以下、本発明にかかる冷凍装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明にかかる冷凍装置の具体的な構成は、下記の実施形態およびその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
(1)冷凍装置の構成
図1は、本発明にかかる冷凍装置の一実施形態としての冷凍装置1の概略構成図である。図2は、冷凍装置1のブロック構成図である。冷凍装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の室内の冷暖房に使用される装置である。
冷凍装置1は、主として、1台の熱源ユニット2と、複数(ここでは、4台)の利用ユニット3a、3b、3c、3dと、各利用ユニット3a、3b、3c、3dに接続される接続ユニット4a、4b、4c、4dと、接続ユニット4a、4b、4c、4dを介して熱源ユニット2と利用ユニット3a、3b、3c、3dとを接続する冷媒連絡管7、8、9とを有している。すなわち、冷凍装置1の蒸気圧縮式の冷媒回路10は、熱源ユニット2と、利用ユニット3a、3b、3c、3dと、接続ユニット4a、4b、4c、4dと、冷媒連絡管7、8、9とが接続されることによって構成されている。そして、冷凍装置1は、各利用ユニット3a、3b、3c、3dが個別に冷房運転または暖房運転を行うことが可能になっており、暖房運転を行う利用ユニットから冷房運転を行う利用ユニットに冷媒を送ることで利用ユニット間において熱回収を行うこと(ここでは、冷房運転と暖房運転とを同時に行う冷暖同時運転を行うこと)が可能になるように構成されている。しかも、冷凍装置1では、上記の熱回収(冷暖同時運転)も考慮した複数の利用ユニット3a、3b、3c、3d全体の熱負荷に応じて、熱源ユニット2の熱負荷をバランスさせるように構成されている。
(1−1)利用ユニット
利用ユニット3a、3b、3c、3dは、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。利用ユニット3a、3b、3c、3dは、冷媒連絡管7、8、9および接続ユニット4a、4b、4c、4dを介して熱源ユニット2に接続されており、冷媒回路10の一部を構成している。
次に、利用ユニット3a、3b、3c、3dの構成について説明する。
なお、利用ユニット3aと利用ユニット3b、3c、3dとは同様の構成であるため、ここでは、利用ユニット3aの構成のみ説明し、利用ユニット3b、3c、3dの構成については、それぞれ、利用ユニット3aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに、「b」、「c」または「d」の添字を付して、各部の説明を省略する。
利用ユニット3aは、主として、冷媒回路10の一部を構成しており、利用側冷媒回路13a(利用ユニット3b、3c、3dでは、それぞれ、利用側冷媒回路13b、13c、13d)を有している。利用側冷媒回路13aは、主として、利用側流量調節弁51aと、利用側熱交換器52aとを有している。
利用側流量調節弁51aは、利用側熱交換器52aを流れる冷媒の流量の調節等を行うために、利用側熱交換器52aの液側に接続された開度調節が可能な電動膨張弁である。
利用側熱交換器52aは、冷媒と室内空気との熱交換を行うための機器であり、例えば、多数の伝熱管およびフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。ここで、利用ユニット3aは、ユニット内に室内空気を吸入して、熱交換した後に、供給空気として屋内に供給するための室内ファン53aを有しており、室内空気と利用側熱交換器32aを流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。室内ファン53aは、室内ファンモータ54aによって駆動される。
また、利用ユニット3aは、利用ユニット3aを構成する各部51a、54aの動作を制御する利用側制御部50aを有している。そして、利用側制御部50aは、利用ユニット3aの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリを有しており、リモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、熱源ユニット2との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
(1−2)熱源ユニット
熱源ユニット2は、ビル等の屋上等に設置されており、冷媒連絡管7、8、9を介して利用ユニット3a、3b、3c、3dに接続されており、利用ユニット3a、3b、3c、3dとの間で冷媒回路10を構成している。
次に、熱源ユニット2の構成について説明する。
熱源ユニット2は、主として、冷媒回路10の一部を構成しており、熱源側冷媒回路12を有している。熱源側冷媒回路12は、主として、圧縮機21と、複数(ここでは、2つ)の熱交切換機構22、23と、複数(ここでは、2つ)の熱源側熱交換器24、25と、2つの熱源側熱交換器24、25に対応する第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27と、レシーバ28と、ブリッジ回路29と、高低圧切換機構30と、液側閉鎖弁31と、高低圧ガス側閉鎖弁32と、低圧ガス側閉鎖弁33と、二重管熱交換器35と、補助熱源側熱交換器36と、補助膨張弁37と、過冷却膨張弁38とを有している。
圧縮機21は、ここでは、冷媒を圧縮するための機器であり、圧縮機モータ21aをインバータ制御するためのインバータ基板21bを有しており、運転容量を可変することが可能なスクロール型等の容積式圧縮機となっている。この圧縮機21のインバータ基板21bには、放熱フィン21cが設けられている。なお、この放熱フィン21cには、当該温度を検知するための放熱フィン温度センサ21dが設けられている。
第1熱交切換機構22は、第1熱源側熱交換器24を冷媒の凝縮器として機能させる場合(以下、「凝縮運転状態」とする)には圧縮機21の吐出側と第1熱源側熱交換器24のガス側とを接続し(図1の第1熱交切換機構22の実線を参照)、第1熱源側熱交換器24を冷媒の蒸発器として機能させる場合(以下、「蒸発運転状態」とする)には圧縮機21の吸入側と第1熱源側熱交換器24のガス側とを接続するように(図1の第1熱交切換機構22の破線を参照)、熱源側冷媒回路12内における冷媒の流路を切り換えることが可能な機器であり、例えば、四路切換弁からなる。
また、第2熱交切換機構23は、第2熱源側熱交換器25を冷媒の凝縮器として機能させる場合(以下、「凝縮運転状態」とする)には圧縮機21の吐出側と第2熱源側熱交換器25のガス側とを接続し(図1の第2熱交切換機構23の実線を参照)、第2熱源側熱交換器25を冷媒の蒸発器として機能させる場合(以下、「蒸発運転状態」とする)には圧縮機21の吸入側と第2熱源側熱交換器25のガス側とを接続するように(図1の第2熱交切換機構23の破線を参照)、熱源側冷媒回路12内における冷媒の流路を切り換えることが可能な機器であり、例えば、四路切換弁からなる。
そして、第1熱交切換機構22および第2熱交切換機構23の切り換え状態を変更することによって、第1熱源側熱交換器24および第2熱源側熱交換器25は、個別に冷媒の蒸発器または凝縮器として機能させる切り換えが可能になっている。
第1熱源側熱交換器24は、冷媒と室外空気との熱交換を行うための機器であり、例えば、多数の伝熱管およびフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。第1熱源側熱交換器24は、そのガス側が第1熱交切換機構22に接続され、その液側が第1熱源側流量調節弁26に接続されている。
また、第2熱源側熱交換器25は、冷媒と室外空気との熱交換を行うための機器であり、例えば、多数の伝熱管およびフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。第2熱源側熱交換器25は、そのガス側が第2熱交切換機構23に接続され、その液側が第2熱源側流量調節弁27に接続されている。
さらに、補助熱源側熱交換器36は、冷媒と室外空気との熱交換を行うための機器であり、例えば、多数の伝熱管およびフィンによって構成されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器からなる。補助熱源側熱交換器36のガス側は、圧縮機21の吐出冷媒が第2熱交切換機構23側と後述する高低圧切換機構30側とに分岐する部分よりも高低圧切換機構30側の位置に接続されている。補助熱源側熱交換器36の液側は、レシーバ出口管28bの途中のレシーバ28と過冷却熱交換器44との間に接続されている。この補助熱源側熱交換器36の液側には、通過する冷媒量を調節可能な補助膨張弁37が設けられている。ここで、補助膨張弁37は、開度調節が可能な電動膨張弁からなる。
ここでは、第1熱源側熱交換器24と第2熱源側熱交換器25と補助熱源側熱交換器36とが一体の熱源側熱交換器として構成されている。
そして、熱源ユニット2は、ユニット内に室外空気を吸入して、熱交換した後に、ユニット外に排出するための室外ファン34を有しており、室外空気と熱源側熱交換器24、25を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。室外ファン34は、回転数制御が可能な室外ファンモータ34aによって駆動される。
第1熱源側流量調節弁26は、第1熱源側熱交換器24を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、第1熱源側熱交換器24の液側に接続された開度調節が可能な電動膨張弁である。
また、第2熱源側流量調節弁27は、第2熱源側熱交換器25を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、第2熱源側熱交換器25の液側に接続された開度調節が可能な電動膨張弁である。
そして、補助膨張弁37は、補助熱源側熱交換器36を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、補助熱源側熱交換器36の液側に接続された開度調節が可能な電動膨張弁である。
レシーバ28は、熱源側熱交換器24、25と利用側冷媒回路13a、13b、13c、13dとの間を流れる冷媒を一時的に溜めるための容器である。レシーバ28の上部には、レシーバ入口管28aが設けられており、レシーバ28の下部には、レシーバ出口管28bが設けられている。また、レシーバ入口管28aには、開閉制御が可能なレシーバ入口開閉弁28cが設けられている。そして、レシーバ28のレシーバ入口管28aおよびレシーバ出口管28bは、ブリッジ回路29を介して、熱源側熱交換器24、25と液側閉鎖弁31との間に接続されている。
また、レシーバ28には、レシーバガス抜き管41が接続されている。レシーバガス抜き管41は、レシーバ入口管28aとは別にレシーバ28の上部から冷媒を抜き出すように設けられており、レシーバ28の上部と圧縮機21の吸入側とを接続している。レシーバガス抜き管41には、レシーバ28からガス抜きされる冷媒の流量の調節等を行うために、ガス抜き側流量調節機構としてのガス抜き側流量調節弁42が設けられている。ここで、ガス抜き側流量調節弁42は、開度調節が可能な電動膨張弁からなる。
また、レシーバ28には、レシーバ28内の液面がレシーバガス抜き管41を接続した位置よりも下方の所定高さまで達しているかどうかを検知するためのレシーバ液面検知管43が接続されている。ここで、レシーバ液面検知管43は、レシーバ28の高さ方向における中間付近の部分から冷媒を抜き出すように設けられている。そして、レシーバ液面検知管43は、キャピラリチューブ43aを介してレシーバガス抜き管41に合流している。ここで、レシーバ液面検知管43は、レシーバガス抜き管41のガス抜き側流量調節弁42が設けられている位置よりも上流側の部分に合流するように設けられている。さらに、レシーバガス抜き管41には、レシーバ液面検知管43が合流する位置よりも下流側に、レシーバガス抜き管41を流れる冷媒を加熱する二重管熱交換器35が設けられている。ここで、二重管熱交換器35は、圧縮機21から吐出されて高低圧切換機構30側に向かった後に補助熱源側熱交換器36に向けて流れる冷媒を加熱源としてレシーバガス抜き管41を流れる冷媒を加熱する熱交換器であり、例えば、補助熱源側熱交換器36に向けて伸びた冷媒配管とレシーバガス抜き管41とを接触させることによって構成される配管熱交換器からなる。なお、レシーバガス抜き管41のうち二重管熱交換器35を通過した後の冷媒の温度を検知するガス抜き側温度センサ75が、二重管熱交換器35の出口に設けられている。
レシーバ28に溜まった液冷媒を流すためのレシーバ出口管28bの途中には、過冷却熱交換器44が設けられている。レシーバ28と過冷却熱交換器44との間からは過冷却回路が分岐し、圧縮機21の吸入側に接続されている。この過冷却回路のうち、レシーバ出口管28bと過冷却熱交換器44との間には過冷却膨張弁38が設けられており、過冷却熱交換器44を通過してレシーバ出口管28bを流れる冷媒の過冷却度を調節することが可能になっている。なお、過冷却回路のうち過冷却熱交換器44の出口近傍には、通過する冷媒の温度を検知可能な過冷却センサ39が設けられており、これに応じて過冷却膨張弁38の弁開度が制御される。
ブリッジ回路29は、冷媒が熱源側熱交換器24、25側から液側閉鎖弁31側に向かって流れる場合、および、冷媒が液側閉鎖弁31側から熱源側熱交換器24、25側に向かって流れる場合のいずれにおいても、レシーバ入口管28aを通じてレシーバ28内に冷媒を流入させ、レシーバ出口管28bを通じてレシーバ28内から冷媒を流出させる機能を有する回路である。ブリッジ回路29は、4つの逆止弁29a、29b、29c、29dを有している。そして、入口逆止弁29aは、熱源側熱交換器24、25側からレシーバ入口管28aへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。入口逆止弁29bは、液側閉鎖弁31側からレシーバ入口管28aへの冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、入口逆止弁29a、29bは、熱源側熱交換器24、25側または液側閉鎖弁31側からレシーバ入口管28aに冷媒を流通させる機能を有している。出口逆止弁29cは、レシーバ出口管28bから液側閉鎖弁31側への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。出口逆止弁29dは、レシーバ出口管28bから熱源側熱交換器24、25側への冷媒の流通のみを許容する逆止弁である。すなわち、出口逆止弁29c、29dは、レシーバ出口管28bから熱源側熱交換器24、25側または液側閉鎖弁31側に冷媒を流通させる機能を有している。
高低圧切換機構30は、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を利用側冷媒回路13a、13b、13c、13dに送る場合(以下、「凝縮負荷主体運転状態」とする)には、圧縮機21の吐出側と高低圧ガス側閉鎖弁32とを接続し(図1の高低圧切換機構30の破線を参照)、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒を利用側冷媒回路13a、13b、13c、13dに送らない場合(以下、「蒸発負荷主体運転状態」とする)には、高低圧ガス側閉鎖弁32と圧縮機21の吸入側とを接続するように(図1の高低圧切換機構30の実線を参照)、熱源側冷媒回路12内における冷媒の流路を切り換えることが可能な機器であり、例えば、四路切換弁からなる。
液側閉鎖弁31、高低圧ガス側閉鎖弁32および低圧ガス側閉鎖弁33は、外部の機器・配管(具体的には、冷媒連絡管7、8および9)との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁31は、ブリッジ回路29を介してレシーバ入口管28aまたはレシーバ出口管28bに接続されている。高低圧ガス側閉鎖弁32は、高低圧切換機構30に接続されている。低圧ガス側閉鎖弁33は、圧縮機21の吸入側に接続されている。
また、熱源ユニット2には、各種のセンサが設けられている。
具体的には、過冷却回路のうち過冷却熱交換器44の出口近傍の冷媒の温度を検知する過冷却センサ39と、圧縮機21の吸入側における冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ71と、圧縮機21の吸入側における冷媒の温度を検出する吸入温度センサ72と、圧縮機21の吐出側における冷媒の温度を検出する吐出温度センサ73と、圧縮機21の吐出側における冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ74と、レシーバガス抜き管41を流れる冷媒の温度を検出するガス抜き側温度センサ75と、が設けられている。
また、熱源ユニット2は、熱源ユニット2を構成する各部21a、22、23、26、27、28c、30、34a、41の動作を制御する熱源側制御部20を有している。そして、熱源側制御部20は、熱源ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリを有しており、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側制御部50a、50b、50c、50dとの間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
(1−3)接続ユニット
接続ユニット4a、4b、4c、4dは、ビル等の室内に利用ユニット3a、3b、3c、3dとともに設置されている。接続ユニット4a、4b、4c、4dは、冷媒連絡管9、10、11とともに、利用ユニット3、4、5と熱源ユニット2との間に介在しており、冷媒回路10の一部を構成している。
次に、接続ユニット4a、4b、4c、4dの構成について説明する。
なお、接続ユニット4aと接続ユニット4b、4c、4dとは同様の構成であるため、ここでは、接続ユニット4aの構成のみ説明し、接続ユニット4b、4c、4dの構成については、それぞれ、接続ユニット4aの各部を示す符号の添字「a」の代わりに、「b」、「c」または「d」の添字を付して、各部の説明を省略する。
接続ユニット4aは、主として、冷媒回路10の一部を構成しており、接続側冷媒回路14a(接続ユニット4b、4c、4dでは、それぞれ、接続側冷媒回路14b、14c、14d)を有している。接続側冷媒回路14aは、主として、液接続管61aと、ガス接続管62aとを有している。
液接続管61aは、液冷媒連絡管7と利用側冷媒回路13aの利用側流量調節弁51aとを接続している。
ガス接続管62aは、高低圧ガス冷媒連絡管8に接続された高圧ガス接続管63aと、低圧ガス冷媒連絡管9に接続された低圧ガス接続管64aと、高圧ガス接続管63aと低圧ガス接続管64aとを合流させる合流ガス接続管65aとを有している。合流ガス接続管65aは、利用側冷媒回路13aの利用側熱交換器52aのガス側に接続されている。高圧ガス接続管63aには、開閉制御が可能な高圧ガス開閉弁66aが設けられており、低圧ガス接続管64aには、開閉制御が可能な低圧ガス開閉弁67aが設けられている。
そして、接続ユニット4aは、利用ユニット3aが冷房運転を行う際には、低圧ガス開閉弁67aを開けた状態にして、液冷媒連絡管7を通じて液接続管61aに流入する冷媒を利用側冷媒回路13aの利用側流量調節弁51aを通じて利用側熱交換器52aに送り、利用側熱交換器52aにおいて室内空気との熱交換によって蒸発した冷媒を、合流ガス接続管65aおよび低圧ガス接続管64aを通じて、低圧ガス冷媒連絡管9に戻すように機能することができる。
また、接続ユニット4aは、利用ユニット3aが暖房運転を行う際には、低圧ガス開閉弁67aを閉止し、かつ、高圧ガス開閉弁66aを開けた状態にして、高低圧ガス冷媒連絡管8を通じて高圧ガス接続管63aおよび合流ガス接続管65aに流入する冷媒を利用側冷媒回路13aの利用側熱交換器52aに送り、利用側熱交換器52aにおいて室内空気との熱交換によって凝縮した冷媒を、利用側流量調節弁51aおよび液接続管61aを通じて、液冷媒連絡管7に戻すように機能することができる。
この機能は、接続ユニット4aだけでなく、接続ユニット4b、4c、4dも同様に有しているため、接続ユニット4a、4b、4c、4dによって、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dは、個別に冷媒の蒸発器または凝縮器として機能させる切り換えが可能になっている。
また、接続ユニット4aは、接続ユニット4aを構成する各部66a、67aの動作を制御する接続側制御部60aを有している。そして、接続側制御部60aは、接続ユニット60aの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリを有しており、利用ユニット3aの利用側制御部50aとの間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
以上のように、利用側冷媒回路13a、13b、13c、13dと、熱源側冷媒回路12と、冷媒連絡管7、8、9と、接続側冷媒回路14a、14b、14c、14dとが接続されて、冷凍装置1の冷媒回路10が構成されている。そして、冷凍装置1では、圧縮機21と、熱源側熱交換器24、25と、レシーバ28と、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dと、レシーバ28の上部と圧縮機21の吸入側とを接続するレシーバガス抜き管41とを含む冷媒回路を有する冷凍装置を構成している。
(2)冷凍装置の動作
次に、冷凍装置1の動作について説明する。
冷凍装置1の冷凍サイクル運転としては、冷房運転と、暖房運転と、冷暖同時運転(蒸発負荷主体)と、冷暖同時運転(凝縮負荷主体)とがある。
ここで、冷房運転は、冷房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う利用ユニットだけが存在し、利用ユニット全体の蒸発負荷に対して熱源側熱交換器24、25を冷媒の凝縮器として機能させる運転である。
暖房運転は、暖房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の凝縮器として機能する運転)を行う利用ユニットだけが存在し、利用ユニット全体の凝縮負荷に対して熱源側熱交換器24、25を冷媒の蒸発器として機能させる運転である。
冷暖同時運転(蒸発負荷主体)は、冷房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う利用ユニットと暖房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の凝縮器として機能する運転)を行う利用ユニットとが混在し、利用ユニット全体の熱負荷が蒸発負荷主体である場合に、この利用ユニット全体の蒸発負荷に対して熱源側熱交換器24、25を冷媒の凝縮器として機能させる運転である。
冷暖同時運転(凝縮負荷主体)は、冷房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う利用ユニットと暖房運転(すなわち、利用側熱交換器が冷媒の凝縮器として機能する運転)を行う利用ユニットとが混在し、利用ユニット全体の熱負荷が凝縮負荷主体である場合に、この利用ユニット全体の凝縮負荷に対して熱源側熱交換器24、25を冷媒の蒸発器として機能させる運転である。
なお、これらの冷凍サイクル運転を含む冷凍装置1の動作は、上記の制御部20、50a、50b、50c、50d、60a、60b、60c、60dによって行われる。
(2−1)冷房運転
冷房運転の際、例えば、利用ユニット3a、3b、3c、3dの全てが冷房運転(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てが冷媒の蒸発器として機能する運転)を行い、熱源側熱交換器24、25が冷媒の凝縮器として機能する際、冷凍装置1の冷媒回路10は、図3に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図3の冷媒回路10に付された矢印を参照)。
具体的には、熱源ユニット2においては、第1熱交切換機構22を凝縮運転状態(図3の第1熱交切換機構22の実線で示された状態)に切り換え、第2熱交切換機構23を凝縮運転状態(図3の第2熱交切換機構23の実線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器24、25を冷媒の凝縮器として機能させるようになっている。また、高低圧切換機構30を蒸発負荷主体運転状態(図3の高低圧切換機構30の実線で示された状態)に切り換えている。また、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27は、開度調節され、レシーバ入口開閉弁28cは、開状態になっている。さらに、補助膨張弁37を開度調節することによって、補助熱源側熱交換器36における冷媒の流量を調節することが可能になっている。また、ガス抜き側温度センサ75の検知値に基づいて湿り冷媒が圧縮機21に吸入されることを抑制するようにガス抜き側流量調節機構としてのガス抜き側流量調節弁42を開度が調節されることで、二重管熱交換器35における熱交換量を調節することが可能になっており、レシーバガス抜き管41を通じてレシーバ28からガス冷媒を圧縮機21の吸入側に抜き出される冷媒の量が調節されている。また、過冷却センサ39の検知温度に基づいて過冷却膨張弁38を開度調節することによって、レシーバ出口管28bの過冷却熱交換器44の出口を流れる冷媒の過冷却度を調節することが可能になっている。接続ユニット4a、4b、4c、4dにおいては、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、66d、および、低圧ガス開閉弁67a、67b、67c、67dを開状態にすることによって、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てを冷媒の蒸発器として機能させるとともに、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てと熱源ユニット2の圧縮機21の吸入側とが高低圧ガス冷媒連絡管8および低圧ガス冷媒連絡管9を介して接続された状態になっている。利用ユニット3a、3b、3c、3dにおいては、利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dは、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの出口を流れる冷媒の過熱度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。
このような冷媒回路10において、圧縮機21で圧縮され吐出された高圧のガス冷媒は、一部が熱交切換機構22、23を通じて熱源側熱交換器24、25に送られ、他の一部が二重管熱交換器35を通じて補助熱源側熱交換器36に送られる。そして、熱源側熱交換器24、25に送られた高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器24、25において、室外ファン34によって供給される熱源としての室外空気と熱交換を行うことによって凝縮する。そして、熱源側熱交換器24、25において凝縮した冷媒は、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27において流量調節された後、合流して、入口逆止弁29aおよびレシーバ入口開閉弁28cを通じて、レシーバ28に送られる。そして、レシーバ28に送られた冷媒は、レシーバ28内に一時的に溜められて気液分離された後、ガス冷媒は、レシーバガス抜き管41を通じて二重管熱交換器35において熱交換した後に圧縮機21の吸入側に抜き出され、液冷媒は、レシーバ出口管28bを通過し、出口逆止弁29cおよび液側閉鎖弁31を通じて、液冷媒連絡管7に送られる。なお、二重管熱交換器35と補助熱源側熱交換器36において凝縮した冷媒は、レシーバ出口管28bの途中において合流する。
そして、液冷媒連絡管7に送られた冷媒は、4つに分岐されて、各接続ユニット4a、4b、4c、4dの液接続管61a、61b、61c、61dに送られる。そして、液接続管61a、61b、61c、61dに送られた冷媒は、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dに送られる。
そして、利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dに送られた冷媒は、利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dにおいて流量調節された後、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて、室内ファン53a、53b、53c、53dによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって蒸発して低圧のガス冷媒となる。一方、室内空気は、冷却されて室内に供給されて、利用ユニット3a、3b、3c、3dの冷房運転が行われる。そして、低圧のガス冷媒は、接続ユニット4a、4b、4c、4dの合流ガス接続管65a、65b、65c、65dに送られる。
そして、合流ガス接続管65a、65b、65c、65dに送られた低圧のガス冷媒は、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、66dおよび高圧ガス接続管63a、63b、63c、63dを通じて、高低圧ガス冷媒連絡管8に送られて合流するとともに、低圧ガス開閉弁67a、67b、67c、67dおよび低圧ガス接続管64a、64b、64c、64dを通じて、低圧ガス冷媒連絡管9に送られて合流する。
そして、ガス冷媒連絡管8、9に送られた低圧のガス冷媒は、ガス側閉鎖弁32、33および高低圧切換機構30を通じて、圧縮機21の吸入側に戻される。
このようにして、冷房運転における動作が行われる。
なお、冷房運転においては、圧縮機は、冷媒の蒸発器として機能している全ての利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおける冷房負荷を処理することができるように目標蒸発温度が定められ、当該目標蒸発温度を実現できるように周波数や利用側流量調節弁51a−dの弁開度が制御されている。ここでは、負荷を処理するための制御ロジックは、特に限定されないが、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dそれぞれが設けられているエリアの設定温度と各エリアの現在の温度と差を小さくするように熱源側制御部20が圧縮機21の周波数や利用側流量調節弁51a−dの弁開度の制御を行うことができる。
また、利用ユニット3a、3b、3c、3dのいくつかが冷房運転(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dのいくつかが冷媒の蒸発器として機能する運転)を行う等によって、利用側熱交換器52a、52b、52c、52d全体の蒸発負荷が小さくなる場合には、熱源側熱交換器24、25の一方(例えば、第1熱源側熱交換器24)だけを冷媒の凝縮器として機能させる運転が行われる。
(2−2)暖房運転
暖房運転の際、例えば、利用ユニット3a、3b、3c、3dの全てが暖房運転(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てが冷媒の凝縮器として機能する運転)を行い、熱源側熱交換器24、25が冷媒の蒸発器として機能する際、冷凍装置1の冷媒回路10は、図4に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図4の冷媒回路10に付された矢印を参照)。
具体的には、熱源ユニット2においては、第1熱交切換機構22を蒸発運転状態(図4の第1熱交切換機構22の破線で示された状態)に切り換え、第2熱交切換機構23を蒸発運転状態(図4の第2熱交切換機構23の破線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器24、25を冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。また、高低圧切換機構30を凝縮負荷主体運転状態(図4の高低圧切換機構30の破線で示された状態)に切り換えている。また、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27は、開度調節され、レシーバ入口開閉弁28cは、開状態になっている。さらに、補助膨張弁37を開度調節することによって、補助熱源側熱交換器36における冷媒の流量を調節することが可能になっている。また、ガス抜き側温度センサ75の検知値に基づいて湿り冷媒が圧縮機21に吸入されることを抑制するようにガス抜き側流量調節機構としてのガス抜き側流量調節弁42を開度が調節されることで、二重管熱交換器35における熱交換量を調節することが可能になっており、レシーバガス抜き管41を通じてレシーバ28からガス冷媒を圧縮機21の吸入側に抜き出される冷媒の量が調節されている。また、過冷却センサ39の検知温度に基づいて過冷却膨張弁38を開度調節することによって、レシーバ出口管28bの過冷却熱交換器44の出口を流れる冷媒の過冷却度を調節することが可能になっている。接続ユニット4a、4b、4c、4dにおいては、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、66dを開状態にし、低圧ガス開閉弁67a、67b、67c、67dを閉状態にすることによって、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てを冷媒の凝縮器として機能させるとともに、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの全てと熱源ユニット2の圧縮機21の吐出側とが高低圧ガス冷媒連絡管8を介して接続された状態になっている。利用ユニット3a、3b、3c、3dにおいては、利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dは、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dの出口を流れる冷媒の過冷却度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。
このような冷媒回路10において、圧縮機21で圧縮され吐出された高圧のガス冷媒は、一部が高低圧切換機構30および高低圧ガス側閉鎖弁32を通じて高低圧ガス冷媒連絡管8に送られ、他の一部が二重管熱交換器35を通じて補助熱源側熱交換器36に送られる。
そして、高低圧ガス冷媒連絡管8に送られた高圧のガス冷媒は、4つに分岐されて、各接続ユニット4a、4b、4c、4dの高圧ガス接続管63a、63b、63c、63dに送られる。高圧ガス接続管63a、63b、63c、63dに送られた高圧のガス冷媒は、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、66dおよび合流ガス接続管65a、65b、65c、65dを通じて、利用ユニット3a、3b、3c、3dの利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られる。
そして、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dに送られた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて、室内ファン53a、53b、53c、53dによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって凝縮する。一方、室内空気は、加熱されて室内に供給されて、利用ユニット3a、3b、3c、3dの暖房運転が行われる。利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおいて凝縮した冷媒は、利用側流量調節弁51a、51b、51c、51dにおいて流量調節された後、接続ユニット4a、4b、4c、4dの液接続管61a、61b、61c、61dに送られる。
そして、液接続管61a、61b、61c、61dに送られた冷媒は、液冷媒連絡管7に送られて合流する。
そして、液冷媒連絡管7に送られた冷媒は、液側閉鎖弁31、入口逆止弁29bおよびレシーバ入口開閉弁28cを通じて、レシーバ28に送られる。レシーバ28に送られた冷媒は、レシーバ28内に一時的に溜められて気液分離された後、ガス冷媒は、レシーバガス抜き管41を通じて二重管熱交換器35において熱交換した後に圧縮機21の吸入側に抜き出され、液冷媒は、レシーバ出口管28bを通過し、出口逆止弁29dを通じて、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27の両方に送られる。
なお、二重管熱交換器35と補助熱源側熱交換器36において凝縮した冷媒は、レシーバ出口管28bの途中において合流する。
そして、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27に送られた冷媒は、第1熱源側流量調節弁26および第2熱源側流量調節弁27において流量調節された後、熱源側熱交換器24、25において、室外ファン34によって供給される室外空気と熱交換を行うことによって蒸発して低圧のガス冷媒になり、熱交切換機構22、23に送られる。そして、熱交切換機構22、23に送られた低圧のガス冷媒は、合流して、圧縮機21の吸入側に戻される。
このようにして、暖房運転における動作が行われる。
なお、暖房運転においては、圧縮機は、冷媒の凝縮器として機能している全ての利用側熱交換器52a、52b、52c、52dにおける暖房負荷を処理することができるように目標凝縮温度が定められ、当該目標凝縮温度を実現できるように周波数や利用側流量調節弁51a−dの弁開度が制御されている。ここでは、負荷を処理するための制御ロジックは、特に限定されないが、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dそれぞれが設けられているエリアの設定温度と各エリアの現在の温度と差を小さくするように熱源側制御部20が圧縮機21の周波数や利用側流量調節弁51a−dの弁開度の制御を行うことができる。
また、利用ユニット3a、3b、3c、3dのいくつかが暖房運転(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dのいくつかが冷媒の凝縮器として機能する運転)を行う等によって、利用側熱交換器52a、52b、52c、52d全体の凝縮負荷が小さくなる場合には、熱源側熱交換器24、25の一方(例えば、第1熱源側熱交換器24)だけを冷媒の蒸発器として機能させる運転が行われる。
(2−3)冷暖同時運転(蒸発負荷主体)
冷暖同時運転(蒸発負荷主体)の際、例えば、利用ユニット3a、3b、3cが冷房運転し、かつ、利用ユニット3dが暖房運転し(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52cが冷媒の蒸発器として機能し、かつ、利用側熱交換器52dが冷媒の凝縮器として機能する運転)を行い、第1熱源側熱交換器24が冷媒の凝縮器として機能する際、冷凍装置1の冷媒回路10は、図5に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図5の冷媒回路10に付された矢印を参照)。
具体的には、熱源ユニット2においては、第1熱交切換機構22を凝縮運転状態(図5の第1熱交切換機構22の実線で示された状態)に切り換えることによって、第1熱源側熱交換器24だけを冷媒の凝縮器として機能させるようになっている。また、高低圧切換機構30を凝縮負荷主体運転状態(図5の高低圧切換機構30の破線で示された状態)に切り換えている。また、第1熱源側流量調節弁26は、開度調節され、第2熱源側流量調節弁27は、閉状態になっており、レシーバ入口開閉弁28cは、開状態になっている。さらに、補助膨張弁37を開度調節することによって、補助熱源側熱交換器36における冷媒の流量を調節することが可能になっている。また、ガス抜き側温度センサ75の検知値に基づいて湿り冷媒が圧縮機21に吸入されることを抑制するようにガス抜き側流量調節機構としてのガス抜き側流量調節弁42を開度が調節されることで、二重管熱交換器35における熱交換量を調節することが可能になっており、レシーバガス抜き管41を通じてレシーバ28からガス冷媒を圧縮機21の吸入側に抜き出される冷媒の量が調節されている。また、過冷却センサ39の検知温度に基づいて過冷却膨張弁38を開度調節することによって、レシーバ出口管28bの過冷却熱交換器44の出口を流れる冷媒の過冷却度を調節することが可能になっている。接続ユニット4a、4b、4c、4dにおいては、高圧ガス開閉弁66d、および、低圧ガス開閉弁67a、67b、67cを開状態にし、かつ、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、および、低圧ガス開閉弁67dを閉状態にすることによって、利用ユニット3a、3b、3cの利用側熱交換器52a、52b、52cを冷媒の蒸発器として機能させ、かつ、利用ユニット3dの利用側熱交換器52dを冷媒の凝縮器として機能させるとともに、利用ユニット3a、3b、3cの利用側熱交換器52a、52b、52cと熱源ユニット2の圧縮機21の吸入側とが低圧ガス冷媒連絡管9を介して接続された状態になり、かつ、利用ユニット3dの利用側熱交換器52dと熱源ユニット2の圧縮機21の吐出側とが高低圧ガス冷媒連絡管8を介して接続された状態になっている。利用ユニット3a、3b、3cにおいては、利用側流量調節弁51a、51b、51cは、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52cの出口を流れる冷媒の過熱度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。また、利用ユニット3dにおいては、利用側流量調節弁51dは、例えば、利用側熱交換器52dの出口を流れる冷媒の過冷却度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。
このような冷媒回路10において、圧縮機21で圧縮され吐出された高圧のガス冷媒は、その一部の冷媒が高低圧切換機構30および高低圧ガス側閉鎖弁32を通じて高低圧ガス冷媒連絡管8に送られ、他の一部の冷媒が第1熱交切換機構22を通じて第1熱源側熱交換器24に送られ、残りの冷媒が二重管熱交換器35を通じて補助熱源側熱交換器36に送られる。
そして、高低圧ガス冷媒連絡管8に送られた高圧のガス冷媒は、接続ユニット4dの高圧ガス接続管63dに送られる。高圧ガス接続管63dに送られた高圧のガス冷媒は、高圧ガス開閉弁66dおよび合流ガス接続管65dを通じて、利用ユニット3dの利用側熱交換器52dに送られる。
そして、利用側熱交換器52dに送られた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器52dにおいて、室内ファン53dによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって凝縮する。一方、室内空気は、加熱されて室内に供給されて、利用ユニット3dの暖房運転が行われる。利用側熱交換器52dにおいて凝縮した冷媒は、利用側流量調節弁51dにおいて流量調節された後、接続ユニット4dの液接続管61dに送られる。
また、第1熱源側熱交換器24に送られた高圧のガス冷媒は、第1熱源側熱交換器24において、室外ファン34によって供給される熱源としての室外空気と熱交換を行うことによって凝縮する。そして、第1熱源側熱交換器24において凝縮した冷媒は、第1熱源側流量調節弁26において流量調節された後、入口逆止弁29aおよびレシーバ入口開閉弁28cを通じて、レシーバ28に送られる。そして、レシーバ28に送られた冷媒は、レシーバ28内に一時的に溜められて気液分離された後、ガス冷媒は、レシーバガス抜き管41を通じて二重管熱交換器35において熱交換した後に圧縮機21の吸入側に抜き出され、液冷媒は、レシーバ出口管28bを通過し、出口逆止弁29cおよび液側閉鎖弁31を通じて、液冷媒連絡管7に送られる。なお、二重管熱交換器35と補助熱源側熱交換器36において凝縮した冷媒は、レシーバ出口管28bの途中において合流する。
そして、利用側熱交換器52dにおいて凝縮して液接続管61dに送られた冷媒は、液冷媒連絡管7に送られて、第1熱源側熱交換器24において凝縮して液冷媒連絡管7に送られた冷媒と合流する。
そして、液冷媒連絡管7において合流した冷媒は、3つに分岐されて、各接続ユニット4a、4b、4cの液接続管61a、61b、61cに送られる。そして、液接続管61a、61b、61cに送られた冷媒は、利用ユニット3a、3b、3cの利用側流量調節弁51a、51b、51cに送られる。
そして、利用側流量調節弁51a、51b、51cに送られた冷媒は、利用側流量調節弁51a、51b、51cにおいて流量調節された後、利用側熱交換器52a、52b、52cにおいて、室内ファン53a、53b、53cによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって蒸発して低圧のガス冷媒となる。一方、室内空気は、冷却されて室内に供給されて、利用ユニット3a、3b、3cの冷房運転が行われる。そして、低圧のガス冷媒は、接続ユニット4a、4b、4cの合流ガス接続管65a、65b、65cに送られる。
そして、合流ガス接続管65a、65b、65cに送られた低圧のガス冷媒は、低圧ガス開閉弁67a、67b、67cおよび低圧ガス接続管64a、64b、64cを通じて、低圧ガス冷媒連絡管9に送られて合流する。
そして、低圧ガス冷媒連絡管9に送られた低圧のガス冷媒は、ガス側閉鎖弁33を通じて、圧縮機21の吸入側に戻される。
このようにして、冷暖同時運転(蒸発負荷主体)における動作が行われる。
なお、冷暖同時運転(蒸発負荷主体)においては、圧縮機は、冷媒の蒸発器として機能している全ての利用側熱交換器52a、52b、52cにおける冷房負荷を処理することができるように目標蒸発温度が定められ、かつ、冷媒の凝縮器として機能している全ての利用側熱交換器52dにおける暖房負荷を処理することができるように目標凝縮温度が定められ、目標蒸発温度と目標凝縮温度を両方実現できるように周波数や利用側流量調節弁51a−dや第1熱源側流量調節弁26や第2熱源側流量調節弁27の弁開度が制御されている。ここでは、負荷を処理するための制御ロジックは、特に限定されないが、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dそれぞれが設けられているエリアの設定温度と各エリアの現在の温度と差を小さくするように熱源側制御部20が圧縮機21の周波数や利用側流量調節弁51a−dや第1熱源側流量調節弁26や第2熱源側流量調節弁27の弁開度の制御を行うことができる。
また、冷房運転を行う利用ユニット(すなわち、冷媒の蒸発器として機能する利用側熱交換器)の数が少なくなる等によって、利用側熱交換器52a、52b、52c、52d全体の蒸発負荷が小さくなる場合には、第2熱源側熱交換器25を冷媒の蒸発器として機能させることで、第1熱源側熱交換器24の凝縮負荷と第2熱源側熱交換器25との蒸発負荷とを相殺して熱源側熱交換器24、25全体の凝縮負荷を小さくする運転が行われる。
(2−4)冷暖同時運転(凝縮負荷主体)
冷暖同時運転(凝縮負荷主体)の際、例えば、利用ユニット3a、3b、3cが暖房運転し、かつ、利用ユニット3dが冷房運転し(すなわち、利用側熱交換器52a、52b、52cが冷媒の凝縮器として機能し、かつ、利用側熱交換器52dが冷媒の蒸発器として機能する運転)を行い、第1熱源側熱交換器24だけが冷媒の蒸発器として機能する際、冷凍装置1の冷媒回路10は、図6に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図6の冷媒回路10に付された矢印を参照)。
具体的には、熱源ユニット2においては、第1熱交切換機構22を蒸発運転状態(図6の第1熱交切換機構22の破線で示された状態)に切り換えることによって、第1熱源側熱交換器24だけを冷媒の蒸発器として機能させるようになっている。また、高低圧切換機構30を凝縮負荷主体運転状態(図6の高低圧切換機構30の破線で示された状態)に切り換えている。また、第1熱源側流量調節弁26は、開度調節され、第2熱源側流量調節弁27は、閉状態になっており、レシーバ入口開閉弁28cは、開状態になっている。さらに、補助膨張弁37を開度調節することによって、補助熱源側熱交換器36における冷媒の流量を調節することが可能になっている。また、ガス抜き側温度センサ75の検知値に基づいて湿り冷媒が圧縮機21に吸入されることを抑制するようにガス抜き側流量調節機構としてのガス抜き側流量調節弁42を開度が調節されることで、二重管熱交換器35における熱交換量を調節することが可能になっており、レシーバガス抜き管41を通じてレシーバ28からガス冷媒を圧縮機21の吸入側に抜き出される冷媒の量が調節されている。また、過冷却センサ39の検知温度に基づいて過冷却膨張弁38を開度調節することによって、レシーバ出口管28bの過冷却熱交換器44の出口を流れる冷媒の過冷却度を調節することが可能になっている。接続ユニット4a、4b、4c、4dにおいては、高圧ガス開閉弁66a、66b、66c、および、低圧ガス開閉弁67dを開状態にし、かつ、高圧ガス開閉弁66d、および、低圧ガス開閉弁67a、67b、67cを閉状態にすることによって、利用ユニット3a、3b、3cの利用側熱交換器52a、52b、52cを冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、利用ユニット3dの利用側熱交換器52dを冷媒の蒸発器として機能させるとともに、利用ユニット3dの利用側熱交換器52dと熱源ユニット2の圧縮機21の吸入側とが低圧ガス冷媒連絡管9を介して接続された状態になり、かつ、利用ユニット3a、3b、3cの利用側熱交換器52a、52b、52cと熱源ユニット2の圧縮機21の吐出側とが高低圧ガス冷媒連絡管8を介して接続された状態になっている。利用ユニット3a、3b、3cにおいては、利用側流量調節弁51a、51b、51cは、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52cの出口を流れる冷媒の過冷却度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。また、利用ユニット3dにおいては、利用側流量調節弁51dは、例えば、利用側熱交換器52dの出口を流れる冷媒の過熱度が所定の値になるように、熱源側制御部20によって開度調節されている。
このような冷媒回路10において、圧縮機21で圧縮され吐出された高圧のガス冷媒は、一部の冷媒が高低圧切換機構30および高低圧ガス側閉鎖弁32を通じて高低圧ガス冷媒連絡管8に送られ、他の一部が二重管熱交換器35を通じて補助熱源側熱交換器36に送られる。
そして、高低圧ガス冷媒連絡管8に送られた高圧のガス冷媒は、3つに分岐されて、各接続ユニット4a、4b、4cの高圧ガス接続管63a、63b、63cに送られる。高圧ガス接続管63a、63b、63cに送られた高圧のガス冷媒は、高圧ガス開閉弁66a、66b、66cおよび合流ガス接続管65a、65b、65cを通じて、利用ユニット3a、3b、3cの利用側熱交換器52a、52b、52cに送られる。
そして、利用側熱交換器52a、52b、52cに送られた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器52a、52b、52cにおいて、室内ファン53a、53b、53cによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって凝縮する。一方、室内空気は、加熱されて室内に供給されて、利用ユニット3a、3b、3cの暖房運転が行われる。利用側熱交換器52a、52b、52cにおいて凝縮した冷媒は、利用側流量調節弁51a、51b、51cにおいて流量調節された後、接続ユニット4a、4b、4cの液接続管61a、61b、61cに送られる。
そして、液接続管61a、61b、61c、61dに送られた冷媒は、液冷媒連絡管7に送られて合流する。
液冷媒連絡管7において合流した冷媒は、その一部が、接続ユニット4dの液接続管61dに送られ、残りが、液側閉鎖弁31、入口逆止弁29bおよびレシーバ入口開閉弁28cを通じて、レシーバ28に送られる。
そして、接続ユニット4dの液接続管61dに送られた冷媒は、利用ユニット3dの利用側流量調節弁51dに送られる。
そして、利用側流量調節弁51dに送られた冷媒は、利用側流量調節弁51dにおいて流量調節された後、利用側熱交換器52dにおいて、室内ファン53dによって供給される室内空気と熱交換を行うことによって蒸発して低圧のガス冷媒となる。一方、室内空気は、冷却されて室内に供給されて、利用ユニット3dの冷房運転が行われる。そして、低圧のガス冷媒は、接続ユニット4dの合流ガス接続管65dに送られる。
そして、合流ガス接続管65dに送られた低圧のガス冷媒は、低圧ガス開閉弁67dおよび低圧ガス接続管64dを通じて、低圧ガス冷媒連絡管9に送られる。
そして、低圧ガス冷媒連絡管9に送られた低圧のガス冷媒は、ガス側閉鎖弁33を通じて、圧縮機21の吸入側に戻される。
また、レシーバ28に送られた冷媒は、レシーバ28内に一時的に溜められて気液分離された後、ガス冷媒は、レシーバガス抜き管41を通じて二重管熱交換器35において熱交換した後に圧縮機21の吸入側に抜き出され、液冷媒は、レシーバ出口管28bを通過し、出口逆止弁29dを通じて、第1熱源側流量調節弁26に送られる。なお、二重管熱交換器35と補助熱源側熱交換器36において凝縮した冷媒は、レシーバ出口管28bの途中において合流する。そして、第1熱源側流量調節弁26に送られた冷媒は、第1熱源側流量調節弁26において流量調節された後、第1熱源側熱交換器24において、室外ファン34によって供給される室外空気と熱交換を行うことによって蒸発して低圧のガス冷媒になり、第1熱交切換機構22に送られる。そして、第1熱交切換機構22に送られた低圧のガス冷媒は、低圧ガス冷媒連絡管9およびガス側閉鎖弁33を通じて圧縮機21の吸入側に戻される低圧のガス冷媒と合流して、圧縮機21の吸入側に戻される。
このようにして、冷暖同時運転(凝縮負荷主体)における動作が行われる。
なお、冷暖同時運転(凝縮負荷主体)においては、圧縮機は、冷媒の凝縮器として機能している全ての利用側熱交換器52a、52b、52cにおける暖房負荷を処理することができるように目標凝縮温度が定められ、かつ、冷媒の蒸発器として機能している全ての利用側熱交換器52dにおける冷房負荷を処理することができるように目標蒸発温度が定められ、目標凝縮温度と目標蒸発温度を両方実現できるように周波数や利用側流量調節弁51a−dや第1熱源側流量調節弁26や第2熱源側流量調節弁27の弁開度が制御されている。ここでは、負荷を処理するための制御ロジックは、特に限定されないが、例えば、利用側熱交換器52a、52b、52c、52dそれぞれが設けられているエリアの設定温度と各エリアの現在の温度と差を小さくするように熱源側制御部20が圧縮機21の周波数や利用側流量調節弁51a−dや第1熱源側流量調節弁26や第2熱源側流量調節弁27の弁開度の制御を行うことができる。
また、暖房運転を行う利用ユニット(すなわち、冷媒の凝縮器として機能する利用側熱交換器)の数が少なくなる等によって、利用側熱交換器52a、52b、52c、52d全体の凝縮負荷が小さくなる場合には、第2熱源側熱交換器25を冷媒の凝縮器として機能させることで、第1熱源側熱交換器24の蒸発負荷と第2熱源側熱交換器25との凝縮負荷とを相殺して熱源側熱交換器24、25全体の蒸発負荷を小さくする運転が行われる。
(3)圧縮機21の信頼性を確保するための制御
上記のように圧縮機1は、熱源側制御部20によって各種負荷を処理するための通常制御が行われている。
ここで、圧縮機1は、このような負荷処理制御(通常制御)と同時に、過渡的な負荷変動時(例えば、起動時やデフロスト運転後の復帰時等)であっても圧縮機1の信頼性が損なわれるような運転を抑制させることを目的として、停止制御、垂下制御、および、保護制御の3種類の信頼性を確保するための制御が熱源側制御部20によって行われている。
以下、各制御について、図7のフローチャートを参照しながらそれぞれ説明する。
(3−1)停止制御
熱源側制御部20は、各種負荷処理制御が行われている際に(ステップS10)、圧縮機21の吐出冷媒温度が所定の異常高温を超えた場合、吐出冷媒圧力が所定の異常高圧を超えた場合、吸入冷媒圧力が所定の異常低圧を下回った場合、および、吸入冷媒温度が所定の異常低温を下回った場合等のような所定の異常条件を満たした場合に(ステップS11で「Yes」)、圧縮機21を保護する観点から、その駆動を強制的に停止させる停止制御を行う(ステップS12)。
なお、異常条件を満たさない場合には、各種負荷処理制御を続けつつ、続いて必要に応じて垂下制御や保護制御が行われる。
(3−2)垂下制御
熱源側制御部20は、各種負荷処理制御が行われている際に、圧縮機21の吐出冷媒温度が所定の垂下開始温度に達するという垂下条件を満たし場合に(ステップS13で「Yes」)、圧縮機21を異常停止させるような状況にさせないようにするため、その駆動周波数を一定の割合で大幅に低下させていく垂下制御を行う(ステップS14)。なお、垂下制御を行っている状況において、圧縮機21の吐出冷媒温度が所定の垂下終了温度を下回るという垂下終了条件を満たした場合には(ステップS15で「Yes」)、垂下制御を終了し、上述の負荷処理制御に復帰する(ステップS10)。
ここで、垂下開始温度とは、上述の停止制御における判断基準である所定の異常高温よりも低い温度である。垂下終了温度とは、上述の垂下開始温度よりも低い温度である。
また、垂下制御を行う際の一定の割合で駆動周波数を低下させる態様としては、特に限定されるものではないが、例えば、毎分所定の周波数分だけ低下させていくような制御であってよい。
なお、垂下条件を満たさない場合には、各種負荷処理制御を続けつつ、続いて必要に応じて保護制御が行われる。
(3−3)保護制御
熱源側制御部20は、停止制御や垂下制御をできるだけ開始させないようにするために、様々な因子に基づいた保護条件を判断し(ステップS16)、保護条件を満たした場合に圧縮機21の保護制御を行う(ステップS17)。
保護制御が開始されると、熱源側制御部20は、垂下制御が開始された場合の圧縮機21の駆動周波数の低下程度よりもより穏やかな低下程度となるように、圧縮機21の駆動周波数を少しずつ低下させる(ステップS17)。
具体的には、熱源側制御部20は、7つの因子を所定時間間隔(例えば、20秒毎)に観察しながら、これらの7つの因子のうちで1つでも当該因子毎に予め定められた保護条件を満たしたものが生じると、当該因子毎に予め定められた保護終了条件を満たすまで、圧縮機21の駆動周波数を穏やかな低下速度で低下させる。この保護条件は、7つの因子それぞれについて、停止制御や垂下制御をできるだけ開始させないようにする値として予め定められている。
ここでの7つの因子としては、冷媒回路10の制御用偏差と、冷媒回路10の凝縮温度関係値と、冷媒回路10の蒸発温度関係値と、圧縮機21の吐出冷媒温度関係値と、圧縮機21における圧縮比関係値と、圧縮機21のインバータ基板21bの回路を流れる電流値と、圧縮機21のインバータ基板20に設けられた放熱フィン21cの温度と、が含まれる。
なお、冷媒回路10の制御用偏差は、目標凝縮温度と現在の室温との差分に所定の第2重み付け係数を乗じて得られる値から、目標蒸発温度と現在の室温との差分に所定の第1重み付け係数を乗じて得られる値を差し引いて得られる値であり、例えば、この値が所定値以上になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。冷媒回路10の凝縮温度関係値は、目標凝縮温度から現在の凝縮温度を差し引いて得られる値であり、例えば、この値が所定値以上になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。冷媒回路10の蒸発温度関係値は、現在の蒸発温度から目標蒸発温度を差し引いて得られる値であり、例えば、この値が所定値以下になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。圧縮機21の吐出冷媒温度関係値は、垂下開始温度から現在の吐出冷媒温度を差し引いて得られる値であり、例えば、この値が所定値以下になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。圧縮機21における圧縮比関係値は、圧縮比保護目標値から現在の圧縮比を差し引いて得られる値であり、例えば、この値が所定値以下になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。なお、圧縮機21のインバータ基板21bの回路を流れる電流値については、所定値以上になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよく、圧縮機21のインバータ基板20に設けられた放熱フィン21cの温度については所定温度以上になった場合等に当該因子についての保護条件を満たすことにしてもよい。
このうち、例えば、圧縮機21の吐出冷媒温度関係値に対応して予め定められている保護条件としては、垂下開始温度よりも低い温度が定められている。これにより、垂下制御が開始される前の段階である程度吐出冷媒温度が上昇した場合に、保護制御を開始させることで、できるだけ垂下制御を開始させないようにすることが可能になっている。
なお、保護制御を行っている状況において、当該因子についての保護終了条件を満たした場合には(ステップS18で「Yes」)、保護制御を終了し、上述の負荷処理制御に復帰する(ステップS10)。
熱源側制御部20は、圧縮機21の信頼性を確保するために、上記各制御を繰り返して行う。
(4)冷凍装置1の特徴
冷凍装置1では、圧縮機21の駆動について、停止制御と垂下制御と保護制御の3種類の制御が行われている。
ここで、停止制御は、圧縮機21を異常な状態から回避させるため、強制的に圧縮機21の駆動を停止させるものである。これに対して、垂下制御は、圧縮機21を停止させるのではなく、駆動周波数を大幅に低下させる。このため、圧縮機21が簡単に停止してしまうことを防ぐことが可能になっている。
さらに、この圧縮機21は、駆動周波数の大幅な低下を回避するために、垂下制御が行われる前段階で、圧縮機21の駆動周波数を少しずつ低下させる保護制御が行われている。このため、負荷変動や過渡的な状況変化が生じたとしても、垂下制御が行われることによる大幅な駆動周波数の低下をできるだけ回避することができている。特に、7つもの因子を監視対象に含めて保護制御を行っているため、垂下制御が開始される状況に近づいていることを早めに回避することが可能になっている。したがって、各種負荷処理を十分に行うことができる程度まで駆動周波数を再び上昇させるのに要する時間を短くすることが可能になっており、空調対象空間における快適性確保に要する時間を短縮化させることが可能になっている。
例えば、起動時やデフロスト運転直後においては、一時的な負荷の増大によって、冷媒回路10の状況が垂下制御が開始されてしまう状況に近づいていってしまうことがある。これに対して、本実施形態では、垂下制御とは別の制御として保護制御が行われることで、冷媒回路10の状況が垂下制御が開始されてしまう状況に近づくことを抑制し、垂下制御が頻繁に行われることを防止することが可能になっている。
また、特に、本実施形態の冷凍装置1では、冷暖同時運転が可能な冷媒回路10が用いられており、冷暖同時運転(蒸発負荷主体)や冷暖同時運転(凝縮負荷主体)の場合には、目標蒸発温度(低圧に対応)と目標凝縮温度(高圧に対応)の両方について目標値が設定され、圧縮機21はこの目標値を実現するように運転される。このように冷暖同時運転実行時において、一時的な負荷の増大等が生じた場合には、目標蒸発温度が低下する一方で目標凝縮温度が上昇する場合があり、その場合には、冷媒回路10の状況が垂下制御が開始されてしまう状況に近づくことになる。これに対して、本実施形態の冷凍装置1では、事前に保護制御を行うことで、垂下制御が頻繁に行われることを防止することが可能になっている。
(5)他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。
(5−1)他の実施形態A
上記実施形態では、7つの因子のうちで1つでも保護条件を満たしたものが生じると、当該因子についての保護終了条件を満たすまで圧縮機21の駆動周波数を穏やかな低下速度で低下させる保護制御を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記実施形態の7つの因子のうちの冷媒回路10の凝縮温度関係値と、冷媒回路10の蒸発温度関係値と、圧縮機21の吐出冷媒温度関係値のみに着目し、これらの3つの因子のいずれかが対応する保護条件を満たした場合に、当該因子毎に予め定められた保護終了条件を満たすまで、圧縮機21の駆動周波数を穏やかな低下速度で低下させるようにしてもよい。
これらの3つの因子だけを監視対象とする簡易な制御であっても、圧縮機21が垂下制御を開始する頻度を十分に低減させることが可能になる。
また、例えば、冷媒回路10の高圧と低圧の関係にのみに着目して、当該高圧と低圧との関係が予め定めた所定の関係を満たすことで保護条件を満たした場合に、当該高圧と低圧との関係について予め定められた保護終了条件を満たすまで、圧縮機21の駆動周波数を穏やかな低下速度で低下させるようにしてもよい。ここで、冷媒回路10の高圧は、吐出圧力センサ74の検知値として得られる値を用いてもよく、冷媒回路10の低圧は、吸入圧力センサ71の検知値として得られる値を用いてよい。また、高圧と低圧との予め定めた所定の関係としては、例えば、高圧を低圧で除して得られる値が所定値よりも大きくなることであってもよい。
このような監視対象の少ない簡易な制御であっても、圧縮機21が垂下制御を開始する頻度を十分に低減させることが可能になる。
(5−2)他の実施形態B
上記実施形態では、圧縮機21の駆動周波数について、一定の割合で大幅に低下させていく垂下制御と、より穏やかな低下速度で低下させる保護制御を例に挙げて説明した。
しかし、本発明における垂下制御と保護制御の例の組合せとしては、これに限られるものではなく、例えば、圧縮機21の制御における駆動周波数の上限を大きく低下させる垂下制御と、圧縮機21の制御における駆動周波数の上限を垂下制御の場合よりは大きな値まで下げる保護制御を行う(制御における駆動周波数の上限の下げ幅を垂下制御よりも小さくする保護制御を行う)ようにしてもよい。
この場合であっても、垂下制御が行われることによる大幅な駆動周波数の低下をできるだけ回避させることが可能になる。