JP6351848B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば空気調和装置等に用いられる冷凍サイクル装置に関するものである。
特許文献1には、圧縮機が吐出した冷媒の一部を分岐し、複数の並列熱交換器のうちデフロスト対象として選択された並列熱交換器に流入させるデフロスト配管と、デフロスト配管に設けられ、圧縮機が吐出した冷媒を減圧する絞り装置と、デフロスト対象の並列熱交換器から流出した冷媒を、デフロスト対象以外の並列熱交換器の上流側の主回路に流入させる接続切替装置と、を備えた空気調和装置が記載されている。
国際公開第2014/083867号
特許文献1に記載された空気調和装置では、デフロスト対象以外の並列熱交換器を蒸発器として動作させて暖房運転を継続しながら、デフロスト対象の並列熱交換器のデフロストを行う暖房デフロスト同時運転を実行することができる。しかしながら、暖房デフロスト同時運転では、デフロスト対象以外の並列熱交換器で室外空気から吸熱する必要があるため、室外ファンを動作させる必要がある。室外ファンにより送風される室外空気は、デフロスト対象の並列熱交換器にも流れる。これにより、特に外気温度が低下したときには、デフロスト対象の並列熱交換器から室外空気への放熱が多くなってしまう。このため、空気調和装置の暖房能力が低下してしまう可能性があるという課題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、暖房デフロスト同時運転における暖房能力の低下を抑えることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる主回路と、前記主回路において互いに並列に接続された複数の熱源機と、前記複数の熱源機を制御する制御装置と、を備え、前記複数の熱源機のそれぞれは、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、少なくとも蒸発器として動作し、冷媒の流れにおいて互いに並列に接続された複数の並列熱交換器と、前記圧縮機から吐出された冷媒の逆流を阻止する逆止弁と、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記逆止弁よりも上流側で分岐させ、前記複数の並列熱交換器のうちの少なくとも一部の並列熱交換器に供給するデフロスト回路と、前記複数の並列熱交換器を通る冷媒の流路を切り替える第1流路切替装置と、を有しており、前記制御装置は、前記複数の熱源機のうちの少なくとも一部の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの一部の並列熱交換器に、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記デフロスト回路を介して供給するとともに、前記複数の並列熱交換器のうちの他の並列熱交換器を蒸発器として動作させる第1の暖房デフロスト同時運転と、前記複数の熱源機のうちの一部の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器に、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記デフロスト回路を介して供給するとともに、前記複数の熱源機のうちの他の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器を蒸発器として動作させて暖房を継続し、前記複数の熱源機のうちの一部の熱源機における前記圧縮機の吸入圧力が、前記複数の熱源機のうちの他の熱源機における前記圧縮機の吸入圧力よりも高くなるように運転する第2の暖房デフロスト同時運転と、を切り替えて実行するものである。
本発明によれば、高い暖房能力を確保できるデフロスト方法を選択できるため、暖房デフロスト同時運転における暖房能力の低下を抑えることができる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る室外熱交換器5−1の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る室外熱交換器5−1、5−2の熱源機A−1、A−2への搭載例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の制御装置30で実行される制御の流れ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1に係る空気調和装置100の各運転モードにおける各バルブの状態の例を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転時におけるP−h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の暖房通常運転時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房通常運転時におけるP−h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の暖房デフロスト同時運転1時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転1時におけるP−h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の暖房デフロスト同時運転2時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転2時におけるP−h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における外気温度に対する暖房デフロスト同時運転1の暖房能力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における暖房デフロスト同時運転1の暖房能力と暖房デフロスト同時運転2の暖房能力とを示すグラフである。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置101の構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転1時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転1時におけるP−h線図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転2時における冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態2に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転2時におけるP−h線図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和装置102の構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態4に係る空気調和装置103の構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置104の構成を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る熱源機A−1の構成の変形例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置について、冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置を例に挙げて図面に基づき説明する。ここで、図1を含む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。また、構成要素の組合せは、各実施の形態における組合せのみに限定されるものではない。各実施の形態に記載した構成要素は、他の実施の形態に適用することができる。さらに、添字又は枝番で区別している複数の同種の構成要素について、特に区別したり特定したりする必要がない場合には、添字又は枝番を省略して記載することがある。また、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。そして、温度、圧力等の高低は、特に絶対的な値との関係で定まるものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。
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の構成を示す回路構成図である。図1に示すように、空気調和装置100は、冷媒回路において互いに並列に接続された複数の熱源機A−1、A−2(熱源側ユニット)と、冷媒回路において互いに並列に接続された複数の室内機B、C(利用側ユニット)と、を有している。熱源機A−1、A−2は例えば室外に設置されており、室内機B、Cは例えば室内に設置されている。熱源機A−1、A−2と室内機Bとの間は、第1延長配管11−1、11−2b及び第2延長配管12−1、12−2bを介して接続されている。熱源機A−1、A−2と室内機Cとの間は、第1延長配管11−1、11−2c及び第2延長配管12−1、12−2cを介して接続されている。熱源機A−1、A−2の組と、室内機B、Cの組とが、第1延長配管11−1、11−2b、11−2c及び第2延長配管12−1、12−2b、12−2c等を介して環状に接続されることにより、冷媒回路の主回路が構成されている。
空気調和装置100は、さらに制御装置30を有している。制御装置30は、後述する冷暖切替装置2−1、2−2及びデフロスト回路等を制御することにより、運転モードを切り替える機能を有している。空気調和装置100の運転モードには、少なくとも冷房運転及び暖房運転がある。暖房運転には、サブ運転モードとして、暖房通常運転、リバースデフロスト運転、第1の暖房デフロスト同時運転(以下、「暖房デフロスト同時運転1」という場合がある)及び第2の暖房デフロスト同時運転(以下、「暖房デフロスト同時運転2」という場合がある)が含まれる。
制御装置30は、選択手段31及び判定手段32を備えている。選択手段31は、デフロスト運転を行う場合の運転モードとして、第1の暖房デフロスト同時運転又は第2の暖房デフロスト同時運転のいずれかを選択するものである。判定手段32は、デフロスト運転を実行するか否かを判定するものである。制御装置30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の制御演算処理部と、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを記憶する記憶部と、を有している。本実施の形態の選択手段31及び判定手段32は、記憶部に記憶されたプログラムを制御演算処理部が実行することにより実現される機能ブロックである。例えば、選択手段31は、後述する図4のステップS6に対応する機能ブロックであり、判定手段32は、図4のステップS5に対応する機能ブロックである。
冷媒回路を循環させる冷媒としては、例えば、フロン冷媒、HFO冷媒等を用いることができる。フロン冷媒としては、例えば、HFC系冷媒であるR32、R125、R134a等がある。また、フロン冷媒としては、HFC系冷媒の混合冷媒であるR410A、R407C、R404A等がある。また、HFO冷媒としては、例えば、HFO−1234yf、HFO−1234ze(E)、HFO−1234ze(Z)、HFO−1123等がある。また、その他の冷媒としては、CO冷媒、HC冷媒(例えば、プロパン、イソブタン冷媒等)、アンモニア冷媒、R32とHFO−1234yfとの混合冷媒のような上記冷媒の混合冷媒等、蒸気圧縮式のヒートポンプ回路に用いられる種々の冷媒を用いることができる。
なお、本実施の形態では、2台の熱源機A−1、A−2と2台の室内機B、Cとが接続された冷媒回路を例に挙げて説明するが、熱源機及び室内機の接続台数はこれに限られない。冷媒回路には、1台又は3台以上の室内機が接続されていてもよいし、3台以上の熱源機が並列に接続されていてもよい。また、延長配管を3本並列に接続したり、室内機側に切替弁を設けたりすることにより、それぞれの室内機が独立して冷房又は暖房を選択する冷暖同時運転を実行できるようにした冷媒回路構成であってもよい。
次に、本実施の形態に係る空気調和装置100における冷媒回路の構成について説明する。ここで、熱源機A−1、A−2は冷媒回路において互いに並列に接続されており、熱源機A−1内の冷媒回路と熱源機A−2内の冷媒回路とは同一の構成を有している。このため、まず熱源機A−1、A−2のうち熱源機A−1のみを含む冷媒回路の構成について説明し、その後、熱源機A−2について簡単に説明する。
空気調和装置100の冷媒回路は、圧縮機1−1と、冷暖切替装置2−1と、室内熱交換器3−b、3−cと、室内熱交換器3−b、3−cに対応して設けられた流量制御装置4−b、4−cと、室外熱交換器5−1とが、冷媒配管を介して順次接続された主回路を有している。また、本実施の形態の冷媒回路には、さらにアキュムレータ6−1が設けられている。アキュムレータ6−1は、圧縮機1−1の吸入部に配置されている。アキュムレータ6−1は、冷房時の必要冷媒量と暖房時の必要冷媒量との差分などの余剰冷媒を溜める冷媒貯留機能を有している。また、アキュムレータ6−1は、流入した冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを流出させる気液分離機能を有している。ただし、アキュムレータ6−1は必須の構成ではない。例えば、冷媒回路中における圧縮機1−1の吸入部以外に、液冷媒を溜める容器が接続されていればよい。
室内機Bには、室内熱交換器3−b、流量制御装置4−b、及び室内熱交換器3−bに空気を送風する室内ファン3f−bが収容されている。室内機Cには、室内熱交換器3−c、流量制御装置4−b、及び室内熱交換器3−cに空気を送風する室内ファン3f−cが収容されている。
室内熱交換器3−b、3−cは、内部を流通する冷媒と、室内ファン3f−b、3f−cにより送風される室内空気と、の熱交換を行うものである。例えば冷房運転時には、室内熱交換器3−b、3−cは蒸発器として動作し、冷媒の蒸発熱を室内空気から吸熱して冷媒を気化させる。暖房運転時には、室内熱交換器3−b、3−cは凝縮器(又は放熱器)として動作し、冷媒の凝縮熱を室内空気に放熱し、冷媒を液化させる。
室内ファン3f−b、3f−cは、それぞれ室内の空気を吸い込んで室内熱交換器3−b、3−cを通過させ、再度室内に送り込む空気の流れを生成するものである。
流量制御装置4−b、4−cは、例えば、開度の調整により冷媒の流量を連続的に又は多段階で制御可能な電子膨張弁等により構成されている。流量制御装置4−b、4−cは、制御装置30からの指示に基づき開度を変化させることにより、例えば室内熱交換器3−b、3−c内の冷媒の圧力及び温度を調整する。
熱源機A−1には、圧縮機1−1、冷暖切替装置2−1、室外熱交換器5−1、アキュムレータ6−1、及び室外熱交換器5−1に室外空気を送風する室外ファン5f−1が収容されている。
圧縮機1−1は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機1−1は、例えばインバータ回路等によって駆動周波数を任意に変化させることにより、圧縮機1−1の容量(単位時間あたりの冷媒の吐出量)が変化するように構成されていてもよい。
冷暖切替装置2−1は、圧縮機1−1から吐出された冷媒の流路を切り替えるものである。冷暖切替装置2−1は、例えば四方弁により構成されている。冷暖切替装置2−1は、圧縮機1−1の吐出側に接続される吐出配管1a−1と、圧縮機1−1の吸入側に接続される吸入配管1b−1と、の間に接続される。冷暖切替装置2−1は、制御装置30によって制御される。暖房運転時には、制御装置30は、圧縮機1−1から吐出された冷媒が室内熱交換器3−b、3−cに流入するように、冷暖切替装置2−1の流路を図1中の実線で示すように切り替える。冷房運転時には、制御装置30は、圧縮機1−1から吐出された冷媒が室外熱交換器5−1に流入するように、冷暖切替装置2−1の流路を図1中の点線で示すように切り替える。
室外熱交換器5−1は、内部を流通する冷媒と、室外ファン5f−1により送風される室外空気と、の熱交換を行うものである。例えば冷房運転時には、室外熱交換器5−1は凝縮器(又は放熱器)として動作し、冷媒の凝縮熱を室外空気に放熱して冷媒を液化させる。暖房運転時には、室外熱交換器5−1は蒸発器として動作し、冷媒の蒸発熱を室外空気から吸熱し、冷媒を気化させる。
室外ファン5f−1は、室外の空気を室外熱交換器5−1に送風するものである。
図2は、本実施の形態に係る室外熱交換器5−1の構成の一例を示す図である。図2に示すように、室外熱交換器5−1は、例えば、複数の伝熱管5aと複数のフィン5bとを備えるクロスフィン式のフィンチューブ型熱交換器である。室外熱交換器5−1は、複数の並列熱交換器に分割されている。本例では、室外熱交換器5−1が2つの並列熱交換器50−11、50−12に分割されている構成を例示している。並列熱交換器50−11は室外熱交換器5−1の上部に配置されており、並列熱交換器50−12は並列熱交換器50−11よりも下方に配置されている。
伝熱管5aは、内部に冷媒を通過させるものである。伝熱管5aは、空気の流通方向(図2中の白抜き矢印の方向)に対して垂直な段方向(図2中の上下方向)、及び空気の流通方向に平行な列方向(図2中の左右方向)にそれぞれ複数設けられている。フィン5bは、空気の通過を許容するように互いに間隔を空けて配置されている。
室外熱交換器5−1は、上下方向に2つの並列熱交換器50−11、50−12に分割されている。並列熱交換器50−11、50−12は、冷媒の流れにおいて互いに並列に設けられるとともに、空気の流れにおいても互いに並列に設けられる。図2に示す構成では、風上側の伝熱管5aが第1接続配管13−11、13−12(暖房運転時において室外熱交換器5−1に冷媒を流入させる接続配管)に接続され、風下側の伝熱管5aが第2接続配管14−11、14−12(暖房運転時において室外熱交換器5−1から冷媒を流出させる接続配管)に接続されている。しかしながら、風上側の伝熱管5aが第2接続配管14−11、14−12に接続され、風下側の伝熱管5aが第1接続配管13−11、13−12に接続されてもよい。後述するように、並列熱交換器50−11、50−12の一方又は双方がデフロストされる際、デフロストされる並列熱交換器には第2接続配管14(第2接続配管14−11又は第2接続配管14−12)から冷媒が流入し、当該並列熱交換器からは第1接続配管13(第1接続配管13−11又は第1接続配管13−12)に冷媒が流出する場合がある。このため、風上側の伝熱管5aを第2接続配管14−11、14−12に接続し、風下側の伝熱管5aを第1接続配管13−11、13−12に接続することにより、デフロスト時に風上側で空気に放熱された熱を、風下側のデフロストに用いることができる。
図3は、本実施の形態に係る室外熱交換器5−1、5−2の熱源機A−1、A−2への搭載例を示す図である。図3に示すように、室外熱交換器5−1(並列熱交換器50−11、50−12)及び室外熱交換器5−2(並列熱交換器50−21、50−22)は、熱源機A−1、A−2にそれぞれ搭載される。熱源機A−1、A−2のそれぞれは、室外空気を筐体側面から流入させ、室外熱交換器5−1、5−2を通過した室外空気を筐体上面から流出させるトップフロー型である。トップフロー型の熱源機A−1、A−2の場合、上部の風速が下部の風速よりも大きくなる。したがって、並列熱交換器50−11、50−12のAK値をできるだけ等しくし、並列熱交換器50−21、50−22のAK値をできるだけ等しくするため、下部に位置する並列熱交換器50−12、50−22の伝熱面積は、上部に位置する並列熱交換器50−11、50−21の伝熱面積よりも大きくした方がよい。ここで、AK値とは、熱交換器の伝熱面積と熱通過率との積であり、単位温度あたりの熱通過率の能力を表す値[kW/K]である。
複数のフィン5bのそれぞれは、並列熱交換器50−11側と並列熱交換器50−12側とで分離されていなくてもよいし、並列熱交換器50−11、50−12のそれぞれが独立したフィンを有するように熱的に分離されていてもよい。また、本実施の形態では、室外熱交換器5−1が2つの並列熱交換器50−11、50−12に分割されているが、室外熱交換器5−1は、2以上の任意の数の並列熱交換器に分割することができる。
図1に戻り、並列熱交換器50−11、50−12と第2延長配管12−1とは、それぞれ第1接続配管13−11、13−12を介して接続されている。第1接続配管13−11、13−12には、それぞれ第2絞り装置7−11、7−12が設けられている。第1接続配管13−11のうちの第2絞り装置7−11と並列熱交換器50−11との間と、第1接続配管13−12のうちの第2絞り装置7−12と並列熱交換器50−12との間とは、バイパス配管を介して接続されている。このバイパス配管には、第2絞り装置7−13が設けられている。第2絞り装置7−11、7−12、7−13は、例えば電子膨張弁により構成されている。第2絞り装置7−11、7−12、7−13は、制御装置30からの指示に基づいて開度を変化させることができる。
並列熱交換器50−11、50−12と冷暖切替装置2−1とは、それぞれ第2接続配管14−11、14−12を介して接続されている。第2接続配管14−11、14−12には、それぞれ第1電磁弁8−11、8−12が設けられている。第1電磁弁8−11、8−12は、制御装置30からの指示に基づいて流路を開閉するものである。
吐出配管1a−1には、例えば暖房運転時において圧縮機1−1から吐出された冷媒が冷暖切替装置2−1側に流れるのを許容し、逆流を阻止する逆止弁16−1が設けられている。なお、圧縮機1−1の吐出圧力が室内機B、Cの圧力よりも低くなった場合の逆流を防ぐことができればよいため、逆止弁16−1に代えて電磁弁などの開閉弁を用いることもできる。吐出配管1a−1のうち逆止弁16−1の上流側(圧縮機1−1側)と、第2接続配管14−11、14−12のうち並列熱交換器50−11、50−12と第1電磁弁8−11、8−12との間とは、それぞれデフロスト配管15−1を介して接続されている。デフロスト配管15−1の一端側は吐出配管1a−1に接続されており、他端側は分岐して第2接続配管14−11、14−12のそれぞれに接続されている。デフロスト配管15−1は、圧縮機1−1から吐出された高温高圧の冷媒の一部(又は全部)を、室外熱交換器5−1の並列熱交換器50−11、50−12にデフロストのために供給するものである。
デフロスト配管15−1には、減圧装置となる第1絞り装置10−1が設けられている。第1絞り装置10−1は、吐出配管1a−1からデフロスト配管15−1に流入した高温高圧の冷媒を中圧に減圧するものである。ここで、中圧とは、冷媒回路内の高圧側圧力(例えば、凝縮器内の圧力)よりも低く、低圧側圧力(例えば、蒸発器内の圧力)よりも高い圧力である。第1絞り装置10−1で減圧された中圧冷媒は、第2接続配管14−11、14−12を通って並列熱交換器50−11、50−12に流入する。これにより、並列熱交換器50−11、50−12では、中圧冷媒を用いたデフロストが行われる。
デフロスト配管15−1の他端側において分岐したそれぞれの配管には、第2電磁弁9−11、9−12が設けられている。第2電磁弁9−11、9−12は、中圧冷媒を第2接続配管14−11、14−12のいずれに流入させるかを制御する。ここで、第1電磁弁8−11、8−12及び第2電磁弁9−11、9−12は、例えば、四方弁、三方弁、二方弁等のように冷媒の流れが制御できるものであれば種類については限定されない。
本実施の形態では、デフロスト配管15−1、第1電磁弁8−11、8−12、第2電磁弁9−11、9−12、及び第2絞り装置7−11、7−12、7−13は、デフロスト回路及び流路切替装置を構成している。デフロスト回路は、圧縮機1−1から吐出された冷媒の一部(又は全部)を分岐させ、複数の並列熱交換器50−11、50−12のうちからデフロスト対象として選択された一部の並列熱交換器に流入させるものである。第1電磁弁8−11、8−12、及び第2電磁弁9−11、9−12の開閉は、制御装置30により制御される。
なお、必要なデフロスト能力(デフロストに必要な冷媒流量)が予め決まっている場合には、第1絞り装置10−1として毛細管等の固定絞りを用いてもよい。また、第1絞り装置10−1を設けることに代えて、予め設定したデフロスト流量時に冷媒の圧力が中圧まで低下するように、第2電磁弁9−11、9−12を小型化してもよい。また、第2電磁弁9−11、9−12に代えて、冷媒の流量を連続的に又は多段階で制御可能な流量制御装置を設置してもよい。この場合、第1絞り装置10−1の設置を省略することができる。
また、熱源機A−1には各種センサが設けられている。制御装置30は、各種センサからの検出信号に基づき、圧縮機1−1の周波数、室外ファン5f−1及び各種流量制御装置等、アクチュエータとなる機器を制御する。ここでは、各種センサの一部として、主にデフロストの実行又はデフロストの終了判定に必要なセンサについて説明する。
デフロスト配管15−1には、当該配管内の冷媒圧力を検出する圧力センサ21−11が設けられている。圧力センサ21−11では、第2電磁弁9−11が開いている場合には並列熱交換器50−11内の冷媒圧力が検出され、第2電磁弁9−12が開いている場合には並列熱交換器50−12内の冷媒圧力が検出される。第1接続配管13−11、13−12には、デフロストを行う際に並列熱交換器50−11、50−12から流出する冷媒の温度を検出する温度センサ22−11、22−12が設けられている。デフロスト対象の並列熱交換器50−11、50−12の圧力を制御する際には、圧力センサ21−11の検出値が用いられる。また、デフロストの終了判定には、並列熱交換器50−11、50−12から流出する冷媒のサブクールSCが用いられる。サブクールSCは、圧力センサ21−11の検出圧力に基づく飽和液温度と、温度センサ22−11、22−12の検出温度と、の温度差を用いて算出される。デフロスト対象の並列熱交換器内の冷媒圧力を検出するため、圧力センサ21−11に代えて、例えば第1接続配管13−11、13−12のそれぞれに圧力センサが設けられていてもよい。
その他のセンサとしては、圧縮機1−1に吸入される冷媒の温度を検出する温度センサ22−14、圧縮機1−1から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力センサ21−12、室外熱交換器5−1と冷暖切替装置2−1との間を接続するガス側配管内の冷媒の温度を検出する温度センサ22−13、外気温度を検出する温度センサ23、等が設けられている。なお、制御装置30は、外気温度の情報を外部から取得するようにしてもよい。
熱源機A−2は、熱源機A−1と同様の構成を有している。すなわち、熱源機A−2の圧縮機1−2、吐出配管1a−2、吸入配管1b−2、冷暖切替装置2−2、室外熱交換器5−2、室外ファン5f−2、アキュムレータ6−2、第2絞り装置7−21、7−22、7−23、第1電磁弁8−21、8−22、第2電磁弁9−21、9−22、第1絞り装置10−2、第1接続配管13−21、13−22、第2接続配管14−21、14−22、デフロスト配管15−2、逆止弁16−2、圧力センサ21−21、21−22、温度センサ22−21、22−22、22−23、22−24、並列熱交換器50−21、50−22は、熱源機A−1の圧縮機1−1、吐出配管1a−1、吸入配管1b−1、冷暖切替装置2−1、室外熱交換器5−1、室外ファン5f−1、アキュムレータ6−1、第2絞り装置7−11、7−12、7−13、第1電磁弁8−11、8−12、第2電磁弁9−11、9−12、第1絞り装置10−1、第1接続配管13−11、13−12、第2接続配管14−11、14−12、デフロスト配管15−1、逆止弁16−1、圧力センサ21−11、21−12、温度センサ22−11、22−12、22−13、22−14、並列熱交換器50−11、50−12にそれぞれ対応している。なお、本実施の形態では、外気温度を検出する温度センサ23は熱源機A−1のみに設けられている。
次に、空気調和装置100の各種運転モードにおける運転動作について説明する。図4は、本実施の形態に係る空気調和装置100の制御装置30で実行される制御の流れの一例を示すフローチャートである。空気調和装置100の運転が開始されると(ステップS1)、制御装置30は、リモコン等によるユーザーからの指令に基づき、室内機B及び室内機Cの運転モードを冷房運転又は暖房運転に設定する(ステップS2)。運転モードが冷房運転に設定された場合、制御装置30は所定の冷房制御を行う(ステップS3)。運転モードが暖房運転に設定された場合、制御装置30は、冷暖切替装置2−1、2−2、流量制御装置4−b、4−c、第2絞り装置7−11、7−12、7−21、7−22、第1電磁弁8−11、8−12、8−21、8−22、第2電磁弁9−11、9−12、9−21、9−22、及び第1絞り装置10−1、10−2等を制御し、暖房通常運転、暖房デフロスト同時運転1(連続暖房運転とも称する)又は暖房デフロスト同時運転2のいずれかを実行する。本例では、運転モードが暖房運転に設定された場合、制御装置30は、サブ運転モードをまず暖房通常運転に設定し、所定の暖房制御を行う(ステップS4)。暖房通常運転は、室外熱交換器5−1、5−2を構成する並列熱交換器50−11、50−12、50−21、50−22の全てが通常の蒸発器として動作するサブ運転モードである。
暖房通常運転時には、制御装置30は、デフロスト実施条件を満たすか否かを判定する(ステップS5)。デフロスト実施条件を満たすか否かの判定は、例えば、外気温度及び冷凍サイクルの低圧側圧力等を用いて行われる。デフロスト実施条件を満たすと判定した場合には、制御装置30は、デフロスト実施方法として、例えば暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2のいずれかを選択して実行する(ステップS6)。暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2の実行が開始されると、制御装置30がデフロスト終了条件を満たすと判定するまで継続される(ステップS7〜S10)。一方、ステップS5でデフロスト実施条件を満たさないと判定した場合には、ステップS4に戻り、所定の暖房制御を継続するとともに、デフロスト実施条件を満たすか否かの判定を所定の時間間隔で繰り返す。
暖房デフロスト同時運転1は、複数の並列熱交換器50−11、50−12、50−21、50−22のうちの一部(例えば、熱源機毎にそれぞれ1つ)の並列熱交換器がデフロスト対象として順次選択されるサブ運転モードである。デフロスト対象として選択された並列熱交換器には、上記のデフロスト回路によって、圧縮機から吐出された冷媒の一部が流入する。これに対し、デフロスト対象以外の並列熱交換器は、通常の蒸発器として動作する。例えば、暖房デフロスト同時運転1では、熱源機A−1(室外熱交換器5−1)の一方の並列熱交換器50−11を蒸発器として動作させて暖房運転を実行しつつ、他方の並列熱交換器50−12のデフロストを行う。並列熱交換器50−12のデフロストが終了すると、今度は並列熱交換器50−12を蒸発器として動作させて暖房運転を実行しつつ、並列熱交換器50−11のデフロストを行う。暖房デフロスト同時運転1では、暖房運転を継続しながら、並列熱交換器50−11、50−12のデフロストを交互に行うとともに、並列熱交換器50−21、50−22のデフロストを交互に行うことが可能である。
暖房デフロスト同時運転2は、複数の熱源機A−1、A−2のうちの一部の熱源機(例えば、1台の熱源機)の全ての並列熱交換器のデフロスト(以下、「全面デフロスト」という場合がある)を行い、それ以外の熱源機の並列熱交換器を蒸発器として動作させて暖房運転を実行するサブ運転モードである。つまり、暖房デフロスト同時運転2では、暖房運転を継続しながら、熱源機A−1、A−2毎の全面デフロストを交互に行う。例えば、一方の熱源機A−1の全ての並列熱交換器50−11、50−12を蒸発器として動作させて暖房運転を実行しつつ、他方の熱源機A−2の全ての並列熱交換器50−21、50−22のデフロストを同時に行う。並列熱交換器50−21、50−22のデフロストが終了すると、今度は熱源機A−2の全ての並列熱交換器50−21、50−22を蒸発器として動作させて暖房運転を実行しつつ、熱源機A−1の全ての並列熱交換器50−11、50−12のデフロストを同時に行う。
暖房デフロスト同時運転1及び暖房デフロスト同時運転2は、暖房通常運転中、冷凍サイクルの低圧側圧力及び室外熱交換器5−1、5−2の検知温度等が低下して、室外熱交換器5−1、5−2に着霜が生じていると判断された場合に行われる。なお、暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2のいずれかを選択する手法については、図15を用いて後述する。
図5は、本実施の形態に係る空気調和装置100の各運転モードにおける各バルブの状態の例を示す図である。図5では、冷暖切替装置2−1、2−2、第2絞り装置7−11、7−12、7−13、7−21、7−22、7−23、第1電磁弁8−11、8−12、8−21、8−22、第2電磁弁9−11、9−12、9−21、9−22、第1絞り装置10−1、10−2、及び流量制御装置4−b、4−cのそれぞれの符号を「バルブ番号」として示している。例えば、冷暖切替装置2−1、2−2の「ON」は、図1中に実線で示すように流路が切り替えられた状態を示し、「OFF」は、図1中に点線で示すように流路が切り替えられた状態を示す。また例えば、第1電磁弁8−11、8−12、8−21、8−22、及び第2電磁弁9−11、9−12、9−21、9−22の「ON」は、弁が開放されて冷媒を流通させる状態を示し、「OFF」は、弁が閉じられて冷媒を流通させない状態を示す。また例えば、第2絞り装置7−13、7−23の「デフロスト熱交圧力」は、デフロスト対象の並列熱交換器内の冷媒圧力が所定の圧力範囲となるように第2絞り装置7−13、7−23の開度が制御されることを示す。
以下に説明する各運転モードでは、制御装置30の制御により、各バルブの状態が図5に示すように設定される。
[冷房運転]
図6は、本実施の形態に係る空気調和装置100の冷房運転時における冷媒の流れを示す図である。図6では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図7は、本実施の形態に係る空気調和装置100の冷房運転時におけるP−h線図である。図7中の点(a)〜(d)は、それぞれ図6中の(a)〜(d)部での冷媒の状態を示している。
図6及び図7に示すように、熱源機A−1の圧縮機1−1は、低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧のガス冷媒を吐出する(図7の点(a)〜(b))。圧縮機1−1から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部は、冷暖切替装置2−1、第1電磁弁8−11及び第2接続配管14−11を通過して並列熱交換器50−11に流入する。高温高圧のガス冷媒の他の一部は、冷暖切替装置2−1、第1電磁弁8−12及び第2接続配管14−12を通過して並列熱交換器50−12に流入する。並列熱交換器50−11、50−12に流入したガス冷媒は、室外ファン5f−1により送風される室外空気に凝縮熱を放熱して凝縮し、中温高圧の液冷媒となる(図7の点(b)〜(c))。
並列熱交換器50−11、50−12から流出した中温高圧の液冷媒は、第1接続配管13−11、13−12、全開状態の第2絞り装置7−11、7−12、及び第2延長配管12−1を通り、熱源機A−2から流出した中温高圧の液冷媒と合流する。なお、熱源機A−2における冷媒の流れは熱源機A−1と同様であるため、説明を省略する。中温高圧の液冷媒は、第2延長配管12−2b、12−2cに分岐して、流量制御装置4−b、4−cを通過する。流量制御装置4−b、4−cを通過した冷媒は、膨張して減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる(図7の点(c)〜(d))。
流量制御装置4−b、4−cから流出した低温低圧の気液二相冷媒は、室内熱交換器3−b、3−cに流入し、室内空気から蒸発熱を吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる(図7の点(d)〜(a))。ここで、制御装置30は、図7の点(a)で示す低温低圧のガス冷媒のスーパーヒート(過熱度)が2K〜5K程度になるように、流量制御装置4−b、4−cを制御する。
室内熱交換器3−b、3−cから流出した低温低圧のガス冷媒は、第1延長配管11−2b、11−2cを通過して合流し、さらに第1延長配管11−1で熱源機A−1、A−2のそれぞれに分流する。熱源機A−1側に分流したガス冷媒は、冷暖切替装置2−1及びアキュムレータ6−1を通って圧縮機1−1に吸入される。
[暖房通常運転]
図8は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房通常運転時における冷媒の流れを示す図である。図8では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図9は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房通常運転時におけるP−h線図である。図9中の点(a)〜(e)は、それぞれ図8中の(a)〜(e)部での冷媒の状態を示している。
図8及び図9に示すように、熱源機A−1の圧縮機1−1は、低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧のガス冷媒を吐出する(図9の点(a)〜(b))。圧縮機1−1から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷暖切替装置2−1及び第1延長配管11−1を通過し、熱源機A−2から流出したガス冷媒と合流する。高温高圧のガス冷媒は、第1延長配管11−2b、11−2cに分岐して、室内機B、Cの室内熱交換器3−b、3−cに流入する。室内熱交換器3−b、3−cに流入したガス冷媒は、室内ファン3f−b、3f−cにより送風される室内空気に凝縮熱を放熱して凝縮し、中温高圧の液冷媒となる(図9の点(b)〜(c))。
室内熱交換器3−b、3−cから流出した中温高圧の液冷媒は、流量制御装置4−b、4−cを通過する。流量制御装置4−b、4−cを通過した液冷媒は、膨張して減圧され、中圧の気液二相状態になる(図9の点(c)〜(d))。ここで、制御装置30は、図9の点(c)で示す中温高圧の液冷媒のサブクール(過冷却度)が5K〜20K程度になるように流量制御装置4−b、4−cを制御する。
流量制御装置4−b、4−cから流出した中圧の気液二相冷媒は、第2延長配管12−2b、12−2cを通過して合流し、さらに第2延長配管12−1で熱源機A−1、A−2のそれぞれに分流する。熱源機A−1側に分流した気液二相冷媒の一部は、第1接続配管13−11及び第2絞り装置7−11を通過する。熱源機A−2側に分流した気液二相冷媒の他の一部は、第1接続配管13−12及び第2絞り装置7−12を通過する。第2絞り装置7−11、7−12を通過した冷媒は、膨張して減圧され、低圧の気液二相冷媒となる(図9の点(d)〜(e))。ここで、制御装置30は、第2絞り装置7−11、7−12を、一定開度(例えば、全開)で固定されるように制御するか、又は第2延長配管12−1等における中圧圧力の飽和温度が0℃〜20℃程度となるように制御する。
第2絞り装置7−11、7−12から流出した低圧の気液二相冷媒は、並列熱交換器50−11、50−12に流入する。並列熱交換器50−11、50−12に流入した気液二相冷媒は、室外ファン5f−1により送風される室外空気から蒸発熱を吸熱して蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる(図9の点(e)〜(a))。
並列熱交換器50−11、50−12から流出した低温低圧のガス冷媒は、第2接続配管14−11、14−12及び第1電磁弁8−11、8−12を通って合流し、冷暖切替装置2−1及びアキュムレータ6−1を通過して圧縮機1−1に吸入される。
[リバースデフロスト運転]
本実施の形態では、通常はリバースデフロスト運転を行わない。しかしながら、暖房通常運転、暖房デフロスト同時運転1及び暖房デフロスト同時運転2のサイクルを繰り返しているうちに、外気温度が大幅に低下したり、圧縮機1−1、1−2の吸入圧力が大幅に低下したりした場合には、室外熱交換器5−1、5−2を無着霜の状態にするためにリバースデフロスト運転を行ってもよい。
リバースデフロスト運転を行う場合、制御装置30は、冷暖切替装置2−1の流路を冷房運転時と同様に切り替える。これにより、圧縮機1−1から吐出された高温のガス冷媒は、並列熱交換器50−11、50−12に流入する。並列熱交換器50−11、50−12において、冷媒は、フィン5bに積層した霜を融かしながら冷却される。その後、並列熱交換器50−11、50−12から流出した冷媒は、第2絞り装置7−11、7−12及び第2延長配管12−1を通り、熱源機A−2から流出した冷媒と合流する。合流した冷媒は、第2延長配管12−2b、12−2c、流量制御装置4−b、4−c、室内熱交換器3−b、3−c、第1延長配管11−2b、11−2c、11−1を通過し、熱源機A−1、A−2のそれぞれに分流する。熱源機A−1側に分流した冷媒は、冷暖切替装置2−1及びアキュムレータ6−1を通過して、圧縮機1−1に吸入される。
リバースデフロスト運転時には、室内機B、Cから室内に冷風が吹き出されるのを防ぐため、制御装置30は、室内ファン3f−b、3f−cを停止させる。また、制御装置30は、圧縮機1−1、1−2の吸入圧力ができるだけ低下しないように、第2絞り装置7−11、7−12、7−21、7−22、及び流量制御装置4−b、4−cが全開となるように制御する。
[暖房デフロスト同時運転1(連続暖房運転)]
暖房デフロスト同時運転1は、暖房通常運転中に、図4のステップS5でデフロスト実施条件を満たすと判定された場合(例えば、室外熱交換器5−1、5−2に霜が付いたことを検知した場合)であって、ステップS6で暖房デフロスト同時運転1が選択された場合に行われる。
本実施の形態の構成では、暖房デフロスト同時運転1として、2種類の運転方法がある。第1の運転方法は、複数の熱源機A−1、A−2のそれぞれ一部の並列熱交換器をデフロスト対象とし、残りの並列熱交換器を蒸発器として動作させるものである。第2の運転方法は、複数の熱源機A−1、A−2のうち一部の熱源機のさらに一部の並列熱交換器のみをデフロスト対象とし、残りの並列熱交換器を蒸発器として動作させるものである。すなわち、第2の運転方法では、複数の熱源機A−1、A−2のうち一部の熱源機において、蒸発器として動作する並列熱交換器とデフロストされる並列熱交換器とが混在する。一方、上記一部の熱源機以外の熱源機では、暖房通常運転と同様に全ての並列熱交換器が蒸発器として動作する。
本実施の形態では、第1の運転方法による暖房デフロスト同時運転1での冷媒の流れについて説明する。第2の運転方法による暖房デフロスト同時運転1での冷媒の流れは、第1の運転方法による冷媒の流れと、上述の暖房通常運転での冷媒の流れとを組み合わせたものである。すなわち、どの並列熱交換器がデフロスト対象となるかによって、第1電磁弁8−11、8−12の開閉状態、及び第2電磁弁9−11、9−12の開閉状態などが逆になり、並列熱交換器50−11と並列熱交換器50−12との冷媒の流れが入れ替わるだけで、その他の動作は同様となる。よって、以下の説明では、熱源機A−1の並列熱交換器50−12と、熱源機A−2の並列熱交換器50−22と、をデフロスト対象とし、熱源機A−1の並列熱交換器50−11と、熱源機A−2の並列熱交換器50−21と、を蒸発器として動作させる場合の運転について説明する。以降の実施の形態の説明においても同様である。
図10は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転1時における冷媒の流れを示す図である。図10では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図11は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転1時におけるP−h線図である。図11中の点(a)〜(g)は、それぞれ図10中の(a)〜(g)部での冷媒の状態を示している。図11では、霜の融点である0℃の等温線を破線で示している。
制御装置30は、暖房通常運転を行っている際に、並列熱交換器の着霜状態を解消するデフロストが必要と判定し、かつ暖房デフロスト同時運転1を選択した場合、デフロスト対象の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−12)に対応する第1電磁弁8−12及び第2絞り装置7−12を全閉にする制御を行う。また、制御装置30は、デフロスト対象の並列熱交換器50−12に対応する第2電磁弁9−12を開くとともに、第1絞り装置10−1の開度を予め設定した開度にする制御を行う。これによって、主回路の他に、圧縮機1−1、第1絞り装置10−1、第2電磁弁9−12、並列熱交換器50−12、第2絞り装置7−13が順次接続されたデフロスト回路が形成される。一方、並列熱交換器50−11は、暖房通常運転と同様に、主回路の蒸発器として動作する。これにより、暖房デフロスト同時運転1が行われる。
本実施の形態の暖房デフロスト同時運転1では、熱源機A−2は、熱源機A−1と対称な運転状態となるように制御される。すなわち、熱源機A−2では、並列熱交換器50−21、50−22の一方を通るデフロスト回路が形成されるとともに、並列熱交換器50−21、50−22の他方が主回路の蒸発器として動作する。
暖房デフロスト同時運転1が開始されると、圧縮機1−1から吐出された高温高圧のガス冷媒の一部は、デフロスト配管15−1に流入し、第1絞り装置10−1で中圧まで減圧される。このときの冷媒の状態変化は、図11中の点(b)〜(f)で表される。中圧まで減圧されたガス冷媒は、第2電磁弁9−12を通り、並列熱交換器50−12に流入する。並列熱交換器50−12に流入したガス冷媒は、並列熱交換器50−12に付着した霜との熱交換により、冷却されて凝縮する。このように、中圧のガス冷媒を並列熱交換器50−12に流入させることにより、並列熱交換器50−12に付着した霜を中圧冷媒の凝縮潜熱を利用して融かすことができる。このときの冷媒の状態変化は、図11中の点(f)〜(g)で表される。
ここで、第2絞り装置7−13は、デフロスト対象の並列熱交換器50−12内の中圧冷媒の圧力が、飽和温度換算で、霜の温度(0℃)以上である0℃〜10℃程度となるように制御される。すなわち、第2絞り装置7−13は、冷媒としてR410が用いられる場合、中圧冷媒の圧力が0.80MPa〜1.09MPaとなるように制御され、冷媒としてR32が用いられる場合、中圧冷媒の圧力が0.81MPa〜1.11MPaとなるように制御され、冷媒としてHFO−1234yfが用いられる場合、中圧冷媒の圧力が0.32MPa〜0.44MPaとなるように制御される。
一方、主回路の(d)部における冷媒の圧力(点(d))は、第2絞り装置7−11の開度を制御することで決まる。
並列熱交換器50−12から流出した冷媒は、第2絞り装置7−13で減圧され、第1接続配管13−11で主回路に合流する(点(e))。合流した冷媒は、蒸発器として動作する並列熱交換器50−11に流入し、室外空気との熱交換により蒸発する。
なお、熱源機A−2の冷媒の流れは熱源機A−1と同様である。熱源機A−2の冷媒の流れについては、上記記載の「圧縮機1−1」、「デフロスト配管15−1」、「第1絞り装置10−1」、「並列熱交換器50−12」、「第2絞り装置7−11」、「第2絞り装置7−13」等をそれぞれ、「圧縮機1−2」、「デフロスト配管15−2」、「第1絞り装置10−2」、「並列熱交換器50−22」、「第2絞り装置7−21」、「第2絞り装置7−23」等と読み替えればよい。
上述の通り、本実施の形態では、デフロスト対象の並列熱交換器に流入する中圧冷媒の圧力は、飽和温度換算で0℃よりも高くかつ10℃以下となるように制御される。ここで、中圧冷媒の潜熱を利用するデフロストを最大限活かしつつ、デフロスト中の冷媒の移動を抑え、霜の融けムラをなくすことを考えると、デフロスト対象の並列熱交換器におけるサブクールSCの目標値を0K(冷媒の乾き度は0)とすることが最適である。ただし、サブクールSCを演算するために必要な温度センサ及び圧力センサ等の精度を考慮に入れると、サブクールSCが0K〜5K程度になるように、デフロスト対象の並列熱交換器に流入する中圧冷媒の圧力は、飽和温度換算で0℃よりも高くかつ6℃以下となるように制御されることが望ましい。
[暖房デフロスト同時運転2]
暖房デフロスト同時運転2は、暖房通常運転中に、図4のステップS5でデフロスト実施条件を満たすと判定された場合(例えば、室外熱交換器5−1、5−2に霜が付いたことを検知した場合)であって、ステップS6で暖房デフロスト同時運転2が選択された場合に行われる。
暖房デフロスト同時運転2では、複数台の熱源機A−1、A−2のうちから全面デフロストを行う一部の熱源機(全ての熱源機でなければ複数台の熱源機でも可)を選定し、その他の熱源機では通常の暖房運転を行う。デフロスト対象としてどの熱源機を選定するかによって、第1電磁弁8−11、8−12の開閉状態、及び第2電磁弁9−11、9−12の開閉状態などが逆になり、並列熱交換器50−11と並列熱交換器50−12との冷媒の流れが入れ替わるだけで、その他の動作は同様となる。よって、以下の説明では、熱源機A−2の全面デフロストを行いながら熱源機A−1で暖房運転を行う場合について説明する。なお、熱源機の全面デフロストを行う場合には、制御装置30は、室外空気への放熱を極力低減するために当該熱源機の室外ファンを停止させる。
図12は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転2時における冷媒の流れを示す図である。図12では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図13は、本実施の形態に係る空気調和装置100の暖房デフロスト同時運転2時におけるP−h線図である。図13中の点(a)〜(h)は、それぞれ図12中の(a)〜(h)部での冷媒の状態を示している。図13中の点(a)〜(e)は、熱源機A−1及び室内機B、Cにより形成される主回路のサイクルを表しており、点(f)〜(h)は、熱源機A−2により形成されるデフロスト回路のサイクルを表している。図13では、霜の融点である0℃の等温線を破線で示している。
制御装置30は、暖房通常運転を行っている際に、並列熱交換器の着霜状態を解消するデフロストが必要と判定し、かつ暖房デフロスト同時運転2を選択した場合、デフロスト対象の熱源機(本例では、熱源機A−2)の並列熱交換器50−21、50−22の一方(本例では、並列熱交換器50−21)に対応する第1電磁弁8−21と、並列熱交換器50−21、50−22の双方に対応する第2絞り装置7−21、7−22と、を全閉にする制御を行う。また、制御装置30は、一方の並列熱交換器50−21に対応する第2電磁弁9−21を開くとともに、第2絞り装置7−23の開度を全開にする制御を行う。さらに、制御装置30は、圧縮機1−2の吐出圧力(例えば、圧力センサ21−22の検出圧力)が第1延長配管11−1の圧力(例えば、圧縮機1−1の吐出圧力、圧力センサ21−12の検出圧力)を超えないように、第1絞り装置10−2の開度を制御する。これは、圧縮機1−2の吐出圧力が第1延長配管11−1の圧力を超えてしまうと、デフロスト回路のサイクルが熱源機A−2内で閉じられなくなり、デフロスト回路から主回路に冷媒が流出してしまうためである。例えば、圧縮機1−2の吐出圧力は、第1絞り装置10−2の開度が小さくなるほど上昇し、第1絞り装置10−2の開度が大きくなるほど低下する。
これによって、暖房運転を行う主回路とは切り離された形で、圧縮機1−2、第1絞り装置10−2、第2電磁弁9−21、並列熱交換器50−21、第2絞り装置7−23、並列熱交換器50−22、第1電磁弁8−22、冷暖切替装置2−2、アキュムレータ6−2が順次環状に接続されたデフロスト回路が形成される。これにより、暖房デフロスト同時運転2が行われる。
暖房デフロスト同時運転2が開始されると、熱源機A−1及び室内機B、Cにより形成される主回路では、通常の暖房運転が行われる。
一方、熱源機A−2により形成されるデフロスト回路では、以下のように冷媒が流れる。圧縮機1−2から吐出されたガス冷媒(図13の点(g))は、デフロスト配管15−2に流入し、第1絞り装置10−2で減圧される(図13の点(h))。ここで、圧縮機1−2の吐出圧力が第1延長配管11−1の圧力よりも低くなるため、圧縮機1−2から吐出されたガス冷媒は、第1延長配管11−1には流入しない。また、吐出配管1a−2には逆止弁16−2が設けられているため、第1延長配管11−1から熱源機A−2の吐出配管1a−2への高圧冷媒の逆流は生じない。
第1絞り装置10−2で減圧されたガス冷媒は、並列熱交換器50−21、第2絞り装置7−23、並列熱交換器50−22をこの順に通過し、並列熱交換器50−21、50−22に付着した霜に放熱する。これにより、並列熱交換器50−21、50−22に付着した霜を融かすことができる。並列熱交換器50−21、50−22を通過した冷媒は、霜の温度(0℃以下)よりも高い温度まで冷却され、ガス冷媒のままで、又は二相冷媒となって並列熱交換器50−22から流出する(図13の点(f))。並列熱交換器50−22から流出した冷媒は、第2接続配管14−22、第1電磁弁8−22、吸入配管1b−2を通ってアキュムレータ6−2に流入する。アキュムレータ6−2からは、温度が0℃よりも少し高くほぼ乾き度1のガス冷媒が圧縮機1−2に吸入される。
デフロスト回路は、冷媒の流れにおいて、第2絞り装置7−21、7−22及び逆止弁16−2により主回路から完全に切り離される。すなわち、デフロスト回路と主回路との間で冷媒の出入りがないため、デフロスト回路で冷媒不足になるのを防ぎつつ運転を継続することができる。また、圧縮機1−2の吸入圧力(図13の点(f))は、飽和温度換算で霜の融点である0℃程度となる。これにより、圧縮機1−2の吸入圧力が通常の暖房運転の吸入圧力(例えば、圧縮機1−1の吸入圧力(図13の点(a)))よりも高くなり、冷媒密度が増加するため、デフロスト流量を増加させることができ、デフロスト能力を高くすることができる。したがって、デフロストに必ずしも潜熱を利用しないものの、短い時間でデフロストを完了させることができる。また、熱源機A−2には蒸発器として動作する並列熱交換器がないため、室外ファン5f−2を停止させることができる。したがって、外気温度が低い場合であっても、並列熱交換器50−21、50−22における室外空気への放熱量を抑えることができる。
制御装置30は、暖房デフロスト同時運転2の実行中に、室外熱交換器5−2と冷暖切替装置2−2との間のガス側配管に設けられた温度センサ22−23の検出温度が10℃程度にまで上昇したら、暖房デフロスト同時運転2を終了する。
なお、図13に示すように、点(f)〜(h)はいずれもガス領域にある。これにより、暖房デフロスト同時運転2のデフロスト回路では、必要な冷媒量が通常の暖房運転時よりも少なくなるため、余剰冷媒がアキュムレータ6−2に溜まることになる。しかしながら、外気温度が低い場合には、デフロスト運転の開始初期に、並列熱交換器50−21、50−22で凝縮した冷媒が並列熱交換器50−21、50−22に溜まってしまうことにより、冷媒が不足してしまう可能性がある。そこで、圧縮機1−2の吸入圧力及び圧縮機1−2の吸入温度(例えば、温度センサ22−24の検出温度)に基づいて吸入スーパーヒートを算出し、予め設定された閾値よりも吸入スーパーヒートが大きい場合には第2絞り装置7−21、7−22を微小開度で開き、主回路からデフロスト回路に液冷媒が供給されるようにしてもよい。
次に、暖房デフロスト同時運転1及び暖房デフロスト同時運転2の運転特性について、図14及び図15を用いて検討する。図14は、本実施の形態に係る空気調和装置100における外気温度に対する暖房デフロスト同時運転1の暖房能力を示すグラフである。グラフの横軸は外気温度(℃)を表しており、縦軸は暖房能力を表している。暖房デフロスト同時運転1では、蒸発器として動作する並列熱交換器の外気からの吸熱量と圧縮機入力との和(グラフ中の最も上の破線)が、室内機の暖房能力、デフロスト能力、及び外気への放熱量に分配されることになる。ここで、外気温度が0℃以上の場合には、0℃の霜に外気から熱が与えられるので、外気への放熱量は負の値となる。外気への放熱量が負の値となる場合、当該放熱量の絶対値を外気からの採熱量ということもできる。
外気温度が低下するに従って、蒸発器での外気からの吸熱量は減少する。一方、デフロスト開始時の着霜量は外気温度によらずほぼ一定であるので、グラフ中の灰色部分で示すように、霜を融かすデフロスト能力は外気温度によらずほぼ一定となる。室内機の暖房能力と外気への放熱量との和は、グラフ中の上から2番目の破線で表される。
暖房デフロスト同時運転1では、蒸発器として動作する並列熱交換器で外気から吸熱するために、室外ファン5f−1、5f−2が動作する。このとき、室外ファン5f−1、5f−2により送風される空気は、蒸発器として動作する並列熱交換器だけでなく、デフロスト対象の並列熱交換器にも流れる。このため、並列熱交換器での外気への放熱量(又は外気からの採熱量)は、霜の融点(0℃)と外気温度との温度差が大きくなるほど大きくなる。暖房デフロスト同時運転1における室内機の暖房能力は、蒸発器での外気からの吸熱量と圧縮機入力との和から、デフロスト能力と外気への放熱量とを差し引いた値であるため、グラフ中の太線で表される。
これに対し、暖房デフロスト同時運転2では、例えば2台の熱源機のうちの1台で全面デフロストが行われる。2台の熱源機に同能力の圧縮機が搭載されている場合、冷媒流量は通常の暖房運転時の半分となる。ただし、暖房デフロスト同時運転2では、暖房デフロスト同時運転1と異なり、デフロスト対象となる熱源機の室外ファンは停止する。このため、暖房能力に対する外気温度の影響は、蒸発器での外気からの吸熱量のみとなる。
図15は、本実施の形態に係る空気調和装置100における暖房デフロスト同時運転1の暖房能力と暖房デフロスト同時運転2の暖房能力とを示すグラフである。グラフの横軸は外気温度(℃)を表しており、縦軸は暖房能力を表している。図15に示すように、暖房デフロスト同時運転2の暖房能力の外気温度に対する変化の傾きは、暖房デフロスト同時運転1の暖房能力の外気温度に対する変化の傾きよりも小さい。このため、外気温度が所定の閾値温度よりも低くなると、暖房デフロスト同時運転2の暖房能力の方が暖房デフロスト同時運転1の暖房能力よりも高くなる。閾値温度は、外気温度0℃以下の領域にあり、概ね−10℃〜−2℃の温度範囲に含まれる。ただし、この閾値温度は、システムの構成により若干異なる場合がある。
そこで、−10℃〜−2℃の温度範囲内で予め閾値温度を設定しておき、デフロストが必要と判定した場合には、暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2のいずれかを外気温度に基づいて選択すればよい。例えば、制御装置30は、暖房通常運転時においてデフロストが必要と判定した場合、外気温度が閾値温度以上であるときには暖房デフロスト同時運転1を実行し、外気温度が閾値温度よりも低いときには暖房デフロスト同時運転2を実行する。
なお、着霜などにより室外熱交換器が閉塞している場合には、吸入圧力が低下する。このため、制御装置30は、暖房運転時の吸入圧力が予め設定された値よりも低い場合には、暖房デフロスト同時運転2を行うようにしてもよい。
以上のように、本実施の形態では、中圧方式のデフロスト運転を行う際に、冷媒の凝縮潜熱を利用することによって少ない冷媒流量でデフロストを行うことができる暖房デフロスト同時運転1と、室外ファンを停止させることにより外気への放熱量を低減できる暖房デフロスト同時運転2と、のうちの高い暖房能力を確保できる方を選択して実行することができる。したがって、本実施の形態によれば、暖房デフロスト同時運転における暖房能力の低下を抑えることができる。
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16は、本実施の形態に係る空気調和装置101の構成を示す回路構成図である。図16に示すように、本実施の形態では、デフロスト対象の並列熱交換器に対する冷媒の入口及び出口が実施の形態1と異なっている。
熱源機A−1において、デフロスト配管15−1の一端側は吐出配管1a−1に接続されており、他端側は分岐して第1接続配管13−11、13−12のそれぞれに接続されている。
また、熱源機A−1には、デフロスト配管15−1とは別のデフロスト配管20−1が設けられている。デフロスト配管20−1の一端側は、第1接続配管13−11のうち暖房通常運転時の冷媒の流れにおいて第2絞り装置7−11よりも上流側と、第1接続配管13−12のうち暖房通常運転時の冷媒の流れにおいて第2絞り装置7−12よりも上流側と、の双方に接続されている。デフロスト配管20−1の他端側は、分岐して第2接続配管14−11、14−12のそれぞれに接続されている。デフロスト配管20−1には、第2絞り装置7−13が設けられている。デフロスト配管20−1の他端側において分岐したそれぞれの配管には、第3電磁弁18−11、18−12が設けられている。
熱源機A−2は、熱源機A−1と同様の構成を有している。すなわち、熱源機A−2の第3電磁弁18−21、18−22、デフロスト配管20−2は、熱源機A−1の第3電磁弁18−11、18−12、デフロスト配管20−1にそれぞれ対応している。
図17は、本実施の形態に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転1時における冷媒の流れを示す図である。図17では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図18は、本実施の形態に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転1時におけるP−h線図である。図18中の点(a)〜(g)は、それぞれ図17中の(a)〜(g)部での冷媒の状態を示している。
制御装置30は、暖房通常運転を行っている際に、並列熱交換器の着霜状態を解消するデフロストが必要と判定し、かつ暖房デフロスト同時運転1を選択した場合、デフロスト対象の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−12)に対応する第1電磁弁8−12及び第2絞り装置7−12を全閉にする制御を行う。また、制御装置30は、デフロスト対象の並列熱交換器50−12に対応する第2電磁弁9−12及び第3電磁弁18−12を開くとともに、第1絞り装置10−1の開度を予め設定した開度にする制御を行う。さらに、制御装置30は、第2絞り装置7−13から流出した冷媒の圧力が、図17の(d)部で合流する主回路の冷媒の圧力に近づくように、第2絞り装置7−13の開度を制御する。
これによって、主回路の他に、圧縮機1−1、第1絞り装置10−1、第2電磁弁9−12、並列熱交換器50−12、第3電磁弁18−12、第2絞り装置7−13が順次接続されたデフロスト回路が形成される。一方、並列熱交換器50−11は、暖房通常運転と同様に、主回路の蒸発器として動作する。これにより、暖房デフロスト同時運転1が行われる。
本実施の形態の暖房デフロスト同時運転1では、熱源機A−2は、熱源機A−1と対称な運転状態となるように制御される。すなわち、熱源機A−2では、並列熱交換器50−21、50−22の一方を通るデフロスト回路が形成されるとともに、並列熱交換器50−21、50−22の他方が主回路の蒸発器として動作する。
図19は、本実施の形態に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転2時における冷媒の流れを示す図である。図19では、冷媒が流れる部分を太線で表し、冷媒が流れない部分を細線で表している。図20は、本実施の形態に係る空気調和装置101の暖房デフロスト同時運転2時におけるP−h線図である。図20中の点(a)〜(h)は、それぞれ図19中の(a)〜(h)部での冷媒の状態を示している。図20中の点(a)〜(e)は、熱源機A−1及び室内機B、Cにより形成される主回路のサイクルを表しており、点(f)〜(h)は、熱源機A−2により形成されるデフロスト回路のサイクルを表している。
制御装置30は、暖房通常運転を行っている際に、並列熱交換器の着霜状態を解消するデフロストが必要と判定し、かつ暖房デフロスト同時運転2を選択した場合、デフロスト対象の熱源機(本例では、熱源機A−2)の第2絞り装置7−21、7−22及び第3電磁弁18−21、18−22を全閉にする制御を行う。また、制御装置30は、第1電磁弁8−21、8−22及び第2電磁弁9−21、9−22を開く制御を行う。さらに、制御装置30は、圧縮機1−2の吐出圧力が第1延長配管11−1の圧力を超えないように、第1絞り装置10−2の開度を制御する。
これによって、主回路とは切り離された形で、互いに並列に接続される2つのデフロスト回路が形成される。第1のデフロスト回路には、圧縮機1−2、第1絞り装置10−2、第2電磁弁9−21、並列熱交換器50−21、第1電磁弁8−21、冷暖切替装置2−2、アキュムレータ6−2が順次環状に接続される。第2のデフロスト回路には、圧縮機1−2、第1絞り装置10−2、第2電磁弁9−22、並列熱交換器50−22、第1電磁弁8−22、冷暖切替装置2−2、アキュムレータ6−2が順次環状に接続される。
暖房デフロスト同時運転1において、上記実施の形態1の構成では、冷媒の流れと空気の流れとが対向流になっていたが、本実施の形態の構成では、冷媒の流れと空気の流れとが並行流になっている。これにより、空気に放熱した熱を空気の流れにおいて下流側にある霜に与えることができるため、デフロストの効率をより向上させることができる。
また、暖房デフロスト同時運転2において、上記実施の形態1の構成では、2つの並列熱交換器50−21、50−22がデフロスト回路において直列に接続されていたが、本実施の形態の構成では、2つの並列熱交換器50−21、50−22をデフロスト回路において並列に接続することができる。したがって、本実施の形態によれば、デフロストのための冷媒を並列熱交換器50−21、50−22に並列に流入させることができるため、暖房デフロスト同時運転2における冷媒の圧力損失を減らすことができる。
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21は、本実施の形態に係る空気調和装置102の構成を示す回路構成図である。図21に示すように、本実施の形態では、暖房デフロスト同時運転1において、デフロスト対象の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−12)から流出したデフロスト回路の冷媒と、室内機B、Cから熱源機(例えば、熱源機A−1)に戻った主回路の冷媒とが合流する位置が、実施の形態2と異なる。
熱源機A−1において、デフロスト配管20−1の一端側は、第1接続配管13−11のうち暖房通常運転時の冷媒の流れにおいて第2絞り装置7−11よりも下流側と、第1接続配管13−12のうち暖房通常運転時の冷媒の流れにおいて第2絞り装置7−12よりも下流側と、のそれぞれに分岐して接続されている。デフロスト配管20−1の他端側において分岐したそれぞれの配管には、逆止弁24−11、24−12が設けられている。逆止弁24−11、24−12は、デフロスト配管20−1から第1接続配管13−11、13−12のそれぞれに向かう冷媒の流れを許容し、第1接続配管13−11、13−12のそれぞれからデフロスト配管20−1に向かう冷媒の流れを阻止するものである。
熱源機A−2は、熱源機A−1と同様の構成を有している。すなわち、熱源機A−2の逆止弁24−21、24−22は、熱源機A−1の逆止弁24−11、24−12に対応している。
本実施の形態では、暖房デフロスト同時運転1において、熱源機A−1の第2絞り装置7−13で減圧されてデフロスト配管20−1から流出する冷媒は、第2絞り装置7−11、7−12よりも下流側で主回路に合流する。同様に、熱源機A−2の第2絞り装置7−23で減圧されてデフロスト配管20−2から流出する冷媒は、第2絞り装置7−21、7−22よりも下流側で主回路に合流する。これにより、暖房デフロスト同時運転1時のP−h線図は、図11に示した実施の形態1のP−h線図と同様になる。したがって、第2絞り装置7−13、7−23の制御性が向上する。
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22は、本実施の形態に係る空気調和装置103の構成を示す回路構成図である。図22に示すように、空気調和装置103の冷媒回路には、暖房運転又は冷房運転をそれぞれ独立して選択可能な複数の室内機B、Cが接続されている。すなわち、空気調和装置103は、冷暖同時運転が可能な構成を有している。冷媒回路において熱源機A−1、A−2と室内機B、Cとの間には、中継機Dが設けられている。なお、室内機の台数が2台以上であれば冷暖同時運転が可能であるため、冷媒回路には3台以上の室内機が並列に接続されていてもよい。
熱源機A−1、A−2は通常、建物の外に設置される。室内機B、Cは通常、室内に設置される。中継機Dは、例えば、熱源機A−1、A−2及び室内機B、Cのいずれからも離れた、建物の機械室などに設置される。熱源機A−1、A−2と中継機Dとは、第1延長配管11−1H、11−1L及び第2延長配管12−1を介して接続される。中継機Dと室内機Bとは、第1延長配管11−2b及び第2延長配管12−2bを介して接続される。中継機Dと室内機Cとは、第1延長配管11−2c及び第2延長配管12−2cを介して接続される。なお、第1延長配管11−1H、11−1L及び第2延長配管12−1のそれぞれは、熱源機A−1、A−2のそれぞれに対して分岐して接続されている。第1延長配管11−1H、11−1L及び第2延長配管12−1のそれぞれの分岐部は、図22に示すように各延長配管の途中に設けられていてもよいし、熱源機A−1、A−2のいずれか、又は中継機Dに収容されていてもよい。
本実施の形態では、上記実施の形態1〜3と異なり、第1延長配管11−1が、第1延長配管11−1Hと第1延長配管11−1Lとで構成される。第1延長配管11−1Hは、各圧縮機1−1、1−2の吐出配管1a−1、1a−2に接続される高圧ガス配管である。第1延長配管11−1Lは、各圧縮機1−1、1−2の吸入配管1b−1、1b−2に接続される低圧ガス配管である。第1延長配管11−1H及び第1延長配管11−1Lは、後述する流路切替装置を介して、室内機B、Cのそれぞれのガス側配管に接続されている。第2延長配管12−1は、上記実施の形態1〜3と同様の液配管である。
中継機Dには、流路切替装置として、切換弁25−1b、25−2b、25−1c、25−2cが収容されている。切換弁25−1b、25−2b、25−1c、25−2cは、制御装置30の制御によって流路を開閉することにより、各室内機の運転モードを冷房運転及び暖房運転の間で切り換えるものである。
切換弁25−1bは、第1延長配管11−1Hと第1延長配管11−2bとの間の流路を開閉するものである。切換弁25−2bは、第1延長配管11−1Lと第1延長配管11−2bとの間の流路を開閉するものである。切換弁25−1bが開となり、切換弁25−2bが閉となると、室内機Bに接続された第1延長配管11−2bには、圧縮機1−1、1−2から吐出された高圧ガス冷媒が流通する。これにより、室内機Bでは暖房運転が行われる。一方、切換弁25−1bが閉となり、切換弁25−2bが開となると、第1延長配管11−2bには、圧縮機1−1、1−2に吸入される低圧ガス冷媒が流通する。これにより、室内機Bでは冷房運転が行われる。
切換弁25−1cは、第1延長配管11−1Hと第1延長配管11−2cとの間の流路を開閉するものである。切換弁25−2cは、第1延長配管11−1Lと第1延長配管11−2cとの間の流路を開閉するものである。切換弁25−1cが開となり、切換弁25−2cが閉となると、室内機Cに接続された第1延長配管11−2cには、圧縮機1−1、1−2から吐出された高圧ガス冷媒が流通する。これにより、室内機Cでは暖房運転が行われる。一方、切換弁25−1cが閉となり、切換弁25−2cが開となると、第1延長配管11−2cには、圧縮機1−1、1−2に吸入される低圧ガス冷媒が流通する。これにより、室内機Cでは冷房運転が行われる。
本実施の形態では、上記のような構成を備えることにより、実施の形態1〜3と同様の全冷房運転及び全暖房運転に加えて、冷房運転を行う室内機と暖房運転を行う室内機とが同時に存在する冷暖同時運転(例えば、冷房主体運転又は暖房主体運転)を行うことができる。
室外熱交換器5−1、5−2が蒸発器として動作する全暖房運転及び暖房主体運転では、室外熱交換器5−1、5−2のフィン5bに着霜が生じる場合がある。制御装置30は、全暖房運転の実行中に室外熱交換器5−1、5−2のデフロストが必要と判断した場合には、全暖房運転を継続しながら、実施の形態1〜3と同様に暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2を実行する。また、制御装置30は、暖房主体運転の実行中に室外熱交換器5−1、5−2のデフロストが必要と判断した場合には、暖房主体運転を継続しながら、実施の形態1〜3と同様に暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2を実行する。特に暖房主体運転の実行中には、冷房運転を行う室内機(すなわち、蒸発器として動作して室内空気から吸熱する室内熱交換器を備える室内機)が存在することから、排熱回収運転を行いながら効率良くデフロストを行うことができる。
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23は、本実施の形態に係る空気調和装置104の構成を示す回路構成図である。図23に示すように、空気調和装置104の冷媒回路には、暖房運転又は冷房運転をそれぞれ独立して選択可能な複数の室内機B、Cが接続されている。すなわち、空気調和装置103は、冷暖同時運転が可能な構成を有している。上記実施の形態4と同様に、冷媒回路において熱源機A−1、A−2と室内機B、Cとの間には、中継機Dが設けられている。なお、室内機の台数が2台以上であれば冷暖同時運転が可能であるため、冷媒回路には3台以上の室内機が並列に接続されていてもよい。
上記実施の形態4及び本実施の形態では、冷暖同時運転時に、暖房運転を行う室内機と冷房運転を行う室内機とが冷媒の流れにおいて互いに直列に接続される。すなわち、冷媒は、暖房運転を行う室内機を通って室内の空気を暖めながら液冷媒に凝縮し、冷房運転を行う室内機を通って室内の空気を冷やしながらガス冷媒に蒸発する。これにより排熱回収を行うことができ、効率よく運転できる。
ここで、暖房負荷が冷房負荷と圧縮機入力との合計より多い場合は、外気から熱を収集する必要があるため、室外熱交換器は蒸発器として動作する。また、暖房負荷が冷房負荷と圧縮機入力との合計より少ない場合は、外気に熱を放出する必要があるため、室外熱交換器は凝縮器として動作する。
上記実施の形態4と本実施の形態では、室外熱交換器と、暖房運転を行う室内機及び冷房運転を行う室内機との接続方法が異なる。
上記実施の形態4では、室外熱交換器が凝縮器として動作する場合、室外熱交換器は暖房運転を行う室内機と並列に接続され、それぞれの熱交換器で凝縮した冷媒が合流し、冷房を行う室内機に供給される。また、室外熱交換器が蒸発器として動作する場合、室外熱交換器は冷房運転を行う室内機と並列に接続され、暖房を行う室内機で凝縮した冷媒が分岐され、冷房を行う室内機と室外熱交換器に供給される。
これに対し、本実施の形態では、室外熱交換器が凝縮器として動作する場合、室外熱交換器は暖房運転を行う室内機の上流に直列接続され、室外熱交換器と暖房を行う室内機とで凝縮した冷媒が、冷房を行う室内機に供給される。また、室外熱交換器が蒸発器として動作する場合、室外熱交換器は冷房運転を行う室内機の下流に直列接続され、暖房を行う室内機で凝縮した冷媒が、冷房を行う室内機を通った後、室外熱交換器に供給され、蒸発を完了し、圧縮機に吸入される。
熱源機A−1には、逆止弁16−1a、16−1b、16−1c、16−1dが設けられている。逆止弁16−1aは、冷暖切替装置2−1と第1延長配管11−1Hとの間を接続する冷媒配管に設けられ、冷暖切替装置2−1から第1延長配管11−1Hに向かう冷媒の流動のみを許容するものである。逆止弁16−1bは、室外熱交換器5−1と第1延長配管11−1Hとの間を接続する冷媒配管に設けられ、室外熱交換器5−1から第1延長配管11−1Hに向かう冷媒の流動のみを許容するものである。逆止弁16−1cは、冷暖切替装置2−1と第1延長配管11−1Lとの間を接続する冷媒配管に設けられ、第1延長配管11−1Lから冷暖切替装置2−1に向かう冷媒の流動のみを許容するものである。逆止弁16−1dは、室外熱交換器5−1と第1延長配管11−1Lとの間を接続する冷媒配管に設けられ、第1延長配管11−1Lから室外熱交換器5−1に向かう冷媒の流動のみを許容するものである。
室外熱交換器5−1は、冷暖切替装置2−1によって流路が切り替えられることにより、凝縮器又は蒸発器として動作する。上記のように逆止弁16−1a、16−1b、16−1c、16−1dが設けられていることにより、室外熱交換器5−1が凝縮器として動作する場合及び室外熱交換器5−1が蒸発器として動作する場合のいずれであっても、第1延長配管11−1Hでは熱源機A−1から中継機Eに向かって冷媒が流れ、第1延長配管11−1Lでは中継機Eから熱源機A−1に向かって冷媒が流れる。
熱源機A−2は、熱源機A−1と同様の構成を有している。すなわち、熱源機A−2の逆止弁16−2a、16−2b、16−2c、16−2dは、熱源機A−1の逆止弁16−1a、16−1b、16−1c、16−1dにそれぞれ対応している。
中継機Eには、第1分岐部E−1、第2分岐部E−2及び第3分岐部E−3が設けられている。第1分岐部E−1は、第1延長配管11−1Hと、第1延長配管11−2b、11−2cのそれぞれと、に接続されている。第1分岐部E−1には、高圧の冷媒が流れる。第2分岐部E−2は、第1延長配管11−1Lと、第1延長配管11−2b、11−2cのそれぞれと、に接続されている。第2分岐部E−2には、低圧の冷媒が流れる。第3分岐部E−3は、第1分岐部E−1と、第2分岐部E−2と、第2延長配管12−2b、12−2cのそれぞれと、に接続されている。第3分岐部E−3には、高圧と低圧の間の圧力である中圧の冷媒が流れる。
第1分岐部E−1と第3分岐部E−3とを接続する冷媒配管には、第3絞り装置26−1が設けられている。第2分岐部E−2と第3分岐部E−3とを接続する冷媒配管には、第4絞り装置26−2が設けられている。第3絞り装置26−1及び第4絞り装置26−2は、例えば電子膨張弁により構成されている。第3絞り装置26−1及び第4絞り装置26−2は、制御装置30からの指示に基づいて開度を変化させることができる。第3絞り装置26−1及び第4絞り装置26−2は、中継機Eに収容されている。
また、中継機Eには、上記実施の形態4と同様の切換弁25−1b、25−2b、25−1c、25−2cが設けられている。
本実施の形態においても、上記実施の形態4と同様に、室外熱交換器5−1、5−2が蒸発器として動作する全暖房運転及び暖房主体運転では、室外熱交換器5−1、5−2のフィン5bに着霜が生じる場合がある。制御装置30は、全暖房運転の実行中に室外熱交換器5−1、5−2のデフロストが必要と判断した場合には、全暖房運転を継続しながら、実施の形態1〜3と同様に暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2を実行する。また、制御装置30は、暖房主体運転の実行中に室外熱交換器5−1、5−2のデフロストが必要と判断した場合には、暖房主体運転を継続しながら、実施の形態1〜3と同様に暖房デフロスト同時運転1又は暖房デフロスト同時運転2を実行する。特に暖房主体運転の実行中には、冷房運転を行う室内機が存在することから、排熱回収運転を行いながら効率良くデフロストを行うことができる。
以上説明したように、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる主回路と、主回路において互いに並列に接続された複数の熱源機A−1、A−2と、複数の熱源機A−1、A−2を制御する制御装置30と、を備え、複数の熱源機A−1、A−2のそれぞれは、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機(例えば、圧縮機1−1)と、少なくとも蒸発器として動作し、冷媒の流れにおいて互いに並列に接続された複数の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−11、50−12)と、圧縮機から吐出された冷媒の逆流を阻止する逆止弁(例えば、逆止弁16−1)と、圧縮機から吐出された冷媒を逆止弁よりも上流側で分岐させ、複数の並列熱交換器のうちの少なくとも一部の並列熱交換器に供給するデフロスト回路(例えば、デフロスト配管15−1等)と、複数の並列熱交換器を通る冷媒の流路を切り替える第1流路切替装置(例えば、第1電磁弁8−11、8−12、第2電磁弁9−11、9−12、第2絞り装置7−11、7−12、7−13等)と、を有しており、制御装置30は、複数の熱源機のうちの少なくとも一部の熱源機(例えば、全ての熱源機A−1、A−2)において、複数の並列熱交換器のうちの一部の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−12、50−22)に、圧縮機から吐出された冷媒の一部をデフロスト回路を介して供給するとともに、複数の並列熱交換器のうちの他の並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−11、50−21)を蒸発器として動作させる第1の暖房デフロスト同時運転(暖房デフロスト同時運転1)と、複数の熱源機のうちの一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)において、複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−21、50−22)に、圧縮機から吐出された冷媒をデフロスト回路を介して供給するとともに、複数の熱源機のうちの他の熱源機(例えば、熱源機A−1)において、複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器(例えば、並列熱交換器50−11、50−12)を蒸発器として動作させて暖房を継続し、一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)における圧縮機1−2の吸入圧力が、他の熱源機(例えば、熱源機A−1)における圧縮機1−1の吸入圧力よりも高くなるように運転する第2の暖房デフロスト同時運転(暖房デフロスト同時運転2)と、を切り替えて実行するものである。
この構成によれば、第1の暖房デフロスト同時運転及び第2の暖房デフロスト同時運転のうち高い暖房能力を確保できる方を選択して実行することができる。したがって、暖房デフロスト同時運転における暖房能力の低下を抑えることができる。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御装置30は、外気温度に基づいて、第1の暖房デフロスト同時運転又は第2の暖房デフロスト同時運転のいずれかを選択するものであってもよい。また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、制御装置30は、外気温度が予め設定された閾値温度以上である場合には第1の暖房デフロスト同時運転を選択し、外気温度が閾値温度よりも低い場合には第2の暖房デフロスト同時運転を選択するものであってもよい。
この構成によれば、外気温度に基づいて効率の高い暖房デフロスト同時運転を選択できるため、暖房デフロスト同時運転における暖房能力の低下をより確実に抑えることができる。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、複数の熱源機A−1、A−2のそれぞれは、デフロスト回路(例えば、デフロスト配管15−1)に設けられ、圧縮機から吐出された冷媒が少なくとも一部の並列熱交換器に供給される前に当該冷媒を減圧する第1絞り装置(例えば、第1絞り装置10−1)と、第1の暖房デフロスト同時運転において、一部の並列熱交換器から流出した冷媒が主回路に戻る前に当該冷媒をさらに減圧する第2絞り装置(例えば、第2絞り装置7−13)と、をさらに有していてもよい。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、第1の暖房デフロスト同時運転及び第2の暖房デフロスト同時運転のいずれにおいても、デフロストが行われる並列熱交換器には、圧縮機から吐出された冷媒が第1絞り装置を介して流入するようにしてもよい。また、第1絞り装置や第2絞り装置は、暖房デフロスト同時運転の運転できる外気温度の範囲を限定することで、デフロストの流量及び圧力が所定値になるように流路抵抗をあらかじめ設計しておき、開度制御の不要な毛細管や小型の電磁弁を用いても良い。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、第2の暖房デフロスト同時運転では、一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)のデフロスト回路は、逆止弁(例えば、逆止弁16−2)及び第1流路切替装置(例えば、第2絞り装置7−22、7−23)によって他の熱源機(例えば、熱源機A−1)の主回路から切り離されており、第2の暖房デフロスト同時運転において、一部の熱源機の圧縮機から吐出された冷媒は、第1絞り装置(例えば、第1絞り装置10−2)で減圧された後に全ての並列熱交換器(例えば、直列に接続された並列熱交換器50−21、50−22)に供給されてもよい。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、第2の暖房デフロスト同時運転では、制御装置30は、一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)の圧縮機の吐出圧力を他の熱源機(例えば、熱源機A−1)の圧縮機の吐出圧力よりも低く制御するものであってもよい。
第1流路切替装置は、第2絞り装置(例えば、第2絞り装置7−23)を含んでおり、第2の暖房デフロスト同時運転では、第2絞り装置が閉止されるようにしてもよい。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、第2の暖房デフロスト同時運転では、制御装置30は、一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)の圧縮機の吸入スーパーヒートが予め設定された閾値よりも大きくなった場合、他の熱源機(例えば、熱源機A−1)の主回路から一部の熱源機(例えば、熱源機A−2)のデフロスト回路に液冷媒を戻す制御を行うものであってもよい。
また、上記実施の形態に係る冷凍サイクル装置において、主回路には、暖房運転又は冷房運転をそれぞれ選択可能な複数の室内機B、Cが接続されており、複数の室内機B、Cのそれぞれに接続されたガス側配管(例えば、第1延長配管11−2b、11−2c)は、第2流路切替装置(例えば、切換弁25−1b、25−1c、25−2b、25−2c)を介して、圧縮機1−1、1−2の吐出配管1a−1、1a−2及び吸入配管1b−1、1b−2の双方に接続されており、第2流路切替装置は、複数の室内機B、Cのうち暖房運転を選択した室内機に接続されたガス側配管に、圧縮機1−1、1−2から吐出配管1a−1、1a−2を介して吐出される高圧冷媒を流通させ、複数の室内機B、Cのうち冷房運転を選択した室内機に接続されたガス側配管に、圧縮機1−1、1−2に吸入配管1b−1、1b−2を介して吸入される低圧冷媒を流通させるように流路を切り替えるものであり、制御装置30は、暖房運転を選択した室内機と冷房運転を選択した室内機とが存在する冷暖同時運転(例えば、暖房主体運転)の実行中において、複数の並列熱交換器のデフロストが必要と判断した場合、冷暖同時運転を継続しながら第1の暖房デフロスト同時運転又は第2の暖房デフロスト同時運転を実行するようにしてもよい。
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、冷房及び暖房の双方を実行できる空気調和装置100、101、102を例に挙げたが、少なくとも暖房を実行できる空気調和装置であれば、本発明を適用することができる。
また、上記実施の形態では、冷凍サイクル装置を備えた空気調和装置100、101、102を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。本発明の冷凍サイクル装置は、例えば、冷蔵装置又は冷凍装置等の他の装置にも用いることができる。
また、上記実施の形態では、室外熱交換器5−1、5−2がそれぞれ2つの並列熱交換器に分割された構成を例に挙げたが、室外熱交換器は3つ以上の並列熱交換器に分割されていてもよい。一例として、実施の形態1に係る熱源機A−1の室外熱交換器5−1が4つの並列熱交換器に分割された構成について説明する。
図24は、上記実施の形態1に係る熱源機A−1の構成の変形例を示す図である。図24では、熱源機A−1のうち室外熱交換器5−1及びその近傍の回路構成のみを示している。図24に示すように、本例の室外熱交換器5−1は、4つの並列熱交換器50−31、50−32、50−33、50−34に分割されている。並列熱交換器50−31、50−32、50−33、50−34は、冷媒回路において互いに並列に接続されている。並列熱交換器50−31、50−32、50−33、50−34には、それぞれ第1接続配管13−31、13−32、13−33、13−34が接続されている。第1接続配管13−31、13−32、13−33、13−34には、それぞれ第2絞り装置7−31、7−32、7−33、7−34が設けられている。第1接続配管13−31、13−32、13−33、13−34が図24に示すような位置関係で配列しているとすると、互いに隣り合う第1接続配管同士は、バイパス配管を介して接続されている。第1接続配管のそれぞれにおけるバイパス配管の接続位置は、第2絞り装置と並列熱交換器との間である。バイパス配管には、それぞれ第2絞り装置7−41、7−42、7−43が設けられている。
このように、室外熱交換器がn個(nは2以上の整数)の並列熱交換器に分割されている場合には、(n−1)本のバイパス配管と(n−1)個の第2絞り装置とが設けられる。この構成によれば、どの並列熱交換器がデフロスト対象となっても、デフロスト対象の並列熱交換器から流出した冷媒を、デフロスト対象以外の並列熱交換器(蒸発器として動作する並列熱交換器)に流入させることができる。これにより、暖房デフロスト同時運転1において、n個の並列熱交換器を1つずつデフロストすることができる。
また、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。
1−1、1−2 圧縮機、1a−1、1a−2 吐出配管、1b−1、1b−2 吸入配管、2−1、2−2 冷暖切替装置、3−b、3−c 室内熱交換器、3f−b、3f−c 室内ファン、4−b、4−c 流量制御装置、5−1、5−2 室外熱交換器、5a 伝熱管、5b フィン、5f−1、5f−2 室外ファン、6−1、6−2 アキュムレータ、7−11、7−12、7−13、7−21、7−22、7−23、7−31、7−32、7−33、7−34、7−41、7−42、7−43 第2絞り装置、8−11、8−12、8−21、8−22 第1電磁弁、9−11、9−12、9−21、9−22 第2電磁弁、10−1、10−2 第1絞り装置、11−1、11−1H、11−1L、11−2b、11−2c 第1延長配管、12−1、12−2b、12−2c 第2延長配管、13−11、13−12、13−21、13−22、13−31、13−32、13−33、13−34 第1接続配管、14−11、14−12、14−21、14−22 第2接続配管、15−1、15−2 デフロスト配管、16−1、16−2、16−1a、16−1b、16−1c、16−1d、16−2a、16−2b、16−2c、16−2d 逆止弁、18−11、18−12、18−21、18−22 第3電磁弁、20−1、20−2 デフロスト配管、21−11、21−12、21−21、21−22 圧力センサ、22−11、22−12、22−13、22−14、22−21、22−22、22−23、22−24、23 温度センサ、24−11、24−12、24−21、24−22 逆止弁、25−1b、25−1c、25−2b、25−2c 切換弁、26−1 第3絞り装置、26−2 第4絞り装置、30 制御装置、31 選択手段、32 判定手段、50−11、50−12、50−21、50−22、50−31、50−32、50−33、50−34 並列熱交換器、100、101、102、103、104 空気調和装置、A−1、A−2 熱源機、B、C 室内機、D 中継機、E−1 第1分岐部、E−2 第2分岐部、E−3 第3分岐部。

Claims (10)

  1. 冷媒を循環させる主回路と、
    前記主回路において互いに並列に接続された複数の熱源機と、
    前記複数の熱源機を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記複数の熱源機のそれぞれは、
    冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
    少なくとも蒸発器として動作し、冷媒の流れにおいて互いに並列に接続された複数の並列熱交換器と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒の逆流を阻止する逆止弁と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒を前記逆止弁よりも上流側で分岐させ、前記複数の並列熱交換器のうちの少なくとも一部の並列熱交換器に供給するデフロスト回路と、
    前記複数の並列熱交換器を通る冷媒の流路を切り替える第1流路切替装置と、
    を有しており、
    前記制御装置は、
    前記複数の熱源機のうちの少なくとも一部の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの一部の並列熱交換器に、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部を前記デフロスト回路を介して供給するとともに、前記複数の並列熱交換器のうちの他の並列熱交換器を蒸発器として動作させる第1の暖房デフロスト同時運転と、
    前記複数の熱源機のうちの一部の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器に、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記デフロスト回路を介して供給するとともに、前記複数の熱源機のうちの他の熱源機において、前記複数の並列熱交換器のうちの全ての並列熱交換器を蒸発器として動作させて暖房を継続し、前記複数の熱源機のうちの一部の熱源機における前記圧縮機の吸入圧力が、前記複数の熱源機のうちの他の熱源機における前記圧縮機の吸入圧力よりも高くなるように運転する第2の暖房デフロスト同時運転と、
    を切り替えて実行するものである冷凍サイクル装置。
  2. 前記制御装置は、外気温度に基づいて、前記第1の暖房デフロスト同時運転又は前記第2の暖房デフロスト同時運転のいずれかを選択するものである請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記制御装置は、前記外気温度が予め設定された閾値温度以上である場合には前記第1の暖房デフロスト同時運転を選択し、前記外気温度が前記閾値温度よりも低い場合には前記第2の暖房デフロスト同時運転を選択するものである請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記複数の熱源機のそれぞれは、
    前記デフロスト回路に設けられ、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記少なくとも一部の並列熱交換器に供給される前に当該冷媒を減圧する第1絞り装置と、
    前記第1の暖房デフロスト同時運転において、前記一部の並列熱交換器から流出した冷媒が前記主回路に戻る前に当該冷媒をさらに減圧する第2絞り装置と、
    をさらに有する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記第1の暖房デフロスト同時運転及び前記第2の暖房デフロスト同時運転のいずれにおいても、デフロストが行われる前記並列熱交換器には、前記圧縮機から吐出された冷媒が前記第1絞り装置を介して流入する請求項4に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記第2の暖房デフロスト同時運転において、前記一部の熱源機の前記デフロスト回路は、前記逆止弁及び前記第1流路切替装置によって前記他の熱源機の前記主回路から切り離されており、
    前記第2の暖房デフロスト同時運転において、前記一部の熱源機の前記圧縮機から吐出された冷媒は、前記第1絞り装置で減圧された後に前記全ての並列熱交換器に供給される請求項4又は請求項5に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記第2の暖房デフロスト同時運転において、前記制御装置は、前記一部の熱源機の前記圧縮機の吐出圧力を前記他の熱源機の前記圧縮機の吐出圧力よりも低く制御するものである請求項6に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記第1流路切替装置は、前記第2絞り装置を含んでおり、
    前記第2の暖房デフロスト同時運転では、前記第2絞り装置が閉止される請求項6又は請求項7に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記第2の暖房デフロスト同時運転において、前記制御装置は、前記一部の熱源機の前記圧縮機の吸入スーパーヒートが予め設定された閾値よりも大きくなった場合、前記他の熱源機の前記主回路から前記一部の熱源機の前記デフロスト回路に液冷媒を戻す制御を行うものである請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記主回路には、暖房運転又は冷房運転をそれぞれ選択可能な複数の室内機が接続されており、
    前記複数の室内機のそれぞれに接続されたガス側配管は、第2流路切替装置を介して、前記圧縮機の吐出配管及び吸入配管の双方に接続されており、
    前記第2流路切替装置は、前記複数の室内機のうち暖房運転を選択した室内機に接続されたガス側配管に、前記圧縮機から前記吐出配管を介して吐出される高圧冷媒を流通させ、前記複数の室内機のうち冷房運転を選択した室内機に接続されたガス側配管に、前記圧縮機に前記吸入配管を介して吸入される低圧冷媒を流通させるように流路を切り替えるものであり、
    前記制御装置は、暖房運転を選択した室内機と冷房運転を選択した室内機とが存在する冷暖同時運転の実行中において、前記複数の並列熱交換器のデフロストが必要と判断した場合、前記冷暖同時運転を継続しながら前記第1の暖房デフロスト同時運転又は前記第2の暖房デフロスト同時運転を実行する請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
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