JP5465491B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを有し、複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの暖房運転と冷房運転を混在して実施可能とする空気調和装置に関する。

一般に、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを、液管及びガス管からなる２本のユニット間配管を介して接続し、これら複数台の室内ユニットを冷房運転もしくは暖房運転する、液管及びガス管接続式（以下、２本配管式という）の空気調和装置が知られている。また、近年、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを、低圧ガス管、高圧ガス管及び液管からなる３本のユニット間配管を介して接続し、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転する、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施する、低圧ガス管、高圧ガス管及び液管接続式（以下、３本配管式という）の空気調和装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許２８０４５２７号公報

しかしながら、３本配管式の空気調和装置では、室外ユニットが３本のユニット間配管に接続されるため、この室外ユニットが、２本配管式の室外ユニットに比べて、配管接続される機器の構成や配管の取り回しが煩雑となり、装置構成が大型化する傾向にある。また、３本のユニット間配管を設ける必要があるため、配管コストが高くつくとともに配管工事が煩雑になるといった問題があった。
そこで、本発明は、上述した課題を解決し、２本配管式の室外ユニットを用いて、室内ユニットを冷房運転と暖房運転とを混在して実施できる空気調和装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機、四方弁及び室外熱交換器を備えた室外ユニットと、この室外ユニットから延びるガス管及び液管の２本のユニット間配管に接続され、このガス管を高圧ガス管と低圧ガス管とに択一に分岐して接続する切換弁と、前記低圧ガス管に冷媒吸込管が接続されるとともに、前記高圧ガス管に冷媒吐出管が接続される補助圧縮機とを備える切換ユニットと、一端が前記高圧ガス管と前記低圧ガス管とに択一に分岐して接続され、他端が液分岐管を介して、前記液管に接続される室内熱交換器を備える複数台の室内ユニットとを備え、前記切換弁は、４つのポートを有する単一の四方弁であり、この四方弁の第１ポートに前記ガス管を接続し、第２ポートに前記高圧ガス管を接続し、第３ポートに前記低圧ガス管を接続し、第４ポートには開度調整弁を有する連結管を介して前記冷媒吸込管に接続したことを特徴とする。

また、前記切換ユニットは、前記室内ユニットに近接して配置される構成としてもよい。また、前記切換ユニットの冷媒吸込管には、前記補助圧縮機と前記切換弁との間で分岐した冷媒吸込分岐管が接続され、この冷媒吸込分岐管の他端を、開度調整弁を介して前記液管に接続した構成としてもよい。

また、前記切換ユニットの前記補助圧縮機は、前記室外ユニットの圧縮機の少なくとも半分の能力を備える構成としてもよい。

また、各室内ユニットを冷房主体で冷暖混在運転を実施する場合、前記切換弁は、前記室外ユニットの圧縮機の冷媒吐出管と、前記切換ユニットの補助圧縮機の冷媒吐出管との連通を遮断する構成としてもよい。

本発明によれば、室外ユニットから延びるガス管及び液管の２本のユニット間配管に接続され、このガス管を高圧ガス管と低圧ガス管とに択一に分岐して接続する切換弁と、前記低圧ガス管に冷媒吸込管が接続されるとともに、前記高圧ガス管に冷媒吐出管が接続される補助圧縮機とを備える切換ユニットとを備えるため、この切換ユニットを介在させて、２本配管式の室外ユニットと複数台の室内ユニットとを接続することにより、これら室内ユニットを冷房運転と暖房運転とを混在して実施することができる。

本発明に係る空気調和装置の一実施の形態を示し、この空気調和装置が冷房運転される際の冷媒の流れを示す回路図である。 空気調和装置が暖房運転される際の冷媒の流れを示す回路図である。 空気調和装置が極低温下で暖房運転される際の冷媒の流れを示す回路図である。 図３の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。 空気調和装置が冷房主体で冷暖混在運転される際の冷媒の流れを示す回路図である。 図５の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。 空気調和装置が暖房主体で冷暖混在運転される際の冷媒の流れを示す回路図である。 図７の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。この空気調和装置１は、２本配管式の室外ユニット２と、複数台（例えば４台）の室内ユニット４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、これら室外ユニット２と室内ユニット４Ａ〜４Ｄとの間に配置される切換ユニット３とを備える。この切換ユニット３は、室外ユニット２から延びるガス管６及び液管７からなる２本のユニット間配管５に接続され、このガス管６及び液管７を、高圧ガス管５１、低圧ガス管５２及び液管５３に切り替えて室内ユニット４Ａ〜４Ｄに接続するためのユニットである。
本構成では、空気調和装置１は、切換ユニット３を介在させることにより、２本配管式の室外ユニット２を用いて、室内ユニット４Ａ〜４Ｄを同時に冷房運転、もしくは、暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施可能としている。

室内ユニット４Ａは、室内熱交換器１０Ａと室内膨張弁１１Ａとを備えて構成され、この室内熱交換器１０Ａの一端は、室内膨張弁１１Ａを設けた液分岐管１８Ａを介して液管５３に接続される。また、室内熱交換器１０Ａの他端には、分岐管１２Ａが接続され、この分岐管１２Ａは、高圧ガス分岐管１３Ａと低圧ガス分岐管１４Ａとに分岐する。高圧ガス分岐管１３Ａは第１開閉弁１５Ａを介して高圧ガス管５１に接続され、低圧ガス分岐管１４Ａは第２開閉弁１６Ａを介して低圧ガス管５２に接続される。

また、室内ユニット４Ａには、室内熱交換器１０Ａの出入口温度や室温を検出する温度センサー（図示略）と、室内熱交換器１０Ａ内の冷媒圧力を検出する圧力センサー（図示略）等が配置される他、これら各センサーの検出結果を入力してこの室内ユニット４Ａの制御を行う室内制御装置（図示略）を備えている。なお、室内ユニット４Ｂ〜４Ｄは、室内ユニット４Ａと略同一の構成であるため、同一の部分に同様の符号を付して示し、説明は省略する。

室外ユニット２は、能力可変型の圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）２０と、四方弁２１と、室外熱交換器２２と、室外膨張弁２３と、これらを収容するユニットケース２４とを備え、このユニットケース２４には、ユニットケース２４内の機器と、ガス管６及び液管７の２本の配管とがそれぞれ接続されるガス管サービスバルブ２４Ａ、液管サービスバルブ２４Ｂが設けられている。
室外ユニット２は、四方弁２１の切替により冷房運転もしくは暖房運転を行うことができる既存の２本配管式（２ウェイ）の室外ユニットである。圧縮機２０の冷媒吐出管２５は、四方弁２１に接続され、この四方弁２１にはユニット内ガス管２６を介して室外熱交換器２２の一端に接続されている。この室外熱交換器２２の他端には、ユニット内液管２７が接続され、このユニット内液管２７は、室外膨張弁２３を介して液管サービスバルブ２４Ｂに接続されている。
一方、圧縮機２０の冷媒吸込管２８は、四方弁２１に接続され、この四方弁２１にはユニット内ガス管２９を介してガス管サービスバルブ２４Ａが接続されている。

また、室外ユニット２には、圧縮機２０の吸込圧力、吐出圧力や室外熱交換器２２内の冷媒圧力を、それぞれ検出する各圧力センサー（図示略）と、室外熱交換器２２の出入口温度や外気温を検出する温度センサー（図示略）等が配置される他、これら各センサーの検出結果を入力して室外ユニット２の制御を行う室外制御装置（図示略）を備えている。

切換ユニット３は、室外ユニット２の圧縮機２０を補助して冷凍サイクルを形成する能力可変型の補助圧縮機（ＤＣインバータ圧縮機）３０と、四方弁３１と、これらを収容するユニットケース３２とを備える。このユニットケース３２には、ユニットケース３２内の機器とユニット間配管５のガス管６及び液管７とがそれぞれ接続されるガス管サービスバルブ３２Ａ、第１液管サービスバルブ３２Ｂと、上記機器と高圧ガス管５１、低圧ガス管５２及び液管５３とがそれぞれ接続される高圧ガス管サービスバルブ３２Ｃ、低圧ガス管サービスバルブ３２Ｄ及び第２液管サービスバルブ３２Ｅが設けられている。
本構成では、補助圧縮機３０の能力は、室外ユニット２の圧縮機２０の少なくとも半分の能力を備えて構成される。これによれば、例えば、冷房負荷と暖房負荷とが５０％：５０％の負荷バランスで冷暖混在運転が実行されている場合には、補助圧縮機３０のみを用いて、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房及び暖房運転を行うことができるため、室外ユニット２の運転を停止することができる。また、冷房負荷または暖房負荷が増加して、例えば、冷房負荷と暖房負荷とが６０％：４０％に負荷バランスが変更された場合には、余剰の冷房負荷を室外ユニット２が受け持つことができる。このため、冷暖混在運転中の室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房負荷及び暖房負荷の負荷バランスがどのように変化しても当該負荷バランスでの空調運転を実現することができる。
四方弁３１は、４つのポートを備えており、第１ポートＡにはユニット内ガス管３３の一端が接続され、このユニット内ガス管３３の他端はガス管サービスバルブ３２Ａを介してユニット間配管５のガス管６に接続されている。
また、四方弁３１の第２ポートＢには補助圧縮機３０の冷媒吐出管３４が接続されている。この冷媒吐出管３４には、補助圧縮機３０と四方弁３１との間で分岐する冷媒吐出分岐管３４Ａの一端が接続され、この冷媒吐出分岐管３４Ａの他端は、高圧ガス管サービスバルブ３２Ｃを介して高圧ガス管５１に接続されている。符号３５は逆止弁である。

四方弁３１の第３ポートＣには、補助圧縮機３０の冷媒吸込管３６が接続され、この冷媒吸込管３６には、電磁開閉弁３７と逆止弁３８とが設けられている。また、冷媒吸込管３６には、電磁開閉弁３７と四方弁３１との間で分岐する第１冷媒吸込分岐管３６Ａの一端が接続され、この第１冷媒吸込分岐管３６Ａの他端は低圧ガス管サービスバルブ３２Ｄを介して、低圧ガス管５２に接続されている。さらに、冷媒吸込管３６には、逆止弁３８と補助圧縮機３０との間で分岐する第２冷媒吸込分岐管（冷媒吸込分岐管）３６Ｂの一端が接続され、この第２冷媒吸込分岐管３６Ｂの他端は、開度調整弁３９を介して、ユニット内液管４０に接続されている。このユニット内液管４０は、第１液管サービスバルブ３２Ｂ及び第２液管サービスバルブ３２Ｅを介してユニット間配管５の液管７及び液管５３にそれぞれ接続されている。
また、四方弁３１の第４ポートＤには、キャピラリチューブ４１を備える連結管４２の一端が接続され、この連結管４２の他端は補助圧縮機３０と逆止弁３８との間で冷媒吸込管３６に接続されている。このキャピラリチューブ４１が設けられた連結管４２は、例えば、サーモオフ等によって室外ユニット２が停止した場合に、この室外ユニット２に接続される室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄにおける冷媒の溜まりを、補助圧縮機３０の冷媒吸込管３６に徐々に戻す（すなわち冷媒の寝込み防止）のために設けられている。
この切換ユニット３は、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄに近接して設けることが望ましい。この構成によれば、ガス管６及び液管７からなる既存のユニット間配管５を流用して、空気調和装置１を構成することが可能となり、既存のユニット間配管５に室外ユニット２、切換ユニット３及び室内ユニット４Ａ〜４Ｄを接続するといった簡単な構成で、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房運転、もしくは、暖房運転を可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施することが可能となる。

つぎに、この空気調和装置１の運転動作を説明する。
すべての室内ユニット４Ａ〜４Ｄを同時に冷房運転する場合、図１に示すように、室外ユニット２では、四方弁２１が圧縮機２０の吐出冷媒を室外熱交換器２２に導く冷房運転の位置に切り替えられ、室内ユニット４Ａ〜４Ｄでは、第１開閉弁１５Ａ〜１５Ｄが閉じられ、第２開閉弁１６Ａ〜１６Ｄが開かれる。
また、切換ユニット３では、補助圧縮機３０の運転が停止されるとともに、四方弁３１がユニット間配管５のガス管６と低圧ガス管５２とを連通させる位置（第１切換位置）、すなわち、四方弁３１の第１ポートＡと第３ポートＣ及び第２ポートＢと第４ポートＤとがそれぞれ連通する位置に切り替えられるとともに、電磁開閉弁３７及び開度調整弁３９が閉鎖される。

これにより、圧縮機２０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管２５、四方弁２１、ユニット内ガス管２６、室外熱交換器２２へと順次流れ、この室外熱交換器２２で凝縮液化した後、ユニット内液管２７、ユニット間配管５の液管７、切換ユニット３のユニット内液管４０を通じて液管５３に流れ込む。
液管５３を流れる液冷媒は、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの室内膨張弁１１Ａ〜１１Ｄに分配され、ここで減圧される。そして、減圧された冷媒は、各室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄで蒸発気化した後、それぞれ第２開閉弁１６Ａ〜１６Ｄ、低圧ガス分岐管１４Ａ〜１４Ｄを通じて低圧ガス管５２に流入する。この低圧ガス管５２を流れるガス冷媒は、切換ユニット３の第１冷媒吸込分岐管３６Ａ、冷媒吸込管３６、四方弁３１を通じて、ユニット間配管５のガス管６を流れ、室外ユニット２に流入し、ユニット内ガス管２９、四方弁２１及び冷媒吸込管２８を通じて圧縮機２０に吸入される。このように、蒸発器として作用する各室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄで全室内ユニット４Ａ〜４Ｄが同時に冷房される。

すべての室内ユニット４Ａ〜４Ｄを同時に暖房運転する場合、図２に示すように、室外ユニット２では、四方弁２１が圧縮機２０の吐出冷媒をガス管６に導く暖房運転の位置に切り替えられ、すべての室内ユニット４Ａ〜４Ｄでは、第１開閉弁１５Ａ〜１５Ｄが開かれ、第２開閉弁１６Ａ〜１６Ｄが閉じられる。
また、切換ユニット３では、補助圧縮機３０の運転が停止されるとともに、四方弁３１がユニット間配管５のガス管６と高圧ガス管５１とを連通させる位置（第２切換位置）、すなわち、四方弁３１の第１ポートＡと第２ポートＢ及び第３ポートＣと第４ポートＤとがそれぞれ連通する位置に切り替えられるとともに、電磁開閉弁３７及び開度調整弁３９が閉鎖される。

これにより、圧縮機２０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管２５、四方弁２１、ユニット内ガス管２９を通じてユニット間配管５のガス管６に流れ込む。このガス管６を流れるガス冷媒は、切換ユニット３内に流入し、この切換ユニット３のユニット内ガス管３３、四方弁３１、冷媒吐出管３４、冷媒吐出分岐管３４Ａを通じて高圧ガス管５１に流れこむ。この高圧ガス管５１に流れたガス冷媒は、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの高圧ガス分岐管１３Ａ〜１３Ｄに分配された後、第１開閉弁１５Ａ〜１５Ｄ、室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄへと流れ、ここでそれぞれ凝縮液化される。この液化した液冷媒は、液分岐管１８Ａ〜１８Ｄを経て液管５３に流入する。
この液管５３を流れる液冷媒は、切換ユニット３のユニット内液管４０を通じて、室外ユニット２に流れ込み、この室外ユニット２のユニット内液管２７、室外膨張弁２３に至り、ここで減圧される。そして、減圧された冷媒は、室外熱交換器２２で蒸発気化した後、ユニット内ガス管２６、四方弁２１及び冷媒吸込管２８を通じて圧縮機２０に吸入される。このように、凝縮器として作用する各室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄで全室内ユニット４Ａ〜４Ｄが同時に暖房される。

ここで、例えば、厳冬季のように外気温度が著しく低下した場合には、室外熱交換器２２において、極低温の外気から熱を汲み取ることが難しくなるため、暖房運転の効率が低下する。このような場合には、図３に示すように、切換ユニット３では、補助圧縮機３０が運転されるとともに、四方弁３１がユニット間配管５のガス管６と補助圧縮機３０の冷媒吸込管３６とを連通させる第１切換位置に切り替えられ、電磁開閉弁３７及び開度調整弁３９が開放される。

これにより、圧縮機２０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管２５、四方弁２１、ユニット内ガス管２９を通じてユニット間配管５のガス管６に流れ込む。このガス管６を流れるガス冷媒は、切換ユニット３内に流入し、この切換ユニット３のユニット内ガス管３３、四方弁３１、冷媒吸込管３６を通じて補助圧縮機３０に吸入され、この補助圧縮機３０で二段圧縮される。補助圧縮機３０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管３４、冷媒吐出分岐管３４Ａを通じて高圧ガス管５１に流れこむ。この高圧ガス管５１に流れたガス冷媒は、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの高圧ガス分岐管１３Ａ〜１３Ｄに分配された後、第１開閉弁１５Ａ〜１５Ｄ、室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄへと流れ、ここでそれぞれ凝縮液化される。この液化した液冷媒は、液分岐管１８Ａ〜１８Ｄを経て液管５３に流入する。
この液管５３を流れる液冷媒は、切換ユニット３のユニット内液管４０に流れ、このユニット内液管４０にて２つに分岐される。一方の液冷媒は、第２冷媒吸込分岐管３６Ｂ及び開度調整弁３９を流れ、この開度調整弁３９で減圧された後、補助圧縮機３０の冷媒吸込管３６に流れ込み、この冷媒吸込管３６で、室外ユニット２の圧縮機２０から吐出された冷媒と合流して補助圧縮機３０に吸入される。また、他方の液冷媒は、室外ユニット２に流れ込み、この室外ユニット２のユニット内液管２７、室外膨張弁２３に至り、ここで減圧され、この減圧された冷媒は、室外熱交換器２２で蒸発気化した後、ユニット内ガス管２６、四方弁２１及び冷媒吸込管２８を通じて圧縮機２０に吸入される。

図４は、図３の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。この図４において、点ａ〜点ｇは、図３中に同符号を付した位置での圧力とエンタルピーとの関係を示している。
この構成では、圧縮機２０で圧縮した吐出冷媒を切換ユニット３の補助圧縮機３０で二段圧縮するため、この補助圧縮機３０の吐出冷媒が供給される室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄでの凝縮圧力（凝縮温度）を高く保持することができ、外気温が著しく低い場合であっても室内ユニット４Ａ〜４Ｄでの暖房運転を実施できる。また、この場合、室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄで凝縮された液冷媒の一部が、第２冷媒吸込分岐管３６Ｂ及び開度調整弁３９を介して、補助圧縮機３０の吸込側に戻されるため、この補助圧縮機３０の吸込冷媒温度を低下することができ、当該補助圧縮機３０の吐出圧力を所望な吐出圧力まで昇圧させる場合に、当該補助圧縮機３０の吐出温度が過剰に上昇することを防止できる。

室内ユニット４Ａ〜４Ｄを冷房主体で冷暖混在運転をする場合、例えば、室内ユニット４Ａ〜４Ｃを冷房運転、室内ユニット４Ｄを暖房運転する場合には、図５に示すように、室外ユニット２では、四方弁２１が圧縮機２０の吐出冷媒を室外熱交換器２２に導く冷房運転の位置に切り替えられ、室内ユニット４Ａ〜４Ｃでは、第１開閉弁１５Ａ〜１５Ｃが閉じられ、第２開閉弁１６Ａ〜１６Ｃが開かれ、かつ、室内ユニット４Ｄでは、第１開閉弁１５Ｄが開かれ、第２開閉弁１６Ｄが閉じられる。
また、切換ユニット３では、補助圧縮機３０が運転されるとともに、四方弁３１が上記第１切換位置に切り替えられ、電磁開閉弁３７が開放され、開度調整弁３９が閉鎖される。

これにより、圧縮機２０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管２５、四方弁２１、ユニット内ガス管２６、室外熱交換器２２へと順次流れ、この室外熱交換器２２で凝縮液化した後、ユニット内液管２７、ユニット間配管５の液管７、切換ユニット３のユニット内液管４０を通じて液管５３に流れ込む。
一方、補助圧縮機３０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管３４、冷媒吐出分岐管３４Ａ及び高圧ガス管５１を通じて、室内ユニット４Ｄに流れ込む。この室内ユニット４Ｄに流入した冷媒は、高圧ガス分岐管１３Ｄ、第１開閉弁１５Ｄを通じて室内熱交換器１０Ｄへと流れ、ここで凝縮液化された後、液分岐管１８Ｄを経て液管５３に流入し、この液管５３内で室外ユニット２の圧縮機２０から吐出された冷媒と合流する。
液管５３を流れる液冷媒は、各室内ユニット４Ａ〜４Ｃの室内膨張弁１１Ａ〜１１Ｃに分配され、ここで減圧される。そして、減圧された冷媒は、各室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｃで蒸発気化した後、それぞれ第２開閉弁１６Ａ〜１６Ｃ、低圧ガス分岐管１４Ａ〜１４Ｃを、低圧ガス管５２を通じて、切換ユニット３に流入し、この切換ユニット３内で２つに分配される。
一方の冷媒は、第１冷媒吸込分岐管３６Ａ、冷媒吸込管３６を通じて補助圧縮機３０に吸入される。また、他方の冷媒は、冷媒吸込管３６、四方弁３１、ガス管６を通じて、室外ユニット２に流入し、ユニット内ガス管２９、四方弁２１及び冷媒吸込管２８を通じて圧縮機２０に吸入される。このように、蒸発器として作用する室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｃで室内ユニット４Ａ〜４Ｃがそれぞれ冷房され、凝縮器として作用する他の室内熱交換器１０Ｄで室内ユニット４Ｄが暖房される。

図６は、図５の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。一般に、室内ユニットを冷房主体で冷暖混在運転をする場合には、外気温度が夏季よりも低くなると考えられるため、冷媒サイクルにおける凝縮温度は、外気温度が低下した分、下げることが可能となる。
しかし、従来の３本配管式の空気調和装置では、室外ユニットの室外熱交換器と、室内ユニットの室内熱交換器とが高圧ガス管を介して連通していたため、室内熱交換器での暖房運転を実行するためには、外気温度に比べて室外熱交換器での凝縮温度、すなわち圧縮機の吐出圧力（高圧）を高くせざるをえなかった。
これに対して、本構成では、室外ユニット２と室内ユニット４Ａ〜４Ｄとの間に切換ユニット３が配置され、この切換ユニット３の四方弁３１によって圧縮機２０の冷媒吐出管２５と補助圧縮機３０の冷媒吐出管３４とが縁切りされている。このため、図６に示すように、室内ユニット４Ｄの暖房運転に寄与する補助圧縮機３０の吐出圧力（図６中ｃ−ｄ）に比べて、圧縮機２０の吐出圧力（図６中ａ−ｆ）を低く抑えることができ、この圧縮機２０の仕事量（消費電力）の低減を図ることができる。
また、本実施形態では、補助圧縮機３０は、圧縮機２０の約半分の能力を備えるため、例えば、室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房負荷と暖房負荷とが釣り合う（５０：５０）場合には、圧縮機２０の運転を停止して、補助圧縮機３０のみで空調運転を実施できるため、空気調和装置１の消費電力の低減を図ることができる。

室内ユニット４Ａ〜４Ｄを暖房主体で冷暖混在運転をする場合、例えば、室内ユニット４Ａを冷房運転、室内ユニット４Ａ〜４Ｄを暖房運転する場合には、図７に示すように、室外ユニット２では、四方弁２１が圧縮機２０の吐出冷媒をガス管６に導く暖房運転の位置に切り替えられ、室内ユニット４Ａでは、第１開閉弁１５Ａが閉じられ、第２開閉弁１６Ａが開かれ、かつ、室内ユニット４Ｂ〜４Ｄでは、第１開閉弁１５Ｂ〜１５Ｄが開かれ、第２開閉弁１６Ｂ〜１６Ｄが閉じられる。
また、切換ユニット３では、補助圧縮機３０が運転されるとともに、四方弁３１がユニット間配管５のガス管６と補助圧縮機３０の冷媒吐出管３４とを連通させる第２切換位置に切り替えられ、電磁開閉弁３７が開放され、開度調整弁３９が閉鎖される。

これにより、圧縮機２０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管２５、四方弁２１、ユニット内ガス管２９を通じてユニット間配管５のガス管６に流れ込む。このガス管６を流れるガス冷媒は、切換ユニット３のユニット内ガス管３３、四方弁３１、冷媒吐出管３４に流れ込む。
一方、補助圧縮機３０から吐出された冷媒は、冷媒吐出管３４に流れ込み、この冷媒吐出管３４内で室外ユニット２の圧縮機２０から吐出された冷媒と合流する。この合流した冷媒は、冷媒吐出分岐管３４Ａ、高圧ガス管５１を通じて、各室内ユニット４Ｂ〜４Ｄの高圧ガス分岐管１３Ｂ〜１３Ｄに分配された後、第１開閉弁１５Ｂ〜１５Ｄ、室内熱交換器１０Ｂ〜１０Ｄへと流れ、ここでそれぞれ凝縮液化される。この液化した液冷媒は、液分岐管１８Ｂ〜１８Ｄを経て液管５３に流入する。
この液管５３に流入した液冷媒の一部は、室内ユニット４Ａに流入し、この室内ユニット４Ａの室内膨張弁１１Ａで減圧され、この減圧された冷媒は、室内熱交換器１０Ａで蒸発気化する。そして、気化したガス冷媒は、第２開閉弁１６Ａ、低圧ガス分岐管１４Ａ、低圧ガス管５２を通じて、切換ユニット３に流入し、第１冷媒吸込分岐管３６Ａ、冷媒吸込管３６を通じて補助圧縮機３０に吸入される。
一方、液管５３に流入した液冷媒の残りは、切換ユニット３のユニット内液管４０を通じて、室外ユニット２に流れ込み、この室外ユニット２のユニット内液管２７、室外膨張弁２３に至り、ここで減圧される。そして、減圧された冷媒は、室外熱交換器２２で蒸発気化した後、ユニット内ガス管２６、四方弁２１及び冷媒吸込管２８を通じて圧縮機２０に吸入される。このように、蒸発器として作用する室内熱交換器１０Ａで室内ユニット４Ａが冷房され、凝縮器として作用する他の室内熱交換器１０Ｂ〜１０Ｄで室内ユニット４Ｂ〜４Ｄがそれぞれ暖房される。

図８は、図７の冷媒サイクルを示すＰ−ｈ線図である。
一般に、冬季のように、外気温度が低い時季に冷房運転を実施する場合には、室外熱交換器では、低温の外気から熱を汲み上げるために、蒸発温度を低下させる必要がある。従来の３本配管式の空気調和装置では、室外ユニットの室外熱交換器と、室内ユニットの室内熱交換器とが低圧ガス管を介して連通していたため、室内熱交換器での蒸発温度が低下し、運転効率が低下するとともに、室内熱交換器が凍結して冷房運転を中断せざるを得ない場合があった。
これに対して、本構成では、室外ユニット２と室内ユニット４Ａ〜４Ｄとの間に切換ユニット３が配置され、この切換ユニット３の四方弁３１によって圧縮機の冷媒吸込管２８と補助圧縮機３０の冷媒吸込管３６とが縁切りされている。このため、図８に示すように、室内ユニット４Ａの冷房運転する場合の室内熱交換器１０Ａでの蒸発温度（蒸発圧力；図８中ｆ−ｃ）を、室外熱交換器２２での蒸発温度（蒸発圧力；図６中ｇ−ａ）よりも高く設定することができ、室内ユニット４Ａの冷房運転を効率よく行うことができる。
また、本実施形態では、補助圧縮機３０は、圧縮機２０の約半分の能力を備えるため、例えば、室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房負荷と暖房負荷とが釣り合う（５０：５０）場合には、圧縮機２０の運転を停止して、補助圧縮機３０のみで空調運転を実施できるため、空気調和装置１の消費電力の低減を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、圧縮機２０、四方弁２１及び室外熱交換器２２を備えた室外ユニット２と、この室外ユニット２から延びるガス管６及び液管７の２本のユニット間配管５に接続され、このガス管６を高圧ガス管５１と低圧ガス管５２とに択一に分岐して接続する四方弁３１と、低圧ガス管５２に冷媒吸込管３６が接続されるとともに、高圧ガス管５１に冷媒吐出管３４が接続される補助圧縮機３０とを備える切換ユニット３と、一端が高圧ガス管５１と低圧ガス管５２とに択一に分岐して接続され、他端が液分岐管１８Ａ〜１８Ｄを介して、液管７に接続される室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄを備える複数台の室内ユニット４Ａ〜４Ｄとを備えるため、いわゆる２本配管式の室外ユニット２を用いて、室内ユニット４Ａ〜４Ｄを冷房運転と暖房運転とを混在して実施することができる。

また、本実施形態によれば、切換ユニット３は、室内ユニット４Ａ〜４Ｄに近接して配置されるため、ガス管６及び液管７からなる既存のユニット間配管５を流用して、空気調和装置１を構成することが可能となり、既存のユニット間配管５に室外ユニット２、切換ユニット３及び室内ユニット４Ａ〜４Ｄを接続するといった簡単な構成で、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房運転、もしくは、暖房運転を可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施することが可能となる。

また、本実施形態によれば、切換ユニット３の冷媒吸込管２８には、補助圧縮機３０と四方弁３１との間で分岐した第２冷媒吸込分岐管３６Ｂの一端が接続され、この第２冷媒吸込分岐管３６Ｂの他端を、開度調整弁３９を介してユニット内液管４０に接続したため、室内ユニット４Ａ〜４Ｄの暖房運転時に、四方弁３１を第１切換位置に切り替えるとともに、開度調整弁３９を開放することにより、室内ユニット４Ａ〜４Ｄの室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄで凝縮された液冷媒の一部を、室外ユニット２の圧縮機２０から吐出された冷媒と混合させて補助圧縮機に吸入させることができる。このため、圧縮機２０で圧縮した吐出冷媒を切換ユニット３の補助圧縮機３０で二段圧縮することにより、この補助圧縮機３０の吐出冷媒が供給される室内熱交換器１０Ａ〜１０Ｄでの凝縮圧力（凝縮温度）を高く保持することができ、外気温が著しく低い場合であっても室内ユニット４Ａ〜４Ｄでの暖房運転を実施できる。

また、本実施形態によれば、切換ユニット３の補助圧縮機３０は、室外ユニット２の圧縮機２０の少なくとも半分の能力を備えるため、例えば、冷房負荷と暖房負荷とが５０％：５０％の負荷バランスで冷暖混在運転が実行されている場合には、補助圧縮機３０のみを用いて、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房及び暖房運転を行うことができるため、室外ユニット２の運転を停止することができる。また、冷房負荷または暖房負荷が増加して、例えば、冷房負荷と暖房負荷とが６０％：４０％に負荷バランスが変更された場合には、余剰の冷房負荷を室外ユニット２が受け持つことができる。このため、冷暖混在運転中の室内ユニット４Ａ〜４Ｄの冷房負荷及び暖房負荷の負荷バランスがどのように変化しても当該負荷バランスでの空調運転を実現することができる。

また、本実施形態によれば、各室内ユニット４Ａ〜４Ｄを冷房主体で冷暖混在運転を実施する場合、四方弁３１は、室外ユニット２の圧縮機２０の冷媒吐出管２５と、切換ユニット３の補助圧縮機３０の冷媒吐出管３４との連通を遮断するため、暖房運転される室内ユニット４Ｄの供給される補助圧縮機３０の吐出圧力に比べて、圧縮機２０の吐出圧力を低く抑えることができ、この圧縮機２０の仕事量（消費電力）の低減を図ることができる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、切換ユニット３は切換弁として四方弁３１を備える構成としたが、これに限るものではなく、四方弁３１に変えて電磁開閉弁を組み合わせて設ける構成してもよい。また、切換ユニット３は、四方弁３１をユニットケース３２内に収容する構成としているが、この四方弁３１をユニットケース３２の外部に設けてもよい。

１ 空気調和装置
２ 室外ユニット
３ 切換ユニット
４Ａ〜４Ｄ 室内ユニット
５ ユニット間配管
６ ガス管
７ 液管
２０ 圧縮機
２１ 四方弁
２２ 室外熱交換器
３０ 補助圧縮機
３１ 四方弁
３２ ユニットケース
３４ 冷媒吐出管
３４Ａ 冷媒吐出分岐管
３６ 冷媒吸込管
３６Ａ 第１冷媒吸込分岐管
３６Ｂ 第２冷媒吸込分岐管
３７ 電磁開閉弁
３９ 開度調整弁
４０ ユニット内液管
４２ 連結管
５１ 高圧ガス管
５２ 低圧ガス管
５３ 液管

Claims (5)

1. 圧縮機、四方弁及び室外熱交換器を備えた室外ユニットと、
   この室外ユニットから延びるガス管及び液管の２本のユニット間配管に接続され、このガス管を高圧ガス管と低圧ガス管とに択一に分岐して接続する切換弁と、前記低圧ガス管に冷媒吸込管が接続されるとともに、前記高圧ガス管に冷媒吐出管が接続される補助圧縮機とを備える切換ユニットと、
   一端が前記高圧ガス管と前記低圧ガス管とに択一に分岐して接続され、他端が液分岐管を介して、前記液管に接続される室内熱交換器を備える複数台の室内ユニットとを備え、前記切換弁は、４つのポートを有する単一の四方弁であり、この四方弁の第１ポートに前記ガス管を接続し、第２ポートに前記高圧ガス管を接続し、第３ポートに前記低圧ガス管を接続し、第４ポートには開度調整弁を有する連結管を介して前記冷媒吸込管に接続したことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記切換ユニットは、前記室内ユニットに近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記冷媒吸込管には、前記補助圧縮機と前記切換弁との間で分岐した冷媒吸込分岐管が接続され、この冷媒吸込分岐管の他端を、開度調整弁を介して前記液管に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記切換ユニットの前記補助圧縮機は、前記室外ユニットの圧縮機の少なくとも半分の能力を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和装置。
5. 各室内ユニットを冷房主体で冷暖混在運転を実施する場合、前記切換弁は、前記室外ユニットの圧縮機の冷媒吐出管と、前記切換ユニットの補助圧縮機の冷媒吐出管との連通を遮断すること特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和装置。

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