JPH0942792A - ヒートポンプマルチシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分運転時において運転停止中の利用側熱交
換器に生じ得るエネルギロスを低減し、これによって装
置全体のエネルギ効率を向上させることが可能なヒート
ポンプマルチシステムを提供する。 【解決手段】 複数の液支管９ｂ、９ｂとガス支管９
ｄ、９ｄとの間に複数の室内熱交換器５ａ、５ｂを接続
した多室形空気調和機において、暖房運転時に冷媒流入
側となるガス支管９ｄ、９ｄに電動絞り弁８ａ、８ｂを
設ける。室内熱交換器５ａ、５ｂを備えた室内ユニット
Ａ、Ｂには 第３〜第５サーミスタ１１ａ‥１８ｂを設
ける。暖房運転時における停止中の室内ユニットＢにつ
いて、室内熱交換器温度Ｔｃが室内温度Ｔｓよりも５度
高くなるよう電動絞り弁８ｂを開度制御する。またその
過冷却度が運転中の室内ユニットＡと略同等になるよう
電動膨張弁４ｂを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数台の利用側
熱交換器を並列に接続して備えたヒートポンプマルチシ
ステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、上記のようなヒートポンプマル
チシステムを多室形空気調和機に適用した場合の冷媒回
路を示している（例えば、特願平５−３５５１５５号参
照）。同図に示すように上記空気調和機は、圧縮機１、
四路切換弁２、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３、液
管９ａ、この液管９ａから分岐する２本の液支管９ｂ、
９ｂ、各液支管９ｂに介設された電動膨張弁（減圧機
構）４ａ、４ｂ、ガス管９ｃ、及びこのガス管９ｃから
分岐する２本のガス支管９ｄ、９ｄを備えた室外ユニッ
トＸと、室内熱交換器（利用側熱交換器）５ａ、５ｂを
備え、連絡配管９ｅを介して上記液支管９ｂとガス支管
９ｄとの間に並列に接続される２台の室内ユニットＡ、
Ｂから成っている。なお同図において６は液閉鎖弁であ
り、７はガス閉鎖弁であり、１５はアキュムレータであ
る。

【０００３】また圧縮機１の吐出配管１ａには冷媒吐出
管温度Ｔｏを検出する第１温度センサ１３が、室外熱交
換器３には室外熱交換器温度Ｔｅを検出する第２温度セ
ンサ１０が、室内熱交換器５ａ、５ｂには室内熱交換器
温度Ｔｃを検出する第３温度センサ（利用側熱交換器温
度検出手段）１１ａ、１１ｂがそれぞれ設けられてい
る。さらに室内熱交換器５ａ、５ｂの暖房時における冷
媒出口側には、液管温度Ｔｌを検出する第４温度センサ
１８ａ、１８ｂがそれぞれ設けられている。なお上記各
温度センサは例えばサーミスタで構成されている。上記
第２〜第４温度センサ１０ａ‥１８ｂの検出信号は目標
吐出管温度設定手段２５に入力され、また第１温度セン
サ１３の検出信号は開度制御手段２２に入力されてい
る。そして上記目標吐出管温度設定手段２５は、室外熱
交換器温度Ｔｅ、室内熱交換器温度Ｔｃ及び液管温度Ｔ
ｌから目標吐出管温度Ｔｍを算出するようになされ、ま
た第１温度センサ１３にて検出する冷媒吐出管温度Ｔｏ
及び目標吐出管温度Ｔｍは上記開度制御手段２２へ入力
されている。そして開度制御手段２２は上記冷媒吐出管
温度Ｔｏを目標吐出管温度Ｔｍに近づけるように、上記
電動膨張弁４の開度を調整する機能を備えている。

【０００４】上記構成の空気調和機では、四路切換弁２
を同図に示す破線方向に切り替えることによって圧縮機
１から室内熱交換器５ａ、５ｂへと冷媒を流通させ、室
内熱交換器５ａ、５ｂを凝縮器として機能させる暖房運
転と、上記四路切換弁２を同図に示す実線方向に切り替
えることによって圧縮機１から室外熱交換器３へと冷媒
を循環させ、室内熱交換器５ａ、５ｂを蒸発器として機
能させる冷房運転とを行うことができるようになってい
る。そして上記目標吐出管温度設定手段２５と開度制御
手段２２とによって吐出管温度制御を行い、これによっ
て冷媒系を安定させることが可能な空気調和機を構成し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここでは例えば上記空
気調和機の２つの室内ユニットＡ、Ｂのうち、一方の室
内ユニットＡだけが暖房運転中であって、他方の室内ユ
ニットＢは運転が停止されているとする。このような場
合には停止中の室内ユニットＢに備えられた室内熱交換
器５ｂにおける放熱を抑制するため、これを流通する冷
媒量を減少させなければならないが、その一方で液溜り
が生じるのを防止する必要もある。そのため運転停止中
の室内ユニットＢに対応して設けられた電動膨張弁４ｂ
は微小開度に保ち、ある程度の冷媒流量を確保するよう
にしている。従って運転停止中の室内熱交換器５ｂにお
いても、液溜りの発生を防止するのに必要な量の冷媒が
流通しているため、これとの間で自然対流によって生じ
る放熱は避けることができない。そしてこの放熱がエネ
ルギロスとなり、複数の室内ユニットＡ、Ｂのうち一部
のみを運転する部分運転時には、エネルギ効率が低下し
てしまうという問題があった。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、部分運転時にお
いて運転停止中の利用側熱交換器に生じ得るエネルギロ
スを低減し、これによって装置全体のエネルギ効率を向
上させることが可能なヒートポンプマルチシステムを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１のヒート
ポンプマルチシステムは、圧縮機１、並列に接続された
複数台の利用側熱交換器５ａ、５ｂ、減圧機構４ａ、４
ｂ、熱源側熱交換器３を順次冷媒循環可能に接続し、圧
縮機１から利用側熱交換器５ａ、５ｂへと冷媒を流通さ
せて加熱運転を行うヒートポンプマルチシステムにおい
て、上記加熱運転時における利用側熱交換器５ａ、５ｂ
の冷媒流入側に、利用側熱交換器５ａ、５ｂを流通する
冷媒の流量を増減する流量制御弁８ａ、８ｂを設け、各
利用側熱交換器５ａ、５ｂのうち運転を停止中の利用側
熱交換器５ｂに対しては、その利用側熱交換器５ｂに流
通する冷媒の流量を減少させるよう上記流量制御弁８ｂ
を制御することを特徴としている。

【０００８】上記請求項１のヒートポンプマルチシステ
ムでは、冷媒流入側の流量制御弁８ｂによって冷媒流量
を減少させるので、停止中の利用側熱交換器５ｂに液溜
りが生じることを回避できる。従って冷媒流量をさらに
減少させることによって、停止中の利用側熱交換器５ｂ
における放熱ロスを一層低減することが可能となる。

【０００９】また請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムは、利用側熱交換器温度検出手段１１ｂを設け、上記
流量制御弁８ｂの制御は、上記利用側熱交換器温度検出
手段１１ｂで検出した利用側熱交換器温度Ｔｃに基づい
て行うことを特徴としている。

【００１０】上記請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムでは、停止中の利用側熱交換器５ｂにおける放熱傾向
に基づいて、流量制御弁８ｂの適確な制御が可能とな
る。

【００１１】さらに請求項３のヒートポンプマルチシス
テムは、周囲温度検出手段１２ｂを設け、上記流量制御
弁８ｂの制御は、上記周囲温度検出手段１２ｂで検出し
た周囲温度Ｔｓと、上記利用側熱交換器温度Ｔｃとの温
度差Ｔｄが所定の値に近づくように行うことを特徴とし
ている。

【００１２】ここで上記所定の値は、冷媒流量を減少さ
せすぎたことによって生じ得る不具合、例えば停止中の
利用側熱交換器５ｂ内が低圧となって運転再開時に異音
を生じる等の不具合を確実に回避できるように、必要な
冷媒流量を確保可能な値として設定することができる。

【００１３】従って上記請求項３のヒートポンプマルチ
システムでは、停止中の利用側熱交換器５ｂにおける冷
媒流量を適切に調整し、上記利用側熱交換器５ｂに不具
合が生じない範囲でその放熱ロスを最小とすることが可
能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、この発明のヒートポンプマ
ルチシステムの具体的な実施の形態について図面を参照
しつつ詳細に説明する。

【００１５】図１は、上記ヒートポンプマルチシステム
を多室形空気調和機に適用した実施形態の冷媒回路図で
ある。この空気調和機は、室内ユニットＡ、Ｂが備えら
れた各室に室内温度（周囲温度）Ｔｓを検知する第５温
度センサ（周囲温度検出手段）１２ａ、１２ｂを設け、
そして各ガス支管９ｄ、９ｄに電動絞り弁（流量制御
弁）８ａ、８ｂを介設している。この電動絞り弁８ａ、
８ｂは、パルスモータの作用によって任意の開度に開度
調整が可能で、暖房運転時に室内熱交換器５ａ、５ｂに
流通する冷媒量を増減できるものである。また目標設定
手段２１は、上記室内温度Ｔｓと室内熱交換器温度Ｔｃ
との温度差Ｔｄを算出して第２開度制御手段２２ｂに出
力し、この第２開度制御手段２２ｂは上記温度差Ｔｄに
基づいて電動絞り弁８ａ、８ｂを制御するように構成さ
れている。また第１開度制御手段２２ａは電動膨張弁４
ａ、４ｂの開度制御を行うものであり、これらの第１、
第２開度制御手段２２ａ、２２ｂ及び目標設定手段２１
は、いずれもマイクロコンピュータを用いて構成されて
いる。なお、図３に示す従来例と比較して同一の機能を
発揮する要素には同一の番号を付し、ここでの説明は省
略する。

【００１６】そして上記空気調和機において、四路切換
弁２を実線方向に切り替えて行う冷房運転時に、例えば
Ｂ室に備えられた室内ユニットＢが停止している場合に
は、Ｂ室側の電動膨張弁４ｂを全閉とするが、この場合
にはエネルギロスや液溜り等はほとんど問題とならな
い。そこで以下では暖房運転時における制御について説
明する。

【００１７】図２は、上記空気調和機の暖房運転時にお
ける制御を示すフローチャートである。ここでは前提と
して、Ａ室に備えられた室内ユニットＡが運転中であ
り、Ｂ室に備えられた室内ユニットＢが停止中であると
する。まずステップＳ１では、室内ユニットＡが運転中
か停止中かを判断する。ここでは運転中であるので次に
ステップＳ２に進み、従来例と同様の吐出管温度制御を
行う。すなわちステップＳ２では、第２温度センサ１
０、第３温度センサ１１ａ、及び第４温度センサ１８ａ
からそれぞれ室外熱交換器温度Ｔｅ、室内熱交換器温度
Ｔｃ、及び液管温度Ｔｌを入力する。そしてステップＳ
３では、上記各温度Ｔｅ、Ｔｃ、Ｔｌに基づいて目標吐
出管温度Ｔｍを算出する。この目標吐出管温度Ｔｍは、
例えば次式、 Ｔｍ＝ａ×Ｔｃ＋ｂ×Ｔｅ＋ＳＨ＋ＰＳＣ によって算出することができる。ここでａ、ｂは定数で
あり、ＳＨは室外熱交換器３側の過熱度であり、またＰ
ＳＣはサブクール補正項である。このサブクール補正項
ＰＳＣは、室内熱交換器温度Ｔｃと液管温度Ｔｌとの差
に係数Ｋを乗じた結果を積算して求めることができる。
そしてステップＳ４では、目標吐出管温度Ｔｍと冷媒吐
出管温度Ｔｏとの偏差を算出し、また冷媒吐出管温度Ｔ
ｏの変化量を算出する。これによって目標吐出管温度Ｔ
ｍと冷媒吐出管温度Ｔｏとが一致するように、次のステ
ップＳ５において電動膨張弁４ａにパルスを与える。そ
して必要な開閉を行った後にルーチンを終了する。

【００１８】次に、停止中の室内ユニットＢに対する制
御を説明するが、この制御は上記空気調和機に特徴的な
ものである。まずステップＳ１から分岐したステップＳ
６では、第３温度センサ１１ｂ、第４温度センサ１８
ｂ、及び第５温度センサ１２ｂから、それぞれ室内熱交
換器温度Ｔｃ、液管温度Ｔｌ、及び室内温度Ｔｓを入力
し、室内熱交換器温度Ｔｃと室内温度Ｔｓとの温度差Ｔ
ｄをＴｃ−Ｔｓとして算出する。次にステップＳ７で
は、上記温度差Ｔｄが５度以上か否かを判断する。ここ
で５度以上であると判断された場合はステップＳ８に進
んで電動絞り弁８ｂに現在値から一定開度の閉弁をさせ
る一方、そうでない場合はステップＳ９にすすんで上記
電動絞り弁８ｂに現在値から一定開度の開弁をさせる。
次にステップＳ１０では、Ｔｃ−Ｔｌから過冷却度ＳＣ
を算出し、これが他の室内ユニットＡにおける室内熱交
換器５ａの過冷却度ＳＣと略等しいものとなるように、
ステップＳ１１で電動膨張弁４ｂの開度を変更する。そ
して以上の制御において、ステップＳ１〜ステップＳ
３、ステップＳ６及びステップＳ１０によって目標設定
手段２１を構成し、またステップＳ４、ステップＳ５及
びステップＳ１１によって第１開度制御手段２２ａを構
成し、さらにステップＳ７〜ステップＳ９によって第２
開度制御手段２２ｂを構成している。

【００１９】以上のように構成された多室形空気調和機
では、暖房運転時における停止中の室内ユニットＢに対
して、その冷媒流入側に設けた電動絞り弁８ａによって
室内熱交換器５ｂを流通する冷媒量を減少させている。
従って室内熱交換器５ｂに液溜りが発生することを回避
でき、そのため従来例と比較して流通する冷媒量を一段
と減少させることができる。

【００２０】また室内熱交換器５ｂにおける放熱ロスは
冷媒流量を減少させるほど小さくなるが、そうだからと
いって過度に減少させると室内熱交換器５ｂ内が低圧と
なり、運転再開時に冷媒が高速で流入して耳障りなショ
ック音が発生するという不具合を生じる。そこで上記空
気調和機では室内熱交換器温度Ｔｃを室内温度Ｔｓと比
較し、室内熱交換器温度Ｔｃが室内温度Ｔｓよりも所定
値だけ高い状態となるように電動絞り弁８ｂを制御して
いる。従って室内熱交換器５ｂにおける放熱量は略一定
となり、この室内熱交換器５ｂを流通する冷媒量は、上
記放熱量に見合ったものとなるよう制御することができ
る。そして上記所定値をショック音等による不具合が生
じない範囲で最小のものとすることより、室内熱交換器
５ｂにおける放熱ロスを最小とすることができる。また
このように冷媒流量の制御を室内熱交換器温度Ｔｃに基
づいて行うようにしたので、放熱量に対する直接的な制
御が可能であり、エネルギ効率を向上させるための制御
として最も適切なものとすることができる。なお上記空
気調和機では、温度差Ｔｄを比較する上記所定値を５度
とすることにより、良好な結果を得ている。

【００２１】さらに上記空気調和機では、停止中の室内
熱交換器５ｂの過冷却度が運転中の室内熱交換器５ａの
過冷却度と略等しいものとなるように電動膨張弁４ｂを
制御している。従って室内熱交換器５ｂで過冷却がつか
ず、二相流のまま減圧さて冷媒ガス流速音が大きくな
り、これによって騒音が発生するというような不具合を
防止できる。

【００２２】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施す
ることができる。例えば上記では多室形空気調和機とし
て構成したが、さらに給湯機能を備えたものとして構成
してもよい。また図２に示すフローチャートは一例であ
って、同様の作用が得られる他のルーチンによる制御と
してもよい。さらに上記空気調和機では、室内温度Ｔｓ
等の如何にかかわらず、一定の温度差Ｔｄを用いて室内
熱交換器温度Ｔｃを監視するようにしたが、室内温度Ｔ
ｓ等の条件によって上記温度差Ｔｄを適宜変更するよう
な制御としてもよい。

【００２３】

【発明の効果】上記請求項１のヒートポンプマルチシス
テムでは、放熱ロスを従来よりも一層低減できるので、
エネルギ効率を向上させることが可能となる。

【００２４】また請求項２のヒートポンプマルチシステ
ムでは、適確な制御を行うことによってエネルギ効率を
さらに向上させることが可能となる。

【００２５】さらに請求項３のヒートポンプマルチシス
テムでは、不具合が生じない範囲で放熱ロスを最小とす
ることにより、エネルギ効率を最大限にまで向上させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用した多室形空気調和機の冷媒回
路図である。

【図２】上記多室形空気調和機の制御ルーチンを示すフ
ローチャートである。

【図３】従来例の多室形空気調和機の冷媒回路図であ
る。 １ 圧縮機 ３ 室外熱交換器 ４ａ 電動膨張弁 ４ｂ 電動膨張弁 ５ａ 室内熱交換器 ５ｂ 室内熱交換器 ８ａ 電動絞り弁 ８ｂ 電動絞り弁 １１ｂ 第３温度センサ １２ｂ 第５温度センサ Ｔｃ 室内熱交換器温度 Ｔｓ 室内温度 Ｔｄ 温度差

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機（１）、並列に接続された複数台
   の利用側熱交換器（５ａ）（５ｂ）、減圧機構（４ａ）
   （４ｂ）、熱源側熱交換器（３）を順次冷媒循環可能に
   接続し、圧縮機（１）から利用側熱交換器（５ａ）（５
   ｂ）へと冷媒を流通させて加熱運転を行うヒートポンプ
   マルチシステムにおいて、上記加熱運転時における利用
   側熱交換器（５ａ）（５ｂ）の冷媒流入側に、利用側熱
   交換器（５ａ）（５ｂ）を流通する冷媒の流量を増減す
   る流量制御弁（８ａ）（８ｂ）を設け、各利用側熱交換
   器（５ａ）（５ｂ）のうち運転を停止中の利用側熱交換
   器（５ｂ）に対しては、その利用側熱交換器（５ｂ）に
   流通する冷媒の流量を減少させるよう上記流量制御弁
   （８ｂ）を制御することを特徴とするヒートポンプマル
   チシステム。
2. 【請求項２】 利用側熱交換器温度検出手段（１１ｂ）
   を設け、上記流量制御弁（８ｂ）の制御は、上記利用側
   熱交換器温度検出手段（１１ｂ）で検出した利用側熱交
   換器温度（Ｔｃ）に基づいて行うことを特徴とする請求
   項１のヒートポンプマルチシステム。
3. 【請求項３】 周囲温度検出手段（１２ｂ）を設け、上
   記流量制御弁（８ｂ）の制御は、上記周囲温度検出手段
   （１２ｂ）で検出した周囲温度（Ｔｓ）と、上記利用側
   熱交換器温度（Ｔｃ）との温度差（Ｔｄ）が所定の値に
   近づくように行うことを特徴とする請求項２のヒートポ
   ンプマルチシステム。