JP5774121B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
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。図1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、2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。
空気調和装置100が実行する各運転モードについて説明する。この空気調和装置100は、各室内機2からの指示に基づいて、その室内機2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2の全部で同一運転をすることができるとともに、室内機2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。
図4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4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4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4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、気液分離器27aを介して、一部が室外機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の双方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、気液分離器27a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8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8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、気液分離器27aを介して、一部が室外機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10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10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10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10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、気液分離器27aを介して、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。
各運転モードにおける圧縮機10の吸入側への吸入インジェクションは以上のように行われる。したがって、絞り装置14aおよび絞り装置14bには、気液分離器27aおよび気液分離器27bによって分離された液冷媒が流入するようになっている。しかしながら、気液分離器27aおよび気液分離器27bによって分離される液冷媒は、全冷房運転時以外は過冷却が付いておらず、飽和液状態となっている。飽和液は、実際には少量の微小な冷媒ガスが混入している状態であり、また、開閉装置24や冷媒配管等の微小な圧力損失により、二相冷媒となってしまうことがある。
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。
図14は、本実施の形態2に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100Aと称する)の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図14に基づいて、空気調和装置100Aについて説明する。なお、この実施の形態2では上述した実施の形態1との相違点を中心に説明するものとし、冷媒回路構成など実施の形態1と同一の箇所については説明を割愛するものとする。また、空気調和装置100Aが実行する各運転モードについては、実施の形態1に係る空気調和装置100と同様であるため説明を省略する。
Claims (18)
- 圧縮機と、第1熱交換器と、第1絞り装置と、第2熱交換器と、を配管接続して構成された冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、
前記圧縮機の吸入側に、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液または二相状態の冷媒を導入する吸入インジェクション配管と、
前記吸入インジェクション配管に設けられた第2絞り装置と、
前記第2絞り装置の開度を制御することで前記吸入インジェクション配管を介して前記圧縮機の吸入側に導入する前記冷媒の吸入インジェクション流量を調整する制御装置と、
前記第1熱交換器から前記第1絞り装置へ冷媒が流れる場合の冷媒流路から冷媒を分流させる第1分岐部と、
前記第1絞り装置から前記第1熱交換器へ冷媒が流れる場合の冷媒流路から冷媒を分流させる第2分岐部と、
前記第1分岐部と前記第2分岐部とを接続し、その配管上に前記吸入インジェクション配管が接続された分岐配管と、
前記第1分岐部と、前記分岐配管と前記吸入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分岐部と、前記分岐配管と前記吸入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2導通手段と、を備えた
空気調和装置。 - 前記第1熱交換器に高圧の冷媒を流して凝縮器として機能させる場合と、前記第1熱交換器に低圧の冷媒を流して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熱交換器が蒸発器として機能する場合に、凝縮器として機能する前記第2熱交換器内の圧力である高圧よりも小さくかつ前記蒸発器として機能する前記第1熱交換器内の圧力である低圧よりも大きい中圧を生成する第3絞り装置と、を備え、
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、高圧の冷媒を前記吸入インジェクション配管に導通させ、
前記第1熱交換器が蒸発器として機能する場合には、前記第3絞り装置により生成される中圧の冷媒を前記吸入インジェクション配管に導通させる
請求項1に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、冷媒を前記第3絞り装置を通さずに前記第1熱交換器と前記第2熱交換器との間を流通させ、
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熱交換器へ流入させる
請求項2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2分岐部から前記吸入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
請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第1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
請求項1又は4に記載の空気調和装置。 - 前記第2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
請求項1,4,又は5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に直交する方向の長さよりも、前記冷媒が流入する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、及び、その流入した冷媒の大半を流出させる出口配管を、前記冷媒の流入する方向と平行に接続させ、
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、前記気液分離器の高さ方向の中央部分よりも下側に接続させている
請求項5または6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を備え、
前記制御装置は、
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前記第2絞り装置の開口面積を調整する
請求項1〜7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、
前記制御装置は、
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冷媒圧力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前記第2絞り装置の開口面積を調整する
請求項1〜7のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第2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、中圧又は該中圧の飽和温度を検出する中圧検出装置を備え、
前記第1熱交換器を蒸発器として機能させた状態において、
前記制御装置は、
前記中圧検出装置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前記第3絞り装置の開口面積を調整する
請求項2又は請求項2に従属する請求項3,8,9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吸入インジェクション配管との接続部と、前記第2絞り装置と、の間の前記吸入インジェクション配管に冷媒間熱交換器を設置し、
前記冷媒間熱交換器において、前記接続部から流入してきた冷媒と、前記第2絞り装置から流出した冷媒とを熱交換させる
請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第3絞り装置は、
絞り部への入口側流路の前記絞り部の近傍に、流入した気液二相冷媒を攪拌する攪拌装置を備えている
請求項2又は請求項2に従属する請求項3,8,9,10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第2絞り装置は、
絞り部への入口側流路の前記絞り部の近傍に、流入した気液二相冷媒を攪拌する攪拌装置を備えている
請求項1〜10、12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、前記吸入インジェクション配管、前記分岐配管、前記第1分岐部、前記第2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、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
請求項2又は請求項2に従属する請求項3〜13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、前記吸入インジェクション配管、前記分岐配管、前記第1分岐部、前記第2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
請求項2又は請求項2に従属する請求項3〜13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と、
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と、を選択的に実施可能とする
請求項14または15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熱交換器の一部を蒸発器として作動させ、前記第2熱交換器の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と、
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、前記第2熱交換器の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と、を選択的に実施可能とする
請求項14〜16のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記冷凍サイクルに使用する冷媒は、
R32、または、R32およびHFO1234yfを含みR32の質量比率が62%以上である混合冷媒、または、R32およびHFO1234zeを含みR32の質量比率が43%以上である混合冷媒である
請求項1〜17のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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