JP2015132414A - Refrigeration device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍装置、特に、複数の圧縮部を有する複数段圧縮機構を備えた冷凍装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration apparatus, and more particularly to a refrigeration apparatus including a multistage compression mechanism having a plurality of compression units.
従来から、多段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、圧縮途中の中間圧の冷媒を冷却する手段を備えたものが存在する。例えば、特許文献1(特開2013−210159号公報の図1〜図3参照)に記載の冷凍装置では、室外ユニットが複数の室外熱交換器を備えており、冷房運転時には複数の室外熱交換器が互いに直列に接続された状態で運転され、暖房運転時には複数の室外熱交換器の一部と他の一部とが互いに並列に接続された状態で運転される。この冷房運転では、前段側の圧縮要素から吐出され後段側の圧縮要素に吸入される中間圧の冷媒を冷却するインタークーラとして機能するものと、最高段の圧縮要素から吐出された冷媒の熱を放熱するガスクーラとして機能するものとが直列に接続されることになる。また、暖房運転では、室内熱交換器において放熱された冷媒が、室外熱交換器の一部と室外熱交換器の他の一部の両方において蒸発するように、互いに並列に接続されることになる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are refrigeration apparatuses that perform a multistage compression refrigeration cycle, and include a unit that cools an intermediate-pressure refrigerant during compression. For example, in the refrigeration apparatus described in Patent Document 1 (see FIGS. 1 to 3 of JP 2013-210159 A), the outdoor unit includes a plurality of outdoor heat exchangers, and a plurality of outdoor heat exchanges are performed during cooling operation. The heaters are operated in a state where they are connected in series with each other, and during the heating operation, a part of the plurality of outdoor heat exchangers and the other part are operated in parallel with each other. In this cooling operation, the one that functions as an intercooler that cools the intermediate pressure refrigerant that is discharged from the compression element at the front stage and sucked into the compression element at the rear stage, and the heat of the refrigerant that is discharged from the compression element at the highest stage are used. What functions as a gas cooler that dissipates heat is connected in series. In the heating operation, the refrigerant radiated in the indoor heat exchanger is connected in parallel so as to evaporate in both a part of the outdoor heat exchanger and the other part of the outdoor heat exchanger. Become.
上述の特許文献1(特開2013−210159号公報の図1〜図3参照)に記載の冷凍装置では、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器は、冷媒が分岐して流れるように互いに並列に接続された2つの部分が設けられており、各部分の上流側に膨張弁が設けられることで流量制御が行われている。ここで、暖房運転時に冷媒の蒸発器として機能する複数の室外熱交換器の2つに分けられている部分のうちの一方は、複数の室外熱交換器が直列に接続されている。この直列接続された複数の室外熱交換器のうち暖房運転時において最も下流側に位置している室外熱交換器の出口を流れる冷媒の過熱度を制御しようとすると、直列接続された複数の室外熱交換器のうちの最も上流側のさらに上流側に設けられている膨張弁の開度制御等を行うことになる。 In the refrigeration apparatus described in the above-mentioned Patent Document 1 (see FIGS. 1 to 3 of JP 2013-210159 A), the outdoor heat exchanger that functions as an evaporator of the refrigerant during the heating operation branches and flows the refrigerant. Thus, two parts connected in parallel to each other are provided, and flow rate control is performed by providing an expansion valve upstream of each part. Here, a plurality of outdoor heat exchangers are connected in series to one of the two parts of the plurality of outdoor heat exchangers that function as a refrigerant evaporator during heating operation. Among the plurality of outdoor heat exchangers connected in series, when trying to control the superheat degree of the refrigerant flowing through the outlet of the outdoor heat exchanger located on the most downstream side during the heating operation, the plurality of outdoor heat exchangers connected in series The opening degree control of the expansion valve provided on the further upstream side of the most upstream side of the heat exchanger is performed.
ところが、多段圧縮冷凍サイクルにおいて冷房運転も可能となるように構成されている上記冷媒回路では、冷房運転時における各低段圧縮機から吐出された冷凍機油が遠くに送られてしまうことを防ぐために、各低段圧縮機とインタークーラとして機能する各室外熱交換器との間に油分離器が設けられている。このため、この冷媒回路において、複数の室外熱交換器の一部が直列に接続された状態にして暖房運転を行おうとすると、これらの互いに直列に接続されている室外熱交換器の間に油分離器が位置する状態となり、この油分離器内に冷媒の溜まり込みが生じうる。したがって、暖房運転時において直列接続された複数の室外熱交換器のうち最も下流側に位置している室外熱交換器の出口を流れる冷媒の過熱度を制御しようとして、直列接続された複数の室外熱交換器のうちの最も上流側のさらに上流側に設けられている膨張弁の開度を制御したとしても、途中に冷媒が溜まり込むことのある油分離器が存在しているため、制御の応答性が悪くなってしまう。 However, in the refrigerant circuit configured to be capable of cooling operation in a multistage compression refrigeration cycle, in order to prevent the refrigeration oil discharged from each low stage compressor during cooling operation from being sent far away. An oil separator is provided between each low-stage compressor and each outdoor heat exchanger that functions as an intercooler. For this reason, in this refrigerant circuit, when heating operation is performed in a state where a part of the plurality of outdoor heat exchangers are connected in series, the oil is interposed between the outdoor heat exchangers connected in series with each other. As a result, the separator is located, and the accumulation of refrigerant may occur in the oil separator. Therefore, a plurality of outdoor units connected in series are tried to control the degree of superheat of the refrigerant flowing through the outlet of the outdoor heat exchanger located on the most downstream side among the multiple outdoor heat exchangers connected in series during heating operation. Even if the opening degree of the expansion valve provided on the most upstream side of the heat exchanger is controlled, there is an oil separator in which refrigerant may accumulate in the middle. Responsiveness will deteriorate.
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、複数段圧縮を行って冷房運転と暖房運転を行い、暖房運転時に熱源側熱交換器が直列接続される部分を有することがあっても、過熱度制御の応答性を向上させることが可能な冷凍装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the point mentioned above, The subject of this invention is performing the multistage compression, performing cooling operation and heating operation, and the part by which the heat source side heat exchanger is connected in series at the time of heating operation It is an object of the present invention to provide a refrigeration apparatus that can improve the responsiveness of superheat degree control.
第1観点に係る冷凍装置は、第1圧縮部と、第2圧縮部と、熱源側第1熱交換器と、熱源側第2熱交換器と、利用側熱交換器と、第1膨張機構と、第2膨張機構と、第1油分離器と、切換部と、制御部と、を備えている。第2圧縮部は、第1圧縮部において圧縮された冷媒をさらに圧縮する。切換部は、冷房運転を行う状態と、暖房運転を行う状態と、を切り換える。冷房運転を行う状態では、切換部は、第1圧縮部から吐出されて第2圧縮部に向かう冷媒の冷却器として熱源側第1熱交換器を機能させ、第2圧縮部から吐出されて第1油分離器を通過した後の冷媒の冷却器として熱源側第2熱交換器を機能させ、利用側熱交換器を冷媒の蒸発器として機能させる。暖房運転を行う状態では、切換部は、利用側熱交換器を冷媒の冷却器として機能させ、利用側熱交換器を通過した冷媒を、第2膨張機構、冷媒の蒸発器として機能する熱源側第2熱交換器、第1油分離器、第1膨張機構、冷媒の蒸発器として機能する熱源側第1熱交換器の順に通過させる。制御部は、暖房運転時において、熱源側第1熱交換器の下流側を流れる冷媒の過熱度を第2膨張機構および第1膨張機構の弁開度を調節することにより制御する。 A refrigeration apparatus according to a first aspect includes a first compression unit, a second compression unit, a heat source side first heat exchanger, a heat source side second heat exchanger, a use side heat exchanger, and a first expansion mechanism. And a second expansion mechanism, a first oil separator, a switching unit, and a control unit. The second compression unit further compresses the refrigerant compressed in the first compression unit. The switching unit switches between a state where the cooling operation is performed and a state where the heating operation is performed. In the state in which the cooling operation is performed, the switching unit causes the heat source side first heat exchanger to function as a refrigerant cooler discharged from the first compression unit and directed to the second compression unit, and discharged from the second compression unit to The heat source side second heat exchanger is made to function as a refrigerant cooler after passing through one oil separator, and the use side heat exchanger is made to function as a refrigerant evaporator. In the state where the heating operation is performed, the switching unit causes the use-side heat exchanger to function as a refrigerant cooler, and causes the refrigerant that has passed through the use-side heat exchanger to function as the second expansion mechanism and the refrigerant evaporator. The second heat exchanger, the first oil separator, the first expansion mechanism, and the heat source side first heat exchanger functioning as a refrigerant evaporator are passed in this order. The control unit controls the degree of superheat of the refrigerant flowing downstream of the heat source side first heat exchanger by adjusting the valve opening degrees of the second expansion mechanism and the first expansion mechanism during the heating operation.
なお、熱源側第1熱交換器の下流側を流れる冷媒の過熱度としては、熱源側第1熱交換器の出口を流れる冷媒の過熱度であってもよいし、熱源側第1熱交換器の下流側に油分離器が設けられている場合には当該油分離器の下流側を通過する冷媒の過熱度であってもよい。 The degree of superheat of the refrigerant flowing downstream of the heat source side first heat exchanger may be the degree of superheat of the refrigerant flowing through the outlet of the heat source side first heat exchanger, or the heat source side first heat exchanger. When the oil separator is provided on the downstream side, the degree of superheat of the refrigerant passing through the downstream side of the oil separator may be used.
この冷凍装置では、冷房運転時には、熱源側第2熱交換器を第2圧縮部から吐出された冷媒の冷却器として機能させる場合に、第2圧縮部から吐出されて熱源側第2熱交換器に到達する前に、冷媒が、第1油分離器を通過する。このため、熱源側第2熱交換器に過度の冷凍機油が供給されてしまうことを抑制することができる。 In this refrigeration apparatus, when the heat source side second heat exchanger is caused to function as a cooler for the refrigerant discharged from the second compression unit during the cooling operation, the heat source side second heat exchanger is discharged from the second compression unit. The refrigerant passes through the first oil separator before reaching. For this reason, it can suppress that excessive refrigeration oil will be supplied to the heat source side 2nd heat exchanger.
そして、暖房運転時には、直列接続された第1熱源側熱交換器と第2熱源側熱交換器の間にこのような第1油分離器が存在することになっても、第2膨張機構の弁開度の調節だけでなく、熱源側第1熱交換器よりも上流側であって第1油分離器よりも下流側に位置することになる第1膨張機構の弁開度についても調節することで、熱源側第1熱交換器の下流側を流れる冷媒の過熱度の制御の応答性を高めることが可能になる。 During the heating operation, even if such a first oil separator exists between the first heat source side heat exchanger and the second heat source side heat exchanger connected in series, the second expansion mechanism In addition to the adjustment of the valve opening, the valve opening of the first expansion mechanism that is positioned upstream of the heat source side first heat exchanger and downstream of the first oil separator is also adjusted. Thereby, it becomes possible to improve the responsiveness of control of the superheat degree of the refrigerant flowing downstream of the heat source side first heat exchanger.
第2観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置であって、第2油分離器をさらに備えている。切換部は、冷房運転には、第1圧縮部から吐出されて第2油分離器を通過した冷媒であって第2圧縮部に向かう冷媒の冷却器として熱源側第1熱交換器を機能させる。切換部は、暖房運転には、利用側熱交換器を通過した冷媒を、第2膨張機構、冷媒の蒸発器として機能する熱源側第2熱交換器、第1油分離器、第1膨張機構、冷媒の蒸発器として機能する熱源側第1熱交換器、第2油分離器の順に通過させる。 The refrigeration apparatus according to the second aspect is the refrigeration apparatus according to the first aspect, and further includes a second oil separator. In the cooling operation, the switching unit causes the heat source side first heat exchanger to function as a refrigerant cooler that has been discharged from the first compression unit and passed through the second oil separator and is directed to the second compression unit. . In the heating operation, the switching unit uses the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger as a second expansion mechanism, a heat source side second heat exchanger that functions as a refrigerant evaporator, a first oil separator, and a first expansion mechanism. Then, the heat source side first heat exchanger functioning as a refrigerant evaporator and the second oil separator are passed in this order.
この冷凍装置では、冷房運転時に熱源側第1熱交換器に対して冷凍機油が冷媒に伴って供給される程度を小さく抑えることが可能になる。 In this refrigeration apparatus, it is possible to suppress the extent to which the refrigerating machine oil is supplied along with the refrigerant to the heat source side first heat exchanger during the cooling operation.
第3観点に係る冷凍装置は、第1観点または第2観点に係る冷凍装置であって、第3圧縮機、熱源側第3熱交換器、および、第3膨張機構をさらに備えている。切換部は、冷房運転には、熱源側第2熱交換器を通過した後の冷媒を第3圧縮機において圧縮させて冷媒の冷却器として機能する熱源側第3熱交換器に送る。切換部は、暖房運転には、利用側熱交換器を通過した冷媒を、第2膨張機構を通過する冷媒と第3膨張機構を通過して熱源側第3熱交換器に送られる冷媒とに分けて流す。 The refrigeration apparatus according to the third aspect is the refrigeration apparatus according to the first aspect or the second aspect, and further includes a third compressor, a heat source side third heat exchanger, and a third expansion mechanism. In the cooling operation, the switching unit compresses the refrigerant after passing through the heat source side second heat exchanger in the third compressor and sends the compressed refrigerant to the heat source side third heat exchanger functioning as a refrigerant cooler. In the heating operation, the switching unit converts the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger into refrigerant that passes through the second expansion mechanism and refrigerant that passes through the third expansion mechanism and is sent to the heat source side third heat exchanger. Divide and flow.
この冷凍装置では、暖房運転時に、冷媒の蒸発器として機能する熱源側第1熱交換器と熱源側第2熱交換器と熱源側第3熱交換器を直列に接続するのではなく、熱源側第1熱交換器と熱源側第2熱交換器を直列に接続し、熱源側第1熱交換器と熱源側第2熱交換器に対して熱源側第3熱交換器が並列に接続されるように構成されている。そして、熱源側第1熱交換器と熱源側第2熱交換器については第1膨張機構および第2膨張機構によって下流側の冷媒の過熱度を制御可能であり、熱源側第3熱交換器については第3膨張機構によって下流側の冷媒の過熱度を制御可能であり、各過熱度を分けて制御することが可能になる。 In this refrigeration apparatus, the heat source side first heat exchanger, the heat source side second heat exchanger, and the heat source side third heat exchanger that function as a refrigerant evaporator are not connected in series during the heating operation, The first heat exchanger and the heat source side second heat exchanger are connected in series, and the heat source side third heat exchanger is connected in parallel to the heat source side first heat exchanger and the heat source side second heat exchanger. It is configured as follows. And about the heat source side 1st heat exchanger and the heat source side 2nd heat exchanger, the superheat degree of the downstream refrigerant | coolant is controllable by the 1st expansion mechanism and the 2nd expansion mechanism, About the heat source side 3rd heat exchanger Can control the degree of superheat of the downstream refrigerant by the third expansion mechanism, and can control each degree of superheat separately.
第4観点に係る冷凍装置は、第1観点から第3観点のいずれかに係る冷凍装置であって、第1膨張機構は、1つの膨張弁、もしくは、互いに直列に接続されたキャピラリーチューブおよび開閉電磁弁によって構成されている。 A refrigeration apparatus according to a fourth aspect is the refrigeration apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the first expansion mechanism is one expansion valve, or a capillary tube connected in series with each other and an open / close state It is constituted by a solenoid valve.
この冷凍装置では、暖房運転時に膨張弁の開度を絞り気味に制御するだけでもしくは開閉電磁弁を開ける制御を行うだけで、容易に第1膨張機構の位置を通過する冷媒を減圧することができるため、熱源側第1熱交換器の下流側を流れる冷媒の過熱度を確保しやすくなる。 In this refrigeration apparatus, the refrigerant passing through the position of the first expansion mechanism can be easily depressurized only by controlling the opening degree of the expansion valve in the heating operation, or simply by opening and closing the electromagnetic valve. Therefore, it becomes easy to ensure the degree of superheat of the refrigerant flowing on the downstream side of the heat source side first heat exchanger.
第1観点に係る冷凍装置では、複数段圧縮を行って冷房運転と暖房運転を行い、冷房時には冷凍機油の分離を行いつつ、暖房運転時には熱源側熱交換器が直列接続される部分を有することがあっても過熱度制御の応答性を向上させることが可能になる。 The refrigeration apparatus according to the first aspect has a portion in which the heat source side heat exchanger is connected in series during the heating operation while performing the cooling operation and the heating operation by performing multistage compression, separating the refrigeration oil during the cooling operation. Even if there is, it becomes possible to improve the responsiveness of superheat degree control.
第2観点に係る冷凍装置では、冷房運転時に熱源側第1熱交換器に対して冷凍機油が冷媒に伴って供給される程度を小さく抑えることが可能になる。 In the refrigeration apparatus according to the second aspect, it is possible to reduce the extent to which the refrigeration oil is supplied along with the refrigerant to the heat source side first heat exchanger during the cooling operation.
第3観点に係る冷凍装置では、熱源側第1熱交換器および熱源側第2熱交換器の下流側の冷媒の過熱度と、熱源側第3熱交換器の下流側の冷媒の過熱度を分けて制御することが可能になる。 In the refrigeration apparatus according to the third aspect, the degree of superheat of the refrigerant downstream of the heat source side first heat exchanger and the heat source side second heat exchanger and the degree of superheat of the refrigerant downstream of the heat source side third heat exchanger are determined. It becomes possible to control separately.
第4観点に係る冷凍装置では、熱源側第1熱交換器の下流側を流れる冷媒の過熱度を確保しやすくなる。 In the refrigeration apparatus according to the fourth aspect, it becomes easy to ensure the degree of superheat of the refrigerant flowing downstream of the heat source side first heat exchanger.
本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置1について、以下、図面を参照しながら説明する。 An air conditioner 1 that is a refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)空気調和装置の構成
図1、図2および図4は、空気調和装置1の概略構成図である。このうち、図2は、冷房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表しており、図4は、暖房運転時において冷媒回路を循環する冷媒の流れを表している。
(1) Configuration of Air Conditioner FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4 are schematic configuration diagrams of the air conditioner 1. Among these, FIG. 2 represents the flow of the refrigerant circulating through the refrigerant circuit during the cooling operation, and FIG. 4 represents the flow of the refrigerant circulating through the refrigerant circuit during the heating operation.
空気調和装置1は、超臨界状態の二酸化炭素冷媒を使用して四段圧縮冷凍サイクルを行う冷凍装置である。空気調和装置1は、熱源ユニットである室外ユニット11と、利用ユニットである複数の室内ユニット12、13(第1室内ユニット12および第2室内ユニット13を含む)とが、液冷媒連絡配管14およびガス冷媒連絡配管15によって結ばれた装置であり、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとが切り換わる冷媒回路を有する。
The air conditioner 1 is a refrigeration apparatus that performs a four-stage compression refrigeration cycle using a carbon dioxide refrigerant in a supercritical state. The air conditioner 1 includes an outdoor unit 11 that is a heat source unit, and a plurality of
空気調和装置1の冷媒回路は、主として、四段圧縮機20、四路切換弁群25(第1〜第4四路切換弁26〜29)、室外熱交換器40、第1室外膨張弁46、第2室外膨張弁47、第3室外膨張弁48、ブリッジ回路49、エコノマイザ回路50、液ガス熱交回路60、膨張機構70、分離ガス配管80、レシーバ81、過冷却回路90、第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13a、第1室内膨張弁12b、第2室内膨張弁13bおよび制御部7を備えている。なお、室外熱交換器40は、第1室外熱交換器41、第2室外熱交換器42、第3室外熱交換器43および第4室外熱交換器44から構成されている。
The refrigerant circuit of the air conditioner 1 mainly includes a four-
なお、「課題を解決するための手段」の欄で述べた“熱源側第3熱交換器”は本実施形態でいう第4室外熱交換器44に対応するものとする。
The “heat source side third heat exchanger” described in the section “Means for Solving the Problems” corresponds to the fourth
以下、冷媒回路の各構成要素を詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the refrigerant circuit will be described in detail.
(1−1)四段圧縮機
四段圧縮機20は、密閉容器内に、第1圧縮部21、第2圧縮部22、第3圧縮部23、第4圧縮部24および圧縮機駆動モータ(図示せず)が収容された、密閉式の圧縮機である。
(1-1) Four-stage compressor The four-
なお、「課題を解決するための手段」の欄で述べた“第3圧縮部”は本実施形態でいう第4圧縮部24に対応するものとする。
Note that the “third compression unit” described in the section “Means for Solving the Problems” corresponds to the
圧縮機駆動モータは、駆動軸を介して、4つの圧縮部21〜24を駆動する。すなわち、四段圧縮機20は、4つの圧縮部21〜24が単一の駆動軸に連結された一軸四段の圧縮構造を有している。四段圧縮機20では、第1圧縮部21、第2圧縮部22、第3圧縮部23および第4圧縮部24が、この順番で直列に配管接続される。第1圧縮部21は、第1吸入管21aから冷媒を吸い込み、第1吐出管21bへと冷媒を吐出する。なお、第1吸入管21aには、流れる冷媒の吸入圧力を検出するための吸入圧力センサ21pが設けられている。第2圧縮部22は、第2吸入管22aから冷媒を吸い込み、第2吐出管22bへと冷媒を吐出する。第2吸入管22aには、第1四路切換弁26から第2圧縮部22の吸入側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。第3圧縮部23は、第3吸入管23aから冷媒を吸い込み、第3吐出管23bへと冷媒を吐出する。第3吸入管23aには、第2四路切換弁27から第3圧縮部23の吸入側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。第4圧縮部24は、第4吸入管24aから冷媒を吸い込み、第4吐出管24bへと冷媒を吐出する。第4吸入管24aには、第3四路切換弁28から第4圧縮部24の吸入側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。なお、第4吐出管24bには、流れる冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧力センサ24pが設けられている。
A compressor drive motor drives the four compression parts 21-24 via a drive shaft. That is, the four-
第1圧縮部21は、最下段の圧縮機構であり、冷媒回路を流れる最も低圧の冷媒を圧縮する。第2圧縮部22は、第1圧縮部21によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第3圧縮部23は、第2圧縮部22によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第4圧縮部24は、最上段の圧縮機構であり、第3圧縮部23によって圧縮された冷媒を吸い込んで圧縮する。第4圧縮部24によって圧縮され第4吐出管24bへと吐出された冷媒は、冷媒回路を流れる最も高圧の冷媒となる。
The
なお、本実施形態において、各圧縮部21〜24は、ロータリー式やスクロール式などの容積式の圧縮機構である。また、圧縮機駆動モータは、制御部7によってインバータ制御される。 In addition, in this embodiment, each compression parts 21-24 are positive displacement type compression mechanisms, such as a rotary type and a scroll type. The compressor drive motor is inverter-controlled by the control unit 7.
(1−2)四路切換弁群
四路切換弁群25は、第1四路切換弁26、第2四路切換弁27、第3四路切換弁28および第4四路切換弁29によって構成されている。四路切換弁群25は、冷媒回路内における冷媒の流れの方向を切り換えて、冷房運転サイクルと暖房運転サイクルとを切り換えるために設けられている。
(1-2) Four-way switching valve group The four-way switching
第1四路切換弁26の4つのポートは、第1吐出管21b、第2吸入管22a、第1配管41a、および、四路接続配管30と接続されている。第1配管41aは、第1四路切換弁26と第1室外熱交換器41とを結ぶ配管である。この第1配管41aのうち、第1油分離器31aと第1四路切換弁26との間には、通過する冷媒温度を検知するための第3温度センサ41tが設けられている。
The four ports of the first four-
四路接続配管30は、暖房運転時には低圧冷媒を低圧冷媒配管19まで導く配管である。低圧冷媒配管19は、室外ユニット11内の低圧のガス冷媒が流れる冷媒配管であり、液ガス熱交換器61を介して第1吸入管21aに冷媒を送る。
The four-
第2四路切換弁27は、第2吐出管22b、第3吸入管23a、第2配管42a、および、第1インタークーラ管41cと接続されている。第2配管42aは、第2四路切換弁27と第2室外熱交換器42とを結ぶ配管である。第1インタークーラ管41cは、冷房運転時の接続状態において、第3吸入管23aと連通しつつ第2吸入管22aとも連通するように接続される配管であり、後述する第5配管41bの一端が途中で接続されている。
The second four-way switching valve 27 is connected to the
第3四路切換弁28は、第3吐出管23b、第4吸入管24a、第3配管43a、および、第2インタークーラ管42cと接続されている。第3配管43aは、第3四路切換弁28と第3室外熱交換器43とを結ぶ配管である。第2インタークーラ管42cは、冷房運転時の接続状態において、第4吸入管24aと連通しつつ第3吸入管23aとも連通するように接続される配管であり、後述する第6配管42bの一端が途中で接続されている。
The third four-
第4四路切換弁29は、第4吐出管24b、ガス冷媒連絡配管15、第4配管44a、および、低圧冷媒配管19と接続されている。第4配管44aは、第4四路切換弁29と第4室外熱交換器44とを結ぶ配管である。この第4配管44aには、通過する冷媒温度を検知するための第2温度センサ44t2が設けられている。
The fourth four-
四路切換弁群25は、制御部7によって切換制御されることで、冷房運転時には、図2に示すように、四段圧縮機20によって圧縮された冷媒の熱を放熱させる放熱器(冷媒の冷却器)として室外熱交換器40(第1〜第4室外熱交換器41〜44)を機能させ、かつ、膨張機構70および第1室内膨張弁12b、第2室内膨張弁13bを通過して膨張した冷媒の蒸発器(冷媒の加熱器)として第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aを機能させる切換状態となる。ここで、冷房運転時には、第1〜第4室外熱交換器41〜44は、冷媒流れ方向に対して互いに直列に接続された状態になる。
The four-way switching
また、四路切換弁群25は、制御部7によって切換制御されることで、暖房運転時には、図4に示すように、四段圧縮機20によって圧縮された冷媒の熱を放熱させる放熱器(冷媒の冷却器)として第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aを機能させ、かつ、膨張機構70および第2室外膨張弁47、第3室外膨張弁48を通過して膨張した冷媒の蒸発器(冷媒の冷却器)として室外熱交換器40(第1〜第4室外熱交換器41〜44)を機能させる切換状態となる。ここで、暖房運転時には、第1〜第3室外熱交換器41〜43と、第4室外熱交換器44とは、冷媒流れ方向に対して互いに並列に接続された状態になり、第1〜第3室外熱交換器41〜43は冷媒流れ方向において互いに直列に接続された状態になる。
Further, the four-way switching
すなわち、四路切換弁群25は、冷媒回路の構成要素として四段圧縮機20、室外熱交換器40、膨張機構70および第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aのみに着目すると、四段圧縮機20、室外熱交換器40、膨張機構70、第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aの順に冷媒を循環させる冷房運転サイクルと、四段圧縮機20、第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13a、膨張機構70、室外熱交換器40の順に冷媒を循環させる暖房運転サイクルとを切り換える役割を果たす。
That is, the four-way switching
(1−3)油戻し回路構成
第1配管41a、第2配管42a、第3配管43aの途中には、それぞれ第1〜第3油分離器31a、32a、33aが設けられている。第1〜第3油分離器31a、32a、33aは、冷媒回路を循環する冷媒に含まれる潤滑油を分離する小容器である。
(1-3) Oil Return Circuit Configuration First to
なお、「課題を解決するための手段」の欄で述べた“第1油分離器”は本実施形態でいう第2油分離器32aに対応し、「課題を解決するための手段」の欄で述べた“第2油分離器”は本実施形態でいう第1油分離器31aに対応するものとする。
The “first oil separator” described in the “Means for Solving the Problems” field corresponds to the
第1〜第3油分離器31a、32a、33aの下部からは、それぞれ第1〜第3キャピラリーチューブ31c、32c、33cを含む第1〜第3油戻し管31b、32b、33bが伸びている。ここで、第1油戻し管31bは、第2吸入管22aに冷凍機油を戻すように接続されている。なお、第1油戻し管31bには、第1油分離器31aと第1四路切換弁26との間に向かう冷凍機油の流れおよび第2吸入管22a側に向かう冷凍機油の流れを許容するように逆止構造が設けられている。第2油戻し管32bは、第3吸入管23aの途中に冷凍機油を戻すように接続されている。なお、第2油戻し管32bには、第2油分離器32aと第2四路切換弁27との間に向かう冷凍機油の流れおよび第3吸入管23a側に向かう冷凍機油の流れを許容するように逆止構造が設けられている。第3油戻し管33bは、第4吸入管24aの途中に冷凍機油を戻すように接続されている。なお、第3油戻し管33bには、第3油分離器33aと第3四路切換弁28との間に向かう冷凍機油の流れおよび第4吸入管24a側に向かう冷凍機油の流れを許容するように逆止構造が設けられている。
First to third
第4吐出管24bの途中には、第4油分離器34aが設けられている。第4油分離器34aは、冷媒回路を循環する冷媒に含まれる潤滑油を分離する小容器である。第4油分離器34aの下部からは、第4キャピラリーチューブ34cを含む第4油戻し管34bが伸びている。第4油戻し管34bは、第1吸入管21aの途中に接続されている。
A
これにより、各第1〜第4油分離器31a、32a、33a、34aにおいて冷媒から分離された潤滑油は、四段圧縮機20へと戻される。
Thereby, the lubricating oil separated from the refrigerant in each of the first to
(1−4)室外熱交換器およびインタークーラ管
室外熱交換器40は、上述のように、第1室外熱交換器41、第2室外熱交換器42、第3室外熱交換器43および第4室外熱交換器44から構成されている。冷房運転時には、第1〜第3室外熱交換器41〜43が、圧縮途中の冷媒(中間圧冷媒)を冷やすインタークーラとして機能し、第4室外熱交換器44が、最も高圧の冷媒を冷やすガスクーラ(冷媒の熱を放熱する放熱器)として機能する。第4室外熱交換器44は、第1〜第3室外熱交換器41〜43よりも容量が大きい。また、暖房運転時には、第1〜第4室外熱交換器41〜44の全てが、低圧の冷媒の蒸発器(加熱器)として機能する。
(1-4) Outdoor heat exchanger and intercooler tube As described above, the
ここで、第1室外熱交換器41の第1配管41aとは反対側には、第5配管41bが接続されている。この第5配管41bの第1室外熱交換器41側とは反対側の端部は、第1インタークーラ管41cの途中と接続されている。すなわち、冷房運転時の接続状態において、第3吸入管23aと連通しつつ第2吸入管22aとも連通するように接続される第1インタークーラ管41cの途中に第5配管41bの一端が接続されている。ここで、第1インタークーラ管41cには、第5配管41bとの接続部分と第2四路切換弁27との接続部分との間において、通過する冷媒の量を調節可能な第1室外膨張弁46が設けられている。また、第1インタークーラ管41cには、第5配管41bとの接続部分と第2吸入管22aとの接続部分との間において、第2吸入管22a側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。
Here, the
第2室外熱交換器42の第2配管42aとは反対側には、第6配管42bが接続されている。この第6配管42bの第2室外熱交換器42側とは反対側の端部は、第2インタークーラ管42cの途中と接続されている。すなわち、冷房運転時の接続状態において、第4吸入管24aと連通しつつ第3吸入管23aとも連通するように接続される第2インタークーラ管42cの途中に第6配管42bの一端が接続されている。なお、第2インタークーラ管42cには、第6配管42bとの接続部分と第3吸入管23aとの接続部分との間において、第3吸入管23a側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。
A
第3室外熱交換器43の第3配管43aとは反対側には、第7配管43bが接続されている。この第7配管43bの第3室外熱交換器43側とは反対側の端部は、第3インタークーラ管43cおよび共通配管47aと接続されている。第3インタークーラ管43cは、第7配管43bとの接続部分とは反対側の端部が、第4吸入管24aと接続されている。この第3インタークーラ管43cには、第4吸入管24a側に向かう冷媒流れのみを許容する逆止構造が設けられている。共通配管47aは、後述する過冷却冷媒配管84の途中に接続されている。この共通配管47aの途中には、第2室外膨張弁47が設けられている。
A
なお、第4室外熱交換器44の第4配管44aとは反対側には、第8配管44bが接続されている。第8配管44bは、後述するブリッジ回路49のうちの第3室外膨張弁48と第3逆止弁49cとの間に接続されている。この第8配管44bには、通過する冷媒温度を検知するための第1温度センサ44t1が設けられている。
An
(1−5)第1室外膨張弁と第2室外膨張弁と第3室外膨張弁
第1室外膨張弁46は、上述のように、第1インタークーラ管41cのうち、第5配管41bと第1インタークーラ管41cとの接続部分と、第2四路切換弁27と第1インタークーラ管41cとの接続部分と、の間に設けられている。
(1-5) The first outdoor expansion valve, the second outdoor expansion valve, and the third outdoor expansion valve As described above, the first
第2室外膨張弁47は、上述のように、第3室外熱交換器43から延びた第7配管43bの端部と過冷却冷媒配管84の途中とを接続している共通配管47aの途中に設けられている。共通配管47aは、過冷却冷媒配管84を介して、ブリッジ回路49の第3室外膨張弁48と第1逆止弁49aとの間に接続されている。
As described above, the second
第3室外膨張弁48は、暖房運転時に、過冷却冷媒配管84を流れた後、第8配管44bに向かおうとする冷媒を、ブリッジ回路49において減圧することができるように設けられている。
The third
また、冷房運転時は、制御部7の制御によって、第1室外膨張弁46は全開状態とされ、第2室外膨張弁47および第3室外膨張弁48は閉じられる。暖房運転時は、制御部7の制御によって、第1室外膨張弁46は後述するように開度制御され、第2室外膨張弁47および第3室外膨張弁48は、ブリッジ回路49から第1〜第4室外熱交換器41〜44への冷媒の流れが偏流しないように開度調整が為され、それぞれ膨張機構としての役割も果たす。
Further, during the cooling operation, the first
(1−6)ブリッジ回路
ブリッジ回路49は、第1逆止弁49a、第2逆止弁49b、第3逆止弁49c、および、第3室外膨張弁48が順に接続され、第1逆止弁49aと第3室外膨張弁48とが接続された回路を構成している。第1逆止弁49aは、第3室外膨張弁48側とは反対側に向かう冷媒流れのみを許容する。第3逆止弁49cは、第3室外膨張弁48側とは反対側に向かう冷媒流れのみを許容する。第2逆止弁49bは、第1逆止弁49a側に向かう冷媒流れは許容せず、第3逆止弁49c側に向かう冷媒流れのみを許容する。
(1-6) Bridge Circuit The
ブリッジ回路49の第1逆止弁49aと第3室外膨張弁48との間には、共通配管47aと、過冷却冷媒配管84と、が合流した配管が接続されている。ブリッジ回路49の第3逆止弁49cと第3室外膨張弁48との間には、第4室外熱交換器44から延びた第8配管44bが接続されている。ブリッジ回路49の第1逆止弁49aと第2逆止弁49bとの間には、第1室内ユニット12、第2室内ユニット13から伸び出している液冷媒連絡配管14が接続されている。ブリッジ回路49の第2逆止弁49bと第3逆止弁49cとの間には、エコノマイザ回路50のエコノマイザ熱交換器51側に向けて延びる冷媒配管が接続されている。
Between the
(1−7)エコノマイザ回路50
エコノマイザ回路50は、ブリッジ回路49の第2逆止弁49bと第3逆止弁49cとの間の部分と、液ガス熱交換器61もしくは膨張機構70と、の間に設けられている。エコノマイザ回路50は、エコノマイザ熱交換器51と、エコノマイザインジェクション配管53と、エコノマイザ膨張弁52を有している。
(1-7)
The
エコノマイザインジェクション配管53は、ブリッジ回路49の第2逆止弁49bと第3逆止弁49cとの間の部分とエコノマイザ熱交換器51の手前の部分との間から分岐して延びだしており、第2インタークーラ管42cの第2インタークーラ用逆止弁の下流側に接続されている。
The
エコノマイザ膨張弁52は、エコノマイザインジェクション配管53の途中であって、分岐後にエコノマイザ熱交換器51に流入する前の部分に設けられている。
The
エコノマイザ熱交換器51は、ブリッジ回路49から液ガス熱交換器61もしくは膨張機構70に向かう臨界圧力を超えた高圧の冷媒と、エコノマイザインジェクション配管53に分岐してエコノマイザ膨張弁52で膨張させた中間圧の冷媒と、の間で熱交換を行わせる。
The
このエコノマイザ膨張弁52において膨張し、エコノマイザ熱交換器51で蒸発した冷媒は、第2インタークーラ管42cを流れる冷媒と合流することで、第3吸入管23aから第3圧縮部23へ吸い込まれる冷媒を冷やす。
The refrigerant expanded in the
(1−8)液ガス熱交回路
液ガス熱交回路60は、エコノマイザ熱交換器51と膨張機構70の間に設けられており、液ガス熱交換器61を有している。
(1-8) Liquid-gas heat exchange circuit The liquid-gas
液ガス熱交換器61は、ブリッジ回路49から膨張機構70にと向かう臨界圧力を超えた高圧の冷媒と、過冷却インジェクション配管93を流れる低圧冷媒と低圧冷媒配管19を流れる低圧冷媒とが合流点65で合流した低圧冷媒である合流冷媒と、の間で熱交換を行わせる。なお、液ガス熱交換器61は、内部熱交換器と称してもよい。
In the liquid
なお、過冷却インジェクション配管93を流れる低圧冷媒と低圧冷媒配管19を流れる低圧冷媒とが合流点65で合流した後に液ガス熱交換器61に向かって流れている合流冷媒の冷媒温度を検出する合流冷媒温度センサ64tが、液ガス熱交換器61の低圧冷媒入口側に設けられている。
In addition, the low-pressure refrigerant | coolant which flows through the supercooling injection piping 93, and the low-pressure refrigerant | coolant which flows through the low pressure refrigerant | coolant piping 19 join at the
(1−9)膨張機構
膨張機構70は、エコノマイザ熱交換器51もしくは液ガス熱交換器61から流れてきた高圧の冷媒を減圧・膨張させ、気液二相状態の中間圧の冷媒をレシーバ81へと流す。すなわち、冷房運転時には、膨張機構70は、高圧冷媒のガスクーラ(放熱器)として機能する室外の第4室外熱交換器44から低圧冷媒の蒸発器として機能する第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aに向けて送られる冷媒を減圧する。また、暖房運転時には、膨張機構70は、高圧冷媒の放熱器として機能する第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aから低圧冷媒の蒸発器として機能する室外熱交換器40に向けて送られる冷媒を減圧する。
(1-9) Expansion Mechanism The
膨張機構70は、膨張機71と第3室外膨張弁72とが並列に接続されることで構成されている。膨張機71は、冷媒の減圧過程の絞り損失を有効な仕事(エネルギー)として回収する役割を果たす。
The
なお、膨張機構70とレシーバ81との間には、冷媒の温度を中間温度センサ70tが設けられている。この中間温度センサ70tが中間圧力の飽和温度を検知するため、制御部7は、当該中間温度センサ70tの検出温度から相当飽和圧力である中間圧力を把握することができる。
An
(1−10)レシーバ
レシーバ81は、膨張機構70を出た気液二相状態の中間圧の冷媒を、天井面から内部空間に流入させ、液冷媒とガス冷媒とに分離する。
(1-10) Receiver The
レシーバ81において分離された液冷媒は、レシーバ81の下方から延び出している液冷媒出口管83を介して、過冷却回路90に送られる。
The liquid refrigerant separated in the
レシーバ81において分離されてレシーバ81の上方から延び出している分離ガス配管80を通過したガス冷媒は、後述する過冷却回路90の過冷却インジェクション配管93を流れる冷媒と合流する。この分離ガス配管80の途中には、分離ガス膨張弁82が設けられている。分離ガス配管80を流れる冷媒は、レシーバ81において液冷媒が分離されたガス冷媒であって、分離ガス膨張弁82によって減圧されることで低圧のガスリッチな冷媒となった後、過冷却インジェクション配管93に送られる。
The gas refrigerant separated by the
(1−11)過冷却回路
過冷却回路90は、レシーバ81と、ブリッジ回路49の第1逆止弁49aと第2逆止弁49bの間の部分と、の間に設けられている。過冷却回路90は、過冷却熱交換器91と、過冷却インジェクション配管93と、過冷却膨張弁92と、を有している。
(1-11) Supercooling Circuit
レシーバ81から延びている液冷媒出口管83を流れた冷媒は、過冷却熱交換器91に向かう冷媒と、分流して過冷却インジェクション配管93を流れる冷媒とに分けられる。過冷却インジェクション配管93は、液冷媒出口管83の途中から分岐して、合流点65において低圧冷媒配管19と接続されている。過冷却インジェクション配管93の途中であって、液冷媒出口管83から分岐した部分と、分離ガス配管80が接続されている部分と、の間に過冷却膨張弁92が設けられている。
The refrigerant that has flowed through the liquid
冷房運転時には、制御部7が過冷却膨張弁92および分離ガス膨張弁82の制御を行って、過冷却インジェクション配管93の過冷却膨張弁92で減圧されて気液二相状態となった冷媒と、分離ガス配管80の分離ガス膨張弁82において減圧された冷媒と、を合流させ、過冷却インジェクション配管93を流れて過冷却熱交換器91に流入させる。過冷却熱交換器91では、過冷却インジェクション配管93を流れる低圧のガス冷媒と、液冷媒出口管83から送られてきて過冷却冷媒配管84へと進んでいく中間圧の液冷媒と、の間で熱交換を行わせる。過冷却熱交換器91から過冷却冷媒配管84へと流れていく冷媒は、過冷却度が増した状態となっている。過冷却冷媒配管84には、通過する冷媒の温度を検出するための過冷却温度センサ90tが設けられている。過冷却インジェクション配管93を流れる冷媒であって、過冷却熱交換器91を通過した後の冷媒は、過熱が付いた状態となっており、低圧冷媒配管19の合流点65に向けて送られる。
During the cooling operation, the control unit 7 controls the
暖房運転時には、制御部7は、過冷却膨張弁92を閉止状態とするため、過冷却インジェクション配管93のうち液冷媒出口管83と接続されている部分と分離ガス配管80と接続されている部分との間には冷媒が流れないが、レシーバ81の液冷媒出口管83を流れる中間圧の液冷媒と、分離ガス膨張弁82で減圧された低圧冷媒とが、過冷却熱交換器91において熱交換を行うことになる。
During the heating operation, the control unit 7 closes the
(1−12)室内熱交換器
第1室内熱交換器12aは、第1室内ユニット12に設けられている。第2室内熱交換器13aは、第2室内ユニット13に設けられている。
(1-12) Indoor Heat Exchanger The first
第1室内熱交換器12aおよび第2室内熱交換器13aは、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能し(冷媒の加熱器として機能し)、暖房運転時には冷媒の冷却器として機能する(冷媒の放熱器として機能する)。これらの第1室内熱交換器12aおよび第2室内熱交換器13aには、内部を流れる冷媒と熱交換を行う冷房対象あるいは暖房対象として、水や空気が流される。ここでは、第1室内熱交換器12aおよび第2室内熱交換器13aに、図示しない各室内送風ファンからの室内空気が流れ、冷却あるいは加熱された空調空気が室内へと供給される。なお、各室内送風ファンの風量は、空調対象空間で要求される負荷処理のために、個別に風量が制御される。
The first
第1室内熱交換器12aの一端は第1室内膨張弁12bに接続されている。第2室内熱交換器13aの一端は第2室内膨張弁13bに接続されている。第1室内熱交換器12aの他端および第2室内熱交換器13aの他端は合流しており、当該合流した部分はガス冷媒連絡配管15に接続されている。
One end of the first
(1−13)室内膨張弁
第1室内膨張弁12bは、第1室内ユニット12に設けられている。この第1室内膨張弁12bは、第1室内熱交換器12aに流す冷媒の量を調整したり冷媒の減圧・膨張を行ったりする。第1室内膨張弁12bは、液冷媒連絡配管14と第1室内熱交換器12aとの間に配置されている。
(1-13) Indoor Expansion Valve The first
第2室内膨張弁13bは、第2室内ユニット13に設けられている。この第2室内膨張弁13bは、第2室内熱交換器13aに流す冷媒の量を調整したり冷媒の減圧・膨張を行ったりする。第2室内膨張弁13bは、液冷媒連絡配管14と第2室内熱交換器13aとの間に配置されている。
The second
(1−14)制御部
制御部7は、室外ユニット11および第1室内ユニット12、第2室内ユニット13の電子部品が実装された各制御基板が通信線で結ばれて構成されているもので、四段圧縮機20の圧縮機駆動モータや四路切換弁群25、各膨張弁12b,13b,47,48,52,72,82,92等と接続される。この制御部7は、外部から入力された室内設定温度、第1温度センサ44t1、第2温度センサ44t2、第3温度センサ41t、第1室内温度センサ12t、第2室内温度センサ13t、過冷却温度センサ90t、中間温度センサ70t、合流冷媒温度センサ64t、吸入圧力センサ21p、吐出圧力センサ24p、および、図示しない温度センサや圧力センサの計測値などの情報に基づいて、圧縮機駆動モータの回転数制御や膨張弁開度の調節や室内送風ファンや室外送風ファンの風量調節などを行う。
(1-14) Control Unit The control unit 7 is configured by connecting each control board on which electronic components of the outdoor unit 11, the first
制御部7は、冷房運転モード、暖房運転モードを有しており、いずれかの運転を選択的に行う。 The control unit 7 has a cooling operation mode and a heating operation mode, and selectively performs one of the operations.
(2)空気調和装置の動作
空気調和装置1の動作について、図2〜図5を参照しながら説明する。
(2) Operation of Air Conditioner The operation of the air conditioner 1 will be described with reference to FIGS.
図3は、冷房運転における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図(p−h線図)である。図5は、暖房運転における冷凍サイクルの圧力−エンタルピ線図(p−h線図)である。これらの各図において、上に凸の一点鎖線で示す曲線は、冷媒の飽和液線および乾き飽和蒸気線である。また、各図において、冷凍サイクル上の英文字が付された点は、それぞれ、図3および図5において同じ英文字で表される点における冷媒の圧力およびエンタルピを表している。例えば、図2の点Bにおける冷媒は、図3の点Bにおける圧力およびエンタルピの状態になっている。なお、空気調和装置1の冷房運転、暖房運転における各運転制御は、制御部7によって行われる。 FIG. 3 is a pressure-enthalpy diagram (ph diagram) of the refrigeration cycle in the cooling operation. FIG. 5 is a pressure-enthalpy diagram (ph diagram) of the refrigeration cycle in the heating operation. In each of these drawings, the curves indicated by the one-dot chain line that protrudes upward are the saturated liquid line and the dry saturated vapor line of the refrigerant. Moreover, in each figure, the point which the English letter on the refrigerating cycle was attached | subjected represents the pressure and enthalpy of the refrigerant | coolant in the point represented by the same alphabetic character in FIG. 3 and FIG. 5, respectively. For example, the refrigerant at point B in FIG. 2 is in the pressure and enthalpy state at point B in FIG. In addition, each operation control in the cooling operation and the heating operation of the air conditioner 1 is performed by the control unit 7.
(2−1)冷房運転モード時の動作
冷房運転時は、図2に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機20、室外熱交換器40、膨張機構70、第1室内膨張弁12b、第2室内膨張弁13b、第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13aの順に冷媒回路内を循環する。以下、冷房運転時における空気調和装置1の動作について、図2および図3を参照しながら説明する。
(2-1) Operation in the Cooling Operation Mode During the cooling operation, the refrigerant moves in the direction of the arrow along the refrigerant pipe shown in FIG. 2, the four-
第1吸入管21aから四段圧縮機20に吸い込まれる低圧のガス冷媒(点A)は、第1圧縮部21で圧縮されて、第1吐出管21bへと吐出される(点B)。吐出された冷媒は、第1四路切換弁26を通過し、インタークーラ(中間冷却器)として機能する第1室外熱交換器41で冷却された後、第1インタークーラ管41cを介して第2吸入管22aに流れ込む(点C)。
The low-pressure gas refrigerant (point A) sucked into the four-
第2吸入管22aから第2圧縮部22に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第2吐出管22bに吐出される(点D)。吐出された冷媒は、第2四路切換弁27を通過し、インタークーラとして機能する第2室外熱交換器42で冷却された後、第2インタークーラ管42cに流れる(点E)。第2インタークーラ管42cを流れる冷媒は、エコノマイザ熱交換器51において熱交換されてインジェクション配管53を流れてくる中間圧の冷媒(点L)と合流した後、第3吸入管23aに流れ込む(点F)。
The refrigerant sucked into the
第3吸入管23aから第3圧縮部23に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第3吐出管23bに吐出される(点G)。吐出された冷媒は、第3四路切換弁28を通過し、インタークーラとして機能する第3室外熱交換器43で冷却された後、第3インタークーラ管43cを介して第4吸入管24aに流れ込む(点H)。
The refrigerant sucked into the
第4吸入管24aから第4圧縮部24に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第4吐出管24bに吐出される(点I)。吐出された高圧の冷媒は、臨界圧力を超えた超臨界状態となっている。この超臨界状態の冷媒は、第4四路切換弁29を通過し、ガスクーラとして機能する第4室外熱交換器44で冷却され、ブリッジ回路49の第3逆止弁49cを通ってエコノマイザ熱交換器51へと流れていく(点J)。
The refrigerant sucked into the
ブリッジ回路49の第3逆止弁49cを通過した高圧冷媒は、その一部がエコノマイザインジェクション配管53に分岐して流れて、エコノマイザ膨張弁52において減圧される。エコノマイザ膨張弁52において超臨界状態から臨界圧力以下の圧力まで減圧されて気液二相状態となった中間圧冷媒(点K)は、エコノマイザ熱交換器51において、他の一部の冷媒(ブリッジ回路49から液ガス熱交換器61に向かう臨界圧力を超えている高圧冷媒(点J))と熱交換し、中間圧のガス冷媒(点L)となる。この中間圧のガス冷媒(点L)は、上述のようにインジェクション配管53から第2インタークーラ管42cへと流れ込む。
A part of the high-pressure refrigerant that has passed through the
エコノマイザ膨張弁52を出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器51を出た高圧冷媒(点M)は、液ガス熱交換器61を流れ、膨張機構70へと流れていく(点N)。なお、膨張機構70は、膨張機71で回収できる動力ができるだけ大きく確保できるように制御部7に制御されている。液ガス熱交換器61では、エコノマイザ熱交換器51を通過した臨界圧力を超えている高圧冷媒(点M)が、低圧冷媒配管19から第1吸入管21aへと流れる低圧冷媒と過冷却インジェクション配管93を流れる低圧冷媒とが合流した合流冷媒と、の間で熱交換によって冷却され、温度が下がった高圧冷媒(点N)となる。
The high-pressure refrigerant (point M) that exchanges heat with the intermediate-pressure refrigerant that has exited the
液ガス熱交換器61を出た高圧冷媒(点N)は、2つに分岐され、一方が膨張機構70の膨張機71に向けて流れ、他方が膨張機構70の第3室外膨張弁72に向けて流れる。第3室外膨張弁72では、超臨界状態から臨界圧力以下の圧力まで減圧されることで、中間圧冷媒(点O1)となる。また、膨張機71においても、超臨界状態から臨界圧力以下の圧力まで減圧されることで、中間圧冷媒(点O2)となる。これら中間圧冷媒(点O1)と中間圧冷媒(点O2)は、合流した後にレシーバ81の内部空間へと流れ込む(点P)。このレシーバ81に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ81の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。
The high-pressure refrigerant (point N) exiting the liquid
レシーバ81で分離された液冷媒(点Q)は、液冷媒出口管83を流れる。液冷媒出口管83を流れる冷媒の一部は、過冷却熱交換器91を通過して過冷却状態となり(点W)、過冷却冷媒配管84やブリッジ回路49の第1逆止弁49aを通って、液冷媒連絡配管14を介して、第1室内膨張弁12b、第2室内膨張弁13bへと送られる。液冷媒出口管83を流れる冷媒の他の一部は、過冷却熱交換器91に流入する前に、分岐して、過冷却インジェクション配管93を流れる。過冷却インジェクション配管93を流れる冷媒は、過冷却膨張弁92において減圧されて気液二相状態の低圧冷媒となる(点R)。
The liquid refrigerant (point Q) separated by the
レシーバ81で分離されたガス冷媒(点S)は、分離ガス配管80を流れる。分離ガス配管80を流れる冷媒は、途中の分離ガス膨張弁82で減圧され低圧冷媒(点T)となる。なお、分離ガス膨張弁82は、膨張機構70の下流側に設けられている中間温度センサ70tの検知飽和温度に相当する中間圧力と、第1吸入管21aに設けられている吸入圧力センサ21pの検知圧力と、から把握される差圧に相当する差圧を分離ガス膨張弁82の前後において生じさせることができるように弁開度(膨張程度)が、制御部7によって制御される(差圧制御が行われる)。分離ガス膨張弁82で減圧された低圧冷媒(点T)は、さらに分離ガス配管80を流れて、過冷却インジェクション配管93のうち、過冷却膨張弁92よりも下流側であって過冷却熱交換器91よりも上流側の部分に合流する(点U)。
The gas refrigerant (point S) separated by the
過冷却熱交換器91では、レシーバ81で分離された液冷媒(点Q)は、分離ガス配管80を介して過冷却インジェクション配管93に合流した気液二相状態の低圧冷媒(点U)との間で熱交換することで冷却され、冷却されることによって過冷却度が付いた状態になる(点W)。他方で、分離ガス配管80を介して過冷却インジェクション配管93に合流した気液二相状態の低圧冷媒(点U)は、過冷却熱交換器91において、レシーバ81で分離された液冷媒(点Q)によって加熱される(点V、なお、点Vは過熱が付いた状態を例示しているが、運転条件や過渡的な状況によっては湿り状態になる場合がある。)。なお、過冷却膨張弁92は、過冷却熱交換器91を通過して過冷却冷媒配管84を流れる冷媒の過冷却度が通常の目標過冷却度となるように(例えば、過冷却度が5度確保されるように)、過冷却膨張弁92の弁開度(膨張程度)が、制御部7によって制御される。なお、過冷却冷媒配管84を流れる冷媒の過冷却度は、過冷却温度センサ90tの検知温度と、中間温度センサ70tの検知飽和温度に相当する中間圧力とから制御部7が算定している。
In the
液冷媒連絡配管14から第1室内ユニット12、第2室内ユニット13に流入した冷媒は、第1室内膨張弁12bや第2室内膨張弁13bを通過するときに膨張し、気液二相の低圧冷媒(点X)となって第1室内熱交換器12aや第2室内熱交換器13aに流れ込む。この低圧冷媒は、第1室内熱交換器12aや第2室内熱交換器13aで室内空気から熱を奪い、過熱のついた低圧のガス冷媒(点Y)になる。なお、第1室内膨張弁12bは、第1室内熱交換器12aの出口を流れる冷媒の過熱度が所定の設定過熱度となるように(目標蒸発出口過熱度条件を満たすように)第1室内膨張弁12bの弁開度(膨張程度)が制御部7によって制御される。第2室内膨張弁13bも同様に、第2室内熱交換器13aの出口を流れる冷媒の過熱度が所定の設定過熱度(第1室内ユニット12と同様の値であっても異なっていてもよい。)となるように(目標蒸発出口過熱度条件を満たすように)第2室内膨張弁13bの弁開度(膨張程度)が制御される。なお、第1室内熱交換器12aの出口を流れる冷媒の過熱度は、第1室内温度センサ12tの検知温度と、吸入圧力センサ21pの検知圧力とから制御部7が算定し、第2室内熱交換器13aの出口を流れる冷媒の過熱度は、第2室内温度センサ13tの検知温度と、吸入圧力センサ21pの検知圧力とから制御部7が算定している。第1室内ユニット12や第2室内ユニット13を出た低圧冷媒は、ガス冷媒連絡配管15および第4四路切換弁29を経て低圧冷媒配管19へと流れていく。なお、第1室内熱交換器12aが配置されている室内の負荷の処理は、図示しない第1室内熱交換器12aに対して空気流れを供給する第1室内ファンの風量を制御部7が調節することによって処理している。第2室内熱交換器13aが配置されている室内の負荷の処理についても同様に、図示しない第2室内熱交換器13aに対して空気流れを供給する第2室内ファンの風量を制御部7が調節することによって処理している。
The refrigerant flowing into the first
第1室内ユニット12や第2室内ユニット13から戻ってきて低圧冷媒配管19を流れる低圧冷媒(点Y)と、過冷却インジェクション配管93から流れてくる低圧冷媒(点V)とは、合流点65で合流し(点Z)、液ガス熱交換器61の低圧側を通って第1吸入管21aから四段圧縮機20へと戻っていく。なお、ここで、液ガス熱交換器61では、四段圧縮機20の第1吸入管21aに向かう低圧冷媒(点Z)と、エコノマイザ熱交換器51を通過した後に膨張機構70へと向かう高圧冷媒(点M)との間で熱交換が行われる。
The low-pressure refrigerant (point Y) that returns from the first
以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置1は冷房運転サイクルを行う。 As described above, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit, whereby the air conditioner 1 performs the cooling operation cycle.
(2−2)暖房運転モード時の動作
暖房運転時は、図4に示す冷媒配管に沿った矢印の方向に、冷媒が、四段圧縮機20、第1室内熱交換器12a、第2室内熱交換器13a、第1室内膨張弁12b、第2室内膨張弁13b、膨張機構70、室外熱交換器40の順に冷媒回路内を循環する。以下、暖房運転時における空気調和装置1の動作について、図4および図5を参照しながら説明する。
(2-2) Operation in the heating operation mode During the heating operation, the refrigerant moves in the direction of the arrow along the refrigerant pipe shown in FIG. 4 in the four-
第1吸入管21aから四段圧縮機20に吸い込まれる低圧のガス冷媒(点A)は、第1圧縮部21で圧縮されて、第1吐出管21bに吐出される(点B)。吐出された冷媒は、第1四路切換弁26を通過し、第2吸入管22aを流れる(点C)。
The low-pressure gas refrigerant (point A) sucked into the four-
第2吸入管22aから第2圧縮部22に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第2吐出管22bに吐出される(点D)。吐出された冷媒は、第2四路切換弁27を通過し、第3吸入管23aを流れる。なお、第3吸入管23aには、エコノマイザ熱交換器51において熱交換されてインジェクション配管53を流れてくる中間圧の冷媒(点L)も流れ込んでくるため、冷媒の温度が下がる(点F)。
The refrigerant sucked into the
第3吸入管23aから第3圧縮部23に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第3吐出管23bに吐出される(点G)。吐出された冷媒は、第3四路切換弁28を通過し、第4吸入管24aを流れる(点H)。
The refrigerant sucked into the
第4吸入管24aから第4圧縮部24に吸い込まれた冷媒は、圧縮されて第4吐出管24bに吐出される(点I)。吐出された高圧の冷媒は、臨界圧力を超えた超臨界状態となっている。この超臨界状態の冷媒は、第4四路切換弁29を通過し、ガス冷媒連絡配管15を介して第1室内ユニット12や第2室内ユニット13に流入する(点Y)。
The refrigerant sucked into the
ガス冷媒連絡配管15から第1室内ユニット12や第2室内ユニット13に入った高圧冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第1室内熱交換器12aや第2室内熱交換器13aで室内空気に放熱し、室内空気を暖める。なお、第1室内熱交換器12aが配置されている室内の負荷の処理は、図示しない第1室内熱交換器12aに対して空気流れを供給する第1室内ファンの風量を制御部7が調節することによって処理している。第2室内熱交換器13aが配置されている室内の負荷の処理についても同様に、図示しない第2室内熱交換器13aに対して空気流れを供給する第2室内ファンの風量を制御部7が調節することによって処理している。第1室内熱交換器12aや第2室内熱交換器13aでの熱交換によって温度が下がった高圧冷媒(点X)は、第1室内膨張弁12bや第2室内膨張弁13bを通過する際にわずかに減圧され、液冷媒連絡配管14を通って室外ユニット11のブリッジ回路49へと流れる。ブリッジ回路49では、第2逆止弁49bを通過して、エコノマイザ熱交換器51へ向かう(点J)。
The high-pressure refrigerant that has entered the first
ブリッジ回路49の第2逆止弁49bを通過した高圧冷媒(点J)は、その一部がエコノマイザインジェクション配管53に分岐して流れて、エコノマイザ膨張弁52において減圧される。エコノマイザ膨張弁52において減圧されて気液二相状態となった中間圧冷媒(点K)は、エコノマイザ熱交換器51において、他の一部の冷媒(ブリッジ回路49から液ガス熱交換器61に向かう高圧冷媒(点J))と熱交換し、中間圧のガス冷媒(点L)となる。この中間圧のガス冷媒(点L)は、上述のようにインジェクション配管53から第2インタークーラ管42cへと流れ込む。
Part of the high-pressure refrigerant (point J) that has passed through the
エコノマイザ膨張弁52を出た中間圧冷媒と熱交換をし、更に温度が下がった状態でエコノマイザ熱交換器51を出た高圧冷媒(点M)は、液ガス熱交換器61を通過して、膨張機構70へと流れていく(点N)。
The high-pressure refrigerant (point M) that has exchanged heat with the intermediate-pressure refrigerant that has exited the
膨張機構70に流入する高圧冷媒(点N)は、2つに分岐され、一方が膨張機構70の膨張機71に向けて流れ、他方が膨張機構70の第3室外膨張弁72に向けて流れる。第3室外膨張弁72では、超臨界状態から臨界圧力以下の圧力まで減圧されることで、中間圧冷媒(点O1)となる。また、膨張機71においても、超臨界状態から臨界圧力以下の圧力まで減圧されることで、中間圧冷媒(点O2)となる。なお、膨張機構70は、膨張機71で回収できる動力ができるだけ大きく確保できるように制御部7に制御されている。これら中間圧冷媒(点O1)と中間圧冷媒(点O2)は、合流した後にレシーバ81の内部空間へと流れ込む(点P)。このレシーバ81に流れ込んだ気液二相状態の中間圧冷媒は、レシーバ81の内部空間において液冷媒とガス冷媒とに分離される。
The high-pressure refrigerant (point N) flowing into the
レシーバ81で分離された液冷媒(点Q)は、液冷媒出口管83を流れる。液冷媒出口管83を流れる冷媒は、全て、過冷却熱交換器91を通過して過冷却状態となり(点W)、過冷却冷媒配管84やブリッジ回路49を通って、室外熱交換器40へと送られる。
The liquid refrigerant (point Q) separated by the
なお、暖房運転時には、制御部7は、過冷却膨張弁92を全閉状態に制御しているため、液冷媒出口管83を流れる冷媒は、過冷却インジェクション配管93に向けて分流しない。
During the heating operation, the control unit 7 controls the
レシーバ81で分離されたガス冷媒(点S)は、分離ガス配管80を流れる。分離ガス配管80を流れる冷媒は、途中の分離ガス膨張弁82で減圧され低圧冷媒(点T)となる。なお、分離ガス膨張弁82は、膨張機構70の下流側に設けられている中間温度センサ70tの検知飽和温度に相当する中間圧力と、第1吸入管21aに設けられている吸入圧力センサ21pの検知圧力と、から把握される差圧に相当する差圧を分離ガス膨張弁82の前後において生じさせることができるように弁開度(膨張程度)が、制御部7によって制御される(差圧制御が行われる)。分離ガス膨張弁82で減圧された低圧冷媒(点T)は、さらに分離ガス配管80を流れて、過冷却インジェクション配管93のうち、過冷却膨張弁92よりも下流側であって過冷却熱交換器91よりも上流側の部分に流れ込む(点U)。
The gas refrigerant (point S) separated by the
過冷却熱交換器91では、レシーバ81の液冷媒出口管83から流れてくる中間圧冷媒(点Q)と、分離ガス膨張弁82で減圧された低圧冷媒(点T,U)との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、過冷却インジェクション配管93を流れる低圧冷媒(点T、U)は、蒸発して過熱のついた低圧冷媒(点V)となって、合流点65に向けて流れていく。レシーバ81の液冷媒出口管83から流れてくる中間圧冷媒(点Q)は、熱を奪われて過冷却のついた中間圧冷媒(点W)となり、過冷却冷媒配管84を介してブリッジ回路49に向けて流れていく。
In the
過冷却冷媒配管84をブリッジ回路49に向けて流れる冷媒は、一部がブリッジ回路49の手前で共通配管47aの第2室外膨張弁47を通過するように分離し、他の一部がブリッジ回路49の第3室外膨張弁48を通過する。
The refrigerant flowing through the supercooled
共通配管47aを流れる冷媒は、第2室外膨張弁47で減圧されて低圧冷媒となり(点WX)、第3室外熱交換器43、第2室外熱交換器42、第1室外熱交換器41の順に直列に流れていく。すなわち、第2室外膨張弁47で減圧された冷媒は、第7配管43bを介して第3室外熱交換器43において一部が蒸発する。第3室外熱交換器43を通過した冷媒は、第3配管43a、冷媒容器としての第3油分離器33a、第3四路切換弁28、第2インタークーラ管42cの第3四路切換弁28側端部から第6配管42bとの接続部分まで、および、第6配管42bをこの順に通過して、第2室外熱交換器42においてさらに一部が蒸発する。第2室外熱交換器42を通過した冷媒は、第2配管42a、冷媒容器としての第2油分離器32a、第2四路切換弁27、第1インタークーラ管41cの第2四路切換弁27側端部から第1室外膨張弁46まで、第1室外膨張弁46、第1インタークーラ管41cの第1室外膨張弁46から第5配管41bとの接続部分まで、および、第5配管41bをこの順に通過する。なお、第1室外膨張弁46を通過する冷媒は、第1室外膨張弁46の弁開度に応じてさらに減圧される。第5配管41bを介して第1室外熱交換器41に送られた冷媒は、液状態の冷媒が残存している場合には第1室外熱交換器41においてさらに蒸発する。第1室外熱交換器41を通過した冷媒は、第1配管41a、冷媒容器としての第1油分離器31a、第1四路切換弁26、四路接続配管30をこの順で通過した後、低圧冷媒配管19へと向けて流れる。ここで、詳細は後述するが、第1室外熱交換器41を通過した冷媒が所定の過熱度を有する状態になるように、第2室外膨張弁47の弁開度と第1室外膨張弁46の弁開度が、制御部7によってそれぞれ制御される。
The refrigerant flowing through the
他方、ブリッジ回路49の第3室外膨張弁48を通過して減圧された冷媒(点VW)は、第8配管44bを流れた後に第4室外熱交換器44において蒸発し、第4配管44aと第4四路切換弁29を通過して低圧冷媒配管19へと向けて流れる(点XY)。ここで、制御部7は、第4室外熱交換器44の出口を流れる冷媒の過熱度が所定の過熱度となるように、第3室外膨張弁48の減圧程度(弁開度)を制御する。具体的には、制御部7は、第4室外熱交換器44の上流側に設けられた第1温度センサ44t1の検知温度と第4室外熱交換器44の下流側に設けられた第2温度センサ44t2の検知温度との差(44t2−44t1)が、所定の値となるように、第3室外膨張弁48の減圧程度(弁開度)を制御する。
On the other hand, the refrigerant (point VW) reduced in pressure after passing through the third
その後、低圧冷媒配管19には、第1〜第4室外熱交換器41〜44を通過した冷媒が合流して流れる。
Thereafter, the refrigerant that has passed through the first to fourth
低圧冷媒配管19を流れる低圧のガス冷媒(点XY)は、過冷却インジェクション配管93を流れる低圧のガス冷媒(点V)と、合流点65において合流した後(点Z)、液ガス熱交換器61の低圧側を流れ、液ガス熱交換器61において高圧側の冷媒と熱交換が行われる。なお、ここで、制御部7は、低圧冷媒配管19を流れる冷媒と過冷却インジェクション配管93を流れる冷媒とが合流した後であって液ガス熱交換器61に流入する前の冷媒(合流点65を流れる冷媒)が所定の過熱度を有するように分離ガス膨張弁82の弁開度を制御する。具体的には、制御部7は、液ガス熱交換器61の低圧側の下流側に設けられている合流冷媒温度センサ64tの検知温度と吸入圧力センサ21pの検知圧力を用いて分離ガス膨張弁82の弁開度を制御する。
The low-pressure gas refrigerant (point XY) flowing through the low-
液ガス熱交換器61の低圧側を通過した低圧のガス冷媒は、第1吸入管21aを介して四段圧縮機20に吸入される(点A)。
The low-pressure gas refrigerant that has passed through the low-pressure side of the liquid
以上のように冷媒が冷媒回路内を循環することにより、空気調和装置1は暖房運転サイクルを行う。 As described above, the refrigerant circulates in the refrigerant circuit, whereby the air conditioner 1 performs the heating operation cycle.
(3)暖房運転モード時の第2室外膨張弁と第1室外膨張弁を用いた過熱度制御
暖房運転モード時には、上述のように、第4室外熱交換器44の出口を流れる冷媒については、制御部7が第3室外膨張弁48の弁開度を調節することにより所定の過熱度になるように制御される。
(3) Superheat control using the second outdoor expansion valve and the first outdoor expansion valve in the heating operation mode In the heating operation mode, as described above, for the refrigerant flowing through the outlet of the fourth
これに対して、暖房運転モード時に第3室外熱交換器43、第2室外熱交換器42、第1室外熱交換器41を通過した後、第1油分離器31aを通過して四路接続配管30に向かう冷媒については、制御部7が第2室外膨張弁47の弁開度の調節と第1室外膨張弁46の弁開度の調節の両方の調節を行うことにより、所定の過熱度になるように制御される。ここで、第4室外熱交換器44の出口を流れる冷媒の過熱度と、第1油分離器31aを通過して四路接続配管30に向かう冷媒の過熱度と、は全く同じに調節することが必須ではないが、同程度もしくは等しいことが好ましい。
On the other hand, after passing through the third
なお、第2室外膨張弁47の弁開度の調節と第1室外膨張弁46の弁開度の調節は、特に限定されないが、本実施形態では、以下のような制御が行われる。
The adjustment of the valve opening of the second
すなわち、暖房運転の起動時からしばらくの間は、第1室外熱交換器41を通過し、第1油分離器31aを通過して四路接続配管30に向かう冷媒の過熱度が安定せず、第1圧縮部21に湿り気味の冷媒を送ってしまうおそれがあることから、制御部7は、第2室外膨張弁47の弁開度は、予め定めた暖房起動時用の弁開度に制御しつつ、第1室外膨張弁46の弁開度は、第1配管41aのうち第1油分離器31aと第1四路切換弁26との間に設けられている第3温度センサ41tの検知温度に基づいて所定の正の過熱度になるように制御を行う。ここで、暖房運転の起動時からしばらく経過し、冷媒流れの状況が安定してきた場合には、制御部7は、第1室外膨張弁46の弁開度を上記起動時の場合よりも少しずつ上げていきつつ、第2室外膨張弁47の弁開度を少しずつ絞っていく制御を行う。
That is, for a while from the start of the heating operation, the degree of superheat of the refrigerant passing through the first
(4)空気調和装置の特徴
(4−1)
本実施形態の空気調和装置1では、冷房運転時においては、第1〜第3圧縮部21〜23から吐出されて第1〜油分離器31a〜33aにおいて冷凍機油が分離された各中間圧力の冷媒を第1〜第3室外熱交換器41〜43のそれぞれが冷却することが可能になっている。
(4) Features of the air conditioner (4-1)
In the air conditioner 1 of the present embodiment, during the cooling operation, each of the intermediate pressures discharged from the first to
そして、暖房運転時においては、上記冷房運転時に冷凍機油が分離された各中間圧力の冷媒を冷却することが可能となるように構成された第1〜第3室外熱交換器41〜43を用いつつも、これらを互いに直列に接続させることにより、全体として通過する冷媒を蒸発させることが可能になっている。
And in the heating operation, the first to third
ここで、図6に、暖房運転時における第4室外熱交換器44側の冷媒流路と第1〜第3室外熱交換器41〜43側の冷媒流路の模式図を示す。このように、冷房運転時に冷凍機油が分離された各中間圧力の冷媒を冷却することが可能となるように構成された第1〜第3室外熱交換器41〜43を、暖房運転時に互いに直列に接続させて蒸発器として機能させようとすると、直列接続された第3室外熱交換器43と第2室外熱交換器42の間に存在する第3油分離器33aと、直列接続された第2室外熱交換器42と第1室外熱交換器41の間に存在する第2油分離器32aと、第1室外熱交換器41の下流側に存在する第1油分離器31aをそれぞれ冷媒が通過しなければならない。このため、このような油分離器が存在していない第4室外熱交換器44側の冷媒流路と比べると、第1〜第3室外熱交換器41〜43側の冷媒流路では、上流側の室外膨張弁の弁開度の調節によって下流を流れる冷媒の過熱度を変化させるために長い時間を要し、制御の応答性が悪い。これらの第1〜油分離器31a〜33aは、冷房運転時には内部の空間において冷凍機油を捕らえて分離する機能を果たすことができたのであるが、暖房運転時にはこの内部の空間において未だ蒸発していない冷媒が捕らえられてしまうことになる。したがって、暖房運転時において、第1〜第3室外熱交換器41〜43を互いに直列に接続させて蒸発器として機能させる際には、仮に、第1室外膨張弁46が設けられておらず第2室外膨張弁47の弁開度の調節だけで過熱度制御を行う場合には、最も下流側を流れる冷媒の過熱度を制御する際の応答性が悪くなってしまう。
Here, in FIG. 6, the schematic diagram of the refrigerant flow path by the side of the 4th
これに対して、本実施形態の空気調和装置1では、上述のように、暖房運転時に直列接続される第1〜第3室外熱交換器41〜43のうち最も下流側の第1室外熱交換器41の上流側(第2油分離器32a通過後であって第1室外熱交換器41に流入する前の位置)に第1室外膨張弁46が設けられている。そして、制御部7が第1室外膨張弁46の弁開度を制御することが可能になっている。これにより、第1室外膨張弁46の弁開度を変更することで、第2室外膨張弁47の弁開度を変更する場合よりも、弁開度の変更に起因する第1油分離器31aの下流側を流れる冷媒の過熱度の変化を、より迅速に生じさせ、制御の応答性を高めることが可能になっている。
On the other hand, in the air conditioning apparatus 1 of the present embodiment, as described above, the first outdoor heat exchange on the most downstream side among the first to third
また、暖房運転の起動時の冷媒流れが安定していない状態では、主として第1室外膨張弁46の弁開度を調節して第1油分離器31aを通過して四路接続配管30に向かう冷媒の過熱度を制御し、冷媒流れが安定してきた状態では第2室外膨張弁47を主体とした弁開度の制御に切り換えることで、第1室外膨張弁46と第2室外膨張弁47の両方を用いて状況に応じた過熱度制御を行うことが可能になっている。
(4−2)
空気調和装置1では、暖房運転状態においては、互いに直列に接続された第1〜第3室外熱交換器41〜43と、第4室外熱交換器44と、に冷媒が並列して流れている。ここで、第1〜第3室外熱交換器41〜43の方が、第4室外熱交換器44よりも冷媒の通過距離が長いため、第1〜第3室外熱交換器41〜43を通過した冷媒の方が乾いた状態になりやすい。また、上述の第1室外膨張弁46と第2室外膨張弁47の両方を用いた制御によって、第1〜第3室外熱交換器41〜43を通過した冷媒の過熱度は確保しやすい。
Moreover, in the state where the refrigerant flow at the time of starting the heating operation is not stable, the valve opening degree of the first
(4-2)
In the air conditioner 1, in the heating operation state, the refrigerant flows in parallel with the first to third
そして、第4室外熱交換器44は、他の第1〜第3室外熱交換器41〜43よりも容量が大きいため、できるだけ有効利用させることが望まれるところ、第3室外膨張弁48を制御して、第1〜第3室外熱交換器41〜43を通過した冷媒よりも湿り気味に制御することで、第4室外熱交換器44において蒸発済みの冷媒が流れる領域を小さくし、能力を発揮しやすくさせることが可能になる。
And since the capacity | capacitance of the 4th
このようにすることで、第1〜第3室外熱交換器41〜43を通過した冷媒を乾き気味に制御し、第4室外熱交換器44を通過した冷媒を湿り気味に制御した場合には、両者の混合比率を調節することで、液ガス熱交換器61に送られる冷媒の過熱度を調節することが可能になっている。
By doing in this way, when the refrigerant that has passed through the first to third
(5)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
(5) Other Embodiments In the above embodiment, an example of the embodiment of the present invention has been described. However, the above embodiment is not intended to limit the present invention, and is not limited to the above embodiment. The present invention naturally includes aspects appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
(5−1)他の実施形態A
上記実施形態では、第1膨張機構として、第1インタークーラ管41cのうち第5配管41bとの接続部分と第2四路切換弁27との接続部分との間において通過する冷媒の量を調節可能な第1室外膨張弁46が設けられた場合を例に挙げて説明した。
(5-1) Other embodiment A
In the above embodiment, as the first expansion mechanism, the amount of refrigerant passing between the connection portion of the
しかし、第1膨張機構としてはこれに限られるものではなく、例えば、図7に示すように、第1インタークーラ管41cのうち第5配管41bとの接続部分と第2四路切換弁27との接続部分との間において通過する冷媒を減圧可能なキャピラリーチューブ46aおよび開閉電磁弁46bが直列接続されて設けられていてもよい。
However, the first expansion mechanism is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, a connection portion between the
この場合であっても、開閉電磁弁46bの開閉により開度を変更することでキャピラリーチューブ46aに冷媒を流す状態と流さない状態を切り換えることができる。そして、暖房運転時のように開閉電磁弁46bを開けてキャピラリーチューブ46aに冷媒を流す場合には、当該キャピラリーチューブ46aを通過する冷媒を減圧することができるため、第1室外熱交換器41を通過した後の冷媒の過熱度を確保しやすいすることが可能になる。
Even in this case, it is possible to switch between the state in which the refrigerant flows and the state in which the refrigerant does not flow through the
(5−2)他の実施形態B
上記実施形態では、4段の圧縮を行う四段圧縮機20を採用する空気調和装置1を例に挙げて説明した。
(5-2) Other embodiment B
In the above embodiment, the air conditioner 1 that employs the four-
しかし、4段圧縮を行う空気調和装置に限定されることなく、例えば、2段圧縮、もしくは、3段圧縮を行う空気調和装置であってもよい。 However, it is not limited to an air conditioner that performs four-stage compression, and may be, for example, an air conditioner that performs two-stage compression or three-stage compression.
例えば、2段圧縮を行う空気調和装置では、冷房運転時にインタークーラ(中間冷却器)として機能する室外熱交換器は、暖房運転時には他の室外熱交換器と油分離器を介して直列接続されることになる。 For example, in an air conditioner that performs two-stage compression, an outdoor heat exchanger that functions as an intercooler (intercooler) during cooling operation is connected in series with another outdoor heat exchanger and an oil separator during heating operation. Will be.
また、3段圧縮を行う空気調和装置では、冷房運転時にインタークーラ(中間冷却器)として機能する2つの室外熱交換器は、暖房運転時には油分離器を介して直列接続され、他の室外熱交換器が並列接続されるようにしてもよい。また、3段圧縮を行う空気調和装置において、冷房運転時にインタークーラ(中間冷却器)として機能する2つの室外熱交換器と他の室外熱交換器の全てが、暖房運転時に油分離器を介して直列接続されるようにしてもよい。 In an air conditioner that performs three-stage compression, two outdoor heat exchangers that function as an intercooler (intercooler) during cooling operation are connected in series via an oil separator during heating operation, and other outdoor heat Exchangers may be connected in parallel. In an air conditioner that performs three-stage compression, all of the two outdoor heat exchangers that function as an intercooler (intercooler) during cooling operation and the other outdoor heat exchangers pass through the oil separator during heating operation. May be connected in series.
1 空気調和装置(冷凍装置)
7 制御部
12 室内ユニット
12a 第1室内熱交換器、室内熱交換器(利用側熱交換器)
12b 第1室内膨張弁、室内膨張弁
12t 第1室内温度センサ
13 第2室内ユニット、室内ユニット
13a 第2室内熱交換器、室内熱交換器(利用側熱交換器)
13b 第2室内膨張弁、室内膨張弁
13t 第2室内温度センサ
20 四段圧縮機
21 第1圧縮部
21p 吸入圧力センサ
22 第2圧縮部
23 第3圧縮部
24 第4圧縮部(第3圧縮部)
24p 吐出圧力センサ
25 四路切換弁群(切換部)
26 第1四路切換弁
27 第2四路切換弁
28 第3四路切換弁
29 第4四路切換弁
30 四路接続配管
31a 第1油分離器(第2油分離器)
32a 第2油分離器(第1油分離器)
33a 第3油分離器
34a 第4油分離器
40 室外熱交換器
41 第1室外熱交換器(熱源側第1熱交換器)
42 第2室外熱交換器(熱源側第2熱交換器)
43 第3室外熱交換器
44 第4室外熱交換器(熱源側第3熱交換器)
41c 第1インタークーラ管
42c 第2インタークーラ管
43c 第3インタークーラ管
41a 第1配管
42a 第2配管
43a 第3配管
44a 第4配管
45 室外送風ファン
46 第1室外膨張弁(第1膨張機構)
46a キャピラリーチューブ(第1膨張機構)
46b 開閉電磁弁(第1膨張機構)
47 第2室外膨張弁(第2膨張機構)
48 第3室外膨張弁(第3膨張機構)
49 ブリッジ回路
50 エコノマイザ回路
51 エコノマイザ熱交換器
52 エコノマイザ膨張弁
53 エコノマイザインジェクション配管
60 液ガス熱交回路
61 液ガス熱交換器
70 膨張機構
71 膨張機
72 膨張弁
80 分離ガス配管
81 レシーバ
82 分離ガス膨張弁
83 液冷媒出口管
90 過冷却回路
91 過冷却熱交換器
92 過冷却膨張弁
93 過冷却インジェクション配管
1 Air conditioning equipment (refrigeration equipment)
7
12b 1st indoor expansion valve,
13b 2nd indoor expansion valve,
24p
26 First four-way switching valve 27 Second four-
32a Second oil separator (first oil separator)
33a
42 2nd outdoor heat exchanger (heat source side 2nd heat exchanger)
43 3rd
41c
46a Capillary tube (first expansion mechanism)
46b Open / close solenoid valve (first expansion mechanism)
47 Second outdoor expansion valve (second expansion mechanism)
48 Third outdoor expansion valve (third expansion mechanism)
49
Claims (4)
前記第1圧縮部において圧縮された冷媒をさらに圧縮する第2圧縮部(22)と、
熱源側第1熱交換器(41)と、
熱源側第2熱交換器(42)と、
利用側熱交換器(12a、13a)と、
第1膨張機構(46)と、
第2膨張機構(47)と、
第1油分離器(32a)と、
前記第1圧縮部(21)から吐出されて前記第2圧縮部(22)に向かう冷媒の冷却器として前記熱源側第1熱交換器(41)を機能させ、前記第2圧縮部(22)から吐出されて前記第1油分離器(32a)を通過した後の冷媒の冷却器として前記熱源側第2熱交換器(42)を機能させ、前記利用側熱交換器(12a、13a)を冷媒の蒸発器として機能させる冷房運転を行う状態と、
前記利用側熱交換器(12a、13a)を冷媒の冷却器として機能させ、前記利用側熱交換器(12a、13a)を通過した冷媒を、前記第2膨張機構(47)、冷媒の蒸発器として機能する前記熱源側第2熱交換器(42)、前記第1油分離器(32a)、前記第1膨張機構(46)、冷媒の蒸発器として機能する前記熱源側第1熱交換器(41)の順に通過させて暖房運転を行う状態と、
を切り換える切換部(25)と、
前記暖房運転時において、前記熱源側第1熱交換器(41)の下流側を流れる冷媒の過熱度を前記第2膨張機構(47)および前記第1膨張機構(46)の弁開度を調節することにより制御する制御部(7)と、
を備えた冷凍装置(1)。 A first compression section (21);
A second compression section (22) for further compressing the refrigerant compressed in the first compression section;
A heat source side first heat exchanger (41);
A heat source side second heat exchanger (42);
Utilization side heat exchangers (12a, 13a);
A first expansion mechanism (46);
A second expansion mechanism (47);
A first oil separator (32a);
The heat source side first heat exchanger (41) is made to function as a refrigerant cooler discharged from the first compression unit (21) and directed to the second compression unit (22), and the second compression unit (22). The heat source side second heat exchanger (42) is made to function as a refrigerant cooler after being discharged from and passed through the first oil separator (32a), and the use side heat exchangers (12a, 13a) A state of performing a cooling operation to function as a refrigerant evaporator;
The use side heat exchanger (12a, 13a) functions as a refrigerant cooler, and the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger (12a, 13a) is converted into the second expansion mechanism (47), the refrigerant evaporator. The heat source side second heat exchanger (42) functioning as the first oil separator (32a), the first expansion mechanism (46), the heat source side first heat exchanger (functioning as a refrigerant evaporator) 41) in the order of passing through the heating operation,
A switching unit (25) for switching between,
During the heating operation, the degree of superheat of the refrigerant flowing downstream of the heat source side first heat exchanger (41) is adjusted to adjust the valve opening degree of the second expansion mechanism (47) and the first expansion mechanism (46). A control unit (7) for controlling by doing
A refrigeration apparatus (1).
前記切換部(25)は、
前記冷房運転には前記第1圧縮部(21)から吐出されて前記第2油分離器(31a)を通過した冷媒であって前記第2圧縮部(22)に向かう冷媒の冷却器として前記熱源側第1熱交換器(41)を機能させ、
前記暖房運転には前記利用側熱交換器(12a、13a)を通過した冷媒を、前記第2膨張機構(47)、冷媒の蒸発器として機能する前記熱源側第2熱交換器(42)、前記第1油分離器(32a)、前記第1膨張機構(46)、冷媒の蒸発器として機能する前記熱源側第1熱交換器(41)、前記第2油分離器(31a)の順に通過させる、
請求項1に記載の冷凍装置(1)。 A second oil separator (31a);
The switching unit (25)
In the cooling operation, the heat source is used as a refrigerant cooler that is discharged from the first compression section (21) and passes through the second oil separator (31a) and travels toward the second compression section (22). Side first heat exchanger (41) to function,
In the heating operation, the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger (12a, 13a) is converted into the second expansion mechanism (47), the heat source side second heat exchanger (42) that functions as an evaporator of the refrigerant, The first oil separator (32a), the first expansion mechanism (46), the heat source side first heat exchanger (41) functioning as a refrigerant evaporator, and the second oil separator (31a) are passed in this order. Let
The refrigeration apparatus (1) according to claim 1.
前記切換部(25)は、
前記冷房運転には前記熱源側第2熱交換器(42)を通過した後の冷媒を前記第3圧縮機(24)において圧縮させて冷媒の冷却器として機能する前記熱源側第3熱交換器(44)に送り、
前記暖房運転には前記利用側熱交換器(12a、13a)を通過した冷媒を、前記第2膨張機構(47)を通過する冷媒と前記第3膨張機構(48)を通過して前記熱源側第3熱交換器(44)に送られる冷媒とに分けて流す、
請求項1または2に記載の冷凍装置(1)。 A third compressor (24), a heat source side third heat exchanger (44), and a third expansion mechanism (48);
The switching unit (25)
In the cooling operation, the heat source side third heat exchanger which functions as a refrigerant cooler by compressing the refrigerant after passing through the heat source side second heat exchanger (42) in the third compressor (24). (44)
In the heating operation, the refrigerant that has passed through the use-side heat exchangers (12a, 13a) passes through the refrigerant that passes through the second expansion mechanism (47) and the third expansion mechanism (48), and is on the heat source side. The refrigerant is sent separately to the refrigerant sent to the third heat exchanger (44).
The refrigeration apparatus (1) according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍装置(1)。 The first expansion mechanism (46) includes one expansion valve (46) or a capillary tube (46a) and an open / close electromagnetic valve (46b) connected in series to each other.
The refrigeration apparatus (1) according to any one of claims 1 to 3.
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