JP5752135B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1及び図2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、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター19とが冷媒配管4で直列に接続されて搭載されている。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、室内機2の要求する運転に関わらず、熱媒体変換機3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。
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器26が搭載されている。この利用側熱交換器26は、配管5によって熱媒体変換機3の熱媒体流量調整装置25と第2熱媒体流路切替装置23に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、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
熱媒体変換機3には、4つの熱媒体間熱交換器15と、2つの絞り装置16と、2つの開閉装置17と、2つの第2冷媒流路切替装置18と、2つのポンプ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25と、が搭載されている。なお、熱媒体変換機3を親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとに分けたものについては図4で説明する。
図5は、空気調和装置100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。この図5では、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、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
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、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で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高圧液冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの全部で熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21a及びポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。
図6は、空気調和装置100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。この図6では、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6では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
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、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21a及びポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。
図7は、空気調和装置100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。この図7では、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7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7では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
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、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で室外空気に放熱しながら凝縮し、二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した二相冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
図8は、空気調和装置100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。この図8では、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8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8では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
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、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する冷媒配管4には熱源側冷媒が流れている。
本実施の形態に係る空気調和装置100が実行する幾つかの運転モードにおいては、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
上述したように、全冷房運転モード及び全暖房運転モードにおいては、熱源側冷媒が、並列に接続されている熱媒体間熱交換器15a(1)、熱媒体間熱交換器15a(2)、及び、直列に接続されている熱媒体間熱交換器15b(1)、熱媒体間熱交換器15b(2)に分流されることになる。冷媒循環回路Aにおいて、熱媒体間熱交換器15が、直列に接続されるか、並列に接続されるかによって、それらの熱媒体間熱交換器15における熱交換性能及び圧力損失が異なるものになる。
熱媒体間熱交換器15においては、熱源側冷媒と熱媒体とが熱交換を行なっている。暖房の場合は温熱が、冷房の場合は冷熱が、熱源側冷媒から熱媒体へと伝達される。このとき、熱媒体の温度が、熱源側冷媒の温度にどれだけ近づいたかを表す指標が温度効率である。すなわち、熱媒体間熱交換器15の出口の熱媒体の温度が、熱源側冷媒の温度に等しくなるまで熱交換した状態は温度効率が1、熱媒体の入口の温度と熱源側冷媒の温度との中間の温度まで熱交換した状態は温度効率0.5である。
△PTVH=GTLH×(Tna−Tnb)
ここで、Tna及びTnbはそれぞれ第1温度センサー31a及び第1温度センサー31bにて検出した熱媒体の温度、GTLH は制御のゲイン、△PTVH は第1熱媒体流路切替装置22及び第2熱媒体流路切替装置23の開度の変化量(開度補正値)である。
Claims (18)
- 圧縮機、第1冷媒流路切替装置、熱源側熱交換器、複数の絞り装置、複数の熱媒体間熱交換器の冷媒流路、複数の第2冷媒流路切替装置を冷媒配管で接続して熱源側冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
ポンプ、利用側熱交換器、前記複数の熱媒体間熱交換器の熱媒体側流路、前記利用側熱交換器の入口側または出口側に設置される熱媒体流量調整装置、前記利用側熱交換器の入口側及び出口側のそれぞれに設置される熱媒体流路切替装置を熱媒体配管で接続して熱媒体を循環させる熱媒体循環回路と、を有し、
前記複数の熱媒体間熱交換器において前記熱源側冷媒と前記熱媒体とが熱交換する空気調和装置であって、
前記冷媒循環回路を複数の冷媒流路に分岐し、
前記複数の冷媒流路のうちの一部においては、
前記絞り装置と、前記第2冷媒流路切替装置と、前記絞り装置と前記第2冷媒流路切替装置との間に接続された第1熱媒体間熱交換器と、が接続されており、
前記複数の冷媒流路のうちの残りにおいては、
前記絞り装置と、前記第2冷媒流路切替装置と、前記絞り装置と前記第2冷媒流路切替装置との間に接続された第2熱媒体間熱交換器と、が接続され、
前記第1熱媒体間熱交換器の冷媒流路に流れる冷媒の流量と前記第2熱媒体間熱交換器の冷媒流路に流れる冷媒の流量とがほぼ同じ場合に、
前記第2熱媒体間熱交換器の冷媒流路の圧力損失が前記第1熱媒体間熱交換器の冷媒流路の圧力損失よりも大きく、かつ、前記第2熱媒体間熱交換器の冷媒流路の流れ方向の流路長さが前記第1熱媒体間熱交換器の冷媒流路の流れ方向の流路長さよりも大きくなるように構成されており、
前記第1熱媒体間熱交換器及び前記第2熱媒体間熱交換器の双方に並列に冷媒を流し、前記第1熱媒体間熱交換器及び前記第2熱媒体間熱交換器の双方で前記熱媒体を加熱又は冷却する運転モードを備え、前記熱媒体を加熱する運転モード及び前記熱媒体を冷却する運転モードのいずれの運転モードにおいても、前記第1熱媒体間熱交換器に流れる熱源側冷媒の流量と前記第2熱媒体間熱交換器に流れる熱源側冷媒の流量とは必ずしも等しくなく、
該運転モードの前記第1熱媒体間熱交換器及び前記第2熱媒体間熱交換器に流れる熱源側冷媒の流量に応じて、前記第1熱媒体間熱交換器及び前記第2熱媒体間熱交換器に分配する熱媒体の流量を調整する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記第1熱媒体間熱交換器は、
前記絞り装置と前記第2冷媒流路切替装置との間で前記熱源側冷媒が並列に流れるように構成されており、
前記第2熱媒体間熱交換器は、
前記絞り装置と前記第2冷媒流路切替装置との間で前記熱源側冷媒が直列に流れるように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記複数の熱媒体間熱交換器の全部で前記熱媒体を加熱する全暖房運転モードと、
前記複数の熱媒体間熱交換器の全部で前記熱媒体を冷却する全冷房運転モードと、
前記複数の熱媒体間熱交換器の一部で前記熱媒体を加熱し、前記複数の熱媒体間熱交換器の残りで前記熱媒体を冷却する冷房暖房混在運転モードと、を切り替える機能を備え、
前記全暖房運転モードでは、前記冷媒流路の全部において前記第2冷媒流路切替装置、前記熱媒体間熱交換器、前記絞り装置の順に前記熱源側冷媒が流れるようにし、
前記全冷房運転モードでは、前記冷媒流路の全部において前記絞り装置、前記熱媒体間熱交換器、前記第2冷媒流路切替装置の順に前記熱源側冷媒が流れるようにし、
前記冷房暖房混在運転モードでは、前記冷媒流路のうちの一部を構成している前記第2冷媒流路切替装置、前記熱媒体間熱交換器、前記絞り装置の順に前記熱源側冷媒が流れるようにし、その後、前記冷媒流路のうちの残りを構成している前記絞り装置、前記熱媒体間熱交換器、前記第2冷媒流路切替装置の順に前記熱源側冷媒が流れるようにしている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和装置。 - 前記第1熱媒体間熱交換器の冷媒流路は、前記冷房暖房混在運転モードにおいて蒸発器として動作する冷房側の冷媒流路であり、
前記第2熱媒体間熱交換器の冷媒流路は、前記冷房暖房混在運転モードにおいて凝縮器またはガスクーラーとして動作する暖房側の冷媒流路である
ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記複数の冷媒流路のそれぞれに2つの熱媒体間熱交換器を備え、
前記冷媒流路のうちの一部においては前記2つの熱媒体間熱交換器を並列に接続し、
前記冷媒流路のうちの残りにおいては前記2つの熱媒体間熱交換器を直列に接続している
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記2つの熱媒体間熱交換器を直列に接続したものにおいて、
暖房運転時における前記熱源側冷媒の流れの下流側となる熱媒体間熱交換器の伝熱面積を、上流側となる熱媒体間熱交換器の伝熱面積よりも小さくしている
ことを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。 - 前記上流側の熱媒体間熱交換器は、
複数の熱交換器が前記熱源側冷媒に対して並列に接続されて構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の空気調和装置。 - 前記複数の冷媒流路のそれぞれに3つの熱媒体間熱交換器を備え、
前記冷媒流路のうちの一部においては前記3つの熱媒体間熱交換器を並列に接続し、
前記冷媒流路のうちの残りにおいては前記3つの熱媒体間熱交換器のうち2つを並列に接続し、残りの1つを並列に接続した前記2つの熱媒体間熱交換器に直列に接続している
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体は、
前記複数の熱媒体間熱交換器の全部に対して並列に流れるようにしている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記冷媒が直列に流れるように接続されている前記複数の熱媒体間熱交換器に対しては、前記熱媒体が直列に流れるように配管接続され、
前記冷媒が並列に流れるように接続されている前記複数の熱媒体間熱交換器に対しては、前記熱媒体が並列に流れるように配管接続されている
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体流路切替装置は、
前記全冷房運転モードまたは前記全暖房運転モードにおいて、前記熱媒体間熱交換器における熱交換量を調整するように開度が制御される
ことを特徴とする請求項3及び請求項3に従属する請求項4〜10のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記複数の熱媒体間熱交換器から流出する熱媒体の温度に基づいて前記熱媒体流路切替装置の開度補正値を演算する機能を備え、
前記熱媒体流路切替装置は、
前記開度補正値に従い開度が制御される
ことを特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。 - 前記開度補正値は、
暖房側の熱媒体間熱交換器及び冷房側の熱媒体間熱交換器から流出する熱媒体の温度差に基づいて演算される
ことを特徴とする請求項12に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体流路切替装置の制御周期を、前記熱媒体流量調整装置の制御周期よりも長くする
ことを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体流路切替装置の制御周期と前記熱媒体流量調整装置の制御周期との比を2以上とする
ことを特徴とする請求項14に記載の空気調和装置。 - 前記全暖房運転モードにおける制御ゲインと、前記全冷房運転モードにおける制御ゲインとを、異なる値として設定している
ことを特徴とする請求項11〜15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を有する室内機と、
前記複数の熱媒体間熱交換器、前記ポンプを有する熱媒体変換機と、
前記圧縮機、前記熱源側熱交換器を有する室外機とを、
それぞれ別体として互いに離れた場所に設置可能にしている
ことを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記室外機と前記熱媒体変換機とを、前記熱媒体変換機と前記室内機とを、それぞれ2本の配管で接続した
ことを特徴とする請求項17に記載の空気調和装置。
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