室外熱交換器２４のガス側の端部とを接続する冷媒管である。室外ユニット第２ガス冷媒管３３は、ガス冷媒連絡管７及び室内ユニットガス冷媒管５５ａ、５５ｂを介して、冷暖切換機構２３と室内熱交換器５３ａ、５３ｂのガス側の端部とを接続する冷媒管である。尚、冷暖切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上記と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
-Cooling / heating switching mechanism-
The cooling /
−室外熱交換器−
室外熱交換器２４は、蒸気圧縮式暖房運転時には室外流量調節弁２６によって減圧された冷媒を蒸発させ、蒸気圧縮式冷房運転時には圧縮機２１によって圧縮された冷媒を放熱させ、自然循環式冷房運転時には圧縮機バイパス機構２７によって圧縮機２１をバイパスした冷媒を放熱させる熱交換器である。室外熱交換器２４は、室外ユニット２が配置された空間の室外空気を加熱源又は冷却源として、冷媒の蒸発又は放熱を行うようになっている。ここで、室外熱交換器２４は、室外ユニット２が室内ユニット５ａ、５ｂよりも上方に配置されているため、室内熱交換器５３ａ、５３ｂよりも上方に配置されていることになる。すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂは、室外熱交換器２４よりも下方に配置されている。室外熱交換器２４の液側の端部は、室外ユニット液冷媒管３４に接続されており、室内熱交換器５３ａのガス側の端部は、上記のように、室外ユニット第１ガス冷媒管３２に接続されている。ここで、室外ユニット液冷媒管３４は、液冷媒連絡管６、及び、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを含む室内ユニット液冷媒管５４ａ、５４ｂを介して、室外熱交換器２４の液側の端部と室内熱交換器５３ａ、５３ｂの液側の端部とを接続する冷媒管である。
-Outdoor heat exchanger-
The
そして、室外熱交換器２４の加熱源又は冷却源としての室外空気は、室外ファン３５によって供給されるようになっている。室外ファン３５は、ここでは、室外ファン用モータ３５によって回転駆動される遠心ファンや多翼ファン等である。そして、室外ファン用モータ３６は、インバータ等によって回転数を多段階に変更できるようになっている。
The outdoor air serving as a heating source or cooling source for the
−レシーバ−
レシーバ２５は、冷媒回路１０において発生する余剰冷媒を溜めることができるように室外ユニット液冷媒管３４に設けられた容器である。レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の入口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち室外熱交換器２４の液側の端部に近い側の室外ユニット第１液冷媒管３４ａに接続されており、レシーバ２５の出入口のうち蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口は、室外ユニット液冷媒管３４のうち液冷媒連絡管６に近い側の室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに接続されている。
-Receiver-
The
−室外流量調節弁−
室外流量調節弁２６は、ここでは、室外ユニット液冷媒管３４のうちレシーバ２５の蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時の出口側の部分に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂに設けられている。
-Outdoor flow control valve-
Here, the outdoor flow
−室外側制御部等−
また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室外ユニット２には、室外空気の温度を検出する室外温度センサ６５が設けられている。また、圧縮機２１の吸入側には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ６６が設けられており、圧縮機２１の吐出側には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ６７が設けられている。
-Outdoor control unit, etc.-
The
また、室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３７を有している。そして、室外側制御部３７は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有している。これにより、室外側制御部３７は、室内側制御部５８ａ、５８ｂとの間で伝送線８１を介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
The
＜冷媒連絡管＞
冷媒連絡管６、７は、空気調和システム１を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニットと室内ユニットとの組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
<Refrigerant communication pipe>
以上のように、室外ユニット２と、室内ユニット５ａ、５ｂと、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって、空気調和システム１の冷媒回路１０が構成されている。空気調和システム１は、上記のように、主として、圧縮機２１、室外熱交換器２４、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂが接続されることによって構成された冷媒回路１０を有しており、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能である。蒸気圧縮式冷房運転は、圧縮機２１を運転することによって圧縮機２１、室外熱交換器２４、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる冷房運転である。自然循環式冷房運転は、圧縮機２１を停止した状態で室外熱交換器２４、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる冷房運転である。
As described above, the
＜制御部＞
空気調和システム１は、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７とから構成される制御部８によって、室外ユニット２及び室内ユニット５ａ、５ｂの各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部５８ａ、５８ｂと室外側制御部３７との間を接続する伝送線８１とによって、上記の蒸気圧縮式冷房運転や自然循環式冷房運転等を含む空気調和システム１全体の運転制御を行う制御部８が構成されている。
<Control unit>
The air conditioning system 1 can control each device of the
制御部８は、図２に示すように、各種センサ６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ、６４ａ、６４ｂ、６５、６６、６７等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２２、２３、２６、３６、５１ａ、５１ｂ、５７ａ、５７ｂ等を制御することができるように接続されている。
As shown in FIG. 2, the
（２）空気調和システムの動作
次に、空気調和システム１の動作について、図３〜図５を用いて説明する。空気調和システム１は、室内の暖房を行う運転として、蒸気圧縮式暖房運転を行うことが可能である。また、空気調和システム１は、室内の冷房を行う運転として、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転を切り換えて行うことが可能である。
(2) Operation | movement of an air conditioning system Next, operation | movement of the air conditioning system 1 is demonstrated using FIGS. The air conditioning system 1 can perform a vapor compression heating operation as an operation for heating a room. In addition, the air conditioning system 1 can be switched between a vapor compression cooling operation and a natural circulation cooling operation as an operation for cooling the room.
＜蒸気圧縮式暖房運転＞
蒸気圧縮式暖房運転時には、図３に示すように、冷暖切換機構２３が暖房運転状態に切り換えられる。
<Vapor compression heating operation>
During the vapor compression heating operation, as shown in FIG. 3, the cooling /
このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及びガス冷媒連絡管７を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。
In such a
室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。このとき、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる高圧のガス冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節されている。そして、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで放熱した高圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂを通過した後に、液冷媒連絡管６を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。
The high-pressure gas refrigerant sent to the
室外ユニット２に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６に送られる。室外流量調節弁２６に送られた液冷媒は、室外流量調節弁２６によって低圧まで減圧される。室外流量調節弁２６で減圧された低圧の冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器２４で蒸発した低圧の冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機２１に吸入される。
The liquid refrigerant sent to the
＜蒸気圧縮式冷房運転＞
蒸気圧縮式冷房運転時には、図４に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。
<Vapor compression cooling operation>
At the time of the vapor compression cooling operation, as shown in FIG. 4, the cooling /
このような冷媒回路１０において、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入され、高圧になるまで圧縮された後に吐出される。尚、ここでは、圧縮機２１の運転が行われることによって吐出冷媒管２９側の冷媒の圧力が吸入冷媒管２８側の冷媒の圧力よりも高くなっているため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス弁３１が冷媒の流れを遮断している。このため、圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０を通じて冷媒が流れることがない状態になっている。圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、室外熱交換器２４に送られる。室外熱交換器２４に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した高圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。
In such a
室内ユニット５ａ、５ｂに送られた高圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節されるとともに低圧まで減圧される。そして、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。
The high-pressure liquid refrigerant sent to the
室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３を通じて、再び、圧縮機に吸入される。
The low-pressure gas refrigerant sent to the
＜自然循環式冷房運転＞
自然循環式冷房運転時には、図５に示すように、冷暖切換機構２３が冷房運転状態に切り換えられる。
<Natural circulation cooling operation>
At the time of natural circulation type cooling operation, as shown in FIG. 5, the cooling /
このような冷媒回路１０において、圧縮機２１を停止した状態にして圧縮機バイパス機構２７の圧縮機バイパス冷媒管３０及び圧縮機バイパス弁３１を通じて冷媒が圧縮機２１をバイパスして吸入冷媒管２８側から吐出冷媒管２９側に流れるようにする。すると、低圧の冷媒は、室外熱交換器２４において、室外ファン３５によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って放熱して、低圧の液冷媒になる。室外熱交換器２４で放熱した低圧の液冷媒は、レシーバ２５で一時的に溜められた後に、室外流量調節弁２６及び液冷媒連絡管６を通じて、重力によって下降して、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに送られる。
In such a
室内ユニット５ａ、５ｂに送られた低圧の液冷媒は、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度調節によって、流量が調節される。そして、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂによって流量が調節された低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂに送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器５３ａ、５３ｂにおいて、室内ファン５６ａ、５６ｂによって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発して、低圧のガス冷媒になる。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器５３ａ、５３ｂで蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７を通じて、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの入口側（ここでは、液冷媒連絡管６側）に存在する液冷媒との密度差によって上昇して、室内ユニット５ａ、５ｂから室外ユニット２に送られる。
The flow rate of the low-pressure liquid refrigerant sent to the
室外ユニット２に送られた低圧のガス冷媒は、冷暖切換機構２３及び圧縮機バイパス機構２７を通じて、再び、室外熱交換器２４に送られる。
The low-pressure gas refrigerant sent to the
（３）冷房能力制御
上記の空気調和システム１では、蒸気圧縮式冷房運転時及び自然循環式冷房運転時において、室内温度センサ６３ａ、６３ｂによって検出される室内温度Ｔｒを、利用者がリモコン等の入力装置によって設定した目標室内温度Ｔｒｔに近づけるための冷房能力制御を行うようにしている。
(3) Cooling capacity control In the air conditioning system 1 described above, during the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation, the user can set the indoor temperature Tr detected by the
＜蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御＞
蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御は、主として、圧縮機２１の容量制御、室外ファン３５の風量制御、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって行われる。
<Cooling capacity control during vapor compression cooling operation>
The cooling capacity control during the vapor compression cooling operation mainly includes capacity control of the
圧縮機２１の容量制御は、蒸気圧縮式冷房運転時における冷媒回路１０の蒸発圧力Ｐｅ（ここでは、吸入圧力センサ６６によって検出される冷媒の圧力）が目標蒸発圧力Ｐｅｔに近づくように、圧縮機２１の周波数（回転数）を変更する制御である。ここで、蒸発圧力Ｐｅが目標蒸発圧力Ｐｅｔよりも高い場合には、蒸発圧力Ｐｅを低くするために、圧縮機２１の周波数（回転数）を大きくし、蒸発圧力Ｐｅが目標蒸発圧力Ｐｅｔよりも低い場合には、蒸発圧力Ｐｅを高くするために、圧縮機２１の周波数（回転数）を小さくする。
The capacity control of the
室外ファン３５の風量制御は、蒸気圧縮式冷房運転時における冷媒回路１０の高圧Ｐｈ（ここでは、吐出圧力センサ６７によって検出される冷媒の圧力）が目標高圧Ｐｈｔに近づくように、室外ファン３５の回転数を変更する制御である。ここで、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｔよりも高い場合には、高圧Ｐｈを低くするために、室外ファン３５の回転数を大きくし、高圧Ｐｈが目標高圧Ｐｈｔよりも低い場合には、高圧Ｐｈを高くするために、室外ファン３５の回転数を小さくする。
The air volume control of the
各室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御は、対応する室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔに近づくように、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を変更する制御である。ここで、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔよりも大きい場合には、過熱度ＳＨを小さくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を大きくし、過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｔよりも小さい場合には、過熱度ＳＨを大きくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度を小さくする。尚、ここでは、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの出口における冷媒の過熱度ＳＨは、室内熱交ガス側温度センサ６２ａ、６２ｂによって検出される冷媒温度値から室内熱交液側温度センサ６１ａ、６１ｂによって検出される冷媒温度値を差し引くことによって得られる。
The opening control of each indoor flow
各室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御は、対応する室内熱交換器５３ａ、５３ｂに供給される室内空気の風量を変更する制御である。ここで、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高い場合（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が不足している場合）には、室内ファン５６ａ、５６ｂの回転数を大きくし、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合（すなわち、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの冷房能力が過剰である場合）には、室内ファン５６ａ、５６ｂの回転数を小さくする。
The air volume control of each
空気調和システム１では、このような蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御を行うことによって、蒸気圧縮式冷房運転時において、室内温度Ｔｒを目標室内温度Ｔｒｔに近づけるようにしている。このため、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高く、冷房能力が不足している場合には、冷房能力を大きくするために、圧縮機２１の運転容量（周波数）が大きくなり、室外ファン３５の風量（回転数）が大きくなり、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が大きくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が大きくなる傾向になる。また、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合には、冷房能力を小さくするために、圧縮機２１の運転容量（周波数）が小さくなり、室外ファン３５の風量（回転数）が小さくなり、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が小さくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が小さくなる傾向になる。そして、蒸気圧縮式冷房運転時においては、圧縮機２１の容量制御及び室外ファン３５の風量制御を行うことができるため、小さい冷房能力から大きな冷房能力に至る広い冷房能力範囲に対応することができるようになっている。
In the air conditioning system 1, by performing such cooling capability control during the vapor compression cooling operation, the room temperature Tr is brought closer to the target indoor temperature Trt during the vapor compression cooling operation. For this reason, when the indoor temperature Tr is higher than the target indoor temperature Trt and the cooling capacity is insufficient, the operating capacity (frequency) of the
＜自然循環式冷房運転時における冷房能力制御＞
自然循環式冷房運転時における冷房能力制御は、主として、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御によって行われる。
<Cooling capacity control during natural circulation cooling operation>
The cooling capacity control during the natural circulation cooling operation is mainly performed by opening control of the indoor flow
すなわち、自然循環式冷房運転時においては、蒸気圧縮式冷房運転時とは異なり、圧縮機２１の運転を行わないため、圧縮機２１の容量制御を行わない。また、自然循環の搬送力を得るために、室外ファン３５を最大回転数で運転して、室外ファン３５の風量制御は行わない。尚、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御は、上記の蒸気圧縮式冷房運転時における室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度制御、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量制御と同様であるため、ここでは説明を省略する。
That is, during the natural circulation cooling operation, unlike the vapor compression cooling operation, the
空気調和システム１では、このような自然循環式冷房運転時における冷房能力制御を行うことによって、自然循環式冷房運転時において、室内温度Ｔｒを目標室内温度Ｔｒｔに近づけるようにしている。このため、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高く、冷房能力が不足している場合には、冷房能力を大きくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が大きくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が大きくなる傾向になる。また、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔ以下の場合には、冷房能力を小さくするために、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が小さくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が小さくなる傾向になる。そして、自然循環式冷房運転時においては、自然循環の搬送力が圧縮機２１の運転による搬送力よりも小さく、そして、圧縮機２１の容量制御及び室外ファン３５の風量制御を行うことができない。このため、自然循環式冷房運転時においては、蒸気圧縮式冷房運転時の冷房能力範囲の下限近く又はそれ以下の冷房能力範囲に対応することができるようになっている。
In the air conditioning system 1, by performing the cooling capacity control during such a natural circulation type cooling operation, the indoor temperature Tr is brought close to the target indoor temperature Trt during the natural circulation type cooling operation. For this reason, when the indoor temperature Tr is higher than the target indoor temperature Trt and the cooling capacity is insufficient, the opening of the indoor flow
（４）蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換え制御
従来の空気調和システムでは、自然循環式冷房運転を安定的に行うことができる運転条件では、自然循環式冷房運転によって室内の冷房を行い、自然循環式冷房運転を安定的に行うことができない運転条件になると、蒸気圧縮式冷房運転に切り換えて室内の冷房を行うようにしている。
(4) Switching control between vapor compression type cooling operation and natural circulation type cooling operation In the conventional air conditioning system, under the operating conditions in which the natural circulation type cooling operation can be stably performed, the indoor cooling is performed by the natural circulation type cooling operation. When the operating condition is such that the natural circulation cooling operation cannot be stably performed, the indoor cooling is performed by switching to the vapor compression cooling operation.
ところで、蒸気圧縮式冷房運転は、自然循環式冷房運転よりも大きな冷房能力に対応することができるとともに、自然循環式冷房運転と同程度の小さい冷房能力にもある程度は対応することができる。また、自然循環式冷房運転を安定的に行うことができる運転条件であっても、蒸気圧縮式冷房運転を行うこと自体は可能である。 By the way, the vapor compression type cooling operation can cope with a larger cooling capacity than the natural circulation type cooling operation, and can cope with a cooling ability as small as the natural circulation type cooling operation to some extent. Further, it is possible to perform the vapor compression cooling operation itself even under the operating conditions that allow the natural circulation cooling operation to be performed stably.
このように、冷房能力が比較的小さく、室外温度が低い運転範囲では、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれも行うことが可能な場合がある。それにもかかわらず、自然循環式冷房運転が可能な運転条件になっているかどうかという観点のみによって、一律に蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれかに切り換える切り換え手法を採用すると、システム全体として効率的な運転が行われていない状況が発生するおそれがある。 As described above, in an operation range in which the cooling capacity is relatively small and the outdoor temperature is low, it may be possible to perform both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation. Nonetheless, the system adopts a switching method that switches between vapor compression cooling operation and natural circulation cooling operation uniformly only from the viewpoint of whether or not the operation conditions are capable of natural circulation cooling operation. As a whole, there may be a situation where efficient operation is not performed.
ここで、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれも行うことが可能な運転条件とは、空気調和システム１に対して要求される冷房能力範囲で言えば、比較的小さい冷房能力が要求される場合であり、かつ、温度条件で言えば、蒸気圧縮式冷房運転を行う場合に比べて室外温度が低下している場合である。そして、このような冷房運転の状態を蒸気圧縮式冷房運転によって得ようとする場合には、上記の蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御のように、機器の運転容量が小さく、また、圧縮機の高低差圧が小さいため、消費電力がかなり小さくなる傾向にある。このため、自然循環式冷房運転によって同じ冷房能力を得ようとする場合のほうが、蒸気圧縮式冷房運転を行う場合よりも消費電力が大きくなることが発生し得る。 Here, the operating conditions in which both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed are, in terms of the cooling capacity range required for the air conditioning system 1, a relatively small cooling capacity. This is a required case, and in terms of temperature conditions, the outdoor temperature is lower than that in the case of performing the vapor compression cooling operation. When such a cooling operation state is to be obtained by the vapor compression cooling operation, the operation capacity of the device is small as in the above-described cooling capacity control during the vapor compression cooling operation. Since the pressure difference of the machine is small, power consumption tends to be considerably reduced. For this reason, it may occur that the power consumption becomes larger when the same cooling capacity is obtained by the natural circulation cooling operation than when the vapor compression cooling operation is performed.
そこで、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転時において、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件である場合には、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃと自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎとを比較し、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のうち消費電力のいずれか小さいほうの冷房運転を行うようにしている。 Therefore, here, when the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation are both possible operating conditions, the current power consumption Wtc of the vapor compression cooling operation is determined. And the power consumption Wtn predicted when switching to the natural circulation cooling operation, and the cooling operation of the smaller one of the power consumption of the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation is performed. Yes.
次に、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換え制御について、図６を用いて説明する。ここで、図６は、自然循環式冷房運転と蒸気圧縮式冷房運転との切り換え制御を示すフローチャートである。尚、以下に説明する切り換え制御は、蒸気圧縮式暖房運転、蒸気圧縮式冷房運転及びその冷房能力制御、自然循環式冷房運転及びその冷房能力制御と同様、制御部８が行う。
Next, switching control between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a flowchart showing switching control between the natural circulation cooling operation and the vapor compression cooling operation. The switching control described below is performed by the
＜ステップＳＴ１、ＳＴ２：自然循環式冷房運転から蒸気圧縮式冷房運転への切換＞
まず、ステップＳＴ１において、制御部８は、自然循環式冷房運転時において、冷房能力が不足しているかどうかを判定する。ここでは、室内温度Ｔｒの変化に基づいて冷房能力が不足しているかどうかを判定するようにしている。具体的には、自然循環式冷房運転時における冷房能力制御によって、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が上限開度まで大きくなり、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が最大回転数まで大きくなっているにもかかわらず、室内温度Ｔｒが目標室内温度Ｔｒｔよりも高い場合には、冷房能力が不足しているものと判定する。このことは、自然循環式冷房運転が、その冷房能力範囲の上限まで達していることを意味する。そして、自然循環式冷房運転時において冷房能力が不足している場合には、ステップＳＴ２の処理に移行する。
<Steps ST1, ST2: Switching from natural circulation cooling operation to vapor compression cooling operation>
First, in step ST1, the
そして、ステップＳＴ２において、制御部８は、自然循環式冷房運転から蒸気圧縮式冷房運転に切り換える。すなわち、自然循環式冷房運転時において、冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に切り換える。これにより、圧縮機２１の運転による大きな搬送力によって冷媒循環が行われるとともに、蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御が行われる。この切り換え時点で要求される冷房能力は、蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力範囲から見ると、比較的小さい冷房能力であるため、蒸気圧縮式冷房運転時における冷房能力制御によって、圧縮機２１の運転容量（周波数）が小さく、室外ファン３５の風量（回転数）が小さく、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂの開度が小さく、かつ、室内ファン５６ａ、５６ｂの風量（回転数）が小さい状態になる。
In step ST2, the
このように、ここでは、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、冷房能力が不足している場合には、蒸気圧縮式冷房運転に切り換えるようにしている。このため、冷房能力の不足を発生させることなく、自然循環式冷房運転から蒸気圧縮式冷房運転への切り換えを適切に行うことができる。 In this way, here, unlike the conventional switching method in which the natural circulation type cooling operation is uniformly switched under the operating conditions where the natural circulation type cooling operation is possible, the steam compression is performed when the cooling capacity is insufficient. Switching to the type cooling operation. For this reason, it is possible to appropriately switch from the natural circulation cooling operation to the vapor compression cooling operation without causing a lack of cooling capacity.
＜ステップＳＴ３〜ＳＴ６：蒸気圧縮式冷房運転から自然循環式冷房運転への切換＞
次に、ステップＳＴ３、ＳＴ４において、制御部８は、所定時間ｔｓが経過した後に、自然循環式冷房運転が可能かどうかを判定する。ここでは、室内温度Ｔｒ及び室外温度Ｔａ（ここでは、室外温度センサ６５によって検出される空気の温度）に基づいて自然循環式冷房運転が可能かどうかを判定するようにしている。具体的には、室内温度Ｔｒと室外温度Ｔａとの温度差ΔＴが所定温度差ΔＴｓ以上である場合には、自然循環式冷房運転が可能な運転条件になっているものと判定する。このことは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件になっていることを意味する。そして、蒸気圧縮式冷房運転時において、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件である場合には、ステップＳＴ５の処理に移行する。
<Steps ST3 to ST6: Switching from vapor compression cooling operation to natural circulation cooling operation>
Next, in steps ST3 and ST4, the
そして、ステップＳＴ５において、制御部８は、まず、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃと自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎとを比較する。ここで、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃは、圧縮機２１の現在の周波数（回転数）、室外ファン３５の現在の回転数、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの現在の回転数に基づいて得られる電力値である。また、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎは、室外ファン３５の最大回転数、及び、室内ファン５６ａ、５６ｂの最大回転数に基づいて得られる電力値である。すなわち、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃについては、消費電力が大きい圧縮機２１、室外ファン３５及び室内ファン５６ａ、５６ｂを考慮して算出している。そして、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎについては、消費電力が大きい室外ファン３５及び室内ファン５６ａ、５６ｂを考慮して算出している。しかも、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎについては、同じ冷房能力を得ようとすると、室外ファン３５や室内ファン５６ａ、５６ｂの回転数が自然循環式冷房運転時のほうが蒸気圧縮式冷房運転時よりも大きくなることを考慮して、最大回転数で室外ファン３５及び室内ファン５６ａ、５６ｂを運転した場合を想定して算出している。但し、室内ファン５６ａ、５６ｂについては、室内ユニット５ａの目標室内温度Ｔｒｔと室内ユニット５ｂの目標室内温度Ｔｒｔとが異なる場合のように、要求される冷房負荷が異なる場合には、室内ファン５６ａの回転数と室内ファン５６ｂの回転数とが異なる場合もある。そこで、室内ファン５６ａ、５６ｂの消費電力については、最も回転数が大きいほうの室内ファンの現在の回転数を１００％として、他の室内ファンの現在の回転数の回転数比を算出し、最も回転数が大きい室内ファンについては、最大回転数で運転した場合を想定して消費電力を算出し、他の室内ファンについては、最大回転数に算出した回転数比を乗算することによって消費電力を算出するようにしている。このようにして、ここでは、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転のいずれが効率的であるかを適切に判断することができる。そして、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃと自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎとを比較して、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎが蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃよりも小さい場合には、ステップＳＴ６に移行して、自然循環式冷房運転に切り換え、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎが蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃ以上である場合には、蒸気圧縮式冷房運転を継続する。
In step ST5, the
このように、ここでは、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、自然循環式冷房運転が可能な運転条件であるにもかかわらず、消費電力の観点から蒸気圧縮式冷房運転を行うことができるようになる。これにより、ここでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 In this way, here, unlike the conventional switching method that switches to natural circulation type cooling operation under the operation conditions that allow natural circulation type cooling operation, the operation conditions are such that natural circulation type cooling operation is possible. Nevertheless, the vapor compression cooling operation can be performed from the viewpoint of power consumption. Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as the entire system.
（５）変形例１
上記の実施形態においては、圧縮機２１を運転して行う蒸気圧縮式冷房運転と圧縮機２１を停止した状態で行う自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムの例として、図１〜図６に示す空気調和システム１を挙げて説明した。
(5) Modification 1
In the above-described embodiment, air conditioning capable of performing indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation performed by operating the
しかし、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムは、上記の空気調和システム１の構成に限定されるものではない。 However, the air conditioning system capable of performing indoor cooling by switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation is not limited to the configuration of the air conditioning system 1 described above.
例えば、図７及び図８に示す空気調和システム１のように、自然循環式冷房運転時における冷媒回路１０内における冷媒の循環を補助するために、液ポンプ３９を設けるようにしてもよい。ここでは、自然循環式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外流量調節弁２６をバイパスする調節弁バイパス冷媒管３８を室外ユニット第２液冷媒管３４ｂから分岐接続し、調節弁バイパス冷媒管３８に液ポンプ３９を設けている。液ポンプ３９は、室外熱交換器２４において放熱した液冷媒を搬送する機構である。液ポンプ３９は、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）を液ポンプ用モータ４０によって回転駆動する構造になっている。
For example, as in the air conditioning system 1 shown in FIGS. 7 and 8, the
これにより、自然循環式冷房運転時において、液ポンプ３９を運転することによって、液冷媒とガス冷媒との密度差による冷媒の搬送力に加えて、液ポンプ３９による搬送力が作用するようになる。すなわち、この場合には、液ポンプ３９を運転することによって、室外熱交換器２４、液ポンプ３９、室内流量調節弁５１ａ、５１ｂ、室内熱交換器５３ａ、５３ｂの順に冷媒を循環させる液ポンプ３９の運転を伴う自然循環式冷房運転が行われることになる。
Thereby, during the natural circulation type cooling operation, by operating the
また、この液ポンプ３９の運転を伴う自然循環式冷房運転時においても、蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換え制御を適用することが可能である。すなわち、図６のステップＳＴ５において、自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力Ｗｔｎを算出する際に、液ポンプ３９の消費電力を加算し、蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力Ｗｔｃと比較すればよい。このとき、液ポンプ３９の消費電力についても、室外ファン３５や室内ファン５６ａ、５６ｂと同様に、液ポンプ３９の最大回転数における消費電力を使用する。
Further, even during the natural circulation type cooling operation with the operation of the
そして、この場合においても、上記の実施形態と同様に、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、自然循環式冷房運転が可能な運転条件であるにもかかわらず、消費電力の観点から蒸気圧縮式冷房運転を行うことができるようになる。これにより、ここでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 In this case as well, unlike the above-described embodiment, unlike the conventional switching method that switches to natural circulation cooling operation under the operating conditions that allow natural circulation cooling operation, natural circulation cooling operation is performed. However, it is possible to perform the vapor compression cooling operation from the viewpoint of power consumption, even though the operating conditions are possible. Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as the entire system.
（６）変形例２
＜Ａ＞
上記の実施形態及び変形例１の構成において、例えば、図９及び図１０に示す空気調和システム１のように、液冷媒連絡管６を通じて室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送る際の液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保つために、過冷却熱交換器４１及び過冷却バイパス冷媒管４２を設けるようにしてもよい。ここでは、過冷却熱交換器４１は、蒸気圧縮式冷房運転時におけるレシーバ２５の出口側に位置する室外ユニット第２液冷媒管３４ｂの室外流量調節弁２６と液冷媒連絡管６との間の部分に設けられており、液冷媒を液冷媒連絡管６に送る前にさらに放熱させる熱交換器である。過冷却熱交換器４１は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器からなり、放熱側流路４１ａを流れる冷媒と蒸発側流路４１ｂを流れる冷媒とが熱交換するようになっている。放熱側流路４１ａには、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒が流れるようになっている。蒸発側流路４１ｂには、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒が流れるようになっている。すなわち、過冷却熱交換器４１は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒によって室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の放熱を行わせる熱交換器となっている。過冷却バイパス冷媒管４２は、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒の一部を分岐して吸入冷媒管２８に送るための冷媒管である。そして、過冷却バイパス冷媒管４２には、過冷却熱交換器４１の蒸発側流路４１ｂの入口寄りの部分に、過冷却流量調節弁４３が設けられている。過冷却流量調節弁４３は、過冷却バイパス冷媒管４２を流れる冷媒の流量を調節する弁である。
(6)
<A>
In the configuration of the above embodiment and the first modification, for example, when the liquid refrigerant is sent from the
これにより、蒸気圧縮式冷房運転時において、図１１に示すように、過冷却流量調節弁４３の開度制御を行うことによって、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる液冷媒をさらに冷却した後に液冷媒連絡管６に送ることができる。そして、液冷媒連絡管６内の液シール状態を良好に保ちつつ、液冷媒連絡管６を通じて、室外ユニット２から室内ユニット５ａ、５ｂに液冷媒を送ることができる。尚、自然循環式冷房運転時においては、室外ユニット第２液冷媒管３４ｂを流れる冷媒に比べて吸入冷媒管２８を流れる冷媒のほうが圧力が高くなるため、図１２に示すように、過冷却流量調節弁４３を閉止するようにしている。これにより、過冷却バイパス冷媒管４２を通じて、吸入冷媒管２８側から室外ユニット第２液冷媒管３４ｂ側に冷媒が流れることを防ぐようにしている。
As a result, during the vapor compression cooling operation, as shown in FIG. 11, the liquid refrigerant flowing through the outdoor unit second liquid
また、この場合においても、上記の実施形態及び変形例１と同様に、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、自然循環式冷房運転が可能な運転条件であるにもかかわらず、消費電力の観点から蒸気圧縮式冷房運転を行うことができるようになる。これにより、ここでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 Also in this case, as in the case of the above-described embodiment and modification 1, unlike the conventional switching method for switching to the natural circulation type cooling operation under the operating conditions where the natural circulation type cooling operation is possible, In spite of the operating conditions in which the circulating cooling operation is possible, the vapor compression cooling operation can be performed from the viewpoint of power consumption. Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as the entire system.
＜Ｂ＞
また、例えば、ここでは図示しないが、冷暖切換機構２３を省略して、吐出冷媒管２９と室外ユニット第１ガス冷媒管３２とを接続し、かつ、室外ユニット第２ガス冷媒管３３と吸入冷媒管２８とを接続することによって、冷房専用の空気調和システムにしてもよい。
<B>
For example, although not shown here, the cooling /
この場合においても、上記の実施形態及び変形例１と同様に、従来のような自然循環式冷房運転が可能な運転条件で一律に自然循環式冷房運転に切り換える切り換え手法とは異なり、自然循環式冷房運転が可能な運転条件であるにもかかわらず、消費電力の観点から蒸気圧縮式冷房運転を行うことができるようになる。これにより、ここでは、システム全体として効率的な運転が得られるように蒸気圧縮式冷房運転及び自然循環式冷房運転の切り換えを行うことができる。 In this case as well, unlike the above-described embodiment and modification 1, unlike the conventional switching method for switching to the natural circulation type cooling operation under the operating conditions where the natural circulation type cooling operation is possible, the natural circulation type Despite the operating conditions in which the cooling operation is possible, the vapor compression cooling operation can be performed from the viewpoint of power consumption. Thereby, here, switching between the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation can be performed so as to obtain an efficient operation as the entire system.
本発明は、蒸気圧縮式冷房運転と自然循環式冷房運転とを切り換えて室内の冷房を行うことが可能な空気調和システムに対して、広く適用可能である。 The present invention can be widely applied to an air conditioning system that can perform indoor cooling by switching between a vapor compression cooling operation and a natural circulation cooling operation.
１ 空気調和システム
１０ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２４ 室外熱交換器
３５ 室外ファン
５１ａ、５１ｂ 室内流量調節弁（流量調節弁）
５３ａ、５３ｂ 室内熱交換器
５６ａ、５６ｂ 室内ファン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
53a, 53b
Claims (3)
前記蒸気圧縮式冷房運転時において、前記蒸気圧縮式冷房運転及び前記自然循環式冷房運転のいずれもが運転可能な運転条件である場合には、前記蒸気圧縮式冷房運転の現在の消費電力と前記自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力とを比較し、前記蒸気圧縮式冷房運転及び前記自然循環式冷房運転のうち前記消費電力のいずれか小さいほうの冷房運転を行う、
空気調和システム（１）。 Compressor (21), an outdoor heat exchanger (24), the flow regulating valve (51a, 51b), the indoor heat exchanger (53a, 53b) refrigerant circuit constituted by the coupled (10), the outdoor An outdoor fan (35) for supplying outdoor air to the heat exchanger, and indoor fans (56a, 56b) for supplying indoor air to the indoor heat exchanger , the outdoor fan and Vapor compression cooling operation in which refrigerant is circulated in the order of the compressor, the outdoor heat exchanger, the flow rate control valve, and the indoor heat exchanger by operating the indoor fan and the compressor, and the compression wherein after stopping the machine outdoor fan and the outdoor heat exchanger while operating the indoor fan, the flow regulating valve, by switching between the natural circulation type cooling operation for circulating refrigerant in order of the indoor heat exchanger In the air conditioning system capable of cooling the inner,
At the time of the vapor compression cooling operation, when both the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation are operable operating conditions, the current power consumption of the vapor compression cooling operation and the Compared with the power consumption predicted when switching to natural circulation cooling operation, the cooling operation of the smaller one of the power consumption of the vapor compression cooling operation and the natural circulation cooling operation is performed.
Air conditioning system (1).
前記自然循環式冷房運転に切り換えた場合に予測される消費電力は、前記室外ファンの最大回転数、及び、前記室内ファンの最大回転数に基づいて得られる電力値である、
請求項１に記載の空気調和システム（１）。 Current power consumption of the previous SL vapor compression cooling operation, the current frequency of the compressor (21), the current rotational speed of the outdoor fan, and electric power obtained based on the current rotational speed of the indoor fan Value,
The power consumption predicted when switching to the natural circulation cooling operation is a power value obtained based on the maximum rotational speed of the outdoor fan and the maximum rotational speed of the indoor fan.
The air conditioning system (1) according to claim 1.
請求項１又は２に記載の空気調和システム（１）。 In the natural circulation cooling operation, if the cooling capacity is insufficient, switch to the vapor compression cooling operation,
The air conditioning system (1) according to claim 1 or 2.
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