JP5709978B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
(空気調和装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の構成図であり、冷房運転時における冷媒の流れを示す図であり、図2は、同空気調和装置の構成図であり、暖房運転時における冷媒の流れを示す図である。図1及び図2における矢印のうち、太線で示される矢印が一次側冷媒の流れを示し、細線で示される矢印が二次側冷媒の流れを示す。
このうち一次側冷媒回路を流通する一次側冷媒は、例えば、R410A等のフロン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒、又は、二酸化炭素等の自然冷媒等を用いるものとする。また、R410A等の共沸混合冷媒、R407C、R32及びR134a、並びに、R32及びR1234yf等の非共沸混合冷媒の使用も可能である。
また、二次側冷媒回路を流通する二次側冷媒は、例えば、不凍液(ブライン)、水、これらの混合液、又は、水と防食効果を有する添加剤との混合液等を用いるものとする。
なお、熱伝達部7a、7bとして、プレート式熱交換器を用いた場合、一次側冷媒の相変化を考慮し、一次側冷媒が吸熱するときに一次側冷媒が下側から流入し、一次側冷媒が放熱するときに一次側冷媒が上側から流入する向きに設置するとよい。
次に、図1を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置における冷房運転について説明する。
次に、図2を参照しながら、本実施の形態に係る空気調和装置における暖房運転について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置において、一次側冷媒として吐出圧力が臨界点よりも低い冷媒を用いた場合における暖房運転時の中間熱交換器7の一次側冷媒と二次側冷媒との温度関係を示した図である。また、図4は、同空気調和装置において、一次側冷媒として吐出圧力が臨界点よりも高い冷媒を用いた場合における暖房運転時の中間熱交換器7の一次側冷媒と二次側冷媒との温度関係を示した図である。
以上の構成及び動作のように、中間熱交換器7において、一次側冷媒が二次側冷媒から吸熱する冷房運転においては、一次側冷媒が熱伝達部7a及び熱伝達部7bを並列に流れ、また、一次側冷媒が二次側冷媒に対して放熱する暖房運転においては、一次側冷媒が熱伝達部7a及び熱伝達部7bを直列に流れることになる。ここで、一般に、運転効率に関し、吸熱過程においては伝熱能力よりも圧力損失の方が影響が強く、放熱過程においては圧力損失よりも伝熱能力の方が影響が強い。そのため、本実施の形態に係る空気調和装置においては、冷房運転時、中間熱交換器7において一次側冷媒が吸熱動作を実施し、かつ、熱伝達部7a及び熱伝達部7bを並列に流れて全体の流路断面積としては大きくなるので、吸熱過程で影響を受けやすい圧力損失を減少させることができ、圧縮機3の入力を削減することができる。一方、暖房運転時、中間熱交換器7において一次側冷媒が放熱動作を実施し、かつ、熱伝達部7a及び熱伝達部7bを直列に流れることによって、全体の流路断面積としては小さくなるので、流速が大きくなり伝熱を促進することができる。したがって、冷房運転及び暖房運転共に、高効率な運転が可能となる。
実施の形態2.
(空気調和装置の構成)
図7は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の構成図である。
本実施の形態に係る空気調和装置は、一次側冷媒が流通する一次側冷媒回路、及び、二次側冷媒が流通する二次側冷媒回路を利用することによって、各室内機が運転モードとして冷房動作又は暖房動作を自由に選択できるものである。
なお、本実施の形態では室内熱交換器は3台(n=3)となっているが、2台でも良いし、4台以上でも良い。
室外ユニットAは、通常、ビルの屋上等の外の空間に設置され、中継部Bを介して室内ユニットCに冷熱又は温熱を供給するものである。室外ユニットAは、圧縮機103、室外熱交換器104、及び、四方弁106を備えている。
中継部Bは、室外ユニットA及び室内ユニットCとは別筐体として、室外空間及び室内空間とは別の位置等に設置されるものであり、室外ユニットAと室内ユニットCとを冷媒配管によって中継するものである。中継部Bは、中間熱交換器107a、107b、絞り機構105a、105b、ポンプ109a、109b、及び、バルブ110a〜110h、111a〜111e、112na〜112ndを備えている。
なお、中間熱交換器107a、107bとして、プレート式熱交換器を用いた場合、一次側冷媒の相変化を考慮し、一次側冷媒が吸熱するときに一次側冷媒が下側から流入し、一次側冷媒が放熱するときに一次側冷媒が上側から流入する向きに設置するとよい。
室内ユニットC1〜C3は、それぞれ室内熱交換器1081、1082、1083を備えており、備えられた室内空間に対して、冷房動作又は暖房動作を行って空調を実施するものである。
図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の全冷房運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。なお、図8においては、太線で表された配管が一次側冷媒及び二次側冷媒の流れる配管を示しており、一次側冷媒が流れる方向を実線矢印で、二次側冷媒が流れる方向を破線矢印で示している。以下、図9〜図11において同様とする。以下、図8を参照しながら、全冷房運転モードについて説明する。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外熱交換器104へ流入し、室外空気に対して放熱し、一部又は全部が凝縮して、気液二相状態又は液状態となる。室外熱交換器104から流出した気液二相状態又は液状態の一次側冷媒は、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
ポンプ109aの駆動によって送り出された低温の二次側冷媒は、分岐して、それぞれバルブ1121a、1122a、1123aを経由した後、中継部Bから流出して、それぞれ室内ユニットC1の室内熱交換器1081、室内ユニットC2の室内熱交換器1082、及び、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。また、ポンプ109bの駆動によって送り出された低温の二次側冷媒は、分岐して、それぞれバルブ1121b、1122b、1123bを経由した後、中継部Bから流出して、それぞれ室内ユニットC1の室内熱交換器1081、室内ユニットC2の室内熱交換器1082、及び、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。室内熱交換器1081、1082、1083へ流入した二次側冷媒は、室内空気を冷却して高温状態となり、それぞれ室内ユニットC1、C2、C3から流出し、中継部Bへ流入する。
図9は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の全暖房運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図9を参照しながら、全暖房運転モードについて説明する。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
ポンプ109aの駆動によって送り出された高温の二次側冷媒は、分岐して、それぞれバルブ1121a、1122a、1123aを経由した後、中継部Bから流出して、それぞれ室内ユニットC1の室内熱交換器1081、室内ユニットC2の室内熱交換器1082、及び、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。また、ポンプ109bの駆動によって送り出された高温の二次側冷媒は、分岐して、それぞれバルブ1121b、1122b、1123bを経由した後、中継部Bから流出して、それぞれ室内ユニットC1の室内熱交換器1081、室内ユニットC2の室内熱交換器1082、及び、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。室内熱交換器1081、1082、1083へ流入した二次側冷媒は、室内空気を加熱して低温状態となり、それぞれ室内ユニットC1、C2、C3から流出し、中継部Bへ流入する。
図10は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の冷房主体運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図10を参照しながら、冷房主体運転モードについて説明する。
なお、図10においては、室内ユニットC1が暖房動作を実施し、室内ユニットC2、C3が冷凍動作を実施するものとする。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外熱交換器104へ流入し、室外空気に対して放熱し、一部が凝縮して、気液二相状態となる。室外熱交換器104から流出した気液二相状態の一次側冷媒は、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
ポンプ109aの駆動によって送り出された低温の二次側冷媒は、分岐して、それぞれバルブ1122a、1123aを経由した後、中継部Bから流出して、それぞれ室内ユニットC2の室内熱交換器1082、及び、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。室内熱交換器1082、1083へ流入した二次側冷媒は、室内空気を冷却して高温状態となり、それぞれ室内ユニットC2、C3から流出し、中継部Bへ流入する。
図11は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の暖房主体運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図11を参照しながら、暖房主体運転モードについて説明する。なお、図11においては、室内ユニットC1、C2が暖房動作を実施し、室内ユニットC3が冷凍動作を実施するものとする。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
ポンプ109aの駆動によって送り出された低温の二次側冷媒は、バルブ1123aを経由した後、中継部Bから流出して、室内ユニットC3の室内熱交換器1083へ流入する。室内熱交換器1083へ流入した二次側冷媒は、室内空気を冷却して高温状態となり、室内ユニットC3から流出し、中継部Bへ流入する。
以上の構成及び動作のように、いずれの運転モードにおいても、中間熱交換器107a、107bの双方で一次側冷媒及び二次側冷媒が流れる方向は対向流となるため、一次側冷媒及び二次側冷媒の熱効果が効率よく実施され、ポンプ109a、109bの入力を削減することができる。
本実施の形態に係る空気調和装置について、実施の形態2に係る空気調和装置と相違する点を中心に説明する。
図12は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の構成図である。
図12で示されるように、室外ユニットAは、圧縮機103、室外熱交換器104、四方弁106、及び、逆止弁113a〜113dで構成された流路切替部141を備えている。
なお、二次側冷媒の流れについては、実施の形態1と同様である。
図13は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の全冷房運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。なお、図13においては、太線で表された配管が一次側冷媒及び二次側冷媒の流れる配管を示しており、一次側冷媒が流れる方向を実線矢印で、二次側冷媒が流れる方向を破線矢印で示している。以下、図14〜図16において同様とする。以下、図13を参照しながら、全冷房運転モードについて説明する。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外熱交換器104へ流入し、室外空気に対して放熱し、一部又は全部が凝縮して、気液二相状態又は液状態となる。室外熱交換器104から流出した気液二相状態又は液状態の一次側冷媒は、逆止弁113bを経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
図14は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の全暖房運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図14を参照しながら、全暖房運転モードについて説明する。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106及び逆止弁113cを経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
図15は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の冷房主体運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図15を参照しながら、冷房主体運転モードについて説明する。なお、図15においては、室内ユニットC1が暖房動作を実施し、室内ユニットC2、C3が冷房動作を実施するものとする。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106を経由して、室外熱交換器104へ流入し、室外空気に対して放熱し、一部が凝縮して、気液二相状態となる。室外熱交換器104から流出した気液二相状態の一次側冷媒は、逆止弁113bを経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
図16は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の暖房主体運転モード時における一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す冷媒回路図である。以下、図16を参照しながら、暖房主体運転モードについて説明する。なお、図16においては、室内ユニットC1、C2が暖房動作を実施し、室内ユニットC3が冷房動作を実施するものとする。
低温低圧のガス状態の一次側冷媒は、圧縮機103によって圧縮され、高温高圧状態となって吐出され、四方弁106及び逆止弁113cを経由して、室外ユニットAから流出し、中継部Bへ流入する。
以上の構成及び動作のように、運転モードに関わらず、室外ユニットAと中継部Bとを接続する冷媒配管を流れる一次側冷媒の方向が一定となり、高圧冷媒及び低圧冷媒が流通する冷媒配管が固定となる。これによって、室外ユニットAと中継部Bとを接続する冷媒配管のうち、低圧冷媒が流通する冷媒配管の肉厚を薄くすることが可能となり、コストを削減することができる。
本実施の形態に係る空気調和装置について、実施の形態2に係る空気調和装置と相違する点を中心に説明する。
図17は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置の構成図である。
図17で示されるように、本実施の形態に係る空気調和装置は、実施の形態2に係る空気調和機における中間熱交換器107a、107bを、それぞれ中間熱交換器107aa、107baに置換したものである。また、この中間熱交換器107aa、107baは、いずれも実施の形態1に係る空気調和機における中間熱交換器7と構成が同一のものである。
図18は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置における中間熱交換器107baが蒸発器として機能する場合の一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す図である。なお、図18においては、太線で表された配管が一次側冷媒及び二次側冷媒の流れる配管を示しており、一次側冷媒が流れる方向を実線矢印で、二次側冷媒が流れる方向を破線矢印で示している。以下、図19においても同様とする。以下、図18を参照しながら、中間熱交換器107baが蒸発器として機能する場合の動作について説明する。
図19は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置における中間熱交換器107baが放熱器として機能する場合の一次側冷媒及び二次側冷媒の流れを示す図である。なお、図19においては、太線で表された配管が一次側冷媒及び二次側冷媒の流れる配管を示しており、一次側冷媒が流れる方向を実線矢印で、二次側冷媒が流れる方向を破線矢印で示している。以下、図19を参照しながら、中間熱交換器107baが放熱器として機能する場合の動作について説明する。
全冷房運転モードにおいては、中間熱交換器107aa、107ba双方において、図18で説明した蒸発器として作用し、全暖房運転モードにおいては、中間熱交換器107aa、107ba双方において、図19で説明した放熱器として作用する。また、冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードの双方においては、中間熱交換器107aaにおいて、図18で説明した蒸発器として作用し、中間熱交換器107baにおいて、図19で説明した放熱器として作用する。
以上の構成及び動作のように、中間熱交換器107aa、107baにおいて、一次側冷媒が二次側冷媒から吸熱する蒸発器として機能する場合、一次側冷媒が熱伝達部1071a(1071b)及び熱伝達部1072a(1072b)を並列に流れ、また、一次側冷媒が二次側冷媒に対して放熱する放熱器として機能する場合、一次側冷媒が熱伝達部1071a(1071b)及び熱伝達部1072a(1072b)を直列に流れることになる。ここで、前述のように、運転効率に関し、吸熱過程においては伝熱能力よりも圧力損失の方が影響が強く、放熱過程においては圧力損失よりも伝熱能力の方が影響が強い。そのため、本実施の形態に係る空気調和装置においては、蒸発器として機能する中間熱交換器107aa(107ba)においては、一次側冷媒が吸熱動作を実施し、かつ、熱伝達部1071a(1071b)及び熱伝達部1072a(1072b)を並列に流れて全体の流路断面積としては大きくなるので、吸熱過程で影響を受けやすい圧力損失を減少させることができ、圧縮機103の入力を削減することができる。一方、放熱器として機能する中間熱交換器107aa(107ba)においては一次側冷媒が放熱動作を実施し、かつ、熱伝達部1071a(1071b)及び熱伝達部1072a(1072b)を直列に流れることによって、全体の流路断面積としては小さくなるので、流速が大きくなり伝熱を促進することができる。したがって、各運転モードにおいて、高効率な運転が可能となる。
(空気調和装置の構成)
図21は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の構成図である。
図21で示される本実施の形態5に係る空気調和装置の構成は、実施の形態3に係る空気調和機から逆止弁110e〜110hを省略したものである。
以上の構成のように、逆止弁110e〜110hを省略すると、中間熱交換器107bを流れる二次側冷媒の方向が一定となり、中間熱交換器107bが蒸発器として作用する場合、一次側冷媒と二次側冷媒が対向流とならず、効率が良くない。しかし、一般に蒸発器として作用する場合より凝縮器として作用する場合の方が対向流の効果は大きく、中間熱交換器107bは4つの運転モードのうち蒸発器として作用するのは全冷房運転モードのときだけであるため、性能低下分以上にコストの削減が期待できる。
(空気調和装置の設置例)
図22は、本発明の実施の形態6に係る空気調和装置の設置例を示す図である。ここで、図22で示される空気調和装置は、実施の形態2〜実施の形態5に係る空気調和装置であり、この空気調和装置を複数階を有するビル等に設置する場合を例に説明する。
以上の構成のように、本実施の形態に係る空気調和装置においては、居住空間等である室内空間に設置された室内ユニットCに接続された冷媒配管には、水等の二次側冷媒が流れるので、一次側冷媒が室内空間に漏洩することを防止することができる。
Claims (7)
- 圧縮機、第一流路切替手段、熱源側熱交換器、絞り機構及び中間熱交換器が冷媒配管によって接続され、一次側冷媒が流通する一次側冷媒回路と、
ポンプ、利用側熱交換器、第二流路切替手段及び前記中間熱交換器が冷媒配管によって接続され、一次側冷媒とは異なる二次側冷媒が流通する二次側冷媒回路と、を備え、
前記中間熱交換器は、熱伝達部、第三流路切替手段を有し、
前記熱伝達部は、冷房運転時に一次側冷媒が二次側冷媒から吸熱するように熱交換を実施させ、暖房運転時に一次側冷媒が二次側冷媒へ放熱するように熱交換器を実施させ、
前記第一流路切替手段は、前記圧縮機から吐出された一次側冷媒を、冷房運転時には、前記熱源側熱交換器へ流れるように冷媒流路を切り替え、前記暖房運転時には、前記中間熱交換器へ流れるように冷媒流路を切り替え、
前記第二流路切替手段は、前記中間熱交換器へ流入する二次側冷媒の流通方向を切り替え、
前記第三流路切替手段は、前記中間熱交換器において、一次側冷媒が流通する冷媒流路の流路断面積が、前記暖房運転時よりも前記冷房運転時に大きくなるように冷媒流路を切り替える空気調和装置。 - 前記第三流路切替手段は、逆止弁によって構成され、
前記中間熱交換器に流入する一次側冷媒及び二次側冷媒のそれぞれの流入方向に応じて、一次側冷媒の流路断面積が、前記逆止弁によって切り替えられる請求項1記載の空気調和装置。 - 前記中間熱交換器は、複数の前記熱伝熱部を有し、
前記第三流路切替手段は、
前記冷房運転時に、一次側冷媒及び二次側冷媒が前記各熱伝達部を並列に流通するように冷媒流路を切り替え、
前記暖房運転時に、一次側冷媒及び二次側冷媒が前記各熱伝熱部を直列に流通するように冷媒流路を切り替える請求項1又は請求項2記載の空気調和装置。 - 前記中間熱交換器及び前記利用側熱交換器が複数あり、
前記二次側冷媒回路に第四流路切替手段を有し、
前記第四流路切替手段が前記複数の利用側熱交換器それぞれに対して、前記複数の中間熱交換器を流通した二次側冷媒のいずれかを流通させるように冷媒回路を切り替えることによって、各利用側熱交換器において冷房動作又は暖房動作のいずれかを選択可能にする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機、前記第一流路切替手段、前記熱源側熱交換器及び前記絞り機構を備えた室外ユニットと、
前記利用側熱交換器を備えた室内ユニットと、
前記中間熱交換器、前記ポンプ、前記第二流路切替手段、前記第三流路切替手段及び前記第四流路切替手段を備えた中継部と、を備え、
前記室内ユニットは、空調対象空間に設置され、
前記室外ユニット及び前記中継部は、非空調対象空間に設置され、
前記室外ユニット及び前記中継部との間は、一次側冷媒が流通し、
前記室内ユニット及び前記中継部との間は、二次側冷媒が流通する請求項4記載の空気調和装置。 - 前記中間熱交換器は、一次側冷媒及び二次側冷媒それぞれの流通方向が、該中間熱交換器が蒸発器として機能する場合、及び、放熱器として機能する場合の双方において、一定方向である前記熱伝達部を少なくとも1つ以上有した請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 一次側冷媒は、非共沸混合冷媒である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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