JPWO2015125219A1 - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係る空気調和装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図1の空気調和装置100は、室外機1と室内機2とが主管5で接続された構成を有している。なお、図1において、1台の室内機2が主管5を介して室外機1に接続されている場合を例に示しているが、室内機2の接続台数を1台に限定するものではなく、複数台接続してもよい。
室外機1は、圧縮機10と、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、補助熱交換器40と、第1絞り装置45と、第2絞り装置42と、バイパス配管41と、が冷媒配管4で接続されており、送風機であるファン16と共に搭載されている。
室内機2は、負荷側熱交換器26及び負荷側絞り装置25を有している。負荷側熱交換器26は、主管5を介して室外機1に接続されており、空気と冷媒の間で熱交換を行ない、室内空間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。なお、負荷側熱交換器26には、図示しないファン等の送風機から室内空気が送風されるようになっている。負荷側絞り装置25は、例えば電子式膨張弁等の開度が可変に制御可能なものからなっており、減圧弁や膨張弁としての機能を有して冷媒を減圧し膨張させるものである。負荷側絞り装置25は、全冷房運転モード時において負荷側熱交換器26の上流側に設けられている。
図2は、空気調和装置100の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。図2では、負荷側熱交換器26で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2では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
空気調和装置100の冷凍サイクルに使用される冷媒が、例えばR32等のようなR410A冷媒(以下、R410Aという)よりも圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒である場合、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐために、吐出温度を低下させる必要がある。そこで、全冷房運転モード時においては熱源側熱交換器12側から流出した高圧の液冷媒の一部がバイパス配管41を介して補助熱交換器40に流入し、補助熱交換器40において過冷却液になった冷媒が第2絞り装置42を介して圧縮機10の吸入部に流入するようになっている。
冷房運転モード時における制御装置60による第2絞り装置42の制御について説明する。制御装置60は、吐出温度センサー43において検出された圧縮機10の吐出温度に基づいて第2絞り装置42の開度を制御するようになっている。すなわち、圧縮機10の吐出温度は、第2絞り装置42の開度(開口面積)を大きくし、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入させる過冷却された液冷媒量を増加させると低下する。一方、第2絞り装置42の開度(開口面積)を小さくして、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入させる過冷却された液冷媒量を減少させると圧縮機10の吐出温度は上昇する。
このように、圧縮機10の吸入エンタルピが減少した状態の冷媒が圧縮機10の吸引部に流入することにより、圧縮機10の吐出温度の過昇を抑制することができる。このため、冷凍機油の劣化を抑制し、圧縮機10が破損することを防ぐことができる。よって、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過昇を抑制することにより、圧縮機10を増速することが可能になり、暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を低減させてしまうことを抑制できる。
図3は、空気調和装置100の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。図3では、負荷側熱交換器26で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3では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
ここで、上述した冷房運転モードと同様、暖房運転モードにおいても例えばR32等のような圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒である場合、冷凍機油の劣化や圧縮機10の焼損を防ぐために、吐出温度を低下させる必要がある。そこで、暖房運転モード時においても負荷側絞り装置25側から流出した中温・中圧の気液二相状態の冷媒の一部が、バイパス配管41を介して補助熱交換器40に流入するようになっている。
暖房運転モード時における制御装置60による第2絞り装置42の制御について説明する。制御装置60は、吐出温度センサー43において検出された圧縮機10の吐出温度に基づいて第2絞り装置42の開度を制御するようになっている。すなわち、圧縮機10の吐出温度は、第2絞り装置42の開度(開口面積)を大きくし、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入させる過冷却された液冷媒量を増加させると低下する。一方、第2絞り装置42の開度(開口面積)を小さくして、補助熱交換器40から圧縮機10の吸入部に流入させる過冷却された液冷媒量を減少させると圧縮機10の吐出温度は上昇する。
暖房運転モードにおいて、補助熱交換器40に流入させる中圧・中温の気液二相状態の冷媒を冷却させるためには、室外機1が設置されている環境の温度よりも、中圧・中温の気液二相状態の冷媒の飽和温度を上昇させる必要がある。そこで、制御装置60は、第1絞り装置45の上流側の冷媒を中圧状態にし、補助熱交換器40に中圧状態の冷媒を流入させるように、第1絞り装置45を制御する。
このように、暖房運転モードにおいて、室内機2から室外機1に流入する中圧・中温の冷媒の一部を補助熱交換器40において過冷却液にして圧縮機10の吸入部に流入させ、圧縮機10の吐出温度上昇を抑制する方式をとることにより、圧縮機10から吐出された全ての高圧・高温のガス冷媒を室内機2に供給することが可能になる。よって、特殊な構造の圧縮機を使用せず安価な圧縮機を使用した場合であっても、システムの信頼性を確保することができる。また、圧縮機10の吐出温度の過昇を抑制することにより、圧縮機10を増速することが可能になり、暖房能力を確保でき、ユーザーの快適性を低減させてしまうことを抑制できる。
第2絞り装置42の制御性を安定させるために、補助熱交換器40から流出する冷媒を確実に液化させる必要があり、そのために補助熱交換器40の伝熱面積について考慮する必要がある。ここで、暖房運転モード時において、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制する必要がある環境としては、室外機1が設置されている環境温度が低い環境(例えば環境温度が−10℃以下)が考えられる。この場合には、上述した第2絞り装置42の制御により、補助熱交換器40において過冷却する必要がある中圧・中温の低乾き度の冷媒の飽和温度を高くして環境温度との温度差を大きくとればよい。
図5は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の回路構成の一例を示す概略回路構成図であり、図5を参照して空気調和装置200について説明する。なお、図5において、図1の空気調和装置100と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
室外機201は、実施の形態1と同様、圧縮機10と、四方弁等の冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、補助熱交換器40と、第1絞り装置45と、第2絞り装置42と、バイパス配管41と、アキュムレーター19とが冷媒配管4で接続され、送風機であるファン16と共に搭載されている。
複数の室内機2a〜2dは、例えば同一の構成を有するものであって、それぞれ負荷側熱交換器26a〜26dと、負荷側絞り装置25a〜25dを備えている。負荷側熱交換器26a〜26dは、枝管6と、中継装置3と、主管5を介して室外機201に接続されており、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と冷媒の間で熱交換を行ない、室内空間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。負荷側絞り装置25a〜25dは、例えば電子式膨張弁等の開度が可変に制御可能なものからなっており、冷媒を減圧して膨張させる減圧弁や膨張弁としての機能を有している。負荷側絞り装置25a〜25dは、全冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて負荷側熱交換器26a〜26dの上流側に設けられている。
中継装置3は、気液分離器14と、冷媒間熱交換器50と、第3絞り装置15と、第4絞り装置27と、複数の第1開閉装置23a〜23dと、複数の第2開閉装置24a〜24dと、逆止弁等の逆流防止装置である複数の第2逆流防止装置21a〜21dと、逆止弁等の逆流防止装置である複数の第3逆流防止装置22a〜22dとを有している。
図6は、空気調和装置200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。図6では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。なお、図6では、負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器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。また、図6に示す全冷房運転モードの場合、制御装置60は、室外機201の冷媒流路切替装置11を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器12へ流入するように切り替える。
図7は、空気調和装置200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。図7では、負荷側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、負荷側熱交換器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の循環する配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。図7に示す冷房主体運転モードの場合、室外機201では、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。
図8は、空気調和装置200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。なお、図8では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。図8では、負荷側熱交換器26a及び負荷側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。また、図8に示す全暖房運転モードの場合、室外機201では、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が熱源側熱交換器12を経由させずに中継装置3へ流入するように切り替える。
図9は、空気調和装置200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。なお、図9では、太線で表された配管が冷媒の循環する配管を示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。図9では、負荷側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、負荷側熱交換器26bで温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。図9に示す暖房主体運転モードの場合、室外機201では、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を経由させずに中継装置3へ流入させるように切り替える。
図10は、実施の形態3に係る空気調和装置の回路構成の一例と全冷運転モード時の冷媒の流れを示す概略回路構成図である。なお、この実施の形態3では上述した実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態2と同一部分には、同一符号を付している。図10の空気調和装置300が図5〜図9の空気調和装置200と異なる点は、室外機301の構成である。
図12は、実施の形態4に係る空気調和装置の回路構成の一例と冷房運転モード時の冷媒の流れを示す概略回路構成図である。なお、この実施の形態4では上述した実施の形態との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付している。図12に示す空気調和装置400は、室外機401の構成が空気調和装置100と異なっている。
図13は、実施の形態5に係る空気調和装置の回路構成の一例と全冷運転モード時の冷媒の流れを示す概略回路構成図である。なお、この実施の形態5では上述した実施の形態2との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態2と同一部分には、同一符号を付している。図13に示す、空気調和装置500の構成は、室外機501の構成が、空気調和装置200と異なっている。
Claims (15)
- 圧縮機と、冷媒流路切替装置と、熱源側熱交換器と、負荷側絞り装置と、負荷側熱交換器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルを備え、前記冷凍サイクルに冷媒が循環する空気調和装置であって、
前記熱源側熱交換器と前記負荷側絞り装置との間に設けられた第1絞り装置と、
一端が前記第1絞り装置と前記熱源側熱交換器との間に接続され、前記第1絞り装置から流出した冷媒が流れるバイパス配管と、
前記バイパス配管の他端と前記圧縮機の吸入部とに接続され、前記バイパス配管を流れる冷媒を冷却して前記圧縮機の吸入部に供給する補助熱交換器と、
前記補助熱交換器の冷媒の流出側に設けられており、前記補助熱交換器から前記圧縮機の吸入部に流入される冷媒の流量を調整する第2絞り装置と、
前記熱源側熱交換器が凝縮器もしくはガスクーラとして作用する場合と、前記熱源側熱交換器が蒸発器として作用する場合とにおいて冷媒流路を切り替えるように前記冷媒流路切替装置を制御するとともに、前記第1絞り装置及び第2絞り装置の開度を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記熱源側熱交換器が凝縮器もしくはガスクーラとして作用する場合、高圧状態の冷媒が前記補助熱交換器に流入するように前記第1絞り装置及び前記第2絞り装置を制御し、
前記熱源側熱交換器が蒸発器として作用する場合、前記補助熱交換器に中圧状態の冷媒が流入するように前記第1絞り装置を制御するとともに、前記補助熱交換器において冷却された冷媒を前記圧縮機の吸入部に流入させるように前記第2絞り装置を制御するものである空気調和装置。 - 前記圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサーをさらに備え、
前記制御装置は、前記吐出温度センサーにより検出された吐出温度が吐出温度しきい値よりも高くなった場合、吐出温度が前記吐出温度しきい値以下になるように前記第2絞り装置の開度を調整するものである請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記吐出温度しきい値の設定可能な上限値は、115℃である請求項2に記載の空気調和装置。
- 前記バイパス配管に流入する冷媒の圧力を検出する圧力センサーと、前記熱源側熱交換器の周囲の空気の温度を検出する外気温度センサーと、をさらに備え、
前記制御装置は、前記熱源側熱交換器が蒸発器として作用する場合、前記圧力センサーにおいて検出された冷媒の圧力から飽和温度を算出し、算出した飽和温度と前記外気温度センサーの検出値との差が、温度差しきい値に近づくように前記第1絞り装置の開度を調整するものである請求項1〜3のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記温度差しきい値の設定可能な下限値は、10℃である請求項4に記載の空気調和装置。
- 前記熱源側熱交換器と前記補助熱交換器とは、それぞれ冷媒流路が異なる伝熱管が共通の伝熱フィンに取り付けられて構成されたものであり、
前記熱源側熱交換器の周囲の空気は前記熱源側熱交換器と前記補助熱交換器との双方に流通するものであり、
前記補助熱交換器は、伝熱面積が前記熱源側熱交換器の伝熱面積よりも小さくなるように形成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記補助熱交換器における空気に接する面積がA1であり、前記熱源側熱交換器における空気に接する前記熱源側熱交換器の面積がA2であるときに、A1/(A1+A2)が0.46%以上であって5%以内になる請求項6に記載の空気調和装置。
- 前記バイパス配管は、一端が前記第1絞り装置と前記負荷側絞り装置との間に接続され、他端が前記補助熱交換器の流入側に接続された第1分岐配管と、一端が前記第1分岐配管に接続されており、他端が前記圧縮機の吐出側に接続された第2分岐配管とに接続されたものであり、
前記第2分岐配管には、前記バイパス配管へ流入する冷媒の流量を調整する開閉装置が設けられている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記第1分岐配管には、逆流を防止するための逆流防止装置が設けられている請求項8に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記熱源側熱交換器が凝縮器もしくはガスクーラとして作用する場合、前記第2分岐配管から前記バイパス配管へ前記圧縮機から吐出された冷媒の一部が流入するように前記開閉装置を制御し、前記熱源側熱交換器が蒸発器として作用する場合、前記開閉装置を閉状態に制御するものである請求項8又は9に記載の空気調和装置。
- 前記圧縮機と、前記冷媒流路切替装置と、前記熱源側熱交換器とは、室外機に設置されたものであり、
前記負荷側絞り装置及び負荷側熱交換器は、室内機に設置されたものであり、
前記室外機と前記室内機とは、中継装置を介して冷媒が循環するように接続されたものである請求項1〜10のいずれか1項に記載の空気調和装置。 - 前記バイパス配管は、一端が前記第1絞り装置と前記熱源側熱交換器との間に接続され、他端が前記補助熱交換器の流入側に接続された第1分岐配管と、一端が前記第1分岐配管に接続されており、他端が前記熱源側熱交換器と前記中継装置の入口側の流路との間の流路に接続された第2分岐配管とに接続されており、
前記第2分岐配管には、前記バイパス配管へ流入する冷媒の流量を調整する開閉装置が設けられている請求項11に記載の空気調和装置。 - 前記第1分岐配管には、逆流を防止する逆流防止装置が設けられている請求項12に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記熱源側熱交換器が凝縮器もしくはガスクーラとして作用する場合、前記第2分岐配管から前記バイパス配管へ前記圧縮機から吐出された冷媒の一部が流入するように前記開閉装置を制御し、前記熱源側熱交換器が蒸発器として作用する場合、前記開閉装置を閉状態に制御するものである請求項12又は13に記載の空気調和装置。
- 前記熱源側熱交換器または前記補助熱交換器は、水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器からなる請求項1〜14のいずれか1項に記載の空気調和装置。
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