JPWO2012042573A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

テトラフルオロプロペンとR32とを含む非共沸混合冷媒を加圧する圧縮機10、熱源側熱交換器12、冷媒絞り装置16および冷媒と熱媒体とを熱交換する熱媒体間熱交換器15とを配管接続して冷媒循環回路Aを構成し、高圧側圧力を検出する高圧側圧力検出装置32と、低圧側圧力を検出する低圧側圧力検出装置33と、圧縮機10の吐出側配管と吸入側配管とを接続する高低圧バイパス配管4cと、高低圧バイパス配管4cに設置されるバイパス絞り装置14と、高圧側温度を検出する高圧側温度検出装置37と、低圧側温度を検出する低圧側温度検出装置38とをさらに有する冷凍サイクル装置と、高圧側圧力、低圧側圧力、高圧側温度および低圧側温度に基づいて、冷媒の循環組成を検知する室外機側制御装置と、循環組成に基づいて蒸発温度および過熱度の演算、または、凝縮温度および過冷却度の演算の少なくとも一方を行う変換機側制御装置とを備えるものである。

Description

この発明は、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置に関するものである。
従来から、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置においては、たとえば室外に配置した熱源機である室外機と室内に配置した室内機との間に冷媒を循環させることによって冷房運転または暖房運転を実行するようになっている。具体的には、冷媒が放熱して加熱された空気あるいは冷媒が吸熱して冷却された空気により空調対象空間の冷房または暖房を行なっていた。このような空気調和装置に使用される冷媒としては、たとえばHFC(ハイドロフルオロカーボン)系の冷媒が多く使われており、二酸化炭素(CO2 )等の自然冷媒を使うものも提案されている。
一方、チラーシステムに代表される別の構成の空気調和装置も存在している。このような空気調和装置では、室外に配置した熱源機において、冷熱または温熱を生成し、室外機内に配置した熱交換器で水や不凍液等の熱媒体を加熱または冷却し、これを空調対象域に配置した室内機であるファンコイルユニットやパネルヒーター等に搬送し、冷房あるいは暖房を実行するようになっている(たとえば、特許文献1参照)。
また、熱源機と室内機の間に4本の水配管を接続し、冷却、加熱した水等を同時に供給し、室内機において冷房または暖房を自由に選択できる排熱回収型チラーと呼ばれる熱源側熱交換器も存在している(たとえば、特許文献2参照)。
1次冷媒および2次冷媒の熱交換器を各室内機の近傍に配置し、室内機に2次冷媒を搬送するように構成されている空気調和装置も存在している(たとえば、特許文献3参照)。
また、室外機と熱交換器を持つ分岐ユニットとの間を2本の配管で接続し、室内機に2次冷媒を搬送するように構成されている空気調和装置も存在している(たとえば、特許文献4参照)。
また、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置において、室外機から中継器まで冷媒を循環させ、中継器から室内機まで水等の熱媒体を循環させることにより、室内機に水等の熱媒体を循環させながら、熱媒体の搬送動力を低減させる空気調和装置が存在している(たとえば、特許文献5参照)。
特開2005−140444号公報(第4頁、図1等) 特開平5−280818号公報(第4、5頁、図1等) 特開2001−289465号公報(第5〜8頁、図1、図2等) 特開2003−343936号公報(第5頁、図1) WO10/049998号公報(第3頁、図1等)
以上のような空気調和装置においては、室内機まで冷媒を循環させるずにすむ場合がある。このため、環境等に配慮して地球温暖化係数(GWP:Global Warming Potential))が低い可燃性の冷媒を用いやすくなる。そこで、効率のよい運転、既存装置の流用等をはかることができるように、冷媒の開発、混合等が行われる。
しかしながら、複数の冷媒を混合した場合に、沸点等の違いから、運転しているときの冷媒の組成が封入時とは異なる場合があり、よりエネルギー効率のよい制御を行うには、循環時における組成を把握する必要がある。
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、循環時における冷媒の組成を推定等により把握することで、環境に配慮しつつ、省エネルギー化を図ることができる空気調和装置を得るものである。
この発明に係る空気調和装置は、テトラフルオロプロペンとR32とを含む非共沸混合冷媒を送り出す圧縮機、冷媒の循環経路を切り替えるための冷媒流路切替装置、冷媒を熱交換させるための熱源側熱交換器、冷媒を圧力調整するための冷媒絞り装置および冷媒と冷媒と異なる熱媒体とを熱交換可能な熱媒体間熱交換器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路を構成し、圧縮機が吸入する冷媒の圧力となる低圧側圧力を検出するための低圧側圧力検出装置と、圧縮機の吐出側の配管と吸入側の配管とを接続する高低圧バイパス配管と、高低圧バイパス配管に設置されるバイパス絞り装置と、バイパス絞り装置に流入する冷媒の温度となる高圧側温度を検出するための高圧側温度検出装置と、バイパス絞り装置を流出する冷媒の温度となる低圧側温度を検出するための低圧側温度検出装置と、バイパス絞り装置に流入する冷媒と流出した冷媒とを熱交換させる冷媒間熱交換器とから構成される冷媒循環組成検出回路とをさらに有する冷凍サイクル装置と、熱媒体間熱交換器の熱交換に係る熱媒体を循環させるための熱媒体送出装置、熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う利用側熱交換器および熱媒体間熱交換器の通過に係る熱媒体に対し、利用側熱交換器への通過切り替えを行う熱媒体流路切替装置を配管接続して熱媒体循環回路を構成する熱媒体側装置と、高圧側圧力、低圧側圧力、高圧側温度および低圧側温度に基づいて、冷凍サイクル装置における冷媒の循環組成を検知する第1制御装置と、第1制御装置と離れた位置に設置され、第1制御装置と有線または無線により通信可能に接続され、第1制御装置との通信により送られた循環組成に基づいて、熱媒体間熱交換器を有する熱媒体変換機において、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器の蒸発温度および冷媒流出側における過熱度の演算、または、凝縮器として機能する熱媒体間熱交換器の凝縮温度および冷媒流出側における過冷却度の演算の少なくとも一方を行う第2制御装置とを備え、少なくとも圧縮機、冷媒流路切替装置、熱源側熱交換器、冷媒循環組成検出回路を室外機に収容し、少なくとも熱媒体間熱交換器、冷媒絞り装置を熱媒体変換機に収容し、室外機と熱媒体変換機とを別体に形成し、互いに離れた位置に設置可能とし、第1制御装置を室外機の内部または近辺に設置し、第2制御装置を熱媒体変換機の内部または近辺に設置したものである。
この発明の空気調和装置は、圧縮機の吐出側および吸入側における圧力および温度に基づいて運転により循環している複数の成分の冷媒の組成を検知するようにしたので、熱媒体間熱交換器における蒸発温度、過熱度、凝縮温度、過冷却度を、組成に合わせて決定することができ、冷媒絞り装置の制御を行うことができる。このため、エネルギー効率のよい空気調和装置を得ることができ、省エネルギー化をはかることができる。チラーのような空気調和装置よりも媒体を循環する配管を短くできるため、搬送動力を少なくすることができ、さらに省エネルギー化をはかることができる。また、室内機には熱媒体が循環することとなるため、たとえば、冷媒が空調対象空間に漏れても冷媒が室内へ侵入するのを抑制でき、安全な空気調和装置を得ることができる。
この発明の実施の形態に係る空気調和装置のシステム構成図。 この発明の実施の形態に係る空気調和装置の別のシステム構成図。 この発明の実施の形態に係る空気調和装置のシステム回路図。 この発明の実施の形態に係る空気調和装置の別のシステム回路図。 実施の形態に係る空気調和装置のph線図の一例を表す図。 実施の形態に係る空気調和装置の循環組成検知を説明するための図。 実施の形態に係る空気調和装置の循環組成検知処理のフローチャートの図。 実施の形態に係る空気調和装置のph線図の別の一例を表す図。 実施の形態に係る空気調和装置の全冷房運転時のシステム回路図。 実施の形態に係る空気調和装置の全暖房運転時のシステム回路図。 実施の形態に係る空気調和装置の冷房主体運転時のシステム回路図。 実施の形態に係る空気調和装置の暖房主体運転時のシステム回路図。
この発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1および図2は、この発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1および図2に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、熱源側冷媒(以下、冷媒という)、熱媒体をそれぞれ循環させる回路(冷媒循環回路(冷凍サイクル回路)A、熱媒体循環回路B)を構成する機器等を有する装置を利用することで各室内機が運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードを自由に選択できるものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合もある。
図1においては、本実施の形態に係る空気調和装置は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2と、室外機1と室内機2との間に介在する熱媒体変換機3と、を有している。熱媒体変換機3は、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行なうものである。室外機1と熱媒体変換機3とは、熱源側冷媒を導通する冷媒配管4で接続されている。熱媒体変換機3と室内機2とは、熱媒体を導通する配管(熱媒体配管)5で接続されている。そして、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、熱媒体変換機3を介して室内機2に配送されるようになっている。
図2においては、本実施の形態に係る空気調和装置は、1台の室外機1と、複数台の室内機2と、室外機1と室内機2との間に介在する複数に分割した熱媒体変換機3(親熱媒体変換機3a、子熱媒体変換機3b)と、を有している。室外機1と親熱媒体変換機3aとは、冷媒配管4で接続されている。親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとは、冷媒配管4で接続されている。子熱媒体変換機3bと室内機2とは、配管5で接続されている。そして、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、親熱媒体変換機3aおよび子熱媒体変換機3bを介して室内機2に配送されるようになっている。
室外機1は、通常、ビル等の建物9の屋外の空間(たとえば、屋上等)である室外空間6に配置され、熱媒体変換機3を介して室内機2に冷熱または温熱を供給するものである。室内機2は、建物9の内部の屋内の空間(たとえば、居室等)である室内空間7に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給できる位置に配置され、空調対象空間となる室内空間7に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給するものである。熱媒体変換機3は、室外機1および室内機2とは別体として、室外空間6および室内空間7とは別の空間である非空調対象空間の位置に設置できるように構成されており、室外機1および室内機2とは冷媒配管4および配管5でそれぞれ接続され、室外機1から供給される冷熱あるいは温熱を室内機2に伝達するものである。
図1および図2に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置においては、室外機1と熱媒体変換機3とが2本の冷媒配管4を用いて、熱媒体変換機3と各室内機2とが2本1組の配管5を用いて、それぞれ接続されている。このように、本実施の形態に係る空気調和装置では、2本の配管(冷媒配管4、配管5)を用いて各ユニット(室外機1、室内機2および熱媒体変換機3)を接続することにより、施工が容易となっている。
図2に示すように、熱媒体変換機3を、1つの親熱媒体変換機3aと、親熱媒体変換機3aから派生した2つの子熱媒体変換機3b(子熱媒体変換機3b(1)、子熱媒体変換機3b(2))と、に分けることもできる。このようにすることにより、1つの親熱媒体変換機3aに対し、子熱媒体変換機3bを複数接続できるようになる。この構成においては、親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとを接続する冷媒配管4は、3本になっている。この回路の詳細については、後段で詳細に説明するものとする(図3A参照)。
なお、図1および図2においては、熱媒体変換機3が、建物9の内部ではあるが室内空間7とは別の空間である天井裏等の非空調対象空間(以下、単に空間8と称する)に設置されている状態を例に示している。ここで、熱媒体変換機3は、他にも、たとえばエレベーター等がある共用空間等に設置することができる。また、図1および図2においては、室内機2が天井カセット型である場合を例に示してあるが、これに限定するものではなく、天井埋込型や天井吊下式等、室内空間7に直接またはダクト等により、暖房用空気あるいは冷房用空気を吹き出せるようになっていればどんな種類のものでもよい。
図1および図2においては、室外機1が室外空間6に設置されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、室外機1は、換気口付の機械室等の囲まれた空間に設置してもよく、排気ダクトで廃熱を建物9の外に排気することができるのであれば建物9の内部に設置してもよく、あるいは、水冷式の室外機1を用いる場合にも建物9の内部に設置するようにしてもよい。このような場所に室外機1を設置するとしても、特段の問題が発生することはない。
また、熱媒体変換機3は、室外機1の近傍に設置することもできる。ただし、熱媒体変換機3から室内機2までの距離が長すぎると、熱媒体の搬送動力がかなり大きくなるため、省エネの効果は薄れることに留意が必要である。さらに、室外機1、室内機2および熱媒体変換機3の接続台数を図1および図2に図示してある台数に限定するものではなく、本実施の形態に係る空気調和装置が設置される建物9に応じて台数を決定すればよい。
図3は、実施の形態に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100と称する)の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図3に基づいて、空気調和装置100の詳しい構成について説明する。図3に示すように、室外機1と熱媒体変換機3とが、熱媒体変換機3に備えられている熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bを介して冷媒配管4で接続されている。また、熱媒体変換機3と室内機2とも、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bを介して配管5(配管5a〜配管5d)で接続されている。冷媒配管4については後段で詳述するものとする。
[室外機1]
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター19とが冷媒配管4で直列に接続されて搭載されている。また、室外機1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、および、逆止弁13dが設けられている。第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、および、逆止弁13dを設けることで、室内機2の要求する運転に関わらず、熱媒体変換機3に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。第1制御装置となる室外機側制御装置50は、たとえば、圧縮機10の駆動周波数、第1冷媒流路切替装置11の切り替え、熱源側熱交換器12に空気を送り込む送風機(図示せず)の回転数(ON/OFF含む)等、室外機1が有する各機器の制御を行う。また、通信線、無線等による信号の送受信により第2制御装置となる変換機側制御装置60等と連携して空気調和装置100全体の運転等に係る制御も行う。特に本実施の形態においては、冷媒循環回路Aを循環する冷媒の組成を推定して検知を行う検知処理を行う。
また、本実施の形態の室外機1は、圧縮機10の吐出側の流路と吸入側の流路とを接続し、循環組成検知回路を構成する高低圧バイパス配管4cを有している。高低圧バイパス配管4cに設置されたバイパス絞り装置14は、高低圧バイパス配管4cを通過する冷媒の流量、圧力調整を行う。バイパス絞り装置14は開度変化ができる電子式膨張弁でもよいし、キャピラリチューブのように絞り量が固定されているものでもよい。また、冷媒間熱交換器20は、バイパス絞り装置14の通過前後における冷媒を熱交換させる。本実施の形態の冷媒間熱交換器20は、たとえば二重管式の熱交換器とする。ただ、これに限るものではなく、プレート式熱交換器、マイクロチャネル式熱交換器等、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒を熱交換できるものであればよい。
高圧側冷媒温度検出装置32、低圧側冷媒温度検出装置33は、たとえばサーミスター式等の温度センサーである。高圧側冷媒温度検出装置32はバイパス絞り装置14の入口側(冷媒流入側)において、冷媒循環回路Aの高圧側の冷媒温度TH を検出する。また、低圧側冷媒温度検出装置33はバイパス絞り装置14の出口側(冷媒流出側)において冷媒循環回路Aの低圧側の冷媒温度TL を検出する。また、高圧側圧力検出装置37、低圧側圧力検出装置38は、たとえば歪みゲージ式や半導体式等の圧力センサーである。高圧側圧力検出装置37は、圧縮機1(冷媒循環回路A)の高圧側圧力(吐出側の圧力)PH を検出する。また、低圧側圧力検出装置38は、圧縮機1の低圧側圧力(吸入側の圧力)PL を検出する。ここで、図3では、低圧側圧力検出装置38をアキュムレーター19と第1冷媒流路切替装置11との間の流路に設置しているが、設置位置はこれに限るものではない。たとえば、圧縮機10とアキュムレーター19との間の流路等、圧縮機10の低圧側圧力を検出することができる位置であれば、どこに設置してもよい。また、高圧側圧力検出装置37についても、圧縮機10の高圧側の圧力が測定できる位置であれば、どこに設置してもよい。
圧縮機10は、熱源側冷媒を吸入し、その熱源側冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。第1冷媒流路切替装置11は、暖房運転時(全暖房運転モード時および暖房主体運転モード時)における熱源側冷媒の流れと冷房運転時(全冷房運転モード時および冷房主体運転モード時)における熱源側冷媒の流れとを切り替えるものである。熱源側熱交換器12は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器(または放熱器)として機能し、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱源側冷媒との間で熱交換を行ない、その熱源側冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものである。アキュムレーター19は、圧縮機10の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。
逆止弁13dは、熱媒体変換機3と第1冷媒流路切替装置11との間における冷媒配管4に設けられ、所定の方向(熱媒体変換機3から室外機1への方向)のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁13aは、熱源側熱交換器12と熱媒体変換機3との間における冷媒配管4に設けられ、所定の方向(室外機1から熱媒体変換機3への方向)のみに熱源側冷媒の流れを許容するものである。逆止弁13bは、第1接続配管4aに設けられ、暖房運転時において圧縮機10から吐出された熱源側冷媒を熱媒体変換機3に流通させるものである。逆止弁13cは、第2接続配管4bに設けられ、暖房運転時において熱媒体変換機3から戻ってきた熱源側冷媒を圧縮機10の吸入側に流通させるものである。
第1接続配管4aは、室外機1内において、第1冷媒流路切替装置11と逆止弁13dとの間における冷媒配管4と、逆止弁13aと熱媒体変換機3との間における冷媒配管4と、を接続するものである。第2接続配管4bは、室外機1内において、逆止弁13dと熱媒体変換機3との間における冷媒配管4と、熱源側熱交換器12と逆止弁13aとの間における冷媒配管4と、を接続するものである。なお、図3では、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、および、逆止弁13dを設けた場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、これらを必ずしも設ける必要はない。
本実施の形態では、冷媒配管内に、化学式がC324 で表されるHFO−1234yf、HFO−1234ze等のテトラフルオロプロペンと、化学式がCH22で表されるジフルオロメタン(R32)との混合冷媒を充填して循環させる。
テトラフルオロプロペンは、化学式中に二重結合を有し、大気中で分解しやすく、GWPが低く(4〜6)、たとえば環境に優しい冷媒である。しかし、テトラフルオロプロペンは従来のR410A等の冷媒に比べて密度が小さいため、単独で冷媒として使用する場合、大きな暖房能力や冷房能力を発揮させるためには、圧縮機を非常に大きなものにしなければならなくなる。また、配管での圧力損失の増大を防ぐため、冷媒配管も太いものにしなければならなくなる。このため、コストの高い空気調和装置になってしまう。
一方、R32は、たとえば従来の冷媒であるR410A等の冷媒特性に近い。このため、装置の変更が少なく、比較的使いやすい冷媒である。ただ、R32のGWPは675であり、R410AのGWPである2088等と比べると小さいが、環境対策の観点から考えると少しGWPが大きいものと考えられる。
そこで、テトラフルオロプロペンにR32を混合させた混合冷媒を使用する。混合冷媒とすることで、GWPを抑制しつつ、冷媒の特性を改善し、地球環境にも易しく、かつ、効率のよい空気調和装置を得ることができる。ここで、テトラフルオロプロペンとR32との混合比率としては、たとえば質量%比で70対30等のように混合させて使用することが考えられる。ただし、この混合比率に限ったものではない。
図4は実施の形態1に係る混合冷媒におけるph線図である。本実施の形態で用いる混合冷媒において、HFO−1234yfの沸点は−29℃、R32の沸点は−53.2℃であり、露点、沸点が異なる非共沸冷媒である。たとえば、冷媒循環回路A上にはアキュムレーター19等の液溜が存在すること等により、回路内を循環する複数成分を混合させた混合冷媒の循環時における組成(以下、循環組成という)は、混合比率で固定せず変化する。また、非共沸冷媒は各成分の沸点が異なるため、同一圧力における飽和液温度と飽和ガス温度が異なったものとなる。たとえば、図4に示すように、圧力P1における飽和液温度TL1と飽和ガス温度TG1とは等しくならず、飽和液温度TL1よりも飽和ガス温度TG1の方が高い温度となる。このため、ph線図の二相領域における等温線は傾いた(勾配を有する)ものになる。
そして、混合冷媒において組成が変わると、ph線図は異なったものとなり、等温線の勾配も変化する。たとえば、HFO−1234yfとR32との質量%における比率が70対30の場合は、勾配が高圧側で5.0℃、低圧側で7℃程度となる。また、50対50の場合は、勾配が高圧側で2.3℃、低圧側で2.8℃程度となる。このため、冷媒循環回路A内の圧力における飽和液温度、飽和ガス温度を正確に求めるには、冷媒循環回路Aにおける冷媒の循環組成を検知する必要がある。
そこで、本実施の形態の空気調和装置は、高低圧バイパス配管4cに、バイパス絞り装置14および冷媒間熱交換器20を設けた循環組成検知回路を構成する。そして、高圧側冷媒温度検出装置32、低圧側冷媒温度検出装置33の検出に係る温度、高圧側圧力検出装置37、低圧側圧力検出装置38の検出に係る圧力に基づいて、冷媒循環回路A内における冷媒の循環組成を検知する。アキュムレーター19等の機器を含まず、圧縮機10からの流路が短い循環組成検知回路による冷媒回路を構成して循環組成の検知を行うことで、正確な検知を行うことができる。
図5は圧力P1における2成分の混合冷媒の気液平衡線図である。図5に示す2本の実線は、それぞれガス冷媒が凝縮液化する際の飽和ガス線である露点曲線および液冷媒が蒸発ガス化する際の飽和液線である沸点曲線を示している。
図6は循環組成の検知処理に係るフローチャートを表す図である。図6に基づいて、室外機側制御装置50が、冷媒循環回路A中を循環する冷媒組成を検知する手順について説明する。ここでは、2成分系の冷媒を混合した混合冷媒における循環組成の検知について説明する。
室外機側制御装置50は、処理を開始する(ST1)。そして、高圧側圧力検出装置37の検出圧力(高圧側圧力)PH 、高圧側冷媒温度検出装置32の検出温度(高圧側温度)TH 、低圧側圧力検出装置38の検出圧力(低圧側圧力)PL 、低圧側冷媒温度検出装置33の検出温度(低圧側温度)TL を測定する(ST2)。さらに、冷媒循環回路A内を循環している2成分系の冷媒の循環組成をそれぞれα1、α2と仮定する(ST3)。ここで、特に限定するものではないが、α1、α2の初期値については、たとえば冷媒封入時の混合比率、例えばα1が0.7、α2が0.3等、を用いることができる。
図7は高圧側圧力PH 、高圧側温度TH 、低圧側圧力PL 、低圧側温度TL を表したph線図である。冷媒の成分が決まれば、冷媒のエンタルピは、冷媒の圧力と温度とに基づき、演算することができる。そこで、高圧側圧力PH と高圧側温度TH とからバイパス絞り装置14の入口側における冷媒のエンタルピhH を求める(ST4)(図7の点A)。
バイパス絞り装置14を通過することにより冷媒が膨張しても、冷媒のエンタルピは変化しない。このため、低圧側圧力PL およびエンタルピhH から、次式(1)に基づいてバイパス絞り装置14の出口側における二相冷媒の乾き度Xを算出する(ST5)(図7の点B)。ここで、hb は低圧側圧力PL における飽和液エンタルピを表し、hd は低圧側圧力PL における飽和ガスエンタルピを表す。
X=(hH −hb )/(hd −hb ) …(1)
そして、低圧側圧力PL における飽和ガス温度TLGおよび飽和液温度TLLから乾き度Xにおける冷媒の温度TL'を次式(2)式により求める(ST6)。
L'=TLL×(1−X)+TLG×X …(2)
算出したTL'が検出温度TL と等しいとみなせるか否かを判断する(ST7)。等しくなければ仮定した2つの成分の冷媒の循環組成α1、α2を修正して(ST8)、ST4から繰り返し、TL'とTL とがほぼ等しく、みなせると判断すれば、循環組成が求まったものとし、処理を終了する(ST9)。以上の処理により、2成分系の非共沸混合冷媒の循環組成を検知することができる。
ここで、α1、α2の修正方法に関して具体的に説明する。例えば、冷媒として、HFO−1234yfとR−32との混合冷媒を使用しているものとする。そして、初期封入組成におけるHFO−1234yfの組成比(混合比率)を0.7(70%)とし、R−32の組成比を0.3(30%)とし、これをα1、α2の初期値とする。さらに運転中のある状態における点Bの低圧側圧力PL が0.6MPa、乾き度Xが0.2、測定された低圧側温度TL が0℃であるものとする。
ここで、圧力0.6MPaにおいては、α1が0.8かつα2が0.2のときの飽和液温度は−0.4℃であり、飽和ガス温度は8.5℃である。また、α1が0.7かつα2が0.3のときの飽和液温度は−3.3℃であり、飽和ガス温度は3.6℃である。さらに、α1が0.6かつα2が0.4のときの飽和液温度は−5.1℃であり、飽和ガス温度は−0.5℃である。ここで、室外機側制御装置50は、このα1およびα2並びに飽和液温度および飽和ガス温度の関係を関数、表等で表したデータを、記憶装置(図示省略)に記憶しておき、処理の際に用いる。
以上の条件から、(2)式に基づいて算出される温度TL'は、α1が0.8かつα2が0.2のときは6.7℃となる。また、α1が0.7かつα2が0.3のときは2.2℃となり、α1が0.6かつα2が0.4のときは−1.4となる。
一方、測定された低圧側温度TL は0℃なので、α1は0.7と0.6の間、α2は0.3から0.4の間ということになる。そこで、α1を減少させ、α2を増加させる修正を行い、測定に係る温度TL と計算に係る温度TL'とが合致する混合冷媒の循環組成を求める。
ここでは、化学式がC324 で表されるテトラフルオロプロペンと化学式がCH2 2 で表されるジフルオロメタン(R32)とを含む2成分系の混合冷媒の循環組成検知について説明したが、これに限るものではない。他の2成分系による非共沸混合冷媒でもよい。また、テトラフルオロプロペンには、HFO−1234yf、HFO−1234ze等があるが、いずれを使用してもよい。
また、たとえばその他の成分を加えた3成分系の混合冷媒でもよい。たとえば、3成分系の非共沸混合冷媒であっても、そのうちの2つの成分の比率には相互関係が成り立つ。そこで、まず、2成分をまとめた循環組成をたとえばα1と仮定すると、残りの成分の循環組成をα2とすることができる。このため、2成分系の循環組成の検知処理と同様の処理手順により、3成分系の混合冷媒における循環組成を求めることができる。
以上のようにして混合冷媒における循環組成を検知することができる。さらに圧力を検出することで、その圧力における飽和液温度と飽和ガス温度を演算により求めることができる。たとえば、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度(単純平均温度)をその圧力における飽和温度として、たとえば圧縮機10、冷媒絞り装置16の制御等に用いることができる。他にも、冷媒の熱伝達率は乾き度によって異なるため、飽和液温度と飽和ガス温度とにそれぞれ重み付けをした重み付け平均温度を飽和温度とする等してもよい。冷媒絞り装置16の制御については後述する。
また、低圧側(蒸発側)においては、圧力を測定しなくても、蒸発器の入口の二相冷媒の温度を測定し、それを飽和液温度あるいは設定した乾き度における二相冷媒の温度と仮定すれば、循環組成と圧力から飽和液温度と飽和ガス温度を求める関係式を逆算して、圧力、飽和ガス温度等を求めることができるため、低圧側圧力検出装置は必ずしも必須でない。しかし、温度を測定した位置を飽和液温度と仮定するか、乾き度を設定する必要があるため、圧力検出装置を用いた方が精度よく、飽和液温度、飽和ガス温度を求めることができる。
ここで、高圧側(凝縮側)においては、図7に示すような、過冷却液域における等温線がほぼ垂直になっていて圧力によらず温度が変わらない特性を示す混合冷媒がある。例えば、HFO−1234yf(テトラフルオロプロペン)とR32との混合冷媒は、このような特性を示す。このため、混合冷媒によっては高圧側の圧力検出装置37がなくても、液温度のみでエンタルピhH を決めることができるため、高圧側圧力検出装置37は必ずしも必須の検出装置でない。
[室内機2]
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器26が搭載されている。この利用側熱交換器26は、配管5によって熱媒体変換機3の熱媒体流量調整装置25と第2熱媒体流路切替装置23に接続するようになっている。この利用側熱交換器26は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
この図4では、4台の室内機2が熱媒体変換機3に接続されている場合を例に示しており、紙面下から室内機2a、室内機2b、室内機2c、室内機2dとして図示している。また、室内機2a〜室内機2dに応じて、利用側熱交換器26も、紙面下側から利用側熱交換器26a、利用側熱交換器26b、利用側熱交換器26c、利用側熱交換器26dとして図示している。なお、図1および図2と同様に、室内機2の接続台数を図4に示す4台に限定するものではない。
[熱媒体変換機3]
熱媒体変換機3には、2つの熱媒体間熱交換器15と、2つの冷媒絞り装置16と、2つの開閉装置17と、2つの第2冷媒流路切替装置18と、2つのポンプ21と、4つの第1熱媒体流路切替装置22と、4つの第2熱媒体流路切替装置23と、4つの熱媒体流量調整装置25と、が搭載されている。なお、熱媒体変換機3を親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとに分けたものについては図3Aで説明する。第2制御装置となる変換機側制御装置60は、熱媒体変換機3が有する機器に係る制御を行う。たとえば、冷媒循環回路Aにおける冷媒絞り装置16の開度、開閉装置17の開閉、第2冷媒流路切替装置18、第1熱媒体流路切替装置22、第2熱媒体流路切替装置23の切り替え等を制御する。また、また、熱媒体循環回路B側におけるポンプ21の駆動、熱媒体流量調整装置25の開度等を制御する。特に本実施の形態では、たとえば、熱媒体間熱交換器15における蒸発温度、過熱度、凝縮温度、過冷却度を算出し、冷媒絞り装置16の開度制御等を行う。
2つの熱媒体間熱交換器15(熱媒体間熱交換器15a、熱媒体間熱交換器15b)は、凝縮器(放熱器)または蒸発器として機能し、熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行ない、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。熱媒体間熱交換器15aは、冷媒循環回路Aにおける冷媒絞り装置16aと第2冷媒流路切替装置18a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、熱媒体間熱交換器15bは、冷媒循環回路Aにおける冷媒絞り装置16bと第2冷媒流路切替装置18b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。ここでは2台の熱媒体間熱交換器15を設置しているが、1台設置するようにしてもよいし、3台以上設置するようにしてもよい。
2つの冷媒絞り装置16(冷媒絞り装置16a、冷媒絞り装置16b)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。冷媒絞り装置16aは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器15aの上流側に設けられている。冷媒絞り装置16bは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器15bの上流側に設けられている。2つの冷媒絞り装置16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17(開閉装置17a、開閉装置17b)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17a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17b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つの第2冷媒流路切替装置18(第2冷媒流路切替装置18a、第2冷媒流路切替装置18b)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。第2冷媒流路切替装置18aは、冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器15aの下流側に設けられている。第2冷媒流路切替装置18bは、全冷房運転時の熱源側冷媒の流れにおいて熱媒体間熱交換器15bの下流側に設けられている。
2つのポンプ21(ポンプ21a、ポンプ21b)は、配管5を導通する熱媒体を循環させるものである。ポンプ21aは、熱媒体間熱交換器15aと第2熱媒体流路切替装置23との間における配管5に設けられている。ポンプ21bは、熱媒体間熱交換器15bと第2熱媒体流路切替装置23との間における配管5に設けられている。2つのポンプ21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22(第1熱媒体流路切替装置22a〜第1熱媒体流路切替装置22d)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22は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは4つ)が設けられるようになっている。第1熱媒体流路切替装置22は、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器15aに、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器15bに、三方のうちの一つが熱媒体流量調整装置25に、それぞれ接続され、利用側熱交換器26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22a、第1熱媒体流路切替装置22b、第1熱媒体流路切替装置22c、第1熱媒体流路切替装置22dとして図示している。
4つの第2熱媒体流路切替装置23(第2熱媒体流路切替装置23a〜第2熱媒体流路切替装置23d)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23は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは4つ)が設けられるようになっている。第2熱媒体流路切替装置23は、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器15aに、三方のうちの一つが熱媒体間熱交換器15bに、三方のうちの一つが利用側熱交換器26に、それぞれ接続され、利用側熱交換器26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23a、第2熱媒体流路切替装置23b、第2熱媒体流路切替装置23c、第2熱媒体流路切替装置23dとして図示している。
4つの熱媒体流量調整装置25(熱媒体流量調整装置25a〜熱媒体流量調整装置25d)は、開口面積を制御できる二方弁等で構成されており、配管5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25は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは4つ)が設けられるようになっている。熱媒体流量調整装置25は、一方が利用側熱交換器26に、他方が第1熱媒体流路切替装置22に、それぞれ接続され、利用側熱交換器26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25a、熱媒体流量調整装置25b、熱媒体流量調整装置25c、熱媒体流量調整装置25dとして図示している。また、熱媒体流量調整装置25を利用側熱交換器26の熱媒体流路の入口側に設けてもよい。
また、熱媒体変換機3には、各種検出装置(2つの熱媒体流出温度検出装置31、4つの熱媒体出口温度検出装置34、4つの冷媒流入出温度検出装置35、および、2つの冷媒圧力検出装置36)が設けられている。これらの検出装置の検出に係る信号は、たとえば室外機制御装置50に送られ、圧縮機10の駆動周波数、送風機(図示せず)の回転数、第1冷媒流路切替装置11の切り替え、ポンプ21の駆動周波数、第2冷媒流路切替装置18の切り替え、熱媒体の流路の切替等の制御に利用されることになる。
2つの熱媒体流出温度検出装置31(熱媒体流出温度検出装置31a、熱媒体流出温度検出装置31b)は、熱媒体間熱交換器15から流出した熱媒体、つまり熱媒体間熱交換器15の出口における熱媒体の温度を検出するものであり、たとえばサーミスター等で構成するとよい。熱媒体流出温度検出装置31aは、ポンプ21aの入口側における配管5に設けられている。熱媒体流出温度検出装置31bは、ポンプ21bの入口側における配管5に設けられている。
4つの熱媒体出口温度検出装置34(熱媒体出口温度検出装置34a〜熱媒体出口温度検出装置34d)は、第1熱媒体流路切替装置22と熱媒体流量調整装置25との間に設けられ、利用側熱交換器26から流出した熱媒体の温度を検出するものであり、サーミスター等で構成するとよい。熱媒体出口温度検出装置34は、室内機2の設置台数に応じた個数(ここでは4つ)が設けられるようになっている。なお、室内機2に対応させて、紙面下側から熱媒体出口温度検出装置34a、熱媒体出口温度検出装置34b、熱媒体出口温度検出装置34c、熱媒体出口温度検出装置34dとして図示している。
4つの冷媒流入出温度検出装置35(冷媒流入出温度検出装置35a〜冷媒流入出温度検出装置35d)は、熱媒体間熱交換器15の熱源側冷媒の入口側または出口側に設けられ、熱媒体間熱交換器15に流入する熱源側冷媒の温度または熱媒体間熱交換器15から流出した熱源側冷媒の温度を検出するものであり、サーミスター等で構成するとよい。冷媒流入出温度検出装置35aは、熱媒体間熱交換器15aと第2冷媒流路切替装置18aとの間に設けられている。冷媒流入出温度検出装置35bは、熱媒体間熱交換器15aと冷媒絞り装置16aとの間に設けられている。冷媒流入出温度検出装置35cは、熱媒体間熱交換器15bと第2冷媒流路切替装置18bとの間に設けられている。冷媒流入出温度検出装置35dは、熱媒体間熱交換器15bと冷媒絞り装置16bとの間に設けられている。ここで、冷媒流入出温度検出装置35aおよび35cは熱媒体間熱交換器15が凝縮器として機能するときの冷媒流入口側の温度を検出する第1冷媒流入出温度検出装置となる。また、冷媒流入出温度検出装置35bおよび35dは熱媒体間熱交換器15が凝縮器として機能するときの冷媒流出口側の温度を検出する第2冷媒流入出温度検出装置となる。
第1冷媒圧力検出装置となる冷媒圧力検出装置(圧力センサー)36bは、冷媒流入出温度検出装置35dの設置位置と同様に、熱媒体間熱交換器15bと冷媒絞り装置16bとの間に設けられ、熱媒体間熱交換器15bと冷媒絞り装置16bとの間を流れる熱源側冷媒の圧力を検出するものである。また、第2冷媒圧力検出装置となる冷媒圧力検出装置36aは、冷媒流入出温度検出装置35aの設置位置と同様に、熱媒体間熱交換器15aと第2冷媒流路切替装置18aとの間に設けられ、熱媒体間熱交換器15aと第2冷媒流路切替装置18aとの間を流れる熱源側冷媒の圧力を検出するものである。ここでは2つの装置を設置しているが、後述するように、冷媒圧力検出装置36a、36bのいずれかを設けなくてもよい場合がある。
熱媒体を導通する配管5は、熱媒体間熱交換器15aに接続されるものと、熱媒体間熱交換器15bに接続されるものと、で構成されている。配管5は、熱媒体変換機3に接続される室内機2の台数に応じて配管5a〜配管5dに分岐(ここでは、各4分岐)されている。そして、配管5は、第1熱媒体流路切替装置22、および、第2熱媒体流路切替装置23で接続されている。第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23を制御することで、熱媒体間熱交換器15aからの熱媒体を利用側熱交換器26に流入させるか、熱媒体間熱交換器15bからの熱媒体を利用側熱交換器26に流入させるかが決定されるようになっている。
そして、空気調和装置100では、圧縮機10、第1冷媒流路切替装置11、熱源側熱交換器12、開閉装置17、第2冷媒流路切替装置18、熱媒体間熱交換器15aの冷媒流路、冷媒絞り装置16、および、アキュムレーター19を、冷媒配管4で接続して冷媒循環回路Aを構成している。また、熱媒体間熱交換器15aの熱媒体流路、ポンプ21、第1熱媒体流路切替装置22、熱媒体流量調整装置25、利用側熱交換器26、および、第2熱媒体流路切替装置23を、配管5で接続して熱媒体循環回路Bを構成している。つまり、熱媒体間熱交換器15のそれぞれに複数台の利用側熱交換器26が並列に接続され、熱媒体循環回路Bを複数系統としているのである。
よって、空気調和装置100では、室外機1と熱媒体変換機3とが、熱媒体変換機3に設けられている熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bを介して接続され、熱媒体変換機3と室内機2とも、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bを介して接続されている。すなわち、空気調和装置100では、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bで冷媒循環回路Aを循環する熱源側冷媒と熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体とが熱交換するようになっている。
図3Aは、実施の形態に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100Aと称する)の回路構成の別の一例を示す概略回路構成図である。図3Aに基づいて、熱媒体変換機3を親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとに分けた場合の空気調和装置100Aの回路構成について説明する。図4Aに示すように、熱媒体変換機3は、親熱媒体変換機3aと、子熱媒体変換機3bとで、筐体を分けて構成されている。このように構成することにより、図2に示したように1つの親熱媒体変換機3aに対し、複数の子熱媒体変換機3bを接続することができる。
親熱媒体変換機3aには、気液分離器27と、冷媒絞り装置16cと、が設けられている。その他の構成要素については、子熱媒体変換機3bに搭載されている。気液分離器27は、室外機1に接続する1本の冷媒配管4と、子熱媒体変換機3bの熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bに接続する2本の冷媒配管4と、に接続され、室外機1から供給される熱源側冷媒を蒸気状冷媒と液状冷媒とに分離するものである。冷媒絞り装置16cは、気液分離器27の液状冷媒の流れにおける下流側に設けられ、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り、冷房暖房混在運転時に、冷媒絞り装置16cの出口側における冷媒の圧力状態を中圧にするように制御する。冷媒絞り装置16c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。このように構成することにより、親熱媒体変換機3aに子熱媒体変換機3bを複数接続できるようになる。
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。この空気調和装置100は、各室内機2からの指示に基づいて、その室内機2で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。つまり、空気調和装置100は、室内機2の全部で同一運転をすることができるとともに、室内機2のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。なお、空気調和装置100Aが実行する各運転モードについても同様であるので、空気調和装置100Aが実行する各運転モードについては説明を省略する。以下、空気調和装置100には、空気調和装置100Aも含まれているものとする。
空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、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、冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モード、および、暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードがある。以下に、各運転モードについて、熱源側冷媒および熱媒体の流れとともに説明する。
[全冷房運転モード]
図8は、空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図8では、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図8では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の流れる配管を示している。また、図8では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
図8に示す全冷房運転モードの場合、室外機1では、第1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を熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機3では、ポンプ21aおよびポンプ21bを駆動させ、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bを開放し、熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉とし、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bとの間を熱媒体が循環するようにしている。
まず始めに、冷媒循環回路Aにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1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凝縮液化し、高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高圧液冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて冷媒絞り装置16aおよび冷媒絞り装置16bで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。
この二相冷媒は、蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入し、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒となる。熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bから流出したガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18aおよび第2冷媒流路切替装置18bを介して熱媒体変換機3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1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。
ここで、室外機側制御装置50は、運転中、たとえば定期的に、上述した循環組成の検知処理を行う。そして、算出した循環組成をデータとして含む信号を変換機側制御装置60に送信する。
変換機側制御装置60は、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36aの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出する。さらに、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度に基づいて熱媒体間熱交換器15における蒸発温度を算出する。このとき、前述したように、単純平均温度でもよいし、重み付け平均温度でもよい。そして、冷媒流入出温度検出装置35aの検出に係る温度と算出した蒸発温度との温度差を過熱度(スーパーヒート)として算出し、過熱度が一定になるように冷媒絞り装置16aの開度を制御する。同様に、冷媒流入出温度検出装置35cの検出に係る温度と算出した蒸発温度との温度差(過熱度)に基づいて、過熱度が一定になるように冷媒絞り装置16bの開度を制御する。開閉装置17aは開状態、開閉装置17bは閉状態とする。
ここで、冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度が飽和液温度または設定した乾き度における温度と仮定することにより、循環組成と冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度とに基づいて飽和圧力と飽和ガス温度とを算出することができる。さらに、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度として算出した飽和温度に基づいて、冷媒絞り装置16aおよび16bの開度を制御することができる。以上のような演算処理を行って冷媒絞り装置16の開度制御をする場合には冷媒圧力検出装置36aを設置する必要がないため、安価にシステムを構成することができる。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aおよびポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bで室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。
それから、熱媒体は、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bから流出して熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bに流入する。このとき、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入するようになっている。熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bから流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aおよび第1熱媒体流路切替装置22bを通って、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21aおよびポンプ21bへ吸い込まれる。
なお、利用側熱交換器26の配管5内では、第2熱媒体流路切替装置23から熱媒体流量調整装置25を経由して第1熱媒体流路切替装置22へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、熱媒体流出温度検出装置31aで検出された温度、あるいは、熱媒体流出温度検出装置31bで検出された温度と熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器15の出口温度は、熱媒体流出温度検出装置31aまたは熱媒体流出温度検出装置31bのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。このとき、第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23は、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。
全冷房運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器26(サーモオフを含む)へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置25により流路を閉じて、利用側熱交換器26へ熱媒体が流れないようにする。図8においては、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26cおよび利用側熱交換器26dにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉としている。そして、利用側熱交換器26cや利用側熱交換器26dから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置25cや熱媒体流量調整装置25dを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[全暖房運転モード]
図9は、空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図9では、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図9では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の流れる配管を示している。また、図9では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
図9に示す全暖房運転モードの場合、室外機1では、第1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を熱源側熱交換器12を経由させずに熱媒体変換機3へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機3では、ポンプ21aおよびポンプ21bを駆動させ、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bを開放し、熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉とし、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bとの間を熱媒体が循環するようにしている。
まず始めに、冷媒循環回路Aにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第2冷媒流路切替装置18aおよび第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bに流入した高温・高圧のガス冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bから流出した液冷媒は、冷媒絞り装置16aおよび冷媒絞り装置16bで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。この二相冷媒は、開閉装置17bを通って、熱媒体変換機3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、第2接続配管4bを導通し、逆止弁13cを通過して、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入する。
そして、熱源側熱交換器12に流入した冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第1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。
ここで、室外機側制御装置50は、運転中に循環組成の検知処理を行い、算出した循環組成をデータとして含む信号を変換機側制御装置60に送信する。
変換機側制御装置60は、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36bの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出する。さらに、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度に基づいて熱媒体間熱交換器15における凝縮温度を算出する。このとき、前述したように、単純平均温度でもよいし、重み付け平均温度でもよい。そして、冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度と算出した凝縮温度との温度差を過冷却度(サブクール)として算出し、過冷却度が一定になるように冷媒絞り装置16aの開度を制御する。同様に、冷媒流入出温度検出装置35dの検出に係る温度と算出した凝縮温度との温度差(過冷却度)に基づいて、過冷却度が一定になるように冷媒絞り装置16bの開度を制御する。開閉装置17aは閉状態、開閉装置17bは開状態とする。
また、前述したように循環組成と冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度とに基づいて飽和圧力と飽和ガス温度とを算出することができるため、冷媒圧力検出装置36aを設置しなくても冷媒絞り装置16aおよび16bの開度制御を行うことができる。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21aおよびポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bで室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。
それから、熱媒体は、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bから流出して熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bに流入する。このとき、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入するようになっている。熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bから流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22aおよび第1熱媒体流路切替装置22bを通って、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21aおよびポンプ21bへ吸い込まれる。
なお、利用側熱交換器26の配管5内では、第2熱媒体流路切替装置23から熱媒体流量調整装置25を経由して第1熱媒体流路切替装置22へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、熱媒体流出温度検出装置31aで検出された温度、あるいは、熱媒体流出温度検出装置31bで検出された温度と熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。熱媒体間熱交換器15の出口温度は、熱媒体流出温度検出装置31aまたは熱媒体流出温度検出装置31bのどちらの温度を使用してもよいし、これらの平均温度を使用してもよい。
このとき、第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23は、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方へ流れる流路が確保されるように、中間的な開度にしている。また、本来、利用側熱交換器26aは、その入口と出口の温度差で制御すべきであるが、利用側熱交換器26の入口側の熱媒体温度は、熱媒体流出温度検出装置31bで検出された温度とほとんど同じ温度であり、熱媒体流出温度検出装置31bを使用することにより温度センサーの数を減らすことができ、安価にシステムを構成できる。
全暖房運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器26(サーモオフを含む)へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置25により流路を閉じて、利用側熱交換器26へ熱媒体が流れないようにする。図9においては、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26cおよび利用側熱交換器26dにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉としている。そして、利用側熱交換器26cや利用側熱交換器26dから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置25cや熱媒体流量調整装置25dを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[冷房主体運転モード]
図10は、空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図10では、利用側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで温熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、図10では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の循環する配管を示している。また、図10では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
図10に示す冷房主体運転モードの場合、室外機1では、第1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を熱源側熱交換器12へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機3では、ポンプ21aおよびポンプ21bを駆動させ、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bを開放し、熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉とし、熱媒体間熱交換器15aと利用側熱交換器26aとの間を、熱媒体間熱交換器15bと利用側熱交換器26bとの間を、それぞれ熱媒体が循環するようにしている。
まず始めに、冷媒循環回路Aにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1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凝縮し、二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した二相冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
熱媒体間熱交換器15bに流入した二相冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、液冷媒となる。熱媒体間熱交換器15bから流出した液冷媒は、冷媒絞り装置16bで膨張させられて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、冷媒絞り装置16aを介して蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器15aに流入する。熱媒体間熱交換器15aに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで、熱媒体を冷却しながら、低圧のガス冷媒となる。このガス冷媒は、熱媒体間熱交換器15aから流出し、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13dを通って、第1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。
ここで、室外機側制御装置50は、運転中に循環組成の検知処理を行い、算出した循環組成をデータとして含む信号を変換機側制御装置60に送信する。
変換機側制御装置60は、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36aの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出する。さらに、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度に基づいて熱媒体間熱交換器15における蒸発温度を算出する。このとき、前述したように、単純平均温度でもよいし、重み付け平均温度でもよい。そして、冷媒流入出温度検出装置35aの検出に係る温度と算出した蒸発温度との温度差を過熱度(スーパーヒート)として算出し、過熱度が一定になるように冷媒絞り装置16bの開度を制御する。このとき、冷媒絞り装置16aは全開状態、開閉装置17aは閉状態、開閉装置17bは閉状態となっている。
ここで、冷媒絞り装置16bは、循環組成と、冷媒圧力検出装置36bの検出に係る圧力とに基づいて演算した飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度として凝縮温度を求めるようにしてもよい。そして、演算した凝縮温度と冷媒流入出温度検出装置35dの検出に係る温度との温度差として得られる過冷却度(サブクール)が一定になるように開度を制御してもよい。また、冷媒絞り装置16bを全開とし、冷媒絞り装置16aで過熱度または過冷却度を制御するようにしてもよい。
また、前述したように循環組成と冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度とに基づいて飽和圧力と飽和ガス温度とを算出することができるため、冷媒圧力検出装置36aを設置しなくても冷媒絞り装置16aおよび16bの開度制御を行うことができる。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。
利用側熱交換器26bでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。また、利用側熱交換器26aでは熱媒体が室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。このとき、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入するようになっている。利用側熱交換器26bを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25bおよび第1熱媒体流路切替装置22bを通って、熱媒体間熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21bへ吸い込まれる。利用側熱交換器26aを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25aおよび第1熱媒体流路切替装置22aを通って、熱媒体間熱交換器15aへ流入し、再びポンプ21aへ吸い込まれる。
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器26へ導入される。なお、利用側熱交換器26の配管5内では、暖房側、冷房側ともに、第2熱媒体流路切替装置23から熱媒体流量調整装置25を経由して第1熱媒体流路切替装置22へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては熱媒体流出温度検出装置31bで検出された温度と熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度との差を、冷房側においては熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度と熱媒体流出温度検出装置31aで検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
冷房主体運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器26(サーモオフを含む)へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置25により流路を閉じて、利用側熱交換器26へ熱媒体が流れないようにする。図10においては、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26cおよび利用側熱交換器26dにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉としている。そして、利用側熱交換器26cや利用側熱交換器26dから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置25cや熱媒体流量調整装置25dを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[暖房主体運転モード]
図11は、空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図11では、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、図11では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の循環する配管を示している。また、図11では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
図11に示す暖房主体運転モードの場合、室外機1では、第1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を熱源側熱交換器12を経由させずに熱媒体変換機3へ流入させるように切り替える。熱媒体変換機3では、ポンプ21aおよびポンプ21bを駆動させ、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bを開放し、熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉とし、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれと利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bとの間を熱媒体が循環するようにしている。
まず始めに、冷媒循環回路Aにおける熱源側冷媒の流れについて説明する。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
熱媒体間熱交換器15bに流入したガス冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、液冷媒となる。熱媒体間熱交換器15bから流出した液冷媒は、冷媒絞り装置16bで膨張させられて低圧二相冷媒となる。この低圧二相冷媒は、冷媒絞り装置16aを介して蒸発器として作用する熱媒体間熱交換器15aに流入する。熱媒体間熱交換器15aに流入した低圧二相冷媒は、熱媒体循環回路Bを循環する熱媒体から吸熱することで蒸発し、熱媒体を冷却する。この低圧二相冷媒は、熱媒体間熱交換器15aから流出し、第2冷媒流路切替装置18aを介して熱媒体変換機3から流出し、冷媒配管4を通って再び室外機1へ流入する。
室外機1に流入した冷媒は、逆止弁13cを通って、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12に流入した冷媒は、熱源側熱交換器12で室外空気から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した低温・低圧のガス冷媒は、第1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。
変換機側制御装置60は、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36bの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出する。さらに、飽和液温度と飽和ガス温度との平均温度に基づいて熱媒体間熱交換器15における凝縮温度を算出する。このとき、前述したように、単純平均温度でもよいし、重み付け平均温度でもよい。そして、冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度と算出した凝縮温度との温度差を過冷却度として算出し、過冷却度が一定になるように冷媒絞り装置16bの開度を制御する。また、冷媒絞り装置16aは全開、開閉装置17aは閉状態、開閉装置17bは閉状態とする。ここで、冷媒絞り装置16bを全開とし、冷媒絞り装置16aにより、過冷却度を制御するようにしてもよい。
また、前述したように循環組成と冷媒流入出温度検出装置35bの検出に係る温度とに基づいて飽和圧力と飽和ガス温度とを算出することができるため、冷媒圧力検出装置36aを設置しなくても冷媒絞り装置16aおよび16bの開度制御を行うことができる。
次に、熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れについて説明する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。
利用側熱交換器26bでは熱媒体が室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。また、利用側熱交換器26aでは熱媒体が室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。このとき、熱媒体流量調整装置25aおよび熱媒体流量調整装置25bの作用によって熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御されて利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入するようになっている。利用側熱交換器26bを通過し若干温度が上昇した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25bおよび第1熱媒体流路切替装置22bを通って、熱媒体間熱交換器15aに流入し、再びポンプ21aへ吸い込まれる。利用側熱交換器26aを通過し若干温度が低下した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25aおよび第1熱媒体流路切替装置22aを通って、熱媒体間熱交換器15bへ流入し、再びポンプ21bへ吸い込まれる。
この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体とは、第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23の作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器26へ導入される。なお、利用側熱交換器26の配管5内では、暖房側、冷房側ともに、第2熱媒体流路切替装置23から熱媒体流量調整装置25を経由して第1熱媒体流路切替装置22へ至る向きに熱媒体が流れている。また、室内空間7にて必要とされる空調負荷は、暖房側においては熱媒体流出温度検出装置31bで検出された温度と熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度との差を、冷房側においては熱媒体出口温度検出装置34で検出された温度と熱媒体流出温度検出装置31aで検出された温度との差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
暖房主体運転モードを実行する際、熱負荷のない利用側熱交換器26(サーモオフを含む)へは熱媒体を流す必要がないため、熱媒体流量調整装置25により流路を閉じて、利用側熱交換器26へ熱媒体が流れないようにする。図11においては、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器26cおよび利用側熱交換器26dにおいては熱負荷がなく、対応する熱媒体流量調整装置25cおよび熱媒体流量調整装置25dを全閉としている。そして、利用側熱交換器26cや利用側熱交換器26dから熱負荷の発生があった場合には、熱媒体流量調整装置25cや熱媒体流量調整装置25dを開放し、熱媒体を循環させればよい。
[冷媒配管4]
以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する配管4には熱源側冷媒が流れている。
[配管5]
本実施の形態に係る空気調和装置100が実行する幾つかの運転モードにおいては、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れている。
なお、冷媒圧力検出装置36aは、冷暖混在運転において冷房側として作用する熱媒体間熱交換器15aと第2冷媒流路切替装置18aとの間の流路に設置し、冷媒圧力検出装置36bは、冷暖混在運転において暖房側として作用する熱媒体間熱交換器15bと冷媒絞り装置16bとの間の流路に設置した場合について説明を行った。このような位置に設置すると、熱媒体間熱交換器15aおよび15bにおいて圧力損失があった場合でも、精度よく、飽和温度を演算することができる。しかし、凝縮側は圧力損失が小さいため、冷媒圧力検出装置36bを、熱媒体間熱交換器15bと冷媒絞り装置16bとの間の流路に設置してもよく、それ程、演算精度が悪くなることもない。また、蒸発器は比較的圧力損失が大きいが、圧力損失の量が推測可能あるいは圧力損失の少ない熱媒体間熱交換器を使用している場合等は、冷媒圧力検出装置36aを熱媒体間熱交換器15aと第2冷媒流路切替装置18aとの間の流路に設置してもよい。そして、たとえば、変換機側制御装置60は、全冷房運転モード、冷房主体運転モードにおいては、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36aの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出し、絞り装置16a、絞り装置16bの少なくともいずれか一方の制御を行う。また、全暖房運転モード、暖房主体運転モードにおいては、室外機側制御装置50から送られた循環組成と、冷媒圧力検出装置36bの検出に係る圧力とに基づいて、飽和液温度と飽和ガス温度とを算出、絞り装置16a、絞り装置16bの少なくともいずれか一方の制御を行う。
空気調和装置100では、利用側熱交換器26にて暖房負荷または冷房負荷のみが発生している場合は、対応する第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23を中間の開度にし、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方に熱媒体が流れるようにしている。これにより、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方を暖房運転または冷房運転に使用することができるため、伝熱面積が大きくなり、効率のよい暖房運転または冷房運転を行なうことができる。
また、利用側熱交換器26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、暖房運転を行なっている利用側熱交換器26に対応する第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23を加熱用の熱媒体間熱交換器15bに接続される流路へ切り替え、冷房運転を行なっている利用側熱交換器26に対応する第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23を冷却用の熱媒体間熱交換器15aに接続される流路へ切り替えることにより、各室内機2にて、暖房運転、冷房運転を自由に行なうことができる。
なお、実施の形態で説明した第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23は、三方弁等の三方流路を切り替えられるもの、開閉弁等の二方流路の開閉を行なうものを2つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであればよい。また、ステッピングモーター駆動式の混合弁等の三方流路の流量を変化させられるもの、電子式膨張弁等の2方流路の流量を変化させられるものを2つ組み合わせる等して第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23として用いてもよい。この場合は、流路の突然の開閉によるウォーターハンマーを防ぐこともできる。さらに、実施の形態では、熱媒体流量調整装置25が二方弁である場合を例に説明を行なったが、三方流路を持つ制御弁とし利用側熱交換器26をバイパスするバイパス管と共に設置するようにしてもよい。
また、利用側熱媒体流量制御装置25は、ステッピングモーター駆動式で流路を流れる流量を制御できるものを使用するとよく、二方弁でも三方弁の一端を閉止したものでもよい。また、利用側熱媒体流量制御装置25として、開閉弁等の二法流路の開閉を行うものを用い、ON/OFFを繰り返して平均的な流量を制御するようにしてもよい。
また、第2冷媒流路切替装置18が四方弁であるかのように示したが、これに限るものではなく、二方流路切替弁や三方流路切替弁を複数個用い、同じように冷媒が流れるように構成してもよい。
本実施の形態に係る空気調和装置100は、冷房暖房混在運転ができるものとして説明をしてきたが、これに限定するものではない。熱媒体間熱交換器15および冷媒絞り装置16がそれぞれ1つで、それらに複数の利用側熱交換器26と熱媒体流量調整弁25が並列に接続され、冷房運転か暖房運転のいずれかしか行なえない構成であっても同様の効果を奏する。
また、利用側熱交換器26と熱媒体流量調整弁25とが1つしか接続されていない場合でも同様のことが成り立つのは言うまでもなく、更に熱媒体間熱交換器15および冷媒絞り装置16として、同じ動きをするものが複数個設置されていても、当然問題ない。さらに、熱媒体流量調整弁25は、熱媒体変換機3に内蔵されている場合を例に説明したが、これに限るものではなく、室内機2に内蔵されていてもよく、熱媒体変換機3と室内機2とは別体に構成されていてもよい。
熱媒体としては、たとえばブライン(不凍液)や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。したがって、空気調和装置100においては、熱媒体が室内機2を介して室内空間7に漏洩したとしても、熱媒体に安全性の高いものを使用しているため安全性の向上に寄与することになる。
また、一般的に、熱源側熱交換器12および利用側熱交換器26a〜26dには、送風機が取り付けられており、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させる場合が多いが、これに限るものではなく、たとえば利用側熱交換器26a〜26dとしては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ができるし、熱源側熱交換器12としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができ、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんなものでも用いることができる。
また、ここでは、利用側熱交換器26a〜26dが4つである場合を例に説明を行ったが、幾つ接続してもよい。
また、熱媒体間熱交換器15a、15bが2つである場合を例に説明を行ったが、当然、これに限るものではなく、熱媒体を冷却または/および加熱できるように構成すれば、幾つ設置してもよい。
また、ポンプ21a、21bはそれぞれ一つとは限らず、複数の小容量のポンプを並列に並べてもよい。
また、制御装置を、室外機側制御装置50と変換機側制御装置60とを有し、通信線等で接続して連携して処理を行うようにしたが、制御を行う装置の設置形態、処理形態等はこれに限定するものではない。たとえば、室外機側制御装置50と変換機側制御装置60とを1台の制御装置で構成し、空気調和装置に係る全ての処理を制御装置1台で行うようにしてもよい。また、室外機1内、熱媒体変換機3内ではなく、他の場所に制御装置を設置して空気調和装置の制御を行うようにしてもよい。
また、ここでは冷媒循環回路Aと熱媒体循環回路Bとを有する空気調和装置としたが、冷媒循環回路Aにより構成した空気調和装置においても適用することができる。
1 熱源機(室外機)、2 室内機、2a、2b、2c、2d 室内機、3、3a、3b 熱媒体変換機、4、4a、4b 冷媒配管、4c 高低圧バイパス配管、5、5a、5b、5c、5d 配管、6 室外空間、7 室内空間、8 空間、9 建物、10 圧縮機、11 第1冷媒流路切替装置(四方弁)、12 熱源側熱交換器、13a、13b、13c、13d 逆止弁、14 バイパス絞り装置、15a、15b 熱媒体間熱交換器、16a、16b、16c 冷媒絞り装置、17a、17b 開閉装置、18a、18b 第2冷媒流路切替装置、19 アキュムレーター、20 冷媒間熱交換器、21a、21b ポンプ(熱媒体送出装置)、22a、22b、22c、22d 第1熱媒体流路切替装置、23a、23b、23c、23d 第2熱媒体流路切替装置、25a、25b、25c、25d 熱媒体流量調整装置、26a、26b、26c、26d 利用側熱交換器、27 気液分離器、31a、31b 熱媒体流出温度検出装置、32 高圧側冷媒温度検出装置、33 低圧側冷媒温度検出装置、34、34a、34b、34c、34d 熱媒体出口温度検出装置、35、35a、35b、35c、35d 冷媒流入出温度検出装置、36、36a、36b 冷媒圧力検出装置、37 高圧側圧力検出装置、38 低圧側圧力検出装置、50 室外機側制御装置、60 変換機側制御装置、100 空気調和装置、100A 空気調和装置、A 冷媒循環回路、B 熱媒体循環回路。
この発明に係る空気調和装置は、テトラフルオロプロペンとR32とを含む非共沸混合冷媒を送り出す圧縮機、冷媒の循環経路を切り替えるための冷媒流路切替装置、冷媒を熱交換させるための熱源側熱交換器、冷媒を圧力調整するための冷媒絞り装置および冷媒と冷媒と異なる熱媒体とを熱交換可能な熱媒体間熱交換器とを配管接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路を構成し、圧縮機が吸入する冷媒の圧力となる低圧側圧力を検出するための低圧側圧力検出装置と、圧縮機の吐出側の配管と吸入側の配管とを接続する高低圧バイパス配管と、高低圧バイパス配管に設置されるバイパス絞り装置と、バイパス絞り装置に流入する冷媒の温度となる高圧側温度を検出するための高圧側温度検出装置と、バイパス絞り装置を流出する冷媒の温度となる低圧側温度を検出するための低圧側温度検出装置と、バイパス絞り装置に流入する冷媒と流出した冷媒とを熱交換させる冷媒間熱交換器とから構成される冷媒循環組成検出回路とをさらに有する冷凍サイクル装置と、熱媒体間熱交換器の熱交換に係る熱媒体を循環させるための熱媒体送出装置、熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う利用側熱交換器および熱媒体間熱交換器の通過に係る熱媒体に対し、利用側熱交換器への通過切り替えを行う熱媒体流路切替装置を配管接続して熱媒体循環回路を構成する熱媒体側装置と、少なくとも、低圧側圧力、高圧側温度および低圧側温度に基づいて、冷凍サイクル装置における冷媒の循環組成を検知する第1制御装置と、第1制御装置と離れた位置に設置され、第1制御装置と有線または無線により通信可能に接続され、第1制御装置との通信により送られた循環組成に基づいて、熱媒体間熱交換器を有する熱媒体変換機において、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器の蒸発温度および冷媒流出側における過熱度の演算、または、凝縮器として機能する熱媒体間熱交換器の凝縮温度および冷媒流出側における過冷却度の演算の少なくとも一方を行う第2制御装置とを備え、少なくとも圧縮機、冷媒流路切替装置、熱源側熱交換器、冷媒循環組成検出回路を室外機に収容し、少なくとも熱媒体間熱交換器、冷媒絞り装置を熱媒体変換機に収容し、室外機と熱媒体変換機とを別体に形成し、互いに離れた位置に設置可能とし、第1制御装置を室外機の内部または近辺に設置し、第2制御装置を熱媒体変換機の内部または近辺に設置したものである。

Claims (14)

  1. テトラフルオロプロペンとR32とを含む非共沸混合冷媒を送り出す圧縮機、前記冷媒の循環経路を切り替えるための冷媒流路切替装置、前記冷媒を熱交換させるための熱源側熱交換器、前記冷媒を圧力調整するための冷媒絞り装置および前記冷媒と前記冷媒と異なる熱媒体とを熱交換可能な熱媒体間熱交換器とを配管接続して前記冷媒を循環させる冷媒循環回路を構成し、前記圧縮機が吸入する冷媒の圧力となる低圧側圧力を検出するための低圧側圧力検出装置と、前記圧縮機の吐出側の配管と吸入側の配管とを接続する高低圧バイパス配管と、該高低圧バイパス配管に設置されるバイパス絞り装置と、該バイパス絞り装置に流入する冷媒の温度となる高圧側温度を検出するための高圧側温度検出装置と、前記バイパス絞り装置を流出する冷媒の温度となる低圧側温度を検出するための低圧側温度検出装置と、前記バイパス絞り装置に流入する冷媒と流出した冷媒とを熱交換させる冷媒間熱交換器とから構成される冷媒循環組成検出回路とをさらに有する冷凍サイクル装置と、
    前記熱媒体間熱交換器の熱交換に係る前記熱媒体を循環させるための熱媒体送出装置、前記熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う利用側熱交換器および前記熱媒体間熱交換器の通過に係る熱媒体に対し、前記利用側熱交換器への通過切り替えを行う熱媒体流路切替装置を配管接続して熱媒体循環回路を構成する熱媒体側装置と、
    前記高圧側圧力、前記低圧側圧力、前記高圧側温度および前記低圧側温度に基づいて、前記冷凍サイクル装置における前記冷媒の循環組成を検知する第1制御装置と、
    前記第1制御装置と離れた位置に設置され、前記第1制御装置と有線または無線により通信可能に接続され、前記第1制御装置との通信により送られた前記循環組成に基づいて、前記熱媒体間熱交換器を有する熱媒体変換機において、蒸発器として機能する前記熱媒体間熱交換器の蒸発温度および冷媒流出側における過熱度の演算、または、凝縮器として機能する前記熱媒体間熱交換器の凝縮温度および冷媒流出側における過冷却度の演算の少なくとも一方を行う第2制御装置と
    を備え、
    少なくとも前記圧縮機、前記冷媒流路切替装置、前記熱源側熱交換器、前記冷媒循環組成検出回路を室外機に収容し、少なくとも前記熱媒体間熱交換器、前記冷媒絞り装置を熱媒体変換機に収容し、前記室外機と前記熱媒体変換機とを別体に形成し、互いに離れた位置に設置可能とし、前記第1制御装置を前記室外機の内部または近辺に設置し、前記第2制御装置を前記熱媒体変換機の内部または近辺に設置した
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記熱媒体間熱交換器が凝縮器として機能するときの冷媒流入口側の温度を検出するための第1冷媒流入出温度検出装置と、
    前記熱媒体間熱交換器が凝縮器として機能するときの冷媒流出口側の温度を検出するための第2冷媒流入出温度検出装置と、
    前記熱媒体間熱交換器の一端において、前記熱媒体間熱交換器を流入出する冷媒の圧力を検出する第1冷媒圧力検出装置と
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記熱媒体間熱交換器を複数有し、
    各熱媒体間熱交換器において、前記熱媒体間熱交換器が凝縮器として機能するときの冷媒流入口側の温度を検出するための第1冷媒流入出温度検出装置と、
    前記各熱媒体間熱交換器において、前記熱媒体間熱交換器が凝縮器として機能するときの冷媒流出口側の温度を検出するための第2冷媒流入出温度検出装置と、
    複数の熱媒体間熱交換器のうち、1以上の熱媒体間熱交換器のいずれか一端において、前記熱媒体間熱交換器に流入出する冷媒の圧力を検出する第1冷媒圧力検出装置と
    をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  4. 前記第2制御装置は、前記循環組成、前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および前記第1冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、蒸発器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過熱度を演算し、前記循環組成、前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および前記第2冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、凝縮器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過冷却度を演算することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記第2制御装置は、前記循環組成と前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力とに基づいて、該検出に係る圧力における飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度とを演算し、前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度とに基づいて前記冷媒の凝縮温度、蒸発温度の少なくとも一方を演算して、前記冷媒絞り装置の開度制御を行うことを特徴とする請求項4に記載の空気調和装置。
  6. 前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度との平均温度を前記凝縮温度または前記蒸発温度とすることを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。
  7. 前記第2制御装置は、前記循環組成、第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および第2冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、蒸発器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過熱度を演算し、前記循環組成、第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および第2冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、凝縮器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過冷却度を演算することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の空気調和装置。
  8. 前記第2制御装置は、前記循環組成と前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力とに基づいて、該検出に係る圧力における飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度とを演算し、前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度とに基づいて前記冷媒の凝縮温度を演算し、前記循環組成と前記第2冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度とに基づいて、前記検出に係る温度を、前記飽和液冷媒温度または設定された乾き度とする蒸発圧力を演算し、前記循環組成と前記蒸発圧力とに基づいて飽和ガス冷媒温度を演算し、前記蒸発圧力における前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度とに基づいて前記冷媒の蒸発温度を演算して、前記冷媒絞り装置の開度制御を行うことを特徴とする請求項7に記載の空気調和装置。
  9. 前記飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度との平均温度を前記凝縮温度または前記蒸発温度とすることを特徴とする請求項8に記載の空気調和装置。
  10. 前記熱媒体間熱交換器において、前記第1冷媒圧力検出装置を設置した端部側とは別の端部側に、前記熱媒体間熱交換器を流入出する冷媒の圧力を検出する第2冷媒圧力検出装置をさらに備えることを特徴とする請求項2または3に記載の空気調和装置。
  11. 前記第2制御装置は、前記循環組成、前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および前記第2冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、凝縮器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過冷却度を演算し、前記循環組成、前記第2冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力および前記第1冷媒流入出温度検出装置の検出に係る温度に基づいて、蒸発器として機能する前記熱媒体間熱交換器の過熱度を演算することを特徴とする請求項10に記載の空気調和装置。
  12. 前記第2制御装置は、前記循環組成と前記第1冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力に基づいて、前記第1冷媒圧力検出装置の検出圧力における飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度とを演算し、前記第1冷媒圧力検出装置の検出圧力における前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度とに基づいて前記冷媒の凝縮温度を演算し、また、前記循環組成と前記第2冷媒圧力検出装置の検出に係る圧力に基づいて、前記第2冷媒圧力検出装置の検出圧力における飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度とを演算し、前記第1冷媒圧力検出装置の検出圧力における前記飽和液冷媒温度と前記飽和ガス冷媒温度とに基づいて前記冷媒の蒸発温度を演算して、前記冷媒絞り装置の開度制御を行うことを特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。
  13. 前記飽和液冷媒温度と飽和ガス冷媒温度との平均温度を前記凝縮温度または前記蒸発温度とすることを特徴とする請求項12に記載の空気調和装置。
  14. 複数の利用側熱交換器に対し、運転している複数の利用側熱交換器のすべてが暖房運転を行う全暖房運転モードと、運転している前記複数の利用側熱交換器のすべてが冷房運転を行う全冷房運転モードと、運転している前記複数の利用側熱交換器の一部が暖房運転を行いかつ前記複数の利用側熱交換器の一部が冷房運転を行う冷房暖房混在運転モードを備え、前記冷房暖房混在運転モードにおいては、熱媒体流路切替装置を切り替えて、加熱された熱媒体と冷却された熱媒体とのいずれかを選択して前記利用側熱交換器に通過可能にすることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれかに記載の空気調和装置。
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