JP6328270B2 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6328270B2
JP6328270B2 JP2016562184A JP2016562184A JP6328270B2 JP 6328270 B2 JP6328270 B2 JP 6328270B2 JP 2016562184 A JP2016562184 A JP 2016562184A JP 2016562184 A JP2016562184 A JP 2016562184A JP 6328270 B2 JP6328270 B2 JP 6328270B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
compressor
heat exchanger
load
expansion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016562184A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016088268A1 (ja
Inventor
傑 鳩村
傑 鳩村
森本 修
修 森本
亮宗 石村
亮宗 石村
若本 慎一
慎一 若本
宗史 池田
宗史 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2016088268A1 publication Critical patent/JPWO2016088268A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6328270B2 publication Critical patent/JP6328270B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/89Arrangement or mounting of control or safety devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • F25B41/34Expansion valves with the valve member being actuated by electric means, e.g. by piezoelectric actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/006Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for two pipes connecting the outdoor side to the indoor side with multiple indoor units
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/021Indoor unit or outdoor unit with auxiliary heat exchanger not forming part of the indoor or outdoor unit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/023Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units
    • F25B2313/0233Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units in parallel arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/0272Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using bridge circuits of one-way valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/02741Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031Sensor arrangements
    • F25B2313/0313Pressure sensors near the outdoor heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031Sensor arrangements
    • F25B2313/0314Temperature sensors near the indoor heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2313/00Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/031Sensor arrangements
    • F25B2313/0315Temperature sensors near the outdoor heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403Refrigeration circuit bypassing means for the condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0409Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2501Bypass valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/25Control of valves
    • F25B2600/2513Expansion valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2106Temperatures of fresh outdoor air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/385Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

本発明は、例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は、例えば建物外に配置した熱源機である室外機(室外ユニット)と建物内に配置した室内機(室内ユニット)との間を配管を介して接続した冷媒回路を有している。空気調和装置は、冷媒回路に冷媒を循環させ、冷媒の放熱又は吸熱を利用して空気を加熱又は冷却することにより、空調対象空間の暖房又は冷房を行っている。
特許文献1には、冷媒熱交換器と負荷側絞り装置との間で液配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、冷媒熱交換器、開閉弁及び圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路を備えた空気調和装置が記載されている。この空気調和装置では、圧縮機の圧縮過程で中間圧の冷媒をインジェクションすることにより、冷媒流量を増加させることができる。このため、吐出温度を異常上昇させることなく、外気温度が低くても暖房能力を維持することができる。
また、特許文献2には、凝縮器から蒸発器に向かって流れる冷媒の一部を圧縮機の中間圧の冷媒に合流させる中間インジェクション流路と、凝縮器から蒸発器に向かって流れる冷媒の一部を、圧縮機に吸入される低圧の冷媒に合流させる吸入インジェクション流路と、を備えた冷凍装置が記載されている。この冷凍装置では、中間インジェクション流路を使うと運転効率が悪化する場合においても、吸入インジェクション流路を使って圧縮機の吐出温度を低下させることができる。
特開2008−138921号公報 特許第5500240号公報
特許文献1の空気調和装置では、起動後、高圧冷媒の飽和温度が室内空気の温度又は室外空気の温度以上になると、高圧ガス冷媒から室内空気又は室外空気へ放熱することにより冷媒が液化する。すると、インジェクションにより乾き度の低い(液相が多い)気液二相状態の冷媒を圧縮機の中間圧部に流入させることができ、圧縮機の吐出温度を低下させることができる。しかし、中間圧部に冷媒を流入させる構造を有する圧縮機のみでしか吐出温度の抑制を行うことができず、汎用的ではない。また、中間圧部に冷媒を流入させる構造を有する圧縮機は、その構造を有しない圧縮機に比べて高価になる。
また、特許文献1の空気調和装置は、冷房運転時にもインジェクションが可能な回路構成を有している。具体的には、特許文献1の空気調和装置は、圧縮機の中間圧室にインジェクションする冷媒流量を制御するバイパス用絞り装置と、バイパス用絞り装置から流れる冷媒を冷却する冷媒間熱交換器と、を備えている。そして、バイパス用絞り装置によって冷媒間熱交換器に流す冷媒の流量が制御されることにより、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が制御される。このため、吐出温度と、凝縮器出口における過冷却度との双方を別々の目標値を用いて制御することができない。したがって、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。
すなわち、室外機と室内機とを接続する延長配管が長い場合、吐出温度が目標値になるように制御すると、室外機出口の過冷却度が目標値になるような制御を行うことができない。このため、延長配管での圧力損失により、室内機に流入する冷媒が気液二相化してしまう可能性がある。例えば、複数の室内機を有するマルチ型の空気調和装置等のように室内機側に絞り装置が設けられている場合、絞り装置の流入口側に気液二相状態の冷媒が流入すると、異音が発生したり制御が不安定になったりするため、空気調和装置のシステムの信頼性が低下してしまうという課題がある。
特許文献2の冷凍装置では、高圧レシーバ内の飽和ガス冷媒を圧縮機の中間圧室又は吸入配管にインジェクションすることにより、吐出温度の低下を図っている。しかし、飽和ガス冷媒を使用して吐出温度の低下を行う場合、二相冷媒を使用する場合に比べ冷凍効果が小さいため、より多くの冷媒を圧縮機の中間圧室又は吸入配管に流入させる必要がある。これにより、冷房時にはバイパス量が過多となり、室内機に供給する冷媒量が少なくなるため、冷房能力が低下してしまう。また、低外気温度での暖房運転時などのように、低圧が低く、高圧が高く、圧縮機の吐出温度が非常に高くなる運転状態のときには、インジェクション流量を増加させても吐出温度を十分に低下させるための冷凍効果を得ることが困難な状況となることがある。
本発明は、上述のような課題の少なくとも1つを解決するためになされたものであり、特殊な構造の圧縮機を使用するまでもなく、信頼性を確保できる空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも1つの負荷側絞り装置、及び少なくとも1つの負荷側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、前記冷凍サイクル回路のうち前記圧縮機の吐出側に一端が接続され、前記冷凍サイクル回路のうち前記圧縮機の吸入側に他端が接続され前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を分流させるバイパス回路と、前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路に分流した冷媒を減圧する第1絞り装置と、前記バイパス回路のうち前記第1絞り装置の下流側に設けられ、流入する冷媒を冷却し、冷却された冷媒のすべてを前記圧縮機の吸入側に送出する補助熱交換器と、前記バイパス回路のうち前記補助熱交換器の下流側に設けられ、前記補助熱交換器から前記圧縮機の吸入側に流入させる冷媒の流量を調節する第2絞り装置と、前記第2絞り装置の開度を制御する制御装置と、を有するものである。
本発明によれば、特殊な構造の圧縮機を使用するまでもなく、空気調和装置の信頼性を確保することができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100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100の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、圧縮機10の吸入部にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、暖房運転時のインジェクション流量比Gr1/Gr2に対する圧縮機10の吐出温度の変化を外気温度毎に示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxに対する補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールの変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、インジェクションを行う際に制御装置60で実行される制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200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2に係る空気調和装置200の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200の冷房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200の暖房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置300の回路構成の一例を全冷房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和装置400の回路構成の一例を全冷房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置500の回路構成の一例を全暖房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態6に係る空気調和装置600の回路構成の一例を全暖房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る空気調和装置700の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置について説明する。図1は、本実施の形態に係る空気調和装置100の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図1に示すように、空気調和装置100は、室外機1と室内機2とが複数本(本例では2本)の主管5を介して接続された構成を有している。なお、図1では、1台の室内機2を示しているが、室内機2の接続台数は複数台であってもよい。
また、空気調和装置100は、冷媒回路として、冷凍サイクル回路とバイパス回路とを有している。冷凍サイクル回路は、例えば、アキュムレーター19、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、負荷側絞り装置25及び負荷側熱交換器26が冷媒配管4を介してこの順に環状に接続された構成を有している。バイパス回路は、冷凍サイクル回路のうち圧縮機10の吐出側(冷媒流路切替装置11の上流側)と圧縮機10の吸入側(アキュムレーター19の下流側)とがバイパス配管41を介して接続された構成を有している。バイパス回路には、例えば、第1絞り装置47、第3絞り装置48、補助熱交換器40及び第2絞り装置42が設けられている。補助熱交換器40は、第1絞り装置47及び第3絞り装置48の下流側に設けられている。第2絞り装置42は、補助熱交換器40の下流側に設けられている。
[室外機1]
室外機1には、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19、補助熱交換器40、第1絞り装置47、第2絞り装置42、第3絞り装置48、バイパス配管41等が搭載されている。また、室外機1には、熱源側熱交換器12及び補助熱交換器40に空気を送風する熱源側ファン16が搭載されている。
圧縮機10は、冷媒を吸入し圧縮して高温・高圧の状態にするものである。圧縮機10は、例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。圧縮機10としては、例えば、低圧シェル構造のものが使用される。低圧シェル構造の圧縮機は、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になり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮するものである。
冷媒流路切替装置11は、暖房運転モードにおける冷媒流路と、冷房運転モードにおける冷媒流路とを切り替えるものである。冷媒流路切替装置11は、例えば四方弁等により構成されている。なお、冷房運転モードとは、熱源側熱交換器12が凝縮器又はガスクーラとして作用する運転モードであり、暖房運転モードとは、熱源側熱交換器12が蒸発器として作用する運転モードである。
熱源側熱交換器12は、暖房運転モードでは蒸発器として機能し、冷房運転モードでは凝縮器又はガスクーラ(本例では、凝縮器)として機能する熱交換器である。熱源側熱交換器12では、熱源側ファン16により供給される空気と冷媒との間で熱交換が行われる。アキュムレーター19は、圧縮機10の吸入部に設けられており、暖房運転モードと冷房運転モードとの間での必要冷媒量の違いにより生じる余剰冷媒、又は過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒を蓄えるものである。
補助熱交換器40は、暖房運転モード及び冷房運転モードの双方において凝縮器又はガスクーラ(本例では、凝縮器)として機能する熱交換器である。補助熱交換器40では、熱源側ファン16から供給される空気と冷媒との間で熱交換が行われる。ここで、熱源側熱交換器12と補助熱交換器40とは、それぞれ冷媒流路が異なる伝熱管が共通の伝熱フィンに取り付けられた構造を有している。具体的には、複数の伝熱フィンは、同一方向を向くように互いに隣り合って配置されている。複数の伝熱フィンには、複数の伝熱管が挿入されている。そして、熱源側熱交換器12と補助熱交換器40とは、同一の伝熱フィン上に一体的に形成されている。熱源側熱交換器12及び補助熱交換器40のそれぞれの伝熱管は、互いに独立した冷媒流路を構成している。そして、例えば熱源側熱交換器12は上側に配置され、補助熱交換器40は熱源側熱交換器12の下側に配置されている。隣り合う複数の伝熱フィンは、熱源側熱交換器12及び補助熱交換器40に共有されている。熱源側熱交換器12及び補助熱交換器40は、例えば、熱源側ファン16により送風される空気の流れに対して並列に配置されている。よって、熱源側熱交換器12の周囲の空気は、熱源側熱交換器12と補助熱交換器40との双方に流通する。また、補助熱交換器40は、当該補助熱交換器40の伝熱面積が熱源側熱交換器12の伝熱面積よりも小さくなるように配置されている。
第1絞り装置47は、例えば、前後の冷媒配管よりも細い配管により構成された固定絞りである。第1絞り装置47としては、例えばキャピラリーチューブ等が用いられる。第1絞り装置47は、冷媒の流れにおいて、圧縮機10の吐出配管と補助熱交換器40の入口側流路との間に設けられている。第1絞り装置47は、圧縮機10から吐出されたガス冷媒の一部を、補助熱交換器40の入口側流路に減圧させて供給するものである。
バイパス配管41は、バイパス回路を構成する配管であり、少なくとも第1絞り装置47と補助熱交換器40との間を接続している。バイパス配管41には、圧縮機10から吐出され第1絞り装置47で減圧された冷媒の一部が流れるようになっている。バイパス配管41は、高圧又は中圧のガス冷媒を補助熱交換器40に流入させ、補助熱交換器40で凝縮した液冷媒を、第2絞り装置42を介して圧縮機10の吸入部に流入させる配管である。ここで、中圧とは、冷凍サイクルにおける高圧(例えば、凝縮器内の冷媒圧力、又は圧縮機10の吐出圧力)よりも低く、冷凍サイクルにおける低圧(例えば、蒸発器内の冷媒圧力、又は圧縮機10の吸入圧力)よりも高い圧力のことである。バイパス配管41の一端は、圧縮機10と冷媒流路切替装置11との間の冷媒配管4に接続されている。バイパス配管41の他端は、圧縮機10とアキュムレーター19との間の冷媒配管4に接続されている。
第2絞り装置42は、例えば、後述する制御装置の制御により、連続的又は多段階で可変に開度を調節可能なものである。第2絞り装置42としては、例えば電子式膨張弁等が用いられる。第2絞り装置42は、バイパス配管41のうち補助熱交換器40の流出側に設けられている。第2絞り装置42は、補助熱交換器40で凝縮して圧縮機10の吸入部に流入する液冷媒の流量を調節するものである。
第3絞り装置48は、冷媒の流れにおいて、圧縮機10の吐出配管と補助熱交換器40の入口側流路との間に、第1絞り装置47と並列に設けられている。第3絞り装置48は、圧縮機10からの吐出冷媒の流量が多い場合に、圧縮機10から吐出されたガス冷媒の一部を、補助熱交換器40の入口側流路に減圧させて供給するものである。第3絞り装置48は、例えば、二方弁、電磁弁、電子式膨張弁等のように、冷媒流路の開度を少なくとも開状態及び閉状態の二位置で調整できるもので構成するとよい。
室外機1には、圧縮機10から吐出される高温・高圧の冷媒の温度を検出し、検出信号を出力する吐出温度センサー43が設けられている。また、室外機1における熱源側熱交換器12の空気吸込み部には、室外機1の周囲の温度(例えば、外気温度)を検出し、検出信号を出力する外気温度センサー46が設けられている。さらに、室外機1には、冷媒流路切替装置11とアキュムレーター19との間の冷媒の圧力(吸入圧力)を検出し、検出信号を出力する圧力センサー44が設けられている。
[室内機2]
室内機2には、負荷側熱交換器26及び負荷側絞り装置25が搭載されている。負荷側熱交換器26は、複数本の主管5を介して室外機1に接続されている。負荷側熱交換器26では、空気と冷媒との間での熱交換により、室内空間に供給するための暖房用空気又は冷房用空気が生成される。なお、負荷側熱交換器26には、不図示の負荷側ファンにより室内空気が送風されるようになっている。負荷側絞り装置25は、例えば連続的又は多段階で可変に開度を調節可能なものである。負荷側絞り装置25としては、例えば電子式膨張弁等が用いられる。負荷側絞り装置25は、減圧弁及び膨張弁としての機能を有しており、冷媒を減圧して膨張させるものである。負荷側絞り装置25は、冷房運転モード(例えば、全冷房運転モード)での冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26の上流側に設けられている。
また、室内機2には、サーミスター等からなる入口側温度センサー31及び出口側温度センサー32が設けられている。入口側温度センサー31は、負荷側熱交換器26に流入する冷媒の温度を検出し、検出信号を出力するものである。入口側温度センサー31は、負荷側熱交換器26の冷媒の入口側の配管に設けられている。出口側温度センサー32は、負荷側熱交換器26から流出した冷媒の温度を検出し、検出信号を出力するものである。出口側温度センサー32は、負荷側熱交換器26の冷媒の出口側の配管に設けられている。
空気調和装置100は、制御装置60を有している。制御装置60は、CPU、ROM、RAM、I/Oポート等を備えたマイクロコンピュータを有している。制御装置60は、上述の各種センサーからの検出信号、及びリモートコントローラからの指示に基づいて、空気調和装置100全体の動作を制御する。例えば、制御装置60は、圧縮機10の駆動周波数の制御、熱源側ファン16及び負荷側ファンの回転数制御(オン/オフを含む)、冷媒流路切替装置11の流路切替え、第2絞り装置42の開度制御、第3絞り装置48の開度制御又は開閉制御、負荷側絞り装置25の開度制御等を行い、後述する各運転モードを実行するようになっている。なお、本例の制御装置60は室外機1に設けられているが、制御装置60は室内機2に設けられていてもよいし、ユニット毎(例えば、室外機1及び室内機2のそれぞれ)に設けられていてもよい。
次に、空気調和装置100で実行される各運転モードについて説明する。空気調和装置100の制御装置60は、室内機2からの指示に基づいて、当該室内機2で冷房運転を行う冷房運転モード、又は当該室内機2で暖房運転を行う暖房運転モードを実行するようになっている。なお、図1の空気調和装置100で実行される運転モードには、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(以下、単に「冷房運転モード」という場合がある)、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(以下、単に「暖房運転モード」という場合がある)がある。以下に、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。
[全冷房運転モード(インジェクション以外)]
図2は、空気調和装置100の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図2では、負荷側熱交換器26で冷熱負荷が発生している場合を例に挙げ、全冷房運転モードにおけるインジェクションの冷媒流れ以外の冷媒の流れについて説明する。なお、図2では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図2に示すように、低温・低圧の冷媒は、圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって圧縮機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を通って熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12に流入したガス冷媒は、熱源側ファン16により供給される室外空気に放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した高圧の液冷媒は、室外機1から流出し、主管5を通って室内機2に流入する。
室内機2において、高圧冷媒は、負荷側絞り装置25で膨張させられて、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26に流入する。負荷側熱交換器26に流入した気液二相冷媒は、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25の開度は、制御装置60により、スーパーヒート(過熱度)が一定になるように制御される。スーパーヒートは、入口側温度センサー31で検出される温度と、出口側温度センサー32で検出される温度と、の差として得られる。負荷側熱交換器26から流出したガス冷媒は、主管5を通って再び室外機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及びアキュムレーター19を通って、圧縮機10に再度吸入される。
[全暖房運転モード(インジェクション以外)]
図3は、空気調和装置100の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図3では、負荷側熱交換器26で温熱負荷が発生している場合を例に挙げ、全暖房運転モードのインジェクションの冷媒流れ以外の冷媒の流れについて説明する。なお、図3では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
図3に示すように、低温・低圧の冷媒は、圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって圧縮機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、主管5を通り、負荷側熱交換器26に流入する。負荷側熱交換器26に流入したガス冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器26から流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25で膨張させられて、中温・中圧の気液二相状態の冷媒になり、主管5を通って再び室外機1に流入する。室外機1に流入した中温・中圧の気液二相冷媒は、熱源側熱交換器12に流入し、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この低温・低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11及びアキュムレーター19を介して圧縮機10に再度吸入される。
[インジェクション時の流れ]
(インジェクションの必要性と効果概要)
圧縮機10の吐出温度が高温になることにより生じる冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐため、吐出温度を低下させる方法について説明する。以下の説明では、冷媒としてR32冷媒を使用した場合を例に挙げる。
図4は、圧縮機10の吸入部にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図である。図4の横軸は比エンタルピh[kJ/kg]を表しており、縦軸は圧力P[MPa]を表している。図4を用いてインジェクションの効果を説明する。圧縮機10から流出した高圧のガス冷媒(b)の一部は、第1絞り装置47、又は第1絞り装置47と第3絞り装置48との双方で減圧させられ、中圧のガス冷媒となる(e)。この中圧のガス冷媒は、バイパス配管41を介して補助熱交換器40に流入し、外気に放熱することで過冷却液となる(f)。過冷却液となった冷媒は、第2絞り装置42で減圧させられて低圧の二相冷媒となり(g)、圧縮機10の吸入部に流入する。圧縮機10の吸入部では、アキュムレーター19から流出したガス冷媒(h)と、第2絞り装置42で減圧させられた二相冷媒(g)とが合流する(a)。これにより、圧縮機10の吐出冷媒の温度を低下させることができる(b)。したがって、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐことができる。
(第2絞り装置42の制御)
全冷房運転モード及び全暖房運転モードにおける第2絞り装置42の制御について説明する。制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度に基づいて、第2絞り装置42の開度を制御するようになっている。第2絞り装置42の開度(開口面積)が大きくなると、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入する過冷却液冷媒の量が増加し、圧縮機10の吐出温度が低下する。一方、第2絞り装置42の開度(開口面積)が小さくなると、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入する過冷却液冷媒の量が減少し、圧縮機10の吐出温度が上昇する。
そこで、制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度が、予め設定された吐出温度しきい値(以下、「第1の値」という場合がある)以下である場合、第2絞り装置42が全閉状態になるように制御する。第2絞り装置42が全閉状態になると、補助熱交換器40からバイパス配管41を介して圧縮機10の吸入部に流入する冷媒の流路(バイパス回路)が遮断される。第1の値は、圧縮機10の焼損や冷凍機油の劣化が生じる、圧縮機10の吐出温度の限界値(上限値)に応じて設定される。例えば、第1の値は、吐出温度センサー43で検出される吐出温度が圧縮機10の吐出温度の限界値に到達しないようにするために、当該限界値よりも低い温度に設定される。圧縮機10の吐出温度の限界値が120℃である場合、第1の値は、例えば110℃、又はそれより低い温度に設定される。
一方、吐出温度が第1の値よりも大きくなった場合、制御装置60は、第2絞り装置42を開き、補助熱交換器40で過冷却された冷媒が圧縮機10の吸入部に流れるように制御する。この際、制御装置60は、吐出温度が第1の値以下になるように第2絞り装置42の開度(開口面積)を調節する。例えば制御装置60のROMには、吐出温度と第2絞り装置42の開度とが関連付けされたテーブル又は数式が記憶されている。制御装置60は、このテーブル又は数式を用いて、吐出温度に基づき第2絞り装置42の開度を制御する。これにより、圧縮機10の吸入部では、アキュムレーター19から流出した低圧・低温のガス冷媒と、補助熱交換器40で過冷却された液冷媒とが混合して、高乾き度の低圧の気液二相冷媒となる。圧縮機10には、この高乾き度の低圧の気液二相冷媒が吸入されることになる。
(インジェクションの動作及び効果)
このように、圧縮機10に吸入される冷媒のエンタルピを減少させることができるため、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することができる。これにより、冷凍機油の劣化を抑制できるため、圧縮機10が破損するのを防ぐことができる。したがって、圧縮機10の長期信頼性を高めることができる。よって、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。
(第1絞り装置47及び第3絞り装置48の制御と効果)
第1絞り装置47は、圧縮機10から吐出された高圧ガス冷媒の一部を中圧まで減圧させるものである。第1絞り装置47で減圧させられたガス冷媒は、補助熱交換器40で中圧の過冷却液となる。第2絞り装置42に流入する過冷却液が中圧となることで、第2絞り装置42前後の圧力差が小さくなるため、第2絞り装置42の流路を大きくすることが可能となる。すなわち、圧縮機10の吐出温度を第1の値以下とするために必要なインジェクション量が少量の場合に、サイズの小さい第2絞り装置42を使用する必要がなくなる。このため、第2絞り装置42の流路にゴミ等が詰まるのを防ぐことが可能となり、第2絞り装置42の動作不良により圧縮機10の吐出温度の制御が不安定になるのを防ぐことができる。
第3絞り装置48は、必要なインジェクション量が増加した際に、第1絞り装置47で減圧される冷媒の中圧を調節するために設けられている。制御装置60は、圧力センサー44で検出された圧縮機10の吸入部の圧力から圧縮機10の吸入部の飽和ガス密度を算出する。また、制御装置60は、飽和ガス密度と圧縮機10の運転周波数とから圧縮機10の冷媒循環量Gr2を算出し、飽和ガス密度と圧縮機10の運転可能な最大周波数とから圧縮機10の最大冷媒循環量Grmaxを算出する。制御装置60は、冷媒循環量Gr2を最大冷媒循環量Grmaxで除した値Gr2/Grmaxが、予め設定された所定値(以下、「第2の値」という場合がある)以上となった場合に、第3絞り装置48を開く。
(第2の値の設定)
図5は、低外気温度での暖房運転時のインジェクション流量比Gr1/Gr2に対する圧縮機10の吐出温度の変化を外気温度毎に示すグラフである。グラフの横軸はインジェクション流量比Gr1/Gr2(無次元)を表しており、縦軸は圧縮機10の吐出温度[℃]を表している。グラフ中において、実線で示す曲線は外気温度が−20℃のときの吐出温度の変化を表しており、一点鎖線で示す曲線は外気温度が−10℃のときの吐出温度の変化を表しており、破線で示す曲線は外気温度が−5℃のときの吐出温度の変化を表している。ここで、インジェクション流量比Gr1/Gr2は、インジェクション流量Gr1[kg/h]を冷媒循環量Gr2[kg/h]で除した値である。冷媒としては、R32冷媒を使用した。インジェクションされる液冷媒のエンタルピ、圧縮機10の吸入部におけるガス冷媒のエンタルピ、圧縮機10の断熱効率、圧縮機10の体積効率、及び圧縮機10の圧縮比は、冷媒循環量Gr2が変化してもほぼ同一と仮定した。
図5に示すように、暖房運転時のインジェクション流量比Gr1/Gr2が約0.06以上であれば、圧縮機10の吐出温度を110℃以下にすることが可能となる。一方で、インジェクション流量比Gr1/Gr2が大きくなると、圧縮機10への液バック量が過多となり、圧縮機10の吐出温度が過剰に低下する。また、圧縮機10内の冷凍機油が液冷媒によって希釈され、冷凍機油の粘度が低下するため、圧縮機10の破損が生じてしまう可能性がある。このため、インジェクション流量比Gr1/Gr2の最大値は、例えば、圧縮機10の吐出温度と圧縮機10の吐出圧力から算出される飽和温度との差である吐出スーパーヒートが10℃となるように設定すればよい。図5に示すグラフは飽和温度が40℃のときのものであり、この場合、インジェクション流量比Gr1/Gr2の最大値は、圧縮機10の吐出温度が50℃となるように設定すればよい。図5に示すように、暖房運転時のインジェクション流量比Gr1/Gr2が約0.18以下であれば、圧縮機10の吐出温度を50℃以上とすることができる。
すなわち、第1絞り装置47及び第3絞り装置48のサイズ(例えば、口径)と、第2絞り装置42の開口面積の変化幅とは、インジェクション流量比Gr1/Gr2が0.06以上0.18以下となるように設定すればよい(0.06≦Gr1/Gr2≦0.18)。なお、空気調和装置の運転範囲において、低外気温度で暖房運転が行われるときには、圧縮比がより過大となるため、吐出温度が上昇しやすくなり、インジェクションを行う頻度が高くなる。このため、低外気温度(例えば、0℃以下)で暖房運転を行うという条件で、第1絞り装置47及び第3絞り装置48のサイズと、第2絞り装置42の開口面積の変化幅と、を決定すればよい。
冷媒循環量Gr2は、室内機2の運転台数又は室内環境負荷の変化に応じて変化する。図6は、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxに対する補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールの変化を示すグラフである。グラフの横軸は最大冷媒循環量比Gr2/Grmax(無次元)を表しており、縦軸は補助熱交換器40出口のサブクール[℃]を表している。ここで、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxは、圧縮機10の現在の運転状態における冷媒循環量Gr2を、現在の運転状態での吸入密度(飽和ガス密度)と圧縮機10の運転可能な最大周波数とを用いて算出した最大冷媒循環量Grmaxで除した値である。冷媒としては、R32冷媒を用いた。圧縮機10の吸入部におけるガス冷媒のエンタルピ、圧縮機10の断熱効率、圧縮機10の体積効率、及び圧縮機10の圧縮比は、冷媒循環量Gr2が変化してもほぼ同一と仮定した。液バックによる圧縮機10内の冷凍機油の希釈を極力抑えるため、第1絞り装置47及び第3絞り装置48のサイズと、第2絞り装置42の開口面積の変化幅とは、インジェクション流量比Gr1/Gr2が約0.1となるように設定した。インジェクション流量比Gr1/Gr2が0.1のときには、外気温度が−20℃であっても吐出温度が100℃以下となる(図5参照)。
図6に示すように、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが大きくなるにつれて、補助熱交換器40出口のサブクールが小さくなることが分かる(図6中のGr2/Grmax≦0.4の範囲)。これは以下の理由による。すなわち、冷媒循環量Gr2が大きくなることでインジェクション流量Gr1が大きくなり、第1絞り装置47での減圧幅が拡大し、補助熱交換器40に流入する中圧のガス冷媒の飽和温度が低下する。これにより、外気温度と中圧冷媒の飽和温度との温度差が小さくなるため、補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールは小さくなる。
補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールが小さくなり、補助熱交換器40出口の冷媒が二相冷媒となると、第2絞り装置42に二相冷媒が流入することになるため、制御が不安定になる。したがって、第2絞り装置42には確実に液冷媒を流入させる必要がある。補助熱交換器40に流入する中圧のガス冷媒の飽和温度を上昇させるためには、第3絞り装置48を開けばよい。第3絞り装置48を開くことで、第1絞り装置47及び第3絞り装置48での減圧幅は減少するため、補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールを十分に確保できるようになる。図6に示すように、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが約0.4まで増加したとき、補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールは約10℃まで低下する。したがって、補助熱交換器40出口の液冷媒のサブクールを十分に確保できるようにするためには、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが増加して0.4に到達したときに、第3絞り装置48を開けばよい。すなわち、R32冷媒を使用した場合の第2の値は0.4となる。
図5及び図6では、冷媒としてR32冷媒を使用するものとしたが、本実施の形態ではR410A等の他の冷媒を使用することもできる。他の冷媒を使用する場合であっても、上記と同様の考え方を適用することにより、低外気温度での暖房運転時に吐出温度を低下させることができる。
(制御フローチャート)
図7は、インジェクションを行う際に制御装置60で実行される制御の一例を示すフローチャートである。図7を参照して、インジェクションを行う際の制御装置60の動作を説明する。
(ステップS1)
制御装置60は、室内機2から冷房運転又は暖房運転等の運転要求があった場合、空気調和装置100の運転を開始する。その後、ステップS2の処理に移行する。
(ステップS2)
制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度を取得し、圧縮機10の吐出温度が第1の値(例えば、110℃)以上であるか否かを判定する。吐出温度が第1の値以上である場合(吐出温度≧第1の値)にはステップS3の処理に移行し、吐出温度が第1の値未満である場合(吐出温度<第1の値)にはステップS8の処理に移行する。
(ステップS3)
制御装置60は、圧力センサー44で検出された圧縮機10の吸入部の圧力から圧縮機10の吸入部の飽和ガス密度を算出する。また、制御装置60は、飽和ガス密度と圧縮機10の運転周波数とから圧縮機10の冷媒循環量Gr2を算出し、飽和ガス密度と圧縮機10の運転可能な最大周波数とから圧縮機10の最大冷媒循環量Grmaxを算出する。さらに、制御装置60は、冷媒循環量Gr2を最大冷媒循環量Grmaxで除した値である最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxを算出し、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが第2の値(例えば、0.4)以上であるか否かを判定する。最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが第2の値以上である場合(Gr2/Grmax≧第2の値)にはステップS4の処理に移行し、最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが第2の値未満である場合(Gr2/Grmax<第2の値)にはステップS5の処理に移行する。
(ステップS4)
制御装置60は、第3絞り装置48を開く。第3絞り装置48が既に開いている場合には、その状態を維持する。ステップS4の処理によって、第3絞り装置48は例えば全開開度となる。その後、ステップS6の処理に移行する。
(ステップS5)
制御装置60は、第3絞り装置48を閉じる。第3絞り装置48が既に閉じている場合には、その状態を維持する。ステップS5の処理によって、第3絞り装置48は例えば全閉開度となる。その後、ステップS6の処理に移行する。
(ステップS6)
制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度が第3の値(目標吐出温度)に近づくように、第2絞り装置42の開度を調節する。圧縮機10の吐出温度が第1の値を超えないようにするため、第3の値は、第1の値よりも低い温度(例えば、100℃)に設定される。例えば、圧縮機10の吐出温度が第3の値よりも高い場合、制御装置60は、第2絞り装置42の開度を増加させる。圧縮機10の吐出温度が第3の値よりも低い場合、制御装置60は、第2絞り装置42の開度を減少させる。圧縮機10の吐出温度が、第3の値を含むある温度範囲(例えば、100℃±1℃)内にある場合、制御装置60は、第2絞り装置42の開度を維持する。ステップS6の処理によって、圧縮機10の吸入部に対し、必要なインジェクション量でのインジェクションが行われる。その後、ステップS7の処理に移行する。
(ステップS7)
制御装置60は、暖房運転モード(又は、後述する冷房暖房混在運転モード)の場合、外気温度センサー46で検出された外気温度が第4の値(例えば、0℃)以下であるか否かを判定する。外気温度が第4の値以下である場合(外気温度≦第4の値)にはステップS3の処理に移行し、外気温度が第4の値よりも高い場合(外気温度>第4の値)にはステップS2の処理に移行する。
また、制御装置60は、冷房運転モードの場合、外気温度が第5の値(例えば、40℃)以上であるか否かを判定する。外気温度が第5の値以上である場合(外気温度≧第5の値)にはステップS3の処理に移行し、外気温度が第5の値未満である場合(外気温度<第5の値)にはステップS2の処理に移行する。
(ステップS8)
制御装置60は、第2絞り装置42を閉じる。第2絞り装置42が既に閉じている場合には、その状態を維持する。ステップS8の処理によって、第2絞り装置42は例えば全閉開度となる。その後、ステップS9の処理に移行する。
(ステップS9)
制御装置60は、第3絞り装置48を閉じる。第3絞り装置48が既に閉じている場合には、その状態を維持する。ステップS9の処理によって、第3絞り装置48は例えば全閉開度となる。その後、ステップS10の処理に移行する。
(ステップS10)
制御装置60は、インジェクション運転を終了し、前回まで実施の運転モードに移行する。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る空気調和装置について説明する。図8は、本実施の形態に係る空気調和装置200の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図8に示すように、空気調和装置200は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2a、2b、2c、2dと、室外機1と室内機2a〜2dとの間に設けられ、開閉装置を備えた中継装置3と、を有している。室外機1と中継装置3とは、冷媒が流通する複数本の主管5により接続されている。中継装置3と室内機2a〜2dのそれぞれとは、冷媒が流通する複数本の枝管6により接続されている。室外機1で生成された冷熱又は温熱は、中継装置3を介して各室内機2a〜2dに供給されるようになっている。
本実施の形態では、室外機1と中継装置3とは2本の主管5を用いて接続されており、中継装置3と室内機2a〜2dのそれぞれとは2本の枝管6を用いて接続されている。このように、室外機1と中継装置3との間、及び中継装置3と室内機2a〜2dとの間がそれぞれ2本の配管を用いて接続されることにより、空気調和装置200の施工を容易に行うことができる。
[室外機1]
室外機1には、実施の形態1と同様に、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19、補助熱交換器40、第1絞り装置47、第2絞り装置42、第3絞り装置48、バイパス配管41、熱源側ファン16等が搭載されている。
さらに、室外機1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、及び第1逆流防止装置13a、13b、13c、13dが設けられている。本例では、第1逆流防止装置13a〜13dとしてはそれぞれ逆止弁が用いられている。第1逆流防止装置13aは、全暖房運転モード及び暖房主体運転モードの際に、第1接続配管4aから熱源側熱交換器12に、高温・高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置13bは、全冷房運転モード及び冷房主体運転モードの際に、第1接続配管4aからアキュムレーター19に、高圧の液又は気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置13cは、全冷房運転モード及び冷房主体運転モードの際に、第2接続配管4bからアキュムレーター19に、高圧の液又は気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置13dは、全暖房運転モード及び暖房主体運転モードの際に、圧縮機10の吐出側の流路から第2接続配管4bに、高温・高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。
このように、第1接続配管4a、第2接続配管4b及び第1逆流防止装置13a〜13d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、中継装置3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。なお、本例では、第1逆流防止装置13a〜13dとして逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第1逆流防止装置13a〜13dの構成はこれに限られない。例えば、第1逆流防止装置13a〜13dとして、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
[室内機2a〜2d]
複数の室内機2a〜2dは、例えば互いに同一の構成を有している。室内機2a〜2dは、それぞれ負荷側熱交換器26a、26b、26c、26d、及び負荷側絞り装置25a、25b、25c、25dを備えている。負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれは、枝管6、中継装置3及び主管5を介して室外機1に接続されている。負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれでは、不図示の負荷側ファンにより供給される空気と冷媒との間で熱交換によって、室内空間に供給するための暖房用空気又は冷房用空気が生成される。負荷側絞り装置25a〜25dは、例えば連続的又は多段階で可変に開度を調節可能なものである。負荷側絞り装置25a〜25dとしては、例えば電子式膨張弁等が用いられる。負荷側絞り装置25a〜25dは、減圧弁及び膨張弁としての機能を有しており、冷媒を減圧して膨張させるものである。負荷側絞り装置25a〜25dは、冷房運転モード(例えば、全冷房運転モード)での冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれ上流側に設けられている。
また、室内機2には、負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれに流入する冷媒の温度を検出する入口側温度センサー31a、31b、31c、31dと、負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれから流出した冷媒の温度を検出する出口側温度センサー32a、32b、32c、32dと、が設けられている。入口側温度センサー31a〜31d及び出口側温度センサー32a〜32dは、例えばサーミスター等からなる。入口側温度センサー31a〜31d及び出口側温度センサー32a〜32dのそれぞれは、検出信号を制御装置60に出力する。
なお、図8では4台の室内機2a〜2dを例示しているが、室内機の接続台数は2台、3台、又は5台以上であってもよい。
[中継装置3]
中継装置3には、気液分離器14、冷媒間熱交換器50、第4絞り装置15、第5絞り装置27、複数の第1開閉装置23a、23b、23c、23d、複数の第2開閉装置24a、24b、24c、24d、第2逆流防止装置21a、21b、21c、21d(例えば、逆止弁)、第3逆流防止装置22a、22b、22c、22d(例えば、逆止弁)が搭載されている。
気液分離器14は、冷房負荷が大きい冷房暖房混在運転モードにおいて、室外機1で生成された高圧の気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。気液分離器14は、分離した液冷媒を図中で下側の配管に流入させ、一部の室内機2に冷熱を供給するとともに、分離したガス冷媒を図中で上側の配管に流入させ、他の一部の室内機2に温熱を供給する。気液分離器14は、冷媒の流れにおいて中継装置3の入口部に設けられている。
冷媒間熱交換器50は、例えば、二重管式熱交換器、又はプレート式熱交換器等で構成されている。冷媒間熱交換器50は、全冷房運転モード及び冷房暖房混在運転モード(冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードを含む)において、冷熱負荷が発生している室内機2の負荷側絞り装置25a〜25dに供給される液又は気液二相状態の冷媒の過冷却度を十分に確保するために、高圧又は中圧冷媒と第5絞り装置27で減圧された低圧冷媒とを熱交換させるものである。具体的には、冷媒間熱交換器50の高圧側流路は、第4絞り装置15と第2逆流防止装置21a〜21dとの間に設けられている。この高圧側流路には、第4絞り装置15を通過した高圧又は中圧冷媒が流れる。冷媒間熱交換器50の低圧側流路は、冷媒間熱交換器50の高圧側流路の出口と第2逆流防止装置21a〜21dとの間と、中継装置3の出口側の低圧配管と、を接続する流路に設けられている。この低圧側流路には、高圧側流路を通過した後に冷凍サイクル回路から分流し、第5絞り装置27で減圧された低圧冷媒が流れる。
第4絞り装置15は、減圧弁及び開閉弁としての機能を有している。第4絞り装置15は、液冷媒を減圧して所定の圧力に調節するとともに、液冷媒の流路を開閉するものである。第4絞り装置15は、例えば連続的又は多段階で可変に開度を調節可能なものである。第4絞り装置15としては、例えば電子式膨張弁等が用いられる。第4絞り装置15は、気液分離器14から液冷媒が流出する配管上に設けられている。
第5絞り装置27は、減圧弁及び開閉弁としての機能を有している。第5絞り装置27は、全暖房運転モードにおいては冷媒流路を開閉するものであり、暖房主体運転モードにおいては室内側負荷に応じてバイパス液流量を調節するものである。また、第5絞り装置27は、全冷房運転モード、冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードにおいて、冷媒間熱交換器50の低圧側流路に冷媒を流通させ、冷熱負荷が発生している室内機2の負荷側絞り装置25a〜25dに供給する冷媒の過冷却度を調節するものである。第5絞り装置27は、例えば連続的又は多段階で可変に開度を調節可能なものである。第5絞り装置27としては、例えば電子式膨張弁等が用いられる。第5絞り装置27は、冷媒間熱交換器50の低圧側流路の入口側に設けられている。
複数の第1開閉装置23a〜23dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(本例では合計4つ)設けられている。第1開閉装置23a〜23dは、それぞれ各室内機2a〜2dに供給される高温・高圧のガス冷媒の流路を開閉するものである。第1開閉装置23a〜23dは、例えば電磁弁等で構成されている。第1開閉装置23a〜23dは、それぞれ気液分離器14のガス側配管に接続されている。なお、第1開閉装置23a〜23dは流路の開閉を行うことができればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2開閉装置24a〜24dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(本例では合計4つ)設けられている。第2開閉装置24a〜24dは、それぞれ室内機2a〜2dから流出した低圧・低温のガス冷媒の流路を開閉するものである。第2開閉装置24a〜24dは、例えば電磁弁等で構成されている。第2開閉装置24a〜24dは、それぞれ中継装置3の出口側に導通する低圧配管に接続されている。また、第2開閉装置24a〜24dは流路の開閉を行うことができればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2逆流防止装置21a〜21dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(本例では合計4つ)設けられている。第2逆流防止装置21a〜21dは、冷房運転を実施している室内機2に高圧液冷媒を流入させるものであり、第4絞り装置15の出口側の配管に接続されている。これにより、冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードでは、暖房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置25a〜25dから流出した、過冷却度が十分に確保できていない中温・中圧の液又は気液二相状態の冷媒が、冷房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置25a〜25dに流入するのを防ぐことができる。本例では、第2逆流防止装置21a〜21dとして逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第2逆流防止装置21a〜21dの構成はこれに限られない。例えば、第2逆流防止装置21a〜21dとして、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
複数の第3逆流防止装置22a〜22dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(本例では合計4つ)設けられている。第3逆流防止装置22a〜22dは、冷房運転を実施している室内機2に高圧液冷媒を流入させるものであり、第4絞り装置15の出口側の配管に接続されている。第3逆流防止装置22a〜22dは、冷房主体運転モード及び暖房主体運転モードでは、第4絞り装置15から流出した、過冷却度が十分に確保できていない中温・中圧の液又は気液二相状態の冷媒が、冷房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置25a〜25dに流入するのを防止している。本例では、第3逆流防止装置22a〜22dとして逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第3逆流防止装置22a〜22dの構成はこれに限られない。例えば、第3逆流防止装置22a〜22dとして、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
また、中継装置3において第4絞り装置15の入口側には、入口側圧力センサー33が設けられている。入口側圧力センサー33は、高圧冷媒の圧力を検出するものである。第4絞り装置15の出口側には、出口側圧力センサー34が設けられている。出口側圧力センサー34は、冷房主体運転モードにおいて、第4絞り装置15の出口側の液冷媒の中間圧力を検出するものである。
さらに、中継装置3には、冷媒間熱交換器50から流出した高圧又は中圧状態の冷媒の温度を検出する温度センサー51が設けられている。温度センサー51は、冷媒間熱交換器50の高圧側流路の出口側の配管に設けられている。温度センサー51は、例えばサーミスター等で構成されている。
図8に示す空気調和装置200においても、制御装置60は、各種センサーからの検出信号、及びリモートコントローラからの指示に基づいて、空気調和装置200全体の動作を制御する。例えば、制御装置60は、圧縮機10の駆動周波数の制御、熱源側ファン16及び負荷側ファンの回転数制御(オン/オフを含む)、冷媒流路切替装置11の流路切替え、第2絞り装置42の開度制御、第3絞り装置48の開度制御又は開閉制御、負荷側絞り装置25の開度制御、第1開閉装置23a〜23dの開閉制御、第2開閉装置24a〜24dの開閉制御、第4絞り装置15の開閉制御、第5絞り装置27の開閉制御等を行い、後述する各運転モードを実行するようになっている。なお、本例の制御装置60は室外機1に設けられているが、制御装置60は室内機2a〜2dに設けられていてもよいし、中継装置3に設けられていてもよいし、ユニット毎(例えば、室外機1、室内機2a〜2d及び中継装置3のそれぞれ)に設けられていてもよい。
空気調和装置200で実行される各運転モードについて説明する。空気調和装置200の制御装置60は、各室内機2a〜2dからの指示に基づいて、室内機2a〜2dのそれぞれで独立して冷房運転又は暖房運転を行うことが可能になっている。つまり、空気調和装置200は、全ての室内機2a〜2dで同一の運転(冷房運転又は暖房運転)を行うことができるとともに、室内機2a〜2dのそれぞれで異なる運転を行うこともできる。
空気調和装置200で実行される運転モードには、大別して、冷房運転モードと暖房運転モードとがある。冷房運転モードには、全冷房運転モードと冷房主体運転モードとが含まれる。全冷房運転モードは、停止状態にない室内機2a〜2dの全てが冷房運転を行う運転モードである。すなわち、全冷房運転モードでは、停止状態にない負荷側熱交換器26a〜26dの全てが蒸発器として機能する。冷房主体運転モードは、室内機2a〜2dの一部が冷房運転を行い、室内機2a〜2dの他の一部が暖房運転を行う冷房暖房混在運転モードであって、冷房負荷が暖房負荷よりも大きい運転モードである。すなわち、冷房主体運転モードでは、負荷側熱交換器26a〜26dの一部が蒸発器として機能し、負荷側熱交換器26a〜26dの他の一部が凝縮器として機能する。
暖房運転モードには、全暖房運転モードと暖房主体運転モードとが含まれる。全暖房運転モードは、停止状態にない室内機2a〜2dの全てが暖房運転を行う運転モードである。すなわち、全暖房運転モードでは、停止状態にない負荷側熱交換器26a〜26dの全てが凝縮器として機能する。暖房主体運転モードは、室内機2a〜2dの一部が冷房運転を行い、室内機2a〜2dの他の一部が暖房運転を行う冷房暖房混在運転モードであって、暖房負荷が冷房負荷よりも大きい運転モードである。以下、各運転モードについて説明する。
[全冷房運転モード]
図9は、空気調和装置200の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図9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。ここで、負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生しているものとする。全冷房運転モードの場合、制御装置60は、室外機1の冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替える。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、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高圧液冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、第1逆流防止装置13aを通って室外機1から流出し、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高圧液冷媒は、気液分離器14及び第4絞り装置15を経由し、冷媒間熱交換器50において十分に過冷却される。その後、過冷却された高圧冷媒の大部分は第2逆流防止装置21a、21b及び枝管6を経由し、負荷側絞り装置25で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。高圧冷媒の残りの一部は第5絞り装置27で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。そして、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器50において高圧液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。この際、第5絞り装置27は、出口側圧力センサー34で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー51で検出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。
負荷側絞り装置25a、25bで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26a、26bにそれぞれ流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32aで検出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制御される。同様に、負荷側絞り装置25bは、入口側温度センサー31bで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出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制御される。
負荷側熱交換器26a、26bからそれぞれ流出したガス冷媒は、枝管6及び第2開閉装置24a、24bを経由して、冷媒間熱交換器50の低圧側流路から流出したガス冷媒と合流し、中継装置3から流出し、主管5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、第1逆流防止装置13dを通って、冷媒流路切替装置11、アキュムレーター19を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26c及び負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cと、負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26c又は負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。この際、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dは、上述した負荷側絞り装置25a又は負荷側絞り装置25bと同様に、入口側温度センサー31c、31dで検出された温度と、出口側温度センサー32c、32dで検出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制御される。
[冷房主体運転モード]
図10は、空気調和装置200の冷房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図10では、太線で表された配管が冷媒の循環す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。ここで、負荷側熱交換器26aでのみ冷熱負荷が発生しており、負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。冷房主体運転モードの場合、制御装置60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。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、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気液二相状態の冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した冷媒は、第1逆流防止装置13a及び主管5を通り中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した気液二相状態の冷媒は、気液分離器14で高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。この高圧ガス冷媒は、第1開閉装置23b及び枝管6を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入する。高圧ガス冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25bは、入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出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。負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張させられて、枝管6及び第3逆流防止装置22bを流通する。
その後、気液分離器14で分離された後に第4絞り装置15において中間圧まで膨張させられた中圧液冷媒と、第3逆流防止装置22bを通ってきた液冷媒とが合流する。この際、第4絞り装置15は、入口側圧力センサー33で検出された圧力と、出口側圧力センサー34で検出された圧力との圧力差が所定の圧力差(例えば、0.3MPa)になるように開度が制御される。
合流した液冷媒は、冷媒間熱交換器50において十分に過冷却された後に、大部分は第2逆流防止装置21a及び枝管6を経由して負荷側絞り装置25aで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部は、第5絞り装置27で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。この際、第5絞り装置27は、出口側圧力センサー34で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー51で検出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。その後、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器50において中圧液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。
一方、気液分離器14において分離された高圧液冷媒は、冷媒間熱交換器50及び第2逆流防止装置21aを経由して室内機2aに流入する。室内機2aの負荷側絞り装置25aで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出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制御される。負荷側熱交換器26aから流出したガス冷媒は、枝管6、第2開閉装置24aを経由して、冷媒間熱交換器50を流出した残りの一部のガス冷媒と合流する。合流した冷媒は、中継装置3から流出し、主管5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、第1逆流防止装置13dを通って、冷媒流路切替装置11、アキュムレーター19を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26c及び負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25c及び負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26c又は負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。この際、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dは、上述した負荷側絞り装置25a又は負荷側絞り装置25bと同様に、入口側温度センサー31c、31dで検出された温度と、出口側温度センサー32c、32dで検出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制御される。
[全暖房運転モード]
図11は、空気調和装置200の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図11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。ここで、負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。全暖房運転モードの場合、制御装置60は、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに中継装置3へ流入するように切り替える。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11及び第1逆流防止装置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、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器14、第1開閉装置23a、23b及び枝管6を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bのそれぞれに流入する。負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bに流入した冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25a、25bでそれぞれ膨張させられて、枝管6、第3逆流防止装置22a、22b、冷媒間熱交換器50の高圧側流路、開状態に制御された第5絞り装置27、冷媒間熱交換器50の低圧側流路及び主管5を通って再び室外機1へ流入する。この際、負荷側絞り装置25aは、入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31aで検出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、負荷側絞り装置25bは、入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出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。
室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置13cを通り、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱しながら、低温・低圧のガス冷媒になり、冷媒流路切替装置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。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26c及び負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25c及び負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26c又は負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。この際、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dは、上述した負荷側絞り装置25a又は負荷側絞り装置25bと同様に、入口側温度センサー31c、31dで検出された温度と、出口側温度センサー32c、32dで検出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制御される。
[暖房主体運転モード]
図12は、空気調和装置200の暖房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す冷媒回路図である。図12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。ここで、負荷側熱交換器26aでのみ冷熱負荷が発生し、負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。暖房主体運転モードの場合、制御装置60は、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに中継装置3へ流入するように切り替える。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11、第1逆流防止装置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、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器14、第1開閉装置23b及び枝管6を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入する。負荷側熱交換器26bに流入した冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張させられて、枝管6及び第3逆流防止装置22bを経由して、冷媒間熱交換器50において十分に過冷却される。その後、大部分は第2逆流防止装置21a及び枝管6を経由した後に、負荷側絞り装置25aで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部は、バイパスとしても使用する第5絞り装置27で膨張させられ、中温・中圧の液又は気液二相状態の冷媒になる。この液又は気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器50で液冷媒と熱交換することにより、低温・中圧のガス又は気液二相状態の冷媒になり、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。
負荷側絞り装置25aで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・中圧の気液二相状態の冷媒になる。負荷側熱交換器26aから流出した気液二相状態の冷媒は、枝管6及び第2開閉装置24aを経由して、冷媒間熱交換器50を流出した残りの一部の冷媒と合流する。合流した冷媒は、中継装置3から流出し、主管5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、第1逆流防止装置13cを通って、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。このガス冷媒は、冷媒流路切替装置11及びアキュムレーター19を通って圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、負荷側絞り装置25bは、入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出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。一方、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出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制御される。
また、第5絞り装置27は、出口側圧力センサー34で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー51で検出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。例えば第5絞り装置27は、入口側圧力センサー33で検出された圧力と出口側圧力センサー34で検出された圧力との圧力差が所定の圧力差(例えば、0.3MPa)になるように開度が制御される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26c及び負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cと、負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26c又は負荷側熱交換器26dで熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25c又は負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。
図8〜図12に示した空気調和装置200であっても、図1〜図4に示した空気調和装置100と同様に、冷房運転モード及び暖房運転モードにおいて、第1絞り装置47、第3絞り装置48、補助熱交換器40及び第2絞り装置42を介して圧縮機10の吸入部へ冷媒のインジェクションが行われる。これにより、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。
空気調和装置200においても、第1絞り装置47及び第3絞り装置48のサイズと、第2絞り装置42の開口面積の変化幅とは、インジェクション流量比Gr1/Gr2に基づき実施の形態1と同様に設定することができる。また、第2絞り装置42及び第3絞り装置48の動作についても実施の形態1と同様に制御することができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る空気調和装置について説明する。図13は、本実施の形態に係る空気調和装置300の回路構成の一例を全冷房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の空気調和装置300は、室外機1の構成において実施の形態1の空気調和装置100と異なっている。
空気調和装置300の室外機1は、空気調和装置100の室外機1と比較すると、第3絞り装置48が省略されているとともに、第1絞り装置47として、開度を可変に制御可能なもの(例えば、電子式膨張弁)が用いられている。本実施の形態によれば、実施の形態1と同様のインジェクション制御を行うことができるため、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。さらに、本実施の形態によれば、第1絞り装置47の開度を可変に制御することにより、実施の形態1よりもインジェクション流量を細かく制御することが可能となる。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る空気調和装置について説明する。図14は、本実施の形態に係る空気調和装置400の回路構成の一例を全冷房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。なお、実施の形態1又は2と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の空気調和装置400は、室外機1の構成において実施の形態2の空気調和装置200と異なっている。
空気調和装置400の室外機1は、空気調和装置200の室外機1と比較すると、第3絞り装置48が省略されているとともに、第1絞り装置47として、開度を可変に制御可能なもの(例えば、電子式膨張弁)が用いられている。本実施の形態によれば、実施の形態1及び2と同様のインジェクション制御を行うことができるため、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。さらに、本実施の形態によれば、第1絞り装置47の開度を可変に制御することにより、実施の形態1及び2よりもインジェクション流量を細かく制御することが可能となる。
実施の形態5.
本発明の実施の形態5に係る空気調和装置について説明する。図15は、本実施の形態に係る空気調和装置500の回路構成の一例を全暖房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の空気調和装置500は、室外機1の構成において実施の形態1の空気調和装置100と異なっている。
すなわち、空気調和装置500では、バイパス配管41(バイパス回路)の一端が、室外機1内の冷凍サイクル回路のうち冷媒流路切替装置11と負荷側熱交換器26との間に接続されている。この構成では、バイパス配管41に高圧冷媒を導入できるのは暖房運転時のみとなる。このため、空気調和装置500は、暖房運転時のみにインジェクションが可能な構成となっている。例えば、冷房運転時にインジェクションを必要とせず、暖房運転時にのみインジェクションを必要とする場合には、本実施の形態のような構成としてもよい。暖房運転時のインジェクション制御は実施の形態1と同様である。
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様のインジェクション制御を行うことができ、さらにインジェクション流量をより細かく制御することが可能となる。このため、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。
実施の形態6.
本発明の実施の形態6に係る空気調和装置について説明する。図16は、本実施の形態に係る空気調和装置600の回路構成の一例を全暖房運転モードにおける冷媒の流れと共に示す概略回路構成図である。なお、実施の形態1又は2と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態の空気調和装置600は、室外機1の構成において実施の形態2の空気調和装置200と異なっている。
すなわち、空気調和装置600では、バイパス配管41(バイパス回路)の一端が、室外機1内の冷凍サイクル回路のうち冷媒流路切替装置11と中継装置3の入口側流路(例えば、気液分離器14)との間に接続されている。この構成では、バイパス配管41に高圧冷媒を導入できるのは暖房運転時のみとなる。このため、空気調和装置600は、暖房運転時のみにインジェクションが可能な構成となっている。例えば、冷房運転時にインジェクションを必要とせず、暖房運転時にのみインジェクションを必要とする場合には、本実施の形態のような構成としてもよい。暖房運転時のインジェクション制御は実施の形態1及び2と同様である。
本実施の形態によれば、実施の形態1及び2と同様のインジェクション制御を行うことができ、さらにインジェクション流量をより細かく制御することが可能となる。このため、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の回転数を高めることが可能になる。よって、高い暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を向上できる。
その他の実施の形態.
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、冷房運転モード及び暖房運転モードにおいて、吐出温度しきい値(第1の値)が110℃である場合について例示しているが、吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値に応じて設定されるものであればよい。例えば圧縮機10の吐出温度の限界値が120℃の場合、制御装置60により、吐出温度が120℃を超えないように圧縮機10の動作が制御されている。具体的には、吐出温度が110℃を超えた場合、制御装置60は、圧縮機10の周波数を低くして減速させるように制御する。したがって、上述したインジェクションを行って圧縮機10の吐出温度を下げる場合、圧縮機10の周波数を低くする温度(吐出温度しきい値)である110℃よりも少し低い温度である90℃から105℃の間の温度(例えば100℃等)に、目標吐出温度(第3の値)を予め設定することが好ましい。例えば、吐出温度が110℃を超えたときに圧縮機10の周波数を低くしない場合には、吐出温度しきい値が90℃以上120℃以下(例えば110℃等)に設定されるようにすればよい。
また、上記実施の形態ではR32冷媒を例に挙げたが、本発明では、R32冷媒以外を用いることもできる。例えば、R32冷媒と、地球温暖化係数が小さく化学式CFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒(HFO1234yf、HFO1234ze等)と、の混合冷媒(非共沸混合冷媒)を使用してもよい。特に、冷媒としてR32を使用した場合には、R410Aを使用した場合と比較して、同一運転状態において吐出温度が約20℃上昇する。このため、R32冷媒を使用する場合には吐出温度を低下させる必要があり、上述したインジェクションの効果が大きい。吐出温度が高くなる冷媒を使用する場合に効果が特に大きくなる。
また、R32冷媒と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℃以上高くなる。このため、上述したインジェクションにより吐出温度を低下させることによる効果が大きい。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℃以上高くなる。このため、上述したインジェクションにより吐出温度を低下させることによる効果が大きい。また、混合冷媒における冷媒種はこれに限るものではない。その他の冷媒成分を少量含んだ混合冷媒を使用した場合であっても、吐出温度には大きな影響がないため、上記と同様の効果を奏する。また、例えば、R32とHFO1234yfとその他の冷媒を少量含んだ混合冷媒等を使用した場合であっても、上記と同様の効果を奏する。
さらに、上記実施の形態の冷媒として、CO2(R744)等の高圧側が超臨界状態で動作する冷媒を使用することもできる。この場合にも吐出温度を低下させる必要があるため、上記実施の形態の冷媒回路構成とすることにより、吐出温度を低下させることができる。
上記実施の形態では、補助熱交換器40と熱源側熱交換器12とが一体的に構成されている場合について例示しているが、補助熱交換器40が熱源側熱交換器12から独立して配置されたものであってもよい。また、上記実施の形態では熱源側熱交換器12の下側に補助熱交換器40が配置された構成について例示しているが、補助熱交換器40は熱源側熱交換器12の上側に配置してもよい。また、補助熱交換器40が伝熱フィンの下側に形成されており、熱源側熱交換器12が伝熱フィンの上側に形成されている場合について例示しているが、補助熱交換器40が伝熱フィンの上側に形成されており、熱源側熱交換器12が伝熱フィンの下側に形成されていてもよい。
上記実施の形態2、4及び6の冷暖同時運転可能な空気調和装置では、室外機1と中継装置3との間を2本の主管5を使用して接続した構成を例示しているが、これに限らず、種々の公知の手法を用いることができる。例えば、室外機1と中継装置3との間が3本の主管5を使用して接続された冷暖同時運転を実施する空気調和装置においても、上述の実施の形態2と同様に圧縮機10から吐出する高圧・高温のガス冷媒の温度の過度の上昇を抑制できる。
上記実施の形態では、低圧シェル型の圧縮機10を例示したが、例えば高圧シェル型の圧縮機を使用することもできる。高圧シェル型の圧縮機を使用した場合であっても、上記と同様の効果が得られる。
上記実施の形態では、圧縮機10の中間圧部に冷媒を流入させる構造を有さない圧縮機を例示したが、圧縮室の中間圧部に冷媒を流入させるインジェクションポートを備えた圧縮機にも適用することができる。
また、一般的に、熱源側熱交換器12及び負荷側熱交換器26a〜26dには、送風によって冷媒の凝縮又は蒸発を促進させるファンが取り付けられていることが多いが、これに限るものではない。例えば負荷側熱交換器26a〜26dとして、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。また、熱源側熱交換器12としては、水、不凍液等の液体との熱交換を行う水冷式の熱交換器を用いることができる。各熱交換器としては、冷媒の放熱又は吸熱を行うことができるものであればどんなものでも用いることができる。水冷式の熱交換器を用いる場合は、例えば、補助熱交換器40として、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器などの水冷媒熱交換器を用いればよく、あるいは、制御装置60を冷却するためのファンを搭載した制御装置冷却用熱交換器を用いればよい。
なお、上記実施の形態において、負荷側絞り装置25の「負荷側」とは、第1絞り装置47、第2絞り装置42及び第3絞り装置48に対して相対的に負荷側に配置されることを意味している。すなわち、本発明において、負荷側絞り装置25は、室外機1内又は中継装置3内に搭載されていてもよい。
また、上記実施の形態において、冷房専用又は暖房専用の空気調和装置の場合には、冷媒流路切替装置11を省略することもできる。
上記実施の形態では、室外機1と室内機2との間、又は室外機1と中継装置3と室内機2との間が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる直膨式空気調和装置を例示したが、これに限るものではない。図17は、上記実施の形態の変形例に係る空気調和装置700の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図17に示すように、空気調和装置700は、室外機1と室内機2との間に接続された中継装置3内に、プレート式熱交換器等の冷媒と水又はブライン等の熱媒体とを熱交換させる熱交換器を負荷側熱交換器26a、26bとして備えている。また、空気調和装置700は、室内機2a〜2d内に、熱媒体と空気とを熱交換させる熱交換器29a、29b、29c、29dを備えている。空気調和装置700は、室外機1と中継装置3(負荷側熱交換器26a、26b)との間の部分Aに冷媒を循環させ、中継装置3と室内機2(熱交換器29a〜29d)との間の部分Bに熱媒体を循環させる。中継装置3には、2つの負荷側熱交換器26a、26bの他に、冷媒回路側(熱源側)の構成として、2つの絞り装置61a、61b(例えば、電子膨張弁)と、2つの開閉装置62a、62b(例えば、二方弁)と、2つの冷媒流路切替装置63a、63b(例えば、四方弁)と、4つの温度センサー64a、64b、64c、64dと、2つの圧力センサー65a、65bと、が搭載されている。また、中継装置3には、熱媒体回路側(負荷側)の構成として、室内機2の台数に応じた個数(本例では4つ)の熱媒体流路切替装置71a、71b、71c、71d(例えば、三方弁)と、室内機2の台数に応じた個数(本例では4つ)の熱媒体流路切替装置72a、72b、72c、72d(例えば、三方弁)と、室内機2の台数に応じた個数(本例では4つ)の熱媒体流量調整装置73a、73b、73c、73d(例えば、開度を調整できる二方弁)と、2つのポンプ74a、74bと、2つの温度センサー75a、75bと、室内機2の台数に応じた個数(本例では4つ)の温度センサー76a、76b、76c、76dと、が搭載されている。本発明は、図17に示すような空気調和装置700にも適用可能である。
以上説明したように、上記実施の形態に係る空気調和装置は、圧縮機10、熱源側熱交換器12、少なくとも1つの負荷側絞り装置25、25a、25b、25c、25d、及び少なくとも1つの負荷側熱交換器26、26a、26b、26c、26dが冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、冷凍サイクル回路のうち圧縮機10の吐出側に一端が接続され、冷凍サイクル回路のうち圧縮機10の吸入側に他端が接続され、圧縮機10から吐出された冷媒の一部を分流させるバイパス回路(例えば、バイパス配管41)と、バイパス回路に設けられ、バイパス回路に分流した冷媒を減圧する第1絞り装置47と、バイパス回路のうち第1絞り装置47の下流側に設けられ、第1絞り装置47で減圧された冷媒を冷却する補助熱交換器40と、バイパス回路のうち補助熱交換器40の下流側に設けられ、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入側に流入させる冷媒の流量を調節する第2絞り装置42と、第2絞り装置42の開度を制御する制御装置60と、を有するものである。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、制御装置60は、圧縮機10から吐出される冷媒の吐出温度が吐出温度しきい値(第1の値)以上となった場合、吐出温度が吐出温度しきい値よりも低くなるように第2絞り装置42の開度を制御するものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、吐出温度しきい値の設定可能な上限値は110℃であってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、制御装置60は、圧縮機10から吐出される冷媒の吐出温度が目標吐出温度(第3の値)に近づくように、第2絞り装置42の開度を制御するものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、目標吐出温度の設定可能な範囲は、90℃以上105℃以下であってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、第1絞り装置47は開度を調節可能なものであり、制御装置60は、圧縮機10から吐出される冷媒の冷媒循環量Gr2に基づいて第1絞り装置47の開度を制御するものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、第1絞り装置47は固定絞りであり、バイパス回路には、少なくとも開閉可能な第3絞り装置48が第1絞り装置47と並列に設けられており、制御装置60は、圧縮機10から吐出される冷媒の冷媒循環量Gr2に基づいて第3絞り装置48を開閉するものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、制御装置60は、圧縮機10の吸入側の冷媒の圧力に基づいて飽和ガス密度を算出し、飽和ガス密度と圧縮機10の周波数とに基づいて冷媒循環量Gr2を算出し、飽和ガス密度と圧縮機10の運転可能な最大周波数とに基づいて最大冷媒循環量Grmaxを算出し、冷媒循環量Gr2を最大冷媒循環量Grmaxで除した値である最大冷媒循環量比Gr2/Grmaxが所定値(第2の値)以上の場合に、第3絞り装置48を開くものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、圧縮機10及び熱源側熱交換器12を搭載する室外機1と、負荷側絞り装置25a、25b、25c、25d及び負荷側熱交換器26a、26b、26c、26dをそれぞれ搭載する複数の室内機2a、2b、2c、2dと、室外機1と複数の室内機2a、2b、2c、2dとの間を中継する中継装置3と、をさらに有し、室外機1と複数の室内機2a、2b、2c、2dとは、中継装置3を介して冷媒が循環するように接続されていてもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、冷凍サイクル回路には、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替装置11が設けられており、バイパス回路の一端は、冷凍サイクル回路のうち冷媒流路切替装置11と負荷側熱交換器26、26a、26b、26c、26dとの間に接続されており、制御装置60は、暖房運転時に第2絞り装置42の開度を制御するものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、冷凍サイクル回路には、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替装置11が設けられており、バイパス回路の一端は、冷凍サイクル回路のうち冷媒流路切替装置11と中継装置3の入口側流路との間に接続されており、制御装置60は、暖房運転時に第2絞り装置42の開度を制御するものであり、暖房運転は、停止状態にない負荷側熱交換器26a、26b、26c、26dの全てが凝縮器として機能する全暖房運転と、負荷側熱交換器26a、26b、26c、26dの一部が凝縮器として機能し、負荷側熱交換器26a、26b、26c、26dの他の一部が蒸発器として機能する暖房主体運転と、を含むものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る空気調和装置において、熱源側熱交換器12及び補助熱交換器40の少なくとも一方は、水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器であってもよい。
上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
1 室外機、2、2a、2b、2c、2d 室内機、3 中継装置、4 冷媒配管、4a 第1接続配管、4b 第2接続配管、5 主管、6 枝管、10 圧縮機、11 冷媒流路切替装置、12 熱源側熱交換器、13a、13b、13c、13d 第1逆流防止装置、14 気液分離器、15 第4絞り装置、16 熱源側ファン、19 アキュムレーター、21a、21b、21c、21d 第2逆流防止装置、22a、22b、22c、22d 第3逆流防止装置、23a、23b、23c、23d 第1開閉装置、24a、24b、24c、24d 第2開閉装置、25、25a、25b、25c、25d 負荷側絞り装置、26、26a、26b、26c、26d 負荷側熱交換器、27 第5絞り装置、29a、29b、29c、29d 熱交換器、31、31a、31b、31c、31d 入口側温度センサー、32、32a、32b、32c、32d 出口側温度センサー、33 入口側圧力センサー、34 出口側圧力センサー、40 補助熱交換器、41 バイパス配管、42 第2絞り装置、43 吐出温度センサー、44 圧力センサー、46 外気温度センサー、47 第1絞り装置、48 第3絞り装置、50 冷媒間熱交換器、51 温度センサー、60 制御装置、61a、61b 絞り装置、62a、62b 開閉装置、63a、63b 冷媒流路切替装置、64a、64b、64c、64d 温度センサー、65a、65b 圧力センサー、71a、71b、71c、71d、72a、72b、72c、72d 熱媒体流路切替装置、73a、73b、73c、73d 熱媒体流量調整装置、74a、74b ポンプ、75a、75b、76a、76b、76c、76d 温度センサー、100、200、300、400、500、600、700 空気調和装置。

Claims (12)

  1. 圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも1つの負荷側絞り装置、及び少なくとも1つの負荷側熱交換器が冷媒配管を介して接続され、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路と、
    前記冷凍サイクル回路のうち前記圧縮機の吐出側に一端が接続され、前記冷凍サイクル回路のうち前記圧縮機の吸入側に他端が接続され前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を分流させるバイパス回路と、
    前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路に分流した冷媒を減圧する第1絞り装置と、
    前記バイパス回路のうち前記第1絞り装置の下流側に設けられ、流入する冷媒を冷却し、冷却された冷媒のすべてを前記圧縮機の吸入側に送出する補助熱交換器と、
    前記バイパス回路のうち前記補助熱交換器の下流側に設けられ、前記補助熱交換器から前記圧縮機の吸入側に流入させる冷媒の流量を調節する第2絞り装置と、
    前記第2絞り装置の開度を制御する制御装置と、
    を有する空気調和装置。
  2. 前記制御装置は、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が吐出温度しきい値以上となった場合、前記吐出温度が前記吐出温度しきい値よりも低くなるように前記第2絞り装置の開度を制御するものである請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記吐出温度しきい値の設定可能な上限値は110℃である請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記制御装置は、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が目標吐出温度に近づくように、前記第2絞り装置の開度を制御するものである請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  5. 前記目標吐出温度の設定可能な範囲は、90℃以上105℃以下である請求項4に記載の空気調和装置。
  6. 前記第1絞り装置は開度を調節可能なものであり、
    前記制御装置は、前記圧縮機から吐出される冷媒の冷媒循環量に基づいて前記第1絞り装置の開度を制御するものである請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7. 前記第1絞り装置は固定絞りであり、
    前記バイパス回路には、少なくとも開閉可能な第3絞り装置が前記第1絞り装置と並列に設けられており、
    前記制御装置は、前記圧縮機から吐出される冷媒の冷媒循環量に基づいて前記第3絞り装置を開閉するものである請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8. 前記制御装置は、
    前記圧縮機の吸入側の冷媒の圧力に基づいて飽和ガス密度を算出し、
    前記飽和ガス密度と前記圧縮機の周波数とに基づいて前記冷媒循環量を算出し、
    前記飽和ガス密度と前記圧縮機の運転可能な最大周波数とに基づいて最大冷媒循環量を算出し、
    前記冷媒循環量を前記最大冷媒循環量で除した値である最大冷媒循環量比が所定値以上の場合に、前記第3絞り装置を開くものである請求項7に記載の空気調和装置。
  9. 前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器を搭載する室外機と、
    前記負荷側絞り装置及び前記負荷側熱交換器をそれぞれ搭載する複数の室内機と、
    前記室外機と前記複数の室内機との間を中継する中継装置と、をさらに有し、
    前記室外機と前記複数の室内機とは、前記中継装置を介して冷媒が循環するように接続されている請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  10. 前記冷凍サイクル回路には、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替装置が設けられており、
    前記バイパス回路の一端は、前記冷凍サイクル回路のうち前記冷媒流路切替装置と前記負荷側熱交換器との間に接続されており、
    前記制御装置は、暖房運転時に前記第2絞り装置の開度を制御するものである請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記冷凍サイクル回路には、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替装置が設けられており、
    前記バイパス回路の一端は、前記冷凍サイクル回路のうち前記冷媒流路切替装置と前記中継装置の入口側流路との間に接続されており、
    前記制御装置は、暖房運転時に前記第2絞り装置の開度を制御するものであり、
    暖房運転は、停止状態にない前記負荷側熱交換器の全てが凝縮器として機能する全暖房運転と、前記負荷側熱交換器の一部が凝縮器として機能し、前記負荷側熱交換器の他の一部が蒸発器として機能する暖房主体運転と、を含むものである請求項9に記載の空気調和装置。
  12. 前記熱源側熱交換器及び前記補助熱交換器の少なくとも一方は、水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器である請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載の空気調和装置。
JP2016562184A 2014-12-05 2014-12-05 空気調和装置 Active JP6328270B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/082313 WO2016088268A1 (ja) 2014-12-05 2014-12-05 空気調和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016088268A1 JPWO2016088268A1 (ja) 2017-04-27
JP6328270B2 true JP6328270B2 (ja) 2018-05-23

Family

ID=56091239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016562184A Active JP6328270B2 (ja) 2014-12-05 2014-12-05 空気調和装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10473354B2 (ja)
JP (1) JP6328270B2 (ja)
GB (1) GB2547144B (ja)
WO (1) WO2016088268A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6138364B2 (ja) * 2014-05-30 2017-05-31 三菱電機株式会社 空気調和機
US20170191721A1 (en) * 2016-01-06 2017-07-06 General Electric Company Air Conditioner Units Having Dehumidification Features
JP6869370B2 (ja) * 2017-11-22 2021-05-12 三菱電機株式会社 空調機
KR102067448B1 (ko) * 2018-01-26 2020-01-20 삼성전자주식회사 공기 조화기 및 공기 조화기의 제어 방법
US10844860B2 (en) * 2018-12-21 2020-11-24 Trane International Inc. Method of improved control for variable volume ratio valve
EP3985326B1 (en) * 2019-06-28 2024-04-10 Daikin Industries, Ltd. Refrigeration device
JP7469621B2 (ja) * 2020-03-31 2024-04-17 ダイキン工業株式会社 空気調和装置
CN113566380A (zh) * 2020-04-29 2021-10-29 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种压缩机散热装置、方法及空调器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5677570A (en) * 1979-11-30 1981-06-25 Matsushita Electric Works Ltd Braking device for propeller type wind mill
JPH06241623A (ja) * 1993-02-22 1994-09-02 Mitsubishi Electric Corp 冷却装置
JPH07280378A (ja) * 1994-04-08 1995-10-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ヒートポンプ式空気調和機
JPH07294026A (ja) * 1994-04-21 1995-11-10 Nippon Kentetsu Co Ltd 冷凍装置
WO2007017926A1 (ja) * 2005-08-08 2007-02-15 Spansion Llc 半導体装置およびその制御方法
JP4812606B2 (ja) 2006-11-30 2011-11-09 三菱電機株式会社 空気調和装置
JP4948374B2 (ja) * 2007-11-30 2012-06-06 三菱電機株式会社 冷凍サイクル装置
JP5533491B2 (ja) * 2010-09-24 2014-06-25 パナソニック株式会社 冷凍サイクル装置及び温水暖房装置
JP5677570B2 (ja) * 2011-06-14 2015-02-25 三菱電機株式会社 空気調和装置
US9857113B2 (en) * 2011-06-16 2018-01-02 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
JP2013217631A (ja) * 2012-03-14 2013-10-24 Denso Corp 冷凍サイクル装置
JP5500240B2 (ja) 2012-05-23 2014-05-21 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
US10113763B2 (en) * 2013-07-10 2018-10-30 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
GB2547144B (en) 2020-07-08
GB201706928D0 (en) 2017-06-14
JPWO2016088268A1 (ja) 2017-04-27
WO2016088268A1 (ja) 2016-06-09
US20170234582A1 (en) 2017-08-17
US10473354B2 (en) 2019-11-12
GB2547144A (en) 2017-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6328270B2 (ja) 空気調和装置
JP6351848B2 (ja) 冷凍サイクル装置
JP5847366B1 (ja) 空気調和装置
JP5992089B2 (ja) 空気調和装置
JP5984914B2 (ja) 空気調和装置
JP5855312B2 (ja) 空気調和装置
JP6005255B2 (ja) 空気調和装置
JP5992088B2 (ja) 空気調和装置
JPWO2018047416A1 (ja) 空気調和装置
JP5968519B2 (ja) 空気調和装置
JP6038382B2 (ja) 空気調和装置
WO2013179334A1 (ja) 空気調和装置
JP2009264605A (ja) 冷凍装置
JP2011242048A (ja) 冷凍サイクル装置
JP6880213B2 (ja) 空気調和装置
JP6643630B2 (ja) 空気調和装置
JP2010060181A (ja) 冷凍装置
WO2017138243A1 (ja) 冷凍サイクル装置
JP2010203621A (ja) 冷凍装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161213

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171102

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180320

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6328270

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250