JP5730335B2 - 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設置例を示す概略図である。
本実施の形態に係る空気調和装置は、冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)が循環する冷凍サイクル(後述する冷媒循環回路A及び熱媒体循環回路B)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。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。
なお、図1において、室外機1が室外空間6に設置されている場合を例が示されているが、これに限定されるものではない。例えば、室外機1は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよく、排気ダクトで廃熱を建物9の外に排気することができるのであれば、建物9の内部に設置してもよく、あるいは、水冷式の室外機1を用いる場合においては、建物9の内部に設置するようにしてもよい。このような場所に、室外機1を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。
なお、図1において、室内機2が天井カセット型である場合を例が示されているが、これに限定されるものではなく、天井埋込型又は天井吊下式等、室内空間7に直接又はダクト等によって、暖房用空気又は冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。
なお、熱媒体変換機3は、図1で示されるように、空間8に設置されているものとしているが、これに限定されるものではなく、例えば、エレベーター等がある共用空間等に設置するものとしてもよい。また、熱媒体変換機3は、前述したように、室内機2に近づけて設けられているものとしているが、これに限定されるものではなく、室外機1の近傍に設置するものとしてもよい。ただし、この場合、熱媒体変換機3から室内機2までの距離が長すぎると、熱媒体の搬送動力がかなり大きくなるため、省エネルギー化の効果が薄れることに留意が必要である。
さらに、図1を含め、以下の図面において、各構成部材の大きさの関係が図示されている通りのものに限定するものではなく、実際のものとは異なる場合がある。
室外機1は、圧縮機10、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19、及び、気液分離器27a、27bを備えており、これらは直列に冷媒配管によって接続されている。また、室外機1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、インジェクション配管4c、分岐配管4d、逆止弁13a〜13d、絞り装置14a、14b、逆流防止装置20、開閉装置24、及び、制御装置50が備えられている。さらに、室外機1には、制御装置50に電気的に接続された中圧検出手段32、吐出冷媒温度検出手段37、及び、高圧検出手段39が備えられている。上記の第1接続配管4a、第2接続配管4b、及び、逆止弁13a〜13dを設けることによって、後述するように、室内機2の要求する運転に関わらず、冷媒配管4を介して熱媒体変換機3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。
第2接続配管4bは、室外機1内において、後述する気液分離器27bと逆止弁13dとを接続する冷媒配管と、熱源側熱交換器12と後述する逆止弁13aとを接続する冷媒配管と、を接続するものである。
インジェクション配管4cは、後述する分岐配管4dに設置された逆流防止装置20と開閉装置24との間の配管と、圧縮機10内に熱源側冷媒をインジェクションするための開口部とを接続するものである。
分岐配管4dは、後述する気液分離器27aと気液分離器27bとを接続する冷媒配管であり、気液分離器27b側から後述する逆流防止装置20及び開閉装置24が設置されている。
逆止弁13bは、第1接続配管4aに設けられ、暖房運転時において、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒を熱媒体変換機3への方向のみに流通させるものである。
逆止弁13cは、第2接続配管4bに設けられ、暖房運転時において熱媒体変換機3から戻ってきた冷媒を熱源側熱交換器12への方向のみに流通させるものである。
逆止弁13dは、第1冷媒流路切替装置11と、後述する気液分離器27bとを接続する冷媒配管に設けられ、気液分離器27bから第1冷媒流路切替装置11への方向のみに冷媒を流通させるものである。
絞り装置14bは、開口面積を変化させられる電子式膨張弁等であり、インジェクション配管4cに設置され、中圧の二相冷媒を膨張及び減圧させるものである。
吐出冷媒温度検出手段37は、圧縮機10の吐出口側の冷媒配管に設置され、圧縮機10から吐出される熱源側冷媒の温度(吐出温度)を検出するものである。
高圧検出手段39は、圧縮機10の吐出口側の冷媒配管に設置され、圧縮機10から吐出される熱源側冷媒の圧力(吐出圧力)を検出するものである。
これら中圧検出手段32、吐出冷媒温度検出手段37及び高圧検出手段39は、それぞれの検出情報を、制御装置50へ送信する。
室内機2は、それぞれ利用側熱交換器26を備えている。ここで、図2で示される4つの室内機2を、図2において下から室内機2a、室内機2b、室内機2c、そして、室内機2dというものとし、それぞれを区別なく示す場合には、単に室内機2というものとする。また、図2で示される4つの利用側熱交換器26を、室内機2a〜室内機2dに応じて、図2において下から利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器26c、そして、利用側熱交換器26dというものとし、それぞれ区別なく示す場合には、単に利用側熱交換器26というものとする。
熱媒体変換機3は、2つの熱媒体間熱交換器15、2つの絞り装置16、2つの開閉装置17、2つの第2冷媒流路切替装置18、2つのポンプ21、4つの第1熱媒体流路切替装置22、4つの第2熱媒体流路切替装置23、及び、4つの熱媒体流量調整装置25を備えている。
なお、ポンプ21aは、熱媒体間熱交換器15aと第1熱媒体流路切替装置22との間における熱媒体配管に設ける構成としてもよい。また、ポンプ21bは、熱媒体間熱交換器15bと第1熱媒体流路切替装置22との間における熱媒体配管に設ける構成としてもよい。
なお、熱媒体流量調整装置25は、上記のように利用側熱交換器26の熱媒体流路の出口側の熱媒体配管系統に設置されているが、これに限定されるものではなく、利用側熱交換器26の入口側の熱媒体配管系統(例えば、第2熱媒体流路切替装置23と、熱媒体変換機3から流出した熱媒体を室内機2の利用側熱交換器26に流入させる熱媒体配管5との間)に設置されるものとしてもよい。
なお、制御装置は、熱媒体変換機3に設置されているものとしたが、これに限定されるものではなく、室外機1に設置された制御装置50が代替するものとしてもよいし、あるいは、この制御装置及び制御装置50が有線又は無線通信線によって接続され、互いに通信する構成としてもよい。
本実施の形態に係る空気調和装置100の冷凍サイクルにおいては、熱源側冷媒の温度が高くなると、冷媒循環回路A内を循環している冷媒及び冷凍機油が劣化するため、熱源側冷媒の温度の上限値がある。通常は、この上限温度は、約120℃程度である。冷凍サイクル内で温度が最も高くなるのは、圧縮機10の吐出側の熱源側冷媒の温度(吐出温度)であるため、この吐出温度が上限以上にならないように制御をすればよい。R410A等の冷媒を使用している場合は、通常運転においては、吐出温度が上限温度に達することは少ないが、R32を冷媒として使用すると、物性的に吐出温度が高くなるため、冷凍サイクルにおいて、吐出温度を低下させる手段を備えておく必要がある。
例えば、空気調和装置100の冷凍サイクルの蒸発温度が0℃、凝縮温度が49℃、圧縮機10の吸入冷媒のスーパーヒート(過熱度)が0℃であるものとする。このとき、熱源側冷媒としてR410Aを使用し、断熱圧縮(等エントロピー圧縮)がなされたものとすると、熱源側冷媒の物性より、圧縮機10の吐出温度は約70℃となる。一方、熱源側冷媒としてR32を使用し、断熱圧縮(等エントロピー圧縮)がなされたものとすると、熱源側冷媒の物性より、圧縮機10の吐出温度は約86℃となる。すなわち、熱源側冷媒としてR32を使用した場合は、R410Aを使用した場合に対して、約16℃だけ吐出温度が上昇することになる。しかし、実際の運転では、圧縮機10ではポリトロープ圧縮がなされ、断熱圧縮よりも効率の悪い運転になるため、上述の値よりも、さらに吐出温度が高くなる。R410Aを用いた場合でも、吐出温度が100℃を超える状態で運転されることは頻繁に発生する。R410Aにおいて吐出温度が104℃を超える状態で運転されている条件では、R32では上限値である120℃を超えるため、吐出温度を低下させる必要がある。
なお、制御装置50によるインジェクション量の制御方法は、上記のものに限定されるものではなく、吐出冷媒温度検出手段37によって検出された吐出温度が目標値(例えば、110℃)を超えそうな場合にインジェクションをし、それ以下である場合はインジェクションをしないように制御してもよい。また、制御装置50は、吐出冷媒温度検出手段37によって検出された吐出温度が目標範囲内(例えば、80℃〜100℃)に収まるように制御し、吐出温度がこの目標範囲の上限を超えそうな場合、インジェクション量を増加させ、吐出温度が目標範囲の下限を下回りそうな場合にインジェクション量を減少させるように制御をしてもよい。
また、制御装置50によるインジェクション量の制御方法は、上記のものに限定されるものではなく、算出した吐出スーパーヒートが目標値(例えば、40℃)を超えそうな場合にインジェクションし、それ以下である場合はインジェクションをしないように制御してもよい。また、制御装置50は、算出した吐出スーパーヒートが目標範囲内(例えば、10℃〜40℃)に収まるように制御し、吐出スーパーヒートが目標範囲の上限を超えそうな場合、インジェクション量を増加させ、吐出スーパーヒートが目標範囲の下限を下回りそうな場合にインジェクション量を減少させるように制御をしてもよい。
図3で示されるように、R32の質量比率が52%の時に、R410Aとほぼ同一の吐出温度である約70℃となり、R32の質量比率が62%の時に、R410Aの吐出温度よりも3℃高い約73℃になることが分かる。これによって、R32とHFO1234yfとの混合冷媒においては、R32の質量比率が62%近傍以上の混合冷媒を使用する場合に、インジェクション動作によって、吐出温度を低下させるようにすると、効果が大きい。
図4は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の全冷房運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図5は、同空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図4においては、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においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
なお、絞り装置14bは、電子式膨張弁等の開口面積を変化させられるものとしたが、これに限定されるものではなく、キャピラリチューブとし、圧力差に応じた量の熱源側冷媒がインジェクションされるようにしてもよい。
また、この絞り装置14bの制御は、他の運転モードにおいても同様に適用できる。
なお、逆流防止装置20は、逆止弁でもよいし、あるいは、電磁弁等の開閉を切り替えられるもの若しくは電子式膨張弁等の開口面積を変化させられ、冷媒流路の開閉を切り替えられるものとすればよい。
なお、熱媒体間熱交換器15の出口温度は、熱媒体間熱交換器出口温度検出手段31a又は熱媒体間熱交換器出口温度検出手段31bのどちらの温度を使用してもよいし、あるいは、これらの平均温度を使用してもよい。
なお、この態様は、他の運転モードにおいても同様に適用可能である。
図6は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の全暖房運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図7は、同空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図6においては、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6においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
なお、絞り装置14aは、これに限定されるものではなく、小型の電磁弁等の開閉弁を組み合わせて開口面積を複数選択できるようにしてもよく、あるいは、キャピラリチューブとして冷媒の圧損に応じて中圧が形成されるようにしてもよく、制御性は少し悪化するが、吐出温度を目標に制御することは可能である。
また、絞り装置14a及び絞り装置14bの制御方法は、前述のように限定されるものではなく、絞り装置14bを全開とし、絞り装置14aにより圧縮機10の吐出温度を制御する制御方法としてもよい。これによって、制御が簡単になると共に、絞り装置14bとして安価なものが使用できるという利点がある。
なお、熱媒体間熱交換器15の出口温度は、熱媒体間熱交換器出口温度検出手段31a又は熱媒体間熱交換器出口温度検出手段31bのどちらの温度を使用してもよいし、あるいは、これらの平均温度を使用してもよい。
図8は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房主体運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図9は、同空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図8においては、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8においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
なお、制御装置50は、絞り装置16bに対して、熱媒体間熱交換器冷媒圧力検出手段36bによって検出された圧力を飽和温度に換算した値と熱媒体間熱交換器冷媒温度検出手段35dによって検出された温度との差として得られるサブクールが一定になるように開度を制御してもよい。
また、絞り装置16bを全開とし、絞り装置16aによってスーパーヒート又はサブクールを制御するようにしてもよい。
図10は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房主体運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図11は、同空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図10においては、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10においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の循環する配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
なお、制御装置50は、絞り装置16bを全開とし、絞り装置16aによって上記のサブクールを制御するようにしてもよい。
なお、絞り装置14aは、これに限定されるものではなく、小型の電磁弁等の開閉弁を組み合わせて開口面積を複数選択できるようにしてもよく、あるいは、キャピラリチューブとして冷媒の圧損に応じて中圧が形成されるようにしてもよく、制御性は少し悪化するが、吐出温度を目標に制御することは可能である。
また、絞り装置14a及び絞り装置14bの制御方法は、前述のように限定されるものではなく、絞り装置14bを全開とし、絞り装置14aにより圧縮機10の吐出温度を制御する制御方法としてもよい。これによって、制御が簡単になると共に、絞り装置14bとして安価なものが使用できるという利点がある。ただし、この場合は、中圧を自由に制御することができなくなり、中圧及び吐出温度の両方を意識して絞り装置14aの制御を実施する必要がある。
各運転モードにおける圧縮機10の圧縮室へのインジェクション動作は以上のように実施される。したがって、絞り装置14bには、気液分離器27a及び気液分離器27bによって分配された液冷媒が流入するようになっている。しかし、気液分離器27a及び気液分離器27bによって分配される液冷媒は、全冷房運転モード時以外は過冷却が付加されておらず、飽和液状態となっている。飽和液状態は実際には少量の微小なガス冷媒が混入している状態であり、また、開閉装置24及び冷媒配管等の微小な圧力損失により、気液二相冷媒となってしまうことがある。また、絞り装置14bとして、電子式膨張弁を使用した場合、気液二相冷媒が流入して、ガス冷媒と液冷媒とが分離して流れている場合に、絞り装置14bの絞り部にガスが流れる状態と液が流れる状態とが別々に発生して、絞り装置14bの出口側の圧力が安定しない場合がある。特に、乾き度が小さい場合に、冷媒の分離が発生し、その傾向が強い。そこで、絞り装置14bとして、以下の図12に示すような構造のものを使用すると、気液二相冷媒が流入しても、安定した制御が可能になる。気液分離器を使用した場合は、絞り装置14bには、このような細工をしなくても、十分安定した制御ができるが、絞り装置14bを図12のような構造とすると、環境条件によらず、さらに安定した制御が可能となる。
図12で示されるように、絞り装置14bは、流入管41、流出管42、絞り部43、弁体44、モーター45、及び攪拌装置46から構成されており、このうち攪拌装置46は流入管41内に装置されている。流入管41から流入した気液二相冷媒は、攪拌装置46によってガス冷媒と液冷媒とが攪拌されてほぼ均一に混ざり合う。ガス冷媒及び液冷媒がほぼ均一に混ざり合った気液二相冷媒は、絞り部43において弁体44によって絞られて、減圧され、流出管42から流出する。この際、モーター45によって弁体44の位置が制御され、絞り部43での絞り量が制御される。このモーター45は、制御装置50によって駆動制御されるものとすればよい。
以上の構成及び動作のように、R32等の圧縮機10の吐出温度が高くなる冷媒を使用した場合においても、運転モードによらずに、圧縮機10の圧縮室に熱源側冷媒をインジェクションし、吐出温度が高くなりすぎないように制御することができ、熱源側冷媒及び冷凍機油の劣化を抑制し、安全に運転させることができる。
また、熱媒体流量調整装置25は、熱媒体変換機3に内蔵されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、室内機2に内蔵されていてもよく、熱媒体変換機3及び室内機2とは別体(すなわち、熱媒体配管5)に設置される構成としてもよい。
熱源側冷媒は、圧縮機10によって圧縮され、加熱されて、圧縮機10から吐出され、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に流入した熱源側冷媒は、放熱して周囲に付着した霜を融かす。熱源側熱交換器12から流出した熱源側冷媒は、逆止弁13aを通って、気液分離器27aに至り、気液分離器27aで分流される。
本実施の形態に係る空気調和装置100について、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成及び動作と相違する点を中心に説明する。
図15は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の回路構成の一例を示す概略図である。以下、図15を参照しながら、空気調和装置100の構成について説明する。
図16は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の全冷房運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図17は、同空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図16においては、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16においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
図18は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の全暖房運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図19は、同空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図18においては、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18においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
図20は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の冷房主体運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図21は、同空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図20においては、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20においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の流れる配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
図22は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の暖房主体運転モード時における熱源側冷媒及び熱媒体の流れを示す冷媒回路図であり、図23は、同空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷凍サイクルのp−h線図である。この図22においては、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22においては、太線で表された配管が熱源側冷媒及び熱媒体の循環する配管を示しており、熱源側冷媒が流れる方向を実線矢印で、熱媒体が流れる方向を破線矢印で示している。
飽和液状態の冷媒は実際は微小なガス冷媒を少量含んだ状態であり、また、少しの圧損で気液二相状態になってしまい、絞り装置14bは気液二相状態の冷媒が流入すると、安定した制御ができなくなることがある。このとき、インジェクション配管4cに流入してきた熱源側冷媒を、冷媒間熱交換器28の冷却作用によって確実に液化することによって、絞り装置14bに確実に液冷媒を供給することができ、安定した制御が可能となる。
本実施の形態に係る空気調和装置100aについて、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成及び動作と相違する点を中心に説明する。
図24は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置100aの回路構成の一例を示す概略図である。以下、図24を参照しながら、空気調和装置100aの構成について説明する。
なお、ここで、分岐配管4d及びインジェクション配管4cは、連続して接続されている配管であり、明確な違いはなく、分岐部27cに接続されている冷媒配管を分岐配管4d、そして、圧縮機10の圧縮室に接続されている冷媒配管をインジェクション配管4cと呼称している。
以下、図24を参照しながら、全冷房運転モードについて説明する。この全冷房運転モードにおいて、制御装置50は、第1冷媒流路切替装置47を閉状態、かつ、第1冷媒流路切替装置48を開状態となるように切り替える。また、制御装置50は、第2冷媒流路切替装置18aa及び18baを開状態、かつ、第2冷媒流路切替装置18ab及び18bbを閉状態となるように切り替える。
なお、上記のインジェクション動作の制御については、後述する各運転モードにおいても同様である。
次に、図24を参照しながら、全暖房運転モードについて説明する。この全暖房運転モードにおいて、制御装置50は、第1冷媒流路切替装置47を開状態、かつ、第1冷媒流路切替装置48を閉状態となるように切り替える。また、制御装置50は、第2冷媒流路切替装置18aa及び18baを閉状態、かつ、第2冷媒流路切替装置18ab及び18bbを開状態となるように切り替える。
次に、図24を参照しながら、冷房主体運転モードについて説明する。この冷房主体運転モードにおいて、制御装置50は、第1冷媒流路切替装置47を閉状態、かつ、第1冷媒流路切替装置48を開状態となるように切り替える。また、制御装置50は、第2冷媒流路切替装置18aa及び18bbを開状態、かつ、第2冷媒流路切替装置18ab及び18baを閉状態となるように切り替える。
次に、図24を参照しながら、暖房主体運転モードについて説明する。この暖房主体運転モードにおいて、制御装置50は、第1冷媒流路切替装置47を開状態、かつ、第1冷媒流路切替装置48を閉状態となるように切り替える。また、制御装置50は、第2冷媒流路切替装置18aa及び18bbを開状態、かつ、第2冷媒流路切替装置18ab及び18baを閉状態となるように切り替える。
以上のような実施の形態3に係る空気調和装置100aの構成においても、前述した実施の形態1に係る空気調和装置100と同様の効果を得ることができる。
本実施の形態に係る空気調和装置100bについて、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成及び動作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100においては、圧縮機10、第1冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、絞り装置14a、絞り装置14b、逆流防止装置20及び開閉装置24を室外機1に収容している。また、利用側熱交換器26を室内機2に収容し、熱媒体間熱交換器15及び絞り装置16を熱媒体変換機3に収容している。また、室外機1と熱媒体変換機3との間を2本一組の冷媒配管で接続し、室外機1と熱媒体変換機3との間で熱源側冷媒を循環させている。そして、室内機2と熱媒体変換機3との間をそれぞれ2本一組の熱媒体配管で接続し、室内機2と熱媒体変換機3との間で熱媒体を循環させ、熱媒体間熱交換器15において熱源側冷媒と熱媒体とを熱交換させるシステムであるが、これに限定されるものではない。以下、本実施の形態に係る空気調和装置100bについて説明する。
図25は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置100bの回路構成の一例を示す概略図である。
図25で示されるように、圧縮機10、第1冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、絞り装置14a、絞り装置14b、逆流防止装置20及び開閉装置24を室外機1に収容している。また、蒸発器又は凝縮器となり空調対象空間の空気と冷媒とを熱交換させる利用側熱交換器26及び絞り装置16を室内機2に収容している。そして、室外機1及び室内機2とは別体に形成された中継ユニットである中継機3bを備え、室外機1と中継機3bとの間を2本一組の冷媒配管で接続し、室内機2と中継機3bとの間についても2本一組の冷媒配管で接続する。これによって、中継機3bを介して、室外機1と室内機2との間で冷媒を循環させ、全冷房運転モード、全暖房運転モード、冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードを実施することができる直膨システムとすることができ、この場合においても、実施の形態1と同様の効果を奏する。
Claims (20)
- 低圧冷媒を圧縮して高圧冷媒を吐出する圧縮機と、冷媒と外部流体との間で熱交換を実施する第1熱交換器と、冷媒を減圧する第1絞り装置と、冷媒と外部流体との間で熱交換を実施する1つ以上の第2熱交換器と、が冷媒配管によって接続されて構成された冷凍サイクルと、
前記第1熱交換器を凝縮器として機能させる場合と、前記第1熱交換器を蒸発器として機能させる場合とで冷媒流路を切り替える冷媒流路切替装置と、
前記第1熱交換器が凝縮器として機能したときに前記第1熱交換器から前記第1絞り装置に冷媒が流れる配管と、前記第1熱交換器が蒸発器として機能したときに前記圧縮機から前記第2熱交換器に冷媒が流れる配管とが第1冷媒配管となり、前記第1熱交換器が蒸発器として機能したときに前記第1絞り装置から前記第1熱交換器に冷媒が流れる配管と、前記第1熱交換器が凝縮器として機能したときに前記第2熱交換器から前記圧縮機に冷媒が流れる配管とが第2冷媒配管となるように、前記圧縮機、前記第1熱交換器及び前記冷媒流路切替装置と、前記第1冷媒配管及び前記第2冷媒配管との間の冷媒流路を構成する逆止弁及び接続配管と、
前記第1熱交換器又は前記第2熱交換器において放熱した冷媒が流通する冷媒流路から分岐した冷媒を流通させるインジェクション配管と、
前記逆止弁及び接続配管と前記第1冷媒配管との間で、前記第1冷媒配管と接続し、流入する冷媒を分流させる第1冷媒分岐部と、
前記逆止弁及び接続配管と前記第2冷媒配管との間で、前記第2冷媒配管と接続し、流入する冷媒を分流させる第2冷媒分岐部と、
前記第1冷媒分岐部と前記第2冷媒分岐部とを接続し、その配管上に前記インジェクション配管が接続された分岐配管と、
前記圧縮機の駆動制御等を実施する制御装置と、
を備え、
前記圧縮機は、密閉容器内に有する圧縮室の一部に開口部を有し、
前記インジェクション配管は、その内部を流れる冷媒を減圧する第2絞り装置を介して、前記開口部に接続され、
前記第2冷媒分岐部と前記第1熱交換器との間の流路となる前記接続配管上に設置され、前記第1熱交換器が蒸発器として機能する場合に、前記凝縮器内の圧力である高圧よりも小さくかつ前記圧縮機の吸入側の圧力である低圧よりも大きい中圧を生成する第3絞り装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記第2絞り装置の開度を制御することによって、前記インジェクション配管から前記開口部を介して、前記圧縮室に導入する冷媒のインジェクション量を制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記第1熱交換器が凝縮器として機能する場合には、冷媒を前記高圧側から前記開口部に導入し、前記第1熱交換器が蒸発器として機能する場合には、冷媒を前記中圧側から前記開口部に導入する
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熱交換器が凝縮器として機能する場合には、冷媒は前記第3絞り装置を通らずに前記第1熱交換器と前記第2熱交換器との間を流通し、
前記第1熱交換器が蒸発器として機能する場合には、冷媒は前記第2熱交換器から前記第3絞り装置を通って前記第1熱交換器へ流入する位置に、前記第3絞り装置を配置した
ことを特徴とする請求項2記載の空気調和装置。 - 前記第1冷媒分岐部と、前記分岐配管と前記インジェクション配管との接続部との間に設置された第1導通手段と、
前記第2冷媒分岐部と、前記接続部との間に設置された第2導通手段と、
を備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第1導通手段は、前記分岐配管の冷媒流路の開閉を実施する開閉装置であり、
前記第2導通手段は、前記第1冷媒分岐部から前記インジェクション配管へ流れる方向にのみ冷媒を導通させる逆流防止装置である
ことを特徴とする請求項4記載の空気調和装置。 - 前記第1冷媒分岐部は、主に液状態の冷媒を前記分岐配管に流通させる気液分離器である
ことを特徴とする請求項4又は請求項5記載の空気調和装置。 - 前記第2冷媒分岐部は、主に液状態の冷媒を前記分岐配管に流通させる気液分離器である
ことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記気液分離器は、
前記冷媒が流入する方向の鉛直方向の長さよりも、前記冷媒が流入又は流出する方向である水平方向の長さの方が長い構造であり、
その内部に冷媒を流入させる入口配管、その流入した冷媒の大半を流出させる出口配管が、前記気液分離器の横方向に接続されており、
その内部から液状態の冷媒の一部を外部に取り出す前記分岐配管を、前記気液分離器の中央よりも下側に接続させた構造を有した
ことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機の吐出冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段を備え、
前記第2絞り装置は、開口面積を連続的に変化させられるものであり、
前記制御装置は、前記第2絞り装置の開口面積を調整することによって、前記吐出冷媒温度検出手段によって検出された前記吐出冷媒の温度が目標温度に近づくように、目標温度を超えないように、あるいは、目標温度範囲に収まるように制御する
ことを特徴とする請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機の吐出冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出手段と、前記圧縮機の吐出冷媒の圧力を検出する高圧検出手段と、を備え、
前記第2絞り装置は、開口面積を連続的に変化させられるものであり、
前記制御装置は、前記第2絞り装置の開口面積を調整することによって、前記吐出冷媒温度検出手段によって検出された前記吐出冷媒の温度及び前記高圧検出手段によって検出された前記高圧から算出される吐出過熱度が目標過熱度に近づくように、目標過熱度を超えないように、あるいは、目標過熱度範囲に収まるように制御する
ことを特徴とする請求項2または請求項3に従属する請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第2冷媒分岐部と前記第3絞り装置との間の冷媒流路に設置され、前記中圧又は該中圧の飽和温度を検出する中圧検出手段を備え、
前記第3絞り装置は、開口面積を連続的に変化させられるものであり、
前記制御装置は、前記第1熱交換器が蒸発器として機能する場合に、前記第3絞り装置の開口面積を調整することによって、前記中圧検出手段によって検出される前記中圧又は該中圧の飽和温度が目標値に近づくように、あるいは、目標範囲に収まるように制御する
ことを特徴とする請求項4〜請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記分岐配管と前記インジェクション配管との前記接続部と、前記第2絞り装置との間の前記インジェクション配管に設置され、前記接続部から流入してきた冷媒と、前記第2絞り装置から流入してきた冷媒との熱交換させる冷媒間熱交換器を備えた
ことを特徴とする請求項4〜請求項11のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第3絞り装置の絞り部の入口側流路に、かつ、前記絞り部近傍に設置され、気液二相冷媒におけるガス冷媒及び液冷媒を攪拌する攪拌装置を備えた
ことを特徴とする請求項2〜請求項12のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第2絞り装置の絞り部の入口側流路に、かつ、前記絞り部近傍に設置され、気液二相冷媒におけるガス冷媒及び液冷媒を攪拌する攪拌装置を備えた
ことを特徴とする請求項1〜請求項11、請求項13のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記絞り部と前記攪拌装置との距離は、前記絞り部の入口側流路の配管の内径の6倍以下である
ことを特徴とする請求項13又は請求項14記載の空気調和装置。 - 前記攪拌装置は、気孔率が80%以上の多孔質金属によって形成された
ことを特徴とする請求項13〜請求項15のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機、前記冷媒流路切替装置、前記第1熱交換器、前記第2絞り装置、前記インジェクション配管、前記分岐配管、前記第1冷媒分岐部、前記第2冷媒分岐部、前記第1導通手段及び前記第2導通手段を収容した室外機と、
空調対象空間の空気と熱交換を実施する利用側熱交換器を収容し、空調対象空間を空調可能とする位置に設置された室内機と、
前記第2熱交換器及び前記第1絞り装置を収容し、前記室外機及び前記室内機とは別体に構成された熱媒体変換機と、
を備え、
前記室外機と前記熱媒体変換機との間は、冷媒を流通させるための2本の冷媒配管によって接続され、
前記熱媒体変換機と前記室内機との間は、前記外部流体である熱媒体を流通させるための2本の熱媒体配管によって接続され、
前記第2熱交換器は、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換を実施し、
前記利用側熱交換器は、前記空調対象空間の空気と前記熱媒体との間で熱交換を実施する
ことを特徴とする請求項4〜請求項16のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機、前記冷媒流路切替装置、前記第1熱交換器、前記第2絞り装置、前記インジェクション配管、前記分岐配管、前記第1冷媒分岐部、前記第2冷媒分岐部、前記第1導通手段及び前記第2導通手段を収容した室外機と、
前記第2熱交換器及び前記第1絞り装置を収容し、空調対象空間を空調可能とする位置に設置された室内機と、
前記室外機及び前記室内機とは別体に構成された中継器と、
を備え、
前記室外機と前記中継器との間、及び、該中継器と前記室内機との間は、それぞれ2本の冷媒配管によって接続され、
前記中継器を介して、前記室外機と前記室内機との間に前記冷媒が循環し、
前記第2熱交換器は、前記冷媒と、前記空調対象空間の空気との間で熱交換を実施する
ことを特徴とする請求項4〜請求項16のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記第1熱交換器を凝縮器として作動させ、前記第2熱交換器の全部を蒸発器として作動させ、前記2本の冷媒配管のうち、一方に高圧の液冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる全冷房運転モードを有し、
前記第1熱交換器を蒸発器として作動させ、前記第2熱交換器の全部を凝縮器として作動させ、前記2本の冷媒配管のうち、一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の気液二相冷媒又は中圧の液冷媒が流れる全暖房運転モードを有し、
前記全冷房運転モード及び前記全暖房運転モードを選択的に実施可能とする
ことを特徴とする請求項17又は請求項18記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記第1熱交換器を凝縮器として作動させ、前記第2熱交換器の一部を蒸発器として作動させ、その他を凝縮器として作動させ、前記2本の冷媒配管のうち、一方に高圧の気液二相冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる冷房主体運転モードを有し、
前記第1熱交換器を蒸発器として作動させ、前記第2熱交換器の一部を凝縮器として作動させ、その他を蒸発器として作動させ、前記2本の冷媒配管のうち、一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の気液二相冷媒が流れる暖房主体運転モードを有し、
前記冷房主体運転モード及び前記暖房主体運転モードを選択的に実施可能とする
ことを特徴とする請求項17〜請求項19のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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