JPH03164667A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、冷媒の冷凍機サイクルまたはヒートポンプ
サイクルによって冷房、暖房及び除湿が効率よく行える
ようにした空気調和機に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えばダクトセントラル方式により各部屋へ送風
し冷暖房を行う空気調和機では、冷暖房時や梅雨時にお
ける室内の除湿を効率的に正確に制御するのが困難であ
った０例えば技術書院発行の建築設備設計マニュアル■
空気調和績の第２章に示された各種ダクト方式の内、単
一ダクト方式。

再熱コイル方式、二重ダクト方式、マルチゾーン方式な
ど、いずれも送風温度の制御用に冷却コイルと加熱コイ
ルを直列または並列に用いて空気の冷却・加熱または除
湿を行っていた。このようなシステムは比較的大規模な
もので、熱媒体には冷水と温水を用い、省エネルギーの
ために温水に冷凍機から回収した熱を用いることもあっ
た。

小規模なシステムでは、加熱コイルの代わりに電気ヒー
タを用いるもの、熱源機に直膨式の冷凍サイクルを用い
るものにあっては冷却用と加熱用の２台の熱源機を使用
するもの、加熱コイルに高圧ガスを一部通過させるもの
、また、ルームエアコン等で行われている圧縮機と室内
送風機を特別なアルゴリズムで発停させて除湿運転を行
わせるものなどがあった。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の空気調和機のうち、冷温水を用いる
方式は住宅用等の小規模システムには工事性、配管熱損
失、メンテナンス性等の難点がある。電気ヒータにより
再熱する方式はエネルギーの消費が多い、また、直膨式
の冷凍ザイクルのうち、２台の熱源機を用いる方式は室
外機の価格が高く、大形で大きな設置場所を要するとい
う課題がある。単純に高圧ガスの一部を用いて再熱する
方式では広い運転範囲にわたり正確に効率的に制御する
ことはできない。また、ソフトウェア制御により発停さ
せて除湿運転を行う方式では室内の温度と湿度を両立し
て目標値に制御することは不゛可能であった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたも
ので、格別な機器や設置場所を要せず、室内用空気の温
度と湿度を広い範囲にわたり効率よく制御することがで
きる空気調和機を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と
、この圧縮機の吸入側に出口側が接続され高低圧熱交換
器を内蔵するアキュムレータと、冷媒に室外空気と熱交
換させる室外熱交換器と、室内用空気の風路に直列に配
設されて冷媒に室内用空気と熱交換させる２台の室内熱
交換器と、この２台の室内熱交換器及び前記室外熱交換
器の冷媒管の一端にそれぞれ設けられた膨張弁と、前記
圧縮機の吐出口に接続された高圧ガス管と、前記アキュ
ムレータの入口側に接続された低圧ガス管と、前記高低
圧熱交換器に接続された高圧液管及び高圧サブクール管
とを備え、前記高圧ガス管及び低圧ガス管を並列に前記
室外熱交換器及び２台の室内熱交換器の前記膨張弁のな
い側の冷媒管端に並列に弁を介して接続し、前記高圧液
管及び高圧サブクール管を並列に前記室外熱交換器及び
２台の室内熱交換器の各膨張弁に並列に弁を介して接続
したものである。

［作用］ この発明における空気調和機では、ある熱交換器を凝縮
器として用いる場合は、その熱交換器の膨張弁を全開ま
たはバイパスし、高圧ガス管及び高圧液管の弁を開ける
と、高温の高圧冷媒ガスが流れて熱交換し、冷媒は冷却
され、空気は加熱される。また、蒸発器として用いる場
合は、低圧ガス管及び高圧サブクール管の弁を開け、膨
張弁で開度制御を行うことにより、高圧サブクール管か
らの冷媒が膨張して低温となってその熱交換器内を流れ
、冷媒は加熱され、空気は冷却される。したがって、室
外熱交換器を蒸発器とし、室内熱交換器を２台とも凝縮
器とすれば強暖房となり、室内熱交換器の１台のみを動
作させると弱暖房となる。室外熱交換器を凝縮器とし、
室内熱交換器を２台とも蒸発器とすれば強冷層となり、
室内熱交換器の１台のみを動作させると弱冷房となる。

室内熱交換器の前段側を蒸発器とし、後段側を凝縮器と
して動作させると、−旦、露点以下に冷却された空気中
の水分が除去され、除湿される。また高低圧熱交換器で
は、高圧冷媒は冷却され、低圧冷媒は加熱されることに
より熱が効率良く利用される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による空気調和機の主として冷
媒回路を示す図、第２図はその主として風路を示す図で
ある０図において、１は空調される部屋（被空調室）、
２は廊下等の天井裏に配置された室内機であり、室内送
風機３と風路の前段側に配置された第１室内熱交換機４
と風路の後段側に配置された第２室内熱交換機５とから
構成されている。６は室外機、７は室内１ｆＩｉ２に接
続した主ダクト、８はこの主ダクト７から各被空調室に
分岐した枝ダクト、９はこの枝ダクト８の途中に設けら
れた風量調節用のダンパ（図示しない駆動用のモータが
接続されている）、１０は枝ダクト８の末端に取り付け
た吹出口、１１は被空調室１のドア下部等に設けられた
グリル、１２は廊下天井等に設けられ室内８！２とダク
トで接続されたリターングリルである。１３は各被空調
室１に設けられたルームサーモ、１４はリターングリル
１２の付近などの適当な位置に設けられた湿度調節器で
ある。

第１図において、１５は室外機６内に設置されている圧
縮機、１６は圧縮ａ！１５の吸入側に接続されたアキュ
ムレータで、高低圧熱交換器１７を内蔵している。１８
は室外熱交換器、１９は室外熱交換器１８へ送風する室
外送風機、３０は圧縮ｔｌｌ１５の吐出口に接続された
高圧ガス管、４０はアキュムレータ１６を介して圧縮機
１５の吸入口に接続された低圧ガス管、５０は高低圧熱
交換器１７の入口側に接続された高圧液管、６０は高低
圧熱交換器１７の出口側に接続された高圧サブクール管
である。７１．７２及び７３は電子式の膨張弁であり、
膨張弁７１は第１室内熱交換器４の、膨張弁７２は第２
室内熱交換器５の、膨張弁７３は室外熱交換器１８の各
冷媒管の一端に設けられている。

高圧ガス管３０は、室外熱交換器１８．第１室内熱交換
器４及び第２室内熱交換器５の各膨張弁を設けていない
側の冷媒管の管端に、それぞれ弁３３．３１及び３２を
介して並列に接続されている。低圧ガス管４０は、室外
熱交換器１８．第１室内熱交換器４及び第２室内熱交換
器５の各膨張弁を設けていない側の冷媒配管の管端に、
それぞれ弁４３．４１及び４２を介して並列に接続され
ている。高圧液管５０は、室外熱交換器１８の膨張弁７
３．第１室内熱交換器４の膨張弁７１及び第２室内熱交
換器５の膨張弁７２に、それぞれ弁５３．５１及び５２
を介して並列に接続されている。高圧サブクール管６０
は、室外熱交換器１８の膨張弁７３．第１室内熱交換器
４の膨張弁７１及び第２室内熱交換器５の膨張弁７２に
、それぞれ弁６３．６１及び６２を介して並列に接続さ
れている。上記弁６１，６２，６３，５１．５２゜５３
．４１．４２，４３．３１．３２及び３３は電気信号に
より開開する弁である。

上記のように構成された空気調和機の冷媒の流れと変動
を第３図に示すモリエル線図によって説明する。冷凍サ
イクルまたはヒートポンプサイクルにおいて、圧縮機１
５にて圧縮されて吐出された高温高圧のガス冷媒（ア）
は、高圧ガス管３０を通り、弁３１，３２．３３のいず
れかを経て、熱交換器４．５．１８のいずれかに流入し
、その熱交換器で熱交換により熱を放出して凝縮液化す
る（イ）、その液化した高圧冷媒は、その熱交換器の他
端から全開状態の膨張弁７１．７２．７３のいずれかを
通過し、弁５１．５２．５３のいずれかを経由して高圧
液管５０に流れ込み、アキュムレータ１６に内蔵された
高低圧熱交換器１７に至り、アキュムレータ１６内の低
温低圧の冷媒と熱交換によりさらに冷却される（つ）。

その冷却された高圧冷媒は、高圧サブクール管６０を経
て弁６１．６２．６３のいずれかを経由し、膨張弁７１
．７２．７３のいずれかで減圧膨張低温化しく１）、熱
交換器４，５．１８の上記以外のいずれかに流入して熱
交換により熱を吸収して蒸発ガス化する（オ）。蒸発ガ
ス化した低圧湿り冷媒は弁４１，４２．４３のいずれか
を経て低圧ガス管４０に流れ、アキュムレータ１６に至
り、高低圧熱交換器１７で高圧冷媒との熱交換により少
し加熱され（力）、再び圧縮機１５へ吸入され圧縮吐出
され（ア）、以上のサイクルを繰り返す。

第１室内熱交換器４．第２室内熱交換器５及び室外熱交
換器１８は、運転状態に応じて次のように役割を分担す
る。

運転モード　第１室内　第２室内　室外強曖房　　　凝
縮器　　凝縮器　　蒸発器弱暖房　　　凝縮器　　停止
　　　蒸発器暖房除湿　　蒸発器　　凝縮器　　蒸発器
除湿　　　　蒸発器　　凝縮器 冷房除湿　　蒸発器　　凝縮器　　凝縮器弱冷房　　　
蒸発器　　停止　　　凝縮器弱冷房　　　蒸発器　　蒸
発器　　凝縮器弱冷房モードでは、弁３１．３２，５１
．５２゜６３及び４３は開となり、膨張弁７１及び７２
は全開またはバイパスとなり、膨張弁７３は制御装置か
らの電気信号により開度が制御される作動状態となる。

圧縮機１５で圧縮された高圧高温冷媒は、高圧ガス管３
０を通り、弁３１及び３２を通り、室内熱交換器４及び
５を並行通過して室内用空気と熱交換をし、冷媒の温度
は下がり、室内用空気は加熱されて室内へ送られる。室
内熱交換器４．５を出た冷媒は開放状態の膨張弁７１．
７２から弁５１．５２を通って高圧液管５０を通り、ア
キュムレータ１６に内蔵された高低圧熱交換器１７を通
り、アキュムレータ１６内の低圧低温の冷媒と熱交換を
して少し冷却され、高圧サブクール管６０を通って、弁
６３を通り、作動状態の膨張弁７３を通って減圧膨張し
て低温となり、室外熱交換器１８を通過して外気から熱
を吸収し、弁４３を通って低圧ガス管４０を通り、アキ
ュムレータ１６内に入る。アキュムレータ１６内に入っ
た低温低圧の冷媒は、高低圧熱交換器１７を介して高圧
冷媒と熱交換をして温度が上がる。アキュムレータ１６
内の低圧ガス冷媒は、圧縮機１５に吸入されて圧縮吐出
され、以上のサイクルを繰り返す、なお、言及しない弁
は閉止されている。

弱暖房モードでは、上記の動作のうち、第２室内熱交換
器５への冷媒の通過は停止させるように弁３２．５２は
閉止する。

暖房除湿モードでは、弁３２．５２．６１．４１．６３
及び４３は開となり、膨張弁７２は全開またはバイパス
となり、膨張弁７１及び７３は制御装置からの電気信号
により開度が制御される作動状態となる。圧縮機１５か
ら圧縮吐出された高圧高温冷媒は、高圧ガス管３０を通
り、第２室内熱交換器５を通り、室内用空気を加熱する
ことは前述の強暖房モードと同じである。高圧サブクー
ル管６０の冷媒は、弁６１を通り、作動状態の膨張弁７
１を通って減圧膨張して低温となり、第１室内熱交換器
４にて室内用空気から熱を吸収する。

室内用空気は冷却されて露点以下になり、空気中の水蒸
気は液体の水となって除去された後、上記第２室内熱交
換器５を通過し加熱されて室内に放出される。第１室内
熱交換器４を出た低圧低温の冷媒は弁４１を通り、低圧
ガス管４０に入り、アキュムレータ１６にて高圧冷媒と
熱交換をした後、圧縮機１５に戻る。室外熱交換器１８
では前述の暖房モードと同様に冷媒が流れ熱交換する。

除湿モードでは、高圧ガス管３０の高温冷媒は弁３２を
通って第２室内熱交換器５に入り、室内空気を加熱し、
冷媒は温度が低下し、全開状態の膨張弁７２から弁５２
を通って高圧液管５０を通り高低圧熱交換器１７を通り
、高圧サブクール管６０を通って、弁６１を通り、作動
状態の膨張弁７１を通って減圧膨張し低温となって第１
熱交換器４に入り、室内空気から熱を吸収し、弁４１を
通って低圧ガス管４０を通り、アキュムレータ１６を経
て圧縮機１５に戻る０以上の冷媒のサイクルにより、室
内用空気は第１室内熱交換器４によって冷却されて空気
中の水蒸気は液体の水となって排除され、第２室内熱交
換器５によって加熱されて元の適当な温度の乾燥した空
気となって室内に送り込まれる。

冷房除湿モードでは、上記除湿モードのサイクルの他に
、高圧ガス管３０の高温冷媒は、弁３３を通って室外熱
交換器１８に入り、外気で冷却されて、開放状態の膨張
弁７３．弁５３を通って高圧液管５０に入り、第２室内
熱交換を出た冷媒と合流し、高低圧熱交換器１７を通り
、高圧サブクール管６０を通って第１室内熱交換器４で
室内空気を冷却し、低圧ガス管４０を通って戻るという
サイクルをする。このサイクルでは、室外熱交換器４で
外気により高温高圧の冷媒が冷却される分だけ室内空気
を多く冷却することとなる。

弱冷房モードでは、上記冷房除湿モードの第２室内熱交
換器５を停止する。

強冷房モードでは、圧縮ｌ１１１５を出た高温高圧の冷
媒ガスは高圧ガス管３０を通り、弁３３を通り、室外熱
交換器１８で冷却され、弁５３、高圧液管５０、高低圧
熱交換器１７、高圧サブクール管６０を通り、弁６１及
び６２を並行して通り、作動状態の膨張弁７１及び７２
を通って減圧膨張し低温となり、第１熱交換器４及び第
２熱交換器５に並行して入り、室内用空気から熱を奪い
、弁４１及び４２を通り低圧ガス管４０を通ってアキュ
ムレータ１６を経て圧縮機１５に戻る。

以上のような冷媒のサイクルにおいて、圧縮機１５から
出た高圧ガス管３０の高圧高温冷媒は、いずれかの熱交
換器で常温近くまで温度が下がり、その高圧冷媒は高圧
液管５０を通って高低圧熱交換器１７に入り、アキュム
レータ１６内の常温より低い温度の低圧冷媒と熱交換し
て、低圧冷媒は少し温度が高くなり、高圧冷媒は少し温
度が低くなり、高圧冷媒は高圧サブクール管６０を通り
、いずれかの熱交換器の膨張弁で減圧膨張し低温化し、
その熱交換器で熱を吸収する。そのとき、冷媒は高低圧
熱交換器１７で冷却された分だけ低温となっており、熱
交換量が多くなる。また、圧縮機１５で圧縮される低圧
冷媒は、その前に、アキュムレータ１６内で高低圧熱交
換器１７により加熱された分だけ温度が高くなり、高圧
ガス管３０の冷媒は高温となり、熱交換器における熱交
換量が多くなる。以上のように、高低圧熱交換器１７に
より高圧冷媒と低圧冷媒とが熱交換をすることにより、
システムの熱交換効率が向上する。

なお、以上説明した運転モードの弱暖房と弱冷房におい
て、第１室内熱交換器４を停止とし、第２室内熱交換器
５のみを運転させるようにしても同様の作用効果が得ら
れる。また、除湿運転においては第１室内熱交換器４と
第２室内熱交換器５の間で熱の授受を行わせ、室外熱交
換器１８は補助的に用いられ、室内熱交換器間の熱バラ
ンスがうまく行かない時に蒸発器または凝縮器として運
転される。なお、各膨張弁７１，７２．７３はそれぞれ
自立分散的に独立に制御される。

室内機２で作られた冷風または温風は室内送風機３によ
り主ダクト７、枝ダクト８を経由して各被空調室１へ送
風され、その風量はルームサーモ１４の出力借方に基づ
きダンパ９の開度が調節されて目標値に制御される。除
湿運転時は湿度調節器１４で検出および設定された相対
湿度の値に基づき第１室内熱交換器４の能力または蒸発
温度が制御される。なお、除湿運転モードを行うのは梅
雨時だけでなく、冷暖房運転時でも各室温が目標値近く
まで制御された後、除湿運転に切り換え。

その結果、室温制御と湿度制御が同時に満足されるよう
に行われる。

また、冷房または暖房において立ち上がり時等の熱負荷
が大きい時は、２台の室内熱交換器４゜５が強冷層また
は強暖房の同一モードで運転されるため、大きい能力で
ヒートポンプが運転されることになり、立ち上がり時間
が短くなる。

この発明の実施例による冷媒サイクルにおいては冷媒の
循環方向が一定であるので、冷媒や冷凍機油のたまり込
みが生じ難いという利点がある。

また、除湿運転を行う際、他の熱源を用いる必要はない
ので、エネルギーの消費が少ない。

なお、室内への総風量はダンパ９の総開度に応じてイン
バータ等により室内送風１１３の回転数を変化させて制
御することができる。また、圧縮機Ｉ５の容量制御にお
いても同様にインバータ等により回転数制御を行うこと
ができる。

なお、上記実施例では、本冷凍サイクルまたはヒートポ
ンプサイクルをダクト式の可変風量制御方式（ＶＡＶ）
に適用した場合を示したが、他の空調方式にも応用でき
ることは言うまでもない。

また、上記実施例では回路切換のための弁６１゜６２．
６３，５１．５２．５３．４１．４２．４３．３１，３
２．３３をそれぞれ独立した弁として構成したが、これ
は三方切換弁または四方切換弁等を用いてもよい。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば室外熱交換器と２台の
室内熱交換器を設け、並列に切換弁を介して高圧ガス管
、高圧液管、高圧サブクール管。

低圧ガス管に並列に接続するという簡単な構成により、
２台の室内熱交換器を蒸発器または凝縮器として自在に
組み合わせて運転することができ、室内の温度制御と湿
度制御が効率的に実現できる。

また、高低圧熱交換器を設け、高圧冷媒と低圧冷媒とで
熱交換をさせるので、熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例による空気調和機を示し、第１
図は冷媒回路図、第２図は風路等の全体構成模式図、第
３図はモリエル線図である。 図において、３は室内送風機、４は第１室内熱交換器、
５は第２室内熱交換器、１５は圧縮機、１６はアキュム
レータ、１７は高低圧熱交換器、１８は室外熱交換器、
１９は室外送風器、３０は高圧ガス管、４０は低圧ガス
管、５０は高圧液管６０は高圧サブクール管、７１．７
２及び７３は膨張弁、３１，３２，３３．４１．４２，
４３゜５１．５２．５３，６１．６２及び６３は弁であ
る。なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、この圧縮機の吸入側に出口側
   が接続され高低圧熱交換器を内蔵するアキュムレータと
   、冷媒に室外空気と熱交換させる室外熱交換器と、室内
   用空気の風路に直列に配設されて冷媒に室内用空気と熱
   交換させる２台の室内熱交換器と、この２台の室内熱交
   換器及び前記室外熱交換器の冷媒管の一端にそれぞれ設
   けられた膨張弁と、前記圧縮機の吐出口に接続された高
   圧ガス管と、前記アキュムレータの入口側に接続された
   低圧ガス管と、前記高低圧熱交換器に接続された高圧液
   管及び高圧サブクール管とを備え、前記高圧ガス管及び
   低圧ガス管を並列に前記室外熱交換器及び２台の室内熱
   交換器の前記膨張弁のない側の冷媒管端に並列に弁を介
   して接続し、前記高圧液管及び高圧サブクール管を並列
   に前記室外熱交換器及び２台の室内熱交換器の各膨張弁
   に並列に弁を介して接続したことを特徴とする空気調和
   機。