JP2018096582A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍装置において、冷媒の通過音の防止を図るとともに、膨張弁を有していない室内ユニットを利用できるようにする。【解決手段】ガスライン（33）を複数の利用側ユニット（40）に分岐させるガスヘッダ集合管（25）と、液ライン（32）を複数の利用側ユニット（40）に分岐させる液ヘッダ集合管（23）とを設ける。ガスヘッダ集合管（25）から分岐した配管に設けられたガス側膨張弁（42）と、液ヘッダ集合管（23）から分岐した配管に設けられた液側膨張弁（24）とを熱源側ユニット（20）に設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置に関するものである。

従来より、冷媒回路を備えた冷凍装置が知られており、空気調和装置等に広く適用されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の例では、１台の室外ユニットに複数台の室内ユニットが接続されている。

特許５５１７７８９号公報

ところで、空気調和装置では、冷房運転時の露付きや水飛び防止の観点から蒸発温度の下限値が設定される場合がある。この下限値は、室内ユニットの能力や形態によって異なる。そのため、１台の室外ユニットに対して、能力や形態が互いに異なる複数台の室内ユニットが接続される場合には、蒸発温度の下限値が高い室内ユニットに合わせて圧縮機の容量を制御することになり、蒸発温度の下限値が低い室内ユニットにとっては能力不足となってしまう。それに対しては、例えば、それぞれの室内ユニットに膨張弁を設けて冷房運転の際の過熱度を制御することが考えられる。

しかしながら、空気調和装置の一部の設備を更新する場合などに、膨張弁を有した室内ユニットを利用できるとは限らない。また、空気調和装置では、利用側ユニットが室内に設けられるので、膨張弁における冷媒の通過音の低減が望まれる。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、熱源側ユニットと複数の利用側ユニットとを備えた冷凍装置において、冷媒の通過音の防止を図るとともに、膨張弁を有していない室内ユニットを利用できるようにすることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、圧縮機（21）及び熱源側熱交換器（22）を有した熱源側ユニット（20）と、利用側熱交換器（41）を有した複数の利用側ユニット（40）とが配管で接続されて構成された冷媒回路（11）を備え、
上記冷媒回路（11）は、
ガス状の冷媒が流れるガスライン（33）を上記複数の利用側ユニット（40）に分岐させるガスヘッダ集合管（25）と、
上記熱源側熱交換器（22）の液側端部に繋がる液ライン（32）を上記複数の利用側ユニット（40）に分岐させる液ヘッダ集合管（23）と、
上記ガスヘッダ集合管（25）から分岐した配管（34）に設けられたガス側膨張弁（42）と、
上記液ヘッダ集合管（23）から分岐した配管（30）に設けられた液側膨張弁（24）とを備え、
上記ガス側膨張弁（42）及び上記液側膨張弁（24）は、上記熱源側ユニット（20）に設けられていることを特徴とする冷凍装置である。

この構成では、熱源側ユニット（20）に設けられた、液側膨張弁（24）とガス側膨張弁（42）とによって冷凍装置が制御される。

また、第２の態様は、第１の態様において、
上記冷媒回路（11）は、上記利用側熱交換器（41）によって冷却を行う冷却運転と、上記利用側熱交換器（41）によって加熱を行う加熱運転を選択的に行うものであり、上記冷却運転の際には、上記利用側熱交換器（41）の冷媒における過熱度が上記ガス側膨張弁（42）によって制御され、上記加熱運転の際には、上記利用側熱交換器（41）の冷媒における過冷却度が上記液側膨張弁（24）によって制御されることを特徴とする冷凍装置である。

この構成では、冷却運転（例えば冷房運転）の際には、熱源側ユニット（20）に設けられたガス側膨張弁（42）が冷凍装置の制御に利用される。また、加熱運転（例えば暖房運転）の際には、熱源側ユニット（20）に設けられた液側膨張弁（24）が冷凍装置の制御に利用される。

また、第３の態様は、第１又は第２の態様において、
上記液側膨張弁（24）は、上記液ヘッダ集合管（23）から分岐した配管（30）のそれぞれに設けられ、
上記ガス側膨張弁（42）は、上記ガスヘッダ集合管（25）から分岐した配管（34）のそれぞれに設けられていることを特徴とする冷凍装置である。

この構成では、全ての利用側ユニット（40）において、ガス側膨張弁（42）及び液側膨張弁（24）を制御に利用できる。

第１の態様によれば、熱源側ユニットと複数の利用側ユニットとを備えた冷凍装置において、冷媒の通過音の防止を図るとともに、膨張弁を有していない室内ユニットを利用することが可能になる。

また、第２の態様によれば、個々の利用側ユニットを最適な運転状態（例えば露付きや水飛び防止しつつ、十分な冷房能力を発揮する状態）に制御することが可能になる。

また、第３の態様によれば、全ての利用側ユニットに対して、個別に制御を行うことが可能になる。

図１は、実施形態に係る空気調和装置の概略の配管系統図である。 図２は、実施形態に係る空気調和装置の概略の配管系統図であり、暖房運転の冷媒の流れを表している。 図３は、実施形態に係る空気調和装置の概略の配管系統図であり、冷房運転の冷媒の流れを表している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《発明の実施形態》
本発明の実施形態に係る冷凍装置は、室内の空気の温度を調節する空気調和装置（10）を構成している。空気調和装置（10）は、冷房運転と暖房運転とを切り換えて行う。空気調和装置（10）は、例えば複数の室内ユニット（40）を有するマルチ型に構成される。空気調和装置（10）では、例えば複数の室内ユニット（40）が個別に発停可能である。

〈空気調和装置の全体構成〉
図１に示す空気調和装置（10）は、室外に設置される１台の室外ユニット（20）と、室内に設置される複数（本例では３台）の室内ユニット（40）とを有する。空気調和装置（10）では、室外ユニット（20）と各室内ユニット（40）とが連絡配管で接続されることで、冷媒回路（11）が構成される。冷媒回路（11）では、充填された冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。冷媒回路（11）は、室外ユニット（20）に対応する室外回路（12）と、室内ユニット（40）に対応する室内回路（13）とを含んでいる。

〈室外ユニット〉
室外ユニット（20）は、本発明の熱源側ユニットの一例である。室外ユニット（20）の室外回路（12）には、圧縮機（21）、室外熱交換器（22）、液ヘッダ集合管（23）、３つの液側膨張弁（24）、ガスヘッダ集合管（25）、四方切換弁（26）、油分離器（27）、アキュムレータ（28）、及び３つのガス側膨張弁（42）が接続されている。この室外ユニット（20）は、圧縮機（21）、室外熱交換器（22）、四方切換弁（26）、油分離器（27）、及びアキュムレータ（28）を収容するケーシング（図示を省略）を備えている。

圧縮機（21）は、吸入した低圧圧力の冷媒を高圧圧力にまで圧縮し、圧縮した冷媒を吐出する。圧縮機（21）のモータには、インバータ回路を介して電力が供給される。つまり、圧縮機（21）は、回転数（容量）が可変に構成される。

室外熱交換器（22）は、熱源側熱交換器を構成する。室外熱交換器（22）は、室外ファン（15）が搬送する室外空気と冷媒とを熱交換させる。

液ヘッダ集合管（23）は、室外熱交換器（22）の液側端部に繋がる液管（32）（液ライン）を複数の室内ユニット（40）に分岐させる。液ヘッダ集合管（23）は、縦長の中空状に形成される。液ヘッダ集合管（23）には、１本の液集合管（29）の一端と、３本の液分岐管（30）の各一端とが接続される。液集合管（29）の他端には、液閉鎖弁（31）が接続される。室外回路（12）では、室外熱交換器（22）の液側端部と液閉鎖弁（31）とに亘って液管（32）が接続される。液管（32）は、凝縮ないし放熱後の液冷媒が流れる液ラインを構成する。なお、液閉鎖弁（31）は、上記ケーシングの側面パネルの外面に取り付けられている。液ヘッダ集合管（23）は、上記側面パネルの外面近傍で液閉鎖弁（31）と接続されている。つまり、この例では、液ヘッダ集合管（23）と液閉鎖弁（31）とは、上記ケーシングの外側に設けられている。

３つの液側膨張弁（24）は、各液分岐管（30）に１つずつ接続される。各液側膨張弁（24）は、冷媒を減圧する電子膨張弁である。この例では、液ヘッダ集合管（23）が上記ケーシングの外側にあるので、各液側膨張弁（24）も該ケーシングの外側に設けられている。

ガスヘッダ集合管（25）は、ガス状の冷媒が流れるガスラインを複数の室内ユニット（40）に分岐させる。ガスヘッダ集合管（25）は、縦長の中空状に形成される。ガスヘッダ集合管（25）には、１本のガス集合管（33）の一端と、３本のガス分岐管（34）の一端とが接続される。ガス集合管（33）は、ガス状の冷媒が流れるガスラインの一例であり、ガス集合管（33）の他端には、ガス閉鎖弁（35）が接続される。このガス閉鎖弁（35）も上記ケーシングの側面パネルの外面に取り付けられている。ガスヘッダ集合管（25）は、上記側面パネルの外面近傍でガス閉鎖弁（35）と接続されている。つまり、この例では、ガスヘッダ集合管（25）とガス閉鎖弁（35）とは、ケーシングの外側に設けられている。

四方切換弁（26）は、４つのポート（P1〜P4）を有している。第１ポート（P1）は吐出管（36）に接続し、第２ポート（P2）は吸入管（37）に接続している。第３ポート（P3）は、室外熱交換器（22）のガス側端部と連通し、第４ポート（P4）はガス閉鎖弁（35）と連通する。

四方切換弁（26）は、暖房運転において第１状態（図１の実線で示す状態）となり、冷房運転において第２状態（図１の破線で示す状態）となる。第１状態の四方切換弁（26）は、第１ポート（P1）と第２ポート（P2）とを連通させ且つ第３ポート（P3）と第４ポート（P4）とを連通させる。第２状態の四方切換弁（26）は、第１ポート（P1）と第３ポート（P3）とを連通させ、第２ポート（P2）と第４ポート（P4）とを連通させる。

室外回路（12）には、圧縮機（21）の吐出側と第１ポート（P1）とに亘って吐出管（36）が接続される。吐出管（36）は、高圧のガス冷媒が流れるガスラインを構成する。室外回路（12）には、圧縮機（21）の吸入側と第４ポート（P4）とに亘って吸入管（37）が接続される。吸入管（37）は、低圧のガス冷媒が流れるガスラインを構成する。

油分離器（27）は、吐出管（36）に接続されている。油分離器（27）は、中空円筒状の密閉容器で構成される。油分離器（27）の下部には、油戻し管（38）の始端が接続している。油戻し管（38）の終端は吸入管（37）に接続する。油戻し管（38）には、キャピラリーチューブ（39）が接続されている。油分離器（27）の内部には、冷媒から分離された油が貯留される空間が形成される。油分離器（27）で分離された油は、油戻し管（38）を介して圧縮機（21）の吸入側に返送される。

アキュムレータ（28）は、吸入管（37）に接続されている。アキュムレータ（28）は、中空状の密閉容器で構成される。アキュムレータ（28）には、冷媒中に含まれる液冷媒が貯留される。

ガス側膨張弁（42）は、冷媒を減圧する電子膨張弁である。この例では、ガスヘッダ集合管（25）が上記ケーシングの外側にあるので、各ガス側膨張弁（42）も該ケーシングの外側に設けられている。この配置により、液側膨張弁（24）やガス側膨張弁（42）の点検などを容易に行うことが可能になる。なお、液ヘッダ集合管（23）、ガスヘッダ集合管（25）、液側膨張弁（24）、及びガス側膨張弁（42）は、空気調和装置（10）の使用状態では、上記側面パネルに固定されたカバーが覆われている。このカバーは、例えば樹脂などで形成される。

〈室内ユニット〉
各室内ユニット（40）は、本発明の利用側ユニットの一例である。各室内ユニット（40）の室内回路（13）には、室内熱交換器（41）が設けられている。室内熱交換器（41）は、利用側熱交換器を構成する。室内熱交換器（41）は、室内ファン（16）が搬送する室内空気と冷媒とを熱交換させる。

〈センサ〉
空気調和装置（10）には、各種のセンサが設けられる。

室外ユニット（20）には、吐出温度センサ（50）、高圧圧力センサ（51）、室外冷媒温度センサ（52）、室外空気温度センサ（53）、吸入温度センサ（54）、及び高圧／低圧圧力センサ（55）が設けられる。吐出温度センサ（50）は、吐出管（36）内の冷媒の温度を検出する。高圧圧力センサ（51）は、吐出管（36）内の冷媒の圧力を検出する。室外冷媒温度センサ（52）は、室外熱交換器（22）内の冷媒の温度を検出する。室外空気温度センサ（53）は、室外空気（厳密には室外ファン（15）の吸込側の室外空気）の温度を検出する。吸入温度センサ（54）は、吸入管（37）におけるアキュムレータ（28）の上流側の冷媒の温度を検出する。高圧／低圧圧力センサ（55）は、ガス閉鎖弁（35）と四方切換弁（26）の第４ポート（P4）との間の配管内の冷媒の圧力を検出する。具体的に、高圧／低圧圧力センサ（55）は、暖房運転において高圧冷媒の圧力を検出し、冷房運転において低圧冷媒の圧力を検出する。

室内ユニット（40）には、室内冷媒温度センサ（56）及び室内空気温度センサ（57）が設けられる。室内冷媒温度センサ（56）は、室内熱交換器（41）内の冷媒の温度を検出する。室内空気温度センサ（57）は、室内空気（厳密には室内ファン（16）の吸込側の室内空気）の温度を検出する。

なお、図示を省略するが、冷媒回路（11）には、公知の高圧圧力スイッチや低圧圧力スイッチも接続される。

〈コントローラ〉
空気調和装置（10）は、各種の機器を制御するためのコントローラ（80）を備えている。コントローラ（80）は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリが搭載されたプリント基板を含む。コントローラ（80）は、運転の切換指令や各センサの検出信号に基づいて、圧縮機（21）、液側膨張弁（24）、ガス側膨張弁（42）等を制御する。コントローラ（80）は、室外ユニット（20）のケーシング内に収容されている。

〈運転動作〉
空気調和装置（10）では、冷房運転や暖房運転が実行される。

−暖房運転−
図２に示す暖房運転（本発明の加熱運転の一例）では、四方切換弁（26）が第１状態となり、圧縮機（21）が運転される。暖房運転では、ＯＮ状態の室内ユニット（40）に対応するガス側膨張弁（42）が全開状態となり、ＯＮ状態の室内ユニット（40）に対応する液側膨張弁（24）の開度が適宜調節される。すなわち、コントローラ（80）は、暖房運転（加熱運転）の際における室内熱交換器（41）の冷媒の過冷却度を液側膨張弁（24）によって、目標値となるように制御する。なお、室内熱交換器（41）の冷媒の過冷却度は、室内熱交換器（41）における冷媒の凝縮温度と、室内熱交換器（41）の液出口側の冷媒温度との差である。具体的に前記凝縮温度は、例えば、高圧圧力センサ（51）の検出値に対応する飽和温度として求めることができる。なお、前記飽和温度に代えて、室内熱交換器（41）の中間部分における冷媒温度を算出に用いてもよい。

暖房運転では、室内熱交換器（41）が凝縮器ないし放熱器となり、室外熱交換器（22）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。即ち、圧縮機（21）で圧縮された冷媒は、四方切換弁（26）及びガスヘッダ集合管（25）を通過し、室内ユニット（40）の室内熱交換器（41）を流れる。この際、冷媒がガス側膨張弁（42）を通過するが、冷媒の通過音が発生したとしても、ガス側膨張弁（42）は、室外ユニット（20）に設けられているので、室内のユーザが通過音に気づくことはない。

そして、室内熱交換器（41）では、冷媒が室内空気へ放熱する。室内熱交換器（41）で凝縮した冷媒は、液側膨張弁（24）で減圧された後、室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒が室外空気から吸熱する。室外熱交換器（22）で蒸発した冷媒は、アキュムレータ（28）を通過した後、圧縮機（21）に吸入されて再び圧縮される。

−冷房運転−
図３に示す冷房運転（本発明の冷却運転の一例）では、四方切換弁（26）が第２状態となり、圧縮機（21）が運転される。冷房運転では、コントローラ（80）が、ＯＮ状態の室内ユニット（40）に対応する液側膨張弁（24）の開度を調整することによって、室外熱交換器（22）の冷媒の過冷却度が目標値となるように適宜調整される。また、コントローラ（80）によって、ＯＮ状態の室内ユニット（40）に対応するガス側膨張弁（42）の開度が適宜調節される。それにより、冷房運転（冷却運転）の際における室内熱交換器（41）の冷媒の過熱度が目標値となるように制御される。なお、室内熱交換器（41）の冷媒の過熱度は、室内熱交換器（41）における冷媒の蒸発温度と、室内熱交換器（41）のガス出口側の冷媒の温度との差である。具体的に前記蒸発温度は、例えば、高圧／低圧圧力センサ（55）の検出値に対応する飽和温度として求めることができる。なお、前記飽和温度に代えて、室内熱交換器（41）の中間部分における冷媒温度を算出に用いてもよい。

冷房運転では、室外熱交換器（22）が凝縮器ないし放熱器となり、室内熱交換器（41）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。圧縮機（21）で圧縮された冷媒は、四方切換弁（26）を通過した後、室外熱交換器（22）を流れる。室外熱交換器（22）では、冷媒が室外空気へ放熱する。室外熱交換器（22）で凝縮した冷媒は、液ヘッダ集合管（23）を通過し、室内ユニット（40）の室内熱交換器（41）を流れる。室内熱交換器（41）では、冷媒が室内空気から吸熱する。

室内熱交換器（41）で蒸発した冷媒は、ガス側膨張弁（42）、ガスヘッダ集合管（25）を介してアキュムレータ（28）に入る。アキュムレータ（28）に入った冷媒は、アキュムレータ（28）を通過した後、圧縮機（21）に吸入されて再び圧縮される。なお、冷媒がガス側膨張弁（42）を通過する際に、冷媒の通過音が発生したとしても、ガス側膨張弁（42）は、室外ユニット（20）に設けられているので、室内のユーザが冷媒の通過音に気づくことはない。

〈本実施形態における効果〉
本実施形態では、各ガス側膨張弁（42）の開度を制御することによって、室内ユニット（40）毎に、冷媒の蒸発温度を調整できる。そのため、蒸発温度の下限値が高い室内ユニット（40）に合わせて圧縮機（21）の容量制御を行う必要がない。そして、本実施形態では、室内のユーザが、ガス側膨張弁（42）における冷媒の通過音に気づくことはない。

また、本実施形態では、膨張弁を有していない室内ユニット（40）を利用することができる。そのため、例えば、空気調和装置（10）の一部設備を更新する場合に、室内ユニット（40）の選択の自由度が増す。

《その他の実施形態》
なお、ガス側膨張弁（42）は、必ずしも全てのガス分岐管（34）に設ける必要がない。例えば、露付きや水飛びのリスクが高い室内ユニットが接続されるポート（ガス分岐管（34））にのみガス側膨張弁（42）を設けるようにすることが考えられる。

また、冷媒回路（11）の構成は、空気調和装置（10）以外であっても、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えたものであれば、如何なる冷凍装置にも適用可能である。具体的に、この種の冷凍装置としては、冷蔵庫や冷凍庫を冷却する冷却装置や、いわゆるチラーユニット、ヒートポンプ式の給湯器などが挙げられる。

また、室外ユニット（20）に接続する室内ユニット（40）の台数は例示である。

本発明は、冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷凍装置として有用である。

１０ 空気調和装置（冷凍装置）
１１ 冷媒回路
２０ 室外ユニット（熱源側ユニット）
２１ 圧縮機
２２ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
２３ 液ヘッダ集合管
２４ 液側膨張弁
２５ ガスヘッダ集合管
３２ 液管（液ライン）
３３ ガス集合管（ガスライン）
４０ 室内ユニット（利用側ユニット）
４１ 室内熱交換器（利用側熱交換器）
４２ ガス側膨張弁

Claims (3)

1. 圧縮機（21）及び熱源側熱交換器（22）を有した熱源側ユニット（20）と、利用側熱交換器（41）を有した複数の利用側ユニット（40）とが配管で接続されて構成された冷媒回路（11）を備え、
   上記冷媒回路（11）は、
   ガス状の冷媒が流れるガスライン（33）を上記複数の利用側ユニット（40）に分岐させるガスヘッダ集合管（25）と、
   上記熱源側熱交換器（22）の液側端部に繋がる液ライン（32）を上記複数の利用側ユニット（40）に分岐させる液ヘッダ集合管（23）と、
   上記ガスヘッダ集合管（25）から分岐した配管（34）に設けられたガス側膨張弁（42）と、
   上記液ヘッダ集合管（23）から分岐した配管（30）に設けられた液側膨張弁（24）とを備え、
   上記ガス側膨張弁（42）及び上記液側膨張弁（24）は、上記熱源側ユニット（20）に設けられていることを特徴とする冷凍装置。
2. 請求項１において、
   上記冷媒回路（11）は、上記利用側熱交換器（41）によって冷却を行う冷却運転と、上記利用側熱交換器（41）によって加熱を行う加熱運転を選択的に行うものであり、上記冷却運転の際には、上記利用側熱交換器（41）の冷媒における過熱度が上記ガス側膨張弁（42）によって制御され、上記加熱運転の際には、上記利用側熱交換器（41）の冷媒における過冷却度が上記液側膨張弁（24）によって制御されることを特徴とする冷凍装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記液側膨張弁（24）は、上記液ヘッダ集合管（23）から分岐した配管（30）のそれぞれに設けられ、
   上記ガス側膨張弁（42）は、上記ガスヘッダ集合管（25）から分岐した配管（34）のそれぞれに設けられていることを特徴とする冷凍装置。

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