JP2018124046A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、空気調和装置は、前記四方弁から前記空気熱交換器に冷媒が流入した場合の出口側流路に設けられる第2膨張弁をさらに備える。また、前記四方弁に接続される前記冷媒配管のうちの1つは、当該四方弁から延びる途中で2つに分岐し、分岐した一方の先に前記冷媒流路切替弁が接続され、分岐した他方の先に前記空気熱交換器が接続される。また、前記空気熱交換器は、前記第2膨張弁を介して前記温熱用熱交換器の冷媒の出口側に接続されるとともに、前記冷媒流路切替弁を介して当該温熱用熱交換器の冷媒の入口側に接続されることを特徴とすることができる。
さらに、前記四方弁は、前記圧縮機から吐出された冷媒を流す流路として、前記逆止弁を介して前記温熱用熱交換器に向かう第1流路と前記冷媒流路切替弁及び前記空気熱交換器に向かう第2流路との何れかに切り替え可能である。また、外部から要求される暖房負荷及び冷房負荷に応じて前記四方弁を切り替えることを特徴とすることができる。
また、空気調和装置は、前記冷熱用熱交換器の冷媒の出口側流路に設けられ、冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁と、前記温熱用熱交換器の冷媒の出口側流路に設けられ、冷媒の圧力を検出する圧力センサ、及び、当該出口側流路に設けられ、冷媒の温度を検出する温度センサとをさらに備える。また、空気調和装置は、前記四方弁を前記第1流路に切り替えて、前記圧縮機から吐出された冷媒を、当該四方弁、前記逆止弁を介して前記温熱用熱交換器に流入させて熱媒体に温熱を供給した後に、蒸発器として作用する前記空気熱交換器に流入させ、当該圧縮機に吸入させる暖房運転を実行可能である。さらに、空気調和装置は、暖房運転において、前記温度センサにより検出される冷媒の温度及び前記圧力センサにより検出される冷媒の圧力を基に算出される過冷却度が第1の閾値を超えた場合には、前記第1膨張弁を開いて前記冷媒流量調整弁を閉じるように制御し、当該過冷却度が当該第1の閾値よりも小さい第2の閾値を下回った場合には、当該第1膨張弁を閉じて当該冷媒流量調整弁を開くように制御することを特徴とすることができる。
さらに、空気調和装置は、前記暖房主体運転が行われている場合に、前記空気熱交換器の除霜を行うための予め定められた条件が満たされた場合、当該暖房主体運転から前記冷房主体運転に切り替えることを特徴とすることができる。
そして、空気調和装置は、前記空気熱交換器と前記第1膨張弁とを接続する前記冷媒配管の途中から分岐し、前記冷熱用熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒配管に接続されて、当該圧縮機に向けて冷媒を流す冷媒流路となる配管と、当該配管上に設けられる第3膨張弁とをさらに備える。また、空気調和装置は、前記冷熱用熱媒体配管における熱媒体の温度が予め定められた閾値を下回った場合に、前記第1膨張弁を閉じて前記冷熱用熱交換器への冷媒の流入を遮断するとともに、前記第3膨張弁を開けて、当該第3膨張弁から前記圧縮機へ冷媒を流すことを特徴とすることができる。
このような構成とすることにより、第1バイパス回路及び第2バイパス回路を構成して熱媒体を循環させ、第1ポンプ及び第2ポンプからの入熱で熱媒体を加熱し、例えば冬季の停止中などに外気温度の低下により熱媒体が凍結し、温熱用熱媒体熱交換器や冷熱用熱媒体熱交換器、温熱用熱媒体配管、冷熱用熱媒体配管等が破損するのを防ぐことができる。
そして、空気調和装置は、前記温熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から前記第3バイパス回路に分岐する分岐点と暖房負荷側とを接続する前記温熱用熱媒体配管上に設けられる第1流量調整弁をさらに備える。また、空気調和装置は、当該第3バイパス回路が前記冷熱用熱媒体配管に接続される接続点と冷房負荷側とを接続する当該冷熱用熱媒体配管上に設けられる第2流量調整弁をさらに備える。また、空気調和装置は、前記冷熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から前記第4バイパス回路に分岐する分岐点と冷房負荷側とを接続する当該冷熱用熱媒体配管上に設けられる第3流量調整弁をさらに備える。また、空気調和装置は、当該第4バイパス回路が当該温熱用熱媒体配管に接続される接続点と暖房負荷側とを接続する当該温熱用熱媒体配管上に設けられる第4流量調整弁をさらに備える。また、前記予め定められた条件が満たされた場合に、前記第1流量調整弁、前記第2流量調整弁、前記第3流量調整弁、及び前記第4流量調整弁を閉じることを特徴とすることができる。
このような構成とすることにより、冷熱用熱交換器で吸熱されて温度が低下した熱媒体は温熱用熱交換器で放熱されて温度を回復し、また冷熱用熱交換器に戻るという循環回路を形成することができる。加えて、循環回路を形成して熱媒体の温度を一定範囲に保った状態で冷熱用熱交換器での吸熱量と温熱用熱交換器での放熱量とが熱平衡状態になると、ヒートポンプサイクルの原理から、圧縮機に投入された電力に相当する熱量が空気熱交換器に放熱されて除霜することができる。さらに、除霜するにあたって吸熱源の熱媒体について熱容量の制限はなく、暖房負荷側や冷房負荷側の配管量が少ない現場でも安定的に除霜運転を行うことが可能になる。
図1は、本実施の形態に係る空気調和システム(空気調和装置)1の概略構成図である。図示するように、この空気調和システム1は、冷媒及び熱媒体を循環させることで、負荷側に対して冷熱及び温熱を提供する熱回収チラーである。
中間ユニット20は、室外ユニット10の近傍、又は室外ユニット10とは別の位置(例えば、建物における共用空間、天井裏などのスペース)に配置される。そして、中間ユニット20は、室外ユニット10から供給される冷熱を冷房負荷側に伝達する。また、室外ユニット10から供給される温熱を暖房負荷側に伝達する。
暖房モードとは、負荷側の要求が暖房要求のみである場合に選択される運転モードである。暖房モードでは、暖房負荷側に対して温熱が供給される。
冷房主体モードとは、負荷側の要求として冷房要求及び暖房要求の両方があり、暖房負荷よりも冷房負荷の方が大きい場合に選択される運転モードである。冷房主体モードでは、冷房負荷側に対して冷熱が供給され、暖房負荷側に対して温熱が供給される。
暖房主体モードとは、負荷側の要求として冷房要求及び暖房要求の両方があり、冷房負荷よりも暖房負荷の方が大きい場合に選択される運転モードである。暖房主体モードでは、冷房負荷側に対して冷熱が供給され、暖房負荷側に対して温熱が供給される。
次に、図1を参照しながら、室外ユニット10の詳細な構成について説明する。
室外ユニット10は、冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒にする圧縮機11と、冷媒の流路を切り替える四方弁13と、順方向に冷媒を流す逆止弁14と、冷媒の流路を切り替える電磁弁15と、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させる機器である空気熱交換器16とを備える。また、室外ユニット10は、空気熱交換器16に空気を当てて冷媒と空気との熱交換を促進させる送風機17と、蒸発し切れなかった冷媒液を分離するアキュームレータ18と、凝縮された冷媒を膨張気化させて低圧かつ低温にする膨張弁19bとを備える。
次に、図1を参照しながら、中間ユニット20の詳細な構成について説明する。
中間ユニット20は、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させて、熱媒体に対して冷熱を供給する熱交換器である冷熱用熱媒体熱交換器21を備える。また、中間ユニット20は、温度の高い物体から低い物体へ熱を移動させて、熱媒体に対して温熱を供給する熱交換器である温熱用熱媒体熱交換器22を備える。なお、熱媒体は液体であり、例えば、水又は不凍液等を例示することができる。また、本実施の形態において、冷熱用熱媒体熱交換器21は、冷熱用熱交換器の一例として用いられる。温熱用熱媒体熱交換器22は、温熱用熱交換器の一例として用いられる。
また、温熱用熱媒体熱交換器22は、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い、熱媒体に温熱を供給する熱交換器である。この温熱用熱媒体熱交換器22は、暖房モード、冷房主体モード、暖房主体モードにおいて、凝縮器として作用し、熱媒体の加熱に供する。
さらに、室外ユニット10の制御装置12と中間ユニット20の制御装置25とは、通信配線により互いに通信可能に接続されている。そして、制御装置12及び制御装置25は、互いにデータを送受信し、空気調和システム1の動作を制御する。
図2は、冷房モードにおける冷媒及び熱媒体の流れを示す回路図である。なお、図2では、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示している。また、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示している。
このようにして、熱媒体が、冷房負荷側から、ポンプ23、冷熱用熱媒体熱交換器21の順に通って循環することにより、熱媒体回路が構成される。
図3は、暖房モードにおける冷媒及び熱媒体の流れを示す回路図である。なお、図3では、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示している。また、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示している。
このようにして、熱媒体が、暖房負荷側から、ポンプ24、温熱用熱媒体熱交換器22の順に通って循環することにより、熱媒体回路が構成される。
図4は、冷房主体モードにおける冷媒及び熱媒体の流れを示す回路図である。なお、図4では、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示している。また、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示している。
図5は、暖房主体モードにおける冷媒及び熱媒体の流れを示す回路図である。なお、図5では、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示している。また、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示している。
一方、分岐点を介して膨張弁19bに流れる冷媒は、膨張弁19bによって膨張されて低温低圧の二相冷媒(液体、気体)になる。そして、冷媒は、蒸発器として作用する空気熱交換器16に流入される。空気熱交換器16において、冷媒は低温低圧のガス冷媒となり、四方弁13、アキュームレータ18を通って、圧縮機11へ吸い込まれる。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1における低圧圧力維持の制御について説明する。なお、低圧圧力維持制御は、冷房モード、冷房主体モード、暖房主体モードの場合に行われる。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1における冷水温度低下防止の制御について説明する。なお、冷水温度低下防止制御は、冷房モード、冷房主体モード、暖房主体モードの場合に行われる。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1におけるデフロスト(除霜)制御について説明する。デフロスト制御では、第1デフロストモード(第1除霜運転)、第2デフロストモード(第2除霜運転)、第3デフロストモード(第3除霜運転)の3つが存在する。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1における凍結防止の制御について説明する。例えば、圧縮機11やポンプ23、ポンプ24等が停止し、冷媒及び熱媒体が循環していないような場合には、外気温度の低下に伴い、熱媒体が凍結してしまう場合がある。熱媒体が凍結すると、温熱用熱媒体熱交換器22や冷熱用熱媒体熱交換器21、温熱用熱媒体配管4、冷熱用熱媒体配管3等が破損してしまう場合がある。そこで、熱媒体の凍結を防止するための凍結防止制御を行う。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1におけるウォータバイパスデフロスト制御について説明する。ウォータバイパスデフロスト制御は、暖房モード、暖房主体モードの場合に行われる。このウォータバイパスデフロスト制御では、温熱用熱媒体配管4と冷熱用熱媒体配管3とをバイパス接続して熱媒体を循環させることにより、空気熱交換器16の除霜が行われる。
また、温熱用熱媒体配管4におけるバイパス回路4bの分岐点と暖房負荷側とを接続する温熱用熱媒体配管4上に、第1流量調整弁の一例としてのバイパス弁44が設けられる。さらに、冷熱用熱媒体配管3におけるバイパス回路4bの合流点と冷房負荷側とを接続する冷熱用熱媒体配管3上に、第2流量調整弁の一例としてのバイパス弁45が設けられる。
また、冷熱用熱媒体配管3におけるバイパス回路3bの分岐点と冷房負荷側とを接続する冷熱用熱媒体配管3上に、第3流量調整弁の一例としてのバイパス弁47が設けられる。さらに、温熱用熱媒体配管4におけるバイパス回路3bの合流点と暖房負荷側とを接続する温熱用熱媒体配管4上に、第4流量調整弁の一例としてのバイパス弁48が設けられる。
次に、本実施の形態に係る空気調和システム1における過冷却度の制御について説明する。なお、過冷却度制御は、暖房モードの場合に行われる。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
Claims (12)
- 圧縮機と、四方弁と、冷媒流路切替弁と、逆止弁と、冷媒と空気との間で熱交換を行う空気熱交換器と、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い熱媒体に温熱を供給する温熱用熱交換器と、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行い熱媒体に冷熱を供給する冷熱用熱交換器と、当該冷熱用熱交換器の冷媒の入口側流路に設けられる第1膨張弁とが冷媒配管により接続され、冷媒が循環する冷媒回路と、
前記温熱用熱交換器及び第1ポンプが温熱用熱媒体配管により接続され、当該温熱用熱交換器と外部の暖房負荷側との間で熱媒体が循環する温熱用熱媒体回路と、
前記冷熱用熱交換器及び第2ポンプが冷熱用熱媒体配管により接続され、当該冷熱用熱交換器と外部の冷房負荷側との間で熱媒体が循環する冷熱用熱媒体回路とを備え、
冷熱及び温熱の一方、又は、冷熱及び温熱の両方を供給することを特徴とする空気調和装置。 - 前記四方弁から前記空気熱交換器に冷媒が流入した場合の出口側流路に設けられる第2膨張弁をさらに備え、
前記四方弁に接続される前記冷媒配管のうちの1つは、当該四方弁から延びる途中で2つに分岐し、分岐した一方の先に前記冷媒流路切替弁が接続され、分岐した他方の先に前記空気熱交換器が接続され、
前記空気熱交換器は、前記第2膨張弁を介して前記温熱用熱交換器の冷媒の出口側に接続されるとともに、前記冷媒流路切替弁を介して当該温熱用熱交換器の冷媒の入口側に接続されること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記四方弁は、前記圧縮機から吐出された冷媒を流す流路として、前記逆止弁を介して前記温熱用熱交換器に向かう第1流路と前記冷媒流路切替弁及び前記空気熱交換器に向かう第2流路との何れかに切り替え可能であり、
外部から要求される暖房負荷及び冷房負荷に応じて前記四方弁を切り替えること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記冷熱用熱交換器の冷媒の出口側流路に設けられ、冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁と、
前記温熱用熱交換器の冷媒の出口側流路に設けられ、冷媒の圧力を検出する圧力センサ、及び、当該出口側流路に設けられ、冷媒の温度を検出する温度センサとをさらに備え、
前記四方弁を前記第1流路に切り替えて、前記圧縮機から吐出された冷媒を、当該四方弁、前記逆止弁を介して前記温熱用熱交換器に流入させて熱媒体に温熱を供給した後に、蒸発器として作用する前記空気熱交換器に流入させ、当該圧縮機に吸入させる暖房運転において、
前記温度センサにより検出される冷媒の温度及び前記圧力センサにより検出される冷媒の圧力を基に算出される過冷却度が第1の閾値を超えた場合には、前記第1膨張弁を開いて前記冷媒流量調整弁を閉じるように制御し、当該過冷却度が当該第1の閾値よりも小さい第2の閾値を下回った場合には、当該第1膨張弁を閉じて当該冷媒流量調整弁を開くように制御すること
を特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記四方弁を前記第1流路に切り替えて、前記圧縮機から吐出された冷媒を、当該四方弁、前記逆止弁を介して前記温熱用熱交換器に流入させて熱媒体に温熱を供給した後に、蒸発器として作用する前記空気熱交換器に流入させ、当該圧縮機に吸入させる暖房運転と、
前記四方弁を前記第2流路に切り替えて、前記圧縮機から吐出された冷媒を、当該四方弁、凝縮器として作用する前記空気熱交換器を介して前記冷熱用熱交換器に流入させて、熱媒体に冷熱を供給した後に当該圧縮機に吸入させる冷房運転と、
冷房負荷に対して暖房負荷が大きい場合に、前記四方弁を前記第1流路に切り替えて、前記空気熱交換器を蒸発器として作用させ、前記温熱用熱交換器にて冷媒から熱媒体に温熱を供給するとともに前記冷熱用熱交換器にて冷媒から熱媒体に冷熱を供給する暖房主体運転と、
暖房負荷に対して冷房負荷が大きい場合に、前記四方弁を前記第2流路に切り替えて、前記空気熱交換器を凝縮器として作用させ、前記温熱用熱交換器にて冷媒から熱媒体に温熱を供給するとともに前記冷熱用熱交換器にて冷媒から熱媒体に冷熱を供給する冷房主体運転と
を実行可能な請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記温熱用熱交換器の冷媒の入口側流路と前記冷熱用熱交換器の冷媒の出口側流路とを接続するバイパス回路と、当該バイパス回路上に設けられる第2冷媒流路切替弁とをさらに備え、
前記暖房運転が行われている場合に、前記空気熱交換器の除霜を行うための予め定められた条件が満たされた場合、前記四方弁を前記第2流路に切り替えるとともに前記第2冷媒流路切替弁を開き、前記圧縮機から吐出された冷媒を、当該空気熱交換器に流入させて放熱させた後、前記温熱用熱交換器に流入させて熱媒体から吸熱し、当該第2冷媒流路切替弁を介して当該圧縮機に吸入させるとともに、当該温熱用熱交換器にて冷却された熱媒体を暖房負荷側に流入させる第1除霜運転と、
前記第1除霜運転が行われている場合に、前記温熱用熱媒体配管における熱媒体の温度が予め定められた閾値を下回った場合、前記第2冷媒流路切替弁を閉じて、前記圧縮機から吐出された冷媒を、前記温熱用熱交換器に流入させずに当該圧縮機に吸入させる第2除霜運転と
を実行可能な請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記暖房主体運転が行われている場合に、前記空気熱交換器の除霜を行うための予め定められた条件が満たされた場合、当該暖房主体運転から前記冷房主体運転に切り替えること
を特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記冷熱用熱交換器の冷媒の出口側流路に、冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁と、冷媒の圧力を検出する圧力センサとをさらに備え、
前記圧力センサにより検出される圧力が予め定められた範囲内で維持されるように、前記冷媒流量調整弁の開度を制御すること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記空気熱交換器と前記第1膨張弁とを接続する前記冷媒配管の途中から分岐し、前記冷熱用熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒配管に接続されて、当該圧縮機に向けて冷媒を流す冷媒流路となる配管と、当該配管上に設けられる第3膨張弁とをさらに備え、
前記冷熱用熱媒体配管における熱媒体の温度が予め定められた閾値を下回った場合に、前記第1膨張弁を閉じて前記冷熱用熱交換器への冷媒の流入を遮断するとともに、前記第3膨張弁を開けて、当該第3膨張弁から前記圧縮機へ冷媒を流すこと
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記温熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から分岐して前記第1ポンプの入口側流路に接続される第1バイパス回路と、当該第1バイパス回路上に設けられる第1バイパス弁と、前記冷熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から分岐して前記第2ポンプの入口側流路に接続される第2バイパス回路と、当該第2バイパス回路上に設けられる第2バイパス弁とをさらに備え、
前記温熱用熱媒体配管における熱媒体の温度が予め定められた閾値を下回った場合には、前記第1バイパス弁を開けて前記第1ポンプを動作させて、前記第1バイパス回路を介して熱媒体を循環させ、前記冷熱用熱媒体配管における熱媒体の温度が予め定められた閾値を下回った場合には、前記第2バイパス弁を開けて前記第2ポンプを動作させて、前記第2バイパス回路を介して熱媒体を循環させること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記温熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から分岐して前記第2ポンプの入口側流路に接続される第3バイパス回路と、当該第3バイパス回路上に設けられる第3バイパス弁と、前記冷熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から分岐して前記第1ポンプの入口側流路に接続される第4バイパス回路と、当該第4バイパス回路上に設けられる第4バイパス弁とをさらに備え、
前記空気熱交換器の除霜を行うための予め定められた条件が満たされた場合に、前記第3バイパス弁及び前記第4バイパス弁を開けて前記第1ポンプ及び前記第2ポンプを動作させ、前記第3バイパス回路及び前記第4バイパス回路を介して熱媒体を循環させること
を特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記温熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から前記第3バイパス回路に分岐する分岐点と暖房負荷側とを接続する前記温熱用熱媒体配管上に設けられる第1流量調整弁と、当該第3バイパス回路が前記冷熱用熱媒体配管に接続される接続点と冷房負荷側とを接続する当該冷熱用熱媒体配管上に設けられる第2流量調整弁と、前記冷熱用熱交換器の熱媒体の出口側流路から前記第4バイパス回路に分岐する分岐点と冷房負荷側とを接続する当該冷熱用熱媒体配管上に設けられる第3流量調整弁と、当該第4バイパス回路が当該温熱用熱媒体配管に接続される接続点と暖房負荷側とを接続する当該温熱用熱媒体配管上に設けられる第4流量調整弁とをさらに備え、
前記予め定められた条件が満たされた場合に、前記第1流量調整弁、前記第2流量調整弁、前記第3流量調整弁、及び前記第4流量調整弁を閉じること
を特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。
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