CN101535735B - 空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是在多联式的空调装置中提供一种能根据多个室内单元各自的负载来控制必要能力的空调装置。本发明的空调装置是一种使制冷剂产生状态变化来进行空气调节的空调装置，包括热源单元(2)、第一利用单元、第二利用单元、制冷剂连通配管(4)和控制部(5)。热源单元具有热源侧压缩机(21)、热源侧热交换器(23)和热源侧膨胀机构(V2)。第一利用单元具有第一利用侧压缩机、第一利用侧热交换器和第一利用侧膨胀机构。第二利用单元具有第二利用侧压缩机、第二利用侧热交换器和第二利用侧膨胀机构。控制部根据第一利用单元的负载来控制第一利用侧压缩机和第一利用侧膨胀机构，并根据第二利用单元的负载来控制第二利用侧压缩机和第二利用侧膨胀机构。

Description

空调装置
技术领域
本发明涉及在室外单元上连接多个室内单元的多联式空调装置。
背景技术
以往，有一种在室外单元上连接多个室内单元的专利文献1那样的所谓的多联式空调装置。这种多联式空调装置能根据大楼等建筑物的使用形态自由地组合能力不同的多个室内单元，能对每一楼面、每一空间单独地进行空气调节。因此，能组合与各房间的制冷、供暖负载相应的室内单元，在不浪费能量消耗的情况下进行空气调节。
专利文献1：日本专利特开平11-118275
然而，在这样的多联式空调装置中，基本上无法高精度地变更各室内单元的蒸发温度或冷凝温度。因此，例如在输出接近容量上限的能力的室内单元和必要能力比容量小的室内单元同时存在时，对于必要能力较小的室内单元，在制冷时需要较大的蒸发器出口过热度，而在供暖时则需要具有较大的冷凝器过冷度，运行效率有时会恶化。
发明内容
本发明的目的是在多联式的空调装置中提供一种能根据多个室内单元各自的负载来控制必要能力的空调装置。
解决技术问题所采用的技术方案
第一发明的空调装置是一种使制冷剂产生状态变化来进行空气调节的空调装置，包括：热源单元、第一利用单元、第二利用单元、制冷剂连通配管、以及控制部。热源单元具有：压缩制冷剂的热源侧压缩机、使制冷剂进行热交换的热源侧热交换器、以及使制冷剂减压的热源侧膨胀机构。第一利用单元具有：压缩制冷剂的第一利用侧压缩机、使制冷剂进行热交换的第一利用侧热交换器、以及使制冷剂减压的第一利用侧膨胀机构。第二利用单元具有：压缩制冷剂的第二利用侧压缩机、使制冷剂进行热交换的第二利用侧热交换器、以及使制冷剂减压的第二利用侧膨胀机构。制冷剂连通配管将热源单元与第一利用单元和第二利用单元连接。控制部根据第一利用单元的负载来控制第一利用侧压缩机和第一利用侧膨胀机构，并根据第二利用单元的负载来控制第二利用侧压缩机和第二利用侧膨胀机构。
在本发明中，在利用单元包括第一利用单元和第二利用单元多个时，不仅在热源单元中，在第一利用单元和第二利用单元中也分别配备第一利用侧压缩机和第二利用侧压缩机。控制部根据第一利用单元的运行负载来控制第一利用侧压缩机和第一利用侧膨胀机构，并根据第二利用单元的运行负载来控制第二利用侧压缩机和第二利用侧膨胀机构。
因此，能在各利用单元中独立地控制例如制冷时的蒸发温度和供暖时的高压，高精度地进行与各利用单元的运行负载相应的能力控制。因此，能提高空调装置的运行效率，实现节能。
第二发明的空调装置是在第一发明的空调装置中，第一利用侧压缩机和第二利用侧压缩机能进行变换器控制(inverter contro1)。
在本发明中，第一利用侧压缩机和第二利用侧压缩机是容量可变的压缩机，能进行变换器控制。因此，能进行第一利用侧压缩机的容量控制来输出与第一利用单元的运行负载相应的能力，进行第二利用侧压缩机的容量控制来输出与第二利用单元的运行负载相应的能力。
第三发明的空调装置是在第一发明或第二发明的空调装置中，热源单元还具有中间冷却器。
在本发明中，在热源单元内具有将中间压力的液体制冷剂和气体制冷剂冷却的中间冷却器。在中间冷却器中，被高压侧的膨胀机构膨胀成中间压力的气液两相状态的制冷剂、以及被下级侧的压缩机压缩至中间压力的气体制冷剂流过。此时，使液体制冷剂的一部分蒸发，给中间冷却器内部的制冷剂带来冷冻效果。
因此，能将在下级侧的压缩机中被压缩的中间压力的气体制冷剂冷却至饱和状态或接近饱和状态的状态。同样地，通过冷冻效果，也能将液体制冷剂冷却至过冷区域。由此，能提高冷冻效果。另外，能降低上级侧的压缩机的排出温度，防止上级侧的压缩机内的润滑油变质。
第四发明的空调装置是在第一发明至第三发明的任一个空调装置中，热源单元还具有热源侧切换机构。热源侧切换机构能在第一状态与第二状态之间进行切换。第一状态是指在第一利用侧压缩机或第二利用侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入热源侧压缩机、且在热源侧压缩机中被压缩至高压的制冷剂流入热源侧热交换器的状态。第二状态是指在热源侧热交换器中蒸发的低压的制冷剂流入热源侧压缩机、且在热源侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入第一利用侧压缩机或第二利用侧压缩机的状态。第一利用侧单元还具有第一利用侧切换机构。第一利用侧切换机构能在第三状态与第四状态之间进行切换。第三状态是指在第一利用侧热交换器中蒸发的低压的制冷剂流入第一利用侧压缩机、且在第一利用侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入热源侧压缩机的状态。第四状态是指在热源侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入第一利用侧压缩机、且在第一利用侧压缩机中被压缩至高压的制冷剂流入第一利用侧热交换器的状态。第二利用侧单元还具有第二利用侧切换机构。第二利用侧切换机构能在第五状态与第六状态之间进行切换。第五状态是指在第二利用侧热交换器中蒸发后的低压的制冷剂流入第二利用侧压缩机、且在第二利用侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入热源侧压缩机的状态。第六状态是指在热源侧压缩机中被压缩至中间压力的制冷剂流入第二利用侧压缩机、且在第二利用侧压缩机中被压缩至高压的制冷剂流入第二利用侧热交换器的状态。控制部进行第一控制和第二控制。第一控制是指使热源侧切换机构成为第一状态、使第一利用侧切换机构成为第三状态、并使第二利用侧切换机构成为第五状态的控制。第二控制是指使热源侧切换机构成为第二状态、使第二切换机构成为第四状态、并使第二利用侧切换机构成为第六状态的控制。
在本发明中，例如，能切换供暖运行和制冷运行这样的运行状态的切换机构(例如四通切换阀)装设在热源单元、第一利用单元和第二利用单元中。
因此，能在将第一利用侧热交换器和第二利用侧热交换器作为气体冷却器利用并将热源侧热交换器作为蒸发器利用的状态与相反地将第一利用侧热交换器和第二利用侧热交换器作为蒸发器利用并将热源侧热交换器作为气体冷却器利用的状态之间进行切换。由此，能在制冷运行与供暖运行之间切换利用单元的运行状态。因此，能根据气温来切换运行状态，提供舒适的空调空间。
发明效果
在第一发明的空调装置中，能在各利用单元中独立地控制例如制冷时的蒸发温度和供暖时的高压，高精度地进行与各利用单元的运行负载相应的能力控制。因此，能提高空调装置的运行效率，实现节能。
在第二发明的空调装置中，第一利用侧压缩机和第二利用侧压缩机是容量可变的压缩机，能进行变换器控制。因此，能进行第一利用侧压缩机的容量控制来输出与第一利用单元的运行负载相应的能力，进行第二利用侧压缩机的容量控制来输出与第二利用单元的运行负载相应的能力。
在第三发明的空调装置中，能将在下级侧的压缩机中压缩后的中间压力的气体制冷剂冷却至饱和状态或接近饱和状态的状态。同样地，通过冷冻效果，也能将液体制冷剂冷却至过冷区域。由此，能提高冷冻效果。另外，能降低上级侧的压缩机的排出温度，防止上级侧的压缩机内的润滑油变质。
在第四发明的空调装置中，能在将第一利用侧热交换器和第二利用侧热交换器作为气体冷却器利用并将热源侧热交换器作为蒸发器利用的状态与相反地将第一利用侧热交换器和第二利用侧热交换器作为蒸发器利用并将热源侧热交换器作为气体冷却器利用的状态之间进行切换。由此，能在制冷运行与供暖运行之间切换利用单元的运行状态。因此，能根据气温来切换运行状态，提供舒适的空调空间。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的空调装置的制冷剂回路图。
图2是表示本发明的空调装置的利用CO2制冷剂的两级压缩两级膨胀的制冷循环的p-h线图。
图3是变形例(1)所涉及的空调装置的制冷剂回路图。
图4是表示变形例(1)所涉及的空调装置的利用CO2制冷剂的两级压缩两级膨胀的制冷循环的p-h线图。
图5是变形例(2)所涉及的空调装置的制冷剂回路图。
(符号说明)
1、1a空调装置
2、2a室外单元(热源单元)
3a～3c室内单元(第一利用单元、第二利用单元)
4制冷剂连通配管(制冷剂连通配管)
5控制部
8a～8c室内单元(第一利用单元、第二利用单元)
21室外压缩机(热源侧压缩机)
27a中间冷却器
31a～31c室内压缩机(第一利用侧压缩机、第二利用侧压缩机)
71a～71c室内压缩机(第一利用侧压缩机、第二利用侧压缩机)
V1室外四通切换阀(热源侧切换机构)
V2室外膨胀阀(热源侧膨胀机构)
V6a～V6c室内四通切换阀(第一利用侧切换机构、第二利用侧切换机构)
V7a～V7c室内膨胀阀(第一利用侧膨胀机构、第二利用侧膨胀机构)
V8a～V8c室内膨胀阀(第一利用侧膨胀机构、第二利用侧膨胀机构)
V9a～V9c室内四通切换阀(第一利用侧切换机构、第二利用侧切换机构)
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的空调装置的实施方式进行说明。
<空调装置的结构>
图1是本发明的一实施方式所涉及的空调装置1的概略结构图。空调装置1在其制冷剂回路10的一个系统内具有两台压缩机、两个膨胀阀，是通过进行两级压缩两级膨胀的制冷循环运行对大楼等的室内进行制冷、供暖的装置。空调装置1主要包括：一个作为热源单元的室外单元2、与其连接的作为利用单元的室内单元3a～3c、以及连接室外单元2和室内单元3a～3c的制冷剂连通配管4。制冷剂连通配管4包括液体制冷剂连通配管41和气体制冷剂连通配管42。即，本实施方式的空调装置1的制冷剂回路10由室外单元2、室内单元3a～3c、制冷剂连通配管4连接而成。
(1)室外单元
室外单元2设置在大楼等的室外，通过制冷剂连通配管4与室内单元3a～3c连接，构成制冷剂回路10。
下面，对室外单元2的结构进行说明。室外单元2主要具有构成制冷剂回路10的一部分的室外侧制冷剂回路20。该室外侧制冷剂回路20主要具有：室外压缩机21、室外四通切换阀V1、作为热源侧热交换器的室外热交换器23、作为膨胀机构的室外膨胀阀V2、气液分离器27、液体侧截止阀V3、以及气体侧截止阀V4。
室外压缩机21是可以改变运行容量的压缩机，在本实施方式中，是由转速受变换器控制的电动机22来驱动的容积式压缩机。该室外压缩机21在制冷运行时成为两级压缩两级膨胀的制冷循环的上级侧的压缩机，在供暖运行时成为两级压缩两级膨胀的制冷循环的下级侧的压缩机。两级压缩两级膨胀的制冷循环在后面进行说明。在本实施方式中，室外压缩机21只有一台，但并不局限于此，也可以根据室内单元的连接个数等并列连接两台以上的压缩机。
室外四通切换阀V1是为了使室外热交换器23作为冷凝器和蒸发器起作用而设置的阀。室外四通切换阀V1与室外热交换器23、室外压缩机21的吸入侧、室外压缩机21的排出侧、气体制冷剂连通配管42连接。在使室外热交换器23作为冷凝器起作用时，室外四通切换阀V1将室外压缩机21的排出侧与室外热交换器23连接，并将室外压缩机21的吸入侧与气体制冷剂连通配管42连接(图1中实线的状态)。反之，在使室外热交换器23作为蒸发器起作用时，室外四通切换阀V1将室外热交换器23与室外压缩机21的吸入侧连接，并将室外压缩机21的排出侧与气体制冷剂连通配管42连接(图1中虚线的状态)。
室外热交换器23是能作为冷凝器和蒸发器起作用的热交换器，在本实施方式中，是将空气作为热源与制冷剂进行热交换的交叉翅片式的翅片管式热交换器。室外热交换器23的一侧与室外四通切换阀V1连接，另一侧通过室外膨胀阀V2与液体制冷剂连通配管41连接。
室外膨胀阀V2是为了对在室外侧制冷剂回路20内流动的制冷剂的压力和流量等进行调节而与室外热交换器23的液体侧连接的电动膨胀阀。该室外膨胀阀V2在制冷运行时作为两级压缩两级膨胀的制冷循环的第一级膨胀机构起作用，在供暖运行时作为两级压缩两级膨胀的制冷循环的第二级膨胀机构起作用。在作为第一级膨胀机构起作用时，使高压Ph的制冷剂减压成中间压力Pm。另外，在作为第二级膨胀机构起作用时，使中间压力Pm的制冷剂减压成低压Pl。
在气液分离器27中，能将经室外膨胀阀V2或室内膨胀阀V7(参照后面的说明)减压成中间压力Pm后流入的气液两相状态的制冷剂分离成液体制冷剂和气体制冷剂并积存液体制冷剂。在气液分离器27中积存的液体制冷剂在制冷运行时被送往室内膨胀阀V7，在供暖运行时被送往室外膨胀阀V2。另外，在气液分离器27中分离出的气体制冷剂利用旁通回路28与气体侧截止阀V4和室外四通切换阀V1之间的配管连接。该旁通回路28包括能控制气体制冷剂的流量的旁通阀V5。
另外，室外单元2具有作为送风风扇的室外风扇24，该室外风扇24用于将室外空气吸入单元内，使其在室外热交换器23中与制冷剂进行热交换，之后将其朝室外排出。该室外风扇24是可以改变朝室外热交换器23供给的空气的风量的风扇，在本实施方式中，是受由直流风扇电动机构成的电动机25驱动的螺旋桨风扇等。
另外，室外单元2具有对构成室外单元2的各部分的动作进行控制的室外侧控制部26。室外侧控制部26具有为了进行室外单元2的控制而设置的微型计算机、存储器、控制电动机22等的变换器电路等，可以与后述的室内单元3a～3c的室内侧控制部36a～36c之间通过传输线51进行控制信号等的交换。即，室外侧控制部26、室内侧控制部36a～36c和将各控制部彼此连接的传输线51构成了进行空调装置1整体的运行控制的控制部5。
控制部5连接成能接收各种传感器(未图示)的检测信号，并连接成能根据这些检测信号等来控制各种设备21、24、31a～31c、34a～34c以及阀V1、V2、V6a～V6c、V7a～V7c。
(2)室内单元
室内单元3a～3c通过埋入大楼等的室内的天花板或从天花板上吊下等、或者挂设在室内的壁面上等进行设置。室内单元3a～3c通过制冷剂连通配管4与室外单元2连接，构成制冷剂回路10的一部分。
下面，对室内单元3a～3c的结构进行说明。另外，由于室内单元3a和室内单元3b、3c是同样的结构，因此此处仅对室内单元3a的结构进行说明，至于室内单元3b、3c，分别标注Xb、Xc的符号来代替表示室内单元3a的各部分的Xa的符号即可，省略各部分的说明。例如，室内单元3a的室内风扇34a与室内单元3b、3c的室内风扇34b、34c对应。
室内单元3a主要具有构成制冷剂回路10的一部分的室内侧制冷剂回路30a。该室内侧制冷剂回路30a主要具有：室内压缩机31a、室内四通切换阀V6a、作为膨胀机构的室内膨胀阀V7a、以及作为利用侧热交换器的室内热交换器33a。
室内压缩机31a是可以改变运行容量的压缩机，在本实施方式中，是由转速受变换器控制的电动机32a来驱动的容积式压缩机。该室内压缩机31a在制冷运行时成为两级压缩两级膨胀的制冷循环的下级侧的压缩机，在供暖运行时成为两级压缩两级膨胀的制冷循环的上级侧的压缩机。该室内压缩机31a可以根据室内的空调负载，进行与该空调负载相应的运行容量的控制。在本实施例中，空调装置1包括三个室内单元3a～3c。室内单元3a～3c各自根据要进行空气调节的空间的负载，对各室内压缩机31a～31c的运行容量进行控制。
室内四通切换阀V6a与室外四通切换阀V1一样，是为了使室内热交换器33a作为蒸发器和冷凝器起作用而设置的阀。室内四通切换阀V6a与室内热交换器33a、室内压缩机31a的吸入侧、室内压缩机31a的排出侧、以及气体制冷剂连通配管42连接。在使室内热交换器33a作为冷凝器起作用时，室内四通切换阀V6a将室内压缩机31a的排出侧与室内热交换器33a连接，并将室内压缩机31a的吸入侧与气体制冷剂连通配管42连接(图1中虚线的状态)。反之，在使室内热交换器33a作为蒸发器起作用时，室内四通切换阀V6a将室内热交换器33a与室内压缩机31a的吸入侧连接，并将室内压缩机31a的排出侧与气体制冷剂连通配管42连接(图1中实线的状态)。室外四通切换阀V1和室内四通切换阀V6a像下面那样连动地起作用。在室外四通切换阀V1使室外热交换器23作为冷凝器起作用时，室内四通切换阀V6a使室内热交换器33a作为蒸发器起作用。另外，在室外四通切换阀V1使室外热交换器23作为蒸发器起作用时，室内四通切换阀V6a使室内热交换器33a作为冷凝器起作用。
室内膨胀阀V7a与室外膨胀阀V2一样，是为了对在室内侧制冷剂回路30a内流动的制冷剂的压力和流量等进行调节而与室内热交换器33a的液体侧连接的电动膨胀阀。该室内膨胀阀V7a在制冷运行时作为两级压缩两级膨胀的制冷循环的第二级膨胀机构起作用，在供暖运行时作为两级压缩两级膨胀的制冷循环的第一级膨胀机构起作用。另外，该室内膨胀阀V7a与室外膨胀阀V2一样，在作为第一级膨胀机构起作用时，使高压Ph的制冷剂减压成中间压力Pm。在作为第二级膨胀机构起作用时，使中间压力Pm的制冷剂减压成低压Pl。
室内热交换器33a是由传热管和许多翅片构成的交叉翅片式的翅片管式热交换器，是在制冷运行时作为制冷剂的蒸发器起作用而将室内空气冷却、并在供暖运行时作为制冷剂的冷凝器起作用而将室内空气加热的热交换器。
另外，室内单元3a具有作为送风风扇的室内风扇34a，该室内风扇34a将室内空气吸入单元内，使其在室内热交换器33a中与制冷剂进行热交换，之后将其作为供给空气朝室内供给。室内风扇34a是可以改变朝室内热交换器33a供给的空气的风量的风扇，在本实施方式中，是受由直流风扇电动机构成的电动机35a驱动的离心式风扇或多叶片风扇等。
另外，室内单元3a包括对构成室内单元3a的各部分的动作进行控制的室内侧控制部36a。室内侧控制部36a具有为了进行室内单元3a的控制而设置的微型计算机和存储器等，可以与用于单独操作室内单元3a的遥控器(未图示)进行控制信号等的交换、或通过传输线51与室外单元2进行控制信号等的交换等。
(3)制冷剂连通配管
制冷剂连通配管4是在将空调装置1设置于大楼等设置场所时现场施工的制冷剂配管，根据设置场所、室外单元2和室内单元3a～3c的组合等设置条件，使用具有各种长度和管径的制冷剂连通配管。
<空调装置的动作>
下面，对本实施方式的空调装置1的动作进行说明。
作为本实施方式的空调装置1的运行模式，根据室内单元3a～3c的制冷、供暖的负载，有对室内单元3a～3c进行制冷的制冷运行以及对室内单元3a～3c进行供暖的供暖运行。
下面，对空调装置1在各运行模式下的动作进行说明。
(1)制冷运行
首先，使用图1和图2对制冷运行进行说明。在制冷运行时，在室外单元2的室外侧制冷剂回路20中，室外四通切换阀V1被切换成图1中实线所示的状态，并且，在室内单元3a～3c的室内侧制冷剂回路30a～30c中，室内四通切换阀V6a～V6c被切换成图1中实线所示的状态，由此，室外热交换器23作为冷凝器起作用，并且，室内热交换器33a～33c作为蒸发器起作用。
在该制冷剂回路10的状态下，在启动室内压缩机31a～31c、室外压缩机21、室外风扇24和室内风扇34a～34c时，低压Pl的气体制冷剂被吸入室内压缩机31a～31c而被压缩成中间压力Pm的气体制冷剂。之后，中间压力Pm的气体制冷剂经由室内四通切换阀V6a～V6c送往气体制冷剂连通配管42。送往气体制冷剂连通配管42的中间压力Pm的气体制冷剂从气体侧截止阀V4流入室外单元2内。流入室外单元2内的气体制冷剂与来自旁通回路28的在气液分离器27中分离出的气体制冷剂(注入气体)合流，经由室外四通切换阀V1流入室外压缩机21。流入室外压缩机21的气体制冷剂从中间压力Pm被压缩成高压Ph并流入室外热交换器23。此时，室外热交换器23作为冷凝器起作用，朝由室外风扇24供给来的室外空气释放热量，将制冷剂冷却。接着，制冷剂被室外膨胀阀V2从高压Ph的状态减压至中间压力Pm。被减压成中间压力Pm的制冷剂成为气液两相状态，流入气液分离器27。在气液分离器27中，制冷剂被分离成液体制冷剂和气体制冷剂，使中间压力Pm的液体制冷剂朝靠近液体侧截止阀V3侧的配管流出，使中间压力Pm的气体制冷剂通过旁通回路28朝室外压缩机21的吸入侧流出。
接着，中间压力Pm的液体制冷剂经由液体侧截止阀V3、液体制冷剂连通配管41送往室内单元3a～3c。该送往室内单元3a～3c的中间压力Pm的液体制冷剂被室内膨胀阀V7a～V7c减压至室内压缩机31a～31c的吸入压力附近而成为低压Pl的气液两相状态的制冷剂，被送往室内热交换器33a～33c，在室内热交换器33a～33c中与室内空气进行热交换而蒸发，成为低压Pl的气体制冷剂。低压Pl的气体制冷剂经由室内四通切换阀V6a～V6c，再次被室内压缩机31a～31c吸入。
(2)供暖运行
在供暖运行时，在室外单元2的室外侧制冷剂回路20中，室外四通切换阀V1被切换成图1中虚线所示的状态，并且，在室内单元3a～3c的室内侧制冷剂回路30a～30c中，室内四通切换阀V6a～V6c被切换成图1中虚线所示的状态，室外热交换器23作为蒸发器起作用，并且，室内热交换器33a～33c作为冷凝器起作用。
在该制冷剂回路10的状态下，在启动室内压缩机31a～31c、室外压缩机21、室外风扇24和室内风扇34a～34c时，低压Pl的气体制冷剂被吸入室外压缩机21而被压缩成中间压力Pm的气体制冷剂，经由室外四通切换阀V1与来自旁通回路28的在气液分离器27中分离出的气体制冷剂(注入气体)合流。接着，合流后的中间压力Pm的气体制冷剂经由气体侧截止阀V4送往气体制冷剂连通配管42。
接着，送往气体制冷剂连通配管42的中间压力Pm的气体制冷剂被送往室内单元3a～3c。该送往室内单元3a～3c的中间压力Pm的气体制冷剂在室内压缩机31a～31c中被压缩至高温高压的超临界状态。成为超临界状态后的制冷剂经由室内四通切换阀V6a～V6c送往室内热交换器33a～33c。该制冷剂在室内热交换器33a～33c中与室内空气进行热交换，被凝缩成高压Ph的液体制冷剂，之后，在流过室内膨胀阀V7a～V7c时，与室内膨胀阀V7a～V7c的阀开度对应地被减压至中间压力Pm。
接着，流过室内膨胀阀V7a～V7c的制冷剂经由液体制冷剂连通配管41送往室外单元2。经由液体侧截止阀V3流入室外单元2的中间压力Pm的制冷剂成为气液两相状态并流入气液分离器27。在气液分离器27中，制冷剂被分离成液体制冷剂和气体制冷剂，使中间压力Pm的液体制冷剂朝靠近室外膨胀阀V2侧的配管流出，使中间压力Pm的气体制冷剂通过旁通回路28朝室外压缩机21的吸入侧流出。中间压力Pm的液体制冷剂经由室外膨胀阀V2被进一步减压成低压Pl的液体制冷剂，之后，流入室外热交换器23。然后，流入室外热交换器23的低压Pl的气液两相状态的制冷剂与由室外风扇24供给来的室外空气进行热交换而蒸发成低压Pl的气体制冷剂，经由室外四通切换阀V1，再次被室外压缩机21吸入。
<两级压缩两级膨胀的制冷循环>
图2用p-h线图(焓-熵图)来表示超临界条件下的制冷循环。在本发明中，制冷剂利用的是作为超临界制冷剂的CO2制冷剂。另外，采用两级压缩两级膨胀的制冷循环，在制冷剂回路10的一个系统内使用两台压缩机，分两级进行压缩，并使用两个膨胀机构，分两级进行膨胀。使用图1和图2对该两级压缩两级膨胀循环进行说明。此处，是对上述制冷运行时进行说明。如上所述，该制冷剂回路10主要由室内压缩机31a～31c、室外压缩机21、室外热交换器23、室外膨胀阀V2、室内膨胀阀V7a～V7c、以及室内热交换器33a～33c构成。图2的A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1和I1表示与图1中的各点对应的制冷剂的状态。
在该制冷剂回路10中，制冷剂被室内压缩机31a～31c压缩成高温中间压力Pm(A1→B1)。被压缩至中间压力Pm的高温的制冷剂在保持中间压力Pm的状态下流过气体制冷剂连通配管42，与由气液分离器27分离出的中间压力Pm的气体制冷剂(注入气体)合流并被冷却(B1+I1→C1)。与注入气体合流而被冷却的中间压力Pm的气体制冷剂在室外压缩机21中被压缩成高温高压(C1→D1)。此时，作为制冷剂的CO2从气体成为超临界状态。此处所谓的“超临界状态”，是指临界点K以上的温度和压力下的物质状态，是指同时具有气体的扩散性和液体的溶解性的状态。所谓超临界状态，在图2中是指临界温度等温线Tk的右侧、临界压力Pk以上的区域内的制冷剂的状态。一旦制冷剂(物质)成为超临界状态，则气相与液相间的区别便会消失。此处所谓的“气相”，是指饱和蒸汽线Sv的右侧、临界压力Pk以下的区域内的制冷剂的状态。所谓“液相”，是指饱和液线S1的左侧、临界温度等温线Tk的左侧的区域内的制冷剂的状态。另外，被室外压缩机21压缩成高温高压的超临界状态的制冷剂被成为冷凝器的室外热交换器23散热，成为低温高压的制冷剂(D1→E1)。此时，由于制冷剂处于超临界状态，因此在室外热交换器23的内部伴随显热变化(温度变化)而进行动作。接着，在室外热交换器23中散热后的制冷剂因室外膨胀阀V2开放而膨胀，压力从高压Ph朝中间压力Pm减压(E1→F1)。然后，被室外膨胀阀V2减压的制冷剂成为气液两相状态，流入气液分离器27。在气液分离器27中，制冷剂被分离成液体制冷剂和气体制冷剂。接着，使中间压力Pm的液体制冷剂朝靠近液体侧截止阀V3侧的配管流出(F1→G1)，使中间压力Pm的气体制冷剂通过旁通回路28朝室外压缩机21的吸入侧流出(F1→I1)。中间压力Pm的液体制冷剂流过液体制冷剂连通配管41，在室内膨胀阀V7a～V7c中进一步膨胀，成为低压Pl的液体制冷剂(G1→H1)。该低压Pl的液体制冷剂在室内热交换器33a～33c中吸收热量并蒸发，返回室内压缩机31a～31c(H1→A1)。
<特征>
(1)本实施方式是在室内单元3a～3c存在多个(本实施方式中是三个)时，不仅在室外单元2中，而且在室内单元3a～3c中也分别配备室内压缩机31a～31c。该室内压缩机31a～31c是容量可变的压缩机，可以进行变换器控制。而且，控制部5根据各室内单元3a～3c的运行负载来控制室内压缩机31a～31c。
因此，能在各室内单元3a～3c中独立地控制制冷时的蒸发温度和供暖时的高压，高精度地进行与各室内单元3a～3c的运行负载相应的能力控制。因此，能提高空调装置1的运行效率，实现节能。
(2)本实施方式是包括能切换制冷运行和供暖运行的运行状态的室外四通切换阀V1以及室内四通切换阀V6a～V6c。该室外四通切换阀V1包括在室外单元2中，室内四通切换阀V6a～V6c包括在室内单元3a～3c。
因此，能在将室内热交换器33a～33c作为气体冷却器并将室外热交换器23作为蒸发器利用的状态与相反地将室内热交换器33a～33c作为蒸发器并将室外热交换器23作为气体冷却器利用的状态之间进行切换。由此，能在制冷运行与供暖运行之间切换室内单元3a～3c的运行状态。因此，能根据气温来切换运行状态，提供舒适的空调空间。
<变形例>
(1)在本实施方式中，在室外膨胀阀V2与室内膨胀阀V7a～V7c之间以及室外压缩机21与室内压缩机31a～31c之间直接连接制冷剂连通配管4(液体制冷剂连通配管41和气体制冷剂连通配管42)，但还可以在其间设置中间冷却器27a。例如，也可以像图3那样，将其设置在室外单元2内。下面，对具有中间冷却器27a的制冷剂回路10a的制冷循环进行说明。
图4利用p-h线图(焓-熵图)来表示超临界条件下的制冷循环。在本发明中，制冷剂利用的是作为超临界制冷剂的CO2制冷剂。另外，采用两级压缩两级膨胀的制冷循环，使用两台压缩机，分两级进行压缩，并使用两个膨胀机构，分两级进行膨胀。使用图3和图4对该两级压缩两级膨胀循环进行说明。此处，对上述制冷运行时进行说明。该制冷剂回路10a主要由室内压缩机31a～31c、室外压缩机21、室外热交换器23、室外膨胀阀V2、中间冷却器27a、室内膨胀阀V7a～V7c、室内热交换器33a～33c构成。图3的A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2和H2表示与图4中的各点对应的制冷剂的状态。另外，对此时的运行状态为制冷运行时进行说明。
在该制冷剂回路10a中，制冷剂被室内压缩机31a～31c压缩成高温中间压力Pm(A2→B2)。被压缩至中间压力Pm的高温的制冷剂流入中间冷却器27a。在室外膨胀阀V2中被减压成中间压力Pm的液体制冷剂也流入中间冷却器27a。该液体制冷剂和在室内压缩机31a～31c中被压缩的气体制冷剂共存，成为平衡状态。过热状态的气体制冷剂被冷却至饱和状态或接近饱和状态的状态，过热被消除(B2→C2)。在中间冷却器27a中被消除过热的气体制冷剂在室外压缩机21中被压缩成高温高压的状态(C2→D2)。此时，作为制冷剂的CO2从气体成为超临界状态。接着，被室外压缩机21压缩成高温高压的超临界状态的制冷剂被成为冷凝器的室外热交换器23散热，成为低温高压的制冷剂(D2→E2)。此时，由于制冷剂处于超临界状态，因此在室外热交换器23的内部伴随显热变化(温度变化)而进行动作。然后，在室外热交换器23中散热后的制冷剂因室外膨胀阀V2开放而膨胀，压力从高压Ph朝中间压力Pm的Pm减压(E2→F2)。接着，被室外膨胀阀V2减压的制冷剂流入中间冷却器27a。流入中间冷却器27a的中间压力Pm的制冷剂的一部分蒸发(F2→C2)，将中间冷却器27a内部的液体制冷剂冷却至过冷区域(F2→G2)。此时，同时还进行在上述B2→C2中进行的气体制冷剂的过热的消除。在中间冷却器27a内剩余的中间压力Pm的液体制冷剂在室内膨胀阀V7a～V7c内进一步膨胀，成为低压Pl的液体制冷剂(G2→H2)。该低压Pl的液体制冷剂在室内热交换器33a～33c中吸收热量并蒸发，返回室内压缩机31a～31c(H2→A2)。
在本发明中，在室外单元2a内具有将中间压力Pm的液体制冷剂和气体制冷剂冷却的中间冷却器27a。在中间冷却器27a中，被室外膨胀阀V2膨胀成中间压力Pm的气液两相状态的制冷剂、以及被室内压缩机31a～31c压缩至中间压力Pm的气体制冷剂流过。此时，使液体制冷剂的一部分蒸发，给中间冷却器27a内部的制冷剂带来冷冻效果。
因此，能将在室内压缩机31a～31c中压缩后的中间压力Pm的气体制冷剂冷却至饱和状态或接近饱和状态的状态。同样，通过冷冻效果，也能将液体制冷剂冷却至过冷区域。由此，能提高该循环整体的冷冻效果。另外，能降低室外压缩机21的排出温度，防止室外压缩机21内的润滑油变质。上面仅对制冷运行时进行了说明，但在供暖运行时也具有同样的效果。
(2)在本实施方式的空调装置1中，与三个室内单元3a～3c分别对应地设置有三台室内压缩机31a～31c，但并不局限于此，例如也可以像图5那样，由热交换部6a～6c和压缩机部7a～7c来构成三个室内单元8a～8c。
热交换部6a～6c包括：室内热交换器61a～61c、由电动机63a～63c来驱动的室内风扇62a～62c、室内膨胀阀V8a～V8c、以及热交换侧控制部64a～64c。另外，压缩机部7a～7c包括：由电动机72a～72c来驱动的室内压缩机71a～71c、室内四通切换阀V9a～V9c、以及压缩侧控制部73a～73c。压缩侧控制部73a～73c与传输线51连接，对压缩机部7a～7c内的室内压缩机71a～71c和室内四通切换阀V9a～V9c进行控制。这种情况下，热交换部6a～6c相当于现有技术中的室内单元。
这种情况下，通过使压缩机部7a～7c与热交换部6a～6c对应，整体构成为室内单元8a～8c。因此，在将没有压缩机的室内单元作为已有设备设置时，通过附加压缩机部7a～7c，便能使各室内单元高效地运转。
(3)在本实施方式的空调装置1中，作为膨胀机构，在室外单元2内设置有室外膨胀阀V2，在室内单元3内设置有室内膨胀阀V7，但并不局限于这些膨胀阀，例如也可以是膨胀机等。
工业上的可利用性
本发明的空调装置在更新施工时能直接利用已设的制冷剂连通配管，因此能削减成本，适用于使用CO2制冷剂等制冷剂进行运行的需要提高设计压力的空调装置等。

Claims (4)

1.一种空调装置(1、1a)，使制冷剂产生状态变化来进行空气调节，其特征在于，包括：
热源单元(2、2a)，该热源单元(2、2a)具有压缩所述制冷剂的热源侧压缩机(21)、使所述制冷剂进行热交换的热源侧热交换器(23)以及使所述制冷剂减压的热源侧膨胀机构(V2)；
第一利用单元，该第一利用单元具有压缩所述制冷剂的第一利用侧压缩机、使所述制冷剂进行热交换的第一利用侧热交换器以及使所述制冷剂减压的第一利用侧膨胀机构；
第二利用单元，该第二利用单元具有压缩所述制冷剂的第二利用侧压缩机、使所述制冷剂进行热交换的第二利用侧热交换器以及使所述制冷剂减压的第二利用侧膨胀机构；
制冷剂连通配管(4)，该制冷剂连通配管(4)连接在所述热源侧膨胀机构与所述第一利用侧膨胀机构及所述第二利用侧膨胀机构之间以及所述热源侧压缩机与所述第一利用侧压缩机及所述第二利用侧压缩机之间；以及
控制部(5)，该控制部(5)根据所述第一利用单元的负载来控制所述第一利用侧压缩机和所述第一利用侧膨胀机构，并根据所述第二利用单元的负载来控制所述第二利用侧压缩机和所述第二利用侧膨胀机构。
2.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，所述第一利用侧压缩机和所述第二利用侧压缩机能进行变换器控制。
3.如权利要求1或2所述的空调装置(1a)，其特征在于，所述热源单元(2a)还具有中间冷却器(27a)。
4.如权利要求3所述的空调装置(1)，其特征在于，
所述制冷剂连通配管包括液体制冷剂连通配管和气体制冷剂连通配管，
所述热源单元还具有热源侧切换机构(V1)，该热源侧切换机构(V1)能在第一状态与第二状态之间进行切换，所述第一状态是指在所述第一利用侧压缩机或所述第二利用侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述热源侧压缩机、且在所述热源侧压缩机中被压缩至高压的所述制冷剂流入所述热源侧热交换器的状态，所述第二状态是指在所述热源侧热交换器中蒸发的低压的所述制冷剂流入所述热源侧压缩机、且在所述热源侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述第一利用侧压缩机或所述第二利用侧压缩机的状态，
所述第一利用单元还具有第一利用侧切换机构，该第一利用侧切换机构能在第三状态与第四状态之间进行切换，所述第三状态是指在所述第一利用侧热交换器中蒸发的低压的所述制冷剂流入所述第一利用侧压缩机、且在所述第一利用侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述热源侧压缩机的状态，所述第四状态是指在所述热源侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述第一利用侧压缩机、且在所述第一利用侧压缩机中被压缩至高压的所述制冷剂流入所述第一利用侧热交换器的状态，
所述第二利用单元还具有第二利用侧切换机构，该第二利用侧切换机构能在第五状态与第六状态之间进行切换，所述第五状态是指在所述第二利用侧热交换器中蒸发的低压的所述制冷剂流入所述第二利用侧压缩机、且在所述第二利用侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述热源侧压缩机的状态，所述第六状态是指在所述热源侧压缩机中被压缩至中间压力并被送往气体制冷剂连通配管的所述制冷剂流入所述第二利用侧压缩机、且在所述第二利用侧压缩机中被压缩至高压的所述制冷剂流入所述第二利用侧热交换器的状态，
所述控制部进行第一控制和第二控制，所述第一控制是指使所述热源侧切换机构成为所述第一状态、使所述第一利用侧切换机构成为所述第三状态、并使所述第二利用侧切换机构成为所述第五状态的控制，所述第二控制是指使所述热源侧切换机构成为所述第二状态、使所述第二切换机构成为所述第四状态、并使所述第二利用侧切换机构成为所述第六状态的控制。
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