JP7150194B2 - 室外機および空気調和装置 - Google Patents
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Description
(空気調和装置100の構成)
図1は、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成および全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。
室外機1は、圧縮機10と、熱源側熱交換器12と、熱源側送風機18、第1流路切替装置13、第2流路切替装置14と、アキュムレータ19と、制御装置60と、高圧接続管131a,131bと、低圧接続管132a,132bとを有する。
熱源側送風機18は、熱源側熱交換器12に外気を供給する。
制御装置60は、室外機1内の機器を制御する。
中継装置3は、室外機1とともに冷媒回路101を構成する。中継装置3は、気液分離器29と、第1中継絞り装置30と、第2中継絞り装置27とを備える。中継装置3は、複数の第1開閉装置23a~23dと、複数の第2開閉装置24a~24dと、複数の第1逆流防止装置21a~21dと、複数の第2逆流防止装置22a~22dとを備える。
複数の室内機2a~2dは、冷媒回路101に含まれる。複数の室内機2a~2dは、たとえば、互いに同一の構成を有する。室内機2aは、負荷側熱交換器26aと、負荷側絞り装置25aとを有する。室内機2bは、負荷側熱交換器26bと、負荷側絞り装置25bとを有する。室内機2cは、負荷側熱交換器26cと、負荷側絞り装置25cとを有する。室内機2dは、負荷側熱交換器26dと、負荷側絞り装置25dとを有する。複数の負荷側熱交換器26a~26dのそれぞれは、枝管8aおよび枝管8bを介して冷媒配管4によって接続された中継装置3に接続されている。複数の負荷側熱交換器26a~26dのそれぞれにおいて、図示しない負荷側送風機によって供給される空気が冷媒と熱交換され、室内空間に供給するための冷房用空気または暖房用空気が生成される。複数の負荷側絞り装置25a~25dの開度は、たとえば、連続的または多段階で調節可能である。複数の負荷側絞り装置25a~25dとして、たとえば、電子式膨張弁などが用いられる。複数の負荷側絞り装置25a~25dは、減圧弁および膨張弁としての機能を有する。複数の負荷側絞り装置25a~25dは、冷媒を減圧して膨張させる。複数の負荷側絞り装置25a~25dは、全冷房運転モードにおける冷媒の流れにおいて複数の負荷側熱交換器26a~26dそれぞれの上流側に設けられている。
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。
図1では、全冷房運転モードにおける冷媒の流れ方向が実線矢印で示されている。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には、制御装置60は、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12に流入するように室外機1の第1流路切替装置13および第2流路切替装置14を切り替える。
図2は、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成および冷房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。図2では、冷媒の流れ方向が実線矢印で示されている。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には、制御装置60は、全冷房運転モードと同様に圧縮機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第1流路切替装置13および第2流路切替装置14を切り替える。第1流路切替装置13および第2流路切替装置14の切替状態は、全冷房運転モードと同様である。
図3は、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成および全暖房運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。図3では、冷媒の流れ方向が実線矢印で示されている。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には、制御装置60は、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12を経由せずに中継装置3へ流入するように第1流路切替装置13および第2流路切替装置14を切り替える。
図4は、実施の形態1に係る空気調和装置100の構成および暖房主体運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。図4では、冷媒の流れ方向が実線矢印で示されている。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には、制御装置60は、全暖房モードと同様に圧縮機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へ流入するように第1流路切替装置13および第2流路切替装置14を切り替える。
図5は、実施の形態1に係る第1流路切替装置13の構成および全冷房運転モード、冷房主体運転モードにおける動作を説明するための図である。
切替管142aは、第2流路切替装置14と接続される。
切替管144aは、熱源側熱交換器12と接続される。
図7は、実施の形態1に係る第2流路切替装置14の構成および全冷房運転モード、冷房主体運転モードにおける動作を説明するための図である。
切替管142bは、圧縮機10の吸入側と接続される。
切替管144bは、第1流路切替装置13と接続される。
課題1について説明する。
図13は、全冷房運転モードと冷房主体運転モードにおける第1流路切替装置13および第2流路切替装置14の冷媒の流れを説明するための図である。図14は、全冷房運転モードと冷房主体運転モードにおける第1流路切替装置13の動作を説明するための図である。図15は、全冷房運転モードと冷房主体運転モードにおける第2流路切替装置14の動作を説明するための図である。
図13および図14を参照して、第1流路切替装置13の動作を説明する。
図13および図15を参照して、第2流路切替装置14の動作を説明する。
図16は、全暖房運転モードと暖房主体運転モードにおける第1流路切替装置13および第2流路切替装置14の冷媒の流れを説明するための図である。図17は、全暖房運転モードと暖房主体運転モードにおける第1流路切替装置13の動作を説明するための図である。図18は、全暖房運転モードと暖房主体運転モードにおける第2流路切替装置14の動作を説明するための図である。
図16および図17を参照して、第1流路切替装置13の動作を説明する。
図16および図18を参照して、第2流路切替装置14の動作を説明する。
第2流路切替装置14において、冷媒がバイパスすることによる問題点について説明する。
冷房能力CCは、凝縮器の入口のエンタルピーh1と、凝縮器の出口のエンタルピーh2と、冷媒循環量CVとを用いて、以下で表される。冷房エネルギー消費効率C_COPは、冷房能力CCと、冷房消費電力CPとを用いて、以下で表される。
C_COP=CC/CP・・・(2)
図19に示すように、第2流路切替装置14を介して、圧縮機10の吐出側から凝縮器(熱源側熱交換器12)の出口までの経路を冷媒がバイパスすることによって、凝縮器の出口のエンタルピーh2が増加する。その結果、冷房能力CCおよび冷房エネルギー消費効率C_COPが低下する。
暖房能力WCは、蒸発器の入口のエンタルピーh3と、蒸発器の出口のエンタルピーh4と、冷媒循環量WVとを用いて、以下で表される。暖房エネルギー消費効率W_COPは、暖房能力WCと、暖房消費電力WPとを用いて、以下で表される。
W_COP=WC/WP・・・(4)
図20に示すように、第2流路切替装置14を介して、圧縮機10の吐出側から蒸発器(熱源側熱交換器12)の入口へ冷媒がバイパスするため、冷媒循環量WVが減少する。その結果、暖房能力WCおよび暖房エネルギー消費効率W_COPが低下する。また、全暖房運転モードおよび暖房主体運転モードよりもバイパス部分の差圧が大きいので、バイパスされる冷媒量が大きくなるので、暖房能力WCおよび暖房エネルギー消費効率W_COPの低下の影響がさらに大きくなる。
課題1に対する対策として、第2流路切替装置14の冷媒のバイパス量を減少させることが考えられる。そのためには、第2流路切替装置14と接続される高圧接続管131bの流路抵抗を増加させることが考えられる。ただし、高圧接続管131bの流路抵抗を増加させると、後述する課題2において説明するように、流路の切替時に、切替え不良が発生する可能性がある。
課題2について説明する。
図21は、空気調和装置100を全冷房モードまたは冷房主体モードから全暖房モードまたは暖房主体モードに切り替えるときの第1流路切替装置13の状態を説明するための図である。
図22は、空気調和装置100を全冷房モードまたは冷房主体モードから全暖房モードまたは暖房主体モードに切り替えるときの第2流路切替装置14の状態を説明するための図である。
図23は、空気調和装置100を全暖房モードまたは暖房主体モードから全冷房モードまたは冷房主体モードに切り替えるときの第1流路切替装置13の状態を説明するための図である。
図24は、空気調和装置100を全暖房モードまたは暖房主体モードから全冷房モードまたは冷房主体モードに切り替えるときの第2流路切替装置14の状態を説明するための図である。
空気調和装置100を全冷房モードまたは冷房主体モードから全暖房モードまたは暖房主体モードに切り替えるときに、第2流路切替装置14では、冷媒が第1圧力室134bから空間140bへパイパスするため、バイパス量と同量以上の冷媒を第1圧力室134bに供給することによって、第1圧力室134bの圧力を低下しないようにすることができる。これによって、第1圧力室134bと第2圧力室135bの圧力差を維持することができ、切替え動作への悪影響を低減できる。
課題1の対策では、高圧接続管131bの流路抵抗を増加させることが必要となり、課題2の対策では、高圧接続管131bの流路抵抗を減少させることが必要となり、両者は、相反する。よって、本実施の形態の室外機1は、高圧接続管131の流路抵抗を変化させる流路抵抗可変機構を備える。制御装置60は、冷房運転から暖房運転への第1切替時および暖房運転から冷房運転への第2切替時には、流路抵抗可変機構の流路抵抗を小さくする。制御装置60は、第1切替時および第2切替時以外のときには、流路抵抗可変機構の流路抵抗を大きくする。
図25に示すように、実施の形態1では、室外機1は、流路抵抗可変機構として、第2流路切替装置14に接続される高圧接続管131bに設けられる電磁弁51を備える。
ステップS101において、制御装置60が、空気調和装置100の冷房運転から暖房運転への第1切替時および空気調和装置100の暖房運転から冷房運転への第2切替時に流路切替信号を受信すると、処理がステップS102に進む。
図27は、実施の形態2に係る空気調和装置100の構成および全冷房運転モードにおける冷媒の流れを示す図である。
図28に示すように、第1連通管147bと高圧接続管131cとがノードNO1で連通される。第2連通管157bと高圧接続管131dとがノードNO2で連通される。高圧接続管131cに電磁弁61が設けられる。高圧接続管131dに電磁弁62が設けられる。
第2開閉装置、25,25a,25b,25c,25d 負荷側絞り装置、26a,26b,26c,26d 負荷側熱交換器、27 第2中継絞り装置、29 気液分離器、30 第1中継絞り装置、31a,31b,31c,31d,32a,32b,32c,32d 温度センサ、33,34 圧力センサ、40 吐出圧力センサ、43 吐出温度センサ、46 外気温度センサ、50a 第1熱媒体流路切替装置、51,61,62 電磁弁、60 制御装置、70 熱媒体配管、100 空気調和装置、101 冷媒回路、131a,131b,131c,131d 高圧接続管、132a,132b,132c,132d 低圧接続管、133a,133b 第1容器、134a,134b 第1圧力室、135a,135b 第2圧力室、136a,136b 第1仕切部、137a,137b 第2仕切部、138a,138b 連結部、139a,139b 第1弁体部、140a,140b 空間、141a,141b,142a,142b,143a,143b,144a,144b 切替管、146a,146b 第2容器、147a,147b 第1連通管、157a,157b 第2連通管、148a,148b 第2弁体部、149a,149b 駆動部、150a,150b 電磁石、151a,151b プランジャ、152a,152b バネ、153a,153b 支柱、154a,154b,155a,155b シール、171a,171b 第1仕切板、172a,172b 第2仕切板、701a,701b 主弁、702a,702b パイロット弁、703a,703b ピストン。
Claims (17)
- 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記冷媒と外気との間で熱交換させる熱源側熱交換器と、
前記圧縮機の吐出側と接続される第1高圧接続管と、
前記圧縮機の吸入側と接続される低圧接続管と、
前記圧縮機の吐出側と接続される第1流路切替装置と、
前記第1流路切替装置と接続される第2流路切替装置とを備え、
前記第2流路切替装置は、主弁と、パイロット弁と、前記主弁と前記パイロット弁とを連通させる第1連通管および第2連通管とを含み、
前記主弁は、
第1容器と、
前記第1容器内に配置されたピストンと、
前記第1容器に連通する第1切替管、第2切替管、第3切替管および第4切替管を含み、
前記ピストンは、
第1仕切部および第2仕切部と、
前記第1仕切部と前記第2仕切部とを連結する連結部と、
前記連結部に設けられた第1弁体部とを含み、
前記第1仕切部は、前記第1仕切部と前記第1容器の一端との間の第1圧力室の圧力が、前記第1仕切部と前記第2仕切部との間の空間の圧力よりも高いときに、前記第1圧力室から前記空間に冷媒をバイパスするための第1バイパス構造を含み、
前記第2仕切部は、前記第2仕切部と前記第1容器の他端との間の第2圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときに、前記第2圧力室から前記空間に冷媒をバイパスするための第2バイパス構造を含み、
前記第1連通管は、前記第1圧力室と連通し、前記第2連通管は、前記第2圧力室と連通し、
前記パイロット弁は、
冷房運転時に前記第1高圧接続管および前記低圧接続管のうちの一方を、前記第1連通管と連通させ、暖房運転時に前記第1高圧接続管および前記低圧接続管のうちの他方を前記第2連通管と連通させ、
前記第1圧力室および前記第2圧力室への冷媒の流路の抵抗を可変にするための流路抵抗可変機構を備える、室外機。 - 前記流路抵抗可変機構は、前記第1高圧接続管に設けられる、請求項1記載の室外機。
- 前記冷房運転から前記暖房運転への第1切替時、および前記暖房運転から前記冷房運転への第2切替時において、前記流路抵抗可変機構の流路抵抗は小さく、前記第1切替時および前記第2切替時以外のときには、前記流路抵抗可変機構の流路抵抗は大きい、請求項2記載の室外機。
- 前記流路抵抗可変機構は、第1電磁弁を含む、請求項3記載の室外機。
- 前記第1切替時および前記第2切替時において、前記第1電磁弁の開度が大きく、前記第1切替時および前記第2切替時以外のときには、前記第1電磁弁の開度が小さい、請求項4記載の室外機。
- 前記流路抵抗可変機構は、
前記第1連通管に連通された第2高圧接続管と、
前記第2高圧接続管に連通された第2電磁弁と、
前記第2連通管に連通された第3高圧接続管と、
前記第2高圧接続管に設けられた第3電磁弁とを含む、請求項1記載の室外機。 - 前記冷房運転から前記暖房運転への第1切替時において、前記第2電磁弁は開き、前記第3電磁弁は閉じ、
前記暖房運転から前記冷房運転への第2切替時において、前記第2電磁弁は閉じ、前記第3電磁弁は開き、
前記第1切替時および前記第2切替時以外のときには、前記第2電磁弁および前記第3電磁弁は閉じる、請求項6記載の室外機。 - 前記第1仕切部は、第1仕切板と、前記第1仕切板に固着された第1シールとを含み、
前記第1圧力室の圧力が前記空間の圧力以下のときには、前記第1シールは、前記第1容器の内面と前記第1シールとが接触するような位置を維持し、
前記第1圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときには、前記第1シールは、前記第1容器の内面と前記第1仕切板との間にバイパス流路が形成されるような位置に傾く、請求項1~7のいずれか1項に記載の室外機。 - 前記第2仕切部は、第2仕切板と、前記第2仕切板に固着された第2シールとを含み、
前記第2圧力室の圧力が前記空間の圧力以下のときには、前記第2シールは、前記第1容器の内面と前記第2仕切板とが接触するような位置を維持し、
前記第2圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときには、前記第2シールは、前記第1容器の内面と前記第2仕切板との間にバイパス流路が形成されるような位置に傾く、請求項1~8のいずれか1項に記載の室外機。 - 前記第1圧力室の圧力と、前記第2圧力室の圧力との差によって、前記ピストンがスライドする、請求項1~9のいずれか1項に記載の室外機。
- 前記第1切替管は、前記ピストンのスライド範囲内において、前記空間に常に連通され、
前記ピストンのスライドに応じて、前記第2切替管および前記第4切替管のうちの一方が前記空間と連通し、前記第2切替管と前記第4切替管のうちの他方が、前記第3切替管と前記第1弁体部の内部で連通する、請求項10記載の室外機。 - 前記第1切替管は、前記熱源側熱交換器と接続され、
前記第2切替管は、前記第1流路切替装置と接続され、
前記第3切替管は、前記圧縮機の吸入側と接続され、
前記第4切替管は、前記室外機とともに冷媒回路を構成する中継装置と接続される、請求項11記載の室外機。 - 前記第1高圧接続管には、前記第1流路切替装置と前記圧縮機の吐出側との間の高圧な前記冷媒が流入し、
前記低圧接続管には、前記第2流路切替装置と前記圧縮機の吸入側との間の低圧な前記冷媒が流入する、請求項1~12のいずれか1項に記載の室外機。 - 前記第2高圧接続管および前記第3高圧接続管には、前記第1流路切替装置と前記圧縮機の吐出側との間の高圧な前記冷媒が流入する、請求項6または7記載の室外機。
- 前記パイロット弁は、
前記第1高圧接続管及び前記低圧接続管が連通された第2容器と、
前記第2容器内に配置され、スライド範囲内にて、前記低圧接続管の接続部を常に内部に疎通しつつ、前記第1連通管の接続部又は前記第2連通管の接続部のいずれか一方を内部に疎通自在に切り替えられる第2弁体部と、
前記第2弁体部をスライドさせる駆動部とを備える、請求項1~14のいずれか1項に記載の室外機。 - 前記第1流路切替装置は、主弁と、パイロット弁と、前記主弁と前記パイロット弁とを連通させる第1連通管および第2連通管とを含み、
前記主弁は、
第1容器と、
前記第1容器内に配置されたピストンと、
前記第1容器に連通する第1~第4切替管とを備え、
前記ピストンは、
第1仕切部および第2仕切部と、
前記第1仕切部と前記第2仕切部とを連結する連結部と、
前記連結部に設けられた第1弁体部とを含み、
前記第1仕切部は、前記第1仕切部と前記第1容器の一端との間の第1圧力室の圧力が、前記第1仕切部と前記第2仕切部との間の空間の圧力よりも高いときに、前記第1圧力室から前記空間に冷媒をバイパスするための第1バイパス構造を含み、
前記第2仕切部は、前記第2仕切部と前記第1容器の他端との間の第2圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときには、前記第2圧力室から前記空間に冷媒をバイパスするための第2バイパス構造を含み、
前記第1連通管は、前記第1圧力室と連通し、前記第2連通管は、前記第2圧力室と連通し、
前記パイロット弁は、
冷房運転時に前記第1高圧接続管および前記低圧接続管のうちの一方を、前記第1連通管と連通させ、暖房運転時に前記第1高圧接続管および前記低圧接続管のうちの他方を前記第2連通管と連通させ、
前記第1圧力室の圧力と、前記第2圧力室の圧力との差によって、前記ピストンがスライドし、
前記第1切替管は、前記ピストンのスライドに係わらず、前記空間に連通され、
前記ピストンのスライドに応じて、前記第2切替管および前記第4切替管のうちの一方が前記空間と連通し、前記第2切替管と前記第4切替管のうちの他方が、前記第3切替管と前記第1弁体部の内部で連通し、
前記第1切替管は、前記圧縮機の吐出側と接続され、
前記第2切替管は、前記熱源側熱交換器と接続され、
前記第3切替管は、前記第2流路切替装置と接続され、
前記第4切替管は、前記中継装置と接続され、
前記第1仕切部は、第1仕切板と、前記第1仕切板に固着された第1シールとを含み、
前記第1圧力室の圧力が前記空間の圧力以下のときには、前記第1シールは、前記第1容器の内面と前記第1シールとが接触するような位置を維持し、
前記第1圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときには、前記第1シールは、前記第1容器の内面と前記第1仕切板との間にバイパス流路が形成されるような位置に傾き、
前記第2仕切部は、第2仕切板と、前記第2仕切板に固着された第2シールとを含み、
前記第2圧力室の圧力が前記空間の圧力以下のときには、前記第2シールは、前記第1容器の内面と前記第2仕切板とが接触するような位置を維持し、
前記第2圧力室の圧力が前記空間の圧力よりも高いときには、前記第2シールは、前記第1容器の内面と前記第2仕切板との間にバイパス流路が形成されるような位置に傾く、請求項12記載の室外機。 - 請求項12記載の室外機と、
前記中継装置と、
前記中継装置と配管で接続された負荷側熱交換器を有し、前記冷媒回路に含まれる1以上の室内機とを備える、空気調和装置。
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