(57)【要約】  【課題】  室内毎に暖房、冷房を同時に行う際に、その全体的な冷暖負荷のバランスによらず、発生する能力がそれぞれ低下しなうようにする。  【解決手段】  圧縮機３６、四方弁３７、第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１、室外膨張弁３３が冷媒配管で接続された室外機２５と、複数の室内機と、が配管接続された凍サイクルをを備えた冷暖同時マルチ空気調和機において、第１室外熱交換器３０及び第２室外熱交換器３１に送風を行うプロペラファン３４と、室外機の前面となるように配置された第１室外熱交換器３０と、第１室外熱交換器３０に対して送風方向の背面となるように配置された第２室外熱交換器３１と、を備え、第１室外熱交換器３０を凝縮器、第２室外熱交換器３１を蒸発器として運転を行う。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、四方弁、第１室外熱交換器、第２室外熱交換器、室外膨張弁が冷媒配管で接続された室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器を有した複数の室内機と、が配管接続された凍サイクルを備え、複数台の前記室内機の各々を冷房、暖房に設定して運転が可能とされた冷暖同時マルチ空気調和機において、
前記第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に送風を行うプロペラファンと、
前記室外機の前面となるように配置された前記第１室外熱交換器と、
前記第１室外熱交換器に対して前記送風方向の背面となるように配置された前記第２室外熱交換器と、
を備え、前記第１室外熱交換器を凝縮器、前記第２室外熱交換器を蒸発器として運転を行うことを特徴とする冷暖同時マルチ空気調和機。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記第１室外熱交換器を主凝縮器、前記第２室外熱交換器を前記主凝縮器に比べて冷媒流量を小さくし、かつ低圧状態とした従蒸発器として運転を行うことを特徴とする冷暖同時マルチ空気調和機。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記第２室外熱交換器を主蒸発器、前記第１室外熱交換器を前記主蒸発器に比べて冷媒流量を小さくした従凝縮器として運転を行うことを特徴とする冷暖同時マルチ空気調和機。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記第２室外熱交換器を主蒸発器、前記第１室外熱交換器を前記主蒸発器に比べて冷媒流量を小さくした従凝縮器として運転を行い、前記第１室外熱交換器に設けられた前記室外膨張弁の開度を制御することを特徴とする冷暖同時マルチ空気調和機。
【請求項５】
圧縮機、四方弁、第１室外熱交換器、第２室外熱交換器、室外膨張弁が冷媒配管で接続された室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器を有した複数の室内機と、が配管接続された凍サイクルを備え、複数台の前記室内機の各々を冷房、暖房に設定して運転が可能とされた冷暖同時マルチ空気調和機において、
前記第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に送風を行うプロペラファンと、
前記第２室外熱交換器の前面及び背面を囲うように配置された前記第１室外熱交換器と、を備え、前記第２室外熱交換器を凝縮器とし、前記第１室外熱交換器を蒸発器として運転を行うことを特徴とする冷暖同時マルチ空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の熱交換器を有する室外機によって、室内毎に暖房、冷房を同時に行うことを可能とした冷暖同時マルチ空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示すように室外機に二つの熱交換器を設け上下あるいは左右に配置し、冷暖同時運転の際には、熱交換器の一方を凝縮器として用い、他方を低圧状態かつ冷媒を充分流さない従蒸発器として使用し、冷暖同時運転を行うことが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３０８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、室外機に二つの熱交換器を設けるために、室外機を小型でコンパクトなものとするには、それぞれの熱交換器の大きさが制約される。したがって、一方を主凝縮器、他方を従蒸発器として運転した際に、冷房能力は充分発揮出来るが暖房能力は低下したり、逆に一方を主蒸発器、他方を従凝縮器とした際に、暖房能力は充分発揮出来るが、冷房能力は低下したりする。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、室内毎に暖房、冷房を同時に行う際に、その全体的な冷暖負荷のバランスによらず、発生する能力がそれぞれ低下しなうようにすることにある。また、冷暖同時マルチ空気調和機に使用される室外機をよりコンパクトなものにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明は、圧縮機、四方弁、第１室外熱交換器、第２室外熱交換器、室外膨張弁が冷媒配管で接続された室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器を有した複数の室内機と、が配管接続された凍サイクルをを備え、複数台の前記室内機の各々を冷房、暖房に設定して運転が可能とされた冷暖同時マルチ空気調和機において、前記第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に送風を行うプロペラファンと、前記室外機の前面となるように配置された前記第１室外熱交換器と、前記第１室外熱交換器に対して前記送風方向の背面となるように配置された前記第２室外熱交換器と、を備え、前記第１室外熱交換器を凝縮器、前記第２室外熱交換器を蒸発器として運転を行うものである。
【０００７】
また、上記のものにおいて、前記第１室外熱交換器を主凝縮器、前記第２室外熱交換器を前記主凝縮器に比べて冷媒流量を小さくし、かつ低圧状態とした従蒸発器として運転を行うことが望ましい。  
さらに、上記のものにおいて、前記第２室外熱交換器を主蒸発器、前記第１室外熱交換器を前記主蒸発器に比べて冷媒流量を小さくした従凝縮器として運転を行うことが望ましい。
【０００８】
さらに、上記のものにおいて、前記第２室外熱交換器を主蒸発器、前記第１室外熱交換器を前記主蒸発器に比べて冷媒流量を小さくした従凝縮器として運転を行い、前記第１室外熱交換器に設けられた前記室外膨張弁の開度を制御することが望ましい。
【０００９】
さらに、本発明は、圧縮機、四方弁、第１室外熱交換器、第２室外熱交換器、室外膨張弁が冷媒配管で接続された室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器を有した複数の室内機と、が配管接続された凍サイクルをを備え、複数台の前記室内機の各々を冷房、暖房に設定して運転が可能とされた冷暖同時マルチ空気調和機において、前記第１室外熱交換器及び第２室外熱交換器に送風を行うプロペラファンと、前記第２室外熱交換器の前面及び背面を囲うように配置された前記第１室外熱交換器と、を備え、前記第２室外熱交換器を凝縮器とし、前記第１室外熱交換器を蒸発器として運転を行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷暖同時運転を行う空気調和機において、従となる熱交換器からの放熱あるいは吸熱を主となる熱交換器で回収あるいは熱交換するので、室内毎に暖房、冷房を同時に行っても、その全体的な冷暖負荷のバランスによらず、発生する能力が低下せず、バランスの取れた信頼性の高い冷暖同時運転を行う事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
昨今のビル空調の熱負荷の増加及び空気調和器の使用方法の複雑化に伴い、その利用部（室内）の加熱や冷却を同時に行う冷暖同時運転を行える空気調和機が多くなっている。そして、例えば図５に示す冷暖同時マルチ空気調和機の冷凍サイクルのブロック図において、室外機２５の第１室外熱交換器３０を主凝縮器、第２室外熱交換器３１を従蒸発器とした場合の熱交換器状態を冷房主体、逆に第２室外熱交換器３１を主蒸発器、第１室外熱交換器３０を従凝縮器とした場合を暖房主体と呼んでいる。
【００１２】
冷暖同時マルチ室外機では熱授受の観点より、利用部の冷房能力と利用部の暖房能力が、室外熱交換器の熱授受を介して、図３の冷凍サイクルの圧力-能力線図に示すように冷房熱交換量１２と暖房熱交換量９が釣り合っている。しかし、外気温が低下かつ暖房室内機容量が大きいような暖房負荷が特に大きくなる場合、暖房主体にしても、主蒸発器である第２室外熱交換器３１の面積が小さければ蒸発器自体の容量が小さいため、暖房能力が充分でない場合が生じる。また、従凝縮器となる第１室外熱交換器３０では、暖房能力を補うため冷媒を完全に遮断して、つまり膨張弁を全閉にすると、従凝縮器に冷媒が寝込み、冷媒不足運転となる。そのため、膨張弁３２は微開にせざるを得ないが、そのため僅かながらでも外気に冷媒熱量を放出してしまい暖房能力が不足する。
【００１３】
さらに暖房能力の増加が望まれる場合、冷房負荷は大きくないと判断し、冷房能力の低下を招いてでも暖房能力を増加させるため、第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１を蒸発器として用いる。しかしながら、この熱交換器の使用法では、冷凍サイクルとしての合計の蒸発器が大きくなるため、冷房室内機の能力が不足する状態となる。さらに、外気温が高い状態にて、冷暖同時運転を行う場合、殆どの室内機が冷房運転を行っているにもかかわらず、例えば、小容量室内機一台だけが暖房運転を行うような場合、冷房主体モードとならざるを得ないが、主凝縮器となる第２室外熱交換器３１の面積は第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１を共に凝縮器として使う時と比べて約半分であるため冷房能力が低下する。具体的には、室外機容量が１０馬力、接続される室内機が１０馬力であり、９馬力室内機が冷房運転を行い、１馬力室内機が暖房運転の場合、蒸発器が９馬力であるにもかかわらず、室外機の主凝縮器が約５馬力でしか対応出来ず、不釣合いとなり、冷房能力は低下する。
【００１４】
図５において、室外機２５は、圧縮機３６、四方弁３７、室外熱交換器として第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１、室外膨張弁３２、３３が冷媒配管で接続され、室内膨張弁４０、４１及び室内熱交換器３８、３９を有した複数の室内機２６、２７が並列に配管接続され、冷凍サイクルを構成している。圧縮機３６は駆動周波数が可変とされ、四方弁３７は冷媒の循環方向を正逆に転換させる。第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１にはファンモータ３５で駆動されるプロペラファン３４で送風が行われる。また、第１室外熱交換器３０、第２室外熱交換器３１は、実際には図１に示すように、室外機の前面（上図で上方向）に第１室外熱交換器３０を主凝縮器、背面に第２室外熱交換器３１を従蒸発器として配置され、冷房主体の運転がなされる。
【００１５】
冷暖同時運転では図３に示すように室内の冷房熱交換量１２と暖房熱交換量９に偏りがある際、その差分の熱交換量を室外機で補っている。そして、冷房主体時（左図）は、室内側の凝縮器熱交換量１０が小さい場合に行われ、室外側の凝縮器熱交換量９を発生させ熱量を釣り合わせる。一方、暖房主体時（右図）は室内側蒸発器熱交換量１７が小さい時に行われ、室外側の蒸発器熱交換量１６を発生させ熱量を釣り合わせる。
【００１６】
図４は、室外機と室内機の接続例を示し、１０馬力室外機２５に２馬力室内暖房機２６、２７、２８、４馬力室内冷房機２９が接続されている。図４のような冷房負荷と暖房負荷に大きな偏りがある際にも、図３に示す室外熱交換器の熱交換量１６は室内暖房負荷１５に必要なだけを有し、必要以上に熱交換させないことが、暖房能力を確保しつつ冷房能力も低下させない効率の良い運転となる。
【００１７】
図４のように冷房負荷と暖房負荷に大きな偏りがあり、室外熱交換器の熱交換量をある程度必要とし、かつ、従蒸発器となる第１室外熱交換器３０だけでは蒸発器熱交換量１６が不足であり、二つの室外熱交換器を主蒸発器として全面で使用するには蒸発器熱交換量１６が過剰であるという場合、つまり、室外機熱交換器容量が１０馬力であり、室外機の主凝縮器容量が５馬力、従蒸発器容量が５馬力という状態において、室内暖房運転機容量が６馬力、冷房運転機容量が４馬力の場合を考える。
【００１８】
図７は従来の二つの熱交換器が上下に配置された状態での室外熱交換器の使用状態（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を示し、Ｃが主凝縮器１９、ｅが従蒸発器２０、ｃが従凝縮器２１、Ｅが主蒸発器２２、２３、２４として使用されていることを示している。図７（Ｃ）のように２つの熱交換器を蒸発器１０馬力として用いることは、暖房機６馬力に対し必要以上に室外熱交換容量１６を大きくすることとなり、その結果、室内冷房能力１７が不足状態となる。しかし、逆に（Ｂ）のように一方の熱交換器を５馬力の蒸発器として使用しても蒸発器熱交換量１６が不足し、暖房能力１５を低下させる。
【００１９】
本実施例では図６のように室外機に二つの熱交換器を上下に配置するのでなく、図１のように前面に従凝縮器となる第１室外熱交換器３０、背面に主蒸発器となる第２室外熱交換器３１ようにプロペラファン３４の送風に対して並列させて配置している。そして、従凝縮器にて放熱される熱量１４（図３の右図）を主蒸発器で吸熱させる。これにより、主蒸発器での熱交換量を小さく保ちつつ熱交換性能１６を増加して必要量を確保できる。
【００２０】
さらに、暖房主体時に、従凝縮器となる第１室外熱交換器３０に付随された電子膨張弁３２の開度を制御することで、従凝縮器に流れる冷媒量を調整すれば、室外凝縮器熱交換量１４の大きさを調節したことになる。その結果、放熱した室外凝縮器熱交換量１４の熱交換の相手である室外蒸発器熱交換量１６の大きさを制御したことになり、様々な室内冷房負荷と暖房負荷バランスに対応が可能となる。
【００２１】
次に、制御方法についてより具体的に説明する。  
従来、暖房主体時、図７（Ｂ）のように下側熱交換器がＥ主蒸発器２２、上側がｃ従凝縮器２１として運転され、暖房負荷が大きくなると図７（Ｃ）のように上下の熱交換器がＥ主蒸発器２３、２４となるように移行する。このとき制御因子は主として圧縮機運転周波数Ftと圧縮機吐出圧力Pdであり、式１に示すように圧縮機運転周波数Ftが大きいにも関わらず、圧縮機吐出圧力Pdが暖房負荷に応じて要求される圧縮機吐出圧力Pdoよりも低い場合には、図７（Ｂ）から図７（Ｃ）の熱交形態へ移行して蒸発器を大きくすることで、蒸発圧力Psを高め、要求暖房能力を満たすように制御している。  
Ｆｔ≧Ｆｔmax  かつ  Ｐｄ＜Ｐｄｏ−Ａ    …（式１）  
ここで、従来は図７（Ｂ）において不足暖房能力が小さく、これを補うのに必要な室外蒸発器容量は図７（Ｂ）より大きく図７（Ｃ）未満である場合においても、式１にて図７（Ｂ）から図７（Ｃ）へ移行せざるを得ない。
【００２２】
しかし、本実施例においては、図１の熱交換器の使用形態のように従凝縮器の放熱分１４を主蒸発器で回収するので、室外蒸発器の能力を抑えつつ、目標Pdへ制御することが可能となる。さらに、電子膨張弁３２の開度の制御により、従凝縮器と主蒸発器の熱交換量を調節し、その結果Pdを制御することができ、冷房能力を低下させること無く、暖房能力を確保することが可能となる。 
冷房主体時、例えば冷房運転機容量が９馬力、暖房運転機容量が１馬力の場合、主凝縮器が５馬力相当であるために冷房機に対して容量不足である。この場合、図２のように主凝縮器となる第２室外熱交換器３１の前面及び背面を囲うように従蒸発器となる第１室外熱交換器３０を配置し、従蒸発器３０が室外蒸発器熱交換量１１として吸熱した冷風を主凝縮器３１と熱交換させる。これにより、主凝縮器３１における熱交換量１０が増加し、結果として、冷房室内機の冷房能力１２が増加する。
【００２３】
以上、冷房の能力を保持したいため、暖房主体として運転するが、図１に示すように、従凝縮器３０からの放熱が主蒸発器３１で回収出来るように、前面に従凝縮器３０、背面に主蒸発器３１を配置する事によって暖房能力を増加させ、かつ冷房能力は２つの熱交を蒸発器として用いる図７（Ｃ）よりも低下させない。そのため、従来の図６のように熱交換器を上下に分割した場合、あるいは左右に分割した場合に比べて、冷房能力を保持したまま暖房能力を増加出来る。さらに、熱交換器の全面積を有効に利用できるので、冷暖同時マルチ空気調和機に使用される室外機をよりコンパクトなものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態における室外機の熱交換器配置を示す上面図及び側面図。
【図２】他の実施の形態における室外機の熱交換器配置を示す上面図及び側面図。
【図３】一実施の形態における冷房主体モード及び暖房主体モードにおける冷凍サイクルの圧力-能力線図。
【図４】一実施の形態における室外機と室内機の接続例を示すブロック図。
【図５】一実施の形態における冷暖同時マルチ空気調和機を示すブロック図。
【図６】従来の室外機の熱交換器配置を示す上面図及び側面図。
【図７】室外熱交換器の使用状態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２５】
２５…室外機、３０…第１室外熱交換器、３１…第２室外熱交換器、３４…プロペラファン、３５…ファンモータ、９…室外凝縮器熱交換量、１０…室内凝縮器熱交換量、１１…室外蒸発器熱交換量、１２…室内蒸発器熱交換量、１３…圧縮機入力、１４…室外凝縮器熱交換量、１５…室内凝縮器熱交換量、１６…室外蒸発器熱交換量、１７…室内蒸発器熱交換量、１８…圧縮機入力、３２、３３…室外機膨張弁、３６…圧縮機、３７…四方弁、３８、３９…室内熱交換器、４０、４１…室内機膨張弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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