JP6033297B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の室内ユニット（負荷側ユニット）のそれぞれで冷房運転又は暖房運転を実行する運転（以下、冷暖混在運転と称する）が可能な空気調和装置に関し、特に低外気における冷暖混在運転時の能力の低下を抑制し、運転の安定性を向上させるようにした空気調和装置に関するものである。

従来から、冷暖混在運転が可能な空気調和装置が存在する（たとえば、特許文献１参照）。このような空気調和装置は、空気条件や運転負荷に応じて負荷側ユニットを冷房サイクルで運転する、あるいは暖房サイクルで運転するかを判断している。そして、このような空気調和装置は、負荷に応じて適切な冷凍サイクルを選択し、冷暖混在運転を実現している。

特願２００５−３４４９９５号公報（実施の形態１等）

特許文献１に記載されているような空気調和装置では、冷暖混在運転において負荷側ユニットが暖房サイクルで運転する場合、室外熱交換器は蒸発器として機能することになる。従って、熱源側ユニットの周囲温度が低下する場合、蒸発温度も周囲温度に伴い低下する。このとき、冷房運転中の負荷側ユニットの蒸発温度も低下することになる。負荷側ユニットの蒸発温度が０℃以下となると、凍結によって生成された氷により配管が変形し、折損してしまう可能性がある。また、負荷側ユニットに搭載されている熱交換器のフィンで発生した霜が溶けた場合に、ドレンパンで受けきれず水漏れとなってしまう可能性もある。

このような事態を未然に防止するため、負荷側ユニットの液管温度が所定温度以下にまで低下すると負荷側ユニットの運転を強制的に停止するようにした制御（以下、凍結防止制御と称する）が既に存在している。しかしながら、凍結防止制御を実行すると、暖房運転している負荷側ユニットは継続して運転するが、冷房運転している負荷側ユニットについては強制的に運転を停止するため、停止中は空調能力が０になる。この間、ユーザーの快適性が低くなってしまうという課題があった。また、停止と起動とを繰り返すことで、運転状態も不安定となり、継続して能力を発揮できないという課題もあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、凍結防止制御を実行することなく、低外気における冷暖混在運転時の能力の低下を抑制し、運転の安定性を向上させるようにした空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器が搭載された少なくとも１台の熱源側ユニットと、前記熱源側ユニットに対して並列に接続され、絞り装置及び室内熱交換器が搭載された複数台の負荷側ユニットと、を接続した冷暖同時運転が可能な空気調和装置であって、前記熱源ユニットと前記負荷側ユニットとの間に介在し、前記負荷側ユニットの運転状況に応じて冷媒の流れを切り替える冷媒制御ユニットと、前記冷媒制御ユニットから前記熱源ユニットへ冷媒を流通させる接続配管と、前記熱源側ユニット内の前記接続配管に設けられ、前記負荷側ユニットから前記室外熱交換器への冷媒の流れを調整する開閉弁と、前記熱源側ユニット内の前記接続配管に設けられ、前記開閉弁と並列に設けられた熱源側絞り装置と、前記接続配管に設けられ、前記負荷側ユニットの蒸発温度を検知する温度センサーと、前記開閉弁の開閉、前記熱源側絞り装置の開度を少なくとも制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記複数の負荷側ユニットによる冷暖同時運転時の暖房負荷が多い暖主運転モード時であって、冷房運転をしている前記負荷側ユニットの液管温度が凍結防止制御となる温度範囲となる条件においては、前記開閉弁を閉止し、前記温度センサーにより検知された冷房要求の負荷側ユニットの蒸発温度が目標温度より高いときは前記熱源側絞り装置の開度を大きくして、前記温度センサーにより検知された冷房要求の負荷側ユニットの蒸発温度が目標温度より低いときは前記熱源側絞り装置の開度を小さくすることを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置によれば、特に冷暖混在運転時の暖主運転モード中において、熱源側絞り装置の開度によって負荷側ユニットの液管温度を適正な範囲に制御することができるので、凍結防止制御を実行することなく、低外気における冷暖混在運転時の能力の低下を抑制し、運転の安定性を向上できる。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の全暖運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の暖主運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置が実行する複数の負荷側ユニットによる冷暖同時運転時の暖房負荷が多い暖主運転モード時の制御処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の全冷房運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷主運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置５００の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図１に基づいて、空気調和装置５００の冷媒回路構成について説明する。この空気調和装置５００は、たとえばビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷暖混在運転を実行できるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

空気調和装置５００は、熱源側ユニット１００と、複数台（図１では２台）の負荷側ユニット３００（負荷側ユニット３００ａ、３００ｂ）と、冷媒制御ユニット２００と、を有している。冷媒制御ユニット２００は、熱源側ユニット１００と負荷側ユニット３００との間に設置され、冷媒の流れを切り換えることで、負荷側ユニット３００のそれぞれで冷房運転あるいは暖房運転を実行させるようになっている。この空気調和装置５００では、熱源側ユニット１００と冷媒制御ユニット２００とが２本の配管（高圧配管４０２、低圧配管４０１）で、冷媒制御ユニット２００と負荷側ユニット３００とが２本の配管（液管４０４（液管４０４ａ、４０４ｂ）、ガス管４０３（ガス管４０３ａ、４０３ｂ））で、接続され冷凍サイクルを形成している。

［熱源側ユニット１００］
熱源側ユニット１００は、負荷側ユニット３００に冷熱又は温熱を供給する機能を有している。

熱源側ユニット１００には、圧縮機１と、流路切替手段である四方切替え弁２と、室外熱交換器３と、アキュムレータ４と、が直列に接続されてメインの冷媒回路を構成するように搭載されている。また、熱源側ユニット１００には、負荷側ユニット３００の要求にかかわらず、冷媒制御ユニット２００に流入させる冷媒の流れを一定方向にすることができるように、逆止弁５ａ、逆止弁５ｂ、逆止弁５ｃ、逆止弁５ｄ、第１接続配管１１０、第２接続配管１１１が搭載されている。さらに、熱源側ユニット１００には、絞り装置（熱源側絞り装置）６、開閉弁７が搭載されている。

圧縮機１は、低温・低圧のガス冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧のガス冷媒とし、系内に冷媒を循環させることによって空調運転させるものである。圧縮機１は、たとえば容量制御可能なインバータタイプの圧縮機等で構成するとよい。ただし、圧縮機１を容量制御可能なインバータタイプの圧縮機ものに限定するものではなく、一定速のタイプの圧縮機や、またインバータタイプと一定速タイプと組み合わせた圧縮機であってもよい。

四方切替え弁２は、圧縮機１の吐出側に設けられ、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流路を切替えるものであり、室外熱交換器３が運転モードに応じて蒸発器もしくは凝縮器として機能するよう、冷媒の流れを制御している。

室外熱交換器３は、熱媒体（たとえば、周囲空気や水等）と冷媒との間で熱交換を行ない、暖房運転時には蒸発器として冷媒を蒸発・ガス化し、冷房運転時には凝縮器（放熱器）として冷媒を凝縮・液化させるものである。室外熱交換器３は、一般的には、図では省略されているファン合わせて構成され、ファンの回転数によって凝縮能力又は蒸発能力が制御される。

アキュムレータ４は、圧縮機１の吸入側に設けられ、余剰冷媒を貯留する機能と液冷媒とガス冷媒とを分離する機能とを有している。

第１接続配管１１０は、逆止弁５ａの下流側における高圧配管４０２と逆止弁５ｂの下流側における低圧配管４０１とを接続するものである。第２接続配管１１１は、逆止弁５ａの上流側における高圧配管４０２と逆止弁５ｂの上流側における低圧配管４０１とを接続するものである。なお、第２接続配管１１１と高圧配管４０２との合流部を合流部ａ、第１接続配管１１０と高圧配管４０２との合流部を合流部ｂ（合流部ａより下流）、第２接続配管１１１と低圧配管４０１との合流部を合流部ｃ、第１接続配管１１０と低圧配管４０１との合流部を合流部ｄ（合流部ｃより下流）として図示している。

逆止弁５ｂは、合流部ｃと、合流部ｄとの間に設けられており、冷媒制御ユニット２００から熱源側ユニット１００への方向のみに冷媒の流れを許容する。逆止弁５ａは、合流部ａと、合流部ｂとの間に設けられており、熱源側ユニット１００から冷媒制御ユニット２００への方向のみに冷媒の流れを許容する。逆止弁５ｃは、第１接続配管１１０に設けられており、合流部ｄから合流部ｂの方向へのみに冷媒の流れを許容する。逆止弁５ｄは、第２接続配管１１１に設けられており、合流部ｃから合流部ａの方向へのみに冷媒の流れを許容する。

開閉弁７は、熱源側ユニット１００内において室外熱交換器３の上流（図では逆止弁５ｄの上流側における第２接続配管１１１）に設けられており、開閉が制御されることで冷媒を導通したりしなかったりするものである。すなわち、開閉弁７は、開閉が制御されることで冷媒制御ユニット２００から室外熱交換器３への冷媒流れを調整する。
絞り装置６は、開閉弁７と並列に設けられており、開度が制御されることで冷媒流量を調整するものである。すなわち、絞り装置６は、開度が制御されることで負荷側配管温度、具体的には室内熱交換器２２（室内熱交換器２２ａ、２２ｂ）の蒸発温度を任意の範囲に調整する。

熱源側ユニット１００には、圧縮機１から吐出された冷媒の圧力を検知する高圧センサー１３１、圧縮機１に吸入される冷媒の圧力を検知する低圧センサー１３２、圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検知する吐出温度センサー１３３、アキュムレータ４に流入する冷媒の温度を検知する流入配管温度センサー１３４、が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報（温度情報及び圧力情報）は、空気調和装置５００の動作を制御する制御装置８に送られ、圧縮機１の駆動周波数や、図示省略の送風機の回転数、四方切替え弁２の切り替え、開閉弁７の開閉、絞り装置６の開度の制御に利用されることになる。

［冷媒制御ユニット２００］
冷媒制御ユニット２００は、熱源側ユニット１００と負荷側ユニット３００との間に介在し、負荷側ユニット３００の運転状況に応じて冷媒の流れを切り替えるものである。なお、図１では、「冷媒制御ユニット２００」に備えられているいくつかの機器の符号の後に「ａ」又は「ｂ」を付加して図示している。これは、後に説明する「負荷側ユニット３００ａ」に接続しているか、「負荷側ユニット３００ｂ」に接続しているか、を表している。そして、以下の説明においては、符号の後に付加した「ａ」、「ｂ」を省略する場合があるが、その場合は「負荷側ユニット３００ａ」又は「負荷側ユニット３００ｂ」に接続されているいずれの機器も含んで説明していることは言うまでもない。

冷媒制御ユニット２００は、高圧配管４０２及び低圧配管４０１で熱源側ユニット１００のそれぞれと接続し、液管４０４及びガス管４０３で負荷側ユニット３００のそれぞれと接続している。冷媒制御ユニット２００には、気液分離器１１と、第１開閉弁１２（第１開閉弁１２ａ、１２ｂ）と、第２開閉弁１３（第２開閉弁１３ａ、１３ｂ）と、第１絞り装置１４と、第２絞り装置１５と、第１冷媒熱交換器１６と、第２冷媒熱交換器１７と、が搭載されている。また、冷媒制御ユニット２００には、第２冷媒熱交換器１７の一次側（第１絞り装置１４を経由した冷媒が流れる側）の下流側における配管を分岐し、低圧配管４０１に接続させた接続配管１２０が設けられている。

気液分離器１１は、高圧配管４０２に設けられ、高圧配管４０２を流れてくる二相冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離する機能を有している。気液分離器１１で分離されたガス冷媒は接続配管１２１を介して第１開閉弁１２に、液冷媒は第１冷媒熱交換器１６に、それぞれ供給される。

第１開閉弁１２は、運転モードごとに負荷側ユニット３００への冷媒の供給を制御するためのものであり、接続配管１２１とガス管４０３との間に設けられている。つまり、第１開閉弁１２は、一方が気液分離器１１に、他方が負荷側ユニット３００の室内熱交換器２２に、それぞれ接続されており、開閉が制御されることで、冷媒を導通したりしなかったりするものである。

第２開閉弁１３も、運転モードごとに負荷側ユニット３００への冷媒の供給を制御するためのものであり、ガス管４０３と低圧配管４０１との間に設けられている。つまり、第２開閉弁１３は、一方が低圧配管４０１に、他方が負荷側ユニット３００の室内熱交換器２２に、それぞれ接続されており、開閉が制御されることで、冷媒を導通したりしなかったりするものである。

第１絞り装置１４は、気液分離器１１と液管４０４とを接続する配管、つまり第１冷媒熱交換器１６と第２冷媒熱交換器１７との間に設けられており、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第１絞り装置１４は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御装置や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

第２絞り装置１５は、接続配管１２０において第２冷媒熱交換器１７の二次側における上流側に設けられており、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第２絞り装置１５は、第１絞り装置１４と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御装置や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

第１冷媒熱交換器１６は、一次側（気液分離器１１で分離された液冷媒が流れる側）を流れる冷媒と、二次側（接続配管１２０において第２絞り装置１５を経由した後に第２冷媒熱交換器１７から流出した冷媒が流れる側）を流れる冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。

第２冷媒熱交換器１７は、一次側（第１絞り装置１４の下流側）を流れる冷媒と、二次側（第２絞り装置１５の下流側）を流れる冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。

第１絞り装置１４、第２絞り装置１５、第１冷媒熱交換器１６及び第２冷媒熱交換器１７を冷媒制御ユニット２００に搭載することによって、第１冷媒熱交換器１６及び第２冷媒熱交換器１７によってメイン回路（一次側）を流れる冷媒と接続配管１２０（二次側）を流れる冷媒との間で熱交換を行い、メイン回路を流れる冷媒の過冷却をとれるようになっている。第２絞り装置１５の開度によって、第２冷媒熱交換器１７の一次側出口において適正な過冷却がとれるようバイパス量を制御するようになっている。

冷媒制御ユニット２００には、第２絞り装置１５と第２冷媒熱交換器１７の二次側入口との間における冷媒配管（接続配管１２０）の温度を検知する温度センサー１８、第１冷媒熱交換器１６の二次側の下流における接続配管１２０の温度を検知する温度センサー１９が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報（温度情報）は、空気調和装置５００の動作を制御する制御装置８に送られて、各種アクチュエーターの制御に利用される。つまり、温度センサー１８、温度センサー１９からの情報は、冷媒制御ユニット２００に設けられている開閉弁（第１開閉弁１２、第２開閉弁１３）の開閉、各絞り装置（第１絞り装置１４、第２絞り装置１５）の開度等の制御に利用されることになる。

［負荷側ユニット３００］
負荷側ユニット３００は、熱源側ユニット１００からの冷熱又は温熱の供給を受けて冷房負荷又は暖房負荷を担当するものである。なお、図１では、「負荷側ユニット３００ａ」に備えられている各機器の符号の後に「ａ」を付加し、「負荷側ユニット３００ｂ」に備えられている各機器の符号の後に「ｂ」を付加して図示している。そして、以下の説明においては、符号の後の「ａ」、「ｂ」を省略する場合があるが、負荷側ユニット３００ａ、負荷側ユニット３００ｂのいずれにも各機器が備えられていることは言うまでもない。

負荷側ユニット３００には、室内熱交換器２２（室内熱交換器２２ａ、２２ｂ）と、室内絞り装置２１（室内絞り装置２１ａ、２１ｂ）とが、直列に接続されて搭載されている。また、室内熱交換器２２に空気を供給するための図示省略の送風機を設けるとよい。ただし、室内熱交換器２２が、冷媒と水等の冷媒とは異なる熱媒体とで熱交換を実行するものであってもよい。

室内熱交換器２２は、熱媒体（たとえば、周囲空気や水等）と冷媒との間で熱交換を行ない、暖房運転時には凝縮器（放熱器）として冷媒を凝縮・液化し、冷房運転時には蒸発器として冷媒を蒸発・ガス化させるものである。室内熱交換器２２は、一般的には、図では省略されているファンを合わせて構成され、ファンの回転数によって凝縮能力又は蒸発能力が制御される。

室内絞り装置２１は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この室内絞り装置２１は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御装置や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。

負荷側ユニット３００には、室内絞り装置２１と室内熱交換器２２との間における冷媒配管の温度を検知する温度センサー２４（温度センサー２４ａ、２４ｂ）、室内熱交換器２２と第１開閉弁１２及び第２開閉弁１３との間における冷媒配管の温度を検知する温度センサー２３（温度センサー２３ａ、２３ｂ）、が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報（温度情報）は、空気調和装置５００の動作を制御する制御装置８に送られて、各種アクチュエーターの制御に利用される。つまり、温度センサー２３及び温度センサー２４からの情報は、負荷側ユニット３００に設けられている室内絞り装置２１の開度、図示省略の送風機の回転数等の制御に利用されることになる。

なお、圧縮機１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して圧縮機１を構成することができる。さらに、空気調和装置５００に使用する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。

図１では、空気調和装置５００の動作を制御する制御装置８を熱源側ユニット１００に搭載した場合を例に示しているが、冷媒制御ユニット２００、又は、負荷側ユニット３００のいずれかに設けるようにしてもよい。また、制御装置８を、熱源側ユニット１００、冷媒制御ユニット２００、及び、負荷側ユニット３００の外部に設けるようにしてもよい。また、制御装置８を機能に応じて複数に分けて、熱源側ユニット１００、冷媒制御ユニット２００、負荷側ユニット３００のそれぞれに設けるようにしてもよい。この場合、各制御装置を無線又は有線で接続し、通信可能にしておくとよい。

空気調和装置５００が実行する運転動作について説明する。
空気調和装置５００においては、例えば室内に設置されたリモートコントローラなどからの冷房運転要求、暖房運転要求を受信し空調運転するが、それらの要求に応じて４つの運転モードが存在する。４つの運転モードとしては、全ての負荷側ユニット３００が全て冷房運転要求である全冷運転モード、冷房運転要求と暖房運転要求が混在しており、かつ冷房運転により処理すべき負荷が多いと判断される冷主運転モード、冷房運転要求と暖房運転要求が混在しており、かつ暖房運転により処理すべき負荷が多いと判断される暖主運転モード、全ての負荷側ユニット３００が全て暖房運転要求である全暖運転モードがある。

以下、外気温度に影響されて蒸発温度が低下し、室外熱交換器３が蒸発器として動作する全暖運転モードと暖主運転モードについて説明する。

［全暖房運転モード］
図２は、空気調和装置５００の全暖運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図２に基づいて、空気調和装置５００の全暖房運転モード時の運転動作について説明する。

低温・低圧の冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方切替え弁２を通り、逆止弁５ｃを介して高圧配管４０２へ流れる。この冷媒は、その後、熱源側ユニット１００から流出する。熱源側ユニット１００から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒制御ユニット２００の気液分離器１１を経由し、接続配管１２１を通って第１開閉弁１２に至る。第１開閉弁１２は開放、第２開閉弁１３は閉止しておき、高温・高圧のガス冷媒はガス管４０３を通って負荷側ユニット３００へ至る。

負荷側ユニット３００に流入したガス冷媒は、室内熱交換器２２（室内熱交換器２２ａ及び室内熱交換器２２ｂ）に流入する。室内熱交換器２２は凝縮器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して凝縮、液化する。このとき冷媒が周囲に放熱することによって室内等の空調対象空間は暖房される。その後、室内熱交換器２２から流出した液冷媒は、室内絞り装置２１（室内絞り装置２１ａ及び室内絞り装置２１ｂ）で減圧され、負荷側ユニット３００から流出する。

室内絞り装置２１で減圧された液冷媒は、液管４０４（液管４０４ａ及び液管４０４ｂ）を流れ、冷媒制御ユニット２００に流入する。冷媒制御ユニット２００に流入した液冷媒は、第２絞り装置１５を介して接続配管１２０を経由して低圧配管４０１に至る。低圧配管４０１を流れる冷媒は、冷媒制御ユニット２００から流出した後、熱源側ユニット１００に戻る。

全暖運転モード時、開閉弁７は開放されており、絞り装置６は閉止されている。熱源側ユニット１００に戻った冷媒は、開閉弁７と逆止弁５ｄを介して室外熱交換器３に至る。室外熱交換器３は蒸発器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して冷媒は蒸発、ガス化する。その後、室外熱交換器３から流出した冷媒は、四方切替え弁２を経由してアキュムレータ４へ流入する。そして、アキュムレータ４内の冷媒を圧縮機１が吸入し、系内を循環させることで冷凍サイクルが成り立っている。以上の流れで、空気調和装置５００は全暖房運転モードを実行する。

なお、空気調和装置５００に与えられた運転要求として、冷房運転と暖房運転が混在しており、かつ暖房運転により処理すべき負荷の方が大きいと判断される場合、暖主運転モードによる運転モードとなる。

［暖房主体運転モード］
図３は、空気調和装置５００の暖主運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図３に基づいて、空気調和装置５００の暖主運転モード時の運転動作について説明する。ここでは、負荷側ユニット３００ａから暖房要求、負荷側ユニット３００ｂから冷房要求があったときの暖主運転モードを説明する。なお、暖房要求のある負荷側ユニット３００ａまでの冷媒の流れは全暖運転モード時と同じであるため説明を省略する。

液管４０４ａを経由した液冷媒は、第２冷媒熱交換器１７によって過冷却をつけられ、液管４０４ｂを経由して冷房要求のある負荷側ユニット３００ｂに至る。負荷側ユニット３００ｂに流入した冷媒は、室内絞り装置２１ｂで減圧される。室内絞り装置２１ｂで減圧された冷媒は、室内熱交換器２２ｂに流入する。室内熱交換器２２ｂは蒸発器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して蒸発、ガス化する。このとき冷媒が周囲から吸熱することによって室内は冷房される。その後、負荷側ユニット３００ｂから流出した冷媒は、第２開閉弁１３ｂを介し、接続配管１２０を流れる。この冷媒は、第２冷媒熱交換器１７で過冷却をとるために第１絞り装置１４と第２絞り装置１５を介して接続配管１２０を流れてきた冷媒と合流し、低圧配管４０１に至る。

暖主運転モード時、開閉弁７は開放されており、絞り装置６は閉止されている。この場合には、冷媒制御ユニット２００を流出し、熱源側ユニット１００に流入した冷媒は、開閉弁７、逆止弁５ｄを経由して室外熱交換器３へ流入する。室外熱交換器３は蒸発器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して冷媒は蒸発、ガス化する。その後、四方切替え弁２を経由してアキュムレータ４へ流入する。アキュムレータ４内の冷媒を圧縮機１が吸入し、系内を循環させることで冷凍サイクルが成り立つ。以上の流れで、空気調和装置５００は暖主房運転モードを実行する。

このとき、蒸発温度は室内熱交換器２２の周囲温度に影響を受け、周囲温度で蒸発、ガス化するために蒸発温度は周囲温度よりも低い値となっている。例えば周囲温度がマイナス５度となっていれば、蒸発温度はマイナス５度よりも低い値、例えばマイナス１１度程度になる。室内熱交換器２２から室外熱交換器３までの経路において絞り回路がなく、説明のため配管長が充分短く、第１開閉弁１２、第２開閉弁１３による圧力損失が無視できるとすれば、室内熱交換器２２の蒸発温度は室外熱交換器３の蒸発温度と等しくなる。つまり、外気温度の低下とともに室内熱交換器２２の蒸発温度も低下するため、凍結防止制御が働くこととなる。

そこで、次に絞り装置６を使った空気調和装置５００が実行する室内熱交換器２２の蒸発温度制御について説明する。

暖主運転モード時であって、冷房運転をしている負荷側ユニット３００の液管温度が凍結防止制御となる温度範囲となる条件においては、開閉弁７を閉止し、絞り装置６を開く。上述したように、絞り装置６は可変の絞りであるリニア膨張弁が望ましいが、電磁弁と毛細管の組合せであったり、開閉弁の組合せであったりによるものであってもよく、絞り量を調整できる機構であればよい。制御装置８は、室内熱交換器２２ｂの蒸発温度を温度センサー２４により検知し、凍結防止範囲とならない温度になるよう絞り装置６の絞り量を調整する。

このとき冷房要求のある負荷側ユニット３００が１台であれば直接温度センサー２４を検知することができるが、一般的に冷房要求のある負荷側ユニット３００は複数台であることが多い。そこで、冷媒制御ユニット２００の温度センサー１８を各負荷側ユニット３００の蒸発温度の代表値とする。温度センサー１８の位置は必ずしも第２絞り装置１５と第２冷媒熱交換器１７の間である必要はなく、負荷側ユニット３００が合流して低圧配管４０１に至る接続配管１２０上であればよい。また、温度による絞り装置６の絞り量制御ではなく、接続配管１２０上に圧力センサーを備えることで、圧力検知による調整とすることもできる。

図４は、空気調和装置５００が実行する複数の負荷側ユニット３００による冷暖同時運転時の暖房負荷が多い暖主運転モード時の制御処理の流れを示すフローチャートである。図４に基づいて、暖主運転モード時であって、冷房運転をしている負荷側ユニット３００の液管温度が凍結防止制御となる温度範囲となる条件での開閉弁７及び絞り装置６の制御の一例について説明する。なお、このとき、制御装置８は、開閉弁７を閉制御している。

複数の負荷側ユニット３００による冷暖同時運転時の暖房負荷が多い暖主運転モード時において、制御装置８は、変更量（開度差）ΔＸを演算する（ステップＳ１０１）。変更量ΔＸは、低圧センサー１３２から演算される飽和温度Ｔｅ０、温度センサー１９の検知温度Ｔｅ、温度センサー１９の目標温度Ｔｅｍによって、絞り装置６の開度Ｘに対する変更量（開度差）として求められる。なお、負荷側ユニット３００の室内熱交換器２２が凍結しないよう絞り装置６の開度Ｘを制御すればよく、冷媒制御ユニット２００、低圧配管４０１、及びガス管４０３における圧力損失の影響を考慮して目標温度Ｔｅｍを決めればよい。冷媒制御ユニット２００、低圧配管４０１、及びガス管４０３における圧力損失が充分小さいとすれば、Ｔｅｍが配管の凍結温度（＝０℃）以上となるよう、例えばＴｅｍ＝１とすることができる。

Ｔｅ＝Ｔｅｍでない場合（ステップＳ１０２；Ｎ）、制御装置８は、ＴｅとＴｅｍを比較する（ステップＳ１０３）。そして、Ｔｅ＞Ｔｅｍの場合（ステップＳ１０３；Ｙ）、制御装置８は、絞り装置６の開度を大きくして差圧を大きくする必要があるからΔＸ＞０とする（ステップＳ１０４）。反対に、Ｔｅ＜Ｔｅｍの場合（ステップＳ１０）、制御装置８は、絞り装置６の開度を小さくして差圧を小さくΔＸ＜０する（ステップＳ１０５）。このとき、ΔＸの演算としては、目標温度Ｔｅｍとの温度差（Ｔｅｍ−Ｔｅ）に応じた開度で絞り装置６を開く制御が考えられる。

以上のように、空気調和装置５００では、特に冷暖混在運転時において負荷側ユニット３００の温度が保護領域に入らないように絞り装置６の開度を適正に制御するので、凍結防止制御に入ることを回避でき、低外気における冷暖混在運転時の能力の低下を抑制し、運転の安定性を向上させることができる。

なお、実施の形態では、熱源側ユニット１００が１台、冷媒制御ユニット２００が１台、負荷側ユニット３００が２台の例を示したが、各ユニットの台数を特に限定するものではない。また、実施の形態では、本発明を空気調和装置５００に適用した場合を例に説明したが、冷凍システムをはじめとする冷凍サイクルを用いて冷媒回路を構成する他のシステムにも本発明を適用することができる。さらに、冷房運転中の圧力損失を低減するため、図示した位置に開閉弁７及び絞り装置６を接続することが望ましいが、合流部ｃの上流側における低圧配管４０１に設けるようにしてもよい（図５及び図６参照）。

［全冷房運転モード］
図５は、空気調和装置５００の全冷房運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図５に基づいて、空気調和装置５００の全冷房運転モード時の運転動作について簡単に説明する。

低温・低圧の冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方切替え弁２を通り、室外熱交換器３へ流れる。室外熱交換器３は凝縮器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して凝縮、液化する。その後、室外熱交換器３から流出した液冷媒は、高圧配管４０２を通って、逆止弁５ａを経て、熱源側ユニット１００から流出する。

熱源側ユニット１００から流出した高圧液冷媒は、冷媒制御ユニット２００の気液分離器１１を経由し、第１冷媒熱交換器１６の一次側に流入する。第１冷媒熱交換器１６の一次側に流入した液冷媒は、第１冷媒熱交換器１６の二次側を冷媒によって過冷却をつけられる。この過冷却度が大きくなった液冷媒は、第１絞り装置１４にて中間圧まで絞られる。その後、この液冷媒は、第２冷媒熱交換器１７に流れ、さらに過冷却度を大きくする。それから、この液冷媒は、分流して、一部が液管４０４ａ、４０４ｂを流れ、冷媒制御ユニット２００から流出する。

冷媒制御ユニット２００から流出した液冷媒は、負荷側ユニット３００ａ、３００ｂに流入する。負荷側ユニット３００ａ、３３０ｂに流入した液冷媒は、室内絞り装置２１ａ、２１ｂにて絞られ、低温の気液二相冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器２２ａ、２２ｂに流入する。室内熱交換器２２ａ、２２ｂは蒸発器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して蒸発、ガス化する。このとき冷媒が周囲から吸熱することによって室内は冷房される。その後、負荷側ユニット３００ａ、３００ｂから流出した冷媒は、第２開閉弁１３ａ、１３ｂを介し、第２冷媒熱交換器１７で過冷却をとるために第１絞り装置１４と第２絞り装置１５を介して接続配管１２０を流れてきた冷媒と合流し、低圧配管４０１に至る。

低圧配管４０１を流れる冷媒は、冷媒制御ユニット２００から流出した後、熱源側ユニット１００に戻る。熱源側ユニット１００に戻ったガス冷媒は、逆止弁５ｂ、四方切替え弁２、アキュムレータ４を介して圧縮機１に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置５００は全冷房運転モードを実行する。すなわち、全冷房運転時においては、第２接続配管１１１に冷媒が流入しない回路構成となっている。そのため、開閉弁７及び絞り装置６を第２接続配管１１１に設けるようにしておくことが望ましいということが分かる。

［冷房主体運転モード］
図６は、空気調和装置５００の冷主運転モード時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図６に基づいて、空気調和装置５００の冷主運転モード時の運転動作について説明する。ここでは、負荷側ユニット３００ａから冷房要求、負荷側ユニット３００ｂから暖房要求があったときの冷主運転モードを説明する。

低温・低圧の冷媒が圧縮機１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方切替え弁２を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は凝縮器として働いているので、冷媒は、周囲の空気と熱交換して凝縮、二相化する。その後、室外熱交換器３から流出した気液二相冷媒は、高圧配管４０２を通って、逆止弁５ａを経て、熱源側ユニット１００から流出する。

熱源側ユニット１００から流出した気液二相冷媒は、冷媒制御ユニット２００の気液分離器１１に流入する。気液分離器１１に流入した気液二相冷媒は、気液分離器１１でガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は、気液分離器１１から流出した後、接続配管１２１に流入する。接続配管１２１に流入したガス冷媒は、第１開閉弁１２ｂを介して、ガス管４０３ｂを流れ、負荷側ユニット３００ｂに流入する。負荷側ユニット３００ｂに流入したガス冷媒は、室内熱交換器２２ｂで周囲に放熱することで空調空間を暖房するとともに、自身は凝縮・液化し、室内熱交換器２２ｂから流出する。室内熱交換器２２ｂから流出した液冷媒は、室内絞り装置２１ｂで中間圧力まで絞られる。

室内絞り装置２１ｂで絞られた中間圧力の液冷媒は、液管４０４ｂを流れ、気液分離器１１で分離され、第１冷媒熱交換器１６、第１絞り装置１４を経由してきた液冷媒と合流してから、第２冷媒熱交換器１７に流入する。第２冷媒熱交換器１７に流入した液冷媒は、さらに過冷却度を大きくして、液管４０４ａを流れ、冷媒制御ユニット２００から流出する。冷媒制御ユニット２００から流出した液冷媒は、負荷側ユニット３００ａに流入する。負荷側ユニット３００ａに流入した液冷媒は、室内絞り装置２１ａにて絞られ、低温の気液二相冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器２２ａに流入し、周囲から熱を奪うことで空調空間を冷房するとともに、自身は蒸発・気化し、室内熱交換器２２ａから流出する。

室内熱交換器２２ａから流出したガス冷媒は、ガス管４０３ａを流れて負荷側ユニット３００ａから流出した後、冷媒制御ユニット２００に流入する。冷媒制御ユニット２００に流入した冷媒は、第２開閉弁１３ａを介し、第２冷媒熱交換器１７で過冷却をとるために第１絞り装置１４と第２絞り装置１５を介して接続配管１２０を流れてきた冷媒と合流し、低圧配管４０１に至る。

低圧配管４０１を流れる冷媒は、冷媒制御ユニット２００から流出した後、熱源側ユニット１００に戻る。熱源側ユニット１００に戻ったガス冷媒は、逆止弁５ｂ、四方切替え弁２、アキュムレータ４を介して圧縮機１に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置５００は冷主運転モードを実行する。すなわち、冷主運転時においては、第２接続配管１１１に冷媒が流入しない回路構成となっている。そのため、開閉弁７及び絞り装置６を第２接続配管１１１に設けるようにしておくことが望ましいということが分かる。

１ 圧縮機、２ 四方切替え弁、３ 室外熱交換器、４ アキュムレータ、５ａ 逆止弁、５ｂ 逆止弁、５ｃ 逆止弁、５ｄ 逆止弁、６ 絞り装置（熱源側絞り装置）、７ 開閉弁、８ 制御装置、１１ 気液分離器、１２ 第１開閉弁、１２ａ 第１開閉弁、１２ｂ 第１開閉弁、１３ 第２開閉弁、１３ａ 第２開閉弁、１３ｂ 第２開閉弁、１４ 第１絞り装置、１５ 第２絞り装置、１６ 第１冷媒熱交換器、１７ 第２冷媒熱交換器、１８ 温度センサー、１９ 温度センサー、２１ 室内絞り装置、２１ａ 室内絞り装置、２１ｂ 室内絞り装置、２２ 室内熱交換器、２２ａ 室内熱交換器、２２ｂ 室内熱交換器、２３ 温度センサー、２３ａ 温度センサー、２３ｂ 温度センサー、２４ 温度センサー、２４ａ 温度センサー、２４ｂ 温度センサー、１００ 熱源側ユニット、１１０ 第１接続配管、１１１ 第２接続配管、１２０ 接続配管、１２１ 接続配管、１３１ 高圧センサー、１３２ 低圧センサー、１３３ 吐出温度センサー、１３４ 流入配管温度センサー、２００ 冷媒制御ユニット、３００ 負荷側ユニット、３００ａ 負荷側ユニット、３００ｂ 負荷側ユニット、４０１ 低圧配管、４０２ 高圧配管、４０３ ガス管、４０３ａ ガス管、４０３ｂ ガス管、４０４ 液管、４０４ａ 液管、４０４ｂ 液管、５００ 空気調和装置、ａ 合流部、ｂ 合流部、ｃ 合流部、ｄ 合流部。

Claims (2)

1. 圧縮機、室外熱交換器が搭載された少なくとも１台の熱源側ユニットと、
   前記熱源側ユニットに対して並列に接続され、絞り装置及び室内熱交換器が搭載された複数台の負荷側ユニットと、を接続した冷暖同時運転が可能な空気調和装置であって、
   前記熱源ユニットと前記負荷側ユニットとの間に介在し、前記負荷側ユニットの運転状況に応じて冷媒の流れを切り替える冷媒制御ユニットと、
   前記冷媒制御ユニットから前記熱源ユニットへ冷媒を流通させる接続配管と、
   前記熱源側ユニット内の前記接続配管に設けられ、前記負荷側ユニットから前記室外熱交換器への冷媒の流れを調整する開閉弁と、
   前記熱源側ユニット内の前記接続配管に設けられ、前記開閉弁と並列に設けられた熱源側絞り装置と、
   前記接続配管に設けられ、前記負荷側ユニットの蒸発温度を検知する温度センサーと、
   前記開閉弁の開閉、前記熱源側絞り装置の開度を少なくとも制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の負荷側ユニットによる冷暖同時運転時の暖房負荷が多い暖主運転モード時であって、冷房運転をしている前記負荷側ユニットの液管温度が凍結防止制御となる温度範囲となる条件においては、
   前記開閉弁を閉止し、
   前記温度センサーにより検知された冷房要求の負荷側ユニットの蒸発温度が目標温度より高いときは前記熱源側絞り装置の開度を大きくして、
   前記温度センサーにより検知された冷房要求の負荷側ユニットの蒸発温度が目標温度より低いときは前記熱源側絞り装置の開度を小さくする
   ことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記制御装置は、
   前記負荷側ユニットのそれぞれから流出し、合流した冷媒の温度及び圧力の少なくとも１つを用いて前記熱源側絞り装置の開度を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。

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