以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置100の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。図1に基づいて、空気調和装置100の冷媒回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置100は、たとえばビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を利用して、冷房運転や暖房運転を実行できるものである。また、空気調和装置100は、除霜運転時に暖房運転を継続できるものである。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。
空気調和装置100は、2台の室外機51(室外機51a、室外機51b)と、2台の室内機(室内機53a、室内機53b)と、中継機52と、を有している。中継機52は、2台の室外機51と2台の室内機53との間に設置され、冷媒の流れを切り換えることで、2台の室内機53のそれぞれで冷房運転あるいは暖房運転を実行させるようになっている。この空気調和装置100では、室外機51と中継機52とが2本の配管(高圧管101、低圧管102)で、中継機52と室内機53とが2本の配管(液管103、ガス管104)で、接続されている。
[室外機51]
室外機51は、室内機53に冷熱又は温熱を供給する機能を有している。なお、図1では、「室外機51a」に備えられている各機器の符号の後に「a」を付加し、「室外機51b」に備えられている各機器の符号の後に「b」を付加して図示している。そして、以下の説明においては、符号の後の「a」、「b」を省略する場合があるが、室外機51a、室外機51bのいずれにも各機器が備えられていることは言うまでもない。
室外機51には、圧縮機1と、流路切替手段である四方弁2と、室外熱交換器3と、アキュムレーター4と、が直列に接続されてメインの冷媒回路を構成するように搭載されている。また、室外機51には、室内機53の要求にかかわらず、中継機52に流入させる冷媒の流れを一定方向にすることができる冷媒流路切替装置40が搭載されている。さらに、室外機51には、室外熱交換器3に空気を供給するための図示省略の送風機を設けるとよい。ただし、室外熱交換器3が、空気以外の熱媒体とで熱交換を実行するものであってもよい。また、室外機51には、圧縮機1と四方弁2との間における冷媒配管を分岐して、後述する第1逆止弁5aと室外熱交換器3との間における高圧管101に接続させるホットガスバイパス回路10が設けられている。
圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバーター圧縮機等で構成するとよい。四方弁2は、圧縮機1の吐出側に設けられ、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における熱源側冷媒の流れとを切り替えるものである。室外熱交換器3は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器(放熱器)として機能し、熱媒体(たとえば、空気や水等)と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。アキュムレーター4は、圧縮機1の吸入側に設けられ、過剰な冷媒を貯留するものである。
冷媒流路切替装置40は、2本の配管(第1接続配管60、第2接続配管70)と、4つの逆止弁(第1逆止弁5、第2逆止弁6、第3逆止弁7、第4逆止弁8)と、で構成されている。第1接続配管60は、第1逆止弁5の上流側における高圧管101と第2逆止弁6の上流側における低圧管102とを接続するものである。第2接続配管70は、第1逆止弁5の下流側における高圧管101と第2逆止弁6の下流側における低圧管102とを接続するものである。
第1逆止弁5は、高圧管101における第1接続配管60と第2接続配管70との接続部分の間に設けられ、所定の方向(室外機51から中継機52への方向)のみに冷媒の流れを許容するものである。第2逆止弁6は、低圧管102における第1接続配管60と第2接続配管70との接続部分の間に設けられ、所定の方向(中継機52から室外機51への方向)のみに冷媒の流れを許容するものである。第3逆止弁7は、第2接続配管70に設けられ、第2逆止弁6の下流側から第1逆止弁5の下流側の方向のみに冷媒の流通を許容するものである。第4逆止弁8は、第1接続配管60に設けられ、第2逆止弁6の上流側から第1逆止弁5の上流側の方向のみに冷媒の流通を許容するものである。
ホットガスバイパス回路10は、圧縮機1から吐出された冷媒を、室外熱交換器3に導くために設けられている。ホットガスバイパス回路10には電磁弁9が設けられている。電磁弁9は、開閉が制御されることにより、冷媒を導通したり、しなかったりするものである。
室外機51には、圧縮機1から吐出された冷媒の圧力を検知する高圧センサー13、圧縮機1に吸入される冷媒の圧力を検知する低圧センサー14、室外熱交換器3と第1逆止弁5との間で冷媒配管の温度を検知する第1温度センサー11、室外熱交換器3と四方弁2との間で冷媒配管の温度を検知する第2温度センサー12、が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報(温度情報及び圧力情報)は、空気調和装置100の動作を制御する図示省略の制御手段に送られ、圧縮機1の駆動周波数や、図示省略の送風機の回転数、四方弁2の切り替え、電磁弁9の開閉、中継機52に設けられている開閉弁(第1開閉弁26、第2開閉弁27)の開閉、各絞り装置(第1絞り装置24、第2絞り装置25、室内絞り装置42)の開度等の制御に利用されることになる。
[中継機52]
中継機52は、室外機51と室内機53との間に介在し、室内機53の運転状況に応じて冷媒の流れを切り替えするものである。なお、図1では、「中継機52」に備えられているいくつかの機器の符号の後に「a」又は「b」を付加して図示している。これは、後に説明する「室内機53a」に接続しているか、「室内機53b」に接続しているか、を表している。そして、以下の説明においては、符号の後に付加した「a」、「b」を省略する場合があるが、「室内機53a」又は「室内機53b」に接続されているいずれの機器も含んで説明していることは言うまでもない。
中継機52は、高圧管101及び低圧管102で室外機51のそれぞれと接続し、液管103及びガス管104で室内機53のそれぞれと接続している。中継機52には、気液分離器21と、第1冷媒熱交換器22と、第1絞り装置24と、第2冷媒熱交換器23と、第2絞り装置25と、第1分岐部15と、第2分岐部16と、が搭載されている。また、中継機52には、第2冷媒熱交換器23の一次側(第1絞り装置24を経由した冷媒と第2分岐部16から流出してきた冷媒とが合流した冷媒が流れる側)の下流側における配管を分岐し、低圧管102に接続させた第1バイパス管35と、第2分岐部16の暖房用逆止弁29と、第1絞り装置24と第2冷媒熱交換器23との間と、を接続した第2バイパス管36と、が設けられている。
気液分離器21は、高圧管101に設けられ、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒を第1分岐部15に、液冷媒を第2分岐部16に供給する機能を有している。第1冷媒熱交換器22は、一次側(気液分離器21で分離された液冷媒が流れる側)を流れる冷媒と、二次側(第1バイパス管35において第2絞り装置25を経由した後に第2冷媒熱交換器23から流出した冷媒が流れる側)を流れる冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。
第1絞り装置24は、第1冷媒熱交換器22の一次側における下流側に設けられており、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第1絞り装置24は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。第2冷媒熱交換器23は、一次側(第1絞り装置24の下流側)を流れる冷媒と、二次側(第2絞り装置25の下流側)を流れる冷媒と、の間で熱交換を実行するものである。
第2絞り装置25は、第1バイパス管35において第2冷媒熱交換器23の二次側における上流側に設けられており、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この第2絞り装置25は、第1絞り装置24と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
第1分岐部15は、室内機53の接続台数に応じた個数(図1では4個)の開閉弁(第1開閉弁26、第2開閉弁27)が設けられており、室内機53への冷媒の流出入を開閉弁を介して制御している。第1開閉弁26は、一方が気液分離器21に、他方が室内機53の室内熱交換器41に、それぞれ接続されており、開閉が制御されることで、冷媒を導通したりしなかったりする。第2開閉弁27は、一方が低圧管102に、他方が室内機53の室内熱交換器41に、それぞれ接続されており、開閉が制御されることで、冷媒を導通したりしなかったりする。
第2分岐部16は、室内機53の接続台数に応じた個数(図1では4個)の逆止弁(冷房用逆止弁28、暖房用逆止弁29)が設けられており、冷媒をいずれか一方方向に流すようにしている。冷房用逆止弁28は、一方が室内絞り装置42に、他方が第2冷媒熱交換器23に、それぞれ接続されており、第2冷媒熱交換器23から室内絞り装置42への方向のみに冷媒の流れを許容するものである。暖房用逆止弁29は、一方が室内絞り装置42に、他方が第2バイパス管36に、それぞれ接続されており、室内絞り装置42から第2バイパス管36への方向のみに冷媒の流れを許容するものである。
中継機52には、第2絞り装置25と第2冷媒熱交換器23の二次側入口との間における冷媒配管(第1バイパス管35)の温度を検知する第3温度センサー31、第1冷媒熱交換器22の二次側出口の冷媒配管(第1バイパス管35)の温度を検知する第4温度センサー32、が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報(温度情報)は、空気調和装置100の動作を制御する図示省略の制御手段に送られて、各種アクチュエーターの制御に利用される。
[室内機53]
室内機53は、室外機51からの冷熱又は温熱の供給を受けて冷房負荷又は暖房負荷を担当するものである。なお、図1では、「室内機53a」に備えられている各機器の符号の後に「a」を付加し、「室内機53b」に備えられている各機器の符号の後に「b」を付加して図示している。そして、以下の説明においては、符号の後の「a」、「b」を省略する場合があるが、室内機53a、室内機53bのいずれにも各機器が備えられていることは言うまでもない。
室内機53には、室内熱交換器41と、室内絞り装置42と、直列に接続されて搭載されている。また、室内熱交換器41に空気を供給するための図示省略の送風機を設けるとよい。ただし、室内熱交換器41が、冷媒と水等の冷媒とは異なる熱媒体とで熱交換を実行するものであってもよい。
室内熱交換器41は、暖房運転時には凝縮器(放熱器)として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能し、熱媒体(たとえば、空気や水等)と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。室内絞り装置42は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この室内絞り装置42は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
室内機53には、室内絞り装置42と室内熱交換器41との間における冷媒配管の温度を検知する第5温度センサー45、室内熱交換器41と第1分岐部15との間における冷媒配管の温度を検知する第6温度センサー46、が少なくとも設けられている。これらの各種検知手段で検知された情報(温度情報)は、空気調和装置100の動作を制御する図示省略の制御手段に送られて、各種アクチュエーターの制御に利用される。
以上のような構成の室外機51、中継機52及び室内機53を冷媒配管で接続する際には、第1逆止弁5aと第1逆止弁5bの出口を合流した後、高圧管101を介して中継機52の気液分離器21と接続するとともに、第2逆止弁6aと第2逆止弁6bの入口を合流した後、低圧管102を介して中継機52の低圧管部30と接続する。また、第1開閉弁26aと第2開閉弁27a、及び、第1開閉弁26bと第2開閉弁27bは、各々合流させた後、ガス管104a、ガス管104bを介して室内熱交換器41a、室内熱交換器41bと接続する。冷房用逆止弁28aの出口と暖房用逆止弁29aの入口、及び、冷房用逆止弁28bの出口と暖房用逆止弁29bの入口は、各々合流させた後、液管103a、液管103bを介して室内絞り装置42a、室内絞り装置42bと接続する。
なお、実施の形態1では、空気調和装置100が冷暖同時運転が可能なシステムである場合を例に説明するが、これに限定するものではなく、中継機52を設けずに冷暖同時運転ができないシステムとしてもよい。また、圧縮機1は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して圧縮機1を構成することができる。さらに、空気調和装置100に使用する冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、HFC410AやHFC407C、HFC404Aなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているR22やR134aなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
また、空気調和装置100の動作を制御する図示省略の制御装置は、室外機51、中継機52、又は、室内機53のいずれかに設けるようにしてもよく、室外機51、中継機52、及び、室内機53の外部に設けるようにしてもよい。また、制御装置を機能に応じて複数に分けて、室外機51、中継機52、室内機53のそれぞれに設けるようにしてもよい。この場合、各制御装置を無線又は有線で接続し、通信可能にしておくとよい。
空気調和装置100が実行する運転動作について説明する。
空気調和装置100は、室内機53からの指示に基づいて、その室内機53で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。つまり、空気調和装置100は、室内機53の全部で同一運転をすることができるとともに、室内機53のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機53の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、駆動している室内機53の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モード、冷暖混在運転での冷房負荷の方が暖房負荷よりも大きい冷房主体運転モード、及び、冷暖混在運転での暖房負荷の方が冷房運転よりも大きい暖房主体運転モードがある。
[全冷房運転モード]
低温・低圧の冷媒が圧縮機1(圧縮機1a及び圧縮機1b)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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2(四方弁2a及び四方弁2b)を介して室外熱交換器3(室外熱交換器3a及び室外熱交換器3b)に流入する。室外熱交換器3に流入した冷媒は、室外熱交換器3で室外空気に放熱しながら凝縮・液化する。室外熱交換器3から流出した高圧液冷媒は、第1逆止弁5(第1逆止弁5a及び第1逆止弁5b)を介して室外機51(室外機51a及び室外機51b)から流出する。
室外機51から流出した高圧液冷媒は、高圧管101を通って中継機52の気液分離器21に流入する。気液分離器21に流入した高圧液冷媒は、気液分離器21の下部から流出し、第1冷媒熱交換器22に流れ、第1バイパス管35を流れる低温の冷媒と熱交換し、過冷却度を大きくする。この過冷却度が大きくなった液冷媒は、第1絞り装置24にて中間圧まで絞られる。その後、この液冷媒は、第2冷媒熱交換器23に流れ、さらに過冷却度を大きくする。それから、この液冷媒は、第2分岐部16の冷房用逆止弁28(冷房用逆止弁28a及び冷房用逆止弁28b)を介して液管103(液管103a及び液管103b)を流れ、中継機52から流出する。
中継機52から流出した液冷媒は、室内機53(室内機53a及び室内機53b)に流入する。室内機53に流入した液冷媒は、室内絞り装置42(室内絞り装置42a及び室内絞り装置42b)にて絞られ、低温の気液二相冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器41(室内熱交換器41a及び室内熱交換器41b)に流入し、周囲から熱を奪うことで空調空間を冷房するとともに、自身は蒸発・気化し、室内熱交換器41から流出する。
室内熱交換器41から流出した冷媒は、ガス管104(ガス管104a及びガス管104b)を流れて室内機53から流出した後、中継機52の第1分岐部15に流入する。第1分岐部15に流入した冷媒は、第2開閉弁27(第2開閉弁27a及び第2開閉弁27b)を介して低圧管部30を流れる。低圧管部30を流れる冷媒は、低圧管102を介して中継機52から流出した後、室外機51に戻る。室外機51に戻ったガス冷媒は、第2逆止弁6(第2逆止弁6a及び第2逆止弁6b)、四方弁2、アキュムレーター4(アキュムレーター4a及びアキュムレーター4b)を介して圧縮機1に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置100は全冷房運転を実行する。
[冷房主体運転モード]
ここでは、a系統の室内機(室内機53a)が冷房、b系統の室内機(室内機53b)が暖房を実行するものとして冷房主体運転モードを説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機1(圧縮機1a及び圧縮機1b)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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2(四方弁2a及び四方弁2b)を介して室外熱交換器3(室外熱交換器3a及び室外熱交換器3b)に流入する。室外熱交換器3に流入した冷媒は、室外熱交換器3で室外空気に放熱しながら凝縮して気液二相冷媒となる。室外熱交換器3から流出した気液二相冷媒は、第1逆止弁5(第1逆止弁5a及び第1逆止弁5b)を介して室外機51(室外機51a及び室外機51b)から流出する。
室外機51から流出した気液二相冷媒は、高圧管101を通って中継機52の気液分離器21に流入する。気液分離器21に流入した気液二相冷媒は、気液分離器21でガス冷媒と液冷媒とに分離される。ガス冷媒は、気液分離器21から流出した後、第1分岐部15に流入する。第1分岐部15に流入したガス冷媒は、第1開閉弁26bを介して、ガス管104bを流れ、室内機53bに流入する。室内機53bに流入したガス冷媒は、室内熱交換器41bで周囲に放熱することで空調空間を暖房するとともに、自身は凝縮・液化し、室内熱交換器41bから流出する。室内熱交換器41bから流出した液冷媒は、室内絞り装置42bで中間圧力まで絞られる。
室内絞り装置42bで絞られた中間圧力の液冷媒は、液管103bを流れ、第2分岐部16の暖房用逆止弁29bを介し、気液分離器21で分離され、第1冷媒熱交換器22、第1絞り装置24を経由してきた液冷媒と合流してから、第2冷媒熱交換器23に流入する。第2冷媒熱交換器23に流入した液冷媒は、さらに過冷却度を大きくして、冷房用逆止弁28aを介して液管103aを流れ、中継機52から流出する。中継機52から流出した液冷媒は、室内機53aに流入する。室内機53aに流入した液冷媒は、室内絞り装置42aにて絞られ、低温の気液二相冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器41aに流入し、周囲から熱を奪うことで空調空間を冷房するとともに、自身は蒸発・気化し、室内熱交換器41aから流出する。
室内熱交換器41aから流出したガス冷媒は、ガス管104aを流れて室内機53aから流出した後、中継機52の第1分岐部15に流入する。第1分岐部15に流入した冷媒は、第2開閉弁27aを介して低圧管部30を流れる。低圧管部30を流れる冷媒は、低圧管102を介して中継機52から流出した後、室外機51に戻る。室外機51に戻ったガス冷媒は、第2逆止弁6(第2逆止弁6a及び第2逆止弁6b)、四方弁2、アキュムレーター4(アキュムレーター4a及びアキュムレーター4b)を介して圧縮機1に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置100は冷房主体運転を実行する。
[全暖房運転モード]
低温・低圧の冷媒が圧縮機1(圧縮機1a及び圧縮機1b)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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2(四方弁2a及び四方弁2b)及び第3逆止弁7(第3逆止弁7a及び第3逆止弁7b)を介して高圧管101を流れ、室外機51(室外機51a及び室外機51b)から流出する。室外機51から流出した高温・高圧のガス冷媒は、高圧管101を通って中継機52の気液分離器21に流入する。
気液分離器21に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器21の上部から流出し、第1分岐部15の第1開閉弁26(第1開閉弁26a及び第1開閉弁26b)を介してガス管104(ガス管104a及びガス管104b)を流れ、中継機52から流出する。中継機52から流出したガス冷媒は、室内機53(室内機53a及び室内機53b)に流入する。室内機53に流入したガス冷媒は、室内熱交換器41(室内熱交換器41a及び室内熱交換器41b)に流入し、室内熱交換器41で周囲に放熱することで空調空間を暖房するとともに、自身は凝縮・液化し、室内熱交換器41から流出する。室内熱交換器41から流出した液冷媒は、室内絞り装置42(室内絞り装置42a及び室内絞り装置42b)で中間圧力まで絞られる。
室内絞り装置42で中間圧力まで絞られた液冷媒は、液管103(液管103a及び液管103b)を流れ、室内機53から流出した後、中継機52の第2分岐部16に流入する。第2分岐部16に流入した液冷媒は、暖房用逆止弁29(暖房用逆止弁29a及び暖房用逆止弁29b)を介して第2バイパス管36を流れ、第2絞り装置25に流入する。第2絞り装置25に流入した液冷媒は、第2絞り装置25で低圧まで絞られる。この低圧液冷媒は、第1バイパス管35を流れ、第2冷媒熱交換器23及び第1冷媒熱交換器22を介してから低圧管部30を流れる。
低圧管部30を流れる低圧の気液二相冷媒は、低圧管102を介して中継機52から流出した後、室外機51に戻る。室外機51に戻ったガス冷媒は、第4逆止弁8(第4逆止弁8a及び第4逆止弁8b)を介して室外熱交換器3(室外熱交換器3a及び室外熱交換器3b)に流入する。室外熱交換器3に流入した低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器3で室外空気から熱を奪いながら蒸発・気化して、室外熱交換器3から流出する。室外熱交換器3から流出したガス冷媒は、四方弁2及びアキュムレーター4(アキュムレーター4a及びアキュムレーター4b)を介して圧縮機1に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置100は全暖房運転を実行する。
[暖房主体運転モード]
ここでは、a系統の室内機(室内機53a)が冷房、b系統の室内機(室内機53b)が暖房を実行するものとして冷房主体運転モードを説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機1(圧縮機1a及び圧縮機1b)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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2(四方弁2a及び四方弁2b)及び第3逆止弁7(第3逆止弁7a及び第3逆止弁7b)を介して高圧管101を流れ、室外機51(室外機51a及び室外機51b)から流出する。室外機51から流出した高温・高圧のガス冷媒は、高圧管101を通って中継機52の気液分離器21に流入する。
気液分離器21に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器21の上部から流出し、第1分岐部15の第1開閉弁26bを介してガス管104bを流れ、中継機52から流出する。中継機52から流出したガス冷媒は、室内機53bに流入する。室内機53bに流入した高温・高圧のガス冷媒は、室内熱交換器41bに流入し、室内熱交換器41bで周囲に放熱することで空調空間を暖房するとともに、自身は凝縮・液化し、室内熱交換器41bから流出する。室内熱交換器41bから流出した液冷媒は、室内絞り装置42bで中間圧力まで絞られる。室内絞り装置42bで中間圧力まで絞られた液冷媒は、液管103bを流れ、室内機53bから流出した後、中継機52の第2分岐部16に流入する。
第2分岐部16に流入した液冷媒は、暖房用逆止弁29bを介して第2バイパス管36を流れ、第2冷媒熱交換器23を介して、一部が第2絞り装置25に流れ、残りが冷房用逆止弁28aを介して液管103aに流れる。液管103aを流れた液冷媒は、中継機52から流出した後、室内機53aの室内絞り装置42aにて絞られ、低温の気液二相冷媒となる。この低温の気液二相冷媒は、室内熱交換器41aに流入し、室内熱交換器41aで周囲から熱を奪うことで空調空間を冷房するとともに、自身は蒸発・気化し、室内熱交換器41aから流出する。室内熱交換器41aから流出した冷媒は、ガス管104を流れ、室内機53aから流出した後、中継機52の第1分岐部15に流入する。第1分岐部15に流入したガス冷媒は、第2開閉弁27aを介して低圧管部30を流れる。
一方、第2絞り装置25に流れた液冷媒の一部は、第2絞り装置25で低圧まで絞られる。この低圧液冷媒は、第2冷媒熱交換器23で中間圧の液冷媒と熱交換して一部蒸発した後、第1冷媒熱交換器22を介してから低圧管部30を流れる。低圧管部30を流れる冷媒は、第2開閉弁27aを経由してきたガス冷媒と合流し、低圧管102を流れ、中継機52から流出した後、室外機51に流入する。室外機51に流入した気液二相冷媒は、第4逆止弁8(第4逆止弁8a及び第4逆止弁8b)を介して室外熱交換器3(室外熱交換器3a及び室外熱交換器3b)に流入する。
室外熱交換器3に流入した低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器3で室外空気から熱を奪いながら蒸発・気化して、室外熱交換器3から流出する。室外熱交換器3から流出したガス冷媒は、四方弁2及びアキュムレーター4(アキュムレーター4a及びアキュムレーター4b)を介して圧縮機1に再度吸入される。以上の流れで、空気調和装置100は暖房主体運転を実行する。
ここで、空気調和装置100は、たとえば運転時の高圧圧力や低圧圧力、室内機53の運転容量、室内機53の吸込み空気温度等により室内機53側の負荷を判断し、室外機51(具体的に圧縮機1)の運転台数を決定する。そして、空気調和装置100は、室外機51が2台で全暖房運転を実行中に、室外機51に霜が付着した場合、除霜運転を実行する。そこで、空気調和装置100が全暖房運転中に除霜運転を実行する場合の冷媒の流れについて説明する。
室外機51の室外熱交換器3に霜が付着すると、室外熱交換器3での伝熱性能が低下し、蒸発温度が低下する。この蒸発温度の低下を、空気調和装置100では、室外機51の入口(暖房運転時における冷媒の流れ方向に対する入口)に設けた第1温度センサー11で検知するようになっている。ここでは、第1温度センサー11aが除霜を開始する蒸発温度を検知し、a系統の室外機(室外機51a)で除霜運転を実行する場合の冷媒の流れについて説明する。
室外機51aで除霜運転を実施する場合には、空気調和装置100は、室外機51aの電磁弁9aを開放し、圧縮機1aを吐出した高温・高圧のガス冷媒を電磁弁9aを介してホットガスバイパス回路10を経由させ室外熱交換器3aに流入させる。室外熱交換器3aに流入した高温・低圧のガス冷媒は、室外熱交換器3aに付着した霜と熱交換して霜を融解し、自身は低温・低圧のガス冷媒となり、四方弁2a及びアキュムレーター4aを介して圧縮機1aに戻る。
このとき、b系統の室外機(室外機51b)では、圧縮機1bから吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2b及び第3逆止弁7bを介して高圧管101を流れ、室外機51bから流出する。室外機51bから流出した高温・高圧のガス冷媒は、中継機52の気液分離器21に流入する。気液分離器21に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器21の上部から第1開閉弁26a及び第1開閉弁26bを介してガス管104a及びガス管104bを流れ、室内機53a及び室内機53bに流入する。
室内機53a及び室内機53bに流入した高温・高圧のガス冷媒は、室内熱交換器41a及び室内熱交換器41bで周囲に放熱することで空調空間を暖房するととともに、自身が凝縮・液化して、室内熱交換器41a及び室内熱交換器41bから流出する。室内熱交換器41a及び室内熱交換器41bから流出した冷媒は、室内絞り装置42a及び室内絞り装置42bで中間圧力まで絞られてから室内機53a及び室内機53bから流出する。室内機53a及び室内機53bから流出した冷媒は、液管103a及び液管103bを流れて中継機52に流入する。
中継機52に流入した液冷媒は、暖房用逆止弁29a及び暖房用逆止弁29bを介して第2絞り装置25に流れ、第2絞り装置25で低圧まで絞られ、第1バイパス管35を流れ第2冷媒熱交換器23及び第1冷媒熱交換器22を介して低圧管部30に流れる。低圧管部30に流れた低圧の気液二相冷媒は、低圧管102を流れて室外機51bに戻り、第4逆止弁8bを介して室外熱交換器3bに流入する。室外熱交換器3bに流入した低圧の気液二相冷媒は、室外熱交換器3bで蒸発・気化し、四方弁2b及びアキュムレーター4bを介して圧縮機1bに戻る。
空気調和装置100は、以上のような冷媒の流れを、第2温度センサー12aでの検知温度が所定値以上になるまで継続する。第2温度センサー12aでの検知温度が所定値以上になると、空気調和装置100は、室外熱交換器3aの霜が融けたと判断し、電磁弁9aを閉止して室外機51aの除霜運転を終了する。このような冷媒の流れによって、空気調和装置100では、暖房運転を継続しながら、除霜運転を実行することが可能になっている。
なお、暖房運転中に室外機51aの除霜運転を実行しているとき、暖房能力が低下することになる。そのため、かかる運転状態のときには、室内機53の運転容量を制限してもよい。たとえば、暖房運転中に除霜運転を実行しているときにおいては、室内機53の吸込み空気温度と設定温度との差が小さいものから優先順位をつけて、優先順位に従って室内機53の運転を停止させたり、室内機53の風量を落とした運転としたりしてもよい。
また、室外機51aの除霜運転終了後、b系統の室外機(室外機51b)の第1温度センサー11bでの検知温度が低下した場合には、室外機51aの除霜運転と同様に電磁弁9bを開放して除霜運転を実行するようになっている。ここで、室外機51bの除霜運転は、室外機51aの除霜運転に続けて実行してもよいし、続けて実行するかどうかを、暖房運転の実施時間や外気温度から判断してもよい。
次に、空気調和装置100の除霜運転を実行する際の制御処理の流れについて説明する。図2は、空気調和装置100の除霜運転を実行する際の制御処理の流れを示すフローチャートである。
空気調和装置100は、ユーザー等からの指示により暖房運転を開始する(STEP1)。空気調和装置100は、たとえば室内機53の運転容量や吸込み空気温度、高低圧に応じて室外機51(具体的には圧縮機1)の運転容量を決定する(STEP2)。そして、空気調和装置100は、いずれかの室外機51で除霜運転の開始条件を満足したかどうかを判断する(STEP3)。空気調和装置100は、たとえば上述したように第1温度センサー11での検知温度に基づいて除霜運転を開始するかどうかを判断するとよい。
空気調和装置100は、除霜運転の開始条件を満足するまで通常の暖房運転を継続する(STEP3;No)。除霜条件を満足した場合(STEP3;Yes)、空気調和装置100は、停止している室外機51があるかどうかを判断する(STEP4)。停止している室外機51があると判断した場合(STEP4;Yes)、空気調和装置100は、停止している室外機51を起動する(STEP5)。そして、空気調和装置100は、運転が安定したかどうかを判断する(STEP6)。空気調和装置100は、主に高圧圧力(たとえば、所定の高圧になったかや、高圧の変化が所定値以内になったか等)や低圧圧力、圧縮機1の運転周波数等から運転状態の安定を判断したり、停止していた室外機51を起動させてからの時間で運転状態の安定を判断したりすればよい。
空気調和装置100は、運転が安定するまで、運転状態の安定を判断する(STEP6;No)。空気調和装置100は、運転が安定したと判断した場合(STEP6;Yes)、あるいは、停止している室外機51がないと判断した場合(STEP4;No)、除霜運転の開始条件を満足した室外機51において除霜運転を開始する(STEP7)。ここでは、停止した室外機51が起動したことで、高圧圧力が急に上昇し、所定の圧力を越えた場合にも、STEP8の処理に進むものとする。
空気調和装置100は、除霜運転の開始条件を満足した室外機51の電磁弁9を開放することで、除霜運転を開始する(STEP8)。空気調和装置100は、除霜運転中、主に高圧圧力を指標に高圧圧力が所定の圧力となるように圧縮機1の容量を制御する(STEP9)。空気調和装置100は、除霜運転の終了条件を満たしたかどうかを判断する(STEP10)。空気調和装置100は、たとえば上述したように第2温度センサー12での検知温度に基づいて除霜運転の終了条件を満足したかどうかを判断するとよい。
空気調和装置100は、除霜運転に終了条件が満足するまで圧縮機1の容量制御を実行しながら除霜運転を継続する(STEP10;No)。除霜運転の終了条件を満足した場合、空気調和装置100は、除霜運転した側の室外機51を一旦停止する(STEP11)。これは、除霜運転終了後、室外機51の容量が室内機53に対して過多となっている場合に、高圧圧力が過昇しないようにするための措置である。ただし、除霜運転中に室内機53がサーモオンする等により、室内機53の運転容量が予め設定する容量以上で高圧圧力が過昇する危険がない場合には、室外機51の運転台数を2台のままとしてもよい。そして、空気調和装置100は、STEP2の処理に戻り、一連の処理を繰り返す。
なお、暖房運転を終了する場合、空気調和装置100は、暖房運転を終了する前に、全部の室外機51で除霜運転を実行するように設定しておくとよい。たとえば、空気調和装置100は、全部の室外機51の四方弁2(四方弁2a、四方弁2b)を切り替えて、冷房運転と同様の回路構成にして除霜運転を実行すればよい。そうすれば、圧縮機1(圧縮機1a、圧縮機1b)を吐出した高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器3(室外熱交換器3a、室外熱交換器3b)に流入し、室外熱交換器3に付着した霜を融解することができる。
このとき、冷媒自身は凝縮・液化して気液二相冷媒となり、第1逆止弁5(第1逆止弁5a、第1逆止弁5b)を介して高圧管101を流れ中継機52に流入することになる。中継機52に流入した気液二相冷媒は、第1絞り装置24と第2絞り装置25を介して低圧管部30に流れる。低圧管部30に流れた気液二相冷媒は、低圧管102を流れ、第2逆止弁6(第2逆止弁6a、第2逆止弁6b)、四方弁2、アキュムレーター4(アキュムレーター4a、アキュムレーター4b)を介して圧縮機1に戻る。
以上の冷媒の流れによって、空気調和装置100では、複数の室外機51の除霜を一度に行ない、短時間で除霜運転を終了させるようにすることができる。この結果、空気調和装置100では、次の暖房運転が開始できるまでの時間を短縮できるとともに、次の暖房運転開始時には霜がない状態で運転を開始できることになる。したがって、このような設定を空気調和装置100に施しておけば、起動から除霜までのタイミングを最大限、長くすることが可能となる。
以上のように、空気調和装置100では、除霜運転時においても暖房運転を継続できるため、除霜運転が必要な低外気温度での暖房の快適性を維持又は向上させることができる。また、空気調和装置100では、室内側の負荷が低く、室外機51がたとえば1台で運転しているような場合の除霜運転では、停止している室外機51を除霜運転前に運転させることで、暖房能力を維持しやすくなり、除霜運転時の暖房能力の低下を低減させることができる。
なお、実施の形態では、全暖房運転を例に、暖房運転を継続しながら除霜運転を実行する場合について説明したが、暖房主体運転でも同様の運転をさせることで、同様の効果を奏する。また、本実施の形態では、室外機51が2台の例を示したが、室外機51は3台以上でも同様の効果を示すことは自明である。さらに、実施の形態では、本発明を空気調和装置100に適用した場合を例に説明したが、冷凍システムをはじめとする冷凍サイクルを用いて冷媒回路を構成する他のシステムにも本発明を適用することができる。