JP5905110B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置に関するものである。
従来の空気調和装置には、ビル用マルチエアコンなどのように、熱源機(室外機)が建物外に配置され、室内機が建物の室内に配置されたものがある。このような空気調和装置の冷媒回路を循環する冷媒は、室内機の熱交換器に供給される空気に放熱(吸熱)して、当該空気を加温又は冷却する。そして、加温又は冷却された空気が、空調対象空間に送り込まれて暖房又は冷房が行われるようになっている。通常ビルが室内空間を複数有しているので、それに応じて室内機も複数からなる。また、ビルの規模が大きい場合には、室外機と室内機とを接続する冷媒配管が100mになる場合がある。室外機と室内機とを接続する配管長が長いと、その分だけ冷媒回路に充填される冷媒量が増加する。
ビル用マルチエアコンの室内機は、人が居る室内空間(たとえば、オフィス空間や居室、店舗等)に配置されて利用されることが通常である。ここで、何らかの原因によって、室内空間に配置された室内機から冷媒が漏れた場合、冷媒の種類によっては引火性、有毒性を有しており、人体への影響及び安全性の観点から問題となる可能性がある。また、人体に有害ではない冷媒であったとしても、冷媒漏れによって、室内空間での酸素濃度が低下し、人体に影響を及ぼすことも想定される。そこで、冷媒を用いた室外機側の冷媒サイクル回路と、水やブライン等の安全な熱媒体を用いた室内機側の熱媒体回路とを有し、冷媒サイクル回路と熱媒体サイクル回路との間で熱交換を行う中継ユニットを備えた空気調和装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2000−227242号公報(要約、第1図)
特許文献1において、冷媒サイクル回路から熱媒体サイクル回路に熱交換するためには多くの要素部品が必要であり、また熱媒体サイクル回路で発生する温水または冷水を分配するための弁も多く必要となる。一方、空気調和装置がビル等に設置される場合、中継ユニットの筐体の大きさや重さに制限がある。このため、冷凍サイクル回路から熱媒体サイクル回路へ変換するための要素部品を1つの筐体内に収めた場合には、室内機側への分岐数が限られてしまうという問題がある。
本発明に係る空気調和装置は、中継ユニットに接続する室内機の台数を容易に増加させることができる空気調和装置を提供することを目的とするものである。
本発明に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、空気と冷媒との間で熱交換を行う熱源側熱交換器とを備えた室外機と、空気と熱媒体との間で熱交換を行う室内熱交換器を備えた複数の室内機と、室外ユニットに冷媒配管により接続されているとともに室内機に熱媒体配管により接続された、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う中継ユニットと、中継ユニットに流入する冷媒の流路を暖房運転時の暖房流路と冷房運転時の冷房流路とに切り替える第1冷媒流路切替器とを備え、中継ユニットが、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う熱交換ユニットと、熱交換ユニットにより熱交換された熱媒体を複数の室内機へ分岐して送出する複数の熱媒体流路切替ユニットとを有し、熱交換ユニットと熱媒体流路切替ユニットとがそれぞれ別筐体に収容されてなるものであり、熱交換ユニットが、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う複数の中継熱交換器と、冷房運転と暖房運転の切り替えに応じて中継熱交換器に流入する熱媒体の流路の切替を行う第2冷媒流路切替器とを有するものであり、熱媒体流路切替ユニットが、各室内機毎にそれぞれ設けられた、各室内機と各中間熱交換器との接続の組み合わせを切り替える複数の熱媒体流路切替器と、各熱媒体流路切替器毎に接続されており、複数の室内機への流入する流量を調整する複数の熱媒体流量調整器とを備えたものであり、熱媒体流路切替ユニットが、熱交換ユニットから送出された熱媒体を室内機に吐出するポンプを有するものである。
本発明の空気調和装置によれば、冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う中継熱交換器と、熱媒体流路切換装置を含む熱媒体側サイクル回路の一部および室内機への熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整器とを別ユニットとすることで、中継ユニットに接続可能な熱媒体流路調整器の接続可能台数を増加させることができるため、中継ユニットに接続する室内機の台数の制限を増やすことができる。
本発明の空気調和装置の実施形態1を示す概略図である。 図1の空気調和装置の一例を示す冷媒回路図である。 図2に示す空気調和装置の全冷房運転モード時における熱媒体の流れを示す冷媒回路図である。 図2に示す空気調和装置の全暖房運転モード時における熱媒体の流れを示す冷媒回路図である。 図2に示す空気調和装置の冷房主体運転モード時における熱媒体の流れを示す冷媒回路図である。 図2に示す空気調和装置の暖房主体運転モード時における熱媒体の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の空気調和装置の実施形態2を示す冷媒回路図である。 本発明の空気調和装置の実施形態3を示す冷媒回路図である。 本発明の空気調和装置の別の実施形態を示す冷媒回路図である。
実施の形態1.
図1は、本発明の空気調和装置100の実施形態1を示す概略図であり、図1を参照して空気調和装置100について説明する。空気調和装置100は、ビル等に設置された複数の部屋の冷房暖房運転を行うものである。空気調和装置100は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2a〜2hと、室外機1と室内機2a〜2hとの間に介在する中継ユニット3とを有している。そして、空気調和装置100は、冷媒(冷媒)を間接的に利用する方式(間接方式)を採用しており、冷媒に貯えた冷熱または温熱を、冷媒とは異なる熱媒体に伝達し、熱媒体に貯えた冷熱または温熱で空調対象空間を冷房または暖房する。
室外機1は、ビル等の建物9の外の空間(たとえば、屋上等)である室外空間6に配置され、中継ユニット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。複数の室内機2a〜2hは、それぞれ建物9の内部のたとえば居室等である室内空間7に冷房用空気、或いは暖房用空気を供給できる位置に配置され、室内空間7に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給する。各室内機2a〜2h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可能になっている。
中継ユニット3は、冷媒と熱媒体とで熱交換を行なうものであって、室外機1及び室内機2とは別筐体として室外空間6及び室内空間7とは別の位置に設置されている。さらに、中継ユニット3はそれぞれ別筐体からなる熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとを備えており、熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとは、配管40により接続されている。また、室外機1と熱交換ユニット3aとは、冷媒を循環させるための冷媒配管4で接続されている。また、熱交換ユニット3aおよび熱媒体流路切替ユニット3bと各室内機2とは、熱媒体を循環させるための熱媒体配管5で接続されている。そして、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、中継ユニット3を介して室内機2に伝達されるようになっている。このように、冷媒配管4及び熱媒体配管5を介して室外機1と中継ユニット3および室内機2と中継ユニット3をそれぞれ接続することにより施工が容易となっている。
なお、図1には室外機1が室外空間6に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、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いし、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い。また、水冷式の室外機1を用いる場合においても、建物9の内部に設置するようにしてもよい。
さらに、中継ユニット3が、建物9の内部ではあるが室内空間7とは別の空間である天井裏等の空間8(たとえば、建物9における天井裏などのスペース)に設置されている状態について例示しているが、その他エレベーター等がある共用空間等に設置してもよい。また、室内機2が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定されるものではなく、天井埋込型、天井吊下式、室内空間7に直接又はダクト等により、暖房用空気あるい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。
また、図1において、熱変換ユニット3aおよび熱媒体流路切替ユニット3bは、室外機1の近傍に設置することもできる。ただし、中継ユニット3から室内機2までの距離は短いことが省エネの観点から好ましい。さらに、図1において熱媒体流路切替ユニット3bの接続台数が1台である場合について例示しているが、たとえば室内機2の台数に応じて台数を決定すればよい。
図2は、図1の空気調和装置100の冷媒回路の一例を示す冷媒回路図である。図2に示すように、空気調和装置100は、空気調和装置1は、熱源機である室外機1、複数台の室内機2a〜2h、中継ユニット3により構成されている。
[室外機1]
室外機1は、圧縮機10、第1冷媒流路切替器11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19を備えており、それぞれ冷媒配管4に接続されている。圧縮機10は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機10は、レシプロ、ロータリー、スクロール又はスクリュー型等の各種タイプを利用して構成すればよく、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成されている。なお、圧縮機10の冷媒流路の上流側および下流側には圧力検知装置である第2圧力センサー37と第3圧力センサー38が設けられており、圧縮機10の回転数とこの圧力センサー37、38の検知値から圧縮機10からの冷媒流量を計算できるようになっている。
第1冷媒流路切替器11は、たとえば四方弁等からなっており、要求される運転モードに応じて冷媒流路を切り替えるものである。具体的には、暖房運転(全暖房運転モード及び暖房主体運転モード)時における冷媒流路(暖房流路)と、冷房運転(全冷房運転モード及び冷房主体運転モード)時における冷媒流路(冷房流路)とを切り替えるものである。
熱源側熱交換器12は、空気と冷媒との間で熱交換を実施するものであって、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には放熱器(ガスクーラー)として機能する。なお、熱源側熱交換器12は、図示しない送風機からの供給される空気と熱交換を実施する空気式熱交換器としてもよいし、水又はブラインを熱源とする水熱交換器によって構成されるものとしてもよい。
アキュムレーター19は、圧縮機10の吸入側に設けられており、暖房運転と冷房運転との違いによる余剰冷媒、及び、過渡的な運転の変化(例えば、室内機の運転台数の変化)に対する余剰冷媒を貯えるものである。
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。逆止弁13aは、熱源側熱交換器12と、冷媒を室外機1から流出させる配管とを接続する冷媒配管に設けられ、熱源側熱交換器12から中継ユニット3への方向のみに冷媒を流通させるものである。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から吐出された冷媒を中継ユニット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中継ユニット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冷媒流路切替器11と、冷媒を室外機1に流入させる配管とを接続する冷媒配管に設けられ、その配管から第1冷媒流路切替器11への方向のみに冷媒を流通させるものである。このような構成を設けることにより、室内機2の要求する運転に関わらず、熱交換ユニット3a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。
[室内機2]
図1の空気調和装置100においては、8つの室内機2a〜2hを有しており、各室内機2a〜2hには、それぞれ利用側熱交換器26a〜26hが搭載されている。この利用側熱交換器26a〜26hは、暖房運転時には放熱器(ガスクーラー)として機能し、冷房運転時には吸熱器として機能する。各利用側熱交換器26a〜26hは、それぞれ配管5によって熱変換ユニット3aおよび熱媒体流路切替ユニット3bに接続されており、熱変換ユニット3aおよび熱媒体流路切替ユニット3bから熱媒体が流入するようになっている。そして、利用側熱交換器26a〜26hは、ファン等の送風機(図示せず)から供給される室内空気と熱媒体との間で熱交換を実施して空気に冷熱又は温熱を与え、空調対象空間に供給するための暖房用空気又は冷房用空気を生成する。なお、利用側熱交換器26a〜26hは、ファン等により送風される場合に限られず、いわゆるチルドビームと呼ばれる自然対流を利用した天井に設置されるフィンピッチの荒いコイル状の熱交換器からなるものであってもよい。なお、各室内機2a〜2hには、室内から吸い込む空気の温度を検知する吸込空気温度センサー39a〜39hが取り付けられている。そして、吸込空気温度センサー39a〜39hにより検出された吸込空気温度は中継ユニット制御装置52に送られ、中継ユニット制御装置52は吸込空気温度に基づいて中継ユニット3の制御を行う。
[中継ユニット3]
中継ユニット3は、室外機1側を循環する冷媒と室内機2a〜2h側を循環する熱媒体との間で熱交換を行うものであって、熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとを備えている。なお、図2の空気調和装置100においては、熱交換ユニット3a内に1つの熱媒体流路切替ユニット3bが内蔵されており、その熱交換ユニット3aとは別筐体の熱媒体流路切替ユニット3bが設けられた構成について例示している。また、熱交換ユニット3aは室外機1が冷媒配管4を介して接続されており、熱媒体流路切替ユニット3bには各室内機2a〜2hが熱媒体配管5を介して接続されている。また、熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとはそれぞれ別の筐体内に収容されたものであって(図1参照)、配管40により接続されている。そして、配管40を介して熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとの間で熱媒体が循環するようになっている。
[熱変換ユニット3a]
熱変換ユニット3aは、中継熱交換器15a、15b、絞り装置16a、16b、開閉装置17a、17b、第2冷媒流路切替器18a、18b、熱媒体を循環させるポンプ21a、21bを有している。
2つの中継熱交換器15a、15bは、凝縮器(放熱器)又は蒸発器として機能し、冷媒と熱媒体とで熱交換を行ない、室外機1で生成され冷媒に貯えられた冷熱又は温熱を熱媒体に伝達するものである。中継熱交換器15aは、冷媒循環回路Aにおける絞り装置16aと第2冷媒流路切替器18aとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の冷却に供するものである。中継熱交換器15bは、冷媒循環回路Aにおける絞り装置16bと第2冷媒流路切替器18bとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の加熱に供するものである。
絞り装置16a、16bは、たとえば電子式膨張弁等の開度が可変に制御可能なもので構成されており、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。絞り装置16aは一方が中継熱交換器15aに接続され、他方が液冷媒供給弁17aに接続されている。絞り装置16bは、一方が中継熱交換器15bに接続され、他方が液冷媒供給弁17aに接続されている。したがって、絞り装置16aは、全冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて中継熱交換器15aの上流側になる。また、絞り装置16bは、全冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて中継熱交換器15bの上流側になる。
液冷媒供給弁17a及びガス冷媒供給弁17bは、二方弁等で構成されており、冷媒循環回路Aにおいて冷媒配管を開閉するものである。このうち、液冷媒供給弁17aは、一方が中継ユニット3に冷媒を流入させる配管に接続され、他方が絞り装置16a、16bに接続されている。ガス冷媒供給弁17bは、一方が中継ユニット3に冷媒を流入させる配管に接続され、他方が第2冷媒流路切替器18a、18bに接続されている。なお、液冷媒供給弁17a及びガス冷媒供給弁17bは、弁に流れる冷媒流量及び用途に応じて選定すればよく、各弁の開閉動作が一致しない制御であれば、例えば、四方弁によって構成してもよい。
第2冷媒流路切替器18a、18bは、四方弁等で構成され、冷房運転と暖房運転の切り替えに応じて中継熱交換器に流入する熱媒体の流路の切替を行うものである。具体的には、中継熱交換器15aが放熱器(冷媒から熱媒体に対して放熱)として機能する場合、第2冷媒流路切替器18aはガス冷媒供給弁17bを経由してきた高温高圧の冷媒を中継熱交換器15aの冷媒流路に流入するような暖房流路に切り替えられる。中継熱交換器15aが蒸発器(冷媒が熱媒体から吸熱)として機能する場合、第2冷媒流路切替器18aは中継熱交換器15aの冷媒流路から流出した冷媒が配管14へ向かうような冷房流路に切り替えられる。また、中継熱交換器15bが放熱器(冷媒から水に対して放熱)として機能する場合、第2冷媒流路切替器18bは液冷媒供給弁17bを経由してきた高温高圧の冷媒を中継熱交換器15bの冷媒流路に流入するような暖房流路に切り替えられる。中継熱交換器15bが蒸発器(冷媒が水から吸熱)として機能する場合、第2冷媒流路切替器18bは中継熱交換器15bの冷媒流路から流出した冷媒が配管14へ向かうような冷房流路に切り替えられる。
ポンプ21a、21bは、たとえば容量制御可能な機能を有するものであって、熱交換ユニット3aから熱媒体流路切替ユニット3bに対し熱媒体を送出することにより、配管5内の熱媒体を循環させるものである。具体的には、ポンプ21aは中継熱交換器15aと熱交換ユニット3aに内蔵された熱媒体流路切替ユニット3bとの間に設けられている。一方、ポンプ21bは、中継熱交換器15bと熱交換ユニット3aに内蔵された熱媒体流路切替ユニット3bとの間に設けられている。さらに、ポンプ21a、21bは、熱交換ユニット3aとは別筐体の熱媒体流路切替ユニット3bに配管40を介して接続されている。なお、ポンプ21a、21bは熱媒体流路切替ユニット3bに送出する側(熱媒体流路切替器23a〜23h側)に接続されている場合について例示しているが、熱媒体流路切替ユニット3bから流入される側(第1熱媒体流路切替器22a〜22d側)に接続されていても良い。
また、熱変換ユニット3aは、第1温度センサー31a、31b、第2温度センサー35a〜35d、第4温度センサー50、第1圧力センサー36、中継ユニット制御装置52を備えている。これらの検知手段で検知された情報(たとえば、温度情報や圧力情報)は、空気調和装置100の動作を統括制御する制御装置に送られ、圧縮機10の駆動周波数、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器26近傍に設けられる図示省略の送風機の回転数、第1冷媒流路切替器11の切り替え、ポンプ21、ポンプ42の駆動周波数、第2冷媒流路切替器18の切り替え、熱媒体の流路の切替等の制御に利用されることになる。
第1温度センサー31a、31bは、中継熱交換器15から流出した熱媒体、つまり各中継熱交換器15a、15bの出口における熱媒体の温度を検知するものであり、たとえばサーミスター等で構成するとよい。第1温度センサー31aは、ポンプ21aの入口側における配管5に設けられている。第1温度センサー31bは、ポンプ21bの入口側における配管5に設けられている。
第2温度センサー35a〜35dは、中継熱交換器15に流入する冷媒の温度または流出した冷媒の温度を検知するものであり、サーミスター等で構成するとよい。中継熱交換器15a、15bの冷媒側の入口側および出口側にそれぞれ設けられている。具体的には、第2温度センサー35aは、中継熱交換器15aと第2冷媒流路切替器18aとの間に設けられており、第2温度センサー35bは、中継熱交換器15aと絞り装置16aとの間に設けられている。また、第2温度センサー35cは、中継熱交換器15bと第2冷媒流路切替器18bとの間に設けられており、第2温度センサー35dは、中継熱交換器15bと絞り装置16bとの間に設けられている。第4温度センサー50は、蒸発温度と露点温度を算出する際に使用する温度情報を得るものであり、絞り装置16aと絞り装置16bの間に設けられている。
中継ユニット制御装置52は、マイクロコンピュータ等で構成されており、上述した各種センサーによって検知した温度情報・圧力情報等に基づいて蒸発温度、凝縮温度、飽和温度、過熱度、及び過冷却度を計算する。そして、制御装置57は、これらの計算結果に基づいて、絞り装置16a、16bの開度、圧縮機10の回転数、熱源側熱交換器12や利用側熱交換器26a〜26hのファンの速度(ON/OFF含む)等を制御し、空気調和装置100のパフォーマンスが最大になるようにする。その他に、制御装置57は、各種検知手段での検知情報及びリモコンからの指示に基づいて、圧縮機10の駆動周波数、送風機の回転数(ON/OFF含む)、第1冷媒流路切替器11の切り替え、ポンプ21a、21bの駆動、絞り装置16a、16bの開度、開閉装置17a、17bの開閉、第2冷媒流路切替器18a、18bの切り替え等を制御するものである。すなわち、制御装置57は、後述する各運転モードを実行するために、各種機器を統括制御するものである。なお、室外機1には室外機制御装置57が設けられており、中継ユニット制御装置52からの送信される情報をもとに、室外機1のアクチュエータを制御している。また、中継ユニット制御装置52は、室外機制御装置57と別体であるものとして説明しているが、同体にして全体として1つの制御装置を設けるようにしてもよい。
また、中継ユニット制御装置52は第4温度センサー50における温度情報をもとに、液入口エンタルピーを算出する。さらに、中継ユニット制御装置52は、第2温度センサー35d(もしくは35b)から低圧二相温状態の温度を検知し、この温度情報をもとに飽和液エンタルピー及び飽和ガスエンタルピーを算出する。そして、中継ユニット制御装置52はこれらの情報をもとに蒸発温度と露点温度を求めるものであってもよい。
[熱媒体流路切替ユニット3b]
熱媒体流路切替ユニット3bは、複数の室内機2a〜2d(もしくは室内機2e〜2h)が接続されるものであって、運転モードに応じて室内機2a〜2dへ流れる熱媒体の流路を切り替えるものである。なお、上述の通り、図1および図2の空気調和装置100においては1つの熱媒体流路切替ユニット3bが内蔵され、1つの熱媒体流路切替ユニット3bが熱交換ユニット3aとは別筐体として設けられている。そして、熱交換ユニット3aに内蔵の熱媒体流路切替ユニット3bには室内機2a〜2dに接続されており、別筐体側の熱媒体流路切替ユニット3bには室内機2e〜2hが接続された場合について例示している。なお、熱媒体流路切替ユニット3b、3bは同一の構成を有するものであり、以下に各構成要素毎にまとめて分説していく。
熱媒体流路切替ユニット3b、3bは、第1熱媒体流路切替器22a〜22h、第2熱媒体流路切替器23a〜23h、熱媒体流量調整器25a〜25hを有しており、配管5を介して室内機2a〜2hにそれぞれ接続されている。そして、第1熱媒体流路切替器22a〜22h、第2熱媒体流路切替器23a〜23h、熱媒体流量調整器25a〜25hの分岐数(ここでは8つ)に応じて室内機2が接続可能になる。
第1熱媒体流路切替器22a〜22hは、三方弁等で構成されており、室内機2a〜2hへ流れる熱媒体の流路を切り替えるものである。各第1熱媒体流路切替器22a〜22hは、それぞれ利用側熱交換器26a〜26hの熱媒体流路の出口側に設けられており、三方のうちの1つが中継熱交換器15aの流入側に接続されており、三方のうちの1つが中継熱交換器15bの流入側に接続されている。
第2熱媒体流路切替器23a〜23hは、三方弁等で構成されており、室内機2a〜2hへ流れる熱媒体の流路を切り替えるものである。各第2熱媒体流路切替器23a〜23hは、三方のうちの1つが中継熱交換器15aの吐出側に接続されており、三方のうちの一つが中継熱交換器15bの吐出側に接続されており、三方のうちの1つが利用側熱交換器26a〜26hの熱媒体流路の入口側にそれぞれ接続されている。
熱媒体流量調整器25a〜25hは、開口面積を制御できる二方弁等で構成されており、配管5に流れる熱媒体の流量を調整するものである。熱媒体流量調整器25a〜25hは、一方が利用側熱交換器26〜26hの熱媒体流路の出口側に接続されており、他方が第1熱媒体流路切替器22a〜22hにそれぞれ接続されている。なお、熱媒体流量調整器25a〜25hが利用側熱交換器26a〜26hの熱媒体流路の出口側に設けた場合について例示しているが、入口側(第2熱媒体流路切替器23a〜23h側)に設けるようにしてもよい。
このように、熱媒体を循環させるための配管5は、中継ユニット3に接続される熱媒体流路切替ユニット3bの分岐数(=室内機2の台数)に応じて分岐されている。そして、第1熱媒体流路切替器22a〜22h及び第2熱媒体流路切替器23a〜23hの切替により、各室内機2a〜2hは配管5を介して中継熱交換器15aへの接続と中継熱交換器15bへの接続とが切替可能になっている。よって、中継ユニット制御装置52は、第1熱媒体流路切替器22a〜22h及び第2熱媒体流路切替器23a〜23hをそれぞれ個別に制御することにより、中継熱交換器15aからの熱媒体を利用側熱交換器26に流入させるか、中継熱交換器15bからの熱媒体を利用側熱交換器26に流入させるかを制御するようになっている。
さらに、熱交換ユニット3aとは別筐体の熱媒体流路切替ユニット3b側には、熱媒体を循環させる2つのポンプ42a、42bが設けられている。また、上記2つのポンプ42a、42bの吸入部は配管40を介して熱変換ユニット3aへ接続されている。また、4つの第1熱媒体流路切替器22につながる室内機側とは別の配管は、配管41を介して熱変換ユニット3aへ接続されている。
なお、図1において、熱媒体流路切替ユニット3bは分岐数が4つに設定されており、最大4台の室内機2a〜2d(もしくは2e〜2h)が接続可能な場合について例示しているが、2分岐以上であればよく、あるいは4つ以上の分岐数としても良い。
さらに、熱媒体流路切替ユニット3bは第3温度センサー34a〜34hを備えている。第3温度センサー34a〜34hは、第1熱媒体流路切替器22a〜22hと熱媒体流量調整器25a〜25hとの間にそれぞれ設けられている。第3温度センサー34a〜34hは利用側熱交換器26から流出した熱媒体の温度を検知するものであり、サーミスター等で構成されている。そして、第3温度センサー34a〜34hにより検出された温度は中継ユニット制御装置52に送られる。
[冷媒回路]
空気調和装置100においては、冷媒循環回路Aと熱媒体循環回路Bとが構成されており、中継熱交換器15a、15bにおいて冷媒循環回路Aを循環する冷媒と熱媒体循環回路Bを循環する水とが熱交換されるようになっている。この冷媒循環回路Aは、圧縮機10、第1冷媒流路切替器11、熱源側熱交換器12、開閉装置17a、17b、第2冷媒流路切替器18a、18b、中継熱交換器15a、15bの冷媒流路、絞り装置16a、16b、及び、アキュムレーター19を冷媒配管4で接続して構成されている。一方、熱媒体循環回路Bは、中継熱交換器15a、15bの熱媒体流路、ポンプ21a、21b、ポンプ42a、42b、第1熱媒体流路切替器22a〜22h、熱媒体流量調整器25a〜25h、利用側熱交換器26a〜26h、及び、第2熱媒体流路切替器23a〜23hを、配管5で接続して構成されている。
なお、この冷媒循環回路Aを循環する冷媒としては、特に限定するものではないが、冷媒としてたとえばR−22、R−135a等の単一冷媒、R−410A、R−404A等の擬似共沸混合冷媒、R−407C等の非共沸混合冷媒、化学式内に二重結合を含む、CFCF=CH等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒やその混合物、あるいはCOやプロパン等の自然冷媒が用いられる。一方、この熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体として例えば水やブライン(不凍液)等を用いてもよい。不凍液の不凍剤は、特に種類を限定するものではなく、エチレングリコール又はプロプレングリコール等、用途に応じて選定すればよい。このような熱媒体を用いることによって、熱媒体が室内機2a〜2hを介して、空調対象空間に漏洩したとしても、熱媒体として安全性の高いものを使用しているため、安全性の向上に寄与することができる。
[運転モードの説明]
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。
空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、駆動している室内機2の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モード、冷房負荷の方が大きい冷房暖房混在運転モードとしての冷房主体運転モード、及び、暖房負荷の方が大きい冷房暖房混在運転モードとしての暖房主体運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒及び熱媒体の流れとともに説明する。
[全冷房運転モード]
図3は、図2に示す空気調和装置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。図3において、利用側熱交換器26a〜26cおよび26e〜26gの室内機で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3において太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の流れる配管を示し、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。
図3に示す全冷房運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替器11が、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替えられる。熱変換ユニット3aでは、ポンプ21a及びポンプ21bが駆動し、熱媒体流量調整器25a〜25cが開放状態、熱媒体流量調整器25dが全閉状態になるようにし、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26a〜26cとの間を熱媒体が循環するようにしている。また、ポンプ21a及びポンプ21bから出た熱媒体の一部は、熱媒体流路切替ユニット3bでポンプ42a及びポンプ42bを駆動させ、熱媒体流量調整器25e〜25gが開放状態、熱媒体流量調整器25hを全閉状態になるようにし、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26e〜26gとの間を熱媒体が循環するようにしている。
まず、冷媒循環回路Aにおける冷媒の流れについて説明する。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冷媒流路切替器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高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧冷媒は、逆止弁13aを通って、室外機1から流出し、冷媒配管4を通って中継ユニット3に流入する。中継ユニット3に流入した高圧冷媒は、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。なお、開閉装置17bは閉となっている。
この二相冷媒は、蒸発器として作用する中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒となる。中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bから流出したガス冷媒は、第2冷媒流路切替器18a及び第2冷媒流路切替器18bを介し、中継ユニット3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1冷媒流路切替器11及びアキュムレーター19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、第2冷媒流路切替器18a及び第2冷媒流路切替器18bは低圧配管と連通されている。また、絞り装置16aは、第2温度センサー35aで検知された温度と第2温度センサー35bで検知された温度との差として得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が中継ユニット制御装置52により制御される。同様に、絞り装置16bは、第2温度センサー35cで検知された温度と第2温度センサー35dで検知された温度との差として得られるスーパーヒートが一定になるように開度が中継ユニット制御装置52により制御される。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。全冷房運転モードでは、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bの双方で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、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の一部は、第2熱媒体流路切替器23a〜23cを介して、利用側熱交換器26a〜26cにそれぞれ流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a〜26c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。
その後、熱媒体は、利用側熱交換器26a〜26cから流出して熱媒体流量調整器25a〜25cに流入する。このとき、熱媒体流量調整器25a〜25cの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26a〜26cに流入するようになっている。熱媒体流量調整器25a〜25cから流出した熱媒体は、それぞれ第1熱媒体流路切替器22a〜22cを通って、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21a及びポンプ21bへ吸い込まれる。
また、上記ポンプ21a及びポンプ21bによって加圧されて流出した熱媒体は配管40を介して熱交換ユニット3aとは別筐体の熱媒体流路切替ユニット3bに送られる。熱媒体流路切替ユニット3bにおいて熱媒体ポンプ42a、42bで更に加圧され、第2熱媒体流路切替器23e〜23gを介して、利用側熱交換器26e〜26gにそれぞれ流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26e〜26g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。
その後、熱媒体は、利用側熱交換器26e〜26gから流出して熱媒体流量調整器25e〜25gにそれぞれ流入する。このとき、熱媒体流量調整器25e〜25gの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26e〜26gに流入するようになっている。熱媒体流量調整器25e〜25gから流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替器22e〜22gを通って配管41を通った後、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21a及びポンプ21bへ吸い込まれる。
なお、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、第1温度センサー31aで検知された温度、あるいは、第1温度センサー31bで検知された温度と第3温度センサー34a〜34c、34e〜34gでそれぞれ検知された温度との差を目標値として保つように制御することにより賄うことができる。中継熱交換器15a、15bの出口温度は、第1温度センサー31a、31bのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。このとき、第1熱媒体流路切替器22a〜22c、22e〜22g、及び第2熱媒体流路切替器23a〜23c、23e〜23gは、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。
全冷房運転モードを実行する際、利用側熱交換器26a〜26c、26e〜26gにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26d及び利用側熱交換器26hにおいては熱負荷がなく熱媒体を流す必要がないため、対応する熱媒体流量調整器25d及び熱媒体流量調整器25hを全閉としている。そして、利用側熱交換器26dや利用側熱交換器26hから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整器25dや熱媒体流量調整器25hを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[全暖房運転モード]
図4は、図2に示す空気調和装置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4では、利用側熱交換器26a〜26c、26e〜26g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4では、太線で表された配管が冷媒(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、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。
図4に示す全暖房運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替器11が、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12を経由させずに熱変換ユニット3aへ流入するように切り替えられる。熱変換ユニット3aでは、ポンプ21a及びポンプ21bを駆動させ、熱媒体流量調整器25a〜25cが開放状態、熱媒体流量調整器25dが全閉状態になるようにし、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26aから26cとの間を熱媒体が循環するようにしている。また、ポンプ21a及びポンプ21bから出た熱媒体の一部は、熱媒体流路切替ユニット3bでポンプ42a、ポンプ42bを駆動させ、熱媒体流量調整器25e〜25gが開放状態、熱媒体流量調整器25hを全閉状態になるようにし、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26eから26gとの間を熱媒体が循環するようにしている。
まず、冷媒循環回路Aにおける冷媒の流れについて説明する。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冷媒流路切替器11、逆止弁13bを通り、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を通って中継ユニット3に流入する。中継ユニット3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第2冷媒流路切替器18a及び第2冷媒流路切替器18bを通って、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bのそれぞれに流入する。
中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bに流入した高温・高圧のガス冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら高圧の液冷媒となる。中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bから流出した液冷媒は、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。この二相冷媒は、開閉装置17bを通って、中継ユニット3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。なお、開閉装置17aは閉状態となっている。
室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13cを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12に流入した冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替器11及びアキュムレーター19を介して圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、第2冷媒流路切替器18a及び第2冷媒流路切替器18bは高圧配管と連通されている。また、絞り装置16aは、圧力センサー36で検知された圧力を飽和温度に換算した値と第2温度センサー35bで検知された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。同様に、絞り装置16bは、圧力センサー36で検知された圧力を飽和温度に換算した値と第2温度センサー35dで検知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が制御される。なお、中継熱交換器15の中間位置の温度が測定できる場合は、その中間位置での温度を圧力センサー36の代わりに用いてもよく、安価にシステムを構成できる。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。全暖房運転モードでは、中継熱交換器15a、15bの双方で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、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、21bで加圧されて流出した熱媒体の一部は、第2熱媒体流路切替器23a〜23cを介して、利用側熱交換器26a〜26cに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a〜26c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。
その後、熱媒体は、利用側熱交換器26a〜26cから流出して熱媒体流量調整器25a〜25cにそれぞれ流入する。このとき、熱媒体流量調整器25a〜25cの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26a〜26cに流入するようになっている。熱媒体流量調整器25a〜25cから流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替器22a〜22cを通って、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21a及びポンプ21bへ吸い込まれる。
また、上記ポンプ21a及びポンプ21bによって加圧されて流出した熱媒体の上記とは別の一部は、配管40を介してポンプ42a、42bで更に加圧され、第2熱媒体流路切替器23e〜23gを介して、利用側熱交換器26e〜26gにそれぞれ流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26e〜26g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。
それから、熱媒体は、利用側熱交換器26e〜26gから流出して熱媒体流量調整器25e〜25gに流入する。このとき、熱媒体流量調整器25e〜25gの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26e〜26gにそれぞれ流入するようになっている。熱媒体流量調整器25e〜25gから流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替器22e〜22gを通って、配管41を経由した後、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21a及びポンプ21bへ吸い込まれる。
なお、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、第1温度センサー31aで検知された温度、あるいは、第1温度センサー31bで検知された温度と第3温度センサー34a〜34c、34e〜34gでそれぞれ検知された温度との差を目標値として保つように制御することにより、賄うことができる。中継熱交換器15a、15bの出口温度は、第1温度センサー31a、31bのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。
このとき、第1熱媒体流路切替器22a〜22c、22e〜22g及び第2熱媒体流路切替器23a〜23c、23e〜23gは、中継熱交換器15a及び中継熱交換器15bの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。また、本来、利用側熱交換器26は、その入口と出口の温度差で制御すべきであるが、利用側熱交換器26の入口側の熱媒体温度は、第1温度センサー31bで検知された温度とほとんど同じ温度であり、第1温度センサー31bを使用することにより温度センサーの数を減らすことができ、安価にシステムを構成できる。
全暖房運転モードを実行する際、利用側熱交換器26a〜26c、26e〜26gにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26d及び利用側熱交換器26hにおいては熱負荷がなく熱媒体を流す必要がないため、対応する熱媒体流量調整器25d及び熱媒体流量調整器25hを全閉としている。そして、利用側熱交換器26dや利用側熱交換器26hから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整器25dや熱媒体流量調整器25hを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[冷房主体運転モード]
図5は、図2に示す空気調和装置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5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26d、26eで冷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5では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図5では、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。
図5に示す冷房主体運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替器11が、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替えられる。熱変換ユニット3aでは、ポンプ21a、21bを駆動させ、熱媒体流量調整器25a及び熱媒体流量調整器25dが開放状態、熱媒体流量調整器25b、25cが全閉状態になるようにし、中継熱交換器15aと利用側熱交換器26aとの間及び中継熱交換器15bと利用側熱交換器26bとの間にそれぞれ熱媒体が循環するようにしている。また、熱媒体流路切替ユニット3bでは、ポンプ42aのみが駆動し、熱媒体流量調整器25eが開放状態、熱媒体流量調整器25f、25g、25hが全閉状態になるようにし、中継熱交換器15aと利用側熱交換器26eとの間を熱媒体が循環するようにしている。なお、熱媒体流路切替ユニット3bに接続する室内機2e〜2hのいずれかに温熱負荷が発生する場合は、ポンプ42bも駆動させる。
まず、冷媒循環回路Aにおける冷媒の流れについて説明する。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冷媒流路切替器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液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した冷媒は、室外機1から流出し、逆止弁13a、冷媒配管4を通って中継ユニット3に流入する。中継ユニット3に流入した冷媒は、第2冷媒流路切替器18bを通って凝縮器として作用する中継熱交換器15bに流入する。
中継熱交換器15bに流入した冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら、さらに温度が低下した冷媒となる。中継熱交換器15bから流出した冷媒は、絞り装置16bで膨張させられて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する中継熱交換器15aに流入する。中継熱交換器15aに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低圧のガス冷媒となる。このガス冷媒は、中継熱交換器15aから流出し、第2冷媒流路切替器18aを介して中継ユニット3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13d、第1冷媒流路切替器11及びアキュムレーター19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、第2冷媒流路切替器18aは低圧配管と連通されており、一方、第2冷媒流路切替器18bは高圧側配管と連通されている。また、絞り装置16bは、第2温度センサー35cで検知された温度と第2温度センサー35dで検知された温度との差として得られるスーパーヒートが一定になるように開度が中継ユニット制御装置52により制御される。また、絞り装置16aは全開状態、開閉装置17a、17bは閉状態となっている。なお、絞り装置16bは、圧力センサー36で検知された圧力を飽和温度に換算した値と第2温度センサー35dで検知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が全開状態になるようにして、絞り装置16aによりスーパーヒートまたはサブクールが制御されるようにしてもよい。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。冷房主体運転モードでは、中継熱交換器15bで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、中継熱交換器15aで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、21bで加圧されて流出した一部の熱媒体は、第2熱媒体流路切替器23a及び第2熱媒体流路切替器23dを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26dに流入する。
利用側熱交換器26aでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。また、利用側熱交換器26dでは熱媒体が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。このとき、熱媒体流量調整器25a及び熱媒体流量調整器25dの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26dに流入するようになっている。利用側熱交換器26aを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整器25a及び第1熱媒体流路切替器22aを通って、中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21bへ吸い込まれる。利用側熱交換器26dを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整器25d及び第1熱媒体流路切替器22dを通って、中継熱交換器15aへ流入し、再びポンプ21aへ吸い込まれる。また、ポンプ21aで加圧されて流出した一部の熱媒体は、ポンプ42aで更に加圧され、第2熱媒体流路切替器23eを介して、利用側熱交換器26eに流入する。
利用側熱交換器26eでは熱媒体が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。このとき、熱媒体流量調整器25eの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26eに流入するようになっている。利用側熱交換器26eを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整器25e及び第1熱媒体流路切替器22eを通って、中継熱交換器15aへ流入し、再びポンプ21aへ吸い込まれる。
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第1熱媒体流路切替器22a、22d、22e及び第2熱媒体流路切替器23a、23d、23eの作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器26a、26d、26eへそれぞれ導入される。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては第1温度センサー31bで検知された温度と第3温度センサー34aで検知された温度との差を、冷房側においては第3温度センサー34d、34eで検知された温度と第1温度センサー31aで検知された温度との差を目標値として保つように中継ユニット制御装置52において制御することにより、賄うことができる。
冷房主体運転モードを実行する際、利用側熱交換器26a、26d、26eにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26b及び利用側熱交換器26c、26f、26g、26hにおいては熱負荷がなく熱媒体を流す必要がないため、対応する熱媒体流量調整器25b及び熱媒体流量調整器25c、25f、25g、25hを全閉としている。そして、利用側熱交換器26bや利用側熱交換器26c、26f、26g、26hから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整器25bや熱媒体流量調整器25c、25f、25g、25hを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[暖房主体運転モード]
図6は、図2に示す空気調和装置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6では、利用側熱交換器26a、26eで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26d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6では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図6では、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。
また、熱媒体流路切替ユニット3bでは、ポンプ42bのみを駆動させ、熱媒体流量調整器25eを開放し、熱媒体流量調整器25f、25g、25hを全閉とし、中継熱交換器15bと利用側熱交換器26eとの間を熱媒体が循環するようにしている。なお、熱媒体流路切替ユニット3bに接続する室内機に冷熱負荷が発生する場合は、ポンプ42aも駆動させる。
図6に示す暖房主体運転モードの場合、室外機1では、第1冷媒流路切替器11は、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12を経由させずに中継ユニット3へ流入するように切り替えられる。熱変換ユニット3aでは、ポンプ21a、21bが駆動し、熱媒体流量調整器25a及び熱媒体流量調整器25dが開放状態、熱媒体流量調整器25b及び熱媒体流量調整器25cを全閉状態になるようにし、中継熱交換器15aと利用側熱交換器26dとの間及び中継熱交換器15bと利用側熱交換器26aとの間をそれぞれ熱媒体が循環するようにしている。
まず始めに、冷媒循環回路Aにおける冷媒の流れについて説明する。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冷媒流路切替器11、逆止弁13bを通り、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を通って中継ユニット3に流入する。中継ユニット3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第2冷媒流路切替器18bを通って凝縮器として作用する中継熱交換器15bに流入する。
中継熱交換器15bに流入したガス冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら液冷媒となる。中継熱交換器15bから流出した冷媒は、絞り装置16bで膨張させられて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、絞り装置16aを介して蒸発器として作用する中継熱交換器15aに流入する。中継熱交換器15aに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで蒸発し、熱媒体を冷却する。この低圧二相冷媒は、中継熱交換器15aから流出し、第2冷媒流路切替器18aを介し、中継ユニット3から流出し、再び室外機1へ流入する。
室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13cを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12に流入した冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替器11及びアキュムレーター19を介して圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、第2冷媒流路切替器18aは低圧側配管と連通されており、一方、第2冷媒流路切替器18bは高圧側配管と連通されている。また、絞り装置16bは、圧力センサー36で検知された圧力を飽和温度に換算した値と第2温度センサー35bで検知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が中継ユニット制御装置52により制御される。また、絞り装置16aは全開、開閉装置17a、17bは閉となっている。なお、絞り装置16bを全開とし、絞り装置16aでサブクールを制御するようにしてもよい。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。暖房主体運転モードでは、中継熱交換器15bで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、中継熱交換器15aで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、21bで加圧されて流出した熱媒体の一部は、第2熱媒体流路切替器23a及び第2熱媒体流路切替器23dを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26dに流入する。
利用側熱交換器26dでは熱媒体が室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房が行なわれる。また、利用側熱交換器26aでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房が行なわれる。このとき、熱媒体流量調整器25a及び熱媒体流量調整器25dの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御され、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26dに流入するようになっている。利用側熱交換器26dを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整器25d及び第1熱媒体流路切替器22dを通って、中継熱交換器15aに流入し、再びポンプ21aへ吸い込まれる。利用側熱交換器26aを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整器25a及び第1熱媒体流路切替器22aを通って、中継熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21bへ吸い込まれる。また、ポンプ21bで加圧されて流出した一部の熱媒体は、ポンプ42bで更に加圧され、第2熱媒体流路切替器23eを介して、利用側熱交換器26eに流入する。
利用側熱交換器26eでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房が行なわれる。このとき、熱媒体流量調整器25eの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御され、熱媒体が利用側熱交換器26eに流入するようになっている。利用側熱交換器26eを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整器25e及び第1熱媒体流路切替器22eを通って、中継熱交換器15bに流入し、再びポンプ21bへ吸い込まれる。
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第1熱媒体流路切替器22及び第2熱媒体流路切替器23の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器26へ導入される。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては第1温度センサー31bで検知された温度と第3温度センサー34a、34eで検知された温度との差、冷房側においては第3温度センサー34dで検知された温度と第1温度センサー31aで検知された温度との差が目標値として保たれるように中継ユニット制御装置52により制御して賄うことができる。
暖房主体運転モードを実行する際、利用側熱交換器26a、26d、26eにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26b及び利用側熱交換器26c、26f、26g、26hにおいては熱負荷がなく熱媒体を流す必要がないため、対応する熱媒体流量調整器25b及び熱媒体流量調整器25c、25f、25g、25hを全閉としている。そして、利用側熱交換器26bや利用側熱交換器26c、26f、26g、26hから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整器25bや熱媒体流量調整器25c、25f、25g、25hを開放し、熱媒体を循環させればよい。
ここで、上述の通り、中継ユニット3は、それぞれ別筐体に設けられた熱交換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとを備えており、分岐数を多くすることが可能となる。また、熱媒体流路切替ユニット3bを別筐体に収容したことにより、室内機2a〜2d(もしくは2e〜2h)の近傍に熱媒体流路切替ユニット3bを配置することが可能になり、配管長が長くなることによるポンプ21a、21b、42a、42bの駆動負荷を低減することができる。
特に、中継ユニット3に接続する室内機を増やす際に、中継ユニット3全体の数を増やすのではなく、熱媒体流路切替ユニット3bの数を増やすことにより対応することができるため、コストの低減を図ることができる。すなわち、従来のように、室内機2a〜2hの接続数を増加させる際、中継熱交換器15a、15b等を具備する熱交換ユニット3aまで増設する必要があるが、上記図1においては熱交換ユニット3aは増設することなく、熱媒体流路切替ユニット3bのみ増設すれば、室内機2a〜2hの接続数を増やすことができるため、余分な構成を付加せずに効率的に増設可能な室内機2a〜2hの分岐数を増やすことができる。さらに、熱媒体流路切替ユニット3bは熱交換ユニット3aよりも小さいスペースに設置することができるため、中継ユニット3の台数を増加させる場合に比べて省スペース化を図ることができる。
本発明の実施形態は上記各実施形態に限定されない。たとえば、空気調和装置100は、冷房暖房混在運転ができるものとして説明をしてきたが、これに限定するものではない。たとえば、中継熱交換器15a、15b及び絞り装置16a、16bがそれぞれ1つで、それらに複数の利用側熱交換器26a〜26hと熱媒体流量調整器25a〜25hが並列に接続され、冷房運転か暖房運転のいずれかしか行わない構成であっても同様の効果を奏する。
また、図2から図6において、複数の室内機が接続されている場合について例示しているが、利用側熱交換器26と熱媒体流量調整器25とが1つしか接続されていない場合でも同様のことが成り立つのは言うまでもなく、更に中継熱交換器15及び絞り装置16として、同じ動きをするものが複数個設置されていてもよい。
また、一般的に、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器26には、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではない。たとえば、利用側熱交換器26としては放射を利用したパネルヒーターのようなものを用いることもできるし、熱源側熱交換器12としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものを用いることもできる。つまり、熱源側熱交換器12及び利用側熱交換器26としては、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであれば種類を問わず、用いることができる。
また、上記実施形態において、熱媒体流路切替ユニット3bにポンプ42a、42bを接続していたが、図7のようにポンプはなくても良い。また、図8のように熱変換ユニット3aのポンプ21a、21bに並列にポンプ42a、42bを接続しても良い。なお、図2のように熱媒体流路切替ユニット3bにポンプ42a、42bを設けるもしくは熱交換ユニット3aのポンプ21a、21bに並列または直列に別途ポンプ42a、42bを追加することにより、熱媒体流路切替ユニット3bと第1のユニット間の距離や高さを拡大することができる。
さらに、図1から図8に熱交換ユニット3a内に1つの熱媒体流路切替ユニット3bが収容した形態について例示しているが、これに限るものではなく、図9に示すように、熱変換ユニット3aと熱媒体流路切替ユニット3bとが別体に構成されていてもよい。
1 室外機、2 室内機、2a〜2d 室内機、3 中継ユニット、3a 熱交換ユニット、3b 熱媒体流路切替ユニット、4 冷媒配管、4a 第1接続配管、4b 第2接続配管、5 配管、6 室外空間、7 室内空間、8 空間、9 建物、10 圧縮機、11 第1冷媒流路切替器、12 熱源側熱交換器、13a〜13d 逆止弁、15a、15b 中継熱交換器、16a、16b 絞り装置、17a、17b 開閉装置、18 第2冷媒流路切替器、18a、18b 第2冷媒流路切替器、19 アキュムレーター、21 ポンプ、21a、21b ポンプ、22a〜22h 第1熱媒体流路切替器、23a〜23h 第2熱媒体流路切替器、25 熱媒体流量調整器、25a〜25h 熱媒体流量調整器、26a〜26h 利用側熱交換器、31 第1温度センサー、31a、31b 第1温度センサー、35 第2温度センサー、35a〜35d 第2温度センサー、34 第3温度センサー、34a〜34h 第3温度センサー、36 第1圧力センサー、37 第2圧力センサー、38 第3圧力センサー、39a〜39h 吸込空気温度センサー、40 配管、41 配管、42a、42b ポンプ、50 第4温度センサー、52 中継ユニット制御装置、57 室外機制御装置、100 空気調和装置、A 冷媒循環回路、B 熱媒体循環回路。

Claims (4)

  1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、空気と前記冷媒との間で熱交換を行う熱源側熱交換器とを備えた室外機と、
    空気と熱媒体との間で熱交換を行う室内熱交換器を備えた複数の室内機と、
    前記室外機に冷媒配管により接続されているとともに前記室内機に熱媒体配管により接続された、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換を行う中継ユニットと、
    前記中継ユニットに流入する前記冷媒の流路を暖房運転時の暖房流路と冷房運転時の冷房流路とに切り替える第1冷媒流路切替器と
    を備え、
    前記中継ユニットが、前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換を行う熱交換ユニットと、前記熱交換ユニットにより熱交換された前記熱媒体を複数の前記室内機へ分岐して送出する複数の熱媒体流路切替ユニットとを有し、前記熱交換ユニットと前記熱媒体流路切替ユニットとがそれぞれ別筐体に収容されてなるものであり、
    前記熱交換ユニットが、
    前記冷媒と前記熱媒体との間で熱交換を行う複数の中継熱交換器と、
    前記冷房運転と前記暖房運転の切り替えに応じて前記中継熱交換器に流入する前記熱媒体の流路の切り替えを行う第2冷媒流路切替器と、
    を有するものであり、
    前記熱媒体流路切替ユニットが、
    前記各室内機毎にそれぞれ設けられた、前記各室内機と前記各中継熱交換器との接続の組み合わせを切り替える複数の熱媒体流路切替器と、
    前記各熱媒体流路切替器毎に接続されており、前記複数の室内機への流入する流量を調整する複数の熱媒体流量調整器と
    を備えたものであり、
    前記熱媒体流路切替ユニットが、前記熱交換ユニットから送出された前記熱媒体を前記室内機に吐出するポンプを有するものであることを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記熱交換ユニットが、前記中継熱交換器により熱交換された前記熱媒体を前記熱媒体流路切替ユニットへ送出するポンプを備えたものであることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記ポンプが、直列もしくは並列に複数台接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の空気調和装置。
  4. 前記熱交換ユニットが、前記各室内機毎にそれぞれ設けられた、前記各室内機と前記各中継熱交換器との接続の組み合わせを切り替える前記複数の熱媒体流路切替器と、前記各熱媒体流路切替器毎に接続されており、前記複数の室内機への流入する流量を調整する複数の熱媒体流量調整器とを内蔵したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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