JPS63204076A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷媒循環系統を複数備えた空気調和装置の改
良に関し、特にその設備容量の低減対策に関する。

（従来の技術） 従来、空気調和装置においては、圧縮機からの冷媒を順
次凝縮器、膨張機構、及び蒸発器に循環させる冷媒循環
系統を備えており、特に中、大型機のものでは、例えば
特開昭５３−１３２８４２号公報に開示されるように、
上記冷媒循環系統を複数備えて、空調負荷の大きい大室
内でも良好に空調すると共に、冷媒循環系統の１つが故
障した場合にも残りの冷媒循環系統で空調運転を続行し
て、故障に対する信頼性を確保するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如ぎ冷媒循環系統を複数備えた空気調
和装置を使用して、高層ビル等の所定階の大室内を冷房
空調する場合、例えばその大室内の東西南北の四方に４
つの冷媒循環系統の熱交換器（蒸発器）を各々配置する
ときには、各熱交換器の負荷は、第４図に示す如く日光
の照射の有無等の関係で時間変化に伴って変化する関係
上、各冷媒循環系統の圧縮機の能力は、施工に際して予
め各負荷の最大値に見合った能力値のものを選定してお
く必要がある。

しかしながら、その場合、各熱交換器での負荷変動に応
じて冷媒循環系統の１つが最大能力で運転している場合
にも、他の冷媒循環系統では中間能力値で運転していた
り、運転の停止状態におることもおり、複数の冷媒循環
系統の合計能力からみると、能力の有効利用率が低く、
その分、設備容量が増大する欠点が生じる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、複数の冷媒循環系統を備えた場合、各冷媒循環系
統の間で能力の補償を行い得るＪ：うにすることにより
、各冷媒循環系統の能力を最大能力値の低いものに可及
的に選定し得て、設備容量の低減を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、冷房運転時に、
所定の冷媒循環系統の液冷媒でもって他の冷媒循環系統
の冷媒の過冷却度を大きくすると共に高圧を下げて、該
他の冷媒循環系統の冷房能力をその分高く補償するよう
にしている。

すなわち、本発明の具体的な解決手段は、第１図に示す
ように、圧縮機（１）の冷媒を順次凝縮器（３）、膨張
機構（１１）、及び蒸発器（１０）に循環させる冷媒循
環系統（１７）、　（２０）を複数備えて、室内の冷房
運転を行う空気調和装置を前提とする。そして、所定の
２つの冷媒循環系統（１７）、　（２０）の間に、一方
の冷媒循環系統（１７又は２０）の凝縮器（３）下流側
に配置される熱交換器（２５又は２５゛）と、他方の冷
媒循環系統（２０又は１７）の凝縮器（３）下流側の冷
媒を膨張機構（２６，２６°）を経て上記熱交換器（２
５又は２５゛）に流通させた後に該他方の冷媒循環系統
（２０又は１７）の圧縮機（１）に戻す冷媒回路（３０
又は３０゛）と、該冷媒回路（３０又は３０°）に配置
される開閉弁（３１又は３１゛）とからなる熱移動装置
（３２又は３２゛）を設けて、上記一方の冷媒循環系統
（１７又は２０）の圧縮機（１）の最大能力以上の能力
要求時に、開閉弁（３１又は３１゛）を開くことにより
、他方の冷媒循環系統（２０又は１７）の冷房能力で上
記一方の冷媒循環系統（１７又は２０）の冷房能力を補
償可能とする構成としたものでおる。

（作用） 以上の構成により、本発明では、冷房運転時、各冷媒循
環系統（１７）、　（２０）では、冷媒の循環により蒸
発器（１０）で室内空気の熱量が吸熱されると共に、こ
の熱量が凝縮器（３）で外部に放熱されるのが繰返され
て、室内が良好に冷房空調される。

今、所定の冷媒循環系統（例えば１７）の圧縮機（１）
の能力が最大能力値以上に要求された場合には、開閉弁
（３１）を開くことが行われる。このことにより、上記
他の冷媒循環系統（２０）の凝縮器（３）下流側の液冷
媒の一部が、膨張機構（２６）を経て上記所定の冷媒循
環系統（１７）の凝縮器（３）下流側の熱交換器（２５
）に流通する。その結果、上記所定の冷媒循環系統（１
７）では、その凝縮器（３）で凝縮された液冷媒がさら
に上記熱交換器（２５）で冷却されるので、冷媒の過冷
却度が大きくなると共に、高圧が下がって、その冷房能
力が高く確保される。

したがって、上記所定の冷媒循環系統（１７）の能力は
、他の冷媒循環系統（２０）で能力補償される分だけ能
力値の低いものに選定することができ、全体の設備容量
を小ざくできるのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は、高層ビル等の所定階の大室内を空調する空気
調和装置の冷媒配管系統を示す。同図において、（Ａ）
は室外ユニット、（Ｂ）〜（Ｅ）は大室内に配置される
複数台（４台）の室内ユニットであって、所定の２台の
室内ユニットＣＢ）、　（Ｃ）は、大空内の例えば南側
に配置され、他の２台の室内ユニット（Ｄ）、　（Ｅ）
は西側に配置される。

上記室外ユニット（Ａ）の内部には、同一構成の２つの
機器類（＋１）、（Ｉ）が備えられ、各機器類（Ｈ）。

ＣＩ）は、圧縮機（１）と、四路切換弁（２）と、室外
熱交換器（３）と、暖房運転用の膨張機構（４）とを備
え、該各機器（１）〜（４）は各々冷媒配管（５）・・
・で冷媒の流通可能に接続されている。また、上記圧縮
ｔ！！（１）にはインバータ（７）が接続されていて、
該インバータ（７）により圧縮機（１）の運転周波数を
変更して、その８酊を多段階に調整可能としている。一
方、上記各室内ユニット（Ｂ）〜（Ｅ）は、同一内部構
成であり、その内部には室内熱交換器（１０）と、冷房
運転用の膨張機構（１１）とを備え、該各機器（１０）
、　（１１）は各々冷媒配管（１２）・・・で冷媒の流
通可能に接続されている。上記室内熱交換器（１０）は
、冷水を循環させるチラ一方式のもので構成してもよい
。

而して、上記南側の室内ユニット（１３）、　（Ｃ）は
互いに冷媒配管（１５）・・・で並列に接続されつつ、
他の冷媒配管（１６）、　（１８）により上記室外ユニ
ット（Ａ）の一方の機器類（１１）に冷媒の循環可能に
接続されて冷媒循環系統（１７）が形成されている。同
様に、西側の室内ユニットＣＤ）、　（Ｅ）も互いに冷
媒配管（１８）・・・で並列に接続されつつ、他の冷媒
配管（１９）、　（１９）により上記室外ユニット（＾
）の他方の機器類（Ｉ）に冷媒の循環可能に接続されて
冷媒循環系統（２０）が形成されている。そして、各冷
媒循環系統（１７）、　（２０）において、室内の冷房
運転時には、四路切換弁（２）を実線の如く切換えて、
冷媒を実線矢印の如く循′ｙＡさせることにより、室内
空気の熱量を室内熱交換器（１０）（蒸発器）で吸熱し
、この吸熱した熱量を室外熱交換器（３）（凝縮器）で
外気に放熱することを繰返して、室内を冷房する一方、
暖房運転時には、四路切換弁（２）を破線の如く切換え
て、冷媒を破線矢印の如く循環させることにより、熱量
の授受を上記とは逆にして、室内を暖房するようにして
いる。

そして、上記一方の冷媒循環系統（１７）において、冷
房運転時の室外熱交換器（３）（凝縮器）下流側には、
冷房能力補償用の熱交換器（２５）が配置されている。

該熱交換器（２５）は、膨張機構（２６）が介設された
冷媒配管（２７）を介して他方の冷媒循環系統（２０）
の室外熱交換器（３）（凝縮器）下流側に接続されてい
ると共に、他の冷媒配管（２８）を介して他方の冷媒循
環系統（２０）の圧縮機（１）吸入側に接続されている
。よって、他方の冷媒循環系統（２０）の室外熱交換器
（３）（凝縮器）下流側の液冷媒の一部を冷媒配管（２
７）から膨張機＠（２６）を経て上記熱交換器（２５）
に流通させた後、冷媒配管（２８）を介して該他方の冷
媒循環系統（２０）の圧縮機（１）吸入側に戻すように
した冷媒回路（３０）が構成されている。また、該冷媒
回路（３０）の冷媒配管（２７）の途中には、該冷媒配
管（２７）を開閉する電磁式の開閉弁（３１）が配置さ
れている。以上により、他方の冷媒循環系統（２０）の
有する熱量を一方の冷媒循環系統（１７）に移動させる
熱移動装置（３２）が構成されている。

同様に、冷房運転時での他方の冷媒循環系統（２０）の
室外熱交換器（３）下流側には、冷房能力補償用の熱交
換器（２５’）が配置され、該熱交換器（２５゜）には
、一方の冷媒循環系統（１７）の室外熱交換器（３）下
流側の冷媒を冷媒配管（２７°）から膨張機構（２６″
）を経て該熱交換器（２５’）に流通させた後、冷媒配
管（２８’）を介して上記一方の冷媒循環系統（１７）
の圧縮機（１）吸入側に戻すようにした冷媒回路（３０
’）が接続されているとともに、該冷媒回路（３０’）
の冷媒配管（２７’）の途中には、電磁開閉弁（３１’
　）が配置されていて、一方の冷媒循環系統（１７）の
有する熱量を他方の冷媒循環系統（２０）に移動させる
熱移動装置（３２’）が構成されている。

而して、上記室外ユニット（Ａ）の２台のインバ。

−タ（７）、　（７）及び２個の開閉弁（３１）、　（
３１’）は、ＣＰＵ等を内蔵するコントローラ（図示せ
ず）により作動制御される。

上記コントローラは、インバータ（７）の制御に関し、
上記南側の室内ユニット（Ｂ）、　（Ｃ）の−組と、西
側の室内ユニット（Ｄ）、（Ｅ）の−組とから各々サー
モ信号を受信し、このサーモ信号に応じて対応するイン
バータ（７）に対して適宜値の周波数設定信号を出力し
、サーモ信号が第２図に示す如く、室温目標値（空温設
定値）Ｔｏに対して室内温度が±０．５℃の範囲内にあ
るホールド信号の場合には周波数設定信号値をそのまま
保持し、サーモ信号がホールド上限値（Ｔｏ　＋０．５
℃）に対して微小デファレンシャルΔｔを有するアップ
信号の場合には、周波数設定信号値を一段上げ、またホ
ールド下限値（Ｔｏ−０，５℃）に対して微小デファレ
ンシャルΔ℃を有するダウン信号の場合には、周波数設
定信号値を一段下げて、サーモ信号に対応するの冷媒循
環系統（１７）、　（２０）内の圧縮機（１）の運転周
波数を該周波数設定信号に応じた周波数にして、その容
量を例えば１００．７５．５０．２５．０％の５段階に
制御する機能を備えている。

次に、上記コントローラによるインバータ（７）。

（７）及び開閉弁（３１）、　（３１’）の作動制御を
第３図の制御フローに基いて説明する。スタートして、
ステップＳ】で一方（南側）の冷媒循環系統（１７）の
サーモ信号の値を判別し、系統内に属する圧縮機（１）
の容量の変更不要時の８０１０時には、直ちにステップ
３ｏ以降に進んで、他方（西側）の冷媒循環系統（２０
）に対する制御を行うこととする。

一方、上記ステップＳ１で圧縮機（１）の容量を増大さ
せるＵＰ時には、ステップＳ２で先ず系統内に属する圧
縮機（１）の能力状態を判別し、１００％運転時（フル
ロード時）でない場合には、ステップＳ３で周波数設定
信号を一段ＵＰＬ、て容量を一段増大させる。また、フ
ルロード時のＹＥＳの場合には、ステップＳ４で同閉弁
（３１’　）の状態を判別し、開閉弁（３１’）が開状
態におるＹＥＳの場合には、液冷媒の一部が他の（西側
の）冷媒循環系統（２０）に循環するのを阻止して自系
統（１７）の冷房能力を増大させるべく、ステップＳ５
で開閉弁（３１’）を開制御する。そして、開閉弁（３
１°）が閉状態にある場合には、ステップＳ６で他（西
側）の冷媒循環系統（２０）の圧縮機（１）の容量状態
を判別し、ぞの容量値がフルロード状態にない場合には
、西側の冷媒循環系統（２０）の能力を有効利用すべく
、ステップＳ７で西側の冷媒循環系統（２０）の圧縮術
（１）の容量を一段ＵＰすると共に、開閉弁（３１）を
開制御して、その液冷媒の一部を冷媒回路（３０）を介
して自系統（１７）内に流通させ、その後にステップＳ
＋＋に進む。

一方、上記ステップＳ１で圧縮機（１）の容量を減少さ
せるＤＯＷＮ時には、ステップＳ８で開閉弁（３１）の
状態を判別し、開状態にあるＹＥＳの場合には、冷房能
力が補供された状態であるので、先ずこの能力補償を解
除すべく、ステップＳ９で開閉弁（３１）を閉制御する
と共に、西側の冷媒循環系統（２０）の圧縮機（１）の
容量を一段減少制御して、ステップＳｏに進む。また、
開閉弁（３１）が閉状態にある。

能力補償状態でない場合には、ステップ３１０で自系統
（１７）内の圧縮機（１）の容量を一段減少制御して、
ステップ３ｎに進む。

そして、ステップ３ｏ以降では、ステップ５２０までの
間で、上記一方の冷媒循環系統（１７）での圧縮機（１
）の容量制御及び開閉弁（３１）の開閉制御と同様の制
御を行って、リターンする。

よって、上記第３図の制御フローにより、一方の冷媒循
環系統（１７又は２０）の圧縮機（１）の能力が最大能
力以上に要求された場合に、他方の冷媒循環系統（２０
又は１７）の圧縮機（１）に能力の余裕があるときには
、該他方の冷媒循環系統（２０又は１７）の圧縮機（１
）の容量を一段増大制御すると共に、開閉弁（３１又は
３１゛）を開制御して、他方の冷媒循環系統（２０又は
１７）の冷房能力でもって一方の冷媒循環系統（１７又
は２０）の冷房能力を補償可能としている。

したがって、上記実施例においては、冷房運転時、各冷
媒循環系統（１７）、（２０）の圧縮機（１）、（１）
は、各々コントローラで、応するサーモ信号に基いて作
動制御されて、各々対応する南側および西側の冷房負荷
が大の場合にはその容量値も増大し、冷房負荷が小の場
合には減少して、室内は良好に冷房空調される。

今、南側の室内ユニット（Ｂ）、　（Ｃ）と、西側の室
内ユニット（Ｄ）、（Ｅ）とでは冷房負荷の大ぎざが時
間毎に異なり、昼間では、第４図に示す如く、南側で大
きく、西側で小さい。このため、昼間では南側に対応す
る冷媒循環系統（１７）の圧縮機（１）の容量値がフル
ロード以上に要求され、西側の冷媒循環系統（２０）で
は中間容量値（例えば５０９６容但値）で足りる場合が
ある。しかし、この場合には、上記中間容ｆｆ１ｌＵの
圧縮機（１）がコントローラにより制御されて、その容
量値が一段増大すると共に、開閉弁（３１）が開制御さ
れる。このことにより、西側の冷媒循環系統（２０）の
室外熱交換器（３）（凝縮器）下流側の液冷媒の一部が
冷媒回路（３０）で膨張機構（２６）を介して南側の冷
媒循環系統（１７）の熱交換器（２５）に流通した後、
該冷媒回路（３０）を介して西側の冷媒循環系統（２０
）の圧縮機（１）吸入側に戻ることを繰返す。その結果
、南側の冷媒循環系統（１７）では、室外熱交換器（３
）を流通した液冷媒が、さらに上記熱交換器（２５）に
流通して冷却されるので、第５図のモリエル線図に示す
ように、冷媒の過冷却度が大きくなるとともに、高圧が
低くなって、この南側の冷媒循環系統（１７）でのエン
タルピが大きくなり、その分、冷房能力が増大すること
になる。よって、他の冷媒循環系統で能力補償される分
だけ、自己の冷媒循環系統の最大能力を低く抑えて、全
体の設備容量を小さくでき、イニシャルコスト及びラン
ニングコストの低減を図ることができる。以上、昼間の
場合について説明したが、夕暮れ時では、逆に西側の冷
媒循環系統（２０）での冷房負荷が増大するので、今度
は南側の冷媒循環系統（１７）の冷房能力でもって西側
の冷媒循環系統（２０）の冷房能力が補償される。

尚、冷房能力を補償する場合、一方の冷媒循環系統が最
大能力にある時に、他の冷媒循環系統の圧縮機（１）に
能力の余裕があれば、開閉弁（３１又は３１°）を開制
御してこれを行ったが、他の冷媒循環系統の圧縮機（１
）の能力状態を判別せずに開閉弁（３１又は３１°）を
開制御してもよい。この場合、他系統の圧縮機（１）が
最大能力の状態におれば、冷房能力の補償はできないが
、その能力状態の検出が省略される分、制御が簡単にな
る。

また、第６図は熱移動装置（３２）、　（３２°）の変
形例を示し、上記実施例では、両冷媒循環系統（１７）
、　（２０）の冷房能力を相互に補償するようにしたの
に代え、冷房能力の補償を相互ではなく、所定の冷媒循
環系統から他の冷媒循環系統への一方向にのみ可能とし
たものである。

つまり、第６図において、室外ユニット（Ａ）内には、
２つのは器類（＋１）、（１）に加えて、該各機器類と
同一構成の＠器類（Ｊ）が設けられているとともに、南
側と西側の室内ユニット（Ｂ）〜（Ｄ）の他に、２台の
室内ユニット（Ｆ）、　（Ｇ）が東側に配置されていて
、該室内ユニット（Ｆ）、　（Ｇ）と室外ユニット（Ａ
）の機器類（Ｊ）とで冷媒循環系統（４５）が形成され
ている。そして、南側、西側及び東側の冷媒循環系統（
１７）、　（２０）、　（４５）の間では、南側での冷
媒熱（冷熱）を西側に移動させる熱移動装置（３２’）
と、西側での冷媒熱（冷熱）を東側に移動させる熱移動
装置（３２°°）と、東側での冷媒熱（冷熱）を南側に
移動させる熱移動装置（３２°°°）とを各々設けて、
所定の２つの冷媒循環系統間で冷房能力の補償を行うよ
うにしたものである。上記熱移動装置（３２°’）、（
３２°°°）は、上記熱移動装置（３２’）と同様に、
各々熱交換器（２５”）、　（２５°゛）と、膨張機構
（２６°’）、（２６°゛°）と、冷媒回路（３０°“
）、　（３０”’）と、開閉弁（３１”）、　（３１”
’）とを備えている。したがって、上記実施例と同様に
各冷媒循環系統の最大能力を可及的に低く抑えて、設備
容量の低減を図ることができる。

尚、以上の説明では、圧縮機（１）の容量をインバータ
（７）で増減制御したが、アンロード機構で容量制御す
る場合は勿論のこと、８圏制御しないものにも同様に適
用できる。この場合、一方の冷媒循環系統の圧縮機の停
止時に、この圧縮機を作動させて、他方の冷媒循環系統
の冷房能力を補償すればよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の空気調和装置によれば、
冷房運転時、一方の冷媒循環系統に対して最大能力以上
の能力が要求されている場合には、他方の冷媒循環系統
の液冷媒でもって上記一方の冷媒循環系統の過冷却度を
大ぎくすると共に高圧を下げて、冷房能力を補償したの
で、各冷媒循環系統の最大能力を可及的に低く抑えつつ
、室内を負荷に応じて快適に冷房空調して、設備容量を
効果的に低減することができ、イニシャルコスト。

ランニングコストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は２つの冷媒循環
系統を備えた空気調和機の冷媒配管系統、第２図はサー
モ信号の説明図、第３図はコントローラの作動を示すフ
ローチャート図、第４図は室内熱交換器を室内の東側、
西側、南側及び北側に配置した場合の時間に対する負荷
の変化の様子の説明図、第５図は冷媒循環系統での能ツ
ク補償の様子を示すモリエル線図、第６図は３つの冷媒
循環系統を備えた場合の熱移動装置の変形例を示す第１
図相当図でおる。 （八）・・・室外ユニット、（Ｂ）〜（Ｇ）・・・室内
ユニット、（１）・・・圧縮別、（３）・・・室外熱交
換器、（１０）・・・室内熱交換器、（１７）、　　（
２０）・・・冷媒循環系統、（２５）〜（２５°°゛）
・・・熱交換器、（２６）〜（２６°°°）・・・膨張
機構、（３０）〜（３０”’）・・・冷媒回路、（３１
）〜（３１°゛。 ）・・・開閉弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮機（１）の冷媒を順次凝縮器（３）、膨張機
   構（１１）、及び蒸発器（１０）に循環させる冷媒循環
   系統（１７）、（２０）を複数備えて、室内の冷房運転
   を行う空気調和装置であつて、所定の２つの冷媒循環系
   統（１７）、（２０）の間には、一方の冷媒循環系統（
   １７又は２０）の凝縮器（３）下流側に配置される熱交
   換器（２５又は２５′）と、他方の冷媒循環系統（２０
   又は１７）の凝縮器（３）下流側の冷媒を膨張機構（２
   ６、２６′）を経て上記熱交換器（２５又は２５′）に
   流通させた後に該他方の冷媒循環系統（２０又は１７）
   の圧縮機（１）に戻す冷媒回路（３０又は３０′）と、
   該冷媒回路（３０又は３０′）に配置される開閉弁（３
   １又は３１′）とからなる熱移動装置（３２又は３２′
   ）が備えられ、上記一方の冷媒循環系統（１７又は２０
   ）の圧縮機（１）の最大能力以上の能力要求時に上記開
   閉弁（３１又は３１′）を開くことにより、他方の冷媒
   循環系統（２０又は１７）の冷房能力で上記一方の冷媒
   循環系統（１７又は２０）の冷房能力を補償可能とした
   ことを特徴とする空気調和装置。