JP5436575B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1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、冷媒流路切替装置である四方弁11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター17とが冷媒配管4で直列に接続されて収容されている。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、第1熱媒体変換機3a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。
熱媒体室内機2には、それぞれ利用側熱交換器(第2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、熱媒体配管5を介して第2熱媒体変換機3bの熱媒体流量調整装置24及び第2熱媒体流路切替装置23と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、空調対象空間(たとえば、居室100c)に供給するための暖房空気あるいは冷房空気を生成するものである。
冷媒室内機70には、それぞれ利用側熱交換器(第1利用側熱交換器)60と絞り装置61とが直列に接続されて搭載されている。利用側熱交換器60及び絞り装置61は、冷媒配管62を介して第1熱媒体変換機3aと接続するようになっている。この利用側熱交換器60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源側冷媒との間で熱交換を行ない、空調対象空間(たとえば、サーバールーム100a)に供給するための暖房空気あるいは冷房空気を生成するものである。絞り装置61は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置61は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
第1熱媒体変換機3aには、気液分離器51と、絞り装置53と、過冷却熱交換器52と、低圧ガス配管59側に設置されている開閉弁56と、高圧ガス配管58a(第1流路)側に設置されている開閉弁57と、冷媒室内機70から戻ってくる方向に設置されている逆止弁54と、冷媒室内機70に向かう方向に設置されている逆止弁55と、が設けられている。したがって、第1熱媒体変換機3aと冷媒室内機70とは、逆止弁54、逆止弁55、開閉弁56、及び、開閉弁57を介して冷媒配管62で接続される。ここで、開閉弁56及び開閉弁57が、本発明における第1流路切替装置となる。また、逆止弁54及び逆止弁55が、本発明における第2流路切替装置となる。
第2熱媒体変換機3bには、2つの熱媒体間熱交換器15と、3つの絞り装置16と、2つの熱媒体送出装置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24と、が設けられている。
冷媒循環回路aには、たとえばR407C等の非共沸混合冷媒、R410A等の擬似共沸混合冷媒、又はR22等の単一冷媒等を使用することができる。また、二酸化炭素や炭化水素等の自然冷媒を使用してもよい。熱源側冷媒として自然冷媒を使用することにより、冷媒漏洩による地球の温室効果を抑制できる効果がある。
図3は、空気調和装置A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。図3では、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器60dで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26d、利用側熱交換器60a〜利用側熱交換器60cで冷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3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3では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、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、気液二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した気液二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機3aに流入する。第1熱媒体変換機3aに流入した気液二相冷媒は、気液分離器51へ流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aを介して、熱媒体流量調整装置24aを通り、利用側熱交換器26aに流入する。そして、利用側熱交換器26aにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。また、第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22b〜第1熱媒体流路切替装置22dを介して、熱媒体流量調整装置24b〜熱媒体流量調整装置24dを通り、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26dに流入する。そして、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26dにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図4は、空気調和装置A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。図4では、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器60dで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26d、利用側熱交換器60a〜利用側熱交換器60cで温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)の循環する配管を示している。また、図4では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、逆止弁13bを通って室外機1から流出する。室外機1から流出した冷媒は、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機3aに流入する。冷媒配管4において、一部のガス冷媒が液化し、第1熱媒体変換機3aに流入した冷媒は、気液分離器51へ流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、ガス冷媒は、高圧ガス配管58aを通って、一部が第1熱媒体変換機3aから流出する。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22b〜第1熱媒体流路切替装置22dを介して、熱媒体流量調整装置24b〜熱媒体流量調整装置24dを通り、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26dに流入する。そして、利用側熱交換器26b〜利用側熱交換器26dにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。また、第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aを介して、熱媒体流量調整装置24aを通り、利用側熱交換器26aに流入する。そして、利用側熱交換器26aにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図5は、空気調和装置A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。図5では、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26d、利用側熱交換器60a〜利用側熱交換器60dの全てで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、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、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、液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機3aに流入する。第1熱媒体変換機3aに流入した液冷媒は、気液分離器51へ流入する。
第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22a〜第1熱媒体流路切替装置22dを介して、熱媒体流量調整装置24a〜熱媒体流量調整装置24dを通り、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26dに流入する。そして、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26dにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図6は、空気調和装置A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。図6では、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26d、利用側熱交換器60a〜利用側熱交換器60dの全てで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、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、逆止弁13bを通って室外機1から流出する。室外機1から流出した冷媒は、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機3aに流入する。第1熱媒体変換機3aに流入した冷媒は、気液分離器51へ流入する。気液分離器51から流出したガス冷媒の一部は、高圧ガス配管58aを通って、第1熱媒体変換機3aから流出する。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22a〜第1熱媒体流路切替装置22dを介して、熱媒体流量調整装置24a〜熱媒体流量調整装置24dを通り、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26dに流入する。そして、利用側熱交換器26a〜利用側熱交換器26dにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。
図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図8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、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
第1熱媒体変換機80は、実施の形態1で説明した第1熱媒体変換機3aの一部分を抜き出して構成したものである。つまり、第1熱媒体変換機80は、気液分離器51と、絞り装置53と、過冷却熱交換器52と、が設けられている。ただし、他の熱媒体変換機と接続できるように、低圧ガス配管59、高圧ガス配管58a、高圧液配管58bには、図示省略の接続口が設けられている。
第2熱媒体変換機110は、実施の形態1で説明した第2熱媒体変換機3bと同様の構成をしている。ここでは、説明の便宜上、符号を変えて図示している。
第3熱媒体変換機90は、実施の形態1で説明した第1熱媒体変換機3aの一部分を抜き出すともに、絞り装置92と、過冷却熱交換器91と、が設けられている。そして、第3熱媒体変換機90は、第1熱媒体変換機80と冷媒配管62(低圧ガス配管59、高圧ガス配管58a、高圧液配管58b)を介して配管接続されている。
図10は、空気調和装置B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。図10では、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器60aで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器60b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10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10では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、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、気液二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した気液二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機80に流入する。第1熱媒体変換機80に流入した気液二相冷媒は、気液分離器51へ流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22bを介して、熱媒体流量調整装置24bを通り、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26bにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。また、第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aを介して、熱媒体流量調整装置24aを通り、利用側熱交換器26aに流入する。そして、利用側熱交換器26aにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図11は、空気調和装置B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。図11では、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器60bで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器60aで温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11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11では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、逆止弁13bを通って室外機1から流出する。室外機1から流出した冷媒は、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機80に流入する。冷媒配管4において、一部のガス冷媒が液化し、第1熱媒体変換機80に流入した冷媒は、気液分離器51へ流入し、ガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、ガス冷媒は、高圧ガス配管58aを通って、液冷媒は、高圧液配管58bを通って、それぞれ第1熱媒体変換機80から流出する。
過冷却変換機91で冷却された高圧液冷媒の一部は、逆止弁55bを通り、絞り装置61bで減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、利用側熱交換器60bに流入し、そこで空気を冷却しながら低圧のガス冷媒となって、利用側熱交換器60bから流出する。利用側熱交換器60から流出した低圧ガス冷媒は、開閉弁56bを通って、過冷却熱交換器91を経由してきた低圧液冷媒と合流し、第3熱媒体変換機90から流出する。そして、第2熱媒体変換機110から流出してきた冷媒とさらに合流してから、第1熱媒体変換機80を介して室外機1に流入する。
また、過冷却変換機91で冷却された高圧液冷媒の残りの一部は、絞り装置92に流入し減圧される。絞り装置92で減圧された冷媒は、高圧液配管58bを通って過冷却変換機91に流入した高圧液冷媒を冷却し、低圧液冷媒となる。過冷却変換機91を流出した低圧液冷媒は、第3熱媒体変換機90から流出し、利用側熱交換器60から流出した低圧ガス冷媒と合流する。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aを介して、熱媒体流量調整装置24aを通り、利用側熱交換器26aに流入する。そして、利用側熱交換器26aにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。また、第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22bを介して、熱媒体流量調整装置24bを通り、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26bにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図12は、空気調和装置B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。図12では、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器60a、利用側熱交換器60bの全てで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12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12では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、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、液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機80に流入する。第1熱媒体変換機80に流入した液冷媒は、気液分離器51へ流入する。
第2熱媒体送出装置21bで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22a、第1熱媒体流路切替装置22bを介して、熱媒体流量調整装置24a、熱媒体流量調整装置24bを通り、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26bにおいて室内空気から吸熱し、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの冷房を行なう。
図13は、空気調和装置B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。図13では、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器60a、利用側熱交換器60bの全てで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13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13では、熱源側冷媒及び熱媒体の流れ方向を矢印で示している。
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、四方弁11を通り、逆止弁13bを通って室外機1から流出する。室外機1から流出した冷媒は、冷媒配管4を通って第1熱媒体変換機80に流入する。第1熱媒体変換機3aに流入した冷媒は、気液分離器51へ流入する。
第1熱媒体送出装置21aで加圧され流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22a、第1熱媒体流路切替装置22bを介して、熱媒体流量調整装置24a、熱媒体流量調整装置24bを通り、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26bに流入する。そして、利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26bにおいて室内空気に熱を与え、熱媒体室内機2が設置されている居室100cの暖房を行なう。
Claims (6)
- 熱源側冷媒が流れる圧縮機及び熱源側熱交換器が搭載された少なくとも1台の室外機と、
前記室外機から供給される前記熱源側冷媒が流れる絞り装置及び第1利用側熱交換器が搭載された少なくとも1台の冷媒室内機と、
前記熱源側冷媒とは異なる熱媒体が流れる第2利用側熱交換器がそれぞれ搭載された複数台の熱媒体室内機と、
前記室外機と前記冷媒室内機及び前記熱媒体室内機との間に介在し、前記室外機から流入した熱源側冷媒が通過する配管と、前記室外機へ戻る熱源側冷媒が通過する配管とを有した第1熱媒体変換機と、
前記第1熱媒体変換機と前記熱媒体室内機との間に介在し、前記室外機で生成され熱源側冷媒に貯えられた温熱又は冷熱を前記熱媒体に伝達する複数の熱媒体間熱交換器、前記各熱媒体間熱交換器にそれぞれ対応した前記熱源側冷媒の絞り装置、及び、前記各第2利用側熱交換器に流れる前記熱媒体の流路を前記各熱媒体間熱交換器のそれぞれに導通する流路に切り替える前記第2利用側熱交換器毎に設けられた流路切替装置を有した少なくとも1台の第2熱媒体変換機とを備え、
前記複数の熱媒体間熱交換器の一部を凝縮器として作用させ、前記複数の熱媒体間熱交換器の他の一部を蒸発器として作用させて、前記複数台の第2利用側熱交換器の間で、冷房運転と暖房運転の同時運転を可能としている
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記第1熱媒体変換機と前記冷媒室内機との間に介在し、前記熱源側冷媒が流れる冷媒流路を切り換える開閉弁と逆止弁が少なくとも搭載され、前記室外機で生成された温熱又は冷熱を要求されている前記第1利用側熱交換器に供給する少なくとも1台の第3熱媒体変換機と、を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。 - 前記第1熱媒体変換機に、前記室外機から供給された前記熱源側冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離する気液分離器を備え、
前記室外機から前記第1熱媒体変換機に供給された前記熱源側冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離されて、前記第2熱媒体変換機及び前記第3熱媒体変換機に供給されることを特徴とする請求項2記載の空気調和装置。 - 前記冷媒室内機を複数台備え、
前記第1熱媒体変換機は、前記熱源側冷媒が流れる各冷媒室内機に対応する冷媒流路を切り換える開閉弁と逆止弁とを有し、前記室外機で生成され前記熱源側冷媒に貯えられた温熱又は冷熱を要求されている前記第1利用側熱交換器に供給することを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第1熱媒体変換機は、
前記開閉弁及び前記逆止弁と、前記冷媒室内機の前記第1利用側熱交換器と、を接続するための接続口を有し、
前記第2熱媒体変換機は、
前記2台以上の前記熱媒体間熱交換器と、前記第2利用側熱交換器と、を接続するための接続口を有している
ことを特徴とする請求項4に記載の空気調和装置。 - 前記第1熱媒体変換機に、前記室外機から供給された前記熱源側冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離する気液分離器を備え、
前記室外機から前記第1熱媒体変換機に供給された前記熱源側冷媒は、ガス冷媒と液冷媒とに分離されて、前記第2熱媒体変換機に供給されることを特徴とする請求項4又は5に記載の空気調和装置。
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