JP3969381B2 - 多室型空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、１台の室外機に複数台の室内機を接続し、冷房と暖房運転が混在せずに冷房運転と暖房運転を行う多室形空気調和機に係り、特にコストアップを抑え簡単な構成で快適で高効率な除湿運転の提供と複数台運転での運転モード組合せ拡大に関するものである。

１台の室外機に複数台の室内機を接続し、冷房と暖房運転が混在せずに冷房運転と暖房運転を行う多室形空気調和機において、暖房サイクルにて除湿運転を行うものとしては特開平１１−３０４２８６号公報に記載されている。当該公報記載の技術は室外側熱交換器の管路途中から分岐し、バイパス用減圧手段を備え、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設けることで室内機には除湿機能を有するとともに、各室内機側が冷房機能と除湿機能とを自由に選択して、冷房運転と除湿運転の同時運転および暖房運転と除湿運転の同時運転が可能となり、快適性に優れた多室形空気調和機を提供することができるというものであり、その概要を図３を参照して説明する。図３は上記公報特開平１１−３０４２８６号に記載された従来の多室形空気調和機の冷凍サイクル図である。

このような２室形空気調和機において、２室とも冷房運転のときは、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は回路切換弁２を通り、室外側熱交換器３に流れてここで外気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となり、冷媒配管１０ａ、１０ｂで分かれたその液冷媒は、冷暖房用電動膨脹弁４ａ、４ｂを通って減圧され、室内側第１、第２熱交換器５ａ、５ｂおよび室内第１、第２側熱交換器６ａ、６ｂを通って２室の空気を冷却し、冷媒は蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、四方弁２を経て圧縮機１に戻る。

このとき、室内機の除湿用電動膨脹弁１５ａ、１５ｂは全開となり、圧力損失が少なくなるとともに、バイパス回路１３ａ、１３ｂのバイパス用電動膨脹弁１４ａ、１４ｂは全閉となっている。

一室のみ冷房するときは、冷暖房用電動膨脹弁４ａまたは４ｂの一方を閉にして、一室のみの冷房運転を行う。

一方、２室とも除湿運転のときは、冷暖房用電動膨脹弁４ａ、４ｂを全開とし、冷媒は除湿用電動膨脹弁１５ａ、１５ｂを通って減圧されることになり、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂは凝縮器となつて再熱器として働き、室内側第２熱交換器６ａ、６ｂは蒸発器となるため、空気は冷却されず除湿されて各室内機から吐出される。

この除湿運転時において、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂを再熱器としての能力を増大するために、室外側送風機１２の回転数を低下させる制御を行っている。

さらに、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂの再熱器としての能力を増大するために、冷暖房用電動膨脹弁４ａ、４ｂを大きく絞るとともに、バイパス用電動膨脹弁１４ａ、１４ｂを開くことにより、室外側熱交換器３で多く放熱していない気液二相の冷媒を室内側第１熱交換器５ａ、５ｂに送ることで、再熱量を多くしている。

他に、一室を冷房し他室を除湿するときは、例えば冷房する室内機を室内機Ａとし、該室内機側に冷媒を流す回路の冷暖房用電動膨脹弁４ａを減圧器として働かせ、除湿用電動
膨脹弁１５ａを全開、バイパス用電動膨脹弁１４ａを全閉にすれば、室内側第１、第２熱交換器５ａ、５ｂは蒸発器として作用し室内Ａを冷房する。

そして、除湿する室内機を室内機Ｂとし、該室内機側に冷媒を流す回路の冷暖房用電動膨脹弁４ｂを全閉近くまで閉め、バイパス用電動膨脹弁１４ｂを全開とし、除湿用電動膨脹弁１５ｂを減圧器として働かせるようにすれば、室内側第１熱交換器５ｂは凝縮器、室内側第２熱交換器６ｂは蒸発器として働くために、室内Ｂの空気を冷やさずして除湿を行うことができる。

次に、２室とも暖房運転のときは、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁２を通り、室内側第２、第１熱交換器６ａ、５ａおよび室内側第２、第１熱交換器６ｂ、５ｂに流れてここで室内空気と熱交換して凝縮し、高圧の液冷媒となり、その液冷媒は、冷暖房用電動膨脹弁４ａ、４ｂを通って減圧され、室外側熱交換器３で外気と熱交換して吸熱し、冷媒は蒸発して低温低圧のガス冷媒となり、回路切換弁２を経て圧縮機１に戻る。

このとき、室内機の除湿用電動膨脹弁１５ａ、１５ｂは全開となり、圧力損失が少なくなるとともに、バイパス回路１３ａ、１３ｂのバイパス用電動膨脹弁１４ａ、１４ｂは全閉となっている。

一室のみ暖房するときは、暖房を停止する室内機を例えば室内機Ａとすれば、該室内機の室内側第１、第２熱交換器５ａ、６ａ用の送風機９ａを停止し、冷暖房用電動膨脹弁４ａを冷媒が流れない程度に大きく閉じることにより、室内機Ｂの室内側第１、第２熱交換器５ｂ、６ｂ用の送風機９ｂが運転している部屋の方のみを暖房することができる。

一室を暖房し他室を除湿するときは、例えば暖房する室内機を室内機Ｂとし、該室内機側に冷媒を流す回路の冷暖房用電動膨脹弁４ｂを減圧器として働かせ、除湿用電動膨脹弁１５ｂを全開、バイパス用電動膨脹弁１４ｂを全閉にすればよく、除湿する室内機Ａ側の冷暖房用電動膨脹弁４ａを全開、除湿用電動膨脹弁１５ａを減圧器として働かせるようにすれば、室内側第２熱交換器６ａは再熱器、室内側第１熱交換器５ａは蒸発器として働くことになり、室内空気を冷やさずして除湿を行うことができるというものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３０４２８６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、再熱除湿運転を行う場合に室外側熱交換器の管路途中から分岐し、バイパス用減圧手段を備え、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設ける必要がありコストが高くなるという課題があった。

さらに室内機の接続台数が増えた場合には、接続台数分のバイパス回路を設ける必要があり室外機を大きくしなければスペースを確保するのが困難になるという課題があった。

また、前記バイパス回路を設けない場合は冬期のように外気温が非常に低い場合や、他室が冷房運転を行っており冷房能力を確保するために室外送風機の回転数を下げられない場合には室外熱交換器での排熱量は大きく、除湿運転を行っている部屋の室温低下を阻止できないといった課題があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設ける必要がなく、室内機の接続台数が増えてもバイパス回路のスペースのために室外機を大きくすることなく低コストで室温低下のない快適な再熱除湿運転ができる多室形空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の多室形空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に通風する室外ファン及び複数の室外絞り装置を備えた室外機と、第１熱交換器と第２熱交換器を減圧手段を介して接続した室内熱交換器を有し、再熱除湿運転が可能である室内機を複数接続して構成される多室形空気調和機であって、前記第２熱交換器は暖房サイクル時に前記第１熱交換器の冷媒流れの上流側に配設され、且つ前記第２熱交換器の熱交換能力は前記第１熱交換器の熱交換能力よりも大きくなるように構成するものである。

これによって、室外熱交換器の途中にバイパス回路を配設する必要なしに高除湿能力を得る再熱除湿運転が可能となる。

本発明の多室形空気調和機は、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設けることなく、室内機の接続台数が増えてもバイパス回路のスペースのために室外機を大きくすることなく低コストで室温低下のない快適な再熱除湿運転ができるという効果を奏する。

第１の発明は、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に通風する室外ファン及び複数の室外絞り装置を備えた室外機と、第１熱交換器と第２熱交換器を減圧手段を介して接続した室内熱交換器を有し、再熱除湿運転が可能である室内機を複数接続して構成される多室形空気調和機であって、前記第２熱交換器は暖房サイクル時に前記第１熱交換器の冷媒流れの上流側に配設され、且つ前記第２熱交換器の熱交換能力は前記第１熱交換器の熱交換能力よりも大きくなるように構成したもので、この構成をなすことにより、バイパス用減圧手段を備え、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設けることなく、室内機の接続台数が増えてもバイパス回路のスペースのために室外機を大きくすることなく低コストで室温低下のない快適な再熱除湿運転ができるという効果を奏する。

第２の発明は、特に第１の発明において減圧手段を流量可変としたもので、この構成をなすことにより、低コストで快適な再熱除湿運転ができるという効果を奏する。

第３の発明は、特に第１の発明において外気温度を検出し、運転開始時に再熱除湿運転が選択されたときに検知された外気温度が所定温度以上であれば冷房サイクルで運転し所定温度より小さければ暖房サイクルで運転するもので、この構成をなすことにより、外気温度が所定温度以下の場合は暖房サイクルにて再熱除湿運転を行い室温低下させず除湿運転ができ、外気温度が所定温度以上で冷却能力が要求される場合は冷房サイクルにて除湿運転を行い湿度を大きく下げた除湿運転ができ低コストで快適な除湿運転を行うことができるという効果を奏する。

第４の発明は、特に第１の発明において運転開始時に再熱除湿運転が選択されたときには暖房サイクルにて再熱除湿運転を行うもので、この構成をなすことにより、低コストで室温低下のない快適な再熱除湿運転の範囲を広げることができるという効果を奏する。

第５の発明は、特に第１の発明において冷房と除湿運転併用時は冷房サイクル、暖房と除湿運転併用時は暖房サイクルで運転するもので、この構成をなすことにより、他室の運転モードによらず除湿運転を行うことができ低コストで快適性に優れた多室形空気調和機を提供することができるという効果を奏する。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。この実施の形態で説明する多室形空気調和機は、１台の室外機に複数台の室内機を並列に接続したもので、ここでは2台の室内機Ａ、Ｂを接続したケースについて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施形態を示す冷凍サイクル図である。冷房サイクルで運転時、冷媒は図１の実線矢印の方向に流れ、圧縮機１から吐出された冷媒は、室外熱交換器３にて凝縮し冷暖房用電動膨張弁４ａ、４ｂにて減圧され、室内熱交換器５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂにおいて蒸発し圧縮機１にもどる。

室内熱交換器５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂにて冷媒が蒸発する際、吸収する熱で被空調室の空気調和をしている。また暖房運転時の冷媒の流れは図１の点線矢印の方向で冷房時の逆となり、室内熱交換器５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂにて凝縮する際に放出する熱で被空調室の空調調和をしている。

吐出冷媒量は、圧縮機１の運転と停止により調節するタイプと、それだけでなく圧縮機１の回転数を可変させ調節するタイプの２種類ある。冷暖房用電動膨張弁４ａ、４ｂは複数の室内機の各熱交換器に対応し冷媒回路中に設けられ、その弁の開度により、減圧量や各室内熱交換器５ａ、５ｂへの冷媒流量を調整している。

冷房サイクルにて再熱除湿運転を行う場合、冬期のように外気温が非常に低い場合には、室外熱交換器３での排熱量が大きく室外送風機１２の回転数を下げても室内側第１熱交換器５ａ，５ｂの再熱器としての能力が不足し室温が低下してしまう。

また、室内機Ａが冷房運転、室内機Ｂが除湿運転を行っている場合に室外送風機１２の回転数を下げると室外熱交換器３の排熱量が減り室内機Ａの冷房能力を確保できない。また、従来例にあるようにバイパス用減圧手段１４ａ、１４ｂを備え、複数の冷暖房用減圧手段４ａ、４ｂと室内側第１熱交換器５ａ，５ｂとの間に接続するバイパス回路１３ａ、１３ｂを設けるとコストが高くなったり、室内機の接続台数が増えるとバイパス回路１３ａ、１３ｂのスペース確保のために室外機を大きくしなければならない。

そこで、この実施の形態では、各室内機が第１熱交換器５ａ、５ｂと第2熱交換器６ａ、６ｂとを有し、これら第１熱交換器５ａ、５ｂと第2熱交換器６ａ、６ｂの間には除湿絞り装置（キャピラリチューブ７ａ、７ｂとそのバイパス手段である開閉弁８ａ、８ｂ）が接続され、前記室内熱交換器において前記第２熱交換器６ａ、６ｂは暖房サイクル時に前記第１熱交換器５ａ、５ｂの冷媒流れ上流側になるように構成されるとともに、前記第２熱交換器６ａ、６ｂの熱交換能力は前記第１熱交換器５ａ、５ｂの熱交換能力よりも大きくなるように構成している。

除湿運転は回路切換弁２の切換えにより冷房サイクルと暖房サイクルによる除湿運転が可能である。

冷房サイクルで再熱除湿運転を行うときは、冷媒の流れは図１の実線矢印の方向で圧縮機１から吐出された冷媒は室外熱交換器１２から、冷媒配管１０ａ、１０ｂ、冷暖房用電
動膨張弁４ａ、４ｂ、第１熱交換器５ａ、５ｂ、除湿絞り装置（キャピラリチューブ７ａ、７ｂとそのバイパス手段である開閉弁８ａ、８ｂ）、室内側第２熱交換器６ａ、６ｂ、冷媒配管１１ａ、１１ｂ、圧縮機１の順に循環する。この時、冷暖房用電動膨張弁を全開にし、除湿絞り装置の開閉弁８ａ、８ｂを閉じキャピラリチューブ７ａ、７ｂに冷媒を流すことで絞り作用をさせ、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂを凝縮器、室内側第１熱交６ａ、６ｂを蒸発器として働かせ除湿運転を行う。この際に、蒸発器として働く前記第２熱交換器６ａ、６ｂの熱交換能力を凝縮器として働く前記第１熱交換器５ａ、５ｂの熱交換能力よりも大きくなるよう構成しているため湿度を大きく下げながら除湿運転を行うことができる。

また一室を冷房し他室を除湿するときは、例えば冷房する室内機を室内機Ｂとすると、該室内機Ｂ側に冷媒を流す回路の開閉弁７ｂを開き、冷暖房用電動膨脹弁４ｂを適当に絞り、除湿する室内機Ａ側の開閉弁７ａを閉じキャピラリチューブ７ａで減圧させ、冷暖房用電動膨脹弁４ａを全開にすることで、室内機Ａの第１、第２熱交換器５ａ、５ｂは蒸発器、室内機Ｂの室内側第１熱交換器５ｂは凝縮器、室内側第２熱交換器６ｂは蒸発器として働くことになり、室内機Ａ側では冷房が、室内機Ｂ側では湿度を大きく下げながら除湿運転を行うことができる。

暖房サイクルで再熱除湿運転を行うときは、冷媒の流れは図１の点線矢印の方向で圧縮機１から吐出された冷媒は冷媒配管１１ａ、１１ｂから第２熱交換器６ａ、６ｂ、除湿絞り装置（キャピラリチューブ７ａ、７ｂとそのバイパス手段である開閉弁８ａ、８ｂ）、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂ、冷暖房用電動膨張弁４ａ、４ｂ、冷媒配管１０ａ、１０ｂ、室外熱交換器１２、圧縮機１の順に循環する。

この時、除湿絞り装置の開閉弁８ａ、８ｂを閉じキャピラリチューブ７ａ、７ｂに冷媒を流すことで絞り作用をさせ、冷暖房用電動膨張弁を適当に絞ることで室内側第２熱交換器６ａ、６ｂを凝縮器、室内側第１熱交換器５ａ、５ｂを蒸発器として働かせ再熱除湿運転を行う。

この際に、凝縮器として働く前記第２熱交換器６ａ、６ｂの熱交換能力を蒸発器として働く前記第１熱交換器５ａ、５ｂの熱交換能力よりも大きくなるよう構成しているため低外気温時でも放熱量を十分確保でき室温の低下を防ぐことができる。

また一室を暖房し他室を除湿するときは、例えば暖房する室内機を室内機Ｂとすると、該室内機Ｂ側に冷媒を流す回路の開閉弁７ｂを開き、冷暖房用電動膨脹弁４ｂを適当に絞り、除湿する室内機Ａ側の開閉弁７ａを閉じキャピラリチューブ７ａで減圧させ、冷暖房用電動膨脹弁４ａを全開にすることで、室内機Ａの第１、第２熱交換器５ａ、５ｂは凝縮器、室内機Ｂの室内側第２熱交換器６ｂは凝縮器、室内側第１熱交換器５ｂは蒸発器として働くことになり、室内機Ａ側では暖房が、室内機Ｂ側では室内空気を冷やさずして再熱除湿運転を行うことができる。

このように、バイパス用減圧手段を備え、複数の冷暖房用減圧手段と室内側熱交換器との間に接続するバイパス回路を設けることなく、室内機の接続台数が増えてもバイパス回路のスペースのために室外機を大きくすることなく低コストで快適な再熱除湿運転を行うことができる。

ここでは室内機を２台接続した場合について説明したが３台以上が接続された場合も同様に本発明を実施することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施形態を示す冷凍サイクル図であり、第１熱交換器５ａ、５ｂと第２熱交換器６ａ、６ｂの間の除湿用電動膨張弁１５ａ、１５ｂ以外は図１と同じである。

また、表１は各運転モード組合せによる冷暖房用電動膨張弁４ａ、４ｂと除湿用電動膨張弁１５ａ、１５ｂの動作を示す。除湿絞り装置を流量調整可能な除湿用電動膨張弁１５ａ、１５ｂとしたというもので、この構成によれば、除湿絞り装置の絞り流量を調節することができ凝縮器と蒸発器の能力を調整することにより低コストで快適な再熱除湿運転ができるという効果を奏する。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施形態を示す冷凍サイクル図は実施の形態１と同じ図１であり、図１に示すように室外機に外気温度を検知する外気温センサー１６が設けられている。

多室形空気調和器が停止している状態から運転を開始した時に、再熱除湿運転が選択されたときに前記外気温センサー１６において外気温を検知し、検知された外気温度が所定温度以上であれば冷房サイクルで運転し所定温度より小さければ暖房サイクルで除湿運転を行うというものである。所定温度は例えば３０℃と暖房サイクルでの除湿運転の範囲を拡大するように設定する。

この構成によれば、外気温度が大部分を占める所定温度以下の場合は暖房サイクルにて再熱除湿運転を行うため室温低下させず除湿運転ができ、外気温度が所定温度以上で大きな冷却能力が要求される場合は冷房サイクルにて除湿運転を行い湿度を大きく下げた除湿運転ができ低コストで快適な除湿運転を行うことができる。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施形態を示す冷凍サイクル図は実施の形態１と同じ図１である。多室形空気調和器が停止している状態から運転を開始した時に、再熱除湿運転が選択されたときに暖房サイクルにて再熱除湿運転を行うというもので、この構成によれば、暖房サイクルにて再熱除湿運転を行うため室温低下させず除湿運転ができ、低コストで室温低下のない快適な再熱除湿運転の範囲を広げることができる。

（実施の形態５）
本発明の第５の実施形態を示す冷凍サイクル図は実施の形態１と同じ図１である。ある室内機で除湿運転が選択された場合に、他室が冷房運転中の場合はそのまま冷房サイクルで除湿運転を行い、他室が暖房運転中の場合はそのまま暖房サイクルで除湿運転を行うというもであり、この構成によれば、他室の運転モードによらず除湿運転を行うことができ低コストで快適性に優れた多室形空気調和機を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す冷凍サイクル図 本発明の第２の実施形態を示す冷凍サイクル図 従来の多室形空気調和機の冷凍サイクル図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 室外熱交換器
４ａ、４ｂ 冷暖房用電子膨張弁
５ａ、５ｂ 室内側第１熱交換器
６ａ、６ｂ 室内側第２熱交換器
７ａ、７ｂ 開閉弁
８ａ、８ｂ キャピラリチューブ（除湿絞り装置）
９ａ、９ｂ 室内送風機
１０ａ、１０ｂ 冷媒配管
１１ａ、１１ｂ 冷媒配管
１２ 室外送風機
１３ａ、１３ｂ バイパス配管
１４ａ、１４ｂ バイパス用電動膨張弁
１５ａ、１５ｂ 除湿用電動膨張弁
１６ 外気温センサー

Claims (5)

1. 圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に通風する室外ファン及び複数の室外絞り装置を備えた室外機と、第１熱交換器と第２熱交換器を減圧手段を介して接続した室内熱交換器を有し、再熱除湿運転が可能である室内機を複数接続して構成される多室形空気調和機であって、前記第２熱交換器は暖房サイクル時に前記第１熱交換器の冷媒流れの上流側に配設され、且つ前記第２熱交換器の熱交換能力は前記第１熱交換器の熱交換能力よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする多室形空気調和機。
2. 減圧手段は流量可変としたことを特徴とする、請求項１記載の多室形空気調和機。
3. 外気温度を検出し、運転開始時に再熱除湿運転が選択されたときに検知された外気温度が所定温度以上であれば冷房サイクルで運転し所定温度より小さければ暖房サイクルで運転することを特徴とする、請求項１記載の多室形空気調和機。
4. 運転開始時に再熱除湿運転が選択されたときには暖房サイクルにて再熱除湿運転を行うことを特徴とする、請求項１記載の多室形空気調和機。
5. 冷房と除湿運転併用時は冷房サイクル、暖房と除湿運転併用時は暖房サイクルで運転することを特徴とする、請求項１記載の多室形空気調和機。

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