JPH0942743A - 空気調和機及びこれに用いる冷媒分岐ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な制御で固有能力（熱交換能力）の異なる
室内機を有する空気調和機において適量な冷媒分配を実
現する。 【構成】１台の室外機と複数台の室内機からなる空気調
和機において、室外側に置かれた１つの絞り装置４と、
この絞り装置と複数個の室内側熱交換器との間に置かれ
た、流量調節可能な複数個の絞り装置５、６とからなる
絞り装置部を設け、絞り装置５、６の開度を各室内機の
固有能力又は運転モードに応じて設定する。 【効果】快適な空気調和が可能な運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１台の室外機に複数台
の室内機を接続可能な空気調和機において、冷房、暖
房、除湿の運転をする時の冷媒分配の制御に特徴を有す
る空気調和機に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気調和機としては、特開昭６０
−２２６６４８号公報や特開昭６３−１７６９４８号公
報に記載のように、室内機側熱交換器の入口部に絞り機
構を設け、各室内機側熱交換器に分配する冷媒量を、各
室の設定温度に基づいて比例配分したり、暖房時室内フ
ァンの回転数を各室毎に変えて凝縮割合を変えることに
よって調節したりするものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術
は、各室内機毎の冷房、暖房、除湿の運転負荷に対して
必要な冷媒量が分配されない恐れがあり、快適な運転が
できない可能性があつた。

【０００４】本発明の目的は、上記の各室内機の冷房、
暖房、除湿の運転負荷に対し、簡単な制御により必要な
冷媒量が分配でき、快適な空気調和運転が行えるように
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明は、圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、絞
り装置部、複数個の並列に置かれた複数個の室内側熱交
換器を含み、これらを順次接続してなる、１台の室外機
と複数台の室内機とからなる空気調和機において、絞り
装置部は、室外側熱交換器対応の１つの絞り装置と、複
数個の室内側熱交換器の各々に対応し、上記１つの絞り
装置と複数個の室内側熱交換器の各々との間に置かれ
た、電動膨張弁のような流量調節可能な複数個の絞り装
置とからなるような構成とするとともに、上記流量調整
可能な弁の開度を、室内機の固有能力、すなわち、室内
機の熱交換能力＝風量×比熱×温度効率（熱交換器の面
積及び熱伝達率が関係する量）、あるいは、運転モード
に合わせて設定することにより、適切で快適な空気調和
機の運転を行なえるようにしたものである。

【０００６】より具体的に述べると、本発明は、圧縮
機、四方弁、室外側熱交換器、絞り装置部、並列に置か
れた複数個の室内側熱交換器を含み、これらを順次接続
してなる、１台の室外機と複数台の室内機とからなる空
気調和機において、絞り装置部は、室外側熱交換器対応
の１つの絞り装置と、複数個の室内側熱交換器の各々に
対応し、上記１つの絞り装置と、複数個の室内側熱交換
器の各々との間に置かれた、電動膨張弁のような流量調
節可能な複数個の絞り装置とからなるような構成とする
とともに、上記複数台の室内機を同じ運転モードで運転
する場合は、上記流量調整可能な弁の開度を、室内機の
固有能力に合わせて設定するようにしたものである。

【０００７】また、本発明は、圧縮機、四方弁、室外側
熱交換器、絞り装置部、複数個の並列に置かれた室内側
熱交換器を含み、これらを順次接続してなる、１台の室
外機と複数台の室内機とからなる空気調和機において、
絞り装置部は、室外側熱交換器対応の１つの絞り装置
と、複数個の室内側熱交換器の各々に対応し、上記１つ
の絞り装置と複数個の室内側熱交換器の各々との間に置
かれた、電動膨張弁のような流量調節可能な複数個の絞
り装置とからなるような構成とするとともに、上記絞り
装置部の各絞り装置は全開状態が可能であり、上記複数
個の室内側熱交換器の少なくとも１個は２つの部分に分
けられており、その２つの部分の間にも流量調整可能な
絞り装置を有するような構成とすることにより、上記複
数台の室内機の運転パターンとして冷房運転と除湿運転
のような異なる運転モードの組合せを可能にし、上記流
量調整可能な弁の開度を、運転モードの種別に合わせて
設定するようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、例えば冷房運転においては、
室外側熱交換器を出た冷媒は、絞り装置部の内まず上流
側の１つの絞り装置に流入する。ここで絞られ減圧され
た後この絞り装置と複数個の室内側熱交換器との間に置
かれた、電動膨張弁のような流量調節可能で並列に接続
された複数個の絞り装置に流入する。ここで各室内機の
固有能力に応じた流量に分配される。この際冷房可能な
温度まで冷媒の圧力を下げるのは上記室外側熱交換器対
応の絞り装置であり、上記複数個の室内側熱交換器にそ
れぞれ対応して設けられた流量調節可能な絞り装置は若
干の圧力を減じて流量調節を行なう。したがって、能力
の要求の大きい室内機には充分に圧力、温度の低い冷媒
が多く分配されることになり、能力は適正に分配され
る。

【０００９】また、暖房運転の場合は冷媒の流れる向き
が逆になるが絞り装置部での作用は同じである。すなわ
ち、上記複数個の室内側熱交換器対応の流量調節可能な
絞り装置は若干の圧力を減じ流量調節を行ない、その下
流の１つの絞り装置で充分減圧されて室外側熱交換器に
流入し蒸発する。

【００１０】また、上記絞り装置部の各絞り装置は全開
状態が可能であり、複数個の室内側熱交換器の少なくと
も１個は２つの部分に分けられており、その２つの部分
の間には絞り装置を有するような構成とした場合は、冷
房運転と同じ向きに冷媒を流し、絞り装置部の各絞りを
全開状態にして、減圧せずに室内側熱交換器に流入さ
せ、２つの部分に分けられた間にある絞り装置を作用さ
せて減圧すると、２つに分けられた室内側熱交換器の絞
りから見て上流側は冷凍サイクル上の凝縮器になって高
温、高圧となり、下流側は蒸発器となって低温、低圧と
なる。従って蒸発器側で室内空気は冷却、除湿され、凝
縮器側で加熱されることにより、除湿運転が可能とな
る。

【００１１】さらにこの場合、上記室外側熱交換器に対
応して設けられた１つの絞り装置は全開とし、上記複数
個の室内側熱交換器にそれぞれ対応して設けられた流量
調節可能な絞り装置はの内ある室内機につながった絞り
装置を全開とし、その室内機の２つに分けられた熱交換
器間の絞りを作用させると共に、他の室内機につながっ
た絞り装置を減圧装置として作用させると、前者の室内
機は除湿運転、後者の室内機は冷房運転となる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図をもとに説明する。図１
は本発明の第１の実施例に係わる複数の室内機を有する
空気調和機のヒートポンプサイクルの構成図である。１
は圧縮機、２は四方弁、３は室外機の熱交換器、４は絞
り部の内の１つの絞り装置、５及び６は流量調節可能で
並列な複数個の絞り装置、７及び８は独立した２台の室
内機の熱交換器で、これらが順次冷媒配管によって接続
される。９は、各室内機からの運転要求に基づいて絞り
装置５、６の流量調節を行なう制御装置である。図１の
例は、室内機が２台の場合であるが、３台以上の室内機
を接続することも可能である。

【００１３】図１において、まず、冷房運転の場合に
は、圧縮機１から吐き出された高温高圧の冷媒ガスは、
四方弁２を通り室外側熱交換器３に送られる。この室外
側熱交換器３において、室外側ファン（図示せず）によ
って送風される室外の空気によって放熱して凝縮し高圧
の液冷媒となる。この高圧の液冷媒は絞り装置４に送ら
れ、この絞り装置４によって減圧される。絞り装置４と
してはキャピラリチューブ、温度式膨張弁、電動膨張弁
等が可能である。絞り装置４で低温、低圧となった冷媒
は分岐部１０を通って絞り装置５、６に送られる。制御
装置９は、室内側熱交換器７および室内側熱交換器８を
それぞれ有する２台の室内機の固有能力あるいは運転パ
ターンに従って絞り装置５、６を調節し、冷媒を分配す
る。また、暖房運転時は、冷媒の流れる向きが上述した
冷房運転時と逆になるだけで絞り部での作用は同じであ
る。即ち室外熱交換器３で吸熱が可能な温度まで減圧す
るのは絞り装置４で行ない、冷媒の流量分配は絞り装置
５、６で行なう。

【００１４】以上において、本実施例の特徴は、絞り装
置４並びに５及び６からなる絞り装置部、特に絞り装置
５、６の開度の調節、制御にある。すなわち、図１の実
施例のように、室内側熱交換器７および室内側熱交換器
８を有するそれぞれの室内機を、暖房運転−暖房運転あ
るいは冷房運転−冷房運転のように、同じ運転モードパ
ターンで運転する構成の場合は、絞り装置５、６の開度
をそれらの室内機の固有能力に応じて固定的に設定す
る。すなわち、二つの室内機の固有能力が同じであれ
ば、絞り装置５、６は同じ開度とし、二つの室内機の固
有能力が異なる場合は、絞り装置５、６の開度は室内側
熱交換器７と８の固有能力に応じた値とする。

【００１５】まず、二つの室内機の固有能力が同じ場合
について説明する。上記したように、二つの室内機の固
有能力が同じ場合に両室内機を冷房運転（又は暖房運
転）するときは、絞り装置５、６は同じ開度とする。こ
の際、室内側熱交換器７を有する室内機の方が室内側熱
交換器８を有する室内機よりも冷房容量を必要としてい
る場合でも、すなわち、両熱交換器７、８に対する負
荷、例えば、実際の室温と設定室温との差が異なってい
る場合でも、冷媒分配量を決める絞り装置５、６は同じ
開度とする。以下、その理由について説明する。

【００１６】絞り装置５、６として、電動膨張弁を使用
した場合の絞り装置５、６のパルス数と開度の特性を図
２に示す。ここで、通常運転時に使われている弁の開度
は約３５％であり、図２中の領域Ａで示す領域である。
図３は、室内側熱交換器７と８の固有能力が同じ場合の
電動膨張弁の絞り装置５、６の開度設定パルス数の例を
示す。すなわち、室内側熱交換器７と８が同じ固有能力
の場合に、両室内側熱交換器７と８を冷房運転（又は暖
房運転）するときは、絞り装置５、６の開度は図３の運
転パターンI又はIIに示すように常に同じく、例えば、
開度設定パルス数＝４００とするとよい。これは、上記
室内側熱交換器７と８への冷媒分配量が、配管の長さの
違いや室内機の据付け高さの違いにより受ける影響を少
なくするように少し抵抗をつけておくためである。これ
により冷媒分配量が大きく偏らないようにすることがで
きる。

【００１７】一般常識的には、室内側熱交換器７、８が
同じ固有能力でも室内側熱交換器７と８にかかる負荷が
異なる場合は、負荷に合わせた冷媒量を絞り装置５、６
の開度調整により行う方法が良いと考えられそうである
が、仮りにそのように冷媒を分配しても有効に冷房とし
て働かせることはできない。なぜなら、熱交換器での熱
交換量Ｑ（Ｗ）は、（１）式に示す如く部屋の温度Ｔａ
（Ｃ）と冷媒の温度Ｔｒ（Ｃ）の差によつて決まるか
ら、複数の室内機を有する空気調和機においては、室内
側熱交換器７、８の固有能力の冷媒分しか熱交換できな
いことになる。

【００１８】 Ｑ＝Ｇａ×Ｃｐ×Φ×（Ｔａ−Ｔｒ） −−−−−− （１） 但し Ｇａ：風量 （ｋｇ／ｓ） Ｃｐ：比熱 （Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）） Φ ：温度効率 （ − ） Ｔａ：空気温度 （ Ｃ ） Ｔｒ：冷媒温度 （ Ｃ ） したがつて、仮りに、冷媒量を室内側の負荷に合わせて
分配しようとすると、負荷の大きさが極端に違った場
合、片方が全開に対して他方が通常の冷暖時の絞り開度
程度になり、冷媒量を極端に少なくした熱交換器側で液
冷媒はス−パ−ヒ−トを起し、この熱交換器出口の空気
は温度と絶対湿度の高い状態になる。この結果、熱交換
器出口部で冷やされた所に上記の温度の高い空気が当た
ると結露を生じ、水滴が落下したり、水飛びが発生し悪
影響が出てしまう。それを防止するためには、室内側熱
交換器７、８側の負荷からの冷房能力にたいして大きい
能力の冷媒供給と成るように回転数圧縮機１の回転を上
げ、絞り装置４の開度を調整して、熱交換器出口部で液
冷媒がス−パ−ヒ−トを起こさないようにすることが必
要となる。

【００１９】図４は室内側熱交換器７と８の固有能力が
違う場合として、室内側熱交換器７の固有能力が室内側
熱交換器８の固有能力より大きい場合の電動膨張弁の絞
り装置５、６の開度設定パルス数の例を示す。すなわ
ち、室内側熱交換器７と８が違う固有能力の場合は、絞
り装置５、６の開度は、図４のI又はIIに示すように室
内側熱交換器７と８の固有能力に合わせた値、例えば、
固有能力の大きい側を４５０と、小さい側を４００と
し、熱交換器７、８を合わせた状態でのス−パ−ヒ−ト
が無いように絞り装置４を制御するとよい。この場合、
固有能力の大きい側を全開（５００）としないのは、冷
媒配管の長さの違い又は室内機の据付け高さの違いによ
る影響を小さくして冷媒分配量が固有能力の違いの比よ
りも大きく偏らないようにするためである。

【００２０】図５は、本発明の第２の実施例を示すヒー
トポンプサイクル構成図で、圧縮機１、四方弁２、室外
側熱交換器３及び絞り装置４からなる室外機と、室内側
熱交換器７及び８をそれぞれ有する２台の室内機とを、
接続装置１２、１３、１４、１５、１６及び１７を介し
て、絞り装置５及び６、分岐装置１０及び１１並びに制
御装置９からなる分岐ユニットで接続したものである。
本実施例では除湿運転が可能なように室内側熱交換器７
及び８を、それぞれ、７ａ、７ｂ及び８ａ、８ｂに２分
割し、分割された熱交換器の間に除湿運転用の絞り装置
１８、１９を設けたものである。通常の冷暖房運転と併
用できるように除湿用絞り装置１８、１９は全開状態が
可能なもの、例えば電動膨張弁や図６に示すような除湿
用キャピラリチューブ２０と二方弁２１の組合せ、弁内
部に小孔を有する二方弁等でもよい。また、図５では室
内側熱交換器は空気の通路に対して上下に分割したが、
図７に示すように空気の通路に対して前後に分割しても
かまわない。この場合には除湿運転時には空気の流れに
対して下流側を凝縮器７ａ又は８ａ、上流側を蒸発器７
ｂ又は８ｂとする。

【００２１】図５において、室内側熱交換器７ａ−７ｂ
及び８ａ−８ｂを同じ運転モード、すなわち、冷房運転
（又は暖房運転）で運転する場合には、図８又は図９の
運転パターンI又はIIに示すように絞り装置１８、１９
の開度を全開（５００）とするとともに絞り装置５、６
の開度設定パルス数は、図１について説明したのと同様
に、室内側熱交換器７ａ−７ｂ及び８ａ−８ｂの固有能
力に応じて、固有能力が同じ場合には等しく（４００と
４００）、異なる場合には固有能力の違いに応じて異な
らせて（４５０と４００）、設定する。

【００２２】次に、図５において、室内側熱交換器７ａ
−７ｂ及び８ａ−８ｂが異なる運転モードで運転される
場合、例えば、図８又は図９の運転パターンIIIｂに示
すように、室内側熱交換器７ａ−７ｂを有する室内機が
除湿運転、室内側熱交換器８ａ−８ｂを有する室内機が
冷房運転を行なう場合を説明する。冷媒の流れる向きは
冷房運転時と同じである。図８又は図９の運転パターン
IIIｂに示すように、各絞り装置の開度設定パルス数で
作動させて絞り装置４を全開にするとともに、除湿を行
う室内側熱交換器７ａ−７ｂに対応する絞り装置５を全
開とし、絞り装置１８を絞る。これにより、冷媒は室外
側熱交換器３および分割された室内側熱交換器７ａで凝
縮し、絞り装置１８で大きく減圧された後、分割された
室内側熱交換器７ｂに入って蒸発する。従って、分割さ
れた室内側熱交換器７ｂで室内空気の冷却、除湿を行な
い、分割された室内側熱交換器７ａで凝縮熱を放熱して
室内空気の加熱を行ない、これらの空気を混合して湿度
の低い空気を室内に吹き出す。

【００２３】一方、冷房運転を行う側の室内側熱交換器
８ａ−８ｂに対応する絞り装置６は絞って、室内側熱交
換器８ａに分岐した冷媒を減圧する。この場合の絞り装
置１８の開度設定パルス数よりも大きく設定する。これ
は、冷房負荷の方が除湿負荷よりも一般に大きいことか
ら、冷房側の室内熱交換器に多くの冷媒を流すためであ
る。また絞り装置１９を全開とすることにより分割され
た熱交換器８ａ、８ｂは冷凍サイクル上１つの蒸発器と
して働き、室内側熱交換器８ａ−８ｂを有する室内機は
冷房運転となる。図８及び図９の運転パターンIIIａに
示すように室内側熱交換器７と８の役割を入れ替えるこ
とももちろん可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な制御で固有能力
（熱交換能力）の異なる室内機を有する空気調和機にお
ける適量な冷媒分配を実現できる、これによって、快適
な空気調和が可能な運転が行える。さらに、室内機の運
転パターンとして、冷房と除湿運転の組合せが可能とな
る。

【００２５】そして本発明の分岐ユニットを用いれば、
一般的な室外機１台に室内機１台の組合せで構成された
空気調和機に後日又は同日に別の室内機を接続して、複
数台運転を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明するヒートポンプ
サイクル系統図である。

【図２】電動膨張弁の特性例を示す図である。

【図３】第１の実施例の絞り装置の開度を示す表図であ
る。

【図４】第１の実施例の絞り装置の別の開度を示す表図
である。

【図５】本発明の第２の実施例を説明するヒートポンプ
サイクル系統図である。

【図６】第２の実施例における除湿用絞り装置の１例を
示す図である。

【図７】第２の実施例における室内側熱交換器の分割の
他の例を示す図である。

【図８】第２の実施例における絞り装置の開度を示す表
図である。

【図９】第２の実施例における絞り装置の別の開度を示
す表図である。

【符号の説明】

１…圧縮機 ２…四方弁 ３…室外側熱交換器 ４…絞り装置 ５…絞り装置 ６…絞り装置 ７…室内側熱交換器 ７ａ…分割された室
内側熱交換器 ７ｂ…分割された室内側熱交換器 ８…室内側熱交換器 ８ａ…分割された室内側熱交換器 ８ｂ…分割された室
内側熱交換器 ９…制御装置 １０…分岐装置 １１…分岐装置 １２…接続装置 １３…接続装置 １４…接続装置 １５…接続装置 １６…接続装置 １７…接続装置 １８…除湿用絞り装
置 １９…除湿用絞り装置 ２０…除湿用キャピ
ラリチューブ ２１…二方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 啓夫 茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立 製作所機械研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、絞り装
   置部、並列に接続された複数個の室内側熱交換器を順次
   接続して、１台の室外機と複数台の室内機とからなる構
   成とし、上記絞り装置の開度を制御装置により制御する
   空気調和機において、上記絞り装置部は、上記室外側熱
   交換器対応の１つの絞り装置と、上記複数個の室内側熱
   交換器の各々に対応し、上記１つの絞り装置と上記複数
   個の室内側熱交換器の各々との間に置かれた、流量調節
   可能な複数個の絞り装置とから構成するとともに、上記
   流量調整可能な弁の開度は、上記制御装置により、上記
   複数台の室内機の固有能力あるいは運転モードに合わせ
   て設定されることを特徴とする空気調和機。
2. 【請求項２】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、絞り装
   置部、並列に接続された複数個の室内側熱交換器を順次
   接続して、１台の室外機と複数台の室内機とからなる構
   成とし、上記絞り装置の開度を制御装置により制御する
   空気調和機において、上記絞り装置部は、上記室外側熱
   交換器対応の１つの絞り装置と、上記複数個の室内側熱
   交換器の各々に対応し、上記１つの絞り装置と上記複数
   個の室内側熱交換器の各々との間に置かれた、流量調節
   可能な複数個の絞り装置とから構成するとともに、上記
   複数台の室内機を同じ運転モードで運転する場合は、上
   記流量調整可能な弁の開度は、上記制御装置により、対
   応する室内機の固有能力に合わせて設定されることを特
   徴とする空気調和機。
3. 【請求項３】圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、絞り装
   置部、並列に接続された複数個の室内側熱交換器を順次
   接続して、１台の室外機と複数台の室内機とからなる構
   成とし、上記絞り装置の開度を制御装置により制御する
   空気調和機において、上記絞り装置部は、上記室外側熱
   交換器対応の１つの絞り装置と、上記複数個の室内側熱
   交換器の各々に対応し、上記１つの絞り装置と上記複数
   個の室内側熱交換器の各々との間に置かれた、流量調節
   可能な複数個の絞り装置とから構成するとともに、上記
   絞り装置部の各絞り装置は全開状態が可能であり、上記
   複数個の室内側熱交換器の少なくとも１個は２つの部分
   に分けられており、その２つの部分の間にも流量調整可
   能な絞り装置を有するような構成とすることにより、上
   記複数台の室内機の運転パターンとして冷房運転と除湿
   運転のような異なる運転モードの組合せを可能にし、上
   記複数個の室内側熱交換器に対応する流量調整可能な弁
   の開度は、上記制御装置により、運転モードの種別に合
   わせて設定されるようにしたことを特徴とする空気調和
   機。
4. 【請求項４】絞り装置部と制御装置とからなり、１台の
   室外機と複数台の室内機との間に接続されて、上記絞り
   装置部の開度を上記制御装置により制御する冷媒分岐ユ
   ニットであり、上記絞り装置部は、上記複数台の室内機
   に具える室内側熱交換器の各々に対応し、上記１台の室
   外機と上記複数個の室内側熱交換器の各々との間に置か
   れる、流量調節可能な複数個の絞り装置で構成するとと
   もに、上記流量調整可能な弁の開度は、上記制御装置に
   より、上記複数台の室内機の固有能力あるいは運転モー
   ドに合わせて設定される運転モードの種別に合わせて設
   定されることを特徴とする冷媒分岐ユニット。