JPH04359764A - 冷媒加熱式マルチ冷凍サイクル - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、暖房時に冷媒を加熱
する冷媒加熱器が設けられ、かつ室内熱交換器が複数設
けられた冷媒加熱式マルチ冷凍サイクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】室内を暖房あるいは冷房する空気調和装
置における冷凍サイクルの中には、暖房時に蒸発器とな
る室外熱交換器における吸熱を大気の熱源を利用する代
わりに、燃焼熱を熱源とする冷媒加熱式のものがある。 この冷媒加熱式の空気調和装置は、大気の熱源を利用す
るヒートポンプ式のように暖房能力が外気温度に左右さ
れず、燃焼量に応じた暖房能力を発揮できるという利点
がある。

【０００３】このような冷媒加熱式の空気調和装置は、
ヒートポンプ式と同様に室内熱交換器と室外熱交換器と
がそれぞれ１台設置されて冷媒配管で接続される、いわ
ゆるシングル式が一般的であるが、ヒートポンプ式にお
いては、従来から室外熱交換器１台について、室内熱交
換器を複数台設けて例えば複数の部屋を暖房あるいは冷
房する、いわゆる多室型の空気調和装置が普及している
。

【０００４】多室型の空気調和装置においては、複数あ
る室内熱交換器の運転台数を変化させて運転する場合が
あり、例えば複数の室内熱交換器のうち１台を運転を休
止する場合に、休止した室内熱交換器に対応する余剰の
冷媒をどこに貯溜するかという課題がある。すなわち、
冷凍サイクル内への冷媒封入量は、通常複数室用に合わ
せており、運転台数が減少した場合には冷媒に余剰分が
発生することとなる。

【０００５】このような運転台数が変化したときの運転
方法については、大きく分けて２種類にパターン化でき
る。一つは運転休止室内熱交換器に冷媒を流さない場合
、他の一つは逆に運転休止室内熱交換器に冷媒を流す場
合である。

【０００６】前者の場合、運転休止室内熱交換器の冷媒
流出側である液側の比例制御弁（電子膨脹弁）を全閉に
し、冷媒の流れを止める。そして、余剰冷媒はリキッド
タンクなどの冷媒貯溜タンクに溜める。したがって、こ
の場合冷媒貯溜タンクを設けるなど配管構成が複雑化し
てコストアップを招くとともに、冷媒の出し入れ制御方
法などに困難を伴う。

【０００７】後者の場合は、前記した液側の比例制御弁
の開度制御により、冷媒がガス状態から凝縮しある程度
の過冷却がとれるように制御される。この場合、運転休
止室内熱交換器の室内ファンは休止しており、冷媒の凝
縮は室内熱交換器回りを流れる空気の自然対流分の熱と
の熱交換で行われるので、液側の比例制御弁の開度がか
なり絞られ、冷媒は僅かな量が流れる状態となる。した
がって、その比例制御弁開度の制御は極めて難しく、絞
り過ぎると室内熱交換器に冷媒が溜まってきて、運転状
態の室内熱交換器側の冷媒量が少なくなり過ぎる、いわ
ゆるガス欠運転状態となりやすい問題があり、また運転
休止室内熱交換器を流れる冷媒の音が発生して空調装置
としての信頼性が低下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の多室型の空気調和装置における冷媒加熱式マルチ冷凍
サイクルでは、複数ある室内熱交換器の運転台数の変化
に対しては、運転台数に対応した適正な冷媒循環量の確
保が難しいものとなっている。

【０００９】そこで、この発明は、暖房時室内熱交換器
の運転台数が変化しても簡単な制御で適正な冷媒循環量
を確保できるようにすることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
にこの発明は、暖房時に圧縮機から吐出された高温冷媒
を導入する相互に並列に接続された複数の室内熱交換器
と、この各室内熱交換器から流出した冷媒を加熱して前
記圧縮機に送り込む冷媒加熱器とを有する冷媒加熱式マ
ルチ冷凍サイクルにおいて、前記各室内熱交換器の冷媒
通路の両端を開閉可能な開閉弁をそれぞれ設け、前記複
数の室内熱交換器のうち暖房運転中にその運転を休止す
る室内熱交換器の前記開閉弁を閉じる制御手段を設けた
構成としてある。

【００１１】

【作用】複数の室内熱交換器のうち暖房運転中にその運
転を休止する室内熱交換器がある場合、休止状態の室内
熱交換器前後の開閉弁が閉じられる。これにより、休止
状態の室内熱交換器に対応する余剰な冷媒はその休止室
内熱交換器に溜められ、他の運転している室内熱交換器
の冷媒量が適正なものとなる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１３】図１は、この発明の一実施例を示す概略的
な冷媒加熱式マルチ冷凍サイクルの構成図である。暖房
時に冷媒の流れる順（実線矢印で示す）に主な構成要素
を述べると、冷媒ガスを圧縮して高温高圧状態となった
冷媒を吐出する圧縮機１、暖房時と冷房時とで冷媒の流
れ方向が切り換わる四方切換弁３、それぞれに室内ファ
ン４ａ，４ｂ，４ｃを備え相互に並列に接続された３つ
の室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ、バーナ７の燃焼熱に
より冷媒を加熱する冷媒加熱器９である。冷媒加熱器９
の暖房時における冷媒の流れの上流側に設けられた二方
弁１１は、暖房時に開き冷房時に閉じる。また、室内熱
交換器５ａ，５ｂ，５ｃをバイパスする配管１３に設け
られた二方弁１５は、暖房能力が小さいとき開き、暖房
能力が大きいとき閉じる。冷房時には冷媒は破線矢印の
ように流れ、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方切換
弁３を経て室外ファン１７を備えた室外熱交換器１９に
流れ、ここで冷却されて凝縮し、高圧の液となって室内
熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ側へ導かれ、冷媒加熱器９に
は流れない。

【００１４】室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれ
の前後の配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び２３ａ，２３
ｂ，２３ｃと室外機３３とを結ぶライン途中には、ガス
側比例制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び液側比例制御
弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃがそれぞれ設けられている。 これらガス側比例制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び液
側比例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃは、共に開閉弁を
構成しており、制御手段としてのコントロールユニット
２９により開閉制御される。ガス側比例制御弁２５ａ，
２５ｂ，２５ｃは、開閉制御されることで、それぞれの
配管２１ａ，２１ｂ，２１ｃを流れるガス冷媒の流量を
制御し、それぞれの室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの個
別暖房能力制御を行う。一方、液側比例制御弁２７ａ，
２７ｂ，２７ｃは、互いに同一開度で冷媒加熱器９の加
熱度制御を行う。一般的には、冷媒加熱器９の冷媒出口
温度（圧縮機１の冷媒吸い込み側温度でもよい）から、
冷媒加熱器９の冷媒入口温度を引いた温度差を疑似的な
加熱度とし、その値が一定になるように制御される。

【００１５】また、コントロールユニット２９は、複数
の室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃのうち暖房運転中にそ
の運転を休止する、例えば室内熱交換器５ａがある場合
、その室内熱交換器５ａ前後のガス側比例制御弁２５ａ
及び液側比例制御弁２７ａを閉じる。

【００１６】分流器であるガス側比例制御弁２５ａ，２
５ｂ，２５ｃ及び液側比例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７
ｃなどと、圧縮機１、冷媒熱加熱器９及び室外熱交換器
１９などにより室外機３３が構成されている。室内機３
１と室外機３３とはパックドバルブ３５ａ，３５ｂ，３
５ｃにより連結されている。なお、３７はアキュームレ
ータ、３９はストレーナ、４１は気液分離器、４３，４
５，４７はキャピラリチューブ、４９，５１，５３，５
５，５７はチェック弁、５９は高圧スイッチである。

【００１７】次に、暖房時の運転動作を説明する。

【００１８】室内機３１側の指令に基づいて暖房運転が
開始されると、圧縮機１の起動と同時に冷媒加熱器９の
バーナ７で火炎が形成され、その燃焼熱が冷媒加熱器９
の熱熱交換器部を流れる冷媒と熱交換する。冷媒加熱器
９で燃焼熱と熱交換した気化冷媒は、圧縮機１で加圧さ
れ、四方切換弁３、ガス側比例制御弁２５ａ，２５ｂ，
２５ｃ経た後、室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに導かれ
、ここで室内ファン４ａ，４ｂ，４ｃによって空気冷却
され、室内に熱を放出して凝縮する。液化した高圧の冷
媒は、液側比例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃで若干絞
られれた後、冷媒加熱器９に入り、再び加熱気化される
。

【００１９】このようして暖房運転される冷凍サイクル
において、複数個のガス側比例制御弁２５ａ，２５ｂ，
２５ｃの開度は、それぞれ室内熱交換器５ａ，５ｂ，５
ｃの個別暖房能力に見合う開度で制御されるが、その方
法は、例えば弁開度と能力比との関係より求める方法、
室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの凝縮温度比と能力比と
の関係より求める方法、室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ
の過冷却度と能力比との関係より求める方法などがある
。また、液側比例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃの開度
は、複数個同一状態で冷媒加熱器９の出口の加熱度が一
定に保たれるように制御される。なお、ここでの液側比
例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃの役割は、加熱度制御
のための冷媒流量制御であり、ヒートポンプ式冷凍サイ
クルにおけるような絞りの役割はほとんどない。

【００２０】図２は、上記暖房能力制御における液側比
例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃによる冷媒加熱器９の
加熱度を制御する動作フローチャートである。まず、室
内機３１より３つの室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ全部
を合計した要求暖房能力を出力させる指令が室外機３３
に来ると（ステップ２０１）、あらかじめその要求暖房
能力に応じて決められている燃焼量がバーナ７で出力さ
れ（ステップ２０３）、同様にあらかじめ決められてい
る周波数で圧縮機１が運転され（ステップ２０５）、冷
媒に熱が伝えられる。

【００２１】次に、各液側比例制御弁２７ａ，２７ｂ，
２７ｃを同一開度で冷媒循環量が制御され（ステップ２
０７）、冷媒加熱器９の加熱度が制御される。そして、
加熱度が設定範囲外かどうかが判断され（ステップ２０
９）、設定範囲外の場合、すなわち液側比例制御弁２７
ａ，２７ｂ，２７ｃでの加熱度制御が困難な場合には、
圧縮機１の設定周波数を変えて加熱度制御行う（ステッ
プ２１１）。

【００２２】このような暖房運転において、複数の室内
熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃのうちの１つの、例えば室内
熱交換器５ａが休止する場合について説明する。この場
合、複数個の室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃのそれぞれ
のガス側比例制御弁２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及び液側比
例制御弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃをそれぞれ全部一旦同
一開度とし、この状態で暖房運転を一定時間行う。これ
は、複数個の室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃに流れる冷
媒をほぼ同じ状態で凝縮させるためである。また、この
凝縮状態は、各室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃの空気吸
い込み温度により異なり、室内ファン４ａ，４ｂ，４ｃ
による同一風量条件で空気吸い込み温度が低い場合には
、これに伴い暖房能力が大きくなるので、室内熱交換器
５ａ，５ｂ，５ｃにおける出口部温度と中間部温度との
差、すなわち過冷却度が大きくなる。このため、過冷却
度が大きい室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃほど室内ファ
ン４ａ，４ｂ，４ｃの風量を少なくして過冷却度を合わ
せる必要がある。これにより、運転が休止する室内熱交
換器５ａを流れる冷媒量と、他の運転状態の室内熱交換
器５ｂ，５ｃをそれぞれ流れる冷媒量とがほぼ同一とな
り、運転休止室内熱交換器５ａに貯溜する冷媒量が適正
なものとなる。

【００２３】このように室内熱交換器５ａ，５ｂ，５ｃ
の過冷却度を同一条件で、室内熱交換器５ａの運転を休
止することが適正冷媒量の貯溜という観点からは理想的
であり望ましいが、室内ファン４ａを停止させた状態で
冷媒をガス状態で流した後、ガス側比例制御弁２５ａ及
び液側比例制御弁２７ａを閉じ、冷媒を貯溜してもよい
。もちろんこの場合、休止室内熱交換器５ａに貯溜され
る冷媒は室内ファンを作動させる場合より少なくなるが
、運転している２つの室内熱交換器５ｂ，５ｃを流れる
冷媒が多すぎるということはない。

【００２４】この場合の制御動作を示すフローチャート
を図３に示す。この場合は、通常の運転モードから、運
転休止室内熱交換器５ａの室内ファン４ａを停止し（ス
テップ３０１）、運転状態の室内熱交換器５ｂ，５ｃの
過冷却度Ｔｕを設定値に合わせる（ステップ３０３）。 過冷却度Ｔｕが設定値となったところで（ステップ３０
５）、休止室内熱交換器５ａ前後のガス側比例制御弁２
５ａ及び液側比例制御弁２７ａを共に全閉とする（ステ
ップ３０７）。なお、このガス側比例制御弁２５ａ及び
液側比例制御弁２７ａを閉めるタイミングは、タイマに
よる計測時間が所定時間となったところで行うようにし
てもよい。

【００２５】このように、暖房運転時に複数の室内熱交
換器５ａ，５ｂ，５ｃのうちの１つの、例えば室内熱交
換器５ａの運転が休止する場合に、この運転休止室内熱
交換器５ａにその前後のガス側比例制御弁２５ａ及び液
側比例制御弁２７ａを閉じて冷媒を貯溜するので、休止
室内熱交換器５ａに対応する余剰冷媒を溜めるためのリ
キッドタンクなどの冷媒貯溜タンクを設ける必要がなく
、これにより配管構成の複雑化さ、及びコストの過大な
上昇が抑制され、冷媒の出し入れ制御方法などの困難さ
も解消される。

【００２６】また、運転休止室内熱交換器５ａに貯溜さ
れる冷媒は適正量であり、溜まり過ぎることはないので
、他の運転している室内熱交換器５ｂ，５ｃを流れる冷
媒の量が足りなくなることはなく、ガス欠運転が防止さ
れる。逆に、室内熱交換器５ｂ，５ｃを流れる冷媒の量
が多くなり過ぎるようなこともなくなる。

【００２７】さらに、この場合運転休止室内熱交換器５
ａに冷媒を流さず、貯溜したままであるので、室内ファ
ン４ａを作動させることによる送風モードが使え、また
運転休止室内熱交換器５ａにおける放熱ロスが減少し、
冷媒の流れる音が発生しない、という利点がある。

【００２８】なお、この発明は、上記実施例に限ったも
のではなく、例えば各室内熱交換器における個別暖房能
力比制御のない、いわゆるＯＮ−ＯＦＦ運転の場合のよ
うにガス側比例制御弁の代わりに２方弁を用いている場
合にも適用できる。すなわち、この場合には一定時間各
室内熱交換器に対応するそれぞれの二方弁を全開、同そ
れぞれのの液側比例制御弁を同一開度で冷媒加熱器の加
熱度を制御し、室内ファン風量で過冷却度を合わせる。 その後、運転休止室内熱交換器の二方弁及び同液側比例
制御弁を全閉し、運転状態の室内熱交換器の液側比例制
御弁は同一開度で冷媒加熱器の加熱度制御を行う。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたようにこの発明によれ
ば、複数ある室内熱交換器のうち暖房運転を休止する室
内熱交換器が発生した場合、その運転を休止する室内熱
交換器前後の開閉弁を閉じるようにし、運転休止室内熱
交換器に貯溜される冷媒を適正量となるようにしたので
、他の運転している室内熱交換器を流れる冷媒の量が足
りなくなることはなく、ガス欠運転が防止される。また
、運転休止室内熱交換器に冷媒を流さず、貯溜したまま
であるので、運転休止室内熱交換器における放熱ロスが
減少し、冷媒の流れる音も発生しない。さらに、運転休
止室内熱交換器に対応する余剰冷媒を溜めるためのリキ
ッドタンクなどの冷媒貯溜タンクを設ける必要がなく、
これにより配管構成の複雑化さ、及びコストの過大な上
昇が抑制され、冷媒の出し入れ制御方法などの困難さも
解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す冷凍サイクル構成図
である。

【図２】図１の冷凍サイクルにおける加熱度制御のフロ
ーチャートである。

【図３】図１の冷凍サイクルにおいて、運転休止の室内
熱交換器が発生した場合の制御フローチャートである。

【符号の説明】

１　　圧縮機 ５ａ，５ｂ，５ｃ　　室内熱交換器 ９　　冷媒加熱器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　暖房時に圧縮機から吐出された高温冷
   媒を導入する相互に並列に接続された複数の室内熱交換
   器と、この各室内熱交換器から流出した冷媒を加熱して
   前記圧縮機に送り込む冷媒加熱器とを有する冷媒加熱式
   マルチ冷凍サイクルにおいて、前記各室内熱交換器の冷
   媒通路の両端を開閉可能な開閉弁をそれぞれ設け、前記
   複数の室内熱交換器のうち暖房運転中にその運転を休止
   する室内熱交換器の前記開閉弁を閉じる制御手段を設け
   たことを特徴とする冷媒加熱式マルチ冷凍サイクル。