JP6623678B2 - 空気調和システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の利用側ユニットを連携運転する空気調和システムに関する。

従来、熱源側ユニット（室外機）に、室内機や床暖房装置等といった利用側ユニットを複数台接続した空気調和システムが知られている。そして、このような空気調和システムにおいて、複数の利用側ユニット毎に最適な運転条件を選択して運転することで、使用者の快適性を高めるものが提案されている。

特許文献１に記載されているのは、空気調和システムの一種である冷暖房システムであって、１台の室外機と、エアコンディショナー（室内機）と、床暖房装置と送風機と、熱交換器（スポット冷房／暖房が行える機器）といった複数の利用側ユニットを有する。１つの部屋にエアコンディショナーと床暖房装置と送風機と熱交換器が配置され、室外機とエアコンディショナーの間で冷媒が循環し、室外機と床暖房装置および熱交換器の間で温水あるいは冷水が循環するよう構成されている。

上記の冷暖房システムには、季節に応じた複数の運転モードが設けられている。各運転モードにおいては、エアコンディショナーの運転状態（冷房／暖房／停止）、床暖房装置の運転状態（冷房／暖房／停止）、送風機の運転状態（微風／ＯＦＦ）、および熱交換器の運転状態（送風／冷房／暖房／ＯＦＦ）が定められている。

使用者が運転モードを選択すると、冷暖房システムは選択された運転モードに定められた運転状態で各利用側ユニットを運転する。例えば、秋から冬にかけての中間期で足元が寒いと感じられる場合は、床暖房装置が暖房運転、エアコンディショナーが冷房運転、送風機が微風での送風運転と定められている運転モードを選択すれば、足元を温めながら頭部の火照りを抑える、所謂「頭寒足熱」となる状態を実現でき、使用者の快適性が高まる。

特開２００４−２８４３８号公報

特許文献１に記載の冷暖房システムでは、上述したように各運転モードによって各利用側ユニットの運転状態が予め定められている。しかし、このような運転では、各利用側ユニットにおいて部屋の実際の温度分布、すなわち、部屋の上部（使用者の頭部付近）の温度と、部屋の下部（使用者の足元付近の温度）の温度に応じた適切な運転となっていない場合があり、必ずしも使用者の快適性を高めているとは言えなかった。

本発明は以上述べた問題点を解決するものであって、使用者の快適性を十分に高めることができる空気調和システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和システムは、圧縮機と流路切替手段と室外熱交換器と第１膨張弁を有する室外機と、第１室内熱交換器を有する第１室内機と、第２室内熱交換器を有する第２室内機と、冷媒と水を熱交換させる水冷媒熱交換器と循環ポンプを有し水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換した水を循環ポンプの駆動により第１室内熱交換器に供給する水冷媒熱交換ユニットと、圧縮機や循環ポンプを駆動制御する制御手段とを有するものであって、第１室内機は、第１室内機に吸い込まれる空気の温度である第１室内機吸込温度を検出する第１吸込温度センサを有し、第２室内機は、第２室内機に吸い込まれる空気の温度である第２室内機吸込温度を検出する第２吸込温度センサを有し、水冷媒熱交換器は、冷媒が流れる冷媒側流路と水が流れる水側流路を有し、水冷媒熱交換器の冷媒側流路と第２室内機の第２室内熱交換器が室外機に直列に接続されるとともに、冷媒側流路と第２室内熱交換器の間に第２膨張弁が配置されている。制御手段は、第１室内機と第２室内機のうち少なくとも一方が暖房運転を行っているとき、第２膨張弁の開度を調整することによって第２室内機の第２室内熱交換器を蒸発器として機能させることで、第２室内機が設置された空調空間の熱を回収する熱回収運転を行う。そして、制御手段は、熱回収運転を行っているとき、第１室内機から第１室内機で設定された第１設定温度と第１吸込温度センサで検出した第１室内機吸込温度を取り込むとともに、第２室内機から第２室内機で設定された第２設定温度と第２吸込温度センサで検出した第２室内機吸込温度を取り込み、空調空間の熱を回収する室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて蒸発器として機能する当該室内機の室内熱交換器で回収できる熱量である回収可能熱量を算出するとともに、暖房運転を行う室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて当該室内機の室内熱交換器で必要となる暖房必要熱量を算出し、回収可能熱量から暖房必要熱量を減じた熱量差が所定の閾熱量差以上であるときは、室外熱交換器を蒸発器として機能させない。

上記のように構成した本発明の空気調和システムによれば、一方の室内機で当該室内機が設置された空間の熱を回収することで、使用者の快適性を十分に高めることができる。

本発明の第１の実施形態における空気調和機の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。 本発明の第１の実施形態における、空気調和システムの設置状態図である。 本発明の第１の実施形態における、温度差−パルス相関図である。 本発明の第１の実施形態における、空気調和システム運転時の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における、熱回収運転時の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における空気調和機の説明図であり、（Ａ）は冷媒回路図、（Ｂ）は室外機制御手段のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、１台の室外機と２台の室内機を有する空気調和システムを例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１（Ａ）および図２に示すように、本実施例における空気調和システム１は、屋外に設置される室外機２と、屋外に設置される水冷媒熱交換ユニット５と、空調空間である部屋３００に設置される第１室内機３および第２室内機４を有する。第１室内機３は、部屋３００の床面に設置されている。第２室内機４は、部屋３００の壁面上部に設置されている。第１室内機３は、水冷媒熱交換ユニット５と水配管９で接続されている。第２室内機４は、室外機２と液管７で接続されるとともに、水冷媒熱交換ユニット５を介して室外機２とガス管８で接続されている。以上により、空気調和システム１の冷媒−水回路１０が構成されている。

まず、室外機２について説明する。室外機２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、室外熱交換器２３と、第１膨張弁２４と、バイパス開閉弁２５と、逆止弁２６と、液管７の一端が接続された閉鎖弁２７と、ガス管８の一端が接続された閉鎖弁２８と、室外ファン２９を備えている。そして、室外ファン２９を除くこれら各装置が以下で詳述する各冷媒配管で相互に接続されて、冷媒−水回路１０の一部をなす室外機冷媒回路２０を構成している。

圧縮機２１は、図示しないインバータにより回転数が制御されることで、運転容量を可変できる容量可変型圧縮機である。圧縮機２１の冷媒吐出側は、四方弁２２のポートａに吐出管６１で接続されている。また、圧縮機２１の冷媒吸入側は、四方弁２２のポートｃに吸入管６５で接続されている。

四方弁２２は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、上述したように圧縮機２１の冷媒吐出側に吐出管６１で接続されている。ポートｂは、室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口と冷媒配管６２で接続されている。ポートｃは、上述したように圧縮機２１の冷媒吸入側と吸入管６５で接続されている。そして、ポートｄは、閉鎖弁２８と室外機ガス管６４で接続されている。

室外熱交換器２３は、冷媒と、後述する室外ファン２９の回転により室外機２内部に取り込まれた外気を熱交換させる。室外熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、上述したように四方弁２２のポートｂに冷媒配管６２で接続され、他方の冷媒出入口は室外機液管６３で閉鎖弁２７に接続されている。

第１膨張弁２４は、例えば電子膨張弁である。第１膨張弁２４は、その開度が調整されることで、室外熱交換器２３を流れる冷媒量を調節する。バイパス開閉弁２５と逆止弁２６は、室外機液管６３における第１膨張弁２４と閉鎖弁２７の間と吸入管６５を接続するバイパス管６６に設けられている。バイパス開閉弁２５を開くとバイパス管６６に冷媒が流れ、バイパス開閉弁２５を閉じるとバイパス管６６における冷媒の流れが遮断される。逆止弁２６は、バイパス管６６における冷媒の流れ方向を、吸入管６５に向かう方向のみに制限するように配置される。

室外ファン２９は樹脂材で形成されており、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。室外ファン２９は、図示しないファンモータによって回転することで室外機２の図示しない吸込口から室外機２の内部へ外気を取り込み、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換した外気を室外機２の図示しない吹出口から室外機２の外部へ放出する。

以上説明した構成の他に、室外機２には各種のセンサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、吐出管６１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力を検出する高圧センサ１０１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段である吐出温度センサ１１１が設けられている。吸入管６５には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力を検出する低圧センサ１０２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ１１２とが設けられている。

室外機液管６３における室外熱交換器２３と第１膨張弁２４の間には、室外熱交換器２３から流出、または、室外熱交換器２３に流入する冷媒の温度を検知するための熱交温度センサ１１３が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ１１４が備えられている。

また、室外機２には、室外機制御手段２００が備えられている。室外機制御手段２００は、室外機２の図示しない電装品箱に格納されている制御基板に搭載されている。図１（Ｂ）に示すように、室外機制御手段２００は、ＣＰＵ２０１と、記憶部２０２と、通信部２０３と、センサ入力部２０４を備えている。

記憶部２０２は、ＲＯＭやＲＡＭで構成されており、室外機２の制御プログラムや各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン２９の制御状態等を記憶している。通信部２０３は、第１室内機３、第２室内機４、および水冷媒熱交換ユニット５と通信を行うためのインターフェイスである。センサ入力部２０４は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ２０１に出力する。

ＣＰＵ２０１は、前述した室外機２の各センサでの検出結果をセンサ入力部２０４を介して取り込む。また、ＣＰＵ２０１は、第１室内機３および第２室内機４から送信される制御に関わる信号を通信部２０３を介して取り込む。ＣＰＵ２０１は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２１や室外ファン２９の駆動制御、四方弁２２の切り換え制御や第１膨張弁２４の開度制御、およびバイパス開閉弁２５の開閉制御を行う。また、ＣＰＵ２０１は、通信部２０３を介して後述する水冷媒熱交換ユニット５に備えられている往き温度センサ１１５や戻り温度センサ１１６の検出値を取り込むと共に、循環ポンプ５３の駆動制御や第２膨張弁５５の開度制御を行う。

次に、水冷媒熱交換ユニット５について説明する。水冷媒熱交換ユニット５は、水冷媒熱交換器５１と、第２膨張弁５２と、循環ポンプ５３と、第１ガス管接続部５４と、第２ガス管接続部５５と、第１水配管接続部５６と、第２水配管接続部５７を備えている。そして、これら各装置が以下で詳述する冷媒配管や水配管で相互に接続されて、冷媒−水回路１０の一部をなす水冷媒熱交換ユニット回路５０を構成している。

水冷媒熱交換器５１は、例えば二重管熱交換器であり、冷媒側流路５１ａと水側流路５１ｂを有している。冷媒側流路５１ａは、水冷媒熱交換ユニット冷媒配管５８に設けられている。水冷媒熱交換ユニット冷媒配管５８は、一端が第１ガス管接続部５４を介して室外機２側のガス管８に接続され、他端が第２ガス管接続部５５を介して第２室内機４側のガス管８に接続されている。また、水側流路５１ｂは、水冷媒熱交換ユニット水配管５９に設けられている。水冷媒熱交換ユニット水配管５９は、一端が第１水配管接続部５６を介して、また、他端が第２水配管接続部５７を介して水配管９に接続されている。水冷媒熱交換器５１では、冷媒側流路５１ａを流れる冷媒と水側流路５１ｂを流れる水とが熱交換する。

第２膨張弁５２は、例えば電子膨張弁である。第２膨張弁５２は、その開度が調整されることで、水冷媒熱交換器５１の冷媒側流路５１ａを流れる冷媒量を調節する。循環ポンプ５３は、能力可変型のポンプである。循環ポンプ５３が駆動することにより、第２水配管接続部５７を介して水冷媒熱交換ユニット５から水配管９に水が流出し、第１室内機３から第１水配管接続部５６を介して水冷媒熱交換ユニット５に水が流入するように、水が循環する。

以上説明した構成の他に、水冷媒熱交換ユニット５には２つの水温センサが設けられている。図１（Ａ）に示すように、水冷媒熱交換ユニット水配管５９における水冷媒熱交換器５１と第１水配管接続部５６の間には、水冷媒熱交換器５１の水側流路５１ｂに流入する水温を検出する戻り温度センサ１１６が設けられている。また、水冷媒熱交換ユニット水配管５９における水冷媒熱交換器５１と第２水配管接続部５７の間には、水冷媒熱交換器５１の水側流路５１ｂから流出する水温を検出する往き温度センサ１１５が設けられている。

次に、第１室内機３について説明する。第１室内機３は、第１室内熱交換器３１と、入水側接続部３２と、出水側接続部３３と、第１室内ファン３４を備えている。そして、第１室内ファン３４を除くこれら各装置が第１室内機水配管３５で接続されて、冷媒−水回路１０の一部をなす第１室内機回路３０を構成している。

第１室内熱交換器３１は、第１室内機水配管３５に設けられている。第１室内機水配管３５は、一端が入水側接続部３２を介して、また、他端が出水側接続部３３を介して水配管９に接続されている。第１室内熱交換器３１は、入水側接続部３２および第１室内機水配管３５を介して水配管９から第１室内熱交換器３１に流入する水と、後述する第１室内ファン３４の回転により第１室内機３内部に取り込まれた部屋３００の空気を熱交換させる。

第１室内ファン３４は樹脂材で形成されており、第１室内熱交換器３１の近傍に配置されている。第１室内ファン３４は、図示しないファンモータによって回転することで、第１室内機３の図示しない吸込口から第１室内機３の内部に部屋３００の空気を取り込み、第１室内熱交換器３１において水と熱交換した空気を第１室内機３の図示しない吹出口から部屋３００へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、第１室内機３の図示しない吸込口付近には、第１室内機３に流入する部屋３００の後述する室内下部３００ａの空気の温度を検出する第１吸込温度センサ１１７が備えられている。

次に、第２室内機４について説明する。第２室内機４は、第２室内熱交換器４１と、ガス側接続部４２と、液側接続部４３と、第２室内ファン４４を備えている。そして、第２室内ファン４４を除くこれら各装置が第２室内機冷媒配管４５で接続されて、冷媒−水回路１０の一部をなす第２室内機冷媒回路４０を構成している。

第２室内熱交換器４１は、第２室内機冷媒配管４５に設けられている。第２室内機冷媒配管４５は、一端がガス側接続部４２を介してガス管８に接続され、また、他端が液側接続部４３を介して液管７に接続されている。第２室内熱交換器４１は、冷媒と、後述する第２室内ファン４４の回転により第２室内機４の内部に取り込まれた部屋３００の空気を熱交換させる。

第２室内ファン４４は樹脂材で形成されており、第２室内熱交換器４１の近傍に配置されている。第２室内ファン４４は、図示しないファンモータによって回転することで、第２室内機４の図示しない吸込口から第２室内機４の内部に部屋３００の空気を取り込み、第２室内熱交換器４１において冷媒と熱交換した空気を第２室内機４の図示しない吹出口から部屋３００へ吹き出す。

以上説明した構成の他に、第２室内機４には、各種センサが備えられている。第２室内機冷媒配管４５におけるガス側接続部４２と第２室内熱交換器４１の間には、第２室内熱交換器４１に流入あるいは第２室内熱交換器４１から流出する冷媒の温度を検出するガス側温度センサ１１８が設けられている。また、第２室内機冷媒配管４５における液側接続部４３と第２室内熱交換器４１の間には、第２室内熱交換器４１から流出あるいは第２室内熱交換器４１に流入する冷媒の温度を検出する液側温度センサ１１９が設けられている。さらには、第２室内機４の図示しない吸込口付近には、第２室内機４に流入する部屋３００の後述する室内上部３００ｂの空気の温度を検出する第２吸込温度センサ１２０が備えられている。

次に、本実施形態の空気調和システム１の運転時における冷媒−水回路１０での冷媒および水の流れや各部の動作について、図１および図２を用いて説明する。尚、以下の説明では、使用者が図２に示すリモコン４００を操作して、第１室内機３および第２室内機４で暖房運転を行うよう指示した場合について説明する。

第１室内機３および第２室内機４で暖房運転を行う場合、図１（Ａ）に示すように、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、ポートｂとポートｃとが連通するよう切り換えられる。また、バイパス開閉弁２５が閉とされる。また、水冷媒熱交換ユニット５の第２膨張弁５２が全開とされるとともに、循環ポンプ５３が起動される。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、第２室内熱交換器４１および水冷媒熱交換器５１が凝縮器として機能し、冷媒−水回路１０において矢印で示す方向に冷媒および水が循環する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４へと流れて閉鎖弁２８を介してガス管８に流入する。ガス管８を流れる冷媒は、第１ガス管接続部５４を介して水冷媒熱交換ユニット５に流入する。水冷媒熱交換ユニット５に流入した冷媒は、水冷媒熱交換ユニット冷媒配管５８を流れて水冷媒熱交換器５１の冷媒側流路５１ａに流入して水側流路５１ｂを流れる水を加熱する。

水側流路５１ｂを流れる際に加熱されて水冷媒熱交換器５１から水冷媒熱交換ユニット水配管５９に流出し、第２水配管接続部５７を介して水配管９に流出した水は、入水側接続部３２を介して第１室内機３に流入する。第１室内機３に流入した水は、第１室内機水配管３５を介して第１室内熱交換器３１に流入し、第１室内ファン３４の回転によって第１室内機３内部に流入した部屋３００の空気を加熱する。そして、第１室内熱交換器３１で加熱された部屋３００の空気が図示しない第１室内機３の吹出口から部屋３００に吹き出される。第１室内熱交換器３１から第１室内機水配管３５に流出した水は、出水側接続部３３を介して第１室内機３から水配管９に流出し、第１水配管接続部５６を介して水冷媒熱交換ユニット５に流入し、水冷媒熱交換ユニット水配管５９を流れて再び水冷媒熱交換器５１に流入する。

一方、水冷媒熱交換器５１の冷媒側流路５１ａから水冷媒熱交換ユニット冷媒配管５８に流出した冷媒は、全開とされている第２膨張弁５２を通過し、第２ガス側接続部５５を介してガス管８に流出する。ガス管８からガス側接続部４２を介して第２室内機４に流入した冷媒は、第２室内機冷媒配管４５を流れて第２室内熱交換器４１に流入する。

第２室内熱交換器４１に流入した冷媒は、第２室内ファン４４の回転によって第２室内機４内部に流入した部屋３００の空気と熱交換して凝縮する。第２室内熱交換器４１で加熱された部屋３００の空気は、図示しない第２室内機４の吹出口から部屋３００に吹き出される。このように、第１室内機３と第２室内機４の各々から加熱された空気が吹き出されることによって、部屋３００の暖房が行われる。

第２室内熱交換器４１から第２室内機冷媒配管４５に流出した冷媒は、液側接続部４３を介して液管７に流出し、液管７を流れて閉鎖弁２７を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れる際に第１膨張弁２４によって減圧されて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２９の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６５を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

次に、図１および図２を用いて、空気調和システム１が上述した暖房運転を行っているときに起こる問題と、この問題を解決する本発明の動作について説明する。第１室内機３と第２室内機４を駆動して暖房運転を行うとき、暖房運転開始直後は、部屋３００の温度（以下、室温と記載）と使用者が定める設定温度（暖房運転時に目標となる室温）の温度差が大きい。この場合、２台の室内機で暖房運転を行う方が、いずれか１台の室内機のみ暖房運転を行う場合より室温が早く設定温度に到達するため、第１室内機３と第２室内機４を駆動して暖房運転を行うことが好ましい。

しかし、暖房運転開始から時間が経過して室温が設定温度に到達した後も、第１室内機３と第２室内機４で暖房運転を継続すれば、部屋３００の上方空間に暖気が溜まり、使用者の頭部付近の温度が部屋３００の下方空間（使用者の足元付近）の温度より高くなって使用者に不快感を与える恐れがある。また、室温が設定温度に達している状態で部屋３００の上方空間に暖気が溜まることによって部屋３００の上方空間の温度が設定温度以上となるような暖房運転では、省エネルギー性が低下している恐れがある。

そこで、本発明では、部屋３００を上下領域に区分するとともに、下の領域（以下、室内下部と記載）に第１室内機３が、上の領域（以下、室内上部と記載）に第２室内機４が各々配置されるよう、仮想の境界線ＢＬを設定する。また、各室内機で別個に設定温度が設定できるようにするとともに、第２室内機４の設定温度が第１室内機３の設定温度より所定温度（例えば３℃）以上低くなるように設定されるようにする。そして、室内上部の温度と第２室内機４の設定温度との温度差が所定の閾温度（例えば２℃）以上高いときは、第２膨張弁５２の開度を絞ることで、第２室内機４の第２室内熱交換器４１が蒸発器として機能するようにして、室内上部に溜まった暖気から熱を回収する熱回収運転を行う。

本実施形態の空気調和システム１では、図２に示すように、境界線ＢＬを使用者が椅子に座った状態での頭部の高さ付近に設定し、部屋３００における境界線ＢＬより上の領域を室内上部３００ｂとし、境界線ＢＬより下の領域を室内下部３００ａとしている。また、以下の説明では、第１室内機３の第１吸込温度センサ１１７で検出した温度つまり室内下部３００ａの温度を第１室内機吸込温度Ｔｓ１、第２室内機４の第２吸込温度センサ１２０で検出した温度つまり室内上部３００ｂの温度を第２室内機吸込温度Ｔｓ２、第１設定温度である室内下部３００ａの設定温度を室内下部設定温度Ｔｐｄ、第２設定温度である室内上部３００ｂの設定温度を室内上部設定温度Ｔｐｕ、室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機吸込温度Ｔｓ２の温度差をΔＴ、上述した閾温度差をＴｔとしている。

尚、境界線ＢＬは上記の高さに限らず、使用者が床面に座った状態での頭部の高さや、使用者が立った状態での頭部の高さとしてもよい。また、使用者がリモコン４００を操作して境界線ＢＬを任意の高さに設定できるようにしてもよい。また、室内上部設定温度Ｔｐｕと室内下部設定温度Ｔｐｄは、使用者がリモコン４００を操作して各々の設定温度を設定できるようにするが、室内上部設定温度Ｔｐｕは室内下部設定温度Ｔｐｄから所定温度低い温度以上の温度に設定できないように制限をかけてもよく、また、室内下部設定温度Ｔｐｄを設定すれば自動的に室内上部設定温度Ｔｐｕが室内下部設定温度Ｔｐｄから所定温度低い温度に設定されるようにしてもよい。

空気調和システム１が第１室内機３と第２室内機４を駆動して暖房運転を行っているとき、室外機制御部２００のＣＰＵ２０１は、使用者が設定した室内上部設定温度Ｔｐｕと室内下部設定温度Ｔｐｄを第１室内機３と第２室内機４から通信部２０３を介して取り込んで記憶部２０２に記憶する。また、ＣＰＵ２０１は、第１室内機３の第１吸込温度センサ１１７で検出した第１室内機吸込温度Ｔｓ１と、第２室内機４の第２吸込温度センサ１２０で検出した第２室内機吸込温度Ｔｓ２を通信部２０３を介して定期的に取り込んで時系列で記憶部２０２に記憶する。

ＣＰＵ２０１は、第１室内機吸込温度Ｔｓ１や第２室内機吸込温度Ｔｓ２を取り込む度に、室内下部設定温度Ｔｐｄと第１室内機吸込温度Ｔｓ１の温度差、および、室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機吸込温度Ｔｓ２の温度差をそれぞれ算出し、各温度差に応じて圧縮機２１の回転数制御を行う。そして、第２室内機吸込温度Ｔｓ２から室内上部設定温度Ｔｐｕを減じた温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上となれば、第２室内機４の第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させることで、室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収する熱回収運転を実行する。

具体的には、ＣＰＵ２０１は熱回収運転を実行するとき、図３に示す温度差−パルス相関図８００を用いて第２膨張弁５２の開度を調整することで、第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させる。この温度差−パルス相関図８００は、第２膨張弁５２の弁口径や開口面積特性を考慮し、試験等を行って予め求められて記憶部２０２に記憶されているものである。ここで、第２膨張弁５２の開口面積特性とは、第２膨張弁５２に加えるパルス数（以下、パルス数Ｐａと記載）を１パルス増減したときの第２膨張弁５２の流路断面積の変化の割合を示すものであり、弁口径と合せて第２膨張弁５２に固有の値である。

温度差−パルス相関図８００は、縦軸が第２膨張弁５２の図示しないステッピングモータに加えるパルス数Ｐａ（単位：Ｐ）、横軸が温度差ΔＴ（単位：℃）となっている。この温度差−パルス相関図８００において、温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ未満の場合は、パルス数Ｐａが第２膨張弁５２の全開時に対応する最大パルス数Ｐｍａｘと定められており、温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上の場合は、温度差ΔＴが大きくなるにつれて、上述した第２膨張弁５２の弁口径及び開口面積特性で決まる傾きαで、パルス数Ｐａが減少するように定められている。そして、パルス数Ｐａが減少して下限パルス数ＰＬＬとなれば、温度差ΔＴに関わらずパルス数Ｐａは下限パルス数ＰＬＬと定められている。

温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ未満の場合は、第２室内機吸込温度Ｔｓ２が室内上部設定温度Ｔｐｕより高いもののその差が小さい、あるいは、第２室内機吸込温度Ｔｓ２が室内上部設定温度Ｔｐｕより低い。つまり、室内上部３００ｂの温度が過剰に高くなっていないため、室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱回収を行う必要がない。従って、第２膨張弁５２に最大パルス数Ｐｍａｘを加えて第２膨張弁５２の開度を全開に維持して第２室内機４の第２室内熱交換器４１を凝縮器として機能させることで、第１室内機３とともに第２室内機４も暖房運転を行わせる。

これに対し、温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上の場合は、第２室内機吸込温度Ｔｓ２が室内上部設定温度Ｔｐｕより高く、室内上部３００ｂの温度が過剰に高くなっている。このとき、図３の示す温度差−パルス相関図８００を参照し温度差ΔＴに応じたパルス数Ｐａを第２膨張弁５２に加えてこのパルス数Ｐａに応じた第２膨張弁５２の開度とすることで、第２室内機４の第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させて第２室内機４で室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収する。ここで、温度差ΔＴが大きくなるにつれて第２膨張弁５２に加えるパルス数を減少させているのは、温度差ΔＴが大きいつまり室内上部３００ｂに滞留する暖気から回収できる熱量が多い程、第２膨張弁５２の開度を小さくして冷媒を減圧することで第２室内熱交換器４１における蒸発温度を下げて、第２室内熱交換器４１での吸熱量を上げるためである。

尚、下限パルス数ＰＬＬは次のように定められる。暖房運転時の設定温度には上限値と下限値が定められており、一般的には下限値１６℃から上限値３０℃の間で設定温度が定められるようになっている。本発明の空気調和システム１において第２室内機４で熱回収運転を行っているときに、室内上部設定温度Ｔｐｕが下限値（１６℃）に定められているとき、蒸発器として機能する第２熱交換器４１の蒸発温度は設定温度の下限値より低い温度、例えば、設定温度の下限値より２℃低い温度であればよく、これ以上蒸発温度を下げる必要がない。下限パルス数ＰＬＬは、第２熱交換器４１の蒸発温度が上述した設定温度の下限値より低い温度とするときの第２膨張弁５２の開度に対応するパルス数Ｐａである。

次に、本実施形態の空気調和システム１に関わる処理について、図４および図５を用いて説明する。図４は、空気調和システム１の室外機制御部２００のＣＰＵ２０１が行うメインルーチンに関する処理の流れを示し、図５は、空気調和システム１のサブルーチンでありＣＰＵ２０１が熱回収運転を行う際の処理の流れを示している。各図において、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図４および図５では、本発明に関わる処理を中心に説明しており、これ以外の処理、例えば、設定温度と室温の差に応じた圧縮機の回転数制御、冷媒温度に応じた膨張弁の開度制御等といった、空気調和システム１に関わる一般的な処理については、説明を省略する。

まず、図４を用いて空気調和システム１のメインルーチンに関する処理の流れについて説明する。空気調和システム１が運転を開始すると、ＣＰＵ２０１は、使用者によって暖房運転が指示されたか否かを判断する（ＳＴ１）。暖房運転指示であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、暖房運転開始処理を実行する、あるいは、暖房運転制御を継続する（ＳＴ２）。ここで、暖房運転開始処理とは、空気調和システム１が起動して最初に暖房運転を行うときに、ＣＰＵ２０１が行う処理である。具体的には、ＣＰＵ２０１は、四方弁２２を操作して冷媒−水回路１０を図１（Ａ）に示す状態つまり暖房サイクルとするとともに、圧縮機２１や室外ファン２９を起動し、また、通信部２０３を介して循環ポンプ５３を起動するとともに第２膨張弁５２の開度を全開として暖房運転制御を開始する。また、ＳＴ２において既に暖房運転を行っている場合は、冷媒−水回路１０は暖房サイクルとなっているので、暖房運転制御を継続する。

次に、ＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶している室内上部設定温度Ｔｐｕと最新の第２室内機吸込温度Ｔｓ２を読み出し、温度差ΔＴ＝Ｔｓ２−Ｔｐｕを算出する（ＳＴ３）。前述したように、ＣＰＵ２０１は、室内上部設定温度Ｔｐｕを暖房運転起動時に取り込んで記憶部２０１に記憶しており、これ以降使用者の指示により室内上部設定温度Ｔｐｕが変更される度に新たな室内上部設定温度Ｔｐｕを取り込んで記憶部２０１に上書き記憶する。

次に、ＣＰＵ２０１は、算出した温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上であるか否かを判断する（ＳＴ４）。算出した温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上であれば（ＳＴ４−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、後述するサブルーチンである熱回収運転制御を実行してＳＴ７に処理を進める。算出した温度差ΔＴが閾温度差Ｔｔ以上でなければ（ＳＴ４−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、通信部２０３を介して第２膨張弁５２の開度を全開とする、あるいは、既に全開となっている場合はその状態を維持し（ＳＴ６）、ＳＴ７に処理を進める。前述したように、第２膨張弁５２の開度を全開とした場合は、第１室内機３と第２室内機４とがともに暖房運転となる。

ＳＴ７において、ＣＰＵ２０１は、使用者による運転切替指示があるか否かを判断する。ここで、運転切替指示とは、暖房運転から冷房運転または除湿運転へ切り替える、あるいは、冷房運転または除湿運転から暖房運転へ切り替えることである。運転切替指示があれば（ＳＴ７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ１に処理を戻す。運転切替指示がなければ（ＳＴ７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、使用者による運転停止指示があるか否かを判断する（ＳＴ８）。

運転停止指示があれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、運転停止処理を行い（ＳＴ９）、処理を終了する。ここで、運転停止処理とは、圧縮機２１と室外ファン２９を停止するとともに第１膨張弁を全閉とし、通信部２０３を介して循環ポンプ５３を停止するとともに第２膨張弁５２を全閉として、空気調和システム１を停止させる処理である。運転停止指示がなければ（ＳＴ８−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、現在の運転が暖房運転であるか否かを判断する（ＳＴ１０）。現在の運転が暖房運転であれば（ＳＴ１０−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ２に処理を戻し、現在の運転が暖房運転でなければ（ＳＴ１０−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ１２に処理を戻す。

尚、ＳＴ１において、暖房運転指示でなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、つまり、冷房運転指示あるいは除霜運転指示である場合は、ＣＰＵ２０１は、冷房／除湿運転開始処理を実行する（ＳＴ１１）。ここで、冷房／除湿運転開始処理とは、空気調和システム１が起動して最初に冷房運転あるいは除湿運転を行うときに、ＣＰＵ２０１が行う処理である。具体的には、ＣＰＵ２０１は、四方弁２２を操作して図１（Ａ）に示す破線の状態に切り換えて、冷媒−水回路１０を冷房サイクルとする。そして、ＣＰＵ２０１は、圧縮機２１や室外ファン２９を起動するとともに、通信部２０３を介して循環ポンプ５３を起動し第２膨張弁５２の開度を全開として冷房／除湿運転制御を開始し（ＳＴ１２）、ＳＴ７に処理を進める。

次に、図５を用いて、空気調和システム１のサブルーチンである熱回収運転制御を行う際の処理の流れについて説明する。尚、以下の説明では、第１室内機３で使用者が要求した設定温度を実現するのに必要な熱量である暖房必要熱量をＱ１、第２室内機４で回収できる熱量である回収可能熱量をＱ２、室内下部３００ａの空気の比熱である室内下部空気比熱をＣｐ１、室内上部３００ｂの空気の比熱である室内上部空気比熱をＣｐ２、室内下部３００ａの空気の密度である室内下部空気密度をρ１、室内上部３００ｂの空気の密度である室内上部空気密度をρ２、使用者の風量指示に応じた第１室内ファン３４の回転数をＮ１、使用者の設定した室内上部設定温度Ｔｐｕに応じた第２室内ファン４４の回転数をＮ２、第１室内ファン３４が回転数Ｎ１で回転しているときの室内下部３００ａの空気の体積流量である室内下部体積流量をＶ１、第２室内ファン４４が回転数Ｎ２で回転しているときの室内上部３００ｂの空気の体積流量である室内上部体積流量をＶ２、吐出温度センサ１１１で検出する圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度をＴｄ、室内上部設定温度Ｔｐｕおよび室内下部設定温度Ｔｐｄに応じて定められる目標吐出温度をＴｄｔ、目標吐出温度Ｔｄｔに対し所定値（例えば、１℃）高い目標上限値をＴｄｔＵ、目標吐出温度Ｔｄｔに対し所定値（例えば、１℃）低い目標下限値をＴｄｔＬ、としている。

上記各値のうち、室内下部空気比熱Ｃｐ１と室内下部空気密度ρ１は、室内下部３００ａの温度によって変化する値であり、これら各値は、例えば、予め試験等を行って室内下部３００ａの温度と関連付けられて記憶部２０２に記憶されている。これら各値が必要なときは、ＣＰＵ２０１は、第１吸込温度センサ１１７で検出した第１室内機吸込温度Ｔｓ１をセンサ入力部２０４を介して取り込んで室内下部３００ａの温度とし、これに対応する室内下部空気比熱Ｃｐ１と室内下部空気密度ρ１を記憶部２０２から読み出す。尚、室内下部空気比熱Ｃｐ１と室内下部空気密度ρ１は、上述した室内下部３００ａの温度に加えて、室内下部３００ａの湿度や気圧も考慮に入れて決定することで、より正確な値を得ることができる。

室内上部空気比熱Ｃｐ２と室内上部空気密度ρ２は、室内上部３００ｂの温度によって変化する値であり、これら各値は、例えば、予め試験等を行って室内上部３００ｂの温度と関連付けられて記憶部２０２に記憶されている。これら各値が必要なときは、ＣＰＵ２０１は、第２吸込温度センサ１２０で検出した第２室内機吸込温度Ｔｓ２をセンサ入力部２０４を介して取り込んで室内上部３００ｂの温度とし、これに対応する室内上部空気比熱Ｃｐ２と室内上部空気密度ρ２を記憶部２０２から読み出す。尚、室内上部空気比熱Ｃｐ２と室内上部空気密度ρ２は、上述した室内上部３００ｂの温度に加えて、室内上部３００ｂの湿度や気圧も考慮に入れて決定することで、より正確な値を得ることができる。

第１室内ファン３４の回転数Ｎ１は、ＣＰＵ２０１が第１室内ファン３４の回転数Ｎ１を暖房運転起動時に第１室内機３から取り込んで記憶部２０１に記憶しているものであり、使用者の指示により回転数Ｎ１が変更される度に新たな回転数Ｎ１を取り込んで記憶部２０１に上書き記憶する。第２室内ファン４４の回転数Ｎ２は、例えば、予め試験等を行って記憶部２０２に記憶されているＰＭＶ（Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｖｏｔｅ、温冷感指標）を参照し、第２室内ファン４４の回転によって生ずる風速と第２室内機吸込温度Ｔｓ２を用いて、使用者が不快と感じない風速となるように決定される。

室内下部体積流量Ｖ１と室内上部体積流量Ｖ２は、予め試験等を行って各室内ファンの回転数と関連付けられて記憶部２０２に記憶されている。吐出温度Ｔｄは、吐出温度センサ１１１で検出しセンサ入力部２０４を介して定期的に取り込んで記憶部２０２に時系列で記憶されている。目標吐出温度Ｔｄｔは、例えば、予め試験等を行って室内上部設定温度Ｔｐｕと関連付けられて、目標上限値ＴｄｔＵおよび目標下限値ＴｄｔＬとともに記憶部２０２に記憶されている。

そして、暖房必要熱量Ｑ１と回収可能熱量Ｑ２は、上述した各値を用いて記憶部２０２に記憶された以下に示す式により算出される。

Ｑ１＝Ｋ１×Ｃｐ１×ρ１×Ｖ１×（Ｔｐｄ−Ｔｓ１）・・・（数式１）
Ｑ２＝Ｋ２×Ｃｐ２×ρ２×Ｖ２×（Ｔｐｕ−Ｔｓ２）・・・（数式２）

ここで、数式１におけるＫ１、および、数式２におけるＫ２は、各々が試験等を行って求められた補正係数である。また、暖房必要熱量Ｑ１と回収可能熱量Ｑ２の単位は、ワット（以降、［Ｗ］と記載）である。

ＣＰＵ２０１は、熱回収運転制御を開始すると、メインルーチンのＳＴ３において算出した温度差ΔＴに応じた第２膨張弁５２に加えるパルス数Ｐａを温度差−パルス相関図８００から抽出し、通信部２０３を介して第２膨張弁５２に抽出したパルス数Ｐａを加えることで、第２膨張弁５２を温度差ΔＴに応じた開度とする（ＳＴ２１）。

次に、ＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶している室内下部設定温度Ｔｐｄと最新の第１室内機吸込温度Ｔｓ１を読み出す（ＳＴ２２）。次に、ＣＰＵ２０１は、メインルーチンのＳＴ３において読み出した室内上部設定温度Ｔｐｕに応じた回転数Ｎ２で第２室内ファン４４を回転する（ＳＴ２３）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、室内上部設定温度Ｔｐｕと関連付けられて記憶部２０２に記憶されている回転数Ｎ２を読み出し、通信部２０３を介して第２室内機４に回転数Ｎ２を送信することで、回転数Ｎ２で第２室内ファン４４を回転するよう第２室内機４に指示する。

次に、ＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶している室内下部空気密度ρ１と室内上部空気密度ρ２と室内下部空気比熱Ｃｐ１と室内上部空気比熱Ｃｐ２と第１室内ファン３４の回転数Ｎ１を読み出す（ＳＴ２４）。

次に、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ２４で読み出した回転数Ｎ１に応じた室内下部体積流量Ｖ１と、ＳＴ２３で読み出した回転数Ｎ２に応じた室内上部体積流量Ｖ２を、記憶部２０２から読み出す（ＳＴ２５）。

次に、ＣＰＵ２０１は、暖房必要熱量Ｑ１と回収可能熱量Ｑ２を算出する（ＳＴ２６）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、図４に示すメインルーチンのＳＴ３で読み出した室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機吸込温度Ｔｓ２、および、ＳＴ２２で読み出した室内下部設定温度Ｔｐｄと第１室内機吸込温度Ｔｓ１、および、ＳＴ２３で読み出した室内下部空気密度ρ１と室内上部空気密度ρ２と室内下部空気比熱Ｃｐ１と室内上部空気比熱Ｃｐ２、および、ＳＴ２５で読み出した室内下部体積流量Ｖ１と室内上部体積流量Ｖ２を、前述した数式１と数式２に代入して、暖房必要熱量Ｑ１と回収可能熱量Ｑ２を算出する。

次に、ＣＰＵ２０１は、算出した回収可能熱量Ｑ２から算出した暖房必要熱量Ｑ１を減じた値である熱量差ΔＱが所定の閾熱量差Ｑｔ（例えば、Ｑｔ＝０）以上であるか否かを判断する（ＳＴ２７）。ここで、閾熱量差Ｑｔは、予め試験等を行って求められて記憶部２０２に記憶されているものであり、後述するように、第２室内熱交換器４１で冷媒が十分に蒸発可能か否か、つまり、第２室内熱交換器４１で熱回収が十分に行えるか否かを判断するために用いられる値である。

熱量差ΔＱが閾熱量差Ｑｔ未満であれば（ＳＴ２７−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、バイパス開閉弁２５を閉じる（ＳＴ３２）。バイパス開閉弁２５を閉じることによって室外熱交換器２３に冷媒が流れるので、室外熱交換器２３が蒸発器として機能する。ＳＴ３２の処理を終えたＣＰＵ２０１は、熱回収運転制御を終了する。熱量差ΔＱが閾熱量差Ｑｔ以上であれば（ＳＴ２７−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、記憶部２０２に記憶している最新の吐出温度Ｔｄを読み出し（ＳＴ２８）、読み出した吐出温度Ｔｄが目標下限値ＴｄｔＬ以上目標下限値ＴｄｔＵ以下であるか否かを判断する（ＳＴ２９）。

吐出温度Ｔｄが目標下限値ＴｄｔＬ以上目標下限値ＴｄｔＵ以下でなければ（ＳＴ２９−Ｎｏ）、ＣＰＵ２０１は、第２膨張弁５２の開度を調整し（ＳＴ３０）、ＳＴ３１に処理を進める。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ２８で読み出した吐出温度Ｔｄが目標下限値ＴｄｔＵより低ければ第２膨張弁５２の開度を小さくし、ＳＴ２８で読み出した吐出温度Ｔｄが目標上限値ＴｄｔＬより高ければ第２膨張弁５２の開度を大きくする。
吐出温度Ｔｄが目標下限値ＴｄｔＬ以上目標下限値ＴｄｔＵ以下であれば（ＳＴ２９−Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０１は、ＳＴ３１に処理を進める。

ＳＴ３１において、ＣＰＵ２０１は、バイパス開閉弁２５を開くとともに室外膨張弁２４を全閉とすることで室外熱交換器２３に冷媒が流れないようにして、熱回収運転制御を終了する。

ここで、ＳＴ２７〜ＳＴ３２の処理を行う理由について説明する。まず、熱量差ΔＱが閾熱量差Ｑｔ以上である場合は、回収可能熱量Ｑ２の方が暖房必要熱量Ｑ１より大きい、あるいは、回収可能熱量Ｑ２と暖房必要熱量Ｑ１が同じ値であるため、第２室内熱交換器４１で冷媒が十分に蒸発している、つまり、第２室内熱交換器４１で熱回収が十分に行えていることを意味する。この場合は、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させる必要がないため、バイパス開閉弁２５を開くとともに室外膨張弁２４を全閉とすることで、室外熱交換器２３に冷媒が流れないようにしている。これにより、室外熱交換器２３において低い温度である外気で冷媒を蒸発させる場合と比べて大幅に蒸発温度を高くすることができるので、圧縮機２１における圧縮比を大幅に小さくすることができて空気調和システム１の省エネルギー性が向上する。

一方、熱量差ΔＱが閾熱量差Ｑｔ未満である場合は、回収可能熱量Ｑ２の方が暖房必要熱量Ｑ１より小さく、第２室内熱交換器４１で冷媒が蒸発し切らない、つまり、第２室内熱交換器４１で回収できる熱量が不十分であることを意味する。この場合は、バイパス開閉弁２５を閉じて室外熱交換器２３に冷媒が流れるようにすることで、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させる。これにより、蒸発能力が不足して液冷媒が圧縮機２１に吸入される、ということを防止できる。

また、ＳＴ２７で熱量差ΔＱが閾熱量差Ｑｔ以上である場合に、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔ付近の温度、すなわち、目標下限値ＴｄｔＬ以上目標上限値ＴｄｔＵの温度となるように、第２膨張弁５２の開度を調整する理由は次の通りである。

回収可能熱量Ｑ２の方が暖房必要熱量Ｑ１より大幅に大きくて熱量差ΔＱが大きい（例えば、ΔＱ＝３００［Ｗ］、室内上部３００ｂの温度が３０℃前後といった、温度の高い空気が滞留している状態に相当する）場合は、第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させて第２室内熱交換器４１で室内上部３００ｂの熱を回収しているときの、第２室内熱交換器４１から流出する冷媒の過熱度を適正値に維持でき、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄも適正値に維持できる。

これに対し、回収可能熱量Ｑ２の方が暖房必要熱量Ｑ１よりわずかに大きくて熱量差ΔＱが小さい（例えば、ΔＱ＝３０［Ｗ］）場合や、回収可能熱量Ｑ２と暖房必要熱量Ｑ１が同じ値で熱量差ΔＱが０である場合は、第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させて第２室内熱交換器４１で室内上部３００ｂの熱を回収しているときの、第２室内熱交換器４１から流出する冷媒の過熱度が０となることがある。この場合は、第２室内熱交換器４１から流出し、バイパス配管６６を介して圧縮機２１に吸入された冷媒が気液二相状態となっているが、このとき、圧縮機２１の吐出温度Ｔｄが目標下限値ＴｄｔＬ以上となるように第２膨張弁５２の開度を制御することによって、圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度が適正な範囲（例えば、０．９〜１．０）とできるので、液バックによる圧縮機２１の信頼性低下を防止できる。

上記のように室外熱交換器２３を蒸発器として機能させずに熱回収運転を行っているときに吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｄｔ付近の温度となるように、第２膨張弁５２の開度を調整することで、圧縮機２１の信頼性を確保しつつ、熱回収運転時の効率を高めることができる。

以上説明したように、空気調和システム１が暖房運転を行っているとき、部屋３００の室内下部３００ａと室内上部３００ｂで別々に設定温度を定め、室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機４で検出した室内上部３００ｂの温度である第２室内機吸込温度Ｔｓ２との温度差ΔＴに応じて、第１室内機３および第２室内機４でともに暖房運転を行うか、第２室内機４で室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収する熱回収運転を行うかを選択している。これにより、より効果的な「頭寒足熱」状態となって、使用者の快適性を高めることができる。また、室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収して冷媒を蒸発させているので、圧縮機２１の回転数を必要以上に上昇させる必要がなく圧縮比が大幅に小さくなるため、省エネルギー性が向上する。

尚、熱回収運転を行う際に、前述したように室内上部設定温度Ｔｐｕを室内下部設定温度Ｔｐｄより所定温度低い温度とし、第２室内機４から吹き出される空気の温度を第１室内機３から吹き出される空気の温度より低くすれば、第２室内機４から吹き出される空気の方が第１室内機３から吹き出される空気より重くなる（密度が高くなる）。これにより、第１室内機３から吹き出されて部屋３００の上方（室内上部３００ｂ）に上昇しようとする温度の高い空気の一部と、第２室内機４から吹き出される温度の低い空気の一部が自然対流的に混ざりながら、図２に示す境界線ＢＬ近傍で室内上部設定温度Ｔｐｕと室内下部設定温度Ｔｐｄの中間温度層を形成する。また、第２室内機４から吹き出される温度の低い空気で、第１室内機３から吹出される温度の高い空気の上昇を効果的に押さえ込むことができる。これらにより、部屋３００の「頭寒足熱」状態をより安定して継続させることができる。

次に、本発明の空気調和システムの第２の実施形態について、図６および図２を用いて説明する。本発明の第２の実施形態における空気調和システム１ａの構成のうち、室外機２と第２室内機４については図１を用いて説明した第１実施形態における空気調和システム１と同じであるため、その構成や動作について詳細な説明を省略する。また、暖房運転時に第２室内機４で室内上部３００ｂの熱を回収する熱回収運転を行う際の、室外機制御手段２００のＣＰＵ２０１で行う処理についても、第１実施形態における空気調和システム１と同じであるため、詳細な説明を省略する。第１の実施形態と異なるのは、第１の実施形態の空気調和システム１における水冷媒熱交換ユニット５が第２の実施形態における空気調和システム１ａには設けられていないこと、第１室内機３ａも第２室内機４と同様に冷媒と部屋３００の空気を熱交換する第１室内熱交換器３１ａを有すること、および、水冷媒熱交換ユニット５に設けられていた第２膨張弁５２が第１室内機３ａに設けられて室内膨張弁３６ａとされていることである。

図６（Ａ）に示すように、本発明の第２の実施形態における空気調和システム１ａは、屋外に設置される室外機２と、部屋３００に設置される第１室内機３ａおよび第２室内機４を有する。第１室内機３ａは、部屋３００の床面に設置されることで室内下部３００ａに配置される。第２室内機４は、部屋３００の壁面上部に設置されて室内上部３００ｂに配置される。第１室内機３ａは、室外機２と第１ガス管８ａで接続されるとともに、第２室内機４と第２ガス管８ｂで接続されている。第２室内機４は、室外機２と液管７で接続されるとともに、上述したように第１室内機３ａと第２ガス管８ｂで接続されている。以上により、空気調和システム１ａの冷媒回路１０ａが構成されている。

第１室内機３ａは、第１室内熱交換器３１ａと、室外機側接続部３２ａと、第２室内機側接続部３３ａと、第１室内ファン３４ａと、第２膨張弁である室内膨張弁３６ａを備えている。そして、第２室内ファン３４ａを除くこれら各装置が第１室内機冷媒配管３５ａで接続されて、冷媒回路１０ａの一部をなす第１室内機冷媒回路３０ａを構成している。

第１室内熱交換器３１ａは、第１室内機冷媒配管３５ａに設けられている。第１室内機冷媒配管３５ａは、一端が室外機側接続部３２ａを介して第１ガス管８ａに接続され、また、他端が第２室内機側接続部３３ａを介して第２ガス管８ｂに接続されている。第１室内熱交換器３１ａは、冷媒と、後述する第１室内ファン３４ａの回転により第１室内機３ａ内部に取り込まれた室内下部３００ａの空気を熱交換させる。

室内膨張弁３６ａは、例えば電子膨張弁である。室内膨張弁３６ａは、図示しないステッピングモータにパルスが加えられて開度が調整されることで、第１室内熱交換器３１ａを流れる冷媒量を調節する。

第１室内ファン３４ａは樹脂材で形成されており、第１室内熱交換器３１ａの近傍に配置されている。第１室内ファン３４ａは、図示しないファンモータによって回転することで、第１室内機３ａの図示しない吸込口から第１室内機３ａの内部に室内下部３００ａの空気を取り込み、第１室内熱交換器３１ａにおいて冷媒と熱交換した室内下部３００ａの空気を第１室内機３ａの図示しない吹出口から室内下部３００ａへ吹き出す。

以上説明した構成の他に、第１室内機３ａには、各種センサが備えられている。第１室内機冷媒配管３５ａにおける室外機側接続部３２ａと第１室内熱交換器３１ａの間には、第１室内熱交換器３１ａに流入あるいは第１室内熱交換器３１ａから流出する冷媒の温度を検出する第１冷媒温度センサ１１５ａが設けられている。また、第１室内機冷媒配管３５ａにおける室内膨張弁３６ａと第１室内熱交換器３１ａの間には、第１室内熱交換器３１ａから流出あるいは第１室内熱交換器３１ａに流入する冷媒の温度を検出する第２冷媒温度センサ１１６ａが設けられている。さらには、第１室内機３ａの図示しない吸込口付近には、第１室内機３ａに流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する第１吸込温度センサ１１７ａが備えられている。

次に、本実施形態の空気調和システム１ａにおける空調運転時の冷媒回路１０ａの冷媒の流れや各部の動作について、図６および図２を用いて説明する。尚、以下の説明では、使用者が図２に示すリモコン４００を操作して、第１室内機３ａおよび第２室内機４で暖房運転を行うよう指示した場合について説明する。

第１室内機３ａおよび第２室内機４で暖房運転を行う場合、図６（Ａ）に示すように、室外機制御部２００のＣＰＵ２０１は、四方弁２２を実線で示す状態、すなわち、四方弁２２のポートａとポートｄとが連通するよう、また、ポートｂとポートｃとが連通するよう切り換える。また、ＣＰＵ２０１は、バイパス開閉弁２５を閉とする。また、ＣＰＵ２０１は、第１室内機３ａの室内膨張弁３６ａを全開にするように第１室内機３ａに指示する。これにより、室外熱交換器２３が蒸発器として機能するとともに、第１室内熱交換器３１ａおよび第２室内熱交換器４１が凝縮器として機能し、冷媒回路１０ａにおいて矢印で示す方向に冷媒が循環する。

圧縮機２１から吐出された高圧の冷媒は、吐出管６１を流れて四方弁２２に流入し、四方弁２２から室外機ガス管６４へと流れて閉鎖弁２８を介して第１ガス管８ａに流入する。第１ガス管８ａを流れる冷媒は、室外機側接続部３２ａを介して第１室内機３ａに流入する。第１室内機３ａに流入した冷媒は、第１室内機冷媒配管３５ａを流れて第１室内熱交換器３１ａに流入する。

第１室内熱交換器３１ａに流入した冷媒は、第１室内ファン３４ａの回転によって第１室内機３ａ内部に流入した室内下部３００ａの空気と熱交換する。第１室内熱交換器３１ａで加熱された空気は、図示しない第１室内機３ａの吹出口から室内下部３００ａに吹き出される。

第１室内熱交換器３１ａから第１室内機冷媒配管３５ａに流出した冷媒は、全開とされている室内膨張弁３６ａを通過し、第１室内機側接続部３３ａを介して第２ガス管８ｂに流出する。第２ガス管８ｂからガス側接続部４２を介して第２室内機４に流入した冷媒は、第２室内機冷媒配管４５を流れて第２室内熱交換器４１に流入する。

第２室内熱交換器４１に流入した冷媒は、第２室内ファン４４の回転によって第２室内機４内部に流入した室内上部３００ｂの空気と熱交換して凝縮する。第２室内熱交換器４１で加熱された空気は、図示しない第２室内機４の吹出口から室内上部３００ｂに吹き出される。このように、第１室内機３ａと第２室内機４の各々から加熱された空気が吹き出されることによって、部屋３００の暖房が行われる。

第２室内熱交換器４１から第２室内機冷媒配管４５に流出した冷媒は、液側接続部４３を介して液管７に流出し、閉鎖弁２７を介して室外機２に流入する。室外機２に流入した冷媒は、室外機液管６３を流れる際に第１膨張弁２４によって減圧されて室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３に流入した冷媒は、室外ファン２９の回転により室外機２内部に取り込まれた外気と熱交換を行って蒸発する。室外熱交換器２３から冷媒配管６２に流出した冷媒は、四方弁２２、吸入管６５を流れ、圧縮機２１に吸入されて再び圧縮される。

以上説明した空気調和システム１ａが第１室内機３ａと第２室内機４を駆動して暖房運転を行っているとき、室外機制御部２００のＣＰＵ２０１は、使用者が設定した室内上部設定温度Ｔｐｕと室内下部設定温度Ｔｐｄを第１室内機３ａと第２室内機４から通信部２０３を介して取り込んで記憶部２０２に記憶する。また、ＣＰＵ２０１は、第１室内機３ａの第１吸込温度センサ１１７ａで検出した第１室内機吸込温度Ｔｓ１と、第２室内機４の第２吸込温度センサ１２０で検出した第２室内機吸込温度Ｔｓ２を通信部２０３を介して定期的に取り込んで記憶部２０２に記憶する。

ＣＰＵ２０１は、第１室内機吸込温度Ｔｓ１や第２室内機吸込温度Ｔｓ２を取り込む度に、室内下部設定温度Ｔｐｄと第１室内機吸込温度Ｔｓ１の温度差、および、室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機吸込温度Ｔｓ２の温度差をそれぞれ算出し、各温度差に応じて圧縮機２１の回転数制御を行う。そして、室内上部設定温度Ｔｐｕと第２室内機吸込温度Ｔｓ２との温度差ΔＴに応じて、第１室内機３ａおよび第２室内機４で共に暖房運転を行うか、室内膨張弁３６ａの開度を第２室内機吸込温度Ｔｓ２から室内上部設定温度Ｔｐｕを減じた温度差に応じた開度として第２室内機４の第２室内熱交換器４１を蒸発器として機能させることで、第２室内機４で室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収する熱回収運転を行うかを選択している。これにより、より効果的な「頭寒足熱」状態となって、使用者の快適性を高めることができる。また、室内上部３００ｂに滞留する暖気から熱を回収して冷媒を蒸発させているので、圧縮機２１の回転数を必要以上に上昇させる必要がなく、省エネルギー性が向上する。

以上説明した第１の実施形態および第２の実施形態では、室外機２にバイパス開閉弁２５を備えたバイパス配管６６を設け、熱回収運転を行う際に第２室内熱交換器４１で冷媒が十分に蒸発可能な場合は、バイパス開閉弁２５を開くとともに室外膨張弁２４を全閉として、室外熱交換器２３が蒸発器として機能しないようにしている場合を説明した。これに対し、室外機２にバイパス配管６６を設けない場合は、室外膨張弁２３を全開とするとともに、室外ファン２９を停止することで、室外熱交換器２３が蒸発器として機能しないようにしてもよい。

１、１ａ 空気調和システム
２ 室外機
３、３ａ 第１室内機
４ 第２室内機
５ 水冷媒熱交換ユニット
７ 液管
８ ガス管
８ａ 第１ガス管
８ｂ 第２ガス管
９ 水配管
１０ 冷媒−水回路
１０ａ 冷媒回路
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 第１膨張弁
２５ バイパス開閉弁
２６ 逆止弁
３１、３１ａ 第１室内熱交換器
３６ａ 室内膨張弁
４１ 第２室内熱交換器
５１ 水冷媒熱交換器
５２ 第２膨張弁
５３ 循環ポンプ
６６ バイパス配管
１１１ 吐出温度センサ
１１７、１１７ａ 第１吸込温度センサ
１２０ 第２吸込温度センサ
２００ 室外機制御手段
２０１ ＣＰＵ
３００ 部屋
３００ａ 室内下部
３００ｂ 室内上部
５００ 居間
６００ 寝室
８００ 温度差−パルス相関図
Ｔｐｕ 室内上部設定温度
Ｔｐｄ 室内下部設定温度
Ｔｓ１ 第１室内機吸込温度
Ｔｓ２ 第２室内機吸込温度
ΔＴ 温度差
Ｔｔ 閾温度差
Ｔｄ 吐出温度
Ｔｄｔ 目標吐出温度
ＴｄｔＵ 目標上限値
ＴｄｔＬ 目標下限値
Ｑ１ 暖房必要熱量
Ｑ２ 回収可能熱量
Ｃｐ１ 室内下部空気比熱
Ｃｐ２ 室内上部空気比熱
ρ１ 室内下部空気密度
ρ２ 室内上部空気密度
Ｎ１ 第１室内ファンの回転数
Ｎ２ 第２室内ファンの回転数
Ｖ１ 室内下部体積流量
Ｖ２ 室内上部体積流量

Claims (6)

1. 圧縮機と、流路切替手段と、室外熱交換器と、第１膨張弁を有する室外機と、
   第１室内熱交換器を有する第１室内機と、
   第２室内熱交換器を有する第２室内機と、
   冷媒と水を熱交換させる水冷媒熱交換器と、循環ポンプを有し、前記水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換した水を前記循環ポンプの駆動により前記第１室内熱交換器に供給する水冷媒熱交換ユニットと、
   前記圧縮機や前記循環ポンプを駆動制御する制御手段と、
   を有する空気調和システムであって、
   前記第１室内機は、同第１室内機に吸い込まれる空気の温度である第１室内機吸込温度を検出する第１吸込温度センサを有し、
   前記第２室内機は、同第２室内機に吸い込まれる空気の温度である第２室内機吸込温度を検出する第２吸込温度センサを有し、
   前記水冷媒熱交換器は、冷媒が流れる冷媒側流路と、水が流れる水側流路を有し、
   前記水冷媒熱交換器の前記冷媒側流路と前記第２室内機の前記第２室内熱交換器が、前記室外機に直列に接続されるとともに、前記冷媒側流路と前記第２室内熱交換器の間に第２膨張弁が配置され、
   前記制御手段は、
   前記第１室内機と前記第２室内機のうち少なくとも一方が暖房運転を行っているとき、前記第２膨張弁の開度を調整することによって前記第２室内機の前記第２室内熱交換器を蒸発器として機能させることで、前記第２室内機が設置された空調空間の熱を回収する熱回収運転を行い、
   前記熱回収運転を行っているとき、
   前記第１室内機から、同第１室内機で設定された第１設定温度と前記第１吸込温度センサで検出した第１室内機吸込温度を取り込むとともに、前記第２室内機から、同第２室内機で設定された第２設定温度と前記第２吸込温度センサで検出した第２室内機吸込温度を取り込み、
   空調空間の熱を回収する室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて蒸発器として機能する当該室内機の室内熱交換器で回収できる熱量である回収可能熱量を算出するとともに、暖房運転を行う室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて当該室内機の室内熱交換器で必要となる暖房必要熱量を算出し、
   前記回収可能熱量から前記暖房必要熱量を減じた熱量差が所定の閾熱量差以上であるときは、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させない、
   ことを特徴とする空気調和システム。
   
2. 前記第１室内機と前記第２室内機は同じ空調空間に設置され、
   前記空調空間において、前記第１室内機と前記第２室内機が上下に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記室外機は、前記室外熱交換器をバイパスし開閉弁を備えるバイパス配管を有し、
   前記制御手段は、前記熱回収運転を行うときに前記熱量差が前記閾熱量差以上である場合は、前記開閉弁を開く、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和システム。
4. 圧縮機と、流路切替手段と、室外熱交換器と、第１膨張弁と、外気温度を検出する外気温度センサを有する室外機と、
   第１室内熱交換器と、第１室内ファンと、室温を検出する第１吸込温度センサを有する第１室内機と、
   第２室内熱交換器と、第２室内ファンと、室温を検出する第２吸込温度センサを有する第２室内機と、
   前記圧縮機や前記第１膨張弁を駆動制御する制御手段と、
   を有する空気調和システムであって、
   前記第１室内機は、同第１室内機に吸い込まれる空気の温度である第１室内機吸込温度を検出する第１吸込温度センサを有し、
   前記第２室内機は、同第２室内機に吸い込まれる空気の温度である第２室内機吸込温度を検出する第２吸込温度センサを有し、
   前記第１室内機の前記第１室内熱交換器と前記第２室内機の前記第２室内熱交換器が、前記室外機に直列に接続されるとともに、第１室内熱交換器と前記第２室内熱交換器の間に第２膨張弁が配置され、
   前記制御手段は、
   前記第１室内機と前記第２室内機のうち少なくとも一方が暖房運転を行っているとき、前記第２膨張弁の開度を調整することによって前記第１室内機の前記第１室内熱交換器を蒸発器として機能させることで、前記第１室内機が設置された空調空間の熱を回収する、あるいは、前記第２膨張弁の開度を調整することによって前記第２室内機の前記第２室内熱交換器を蒸発器として機能させることで、前記第２室内機が設置された空調空間の熱を回収する熱回収運転を行い、
   前記熱回収運転を行っているとき、
   前記第１室内機から、同第１室内機で設定された第１設定温度と前記第１吸込温度センサで検出した第１室内機吸込温度を取り込むとともに、前記第２室内機から、同第２室内機で設定された第２設定温度と前記第２吸込温度センサで検出した第２室内機吸込温度を取り込み、
   空調空間の熱を回収する室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて蒸発器として機能する当該室内機の室内熱交換器で回収できる熱量である回収可能熱量を算出するとともに、暖房運転を行う室内機の設定温度と吸込温度の温度差に基づいて当該室内機の室内熱交換器で必要となる暖房必要熱量を算出し、
   前記回収可能熱量から前記暖房必要熱量を減じた熱量差が所定の閾熱量差以上であるときは、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させない、
   ことを特徴とする空気調和システム。
   
5. 前記第１室内機と前記第２室内機は同じ空調空間に設置され、
   前記空調空間において、前記第１室内機と前記第２室内機が上下に配置される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の空気調和システム。
6. 前記室外機は、前記室外熱交換器をバイパスし開閉弁を備えるバイパス配管を有し、
   前記制御手段は、前記熱回収運転を行うときに前記熱量差が前記閾熱量差以上である場合は、前記開閉弁を開く、
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の空気調和システム。

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