JPH06281279A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒流れに関して並列に複数設けられた室内
ユニットで、室外ユニットからの配管の長さに影響され
る事なく、所望の能力を実現する。 【構成】 圧縮機１と複数の室内ユニットから成る室内
機７と減圧装置９と室外ユニット１１とにより構成さ
れ、非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置において、前
記室内ユニットの熱交換器を冷媒流れに関して並列に接
続連通し、冷房あるいは暖房モードの運転モード時の各
熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等の入口側に、配管の長さに
対応して制御する圧力調節手段１７，１９、あるいは配
管の長さに対応して冷却する貯留タンク２７，２９を設
けた事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の室内ユニット
を備え、冷媒に非共沸混合冷媒を用いた空気調和装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ式の空気調和装置に
おいて、例えば、図６に示すように冷媒流れに関して並
列に複数の室内熱交換器１０３を設け、複数の部屋の空
調を行うものが知られている。

【０００３】冷房モード時には、四方弁１０９を切換え
ることで、各室内熱交換器１０３は蒸発器として、室外
熱交換器１０７は凝縮器として使用されるもので、圧縮
機１０１から吐出された冷媒は、点線矢印で示すように
室外熱交換器１０７→減圧装置１０５→室内熱交換器１
０３を通り、冷媒は再び圧縮機１０１に戻る冷凍サイク
ルを繰返す。

【０００４】暖房モード時には、各室内熱交換器１０３
を凝縮器として、室外熱交換器１０７を蒸発器として使
用するもので、圧縮機１０１から吐出された冷媒は、実
線矢印で示すように各室内熱交換器１０３から減圧装置
１０５→室外熱交換器１０７を通り、冷媒は再び圧縮機
１０１に戻るサイクルを繰返す。四方弁を切り換えるこ
とで、暖房モード、冷房モードがそれぞれ得られるよう
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】非共沸混合冷媒のモリ
エル線図は図５（図中の説明語句は変更）のようであ
り、気液二相状態域での等温線は右下がりである。よっ
て、凝縮過程・蒸発過程の冷媒の温度は熱交換器の入口
から出口まで変化する。凝縮器では入口から出口に向か
い、凝縮温度が下がっていき、蒸発器では入口から出口
に向かい、蒸発温度が上がっていく。

【０００６】前記の空気調和装置に非共沸混合冷媒を用
いると、次のような問題が生じる。室内ユニットは、第
１の熱交換器から以下、第２の熱交換器、第３の熱交換
器、というように順に、室外ユニットからの冷媒配管の
長さが長くなるように、接続連通しているため、各室内
熱交換器１０３の入口での冷媒の圧力が異なる。配管の
持つ管摩擦抵抗が生じせしめる圧力損失の値が異なるか
らである。このため、冷媒を構成する成分比が変化す
る。配管が長いほど、圧力の低下は大きいので、配管の
短い方が、高沸点成分の比が大きくなる。例えば、Ｒ３
２とＲ１３４ａの混合冷媒では、高沸点であり、また、
冷凍能力の小さいＲ１３４ａの比が大きくなり、冷暖房
能力は出にくくなる。

【０００７】そのため、各室内ユニットで成分比不均等
である事によって、室内ユニットの間で、冷暖房能力の
出し易い、出しにくいの差が生じてしまう。そのため、
能力の出しにくい室内ユニットが存在してしまう。ま
た、各室内ユニットの空調能力を、例えば能力一定なる
運転をしようとしても、うまくいかない。

【０００８】また、単一成分冷媒を用いた場合につい
て、例えば、図６鎖線で示すように各室内熱交換器１０
３の入口に、流量制御弁１１７を設け、各室内ユニット
に流入する冷媒の流量を制御し、各室内ユニットそれぞ
れが所望の冷暖房能力が得られるようにする、という技
術がある。しかし、非共沸混合冷媒を用いた場合は、同
じ制御を行ってはうまくいかない。即ち、能力均等にす
る運転以外であっても、全ての運転において、各弁の制
御には補正を加えなければ各室内ユニットで所望の能力
を得る事はできない。

【０００９】そこで、この発明は、冷暖房能力の出しに
くい室内ユニットをなくし、冷暖房能力を均等にする運
転を行いたい時に、その運転を行う事ができるように
し、また、全ての運転において、各室内ユニットで所望
の能力を得る事ができる空気調和装置を提供する事を、
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の手段として、前記
目的を達成するために、各室内熱交換器の入口に、熱交
換器に流入する冷媒の圧力調節手段を具備し、配管の長
さに対応して前記調節手段の制御量を補正する。

【００１１】また、別の第２の手段として、各室内熱交
換器の入口の前に、貯留タンクを設置し、このタンクを
冷却手段により、配管の長さに対応して冷却する。

【００１２】

【作用】第１の手段では、圧力調節手段が生じせしめる
圧力損失により、各室内熱交換器入口での圧力が調節さ
れる。この調節により、圧力と冷媒流量の状態が変化
し、さらに、圧力の変化によって、冷媒成分比も変化す
る。圧力と冷媒流量と成分比の状態を変化させる事で、
冷暖房能力の均等化を図る事ができる。また、各室内ユ
ニットで所望の能力を得る事ができる。

【００１３】第２の手段では、各室内熱交換器に流入す
る冷媒成分比を調節する事で、各室内ユニットの冷暖房
能力の均等化が図られ、また、所望の能力が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、図１の図面を参照しながらこの発明の
一実施例を詳細に説明する。

【００１５】図１は、高沸点冷媒と低沸点冷媒とを混合
した非共沸混合冷媒が封入されたヒートポンプ式の空気
調和装置であって、１はサクションカップ３を有する圧
縮機、５は四方弁、７は複数の室内ユニット、９は減圧
装置、１１は室外ユニットをそれぞれ示しており、冷媒
パイプ１３を介して接続連通している。

【００１６】圧縮機１は、サクションカップ３からのガ
ス状の非共沸混合冷媒を高温、高圧の冷媒ガスとして吐
出するよう機能する。

【００１７】四方弁５は、切換操作することで圧縮機１
からの冷媒を室内ユニット７側へ又は室外ユニット１１
側へ冷媒ガスを切換えるもので、図面は圧縮機１から吐
出された冷媒ガスを室内ユニット７側へ送るよう設定さ
れている。

【００１８】複数の室内ユニット７の熱交換器は、冷房
時において蒸発器として、暖房時において凝縮器として
それぞれ使用するもので、蒸発器としての使用時におい
て、減圧装置９から低温低圧の霧状となって送り込まれ
る冷媒は、室内送風機１５によって室内ユニットを構成
する各熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等のフィンを通過する
空気により蒸発してガス状になると共に周囲の空気から
フィンを通して蒸発の潜熱を奪い、空気を冷却して冷風
とするよう機能し、冷風は室内送風機１５によって室内
へ送られるようになる。

【００１９】また、凝縮器としての使用時において、圧
縮機１から高温高圧のガス状となって送り込まれる冷媒
ガスは、室内送風機１５によって熱交換器７ａ，７ｂ，
７ｃ等のフィンを通過する空気に凝縮の潜熱を奪われて
ガス状になると共にフィン通過時の空気に熱を与えて温
風とするよう機能し、温風は、室内送風機１５によって
室内へ送られるようになる。

【００２０】室内ユニットとなる第１の熱交換器７ａ、
第２の熱交換器７ｂ、第３の熱交換器７ｃ……は、四方
弁５から延長された冷媒パイプ１３と減圧装置９から延
長された冷媒流れに関して、第１の熱交換器７ａ、第２
の熱交換器７ｂ、第３の熱交換器７ｃ等の順に、それぞ
れ並列に接続連通している。これにより、図１の中に示
す部分の配管の長さａ，ｂ，ｃは第１の熱交換器７ａが
一番短く、以下、第２、第３の熱交換器７ｂ，７ｃの順
に順次長くなっている。

【００２１】第１、第２、第３の熱交換器７ａ，７ｂ，
７ｃ等の前後には、圧力調節手段となる圧力調節弁１
７，１９がそれぞれ設けられている。前後の圧力調節弁
１７，１９は、暖房モード（矢印実線）の時、冷媒の流
れ方向上流側の圧力調節弁１７が入口側となり、下流側
の圧力調節弁１９が出口側となる。冷房モード（矢印点
線）の時、冷媒の流れ方向上流側の圧力調節弁１９が入
口側となり、下流側の圧力調節弁１７が出口側となるも
ので、主制御部２１からの指令信号に基づいて開口量が
制御される。これにより、第１、第２、第３の熱交換器
７ａ，７ｂ，７ｃ等において入口側の冷媒圧力の制御が
可能となっている。

【００２２】空気調和装置の施工時に決定する図１に示
す部分の配管の長さａ，ｂ，ｃ等は、圧力制御弁１７，
１９の制御用マイコンに手入力等で記憶させておく。こ
の際、各室内ユニットの熱交換器７ａ等と室外熱交換器
１１ａとの冷媒配管が金属製の場合は、電圧をかけ、電
気抵抗値を測定し、配管長さを知ってもよい。

【００２３】なお、単一成分冷媒を用いた場合、入口側
の圧力制御弁の開度を制御する事で、各室内ユニット７
ａ等が所望の冷暖房能力を出すように調節する事ができ
る。この時、出口側の圧力制御弁は全開にする。非共沸
混合冷媒を用いた場合、この時の入口側の制御量に、各
室内ユニットの熱交換器７ａ等から室外熱交換器１１ａ
までの冷媒配管の長さに対応して、補正を加えることで
達成できる。

【００２４】主制御部２１は、運転条件によって変化す
る流量、圧力、成分比の条件と配管の長さａ，ｂ，ｃ等
に対応して、各駆動部２３へ指令信号を出力する。例え
ば、配管の一番短い入口側の圧力調節弁１７の開度量を
多く絞り、以下、順次絞り量を緩めていく一方、各出口
側圧力調節弁１９を全開とする事で、配管の短い熱交換
器に流入する冷媒ほど、高沸点冷媒の比が大きくでき
る。このように、配管の長さに対応して高沸点冷媒と低
沸点冷媒の比率を変える事で、冷凍能力を調節できる。

【００２５】要するに、主に成分比不均等によって生じ
る能力不均等を、圧力制御弁１７，１９が生じせしめる
圧力損失による圧力制御により均等化する。圧力と流量
と成分比により能力は変化するので、これを基に制御す
る。

【００２６】減圧装置９は、冷媒を低温、低圧の霧状に
すると共に、例えば、圧縮機１の吸込側に設けられた冷
媒温度検知部（図示していない）からの指令信号によっ
て熱負荷等の運転条件に対応した圧力降下とするよう機
能する。

【００２７】室外ユニット１１は、独立した室外熱交換
器１１ａを有し暖房時には蒸発器として、冷房時には凝
縮器としてそれぞれ使用するもので、蒸発器としての使
用時において、霧状となって送り込まれる冷媒は、フィ
ンを通過する空気により蒸発してガス状になると共にフ
ィンを通過した空気は室外送風機２５によって外へ排出
される。

【００２８】また、凝縮器としての使用時において、高
温高圧のガス状となって送り込まれる冷媒ガスは、室外
送風機２５によってフィンを通過する空気に凝縮の潜熱
を奪われてガス状になると共にフィンを通過した空気は
室外送風機２５によって外へ排出されるようになる。

【００２９】かかる空気調和装置によれば、例えば、複
数の室内ユニット７を凝縮器として、室外熱交換器１３
を蒸発器として使用する暖房時において冷媒は、圧縮機
１から各室内熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等→減圧装置９
→室外熱交換器１１ａを通り再び圧縮機１に戻る暖房サ
イクルを繰返すようになる。

【００３０】この暖房サイクル時に、主制御部２１は、
運転条件によって変化する流量、圧力、成分比の条件と
配管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応して、各駆動部２３へ指
令信号を出力する。これにより、例えば、配管の一番短
い入口側の圧力調節弁１７の開度量が多く絞られ、以
下、順次絞り量が緩められていく一方、各出口側圧力調
節弁１９が全開となることで、配管の長さａ，ｂ，ｃ等
に対応する成分比によってほぼ均等な熱交換が行なわれ
る。

【００３１】次に、冷房運転時において、室内熱交換器
は蒸発器として、室外熱交換器１１ａは、凝縮器として
作用する。即ち、圧縮機１で冷媒ガスを吸入・圧縮し、
高温高圧にして送り出す。この高温高圧ガスは凝縮器
（熱交換器１１ａ）に入る。この時、冷媒ガスはフィン
を通過する空気に凝縮の潜熱を奪われて液化される。

【００３２】液化した冷媒ガスは、減圧装置９へ流れ、
ここで高圧ガスは急激に膨脹して、低温低圧の霧状とな
る。次に蒸発器（各熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等）に流
れ、周囲の空気からフィンを通して蒸発の潜熱を奪い、
空気を冷却して冷風とし、室内へ送られる。冷媒ガスは
ここで霧状からガス状になり、再び圧縮機１に流れる。
このサイクルの繰返しで冷房が行われる。

【００３３】この冷凍サイクル時において、主制御部２
１は、運転条件によって変化する流量、圧力、冷媒比の
条件と配管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応して、各駆動部２
３へ指令信号を出力する。これにより、例えば、配管の
一番短い入口側の圧力調節弁１９の開度量が多く絞ら
れ、以下、順次絞り量が緩められていく一方、各出口側
圧力調節弁１７を全開とすることで、配管の長さａ，
ｂ，ｃ等に対応する成分比によってほぼ均等な熱交換が
行なわれる。

【００３４】図２は別の実施例を示したものである。

【００３５】この実施例にあっては、第１実施例の圧力
調節弁１７，１９にかえて貯留タンク２７，２９を、第
１、第２、第３の熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等の前後、
即ち、冷房モード時における入口と、暖房モード時にお
ける入口に設置する。

【００３６】貯留タンク２７，２９内の冷媒は、暖房モ
ードあるいは冷房モードにおける冷媒の入口側のタンク
を冷却手段３１により冷却する。

【００３７】例えば、図３に示すように、室内ユニット
内蔵の送風機による冷却風を利用して冷却する。冷却風
は、配管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応して主制御部２１か
らの信号によって開閉するシャッタ３３により制御され
る。

【００３８】この場合、図４に示すように、直流電流を
流す事で片側に冷却面が得られるペルチェ素子を用いた
電子冷却装置３５を、貯留タンク２７，２９の表面に接
触させて冷却してもよい。この手段の場合は、混合冷媒
の正確な冷却管理が電流量により可能となる。

【００３９】なお、他の構成は前記実施例のため同一符
号を符して説明は省略する。

【００４０】したがって、この実施例によれば、暖房運
転時において冷媒は、圧縮機１から各室内熱交換器７
ａ，７ｂ，７ｃ等→減圧装置９→室外熱交換器１１ａを
通り再び圧縮機１に戻る暖房サイクルを繰返すようにな
る。

【００４１】この暖房サイクル時に、主制御部２１は運
転条件によって変化する流量、圧力、冷媒比の条件と配
管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応して、シャッタ３３の開閉
量を制御する。これにより、例えば、配管の一番短い入
口側のシャッタ３３の開口量を大きくし、以下、順次開
口量を小さくする一方、各出口側のシャッタ３３を全閉
とする。貯留タンクの内部では、高沸点成分が液になり
やすく重力方向下側に溜まり易い。貯留タンクと連通し
ている冷媒配管は、タンクの天井側に接続されており、
タンクからはガスが出ていく。このガス中は低沸点成分
の成分比が大きくなる。よって高沸点成分が多くなろう
とする、配管のより短い室内ユニットでは、タンクをよ
り冷却し、低沸点成分を多くする結果、配管の長さａ，
ｂ，ｃ等に対応する成分比によってほぼ均等な熱交換が
行なわれる。

【００４２】次に、冷房運転時において、圧縮機１で冷
媒ガスを吸入・圧縮し、高温高圧にして送り出す。この
高温高圧ガスは凝縮器（熱交換器１１ａ）に入る。この
時、冷媒ガスはフィンを通過する空気に凝縮の潜熱を奪
われて液化される。

【００４３】液化した冷媒ガスは、減圧装置９へ流れ、
ここで高圧ガスは急激に膨脹して、低温低圧の霧状とな
る。次に各室内熱交換器７ａ，７ｂ，７ｃ等に流れ、周
囲の空気からフィンを通して蒸発の潜熱を奪い、空気を
冷却して冷風とし、室内へ送られる。冷媒ガスはここで
霧状からガス状になり、再び圧縮機１に流れる。このサ
イクルの繰返しで冷房が行われる。

【００４４】この冷凍サイクル時において、主制御部２
１は、運転条件によって変化する流量、圧力、冷媒比の
条件と配管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応してシャッタ３３
の開閉量を制御する。これにより、例えば、配管の一番
短い入口側のシャッタ３３の開口量が大きくなり、以下
順次開口量が小さくなる一方、各出口側のシャッタ３３
を全閉とすることで、高沸点冷媒の凝縮が配管の短い順
から促進され、配管の長さａ，ｂ，ｃ等に対応する成分
比によってほぼ均等な熱交換が行なわれる。

【００４５】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の空気
調和装置によれば、冷媒流れに関して、並列に複数設け
られた各室内ユニットにおいて、配管の長さに影響され
る事なく、冷・暖房能力の均等化が図られる。また、各
室内ユニットで所望の能力を得る事ができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる空気調和装置の配管図。

【図２】別の実施例を示した図１と同様の配管図。

【図３】冷媒冷却手段を示した第１の熱交換器領域の拡
大説明図。

【図４】ペルチェ素子を貯留タンクに設けた説明図。

【図５】非共沸混合冷媒のモリエル線図。

【図６】従来例を示した図１と同様の配管図。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ７ 室内ユニット ７ａ 第１の熱交換器 ７ｂ 第２の熱交換器 ７ｃ 第３の熱交換器 ９ 減圧装置 １１ 室内ユニット １７，１９ 圧力調節手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩永 隆喜 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 山下 哲司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機と室外熱交換器と減圧装置からな
   る室外ユニットと、室内熱交換器を有する複数の室内ユ
   ニットとにより構成され非共沸混合冷媒を用いた空気調
   和装置において、 前記複数の室内ユニットの熱交換器を前記圧縮機に対し
   て冷媒配管の長さが異なるよう並列に接続し、運転モー
   ド毎の各室内熱交換器の入口側に、前記各室内熱交換器
   と室外熱交換器とを連結する冷媒配管の長さに対応して
   冷媒流量を制御する圧力調整手段を設けたことを特徴と
   する空気調和装置。
2. 【請求項２】 圧縮機と室外熱交換器と減圧装置からな
   る室外ユニットと、室内熱交換器を有する複数の室内ユ
   ニットとにより構成され非共沸混合冷媒を用いた空気調
   和装置において、 前記複数の室内ユニットの熱交換器を前記圧縮機に対し
   て冷媒配管の長さが異なるよう並列に接続し、運転モー
   ド毎の各室内熱交換器の入口側に、冷却手段により冷却
   することで非共沸混合冷媒の成分比率を調節する貯留タ
   ンクを設けたことを特徴とする空気調和装置。