(57)【要約】【課題】本発明はマルチ空気調和機を提供する。【解決手段】圧縮機から吐き出された冷媒の流動流路を制御する流路制御バルブと、一方が前記流路制御バルブと連通する室外熱交換器と、一端が前記流路制御バルブと、前記室外熱交換器とを連通する第１パイプに連結し、他端が前記室外熱交換器の他端に連結される第２パイプに連結される第１バイパス管と、前記第１バイパス管を経由する冷媒の量を制御する流量調節バルブを含めてなる室外機と、室内熱交換器と室内電子膨張バルブがそれぞれ備えられた多数の室内機と、前記流路制御バルブの制御によって前記室外機と連結された二つの配管のうち、いずれか一つを介して流れ込んだ冷媒を運転モードによって前記各室内機に選択的に分配して流動させた後、他の一つの配管を介して室外機に送る分配器と、前記分配器へ流れ込む冷媒の気相／液相混合比を測定して前記流量調節バルブの開度を制御する制御手段とを含めてなる。【選択図】　　　図１
2004020191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から吐き出された冷媒の流動流路を制御する流路制御バルブと、
側方が前記流路制御バルブと連通する室外熱交換器と、
一端が前記流路制御バルブと、前記室外熱交換器とを連通する第１パイプと連結し、他端が前記室外熱交換器の他端と連結する第２パイプに連結される第１バイパス管と、
前記第１バイパス管に提供され、前記第１バイパスを経由する冷媒の量を制御する流量調節バルブを含めてなる室外機と、
室内熱交換器と室内電子膨張バルブがそれぞれ備えられ、多数のルームにそれぞれ設けられる室内機と、
前記流路制御バルブの制御によって前記室外機と連結された二つの配管のうち、いずれか一つを介して流れ込んだ冷媒を運転モードによって前記各室内機に選択的に分配して流動させた後、他の一つの配管を介して前記室外機に送る分配器と、また、
前記第１バイパス管と前記室外熱交換器をそれぞれ経由した後、合流して前記分配器へ流れ込む冷媒の気相／液相混合比を測定して前記流量調節バルブの開度を制御することにより前記混合比を調整する制御手段と
を含めてなることを特徴とするマルチ空気調和機。
【請求項２】
前記運転モードは、
全てのルームを冷房する第１運転モードと、
全てのルームを暖房する第２運転モードと、
多数のルームを冷房し、少数のルームを暖房する第３運転モードと、また、
多数のルームを暖房し、少数のルームを冷房する第４運転モードと
を含めてなる請求項１に記載のマルチ空気調和機。
【請求項３】
前記分配器は、一端が前記流路制御バルブと連結された第４パイプと、
一端が前記室外熱交換器と連結された第２パイプにより前記室外機と連通されることを特徴とする請求項２に記載のマルチ空気調和機。
【請求項４】
前記流路制御バルブは、
前記圧縮機のインレットと連通する第１ポートと、
前記第１パイプに連結される第２ポートと、
一端が前記圧縮機のアウトレットに連結される第３パイプの他端と連結される第３ポートと、また、
前記第４パイプの一端が連結される第４ポートを含めてなることを特徴とする請求項３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項５】
前記流路制御バルブは、
前記第１及び第３運転モードにおいて、前記圧縮機のアウトレットと前記第１パイプとを連通すると共に、前記第３及び第４パイプをも連通することを特徴とする請求項４に記載のマルチ空気調和機。
【請求項６】
前記流路制御バルブは、
前記第２及び第４運転モードにおいて、前記圧縮機のアウトレットと前記第４パイプとを連通すると共に、前記１及び第３パイプをも連通することを特徴とする請求項４に記載のマルチ空気調和機。
【請求項７】
前記室内機は、前記第３パイプに設けられるアキュームレータを更に含めてなることを特徴とする請求項３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記室外熱交換器と前記第１バイパスをそれぞれ経由した後、合流して流動する気相／液相混合冷媒の温度を測定できるように前記第２パイプに設けられる温度センサーと、また、
前記温度センサーによって測定された冷媒温度と、既に設定された冷媒温度とを比較して配管内の気相／液相冷媒混合比を検出し、検出された混合比が前記各運転条件で必要とされる既に設定された混合比と等しくなるように前記流量制御バルブの開度を制御するマイコンとを含めてなることを特徴とする請求項３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項９】
前記流路制御バルブは、第１、第２及び第４運転モードにおいて全閉され、前記第３運転モードにおいて前記マイコンによってその開度が制御されることを特徴とする請求項８に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１０】
前記室外機は、
前記室外熱交換器の他端と前記第１バイパス管の他端との間の第２パイプに設けられる第１電子膨張バルブと、また、
前記第１電子膨張バルブと並列で設けられ、前記室外熱交換器から前記分配器側へ流れる冷媒だけを流動させる第１チェックバルブと
を更に含めてなることを特徴とする請求項３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１１】
前記第１電子膨張バルブは、
前記第１及び第３の運転モードにおいて、全閉され、前記第２及び第４モードにおいて前記分配器側から前記室外熱交換器側に流動する冷媒を膨張させるように制御することを特徴とする請求項１０に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１２】
前記分配器は、
前記室外機から流れ込んだ気相冷媒は暖房を行う室内機の室内熱交換器側に流動させ、前記室外機から流れ込んだ液相冷媒は冷房を行う室内機の電子膨張バルブ側に流動させ、前記室外機を経由した冷媒を更に室外機に流動させるものの、各ルーム別に暖房と冷房を個別的に行う場合には、暖房を行う室内機を経由しつつ液化された冷媒を冷房を行う室内機の電子膨張バルブ側に再び流動させた後、前記室外機に流動させることを特徴とする請求項３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１３】
前記分配器は、
前記第２パイプから流れ込む気相混合冷媒を気相と液相冷媒にそれぞれ分離するように前記第２パイプと連結する気液分離器と、
前記室外機から流れ込んだ冷媒を室内機に案内し、前記室外機から流れ込んだ冷媒を前記室外機に案内する分配器配管と、また、
前記分配器配管内を流れる冷媒の流れを前記各運転モードに適合させて制御できるように前記分配器配管に設けられるバルブ部と
を含めてなることを特徴とする請求項１２に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１４】
前記分配器配管は、
前記気液分離器の気体ポートに連結する気相冷媒管と、
前記気液分離器の液体ポートに連結する液相冷媒管と、
前記液相冷媒管からそれぞれ分岐して、前記各室内電子膨張バルブに連結する液相冷媒分岐管と、
前記気相冷媒管からそれぞれ分岐して前記各室内熱交換器と連結する気相冷媒分岐管と、また、
前記各気相冷媒分岐管からそれぞれ分岐して、前記第４パイプに連結する連結管と
を含めてなることを特徴とする請求項１３に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１５】
前記分配器は、
一端が前記液体ポートと隣接した位置の前記液相冷媒管とに連結され、
他端が前記気体モードと隣接した位置の前記気相冷媒管とに連結される第２バイパス管と、
前記バイパス管の一端と前記液体モードとの間の液相冷媒管に設けられ、冷媒を前記液体ポート側から前記液相冷媒分岐管側にだけ流動させる第２チェックバルブと、また、
前記第２バイパス管に設けられる第２電子膨張バルブを更に含めてなることを特徴とする請求項１４に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１６】
前記第２電子膨張バルブは、
前記第１及び第３運転モードで全閉され、前記第２及び第４運転モードで冷媒を膨張させるように制御されることを特徴とする請求項１５に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１７】
前記バルブは、
前記各気相冷媒分岐管と、各液相冷媒分岐管と、各連結管にそれぞれ設けられる多数のオンーオフバルブと
を含めてなることを特徴とする請求項１４に記載のマルチ空気調和機。
【請求項１８】
前記暖房を行う室内機の室内電子膨張バルブが全開して冷媒を通過させ、冷房を行う室内機の室内電子膨張バルブは冷媒が膨張するように制御されることを特徴とする請求項１に記載のマルチ空気調和機、
【請求項１９】
（ａ）圧縮機から吐き出された気相冷媒の一部を室外熱交換器で凝縮し、他の一部をバイパスを介して気相状態で流動させた後、前記凝縮された液相冷媒と気相冷媒とを合わせる段階と、
（ｂ）一体になった気相／液相混合冷媒の温度を測定する段階と、
（ｃ）測定された冷媒の温度から冷媒の気相／液相混合比を検出する段階と、
（ｄ）前記検出された混合比が該当運転モードに必要とされる既に設定された混合比と等しくなるように前記気相冷媒の量を調節する段階とを含めてなるマルチ空気調和機の制御方法。
【請求項２０】
前記（ｃ）段階は、既に設定された冷媒の温度別冷媒混合比のデータと、前記測定された温度とを比較して冷媒の混合比を検出する方法からなることを特徴とする請求項１９に記載のマルチ空気調和機。
【請求項２１】
前記（ｄ）段階は、前記バイパスに設けられた流量調節バルブの開度を調整することにより前記バイパスを介して流動する気相冷媒の量を調節する方法からなることを特徴とする請求項１９に記載のマルチ空気調和機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機に関するもので、特に、室外機配管構造及び冷媒の混合比を制御する構造が改善されたマルチ空気調和機及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気調和機は、住居空間、レストラン、又は事務室などの室内空間を冷暖房するための装置である。最近多数のルームに区切られた室内空間をより効率的に冷房又は暖房するためのマルチ空気調和機の開発が持続的に成されている。
かかるマルチ空気調和機は、一台の室外機に多数の室内機が連結されていて各々の室内機が各ルームに設けられる。前記マルチ空気調和機は暖房と冷房とのうち、いずれか一つの運転モードで動作して室内の空気を暖房或いは冷房させる。
【０００３】
しかしながら、室内に区切られた多数のルームのうち、一部のルームは暖房だけが必要となり、他のルームは冷房を必要とする場合にも、機器が冷房モード或いは暖房モードで一律に運転されるので、このような要求に応じられないという限界があった。
【０００４】
例えば、ビルディングにおいては、ルーム位置や時間によって温度差が発生するのが当然である。即ち、ビルディングの北側面のルームは暖房を必要とする反面、南側面のルームは太陽のため冷房を必要とするが、かかる要求に応じられないという不具合があった。また、電算室を備えた場合にも、夏季だけではなく、冬季にも電算設備の発熱負荷を解決するために常時冷房を必要としているが、かかる要求に応じられないという不具合があった。
【０００５】
前記問題を解決するために、機器動作中に、同時に各ルームを個別的に空気調和させる必要がある。即ち、暖房を要するルームにはこれに設けられた室内機で暖房モードが作動するようにし、これと同時に冷房を要するルームにはこれに設けられた室内機で冷房モードを作動させることができる冷／暖房同時型マルチ空気調和機の開発が求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、各ルームの特性に合わせて暖房と冷房を同時にそれぞれ行なえ、室外機の構造が極めて簡単なマルチ空気調和機を提供することが目的である。
【０００７】
本発明の他の目的は、全室を冷房する運転と、多数室を冷房し、少数室を暖房する運転で気液分離器に流れ込む冷媒の気液混合比を最適化して空気調和効率を向上させ得るマルチ空気調和機の運転制御方法を提供することが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明によるマルチ空気調和機は、圧縮機から吐き出された冷媒の流動流路を制御する流路制御バルブと、側方が前記流路制御バルブと連通する室外熱交換器と、一端が前記流路制御バルブと、前記室外熱交換器を連通する第１パイプと連結され、他端が前記室外熱交換器の他端と連結される第２パイプに連結される第１バイパス管と、前記第１バイパス管に提供され、前記第１バイパスを経由する冷媒の量を制御する流量調節バルブを含めてなる室外機と、室内熱交換器と室内電子膨張バルブがそれぞれ備えられ多数のルームにそれぞれ設けられる室内機と、前記流路制御バルブの制御によって前記室外機と連結された二つの配管のうち、いずれか一つを介して流れ込んだ冷媒を運転モードによって前記各室内機に選択的に分配して流動させた後、他の一つの配管を介して前記室外機に送る分配器と、また、前記第１バイパス管と前記室外熱交換器をそれぞれ経由した後一体となって、前記分配器に流れ込む冷媒の気相／液相混合比を測定して前記流量調節バルブの開度を制御することにより前記混合比を調整する制御手段とを含めてなることを特徴とする。
【０００９】
前記運転モードは、全てのルームを冷房する第１運転モードと、全てのルームを暖房する第２運転モードと、多数のルームを冷房し、少数のルームを暖房する第３運転モードと、また、多数のルームを暖房し少数のルームを冷房する第４運転モードとを含めてなることが望ましい。
【００１０】
前記分配器は、一端が前記流路制御バルブに連結された第４パイプと、一端が前記室外熱交換器に連結された第２パイプにより前記室外機と連通されることが望ましい。
【００１１】
前記流路制御バルブは、前記圧縮機のインレットと連通する第１ポートと、
前記第１パイプと連結される第２ポートと、一端が前記圧縮機のアウトレットと連結される第３パイプの他端に連結される第３ポートと、また、前記第４パイプの一端が連結される第４ポートを含めてなることが望ましい。
【００１２】
前記流路制御バルブは、前記第１及び第３運転モードにおいて、前記圧縮機のアウトレットと前記第１パイプとを連通すると共に、前記第３及び第４パイプをも連通することが望ましく、前記第２及び第４運転モードにおいては、前記圧縮機のアウトレットと前記第４パイプとを連通させ、同時に前記１及び第３パイプを連通させることが望ましい。
【００１３】
前記室内機は、前記第３パイプに設けられるアキュームレータを更に含めてなることが望ましい。
【００１４】
前記制御手段は、前記室外熱交換器と前記第１バイパスをそれぞれ経由した後、一体となって流動する気相／液相混合冷媒の温度を測定できるように前記第２パイプに設けられる温度センサーと、また、前記温度センサーによって測定された冷媒温度と既に設定された冷媒温度とを比較して配管内の気相／液相冷媒混合比を検出し、検出された混合比が前記各運転条件で必要とされる既に設定された混合比と等しくなるように前記流量制御バルブの開度を制御するマイコンとを含めてなることが望ましく、前記流路制御バルブは、第１、第２及び第４運転モードにおいて全閉され、前記第３運転モードにおいて前記マイコンによってその開度が制御されることが望ましい。
【００１５】
前記室外機は、前記室外熱交換器の他端と前記第１バイパス管の他端との間の第２パイプに設けられる第１電子膨張バルブ、また、前記第１電子膨張バルブに並列で設けられ、前記室外熱交換器において前記分配器側に流動する冷媒だけを流動させる第１チェックバルブを更に含めてなることが望ましい。
【００１６】
前記第１電子膨張バルブは、前記第１及び第３の運転モードにおいて、全閉され、前記第２及び第４モードにおいて前記分配器側から前記室外熱交換器側に流動する冷媒を膨張させるように制御されることが望ましい。
【００１７】
前記分配器は、前記室外機から流れ込んだ気相冷媒を暖房を行う室内機の室内熱交換器側に流動させ、前記室外機から流れ込んだ液相冷媒は冷房を行う室内機の電子膨張バルブ側に流動させ、前記室外機を経由した冷媒は更に室外機に流動させ、各ルーム別に暖房と冷房を個別的に行う場合には暖房を行う室内機を経由しつつ液化された冷媒を冷房を行う室内機の電子膨張バルブ側に再び流動させた後、前記室外機に流動させることが望ましい。
【００１８】
前記分配器は、前記第２パイプから流れ込む気相混合冷媒を気相と液相冷媒にそれぞれ分離するように、前記第２パイプと連結される気液分離器と、前記室外機から流れ込んだ冷媒を室内機に案内し、前記室外機から流れ込んだ冷媒を前記室外機に案内する分配器配管と、また、前記分配器配管内を流れる冷媒の流れを前記各運転モードに適合に制御できるように前記分配器配管に設けられるバルブ部とを含めてなることが望ましい。
【００１９】
前記分配器配管は、前記気液分離器の気体ポートに連結される気相冷媒管と、
前記気液分離器の液体ポートに連結される液相冷媒管と、前記液相冷媒管からそれぞれ分岐して前記各室内電子膨張バルブと連結される液相冷媒分岐管と、前記気相冷媒管からそれぞれ分岐して前記各室内熱交換器と連結される気相冷媒分岐管と、また、前記各気相冷媒分岐管からそれぞれ分岐して前記第４パイプに連結される連結管とを含めてなることが望ましい。
【００２０】
前記分配器は、一端が前記液体ポートと隣接した位置の前記液相冷媒管に連結され、他端が前記気体モートと隣接した位置の前記気相冷媒管に連結される第２バイパス管と、前記バイパス管の一端と前記液体モート間の液相冷媒管に設けられ、冷媒を前記液体ポート側から前記液相冷媒分岐管側にだけ流動させる第２チェックバルブと、また、前記第２バイパス管に設けられる第２電子膨張バルブを更に含めてなることが望ましい。
【００２１】
前記第２電子膨張バルブは、前記第１及び第３運転モードで全閉され、前記第２及び第４運転モードで冷媒を膨張させるように制御されることが望ましい。
【００２２】
前記バルブは、前記各気相冷媒分岐管と、各液相冷媒分岐管と、各連結管にそれぞれ設けられる多数のオンーオフバルブとを含めてなることが望ましい。
【００２３】
前記暖房を行う室内機の室内電子膨張バルブが全開されて冷媒を通過させ、冷房を行う室内機の室内電子膨張バルブは冷媒が膨張するように制御されることが望ましい。
【００２４】
尚、本発明の目的を達成するために、他の実施例によると、（ａ）圧縮機から吐き出された気相冷媒の一部を室外熱交換器で凝縮し、他の一部をバイパスを介して気相状態で流動させた後、前記凝縮された液相冷媒と気相冷媒とを合わせる段階と、（ｂ）一体になった気相／液相混合冷媒の温度を測定する段階と、（ｃ）測定された冷媒の温度から冷媒の気相／液相混合比を検出する段階と、（ｄ）前記検出された混合比が該当運転モードに必要とされる既に設定された混合比と等しくなるように前記気相冷媒の量を調節する段階とを含めてなることを特徴とする。
【００２５】
前記（ｃ）段階は、既に設定された冷媒の温度別冷媒混合比のデータと、前記測定された温度とを比較して冷媒の混合比を検出する方法からなることが望ましく、前記（ｄ）段階は、前記バイパスに設けられた流量調節バルブの開度を調整することにより前記バイパスを介して流動する気相冷媒の量を調節する方法からなることが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
本実施例を説明するにあたり、同一構成については同一名称および符号が使用され、これによる付加的な説明は下記にて省略される。
【００２７】
本発明の一実施例による空気調和機は、図１に示されたように室外機Ａ、分配器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ：Ｂ）及び多数の室内機（Ｃ：Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）を含めてなる。前記室外機Ａには、圧縮機１と、室外熱交換器２などが設けられ、前記分配器Ｂには気液分離器１０と分配器配管２０とが設けられる。また、各室内機Ｃには室内熱交換器６２と室内電子膨張バルブ６１がそれぞれ設けられる。
【００２８】
このように、構成された空気調和機は第１運転モード−全室を冷房する運転と、
第２運転モード−全室を暖房する運転と、第３運転モード−多数室を冷房し少数室を暖房する運転と、第４運転モード−多数室を暖房し少数室を冷房する運転のそれぞれの運転モードによる各室内機（Ｃ；Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）とが設けられた各ルームの内部空間を、独立してそれぞれ冷房するか暖房するように構成し、その一実施例の詳しい構成について図１を参照して説明する。
【００２９】
説明の便宜のために後に述べる図面符号２２は２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、２４は２４ａ、２４ｂ、２４ｃを、２５は２５ａ、２５ｂ、２５ｃを、３０は３０ａ、３０ｂ、３０ｃを６１は６１ａ、６１ｂ、６１ｃを６２は６２ａ、６２ｂ、６２ｃをＣはＣ１、Ｃ２、Ｃ３を示す。また、各ルームの個数が変動されることによって室内機Ｃの個数及びこれに関連する各構成要素の個数もまた、共に変動することは当然であり、本発明の明細書では説明の便宜のためにルームが三つの場合、即ち、室内機Ｃが三つの場合に仮定して説明する。
【００３０】
先ず、室外機Ａの構成について詳しく説明する。構成の説明に先立って、前記室外機Ａの設計時に考慮しなければならない、いくつかの事項について簡単に説明する。前記第１運転モード又は第３運転モードで運転される時、冷媒は前記室外熱交換器２を経由して前記気液分離器１０に流れ込む。この時、空気調和の効率を向上させるためにはその運転モードによって前記冷媒の混合比、即ち、気相冷媒と液相冷媒の混合比を最適化することが望ましい。
【００３１】
これは、前記第１運転モードでは、全ての室内機Ｃが全てのルームを冷房するので気液分離器１０に流れ込む冷媒の状態が殆ど凝縮された状態の液体状態であればであるほど、冷房のために多数の室内機Ｃ全体を効果的に稼動させ得るからである。また、第３運転モードでは多数の室内機Ｃのうち、一部の室内機が室内を冷房させ他の一部は室内を暖房させるため、前記気液分離器１０に流れ込む冷媒の気体／液体混合比が既に設定された混合比を満たしてのみ多数台の室内機Ｃ全体を効果的に稼動させるからである。
【００３２】
ここで、前記既に設定された混合比は、冷房用室内機の数と暖房用の室内機の数、暖房用室内機を経て冷房用室内機に流れ込む凝縮された冷媒の流量、また稼動する室内機と稼動しない室内機の数などによって決められる各種負荷条件に合わせて設定された実験により決定された実験値である。
また、前記室外機Ａの配管構造及びその構成は、単純であればであるほど、管路損失が減り、機器の効率の向上、製造工程の単純化、製品単価の低減などの面でも効果的である。したがって前記室外機Ａは前記事項などに鑑みて設計されることが望ましい。
【００３３】
以下前記内容に基づき設計された本発明による空気調和機における室外機Ａの構造について説明する。
図１を参照すれば、圧縮機１のアウトレット側には流路制御バルブ４が連結されるが、前記流路制御バルブ４は圧縮機１から吐き出された気相冷媒を前記各運転モードに沿って冷媒の流動流路を制御する。前記流路制御バルブ４は四つのポートを有するが、第１ポートが前記圧縮機１のアウトレットと連通する。
【００３４】
前記流路制御バルブ４の第２ポートは第１パイプ３ａに連結され、前記第１パイプ３ａはまた、室外熱交換器２に連結される。前記流路制御バルブ４の第３ポートは第３パイプ３ｂに連結され、第３パイプ３ｂはまた、前記圧縮機１のインレットに連結される。従って、前記第１パイプ３ａは前記第２ポートと前記室外熱交換器２と連通し、前記第２パイプ３ｂは前記第３ポートと前記圧縮機１のインレットに連結する。前記構造を有する流路制御バルブ４は、前記第１及び第３運転モードで前記圧縮機１のアウトレットと前記第１パイプ３ａとを連通させ、同時に前記第３及び第４パイプ３ｂ、３ｄとを連通させるように制御される。また、前記第２及び第４運転モードで前記圧縮機１のアウトレットと前記第４パイプ３ｄとを連通させ、同時に前記第１及び第３パイプ３ａ，３ｂとを連通させるように制御される。尚、前記第３パイプ３ｂにはアキュームレータ８が設けられる。
【００３５】
前記流路制御バルブ４の第４ポートは第４パイプ３ｄに連結される、前記第４パイプ３ｂはやはり前記分配器Ｂに連結される。第２パイプ３ｃは前記室外熱交換器２と前記分配器Ｂ、更に詳しくは後述の気液分離器１０に連結される。従って、前記室外機Ａと分配器Ｂとは前記第２及び第４パイプ３ｃ、３ｄに互いに連結する。本発明による空気調和機では室外機Ａと分配器Ｂが二つの配管だけで連結されるので極めて簡単、かつ容易に設けられる。
【００３６】
図１に示すように、前記第１パイプ３ａと前記第２パイプ３ｃは第１バイパス管５に連結される。また、第１バイパス管には流量制御バルブ６が設けられるが、前記流量制御バルブ６は前記第１バイパス管５を介して流動する気相冷媒の流動量を制御する。前記流量制御バルブ６は後述のマイコン（図示せず）の制御を受けて前記第１バイパス管５の流路開道量（開き量）を調整する。前記流路制御バルブ６は第１、第２及び第４運転モードで全閉され、前記第３運転モードで前記第１バイパス管５を介して流動する気相冷媒の量を調整することができるようにその開度が制御される。
【００３７】
前記第２パイプ３ｃには第１電子膨張バルブ７ｂと第１チェックバルブ７ａが更に備えられる。前記第１電子膨張バルブ７ｂは前記第２パイプ３ｃの中で前記第１バイパス管５が連結される地点と、前記室外熱交換器２に連結される端部との間の地点に設けられる。また、前記第１チェックバルブ７ａは図１に示すように、前記第１電子膨張バルブ７ｂと並列で設けられる。
【００３８】
前記第１チェックバルブ７ａは、前記室外熱交換器２から前記分配器ｂ側に流動する冷媒を通過させ、前記第１バイパス管５又は前記分配器Ｂ側から前記室外熱交換器２側に流動しようとする冷媒の流れ込みを遮断する。この時、前記第１電子膨張バルブ７ｂは冷媒が前記室外熱交換器２から前記分配器Ｂ側に流動する時には全閉され、冷媒が前記第１チェックバルブ７ａを介して流動するように導く。また、冷媒が前記第１バイパス管５又は分配器Ｂ側から前記室外熱交換器２側に流動する時には冷媒を膨張させるように制御される。尚、前記第１電子膨張バルブ７ｂと第１チェックバルブ７ａは、前記分配器Ｂに後述する第２電子膨張バルブ２７と第２チェックバルブ２８が設けられる場合には設けなくてもよいが、効率を高めるためには、前記第１及び第２電子膨張バルブ７ｂ、２７と前記第１及び第２チャックバルブ７ａ、２８を全て設けるほうが望ましい。
【００３９】
尚、前記流量制御バルブ６は制御手段によってその開度が制御される。
前記制御手段は温度センサー９とマイコン（図示せず）を含めてなり、前記流量制御バルブ６を制御して前記第１バイパス管５を流れる気相冷媒の量を調整することにより冷媒の混合比が各運転モードによって適切に調整される。
前記温度センサー９は前記第２パイプ３ｃ、更に詳しくは、前記第１バイパス管５が連結された地点と前記分配器Ｂとの間の位置の第２パイプ３ｃに設けられる。前記温度センサー９は前記第１バイパス管５を介して流動する気相冷媒と前記室外熱交換器２を経由した気相冷媒が合わさった後、第２パイプ３ｃ内を流動する気体／液体混合冷媒の温度を測定する。
【００４０】
前記温度センサー９で測定した混合冷媒の温度に関する情報は、前記マイコンに伝えられ、前記マイコンは前記温度センサー９で測定した冷媒温度と既に設定された標準データとを比較して冷媒の混合比を検出する。ここで、前記標準データは冷媒の各温度別に既に設定された混合比の値を有するデータであり、前記のように多様な条件で実験して得た実験値である。
次に分配器Ｂは運転モードによって室外機Ａから流れ込んだ冷媒を選択された室内機Ｃに正確に案内しなければならない。
また、分配器Ｂと多数台の室内機Ｃを連結する多数個の配管を単純化させて配管作業が容易であり、外観が向上するようにすることが望ましい。
【００４１】
前記事項を考慮して設計した本発明による空気調和機の分配器Ｂは図１に示すように、気液分離器１０、分配器配管２０、また、バルブ部３０を含んでなる。前記気液分離器１０は前記室外機Ａから流れ込んだ冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離する。このような気液分離器１０は液相冷媒を吐き出す液体ポートと気相冷媒とを吐き出す気体ポートを有する。かかる気液分離器１０は前記室外機Ａの第２パイプ３Ｃと連結され、前記気体ポートと前記液体ポートは各々前記分配器配管２０のうちいずれか一つの管にそれぞれ連結される。
【００４２】
分配器配管２０は前記室外機Ａから分配器Ｂに流れ込んだ冷媒を室内機Ｃに案内し、前記室外機Ｃを経由した後、分配器Ｂに流れ込んだ冷媒を前記室外機Ｃに案内する。かかる役割をする分配器配管２０は気相冷媒管２１、液相冷媒管２３、気相冷媒分岐管２２、液相冷媒分岐管２４、また、連結管２５とを含んでなり、その詳しい相互連結関係は次の通りである。
【００４３】
気相冷媒管２１は一端が前記気液分離器１０の気体ポートに連結される。また、図１に示すように、前記気相冷媒管２１から多数の気相冷媒分岐管２２が分岐される。前記気相冷媒分岐管２２などは室内機Ｃの室内熱交換器６２と各々連結される。
【００４４】
液相冷媒管２３は一端が前記気液分離器１０の液体ポートに連結される。また、図１に示すように、前記液相冷媒管２３から多数の液相冷媒分岐管２４が分岐される。前記液相冷媒分岐管２４は室内機の室内電子膨張バルブ６１とそれぞれ連結される。
【００４５】
前記連結管２５は図１に示すように、前記気相冷媒分岐管２２から分岐され、前記室外機Ａの第４パイプ３ｄにそれぞれ連結される。前記連結管２５は図１に示すように、分配器Ｂ内で一つの管に合わさった後に前記第４パイプ３ｄに連結され得る。
【００４６】
バルブ部３０は前記各運転モードによって各ルームの室内機Ｃで選択的に気相又は液相の冷媒を流れ込ませ、各室内機Ｃを経由した気相又は液相の冷媒を室外機Ａ側に再び流れ込ませるように分配器配管２０内の冷媒の流れを制御する役割を果たす。かかる役割を果たすバルブ部３０は図１に示すように、各気相冷媒分岐管２２上と、各液相冷媒の分岐管２４上と、各連結管２５上に各々設けられて制御される多数のオンーオフバルブ（３０：３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）から構成される。各運転モード別にバルブ部３０が具体的に制御される内容は、空気調和機が作動する過程を説明しながら説明できる。
【００４７】
次に、室外機Ｃは各ルームに各々設置され、室内熱交換器６２、電子膨張バルブ６１、また、室内ファン（図示せず）を含めてなる。各室内熱交換器６２は分配器Ｂの各気相冷媒分岐管２２に連結され、各電子膨張バルブ６１は分配器Ｂの各液相冷媒分岐管２４に連結される。また、各室内熱交換器６２と各電子膨張バルブ６１は冷媒管によって互いに連結される。前記各室内ファンは各室内熱交換器６２に送風するように設けられる。
【００４８】
前記のように構成された本発明によるマルチ空気調和機は圧縮機１で吐き出された気相冷媒が各運転モードに沿って、室外機Ａでは前記流路制御バルブ４の制御によって流動流路及び流動方向が変更され、分配器Ｂと室外機Ｃでは前記バルブ３０の制御によって流動流路及び流動方向が変更されつつ各ルームを個別的に冷房又は暖房する。以下では各運転モード別に前記流路制御バルブ４と前記バルブ部３０の制御によって冷媒がどのように流動しながら各ルームを冷房又は暖房するかについて詳しく説明する。説明の便宜のために第２運転モードでは２台の室内機Ｃ２、Ｃ３は冷房を行い、他の一台の室内機Ｃ１は暖房を行うものと仮定する。また、第４運転モードでは２台の室内機Ｃ１、Ｃ２は暖房を行い、他の一台の室内機Ｃ３は冷房を行うものと仮定する。
【００４９】
図２は前記第１運転モードで空気調和機システムの動作状態を示した構成図である。全ての室内機が冷房機能を行う第１運転モードでは圧縮機１から吐き出された全ての冷媒量が室外熱交換器２を経由した後、分配器Ｂに流れ込む。そしてその後、室内機Ｃと分配器Ｂを経て更に圧縮機１に流れ込むが、その詳しい循環経路は次の通りである。
【００５０】
図２を参照すると、第１運転モードで前記流路制御バルブ４は前記圧縮機１のアウトレットと前記第１パイプ３ａとを連通させ、同時に前記第３パイプ３ｂと前記第４パイプ３ｄとを連通させるように制御される。従って、圧縮機１から吐き出された気相冷媒は第１パイプ３ａに流れ込む。
第１パイプ３ａに連結された第１バイパス管５の流量制御バルブ６は全閉されるので、冷媒は全量が室外熱交換器２を経由した後、分配器Ｂの気液分離器１０に流れ込む。この時、前記室外熱交換器２で気相冷媒は液化、望ましくは全量が液相冷媒となる。尚、前記第１電子膨張バルブ７ｂは全閉されるので室外熱交換器２を経由した冷媒は第１チェックバルブ７ａを経由して分配器Ｂの気液分離器１０に流れ込む。
気液分離器１０に流れ込んだ液相冷媒は全量液相冷媒管２３を介して流動される。何故ならば第１運転モードでは図２ａに示すように、気相冷媒管２１と連結された気相冷媒分岐管２２に設けられたバルブが全て閉鎖されるからである。
【００５１】
液相冷媒管２３に流れ込んだ冷媒は液相冷媒分岐管２４に流れ込んだ後、室内機Ｃの室内電子膨張バルブ６１で膨張し、室内熱交換器６２に流れ込む。室内熱交換器６２で冷媒は室内空気と熱交換し、冷媒と熱交換しながら冷却された空気は前記室内ファンによって室内空間に吐き出されて室内空間を冷却する。
室内空気と熱交換された冷媒は気相状態となり、気相冷媒分岐管２２を介して分配器Ｂに流れ込む。また、連結管２５を経て第４パイプ３ｄに流れ込み、第３パイプ３ｂとアキュームレータ８を経た後圧縮機１のインレットに流れ込む。
【００５２】
図３は第２運転モードで空気調和システムの動作状態を示した構成図である。
全てのルームを暖房する第２運転モードでは圧縮機１で吐き出された冷媒は第４パイプ３ｄと分配器Ｂとを経て室内機に流れ込んだ後、更に分配器Ｂを経て室外機Ａの圧縮機１に戻る循環経路を有し、その詳しい内容は次の通りである。
【００５３】
図３を参照すると、圧縮機１から吐き出された気相冷媒は流路制御バルブ４の制御により第４パイプ３ｄに流れ込む。第２運転モードで前記流路制御バルブ４は圧縮機１のアウトレットと前記第４パイプ３ｄを連結し、同時に前記第１パイプ３ａと前記第３パイプ３ｂとを連結するように制御される。
第４パイプ３ｄを介して分配器Ｂに流れ込んだ気相冷媒は図３に示すように、前記連結管２５と気相冷媒分岐管２２を介して室内熱交換器６２に流れ込む。第２運転モードで前記バルブ３０は前記気相冷媒分岐管２２に設けられたバルブだけ全て閉じるように制御される。
【００５４】
室内熱交換器６２に流れ込んだ気相冷媒は室内空気と熱交換されながら凝縮する。この時、冷媒が凝縮しながら凝縮熱を放出するため室内空気は暖かくなり、暖かくなった室内空気を前記室外ファンが室内空間に吐き出す。室内空気と熱交換されながら凝縮した液相冷媒は開放された室内電子膨張バルブ６１を通過した後、液相冷媒分岐管２４を介して液相冷媒管２３に流れ込む。
【００５５】
液相冷媒分岐管２４に流れ込んだ冷媒は気液分離器１０側に流動して、前記第２チェックバルブ２８により第２バイパス管２６に流れ込む。
第２バイパス管２６に流れ込んだ冷媒は第２電子膨張バルブ２７で膨張した後、気液分離器１０に流れ込む。気液分離器１０に流れ込んだ液相冷媒は圧力差のため液相冷媒管２３に流れ込まず、第２パイプ３ｃに流れ込む。
【００５６】
第２パイプ３ｃを介して室外機Ａに流れ込んだ冷媒は、第２バイパス管２６に設けられた流量制御バルブ６が全閉されているので第１電子膨張バルブ７ｂ側に流れ込む。また、前記第１電子膨張バルブ７ｂで再び膨張した後に室外熱交換器２で気化し、第１パイプ３ａに流れ込む。第１パイプ３ａに流れ込んだ気相冷媒は前記流路制御バルブ４、第３パイプ３ｂ、アキュームレータ８を順次に経由した後に前記圧縮機１のインレットに吸入される。
【００５７】
図４は第３運転モードで空気調和機の動作状態を示した構成図である。多数のルームを冷房し少数のルームを暖房する第３運転モードでは圧縮機１で吐き出された冷媒が一部は室外熱交換器２を経由し、他の一部は第１バイパス管径５を経由した後に気液分離器１０に流れ込む。また、気相冷媒と液相冷媒がそれぞれ異なる経路を介して各室内機Ｃに流れ込んで暖房及び冷房を個別的に行い、その詳しい経路は次の通りである。
【００５８】
図４を参照すると、圧縮機１から吐き出された気相冷媒は流路制御バルブ４の制御によって第１パイプ３ａに流れ込む。第３運転モードで前記流路制御バルブ４は第１運転モードと同一に制御される。
第１パイプ３ａに流れ込んだ冷媒の一部は室外熱交換器２に流れ込み、他の一部は前記第１バイパス管５に流れ込む。これは、第３運転モードでは第１運転モードとは異なり前記第１バイパス管５に設けられた流量制御バルブ６が第１バイパス管５を介して冷媒が流動できるように開かれると共に、同時にその流動量を制御できるようにその開度が前記制御手段によって制御されるからである。
【００５９】
室外熱交換器２に流れ込んだ一部冷媒は液化された後、第２パイプ３ｃに流れ込み、第１バイパス管５に流れ込んだ他の冷媒は気相状態で第２パイプ３ｃに流れ込む。第３運転モードで第１電子膨張バルブ７ｂは全閉される。第２パイプ３ｃで合流した冷媒は気体と液体とが混合された２相冷媒である。かかる２相冷媒の温度は第２パイプ３ｃに設けられた温度センサー９により測定される。
【００６０】
前記温度センサー９は第２パイプ３ｃを流動する２相冷媒の温度を測定した後前記マイコンに伝送する。冷媒の温度を伝達されたマイコンは前記したように標準データと、前記測定温度とを比較して冷媒の混合比を検出する。また、検出された混合比が第３運転モードで必要とする混合比、また、ひいては各ルームの状況に合う混合比を有するように前記流量制御バルブ６の開度を制御する。このように流量制御バルブ６の開度を制御すると、前記第１バイパス管６を介して流れ込む気体状態の冷媒量が調整されるので混合冷媒の混合比を容易に制御できる。
【００６１】
前記したように第３運転モードでは前記制御手段が前記流量制御バルブ６の開度を制御することにより運転に必要な最上の気体／液体冷媒混合比を提供する。また、空気調和システムは最適化した混合比を有する混合冷媒を各室内機Ｃに分配して各々冷房と暖房を個別的に行う。このように第３運転モードで各ルームを個別的に冷房及び暖房するために必要な最適の冷媒混合比を提供するための制御方法について再度簡略に説明する。
【００６２】
先ず、圧縮機１から吐き出された気相冷媒の一部を室外熱交換器２で凝縮し、他の一部は第１バイパス管５を介して気相状態で流動させた後、前記凝縮した液相冷媒と気相冷媒とを第２パイプ３ｃで合流させる。
また、合流した気相／液相混合冷媒の温度を第２パイプ３ｃに設置された温度センサー９で測定する。
次に測定された冷媒の温度から冷媒の気相／液相混合比を検出する。この時には前記したように既に設定した冷媒の温度別冷媒混合比のデータを前記測定した温度と比較して冷媒の混合比を検出する方法を用いる。
【００６３】
最後に、前記検出された混合比が該当運転モードに必要な既に設定された混合比と等しくなるように前記気相冷媒の量を調節する。この時前記冷媒混合比を調整する方法は前記第１バイパス管５に設置された流量制御バルブ６の開度を調整することにより前記第１バイパス管５を介して流動する気相冷媒の量を調節する方法を用いる。
【００６４】
前記のような方法で流量制御バルブ６を制御して冷媒の混合比を調整する時、前記制御手段のマイコンに既に設定された冷媒混合比に関するデータは液相の冷媒を要する２台の冷房側の室内機Ｃ２、Ｃ３と、気相の冷媒を要する１台の暖房用室内３Ｃに合うように決められ、また、１台の暖房用室内機Ｃ１を経て２台の冷房側の室内機Ｃ２、Ｃ３に流れ込む液相冷媒の流量によって決められるなど各種負荷条件による実験によって決定する実験値である。
【００６５】
尚、前記方法によって最適の混合比を有することになった冷媒は気液分離器１０に流れ込む。気液分離器１０で気体冷媒は前記気相冷媒管２１側に流動し、液相冷媒は前記液相冷媒管２３側に流動する。第３運転モードで前記バルブ部３０は図４に示すように、暖房を行う室内機Ｃ１と連結される気相冷媒分岐管２２ａで分岐された連結管２５ａと気相冷媒分岐管２２ｂ、２２ｃに設けられたバルブがそれぞれオフとする制御される。また、第３運転モードで前記第２バイパス管２６に設けられた第２電子膨張バルブ２７は全閉される。
【００６６】
前記液相冷媒管２３に流れ込んだ液晶冷媒は液相冷媒分岐管２４ｂ、２４ｃに流れ込んだ後、室内電子膨張バルブ６１ｂ、６１ｃで膨張し、室内熱交換器６２ｂ、６２ｃに流れ込んで室内空間を冷房する。室内機Ｃ２、Ｃ３で冷房を行った冷媒は気体状態となり、気相冷媒分岐管２４ｂ、２４ｃを経て連結管２５ｂ、２５ｃに流れ込む。また、第４パイプ３ｄ、第３パイプ３ｂ、また、アキュームレータ８を経由した後圧縮機１のインレットに吸入される。
【００６７】
尚、気液分離器１０で分離されて気相冷媒管２１に流れ込んだ気相冷媒は気相冷媒分岐管２２ａに流れ込む。なぜならば、冷房を行う室内機Ｃ２、Ｃ３と連結した気相冷媒分岐管２２ｂ、２２ｃに設けられたバルブはオフされるからである。
前記気相冷媒分岐管２２ａに流れ込んだ気相冷媒は暖房を行う室内機Ｃ１の室内熱交換器６２ａに流れ込んで室内空間を暖房した後に液相となる。また、室内電子膨張バルブ６１ａと液相冷媒分岐管２４ａとを経て液相冷媒管２３に流れ込む。
【００６８】
室外機Ｃ１を暖房した後に液相冷媒管２３に流れ込んだ冷媒は気液分離器１０から吐き出された液相冷媒と合流した後、冷房を行う室内機Ｃ２、Ｃ３に流れ込み冷房を行った後前記経路を介して圧縮機１に流れ込む。
【００６９】
尚、第３運転モードで前記した過程の中で、気液分離器１０から吐き出された液相冷媒が暖房を行う室内機Ｃ１に連結された液相冷媒分岐管２４ａに流れ込まない理由は、暖房を行い液相冷媒管２３に流れ込んだ冷媒の圧力のためである。
【００７０】
図５は第４運転モードで空気調和機の作動状態を示す構成図である。
多数のルームを暖房し、少数のルームを冷房する第４運転モードでは圧縮機１から吐き出された冷媒が第４パイプ３ｄに流れ込み、分配器Ｂと室内機Ｃとを経由しながら各ルームを個別的に冷房又は暖房するが、詳しくは次の通りである。図５を参照すると圧縮機１から吐き出された気相冷媒は流路制御バルブ４の制御によって第４パイプ３ｄに流れ込んだ後に分配器Ｂに流れ込む。第４運転モードで前記流路制御バルブ４は前記第２運転モードと同様に制御される。
【００７１】
分配器に流れ込んだ気相冷媒は、暖房を行う室内機Ｃ１、Ｃ２に連結された気相冷媒分岐管２２ａ、２２ｂから分岐した連結管２５ａ、２５ｂを介して前記気相冷媒分岐管２２ａ、２２ｂに流れ込む。これは、第４運転モードでは冷房を行う室内機Ｃ３に連結された気相冷媒分岐管３３Ｃから分岐した連結管２５Ｃに設けられたバルブはオフになるからである。また、暖房を行う室内機Ｃ１、Ｃ２に連結された気相冷媒分岐管径２２ａ、２２ｂに設けられたバルブも閉鎖される。
【００７２】
前記気相冷媒分岐管２２ａ、２２ｂに流れ込んだ気相冷媒は室内熱交換器６２ａ、６２ｂを経由しながら室内空間を暖房する。また、室内気Ｃ１、Ｃ２で液化した液相冷媒は室内電子膨張バルブ６１ｂ，６１ｃを通過した後、液相冷媒分岐管２４ａ、２４ｂを介して液相冷媒管２３に流れ込む。
液相冷媒管２３に流れ込んだ液相冷媒は一部が第２チェックバルブ２８の案内に沿って前記第２バイパス管２６に流れ込み、第２電子膨張バルブ２７で膨張した後に気液分離器１０に流れ込む。気液分離器１０に流れ込んだ気相冷媒は前記第２運転モードで説明したのと同様の経路、即ち第２パイプ３ｃ、第１電子膨張バルブ７ｂ、室外熱交換器２、第１パイプ３ａ、第３パイプ３ｂ、また、アキュームレータ８を経由して圧縮機１のインレットに吸入される。
【００７３】
尚、図５に示すように、室内気Ｃ１、Ｃ２を経由した後、液相冷媒管に流れ込んだ液相冷媒の一部は冷房を行う室内気Ｃ３と連結された液相冷媒分岐管２４ｃに流れ込む。また、室内電子膨張バルブ６１ｃで膨張した後、室内熱交換器６２ｃに流れ込んで室内を冷房する。室内気Ｃ３を経ると室内を冷房した冷媒は気相冷媒分岐管２２ｃに流れ込み、前記気相冷媒管２１を介して気液分離器１０に流れ込む。気液分離器１０に流れ込んだ冷媒は室内機Ｃ１、Ｃ２を経由しながら室内を暖房した後、直ちに前記気液分離器１０に流れ込んだ冷媒と合流して前記と同様の経路を経て圧縮機１のインレットに吸入される。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、次のような効果がある。
本発明によるマルチ空気調和機は各ルームの環境に沿って最適な対応ができる。即ち、各ルーム全体を暖房する全室暖房運転と、各ルーム全体を冷房する全室冷房運転のみならず、各ルームを選択的に冷／暖房でき、多数室を暖房し、少数室を冷房する運転と、多数室を冷房し少数室を暖房する運転が可能であり、各ルームの環境にそれぞれ応じられる。
【００７５】
また、高価な三方弁及び四方弁に替えて、安価な単純オン／オフバルブを用いて配管を構成するので製品単価を低減させる。
また、気液分離器が分配器ではなく室外機に設けられるので、分配器の重さを減らすことができ分配器が取り付け易くなるだけではなく、設置後の安定性も一層保障できる。その理由は一般に室外機Ａは室外の側壁面や屋上の底面に設けられる反面、分配器Ｂは室内天井に設けられるので、室外機Ａに比べて分配器Ｂの設置が難しく、特に分配器Ｂの重さが重くなると、設置作業が難しくなり、かつ、分配器Ｂの支持のために補強しなければならず、最悪の場合には設置後にその重さに耐えられず、天井の下側に落ちるおそれもあるので本発明では気液分離器３が室外機Ａ内に設けられるように設計した。
【００７６】
また、本発明によると、全室を冷房する運転と多数室を冷房し、少数室を暖房する運転により、気液分離器に流れ込む２相冷媒の気液混合比が最適化することによって空調効率が向上する。
以上本発明の好適な一実施態様について説明したが、前記実施態様に限定されず、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるマルチ空気調和機を示す構成図である。
【図２】全室を冷房する運転において図１の動作状態を示した構成図である。
【図３】全室を暖房する運転において図１の動作状態を示した構成図である。
【図４】多数室を冷房し少数室を暖房する運転において図１の動作状態を示した構成図である。
【図５】多数室を暖房し少数室を冷房する運転において図１の動作状態を示した構成図である。
【符号の説明】
Ａ…室外機
Ｂ…分配器
Ｃ…室内機
１…圧縮機
２…室外熱交換器
１０…気液分離器
２０…分配器配管
３０…バルブ
【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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