JP6880213B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

この発明は、たとえば、ビル用マルチエアコンなどに適用される空気調和装置に関するものである。
ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置は、たとえば、建物外に配置した熱源機である室外機(室外ユニット)と建物内に配置した室内機(室内ユニット)との間を、配管を介して接続した冷媒回路を有している。空気調和装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を有する。冷媒回路内では、冷媒の放熱または吸熱を利用して、空気を加熱または冷却することにより、負荷となる空調対象空間の暖房または冷房を行っている。
たとえば、冷媒熱交換器と負荷側絞り装置との間で液配管を分岐させたインジェクション管でバイパス用絞り装置、冷媒熱交換器、開閉弁および圧縮機のインジェクションポートを順次接続したインジェクション回路を備えた空気調和装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この空気調和装置では、圧縮機の圧縮過程で中間圧の乾き度が低い冷媒をインジェクションすることにより、冷媒流量を増加させつつ、吐出温度の異常上昇を抑制できる。このため、吐出温度が上昇する外気温度が低い暖房運転にて、圧縮機の駆動周波数を高くすることができ、暖房能力を維持することができる。
特開2008−138921号公報
ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置では、設置場所において、室外機と室内機との接続配管の長さ、接続室内機数に応じて冷媒を追加封入する。このとき、冷媒量が規定値よりも多く封入されることがある。冷媒回路内に封入される冷媒量が過多となると、アキュムレーターの液面が高くなる。このため、液バック(返液)が生じる可能性がある。過度な液バックが生じると、圧縮機などの損傷につながり、空気調和装置の信頼性が保てない可能性がある。
この発明は、上述のような課題を解決するものであり、空気調和装置の性能を低下させず、負荷に対する能力を維持し、信頼性を確保できる空気調和装置を提供することを目的とする。
この発明に係る空気調和装置は、吸入室に冷媒を導入するインジェクションポートを有し、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、冷媒の熱交換を行う熱源側熱交換器および冷媒を溜めるアキュムレーターとを有する室外機と、冷媒を減圧する、少なくとも1台の負荷側絞り装置と、負荷と冷媒との熱交換を行う少なくとも1台の負荷側熱交換器とが配管で接続され、冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和装置であって、室外機は、冷媒回路において、一端が、熱源側熱交換器と負荷側絞り装置との間に接続され、他端が、インジェクションポートと接続され、冷媒回路を流れる冷媒の一部をインジェクションポートに向けて通過させるインジェクション配管と、冷媒回路において、負荷側絞り装置から熱源側熱交換器に冷媒が流れるときに、インジェクション配管の一端よりも下流側となる位置に設置され、通過する冷媒を減圧し、流量を調整する室外側絞り装置と、インジェクション配管を流れる冷媒の量を調整するインジェクション絞り装置とを備え、室外側絞り装置の開度およびインジェクション絞り装置の開度を制御する制御装置をさらに有し、制御装置は、アキュムレーターからの返液により低下した圧縮機の吐出温度が、あらかじめ定められた液面調整しきい値以下であるものと判定すると、液面調整しきい値よりも高くなるように、室外側絞り装置の開度を制御するものである。
この発明によれば、制御装置60が、アキュムレーターに流入する冷媒を少なくし、余剰冷媒が溜まらないようにするので、アキュムレーターの液面を低下させることができ、アキュムレーターのオーバーフローを防ぐことができる。したがって、圧縮機への過度な液バックを防止して、圧縮機の破損を防ぎ、空気調和装置の信頼性を確保することができる。
この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、冷房運転モード時における、圧縮機10にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図を示す図である。 この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、冷房運転モード時における、圧縮機10にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図を示す図である。 この発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態2に係る空気調和装置100において、制御装置60が行う制御の一例を示す図である。 この発明の実施の形態3に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。 実施の形態3に係る空気調和装置100の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 実施の形態3に係る空気調和装置100の冷房主体運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 実施の形態3に係る空気調和装置100の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 実施の形態3に係る空気調和装置100の暖房主体運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態4に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態5に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、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。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1の空気調和装置100は、室外機1と室内機2とが、たとえば、2本の主管5を介して接続された構成を有している。
また、空気調和装置100は、冷媒が流れる主冷媒回路とインジェクション流路とを有している。実施の形態1の主冷媒回路は、アキュムレーター19、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、室外側絞り装置45、負荷側絞り装置25および負荷側熱交換器26を、主管5および冷媒配管で環状に接続して構成される回路である。また、インジェクション流路は、室外側絞り装置45と負荷側絞り装置25との間に位置する冷媒配管4から、圧縮機10内において、圧縮が開始される直前の室である圧縮機吸入室に冷媒が流れる。
<室外機1>
室外機1は、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19、インジェクション配管41、熱源側ファン18、室外側絞り装置45およびインジェクション絞り装置42を有している。このうち、主冷媒回路を構成する圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、アキュムレーター19および室外側絞り装置45は、室外機1内において、冷媒配管4で接続されている。
圧縮機10は、冷媒を吸入し圧縮して高温および高圧の状態にして吐出する。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としては、たとえば、低圧シェル構造のものが使用される。低圧シェル構造の圧縮機は、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気になり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する。また、実施の形態1の圧縮機10は、外部から圧縮室内に冷媒を流入させることができるインジェクションポート17を有する構造である。実施の形態1では、たとえば、圧縮機10の圧縮が開始される直前の室である圧縮機吸入室に、インジェクションポート17から冷媒を導入させることができる。圧縮機吸入室に、外部から冷媒を流入させることで、吐出温度が圧縮機10の耐力以上に上昇することを抑制する。
冷媒流路切替装置11は、暖房運転モードにおける冷媒流路と冷房運転モードにおける冷媒流路とを切り替える装置である。冷媒流路切替装置11は、たとえば、四方弁などを有している。ここで、冷房運転モードとは、熱源側熱交換器12が凝縮器またはガスクーラとして作用する運転モードである。また、暖房運転モードとは、熱源側熱交換器12が蒸発器として作用する運転モードである。
熱源側熱交換器12は、暖房運転モードでは、蒸発器として機能する。また、冷房運転モードでは、凝縮器またはガスクーラ(実施の形態1では、凝縮器とする)として機能する。実施の形態1における熱源側熱交換器12は、熱源側ファン18により供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。ただし、これに限定するものではない。冷媒と水との間で熱交換を行うようにしてもよい。この場合、熱源側熱交換器12は、水冷媒熱交換器となる。
アキュムレーター19は、圧縮機10の吸入部に設けられている。アキュムレーター19は、暖房運転モードと冷房運転モードとの間において必要となる冷媒量の違いにより生じる余剰冷媒または過渡的な運転の変化に対する余剰冷媒を蓄える。また、返油機構20は、ここでは、アキュムレーター19内における配管の下部に空けられた貫通穴である。返油機構20を介して、アキュムレーター19の下部に溜まった冷凍機油および液冷媒が通過し、圧縮機10の吸入側配管へ導かれる。
室外側絞り装置45は、主冷媒回路において、熱源側熱交換器12と、室内機2が有する負荷側絞り装置25との間に位置し、室外機1に設けられている。室外側絞り装置45は、たとえば、電子式膨張弁などの開度(開口面積)を任意に制御することができる装置である。室外側絞り装置45は、室外側絞り装置45と室内機2との間の冷媒の圧力を上昇させるとともに、暖房運転モード時に室内機2から主管5を介して室外機1に流入した冷媒を減圧し、膨張させる。また、室外側絞り装置45は、開度を調整することで、アキュムレーター19内に蓄えられる冷媒量を調整する。
インジェクション配管41は、インジェクション流路を構成する配管である。インジェクション配管41は、室外機1内において、一端は冷媒配管4に接続され、他端は圧縮機10のインジェクションポート17に接続されている。液冷媒または気液二相冷媒を、圧縮機10の圧縮機吸入室に流入させる。このとき、液冷媒または気液二相冷媒は高圧または中圧の冷媒である。中圧とは、冷凍サイクルにおける高圧(たとえば、凝縮器内の冷媒圧力または圧縮機10の吐出圧力)よりも低く、冷凍サイクルにおける低圧(たとえば、蒸発器内の冷媒圧力または圧縮機10の吸入圧力)よりも高い圧力のことである。
インジェクション絞り装置42は、インジェクション配管41に設置される。インジェクション絞り装置42は、インジェクション配管41を通過し、圧縮機10のインジェクションポート17に流入する冷媒の量および圧力を調整する。インジェクション絞り装置42は、たとえば、後述する制御装置60の制御に基づいて、連続的または多段階で開度を調節することができる。
また、室外機1には、吐出温度センサー43、吐出圧力センサー40、外気温度センサー46および圧力検出用センサー44が設置されている。吐出温度センサー43は、圧縮機10が吐出する冷媒の温度を検出し、吐出温度検出信号を出力する。吐出圧力センサー40は、圧縮機10が吐出する冷媒の圧力を検出し、吐出圧力検出信号を出力する。外気温度センサー46は、室外機1において、熱源側熱交換器12の空気流入部分に設置される。外気温度センサー46は、たとえば、室外機1の周囲の温度となる外気温度を検出し、外気温度検出信号を出力する。圧力検出用センサー44は、室外側絞り装置45とアキュムレーター19との間における冷媒の圧力(中間圧力)を検出し、中間圧力検出信号を出力する。ここで、圧力検出用センサー44には、圧力センサーだけでなく、温度センサーを使用することができる。圧力検出用センサー44として、温度センサーを使用する場合、後述する制御装置60は、圧力検出用センサー44が検出した温度に基づいて、算出した飽和圧力を、中間圧力とする。
<室内機2>
室内機2は、負荷側熱交換器26および負荷側絞り装置25を有している。負荷側熱交換器26は、暖房運転モードでは、凝縮器またはガスクーラ(実施の形態1では、凝縮器とする)として機能する。また、冷房運転モードでは、蒸発器として機能する。負荷側熱交換器26は、熱交換対象となる負荷と冷媒との間で熱交換を行う。実施の形態1においては、負荷側ファン28により供給される空調対象空間の空気が負荷となる。
負荷側絞り装置25は、主冷媒回路の冷房運転モードにおける冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器26の上流側となる位置に設置される。負荷側絞り装置25は、冷媒を減圧して膨張させる、減圧弁および膨張弁としての機能を有している。負荷側絞り装置25は、たとえば、後述する制御装置60の制御に基づいて、連続的または多段階で開度を調節することができる。負荷側絞り装置25は、たとえば、電子式膨張弁などの開度を任意に制御することができる装置である。
また、室内機2には、入口側温度センサー31および出口側温度センサー32が設けられている。入口側温度センサー31および出口側温度センサー32は、サーミスターなどを有している。入口側温度センサー31は、主冷媒回路の冷房運転モードにおける冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器26の冷媒流入側の配管に設置される。そして、入口側温度センサー31は、負荷側熱交換器26に流入する冷媒の温度を検出し、流入側検出信号を出力する。出口側温度センサー32は、主冷媒回路の冷房運転モードにおける冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器26の冷媒流出側の配管に設置される。そして、出口側温度センサー32は、負荷側熱交換器26から流出した冷媒の温度を検出し、流出側検出信号を出力する。
そして、空気調和装置100は、制御装置60を有している。制御装置60は、前述した各種センサーから送られる検出信号およびリモートコントローラ(図示せず)からの指示に基づいて、空気調和装置100全体の動作を制御する。たとえば、制御装置60は、圧縮機10の駆動周波数の制御、熱源側ファン18および負荷側ファン28の回転数の制御(オンまたはオフを含む)および冷媒流路切替装置11による流路切り替えの制御を行う。また、制御装置60は、室外側絞り装置45、インジェクション絞り装置42および負荷側絞り装置25の開度制御などを行う。制御装置60は、これらの制御を行って、空気調和装置100の各運転モードを実行する。
ここで、制御装置60は、マイクロコンピュータを有している。マイクロコンピュータは、たとえば、CPU(Central Processing Unit)などの制御演算処理装置を有している。また、入出力を管理するI/Oポートを有している。また、マイクロコンピュータは、記憶装置61を有している。記憶装置61は、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性記憶装置(図示せず)およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置(図示せず)である。記憶装置61には、制御演算処理装置が行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理装置がプログラムのデータに基づいて処理を実行して各部の処理を実現する。ただ、これに限定するものではなく、各装置を専用機器(ハードウェア)で構成してもよい。ここで、実施の形態1の空気調和装置100では、室外機1内に制御装置60を設置しているが、これに限定するものではない。制御装置60を室内機2に設置してもよい。また、室外機1および室内機2に機能を分けるなどして、複数の制御装置60を設置してもよい。
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の制御装置60は、室内機2からの指示に基づいて、室内機2で冷房運転を行う冷房運転モードまたは室内機2で暖房運転を行う暖房運転モードを実行することができる。このとき、制御装置60は、インジェクションを行うか否かを判定することができる。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(インジェクションしない場合)>
図2は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図2では、負荷側熱交換器26で冷熱負荷が発生している場合を例に挙げ、冷房運転モードにおけるインジェクションにおける冷媒流れ以外の冷媒の流れについて説明する。ここで、図2では、冷媒が流れる方向を実線矢印で示している。
図2に示すように、低温および低圧の冷媒は、圧縮機10によって吸入され圧縮される。そして、高温および高圧のガス冷媒が、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を通って、熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12に流入したガス冷媒は、熱源側ファン18により供給される室外空気に放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒になって、熱源側熱交換器12から流出する。熱源側熱交換器12から流出した高圧の液冷媒は、室外側絞り装置45を介して、室外機1から流出する。そして、高圧の液冷媒は、主管5を通って室内機2に流入する。
室内機2に流入した高圧冷媒は、負荷側絞り装置25で膨張させられて、低温および低圧の気液二相状態の冷媒になる。気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26に流入する。負荷側熱交換器26に流入した気液二相冷媒は、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温および低圧のガス冷媒になって、負荷側熱交換器26から流出する。
ここで、負荷側絞り装置25は、制御装置60により、スーパーヒート(過熱度)が一定になるように、開度が制御される。スーパーヒートは、入口側温度センサー31が検出する温度と、出口側温度センサー32が検出する温度との差として得られる温度差の値である。
負荷側熱交換器26から流出したガス冷媒は、室内機2を流出する。室内機2を流出した冷媒は、主管5を通って、再び室外機1に流入する。室外機1に流入した冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を通過する。このとき、低温および低圧の冷媒がアキュムレーター19を通過する。そして、低温および低圧の冷媒が、圧縮機10に再度吸入される。
<暖房運転モード(インジェクションしない場合)>
図3は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の暖房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図3では、負荷側熱交換器26で温熱負荷が発生している場合を例に挙げ、暖房運転モードのインジェクションの冷媒流れ以外の冷媒の流れについて説明する。ここで、図3では、冷媒が流れる方向を実線矢印で示している。
図3に示すように、低温および低圧の冷媒は、圧縮機10によって吸入され圧縮される。そして、高温および高圧のガス冷媒が、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を通って、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温および高圧のガス冷媒は、主管5を通って、室内機2に流入する。
室内機2に流入した高温および高圧のガス冷媒は、負荷側熱交換器26に流入する。負荷側熱交換器26に流入したガス冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になって、負荷側熱交換器26から流出する。負荷側熱交換器26から流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25で膨張させられて、中温および中圧の気液二相状態の冷媒になって、室内機2を流出する。室内機2を流出した冷媒は、主管5を通って、再び室外機1に流入する。
室外機1に流入した中温および中圧の気液二相冷媒は、熱源側熱交換器12に流入する。熱源側熱交換器12に流入した気液二相冷媒は、室外空気から吸熱することにより、室外空気を冷却しながら、低温および低圧のガス冷媒になって、熱源側熱交換器12から流出する。熱源側熱交換器12から流出した低温および低圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を通過する。このとき、低温および低圧の冷媒がアキュムレーター19を通過する。そして、低温および低圧の冷媒が、圧縮機10に再度吸入される。
<インジェクションしない場合の性能への影響>
冷房運転モードおよび暖房運転モードにおいて、インジェクションをしない場合、制御装置60は、インジェクション絞り装置42を全閉となる開度に制御する。このため、インジェクション配管41には冷媒が流れない。また、インジェクション絞り装置42が全閉となっている場合に、圧縮機10の圧縮機吸入室は、冷媒回路内で、最も低圧となっている。前述したように、実施の形態1における圧縮機10は、圧縮機吸入室に冷媒を流入させることができる構造である。このため、圧縮機10の中間圧縮室にインジェクションポートがある場合と比較して、圧縮機10の圧縮機吸入室から、インジェクション絞り装置42と圧縮機10の圧縮機吸入室との間のインジェクション配管41に、冷媒が漏れることがない。したがって、冷媒の漏れによる圧縮機10の効率悪化はない。冷媒漏れによる装置の性能低下を抑制することができる。
<冷房運転モード(インジェクション時の流れ)>
(冷房運転モードにおけるインジェクションの必要性と効果概要)
たとえば、R32などのように、R410A冷媒(以下、R410Aという)よりも、圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒がある。空気調和装置100に使用される冷媒が、吐出温度が高くなるような冷媒の場合、冷凍機油の劣化、圧縮機10aの焼損などを防ぐために、吐出温度を低下させる必要がある。そこで、吐出温度が高くなるような冷媒を使用した場合の冷房運転モードでは、熱源側熱交換器12側から流出した高圧の液冷媒の一部を、インジェクション配管41を介して、圧縮機10の圧縮機吸入室に流入させるインジェクションを行う。インジェクションを行う際には、制御装置60は、インジェクション絞り装置42および室外側絞り装置45を制御して、インジェクション配管41を流れる冷媒の流量を調整する。
図4は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、冷房運転モード時における、圧縮機10にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図を示す図である。図4の横軸は、比エンタルピh[kJ/kg]を表している。また、図4の縦軸は、圧力P[MPa]を表している。図4を用いて、実施の形態1に係る空気調和装置100における冷房運転モードにおけるインジェクションの効果について説明する。
図4において、熱源側熱交換器12から流出した液冷媒は、(c)点における状態である。液冷媒は、室外側絞り装置45で減圧され、(d)点で示される液また二相冷媒の状態となる。減圧された液または二相冷媒のうち、一部の冷媒は、インジェクション配管41と、インジェクション絞り装置42を介して、圧縮機10の圧縮機吸入室に流入する。
一方、減圧された液または二相冷媒のうち、残りの冷媒は、負荷側絞り装置25で減圧され、(g)点で示される二相冷媒の状態となって、負荷側熱交換器26に流入する。負荷側熱交換器26では、(e)点で示される低温および低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、主管5、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して、圧縮機10に流入する。
圧縮機10に流入したガス冷媒は、インジェクションポート17を介して流入した液または二相冷媒と圧縮機吸入室において合流する。圧縮機吸入室における冷媒の状態は、(g)点で示されるように、高乾き度および低圧の二相冷媒となる。そして、圧縮機10が吐出した冷媒の状態は、(b)点で示される高圧のガス冷媒となる。(b)点で示される高圧のガス冷媒は、インジェクションを行わずに吐出した(b1)点で示される高圧のガス冷媒よりも吐出温度が低くなる。したがって、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐことができる。
<冷房運転モードにおけるインジェクション絞り装置42の制御>
冷房運転モード時における制御装置60によるインジェクション絞り装置42の制御について説明する。制御装置60は、吐出温度センサー43が検出した圧縮機10の吐出温度に基づいて、インジェクション絞り装置42の開度を制御する。インジェクション絞り装置42の開度を大きくすると、圧縮機10aに流入する冷媒の流量が増加する。したがって、圧縮機10から吐出する冷媒の吐出温度が低下する。また、インジェクション絞り装置42の開度を小さくすると、圧縮機10aに流入する冷媒の流量が減少する。したがって、圧縮機10から吐出する冷媒の吐出温度が上昇する。
そこで、制御装置60は、吐出温度センサー43が検出した圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値以下であるか否かを判定する。制御装置60は、吐出温度が吐出温度しきい値以下であると判定すると、インジェクションされる冷媒量が少なくなるように、インジェクション絞り装置42を制御する。ここで、吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値に応じて設定される。
一方、制御装置60は、吐出温度が吐出温度しきい値よりも大きいと判定すると、インジェクションされる冷媒量が多くなるように、インジェクション絞り装置42を制御する。このとき、制御装置60は、吐出温度が吐出温度しきい値となるように、インジェクション絞り装置42を制御する。たとえば、制御装置60は、吐出温度とインジェクション絞り装置42の開度との関係を示すデータを、テーブル形式で記憶装置61に記憶する。そして、制御装置60は、吐出温度センサー43が検出した圧縮機10の吐出温度に対応するインジェクション絞り装置42の開度を決定して、インジェクション絞り装置42を制御する。ここで、制御装置60は、テーブル形式のデータの代わりに、たとえば、吐出温度を変数とする数式を、データとして記憶装置61に記憶しておいてもよい。制御装置60は、吐出温度に基づいて、インジェクション絞り装置42の開度を演算して、インジェクション絞り装置42を制御する。
ここで、制御装置60は、吐出温度と吐出温度しきい値とに基づいて、インジェクション絞り装置42の制御に係る判定を行うようにしたが、これに限定するものではない。たとえば、圧縮機10の吐出過熱度(吐出スーパーヒート)と過熱度しきい値とに基づいて、インジェクション絞り装置42の制御に係る判定を行うことができる。ここで、圧縮機10の吐出過熱度は、吐出温度センサー43が検出する圧縮機10の吐出温度と、吐出圧力センサー40から算出された飽和温度との差である。
<冷房運転モード時のインジェクションの動作および効果>
以上のように、インジェクションを行うことで、圧縮機10の圧縮機吸入室における冷媒の吸入エンタルピを減少させることができる。このため、圧縮機10の吐出温度が過度に高くならないように抑制することができる。このため、冷凍機油の劣化を抑制し、圧縮機10の破損を防ぐことができる。したがって、空気調和装置100全体の信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の駆動周波数を高くすることができる。このため、冷房能力を多く確保することができ、大きな空調負荷にも対応することができる。そして、ユーザーの快適性を維持することができる。
<暖房運転モード(インジェクション時の流れ)>
<インジェクションの必要性と効果概要>
暖房運転モードにおいては、吐出温度が高くなるような冷媒に限らず、外気温度が低い場合などに、圧縮機10の駆動周波数を高くすると、圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値以上となることがある。そこで、暖房能力を確保するために、駆動周波数を高くする際に、インジェクションが必要となる。暖房運転モードにおいて、圧縮機10の吐出温度が高温になることにより生じる冷凍機油の劣化、圧縮機10の焼損などを防ぐため、吐出温度を低下させる制御について説明する。
図5は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置100において、冷房運転モード時における、圧縮機10にインジェクションを行った場合の冷媒の状態を示すモリエル線図を示す図である。図5の横軸は、比エンタルピh[kJ/kg]を表している。また、図5の縦軸は、圧力P[MPa]を表している。図5を用いて、実施の形態1に係る空気調和装置100における暖房運転モードにおけるインジェクションの効果などについて説明する。
図5において、負荷側熱交換器26から流出した液冷媒は、(c)点における状態である。液冷媒は、負荷側絞り装置25で減圧され、(d)点で示される中圧および中温の二相冷媒の状態となる。減圧された中圧および中温の二相冷媒は、主管5および冷媒配管4を通過する。減圧された中圧および中温の二相冷媒のうち、一部の冷媒は、インジェクション配管41と、インジェクション絞り装置42を介して、圧縮機10の圧縮機吸入室に流入する。
一方、中圧および中温の二相冷媒のうち、残りの冷媒は、室外側絞り装置45で減圧され、(g)点で示される二相冷媒の状態となって、熱源側熱交換器12に流入する。熱源側熱交換器12では、外気から吸熱することで、(e)点で示される低温および低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して、圧縮機10に流入する。
圧縮機10に流入したガス冷媒は、インジェクションポート17を介して流入した液または二相冷媒と圧縮機吸入室において合流する。圧縮機吸入室における冷媒の状態は、(g)点で示されるように、高乾き度および低圧の二相冷媒となる。そして、圧縮機10が吐出した冷媒の状態は、(b)点で示される高圧のガス冷媒となる。(b)点で示される高圧のガス冷媒は、インジェクションを行わずに吐出した(b1)点で示される高圧のガス冷媒よりも吐出温度が低くなる。したがって、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐことができる。
ここで、(d)点で示されるような、減圧された中圧および中温の二相冷媒が、インジェクション配管41を通過するものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば、インジェクション配管41と冷媒配管4との接続部分に気液分離器を設置して、液冷媒が、インジェクション配管41を流れるようにしてもよい。インジェクション配管41に液冷媒が流れることで、インジェクション絞り装置42の制御を安定させることができる。
制御装置60は、インジェクション配管41から圧縮機10の圧縮機吸入室に、冷媒が流入するように、室外側絞り装置45およびインジェクション絞り装置42を制御する。インジェクションを行うことで、圧縮機10が吐出する冷媒の吐出温度を低下させることができ、空気調和装置100を安全に使用できるようになる。
<暖房運転モードにおけるインジェクション絞り装置42の制御>
暖房運転モードにおけるインジェクション絞り装置42の制御は、冷房運転モードにおける制御と同様である。制御装置60は、吐出温度と吐出温度しきい値とに基づく判定などの処理を行い、インジェクション絞り装置42の制御を行う。ここで、圧縮機10の吐出過熱度と過熱度しきい値とに基づいて、インジェクション絞り装置42の制御を行うようにしてもよい。
<暖房運転モードにおける室外側絞り装置45の制御>
暖房運転モードにおいて、圧縮機10の吸入室に、液または二相冷媒を十分な量に流入させるには、中圧および中温の液または二相冷媒における飽和温度を上昇させる必要がある。そこで、制御装置60は、室外側絞り装置45の上流側の冷媒が、中圧の冷媒となるように、室外側絞り装置45を制御する。
室外側絞り装置45の開度が小さい場合、室外側絞り装置45から流出する冷媒量が減少する。一方で、負荷側絞り装置25と室外側絞り装置45との間における冷媒配管4内の冷媒量が増加する。このため、インジェクション配管41を通過する中圧および中温の液または二相冷媒の圧力は上昇する。
また、室外側絞り装置45の開度が大きい場合、室外側絞り装置45から流出する冷媒量が増加する。一方で、負荷側絞り装置25と室外側絞り装置45との間における冷媒配管4内の冷媒量が減少する。このため、インジェクション配管41を通過する中圧および中温の液または二相冷媒の圧力は低下する。
そこで、制御装置60は、圧力検出用センサー44が検出した圧力に基づいて、負荷側絞り装置25を流出した中温および中圧の気液二相状態の冷媒の飽和温度を算出する。そして、飽和温度が、インジェクションに必要な流量を確保可能な所定値に近づくように、室外側絞り装置45の開度を調整する。この所定値を、インジェクション温度値とする。インジェクション温度値は、たとえば、10℃以上の温度である。
これにより、冷房運転モードと同様に、アキュムレーター19から流出した低圧および低温のガス冷媒とインジェクション流路を通過した液または二相冷媒とが、圧縮機10の圧縮機吸入室で混合する。混合した冷媒は、高乾き度の低圧の二相冷媒となる。圧縮機10は、高乾き度の低圧の気液二相冷媒を圧縮する。
<暖房運転モード時のインジェクションの動作および効果>
以上のように、インジェクションを行うことで、圧縮機10の圧縮機吸入室における冷媒の吸入エンタルピを減少させることができる。このため、圧縮機10の吐出温度が過度に高くならないように抑制することができる。このため、冷凍機油の劣化を抑制し、圧縮機10の破損を防ぐことができる。したがって、空気調和装置100全体の信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することにより、圧縮機10の駆動周波数を高くすることができる。このため、冷房能力を多く確保することができ、大きな空調負荷にも対応することができる。そして、ユーザーの快適性を維持することができる。
<インジェクション構造のメリット、室外側絞り装置45の開度>
たとえば、低圧シェル構造の圧縮機を使用し、圧縮機の吸入側に位置する配管にインジェクションをする空気調和装置がある。このような空気調和装置において、圧縮機の吸入側に位置する配管に、多量の液または二相冷媒をインジェクションすると、圧縮機のシェル下部に液冷媒が滞留する。このため、冷凍機油が液冷媒により希釈されて濃度が低下する。冷凍機油の濃度が低下すると、圧縮機内のスクロールが焼損するおそれがある。そこで、インジェクションする冷媒量を抑制するために、室外側絞り装置には、小型の弁を使用する必要がある。室外側絞り装置に小型の弁を使用すると、弁内にゴミなどが詰まり、室外側絞り装置が動作不良となることがある。
これに対し、実施の形態1の空気調和装置100は、圧縮機10が、低圧シェル構造かつ圧縮が開始される直前の室である圧縮機吸入室にインジェクションする構造である。したがって、インジェクションに係る冷媒量が増加しても、圧縮機10のスクロール部にインジェクションされた冷媒を流入させることができる。このため、シェル下部にインジェクションされた液または二相冷媒が滞留しない。したがって、冷凍機油が希釈されず、濃度が低下しない。また、インジェクションに係る冷媒量を増加することができる。このため、室外側絞り装置45に小型の弁を使用する必要がなくなり、弁内にゴミなどが詰まることによる動作不良を防ぐことができる。
<液バック防止処理>
ここで、たとえば、空気調和装置100の設置場所において、冷媒回路内に追加で封入される冷媒量が、主管5の長さなどに基づいて決定される規定の冷媒量よりも過多となることがある。このようなとき、暖房運転モードにおいて発生する余剰冷媒の量が、アキュムレーター19が溜めることができる冷媒量よりも多くなると、アキュムレーター19がオーバーフローする。そこで、圧縮機10への液冷媒が過度に戻される液バック(返液)が起きないようにし、オーバーフローを防ぐ必要がある。
たとえば、制御装置60は、インジェクションを行わない場合における圧縮機10の吐出温度とアキュムレーター19の液面高さに応じた液バック率との関係を示すデータを、テーブル形式で記憶装置61に記憶しておく。この関係について、より具体的には、アキュムレーター19の所定の液面高さにおける液バック量と、圧縮機10の駆動周波数、吸入状態、吐出状態などの運転状態により定まる圧縮機10の吐出温度との関係となる。所定の液面高さとは、たとえば、アキュムレーター19の容積の2/3の冷媒量における高さなどである。このような関係において得られた吐出温度が、インジェクションを行わない場合の液面調整しきい値となる。液面調整しきい値は、アキュムレーター19の液面高さに応じた液バック率により低下した、圧縮機10の吐出温度となる。
また、インジェクションが行われている場合、たとえば、吐出温度センサー43が検出する圧縮機10の吐出温度は、インジェクションによって吸入エンタルピ低下分を含んで低下した吐出温度となる。このため、液バックによる吸入エンタルピ低下分の吐出温度を得るための演算を行って液面調整しきい値を得る。そこで、制御装置60は、吐出温度センサー43が検出した圧縮機10の吐出温度に、インジェクションによる冷媒が加わった場合の吐出温度低下幅を加えた値を、液面調整しきい値とする。ここでは、圧縮機10の吐出温度に基づいて液面調整しきい値などを設定したが、吐出温度の代わりに、吐出過熱度を用いてもよい。また、制御装置60は、テーブル形式のデータの代わりに、たとえば、吐出温度または吐出過熱度を変数とする数式を、データとして記憶装置61に記憶しておいてもよい。制御装置60は、吐出温度または吐出過熱度を数式に代入し、液面調整しきい値を算出などする。
制御装置60は、アキュムレーター19からの液バックにより低下した圧縮機10の吐出温度または吐出過熱度が、あらかじめ定められた液面調整しきい値以下であるかどうかを判定する。制御装置60は、吐出温度または吐出過熱度が、液面調整しきい値以下であると判定すると、液面調整しきい値よりも高くなるように、室外側絞り装置45の開度を制御する。たとえば、制御装置60は、圧縮機10の吐出温度または吐出過熱度が低くなると、室外側絞り装置45の開度を小さくして、アキュムレーター19の液面高さを低くする。
実施の形態1の空気調和装置100によれば、制御装置60が、前述した制御を行って、負荷側絞り装置25と室外側絞り装置45との間に位置する主管5内に、液または二相冷媒を滞留させるようにする。そして、アキュムレーター19に流入する冷媒を少なくし、余剰冷媒が溜まらないようにする。このため、アキュムレーター19の液面を低下させることができ、アキュムレーター19のオーバーフローを防ぐことができる。したがって、圧縮機10内における液バックによる冷凍機油の希釈を抑制し、圧縮機10の破損を防ぐことができる。そして、空気調和装置100の信頼性を確保することができる。
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。図6において、図1と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態1において説明したことと同様の動作を行う。実施の形態2の空気調和装置100は、複数の室外機1を、並列に配管接続して冷媒回路を構成している。図6では、2台の室外機1が並列に接続されている。
<室外機1aおよび室外機1b>
図6に示す室外機1aおよび室外機1bの機器などの構成は、それぞれ、実施の形態1で説明した室外機1と同様である。また、暖房運転モードおよび冷房運転モードにおける動作、インジェクションを行う場合の動作などについても、基本的には、実施の形態1において説明した室外機1と同様である。そこで、室外機1aおよび室外機1b並びに室外機1aおよび室外機1bが有する機器などについて、区別する必要がない場合には、添字を省略して記載する。
室外機1aは、圧縮機10a、冷媒流路切替装置11a、熱源側熱交換器12a、アキュムレーター19a、インジェクション配管41a、熱源側ファン18a、室外側絞り装置45aおよびインジェクション絞り装置42aを有している。圧縮機10a、冷媒流路切替装置11a、熱源側熱交換器12a、アキュムレーター19aおよび室外側絞り装置45aは、室外機1a内において、冷媒配管4aで接続されている。また、インジェクション配管41aおよびインジェクション絞り装置42aがインジェクション流路となる。そして、吐出温度センサー43a、吐出圧力センサー40a、外気温度センサー46aおよび圧力検出用センサー44aが設置されている。
また、室外機1bは、圧縮機10b、冷媒流路切替装置11b、熱源側熱交換器12b、アキュムレーター19b、インジェクション配管41b、熱源側ファン18b、室外側絞り装置45bおよびインジェクション絞り装置42bを有している。圧縮機10b、冷媒流路切替装置11b、熱源側熱交換器12b、アキュムレーター19bおよび室外側絞り装置45bは、室外機1b内において、冷媒配管4bで接続されている。また、インジェクション配管41bおよびインジェクション絞り装置42bがインジェクション流路となる。そして、吐出温度センサー43b、吐出圧力センサー40b、外気温度センサー46bおよび圧力検出用センサー44bが設置されている。
<暖房運転モードにおける均液制御(インジェクションなし)>
空気調和装置100は、冷房運転モードに基づいて、冷媒回路に封入する冷媒量を決定している。そして、暖房運転モードでは、冷房運転モードよりも必要となる冷媒量が少なくなる運転状態がある。このため、冷媒回路内の冷媒量と暖房運転モードにおいて必要な冷媒量の差となる余剰冷媒量は、アキュムレーター19に溜められる。
ここで、2台の室外機1においては、各室外機1と接続する主管5の分岐の傾き具合、各室外機1における運転容量の違いなどがある。このため、各室外機1が有するアキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量は、均等には分布せず、偏って滞留する場合がある。たとえば、一方のアキュムレーター19に余剰冷媒が偏って滞留した場合に、アキュムレーター19の余剰冷媒が、アキュムレーター19の容量を超えると、オーバーフローが生じる。オーバーフローが生じると、圧縮機10に多量の冷媒が液バックし、冷凍機油が希釈され、圧縮機10のスクロール部の焼損が生じることもある。そこで、各アキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量が、各アキュムレーター19の容量以下となるように、室外側絞り装置45の開度を調整する必要がある。
また、圧縮機10からは、ガス冷媒とともに冷凍機油が吐出されて、冷媒回路を循環する。このような冷凍機油を系外流出油という。前述したように、各アキュムレーター19には、系外流出油を、圧縮機10に戻すための返油機構20(20a,20b)が設置されている。
たとえば、各室外機1が有するアキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量が均等でない場合、余剰冷媒量が多いアキュムレーター19から、返油機構20を介して、他のアキュムレーター19よりも多くの冷凍機油が、対応する圧縮機10に返油される。このとき、冷凍機油が多い圧縮機10における冷媒の吐出温度は、冷凍機油が少ない圧縮機10における冷媒の吐出温度よりも低い。
そこで、アキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量が多く、冷凍機油が多く返油される方の制御装置60は、室外側絞り装置45の開度を小さくする制御を行う。これにより、余剰冷媒量が多い方のアキュムレーター19に流入する液冷媒の量を少なくする。
一方、アキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量が少なく、冷凍機油の返油が少ない方の制御装置60は、室外側絞り装置45の開度を大きくするかまたは変化させないようにする。これにより、余剰冷媒量が少ない方のアキュムレーター19に流入する液冷媒の量を多くする。以上のような制御を行うことで、2台の室外機1のアキュムレーター19に溜まる冷媒が均等になるように制御する。冷媒が、2台の室外機1のアキュムレーター19に均等に溜まることで、オーバーフローを抑制することができる。
(インジェクションを行う場合の均液制御)
次に、暖房運転モードにおいて、インジェクションを行いつつ、アキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量が均等になるように調整する制御について説明する。このような場合、インジェクションによる圧縮機10の吐出温度低下と、アキュムレーター19からの液バックによる吐出温度低下とを比較する。そして、アキュムレーター19に滞留する余剰冷媒量の大小を判定する。
ここで、たとえば、室外機1aに搭載されている圧縮機10aなどを例に説明する。まず、制御装置60aは、圧縮機10aの吐出温度または吐出過熱度が、目標となる吐出温度しきい値または過熱度しきい値よりも高いと判断すると、インジェクション絞り装置42aの開度を大きくする制御を行う。インジェクション絞り装置42aの開度を大きくすることで、圧縮機の吐出温度が低下する。
このとき、インジェクション絞り装置42aの開度および前後の圧力に基づき、インジェクションによる冷媒の流量とインジェクションされる冷媒のエンタルピとを予測することができる。また、圧縮機10aの駆動周波数、インジェクションを行わない場合の圧縮機10の吸入側の圧力、温度など、吐出圧力および圧縮機10aの効率から、インジェクションを行わない場合の圧縮機10aの吐出温度を予測することができる。
そして、インジェクションを行った場合は、インジェクションによる冷媒の流量およびエンタルピ並びにインジェクションを行わない場合の圧縮機10aに吸入される冷媒の流量およびエンタルピを合成する。合成により、圧縮機吸入室における冷媒のエンタルピを算出することができる。
ここで、圧縮機吸入室における冷媒は、インジェクションを行わない場合よりもエンタルピが低く、高乾き度の二相状態となる。そして、圧縮機吸入室における冷媒のエンタルピの状態から算出された吐出温度とインジェクションを行わない場合の吐出温度との差から、インジェクションによる冷媒が加わった場合の吐出温度の低下分の幅を予測することができる。
また、アキュムレーター19aの余剰冷媒量が多くなると、液面が上昇することで、液の圧力である液ヘッドが増加する。このため、液面が低い場合よりも、返油機構20からの液バック率が上昇する。したがって、圧縮機10aの吐出温度が低下する。このように、インジェクションによる冷媒が加わったときに、アキュムレーター19aの液面が上昇した場合、前述した液面調整しきい値が、アキュムレーター19aの液面高さに応じた液バック率により低下した圧縮機10aの吐出温度となる。そして、制御装置60は、予測される液面高さに応じて室外側絞り装置45aを調整する。そして、制御装置60は、液面調整しきい値よりも圧縮機10aの吐出温度または吐出過熱度が小さいと判定した場合は、室外側絞り装置45aを小さくする制御を行う。アキュムレーター19aに流入する冷媒流量を少なくし、アキュムレーター19aに滞留する余剰冷媒量を少なくして、液面を低下させる。
また、前述したように、液面調整しきい値は、インジェクションを行わない場合は、アキュムレーター19の液面高さに応じた液バック率により低下した、圧縮機10の吐出温度の値となる。インジェクションが行われている場合は、吐出温度センサー43が検出した圧縮機10の吐出温度に、インジェクションによる冷媒が加わった場合の吐出温度低下幅を加えた値となる。
制御装置60は、液面調整しきい値よりも圧縮機10の吐出温度が高くなるようにし、アキュムレーター19aの液面高さが、目標の液面高さ以下となるように、室外側絞り装置45の開度を制御する。
また、各制御装置60における制御を簡単にするため、各室外機1において、圧縮機10の吐出温度を下げるためのインジェクションを行っているときの各室外機1におけるインジェクション絞り装置42のそれぞれの開度の差を算出してもよい。インジェクション絞り装置42の開度の差に基づいて、各室外機1が搭載するアキュムレーター19の余剰冷媒量の差を予測し、室外側絞り装置45の開度を調整する。
たとえば、各圧縮機10の吐出温度が、ほぼ等しく(たとえば、±1℃)、各圧力検出用センサー44が検出する温度もほぼ等しい状態であるとする。このとき、たとえば、インジェクション絞り装置42aの開度が、インジェクション絞り装置42bの開度よりも大きい状態であると、アキュムレーター19aからの液バック量よりもアキュムレーター19bからの液バック量の方が多いことになる。したがって、アキュムレーター19bの液面が高いと判定することができる。このとき、圧縮機10bの吐出温度が、液面調整しきい値よりも小さい場合は、室外側絞り装置45bの開度を閉じることで、アキュムレーター19bの液面を低下させることができる。
このような場合において、たとえば、全開開度の1/5以上の開度にできるなど、インジェクション絞り装置42の開度をより大きく開けることができる方が、開度のバラツキによる誤検知を防止することができる。このため、制御装置60は、アキュムレーター19間の液面差を、より正確に予測することができる。
実施の形態2における圧縮機10は、低圧シェル構造である。また、圧縮機吸入室にインジェクションを流入させる構造である。このため、インジェクション量が増加しても、圧縮機10のスクロール部にインジェクションされた冷媒を流入させることができる。このため、シェル下部にインジェクションされた液または二相冷媒が滞留することはない。したがって、冷凍機油が液冷媒により希釈されることはない。また、インジェクション量を増加することができるため、室外側絞り装置45aの開度を大きくすることができる。
(制御フローチャート)
図7は、この発明の実施の形態2に係る空気調和装置100において、制御装置60が行う制御の一例を示す図である。図7は、インジェクションを行いつつ、制御装置60が、各アキュムレーター19の均液制御に関するフローチャートの一例を示している。図7を参照して、インジェクションを行う際の制御装置60の処理動作について説明する。ここで、ステップCT1〜ステップCT7の処理については、各室外機1の各制御装置60がそれぞれ処理を行うものとする。そして、ステップCT100の処理については、各室外機1の制御装置60のうち、いずれか1台の制御装置60が、他の制御装置60から送られたデータに基づいて処理を行うものとする。また、ここでは、圧縮機10の吐出温度に基づいて判定などの処理を行うが、吐出温度の代わりに、吐出過熱度を算出して処理を行うようにしてもよい。
(ステップCT1)
制御装置60は、室内機2から冷房運転または暖房運転などの運転要求があった場合、空気調和装置100の運転を開始する。その後、ステップCT2の処理に移行する。
(ステップCT2)
制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度を取得する。そして、圧縮機10の吐出温度と吐出温度しきい値とを比較する。吐出温度しきい値は、たとえば、110℃である。比較により、圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値と同じまたは吐出温度しきい値より低いと判定すると、ステップCT4の処理に移行する。ここで、吐出温度しきい値を含む温度範囲(たとえば、110℃±1℃)内の温度であれば、吐出温度しきい値と同じであるものとする。また、圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値よりも高いと判定すると、ステップCT3の処理に移行する。
(ステップCT3、ステップCT4)
制御装置60は、吐出温度センサー43で検出された圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値に近づくように、インジェクション絞り装置42の開度を制御する。たとえば、制御装置60は、圧縮機10の吐出温度が吐出温度しきい値よりも高いと判定すると、インジェクション絞り装置42の開度を大きくする(ステップCT3)。また、制御装置60は、圧縮機10の吐出温度が吐出温度しきい値よりも低いと判定すると、インジェクション絞り装置42の開度を小さくする。そして、制御装置60は、圧縮機10の吐出温度が吐出温度しきい値と同じであると判定すると、インジェクション絞り装置42の開度を維持する(ステップCT4)。制御装置60は、インジェクション絞り装置42の開度制御を行うと、ステップCT5の処理に移行する。
(ステップCT5)
制御装置60は、圧力検出用センサー44で検出されたインジェクション配管41を通過する冷媒の圧力となる中間圧力を取得する。そして、中間圧力と中間圧力しきい値とを比較する。中間圧力しきい値は、たとえば、冷媒がR410Aの場合には、1.1MPaである。また、後述するステップCT100の処理により、室外側絞り装置45の開度を大きくする制御を行っているか否かを判定する。比較により、中間圧力しきい値と同じもしくは中間圧力しきい値より低いまたは室外側絞り装置45の開度を大きくする制御を行っていないと判定すると、ステップCT7の処理に移行する。ここで、中間圧力しきい値を含む圧力範囲(1.1MPa±0.05MPa)内の圧力であれば、中間圧力しきい値と同じであるものとする。中間圧力が中間圧力しきい値より高く、かつ、室外側絞り装置45の開度を大きくする制御を行っていると判定すると、ステップCT6の処理に移行する。
(ステップCT6、ステップCT7)
制御装置60は、圧力検出用センサー44で検出された中間圧力が、中間圧力しきい値に近づくように、室外側絞り装置45の開度を制御する。たとえば、制御装置60は、中間圧力が中間圧力しきい値よりも高く、室外側絞り装置45の開度を大きくする制御を行っていると判定すると、室外側絞り装置45の開度を大きくする(ステップCT6)。また、制御装置60は、中間圧力が中間圧力しきい値よりも低いと判定すると、室外側絞り装置45の開度を小さくする。そして、制御装置60は、圧縮機10の吐出温度が吐出温度しきい値と同じであるか、中間圧力が中間圧力しきい値より高く、かつ、室外側絞り装置45の開度を大きくしていないと判定すると、インジェクション絞り装置42の開度を維持する(ステップCT7)。制御装置60は、インジェクション絞り装置42の開度制御を行うと、ステップCT100の処理に移行する。
<ステップCT100:各室外機1のアキュムレーター19の均液制御>
ステップCT100は、各室外機1が搭載するアキュムレーター19が滞留する余剰冷媒量を、あらかじめ設定された量以下となるように、均液制御を行うステップである。ここで、あらかじめ設定された量の余剰冷媒量とは、たとえば、各アキュムレーター19について、容積の2/3の液面高さ以下となる量である。
(ステップCT101)
制御装置60は、吐出温度センサー43aおよび吐出温度センサー43bで検出された圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度を取得する。そして、圧縮機10aの吐出温度が、前述した液面調整しきい値より小さいかどうか、かつ、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値以上であるかどうかを判定する。圧縮機10aの吐出温度が液面調整しきい値より小さく、かつ、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値以上であると判定すると、ステップCT102に移行する。それ以外の場合は、ステップCT103に移行する。
(ステップCT102)
制御装置60は、吐出温度センサー43aおよび吐出温度センサー43bで検出された圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度が、液面調整しきい値に近づくように、室外側絞り装置45aおよび室外側絞り装置45bの開度を制御する。制御装置60aは、圧縮機10aの吐出温度が液面調整しきい値未満であるため、室外側絞り装置45aの開度を小さくする制御を行う。また、制御装置60bは、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値以上であるため、室外側絞り装置45bの開度を大きくする制御を行う。ただし、圧縮機10bの吐出温度が、液面調整しきい値を含む温度範囲(たとえば、100℃±1℃)内の温度であれば、液面調整しきい値と同じであるものとして、制御装置60bは、室外側絞り装置45bの開度を維持する制御を行う。そして、ステップCT2の処理に移行する。
(ステップCT103)
制御装置60は、各吐出温度センサー43で検出された各圧縮機10の吐出温度について、圧縮機10aの吐出温度が、前述した液面調整しきい値以上であるかどうか、かつ、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値より小さいかどうかを判定する。圧縮機10aの吐出温度が液面調整しきい値以上であり、かつ、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値より小さいと判定すると、ステップCT104に移行する。それ以外の場合は、ステップCT105に移行する。
(ステップCT104)
制御装置60aは、圧縮機10aの吐出温度が液面調整しきい値以上であるため、室外側絞り装置45aの開度を大きくする制御を行う。ただし、圧縮機10aの吐出温度が、液面調整しきい値を含む温度範囲(たとえば、100℃±1℃)内の温度であれば、液面調整しきい値と同じであるものとして、制御装置60aは、室外側絞り装置45aの開度を維持する制御を行う。また、制御装置60bは、圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値より小さいため、室外側絞り装置45bの開度を小さくする制御を行う。そして、ステップCT2の処理に移行する。
(ステップCT105)
制御装置60は、吐出温度センサー43aおよび吐出温度センサー43bで検出された圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度について、圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度が、前述した液面調整しきい値より小さいかどうかを判定する。圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値より小さいと判定すると、ステップCT106に移行する。それ以外の場合は、ステップCT107に移行する。
(ステップCT106)
制御装置60aおよび制御装置60bは、圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値より小さいため、室外側絞り装置45aおよび室外側絞り装置45bの開度を小さくする制御を行う。そして、ステップCT2の処理に移行する。
(ステップCT107)
制御装置60aおよび制御装置60bは、圧縮機10aおよび圧縮機10bの吐出温度が液面調整しきい値以上であるため、室外側絞り装置45aおよび室外側絞り装置45bの開度を大きくする制御を行う。ただし、圧縮機10aまたは圧縮機10bの吐出温度が、液面調整しきい値を含む温度範囲(たとえば、100℃±1℃)内の温度であれば、液面調整しきい値と同じであるものとする。そして、制御装置60aまたは制御装置60bは、室外側絞り装置45aまたは室外側絞り装置45bの開度を維持する制御を行う。そして、ステップCT2の処理に移行する。
ここで、吐出温度しきい値および液面調整しきい値については、あらかじめ設定された固定値であるものとして説明したが、これに限定するものではない。たとえば、数式、テーブル形式のデータなどに基づき、吐出圧力を吸入圧力で除した値である圧縮比、圧縮機10の駆動周波数などに対応した値に設定を変化させるようにしてもよい。しきい値を変化させることで、圧縮機10の運転状態によるアキュムレーター19からの液バックの検出精度を高くすることができる。
また、前述したステップCT100では、圧縮機10aの吐出温度および圧縮機10bの吐出温度と液面調整しきい値との大小関係を組み合わせて4つのパターンに分け、室外側絞り装置45aおよび室外側絞り装置45bの開度制御を行った。ステップCT100のような、組み合わせによる各室外側絞り装置45の開度制御では、各圧縮機10の吐出温度が、液面調整しきい値を満たしているが、各アキュムレーター19に液冷媒量に偏りがある場合においても、冷媒を分散させて均液をはかることができる。このため、アキュムレーター19からの冷媒のオーバーフローのリスクを低減することができる。ただし、これに限定するものではない。たとえば、圧縮機10aの吐出温度と液面調整しきい値と比較に基づいて室外側絞り装置45aの開度制御を行い、圧縮機10bの吐出温度と液面調整しきい値と比較に基づいて室外側絞り装置45bの開度制御を行うようにして、それぞれ独立した制御を行ってもよい。
また、ここでは、2台の室外機1を並列に接続した空気調和装置100の構成を例に説明した。しかしながら、室外機1の接続台数を3台以上にしても同様の効果を得ることができる。
以上のように、実施の形態2によれば、制御装置60が、インジェクションを行って高い能力を確保しながら、複数の室外機1が搭載するアキュムレーター19の液面を調整することができる。このため、ユーザーの快適性を維持しつつ、アキュムレーター19のオーバーフローを防止することで、アキュムレーター19の均液制御を行って圧縮機10への液バックを防ぐことができる。したがって、圧縮機10の破損などを防ぐことができ、空気調和装置100全体の信頼性を確保することができる。
実施の形態3.
図8は、この発明の実施の形態3に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。次に、この発明の実施の形態3に係る空気調和装置について説明する。ここで、実施の形態1および実施の形態2と同一の機能および作用を有する機器などについては、同一の符号を付す。
図8に示すように、空気調和装置100は、熱源機である2台の室外機1(1a、1b)と、複数台の室内機2(2a、2b、2c、2d)と、室外機1と室内機2a〜2dとの間に設けられ、開閉装置を備えた中継装置3とを有している。室外機1と中継装置3とは、冷媒が流通する複数本の主管5により接続されている。中継装置3と室内機2a〜2dのそれぞれとは、冷媒が流通する複数本の枝管8により接続されている。室外機1で生成された冷熱または温熱は、中継装置3を介して室内機2a〜2dに供給されるようになっている。
実施の形態3では、室外機1と中継装置3とは2本の主管5を用いて接続されており、中継装置3と室内機2a〜2dのそれぞれとは2本の枝管8を用いて接続されている。このように、室外機1と中継装置3との間、および中継装置3と室内機2a〜2dとの間がそれぞれ2本の配管を用いて接続されることにより、空気調和装置100の施工を容易に行うことができる。
<室外機1>
室外機1は、実施の形態1などと同様に、圧縮機10、冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、熱源側ファン18およびアキュムレーター19を有している。また、室外側絞り装置45、インジェクション絞り装置42、室外側絞り装置45、インジェクション配管41などを有している。
実施の形態3の室外機1には、さらに、第1接続配管6、第2接続配管7および第1逆流防止装置13、14、15および16が設けられている。ここでは、第1逆流防止装置13〜16として、逆止弁が用いられている。第1逆流防止装置13は、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードの際に、第1接続配管6から熱源側熱交換器12に、高温および高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置14は、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードの際に、第1接続配管6からアキュムレーター19に、高圧の液または気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置15は、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードの際に、第2接続配管7からアキュムレーター19に、高圧の液または気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置16は、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードの際に、圧縮機10の吐出側の流路から第2接続配管7に、高温および高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。
このように、第1接続配管6、第2接続配管7および第1逆流防止装置13〜16を設けることにより、室内機2の要求する運転に関わらず、中継装置3に流入させる冷媒の流れを一定方向にすることができる。なお、ここでは、第1逆流防止装置13〜16として逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第1逆流防止装置13〜16の構成はこれに限られない。たとえば、第1逆流防止装置13〜16として、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
ここで、実施の形態3の空気調和装置100において、インジェクション絞り装置42および室外側絞り装置45を冷媒が通過することができるのは、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードのときになる。したがって、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードにおいては、インジェクションなどは行われない。
<室内機2a〜2d>
複数の室内機2a〜2dは、たとえば、互いに同一の構成を有している。室内機2a〜2dは、それぞれ負荷側熱交換器26a、26b、26c、26d、および負荷側絞り装置25a、25b、25c、25dを備えている。負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれは、枝管8、中継装置3および主管5を介して室外機1に接続されている。負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれでは、不図示の負荷側ファンにより供給される空気と冷媒との間で熱交換によって、室内空間に供給するための暖房用空気または冷房用空気が生成される。負荷側絞り装置25a〜25dは、たとえば、連続的または多段階で可変に開度を調節可能なものである。負荷側絞り装置25a〜25dとしては、たとえば、電子式膨張弁などが用いられる。負荷側絞り装置25a〜25dは、減圧弁および膨張弁としての機能を有しており、冷媒を減圧して膨張させるものである。負荷側絞り装置25a〜25dは、冷房運転モード(たとえば、全冷房運転モード)での冷媒の流れにおいて、負荷側熱交換器26a〜26dのそれぞれ上流側に設けられている。
また、室内機2には、各負荷側熱交換器26a〜26dに流入する冷媒の温度を検出する入口側温度センサー31a〜31dを有している。また、各負荷側熱交換器26a〜26dから流出した冷媒の温度を検出する出口側温度センサー32a〜32dを有している。入口側温度センサー31a〜31dおよび出口側温度センサー32a〜32dは、たとえば、サーミスターなどからなる。入口側温度センサー31a〜31dおよび出口側温度センサー32a〜32dのそれぞれは、検出信号を制御装置60に出力する。
なお、図8では4台の室内機2a〜2dを例示しているが、室内機の接続台数は2台、3台、または5台以上であってもよい。
<中継装置3>
中継装置3には、気液分離器29、第1中継機絞り装置30、第2中継機絞り装置27を有している。また、複数の第1開閉装置23a〜23d、複数の第2開閉装置24a〜24d、第2逆流防止装置21a〜21d(たとえば、逆止弁)、第3逆流防止装置22a〜22d(たとえば、逆止弁)を有している。
気液分離器29は、冷房負荷が大きい冷房暖房混在運転モードにおいて、室外機1で生成された高圧の気液二相状態の冷媒を液冷媒とガス冷媒とに分離する。気液分離器29は、分離した液冷媒を図中で下側の配管に流入させ、一部の室内機2に冷熱を供給するとともに、分離したガス冷媒を図中で上側の配管に流入させ、他の一部の室内機2に温熱を供給する。気液分離器29は、冷媒の流れにおいて中継装置3の入口部に設けられている。
第1中継機絞り装置30は、減圧弁および開閉弁としての機能を有している。第1中継機絞り装置30は、液冷媒を減圧して所定の圧力に調節するとともに、液冷媒の流路を開閉するものである。第1中継機絞り装置30は、たとえば、連続的または多段階で可変に開度を調節可能なものである。第1中継機絞り装置30としては、たとえば、電子式膨張弁などが用いられる。第1中継機絞り装置30は、気液分離器29から液冷媒が流出する配管上に設けられている。
第2中継機絞り装置27は、減圧弁および開閉弁としての機能を有している。第2中継機絞り装置27は、全暖房運転モードにおいては冷媒流路を開閉するものであり、暖房主体運転モードにおいては室内側負荷に応じてバイパス液流量を調節するものである。第2中継機絞り装置27は、たとえば、連続的または多段階で可変に開度を調節可能なものである。第2中継機絞り装置27としては、たとえば、電子式膨張弁などが用いられる。
複数の第1開閉装置23a〜23dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(ここでは、合計4つ)設けられている。第1開閉装置23a〜23dは、それぞれ各室内機2a〜2dに供給される高温および高圧のガス冷媒の流路を開閉するものである。第1開閉装置23a〜23dは、たとえば、電磁弁などで構成されている。第1開閉装置23a〜23dは、それぞれ気液分離器29のガス側配管に接続されている。なお、第1開閉装置23a〜23dは流路の開閉を行うことができればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2開閉装置24a〜24dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(ここでは、合計4つ)設けられている。第2開閉装置24a〜24dは、それぞれ室内機2a〜2dから流出した低圧および低温のガス冷媒の流路を開閉するものである。第2開閉装置24a〜24dは、たとえば、電磁弁などで構成されている。第2開閉装置24a〜24dは、それぞれ中継装置3の出口側に導通する低圧配管に接続されている。また、第2開閉装置24a〜24dは流路の開閉を行うことができればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2逆流防止装置21a〜21dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(実施の形態3では、合計4つ)設けられている。第2逆流防止装置21a〜21dは、冷房運転を行っている室内機2に高圧液冷媒を流入させるものであり、第1中継機絞り装置30の出口側の配管に接続されている。冷房主体運転モードおよび暖房主体運転モードでは、暖房中の室内機2の負荷側絞り装置25からの、過冷却度が十分に確保できていない中温および中圧の液または気液二相状態の冷媒が、冷房中の室内機2の負荷側絞り装置25に流入することを防ぐことができる。実施の形態3では、第2逆流防止装置21a〜21dとして逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第2逆流防止装置21a〜21dの構成はこれに限られない。たとえば、第2逆流防止装置21a〜21dとして、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
複数の第3逆流防止装置22a〜22dは、複数の室内機2a〜2d毎にそれぞれ1つ(ここでは、合計4つ)設けられている。第3逆流防止装置22a〜22dは、冷房運転を行っている室内機2に高圧液冷媒を流入させるものであり、第1中継機絞り装置30の出口側の配管に接続されている。第3逆流防止装置22a〜22dは、冷房主体運転モードおよび暖房主体運転モードでは、第1中継機絞り装置30からの、過冷却度が十分でない中温および中圧の液または二相状態の冷媒が、冷房中の室内機2の負荷側絞り装置25に流入することを防止している。実施の形態3では、第3逆流防止装置22a〜22dとして逆止弁が用いられているが、冷媒の逆流を防止できるものであれば第3逆流防止装置22a〜22dの構成はこれに限られない。たとえば、第3逆流防止装置22a〜22dとして、開閉装置や全閉機能を有する絞り装置を用いることもできる。
また、中継装置3において第1中継機絞り装置30の入口側には、絞り装置入口側圧力センサー33が設けられている。絞り装置入口側圧力センサー33は、高圧冷媒の圧力を検出するものである。第1中継機絞り装置30の出口側には、絞り装置出口側圧力センサー34が設けられている。絞り装置出口側圧力センサー34は、冷房主体運転モードにおいて、第1中継機絞り装置30の出口側の液冷媒の中間圧力を検出するものである。
図8に示す空気調和装置100においても、制御装置60(60a,60b)は、各種センサーからの検出信号およびリモートコントローラからの指示に基づいて、空気調和装置100全体の動作を制御する。たとえば、制御装置60は、圧縮機10の駆動周波数の制御、熱源側ファン18および負荷側ファンの回転数制御(オンおよびオフの制御を含む)を行う。また、制御装置60は、冷媒流路切替装置11の流路切替え、インジェクション絞り装置42の開度制御、室外側絞り装置45の開度制御または開閉制御を行う。そして、制御装置60は、負荷側絞り装置25の開度制御、第1開閉装置23a〜23dの開閉制御、第2開閉装置24a〜24dの開閉制御、第1中継機絞り装置30の開閉制御、第2中継機絞り装置27の開閉制御などを行う。これらの制御により、制御装置60は、各運転モードを実行する。ここで、制御装置60は室外機1に設けられているが、制御装置60は、室内機2a〜2dに設けられていてもよいし、中継装置3に設けられていてもよい。また、ユニット毎(たとえば、室外機1、室内機2a〜2dおよび中継装置3のそれぞれ)に制御装置60が設けられていてもよい。そして、複数の制御装置60が、それぞれの機能を組み合わせて、液バック防止などに係る処理を行うようにしてもよい。
空気調和装置100で実行される各運転モードについて説明する。空気調和装置100の制御装置60は、各室内機2a〜2dからの指示に基づいて、室内機2a〜2dのそれぞれで独立して冷房運転または暖房運転を行うことが可能になっている。つまり、空気調和装置100は、全ての室内機2a〜2dで同一の運転(冷房運転または暖房運転)を行うことができるとともに、室内機2a〜2dのそれぞれで異なる運転を行うこともできる。
空気調和装置100で実行される運転モードには、大別して、冷房運転モードと暖房運転モードとがある。冷房運転モードには、全冷房運転モードと冷房主体運転モードとが含まれる。全冷房運転モードは、停止状態にない室内機2a〜2dの全てが冷房運転を行う運転モードである。すなわち、全冷房運転モードでは、停止状態にない負荷側熱交換器26a〜26dの全てが蒸発器として機能する。冷房主体運転モードは、室内機2a〜2dの一部が冷房運転を行い、室内機2a〜2dの他の一部が暖房運転を行う冷房暖房混在運転モードであって、冷房負荷が暖房負荷よりも大きい運転モードである。すなわち、冷房主体運転モードでは、負荷側熱交換器26a〜26dの一部が蒸発器として機能し、負荷側熱交換器26a〜26dの他の一部が凝縮器として機能する。
暖房運転モードには、全暖房運転モードと暖房主体運転モードとが含まれる。全暖房運転モードは、停止状態にない室内機2a〜2dの全てが暖房運転を行う運転モードである。すなわち、全暖房運転モードでは、停止状態にない負荷側熱交換器26a〜26dの全てが凝縮器として機能する。暖房主体運転モードは、室内機2a〜2dの一部が冷房運転を行い、室内機2a〜2dの他の一部が暖房運転を行う冷房暖房混在運転モードであって、暖房負荷が冷房負荷よりも大きい運転モードである。以下、各運転モードについて説明する。
<全冷房運転モード>
図9は、実施の形態3に係る空気調和装置100の全冷房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図9では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。ここで、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生しているものとする。全冷房運転モードの場合、制御装置60は、室外機1の冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替える。
まず、低温および低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温および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および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら高圧液冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、第1逆流防止装置13を通って室外機1から流出し、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高圧液冷媒は、気液分離器29および第1中継機絞り装置30を経由し、大部分は第2逆流防止装置21a、21bおよび枝管8を経由し、負荷側絞り装置25で膨張させられ、低温および低圧の気液二相状態の冷媒になる。高圧冷媒の残りの一部は第2中継機絞り装置27で膨張させられ、低温および低圧のガス冷媒または気液二相状態の冷媒になる。そして、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。このとき、第2中継機絞り装置27は、冷媒のサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
負荷側絞り装置25aおよび25bで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aおよび26bにそれぞれ流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温および低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32aで検出された温度との差として得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。同様に、負荷側絞り装置25bは、入口側温度センサー31bで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出された温度との差として得られるスーパーヒートが一定になるように開度が制御される。
負荷側熱交換器26aおよび26bからそれぞれ流出したガス冷媒は、枝管8および第2開閉装置24aおよび24bを経由して、中継装置3から流出する。中継装置3から流出した冷媒は、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置16を通って、冷媒流路切替装置11、アキュムレーター19を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26cおよび負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cと、負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26cまたは負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。このとき、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dは、負荷側絞り装置25aまたは負荷側絞り装置25bと同様に、開度が制御される。このとき、入口側温度センサー31cまたは31dで検出された温度と、出口側温度センサー32cまたは32dで検出された温度との差として得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるようにする。
<冷房主体運転モード>
図10は、実施の形態3に係る空気調和装置100の冷房主体運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図10では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。ここで、負荷側熱交換器26aでのみ冷熱負荷が発生しており、負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。冷房主体運転モードの場合、制御装置60は、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替える。
まず、低温および低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温および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および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら気液二相状態の冷媒になる。熱源側熱交換器12から流出した冷媒は、第1逆流防止装置13および主管5を通り中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した気液二相状態の冷媒は、気液分離器29で高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。この高圧ガス冷媒は、第1開閉装置23bおよび枝管8を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入する。高圧ガス冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25bは、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張させられて、枝管8および第3逆流防止装置22bを流通する。
その後、気液分離器29で分離された後に第1中継機絞り装置30において中間圧まで膨張させられた中圧液冷媒と、第3逆流防止装置22bを通ってきた液冷媒とが合流する。この際、第1中継機絞り装置30は、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力と、絞り装置出口側圧力センサー34で検出された圧力との圧力差が所定の圧力差(たとえば、0.3MPa)になるように開度が制御される。
合流した液冷媒は、大部分は第2逆流防止装置21aおよび枝管8を経由して負荷側絞り装置25aで膨張させられ、低温および低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部は、第2中継機絞り装置27で膨張させられ、低温および低圧のガス冷媒または気液二相状態の冷媒になる。この際、第2中継機絞り装置27は、冷媒のサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。そして、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。
一方、気液分離器29において分離された高圧液冷媒は、第2逆流防止装置21aを経由して室内機2aに流入する。室内機2aの負荷側絞り装置25aで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温および低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出された温度との差として得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。負荷側熱交換器26aから流出したガス冷媒は、枝管8、第2開閉装置24aを経由して、中継装置3から流出する。中継装置3から流出した冷媒は、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置16を通って、冷媒流路切替装置11、アキュムレーター19を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26cおよび負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cおよび負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26cまたは負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。この際、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dは、開度が制御される。このとき、負荷側絞り装置25aまたは負荷側絞り装置25bと同様に、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dは、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。スーパーヒートは、入口側温度センサー31cおよび31dで検出された温度と、出口側温度センサー32cおよび32dで検出された温度との差となる。
実施の形態3の空気調和装置100の冷房主体運転モードにおいて、たとえば、一方の室外機1における熱源側熱交換器12が蒸発器となる可能性がある。このような室外機1において、インジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作などついては、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
<全暖房運転モード>
図11は、実施の形態3に係る空気調和装置100の全暖房運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図11では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。ここで、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。全暖房運転モードの場合、制御装置60は、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに中継装置3へ流入するように切り替える。
まず、低温および低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温および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および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11および第1逆流防止装置14を通り、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温および高圧のガス冷媒は、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高温および高圧のガス冷媒は、気液分離器29、第1開閉装置23a、23bおよび枝管8を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bのそれぞれに流入する。負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bに流入した冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25a、25bでそれぞれ膨張させられる。そして、枝管8、第3逆流防止装置22a、22b開状態に制御された第2中継機絞り装置27および主管5を通って再び室外機1へ流入する。この際、負荷側絞り装置25aは、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31aで検出された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。同様に、負荷側絞り装置25bは、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置15を通り、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱しながら、低温および低圧のガス冷媒になり、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26cおよび負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cおよび負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26cまたは負荷側熱交換器26dで冷熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。この際、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dは、上述した負荷側絞り装置25aまたは負荷側絞り装置25bと同様に、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。スーパーヒートは、入口側温度センサー31c、31dで検出された温度と、出口側温度センサー32c、32dで検出された温度との差として得られる。
実施の形態3の空気調和装置100において、全暖房運転モードにおけるインジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作および制御装置60の制御については、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
<暖房主体運転モード>
図12は、実施の形態3に係る空気調和装置100の暖房主体運転モードにおける冷媒の流れを説明する図である。図12では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。ここで、負荷側熱交換器26aでのみ冷熱負荷が発生し、負荷側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生しているものとする。暖房主体運転モードの場合、制御装置60は、冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された熱源側冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに中継装置3へ流入するように切り替える。
低温および低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温および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および高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11、第1逆流防止装置14を通り、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温および高圧のガス冷媒は、主管5を通って中継装置3に流入する。
中継装置3に流入した高温および高圧のガス冷媒は、気液分離器29、第1開閉装置23bおよび枝管8を経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入する。負荷側熱交換器26bに流入した冷媒は、室内空気に放熱することにより、室内空気を加熱しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器26bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張させられて、枝管8および第3逆流防止装置22bを経由する。液冷媒は、その後、大部分は第2逆流防止装置21aおよび枝管8を経由した後に、負荷側絞り装置25aで膨張させられ、低温および低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部は、バイパスとしても使用する第2中継機絞り装置27で膨張させられ、中温および中圧の液または気液二相状態の冷媒になる。この液または気液二相状態の冷媒は、中継装置3の出口側の低圧配管に流入する。
負荷側絞り装置25aで膨張させられた気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温および中圧の気液二相状態の冷媒になる。負荷側熱交換器26aから流出した気液二相状態の冷媒は、枝管8および第2開閉装置24aを経由して、中継装置3から流出する。中継装置3から流出した冷媒は、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置15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、低温および低圧のガス冷媒になる。このガス冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を通って圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、負荷側絞り装置25bは、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー31bで検出された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。一方、負荷側絞り装置25aは、入口側温度センサー31aで検出された温度と出口側温度センサー32bで検出された温度との差として得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
このとき、第2中継機絞り装置27は、冷媒のサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。たとえば、第2中継機絞り装置27は、絞り装置入口側圧力センサー33で検出された圧力と絞り装置出口側圧力センサー34で検出された圧力との圧力差が所定の圧力差(たとえば、0.3MPa)になるように開度が制御される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器26cおよび負荷側熱交換器26dにおいては、冷媒を流す必要がなく、それぞれに対応する負荷側絞り装置25cと、負荷側絞り装置25dは閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器26cまたは負荷側熱交換器26dで熱負荷が発生した場合には、負荷側絞り装置25cまたは負荷側絞り装置25dが開放されて冷媒が循環する。
実施の形態3の空気調和装置100において、暖房主体運転モードにおけるインジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作および制御装置60の制御については、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
以上のように、複数の室外機1(1a、1b)を並列に接続して、冷暖同時運転を行うことができる実施の形態3の空気調和装置100においても、実施の形態1および実施の形態2と同様に、インジェクションおよび均液制御による過度の液バック防止をはかることができる。
実施の形態4.
図13は、この発明の実施の形態4に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。図13に示す空気調和装置100は、室外機1と中継装置3とが、中継装置3に備えられている負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bを介して冷媒が内部を流れる主管5で接続されている。また、中継装置3と室内機2とも、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bを介して水やブライン等の熱媒体が内部を流れる熱媒体配管70で接続されている。ここで、図13において、図1、図6および図8と同じ符号を付している機器などについては、実施の形態1〜実施の形態3において説明したことと同様の動作を行う。
実施の形態4の空気調和装置100においても、インジェクション絞り装置42および室外側絞り装置45を冷媒が通過することができるのは、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードのときになる。したがって、全冷房運転モードおよび冷房主体運転モードにおいては、インジェクションなどは行われない。
<中継装置3>
中継装置3には、2つの負荷側熱交換器26と、2つの負荷側絞り装置25と、2つの開閉装置50と、2つの中継機冷媒流路切替装置51を有している。また、中継装置3は、2つのポンプ71と、4つの第1熱媒体流路切替装置72と、4つの第2熱媒体流路切替装置73と、4つの熱媒体流量調整装置75と、が搭載されている。
実施の形態4における2つの負荷側熱交換器26(負荷側熱交換器26a、負荷側熱交換器26b)は、凝縮器(放熱器)または蒸発器として機能する。負荷側熱交換器26は、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行い、室外機1で生成され熱源側冷媒に貯えられた冷熱または温熱を熱媒体に伝達するものである。負荷側熱交換器26aは、冷媒回路における負荷側絞り装置25aと中継機冷媒流路切替装置51aとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の加熱に供するものである。また、負荷側熱交換器26bは、冷媒回路における負荷側絞り装置25bと中継機冷媒流路切替装置51bとの間に設けられており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体の冷却に供するものである。
2つの負荷側絞り装置25(負荷側絞り装置25a、負荷側絞り装置25b)は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。負荷側絞り装置25aは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26aの上流側に設けられている。負荷側絞り装置25bは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26bの上流側に設けられている。2つの負荷側絞り装置25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。
2つの開閉装置50(開閉装置50a、開閉装置50b)は、二方弁等で構成されており、冷媒配管4を開閉するものである。開閉装置50aは、熱源側冷媒の入口側における冷媒配管4に設けられている。開閉装置50bは、熱源側冷媒の入口側と出口側の冷媒配管4を接続した配管に設けられている。2つの中継機冷媒流路切替装置51(中継機冷媒流路切替装置51a、中継機冷媒流路切替装置51b)は、四方弁等で構成され、運転モードに応じて熱源側冷媒の流れを切り替えるものである。中継機冷媒流路切替装置51aは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26aの下流側に設けられている。中継機冷媒流路切替装置51bは、全冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26bの下流側に設けられている。
2つのポンプ71(ポンプ71a、ポンプ71b)は、熱媒体配管70を導通する熱媒体を加圧して、循環させる。ポンプ71aは、負荷側熱交換器26aと第2熱媒体流路切替装置73との間における熱媒体配管70に設けられている。ポンプ71bは、負荷側熱交換器26bと第2熱媒体流路切替装置73との間における熱媒体配管70に設けられている。2つのポンプ71は、たとえば、容量制御可能なポンプ等で構成するとよい。
4つの第1熱媒体流路切替装置72(第1熱媒体流路切替装置72a〜第1熱媒体流路切替装置72d)は、三方弁等で構成されており、熱媒体の流路を切り替えるものである。第1熱媒体流路切替装置72は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは、4つ)が設けられる。第1熱媒体流路切替装置72は、三方のうちの一つが負荷側熱交換器26aに、三方のうちの一つが負荷側熱交換器26bに、三方のうちの一つが熱媒体流量調整装置75に、それぞれ接続され、利用側熱交換器76の熱媒体流路の出口側に設けられている。なお、室内機2に対応させて、紙面下側から第1熱媒体流路切替装置72a、第1熱媒体流路切替装置72b、第1熱媒体流路切替装置72c、第1熱媒体流路切替装置72dとして図示している。
4つの第2熱媒体流路切替装置73(第2熱媒体流路切替装置73a〜第2熱媒体流路切替装置73d)は、三方弁等で構成されており、熱媒体の流路を切り替えるものである。第2熱媒体流路切替装置73は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは、4つ)が設けられる。第2熱媒体流路切替装置73は、三方のうちの一つが負荷側熱交換器26aに、三方のうちの一つが負荷側熱交換器26bに、三方のうちの一つが利用側熱交換器76に、それぞれ接続され、利用側熱交換器76の熱媒体流路の入口側に設けられている。なお、室内機2に対応させて、紙面下側から第2熱媒体流路切替装置73a、第2熱媒体流路切替装置73b、第2熱媒体流路切替装置73c、第2熱媒体流路切替装置73dとして図示している。
4つの熱媒体流量調整装置75(熱媒体流量調整装置75a〜熱媒体流量調整装置75d)は、開口面積を制御できる二方弁等で構成されており、熱媒体配管70に流れる流量を制御するものである。熱媒体流量調整装置75は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは、4つ)が設けられる。熱媒体流量調整装置75は、一方が利用側熱交換器76に、他方が第1熱媒体流路切替装置72に、それぞれ接続され、利用側熱交換器76の熱媒体流路の出口側に設けられている。なお、室内機2に対応させて、紙面下側から熱媒体流量調整装置75a、熱媒体流量調整装置75b、熱媒体流量調整装置75c、熱媒体流量調整装置75dとして図示している。また、熱媒体流量調整装置75を利用側熱交換器76の熱媒体流路の入口側に設けてもよい。
また、中継装置3には、各種センサーが設置されている。センサーの検出に係る信号は、たとえば、制御装置60に送られる。
2つの第1熱媒体温度センサー37(第1熱媒体温度センサー37a、第1熱媒体温度センサー37b)は、負荷側熱交換器26から流出した熱媒体、つまり負荷側熱交換器26の出口における熱媒体の温度を検出する。第1熱媒体温度センサー37は、各ポンプ71の入口側における熱媒体配管70に設置されている。
4つの第2熱媒体温度センサー38(第2熱媒体温度センサー38a〜第2熱媒体温度センサー38d)は、第1熱媒体流路切替装置72と熱媒体流量調整装置75との間に設けられ、利用側熱交換器76から流出した熱媒体の温度を検出する。第2熱媒体温度センサー38は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは、4つ)が設けられる。
4つの熱交換器温度センサー35(熱交換器温度センサー35a〜熱交換器温度センサー35d)は、負荷側熱交換器26の熱源側冷媒の入口側または出口側に設けられる。実施の形態1および実施の形態2における入口側温度センサー31または出口側温度センサー32となる。
圧力センサー36(圧力センサー36aおよび圧力センサー36b)は、負荷側熱交換器26bと負荷側絞り装置25bとの間を流れる熱源側冷媒の圧力を検出する。
空気調和装置100における運転モードは、実施の形態3で説明した空気調和装置100と同じように、駆動している室内機2の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モードおよび駆動している室内機2の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モードがある。また、冷房負荷の方が大きい場合に実行する冷房主体運転モードおよび暖房負荷の方が大きい場合に実行する暖房主体運転モードがある。
<全冷房運転モード>
全冷房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して、熱源側熱交換器12へ流入し、周囲の空気に放熱して凝縮液化し、高圧液冷媒となり、第1逆流防止装置13を通って室外機1から流出する。そして、主管5を通って中継装置3に流入する。中継装置3に流入した冷媒は、開閉装置50aを通り、負荷側絞り装置25aおよび負荷側絞り装置25bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体から吸熱し、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、中継機冷媒流路切替装置51aおよび中継機冷媒流路切替装置51bを介して中継装置3から流出する。そして、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第1逆流防止装置16を通って、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
熱媒体循環回路においては、熱媒体は、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bの双方で冷媒により冷却される。冷却された熱媒体は、ポンプ71aおよびポンプ71bによって熱媒体配管70内を流動する。第2熱媒体流路切替装置73a〜73dを介して、利用側熱交換器76a〜76dに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて空調対象空間の冷房を行う。利用側熱交換器76a〜76dから流出した冷媒は、熱媒体流量調整装置75a〜75dに流入する。そして、冷媒は、第1熱媒体流路切替装置72a〜72dを通って、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bへ流入して冷却され、再びポンプ71aおよびポンプ71bへ吸い込まれる。なお、熱負荷のない利用側熱交換器76a〜76dに対応する熱媒体流量調整装置75a〜75dは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器76a〜76dに対応する熱媒体流量調整装置75a〜75dは開度を調整し、利用側熱交換器76a〜76dでの熱負荷を調節する。
<冷房主体運転モード>
冷房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気に放熱して凝縮し、二相冷媒となり、第1逆流防止装置13を通って、室外機1から流出する。そして、主管5を通って中継装置3に流入する。中継装置3に流入した冷媒は、中継機冷媒流路切替装置51bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、負荷側絞り装置25aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体から吸熱して低圧のガス冷媒となり、中継機冷媒流路切替装置51aを介して中継装置3から流出する。そして、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第1逆流防止装置16を通って、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して、圧縮機10へ再度吸入される。
熱媒体循環回路においては、負荷側熱交換器26bで冷媒の温熱が熱媒体に伝えられる。そして、暖められた熱媒体はポンプ71bによって熱媒体配管70内を流動する。第1熱媒体流路切替装置72a〜72dおよび第2熱媒体流路切替装置73a〜73dを操作して暖房要求のある利用側熱交換器76a〜76dに流入した熱媒体は、室内空気に放熱する。室内空気は加熱されて空調対象空間の暖房を行う。一方、負荷側熱交換器26aで冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられる。そして、冷やされた熱媒体はポンプ71aによって熱媒体配管70内を流動する。第1熱媒体流路切替装置72a〜72dおよび第2熱媒体流路切替装置73a〜73dを操作して冷房要求のある利用側熱交換器76a〜76dに流入した熱媒体は、室内空気から吸熱する。室内空気は冷却されて空調対象空間の冷房を行う。なお、熱負荷のない利用側熱交換器76a〜76dに対応する熱媒体流量調整装置75a〜75dは全閉とする。また、熱負荷のある利用側熱交換器76a〜76dに対応する熱媒体流量調整装置75a〜75dは開度を調整し、利用側熱交換器76a〜76dでの熱負荷を調節する。
実施の形態4の空気調和装置100の冷房主体運転モードにおいて、たとえば、一方の室外機1における熱源側熱交換器12が蒸発器となる可能性がある。このような室外機1において、インジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作などついては、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
<全暖房運転モード>
全暖房運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して第1接続配管6、第1逆流防止装置14を通り、室外機1から流出する。そして、主管5を通って中継装置3に流入する。中継装置3に流入した冷媒は、中継機冷媒流路切替装置51aおよび中継機冷媒流路切替装置51bを通って、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体に放熱し、高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、負荷側絞り装置25aおよび負荷側絞り装置25bで膨張して低温低圧の二相冷媒となり、開閉装置50bを通って、中継装置3から流出する。そして、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管7および第1逆流防止装置15を通り、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路における熱媒体の動作は、全冷房運転モードの場合と同じである。全暖房運転モードでは、負荷側熱交換器26aおよび負荷側熱交換器26bにおいて、熱媒体が冷媒によって加熱され、利用側熱交換器76aおよび利用側熱交換器76bで室内空気に放熱して、空調対象空間の暖房を行う。
実施の形態4の空気調和装置100において、全暖房運転モードにおけるインジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作および制御装置60の制御については、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
<暖房主体運転モード>
暖房主体運転モードの場合、圧縮機10から吐出された高温高圧のガス冷媒は、冷媒流路切替装置11を介して、第1接続配管6および第1逆流防止装置14を通って、室外機1から流出する。そして、主管5を通って中継装置3に流入する。中継装置3に流入した冷媒は、中継機冷媒流路切替装置51bを通って凝縮器として作用する負荷側熱交換器26bに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体に放熱して高圧の液冷媒となる。高圧の液冷媒は、負荷側絞り装置25bで膨張して低温低圧の二相冷媒となる。二相冷媒は、負荷側絞り装置25aを介して蒸発器として作用する負荷側熱交換器26aに流入し、熱媒体循環回路を循環する熱媒体から吸熱し、中継機冷媒流路切替装置51aを介して中継装置3から流出する。そして、主管5を通って再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、第2接続配管7および第1逆流防止装置15を通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入し、周囲の空気から吸熱して、低温低圧のガス冷媒となる。ガス冷媒は、冷媒流路切替装置11およびアキュムレーター19を介して圧縮機10へ再度吸入される。なお、熱媒体循環回路における熱媒体の動作、第1熱媒体流路切替装置72a〜72d、第2熱媒体流路切替装置73a〜73d、熱媒体流量調整装置75a〜75d、および、利用側熱交換器76a〜76d、の動作は冷房主体運転モードと同一である。
実施の形態4の空気調和装置100において、暖房主体運転モードにおけるインジェクション、および液バック防止および均液制御を行う場合の機器の動作および制御装置60の制御については、実施の形態1および実施の形態2で説明したことと同様である。
<主管5および熱媒体配管70>
実施の形態4における各運転モードにおいては、室外機1と中継装置3とを接続する主管5には冷媒が流れ、中継装置3と室内機2を接続する熱媒体配管70には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
利用側熱交換器76にて暖房負荷と冷房負荷とが混在して発生している場合は、暖房運転を行っている利用側熱交換器76に対応する第1熱媒体流路切替装置72および第2熱媒体流路切替装置73を加熱用の負荷側熱交換器26bに接続される流路へ切り替える。また、冷房運転を行っている利用側熱交換器76に対応する第1熱媒体流路切替装置72および第2熱媒体流路切替装置73を冷却用の負荷側熱交換器26aに接続される流路へ切り替える。このため、各室内機2にて、暖房運転、冷房運転を自由に行うことができる。
以上のように、熱媒体循環回路と冷媒回路とを有し、冷媒回路を構成する機器を有する複数の室外機1を並列に接続し、冷暖同時運転を行うことができる実施の形態4の空気調和装置100においても、実施の形態1および実施の形態2と同様に、インジェクションおよび均液制御による過度の液バック防止をはかることができる。
実施の形態5.
この発明に係る空気調和装置100は、実施の形態1〜実施の形態4に限らず、種々の変形が可能である。たとえば、上述した実施の形態では、冷房運転モードおよび暖房運転モードにおいて、吐出温度しきい値が110℃である場合について例示しているが、吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値に応じて設定されるものであればよい。たとえば、圧縮機10の吐出温度の限界値が120℃の場合、制御装置60により、吐出温度が120℃を超えないように圧縮機10の動作が制御されている。具体的には、吐出温度が110℃を超えた場合、制御装置60は、圧縮機10の周波数を低くして減速させるように制御する。
したがって、上述したインジェクションを行って圧縮機10の吐出温度を下げる場合、圧縮機10の周波数を低くする温度(吐出温度しきい値)である110℃よりも少し低い温度である90℃から105℃の間の温度(たとえば、100℃など)に、目標となる吐出温度(液面調整しきい値)をあらかじめ設定することがよい。たとえば、吐出温度が110℃を超えたときに圧縮機10の駆動周波数を低くしない場合には、吐出温度しきい値が90℃以上120℃以下(たとえば、110℃など)に設定されるようにすればよい。
また、実施の形態1〜実施の形態4においては、R410A冷媒、R32冷媒などの冷媒を用いることを例に挙げたが、それ以外の冷媒を用いることもできる。たとえば、R32冷媒と、地球温暖化係数が小さく化学式CFCF=CHで表されるテトラフルオロプロペン系冷媒(HFO1234yf、HFO1234zeなど)と、の混合冷媒(非共沸混合冷媒)を使用してもよい。特に、冷媒としてR32を使用した場合には、R410Aを使用した場合と比較して、同一運転状態において吐出温度が約20℃上昇する。このため、R32冷媒を使用する場合には吐出温度を低下させる必要がある。したがって、実施の形態1などにおいて説明したインジェクションを行うことの効果が大きい。このように、吐出温度が高くなる冷媒を使用する場合に効果が特に大きくなる。
また、R32冷媒とHFO1234yfとの混合冷媒においては、R32の質量比率が62%(62wt%)以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなる。このため、上述したインジェクションにより吐出温度を低下させることによる効果が大きい。また、R32とHFO1234zeとの混合冷媒においては、R32の質量比率が43%(43wt%)以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなる。このため、上述したインジェクションにより吐出温度を低下させることによる効果が大きい。また、混合冷媒における冷媒種はこれに限るものではない。その他の冷媒成分を少量含んだ混合冷媒を使用した場合であっても、吐出温度には大きな影響がないため、上記と同様の効果を奏する。また、たとえば、R32とHFO1234yfとその他の冷媒を少量含んだ混合冷媒などを使用した場合であっても、上記と同様の効果を奏する。
さらに、上述した実施の形態の冷媒として、CO(R744)などの高圧側が超臨界状態で動作する冷媒を使用することもできる。この場合にも吐出温度を低下させる必要があるため、空気調和装置100を、上述した実施の形態の冷媒回路構成とすることにより、吐出温度を低下させることができる。
たとえば、実施の形態3および実施の形態4の冷暖同時運転可能な空気調和装置では、室外機1と中継装置3との間を2本の主管5を使用して接続した構成を例示しているが、これに限らず、種々の公知の手法を用いることができる。たとえば、室外機1と中継装置3との間が3本の主管5を使用して接続され、冷暖同時運転を行うことができる空気調和装置に適用することができる。このような空気調和装置においても、上述した実施の形態と同様に、圧縮機10から吐出する高圧および高温のガス冷媒の温度の過度の上昇を抑制できる。
また、実施の形態1などにおいて、圧縮機10が低圧シェル型であるものとして説明したが、たとえば、高圧シェル型の圧縮機を使用することもできる。圧縮機吸入室にインジェクションを行うには、低圧シェル型の圧縮機が有効であるが、高圧シェル型の圧縮機を使用した場合であっても、上記と同様の効果が得られる。
また、上述した実施の形態1などにおいて、室外機1は、熱源側ファン18を有しており、室内機2は、負荷側ファン28を有しているものであった。しかしながら、これに限るものではない。たとえば、負荷側熱交換器26として、放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることで、負荷側ファン28を搭載しない構成にすることができる。
図14は、この発明の実施の形態5に係る空気調和装置100の構成の一例を示す図である。熱源側熱交換器12として、水配管80を通過した水、不凍液などの液体と冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器を用いることができる。熱源側熱交換器12および負荷側熱交換器26は、冷媒の放熱または吸熱を行うことができれば、熱交換対象は限定しない。
また、上述した実施の形態において、冷房専用または暖房専用の空気調和装置の場合には、冷媒流路切替装置11を省略することもできる。
1,1a,1b 室外機、2,2a,2b,2c,2d 室内機、3 中継装置、4,4a,4b 冷媒配管、5 主管、6 第1接続配管、7 第2接続配管、8 枝管、10,10a,10b 圧縮機、11,11a,11b 冷媒流路切替装置、12,12a,12b 熱源側熱交換器、13,14,15,16 第1逆流防止装置、17,17a,17b インジェクションポート、18,18a,18b 熱源側ファン、19,19a,19b アキュムレーター、20,20a,20b 返油機構、21a,21b,21c,21d 第2逆流防止装置、22a,22b,22c,22d 第3逆流防止装置、23a,23b,23c,23d 第1開閉装置、24a,24b,24c,24d 第2開閉装置、25,25a,25b,25c,25d 負荷側絞り装置、26,26a,26b,26c,26d 負荷側熱交換器、27 第2中継機絞り装置、28 負荷側ファン、29 気液分離器、30 第1中継機絞り装置、31,31a,31b,31c,31d 入口側温度センサー、32,32a,32b,32c,32d 出口側温度センサー、33 絞り装置入口側圧力センサー、34 絞り装置出口側圧力センサー、35,35a,35b,35c,35d 熱交換器温度センサー、36,36a,36b 圧力センサー、37,37a,37b 第1熱媒体温度センサー、38,38a,38b 第2熱媒体温度センサー、40,40a,40b 吐出圧力センサー、41,41a,41b インジェクション配管、42,42a,42b インジェクション絞り装置、43,43a,43b 吐出温度センサー、44,44a,44b 圧力検出用センサー、45,45a,45b 室外側絞り装置、46,46a,46b 外気温度センサー、50,50a,50b 開閉装置、51,51a,51b 中継機冷媒流路切替装置、60,60a,60b 制御装置、61,61a,61b 記憶装置、70 熱媒体配管、71,71a,71b ポンプ、72,72a,72b,72c,72d 第1熱媒体流路切替装置、73,73a,73b,73c,73d 第2熱媒体流路切替装置、75,75a,75b,75c,75d 熱媒体流量調整装置、76,76a,76b,76c,76d 利用側熱交換器、80 水配管、100 空気調和装置。

Claims (11)

  1. 吸入室に冷媒を導入するインジェクションポートを有し、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記冷媒の熱交換を行う熱源側熱交換器および前記冷媒を溜めるアキュムレーターとを有する室外機と、
    前記冷媒を減圧する、少なくとも1台の負荷側絞り装置と、
    負荷と前記冷媒との熱交換を行う少なくとも1台の負荷側熱交換器とが配管で接続され、前記冷媒を循環させる冷媒回路を構成する空気調和装置であって、
    前記室外機は、
    前記冷媒回路において、一端が、前記熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置との間に接続され、他端が、前記インジェクションポートと接続され、前記冷媒回路を流れる前記冷媒の一部を前記インジェクションポートに向けて通過させるインジェクション配管と、
    前記冷媒回路において、前記負荷側絞り装置から前記熱源側熱交換器に前記冷媒が流れるときに、前記インジェクション配管の前記一端よりも下流側となる位置に設置され、通過する前記冷媒を減圧し、流量を調整する室外側絞り装置と、
    前記インジェクション配管を流れる前記冷媒の量を調整するインジェクション絞り装置とを備え、
    前記室外側絞り装置の開度および前記インジェクション絞り装置の開度を制御する制御装置をさらに有し、
    前記制御装置は、
    前記アキュムレーターからの返液により低下した前記圧縮機の吐出温度が、あらかじめ定められた液面調整しきい値以下であるものと判定すると、液面調整しきい値よりも高くなるように、前記室外側絞り装置の開度を制御する空気調和装置。
  2. 複数の前記室外機を、並列に配管接続して前記冷媒回路を構成する請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記圧縮機が吐出する前記冷媒の吐出温度が、あらかじめ定められた吐出温度しきい値以上であると判定すると、前記吐出温度が、前記吐出温度しきい値よりも低くなるように、前記インジェクション絞り装置の開度を制御する請求項1または請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記制御装置は、
    前記圧縮機が吐出する前記冷媒の吐出温度が、あらかじめ定められた吐出温度しきい値を目標として、前記インジェクション絞り装置の開度を制御する請求項1または請求項2に記載の空気調和装置。
  5. 前記液面調整しきい値は、前記インジェクション絞り装置の開度が開いている場合、前記アキュムレーターからの返液により低下する前記吐出温度に、前記インジェクション絞り装置の開度による前記吐出温度の低下分の温度値を加えた値とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6. 前記制御装置は、前記圧縮機が吐出する前記冷媒の吐出過熱度を算出し、前記吐出温度に代えて、前記吐出過熱度に基づく処理を行う請求項3〜請求項のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7. 前記室外機は、冷房運転モード時と暖房運転モード時とで前記冷媒の流路を切り替える冷媒流路切替装置をさらに備え、
    前記制御装置は、前記暖房運転モード時に、前記インジェクション絞り装置の開度を制御する請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8. 前記暖房運転モードは、複数の暖房運転は、停止状態にない複数の前記負荷側熱交換器の全てが凝縮器として機能する全暖房運転モードと、停止状態にない複数の前記負荷側熱交換器のうち、一部の前記負荷側熱交換器が凝縮器として機能し、他の前記負荷側熱交換器が蒸発器として機能する暖房主体運転モードとを含む請求項に記載の空気調和装置。
  9. 前記負荷側絞り装置および前記負荷側熱交換器をそれぞれ搭載する複数の室内機と、
    前記室外機と前記複数の室内機との間を中継する中継装置と、をさらに有し、
    前記室外機が有する機器と前記複数の室内機が有する機器との間を、前記中継装置を介して前記冷媒が循環するように配管接続され、前記冷媒回路を構成する請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  10. 前記冷媒とは異なる熱媒体を前記負荷として、前記冷媒と前記熱媒体との熱交換を行う前記負荷側熱交換器を有する前記冷媒回路と、
    前記熱媒体を加圧するポンプ、前記負荷側熱交換器、空調対象の空気と熱交換する利用側熱交換器および該利用側熱交換器を流入および流出する前記熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を配管接続して前記熱媒体を循環させる熱媒体循環回路と
    を備える請求項1〜請求項のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記熱源側熱交換器は、水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器である請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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