DE112018007022T5

DE112018007022T5 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE112018007022T5
Application number: DE112018007022.0T
Authority: DE
Inventors: Naofumi Takenaka; Hiroki WASHIYAMA; Yuji Motomura; Kimitaka Kadowaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2020-11-12
Also published as: JPWO2019155506A1; US20200400340A1; JP6932210B2; WO2019155506A1; US11326804B2

Abstract

Eine Klimaanlage umfasst eine Vielzahl von Inneneinheiten; eine Relaiseinheit, die einen Zwischenwärmetauscher umfasst, der eingerichtet ist, Wärme zwischen Kältemittel und einem Wärmemedium auszutauschen; und eine Wärmequelleneinheit, die eingerichtet ist, jeder der Vielzahl von Inneneinheiten Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie über die Relaiseinheit zuzuführen. Die Wärmequelleneinheit und die Relaiseinheit sind durch eine Wärmequellenverbindungsleitung, durch die das Kältemittel strömt, verbunden, und die Relaiseinheit und die Vielzahl von Inneneinheiten sind durch eine Lastverbindungsleitung, durch die das Wärmemedium strömt, verbunden. Die Lastverbindungsleitung umfasst eine Hauptleitung, die zwischen der Relaiseinheit und einer der Inneneinheiten, die an einem Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist, verbindet. Die Hauptleitung weist Verzweigungsteile auf, die den Inneneinheiten aus der Vielzahl von Inneneinheiten zugeordnet sind, die nicht derjenigen der Inneneinheiten entsprechen, die am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist. Eine Länge der Hauptleitung von einem Verbindungsteil, das mit der Relaiseinheit verbunden ist, zu einem ersten Verzweigungsteil, das am nächsten an der Relaiseinheit der Verzweigungsteile liegt, ist kleiner als eine Länge der Wärmequellenverbindungsleitung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Klimaanlage, die eine Relaiseinheit zwischen einer Wärmequelleneinheit und einer Inneneinheit umfasst.
Hintergrund zum Stand der Technik
Bislang ist eine Klimaanlage bekannt, bei der eine Vielzahl von Inneneinheiten mit einer Wärmequelleneinheit verbunden sind. In dieser Klimaanlage kann Kältemittel von der Wärmequelleneinheit zu jeder Inneneinheit zirkulieren, um Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie zu übertragen (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Darüber hinaus wurde die Reduzierung von Kältemittelmengen in den letzten Jahren durch verschiedene Verordnungen verbindlich vorgeschrieben, und das Ziel der Reduzierung der Kältemittelmengen wird tendenziell von Jahr zu Jahr strenger. Daher wurde eine Klimaanlage entwickelt, bei der die von einer Wärmequelleneinheit in einem Kältemittelkreislauf erzeugte Wärme jeder Inneneinheit in einem Wärmemediumkreislauf zugeführt wird (siehe z.B. Patentliteratur 2). In der Klimaanlage von Patentliteratur 2 wird in einer Außeneinheit ein Zwischenwärmetauscher bereitgestellt, der eingerichtet ist, Wärme zwischen Kältemittel, das durch den Kältemittelkreislauf strömt, und einem Wärmemedium, das durch den Wärmemediumkreislauf strömt, auszutauschen.
Hier ist eine spezifische Wärme des Wärmemediums, wie z. B. Wasser, größer als eine spezifische Wärme des Kältemittels. Das heißt, die Temperatur des Wärmemediums, wie z. B. Wasser, ist im Vergleich zu der Temperatur des Kältemittels weniger veränderbar. Wenn das Wärmemedium, wie z. B. Wasser, und das Kältemittel durch Leitungen strömen, die den gleichen Durchmesser aufweisen, ist für den Transport des Wärmemediums eine größere Leistung erforderlich als für den Transport des Kältemittels.
Referenzliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2009-144940
Patentliteratur 2: Japanische Ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2016-90178

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Klimaanlage von Patentliteratur 2 hingegen verläuft eine Wärmemediumleitung von dem in der Außeneinheit vorgesehenen Zwischenwärmetauscher zu Punkten in der Nähe der Inneneinheiten und verzweigt sich von den Punkten zu den Inneneinheiten. Somit erhöht sich die Leitungslänge. So bewegt sich das Wärmemedium, das in Bezug auf die für das Strömen erforderliche spezifische Wärme und Leistung relativ groß ist, über eine große Distanz. Infolgedessen entstehen insofern Probleme, als die Betriebseffizienz des gesamten Systems abnimmt und die Menge des Energieverbrauchs zunimmt.
Die Klimaanlage der vorliegenden Offenbarung wurde zur Überwindung der vorstehend beschriebenen Probleme entwickelt und zielt darauf ab, eine Klimaanlage bereitzustellen, bei der die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht wird und Energieeinsparungen erzielt werden.
Lösung des Problems
Eine Klimaanlage nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Inneneinheiten; eine Relaiseinheit, die einen Zwischenwärmetauscher umfasst, der eingerichtet ist, Wärme zwischen Kältemittel und einem Wärmemedium auszutauschen; und eine Wärmequelleneinheit, die einen Verdichter und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher umfasst und eingerichtet ist, jeder der Vielzahl von Inneneinheiten Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie über die Relaiseinheit zuzuführen, wobei die Wärmequelleneinheit und die Relaiseinheit durch eine Wärmequellenverbindungsleitung, durch die das Kältemittel strömt, verbunden sind, wobei die Relaiseinheit und die Vielzahl von Inneneinheiten durch eine Lastverbindungsleitung, durch die das Wärmemedium strömt, verbunden sind, wobei die Lastverbindungsleitung eine Hauptleitung umfasst, die zwischen der Relaiseinheit und einer der Inneneinheiten, die an einem Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist, verbindet, wobei die Hauptleitung Verzweigungsteile aufweist, die den Inneneinheiten aus der Vielzahl von Inneneinheiten zugeordnet sind, die nicht derjenigen der Inneneinheiten entsprechen, die am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist, und wobei eine Länge der Hauptleitung von einem Verbindungsteil, das mit der Relaiseinheit verbunden ist, zu einem ersten Verzweigungsteil, das am nächsten an der Relaiseinheit der Verzweigungsteile liegt, kleiner ist als eine Länge der Wärmequellenverbindungsleitung.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Länge der Hauptleitung von der Relaiseinheit zu dem ersten Verzweigungsteil kleiner als die Länge der Wärmequellenverbindungsleitung. Somit kann die Menge an Wärmemedium, die in Bezug auf die für das Strömen erforderliche spezifische Wärme und Leistung größer ist als die des Kältemittels, reduziert werden. Entsprechend kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[2] 2 ist ein p-h-Diagramm, das die Zustände von Kältemittel während eines Kühlungsbetriebs in einem Kältemittelkreislauf von 1 veranschaulicht.
[3] 3 ist ein p-h-Diagramm, das die Zustände von Kältemittel während eines Erwärmungsbetriebs in dem Kältemittelkreislauf von 1 veranschaulicht.
[4] 4 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1.
1 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Klimaanlage 100 eine Wärmequelleneinheit 10, eine Relaiseinheit 20 und eine Vielzahl von Inneneinheiten 30a bis 30c. 1 veranschaulicht einen Fall, bei dem die Klimaanlage 100 drei Inneneinheiten 30a bis 30c umfasst.
Die Wärmequelleneinheit 10 führt jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie über die Relaiseinheit 20 zu. Die Wärmequelleneinheit 10 umfasst einen Verdichter 11, ein Vierwegeventil 12, einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13, eine wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 und einen Sammler 15. Die Wärmequelleneinheit 10 umfasst ferner einen wärmequellenseitigen Lüfter 16 und eine wärmequellenseitige Steuerung 17. Die Relaiseinheit 20 umfasst einen Zwischenwärmetauscher 21, der eingerichtet ist, Wärme zwischen Kältemittel und einem Wärmemedium auszutauschen, eine Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, eine Pumpe 23 und eine Relaiseinheit-Steuerung 24. Jede der Inneneinheiten 30a bis 30c umfasst einen lastseitigen Wärmetauscher 31, ein Strömungssteuerventil 32, einen lastseitigen Lüfter 33 und eine lastseitige Steuerung 34.
Das heißt, dass in der Klimaanlage 100 der Verdichter 11, das Vierwegeventil 12, der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13, die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14, die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, der Zwischenwärmetauscher 21 und der Sammler 15 über eine Kältemittelleitung 41 verbunden sind, um einen Kältemittelkreislauf 40 zu bilden, durch den Kältemittel zirkuliert. Beispiele des Kältemittels, das durch den Kältemittelkreislauf 40 zirkuliert, umfassen hier Einkomponenten-Kältemittel wie R-22 und R-134a, nahezu azeotrope Kältemittelgemische wie R-410A und R-404A sowie zeotrope Kältemittelgemische wie R-407C. Zu beachten ist, dass Kältemittel wie CF₃CF=CH₂, die eine Doppelbindung in der chemischen Formel aufweisen und ein relativ niedriges Erderwärmungspotential aufweisen, Mischungen dieser Kältemittel und natürliche Kältemittel wie CO₂ und Propan als das Kältemittel verwendet werden können, das durch den Kältemittelkreislauf 40 zirkuliert.
Ferner sind in der Klimaanlage 100 die Pumpe 23, der Zwischenwärmetauscher 21 und die lastseitigen Wärmetauscher 31 und die Strömungssteuerventile 32 der Inneneinheiten 30a bis 30c über eine Wärmemediumleitung 61 verbunden, um einen Wärmemediumkreislauf 60 zu bilden, durch den ein Wärmemedium zirkuliert. Beispiele des Wärmemediums darin umfassen Wasser und Sole.
Die Wärmequelleneinheit 10 und die Relaiseinheit 20 sind durch eine Wärmequellenverbindungsleitung 50 verbunden, die die Kältemittelleitung 41 bildet. Die Wärmequellenverbindungsleitung 50 wird durch eine flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung 51 und eine gasseitige Verbindungsleitung 52 gebildet. Die flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung 51 bildet eine Flüssigkeitsleitung 55 der Kältemittelleitung 41 und verbindet zwischen einem Verbindungsteil 10x der Wärmequelleneinheit 10 und einem Verbindungsteil 25x der Relaiseinheit 20. Hier verbindet die Flüssigkeitsleitung 55 zwischen der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22. Flüssigkältemittel oder Zweiphasenkältemittel strömt durch die Flüssigkeitsleitung 55. In Ausführungsform 1 strömt hauptsächlich Zweiphasenkältemittel durch die Flüssigkeitsleitung 55. Während eines Kühlungsbetriebs lässt die flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung 51 das aus der Wärmequelleneinheit 10 strömende Kältemittel zu der Relaiseinheit 20 hindurchströmen. Während eines Erwärmungsbetriebs lässt die flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung 51 das aus der Relaiseinheit 20 strömende Kältemittel zu der Wärmequelleneinheit 10 hindurchströmen.
Die gasseitige Verbindungsleitung 52 bildet eine Gasleitung 56 der Kältemittelleitung 41 und verbindet zwischen einem Verbindungsteil 10y der Wärmequelleneinheit 10 und einem Verbindungsteil 25y der Relaiseinheit 20. In Ausführungsform 1 verbindet die Gasleitung 56 zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und dem Vierwegeventil 12. Das heißt, die Gasleitung 56 besteht aus einer Leitung, die das Vierwegeventil 12 mit dem Verbindungsteil 10y, der gasseitigen Verbindungsleitung 52 und einer Leitung verbindet, die das Verbindungsteil 25y mit dem Zwischenwärmetauscher 21 verbindet. Während des Kühlungsbetriebs lässt die gasseitige Verbindungsleitung 52 das aus der Relaiseinheit 20 strömende Kältemittel zu der Wärmequelleneinheit 10 hindurchströmen. Während des Erwärmungsbetriebs lässt die gasseitige Verbindungsleitung 52 das aus der Wärmequelleneinheit 10 strömende Kältemittel zu der Relaiseinheit 20 hindurchströmen.
Die Relaiseinheit 20 und jede der Inneneinheiten 30a bis 30c sind durch eine Lastverbindungsleitung 70 verbunden, die die Wärmemediumleitung 61 bildet. Die Lastverbindungsleitung 70 umfasst eine Hauptleitung 80, die die Relaiseinheit 20 mit einer Inneneinheit verbindet, die an einem Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit 20 vorgesehen ist. Die Hauptleitung 80 weist Verzweigungsteile auf, die aus der Vielzahl von Inneneinheiten Inneneinheiten zugeordnet sind, die nicht zu derjenigen der Inneneinheiten gehören, die am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist.
In Ausführungsform 1 ist die Inneneinheit 30c am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit 20 vorgesehen. Das heißt, dass die Hauptleitung 80 zwischen einem Verbindungsteil 26x der Relaiseinheit 20 und einem Verbindungsteil 30x der Inneneinheit 30c und einem Verbindungsteil 26y der Relaiseinheit 20 mit einem Verbindungsteil 30y der Inneneinheit 30c verbindet. Ferner weist die Hauptleitung 80 ein erstes Verzweigungsteil 61a auf, das zu der Inneneinheit 30a gehört, und ein zweites Verzweigungsteil 62a, das zu der Inneneinheit 30b gehört. Die Länge einer ersten Hauptleitung 80a der Hauptleitung 80 von einem Verbindungsteil 26a, das mit der Relaiseinheit 20 verbunden ist, zu dem ersten Verzweigungsteil 61a, das am nächsten an der Relaiseinheit 20 liegt, ist kleiner als die Länge der Wärmequellenverbindungsleitung 50.
Hier sind die spezifische Wärme des Wärmemediums und die für das Strömen des Wärmemediums erforderliche Energie größer als die spezifische Wärme des Kältemittels und die für das Strömen des Kältemittels erforderliche Energie. Somit kann die Menge des Wärmemediums durch Reduzieren der Gesamtlänge der Wärmemediumleitung 61 reduziert werden. Somit kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden. Darüber hinaus kann die Reduzierung der Menge des Wärmemediums zu einer Reduzierung der Wärmemenge führen, die dem Wärmemedium zugeführt werden muss, wenn die Klimaanlage 100 aktiviert ist. Die Aktivierungszeit der Klimaanlage 100 kann dadurch reduziert werden. Zu beachten ist, dass die Installationsorte der Inneneinheiten z.B. in Abhängigkeit von der Gebäudestruktur und der Raumaufteilung bestimmt werden und daher die Länge der Wärmemediumleitung 61 in einem Bereich ab dem ersten Verzweigungsteil 61a nicht vor den Arbeiten vor Ort angepasst werden kann. Insofern wird in Ausführungsform 1 die Länge der ersten Hauptleitung 80a, die vor den Arbeiten vor Ort angepasst werden kann, kleiner eingestellt als die Länge der Wärmequellenverbindungsleitung 50. Somit wird die Gesamtlänge der Wärmemediumleitung 61 reduziert.
Genauer gesagt umfasst die Hauptleitung 80 eine Ausgangshauptleitung 81, durch die das aus der Relaiseinheit 20 ausströmende Wärmemedium zu jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c strömen kann, und eine Rücklaufhauptleitung 82, durch die das aus jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c ausströmende Wärmemedium zur Relaiseinheit 20 strömen kann. Die Ausgangshauptleitung 81 verbindet zwischen dem Verbindungsteil 26x und jedem Verbindungsteil 30x. Die Ausgangshauptleitung 81 weist ein erstes Ausgangsverzweigungsteil 61x und ein zweites Ausgangsverzweigungsteil 62x auf. Die Rücklaufhauptleitung 82 verbindet zwischen dem Verbindungsteil 26y und jedem Verbindungsteil 30y. Die Rücklaufhauptleitung 82 weist ein erstes Rücklaufverzweigungsteil 61y und ein zweites Rücklaufverzweigungsteil 62y auf.
Das heißt, das erste Verzweigungsteil 61a umfasst das erste Ausgangsverzweigungsteil 61x, das an der Ausgangshauptleitung 81 vorgesehen ist, und das erste Rücklaufverzweigungsteil 61y, das an der Rücklaufhauptleitung 82 vorgesehen ist. Das zweite Verzweigungsteil 62a umfasst das zweite Ausgangsverzweigungsteil 62x, das an der Ausgangshauptleitung 81 vorgesehen ist, und das zweite Rücklaufverzweigungsteil 62y, das an der Rücklaufhauptleitung 82 vorgesehen ist. Ferner umfasst die erste Hauptleitung 80a eine erste Ausgangshauptleitung 81a, die ein Teil der Ausgangshauptleitung 81 ist und zwischen dem Verbindungsteil 26x und dem ersten Ausgangsverzweigungsteil 61x verbindet, und eine erste Rücklaufhauptleitung 82a, die ein Teil der Rücklaufhauptleitung 82 ist und zwischen dem Verbindungsteil 26y und dem ersten Rücklaufverzweigungsteil 61y verbindet. Außerdem ist die Gesamtlänge der ersten Ausgangshauptleitung 81a und der ersten Rücklaufhauptleitung 82a kleiner als die Gesamtlänge der flüssigkeitsseitigen Verbindungsleitung 51 und der gasseitigen Verbindungsleitung 52. Zum Beispiel können sowohl die erste Ausgangshauptleitung 81a als auch die erste Rücklaufhauptleitung 82a kürzer als die flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung 51 und die gasseitige Verbindungsleitung 52 sein.
Die Lastverbindungsleitung 70 umfasst eine Verzweigungsleitung 91, die die Hauptleitung 80 mit der Inneneinheit 30a verbindet, und eine Verzweigungsleitung 92, die die Hauptleitung 80 mit der Inneneinheit 30b verbindet. Die Verzweigungsleitung 91 ist mit der Hauptleitung 80 am ersten Verzweigungsteil 61a verbunden. Die Verzweigungsleitung 92 ist mit der Hauptleitung 80 am zweiten Verzweigungsteil 62a verbunden.
Die Verzweigungsleitung 91 umfasst eine Ausgangsverzweigungsleitung 91x, die den ersten Ausgangsverzweigungsteil 61x mit dem Verbindungsteil 30x der Inneneinheit 30a verbindet, und eine Rücklaufverzweigungsleitung 91y, die den Verbindungsteil 30y der Inneneinheit 30a mit dem ersten Rücklaufverzweigungsteil 61y verbindet. Die Verzweigungsleitung 92 umfasst eine Ausgangsverzweigungsleitung 92x, die den zweiten Ausgangsverzweigungsteil 62x mit dem Verbindungsteil 30x der Inneneinheit 30b verbindet, und eine Rücklaufverzweigungsleitung 92y, die den Verbindungsteil 30y der Inneneinheit 30b mit dem zweiten Rücklaufverzweigungsteil 62y verbindet.
Zum Beispiel umfasst der Verdichter 11 einen Verdichtermotor (nicht dargestellt), der durch einen Inverter angetrieben wird, um Kältemittel anzusaugen und zu verdichten. Das Vierwegeventil 12 ist mit dem Verdichter 11 verbunden und wird durch die wärmequellenseitige Steuerung 17 gesteuert, um Kältemitteldurchgänge zu schalten. Das Vierwegeventil 12 wählt während des Kühlungsbetriebs, in dem jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c Kühlungsenergie zugeführt wird, einen Vollliniendurchgang in 1 aus. Auf der anderen Seite wählt das Vierwegeventil 12 während des Erwärmungsbetriebs, in dem jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c Erwärmungsenergie zugeführt wird, einen Strichliniendurchgang in 1 aus.
Der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 ist zum Beispiel ein Röhren-und-Lamellen-Wärmetauscher und tauscht Wärme zwischen Außenluft und Kältemittel, das durch den Kältemittelkreislauf 40 strömt, aus. Der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 arbeitet während des Kühlungsbetriebs als ein Kondensator, das heißt, wenn die Wärmequelleneinheit 10 als Kühlungsenergiequelle dient. Auf der anderen Seite arbeitet der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 während des Erwärmungsbetriebs als ein Verdampfer, das heißt, wenn die Wärmequelleneinheit 10 als Wärmeenergiequelle dient. Die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 ist ein elektronisches Expansionsventil und expandiert Kältemittel durch Reduzieren eines Drucks des Kältemittels. Die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 ist während des Kühlungsbetriebs stromabwärts des wärmequellenseitigen Wärmetauschers 13 vorgesehen. Während des Kühlungsbetriebs wird die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 durch die wärmequellenseitige Steuerung 17 gesteuert, um durch Reduzieren eines Drucks eines Hochdruckkältemittels, das von dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 in die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 strömt, zweiphasiges Kältemittel zu erzeugen. Der Sammler 15 ist stromaufwärts des Verdichters 11 vorgesehen und sammelt überschüssiges Kältemittel, um Einströmen von Flüssigkältemittel in den Verdichter 11 zu unterdrücken. Der wärmequellenseitige Lüfter 16 sendet Außenluft zum wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13.
Der Zwischenwärmetauscher 21 ist zum Beispiel ein Plattenwärmetauscher und ist zwischen dem Kältemittelkreislauf 40 und dem Wärmemediumkreislauf 60 verbunden. Der Zwischenwärmetauscher 21 tauscht Wärme zwischen dem durch den Kältemittelkreislauf 40 zirkulierenden Kältemittel und dem durch den Wärmemediumkreislauf 60 zirkulierenden Wärmemedium aus. Der Zwischenwärmetauscher 21 arbeitet während des Kühlungsbetriebs als ein Verdampfer und während des Erwärmungsbetriebs als ein Kondensator. Die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 ist z. B. ein elektronisches Expansionsventil und expandiert Kältemittel durch Reduzieren eines Drucks des Kältemittels. Die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 ist während des Erwärmungsbetriebs stromabwärts des Zwischenwärmetauschers 21 vorgesehen. Während des Erwärmungsbetriebs wird die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 durch die Relaiseinheit-Steuerung 24 gesteuert, um durch Reduzieren eines Drucks von Hochdruckkältemittel, das von dem Zwischenwärmetauscher 21 in die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 strömt, zweiphasiges Kältemittel zu erzeugen.
Zum Beispiel umfasst die Pumpe 23 einen Motor (nicht dargestellt), der durch einen Inverter angetrieben wird. Die Pumpe 23 wird durch den Motor angetrieben, der als Energiequelle dient, um das Wärmemedium durch den Wärmemediumkreislauf 60 zu zirkulieren. Das heißt, dass die Pumpe 23 durch die Relaiseinheit-Steuerung 24 gesteuert wird, um einen Druck aufzubringen, durch den das Wärmemedium durch den Wärmemediumkreislauf 60 zirkuliert.
Der lastseitige Wärmetauscher 31 ist zum Beispiel ein Röhren-und-Lamellen-Wärmetauscher und tauscht Wärme zwischen Innenluft und dem Wärmemedium, das durch den Wärmemediumkreislauf 60 strömt, aus. Beispielsweise ist das Strömungssteuerventil 32 ein elektronisches Expansionsventil und wird durch die lastseitige Steuerung 34 gesteuert, um die Menge des Wärmemediums zu steuern, die in den lastseitigen Wärmetauscher 31 fließen soll. Es ist angemessen, dass das Strömungssteuerventil 32 stromabwärts des lastseitigen Wärmetauschers 31 bereitgestellt wird.
Der lastseitige Lüfter 33 sendet Innenluft zum lastseitigen Wärmetauscher 31. Die lastseitige Steuerung 34 steuert den Öffnungsgrad des Strömungssteuerventils 32. Die lastseitige Steuerung 34 jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c kann Datenkommunikation mit der wärmequellenseitigen Steuerung 17 der Wärmequelleneinheit 10 und mit der Relaiseinheit-Steuerung 24 der Relaiseinheit 20 durchführen.
Die Wärmequelleneinheit 10 umfasst einen Ansaugdrucksensor 11a und einen Auslassdrucksensor 11b. Der Ansaugdrucksensor 11a ist auf einer Ansaugseite des Verdichters 11 vorgesehen und misst einen Ansaugdruck Ps, der ein Druck des in den Verdichter 11 zu saugenden Kältemittels ist. Der Auslassdrucksensor 11b ist auf einer Auslassseite des Verdichters 11 vorgesehen und misst einen Auslassdruck Pd, der ein Druck eines von dem Verdichter 11 abgegebenen Kältemittels ist. Der Ansaugdrucksensor 11a und der Auslassdrucksensor 11b geben Messdaten an die wärmequellenseitige Steuerung 17 aus.
Die Relaiseinheit 20 umfasst einen ersten Temperatursensor 21a und einen zweiten Temperatursensor 21b. Der erste Temperatursensor 21a misst eine erste Temperatur, die eine Temperatur von durch einen Durchgang zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und dem Verdichter 11 strömendem Kältemittel ist. In Ausführungsform 1 ist der erste Temperatursensor 21a in der Relaiseinheit 20 zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und dem Vierwegeventil 12 vorgesehen. Der zweite Temperatursensor 21b ist zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 vorgesehen und misst eine zweite Temperatur, die eine Temperatur von durch einen Durchgang zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 strömendem Kältemittel ist.
Der erste Temperatursensor 21a ist während des Kühlungsbetriebs stromabwärts des Zwischenwärmetauschers 21 vorgesehen. Der zweite Temperatursensor 21b ist während des Erwärmungsbetriebs stromabwärts des Zwischenwärmetauschers 21 vorgesehen. Der erste Temperatursensor 21a und der zweite Temperatursensor 21b geben Messdaten an die Relaiseinheit-Steuerung 24 aus.
Die wärmequellenseitige Steuerung 17 steuert Prozesse des Verdichters 11, des Vierwegeventils 12 und der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14. Die wärmequellenseitige Steuerung 17 umfasst einen wärmequellenseitigen Speicher 17a, der z. B. Daten zur Verwendung bei verschiedenen arithmetischen Operationen speichert. Die wärmequellenseitige Steuerung 17 kann Datenkommunikation mit der Relaiseinheit-Steuerung 24 der Relaiseinheit 20 und mit der lastseitigen Steuerung 34 jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c durchführen.
Während des Kühlungsbetriebs bestimmt die wärmequellenseitige Steuerung 17 einen Grad an Überhitzung an einem Ausgang eines Verdampfers unter Verwendung des vom Ansaugdrucksensor 11a gemessenen Ansaugdrucks Ps und der vom ersten Temperatursensor 21a gemessenen ersten Temperatur. Der Grad an Überhitzung am Ausgang des Verdampfers ist ein Grad an Überhitzung an einem Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der während es Kühlungsbetriebs als der Verdampfer arbeitet, und wird im folgenden als ein Überhitzungsgrad bezeichnet. Genauer gesagt, bestimmt die wärmequellenseitige Steuerung 17 während des Kühlungsbetriebs eine Verdampfungstemperatur durch Umwandeln des Ansaugdrucks Ps in eine Sättigungstemperatur. Die wärmequellenseitige Steuerung 17 erwirbt die erste Temperatur über die Relaiseinheit-Steuerung 24. Die wärmequellenseitige Steuerung 17 bestimmt den Überhitzungsgrad durch Subtrahieren der Verdampfungstemperatur von der ersten Temperatur.
Die wärmequellenseitige Steuerung 17 steuert den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage des bestimmten Überhitzungsgrads. Wenn der Überhitzungsgrad höher ist als ein Referenzüberhitzungsgrad, führt die wärmequellenseitige Steuerung 17 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu erhöhen. Wenn der Überhitzungsgrad niedriger ist als der Referenzüberhitzungsgrad, führt die wärmequellenseitige Steuerung 17 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu reduzieren. Zum Beispiel wird der Referenzüberhitzungsgrad durch Tests bestimmt, die für eine tatsächliche Einrichtung vorgenommen werden. Wenn der Überhitzungsgrad gleich ist wie der Referenzüberhitzungsgrad, befindet sich das von der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 in eine Flüssigkeitsleitung 55 strömende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand. Zum Beispiel ist der Referenzüberhitzungsgrad auf 1 Grad Celsius bis 2 Grad Celsius eingestellt, kann jedoch je nach den Eigenschaften des Kältemittelkreislaufs 40 und einer Installationsumgebung der Klimaanlage 100 gegebenenfalls geändert werden.
Genauer gesagt, kann der wärmequellenseitige Speicher 17a zum Beispiel eine Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion zur Ableitung des Öffnungsgrades der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 mit dem Überhitzungsgrad als eine Variable speichern. In diesem Fall kann die wärmequellenseitige Steuerung 17 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der mit dem Überhitzungsgrad durch Einfügen des Überhitzungsgrades in die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion verbunden ist, bestimmen. Ferner kann der wärmequellenseitige Speicher 17a eine Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle speichern, in der der Überhitzungsgrad mit dem Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 verbunden ist. In diesem Fall kann die wärmequellenseitige Steuerung 17 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der mit dem Überhitzungsgrad verbunden ist, durch Bezugnahme auf den Überhitzungsgrad in der Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle bestimmen. Ferner ist es zweckmäßig, dass die wärmequellenseitige Steuerung 17 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf den bestimmten Öffnungsgrad anpasst.
Wenn der Referenzüberhitzungsgrad in dem wärmequellenseitigen Speicher 17a gespeichert ist, kann die wärmequellenseitige Steuerung 17 ferner eine Differenz zwischen dem Überhitzungsgrad und dem Referenzüberhitzungsgrad bestimmen und den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage der bestimmten Differenz steuern. In diesem Fall ist die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion eine Funktion, bei der die Differenz zwischen dem Überhitzungsgrad und dem Referenzüberhitzungsgrad als Variable verwendet wird. Ähnlich ist in der Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle die Differenz mit dem Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 verbunden. Hier können die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitungsfunktion und die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle bereitgestellt werden, so dass anstelle des Öffnungsgrades der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 eine Anpassungsmenge für den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 abgeleitet wird.
Die Relaiseinheit-Steuerung 24 steuert Prozesse der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, und der Pumpe 23. Die Relaiseinheit-Steuerung 24 umfasst einen Relaiseinheit-Speicher 24a, der z. B. Daten zur Verwendung bei verschiedenen arithmetischen Operationen speichert. Die Relaiseinheit-Steuerung 24 kann Datenkommunikation mit der Relaiseinheit-Steuerung 17 der Wärmequelleneinheit 10 und mit der lastseitigen Steuerung 34 jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c durchführen.
Während des Erwärmungsbetriebs bestimmt die Relaiseinheit-Steuerung 24 einen Grad an Unterkühlung an einem Ausgang eines Kondensators unter Verwendung des vom Auslassdrucksensor 11b gemessenen Auslassdrucks Pd und der vom zweiten Temperatursensor 21b gemessenen zweiten Temperatur. Der Grad an Unterkühlung am Ausgang des Kondensators ist ein Grad an Unterkühlung an einem Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der während des Erwärmungsbetriebs als der Kondensator arbeitet, und wird im folgenden als ein Unterkühlungsgrad bezeichnet. Genauer gesagt, erfasst die Relaiseinheit-Steuerung 24 während des Erwärmungsbetriebs den Auslassdruck Pd über die wärmequellenseitige Steuerung 17 und bestimmt eine Kondensationstemperatur durch Umwandlung des erworbenen Auslassdrucks Pd in eine Sättigungstemperatur. Die Relaiseinheit-Steuerung 24 erwirbt die zweite Temperatur von dem zweiten Temperatursensor 21b. Die Relaiseinheit-Steuerung 24 bestimmt den Unterkühlungsgrad durch Subtrahieren der zweiten Temperatur von der Kondensationstemperatur.
Die Relaiseinheit-Steuerung 24 steuert den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des bestimmten Unterkühlungsgrades. Wenn der Unterkühlungsgrad höher ist als ein Referenzunterkühlungsgrad, führt die Relaiseinheit-Steuerung 24 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu erhöhen. Wenn der Unterkühlungsgrad niedriger ist als der Referenzunterkühlungsgrad, führt die Relaiseinheit-Steuerung 24 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu reduzieren. Zum Beispiel wird der Referenzunterkühlungsgrad durch Tests bestimmt, die für eine tatsächliche Einrichtung vorgenommen werden. Wenn der Unterkühlungsgrad gleich ist wie der Referenzunterkühlungsgrad, befindet sich das von der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in die Flüssigkeitsleitung 55 strömende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand. Zum Beispiel ist der Referenzunterkühlungsgrad auf 5 Grad Celsius bis 6 Grad Celsius eingestellt, kann jedoch je nach den Eigenschaften des Kältemittelkreislaufs 40 und der Installationsumgebung der Klimaanlage 100 gegebenenfalls geändert werden.
Genauer gesagt, kann der Relaiseinheit-Speicher 24a zum Beispiel eine Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion zur Ableitung des Öffnungsgrades der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 mit dem Unterkühlungsgrad als eine Variable speichern. In diesem Fall kann die Relaiseinheit-Steuerung 24 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, der mit dem Unterkühlungsgrad verbunden ist, durch Einfügen des Unterkühlungsgrades in die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion bestimmen. Weiterhin kann der Relaiseinheit-Speicher 24a eine Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle speichern, in der der Unterkühlungsgrad mit dem Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in Verbindung steht. In diesem Fall kann die Relaiseinheit-Steuerung 24 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, der mit dem Unterkühlungsgrad in Verbindung steht, durch Bezugnahme auf den Unterkühlungsgrad in der Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion bestimmen. Ferner ist es zweckmäßig, dass die Relaiseinheit-Steuerung 24 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf den bestimmten Öffnungsgrad anpasst.
Wenn der Referenzunterkühlungsgrad in dem Relaiseinheit-Speicher 24a gespeichert ist, kann die Relaiseinheit-Steuerung 24 ferner eine Differenz zwischen dem Unterkühlungsgrad und dem Referenzunterkühlungsgrad bestimmen und den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage der bestimmten Differenz steuern. In diesem Fall ist die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion eine Funktion, bei der die Differenz zwischen dem Unterkühlungsgrad und dem Referenzunterkühlungsgrad als eine Variable verwendet wird. Ähnlich steht in der Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle die Differenz mit dem Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in Verbindung. Hier können die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitungsfunktion und die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle bereitgestellt werden, so dass eine Anpassungsmenge für den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 abgeleitet wird.
Die wärmequellenseitige Steuerung 17, die Relaiseinheit-Steuerung 24 und die lastseitige Steuerung 34 jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c können aus einem Prozessor, wie z. B. ein Mikrocomputer, und Software, die die Funktionen der vorstehend beschriebenen Funktionen in Kooperation mit dem Prozessor implementiert, bestehen. Zu beachten ist, dass die wärmequellenseitige Steuerung 17, die Relaiseinheit-Steuerung 24 und die lastseitige Steuerung 34 jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c Hardware umfassen können, wie z. B. eine Schaltungseinrichtung, die teilweise oder komplett die vorstehend beschriebenen Funktionen implementiert.
2 ist ein p-h-Diagramm, das die Zustände von Kältemittel während eines Kühlungsbetriebs in dem Kältemittelkreislauf von 1 veranschaulicht. 3 ist ein p-h-Diagramm, das die Zustände von Kältemittel während eines Erwärmungsbetriebs in dem Kältemittelkreislauf von 1 veranschaulicht. In den p-h-Diagrammen von 2 und 3 stellt die horizontale Achse spezifische Enthalpie dar und die vertikale Achse stellt Druck dar. Ferner sind in den p-h-Diagrammen von 2 und 3 Symbole, die die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14, die Flüssigkeitsleitung 55 und die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 darstellen, an Punkten angeordnet, die mit Zustandsänderungen des Kältemittels jeweils in der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der Flüssigkeitsleitung 55 und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in Verbindung stehen. Prozesse des Kältemittelkreislaufs 40 in der Klimaanlage 100 werden unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
Zunächst wird ein Prozess des Kältemittelkreislaufs 40 während des Kühlungsbetriebs unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In Ausführungsform 1 steuert die wärmequellenseitige Steuerung 17 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 während des Kühlungsbetriebs auf Grundlage des Überhitzungsgrades des aus dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 ausströmenden Kältemittels, so dass sich das aus der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 ausströmende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand befindet. Während des Kühlungsbetriebs öffnet die Relaiseinheit-Steuerung 24 die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22. Die Relaiseinheit-Steuerung 24 kann während des Kühlungsbetriebs den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 maximieren.
Das aus dem Verdichter 11 (Punkt A in 2) abgegebene Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas-Kältemittel strömt über das Vierwegeventil 12 in den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13. Während des Kühlungsbetriebs arbeitet der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 als der Kondensator. Das heißt, dass der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 strömt, und der vom wärmequellenseitigen Lüfter 16 geförderten Außenluft austauscht, und Kondensationswärme des Kältemittels an die Außenluft abgegeben wird. Somit wird das in den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 einströmende Kältemittel in Hochdruck-Flüssigkältemittel kondensiert (Punkt B in 2).
Das aus dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 herausströmende Hochdruck-Flüssigkältemittel strömt in die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 und der Druck des Kältemittels wird reduziert. Dadurch verwandelt sich das Kältemittel in ein Mitteldruck-Zweiphasen-Kältemittel das einen Druck aufweist, der niedriger ist als ein hochdruckseitiger Druck des Kältemittelkreislaufs 40 und höher als ein niederdruckseitiger Druck des Kältemittelkreislaufs 40 (Punkt C in 2). Das Mitteldruck-Zweiphasen-Kältemittel, das aus der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 strömt, strömt in die Flüssigkeitsleitung 55 und dann durch die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22. Der Druck des Kältemittels, das durch die Flüssigkeitsleitung 55 und die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 strömt, wird durch Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung 55 und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 reduziert und das Kältemittel verwandelt sich in Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel (Punkt D und Punkt E in 2).
Das Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel strömt durch die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in den Zwischenwärmetauscher 21. Der Zwischenwärmetauscher 21 tauscht Wärme zwischen dem Wärmemedium und dem Kältemittel aus, das durch den Zwischenwärmetauscher 21 strömt. Während des Kühlungsbetriebs arbeitet der Zwischenwärmetauscher 21 als der Verdampfer. Das heißt, dass das in den Zwischenwärmetauscher 21 einströmende Kältemittel in Niederdruck-Gas-Kältemittel verdampft wird (Punkt F in 2). Auf der anderen Seite wird das in den Zwischenwärmetauscher 21 strömende Wärmemedium durch einen Wärmeabzugsprozess des Kältemittels gekühlt.
Das durch den Zwischenwärmetauscher 21 verdampfte Niederdruck-Gas-Kältemittel strömt durch die Gasleitung 56 und das Vierwegeventil 12 und der Druck des Kältemittels wird durch Druckabfall reduziert. Dann wird das Kältemittel in den Verdichter 11 gesaugt (Punkt G in 2). Das in den Verdichter 11 gesaugte Niederdruck-Gas-Kältemittel wird in Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas-Kältemittel verdichtet (Punkt A in 2). Während des Kühlungsbetriebs wird der vorstehend beschriebene sequentielle Zyklus wiederholt.
Als nächstes wird ein Prozess des Kältemittelkreislaufs 40 während des Erwärmungsbetriebs unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Während des Erwärmungsbetriebs wird das Vierwegeventil 12 durch die wärmequellenseitige Steuerung 17 betrieben, so dass der Durchgang zu einem Strichliniendurchgang in 1 gewechselt wird. So strömt das vom Verdichter 11 abgegebene Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel über die Wärmequellenverbindungsleitung 50 in den Zwischenwärmetauscher 21. Während des Erwärmungsbetriebs öffnet die wärmequellenseitige Steuerung 17 die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14. Die wärmequellenseitige Steuerung 17 kann während des Erwärmungsbetriebs den Öffnungsgrad die wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 maximieren. Ferner steuert die Relaiseinheit-Steuerung 24 während des Erwärmungsbetriebs den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des Unterkühlungsgrades des aus dem Zwischenwärmetauscher 21 ausströmenden Kältemittels, so dass sich das aus der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 ausströmende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand befindet.
Das heißt, dass das durch den Verdichter 11 abgegebene Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas-Kältemittel (Punkt A in 3) durch das Vierwegeventil 12 und die Gasleitung 56 strömt und der Druck des Kältemittels durch Druckabfall reduziert wird. Dann strömt das Kältemittel in den Zwischenwärmetauscher 21 (Punkt B in 3). Während des Kühlungsbetriebs arbeitet der Zwischenwärmetauscher 21 als der Kondensator. Das heißt, dass der Zwischenwärmetauscher 21 Wärme zwischen dem Wärmemedium und dem Kältemittel austauscht, das durch den Zwischenwärmetauscher 21 strömt, und Kondensationswärme des Kältemittels zum Wärmemedium überführt wird. Somit wird das in den Zwischenwärmetauscher 21 einströmende Kältemittel in Hochdruck-Flüssigkältemittel kondensiert (Punkt C in 3). Zu beachten ist, dass das in den Zwischenwärmetauscher 21 strömende Wärmemedium durch einen Wärmeabführprozess des Kältemittels erwärmt wird.
Das durch den Zwischenwärmetauscher 21 kondensierte Hochdruck-Flüssigkältemittel strömt in die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 und der Druck des Kältemittels wird reduziert. Somit verwandelt sich das Kältemittel in Mitteldruck-Zweiphasen-Kältemittel (Punkt D in 3). Das Mitteldruck-Zweiphasen-Kältemittel, das aus der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 strömt, strömt durch die Flüssigkeitsleitung 55 und durch die vollständig geöffnete wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14. Der Druck des Kältemittels, das durch die Flüssigkeitsleitung 55 und die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 strömt, wird durch Druckabfall in der Flüssigkeitsleitung 55 und der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 reduziert und das Kältemittel verwandelt sich in Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel (Punkt E und Punkt F in 3).
Das Niederdruck-Zweiphasen-Kältemittel, das durch die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 strömt, strömt in den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13. Während des Erwärmungsbetriebs arbeitet der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 als der Verdampfer. Das heißt, dass der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 Wärme zwischen dem Kältemittel, das durch den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 strömt, und der vom wärmequellenseitigen Lüfter 16 geförderten Außenluft austauscht. Somit wird das in den wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 einströmende Kältemittel in Niederdruck-Gas-Kältemittel verdampft (Punkt G in 3). Das Niederdruck-Gas-Kältemittel, das aus dem wärmequellenseitigen Wärmetauscher 13 strömt, wird durch das Vierwegeventil 12 in den Verdichter 11 gesaugt und in Hochtemperatur- und Hochdruck-Gas-Kältemittel verdichtet (Punkt A in 3). Während des Erwärmungsbetriebs wird der vorstehend beschriebene sequentielle Zyklus wiederholt.
Hier, in der Klimaanlage 100, ist die Relaiseinheit 20 so nahe wie möglich an den Inneneinheiten angeordnet, so dass die Gesamtlänge der Wärmemediumleitung 61 abnimmt. Somit kann die Menge des Wärmemediums reduziert werden. So ist die Gesamtlänge der Kältemittelleitung 41 größer als in einem Fall, in dem die Relaiseinheit 20 näher an der Wärmequelleneinheit 10 angeordnet ist. Diesbezüglich befindet sich in der Klimaanlage 100 das Kältemittel in der Flüssigkeitsleitung 55 sowohl während des Kühlungsbetriebs als auch während des Erwärmungsbetriebs, wie vorstehend beschrieben, im zweiphasigen Zustand. Das heißt, dass gemäß der Klimaanlage 100 die Dichte des Kältemittels in der Kältemittelleitung 41 reduziert werden kann und somit die Menge des in die Kältemittelleitung 41 einzufüllenden Kältemittels reduziert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben ist in der Klimaanlage 100 der Ausführungsform 1 die Länge einer ersten Hauptleitung 80a der Hauptleitung 80 von der Relaiseinheit 20 zu dem ersten Verzweigungsteil 61a kleiner als die Länge der Wärmequellenverbindungsleitung 50. Somit kann die Menge an Wärmemedium, die in Bezug auf die für das Strömen erforderliche spezifische Wärme und Leistung größer ist als die des Kältemittels, reduziert werden. Entsprechend kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden.
Das heißt, dass in der Klimaanlage 100 die Gesamtlänge der ersten Ausgangshauptleitung 81a und der ersten Rücklaufhauptleitung 82a kleiner ist als die Gesamtlänge der flüssigkeitsseitigen Verbindungsleitung 51 und der gasseitigen Verbindungsleitung 52. Somit kann die Menge des Wärmemediums auf das Maß reduziert werden, das der Reduktion in der Länge der Wärmemediumleitung 61 des Wärmemediumkreislaufs 60 entspricht. Somit kann die Menge, die dem Wärmemedium zugeführt werden soll, reduziert werden und dadurch kann die Aktivierungszeit reduziert werden. Ferner kann die Energie, die von der Pumpe 23 benötigt wird, damit das Wärmemedium strömen kann, reduziert werden und die Betriebseffizienz des gesamten Systems kann erhöht werden.
Weiterhin ist der Durchmesser der Wärmemediumleitung, durch die das Wärmemedium, wie z. B. Wasser, zirkuliert, größer als der Durchmesser der Kältemittelleitung, durch die das Kältemittel zirkuliert. Somit sind die Kosten pro Längeneinheit in der Wärmemediumleitung höher als in der Kältemittelleitung und sind die Installationskosten im Wärmemediumkreislauf 60 ebenfalls höher als im Kältemittelkreislauf 40. Außerdem kann die Leitungslänge von jedem Verzweigungsteil der Hauptleitung der Wärmemediumleitung zu jeder Inneneinheit nicht im Vorhinein eingestellt werden, da die Leitungslänge während Arbeiten vor Ort bestimmt wird. Diesbezüglich ist in der Klimaanlage 100 die Länge der Hauptleitung 80 von der Relaiseinheit 20 zu dem ersten Verzweigungsteil 61a kleiner als die Länge der Wärmequellenverbindungsleitung 50. Somit können Kosten für Material und andere Kosten reduziert werden.
Zusätzlich ist in der Klimaanlage 100 die Relaiseinheit 20, die den Zwischenwärmetauscher 21 umfasst, zwischen der Wärmequelleneinheit 10 und jeder der Inneneinheiten 30a bis 30c eingesetzt. Somit kann die Kältemittelmenge und die Aktivierungszeit im Vergleich mit denen in der Struktur von beispielsweise Patentliteratur 1, in der das Kältemittel in einem weiten Bereich von der Wärmequelleneinheit zu jeder Inneneinheit zirkuliert, reduziert werden.
Ferner wird während des Kühlungsbetriebs, in dem der wärmequellenseitige Wärmetauscher 13 als der Kondensator arbeitet, das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Relaiseinheit 20 zu strömen, durch die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 in den zweiphasigen Zustand gebracht. Genauer gesagt, wenn der Überhitzungsgrad am Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der als der Verdampfer arbeitet, höher ist als der Referenzüberhitzungsgrad, führt die wärmequellenseitige Steuerung 17 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu erhöhen. Wenn andererseits der Überhitzungsgrad am Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der als der Verdampfer arbeitet, niedriger ist als der Referenzüberhitzungsgrad, führt die wärmequellenseitige Steuerung 17 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu reduzieren. Mit dieser Struktur befindet sich das von der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 in die Flüssigkeitsleitung 55 strömende Kältemittel in dem zweiphasigen Zustand und somit kann die Dichte des Kältemittels reduziert werden. So kann die Kältemittelfüllmenge reduziert werden. Das heißt, dass das Volumen von Gas-Kältemittel größer ist als das Volumen von Flüssigkältemittel und somit kann die Kältemittelmenge auf das Maß reduziert werden, das dem Gas-Kältemittel im Zweiphasen-Gas-Flüssigkeit-Kältemittel im Vergleich zu der Kältemittelmenge in einem Fall entspricht, in dem Flüssigkältemittel durch die Flüssigkeitsleitung 55 strömt.
Ferner wird während des Erwärmungsbetriebs, in dem der Zwischenwärmetauscher 21 als der Kondensator arbeitet, das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Wärmequelleneinheit 10 zu strömen, durch die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in den zweiphasigen Zustand gebracht. Genauer gesagt, wenn der Unterkühlungsgrad am Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der als der Verdampfer arbeitet, höher ist als der Referenzunterkühlungsgrad, führt die Relaiseinheit-Steuerung 24 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu erhöhen. Weiterhin, wenn der Unterkühlungsgrad am Ausgang des Zwischenwärmetauschers 21, der als der Verdampfer arbeitet, niedriger ist als der Referenzunterkühlungsgrad, führt die Relaiseinheit-Steuerung 24 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu reduzieren. Mit dieser Struktur befindet sich das von der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in die Flüssigkeitsleitung 55 strömende Kältemittel in dem zweiphasigen Zustand und somit kann die Dichte des Kältemittels reduziert werden. So kann die Kältemittelfüllmenge reduziert werden.
Das heißt, dass sich in der Klimaanlage 100 das Kältemittel in der Flüssigkeitsleitung 55 sowohl während des Kühlungsbetriebs als auch während des Erwärmungsbetriebs in dem zweiphasigen Zustand befindet. Somit kann die Kältemittelmenge im Vergleich mit der in dem Fall, in dem Flüssigkältemittel durch die Flüssigkeitsleitung 55 strömt, reduziert werden. Folglich kann gemäß der Klimaanlage 100 die Strömungsmenge des Wärmemediums durch Reduzieren der Wärmemenge, die dem Wärmemedium zugeführt werden soll, reduziert werden, und kann die Strömungsmenge des Kältemittels durch Reduzieren der Wärmemenge, die dem Kältemittel zugeführt werden soll, reduziert werden. Somit kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems verbessert werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden.
Ausführungsform 2.
4 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Klimaanlage 200 von Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Klimaanlage 100 von Ausführungsform 1 hinsichtlich der Anordnung eines Teils der Sensoren. Komponenten, die denen der Ausführungsform 1 ähnlich sind, werden durch dieselben Bezugszeichen dargestellt und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet.
Wie in 4 dargestellt, umfasst die Klimaanlage 200 anstelle des ersten Temperatursensors 21a einen ersten Temperatursensor 15a, der stromaufwärts des Sammlers 15 in einer Wärmequelleneinheit 210 vorgesehen ist. Der erste Temperatursensor 15a gibt die gemessene erste Temperatur an eine wärmequellenseitige Steuerung 217 aus.
Das heißt, dass die wärmequellenseitige Steuerung 217 während des Kühlungsbetriebs durch Umwandeln des Ansaugdrucks Ps, der durch den Ansaugdrucksensor 11a gemessen wird, in eine Sättigungstemperatur eine Verdampfungstemperatur bestimmt. Ferner erwirbt die wärmequellenseitige Steuerung 217 direkt die erste Temperatur von dem ersten Temperatursensor 15a. Dann bestimmt die wärmequellenseitige Steuerung 217 den Überhitzungsgrad am Ausgang des Verdampfers durch Subtrahieren der Verdampfungstemperatur von der ersten Temperatur. Die andere Struktur der wärmequellenseitigen Steuerung 217 ist ähnlich wie die der wärmequellenseitigen Steuerung 17 von Ausführungsform 1.
Hier, in der Klimaanlage 100 nach Ausführungsform 1, erwirbt die wärmequellenseitige Steuerung 17 die erste Temperatur von dem in der Relaiseinheit 20 angeordneten ersten Temperatursensor 15a. Ein Teil der Kältemittelleitung 41 zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und dem Sammler 15 ist jedoch beispielsweise Außenluft ausgesetzt und somit ändert sich die Kältemitteltemperatur, während das Kältemittel durch diesen Teil strömt. Folglich kann, wenn der Überhitzungsgrad unter Verwendung der durch den ersten Temperatursensor 21a gemessenen ersten Temperatur bestimmt wird, eine Abweichung im Überhitzungsgrad auftreten.
In dieser Hinsicht bestimmt in Ausführungsform 2 die wärmequellenseitige Steuerung 217 den Überhitzungsgrad unter Verwendung der ersten Temperatur, die durch den ersten Temperatursensor 15a gemessen wird, der stromaufwärts des Sammlers 15 vorgesehen ist. So kann gemäß der Klimaanlage 200 von Ausführungsform 2 der Überhitzungsgrad mit höherer Genauigkeit bestimmt werden und somit ein Niedrigenergiebetrieb unter Berücksichtigung des Verlustes der Wärmeabfuhr oder -abgabe in der Leitung zwischen dem Zwischenwärmetauscher 21 und dem Sammler 15 erreicht werden.
Ferner kann in der Klimaanlage 200 von Ausführungsform 2 die Menge des Wärmemediums, die in Bezug auf die für das Strömen erforderliche spezifische Wärme und Leistung größer ist als die des Kältemittels, ähnlich wie bei der Klimaanlage 100 von Ausführungsform 1 reduziert werden. Somit kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden. Andere Vorteile sind denen der Ausführungsform 1 ähnlich.
Ausführungsform 3.
5 ist ein Schaltdiagramm, das die Struktur einer Klimaanlage gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Klimaanlage 300 von Ausführungsform 3 unterscheidet sich von den Klimaanlagen der Ausführungsformen 1 und 2 hinsichtlich der Strukturen der Sensoren, die eingerichtet sind, verschiedene Typen von Daten zu messen. Komponenten, die denen der Ausführungsformen 1 und 2 ähnlich sind, werden durch dieselben Bezugszeichen dargestellt und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet.
Wie in 5 dargestellt, umfasst die Klimaanlage 300 einen ersten Drucksensor 55a und einen zweiten Drucksensor 55b. Der erste Drucksensor 55a ist auf der Flüssigkeitsleitung 55 in einer Wärmequelleneinheit 310 vorgesehen und misst einen ersten Druck Pm₁ des durch die Flüssigkeitsleitung 55 strömenden Kältemittels. Der erste Drucksensor 55a gibt den gemessenen ersten Druck Pm₁ an eine wärmequellenseitige Steuerung 317 aus. Der zweite Drucksensor 55b ist auf der Flüssigkeitsleitung 55 in einer Relaiseinheit 320 vorgesehen und misst einen zweiten Druck Pm₂ des durch die Flüssigkeitsleitung 55 strömenden Kältemittels. Der zweite Drucksensor 55b gibt die gemessene zweite Temperatur an eine Relaiseinheit-Steuerung 324 aus.
Während des Kühlungsbetriebs steuert die wärmequellenseitige Steuerung 317 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage des durch den ersten Drucksensor 55a gemessenen ersten Drucks Pm₁. Wenn der erste Druck Pm₁ niedriger ist als ein erster Referenzdruck, führt die wärmequellenseitige Steuerung 317 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu erhöhen. Wenn der erste Druck Pm₁ höher ist als der erste Referenzdruck, führt die wärmequellenseitige Steuerung 317 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 zu reduzieren. Zum Beispiel wird der erste Referenzdruck durch Tests bestimmt, die für eine tatsächliche Einrichtung vorgenommen werden. Wenn der erste Druck Pm₁ gleich ist wie der erste Referenzdruck, befindet sich das von der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 in die Flüssigkeitsleitung 55 einströmende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand. Der erste Referenzdruck kann zum Beispiel je nach den Eigenschaften des Kältemittelkreislaufs 40 und einer Installationsumgebung der Klimaanlage 300 gegebenenfalls geändert werden.
Genauer gesagt, kann der wärmequellenseitige Speicher 17a zum Beispiel eine Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion zur Ableitung des Öffnungsgrades der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 mit dem ersten Druck Pm₁ als eine Variable speichern. In diesem Fall kann die wärmequellenseitige Steuerung 317 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der mit dem ersten Druck Pm₁ durch Einfügen des ersten Drucks Pm₁ in die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion verbunden ist, bestimmen. Ferner kann der wärmequellenseitige Speicher 17a eine Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle speichern, in der der erste Druck Pm₁ mit dem Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 verbunden ist. In diesem Fall kann die wärmequellenseitige Steuerung 317 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der mit dem ersten Druck Pm₁ durch Bezugnahme auf den ersten Druck Pm₁ in der Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle verbunden ist, bestimmen. Ferner ist es zweckmäßig, dass die wärmequellenseitige Steuerung 317 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf den bestimmten Öffnungsgrad anpasst.
Wenn der erste Referenzdruck in dem wärmequellenseitigen Speicher 17a gespeichert ist, kann die wärmequellenseitige Steuerung 317 ferner eine Differenz zwischen dem ersten Druck Pm₁ und dem ersten Referenzdruck bestimmen und den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage der bestimmten Differenz steuern. In diesem Fall ist die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitfunktion eine Funktion, bei der die Differenz zwischen dem ersten Druck Pm₁ und dem ersten Referenzdruck als Variable verwendet wird. Ähnlich ist in der Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle die Differenz mit dem Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 verbunden. Die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Ableitungsfunktion und die Wärmequellenseitiger-Öffnungsgrad-Tabelle können bereitgestellt werden, so dass anstelle des Öffnungsgrades der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 eine Anpassungsmenge für den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 abgeleitet wird. Die andere Struktur der wärmequellenseitigen Steuerung 317 ist ähnlich wie die der wärmequellenseitigen Steuerung 17 von Ausführungsform 1.
Während des Erwärmungsbetriebs steuert die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des durch den zweiten Drucksensor 55b gemessenen zweiten Drucks Pm₂. Wenn der zweite Druck Pm₂ niedriger ist als ein zweiter Referenzdruck, führt die Relaiseinheit-Steuerung 324 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu erhöhen. Wenn der zweite Druck Pm₂ höher ist als der zweite Referenzdruck, führt die Relaiseinheit-Steuerung 324 Steuerung durch, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 zu reduzieren. Zum Beispiel wird der zweite Referenzdruck durch Tests bestimmt, die für eine tatsächliche Einrichtung vorgenommen werden. Wenn der zweite Druck Pm₂ gleich ist wie der zweite Referenzdruck, befindet sich das von der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in die Flüssigkeitsleitung 55 strömende Kältemittel in einem zweiphasigen Zustand. Der zweite Referenzdruck kann, gegebenenfalls zum Beispiel je nach den Eigenschaften des Kältemittelkreislaufs 40 und der Installationsumgebung der Klimaanlage 300 geändert werden.
Genauer gesagt, kann der Relaiseinheit-Speicher 24a zum Beispiel eine Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion zur Ableitung des Öffnungsgrades der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 mit dem zweiten Druck Pm₂ als eine Variable speichern. In diesem Fall kann die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, der mit dem zweiten Druck Pm₂ in Verbindung steht, durch Einfügen des zweiten Drucks Pm₂ in die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion bestimmen. Weiterhin kann der Relaiseinheit-Speicher 24a eine Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle speichern, in der der zweite Druck Pm₂ mit dem Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in Verbindung steht. In diesem Fall kann die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22, der mit dem zweiten Druck Pm₂ in Verbindung steht, durch Bezugnahme auf den zweiten Druck Pm₂ in der Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle bestimmen. Ferner ist es zweckmäßig, dass die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf den bestimmten Öffnungsgrad anpasst.
Wenn der zweite Referenzdruck in dem Relaiseinheit-Speicher 24a gespeichert ist, kann die Relaiseinheit-Steuerung 324 ferner eine Differenz zwischen dem zweiten Druck Pm₂ und dem zweiten Referenzdruck bestimmen und den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage der bestimmten Differenz steuern. In diesem Fall ist die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitfunktion eine Funktion, bei der die Differenz zwischen dem zweiten Druck Pm₂ und dem zweiten Referenzdruck als eine Variable verwendet wird. Ähnlich steht in der Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle die Differenz mit dem Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in Verbindung. Die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Ableitungsfunktion und die Relaiseinheit-Öffnungsgrad-Tabelle können so bereitgestellt werden, dass eine Anpassungsmenge für den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 abgeleitet wird. Die andere Struktur der Relaiseinheit-Steuerung 324 ist ähnlich wie die der wärmequellenseitigen Steuerung 17 von Ausführungsform 1.
Wie vorstehend beschrieben, kann in der Klimaanlage 300 von Ausführungsform 3 die Menge des Wärmemediums, die in Bezug auf die für das Strömen erforderliche spezifische Wärme und Leistung größer ist als die des Kältemittels, ähnlich wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 reduziert werden. Somit kann die Betriebseffizienz des gesamten Systems erhöht werden und es kann Energieeinsparung erreicht werden.
Ferner wird in der Klimaanlage 300 während des Kühlungsbetriebs das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Relaiseinheit 20 zu strömen, durch die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung 14 in den zweiphasigen Zustand gebracht, und während des Erwärmungsbetriebs das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Wärmequelleneinheit 10 zu strömen, durch die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 in den zweiphasigen Zustand gebracht. Somit kann die Kältemittelmenge im Vergleich mit der in dem Fall, in dem Flüssigkältemittel durch die Flüssigkeitsleitung 55 strömt, in der Klimaanlage 300 ebenfalls reduziert werden. Andere Vorteile sind denen der Ausführungsformen 1 und 2 ähnlich.
Im Übrigen wird in Ausführungsform 3 der exemplarische Fall beschrieben, in dem der Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf der Grundlage des ersten Drucks Pm₁ angepasst wird und der Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des zweiten Drucks Pm₂ angepasst wird. Die Anpassung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt. Beispielsweise kann die wärmequellenseitige Steuerung 317 während des Kühlungsbetriebs den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage einer Druckdifferenz steuern, die durch Subtrahieren des ersten Drucks Pm₁ vom Auslassdruck Pd erhalten wird. Zu dieser Zeit ist es zweckmäßig, dass die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des Überhitzungsgrads am Ausgang des Verdampfers steuert. Ferner kann der Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 während des Erwärmungsbetriebs auf Grundlage einer Druckdifferenz gesteuert werden, die durch Subtrahieren des Ansaugdrucks Ps von dem zweiten Druck Pm₂ erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist es zweckmäßig, dass die Relaiseinheit-Steuerung 324 den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung 22 auf Grundlage des Unterkühlungsgrads am Ausgang des Kondensators steuert. Mit dieser Struktur kann die Dichte des Kältemittels in der Flüssigkeitsleitung 55 unabhängig von der Betriebsbedingung der Klimaanlage konstant gehalten werden. Somit ist es möglich eine Leistungsverringerung aufgrund einer Veränderung in der Kältemittelmenge in der Flüssigkeitsleitung 55 zu unterdrücken.
Ausführungsformen 1 bis 3 sind bevorzugte spezifische Beispiele der Klimaanlage und die technische Reichweite der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die Ausführungsformen 1 bis 3 begrenzt. Zum Beispiel kann in jeder der Klimaanlagen der Ausführungsformen 1 bis 3 die Relaiseinheit-Steuerung der Relaiseinheit eine zentrale Steuerung über das gesamte System durchführen. Genauer gesagt, kann im Falle der Ausführungsform 1 die Relaiseinheit-Steuerung 24 während des Kühlungsbetriebs unter Verwendung des Ansaugdrucks Ps und der ersten Temperatur den Überhitzungsgrad bestimmen und den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 auf Grundlage des bestimmten Überhitzungsgrads steuern. Das heißt, dass die Relaiseinheit-Steuerung 24 den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14, der mit dem bestimmten Überhitzungsgrad in Verbindung steht, bestimmen und ein Steuerungssignal, das den bestimmten Öffnungsgrad zeigt, an die wärmequellenseitige Steuerung 17 übertragen kann, wodurch der Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung 14 über die wärmequellenseitige Steuerung 17 gesteuert wird. In den Fällen der Ausführungsformen 2 und 3 ist es zweckmäßig, eine Struktur zu verwenden, die der vorstehend beschriebenen Struktur ähnlich ist. Wenn diese Struktur im Fall von Ausführungsform 2 verwendet wird, muss die Relaiseinheit-Steuerung 24 die von dem ersten Temperatursensor 15a gemessene erste Temperatur über die wärmequellenseitige Steuerung 217 von der Wärmequelleneinheit 210 erwerben. In dem Fall von Ausführungsform 1 kann die Relaiseinheit-Steuerung 24 andererseits die von dem ersten Temperatursensor 21a gemessene erste Temperatur direkt erwerben. Somit kann die Steuerung in dem Fall vereinfacht werden, in dem die vorstehend beschriebene Struktur auf Ausführungsform 1 angewendet wird im Vergleich zu dem Fall, in dem die vorstehend beschriebene Struktur auf Ausführungsform 2 angewendet wird.
In Ausführungsformen 1 bis 3 werden als Beispiele die Wärmequelleneinheiten 10, 210 und 310 beschrieben, die in der Lage sind durch Schalten der Kältemitteldurchgänge mit dem Vierwegeventil 12 sowohl Kühlungsenergie als auch Erwärmungsenergie zuzuführen. Jedoch ist die Wärmequelleneinheit nicht darauf beschränkt. Jede der Wärmequelleneinheiten 10, 210 und 310 kann Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie ohne das Vierwegeventil 12 zuzuführen. Das heißt, dass jede der Klimaanlagen 100, 200 und 300 den Kühlungsbetrieb oder den Erwärmungsbetrieb durchführen kann. Ferner kann jede der Klimaanlagen 100, 200 und 300 einen gleichzeitigen Kühlungs- und Erwärmungsbetrieb durch Auswählen individueller Betriebsbedingungen der Inneneinheiten durchführen.
Ferner wird in den Ausführungsformen 1 bis 3 ein exemplarischer Fall beschrieben, in dem jede der Klimaanlagen 100, 200 und 300 drei Inneneinheiten umfasst. Jedoch ist die Klimaanlage nicht darauf beschränkt. Jede der Klimaanlagen 100, 200 und 300 kann zwei Inneneinheiten umfassen oder kann auch vier oder mehr Inneneinheiten umfassen. Zu beachten ist, dass wenn jede der Klimaanlagen 100, 200 und 300 zwei Inneneinheiten umfasst, nur das erste Verzweigungsteil der Inneneinheit zugeordnet ist, die nicht zu derjenigen Inneneinheit gehört, die am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

10, 210, 310: Wärmequelleneinheit
10x, 10y, 25x, 25y, 26a, 26x, 26y, 30a-30c, 30x, 30y: Verbindungsteil
11: Verdichter
11a: Ansaugdrucksensor
11b: Auslassdrucksensor
12: Vierwegeventil
13: wärmequellenseitiger Wärmetauscher
14: wärmequellenseitige Expansionseinrichtung
15: Sammler
15a: erster Temperatursensor
16: wärmequellenseitiger Lüfter
17, 217, 317: wärmequellenseitige Steuerung
17a: wärmequellenseitiger Speicher
20, 320: Relaiseinheit
21: Zwischenwärmetauscher
21a: erster Temperatursensor
21b: zweiter Temperatursensor
22: Relaiseinheit-Expansionseinrichtung
23: Pumpe
24, 324: Relaiseinheit-Steuerung
24a: Relaiseinheit-Speicher
30a-30c: Inneneinheit
31: lastseitiger Wärmetauscher
32: Strömungssteuerungsventil
33: lastseitiger Lüfter
34: lastseitige Steuerung
40: Kältemittelkreislauf
41: Kältemittelleitung
50: Wärmequellenverbindungsleitung
51: flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung
52: gasseitige Verbindungsleitung
55: Flüssigkeitsleitung
55a: erster Drucksensor
55b: zweiter Drucksensor
60: Wärmemediumkreislauf
61: Wärmemediumleitung
61a: erstes Verzweigungsteil
61b: zweites Verzweigungsteil
61x: erstes Ausgangsverzweigungsteil
61y: erstes Rücklaufverzweigungsteil
62a: zweites Verzweigungsteil
62x: zweites Ausgangsverzweigungsteil
62y: zweites Rücklaufverzweigungsteil
70: Lastverbindungsleitung
80: Hauptleitung
81: Ausgangshauptleitung
81a: erste Ausgangshauptleitung
82: Rücklaufhauptleitung
82a: erste Rücklaufhauptleitung
91: Verzweigungsleitung
91x: Ausgangsverzweigungsleitung
91y: Rücklaufverzweigungsleitung
92: Verzweigungsleitung
92x: Ausgangsverzweigungsleitung
92y: Rücklaufverzweigungsleitung
100, 200, 300: Klimaanlage

Claims

Klimaanlage, umfassend: eine Vielzahl von Inneneinheiten; eine Relaiseinheit, die einen Zwischenwärmetauscher umfasst, der eingerichtet ist, Wärme zwischen Kältemittel und einem Wärmemedium auszutauschen; und eine Wärmequelleneinheit, die einen Verdichter und einen wärmequellenseitigen Wärmetauscher umfasst und eingerichtet ist, jeder der Vielzahl von Inneneinheiten über die Relaiseinheit Kühlungsenergie oder Erwärmungsenergie zuzuführen, wobei die Wärmequelleneinheit und die Relaiseinheit durch eine Wärmequellenverbindungsleitung, durch die das Kältemittel strömt, verbunden sind, wobei die Relaiseinheit und die Vielzahl von Inneneinheiten durch eine Lastverbindungsleitung, durch die das Wärmemedium strömt, verbunden sind, wobei die Lastverbindungsleitung eine Hauptleitung umfasst, die zwischen der Relaiseinheit und einer der Inneneinheiten, die an einem Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist, verbindet, wobei die Hauptleitung Verzweigungsteile aufweist, die den Inneneinheiten aus der Vielzahl von Inneneinheiten zugeordnet sind, die nicht derjenigen der Inneneinheiten entsprechen, die am Ende der Lastverbindungsleitung gegenüber der Relaiseinheit vorgesehen ist, und wobei eine Länge der Hauptleitung von einem Verbindungsteil, das mit der Relaiseinheit verbunden ist, zu einem ersten Verzweigungsteil, das am nächsten an der Relaiseinheit der Verzweigungsteile liegt, kleiner ist als eine Länge der Wärmequellenverbindungsleitung.
Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei der Verdichter, der wärmequellenseitige Wärmetauscher und der Zwischenwärmetauscher über eine Kältemittelleitung verbunden sind, um einen Kältemittelkreislauf zu bilden, durch den das Kältemittel zirkuliert, wobei die wärmequellenseitige Verbindungsleitung umfasst: eine flüssigkeitsseitige Verbindungsleitung, die zwischen einem Verbindungsteil der Wärmequelleneinheit und einem Verbindungsteil der Relaiseinheit verbindet, an einer Flüssigkeitsleitung der Kältemittelleitung; und eine gasseitige Verbindungsleitung, die zwischen einem Verbindungsteil der Wärmequelleneinheit und einem Verbindungsteil der Relaiseinheit verbindet, an einer Gasleitung der Kältemittelleitung, wobei die Hauptleitung umfasst: eine Ausgangshauptleitung, die dem aus der Relaiseinheit ausströmenden Wärmemedium erlaubt, da hindurch in Richtung jeder der Vielzahl von Inneneinheiten zu strömen; und eine Rücklaufhauptleitung, die dem aus der Vielzahl von Inneneinheiten ausströmenden Wärmemedium erlaubt, da hindurch in Richtung der Relaiseinheit zu strömen, wobei das erste Verzweigungsteil umfasst: ein erstes Ausgangsverzweigungsteil, das an der Ausgangshauptleitung vorgesehen ist; und ein erstes Rücklaufverzweigungsteil, das an der Rücklaufhauptleitung vorgesehen ist, wobei die Ausgangshauptleitung eine erste Ausgangshauptleitung umfasst, die zwischen einem ersten Ausgangsverzweigungsteil und dem mit der Relaiseinheit verbundenen Verbindungsteil verbindet, wobei die Rücklaufhauptleitung eine erste Rücklaufhauptleitung umfasst, die zwischen einem ersten Rücklaufverzweigungsteil und dem mit der Relaiseinheit verbundenen Verbindungsteil verbindet, und wobei eine Gesamtlänge der ersten Ausgangshauptleitung und der ersten Rücklaufhauptleitung kleiner ist als eine Gesamtlänge der flüssigkeitsseitigen Verbindungsleitung und der gasseitigen Verbindungsleitung.
Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmequelleneinheit den Verdichter, den wärmequellenseitigen Wärmetauscher und eine wärmequellenseitige Expansionseinrichtung umfasst, die während eines Kühlungsbetriebs, in dem der wärmequellenseitige Wärmetauscher als ein Kondensator arbeitet, stromabwärts des wärmequellenseitigen Wärmetauschers vorgesehen ist, und wobei die wärmequellenseitige Expansionseinrichtung so eingerichtet ist, dass das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Relaiseinheit zu strömen, während des Kühlungsbetriebs in einen zweiphasigen Zustand gebracht wird.
Klimaanlage nach Anspruch 3, wobei die Wärmequelleneinheit eine wärmequellenseitige Steuerung umfasst, die eingerichtet ist, einen Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung zu steuern, und wobei die wärmequellenseitige Steuerung eingerichtet ist zum: Durchführen von Steuerung, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung zu erhöhen, wenn ein Überhitzungsgrad an einem Auslass des Zwischenwärmetauschers, der als ein Verdampfer arbeitet, höher ist als ein Referenzüberhitzungsgrad; und Durchführen von Steuerung, um den Öffnungsgrad der wärmequellenseitigen Expansionseinrichtung zu reduzieren, wenn der Überhitzungsgrad niedriger ist als der Referenzüberhitzungsgrad.
Klimaanlage nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen Ansaugdrucksensor, der eingerichtet ist, einen Ansaugdruck, der ein Druck des in den Verdichter zu saugenden Kältemittels ist, zu messen; und einen ersten Temperatursensor, der eingerichtet ist, eine erste Temperatur zu messen, die eine Temperatur von durch einen Durchgang zwischen dem Zwischenwärmetauscher und dem Verdichter strömendem Kältemittel ist, wobei die wärmequellenseitige Steuerung den Überhitzungsgrad unter Verwendung des Ansaugdrucks und der ersten Temperatur bestimmt.
Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei die Wärmequelleneinheit einen Sammler stromaufwärts des Verdichters umfasst, und wobei der erste Temperatursensor stromaufwärts des Sammlers in der Wärmequelleneinheit vorgesehen ist.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Relaiseinheit eine Relaiseinheit-Expansionseinrichtung umfasst, die während eines Erwärmungsbetriebs, in dem der Zwischenwärmetauscher als ein Kondensator arbeitet, stromabwärts des Zwischenwärmetauschers vorgesehen ist, und wobei die Relaiseinheit-Expansionseinrichtung so eingerichtet ist, dass das Kältemittel, das veranlasst werden soll, in die Wärmequelleneinheit zu strömen, während des Erwärmungsbetriebs in einen zweiphasigen Zustand gebracht wird.
Klimaanlage nach Anspruch 7, wobei die Relaiseinheit eine Relaiseinheit-Steuerung umfasst, die eingerichtet ist, einen Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung zu steuern, und wobei die Relaiseinheit-Steuerung eingerichtet ist zum: Durchführen von Steuerung, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung zu erhöhen, wenn ein Unterkühlungsgrad an einem Auslass des Zwischenwärmetauschers, der als der Kondensator arbeitet, höher ist als ein Referenzunterkühlungsgrad; und Durchführen von Steuerung, um den Öffnungsgrad der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung zu reduzieren, wenn der Unterkühlungsgrad niedriger ist als der Referenzunterkühlungsgrad.
Klimaanlage nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Auslassdrucksensor, der eingerichtet ist, einen Auslassdruck zu messen, der ein Druck des aus dem Verdichter ausgegebenen Kältemittels ist; und einen zweiten Temperatursensor, der eingerichtet ist, eine zweite Temperatur zu messen, die eine Temperatur des durch einen Durchgang zwischen dem Zwischenwärmetauscher und der Relaiseinheit-Expansionseinrichtung strömenden Kältemittels ist, wobei die Relaiseinheit-Steuerung den Unterkühlungsgrad unter Verwendung des Auslassdrucks und der zweiten Temperatur bestimmt.
Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei jede der Vielzahl von Inneneinheiten einen lastseitigen Wärmetauscher und ein Strömungssteuerventil umfasst, und wobei eine Pumpe, der Zwischenwärmetauscher und der lastseitige Wärmetauscher und das Strömungssteuerventil jeder der Vielzahl von Inneneinheiten über eine Wärmemediumleitung verbunden sind, um einen Wärmemediumkreislauf zu bilden, durch den das Wärmemedium mittels der Pumpe zirkuliert.