JP6005255B2 - 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。
ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置において、外気温が低温の時に暖房運転を行うと、圧縮機の吐出温度が高くなり過ぎるため、圧縮機の周波数を大きくすることができず、必要な暖房能力を発揮させることができない。また、R32等の冷媒を用いると、高外気冷房運転時にも、圧縮機の吐出温度が高くなり過ぎてしまう。そこで、圧縮機の吐出温度を低下させて、負荷に応じた熱量を供給できるようにする必要がある。圧縮機の吐出温度を低下させるために、冷凍サイクルの高圧液管から圧縮機の中間に液インジェクションをする回路、および運転状態によらず吐出温度を設定温度に制御できる空気調和装置が存在している(たとえば、特許文献1)。
冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、冷凍サイクルの高圧状態の液冷媒を圧縮機の吸入側にインジェクションできる空気調和装置も存在している(たとえば、特許文献2)。
凝縮器の出口側に過冷却熱交換器を備え、過冷却熱交換器へ流す冷媒流量を制御し、圧縮機の吐出温度を制御する空気調和装置も存在している(たとえば、特許文献3)。
特開2005−282972号公報(第4頁、図1等) 特開平2−110255号公報(第3頁、図1等) 特開2001−227823号公報(第4頁、図1等)
特許文献1に記載の空気調和装置においては、高圧液管から圧縮機の中間にインジェクションする方法しか記載されておらず、冷凍サイクルの循環路を逆転させた場合(冷房、暖房の切り替え)等の対応ができないという課題があった。
特許文献2に記載の空気調和装置においては、室内側および室外側の双方の絞り装置と並列に逆止弁が設置されており、そのため、冷房時も暖房時も、液冷媒を吸入インジェクションできる構成となっている。しかしながら、そのためには特殊な室内機が必要で、絞り装置に逆止弁が並列接続されていない通常の室内機を用いることはできず、汎用的な構成ではないという課題があった。
特許文献3に記載の空気調和装置においては、過冷却熱交換器に付属の絞り装置で、過冷却熱交換器に流す冷媒の流量を制御し、吐出温度を制御している。そのため、吐出温度と凝縮器出口の過冷却度の双方を別々に目標値に制御することができず、冷房運転において、適正な過冷却度を保ちながら、吐出温度を適正に制御することができない。よって、室外機と室内機とを接続する延長配管が長い場合、吐出温度を目標値に制御すると、室外機出口の過冷却度を目標値に制御できず、延長配管での圧力損失のため、室内機に流入する冷媒が二相化してしまう可能性がある。そのため、マルチ型の空気調和装置等のように室内機に絞り装置を備えている場合、絞り装置の入口側が二相になると音が出たり制御が不安定になったりしてしまう、という課題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、冷房運転および暖房運転の双方において、圧縮機の吐出温度を適切な温度に制御しながら、冷房運転時の室外機を流出する冷媒の過冷却度も適切な値に保つことができ、延長配管が長い場合にも、液冷媒の状態で室内機に流入させることができ、安定した制御を行える空気調和装置を得ることを第1の目的とするものである。また、本発明は、外気温が低温の時の暖房運転において、圧縮機の吐出温度を低下させ、かつ、必要な暖房能力を発揮することができる空気調和装置を得ることを第2の目的とするものである。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、第一の熱交換器と、高温の冷媒と低温の冷媒とを熱交換させて高温の冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器の第一の流路と、第一の絞り装置と、第二の熱交換器と、アキュムレータと、を冷媒配管で接続し、内部に冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成し、前記圧縮機は、圧縮室の内部に外部から冷媒を導入するためのインジェクションポートを有し、前記アキュムレータを前記圧縮機の吸入側に設け、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管を分岐し、第二の絞り装置、前記過冷却熱交換器の前記第一の流路を流れる冷媒と熱交換をする前記過冷却熱交換器の第二の流路、及び第一の開閉装置を介して、前記アキュムレータの入口側流路に接続する第一のバイパス配管と、前記過冷却熱交換器と前記第一の開閉装置との間における前記第一のバイパス配管を分岐し、第二の開閉装置を介して、前記圧縮機のインジェクションポートに接続する第二のバイパス配管と、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管を分岐し、第三の絞り装置を介して、前記圧縮機の入口側と前記アキュムレータの出口側との間の前記冷媒配管に接続する第三のバイパス配管と、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管の分岐部分に設けられ、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間を流れる冷媒から液冷媒の一部を取り出す液分離器と、を備え、前記液分離器の液冷媒の取り出し口に前記第のバイパス配管及び第三のバイパス配管を接続するものである。
本発明に係る空気調和装置は、冷房運転および暖房運転の双方において、圧縮機の吐出温度が高くなりすぎないようにできる。よって、本発明に係る空気調和装置によれば、圧縮機の損傷を防げ、寿命が長くなり、かつ、外気温が低温の時の暖房運転においては、必要な暖房能力を発揮することができる。
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。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒および熱媒体の流れを示すシステム回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転モード時のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒および熱媒体の流れを示すシステム回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転モード時のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転モード時において停止している室内機2がある場合のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。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。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
図1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、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで、運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードのいずれかを選択できるものである。
図1においては、本実施の形態に係る空気調和装置は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2と、を有している。室外機1と室内機2とは、冷媒を導通する延長配管(冷媒配管)5で接続され、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、室内機2に配送されるようになっている。
室外機1は、通常、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、室内機2に冷熱または温熱を供給するものである。室内機2は、建物9の内部の空間(たとえば、居室等)である室内空間7に温調された空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間7に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。
図1に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置においては、室外機1と各室内機2とが2本の延長配管5を用いて、それぞれ接続されている。
なお、図1においては、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、これに限定するものではなく、天井埋込型や天井吊下式等、室内空間7に直接またはダクト等により、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。
図1においては、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を用いて、建物9の内部に設置するようにしてもよい。ど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。
また、室外機1および室内機2の接続台数を図1に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る空気調和装置が設置される建物9に応じて台数を決定すればよい。
図2は、本実施の形態に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100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2に基づいて、空気調和装置100の詳しい構成について説明する。図2に示すように、室外機1と室内機2とが、延長配管5で接続されている。
[室外機1]
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレータ15とが冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。また、室外機1には、第一のバイパス配管4a、第二のバイパス配管4b、第三のバイパス配管4c、絞り装置14a、絞り装置14b、絞り装置14c、開閉装置19a、開閉装置19b、過冷却熱交換器13、および、液分離器18が設けられている。
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り、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。なお、圧縮機10の内部の冷媒を圧縮する圧縮室の側面には、圧縮機10の外部から冷媒を圧縮室の内部に導入することができるインジェクションポートが備えられている。
また、圧縮機10は、例えば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となり、圧縮室に密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用するとよい。
そして、圧縮機10のインジェクションポートには、第二のバイパス配管4bが接続されている。
冷媒流路切替装置11は、暖房運転時における冷媒の流れと、冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。
熱源側熱交換器12は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器(または放熱器)として機能し、図示省略の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。
アキュムレータ15は、圧縮機10の吸入側に設けられており、冷媒回路中で余剰となった冷媒を貯留するものである。
第一のバイパス配管4aは、絞り装置14bの上流側における第三のバイパス配管4cと、アキュムレータ15の上流側における冷媒配管と、を絞り装置14a、過冷却熱交換器13、開閉装置19aを介して接続するものである。この第一のバイパス配管4aは、冷房運転時に、凝縮器(熱源側熱交換器12)で凝縮、液化された冷媒を、絞り装置14aの作用で減圧した後、過冷却熱交換器13および開閉装置19aを介して、低圧の過熱ガス冷媒として、アキュムレータ15の上流側にバイパスするものである。
第二のバイパス配管4bは、過冷却熱交換器13と開閉装置19aとの間における第一のバイパス配管4aと、圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートと、を開閉装置19bを介して接続するものである。この第二のバイパス配管4bは、外気温が低温の時の暖房運転において、暖房能力を向上させるために、液分離器18で分離された第一の中圧の液冷媒を、絞り装置14aの作用で減圧した後、過冷却熱交換器13および開閉装置19bを介して、第一の中圧よりも圧力が低い第二の中圧でありかつ乾き度が大きい二相冷媒として、圧縮機10の圧縮室の内部にインジェクションするものである。
第三のバイパス配管4cは、液分離器18と、アキュムレータ15と圧縮機10との間における冷媒配管と、を絞り装置14bを介して接続するものである。この第三のバイパス配管4cは、冷房運転時および暖房運転時に、高圧または中圧の液冷媒を、絞り装置14bの作用で減圧し、低圧の二相冷媒として、アキュムレータ15と圧縮機10との間の流路にバイパスするものである。
絞り装置14aは、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14aは、過冷却熱交換器13の上流側における第一のバイパス配管4aに設置されている。絞り装置14aは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
絞り装置14bは、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14bは、第三のバイパス配管4cに設置されている。絞り装置14bは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
絞り装置14cは、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14cは、熱源側熱交換器12と液分離器18との間における冷媒配管に設置されている。絞り装置14cは、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
開閉装置19aは、二方弁、電磁弁、電子式膨張弁等で構成されており、第一のバイパス配管4aを開閉するものである。開閉装置19aは、過冷却熱交換器13の下流側における第一のバイパス配管4aに設けられている。
開閉装置19bは、二方弁、電磁弁、電子式膨張弁等で構成されており、第二のバイパス配管4bを開閉するものである。開閉装置19bは、第二のバイパス配管4bに設けられている。
過冷却熱交換器13は、例えば二重管式の熱交換器等で構成され、絞り装置14cと液分離器18との間における冷媒配管を通る冷媒と、絞り装置14aと開閉装置19aとの間における第一のバイパス配管4aを通る冷媒とで熱交換を行うものである。なお、過冷却熱交換器13は、二重管式の熱交換器に限るものではなく、熱源側熱交換器12から冷房運転時における室外機1の出口に至る冷媒配管を通る冷媒と第一のバイパス配管4aを通る冷媒とが熱交換可能なものであれば、どのような構造のものでも構わない。
液分離器18は、冷媒配管を流れる冷媒から液冷媒を分離するものである。この液分離器18には、第三のバイパス配管4cが接続されている。
なお、第一の中圧とは、圧縮機10の吐出側の高圧よりも低く、第二のバイパス配管4bの下流側の圧力であり圧縮機10の圧縮室のインジェクションポートの圧力である第二の中圧よりも高い圧力である。
そして、第二の中圧とは、第一の中圧よりも圧力が低い、第二のバイパス配管4bの下流側の圧力であり圧縮機10の圧縮室のインジェクションポートの圧力である。
さらに、室外機1には、各種検出装置(吐出冷媒温度検出装置21、高圧検出装置22、低圧検出装置23、液冷媒温度検出装置24、過冷却熱交換器入口冷媒温度検出装置25、過冷却熱交換器出口冷媒温度検出装置26)が設けられている。これらの検出装置で検出された情報(温度情報、圧力情報)は、室外機1に設けられている制御装置50に送られ、圧縮機10の駆動周波数、冷媒流路切替装置11の切り替え、絞り装置14aの開度、絞り装置14bの開度、絞り装置14cの開度、図示省略の熱源側熱交換器12に送風する送風機の回転数、開閉装置19aの開閉、開閉装置19bの開閉等の制御に利用されることになる。
吐出冷媒温度検出装置21は、圧縮機10の吐出流路に設けられ、圧縮機10から吐出される冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。
高圧検出装置22は、圧縮機10の吐出流路に設けられ、圧縮機10から吐出される冷媒の圧力を検出するものであり、例えば圧力センサー等で構成するとよい。
低圧検出装置23は、圧縮機10の吸入流路に設けられ、圧縮機10に吸入される冷媒の圧力を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。
液冷媒温度検出装置24は、過冷却熱交換器13と冷房運転時における室外機1の出口との間における冷媒配管に設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。
過冷却熱交換器入口冷媒温度検出装置25は、絞り装置14aと過冷却熱交換器13との間における第一のバイパス配管4aに設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。
過冷却熱交換器出口冷媒温度検出装置26は、過冷却熱交換器13と開閉装置19aとの間における第一のバイパス配管4aに設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。
また、制御装置50は、マイコン等で構成されており、各種検出装置での検出情報およ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、冷媒流路切替装置11の切り替え、絞り装置14a〜14cの開度、熱源側熱交換器12に付属の図示省略の送風機の回転数、開閉装置19aの開閉の切り替え、開閉装置19bの開閉の切り替え等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。
上述したように、圧縮機10は、第二のバイパス配管4bが接続されるインジェクションポートを有しており、圧縮機10の圧縮室の内部に、高圧または第一の中圧から減圧した、第一の中圧よりも圧力が低い第二の中圧でありかつ乾き度が大きい二相冷媒をインジェクションすることができるようになっている。圧縮機10の圧縮室の内部に二相状態の冷媒をインジェクションすることにより、圧縮機10の吐出温度を低下させることができ、圧縮機10の周波数を大きくすることができるため、外気温が低温時の暖房運転において、暖房能力を大きくすることができる。
また、過冷却熱交換器13の作用により、暖房運転時に、蒸発器(熱源側熱交換器12)の出口冷媒と入口冷媒とのエンタルピー差を大きくすることができるため、低圧(圧縮機10の吸入圧力)が高い状態で運転でき、更に暖房能力を大きくすることができる。
さらに、圧縮機10の吸入側とアキュムレータ15との間の流路には、外部から冷媒を導入する第三のバイパス配管4cが接続されており、圧縮機10の吸入側に、高圧または第一の中圧から減圧した低圧二相状態の冷媒をインジェクションすることができるようになっている。圧縮機10の吸入側に二相状態の冷媒をインジェクションすることにより、R32等の圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒を使用している場合に圧縮機10の吐出温度を下げることができる。
制御装置50は、絞り装置14a、絞り装置14b、絞り装置14c、開閉装置19a、開閉装置19b等を制御することにより、アキュムレータ15の吸入側にインジェクションする冷媒の流量およびインジェクションの有無、圧縮機10の圧縮室の内部に第二のバイパス配管4bを介してインジェクションする冷媒の流量およびインジェクションの有無、圧縮機10の吸入側に第三のバイパス配管4cを介してインジェクションする冷媒の流量およびインジェクションの有無、を制御することができる。なお、具体的な制御動作については、後述の各運転モードの動作説明において説明を行う。
なお、制御装置50は、上述したように、各種検出装置での検出情報およびリモコンからの指示に基づいて、室外機1の各アクチュエータの制御を行うもので、上述のアクチュエータの制御の他に、圧縮機10の駆動周波数、熱源側熱交換器12に付属の送風機の回転数(ON/OFF含む)、冷媒流路切替装置11の切り替え等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。
[室内機2]
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器17及び絞り装置16が直列に接続されて搭載されている。この利用側熱交換器17は、延長配管5によって室外機1に接続するようになっている。利用側熱交換器17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。絞り装置16は、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16は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
この図2では、4台の室内機2が接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機2a、室内機2b、室内機2c、室内機2dとして図示している。また、室内機2a〜2dに応じて、利用側熱交換器17も、紙面下側から利用側熱交換器17a、利用側熱交換器17b、利用側熱交換器17c、利用側熱交換器17dとして図示している。さらに、室内機2a〜2dに応じて、絞り装置16も、紙面下側から絞り装置16a、絞り装置16b、絞り装置16c、絞り装置16dとして図示している。なお、図1と同様に、室内機2の接続台数を図2に示す4台に限定するものではない。
また、室内機2には、各種検出装置(利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29)が設けられている。これらの検出装置で検出された情報(温度情報)は、室内機2に設けられている制御装置(図示省略)に送られ、室内機2のアクチュエータの制御に利用される。この制御装置は、マイコン等で構成されており、各種検出装置での検出情報およびリモコンからの指示に基づいて、利用側熱交換器17に付属の図示省略の送風機の回転数、絞り装置16の開度等を制御し、制御装置50と連携することで後述する各運転モードを実行するようになっている。
利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27は、絞り装置16と利用側熱交換器17との間における冷媒配管に設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。室内機2a〜2dに応じて、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27も、紙面下側から利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27a、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27b、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27c、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27dとして図示している。
利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28は、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27とは反対側の利用側熱交換器17の出入口に設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。室内機2a〜2dに応じて、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28も、紙面下側から利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28a、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28b、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28c、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28dとして図示している。
利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29は、利用側熱交換器17の中間位置に設けられ、設置箇所を流れる冷媒の温度を検出するものであり、例えばサーミスタ等で構成するとよい。室内機2a〜2dに応じて、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29も、紙面下側から利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29a、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29b、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29c、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29dとして図示している。なお、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29は設置しなくてもよい。利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29を設置する場合と設置しない場合の制御動作については後述する。
本実施の形態においては、熱源側熱交換器12が本発明の「第一の熱交換器」に相当する。
本実施の形態においては、利用側熱交換器17(17a〜17d)が本発明の「第二の熱交換器」に相当する。
本実施の形態においては、絞り装置16(16a〜16d)が本発明の「第一の絞り装置」に相当する。
本実施の形態においては、絞り装置14aが本発明の「第二の絞り装置」に相当する。
本実施の形態においては、絞り装置14bが本発明の「第三の絞り装置」に相当する。
本実施の形態においては、絞り装置14cが本発明の「第四の絞り装置」に相当する。
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室外機1の運転モードを冷房運転モードか暖房運転モードかのいずれかに決定する。すなわち、空気調和装置100は、室内機2の全部で同一運転(冷房運転か暖房運転)をすることができ、室内の温度調節を行う。なお、冷房運転モード、暖房運転モードのいずれにおいても、各室内機2の運転/停止は自由に行うことができる。
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(停止も含む)を実行する冷房運転モード、および、駆動している室内機2の全てが暖房運転(停止も含む)を実行する暖房運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒および熱媒体の流れとともに説明する。
[冷房運転モード]
図3は、空気調和装置100の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3では、全部の利用側熱交換器17において冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モードについて説明する。なお、図3では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図3に示す冷房運転モードの場合、室外機1では、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が、熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替える。開閉装置19aは開とし、開閉装置19bは閉とする。
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圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、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、全開状態となっている絞り装置14cおよび過冷却熱交換器13の第一の流路(冷媒配管を流れる冷媒の導通流路)を通過する。
過冷却熱交換器13の第一の流路を通過した冷媒は、液分離器18によって2つの流路に分岐される。分岐された一方の冷媒は、液分離器18を通過して室外機1から流出する。分岐された他方の冷媒は、第三のバイパス配管4cを介して第一のバイパス配管4aに流れる。第一のバイパス配管4aに流れた冷媒は、絞り装置14aに流入し、減圧されて低温・低圧の二相冷媒となり、過冷却熱交換器13の第二の流路(第一のバイパス配管4aを流れる冷媒の導通流路)を通過する。第二の流路を通過した冷媒は、開状態の開閉装置19aを介して、アキュムレータ15の上流側の流路に合流する。
なお、過冷却熱交換器13は、第一の流路を通った高温の冷媒と、第二の流路を通った低温の冷媒とで熱交換を行うようになっている。つまり、過冷却熱交換器13では、第一の流路を通った冷媒が第二の流路を通った冷媒によって冷却され、第二の流路を通った冷媒が第一の流路を通った冷媒によって加熱されるようになっている。また、過冷却熱交換器13は、上述したように、例えば二重管式の熱交換器が使用されるが、二重管式の熱交換器に限るものではなく、第一の流路を通る冷媒と第二の流路を通る冷媒とが熱交換可能なものであれば、どのような構造のものでも構わない。
第一のバイパス配管4aを通る冷媒の流量は、絞り装置14aの開度(開口面積)で調整される。絞り装置14aの開度(開口面積)は、過冷却熱交換器出口冷媒温度検出装置26の検出温度と、過冷却熱交換器入口冷媒温度検出装置25の検出温度と、の温度差、すなわち過冷却熱交換器13の第二の流路における過冷却熱交換器13の前後の温度差(過熱度)、が目標値に近づくように制御される。なお、絞り装置14aの開度(開口面積)は、過冷却熱交換器13の第一の流路の下流側の過冷却度が目標値に近づくように制御してもよい。
室外機1を流出した高温・高圧の液冷媒は、延長配管5を通って、室内機2(2a〜2d)のそれぞれに流入する。室内機2に流入した高温・高圧の液冷媒は、絞り装置16(16a〜16d)で膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となり、蒸発器として作用する利用側熱交換器17(17a〜17d)のそれぞれに流入する。利用側熱交換器17に流入した冷媒は、利用側熱交換器17の周囲を流通する空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、低温・低圧のガス冷媒は、室内機2から流出し、延長配管5を通って再び室外機1へ流入し、冷媒流路切替装置11を通り、第一のバイパス配管4aを流通してアキュムレータ15の上流側にバイパスさせられた冷媒と合流した後、アキュムレータ15へ流入し、その後、圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、絞り装置16a〜16dの開度(開口面積)は、利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置28の検出温度と、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27の検出温度と、の温度差(過熱度)が目標値に近づくように制御される。
なお、過冷却熱交換器13は、延長配管5が長い(例えば100m等)場合に確実に冷媒を過冷却させておくために設けられている。延長配管5が長い場合、延長配管5内での圧力損失が大きくなり、冷媒の過冷却度が小さいと、室内機2に至るまでに二相冷媒になってしまう可能性がある。二相冷媒が室内機2に流入すると、絞り装置16に二相冷媒が流入することになる。絞り装置は二相冷媒が流入すると周囲に音が発生するという性質がある。絞り装置16は、室内空間7に温調された空気を送る室内機2内に配置されているため、発生した音が室内空間7に漏れ、居住者に不快な思いをさせることがある。
また、二相冷媒が絞り装置16に流入すると、絞り装置16の制御も不安定になる。そこで、絞り装置16には、確実に過冷却された液状態の冷媒を流入させる必要があり、過冷却熱交換器13が設けられている。第一のバイパス配管4aには絞り装置14aが設けられ、絞り装置14aの開度(開口面積)を増やして、過冷却熱交換器13の第二の流路に流れる低温・低圧の二相冷媒の流量を増加させると、過冷却熱交換器13の第一の流路の出口冷媒の過冷却度が増加する。一方、絞り装置14aの開度(開口面積)を減らして、過冷却熱交換器13の第二の流路に流れる低温・低圧の二相冷媒の流量を低下させると過冷却熱交換器13の第一の流路の出口冷媒の過冷却度が低下する。
すなわち、絞り装置14aの開度(開口面積)を調整することにより、過冷却熱交換器13の第一の流路の出口冷媒の過冷却度を適切な値に制御することができる。しかし、圧縮機10には、通常の運転では、信頼性面から、液冷媒が多く混ざった乾き度の小さい冷媒を吸入させたくないため、第一のバイパス配管4aは、アキュムレータ15の入口側(上流側)と接続されている。アキュムレータ15は余剰冷媒を貯留するためのものであり、第一のバイパス配管4aにより、アキュムレータ15の入口側(上流側)にバイパスされた冷媒は、その大半がアキュムレータ15の内部に貯留され、圧縮機10に、多量の液冷媒が戻るのを防ぐことができる。
以上が基本的な冷房運転モードでの冷媒の動作であるが、冷媒として、R32等のR410Aよりも圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒を使用する場合は、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐために、吐出温度を低下させる必要がある。そこで、空気調和装置100では、液分離器18から液冷媒の一部を分岐させ、第三のバイパス配管4cに流すようにしている。第三のバイパス配管4cに流れた冷媒は、絞り装置14bで減圧されて二相冷媒になった後、アキュムレータ15と圧縮機10との間の流路(アキュムレータ15の下流側であり、かつ、圧縮機10の上流側である流路)に流入する。このようにすると、圧縮機10に吸入される冷媒の温度を下げることができ、その吸入冷媒の温度低下分、圧縮機10の吐出冷媒の温度を低下させることができ、安全に使用できるようになる。
なお、上述したように、第三のバイパス配管4cは、アキュムレータ15と圧縮機10との間の配管に接続されている。冷媒をアキュムレータ15と圧縮機10との間の流路にインジェクションするのは、液を多く含んだ乾き度の小さい冷媒を直接圧縮機10に吸入させるためである。アキュムレータ15は、余剰冷媒を貯留するためのものであり、第一のバイパス配管4aのようにアキュムレータ15の入口側(上流側)にバイパスされた冷媒は、大半がアキュムレータ15に貯留され、圧縮機10にはその一部の冷媒しか流入しない。しかし、圧縮機10の吐出温度が高くなる場合、圧縮機10の吐出温度を下げる必要があり、そのためには、アキュムレータ15の下流側であり、圧縮機10の上流側である流路に、冷媒液をインジェクションする必要がある。
そこで、空気調和装置100では、第三のバイパス配管4cを、アキュムレータ15と圧縮機10との間の流路に接続している。そして、第三のバイパス配管4cを通る冷媒の流量は、絞り装置14bの開度(開口面積)で調整する。絞り装置14bの開度(開口面積)を増やし、第三のバイパス配管4cを流れる冷媒の流量を増やすと、圧縮機10の吐出温度が低下する。一方、絞り装置14bの開度(開口面積)を減らし、第三のバイパス配管4cを流れる冷媒の流量を減らすと、圧縮機10の吐出温度が増加(上昇)する。そのため、絞り装置14bの開度(開口面積)を調整することにより、吐出冷媒温度検出装置21の検出値である吐出温度を目標値に近づけることができる。
第三のバイパス配管4cを介したインジェクションは吐出温度が高い時に行われる。従って、冷房運転モードにおいては、熱源側熱交換器12の周囲の温度(外気温度)が高い状態では高圧が高くなり吐出温度も高くなるため、第三のバイパス配管4cを介したインジェクションによる吐出温度の抑制がなされ、第一のバイパス配管4aに冷媒を流しながら、第三のバイパス配管4cを介したインジェクションもされているという状態になる。一方、外気温度が低い状態では、圧縮機10から吐出される冷媒の吐出温度が高くならないため、第三のバイパス配管4cを介したインジェクションは不要であり、絞り装置14bを全閉または冷媒が流れない小さい開度にし、第三のバイパス配管4cを介したインジェクションが発生しないようにする。
インジェクションの動作の詳細を図4のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)により説明する。図4は、空気調和装置100の冷房運転モード時のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。
冷房運転モードにおいては、圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒(図4の点I)は、熱源側熱交換器12にて凝縮液化されて高圧の液冷媒となる(図4の点J)。この高圧の液冷媒は、過冷却熱交換器13で第一のバイパス配管4aに分岐された冷媒で冷却されて過冷却度が増加し(図4の点L)、液分離器18に流入する。液分離器18で第三のバイパス配管4cに分岐された一部の液冷媒は、絞り装置14bで減圧され(図4の点M)、アキュムレータ15と圧縮機10との間の流路にインジェクションされ、アキュムレータ15から圧縮機10に至る冷媒と合流する。
一方、液分離器18を通過した高圧二相冷媒は、室外機1を流出し、延長配管5を通過して、室内機2に流入する。室内機2に流入した高圧二相冷媒は、絞り装置16(16a〜16d)で減圧され(図4の点K)、利用側熱交換器17(17a〜17d)で蒸発する。利用側熱交換器17を流出した冷媒は、室内機2を流出して、延長配管5を通過して室外機1に流入する。室外機1に流入した冷媒は、冷媒流路切替装置11を通り、第一のバイパス配管4aを流通してアキュムレータ15の上流側にバイパスさせられた冷媒と合流した後、アキュムレータ15に流入する(図4の点F)。
そして、アキュムレータ15を流出した冷媒は、第三のバイパス配管4cを介してアキュムレータ15と圧縮機10との間の流路にインジェクションされた冷媒と合流して、冷却される(図4の点H)。その後、この冷媒は、圧縮機10に吸入される。
圧縮機10を低圧シェル型の圧縮機で構成した場合、圧縮機10内には、下部に吸入された冷媒と油が流入し、中間部にはモータが配置され、上部から圧縮室で圧縮された高温・高圧の冷媒が密閉容器内の吐出室に吐出された後、圧縮機10から吐出される。従って、圧縮機10の金属製の密閉容器は高温・高圧の冷媒にさらされている部分と、低温・低圧の冷媒にさらされている部分があるため、密閉容器の温度はその中間的な温度になる。また、モータには電流が流れるため、モータは発熱する。
従って、圧縮機10に吸入された低温・低圧の冷媒は、圧縮機10の密閉容器とモータによって加熱され、温度が上昇した後に(吸入インジェクションを行わない場合は、図4の点F)、圧縮室に吸入される。そして、圧縮機10の吸入側へのインジェクションを行った場合は、蒸発器を通過した低温・低圧のガス冷媒とインジェクションされた低温二相の冷媒が合流され、二相状態で圧縮機10に吸入される。その二相冷媒が圧縮機10の密閉容器およびモータで加熱されて蒸発し、インジェクションを行わない場合よりも温度の低い低温・低圧の冷媒になり(図4の点H)、圧縮室に吸入される。
そのため、インジェクションを行うと、圧縮機10から吐出される冷媒の吐出温度も低下し(図4の点I)、インジェクションを行わない場合の圧縮機10の吐出温度(図4の点G)に対して、吐出温度が低くなる。このように動作させることにより、R32等の圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒を使用している場合等に、圧縮機10の吐出温度を低下させることができ、安全に使用できる。
なお、本実施の形態の図4等のp−h線図においては、圧縮機10に吸入される冷媒(図4の点H)が過熱ガス冷媒であるかのように図示されているが、点Hの位置は、アキュムレータ15を流出した冷媒の内部エネルギー(流量とエンタルピー(点F)との積)と第三のバイパス配管4cを通過した冷媒の内部エネルギー(流量とエンタルピー(点M)との積)との関係で決まる。第三のバイパス配管4cを通過した冷媒の流量が小さい場合は過熱ガス冷媒が圧縮機10に吸入され、第二のバイパス配管4bを通過した冷媒の流量が大きい場合は二相冷媒が圧縮機10に吸入される。実際は、少しの冷媒を第三のバイパス配管4cに流すだけで、点Hは二相になり、大半の場合は圧縮機10に二相冷媒を吸入させることにより圧縮機10の吐出温度を低下させている。
なお、絞り装置14aは、電子式膨張弁等の開口面積を変化させられるものが望ましく、電子式膨張弁を使用すれば、過冷却熱交換器13の第二の流路を通る冷媒の流量を任意に制御することができ、室外機1を流出する冷媒の過冷却度の制御性がよい。ただし、絞り装置14aは、これに限るものではなく、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いし、キャピラリチューブとして冷媒の圧損に応じて過冷却度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、過冷却度を目標に制御することはできる。
また、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、吐出冷媒温度検出装置21が検出する圧縮機10の吐出温度が高くなり過ぎないように、絞り装置14bの開口面積が制御される。
また、開閉装置19aおよび開閉装置19bは、流路の開閉を行うものであり、電磁弁等を用いるが、これに限るものではなく、流路の閉止ができかつ開度(開口面積)が調整できる電子式膨張弁であってもよく、流路の開閉ができればどのようなものでもよい。開閉装置19aおよび開閉装置19bの構成については、後述の暖房運転モードでも同様である。
また、絞り装置14aおよび絞り装置14bは、どちらも、同じ液分離器18の液の取り出し配管(第一のバイパス配管4a、第三のバイパス配管4c)に接続されている。絞り装置には、二相を流入させると、動作が不安定になりかつ冷媒音が発生するため、液冷媒を流入させる必要がある。そこで、液分離器18から分離された液冷媒を流入させるように構成する。このとき、液分離器18を2つ設置し、それぞれで取り出した液冷媒を絞り装置14aおよび絞り装置14bに流入させるようにしてもよいが、1つの液分離器18から液を取り出した後に、分岐し、絞り装置14aと絞り装置14bとの双方に液冷媒を供給できるように配管接続をすれば、安価にシステムを構成することができる。
冷房運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器17(サーモオフを含む)へは冷媒を流す必要がないため、運転を停止させる。このとき、停止している室内機2に対応する絞り装置16は、全閉または冷媒が流れない小さい開度としておく。
以上のように、空気調和装置100は、冷媒回路に第一のバイパス配管4aと第三のバイパス配管4cとを備え、アキュムレータ15の上流側の流路に、液分離器18から分離され、過冷却熱交換器13および絞り装置14aを介した冷媒が流れる第一のバイパス配管4aを接続し、アキュムレータ15と圧縮機10との間の流路に、液分離器18から分離され、絞り装置14bで流量調整された冷媒が過冷却熱交換器13を通らずに流れる第三のバイパス配管4cを接続するようにしている。
こうすることにより、空気調和装置100によれば、室外機1を流出する冷媒の過冷却度の調節と、圧縮機10の吸入側へのインジェクション量の調節による吐出温度の制御とを、別々に行えるため、延長配管5が長い場合であっても、室内機2に流入する冷媒を、確実に過冷却度がついている状態にできる。加えて、空気調和装置100によれば、圧縮機10の吐出温度が高くなる条件において、圧縮機10の吐出温度が上限を超えないように、確実に制御することができる。
[暖房運転モード]
図5は、空気調和装置100の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5では、全部の利用側熱交換器17において温熱負荷が発生している場合を例に暖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の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図5に示す暖房運転モードの場合、室外機1では、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒を熱源側熱交換器12を経由させずに室内機2へ流入させるように切り替える。開閉装置19aは閉とし、開閉装置19bはインジェクションを行う時は開とし、インジェクションを行わない場合は閉とする。
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圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11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、延長配管5を通って室内機2(2a〜2d)のそれぞれに流入する。室内機2に流入した高温・高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器17(17a〜17d)のそれぞれに流入し、利用側熱交換器17の周囲を流通する空気に放熱しながら凝縮液化し、高温・高圧の液冷媒となる。利用側熱交換器17から流出した液冷媒は、絞り装置16(16a〜16d)で膨張させられて、第一の中圧の二相冷媒となり、室内機2から流出する。室内機2から流出した第一の中圧の二相冷媒は、延長配管5を通って再び室外機1へ流入する。
このとき、絞り装置16a〜16dの開度(開口面積)は、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29の検出温度と、利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27の検出温度と、の温度差(過冷却度)が目標値に近づくように制御される。なお、上述したように、利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29は必ずしも必要ではなく設置しなくてもよい。利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置29を設置しない場合は、室外機1に設置された制御装置50において、高圧検出装置22の検出圧力である高圧を飽和温度換算して凝縮温度を求める。そして、求められた凝縮温度を、室外機1の制御装置50から室内機2に設けられた制御装置(図示せず)に通信により送信し、室内機2の制御装置は、受信した凝縮温度と利用側熱交換器液冷媒温度検出装置27の検出温度との温度差(過冷却度)が目標値に近づくように、絞り装置16を制御する。
室外機1に流入した第一の中圧の二相冷媒は、液分離器18で一部の液冷媒が分離される。一部の液冷媒が分離され、残った第一の中圧の二相冷媒は、過冷却熱交換器13の第一の流路を通過し、絞り装置14cを通って膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒になり、熱源側熱交換器12に流入する。熱源側熱交換器12に流入した低温・低圧の二相冷媒は、熱源側熱交換器12の周囲に流れる空気から吸熱し、蒸発して低温・低圧のガス冷媒となり、冷媒流路切替装置11およびアキュムレータ15を介して、再び圧縮機10に吸入される。
また、液分離器18で分離された液冷媒は、絞り装置14aで減圧されて第二の中圧の二相冷媒となる。この第二の中圧の二相冷媒は、過冷却熱交換器13の第二の流路を通過して、乾き度の大きい二相冷媒となり、第二のバイパス配管4bおよび開状態の開閉装置19bを介して、圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートから、圧縮室の内部にインジェクションされる。
なお、第二のバイパス配管4bは、圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートに接続されている。冷媒を圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートから圧縮室の内部にインジェクションすることにより、液を含んだ二相冷媒を直接圧縮機10に導入することができる。アキュムレータ15の入口側(上流側)に冷媒をバイパスすると、その大半がアキュムレータ15に貯留され、圧縮機10にはその一部の冷媒しか流入しない。
しかし、圧縮機10の吐出温度が高くなる場合、圧縮機10の吐出温度を下げる必要があり、そのために、第二のバイパス配管4bを圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートに接続し、圧縮機10の圧縮室に冷媒液をインジェクションする。そして、第二のバイパス配管4bを通る冷媒の流量は、絞り装置14aの開度(開口面積)で調整する。絞り装置14aの開度(開口面積)を増やし、第二のバイパス配管4bを流れる冷媒の流量を増やすと、圧縮機10の吐出温度が低下する。一方、絞り装置14aの開度(開口面積)を減らし、第二のバイパス配管4bを流れる冷媒の流量を減らすと、圧縮機10の吐出温度が増加する。そのため、絞り装置14aの開度(開口面積)を調整することにより、圧縮機10の吐出温度を変化させることができる。なお、暖房運転時においては、吐出温度制御でも構わないが、多くの場合は吐出過熱度の制御を行っている。これは、過冷却熱交換器13を介してインジェクションをする場合、吐出過熱度制御を行った方が、吐出温度制御を行う場合よりも、より多くの冷媒量をインジェクションすることができ、低温暖房時の暖房能力が向上するためである。一方、冷房時においては、インジェクション量を大きくし過ぎると、蒸発器に流れる冷媒流量が低下し、冷房能力が下がってしまうため、吐出温度制御の方がインジェクション量を少なくでき望ましい。吐出過熱度制御については後述する。
以上が基本的な暖房運転モードでの冷媒の動作であり、第二のバイパス配管4bを介して、乾き度の大きい二相冷媒を圧縮機10の圧縮室の内部にインジェクションする。こうすることにより、圧縮機10の吐出温度が低下するため、圧縮機10の周波数を大きくすることができ、外気温度が低い暖房運転時等に、暖房能力を向上させることができる。また、過冷却熱交換器13にて、第二のバイパス配管4bを流れる冷媒で、熱源側熱交換器12に流れる冷媒を冷却することができ、蒸発器(熱源側熱交換器12)の出口冷媒のエンタルピーと入口冷媒のエンタルピーとの差を大きくできる。そのため、圧縮機10の低圧を高めに保つことができ、暖房能力を更に向上させることができる。
よって、空気調和装置100では、暖房運転時は、第三のバイパス配管4cではなく、過冷却熱交換器13が設けられている第二のバイパス配管4bを用いて、圧縮機10に冷媒をインジェクションするようにしている。ただし、暖房能力が十分大きい状態で、吐出温度が高くなり過ぎる運転状態が発生した場合は、第三のバイパス配管4cを用いて、圧縮機10の吸入側に冷媒をインジェクションしても構わない。
ここで、絞り装置14cは、絞り装置16と絞り装置14aとの間の冷媒の圧力を第一の中圧に制御する作用をする。絞り装置16と絞り装置14cとの間の冷媒、すなわち液分離器18内の冷媒の圧力を、第一の中圧に保つことのより、第二のバイパス配管4bの前後差圧を確保することができ、圧縮機10の圧縮室の内部に確実に冷媒をインジェクションすることができるようになる。なお、絞り装置14cの開度(開口面積)は、液冷媒温度検出装置24の検出温度を飽和圧力に換算した第一の中圧が目標値に近づくように制御される。
また、暖房運転モードにおいては、熱源側熱交換器12の周囲の温度(外気温度)が低い、低外気暖房の場合等に、低圧が低くなり吐出温度も高くなるため、第二のバイパス配管4bを介したインジェクションが必要となる。外気温度が高い時の暖房運転においては、第二のバイパス配管4bを介したインジェクションは不要であり、絞り装置14aを全閉または冷媒が流れない小さい開度にするか、開閉装置19bを閉とし、第二のバイパス配管4bを介したインジェクションが発生しないようにする。なお、インジェクションを行わない場合の第二のバイパス配管4bの流路の閉止は、開閉装置19bではなく、絞り装置14aで行ってもよい。
インジェクションの動作の詳細を図6のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)により説明する。図6は、空気調和装置100の暖房運転モード時のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。
暖房運転モードにおいては、圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒(図6の点I)は、冷媒流路切替装置11を介して室外機1を流出し、延長配管5を通り、室内機2に流入する。室内機2に流入した冷媒は、利用側熱交換器17で凝縮された後、絞り装置16で膨張させられ、延長配管5を介して、室外機1に戻り、液分離器18に流入する。このとき、絞り装置14cの作用により、絞り装置14cの上流側の冷媒の圧力は第一の中圧状態に制御される(図6の点J)。
絞り装置14cにより、第一の中圧になった二相冷媒のうち、液分離器18で分岐された液冷媒は、絞り装置14aによって減圧されて第二の中圧の二相冷媒となる(図6の点M)。この第二の中圧の二相冷媒は、過冷却熱交換器13の第二の流路を流れ、過冷却熱交換器13の第一の流路を流れる第一の中圧の冷媒によって加熱されて乾き度の大きい二相冷媒になる(図6の点P)。そして、この二相冷媒は、第二のバイパス配管4bを介して、圧縮機10の圧縮室に設けられたインジェクションポートから圧縮室にインジェクションされる。
一方、液分離器18を通過した第一の中圧の冷媒は、過冷却熱交換器13の第一の流路を流れ、過冷却熱交換器13の第二の流路を流れる第二の中圧の冷媒によって冷却されてエンタルピーが小さくなる(図6の点L)。それから、この冷媒は、絞り装置14cで減圧されて、低圧の二相冷媒となり(図6の点K)、熱源側熱交換器12で蒸発した後、冷媒流路切替装置11を介して、アキュムレータ15に流入する(図6の点F)。アキュムレータ15を流出した冷媒は、圧縮機10に吸入され、第二の中圧まで圧縮され(図6の点N)、第二のバイパス配管4bを介してインジェクションされた冷媒(図6の点P)と合流して、冷却される(図6の点H)。
圧縮機10を低圧シェル型の圧縮機で構成した場合、圧縮機10の金属製の密閉容器は高温・高圧の吐出冷媒にさらされている部分と、低温・低圧の吸入冷媒にさらされている部分があるため、密閉容器の温度はその中間的な温度になる。また、モータには電流が流れるため、モータは発熱をする。従って、圧縮機10に吸入された低温・低圧の冷媒は、圧縮機10の密閉容器とモータによって加熱され、温度が上昇した後に(インジェクションを行わない場合は、図6の点F)、圧縮室に吸入される。一方、圧縮機10の圧縮室の内部に冷媒をインジェクションした場合は、圧縮機10に吸入され、第二の中圧まで圧縮されたガス冷媒(図6の点N)が圧縮室にインジェクションされた二相冷媒と合流して冷却される。そのため、インジェクションを行わない場合よりも温度の低い冷媒になり(図6の点H)、更に圧縮が継続され、高圧のガス冷媒になる。
よって、インジェクションを行うと、圧縮機10から吐出される冷媒の吐出温度も低下し(図6の点I)、インジェクションを行わない場合の圧縮機10の吐出温度(図6の点G)に対して、吐出温度が低下する。このように動作させることにより、外気温度が低い暖房運転時等に、圧縮機10の吐出温度を低下させて使用することができ、安全に使用できる。
なお、絞り装置14cは、電子式膨張弁等の開口面積を変化させられるものが望ましく、電子式膨張弁を使用すれば、絞り装置14cの上流側の第一の中圧を任意の圧力に制御でき、吐出温度の制御が安定する。ただし、絞り装置14cは、これに限るものではなく、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いし、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できる。
また、第一の中圧は、液冷媒温度検出装置24の検出温度を飽和圧力換算して求める場合について説明したが、このようにするとシステムを安価に構成できるが、当然、これに限るものではなく、圧力センサーを用いてもよい。また、絞り装置14a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、吐出冷媒温度検出装置21の検出温度と高圧検出装置22の検出圧力とから演算される圧縮機10の吐出過熱度が目標の範囲内に入るように、絞り装置14aの開口面積が制御される。
また、第一のバイパス配管4aおよび第二のバイパス配管4bの双方は、過冷却熱交換器13の絞り装置14aと反対側の流路に接続され、開閉装置19aおよび開閉装置19bにて、過冷却熱交換器13を流れた冷媒の流路を切り替えるように構成している。
絞り装置14aおよび過冷却熱交換器13を2つ設置し、それぞれが第一のバイパス配管4aおよび第二のバイパス配管4bと接続されるようにしてもよいが、第一のバイパス配管4aを通した流れは冷房運転時に発生し、第二のバイパス配管4bを通した流れは暖房運転時に発生し、同時には発生しない。そのため、1組の液分離器18と絞り装置14aと過冷却熱交換器13とを使用し、開閉装置19aと開閉装置19bとで、第一のバイパス配管4aを通る流れと第二のバイパス配管4bを通る流れとを切り替えるようにすることで、安価にシステムを構成することができる。なお、絞り装置14aおよび過冷却熱交換器13を2つ設置する場合は、液分離器18を2つ設置してもよい。
暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器17(サーモオフを含む)へは冷媒を流す必要がない。しかし、暖房運転モードにおいて、暖房負荷のない利用側熱交換器17と対応する絞り装置16を全閉または冷媒が流れない小さい開度とすると、運転していない利用側熱交換器17の内部で冷媒が周囲空気によって冷やされて凝縮し、冷媒が溜まり込んでしまい、冷媒回路全体として冷媒不足に陥ってしまう可能性がある。そこで、暖房運転時においては、熱負荷のない利用側熱交換器17と対応する絞り装置16の開度(開口面積)は全開等の大きい開度にし、冷媒の溜まり込みを防止する。
なお、停止している室内機2がある場合、絞り装置16を上述のように制御するため、停止している室内機2を通る冷媒の流れが発生する。このとき、熱負荷のない利用側熱交換器17においては冷媒が凝縮しないため、対応する絞り装置16では高温・高圧のガス冷媒を減圧することになり、p−h線図(圧力−エンタルピ線図)が先の説明と異なったものとなる。この場合の動作を図7のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)により説明する。図7は、空気調和装置100の暖房運転モード時において停止している室内機2がある場合のp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。
停止している室内機2がある場合の暖房運転モードにおいては、圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒(図7の点I)は、冷媒流路切替装置11を介して室外機1を流出し、延長配管5を通り、室内機2に流入する。室内機2に流入した冷媒は、暖房負荷のある利用側熱交換器17で凝縮された後、絞り装置16で膨張させられて第一の中圧になり(図7の点J)、延長配管5を介して、室外機1に戻る。
一方、利用側熱交換器17への冷媒の溜まり込みを防ぐために、暖房負荷のない利用側熱交換器17に流された冷媒は、凝縮することなく、ガス冷媒のまま利用側熱交換器17を通過する。その後、この冷媒は、絞り装置16で減圧されて第一の中圧になり(図7の点I)、延長配管5を介して、室外機1に戻る。
この途中、延長配管5のいずれかの位置で、凝縮し絞られた第一の中圧の液冷媒と、凝縮されること無く減圧された第一の中圧のガス冷媒と、が混合して、第一の中圧の二相冷媒となり(図7の点J)、室外機1の液分離器18に流入する。液分離器18に流入した第一の中圧の二相冷媒は、液分離器18の作用によって、液冷媒の一部が分岐される(図7の点J)。分岐された液冷媒は、絞り装置14aによって減圧されて第一の中圧よりも低い第二の中圧の二相冷媒となる(図7の点M)。それから、この冷媒は、過冷却熱交換器13の第二の流路を流れ、過冷却熱交換器13の第一の流路を流れる第一の中圧の冷媒によって加熱されて乾き度の大きい二相冷媒になる(図7の点P)。そして、この冷媒は、第二のバイパス配管4bを介して、圧縮機10の圧縮機に設けられたインジェクションポートから圧縮室の内部に導入される。
一方、液分離器18を通過し乾き度が少し増えた第一の中圧の冷媒(図7の点J)は、過冷却熱交換器13の第一の流路を流れ、過冷却熱交換器13の第二の流路を流れる第二の中圧の冷媒によって冷却されてエンタルピーが小さくなる(図7の点L)。それから、この冷媒は、絞り装置14cで減圧されて、低圧の二相冷媒となる(図7の点K)。その後、この冷媒は、熱源側熱交換器12で蒸発した後、冷媒流路切替装置11を介して、アキュムレータ15に流入する(図7の点F)。アキュムレータ15を流出した冷媒は、圧縮機10に吸入され、第二の中圧まで圧縮され(図7の点N)、第二のバイパス配管4bを介してインジェクションされた冷媒と合流して、冷却される(図7の点H)。
絞り装置を流れる冷媒の流量は、同一の開度(開口面積)であっても、冷媒の密度によって異なったものとなる。二相冷媒は、密度の小さいガス冷媒と密度の大きい液冷媒とが混在しているものであり、絞り装置に流入する冷媒が液冷媒から二相冷媒に変わると、冷媒の密度が大きく変化し、圧縮機10の吐出温度を一定量低下させるための適正流量となる開度(開口面積)が大きく異なったものになる。
このままだと、室内機2の発停に伴い、絞り装置14aの開度を大きく変化させなければならず、安定した制御が行えない。そこで、空気調和装置100では、液分離器18を設けることにより、停止している室内機2が存在する場合においても、液分離器18で液状態の冷媒のみを分離でき、絞り装置14aに液冷媒のみを流入させることができるようになり、安定した制御を行えるようにしている。
絞り装置14aの開度(開口面積)は、吐出冷媒温度検出装置21の検出温度と高圧検出装置22の検出圧力とから演算される圧縮機10の吐出過熱度が目標の範囲内に入るように制御する。外気温度によって、インジェクションすべき冷媒の流量の最適値が異なるため、吐出過熱度の目標値は、外気温度によって値を変化させるとすると、効率が向上する。吐出過熱度を制御することにより、吐出温度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。なお、吐出過熱度の目標値を外気温度によって変化させずに同じ値としてもよいし、吐出過熱度の目標値は、一定の値、例えば40℃としてもよいし、目標範囲、例えば20℃から40℃の間としてもよい。また、絞り装置14aの開度を、吐出冷媒温度検出装置21の検出温度である吐出温度が目標値になるように制御してもよい。
また、冷媒流路切替装置11は、四方弁を用いるのが一般的であるが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
また、室内機2が4台接続されている場合を例に説明したが、室内機2の接続台数は何台接続されていてもよく、同様のことが成り立つのは言うまでもない。ただし、室内機2が1台しか接続されない場合は、暖房運転中の停止室内機が存在しないため、液分離器18は設置しなくてよい。
また、暖房運転時の各室内機2の入口側の流路に、流路を開閉する開閉弁を備え、暖房運転時の停止室内機への冷媒の溜まり込みを防止できる場合は、停止している室内機2を通した冷媒の流れが発生しないため、液分離器18は設置しなくてもよい。
なお、液分離器18は、1つの入口流路と2つの出口流路を持ち、入口流路から流入した二相状態の冷媒を、液冷媒の一部を分離し、分離した液冷媒と残った二相冷媒とを、それぞれ2つの出口流路から流出させるものであれば、どんな構造のものでもよい。また、二相冷媒から液冷媒を分離する分離効率が100%でなく、液冷媒を取り出す流路に、多少のガス冷媒が液冷媒に混入していても、ガス冷媒の混入度が、絞り装置の制御に大きな影響を与えない程度であれば、構わない。また、液分離器18を、暖房運転時の過冷却熱交換器13の上流側に備えるようにすると、暖房運転時の過冷却熱交換器13の第一の流路での圧力損失の影響を受けず、液冷媒温度検出装置24による第一の中圧の測定精度が向上し、吐出温度の制御精度が向上する。
また、室外機1が複数台接続されており、複数の室外機1の冷媒回路が室外機1の外部で合流するように、配管接続されている場合でも、同じであり、同様のことが成り立つ。
また、圧縮機10は、低圧シェル型の圧縮機を使用する場合を例に説明したが、当然、吸入冷媒が圧縮室に直接吸入され、圧縮され、圧縮室から吐出された冷媒が、密閉容器内に噴出した後に、圧縮機10から吐出される、高圧シェル型の圧縮機を使用してもよく、同様の効果を奏する。
また、冷房と暖房を切り替えるタイプの空気調和装置を例に説明をしたが、これに限るものではなく、室外機1と室内機2との間に中継機を設け、室外機1から中継機を介して室内機2まで冷媒が循環し、中継機で冷熱と温熱の双方を発生させ、冷房需要がある室内機2には冷たい冷媒を供給し、暖房需要がある室内機2には暖かい冷媒を供給する、冷暖同時タイプの空気調和装置でもよく、同様の方法により、同様の効果を奏する。
また、冷媒が室外機1から室内機2まで循環している空気調和装置を例に説明をしたが、これに限るものではなく、室外機1と室内機2との間に中継機を設け、室外機1と中継機との間を冷媒が循環し、中継機で冷媒と水やブライン等の熱媒体とを熱交換させ、中継機と室内機2との間を熱媒体を循環させる空気調和装置でもよく、同様の方法により、同様の効果を奏する。また、このタイプの空気調和装置において、中継機で冷水または温水のいずれかしか生成できない空気調和装置でも、中継機で冷水と温水の双方を生成できる空気調和装置でも構わない。
冷媒としては、R32等の吐出温度が高くなる冷媒を使用する時に効果が大きく、R32の他、R32と地球温暖化係数が小さく化学式がCFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒であるHFO1234yfやHFO1234zeと混合冷媒(非共沸混合冷媒)を使用してもよい。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、同一運転状態において、吐出温度が約20℃上昇するため、吐出温度を低下させて使用する必要があり、吸入インジェクションの効果が大きい。R32とHFO1234yfとの混合冷媒においては、R32の質量比率が62%(62wt%)以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなり、吸入インジェクションにより、吐出温度を低下させるようにすると、効果が大きい。
また、R32とHFO1234zeとの混合冷媒においては、R32の質量比率が43%(43wt%)以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなり、吸入インジェクションにより、吐出温度を低下させるようにすると、効果が大きい。また、混合冷媒における冷媒種はこれに限るものではなく、その他の冷媒成分を少量含んだ混合冷媒であっても、吐出温度には大きな影響がなく、同様の効果を奏する。例えば、R32とHFO1234yfとその他の冷媒を少量含んだ混合冷媒等においても使用でき、吐出温度がR410Aよりも高くなる冷媒であれば、どんな冷媒であっても吐出温度を低下させる必要があり、同様の効果がある。
また、一般的に、熱源側熱交換器12および利用側熱交換器17a〜17d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く、例えば利用側熱交換器17a〜17dとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、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も用いることができ、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんなものでも用いることができる。
以上より、空気調和装置100は、冷房運転および暖房運転の双方において、圧縮機10の吐出温度が高くなりすぎないようにできる。そのため、空気調和装置100によれば、圧縮機10の損傷を防げ、圧縮機10の寿命が長くなり、かつ、外気温が低温の時の暖房運転においては、必要な暖房能力を発揮することができる。
1 室外機、2 室内機、2a 室内機、2b 室内機、2c 室内機、2d 室内機、4a 第一のバイパス配管、4b 第二のバイパス配管、4c 第三のバイパス配管、5 延長配管、6 室外空間、7 室内空間、9 建物、10 圧縮機、11 冷媒流路切替装置、12 熱源側熱交換器、13 過冷却熱交換器、14a 絞り装置、14b 絞り装置、14c 絞り装置、15 アキュムレータ、16 絞り装置、16a 絞り装置、16b 絞り装置、16c 絞り装置、16d 絞り装置、17 利用側熱交換器、17a 利用側熱交換器、17b 利用側熱交換器、17c 利用側熱交換器、17d 利用側熱交換器、18 液分離器、19a 開閉装置、19b 開閉装置、21 吐出冷媒温度検出装置、22 高圧検出装置、23 低圧検出装置、24 液冷媒温度検出装置、25 過冷却熱交換器入口冷媒温度検出装置、26 過冷却熱交換器出口冷媒温度検出装置、27 利用側熱交換器液冷媒温度検出装置、27a 利用側熱交換器液冷媒温度検出装置、27b 利用側熱交換器液冷媒温度検出装置、27c 利用側熱交換器液冷媒温度検出装置、27d 利用側熱交換器液冷媒温度検出装置、28 利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、28a 利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、28b 利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、28c 利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、28d 利用側熱交換器ガス冷媒温度検出装置、29 利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置、29a 利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置、29b 利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置、29c 利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置、29d 利用側熱交換器中間冷媒温度検出装置、50 制御装置、100 空気調和装置。

Claims (11)

  1. 圧縮機と、第一の熱交換器と、高温の冷媒と低温の冷媒とを熱交換させて高温の冷媒を過冷却させる過冷却熱交換器の第一の流路と、第一の絞り装置と、第二の熱交換器と、アキュムレータと、を冷媒配管で接続し、内部に冷媒を循環させて冷凍サイクルを構成し、
    前記圧縮機は、
    圧縮室の内部に外部から冷媒を導入するためのインジェクションポートを有し、
    前記アキュムレータを前記圧縮機の吸入側に設け、
    前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管を分岐し、第二の絞り装置、前記過冷却熱交換器の前記第一の流路を流れる冷媒と熱交換をする前記過冷却熱交換器の第二の流路、及び第一の開閉装置を介して、前記アキュムレータの入口側流路に接続する第一のバイパス配管と、
    前記過冷却熱交換器と前記第一の開閉装置との間における前記第一のバイパス配管を分岐し、第二の開閉装置を介して、前記圧縮機のインジェクションポートに接続する第二のバイパス配管と、
    前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管を分岐し、第三の絞り装置を介して、前記圧縮機の入口側と前記アキュムレータの出口側との間の前記冷媒配管に接続する第三のバイパス配管と、
    前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間の前記冷媒配管の分岐部分に設けられ、前記第一の熱交換器と前記第二の熱交換器との間を流れる冷媒から液冷媒の一部を取り出す液分離器と、を備え、
    前記液分離器の液冷媒の取り出し口に前記第のバイパス配管及び第三のバイパス配管を接続する
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機の吐出温度がR410Aよりも高温になる冷媒を前記冷媒配管の内部に循環させ、
    前記圧縮機の出口側流路の冷媒の温度を検出する吐出温度検出装置を備え、
    前記第二の絞り装置または前記第三の絞り装置の開度を調整し、前記第二のバイパス配管に流れる冷媒の流量または前記第三のバイパス配管に流れる冷媒の流量を制御し、前記吐出温度検出装置の検出温度である吐出温度または前記吐出温度から演算される値を制御する制御装置を備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記第一の熱交換器を凝縮器として作用させ、前記第二の熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転において、
    前記吐出温度検出装置の検出温度である吐出温度または前記吐出温度から演算される値を基に、前記第三の絞り装置の開度を調整し、前記第三のバイパス配管に流れる冷媒の流量を制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記冷房運転において、少なくとも、前記第一の熱交換器において前記冷媒と熱交換する前記第一の熱交換器の周囲の空気温度が高い場合に、前記第一のバイパス配管に冷媒を流しながら、前記第三のバイパス配管にも冷媒を流す
    ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記冷房運転において、前記第三の絞り装置の開度を調整し、前記吐出温度検出装置の検出温度である吐出温度を制御する
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の空気調和装置。
  6. 前記第一の熱交換器を蒸発器として作用させ、前記第二の熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転において、前記第二の熱交換器の下流側に位置する前記第一の絞り装置と前記第一の熱交換器との間に第四の絞り装置を設け、
    前記制御装置は、
    前記暖房運転において、
    前記吐出温度検出装置の検出温度である吐出温度または前記吐出温度から演算される値を基に、前記第四の絞り装置の上流側から分岐した冷媒を流入させる前記第二の絞り装置の開度を調整し、前記第二のバイパス配管に流れる冷媒の流量を制御する
    ことを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
  7. 前記制御装置は、
    前記暖房運転において、少なくとも、前記第一の熱交換器において前記冷媒と熱交換する前記第一の熱交換器の周囲の空気温度が低い場合に、前記第二のバイパス配管に冷媒を流す
    ことを特徴とする請求項6に記載の空気調和装置。
  8. 前記圧縮機の出口側流路の冷媒の圧力を検出する高圧圧力検出装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記暖房運転において、前記第二の絞り装置の開度を調整して、前記吐出温度と前記高圧圧力検出装置の検出圧力とから演算される吐出過熱度を制御する
    ことを特徴とする請求項6または7に記載の空気調和装置。
  9. 前記圧縮機の吐出温度がR410Aよりも高温になる冷媒を前記冷媒配管の内部に循環させ、
    前記第一の熱交換器を凝縮器として作用させ前記第二の熱交換器を蒸発器として作用させる冷房運転と、
    前記第一の熱交換器を蒸発器として作用させ前記第二の熱交換器を凝縮器として作用させる暖房運転と、を有し、
    前記圧縮機の出口側流路の冷媒の温度を検出する吐出温度検出装置と、
    前記圧縮機の出口側流路の圧力を検出する高圧圧力検出装置と、を備え、
    前記冷房運転においては、
    前記第三の絞り装置の開度を調整し、前記第三のバイパス配管に流れる冷媒の流量を制御して、前記吐出温度検出装置の検出温度である吐出温度を制御し、
    前記暖房運転においては、前記第二の絞り装置の開度を調整し、前記第二のバイパス配管に流れる冷媒の流量を制御して、前記吐出温度と前記高圧圧力検出装置の検出圧力とから演算される吐出過熱度を制御する制御装置を備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  10. 前記冷媒配管の内部にR32またはR32を62%以上含む混合冷媒を循環させる
    ことを特徴とする請求項2、請求項2に従属する3〜8、請求項9のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記圧縮機と、前記アキュムレータと、前記過冷却熱交換器と、前記第二の絞り装置と、前記第三の絞り装置と、前記第一の熱交換器と、前記第一のバイパス配管と、前記第二のバイパス配管と、前記第三のバイパス配管と、を室外機に収容した
    ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022075358A1 (ja) 2020-10-06 2022-04-14 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 熱源機及びその制御方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102103360B1 (ko) * 2013-04-15 2020-05-29 엘지전자 주식회사 공기조화기 및 그 제어방법
GB2533042B (en) * 2013-08-30 2020-08-12 Mitsubishi Electric Corp Air-conditioning apparatus
GB2533041B (en) * 2013-08-30 2020-06-24 Mitsubishi Electric Corp Air conditioning apparatus
CN104748261B (zh) * 2015-03-31 2019-12-03 广东美的暖通设备有限公司 多联机系统
JP6594023B2 (ja) * 2015-04-28 2019-10-23 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 空気調和機
CN104776630B (zh) * 2015-04-28 2017-05-03 广东美的暖通设备有限公司 多联机系统
CN107709897B (zh) * 2015-06-08 2021-02-09 三星电子株式会社 空调及其控制方法
KR101854335B1 (ko) * 2016-01-18 2018-05-03 엘지전자 주식회사 공기조화기
CN111033151A (zh) * 2017-09-05 2020-04-17 大金工业株式会社 空调系统或制冷剂分支单元
CN111133258B (zh) * 2017-09-28 2022-01-18 三菱电机株式会社 空调装置
CN109386985B (zh) * 2018-10-22 2020-07-28 广东美的暖通设备有限公司 两管制喷气增焓室外机及多联机系统
CN109386984B (zh) * 2018-10-22 2020-11-06 广东美的暖通设备有限公司 两管制热回收多联机系统及其空调室外机
CN109386988B (zh) * 2018-10-22 2020-11-24 广东美的暖通设备有限公司 多联机系统及其室外机、控制方法及装置和存储介质
CN109386989B (zh) * 2018-10-22 2020-07-28 广东美的暖通设备有限公司 两管制喷气增焓室外机及多联机系统
KR20210096521A (ko) * 2020-01-28 2021-08-05 엘지전자 주식회사 공기 조화 장치
JP2022072526A (ja) * 2020-10-30 2022-05-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 冷凍サイクル装置
JP7139031B1 (ja) 2022-02-15 2022-09-20 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 空気調和機

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03105156A (ja) * 1989-09-18 1991-05-01 Daikin Ind Ltd エコノマイザ付冷凍装置及びその運転制御方法
JP2008157550A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Samsung Electronics Co Ltd 空気調和機
JP2008215697A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP2009270822A (ja) * 2009-08-21 2009-11-19 Mitsubishi Electric Corp ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の室外機
JP2010071614A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Hitachi Appliances Inc 冷凍装置
WO2012104893A1 (ja) * 2011-01-31 2012-08-09 三菱電機株式会社 空気調和装置
WO2013001572A1 (ja) * 2011-06-29 2013-01-03 三菱電機株式会社 空気調和装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799297B2 (ja) * 1986-06-25 1995-10-25 株式会社日立製作所 空気調和機
JPH02110255A (ja) 1988-10-18 1990-04-23 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP3757796B2 (ja) * 1999-03-17 2006-03-22 株式会社日立製作所 空気調和機及びそれに用いられる室外機
KR100482539B1 (ko) * 1999-10-18 2005-04-14 다이킨 고교 가부시키가이샤 냉동장치
JP3440910B2 (ja) 2000-02-17 2003-08-25 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
JP4403300B2 (ja) 2004-03-30 2010-01-27 日立アプライアンス株式会社 冷凍装置
US7143594B2 (en) * 2004-08-26 2006-12-05 Thermo King Corporation Control method for operating a refrigeration system
US20100192607A1 (en) * 2004-10-14 2010-08-05 Mitsubishi Electric Corporation Air conditioner/heat pump with injection circuit and automatic control thereof
JP4459776B2 (ja) * 2004-10-18 2010-04-28 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の室外機
JP4920432B2 (ja) * 2007-01-23 2012-04-18 三菱電機株式会社 空気調和システム
US20100251750A1 (en) * 2007-05-17 2010-10-07 Carrier Corporation Economized refrigerant system with flow control
US9587843B2 (en) * 2008-10-29 2017-03-07 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus and relay unit
CN102483250B (zh) * 2009-09-10 2014-08-27 三菱电机株式会社 空调装置
CN102597661B (zh) * 2009-10-28 2014-10-01 三菱电机株式会社 空调装置
WO2011125111A1 (ja) * 2010-04-05 2011-10-13 三菱電機株式会社 空調給湯複合システム
US20130061622A1 (en) * 2010-06-18 2013-03-14 Mitsubishi Electric Corporation Refrigerating and air-conditioning apparatus
JP5730335B2 (ja) * 2011-01-31 2015-06-10 三菱電機株式会社 空気調和装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03105156A (ja) * 1989-09-18 1991-05-01 Daikin Ind Ltd エコノマイザ付冷凍装置及びその運転制御方法
JP2008157550A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Samsung Electronics Co Ltd 空気調和機
JP2008215697A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 空気調和装置
JP2010071614A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Hitachi Appliances Inc 冷凍装置
JP2009270822A (ja) * 2009-08-21 2009-11-19 Mitsubishi Electric Corp ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の室外機
WO2012104893A1 (ja) * 2011-01-31 2012-08-09 三菱電機株式会社 空気調和装置
WO2013001572A1 (ja) * 2011-06-29 2013-01-03 三菱電機株式会社 空気調和装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022075358A1 (ja) 2020-10-06 2022-04-14 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 熱源機及びその制御方法
JP2022061250A (ja) * 2020-10-06 2022-04-18 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 熱源機及びその制御方法
JP7225178B2 (ja) 2020-10-06 2023-02-20 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 熱源機及びその制御方法

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