JP2017101854A

JP2017101854A - 空気調和装置

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Publication number: JP2017101854A
Application number: JP2015233948A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　俊太郎; Shuntaro Ito; 俊太郎伊藤; 浩介富田; Kosuke Tomita
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08

Abstract

【課題】室外機と室内機の間に中継ユニットを配置した空気調和装置では、全ての室内機が冷房運転または暖房運転を行った場合、中継ユニット内にある二つの中間熱交換器のうち片方しか活用されていなかったため、中間熱交換器が大型化する問題があった。全ての室内機が冷房運転または暖房運転を行った場合でも二つの中間熱交換器を同時に蒸発器または凝縮器として活用できる空気調和機を提供する。【解決手段】第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の一端の接続先を高圧ガス管４１０または低圧ガス管４２０のいずれか一方に切り換える第１冷媒回路切換部２２１と、第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の一端の接続先を高圧ガス管４１０または低圧ガス管４２０のいずれか一方に切り換える第２冷媒回路切換部２２２を備え、第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の他端と第２中間熱交換器２１２の他端がそれぞれ液管４３０に接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、室外機と室内機の間に中継ユニットを配置した空気調和装置に関する。

特許文献１では、少なくとも１台の室外機と複数の室内機を備えた多室型空気調和装置において、室外機と室内機の間に中継ユニットを配置した空気調和装置が示されている。この空気調和装置では、室外機と中継ユニットが冷媒を循環させる冷媒配管で接続されて、冷媒回路を構成している。一方、中継ユニットと複数の室内機が熱媒体（水や不凍液など）を循環させる熱媒体配管で接続されて、熱媒体回路を構成している。中継ユニット内に中間熱交換器が配置され、この中間熱交換器が冷媒回路と熱媒体回路の両方に接続され、冷媒と熱媒体を熱交換させている。

再公表特許ＷＯ２０１０／０４９９９９号公報

特許文献１に開示されている空気調和装置では、中継ユニット内に中間熱交換器が二つ設けられている。二つのうち一方の中間熱交換器は室内機が冷房運転するために熱媒体を冷却する蒸発器専用となっており、他方の中間熱交換器は室内機が暖房運転するために熱媒体を加熱する凝縮器専用となっている。そのため、全ての室内機が冷房運転または暖房運転を行った場合、中継ユニット内にある二つの中間熱交換器のうち片方しか活用されていなかった。これにより、一方の中間熱交換器で全ての室内機を流通する熱媒体を熱交換させるため、中間熱交換器が大型化する問題があった。

そこで、本発明は、全ての室内機が冷房運転または暖房運転を行った場合でも二つの中間熱交換器を同時に蒸発器または凝縮器として活用できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の空気調和装置は、圧縮機と室外熱交換器とを備えた室外機と、室外機から引き出された高圧ガス管と低圧ガス管と液管と、冷媒側流路と熱媒体側流路を有する第１中間熱交換器と、冷媒側流路と熱媒体側流路を有する第２中間熱交換器と、第１中間熱交換器の冷媒側流路の一端の接続先を高圧ガス管または低圧ガス管のいずれか一方に切り換える第１冷媒回路切換部と、第２中間熱交換器の冷媒側流路の一端の接続先を高圧ガス管または低圧ガス管のいずれか一方に切り換える第２冷媒回路切換部と、第１ポンプと、第２ポンプと、室内熱交換器を有する複数の室内機と、複数の室内熱交換器のそれぞれの両端に接続され、第１ポンプと第１中間熱交換器の熱媒体側流路と室内熱交換器が接続される第１熱媒体回路と、第２ポンプと第２中間熱交換器の熱媒体側流路と室内熱交換器が接続される第２熱媒体回路のいずれか一方を確立するための熱媒体回路切換部と、を備え、第１中間熱交換器の冷媒側流路の他端と、第２中間熱交換器の冷媒側流路の他端がそれぞれ液管に接続される。

上記のように構成した本発明の空気調和装置によれば、全ての室内機が冷房運転または暖房運転を行っている場合に、中継ユニット内にある二つの中間熱交換器を同時に蒸発器または凝縮器として機能させることができ、中間熱交換器の大型化を抑えることができる。

本発明の第１実施形態における、冷房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第１実施形態における、暖房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第１実施形態における、冷房主体運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第１実施形態における、暖房主体運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第２実施形態における、冷房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第３実施形態における、冷房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第４実施形態における、冷房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。本発明の第５実施形態における、冷房運転を行うときの空気調和装置の冷媒回路図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、１台の室外機と１台の中継ユニット、３台の室内機が順々に接続され各室内機の冷房運転と暖房運転が同時に行える冷暖房フリーの運転が行える空気調和装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

＜第１実施形態＞
図１乃至図４は、本実施例における空気調和装置１の各運転状態での冷媒の流れを説明する冷媒回路図であり、図１は全ての室内機が冷房運転を行っている場合、図２は全ての室内機が暖房運転を行っている場合、図３は冷房主体運転を行っている場合、図４は暖房主体運転を行っている場合、をそれぞれ示している。尚、以下の説明では、運転状態に関わらない、冷媒回路に共通の構成を説明する場合は、図１を用いて説明することとする。

図１に示すように、本実施例における空気調和装置１は、１台の室外機１００と、１台の中継ユニット２００と、３台の室内機３００ａ〜３００ｃと、高圧ガス管４１０と、低圧ガス管４２０と、液管４３０とを備えている。室外機１００と中継ユニット２００が、高圧ガス管４１０と低圧ガス管４２０と液管４３０とで相互に接続されることによって、冷媒回路が構成される。また、中継ユニット２００と室内機３００ａ〜３００ｃが、熱媒体配管５０１〜５０６で相互に接続されることによって、熱媒体回路が構成される。

室外機１００について以下に説明する。室外機１００は、主として、圧縮機１１０と、四方弁１２０と、室外熱交換器１３０と、室外ファン１４０と、室外膨張弁１５０とを備えている。

圧縮機１１０は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。図１に示すように、圧縮機１１０の吐出側は閉鎖弁１０１に接続されており、圧縮機１１０と閉鎖弁１０１との間から分岐した配管が四方弁１２０に接続されている。また、圧縮機１１０の吸入側は閉鎖弁１０３に接続されている。

四方弁１２０は、冷媒の流れる方向を切り換えるための弁であり、図１に示すように、ａ〜ｄの４つのポートを備えている。この四方弁１２０では、ポートａが上述したように圧縮機１１０の吐出側と、ポートｂが室外熱交換器１３０の一方の冷媒出入口と、ポートｃが圧縮機１１０の吸入側と閉鎖弁１０３とを接続する配管と、ポートｄがキャピラリチューブ１７１を介してポートｃが接続される配管にそれぞれ接続されている。また、室外熱交換器１３０の他方の冷媒出入口は室外膨張弁１５０を介して閉鎖弁１０２に接続されている。

空気調和装置１において、図１および図３に示すように、室内機３００ａ〜３００ｃが全て冷房運転を行う場合や冷房主体運転（冷房運転を行っている室内機で要求される負荷が、暖房運転を行っている室内機で要求される負荷よりも大きい状態での空気調和装置１の運転）を行う場合は、四方弁１２０のポートａとポートｂとを連通すると同時にポートｃとポートｄとを連通するよう切り換えて、室外熱交換器１３０を凝縮器として機能させる。

また、図２および図４に示すように、室内機３００ａ〜３００ｃが全て暖房運転を行う場合や暖房主体運転（暖房運転を行っている室内機で要求される負荷が、冷房運転を行っている室内機で要求される負荷よりも大きい状態での空気調和装置１の運転）を行う場合は、四方弁１２０のポートａとポートｄとを連通すると同時にポートｂとポートｃとを連通するよう切り換えて、室外熱交換器１３０を蒸発器として機能させる。

尚、図１〜図４では、四方弁１２０の連通しているポート間は実線で示し、連通していないポート間は破線で示している。

室外膨張弁１５０は、室外熱交換器１３０と閉鎖弁１０２との間に設けられる。室外膨張弁１５０は、例えば冷房運転時に室外熱交換器１３０が凝縮器として機能する場合は、その開度を全開状態とする。また、暖房運転時に室外熱交換器１３０が蒸発器として機能する場合は、その開度を絞ることで通過する冷媒を減圧する。

次に、中継ユニット２００について説明する。中継ユニット２００は、主として、第１中間熱交換器２１１と、第２中間熱交換器２１２と、第１ポンプ２３１と、第２ポンプ２３２と、第１中継膨張弁２７１と、第２中継膨張弁２７２と、第１冷媒回路切換部２２１と、第２冷媒回路切換部２２２と、第１熱媒体回路切換部２２３ａ〜２２３ｃと、第２熱媒体回路切換部２２４ａ〜２２４ｃを備えている。また、室外機より引き出された液管４３０、高圧ガス管４１０、低圧ガス管４２０はそれぞれ接続部２０２、接続部２０１、接続部２０３に接続されている。さらに、各室内機に熱媒体を循環させる熱媒体配管５０１〜５０６は接続部２９１〜２９６に接続される。この接続部２０１〜２０３、２９１〜２９６は配管と配管を繋ぐためのものであり、例えばフレアナットより構成されている。

第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２は、内部に冷媒が流通する冷媒側流路と、熱媒体が流通する熱媒体側流路を備え冷媒と熱媒体の間で熱交換を行なわせるもので、各々の流路には出入口が２つずつ設けられている。室内機３００ａ〜３００ｃが全て冷房運転を行う場合は第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２共に蒸発器として機能し、室内機３００ａ〜３００ｃが全て暖房運転を行う場合は第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２共に凝縮器として機能し、室内機３００ａ〜３００ｃで冷房運転と暖房運転が混在している場合は第１中間熱交換器２１１が蒸発器として第２中間熱交換器２１２は凝縮器として機能する。本実施形態の第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２はそれぞれ一つの熱交換ユニットより構成されているが、本発明はこれに限定したものではなく、例えば小型の熱交換ユニットを並列に配置して構成された熱交換器などを用いてよい。

冷媒回路２０においては、第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の一端の冷媒出入口ｅは、接続部２０２に接続されており、第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の一端の冷媒出入口ｅと接続部２０２の間に第１中継膨張弁２７１が設けられる。第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の他端の冷媒出入口ｆは、第１冷媒回路切換部２２１に接続されている。第１冷媒回路切換部２２１は各々の一端が一点で接続された三本の冷媒配管２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃと三本の冷媒配管のうちの二本２２１ｂ、２２１ｃのそれぞれに設けられた電磁弁２８１ｂ、２８１ｃで形成される。そのうち一本の配管２２１ａの他端は上述のように第１中間熱交換器２１１の冷媒側流路の他端の冷媒出入口ｆに、もう一本の配管２２１ｂの他端は接続部２０３に、残りの一本の配管２２１ｃの他端は接続部２０１に接続されている。配管２２１ｂには電磁弁２８１ｂが設けられ、配管２２１ｃには電磁弁２８１ｃが設けられる。電磁弁２８１ｂと電磁弁２８１ｃの一方を開けて、他方を閉じることで冷媒の流れを切り換えている。

第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の一端の冷媒出入口ｗも、接続部２０２に接続されており、第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の一端の冷媒出入口ｗと接続部２０２の間に第２中継膨張弁２７２が設けられる。第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の他端の冷媒出入口ｊは、第２冷媒回路切換部２２２に接続されている。第２冷媒回路切換部２２２は各々の一端が一点で接続された三本の冷媒配管２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃと三本の冷媒配管のうちの二本２２２ｂ、２２２ｃのそれぞれに設けられた電磁弁２８２ｂ、２８２ｃで形成される。そのうち一本の配管２２２ａの他端は上述のように第２中間熱交換器の冷媒側流路の他端の冷媒出入口ｊに、もう一本の配管２２２ｂの他端は接続部２０３に、残りの一本の配管２２２ｃの他端は接続部２０１に接続されている。配管２２２ｂには電磁弁２８２ｂが設けられ、配管２２２ｃには電磁弁２８２ｃが設けられる。電磁弁２８２ｂと電磁弁２８２ｃの一方を開けて、他方を閉じることで冷媒の流れを切り換えている。なお、本実施形態の第１冷媒回路切換部２２１と第２冷媒回路切換部２２２はこれに限定したものではなく、三方弁より構成されてもよい。

熱媒体回路３０においては、第１中間熱交換器２１１の熱媒体側流路の一端の熱媒体入口ｈは第１ポンプ２３１に接続されている。この第１ポンプ２３１は熱媒体を循環させるためのものである。一方、第１中間熱交換器２１１の熱媒体側流路の他端の熱媒体出口ｇに接続された配管５７１には熱媒体配管５１１と熱媒体配管５１２と熱媒体配管５１３が接続されている。熱媒体配管５１１は流量調整弁２５１と熱媒体配管５８１を介して接続部２９１に、熱媒体配管５１２は流量調整弁２５５と熱媒体配管５８３を介して接続部２９３に、熱媒体配管５１３は流量調整弁２５９と熱媒体配管５８５を介して接続部２９５に接続されている。

第２中間熱交換器２１２の熱媒体側流路の一端の熱媒体入口ｌは第２ポンプ２３２に接続されている。この第２ポンプ２３２も熱媒体を循環させるためのものである。一方、第２中間熱交換器２１２の熱媒体側流路の他端の熱媒体出口ｋに接続された配管５７３には熱媒体配管５２１と熱媒体配管５２２と熱媒体配管５２３が接続されている。熱媒体配管５２１は流量調整弁２５２と熱媒体配管５８１を介して接続部２９１に、熱媒体配管５２２は流量調整弁２５６と熱媒体配管５８３を介して接続部２９３に、熱媒体配管５２３は流量調整弁２６０と熱媒体配管５８５を介して接続部２９５に接続されている。

第１ポンプ２３１の流出口ｍは上述のように第１中間熱交換器２１１の熱媒体側流路の一端の熱媒体入口ｈに接続されている。第１ポンプ２３１の流入口ｎに接続された配管５７２には熱媒体配管５３１と熱媒体配管５３２と熱媒体配管５３３が接続されている。熱媒体配管５３１は流量調整弁２５３と熱媒体配管５８２を介して接続部２９２に、熱媒体配管５３２は流量調整弁２５７と熱媒体配管５８４を介して接続部２９４に、熱媒体配管５３３は流量調整弁２６１と熱媒体配管５８６を介して接続部２９６に接続されている。

第２ポンプ２３２の流出口ｏは上述のように第２中間熱交換器２１２の熱媒体側流路の一端の熱媒体入口ｌに接続されている。第２ポンプ２３２の流入口ｐに接続された配管５７４には熱媒体配管５４１と熱媒体配管５４２と熱媒体配管５４３が接続されている。熱媒体配管５４１は流量調整弁２５４と熱媒体配管５８２を介して接続部２９２に、熱媒体配管５４２は流量調整弁２５８と熱媒体配管５８４を介して接続部２９４に、熱媒体配管５４３は流量調整弁２６２と熱媒体配管５８６を介して接続部２９６に接続されている。

第１熱媒体回路切換部２２３ａは、各々の一端が一点で接続された熱媒体配管５１１、５２１、５８１と三本の熱媒体配管のうちの二本５１１、５２１のそれぞれに設けられた流量調整弁２５１と流量調整弁２５２で形成される。そのうち二本の熱媒体配管５１１、５２１の他端は上述のように配管５７１に、残りの熱媒体配管５８１の他端は接続部２９１に接続されている。第１熱媒体回路切換部２２３ａは、第１ポンプ２３１と第１中間熱交換器２１１の熱媒体側流路と後述する室内熱交換器３１０ａ〜３１０ｃが接続される第１熱媒体回路と、第２ポンプ２３２と第２中間熱交換器２１２の熱媒体側流路と後述する室内熱交換器３１０ａ〜３１０ｃが接続される第２熱媒体回路のいずれか一方を確立することができる。第１熱媒体回路切換部２２３ｂ、２２３ｃと第２熱媒体回路切換部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃも同様に３本の熱媒体配管と２つの流量調整弁より構成され、第１熱媒体回路と第２熱媒体回路のいずれか一方を確立することができる。なお、本実施形態の第１熱媒体回路切換部２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃと第２熱媒体回路切換部２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃはこの構成に限定されたものでなはなく、三方弁より構成されてもよい。なお、第１熱媒体切換部２２３ａ〜２２３ｃと第２熱媒体切換部２２４ａ〜２２４ｃを総称して熱媒体切換部という。

３台の室内機３００ａ〜３００ｃは、主に、室内熱交換器３１０ａ〜３１０ｃと、室内ファン３２０ａ〜３２０ｃとを備えている。尚、室内機３００ａ〜３００ｃの構成は全て同じであるため、以下の説明では、室内機３００ａの構成についてのみ説明を行い、その他の室内機３００ｂ〜３００ｃについては説明を省略する。

室内機３００ａは、熱媒体配管５０１ａと接続される接続部３３１ａと、熱媒体配管５０２ａと接続される接続部３３２ａを備えている。

室内熱交換器３１０ａは、一方の熱媒体入口ｑが接続部３３１ａに、他方の熱媒体出口ｒが接続部３３２ａに、それぞれ熱媒体配管５５１ａ、５５２ａで接続されている。

室内ファン３２０ａは、図示しないファンモータによって回転することで、室内機３００ａ内に室内空気を取り込み、室内熱交換器３１０ａにおいて熱媒体と室内空気とを熱交換させた後、室内へ供給する。

以上説明した構成によって、空気調和装置１の冷媒回路２０および熱媒体回路３０が形成され、冷媒回路２０に冷媒を流し、第１中間熱交換器２１１または第２中間熱交換器２１２で冷媒と熱媒体が熱交換され、熱媒体回路３０に熱媒体を流すことによって冷凍サイクルが成立する。

次に、本実施例における空気調和装置１の運転動作について説明する。

＜冷房運転＞
まず、室内機３００ａ〜３００ｃ全てが冷房運転を行う場合の空気調和装置１の動作について図１を用いて説明する。四方弁１２０を実線で示す状態、すなわち、ポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。また、電磁弁２８１ｂと電磁弁２８２ｂは開けられ、電磁弁２８１ｃと電磁弁２８２ｃは閉じられる。これにより、室外熱交換器１３０が凝縮器として機能するとともに、第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２が蒸発器として機能する。さらに、流量調整弁２５１、２５３、２５５、２５７、２６０、２６２は開けられ、流量調整弁２５２、２５４、２５６、２５８、２５９、２６１は閉じられる。

冷媒回路が上述の状態となっているとき、室外機１００内にある圧縮機１１０で圧縮され吐出された高圧の冷媒は、四方弁１２０を介して室外熱交換器１３０に流入する。室外熱交換器１３０に流入した冷媒は室外空気に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は室外膨張弁１５０を通過して、閉鎖弁１０２を介して室外機１００から流出し、液管４３０に流入する。液管４３０に流入した冷媒は接続部２０２を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００内に流入した冷媒は第２分岐点６０２で分流する。上記でいう冷却とは、状態変化（相変化）を伴う冷媒または熱媒体の場合は凝縮し、状態変化（相変化）を伴わない冷媒または熱媒体の場合は温度が下がることを示している。以下に記載する冷却についても冷媒および熱媒体共に同じものである。

分流した冷媒のうち一方の冷媒は第１中継膨張弁２７１に流入し、減圧される。減圧された冷媒は第１中間熱交換器２１１で熱媒体から吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は電磁弁２８１ｂを通過し、接続部２０３を介して中継ユニット２００から流出し、低圧ガス管４２０に流入する。上記でいう加熱とは、状態変化（相変化）を伴う冷媒または熱媒体の場合は蒸発し、状態変化（相変化）を伴わない冷媒または熱媒体の場合は温度が上がることを示している。以下に記載する加熱についても冷媒および熱媒体共に同じものである。

第２分岐点６０２で分流した冷媒のうち他方の冷媒は第２中継膨張弁２７２に流入し、減圧される。減圧された冷媒は第２中間熱交換器２１２で熱媒体から吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は電磁弁２８２ｂを通過し、接続部２０３を介して中継ユニット２００から流出し、低圧ガス管４２０に流入する。

低圧ガス管４２０に流入した冷媒は、閉鎖弁１０３を介して室外機１００に流入する。室外機１００に流入した冷媒は圧縮機１１０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路２０を冷媒が循環する。なお、第１中継膨張弁２７１と第２中継膨張弁２７２は各室内機の設定温度に応じて開度を同じにしてもよいし、異ならせてもよい。例えば、室内機３００ｃの設定温度が室内機３００ａ、３００ｂの設定温度よりも高い場合は第２中継膨張弁２７２の開度を第１中継膨張弁２７１の開度よりも絞ることで、第２中間熱交換器２１２に流入する冷媒の流量を第１中間熱交換器２１１に流入する冷媒の流量よりも少なくして、室内熱交換器３１０ｃで熱交換される熱量を少なくして、第２中間熱交換器２１２を通過した熱媒体の冷却を抑えることができる。

一方、熱媒体回路３０が上述の状態となっているとき、熱媒体回路３０について説明する。第１ポンプ２３１から流出した熱媒体は第１中間熱交換器２１１に流入する。第１中間熱交換器２１１に流入した熱媒体は冷媒に放熱し、冷却される。冷却された熱媒体は第１熱媒体回路切換部２２３ａ、２２３ｂを通過し、接続部２９１、２９３を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した熱媒体は熱媒体配管５０１、５０３を通過して接続部３３１ａ、３３１ｂを介して室内機３００ａ、３００ｂに流入する。室内機３００ａ、３００ｂに流入した熱媒体は熱媒体配管５５１ａ、５５１ｂを介して室内熱交換器３１０ａ、３１０ｂに流入する。室内熱交換器３１０ａ、３１０ｂに流入した熱媒体は室内空気より吸熱し、加熱される。加熱された熱媒体は熱媒体配管５５２ａ、５５２ｂを通過して、接続部３３２ａ、３３２ｂを介して室内機３００ａ、３００ｂから流出する。室内機３００ａ、３００ｂから流出した熱媒体は熱媒体配管５０２、５０４を通過して、接続部２９２、２９４を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した熱媒体は第２熱媒体回路切換部２２４ａ、２２４ｂを介して第１ポンプ２３１まで戻る。

第２ポンプ２３２から流出した熱媒体は第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した熱媒体は冷媒に放熱し、冷却される。冷却された熱媒体は流量調整弁２６０と第１熱媒体回路切換部２２３ｃを通過し、接続部２９５を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した熱媒体は熱媒体配管５０５を通過して接続部３３１ｃを介して室内機３００ｃに流入する。室内機３００ｃに流入した熱媒体は熱媒体配管５５１ｃを介して室内熱交換器３１０ｃに流入する。室内熱交換器３１０ｃに流入した熱媒体は室内空気より吸熱し、加熱される。加熱された熱媒体は熱媒体配管５５２ｃを通過して、接続部３３２ｃを介して室内機３００ｃから流出する。室内機３００ｃから流出した熱媒体は熱媒体配管５０６を通過して、接続部２９６を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した熱媒体は第２熱媒体回路切換部２２４ｃを介して第２ポンプ２３２まで戻る。以上説明したように熱媒体回路３０を熱媒体が循環する。

＜暖房運転＞
次に、室内機３００ａ〜３００ｃ全てが暖房運転を行う場合の空気調和装置１の動作について図２を用いて説明する。四方弁１２０を実線で示す状態、すなわち、ポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り換える。また、電磁弁２８１ｃと電磁弁２８２ｃは開けられ、電磁弁２８１ｂと電磁弁２８２ｂは閉じられる。これにより、室外熱交換器１３０が蒸発器として機能するとともに、第１中間熱交換器２１１、第２中間熱交換器２１２が凝縮器として機能する。さらに、流量調整弁２５１、２５３、２５５、２５７、２６０、２６２は開けられ、流量調整弁２５２、２５４、２５６、２５８、２５９、２６１は閉じられる。

冷媒回路２０が上述の状態となっているとき、室外機１００内にある圧縮機１１０で圧縮され吐出された高圧の冷媒は、閉鎖弁１０１を介して室外機１００から流出する。室外機１００から流出した冷媒は高圧ガス管４１０を通過して接続部２０１を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００内に流入した冷媒は分流する。

分流した冷媒のうち一方の冷媒は電磁弁２８１ｃを介して第１中間熱交換器２１１に流入する。第１中間熱交換器２１１に流入した冷媒は熱媒体に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は第１中継膨張弁２７１を通過して接続部２０２を介して中継ユニット２００から流出する。なお、第１中継膨張弁２７１を通過する冷媒の流量を調整するために、第１中継膨張弁２７１の開度を調整してもよい。

分流した冷媒のうち他方の冷媒は電磁弁２８２ｃを介して第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した冷媒は熱媒体に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は第２中継膨張弁２７２を通過して接続部２０２を介して中継ユニット２００から流出する。なお、第２中継膨張弁２７２を通過する冷媒の流量を調整するために、第２中継膨張弁２７２の開度を調整してもよい。

中継ユニット２００から流出した冷媒は液管４３０を通過して、閉鎖弁１０２を介して室外機１００に流入する。室外機１００に流入した冷媒は室外膨張弁１５０で減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器１３０に流入する。室外熱交換器１３０に流入した冷媒は室外空気より吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は四方弁１２０を介して圧縮機１１０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路を冷媒が循環する。

熱媒体回路３０は、冷房運転時と熱媒体の流れは同じである。しかし、熱媒体の熱の授受は異なる。第１中間熱交換器２１１、第２中間熱交換器２１２では熱媒体は冷媒より吸熱し加熱される。室内熱交換器３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃでは熱媒体は室内空気に放熱して冷却される。

＜冷房主体運転＞
３台の室内機のうち２台の室内機３００ａ、３００ｂが冷房運転、残りの１台の室内機３００ｃが暖房運転を行う場合の空気調和装置１の動作について図３を用いて説明する。四方弁１２０を実線で示す状態、すなわち、ポートａとポートｂが連通するよう、また、ポートｃとポートｄが連通するよう、切り換える。また、電磁弁２８１ｂと電磁弁２８２ｃは開けられ、電磁弁２８１ｃと電磁弁２８２ｂは閉じられる。これにより、室外熱交換器１３０が凝縮器として機能するとともに、第１中間熱交換器２１１は蒸発器、第２中間熱交換器２１２は凝縮器として機能する。さらに、流量調整弁２５１、２５３、２５５、２５７、２６０、２６２は開けられ、流量調整弁２５２、２５４、２５６、２５８、２５９、２６１は閉じられる。

冷媒回路２０が上述の状態となっているとき、室外機１００内にある圧縮機１１０で圧縮され吐出された高圧の冷媒は、第１分岐点６０１で二つに分岐する。分岐した冷媒のうち一方の冷媒は、四方弁１２０を介して室外熱交換器１３０に流入する。室外熱交換器１３０に流入した冷媒は室外空気に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は室外膨張弁１５０で高圧から中間圧の間の圧力まで減圧される。減圧された冷媒は閉鎖弁１０２を介して室外機１００から流出し、液管４３０に流入する。液管４３０に流入した冷媒は接続部２０２を介して中継ユニット２００に流入する。

中継ユニット２００に流入した冷媒は第１中継膨張弁２７１に流入し、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は第１中間熱交換器２１１で熱媒体から吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は電磁弁２８１ｂを通過し、接続部２０３を介して中継ユニット２００から流出し、低圧ガス管４２０に流入する。

第１分岐点６０１で分岐した冷媒のうち他方の冷媒は、閉鎖弁１０１を介して室外機１００から流出する。室外機１００から流出した冷媒は高圧ガス管４１０を通過して接続部２０１を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した冷媒は電磁弁２８２ｃを介して第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した冷媒は熱媒体に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は第２中継膨張弁２７２に流入し高圧から中間圧の間の圧力まで減圧される。減圧された冷媒は第２分岐点６０２を介して第１中継膨張弁２７１に流入し、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は第１中間熱交換器２１１で熱媒体から吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は電磁弁２８１ｂを通過し、接続部２０３を介して中継ユニット２００から流出し、低圧ガス管４２０に流入する。

低圧ガス管４２０に流入した冷媒は、閉鎖弁１０３を介して室外機１００に流入する。室外機１００に流入した冷媒は圧縮機１１０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路２０を冷媒が循環する。

第２ポンプ２３２から流出した熱媒体は第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した熱媒体は冷媒から吸熱し、加熱される。加熱された熱媒体は第１熱媒体回路切換部２２３ｃを通過し、接続部２９５を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した熱媒体は熱媒体配管５０５を通過して接続部３３１ｃを介して室内機３００ｃに流入する。室内機３００ｃに流入した熱媒体は熱媒体配管５５１ｃを介して室内熱交換器３１０ｃに流入する。室内熱交換器３１０ｃに流入した熱媒体は室内空気に放熱し、冷却される。冷却された熱媒体は熱媒体配管５５２ｃを通過して、接続部３３２ｃを介して室内機３００ｃから流出する。室内機３００ｃから流出した熱媒体は熱媒体配管５０６を通過して、接続部２９６を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した熱媒体は第２熱媒体回路切換部２２４ｃを介して第２ポンプ２３２まで戻る。以上説明したように熱媒体回路３０を熱媒体が循環する。

＜暖房主体運転＞
３台の室内機のうち２台の室内機３００ａ、３００ｂが暖房運転、残りの１台の室内機３００ｃが冷房運転を行う場合の空気調和装置１の動作について図４を用いて説明する。四方弁１２０を実線で示す状態、すなわち、ポートａとポートｄが連通するよう、また、ポートｂとポートｃが連通するよう、切り換える。また、電磁弁２８１ｂと電磁弁２８２ｃは開けられ、電磁弁２８１ｃと電磁弁２８２ｂは閉じられる。これにより、室外熱交換器１３０が蒸発器として機能するとともに、第１中間熱交換器２１１は蒸発器、第２中間熱交換器２１２は凝縮器として機能する。さらに、流量調整弁２５２、２５４、２５６、２５８、２５９、２６１は開けられ、流量調整弁２５１、２５３、２５５、２５７、２６０、２６２は閉じられる。

冷媒回路２０が上述の状態となっているとき、室外機１００内にある圧縮機１１０で圧縮され吐出された高圧の冷媒は、閉鎖弁１０１を介して室外機１００から流出する。室外機１００から流出した冷媒は高圧ガス管４１０を通過して接続部２０１を介して中継ユニット２００に流入する。

中継ユニット２００に流入した冷媒は電磁弁２８２ｃを介して第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した冷媒は熱媒体に放熱し、冷却される。冷却された冷媒は第２中継膨張弁２７２に流入し高圧から中間圧の間の圧力まで減圧される。減圧された冷媒は第２分岐点６０２で二つに分岐する。分岐した冷媒のうち一方の冷媒は接続部２０２を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した冷媒は液管４３０に流入する。液管４３０に流入した冷媒は閉鎖弁１０２を介して室外機１００に流入する。室外機１００に流入した冷媒は、室外膨張弁１５０に流入し低圧まで減圧される。減圧された冷媒は室外熱交換器１３０に流入し、室外空気より吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は圧縮機１１０に吸入されて再び圧縮される。

第２分岐点６０２で分岐した冷媒のうち他方の冷媒は、第１中継膨張弁２７１に流入し、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は第１中間熱交換器２１１で熱媒体から吸熱し、加熱される。加熱された冷媒は電磁弁２８１ｂを通過し、接続部２０３を介して中継ユニット２００から流出し、低圧ガス管４２０に流入する。低圧ガス管４２０に流入した冷媒は、閉鎖弁１０３を介して室外機１００に流入する。室外機１００に流入した冷媒は圧縮機１１０に吸入されて再び圧縮される。以上説明したように冷媒回路２０を冷媒が循環する。

一方、熱媒体回路３０が上述の状態となっているとき、熱媒体回路３０について説明する。第１ポンプ２３１から流出した熱媒体は第１中間熱交換器２１１に流入する。第１中間熱交換器２１１に流入した熱媒体は冷媒に放熱し、冷却される。冷却された熱媒体は第１熱媒体回路切換部２２３ｃを通過し、接続部２９５を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した熱媒体は熱媒体配管５０５を通過して接続部３３１ｃを介して室内機３００ｃに流入する。室内機３００ｃに流入した熱媒体は熱媒体配管５５１ｃを介して室内熱交換器３１０ｃに流入する。室内熱交換器３１０ｃに流入した熱媒体は室内空気から吸熱し、加熱される。加熱された熱媒体は熱媒体配管５５２ｃを通過して、接続部３３２ｃを介して室内機３００ｃから流出する。室内機３００ｃから流出した熱媒体は熱媒体配管５０６を通過して、接続部２９６を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した熱媒体は第２熱媒体回路切換部２２４ｃを介して第１ポンプ２３１まで戻る。

第２ポンプ２３２から流出した熱媒体は第２中間熱交換器２１２に流入する。第２中間熱交換器２１２に流入した熱媒体は冷媒から吸熱し、加熱される。加熱された熱媒体は第１熱媒体回路切換部２２３ａ、２２３ｂを通過し、接続部２９１、２９３を介して中継ユニット２００から流出する。中継ユニット２００から流出した熱媒体は熱媒体配管５０１、５０３を通過して接続部３３１ａ、３３１ｂを介して室内機３００ａ、３００ｂに流入する。室内機３００ａ、３００ｂに流入した熱媒体は熱媒体配管５５１ａ、５５１ｂを介して室内熱交換器３１０ａ、３１０ｂに流入する。室内熱交換器３１０ａ、３１０ｂに流入した熱媒体は室内空気に放熱し、冷却される。冷却された熱媒体は熱媒体配管５５２ａ、５５２ｂを通過して、接続部３３２ａ、３３２ｂを介して室内機３００ａ、３００ｂから流出する。室内機３００ａ、３００ｂから流出した熱媒体は熱媒体配管５０２、５０４を通過して、接続部２９２、２９４を介して中継ユニット２００に流入する。中継ユニット２００に流入した熱媒体は第２熱媒体回路切換部２２４ａ、２２４ｂを介して第２ポンプ２３２まで戻る。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は図５に示すように、第１実施形態と中継ユニット２００が一部異なる。異なる箇所だけを以下に説明する。冷媒回路において、第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の一端の冷媒出入口ｅは第２冷媒回路切換部２２２に接続され、第２中間熱交換器２１２の冷媒側流路の他端の冷媒出入口ｆは接続部２０２に接続される。この接続により、第１中間熱交換器２１１と冷媒の流れる方向が異なる。具体的には、冷房運転時、第１中間熱交換器２１１では冷媒と熱媒体は対向流となるが、第２中間熱交換器２１２では冷媒と熱媒体は並行流となる。これにより、第２中間熱交換器２１２での熱交換効率を第１中間熱交換器２１１よりも小さくすることができ、冷房運転時では第２中間熱交換器２１２を通過する熱媒体の冷却を弱めることができる。つまり、温度の異なる熱媒体を生成できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は図６に示すように、第１実施形態と中継ユニット２００が一部異なる。異なる箇所だけを以下に説明する。第２中間熱交換器２１２の熱交換容量を第１中間熱交換器２１１の熱交換容量よりも小さくする。これにより、第２中間熱交換器２１２での熱交換量を第１中間熱交換器２１１よりも小さくすることができ、冷房運転時では第２中間熱交換器２１２を通過する熱媒体の冷却を弱めることができる。つまり、温度の異なる熱媒体を生成できる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態は図７に示すように、第１実施形態と中継ユニット２００が一部異なる。異なる箇所だけを以下に説明する。接続部２０２と第１中継膨張弁２７１との間に補助熱交換器７０１が設けられる。また、接続部２０２と第２中継膨張弁２７２の間を流れる冷媒の一部を分流し、補助熱交換器７０１を通過して、接続部２０３に接続するバイパス管７０２が設けられる。さらにこのバイパス管７０２には、補助熱交換器７０１に流入する前の冷媒を減圧する第３中継膨張弁７０３が設けられる。これにより、例えば冷房運転時では、第２中継膨張弁２７２に流入する前の冷媒の一部を第３中継膨張弁７０３で減圧する。減圧されて低圧となった冷媒と補助熱交換器７０１で第１中継膨張弁２７１に流入する前の冷媒とを熱交換させる。これにより、第１中間熱交換器２１１に流入する冷媒のエンタルピーが、第２中間熱交換器２１２に流入する冷媒のエンタルピーよりも小さくなるので、第１中間熱交換器２１１での熱交換量を第２中間熱交換器２１２での熱交換量よりも大きくできる。つまり、温度の異なる熱媒体を生成できる。

＜第５実施形態＞
第５実施形態は図８に示すように、第１実施形態と中継ユニット２００が一部異なる。異なる箇所だけを以下に説明する。熱媒体回路において、第１中間熱交換器２１１に流入する前の熱媒体と第２中間熱交換器２１２より流出した後の熱媒体を熱交換させる熱媒体補助熱交換器８０１が設けられる。これにより、冷房運転時は第２中間熱交換器２１２で冷却された熱媒体で第１中間熱交換器２１１に流入する前の熱媒体を冷却することができ、暖房運転時は第２中間熱交換器２１２で加熱された熱媒体で第１中間熱交換器２１１に流入する前の熱媒体を加熱することができる。つまり、冷房運転時と暖房運転時共に温度の異なる熱媒体を生成できる。

以上のように、本発明の空気調和装置は、室内機３００ａ〜３００ｃが全て冷房運転または暖房運転している時に、中継ユニット２００内にある第１中間熱交換器２１１、第２中間熱交換器２１２を同時に蒸発器または凝縮器として活用することができる。これにより、第１中間熱交換器２１１、第２中間熱交換器２１２の大型化を抑えることができる。

さらに、第１中間熱交換器２１１、第２中間熱交換器２１２を同時に蒸発器または凝縮器として機能している時に、第１中間熱交換器２１１と第２中間熱交換器２１２で熱交換される熱媒体の温度を異ならせることで、室内機の熱負荷に応じた温度の熱媒体を流すことができ、省エネ性、快適性を向上させることができる。

１空気調和装置
１００室外機
２００中継ユニット
３００室内機

Claims

圧縮機と室外熱交換器とを備えた室外機と、
前記室外機から引き出された高圧ガス管と低圧ガス管と液管と、
冷媒側流路と熱媒体側流路を有する第１中間熱交換器と、
冷媒側流路と熱媒体側流路を有する第２中間熱交換器と、
前記第１中間熱交換器の冷媒側流路の一端の接続先を前記高圧ガス管または前記低圧ガス管のいずれか一方に切り換える第１冷媒回路切換部と、
前記第２中間熱交換器の冷媒側流路の一端の接続先を前記高圧ガス管または前記低圧ガス管のいずれか一方に切り換える第２冷媒回路切換部と、
第１ポンプと、
第２ポンプと、
室内熱交換器を有する複数の室内機と、
前記複数の室内熱交換器のそれぞれの両端に接続され、前記第１ポンプと前記第１中間熱交換器の熱媒体側流路と前記室内熱交換器が接続される第１熱媒体回路と、前記第２ポンプと前記第２中間熱交換器の熱媒体側流路と前記室内熱交換器が接続される第２熱媒体回路のいずれか一方を確立するための熱媒体回路切換部と、
を備え、
前記第１中間熱交換器の冷媒側流路の他端と、前記第２中間熱交換器の冷媒側流路の他端がそれぞれ前記液管に接続されることを特徴とする空気調和装置。