JPWO2017068909A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

空気調和装置は、圧縮機と流路切替装置と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器と前記流路切替装置が順次配管で接続され、流路切替装置によって冷却運転と加熱運転とを切り替えて運転することができる冷媒回路と、圧縮機から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器と、油分離器から流出した流体を導入する第1バイパス流路と、流体を冷却する補助熱交換器と、流体の通過を制御する第1流量調整装置と、熱源側熱交換器と絞り装置との間を接続する配管を流れる液冷媒もしくは液とガスの二相冷媒を導入する第2バイパス流路と、冷媒の通過を制御する第2流量調整装置と、を備えている。

Description

この発明は、圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することができる空気調和装置に関する。
従来から、圧縮機から吐出された冷凍機油を冷却して圧縮機の吸入側に戻す空気調和装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載されている従来の空気調和装置では、返油加熱によって吸入ガスの温度が上昇する温度差を検知して、加熱による冷媒回路の影響を測定しながら、流量調整装置を制御している。
特開2011−89736号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているような従来の空気調和装置では、例えば吐出温度が上昇しやすくなる冷媒を使用したときに、圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することができないおそれがある。
この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、圧縮機の吐出温度の上昇を抑制することができる空気調和装置を得ることを目的としている。
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機と流路切替装置と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器と前記流路切替装置が順次配管で接続され、前記流路切替装置によって、前記圧縮機の吐出側を前記熱源側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記負荷側熱交換器に接続する冷却運転と、前記圧縮機の吐出側を前記負荷側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記熱源側熱交換器に接続する加熱運転と、を切り替えて運転することができる冷媒回路と、前記圧縮機の吐出部と前記流路切替装置との間を接続する前記配管に配設され、前記圧縮機から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器と、前記油分離器の油流出側と前記圧縮機の吸入部とに接続され、前記油分離器から流出した流体を導入する第1バイパス流路と、前記第1バイパス流路に配設され、前記流体を冷却する補助熱交換器と、前記第1バイパス流路に配設され、前記流体の通過を制御する第1流量調整装置と、前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管と、前記圧縮機の吸入部と前記流路切替装置との間の配管とに接続され、前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管を流れる液冷媒もしくは液とガスの二相冷媒を導入する第2バイパス流路と、前記第2バイパス流路に配設され、冷媒の通過を制御する第2流量調整装置と、を備えたものである。
この発明によれば、吐出温度センサーが検出した温度を用いて第1流量調整装置の開度が調整されるため、圧縮機の吐出温度の上昇が抑制された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1に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 図1に記載の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 図1に記載の空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 図1に記載の第1流量調整装置の開度と、補助熱交換器を通過した流体の温度と、第1バイパス流路に流れる流体の状態と、の関係の一例を説明する図である。 図1に記載の第1流量調整装置の開度と、補助熱交換器の能力と、の関係の一例を説明する図である。 図1に記載の空気調和装置の動作の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態2に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態3に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 図8に記載の空気調和装置の動作の一例を説明する図である。 図9に記載の処理1を説明する図である。 この発明の実施の形態4に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態5に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 図12に記載の空気調和装置の全冷房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 図12に記載の空気調和装置の冷房主体運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 図12に記載の空気調和装置の全暖房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 図12に記載の空気調和装置の暖房主体運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。 この発明の実施の形態6に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態7に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態8に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 図19に記載の空気調和装置の全冷房運転モード時における動作の一例を説明する図である。 図19に記載の空気調和装置の冷房主体運転モード時における動作の一例を説明する図である。 図19に記載の空気調和装置の全暖房運転モード時における動作の一例を説明する図である。 図19に記載の空気調和装置の暖房主体運転モード時における動作の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態9に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態10に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。 この発明の実施の形態1〜実施の形態10に係る空気調和装置の制御装置の構成を模式的に記載した図である。
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ及び配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。
実施の形態1.
[空気調和装置]
図1は、この発明の実施の形態1に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。この実施の形態の例の空気調和装置100は、室外機1と室内機2a,2bとが、主管3と枝管4a,4bとで接続されることで形成される冷媒回路15を有している。なお、図1では、2台の室内機2a,2bが、主管3と2つの枝管4a,4bとを介して、室外機1に並列に接続されている例を示しているが、室内機は、1台であってもよく、3台以上であってもよい。
[室外機]
室外機1は、例えば部屋の外部の室外に設置され、空調の熱を廃熱または供給する熱源機として機能するものである。室外機1には、例えば、圧縮機10と、油分離器11と、冷媒流路切替装置12と、熱源側熱交換器13と、アキュムレーター16と、第1バイパス流路70と、補助熱交換器71と、第1流量調整装置72と、が搭載されており、これらが配管で接続されている。また、室外機1には、熱源側熱交換器13及び補助熱交換器71に送風を行う送風機であるファン14が搭載されている。
圧縮機10は、冷媒を吸入し圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成されている。圧縮機10は、例えば、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気になり、密閉容器内の低圧冷媒を吸入して圧縮する低圧シェル構造のものを使用するとよい。
油分離器11は、圧縮機10から吐出された冷媒と冷凍機油とを分離するものであり、例えばサイクロン型油分離器等で構成されている。冷媒流路切替装置12は、例えば四方弁等からなっており、暖房運転モード時における冷媒流路と冷房運転モード時における冷媒流路とを切り替えるものである。
なお、暖房運転モードとは、熱源側熱交換器13が凝縮器もしくはガスクーラとして作用する場合であり、暖房運転モードとは、熱源側熱交換器13が蒸発器として作用する場合である。また、暖房運転モードは室内を加熱する加熱運転モードであり、冷房運転モードは室内を冷却する冷却運転モードである。
熱源側熱交換器13は、暖房運転モード時には蒸発器として機能し、冷房運転モード時には凝縮器として機能するものであって、例えばファン14から供給される空気と冷媒とを熱交換させるものである。アキュムレーター16は、圧縮機10の吸入側である吸入部に設けられており、暖房運転モード時と冷房運転モード時との違いで発生する余剰冷媒、または過渡的な運転の変化で発生する余剰冷媒を蓄えるものである。
補助熱交換器71は、暖房運転モード時及び冷房運転モード時の双方において、冷却器もしくは凝縮器として機能するものであって、例えばファン14から供給される空気と冷媒とを熱交換させるものである。補助熱交換器71は、冷凍機油のみが流通する場合において冷凍機油を冷却させ、冷凍機油と冷媒の双方が流通する場合において冷凍機油及び冷媒を冷却及び凝縮させる。例えば、熱源側熱交換器13と補助熱交換器71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た構造を有している。すなわち、複数の伝熱フィンは、同一方向を向くように、互いに隣り合って配置されており、複数の伝熱管が伝熱フィンに多数挿入されている。そして、同一の伝熱フィン上に設けられた熱源側熱交換器13の伝熱管と補助熱交換器71の伝熱管とが互いに独立した状態になっている。例えば、熱源側熱交換器13は上側に配置され、補助熱交換器71は下側に配置され、複数の伝熱フィンが共有されている。よって、熱源側熱交換器13及び補助熱交換器71の周囲の空気は、熱源側熱交換器13と補助熱交換器71との双方に流通する。また、例えば、補助熱交換器71の伝熱面積は、熱源側熱交換器13の伝熱面積よりも小さくなっており、補助熱交換器71は、熱源側熱交換器13と比較して、熱交換量が少なくなるように形成されている。
第1バイパス流路70は、高温の冷凍機油と高温高圧の冷媒とを補助熱交換器71に流入させ、補助熱交換器71で冷却された冷凍機油と冷媒とを圧縮機10の吸入部に流入させるものであり、配管で構成されている。なお、冷媒は補助熱交換器71で冷却されて凝縮する。第1バイパス流路70は、一端が油分離器11の油流出側と接続され、他端が圧縮機10とアキュムレーター16との間の吸入配管17と接続されている。
第1バイパス流路70には、第1流量調整装置72が配設されている。第1流量調整装置72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、補助熱交換器71の出口側に設けられている。第1流量調整装置72は、補助熱交換器71で冷却及び凝縮された後に圧縮機10の吸入部に流入させる冷凍機油及び液冷媒の流量を調整するものである。
また、室外機1は、高圧検出センサー79と吐出温度センサー80と冷凍機油温度センサー81と低圧検出センサー82と補助熱交換器出口温度センサー83と外気温度センサー96とを有している。高圧検出センサー79は、圧縮機10の吐出側の高圧圧力を検出するものである。吐出温度センサー80は、圧縮機10から吐出される高温・高圧の冷媒の温度を検出するものである。冷凍機油温度センサー81は、圧縮機10のシェル内の冷凍機油の温度を検出するものである。冷凍機油温度センサー81は、圧縮機10のシェル外表面の温度を検出するものであってもよく、その場合には、圧縮機10のシェル内の冷凍機油の温度が擬似的に検出される。低圧検出センサー82は、圧縮機10の吸入側の冷媒の低圧圧力を検出するものである。補助熱交換器出口温度センサー83は、補助熱交換器71で熱交換された流体の温度を検出するものである。外気温度センサー96は、熱源側熱交換器13の空気吸込み部に設けられ、室外機1の周囲の温度を検出するものである。
[室内機]
室内機2a,2bは、例えば部屋の内部の室内に設置され、室内に空調空気を供給するものである。室内機2a,2bは、負荷側絞り装置20a,20bと、負荷側熱交換器21a,21bと、を有している。負荷側絞り装置20a,20bは、冷媒を減圧し膨張させる減圧弁または膨張弁としての機能を有するものである。負荷側絞り装置20a,20b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で構成されるとよい。負荷側絞り装置20a,20bは、全冷房運転モード時において負荷側熱交換器21a,21bの上流側に設けられている。負荷側熱交換器21a,21bは、主管3と枝管4a,4bを介して、室外機1と接続されている。負荷側熱交換器21a,21bは、空気と冷媒とを熱交換させることで、室内空間に供給する暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。負荷側熱交換器21a,21bには、ファン22によって室内空気が送風されるようになっている。
また、室内機2a,2bは、入口側温度センサー85と出口側温度センサー84とを有している。入口側温度センサー85は、例えばサーミスター等で構成されており、負荷側熱交換器21a,21bに流入する冷媒の温度を検出するものである。入口側温度センサー85は、負荷側熱交換器21a,21bの冷媒の入口側の配管に設けられている。出口側温度センサー84は、例えばサーミスター等で構成されており、負荷側熱交換器21a,21bから流出した冷媒の温度を検出するものである。出口側温度センサー84は、負荷側熱交換器21a,21bの冷媒の出口側に設けられている。
制御装置97は、例えば空気調和装置100の全体の制御を行うものであり、例えば、アナログ回路、デジタル回路、CPU、またはこれらのうちの2つ以上の組み合わせを含んで構成されている。制御装置97は、例えば、上述した各種センサーにおいて検出された検出情報とリモコン等の入力装置からの指示に基づいて、圧縮機10の駆動周波数、ファン14の回転数(ON/OFF切り替えを含む)、冷媒流路切替装置12の切り替え、第1流量調整装置72の開度、負荷側絞り装置20a,20bの開度等を制御して、後述する各運転モードを実行するようになっている。なお、図1では、制御装置97が、室外機1に設けられている場合について例示しているが、制御装置97は、室外機1及び室内機2a,2bのそれぞれに設けられていてもよいし、室内機2a,2bのうちの少なくとも一方に設けられていてもよい。
[空気調和装置の動作モード]
次に、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。空気調和装置100は、室内機2a,2bからの指示に基づいて、その室内機2a,2bで冷房運転及び暖房運転を実行するようになっている。なお、図1の空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2a,2bの全てが冷房運転を実行する冷房運転モード、駆動している室内機2a,2bの全てが暖房運転を実行する暖房運転モードがある。以下に、各運転モードについて、冷媒の流れとともに説明する。
[冷房運転モード]
図2は、図1に記載の空気調和装置の冷房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。図2に示す例では、負荷側熱交換器21a,21bで冷熱負荷が発生している全冷房運転モードについて説明する。なお、図2では、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒回路15を流れる冷媒の流れ方向を実線矢印で示し、第1バイパス流路70を流れる冷凍機油,冷媒の流れ方向を二重線矢印で示してある。
まず、冷媒回路15における冷媒の流れについて説明する。圧縮機10は、低温・低圧の冷媒を吸入し、圧縮して、高温・高圧の冷媒を吐出する。圧縮機10から吐出された高温・高圧の冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12を介して、熱源側熱交換器13に流入する。そして、熱源側熱交換器13に流れる冷媒は、ファン14から供給される室外空気と熱交換して凝縮する。熱源側熱交換器13で凝縮された冷媒は、室外機1から流出して、主管3と枝管4a,4bを通って室内機2a,2bに流入する。
室内機2a,2bに流入した冷媒は、負荷側絞り装置20a,20bで膨張される。負荷側絞り装置20a,20bで膨張された冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器21a,21bに流入し、室内空気から吸熱して蒸発する。負荷側熱交換器21a,21bにて冷媒が、室内空気から吸熱することによって、室内空気が冷却される。このときに、負荷側絞り装置20a,20bの開度は、スーパーヒート(過熱度)が一定になるように制御装置97により制御される。なお、スーパーヒートは、入口側温度センサー85で検出された温度と出口側温度センサー84において検出された温度との差を用いることで得られる。負荷側熱交換器21a,21bから流出した冷媒は、枝管4a,4bと主管3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、冷媒流路切替装置12及びアキュムレーター16を通って、圧縮機10へ再度吸入され圧縮される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油と一部のガス冷媒は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油及びガス冷媒は、それぞれファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却及び凝縮される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油及び液冷媒は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[冷房運転モード時の効果]
上記のように、この実施の形態の例の室外機1では、冷房運転モード時において、油分離器11で分離された冷凍機油とガス冷媒の一部が、第1バイパス流路70を介して、補助熱交換器71に流入する。補助熱交換器71を流れる冷凍機油及び冷媒は、ファン14から供給される室外空気と熱交換して冷却される。補助熱交換器71で冷却された冷凍機油及び冷媒は、第1流量調整装置72を介して圧縮機10の吸入部に流入する。このように、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出側の吐出温度が上昇したときに、補助熱交換器71で冷却された冷凍機油及び冷媒を圧縮機10の吸入側に流入させることができる。その結果、この実施の形態の例の室外機1によれば、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の吸引部に流入されるため、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、冷凍機油の劣化を抑制し、圧縮機10の劣化及び損傷等を抑制することができる。さらに、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されているため、圧縮機10の回転速度を増速させて、冷房能力を高めることもできる。その結果、空気調和装置100を利用するユーザーの快適性が向上される。特に、空気調和装置100に適用される冷媒が、例えばR32冷媒(以下、R32という)等のように、R410A冷媒(以下、R410Aという)等よりも、圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒である場合、冷凍機油の劣化のおそれ、圧縮機10の劣化及び損傷等のおそれを抑制する効果が顕著となる。さらに、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度が低い場合にも、圧縮機10の吸入部に冷却された冷凍機油が流入することによって、吸入加熱による損失が抑制される。
[暖房運転モード]
図3は、図1に記載の空気調和装置の暖房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。図3では、負荷側熱交換器21a,21b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、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒回路15を流れる冷媒の流れ方向を実線矢印で示し、第1バイパス流路70を流れる冷凍機油,冷媒の流れ方向を二重線矢印で示してある。
まず、冷媒回路15における冷媒の流れについて説明する。圧縮機10は、低温・低圧の冷媒を吸入し、圧縮して、高温・高圧の冷媒を吐出する。圧縮機10から吐出された高温・高圧の冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12を通り、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧の冷媒は、主管3、枝管4a,4bを通り、負荷側熱交換器21a,21bで室内空気に放熱することにより、室内空間を暖房しながら凝縮する。負荷側熱交換器21a,21bで凝縮された冷媒は、負荷側絞り装置20a,20bで膨張されて、枝管4a,4b、主管3を通り、再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した冷媒は、熱源側熱交換器13に流入し、熱源側熱交換器13で室外空気から吸熱しながら、蒸発し、冷媒流路切替装置12及びアキュムレーター16を介して圧縮機10へ再度吸入される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油と一部のガス冷媒は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油及びガス冷媒は、それぞれファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却及び凝縮される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油及び液冷媒は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[暖房運転時の効果]
上述した冷房運転モード時と同様に、暖房運転モード時においても、油分離器11で分離した冷凍機油とガス冷媒の一部が、第1バイパス流路70を介して、補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油及び冷媒は、ファン14から供給される室外空気と熱交換して冷却される。補助熱交換器71で冷却された冷凍機油及び冷媒は、第1流量調整装置72を介して圧縮機10の吸入部に流入する。このように、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出側の吐出温度が上昇したときに、補助熱交換器71で冷却された冷凍機油及び冷媒を圧縮機10の吸入側に流入させることができる。その結果、この実施の形態の例の室外機1によれば、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の吸引部に流入されるため、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、冷凍機油の劣化を抑制し、圧縮機10の劣化及び損傷等を抑制することができる。さらに、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されているため、圧縮機10の回転速度を増速させて、冷房能力を高めることもできる。その結果、空気調和装置100を利用するユーザーの快適性が向上される。特に、空気調和装置100に適用される冷媒が、例えばR32冷媒(以下、R32という)等のように、R410A冷媒(以下、R410Aという)等よりも、圧縮機10の吐出温度が高温になる冷媒である場合、冷凍機油の劣化のおそれ、圧縮機10の劣化及び損傷等のおそれを抑制する効果が顕著となる。さらに、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の吐出温度が低い場合にも、圧縮機10の吸入部に冷却された冷凍機油が流入することによって、吸入加熱による損失が抑制される。
[第1流量調整装置72の動作]
次に、第1流量調整装置72の動作について説明する。第1流量調整装置72は、例えば、制御装置97によって制御される。第1流量調整装置72は、例えば、吐出温度センサー80において検出された圧縮機10の吐出温度に基づいて制御される。
まず、第1流量調整装置72の開度と、圧縮機10が吐出する冷媒の吐出温度と、の関係性の一例について説明する。第1流量調整装置72の開度(開口面積)が大きくなると、第1バイパス流路70の補助熱交換器71を通って圧縮機10の吸入部に流入する冷凍機油及び液冷媒の流量が増加する。その結果、圧縮機10の吸入部の冷媒の温度もしくは乾き度が低下するため、圧縮機10の吐出温度が低下する傾向がある。一方、第1流量調整装置72の開度(開口面積)が小さくなると、第1バイパス流路70の補助熱交換器71を通って圧縮機10の吸入部に流入する冷凍機油及び液冷媒の流量が減少する。その結果、圧縮機10の吸入部の冷媒の温度もしくは乾き度が上昇するため、圧縮機10の吐出温度は上昇する。
次に、第1流量調整装置72の開度と、第1バイパス流路70に流入する流体の状態と、の関係性の一例について説明する。第1バイパス流路70に流入する流体の状態は、第1バイパス流路70に流入する流体の流量の増加と共に変化する。例えば、第1流量調整装置72の開度が小さいときは、油分離器11の下部に溜まっている冷凍機油のみが、第1バイパス流路70に流入する。第1バイパス流路70に冷凍機油のみが流入するときは、第1バイパス流路70に流入する流体の量が、油分離器11に流入する冷凍機油の量よりも少ないときである。第1流量調整装置72の開度を徐々に開いていくと、冷凍機油及びガス冷媒が第1バイパス流路70に流入し始める。第1バイパス流路70に冷凍機油及びガス冷媒が流入するときは、第1バイパス流路70に流入する流体の量が、油分離器11に流入する冷凍機油の量よりも多いときである。
図4は、図1に記載の第1流量調整装置の開度と、補助熱交換器を通過した流体の温度と、第1バイパス流路に流れる流体の状態と、の関係の一例を説明する図であり、図5は、図1に記載の第1流量調整装置の開度と、補助熱交換器の能力と、の関係の一例を説明する図である。以下、図4及び図5を用いて、第1流量調整装置72の開度と、補助熱交換器71の熱交換量と、の関係性について説明する。
図4に示すように、第1流量調整装置72の開度がK1以下のときは、第1バイパス流路70に冷凍機油が流入する。第1バイパス流路70に流入した冷凍機油は、補助熱交換器71で熱交換され、空気温度近くまで冷却されて、補助熱交換器71から流出する。
第1流量調整装置72の開度がK1よりも大きくなると、第1バイパス流路70に冷凍機油及びガス冷媒が流入する。
第1流量調整装置72の開度がK1よりも大きく且つK3以下であるときは、第1バイパス流路70に流入した冷凍機油及びガス冷媒は、補助熱交換器71で熱交換されて、冷媒の凝縮温度よりも低い温度となる。なお、第1流量調整装置72の開度がK1よりも大きく且つK3以下であるときは、補助熱交換器71で熱交換された冷媒は、液冷媒となる。
第1流量調整装置72の開度がK1よりも大きく且つK2以下であるときは、補助熱交換器71で熱交換された冷凍機油及び冷媒は、空気温度近くまで冷却される。
第1流量調整装置72の開度がK2よりも大きく且つK3以下であるときは、補助熱交換器71で熱交換された冷凍機油及び冷媒の温度は、第1流量調整装置72の開度が大きくなるにしたがって高くなる。
第1流量調整装置72の開度がK3よりも大きくなると、補助熱交換器71で熱交換された冷凍機油及び冷媒の温度は、冷媒の凝縮温度となる。なお、第1流量調整装置72の開度がK3よりも大きくなると、補助熱交換器71で熱交換された冷媒は、二相冷媒となる。
上記のように、第1流量調整装置72の開度を大きくして、第1バイパス流路70に流れる流体の流量を増加させると、補助熱交換器71での熱交換量が増大する。しかしながら、第1バイパス流路70に流れる流体の流量が多くなりすぎると、補助熱交換器71が熱交換できる熱交換量には上限があるため、冷凍機油と冷媒を冷却しきれなくなり、補助熱交換器71での出口温度が上昇する。補助熱交換器71から流出する冷凍機油と液冷媒の温度が上昇した場合は、それ以上に第1バイパス流路70に流れる流体の流量を増やしたとしても、圧縮機10の吸入側を冷却する冷却能力に変化がないため、圧縮機10の吐出温度を低減する効果がない。さらには、室内機2a,2bに流すべきガス冷媒を余分にバイパスすることとなるため、空気調和装置100の性能、能力低下を引き起こす。
そこで、この実施の形態の例では、補助熱交換器71が処理できる上限能力を把握しながら、第1流量調整装置72の制御を行う。すなわち、補助熱交換器71の出口に設置した補助熱交換器出口温度センサー83において検出された補助熱交換器71の出口温度に基づいて、第1流量調整装置72の動作を制御する。
図6は、図1に記載の空気調和装置の動作の一例を説明する図である。制御装置97は、例えば一定間隔の設定周期(例えば30秒)毎に、以下の制御を実施する。まず、ステップS02にて、制御装置97は、第1流量調整装置72の現状の開度である第1流量調整装置現状開度O1dと、圧縮機10の吐出側の温度である吐出温度Tdと、補助熱交換器71の出口側の温度である補助熱交換器出口側温度T1と、外気の温度である外気温度Taと、圧縮機10のシェル内の冷凍機油の温度である冷凍機油温度Toilと、圧縮機10の吐出側の圧力である吐出側圧力Psとを取得する。例えば、制御装置97の取得部(図示を省略)は、第1流量調整装置72から第1流量調整装置現状開度O1dを取得し、吐出温度センサー80から吐出温度Tdを取得し、補助熱交換器出口温度センサー83から補助熱交換器出口側温度T1を取得し、外気温度センサー96から外気温度Taを取得し、冷凍機油温度センサー81から冷凍機油温度Toilを取得し、高圧検出センサー79から吐出側圧力Psを取得する。
ステップS04にて、制御装置97は、冷媒の凝縮温度である凝縮温度CTを取得する。すなわち、制御装置97は、吐出側圧力Pdから冷媒の凝縮温度CTを換算する。
ステップS06にて、制御装置97は、補助熱交換器出口側温度T1から、外気温度Taを引いた値である、温度差ΔTを演算する。ステップS08にて、制御装置97は、温度差ΔTと、温度差しきい値Tthとを比較する。なお、温度差しきい値Tthは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。温度差しきい値Tthは、例えば5度である。
ステップS08で、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも小さい場合は、ステップS10に進み、制御装置97は、吐出温度Tdから、目標吐出温度Tdnを引いた値である、吐出温度調整量ΔTdを演算する。なお、目標吐出温度Tdnは、予め設定された値であり、圧縮機10の仕様に関する値である。目標吐出温度Tdnは、記憶部(図示を省略)に記憶されている。ステップS12にて、制御装置97は、吐出温度調整量ΔTdに、制御定数G1を乗じた値である、操作量Oconを演算する。制御定数G1は、第1流量調整装置72の制御量に関する値であり、正の値である。制御定数G1は、予め設定されており、記憶部(図示を省略)に記憶されている。したがって、吐出温度調整量ΔTdが正、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも高い場合、第1流量調整装置72の操作量Oconは開方向に演算される。また、吐出温度調整量ΔTdが負、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも低い場合、第1流量調整装置72の操作量Oconは閉方向に演算される。ステップS14にて、制御装置97は、現状開度Odに、操作量Oconを足した値である、出力開度Onを演算し、ステップS16に進む。
ステップS08にて、温度差ΔTが温度差しきい値Tth以上であるときは、現状開度O1dを維持するため、ステップS15にて、出力開度Onex=Odを演算し、ステップS16に進む。
ステップS16にて、制御装置97は、冷凍機油温度Toilから、凝縮温度ETを引いた値である、冷凍機油過熱度Oshを演算する。ステップ18にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshと冷凍機油過熱度しきい値OILshとを比較する。なお、冷凍機油過熱度しきい値OILshは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度しきい値OILshは、例えば30Kである。
ステップS18にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILsh以下であるときは、ステップS20に進み、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshから、冷凍機油過熱度目標値SHoilを引いた値である、冷凍機油過熱度差ΔOshを演算する。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、例えば10Kである。
ステップS22にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度差ΔOshに、制御定数G2を乗じた値である、冷凍機油補正量ΔOoilを演算する。なお、制御定数G2は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが正のとき、第1流量調整装置72の補正量が常に閉方向に演算されるように、また、冷凍機油過熱度差ΔOshが小さくなればなるほど、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値に近づくにつれて、第1流量調整装置72の補正量が大きくなるように設定されている。また、制御定数G2は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが負、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値を下回った場合、第1流量調整装置72の補正量が固定値となるように設定されている。
ステップS24にて、制御装置97は、出力開度Onexに、冷凍機油補正量ΔOoilを足した値である、補正開度Oopを演算し、ステップS28に進む。
なお、ステップS18にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILshよりも小さいときは、ステップS24に進み、制御装置97は、補正開度Oop=出力開度Onexを演算し、ステップS28に進む。
ステップS28にて、制御装置97は、第1流量調整装置72の開度を、補正開度Oopに設定する。
なお、上記では、温度差しきい値Tthが5度の場合について例示しているが、温度差しきい値Tthは5度に限定されない。すなわち、補助熱交換器71が処理できる上限能力に達して、補助熱交換器71の出口から流出する冷媒が二相状態になる場合には、補助熱交換器71の出口の温度は、補助熱交換器71に流入する冷媒の高圧圧力に相当する飽和温度となる。つまり、補助熱交換器71が処理できる上限能力に達したときの、補助熱交換器出口側温度T1と外気温度Taとの差である温度差しきい値Tthは、最大で凝縮温度から外気温度を引いた差となるため、それ以下にしきい値を設定すればよい。
上記のように、補助熱交換器71の出口温度に応じて、第1流量調整装置72の開度を調整することによって、油分離器11からバイパスする冷凍機油とガス冷媒の量に上限を設定することが可能となるため、過剰なバイパスを阻止し、空気調和装置100の能力低下と性能低下を抑制することができる。
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図7の空気調和装置101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。図1の空気調和装置100と比較して、図7の空気調和装置101では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73をさらに備えている。流量調整器73は、例えばキャピラリチューブ等の流路抵抗値が固定されたものからなっている。流量調整器73は、例えば第1流量調整装置72の開度が全開状態のときの流路抵抗と比較して、小さい流路抵抗を有している。なお、流量調整器73が配設された配管は、この発明の「バイパス路78」に相当するものである。つまり、この実施の形態の例に係る室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設され、流量調整器73が省略されたバイパス路78を備えるものであってもよい。
空気調和装置101では、例えば吐出温度センサー80が検出した圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値以下である場合に、第1流量調整装置72が全閉状態になるように、制御装置97が第1流量調整装置72を制御する。吐出温度しきい値は、例えば、圧縮機10が損傷するおそれがある温度、または冷凍機油が劣化するおそれがある温度よりも低い温度であり、例えば115度以下に設定されている。吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値等に応じて予め設定されているものであり、例えば、記憶部(図示を省略)に記憶されている。
上記のように、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73を備えているため、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、冷凍機油、または冷凍機油及び冷媒が、圧縮機10、油分離器11、補助熱交換器71、流量調整器73、圧縮機10の順に循環する。したがって、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、圧縮機10の内部の冷凍機油が枯渇しない量の冷凍機油が、補助熱交換器71及び流量調整器73を通り圧縮機10の吸入部に流入する。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、第1流量調整装置72が異常状態となり閉止状態となった場合においても、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制され、且つ圧縮機10の潤滑及びシールに必要な冷凍機油量が確保される。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の損傷のおそれの抑制が確実化されている。
実施の形態3.
図8は、この発明の実施の形態3に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図8の空気調和装置102において、図7の空気調和装置101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。図7の空気調和装置101と比較して、図8の空気調和装置102では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第2流量調整装置75が配設された第2バイパス流路74をさらに有している。第2バイパス流路74は、その一端が、冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合においても液冷媒もしくは液冷媒を含む二相冷媒が流通する熱源側熱交換器13と主管3との間の配管に接続され、他端が、第1流量調整装置72の流出側に接続されている。つまり、第2バイパス流路74は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管と、圧縮機10の吸入側と、をバイパスするものである。第2バイパス流路74は、冷房運転時には低温高圧の液冷媒を、暖房運転時には中温中圧の液冷媒もしくは二相冷媒を、圧縮機10の吸入部に流入させる配管である。第2流量調整装置75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、圧縮機10の吸入部に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の流量を調整するものである。
また、熱源側熱交換器13と第2バイパス流路74の上流の接続部との間に圧力調整装置76が配設されている。つまり、圧力調整装置76は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管のうちの、第2バイパス流路74が接続された接続部よりも熱源側熱交換器13側に配設されている。圧力調整装置76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で構成されており、例えば暖房運転時に、第2バイパス流路74の上流部の圧力を中圧に調整する。つまり、圧力調整装置76は、第2バイパス流路74に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の圧力を調整するものである。さらに、室外機1には、負荷側絞り装置20出口と圧力調整装置76との間の圧力を検出する中圧検出センサー77が設けられている。
次に、空気調和装置102が実行する各運転モードでの第2バイパス流路74における冷媒の流れについて説明する。
[冷房運転モード]
冷房運転モード時は、例えば、圧力調整装置76が全開状態となっている。熱源側熱交換器13から流出した冷媒の大部分は、圧力調整装置76を介して、室外機1から流出し、主管3と枝管4a,4bを通って室内機2へ流入する。室内機2に流入した冷媒は、負荷側絞り装置20a,20bで膨張され、負荷側熱交換器21a,21bで熱交換される。負荷側熱交換器21a,21bで熱交換された冷媒は、枝管4a,4bと主管3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、冷媒流路切替装置12及びアキュムレーター16を通って、圧縮機10へ再度吸入され圧縮される。
熱源側熱交換器13から流出した冷媒の一部分は、第2バイパス流路74に流入し、第2流量調整装置75で膨張される。第2流量調整装置75で膨張された冷媒は、第1流量調整装置72を流出した流体と合流した後に、アキュムレーター16から流出した冷媒と合流し、圧縮機19へ再度吸入される。
[冷房運転モード時の効果]
このように、この実施の形態の例の空気調和装置102では、冷房運転モード時に、補助熱交換器71で冷却された流体によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させつつ、熱源側熱交換器13で冷却された冷媒の一部分によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させることができる。したがって、この実施の形態の例の空気調和装置102によれば、圧縮機10の吐出温度が上昇したときに、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。すなわち、例えば、補助熱交換器71の処理能力である熱交換能力が上限に達した場合でも、第2流量調整装置75を開状態とすることによって、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の空気調和装置102によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができるため、冷凍機油の劣化及び圧縮機10が損傷を抑制することができる。また、圧縮機10の吸入部の冷凍機油の冷却が確実化されるため、圧縮機10の吸入加熱による損失を抑制することができる。さらに、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、圧縮機10の回転数を増速することができるため、冷房の強度を強めることもできる。
[暖房運転モード]
暖房運転時は、圧力調整装置76は、例えば、室内機2の負荷側絞り装置20a,20bの出口から圧力調整装置76の入口までの圧力を中間圧力に昇圧する開度となっている。つまり、圧力調整装置76は、中圧検出センサー77が検出する値が予め設定された圧力値となるように制御される。暖房運転時において、中圧検出センサー77により検出される中間圧力Pmに基づいて圧力調整装置76の開度を制御する機能を有している。具体的には、制御装置97は、中圧検出センサー77から中間圧力Pmを測定し、中間圧力Pmが下記の(1)式を満たすように制御する。
Ps<Pm<Pd・・・・(1)
ここで、Psは低圧検出センサー82で検出した吸入圧力、Pdは高圧検出センサー79で検出した吐出圧力である。
負荷側熱交換器21で室内空気に放熱し、負荷側絞り装置20a,20bで膨張させられて、中温・中圧の気液二相状態の冷媒は、枝管4a,4b及び主管3を通って、再び室外機1へ流入する。室外機1へ流入した中温・中圧の気液二相状態の冷媒は、第2バイパス流路74に流入し、第2流量調整装置75で膨張させられて、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になり、第1流量調整装置72を流出した冷凍機油と液冷媒と合流した後に、アキュムレーター16から流出した冷媒と合流し、圧縮機19へ再度吸入される。
[暖房運転モード時の効果]
この実施の形態の例の空気調和装置102では、暖房運転モード時に、補助熱交換器71で冷却された流体によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させつつ、熱源側熱交換器13で冷却された冷媒の一部分によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させることができる。したがって、この実施の形態の例の空気調和装置102によれば、圧縮機10の吐出温度が上昇したときに、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。すなわち、例えば、補助熱交換器71の処理能力である熱交換能力が上限に達した場合でも、第2流量調整装置75を開状態とすることによって、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の空気調和装置102によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができるため、冷凍機油の劣化及び圧縮機10が損傷を抑制することができる。また、圧縮機10の吸入部の冷凍機油の冷却が確実化されるため、圧縮機10の吸入加熱による損失を抑制することができる。さらに、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、圧縮機10の回転数を増速することができるため、冷房の強度を強めることもできる。
[第1流量調整装置72及び第2流量調整装置75の動作]
図9は、図8に記載の空気調和装置の動作の一例を説明する図であり、図10は、図9に記載の処理1を説明する図である。図9および図10を用いて、第1流量調整装置72及び第2流量調整装置75の動作について説明する。第1流量調整装置72及び第2流量調整装置75は、例えば、吐出温度センサー80において検出された圧縮機10の吐出温度に基づいて開度が制御され、補助熱交換器出口温度センサー83において検出された補助熱交換器71の出口温度に基づいて第1流量調整装置72及び第2流量調整装置75の開度の制御対象が切り替えられる。
制御装置97は、例えば一定間隔の設定周期(例えば30秒)毎に、以下の制御を実行する。まず、図9のステップS02にて、制御装置97は、第1流量調整装置72の現状の開度である第1流量調整装置現状開度O1dと、第2流量調整装置75の現状の開度である第2流量調整装置現状開度O2dと、圧縮機10の吐出側の温度である吐出温度Tdと、補助熱交換器71の出口側の温度である補助熱交換器出口側温度T1と、外気の温度である外気温度Taと、圧縮機10のシェル内の冷凍機油の温度である冷凍機油温度Toilと、圧縮機10の吐出側の圧力である吐出側圧力Psとを取得する。例えば、制御装置97の取得部(図示を省略)は、第1流量調整装置72から第1流量調整装置現状開度O1dを取得し、第2流量調整装置75から第2流量調整装置現状開度O2dを取得し、吐出温度センサー80から吐出温度Tdを取得し、補助熱交換器出口温度センサー83から補助熱交換器出口側温度T1を取得し、外気温度センサー96から外気温度Taを取得し、冷凍機油温度センサー81から冷凍機油温度Toilを取得し、高圧検出センサー79から吐出側圧力Psを取得する。
ステップS04にて、制御装置97は、冷媒の凝縮温度である凝縮温度CTを取得する。すなわち、制御装置97は、吐出側圧力Pdから冷媒の凝縮温度CTを換算する。
ステップS06にて、制御装置97は、補助熱交換器出口側温度T1から、外気温度Taを引いた値である、温度差ΔTを演算する。
ステップS108にて、制御装置97は、温度差ΔTと、温度差しきい値Tthとを比較し、且つ第2流量調整装置現状開度O2dから第2流量調整装置75の開閉状態を判断する。なお、温度差しきい値Tthは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。温度差しきい値Tthは、例えば5度である、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも小さく、且つ第2流量調整装置75が閉止状態である場合は、ステップS110に進み、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも大きい、または第2流量調整装置75が開状態である場合は、ステップS200に進む。以下に説明するように、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも小さく、且つ第2流量調整装置75が閉止状態である場合は、制御対象が第1流量調整装置72となり、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも大きい、または第2流量調整装置75が開状態である場合は、制御対象が第2流量調整装置75となる。
ステップS110にて、制御装置97は、吐出温度Tdから、目標吐出温度Tdnを引いた値である、吐出温度調整量ΔTdを演算する。なお、目標吐出温度Tdnは、予め設定された値であり、圧縮機10の仕様に関する値である。目標吐出温度Tdnは、記憶部(図示を省略)に記憶されている。ステップS112にて、制御装置97は、吐出温度調整量ΔTdに、制御定数G1を乗じた値である、操作量O1conを演算する。制御定数G1は、第1流量調整装置72の制御量に関する値であり、正の値である。制御定数G1は、予め設定されており、記憶部(図示を省略)に記憶されている。したがって、吐出温度調整量ΔTdが正、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも高い場合、第1流量調整装置72の操作量O1conは開方向に演算される。また、吐出温度調整量ΔTdが負、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも低い場合、第1流量調整装置72の操作量O1conは閉方向に演算される。ステップS114にて、制御装置97は、第1流量調整装置現状開度O1dに、操作量O1conを足した値である、出力開度O1nを演算する。
ステップS116にて、制御装置97は、冷凍機油温度Toilから、凝縮温度ETを引いた値である、冷凍機油過熱度Oshを演算する。ステップ118にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshと冷凍機油過熱度しきい値OILshとを比較する。なお、冷凍機油過熱度しきい値OILshは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度しきい値OILshは、例えば30Kである。
ステップS118にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILsh以下であるときは、ステップS120に進み、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshから、冷凍機油過熱度目標値SHoilを引いた値である、冷凍機油過熱度差ΔOshを演算する。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、例えば10Kである。
ステップS122にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度差ΔOshに、制御定数G2を乗じた値である、冷凍機油補正量ΔOoilを演算する。なお、制御定数G2は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが正のとき、第1流量調整装置72の補正量が常に閉方向に演算されるように、また、冷凍機油過熱度差ΔOshが小さくなればなるほど、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値に近づくにつれて、第1流量調整装置72の補正量が大きくなるように設定されている。また、制御定数G2は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが負、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値を下回った場合、第1流量調整装置72の補正量が固定値となるように設定されている。
ステップS124にて、制御装置97は、出力開度O1nexに、冷凍機油補正量ΔOoilを足した値である、補正開度O1opを演算し、ステップS128に進む。
なお、ステップS118にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILshよりも小さいときは、ステップS126に進み、制御装置97は、補正開度O1op=出力開度Onexを演算し、ステップS128に進む。
ステップS128にて、制御装置97は、第1流量調整装置72の開度を、補正開度O1opに設定する。
ステップS108にて、温度差ΔTが温度差しきい値Tthよりも大きい、または第2流量調整装置75が開状態である場合は、ステップS200に進む。
図10のステップS210にて、制御装置97は、吐出温度Tdから、目標吐出温度Tdnを引いた値である、吐出温度調整量ΔTdを演算する。なお、目標吐出温度Tdnは、予め設定された値であり、圧縮機10の仕様に関する値である。目標吐出温度Tdnは、記憶部(図示を省略)に記憶されている。ステップS212にて、制御装置97は、吐出温度調整量ΔTdに、制御定数G3を乗じた値である、操作量O2conを演算する。制御定数G3は、第2流量調整装置75の制御量に関する値であり、正の値である。制御定数G3は、予め設定されており、記憶部(図示を省略)に記憶されている。したがって、吐出温度調整量ΔTdが正、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも高い場合、第2流量調整装置75の操作量O2conは開方向に演算される。また、吐出温度調整量ΔTdが負、つまり吐出温度が吐出温度目標値よりも低い場合、第2流量調整装置75の操作量O2conは閉方向に演算される。ステップS214にて、制御装置97は、第2流量調整装置現状開度O2dに、操作量O2conを足した値である、出力開度O2nを演算する。
ステップS216にて、制御装置97は、冷凍機油温度Toilから、凝縮温度ETを引いた値である、冷凍機油過熱度Oshを演算する。ステップS218にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshと冷凍機油過熱度しきい値OILshとを比較する。なお、冷凍機油過熱度しきい値OILshは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度しきい値OILshは、例えば30Kである。
ステップS218にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILsh以下であるときは、ステップS220に進み、制御装置97は、冷凍機油過熱度Oshから、冷凍機油過熱度目標値SHoilを引いた値である、冷凍機油過熱度差ΔOshを演算する。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、予め設定された値であり、記憶部(図示を省略)に記憶されている。冷凍機油過熱度目標値SHoilは、例えば10Kである。
ステップS222にて、制御装置97は、冷凍機油過熱度差ΔOshに、制御定数G4を乗じた値である、冷凍機油補正量ΔOoilを演算する。なお、制御定数G4は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが正のとき、第2流量調整装置75の補正量が常に閉方向に演算されるように、また、冷凍機油過熱度差ΔOshが小さくなればなるほど、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値に近づくにつれて、第2流量調整装置75の補正量が大きくなるように設定されている。また、制御定数G4は、冷凍機油過熱度Oshの冷凍機油過熱度差ΔOshが負、つまり冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度Oshの目標値を下回った場合、第2流量調整装置75の補正量が固定値となるように設定されている。
ステップS224にて、制御装置97は、出力開度O2nexに、冷凍機油補正量ΔOoil2を足した値である、補正開度O2opを演算し、ステップS228に進む。
なお、ステップS218にて、冷凍機油過熱度Oshが冷凍機油過熱度しきい値OILshよりも小さいときは、ステップS226に進み、制御装置97は、補正開度O2op=出力開度O2nexを演算し、ステップS228に進む。
ステップS228にて、制御装置97は、第2流量調整装置75の開度を、補正開度O2opに設定する。
[第1流量調整装置および第2流量調整装置の動作の効果]
このように、補助熱交換器71出口温度による開度要否判定を行うことにより、油分離器11よりバイパスする冷凍機油とガス冷媒の量に上限を設定することが可能となるため、過剰なバイパスを阻止し、能力低下と性能低下を抑制することができる。
実施の形態4.
図11は、この発明の実施の形態4に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図11の空気調和装置103において、図8の空気調和装置102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。図8の空気調和装置102と比較して、図11の空気調和装置103は、中継装置6を有している。
空気調和装置103は、室外機1と中継装置6との間において第1の冷媒(以降は冷媒と表記)が流通する1次側サイクルが形成され、中継装置6と室内機2a〜2cとの間において熱媒体(以降はブラインと表記)が流通する2次側サイクルが形成され、中継装置6に設置された第1中間熱交換器63aにおいて1次側サイクルと2次側サイクルの熱交換が行われている。ブラインとしては、水、不凍液、防食材を添加した水等を用いればよい。
[室内機]
複数の室内機2a〜2c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21a〜21cを備えている。負荷側熱交換器21a〜21cは、枝管4a〜4cを介して中継装置6に接続されており、ファン22a〜22cの送風機から供給される空気とブラインと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。
[中継装置]
中継装置6は、第1流量制御装置62aと、第1中間熱交換器63aと、第1ポンプ65aと、複数の第1流路切替装置66a〜66cとを有している。
第1流量制御装置62a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または膨張弁としての機能を有している。第1流量制御装置62aは、冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて一次側サイクルの第1中間熱交換器63aの上流側に設けられている。
第1中間熱交換器63aは、例えば二重管式熱交換器又はプレート式熱交換器等で構成され、1次側サイクルの冷媒と2次側サイクルの冷媒とを熱交換するためのものである。運転している室内機が冷房の場合には、第1中間熱交換器63aが蒸発器として機能し、運転している室内機が暖房の場合には、第1中間熱交換器63aが凝縮器として機能する。
第1ポンプ65aは、例えばインバータ式の遠心ポンプ等からなっており、ブラインを吸入し昇圧した状態にするものである。第1ポンプ65aは、二次側サイクルの第1中間熱交換器63aの上流側に設けられている。
複数の第1流路切替装置66a〜66cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図11の例では3つ)設けられている。複数の第1流路切替装置66a〜66cは、例えば開閉弁等で構成されており、それぞれ各室内機2a〜2cの流入側における第1中間熱交換器63aからの流路を開閉するものである。第1流路切替装置66a〜66cは、二次側サイクルの第1中間熱交換器63aの下流側に設けられている。
中継装置6において、第1中間熱交換器63aの一次側サイクルの入口には入口温度センサー91aが設けられており、一次側サイクルの出口には出口温度センサー92aが設けられている。入口温度センサー91a及び出口温度センサー92aは、例えばサーミスター等で構成するとよい。
中継装置6において、第1中間熱交換器63aの二次側サイクルの入口には室内機出口温度センサー93aが設けられており、二次側サイクルの出口には室内機入口温度センサー94aが設けられている。室内機出口温度センサー93a、室内機入口温度センサー94aは、例えばサーミスター等で構成するとよい。
上記のように、図11に示す空気調和装置103であっても、図1〜図4に示す空気調和装置100と同様に、油分離器11で分離した冷凍機油とガス冷媒の一部を冷却することにより、第1流量調整装置72を介して圧縮機10の吸引部へのインジェクションが行われる。
実施の形態5.
図12は、この発明の実施の形態5に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。図8を参照して空気調和装置200について説明する。なお、図8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。
図8の空気調和装置200は、熱源機である1台の室外機1と、複数台の室内機2a〜2cと、室外機1と室内機2a〜2cとの間に配設された中継装置5と、を有している。室外機1と中継装置5とは、冷媒が流通する主管3によって接続されており、中継装置5と複数台の室内機2a〜2cとは、冷媒が流通する枝管4a〜4cによって接続されている。そして、室外機1で生成された冷熱あるいは温熱は、中継装置5を介して各室内機2a〜2cに流通されるようになっている。
室外機1と中継装置5とは2本の主管3を用いて接続されており、中継装置5と各室内機2とは2本の各枝管4a〜4cを用いて接続されている。このように、2本の配管を用いて室外機1と中継装置5及び室内機2a〜2cと中継装置5とをそれぞれ接続することにより、施工が容易になっている。
[室外機]
室外機1は、実施の形態1の室外機1と同様に、圧縮機10と、油分離器11、冷媒流路切替装置12と、熱源側熱交換器13と、アキュムレーター16と、第1バイパス流路70と、補助熱交換器71と、第1流量調整装置72と、が接続され、送風機であるファン14と共に搭載されている。
さらに、室外機1は、第1接続配管18a、第2接続配管18b、逆止弁等からなる第1逆流防止装置19a〜19dを有している。第1逆流防止装置19aは、全暖房運転モード時と暖房主体運転モード時に、第1接続配管18aから熱源側熱交換器13に、高温・高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置19bは、全暖房運転モード時と暖房主体運転モード時に、圧縮機10の吐出側の流路から第2接続配管18bに、高温・高圧のガス冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置19cは、全冷房運転モード時と冷房主体運転モード時に、第1接続配管18aからアキュムレーター16に、高圧の液もしくは、気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。第1逆流防止装置19dは、全冷房運転モード時と冷房主体運転モード時に、第1接続配管18aからアキュムレーター16に、高圧の液もしくは気液二相状態の冷媒が逆流することを防止するものである。
このように、第1接続配管18a、第2接続配管18b及び第1逆流防止装置19a〜19dを設けることにより、室内機2の要求する運転に関わらず、中継装置5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。なお、第1逆流防止装置19a〜19dが逆止弁からなる場合について例示しているが、冷媒の逆流を防止できればその構成を問わず、開閉装置又は全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
[室内機]
複数の室内機2a〜2c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21a〜21cと、負荷側絞り装置20a〜20cを備えている。負荷側熱交換器21a〜21cは、枝管4a〜4cと、中継装置5と、主管3を介して室外機1に接続されており、ファン22a〜22c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20a〜20c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または膨張弁としての機能を有している。負荷側絞り装置20a〜20c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21a〜21cの上流側に設けられている。
また、室内機2には、それぞれ負荷側熱交換器21に流入する冷媒の温度を検出する入口側温度センサー85a〜85cと、負荷側熱交換器21から流出した冷媒の温度を検出する出口側温度センサー84a〜84cが設けられている。なお、入口側温度センサー85a〜85c及び出口側温度センサー84a〜84cは、例えばサーミスター等からなっており、検出した負荷側熱交換器21a〜21cの入口側温度及び出口側温度は制御装置97に送られる。
なお、図8において、3台の室内機2a〜2cが中継装置5及び冷媒配管4を介して室外機1に接続されている場合について例示しているが、室内機の接続台数は3台に限定されるものではなく、2台以上であってもよい。
[中継装置5]
中継装置5は、気液分離器50と、冷媒間熱交換器52と、第3絞り装置51と、第4絞り装置57と、複数の第1開閉装置53a〜53cと、複数の第2開閉装置54a〜54c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55a〜55c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56a〜56cとを有している。
気液分離器50は、冷房負荷が大きい冷房暖房混在運転モード時において、室外機1で生成された高圧の気液二相状態の冷媒を、液とガスに分離し、液は図12における下側の配管に流入させて、室内機2に冷熱を供給し、ガスは図12における上側の配管に流入させて、室内機2に温熱を供給するものである。気液分離器50は、中継装置5の入口に設置されている。
冷媒間熱交換器52は、例えば二重管式熱交換器又はプレート式熱交換器等で構成され、全冷房運転モード時、冷房主体運転モード時、暖房主体運転モード時に、冷熱負荷が発生している室内機2の負荷側絞り装置20a,20bに供給する液もしくは気液二相状態の冷媒の過冷却度を十分に確保するために、高圧もしくは中圧冷媒と低圧冷媒とを熱交換させるものである。冷媒間熱交換器52の高圧もしくは中圧状態の冷媒の流路は、第3絞り装置51と第2逆流防止装置55a〜55cとの間に接続されている。低圧状態の冷媒の流路は、一端が、第2逆流防止装置55a〜55cと、冷媒間熱交換器52の高圧もしくは中圧状態の冷媒の流路の出口側と、の間に接続され、他端が、第4絞り装置57と冷媒間熱交換器52とを介して、中継装置5の出口側の低圧配管に導通されている。
第3絞り装置51は、減圧弁又は開閉弁としての機能を有し、液冷媒を減圧させて設定された圧力に調整し、もしくは液冷媒の流路を開閉するものである。第3絞り装置51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、気液分離器50から液冷媒が流出する配管上に設けられている。
第4絞り装置57は、減圧弁又は開閉弁としての機能を有し、全暖房運転モードにおいて、冷媒流路を開閉するものであり、暖房主体運転モードにおいて、室内側負荷に応じ、バイパス液流量を調整するものである。そして、第4絞り装置57は、全冷運転モード時、冷房主体運転モード時、暖房主体運転モード時に、冷媒間熱交換器52に冷媒を流出し、冷熱負荷が発生している室内機2の負荷側絞り装置20a〜20cに供給する冷媒の過冷却度を調整するものである。第4絞り装置57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、冷媒間熱交換器52の低圧状態の冷媒の入口側の流路に設置されている。
複数の第1開閉装置53a〜53cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図12の例では3つ)設けられている。複数の第2開閉装置54a〜54cは、例えば電磁弁等で構成されており、室内機2a〜2cから流出した低圧・低温のガス冷媒の流路を開閉するものである。第1開閉装置53a〜53cは、中継装置5の出口側に導通する低圧配管に接続されている。なお、第1開閉装置53a〜53cは流路の開閉を行うことができるものであればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2開閉装置54a〜54cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図12の例では3つ)設けられている。複数の第2開閉装置54a〜54cは、例えば電磁弁等で構成されており、それぞれ各室内機2a〜2cに供給される高温・高圧のガス冷媒の流路を開閉するものである。第2開閉装置54a〜54cは、それぞれ気液分離器50のガス側配管に接続されている。なお、第2開閉装置54a〜54cは流路の開閉を行えればよく、全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第2逆流防止装置55a〜55cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図12の例では3つ)設けられている。複数の第2逆流防止装置55a〜55cは、暖房運転を実施している室内機2a〜2cから中温・中圧の液もしくは気液二相状態の冷媒を流出させるものであって、第3絞り装置51の出口側の配管に接続されている。これによって、冷房主体運転モード時と暖房主体運転モード時に、暖房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置20a,20bから流出した、過冷却度が十分に確保できていない中温・中圧の液もしくは気液二相状態の冷媒が、冷房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置20a,20bに流入することを防ぐことができる。また、第2逆流防止装置55a〜55cは、逆止弁であるかのように図示しているが、冷媒の逆流を防止できればどんなものでもよく、開閉装置又は全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
複数の第3逆流防止装置56a〜56cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図12の例では3つ)設けられている。複数の第3逆流防止装置56a〜56cは、冷房運転を実施している室内機2に高圧液冷媒を流入させるものであり、第3絞り装置51の出口配管に接続されている。第3逆流防止装置56a〜56cは、冷房主体運転モード時と暖房主体運転モード時に、第3絞り装置51から流出した過冷却度が十分に確保できていない中温・中圧の液もしくは気液二相状態の冷媒が、冷房運転を実施している室内機2の負荷側絞り装置20に流入することを防止している。また、第3逆流防止装置56a〜56cは、逆止弁であるかのように図示しているが、冷媒の逆流を防止できればどんなものでもよく、開閉装置又は全閉機能を有する絞り装置であってもよい。
また、中継装置5において、第3絞り装置51の入口側には入口側圧力センサー86が設けられており、第3絞り装置51の出口側には出口側圧力センサー87が設けられている。入口側圧力センサー86は、高圧冷媒の圧力を検出するものであり、出口側圧力センサー87は、冷房主体運転モード時、第3絞り装置51出口の液冷媒の中間圧力を検出するものである。
さらに中継装置5には、冷媒間熱交換器52を流出した高圧もしくは中圧状態の冷媒の温度を検出する温度センサー88が設けられている。温度センサー88は、冷媒間熱交換器52の高圧もしくは中圧状態の冷媒の流路の出口側の配管に設けられており、サーミスター等で構成するとよい。
制御装置97は、各種センサーの検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、圧縮機10の駆動周波数、ファン14の回転数(ON/OFF含む)、冷媒流路切替装置12の切り替え、第1流量調整装置72の開度、負荷側絞り装置20a〜20cの開度、第1開閉装置53a〜53c、第2開閉装置54a〜54c、第3絞り装置51、第4絞り装置57の開閉等を制御し、後述する各運転モードを実行するようになっている。なお、制御装置97は、室内機2a〜2cのうちの少なくとも1台に設けてもよく、中継装置5に設けてもよい。
次に、空気調和装置200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200は、室内機2a〜2cのうちの指示を受けた室内機で冷房運転あるいは暖房運転を実行することができる。つまり、空気調和装置200は、室内機2a〜2cの全部で同一運転をすることができるとともに、室内機2a〜2c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。
空気調和装置200が実行する運転モードには、全冷房運転モードと冷房主体運転モードと全暖房運転モードと暖房主体運転モードとが含まれている。全冷房運転モードは、室内機2a〜2cの全てが冷房運転を実行するものであり、冷房主体運転モードは、室内機2a〜2cが冷房暖房混在運転を実行するものであって冷房負荷が大きいものであり、全暖房運転モードは、室内機2a〜2cの全てが暖房運転を実行するものであり、暖房主体運転モードは、室内機2a〜2cが冷房暖房混在運転を実行するものであって暖房負荷が大きいものである。以下に、各運転モードについて説明する。
[全冷房運転モード]
図13は、図12に記載の空気調和装置の全冷房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。なお、図13では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示している。図13では、負荷側熱交換器21a〜21cのすべて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。図13に示す全冷房運転モードの場合、制御装置97は、冷媒流路切替装置12を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器13へ流入するように切り替えてある。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12を介して熱源側熱交換器13に流入する。そして、熱源側熱交換器13で室外空気に放熱しながら高圧液冷媒になる。熱源側熱交換器13から流出した高圧液冷媒は、第1逆流防止装置19aを通って、室外機1から流出し、主管3を通って中継装置5に流入する。
中継装置5に流入した高圧液冷媒は、気液分離器50及び第3絞り装置51を経由し、冷媒間熱交換器52において十分に過冷却される。その後、過冷却された高圧冷媒の大部分は第2逆流防止装置55a〜55c及び枝管4a〜4cを経由し、負荷側絞り装置20a,20bで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。高圧冷媒の残りの一部は第4絞り装置57で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。そして、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器52において高圧液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置5の出口側の低圧配管に流入する。この際、第4絞り装置57は、出口側圧力センサー87で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー88で検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
負荷側絞り装置20a〜20cから流出した大部分の低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器21a〜21cにそれぞれ流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置20a,20bは、入口側温度センサー85で検出された温度と出口側温度センサー84で検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
負荷側熱交換器21a〜21cのそれぞれから流出したガス冷媒は、枝管4a〜4c及び第1開閉装置53を経由して、冷媒間熱交換器52を流出したガス冷媒と合流し、中継装置5から流出し、主管3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1逆流防止装置16bを通って、冷媒流路切替装置12、アキュムレーター16を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器が存在する場合においては、熱負荷がない負荷側熱交換器には冷媒を流す必要がないため、熱負荷がない負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置は閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器から熱負荷の発生があった場合には、熱負荷が発生した負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置を開放して、冷媒を循環させればよい。その際、負荷側絞り装置の開度は、例えば、上述した負荷側絞り装置20a〜20cと同様に、入口側温度センサー85と、出口側温度センサー84で検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[冷房主体運転モード]
図14は、図12に記載の空気調和装置の冷房主体運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。図14では、負荷側熱交換器21a〜21bで冷熱負荷が発生し、負荷側熱交換器21c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14では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示している。図14に示す冷房主体運転モードの場合、制御装置97は、冷媒流路切替装置12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13へ流入させるように切り替えてある。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10により圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12を介して熱源側熱交換器13に流入する。そして、熱源側熱交換器13で室外空気に放熱しながら気液二相状態の冷媒になる。熱源側熱交換器13から流出した冷媒は、第1逆流防止装置19a及び主管3を通り中継装置5に流入する。
中継装置5に流入した気液二相状態の冷媒は、気液分離器50で高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。高圧ガス冷媒は、第2開閉装置54c及び枝管4cを経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器21cに流入し、室内空気に放熱することにより、室内空間を暖房しながら液冷媒になる。この際、負荷側絞り装置20cは、入口側圧力センサー86で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー85cで検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。負荷側熱交換器21cから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置20cで膨張させられて、枝管4c及び第2逆流防止装置55cを経由する。
第2逆流防止装置55cを通過した液冷媒は、気液分離器50で分離された後に第3絞り装置51において中間圧まで膨張させられた中間圧液冷媒と合流する。この際、第3絞り装置51は、入口側圧力センサー86で検出された圧力と、出口側圧力センサー87で検出された圧力との圧力差が所定の圧力差(例えば0.3MPaなど)になるように開度が制御される。
合流した液冷媒は、冷媒間熱交換器52において、十分に過冷却された後に、大部分は第3逆流防止装置56a〜56b及び枝管4a〜4bを経由した後に、負荷側絞り装置20a〜20bで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部は第4絞り装置57で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。この際、第4絞り装置57は、出口側圧力センサー87で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー88で検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。その後、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器52において中圧液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置5の出口側の低圧配管に流入する。
一方、気液分離器50において分離された高圧液冷媒は、冷媒間熱交換器52及び第2逆流防止装置55a〜55bを介して室内機2a〜2bに流入する。室内機2a〜2bの負荷側絞り装置20a〜20bで膨張させられた大部分の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器21a〜21bに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、負荷側絞り装置20a〜20bは、入口側温度センサー85a〜85bで検出された温度と、出口側温度センサー86a〜86bで検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。負荷側熱交換器21a〜21bから流出したガス冷媒は、枝管4a〜4b、第1開閉装置53a〜53bを経由して、冷媒間熱交換器52を流出した残りの一部のガス冷媒と合流した後に中継装置5から流出し、主管3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1逆流防止装置19dを通って、冷媒流路切替装置12、アキュムレーター16を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器が存在する場合においては、熱負荷がない負荷側熱交換器には冷媒を流す必要がないため、熱負荷がない負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置は閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器から熱負荷の発生があった場合には、熱負荷が発生した負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置を開放して、冷媒を循環させればよい。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[全暖房運転モード]
図15は、図12に記載の空気調和装置の全暖房運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。なお、図15では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示している。図15では、負荷側熱交換器21a〜21cのすべて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。また、図15に示す全暖房運転モードの場合、制御装置97は、冷媒流路切替装置12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13を経由させずに中継装置5へ流入するように切り替える。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12、第1逆流防止装置19cを通り、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、主管3を通って中継装置5に流入する。
中継装置5に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器50、第2開閉装置54a〜54c及び枝管4a〜4cを経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器21a〜21cに流入する。負荷側熱交換器21a〜21cに流入した冷媒は室内空気に放熱することにより、室内空間を暖房しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器21a〜21cから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置20a〜20cでそれぞれ膨張させられて、枝管4a〜4c、第2逆流防止装置55a〜55c、冷媒間熱交換器52、開状態に制御された第4絞り装置57及び主管3を通って再び室外機1へ流入する。この際、負荷側絞り装置20a〜20cは、入口側圧力センサー86で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー85a〜85cで検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置19dを通り、熱源側熱交換器13において室外空気から吸熱しながら、低温・低圧のガス冷媒になり、冷媒流路切替装置12及びアキュムレーター16を介して圧縮機10へ再度吸入される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器が存在する場合においては、熱負荷がない負荷側熱交換器には冷媒を流す必要がないため、熱負荷がない負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置は閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器から熱負荷の発生があった場合には、熱負荷が発生した負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置を開放して、冷媒を循環させればよい。その際、負荷側絞り装置は、例えば、入口側圧力センサー86で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー85で検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[暖房主体運転モード]
図16は、図12に記載の空気調和装置の暖房主体運転モード時における冷媒の流れの一例を説明する図である。なお、図16では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示している。図16では、負荷側熱交換器21a〜21bで温熱負荷が発生し、負荷側熱交換器21c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。図16に示す暖房主体運転モードの場合、制御装置97は、冷媒流路切替装置12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13を経由させずに中継装置5へ流入させるように切り替えてある。
まず、低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒になって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、油分離器11、冷媒流路切替装置12、第1逆流防止装置19cを通り、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、主管3を通って中継装置5に流入する。
中継装置5に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器50、第2開閉装置54a〜54b及び枝管4a〜4bを経由した後に、凝縮器として作用する負荷側熱交換器21a〜21bに流入する。負荷側熱交換器21a〜21bに流入した冷媒は室内空気に放熱することにより、室内空間を暖房しながら液冷媒になる。負荷側熱交換器21a〜21bから流出した液冷媒は、負荷側絞り装置20a〜20bで膨張させられて、枝管4a〜4b及び第2逆流防止装置55a〜55bを経由して、冷媒間熱交換器52において十分に過冷却される。その後、大部分は第3逆流防止装置56c及び枝管4cを経由した後に、負荷側絞り装置20cで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。液冷媒の残りの一部はバイパスとしても使用する第4絞り装置57で膨張させられ、低温・低圧の気液二相の冷媒になり、冷媒間熱交換器52において、液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガスもしくは気液二相状態の冷媒になり、中継装置5の出口側の低圧配管に流入する。
負荷側絞り装置20cで膨張させられた大部分の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する負荷側熱交換器21cに流入し、室内空気から吸熱することにより、室内空気を冷却しながら、低温・中圧の気液二相状態の冷媒になる。負荷側熱交換器21cから流出した気液二相状態の冷媒は、枝管4c及び第1開閉装置53cを経由して、冷媒間熱交換器52を流出した残りの一部の冷媒と合流し、中継装置5から流出し、主管3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1逆流防止装置19dを通って、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になり、熱源側熱交換器13で室外空気から吸熱しながら、低温・低圧のガス冷媒になり、冷媒流路切替装置12及びアキュムレーター16を介して圧縮機10へ再度吸入される。
このとき、負荷側絞り装置20a〜20bは、入口側圧力センサーで検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口側温度センサー85a〜85bで検出された温度との差として得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。一方、負荷側絞り装置20cは、入口側温度センサー85cで検出された温度と、出口側温度センサー84cで検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
また、第4絞り装置57は、出口側圧力センサー87で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、温度センサー88で検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
なお、熱負荷がない負荷側熱交換器が存在する場合においては、熱負荷がない負荷側熱交換器には冷媒を流す必要がないため、熱負荷がない負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置は閉状態になっている。そして、負荷側熱交換器から熱負荷の発生があった場合には、熱負荷が発生した負荷側熱交換器と接続された負荷側絞り装置を開放して、冷媒を循環させればよい。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
上記のように、図12〜図16に示す空気調和装置200であっても、図1〜図4に示す空気調和装置100と同様に、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードにおいて、油分離器11で分離した冷凍機油とガス冷媒の一部を冷却することにより、第1流量調整装置72を介して圧縮機10の吸引部へのインジェクションが行われる。
実施の形態6.
図17は、この発明の実施の形態6に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図17の空気調和装置201において、図12の空気調和装置200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。図12の空気調和装置200と比較して、図17の空気調和装置201では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73をさらに備えている。流量調整器73は、例えばキャピラリチューブ等の流路抵抗値が固定されたものからなっている。
空気調和装置201では、例えば吐出温度センサー80が検出した圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値以下である場合に、第1流量調整装置72が全閉状態になるように、制御装置97が第1流量調整装置72を制御する。吐出温度しきい値は、例えば、圧縮機10が損傷するおそれがある温度、または冷凍機油が劣化するおそれがある温度よりも低い温度であり、例えば115度以下に設定されている。吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値等に応じて予め設定されているものであり、例えば、記憶部(図示を省略)に記憶されている。
上記のように、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73を備えているため、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、冷凍機油、または冷凍機油及び冷媒が、圧縮機10、油分離器11、補助熱交換器71、流量調整器73、圧縮機10の順に循環する。したがって、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、圧縮機10の内部の冷凍機油が枯渇しない量の冷凍機油が、補助熱交換器71及び流量調整器73を通り圧縮機10の吸入部に流入する。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、第1流量調整装置72が異常状態となり閉止状態となった場合においても、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制され、且つ圧縮機10の潤滑及びシールに必要な冷凍機油量が確保される。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の損傷のおそれの抑制が確実化されている。
実施の形態7.
図18は、この発明の実施の形態7に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図18の空気調和装置202において、図17の空気調和装置201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。図17の空気調和装置201と比較して、図18の空気調和装置202では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第2流量調整装置75が配設された第2バイパス流路74をさらに有している。第2バイパス流路74は、その一端が、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードのいずれの場合においても液冷媒が流通する熱源側熱交換器13と主管3との間の配管に接続され、他端が、第1流量調整装置72の流出側に接続されている。つまり、第2バイパス流路74は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管と、圧縮機10の吸入側と、をバイパスするものである。第2バイパス流路74は、冷房運転時には低温高圧の液冷媒を、暖房運転時には中温中圧の液冷媒もしくは二相冷媒を、圧縮機10の吸入部に流入させる配管である。第2流量調整装置75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、圧縮機10の吸入部に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の流量を調整するものである。
また、熱源側熱交換器13と第2バイパス流路74の上流の接続部との間に圧力調整装置76が配設されている。つまり、圧力調整装置76は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管のうちの、第2バイパス流路74が接続された接続部よりも熱源側熱交換器13側に配設されている。圧力調整装置76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で構成されており、例えば暖房運転時に、第2バイパス流路74の上流部の圧力を中圧に調整する。つまり、圧力調整装置76は、第2バイパス流路74に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の圧力を調整するものである。さらに、室外機1には、負荷側絞り装置20出口と圧力調整装置76との間の圧力を検出する中圧検出センサー77が設けられている。
圧力調整装置76は、例えば、全冷房運転モード及び冷房主体運転モードでは、全開状態となっている。また、圧力調整装置76は、例えば、全暖房運転モード及び暖房主体運転モードでは、室内機2の負荷側絞り装置20a〜20cの出口から圧力調整装置76の入口までの圧力を中間圧力に昇圧する開度となっている。つまり、圧力調整装置76は、中圧検出センサー77が検出する値が予め設定された圧力値となるように制御される。
このように、この実施の形態の例の空気調和装置202では、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードのいずれの場合においても、補助熱交換器71で冷却された流体によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させつつ、熱源側熱交換器13で冷却された冷媒の一部分によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させることができる。したがって、この実施の形態の例の空気調和装置202によれば、圧縮機10の吐出温度が上昇したときに、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。すなわち、例えば、補助熱交換器71の処理能力である熱交換能力が上限に達した場合でも、第2流量調整装置75を開状態とすることによって、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の空気調和装置202によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができるため、冷凍機油の劣化及び圧縮機10が損傷を抑制することができる。また、圧縮機10の吸入部の冷凍機油の冷却が確実化されるため、圧縮機10の吸入加熱による損失を抑制することができる。さらに、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、圧縮機10の回転数を増速することができるため、冷房の強度を強めることもできる。
実施の形態8.
図19は、この発明の実施の形態8に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図19の空気調和装置300において、図12の空気調和装置200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。図12の空気調和装置200と比較して、図19の空気調和装置300は、中継装置6の構成が異なっている。
空気調和装置300は、室外機1と中継装置6との間において第1の冷媒(以降は冷媒と表記)が流通する1次側サイクルが形成され、中継装置6と室内機2a〜2cとの間において熱媒体(以降はブラインと表記)が流通する2次側サイクルが形成され、中継装置6に設置された第1中間熱交換器63a、第2中間熱交換器63bにおいて1次側サイクルと2次側サイクルの熱交換が行われている。ブラインとしては、水、不凍液、防食材を添加した水等を用いればよい。
[室内機]
複数の室内機2a〜2c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21a〜21cを備えている。負荷側熱交換器21a〜21cは、枝管4a〜4cを介して中継装置6に接続されており、ファン22a〜22cの送風機から供給される空気とブラインと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。
[中継装置]
中継装置6は、冷媒間熱交換器60と、第3絞り装置61と、第4絞り装置68と、第1流量制御装置62aと、第2流量制御装置62bと、第1中間熱交換器63aと、第2中間熱交換器63bと、第1流路切替装置64aと、第2流路切替装置64bと、第1ポンプ65aと、第2ポンプ65bと、複数の第1流路切替装置66a〜66cと、複数の第2流路切替装置67a〜67cとを有している。
第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62b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または膨張弁としての機能を有している。第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bは、全冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて一次側サイクルの第1中間熱交換器63a,第2中間熱交換器63bの上流側に設けられている。
第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bは、例えば二重管式熱交換器又はプレート式熱交換器等で構成され、1次側サイクルの冷媒と2次側サイクルの冷媒とを熱交換するためのものである。運転している室内機がすべて冷房の場合には、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bが蒸発器として機能し、運転している室内機がすべて暖房の場合には、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bが凝縮器として機能し、運転している室内機が冷房暖房混在の場合には、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bのうちの片方の中間熱交換器が凝縮器として機能して他方の中間熱交換器が蒸発器として機能する。
第1流路切替装置64a及び第2流路切替装置64bは、例えば四方弁等からなっており、全冷房運転モード時、冷房主体運転モード時、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冷媒流路を切り替えるものである。なお、全冷房運転モードには、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bがいずれも蒸発器として機能する。冷房主体運転モード時及び暖房主体運転モード時には、例えば、第1中間熱交換器63aが蒸発器として機能し、第2中間熱交換器63bが凝縮器として機能する。全暖房運転モード時には、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bがいずれも凝縮器として機能する。第1流路切替装置64a及び第2流路切替装置64bは、全冷房運転モード時の冷媒の流れにおいて、一次側サイクルの第1中間熱交換器63a,第2中間熱交換器63bの下流側に設けられている。
第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bは、例えばインバータ式の遠心ポンプ等からなっており、ブラインを吸入し昇圧した状態にするものである。第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bは、二次側サイクルの第1中間熱交換器63a,第2中間熱交換器63bの上流側に設けられている。
複数の第1流路切替装置66a〜66cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図19の例では3つ)設けられている。複数の第1流路切替装置66a〜66cは、例えば二方弁等で構成されており、それぞれ各室内機2a〜2cの流入側の接続先を第1中間熱交換器63aからの流路と第2中間熱交換器63bからの流路とを切り替えるものである。第1流路切替装置66a〜66cは、二次側サイクルの第1中間熱交換器63a,第2中間熱交換器63bの下流側に設けられている。
複数の第2流路切替装置67a〜67cは、複数の室内機2a〜2c毎にそれぞれ設置台数に応じた個数分(図19の例では3つ)設けられている。複数の第2流路切替装置67a〜67cは、例えば二方弁等で構成されており、それぞれ各室内機2a〜2cの流出側の接続先を第1ポンプ65aへの流路と第2ポンプ65bへの流路とを切り替えるものである。第2流路切替装置67a〜67cは、二次側サイクルの第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bの上流側に設けられている。
中継装置6において、冷媒間熱交換器60の低圧側の入口には入口温度センサー89が設けられており、冷媒間熱交換器60の低圧側の出口には出口温度センサー90が設けられている。入口温度センサー89及び出口温度センサー90は、例えばサーミスター等で構成するとよい。
中継装置6において、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bの一次側サイクルの入口には入口温度センサー91a〜91bが設けられており、一次側サイクルの出口には出口温度センサー92a〜92bが設けられている。入口温度センサー91a〜91b及び出口温度センサー92a〜92bは、例えばサーミスター等で構成するとよい。
中継装置6において、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bの二次側サイクルの入口には室内機出口温度センサー93a〜93bが設けられており、二次側サイクルの出口には室内機入口温度センサー94a〜94bが設けられており、複数の第2流路切替装置67a〜67cの入口には室内機出口温度センサー95a〜95dが設けられている。室内機出口温度センサー93a〜93b、室内機入口温度センサー94a〜94b、及び室内機出口温度センサー95a〜95dは、例えばサーミスター等で構成するとよい。
中継装置6において、第2中間熱交換器63bの出口側には出口圧力センサー98が設けられている。出口圧力センサー98は、高圧冷媒の圧力を検出するものである。
[全冷房運転モード]
図20は、図19に記載の空気調和装置の全冷房運転モード時における動作の一例を説明する図である。なお、図20では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示しており、ブラインの流れ方向を点線矢印で示している。全冷房運転モードでは、制御装置97は、冷媒流路切替装置12を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器13へ流入するように切り替えてある。
まず、全冷房運転モード時における、一次側サイクルの動作について説明する。中継装置6に流入した高圧液冷媒は、冷媒間熱交換器60において十分に過冷却された後、開状態に制御された第3絞り装置61を通過する。過冷却された高圧冷媒の大部分は、第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。高圧冷媒の残りの一部は、第4絞り装置68で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。そして、第4絞り装置68で膨脹された低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器60において高圧液冷媒と熱交換することにより、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置6の出口側の低圧配管に流入する。この際、第4絞り装置68は、入口温度センサー89で検出された温度と、出口温度センサー90で検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bを流出した大部分の低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bにそれぞれ流入し、ブラインを冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bは、入口温度センサー91a〜91bで検出された温度と、出口温度センサー92a〜92bで検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。
第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bのそれぞれから流出したガス冷媒は、第1流路切替装置64a及び第2流路切替装置64bを経由して、冷媒間熱交換器60を流出したガス冷媒と合流し、中継装置6から流出し、主管3を通って室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、第1逆流防止装置19bを通って、冷媒流路切替装置12、アキュムレーター16を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
次に、全冷房運転モード時における、二次側サイクルの動作について説明する。第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bにて昇圧されたブラインは、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bに流入する。第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bにて低温となったブラインは、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bの双方もしくはどちらか一方に連通した状態に設定された第1流路切替装置66a〜66cを通過し、負荷側熱交換器21a〜21cへと流入する。負荷側熱交換器21a〜21cを流れるブラインは、室内の空気を冷却し、冷房を行う。冷房の際に、ブラインは、室内の空気により加熱され、第2流路切替装置67a〜67cを通り、中継装置6内の第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bへと戻る。この際、第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bは、例えば、室内機入口温度センサー94a〜94bで検出された温度と、室内機出口温度センサー93a〜93bで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[冷房主体運転モード]
図21は、図19に記載の空気調和装置の冷房主体運転モード時における動作の一例を説明する図である。なお、図21では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示しており、ブラインの流れ方向を点線矢印で示している。冷房主体運転モードでは、制御装置97は、冷媒流路切替装置12を、圧縮機10から吐出された冷媒が熱源側熱交換器13へ流入するように切り替えてある。
まず、冷房主体運転モードにおける、一次側サイクルの動作について説明する。中継装置6に流入した気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器60の上流側で、高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。高圧ガス冷媒は、第2流路切替装置64bを経由した後に、凝縮器として作用する第2中間熱交換器63bに流入し、ブラインを加熱しながら液冷媒になる。この際、第2流量制御装置62bは、出口圧力センサー98で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口温度センサー91bで検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。第2中間熱交換器63bから流出した液冷媒は、第2流量制御装置62bで膨張させられる。
冷媒間熱交換器60の上流側で分離された高圧液冷媒は、冷媒間熱交換器60を通り、第3絞り装置61にて中間圧まで膨張され、中間圧液冷媒となる。第3絞り装置61で膨脹された中間圧液冷媒と、第2流量制御装置62bで膨張された液冷媒とが合流する。
合流した液冷媒は、大部分は第1流量制御装置62aで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。合流した液冷媒の残りの一部は、第4絞り装置68で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。この際、第4絞り装置68は、入口温度センサー89で検出された温度と、出口温度センサー90で検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。その後、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器60において高圧液冷媒と熱交換することによって、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置6の出口側の低圧配管に流入する。
第1流量制御装置62aで膨張させられた大部分の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する第1中間熱交換器63aに流入し、ブラインを冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、第1流量制御装置62aは、入口温度センサー91aで検出された温度と、出口温度センサー92aで検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。第1中間熱交換器63aから流出したガス冷媒は、第1流路切替装置64aを経由して、冷媒間熱交換器60を流出した残りの一部のガス冷媒と合流した後に中継装置6から流出し、主管3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1逆流防止装置19bを通って、冷媒流路切替装置12、アキュムレーター16を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
次に、冷房主体運転モード時における、二次側サイクルの動作について説明する。二次側サイクルでは、例えば、室内機2a〜2bが冷房運転、室内機2cが暖房運転をしている。まず、冷房主体運転モード時に、冷房運転を行う室内機2a〜2bに関する説明を行う。第1ポンプ65aにて昇圧されたブラインは、第1中間熱交換器63aに流入する。第1中間熱交換器63aにて低温となったブラインは、第1中間熱交換器63aに連通した状態に設定された第1流路切替装置66a〜66bを通過し、負荷側熱交換器21a〜21bへと流入する。負荷側熱交換器21a〜21bに流れるブラインは、室内の空気を冷却し、冷房を行う。冷房の際に、ブラインは、室内の空気により加熱され、第2流路切替装置67a〜67bを通り、中継装置6内の第1ポンプ65aへと戻る。この際、第1ポンプ65aは、例えば、室内機入口温度センサー94aで検出された温度と、室内機出口温度センサー93aで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、冷房主体運転モード時における、暖房運転を行う室内機2cに関する説明を行う。第2ポンプ65bにて昇圧されたブラインは、第2中間熱交換器63bに流入する。第2中間熱交換器63bにて高温となったブラインは、第2中間熱交換器63bに連通した状態に設定された第1流路切替装置66cを通過し、負荷側熱交換器21cへと流入する。負荷側熱交換器21cに流れるブラインは、室内の空気を加熱し、暖房を行う。暖房の際に、ブラインは、室内の空気によって冷却され、第2流路切替装置67cを通り、中継装置6内の第2ポンプ65bへと戻る。この際、第2ポンプ65bは、例えば、室内機入口温度センサー94bで検出された温度と、室内機出口温度センサー93bで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[全暖房運転モード]
図22は、図19に記載の空気調和装置の全暖房運転モード時における動作の一例を説明する図である。なお、図22では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示しており、ブラインの流れ方向を点線矢印で示している。全暖房運転モードでは、制御装置97は、冷媒流路切替装置12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13を経由させずに中継装置5へ流入させるように切り替えてある。
まず、全暖房運転モード時における、一次側サイクルの動作について説明する。中継装置6に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第1流路切替装置64a及び第2流路切替装置64bを経由した後に、凝縮器として作用する第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bのそれぞれに流入する。第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bに流入した冷媒はブラインを加熱しながら液冷媒になる。第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bから流出した液冷媒は、第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bでそれぞれ膨張させられて、開状態に制御された第4絞り装置68及び主管3を通って再び室外機1へ流入する。この際、第1流量制御装置62a及び第2流量制御装置62bは、出口圧力センサー98で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口温度センサー91a〜91bで検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。
次に、全暖房運転モード時における、二次側サイクルの動作について説明する。第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bにて昇圧されたブラインは、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bに流入する。第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bにて高温となったブラインは、第1中間熱交換器63a及び第2中間熱交換器63bの双方もしくはどちらか一方に連通した状態に設定された第1流路切替装置66a〜66cを通過し、負荷側熱交換器21a〜21cへと流入する。負荷側熱交換器21a〜21cを流れるブラインは、室内の空気を加熱し、暖房を行う。暖房の際に、ブラインは、室内の空気によって冷却され、第2流路切替装置67a〜67cを通り、中継装置6内の第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bへと戻る。この際、第1ポンプ65a及び第2ポンプ65bは、例えば、室内機入口温度センサー94a〜94bで検出された温度と、室内機出口温度センサー93a〜93bで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
[暖房主体運転モード]
図23は、図19に記載の空気調和装置の暖房主体運転モード時における動作の一例を説明する図である。なお、図23では、冷媒が循環する流路を太線で示しており、冷媒の流れ方向を実線矢印で示しており、冷凍機油と冷媒の流れ方向を二重線矢印で示しており、ブラインの流れ方向を点線矢印で示している。図23では、負荷側熱交換器21a〜21bで温熱負荷が発生し、負荷側熱交換器21c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。図23に示す暖房主体運転モードの場合、制御装置97は、冷媒流路切替装置12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13を経由させずに中継装置6へ流入させるように切り替えてある。
まず、暖房主体運転モード時における、一次側サイクルの動作について説明する。中継装置6に流入した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒間熱交換器60の上流側で、高圧ガス冷媒と高圧液冷媒に分離される。高圧ガス冷媒は、第2流路切替装置64bを経由した後に、凝縮器として作用する第2中間熱交換器63bに流入し、ブラインを加熱しながら液冷媒になる。この際、第2流量制御装置62bは、出口圧力センサー98で検出された圧力を飽和温度に換算した値と、入口温度センサー91bで検出された温度と、の差を用いて得られるサブクール(過冷却度)が一定になるように開度が制御される。第2中間熱交換器63bから流出した液冷媒は、第2流量制御装置62bで膨張させられる。
冷媒間熱交換器60の上流側で分離された高圧液冷媒は、冷媒間熱交換器60を通り、第3絞り装置61にて中間圧まで膨張され、中間圧液冷媒となる。第3絞り装置61で膨脹された中間圧液冷媒と、第2流量制御装置62bで膨張された液冷媒とが合流する。
合流した液冷媒は、大部分は第1流量制御装置62aで膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。合流した液冷媒の残りの一部は、第4絞り装置68で膨張させられ、低温・低圧の気液二相状態の冷媒になる。この際、第4絞り装置68は、入口温度センサー89で検出された温度と、出口温度センサー90で検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。その後、低温・低圧の気液二相状態の冷媒は、冷媒間熱交換器60において高圧液冷媒と熱交換することによって、低温・低圧のガス冷媒になり、中継装置6の出口側の低圧配管に流入する。
第1流量制御装置62aで膨張させられた大部分の気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する第1中間熱交換器63aに流入し、ブラインを冷却しながら、低温・低圧のガス冷媒になる。この際、第1流量制御装置62aは、入口温度センサー91aで検出された温度と、出口温度センサー92aで検出された温度と、の差を用いて得られるスーパーヒート(過熱度)が一定になるように開度が制御される。第1中間熱交換器63aから流出したガス冷媒は、第1流路切替装置64aを経由して、冷媒間熱交換器60を流出した残りの一部のガス冷媒と合流した後に中継装置6から流出し、主管3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1逆流防止装置19bを通って、冷媒流路切替装置12、アキュムレーター16を経由して、圧縮機10へ再度吸入される。
次に、暖房主体運転モード時における、二次側サイクルの動作について説明する。二次側サイクルでは、例えば、室内機2a〜2bが冷房運転、室内機2cが暖房運転をしている。まず、暖房主体運転モード時に、冷房運転を行う室内機2a〜2bに関する説明を行う。第1ポンプ65aにて昇圧されたブラインは、第1中間熱交換器63aに流入する。第1中間熱交換器63aにて低温となったブラインは、第1中間熱交換器63aに連通した状態に設定された第1流路切替装置66a〜66bを通過し、負荷側熱交換器21a〜21bへと流入する。負荷側熱交換器21a〜21bに流れるブラインは、室内の空気を冷却し、冷房を行う。冷房の際に、ブラインは、室内の空気により加熱され、第2流路切替装置67a〜67bを通り、中継装置6内の第1ポンプ65aへと戻る。この際、第1ポンプ65aは、例えば、室内機入口温度センサー94aで検出された温度と、室内機出口温度センサー93aで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、暖房主体運転モード時における、暖房運転を行う室内機2cに関する説明を行う。第2ポンプ65bにて昇圧されたブラインは、第2中間熱交換器63bに流入する。第2中間熱交換器63bにて高温となったブラインは、第2中間熱交換器63bに連通した状態に設定された第1流路切替装置66cを通過し、負荷側熱交換器21cへと流入する。負荷側熱交換器21cに流れるブラインは、室内の空気を加熱し、暖房を行う。暖房の際に、ブラインは、室内の空気によって冷却され、第2流路切替装置67cを通り、中継装置6内の第2ポンプ65bへと戻る。この際、第2ポンプ65bは、例えば、室内機入口温度センサー94bで検出された温度と、室内機出口温度センサー93bで検出された温度と、の差が一定になるように、電圧が制御される。
次に、冷凍機油の流れを以下に示す。圧縮機10のシェル内に溜まっている冷凍機油は、冷媒によって冷媒と同等温度まで加熱され、圧縮機10から吐出される。圧縮機10から吐出された高温の冷凍機油は、油分離器11で分離され、第1バイパス流路70を介して補助熱交換器71に流入する。そして、補助熱交換器71を流れる冷凍機油は、ファン14から供給される室外空気に放熱しながら室外空気と同等温度まで冷却される。熱源側熱交換器13から流出した冷凍機油は、第1流量調整装置72を通って、圧縮機10へ再度吸入される。
上記のように、図19〜図23に示す空気調和装置300であっても、図1〜図4に示す空気調和装置100と同様に、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードにおいて、油分離器11で分離した冷凍機油とガス冷媒の一部を冷却することにより、第1流量調整装置72を介して圧縮機10の吸引部へのインジェクションが行われる。
実施の形態9.
図24は、この発明の実施の形態9に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図24の空気調和装置301において、図19の空気調和装置300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。図19の空気調和装置300と比較して、図24の空気調和装置301では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73をさらに備えている。流量調整器73は、例えばキャピラリチューブ等の流路抵抗値が固定されたものからなっている。
空気調和装置301では、例えば吐出温度センサー80が検出した圧縮機10の吐出温度が、吐出温度しきい値以下である場合に、第1流量調整装置72が全閉状態になるように、制御装置97が第1流量調整装置72を制御する。吐出温度しきい値は、例えば、圧縮機10が損傷するおそれがある温度、または冷凍機油が劣化するおそれがある温度よりも低い温度であり、例えば115度以下に設定されている。吐出温度しきい値は、圧縮機10の吐出温度の限界値等に応じて予め設定されているものであり、例えば、記憶部(図示を省略)に記憶されている。
上記のように、この実施の形態の例の室外機1は、第1流量調整装置72と並列に配設された流量調整器73を備えているため、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、冷凍機油、または冷凍機油及び冷媒が、圧縮機10、油分離器11、補助熱交換器71、流量調整器73、圧縮機10の順に循環する。したがって、仮に第1流量調整装置72に異常が発生して閉止状態となった場合であっても、圧縮機10の内部の冷凍機油が枯渇しない量の冷凍機油が、補助熱交換器71及び流量調整器73を通り圧縮機10の吸入部に流入する。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、第1流量調整装置72が異常状態となり閉止状態となった場合においても、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制され、且つ圧縮機10の潤滑及びシールに必要な冷凍機油量が確保される。したがって、この実施の形態の例の室外機1によれば、圧縮機10の損傷のおそれの抑制が確実化されている。
実施の形態10.
図25は、この発明の実施の形態10に係る空気調和装置の回路構成の一例を模式的に記載した図である。なお、図25の空気調和装置302において、図24の空気調和装置301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。図24の空気調和装置301と比較して、図25の空気調和装置302では、室外機1の構成が異なっている。すなわち、この実施の形態の例の室外機1は、第2流量調整装置75が配設された第2バイパス流路74をさらに有している。第2バイパス流路74は、その一端が、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードのいずれの場合においても液冷媒が流通する熱源側熱交換器13と主管3との間の配管に接続され、他端が、第1流量調整装置72の流出側に接続されている。つまり、第2バイパス流路74は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管と、圧縮機10の吸入側と、をバイパスするものである。第2バイパス流路74は、冷房運転時には低温高圧の液冷媒を、暖房運転時には中温中圧の液冷媒もしくは二相冷媒を、圧縮機10の吸入部に流入させる配管である。第2流量調整装置75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、圧縮機10の吸入部に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の流量を調整するものである。
また、熱源側熱交換器13と第2バイパス流路74の上流の接続部との間に圧力調整装置76が配設されている。つまり、圧力調整装置76は、熱源側熱交換器13と負荷側絞り装置20a,20bとの間を接続する配管のうちの、第2バイパス流路74が接続された接続部よりも熱源側熱交換器13側に配設されている。圧力調整装置76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で構成されており、例えば暖房運転時に、第2バイパス流路74の上流部の圧力を中圧に調整する。つまり、圧力調整装置76は、第2バイパス流路74に流入させる液冷媒もしくは二相冷媒の圧力を調整するものである。さらに、室外機1には、負荷側絞り装置20出口と圧力調整装置76との間の圧力を検出する中圧検出センサー77が設けられている。
圧力調整装置76は、例えば、全冷房運転モード及び冷房主体運転モードには、全開状態となっている。また、圧力調整装置76は、例えば、全暖房運転モード及び暖房主体運転モードには、室内機2の負荷側絞り装置20a〜20cの出口から圧力調整装置76の入口までの圧力を中間圧力に昇圧する開度となっている。つまり、圧力調整装置76は、中圧検出センサー77が検出する値が予め設定された圧力値となるように制御される。
このように、この実施の形態の例の空気調和装置302では、全冷房運転モード、冷房主体運転モード、全暖房運転モード、および暖房主体運転モードのいずれの場合においても、補助熱交換器71で冷却された流体によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させつつ、熱源側熱交換器13で冷却された冷媒の一部分によって圧縮機10の吸入エンタルピを減少させることができる。したがって、この実施の形態の例の空気調和装置302によれば、圧縮機10の吐出温度が上昇したときに、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。すなわち、例えば、補助熱交換器71の処理能力である熱交換能力が上限に達した場合でも、第2流量調整装置75を開状態とすることによって、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができる。この実施の形態の例の空気調和装置302によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇を抑制することができるため、冷凍機油の劣化及び圧縮機10が損傷を抑制することができる。また、圧縮機10の吸入部の冷凍機油の冷却が確実化されるため、圧縮機10の吸入加熱による損失を抑制することができる。さらに、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制されるため、圧縮機10の回転数を増速することができるため、冷房の強度を強めることもできる。
図26は、この発明の実施の形態1〜実施の形態10に係る空気調和装置の制御装置の構成を模式的に記載した図である。図26に示すように、制御装置97は、各種センサーの出力を取得する取得部97−1と、取得部97−1が取得した各種センサーの検出結果を利用して第1流量調整装置72の開度または第2流量調整装置75の開度を調整する流量調整装置制御部97−2と、第1流量調整装置72の開度調整または第2流量調整装置75の開度調整に利用されるパラメータ等を記憶している記憶部97−3と、を含んでいる。
上記のように、実施の形態1〜実施の形態10に係る空気調和装置は、圧縮機10と熱源側熱交換器13と絞り装置20と負荷側熱交換器21とが配管で接続され、冷媒が循環する冷媒回路15と、圧縮機10の吐出側と圧縮機10の吸入側とをバイパスする第1バイパス流路70と、を備え、第1バイパス流路70に配設され、冷媒を冷却する補助熱交換器71と、第1バイパス流路70に配設され、開度を調整することで冷媒の通過を制御する第1流量調整装置72と、圧縮機10から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサー80と、を有し、吐出温度センサー80が検出した温度が、冷媒が圧縮機10から吐出されるときの目標温度である吐出目標温度値よりも高いときに、第1流量調整装置72の開度が大きくなり、吐出温度センサー80が検出した温度が、吐出目標温度値よりも低いときに、第1流量調整装置72の開度が小さくなるものである。好適には、第1流量調整装置72と並列に接続されたバイパス路78をさらに備えている。また好適には、バイパス路78に配設され、冷媒の通過を制御する流量調整器73をさらに有しており、流量調整器73は、第1流量調整装置72の開度が全開状態のときの第1流量調整装置72の流路抵抗と比較して、小さい流路抵抗を有している。また好適には、圧縮機10と絞り装置20との間を接続する配管に配設され、圧縮機10から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器11をさらに有し、第1バイパス流路70の圧縮機10の吐出側が油分離器11に接続されている。また好適には、補助熱交換器71で熱交換された流体の温度を検出する補助熱交換器出口温度センサー83と、熱源側熱交換器13で熱交換される前の空気の温度を検出する外気温度センサー96と、をさらに有し、補助熱交換器出口温度センサー83が検出した温度と、外気温度センサー96が検出した温度と、の差が、しきい値よりも大きいときは、第1流量調整装置72の開度が固定され、補助熱交換器出口温度センサー83が検出した温度と、外気温度センサー96が検出した温度と、の差が、しきい値よりも小さいときは、吐出温度センサー80が検出した温度が、吐出目標温度値よりも高いときに、第1流量調整装置72の開度が大きくなり、吐出温度センサー80が検出した温度が、吐出目標温度値よりも低いときに、第1流量調整装置72の開度が小さくなる。また好適には、冷媒の凝縮温度を取得する凝縮温度検出装置をさらに備え、しきい値は、凝縮温度検出装置が取得した凝縮温度と、外気温度センサー96が検出した温度と、の差以下の値である。また好適には、熱源側熱交換器13と絞り装置20との間を接続する配管と、圧縮機10の吸入側と、をバイパスする第2バイパス流路74をさらに備えている。また好適には、第2バイパス流路74に配設され、開度を調整することで冷媒の通過を制御する第2流量調整装置75をさらに有している。また好適には、熱源側熱交換器13と絞り装置20との間を接続する配管のうちの、第2バイパス流路74が接続された接続部よりも熱源側熱交換器13側に、冷媒の圧力を調整する圧力調整装置76が配設されている。また好適には、吐出温度センサー80が検出した温度が、吐出目標温度値よりも高いときに、第1流量調整装置72または第2流量調整装置75の開度が大きくなり、吐出温度センサー80が検出した温度が、吐出目標温度値よりも低いときに、第1流量調整装置72または第2流量調整装置75の開度が小さくなる。また好適には、補助熱交換器出口温度センサー83が検出した温度と、外気温度センサー96が検出した温度と、の差が、しきい値よりも大きいときに、第2流量調整装置75の開度が調整される。上記の構成とすることによって、この発明によれば、圧縮機10の吐出温度の上昇が抑制された空気調和装置を得ることができる。
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。
例えば、上記では、冷房運転モード及び暖房運転モードにおいて、吐出温度しきい値が115度である場合を例示しているが、吐出温度しきい値は、例えば、圧縮機10の吐出温度の限界値に応じて設定される。
例えば、圧縮機10の吐出温度の限界値が120度である場合は、圧縮機10の吐出温度が120度を超えないように、圧縮機10の動作が制御装置97によって制御される。例えば、圧縮機10の吐出温度が110度を超えた場合は、制御装置97は圧縮機10の周波数を低くして、圧縮機10を減速させるように制御する。このように、圧縮機10の吐出温度の限界値が120度であり、且つ圧縮機10の吐出温度が110度を超えたときに圧縮機10を減速させるような場合には、吐出温度しきい値が、圧縮機10の周波数を低くするしきい値である110度よりも少し低い温度である110度から100度の間の温度(例えば105度等)に設定されるとよい。
また、例えば、圧縮機10の吐出温度の限界値が120度であり、圧縮機10の吐出温度が110度を超えたときに圧縮機10を減速させない場合には、吐出温度しきい値が、120度から100度の間(例えば115度等)に設定されるとよい。
また、例えば、上記の実施の形態の空気調和装置に適用される冷媒は、R32に限定されるものではなく、R32を含む混合冷媒等であってもよい。R32を含む混合冷媒は、例えば、R32と、HFO1234yf,HFO1234ze等と、を含む混合冷媒(非共沸混合冷媒)である。なお、HFO1234yf,HFO1234ze等とは、化学式がCF3CF=CH2で表されるテトラフルオロプロペン系冷媒であり、地球温暖化係数が小さいものである。R32またはR32を含む冷媒は、R410Aと比較して、圧縮機10の同一運転状態において、圧縮機10の吐出温度が約20度上昇することが知られている。
例えば、R32とHFO1234yfとの混合冷媒においては、R32の質量比率が62%(62wt%)以上である場合に、R410Aを使用した場合と比較して、圧縮機の吐出温度が3度以上高くなることが知られている。
また、例えば、R32とHFO1234zeとの混合冷媒においては、R32の質量比率が43%(43wt%)以上である場合に、R410Aを使用した場合と比較して、吐出温度が3度以上高くなることが知られている。
上記の実施の形態で説明した空気調和装置は、圧縮機の吐出温度を低下させることができるものであり、上記のような圧縮機の吐出温度が高くなる冷媒が使用される空気調和装置において、その効果が顕著となる。
なお、圧縮機の吐出温度が高くなる冷媒としては、R32を含むものに限定されず、例えばCO2(R744)等の高圧側が超臨界となる冷媒も含まれる。
また、例えば、上記の実施の形態の空気調和装置では、補助熱交換器71と熱源側熱交換器13とが、一体的に構成された例について説明したが、補助熱交換器71と熱源側熱交換器13とは、別体で構成されてもよい。また、上記の実施の形態の空気調和装置では、補助熱交換器71が下方に配設され、熱源側熱交換器13が上方に配設された例について説明したが、補助熱交換器71が上方に配設され、熱源側熱交換器13が下方に配設されたものであってもよい。
また、上述の実施の形態5〜実施の形態8では、室外機1と中継装置5,6との間が、2本の主管3を使用して接続された空気調和装置の例について説明したが、上述の実施の形態5〜実施の形態8は、そのようなものに限定されない。例えば、室外機1と中継装置5,6との間が、3本の主管を使用して接続された空気調和装置であってもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、圧縮機10が低圧シェル型の圧縮機で構成された例について説明したが、圧縮機10は、高圧シェル型の圧縮機であってもよい。
また、例えば、一般的に、熱源側熱交換器及び負荷側熱交換器の近傍には、送風によって冷媒の凝縮又は蒸発を促進させる送風機が設置されていることが多く、上記の実施の形態では、熱源側熱交換器、補助熱交換器、及び負荷側熱交換器の近傍に送風機が設置された例について説明したが、上記の実施の形態は、そのようなものに限定されない。例えば、負荷側熱交換器として、放射を利用したパネルヒータのようなものが用いられてもよい。また、熱源側熱交換器及び補助熱交換器として、冷媒と水または不凍液等の液体とを熱交換させるタイプの熱交換器を用いることもできる。つまり、熱源側熱交換器、補助熱交換器、及び負荷側熱交換器は、冷媒の放熱又は吸熱を行うことができるものであればよい。なお、冷媒と水または不凍液等の液体とを熱交換させるタイプの熱交換器としては、例えばプレート式熱交換器が用いられる。
さらに、室外機1と室内機2との間を配管接続して冷媒を循環させる直膨式空気調和装置、室外機1と中継装置5と室内機2との間を配管接続して冷媒を循環させる直膨式空気調和装置、及び室外機1と中継装置6とを配管接続して冷媒を循環させ且つ中継装置6と室内機2とを配管接続してブラインを循環させる間接式空気調和装置を例として説明を行ったが、これに限るものではない。例えば、上記の実施の形態は、室外機内のみで冷媒を循環させ、室外機、中継装置及び室内機の間でブラインを循環させて、室外機において冷媒と熱媒体との熱交換を行って空気調和を行う空気調和装置についても適用することができる。また、上記の実施の形態では室内の加熱(暖房運転)、冷却運転(冷房運転)に利用する場合を説明したが、室内機のかわりに冷媒と水などの熱交換を行って、加熱運転により温水、または冷却運転により冷水を生成するように利用してもよい。
1 室外機、2 室内機、2a 室内機、2b 室内機、2c 室内機、3 主管、4 冷媒配管、4a 枝管、4b 枝管、4c 枝管、5 中継装置、6 中継装置、10 圧縮機、11 油分離器、12 冷媒流路切替装置、13 熱源側熱交換器、14 ファン、15 冷媒回路、16 アキュムレーター、16b 第1逆流防止装置、16d 第1逆流防止装置、17 吸入配管、18a 第1接続配管、18b 第2接続配管、19 圧縮機、19a 第1逆流防止装置、19b 第1逆流防止装置、19c 第1逆流防止装置、19d 第1逆流防止装置、20 負荷側絞り装置、20a 負荷側絞り装置、20b 負荷側絞り装置、20c 負荷側絞り装置、21 負荷側熱交換器、21a 負荷側熱交換器、21b 負荷側熱交換器、21c 負荷側熱交換器、22 ファン、22a ファン、22b ファン、22c ファン、50 気液分離器、51 第3絞り装置、52 冷媒間熱交換器、53 第1開閉装置、53a 第1開閉装置、53b 第1開閉装置、53c 第1開閉装置、54a 第2開閉装置、54b 第2開閉装置、54c 第2開閉装置、55a 第2逆流防止装置、55b 第2逆流防止装置、55c 第2逆流防止装置、56a 第3逆流防止装置、56b 第3逆流防止装置、56c 第3逆流防止装置、57 第4絞り装置、60 冷媒間熱交換器、61 第3絞り装置、62a 第1流量制御装置、62b 第2流量制御装置、63a 第1中間熱交換器、63b 第2中間熱交換器、64a 第1流路切替装置、64b 第2流路切替装置、65a 第1ポンプ、65b 第2ポンプ、66a 第1流路切替装置、66b 第1流路切替装置、66c 第1流路切替装置、67a 第2流路切替装置、67b 第2流路切替装置、67c 第2流路切替装置、68 第4絞り装置、70 第1バイパス流路、71 補助熱交換器、72 第1流量調整装置、73 流量調整器、74 第2バイパス流路、75 第2流量調整装置、76 圧力調整装置、77 中圧検出センサー、78 バイパス路、79 高圧検出センサー、80 吐出温度センサー、81 冷凍機油温度センサー、82 低圧検出センサー、83 補助熱交換器出口温度センサー、84 出口側温度センサー、84a 出口側温度センサー、84b 出口側温度センサー、84c 出口側温度センサー、85 入口側温度センサー、85a 入口側温度センサー、85b 入口側温度センサー、85c 入口側温度センサー、86 入口側圧力センサー、86a 出口側温度センサー、86b 出口側温度センサー、87 出口側圧力センサー、88 温度センサー、89 入口温度センサー、90 出口温度センサー、91a 入口温度センサー、91b 入口温度センサー、92a 出口温度センサー、92b 出口温度センサー、93a 室内機出口温度センサー、93b 室内機出口温度センサー、94a 室内機入口温度センサー、94b 室内機入口温度センサー、95a 室内機出口温度センサー、95b 室内機出口温度センサー、95c 室内機出口温度センサー、95d 室内機出口温度センサー、96 外気温度センサー、97 制御装置、97−1 取得部、97−2 流量調整装置制御部、97−3 記憶部、98 出口圧力センサー、100 空気調和装置、101 空気調和装置、102 空気調和装置、200 空気調和装置、201 空気調和装置、202 空気調和装置、300 空気調和装置、301 空気調和装置、302 空気調和装置、ET 凝縮温度、G1 制御定数、G2 制御定数、G3 制御定数、G4 制御定数、O1con 操作量、O1d 第1流量調整装置現状開度、O1n 出力開度、O1nex 出力開度、O1op 補正開度、O2con 操作量、O2d 第2流量調整装置現状開度、O2n 出力開度、O2nex 出力開度、O2op 補正開度、OILsh 冷凍機油過熱度しきい値、Ocon 操作量、Od 開度、On 出力開度、Onex 出力開度、Oop 補正開度、Osh 冷凍機油過熱度、Ps 吐出側圧力、SHoil 冷凍機油過熱度目標値、T1 補助熱交換器出口側温度、Ta 外気温度、Td 吐出温度、Tdn 目標吐出温度、Toil 冷凍機油温度、Tth 温度差しきい値、ΔOoil 冷凍機油補正量、ΔOoil2 冷凍機油補正量、ΔOsh 冷凍機油過熱度差、ΔT 温度差、ΔTd 吐出温度調整量。
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機と流路切替装置と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器と前記流路切替装置が順次配管で接続され、前記流路切替装置によって、前記圧縮機の吐出側を前記熱源側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記負荷側熱交換器に接続する冷却運転と、前記圧縮機の吐出側を前記負荷側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記熱源側熱交換器に接続する加熱運転と、を切り替えて運転することができる冷媒回路と、前記圧縮機の吐出部と前記流路切替装置との間を接続する前記配管に配設され、前記圧縮機から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器と、前記油分離器の油流出側と前記圧縮機の吸入部とに接続され、前記油分離器から流出した流体を導入する第1バイパス流路と、前記第1バイパス流路に配設され、前記流体を冷却する補助熱交換器と、前記第1バイパス流路に配設され、前記流体の通過を制御する第1流量調整装置と、前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管と、前記圧縮機の吸入部と前記流路切替装置との間の配管とに接続され、前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管を流れる液冷媒もしくは液とガスの二相冷媒を導入する第2バイパス流路と、前記第2バイパス流路に配設され、冷媒の通過を制御する第2流量調整装置と、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサーと、前記吐出温度センサーにより検出された吐出温度に基づいて、前記第1流量調整装置又は前記第2流量調整装置の開度を制御する制御装置と、前記補助熱交換器で熱交換された流体の温度を検出する補助熱交換器出口温度センサーと、前記熱源側熱交換器で熱交換される前の空気の温度を検出する外気温度センサーと、を備え、前記制御装置は、前記吐出温度センサーが検出した温度が、冷媒が前記圧縮機から吐出されるときの目標温度である吐出温度目標値よりも高いときに、前記第1流量調整装置又は前記第2流量調整装置の前記開度が大きくなり、前記吐出温度センサーが検出した温度が、前記吐出温度目標値よりも低いときに、前記第1流量調整装置又は前記第2流量調整装置の前記開度が小さくなるように制御し、冷却運転時に前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度との差に基づいて、前記第1流量調整装置の制御可否を判断するものである。

Claims (12)

  1. 圧縮機と流路切替装置と熱源側熱交換器と絞り装置と負荷側熱交換器と前記流路切替装置が順次配管で接続され、前記流路切替装置によって、前記圧縮機の吐出側を前記熱源側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記負荷側熱交換器に接続する冷却運転と、前記圧縮機の吐出側を前記負荷側熱交換器に、前記圧縮機の吸入側を前記熱源側熱交換器に接続する加熱運転と、を切り替えて運転することができる冷媒回路と、
    前記圧縮機の吐出部と前記流路切替装置との間を接続する前記配管に配設され、前記圧縮機から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する油分離器と、
    前記油分離器の油流出側と前記圧縮機の吸入部とに接続され、前記油分離器から流出した流体を導入する第1バイパス流路と、
    前記第1バイパス流路に配設され、前記流体を冷却する補助熱交換器と、
    前記第1バイパス流路に配設され、前記流体の通過を制御する第1流量調整装置と、
    前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管と、前記圧縮機の吸入部と前記流路切替装置との間の配管とに接続され、前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管を流れる液冷媒もしくは液とガスの二相冷媒を導入する第2バイパス流路と、
    前記第2バイパス流路に配設され、冷媒の通過を制御する第2流量調整装置と、を備えた、空気調和装置。
  2. 前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサーと、
    前記吐出温度センサーにより検出された吐出温度に基づいて、前記第1流量調整装置又は前記第2流量調整装置の開度を制御する制御装置と、をさらに備え、
    前記制御装置は、前記吐出温度センサーが検出した温度が、冷媒が前記圧縮機から吐出されるときの目標温度である吐出温度目標値よりも高いときに、前記第1流量調整装置又は第2流量調整装置の前記開度が大きくなり、
    前記吐出温度センサーが検出した温度が、前記吐出温度目標値よりも低いときに、前記第1流量調整装置又は前記第2流量調整装置の前記開度が小さくなるように制御する請求項1に記載の空気調和装置。
  3. 前記熱源側熱交換器と前記絞り装置との間を接続する前記配管のうちの、前記第2バイパス流路が接続された接続部よりも前記熱源側熱交換器側に配設され、冷媒の圧力を調整する圧力調整装置を、さらに備える、
    請求項2に記載の空気調和装置。
  4. 前記圧縮機の吸入部と前記流路切替装置との間を接続する前記配管のうちの、前記第1バイパス流路と前記第2バイパス流路が接続された接続部よりも前記流路切替装置側に配設されたアキュムレーターを、さらに備える、
    請求項3に記載の空気調和装置。
  5. 前記補助熱交換器で熱交換された流体の温度を検出する補助熱交換器出口温度センサーと、
    前記熱源側熱交換器で熱交換される前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、冷却運転時に前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度との差に基づいて、前記第1流量調整装置の制御可否を判断する請求項3又は請求項4に記載の空気調和装置。
  6. 前記制御装置は、前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度と、の差が、しきい値よりも小さいときは、前記第1流量調整装置を制御し、前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度と、の差が、しきい値よりも大きいときは、前記第1流量調整装置を制御しない、
    請求項5に記載の空気調和装置。
  7. 前記制御装置は、冷却運転時に前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度と、の差が、しきい値よりも小さいときは、前記第1流量調整装置を制御対象とし、前記補助熱交換器出口温度センサーが検出した温度と、前記外気温度センサーが検出した温度と、の差が、しきい値よりも大きいときは、前記第2流量調整装置を制御対象とする、
    請求項5に記載の空気調和装置。
  8. 前記圧縮機から吐出された冷媒の吐出圧力を取得する高圧検出センサーをさらに備え、
    前記しきい値は、前記高圧検出センサーが検出した吐出圧力に基づいて演算される凝縮温度と、前記外気温度センサーが検出した温度と、の差以下の値である、
    請求項6又は請求項7に記載の空気調和装置。
  9. 前記絞り装置と前記圧力調整装置との間の冷媒の圧力を検出する中圧検出センサーをさらに備え、
    前記制御装置は、加熱運転時に前記中圧検出センサーにより検出された中間圧力が前記圧縮機の吸入部と前記流路切替装置との間の配管の圧力よりも高くなるように前記圧力調整装置を制御する、
    請求項3〜請求項8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  10. 前記制御装置は、冷却運転時には前記第1流量調整装置と前記第2流量調整装置を制御し、加熱運転時には前記第2流量調整装置を制御する、
    請求項2〜請求項9のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  11. 前記第1流量調整装置と並列に接続されたバイパス路をさらに備える、
    請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  12. 前記バイパス路に配設され、冷媒の通過を制御する流量調整器をさらに備え、
    前記流量調整器は、前記第1流量調整装置の前記開度が全開状態のときの前記第1流量調整装置の流路抵抗と比較して、小さい流路抵抗を有する、
    請求項11に記載の空気調和装置。
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