JPWO2011104869A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】設備コストを増大させることなく1つの冷凍サイクルで除湿運転を行うことができるチラー型の空気調和装置を提供する。【解決手段】本発明の空気調和装置は、被冷却空間(60)に設置された第1の室内熱交換器(61a)と室外に設置された第1の利用側熱交換器(28a)とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第1の熱搬送媒体回路(8a)、および被冷却空間に設置された第2の室内熱交換器(61b)と室外に設置された第2の利用側熱交換器(28b)とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第2の熱搬送媒体回路(8b)の2つの熱搬送媒体回路を備えている。そして、本発明の空気調和装置は、第1の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部に、第2の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部と共通で用いられる共通配管(65b)を組み込み、共通配管に熱搬送媒体循環ポンプ(67)を組み込んだ構成となっている。【選択図】図1

Description

本発明は、空気調和装置に係り、特に、被冷却空間に設置された室内熱交換器に水や熱媒体を循環させることにより空調を行うチラー型の空気調和装置に好適なものである。
一般家屋やオフィスビル等をセントラル方式(一カ所で冷水や温水を作り、各室に循環する方式のこと)で除湿運転を行う従来の技術としては、例えば、特許文献1に記載された技術がある。特許文献1に記載の技術は、ヒートポンプ式の冷凍機ユニットに氷蓄熱を行う蓄熱槽ユニットと熱交換器とを並列に接続し、冷凍機ユニットからのブラインを蓄熱槽または熱交換器のいずれか一方に送るブライン切替弁装置を備え、熱交換器からの温水または冷水を温水コイルと冷水コイルのどちらかに送るかを切り替える送水切替え弁装置と、冷水コイルからの冷水を蓄熱槽ユニットと熱交換器のどちらかに戻すかを切り替える返水切替弁装置とを設ける事によって除湿運転を可能とする技術である。
特開2003−120965号公報
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、除湿運転を行うために冷水・温水を個別に搬送する手段が必要となる。そのため、特許文献1の技術では、複数のポンプ、配管、流量制御弁などを設けなければならず、設備コストが増大するといった課題がある。さらに、特許文献1の技術では、複数の機器を制御しなければならないため、制御が複雑になるといった課題を有している。
また、特許文献1に記載の技術では、温水コイルと冷水コイルが空気の流れに対して前後に直列で、かつ温水コイルが空気流れに対して冷水コイルより後流側(下流側)に配置されているため、冷水−温水といった順序で除湿する方式の除湿運転を行った場合(つまり、冷水により冷却除湿してから温水により再加熱して室内に空気を送風する除湿運転を行った場合)には適した配置となっているが、冷房運転や暖房運転においては、その配置のために、空気流れに対して後流側の温水コイルでは空気と冷媒との温度差を大きく取ることができない。そのため、特許文献1の技術では、冷房運転や暖房運転の際に、その温水コイルの熱交換器を効率良く利用することができないといった課題を有している。
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、部品点数を削減でき、制御を簡単にできるチラー型の空気調和装置を提供することにある。また、第2の目的は、熱交換効率の良いチラー型の空気調和装置を提供することにある。また、第3の目的は、1つの冷凍サイクルで除湿運転を行うことができるチラー型の空気調和装置を提供することにある。
上記した課題を解決するために、本発明に係る空気調和装置は、被冷却空間に設置された第1の室内熱交換器と室外に設置された第1の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第1の熱搬送媒体回路、および前記被冷却空間に設置された第2の室内熱交換器と室外に設置された第2の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第2の熱搬送媒体回路の2つの熱搬送媒体回路を備えた空気調和装置であって、前記第1の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部に、前記第2の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部と共通で用いられる共通配管を組み込み、前記共通配管に、水またはブラインを前記第1の熱搬送媒体回路および前記第2の熱搬送媒体回路に同時に循環させることが可能な熱搬送媒体循環ポンプを組み込んだことを特徴としている。
本発明によれば、第1の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部に、第2の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部と共通で用いられる共通配管を組み込み、その共通配管に熱搬送媒体循環ポンプを組み込む構成としたので、配管および熱搬送媒体循環ポンプの数を削減することができる。よって、本発明は設備コストを軽減することができる。また、本発明は、2温度の熱搬送媒体を1つの熱搬送媒体循環ポンプで循環させることができるため、制御が簡単になる。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、前記第1の熱搬送媒体回路または前記第2の熱搬送媒体回路に、水またはブラインの流量を制御する熱搬送媒体用流量制御弁を設けたことを特徴としている。
本発明によれば、熱搬送媒体用流量制御弁を第1の熱搬送媒体回路または第2の熱搬送媒体回路の何れかに設けているので、設備コストを軽減することができ、制御も簡単である。そのうえ、熱搬送媒体用流量制御弁の有無で第1と第2の熱搬送媒体回路の区別ができるため、本発明は、配管工事において作業ミスが生じ難いといった利点もある。
なお、上記構成において、第1の室内熱交換器および第2の室内熱交換器の出入口(室内ユニットの出入口)に温度センサ及び湿度センサを設けておくことが望ましい。何故なら、除湿運転時には、冷却・除湿量に基づいて熱搬送媒体循環ポンプの総輸送量を確定し、出入口の温度センサの検出値に基づいた再加熱量に応じて熱搬送媒体用流量制御弁を制御すれば、除湿量の制御を簡単に行うことができるからである。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、前記第1の室内熱交換器と前記第2の室内熱交換器との位置関係は、前記第1の室内熱交換器と前記第2の室内熱交換器に流入する空気の流れ方向に対して平行であることを特徴としている。
本発明によれば、第1の室内熱交換器と第2の室内熱交換器が空気流れに対して平行に配置されているため、それぞれの室内熱交換器へ流入する空気の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の室内熱交換器および第2の室内熱交換器を流れる空気と熱搬送媒体(水またはブライン)との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、本発明に係る空気調和装置によれば、熱交換効率を良くする事ができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、前記第1の室内熱交換器は、前記第2の室内熱交換器より鉛直方向の上方に位置することを特徴としている。
本発明によれば、除湿運転時に第2の室内熱交換器(冷水コイル)で発生したドレン水が滴下しても、第1の室内熱交換器(温水コイル)は第2の室内熱交換器(冷水コイル)より上方に位置しているので、ドレン水が第1の室内熱交換器(温水コイル)に流入することがない。このため、本発明では、除湿によるドレン水が第1の室内熱交換器(温水コイル)によって再蒸発するといった問題も生じない。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、前記第1の熱搬送媒体回路および前記第2の熱搬送媒体回路を構成する配管のうち、前記共通配管の内径をdiRとし、それ以外の配管の内径をdiCとしたときに、diCをdiRで除した値(即ち、diC/diR)が0.5以上かつ0.8以下であることを特徴としている。
本発明によれば、共通配管の内径とそれ以外の配管の内径を上記した構成としているので、共通配管での圧力損失の増加を抑えることができ、熱搬送媒体循環ポンプの動力の増加を抑えることができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、冷房運転と暖房運転とを切替えて行う空調用冷媒回路を備え、前記空調用冷媒回路は、空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、第1の空調用膨張弁、前記第1の利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成された空調用冷媒メイン回路を備え、前記空調用冷媒メイン回路に、前記第1の利用側熱交換器をバイパスする空調用冷媒分岐路を設け、前記第1の利用側熱交換器と並列に接続されるように、前記空調用冷媒分岐路に前記第2の利用側熱交換器を設け、前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器とが直列に接続されるように、前記空調用冷媒メイン回路と前記空調用冷媒分岐路とを空調用バイパス配管で接続し、前記空調用冷媒回路に、第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器との接続を直列と並列とに切替えるための接続切替手段を設け、前記接続切替手段により前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器とが直列に接続された状態における前記空調用冷媒回路の前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器との間の位置に、第2の空調用膨張弁を設けたことを特徴としている。
本発明によれば、第2の空調用膨張弁を設けているため、例えば冷房運転においては、第1の空調用膨張弁で空調用冷媒の減圧量・流量を制御し、第2の空調用膨張弁を全開にすることによって、空調用熱源側熱交換器を凝縮器として作用させ、第1の利用側熱交換器および第2の利用側熱交換器を共に蒸発器として作用させる事ができる。
また、本発明によれば、暖房運転においては、第1の空調用膨張弁で空調用冷媒の減圧量・流量を制御し、第2の空調用膨張弁を全開にすることによって、第1の利用側熱交換器および第2の利用側熱交換器を共に凝縮器として作用させ、空調用熱源側熱交換器を蒸発器として作用させることができる。
また、本発明によれば、除湿運転において、第1の空調用膨張弁を全開にし、第2の空調用膨張弁を制御する事によって、次のような運転を行うことができる。例えば、冷却・除湿負荷が比較的高い場合には、空調用流路切替弁を冷房側に切替えて、空調用熱源側熱交換器を凝縮器として作用させる。この際、空調用熱源側熱交換器で放熱する放熱量は、冷却・除湿後の空気を再加熱する再加熱量に対応した放熱量になるように、室外ファンを制御する。空調用熱源側熱交換器を通過した空調用冷媒は、第1の利用側熱交換器を凝縮器として作用させることにより、水またはブライン(熱搬送媒体)へ熱を放熱する。その後、空調用冷媒は、空調用バイパス配管を通過し、第2の空調用膨張弁を通過して減圧・膨張する。第2の空調用膨張弁を通過した空調用冷媒は、第2の利用側熱交換器で水またはブライン(熱搬送媒体)から熱を吸熱し、空調用流路切替弁を通って空調用圧縮機へと還流する。このような除湿運転が、本発明では可能である。
このように、本発明によれば、1つの冷凍サイクルで冷房、暖房、冷房除湿の3つのモードの運転ができる。また、本発明は、第1の利用側熱交換器および第2の利用側熱交換器を効率良く使用する事ができるため、省エネ性にも優れている。
また、本発明は、第1の空調用膨張弁に対して第1の利用側熱交換器および第2の利用側熱交換器を並列に接続させる事が可能なため、それぞれの利用側熱交換器へ流入する空調用冷媒の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の利用側熱交換器および第2の利用側熱交換器を流れる空調用冷媒と水またはブライン(熱搬送媒体)との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、本発明によれば、熱交換効率を良くする事ができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、上記構成において、空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、第1の空調用膨張弁、前記第2の利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、冷房運転と暖房運転とを切替えて行う空調用冷媒回路と、太陽熱を集熱する太陽熱集熱器と前記第1の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成された太陽熱循環回路とを備えた
本発明によれば、空調用圧縮機を駆動して、空調用冷媒回路による冷房運転および暖房運転を行うことができるうえ、第1の利用側熱交換器が太陽熱循環回路に組み込まれているため、太陽熱を利用した暖房運転が可能である。具体的に言うと、本発明は、第2の室内熱交換器では空調サイクルの運転により得られた温熱を被冷却空間に放熱し、第1の室内熱交換器では、太陽熱を被冷却空間に放熱することができる。このように、本発明では、空調サイクルの暖房負荷を太陽熱で一部負担する(アシストする)ことができるため、空調サイクルの運転に掛かる消費電力を低減することが可能である。
また、本発明では、例えば、第2の室内熱交換器を用いて被冷却空間の冷却除湿を行い、第1の室内熱交換器を用いて太陽熱による再加熱を行うことができる。つまり、本発明は、第2の室内熱交換器を冷却除湿器(冷水コイル)として作用させ、第1の室内熱交換器を再加熱器(温水コイル)として作用させることにより、室内温度と等温の除湿運転を行うことができる。このように、本発明は、再加熱による熱量を太陽熱から得ることができる構成であるため、消費電力を低減することができる。
本発明に係る空気調和装置は、設備コストを増大させることなく、1つの冷凍サイクルで除湿運転を行うことができる。しかも、本発明に係る空気調和装置は、運転の制御が簡単であるうえ、熱交換効率が向上し、消費電力の低減および省エネ性の向上を実現できる。
本発明の第1の実施の形態例に係る空気調和装置の系統図である。 図1に示す空気調和装置の運転モードNo.1における冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図1に示す空気調和装置の運転モードNo.2における冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図1に示す空気調和装置の運転モードNo.3における冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図1に示す空気調和装置の運転モードNo.1〜No.3における各機器の状態を説明するための図である。 本発明の第2の実施の形態例に係る空気調和装置の系統図である。 図6に示す空気調和装置の運転モードNo.Aにおける冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図6に示す空気調和装置の運転モードNo.Bにおける冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図6に示す空気調和装置の運転モードNo.Cにおける冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。 図6に示す空気調和装置の運転モードNo.Dにおける冷媒と熱搬送媒体の流れを示す動作図である。
まず、本発明の第1の実施の形態例に係る空気調和装置の構成について、図1を参照しながら説明する。
本発明の第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、図1に示すように、冷房運転と暖房運転とを切り替えて行う空調用冷媒回路5と、住宅(被冷却空間)60の室内の空調を行う空調用冷温水循環回路8とを備えた室外ユニット1と、第1の室内熱交換器61a、第2の室内熱交換器61b、および室内ファン62を備えた室内ユニット2を備えている。室外ユニット1は室外に設置され、室内ユニット2は住宅60内に設置される。
空調用冷媒回路5は、空調用冷媒が循環する回路であり、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機21、空調用冷媒の流路を切り替える四方弁(空調用流路切替弁)22、ファン25により送られてくる大気と熱交換を行う空調用熱源側熱交換器24、空調用冷媒を減圧する第1の空調用膨張弁27aおよび第2の空調用膨張弁27b、空調用冷温水循環回路8と熱交換を行う第1の空調用利用側熱交換器(第1の利用側熱交換器)28aおよび第2の空調用利用側熱交換器(第2の利用側熱交換器)28bを冷媒配管で接続して環状に形成されている。この空調用冷媒回路5によって空調用の冷凍サイクル(空調サイクル)が形成されている。
空調用圧縮機21は、容量制御が可能な可変容量型圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能である。具体的には、空調用圧縮機21は、スクロール式の圧縮機であり、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。
続いて、空調用冷媒回路5の構成の詳細について説明する。空調用冷媒回路5は、まず、空調用圧縮機21の吐出口21b、四方弁22、空調用熱源側熱交換器24、第1の空調用膨張弁27a、第1の空調利用側熱交換器28a、四方弁22、空調圧縮機21の吸込口21aの順に冷媒配管で接続して環状に形成された空調用冷媒メイン回路5aを備えている。
空調用冷媒回路5は、この空調用冷媒メイン回路5aに後述する第1の空調用冷媒分岐路5bおよび空調用バイパス配管29が設けられて構成されている。
第1の空調用冷媒分岐路5bは、第1の空調利用側熱交換器28aをバイパスする空調用冷媒分岐路であり、具体的には、第1の空調利用側熱交換器28aと第1の空調用膨張弁27aとの間の位置にある分岐点Aと、第1の空調利用側熱交換器28aと四方弁22との間の位置にある分岐点Bとを冷媒配管で接続して形成された空調用冷媒分岐路である。この第1の空調用冷媒分岐路5bには、第2の空調利用側熱交換器28bが設けられていると共に、分岐点Aに三方弁34aが設けられている。
さらに、空調用冷媒メイン回路5aにおいて第1の空調利用側熱交換器28aと分岐点Bの間に形成された分岐点Cには、三方弁34bが設けられている。そして、空調用冷媒メイン回路5aの分岐点Cと第1の空調用冷媒分岐路5bのうち第2の空調利用側熱交換器28bと分岐点Aの間の位置にある分岐点Dとは、空調用バイパス配管29で接続されている。
よって、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとは、第1の空調用膨張弁27aおよび四方弁22に対して互いに並列に接続されているだけでなく、空調用バイパス配管29を介して互いに直列に接続されることになる。
さらに、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとが直列に接続されている状態において、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとの間の位置には、第2の空調用膨張弁27bが設けられている。より具体的に言うと、空調用バイパス配管29が第1の空調用冷媒分岐路5bと接続する位置(即ち、分岐点D)と第2の空調利用側熱交換器28bとの間の位置に、第2の空調用膨張弁27bは組み込まれているのである。
このように構成された空調用冷媒回路5によれば、三方弁34aおよび三方弁34bを操作することにより、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとの接続が直列と並列との何れかに切り替わる。よって、空調用冷媒の流路として、空調用冷媒が第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとの双方に分かれて流れていく流路と、空調用冷媒が第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bの一方から他方へ順に流れていく流路との2つの流路が形成される。ここで、この実施の形態例における三方弁34aおよび三方弁34bが、本発明の接続切替手段に相当する。
なお、空調用冷媒回路5を循環する空調用冷媒としては、例えば、R410a、R134a、HFO1234yf、HFO1234ze、CO2、C3H8を用いることができる。
次に、空調用冷温水循環回路8は、第1の室内熱交換器61aと第1の空調利用側熱交換器28aとを配管で接続して環状に形成された第1の空調用冷温水回路(第1の熱搬送媒体回路)8aと、第2の室内熱交換器61bと第2の空調利用側熱交換器28bとを配管で接続して環状に形成された第2の空調用冷温水回路(第2の熱搬送媒体回路)8bとを有している。なお、第1の空調用冷温水回路8aおよび第2の空調用冷温水回路8bを流れる熱搬送媒体は水(冷水または温水)であるが、寒冷地で使用されるような場合には、水に代えてエチレングリコール等のブラインを用いても良い。
なお、以下の説明において、空調用冷温水循環回路8(第1の空調用冷温水回路8aおよび第2の空調用冷温水回路8b)を流れる水として「冷水」または「温水」という言葉が用いられることがあるが、「冷水」とは冷房時に空調用冷温水循環回路8を流れる水の意味で用いられ、「温水」とは暖房時に空調用冷温水循環回路8を流れる水の意味で用いられていることを、ここで付言しておく。
第1の空調用冷温水回路8aは、住宅60に設置された第1の室内熱交換器61a、空調用冷温水循環ポンプ(熱搬送媒体循環ポンプ)67、流量制御弁(熱搬送媒体用流量制御弁)63、第1の空調利用側熱交換器(第1の利用側熱交換器)28aを空調用冷温水配管65a〜65dで順次接続して環状に形成された回路である。より詳細に説明すると、第1の空調用冷温水回路8aは、第1の室内熱交換器61aから第1の空調用利用側熱交換器28aまでの水の往路を空調用冷温水配管65a、65b、65cの順で接続して形成し、第1の空調用利用側熱交換器28aから第1の室内熱交換器61aまでの水の復路を空調用冷温水配管65dで接続して形成している。ここで、空調用冷温水配管65bは、第2の空調用冷温水回路8bを構成する空調用冷温水配管の一部としても用いられる共通配管である。その空調用冷温水配管65bに、空調用冷温水循環ポンプ67は組み込まれている。なお、流量制御弁63は、第1の空調用冷温水回路8aの空調用冷温水配管65cに設けられている。この流量制御弁63の弁開度を調整することにより、第1の空調用冷温水回路8aおよび第2の空調用冷温水回路8bに流す水の流量を調整することができるようになっている。
このように構成された第1の空調用冷温水回路8aによれば、空調用冷温水循環ポンプ67により送り出された水は、流量制御弁63を通り、第1の空調利用側熱交換器28aを流れ、続いて第1の室内熱交換器61aを流れた後、空調用冷温水配管(共通配管)65bを通って再び空調用冷温水循環ポンプ67へと戻ってくる。
一方、第2の空調用冷温水回路8bは、住宅60に設置された第2の室内熱交換器61b、空調用冷温水循環ポンプ67、第2の空調利用側熱交換器28bを空調用冷温水配管68a、68c、68dおよび空調用冷温水配管65bで順次接続して環状に形成された回路である。より詳細に説明すると、第2の空調用冷温水回路8bは、第2の室内熱交換器61bから第2の空調用利用側熱交換器28bまでの水の往路を空調用冷温水配管68a、65b、68cの順で接続して形成し、第2の空調用利用側熱交換器28bから第2の室内熱交換器61bまでの水の復路を空調用冷温水配管68dで接続して形成している。
このように構成された第2の空調用冷温水回路8bによれば、空調用冷温水循環ポンプ67により送り出された水は、第2の空調利用側熱交換器28bを流れ、次に第2の室内熱交換器61bを流れた後、空調用冷温水配管(共通配管)65bを通って再び空調用冷温水循環ポンプ67へと戻ってくる。
また、空調用冷温水配管65bの内径(diR)は、その他の空調用冷温水配管65a、65c、65d、68a、68c、68dの内径(diC)よりも大きいものとなっており、具体的には、0.5≦diC/diR≦0.8の関係を満たすものとなっている。この構成により、空調用冷温水配管65bにおいて水の圧力損失の増加は殆どない。よって、空調用冷温水循環ポンプ67の動力の増加は抑えられているのである。
また、第1の室内熱交換器61aと第2の室内熱交換器61bとは、室内ファン62の空気の流れ方向(図1の矢印FDの方向)に対して平行に配置されている。さらに、第1の室内熱交換器61aは、第2の室内熱交換器61bよりも鉛直方向の上方に配置されている。
なお、空調用冷媒回路5および空調用冷温水循環回路8には、図示しないが、温度センサや流量センサが適宜設けられている。そして、これらの温度センサや流量センサの検出信号は、空気調和装置に設けられた制御装置1aに取り込まれている。この制御装置1aは、図示しないリモコンの操作信号と、各温度センサおよび流量センサの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、各回路5、8に組み込まれた各種機器(圧縮機、ポンプ、ファン、膨張弁、制御弁、四方弁、三方弁など)の動作を制御する。
続いて、上記した空気調和装置によって行われる各種運転モードについて、図2〜図5を参照しながら説明する。ここで、図2〜図4において、各熱交換器に付された矢印は熱の流れを示しており、空調用冷媒回路5および空調用冷温水循環回路8に付された矢印は、流体が各回路を流れる向きを示している。また、図2〜図4において、白色の三方弁は、3つのポート全てが開状態であることを示しており、3つのポートのうち2つが白色で残り1つが黒色の三方弁は、白色のポートが開状態、黒色のポートが閉状態であることを示している。また、図2〜図4において、四方弁に描かれた円弧状の実線は、四方弁を流れる流体の流路を示している。図中、白抜きの矢印は、熱の流れ方向を示している。
「運転モードNo.1<冷房運転>」(図2参照)
運転モードNo.1は、冷房運転を行うモードである。この運転モードNo.1では、図5の「運転モードNo.1」の欄に示すように、空調用熱源側熱交換器24が凝縮器として使用され、第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bは蒸発器として使用される。この運転モードNo.1では、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとは、三方弁34aおよび三方弁34bにより、並列に接続された状態となっている。なお、この運転モードNo.1では、第1の空調用膨張弁27aは所定の弁開度に制御され、第2の空調用膨張弁27bは全開となっている。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24に流入した高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。そして、空調用熱源側熱交換器24から流れ出た高圧の液冷媒は、第1の空調用膨張弁27aで住宅60内の冷却・除湿負荷に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。その気液二相冷媒は、三方弁34aを通って、第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bへとそれぞれ分かれて流入する。第1の空調利用側熱交換器28aを流れる気液二相冷媒は、第1の空調用冷温水回路8aを流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。同様に、第2の空調利用側熱交換器28bを流れる気液二相冷媒は、第2の空調用冷温水回路8bを流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。第1の空調利用側熱交換器28aから流れ出たガス冷媒と第2の空調利用側熱交換器28bから流れ出たガス冷媒は、分岐点Bで合流した後に、四方弁22を通って空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第1の空調用冷温水回路8aでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第1の空調利用側熱交換器28aを流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水配管65dを流れた後に、第1の室内熱交換器61aに流入する。第1の室内熱交換器61aでは、第1の空調用冷温水回路8a内の冷水と、住宅60内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が冷却・除湿される。つまり、第1の室内熱交換器61aは冷却・除湿器(冷水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器61aを流れる冷水は、住宅60内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、第2の空調用冷温水回路8bと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第1の空調利用側熱交換器28aにて空調用冷媒へと放熱して冷却される。
第2の空調用冷温水回路8bでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第2の空調利用側熱交換器28bを流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水配管68dを流れた後に、第2の室内熱交換器61bに流入する。第2の室内熱交換器61bでは、第2の空調用冷温水回路8b内の冷水と、住宅60内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が冷却・除湿される。つまり、第2の室内熱交換器61bは冷却・除湿器(冷水コイル)として使用されるのである。このとき、第2の室内熱交換器61bを流れる冷水は、住宅60内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、第1の空調用冷温水回路8aと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第2の空調利用側熱交換器28bにて空調用冷媒へと放熱して冷却される。
この運転モードNo.1では、空調用冷媒は、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとに同一のアプローチ温度で流入するため、第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bは、共に空調用冷媒と冷水の温度差が同じ条件下で熱交換を行うことができる。さらに、第1の室内熱交換器61aと第2の室内熱交換器61bが室内ファン62の空気流れに対して平行に配置されているため、それぞれの室内熱交換器へ流入する空気の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の室内熱交換器61aおよび第2の室内熱交換器61bを流れる空気と冷水との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、運転モードNo.1によれば、熱交換効率が良くなるといった利点がある。
「運転モードNo.2<暖房運転>」(図3参照)
運転モードNo.2は、暖房運転を行うモードである。この運転モードNo.2では、図5の「運転モードNo.2」の欄に示すように、空調用熱源側熱交換器24が蒸発器として使用され、第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bは凝縮器として使用される。この運転モードNo.2では、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとは、三方弁34aおよび三方弁34bにより、並列に接続された状態となっている。なお、この運転モードNo.2では、第1の空調用膨張弁27aは所定の弁開度に制御され、第2の空調用膨張弁27bは全開となっている。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、分岐点Bから第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bへとそれぞれ分かれて流入する。第1の空調利用側熱交換器28aを流れる高温高圧のガス冷媒は、第1の空調用冷温水回路8aを流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。同様に、第2の空調利用側熱交換器28bを流れる高温高圧のガス冷媒は、第2の空調用冷温水回路8bを流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、第1の空調利用側熱交換器28aから流れ出た液冷媒と第2の空調利用側熱交換器28bから流れ出た液冷媒は、分岐点Aで合流した後に第1の空調用膨張弁27aで室外空気温度に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24に流入した気液二相冷媒は、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、その低圧のガス冷媒は、四方弁22を通って空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第1の空調用冷温水回路8aでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第1の空調利用側熱交換器28aを流れる空調用冷媒から吸熱した温水は、空調用冷温水配管65dを流れた後に、第1の室内熱交換器61aに流入する。第1の室内熱交換器61aでは、第1の空調用冷温水回路8a内の温水と、住宅60内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が加熱される。つまり、第1の室内熱交換器61aは加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器61aを流れる温水は、住宅60内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された温水は、第2の空調用冷温水回路8bと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第1の空調利用側熱交換器28aにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
第2の空調用冷温水回路8bでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第2の空調利用側熱交換器28bを流れる空調用冷媒から吸熱した温水は、空調用冷温水配管68dを流れた後に、第2の室内熱交換器61bに流入する。第2の室内熱交換器61bでは、第2の空調用冷温水回路8b内の温水と、住宅60内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が加熱される。つまり、第2の室内熱交換器61bは加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第2の室内熱交換器61bを流れる温水は、住宅60内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された温水は、第1の空調用冷温水回路8aと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第2の空調利用側熱交換器28bにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
この運転モードNo.2では、空調用冷媒は、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとに同一のアプローチ温度で流入するため、第1の空調利用側熱交換器28aおよび第2の空調利用側熱交換器28bは、共に空調用冷媒と温水の温度差が同じ条件下で熱交換を行うことができる。さらに、第1の室内熱交換器61aと第2の室内熱交換器61bが室内ファン62の空気流れに対して平行に配置されているため、それぞれの室内熱交換器へ流入する空気の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の室内熱交換器61aおよび第2の室内熱交換器61bを流れる空気と温水との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、運転モードNo.2によれば、熱交換効率が良くなるといった利点がある。
「運転モードNo.3<冷房・除湿運転>」(図4参照)
運転モードNo.3は、冷房・除湿運転を行うモードである。この運転モードNo.3では、図5の「運転モードNo.3」の欄に示すように、空調用熱源側熱交換器24および第1の空調利用側熱交換器28aは凝縮器として使用され、第2の空調利用側熱交換器28bは蒸発器として使用される。この運転モードNo.3では、第1の空調利用側熱交換器28aと第2の空調利用側熱交換器28bとは、三方弁34aおよび三方弁34bにより、直列に接続された状態となっている。なお、この運転モードNo.3では、第1の空調用膨張弁27aは全開となっており、第2の空調用膨張弁27bは所定の弁開度に制御されている。
空調用冷媒回路5では、空調用圧縮機21の吐出口21bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22を通って、空調用熱源側熱交換器24に流入する。空調用熱源側熱交換器24に流入した高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱し、さらに、第1の空調利用側熱交換器28aにて第1の空調用冷温水回路8aを流れる冷水へ放熱することにより、凝縮して液化する。このとき、ファン25の回転数は、除湿運転時の再加熱量(第1の室内熱交換器61aで行われる熱交換量)に応じた放熱量となるように制御されている。そして、液化した低温の空調用冷媒は、空調用バイパス配管29を流れていき、第2の空調用膨張弁27bにて冷却・除湿量に応じた蒸発圧力になるように減圧、膨張して気液二相冷媒となる。その気液二相冷媒は、第2の空調利用側熱交換器28bにて第2の空調用冷温水回路8bを流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、その低圧のガス冷媒は、四方弁22を通って空調用圧縮機21の吸込口21aに流入し、空調用圧縮機21により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第1の空調用冷温水回路8aでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第1の空調利用側熱交換器28aを流れる空調用冷媒から吸熱した冷水は、空調用冷温水配管65dを流れた後に、第1の室内熱交換器61aに流入する。第1の室内熱交換器61aでは、第1の空調用冷温水回路8a内の冷水に蓄えられた温熱により第1の室内熱交換器61aへ流入した空気を再加熱する。つまり、第1の室内熱交換器61aは再加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器61aを流れる冷水は、住宅60内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された冷水は、第2の空調用冷温水回路8bと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第1の空調利用側熱交換器28aにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
第2の空調用冷温水回路8bでは、空調用冷温水循環ポンプ67を駆動することにより、第2の空調利用側熱交換器28bを流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水配管68dを流れた後に、第2の室内熱交換器61bに流入する。第2の室内熱交換器61bでは、第2の空調用冷温水回路8b内の冷水と、住宅60内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅60の空気が冷却・除湿される。つまり、第2の室内熱交換器61bは、冷却・除湿器(冷水コイル)として使用されるのである。このとき、第2の室内熱交換器61bを流れる冷水は、住宅60内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、第1の空調用冷温水回路8aと共通で用いられる空調用冷温水配管65bを流れて空調用冷温水循環ポンプ67へと戻り、再び、第2の空調利用側熱交換器28bにて空調用冷媒へと放熱して冷却される。
ここで、室内ユニット2では、第1の室内熱交換器61aにより再加熱された空気と、第2の室内熱交換器61bにより冷却・除湿された空気とが室内ファン62により撹拌されて、室内温度と同じ温度で除湿された空気となる。その空気は、室内ユニット2の図示しない吹出口から室内へと吹き出されていく。
この運転モードNo.3によれば、冷却・除湿と再加熱を同時に行うことができるため、住宅60の室内へ快適な空気を提供することができる。さらに、第1の室内熱交換器61aは、第2の室内熱交換器61bよりも鉛直方向の上方に配置されているので、運転モードNo.3の運転時に第2の室内熱交換器61bで発生したドレン水が滴下しても、第1の室内熱交換器61aは第2の室内熱交換器61bより上方に位置しているので、ドレン水が第1の室内熱交換器61aに流入することがない。このため、運転モードNo.3を運転しても、除湿によるドレン水が第1の室内熱交換器61aによって再蒸発するといった問題は生じない。
次に、本発明の第2の実施の形態例に係る空気調和装置の構成について、図6を参照しながら説明する。
本発明の第2の実施の形態例に係る空気調和装置は、図6に示すように、室外に設置される室外ユニット100および蓄熱タンクユニット103と、室内に設置される室内ユニット102を備えている。室外ユニット100は、冷房運転と暖房運転とを切り替えて行う空調用冷媒回路105と、住宅(被冷却空間)160の室内の空調を行う空調用冷温水循環回路108とを有している。また、室内ユニット102は、第1の室内熱交換器161a、第2の室内熱交換器161b、および室内ファン162を有している。また、蓄熱タンクユニット103は、太陽熱が循環する太陽熱循環回路110と、太陽熱で温められた水を住宅160へ供給するための出湯経路111を有している。
空調用冷媒回路5は、空調用冷媒が循環する回路であり、空調用冷媒を圧縮する空調用圧縮機121、空調用冷媒の流路を切り替える四方弁(空調用流路切替弁)122、ファン125により送られてくる大気と熱交換を行う空調用熱源側熱交換器124、空調用冷媒を減圧する空調用膨張弁(第1の空調用膨張弁)127a、空調用冷温水循環回路108と熱交換を行う空調用利用側熱交換器(第2の利用側熱交換器)128bを冷媒配管で順次接続して環状に形成されている。この空調用冷媒回路105によって空調用の冷凍サイクル(空調サイクル)が形成されている。
空調用圧縮機121は、容量制御が可能な可変容量型圧縮機である。このような圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式のものを採用可能である。具体的には、空調用圧縮機121は、スクロール式の圧縮機であり、インバータ制御により容量制御が可能で、低速から高速まで回転速度が可変である。
なお、空調用冷媒回路105を循環する空調用冷媒としては、例えば、R410a、R134a、HFO1234yf、HFO1234ze、CO2、C3H8を用いることができる。
空調用冷温水循環回路108は、第1の室内熱交換器161aと蓄熱タンク(第1の利用側熱交換器)128aとを配管で接続して環状に形成された第1の空調用冷温水回路(第1の熱搬送媒体回路)108aと、第2の室内熱交換器161bと空調利用側熱交換器128bとを配管で接続して環状に形成された第2の空調用冷温水回路(第2の熱搬送媒体回路)108bとを有している。なお、第1の空調用冷温水回路108aおよび第2の空調用冷温水回路108bを流れる熱搬送媒体は水(冷水または温水)であるが、寒冷地で使用されるような場合には、水に代えてエチレングリコール等のブラインを用いても良い。
なお、以下の説明において、空調用冷温水循環回路108(第1の空調用冷温水回路108aおよび第2の空調用冷温水回路108b)を流れる水として「冷水」または「温水」という言葉が用いられることがあるが、「冷水」とは冷房時に空調用冷温水循環回路108を流れる水の意味で用いられ、「温水」とは暖房時に空調用冷温水循環回路108を流れる水の意味で用いられていることを、ここで付言しておく。
第1の空調用冷温水回路108aは、住宅160に設置された第1の室内熱交換器161a、空調用冷温水循環ポンプ(熱搬送媒体循環ポンプ)167、流量制御弁(熱搬送媒体用流量制御弁)163、蓄熱タンク128aを空調用冷温水配管165a〜165dで順次接続して環状に形成された回路である。より詳細に説明すると、第1の空調用冷温水回路108aは、第1の室内熱交換器161aから蓄熱タンク128aでの水の往路を空調用冷温水配管165a、165b、165cの順で接続して形成し、蓄熱タンク128aから第1の室内熱交換器161aまでの水の復路を空調用冷温水配管168dで接続して形成している。ここで、空調用冷温水配管165bは、第2の空調用冷温水回路108bを構成する空調用冷温水配管の一部としても用いられる共通配管である。その空調用冷温水配管(共通配管)165bに、空調用冷温水循環ポンプ167は組み込まれている。なお、流量制御弁163は、第1の空調用冷温水回路108aの空調用冷温水配管165cに設けられている。この流量制御弁163の弁開度を調整することにより、第1の空調用冷温水回路108aおよび第2の空調用冷温水回路108bに流す水の流量を調整することができるようになっている。
このように構成された第1の空調用冷温水回路108aによれば、空調用冷温水循環ポンプ167により送り出された水は、流量制御弁163を通過し、蓄熱タンク128aを流れ、次に第1の室内熱交換器161aを流れた後、空調用冷温水配管165bを通って再び空調用冷温水循環ポンプ167へと戻ってくる。
一方、第2の空調用冷温水回路108bは、住宅160に設置された第2の室内熱交換器161b、空調用冷温水循環ポンプ167、空調利用側熱交換器128bを空調用冷温水配管168a、165b、168c、168dで順次接続して環状に形成された回路である。より詳細に説明すると、第2の空調用冷温水回路108bは、第2の室内熱交換器161bから空調用利用側熱交換器128bまでの水の往路を空調用冷温水配管168a、165b、168cの順で接続して形成し、空調用利用側熱交換器128aから第2の室内熱交換器161bまでの水の復路を空調用冷温水配管168dで接続して形成している。
このように構成された第2の空調用冷温水回路108bによれば、空調用冷温水循環ポンプ167により送り出された水は、空調利用側熱交換器128bを流れ、次に第2の室内熱交換器161bを流れた後、空調用冷温水配管(共通配管)165bを通って再び空調用冷温水循環ポンプ167へと戻ってくる。
さらに、空調用冷温水循環回路108は、第1の空調用冷温水回路108aを構成する空調用冷温水配管165dの第1の室内熱交換器161a入口近傍の位置に三方弁166を備えると共に、第2の空調用冷温水回路108bを構成する空調用冷温水配管168dの第2の室内熱交換器161b入口近傍の位置に空調用冷温水分岐配管168eを備えている。この空調用冷温水分岐配管168eは三方弁166と接続されている。よって、第2の空調用冷温水回路108bを流れる水は、第2の室内熱交換器161bへ流入するだけでなく、第1の室内熱交換器161aへも空調用冷温水分岐配管168eを経由して流入することが可能である。
また、空調用冷温水配管165bの内径(diR)は、その他の空調用冷温水配管165a、165c、165d、168a、168c、168d、168eの内径(diC)よりも大きいものとなっており、具体的には、0.5≦diC/diR≦0.8の関係を満たすものとなっている。この構成により、空調用冷温水配管165bにおいて水の圧力損失の増加は殆どない。よって、空調用冷温水循環ポンプ167の動力の増加は抑えられているのである。
また、第1の室内熱交換器161aと第2の室内熱交換器161bとは、室内ファン162の空気の流れ方向(図6の矢印FDの方向)に対して平行に配置されている。さらに、第1の室内熱交換器161aは、第2の室内熱交換器161bよりも鉛直方向の上方に配置されている。
次に、太陽熱循環回路110は、住宅160の屋根に設置された太陽熱集熱器104と蓄熱タンク(第1の利用側熱交換器)128aとを太陽熱用配管182、183で接続して環状に形成された回路である。太陽熱用配管182には、太陽熱用循環ポンプ185が組み込まれている。太陽熱集熱器104で加熱された水またはブライン(太陽熱搬送媒体)は、太陽熱用循環ポンプ185を駆動することにより、太陽熱循環回路110内を循環し、蓄熱タンク128aを流れる間に、蓄熱タンク128aに貯留されている水と熱交換を行う。これにより、太陽熱を用いて蓄熱タンク128a内の水を温めることができる。なお、太陽熱循環回路110を流れる水またはブラインの流量を制御するための流量制御弁184が太陽熱用配管182に設けられている。
次に、出湯経路111は、蓄熱タンク128aに貯留されている水を給湯口179に供給するための配管175と、給水口178から蓄熱タンク128aへ水道水を供給するための配管176aと、給水口178から給湯口179に直接水道水を供給するための配管176bとを備えて構成されている。また、給湯口179を出た水は、配管174を流れて住宅160内に設けられた給湯用制御弁169と通って浴槽、台所、洗面所などに供給されることとなる。
なお、空調用冷媒回路105、空調用冷温水循環回路108(108a、108b)、および太陽熱循環回路110には、図示しないが、温度センサや流量センサが適宜設けられている。そして、これらの温度センサや流量センサの検出信号は、空気調和装置に設けられた制御装置101aに取り込まれている。この制御装置101aは、図示しないリモコンの操作信号と、各温度センサおよび流量センサの信号とを入力し、これらの信号に基づいて、各回路105、108、110に組み込まれた各種機器(圧縮機、ポンプ、ファン、膨張弁、制御弁、四方弁、三方弁など)の動作を制御する。
続いて、上記した空気調和装置によって行われる各種運転モードについて、図7〜図10を参照しながら説明する。ここで、図7〜図10において、各熱交換器に付された矢印は熱の流れを示しており、空調用冷媒回路105、空調用冷温水循環回路108、太陽熱循環回路110に付された矢印は、流体が各回路を流れる向きを示している。また、図7〜図10において、白色の制御弁は所定の開度で開いていることを示しており、黒色の制御弁は閉じていることを示している。また、図7〜図10において、白色の三方弁は、3つのポート全てが開状態であることを示しており、3つのポートのうち2つが白色で残り1つが黒色の三方弁は、白色のポートが開状態、黒色のポートが閉状態であることを示している。また、図7〜図10において、四方弁に描かれた円弧状の実線は、四方弁を流れる流体の流路を示している。図中、白抜きの矢印は、熱の流れ方向を示している。
「運転モードNo.A<冷房運転>」(図7参照)
運転モードNo.Aは、冷房運転を行うモードである。この運転モードNo.Aでは、空調用熱源側熱交換器124が凝縮器として使用され、空調利用側熱交換器128bは蒸発器として使用される。この運転モードNo.Aでは、空調用膨張弁127aは所定の弁開度に制御されている。
空調用冷媒回路105では、空調用圧縮機121の吐出口121bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁122を通って、空調用熱源側熱交換器124に流入する。空調用熱源側熱交換器124に流入した高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。そして、空調用熱源側熱交換器124から流れ出た高圧の液冷媒は、空調用膨張弁127aで住宅160内の冷却・除湿負荷に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。その気液二相冷媒は、空調利用側熱交換器128bへと流入する。空調利用側熱交換器128bを流れる気液二相冷媒は、第2の空調用冷温水回路108bを流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。空調利用側熱交換器128bから流れ出たガス冷媒は、四方弁22を通って空調用圧縮機121の吸込口121aに流入し、空調用圧縮機121により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第2の空調用冷温水回路108bでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、空調利用側熱交換器128bを流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水配管168dを流れた後に、第2の室内熱交換器161bに流入すると共に、空調用冷温水分岐配管168eを流れて第1の室内熱交換器161aにも流入する。そして、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bでは、冷水と住宅160内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅160の空気が冷却・除湿される。つまり、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bは冷却・除湿器(冷水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bを流れる冷水は、住宅160内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、空調利用側熱交換器128bにて空調用冷媒へと放熱して冷却される。
一方、第1の空調用冷温水回路108aでは、流量制御弁163が閉じており、かつ、三方弁166のポートのうち、蓄熱タンク128aを流れた水が第1の室内熱交換器161aへ流入する側のポートが閉じている。そのため、運転モードNo.Aでは、第1の空調用冷温水回路108a内を水が循環することはない。
太陽熱循環回路110では、太陽熱用循環ポンプ185を駆動して、水またはブラインを循環させている。太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽循環回路110内を流れる水またはブラインに吸熱された後、蓄熱タンク128aを流れる間に蓄熱タンク128a内の貯留されている水へ放熱する。このように、水またはブラインを太陽熱循環回路110内に循環させることにより、太陽集熱器104で集熱された太陽熱が蓄熱タンク128aに蓄熱されるのである。なお、この運転モードAでは、浴槽、台所、洗面所などの給湯負荷の要求等に応じて、流量制御弁184の弁開度が制御されている。
この運転モードNo.Aでは、第1の室内熱交換器161aと第2の室内熱交換器161bが室内ファン162の空気流れに対して平行に配置されているため、それぞれの室内熱交換器へ流入する空気の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bを流れる空気と冷水との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、運転モードNo.Aによれば、熱交換効率が良くなるといった利点がある。
「運転モードNo.B<暖房運転>」(図8参照)
運転モードNo.Bは、暖房運転を行うモードである。この運転モードNo.Bでは、空調用熱源側熱交換器124が蒸発器として使用され、空調利用側熱交換器128bは凝縮器として使用される。この運転モードNo.Bでは、空調用膨張弁127aは所定の弁開度に制御されている。
空調用冷媒回路105では、空調用圧縮機121の吐出口121bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁122を通って空調利用側熱交換器128bへ流入する。空調利用側熱交換器128bを流れる高温高圧のガス冷媒は、第2の空調用冷温水回路108bを流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、空調利用側熱交換器128bから流れ出た液冷媒は、空調用膨張弁127aで室外空気温度に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって空調用熱源側熱交換器124に流入する。空調用熱源側熱交換器124に流入した気液二相冷媒は、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、その低圧のガス冷媒は、四方弁122を通って空調用圧縮機121の吸込口121aに流入し、空調用圧縮機121により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第2の空調用冷温水回路108bでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、空調利用側熱交換器128bを流れる空調用冷媒から吸熱した温水は、空調用冷温水配管168dを流れた後に、第2の室内熱交換器161bに流入すると共に、空調用冷温水分岐配管168eを流れて第1の室内熱交換器161aにも流入する。そして、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器61bでは、温水と住宅160内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅160の空気が加熱される。つまり、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bは加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bを流れる温水は、住宅160内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された温水は、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、空調利用側熱交換器128bにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
一方、第1の空調用冷温水回路108aでは、流量制御弁163が閉じており、かつ、三方弁166のポートのうち、蓄熱タンク128aを流れた水が第1の室内熱交換器161aへ流入する側のポートが閉じている。そのため、運転モードNo.Bでは、第1の空調用冷温水回路108a内を水が循環することはない。
太陽熱循環回路110では、太陽熱用循環ポンプ185を駆動して、水またはブラインを循環させている。太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽循環回路110内を流れる水またはブラインに吸熱された後、蓄熱タンク128aを流れる間に蓄熱タンク128a内の貯留されている水へ放熱する。このように、水またはブラインを太陽熱循環回路110内に循環させることにより、太陽集熱器104で集熱された太陽熱が蓄熱タンク128aに蓄熱されるのである。なお、この運転モードBでは、浴槽、台所、洗面所などの給湯負荷の要求等に応じて、流量制御弁184の弁開度が制御されている。
この運転モードNo.Bでは、第1の室内熱交換器161aと第2の室内熱交換器161bが室内ファン162の空気流れに対して平行に配置されているため、それぞれの室内熱交換器へ流入する空気の温度(アプローチ温度)を同一に保つ事ができる。このため、第1の室内熱交換器161aおよび第2の室内熱交換器161bを流れる空気と温水との間で同一の温度差で熱交換を行う事ができる。よって、運転モードNo.Bによれば、熱交換効率が良くなるといった利点がある。
「運転モードNo.C<暖房運転(太陽熱利用)>」(図9参照)
運転モードNo.Cは、太陽熱を利用しながら暖房運転を行うモードである。この運転モードNo.Cでは、空調用熱源側熱交換器124が蒸発器として使用され、空調利用側熱交換器128bは凝縮器として使用される。この運転モードNo.Cでは、空調用膨張弁127aは所定の弁開度に制御されている。
空調用冷媒回路105では、空調用圧縮機121の吐出口121bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁122を通って空調利用側熱交換器28bへ流入する。空調利用側熱交換器128bを流れる高温高圧のガス冷媒は、第2の空調用冷温水回路108bを流れる温水へ放熱して凝縮し、液化する。そして、空調利用側熱交換器128bから流れ出た液冷媒は、空調用膨張弁127aで室外空気温度に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって空調用熱源側熱交換器124に流入する。空調用熱源側熱交換器124に流入した気液二相冷媒は、大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。そして、その低圧のガス冷媒は、四方弁122を通って空調用圧縮機121の吸込口121aに流入し、空調用圧縮機121により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第2の空調用冷温水回路108bでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、空調利用側熱交換器128bを流れる空調用冷媒から吸熱した温水は、空調用冷温水配管168dを流れた後に、第2の室内熱交換器161bに流入する。そして、第2の室内熱交換器61bでは、温水と住宅160内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅160の空気が加熱される。つまり、第2の室内熱交換器161bは加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第2の室内熱交換器161bを流れる温水は、住宅160内の空気へ放熱して冷却される。この冷却された温水は、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、空調利用側熱交換器128bにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
一方、第1の空調用冷温水回路108aでは、流量制御弁163が暖房アシスト量(第1の室内熱交換器161aに要求される暖房負荷量)に応じた弁開度となるように制御されており、かつ、三方弁166のポートのうち、空調用冷温水分岐配管168eと接続される側が閉じている。そのため、第1の空調用冷温水回路108aでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、温水は、流量制御弁163を通過し、空調用冷温水配管165cを流れて蓄熱タンク128aに流れていく。この蓄熱タンク128aにて、温水は、蓄熱タンク128aに蓄熱された熱(太陽熱)を吸熱して昇温される。昇温された温水は、三方弁166を通って第1の室内熱交換器161aに流れていく。そして、第1の室内熱交換器161aにて昇温された温水と住宅160内の低温の空気とで熱交換が行われ、住宅160の空気が加熱される。つまり、第1の室内熱交換器161aは加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器161aを流れる温水は、住宅160内の空気へ放熱して冷却され、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、空調利用側熱交換器128bにて空調用冷媒から吸熱して昇温される。
太陽熱循環回路110では、太陽熱用循環ポンプ185を駆動して、水またはブラインを循環させている。太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽循環回路110内を流れる水またはブラインに吸熱された後、蓄熱タンク128aを流れる間に蓄熱タンク128a内の貯留されている水へ放熱する。このように、水またはブラインを太陽熱循環回路110内に循環させることにより、太陽集熱器104で集熱された太陽熱が蓄熱タンク128aに蓄熱されるのである。なお、この運転モードCでは、暖房負荷の要求に応じて流量制御弁184の弁開度が制御されている。
この運転モードNo.Cでは、太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽熱循環回路110にて蓄熱タンク128aへ蓄熱される。その蓄熱された太陽熱は、蓄熱タンク128aを介して第1の空調用冷温水回路108aを流れる水に吸熱される。その吸熱された太陽熱を利用して、住宅160の暖房が行われる。このように、運転モードNo.Cによれば、太陽熱を利用した暖房運転により、空調サイクル運転の負荷が軽減されるため、空調サイクルの運転に掛かる消費電力を低減することが可能である。なお、この運転モードNo.Cは、蓄熱タンク128a内の水の温度が所定温度以上になっている場合に行われる。
「運転モードNo.D<冷房・除湿運転(太陽熱利用)>」(図10参照)
運転モードNo.Dは、太陽熱を利用しながら冷房・除湿運転を行うモードである。この運転モードNo.Dでは、空調用熱源側熱交換器124が凝縮器として使用され、空調利用側熱交換器128bは蒸発器として使用される。この運転モードNo.Dでは、空調用膨張弁127aは所定の弁開度に制御されている。
空調用冷媒回路105では、空調用圧縮機121の吐出口121bより吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁122を通って、空調用熱源側熱交換器124に流入する。空調用熱源側熱交換器124に流入した高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。そして、空調用熱源側熱交換器124から流れ出た高圧の液冷媒は、空調用膨張弁127aで住宅160内の冷却・除湿負荷に応じた蒸発圧力になるように減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。その気液二相冷媒は、空調利用側熱交換器128bへと流入する。空調利用側熱交換器128bを流れる気液二相冷媒は、第2の空調用冷温水回路108bを流れる冷水から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。空調利用側熱交換器128bから流れ出たガス冷媒は、四方弁22を通って空調用圧縮機121の吸込口121aに流入し、空調用圧縮機121により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。
第2の空調用冷温水回路108bでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、空調利用側熱交換器128bを流れる空調用冷媒に放熱した冷水は、空調用冷温水配管168dを流れた後に、第2の室内熱交換器161bに流入する。そして、第2の室内熱交換器161bでは、冷水と住宅160内の高温の空気とで熱交換が行われ、住宅160の空気が冷却・除湿される。つまり、第2の室内熱交換器161bは冷却・除湿器(冷水コイル)として使用されるのである。このとき、第2の室内熱交換器161bを流れる冷水は、住宅160内の空気から吸熱して昇温される。この昇温された冷水は、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、空調利用側熱交換器128bにて空調用冷媒へと放熱して冷却される。
一方、第1の空調用冷温水回路108aでは、流量制御弁163が除湿の再加熱量(第1の室内熱交換器161aで行われる熱交換量)に応じた弁開度となるように制御されており、かつ、三方弁166のポートのうち、空調用冷温水分岐配管168eと接続される側が閉じている。そのため、第1の空調用冷温水回路108aでは、空調用冷温水循環ポンプ167を駆動することにより、冷水は、流量制御弁163を通過し、空調用冷温水配管165cを流れて蓄熱タンク128aに流れていく。この蓄熱タンク128aにて、冷水は、蓄熱タンク128aに蓄熱された熱(太陽熱)を吸熱して昇温される。昇温された冷水は、三方弁166を通って第1の室内熱交換器161aに流れていく。第1の室内熱交換器161aでは、第1の空調用冷温水回路108a内の冷水に蓄えられた温熱により第2の室内熱交換器161bで冷却除湿された空気が再加熱される。つまり、第1の室内熱交換器161aは再加熱器(温水コイル)として使用されるのである。このとき、第1の室内熱交換器161aを流れる冷水は、住宅160内の空気へ放熱して冷却され、空調用冷温水配管(共通配管)165bを流れて空調用冷温水循環ポンプ167へと戻り、再び、蓄熱タンク128aにて太陽熱を吸熱して昇温される。
太陽熱循環回路110では、太陽熱用循環ポンプ185を駆動して、水またはブラインを循環させている。太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽循環回路110内を流れる水またはブラインに吸熱された後、蓄熱タンク128aを流れる間に蓄熱タンク128a内の貯留されている水へ放熱する。このように、水またはブラインを太陽熱循環回路110内に循環させることにより、太陽集熱器104で集熱された太陽熱が蓄熱タンク128aに蓄熱されるのである。なお、この運転モードDでは、除湿の再加熱量に応じて流量制御弁184の弁開度が制御されている。
この運転モードNo.Dでは、太陽熱集熱器104で集熱された太陽熱は、太陽熱循環回路110にて蓄熱タンク128aへ蓄熱される。その蓄熱された太陽熱は、蓄熱タンク128aを介して第1の空調用冷温水回路108aを流れる水に吸熱される。その吸熱された太陽熱を利用して、冷却除湿された空気の再加熱が行われる。このように、運転モードNo.Dによれば、太陽熱を利用した冷房除湿運転により、空調サイクル運転の負荷が軽減されるため、空調サイクルの運転に掛かる消費電力を低減することが可能である。なお、この運転モードNo.Dは、蓄熱タンク128a内の水の温度が所定温度以上になっている場合に行われる。
ここで、室内ユニット102では、第1の室内熱交換器161aにより再加熱された空気と、第2の室内熱交換器161bにより冷却・除湿された空気とが室内ファン62により撹拌されて、室内温度と同じ温度で除湿された空気となる。その空気は、室内ユニット2の図示しない吹出口から室内へと吹き出されていく。
この運転モードNo.Dによれば、1つの冷凍サイクルを用いて冷却・除湿と再加熱を同時に行うことができるため、住宅160の室内へ快適な空気を提供することができる。さらに、第1の室内熱交換器161aは、第2の室内熱交換器161bよりも鉛直方向の上方に配置されているので、運転モードNo.Dの運転時に第2の室内熱交換器161bで発生したドレン水が滴下しても、第1の室内熱交換器161aは第2の室内熱交換器161bより上方に位置しているので、ドレン水が第1の室内熱交換器161aに流入することがない。このため、運転モードNo.Dを運転しても、除湿によるドレン水が第1の室内熱交換器161aによって再蒸発するといった問題は生じない。
以上、説明したように、本発明の第1の実施の形態例および第2の実施の形態例に係る空気調和装置によれば、設備コストを掛けず、また複雑な制御も行うことなく、1つの空調サイクルで冷房運転、暖房運転、冷房・除湿運転を行うことができる。また、上記実施の形態例に係る空気調和装置は、熱交換効率が良く、省エネ性に優れている。さらに、第2の実施の形態例に係る空気調和装置では、太陽熱を空調サイクルに利用することもできるため、消費電力をより一層低減させることができる。
なお、上記した実施の形態例に係る空気調和装置において、空調用冷温水回路8a、8b、108bに、水の流れ方向を変更するための四方弁を設けても良い。この場合、熱交換器にて熱搬送媒体としての水と空調用冷媒とを常に対向流とすることができるため、熱交換効率が向上するといった利点がある。
5…空調用冷媒回路5a…空調用冷媒メイン回路、5b…空調用冷媒分岐路、5c…第2の空調用冷媒分岐路、8a…第1の空調用冷温水回路(第1の熱搬送媒体回路)、8b…第2の空調用冷温水回路(第2の熱搬送媒体回路)、21…空調用圧縮機、22…四方弁(空調用流路切替弁)、24、…空調用熱源側熱交換器、27a…第1の空調用膨張弁、27b…第2の空調用膨張弁、28a…第1の空調利用側熱交換器(第1の利用側熱交換器)、28b…第2の空調利用側熱交換器(第2の利用側熱交換器)、29…空調用バイパス配管、34a、34b…三方弁(接続切替手段)、60…住宅(被冷却空間)、61a…第1の室内熱交換器、61b…第2の室内熱交換器、63…流量制御弁(熱搬送媒体用流量制御弁)、65b…空調用冷温水配管(共通配管)、67…空調用冷温水循環ポンプ(空調用熱搬送媒体循環ポンプ)
104…太陽熱集熱器、105…空調用冷媒回路、108…空調用冷温水循環回路(空調用熱搬送媒体循環回路)、108a…第1の空調用冷温水回路(第1の空調用熱搬送媒体回路)、108b…第2の空調用冷温水回路(第2の空調用熱搬送媒体回路)、110…太陽熱循環回路、121…空調用圧縮機、122…四方弁(空調用流路切替弁)、124…空調用熱源側熱交換器、127…空調用膨張弁(第1の空調用膨張弁)、128a…蓄熱タンク(第1の利用側熱交換器)、128b…空調用利用側熱交換器(第1の利用側熱交換器)、160…住宅(被冷却空間)、161a…第1の室内熱交換器、161b…第2の室内熱交換器、163…流量制御弁(熱搬送媒体用流量制御弁)、165b…空調用冷温水配管(共通配管)、167…空調用冷温水循環ポンプ(空調用熱搬送媒体循環ポンプ)

Claims (7)

  1. 被冷却空間に設置された第1の室内熱交換器と室外に設置された第1の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第1の熱搬送媒体回路、および前記被冷却空間に設置された第2の室内熱交換器と室外に設置された第2の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成され、水またはブラインが循環する第2の熱搬送媒体回路の2つの熱搬送媒体回路を備えた空気調和装置であって、
    前記第1の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部に、前記第2の熱搬送媒体回路を構成する配管の一部と共通で用いられる共通配管を組み込み、
    前記共通配管に、水またはブラインを前記第1の熱搬送媒体回路および前記第2の熱搬送媒体回路に同時に循環させることが可能な熱搬送媒体循環ポンプを組み込んだ
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 請求項1の記載において、
    前記第1の熱搬送媒体回路または前記第2の熱搬送媒体回路に、水またはブラインの流量を制御する熱搬送媒体用流量制御弁を設けた
    ことを特徴とする空気調和装置。
  3. 請求項1または2の記載において、
    前記第1の室内熱交換器と前記第2の室内熱交換器との位置関係は、前記第1の室内熱交換器と前記第2の室内熱交換器に流入する空気の流れ方向に対して平行である
    ことを特徴とする空気調和装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項の記載において、
    前記第1の室内熱交換器は、前記第2の室内熱交換器より鉛直方向の上方に位置する
    ことを特徴とする空気調和装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項の記載において、
    前記第1の熱搬送媒体回路および前記第2の熱搬送媒体回路を構成する配管のうち、前記共通配管の内径をdiRとし、それ以外の配管の内径をdiCとしたときに、diCをdiRで除した値(即ち、diC/diR)が0.5以上かつ0.8以下である
    ことを特徴とする空気調和装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項の記載において、
    冷房運転と暖房運転とを切替えて行う空調用冷媒回路を備え、
    前記空調用冷媒回路は、空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、第1の空調用膨張弁、前記第1の利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成された空調用冷媒メイン回路を備え、
    前記空調用冷媒メイン回路に、前記第1の利用側熱交換器をバイパスする空調用冷媒分岐路を設け、
    前記第1の利用側熱交換器と並列に接続されるように、前記空調用冷媒分岐路に前記第2の利用側熱交換器を設け、
    前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器とが直列に接続されるように、前記空調用冷媒メイン回路と前記空調用冷媒分岐路とを空調用バイパス配管で接続し、
    前記空調用冷媒回路に、第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器との接続を直列と並列とに切替えるための接続切替手段を設け、
    前記接続切替手段により前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器とが直列に接続された状態における前記空調用冷媒回路の前記第1の利用側熱交換器と前記第2の利用側熱交換器との間の位置に、第2の空調用膨張弁を設けた
    ことを特徴とする空気調和装置。
  7. 請求項1〜5のいずれか1項の記載において、
    空調用圧縮機、空調用流路切替弁、空調用熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行うための空調用熱源側熱交換器、第1の空調用膨張弁、前記第2の利用側熱交換器を順次冷媒配管で接続して環状に形成され、冷房運転と暖房運転とを切替えて行う空調用冷媒回路と、
    太陽熱を集熱する太陽熱集熱器と前記第1の利用側熱交換器とを配管で接続して環状に形成された太陽熱循環回路とを備えた
    ことを特徴とする空気調和装置。
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