JP5172012B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱源より温熱を生成する際に生じる霜を空気熱交換器から効率よく除去することのできる空気調和装置に関する。
従来より、冷媒側サイクル（一次側サイクル）と水側サイクル（二次側サイクル）との間で熱交換を行い、冷房運転時の凝縮熱を回収し、冷暖房を同時に行えるようにした空気調和装置は知られている。
このようなものにおいて、暖房運転のみ、あるいは冷暖房同時運転で暖房能力が大きい場合、外気温度が低いと、空気熱交換器上に着霜する。この霜を取除くための除霜能力は、基本的には圧縮機への電気入力で定まるが、従来は冷房負荷からの吸熱を熱源として利用することで、除霜能力を拡大できるように、冷暖房同時運転状態下で除霜運転されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特公昭５９−２８３２号公報（第４頁、図５、図６）
このように従来は、冷暖房同時運転状態下で除霜運転して、冷房負荷からの吸熱を熱源として利用することで、除霜能力を拡大するようにしている。換言すれば、従来は着霜量が比較的少ない冷暖房同時運転下でしか除霜能力を拡大することができない。つまり、着霜量が比較的多い暖房運転のみの場合には、除霜能力を拡大することができなかった。更に、冷媒との間で熱交換される水側サイクル（二次側サイクル）について考慮されていなかった。
本発明の技術的課題は、空気熱交換器に対するデフロスト能力を増加させ、デフロスト時間短縮と運転効率の改善を実現できるようにすることにある。
本発明に係る空気調和装置は、第１の媒体が循環する第１のサイクルと、第２の媒体が循環する第２のサイクルと、第２の媒体が循環する第３のサイクルと、を備え、前記第１のサイクルは、圧縮機と、空気熱交換器でなる第１の熱交換器と、第１の減圧弁と、第１のサイクルと第２のサイクルとの間で熱交換する第２の熱交換器と、第２の減圧弁と、第１のサイクルと第３のサイクルとの間で熱交換する第３の熱交換器と、第１の媒体の流れ方向を正逆に転換させる四方弁と、を順に接続してなり、前記第２のサイクルは、前記第２の熱交換器と、前記第２の媒体を駆動させる第１のポンプと、１経路から複数に分岐する第１の分岐路と、ファンを有する室内機と、複数の経路から１経路に集約する第１の集約路と、を順に接続してなり、前記第３のサイクルは、前記第３の熱交換器と、前記第２の媒体を駆動させる第２のポンプと、１経路から複数に分岐する第２の分岐路と、前記室内機と、複数の経路から１経路に集約する第２の集約路と、を順に接続してなり、各前記分岐路の複数の経路側には、それぞれ前記第２のサイクルと前記第３のサイクルとの間で流路を切替接続できる第１の流路切替弁を設け、各前記集約路の複数の経路側には、それぞれ前記第２のサイクルと前記第３のサイクルとの間で流路を切替接続できる第２の流路切替弁を設け、前記室内機と組み合わされる一対の第１の流路切り替え弁と第２の流路切り替え弁は、第２のサイクルと第３のサイクルのいずれか一つの同じサイクルに切替接続し、第１の熱交換器を除霜する際に停止している室内機がある場合、停止している室内機側の前記第１と第２の流路切替弁を前記第３のサイクル側に切替し、第２のポンプを駆動させるものである。
本発明によれば、圧縮機のみでなく、第２の媒体を熱源として利用するので、デフロスト時間を短縮することができ、ひいては高効率な運転を実現することができる。
本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房運転のみの場合の動作を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房主体運転の場合の動作を示す回路図である。 本発明の実施の形態の別形態に係る空気調和装置の他の実施例の要部を示す回路図である。 本発明の実施の形態の別形態に係る空気調和装置の更に他の実施例の要部を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置の通常運転時の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト準備運転時の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転時の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト前の動作を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト準備運転の動作を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転の動作を示す回路図である。
図１は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す回路図である。図２は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房運転のみの場合の動作を示す回路図である。図３は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の冷房主体運転の場合の動作を示す回路図である。図４は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の他の実施例の要部を示す回路図である。図５は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の更に他の実施例の要部を示す回路図である。図６は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の通常運転時の動作を示すフローチャートである。図７は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト準備運転時の動作を示すフローチャートである。図８は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転時の動作を示すフローチャートである。図９は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト前の動作を示す回路図である。図１０は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト準備運転の動作を示す回路図である。図１１は本発明の実施の形態に係る空気調和装置のデフロスト運転の動作を示す回路図である。なお、前述の図２，３，９〜１１において、開放されている管は太線（実線）、閉じられている管は細線（実線）で示す。
本実施の形態の空気調和装置１は、図１に示すように、熱源ユニット２、中継ユニット３、負荷ユニット４から構成される。熱源ユニット２は、建物の屋上、屋外、地下などの機械室に設けられる。負荷ユニット４は、居室、または居室近傍に設けられる。中継ユニットは、熱源ユニット２に隣接して設けてもよいし、居室の近傍に設けてもよい。
また、空気調和装置１は、第１の媒体が循環する第１のサイクル５、第２の媒体が循環する第２のサイクル６、第２の媒体が循環する第３のサイクル７、から構成される。第１の媒体はフロン系冷媒のみならず、自然冷媒、第２の媒体は水または水に防腐剤などの添加物を加えたもの、あるいはブラインである。
第１のサイクル５は、圧縮機９、四方弁１０、第１の熱交換器１１、それに付随する室外機ファン１２、第１の延長配管１３、第１の減圧弁１４、第２の熱交換器１５、第２の減圧弁１６、第３の熱交換器１７、第２の延長配管１８、前記四方弁１０、アキュームレーター１９、前記圧縮機９、と順に接続されて構成される。
第２のサイクル６は、第２の熱交換器１５、第１のポンプ２１、第１の分岐路４０、複数の分岐経路８ａ〜８ｃ、第１の集約路４１、前記第２の熱交換器１５、を順に接続して構成される。
第３のサイクル７は、第３の熱交換器１７、第２のポンプ２２、第２の分岐路４２、複数の分岐経路８ａ〜８ｃ、第２の集約路４３、前記第３の熱交換器１７、を順に接続して構成される。
複数の分岐経路８ａ〜８ｃは、第１の流路切替弁３１ａ〜３１ｃ、流量調整弁３２ａ〜３２ｃ、第３の延長配管３３ａ〜３３ｃ、室内機３４ａ〜３４ｃ、それに付随する室内機ファン３５ａ〜３５ｃ、第４の延長配管３６ａ〜３６ｃ、第２の流路切替弁３７ａ〜３７ｃ、から構成される。
次に、本実施の形態の空気調和装置の動作（各種運転モード）について説明する。
冷房運転モード
まず、冷房運転のみの場合について図２を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０が実線で示すように接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気に放熱することにより、第１の媒体は高圧低温となる。次いで、第１の延長配管１３を通過し、第１の減圧弁１４で減圧され、第１の媒体は低圧低乾き度となる。次に、第２の熱交換器１５、第２の減圧弁１６、第３の熱交換器１７を通過する。第２の減圧弁１６は全開であり、圧力損失は小さい。第２の熱交換器１５は第１のサイクル５と第２のサイクル６間で熱交換し、第３の熱交換器１７は第１のサイクル５と第３のサイクル７間で熱交換し、冷熱を第２の媒体に供給することで第１の媒体は蒸発し、低圧高乾き度、あるいは低圧過熱ガスとなる。第２の延長配管１８、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過し、再び圧縮機９へ循環される。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように第１の熱交換器１１の室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、ここでは第２の減圧弁１６が全開である。したがって、制御装置１００は、下式（１）により求められる第３の熱交換器１７の出口スーパーヒート
（出口スーパーヒート）＝（温度センサー６４の検知値）−（圧力センサー５１の飽和温度換算値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
が一定となるように第１の減圧弁１４の開度を制御する。これにより、室内機３４ａ〜３４ｃの運転台数に応じて適切な冷房能力が実現できる。
また、流量調整弁３２ａ〜３２ｃの開度は、下式（２）により求められるそれぞれが対応する室内機３４ａ〜３４ｃの出入口温度差
（出入口温度差）＝（温度センサー６７の検知値）−（温度センサー６８の検知値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）
が一定となるように制御される。
第１のポンプ２１の回転数は、下式（３）により求められる第１の圧力差
（第１の圧力差）＝（圧力センサー５５の検知値）−（圧力センサー５４の検知値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３）
が一定となるように制御される。
第２のポンプ２２の回転数は、下式（４）により求められる第２の圧力差
（第２の圧力差）＝（圧力センサー５７の検知値）−（圧力センサー５６の検知値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）
が一定となるように制御される。
これにより、各室内機３４ａ〜３４ｃに第２の媒体を適切に循環させることができる。
第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より冷熱を供給された第２のサイクル６は、第２の媒体が低温であり、第２の媒体が第１のポンプ２１によって循環され、第１の流路切替弁３１ａ、３１ｂにより分岐経路８ａ、８ｂに至る。流量調整弁３２ａ，３２ｂで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ａ、８ｂを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ａ、３３ｂを通過し、室内機３４ａ、３４ｂに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ａ、３５ｂにより居室の空気と熱交換させることで、冷熱を負荷側へ供給し、高温となる。また、この高温となった第２の媒体は、さらに第４の延長配管３６ａ，３６ｂを通過し、第２の流路切替弁３７ａ，３７ｂを通過した後、第１の集約路４１で集約され、再び第２の熱交換器１５に至る。
一方、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より冷熱を供給された第３のサイクル７は、第２の媒体が低温であり、第２の媒体が第２のポンプ２２によって循環され、第２の分岐路４２から第１の流路切替弁３１ｃにより分岐経路８ｃに至る。流量調整弁３２ｃで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ｃを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ｃを通過し、室内機３４ｃに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ｃにより居室の空気と熱交換させることで、冷熱を負荷側へ供給し、高温となる。また、この高温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ｃを通過し、第２の流路切替弁３７ｃを通過した後、再び第３の熱交換器１７に至る。
停止している室内機があれば、この停止している室内機側の流量調整弁が全閉であるか、この停止している室内機側の流路切替弁が第２のサイクル６、第３のサイクル７のどちらにも導通していないことを意味する。
冷房運転モード（要求温度が異なる場合）
次に、冷房運転のみで、要求される温度が異なる場合について図２を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０が実線で示すように接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気に放熱することにより、高圧低温となる。次いで、第１の媒体は、第１の延長配管１３を通過し、第１の減圧弁１４で減圧され、低圧低乾き度となる。次に、第１の媒体は、第２の熱交換器１５、第２の減圧弁１６、第３の熱交換器１７を通過する。第２の減圧弁１６では圧力低下が生じ、通過前後の圧力の飽和温度換算値が、要求される温度に対応する。第２の熱交換器１５は、第１のサイクル５と第２のサイクル６間で熱交換し、第３の熱交換器１７は、第１のサイクル５と第３のサイクル７間で熱交換し、冷熱を第２の媒体に供給することで、第１の媒体は蒸発し、低圧高乾き度、あるいは低圧過熱ガスとなる。そして、第１の媒体は、第２の延長配管１８、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過し、再び圧縮機９へ循環される。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、制御装置１００は、ここでも前記（１）式により求められる第３の熱交換器１７の出口スーパーヒートが一定となるように第１の減圧弁１４の開度を制御する。
また、第２の減圧弁１６の開度は、下式（５）により求められる温度差
（温度差）＝（圧力センサー５３の飽和温度換算値）−（圧力センサー５１の飽和温度換算値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５）
が要求される温度差となるように制御される。これにより、室内機の運転台数に応じて適切な冷房能力が実現できる。
第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より冷熱を供給された第２のサイクル６は、第２の減圧弁１６で圧力低下する以前の圧力下の第１媒体より冷熱の供給を受けるため、蒸発温度が第３のサイクルより高く、室内機の吹出し温度が高い。
一方、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より冷熱を供給された第３のサイクル７は、第２の減圧弁１６で圧力低下した後の圧力下の第１媒体より冷熱の供給を受けるため、蒸発温度が第２のサイクル６より低く、室内機の吹出し温度が低い。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、ここでも前記（２）式により求められる出入口温度差が一定となるように、流量調整弁３２ａ〜３２ｃの開度を制御する。
また、制御装置１００は、ここでも前記（３）式により求められる第１の圧力差が一定となるように、第１のポンプ２１の回転数を制御する。
また、制御装置１００は、ここでも前記（４）式により求められる第２の圧力差が一定となるように、第２のポンプ２２の回転数を制御する。
これにより各室内機３４ａ〜３４ｃに第２の媒体を適切に循環させることができる。
ここでも、停止している室内機があれば、この停止している室内機側の流量調整弁が全閉であるか、この停止している室内機側の流路切替弁が第２のサイクル６、第３のサイクル７のどちらにも導通していないことを意味する。
冷暖房同時運転モード（冷房主体運転の場合）
次に、冷房と暖房を同時に行い、冷房能力が暖房能力より大きい場合（冷房主体運転）について図３を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０は実線で示すように接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気に放熱することにより、第１の媒体は臨界圧力以上の場合は高圧中温となる。次いで、第１の媒体は、第１の延長配管１３、第１の減圧弁１４を通過し、第２の熱交換器１５を通過する。ここで、第１の減圧弁１４は全開である。第２の熱交換器１５は、第１のサイクル５と第２のサイクル６間で熱交換し、温熱を第２の媒体に供給する。これにより、第１の媒体は高圧低温となる。次いで、第１の媒体は、第２の減圧弁１６を通過し、低圧低乾き度となる。第３の熱交換器１７は、第１のサイクル５と第３のサイクル７間で熱交換し、冷熱を第２の媒体に供給する。これにより、第１の媒体は蒸発し、低圧高乾き度、あるいは低圧過熱ガスとなる。そして、第１の媒体は、第２の延長配管１８、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過し、再び圧縮機９へ循環される。
ここで、制御装置１００は、以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、ここでは第１の減圧弁１４の開度が全開である。したがって、制御装置１００は、下式（６）により求められる第３の熱交換器１７の出口スーパーヒート
（出口スーパーヒート）＝（温度センサー６４の検知値）−（圧力センサー５１の飽和温度換算値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６）
が一定となるように第２の減圧弁１６の開度を制御する。これにより、室内機３４ａ〜３４ｃの運転台数に応じて適切な冷房能力と暖房能力が実現できる。
第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より温熱を供給された第２のサイクル６は、第２の媒体が高温であり、第２の媒体が第１のポンプ２１によって循環され、第１の流路切替弁３１ａにより分岐経路８ａに至る。流量調整弁３２ａで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ａを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ａを通過し、室内機３４ａに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ａにより居室の空気と熱交換させることで、冷熱を負荷側へ供給し、低温となる。また、この低温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ａを通過し、第２の流路切替弁３７ａを通過した後、第１の集約路４１を通過し、再び第２の熱交換器１５に至る。
一方、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より冷熱を供給された第３のサイクル７は、第２の媒体が低温であり、第２の媒体が第２のポンプ２２によって循環され、第２の分岐路４２から第１の流路切替弁３１ｂ、３１ｃにより分岐経路８ｂ、８ｃに至る。流量調整弁３２ｂ、３２ｃで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ｂ、８ｃを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ｂ、３３ｃを通過し、室内機３４ｂ、３４ｃに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ｂ、３５ｃにより居室の空気と熱交換させることで、冷熱を負荷側へ供給し、高温となる。また、この高温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ｂ、３６ｃを通過し、第２の流路切替弁３７ｂ、３７ｃを通過した後、第２の集約路４３で集約され、再び第３の熱交換器１７に至る。
暖房運転モード
次に、暖房運転のみの場合について前記図２を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０は破線で示すように接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第２の延長配管１８、第３の熱交換器１７、第２の減圧弁１６、第２の熱交換器１５を通過する。第２の減圧弁１６は全開であり、圧力損失は小さい。第１の媒体は、第３の熱交換器１７、第２の熱交換器１５を通過する際に、第３のサイクル７、第２のサイクル６と熱交換することにより、高圧低温となる。次いで、第１の媒体は、第１の減圧弁１４を通過して、低圧低乾き度となる。次に、第１の媒体は、第１の延長配管１３を通過し、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気より吸熱することにより、低圧高乾き度となる。その後、第１の媒体は、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過して再び圧縮機９に循環される。既述したように、ビル用の空調機は、熱交換器の大きさ、延長配管と減圧弁の配置の仕方により、冷房よりも暖房時に余剰冷媒が生じるため、これをアキュームレーター１９に収納し、圧縮機９に液冷媒が吸入されることを防ぎ、信頼性を確保する。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、ここでは第２の減圧弁１６が全開である。したがって、制御装置１００は、下式（７）により求められる第２の熱交換器１５の（出口サブクール
（出口サブクール）＝（圧力センサー５２の飽和温度換算値）−（温度センサー６１の検知値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７）
が一定となるように第１の減圧弁１４の開度を制御する。これにより、室内機３４ａ〜３４ｃの運転台数に応じて適切な暖房能力が実現できる。
また、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より温熱を供給された第３のサイクル７は、第２の媒体が高温であり、第２の媒体が第２のポンプ２２によって循環され、第１の流路切替弁３１ｃにより分岐経路８ｃに至る。流量調整弁３２ｃで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ｃを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ｃを通過し、室内機３４ｃに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ｃにより居室の空気と熱交換させることで、温熱を負荷側へ供給し、低温となる。また、この低温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ｃを通過し、第２の流路切替弁３７ｃを通過した後、再び第３の熱交換器１７に至る。
一方、第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より温熱を供給された第２のサイクル６は、第２の媒体が高温であり、第２の媒体が第１のポンプ２１によって循環され、第１の流路切替弁３１ａ、３１ｂにより分岐経路８ａ、８ｂに至る。流量調整弁３２ａ，３２ｂで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ａ、８ｂを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ａ、３３ｂを通過し、室内機３４ａ、３４ｂに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ａ、３５ｂにより居室の空気と熱交換させることで、温熱を負荷側へ供給し、低温となる。また、この低温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ａ，３６ｂを通過し、第２の流路切替弁３７ａ，３７ｂを通過した後、第１の集約路４１で集約され、再び第２の熱交換器１５に至る。
ここで、制御装置１００は、以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、流量調整弁３２ａ〜３２ｃの開度を、前記（２）式により求められる室内機３４ａ〜３４ｃの出入口温度差が一定となるよう制御する。また、制御装置１００は、第１のポンプ２１の回転数を、前記（３）式により求められる第１の圧力差が一定となるよう制御する。更に、制御装置１００は、第２のポンプ２２の回転数を、前記（４）式により求められる第２の圧力差が一定となるよう制御する。
これにより各室内機３４ａ〜３４ｃに第２の媒体を適切に循環させることができる。
ここでも、停止している室内機があれば、この停止している室内機側の流量調整弁が全閉であるか、この停止している室内機側の流路切替弁が第２のサイクル６、第３のサイクル７のどちらにも導通していないことを意味する。
暖房運転モード（要求温度が異なる場合）
次に、暖房運転のみで、要求される温度が異なる場合について前記図３を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０は破線で接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第２の延長配管１８を通過し、第３の熱交換器１７、第２の減圧弁１６、第２の熱交換器１５を通過する。第２の減圧弁１６では圧力低下が生じ、通過前後の圧力の飽和温度換算値が、要求される温度に対応する。第１の媒体は、第３の熱交換器１７、第２の熱交換器１５を通過する際に第３のサイクル７、第２のサイクル６と熱交換することにより、高圧低温となる。次いで、第１の媒体は、第１の減圧弁１４を通過して、低圧低乾き度となる。次に、第１の媒体は、第１の延長配管１３を通過し、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気より吸熱することにより、低圧高乾き度となる。その後、第１の媒体は、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過して再び圧縮機９に循環される。既述したように一般的に、ビル用の空調機は、熱交換器の大きさ、延長配管と減圧弁の配置の仕方により、冷房よりも暖房時に余剰冷媒が生じる。このため、ここでも暖房時の余剰冷媒をアキュームレーター１９に収納し、圧縮機９に液冷媒が吸入されることを防ぎ、信頼性を確保する。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、制御装置１００は、下式（８）により求められる温度差
（温度差）＝（圧力センサー５２の飽和温度換算値）−（圧力センサー５３の飽和温度換算値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８）
が要求される温度差となるように第２の減圧弁１６の開度を制御する。
また、制御装置１００は、第１の減圧弁１４の開度を、前記（７）式により求められる第２の熱交換器１５の出口サブクールが一定となるよう制御する。これにより、室内機３４ａ〜３４ｃの運転台数に応じて適切な暖房能力が実現できる。
また、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より温熱を供給された第３のサイクル７は、第２の減圧弁１６で圧力低下する前の圧力下にある第１の媒体から温熱を供給されるので、第２の媒体の温度が第２のサイクルよりも高く、室内機の吹出し温度が高い。
一方、第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より温熱を供給された第２のサイクル６は、第２の減圧弁１６で圧力低下した後の圧力下にある第１の媒体から温熱を供給されるので、第２の媒体蒸発温度が第３のサイクル７より低く、室内機の吹出し温度が低い。
ここで、制御装置１００は、以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、流量調整弁３２ａ〜３２ｃの開度を、前記（２）式により求められる室内機３４ａ〜３４ｃの出入口温度差が一定となるよう制御する。また、制御装置１００は、第１のポンプ２１の回転数を、前記（３）式により求められる第１の圧力差が一定となるよう制御する。更に、制御装置１００は、第２のポンプ２２の回転数を、前記（４）式により求められる第２の圧力差が一定となるよう制御する。これにより各室内機に媒体２を適切に循環させることができる。
ここでも、停止している室内機があれば、この停止している室内機側の流量調整弁が全閉であるか、この停止している室内機側の流路切替弁が第２のサイクル６、第３のサイクル７のどちらにも導通していないことを意味する。
冷暖房同時運転モード（暖房主体運転の場合）
次に、冷房と暖房を同時に行い、暖房能力が冷房能力より大きい場合（暖房主体運転）について図３を用いて説明する。
この空気調和装置１では、四方弁１０は破線で示すように接続されており、圧縮機９で高圧高温に圧縮された第１の媒体は、四方弁１０を通過して、第２の延長配管１８、第３の熱交換器１７を通過する。第１の媒体は、第３の熱交換器１７を通過する際に、第３のサイクル７と熱交換することにより、高圧低温となる。次いで、第１の媒体は、第２の減圧弁１６で減圧され、低圧低乾き度となる。次に、第１の媒体は、第２の熱交換器１５を通過する。その際、第１の媒体は、第２のサイクル６と熱交換することにより、低圧低乾き度となる。次いで、第１の媒体は、全開された第１の減圧弁１４を通過し、第１の延長配管１３を通過し、第１の熱交換器１１に入り、室外機ファン１２により供給される外気より吸熱することにより、低圧二相となる。その後、第１の媒体は、四方弁１０、アキュームレーター１９を通過して再び圧縮機９に循環される。既述したように、ビル用の空調機は、熱交換器の大きさ、延長配管と減圧弁の配置の仕方により、冷房よりも暖房時に余剰冷媒が生じるため、これをアキュームレーター１９に収納し、圧縮機９に液冷媒が吸入されることを防ぎ、信頼性を確保する。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、圧力センサー５２で検出される圧力が一定となるように圧縮機９の回転数を制御するとともに、圧力センサー５１で検出される圧力が一定となるように室外機ファン１２等により第１の熱交換器１１の処理能力を制御する。また、ここでは第１の減圧弁１４の開度が全開である。したがって、制御装置１００は、下式（９）により求められる第３の熱交換器１７の出口サブクール
（出口サブクール）＝（圧力センサー５２の飽和温度換算値）−（温度センサー６３の検知値）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９）
が一定となるように第２の減圧弁１６の開度を制御する。これにより室内機３４ａ〜３４ｃの運転台数に応じて適切な冷房能力と暖房能力が実現できる。
また、第３の熱交換器１７で第１のサイクル５より温熱を供給された第３のサイクル７は、第２の媒体が高温であり、第２の媒体が第２のポンプ２２によって循環され、第１の流路切替弁３１ｂ、３１ｃにより分岐経路８ｂ、８ｃに至る。流量調整弁３２ｂ、３２ｃで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ｂ、８ｃを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ｂ、３３ｃを通過し、室内機３４ｂ、３４ｃに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ｂ、３５ｃにより居室の空気と熱交換させることで、温熱を負荷側へ供給し、低温となる。また、この低温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ｂ、３６ｃを通過し、第２の流路切替弁３７ｂ、３７ｃを通過した後、第２の集約路４３で集約され、再び第３の熱交換器１７に至る。
一方、第２の熱交換器１５で第１のサイクル５より冷熱を供給された第２のサイクル６は、第２の媒体が低温であり、第２の媒体が第１のポンプ２１によって循環され、第１の流路切替弁３１ａを通過により分岐経路８ａに至る。流量調整弁３２ａで当該流量調整弁の抵抗の程度（開度）により、分岐経路８ａを通過する第２の媒体の流量が定まる。第２の媒体は、第３の延長配管３３ａを通過し、室内機３４ａに至る。そして、第２の媒体は、室内機ファン３５ａにより居室の空気と熱交換させることで、冷熱を負荷側へ供給し、第２の媒体は高温となる。また、この高温となった第２の媒体は、第４の延長配管３６ａを通過し、第２の流路切替弁３７ａを通過した後、第１の集約路４１を通過して、再び第２の熱交換器１５に至る。
ここで、制御装置１００は以下の働きをする。すなわち、制御装置１００は、ここでも前記（２）式により求められる出入口温度差が一定となるように流量調整弁３２ａ〜３２ｃの開度を制御する。
また、制御装置１００は、ここでも前記（３）式により求められる第１の圧力差が一定となるように第１のポンプ２１の回転数を制御する。
また、制御装置１００は、ここでも前記（４）式により求められる第２の圧力差が一定となるように、第２のポンプ２２の回転数を制御する。
これにより各室内機３４ａ〜３４ｃに第２の媒体を適切に循環させることができる。
これらの動作により、冷房のみ、暖房のみ、冷房と暖房混在運転（冷暖房同時運転）を効率よく実現することができる。
なお、第１の減圧弁１４は、開度を調整することができるが、並列に開閉弁を設けて減圧弁が全開の場合は、開閉弁を開、減圧弁が全開でない場合は、開閉弁を閉として、減圧弁が全開の場合の圧損低下を低減させてもよい。
また、第２の熱交換器１５、第３の熱交換器１７は、プレート熱交換器、２重管熱交換器、マイクロチャンネル熱交換器、のいずれであってもよい。ただし、プレート熱交換器のように流れ方向に制約がある場合は、切り替え弁などを設けてもよい。
また、室外ユニットと中継ユニットのいずれかで、図４に示すようなブリッジ回路を設けてもよい。これにより、運転中に四方弁を正逆切替えても、冷媒音等を抑制でき、第１の媒体の制御安定性が保たれる。
また、第１の熱交換器１１の処理能力を、室外機ファン１２の回転速度を変化させることで制御する以外に、図５に示すように、第１の熱交換器を並列に分割し、分割の程度で処理能力を変化させても良い。室外機ファン１２が１個である場合や、ファンモータ信頼性上回転数を低下できない場合に有効である。
次に、空気熱交換器である第１の熱交換器をデフロストするときの動作について図６のフローチャートに基づき図９を参照しながら説明する。空気調和装置１がステップＳ１０１で起動されると、ステップＳ１０２で初期設定が行われ、ステップＳ１０３で起動し、ステップＳ１０４で定常運転となる。ステップＳ１０５で運転がデフロスト運転が必要かどうか判断する。第１の熱交換器１１が第１の媒体に対して放熱器として機能する場合は、デフロスト運転は必要ない。第１の熱交換器１１が第１の媒体に対して蒸発器として機能する場合は、デフロスト運転が必要なため、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６はデフロスト運転を開始するかどうかを判断する。判断基準は、外気温度、暖房負荷、第１の熱交換器１１の温度、連続運転時間を参考にして、第１の熱交換器１１の表面に着霜したか否かを判断する。ステップＳ１０６で着霜していないと判断された場合は、再度着霜判断を行う。また、ステップＳ１０６で着霜してると判断された場合は、ステップＳ１０７でデフロスト準備運転、ステップＳ１０８でデフロスト運転を行い、ステップＳ１０５へ戻る。
次に、デフロスト準備運転の動作について図７のフローチャートに基づき図１０を参照しながら説明する。ステップＳ１１０でデフロスト準備運転が開始されると、ステップＳ１１１で定常運転時に停止していた空調機（室内機）を判別する。以下については停止していた空調機のみが対象である。ステップＳ１１２で室内機ファンを停止し、ステップＳ１１３で該当する流量調整弁の開度を、全閉から開ける。ステップＳ１１４で流路切替弁を第３のサイクル７に導通する。ステップＳ１１５で第１のサイクル５での圧力センサー５２の目標値を増加させることで圧縮機周波数を増加させる。ステップＳ１１６で一定時間経過するとステップＳ１１７で終了し、ステップＳ１２０のデフロスト運転へ進む。停止していた空調機（室内機）、第３の延長配管、第４の延長配管に加熱された第２の媒体が行き渡ればよいので、ステップＳ１１３での開度、ステップＳ１１６での一定時間はそれほど大きくする必要はない。
次に、デフロスト運転の動作について図８のフローチャートに基づき図１１を参照しながら説明する。ステップＳ１２０でデフロスト運転が開始すると、ステップＳ１２２で第１サイクル５でデフロスト運転を行う。このときの回路構成は、冷房運転と同様である。四方弁１０を切替え、圧縮機９を吐出した高温高圧の第１の媒体を第１の熱交換器１１へ流すことにより、付着した霜を溶かして除去する。このとき、室内機ファンは停止させておくほうがよい。ステップＳ１２３で室内機を定常運転時に、暖房運転、冷房運転、停止のいずれかに分類する。定常時暖房運転していた室内機は、ステップＳ１３０で室内機ファンを停止し、ステップＳ１３１で流量調整弁の開度を開ける。ステップＳ１３２で流路切替弁を第３のサイクル７に導通する。
また、ステップＳ１２３で定常運転時に冷房運転していた室内機は、ステップＳ１４０で通常運転のままの制御を行う。
また、ステップＳ１２３で定常運転時に停止していた室内機は、ステップＳ１５０で室内機ファンを停止し、ステップＳ１５１で該当する流量調整弁の開度を開ける。ステップＳ１５２で流路切替弁を第３のサイクル７に導通する。
それぞれの空調機の操作が終了すると、ステップＳ１６０でデフロストの終了判断を行う。判断基準は、運転時間、第１の熱交換器１１の温度を参考にして、第１の熱交換器１１がデフロストできたか否かを判断する。ステップＳ１６０でデフロスト終了でないと判断された場合は、再度デフロストの終了判断を行う。また、ステップＳ１６０でデフロスト終了と判断された場合は、ステップＳ１６１で第１のサイクル５をデフロスト以前の運転モードに戻すため、四方弁１０を切り替える。ステップＳ１６２で空調機を定常運転時に、暖房運転、冷房運転、停止のいずれかに分類する。つまり、定常運転時に暖房運転していた空調機は、ステップＳ１７１で流路切替弁を第３のサイクル７に導通し、ステップＳ１７２で流量調整弁の開度を温度差制御に戻し、ステップＳ１７３で室内機ファンを運転させる。
また、ステップＳ１６２で定常運転時に冷房運転していた空調機は、ステップＳ１８０で通常運転のままの制御を行う。
また、ステップＳ１６２で定常運転時に停止していた空調機は、ステップＳ１９０で該当する流量調整弁の開度を全閉するとともに、ステップＳ１９１で室内機ファンを停止し、ステップＳ２００でデフロスト運転を終了し、ステップＳ１０５へ戻る。
これら一連の動作の一例を示したのが前記図９、図１０、図１１であり、図９は暖房主体運転で、分岐経路８ａが冷房運転、分岐経路８ｂが停止、分岐経路８ｃが暖房運転となっている状態、図１０はデフロスト準備運転で、分岐経路８ｂが第３のサイクルに接続されるが室内機ファン３５ｂが停止したままであり、分岐経路８ｂ内の第２の媒体は循環するにつれ温度が上昇する状態、図１１はデフロスト運転で四方弁が切り替えられ、分岐経路８ｂが第２のサイクル６に切り替えられ、分岐経路８ｃが第３のサイクル７に切り替えられ、更に第２のポンプが停止している状態を示している。
このように、第２の熱交換器１５に暖められた分岐経路８ｂの第２の媒体が流入するため、第１の媒体は吸熱する。このため、除霜能力が増加する。また、分岐経路８ｃ内の第２の媒体が循環されないため、デフロスト運転復帰後に、定常状態間で短時間で復帰できる。
これらの動作により、圧縮機９の電気入力のみならず、熱源搬送手段である第２のサイクル６と第３のサイクル７に熱源を一時的に蓄えることで、デフロスト熱源として利用することができ、デフロスト時間を短縮することができる。デフロスト運転中に生じる熱は、第１の熱交換器１１を除霜する以外に外気などの系外に流失するため、デフロスト時間が短縮されると、着想量が同じであっても効率のよい運転となる。
１ 空気調和装置、２ 熱源ユニット、３ 中継ユニット、４ 負荷ユニット、５ 第１のサイクル、６ 第２のサイクル、７ 第３のサイクル、８ａ〜８ｃ 分岐経路、９ 圧縮機、１０ 四方弁、１１ 第１の熱交換器、１２ 室外機ファン、１３ 第１の延長配管、１４ 第１の減圧弁、１５ 第２の熱交換器、１６ 第２の減圧弁、１７ 第３の熱交換器、１８ 第２の延長配管、１９ アキュームレーター、２１ 第１のポンプ、２２ 第２のポンプ、３１ａ〜３１ｃ 第１の流路切替弁、３２ａ〜３２ｃ 流量調整弁、３３ａ〜３３ｃ 第３の延長配管、３４ａ〜３４ｃ 室内機、３５ａ〜３５ｅ 室内機ファン、３６ａ〜３６ｃ 第４の延長配管、３７ａ〜３７ｃ 第２の流路切替弁、４０ 第１の分岐路、４１ 第１の集約路、４２ 第２の分岐路、４３ 第２の集約路、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７ 圧力センサー、６１、６２，６３、６４、６５、６６、６７ａ〜６７ｃ、６８ａ〜６８ｃ 温度センサー、１００ 制御装置。

Claims (7)

  1. 第１の媒体が循環する第１のサイクルと、
    第２の媒体が循環する第２のサイクルと、
    第２の媒体が循環する第３のサイクルと、を備え、
    前記第１のサイクルは、圧縮機と、空気熱交換器でなる第１の熱交換器と、第１の減圧弁と、第１のサイクルと第２のサイクルとの間で熱交換する第２の熱交換器と、第２の減圧弁と、第１のサイクルと第３のサイクルとの間で熱交換する第３の熱交換器と、第１の媒体の流れ方向を正逆に転換させる四方弁と、を順に接続してなり、
    前記第２のサイクルは、前記第２の熱交換器と、前記第２の媒体を駆動させる第１のポンプと、１経路から複数に分岐する第１の分岐路と、ファンを有する室内機と、複数の経路から１経路に集約する第１の集約路と、を順に接続してなり、
    前記第３のサイクルは、前記第３の熱交換器と、前記第２の媒体を駆動させる第２のポンプと、１経路から複数に分岐する第２の分岐路と、前記室内機と、複数の経路から１経路に集約する第２の集約路と、を順に接続してなり、
    各前記分岐路の複数の経路側には、それぞれ前記第２のサイクルと前記第３のサイクルとの間で流路を切替接続できる第１の流路切替弁を設け、
    各前記集約路の複数の経路側には、それぞれ前記第２のサイクルと前記第３のサイクルとの間で流路を切替接続できる第２の流路切替弁を設け、
    前記室内機と組み合わされる一対の第１の流路切り替え弁と第２の流路切り替え弁は、第２のサイクルと第３のサイクルのいずれか一つの同じサイクルに切替接続し、第１の熱交換器を除霜する際に停止している室内機がある場合、停止している室内機側の前記第１と第２の流路切替弁を前記第３のサイクル側に切替し、第２のポンプを駆動させることを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記第１の熱交換器を除霜する際に前記第３のサイクル側に切替されて前記第２のポンプが駆動される前記室内機のファンを停止のままとすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 前記第１の熱交換器を除霜する際、暖房運転中の室内機の流量調整弁を、全閉、あるいは前記第１の流路切替弁と前記第２の流路切替弁を前記第２のポンプが駆動している前記第２のサイクルか前記第３のサイクルと接続しないことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和装置。
  4. 前記第１の熱交換器を除霜する前に、停止中の室内機のファンを停止のまま、該室内機を第３のサイクルに接続することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の空気調和装置。
  5. 前記第１の熱交換器を除霜する前に、前記第３の熱交換器における第１の媒体の圧力を上昇させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の空気調和装置。
  6. 前記第１の熱交換器を除霜する際、冷房の室内機を継続して運転させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の空気調和装置。
  7. 前記第１の熱交換器を除霜する際、暖房の室内機のファンを停止させ、前記第２のサイクルあるいは前記第３のサイクルに前記流路切替弁を接続することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の空気調和装置。
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