CN103154639A - 空调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供执行针对热介质的冻结的对策来进一步提高安全性的空调装置。空调装置(100)使用在同一压力条件下的饱和液体制冷剂温度比饱和气体制冷剂温度低的非共沸混合制冷剂作为热源侧制冷剂,在多个热介质间热交换器(15)的至少一部分起蒸发器作用时,根据从热介质间热交换器(15)内的制冷剂蒸发温度减去被设定为大于零的正值的冻结温度修正值后得到的值,预测热介质的冻结的发生,执行用于防止热介质冻结的防止冻结控制。

Description

空调装置
技术领域
本发明涉及适合于例如楼房用多联空调等的空调装置。
背景技术
已往,在楼房用多联空调等空调装置中,例如,使制冷剂在配置在建筑物外的热源机即室外机与配置在建筑物的室内的室内机之间循环。借助制冷剂的散热、吸热,用被加热、冷却了的空气进行空调对象空间的制冷或制热。这种空调装置中使用的制冷剂,例如大多使用HFC(含氢氟烃)系制冷剂。另外,也有使用二氧化碳(CO2)等自然制冷剂的。
另外,已往,在被称为冷机的空调装置中,在配置在建筑物外的热源机中,生成冷能或热能。用配置在室外机内的热交换器,将水、防冻液等加热或冷却,将其运送到室内机即风扇盘管单元、板式加热器等,进行制冷或制热(例如参见专利文献1)。
另外,也有被称为排热回收型的冷机的空调装置,在热源机与室内机之间连接4根水配管,同时供给已冷却、加热的水等,在室内机中可自由地选择制冷或制热(例如参见专利文献2)。
另外,也有将一次制冷剂和二次制冷剂的热交换器配置在各室内机附近并将二次制冷剂运送到室内机的空调装置(例如参见专利文献3)。
另外,也有在室外机和具有热交换器的分支单元之间用2根配管连接并将二次制冷剂运送到室内机的空调装置(例如参见专利文献4)。
另外,已往,也有如下的空调装置:在楼房用多联式空调等空调装置中,使制冷剂从室外机循环到中继器,使水等热介质从中继器循环到室内机,从而一边使水等热介质在室内机中循环一边降低热介质的运送动力(例如参见专利文献5)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-140444号公报(第4页,图1等)
专利文献2:日本特开平5-280818号公报(第4、5页,图1等)
专利文献3:日本特开2001-289465号公报(第5~8页,图1、图2等)
专利文献4:日本特开2003-343936号公报(第5页,图1)
专利文献5:WO10/049998号公报(第3页,图1等)
发明内容
发明要解决的课题
在已往的楼房用多联空调等空调装置中,由于使制冷剂循环到室内机,所以,制冷剂有可能泄漏到室内等。另一方面,在专利文献1和专利文献2记载的空调装置中,制冷剂不通过室内机。但是,在专利文献1和专利文献2记载的空调装置中,必须在建筑物外的热源机中将热介质加热或冷却并运送到室内机。因此,热介质的循环路径长。这里,如果用热介质来运送进行规定的加热或冷却的功的热,运送动力等所需的能量的消耗量比制冷剂高。因此,循环路径长时,运送动力增大很多。由此可见,在空调装置中,如果能很好地控制热介质的循环,可以实现节能化。
在专利文献2记载的空调装置中,为了使每个室内机能选择制冷或制热,从室外侧到室内侧必须连接4根配管,施工性差。在专利文献3记载的空调装置中,每个室内机必须分别有泵等二次介质循环机构,所以,不仅成为高价***,而且噪音也大,不实用。另外,由于热交换器在室内机附近,所以,不能排除制冷剂在靠近室内的场所泄漏的危险性。
在专利文献4记载的空调装置中,由于热交换后的一次制冷剂流入与热交换前的一次制冷剂相同的流路,所以,将多个室内机连接时,各室内机不能发挥最大能力,造成能量的浪费。另外,分支单元与延长配管的连接需要2根制冷、2根制热、共计4根配管,结果,成为与用4根配管连接室外机和分支单元的***类似的构造,成为施工性差的***。
在专利文献5记载的空调装置中,在将单一制冷剂或近共沸制冷剂作为制冷剂使用的情况下是没有问题的,但是,在将非共沸混合制冷剂作为制冷剂使用的情况下,在制冷剂-热介质间热交换器作为蒸发器使用时,由于制冷剂的饱和液体温度和饱和气体温度的温度梯度的原因,会有水等热介质冻结的危险性。
本发明是为了解决上述课题而做出的,其目的是提供实现节能化、并且能防止热介质冻结的空调装置。本发明中的几个方式,其目的是提供使制冷剂不循环到室内机或室内机附近来提高安全性的空调装置。本发明中的几个方式,其目的是提供使用GWP低的制冷剂、减少室外机与分支单元(热介质转换机)或室内机的连接配管而能提高施工性且提高能量效率的空调装置。
解决课题的技术方案
本发明的空调装置包括:制冷剂循环回路,通过用制冷剂配管来连接压缩机、第1制冷剂流路切换装置、热源侧热交换器、第1节流装置、热介质间热交换器的制冷剂侧流路,使热源侧制冷剂循环;热介质循环回路,通过用热介质配管来连接泵、利用侧热交换器、上述热介质间热交换器的热介质侧流路,使热介质循环;在上述热介质间热交换器中,使上述热源侧制冷剂和上述热介质进行热交换,使用在同一压力条件下的饱和液体制冷剂温度比饱和气体制冷剂温度低的非共沸混合制冷剂,作为上述热源侧制冷剂;在上述热介质间热交换器的至少一部分起蒸发器作用的情况下,根据从上述热介质间热交换器内的上述制冷剂的蒸发温度减去被设定为大于零的正值的冻结温度修正值后得到的值,预测上述热介质的冻结的发生,执行用于防止上述热介质的冻结的防止冻结控制。
发明效果
根据本发明的空调装置,可以缩短热介质的循环配管,运送动力小也行,所以,在提高安全性的同时可实现节能化。另外,根据本发明的空调装置,即使出现热介质流出到外部的情况,也只是少量的,从而进一步提高安全性。另外,根据本发明的空调装置,可有效防止热介质的冻结,进一步提高安全性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的空调装置的设置例的示意图。
图2是表示本发明的实施方式的空调装置的另一设置例的示意图。
图3是表示本发明的实施方式的空调装置的回路构成的一例的示意图。
图4是表示本发明的实施方式的空调装置的热源侧制冷剂的状态的ph线图。
图5是图4所示的压力P1下的两种混合制冷剂的气液平衡线图。
图6是表示本发明的实施方式的空调装置所执行的循环组成检测的处理的流程的流程图。
图7是表示本发明的实施方式的空调装置的热源侧制冷剂的另一状态的ph线图。
图8是表示本发明的实施方式的空调装置的回路构成的另一例的示意回路构成图。
图9是表示本发明的实施方式的空调装置在全制冷运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。
图10是表示本发明的实施方式的空调装置在全制热运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。
图11是表示本发明的实施方式的空调装置在制冷主体运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。
图12是表示本发明的实施方式的空调装置在制热主体运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的实施方式。
图1和图2是表示本发明实施方式的空调装置的设置例的示意图。基于图1和图2来说明空调装置的设置例。该空调装置利用使制冷剂(热源侧制冷剂、热介质)循环的冷冻循环(制冷剂循环回路A、热介质循环回路B),使各室内机可以自由地选择制冷模式或制热模式作为运转模式。另外,包括图1在内,下述附图中各构成部件的大小关系有时与实际的不相同。
在图1中,本实施方式的空调装置具有作为热源机的一台室外机1、多台室内机2、和位于室外机1与室内机2之间的热介质转换机3。热介质转换机3进行热源侧制冷剂和热介质的热交换。室外机1和热介质转换机3由供热源侧制冷剂流通的制冷剂配管4连接。热介质转换机3和室内机2由供热介质流通的配管(热介质配管)5连接。在室外机1生成的冷能或热能经由热介质转换机3被传递到室内机2。
在图2中,本实施方式的空调装置具有一台室外机1、多台室内机2、和位于室外机1与室内机2之间并被分割为多个的热介质转换机3(主热介质转换机3a、子热介质转换机3b)。室外机1和主热介质转换机3a由制冷剂配管4连接。主热介质转换机3a和子热介质转换机3b由制冷剂配管4连接。子热介质转换机3b和室内机2由配管5连接。在室外机1生成的冷能或热能经由主热介质转换机3a和子热介质转换机3b被送到室内机2。
室外机1通常配置在楼房等建筑物9之外的空间(例如屋顶等)即室外空间6,经由热介质转换机3,将冷能或热能供给到室内机2。室内机2配置在能将制冷用空气或制热用空气供给到建筑物9内部的空间(例如居室等)即室内空间7的位置,将制冷用空气或制热用空气供给到作为空调对象空间的室内空间7。热介质转换机3与室外机1及室内机2是分开的箱体,设置在与室外空间6及室内空间7不同的位置,分别用制冷剂配管4和配管5与室外机1及室内机2连接,将从室外机1供给的冷能或热能传递到室内机2。
如图1和图2所示,在本实施方式的空调装置中,用2根制冷剂配管4连接室外机1和热介质转换机3,用2根配管5连接热介质转换机3和各室内机2。这样,在本实施方式的空调装置中,用2根配管(制冷剂配管4、配管5)连接各单元(室外机1、室内机2和热介质转换机3),从而施工变得容易。
如图2所示,也可以将热介质转换机3分成为一个主热介质转换机3a和从主热介质转换机3a派生出的两个子热介质转换机3b(子热介质转换机3b(1)、子热介质转换机3b(2))。这样,对一个主热介质转换机3a可以连接多个子热介质转换机3b。在该构成中,连接主热介质转换机3a和子热介质转换机3b的制冷剂配管4是3根。关于该回路的详细构成,将在后面详细说明(见图4)。
另外,在图1和图2中,例示了热介质转换机3设置在建筑物9内部但与室内空间7不同的空间即天花板里面等空间(下面简称为空间8)内的状态。此外,热介质转换机3也可以设置在其它有电梯等的共用空间等内。另外,在图1和图2中示出了室内机2是天花板盒型的例子,但并不限定于此,也可以是天花板埋入型、天花板吊下型等任意种类,只要能将制热用空气或制冷用空气直接或用管道等吹出到室内空间7即可。
在图1和图2中例示了室外机1设置在室外空间6的情况,但并不限定于此。例如,室外机1也可以设置在带有换气口的机械室等的被包围的空间内;只要能用排气管道将废热排出到建筑物9外,也可以设置在建筑物9的内部;或者,在采用水冷式室外机1时,也可以设置在建筑物9的内部。即使将室外机1设置在这些场所,也不会产生特别的问题。
另外,热介质转换机3也可以设置在室外机1的附近。但需要注意的是,如果从热介质转换机3到室内机2的距离过长,则热介质的运送动力变得过大,从而节能效果减小。另外,室外机1、室内机2和热介质转换机3的连接台数并不限定于图1和图2所示的台数,可根据设置本实施方式的空调装置的建筑物9来决定台数。
图3是表示本实施方式的空调装置(下面称为空调装置100)的回路构成的一例的示意回路构成图。基于图3来说明空调装置100的详细构成。如图3所示,室外机1和热介质转换机3,经由热介质转换机3所具有的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,用制冷剂配管4连接。另外,热介质转换机3和室内机2也通过热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,用配管5连接。关于制冷剂配管4和配管5,将在后面详细说明。
[室外机1]
在室外机1中,用制冷剂配管4串联连接压缩机10、四通阀等第1制冷剂流路切换装置11、热源侧热交换器12和储液器19。另外,在室外机1中,设有第1连接配管4a、第2连接配管4b、单向阀13a、单向阀13b、单向阀13c和单向阀13d。通过设置第1连接配管4a、第2连接配管4b、单向阀13a、单向阀13b、单向阀13c和单向阀13d,不管室内机2要求什么样的运转,都可以使得流入热介质转换机3的热源侧制冷剂的流动朝向一定方向。
另外,在室外机1中,搭载有:连接压缩机10的排出侧流路和吸入侧流路的高低压旁通配管41、设置于高低压旁通配管41的旁通节流装置(第2节流装置)42、以及设置于高低压旁通配管41且使旁通节流装置42前后的高低压配管41进行热交换的制冷剂间热交换器43。即,压缩机10的排出侧、制冷剂间热交换器43的一次侧(从压缩机10的排出制冷剂流路侧)、旁通节流装置42、制冷剂间热交换器43的二次侧(向压缩机10的吸入制冷剂流路侧)、以及压缩机10的吸入侧,经由高低压旁通配管41连接。关于高低压旁通配管41、旁通节流装置42、以及制冷剂间热交换器43,将在后面详细说明。
另外,在室外机1中,搭载有:设置在旁通节流装置42的入口侧的第4温度传感器(高压侧制冷剂检测装置)32、设置在旁通节流装置42的出口侧的第5温度传感器(低压侧制冷剂检测装置)33、可检测压缩机10的高压侧压力的第2压力传感器(高压侧压力检测装置)37、以及可检测压缩机10的低压侧压力的第3压力传感器(低压侧压力检测装置)38。作为第2压力传感器37和第3压力传感器38,可以采用例如应变仪式、半导体式等方式的传感器。作为第4温度传感器32和第5温度传感器33,可以采用例如热敏电阻等方式的传感器。关于第2压力传感器37、第3压力传感器38、第4温度传感器32和第5温度传感器33,将在后面详细说明。
压缩机10吸入热源侧制冷剂,并且将该热源侧制冷剂压缩成为高温高压的状态,可由例如容量可控制的变频压缩机等构成。第1制冷剂流路切换装置11切换制热运转时(全制热运转模式时和制热主体运转模式时)的热源侧制冷剂的流动和制冷运转时(全制冷运转模式时和制冷主体运转模式时)的热源侧制冷剂的流动。
热源侧热交换器12,在制热运转时起到蒸发器的作用,在制冷运转时起到冷凝器(或散热器)的作用,在从未图示的风扇等送风机供给来的空气与热源侧制冷剂之间进行热交换,将该热源侧制冷剂蒸发气化或冷凝液化。储液器19设在压缩机10的吸入侧,用于储存由制热运转时和制冷运转时的差别而产生的剩余制冷剂,或者储存相对于过渡的运转变化的剩余制冷剂。
单向阀13d设置于热介质转换机3与第1制冷剂流路切换装置11之间的制冷剂配管4,容许热源侧制冷剂只朝规定方向(从热介质转换机3朝室外机1的方向)流动。单向阀13a设置于热源侧热交换器12与热介质转换机3之间的制冷剂配管4,容许热源侧制冷剂只朝规定方向(从室外机1朝热介质转换机3的方向)流动。单向阀13b设置于第1连接配管4a,在制热运转时使从压缩机10排出的热源侧制冷剂流向热介质转换机3。单向阀13c设置于第2连接配管4b,在制热运转时使从热介质转换机3返回的热源侧制冷剂流向压缩机10的吸入侧。
第1连接配管4a,在室外机1内将第1制冷剂流路切换装置11与单向阀13d之间的制冷剂配管4、和单向阀13a与热介质转换机3之间的制冷剂配管4连接起来。第2连接配管4b,在室外机1内将单向阀13d与热介质转换机3之间的制冷剂配管4、和热源侧热交换器12与单向阀13a之间的制冷剂配管4连接起来。另外,在图3中,例示了设置有第1连接配管4a、第2连接配管4b、单向阀13a、单向阀13b、单向阀13c和单向阀13d的情况,但并不限定于此,没必要一定设置它们。
[室内机2]
在室内机2分别搭载有利用侧热交换器26。该利用侧热交换器26,借助配管5,与热介质转换机3的热介质流量调整装置25及第2热介质流路切换装置23连接。该利用侧热交换器26进行从未图示的风扇等送风机供给的空气与热介质之间的热交换,生成用于供给室内空间7的制热用空气或制冷用空气。
在该图3中,例示了4台室内机2与热介质转换机3连接的情况,从纸面下侧起依次表示为室内机2a、室内机2b、室内机2c、室内机2d。另外,与室内机2a~室内机2d相应地,利用侧热交换器26也是从纸面下侧起表示为利用侧热交换器26a、利用侧热交换器26b、利用侧热交换器26c、利用侧热交换器26d。另外,与图1及图2同样地,室内机2的连接台数并不限定于图3所示的4台。
[热介质转换机3]
在热介质转换机3中搭载有两个热介质间热交换器15、两个节流装置(第1节流装置)16、两个开闭装置17、两个第2制冷剂流路切换装置18、两个泵21、四个第1热介质流路切换装置22、四个第2热介质流路切换装置23和四个热介质流量调整装置25。另外,在图4中说明将热介质转换机3分为主热介质转换机3a和子热介质转换机3b的情况。
两个热介质间热交换器15(热介质间热交换器15a、热介质间热交换器15b)起到冷凝器(散热器)或蒸发器的作用,在热源侧制冷剂和热介质之间进行热交换,将在室外机1生成并储存在热源侧制冷剂中的冷能或热能传递给热介质。热介质间热交换器15a设在制冷剂循环回路A中的节流装置16a与第2制冷剂流路切换装置18a之间,在制冷制热混合运转模式时,用于热介质的冷却。另外,热介质间热交换器15b设在制冷剂循环回路A中的节流装置16b与第2制冷剂流路切换装置18b之间,在制冷制热混合运转模式时,用于热介质的加热。
两个节流装置16(节流装置16a、节流装置16b)具有减压阀、膨胀阀的作用,使热源侧制冷剂减压并膨胀。节流装置16a,在制冷运转时的热源侧制冷剂的流动中,设在热介质间热交换器15a的上游侧。节流装置16b,在制冷运转时的热源侧制冷剂的流动中,设在热介质间热交换器15b的上游侧。两个节流装置16可以由可控制为开度可变的装置、例如电子式膨胀阀等构成。
两个开闭装置17(开闭装置17a、开闭装置17b)由二通阀等构成,用于开闭制冷剂配管4。开闭装置17a设置于热源侧制冷剂入口侧的制冷剂配管4。开闭装置17b设置于连接热源侧制冷剂入口侧和出口侧的制冷剂配管4的配管。
两个第2制冷剂流路切换装置18(第2制冷剂流路切换装置18a、第2制冷剂流路切换装置18b)由例如四通阀等构成,对应于运转模式,切换热源侧制冷剂的流动。第2制冷剂流路切换装置18a,在制冷运转时的热源侧制冷剂的流动中,设在热介质间热交换器15a的下游侧。第2制冷剂流路切换装置18b,在全制冷运转时的热源侧制冷剂的流动中,设在热介质间热交换器15b的下游侧。
两个泵21(泵21a、泵21b)使导通配管5的热介质循环。泵21a设置于热介质间热交换器15a与第2热介质流路切换装置23之间的配管5。泵21b设置于热介质间热交换器15b与第2热介质流路切换装置23之间的配管5。两个泵21可以由例如容量可控制的泵等构成,可根据室内机2中的负荷的大小来调整其流量。
四个第1热介质流路切换装置22(第1热介质流路切换装置22a~第1热介质流路切换装置22d)由三通阀等构成,用于切换热介质的流路。第1热介质流路切换装置22设有对应于室内机2的设置台数的个数(这里是四个)。第1热介质流路切换装置22设置于利用侧热交换器26的热介质流路的出口侧,其三通中的一方与热介质间热交换器15a连接,三通中的一方与热介质间热交换器15b连接,三通中的一方与热介质流量调整装置25连接。另外,与室内机2对应地,从纸面下侧起依次表示为第1热介质流路切换装置22a、第1热介质流路切换装置22b、第1热介质流路切换装置22c、第1热介质流路切换装置22d。另外,在热介质流路的切换中,不仅包括从一方完全切换到另一方的情况,还包括从一方部分地切换到另一方的情况。
四个第2热介质流路切换装置23(第2热介质流路切换装置23a~第2热介质流路切换装置23d)由三通阀等构成,用于切换热介质的流路。第2热介质流路切换装置23设有对应于室内机2的设置台数的个数(这里是四个)。第2热介质流路切换装置23设置于利用侧热交换器26的热介质流路的入口侧,其三通中的一方与热介质间热交换器15a连接,三通中的一方与热介质间热交换器15b连接,三通中的一方与利用侧热交换器26连接。另外,与室内机2对应地,从纸面下侧起依次表示为第2热介质流路切换装置23a、第2热介质流路切换装置23b、第2热介质流路切换装置23c、第2热介质流路切换装置23d。另外,在热介质流路的切换中,不仅包括从一方完全切换到另一方的情况,还包括从一方部分地切换到另一方的情况。
四个热介质流量调整装置25(热介质流量调整装置25a~热介质流量调整装置25d)由可控制开口面积的二通阀等构成,控制流向配管5的热介质的流量。热介质流量调整装置25设有对应于室内机2的设置台数的个数(这里是四个)。热介质流量调整装置25设置于利用侧热交换器26的热介质流路的出口侧,其两通中的一方与利用侧热交换器26连接,另一方与第1热介质流路切换装置22连接。即,热介质流量调整装置25,根据流入室内机2的热介质的温度和流出的热介质的温度来调整流入室内机2的热介质的量,可将与室内负荷对应的最适当的热介质量提供给室内机2。
另外,与室内机2对应地,从纸面下侧起依次表示为热介质流量调整装置25a、热介质流量调整装置25b、热介质流量调整装置25c、热介质流量调整装置25d。另外,也可以将热介质流量调整装置25设置于利用侧热交换器26的热介质流路的入口侧。另外,也可以在利用侧热交换器26的热介质流路的入口侧将热介质流量调整装置25设置于第2热介质流路切换装置23与利用侧热交换器26之间。另外,在室内机2中,当停止或热休止等无需负荷时,通过将热介质流量调整装置25全闭,可以停止向室内机2供给热介质。
另外,在热介质转换机3,设有各种检测机构(两个第1温度传感器31、四个第2温度传感器34、四个第3温度传感器和两个第1压力传感器36)。这些检测机构检测的信号(温度信息、压力信息)被送到统一控制空调装置100的动作的控制装置(未图示),用于压缩机10的驱动频率、未图示的送风机的转速、第1制冷剂流路切换装置11的切换、泵21的驱动频率、第2制冷剂流路切换装置18的切换、热介质流路的切换、室内机2的热介质流量的调整等的控制。
两个第1温度传感器31(第1温度传感器31a、第1温度传感器31b)检测从热介质间热交换器15流出的热介质、即热介质间热交换器15出口处的热介质的温度,可由例如热敏电阻等构成。第1温度传感器31a设置于泵21a入口侧的配管5。第1温度传感器31b设置于泵21b入口侧的配管5。
四个第2温度传感器34(第2温度传感器34a~第2温度传感器34d)设在第1热介质流路切换装置22与热介质流量调整装置25之间,检测从利用侧热交换器26流出的热介质的温度,可由热敏电阻等构成。第2温度传感器34设有对应于室内机2的设置台数的个数(这里是四个)。另外,与室内机2对应地,从纸面下侧起依次表示为第2温度传感器34a、第2温度传感器34b、第2温度传感器34c、第2温度传感器34d。另外,第2温度传感器34也可以设置于热介质流量调整装置25与利用侧热交换器26之间的流路。
四个第3温度传感器35(第3温度传感器35a~第3温度传感器35d)设置于热介质间热交换器15的热源侧制冷剂的入口侧或出口侧,检测流入热介质间热交换器15的热源侧制冷剂的温度或从热介质间热交换器15流出的热源侧制冷剂的温度,可由热敏电阻等构成。第3温度传感器35a设在热介质间热交换器15a与第2制冷剂流路切换装置18a之间。第3温度传感器35b设在热介质间热交换器15a与节流装置16a之间。第3温度传感器35c设在热介质间热交换器15b与第2制冷剂流路切换装置18b之间。第3温度传感器35d设在热介质间热交换器15b与节流装置16b之间。
与第3温度传感器35d的设置位置同样地,第1压力传感器36b设在热介质间热交换器15b与节流装置16b之间,检测在热介质间热交换器15b和节流装置16b之间流动的热源侧制冷剂的压力。与第3温度传感器35a的设置位置同样地,第1压力传感器36a设在热介质间热交换器15a与第2制冷剂流路切换装置18a之间,检测在热介质间热交换器15a与第2制冷剂流路切换装置18a之间流动的热源侧制冷剂的压力。
另外,未图示的控制装置由微机等构成,分别设置于各单元、即各室外机1和热介质转换机3,根据各种检测机构的检测信息和来自遥控器的指示,与室外机1连接的控制装置控制压缩机10的驱动频率、送风机的转速(包括接通/断开)、第1制冷剂流路切换装置11的切换等,与热介质转换机3连接的控制装置控制泵21的驱动、节流装置16的开度、开闭装置17的开闭、第2制冷剂流路切换装置18的切换、第1热介质流路切换装置22的切换、第2热介质流路切换装置23的切换、以及热介质流量调整装置25的驱动等,执行后述的各运转模式。
使热介质导通的配管5由与热介质间热交换器15a连接的配管和与热介质间热交换器15b连接的配管构成。配管5与热介质转换机3所连接的室内机的台数对应地分支(这里是四个分支)。配管5在第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23连接。通过控制第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23,来决定是使来自于热介质间热交换器15a的热介质流入利用侧热交换器26、还是使来自于热介质间热交换器15b的热介质流入利用侧热交换器26。
在空调装置100中,用制冷剂配管4连接压缩机10、第1制冷剂流路切换装置11、热源侧热交换器12、开闭装置17、第2制冷剂流路切换装置18、热介质间热交换器15a的制冷剂流路、节流装置16和储液器19,构成了制冷剂循环回路A。另外,用配管5连接热介质间热交换器15的热介质流路、泵21、第1热介质流路切换装置22、热介质流量调整装置25、利用侧热交换器26和第2热介质流路切换装置23,构成了热介质循环回路B。即,多台利用侧热交换器26并列地连接于各热介质间热交换器15,将热介质循环回路B形成为多***。
因此,在空调装置100中,室外机1和热介质转换机3,经由设置于热介质转换机3的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b连接;热介质转换机3和室内机2,也经由热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b连接。即,在空调装置100中,在制冷剂循环回路A中循环的热源侧制冷剂和在热介质循环回路B中循环的热介质,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b进行热交换。
在此,详细说明高低压旁通配管41、旁通节流装置42、制冷剂间热交换器43、第2压力传感37、第3压力传感器38、第4温度传感器32和第5温度传感器33。图4是表示空调装置100的热源侧制冷剂的状态的ph线图(压力(纵轴)-焓(横轴)线图)。图5是图4所示的压力P1下的两种混合制冷剂的气液平衡线图。图6是表示空调装置100所执行的循环组成检测的处理的流程的流程图。图7是表示空调装置100的热源侧制冷剂的另一状态的ph线图。
首先,说明被封入制冷剂配管4内并且在制冷剂循环回路A中循环的热源侧制冷剂。在空调装置100中,作为在制冷剂循环回路A中循环的热源侧制冷剂,例如使用含有以化学式C3H2F4表示的四氟丙烯(HFO-1234yf或HFO-1234ze)和以化学式CH2F2表示的二氟甲烷(R32)的混合制冷剂。
四氟丙烯在化学式中有双键结合,具有容易在大气中分解、地球温暖化系数(GWP)低(例如GWP为4~6)的特性,对环境温和。但是,由于四氟丙烯与已往的R410A等制冷剂相比密度小,所以,在单独作为制冷剂使用时,为了发挥大的制热能力、制冷能力,压缩机必须非常大。另外,为了防止制冷剂配管的压力损失增大,制冷剂配管也必须加粗。也就是说,导致空调装置的成本增高。
与之相对地,R32接近已往的制冷剂(例如R410A等)的特性,是比较容易使用的制冷剂。但是,R32的GWP是675,虽然比R410A的GWP2088等小,但是单独使用时仍缺少对环境的顾及。
为此,在空调装置100中,在四氟丙烯(HFO-1234yf或HFO-1234ze)中混合R32而使用。这样,不使GWP过大而可改善制冷剂的特性,可以得到对地球环境也温和且效率高的空调装置。另外,作为四氟丙烯与R32的混合比例,只要是按质量%比混合成例如70%比30%等地使用即可,但是,并不限定于该混合比例。另外,也可以将四氟丙烯和R32以外的制冷剂混合。
注意到,HFO-1234yf的沸点是-29℃,R32的沸点是-53.2℃,两者是沸点不同的非共沸制冷剂,所以,由于储液器19等液体储存装置的存在等,在制冷剂循环回路A内循环的制冷剂的组成比例(下面称为循环组成)时刻变化。由于非共沸制冷剂的沸点不相同,所以,描绘ph线图时,如图4所示,同一压力下的饱和液体温度和饱和气体温度不相同。即,如图4所示,将R32混合到四氟丙烯时,压力P1下的饱和液体温度TL1和饱和气体温度TG1不相等,饱和气体温度TG1比饱和液体温度TL1高,ph线图的两相区域中的等温线是倾斜的。
如果改变混合的制冷剂的比例,ph线图将不同,温度梯度变化。例如,HFO-1234yf和R32的混合比例是70%比30%时,温度梯度在高压侧是5.5℃、在低压侧是7℃左右这样相当大的温度梯度。另外,50%比50%时,温度梯度在高压侧是2.3℃、在低压侧是2.8℃左右这样并不大的温度梯度。即,如果不具有检测制冷剂的循环组成的功能,就不能求出冷冻循环(制冷剂循环回路A)内的运转压力下的饱和液体温度、饱和气体温度。
接着,说明空调装置100所执行的热源侧制冷剂的循环组成检测。空调装置100,在室外机1具有可测定冷冻循环内的制冷剂循环组成的循环组成检测机构40。该循环组成检测机构40由高低压旁通配管41、旁通节流装置42、制冷剂间热交换器43、第4温度传感器32、第5温度传感器33、第2压力传感器37和第3压力传感器38构成。即,循环组成检测机构40由将压缩机10的排出侧和吸入侧用高低压旁通配管41连接的回路、检测该回路的规定位置的温度的第4温度传感器32及第5温度传感器33、以及检测该回路的规定位置的压力的第2压力传感器37及第3压力传感器38构成。
用图5~图7,具体说明空调装置100所执行的热源侧制冷剂的循环组成检测。这里,考虑将两种制冷剂(HFO-1234yf、R32)混合使用作为热源侧制冷剂的情况。图5中,两条实线分别表示气体制冷剂冷凝液化时的饱和气体线即露点曲线(线(a))、和液体制冷剂蒸发气化时的饱和液体线即沸点曲线(线(b))。另外,一条虚线表示干度X(线(c))。图5中,纵轴表示温度,横轴表示R32的循环组成比例。
在空调装置100中,控制装置开始处理,由此执行热源侧制冷剂的循环组成检测(ST1)。首先,第2压力传感器37检测出的高压侧压力PH、第4温度传感器32检测出的高压侧温度TH、第3压力传感器38检测出的低压侧压力PL、第5温度传感器33检测出的低压侧温度TL,被输入到控制装置(ST2)。然后,控制装置将在冷冻循环内循环的两种成分的制冷剂的循环组成分别假定为α1、α2(ST3)。
如果制冷剂的成分已确定,就可以根据制冷剂的压力和温度计算出制冷剂的焓,所以,控制装置根据高压侧压力PH和高压侧温度TH,求出旁通节流装置42的入口侧的制冷剂的焓hH(ST4,图7所示的A点)。接着,由于旁通节流装置42中的制冷剂膨胀时,制冷剂的焓不变化,所以,控制装置根据低压侧压力PL和焓hH,用下式(1)求出旁通节流装置42的出口侧的两相制冷剂的干度X(ST5,图7所示的点B)。
式(1)
X=(hH-hb)/(hd-hb
式中,hb是低压侧压力PL下的饱和液体焓,hd是低压侧压力PL下的饱和气体焓。
然后,控制装置根据低压侧压力PL下的饱和气体温度TLG和饱和液体温度TLL,用下式(2)求出干度X下的制冷剂的温度TL′(ST6)。
式(2)
TL′=TLL×(1-X)+TLG×X
控制装置判断算出的TL′是否与测定的低压侧温度TL相等(ST7)。如果不相等(ST7;不相等),控制装置修正假设的两种成分的制冷剂的循环组成α1、α2(ST8),反复进行从ST4开始的处理。另一方面,如果判断为大致相等(ST7;大致相等),则控制装置认为循环组成已求出,结束处理(ST9)。经过上述处理,可以求出两种成分系的非共沸混合制冷剂的循环组成。
另外,如图4所示,在饱和液体线左侧的过冷却液体区域,等温线在ph线图上成为大致垂直时,由于只用第4温度传感器32的高压侧温度TH就可以计算焓hH,所以第2压力传感器37不是必需的,没有也没有问题。
另外,即使是三种成分系的非共沸混合制冷剂,对于其中的两种成分的比例,相互关系成立,所以,若假定两种成分的循环组成,侧可求出另一个成分的循环组成,可用同样的处理方法,求出循环组成。
因此,这里,说明了含有HFO-1234yf和R32的两种成分系的混合制冷剂混合循环的例子,但并不限定于此,也可以是沸点不同的其它的两种成分系的混合制冷剂,还可以是再加入其它成分的三种成分系以上的混合制冷剂,可用同样的方法求出循环组成。
旁通节流装置42可以是开度可变化的电子式膨胀阀,也可以是毛细管那样的节流量固定的装置。另外,制冷剂间热交换器43可以是双重管式的热交换器,但并不限定于此,也可以采用板式热交换器、微通道式热交换器等,只要能进行高压制冷剂和低压制冷剂的热交换,可以是任意形式的装置。图3中,表示了第3压力传感器38设置在储液器19与第1制冷剂流路切换装置11间的流路的情况,但并不限定于此,只要是设置于压缩机10与储液器19之间的流路等能测定压缩机10的低压侧压力的位置,则可以设置在任何位置。另外,第2压力传感器37也不限定于图示的位置,只要是能测定压缩机10的高压侧压力的位置,则可以设置在任何位置。
这样可以测定制冷剂的循环组成,另外,如果测定压力,则可以计算该压力下的饱和液体温度和饱和气体温度。用饱和液体温度和饱和气体温度,例如求其平均温度,将它作为该压力下的饱和温度,用于压缩机10、旁通节流装置42的控制。另外,饱和温度的计算方法,不仅可以将饱和液体温度和饱和气体温度平均化,另外,由于制冷剂的热传递率因干度的不同而不同,所以,也可以使用将饱和液体温度和饱和气体温度乘上加权系数而求出的加权平均温度等。
另外,如果在低压侧(蒸发侧)测定蒸发器的入口的两相制冷剂的温度并将其假定为饱和液体温度或设定干度下的两相制冷剂温度,则可以将根据循环组成和压力求出饱和液体温度和饱和气体温度的关系式反向运算,从而求出压力、饱和气体温度等。因此,压力传感器不是必需的。但是,由于必须要在测定温度的位置假设饱和液体温度、或者设定干度,所以,还是采用压力传感器可更高精度地求出饱和液体温度、饱和气体温度。
图8是表示本发明实施方式的空调装置(下面称为空调装置100A)的回路构成的另一例的示意回路构成图。基于图8说明将热介质转换机3分成为主热介质转换机3a和子热介质转换机3b时的、空调装置100A的回路构成。如图8所示,热介质转换机3由箱体分开的主热介质转换机3a和子热介质转换机3b构成。通过这样的构造,如图2所示,可以对一个主热介质转换机3a连接多个子热介质转换机3b。
在主热介质转换机3a,设有气液分离器14和节流装置16c。其它的构成部件搭载于子热介质转换机3b。气液分离器14,与室外机1所连接的1根配管4、和子热介质转换机3b的热介质间热交换器15a及热介质间热交换器15b所连接的2根制冷剂配管4连接,将从室外机1供给的热源侧制冷剂分离成为蒸气状制冷剂和液状制冷剂。节流装置16c设在气液分离器14的液状制冷剂流的下游侧,起到减压阀、膨胀阀的作用,将热源侧制冷剂减压而使其膨胀,在制冷制热混合运转时,将节流装置16c的出口控制为中压。节流装置16c可以由开度可变控制的装置、例如电子式膨胀阀等构成。根据该构造,可将多个子热介质转换机3b连接到主热介质转换机3a上。
下面,说明空调装置100执行的各运转模式。该空调装置100,按照来自于各室内机2的指示,可用该室内机2进行制冷运转或制热运转。即,空调装置100,可以用全部的室内机2进行相同的运转,也可以用各室内机2进行不同的运转。另外,对于空调装置100A执行的各运转模式来说是相同的,所以,对空调装置100A执行的各运转模式省略其说明。以下所述的空调装置100也包含了空调装置100A。
空调装置100执行的运转模式包括:驱动着的室内机2全部执行制冷运转的全制冷运转模式、驱动着的室内机2全部执行制热运转的全制热运转模式、制冷制热混合运转模式中制冷负荷比制热负荷大的制冷主体运转模式、和制冷制热混合运转中制热负荷比制冷负荷大的制热主体运转模式。下面,对于各种运转模式,说明热源侧制冷剂和热介质的流动。
[全制冷运转模式]
图9是表示空调装置100在全制冷运转模式时的、制冷剂流动的制冷剂回路图。在该图9中,以只在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b产生冷能负荷的情况为例,说明全制冷运转模式。另外,图9中,粗线所示的配管表示制冷剂(热源侧制冷剂和热介质)流过的配管。另外,图9中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
在图9所示的全制冷运转模式时,在室外机1,切换第1制冷剂流路切换装置11,使得从压缩机10排出的热源侧制冷剂流入热源侧热交换器12。在热介质转换机3,驱动泵21a和泵21b,将热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b开放,将热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭,这样,热介质在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b与利用侧热交换器26a及利用侧热交换器26b之间循环。
首先说明制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂,经由第1制冷剂流路切换装置11,流入热源侧热交换器12。然后,在热源侧热交换器12,一边向室外空气散热一边冷凝液化,成为高压液体制冷剂。从热源侧热交换器12流出的高压液体制冷剂,通过单向阀13a,从室外机1流出,通过制冷剂配管4流入热介质转换机3。流入到热介质转换机3的高压液体制冷剂,经过了开闭装置17a后分支,在节流装置16a和节流装置16b膨胀,成为低温低压的两相制冷剂。
该两相制冷剂分别流入起蒸发器作用的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热,由此一边将热介质冷却一边成为低温低压的气体制冷剂。从热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b流出的气体制冷剂,经由第2制冷剂流路切换装置18a和第2制冷剂流路切换装置18b,从热介质转换机3流出,通过制冷剂配管4再流入室外机1。流入到室外机1的制冷剂,通过单向阀13d,经由第1制冷剂流路切换装置11和储液器19,再次被压缩机10吸入。
在冷冻循环内循环的制冷剂的循环组成由循环组成检测机构40测定。并且,室外机1的控制装置(未图示)和热介质转换机3的控制装置(未图示)通过有线或无线可通信地连接。在室外机1测定的循环组成,利用通信从室外机1的控制装置传送到热介质转换机3的控制装置。另外,室外机1的控制装置和热介质转换机3的控制装置也可以用一个控制装置构成。
利用控制装置控制节流装置16a的开度以使过热度(过热量)成为一定,该过热度是如下获得的:根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第1压力传感器36a,算出饱和液体温度和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出蒸发温度,作为算出的蒸发温度与由第3温度传感器35a检测的温度的温度差而获得过热度。同样地,利用控制装置控制节流装置16b的开度,以使作为由第3温度传感器35c检测的温度与算出的蒸发温度的温度差而获得的过热度成为一定。另外,开闭装置17a是开状态,开闭装置17b是闭状态。
另外,也可以根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第3温度传感器35b,通过将第3温度传感器35b的检测温度假定为饱和液体温度或设定了干度的温度,来计算饱和压力和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出饱和温度,将其用于节流装置16a和节流装置16b的控制。这时,不必设置第1压力传感器36,所以,可以低成本地构成***。
接着,说明热介质循环回路B中的热介质的流动。
在全制冷运转模式中,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方,热源侧制冷剂的冷能传递给热介质,被冷却的热介质在泵21a和泵21b的作用下在配管5内流动。被泵21a和泵21b加压而流出的热介质,通过第2热介质流路切换装置23a和第2热介质流路切换装置23b,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。然后,热介质在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b从室内空气吸热,从而进行室内空间7的制冷。
然后,热介质从利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b流出,流入热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b。这时,在热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b的作用下,热介质的流量被控制为满足室内所需的空调负荷所必需的流量,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。从热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b流出的热介质,通过第1热介质流路切换装置22a和第1热介质流路切换装置22b,流入热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,再次被泵21a和泵21b吸入。
另外,在利用侧热交换器26的配管5内,热介质从第2热介质流路切换装置23经过热介质流量调整装置25流向第1热介质流路切换装置22。另外,通过控制成将第1温度传感器31a检测的温度或者第1温度传感器31b检测的温度与第2温度传感器34检测的温度之差保持为目标值,可以满足室内空间7所需的空调负荷。热介质间热交换器15的出口温度可以使用第1温度传感器31a或第1温度传感器31b中的任何一方的温度,也可以使用它们的平均温度。这时,为了确保通往热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方的流路,第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23被控制为中间的开度。
在执行全制冷运转模式时,由于不必使热介质流向没有热负荷的利用侧热交换器26(包括热休止),所以,用热介质流量调整装置25将流路关闭,使热介质不流向利用侧热交换器26。在图9中,由于在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b中有热负荷,所以使热介质流动,但是,在利用侧热交换器26c和利用侧热交换器26d没有热负荷,所以,将对应的热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭。当从利用侧热交换器26c或利用侧热交换器26d产生了热负荷时,只要将热介质流量调整装置25c或热介质流量调整装置25d开放而使热介质循环即可。
制冷剂是非共沸混合制冷剂,饱和气体温度示出了比同一压力下的饱和液体温度高的温度,因此,起蒸发器作用的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的入口侧温度、即第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度是最低温度。并且,热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b内部的制冷剂温度,随着接近出口逐渐上升。因此,为了防止在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b内与制冷剂进行热交换的热介质冻结,只要控制为第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度不低于热介质的冻结温度即可。如能有效地防止热介质冻结,就可提高安全性。
但是,由于热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b整体进行热交换,所以,应将热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b内的制冷剂的平均温度作为热交换的代表温度来处理,该平均温度是比第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度高的温度。因此,无论运转状态如何,始终用第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度进行防止冻结控制时,不能将制冷剂的温度控制为比第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度低,从而在想要将热介质的温度控制为低温度时,在冷却能力方面必须采取对策。
另一方面,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b中,在起蒸发器作用的状态下,制冷剂的入口侧和热介质的入口侧、制冷剂的出口侧和热介质的出口侧分别对应,进行热交换的制冷剂和热介质成为平行流。这时,热介质以在利用侧热交换器26a、利用侧热交换器26b吸热而被加热了的状态流入热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,所以,热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的入口侧的热介质温度比出口侧的热介质温度高。热介质的温度越高,则与之进行热交换的制冷剂的温度就不会成为更低的温度,从而就不会形成热介质冻结而使热介质流路闭塞的情况。
即,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b中,制冷剂和热介质以平行流进行热交换,在入口侧,温度高的热介质与温度低的制冷剂进行热交换,越接近出口侧,热介质的温度下降而制冷剂的温度上升。因此,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的入口侧,虽然制冷剂的温度低,但是热介质的温度高,难以成为热介质冻结而使热介质流路闭塞的状态,
为此,将大于零的正值作为冻结温度修正值,将从第3温度传感器35b和第3温度传感器35d的检测温度减去冻结温度修正值而得到的值设定为防止冻结温度,预测热介质的冻结发生。当制冷剂的温度低于防止冻结温度时,进行防止冻结控制,则即使在热介质的目标温度低时,也能发挥充分的冷却能力。进行热交换时的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的制冷剂的代表温度是根据循环组成计算出的饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度,所以,通常,将饱和气体温度和饱和液体温度的温度差的约1/2作为冻结温度修正值时,可以最有效地使用热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,从而优选。
但是,当热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的入口侧和出口侧的热介质的温度差小时,必须要用稍高一些的温度进行防止冻结控制,可以将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂的温度差乘以系数、或者将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂温度乘以加权系数而求得的值,作为冻结温度修正值。另外,也可以根据循环组成计算饱和气体温度和饱和液体温度,求出冻结温度修正值;还可以预先将循环组成和冻结修正值建立对应地储存起来。若采用后者,则可以减少计算次数。
防止冻结控制可以使用任意方法,只要是控制为使在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b内流动的热介质的温度上升,成为比热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度高的温度即可。例如,可以使压缩机10的驱动频率降低、或者使压缩机10停止,也可以使节流装置16a和节流装置16b中的至少一个的开度增加。另外,根据相当于第3压力传感器38的检测压力的蒸发温度来控制压缩机10的驱动频率时,可以通过提高蒸发温度目标值来使压缩机10的驱动频率降低。
另外,也可以减小节流装置16a或节流装置16b的开度,将制冷剂流路形成为大致关闭的状态,使制冷剂不流到热介质间热交换器15a或热介质间热交换器15b,从而防止热介质间热交换器15a或热介质间热交换器15b的冻结。另外,也可以使起蒸发器作用的热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b之中的任一方或双方起冷凝器作用,使制冷剂的温度上升,防止冻结。
另外,当热介质是水且流速为零时,热介质的冻结温度、即热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度为0℃,当热介质流速大时,热介质的冻结温度成为更低的温度,低于0℃。
[全制热运转模式]
图10是表示空调装置100在全制热运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。在该图10中,以只在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b产生制热能负荷的情况为例,说明全制热运转模式。另外,在图10中,粗线表示的配管是制冷剂(热源侧制冷剂和热介质)流过的配管。在图10中,实线箭头表示热源侧热介质的流动方向,虚线箭头表示热介质的流动方向。
在图10所示的全制热运转模式时,在室外机1,切换第1制冷剂流路切换装置11,使得从压缩机10排出的热源侧制冷剂不经过热源侧热交换器12,流入热介质转换机3。在热介质转换机3,驱动泵21a和泵21b,将热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b开放,将热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭,这样,热介质在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b与利用侧热交换器26a及利用侧热交换器26b之间循环。
首先说明制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂,通过第1制冷剂流路切换装置11,导通第1连接配管4a,通过单向阀13b,从室外机1流出。从室外机1流出的高温高压的气体制冷剂,通过制冷剂配管4,流入热介质转换机3。流入到热介质转换机3的高温高压的气体制冷剂,分支后通过第2制冷剂流路切换装置18a和第2制冷剂流路切换装置18b,分别流入热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b。
流入到热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b的高温高压的气体制冷剂,一边向在热介质循环回路B中循环的热介质散热一边冷凝液化,成为高压的液体制冷剂。从热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b流出的液体制冷剂,在节流装置16a和节流装置16b膨胀,成为低温低压的两相制冷剂。该两相制冷剂,通过开闭装置17b,从热介质转换机3流出,通过制冷剂配管4,再次流入室外机1。流入到室外机1的制冷剂,通过第2连接配管4b,通过单向阀13c,流入起蒸发器作用的热源侧热交换器12。
流入到热源侧交换器12的热源侧制冷剂,在热源侧热交换器12,从室外空气吸热,成为低温低压的气体制冷剂。从热源侧热交换器12流出的低温低压的气体制冷剂,经由第1制冷剂流路切换装置11和储液器19,再次被压缩机10吸入。
在冷冻循环内循环的制冷剂的循环组成由循环组成检测机构40测定。并且,室外机1的控制装置(未图示)和热介质转换机3的控制装置(未图示),利用有线或无线可通信地连接,在室外机1测定的循环组成,利用通信从室外机1的控制装置传送到热介质转换机3的控制装置。另外,室外机1的控制装置和热介质转换机3的控制装置也可以用一个控制装置构成。
利用控制装置控制节流装置16a的开度以使过冷度(过冷却度)成为一定,该过冷度是如下获得的:根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第1压力传感器36a,算出饱和液体温度和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出冷凝温度,作为算出的冷凝温度与由第3温度传感器35b检测的温度的温度差而获得过冷度。同样地,利用控制装置控制节流装置16b的开度,以使作为算出的冷凝温度与由第3温度传感器35d检测的温度的温度差而获得的过冷度成为一定。另外,开闭装置17a是闭状态,开闭装置17b是开状态。
另外,也可以根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第3温度传感器35b,通过将第3温度传感器35b的检测温度假定为饱和液体温度或设定了干度的温度,来计算饱和压力和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出饱和温度,将其用于节流装置16a和节流装置16b的控制。这时,不必设置第1压力传感器36,所以,可以低成本地构成***。
接着,说明热介质循环回路B中的热介质的流动。
在全制热运转模式中,在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方,热源侧制冷剂的热能传递给热介质,被加热的热介质在泵21a和泵21b的作用下在配管5内流动。被泵21a和泵21b加压而流出的热介质,通过第2热介质流路切换装置23a和第2热介质流路切换装置23b,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。然后,热介质在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b中向室内空气散热,进行室内空间7的制热。
然后,热介质从利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b流出,在热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b。这时,借助热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b的作用下,热介质的流量被控制为满足室内所需的空调负荷所必需的流量,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。从热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b流出的热介质,通过第1热介质流路切换装置22a和第1热介质流路切换装置22b,流入热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b,再次被泵21a和泵21b吸入。
另外,在利用侧热交换器26的配管5内,热介质从第2热介质流路切换装置23经过热介质流量调整装置25流向第1热介质流路切换装置22。另外,通过控制成将第1温度传感器31a检测的温度或者第1温度传感器31b检测的温度与第2温度传感器34检测的温度之差保持为目标值,可以满足室内空间7所需的空调负荷。热介质间热交换器15的出口温度可以使用第1温度传感器31a或第1温度传感器31b的任何一方的温度,也可以使用它们的平均温度。
这时,为了确保通往热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方的流路,第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23被控制为中间的开度。另外,本来,利用侧热交换器26a应当是用其入口和出口的温度差来控制,但是,由于利用侧热交换器26的入口侧的热介质温度与第1温度传感器31b检测的温度几乎相同,所以,通过使用第1温度传感器31b,可以减少温度传感器的数目,可以低成本地构成***。
在执行全制热运转模式时,由于不必使热介质流向没有热负荷的利用侧热交换器26(包括热休止),所以,用热介质流量调整装置25将流路关闭,使热介质不流向利用侧热交换器26。在图10中,由于在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b中有热负荷,所以使热介质流动,但是,在利用侧热交换器26c和利用侧热交换器26d中没有热负荷,所以,将对应的热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭。当从利用侧热交换器26c或利用侧热交换器26d产生了热负荷时,只要将热介质流量调整装置25c或热介质流量调整装置25d开放而使热介质循环即可。
[制冷主体运转模式]
图11是表示空调装置100在制冷主体运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。在该图11中,以在利用侧热交换器26a产生冷能负荷、在利用侧热交换器26b产生热能负荷的情况为例,说明制冷主体运转模式。在图11中,粗线所示的配管是制冷剂(热源侧制冷剂和热介质)循环的配管。另外,在图11中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
在图11所示的制冷主体运转模式时,在室外机1,切换第1制冷剂流路切换装置11,使得从压缩机10排出的热源侧制冷剂流入热源侧热交换器12。在热介质转换机3,驱动泵21a和泵21b,将热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b开放,将热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭,这样,热介质分别在热介质间热交换器15a与利用侧热交换器26a之间、以及在热介质间热交换器15b与利用侧热交换器26b之间循环。
首先说明制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂,经由第1制冷剂流路切换装置11流入热源侧热交换器12。然后,在热源侧热交换器12,一边向室外空气散热一边冷凝,成为两相制冷剂。从热源侧热交换器12流出的两相制冷剂,通过单向阀13a,从室外机1流出,通过制冷剂配管4,流入热介质转换机3。流入到热介质转换机3的两相制冷剂,通过第2制冷剂流路切换装置18b,流入起冷凝器作用的热介质间热交换器15b。
流入到热介质间热交换器15b的两相制冷剂,一边向在热介质循环回路B中循环的热介质散热一边冷凝液化,成为液体制冷剂。从热介质间热交换器15b流出的液体制冷剂,在节流装置16b膨胀,成为低压两相制冷剂。该低压两相制冷剂经由节流装置16a流入起蒸发器作用的热介质间热交换器15a。流入到热介质间热交换器15a的低压两相制冷剂,从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热,由此一边将热介质冷却一边成为低压的气体制冷剂。该气体制冷剂从热介质间热交换器15a流出,经由第2制冷剂流路切换装置18a从热介质转换机3流出,通过制冷剂配管4,再次流入室外机1。流入到室外机1的热源侧制冷剂,通过单向阀13d,经由第1制冷剂流路切换装置11和储液器19,再次被压缩机10吸入。
在冷冻循环内循环的制冷剂的循环组成由循环组成检测机构40测定。并且,室外机1的控制装置(未图示)和热介质转换机3的控制装置(未图示),通过有线或无线可通信地连接,在室外机1测定的循环组成,利用通信从室外机1的控制装置传送到热介质转换机3的控制装置。另外,室外机1的控制装置和热介质转换机3的控制装置也可以用一个控制装置构成。
利用控制装置控制节流装置16b的开度以使过热度(过热量)成为一定,该过热度是如下获得的:根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第1压力传感器36a,算出饱和液体温度和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出蒸发温度,作为由第3温度传感器35a检测的温度与算出的蒸发温度的温度差而获得过热度。另外,节流装置16a是全开状态,开闭装置17a是闭状态,开闭装置17b是闭状态。
另外,利用控制装置控制节流装置16b的开度以使过冷度(过冷却度)成为一定,该过冷度是如下获得的:根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第1压力传感器36a,算出饱和液体温度和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出冷凝温度,作为算出的冷凝温度与由第3温度传感器35d检测的温度的温度差而获得过冷度。另外,也可以将节流装置16b全开,用节流装置16a控制过热度或过冷度。
另外,也可以根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第3温度传感器35b,通过将第3温度传感器35b的检测温度假定为饱和液体温度或设定了干度的温度,来计算饱和压力和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出饱和温度,将其用于节流装置16a或节流装置16b的控制。这时,不必设置第1压力传感器36,可以低成本地构成***。
接着,说明热介质循环回路B中的热介质的流动。
在制冷主体运转模式中,在热介质间热交换器15b,热源侧制冷剂的热能传递给热介质,被加热的热介质在泵21b的作用下在配管5内流动。另外,在制冷主体运转模式中,在热介质间热交换器15a,热源侧制冷剂的冷能传递给热介质,被冷却的热介质在泵21a的作用下在配管5内流动。被泵21a和泵21b加压而流出的热介质,经由第2热介质流路切换装置23a和第2热介质流路切换装置23b,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。
在利用侧热交换器26b,热介质向室内空气散热,从而进行室内空间7的制热。另外,在利用侧热交换器26a,热介质从室内空气吸热,由此进行室内空间7的制冷。这时,在热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b的作用下,热介质的流量被控制为满足室内所需的空调负荷所必需的流量,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。通过了利用侧热交换器26b而温度稍稍降低了的热介质,通过热介质流量调整装置25b和第1热介质流路切换装置22b,流入热介质间热交换器15b,再次被泵21b吸入。通过了利用侧热交换器26a而温度稍稍上升了的热介质,通过热介质流量调整装置25a和第1热介质流路切换装置22a,流入热介质间热交换器15a,再次被泵21a吸入。
在此期间,在第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23的作用下,热的热介质和冷的热介质相互不混合,分别被导入具有热能负荷、冷能负荷的利用侧热交换器26。另外,在利用侧热交换器26的配管5内,在制热侧和制冷侧,热介质都是从第2热介质流路切换装置23经过热介质流量调整装置25流向第1热介质流路切换装置22。另外,通过控制成在制热侧将第1温度传感器31b检测的温度与第2温度传感器34检测的温度之差保持为目标值、在制冷侧将第2温度传感器34检测的温度与第1温度传感器31a检测的温度之差保持为目标值,可以满足室内空间7所需的空调负荷。
在执行制冷主体运转模式时,由于不必使热介质流向没有热负荷的利用侧热交换器26(包括热休止),所以,用热介质流量调整装置25将流路关闭,使热介质不流向利用侧热交换器26。在图11中,由于在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b有热负荷,所以,使热介质流动,但是,在利用侧热交换器26c和利用侧热交换器26d没有热负荷,所以,将对应的热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭。当从利用侧热交换器26c或利用侧热交换器26d产生了热负荷时,只要将热介质流量调整装置25c或热介质流量调整装置25d开放而使热介质循环即可。
制冷剂是非共沸混合制冷剂,饱和气体温度示出了比同一压力下的饱和液体温度高的温度,因此,起蒸发器作用的热介质间热交换器15a的入口侧的温度、即第3温度传感器35b的检测温度是最低温度。并且,热介质间热交换器15a内部的制冷剂温度,随着接近出口逐渐上升。因此,为了防止在热介质间热交换器15a内与制冷剂进行热交换的热介质冻结,只要控制为第3温度传感器35b的检测温度不低于热介质的冻结温度即可。如能有效地防止热介质的冻结,就可提高安全性。
但是,由于热介质间热交换器15a整体进行热交换,所以,应将热介质间热交换器15a内的制冷剂的平均温度作为热交换的代表温度来处理,该平均温度是比第3温度传感器35b的检测温度高的温度。因此,无论运转状态如何,始终用第3温度传感器35b的检测温度进行防止冻结控制时,不能将制冷剂的温度控制成为低于第3温度传感器35b的检测温度,从而在想要将热介质的温度控制为低温度时,在冷却能力方面必须采取对策。
另一方面,在热介质间热交换器15a中,在起蒸发器作用的状态下,制冷剂的入口侧和热介质的入口侧、制冷剂的出口侧和热介质的出口侧分别对应,进行热交换的制冷剂和热介质成为平行流。这时,热介质以在利用侧热交换器26a吸热而被加热了的状态流入热介质间热交换器15a,所以,热介质间热交换器15a的入口侧的热介质温度比出口侧的热介质温度高。热介质的温度越高,则与之进行热交换的制冷剂的温度就不会成为更低的温度,从而就不会形成热介质冻结而使热介质流路闭塞的状况。
即,在热介质间热交换器15a中,制冷剂和热介质以平行流进行热交换,在入口侧,温度高的热介质与温度低的制冷剂进行热交换,越接近出口侧,热介质的温度下降而制冷剂的温度上升。因此,在热介质间热交换器15a的入口侧,虽然制冷剂的温度低,但是热介质的温度高,难以成为热介质冻结而使热介质流路闭塞的状态,
为此,将大于零的正值作为冻结温度修正值,将从第3温度传感器35b的检测温度减去冻结温度修正值而得到的值设定为防止冻结温度,预测热介质的冻结发生。当制冷剂的温度低于防止冻结温度时,进行防止冻结控制,则即使在热介质的目标温度低时,也能发挥充分的冷却能力。进行热交换时的热介质间热交换器15a的制冷剂的代表温度是根据循环组成计算出的饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度,所以,通常,将饱和气体温度和饱和液体温度的温度差的约1/2作为冻结温度修正值时,可以最有效地使用热介质间热交换器15a,从而优选。
但是,当热介质间热交换器15a的入口侧和出口侧的热介质的温度差小时,必须要用稍高一些的温度进行防止冻结控制,可以将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂温度的温度差乘以系数、或者将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂温度乘以加权系数而求得的值,作为冻结温度修正值。另外,也可以根据循环组成计算饱和气体温度和饱和液体温度,求出冻结温度修正值;还可以预先将循环组成和冻结温度修正值建立对应地储存起来。若采用后者,则可以减少计算次数。
防止冻结控制可以使用任意方法,只要控制为使在热介质间热交换器15a内流动的热介质的温度上升,成为比热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度高的温度即可。例如,可以使压缩机10的驱动频率降低、或者使压缩机10停止,也可以使节流装置16a的开度增加。另外,根据相当于第3压力传感器38的检测压力的蒸发温度来控制压缩机10的驱动频率时,可以通过提高蒸发温度目标值来使压缩机10的驱动频率降低。
另外,也可以减小节流装置16a的开度,将制冷剂流路形成为大致关闭的状态,使制冷剂不流到热介质间热交换器15a,防止热介质间热交换器15a的冻结。另外,也可以使起蒸发器作用的热介质间热交换器15a起冷凝器作用,使制冷剂的温度上升,防止冻结。
另外,当热介质是水且流速为零时,热介质的冻结温度即热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度为0℃,当热介质流速大时,热介质的冻结温度成为更低的温度,低于0℃。
[制热主体运转模式]
图12是表示空调装置100在制热主体运转模式时的制冷剂流动的制冷剂回路图。在该图12中,以在利用侧热交换器26a产生热能负荷、在利用侧热交换器26b产生冷能负荷的情况为例,说明制热主体运转模式。在图12中,粗线所示的配管是制冷剂(热源侧制冷剂和热介质)循环的配管。另外,在图12中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
在图12所示的制热主体运转模式时,在室外机1,切换第1制冷剂流路切换装置11,使得从压缩机10排出的热源侧制冷剂不经过热源侧热交换器12就流入热介质转换机3。在热介质转换机3,驱动泵21a和泵21b,将热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b开放,将热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭,热介质分别在热介质间热交换器15a与利用侧热交换器26b之间、以及在热介质间热交换器15a与利用侧热交换器26b之间循环。
首先说明制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂,通过第1制冷剂流路切换装置11,导通第1连接配管4a,通过单向阀13b,从室外机1流出。从室外机1流出的高温高压的气体制冷剂,通过制冷剂配管4,流入热介质转换机3。流入到热介质转换机3的高温高压的气体制冷剂,通过第2制冷剂流路切换装置18b,流入起冷凝器作用的热介质间热交换器15b。
流入到热介质间热交换器15b的气体制冷剂,一边向在热介质循环回路B中循环的热介质散热一边冷凝液化,成为液体制冷剂。从热介质间热交换器15b流出的液体制冷剂,在节流装置16b膨胀,成为低压两相制冷剂。该低压两相制冷剂,经由节流装置16a,流入起蒸发器作用的热介质间热交换器15a。流入到热介质间热交换器15a的低压两相制冷剂,从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热而蒸发,将热介质冷却。该低压两相制冷剂,从热介质间热交换器15a流出,经由第2制冷剂流路切换装置18a,从热介质转换机3流出,通过制冷剂配管4,再次流入到室外机1。
流入到室外机1的热源侧制冷剂,通过单向阀13c,流入起蒸发器作用的热源侧热交换器12。流入到热源侧热交换器12的制冷剂,在热源侧热交换器12从室外空气吸热,成为低温低压的气体制冷剂。从热源侧热交换器12流出的低温低压的气体制冷剂,经由第1制冷剂流路切换装置11和储液器19,再次被压缩机10吸入。
在冷冻循环内循环的制冷剂的循环组成由循环组成检测机构40测定。室外机1的控制装置(未图示)和热介质转换机3的控制装置(未图示),利用有线或无线可通信地连接,在室外机1测定的循环组成,利用通信从室外机1的控制装置传送到热介质转换机3的控制装置。另外,室外机1的控制装置和热介质转换机3的控制装置也可以用一个控制装置构成。
节流装置16b被控制开度以使过冷度(过冷却度)成为一定,该过冷度是如下获得的:根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第1压力传感器36b,算出饱和液体温度和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出冷凝温度,作为算出的冷凝温度与由第3温度传感器35b检测的温度的温度差而获得过冷度。另外,节流装置16a是全开状态,开闭装置17a是闭状态,开闭装置17b是闭状态。另外,也可以将节流装置16b全开,用节流装置16a控制过冷度。
另外,也可以根据从室外机1利用通信传送来的循环组成和第3温度传感器35b,通过将第3温度传感器35b的检测温度假定为饱和液体温度或设定了干度的温度,来计算饱和压力和饱和气体温度,作为饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度求出饱和温度,将其用于节流装置16a或节流装置16b的控制。这时,不必设置第1压力传感器36,所以,可以低成本地构成***。
接着,说明热介质循环回路B中的热介质的流动。
在制热主体运转模式中,在热介质间热交换器15b,热源侧制冷剂的热能传递给热介质,被加热的热介质在泵21b的作用下在配管5内流动。另外,在制热主体运转模式中,在热介质间热交换器15a,热源侧制冷剂的冷能传递给热介质,被冷却的热介质在泵21a的作用下在配管5内流动。被泵21a和泵21b加压而流出的热介质,经由第2热介质流路切换装置23a和第2热介质流路切换装置23b,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。
在利用侧热交换器26b,热介质从室内空气吸热,从而进行室内空间7的制冷。另外,在利用侧热交换器26a,热介质向室内空气散热,从而进行室内空间7的制热。这时,在热介质流量调整装置25a和热介质流量调整装置25b的作用下,热介质的流量被控制为满足室内所需的空调负荷所必需的流量,流入利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b。通过了利用侧热交换器26b而温度稍稍上升了的热介质,通过热介质流量调整装置25b和第1热介质流路切换装置22b,流入热介质间热交换器15a,再次被泵21a吸入。通过了利用侧热交换器26a而温度稍稍降低了的热介质,通过热介质流量调整装置25a和第1热介质流路切换装置22a,流入热介质间热交换器15b,再次被泵21a吸入。
在此期间,在第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23的作用下,热的热介质和冷的热介质相互不混合,分别被导入具有热能负荷、冷能负荷的利用侧热交换器26。另外,在利用侧热交换器26的配管5内,在制热侧和制冷侧,热介质都是从第2热介质流路切换装置23经过热介质流量调整装置25流向第1热介质流路切换装置22。另外,通过控制成在制热侧将第1温度传感器31b检测的温度与第2温度传感器34检测的温度之差保持为目标值、在制冷侧将第2温度传感器34检测的温度与第1温度传感器31a检测的温度之差保持为目标值,可以满足室内空间7所需的空调负荷。
在执行制热主体运转模式时,由于不必使热介质流向没有热负荷的利用侧热交换器26(包括热休止),所以,用热介质流量调整装置25将流路关闭,使热介质不流向利用侧热交换器26。在图12中,由于在利用侧热交换器26a和利用侧热交换器26b有热负荷,所以,使热介质流动,但是,在利用侧热交换器26c和利用侧热交换器26d没有热负荷,所以,将对应的热介质流量调整装置25c和热介质流量调整装置25d全闭。当从利用侧热交换器26c或利用侧热交换器26d产生了热负荷时,只要将热介质流量调整装置25c或热介质流量调整装置25d开放而使热介质循环即可。
制冷剂是非共沸混合制冷剂,饱和气体温度示出了比同一压力下的饱和液体温度高的温度,因此,起蒸发器作用的热介质间热交换器15a的入口侧的温度、即第3温度传感器35b的检测温度是最低温度。并且,热介质间热交换器15a内部的制冷剂温度,随着接近出口逐渐上升。因此,为了防止在热介质间热交换器15a内与制冷剂进行热交换的热介质冻结,只要控制为第3温度传感器35b的检测温度不低于热介质的冻结温度即可。如能有效地防止热介质冻结,就可提高安全性。
但是,由于热介质间热交换器15a整体进行热交换,所以,应将热介质间热交换器15a内的制冷剂的平均温度作为热交换的代表温度,该平均温度是比第3温度传感器35b的检测温度高的温度。因此,无论运转状态如何,始终用第3温度传感器35b的检测温度进行防止冻结控制时,不能将制冷剂的温度控制成为低于第3温度传感器35b的检测温度,从而在想要将热介质的温度控制为低温度时,在冷却能力方面必须采取对策。
另一方面,在热介质间热交换器15a中,在起蒸发器作用的状态下,制冷剂的入口侧和热介质的入口侧、制冷剂的出口侧和热介质的入口侧分别对应,进行热交换的制冷剂和热介质成为平行流。这时,热介质以在利用侧热交换器26b吸热而被加热了的状态流入热介质间热交换器15a,所以,热介质间热交换器15a的入口侧的热介质温度比出口侧的热介质温度高。热介质的温度越高,则与之进行热交换的制冷剂的温度不会成为更低的温度,从而就不会形成热介质冻结而使热介质流路闭塞的状况。
即,在热介质间热交换器15a中,制冷剂和热介质以平行流进行热交换,在入口侧,温度高的热介质与温度低的制冷剂进行热交换,越接近出口侧,热介质的温度下降而制冷剂的温度上升。因此,在热介质间热交换器15a的入口侧,虽然制冷剂的温度低,但是热介质的温度高,难以成为热介质冻结而使热介质流路闭塞的状态,
为此,将大于零的正值作为冻结温度修正值,将从第3温度传感器35b的检测温度减去冻结温度修正值而得到的值设定为防止冻结温度,预测热介质的冻结发生。当制冷剂的温度低于防止冻结温度时,进行防止冻结控制,则即使在热介质的目标温度低时,也能发挥充分的冷却能力。进行热交换时的热介质间热交换器15a的制冷剂的代表温度是根据循环组成计算出的饱和液体温度和饱和气体温度的平均温度,所以,通常,将饱和气体温度和饱和液体温度的温度差的约1/2作为冻结温度修正值时,可以最有效地使用热介质间热交换器15a,从而优选。
但是,当热介质间热交换器15a的入口侧和出口侧的热介质的温度差小时,必须要用稍高一些的温度进行防止冻结控制,可以将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂温度的温度差乘以系数、或者将饱和气体制冷剂温度和饱和液体制冷剂温度乘以加权系数而求得的值,作为冻结温度修正值。另外,也可以根据循环组成计算饱和气体温度和饱和液体温度,求出冻结温度修正值;还可以预先将循环组成和冻结温度修正值建立对应地储存起来。若采用后者,则可以减少计算次数。
防止冻结控制可以使用任意方法,只要控制为使在热介质间热交换器15a内流动的热介质的温度上升,成为比热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度高的温度即可。例如,也可以使压缩机10的驱动频率降低、或者使压缩机10停止,也可以使节流装置16a的开度增加。另外,根据相当于第3压力传感器38的检测压力的蒸发温度来控制压缩机10的驱动频率时,可以通过提高蒸发温度目标值来使压缩机10的驱动频率降低。
另外,也可以减小节流装置16a的开度,将制冷剂流路形成为大致关闭的状态,使制冷剂不流到热介质间热交换器15a,防止热介质间热交换器15a的冻结。另外,也可以使起蒸发器作用的热介质间热交换器15a起冷凝器作用,使制冷剂的温度上升,防止冻结。
另外,当热介质是水且流速为零时,热介质的冻结温度即热介质冻结而使热介质流路闭塞的温度为0℃,当热介质流速大时,热介质的冻结温度成为更低的温度,低于0℃。
[制冷剂配管4]
如上所述,本实施方式的空调装置100具备几种运转模式。在这些运转模式中,热源侧制冷剂在连接室外机1和热介质转换机3的配管4中流动。
[配管5]
在本实施方式的空调装置100执行的几种运转模式中,水、防冻液等热介质在连接热介质转换机3和室内机2的配管5中流动。
另外,以如下情况为例进行了说明:第1压力传感器36a设置于在制冷制热混合运转模式中作为制冷侧作用的热介质间热交换器15a与第2制冷剂流路切换装置18a之间的流路;第1压力传感器36b设置于在制冷制热混合运转模式中作为制热侧作用的热介质间热交换器15b与节流装置16b之间的流路。若第1压力传感器36设置在该位置,则即使在热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b有压力损失,也能高精度地算出饱和温度。
但是,由于冷凝侧的压力损失小,所以,也可以将第1压力传感器36b设置在热介质间热交换器15b与节流装置16b之间的流路,计算精度也不会变得那么差。另外,蒸发器的压力损失虽然比较大,但是,当使用压力损失的量可推测或压力损失小的热介质间热交换器等时,也可以将第1压力传感器36a设置在热介质间热交换器15a与第2制冷剂流路切换装置18a之间的流路。
在空调装置100中,在利用侧热交换器26只产生制热负荷或制冷负荷时,将对应的第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23形成为中间的开度,使热介质流向热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方。这样,可将热介质间热交换器15a和热介质间热交换器15b双方用于制热运转或制冷运转,所以,传热面积增大,可进行更高效的制热运转或制冷运转。
另外,在利用侧热交换器26同时产生制热负荷和制冷负荷时,将与进行制热运转的利用侧热交换器26对应的第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23,切换到与加热用的热介质间热交换器15b连接的流路上;将与进行制冷运转的利用侧热交换器26对应的第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23,切换到与冷却用的热介质间热交换器15a连接的流路上,这样,在各室内机,可自由地进行制热运转、制冷运转。
另外,本实施方式中说明的第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23只要能切换流路即可,可以是三通阀等的切换三向流路的装置、将两个开闭阀等的进行双向流路开闭的阀组合而成的装置等。另外,还可以使用步进马达驱动式混合阀等的使三向流路流量变化的装置、将两个电子式膨胀阀等的使双向流路流量变化的阀组合而成的装置等,作为第1热介质流路切换装置22和第2热介质流路切换装置23。这时,可以防止流路突然开闭引起的水锤。另外,在本实施方式中,以热介质流量调整装置25是二通阀为例进行了说明,但是还可以作为具有三向流路的控制阀而与旁通利用侧热交换器26的旁通管一起设置。
另外,热介质流量调整装置25可以使用步进马达驱动式来控制流过流路的流量,还可以是将二通阀、三通阀的一端封闭的装置。另外,也可以使用开闭阀等的进行双向流路开闭的装置作为热介质流量调整装置25,通过反复打开/关闭操作,控制平均的流量。
另外,示出了第2制冷剂流路切换装置18是四通阀,但是并不限定于此,也可以使用多个双向流路切换阀、三向流路切换阀,以同样的方式使制冷剂流过。
本实施方式的空调装置100,说明了可以制冷制热混合运转的情况,但并不限定于此。还可以是热介质间热交换器15和节流装置16各设置一个,将多个利用侧热交换器26和热介质流量调整装置25并排地与它们连接,只进行制冷运转或制热运转中的一个的构造,也具有同样效果。
另外,只连接一个利用侧热交换器26和一个热介质流量调整装置25时也同样可以成立,这是不言而喻的,进而,作为热介质间热交换器15和节流装置16,即使设置了多个进行相同动作的装置自然也没有问题。另外,以热介质流量调整装置25内置于热介质转换机3内的情况为例进行了说明,但并不限定于此,也可以内置于室内机2内,也可以与热介质转换机3和室内机2分开地构成。
作为热介质,例如可以使用载冷剂(防冻液)、水、载冷剂和水的混合液、水和防蚀效果高的添加剂的混合液等。因此,在空调装置100中,即使热介质通过室内机2泄漏到室内空间7内,由于使用安全性高的热介质,因此可提高安全性。
在本实施方式中,说明了空调装置100中有储液器19的例子,但是也可以不设置储液器19。另外,通常,在热源侧热交换器12和利用侧热交换器26安装送风机并利用送风来促进冷凝或蒸发的情况居多,但并不限定于此。例如,作为利用侧热交换器26,也可以采用利用放射的板式加热器那样的热交换器;作为热源侧热交换器12,也可以采用利用水、防冻液使热能移动的水冷式热交换器,即,作为热源侧热交换器12和利用侧热交换器26,只要是能够散热或吸热的构造,不限种类,都可以采用。
在本实施方式中,说明了有四个利用侧热交换器26的情况,但其个数并不特别限定。另外,以热介质间热交换器15a、热介质间热交换器15b这两个的情况为例进行了说明,但当然也并不限定于此,只要是能将热介质冷却或/和加热的构造,则可设置几个。另外,泵21a、泵21b并不限定于各设有一个,也可以将多个小容量的泵并排设置。
如上所述,本实施方式的空调装置100,不使热源侧制冷剂循环到室内机2或室内机2的附近,不仅提高了安全性,而且有效地防止热介质的冻结,可执行安全性高的运转,能切实地提高能量效率。另外,空调装置100可缩短配管5,所以,可实现节能化。另外,空调装置100可减少室外机1与热介质转换机3或室内机2的连接配管(制冷剂配管4、配管5),所以,可提高施工性。
附图标记的说明
1…室外机,2…室内机,2a…室内机,2b…室内机,2c…室内机,2d…室内机,3热介质转换机,3a…主热介质转换机,3b…子热介质转换机,4…制冷剂配管,4a…第1连接配管,4b…第2连接配管,5…配管,6…室外空间,7…室内空间,8…空间,9…建筑物,10…压缩机,11…第1制冷剂流路切换装置,12…热源侧热交换器,13a…单向阀,13b…单向阀,13c…单向阀,13d…单向阀,14…气液分离器,15…热介质间热交换器,15a…热介质间热交换器,15b…热介质间热交换器,16…节流装置,16a…节流装置,16b…节流装置,16c…节流装置,17…开闭装置,17a…开闭装置,17b…开闭装置,18…第2制冷剂流路切换装置,18a…第2制冷剂流路切换装置,18b…第2制冷剂流路切换装置,19…储液器,21…泵,21a…泵,21b…泵,22…第1热介质流路切换装置,22a…第1热介质流路切换装置,22b…第1热介质流路切换装置,22c…第1热介质流路切换装置,22d…第1热介质流路切换装置,23…第2热介质流路切换装置,23a…第2热介质流路切换装置,23b…第2热介质流路切换装置,23c…第2热介质流路切换装置,23d…第2热介质流路切换装置,25…热介质流量调整装置,25a…热介质流量调整装置,25b…热介质流量调整装置,25c…热介质流量调整装置,25d…热介质流量调整装置,26…利用侧热交换器,26a…利用侧热交换器,26b…利用侧热交换器,26c…利用侧热交换器,26d…利用侧热交换器,31…第1温度传感器,31a…第1温度传感器,31b…第1温度传感器,32…第4温度传感器,33…第5温度传感器,34…第2温度传感器,34a…第2温度传感器,34b…第2温度传感器,34c…第2温度传感器,34d…第2温度传感器,35…第3温度传感器,35a…第3温度传感器,35b…第3温度传感器,35c…第3温度传感器,35d…第3温度传感器,36…第1压力传感器,36a…第1压力传感器,36b…第1压力传感器,37…第2压力传感器,38…第3压力传感器,40…循环组成检测机构,41…高低压旁通配管,42…旁通节流装置,43…制冷剂间热交换器,100…空调装置,100A…空调装置,A…制冷剂循环回路,B…热介质循环回路。

Claims (16)

1.一种空调装置,该空调装置包括:
制冷剂循环回路,通过用制冷剂配管来连接压缩机、第1制冷剂流路切换装置、热源侧热交换器、第1节流装置、热介质间热交换器的制冷剂侧流路,使热源侧制冷剂循环;
热介质循环回路,通过用热介质配管来连接泵、利用侧热交换器、上述热介质间热交换器的热介质侧流路,使热介质循环;
在上述热介质间热交换器中,使上述热源侧制冷剂和上述热介质进行热交换,其特征在于,
使用在同一压力条件下的饱和液体制冷剂温度比饱和气体制冷剂温度低的非共沸混合制冷剂,作为上述热源侧制冷剂;
在上述热介质间热交换器的至少一部分起蒸发器作用的情况下,根据从上述热介质间热交换器内的上述制冷剂的蒸发温度减去被设定为大于零的正值的冻结温度修正值后得到的值,预测上述热介质的冻结的发生,执行用于防止上述热介质的冻结的防止冻结控制。
2.如权利要求1所述的空调装置,其特征在于,
用上述制冷剂配管来连接上述压缩机、上述第1制冷剂流路切换装置、上述热源侧热交换器、多个上述第1节流装置、多个上述热介质间热交换器的制冷剂侧流路和多个第2制冷剂流路切换装置,形成上述制冷剂循环回路;
用上述热介质配管来连接上述泵、上述利用侧热交换器、上述多个热介质间热交换器的热介质侧流路和热介质流路切换装置,形成上述热介质循环回路,上述热介质流路切换装置能够选择已冷却的热介质和已加热的热介质中的任一方以使之通向上述利用侧热交换器。
3.如权利要求1或2所述的空调装置,其特征在于,该空调装置包括:
高低压旁通配管,该高低压旁通配管连接上述压缩机的排出侧和吸入侧;
第2节流装置,该第2节流装置设置于上述高低压旁通配管;
制冷剂间热交换器,该制冷剂间热交换器在上述第2节流装置的前后的上述高低压旁通配管之间进行热交换,
使用上述压缩机的吸入侧的低压侧压力、上述第2节流装置的入口侧的高压侧温度、以及上述第2节流装置的出口侧的低压侧温度,来计算在上述制冷剂循环回路中循环的上述热源侧制冷剂的组成比例即循环组成;
根据上述循环组成计算上述热源侧制冷剂的饱和液体制冷剂温度和饱和气体制冷剂温度,据此求出上述冻结温度修正值,或者,预先求出上述冻结温度修正值并与上述循环组成建立对应地储存起来。
4.如权利要求3所述的空调装置,其特征在于,将对上述饱和气体制冷剂温度和上述饱和液体制冷剂温度的温度差乘以系数、或者对上述饱和气体制冷剂温度和上述饱和液体制冷剂温度乘以加权系数而求得的值,作为上述冻结温度修正值。
5.如权利要求3或4所述的空调装置,其特征在于,将上述饱和气体制冷剂温度和上述饱和液体制冷剂温度的温度差的大致1/2的值,作为上述冻结温度修正值。
6.如权利要求3至5中任一项所述的空调装置,其特征在于,根据蒸发温度控制上述压缩机的频率,该蒸发温度利用上述压缩机的吸入侧的低压侧压力和上述循环组成来计算并相当于低压侧压力。
7.如权利要求1至6中任一项所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制以如下方式执行:将在上述热介质间热交换器内流动的上述热源侧制冷剂的温度控制为比上述热介质冻结而使流路闭塞的温度高的温度。
8.如权利要求7所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制通过使上述压缩机的频率降低来执行。
9.如权利要求7所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制通过使上述压缩机停止来执行。
10.如权利要求7所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制通过使上述第1节流装置的开度增加来执行。
11.如权利要求7所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制以如下方式执行:使与起蒸发器作用的上述热介质间热交换器对应的上述第1节流装置的开度成为大致关闭状态,使上述热源侧制冷剂不流入上述热介质间热交换器。
12.如权利要求7所述的空调装置,其特征在于,上述防止冻结控制通过使起蒸发器作用的上述热介质间热交换器中的任一个或全部起冷凝器作用来执行。
13.如权利要求1至12中任一项所述的空调装置,其特征在于,该空调装置包括:
室外机,该室外机容纳上述压缩机、上述第1制冷剂流路切换装置、上述热源侧热交换器;
热介质转换机,该热介质转换机至少容纳上述热介质间热交换器、上述第1节流装置、上述泵;
室内机,该室内机容纳上述利用侧热交换器,上述室外机、上述热介质转换机和上述室内机分开形成并能设置在彼此分离的位置;以及
控制装置,该控制装置与上述室外机、上述热介质转换机、上述室内机分别对应;
上述防止冻结控制以如下方式执行:将相当于上述低压侧压力的蒸发温度的修正值,从与上述热介质转换机对应的控制装置发送给与上述室外机对应的控制装置,使上述室外机中的相当于上述低压侧压力的蒸发温度上升。
14.如权利要求1至13中任一项所述的空调装置,其特征在于,该空调装置包括:
上述热介质间热交换器全部起冷凝器作用的全制热运转模式;
上述热介质间热交换器全部起蒸发器作用的全制冷运转模式;
一部分上述热介质间热交换器起冷凝器作用、一部分上述热介质间热交换器起蒸发器作用的制冷制热运转混合运转模式。
15.如权利要求1至14中任一项所述的空调装置,其特征在于,在正在起上述蒸发器作用的上述热介质间热交换器中,上述制冷剂和上述热介质是平行流。
16.如权利要求1至15中任一项所述的空调装置,其特征在于,使用混合制冷剂作为上述热源侧制冷剂,该混合制冷剂是至少混合了以化学式C3H2F4表示且分子构造中有一个双键结合的制冷剂和以化学式CH2F2表示的制冷剂而成的。
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