(57)【要約】      （修正有）【課題】専用室内ユニットを準備する必要がなく、汎用室内ユニットを接続できる冷凍装置を提供する。【解決手段】室外熱交換器の一端が、第一切換弁を介して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、ユニット間配管が冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、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、室外熱交換器の他端が液管に接続され、各室内ユニットは室内熱交換器の一端が、第二切換弁を介して高圧ガス管と低圧ガス管に択一的に接続され、他端が室内膨張弁を介して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、第一切換弁９ａ、９ｂ、第二切換弁１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、および室内膨張弁１８ａ、１８ｂの各弁がすべて室外ユニット１に収容される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機およ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、第一切換弁を介して、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、上記室外熱交換器の他端が上記液管に接続され、上記各室内ユニットは、上記室内熱交換器の一端が、第二切換弁を介して、上記高圧ガス管と上記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が室内膨張弁を介して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、上記第一切換弁、上記第二切換弁、上記室内膨張弁の各弁が、すべて室外ユニットに収容されていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
上記高圧ガス管と上記液管との間に貯湯ユニット、および第一膨張弁を更に備え、この第一膨張弁が上記室外ユニットに収容されていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【請求項３】
上記貯湯ユニットと上記第一膨張弁との間に結氷防止コイルを備え、この結氷防止コイルが上記室外熱交換器の下端部に設置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
上記冷凍装置の冷媒配管中に二酸化炭素冷媒が封入されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の冷凍装置。
【請求項５】
上記室内膨張弁と上記室外熱交換器との間に室外膨張弁を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の冷凍装置。
【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、圧縮機およ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、室外熱交換器の一端が、第一切換弁を介して、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、ユニット間配管が、冷媒吐出管に接続された高圧ガス管と、冷媒吸込管に接続された低圧ガス管と、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、室外熱交換器の他端が室外膨張弁を介して液管に接続され、各室内ユニットは、室内熱交換器の一端が、第二切換弁を介して、高圧ガス管と低圧ガス管に択一的に接続され、他端が室内膨張弁を介して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た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】
この種のものでは、上記第一切換弁、および上記室外膨張弁が上記室外ユニットに収容され、上記第二切換弁、および上記室内膨張弁が上記室内ユニットに収容されるのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特許２８０４５２７号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、汎用機としての室内ユニットは、第二切換弁、および室内膨張弁等を備えていないため、従来の構成では、本冷凍システムのために、第二切換弁、および室内膨張弁等を備えた、いわゆる専用室内ユニットを準備しなければならないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、専用室内ユニットを準備する必要がなく、汎用室内ユニットを本システムに簡単に接続することができる冷凍装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機およ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、第一切換弁を介して、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、上記室外熱交換器の他端が上記液管に接続され、上記各室内ユニットは、上記室内熱交換器の一端が、第二切換弁を介して、上記高圧ガス管と上記低圧ガス管に択一的に接続され、他端が室内膨張弁を介して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、上記第一切換弁、上記第二切換弁、上記室内膨張弁の各弁が、すべて室外ユニットに収容されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記高圧ガス管と上記液管との間に貯湯ユニット、および第一膨張弁を更に備え、この第一膨張弁が上記室外ユニットに収容されていることを特徴とする。
【０００９】
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、上記貯湯ユニットと上記第一膨張弁との間に結氷防止コイルを備え、この結氷防止コイルが上記室外熱交換器の下端部に設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものにおいて、冷凍装置の冷媒配管中に二酸化炭素冷媒が封入されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものにおいて、上記室内膨張弁と上記室外熱交換器との間に室外膨張弁を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１において、３０は冷凍装置を示す。この冷凍装置３０は、室外ユニット１と、室内ユニット５ａ，５ｂと、給湯ユニット５０とを有して構成される。室外ユニット１は、圧縮機２、室外熱交換器３及び室外膨張弁２７を備え、室内ユニット５ａは、室内熱交換器６ａを備え、室内ユニット５ｂは、室内熱交換器６ｂを備え、給湯ユニット５０は、ガスクーラ４１、貯湯タンク４３、循環ポンプ４５を備えて構成される。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、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。
【００１４】
室外ユニット１では、室外熱交換器３の一端が、圧縮機２の吐出管７と吸込管８とに、切換弁９ａ、９ｂ（第一切換弁）を介して択一的に接続される。また、吸込管８にアキュムレータ４が配設される。
【００１５】
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に接続されている。上記液管１３の内、室内ユニット５ａ、５ｂに連なる液管１３は、室内膨張弁１８ａ，１８ｂ、内部熱交換器６０および室外膨張弁２７を介して、室外熱交換器３の他端に接続されている。また、上記液管１３の内、給湯ユニット５０に連なる液管１３は、結氷防止コイル６３、第一膨張弁６５、内部熱交換器６０、および室外膨張弁２７を介して、上述した室外熱交換器３の他端に接続されている。この結氷防止コイル６３は、上記室外熱交換器３の下端部に設置されている。
【００１６】
室内熱交換器６ａ、６ｂの一端は、高圧ガス管１１に配設された吐出側弁１６ａ、１６ｂに接続されると共に、低圧ガス管１２に配設された吸込側弁１７ａ、１７ｂに接続されている。吐出側弁１６ａ、１６ｂ、および吸込側弁１７ａ、１７ｂは第二切換弁を構成する。
【００１７】
また、室内熱交換器６ａ、６ｂの他端は、液管１３に配設された室内膨張弁１８ａ、１８ｂに接続されている。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。これによれば、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ている。
【００１８】
室内ユニット５ａ、５ｂは、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、これら室内熱交換器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、各室内ユニット５ａ、５ｂ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の他端が液管１３に接続されている。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が接続されている。
【００２０】
本実施形態では、上述したすべての弁９ａ，９ｂ、弁１６ａ，１６ｂ、弁１７ａ，１７ｂ、弁１８ａ，１８ｂ、弁６５、および弁２７が、室外ユニット１内に収容されている。
【００２１】
上記構成において、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には、二酸化炭素冷媒が封入されている。二酸化炭素冷媒が封入された場合、図５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５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、蒸発器中間の状態であり、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。
【００２２】
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、冷却媒体（空気もしくは水）の温度よりも数度高い。そして、高圧ガスは結氷防止コイル６３（図１参照）において、数度低い状態ｃまで冷却される。
【００２３】
つぎに、冷凍装置３０の動作を説明する。
【００２４】
なお、以下の説明において、冷媒回路中、太線が冷媒の流れる回路を、また、細線が冷媒の流れない回路を示し、太線部に接続された各弁は開制御され、細線部に接続された各弁は閉制御される。
【００２５】
Ａ．暖房・給湯運転
暖房・給湯運転時には、図１に実線矢印で示すように、室外ユニット１からの冷媒が、室内ユニット５ａ，５ｂ、および給湯ユニット５０を環流し、室外ユニット１に戻される。すなわち、圧縮機２から吐出された冷媒が、高圧ガス管１１を通じてガスクーラ４１に導かれ、その後、結氷防止コイル６３、第一膨張弁６５、内部熱交換器６０、および室外膨張弁２７を介して、室外熱交換器３の他端に流入し、切換弁９ｂ、アキュムレータ４を経て圧縮機２に戻される。上記ガスクーラ４１で、水配管４６を通る水が加熱され、高温となった水が貯湯タンク４３に貯えられる。この実施形態では、循環する冷媒に二酸化炭素冷媒が使用されており、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。
【００２６】
これと同時に、圧縮機２から吐出された冷媒が、吐出管７、吐出側弁１６ａ、１６ｂ、室内熱交換器６ａ、６ｂへと流れ、ここで熱交換する（二酸化炭素冷媒では、凝縮しない。）。そして、室内膨張弁１８ａ，１８ｂ、内部熱交換器６０および室外膨張弁２７を介して、室外熱交換器３の他端に流入し、切換弁９ｂ、アキュムレータ４を経て圧縮機２に戻される。これによれば、各室内熱交換器６ａ、６ｂの熱交換作用（凝縮ではない。）によって、全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に暖房運転される。
【００２７】
上記構成では、二酸化炭素冷媒により、高圧の高い超臨界サイクルとなり、利用側（室内ユニット５ａ，５ｂ、給湯ユニット５０）の温度が異なるため、高圧側の冷媒の温度に基づいて、室内膨張弁１８ａ，１８ｂ、および第一膨張弁６５の分流制御を行うことができない。
【００２８】
本実施形態では、室内ユニット５ａ，５ｂ、および給湯ユニット５０の各負荷が検出され、これら負荷に基づいて、室内膨張弁１８ａ，１８ｂ、および第一膨張弁６５の分流制御が行われる。
【００２９】
Ｂ．冷房・給湯運転
（冷房要求が給湯要求に比して小さい場合。）
この冷房・給湯運転時には、図２に実線矢印で示すように、圧縮機２から吐出された冷媒が、高圧ガス管１１を通じてガスクーラ４１に導かれ、その後、結氷防止コイル６３を経て、第一膨張弁６５に至る。
【００３０】
この第一膨張弁６５の出口で分岐し、一部の冷媒が、内部熱交換器６０、および室外膨張弁２７を介して、室外熱交換器３に流入し、切換弁９ａ、アキュムレータ４を経た後、圧縮機２に戻される。
【００３１】
そして、残りの冷媒が、室内膨張弁１８ａを経て、室内熱交換器６ａへと流れ、この室内熱交換器６ａで蒸発し、吸込側弁１７ａを経た後、アキュムレータ４を経て圧縮機２に戻される。これによれば、室内熱交換器６ａの蒸発作用によって、室内ユニット５ａが冷房運転される。
【００３２】
上記構成では、二酸化炭素冷媒により、高圧の高い超臨界サイクルとなり、利用側（室内ユニット５ａ，５ｂ、給湯ユニット５０）の温度が異なるため、高圧側の冷媒の温度に基づいて、室内膨張弁１８ａ、および第一膨張弁６５の分流制御を行うことができない。本実施形態では、室内ユニット５ａ、および給湯ユニット５０の各負荷が検出され、これら負荷に基づいて、室内膨張弁１８ａ、および第一膨張弁６５の分流制御が行われる。
【００３３】
Ｃ．冷房・給湯運転
（冷房要求が給湯要求に比して大きい場合。）
この冷房・給湯運転時には、図３に実線矢印で示すように、圧縮機２から吐出された冷媒が、吐出管７を通じて、一方は、ガスクーラ４１に導かれ、その後、結氷防止コイル６３を経て、第一膨張弁６５に至り、他方は、切換弁９ａを経て、室外熱交換器３に流入し、室外膨張弁２７を経た後、内部熱交換器６０に至る。この内部熱交換器６０を経た冷媒は、第一膨張弁６５の出口で、結氷防止コイル６３を経た冷媒と合流し、室内膨張弁１８ａ，１８ｂを経て、各室内熱交換器６ａ，６ｂへと流れ、各室内熱交換器６ａ，６ｂでそれぞれ蒸発し、吸込側弁１７ａ，１７ｂを経た後、アキュムレータ４を経て圧縮機２に戻される。これによれば、ガスクーラ４１の作用によって、上述した給湯運転が行われると共に、各室内熱交換器６ａ，６ｂの蒸発作用によって、全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に冷房運転される。第一膨張弁６５は全開である。上記構成では、室内ユニット５ａ、給湯ユニット５０の各負荷が検出され、各負荷に基づいて、室内膨張弁１８ａ，１８ｂの分流制御が行われる。
【００３４】
Ｄ．冷房運転
冷房運転時には、図４に示すように、圧縮機２から吐出された冷媒が、切換弁９ａを経て、室外熱交換器３に流入し、室外膨張弁２７を経た後、内部熱交換器６０に至る。内部熱交換器６０を経た冷媒は、各室内膨張弁１８ａ，１８ｂを経て、各室内熱交換器６ａ，６ｂへと流れ、各室内熱交換器６ａ，６ｂでそれぞれ蒸発し、吸込側弁１７ａ，１７ｂを経た後、アキュムレータ４を経て圧縮機２に戻される。これによれば、各室内熱交換器６ａ，６ｂの蒸発作用によって、全室内ユニット５ａ、５ｂが同時に冷房運転される。上記構成では、室内ユニット５ａ、および給湯ユニット５０の各負荷が検出され、各負荷に基づいて、室内膨張弁１８ａ，１８ｂの分流制御が行われる。
【００３５】
Ｅ．冷房・暖房混在運転（図示せず）
本実施形態では、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、或いは、室内ユニット５ｂを冷房し、室内ユニット５ａを暖房する等の、冷・暖混在運転が可能である。この場合における各弁の制御動作は、公知であるため、説明を省略する。
【００３６】
このように、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。
【００３７】
本実施形態では、上述したように、すべての弁９ａ，９ｂ、弁１６ａ，１６ｂ、弁１７ａ，１７ｂ、弁１８ａ，１８ｂ、弁６５、および弁２７を、室外ユニット１内に収容したため、室内ユニットは、第二切換弁、および室内膨張弁等を備える必要がない。そのため、第二切換弁、および室内膨張弁等を備えていない、従来の汎用機としての室内ユニットを、そのまま本冷凍システムに接続することができる。従って、従来のように、本冷凍システムのために、専用室内ユニットを準備する必要がなくなり、室内ユニットの機種数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
【００３８】
超臨界状態の運転となる二酸化炭素冷媒を用いたシステムでは、室内ユニット側に種々の配管器材（弁類）を配設することは、サービスメンテナンス上、好ましくない。上記構成では、それらを室外ユニット内にまとめることにより、サービスメンテナンス性を向上させることができる。
【００３９】
室内膨張弁がいわゆる室外設置の室外ユニット内に収容されるため、冷媒制御時の冷媒通過音の発生が問題とならない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、専用室内ユニットを準備する必要がなく、汎用室内ユニットを本システムに簡単に接続することができる。
【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】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３】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４】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５】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  切換弁（第一切換弁）
１０  ユニット間配管
１６ａ、１６ｂ  吐出側弁（第二切換弁）
１７ａ、１７ｂ  吸込側弁（第二切換弁）
１８ａ、１８ｂ  室内膨張弁
２７  室外膨張弁
３０  冷凍装置
５０  給湯ユニット
６３  結氷防止コイル
６５  第一膨張弁
【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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