JPWO2013069351A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態1について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。本空気調和装置は、冷媒及び熱媒体を循環させる冷凍サイクル(冷媒循環回路A、熱媒体循環回路B)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。
図2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及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及び熱媒体間熱交換器15bを介して配管5で接続されている。なお、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には、圧縮機10、四方弁などの第1冷媒流路切替装置11、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、及び、逆止弁13dが設けられている。
さらに、室外機1には、分岐部27a、分岐部27b、開閉装置24、逆流防止装置20、絞り装置14a、絞り装置14b、中圧検出装置32、吐出冷媒温度検出装置37、高圧検出装置39、吸入インジェクション配管4c、分岐配管4d、制御装置50が備えられている。
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、図示省略のファンなどの送風機から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。熱源側熱交換器12は、一方が第1冷媒流路切替装置11に接続され、他方が逆止弁13aが設けられる冷媒配管4に接続されている。
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。アキュムレーター19は、一方が第1冷媒流路切替装置11に接続され、他方が圧縮機10の吸入側に接続される。
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。第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a〜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に流入させる冷媒の流れを一定方向にすることができる。
高圧検出装置39は、圧縮機10で圧縮され、高圧となった冷媒の圧力を検出するものである。高圧検出装置39は、圧縮機10の吐出側に接続される冷媒配管4に設けられている。
中圧検出装置32及び高圧検出装置39は、圧力センサーでもよいが、温度センサーで構成してもよい。すなわち、検出した温度に基づいて、制御装置50が演算により中圧を演算することができるようにしてもよい。
吸入冷媒温度検出装置38は、圧縮機10に流入する冷媒の温度を検出するもので、アキュムレーター19の上流側の冷媒配管4に設けられている。
分岐冷媒温度検出装置33は、分岐部27aへ流入する冷媒温度を検出するものであり、分岐部27aの流入側の流路に設けられている。
また、絞り装置14bについても、開口面積を変化させることが可能である電子式膨張弁で構成するとよい。この絞り装置14bは、インジェクションする場合において、吐出冷媒温度検出装置37が検出する圧縮機10の吐出温度が高くなり過ぎないように、絞り装置14bの開口面積を制御する。
流入管41は、たとえば略円筒形状に形成され、流入管41から流入した冷媒を、絞り部43に導くものである。流出管42は、たとえば略円筒形状に形成されるとともに流入管41に直交するように設けられ、絞り部43で減圧された冷媒を、絞り装置14外に導くものである。絞り部43は冷媒を減圧させる部位であり、流入管41及び流出管42と連通している。弁体44は、絞り部43に設けられ、絞り部43に流入した冷媒を減圧させるものである。モータ45は、弁体44を回転させて弁体44の位置を調整し、絞り部43の絞り量を変えるものである。なお、モータ45は、制御装置50に制御される。攪拌装置46は、流入管41から流入した冷媒のうち、ガス冷媒と液冷媒とほぼ均一に混ざり合わせるものである。
このように、絞り装置14は、上記構成を有しているため、流入したガス冷媒と液冷媒とを攪拌させてから減圧させるため、ガス冷媒と液冷媒との分離を抑制し、圧力を安定させることができる。
また、流入管41の内径をDとし、流出管42の中心軸から攪拌装置46までの長さをLとし、Dの値を固定してLの値を変化させたとき、L/Dの値が8〜10となる長さを冷媒が流れると、攪拌装置46で攪拌(乱れを発生)させた影響がなくなってしまい、ガス冷媒と液冷媒との分離が発生することが流体力学の分野で明らかになっている。
そこで、攪拌装置46をL/Dが6以下となる位置に設けるとよい。これにより、攪拌装置46が攪拌した液冷媒が攪拌された状態のまま絞り部43に到達するため、圧力が不安定になることをより一層抑制することができる。
分岐配管4dは、圧縮機10にインジェクションする場合に、冷媒を吸入インジェクション配管4cに導くための配管である。分岐配管4dは、分岐部27a、分岐部27b、及び吸入インジェクション配管4cに接続されている。分岐配管4dには、逆流防止装置20及び開閉装置24が設けられている。
この制御装置50は、全冷房運転モード及び冷房主体運転モード時には、開閉装置24を開き、絞り装置14bの開度を調整することで、インジェクションする冷媒の流量を制御可能となっている。また、制御装置50は、全暖房運転モード及び暖房主体運転モード時には、開閉装置24を閉じ、絞り装置14a及び絞り装置14bの開度を調整することで、インジェクションする冷媒の流量を制御可能となっている。そして、圧縮機10にインジェクションを行うことで、圧縮機10から吐出される冷媒の温度を低減することができる。なお、具体的な制御動作については、後述の各運転モードの動作説明において説明を行う。
より詳細には、制御装置50は、中圧検出装置32の検出圧力、或いは中圧検出装置32の検出温度の飽和圧力、又は中圧検出装置32の検出温度、或いは中圧検出装置32の検出圧力の飽和温度が、一定値(目標値)になるように、又は目標範囲に収まるように絞り装置14aの開度を制御すれば、絞り装置14bによる吐出温度の制御が安定するということである。
より詳細には、吐出温度が一定値(例えば110℃など)を超えたと判断したときに、一定の開度分、たとえば10パルスずつ、絞り装置14bが開くように制御してもよいし、吐出温度が目標値(例えば100℃)になるように、絞り装置14bの開度を制御するようにしてもよいし、吐出温度が目標値(例えば100℃)以下になるように制御してもよいし、吐出温度が目標の範囲内(例えば90℃から100℃の間)に入るように制御してもよい。
さらに、制御装置50は、吐出冷媒温度検出装置37の検出温度と高圧検出装置39の検出圧力から、圧縮機10の吐出過熱度を求め、吐出過熱度が目標値(例えば40℃)になるように、絞り装置14bの開度を制御するようにしてもよいし、吐出過熱度が目標値(例えば40℃)以下になるように制御してもよいし、吐出過熱度が目標の範囲内(例えば20℃から40℃の間)に入るように制御してもよい。
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、図示省略のファンなど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。
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。
図3は、図2に示す空気調和装置100の全冷房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図である。この図3では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器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3では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の流れる配管を示している。また、図3では、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。
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、高圧の液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧の液冷媒は、逆止弁13aを通って、分岐部27aを介して、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に流入した高圧の気液2相冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となる。
図4は、図3に示す全冷房運転時におけるp−h線図(圧力−エンタルピ線図)である。このモードでのインジェクションの動作を図3及び図4のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、熱源側熱交換器12にて凝縮されて高圧の液冷媒となる(図4の点J)。この高圧の液冷媒は、逆止弁13aを介して、分岐部27aに至る。
また、分岐部27aで分岐した高圧の液冷媒の残りは、熱媒体変換機3に流入し、絞り装置16で減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器15に流入して低温低圧のガス冷媒となる。その後、この低温低圧のガス冷媒は、室外機1に流入して、アキュムレーター19に流入する。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの双方で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及びポンプ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及びポンプ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及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器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。
図5は、図2に示す空気調和装置100の全暖房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図である。この図5では、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器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5では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の流れる配管を示している。また、図5では、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。
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、分岐部27a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及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
図6は、図5に示す全暖房運転時におけるp−h線図である。このモードでのインジェクションの動作を図5及び図6のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、室外機1から流出して熱媒体変換機3の熱媒体間熱交換器15で凝縮されて中温となり、絞り装置16で減圧されて中圧となり(図6の点J)、熱媒体変換機3から冷媒配管4を経由して室外機1に流入する。室外機1に流入した中温中圧の2相冷媒は、分岐部27bに至る。
また、分岐部27bで分岐した中温中圧の冷媒の残りは、絞り装置14aで減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱源側熱交換器12に流入して低温低圧の気液2相冷媒となる。その後、この低温低圧の気液2相冷媒はアキュムレーター19に流入する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bの双方で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及びポンプ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及びポンプ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及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器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。
図7は、図2に示す空気調和装置100の冷房主体運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図である。この図7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7では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図7では、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。
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、分岐部27aを介して、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。
図8は、図7に示す冷房主体運転時におけるp−h線図である。このモードでのインジェクションの動作を図7及び図8のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、熱源側熱交換器12にて凝縮されて高圧の気液2相冷媒となる(図8の点J)。この高圧の気液2相冷媒は、逆止弁13aを介して、分岐部27aに至る。
また、分岐部27aで分岐した高圧の気液2相冷媒の残りは、熱媒体変換機3に流入して絞り装置16で減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器15に流入して低温低圧のガス冷媒となる。その後、この低温低圧のガス冷媒は、室外機1に戻りアキュムレーター19に流入する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで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及びポンプ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及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
図9は、図2に示す空気調和装置100の全暖房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図である。この図9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9では、太線で表された配管が冷媒(冷媒及び熱媒体)の循環する配管を示している。また、図9では、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。
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、分岐部27aを介して、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。
図10は、図9に示す暖房主体運転時におけるp−h線図である。このモードでのインジェクションの動作を図9及び図10のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、室外機1から流出して熱媒体変換機3の熱媒体間熱交換器15aで凝縮され、絞り装置16a及び絞り装置16bで減圧されて中圧となり、熱媒体間熱交換器15bで蒸発して中温となり(図10の点J)、熱媒体変換機3から冷媒配管4を経由して室外機1に流入する。室外機1に流入した中温中圧の冷媒は、分岐部27bに至る。
また、分岐部27bで分岐した中温中圧の気液2相冷媒の残りは、絞り装置14aで減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱源側熱交換器12に流入して低温低圧の気液2相冷媒となる。その後、この低温低圧の気液2相冷媒はアキュムレーター19に流入する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで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及びポンプ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及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに流入する。
本実施の形態1に係る空気調和装置100は、圧縮機10の吸入側へ冷媒をインジェクションすることができるため、動作安定性が低減してしまうことを抑制することができる。
また、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、全暖房運転モード、全冷房運転モード、暖房主体運転モード、及び冷房主体運転モードにおいて、インジェクションすることができる。すなわち、空気調和装置100は、たとえば冷房運転から暖房運転や冷暖房混在運転などに切り替えるなどをして、冷媒の流れを変更しても、インジェクションすることができるものである。
さらに、本実施の形態1に係る空気調和装置100は、室外機1及び熱媒体変換機3における冷媒回路における改良が加えられることでインジェクションを可能としたものである。すなわち、空気調和装置100は、室内機2に逆止弁などを設けるなどといった構成でなくとも、インジェクションすることが可能となっており、その分汎用性を向上させたものとなっている。
室外機1と熱媒体変換機3とは冷媒配管4で接続され、冷媒配管4には冷媒が流れている。
熱媒体変換機3と室内機2は(熱媒体)配管5で接続され、配管5には水や不凍液などの熱媒体が流れている。
冷媒としてR32を使用した場合は、R410Aを使用した場合に対して、同一運転状態において、吐出温度が約20℃上昇するため、吐出温度を低下させて使用する必要があり、吸入インジェクションの効果が大きい。R32とHFO1234yfとの混合冷媒においては、R32の質量比率が62%以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなり、吸入インジェクションにより、吐出温度を低下させるようにすると、効果が大きい。
また、R32とHFO1234zeとの混合冷媒においては、R32の質量比率が43%以上である場合に、R410A冷媒を使用した場合よりも吐出温度が3℃以上高くなり、吸入インジェクションにより、吐出温度を低下させるようにすると、効果が大きい。
また、混合冷媒における冷媒種はこれに限るものではなく、その他の冷媒成分を少量含んだ混合冷媒であっても、吐出温度には大きな影響がなく、同様の効果を奏する。例えば、R32とHFO1234yfとその他の冷媒を少量含んだ混合冷媒などにおいても使用できる。
たとえば、圧縮機10、四方弁(第1冷媒流路切替装置)11、熱源側熱交換器12、絞り装置14a、絞り装置14b、開閉装置17及び逆流防止装置20を室外機1に収容し、空調対象空間の空気と冷媒とを熱交換させる負荷側熱交換器及び絞り装置16を室内機2に収容し、室外機1及び室内機2とは別体に形成された中継器を備え、室外機1と中継器との間を2本一組の配管で接続し、室内機2と中継器との間をそれぞれ2本一組の配管で接続し、中継機を介して室外機1と室内機2との間で冷媒を循環させ、全冷房運転、全暖房運転、冷房主体運転、暖房主体運転を行うことができる直膨システムにも適用することができ、同様の効果を奏する。
たとえば、圧縮機10、四方弁(第1冷媒流路切替装置)11、熱源側熱交換器12、絞り装置14a、絞り装置14bを室外機1に収容し、空調対象空間の空気と冷媒とを熱交換させる負荷側熱交換器及び絞り装置16を室内機2に収容し、室外機1に対し、複数の室内機を2本一組の配管で接続し、室外機1と室内機2との間で冷媒を循環させ、冷房運転、暖房運転を行うことができる直膨システムにも適用することができ、同様の効果を奏する。
本発明の実施の形態2について、図面に基づいて説明する。本実施の形態は、実施の形態1の冷媒回路の一部を修正したものであり、多くの部分は実施の形態1と同じであり、実施の形態1と異なる部分のみ説明を行う。図12は、本実施の形態2に係る空気調和装置(以下、空気調和装置100aと称する)の回路構成例である。図12に基づいて、空気調和装置100aの詳しい構成について説明する。
図12に示す実施の形態2に係る室外機1が、図2に示す実施の形態1に係る室外機1と異なる点の1つ目は、実施の形態1に係る分岐部27aの設置位置を変更したことである。また、異なる点の2つ目は、実施の形態1に係る開閉装置24の代わりに逆流防止装置24を設けていることである。
なお、分岐部27aを位置変更することに伴い、実施の形態2に係る室外機1において、分岐冷媒温度検出装置33と分岐配管4dの接続位置を変更している。その他は実施の形態1と同じである。
この実施の形態2のように分岐部27aの設置位置を変更することにより、開閉装置24を逆流防止装置24に置き換えることができ、安価に空気調和装置100aを構成し、同一の効果を奏することができるようになる。
また、第2の接続口は、逆止弁13a側の配管及び逆止弁13c側の配管と連通している。そして、第2の接続口は、全暖房運転及び暖房主体運転時における冷媒流れ方向において、逆止弁13cの下流側となっている。
さらに、第3の接続口は、逆流防止装置24が接続される分岐配管4dと連通している。そして、第3の接続口は、全冷房運転及び冷房主体運転時における冷媒流れ方向において、逆流防止装置24の上流側となっている。
そこで、分岐部27に気液2相冷媒が流れる時に、これを均等に分流する必要がある場合に、冷媒を下から上に冷媒が流れた後に、2手に分岐するような方向に分岐部27aを配置する。分岐部27aで2相冷媒を分岐するのは、冷房主体運転モードの場合のみであり、冷房主体運転モードの場合に、冷媒が下から上に流れた後に2手に分岐するように配置しておけばよい。
全暖房運転モード及び暖房主体運転モードの場合は、分岐部27aに2相冷媒が流入するが、3つの流路のうちの1つの流路は逆流防止装置24によって閉じられているため、冷媒を2つの流路に分岐することはなく、一つの流路から入り、別の流路に出て行くだけの流れとなる。すなわち、実施の形態2における全暖房運転モード及び暖房主体運転モードの場合は、流出する冷媒が2手に分かれるわけでないことから、分岐部27aで冷媒が上から下(重力方向に体して反対方向)に流れていても問題はない。
全冷房運転モード及び冷房主体運転モードの場合は、分岐部27aに高圧の冷媒が流れる。インジェクションをするために絞り装置14bを開くと、逆流防止装置24の入口側(分岐部27a側)の圧力が、逆流防止装置24の出口側(逆流防止装置20の出口側かつ絞り装置14bの入口側)の圧力よりも高いため、分岐部27a側から逆流防止装置24及び絞り装置14b側に向かう流れが発生する。
一方、インジェクションをしない場合においては、絞り装置14bを閉じると、冷媒の流れる先がなくなるため、分岐部27a側から逆流防止装置24側へ向かう流れが閉止される。
そして、全暖房運転モード及び暖房主体運転モードでは、分岐部27aには低圧の冷媒が流れるため、逆流防止装置24の入口側(分岐部27a側)の圧力(低圧)が、逆流防止装置24の出口側(逆流防止装置20の出口側かつ絞り装置14bの入口側)の圧力(中圧)よりも低くなるため、逆流防止装置24を介した流れは発生しない。
図13は、図12に示す空気調和装置100aの全冷房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図であり、図13に基づき、空気調和装置100aの全冷房運転について、実施の形態1の図3の空気調和装置100の全冷房運転と異なる点のみ説明する。
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、高圧の気液2相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧の気液2相冷媒は、分岐部27a及び逆止弁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に流入した高圧の気液2相冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて絞り装置16a及び絞り装置16bで膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となる。
図13に示す全冷房運転時におけるp−h線図(圧力−エンタルピ線図)は、実施の形態1の図4と同じであり、このモードでのインジェクションの動作を図13及び図4のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、熱源側熱交換器12にて凝縮されて高圧の液冷媒となる(図4の点J)。この高圧の液冷媒は、分岐部27aに至る。
また、分岐部27aで分岐した高圧の液冷媒の残りは、逆止弁13aを介して、熱媒体変換機3に流入し、絞り装置16で減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器15に流入して低温低圧の気液2相冷媒となる。その後、この低温低圧の気液2相冷媒は、室外機1に流入して、アキュムレーター19に流入する。
熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れは、実施の形態1の図3と同じであり説明を省略する。
図14は、図12に示す空気調和装置100aの全暖房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図であり、図14に基づき、空気調和装置100aの全暖房運転について、実施の形態1の図5の空気調和装置100の全暖房運転と異なる点のみ説明する。
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及び第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15a及び熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
図14に示す全暖房運転時におけるp−h線図(圧力−エンタルピ線図)は、実施の形態1の図6と同じである。また、全暖房運転時は分岐部27bで分岐された中圧の冷媒を圧縮機10の吸入側にインジェクションするものであり、高圧側の冷媒を逆流防止装置24を介してインジェクション配管に導入するものではない。従って、基本動作に関しては、実施の形態で説明した通りであり、説明を省略する。
熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れは、実施の形態1の図5と同じであり説明を省略する。
図15は、図12に示す空気調和装置100aの冷房主体運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図である。図15に基づき、空気調和装置100aの冷房主体運転について、実施の形態1の図7の空気調和装置100の冷房主体運転と異なる点のみ説明する。
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、分岐部27a及び逆止弁13aを通って、分岐部27aを介して、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。
図15に示す冷房主体運転時におけるp−h線図(圧力−エンタルピ線図)は、実施の形態1の図8と同じであり、このモードでのインジェクションの動作を図15及び図8のp−h線図により説明する。
圧縮機10に吸入され、圧縮機10で圧縮された冷媒は、熱源側熱交換器12にて凝縮されて高圧の気液2相冷媒となる(図8の点J)。この高圧の気液2相冷媒は、分岐部27aに至る。
また、分岐部27aで分岐した高圧の気液2相冷媒の残りは、逆止弁13aを介して、熱媒体変換機3に流入して絞り装置16で減圧させられて低圧の気液2相冷媒となり、さらに、蒸発器として機能する熱媒体間熱交換器15に流入して低温低圧の気液2相冷媒となる。その後、この低温低圧の気液2相冷媒は、室外機1に戻りアキュムレーター19に流入する。
熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れは、実施の形態1の図7と同じであり説明を省略する。
図16は、図12に示す空気調和装置100aの全暖房運転時の冷媒及び熱媒体の流れを説明する図であり、図16に基づき、空気調和装置100aの全暖房運転について、実施の形態1の図9の空気調和装置100の全暖房運転と異なる点のみ説明する。
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。
図16に示す暖房主体運転時におけるp−h線図(圧力−エンタルピ線図)は、実施の形態1の図10と同じである。また、暖房主体運転時は分岐部27bで分岐された中圧の冷媒を圧縮機10の吸入側にインジェクションするものであり、高圧側の冷媒を逆流防止装置24を介してインジェクション配管に導入するものではない。従って、基本動作に関しては、実施の形態で説明した通りであり、説明を省略する。
熱媒体循環回路Bにおける熱媒体の流れは、実施の形態1の図9と同じであり説明を省略する。
Claims (16)
- 密閉容器内に圧縮室を有する圧縮機と、第一の冷媒流路切替装置と、第一の熱交換器と、第一の絞り装置と、第二の熱交換器とを冷媒配管で接続し循環回路を形成して冷凍サイクルを構成し、
前記圧縮機の吸入側の流路に設けられた余剰冷媒を貯留するためのアキュムレーターと、前記圧縮機と前記アキュムレーターとの間の流路に外部から液または二相状態の冷媒を導入するための吸入インジェクション配管と、前記吸入インジェクション配管に設けられた第二の絞り装置と、を備え、
少なくとも前記第一の熱交換器に低圧の冷媒を流して蒸発器として動作させかつ前記第二の熱交換器の一部またはすべてに高圧の冷媒を流して凝縮器として動作させる暖房運転が可能であり、
前記暖房運転時における前記第二の熱交換器から前記第一の熱交換器に至る冷媒の流路に、前記暖房運転時に前記高圧よりも小さくかつ前記低圧よりも大きい中圧を生成する第三の絞り装置を備え、
前記暖房運転時における前記第三の絞り装置の上流側の流路と前記第二の絞り装置の上流側の流路とを接続し、前記暖房運転時に前記第三の絞り装置によって生成された前記中圧の冷媒を前記第二の絞り装置及び前記吸入インジェクション配管を介して前記圧縮機の吸入側に導入する
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記第一の冷媒流路切替装置の作用により、前記第一の熱交換器に高圧の冷媒を流して凝縮器として動作させかつ前記第二の熱交換器の一部またはすべてに低圧の冷媒を流して蒸発器として動作させる冷房運転と、
前記第一の熱交換器に低圧の冷媒を流して蒸発器として動作させかつ前記第二の熱交換器の一部またはすべてに高圧の冷媒を流して凝縮器として動作させる暖房運転と、が切り替え可能であり、
前記冷房運転時、前記冷媒は前記第三の絞り装置を通らずに、前記循環回路を循環し、前記高圧の冷媒を前記第二の絞り装置及び前記吸入インジェクション配管を介して前記圧縮機の吸入側に導入し、
前記暖房運転時、前記冷媒は前記第三の絞り装置を通って前記循環回路を循環し、前記第三の絞り装置によって生成された前記中圧の冷媒を前記第二の絞り装置及び前記吸入インジェクション配管を介して前記圧縮機の吸入側に導入する
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記第一の熱交換器から前記第一の絞り装置へ冷媒が流れる場合の冷媒流路から冷媒を分流させる第一の冷媒分岐部と、
前記第一の絞り装置から前記第一の熱交換器へ冷媒が流れる場合の冷媒流路から冷媒を分流させる第二の冷媒分岐部と、
前記第一の冷媒分岐部と前記第二の冷媒分岐部とを接続し、その配管上に前記吸入インジェクション配管が接続された分岐配管と、
前記第一の冷媒分岐部と、前記分岐配管と前記吸入インジェクション配管との接続部との間に設置された第一の導通装置と、
前記第二の冷媒分岐部と、前記接続部との間に設置された第二の導通装置とを備えた ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の空気調和装置。 - 前記第一の導通装置は、
前記分岐配管の冷媒流路の開閉を実施する開閉装置であり、
前記第二の導通装置は、
前記第二の冷媒分岐部から前記吸入インジェクション配管へ流れる方向にのみ冷媒を導通させる逆流防止装置である
ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記第一の冷媒分岐部は、
前記冷房運転及び前記暖房運転のいずれの場合にも、同一の方向から冷媒が流入するように配置されている
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の空気調和装置。 - 重力方向に対して反対の方向に冷媒の流れを形成して分流させるように、前記第一の分岐部および前記第二の分岐部を配置する
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第一の導通装置は、
前記第一の冷媒分岐部から前記吸入インジェクション配管へ流れる方向にのみ冷媒を導通させる逆流防止装置であり、
前記第二の導通装置は、
前記第二の冷媒分岐部から前記吸入インジェクション配管へ流れる方向にのみ冷媒を導通させる逆流防止装置である
ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。 - 前記第一の冷媒分岐部は、
前記冷房運転の場合と前記暖房運転の場合とで、前記第一の冷媒分岐部に流入する冷媒の方向が逆方向になるように配置されている
ことを特徴とする請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記冷房運転時に、重力方向に対して反対の方向に冷媒の流れを形成して分流させるように前記第一の冷媒分岐部を配置し、
前記冷房運転時及び前記暖房運転時に、重力方向に対して反対の方向に冷媒の流れを形成して分流させるように前記第二の冷媒分岐部を配置する
ことを特徴とする請求項3、7、8のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第二の絞り装置は、
流路における開口面積を変化させる冷媒絞り部と、前記冷媒絞り部より冷媒流入側において、二相状態の冷媒を攪拌させる冷媒攪拌装置とを備える
ことを特徴とする請求項1〜9に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機の吐出側の冷媒吐出温度、又は、前記冷媒吐出温度と前記圧縮機の吐出側の圧力から演算される冷媒吐出過熱度、のいずれかが目標値に近づくように、または、目標範囲に収まるように、前記第二の絞り装置を制御し、
前記第二の絞り装置及び前記吸入インジェクション配管を介して前記圧縮機の吸入側に流れる冷媒の流量を制御する制御装置を備えた
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記中圧の冷媒の圧力または温度を検出する検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記検出装置の検出圧力あるいは検出温度の飽和圧力、又は、前記検出装置の検出温度あるいは検出圧力の飽和温度が、
目標値に近づくように、又は、目標範囲に収まるように、前記第三の絞り装置を制御する
ことを特徴とする請求項11に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機と、前記第一の冷媒流路切替装置と、前記第一の熱交換器と、を室外ユニットに収容し、
前記第一の絞り装置と、前記第二の熱交換器と、を中継ユニットに収容し、
前記室外ユニットと前記中継ユニットとを、内部に前記冷媒が流通する2本の冷媒配管で接続し、
前記中継ユニットと空調対象空間の空気を加熱または冷却する複数の室内機とを前記冷媒または水等の熱媒体を流通させる配管で接続し、
前記2本の冷媒配管の一方に高圧の液冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる全冷房運転モードと、前記2本の冷媒配管の一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の二相冷媒が流れる全暖房運転モードと、を備え、
前記全冷房運転モードにおいては、前記開閉装置を開とし、前記第一の分岐部から前記開閉装置を介して前記分岐配管に高圧の液冷媒を導入し、前記全暖房運転モードにおいては、前記開閉装置を閉とし、前記第二の分岐部から前記分岐配管に中圧の二相冷媒を導入する
ことを特徴とする請求項6、10〜12のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第二の熱交換器として加熱用の熱媒体間熱交換器と冷却用の熱媒体間熱交換器とを備え、
前記2本の冷媒配管の一方に高圧の二相冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる冷房主体運転モードと、前記2本の冷媒配管の一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の二相冷媒が流れる暖房主体運転モードとを運転形態としてさらに有し、
前記制御装置は、
前記冷房主体運転モードでの運転を行うときには、前記開閉装置を開にさせて、前記第一の分岐部から前記開閉装置を介して前記吸入インジェクション配管に高圧の二相冷媒を流入させ、
前記暖房主体運転モードでの運転を行うときには、前記開閉装置を閉にさせて、前記第二の分岐部から前記吸入インジェクション配管に中圧の二相冷媒を流入させる
ことを特徴とする請求項13に記載の空気調和装置。 - 前記圧縮機と、前記第一の冷媒流路切替装置と、前記第一の熱交換器と、を室外ユニットに収容し、
前記第一の絞り装置と、前記第二の熱交換器と、を中継ユニットに収容し、
前記室外ユニットと前記中継ユニットとを、内部に前記冷媒が流通する2本の冷媒配管で接続し、
前記中継ユニットと空調対象空間の空気を加熱または冷却する複数の室内機とを前記冷媒または水等の熱媒体を流通させる配管で接続し、
前記2本の冷媒配管の一方に高圧の液冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる全冷房運転モードと、前記2本の冷媒配管の一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の二相冷媒が流れる全暖房運転モードと、を備え、
前記全冷房運転モードにおいては、前記第一の分岐部から逆流防止装置である前記第一の導通装置を介して前記分岐配管に高圧の液冷媒を導入し、前記全暖房運転モードにおいては、前記第二の分岐部から前記分岐配管に中圧の二相冷媒を導入する
ことを特徴とする請求項7〜9、請求項7〜9に従属する請求項10〜12のいずれか一項に記載の空気調和装置。 - 前記第二の熱交換器として加熱用の熱媒体間熱交換器と冷却用の熱媒体間熱交換器とを備え、
前記2本の冷媒配管の一方に高圧の二相冷媒が流れ、他方に低圧のガス冷媒が流れる冷房主体運転モードと、前記2本の冷媒配管の一方に高圧のガス冷媒が流れ、他方に中圧の二相冷媒が流れる暖房主体運転モードとを運転形態としてさらに有し、
前記制御装置は、
前記冷房主体運転モードでの運転を行うときには、前記第一の分岐部から逆流防止装置である前記第一の導通装置を介して前記吸入インジェクション配管に高圧の二相冷媒を流入させ、
前記暖房主体運転モードでの運転を行うときには、前記第二の分岐部から前記吸入インジェクション配管に中圧の二相冷媒を流入させる
ことを特徴とする請求項15に記載の空気調和装置。
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