(57)【要約】【課題】バイパス管等を配置することなく、高圧ガス管内のいわゆる冷媒寝込みを防止することができる冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機及び室外熱交換器を備えた室外ユニット１と、室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニット５ａ、５ｂとがユニット間配管１０により接続され、上記室外熱交換器の一端が、上記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、上記ユニット間配管が、上記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、上記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、上記室外熱交換の他端に接続された液管とを有して構成され、上記各室内ユニットは、上記室内熱交換器の一端が上記高圧ガス管と上記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が上記液管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、上記冷媒吐出管７に接続された高圧ガス管１１内が当該冷凍装置３０の運転中に超臨界圧力で運転されるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機及び室外熱交換器を備えた室外ユニットと、室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、上記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、上記ユニット間配管が、上記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、上記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、上記室外熱交換の他端に接続された液管とを有して構成され、上記各室内ユニットは、上記室内熱交換器の一端が上記高圧ガス管と上記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が上記液管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、上記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管内が当該冷凍装置の運転中に超臨界圧力で運転されることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
上記冷凍装置の冷媒配管中に二酸化炭素冷媒を封入したことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
上記高圧ガス管と上記液管との間に貯湯ユニットを更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は室外ユニットと複数台の室内ユニットを有し、複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの暖房運転と冷房運転を混在して実施可能とする冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、室外ユニットと複数台の室内ユニットとを、高圧ガス管と低圧ガス管と液管からなるユニット間配管で接続し、複数台の室内ユニットを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの暖房運転と冷房運転を混在して実施可能とする冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。なお、本明細書において、冷凍装置は、ヒートポンプを含むものとする。
【０００３】
【特許文献１】
特許２８０４５２７号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のものでは、冷媒にフロン冷媒が使用された場合、高圧ガス管内に滞留した冷媒が、液化して、当該高圧ガス管内に寝込むという問題がある。これを解消するために、ユニット間配管の内、高圧ガス管と低圧ガス管との間にバイパス管を接続し、このバイパス管を通じて寝込み冷媒を、圧縮機の吸込側に回収する技術が提案されているが、これでは配管構造が複雑化するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、バイパス管等を配置することなく、高圧ガス管内のいわゆる冷媒寝込みを防止することができる冷凍装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機及び室外熱交換器を備えた室外ユニットと、室内熱交換器を備えた複数台の室内ユニットとがユニット間配管により接続され、上記室外熱交換器の一端が、上記圧縮機の冷媒吐出管と冷媒吸込管とに択一的に接続され、上記ユニット間配管が、上記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、上記冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、上記室外熱交換の他端に接続された液管とを有して構成され、上記各室内ユニットは、上記室内熱交換器の一端が上記高圧ガス管と上記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が上記液管に接続され、これら複数台の室内ユニットを同時に冷房運転若しくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転を混在して実施可能とするよう構成され、上記冷媒吐出管に接続された高圧ガス管内が当該冷凍装置の運転中に超臨界圧力で運転されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記冷凍装置の冷媒配管中に二酸化炭素冷媒を封入したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、上記高圧ガス管と上記液管との間に貯湯ユニットを更に備えたことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明では、高圧ガス管内が冷凍装置の運転中に超臨界圧力で運転されるため、冷媒が、高圧ガス管内で凝縮することがなく、フロン冷媒のように、液化して高圧ガス管内に寝込むことはない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、圧縮機２、室外熱交換器３ａ、３ｂ及び室外膨張弁２７ａ、２７ｂを備えた室外ユニット１と、室内熱交換器６ａ及び室内膨張弁１８ａを備えた室内ユニット５ａと、室内熱交換器６ｂ及び室内膨張弁１８ｂを備えた室内ユニット５ｂと、ガスクーラ４１、貯湯タンク４３、循環ポンプ４５及び膨張弁４７を備えた給湯ユニット５０とを有して構成される。そして、これら室外ユニット１と室内ユニット５ａ、５ｂと給湯ユニット５０とがユニット間配管１０により接続されて、冷凍装置３０は、給湯ユニット５０を運転しながら、室内ユニット５ａ、５ｂを同時に冷房運転もしくは暖房運転可能とし、または、これらの冷房運転と暖房運転とを混在して実施可能とする。
【００１２】
上記室外ユニット１では、室外熱交換器３ａ、３ｂの一端が、圧縮機２の吐出管７と吸込管８とに、それぞれ切換弁９ａ、１９ａ、９ｂ、１９ｂを介して択一的に接続されている。また、吸込管８にアキュムレータ４が配設されている。
【００１３】
室外ユニット１は室外制御装置を備え、この室外制御装置が、室外ユニット１内の圧縮機２、室外膨張弁２７ａ、２７ｂ、切換弁９ａ、１９ａ、９ｂ、１９ｂ、並びに冷凍装置３０全体を制御する。
【００１４】
上記ユニット間配管１０は、高圧ガス管１１、低圧ガス管１２及び液管１３を備えてなる。高圧ガス管１１が吐出管７に接続され、低圧ガス管１２が吸込管８に接続される。上記液管１３は、室外膨張弁２７ａ、２７ｂを介して、室外熱交換器３ａ、３ｂの他端にそれぞれ接続される。
【００１５】
室内ユニット５ａ、５ｂの室内熱交換器６ａ、６ｂは、その一端が、吐出側弁１６ａ、１６ｂを介して、高圧ガス管１１に接続され、吸込側弁１７ａ、１７ｂを介して、低圧ガス管１２に接続される。また、それらの他端が、室内膨張弁１８ａ、１８ｂを介して液管１３に接続される。
【００１６】
吐出側弁１６ａと吸込側弁１７ａは、一方が開操作された時、他方が閉操作される。吐出側弁１６ｂと吸込側弁１７ｂも、同様に、一方が開操作された時、他方が閉操作される。
【００１７】
これにより、各室内熱交換器６ａ、６ｂの一端は、ユニット間配管１０の高圧ガス管１１と低圧ガス管１２とに択一的に接続される。
【００１８】
室内ユニット５ａ、５ｂは、更に室内ファン２３ａ、２３ｂ、リモートコントローラ及び室内制御装置を有する。各室内ファン２３ａ、２３ｂは、室内熱交換器６ａ、６ｂのそれぞれに近接配置されて、これらそれぞれの室内熱交換器６ａ、６ｂに送風する。また、各リモートコントローラは、室内ユニット５ａ、５ｂにそれぞれ接続されて、各室内ユニット５ａ、５ｂのそれぞれの室内制御装置へ、冷房若しくは暖房運転指令、または停止指令等を出力する。
【００１９】
貯湯ユニット５０では、ガスクーラ４１の一端が高圧ガス管１１に接続され、ガスクーラ４１の他端が膨張弁４７を介して液管１３に接続される。このガスクーラ４１には、水配管４６が接続され、この水配管４６に、循環ポンプ４５を介して、貯湯タンク４３が接続される。
【００２０】
本実施形態では、室外ユニット１、室内ユニット５ａ、５ｂ、貯湯ユニット５０並びにユニット間配管１０に二酸化炭素冷媒が封入される。二酸化炭素冷媒が封入された場合、図２のエンタルピ・圧力線図に示すように、高圧ガス管１１内は運転中に超臨界圧力で運転される。高圧ガス管１１内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、二酸化炭素冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。図２では、圧縮機出口は状態ａで示される。冷媒は、熱交換器を通って循環し、そこで状態ｂまで冷却され、熱を冷却空気に放出する。冷媒は、所望により、状態ｃまで冷却される。ついで、冷媒は、減圧装置での圧力低下により、状態ｄに至り、ここではガス／液体の２相混合体が形成される。冷媒は、蒸発器において、液相の蒸発により熱を吸収する。状態ｅは、蒸発器出口の状態であり、ガス相の冷媒は、熱交換器で状態ｆまで加熱されてから圧縮機２の吸込管に向かう。
【００２１】
上記超臨界サイクルにおいて、圧縮機２から吐出される高圧単相ガス冷媒は、凝縮されないが、熱交換器において温度低下が起こる。熱交換器（状態ｂ）における冷媒の最終温度は、冷却空気の温度よりも数度高い。そして、高圧ガスは熱交換器において、数度低い状態ｃまで冷却される。
【００２２】
つぎに、冷凍装置３０の動作を説明する。
【００２３】
この冷凍装置３０では、圧縮機２の吐出冷媒が、高圧ガス管１１を通じてガスクーラ４１に導かれ、このガスクーラ４１で、水配管４６を通る水が加熱されて、高温となった水が貯湯タンク４３に貯えられる。二酸化炭素冷媒が使用され、高圧の高い超臨界サイクルとなるため、ここに貯えられた湯は、約８０℃以上の高温になる。この貯湯タンク４３に貯えられた湯は、図示を省略した配管を介して各種設備へ送られる（貯湯運転）。
【００２４】
全室内ユニット５ａ、５ｂを同時に冷房する場合は、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを開くとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを閉じ、且つ吐出側弁１６ａ、１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを開く。これにより、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、切換弁９ａ、１９ａ、室外熱交換器３へと順次流れ、この室外熱交換器３で熱交換した後、液管１３を経て各室ユニット５ａ、５ｂの室内膨張弁１８ａ、１８ｂに分配され、ここで減圧される。
【００２５】
しかる後、冷媒は、各室内熱交換器６ａ、６ｂで蒸発気化し、それぞれ吸込側弁１７ａ、１７ｂを流れた後、低圧ガス管１２、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。このように、蒸発器として機能する各室内熱交換器６ａ、６ｂの作用で全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に冷房される。
【００２６】
逆に、全室内ユニット５ａ、５ｂを同時に暖房する場合、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開き、且つ吐出側弁１６ａ、１６ｂを開くとともに、吸込側弁１７ａ、１７ｂを閉じる。これにより、圧縮機２から吐出された冷媒は、吐出管７、高圧ガス管１１を順次経て吐出側弁１６ａ、１６ｂ、室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ、ここでそれぞれ熱交換（上述したように、凝縮しない。）した後、液管１３で合流される。
【００２７】
しかる後、室外膨張弁２７ａ、２７ｂで減圧され、各室外熱交換器３で蒸発気化した後、切換弁９ｂ、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。このように各室内熱交換器６ａ、６ｂの熱交換作用（凝縮ではない。）で、全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に暖房される。
【００２８】
また、同時に、例えば室内ユニット５ａを冷房し、室内ユニット５ｂを暖房する場合には、室外熱交換器３ａ、３ｂの一方の切換弁９ａ、１９ａを開くとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを閉じ、且つ、冷房する室内ユニット５ａに対応する吐出側弁１６ａを閉じるとともに、吸込側弁１７ａを開き、且つ暖房する室内ユニット５ｂに対応する吐出側弁１６ｂを開くとともに、吸込側弁１７ｂを閉じる。すると、圧縮機２から吐出された冷媒の一部が吐出管７、切換弁９ａ、１９ａを順次経て室外熱交換器３に流れるとともに、残りの冷媒が高圧ガス管１１を経て暖房する室内ユニット５ｂに対応する吐出側弁１６ｂ、室内熱交換器６ｂへと流れ、これらの室内熱交換器６ｂ及び室外熱交換器３で熱交換（凝縮ではない。）される。
【００２９】
そして、これら室内熱交換器６ｂ、室外熱交換器３で熱交換された冷媒は、液管１３を経て室内ユニット５ａの室内膨張弁１８ａで減圧された後、それぞれの室内熱交換器６ａで蒸発気化される。しかる後、冷媒は、吸込側弁１７ａを流れて低圧ガス管１２で合流され、吸込管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。このように、室内熱交換器６ｂの熱交換作用で室内ユニット５ｂが暖房され、蒸発器として機能する他の室内熱交換器６ａの作用で室内ユニット５ａが冷房される。
【００３０】
次に、例えば、室内ユニット５ｂで冷房し、室内ユニット５ａで暖房する場合には、室外熱交換器３の一方の切換弁９ａ、１９ａを閉じるとともに他方の切換弁９ｂ、１９ｂを開き、且つ冷房する室内ユニット５ｂに対応する吐出側弁１６ｂを閉じるとともに、吸込側弁１７ｂを開き、且つ暖房する室内ユニット５ａに対応する吐出側弁１６ａを開き、吸込側弁１７ａを閉じる。すると、圧縮機２から吐出された冷媒が吐出管７、高圧ガス管１１を順次経て吐出側弁１６ａへと分配され、室内熱交換器６ａで熱交換される（凝縮ではない。）。この熱交換された冷媒は、室内膨張弁１８ａを経て液管１３に流れる。この液管中の液冷媒の一部が、室内膨張弁１８ｂで減圧された後に室内熱交換器６ｂで、且つ、残りの液冷媒が室外膨張弁２７ａ、２７ｂで減圧された後に室外熱交換器３でそれぞれ蒸発気化され、吸引管８、アキュムレータ４を順次経て圧縮機２に吸入される。室内熱交換器６ａの熱交換作用で室内ユニット５ａが暖房され、蒸発器として機能する室内熱交換器６ｂで室内ユニット５ｂが冷房される。
【００３１】
上記のように、冷暖房混在運転する場合（一方の室内ユニットが冷房運転し、他方の室内ユニットが暖房運転する場合等。）、或いは貯湯運転する場合、冷媒は、室内熱交換器、室外熱交換器、ガスクーラ同士がいわゆる熱バランスするように循環する。これによれば、室内、室外の熱を効率的に利用した運転が可能となる。特に、室内ユニットによる冷房運転と、貯湯運転との混在運転時には、室内の熱によって貯湯（給湯）を行うことができるので、極めて有効な熱の利用となり、室外ユニットの放熱によるヒートアイランド現象の発生を少なく抑えることができる等の効果が得られる。
【００３２】
本実施形態では、上述したように、冷媒に二酸化炭素冷媒が使用され、この二酸化炭素冷媒が使用された場合、高圧の高い超臨界サイクルとなって、図２からも明らかなように、圧縮機２から吐出される高圧単相冷媒蒸気は、高圧ガス管１１内で凝縮することがないため、フロン冷媒のように、液化して、高圧ガス管１１内に寝込むといった不都合が解消される。従って、寝込み冷媒の回収用として、従来必要であった、高圧ガス管１１と低圧ガス管１２との間のバイパス管（図示せず）等が不要になり、配管構造を複雑化させることなく、高圧ガス管１１内の冷媒寝込みを防止することができる。
【００３３】
バイパス管等が不要になるため、そこに使用された電磁弁等が不要になり、その制御も不要になり、コストダウンが図られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明では、バイパス管等を配置することなく、高圧ガス管内のいわゆる冷媒寝込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】超臨界サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【符号の説明】
１  室外ユニット
２  圧縮機
３  室外熱交換器
５ａ、５ｂ  室内ユニット
６ａ、６ｂ  室内熱交換器
９ａ、９ｂ、１９ａ、１９ｂ  切換弁
１０  ユニット間配管
１１  高圧ガス管
１２  低圧ガス管
１３  液管
１６ａ、１６ｂ  吐出側弁
１７ａ、１７ｂ  吸込側弁
３０  冷凍装置
５０  給湯ユニット
【図１】
2004226018.tif 000003
【図２】
2004226018.tif 000004