JP6685409B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する場合に、少なくとも2つの熱源側熱交換器を直列に接続して冷媒が流れ、複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する場合に、少なくとも2つの熱源側熱交換器を並列に接続して冷媒が流れる空気調和装置に関する。
従来、たとえばビル用マルチエアコンなどの空気調和装置は、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備えるものが知られている。そして、冷媒回路において冷媒が循環し、冷媒の放熱または吸熱を利用して室内空気が加熱または冷却されることにより、空調対象空間の暖房または冷房が行われている。
並列に接続された複数の熱交換器において、室外熱交換器のように暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、複数の熱交換器を並列に接続して冷媒が流れる。これにより、蒸発器の圧力損失が低減でき、蒸発器の性能が向上し、暖房性能が向上する。
しかし、冷房運転時に凝縮器として使用する場合に、複数の熱交換器を並列に接続して冷媒が流れることにより、凝縮器を流れる冷媒の流速が低下する。これにより、管内熱伝達率が低下し、凝縮器の性能が低下し、冷房性能が低下する。
そこで、凝縮器としても蒸発器としても性能が向上するように、複数の流路切替弁を使用して流路を切り替える技術がある。この技術では、凝縮器として使用する場合に、複数の熱交換器を直列に接続して冷媒が流れるように流路が切り替わる。これにより、冷媒の流速が上昇することにより、凝縮器の性能が向上する。また、蒸発器として使用する場合に、複数の熱交換器を並列に接続して冷媒が流れるように流路が切り替わる。これにより、圧力損失が低減することにより、蒸発器の性能が向上する。このような冷房運転時および暖房運転時の性能向上手法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開2003−121019号公報 特開2015−117936号公報
特許文献1に記載されている空気調和装置では、複数の冷媒流路切替弁が切り替わることにより、室外熱交換器部を冷房運転時に凝縮器として使用する場合に、複数の熱交換器を直列に接続して冷媒が流れる。これにより、冷媒の流速が上昇することにより、凝縮器の性能が向上する。
一方、複数の冷媒流路切替弁が切り替わることにより、室外熱交換器部を暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、室外熱交換器部を構成する複数の熱交換器を並列に接続して冷媒が流れる。これにより、蒸発器の圧力損失が低減され、蒸発器の性能が向上する。
しかし、暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、複数の熱交換器のそれぞれの伝熱面積および熱交換器の段方向に対する風速分布に応じて、必要な冷媒を均等に分配させられなかった。このため、蒸発器の性能が十分に向上できなかった。さらに、蒸発器の処理能力を超える冷媒が流れることにより、着霜が生じる。
すなわち、冷凍サイクルの効率が低下することにより、節電性能が損なわれていた。また、着霜が生じることにより、室内環境の快適性が損なわれていた。
特許文献2に記載されている空気調和装置では、分配器が使用され、室外熱交換器部を暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、複数の熱交換器のそれぞれの伝熱面積および熱交換器の段方向に対する風速分布に応じて、必要な冷媒が均等に分配されている。これにより、蒸発器の性能が十分に向上している。
しかし、分配器には、細管かつ長尺のキャピラリーチューブが接続されている。このため、室外熱交換器を冷房運転時に凝縮器として使用する場合に、キャピラリーチューブでの圧力損失が生じる。これにより、圧力損失が凝縮器の性能の低下に繋がり、凝縮器の性能が十分に向上できなかった。
すなわち、冷凍サイクルの効率が低下することにより、節電性能が損なわれていた。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、冷凍サイクルの効率の低下が抑制されることにより、節電性能が向上す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、冷媒流路切替装置、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置および複数の熱源側熱交換器が配管で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備え、前記複数の熱源側熱交換器は、第1熱源側熱交換器および第2熱源側熱交換器を有し、前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに直列に直列冷媒流路で接続され、前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに並列に並列冷媒流路で接続され、前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器または前記第2熱源側熱交換器の少なくともどちらかの入口側の冷媒流路となる位置に、冷媒の分配を調整する分配調整ヘッダーが設けられ、前記直列冷媒流路と前記並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備え、前記熱交換器流路切替装置は、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とを直列に繋ぐ直列配管に配置され、前記直列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第1開閉装置と、前記第1熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置とを繋ぐ第1並列配管に配置され、前記第1並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第2開閉装置と、前記冷媒流路切替装置と前記第2熱源側熱交換器とを繋ぐ第2並列配管に配置され、前記第2並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第3開閉装置と、を有し、前記第1熱源側熱交換器の一部分は、前記第2熱源側熱交換器と熱交換器構成要素であるフィンを共有して一体に構成され、前記第1熱源側熱交換器の前記一部分以外の残りの部分は、前記第2熱源側熱交換器とは独立して構成されたものである。
本発明に係る空気調和装置によれば、複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器または第2熱源側熱交換器の少なくともどちらかの入口側の冷媒流路となる位置に、冷媒の分配を調整する分配調整ヘッダーが設けられた。これにより、複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器または第2熱源側熱交換器の少なくともどちらかの出口側の冷媒流路となる位置に、従来の分配器として細管かつ長尺のキャピラリーチューブを用いずに分配調整ヘッダーが使用される。そのため、圧力損失が低減でき、凝縮器の性能が向上する。また、複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器または第2熱源側熱交換器の少なくともどちらかの入口側の冷媒流路となる位置に、分配調整ヘッダーが使用される。このため、分配調整ヘッダーが使用された熱源側熱交換器の伝熱面積および熱交換器の段方向に対する風速分布に応じて、分配調整ヘッダーから必要な冷媒が均等に分配される。そのため、蒸発器の性能が向上できる。また、蒸発器の処理能力を超える冷媒が流れないため、着霜が抑制できる。したがって、冷凍サイクルの効率を低下が抑制されることにより、節電性能が向上する。また、着霜が抑制されることにより、室内環境の快適性が確保できる。
本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転モード時と、デフロスト運転モード時と、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の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーの一例を示す概略構造図である。 本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーの枝管がヘッダー主配管に差し込まれた状態を示す概略説明図である。 本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーにおける枝管のヘッダー主配管への差し込み量の変化に対する蒸発器の性能変化の関係を示す図である。 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の回路構成の変形例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3に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
さらに、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。
図1に示す空気調和装置100は、室外機1と室内機2とが主管4で接続された構成である。
なお、図1では、1台の室内機2が主管4を介して室外機1に接続されている場合を例に示している。しかし、室外機1に接続される室内機2の接続台数を1台に限定するものではなく、複数台接続してもよい。
[室外機1]
室外機1は、主回路の構成要素として、圧縮機10と、冷媒流路切替装置11と、第1熱源側熱交換器12aと、第2熱源側熱交換器12bと、を有している。
主回路は、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、負荷側熱交換器21、負荷側絞り装置22、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bが冷媒配管3で順次接続されて冷媒が循環する。
なお、冷媒配管3は、空気調和装置100に用いられる冷媒を流通させる配管の総称である。冷媒配管3は、たとえば、主管4、本管5、直列配管6、第1並列配管7、第2並列配管8、第3並列配管9、第1ヘッダー14a、第2ヘッダー14b、第3ヘッダー15aおよび第4ヘッダー15bなどを含んで構成される。
主管4は、室外機1と室内機2とを繋ぐ。本管5は、冷媒流路切替装置11と第1ヘッダー14aとを繋ぐ。直列配管6は、第2ヘッダー14bを介して第1熱源側熱交換器12aと、第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bと、を直列に繋ぐ。すなわち、直列配管6は、第2ヘッダー14bと第3ヘッダー15aとを繋ぐ。第1並列配管7は、第2ヘッダー14bを介して第1熱源側熱交換器12aと、主管4を介して負荷側絞り装置22と、を繋ぐ。すなわち、第1並列配管7は、第2ヘッダー14bと主管4とを繋ぐ。第2並列配管8は、本管5を介して冷媒流路切替装置11と、第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bと、を繋ぐ。すなわち、第2並列配管8は、本管5と第3ヘッダー15aとを繋ぐ。第3並列配管9は、第4ヘッダー15bを介して第2熱源側熱交換器12bと、主管4を介して負荷側絞り装置22と、を繋ぐ。すなわち、第3並列配管9は、第4ヘッダー15bと主管4とを繋ぐ。
また、実施の形態1では、室外機1は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを有する構成である。しかし、室外機1は、これら以外にも熱源側熱交換器を有してもよい。
室外機1は、熱交換器流路切替装置として、第1開閉装置30と、第2開閉装置31と、第3開閉装置32と、を有している。
また、室外機1には、送風機であるファン16が搭載されている。ファン16には、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの上方に位置するトップフロー方式などが採用される。
圧縮機10は、冷媒を吸入して圧縮して高温高圧の状態にする。圧縮機10は、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成されている。圧縮機10は、たとえば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気になり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用する。
冷媒流路切替装置11は、たとえば四方弁などで構成されている。冷媒流路切替装置11は、冷房運転モード時における冷媒流路と、暖房運転モード時における冷媒流路と、デフロスト運転モード時における冷媒流路と、を切り替えるものである。
なお、冷房運転モードと、デフロスト運転モードと、は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bが凝縮器もしくはガスクーラとして使用される場合である。暖房運転モードとは、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bが蒸発器として使用される場合である。
第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bは、熱交換器構成要素である複数の伝熱管と、熱交換器構成要素である複数のフィンと、を有している。
複数の伝熱管は、それぞれ扁平管である。複数の伝熱管は、水平方向に延びている。複数の伝熱管は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12b内に複数の冷媒流路を構成する。
複数のフィンは、板状であり、所定間隔を空けて重ねられている。複数のフィンは、伝熱管の延伸方向と直交方向である鉛直方向に延びて複数の伝熱管が挿通されている。
第1熱源側熱交換器12aは、第2熱源側熱交換器12bの鉛直線上の上方に配置されている。第1熱源側熱交換器12aの一部分は、第2熱源側熱交換器12bと熱交換器構成要素であるフィンを共有して一体に構成されている。つまり、第1熱源側熱交換器12aの一部分と第2熱源側熱交換器12bの一部分とは、同じフィンに互いの伝熱管を挿通している。
第1熱源側熱交換器12aの一部分以外の残りの部分は、第2熱源側熱交換器12bとは独立して構成されている。つまり、第1熱源側熱交換器12aの一部分以外と第2熱源側熱交換器12bの一部分以外とは、異なるフィンにそれぞれの伝熱管を挿通している。
第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bは、冷房運転モード時と、デフロスト運転モード時と、には凝縮器として機能し、暖房運転モード時には蒸発器として機能するものである。第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bは、ファン16から供給される空気と複数の伝熱管を流通する冷媒との間で熱交換を行う。
ここで、第1熱源側熱交換器12aの伝熱面積は、第2熱源側熱交換器12bの伝熱面積よりも大きくなるように形成されている。このため、第1熱源側熱交換器12aの伝熱管数は、第2熱源側熱交換器12bの伝熱管数よりも多く設けられている。
第1ヘッダー14aは、第1熱源側熱交換器12aを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第1ヘッダー14aは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、冷媒流路切替装置11と繋がれている本管5に接続されている。ヘッダー主配管の下部が、本管5に接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第1熱源側熱交換器12aの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第1ヘッダー14aは、第1熱源側熱交換器12aの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
第2ヘッダー14bは、第1熱源側熱交換器12aを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第2ヘッダー14bは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、主管4を介して負荷側絞り装置22と繋がれている第1並列配管7に接続されている。ヘッダー主配管の下部が、第1並列配管7に接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第1熱源側熱交換器12aの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第2ヘッダー14bは、第1熱源側熱交換器12aの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
第3ヘッダー15aは、第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第2熱源側熱交換器12bの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第3ヘッダー15aは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、本管5を介して冷媒流路切替装置11と繋がれている第2並列配管8に接続されている。ヘッダー主配管の下部が、第2並列配管8に接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第2熱源側熱交換器12bの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第3ヘッダー15aは、第2熱源側熱交換器12bの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
第4ヘッダー15bは、第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2熱源側熱交換器12bの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第4ヘッダー15bは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、主管4を介して負荷側絞り装置22と繋がれている第3並列配管9に接続されている。ヘッダー主配管の下部が、第3並列配管9に接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第2熱源側熱交換器12bの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第4ヘッダー15bは、第2熱源側熱交換器12bの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、各枝管をヘッダー主配管の内部に突き出している。このように、各枝管がヘッダー主配管の内部に突き出たことで、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、入口側の各冷媒流路に伝熱面積および熱交換器の段方向に対する風速分布に応じた必要な冷媒量を供給する。すなわち、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、供給する冷媒量を分配して調整する分配調整ヘッダーである。
直列配管6は、第2ヘッダー14bと第3ヘッダー15aとを繋いでいる。直列配管6は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第2ヘッダー14bから流出した低乾き度の二相状態もしくは液状態の高圧冷媒を、第1開閉装置30および第3ヘッダー15aを介して、第2熱源側熱交換器12bに流入させる。
直列配管6には、第1開閉装置30が設けられている。
第1並列配管7は、第2ヘッダー14bと主管4とを繋いでいる。第1並列配管7は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、低乾き度の二相状態もしくは液状態の低圧冷媒を、第2ヘッダー14bを介して、第1熱源側熱交換器12aに流入させる。
第1並列配管7には、第2開閉装置31が設けられている。
第2並列配管8は、本管5と第3ヘッダー15aとを繋いでいる。第2並列配管8は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第3ヘッダー15aから流出される高乾き度の二相状態もしくはガス状態の低圧冷媒を、第1ヘッダー14aから流出される高乾き度の二相状態もしくはガス状態の低圧冷媒に合流させ、本管5を介して、圧縮機10の吸入側の冷媒配管3に導く。
第2並列配管8には、第3開閉装置32が設けられている。
第3並列配管9は、第4ヘッダー15bと主管4とを繋いでいる。第3並列配管9は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、低乾き度の二相状態もしくは液状態の低圧冷媒を、第4ヘッダー15bを介して、第2熱源側熱交換器12bに流入させる。
第1開閉装置30は、直列配管6に配置され、直列配管6を流通する冷媒の通過または遮断を行う。すなわち、第1開閉装置30は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aから流出した冷媒を第2熱源側熱交換器12bに流入させるように開となる。また、第1開閉装置30は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aに流入させる冷媒の一部が圧縮機10の吸入側にバイパスせず遮断されるように閉となる。
第1開閉装置30は、開閉弁もしくは開度の調整できる弁であり、たとえば二方弁、電磁弁、電子式膨張弁などの冷媒の流路を開閉できるもので構成される。
第2開閉装置31は、第1並列配管7に配置され、第1並列配管7を流通する冷媒の通過または遮断を行う。すなわち、第2開閉装置31は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aから流出された冷媒の一部が室内機2にバイパスせず遮断されるように閉となる。また、第2開閉装置31は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、室内機2から流出した冷媒を第1熱源側熱交換器12aに流入させるように開となる。
第2開閉装置31は、開閉弁もしくは開度の調整できる弁であり、たとえば二方弁、電磁弁、電子式膨張弁などの冷媒の流路を開閉できるもので構成される。
第3開閉装置32は、第2並列配管8に配置され、第2並列配管8を流通する冷媒の通過または遮断を行う。すなわち、第3開閉装置32は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、圧縮機10の吐出側の冷媒流路から流出された冷媒の一部が第2熱源側熱交換器12bにバイパスせず遮断されるように閉となる。また、第3開閉装置32は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2熱源側熱交換器12bから流出させる冷媒を圧縮機10の吸入側の冷媒配管3に導くように開となる。
第3開閉装置32は、開閉弁もしくは開度の調整できる弁であり、たとえば二方弁、電磁弁、電子式膨張弁などの冷媒の流路を開閉できるもので構成される。もしくは、第3開閉装置32は、第2熱源側熱交換器12bから冷媒を流通させ、かつ、圧縮機10の吐出側の冷媒配管3から第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒を遮断できる逆流防止装置である逆止弁などで構成される。
さらに、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圧力を検出する圧力センサー41と、圧縮機10に吸入される低温低圧の冷媒の圧力を検出する低圧圧力センサー49と、が設けられている。
また、負荷側絞り装置22と、負荷側絞り装置22から第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに至る分岐部と、の間の冷媒配管3に、サーミスターなどから構成される第3温度センサー48が設けられている。
第3温度センサー48は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bから流出もしくは流入する冷媒の温度を検出するものである。
[室内機2]
室内機2は、主回路の構成要素として、負荷側熱交換器21と、負荷側絞り装置22と、を有している。
負荷側熱交換器21は、主管4を介して室外機1に接続されている。負荷側熱交換器21は、室内空間に通じる空気と主管4を流通して来る冷媒との間で熱交換を行い、室内空間に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成する。なお、負荷側熱交換器21には、図示しないファンなどの送風機から室内空気が送風される。
負荷側絞り装置22は、たとえば電子式膨張弁などの開度が変更可能に制御されるもので構成され、減圧弁あるいは膨張弁としての機能を有して冷媒を減圧し膨張させるものである。負荷側絞り装置22は、冷房運転モード時において負荷側熱交換器21の上流側に設けられている。
また、室内機2には、サーミスターなどから構成される第1温度センサー46および第2温度センサー47が設けられている。
第1温度センサー46は、冷房運転時の負荷側熱交換器21の冷媒の入口側の冷媒配管3に設けられており、負荷側熱交換器21に流入もしくは流出する冷媒の温度を検出するものである。
第2温度センサー47は、冷房運転時に負荷側熱交換器21の冷媒の出口側の冷媒配管3に設けられており、負荷側熱交換器21から流出もしくは流入する冷媒の温度を検出するものである。
制御装置60は、マイコンなどで構成されて室外機1に設けられており、上述した各種センサーにて検出された検出情報およびリモコンからの指示に基づいて、空気調和装置100の各種機器を制御する。制御装置60が制御する対象は、圧縮機10の駆動周波数、ファン16のONまたはOFFを含む回転数、冷媒流路切替装置11の切り替え、第1開閉装置30の開度もしくは開閉、第2開閉装置31の開度もしくは開閉、第3開閉装置32の開度もしくは開閉、負荷側絞り装置22の開度などである。このように制御装置60が各種機器を制御することにより、後述する各運転モードを実行する。
なお、制御装置60は、室外機1に設けられている場合について例示している。しかし、制御装置60は、ユニット毎に設けてもよいし、室内機2に設けてもよい。
次に、空気調和装置100が実行する各運転モードについて説明する。空気調和装置100は、室内機2からの指示に基づいて、冷房運転モードまたは暖房運転モードを行う。
なお、図1に示す空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2が冷房運転を実行する冷房運転モード、駆動している室内機2が暖房運転を実行する暖房運転モードがある。
以下に、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。
[冷房運転モード]
図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転モード時と、デフロスト運転モード時と、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21で冷熱負荷が発生している場合を例に冷房運転モード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および第1ヘッダー14aを介して第1熱源側熱交換器12aに流入する。そして、流入するガス冷媒は、第1熱源側熱交換器12aにてファン16から供給される室外空気に放熱しながら高圧の二相もしくは液冷媒になる。第1熱源側熱交換器12aから流出した高圧冷媒は、第2ヘッダー14b、直列配管6、開状態に切り替えられている第1開閉装置30および第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bに流入する。そして、流入する高圧の二相もしくは液冷媒は、第2熱源側熱交換器12bにてファン16から供給される室外空気に放熱しながら高圧液冷媒になる。この高圧液冷媒は、第4ヘッダー15bおよび第3並列配管9を介して、室外機1から流出し、主管4を通り、室内機2へ流入する。
また、第2開閉装置31は、閉止されており、第1熱源側熱交換器12aから流出した高圧の二相もしくは液冷媒が室内機2へバイパスすることを防ぐ。第3開閉装置32は、閉止されおり、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒が第2熱源側熱交換器12bにバイパスすることを防いでいる。
すなわち、室外機1では、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続される。
直列冷媒流路は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1開閉装置30を開とし、第2開閉装置31を閉とし、第3開閉装置32を閉として構成される。
室内機2では、高圧液冷媒は、負荷側絞り装置22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、蒸発器として使用する負荷側熱交換器21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22の開度は、第1温度センサー46にて検出された温度と、第2温度センサー47にて検出された温度と、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制御装置60により制御される。負荷側熱交換器21から流出したガス冷媒は、主管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入したガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を通って圧縮機10へ再度吸入される。
[冷房運転モード時の効果]
このように、冷房運転モード時に、冷媒を第1熱源側熱交換器12aにて熱交換させた後、冷媒を第2熱源側熱交換器12bに流入させて熱交換させるといった直列冷媒流路で冷媒が流れる。これにより、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを並列に接続して冷媒が流れる場合に比べ、冷媒流路数が少なくできる。そのため、冷媒流速が上昇し、冷媒の熱伝達率が上昇する。よって、凝縮器の性能が向上する。
さらに、第1熱源側熱交換器12aの伝熱面積は第2熱源側熱交換器12bの伝熱面積よりも大きくなるように形成されている。このため、第1熱源側熱交換器12aの冷媒流路数は、第2熱源側熱交換器12bの冷媒流路数よりも多く構成されている。これにより、高圧のガス冷媒が第1熱源側熱交換器12aにて室外空気に放熱され、その時の室外空気温度に応じて、たとえば0.01〜0.3程度の低乾き度の二相冷媒もしくは飽和液冷媒となって流出される。または、高圧のガス冷媒が第1熱源側熱交換器12aにて室外空気に放熱され、液冷媒の飽和液温度と第1熱源側熱交換器12aの出口での液温度との差であるサブクール(過冷却度)がたとえば2℃未満の小さい状態となって流出される。その後、第2熱源側熱交換器12bにて室外空気に放熱される高圧冷媒の大部分は、二相冷媒よりも熱伝達率が小さい液冷媒となる。このとき、第2熱源側熱交換器12bの冷媒流路数は、第1熱源側熱交換器12aの冷媒流路数よりも少なく構成されている。このため、第2熱源側熱交換器12bは、第1熱源側熱交換器12aと同一冷媒流路数とするよりも、液冷媒の冷媒流速が上昇でき、液冷媒の熱伝達率が上昇できる。よって、凝縮器の性能が向上する。
また、第1熱源側熱交換器12aを流出した冷媒は、複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器よりも、大きく短尺である複数の枝管とヘッダー主配管とを有する第2ヘッダー14bを介して、第2熱源側熱交換器12bに供給される。このため、実施の形態1では、第2ヘッダー14bの位置に複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する場合よりも、圧力損失が低減でき、冷媒と空気との温度差が大きく保てる。これにより、凝縮器の能力の低下が抑制される。よって、冷凍サイクルの効率が向上する。
[暖房運転モード]
図3は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図3では、負荷側熱交換器21で温熱負荷が発生している場合を例に暖房運転モード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4を通り、負荷側熱交換器21で室内空気に放熱することによって室内空間を暖房しながら液冷媒になる。この際、負荷側絞り装置22の開度が、圧力センサー41で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、第1温度センサー46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制御装置60により制御される。負荷側熱交換器21から流出した液冷媒は、負荷側絞り装置22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4を通って再び室外機1へ流入する。
室外機1へ流入した中温中圧の気液二相状態の冷媒は、第1並列配管7と、第3並列配管9と、の流路に分岐される。
第1並列配管7に分岐して流入する一部の冷媒は、開状態に切り替えられている第2開閉装置31および第2ヘッダー14bを介して第1熱源側熱交換器12aに流入し、第1熱源側熱交換器12aにて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、第1ヘッダー14aを介して第1熱源側熱交換器12aから流出される。
第3並列配管9に分岐して流入する残りの冷媒は、第4ヘッダー15bを介して第2熱源側熱交換器12bに流入し、第2熱源側熱交換器12bにて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、第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bから流出される。
第2熱源側熱交換器12bから流出するガス冷媒は、第2並列配管8および開状態に切り替えられている第3開閉装置32を介して第1ヘッダー14aから流出する一部のガス冷媒と本管5にて合流する。合流したガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して圧縮機10へ再度吸入される。
また、第1開閉装置30は閉止されており、第1熱源側熱交換器12aに流入させる冷媒が圧縮機10にバイパスすることを防いでいる。
すなわち、室外機1では、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続される。
並列冷媒流路は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開として構成される。
[暖房運転モード時の効果]
このように、暖房運転モード時に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを並列に接続して冷媒が流れる。これにより、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを直列に接続して冷媒が流れる場合に比べ、冷媒流路数が多くできる。そのため、蒸発器である第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12b内を流れる冷媒流速が低減し、圧力損失が低減する。よって、圧縮機10の吸入側の冷媒圧力が上昇し、冷凍サイクルの効率が向上する。
また、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを並列に接続して冷媒が流れることにより、圧力損失が低減し、たとえば蒸発器出入口で0℃より大きいように蒸発器の飽和温度が高く保つことができる。このため、ある熱交換量を発揮させる場合に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを直列に接続して冷媒が流れる場合と比べ、水分を含む室外空気が蒸発器にて熱交換される際に、蒸発器のフィンおよび伝熱管の水分が凝結せず、着霜が抑制できる。
[デフロスト運転モード]
デフロスト運転モードは、暖房運転モード時に第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの出口側に設けられた第3温度センサー48の検出結果が、所定値以下であるときに実施される。すなわち、制御装置60は、暖房運転モードを実施し、第3温度センサー48の検出結果が、所定値以下(例えば約−10℃以下)となると、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのフィンに着霜が所定量発生したと判定し、除霜運転モードを実施する。
なお、着霜判定としては、たとえば圧縮機10の吸入部に設けられた低圧圧力センサー49の検出値である吸入圧力から換算される飽和温度が、予め設定した外気温度と比較して大幅に低下したとき、または、外気温度と蒸発温度との温度差が予め設定した値以上で一定時間経過したときなどの場合に判定してもよい。
図2は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転モード時と、デフロスト運転モード時と、における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
図2では、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに着霜している場合を例にデフロスト運転モード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および第1ヘッダー14aを介して第1熱源側熱交換器12aに流入する。そして、流入する高温高圧のガス冷媒は、第1熱源側熱交換器12aに付着した霜を融かしながら高圧の中温ガスもしくは二相冷媒になる。第1熱源側熱交換器12aから流出した高圧の中温ガスもしくは二相冷媒は、第2ヘッダー14b、直列配管6、開状態に切り替えられている第1開閉装置30および第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bに流入する。そして、流入する高圧の中温ガスもしくは二相冷媒は、第2熱源側熱交換器12bに付着した霜を融かしながら高圧の低温ガスもしくは二相もしくは液冷媒になる。この高圧の低温ガスもしくは二相もしくは液冷媒は、第4ヘッダー15bおよび第3並列配管9を介して、室外機1から流出し、主管4を通り、室内機2へ流入する。
また、第2開閉装置31は、閉止されており、第1熱源側熱交換器12aから流出した高圧の中温ガスもしくは二相冷媒が室内機2へバイパスすることを防ぐ。第3開閉装置32は、閉止されおり、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒が第2熱源側熱交換器12bにバイパスすることを防いでいる。
すなわち、室外機1では、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続される。
直列冷媒流路は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1開閉装置30を開とし、第2開閉装置31を閉とし、第3開閉装置32を閉として構成される。
室内機2では、高圧液冷媒は、全開もしくは開度を大きくした負荷側絞り装置22で膨張させられ、低圧の低温ガスまたは二相もしくは液冷媒気液二相状態の冷媒になる。この冷媒は、負荷側熱交換器21に流入し、熱交換した後に流出し、主管4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、冷媒流路切替装置11を通って圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、室内機2の図示しないファンは停止しており、室内に冷風を供給することを防いでいる。
第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの除霜完了は、たとえば、所定時間経過した場合、もしくは、第3温度センサー48の温度がある所定値以上(たとえば5℃など)となった場合に、霜が融けたと判断すればよい。なお、所定時間は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの全体に隙間なく着霜したと想定し、高温高圧の冷媒の一部を流入させた場合には、霜が全て融けるまでの所要時間以上で設定するとよい。
[デフロスト運転モード時の効果]
このように、デフロスト運転モード時に、冷媒を第1熱源側熱交換器12aにて熱交換させた後、冷媒を第2熱源側熱交換器12bに流入させてデフロストをするといった直列冷媒流路で冷媒が流れる。第1熱源側熱交換器12aを流出した冷媒は、複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器よりも、大きく短尺である複数の枝管51とヘッダー主配管50とを有する第2ヘッダー14bを介して、第2熱源側熱交換器12bに供給される。このため、実施の形態1では、第2ヘッダー14bの位置に複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する場合よりも、圧力損失が低減でき、第2熱源側熱交換器12bに流入する高圧の中温ガスもしくは二相冷媒の温度が高く保てる。これにより、第2熱源側熱交換器12bのデフロスト能力の低下が抑制される。よって、複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する場合より、ヘッダーを使用することで、第2熱源側熱交換器12bに霜が残ることが抑制できる。
また、実施の形態1では、第2ヘッダー14bと第4ヘッダー15bとを共に、ヘッダーとして使用する例を示している。しかし、これに限られない。たとえば、第2ヘッダー14bのみヘッダーを使用し、第4ヘッダー15bには複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する構成としてもよい。この場合にも、第2熱源側熱交換器12bに供給される冷媒の圧力損失が低減でき、デフロスト能力の低下が抑制できる。
実施の形態1では、第1開閉装置30は開とし、第2開閉装置31は閉とし、第3開閉装置32は閉とし、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続される例を示している。しかし、これに限られない。たとえば、第1開閉装置30、第2開閉装置31および第3開閉装置32にたとえば二方弁、電磁弁または電子式膨張弁などの冷媒の流路を開閉できるものを使用する。そして、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開として、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを並列冷媒流として使用してもデフロストができる。こうすることにより、並列流路が構成され、直列流路よりもデフロスト能力が高められ、第2熱源側熱交換器12bに霜が残ることが抑制できる。
[分配調整ヘッダー]
図4は、本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーの一例を示す概略構造図である。
空気調和装置100には、分配調整ヘッダーとして、第2ヘッダー14bと、第4ヘッダー15bと、が配置されている。ここでは、第2ヘッダー14bを例に挙げて説明する。
図4には、第2ヘッダー14bの構造と、二相冷媒のガス相と液相との分配が示されている。
分配調整ヘッダーとしての第2ヘッダー14bは、ヘッダー主配管50と、複数の枝管51と、を有している。複数の枝管51は、ヘッダー主配管50の内部に突き出て接続されている。複数の枝管51は、ヘッダー主配管50の内部に突き出た差し込み量が全て同じ長さである。複数の枝管51は、従来の分配器に使用される細管のキャピラリーチューブよりも管径が大きく短尺である。ここでは、複数の枝管51の本数を12本とする。
第2ヘッダー14bでは、ヘッダー主配管50の下部が、第1並列配管7に接続されている。このため、第2ヘッダー14bは、第1熱源側熱交換器12aを蒸発器として使用する際に、ヘッダー主配管50の下方から上方に気液二相冷媒が流れる。
第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに流入する低温低圧の二相冷媒は、乾き度が0.05〜0.30程度の環状流またはチャーン流である。この低温低圧の二相冷媒は、鉛直方向に延びるヘッダー主配管50の中心部にガス相が分布し、中心部の周りの環状部に液相が分布する。
このような流動様式のため、複数の枝管51がヘッダー主配管50の内部に突き出たことで、第2ヘッダー14bの下部では、ガス冷媒が多く枝管51に分配される。また、第2ヘッダー14bの上部では、液冷媒が多く枝管51に分配される。これにより、第1熱源側熱交換器12aの各冷媒流路で必要な量の液冷媒が分配できる。
このように、液冷媒が重力の影響を受けて第2ヘッダー14bの上部に流れないなどのヘッダー特有の課題を解決することができる。そして、各冷媒流路で必要な量の液冷媒を分配できることにより、キャピラリーチューブの管径または長さを変化させることによる配管摩擦損失の大きさの調整により冷媒の分配を調整する分配器と同様に、蒸発器の性能が向上できる。
なお、第4ヘッダー15bでも同様な効果を得られる。
特にファン16が第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの上方に位置するトップフロー方式の場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの上端から下端まで風速分布が生じ、上端側の冷媒流路の風速が下端側の冷媒流路の風速よりも速くなる。そして、上端側の冷媒流路の熱交換量が下端側の冷媒流路の熱交換量よりも大きくなる。よって、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、上部側の冷媒流路に多くの液冷媒を流すことにより、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの各冷媒流路の風速分布に応じた必要冷媒量が供給できる。それにより、蒸発器がより効率的に使用でき、蒸発器の性能が向上できる。
なお、実施の形態1では、1例として、図4に示すようにヘッダー主配管50に12本の枝管51が接続された分配調整ヘッダーの構造を説明している。しかし、これに限らず、第1熱源側熱交換器12aまたは第2熱源側熱交換器12bのそれぞれの各冷媒流路に応じて、必要とされる枝管51の本数を設ければよい。
図5は、本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーの枝管51がヘッダー主配管50に差し込まれた状態を示す概略説明図である。図5では、複数の枝管51の先端部がヘッダー主配管50の中心部まで差し込まれた位置を0%とし、差し込み量の変化がヘッダー主配管50の半径の比率で表せるように示している。
図6は、本発明の実施の形態1に係る分配調整ヘッダーにおける枝管51のヘッダー主配管50への差し込み量の変化に対する蒸発器の性能変化の関係を示す図である。
図6に示すように、蒸発器の性能変化は、複数の枝管51の先端部がヘッダー主配管50の中心部に配置されると、蒸発器の性能が最大となっている。
複数の枝管51の先端部の差し込み量がヘッダー主配管50の中心部よりヘッダー主配管50の半径の±50%以内の位置にある場合に、蒸発器の性能の低下が抑制できる。
しかし、複数の枝管51の先端部の差し込み量がヘッダー主配管50の中心部よりヘッダー主配管50の半径の−50%をマイナス側に超える位置にある場合、すなわち、複数の枝管51の先端部が複数の枝管51の差し込み方向におけるヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%より小さい位置にある場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、複数の枝管51の差し込み量が長過ぎ、圧力損失が増加し、蒸発器の性能が低下する。
また、複数の枝管51の先端部の差し込み量がヘッダー主配管50の中心部よりヘッダー主配管50の半径の50%を超える位置にある場合、すなわち、複数の枝管51の先端部が複数の枝管51の差し込まれる根元側のヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%より小さい位置にある場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、複数の枝管51の差し込み量が短過ぎ、第2ヘッダー14bの下部でガス冷媒が多く枝管51に分配できず、第2ヘッダー14bの上部にもガス冷媒が枝管51に分配される。これにより、各冷媒流路で必要な量の液冷媒が分配できない。よって、蒸発器の性能が低下する。
以上のことから、複数の枝管51においてヘッダー主配管50の内部に突き出た先端部は、複数の枝管51の差し込み方向におけるヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%の位置と、複数の枝管51が差し込まれる根元側のヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%の位置と、の間に配置されるとよい。この範囲の場合に、蒸発器の性能の低下が抑制できる。
また、図6からも明らかなように、複数の枝管51の先端部がヘッダー主配管50の中心部まで差し込まれた0%の位置、すなわち複数の枝管51においてヘッダー主配管50の内部に突き出た先端部がヘッダー主配管50の内部の中心部に配置されるとより好ましい。この場合に、蒸発器の性能が最大となる。
[実施の形態1の効果]
実施の形態1によれば、空気調和装置100は、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、負荷側熱交換器21、負荷側絞り装置22並びに第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bが冷媒配管3で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備えている。空気調和装置100は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続される。第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続される。第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aの入口側の冷媒流路となる位置に、冷媒の分配を調整する第2ヘッダー14bが設けられている。また、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2熱源側熱交換器12bの入口側の冷媒流路となる位置に、冷媒の分配を調整する第4ヘッダー15bが設けられている。
この構成によれば、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bが分配調整ヘッダーで設けられている。これにより、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの出口側の冷媒流路となる位置に、従来の分配器として細管かつ長尺のキャピラリーチューブを用いずに分配調整ヘッダーが使用される。そのため、圧力損失が低減でき、凝縮器の性能が向上する。また、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの入口側の冷媒流路となる位置に、分配調整ヘッダーが使用される。このため、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのそれぞれの伝熱面積および熱交換器の段方向に対する風速分布に応じて、分配調整ヘッダーから必要な冷媒が均等に分配される。そのため、蒸発器の性能が向上する。また、蒸発器の処理能力を超える冷媒が流れないため、着霜が抑制できる。したがって、冷凍サイクルの効率を低下が抑制されることにより、節電性能が向上できる。また、着霜が抑制されることにより、室内環境の快適性が確保できる。
実施の形態1によれば、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bに用いる分配調整ヘッダーは、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの全部の入口側の冷媒流路となる位置にそれぞれ設けられている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの全部において、凝縮器の性能が向上できるとともに、蒸発器の性能が向上できる。
実施の形態1によれば、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bに用いる分配調整ヘッダーは、主回路の冷媒配管3に接続されたヘッダー主配管50と、熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続される複数の枝管51と、を有している。複数の枝管51は、ヘッダー主配管50の内部に突き出ている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを暖房運転時に蒸発器として使用する場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに流入する低温低圧の二相冷媒は、乾き度が0.05〜0.30程度の環状流またはチャーン流である。この低温低圧の二相冷媒は、ヘッダー主配管50の中心部にガス相が分布し、中心部の周りの環状部に液相が分布する。このような流動様式のため、複数の枝管51がヘッダー主配管50の内部に突き出たことで、第2ヘッダー14bの下部では、ガス冷媒が多く枝管51に分配される。また、第2ヘッダー14bの上部では、液冷媒が多く枝管51に分配される。これにより、各冷媒流路で必要な量の液冷媒が分配できる。
複数の枝管51は、従来の分配器に使用される細管のキャピラリーチューブよりも管径が大きく短尺である。これにより、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、圧力損失が低減でき、凝縮器の性能が向上できる。
実施の形態1によれば、伝熱管は、扁平管である。
この構成によれば、伝熱管の断面を扁平形状とすることにより、通風抵抗を増大させることなく室外空気と伝熱管の接触面積を増大させることができる。これにより、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを小型化した場合でも十分な熱交換器性能が得られる。
実施の形態1によれば、複数の枝管51においてヘッダー主配管50の内部に突き出た先端部は、複数の枝管51の差し込み方向におけるヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%の位置と、複数の枝管51が差し込まれる根元側のヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%の位置と、の間に配置されている。
この構成によれば、複数の枝管51の先端部が複数の枝管51の差し込み方向のヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%以上の位置にある場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、複数の枝管51の差し込み量が長過ぎず、圧力損失が増加せず、蒸発器の性能の低下が抑制できる。また、複数の枝管51の先端部が複数の枝管51の差し込まれる根元側のヘッダー主配管50の内壁部からヘッダー主配管50の内半径の50%以上の位置にある場合に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、複数の枝管51の差し込み量が短過ぎず、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダーの下部でガス冷媒が多く枝管51に分配でき、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダーの上部では液冷媒が枝管51に分配される。これにより、各冷媒流路で必要な量の液冷媒が分配できる。よって、蒸発器の性能が向上できる。
このように分配調整ヘッダーを用いることにより、枝管のヘッダー主配管への差し込み量を調整していない通常のヘッダーを使用する場合に対し、分配器と同様に二相冷媒が蒸発器の各冷媒流路に分配でき、蒸発器の性能が向上できる。したがって、冷凍サイクルの効率が向上できる。
実施の形態1によれば、複数の枝管51においてヘッダー主配管50の内部に突き出た先端部は、ヘッダー主配管50の内部の中心部に配置されている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、複数の枝管51の差し込み量が最適となり、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bの下部でガス冷媒が多く枝管51に好適に分配でき、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bの上部では液冷媒が枝管51に好適に分配される。これにより、各冷媒流路で必要な量の液冷媒が最も好適に分配できる。よって、蒸発器の性能が最大に向上する。
実施の形態1によれば、ヘッダー主配管50は、鉛直方向に延びている。複数の枝管51は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。
この構成によれば、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、ヘッダー主配管50の下方から上方に気液二相冷媒が流れる。この低温低圧の二相冷媒は、乾き度が0.05〜0.30程度の環状流またはチャーン流である。この低温低圧の二相冷媒は、鉛直方向に延びるヘッダー主配管50の中心部にガス相が分布し、中心部の周りの環状部に液相が分布する。このような流動様式のため、複数の枝管51がヘッダー主配管50の内部に突き出たことで、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bの下部では、ガス冷媒が多く枝管51に分配される。また、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bの上部では、液冷媒が多く枝管51に分配される。これにより、各冷媒流路で必要な量の液冷媒が分配できる。このように、液冷媒が重力の影響を受けて第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bの上部に流れないなどのヘッダー特有の課題を解決することができる。そして、各冷媒流路で必要な量の液冷媒を分配できることにより、キャピラリーチューブの管径または長さを変化させることによる配管摩擦損失の大きさの調整により冷媒の分配を調整する分配器と同様に、蒸発器の性能が向上できる。
実施の形態1によれば、ヘッダー主配管50の下部が、主回路の冷媒配管3に接続されている。
この構成によれば、第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、ヘッダー主配管50の下方から上方に気液二相冷媒が流れるようにできる。
実施の形態1によれば、第1熱源側熱交換器12aの伝熱面積は、第2熱源側熱交換器12bの伝熱面積よりも大きくなるように形成されている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aの冷媒流路数は、第2熱源側熱交換器12bの冷媒流路数よりも多く構成されている。これにより、高圧のガス冷媒が第1熱源側熱交換器12aにて室外空気に放熱され、その時の室外空気温度に応じて、たとえば0.01〜0.3程度の低乾き度の二相冷媒もしくは飽和液冷媒になって流出される。または、高圧のガス冷媒が第1熱源側熱交換器12aにて室外空気に放熱され、液冷媒の飽和液温度と第1熱源側熱交換器12aの出口での液温度との差であるサブクール(過冷却度)がたとえば2℃未満の小さい状態になって流出される。その後、第2熱源側熱交換器12bにて室外空気に放熱される高圧冷媒の大部分は、二相冷媒よりも熱伝達率が小さい液冷媒となる。このとき、第2熱源側熱交換器12bの冷媒流路数は、第1熱源側熱交換器12aの冷媒流路数よりも少なく構成されている。このため、第2熱源側熱交換器12bは、第1熱源側熱交換器12aと同一冷媒流路数とするよりも、液冷媒の冷媒流速が上昇でき、液冷媒の熱伝達率が上昇できる。よって、凝縮器の性能が向上する。
実施の形態1によれば、第1熱源側熱交換器12aの一部分は、第2熱源側熱交換器12bと熱交換器構成要素であるフィンを共有して一体に構成されている。第1熱源側熱交換器12aの一部分以外の残りの部分は、第2熱源側熱交換器12bとは独立して構成されている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aの一部分が第2熱源側熱交換器12bと熱交換器構成要素であるフィンを共有して一体に構成される。このため、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの小型化を図れる。
実施の形態1によれば、空気調和装置100は、直列冷媒流路と並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備えている。熱交換器流路切替装置は、第1開閉装置30と、第2開閉装置31と、第3開閉装置32と、を有している。第1開閉装置30は、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを直列に繋ぐ直列配管6に配置され、直列配管6を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第2開閉装置31は、第1熱源側熱交換器12aと負荷側絞り装置22とを繋ぐ第1並列配管7に配置され、第1並列配管7を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第3開閉装置32は、冷媒流路切替装置11と第2熱源側熱交換器12bとを繋ぐ第2並列配管8に配置され、第2並列配管8を流通する冷媒の通過または遮断を行う。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1開閉装置30を開とし、第2開閉装置31を閉とし、第3開閉装置32を閉とし、直列冷媒流路が構成される。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開とし、並列冷媒流路が構成される。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続できる。また、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続できる。
実施の形態1によれば、第3開閉装置32は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第2並列配管8にて、第1熱源側熱交換器12aの入口側の流路から第2熱源側熱交換器12bの入口側の流路に冷媒が流入することを防止する逆流防止装置で構成されてもよい。
この構成によれば、第3開閉装置32は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際のみに、第2並列配管8にて、第2熱源側熱交換器12bの出口側の流路から第1熱源側熱交換器12aの出口側の流路に冷媒が流出して本管5にて合流できる。
実施の形態1によれば、空気調和装置100は、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、負荷側熱交換器21、負荷側絞り装置22並びに第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bが配管で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備えている。空気調和装置100は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続される。空気調和装置100は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続される。第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bをデフロストする際に、少なくとも第1熱源側熱交換器12aの出口側の冷媒流路となる位置に、第2ヘッダー14bが設けられている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aを流出した冷媒は、複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器よりも、大きく短尺である複数の枝管51とヘッダー主配管50とを有する第2ヘッダー14bを介して、第2熱源側熱交換器12bに供給される。このため、第2ヘッダー14bの位置に複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する場合よりも、圧力損失が低減でき、第2熱源側熱交換器12bに流入する高圧の中温ガスもしくは二相冷媒の温度が高く保てる。これにより、第2熱源側熱交換器12bのデフロスト能力の低下が抑制される。よって、複数の細管かつ長尺のキャピラリーチューブからなる分配器を使用する場合より、ヘッダーを使用することで、第2熱源側熱交換器12bに霜が残ることが抑制できる。
第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、分配調整用ヘッダーである。分配調整用ヘッダーである第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bは、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの全部の入口側の冷媒流路となる位置にそれぞれ設けられている。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの全部において、凝縮器の性能が向上できるとともに、蒸発器の性能が向上できる。
実施の形態1によれば、空気調和装置100は、直列冷媒流路と並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備えている。熱交換器流路切替装置は、第1開閉装置30と、第2開閉装置31と、第3開閉装置32と、を有している。第1開閉装置30は、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを直列に繋ぐ直列配管6に配置され、直列配管6を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第2開閉装置31は、第1熱源側熱交換器12aと負荷側絞り装置22とを繋ぐ第1並列配管7に配置され、第1並列配管7を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第3開閉装置32は、冷媒流路切替装置11と第2熱源側熱交換器12bとを繋ぐ第2並列配管8に配置され、第2並列配管8を流通する冷媒の通過または遮断を行う。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する、または、デフロストする際に、第1開閉装置30を開とし、第2開閉装置31を閉とし、第3開閉装置32を閉とし、直列冷媒流路が構成される。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開とし、並列冷媒流路が構成される。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する、または、デフロストする際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに直列に直列冷媒流路で接続できる。また、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続できる。
実施の形態1によれば、空気調和装置100は、直列冷媒流路と並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備えている。熱交換器流路切替装置は、第1開閉装置30と、第2開閉装置31と、第3開閉装置32と、制御装置60と、を有している。第1開閉装置30は、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとを直列に繋ぐ直列配管6に配置され、直列配管6を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第2開閉装置31は、第1熱源側熱交換器12aと負荷側絞り装置22とを繋ぐ第1並列配管7に配置され、第1並列配管7を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第3開閉装置32は、冷媒流路切替装置11と第2熱源側熱交換器12bとを繋ぐ第2並列配管8に配置され、第2並列配管8を流通する冷媒の通過または遮断を行う。制御装置60は、第1開閉装置30の開度もしくは開閉、第2開閉装置31の開度もしくは開閉、第3開閉装置32の開度もしくは開閉を制御する。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bをデフロストする際に、制御装置60によって、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開とする。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bをデフロストする際に、制御装置60によって、第1開閉装置30を閉とし、第2開閉装置31を開とし、第3開閉装置32を開とし、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが互いに並列に並列冷媒流路で接続できる。
なお、実施の形態1では、複数の熱源側熱交換器として、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの2つの熱源側熱交換器を使用した例を示した。しかし、これに限らず、さらに複数の熱源側熱交換器を同様の構成で使用しても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
また、実施の形態1では、分配調整ヘッダーが第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bのみに用いられた例を示した。しかし、これに限らず、分配調整ヘッダーが第2ヘッダー14bおよび第4ヘッダー15bだけでなく、第1ヘッダー14aおよび第3ヘッダー15aにも用いられてもよい。また、分配調整ヘッダーが第2ヘッダー14bまたは第4ヘッダー15bのどちらか一方にだけ用いられてもよい。
さらに、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bの他にも複数の熱源側熱交換器を使用する場合に、複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、複数の熱源側熱交換器の全部の入口側の冷媒流路となる位置に、分配調整ヘッダーを使用してもよい。
また、熱交換器流路切替装置である第1開閉装置30、第2開閉装置31および第3開閉装置32を1つずつ使用する例を示した。しかし、これに限らず、第1開閉装置30、第2開閉装置31および第3開閉装置32をそれぞれ複数設置する構成とした場合でも、実施の形態1と同様の効果が得られる。
実施の形態2.
図7は、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。なお、図7において、図1の空気調和装置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に示す空気調和装置200が図1と異なる点は、室外機1の構成である。
空気調和装置200の室外機1では、第3並列配管9に第4開閉装置33が設けられている。
第4開閉装置33は、第3並列配管9に配置され、第3並列配管9を流通する冷媒の通過または遮断を行う。すなわち、第4開閉装置33は、暖房運転モード時に第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒流量を調整するための流量調整弁である。第4開閉装置33は、たとえば電子式膨張弁などの開度変化により冷媒の流量を調整できる絞り装置で構成される。
このような構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第4開閉装置33の開度を絞り、冷媒流量を調整する。これにより、第1熱源側熱交換器12aよりも伝熱面積が小さい第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒流量を少なくし、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのそれぞれに流入させる冷媒量が均等に分配できる。したがって、蒸発器の性能が向上できる。
また、図8は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置200の回路構成の変形例の一例を示す概略回路構成図である。
図8に示す変形例では、第1並列配管7に設けられている第2開閉装置31が、第4開閉装置33と同様の流量調整弁である。第2開閉装置31は、たとえば電子式膨張弁などの開度変化により冷媒の流量を調整できる絞り装置で構成される。第2開閉装置31および第4開閉装置33は、それぞれの開度を調整し、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのそれぞれに流入させる冷媒量が均等に分配できる。
この変形例では、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第2開閉装置31を閉とし、第4開閉装置33を開とし、直列冷媒流路が構成される。
また、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2開閉装置31および第4開閉装置33のそれぞれの開度を変更し、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒流量を調整するように並列冷媒流路が構成される。
[実施の形態2の効果]
実施の形態2によれば、熱交換器流路切替装置は、第4開閉装置33を有している。第4開閉装置33は、第2熱源側熱交換器12bと負荷側絞り装置22とを繋ぐ第3並列配管9に配置され、第3並列配管9を流通する冷媒の通過または遮断を行う。第4開閉装置33は、開度変化により流量を調整できる絞り装置である。
この構成によれば、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第4開閉装置33の開度を絞り、冷媒流量を調整する。これにより、第1熱源側熱交換器12aよりも伝熱面積が小さい第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒流量を少なくし、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのそれぞれに流入させる冷媒流量が均等に分配できる。したがって、蒸発器の性能が向上できる。
実施の形態2によれば、第2開閉装置31は、開度変化により流量を調整できる絞り装置である。熱交換器流路切替装置は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを凝縮器として使用する際に、第2開閉装置31を閉とし、第4開閉装置33を開とし、直列冷媒流路が構成される。第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、第2開閉装置31および第4開閉装置33のそれぞれの開度を変更し、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bに流入させる冷媒流量を調整するように並列冷媒流路が構成される。
この構成によれば、第2開閉装置31および第4開閉装置33は、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bを蒸発器として使用する際に、それぞれの開度を調整し、第1熱源側熱交換器12aおよび第2熱源側熱交換器12bのそれぞれに流入させる冷媒流量が均等に分配できる。
実施の形態3.
図9は、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示す概略回路構成図である。なお、実施の形態3では、上述した実施の形態1との相違点を説明するものとし、実施の形態2と同一部分には、同一符号を付している。図9に示す空気調和装置300が図8に示す空気調和装置200と異なる点は、室外機1の構成である。
空気調和装置300の室外機1では、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとがフィンを介して上下に配置されている。また、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとは別に、第3熱源側熱交換器12cが独立して配置されている。
第3熱源側熱交換器12cは、第1熱源側熱交換器12aと同様な構成をしている。
また、空気調和装置300の室外機1は、冷媒流路切替装置11を2つ備えている。冷媒流路切替装置11aは、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとに繋がる冷媒配管3である本管5に接続されている。冷媒流路切替装置11bは、第3熱源側熱交換器12cに繋がる冷媒配管3である第2本管5aに接続されている。
第5ヘッダー17aは、第3熱源側熱交換器12cを凝縮器として使用する際に、第3熱源側熱交換器12cの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第5ヘッダー17aは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、冷媒流路切替装置11bと繋がれている第2本管5aに接続されている。ヘッダー主配管の下部が、第2本管5aに接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第3熱源側熱交換器12cの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第5ヘッダー17aは、第3熱源側熱交換器12cの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
第6ヘッダー17bは、第3熱源側熱交換器12cを蒸発器として使用する際に、第3熱源側熱交換器12cの入口側の冷媒流路となる位置に設けられている。
第6ヘッダー17bは、ヘッダー主配管と、複数の枝管と、を有している。
ヘッダー主配管は、鉛直方向に延びている。ヘッダー主配管は、第1並列配管7および主管4を介して負荷側絞り装置22と繋がれている第4並列配管18に接続されている。ヘッダー主配管の下部が、第4並列配管18に接続されている。
複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びている。複数の枝管は、第3熱源側熱交換器12cの熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続されている。複数の枝管は、ヘッダー主配管よりも細い配管である。
第6ヘッダー17bは、第3熱源側熱交換器12cの各伝熱管に、伝熱管に接続された枝管を通じて冷媒を流入または流出させる。
この構成によれば、冷房運転モード時の冷媒の流れは、以下の流れとなる。圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、まず、2つの冷媒流路切替装置11a、11bに流入するように分岐される。一部のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11aおよび第1ヘッダー14aを介して第1熱源側熱交換器12aに流入する。残りのガス冷媒は、冷媒流路切替装置11bおよび第5ヘッダー17aを介して第3熱源側熱交換器12cに流入する。
そして、これらのガス冷媒は、並列に接続された第1熱源側熱交換器12aおよび第3熱源側熱交換器12cにてファン16から供給される室外空気に放熱しながら高圧の二相もしくは液冷媒になる。第1熱源側熱交換器12aから流出した一部の高圧冷媒は、第2ヘッダー14bを介して直列配管6に流入する。第3熱源側熱交換器12cから流出した残りの高圧冷媒は、第6ヘッダー17bおよび第4並列配管18を介して直列配管6に流入して高圧冷媒が合流する。
合流した高圧冷媒は、直列配管6、開状態に切り替えられている第1開閉装置30および第3ヘッダー15aを介して第2熱源側熱交換器12bに流入する。そして、高圧冷媒は、第2熱源側熱交換器12bにてファン16から供給される室外空気に放熱しながら高圧液冷媒になる。この高圧液冷媒は、第3並列配管9を介して室外機1から流出し、主管4を通り、室内機2へ流入する。
このように、複数の熱源側熱交換器が独立して配置される場合に、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとが一部のフィンを共有して上下に繋がって配置される。第3熱源側熱交換器12cは、フィンを共有せず独立して配置する。これにより、独立した第3熱源側熱交換器12cもフィンを共有する場合に対し、熱源側熱交換器に使用するヘッダー総数を少なくすることができ、安価にシステムが構成できる。また、ヘッダー総数が少なくなることにより、冷媒配管3である接続配管の接続経路の簡略化が図れ、空気調和装置300の小型化が図れる。
また、実施の形態3における第1熱源側熱交換器12aと第3熱源側熱交換器12cとは、併せることにより、実施の形態1、2における第1熱源側熱交換器12aと同じ機能を有するともいえる。
以上説明した本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
たとえば、冷媒としてR410A冷媒以外に、R32冷媒、または、R32冷媒と、地球温暖化係数が小さく化学式がCFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒であるHFO1234yf、HFO1234zeなどと、の混合冷媒(非共沸混合冷媒)を使用してもよい。さらに、CO(R744)などの高圧側が超臨界で動作する冷媒を使用した場合も同様の効果を奏する。
上記実施の形態1〜3において、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとは、一部のフィンを共有して一体的に構成されている場合について例示した。しかし、第1熱源側熱交換器12aと第2熱源側熱交換器12bとは、それぞれ独立して配置されたものでもよい。これに限らず上側に第2熱源側熱交換器12bを配置してもよい。また、第2熱源側熱交換器12bがフィンの下部に形成されており、第1熱源側熱交換器12aがフィンの上部に形成されている場合について例示した。しかし、第2熱源側熱交換器12bがフィンの上部に形成されており、第1熱源側熱交換器12aがフィンの下部に形成されていてもよい。
上記実施の形態1〜3において、冷暖切り替えの空気調和装置を例に説明した。しかし、冷暖同時運転可能な空気調和装置においても、複数の弁からなる熱交換器流路切替装置を使用し、凝縮器を直列に接続し、蒸発器を並列に接続することによる冷凍サイクルの効率向上効果が得ることができる。
上記実施の形態1〜3において、ファン16を1台搭載する構成を例に説明した。しかし、これに限らず、複数のファンを搭載した機種においても同様の効果が得られる。また、ファンは、トップフロー形式、サイドフロー形式などのファン設置形態に限らず、同様の効果が得られる。
実施の形態の圧縮機は、低圧シェル型の圧縮機を使用する場合を例に説明した。しかし、たとえば高圧シェル型の圧縮機を使用しても同様の効果を奏する。
また、圧縮機の中間圧部に冷媒を流入させる構造を有しない圧縮機を使用した場合を例に説明した。しかし、圧縮機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が設けられた構造の圧縮機にも適用することができる。
また、一般的に、熱源側熱交換器および負荷側熱交換器には、送風によって冷媒の凝縮または蒸発を促進させる送風機としてのファンが取り付けられていることが多い。しかし、これに限るものではない。たとえば負荷側熱交換器として、放射を利用したパネルヒータのようなものを用いてもよい。また、熱源側熱交換器としては、水、不凍液などの液体により熱交換する水冷式のタイプの熱交換器を用いてもよい。冷媒の放熱または吸熱が行えるものであれば、どんなものを用いてもよい。水冷式のタイプの熱交換器を用いる場合は、たとえばプレート式熱交換器、二重管式熱交換器などの水冷媒間熱交換器を設置し用いればよい。
1 室外機、2 室内機、3 冷媒配管、4 主管、5 本管、5a 第2本管、6 直列配管、7 第1並列配管、8 第2並列配管、9 第3並列配管、10 圧縮機、11 冷媒流路切替装置、11a 冷媒流路切替装置、11b 冷媒流路切替装置、12a 第1熱源側熱交換器、12b 第2熱源側熱交換器、12c 第3熱源側熱交換器、14a 第1ヘッダー、14b 第2ヘッダー、15a 第3ヘッダー、15b 第4ヘッダー、16 ファン、17a 第5ヘッダー、17b 第6ヘッダー、18 第4並列配管、21 負荷側熱交換器、22 負荷側絞り装置、30 第1開閉装置、31 第2開閉装置、32 第3開閉装置、33 第4開閉装置、41 圧力センサー、46 第1温度センサー、47 第2温度センサー、48 第3温度センサー、49 低圧圧力センサー、50 ヘッダー主配管、51 枝管、60 制御装置、100 空気調和装置、200 空気調和装置、300 空気調和装置。

Claims (17)

  1. 圧縮機、冷媒流路切替装置、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置および複数の熱源側熱交換器が配管で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備え、
    前記複数の熱源側熱交換器は、第1熱源側熱交換器および第2熱源側熱交換器を有し、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに直列に直列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに並列に並列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器または前記第2熱源側熱交換器の少なくともどちらかの入口側の冷媒流路となる位置に、冷媒の分配を調整する分配調整ヘッダーが設けられ、
    前記直列冷媒流路と前記並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備え、
    前記熱交換器流路切替装置は、
    前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とを直列に繋ぐ直列配管に配置され、前記直列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第1開閉装置と、
    前記第1熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置とを繋ぐ第1並列配管に配置され、前記第1並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第2開閉装置と、
    前記冷媒流路切替装置と前記第2熱源側熱交換器とを繋ぐ第2並列配管に配置され、前記第2並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第3開閉装置と、
    を有し、
    前記第1熱源側熱交換器の一部分は、前記第2熱源側熱交換器と熱交換器構成要素であるフィンを共有して一体に構成され、
    前記第1熱源側熱交換器の前記一部分以外の残りの部分は、前記第2熱源側熱交換器とは独立して構成された空気調和装置。
  2. 前記熱交換器流路切替装置は、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第1開閉装置を開とし、前記第2開閉装置を閉とし、前記第3開閉装置を閉とし、前記直列冷媒流路が構成される請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記熱交換器流路切替装置は、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1開閉装置を閉とし、前記第2開閉装置を開とし、前記第3開閉装置を開とし、前記並列冷媒流路が構成される請求項1または請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記分配調整ヘッダーは、前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記複数の熱源側熱交換器の全部の入口側の冷媒流路となる位置にそれぞれ設けられた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  5. 前記分配調整ヘッダーは、前記主回路の前記配管に接続されたヘッダー主配管と、熱交換器構成要素である伝熱管にそれぞれ接続される複数の枝管と、を有し、
    前記複数の枝管は、前記ヘッダー主配管の内部に突き出た請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  6. 前記伝熱管は、扁平管である請求項5に記載の空気調和装置。
  7. 前記複数の枝管において前記ヘッダー主配管の内部に突き出た先端部は、前記複数の枝管の差し込み方向における前記ヘッダー主配管の内壁部から前記ヘッダー主配管の内半径の50%の位置と、前記複数の枝管が差し込まれる根元側の前記ヘッダー主配管の内壁部から前記ヘッダー主配管の内半径の50%の位置と、の間に配置された請求項5または請求項6に記載の空気調和装置。
  8. 前記複数の枝管において前記ヘッダー主配管の内部に突き出た先端部は、前記ヘッダー主配管の内部の中心部に配置された請求項7に記載の空気調和装置。
  9. 前記ヘッダー主配管は、鉛直方向に延び、
    前記複数の枝管は、鉛直方向に並列して水平方向に延びる請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  10. 前記ヘッダー主配管の下部が、前記主回路の前記配管に接続された請求項9に記載の空気調和装置。
  11. 前記第1熱源側熱交換器の伝熱面積は、前記第2熱源側熱交換器の伝熱面積よりも大きくなるように形成された請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  12. 前記熱交換器流路切替装置は、
    前記第2熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置とを繋ぐ第3並列配管に配置され、前記第3並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第4開閉装置を有し、
    前記第4開閉装置は、開度変化により流量を調整できる絞り装置である請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  13. 前記第2開閉装置は、開度変化により流量を調整できる絞り装置であり、
    前記熱交換器流路切替装置は、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第2開閉装置を閉とし、前記第4開閉装置を開とし、前記直列冷媒流路が構成され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第2開閉装置および前記第4開閉装置のそれぞれの開度を変更し、前記第1熱源側熱交換器および前記第2熱源側熱交換器に流入させる冷媒量を調整するように前記並列冷媒流路が構成される請求項12に記載の空気調和装置。
  14. 前記第3開閉装置は、前記複数の熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第2並列配管にて、前記第1熱源側熱交換器の入口側の流路から前記第2熱源側熱交換器の入口側の流路に冷媒が流入することを防止する逆流防止装置で構成された請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の空気調和装置。
  15. 圧縮機、冷媒流路切替装置、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置および複数の熱源側熱交換器が配管で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備え、
    前記複数の熱源側熱交換器は、第1熱源側熱交換器および第2熱源側熱交換器を有し、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに直列に直列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに並列に並列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器をデフロストする際に、少なくとも前記第1熱源側熱交換器の出口側の冷媒流路となる位置に、ヘッダーが設けられ、
    前記直列冷媒流路と前記並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備え、
    前記熱交換器流路切替装置は、
    前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とを直列に繋ぐ直列配管に配置され、前記直列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第1開閉装置と、
    前記第1熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置とを繋ぐ第1並列配管に配置され、前記第1並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第2開閉装置と、
    前記冷媒流路切替装置と前記第2熱源側熱交換器とを繋ぐ第2並列配管に配置され、前記第2並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第3開閉装置と、
    を有し、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する、または、デフロストする際に、前記第1開閉装置を開とし、前記第2開閉装置を閉とし、前記第3開閉装置を閉とし、前記直列冷媒流路が構成され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1開閉装置を閉とし、前記第2開閉装置を開とし、前記第3開閉装置を開とし、前記並列冷媒流路が構成される空気調和装置。
  16. 圧縮機、冷媒流路切替装置、負荷側熱交換器、負荷側絞り装置および複数の熱源側熱交換器が配管で順次接続されて冷媒が循環する主回路を備え、
    前記複数の熱源側熱交換器は、第1熱源側熱交換器および第2熱源側熱交換器を有し、
    前記複数の熱源側熱交換器を凝縮器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに直列に直列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とが互いに並列に並列冷媒流路で接続され、
    前記複数の熱源側熱交換器をデフロストする際に、少なくとも前記第1熱源側熱交換器の出口側の冷媒流路となる位置に、ヘッダーが設けられ、
    前記直列冷媒流路と前記並列冷媒流路とを切り替える熱交換器流路切替装置を備え、
    前記熱交換器流路切替装置は、
    前記第1熱源側熱交換器と前記第2熱源側熱交換器とを直列に繋ぐ直列配管に配置され、前記直列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第1開閉装置と、
    前記第1熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置とを繋ぐ第1並列配管に配置され、前記第1並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第2開閉装置と、
    前記冷媒流路切替装置と前記第2熱源側熱交換器とを繋ぐ第2並列配管に配置され、前記第2並列配管を流通する冷媒の通過または遮断を行う第3開閉装置と、
    前記第1開閉装置の開度もしくは開閉、前記第2開閉装置の開度もしくは開閉、前記第3開閉装置の開度もしくは開閉を制御する制御装置と、
    を有し、
    前記複数の熱源側熱交換器をデフロストする際に、前記制御装置によって、前記第1開閉装置を閉とし、前記第2開閉装置を開とし、前記第3開閉装置を開とする空気調和装置。
  17. 前記ヘッダーは、分配調整用ヘッダーであり、
    前記分配調整用ヘッダーは、前記複数の熱源側熱交換器を蒸発器として使用する際に、前記複数の熱源側熱交換器の全部の入口側の冷媒流路となる位置にそれぞれ設けられた請求項15または請求項16に記載の空気調和装置。
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