JP2021055961A - 空気調和機 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱源側熱交換器を2つ以上に分割してそれぞれを蒸発器や放熱器として機能させる空気調和機において、熱源側熱交換器をさらに中間冷却器として分割すると、コストが増大する。【解決手段】蒸発器として機能する熱源側熱交換器が、中間冷却器としても機能するように熱源側熱交換器を分割する。空気調和機がバイパス配管20を備えた場合、蒸発器として機能し、中間冷却器として機能する熱源側熱交換器が、さらに放熱器としても機能するため、運転効率が向上する。【選択図】図12

Description

空気調和機に関する。
従来、冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成された冷媒回路を有し、多段圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和機の例として、特許文献1(特開2016−11780号公報)に示されるような空気調和機がある。このような空気調和機においては、多段圧縮された高温の冷媒を、中間冷却器によって冷却することで、運転効率を向上させることが考えられる。
上記のような空気調和機であって、熱源側熱交換器を2つ以上に分割してそれぞれを蒸発器や放熱器として機能させる空気調和機において、熱源側熱交換器を中間冷却器としてさらに分割する場合、コストの増大を招く。
第1観点の空気調和機は、圧縮機構と、熱源側ユニットと、複数の利用側ユニットと、制御部と、を備える。圧縮機構は、第1圧縮部と、第1圧縮部の吐出側に配置される第2圧縮部と、を有する。熱源側ユニットは、第1熱源側熱交換器と、第2熱源側熱交換器と、を有する。複数の利用側ユニットは、それぞれが冷房運転と暖房運転との切り替えを行う。制御部は、熱源側ユニットにおいて冷媒の流れを切り替えることによって、第1運転、第2運転、及び第3運転を切り替える。制御部は、第1運転時には、第1熱源側熱交換器が放熱器、第2熱源側熱交換器が中間冷却器、として機能するように冷媒の流れを切り替える。制御部は、第2運転時には、第1熱源側熱交換器及び第2熱源側熱交換器が蒸発器として機能するように冷媒の流れを切り替える。制御部は、第3運転時には、第1熱源側熱交換器が放熱器、第2熱源側熱交換器が蒸発器、として機能するように冷媒の流れを切り替える。或いは、制御部は、第3運転時には、第1熱源側熱交換器が蒸発器、第2熱源側熱交換器が放熱器、として機能するように冷媒の流れを切り替える。
この構成によれば、第2熱源側熱交換器を中間冷却器、蒸発器、及び放熱器として機能させるため、コストの増大を抑えることができる。
第2観点の空気調和機は、第1観点に係る空気調和機であって、熱源側ユニットは、中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器を流れる冷媒を、第2圧縮部の吸入側に送る配管、をさらに有する。
この構成によれば、中間冷却された冷媒を第2圧縮部に送る場合であっても、第2熱源側熱交換器が中間冷却器としての機能を果たすため、コストの増大を抑えることができる。
第3観点の空気調和機は、第1観点又は第2観点に係る空気調和機であって、熱源側ユニットは、第2圧縮部をバイパスさせるバイパス配管、をさらに有する。
この構成によれば、第2熱源側熱交換器を高圧の冷媒の中間冷却器、蒸発器、及び放熱器として機能させるため、コストの増大を抑えることができる。
第4観点の空気調和機は、第1観点から第3観点のいずれかに係る空気調和機であって、エコノマイザ配管と、エコノマイザ熱交換器と、をさらに有する。エコノマイザ配管は、第1熱源側熱交換器から複数の利用側ユニットに送られる冷媒の一部を分岐して、第2圧縮部の吸入側に送る。エコノマイザ熱交換器は、第1熱源側熱交換器から利用側ユニットに送られる冷媒と、エコノマイザ配管を流れる冷媒と、の熱交換を行わせる。
第5観点の空気調和機は、第1観点に係る空気調和機であって、熱源側ユニットは、第3熱源側熱交換器をさらに有する。制御部は、第1運転時には、第1熱源側熱交換器が放熱器、第2熱源側熱交換器が中間冷却器、第3熱源側熱交換器が放熱器、として機能するように冷媒の流れを切り替える。制御部は、第2運転時には、第1熱源側熱交換器、第2熱源側熱交換器及び第3熱源側熱交換器が蒸発器、として機能するように冷媒の流れを切り替える。制御部は、第3運転時には、第1熱源側熱交換器、第2熱源側熱交換器及び第3熱源側熱交換器のうち、2つの熱交換器が蒸発器、残り1つの熱交換器が放熱器、として機能する、ように冷媒の流れを切り替える。或いは、制御部は、第1熱源側熱交換器、第2熱源側熱交換器及び第3熱源側熱交換器のうち、2つの熱交換器が放熱器、残り1つの熱交換器が蒸発器、として機能する、ように冷媒の流れを切り替える。
この構成によれば、熱源側熱交換器をさらに分割することで、利用側ユニットの熱負荷を、熱源側熱交換器がより適切に処理することができる。
第6観点の空気調和機は、第1観点から第5観点のいずれかに係る空気調和機であって、圧縮機構から吐出される冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う。
この構成によれば、冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う場合であっても、コストの増大を抑えることができる。
第7観点の空気調和機は、第1観点から第6観点のいずれかに係る空気調和機であって、冷媒は、CO冷媒もしくはCO混合冷媒である。
この構成によれば、環境負荷が小さいCO冷媒もしくはCO混合冷媒を利用することで、地球環境が悪化することを抑えることができる。
本開示の第1実施形態に係る空気調和機1の概略構成図である。 本開示の第1実施形態に係る制御部120のブロック図である。 第1運転を行う際の空気調和機1の動作を説明する概略構成図である。 第2運転を行う際の空気調和機1の動作を説明する概略構成図である。 第3A運転を行う際の空気調和機1の動作を説明する概略構成図である。 第3B運転を行う際の空気調和機1の動作を説明する概略構成図である。 第3C運転を行う際の空気調和機1の動作を説明する概略構成図である。 変形例1Aに係る空気調和機1Aの概略構成図である。 変形例1Aに係る制御部120のブロック図である。 本開示の第2実施形態に係る空気調和機1Sの概略構成図である。 第2S運転を行う際の空気調和機1Sの動作を説明する概略構成図である。 第3S運転を行う際の空気調和機1Sの動作を説明する概略構成図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の一実施形態に係る空気調和機について説明する。なお、以下の実施形態及び変形例は、本開示の具体例であって、本開示の技術的範囲を限定するものではなく、要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
<第1実施形態>
(1)全体構成
図1は、本開示の第1実施形態に係る空気調和機1の概略構成図である。空気調和機1は、圧縮機構15と、熱源側ユニット100と、複数の利用側ユニット101a、101b、101cと、分岐ユニット70a、70b、70cと、制御部120と、によって冷媒回路30を構成する。空気調和機1は、利用側ユニットごとに冷房運転と暖房運転とを自由に選択可能に構成されている。冷媒回路30には、超臨界域で作動する冷媒(ここでは、CO又はCO混合冷媒)が封入されている。
(2)詳細構成
(2−1)圧縮機構
圧縮機構15は、第1圧縮部11と第2圧縮部12と、を有する。圧縮機構15は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を吸入管8によって吸入し、第1圧縮部11及び第2圧縮部12によって圧縮する。冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11によって冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この中間連絡管9に吐出された冷媒は、第2圧縮部12に吸入される。この第2圧縮部12に吸入された冷媒は、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管10に吐出される。
中間連絡管9は、第1圧縮部11で冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された冷媒が吐出される配管である。中間連絡管9は、第2熱源側切換機構5bを通じて第2中間連絡管分岐管9bと第1中間連絡管分岐管9aとに接続されている。第2中間連絡管分岐管9bは、第2熱源側切換機構5bを通じて中間連絡管9と第2熱源側熱交換器82とを接続する配管である。第1中間連絡管分岐管9aは、第2熱源側切換機構5bを通じて中間連絡管9と第2圧縮部12とを接続する配管である。
吐出管10は、第2圧縮部12によって冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された冷媒が吐出される配管である。吐出管10は、高低圧ガス冷媒連絡管3や液冷媒連絡管2に分岐する。
(2−2)熱源側ユニット
熱源側ユニット100は、ビル等の屋上あるいはビル等の周囲に設置される。熱源側ユニット100は、液冷媒連絡管2、高低圧ガス冷媒連絡管3、低圧ガス冷媒連絡管4、液側遮断弁90、第1ガス側遮断弁91、第2ガス側遮断弁92、分岐ユニット70a、70b、70cを介して利用側ユニット101a、101b、101cに接続されており、冷媒回路30の一部を構成している。
熱源側ユニット100は主として、第1熱源側熱交換器81と、第2熱源側熱交換器82と、第2圧縮部の吸入側に送る配管9c(以下、インジェクション管9c)と、エコノマイザ配管21と、エコノマイザ熱交換器61と、第1熱源側膨張機構24aと、第2熱源側膨張機構24bと、第1熱源側切換機構5aと、第2熱源側切換機構5bと、第3熱源側切換機構5cと、アキュムレータ95と、を有する。
(2−2−1)
熱源側熱交換器は、冷媒と室外空気等との熱交換を行う熱交換器であり、ここでは、第1熱源側熱交換器81と第2熱源側熱交換器82とに分割されている。第1熱源側熱交換器81は、冷媒の蒸発器または放熱器として機能する熱交換器である。第1熱源側熱交換器81は、液冷媒連絡管2によって第1熱源側切換機構5aと接続されている。第2熱源側熱交換器82は、冷媒の中間冷却器又は蒸発器として機能する熱交換器である。第2熱源側熱交換器82は、第2中間連絡管分岐管9bによって第2熱源側切換機構5bと接続されている。第1熱源側熱交換器81の液側と第2熱源側熱交換器82の液側とは、液冷媒連絡管分岐管84を通じて接続されている。
インジェクション管9cは、中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82から流れた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を、第2圧縮部12に戻す配管である。
エコノマイザ配管21は、液冷媒連絡管2から分岐して第1中間連絡管分岐管9aに合流する配管である。エコノマイザ配管21は、第3熱源側膨張機構24cを備える。第3熱源側膨張機構24cは、ここでは、開度調節可能な電動膨張弁によって構成されている。第3熱源側膨張機構24cの開度は、運転状況に応じて制御部120により適宜調節される。
エコノマイザ熱交換器61は、熱源側ユニット100と利用側ユニット101a、101b、101cとの間に配置される熱交換器である。エコノマイザ熱交換器61は、ここでは、二重管型熱交換器やプレート型熱交換器である。エコノマイザ配管21を流れる冷媒と、液冷媒連絡管2を流れる冷媒とは、エコノマイザ熱交換器61において熱交換を行う。冷媒の放熱器として機能する第1熱源側熱交換器81において放熱した冷媒は、エコノマイザ熱交換器61においてさらに放熱することで、過冷却される。
第1熱源側膨張機構24a、第2熱源側膨張機構24bは、冷媒回路30に配置され、利用側熱交換器102a、102b、102cと熱源側熱交換器81、82との間を流れる冷媒を膨張させる機構である。第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bは、ここでは、いずれも開度調節可能な電動膨張弁によって構成されている。第1熱源側膨張機構24a、第2熱源側膨張機構24bの開度は、運転状況に応じて制御部120により適宜調節される。
第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cは、冷媒回路30における冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。より具体的には、制御部120が、放熱運転状態と蒸発運転状態を切り替えるための機構である。放熱運転状態とは、制御部120が第1熱源側熱交換器81を放熱器として機能させ、第2熱源側熱交換器82を冷媒の放熱器又は中間冷却器として機能させる状態である。蒸発運転状態とは、制御部120が第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82を、冷媒の蒸発器として機能させる状態である。
第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cは、ここでは、四路切換弁である。なお、第1熱源側切換機構5aの第4ポート5ad、第3熱源側切換機構5cの第4ポート5cdは閉塞されており、第1熱源側切換機構5a及び第3熱源側切換機構5cは三方弁として機能する。
(2−3)利用側ユニット
利用側ユニット101a、101b、101cは、ビル等の屋内の天井に、埋め込みや吊り下げ等により設置されるか、あるいは、屋内の壁面に、壁掛け等により設置される。利用側ユニット101a、101b、101cは、液冷媒連絡管2、高低圧ガス冷媒連絡管3、低圧ガス冷媒連絡管4、液側遮断弁90、第1ガス側遮断弁91、第2ガス側遮断弁92、及び分岐ユニット70a、70b、70cを介して熱源側ユニット100に接続されており、冷媒回路30の一部を構成している。
第1利用側ユニット101aは、第1利用側熱交換器102aと、第1利用側膨張機構103aとを有している。第2利用側ユニット101bは、第2利用側熱交換器102bと、第2利用側膨張機構103bとを有している。第3利用側ユニット101cは、第3利用側熱交換器102cと、第3利用側膨張機構103cとを有している。利用側熱交換器102a、102b、102cは、冷媒と室内空気との熱交換を行うことで室内の空調負荷(熱負荷)を処理する熱交換器である。利用側膨張機構103a、103b、103cは、ここでは、いずれも電動膨張弁によって構成されている。利用側膨張機構103a、103b、103cの開度は、運転状況に応じて制御部120により適宜調節される。
なお、本実施形態においては、3台の利用側ユニット101a、101b、101cを備える空気調和機1について説明するが、これより多くの利用側ユニットを備える空気調和機についても、本開示は適用できる。
(2−4)分岐ユニット
分岐ユニット70a、70b、70cは、例えば、ビル等の屋内の利用側ユニット101a、101b、101cの近傍に設置されている。分岐ユニット70a、70b、70cは、液冷媒連絡管2、高低圧ガス冷媒連絡管3、低圧ガス冷媒連絡管4とともに、利用側ユニット101a、101b、101cと熱源側ユニット100との間に介在しており、冷媒回路30の一部を構成する。分岐ユニット70a、70b、70cは、利用側ユニット101a、101b、101cに対して1つずつ設置される。あるいは、冷房運転と暖房運転との切り換えタイミングが同じである複数の利用側ユニットが、1つの分岐ユニットに接続される。
分岐ユニット70a、70b、70cは、主として、第1の分岐ユニット切換弁71a、72a、73aを含む第1の分岐路と、第2の分岐ユニット切換弁71b、72b、73bを含む第2の分岐路と、を有する。第1の分岐ユニット切換弁71a、72a、73aは、高低圧ガス冷媒連絡管3と利用側熱交換器102a、102b、102cとの間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。第2の分岐ユニット切換弁71b、72b、73bは、低圧ガス冷媒連絡管4と利用側熱交換器102a、102b、102cとの間の連通・非連通を切り換える電磁弁である。
(2−5)制御部
制御部120は、空気調和機1を構成する各部の機器の動作を制御する。制御部120は、熱源側制御部111と、利用側制御部104と、分岐側制御部74と、が通信回線で結ばれることによって構成される(図2参照)。
熱源側ユニット100は、熱源側ユニット100を構成する各部の動作を制御する熱源側制御部111を有する。熱源側制御部111は、熱源側ユニット100の制御を行うために設けられたCPU(中央演算処理装置)やメモリ等を有するマイクロコンピュータや、各種電気部品を含んでいる。CPUは、メモリ等に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の演算処理を行う。さらに、CPUは、プログラムに従って、演算結果をメモリに書き込んだり、メモリに記憶されている情報を読み出したりすることができる。熱源側制御部111は、通信回線を介して、利用側ユニット101a、101b、101cの利用側制御部104との間で制御信号等のやりとりを行うことが可能に構成されている。
利用側ユニット101a、101b、101cは、利用側ユニット101a、101b、101cを構成する各部の動作を制御する利用側制御部104を有する。利用側制御部104は、利用側ユニット101a、101b、101cの制御を行うために設けられたCPU(中央演算処理装置)やメモリ等を有するマイクロコンピュータや、各種電気部品を含んでいる。CPUは、メモリ等に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の演算処理を行う。さらに、CPUは、プログラムに従って、演算結果をメモリに書き込んだり、メモリに記憶されている情報を読み出したりすることができる。利用側制御部104は、通信回線を介し、熱源側ユニット100との間で制御信号等のやりとりを行うことが可能に構成されている。また、利用側制御部104は、利用側ユニット101a、101b、101cを操作するためのリモコン(図示せず)から送信される空気調和機1の運転、停止に関する信号や、各種設定に関する信号等を受信可能に構成されている。
分岐ユニット70a、70b、70cは、分岐ユニット70a、70b、70cを構成する各部の動作を制御する分岐側制御部74を有する。分岐側制御部74は、分岐ユニット70a、70b、70cの制御を行うために設けられたCPU(中央演算処理装置)やメモリ等を有するマイクロコンピュータや、各種電気部品を含んでいる。CPUは、メモリ等に記憶されているプログラムを読み出し、このプログラムに従って所定の演算処理を行う。さらに、CPUは、プログラムに従って、演算結果をメモリに書き込んだり、メモリに記憶されている情報を読み出したりすることができる。分岐側制御部74は、利用側ユニット101a、101b、101cの利用側制御部104との間で制御信号等のやりとりを行うことができる。
制御部120が制御する空気調和機1の構成機器には、例えば、圧縮部11、12、熱源側切換機構5a、5b、5c、熱源側膨張機構24a、24b、24c、利用側膨張機構103a、103b、103c、第1の分岐ユニット切換弁71a、72a、73a、第2の分岐ユニット切換弁71b、72b、73bを含む。
空気調和機1は、制御部120の制御により、後述する第1運転、第2運転、第3運転を切り替えることができる。
具体的には、制御部120は、利用側ユニットの運転切換時においては、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器の運転機容量の合計と、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器の運転機容量の合計と、の差から、熱源側熱交換器81、82の状態を切り替える。
ΔQ=冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器の運転機容量−冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器の運転機容量
としたとき、
ΔQが第1閾値c1よりも大きい場合、制御部120は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82を冷媒の放熱器として機能させる。
ΔQが第1閾値c1以上であって、第2閾値c2以下の場合、制御部120は、第1熱源側熱交換器81を放熱器として、第2熱源側熱交換器82を蒸発器とする。
ΔQが第2閾値c2よりも小さい場合、制御部120は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82を冷媒の蒸発器として機能させる。
また、運転中の利用側熱交換器が、高低圧ともに目標圧力Pb未満である状態が所定時間継続した場合、制御部120は、蒸発器として機能する熱源側熱交換器を増やす。
あるいは、運転中の利用側熱交換器が、高低圧ともに目標圧力Pbを超過する状態が所定時間継続した場合、制御部120は、放熱器として機能する熱源側熱交換器を増やす。
(3)空気調和機の動作
次に、本実施形態に係る空気調和機1の動作について説明する。本実施形態に係る空気調和機1は、制御部120が第1運転と第2運転と第3運転とを切り替えることで、空気調和を行う。
第1運転は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器(冷房運転を行う利用側ユニット)のみが存在する運転(全冷房運転)である。
第2運転は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器(暖房運転を行う利用側ユニット)のみが存在する運転(全暖房運転)である。
第3運転は、冷房運転を行う利用側ユニットと暖房運転を行う利用側ユニットとが混在する運転(冷暖同時運転)である。第3運転は、第3A運転、第3B運転、第3C運転を含む。
第3A運転は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在するが、全体としては蒸発側の負荷が大きい運転(冷房主体運転)である。
第3B運転は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在するが、全体としては放熱側の負荷が大きい運転(暖房主体運転)である。
第3C運転は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在し、全体としての蒸発負荷と放熱負荷とが均衡する運転(冷暖均衡運転)である。
(3−1)第1運転
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第3利用側熱交換器102cを冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行い、第2利用側熱交換器102bが運転を停止する場合を例に挙げて、第1運転を行う際の動作を説明する(図3参照)。
第1運転時においては、制御部120は、第1熱源側熱交換器81を冷媒の放熱器として、第2熱源側熱交換器82を冷媒の中間冷却器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cを放熱運転状態(図3の第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cが実線で示された状態)に切り換える。また、制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁71a、72a、73aと、第2の分岐ユニット切換弁72bと、を閉めるとともに、第2の分岐ユニット切換弁71b、73bを開ける。
このような冷媒回路30の状態(冷媒の流れについては、図3の冷媒回路30に付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この第1圧縮部11から中間連絡管9に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5bを通じて第2中間連絡管分岐管9bに流れて、中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82に送られる。この、中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82に送られた冷媒は、第2熱源側熱交換器82において室外空気等と熱交換を行い、冷却される。この第2熱源側熱交換器82において冷却された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、インジェクション管9cや、第1中間連絡管分岐管9aを通じて、第2圧縮部12に送られる。この第2圧縮部12に送られた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2圧縮部12に吸入されて、第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮される。この第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された冷媒は、吐出管10に吐出される。ここで、第2圧縮部12から吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮部11、12による二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力に圧縮されている。この第2圧縮部12から吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、液冷媒連絡管2に流れて、放熱器として機能する第1熱源側熱交換器81に送られる。この第1熱源側熱交換器81に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1熱源側熱交換器81において室外空気等と熱交換を行って放熱して、第1熱源側膨張機構24aに送られる。この第1熱源側膨張機構24aに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、液冷媒連絡管2を通じてエコノマイザ熱交換器61に送られる。このとき、液冷媒連絡管2を流れる一部の冷媒は、エコノマイザ配管21に分岐して流れる。
液冷媒連絡管2からエコノマイザ配管21に分岐して流れた冷媒は、第3熱源側膨張機構24cにおいて冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧されて、エコノマイザ熱交換器61に送られる。この第3熱源側膨張機構24cにおいて冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器61において、液冷媒連絡管2を流れる冷媒と熱交換を行う。このエコノマイザ熱交換器61において液冷媒連絡管2を流れる冷媒と熱交換を行った冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第1中間連絡管分岐管9aに送られる。この第1中間連絡管分岐管9aに送られた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2圧縮部12に吸入される。
第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、液冷媒連絡管2を通じてエコノマイザ熱交換器61に送られた冷媒は、エコノマイザ熱交換器61においてエコノマイザ配管21を流れる冷媒と熱交換を行い、冷却される。このエコノマイザ熱交換器61において冷却された冷媒は、液冷媒連絡管2を通じて、利用側膨張機構103a、103cに送られる。液冷媒連絡管2を通じて利用側膨張機構103a、103cに送られた冷媒は、利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、利用側熱交換器102a、102cに送られる。この利用側熱交換器102a、102cに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器102a、102cにおいて室内空気等と熱交換を行って蒸発する。この利用側熱交換器102a、102cにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管4、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。このようにして、第1運転が行われる。
(3−2)第2運転
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第3利用側熱交換器102cを冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行い、第2利用側熱交換器102bが運転を停止する場合を例に挙げて、第2運転を行う際における動作を説明する(図4参照)。
第2運転時においては、制御部120は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82を冷媒の蒸発器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cを蒸発運転状態(図4の第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cが実線で示された状態)に切り換える。また、制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁72aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72b、73bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁71a、73aを開ける。
このような冷媒回路30の状態(冷媒の流れについては、図4の冷媒回路30に付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この第1圧縮部11から中間連絡管9に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5bを通じて第1中間連絡管分岐管9aに流れて、第2圧縮部12に吸入される。この第2圧縮部12に吸入された冷媒は、第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管10に吐出される。ここで、第2圧縮部12から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮部11、12による二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力に圧縮されている。この第2圧縮部12から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、高低圧ガス冷媒連絡管3及び第3熱源側切換機構5cを通じて、利用側熱交換器102a、102cに送られる。この利用側熱交換器102a、102cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器102a、102cにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この利用側熱交換器102a、102cにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103cに送られる。この利用側膨張機構103a、103cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧される。この利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧された冷媒は、液冷媒連絡管2や液冷媒連絡管分岐管84を通じて、第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られる。この第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られた冷媒は、第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82に送られる。この第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82に送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82において、室外空気等と熱交換を行って蒸発する。第1熱源側熱交換器81において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側切換機構5a、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。第2熱源側熱交換器82において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5b、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。このようにして、第2運転が行われる。
(3−3)第3運転
次に、第3運転について、第3A運転、第3B運転、第3C運転の3つの運転に分けて説明する。
(3−3―1)第3A運転
第3A運転は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在するが、全体としては蒸発側の負荷が大きい運転(冷房主体運転)である。
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第2利用側熱交換器102bを冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行い、第3利用側熱交換器102cは冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行う場合を例に挙げて、第3A運転を行う際における動作を説明する(図5参照)。
第3A運転時においては、制御部120は、第1熱源側熱交換器81を放熱器として、第2熱源側熱交換器82を冷媒の蒸発器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側切換機構5aを放熱運転状態(図5の第1熱源側切換機構5aが実線で示された状態)に切り替えて、かつ、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cを蒸発運転状態(図5の第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cが実線で示された状態)に切り換える。制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁71a、72aと、第2の分岐ユニット切換弁73bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁73aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72bと、を開ける。
このような冷媒回路30の状態(冷媒の流れについては、図5の冷媒回路30に付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この第1圧縮部11から中間連絡管9に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第1中間連絡管分岐管9aに流れて、第2圧縮部12に送られる。この第2圧縮部12に送られた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2圧縮部12に吸入されて、第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮される。この第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された冷媒は、吐出管10に吐出される。ここで、第2圧縮部12から吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮部11、12による二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力にまで圧縮されている。この吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、一部が、吐出管10から液冷媒連絡管2及び第1熱源側切換機構5aを通じて、第1熱源側熱交換器81に送られて、残りが、高低圧ガス冷媒連絡管3及び第3熱源側切換機構5cを通じて、第3利用側熱交換器102cに送られる。
吐出管10から第1熱源側熱交換器81に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第1熱源側熱交換器81において室外空気等と熱交換を行って放熱して、第1熱源側膨張機構24aに送られる。この第1熱源側膨張機構24aに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧される。この、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧された冷媒は、一部が、液冷媒連絡管2を通じてエコノマイザ熱交換器61に送られて、残りが、第2熱源側膨張機構24bに送られる。
第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、第2熱源側膨張機構24bに送られた冷媒は、第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧され、第2熱源側熱交換器82に送られる。第2熱源側熱交換器82に送られた冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第2熱源側熱交換器82において蒸発した後、第2熱源側切換機構5b、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に戻る。
第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、液冷媒連絡管2を通じてエコノマイザ熱交換器61に送られた冷媒の一部は、エコノマイザ配管21に分岐して流れる。
液冷媒連絡管2からエコノマイザ配管21に分岐して流れた冷媒は、第3熱源側膨張機構24cにおいて冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧されて、エコノマイザ熱交換器61に送られる。この、第3熱源側膨張機構24cにおいて冷凍サイクルにおける中間圧まで減圧された冷媒は、エコノマイザ熱交換器61において、液冷媒連絡管2を流れる冷媒と熱交換を行う。この、エコノマイザ熱交換器61において液冷媒連絡管2を流れる冷媒と熱交換を行った冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第1中間連絡管分岐管9aに送られる。この第1中間連絡管分岐管9aに送られた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2圧縮部12に吸入される。
第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、液冷媒連絡管2を通じてエコノマイザ熱交換器61に送られた冷媒は、エコノマイザ熱交換器61においてエコノマイザ配管21を流れる冷媒と熱交換を行い、冷却される。この、エコノマイザ熱交換器61において冷却された冷媒は、液冷媒連絡管2を通じて、利用側膨張機構103a、103bに送られる。
一方、吐出管10から第3利用側熱交換器102cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第3利用側熱交換器102cにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この第3利用側熱交換器102cにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第3利用側膨張機構103cに送られる。この第3利用側膨張機構103cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第3利用側膨張機構103cにおいて減圧されて、液冷媒連絡管2に流れる。この液冷媒連絡管2に流れた冷媒は、エコノマイザ熱交換器61において熱交換を行った冷媒と合流する。この液冷媒連絡管2において合流した冷媒は、利用側膨張機構103a、103bに送られる。
この利用側膨張機構103a、103bに送られた冷媒は、利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、利用側熱交換器102a、102bに送られる。この利用側熱交換器102a、102bに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器102a、102bにおいて室内空気等と熱交換を行って蒸発する。この利用側熱交換器102a、102bにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管4、アキュムレータ95及び吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。このようにして、第3A運転が行われる。
(3−3−2)第3B運転
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第2利用側熱交換器102bを冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行い、第3利用側熱交換器102cを冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行う場合を例に挙げて、第3B運転を行う際における動作を説明する(図6参照)。
第3B運転では、制御部120が、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82を冷媒の蒸発器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cを蒸発運転状態(図6の第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cが実線で示された状態)に切り換える。制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁73aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁71a、72aと、第2の分岐ユニット切換弁73bと、を開ける。
このような冷媒回路30の状態(冷媒の流れについては、図6の冷媒回路30に付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この第1圧縮部11から中間連絡管9に吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5bを通じて第1中間連絡管分岐管9aに流れる。第1中間連絡管分岐管9aに流れた冷媒は第2圧縮部12に吸入されて、第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、吐出管10に吐出される。ここで、第2圧縮部12から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮部11、12による二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力にまで圧縮されている。この吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、高低圧ガス冷媒連絡管3及び第3熱源側切換機構5cを通じて、利用側熱交換器102a、102bに送られる。この利用側熱交換器102a、102bに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器102a、102bにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この利用側熱交換器102a、102bにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103bに送られる。この利用側膨張機構103a、103bに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧される。この利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧された冷媒は、一部が、液冷媒連絡管2から第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られ、残りが、液冷媒連絡管2から第3利用側膨張機構103cに送られる。
第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られた冷媒は、第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82に送られる。第1熱源側熱交換器81において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側切換機構5a、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。第2熱源側熱交換器82において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5b、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。
一方で、液冷媒連絡管2から分岐して第3利用側膨張機構103cに送られた冷媒は、第3利用側膨張機構103cにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第3利用側膨張機構103cにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第3利用側熱交換器102cに送られる。この第3利用側熱交換器102cに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第3利用側熱交換器102cにおいて室内空気等と熱交換を行って蒸発する。この第3利用側熱交換器102cにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管4、アキュムレータ95及び吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に送られる。
(3−3−3)第3C運転
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102aは冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行い、第2利用側熱交換器102bは運転を停止し、第3利用側熱交換器102cは冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行う場合を例に挙げて、第3C運転を行う際における動作を説明する(図7参照)。
第3C運転では、制御部120は、第1熱源側熱交換器81を冷媒の放熱器として、第2熱源側熱交換器82を冷媒の蒸発器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82の放熱負荷及び蒸発負荷が小さいと判断する。制御部120は、第1熱源側切換機構5aを図7の実線で示される放熱運転状態に切り換えて、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5cを図7の実線で示される蒸発運転状態に切り換える。制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁72a、73aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁71aと、第2の分岐ユニット切換弁73bと、を開ける。
このような冷媒回路30の状態(冷媒の流れについては、図7の冷媒回路30に付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける中間圧まで圧縮された後に、中間連絡管9に吐出される。この第1圧縮部11から吐出された冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5bを通じて第2圧縮部12に送られる。この第2圧縮部12に送られた冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒は、第2圧縮部12において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮されて、吐出管10に吐出される。ここで、第2圧縮部12から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、圧縮部11、12による二段圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力に圧縮されている。この第2圧縮部12から吐出管10に吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、一部が、第1熱源側切換機構5aを通じて第1熱源側熱交換器81に送られ、残りが、第3熱源側切換機構5cを通じて第1利用側熱交換器102aに送られる。
第1熱源側切換機構5aを通じて第1熱源側熱交換器81に送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第1熱源側熱交換器81において、室外空気等と熱交換を行って放熱する。この第1熱源側熱交換器81において放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧される。この第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧された冷媒は、第2熱源側膨張機構24bに送られる。この第2熱源側膨張機構24bに送られた冷媒は、第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第2熱源側熱交換器82に送られる。この第2熱源側熱交換器82に送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第2熱源側熱交換器82において室外空気等と熱交換を行って蒸発する。この第2熱源側熱交換器82において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5b、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。
一方で、吐出管10から第1利用側熱交換器102aに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第1利用側熱交換器102aにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この第1利用側熱交換器102aにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1利用側膨張機構103aに送られる。この第1利用側膨張機構103aに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1利用側膨張機構103aにおいて減圧される。この第1利用側膨張機構103aにおいて減圧された冷媒は、液冷媒連絡管2を通じて、第3利用側膨張機構103cに送られる。この第3利用側膨張機構103cに送られた冷媒は、第3利用側膨張機構103cにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第3利用側膨張機構103cにおいて減圧された低圧の冷媒は、第3利用側熱交換器102cに送られる。この第3利用側熱交換器102cに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第3利用側熱交換器102cにおいて室内空気等と熱交換を行って蒸発する。この第3利用側熱交換器102cにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管4、アキュムレータ95及び吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。このようにして、第3C運転が行われる。
(4)変形例
次に、本実施形態に係る空気調和機1の変形例について説明する。なお、上記の第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(4−1)変形例1A
上記実施形態において、空気調和機1の熱源側ユニット100は、第1熱源側熱交換器81、第2熱源側熱交換器82を有すると説明した。しかしながら、空気調和機1の構成はこれに限られるものでなく、例えば、空気調和機1Aにおいて、熱源側熱交換器が、第1熱源側熱交換器81と、第2熱源側熱交換器82と、第3熱源側熱交換器83と、に分割されていてもよい(図8、図9参照)。
この場合、空気調和機1Aの冷媒回路30Aは、第4熱源側切換機構5dや、第4熱源側膨張機構24dや、第3ガス側遮断弁93、をさらに有する。
第4熱源側切換機構5dは、冷媒回路30Aにおける冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。より具体的には、制御部120が、放熱運転状態と蒸発運転状態を切り替えるための機構である。放熱運転状態とは、制御部120が第1熱源側熱交換器81、を冷媒の放熱器として機能させ、第2熱源側熱交換器82を冷媒の中間冷却器又は放熱器として機能させ、第3熱源側熱交換器83を冷媒の放熱器として機能させる状態である。蒸発運転状態とは、制御部120が、第1熱源側熱交換器81、第2熱源側熱交換器82、第3熱源側熱交換器83を冷媒の蒸発器として機能させる状態である。
第4熱源側切換機構5dは、ここでは、四路切換弁である。第4熱源側切換機構5dの第4ポート5ddは閉塞されており、第4熱源側切換機構5dは三方弁として機能している。
第4熱源側膨張機構24dは、冷媒回路30Aに配置され、利用側熱交換器102a、102b、102cと、熱源側熱交換器81、82、83との間を流れる冷媒を膨張させる機構である。第4熱源側膨張機構24dは、ここでは、開度調節可能な電動膨張弁によって構成されている。第4熱源側膨張機構24dの開度は、運転状況に応じて制御部120により適宜調節される。
(4−2)変形例1B
上記実施形態において、第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5b、第3熱源側切換機構5c、第4熱源側切換機構5dは、四路切換弁であると説明した。しかしながら、本開示においては、流路切換弁として必ずしも四路切換弁を使用する必要はない。例えば、電磁弁や電動弁、又は三方弁や五方弁等の他の切換弁を、流路切換弁として使用してもよい。
(5)特徴
(5−1)
複数の圧縮部からなる圧縮機構と、蒸発器や放熱器として機能するよう分割された熱源側熱交換器と、利用側ユニットとを備える空気調和機であって、利用側ユニットごとに冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成された空気調和機においては、複数の圧縮部によって圧縮される冷媒を、中間冷却器として機能する熱交換器によって冷却することで、運転効率を向上させることが考えられる。特に、冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う空気調和機においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度が高くなるため、中間冷却器によって冷媒を冷却することで、圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低下させることが考えられる。しかしながら、蒸発器や放熱器として機能するよう分割された熱源側熱交換器を、さらに中間冷却器として機能する熱交換器に分割することは、コストの増大を招く。本開示の第1実施形態における空気調和機1は、第1運転時には冷媒の中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82が、第2運転時や第3運転時には冷媒の蒸発器として機能する。このように、1台の熱交換器が、制御部120の指示によって、中間冷却器として機能し、あるいは蒸発器として機能するように構成されている。これにより、熱源側熱交換器を中間冷却器として機能する熱交換器にさらに分割する必要がなくなるため、コストの増大を抑えられている。
(5−2)
本開示に係る第1実施形態における空気調和機1は、熱源側熱交換器を分割することで、第1熱源側熱交換器81と、第2熱源側熱交換器82と、第3熱源側熱交換器83を有してもよい。熱源側熱交換器をこのように分割することで、熱源側熱交換器は、利用側ユニットの熱負荷をより適切に処理することが出来ている。
また、熱源側熱交換器をさらに分割して第3熱源側熱交換器を有する空気調和機1Aにおいても、複数の圧縮部によって圧縮される冷媒を、中間冷却器として機能する熱交換器によって冷却することで運転効率を向上させることが考えられる。本開示の第1実施形態に係る空気調和機1Aは、制御部120の指示によって、第2熱源側熱交換器82が中間冷却器として機能し、あるいは蒸発器として機能する。これにより、熱源側熱交換器を中間冷却器として機能する熱交換器にさらに分割する必要がなくなるため、コストの増大を抑えられている。
<第2実施形態>
次に、本開示の第2実施形態としての空気調和機1Sについて説明を行う。なお、他の実施形態と区別するために、本実施形態では添え字Sを付すことがある。第1実施形態に係る空気調和機1では、冷媒の中間冷却器として機能し、なおかつ冷媒の蒸発器として機能する第2熱源側熱交換器82を備える空気調和機1について説明を行った。第2実施形態は、図10に示すように、熱源側ユニット100Sが、バイパス配管20を有する点が第1実施形態と異なる。この点を除いて、第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と実質的に同じである。このため、第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成について説明し、その他の説明は省略する。
(6)詳細構成
(6−1)中間連絡管
中間連絡管9Sは、第1圧縮部11で冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された冷媒が吐出される配管であり、第1中間連絡管分岐管9aSと、第2中間連絡管分岐管9bSとに分岐する。第2中間連絡管分岐管9bSは、第2熱源側切換機構5bSを通じて中間連絡管9Sと第2熱源側熱交換器82Sとを接続する配管である。第1中間連絡管分岐管9aSは、中間連絡管9Sと第2圧縮部12とを接続する配管である。
(6−2)熱源側ユニット
熱源側ユニット100Sは、ビル等の屋上あるいはビル等の周囲に設置される。熱源側ユニット100Sは、液冷媒連絡管2、高低圧ガス冷媒連絡管3、低圧ガス冷媒連絡管4、液側遮断弁90、第1ガス側遮断弁91、第2ガス側遮断弁92、第5ガス側遮断弁94、分岐ユニット70a、70b、70cを介して利用側ユニット101a、101b、101cに接続されており、冷媒回路30Sの一部を構成している。
熱源側ユニット100Sは主として、第1熱源側熱交換器81と、第2熱源側熱交換器82Sと、第2熱源側熱交換器82Sを流れた冷媒を第2圧縮部12の吸入側に送るインジェクション管9cと、エコノマイザ配管21と、エコノマイザ熱交換器61と、第1熱源側膨張機構24aと、第2熱源側膨張機構24bと、第1熱源側切換機構5aと、第2熱源側切換機構5bSと、第3熱源側切換機構5cと、バイパス配管20と、を有する。
(6−2−1)
第2熱源側熱交換器82Sは、冷媒の中間冷却器、蒸発器又は放熱器として機能する熱交換器である。第2熱源側熱交換器82Sは、第2中間連絡管分岐管9bSによって第2熱源側切換機構5bSと接続されている。第1熱源側熱交換器81の液側と第2熱源側熱交換器82Sの液側とは、液冷媒連絡管分岐管84を通じて接続されている。
第2熱源側切換機構5bSは、第4ポート5bdSが閉塞されており、三方弁として機能する四路切換弁である。なお、第2熱源側切換機構5bSは四路切換弁ではなく、三方弁であってもよい。
バイパス配管20は、第1中間連絡管分岐管9aSから分岐して、吐出管10に接続される配管である。第1圧縮部11から第2中間連絡管分岐管9bSに吐出され、第1中間連絡管分岐管9aSに流れた冷媒は、バイパス配管20を通ることで、第2圧縮部12に吸入されることなく、利用側ユニット101a、101b、101c又は第1熱源側熱交換器81に流れる。
制御部120は、空気調和機1Sを構成する各部の機器の動作を制御する。空気調和機1Sは、制御部120の制御により、後述する第1S運転、第2S運転、第3S運転を切り替えることができる。
(7)空気調和機の動作
次に、本実施形態に係る空気調和機1Sの動作について説明する。本実施形態に係る空気調和機1Sは、制御部120が第2S運転と第3S運転とを切り替えることで、空気調和を行う。
第2S運転は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器(暖房運転を行う利用側ユニット)のみが存在する運転(全暖房運転)である。
第3S運転は、冷房運転を行う利用側ユニットと暖房運転を行う利用側ユニットとが混在する運転(冷暖同時運転)である。
(7−1)第2S運転
ここでは、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第3利用側熱交換器102cを冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行い、第2利用側熱交換器102bが運転を停止する場合を例に挙げて、第2S運転を行う際における動作を説明する(図11参照)。
第2S運転時においては、制御部120は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82Sを冷媒の蒸発器として機能させることを決定する。制御部120は、第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5bS、第3熱源側切換機構5cを蒸発運転状態(図11の第1熱源側切換機構5a、第2熱源側切換機構5bS、第3熱源側切換機構5cが実線で示された状態)に切り換える。また、制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁72aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72b、73bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁71a、73aを開ける。
このような冷媒回路30Sの状態(冷媒の流れについては、図11の冷媒回路30Sに付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、中間連絡管9Sに吐出される。ここで、第1圧縮部11から中間連絡管9Sに吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1圧縮部11による圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力に圧縮されている。この、第1圧縮部11から中間連絡管9Sに吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1中間連絡管分岐管9aSに流れて、バイパス配管20に流れる。この、バイパス配管20に流れた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、高低圧ガス冷媒連絡管3及び第3熱源側切換機構5cを通じて、利用側熱交換器102a、102cに送られる。この利用側熱交換器102a、102cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器102a、102cにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この利用側熱交換器102a、102cにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103cに送られる。この利用側膨張機構103a、103cに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧される。この利用側膨張機構103a、103cにおいて減圧された冷媒は、液冷媒連絡管2や液冷媒連絡管分岐管84を通じて、第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られる。この第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bに送られた冷媒は、第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第1熱源側膨張機構24a及び第2熱源側膨張機構24bにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82Sに送られる。この第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82Sに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第1熱源側熱交換器81及び第2熱源側熱交換器82Sにおいて、室外空気等と熱交換を行って蒸発する。第1熱源側熱交換器81において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側切換機構5a、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。第2熱源側熱交換器82Sにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第2熱源側切換機構5bS、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。このようにして、第2S運転が行われる。
(7−2)第3S運転
次に、第3S運転について説明する。ここでは、第3S運転の一例として、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在するが、全体としては放熱側の負荷が大きい運転(暖房主体運転)を行う場合について説明する。
また、暖房主体運転の例として、制御部120が、第1利用側熱交換器102a、第2利用側熱交換器102bを冷媒の放熱器として機能させて暖房運転を行い、第3利用側熱交換器102cを冷媒の蒸発器として機能させて冷房運転を行う場合について説明する(図12参照)。
このような運転を行う場合、制御部120が、第1熱源側熱交換器81を蒸発器として、第2熱源側熱交換器82Sを冷媒の放熱器として機能させることを決定する。制御部120は、第2熱源側切換機構5bSを図12の実線で示される放熱運転状態に切り換えて、第1熱源側切換機構5a、第3熱源側切換機構5cを図12の実線で示される蒸発運転状態に切り換える。制御部120は、第1の分岐ユニット切換弁73aと、第2の分岐ユニット切換弁71b、72bと、を閉めるとともに、第1の分岐ユニット切換弁71a、72aと、第2の分岐ユニット切換弁73bと、を開ける。
このような冷媒回路30Sの状態(冷媒の流れについては、図12の冷媒回路30Sに付された矢印を参照)において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、吸入管8から第1圧縮部11に吸入される。この第1圧縮部11に吸入された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1圧縮部11において冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、中間連絡管9Sに吐出される。ここで、第1圧縮部11から中間連絡管9Sに吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第1圧縮部11による圧縮動作によって、冷媒の臨界圧力を超える圧力にまで圧縮されている。この第1圧縮部11から中間連絡管9Sに吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第2中間連絡管分岐管9bSと、第1中間連絡管分岐管9aSとに分岐して流れる。
中間連絡管9Sから第2中間連絡管分岐管9bSに流れた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する第2熱源側熱交換器82Sに送られて、第2熱源側熱交換器82Sにおいて室外空気等と熱交換を行って放熱する。この第2熱源側熱交換器82Sにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、第2熱源側膨張機構24bで減圧されて、第1熱源側膨張機構24aに送られる。この第1熱源側膨張機構24aに送られた冷媒は、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒になる。この第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側熱交換器81に送られる。この第1熱源側熱交換器81に送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第1熱源側熱交換器81において室外空気等と熱交換を行い、蒸発する。この第1熱源側熱交換器81において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側切換機構5a、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に戻る。
一方で、中間連絡管9Sから第1中間連絡管分岐管9aSに流れた冷媒は、バイパス配管20に流れる。このバイパス配管20に流れた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、高低圧ガス冷媒連絡管3及び第3熱源側切換機構5cを通じて、利用側熱交換器102a、102bに送られる。この利用側熱交換器102a、102bに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器102a、102bにおいて室内空気等と熱交換を行って放熱する。この利用側熱交換器102a、102bにおいて放熱した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103bに送られる。この利用側膨張機構103a、103bに送られた冷凍サイクルにおける高圧の冷媒は、利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧される。この利用側膨張機構103a、103bにおいて減圧された冷媒は、一部が、液冷媒連絡管2から第1熱源側膨張機構24aに送られ、残りが、液冷媒連絡管2から第3利用側膨張機構103cに送られる。
第1熱源側膨張機構24aに送られた冷媒は、第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第1熱源側膨張機構24aにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側熱交換器81に送られる。この蒸発器として機能する第1熱源側熱交換器81において蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第1熱源側切換機構5a、アキュムレータ95、吸入管8を通じて、再び第1圧縮部11に吸入される。
液冷媒連絡管2から分岐して第3利用側膨張機構103cに送られた冷媒は、第3利用側膨張機構103cにおいて減圧されて冷凍サイクルにおける低圧の気液二相状態の冷媒になる。この第3利用側膨張機構103cにおいて減圧された冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、第3利用側熱交換器102cに送られる。この第3利用側熱交換器102cに送られた冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、冷媒の蒸発器として機能する第3利用側熱交換器102cにおいて室内空気等と熱交換を行って蒸発する。この第3利用側熱交換器102cにおいて蒸発した冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管4、アキュムレータ95及び吸入管8を通じて、第1圧縮部11に送られる。このようにして、第3S運転の一例である暖房主体運転が行われる。
(8)第2実施形態の特徴
(8−1)
複数の圧縮部からなる圧縮機構と、蒸発器や放熱器として機能するよう分割された熱源側熱交換器と、複数の利用側ユニットとを備える空気調和機であって、利用側ユニットごとに冷房運転と暖房運転とを切換可能に構成された空気調和機においては、複数の圧縮部によって圧縮される冷媒を、中間冷却器として機能する熱交換器によって冷却することで、運転効率を向上させることが考えられる。特に、冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う空気調和機においては、圧縮機構から吐出される冷媒の温度が高くなるため、中間冷却器によって冷媒を冷却することで、圧縮機構から吐出される冷媒の温度を低下させることが考えられる。しかしながら、蒸発器や放熱器として機能するよう分割された熱源側熱交換器を、さらに中間冷却器として機能する熱交換器に分割することは、コストの増大を招く。本開示の第2実施形態に係る空気調和機1Sは、第1運転時には冷媒の中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82Sが、第2運転時や第3運転時には冷媒の蒸発器や冷媒の放熱器として機能する。このように、1台の熱交換器が、制御部120の指示によって、中間冷却器や蒸発器、あるいは放熱器として機能するため、熱源側熱交換器を、中間冷却器として機能する熱交換器にさらに分割する必要がなくなる。これにより、コストの増大を抑えられている。
(8−2)
上記第1実施形態における第2熱源側熱交換器82は、冷媒の蒸発器として機能し、かつ冷媒の中間冷却器として機能する。一般に、熱源側熱交換器を放熱器と蒸発器とに分割する場合、蒸発器の比率が小さくなるように分割する。本開示においても、蒸発器として機能し、なおかつ中間冷却器として機能する第2熱源側熱交換器82は、大きさの比率が第1熱源側熱交換器81よりも小さくなるように分割される。
冷媒の放熱器として機能する利用側熱交換器と、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器と、の両方が混在するが、全体としては放熱側の負荷が大きい運転(暖房主体運転)を行う場合は、熱源側熱交換器は、放熱側の負荷を重点的に処理する必要がある。このような場合、第1実施形態の第3B運転のように、第1熱源側熱交換器81よりも大きさの比率が小さくなるよう分割された第2熱源側熱交換器82が、放熱側の負荷を処理すると、運転効率が低下するおそれがある。
本開示における第2実施形態に係る空気調和機1Sは、第2圧縮部12をバイパスさせるバイパス配管20を有する。これにより、第2熱源側熱交換器82Sを冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の放熱器として機能させる。これにより、空気調和機1Sは、第1熱源側熱交換器81よりも小さな第2熱源側熱交換器82Sを、放熱器として機能させることが可能なため、暖房主体運転を行う際に運転効率が低下することを抑制できている。
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、本開示は、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の開示を形成できるものである。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素は削除してもよいものである。さらに、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよいものである。
1、1A、1S 空気調和機
2 液冷媒連絡管
3 高低圧ガス冷媒連絡管
4 低圧ガス冷媒連絡管
10 吐出管
11 第1圧縮部
12 第2圧縮部
15 圧縮機構
20 バイパス配管
21 エコノマイザ配管
61 エコノマイザ熱交換器
70a、70b、70c 分岐ユニット
81 第1熱源側熱交換器
82、82S 第2熱源側熱交換器
83 第3熱源側熱交換器
100 熱源側ユニット
101a、101b、101c 利用側ユニット
120 制御部
特開2016−11780号公報

Claims (7)

  1. 第1圧縮部(11)と、前記第1圧縮部の吐出側に配置される第2圧縮部(12)と、を有する圧縮機構(15)と、
    第1熱源側熱交換器(81)と、第2熱源側熱交換器(82、82S)と、を有する熱源側ユニット(100)と、
    それぞれが冷房運転と暖房運転との切り替えを行う、複数の利用側ユニット(101a、101b、101c)と、
    前記熱源側ユニットにおいて冷媒の流れを切り替えることによって、第1運転、第2運転、及び第3運転を切り替える、制御部(120)と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記第1運転時には、前記第1熱源側熱交換器が放熱器、前記第2熱源側熱交換器が中間冷却器、として機能するように冷媒の流れを切り替え、
    前記第2運転時には、前記第1熱源側熱交換器及び前記第2熱源側熱交換器が蒸発器として機能するように冷媒の流れを切り替え、
    前記第3運転時には、
    前記第1熱源側熱交換器が放熱器、前記第2熱源側熱交換器が蒸発器、として機能する、
    或いは、
    前記第1熱源側熱交換器が蒸発器、前記第2熱源側熱交換器が放熱器、として機能する、
    ように冷媒の流れを切り替える、
    空気調和機(1、1A、1S)。
  2. 前記熱源側ユニットは、
    前記中間冷却器として機能する前記第2熱源側熱交換器を流れる冷媒を、前記第2圧縮部の吸入側に送る配管(9c)、
    をさらに有する、
    請求項1に記載の空気調和機。
  3. 前記熱源側ユニットは、
    前記第2圧縮部をバイパスさせるバイパス配管(20)、
    をさらに有する、
    請求項1又は2に記載の空気調和機。
  4. 前記熱源側ユニットは、
    前記第1熱源側熱交換器から前記複数の利用側ユニットに送られる冷媒の一部を分岐して、前記第2圧縮部の吸入側に送る、エコノマイザ配管(21)と、
    前記第1熱源側熱交換器から前記利用側ユニットに送られる冷媒と、前記エコノマイザ配管を流れる冷媒と、の熱交換を行わせる、エコノマイザ熱交換器(61)と、
    をさらに有する、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の空気調和機。
  5. 前記熱源側ユニットは、第3熱源側熱交換器(83)をさらに有し、
    前記制御部は、
    前記第1運転時には、前記第1熱源側熱交換器が放熱器、前記第2熱源側熱交換器が中間冷却器、前記第3熱源側熱交換器が放熱器、として機能するように冷媒の流れを切り替え、
    前記第2運転時には、前記第1熱源側熱交換器、前記第2熱源側熱交換器及び前記第3熱源側熱交換器が蒸発器、として機能するように冷媒の流れを切り替え、
    前記第3運転時には、
    前記第1熱源側熱交換器、前記第2熱源側熱交換器及び前記第3熱源側熱交換器のうち、2つの熱交換器が蒸発器、残り1つの熱交換器が放熱器、として機能する、
    或いは、
    前記第1熱源側熱交換器、前記第2熱源側熱交換器及び前記第3熱源側熱交換器のうち、2つの熱交換器が放熱器、残り1つの熱交換器が蒸発器、として機能する、
    ように冷媒の流れを切り替える、
    請求項1に記載の空気調和機。
  6. 前記圧縮機構から吐出される冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力を超える圧力になる超臨界冷凍サイクルを行う、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の空気調和機。
  7. 冷媒は、CO冷媒もしくはCO混合冷媒である、
    請求項1から6のいずれか1項に記載の空気調和機。
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