JPWO2012081110A1 - 空気調和装置 - Google Patents
空気調和装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012081110A1 JPWO2012081110A1 JP2012548587A JP2012548587A JPWO2012081110A1 JP WO2012081110 A1 JPWO2012081110 A1 JP WO2012081110A1 JP 2012548587 A JP2012548587 A JP 2012548587A JP 2012548587 A JP2012548587 A JP 2012548587A JP WO2012081110 A1 JPWO2012081110 A1 JP WO2012081110A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- refrigerant
- outdoor heat
- circulation cycle
- outdoor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 304
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 80
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 claims description 29
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 54
- 230000008569 process Effects 0.000 description 40
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 206010051956 Trichorhinophalangeal syndrome Diseases 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 2
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/025—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units
- F25B2313/0252—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units with bypasses
- F25B2313/02521—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units with bypasses during cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/025—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units
- F25B2313/0253—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units in parallel arrangements
- F25B2313/02531—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple outdoor units in parallel arrangements during cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
- F25B2313/02741—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
- F25B2400/0401—Refrigeration circuit bypassing means for the compressor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
- F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/01—Geometry problems, e.g. for reducing size
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
【課題】自然循環サイクルと圧縮機サイクルとを切替えることが可能な空気調和装置において、より適正な冷媒量を循環させること。【解決手段】圧縮機(21)と、室外熱交換器(23)と、膨張弁(26)と、利用側熱交換器(28)との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、第1バイパス配管(31)と、室外熱交換器(23)と、補助室外熱交換器(24)と、膨張弁(26)と、利用側熱交換器(28)との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能な空気調和装置であって、強制循環サイクルでは、冷房運転時に、室外熱交換器が凝縮器として機能し、自然循環サイクルでは、冷房運転時に、室外熱交換器および補助室外熱交換器が凝縮器として機能する構成である。そして、強制循環サイクルでの冷房運転時に、余剰冷媒を補助室外熱交換器に貯留することができる構成となっている。【選択図】図1
Description
本発明は、冷媒の密度差による自然循環サイクルと、圧縮機による強制循環サイクルとを切替えて運転することのできる空気調和装置に関し、特に、各サイクルにおいて、室外熱交換器の伝熱面積や使用する冷媒量などを好適なものとすることのできる空気調和装置に関するものである。
一般に、強制循環サイクルでは、冷媒は圧縮機により駆動され、膨張弁で流量を調整し、低温低圧の二相状態で蒸発器に流入して冷却を行う。一方、自然循環サイクルでは、冷媒は冷媒液と冷媒ガスの密度差により駆動され、循環量は蒸発器入口側に形成された冷媒液による液柱の高さの影響を受ける。そのため、自然循環サイクルでは、強制循環サイクルより多くの冷媒が必要となり、強制循環サイクルから自然循環サイクルに運転を切替える際に、余剰冷媒が生じてしまう。この余剰冷媒を貯留するための技術として、例えば、特許文献1および2が公知である。
特許文献1に記載の冷房装置(空気調和装置)は、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁からなる蒸気圧縮冷凍サイクル(強制循環サイクル)と、この蒸気圧縮冷凍サイクルのうち圧縮機と膨張弁をバイパスしてなる自然循環ループ(自然循環サイクル)とを備えており、さらに、冷媒液溜めが凝縮器出口の液配管に別個に設けられている。そして、蒸気圧縮冷凍サイクルと自然循環ループのそれぞれの運転モードの必要冷媒量の差により生じる余剰冷媒は、この冷媒液溜めに貯留されるようになっている。
また、特許文献2には、特許文献1とほぼ同様の装置が記載されており、具体的には、圧縮機、凝縮器、絞り装置(膨張弁)、蒸発器を順次接続して形成された強制循環サイクルと、圧縮機をバイパスして蒸発器と凝縮器と接続して形成された自然循環サイクルとを備えた空気調和装置において、凝縮器出口と絞り装置の間に冷媒貯留容器を設け、強制循環サイクルと自然循環サイクルのそれぞれの運転モードの必要冷媒量の差により生じる余剰冷媒をこの冷媒貯留容器に貯留するようにした構成が記載されている。
ところで、自然循環サイクルによる運転は、一般に、中間期(外気温度が室内温度より低い時期)において行われる。この自然循環サイクルによる運転が行われるためには、通常、室内温度と外気温度との間にある程度の温度差(例えばΔT=5℃程度)が必要であり、この温度差が小さくなると、凝縮器内で流入したガス冷媒を完全に液化させることができなくなってしまう。そのため、温度差が小さいときでも自然循環サイクルによる運転を行うためには、凝縮器の伝熱面積は強制循環運転において要求される伝熱面積に比べて大きくする必要がある。つまり、自然循環サイクルと強制循環サイクルとで、それぞれの運転に要求される好適な凝縮器の伝熱面積は異なり、自然循環サイクルの方が強制循環サイクルより必要とされる凝縮器の伝熱面積は大である。
特許文献1に記載の装置を見てみると、凝縮器の伝熱面積を蒸気圧縮冷凍サイクルによる運転と自然循環ループによる運転とで調整することができる構成になっていない。これは、特許文献2についても同様である。このように、特許文献1および2に記載の装置は、自然循環サイクルと強制循環サイクルのそれぞれの運転において、凝縮器が必ずしも好適な熱交換性能を発揮しているとは言えないものであった。
また、特許文献1および2に記載の装置は、共に余剰冷媒を貯留する容器を備えているものの、別個に設けているため、装置全体が大型化するうえ、余計なコストが嵩む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、自然循環サイクルと強制循環サイクルのそれぞれの運転において、凝縮器を好適な伝熱面積とすることができる空気調和装置を提供することにある。さらに、本発明の第2の目的は、上記第1の目的に加えて、余剰冷媒を貯留することができる構成を低コストで実現することができる空気調和装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第1バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第1バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにしたことを特徴としている。
本発明によれば、強制循環サイクルでは室外熱交換器だけを凝縮器として使用するので、強制循環サイクルに適した伝熱面積で効率良く運転を行うことができる。また、自然循環サイクルでは室外熱交換器と補助室外熱交換器の2つの熱交換器を凝縮器として使用するので、強制循環サイクルより大きい伝熱面積で効率良く運転を行うことができる。つまり、本発明は、大きな伝熱面積が必要となる自然循環サイクルでは、室外熱交換器と補助室外熱交換器の2つを用いるが、自然循環サイクルに比べて小さい伝熱面積で運転することができる強制循環サイクルでは、補助室外熱交換器を使用せず、室外熱交換器のみを用いて運転することができるため、運転の効率化を図ることができる。
さらに、本発明によれば、強制循環サイクルにおいて使用しない補助室外熱交換器を、余剰冷媒の貯留容器として使用することができるため、わざわざ余剰冷媒を貯留するために別個の容器を設ける必要がない。よって、この構成により、空気調和装置を小型化することができ、大幅なコスト低減を図ることもできる。
また、上記構成において、前記補助室外熱交換器を前記室外熱交換器よりも低い位置に設置する構成とするのが好ましい。気相状態より液相状態の方が冷媒の密度は大きいため、余剰冷媒を貯留する際に、補助室外熱交換器を室外熱交換器よりも低い位置に設定しておけば、室外熱交換器にて凝縮した液冷媒が補助室外熱交換器にスムーズに流れていく。よって、本構成によれば、短時間で余剰冷媒を補助室外熱交換器に貯留することができる。
また、上記構成において、前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器と、この第1室外熱交換器の下流側に位置する第2室外熱交換器とを備え、前記第2室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と並列に接続した構成とすることができる。
また、上記構成において、前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器と、この第1室外熱交換器の下流側に位置する第2室外熱交換器とを備え、前記補助室外熱交換器を前記第2室外熱交換器よりも下流側に位置させると共に、前記第2室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と直列に接続し、さらに、前記補助室外熱交換器をバイパスするバイパス配管を設けた構成とすることもできる。
また、上記構成において、前記膨張弁と並列に冷媒流量制御弁を設け、前記自然循環サイクルでは、前記膨張弁を閉じて前記冷媒流量制御弁に冷媒を流す構成とするのが好ましい。自然循環サイクルと強制循環サイクルとでは使用する冷媒の量が異なるため、この構成のように、強制循環サイクルでの使用に適した膨張弁と、自然循環サイクルでの使用に適した冷媒流量制御弁を使い分けるようにすれば、冷媒量を調整する精度を高めることができる。
また、上記した空気調和装置は、次のような運転の制御を行うと好適である。
即ち、上記した空気調和装置において、前記補助室外熱交換器に対して冷房運転時における冷媒の流れの下流側に設けられた第1電磁弁および上流側に設けられた第2電磁弁と、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の出口での冷媒圧力を検出する圧力センサと、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の入口での冷媒温度を検出する温度センサと、前記圧力センサおよび前記温度センサの入力に基づき運転の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記自然循環サイクルから前記強制循環サイクルに運転が切り替わると、前記補助室外熱交換器に前記余剰冷媒を貯留するための冷媒貯留運転を実行し、前記冷媒貯留運転では、前記制御装置は、まず、前記第1電磁弁を閉じ、次いで、所定時間経過した後に前記圧力センサと前記温度センサの入力に基づいて前記補助室外熱交換器内の冷媒の状態を判断し、その判断結果に応じて前記第2電磁弁を閉じるよう制御することが好ましい。
即ち、上記した空気調和装置において、前記補助室外熱交換器に対して冷房運転時における冷媒の流れの下流側に設けられた第1電磁弁および上流側に設けられた第2電磁弁と、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の出口での冷媒圧力を検出する圧力センサと、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の入口での冷媒温度を検出する温度センサと、前記圧力センサおよび前記温度センサの入力に基づき運転の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記自然循環サイクルから前記強制循環サイクルに運転が切り替わると、前記補助室外熱交換器に前記余剰冷媒を貯留するための冷媒貯留運転を実行し、前記冷媒貯留運転では、前記制御装置は、まず、前記第1電磁弁を閉じ、次いで、所定時間経過した後に前記圧力センサと前記温度センサの入力に基づいて前記補助室外熱交換器内の冷媒の状態を判断し、その判断結果に応じて前記第2電磁弁を閉じるよう制御することが好ましい。
また、上記構成において、前記熱源側の熱搬送媒体としての外気を前記室外熱交換器へ送風する室外ファンを備え、前記制御装置は、前記冷媒貯留運転中における前記室外ファンの回転数を増加させるよう制御することが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、前記冷媒貯留運転が終了した後に、前記強制循環サイクルでの冷媒量が不足していると判断した場合には、前記第1電磁弁の開度を調整して前記補助室外熱交換器内に貯留されている前記余剰冷媒を前記強制循環サイクル内に放出する冷媒量調整運転を実行することが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記補助室外熱交換器に貯留されている前記余剰冷媒を放出し、且つ、前記圧縮機に液相状態の冷媒が流入しないように前記膨張弁の開度を調節し、その後、前記圧縮機を停止して、前記自然循環サイクルへ切替えるよう制御することが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内温度よりも第1の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自然循環優先モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも第2の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える通常モードとを備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、前記強制循環サイクルでの運転時に室外温度が室内設定温度よりも第1の所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信し、前記所定の信号の表示又は発信から所定時間経過後で、前記室外温度が前記室内設定温度よりも第2の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに切替えるように制御することが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自動切替モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信するお知らせモードとを備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記制御装置は、運転開始時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低い場合、前記強制循環サイクルを所定時間行った後に、前記自然循環サイクルに切替えるよう制御することが好ましい。
本発明によれば、自然循環サイクルでは室外熱交換器と補助室外熱交換器を凝縮器として使用できるうえ、強制循環サイクルでは室外熱交換器のみを凝縮器として使用できるので、それぞれの運転において、好適な伝熱面積を確保することができる。よって、熱交換の効率が向上し、運転効率も高まる。また、強制循環サイクルでは不使用となる補助室外熱交換器に余剰冷媒を貯留できるため、従来のように別個に余剰冷媒を貯留するための容器を設ける必要がない。そのため、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。
[本発明の第1の実施形態]
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、冷媒を圧縮する圧縮機21と、冷媒の流路を切替える四方弁22と、室外熱交換器23と、補助室外熱交換器24と、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24に対して大気を送風する室外ファン23aと、冷媒を減圧する膨張弁26と、冷媒の流量を制御する冷媒流量制御弁27と、室内熱交換器(利用側熱交換器)28と、室内熱交換器28に対して室内空気を送風する室内ファン28aと、電磁弁14,15と、二方弁11,12と、バイパス弁13とを備えて構成されている。これらの各機器、弁等は、冷媒配管によって環状に接続されている。
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、冷媒を圧縮する圧縮機21と、冷媒の流路を切替える四方弁22と、室外熱交換器23と、補助室外熱交換器24と、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24に対して大気を送風する室外ファン23aと、冷媒を減圧する膨張弁26と、冷媒の流量を制御する冷媒流量制御弁27と、室内熱交換器(利用側熱交換器)28と、室内熱交換器28に対して室内空気を送風する室内ファン28aと、電磁弁14,15と、二方弁11,12と、バイパス弁13とを備えて構成されている。これらの各機器、弁等は、冷媒配管によって環状に接続されている。
圧縮機21は、容量制御が可能な可変容量型の圧縮機である。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、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。
室外熱交換器23および補助室外熱交換器24は、室外ファン23aから送風される熱源側の熱搬送媒体としての大気と各熱交換器23,24内を流れる冷媒との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンチューブ式のものが用いられている。補助室外熱交換器24は、室外熱交換器23に対して並列に接続されており、補助室外熱交換器24の前後(冷房運転時における冷媒の流れの上流側と下流側)に設けられた電磁弁14,15を開閉することにより、冷媒を、室外熱交換器23のみに流す場合と、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24の両方に流す場合とに切替えることができるようになっている。
また、圧縮機21をバイパスするためのバイパス配管(第1バイパス配管)31が設けられており、このバイパス配管31には二方弁であるバイパス弁13が取り付けられている。そのため、圧縮機21の前後に設けられた二方弁11,12とバイパス弁13の開閉を制御することにより、冷媒が流れる流路が、圧縮機21を経由する場合と、圧縮機21をバイパスする場合とに切替えることができるようになっている。
さらに、膨張弁26をバイパスするバイパス配管(第2バイパス配管)32が設けられており、このバイパス配管32には、冷媒流量制御弁27が取り付けられている。つまり、膨張弁26と冷媒流量制御弁27とは並列に接続されている。よって、膨張弁26と冷媒流量制御弁27の開閉を制御することにより、冷媒を膨張弁26と冷媒流量制御弁27とに選択的に流すことができる。
また、室内熱交換器28は、室内ファン28aから送風される利用側の熱搬送媒体としての室内空気と室内熱交換器28内を流れる冷媒との間で熱交換を行うものであり、例えばフィンチューブ式のものが用いられている。
そして、室外熱交換器23の冷房運転時の冷媒の入口近傍の位置には圧力センサP1が設けられ、補助室外熱交換器24の冷房運転時の冷媒の出口近傍の位置には圧力センサP2が設けられている。また、室外熱交換器23の冷房運転時の冷媒の出口近傍の位置には温度センサT1が設けられ、補助室外熱交換器24の冷房運転時の冷媒の入口近傍の位置には温度センサT2が設けられている。これらの各センサは、制御装置1aと電気的に接続されており、制御装置は各センサからの信号の入力に基づいて、各種運転の制御を行っている。なお、図示しないが外気温度(室外温度)を検知するための温度センサ、室内温度を検知するための温度センサ等も第1の実施の形態例に係る空気調和装置には設けられている。
ここで、第1の実施の形態例では、圧縮機21、四方弁22、室外熱交換器23、補助室外熱交換器24、室外ファン23a、膨張弁26、冷媒流量制御弁27、電磁弁14,15、および二方弁11,12,13が1つの室外ユニット1になっている。これに対して、室内熱交換器28および室内ファン28aが1つの室内ユニット2になっている。室内ユニット2は室内に設置されるが、室外ユニット1は住宅の屋根に設置されている。これは、自然循環サイクルによる運転を可能とするためには、室内熱交換器28は、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24より低い位置に設置されている必要があるからである。つまり、室外ユニット1と室内ユニット2とは高低差を設けなければならない理由により、第1の実施の形態例では、室外ユニット1を住宅の屋根に設置しているのである。
また、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機21、室外熱交換器23、膨張弁26、室内熱交換器28との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器23、補助室外熱交換器24、冷媒流量制御弁27、室内熱交換器28との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、R410a、R134a、HFO1234yf、HFO1234ze、CO2を用いることができる。
続いて、強制循環サイクルによる冷房運転について図2を参照し、自然循環サイクルによる冷房運転について図3を参照してそれぞれ説明するが、図2および図3において、矢印は冷媒の流れる方向を示し、黒色に塗られた弁は閉状態を示し、白色に塗られた弁は開状態を示し、点線で描かれた機器は、その図に示す運転において不使用であることを示している。
強制循環サイクルによる冷房運転では、図2に示すように、二方弁11,12が開、バイパス弁13が閉、電磁弁14,15が閉、膨張弁26が開、冷媒流量制御弁27が閉となっている。圧縮機21の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22、二方弁12を順に通って、室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁26で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器28に流入する。室内熱交換器28内を流れる気液二相冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、二方弁11、四方弁22を順に通って、圧縮機21の吸込口に流入し、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。この強制循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器23が凝縮器として機能し、室内熱交換器28が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、補助室外熱交換器24の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点についての詳細は後述する。
これに対して、自然循環サイクルによる運転では、図3に示すように、二方弁11,12が閉、バイパス弁13が開、電磁弁14,15が開、膨張弁26が閉、冷媒流量制御弁27が開となっている。室外熱交換器23および補助室外熱交換器24内の冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁27を通り、室内熱交換器28を流れる間に室内空気から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24が凝縮器として機能し、室内熱交換器28が蒸発器として機能している。
このように、第1の実施の形態例に係る空気調和装置では、強制循環サイクルでは凝縮器として室外熱交換器23のみを使用し、自然循環サイクルでは、凝縮器として室外熱交換器23および補助室外熱交換器を使用する構成となっているので、各サイクルで好適な伝熱面積が確保され、好適な運転性能を発揮することができるのである。
なお、あくまで参考であるが、強制循環サイクルによる冷房運転の時期は、例えば図4に示すように、外気温度が20℃以上になる時期であり、自然循環サイクルによる冷房運転の時期は、外気温度が20℃を下回る時期であり、特に、4月、5月、9月、10月頃である。
また、第1の実施の形態例に係る空気調和装置では、四方弁22を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができる。暖房運転では、室内熱交換器28が凝縮器として機能し、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24は蒸発器として機能するが、このこと自体は公知であるため、ここでの説明は省略する。なお、以下の説明において、強制循環サイクルによる冷房運転のことを単に強制循環運転といい、自然循環サイクルによる冷房運転のことを単に自然循環運転という場合がある。
次に、自然循環サイクルから強制循環サイクルに切り替えて冷房運転を行う場合の制御について説明する。強制循環サイクルによる冷房運転で必要な冷媒量は、自然循環サイクルによる冷房運転で必要な冷媒量に比べて少なくて済むので、自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切り替える際には、余剰の冷媒量を補助室外熱交換器24に貯留するように運転の制御が行われる。
図5に示すように、まず、空気調和装置の制御装置1aは、自然循環運転中に、運転切替条件が成立しているか否かを検出する(ステップS1)。次いで、ステップS2にて、制御装置1aは、強制循環運転が必要であるか否かを判断する。ステップS2でNoの場合には、そのまま自然循環運転を継続する。一方、ステップS2でYesの場合には、ステップS3に進んで、制御装置1aは運転モード切替指令を出力する。そして、ステップS4にて、制御装置1aは、強制循環運転への切替操作を行う。なお、このステップS4の詳細については、後述する。次いで、ステップS5に進み、制御装置1aは、補助室外熱交換器24に冷媒を貯留するための運転(以下、「冷媒貯留運転」という)の指令を出力する。そして、ステップS6において、補助室外熱交換器24に冷媒を貯留するための運転が行われる。なお、ステップS6における運転の詳細は後ほど説明する。
続いて、ステップS4で行われる運転切替えの操作の手順について説明する。まず、運転を自然循環サイクルから強制循環サイクルに切替える際には、図5に示すように、制御装置1aは、冷媒流量調整弁27を閉(ステップS11)、バイパス弁13を閉(ステップS12)、二方弁12を開(ステップS13)とした後に圧縮機21を起動(ステップS14)し、二方弁11を開(ステップS15)、そして、膨張弁26の開度を調整して流量制御を行う(ステップS16)。このような切替操作を行うことで、膨張弁26、室内熱交換器28、二方弁11までの冷媒回路内に残留した冷媒量を低減し、圧縮機21の起動時に液冷媒を吸い込むことを防止する。
次に、ステップS6で行われる冷媒貯留運転の手順について説明する。図6に示すように、制御装置1aは、まず、補助室外熱交換器24の冷房運転時における冷媒の出口側(下流側)に設けられた電磁弁(第1電磁弁)15を閉(ステップS21)とし、補助室外熱交換器24に液冷媒が貯留すると考えられる一定時間(Δt)が経過したか否かを判断する(ステップS22)。ステップS22でYesの場合、即ち、一定時間が経過した場合、制御装置1aは、ステップS23に進み、冷媒の状態を計測する。具体的には、制御装置1aが、圧力センサP2の入力に基づいて飽和温度Tsatを算出し、この飽和温度Tsatと温度センサT2の入力とに基づいて冷媒の過冷却度ΔTsub(ΔTsub=Tsat−T2)を算出する。なお、制御装置1aには、圧力に応じて予め定められた飽和温度Tsatのデータテーブルが格納されており、このデータテーブルを参照して、制御装置1aは圧力センサP2の値に対応する飽和温度Tsatを算出している。そして、冷媒の過冷却度ΔTsubが設定範囲内であるか否かを制御装置1aはステップS24にて判断する。ステップS24でYesの場合には、ステップS29に進み、補助室外熱交換器24に所定量の液冷媒が貯留されているとみなして補助室外熱交換器24の冷房運転時における冷媒の入口側(上流側)に設けられた電磁弁(第2電磁弁)14を閉として冷媒貯留運転を終了する。
一方、ステップS24でNoの場合、即ち、冷媒の過冷却度ΔTsubが設定範囲外であった場合は、制御装置1aは、膨張弁26の開度を変更(ステップS25)し、圧縮機21の回転数を変更(ステップS26)して、再度、冷媒の状態を計測する(ステップS27)。次いで、ステップS28に進んで、制御装置1aは、過冷却度ΔTsubが設定範囲以上であるか否かを判断する。設定範囲以上(ステップS28でYes)であれば、ステップS29に進んで、電磁弁14を閉として冷媒貯留運転を終了する。なお、ステップS28でNoの場合には、ステップS25に戻り、ステップS28でYesとなるまで、ステップS25からステップS28の処理を繰り返し行う。
このような手順で冷媒貯留運転を行うことで、強制循環差サイクルの運転時に適した冷媒封入量で運転を開始することが出来る。しかも、余剰冷媒は強制循環サイクル時に不使用の補助室外熱交換器24に貯留されるので、別個に冷媒を貯留するための容器等は不要である。よって、装置の小型化、低コスト化を実現できる。加えて、圧力センサと温度センサによって、冷媒の貯留量を調整することができるため、装置を簡素化することもできる。
また、第1の実施の形態例に係る空気調和装置では、上記した冷媒貯留運転に加えて、補助室外熱交換器24に冷媒を貯留する速度を速めるための冷媒貯留短縮運転を備えている。図7に示す冷媒貯留短縮運転では、まず、制御装置1aは、室外ファン23aの回転数を増加(ステップS31)させ、その後、補助室外熱交換器24の冷房運転時における冷媒の出口側に設けられた電磁弁15を閉(ステップS32)とし、補助室外熱交換器24に液冷媒が貯留すると考えられる一定時間(Δt)が経過したか否かを判断する(ステップS33)。ステップS33でYesの場合、即ち、一定時間が経過した場合、制御装置1aは、ステップS34に進み、冷媒の状態を計測する。具体的には、制御装置1aが、圧力センサP2の入力に基づいて飽和温度Tsatを算出し、この飽和温度Tsatと温度センサT2の入力とに基づいて冷媒の過冷却度ΔTsub(ΔTsub=Tsat−T2)を算出する。そして、冷媒の過冷却度ΔTsubが設定範囲内であるか否かを制御装置1aはステップS35にて判断する。ステップS35でYesの場合には、ステップS40に進み、補助室外熱交換器24に所定量の液冷媒が貯留されているとみなして補助室外熱交換器24の冷房運転時における冷媒の入口側に設けられた電磁弁14を閉とし、次いで、ステップS41で室外ファン23aの回転数を規定値に変更した後に冷媒貯留短縮運転を終了する。
一方、ステップS35でNoの場合、即ち、冷媒の過冷却度ΔTsubが設定範囲外であった場合は、制御装置1aは、膨張弁26の開度を変更(ステップS36)し、圧縮機21の回転数を変更(ステップS37)して、再度、冷媒の状態を計測する(ステップS38)。次いで、ステップS39に進んで、制御装置1aは、過冷却度ΔTsubが設定範囲以上であるか否かを判断する。設定範囲以上(ステップS39でYes)であれば、ステップS40に進んで、電磁弁14を閉とし、次いで、ステップS41で室外ファン23aの回転数を規定値に変更した後に冷媒貯留短縮運転を終了する。なお、ステップS39でNoの場合には、ステップS36に戻り、ステップS39でYesとなるまで、ステップS36からステップS39の処理を繰り返し行う。このように、冷媒貯留短縮運転によれば、冷媒貯留運転の開始時に室外ファン23aの回転数を増加させることで、補助室外熱交換器24における冷媒の凝縮化が促進されるから、補助室外熱交換器24へ所定量の冷媒を貯留するまでの時間を短くすることが可能となる。
さらに、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環サイクルによる冷房運転中に冷媒量が不足した場合であっても、冷媒量を調整しながら運転を行うことができる冷媒量調整運転を備えている。この冷媒量調整運転について、図8を参照しながら説明する。まず、空気調和装置の制御装置1aは、自然循環運転中に、運転切替条件が成立しているか否かを検出する(ステップS51)。次いで、ステップS52にて、制御装置1aは、強制循環運転が必要であるか否かを判断する。ステップS52でNoの場合には、そのまま自然循環運転を継続する。一方、ステップS52でYesの場合には、ステップS53に進んで、制御装置1aは運転モード切替指令を出力する。そして、ステップS54にて、制御装置1aは、強制循環運転への切替操作を行う。このステップS54の詳細は、図5のステップS4と同じであるため、ここでの説明は省略する。次いで、ステップS55に進み、制御装置1aは、冷媒貯留運転を行う。なお、このステップS55で行われる処理は、図5のステップS6の処理と同じであるため、ここでの説明は省略する。次いで、冷媒貯留運転が行われた後に、制御装置1aは、ステップS56にて強制循環サイクルによる冷房運転を行う。そして、次のステップS57において、冷媒量調整運転に係る処理が行われる。
この冷媒量調整運転に係る処理では、まず、制御装置1aは、ステップS61において、強制循環サイクルの状態を検出する。次いで、ステップS62に進み、制御装置1aは、サイクルの状態が規定範囲外であるか否かを判断する。ステップS62でYesの場合には、ステップS63に進み、冷媒量が不足しているか否かを制御装置1aは判断する。ステップS63において冷媒不足と判定された場合(ステップS63でYes)はステップS64に進み、制御装置1aは、放出する冷媒量を演算する。次いで、ステップS65に進み、制御装置1aは冷媒放出指令を出力する。次いで、ステップS66に進み、制御装置1aは、電磁弁15の開度%と開時間Δtoを設定して冷媒を微量放出する。電磁弁15の開度と開時間は、圧力センサP1,P2および温度センサT2の入力に基づいて、制御装置1aが演算する。そして、ステップS67に進み、制御装置1aは電磁弁15を閉として処理を終了する。なお、ステップS62でNoの場合、およびステップS63でNoの場合には、冷媒量調整運転に係る処理は終了となる。
このように、強制循環サイクルによる冷房運転時に適正な冷媒封入量で運転を行うことで、強制循環サイクル時の圧縮機21の入力を低減することが可能となり、年間を通じて空気調和装置の消費エネルギ削減に効果がある。
ここで、この冷媒量調整運転において特筆すべき点は、はじめに冷媒を大量に補助室外熱交換器24に貯留し、その後、必要量を放出することで冷媒封入量の微調整を行っている点にある。これは、補助室外熱交換器24に貯留する冷媒の圧力は膨張弁26や室内熱交換器28にある冷媒に比べて高圧となるので、補助室外熱交換器24に冷媒を少しずつ貯留することは困難であるため、はじめに大量の冷媒を貯留し、不足分を少しずつ補助室外熱交換器24から放出するような手順としているのである。
ここまで、自然循環サイクルから強制循環サイクルへの運転の切替えの際の制御について説明してきたが、ここから強制循環サイクルから自然循環サイクルへの運転の切替えにおける制御について説明することにする。強制循環サイクルによる冷房運転から自然循環サイクルによる冷房運転に切り替える際には、図9に示すように、まず、ステップS71において、制御装置1aは、運転切替条件の検出を行う。次いで、ステップS72に進み、制御装置1aは、ステップS71で検出した条件に基づいて、自然循環運転が可能であるか否かを判断する。ステップS72でYesの場合には、ステップS73に進んで、制御装置1aは、運転モード切替指令を出力する。次いで、ステップS74に進み、制御装置1aは、自然循環運転への切替操作を行うことにより、自然循環運転による冷房運転が行われる。一方、ステップS72でNoの場合には、強制循環運転による冷房運転が維持される。
次に、ステップS74で行われる自然循環運転への切替操作の詳細について説明する。自然循環運転への切替操作では、まず、ステップS81において、制御処置1aは、冷媒流量制御弁27を閉じる。次いで、制御装置1aは、二方弁11を閉じ(ステップS82)、二方弁12を閉じ(ステップS83)、圧縮機21を停止(ステップS84)する。そして、補助室外熱交換器24から冷媒を回路内に放出するための運転(以下、「冷媒放出運転」という)を行う(ステップS85)。なお、このステップS85で行う冷媒放出運転についての詳細は後述する。次いで、制御装置1aは、バイパス弁13を開け(ステップS86)、冷媒流量制御弁27の開度を調整して流量制御を行う(ステップS87)。
次に、ステップS85で行われる冷媒放出運転の制御の詳細について図10を用いて説明する。冷媒放出運転では、まず、制御装置1aは、ステップS91において電磁弁15の開度の変更指令を出力する。具体的には、制御装置1aは、電磁弁15の開度%と開時間Δtoを出力する。これにより、補助室外熱交換器24に貯留されている液冷媒が回路内に徐々に放出される。次いで、ステップS92に進み、制御装置時間Δtが経過したか否かを制御装置1aは判断する。ステップS92でYesの場合には、ステップS93に進み、制御装置1aは、圧力センサP2とP1からの入力に基づいて、圧力差ΔPを算出する。次いで、ステップS94に進み、制御装置1aは、圧力差ΔPが規定値であるか否かを判断する。圧力差ΔPが規定値である場合(ステップS94でYes)には、ステップS95に進み、制御装置1aは電磁弁14を開にする。一方、ステップS94でNoの場合には、ステップS91に戻る。なお、ステップS92でNoの場合には、ステップS92の手前に戻る。
このように、自然循環サイクルによる運転に切り替える前に、即ち、ステップS74の段階で、圧縮機21を停止して冷媒放出運転を行うように制御することにより、二方弁11、二方弁12で切り離された圧縮機21と四方弁22を含む冷媒回路内に残留する冷媒量を極力少なくし、自然循環運転に寄与する冷媒量を確保することが出来る。また、冷媒流量制御弁27の制御により、蒸発器として機能する室内熱交換器28の入口側に冷媒液柱を形成することができるので、自然循環サイクルが起動しやすくなる。
さらに、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環運転時に自然循環運転への切替条件を満たした時に、所定の内外温度差PS1で自然循環運転を開始するモードA(自然循環優先モード)と、モードAよりも大きい内外温度差PS2で自然循環を開始するモードB(通常モード)の2つのモードを備えている。以下、モードAが選択された場合の運転の制御と、モードBが選択された場合の運転の制御について、図11を参照しながら説明する。なお、図11において、TOAは室外温度、TRMは室内温度、TRPSは室内設定温度、PS1は第1の所定値、PS2は第2の所定値である。ただし、PS1<PS2である。
まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置1aは、自然循環運転への切替条件を検出し(ステップS101)、次いで、モード選択状態を検出する(ステップS102)。次いで、ステップS103に進み、制御装置1aは、選択されたモードがモードAであるか否かを判断する。モードAであれば、即ち、ステップS103でYesであれば、ステップS104に進み、制御装置1aは、室外温度TOAが室内温度TRMと第1の所定値PS1との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップS104では、室内と室外の温度差と所定値PS1との大小が比較されている。そして、ステップS104でYesの場合には、ステップS105に進んで、制御装置1aは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップS106にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップS106における操作は、図9に示すステップS74の操作と同様である。一方、ステップS104でNoの場合には、強制循環運転が継続される。
また、ステップS103でNoの場合は、ステップS107に進み、制御装置1aは、選択されたモードがモードBであるか否かを判断する。モードBであれば、即ち、ステップS107でYesであれば、ステップS108に進み、制御装置1aは、室外温度TOAが室内設定温度TRPSと第2の所定値PS2との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップS108では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値PS2との大小が比較されている。そして、ステップS108でYesの場合には、ステップS105に進んで、制御装置1aは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップS106にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。一方、ステップS107でNoの場合、およびステップS108でNoの場合には、強制循環運転が継続される。
このように、第1の実施の形態例に係る空気調和装置では、モードA,Bを備えているので、ユーザーが冷房運転時に、自然循環運転を優先するか、あるいは強制循環運転を優先するかを選択することができる。よって、省エネ性と快適性の両立をはかることが出来る。なお、これらのモードはユーザーのニーズに合せて適宜設定することができる。例えば、夜間就寝時等に外気温が低下した場合には、自動的に自然循環サイクルを優先するようなモードを設定することもできる。
さらに、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、強制循環運転時に自然循環運転への切り替えが可能であることをユーザーに報知する機能を備えている。以下、その報知に関する制御について、図12を参照しながら説明する。なお、図12において、TOAは室外温度、TRPSは室内設定温度、PS1は第1の所定値、PS2は第2の所定値である。
まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置1aは、自然循環運転への切替条件1を検出し(ステップS111)、次いで、ステップS112において、制御装置1aは、室外温度TOAが室内設定温度TRPSと第1の所定値PS1との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップS112では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値PS1との大小が比較されている。そして、ステップS112でYesの場合には、ステップS113に進み、制御装置1aは、自然循環運転への切り替えが可能である旨の信号を発信する。この信号を受けた空気調和装置の表示部(図示せず)には、自然循環運転に切り替えることができる旨のメッセージが表示され、スピーカ(図示せず)からは、自然循環運転に切り替えることができる旨がアナウンスされる。ユーザーは、この報知によって自然循環運転に切り替えることができることを知る。
次いで、ステップS114に進み、制御装置1aは時間Δtが経過したか否かを判断する。時間Δtが経過している場合(ステップS114でYesの場合)には、ステップS115に進み、制御装置1aは、自然循環運転への切替条件2を検出する。次いで、ステップS116において、制御装置1aは、室外温度TOAが室内設定温度TRPSと第2の所定値PS2との差以下であるか否かを判断する。つまり、ステップS116では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値PS2との大小が比較されている。そして、ステップS116でYesの場合には、ステップS117に進んで、制御装置1aは自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップS118にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップS118における操作は、図9に示すステップS74の操作と同様である。
一方、ステップS112でNoの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップS114でNoの場合には、ステップS114の手前に戻り、ステップS116でNoの場合には、ステップS112の手前に戻る。
このように、第1の実施の形態例に係る空気調和装置では、自然循環運転への切替えが可能であることが報知されるため、ユーザーは、その報知により、冷房運転時に外気温度が室内温度より低いことを知ることができ、そのまま自然循環運転による空調を行うか、あるいは、空気調和装置の運転を一時停止して窓を開けるかを自身で選択することができる。
さらに、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、自然循環運転への切り替えが可能であることを通知した後に、ユーザーからの自然循環への切り替え指令をもって自然循環運転へ切り替えるモードC(お知らせモード)と、強制循環運転時に自然循環運転への切り替え条件を満たした時に、自動で自然循環に切り替わるモードD(自動切替モード)との2つのモードを備えている。以下、モードCが選択された場合と、モードDが選択された場合の運転の制御について、図13を参照しながら説明する。なお、図13において、TOAは室外温度、TRPSは室内設定温度、PSは所定値である。
まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置1aは、自然循環運転への切替条件を検出し(ステップS121)、室外温度TOAが室内設定温度TRPSと所定値PSとの差以下であるか否かを判断する(ステップS122)。つまり、このステップS122では、室内設定温度と室外温度の温度差と所定値PSとの大小が比較されている。次いで、ステップS123にて、制御装置1aは、モード選択状態を検出する。次いで、ステップS124に進み、制御装置1aは、選択されたモードがモードDであるか否かを判断する。モードDであれば、即ち、ステップS124でYesであれば、ステップS125に進み、制御装置1aは、自然循環運転の切替指令を出力し、次いで、ステップS126にて自然循環運転への切替操作を行って自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップS126における操作は、図9に示すステップS74の操作と同様である。
一方、ステップS124でNoの場合には、ステップS127においてモードCであることが確認され、次のステップS128において、制御装置1aは、自然循環運転への切り替えが可能である旨の信号を発信する。この信号を受けた空気調和装置の表示部(図示せず)には、自然循環運転に切り替えることができる旨のメッセージが表示され、スピーカ(図示せず)からは、自然循環運転に切り替えることができる旨がアナウンスされる。ユーザーは、この報知によって自然循環運転に切り替えることができることを知る。
そして、次のステップS129において、制御装置1aはユーザーから自然循環運転への切替指令がなされたか否かを判断する。ステップS129でYesの場合には、ステップS125、ステップS126と順に進み、自然循環運転に切り替わる。一方、ステップS129でNoの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップS122でNoの場合にも強制循環運転が継続される。
このように、モードCとモードDを備えることにより、ユーザーの好みに応じて、強制循環運転から自然循環運転へと運転を切替えることができる。よって、省エネ性と快適性の両立を図ることができる。
さらに、第1の実施の形態例に係る空気調和装置は、所定の運転条件を満たし、自然循環運転が可能な場合に、強制循環運転を一定時間行った後に自動で自然循環運転に切り替える快適運転モードを備えている。以下、この快適運転モードにおける運転の制御について、図14を参照しながら説明する。なお、図14において、TOAは室外温度、TRPSは室内設定温度、PSは所定値である。
まず、強制循環運転時が行われている間に、制御装置1aは、自然循環運転への切替条件を検出し(ステップS131)、室外温度TOAが室内設定温度TRPSより低く、かつ、所定値PSが室内設定温度TRPSと室外温度TOAとの温度差よりも小さいか否かを判断する(ステップS132)。次いで、ステップS133にて、制御装置1aは、運転切替モードへ移行指令を出力する。次いで、制御装置1aは、ステップS134において、強制循環運転が時間Δtだけ経過したか否かを判断する。ステップS134でYesの場合、ステップS135に進み、制御装置1aは、運転状態モード切替指令を出力する。つまり、制御装置1aは、強制循環運転から自然循環運転へ切替えるための指令を出す。そして、次のステップS136において、自然循環運転への切替操作が行われて、自然循環運転へと運転が切り替わる。なお、このステップS136における操作は、図9に示すステップS74の操作と同様である。
一方、ステップS132でNoの場合には、強制循環運転が継続される。また、ステップS134でNoの場合には、ステップS134の手前に戻って、所定時間Δtが経過するまで強制循環運転を続ける。
このように、快適運転モードでは、外気条件と室内温度等の諸条件を検出して、自然循環運転が可能な場合であっても、時間Δtだけ強制循環運転を行った後に自然循環運転に切り替えることで、蒸発器入口側に液冷媒を移動させて液柱を作り、自然循環の起動をスムーズに行うことが出来る。勿論、自然循環サイクルに切替えることで、消費電力の節約となる。さらに、快適運転モードでは、自然循環運転に切替える前に、一定時間の強制循環運転を行うことで室内温度を下げるため、自然循環サイクルに運転を切替えてから、実際に自然循環サイクルによる冷房運転が開始されるまでの時間に室温の上昇によりユーザーが不快感を持つことを防止できる。
[室外熱交換器の変形例1]
次に、第1の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例1について図15を参照しながら説明する。なお、第1の実施の形態例にて先に説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例1に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器123aと、下流側に位置する第2室外熱交換器123bの2つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器24は第1の実施の形態例で用いた構成と同じである。
次に、第1の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例1について図15を参照しながら説明する。なお、第1の実施の形態例にて先に説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例1に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器123aと、下流側に位置する第2室外熱交換器123bの2つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器24は第1の実施の形態例で用いた構成と同じである。
第1室外熱交換器123aと第2室外熱交換器123bとは、ティー130を介して直列に接続されており、第2室外熱交換器123bと補助室外熱交換器24とは、ティー130を介して並列に接続されている。よって、補助室外熱交換器24は、第1室外熱交換器123aに対して下流に位置する。さらに、3つの熱交換器の上下方向の位置関係については、第1室外熱交換器123aが最も上に位置し、第2室外熱交換器123bがその下側に位置し、補助室外熱交換器24が最も下に位置する関係となっている。
このように構成された変形例1では、圧縮機21にて圧縮された高温のガス冷媒は、第1室外熱交換器123aを流れる間に一部凝縮し、気液二相の状態でティー130のa部に流れてくる。気液二相状態の冷媒は、ティー130にて第2室外熱交換器123bと補助室外熱交換器24とに分岐して流れていくことになるが、第2室外熱交換器123bの方が補助室外熱交換器24よりも上側に配置されているので、気液二相状態の冷媒のうち気相の冷媒がティー130のb部を通って、第2室外熱交換器123bに流入する。一方、気液二相状態の冷媒のうち液相の冷媒は、ティー130のc部を通って、補助室外熱交換器24に流入する。
そして、電磁弁15を閉じれば、液冷媒を補助室外熱交換器24に貯留することができる。補助室外熱交換器24に所定量の冷媒が貯留されたことを確認した後に電磁弁14を閉じれば、冷媒貯留運転は完了する。なお、冷媒貯留運転の詳細は先に述べた通りであるので、ここでの説明は省略する。
この変形例1によれば、気相の冷媒は第2室外熱交換器123bに流れ、液相の冷媒は補助室外熱交換器24に流れるため、自然循環サイクルから強制循環サイクルに運転を切替える時に、補助室外熱交換器24に液化した冷媒を溜めやすく、切替え時間を短縮することができる。また、強制循環運転から自然循環運転への切り替え時には、補助室外熱交換器24に貯留した冷媒をサイクル内に放出して冷媒封入量を増加させる必要があるが、補助室外熱交換器24は、第1室外熱交換器123aより下流に設けられており、かつ、第1室外熱交換器123aおよび第2室外熱交換器123bより下方に位置しているので、液冷媒が室内熱交換器28へ速やかに流れて液柱を形成することができるため、自然循環サイクルの駆動を迅速に行うことができる。しかも、冷媒を貯留した補助室外熱交換器24が、第1室外熱交換器123aおよび第2室外熱交換器123bよりも低い位置にあるので、冷媒が第1室外熱交換器123aおよび第2室外熱交換器123bへ逆流することを防止できるといった利点もある。
[室外熱交換器の変形例2]
次に、第1の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例2について図16を参照しながら説明する。なお、第1の実施の形態例にて説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例2に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器223aと、下流側に位置する第2室外熱交換器223bの2つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器24は第1の実施の形態例で用いた構成と同じである。
次に、第1の実施の形態例に係る空気調和装置に適用可能な室外熱交換器の変形例2について図16を参照しながら説明する。なお、第1の実施の形態例にて説明した構成と同一のものについては、同一の符号を付して、その説明は省略する。変形例2に係る室外熱交換器は、冷房運転時の冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器223aと、下流側に位置する第2室外熱交換器223bの2つの室外熱交換器を備えている。なお、補助室外熱交換器24は第1の実施の形態例で用いた構成と同じである。
第1室外熱交換器223aと第2室外熱交換器223bとは直列に接続されており、さらに、第2室外熱交換器223bの下流側に補助室外熱交換器24が直列に接続されている。そして、第2室外熱交換器223bを流れた冷媒を、補助室外熱交換器24を経由することなく、補助室外熱交換器24の出口へ直接導くためのバイパス配管231が設けられている。なお、このバイパス配管231には電磁弁232が設けられている。また、3つの熱交換器の上下方向の位置関係については、第1室外熱交換器223aが最も上に位置し、第2室外熱交換器223bがその下側に位置し、補助室外熱交換器24が最も下に位置する関係となっている。
このように構成された変形例2では、圧縮機21にて圧縮された高温のガス冷媒は、第1室外熱交換器223a、第2室外熱交換器223b、補助室外熱交換器24を順次流れる間に凝縮して液冷媒となる。そのため、電磁弁15を閉じれば、液冷媒は補助室外熱交換器24内に貯留されることとなる。所定量の液冷媒が補助室外熱交換器24に貯留されたことを確認した後に電磁弁14を閉じて電磁弁232を開ければ、冷媒貯留運転が完了となり、冷媒は補助室外熱交換器24をバイパスして室内熱交換器28に向かって流れていく。なお、冷媒貯留運転の詳細は先に述べた通りであるので、ここでの説明は省略する。
この変形例2によれば、強制循環運転から自然循環運転への切り替え時には、補助室外熱交換器24に貯留した冷媒をサイクル内に放出して冷媒封入量を増加させる必要があるが、補助室外熱交換器24は、第1室外熱交換器223aおよび第2室外熱交換器223bより下流側、かつ、下方の位置に設けられているので、液冷媒が室内熱交換器28へ速やかに流れて液柱を形成することができる。よって、自然循環サイクルの駆動を迅速に行うことができる。しかも、冷媒を貯留した補助室外熱交換器24が、第1室外熱交換器223aおよび第2室外熱交換器223bよりも低い位置にあるので、冷媒が第1室外熱交換器223aおよび第2室外熱交換器223bへ逆流することを防止できるといった利点もある。
[本発明の第2の実施形態]
続いて、本発明の第2の実施の形態例に係る空気調和装置について、図17を参照しながら説明する。第1の実施の形態例では、室内熱交換器28が室内空気と冷媒との間で熱交換を行う構成であったが、第2の実施の形態例に係る空気調和装置では、室内熱交換器28が室内空気と冷温水との間で熱交換を行う構成となっている点に特徴がある。そこで、以下の説明は、この特徴部分を中心に行うこととし、第1の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。
続いて、本発明の第2の実施の形態例に係る空気調和装置について、図17を参照しながら説明する。第1の実施の形態例では、室内熱交換器28が室内空気と冷媒との間で熱交換を行う構成であったが、第2の実施の形態例に係る空気調和装置では、室内熱交換器28が室内空気と冷温水との間で熱交換を行う構成となっている点に特徴がある。そこで、以下の説明は、この特徴部分を中心に行うこととし、第1の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。
第2の実施の形態例に係る空気調和装置は、図17に示すように、圧縮機21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、補助室外熱交換器24と、室外ファン23aと、膨張弁26と、冷媒流量制御弁27と、中間熱交換器(利用側熱交換器)340と、冷温水循環回路308と、この冷温水循環回路308と接続される室内熱交換器28と、室内熱交換器28に対して室内空気を送風する室内ファン28aと、電磁弁14,15と、二方弁11,12と、バイパス弁13とを備えて構成されている。なお、室内ユニット301には、圧縮機21、四方弁22、室外熱交換器23、補助室外熱交換器24、室外ファン23a、膨張弁26、冷媒流量制御弁27、中間熱交換器340、冷温水循環回路308、電磁弁14,15、二方弁11,12、およびバイパス弁13が組み込まれ、室内ユニット302には、室内熱交換器28および室内ファン28aが組み込まれている。
中間熱交換器340は、プレート式の熱交換器であり、冷媒と冷温水(詳しくは後述)との間で熱交換が行われるものである。中間熱交換器340は、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24よりも低い位置に設置される。これは、自然循環サイクルによる冷房運転を行うためである。なお、第2の実施の形態例では、中間熱交換器340が本発明の利用側熱交換器に相当する。
冷温水循環回路308は、利用側の熱搬送媒体として水が流れる回路であり、住宅に設置された室内熱交換器28、循環ポンプ351、三方弁352、中間熱交換器340を配管で順次接続して、環状に形成された回路である。この冷温水循環回路308内を流れる水(冷水または温水)は、室内熱交換器28を介して住宅内の空気と熱交換して、住宅内を冷房または暖房する。室内熱交換器28の能力調整は、循環ポンプ351の回転数、三方弁352の開度、室内ファン28aの回転数によって制御されている。
なお、冷温水循環回路308内を流れる利用側の熱搬送媒体として、水の代わりにエチレングリコールなどのブラインを用いても良い。ブラインを用いると寒冷地でも適用できることは言うまでもない。
ここで、冷温水循環回路308を流れる水には、上述したように「冷水」と「温水」があるが、「冷水」とは冷房時に冷温水循環回路308を流れる水のことであり、「温水」とは暖房時に冷温水循環回路308を流れる水のことである。
また、第2の実施の形態例では、冷温水循環回路308を設けているので、自然循環サイクルを形成するために、第1の実施の形態例のように、室内熱交換器28と室外熱交換器23および補助室外熱交換器24との高低差を設ける必要はない。そのため、室外ユニット301を、住宅の屋根ではなく、地面に設置するようにしている。
また、第2の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機21、室外熱交換器23、膨張弁26、中間熱交換器340との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器23、補助室外熱交換器24、冷媒流量制御弁27、中間熱交換器340との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、R410a、R134a、HFO1234yf、HFO1234ze、CO2を用いることができる。
強制循環サイクルによる冷房運転では、二方弁11,12が開、バイパス弁13が閉、電磁弁14,15が閉、膨張弁26が開、冷媒流量制御弁27が閉となっている。圧縮機21の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁22、二方弁12を順に通って、室外熱交換器23に流入する。室外熱交換器23内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁26で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、中間熱交換器340に流入する。中間熱交換器340内を流れる気液二相冷媒は、冷温水循環回路308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。この低圧のガス冷媒は、二方弁11、四方弁22を順に通って、圧縮機21の吸込口に流入し、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。この強制循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器23が凝縮器として機能し、中間熱交換器340が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、補助室外熱交換器24の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点については第1の実施の形態例と同じである。
これに対して、自然循環サイクルによる運転では、二方弁11,12が閉、バイパス弁13が開、電磁弁14,15が開、膨張弁26が閉、冷媒流量制御弁27が開となっている。室外熱交換器23および補助室外熱交換器24内に滞留している冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁27を通り、中間熱交換器340を流れる間に冷温水循環回路308を流れる冷水から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24が凝縮器として機能し、中間熱交換器340が蒸発器として機能している。
一方、冷温水循環回路308を流れる冷水は、中間熱交換器340にて冷媒へ放熱して低温の冷水となり、循環ポンプ351によって室内熱交換器28へと送り出される。低温の冷水は、室内熱交換器28にて室内空気から吸熱し、昇温される。これにより、室内空気は冷やされる。昇温された冷水は、再び中間熱交換器340へと流れていき、低温の冷水となる。
なお、第2の実施の形態例に係る空気調和装置においても、四方弁22を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができることは言うまでもない。
このように、第2の実施の形態例に係る空気調和装置では、室外ユニット301を屋根に設置する必要がないため、レイアウトの自由度が高まるといった利点がある。さらに、室外ユニット301内の冷媒配管を現地で室内ユニット302と接続する必要がないので、現地での配管工事が簡単となり、施工工事の効率が向上する。
[本発明の第3の実施形態]
続いて、本発明の第3の実施の形態例に係る空気調和装置について、図18を参照しながら説明する。第3の実施の形態例は、第1の実施の形態例と比べて、室外ユニットが2つ設けられている点において相違する。そこで、以下の説明は、この相違点を中心に行うこととし、第1の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。
続いて、本発明の第3の実施の形態例に係る空気調和装置について、図18を参照しながら説明する。第3の実施の形態例は、第1の実施の形態例と比べて、室外ユニットが2つ設けられている点において相違する。そこで、以下の説明は、この相違点を中心に行うこととし、第1の実施の形態例と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略することとする。
第3の実施の形態例に係る空気調和装置は、図18に示すように、第1室外ユニット401aと第2室外ユニット401bの2つの室外ユニットと、室内ユニット402とを備えている。第1室外ユニット401aは、圧縮機21と、四方弁22と、第2室外熱交換器423と、第2室外ファン423aと、膨張弁26と、冷媒流量制御弁27と、制御弁413,二方弁414とを備えて構成されている。一方、第2室外ユニット401bは、室外熱交換器23と、室外ファン23aと、補助室外熱交換器24と、電磁弁14,15と、二方弁14,15とを備えて構成されている。また、室内ユニット402は、室内熱交換器(利用側熱交換器)28と室内ファン28aとを備えて構成されている。
なお、第2室外ユニット401bは、室内ユニット402よりも高い位置であって、具体的には、住宅の屋根に設置されている。つまり、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24は室内熱交換器28より高い位置に設けられている。これは、自然循環サイクルによる冷房運転を行うためである。一方、第1室外ユニット401aを構成する第2室外熱交換器423は、後述するように自然循環サイクルで用いられることはないので、室内ユニット402より高い位置に設置する必要がない。そのため、第1室外ユニット401aは、地面に設置されている。
第3の実施の形態例に係る空気調和装置は、冷媒が、圧縮機21、第2室外熱交換器423、膨張弁26、室内熱交換器28との間で循環する強制循環サイクルと、冷媒が、室外熱交換器23、補助室外熱交換器24、冷媒流量制御弁27、室内熱交換器28との間で密度差により自然循環する自然循環サイクルとによる運転の切替えが可能となっている。そのため、夏季には強制循環サイクルによる冷房運転を行い、中間期には、自然循環サイクルによる冷却運転を行うことができる。なお、空気調和装置の冷媒回路内を循環する冷媒としては、例えば、R410a、R134a、HFO1234yf、HFO1234ze、CO2を用いることができる。
強制循環サイクルによる冷房運転では、二方弁411,412が閉、二方弁413,414が開、電磁弁14,15が閉、膨張弁26が開、冷媒流量制御弁27が閉となっている。圧縮機21の吐出口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、第2室外熱交換器423に流入する。第2室外熱交換器423内を流れる高温高圧のガス冷媒は、大気へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁26で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、室内熱交換器28に流入する。室内熱交換器28内を流れる気液二相冷媒は、室内空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。このとき、室内空気が冷やされる。低圧のガス冷媒は、二方弁414、四方弁22を順に通って、圧縮機21の吸込口に流入し、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。この強制循環サイクルによる冷房運転では、第2室外熱交換器423が凝縮器として機能し、室内熱交換器28が蒸発器として機能する。なお、強制循環サイクルによる冷房運転では、第2室外ユニット401bを構成する補助室外熱交換器24の内部に余剰冷媒が貯留されているが、この点については第1の実施の形態例と同じである。
これに対して、自然循環サイクルによる運転では、二方弁411,412が開、二方弁413,414が閉、電磁弁14,15が開、膨張弁26が閉、冷媒流量制御弁27が開となっている。室外熱交換器23および補助室外熱交換器24内に滞留している冷媒は、外気へ放熱して凝縮し、液化する。密度の大きい液冷媒は、重力の影響を受けて下降していき、冷媒流量制御弁27を通り、室内熱交換器28を流れる間に室内空気から吸熱して蒸発し、ガス化する。このとき、冷媒の密度差による圧力勾配ができるため、蒸発した冷媒は、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24に向かって流れていく。この自然循環サイクルによる冷房運転では、室外熱交換器23および補助室外熱交換器24が凝縮器として機能し、室内熱交換器28が蒸発器として機能している。
なお、第3の実施の形態例に係る空気調和装置においても、四方弁22を切替えて強制循環サイクルによる冷媒の流れを冷房運転と逆にすることにより、暖房運転を行うことができることは言うまでもない。
第3の実施の形態例に係る空気調和装置では、第2室外ユニット401bは屋根等に設置する必要があるものの、第2室外ユニット401bには、室外熱交換器23,24、電磁弁14,15、二方弁411,412などしか搭載されていないので、第1の実施の形態例に係る空気調和装置での室外ユニット1に比べて軽量である。よって、第2室外ユニット401bを屋根等に設置する作業が簡単であり、作業効率が向上する。また、第1室外ユニット401aを屋根に設置する必要がないため、レイアウトの自由度が高まるといった利点がある。
なお、第3の実施の形態例において、第1室外ユニット401aと室内ユニット402を同一のユニットにおさめて窓部に設置する方式も考えられる。このような構成にすると、第2室外ユニット401bを屋上、あるいは屋根等おいて高低差を確保しさえすれば良いことに加えて、第1室外ユニット401aの設置スペースが不要になるといった利点もある。
なお、上記した第1〜3の実施の形態例では、自然循環サイクルによる冷房運転では冷媒流量制御弁27を用い、強制循環サイクルによる冷房運転では膨張弁26を用いた構成を説明したが、冷媒流量制御弁27を設けずに、自然循環サイクルと強制循環サイクルの両方の冷房運転において膨張弁26を共通で用いることも可能である。この場合、上記の説明において、冷媒流量制御弁27の記載を膨張弁26に読み替えれば、膨張弁26を共通で用いた実施の形態例の説明となる。
また、上記の実施の形態例では、補助室外熱交換器24に冷媒を貯留する構成としたが、冷房運転、暖房運転など各種運転モードに応じて、余剰冷媒を異なる熱交換器に貯留することも可能である。
また、上記の実施の形態例で説明した二方弁は、流路を開閉する機能の他に、流量や圧力を制御可能な構造であってもよい。
また、上記の実施の形態例で説明した二方弁は、流路を開閉する機能の他に、流量や圧力を制御可能な構造であってもよい。
1…室外ユニット、1a…制御装置、2…室内ユニット、11,12…二方弁、13…バイパス弁、14…電磁弁(第2電磁弁)、15…電磁弁(第1電磁弁)、21…圧縮機、22…四方弁、23…室外熱交換器、23a…室外ファン、24…補助室外熱交換器、26…膨張弁、27…冷媒流量制御弁、28…室内熱交換器(利用側熱交換器)、28a…室内ファン、31…バイパス配管(第1バイパス配管)、32…バイパス配管(第2バイパス配管)、123a,223a…第1室外熱交換器(室外熱交換器)、123b,223b…第2室外熱交換器(室外熱交換器)、130…ティー、231…バイパス配管、232…電磁弁、301…室内ユニット、302…室内ユニット、308…冷温水循環回路、340…中間熱交換器(利用側熱交換器)、351…循環ポンプ、352…三方弁、401a…第1室外ユニット、401b…第2室外ユニット、402…室内ユニット、414…二方弁、423…第2室外熱交換器、423a…第2室外ファン、P1,P2…圧力センサ、T1,T2…温度センサ
Claims (13)
- 圧縮機と、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う室外熱交換器と、膨張弁と、前記室外熱交換器より低い位置に設置され、利用側の熱搬送媒体と熱交換を行う利用側熱交換器とを順次接続して環状に形成された回路に、熱源側の熱搬送媒体と熱交換を行う補助室外熱交換器を前記室外熱交換器に対して直列または並列に接続すると共に、前記圧縮機をバイパスする第1バイパス配管を設けて成る空気調和装置であって、
前記圧縮機と、前記室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を循環させる強制循環サイクルと、前記第1バイパス配管と、前記室外熱交換器と、前記補助室外熱交換器と、前記膨張弁と、前記利用側熱交換器との間で冷媒を密度差により循環させる自然循環サイクルとを切替えて運転可能であり、
前記強制循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器が凝縮器として機能し、
前記自然循環サイクルでは、冷房運転時に、前記室外熱交換器および前記補助室外熱交換器が凝縮器として機能すると共に、
前記強制循環サイクルでの冷房運転時に、前記自然循環サイクルと前記強制循環サイクルとの冷媒量の差である余剰冷媒を前記補助室外熱交換器に貯留するようにした
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1の記載において、
前記補助室外熱交換器を前記室外熱交換器よりも低い位置に設置した
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項2の記載において、
前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器と、この第1室外熱交換器の下流側に位置する第2室外熱交換器とを備え、
前記第2室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と並列に接続した
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項2の記載において、
前記室外熱交換器は、冷房運転時における冷媒の流れの上流側に位置する第1室外熱交換器と、この第1室外熱交換器の下流側に位置する第2室外熱交換器とを備え、
前記補助室外熱交換器を前記第2室外熱交換器よりも下流側に位置させると共に、前記第2室外熱交換器を前記補助室外熱交換器と直列に接続し、さらに、前記補助室外熱交換器をバイパスするバイパス配管を設けた
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1の記載において、
前記膨張弁と並列に冷媒流量制御弁を設け、前記自然循環サイクルでは、前記膨張弁を閉じて前記冷媒流量制御弁に冷媒を流すようにした
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項1の記載において、
前記補助室外熱交換器に対して冷房運転時における冷媒の流れの下流側に設けられた第1電磁弁および上流側に設けられた第2電磁弁と、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の出口での冷媒圧力を検出する圧力センサと、冷房運転時における前記補助室外熱交換器の冷媒の入口での冷媒温度を検出する温度センサと、前記圧力センサおよび前記温度センサの入力に基づき運転の制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記自然循環サイクルから前記強制循環サイクルに運転が切り替わると、前記補助室外熱交換器に前記余剰冷媒を貯留するための冷媒貯留運転を実行し、
前記冷媒貯留運転では、前記制御装置は、まず、前記第1電磁弁を閉じ、次いで、所定時間経過した後に前記圧力センサと前記温度センサの入力に基づいて前記補助室外熱交換器内の冷媒の状態を判断し、その判断結果に応じて前記第2電磁弁を閉じるよう制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記熱源側の熱搬送媒体としての外気を前記室外熱交換器へ送風する室外ファンを備え、
前記制御装置は、前記冷媒貯留運転中における前記室外ファンの回転数を増加させるよう制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、前記冷媒貯留運転が終了した後に、前記強制循環サイクルでの冷媒量が不足していると判断した場合には、前記第1電磁弁の開度を調整して前記補助室外熱交換器内に貯留されている前記余剰冷媒を前記強制循環サイクル内に放出する冷媒量調整運転を実行する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記補助室外熱交換器に貯留されている前記余剰冷媒を放出し、且つ、前記圧縮機に液相状態の冷媒が流入しないように前記膨張弁の開度を調節し、その後、前記圧縮機を停止して、前記自然循環サイクルへ切替えるよう制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内温度よりも第1の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自然循環優先モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも第2の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える通常モードとを備える
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、前記強制循環サイクルでの運転時に室外温度が室内設定温度よりも第1の所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信し、前記所定の信号の表示又は発信から所定時間経過後で、前記室外温度が前記室内設定温度よりも第2の所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに切替えるように制御する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、運転モードとして、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、前記強制循環サイクルから前記自然循環サイクルに自動で切替える自動切替モードと、前記強制循環サイクル時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低くなった場合に、所定の信号を表示又は発信するお知らせモードとを備える
ことを特徴とする空気調和装置。 - 請求項6の記載において、
前記制御装置は、運転開始時に室外温度が室内設定温度よりも所定値以上低い場合、前記強制循環サイクルを所定時間行った後に、前記自然循環サイクルに切替えるよう制御する
ことを特徴とする空気調和装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2010/072692 WO2012081110A1 (ja) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | 空気調和装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012081110A1 true JPWO2012081110A1 (ja) | 2014-05-22 |
JP5639664B2 JP5639664B2 (ja) | 2014-12-10 |
Family
ID=46244237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012548587A Expired - Fee Related JP5639664B2 (ja) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | 空気調和装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5639664B2 (ja) |
WO (1) | WO2012081110A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5985418B2 (ja) * | 2013-03-04 | 2016-09-06 | ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド | 冷凍サイクル装置、ならびに冷凍サイクル装置を備えた冷凍装置および空気調和装置 |
JP5963941B2 (ja) * | 2013-03-04 | 2016-08-03 | 三菱電機株式会社 | 空気調和装置 |
EP3745047A4 (en) * | 2018-01-24 | 2021-08-25 | Toshiba Carrier Corporation | REFRIGERATION CIRCUIT DEVICE |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS646657A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-11 | Matsushita Refrigeration | Multiple chamber type air conditioner |
JPH09273876A (ja) * | 1996-04-08 | 1997-10-21 | Mitsubishi Denki Bill Techno Service Kk | 自然循環ループを備えた冷房装置 |
JPH11257767A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 自然循環併用式空気調和機 |
JP2000161795A (ja) * | 1998-11-27 | 2000-06-16 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置 |
JP2000179957A (ja) * | 1998-12-17 | 2000-06-30 | Hitachi Ltd | 空気調和機 |
JP2002310520A (ja) * | 2002-04-04 | 2002-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和機の冷媒制御方法,空気調和機 |
JP2003232538A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Daikin Ind Ltd | 調湿装置 |
JP2009092267A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Toshiba Corp | 省エネ支援システム |
-
2010
- 2010-12-16 WO PCT/JP2010/072692 patent/WO2012081110A1/ja active Application Filing
- 2010-12-16 JP JP2012548587A patent/JP5639664B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS646657A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-11 | Matsushita Refrigeration | Multiple chamber type air conditioner |
JPH09273876A (ja) * | 1996-04-08 | 1997-10-21 | Mitsubishi Denki Bill Techno Service Kk | 自然循環ループを備えた冷房装置 |
JPH11257767A (ja) * | 1998-03-16 | 1999-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 自然循環併用式空気調和機 |
JP2000161795A (ja) * | 1998-11-27 | 2000-06-16 | Daikin Ind Ltd | 空気調和装置 |
JP2000179957A (ja) * | 1998-12-17 | 2000-06-30 | Hitachi Ltd | 空気調和機 |
JP2003232538A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Daikin Ind Ltd | 調湿装置 |
JP2002310520A (ja) * | 2002-04-04 | 2002-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和機の冷媒制御方法,空気調和機 |
JP2009092267A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Toshiba Corp | 省エネ支援システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012081110A1 (ja) | 2012-06-21 |
JP5639664B2 (ja) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5642203B2 (ja) | ヒートポンプ装置及びヒートポンプ装置の制御方法 | |
JP3708536B1 (ja) | 冷凍サイクル装置およびその制御方法 | |
JP2008175476A (ja) | 冷凍空調装置 | |
WO2006025354A1 (ja) | ヒートポンプ | |
JP2006284035A (ja) | 空気調和装置およびその制御方法 | |
WO2008059737A1 (fr) | Climatiseur | |
JP6067178B2 (ja) | 熱源側ユニット及び空気調和装置 | |
JP5300806B2 (ja) | ヒートポンプ装置 | |
JP2002054836A (ja) | 室内マルチ空気調和機 | |
JP2006250479A (ja) | 空気調和機 | |
JP4273493B2 (ja) | 冷凍空調装置 | |
JP2003172523A (ja) | ヒートポンプ床暖房空調装置 | |
JP6120943B2 (ja) | 空気調和装置 | |
JP2010276239A (ja) | 冷凍空気調和装置 | |
JP2009243832A (ja) | 空気調和装置 | |
JP6598882B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP5639664B2 (ja) | 空気調和装置 | |
JP4258426B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
JP5629366B2 (ja) | 空気調和装置、空気調和装置の運転制御方法および冷却システム | |
JP2011058749A (ja) | 空気調和装置 | |
JP2009180493A (ja) | 暖房用補助ユニットおよび空気調和装置 | |
JP2013124843A (ja) | 冷凍サイクルシステム | |
EP4310416A1 (en) | Hybrid multi-air conditioning system | |
JP2003302111A (ja) | 空気調和装置 | |
JP2009192197A (ja) | ヒートポンプサイクル装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140318 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140424 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140924 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141024 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |