JP6391825B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

この発明は、冷媒を変更する冷凍サイクル装置に関するものである。
従来から、旧冷媒を新冷媒に変更する空気調和機が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載されているような従来の空気調和機では、旧冷媒から新冷媒に変更するときに、冷媒および冷凍機油の交換と洗浄運転とを複数回繰り返して、冷媒および冷凍機油の変更を行っている。
特開平7−83545号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているような従来の冷凍サイクル装置では、冷媒を変更するときに、冷媒および冷凍機油の交換と洗浄運転とを複数回繰り返すため、冷媒の変更に長時間を要し且つ高コスト化している。
この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、冷媒の変更を容易に行うことができる冷凍サイクル装置を得ることを目的としている。
この発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と熱源側熱交換器とを有する熱源側ユニットと、絞り装置と負荷側熱交換器とを有する少なくとも1台の負荷側ユニットと、が接続され、冷媒が循環する冷媒回路を備え、熱源側熱交換器が凝縮器として機能するときに、凝縮器として機能する熱源側熱交換器と絞り装置との間を接続する第1配管に配設され、冷媒の通過を制御する第1開閉装置と、蒸発器として機能する負荷側熱交換器と圧縮機との間を接続する第2配管に配設され、冷媒の通過を制御する第2開閉装置と、第2配管に第2開閉装置と並列に接続された分岐流路と、分岐流路に配設され、冷媒に含まれる冷凍機油を分離し且つ分離された冷凍機油を貯留する油分離兼回収容器と、分岐流路に配設され、蒸発器として機能する負荷側熱交換器で蒸発された冷媒の油分離兼回収容器への通過を制御する第3開閉装置と、第1開閉装置と第2開閉装置と第3開閉装置とを制御するユニット制御装置と、をし、ユニット制御装置は、冷凍機油を回収する際、第1開閉装置および第2開閉装置を開状態とし、第3開閉装置を閉状態とし、熱源側熱交換器を蒸発器として機能させ、負荷側熱交換器を凝縮器として機能させて冷媒回路に冷媒を循環させる加熱運転モードを行い、加熱運転モードの後、第1開閉装置および第3開閉装置を開状態とし、第2開閉装置を閉状態とし、熱源側熱交換器を凝縮器として機能させ、負荷側熱交換器を蒸発器として機能させて冷媒回路に冷媒を循環させるものである。
この発明の冷凍サイクル装置によれば、冷媒の変更を容易に行うことができる。
この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を模式的に記載した図である。 図1に記載の接続ユニットの構成の一例を模式的に記載した図である。 図1に記載の冷凍サイクル装置の全冷却運転モード時の動作を説明する図である。 図1に記載の冷凍サイクル装置の全加熱運転モード時の動作を説明する図である。 図1に記載の冷凍サイクル装置の冷却主体運転モード時の動作を説明する図である。 図1に記載の冷凍サイクル装置の加熱主体運転モード時の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を模式的に記載した図である。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
実施の形態1.
[冷凍サイクル装置]
図1は、この発明の実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を模式的に記載した図である。図1に記載の冷凍サイクル装置100は、例えば、ビル又は家屋等の建物の内部の空調を行うものである。冷凍サイクル装置100は、熱源側ユニット1Aと接続ユニット60と中継ユニット20と複数の負荷側ユニット30a〜30dとを有している。熱源側ユニット1Aと中継ユニット20とが、第1冷媒配管4aおよび第2冷媒配管4bで接続され、中継ユニット20と複数の負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれとが、冷媒配管5で接続されることによって、冷媒が循環する冷媒回路100Aが形成される。なお、この実施の形態の例の接続ユニット60は、熱源側ユニット1Aおよび中継ユニット20の外部で、熱源側ユニット1Aと中継ユニット20とを接続する第1冷媒配管4aおよび第2冷媒配管4bに配設されている。熱源側ユニット1Aで生成された冷熱又は温熱は、中継ユニット20を介して複数の負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれに配送される。冷凍サイクル装置100に用いられる冷媒は、例えばR410A、R407C、R404AなどのHFC冷媒、R22、R134aなどのHCFC冷媒、もしくは炭化水素、ヘリウムのような自然冷媒などがある。
[熱源側ユニット]
熱源側ユニット1Aは、例えばビル又は家屋等の建物の外、もしくは機械室等建物内の空間に配置され、中継ユニット20を介して負荷側ユニット30a〜30dに冷熱又は温熱を供給するものである。熱源側ユニット1Aは、圧縮機10と、第1流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター13と、を有している。
圧縮機10は、冷媒を吸入し圧縮して高温・高圧の状態で吐出するものである。圧縮機10は、吐出側が第1流路切替装置11に接続され、吸引側がアキュムレーター13に接続されている。圧縮機10は、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。
第1流路切替装置11は、例えば四方弁等からなり、運転モードに応じて冷媒流路を切り替えるものである。第1流路切替装置11は、全加熱運転モード時及び加熱主体運転モード時に、圧縮機10の吐出側と逆止弁14aとを接続するとともに、熱源側熱交換器12とアキュムレーター13の吸入側とを接続する。第1流路切替装置11は、全冷却運転モード時及び冷却主体運転モード時に、圧縮機10の吐出側と熱源側熱交換器12とを接続するとともに、逆止弁14dとアキュムレーター13の吸入側とを接続する。
熱源側熱交換器12は、例えば伝熱管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換するプレートフィンアンドチューブ型熱交換器からなっている。熱源側熱交換器12は、一方は第1流路切替装置11に接続されており、他方は逆止弁14b、14cを介して第1冷媒配管4a、第2冷媒配管4bに接続されている。熱源側熱交換器12は、加熱運転時には蒸発器として機能し、冷却運転時には放熱器(ガスクーラー)として機能し、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。
アキュムレーター13は、圧縮機10の吸入側に接続されており、加熱運転モード時と冷却運転モード時の違いによる余剰冷媒、過渡的な運転の変化(たとえば、負荷側ユニット30a〜30dの運転台数の変化)に対する余剰冷媒を蓄えるものである。
熱源側ユニット1Aは、冷却運転モード及び加熱運転モードのいずれの場合にも、熱源側ユニット1Aから中継ユニット20に流通する冷媒の流れを一定方向にする4つの逆止弁14a〜14dを有している。そして、加熱運転モード時には、第1流路切替装置11から逆止弁14aを介して第1冷媒配管4aへ冷媒が流出し、第2冷媒配管4bから逆止弁14bを介して熱源側熱交換器12へ冷媒が流入する。一方、冷却運転モード時には、熱源側熱交換器12から逆止弁14cを介して第1冷媒配管4aへ冷媒が流出し、第2冷媒配管4bから逆止弁14dを介して冷媒が流入する。このように、この実施の形態では、第1冷媒配管4aは高圧配管として機能し、第2冷媒配管4bは低圧配管として機能する。
また、熱源側ユニット1Aは、冷媒の漏洩を検出する漏洩検出装置46を備えている。漏洩検出装置46は、例えば、冷媒の濃度に応じて抵抗値が変化する検知部材を有する濃度検知部(図示を省略)と、濃度検知部の抵抗値に基づいて冷媒の濃度を算出する漏洩判定部(図示を省略)とを有している。漏洩判定部は、濃度検知部の検知部材の抵抗値に基づいて冷媒の濃度を算出し、冷媒が漏洩しているか否かを判定する。漏洩判定部には濃度検知部の検知部材の抵抗値と冷媒濃度との関係が記憶されており、漏洩判定部は、濃度検知部の抵抗値に基づいて冷媒濃度を算出する。また、漏洩判定部には予め所定濃度値が設定されており、漏洩判定部は冷媒濃度が所定濃度値未満である場合には冷媒が漏洩していないと判定する。一方、漏洩判定部は、冷媒濃度が所定濃度以上であるとき、冷媒漏れが発生していると判定する。なお、所定濃度とは、冷凍サイクル装置100に採用された冷媒の漏洩限界濃度若しくは爆発限界下限値に対応するものである。たとえば、二酸化炭素を冷媒として用いる場合の所定濃度は、漏洩限界濃度の1/10程度に設定されると好ましい。
[中継ユニット]
中継ユニット20は、熱源側ユニット1A及び複数の負荷側ユニット30a〜30dとは別筐体として、室外空間及び室内空間とは別の位置に設置できるように構成されている。中継ユニット20は、第1冷媒配管4aおよび第2冷媒配管4bを介して熱源側ユニット1Aに接続されているとともに、冷媒配管5を介して各負荷側ユニット30a〜30dに接続されている。そして、中継ユニット20は熱源側ユニット1Aから供給される冷熱あるいは温熱を負荷側ユニット30a〜30dに伝達する。中継ユニット20は、気液分離器21、第1絞り装置22、第2絞り装置23、第2流路切替装置24a〜24dを有している。
気液分離器21は、中継ユニット20の入口に設置されるものであって、第1冷媒配管4aを介して熱源側ユニット1Aに接続されている。気液分離器21は、熱源側ユニット1Aから流出する高圧の気液二相冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。気液分離器21の上部にはガス管が接続されており、下部には液管が接続されている。気液分離器21において分離された液冷媒は下部の液管から負荷側ユニット30a〜30dに流れて冷熱を供給し、ガス冷媒は上部のガス管から負荷側ユニット30a〜30dに流れて温熱を供給する。
第1絞り装置22は、減圧弁及び開閉弁として機能し、液冷媒を減圧させて所定の圧力に調整するとともに、液冷媒の流路を開閉するものである。第1絞り装置22は、気液分離器21から液冷媒が流れる下側の配管に設けられている。第1絞り装置22は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
第2絞り装置23は、減圧弁及び開閉弁として機能し、第2冷媒配管4b側に通じる中継ユニット20の出口側の低圧配管と、第1絞り装置22の出口側に導通する配管の間に設置されている。第2絞り装置23は、全加熱運転モードにおいて、冷媒をバイパスさせる際に冷媒流路を開閉するものである。また、第2絞り装置23は、加熱主体運転モードにおいては、負荷側負荷に応じ、バイパス流量を調整する。第2絞り装置23についても、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
第2流路切替装置24a〜24dは、複数の負荷側ユニット30a〜30dの運転モードに応じて流路を切り替えるものであって、負荷側ユニット30a〜30dの設置台数に応じた個数分(ここでは4つ)設置されている。第2流路切替装置24a〜24dは、気液分離器21の液管及びガス管にそれぞれ並列に接続されており、一方の冷媒配管5に接続された2つの開閉装置25a、25bと、他方の冷媒配管5に接続された2つの逆止弁26a、26bとを備えている。なお、以下に第2流路切替装置24a〜24dが2つの開閉装置25a、25b及び2つの逆止弁26a、26bを有する場合について例示しているが、例えば四方弁等から構成されていてもよい。
開閉装置25a、25bは、たとえば電磁弁等からなり、互いに並列に接続されている。開閉装置25a、25bは、一方側は冷媒配管5に接続されている。開閉装置25aの他方側は気液分離器21のガス管に接続され、開閉装置25bの他方側は第2冷媒配管4bに接続されている。そして、負荷側ユニット30a〜30dの加熱運転モード時には、開閉装置25a側が開放され、開閉装置25b側が閉止される。一方、負荷側ユニット30a〜30dの冷却運転モード時には、開閉装置25b側が開放され、開閉装置25a側が閉止される。
逆止弁26a、26bは、一方が冷媒配管5に接続されており、他方が第1絞り装置22及び第2絞り装置23に接続されている。そして、負荷側ユニット30a〜30dの冷却運転モード時には、逆止弁26a側から負荷側ユニット30a〜30dへ冷媒が流入する。一方、負荷側ユニット30a〜30dが加熱運転を行う際、負荷側ユニット30a〜30dから逆止弁26b側へ冷媒が流入し、第2絞り装置23へ流れる。
[負荷側ユニット]
負荷側ユニット30a〜30dは、建物の内部の空間(たとえば、居室等)である室内空間に冷却用空気あるいは加熱用空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間になる室内空間に冷却用空気あるいは加熱用空気を供給するものである。なお、図1においては、4台の負荷側ユニット30a〜30dが接続されている場合を例に示しているが、負荷側ユニット30a〜30dの接続台数は、4台に限定されず1台以上接続されていればよい。
各負荷側ユニット30a〜30dは、それぞれ負荷側熱交換器31及び絞り装置32を有している。負荷側熱交換器31は、冷媒配管5を介して中継ユニット20の第2流路切替装置24a〜24dに接続されている。負荷側熱交換器31は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、室内空間に供給するための加熱用空気あるいは冷却用空気を生成するものである。なお、図1では、負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれが、1つの負荷側熱交換器31を備えた例を示しているが、負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれは、2つ以上の負荷側熱交換器31を備えていてもよい。
絞り装置32は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等からなり、冷却運転モード時に冷媒を減圧して膨張させて負荷側熱交換器31に供給するものである。絞り装置32は、冷却運転モード時に第1温度センサー43と、第2温度センサー44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。
[接続ユニット]
図2は、図1に記載の接続ユニットの構成の一例を模式的に記載した図である。図2に示すように、この実施の形態の接続ユニット60は、第1接続配管40aと第2接続配管40bと分岐流路40cと第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63と油分離兼回収容器64と逆流阻止装置65とユニット制御装置66とを有している。第1接続配管40aは、凝縮器として機能する熱源側熱交換器12と絞り装置32との間を接続するものであり、この実施の形態の例では、第1冷媒配管4aの一部分を構成している。第1接続配管40aには、第1開閉装置61が配設されている。第2接続配管40bは、蒸発器として機能する負荷側熱交換器31と圧縮機10との間を接続するものであり、この実施の形態の例では、第2冷媒配管4bの一部分を構成している。第2接続配管40bには、第2開閉装置62が配設されている。分岐流路40cは、第2接続配管40bに、第2開閉装置62と並列に接続されている。分岐流路40cには、第3開閉装置63と油分離兼回収容器64と逆流阻止装置65とが配設されている。
第1開閉装置61は、例えば、開閉動作することで、第1接続配管40aの冷媒の通過を制御するものである。第1開閉装置61は、冷媒が漏洩した時に閉状態となる。第2開閉装置62は、例えば、開閉動作することで、第2接続配管40bの冷媒の通過を制御するものである。第2開閉装置62は、冷媒が漏洩した時および油回収運転時に閉状態となる。第3開閉装置63は、例えば、開閉動作することで、分岐流路40cの冷媒の通過を制御するものである。第3開閉装置63は、油回収運転時に開状態となり、冷媒および冷媒に含まれる冷凍機油を、油分離兼回収容器64に流入させる。第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63とは、例えば、2方弁で構成されており、給電時に開状態となり、給電停止時に閉状態となる。
油分離兼回収容器64は、冷凍機油を含むガス冷媒から冷凍機油を分離し、分離した冷凍機油を貯留するものである。油分離兼回収容器64で冷凍機油が分離された冷媒は、油分離兼回収容器64から流出し、逆流阻止装置65に流れる。油分離兼回収容器64は、例えば、中心軸が上下方向となる円筒形状の容器であり、容器に冷媒を流入させる流入部と容器から冷媒を流出させる流出部とを有している。例えば、流入部から流入した冷凍機油を含むガス冷媒は、上方から容器の内壁に吹き付けられ、冷凍機油は容器の内壁を伝って、容器の下部に溜められる。冷凍機油が分離された冷媒は、流出部から流出する。なお、油分離兼回収容器64は、上記の構造に限定されるものではなく、他の構造であってもよい。例えば、冷媒から冷凍機油を分離する構成と、冷媒から分離された冷凍機油を貯留する構成とが、別々の構成で構成されていてもよい。
逆流阻止装置65は、例えば逆止弁で構成されており、油分離兼回収容器64から流出した冷媒の通過のみを許可し、冷媒が逆流阻止装置65を通って油分離兼回収容器64に流入することを阻止するものである。
ユニット制御装置66は、アナログ回路、デジタル回路、CPU、またはこれらのうちの2つ以上の組み合わせを含んで構成されており、第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63とを制御するものである。例えば、ユニット制御装置66は、図1に記載の熱源側ユニット1Aの制御装置50からの指示を受けて、第1開閉装置61、第2開閉装置62および第3開閉装置63の制御を行う。例えば、ユニット制御装置66は、油回収運転を実施する旨の指示を受けたときに、第1開閉装置61および第3開閉装置63を開状態とし、第2開閉装置62を閉状態とする。また、例えば、ユニット制御装置66は、油回収運転の後に、通常運転を実施する旨の指示を受けたときに、第1開閉装置61および第2開閉装置62を開状態とし、第3開閉装置63を閉状態とする。また、ユニット制御装置66は、漏洩検出装置46が冷媒の漏洩を検出したときに、第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63とを閉状態とすることで、熱源側ユニット1Aと中継ユニット20との接続を遮断する。
[冷凍サイクル装置の運転モード]
次に、図1に記載の冷凍サイクル装置100の運転モードについて説明する。冷凍サイクル装置100の通常の運転時には、図2に記載の第1開閉装置61および第2開閉装置62が開状態となっており、第3開閉装置63が閉状態となっている。図1に記載の冷凍サイクル装置100は、各負荷側ユニット30a〜30dからの指示に基づいて、負荷側ユニット30a〜30dで冷却運転あるいは加熱運転を行うことができる。つまり、冷凍サイクル装置100は、負荷側ユニット30a〜30dの全部で同一運転をすることができるとともに、負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれで異なる運転をすることができる。
冷凍サイクル装置100が実行する運転モードには、駆動している負荷側ユニット30a〜30dの全てが冷却運転を実行する全冷却運転モード、駆動している負荷側ユニット30a〜30dの全てが加熱運転を実行する全加熱運転モード、冷却負荷の方が大きい冷却加熱混在運転モードとしての冷却主体運転モード、及び、加熱負荷の方が大きい冷却加熱混在運転モードとしての加熱主体運転モードがある。以下に、各運転モードについて、熱源側冷媒及び冷媒の流れとともに説明する。
なお、以下の全冷却運転モード、全加熱運転モード、冷却主体運転モード及び加熱主体運転モードの説明において、負荷側ユニット30a、30bが動作する場合について例示し、負荷側ユニット30c、30dについては冷熱負荷がなく冷媒を流す必要がない状態であり、それぞれに対応する絞り装置32は閉止される場合について例示する。そして、負荷側ユニット30c、30dから冷熱負荷の発生があった場合には、絞り装置32を開放して、冷媒を循環させるようにしてもよい。
[全冷却運転モード]
図3は、図1に記載の冷凍サイクル装置の全冷却運転モード時の動作を説明する図である。なお、全冷却運転モード時において、熱源側ユニット1Aでは、第1流路切替装置11は、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替えられる。まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1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、逆止弁14cを通って熱源側ユニット1Aから流出し、第1冷媒配管4aを通って中継ユニット20に流入する。中継ユニット20に流入した高圧液冷媒は、気液分離器21、第1絞り装置22、第2流路切替装置24a、24bの逆止弁26a及び冷媒配管5を経由した後に、負荷側ユニット30a、30bに流入する。
負荷側ユニット30a、30bにおいて、高圧液冷媒は絞り装置32で膨張させられ、低温・低圧の気液二相冷媒になる。気液二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側ユニット30a、30bの負荷側熱交換器31にそれぞれ流入し、室内空気から吸熱することで、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。負荷側ユニット30a、30bから流出したガス冷媒は、冷媒配管5、第2流路切替装置24a、24bの開閉装置25bを経由して、中継ユニット20から流出する。そして、低圧側の第2冷媒配管4bを通って再び熱源側ユニット1Aへ流入する。熱源側ユニット1Aに流入した冷媒は、逆止弁14dを通って、第1流路切替装置11、アキュムレーター13を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
[全加熱運転モード]
図4は、図1に記載の冷凍サイクル装置の全加熱運転モード時の動作を説明する図である。なお、図4に示す全加熱運転モードの場合、熱源側ユニット1Aでは、第1流路切替装置11は、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒を、熱源側熱交換器12を経由させずに中継ユニット20へ流入させるように切り替えられる。低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1流路切替装置11、逆止弁14aを通り、熱源側ユニット1Aから流出する。熱源側ユニット1Aから流出した高温・高圧のガス冷媒は、高圧冷媒側の第1冷媒配管4aを通って中継ユニット20に流入する。中継ユニット20に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器21、第2流路切替装置24a、24bの開閉装置25a及び冷媒配管5を経由した後に、各負荷側ユニット30a、30bに流入する。
負荷側ユニット30a、30bにおいて、高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器として作用する負荷側熱交換器31に流入し、室内空気に放熱することで、室内空間を加熱しながら、液冷媒になる。負荷側ユニット30a、30bから流出した液冷媒は、絞り装置32で膨張させられて、冷媒配管5、逆止弁26b、第2絞り装置23、第2冷媒配管4bを通って再び熱源側ユニット1Aへ流入する。熱源側ユニット1Aに流入した冷媒は、逆止弁14b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・低圧のガス冷媒となる。その後、低温・低圧のガス冷媒は、第1流路切替装置11及びアキュムレーター13を介して圧縮機10へ再度吸入される。
[冷却主体運転モード]
図5は、図1に記載の冷凍サイクル装置の冷却主体運転モード時の動作を説明する図である。なお、図5において、負荷側ユニット30aで冷熱負荷が発生し、負荷側ユニット30bで温熱負荷が発生している場合について例示する。図5に示す冷却主体運転モードの場合、第1流路切替装置11は、圧縮機10から吐出された冷媒を熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替えられる。低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。高温・高圧のガス冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら気液二相の冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した冷媒は、逆止弁14c及び第1冷媒配管4aを通って中継ユニット20に流入する。中継ユニット20に流入した二相冷媒は、気液分離器21で高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。このうち、高圧ガス冷媒は、第2流路切替装置24bの開閉装置25a、冷媒配管5を経由した後に、負荷側ユニット30b側に流入する。そして、凝縮器として作用する負荷側ユニット30bの負荷側熱交換器31に流入し、室内空気に放熱することで、室内空間を加熱しながら、液冷媒になる。
負荷側ユニット30bの負荷側熱交換器31から流出した液冷媒は、絞り装置32で膨張させられて、冷媒配管5及び逆止弁26bを経由する。逆止弁26bを通ってきた液冷媒は、気液分離器21において分離され第1絞り装置22において中間圧(たとえば、高圧−0.3MPa程度)まで膨張させられた中間圧の液冷媒と合流する。合流した液冷媒は、逆止弁26a及び冷媒配管5を経由した後に、絞り装置32で膨張させられ、低温・低圧の気液二相冷媒になる。この二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側ユニット30aの負荷側熱交換器31に流入し、室内空気から吸熱することで、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。負荷側熱交換器31から流出したガス冷媒は、冷媒配管5及び開閉装置25bを経由して、中継ユニット20から流出し、第2冷媒配管4bを通って再び熱源側ユニット1Aへ流入する。熱源側ユニット1Aに流入した冷媒は、逆止弁14dを通って、第1流路切替装置11及びアキュムレーター13を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
[加熱主体運転モード]
図6は、図1に記載の冷凍サイクル装置の加熱主体運転モード時の動作を説明する図である。図6において、負荷側ユニット30aで冷熱負荷が発生し、負荷側ユニット30bで温熱負荷が発生している場合について例示する。図6に示す加熱主体運転モードの場合、熱源側ユニット1Aでは、第1流路切替装置11は、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒を熱源側熱交換器12を経由させずに中継ユニット20へ流入させるように切り替えられる。低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1流路切替装置11、逆止弁14aを通り、熱源側ユニット1Aから流出する。熱源側ユニット1Aから流出した高温・高圧のガス冷媒は、高圧冷媒側の第1冷媒配管4aを通って中継ユニット20に流入する。中継ユニット20に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器21、第2流路切替装置24bの開閉装置25a及び冷媒配管5を経由した後に、負荷側ユニット30b側に流入する。高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器として作用する負荷側ユニット30bの負荷側熱交換器31に流入し、室内空気に放熱することで、室内空間を加熱しながら、液冷媒になる。
負荷側ユニット30bの負荷側熱交換器31から流出した液冷媒は、絞り装置32で膨張させられて、冷媒配管5及び第2流路切替装置24b側の逆止弁26bを経由して、第2流路切替装置24a側の逆止弁26aとバイパスとして使用する第2絞り装置23とに分岐される。逆止弁26aに流れた液冷媒は、冷媒配管5を経由した後に、負荷側ユニット30aに流入する。
その後、液冷媒は、絞り装置32で膨張させられ、低温・低圧の二相冷媒になる。この二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器31に流入し、室内空気から吸熱することで、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。負荷側熱交換器31から流出したガス冷媒は、冷媒配管5及び開閉装置25bを経由した後に、第2絞り装置23の出口においてバイパスされた液冷媒と合流して中継ユニット20から流出する。合流した冷媒は、第2冷媒配管4bを通って再び熱源側ユニット1Aへ流入し、逆止弁14b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。そして、低温・低圧のガス冷媒が第1流路切替装置11及びアキュムレーター13を介して圧縮機10へ再度吸入される。
上述した各運転モードの制御及び冷媒回路100Aの制御は制御装置50により行われる。制御装置50は、マイコン等で構成されており、各種センサーによる検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、冷凍サイクル装置100の全体の動作を制御する。なお、制御装置50は、熱源側ユニット1Aに設けられている場合について例示しているが、負荷側ユニット30a〜30d側に設けられていてもよいし、熱源側ユニット1Aもしくは負荷側ユニット30a〜30dとは別体に設けられてもよい。
ここで、冷凍サイクル装置100は、気液分離器21と第1絞り装置22との間を流れる冷媒の圧力を検出する第1圧力センサー41と、第1絞り装置22を通過した冷媒の圧力を検出する第2圧力センサー42と、負荷側熱交換器31と絞り装置32との間に設けられた第1温度センサー43と、負荷側熱交換器31と第2流路切替装置24a〜24dとの間に設けられた第2温度センサー44と、空調負荷である室内空気の温度を検出する室内温度センサー45とを有している。なお、第1圧力センサー41、第1温度センサー43、第2温度センサー44は、負荷側熱交換器31を流れる冷媒の温度を検知する冷媒温度センサーとして機能する。
制御装置50は、第1圧力センサー41で検出された圧力と、第2圧力センサー42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等)になるように、第1絞り装置22の動作を制御する。また、制御装置50は、負荷側ユニット30a〜30dの加熱運転時に、第1圧力センサー41において検出された圧力を飽和温度に変換した値と、第1温度センサー43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、絞り装置32の開度を制御する。制御装置50は、負荷側ユニット30a〜30dの冷却運転時に、第1温度センサー43で検出された温度と第2温度センサー44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、絞り装置32の開度を制御する。
[油回収運転]
次に、冷凍サイクル装置100の油回収運転について説明する。冷凍サイクル装置100の油回収運転は、例えば、冷凍サイクル装置100に封入される冷媒が、旧冷媒から新冷媒に変更されたときに行われる。旧冷媒から新冷媒への冷媒の変更は、例えば、まず、圧縮機10およびアキュムレーター13が、新たに封入される新冷媒に適応したものと取り替えられ、その後に新冷媒および新冷媒に適応した新冷凍機油が冷凍サイクル装置100に封入される。圧縮機10およびアキュムレーター13が取り替えられることによって、旧冷媒とともに使用されていた旧冷凍機油の大部分が、冷媒回路100Aから取り除かれるものの、例えば、冷媒回路100Aの第1冷媒配管4a、第2冷媒配管4bおよび冷媒配管5等には、旧冷凍機油が残留している。そこで、この実施の形態の例では、油回収運転を実施して、冷媒回路100Aに残留している旧冷凍機油を回収する。
この実施の形態の例では、油回収運転は、図4に示す全加熱運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させ、その後に図3に示す全冷却運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させることで実行される。なお、油回収運転を実施するときには、全加熱運転モードでの冷凍サイクル装置100の運転、および全冷却運転モードでの冷凍サイクル装置100の運転は、例えば圧縮機10の回転数を高くして圧縮機10を高い負荷で動作させるとよい。圧縮機10を高負荷で動作させることによって、冷媒回路100Aに流れる冷媒の流速が速くなるため、第1冷媒配管4a、第2冷媒配管4bおよび冷媒配管5等に付着した冷凍機油を、冷媒の流動におけるせん断力によって、引き剥がすことができる。また、油回収運転を実行するときには、例えば、負荷側ユニット30a〜30dの全てに一度に冷媒を流すように、全ての負荷側ユニット30a〜30dの絞り装置32を開放してあるが、負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれに順番に冷媒を流すように、負荷側ユニット30a〜30dのそれぞれの絞り装置32を順番に開放してもよい。
例えば、油回収運転にて図4に示す全加熱運転モードを実施するときには、図2に示す第1開閉装置61が開状態となっており、第2開閉装置62および第3開閉装置63のうちの少なくとも一方が開状態となっている。第2開閉装置62を開状態とした場合には、第3開閉装置63を開状態とした場合と比較して、圧力損失を小さくすることができる。接続ユニット60の第1開閉装置61を開状態とし、第2開閉装置62および第3開閉装置63のうちの少なくとも一方を開状態とすることで、図4に示すように、冷媒が冷媒回路100Aを循環する。図4に示すように、冷媒回路100Aに冷媒を循環させることによって、冷媒回路100Aの第1冷媒配管4a、第2冷媒配管4bおよび冷媒配管5等に残留した冷凍機油が、冷媒とともに冷媒回路100Aを流れる。
図4に示す全加熱運転モードを実施したのちに、図3に示す全冷却運転モードを実施する。油回収運転にて図3に示す全冷却運転モードを実施するときには、図2に示す第1開閉装置61および第3開閉装置63が開状態となっており、第2開閉装置62が閉状態となっている。第1開閉装置61および第3開閉装置63を開状態とし、第2開閉装置62を閉状態とすることで、図3に示すように、冷媒が冷媒回路100Aを循環する。このときに、蒸発器として機能する負荷側熱交換器31で蒸発された冷媒が、第2冷媒配管4bを介して、図2の接続ユニット60に流入する。接続ユニット60に流入した冷媒は、分岐流路40cに配設された第3開閉装置63を通過して、油分離兼回収容器64に流入する。油分離兼回収容器64は、冷凍機油を含む冷媒から冷凍機油を分離して、分離した冷凍機油を貯留する。油分離兼回収容器64にて、冷凍機油が分離された冷媒は、逆流阻止装置65を通って、第2冷媒配管4bを流れ、熱源側ユニット1Aに流入して、圧縮機10で圧縮される。
上記のように、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、圧縮機10と熱源側熱交換器12とを有する熱源側ユニット1Aと、絞り装置32と負荷側熱交換器31とを有する少なくとも1台の負荷側ユニット30aと、が接続され、冷媒が循環する冷媒回路100Aを備え、熱源側熱交換器12が凝縮器として機能するときに、凝縮器として機能する熱源側熱交換器12と絞り装置32との間を接続する第1接続配管40aと、蒸発器として機能する負荷側熱交換器31と圧縮機10との間を接続する第2接続配管40bと、を有する接続ユニット60を含んでいる。そして、接続ユニット60は、第1接続配管40aに配設され、冷媒の通過を制御する第1開閉装置61と、第2接続配管40bに配設され、冷媒の通過を制御する第2開閉装置62と、第2接続配管40bに第2開閉装置62と並列に接続された分岐流路40cと、分岐流路40cに配設され、冷媒に含まれる冷凍機油を分離し且つ分離された冷凍機油を貯留する油分離兼回収容器64と、分岐流路40cに配設され、蒸発器として機能する負荷側熱交換器31で蒸発された冷媒の油分離兼回収容器64への通過を制御する第3開閉装置63と、を有している。また、接続ユニット60は、第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63とを制御するユニット制御装置66を有している。ユニット制御装置66は、熱源側熱交換器12を凝縮器として機能させて冷媒に含まれる冷凍機油を回収する油回収運転を行うときに、第1開閉装置61および第3開閉装置63を開状態とし、第2開閉装置62を閉状態にする。また、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、冷媒の漏洩を検出する漏洩検出装置46を備えており、ユニット制御装置66は、漏洩検出装置46が冷媒の漏洩を検出したときに、第1開閉装置61と第2開閉装置62と第3開閉装置63とを閉状態にして、熱源側ユニット1Aと負荷側ユニット30aとの接続を遮断する。
この実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、冷媒に含まれる冷凍機油を回収する機能を有する接続ユニット60を備えているため、冷媒の変更を容易に行うことができる。例えば、旧冷媒から新冷媒への冷媒の変更を行うときは、圧縮機10およびアキュムレーター13を、変更する新冷媒に適応したものと取り替えて、新たに新冷媒を封入した後に、油回収運転を実施して、旧冷媒とともに使用されていた旧冷凍機油を回収すればよい。したがって、この実施の形態によれば、冷凍サイクル装置100の冷媒の変更を、短時間且つ低コストで行うことができる。
さらに、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置100では、接続ユニット60が、熱源側ユニット1Aと負荷側ユニット30a〜30dとの接続を遮断する機能を有しているため、冷媒回路100Aから冷媒が漏洩したときに、熱源側ユニット1Aと負荷側ユニット30a〜30dとの接続を遮断して、冷媒の漏洩を抑制することができる。例えば、冷凍サイクル装置100に使用される冷媒が可燃性を有するものであるときに、上記の効果が顕著となる。
また、この実施の形態に係る冷凍サイクル装置100は、熱源側ユニット1Aおよび負荷側ユニット30aの外部で、熱源側ユニット1Aと負荷側ユニット30aとを接続する第1冷媒配管4aおよび第2冷媒配管4bをさらに備え、第1接続配管40aは、第1冷媒配管4aの一部分を形成し、第2接続配管40bは、第2冷媒配管4bの一部分を形成している。すなわち、この実施の形態では、接続ユニット60が、熱源側ユニット1Aおよび負荷側ユニット30aの外部に配設される構成であるため、接続ユニット60の配設が容易である。なお、好適には、上記のように、接続ユニット60は、熱源側ユニット1Aおよび負荷側ユニット30aの外部に配設されるように構成されるが、接続ユニット60は、熱源側ユニット1Aの内部に配設されていてもよい。
また、この実施の形態によれば、既存の冷凍サイクル装置に、接続ユニット60および漏洩検出装置46を配設するのみで、上記の効果を奏する冷凍サイクル装置100を得ることができる。
なお、この実施の形態は、上記の説明に限定されるものではない。
例えば、上記では、油回収運転において、図4に示す全加熱運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させ、その後に図3に示す全冷却運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させる例についての説明を行ったが、油回収運転は、図4に示す全加熱運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させる工程を省略することもできる。すなわち、油回収運転は、少なくとも図3に示す全冷却運転モードで冷媒回路100Aに冷媒を循環させる工程を含んでいればよい。なお、油回収運転が、全加熱運転モードで冷媒を循環させる工程と全冷却運転モードで冷媒を循環させる工程とを含むことによって、冷媒回路100Aに残留した冷凍機油を好適に除去することができる。また、油回収運転は、全冷却運転モードで冷媒を循環させる工程と、全加熱運転モードで冷媒を循環させる工程と、冷却主体運転モードで冷媒を循環させる工程と、加熱主体運転モードで冷媒を循環させる工程と、を自由に組み合わせて実施することもできる。
また、例えば、上記では、制御装置50が、油回収運転を制御する機能を有し、油回収運転時に圧縮機10を高負荷で動作させる例についての説明を行ったが、制御装置50が油回収運転を制御する機能を有していない場合には、例えば、油回収運転を実行するときに、負荷側ユニット30a〜30dの負荷が高くなるように負荷側ユニット30a〜30dを制御すればよい。
また、例えば、冷凍サイクル装置100の初回運転時または冷媒変更後の運転復旧時に、自動的に油回収運転を実行するようになっていてもよい。
また、例えば、上記では、漏洩検出装置46が、熱源側ユニット1Aに設置された例についての説明を行ったが、漏洩検出装置46は、例えば、負荷側ユニット30a〜30d等の他の場所に設置されていてもよい。
また、例えば、上記では、第2流路切替装置24a〜24dは、中継ユニット20に内蔵されている場合を例に説明したが、負荷側ユニット30a〜30dに内蔵されていてもよい。また、冷凍サイクル装置100は、冷却加熱混在運転ができるものとして説明をしてきたが、冷却運転のみを行う構成であってもよい。
また、例えば、上記では、逆流阻止装置65が逆止弁で構成された例についての説明を行ったが、逆流阻止装置65は、開閉弁等の開閉装置で構成されてもよい。逆流阻止装置65が開閉装置で構成された場合には、油回収運転時に開閉装置で構成された逆流阻止装置65を開状態とすればよい。
実施の形態2.
[冷凍サイクル装置]
図7は、この発明の実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図7の冷凍サイクル装置200において図1の冷凍サイクル装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図7に示すように、冷凍サイクル装置200は冷媒回路200Aを有している。図7の冷凍サイクル装置200が図1の冷凍サイクル装置100と異なる点は、冷凍サイクル装置200の熱源側ユニット1A1では、冷凍サイクル装置100の熱源側ユニット1Aの4つの逆止弁14a〜14dが省略されている点、および、冷凍サイクル装置200では、熱源側ユニット1A1と複数の負荷側ユニット30a〜30dとが中継ユニット20を介さずに直接接続されている点、である。
この実施の形態の冷凍サイクル装置200においても、接続ユニット60を有しているため、実施の形態1と同様の効果を奏する。
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
1A 熱源側ユニット、1A1 熱源側ユニット、4a 第1冷媒配管、4b 第2冷媒配管、5 冷媒配管、10 圧縮機、11 第1流路切替装置、12 熱源側熱交換器、13 アキュムレーター、14a 逆止弁、14b 逆止弁、14c 逆止弁、14d 逆止弁、20 中継ユニット、21 気液分離器、22 第1絞り装置、23 第2絞り装置、24a 第2流路切替装置、24b 第2流路切替装置、24c 第2流路切替装置、24d 第2流路切替装置、25a 開閉装置、25b 開閉装置、26a 逆止弁、26b 逆止弁、30a 負荷側ユニット、30b 負荷側ユニット、30c 負荷側ユニット、30d 負荷側ユニット、31 負荷側熱交換器、32 絞り装置、40a 第1接続配管、40b 第2接続配管、40c 分岐流路、41 第1圧力センサー、42 第2圧力センサー、43 第1温度センサー、44 第2温度センサー、45 室内温度センサー、46 漏洩検出装置、50 制御装置、60 接続ユニット、61 第1開閉装置、62 第2開閉装置、63 第3開閉装置、64 油分離兼回収容器、65 逆流阻止装置、66 ユニット制御装置、100 冷凍サイクル装置、100A 冷媒回路、200 冷凍サイクル装置、200A 冷媒回路。

Claims (3)

  1. 圧縮機と熱源側熱交換器とを有する熱源側ユニットと、絞り装置と負荷側熱交換器とを有する少なくとも1台の負荷側ユニットと、が接続され、冷媒が循環する冷媒回路を備え、
    前記熱源側熱交換器が凝縮器として機能するときに、前記凝縮器として機能する前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する第1配管に配設され、前記冷媒の通過を制御する第1開閉装置と、
    蒸発器として機能する前記負荷側熱交換器と前記圧縮機との間を接続する第2配管に配設され、前記冷媒の通過を制御する第2開閉装置と、
    前記第2配管に前記第2開閉装置と並列に接続された分岐流路と、
    前記分岐流路に配設され、前記冷媒に含まれる冷凍機油を分離し且つ分離された前記冷凍機油を貯留する油分離兼回収容器と、
    前記分岐流路に配設され、前記蒸発器として機能する前記負荷側熱交換器で蒸発された前記冷媒の前記油分離兼回収容器への通過を制御する第3開閉装置と、
    前記第1開閉装置と前記第2開閉装置と前記第3開閉装置とを制御するユニット制御装置と、をし、
    前記ユニット制御装置は、前記冷凍機油を回収する際、
    前記第1開閉装置および前記第2開閉装置を開状態とし、前記第3開閉装置を閉状態とし、前記熱源側熱交換器を前記蒸発器として機能させ、前記負荷側熱交換器を前記凝縮器として機能させて前記冷媒回路に前記冷媒を循環させる加熱運転モードを行い、
    前記加熱運転モードの後、前記第1開閉装置および前記第3開閉装置を開状態とし、前記第2開閉装置を閉状態とし、前記熱源側熱交換器を前記凝縮器として機能させ、前記負荷側熱交換器を前記蒸発器として機能させて前記冷媒回路に前記冷媒を循環させる、
    冷凍サイクル装置。
  2. 前記熱源側ユニットおよび前記負荷側ユニットの外部で、前記熱源側ユニットと前記負荷側ユニットとを接続する接続ユニットをさらに有し、
    前記接続ユニットは、前記第1開閉装置、前記第2開閉装置、前記分岐流路および前記ユニット制御装置を有する
    請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記冷媒の漏洩を検出する漏洩検出装置をさらに備え、
    前記ユニット制御装置は、前記漏洩検出装置が前記冷媒の漏洩を検出したときに、前記第1開閉装置と前記第2開閉装置と前記第3開閉装置とを閉状態にする、
    請求項または請求項に記載の冷凍サイクル装置。
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