JP5717873B2 - 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システム回路図である。
本実施の形態の空気調和装置は、冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)が循環する冷媒回路(後述する冷凍サイクル回路及び熱媒体循環回路)を利用することによって、各室内機が冷房動作又は暖房動作を自由に選択できるものである。また、本実施の形態に係る空気調和装置は、熱源側冷媒を間接的に利用する方式を採用している。すなわち、熱源側冷媒に貯えられた冷熱又は温熱を、熱源側冷媒とは異なる冷媒である熱媒体に伝達し、この熱媒体に貯えられた冷熱又は温熱によって空調対象空間を冷房又は暖房するようになっている。
室外機1は、通常、ビル等の建物の外の室外空間(例えば、屋上等)に設置され、中継器3を介して室内機2に冷熱又は温熱を供給するものである。また、室外機1は、圧縮機11、四方弁12、熱源側熱交換器13、アキュームレーター14、及び、逆止弁15a〜15dを備えている。また、室外機1は、本実施の形態に係る空気調和装置全体の制御を実施する制御装置201を備えている。さらに、室外機1は、圧縮機11の吐出冷媒の圧力を検出する冷媒圧力センサー71、及び、圧縮機11の吸入圧力を検出する冷媒圧力センサー72を備えている。この冷媒圧力センサー71、72は、検出した熱源側冷媒の圧力情報を、制御装置201に送信する。
逆止弁15bは、低圧管5と、四方弁12とを接続する冷媒配管に設けられ、低圧管5から四方弁12へ向かう方向のみに冷媒を流通させる。
逆止弁15cは、四方弁12と逆止弁15bとを接続する冷媒配管と、高圧管4と逆止弁15aとを接続する冷媒配管とを接続する冷媒配管上に設けられ、四方弁12から高圧管4へ向かう方向のみに冷媒を流通させる。
逆止弁15dは、低圧管5と逆止弁15bとを接続する冷媒配管と、熱源側熱交換器13と高圧管4とを接続する冷媒配管とを接続する冷媒配管上に設けられ、低圧管5から熱源側熱交換器13へ向かう方向のみに冷媒を流通させる。
室内機2(室内機2a〜2c)は、建物の内部の室内空間(例えば、居室等)である空調対象空間に冷房用空気又は暖房用空気を供給できる位置に設置され、その空調対象空間に冷房用空気又は暖房用空気を供給するものである。また、室内機2a〜2cは、それぞれ利用側熱交換器35a〜35cを備えている。
中継器3は、室外機1及び室内機2とは別筐体として、室外空間及び室内空間とは別の位置に設置できるように構成され、室外機1から供給される冷熱又は温熱を室内機2に伝達するものである。また、中継器3は、第2熱媒体間熱交換器31、第1熱媒体間熱交換器33、膨張装置32、バイパス装置35、第2ポンプ41、第1ポンプ42、熱媒体流量調整装置45a〜45c、及び、熱媒体流路切替装置46a〜46c、47a〜47cを備えている。また、中継器3は、中継器3全体の制御を実施する制御装置202を備えている。また、中継器3は、冷媒圧力センサー73、冷媒温度センサー75〜77、及び、熱媒体温度センサー81〜83、85a〜85cを備えている。
なお、第2ポンプ41は、第2熱媒体間熱交換器31と、後述する熱媒体合流部56との間に設けられるものとしてもよい。また、第1ポンプ42は、第1熱媒体間熱交換器33と、後述する熱媒体合流部58との間に設けられるものとしてもよい。
なお、冷媒圧力センサー73は、第2熱媒体間熱交換器31の熱源側冷媒の流出側に設けるものとしてもよい。
まず、室内機2a〜2cの動作が冷暖房混在する場合において、例えば、室内機2a、2bが冷房動作、そして、室内機2cが暖房動作を実施しているものとし、冷房動作の容量が大きい冷房主体運転について説明する。この冷房主体運転において、制御装置201は、四方弁12に対して、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器13へ流入するように冷媒流路を切り替える。また、制御装置202は、第2ポンプ41及び第1ポンプ42を駆動させ、熱媒体流量調整装置45a〜45cを開状態にする。また、制御装置202は、熱媒体流路切替装置46a、46bに対して、それぞれ熱媒体分岐部57から熱媒体配管6a、6bに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替え、熱媒体流路切替装置46cに対して、熱媒体分岐部55から熱媒体配管6cに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。さらに、制御装置202は、熱媒体流路切替装置47a、47bに対して、それぞれ熱媒体配管7a、7bから熱媒体合流部58に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替え、熱媒体流路切替装置47cに対して、熱媒体配管7cから熱媒体合流部56に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。
低温低圧のガス冷媒は圧縮機11によって圧縮され、高温高圧の熱源側冷媒となって吐出され、四方弁12を経由して、熱源側熱交換器13に流入し、ファン101によって搬送される空気に対して放熱しながら凝縮し、高圧の気液二相冷媒となる。熱源側熱交換器13から流出した気液二相冷媒は、逆止弁15aを経由して室外機1から流出し、高圧管4を通って、中継器3へ流入する。
第1熱媒体間熱交換器33において熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝達され、冷却された熱媒体が第1ポンプ42によって熱媒体循環回路を流通する。第1ポンプ42から圧送された熱媒体は、熱媒体流路52を通って、熱媒体分岐部57へ流入し、熱媒体流路切替装置46aを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6aを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46bを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6bを流れる熱媒体流路とに分岐する。熱媒体配管6a、6bを流れる熱媒体は、それぞれ室内機2a、2bに流入する。
次に、室内機2a〜2cの動作が冷暖房混在する場合において、例えば、室内機2a、2bが暖房動作、そして、室内機2cが冷房動作を実施しているものとし、暖房動作の容量が大きい暖房主体運転について説明する。この暖房主体運転において、制御装置201は、四方弁12に対して、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が逆止弁15cへ向って流れるように冷媒流路を切り替える。また、制御装置202は、第2ポンプ41及び第1ポンプ42を駆動させ、熱媒体流量調整装置45a〜45cを開状態にする。また、制御装置202は、熱媒体流路切替装置46a、46bに対して、それぞれ熱媒体分岐部55から熱媒体配管6a、6bに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替え、熱媒体流路切替装置46cに対して、熱媒体分岐部57から熱媒体配管6cに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。さらに、制御装置202は、熱媒体流路切替装置47a、47bに対して、それぞれ熱媒体配管7a、7bから熱媒体合流部56に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替え、熱媒体流路切替装置47cに対して、熱媒体配管7cから熱媒体合流部58に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。
低温低圧のガス冷媒は圧縮機11によって圧縮され、高温高圧の熱源側冷媒となって吐出され、四方弁12及び逆止弁15cを経由して、高圧管4を通って、中継器3へ流入する。
第2熱媒体間熱交換器31において熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝達され、加熱された熱媒体が第2ポンプ41によって熱媒体循環回路を流通する。第2ポンプ41から圧送された熱媒体は、熱媒体流路50を通って、熱媒体分岐部55へ流入し、熱媒体流路切替装置46aを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6aを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46bを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6bを流れる熱媒体流路とに分岐する。熱媒体配管6a、6bを流れる熱媒体は、それぞれ室内機2a、2bに流入する。
次に、室内機2a〜2cすべてが冷房動作する全冷房運転について説明する。この全冷房運転において、制御装置201は、四方弁12に対して、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器13へ流入するように冷媒流路を切り替える。また、制御装置202は、第1ポンプ42のみ駆動させ、第2ポンプ41を停止させ、熱媒体流量調整装置45a〜45cを開状態にする。また、制御装置202は、熱媒体流路切替装置46a〜46cに対して、それぞれ熱媒体分岐部57から熱媒体配管6a〜6cに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。さらに、制御装置202は、熱媒体流路切替装置47a〜47cに対して、それぞれ熱媒体配管7a〜7cから熱媒体合流部58に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。
なお、以下、全冷房運転について、冷房主体運転と相違する点を中心に説明する。
熱源側熱交換器13へ流入した高温高圧の熱源側冷媒は、ファン101によって搬送される空気に対して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となる。また、第2ポンプ41は停止しており、第2熱媒体間熱交換器31において、熱源側冷媒は凝縮しない。
第1熱媒体間熱交換器33において熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝達され、冷却された熱媒体が第1ポンプ42によって熱媒体循環回路を流通する。第1ポンプ42から圧送された熱媒体は、熱媒体流路52を通って、熱媒体分岐部57へ流入し、熱媒体流路切替装置46aを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6aを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46bを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6bを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46cを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6cを流れる熱媒体流路とに分岐する。熱媒体配管6a〜6cを流れる熱媒体は、それぞれ室内機2a〜2cに流入する。
次に、室内機2a〜2cすべてが暖房動作する全暖房運転について説明する。この全暖房運転において、制御装置201は、四方弁12に対して、圧縮機11から吐出された熱源側冷媒が逆止弁15cへ向って流れるように冷媒流路を切り替える。また、制御装置202は、第2ポンプ41のみ駆動させ、第1ポンプ42を停止させ、熱媒体流量調整装置45a〜45cを開状態にする。また、制御装置202は、熱媒体流路切替装置46a〜46cに対して、それぞれ熱媒体分岐部55から熱媒体配管6a〜6cに熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。さらに、制御装置202は、熱媒体流路切替装置47a〜47cに対して、それぞれ熱媒体配管7a〜7cから熱媒体合流部56に熱媒体が流れるように熱媒体流路を切り替える。
なお、以下、全暖房運転について、暖房主体運転と相違する点を中心に説明する。
第1ポンプ42は停止しており、第1熱媒体間熱交換器33において、熱源側冷媒は蒸発しない。第1熱媒体間熱交換器33において蒸発せずに室外機1の熱源側熱交換器13に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、ファン101によって搬送される空気から吸熱しながら蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
第2熱媒体間熱交換器31において熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝達され、加熱された熱媒体が第2ポンプ41によって熱媒体循環回路を流通する。第2ポンプ41から圧送された熱媒体は、熱媒体流路50を通って、熱媒体分岐部55へ流入し、熱媒体流路切替装置46aを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6aを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46bを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6bを流れる熱媒体流路と、熱媒体流路切替装置46cを経由して中継器3から流出し、熱媒体配管6cを流れる熱媒体流路とに分岐する。熱媒体配管6a〜6cを流れる熱媒体は、それぞれ室内機2a〜2cに流入する。
圧縮機11の回転数は、制御装置201によって制御される。具体的には、暖房主体運転及び全暖房運転時において、制御装置201は、冷媒圧力センサー71によって検出される圧縮機11の吐出圧力が目標圧力となるように圧縮機11の回転数を制御し、冷凍サイクル回路の冷媒流量を調整する。このとき、制御装置201は、冷媒圧力センサー71によって検出された吐出圧力を飽和温度に換算し、この飽和温度が50[℃]程度となるように制御するのが望ましい。一方、冷房主体運転及び全冷房運転時において、制御装置201は、冷媒圧力センサー72によって検出される圧縮機11の吸入圧力が目標圧力となるように圧縮機11の回転数を制御し、冷凍サイクル回路の冷媒流量を調整する。このとき、制御装置201は、冷媒圧力センサー72によって検出された吸入圧力を飽和温度に換算し、この飽和温度が0[℃]程度となるように制御するのが望ましい。
熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度は、制御装置202によって制御される。具体的には、制御装置202は、熱媒体温度センサー81又は熱媒体温度センサー82によって検出される利用側熱交換器35a〜35cの流入側の熱媒体の温度(第2ポンプ41から圧送された熱媒体が流入する場合は熱媒体温度センサー81、第1ポンプ42から圧送された熱媒体が流入する場合は熱媒体温度センサー82)と、熱媒体温度センサー85a〜85cによってそれぞれ検出される利用側熱交換器35a〜35cの流出側の熱媒体の温度との差である熱媒体温度差ΔTwが目標値となるように熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を制御する。制御装置202は、このような制御をすることによって、利用側熱交換器35a〜35cのそれぞれに流入する熱媒体流量を調整する。このとき、制御装置202は、熱媒体温度差ΔTwが5〜10[℃]程度となるように制御するのが望ましい。
具体的には、制御装置202は、第2ポンプ41、室内機2a〜2cのうち暖房動作を実施しているものに対応する熱媒体流量調整装置45a〜45cのうち、最も開度が大きいものの開度が最大になるように、第2ポンプ41の回転数を調整する。例えば、室内機2a、2bが暖房動作を実施し、熱媒体流量調整装置45aの開度が最大値100[%]に対して70[%]であり、熱媒体流量調整装置45bの開度が50[%]である場合、制御装置202は、熱媒体の全体の循環量が過剰であると判断して、熱媒体流量調整装置45aの開度が安定開度、すなわち、第2ポンプ41の回転数を増減する必要がない範囲に近づくように第2ポンプ41の回転数を小さくする。このとき、熱媒体流量調整装置45aの安定開度は90〜95[%]程度とするのが望ましい。また、熱媒体流量調整装置45aの開度が安定開度を超えて、例えば、100[%]になった場合、制御装置202は、熱媒体の全体の循環量が不足であると判断して、熱媒体流量調整装置45aの開度が安定開度に近づくように、第2ポンプ41の回転数を大きくする。また、制御装置202は、室内機2a〜2cのうち冷房動作を実施しているもののに対応する熱媒体流量調整装置45a〜45c、及び、第1ポンプ42に対しても、同様の制御を実施する。このように、制御装置202によって、熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度が最大となるように第2ポンプ41及び第1ポンプ42の回転数が制御されることによって、熱媒体の搬送動力を小さくすることができる。なお、制御装置202は、室内機2a〜2cのうち停止しているものに対しては、対応する熱媒体流量調整装置45a〜45cに熱媒体が流れないように開度調整する。
本実施の形態に係る空気調和装置が暖房主体運転をする場合、前述のように、低温低圧の熱源側冷媒は、第1熱媒体間熱交換器33及び熱源側熱交換器13において蒸発する。このとき、熱源側冷媒が蒸発する蒸発温度は、熱源側熱交換器13を通風する空気の温度、すなわち、外気温度に大きく影響を受ける。この外気温度が低い場合、蒸発温度が低くなるため、例えば、熱媒体が水を主成分とするものである場合、第1熱媒体間熱交換器33において熱媒体が凍結する恐れがある。第1熱媒体間熱交換器33の熱媒体流路が熱媒体の凍結によって一部閉塞した場合、水の流量が低下し、完全に閉塞した場合、第1熱媒体間熱交換器33の熱媒体流路内で熱媒体の体積が膨張して、第1熱媒体間熱交換器33が破損する恐れがある。
なお、この図2は、熱媒体として水、第1熱媒体間熱交換器33をプレート式熱交換器とした場合のものである。
また、入口水温Twiは、熱媒体として水に限定した温度を示すものではなく、その他の熱媒体の温度を示すものとしてもよい。
以上の第1熱媒体間熱交換器33において熱媒体が凍結する条件から、本実施の形態に係る空気調和装置は、第1熱媒体間熱交換器33の冷媒の蒸発温度、及び、入口水温Twiに基づいて、凍結の恐れがあるか否かを判定する熱媒体凍結防止制御(図3において後述)を実施する。また、本実施の形態に係る空気調和装置は、熱媒体凍結防止制御中に、熱媒体の温度を上昇させる熱媒体昇温制御を実施し、熱媒体凍結防止制御の終了後、通常の暖房主体運転に復帰後、再度、熱媒体の凍結条件を満たしにくくする。なお、熱媒体昇温制御とは、冷房動作を実施している室内機2a〜2cにおいて、空調対象空間の空気によって熱媒体の温度を上昇させる制御である。
制御装置202は、室内機2a〜2cのうち少なくとも一台以上が、冷房動作をしているか否かを判定する。その判定の結果、冷房動作をしている場合、ステップS102へ進み、冷房動作をしていない場合、引き続き、冷房動作をしているか否かの判定を継続する。
制御装置202は、冷媒温度センサー76によって検出された第1熱媒体間熱交換器33の流入側の熱源側冷媒の温度(蒸発温度)である入口冷媒温度Triが、熱媒体凍結冷媒温度Tfより小さいか否かを判定する。その判定の結果、入口冷媒温度Triが熱媒体凍結冷媒温度Tfより小さい場合、熱媒体凍結防止制御が必要であると判断し、ステップS103へ進み、そうでない場合、ステップS101へ戻る。ここで、入口冷媒温度Tri、及び、第1熱媒体間熱交換器33における熱媒体流路の流路壁面温度が等しいと仮定し、熱媒体凍結冷媒温度Tfは、図2で示される凍結壁面温度Trwと同一であるものとする。図2で示されるように、凍結壁面温度Trwは入口水温Twiと相関があるため、予め、図4で示されるように、入口水温Twiに対応する熱媒体凍結冷媒温度Tfを設定しておく。そして、制御装置202は、冷媒温度センサー76によって検出される入口水温Twiに基づいて、図4の対応関係から、熱媒体凍結冷媒温度Tfを決定すればよい。例えば、入口水温Twiが7[℃]のとき、熱媒体凍結冷媒温度Tfは−2.6[℃]となる。また、実際には、第1熱媒体間熱交換器33における熱媒体流路の流路壁面温度は、入口冷媒温度Triよりも若干高くなるが、入口冷媒温度Triを流路壁面温度とすれば、凍結に対してより安全な設計となるため問題ない。
制御装置202は、バイパス配管36のバイパス装置35の現状の開度Lb1を開度Lb2に調整する。このとき、制御装置202は、この開度Lb2の場合の流量抵抗が、後述するステップS104において膨張装置32の最小開度Lr2に調整する前の開度Lr1の場合の流路抵抗と同様になるように調整する。これによって、冷凍サイクル回路における高圧及び低圧の変化を小さくすることができる。そして、ステップS104へ進む。
制御装置202は、膨張装置32の熱源側冷媒を流通させている現状の開度Lr1を、熱源側冷媒が流れないような最小開度Lr2に調整する。そして、ステップS105へ進む。
なお、制御装置202は、膨張装置32の開度を最小開度Lr2として熱源側冷媒が流れないようにするものとしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、開度調整する前の熱源側冷媒の流量よりも、少なくとも調整後の流量が小さくなるように開度調整するものとしてもよい。
制御装置202は、室内機2aが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが冷房動作を実施している場合、ステップS106へ進み、実施していない場合、ステップS107へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45aの開度Lwa1を最大に調整する。そして、ステップS107へ進む。
なお、熱媒体流量調整装置45aの開度Lwa1を最大に調整することが望ましいが、これに限定されるものではなく、少なくとも、熱媒体昇温制御実施前の開度Lwa1よりも大きくするものとしてもよい。
制御装置202は、室内機2bが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2bが冷房動作を実施している場合、ステップS108へ進み、実施していない場合、ステップS109へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45bの開度Lwb1を最大に調整する。そして、ステップS109へ進む。
制御装置202は、室内機2cが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2cが冷房動作を実施している場合、ステップS110へ進み、実施していない場合、ステップS111へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45cの開度Lwc1を最大に調整する。そして、ステップS111へ進む。
制御装置202は、第1ポンプ42の回転数Nr1を最大に調整する。そして、ステップS112へ進む。
なお、制御装置202は、第1ポンプ42の回転数Nr1を最大に調整するものとしているが、これに限定するものではなく、少なくとも、熱媒体昇温制御実施前の回転数よりも大きな回転数に調整するものとしてもよい。
制御装置202は、第1ポンプ42の回転数Nr1を最大に調整した後、所定時間経過したか否かを判定する。その判定の結果、所定時間経過した場合、ステップS113へ進み、そうでない場合、引き続き、所定時間経過したか否かを判定する。
制御装置202は、熱媒体温度センサー83によって検出された入口水温Twiが閾値Tαより大きいか否かを判定する。その判定の結果、入口水温Twiが閾値Tαより大きい場合、ステップS114へ進み、そうでない場合、ステップS112へ戻る。
制御装置202は、熱媒体凍結防止制御が終了したと判断し、膨張装置32の開度を最小開度Lr2から開度Lr3に調整する。このとき、膨張装置32の開度Lr3について、制御装置202は、ステップS104において膨張装置32の開度を変更する前の開度Lr1を記憶しておき、Lr1=Lr3となるような開度Lr3に調整するのが望ましい。そして、ステップS115へ進む。
制御装置202は、バイパス装置35の開度Lb2を開度Lb3に調整する。このとき、バイパス装置35の開度Lb3について、制御装置202は、ステップS103においてバイパス装置35の開度を変更する前の開度Lb1を記憶しておき、Lb1=Lb3となるような開度Lb3に調整するのが望ましい。そして、ステップS101へ戻るとともに、制御装置202は、熱媒体凍結防止制御を実施する前の運転モードに戻す。
図5は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置における熱媒体昇温制御の実施効果を示す図である。以下、図5を参照しながら、熱媒体凍結防止制御において、熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を最大にし、第1ポンプ42の回転数を最大にして、熱媒体昇温制御を実施する効果について説明する。なお、熱媒体凍結防止制御において、上記のような熱媒体昇温制御ではなく、熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を調整し、利用側熱交換器35a〜35cの流出入側の熱媒体の温度差(室内機2a〜2cの出入口の熱媒体の温度差)である熱媒体温度差ΔTwを一定するにする制御を「ΔTw一定制御」というものとする。この図5において、熱媒体凍結防止制御の開始から終了までの時間変化に対して、第1熱媒体間熱交換器33の熱媒体流量(上段)、室内機2a〜2cの出入口の熱媒体の温度差である熱媒体温度差ΔTw(中段)、及び、第1熱媒体間熱交換器33の入口水温Twi(下段)の変化を示している。また、図5における実線は、熱媒体昇温制御を実施した場合のグラフを示しており、破線は、ΔTw一定制御を実施した場合のグラフを示している。
なお、前述のように、熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を最大にし、第1ポンプ42の回転数を最大にするものとして以下に説明するが、それぞれ必ずしも最大である必要はなく、少なくとも熱媒体昇温制御実施前のものよりも大きくする動作とするものとしてもよい。
以上のように、外気温度が低いこと等によって、第1熱媒体間熱交換器33における蒸発温度が低くなり、第1熱媒体間熱交換器33において、熱媒体が凍結する恐れがある場合においても、本実施の形態の熱媒体凍結防止制御を実施することによって、第1熱媒体間熱交換器33における熱媒体の凍結を防止し、第1熱媒体間熱交換器33の破損を抑制することができる。
本実施の形態に係る空気調和装置について、実施の形態1に係る空気調和装置と相違する点を中心に説明する。実施の形態1に係る空気調和装置について、熱媒体昇温制御において冷房動作を実施している室内機2a〜2cに対応する熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を最大にする動作を説明した。本実施の形態に係る空気調和装置は、熱媒体昇温制御において、冷房動作を実施している室内機2a〜2cに対応する熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を、吸込空気温度に基づいて調整するものである。
図6は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の熱媒体凍結防止制御及び熱媒体昇温制御を示すフローチャートであり、図7は、同空気調和装置における吸込空気温度に応じた熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度を示す図である。以下、本実施の形態における熱媒体凍結防止制御及び熱媒体昇温制御について、図6及び図7を参照しながら説明する。なお、これらの制御を実施する際、圧縮機11が運転しているものとする。また、図6において、熱媒体凍結防止制御は、ステップS203〜ステップS219の動作に相当し、熱媒体昇温制御は、熱媒体凍結防止制御の中のステップS205〜ステップS219に相当する。
実施の形態1の図3で示されるステップS101〜ステップS104と同様である。
制御装置202は、室内機2aが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが冷房動作を実施している場合、ステップS206へ進み、実施していない場合、ステップS209へ進む。
制御装置202は、吸込空気温度センサー86aによって検出された室内機2aの吸込空気温度、及び、図7で示される吸込空気温度と熱媒体流量調整装置45aの開度との対応関係に基づいて、熱媒体流量調整装置45aの開度Lw2を導出する。この開度Lw2は、図7で示されるように、吸込空気温度が大きくなるほど(Ta2、Ta3、・・・)、開度を大きく(Lw2_1、Lw2_2、Lw2_3、・・・)設定する。例えば、制御装置202は、吸込空気温度がTa2≦Ta<Ta3である場合、開度Lw2をLw2_2として導出する。そして、ステップS207へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45aの現在の開度Lwa1が開度Lw2より小さいか否かを判定する。その判定の結果、開度Lwa1が開度Lw2より小さい場合、ステップS208へ進み、そうでない場合、ステップS209へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45aの現在の開度Lwa1を開度Lw2に調整する。そして、ステップS209へ進む。
制御装置202は、室内機2bが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2bが冷房動作を実施している場合、ステップS210へ進み、実施していない場合、ステップS213へ進む。
制御装置202は、吸込空気温度センサー86bによって検出された室内機2bの吸込空気温度、及び、図7で示される吸込空気温度と熱媒体流量調整装置45bの開度との対応関係に基づいて、熱媒体流量調整装置45bの開度Lw2を導出する。そして、ステップS211へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45bの現在の開度Lwb1が開度Lw2より小さいか否かを判定する。その判定の結果、開度Lwb1が開度Lw2より小さい場合、ステップS212へ進み、そうでない場合、ステップS213へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45bの現在の開度Lwb1を開度Lw2に調整する。そして、ステップS213へ進む。
制御装置202は、室内機2cが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2cが冷房動作を実施している場合、ステップS214へ進み、実施していない場合、ステップS217へ進む。
制御装置202は、吸込空気温度センサー86cによって検出された室内機2cの吸込空気温度、及び、図7で示される吸込空気温度と熱媒体流量調整装置45cの開度との対応関係に基づいて、熱媒体流量調整装置45cの開度Lw2を導出する。そして、ステップS215へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45cの現在の開度Lwc1が開度Lw2より小さいか否かを判定する。その判定の結果、開度Lwc1が開度Lw2より小さい場合、ステップS216へ進み、そうでない場合、ステップS217へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45cの現在の開度Lwc1を開度Lw2に調整する。そして、ステップS217へ進む。
実施の形態1の図3で示されるステップS111〜ステップS115と同様である。
以上の熱媒体昇温制御の動作のように、冷媒動作を実施し、吸込空気温度が高い室内機2a〜2cほど、熱媒体流量調整装置45a〜45cの開度より大きく開くことにより、より効果的に熱媒体の温度を高くすることができる。
なお、これは室内機2b、2c及び熱媒体流量調整装置45b、45cについても同様である。
なお、これは室内機2b、2c及び熱媒体流量調整装置45b、45cについても同様である。
なお、これは室内機2b、2c及び熱媒体流量調整装置45b、45cについても同様である。
本実施の形態に係る空気調和装置について、実施の形態1に係る空気調和装置と相違する点を中心に説明する。本実施の形態に係る空気調和装置は、熱媒体昇温制御において、冷房動作をしている室内機から流出した熱媒体に対して、暖房動作をしている室内機から流出した熱媒体を混合させる混合弁開度制御を実施するものである。具体的には、熱媒体流路切替装置47a〜47cを用いて、双方の熱媒体を混合させる。
図8は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の熱媒体流路切替装置47a〜47cの模式図であり、図9は、同熱媒体流路切替装置47a〜47cの流量特性を示す図である。
図8で示されるように、熱媒体流路切替装置47a〜47cにおいて、室内機2a〜2cからそれぞれ熱媒体配管7a〜7cを通ってきた熱媒体が流入する側を「流入側」、第2熱媒体間熱交換器31へ熱媒体を送るために熱媒体合流部56へ向けて熱媒体を流出する側を「流出側(a)」、そして、第1熱媒体間熱交換器33へ熱媒体を送るために熱媒体合流部58へ向けて熱媒体を流出する側を「流出側(b)」としている。
冷房動作を実施している室内機2aから流出し第1熱媒体間熱交換器33へ流入し、その温度が入口水温Twi[℃]である熱媒体に、暖房動作を実施している室内機2b、2cから流出し、温度Th[℃]である熱媒体が混合した後の熱媒体の温度Tm[℃]は下記の式(1)で表される。ここで、温度Th[℃]は、熱媒体温度センサー85a〜85cによって検出される熱媒体の温度に基づいて算出される。本実施の形態の場合、暖房動作を実施しているのは、室内機2b、2cなので、熱媒体温度センサー85b、85cで検出される熱媒体温度の平均値を温度Th[℃]とすればよい。
制御装置202は、図9及び図10で示されるような、熱媒体流路切替装置47a〜47cの開度[%]に対する流出側(a)及び流出側(b)の流量特性のデータを予め記憶しているものとする。前述のように、制御装置202が、熱媒体流路切替装置47aの流出側(a)からφm×Gc[L/min]の流量の熱媒体を流出させることは、流出側(a)から、流入側から流入する流量Gc[L/min]の100×φm[%]の流量の熱媒体を流出させることに等しい。ここで、制御装置202は、図9及び図10で示される流量特性の記憶データに基づいて、流出側(a)から100×φm[%]という流出流量を得るための熱媒体流路切替装置47aの開度Lmβを導出することができる。
図11は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置の熱媒体凍結防止制御における熱媒体昇温制御及び混合弁開度制御を示すフローチャートである。この図11においては、熱媒体凍結防止制御のうち、熱媒体昇温制御のフローのみを示してある。以下、本実施の形態における熱媒体昇温制御及び混合弁開度制御について、図11を参照しながら説明する。なお、これらの制御を実施する際、圧縮機11が駆動されているものとし、制御装置202は、冷房能力合計値ΣQc及び暖房能力合計値ΣQhを0リセットしておく。また、図11において、熱媒体昇温制御は、ステップS305〜ステップS335の動作に相当し、混合弁開度制御は、熱媒体昇温制御の中のステップS320〜ステップS331に相当する。
図示しないステップS301〜ステップS304の内容は、実施の形態1の図3で示されるステップS101〜ステップS104と同様である。
制御装置202は、室内機2aが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが冷房動作を実施している場合、ステップS306へ進み、実施していない場合、ステップS308へ進む。
制御装置202は、冷房動作を実施している室内機2aの冷房能力を冷房能力合計値ΣQcに加算する。そして、ステップS307へ進む。
制御装置202は、熱媒体流量調整装置45aの開度Lwa1を最大に調整する。そして、ステップS310へ進む。
制御装置202は、室内機2aが暖房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが暖房動作を実施している場合、ステップS309へ進み、実施していない場合、ステップS310へ進む。
制御装置202は、暖房動作を実施している室内機2aの暖房能力を暖房能力合計値ΣQhに加算する。そして、ステップS310へ進む。
制御装置202は、室内機2b、2cについても、ステップS305〜ステップS309と同様の動作を実施する。
制御装置202は、室内機2aが冷房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが冷房動作を実施している場合、ステップS321へ進み、実施していない場合、ステップS322へ進む。
制御装置202は、熱媒体流路切替装置47aの開度を開度Lmβ[%]に調整する。そして、ステップS324へ進む。
制御装置202は、室内機2aが暖房動作を実施しているか否かを判定する。その判定の結果、室内機2aが暖房動作を実施している場合、ステップS323へ進み、実施していない場合、ステップS324へ進む。
制御装置202は、熱媒体流路切替装置47aの開度を開度(100−Lmγ)[%]に調整する。そして、ステップS324へ進む。
制御装置202は、室内機2b、2c及び熱媒体流路切替装置47b、47cについても、ステップS320〜S323と同様の動作を実施する。
実施の形態1の図3で示されるステップS111〜S113と同様である。
制御装置202は、熱媒体流路切替装置47a〜47cの開度について、ステップS321、ステップS323、ステップS325、ステップS327、ステップS329及びステップS331のいずれかにおいて開度調整する前の開度に戻す。
図示しないステップS336及びステップS337の内容は、それぞれ実施の形態1の図3で示されるステップS114及びステップS115と同様である。
以上の動作のように、冷房循環回路における熱媒体の昇温作用を、冷房動作を実施している室内機の利用側熱交換器による熱交換による効果のみではなく、暖房循環回路から温度の高い熱媒体を冷房循環回路に混合させることによって、昇温させているので、熱媒体昇温制御を速やかに終了させることができる。
Claims (15)
- 熱源側冷媒を圧縮する圧縮機、熱源側冷媒と熱媒体との間で熱交換を実施して該熱媒体を冷却する第1熱交換器、熱源側冷媒を減圧する膨張装置、及び、外部空気と熱源側冷媒との熱交換を実施する熱源側熱交換器が冷媒配管によって接続されて構成され、前記第1熱交換器を流れる熱源側冷媒の一部又は全部をバイパスするためのバイパス配管と、該バイパス配管に設けられ、バイパスする熱源側冷媒の流量を調整するバイパス装置とを備えた冷凍サイクル回路と、
前記第1熱交換器によって冷却された熱媒体を圧送する第1ポンプ、熱媒体と空調対象空間の空気との熱交換を実施する利用側熱交換器、及び、前記第1熱交換器が熱媒体配管によって接続されて構成された熱媒体循環回路と、
前記第1熱交換器に流入する熱源側冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段と、
前記第1熱交換器を流通する熱媒体の温度を検出する第1温度検出手段と、
前記膨張装置及び前記バイパス装置の開度を調整する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記冷媒温度検出手段によって検出された熱源側冷媒の温度が、所定冷媒温度より低くなった場合、前記バイパス装置及び前記膨張装置の開度を調整して、前記第1熱交換器に流れる熱源側冷媒の一部又は全部を前記バイパス配管を経由してバイパスさせる凍結防止制御を実施し、
該凍結防止制御の実施中に、前記第1ポンプを駆動して熱媒体を圧送し、前記利用側熱交換器に熱媒体と前記空調対象空間の空気との熱交換を行う熱媒体昇温制御を実施する空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記第1温度検出手段によって検出された熱媒体の温度が、その目標温度である所定熱媒体温度となるように、冷却された該熱媒体の温度を上昇させる請求項1記載の空気調和装置。
- 前記熱媒体循環回路内に設置され、前記利用側熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を備え、
前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記熱媒体流量調整装置の開度を調整して前記利用側熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整することによって該熱媒体の温度を上昇させる請求項1又は2記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記利用側熱交換器に流入する熱媒体の流量を前記熱媒体昇温制御開始前における流量よりも大きくなるように、前記熱媒体流量調整装置の開度を増加させる請求項3記載の空気調和装置。
- 前記利用側熱交換器の吸込空気温度を検出する吸込空気温度検出手段を備え、
前記制御装置は、前記吸込空気温度検出手段によって検出された前記吸込空気温度に基づいて、前記熱媒体流量調整装置の開度を段階的又は連続的に増加させて前記利用側熱交換器の流量を増加させる請求項4記載の空気調和装置。 - 熱源側冷媒と熱媒体との間で熱交換を実施して該熱媒体を加熱する第2熱交換器と、
該第2熱交換器によって加熱された熱媒体を圧送する第2ポンプと、
を備え、
前記利用側熱交換器は、複数であり、
前記熱媒体循環回路は、
前記第1熱交換器によって冷却された熱媒体が、前記第1ポンプによって複数の前記利用側熱交換器の一部に圧送され、該利用側熱交換器において冷房動作が実施される冷房循環回路と、
前記第2熱交換器によって加熱された熱媒体が、前記第2ポンプによって複数の前記利用側熱交換器の一部に圧送され、該利用側熱交換器において暖房動作が実施される暖房循環回路と、
該暖房循環回路を流れる暖かい熱媒体を、前記冷房循環回路に流れる冷たい熱媒体に混合させるための混合手段と、
を備え、
前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記混合手段に対して、前記暖房循環回路を流れる暖かい熱媒体の少なくとも一部を、前記冷房循環回路に流れる熱媒体に混合させる請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記混合手段は、熱媒体が流入する1つの流入側部分、及び、該熱媒体が流出する2つの流出側部分を有し、所定の開度によって2つの前記流出側部分から流出する熱媒体の流量の比率を連続的に変化させることができ、複数の前記利用側熱交換器にそれぞれ対応した熱媒体流路切替装置であり、
前記流入側部分は、それぞれ前記利用側熱交換器の熱媒体の流出側に接続され、
一方の前記流出側部分は、前記第1熱交換器の熱媒体の流入側に接続され、
他方の前記流出側部分は、前記第2熱交換器の熱媒体の流入側に接続され、
前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記暖房動作を実施している前記利用側熱交換器に対応する前記熱媒体流路切替装置の開度を調整することによって、前記第1熱交換器に流入する熱媒体に対して、前記暖房動作を実施している前記利用側熱交換器から前記第2熱交換器に向かって流れる熱媒体の一部を混合させる請求項6記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体循環回路内に設置され、前記利用側熱交換器に流入する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を流れる熱媒体の温度を検出する第2温度検出手段を備え、
前記制御装置は、前記第1熱交換器に流入する熱媒体の流量に対して、前記第2熱交換器に流入する熱媒体の流量の混合比率を、前記第2温度検出手段によって検出され、前記暖房動作を実施している前記利用側熱交換器に対応する前記熱媒体流量調整装置を流れる熱媒体の温度、前記第1温度検出手段によって検出される熱媒体温度、及び、前記熱媒体昇温制御における前記第1温度検出手段によって検出される熱媒体の目標温度である所定熱媒体温度に基づいて算出する請求項6又は請求項7記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記冷房動作を実施している前記利用側熱交換器の冷房能力の合計値である冷房能力合計値を算出し、
前記暖房動作を実施している前記利用側熱交換器の暖房能力の合計値である暖房能力合計値を算出し、
前記冷房動作を実施している前記利用側熱交換器に対応する前記熱媒体流路切替装置の開度を前記混合比率に基づいて算出し、
前記暖房動作を実施している前記利用側熱交換器に対応する前記熱媒体流路切替装置の開度を前記混合比率、前記冷房能力合計値及び前記暖房能力合計値に基づいて算出する請求項7に従属する請求項8記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記第1温度検出手段によって検出される熱媒体温度が高いほど、前記所定冷媒温度を低く設定する請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記第1ポンプの回転数を、該熱媒体昇温制御の開始前よりも上昇させる請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、
前記凍結防止制御の開始時に、前記バイパス装置の開度調整後、前記膨張装置の開度を調整し、
前記凍結防止制御の終了後、前記膨張装置の開度を元の開度に戻した後、前記バイパス装置の開度を元の開度に戻す請求項1〜請求項11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に送風するファンを備え、
前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御中に、前記利用側熱交換器の前記ファンを動作させる請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記熱媒体昇温制御において、前記第1温度検出手段によって検出された熱媒体温度が、前記所定熱媒体温度を超えた場合、前記熱媒体昇温制御を終了させる請求項2に従属する請求項3〜請求項13のいずれか一項に記載の空気調和装置。
- 熱媒体は、水である請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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