JP5884422B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍装置、特に複数の利用ユニットを備える冷凍装置に関する。

冷凍装置には、例えば特許文献１（特開２０１１−４７５５２号公報）に記載されているように、一つの熱源ユニットに対して多数の利用ユニットが接続される構成を持つものがある。このような冷凍装置は例えばビルディングで用いられ、ビルディングの屋上などに熱源ユニットが集中して設けられ、ビルディングの各部屋に利用ユニットが配置される。このような冷凍装置の各利用ユニットは、室内熱交換器を有している。

ところで、室内熱交換器には、冷媒と室内空気とが向かい合わせに流れつつ熱交換が行われる対向流式の室内熱交換器や、冷媒と室内空気とが同じ向きに流れながら熱交換が行われる並流式の室内熱交換器など幾つかの方式がある。

冷房と暖房のいずれにも用いられる室内熱交換器は、暖房時に対向流式で熱交換が行われるように接続されると、そのままの接続では、冷房時には並流式で熱交換を行わなければならなくなる。以下の説明では、このように暖房時に対向流式になって冷房時に並流式になる熱交換器を暖房対向の熱交換器という。逆に、冷房時に対向流式になって暖房時に並流式になる熱交換器を冷房対向の熱交換器という。

このような暖房対向の熱交換器と冷房対向の熱交換器が一つの冷凍装置に混在すると、冷凍装置の熱源ユニットに液ガス熱交換器などを設けて装置全体として過熱度の適正化を図ろうとしても、一部の利用ユニットの過熱度を調整することが難しい。そのため、装置全体の効率の改善には、装置全体の過熱度の適正化ができないことに起因する限界がある。

本発明の課題は、複数の利用ユニットを備える冷凍装置において、個々の利用ユニットの過熱度を適正化してシステムの効率を改善することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、熱源ユニットと複数の利用ユニットとを備え、熱源ユニットと複数の利用ユニットとの間で冷媒を循環させる冷凍装置であって、複数の利用ユニットのうちの少なくとも一つの第１特定利用ユニットは、熱源ユニットから供給される冷媒を冷房時に減圧する利用側第１減圧器と、利用側第１減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行い、暖房時に冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する利用側第１熱交換器と、利用側第１熱交換器で熱交換された後の冷媒と利用側第１減圧器で減圧される前の冷媒との熱交換を冷房時に行う利用側第２熱交換器と、冷房時に、利用側第１熱交換器から利用側第２熱交換器に供給されて利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度に基づいて冷媒量を制御する第１制御部と、を有し、複数の利用ユニットのうちの少なくとも一つの第２特定利用ユニットは、熱源ユニットから供給される冷媒を冷房時に減圧する利用側第２減圧器と、利用側第２減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行い、暖房時に冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する利用側第３熱交換器と、冷房時に、利用側第３熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度に基づいて冷媒量を制御する第２制御部と、を有し、利用側第１熱交換器は、利用側第１減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行う場合に、冷媒と室内空気とが並流となり、利用側第３熱交換器は、利用側第２減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行う場合に、冷媒と室内空気とが対向流となり、利用側第２熱交換器及び暖房対向の利用側第１熱交換器を有する第１特定利用ユニットと、冷房対向の利用側第３熱交換器を有するが利用側第２熱交換器を有さない第２特定利用ユニットとが混在していることを特徴とする、ものである。

第１観点に係る冷凍装置では、複数の利用側第１熱交換器の一部に十分な過熱がつけ難い場合でも、その利用側第１熱交換器に流れる冷媒についての熱交換を行う利用側第２熱交換器によって適当な過熱をつけることができる。そして、利用側第２熱交換器で過熱をつけることによって、冷凍サイクルにおける低圧を低下させずにすみ、冷房時に並流式になるために低下する冷房時の効率を改善することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点に係る冷凍装置において、第１制御部は、利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒に所定の過熱度をつけるため、利用側第１減圧器により冷媒量を制御するものである。

第２観点に係る冷凍装置では、冷媒量の制御に利用側第１減圧器を用いるので、利用側第２熱交換器を取り付けたにもかかわらず、新たに付加する構成を少なくして利用側第２熱交換器の冷媒量を制御して所定の過熱度をつけられるため、コストの上昇を抑えることができる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点の冷凍装置において、利用側第２熱交換器は、冷房時に、利用側第１熱交換器から利用側第２熱交換器に供給されて利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒が出る熱源ユニット側出口を持ち、第１特定利用ユニットは、利用側第２熱交換器の熱源ユニット側出口に取り付けられ、利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度を測定する温度センサをさらに有し、利用側第２熱交換器と温度センサはユニット化されているものである。

第４観点に係る冷凍装置では、利用側第２熱交換器と温度センサがユニット化されているので、既に設置されている冷凍装置に対して利用側第２熱交換器と温度センサを後から配管の繋ぎ換え工事のみで取り付けられる。

第１観点に係る冷凍装置では、利用側第１熱交換器に流れる冷媒についての熱交換を行う利用側第２熱交換器によってそれぞれの利用側第１熱交換器に適当な過熱をつけることができ、個々の利用ユニットの過熱度を適正化して冷凍装置全体の効率を改善することができる。

第２観点に係る冷凍装置では、冷房時に冷媒と室内空気とが並流になる利用側第１熱交換器の効率が改善されるので、冷凍装置全体の効率の改善量が大きくなる。

第３観点に係る冷凍装置では、コストの上昇を抑えて冷凍装置の効率の改善ができる。

第４観点に係る冷凍装置では、ユニット化された利用側第２熱交換器と温度センサとを複数の利用側第１熱交換器のうちの一部への取り付けが簡単になり、冷凍装置の全体の効率の改善が容易になる。

一実施形態に係る冷凍装置を含む空気調和装置の冷媒配管系統を示す図。 図１の空気調和装置の制御系統を示すブロック図。 室内ユニットの動作を説明するためのグラフ。 変形例に係る空気調和装置の制御系統を示すブロック図。

（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置を含む空気調和装置の冷媒配管系統を示している。空気調和装置１は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、熱源ユニットとしての室外ユニット２と、利用ユニットとしての複数台（図１では、室内ユニット４ａ、室内ユニット４ｂおよび室内ユニット４ｃの３台）の室内ユニット４と、室外ユニット２と室内ユニット４とを接続する冷媒連絡管としての第１冷媒連絡管６および第２冷媒連絡管７とを備えている。

空気調和装置１の冷凍装置１０は、室外ユニット２と、室内ユニット４と、冷媒連絡管６、７とが接続されることによって構成されている。そして、冷凍装置１０内には冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。冷凍装置１０は、冷媒回路を構成する圧縮機２１と切換機構２２と室外熱交換器２３とレシーバ２４と室外第１膨張弁２５と室外液ガス熱交換器２７と室外第２膨張弁６２とアキュムレータ２９と室内液ガス熱交換器５１と室内膨張弁４１と室内熱交換器４２とを備える。

（２）空気調和装置の詳細構成
（２−１）室内ユニット
室内ユニット４は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置される。室内ユニット４として、図１には室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの３台が示されている。室内ユニット４ａ，４ｂはほぼ同じ構成であるが、室内ユニット４ｃは、追加ユニット５０を有していないところが室内ユニット４ａ，４ｂとは異なる。そこで、先ず室内ユニット４ｃの構成を説明して、その後に、室内ユニット４ａ，４ｂと室内ユニット４ｃとの相違点について説明する。

（２−１−１）室内ユニット４ｃ
室内ユニット４ｃは、冷凍装置１０の一部を構成する室内側主冷媒回路１０ｃを有している。室内側主冷媒回路１０ｃは、主として、減圧器である室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２とを有している。

室内膨張弁４１は、冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室内膨張弁４１は、その一端が第１冷媒連絡管６に接続され、その他端が室内熱交換器４２に接続されている。

室内熱交換器４２は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４２は、その一端が室内膨張弁４１に接続され、その他端が第２冷媒連絡管７に接続されている。

室内ユニット４ｃは、ユニット内に室内空気を吸入して、再び室内に供給するための室内ファン４３を備えており、室内空気と室内熱交換器４２を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。室内ファン４３は、室内熱交換器４２に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、ＤＣファンモータ等からなる室内ファン用モータ４３ａによって回転駆動される。室内ファン４３では、室内熱交換器４２に送風するために室内ファン用モータ４３ａにより例えば遠心ファンや多翼ファン等が駆動される。

また、室内ユニット４ｃには、各種のセンサが設けられている。具体的には、サーミスタからなる室内液管温度センサ４４や室内ガス管温度センサ４５が設けられ、室内熱交換器４２に近接する冷媒配管の温度から冷媒の温度を測定する。室内液管温度センサ４４は、冷房運転時における蒸発温度に対応する冷媒温度を検出する。また、室内温度センサ４６が設けられており、この室内温度センサ４６は熱交換が行われる前の室内ユニット４に吸入される室内空気の温度を検出する。さらに、室内ユニット４ｃは、室内ユニット４ｃを構成する各部の動作を制御する室内制御装置４７を有している。室内制御装置４７は、室内ユニット４ｃの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット４ａを個別に操作するためのリモートコントローラ（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、後述する空調室外機２の室外制御装置３０との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行ったりする。

（２−１−２）室内ユニット４ａ，４ｂ
室内ユニット４ａ，４ｂの２台のいずれの室内ユニット４も同じ構成であるため、ここでは、室内ユニット４ａの構成のみを説明する。室内ユニット４ａは、空調室内機４０と追加ユニット５０とからなり、冷凍装置１０の一部を構成する室内側主冷媒回路１０ａを有している。つまり、室内ユニット４ａが上述の室内ユニット４ｃと異なるのは、追加ユニット５０が追加されている点である。そのため、以下の室内ユニット４ａの説明では、上述の室内ユニット４ｃとの構成上の相違部分を中心に説明する。

室内ユニット４ｃの室内熱交換器４２は冷房対向の熱交換器であるのに対し、室内ユニット４ａ，４ｂの室内熱交換器４２は暖房対向の熱交換器である。そのため、室内ユニット４ａ，４ｂの室内熱交換器４２は、冷房時の効率が低下し易く、特に冷凍サイクルの低圧を上げるように制御したい場合に、過熱をつけるためのみに低圧を低下させて運転する必要が生じ、効率が低下する。このような理由による効率の低下を防止するために、追加ユニット５０が追加されている。

そのため、室内側主冷媒回路１０ａは、主として、減圧器である室内膨張弁４１と、利用側熱交換器としての室内熱交換器４２と、室内液ガス熱交換器５１とを含んでいる。

室内液ガス熱交換器５１は、第１冷媒連絡管６に接続される液側冷媒管とその液側冷媒管に沿うガス側冷媒管とを接触させる二重管構造を持つ配管熱交換器であり、そのガス側冷媒管は第２冷媒連絡管７に接続される。室内液ガス熱交換器５１は、その液側冷媒管の一端ａ１が第１冷媒連絡管６に接続され、その液側冷媒管の他端ａ２が室内膨張弁４１の一端に接続され、そのガス側冷媒管の一端ｂ２が室内熱交換器４２の他端ｂ１に接続され、そのガス側冷媒管の他端ｂ３が第２冷媒連絡管７に接続されている。図示を省略するが、暖房時には、室内液ガス熱交換器５１の液側冷媒管の一端ａ１と液側冷媒管の他端ａ２とがバイパスされ、室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管の一端ｂ２とガス側冷媒管の他端ｂ３とがバイパスされる。それにより、暖房時には、第１冷媒連絡管６と室内膨張弁４１とが直接接続され、室内熱交換器４２と第２冷媒連絡管７とが直接接続される。

室内膨張弁４１は、冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室内膨張弁４１は、その一端が室内液ガス熱交換器５１の液側冷媒管の他端ａ２に接続され、その他端が室内熱交換器４２に接続されている。

室内熱交換器４２は、その一端ａ３が室内膨張弁４１に接続され、その他端ｂ１が室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管の一端ｂ２に接続されている。

また、室内ユニット４ａには、室内ユニット４ｃと同じ室内液管温度センサ４４や室内ガス管温度センサ４５が設けられ、室内温度センサ４６が設けられている。室内ユニット４ａは、追加ユニット５０を取り付けられたことにより室内ガス管温度センサ５２をさらに備えることとなり、室内ユニット４ａにおいては、室内ガス管温度センサ４５の役割を室内ガス管温度センサ５２が代替する。そのため、室内制御装置４７には、室内ガス管温度センサ４５の替わりに室内ガス管温度センサ５２が接続される。

（２−２）室外ユニット
室外ユニット２は、ビル等の室外に設置されており、第１冷媒連絡管６及び第２冷媒連絡管７を介して室内ユニット４ａ、４ｂ，４ｃに接続されている。室外ユニット２は、冷凍装置１０の一部を構成する室外側主冷媒回路１０ｄと室外側主冷媒回路１０ｄから分岐する過冷却用冷媒流路６１とを有している。

（２−２−１）室外側主冷媒回路
室外側主冷媒回路１０ｄは、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、室外熱交換器２３と、室外第１膨張弁２５と、室外液ガス熱交換器２７と、液側閉鎖弁２８ａと、ガス側閉鎖弁２８ｂと、アキュムレータ２９とを有している。この室外側主冷媒回路１０ｄは、主として、圧縮機２１と、切換機構２２と、熱源側熱交換器としての室外熱交換器２３と、レシーバ２４と、第２遮断機構又は熱源側膨張機構としての室外第１膨張弁２５と、温度調節機構としての室外液ガス熱交換器２７と、第１遮断機構としての液側閉鎖弁２８ａと、ガス側閉鎖弁２８ｂとを有している。

圧縮機２１は、圧縮機用モータ２１ａによって駆動される密閉式圧縮機である。圧縮機用モータ２１ａが例えばインバータにより回転数が制御され、圧縮機２１は、運転容量を可変することができるよう構成されている。

切換機構２２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構２２は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器２３の一端とを接続するとともに、圧縮機吸入側配管２９ａ（アキュムレータ２９を含む）とガス側閉鎖弁２８ｂとを接続する（図１の切換機構２２の実線を参照）。また、切換機構２２は、暖房運転時には、室内熱交換器４２を圧縮機２１によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４２において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構２２は、圧縮機２１の吐出側の冷媒配管とガス側閉鎖弁２８ｂとを接続するとともに、圧縮機吸入側配管２９ａと室外熱交換器２３の一端とを接続する（図１の切換機構２２の破線を参照）。切換機構２２は、例えば四路切換弁である。

室外熱交換器２３は、伝熱管と多数のフィンとから構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、その一端が切換機構２２に接続されており、その他端が室外第１膨張弁２５に接続されている。

室外ユニット２は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン２６を有している。この室外ファン２６は、室外熱交換器２３に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣファンモータ等からなるモータ２６ａによって駆動されるプロペラファン等である。

室外第１膨張弁２５は、冷凍装置１０において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第１膨張弁２５は、室外側主冷媒回路１０ｄ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行うために、冷房運転を行う際の冷凍装置１０における冷媒の流れ方向において室外熱交換器２３の下流側であってレシーバ２４の上流側に配置され、冷媒の通過を遮断することも可能である。室外第１膨張弁２５は、その一端が室外熱交換器２３に接続され、その他端が室外液ガス熱交換器２７を介して液側閉鎖弁２８ａに接続され、室内熱交換器４２の液側に接続されている。

レシーバ２４は、室外第１膨張弁２５と液側閉鎖弁２８ａとの間に接続されており、冷房運転と暖房運転との冷媒循環量差や室内ユニット４の運転負荷の変動等に応じて冷凍装置１０内に発生する余剰冷媒を溜めることが可能な容器である。

室外液ガス熱交換器２７は、レシーバ２４と液側閉鎖弁２８ａとの間に接続されている。室外液ガス熱交換器２７は、熱源側熱交換器において凝縮された冷媒が流れる冷媒管と後述の分岐管６４とを接触させる二重管構造を持つ配管熱交換器である。室外液ガス熱交換器２７は、冷凍装置１０を室外熱交換器２３から室内ユニット４に向かって流れる冷媒と、過冷却用冷媒流路６１を室外第２膨張弁６２から圧縮機吸入側配管２９ａへと流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。この熱交換によって、室外液ガス熱交換器２７は、冷房運転時に室外熱交換器２３において凝縮された冷媒をさらに冷却し、室内ユニット４へと向かう冷媒の過冷却度を大きくする。

アキュムレータ２９は、切換機構２２と圧縮機２１との間の圧縮機吸入側配管２９ａに配置されている。

（２−２−２）過冷却用冷媒流路
室外第２膨張弁６２は、過冷却用冷媒流路６１において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第２膨張弁６２は、その一端が室外液ガス熱交換器２７に接続され、その他端が過冷却用冷媒流路６１に接続されている。この過冷却用冷媒流路６１は、室外第２膨張弁６２から室外液ガス熱交換器２７を経て、切換機構２２とアキュムレータ２９との間の圧縮機吸入側配管２９ａへ向かう冷媒管で構成されている。

室外液ガス熱交換器２７には、冷却源としての分岐管６４が設けられている。なお、冷凍装置１０から過冷却用冷媒流路６１を除いた部分が主冷媒回路である。過冷却用冷媒流路６１は、室外液ガス熱交換器２７とレシーバ２４との間で分岐される冷媒を圧縮機２１の吸入側に戻すように主冷媒回路に接続されている。過冷却用冷媒流路６１で分岐された冷媒は、減圧された後に、室外液ガス熱交換器２７に導入される。そして、過冷却用冷媒流路６１で分岐された冷媒は、室外熱交換器２３から第１冷媒連絡管６を通じて室内膨張弁４１に送られる冷媒と熱交換させた後に、圧縮機２１の吸入側に戻される。

さらに詳細に見ると、過冷却用冷媒流路６１は、分岐管６４と合流管６５と室外第２膨張弁６２を有している。分岐管６４は、室外第１膨張弁２５から室内膨張弁４１に送られる冷媒の一部を室外熱交換器２３と室外液ガス熱交換器２７との間の位置から分岐するように接続されている。合流管６５は、室外液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口から圧縮機２１の吸入側に戻すように圧縮機２１の吸入側に接続されている。室外第２膨張弁６２は、電動膨張弁からなり、過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒の流量を調節するための連通管膨張機構として機能する。これにより、室外熱交換器２３から室内膨張弁４１に送られる冷媒は、室外液ガス熱交換器２７において、室外第２膨張弁６２によって減圧された後の過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒によって冷却される。すなわち、室外液ガス熱交換器２７は、室外第２膨張弁６２の開度調節によって能力制御が行われることになる。

また、過冷却用冷媒流路６１は、後述のように、冷凍装置１０のうち液側閉鎖弁２８ａと室外第１膨張弁２５との間の部分と圧縮機２１の吸入側の部分とを接続する連通管としても機能するようになっている。

液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは、外部の機器・配管（具体的には、第１冷媒連絡管６及び第２冷媒連絡管７）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２８ａは、室外液ガス熱交換器２７に接続され、ガス側閉鎖弁２８ｂは、切換機構２２に接続され、これらによって冷媒の通過を遮断することができる。

（２−２−３）室外制御装置と各種センサ
室外ユニット２は、室外ユニット２を構成する各部の動作を制御する室外制御装置３０を有している。そして、室外制御装置３０は、室外ユニット２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータ、メモリやモータ２６ａを制御するインバータ回路等を有しており、室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの室内制御装置４７との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。すなわち、室内制御装置４７と室外制御装置３０と室内制御装置４７間を接続する伝送線８ａとによって、空気調和装置１全体の運転制御を行う制御装置８が構成されている。

また、室外ユニット２には、各種のセンサが設けられている。圧縮機２１の吐出側の冷媒配管には、圧縮機吐出圧力を検出する吐出圧力センサ３１と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサ３２とが設けられている。圧縮機吸入側配管２９ａには、圧縮機２１に吸入されるガス冷媒の温度を検出する吸入温度センサ３４と、圧縮機吸入圧力を検出する吸入圧力センサ３３とが設けられている。室外液ガス熱交換器２７の主冷媒回路側の出口には、冷媒の温度（すなわち、液管温度）を検出する液管温度センサ３５が設けられている。室外ユニット２の室外空気の吸込口側には、内部に流入する室外空気の温度（すなわち、室外温度）を検出する室外温度センサ３６が設けられている。室外液ガス熱交換器２７から、切換機構２２とアキュムレータ２９との間の低圧冷媒配管へ向かう、過冷却用冷媒流路６１の合流管６５には、室外液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口を流れる冷媒の温度を検出するためのバイパス温度センサ６３が設けられている。これら、吐出温度センサ３２、吸入温度センサ３４、液管温度センサ３５、室外温度センサ３６及びバイパス温度センサ６３は、サーミスタからなる。

（２−３）冷媒連絡管
冷媒連絡管６、７は、室外ユニット２および室内ユニット４を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。第１冷媒連絡管６は、室外ユニット２及び室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに接続されており、冷房運転時には、室外液ガス熱交換器２７において過冷却度が大きくなった液冷媒を室内膨張弁４１および室内熱交換器４２に送り、暖房運転時には、室内熱交換器４２において凝縮した液冷媒を室外ユニット２の室外熱交換器２３に送る冷媒管である。第２冷媒連絡管７は、室外ユニット２及び室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに接続されており、冷房運転時には、室内熱交換器４２において蒸発したガス冷媒を室外ユニット２の圧縮機２１に送り、暖房運転時には、圧縮機２１において圧縮されたガス冷媒を室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃの室内熱交換器４２に送る冷媒管である。

（２−４）制御装置
図２に、空気調和装置１の制御ブロック図を示す。空気調和装置１の各種運転制御を行う制御手段としての制御装置８は、図２に示すように伝送線８ａを介して結ばれる室外制御装置３０および室内制御装置４７によって構成されている。制御装置８は、各種センサ３１〜３６，４４〜４６，５２，６３の検出信号を受け、これらの検出信号等に基づいて各種機器２１，２２，２５、２６，４１，４３，６２を制御する。

（３）空気調和装置の動作
次に、本実施形態に係る空気調和装置１の基本的な動作について説明する。なお、以下に説明する各種運転における制御は制御装置８によって行われる。

（３−１）冷房運転
冷房運転時は、切換機構２２が図１の実線で示される状態、すなわち、室内ユニット４ｃにおいては、圧縮機２１の吐出側が室外熱交換器２３のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側がガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続された状態となっている。室内ユニット４ａ,４ｂにあっては、さらに室内液ガス熱交換器５１を介して圧縮機２１の吸入側が室内熱交換器４２のガス側に接続された状態となる。冷房運転時、室外第１膨張弁２５は全開状態にされ、液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは開状態にされている。室内ユニット４ｃの室内膨張弁４１は、室内熱交換器４２の出口（すなわち、室内熱交換器４２のガス側）における冷媒の過熱度が過熱度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。一方、室内ユニット４ａ，４ｂの各室内膨張弁４１は、室内液ガス熱交換器５１の出口（すなわち、第２冷媒連絡管７に接続されているガス側冷媒管の他端ｂ３）における冷媒の過熱度が過熱度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。室内ユニット４ｃの室内熱交換器４２の出口における冷媒の過熱度は、室内ガス管温度センサ４５により検出される冷媒温度値から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度値（蒸発温度に対応）を差し引くことによって検出される。また、室内ユニット４ａ，４ｂの室内液ガス熱交換器５１の出口における冷媒の過熱度は、室内ガス管温度センサ５２により検出される冷媒温度値から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度値（蒸発温度に対応）を差し引くことによって検出される。

また、室外第２膨張弁６２は、室外液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口における冷媒の過熱度が過熱度目標値になるように開度調節される（以下、過熱度制御という）。室外液ガス熱交換器２７の過冷却用冷媒流路側の出口における冷媒の過熱度は、吸入圧力センサ３３により検出される圧縮機２１の吸入圧力が蒸発温度に対応する飽和温度値に換算され、バイパス温度センサ６３により検出される冷媒温度値からこの冷媒の飽和温度値を差し引くことによって検出される。

この冷凍装置１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２６及び室内ファン４３を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。その後、高圧のガス冷媒は、切換機構２２を経由して室外熱交換器２３に送られて、室外ファン２６によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、この高圧の液冷媒は、室外第１膨張弁２５を通過して、レシーバ２４に一時的に溜められた後に、室外液ガス熱交換器２７に流入し、過冷却用冷媒流路６１を流れる冷媒と熱交換を行ってさらに冷却されて過冷却状態になる。このとき、室外熱交換器２３において凝縮した高圧の液冷媒の一部は、過冷却用冷媒流路６１に分岐され、室外第２膨張弁６２によって減圧された後に、圧縮機２１の吸入側に戻される。ここで、室外第２膨張弁６２を通過する冷媒は、圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されることで、その一部が蒸発する。そして、過冷却用冷媒流路６１の室外第２膨張弁６２の出口から圧縮機２１の吸入側に向かって流れる冷媒は、室外液ガス熱交換器２７を通過して、主冷媒回路側の室外熱交換器２３から室内ユニット４へ送られる高圧の液冷媒と熱交換を行う。

そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、液側閉鎖弁２８ａ及び第１冷媒連絡管６を経由して、室内ユニット４に送られる。

この室内ユニット４に送られた高圧の液冷媒は、室内膨張弁４１によって圧縮機２１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器４２に送られ、室内熱交換器４２において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。このとき室内ユニット４ａ，４ｂでは、室内液ガス熱交換器５１によって熱交換が行われる。図３は、室内ユニット４ａ，４ｂの室内熱交換器４２と室内液ガス熱交換器５１を流れる冷媒の温度と室内ファン４３によって送風される空気の温度と計測位置との関係を示すグラフである。図３から分かるように、室内液ガス熱交換器５１の液側冷媒管を一端ｂ２から他端ｂ３に向かって流れる冷媒は、室内液ガス熱交換器５１の液側冷媒管を一端ａ１から他端ａ２に向かって流れる冷媒との熱交換によって温度が上昇し、室内液ガス熱交換器５１から第２冷媒連絡管７に送られる冷媒には所定の過熱がつけられる。

この低圧のガス冷媒は、第２冷媒連絡管７を経由して室外ユニット２に送られ、ガス側閉鎖弁２８ｂ及び切換機構２２を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。このように、空気調和装置１は、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４２を室外熱交換器２３において凝縮された後にレシーバ２４、第１冷媒連絡管６及び室内膨張弁４１を通じて送られる冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を行う。

（３−２）暖房運転
暖房運転時は、切換機構２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側がガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４２のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が室外熱交換器２３のガス側に接続された状態となっている。室外第１膨張弁２５は、室外熱交換器２３に流入する冷媒を室外熱交換器２３において蒸発させることが可能な圧力（すなわち、蒸発圧力）まで減圧するために開度調節されるようになっている。また、液側閉鎖弁２８ａ及びガス側閉鎖弁２８ｂは、開状態にされている。室内膨張弁４１は、室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。室内熱交換器４２の出口における冷媒の過冷却度は、吐出圧力センサ３１により検出される圧縮機２１の吐出圧力が凝縮温度に対応する飽和温度値に換算され、この冷媒の飽和温度値から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度値が差し引かれることによって検出される。

この冷凍装置１０の状態で、圧縮機２１、室外ファン２６及び室内ファン４３を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、切換機構２２、ガス側閉鎖弁２８ｂ及び第２冷媒連絡管７を経由して、室内ユニット４に送られる。なお、暖房時には、室内ユニット４ａ，４ｂの室内液ガス熱交換器５１がバイパスされるため、室内ユニット４ａ，４ｂの構成は室内ユニット４ｃと等価になっていることから、室内ユニット４ｃの構成に沿って室内ユニット４の動作を説明している。

室内ユニット４に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４２において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、室内膨張弁４１を通過する際に、室内膨張弁４１の弁開度に応じて減圧される。

この室内膨張弁４１を通過した冷媒は、第１冷媒連絡管６を経由して室外ユニット２に送られ、液側閉鎖弁２８ａ、室外液ガス熱交換器２７、レシーバ２４及び室外第１膨張弁２５を経由してさらに減圧された後に、室外熱交換器２３に流入する。そして、室外熱交換器２３に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン２６によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、切換機構２２を経由して、再び、圧縮機２１に吸入される。

以上の運転制御は、冷房運転及び暖房運転を含む通常運転を行う制御装置８（室内制御装置４７と室外制御装置３０とこれらの間を接続する伝送線８ａ）によって行われる。ただし、各室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃに固有の制御は、専ら室内制御装置４７によって行われ、室外ユニット２に固有の制御は、専ら室外制御装置３０によって行われる。

（４）冷凍装置の特徴
本実施形態に係る冷凍装置１０は、室外ユニット２（熱源ユニット）と３台の室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃ（複数の利用ユニット）とを備え、室外ユニット２と３台の室内ユニット４ａ，４ｂ，４ｃとの間で冷媒を循環させている。ここでは、室内ユニット４ａ，４ｂが第１特定利用ユニットであり、室内ユニット４ｃは第１特定利用ユニットではなく第２特定利用ユニットである。室内ユニット４ａ，４ｂは、それぞれ、室内膨張弁４１（利用側第１減圧器）と、室内熱交換器４２（利用側第１熱交換器）と、室内液ガス熱交換器５１（利用側第２熱交換器）と、室内制御装置４７（第１制御部）とを有している。

室内膨張弁４１は、室外ユニット２の液側閉鎖弁２８ａから第１冷媒連絡管６と室内液ガス熱交換器５１を介して供給される冷媒を冷房時に減圧する。室内熱交換器４２は、冷房時に、蒸発器として機能し、室内膨張弁４１で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を行う。室内液ガス熱交換器５１は、冷房時に、室内熱交換器４２で熱交換された後の冷媒と室内膨張弁４１で減圧される前の冷媒との熱交換を行う。ここで、室内熱交換器４２で熱交換された後の冷媒とは、室内熱交換器４２のガス側の他端ｂ１に接続されている室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管の一端ｂ２から他端ｂ２に流れる冷媒である。また、室内膨張弁４１で減圧される前の冷媒とは、室内膨張弁４１の一端に接続されている室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管の他端ａ２に向けてその一端ａ１から流れる冷媒である。室内制御装置４７は、冷房時に、室内熱交換器４２から室内液ガス熱交換器５１に供給されて室内液ガス熱交換器５１で熱交換された後の冷媒の温度に基づいて冷媒量を制御する。具体的には、室内ガス管温度センサ５２により検出される冷媒温度値から室内液管温度センサ４４により検出される冷媒温度値を差し引くことによって検出される過熱度が過熱度目標値で一定になるように室内制御装置４７によって室内膨張弁４１の開度調節がなされ、この開度調節により冷媒量が制御される。

そのため、室内液ガス熱交換器５１によって適当な過熱をつけることができる。例えば、図３に破線で示されているように、室内液ガス熱交換器５１を通さない場合には、室内熱交換器４２の他端ｂ１で室内空気の吹き出し温度と冷媒の温度がほぼ同じになってしまうため、冷媒の低圧を低くすることでしか必要な過熱度をつけることができないような状況が現れる。このような状況であっても、室内液ガス熱交換器５１を通すことを前提とすると、図３の実線で示されているように、冷媒の低圧を低くせずに適当な過熱をつけることができる。このように、室内液ガス熱交換器５１によって、個々の室内ユニット４ａ，４ｂの過熱度を適正化して冷凍装置１０の全体の効率を改善することができる。

例えば、空気調和装置１が外気温度２５℃のときに負荷率２０％で運転されている状態で、冷房時に室内液ガス熱交換器５１を使用すると、冷房時に室内液ガス熱交換器５１を使用しない場合と比較してシステムのＣＯＰが２５％程度改善される例が確認されている。

また、室内ガス管温度センサ５２の検出結果によって、室内膨張弁４１による冷媒量の制御で所定の過熱度をつけられるため、コストの上昇を抑えることができる。

特に、室内ユニット４ａ，４ｂの室内熱交換器４２が暖房対向であり、室内ユニット４ｃの室内熱交換器４２が冷房対向であるため、室内ユニット４ａ，４ｂに室内液ガス熱交換器５１が設けられている。それにより、冷房時に並流式になるために低下する室内ユニット４ａ，４ｂの室内熱交換器４２の効率を改善することができ、冷凍装置１０の全体の効率の改善量が大きくなる。

さらに、室内液ガス熱交換器５１と室内ガス管温度センサ５２（請求項４の温度センサ）とは、追加ユニット５０としてユニット化されている。室内ガス管温度センサ５２は、室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管の他端ｂ３（熱源ユニット側出口）に取り付けられている。室内ユニット４ａ，４ｂは、追加ユニット５０が取り付けられる前は、空調室内機４０のみの構成であったものである。その効率を改善するために、後から、配管の繋ぎ換え工事のみで追加ユニット５０を取り付けて、室内ガス管温度センサ４５に代えて室内ガス管温度センサ５２を室内制御装置４７に取り付けるだけで簡単に改良が行える。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記の実施形態に係る室内ユニット４ａでは、冷房時に、室内熱交換器４２を出た冷媒の全てを室内液ガス熱交換器５１のガス側冷媒管に通す場合を説明した。しかし、図４の空気調和装置１Ａのように、室内液ガス熱交換器５１に通す冷媒とそのまま直接第２冷媒連絡管７に送る冷媒に分岐して、室内ガス管温度センサ５２を室内液ガス熱交換器５１の他端ｂ３に取り付けるようにしてもよい。それにより、図４の室内ユニット４ｂとは異なる過熱度の制御を図４の室内ユニット４ａに行なわせることができ、過熱度の制御の仕方にバリエーションを持たせることができる。

（５−２）変形例Ｂ
上記の実施形態では、室内制御装置４７が制御部として機能する場合について説明したが、制御部は室内ユニット４にある必要はなく、例えば室外制御装置３０に行なわせることもでき、制御装置８に行なわせることもできる。

（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、室内ユニット４ａ，４ｂにおいて、暖房時に、室内液ガス熱交換器５１をバイパスさせる場合について説明したが、暖房時の少しの効率の低下を許容するのであれば、必ずしもバイパスさせる必要はない。室内液ガス熱交換器５１を取り付けることによる効率の改善に主眼が置かれる場合にバイパスさせない構成とすることもでき、その場合にはバイパスをさせるために必要な部材を省くことができ、安価に追加ユニット５０を構成することができる。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、熱源ユニットとして室外熱交換器２３によって室外空気と冷媒との間で熱交換を行わせる室外ユニット２について説明したが、熱源ユニットはこのようなタイプのものに限られるものではなく、冷媒と水との間で熱交換を行わせるものなど他のタイプのものであってもよい。

１，１Ａ 空気調和装置
２ 室外ユニット
８ 制御装置
４ 室内ユニット
３０ 室外制御装置
４１ 室内膨張弁
４２ 室内熱交換器
４３ 室内ファン
４４ 室内液管温度センサ
４５ 室内ガス管温度センサ
４６ 室内温度センサ
４７ 室内制御装置
５０ 追加ユニット
５１ 室内液ガス熱交換器
５２ 室内ガス管温度センサ

特開２０１１−４７５５２号公報

Claims (3)

1. 熱源ユニット（２）と複数の利用ユニット（４）とを備え、前記熱源ユニットと複数の前記利用ユニットとの間で冷媒を循環させる冷凍装置（１０）であって、
   複数の前記利用ユニットのうちの少なくとも一つの第１特定利用ユニット（４ａ，４ｂ）は、
   前記熱源ユニットから供給される冷媒を冷房時に減圧する利用側第１減圧器（４１）と、
   前記利用側第１減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行い、暖房時に冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する利用側第１熱交換器（４２）と、
   前記利用側第１熱交換器で熱交換された後の冷媒と前記利用側第１減圧器で減圧される前の冷媒との熱交換を冷房時に行う利用側第２熱交換器（５１）と、
   冷房時に、前記利用側第１熱交換器から前記利用側第２熱交換器に供給されて前記利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度に基づいて冷媒量を制御する第１制御部と、
   を有し、
   複数の前記利用ユニットのうちの少なくとも一つの第２特定利用ユニット（４ｃ）は、
   前記熱源ユニットから供給される冷媒を冷房時に減圧する利用側第２減圧器（４１）と、
   前記利用側第２減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行い、暖房時に冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する利用側第３熱交換器（４２）と、
   冷房時に、前記利用側第３熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度に基づいて冷媒量を制御する第２制御部と、
   を有し、
   前記利用側第１熱交換器は、前記利用側第１減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行う場合に、冷媒と室内空気とが並流となり、
   前記利用側第３熱交換器は、前記利用側第２減圧器で減圧された後の冷媒の蒸発による熱交換を冷房時に行う場合に、冷媒と室内空気とが対向流となり、
   前記利用側第２熱交換器及び暖房対向の前記利用側第１熱交換器を有する前記第１特定利用ユニットと、冷房対向の前記利用側第３熱交換器を有するが前記利用側第２熱交換器を有さない前記第２特定利用ユニットとが混在していることを特徴とする、冷凍装置。
2. 前記第１制御部は、前記利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒に所定の過熱度をつけるため、前記利用側第１減圧器により冷媒量を制御する、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記利用側第２熱交換器は、冷房時に、前記利用側第１熱交換器から前記利用側第２熱交換器に供給されて前記利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒が出る熱源ユニット側出口を持ち、
   前記第１特定利用ユニットは、前記利用側第２熱交換器の前記熱源ユニット側出口に取り付けられ、前記利用側第２熱交換器で熱交換された後の冷媒の温度を測定する温度センサ（５２）をさらに有し、
   前記利用側第２熱交換器と前記温度センサはユニット化されている、
   請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。

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