CN102472530A - 空调装置 - Google Patents

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CN102472530A CN2010800347854A CN201080034785A CN102472530A CN 102472530 A CN102472530 A CN 102472530A CN 2010800347854 A CN2010800347854 A CN 2010800347854A CN 201080034785 A CN201080034785 A CN 201080034785A CN 102472530 A CN102472530 A CN 102472530A
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Abstract

同时设置压缩式循环和自然循环式循环，发挥制冷、制热能力，并且在室温以下的外部空气温度与该室温之差较小时也能够提高除湿能力。采用如下结构：形成按如下顺序连接的环状循环，即：压缩机(1)、第1流路切换阀(2)、热源侧换热器(4)、第1流量调整阀(5)、第2利用侧换热器(7)、第2流量调整阀(9)、第3利用侧换热器(8)，除第1流路切换阀(2)外，在该第1流路切换阀(2)与热源侧换热器(4)之间新设置第2流路切换阀(3)，在第2流路切换阀(3)与第1流量调整阀(5)之间新设置第1利用侧换热器(6)。通过该结构，在制冷/制热峰值时，利用全部的换热器形成压缩式循环，并用自然循环式循环和压缩式循环，在外部空气温度与室温之差较小时也能够确保除湿能力。

Description

空调装置
技术领域
本发明涉及例如住宅、办公楼等的空调系统和水暖空调系统，涉及使下述那样的空调系统、或者还包括水暖空调系统的综合系统高效地运转的系统，该空调系统能够通过自然循环式循环和压缩式循环进行制冷(冷却)、制热(加热)、定温除湿(冷却除湿和再加热)、外部空气制冷(外部空气冷却)、自然循环式和压缩式并用定温除湿(自然循环式和压缩式并用冷却除湿和再加热)的运转。
背景技术
作为不使用压缩机的自然循环运转和使用压缩机的强制循环运转彼此分开使用的空调装置的现有技术，例如专利文献1所示那样公开了如下技术：设置绕过膨胀阀的膨胀阀旁路电路，根据外部空气温度和室内温度切换到膨胀阀旁路电路来进行自然循环运转，由此降低全年消耗电力。根据该专利文献1，公开了如下空调机，其包括：压缩机；冷凝器；膨胀阀；比冷凝器靠下方配置的蒸发器；与蒸发器、压缩机及冷凝器连接的电路连接部件；绕过膨胀阀的膨胀阀旁路电路，其中，在自然循环式循环的运转时与膨胀阀旁路电路连接且利用电路连接部件连接蒸发器和冷凝器而构成制冷剂电路，在压缩式循环运转时与膨胀阀连接且利用电路连接部件连接蒸发器和压缩机而构成制冷剂电路。并且，该专利文献1公开了根据外部空气温度和室内温度切换自然循环式循环和压缩式循环的技术，并公开了如下技术：在室内温度高于室外温度时进行自然循环式循环运转，能够大幅度地削减全年消耗电力。
另外，作为并用自然循环式循环和压缩式循环(强制循环式循环)的空调装置的其他的现有技术，例如在专利文献2中提出了如下技术：利用制冷剂配管将位于比室外换热器低的位置的室内换热器与室外换热器连接成环状，并在制冷剂配管的中途设置膨胀阀，使室外换热器与其他装置的压缩制冷机的蒸发式换热器紧密结合，使制冷剂冷凝过程高效化，提高冷却除湿能力。
并且，在该专利文献2中还公开了如下技术：在制冷剂压缩强制循环的空调装置的室内换热器中同时设置制冷剂自然循环冷却除湿装置的室内换热器，在制热室内换热器中同时设置制冷剂自然循环冷却除湿装置的室内换热器，从而附加除湿制热功能。此外，还公开了如下技术：使自然循环式循环的室外换热器(冷凝器)与压缩式循环的蒸发器紧密连接来高效地冷却室外换热器，由此在室温与外部空气的温度差较小的情况下也能确保冷却除湿能力。此外，还提出了如下技术：与自然循环式循环相对独立地同时设置压缩式循环，在自然循环式循环中利用室内换热器进行冷却除湿，与此同时，在压缩式循环中进行制热运转，能够进行制热除湿运转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-182895号公报
专利文献2：日本特开平10-300128号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，随着对于一般住宅的高绝热、高气密化的发展，制热负荷减小。即，能够利用较小的能力的空调装置进行制热，能够抑制空气调节所消耗的电力。但是，制冷负荷具有增大的趋势，特别是，为了除去在中间期的潜热负荷而需要一边进行使蒸发温度下降到室内露点以下的运转、一边为了不过度冷却房间而进行再加热的再热除湿运转，导致消耗电力增大。
另一方面，除利用空调机的制冷、制热及除湿运转之外，期望还能利用多热源多温度空调系统、即太阳热、地热、生物质能等可再生能量来实施空气调节运转(制冷运转、制热运转、制冷定温除湿运转、制热定温除湿运转、外部空气制冷运转、外部空气定温除湿运转)，以确保节能性。
因此，作为在夏季和如冬季的中间期等那样外部空气温度较低的时期效率良好的运转，提出了如上述的专利文献1、2所列举的空调装置，在上述的专利文献1中，能够根据外部空气温度切换自然循环式循环和压缩式循环来进行节能运转，但没有记载制热运转、定温除湿运转，没有关于运转通用性的考虑。
另外，在专利文献2中，同时设置自然循环式循环和压缩式循环，而不是在制冷及制热峰值(peak)时使用自然循环式循环的结构，不能有效地利用热交换功能。此外，在引用文献2所示的并用空调机中，还出现这样的课题：在外部空气温度为室温以下、进行自然循环式的外部空气制冷运转的情况下，在外部空气温度为室内的露点温度以上时无法得到除湿能力。
本发明提供一种同时设置压缩式循环和自然循环式循环的空调装置，其中，在制冷、制热的峰值时利用压缩式循环发挥制冷、制热能力，且在外部空气温度为室内温度以下的情况下，并用自然循环式循环和压缩式循环，由此在外部空气温度与室内温度之差较小时也能提高除湿能力，而且，有效地利用可再生能量，确保空调功能的节能性。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明主要采用以下那样的结构。
采用如下结构、即包括：压缩机；三个利用侧换热器，其与传热介质进行热交换，对热加以利用；热源侧换热器，其为了向上述利用侧换热器放热或从上述利用侧换热器吸热而与传热介质进行热交换；两个流路切换阀，其用于切换制冷剂的流路方向；两个流量调整阀，其用于调整制冷剂的压力或流量，所述空调装置形成按如下顺序连接的环状循环，即：上述压缩机、上述两个流路切换阀中的第1流路切换阀、上述热源侧换热器、上述两个流量调整阀中的第1流量调整阀、上述3个利用侧换热器中的第2利用侧换热器、第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机，上述第1流路切换阀设在上述压缩机和上述热源侧换热器之间、以及设置在上述压缩机和上述第3利用侧换热器之间，以便切换自上述压缩机到上述热源侧换热器的流路、和自上述压缩机到上述第3利用侧换热器的流路，
在上述第1流路切换阀和上述热源侧换热器之间、以及在上述第1流量调整阀和上述第2利用侧换热器之间，设置上述两个流路切换阀中的第2流路切换阀，在上述第2流路切换阀和上述第1流量调整阀之间设置上述3个利用侧换热器中的第1利用侧换热器。
另外，在上述空调装置中，通过上述第2流路切换阀的切换，构成大回路(loop)和小回路，该大回路由如下部分形成：上述压缩机、上述第1流路切换阀、上述第2流路切换阀、上述热源侧换热器、第1流量调整阀、上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器、上述第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机，该小回路由第1小回路和第2小回路形成，该第1小回路由如下部分构成：上述压缩机、上述第1流路切换阀、上述第2流路切换阀、第2利用侧换热器、上述第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机；该第2小回路由如下部分构成：上述第2流路切换阀、上述热源侧换热器、第1流量调整阀、上述第1利用侧换热器、上述第2流路切换阀。
另外，在上述空调装置中还采用如下结构：在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述大回路的利用压缩机的单独运转以及并用运转中的任意一种运转，所述并用运转是形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转同形成上述第2小回路的自然循环式运转这两者的并用运转。
另外，还采用如下结构：上述热源侧换热器配置在比上述第1利用侧换热器高的位置。此外，还采用如下结构：在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述大回路的利用压缩机的单独运转和形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转中的任意一种运转。此外，还采用如下结构：在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转和形成上述第2小回路的自然循环式运转中的任意一种运转。
另外，在上述空调装置中还采用如下结构：上述热源侧换热器与其他的热源系统的吸热部并列地连接。此外，还采用如下结构：上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器及第3利用侧换热器与利用侧鼓风机所吹出的空气的流动方向并行地配置。此外，还采用如下结构：上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器及第3利用侧换热器经由液体配管分别与二次利用侧换热器并列地设置，上述二次利用侧换热器与传热介质进行热交换以进行热利用。
发明效果
根据本发明，通过悉心研究利用侧换热器和制冷剂流路切换阀的配置结构及它们的动作形态，能够在制冷及制热峰值时较大程度地发挥制冷能力及制热能力，而且，在外部空气温度为室内温度以下的情况下，在外部空气温度与室内温度之差较小时也能够确保除湿能力。
另外，能够有效地利用可再生能量从而谋求空调功能的节能性，能够实现全年消耗电力少的空调。
附图说明
图1是表示构成本发明的第1实施方式的空调装置的各构成要素和它们的连接关系的基本结构图。
图2是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(制冷、制热)中的各构成要素的动作的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(制冷、制热)中的制冷剂流和传热介质(空气)流的动作图。
图4是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(冷却除湿和再加热(制冷和制热大回路))中的各构成要素的动作的图。
图5是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(冷却除湿和再加热(制冷和制热大回路))中的制冷剂流和气流的动作图。
图6是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(冷却除湿和再加热(制冷和制热小回路))中的各构成要素的动作的图。
图7是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(冷却除湿和再加热(制冷和制热小回路))中的制冷剂流和气流的动作图。
图8是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(外部空气冷却)中的各构成要素的动作的图。
图9是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(外部空气冷却)中的制冷剂流和气流的动作图。
图10是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(外部空气冷却和冷却除湿和再加热)中的各构成要素的动作的图。
图11是表示本发明的第1实施方式的空调装置的运转模式(外部空气冷却和冷却除湿和再加热)中的制冷剂流和气流的动作图。
图12是表示本发明的第2实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例1的框图。
图13是表示第2实施方式的空调装置的各运转模式中的可运转区域的图。
图14是表示第2实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例2的框图。
图15是表示本发明的第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例1的框图。
图16是表示第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例2的框图。
图17是表示第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例3的框图。
图18是表示本发明的第4实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的框图。
具体实施方式
[本发明的第1实施方式]
利用图1说明关于本发明的第1实施方式的空调装置的结构、功能及动作的概要。在图1中，附图标记1表示制冷剂用可变容量式压缩机，附图标记2及3表示由四通阀等构成的用于切换流路方向的第1流路切换阀及第2流路切换阀，附图标记4表示为了向利用侧放热或自利用侧吸热而与空气、水进行热交换的热源侧换热器，附图标记5在压缩式循环中作为膨胀阀发挥作用、在自然循环式循环中作为流量调整阀发挥作用的第1流量调整阀，附图标记6～附图标记8表示用于与空气、水等传热介质进行热交换而对热加以利用的第1利用侧换热器～第3利用侧换热器，附图标记9表示膨胀阀等第2流量调整阀。
另外，在上述的各构成要素(设备)内构成制冷循环的构成要素利用制冷剂配管10～16相连接。即，第1流路切换阀2与压缩机1的排出配管、吸入配管及制冷剂配管10、16的一端连接，第2流路切换阀3与制冷剂配管10、11、14、15的一端连接。并且，制冷剂配管11的另一端与热源侧换热器4连接，制冷剂配管14的另一端与第1利用侧换热器6连接，制冷剂配管15的另一端与第2利用侧换热器7连接。
另外，制冷剂配管12的一端与热源侧换热器4连接，另一端与第1流量调整阀5连接，制冷剂配管13的一端与第1流量调整阀5连接，另一端与第1利用侧换热器6连接，制冷剂配管16的一端与第3利用侧换热器8连接，另一端与第1流路切换阀2连接。
另外，为了在自然循环式循环时使液化的制冷剂向第1利用侧换热器6返回，热源侧换热器4被设置在以高低差高于第1利用侧换热器6的位置。
在此，参照图1说明以往的通用的制冷循环，该通用的制冷循环由如下部分构成，即：压缩机1、第1流路切换阀2、热源侧换热器4、流量调整阀5、利用侧换热器7、8和流量调整阀9，在除湿循环中，根据第1流路切换阀2的切换、流量调整阀5、9的全开调整和节流调整，形成冷却除湿和再加热(制冷循环利用)、冷却除湿和再加热(制热循环利用)、自然循环式除湿共3个除湿模式。
本发明的第1实施方式的主要特征在于具有如下结构和功能：参照图1，将第2流路切换部3和第1利用侧换热器6新设置在如图示那样的位置，使它们适当地动作，由此如以下详细说明那样能够形成包括制冷及制热峰值时的制冷及制热运转在内的各种运转模式，特别是，在外部空气温度与室温温度之差较小时也能够确保除湿功能。即，在利用侧换热器配置于室内单元的情况下，除能够形成图2所示的运转模式201(压缩式单独的制冷模式)和运转模式202(压缩式单独的制热模式)之外，还能够形成图4所示的运转模式203(压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制冷大回路))和运转模式204(压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制热大回路))、图6所示的运转模式205(压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制冷和制热小回路))、图8所示的运转模式206(自然循环式单独的外部空气冷却(外部空气制冷))，而且还能够形成图10所示的运转模式207(自然循环式和压缩式并用的外部空气冷却和冷却除湿和再加热)。
以下具体地说明上述的运转模式的各种形态。在与制冷循环的制冷剂进行热交换的介质为空气的情况下，能够根据室内温度、室内湿度、外部空气温度适当地切换上述的多个运转模式。
利用“运转模式201、202(压缩式单独的制冷、制热)”进行动作的情况(图2和图3)
图2中的运转模式201为压缩式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图3中的实线箭头的方向。在该模式中，首先，利用第1流路切换阀2分别使压缩机1的排出配管与制冷剂配管10连接、使压缩机1的吸入配管与制冷剂配管16连接，利用第2流路切换阀3分别使制冷剂配管10与制冷剂配管11连接、使制冷剂配管14与制冷剂配管15连接。接着，将第1流量调整阀5调整为预定的开度，将第2流量调整阀9调整为全开。
从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂经由制冷剂配管10、11利用热源侧换热器4向通过路径301的传热介质(例如，空气或水等)放热而冷凝，并在热源侧换热器4出口液化，之后经由制冷剂配管12利用调整为预定的开度的第1流量调整阀5减压而膨胀，以气液两相状态向第1利用侧换热器6流入。
流入第1利用侧换热器6的气液两相制冷剂经由制冷剂配管14、15在流经第2利用侧换热器7、第3利用侧换热器8的期间从通过路径300的传热介质吸热而蒸发，并在第3利用侧换热器8的出口气化，之后经由制冷剂配管16利用压缩机1的吸入配管流入压缩机1而被压缩，由此形成循环。
在该模式中，通过路径301的热源侧传热介质被加热，通过路径300的利用侧传热介质被冷却(第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8配置在室内单元，因此成为制冷模式)。
接着，图2中的运转模式202为压缩式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图3中的虚线箭头的方向。为与运转模式201路径逆向的循环，利用第1流路切换阀2分别使压缩机1的排出配管与制冷剂配管16连接、使压缩机1的吸入配管与制冷剂配管10连接，除此以外与运转模式201相同。
从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂流入第3利用侧换热器8并在依次流经第2利用侧换热器7、第1利用侧换热器6的期间向通过路径300的传热介质放热而冷凝，并在第1利用侧换热器6的出口液化，之后利用第1流量调整阀5减压膨胀，而成为气液两相状态。流入热源侧换热器4的气液两相制冷剂从通过路径301的传热介质吸热而蒸发，并在热源侧换热器4的出口气化而向压缩机1返回，由此形成循环。
在该模式中，通过路径301的热源侧传热介质被冷却，通过路径300的利用侧传热介质被加热(第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8配置在室内单元，因此成为制热模式)。
利用“运转模式203、204(压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制冷大回路)、压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制热大回路))”进行动作的情况(图4和图5)
图4中的运转模式203为压缩式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图5中的实线箭头的方向。在该运转模式203中，首先，利用第1流路切换阀2分别使压缩机1的排出配管与制冷剂配管10连接、使压缩机1的吸入配管与制冷剂配管16连接，利用第2流路切换阀3分别使制冷剂配管10与制冷剂配管11连接、使制冷剂配管14与制冷剂配管15连接。接着，将第1流量调整阀5调整为全开，将第2流量调整阀9调整为预定的开度。
从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂利用热源侧换热器4向通过路径301的传热介质放热而冷凝，以气液两相状态向第1利用侧换热器6流入。流入第1利用侧换热器6的气液两相制冷剂向通过路径304的传热介质放热而进一步冷凝。接着，流入第2利用侧换热器7的气液两相制冷剂向通过路径303的传热介质放热而进一步冷凝，并在第2利用侧换热器7的出口液化。
液化的制冷剂利用第2流量调整阀9减压而膨胀，成为气液两相状态。气液两相制冷剂利用第3利用侧换热器8从通过路径302的传热介质吸热而蒸发，并在第3利用侧换热器8的出口气化，之后流入压缩机1而被压缩，由此形成循环。
在该运转模式203中，通过路径301的热源侧传热介质被加热，通过路径302的利用侧传热介质被冷却，通过路径303、304的利用侧传热介质被加热(该运转模式203为利用压缩式单独的制冷大回路的冷却除湿和再加热模式)。
接着，图4中的运转模式204为压缩式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图5中的虚线箭头的方向，为与运转模式203路径逆向的循环。利用第1流路切换阀2分别使压缩机1的排出配管与制冷剂配管16连接、使压缩机1的吸入配管与制冷剂配管10连接，除此以外与运转模式203相同。
从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂利用第3利用侧换热器8向通过路径302的传热介质放热而冷凝，并在第3利用侧换热器8的出口液化。液化的制冷剂利用第2流量调整阀9减压而膨胀，成为气液两相状态。气液两相制冷剂利用第2利用侧换热器7、第1利用侧换热器6分别从通过路径303、304的传热介质吸热而蒸发，进而，利用热源侧换热器4从通过路径301的传热介质吸热而蒸发，并在热源侧换热器4的出口气化而向压缩机1返回，由此形成循环。
在该运转模式204中，通过路径301的热源侧传热介质被冷却，通过路径302的利用侧传热介质被加热，通过路径303、304的利用侧传热介质被冷却(该运转模式204为利用压缩式单独的制热大回路的冷却除湿和再加热模式)。
利用“运转模式205(压缩式单独的冷却除湿和再加热模式(制冷和制热小回路))”进行动作的情况(图6和图7)
图6中的运转模式205为压缩式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图7中的实线箭头的方向。在该模式中，首先，利用第1流路切换阀2分别使压缩机1的排出配管与制冷剂配管10连接、使压缩机1的吸入配管与制冷剂配管16连接，利用第2流路切换阀3分别使制冷剂配管10与制冷剂配管15连接、使制冷剂配管14与制冷剂配管11连接。接着，将第2流量调整阀9调整为预定的开度。
从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂利用第2利用侧换热器7向通过路径303的传热介质放热而冷凝，并在第2利用侧换热器7的出口液化。液化的制冷剂利用第2流量调整阀9减压膨胀，而成为气液两相状态。气液两相制冷剂利用第3利用侧换热器8从通过路径302的传热介质吸热而蒸发。在第3利用侧换热器8的出口气化，之后流入压缩机1而被压缩，由此形成循环。
在该运转模式205中，通过路径302的利用侧传热介质被冷却，通过路径303的利用侧传热介质被加热。
此外，在该运转模式205中，循环路径为相反的虚线箭头的方向也能够得到同样的效果。但是，此时，来自压缩机1的制冷剂一边加热通过路径302的传热介质一边利用第3利用侧换热器8冷凝，之后一边冷却通过路径303的传热介质一边利用第2利用侧换热器7蒸发(该运转模式205为利用压缩式单独的制冷和制热小回路的冷却除湿和再加热模式)。
利用“运转模式206(自然循环式单独的外部空气冷却模式)”进行动作的情况(图8和图9)
图8的运转模式206为自然循环式单独的运转模式，制冷剂的循环路径为图9中的实线箭头的方向。在该运转模式206中，首先，利用第2流路切换阀3分别使制冷剂配管10与制冷剂配管15连接、使制冷剂配管14与制冷剂配管11连接。接着，将第1流量调整阀5调整为预定的开度。停止压缩机1。
滞留于热源侧换热器4的制冷剂向通过路径300的传热介质放热而冷凝、液化。密度较大的液态制冷剂受重力的影响经由制冷剂配管12、13向利用侧换热器6流入。此时，第1流量调整阀5能够根据想要利用利用侧换热器6得到的交换热量来适当地调整。
流入利用侧换热器6的制冷剂从通过路径300的传热介质吸热而蒸发，在由与冷凝侧之间的密度差所产生的压力梯度的作用下，经由制冷剂配管14、11上升而向热源侧换热器4流入，由此形成循环。在该运转模式206中，通过路径300的利用侧传热介质被冷却。
利用“运转模式207(自然循环式和压缩式并用的外部空气冷却和冷却除湿和再加热模式(外部空气冷却回路和制冷和制热小回路))”进行动作的情况(图10和图11)
图10中的运转模式207为自然循环式和压缩式的并用运转模式，制冷剂的循环路径为图11中的实线箭头的方向。在该运转模式207中，首先，利用第2流路切换阀3分别使制冷剂配管10与制冷剂配管15连接、使制冷剂配管14与制冷剂配管11连接。接着，将第1流量调整阀5调整为预定的开度。
在压缩式循环侧，从压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂利用第2利用侧换热器7向通过路径303的传热介质放热而冷凝，并在第2利用侧换热器7的出口液化。液化的制冷剂利用调整为预定开度的第2流量调整阀9减压膨胀，而成为气液两相状态。气液两相制冷剂利用第3利用侧换热器8从通过路径302的传热介质吸热而蒸发。在第3利用侧换热器8的出口气化，之后流入压缩机1而被压缩，由此形成循环。
另一方面，在自然循环式循环侧，滞留于热源侧换热器4的制冷剂向通过路径301的传热介质放热而冷凝、液化。密度较大的液态制冷剂受重力的影响经由制冷剂配管12、13向利用侧换热器6流入。此时，第1流量调整阀5能够根据想要利用利用侧换热器6得到的交换热量来适当地调整。
流入利用侧换热器6的制冷剂从通过路径304的传热介质吸热而蒸发，在由与冷凝侧之间的密度差所产生的压力梯度的作用下，经由制冷剂配管14、11上升而向热源侧换热器4流入，由此形成循环。
在该运转模式207中，通过路径302、304的利用侧传热介质被冷却，通过路径303的利用侧传热介质被加热。由此，形成利用自然循环式的利用侧换热器6的外部空气冷却(制冷)和利用压缩式的利用侧换热器7及8的加热及冷却的冷却除湿和再加热。根据该运转模式207，在外部空气温度为室内温度以下的情况下，并用自然循环式循环和压缩式循环，则在外部空气温度与室内温度之差较小时也能够利用压缩式的冷却除湿(冷却减湿)的作用提高除湿能力。
此外，在该运转模式207中，制冷剂的循环路径为相反的虚线箭头的方向时也能够得到同样的效果。但是，此时，来自压缩机的制冷剂一边加热通过路径302的传热介质一边利用第3利用侧换热器8冷凝，之后一边冷却通过路径303的传热介质一边利用第2利用侧换热器7蒸发。即，通过路径303、304的利用侧传热介质被冷却，通过路径302的利用侧传热介质被加热。
在此，制冷剂配管内的制冷剂为R410a等氟利昂系制冷剂、CO2等碳氢化合物类制冷剂等在常温下发生相变的物质。另外，传热介质只要为空气、水等能够传热的介质即可，也可以根据利用环境，使用乙二醇等载冷剂。
[本发明的第2实施方式]
接着，关于本发明的第2实施方式的空调装置，以下参照图12、图13及图14详细地说明。图12是表示本发明的第2实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例1的框图。图13是表示第2实施方式的空调装置的各运转模式中的可运转区域的图。图14是表示第2实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例2的框图。
在图12所示的结构例1中，利用侧传热介质和热源侧传热介质均为空气。附图标记1～16所示的各构成要素与图1所示的第1实施方式的空调装置的结构相同。但是，内部包括第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8的单元101为本实施方式的空调装置的室内(被空气调节侧)单元，包括压缩机1、热源侧换热器4的单元100为本实施方式的空调装置的室外(热源侧)单元。
因此，制冷剂配管13～16的一部分为连接室内单元101、室外单元100的配管。此时，第2流路切换阀3为了抑制由第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7之间的配管引起的压力损失而被设置在室内单元侧。另外，第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8从来自利用侧鼓风机21的利用侧气流305上游侧依次呈一列地配置。
图示的利用侧鼓风机21为向换热器吹入空气的鼓风机，但也可以结合室内单元101的形态、采用经由换热器吸入空气的鼓风机。另外，热源侧换热器4的热源侧传热介质为来自热源侧鼓风机20的热源侧气流310。如以上那样构成的本发明的第2实施方式的空调装置的与运转模式相对应的各构成要素的动作与本发明的第1实施方式所说明的各运转模式的动作相同，因此省略详细的说明。
如图13所示，第2实施方式的空调机能够根据与所设置的环境的室外温度及室内温度相对应的设定温度任意地切换运转模式。
*室外温度Ths-设定温度Tuser≥0且室内温度Tapp-设定温度Tuser≥0的情况
室内单元101为制冷运转，运转模式为201。例如为如下情况：室外温度Ths＝35℃、设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝27℃。此时，第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8的制冷剂侧全部为蒸发状态，利用侧气流305被冷却，室内单元101成为制冷运转。其中，在图13中，hs是heat source(热源)的省略语，app是application(应用)的省略语，H是Humidity(湿度)的省略语。
根据室内温度与设定温度之差，增减压缩机1的转速，来调整利用侧换热器6～8的蒸发温度，从而能够得到预定的设定温度。
*室外温度Ths-设定温度Tuser≥0且室内温度Tapp-设定温度Tuser≤0的情况
室内单元101为制热运转，运转模式为202。例如为如下情况：室外温度Ths＝7℃、设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝20℃。此时，第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8的制冷剂侧全部为冷凝状态，利用侧气流305被加热。
根据室内温度与设定温度之差，增减压缩机1的转速，来调整利用侧换热器6～8的蒸发温度，从而能够得到预定的设定温度。
*室外温度Ths-设定温度Tuser≥0且室内湿度Happ-设定湿度Huser≥0的情况
室内单元101为再热除湿(冷却除湿和再加热)运转，运转模式为203或204。在该模式中，若为运转模式203，则第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7的制冷剂侧为冷凝状态，第3利用侧换热器8的制冷剂侧为蒸发状态，若为运转模式204，则第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7的制冷剂侧为蒸发状态，第3利用侧换热器8的制冷剂侧为冷凝状态。
在第2实施方式的情况下，第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8依次呈一列地设置，因此能够选择运转模式204来进行再热除湿(冷却除湿和再加热)运转。即，从利用侧鼓风机21吹出的气流305利用第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7冷却和减湿，利用第3利用侧换热器8再加热，而调整为设定温度、设定湿度。另外，在运转模式203的情况下，若为图12所示的利用侧换热器6、7、8的配置结构，则配置在利用侧鼓风机21的上风侧的利用侧换热器6、7进行冷凝而无法进行除湿，在该运转模式203时无法实现除湿功能，因此选择运转模式204。
第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7的蒸发温度、第3利用侧换热器8的冷凝温度能够利用压缩机1任意地调整，热源侧换热器4的冷凝温度能够利用从热源侧鼓风机20吹出的热源侧气流310的风量或者第2流量调整阀9的开度任意地调整。
具体而言，例如在设定湿度Huser＝40％、室内湿度Happ＝60℃且设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝25℃、室内温度Tapp-设定温度Tuser≥0的情况下，增大利用侧鼓风机21的风量来增大向室外的放热量，由此降低第3利用侧换热器8的冷凝温度，一边进行除湿一边进行制冷运转。或者，在设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝20℃时，减小利用侧鼓风机21的风量来减小向室外的放热量，由此提高第3利用侧换热器8的冷凝温度，一边进行除湿一边进行制热运转。
另外，在室外温度较低例如Ths≤0且设定湿度Huser＝40％、室内湿度Happ＝60℃的情况下，运转模式为203或204时，在运转模式为203的情况下，热源侧换热器4的冷凝温度过度下降，在第3利用侧换热器8结霜，由此换热器被堵塞，而无法进行除湿。另外，在运转模式为204时，热源侧换热器4的蒸发温度过度下降，与第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7一起结霜，由此换热器被堵塞，而无法进行除湿。
因此，选择运转模式205，使制冷剂不通过室外的热源侧换热器4(参照图6和图7)，因此能够不受室外温度的影响地进行运转。在该运转模式205时能够一边进行除湿一边进行制热运转，在该运转模式205的结构中，切换第1流路切换阀2以使第2利用侧换热器7成为蒸发状态、第3利用侧换热器8成为冷凝状态，能够利用压缩机1的转速和第2流量调整阀9的开度调整加热量和除湿量。
另外，再热除湿(冷却除湿和再加热)的运转模式205如图6和图7所示那样除能够选择利用制热循环(图7中的虚线箭头)的模式外，还能够选择利用制冷循环(图7中的实线箭头)的模式，在任何模式的情况下，都使用利用侧换热器7、8这两个换热器使冷凝或蒸发彼此相反，由热量的平衡可知冷凝的热量变大，因此虽然是进行除湿，但室内温度会升高。
*室外温度Ths-设定温度Tuser≤0且室内温度Tapp-设定温度Tuser≥0的情况
选择作为自然循环式循环的运转模式206。例如为如下情况：Ths＝15℃、设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝27℃(参照图8和图9)。此时，仅第1利用侧换热器6为蒸发状态，利用侧气流305被冷却，室内单元101为制冷运转。
根据室内温度与设定温度之差，调整自然循环式循环侧的第1流量调整阀5的开度，来调整利用侧换热器6的蒸发温度，从而能够得到预定的设定温度。在该模式中，压缩机1为停止状态，消耗电力仅为内外的鼓风机动力。因此，与选择作为压缩式循环的运转模式201相比能够大幅度地降低消耗电力。
*室外温度Ths-设定温度Tuser≤0且室内湿度Happ-设定湿度Huser≥0的情况
选择作为自然循环式循环和压缩式循环的并用运转的运转模式207(参照图10和图11)。此时，第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7的制冷剂侧为蒸发状态，第3利用侧换热器8的制冷剂侧为冷凝状态。
从利用侧鼓风机21吹出的气流305利用第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7冷却和减湿，利用第3利用侧换热器8再加热，而调整为设定温度、设定湿度。第1利用侧换热器6的蒸发温度能够利用自然循环式循环侧的第1流量调整阀5的开度任意地调整，第2利用侧换热器7的蒸发温度、第3利用侧换热器8的冷凝温度能够利用压缩式循环侧的压缩机1任意地调整，热源侧换热器4的冷凝温度能够利用从热源侧鼓风机20吹出的热源侧气流310的风量或者第2流量调整阀9的开度任意地调整。
具体而言，例如在室外温度Ths＝15℃且设定湿度Huser＝40％、室内湿度Happ＝60℃且设定温度Tuser＝23℃，室内温度Tapp＝25℃的情况下，通过增大自然循环式循环侧的第1流量调整阀5的开度，使第1利用侧换热器6的蒸发温度下降，增大与空气的露点温度之差，确保除湿量，并且通过降低压缩式循环侧的压缩机1的转速，来降低第3利用侧换热器8的冷凝温度，一边进行除湿一边进行制冷运转。
或者，在设定温度Tuser＝23℃、室内温度Tapp＝20℃、室内温度Tapp-设定温度Tuser≤0时，通过减小自然循环式循环侧的第1流量调整阀5的开度，使第1利用侧换热器6的蒸发温度上升，仅取得空气的显热，通过提高压缩式循环侧的压缩机1的转速，来提高第3利用侧换热器8的冷凝温度，一边进行除湿一边进行制热运转。
由此，与选择仅具有压缩式循环的运转的运转模式203、204相比，能够降低压缩机1的动力，能够降低消耗电力。
如以上那样，能够任意地设定利用侧气流的温度、湿度，因此根据室外温度选择运转效率最好的运转模式，能够大幅度地降低消耗电力。
在表示第2实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例1(参照图12)中，如运转模式203那样(参照图4、图5中的实线箭头)，在再热除湿(冷却除湿和再加热)运转时在利用侧鼓风机21的上风侧没有制冷剂侧为蒸发状态的利用侧换热器的情况下(在图12中上风侧的利用侧换热器6、7进行冷凝)，在空气温度下降到露点温度以下、减湿之后，无法进行加热这样的工序。但是，采用图14所示的第2实施方式的结构例2能够进行加热运转。
具体而言，以如下方式与气流平行地设置利用侧换热器，即：第1利用侧换热器6与利用侧气流306进行热交换，第2利用侧换热器7与利用侧气流307进行热交换，第3利用侧换热器8与利用侧气流308进行热交换。
图14所图示的利用侧鼓风机22经由换热器吸入空气的鼓风机，但也可以结合室内单元101的形态、采用向换热器吹入空气的鼓风机。由此，运转模式203能够运转。在运转模式203时，被制冷剂侧为冷凝状态的第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7加热的利用侧气流306、307同被制冷剂侧为蒸发状态的第3利用侧换热器8冷却和减湿的利用侧气流308在通过利用侧鼓风机22的同时混合，而能够调整为所希望的温度、湿度。
在此，若选择运转模式204(图4、图5中的虚线箭头)，则热源侧换热器4的制冷剂侧为蒸发状态，因此整体的蒸发温度上升，而无法确保除湿量，在较高的外部空气温度下无法进行除湿，但即使在这样的较高的外部空气温度下，若选择运转模式203则也能够进行除湿，使除湿运转范围扩大。
[本发明的第3实施方式]
接着，关于本发明的第3实施方式的空调装置，以下参照图15、图16及图17详细地说明。图15是表示本发明的第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例1的框图。图16是表示第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例2的框图。图17是表示第3实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的结构例3的框图。
本发明的第3实施方式的空调装置与第1实施方式相比，利用侧传热介质为水，热源侧传热介质为空气，在结构上具有差异。在图15中，附图标记1～16的各构成要素与第1实施方式相同。但是，包括第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8、压缩机1、热源侧换热器4的单元102为第3实施方式的空调装置的室外(热源侧)单元。
第3实施方式的室内(被空气调节侧)单元为103，室内单元103利用液体配管50～52与室外单元102连接，在各液体配管50～52的室内单元103侧分别设置有与空气进行热交换的第1二次利用侧换热器40～第3二次利用侧换热器42。
另外，第1二次利用侧换热器40～第3二次利用侧换热器42从自利用侧鼓风机21吹出的利用侧气流309的上游侧依次呈一列地配置。在热源侧单元102侧，液体配管50～52分别与第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8连接。在各液体配管50～52的路径中分别设置有液泵30～32，能够使液体配管内的流体循环。
如以上那样构成的本发明的第3实施方式的空调装置的与运转模式相对应的各构成要素的动作与第1实施方式所说明的各运转模式的动作相同，因此引用第1实施方式所说明的各运转模式的动作，在此省略详细的说明。
另外，在第3实施方式的空调装置的结构例1中，第1利用侧换热器6～第3利用侧换热器8分别与二次利用侧换热器40～42连接。因此，与各模式的外部空气温度、室内温度相对应的各利用侧换热器各的作用及运转范围与第2实施方式相同。
如第3实施方式的空调装置的结构例1那样，在经由水等液态制冷剂接受由使用在常温下发生相变的制冷剂的热源循环产生的热量来进行空气调节的系统中，在热源循环侧使用可燃性的制冷剂、有毒性的制冷剂也比较容易。另外，将来自其他的热系统的废热输入空调侧也能够比较容易。
接着，在图16所示的第3实施方式的空调装置的结构例2中，第1利用侧换热器6与第1二次利用侧换热器40之间的液体配管同第2利用侧换热器7与第2二次利用侧换热器41之间的液体配管采用同一个配管、即液体配管53，该液体配管53为经由液泵34、通过第1二次利用侧换热器43、第2利用侧换热器7、第2二次利用侧换热器44向液泵34返回的液体配管。
通过第3利用侧换热器8、第3二次利用侧换热器45、液泵33的液体配管54与图15所示的结构例1相同。
采用图16所示的结构，能够使用于输送液体的泵为两台，与图15所示的结构例1相变能够进一步降低消耗电力。
接着，图17所示的第3实施方式的空调装置的结构例3为如下结构：与第1利用侧换热器6和第2利用侧换热器7相对应的二次利用侧换热器46为一个，使二次利用侧换热器46、液体配管55、液泵37、利用侧换热器6、7相连接。采用这样的结构，不仅能够将用于输送液体的泵减少到两台，而且还能够减少用于连接室内单元103和热源单元102的配管。
[本发明的第4实施方式]
接着，关于本发明的第4实施方式的空调装置，以下参照图18详细说明。图18是表示本发明的第4实施方式的空调装置的各构成要素的配置结构的框图。在本发明的第4实施方式的空调装置中，利用侧传热介质、热源侧传热介质均为空气或水。在图18中，室外单元100和室内单元101的结构与第2实施方式所说明的结构相同，因此引用第2实施方式的说明，在此省略说明。
在第4实施方式的结构中，与室外单元100的热源侧换热器4连接的制冷剂配管11同制冷剂配管80连接，与第1流量调整阀5连接的制冷剂配管13同制冷剂配管81连接，上述的制冷剂配管80、81与热水供给蓄热单元104连接。
热水供给蓄热单元104由热水供给部件60和蓄热部件61构成，制冷剂配管80、81与设于热水供给部件60的吸热部62连接。热水供给部件60和蓄热部件61彼此利用未图示的液体配管连接，蓄热部件61具有未图示的用于储存水等液态制冷剂的容器，能够经由液态制冷剂储存太阳热等可再生能量、室外单元100的废热，并且，还能向热水供给部件60释放储存的热量。热水供给部件60为热泵式的热水供给器，能够利用来自室外空气、蓄热部件61、室外单元100的废热、经由吸热部62高效地供给热水。
像这样，通过使室外单元100与热水供给蓄热单元104连接，能够有效地利用由室外单元100废弃的废热，而作为整个系统能够消减消耗电力。在此，在第4实施方式中，图示了与图12所示的第2实施方式的结构连接的例子，但同样地与图15～图17所示的第3实施方式的热源单元102连接也能够得到同样的效果。
符号说明
1  压缩机
2  第1流路切换阀
3  第2流路切换阀
4  热源侧换热器
5  第1流量调整阀
6～8  第1利用侧换热器～第3利用侧换热器
9  第2流量调整阀
10～16  制冷剂配管
20  热源侧鼓风机
21  利用侧鼓风机
22  利用侧鼓风机
30～35  液泵
40～47  2次利用侧换热器
50～56  液体配管
60  热水供给部件
61  蓄热部件
62  吸热部
100、102  热源侧系统
101、103  利用侧系统
104  蓄热热水供给系统
200～207  运转模式
300、302、303、304  利用侧载热体流
301  热源侧载热体流
305～309  利用侧气流
310  热源侧气流

Claims (13)

1.一种空调装置，其特征在于，
该空调装置包括：压缩机；三个利用侧换热器，其与传热介质进行热交换，对热加以利用；热源侧换热器，其为了向上述利用侧换热器放热或从上述利用侧换热器吸热而与传热介质进行热交换；两个流路切换阀，其用于切换制冷剂的流路方向；两个流量调整阀，其用于调整制冷剂的压力或流量，
所述空调装置形成按如下顺序连接的环状循环，即：上述压缩机、上述两个流路切换阀中的第1流路切换阀、上述热源侧换热器、上述两个流量调整阀中的第1流量调整阀、上述3个利用侧换热器中的第2利用侧换热器、第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机，
上述第1流路切换阀设在上述压缩机和上述热源侧换热器之间、以及设置在上述压缩机和上述第3利用侧换热器之间，以便切换自上述压缩机到上述热源侧换热器的流路、和自上述压缩机到上述第3利用侧换热器的流路，
在上述第1流路切换阀和上述热源侧换热器之间、以及在上述第1流量调整阀和上述第2利用侧换热器之间，设置上述两个流路切换阀中的第2流路切换阀，
在上述第2流路切换阀和上述第1流量调整阀之间设置上述3个利用侧换热器中的第1利用侧换热器。
2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，
通过上述第2流路切换阀的切换，构成大回路和小回路，
该大回路由如下部分形成：上述压缩机、上述第1流路切换阀、上述第2流路切换阀、上述热源侧换热器、第1流量调整阀、上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器、上述第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机，
该小回路由第1小回路和第2小回路形成，该第1小回路由如下部分构成：上述压缩机、上述第1流路切换阀、上述第2流路切换阀、第2利用侧换热器、上述第2流量调整阀、第3利用侧换热器、上述压缩机；该第2小回路由如下部分构成：上述第2流路切换阀、上述热源侧换热器、第1流量调整阀、上述第1利用侧换热器、上述第2流路切换阀。
3.根据权利要求2所述的空调装置，其特征在于，
在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述大回路的利用压缩机的单独运转以及并用运转中的任意一种运转，所述并用运转是形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转同形成上述第2小回路的自然循环式运转这两者的并用运转。
4.根据权利要求1、2或3所述的空调装置，其特征在于，
上述热源侧换热器配置在比上述第1利用侧换热器高的位置。
5.根据权利要求3所述的空调装置，其特征在于，
在上述并用运转的情况下，通过上述第1流量调整阀的开度和上述压缩机的转速来控制除湿量和加热量。
6.根据权利要求3所述的空调装置，其特征在于，
在上述并用运转的情况下，通过上述第1流量调整阀的开度和上述第2流量调整阀的开度来控制除湿量和加热量。
7.根据权利要求2所述的空调装置，其特征在于，
在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述大回路的利用压缩机的单独运转和形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转中的任意一种运转。
8.根据权利要求7所述的空调装置，其特征在于，
在形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转的情况下，通过上述压缩机的转速来控制除湿量和加热量。
9.根据权利要求7所述的空调装置，其特征在于，
在形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转的情况下，通过上述第2流量调整阀的开度来控制除湿量和加热量。
10.根据权利要求2所述的空调装置，其特征在于，
在执行使用上述第1利用侧换热器～第3利用侧换热器进行冷却除湿和再加热的再热除湿运转模式时，能够根据外部空气温度，通过上述第2流路切换阀的流路切换、以及上述第1流量调整阀和第2流量调整阀的开度调整，选择形成上述第1小回路的利用压缩机的单独运转和形成上述第2小回路的自然循环式运转中的任意一种运转。
11.根据权利要求1或2所述的空调装置，其特征在于，
上述热源侧换热器与其他的热源系统的吸热部并列地连接。
12.根据权利要求1或2所述的空调装置，其特征在于，
上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器及第3利用侧换热器与利用侧鼓风机所吹出的空气的流动方向并行地配置。
13.根据权利要求1或2所述的空调装置，其特征在于，
上述第1利用侧换热器、第2利用侧换热器及第3利用侧换热器经由液体配管分别与二次利用侧换热器并列地设置，上述二次利用侧换热器与传热介质进行热交换以进行热利用。
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