JP5055965B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置1の概略構成図である。空気調和装置1は、2段膨張冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。本発明では、冷媒に超臨界冷媒であるCO2冷媒を利用している。空気調和装置1は、主として、1台の熱源ユニットとしての室外ユニット2と、それに接続された利用ユニットとしての室内ユニット3と、室外ユニット2と室内ユニット3とを接続する冷媒連絡配管4とを備えている。冷媒連絡配管4は、液冷媒連絡配管41とガス冷媒連絡配管42とから構成される。すなわち、本実施形態の空気調和装置1の冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット3と、冷媒連絡配管4とが接続されることによって構成されている。
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡配管4を介して室内ユニット3に接続されており、冷媒回路10を構成している。
室内ユニット3は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット3は、冷媒連絡配管4を介して室外ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
冷媒連絡配管4は、空気調和装置1をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管であり、設置場所や室外ユニット2と室内ユニット3との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
まず、冷房運転について、図1および図2を用いて説明する。冷房運転時は、室外ユニット2の室外側冷媒回路20において、四路切換弁V1が図1の実線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器23がガスクーラとして機能し、かつ、室内熱交換器31が蒸発器として機能するようになっている。
暖房運転時は、室外ユニット2の室外側冷媒回路20において、四路切換弁V1が図1の破線で示される状態に切り換えられることによって、室外熱交換器23が蒸発器として機能し、かつ、室内熱交換器31がガスクーラとして機能するようになっている。
図2は、超臨界条件下における冷凍サイクルをp−h線図(モリエル線図)により示している。本発明では、冷媒に超臨界冷媒であるCO2冷媒を利用している。また、2つの膨張機構を用いて2段に分けて膨張させるようにした2段膨張冷凍サイクルを採用している。前述のように、この冷媒回路10は、主に、圧縮機21、室外熱交換器23、第1室外膨張弁V2、室外過冷却熱交換器24、第2室外膨張弁V3、室内過冷却熱交換器32、室内膨張弁V6、および室内熱交換器31から構成されている。図2のA、B、C、D、E、およびFは、冷房運転の場合の、図1におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。また、図2の括弧書きのA、B、E、F、G、およびHは、暖房運転の場合の、図1におけるそれぞれの点に対応した冷媒の状態を表している。なお、以下に冷房運転の場合(外気温がCO2冷媒の臨界温度以下の場合)の2段膨張サイクルについて、図1および図2を用いて説明する。暖房運転については、CをHに、DをGに、EをFに、FをEに置き換えることで説明できる。
(1)
本発明では、室外ユニット2が、冷房運転と暖房運転とに切り換え可能な四路切換弁V1をさらに有している。また、制御部5は、四路切換弁V1が図1の実線の状態(冷房運転)の場合に第1室外膨張弁V2と第2室外膨張弁V3とを制御し、四路切換弁V1が図1の破線の状態(暖房運転)の場合に第2室外膨張弁V3と室内膨張弁V6とを制御する。制御部5は、冷房運転で、かつ、外気温が冷媒の臨界温度以上の場合に、液冷媒を室外過冷却熱交換器24内に溜めずに室内過冷却熱交換器32内に溜めるように、第2室外膨張弁V3と室内膨張弁V6とを制御する。
本発明では、室外ユニット2は、過冷却度の検出のために、室外過冷却熱交換器24の冷媒の出入口に第1室外過冷却温度センサT1と、第2室外過冷却温度センサT2とを有している。これらの温度センサT1,T2により、冷房運転で外気温が31℃未満の場合において、中間圧力Pmと、室外過冷却熱交換器24の出口温度が得られる。また、室内ユニット3は、過冷却度の検出のために、室内過冷却熱交換器32の冷媒の出入口に第1室内過冷却温度センサT3と、第2室内過冷却温度センサT4とを有している。これらの温度センサT3,T4により、冷房運転で外気温が31℃以上の場合および暖房運転の場合において、中間圧力Pmと、室内過冷却熱交換器32の出口温度が得られる。
本発明では、冷媒にCO2冷媒を利用している。CO2冷媒は、従来の冷媒、例えばフルオロカーボン冷媒などと比べて、地球温暖化係数が1であり、数百から1万程度のフルオロカーボン冷媒よりも遙かに低い。
(1)
本実施形態では、室内ユニット3が1台の室外ユニット2に対して1台接続されている、いわゆるペア式の空気調和装置1であるが、これに限らずに、複数台の室内ユニットが1台の室外ユニットに対して接続されているマルチ式の空気調和装置1aであっても良い。例えば、図3のように、1台の室外ユニット2に対して3台の室内ユニット3a,3b,3cが並列に接続されているものである。図3の室内ユニット3a,3b,3cの構成は、本実施形態で説明した室内ユニット3の各部に付した番号に、室内ユニット3a,3b,3cと対応するように、番号の末尾にa,b,およびcを付している。例えば、室内ユニット3の室内ファン33は、室内ユニット3a,3b,3cの室内ファン33a,33b,33cと対応しており、室内ユニット3と室内ユニット3a,3b,3cとは同様の構成である。なお、図3では室内ユニット3a〜3cは3台接続されているが、3台に限らずに、2台、4台、5台などであっても構わない。
本実施形態では、膨張機構として室外ユニット2内に第1室外膨張弁V2を設け、室内ユニット3内に室内膨張弁V6を設けているが、これらの膨張弁に限らずに、例えば膨張機などでも構わない。
本実施形態では、過冷却度の算出のために室外過冷却熱交換器24および室内過冷却熱交換器32の入口と出口とにそれぞれ温度センサを設けていたが、冷媒の入口側は温度センサに限らずに圧力センサでも構わない。すなわち、冷房運転時において過冷却器として機能する室外過冷却熱交換器24の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第1室外過冷却温度センサT1と、暖房運転時において過冷却器として機能する室内過冷却熱交換器32の冷媒流れ方向入口側の温度センサである第1室内過冷却温度センサT3とを圧力センサとしても構わない。ただし、冷房運転時の外気温が31℃以上になる場合は、室外過冷却熱交換器24ではなく室内過冷却熱交換器32が過冷却器として機能するため、この場合の冷媒流れ方向出口側になる第1室内過冷却温度センサT3は温度センサでなければならない。したがって、本実施形態の場合には、第1室外過冷却温度センサT1のみを圧力センサに変更可能である。
本実施形態では、室外空気を熱源として利用しているが、これに限らずに、水などを熱源として利用しても構わない。
本実施形態では、室外ユニット2内に四路切換弁V1が設けられ、冷房運転と暖房運転とが可能な空気調和装置1であるが、これに限らず、図4または図5のように四路切換弁の無い冷房専用の空気調和装置1b、あるいは暖房専用の空気調和装置1cであっても良い。
本実施形態では、室外ユニット2内に室外過冷却熱交換器24が設けられ、また、室内ユニット3内に室内過冷却熱交換器32が設けられ、冷媒回路10内に過冷却熱交換器として機能する機器を2つ有しているが、これに限らず、図6の空気調和装置1dように過冷却熱交換器として機能する機器は1つでも良い。
2,2a,2b 室外ユニット(熱源ユニット)
3,3a〜3c,3d 室内ユニット(利用ユニット)
21 圧縮機
23 室外熱交換器(第1熱交換器、熱源側熱交換器)
24 室外過冷却熱交換器(過冷却熱交換器、熱源側補助熱交換器)
31,31a〜31c 室内熱交換器(第2熱交換器、利用側熱交換器)
32,32a〜32c 室内過冷却熱交換器(利用側補助熱交換器)
T1 第1室外過冷却温度センサ(第1入口温度センサ)
T2 第2室外過冷却温度センサ(第1出口温度センサ)
T1 第1室内過冷却温度センサ(第2入口温度センサ、第2出口温度センサ)
T2 第2室内過冷却温度センサ(第2入口温度センサ、第2出口温度センサ)
V1 四路切換弁(切換機構)
V2 第1室外膨張弁(第1膨張機構)
V3 第2室外膨張弁(第2膨張機構)
V6,V6a〜V6c 室内膨張弁(第3膨張機構)
Claims (5)
- 超臨界領域で作動する冷媒を利用する冷凍装置であって、
前記冷媒を圧縮する圧縮機(21)と、前記冷媒を第1流体と熱交換させる熱源側熱交換器(23)と、前記冷媒を減圧可能な第1膨張機構(V2)と、前記冷媒を熱交換させる熱源側補助熱交換器(24)と、前記冷媒を減圧可能な第2膨張機構(V3)と、前記利用側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記熱源側熱交換器に流入する第1状態と、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒が前記圧縮機に流入し、かつ、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が前記利用側熱交換器に流入する第2状態とを切り換え可能な切換機構(V1)と、を有する熱源ユニット(2)と、
前記冷媒を熱交換させる利用側熱交換器(31)と、前記冷媒を減圧可能である第3膨張機構(V6)と、前記冷媒を熱交換させる利用側補助熱交換器(32)とを有する利用ユニット(3)と、
前記切換機構が前記第1状態の場合、かつ、前記第1流体の温度が前記冷媒の臨界温度未満の場合に、前記熱源側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記熱源側補助熱交換器に溜めるように前記第1膨張機構と前記第2膨張機構とを調整する第1制御を行い、前記切換機構が前記第1状態の場合、かつ、前記第1流体の温度が前記冷媒の臨界温度以上の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第2膨張機構と前記第3膨張機構とを調整する第2制御を行い、前記切換機構が前記第2状態の場合に、前記利用側補助熱交換器を過冷却器として機能させ、液体の前記冷媒を前記利用側補助熱交換器に溜めるように前記第2膨張機構と前記第3膨張機構とを調整する第3制御を行う制御部(5)と、
を備える、
冷凍装置(1)。 - 前記熱源ユニットは、前記熱源側補助熱交換器の第1過冷却度を検出可能な熱源側過冷却情報取得手段をさらに有し、
前記利用ユニットは、前記利用側補助熱交換器の第2過冷却度を検出可能な利用側過冷却情報取得手段をさらに有し、
前記第1制御は、前記第1過冷却度に基づいて行われ、
前記第2制御および前記第3制御は、前記第2過冷却度に基づいて行われる、
請求項1に記載の冷凍装置(1)。 - 前記熱源側過冷却情報取得手段は、前記熱源側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能な第1入口温度センサ(T1)と、冷媒出口温度を検出可能な第1出口温度センサ(T2)とからなる、
請求項2に記載の冷凍装置(1)。 - 前記利用側過冷却情報取得手段は、前記利用側補助熱交換器において、冷媒入口温度を検出可能な第2入口温度センサと、冷媒出口温度を検出可能な第2出口温度センサとからなる、
請求項2または3に記載の冷凍装置(1)。 - 前記冷媒は、CO2冷媒である、
請求項1から4のいずれかに記載の冷凍装置(1)。
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