JP5188629B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1及び図2に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、冷媒(熱源側冷媒、熱媒体)を循環させる冷凍サイクル(冷媒循環回路A、熱媒体循環回路B)を利用することで各室内機が運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードを自由に選択できるものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター19とが冷媒配管4で直列に接続されて搭載されている。また、室外機1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び、逆止弁13dが設けられている。第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び、逆止弁13dを設けることで、室内機2の要求する運転に関わらず、熱媒体変換機3に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器26が搭載されている。この利用側熱交換器26は、配管5によって熱媒体変換機3の熱媒体流量調整装置25と第2熱媒体流路切替装置23に接続するようになっている。この利用側熱交換器26は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
熱媒体変換機3には、2つの熱媒体間熱交換器15と、2つの絞り装置16と、2つの開閉装置17と、2つの第2冷媒流路切替装置18と、2つのポンプ21と、4つの第1熱媒体流路切替装置22と、4つの第2熱媒体流路切替装置23と、4つの熱媒体流量調整装置25と、が搭載されている。なお、熱媒体変換機3を親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとに分けたものについては図3Aで説明する。
図4は、空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図4では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図4では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の流れる配管を示している。また、図4では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高圧液冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21a及びポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。
図5は、空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図5では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図5では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の流れる配管を示している。また、図5では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21a及びポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。
図6は、空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図6では、利用側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで温熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、図6では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図6では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮し、二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した二相冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
図7は、空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図7では、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、図7では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図7では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する配管4には熱源側冷媒が流れている。ここで、本実施の形態に係る空気調和装置100に使用される冷媒配管4について詳細に説明する。
式(1)
質量流量[kg/s]=流路断面積[m2]×流速[m/s]×密度[kg/m3]
式(2)
流速[m/s]=(質量流量[kg/s]/流路断面積[m2])/密度[kg/m3]
h=f・(L/d)・{v2 /(2・g)}
式(3)において、hが冷媒配管の摩擦損失[m]を、fが摩擦係数を、vが冷媒配管内の平均流速[m/s]を、dが冷媒配管の内径[m]を、gが重力加速度[m/s2 ]を、Lが冷媒配管の長さ[m]を、それぞれ表している。
本実施の形態に係る空気調和装置100が実行する幾つかの運転モードにおいては、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。ここで、本実施の形態に係る空気調和装置100に使用される配管5について詳細に説明する。
式(4)
熱量[kW]=密度[kg/m3]×比熱[kJ/kgK]×流量[m3/s]×温度差[K]
式(5)
流量[m3 /s]=断面積[m2 ]×流速[m/s]
この全冷房運転モードでは、流路切替部41が閉、流路切替部42が開、開閉装置17bが閉、開閉装置17cが閉、開閉装置17dが開、開閉装置17eが開、開閉装置17fが閉に制御される。
この全暖房運転モードでは、流路切替部41が開、流路切替部42が閉、開閉装置17bが閉、開閉装置17cが開、開閉装置17dが開、開閉装置17eが閉、開閉装置17fが閉に制御される。
ここでは、利用側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで温熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、冷房主体運転モードでは、流路切替部41が閉、流路切替部42が開、開閉装置17bが開、開閉装置17cが閉、開閉装置17dが閉、開閉装置17eが開、開閉装置17fが閉に制御される。
ここでは、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、暖房主体運転モードでは、流路切替部41が開、流路切替部42が閉、開閉装置17bが閉、開閉装置17cが開、開閉装置17dが閉、開閉装置17eが閉、開閉装置17fが開に制御される。
Claims (6)
- 圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、及び、熱媒体間熱交換器が冷媒配管で接続されて熱源側冷媒を循環させる冷媒循環回路が形成され、
ポンプ、利用側熱交換器、及び、前記熱媒体間熱交換器が熱媒体配管で接続されて熱媒体を循環させる熱媒体循環回路が形成され、
前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器が室外機に収容され、
前記絞り装置、前記熱媒体間熱交換器及び前記ポンプが熱媒体変換機に収容され、
前記利用側熱交換器が室内機に収容され、
前記熱媒体間熱交換器において前記熱源側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する空気調和装置であって、
前記冷媒配管のうち前記室外機と前記熱媒体変換機とを接続する冷媒配管であって高圧冷媒が流れる冷媒配管の内断面積を、前記冷媒配管のうち前記室外機と前記熱媒体変換機とを接続する冷媒配管であって低圧冷媒が流れる冷媒配管の内断面積よりも小さくしており、
前記熱媒体配管のうち前記熱媒体変換機と前記室内機とを接続する前記熱媒体配管は、1kW当たりの前記低圧冷媒が流れる冷媒配管の内断面積よりも、1kW当たりの内断面積が大きいもので構成されている
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記熱媒体配管のうち前記熱媒体変換機と前記室内機とを接続する熱媒体配管は、1kW当たりの前記低圧冷媒が流れる冷媒配管の内断面積よりも、1kW当たりの内断面積が2倍以上のもので構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体の循環量を調整する熱媒体流量調整装置を、前記利用側熱交換器の熱媒体流路の入口側または出口側に設け、
前記熱媒体間熱交換器に、前記利用側熱交換器及び前記熱媒体流量調整装置を接続している
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和装置。 - 前記絞り装置及び前記熱媒体間熱交換器を複数設けている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記利用側熱交換器を並列に複数設け、
前記複数の熱媒体間熱交換器の一部に前記圧縮機から吐出された高温・高圧の熱源側冷媒を流して前記熱媒体を加熱し、前記複数の熱媒体間熱交換器の他の一部に低温・低圧の熱源側冷媒を流して前記熱媒体を冷却し、前記利用側熱交換器のそれぞれで冷房運転又は暖房運転が実行可能な冷房暖房混在運転モードを具備し、
前記複数の絞り装置の一部を前記冷房暖房混在運転モード時における前記加熱側の熱媒体間熱交換器の出口側に、前記複数の絞り装置の他の一部を前記冷房暖房混在運転モード時における前記冷却側の熱媒体間熱交換器の入口側に、それぞれ設けている
ことを特徴とする請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記室外機と前記熱媒体変換機とを2本の冷媒配管で接続し、前記熱媒体変換機と前記室内機とを2本の熱媒体配管で接続した
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
Applications Claiming Priority (1)
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