JP2013076532A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低負荷時にも熱交換効率の低下が小さい冷凍装置を提供する。
【解決手段】空気調和装置1は、主冷媒回路10と、過冷却用冷媒流路12とを備える。主冷媒回路10は、圧縮機21、高さの違う複数のパスが形成されている室外第1熱交換器23、室内膨張弁41、室内熱交換器42、室外第1熱交換器23と室内膨張弁41との間に配置される第1分流器25、複数のパスの端部と第1分流器25とを結ぶ複数のキャピラリー24、を有している。過冷却用冷媒流路12は、室外第2熱交換器13と、室外第2膨張弁15とを有し、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒を冷却する。室外第1熱交換器23は、室外第2熱交換器13の上方に配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】空気調和装置1は、主冷媒回路10と、過冷却用冷媒流路12とを備える。主冷媒回路10は、圧縮機21、高さの違う複数のパスが形成されている室外第1熱交換器23、室内膨張弁41、室内熱交換器42、室外第1熱交換器23と室内膨張弁41との間に配置される第1分流器25、複数のパスの端部と第1分流器25とを結ぶ複数のキャピラリー24、を有している。過冷却用冷媒流路12は、室外第2熱交換器13と、室外第2膨張弁15とを有し、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒を冷却する。室外第1熱交換器23は、室外第2熱交換器13の上方に配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、冷凍装置に関する。
従来から、インバータで圧縮機の回転数を変えることができる冷凍装置が知られている。この装置では、熱負荷の大きさに応じて圧縮機の回転数を変えることで、低負荷時に冷凍サイクルを流れる冷媒の循環量を減らすことができる。
また、冷凍装置の熱交換器として、特許文献1(特開平10−267469号公報)の図3や図17に示される熱交換器が知られている。この熱交換器では、複数の冷媒流路(以下、パスという)が上下方向に多段に配置され、各パスの一端と分流器との間がキャピラリーチューブと呼ばれる細管(以下、キャピラリーという)で結ばれる。各キャピラリーの長さ等は、各パスの配管圧損(配管の圧力損失の量)を考慮して、各パスを流れる冷媒量に大きな差が出ないように決められることが多い。
上述のように高さの違う複数のパスが多段に配置され、分流器およびキャピラリーによって冷媒の主流路と結ばれる熱交換器、を備えた冷凍装置においては、低負荷時で冷媒循環量が少ないときに、熱交換効率が低下することがある。冷媒循環量が少なくなると、各キャピラリーを通るときの冷媒の圧力損失が小さくなり、各パスのヘッド差による偏流が相対的に大きくなるため、と考えられる。これにより、低負荷時には、特に下部に位置するパスにおいて液冷媒の滞留が起こり、そのパスでの熱交換量が少なくなって全体の熱交換効率が低下したり循環冷媒量の不足が起こったりすることがある。
これに対し、分流器の高さ位置を下げ、低負荷時における熱交換器の各パスでの偏流を抑えるという対策が考えられる。しかし、この対策では、熱交換器を収容するユニットの筐体サイズが大きくなったりユニット内部の機器配置に余計な制約が掛かったりするというデメリットがある。
本発明の課題は、低負荷時にも熱交換効率の低下を抑制できる冷凍装置を提供することにある。
本発明の第1観点に係る冷凍装置は、主冷媒回路と、過冷却用冷媒流路とを備えている。主冷媒回路は、圧縮機、放熱器として働く熱源側第1熱交換器、第1減圧器、および蒸発器として働く利用側熱交換器、を有している。過冷却用冷媒流路は、熱源側第2熱交換器と、熱源側第2熱交換器で冷却された冷媒を減圧する第2減圧器と、を有している。そして、過冷却用冷媒流路は、第2減圧器で減圧した冷媒によって、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒を冷却する。熱源側第1熱交換器には、高さの違う複数の冷媒流路である複数のパスが形成されている。主冷媒回路は、熱源側第1熱交換器と第1減圧器との間に配置される分流器と、複数のパスの端部と分流器とを結ぶ複数のキャピラリーと、をさらに有している。そして、熱源側第1熱交換器は、熱源側第2熱交換器の上方に配置されている。
この冷凍装置では、主冷媒回路において、圧縮機から吐出された冷媒が、熱源側第1熱交換器、第1減圧器、利用側熱交換器を順に流れ、圧縮機に吸入されることで、蒸発器として働く利用側熱交換器が室内空気などの冷却対象を冷やす。また、過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器で冷却され第2減圧器で減圧された冷媒が、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒を冷却することで、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒の過冷却度を大きくする。そして、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置することで、熱源側第1熱交換器の複数のパスと第1減圧器との間に配置される分流器を、比較的低い位置に持ってくることができるようにしている。分流器と熱源側第1熱交換器の複数のパスとは複数のキャピラリーによって結ばれるが、熱源側第1熱交換器が熱源側第2熱交換器の上方に位置しているため、例えば分流器を熱源側第2熱交換器がある高さ位置に配備することが可能である。この場合、低負荷の運転においても、熱源側第1熱交換器の複数のパスのうち最も低い位置にあるパスと分流器とを結ぶキャピラリーにおいて冷媒がヘッド差を乗り越えられずに滞留するといった事象が殆ど起こらなくなり、低負荷時にも熱交換効率の低下が小さくて済むようになる。すなわち、この冷凍装置では、主冷媒回路の熱源側第1熱交換器と過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器とを分け、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置するという構成を採っているため、分流器の高さ位置を下げることが容易となり、低負荷時に熱源側第1熱交換器の低い位置のパスが液封されてしまうような不具合を回避しやすくなる。
また、過冷却用冷媒流路では、専用の第2減圧器で冷媒を減圧するため、熱源側第2熱交換器の入口と出口との差圧を、熱源側第1熱交換器よりも大きくすることができる。したがって、熱源側第2熱交換器における冷媒の滞留も抑制することが可能である。
本発明の第2観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置において、熱源側第1熱交換器の複数のパスの端部のうち最も低い位置にある端部と分流器とを結ぶキャピラリーは、最も高い位置にある部分(以下、最高地点部分という。)とパスの端部との接続部分とのヘッド差が、200mm以下である。
この冷凍装置では、主冷媒回路の熱源側第1熱交換器と過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器とを分け、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置することで、熱源側第1熱交換器の最も低い位置にあるパスの端部と分流器とを結ぶキャピラリーにおいて、最高地点部分とパスの端部との接続部分とのヘッド差を200mm以下にすることができている。これにより、低負荷の運転においても、熱源側第1熱交換器のパスが液封されて熱交換効率が低下するといった事象を抑制することができる。
本発明の第3観点に係る冷凍装置は、第1観点に係る冷凍装置において、分流器は、複数のパスの端部のうち最も低い位置にある端部よりも低い位置、あるいは、同程度の位置に配置されている。
この冷凍装置では、主冷媒回路の熱源側第1熱交換器と過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器とを分け、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置し、分流器の高さ位置を上記のように低い位置に配している。これにより、低負荷の運転においても、熱源側第1熱交換器のパスが液封されて熱交換効率が低下するといった事象を抑制することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置は、第1観点から第3観点のいずれかに係る冷凍装置において、主冷媒回路は、流れる冷媒の向きを変えることで冷房運転と暖房運転とを切りかえる切換機構、をさらに有している。また、本発明の第4観点に係る冷凍装置は、暖房用冷媒流路をさらに備えている。暖房用冷媒流路は、暖房運転のときに、熱源側第1熱交換器の冷媒流入側の主冷媒回路の配管から、熱源側第2熱交換器へと冷媒を流し、冷房運転のときには、熱源側第2熱交換器から主冷媒回路の配管への冷媒の流れを止める。
この冷凍装置では、暖房用冷媒流路によって熱源側第1熱交換器の冷媒流入側の主冷媒回路の配管から熱源側第2熱交換器へと冷媒を流す暖房運転を行うため、熱源側第1熱交換器だけではなく熱源側第2熱交換器も蒸発器として利用できるようになり、暖房運転時の熱交換効率も確保することができる。一方、冷房運転時には、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒の過冷却度を大きくするという過冷却用冷媒流路の機能を確保するために、熱源側第2熱交換器から主冷媒回路の配管への冷媒の流れを止めている。なお、この熱源側第2熱交換器から主冷媒回路の配管への冷媒の流れの遮断は、例えば暖房用冷媒流路に電磁開閉弁を設けたり逆止弁を設けたりすることで実現できる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置は、第1観点から第4観点のいずれかに係る冷凍装置において、熱源側第2熱交換器に形成されている冷媒流路の総容積は、熱源側第1熱交換器に形成されている冷媒流路の総容積の5〜45%である。
この冷凍装置では、上記のように熱源側第2熱交換器の容量を設定することで、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒の過冷却度を適正なレベルにすることができる。
本発明の第6観点に係る冷凍装置は、第1観点から第5観点のいずれかに係る冷凍装置において、熱源側第1熱交換器と、熱源側第2熱交換器とは、ともにクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、フィンを共用している。
この冷凍装置では、主冷媒回路の熱源側第1熱交換器と過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器とを分け、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置しているが、両熱交換器のフィンを共用しているので、1つの熱交換器の幾つかのパスを過冷却用のパスにしている場合に較べて殆どコストアップしない。
本発明の第7観点に係る冷凍装置は、第1観点から第5観点のいずれかに係る冷凍装置において、熱源側第1熱交換器と、熱源側第2熱交換器とは、ともにクロスフィンチューブ型の熱交換器である。そして、熱源側第1熱交換器のフィンと、熱源側第2熱交換器のフィンとは、別々に設けられている。
この冷凍装置では、主冷媒回路の熱源側第1熱交換器と過冷却用冷媒流路の熱源側第2熱交換器とを、フィンを共用することなく別体としているので、それぞれの熱交換器で最適な伝熱管のサイズやフィン形状を選択することができる。
本発明の第8観点に係る冷凍装置は、第1観点から第7観点のいずれかに係る冷凍装置において、第1減圧器および第2減圧器は、それぞれ開度調整が可能な膨張弁である。また、本発明の第8観点に係る冷凍装置は、第1減圧器および第2減圧器の開度調整を行う制御部をさらに備えている。制御部は、放熱器として働く熱源側第2熱交換器を流れる冷媒の流量がゼロあるいは小さくなるように第2減圧器の開度を調整する制御モード、を有している。
この冷凍装置では、上記の制御モードを実行することによって、外気温度が低いときの冷房運転において、熱源側第1熱交換器および熱源側第2熱交換器のトータルの熱交換能力を小さく抑えることができる。低外気時には、高低差圧を確保することが難しくなる傾向があるが、上記の制御モードによって熱源側第2熱交換器を流れる冷媒の流量を抑制することで高低差圧の確保がしやすくなる。言い換えれば、上記の制御モードを使うことで、冷房運転可能な外気温度の範囲の下限値を下げることができるようになる。
本発明の第1観点に係る冷凍装置では、熱源側第1熱交換器を熱源側第2熱交換器の上方に配置するため、分流器の高さ位置を下げることが容易となり、低負荷時にも熱交換効率の低下が小さくて済むようにできる。
本発明の第2観点あるいは第3観点に係る冷凍装置では、低負荷の運転においても、熱源側第1熱交換器のパスが液封されて熱交換効率が低下するといった事象を抑制することができる。
本発明の第4観点に係る冷凍装置では、熱源側第1熱交換器だけではなく熱源側第2熱交換器も蒸発器として利用できるようになり、暖房運転時の熱交換効率も確保することができる。
本発明の第5観点に係る冷凍装置では、熱源側第1熱交換器から利用側熱交換器へと流れる冷媒の過冷却度を適正なレベルにすることができる。
本発明の第6観点に係る冷凍装置では、両熱交換器のフィンを共用しているので、1つの熱交換器の幾つかのパスを過冷却用のパスにしている場合に較べたときのコストアップを抑制できる。
本発明の第7観点に係る冷凍装置では、両熱交換器でフィンを共用していないため、それぞれの熱交換器で最適な伝熱管のサイズを選択することができる。
本発明の第8観点に係る冷凍装置では、冷房運転可能な外気温度の範囲の下限値を下げることができるようになる。
(1)空気調和装置の全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置1の冷媒配管系統を示している。空気調和装置1は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置1は、熱源ユニットとしての室外ユニット2と、利用ユニットとしての複数台(図1では、室内ユニット4aおよび室内ユニット4bの2台)の室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する冷媒連絡管としての第1冷媒連絡管6および第2冷媒連絡管7とを備えている。空気調和装置1の主冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4と、冷媒連絡管6、7とが接続されることによって構成されている。そして、主冷媒回路10内には冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
図1は、本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和装置1の冷媒配管系統を示している。空気調和装置1は、冷媒配管方式の分散型の空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって建物内の各室の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置1は、熱源ユニットとしての室外ユニット2と、利用ユニットとしての複数台(図1では、室内ユニット4aおよび室内ユニット4bの2台)の室内ユニット4と、室外ユニット2と室内ユニット4とを接続する冷媒連絡管としての第1冷媒連絡管6および第2冷媒連絡管7とを備えている。空気調和装置1の主冷媒回路10は、室外ユニット2と、室内ユニット4と、冷媒連絡管6、7とが接続されることによって構成されている。そして、主冷媒回路10内には冷媒が封入されており、後述のように、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、R410A、R407C、R22、R134a、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。
(2)空気調和装置の詳細構成
(2−1)室内ユニット
室内ユニット4は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット4は、冷媒連絡管6、7を介して室外ユニット2に接続されており、主冷媒回路10の一部を構成している。
(2−1)室内ユニット
室内ユニット4は、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により、又は、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。室内ユニット4は、冷媒連絡管6、7を介して室外ユニット2に接続されており、主冷媒回路10の一部を構成している。
次に、室内ユニット4の構成について説明する。なお、室内ユニット4として、図1では室内ユニット4a,4bの2台を示しているが、いずれの室内ユニット4も同様の構成であるため、ここでは、室内ユニット4aの構成のみを説明する。
室内ユニット4aは、主冷媒回路10の一部を構成する室内側主冷媒回路10aを有している。室内側主冷媒回路10aは、主として、減圧器である室内膨張弁41と、利用側熱交換器としての室内熱交換器42とを有している。
室内膨張弁41は、冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室内膨張弁41は、その一端が第1冷媒連絡管6に接続され、その他端が室内熱交換器42に接続されている。
室内熱交換器42は、冷媒の加熱器又は冷却器として機能する熱交換器である。室内熱交換器42は、その一端が室内膨張弁41に接続され、その他端が第2冷媒連絡管7に接続されている。
室内ユニット4aは、ユニット内に室内空気を吸入して、再び室内に供給するための室内ファン43を備えており、室内空気と室内熱交換器42を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。室内ファン43は、室内ファン用モータ43aによって回転駆動される。
また、室内ユニット4aには、各種のセンサが設けられている。具体的には、サーミスタからなる室内液管温度センサ44や室内ガス管温度センサ45が設けられており、室内熱交換器42に近接する冷媒配管の温度を測定する。さらに、室内ユニット4aは、室内ユニット4aを構成する各部の動作を制御する室内制御部46を有している。室内制御部46は、室内ユニット4aの制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4aを個別に操作するためのリモコン(図示せず)との間で制御信号等のやりとりを行ったり、後述する室外ユニット2の室外制御部39との間で伝送線8aを介して制御信号等のやりとりを行ったりする。
(2−2)室外ユニット
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7を介して室内ユニット4a、4bに接続されている。
室外ユニット2は、ビル等の室外に設置されており、第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7を介して室内ユニット4a、4bに接続されている。
次に、室外ユニット2の構成について説明する。室外ユニット2は、主冷媒回路10の一部を構成する室外側主冷媒回路10cと、冷房運転において冷媒の過冷却度を大きくするために用いられる過冷却用冷媒流路12と、暖房運転において用いられる暖房用冷媒流路18と、を有している。室外側主冷媒回路10cは、主として、圧縮機21と、切換機構22と、室外第1熱交換器23と、第1分流器25と、室外第1膨張弁26と、液ガス熱交換器27と、液側閉鎖弁28aと、ガス側閉鎖弁28bと、アキュムレータ29とを有している。過冷却用冷媒流路12は、主として、室外第2熱交換器13と、第2分流器14と、室外第2膨張弁15とを有している。暖房用冷媒流路18は、電磁開閉弁18aを有している。
圧縮機21は、圧縮機用モータ21aによって駆動される密閉式圧縮機である。圧縮機21は、本実施形態において1台のみであるが、これに限定されず、室内ユニット4の接続台数等に応じて、2台以上の圧縮機が並列に接続されていてもよい。
切換機構22は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、室外第1熱交換器23を圧縮機21によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室内熱交換器42を室外第1熱交換器23において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構22は、圧縮機21の吐出側の冷媒配管と室外第1熱交換器23の一端とを接続するとともに、圧縮機吸入側配管29a(アキュムレータ29を含む)とガス側閉鎖弁28bとを接続する(図1の切換機構22の実線を参照)。また、切換機構22は、暖房運転時には、室内熱交換器42を圧縮機21によって圧縮される冷媒の放熱器として機能させ、かつ、室外第1熱交換器23を室内熱交換器42において冷却された冷媒の蒸発器として機能させる。このために、切換機構22は、圧縮機21の吐出側の冷媒配管とガス側閉鎖弁28bとを接続するとともに、圧縮機吸入側配管29aと室外第1熱交換器23の一端とを接続する(図1の切換機構22の破線を参照)。本実施形態において、切換機構22は、圧縮機吸入側配管29a、圧縮機21の吐出側の冷媒配管、室外第1熱交換器23およびガス側閉鎖弁28bに接続された四路切換弁である。なお、切換機構22は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様の冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
室外第1熱交換器23は、冷媒の放熱器又は蒸発器(加熱器)として機能する熱交換器である。室外第1熱交換器23は、その一端が切換機構22に接続されており、その他端が第1分流器25を介して室外第1膨張弁26に接続されている。室外第1熱交換器23は、室外第2熱交換器13とガス冷媒ヘッダ19を共有しているが、詳細構成については後述する。
室外ユニット2は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン30を有している。室外ファン30は、室外空気と室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。なお、室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13の熱源は、室外空気に限定されるものではなく、水などの別の熱媒体であってもよい。
室外第1膨張弁26は、主冷媒回路10において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第1膨張弁26は、その一端が室外第1熱交換器23に接続され、その他端が液ガス熱交換器27を介して液側閉鎖弁28aに接続されている。
液側閉鎖弁28aは、室外ユニット2と室内ユニット4との間で冷媒をやりとりするための第1冷媒連絡管6が接続される弁であり、室外第1膨張弁26に接続されている。ガス側閉鎖弁28bは、室外ユニット2と室内ユニット4との間で冷媒をやりとりするための第2冷媒連絡管7が接続される弁であり、切換機構22に接続されている。ここで、液側閉鎖弁28aおよびガス側閉鎖弁28bは、サービスポートを備えた3方弁である。
アキュムレータ29は、切換機構22と圧縮機21との間の圧縮機吸入側配管29aに配置されている。
過冷却用冷媒流路12に配備される室外第2熱交換器13は、後述するように、冷房運転におけるガス冷媒流入側のガス冷媒ヘッダ19を、室外第1熱交換器23と共用している。室外第2熱交換器13は、冷媒の放熱器又は蒸発器(加熱器)として機能する熱交換器で、その一端が切換機構22に接続されており、その他端が室外第2膨張弁15に接続されている。
室外第2膨張弁15は、過冷却用冷媒流路12において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第2膨張弁15は、その一端が第2分流器14を介して室外第2熱交換器13に接続され、その他端が過冷却用冷媒流路12の出口管16に接続されている。この過冷却用冷媒流路12の出口管16は、室外第2膨張弁15から液ガス熱交換器27を経て、切換機構22とアキュムレータ29との間の圧縮機吸入側配管29aへ向かう冷媒管である。
液ガス熱交換器27は、主冷媒回路10を室外第1熱交換器23から室内ユニット4に向かって流れる冷媒と、過冷却用冷媒流路12を室外第2膨張弁15から圧縮機吸入側配管29aへと流れる冷媒との間で、熱交換を行わせる二重管構造を持つ熱交換器である。液ガス熱交換器27は、この熱交換によって、冷房運転時に室外第1熱交換器23において凝縮された冷媒をさらに冷却し、室内ユニット4へと向かう冷媒の過冷却度を大きくする。
暖房用冷媒流路18は、暖房運転のときに、室外第1熱交換器23の冷媒流入側の主冷媒回路10の配管10c1から冷媒を分岐させ、室外第1熱交換器23に加えて室外第2熱交換器13にも冷媒を流すための冷媒流路である。この暖房用冷媒流路18には電磁開閉弁18aが設けられている。電磁開閉弁18aは、暖房運転時には開状態、冷房運転時には閉状態とされる。
また、室外ユニット2には、各種のセンサが設けられている。圧縮機21の吐出側の冷媒配管には、圧縮機吐出圧力を検出する吐出圧力センサ31と、圧縮機吐出温度を検出する吐出温度センサ32とが設けられている。圧縮機吸入側配管29aには、圧縮機21に吸入されるガス冷媒の温度を検出する吸入温度センサ33と、圧縮機吸入圧力を検出する吸入圧力センサ38とが設けられている。室外第1熱交換器23と室外第1膨張弁26との間には、冷媒の温度を検出する室外第1液管温度センサ35が設けられている。液ガス熱交換器27と液側閉鎖弁28aとの間には、冷媒の温度を検出する室外第2液管温度センサ36が設けられている。液ガス熱交換器27から、切換機構22とアキュムレータ29との間の低圧冷媒配管へ向かう、過冷却用冷媒流路12の出口管16には、冷媒の温度を検出する温度センサ37が設けられている。また、室外ユニット2には、室外ファン30によって室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に供給される室外空気の温度を検出する室外温度センサ34が設けられている。各温度センサ32〜37は、サーミスタからなる。さらに、室外ユニット2は、室外ユニット2を構成する各部の動作を制御する室外制御部39を有している。室外制御部39は、室外ユニット2の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット4の室内制御部46との間で伝送線8aを介して制御信号等のやりとりを行う。後述するように、室外制御部39および室内制御部46によって、制御部8が構成されている。
次に、図2を参照して、室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13の詳細構成について説明する。
室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13は、ともにクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、冷房運転において放熱器(凝縮器)として働くときの冷媒流入側のガス冷媒ヘッダ19を共有し、また放熱フィンも共有する。冷房運転時に過冷却用の冷媒を流す室外第2熱交換器13は、その冷媒流路の総容積が、室外第1熱交換器23に形成されている冷媒流路の総容積の5〜45%(本実施形態では15〜20%)である。そして、小さいほうの室外第2熱交換器13は、大きいほうの室外第1熱交換器23の下方に配置されている。
室外第1熱交換器23には、高さの違う複数の冷媒流路である複数のパス23a,23b,23c,・・・が形成されている。各パス23a,23b,23c,・・・の一端はガス冷媒ヘッダ19に接続されており、各パス23a,23b,23c,・・・の他端はキャピラリー24を介して第1分流器25に接続されている。各キャピラリー24は、径の小さな細管であり、図2(A)に示すように途中で折り曲げられている。第1分流器25は、複数のパス23a,23b,23c,・・・の端部のうち最も低い位置にある端部23a1よりも低い位置に配置されている。これにより、複数のパス23a,23b,23c,・・・のうち最も低い位置にあるパス23aにつながるキャピラリー24aは、パス23aの端部23a1から上に向かうが、比較的低い位置で折り返されて第1分流器25につなげられている。これにより、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c,・・・の第1分流器25側の端部のうち最も低い位置にある端部23a1と第1分流器25とを結ぶキャピラリー24aは、図2(A)に示すように、最も高い位置にある部分24a2と当該パス23aの端部23a1との接続部分24a1とのヘッド差H1が、200mm以下となっている。
室外第2熱交換器13も複数のパスを有しているが、それらのパスは、室外第1熱交換器23の最も低い位置にあるパス23aよりも低い位置にある。これらの室外第2熱交換器13のパスの一端はガス冷媒ヘッダ19に接続されており、他端は第2分流器14に接続されている。
(2−3)冷媒連絡管
冷媒連絡管6、7は、室外ユニット2および室内ユニット4を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。本実施形態において、第1冷媒連絡管6は、室外ユニット2及び室内ユニット4a、4bに接続されており、冷房運転時には、液ガス熱交換器27において過冷却度が大きくなった液冷媒を室内膨張弁41および室内熱交換器42に送り、暖房運転時には、室内熱交換器42において凝縮した液冷媒を室外ユニット2の室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に送る冷媒管である。第2冷媒連絡管7は、室外ユニット2及び室内ユニット4a、4bに接続されており、冷房運転時には、室内熱交換器42において蒸発したガス冷媒を室外ユニット2の圧縮機21に送り、暖房運転時には、圧縮機21において圧縮されたガス冷媒を室内ユニット4a,4bの室内熱交換器42に送る冷媒管である。
冷媒連絡管6、7は、室外ユニット2および室内ユニット4を設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒配管である。本実施形態において、第1冷媒連絡管6は、室外ユニット2及び室内ユニット4a、4bに接続されており、冷房運転時には、液ガス熱交換器27において過冷却度が大きくなった液冷媒を室内膨張弁41および室内熱交換器42に送り、暖房運転時には、室内熱交換器42において凝縮した液冷媒を室外ユニット2の室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に送る冷媒管である。第2冷媒連絡管7は、室外ユニット2及び室内ユニット4a、4bに接続されており、冷房運転時には、室内熱交換器42において蒸発したガス冷媒を室外ユニット2の圧縮機21に送り、暖房運転時には、圧縮機21において圧縮されたガス冷媒を室内ユニット4a,4bの室内熱交換器42に送る冷媒管である。
以上のように、室内側主冷媒回路10aと、室外側主冷媒回路10cと、冷媒連絡管6、7とが接続されることによって、主冷媒回路10が構成されている。また、室外ユニット2においては、主冷媒回路10とは別に過冷却用冷媒流路12が設けられ、冷房運転時には、主冷媒回路10の圧縮機21の吐出側配管から分岐した一部の冷媒が、室外第2熱交換器13、室外第2膨張弁15、液ガス熱交換器27の順に流れ、圧縮機21の吸入側配管のアキュムレータ29の手前の部分に戻される。
(2−4)制御部
図3に、空気調和装置1の制御ブロック図を示す。空気調和装置1の各種運転制御を行う制御手段としての制御部8は、図1に示すように伝送線8aを介して結ばれる室外制御部39および室内制御部46によって構成されている。制御部8は、各種センサ31〜38,44,45の検出信号を受け、これらの検出信号等に基づいて各種機器30,26,15,21,18a,43,41を制御する。
図3に、空気調和装置1の制御ブロック図を示す。空気調和装置1の各種運転制御を行う制御手段としての制御部8は、図1に示すように伝送線8aを介して結ばれる室外制御部39および室内制御部46によって構成されている。制御部8は、各種センサ31〜38,44,45の検出信号を受け、これらの検出信号等に基づいて各種機器30,26,15,21,18a,43,41を制御する。
制御部8には、機能部として、試運転のための試運転制御部91や、冷房運転などの通常の運転を制御するための通常運転制御部92が存在する。通常運転制御部92は、外気温度が低いときに高低差圧を確保するために設けられた制御モードである低外気時冷房モード92aを有している。
(3)空気調和装置の動作
次に、本実施形態に係る空気調和装置1の動作について説明する。なお、以下に説明する各種運転における制御は、制御部8によって行われる。
次に、本実施形態に係る空気調和装置1の動作について説明する。なお、以下に説明する各種運転における制御は、制御部8によって行われる。
(3−1)冷房運転の動作
冷房運転は、制御部8の通常運転制御部92によって実施される。冷房運転時は、切換機構22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21からの吐出ガス冷媒が室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に流れ、かつ、圧縮機吸入側配管29aがガス側閉鎖弁28bに接続された状態となる。室外第1膨張弁26は全開状態に、室内膨張弁41は、開度調節されるようになっている。また、過冷却用冷媒流路12の室外第2膨張弁15も、開度調節されるようになっている。暖房用冷媒流路18の電磁開閉弁18aは閉状態とされている。なお、閉鎖弁28a,28bは開状態である。
冷房運転は、制御部8の通常運転制御部92によって実施される。冷房運転時は、切換機構22が図1の実線で示される状態、すなわち、圧縮機21からの吐出ガス冷媒が室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に流れ、かつ、圧縮機吸入側配管29aがガス側閉鎖弁28bに接続された状態となる。室外第1膨張弁26は全開状態に、室内膨張弁41は、開度調節されるようになっている。また、過冷却用冷媒流路12の室外第2膨張弁15も、開度調節されるようになっている。暖房用冷媒流路18の電磁開閉弁18aは閉状態とされている。なお、閉鎖弁28a,28bは開状態である。
この冷媒回路の状態において、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、切換機構22を経由して、主冷媒回路10においては、冷媒の放熱器として機能する室外第1熱交換器23に送られ、室外ファン30によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。室外第1熱交換器23において冷却されて液化した高圧の冷媒は、室外第1膨張弁26および第1冷媒連絡管6を経由して、各室内ユニット4に送られる。一方、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と並行する過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13にも流れ、室外ファン30によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。室外第2熱交換器13を出た液冷媒は、室外第2膨張弁15で減圧され、液ガス熱交換器27において主冷媒回路10を流れる冷媒を冷やす。これにより、主冷媒回路10を室外第1熱交換器23から室内ユニット4に向けて流れている冷媒の過冷却度が大きくなる。過冷却用冷媒流路12を流れ、液ガス熱交換器27において蒸発して低圧となったガス冷媒は、過冷却用冷媒流路12の出口管16およびアキュムレータ29を経て、圧縮機21の吸入口へと戻される。主冷媒回路10を流れて各室内ユニット4に送られた冷媒は、室内膨張弁41によってそれぞれ減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器42において室内空気と熱交換をし、蒸発して低圧のガス冷媒となる。そして、室内熱交換器42において加熱された低圧のガス冷媒は、第2冷媒連絡管7を経由して室外ユニット2に送られ、切換機構22を経由し、再び圧縮機21に吸入される。このようにして、室内の冷房が行われる。
冷房運転において、外気温度が非常に低くなった場合、制御部8の通常運転制御部92は、低外気時冷房モード92aを用いて冷房運転を継続する。この低外気時冷房モード92aでは、それまで開度調整していた室外第2膨張弁15を閉めて、過冷却用冷媒流路12に冷媒が殆ど流れないようにする。これにより、低外気時においても高圧と低圧との差を確保して、運転を継続できるようになる。なお、冷房運転において、高圧とは、圧縮機21から冷媒の凝縮器として機能する室外第1熱交換器23の出口に至るまでの間を流れる冷媒の圧力の代表値であり、低圧とは、室内膨張弁41の出口から冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器42を経由して圧縮機21に至るまでの間を流れる冷媒の圧力の代表値である。
(3−2)暖房運転の動作
暖房運転は、制御部8の通常運転制御部92によって実施される。暖房運転時は、切換機構22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側の冷媒配管がガス側閉鎖弁28bに接続され、かつ、圧縮機吸入側配管29aが室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に接続された状態となっている。室外第1膨張弁26および室内膨張弁41は、開度調節されるようになっている。室外第2膨張弁15は全閉状態とされ、暖房用冷媒流路18の電磁開閉弁18aは開状態とされる。なお、閉鎖弁28a,28bは開状態である。
暖房運転は、制御部8の通常運転制御部92によって実施される。暖房運転時は、切換機構22が図1の破線で示される状態、すなわち、圧縮機21の吐出側の冷媒配管がガス側閉鎖弁28bに接続され、かつ、圧縮機吸入側配管29aが室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に接続された状態となっている。室外第1膨張弁26および室内膨張弁41は、開度調節されるようになっている。室外第2膨張弁15は全閉状態とされ、暖房用冷媒流路18の電磁開閉弁18aは開状態とされる。なお、閉鎖弁28a,28bは開状態である。
この冷媒回路の状態において、圧縮機21から吐出された高圧のガス冷媒は、切換機構22および第2冷媒連絡管7を経由して、各室内ユニット4に送られる。そして、各室内ユニット4に送られた高圧のガス冷媒は、冷媒の放熱器として機能する室内熱交換器42において、それぞれ室内空気と熱交換を行って冷却された後、室内膨張弁41を通過し、第1冷媒連絡管6を経由して室外ユニット2に送られる。この室外ユニット2に送られた高圧の冷媒は、室外第1膨張弁26によって減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に流入する。室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン30によって供給される室外空気と熱交換を行って加熱され、蒸発して低圧の冷媒となる。室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13を出た低圧のガス冷媒は、切換機構22を経由して、再び圧縮機21に吸入される。このようにして、室内の暖房が行われる。
(4)特徴
(4−1)
本実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10において、圧縮機21から吐出された冷媒が、室外第1熱交換器23、室内膨張弁41、室内熱交換器42を順に流れ、圧縮機21に吸入されることで、蒸発器として働く室内熱交換器42が室内空気を冷やす。また、過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13で冷却され室外第2膨張弁15で減圧された冷媒が、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒を冷却することで、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒の過冷却度を大きくする。そして、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置することで、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・と室内膨張弁41との間に配置される第1分流器25の設置位置を、比較的低い位置に持ってくることができている。第1分流器25と室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・とは複数のキャピラリー24によって結ばれるが、室外第1熱交換器23が室外第2熱交換器13の上方に位置しているため、第1分流器25を室外第2熱交換器13がある高さ位置に配備することができている(図2(A)参照)。
(4−1)
本実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10において、圧縮機21から吐出された冷媒が、室外第1熱交換器23、室内膨張弁41、室内熱交換器42を順に流れ、圧縮機21に吸入されることで、蒸発器として働く室内熱交換器42が室内空気を冷やす。また、過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13で冷却され室外第2膨張弁15で減圧された冷媒が、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒を冷却することで、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒の過冷却度を大きくする。そして、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置することで、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・と室内膨張弁41との間に配置される第1分流器25の設置位置を、比較的低い位置に持ってくることができている。第1分流器25と室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・とは複数のキャピラリー24によって結ばれるが、室外第1熱交換器23が室外第2熱交換器13の上方に位置しているため、第1分流器25を室外第2熱交換器13がある高さ位置に配備することができている(図2(A)参照)。
このため、低負荷の運転においても、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・のうち最も低い位置にあるパス23aと第1分流器25とを結ぶキャピラリー24aにおいて冷媒がヘッド差H1を乗り越えられずに滞留するといった事象が殆ど起こらなくなり、低負荷時にも熱交換効率の低下が小さくなっている。
すなわち、この空気調和装置1では、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13とを分け、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置するという構成を採っているため、第1分流器25の高さ位置を下げることが容易となっている。そして、ここでは、第1分流器25を、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c,・・・の端部のうち最も低い位置にある端部23a1よりも低い位置に配置している。これにより、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c,・・・の第1分流器25側の端部のうち最も低い位置にある端部23a1と第1分流器25とを結ぶキャピラリー24aは、図2(A)に示すように、最も高い位置にある部分24a2と当該パス23aの端部23a1との接続部分24a1とのヘッド差H1が、200mm以下となっている。
以上のように、キャピラリー24aのヘッド差H1を小さくすることができたので、低負荷時であっても、室外第1熱交換器23の複数のパス23a,23b,23c・・・のうち最も低い位置にあるパス23aに液冷媒が滞留することが殆どなくなり、熱交換効率の低下が抑制されている。
また、過冷却用冷媒流路12では、室外第1膨張弁26とは別の専用の室外第2膨張弁15で冷媒を減圧するため、室外第2熱交換器13の入口と出口との差圧を、室外第1熱交換器23よりも大きくすることができる。これにより、室外第2熱交換器13における冷媒の滞留も抑制することができている。
(4−2)
図4に示す室外熱交換器323は、図2に示す室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13の合計容量と同じ容量を持つ熱交換器であって、同じガス冷媒ヘッダ19を採用する熱交換器である。分流器325は、かなり高い位置に配備されており、室外熱交換器323の各パス323a,323b,323c・・・とキャピラリー324を介して接続されている。複数のパス323a,323b,323c,・・・のうち最も低い位置にあるパス323aにつながるキャピラリー324aは、最も高い位置にある部分と当該パス323aの端部との接続部分とのヘッド差H2が、かなり大きな寸法になっている。もちろん、分流器325の高さ位置を下げることでヘッド差H2をある程度小さくすることができるが、当該パス323aの端部の高さ位置が非常に低い位置にあるため、本実施形態に係る空気調和装置1のようなヘッド差H1(図2参照)まで小さくすることは困難である。
図4に示す室外熱交換器323は、図2に示す室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13の合計容量と同じ容量を持つ熱交換器であって、同じガス冷媒ヘッダ19を採用する熱交換器である。分流器325は、かなり高い位置に配備されており、室外熱交換器323の各パス323a,323b,323c・・・とキャピラリー324を介して接続されている。複数のパス323a,323b,323c,・・・のうち最も低い位置にあるパス323aにつながるキャピラリー324aは、最も高い位置にある部分と当該パス323aの端部との接続部分とのヘッド差H2が、かなり大きな寸法になっている。もちろん、分流器325の高さ位置を下げることでヘッド差H2をある程度小さくすることができるが、当該パス323aの端部の高さ位置が非常に低い位置にあるため、本実施形態に係る空気調和装置1のようなヘッド差H1(図2参照)まで小さくすることは困難である。
(4−3)
本実施形態に係る空気調和装置1では、暖房用冷媒流路18によって室外第1熱交換器23の冷媒流入側の主冷媒回路10の配管10c1から室外第2熱交換器13へも冷媒を流す暖房運転を行っている。このため、室外第1熱交換器23だけではなく室外第2熱交換器13も蒸発器として利用できるようになっており、暖房運転時の熱交換効率も確保することができている。
本実施形態に係る空気調和装置1では、暖房用冷媒流路18によって室外第1熱交換器23の冷媒流入側の主冷媒回路10の配管10c1から室外第2熱交換器13へも冷媒を流す暖房運転を行っている。このため、室外第1熱交換器23だけではなく室外第2熱交換器13も蒸発器として利用できるようになっており、暖房運転時の熱交換効率も確保することができている。
一方、冷房運転時には、室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと主冷媒回路10を流れる冷媒の過冷却度を大きくするという過冷却用冷媒流路12の機能を確保するために、室外第2熱交換器13から主冷媒回路10の配管10c1への冷媒の流れを止めている。
(4−4)
本実施形態に係る空気調和装置1では、冷房運転時に過冷却用の冷媒を流す室外第2熱交換器13の冷媒流路の総容積を、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23に形成されている冷媒流路の総容積の5〜45%に設定している。このように室外第2熱交換器13の容量を設定することで、冷房運転時に室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒の過冷却度を適正なレベルにすることができている。
本実施形態に係る空気調和装置1では、冷房運転時に過冷却用の冷媒を流す室外第2熱交換器13の冷媒流路の総容積を、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23に形成されている冷媒流路の総容積の5〜45%に設定している。このように室外第2熱交換器13の容量を設定することで、冷房運転時に室外第1熱交換器23から室内熱交換器42へと流れる冷媒の過冷却度を適正なレベルにすることができている。
(4−5)
本実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13とを分け、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置しているが、両熱交換器23,13で放熱フィンを共用しているので、図4に示す1つの室外熱交換器323のパス323a,323b,323c・・・のうち幾つかのパス323a,323bを過冷却用のパスにしている場合に較べて、殆どコストがアップしていない。
本実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13とを分け、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置しているが、両熱交換器23,13で放熱フィンを共用しているので、図4に示す1つの室外熱交換器323のパス323a,323b,323c・・・のうち幾つかのパス323a,323bを過冷却用のパスにしている場合に較べて、殆どコストがアップしていない。
(4−6)
本実施形態に係る空気調和装置1では、冷房運転において、外気温度が非常に低くなった場合、制御部8の通常運転制御部92は、低外気時冷房モード92aを用いて冷房運転を継続する。すなわち、室外第2膨張弁15を閉めて、過冷却用冷媒流路12に冷媒が殆ど流れないようにして、低外気時においても高圧と低圧との差を確保する。これにより、空気調和装置1では、冷房運転可能な外気温度の範囲の下限値を小さくできている。
本実施形態に係る空気調和装置1では、冷房運転において、外気温度が非常に低くなった場合、制御部8の通常運転制御部92は、低外気時冷房モード92aを用いて冷房運転を継続する。すなわち、室外第2膨張弁15を閉めて、過冷却用冷媒流路12に冷媒が殆ど流れないようにして、低外気時においても高圧と低圧との差を確保する。これにより、空気調和装置1では、冷房運転可能な外気温度の範囲の下限値を小さくできている。
(5)変形例
(5−1)変形例A
上記の実施形態では、切換機構22を含み冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な室外ユニット2を備える空気調和装置1に本発明を適用しているが、冷房専用の空気調和装置に対しても本発明を適用できる。
(5−1)変形例A
上記の実施形態では、切換機構22を含み冷房運転と暖房運転との切り替えが可能な室外ユニット2を備える空気調和装置1に本発明を適用しているが、冷房専用の空気調和装置に対しても本発明を適用できる。
図5に示す空気調和装置101は、熱源ユニットとしての室外ユニット102と、利用ユニットとしての複数台の室内ユニット4と、室外ユニット102と室内ユニット4とを接続する冷媒連絡管としての第1冷媒連絡管6および第2冷媒連絡管7とを備えている。空気調和装置101の主冷媒回路110は、室外ユニット102と、室内ユニット4と、冷媒連絡管6、7とが接続されることによって構成される。
室内ユニット4については、上記の実施形態と同じものなので、説明を省略する。
室外ユニット102は、第1冷媒連絡管6及び第2冷媒連絡管7を介して室内ユニット4に接続されている。室外ユニット102は、主冷媒回路110の一部を構成する室外側主冷媒回路110cと、冷媒の過冷却度を大きくするために用いられる過冷却用冷媒流路112と、を有している。室外側主冷媒回路110cは、主として、圧縮機121と、室外第1熱交換器23と、分流器25と、液ガス熱交換器127と、液側閉鎖弁128aと、ガス側閉鎖弁128bと、アキュムレータ129とを有している。過冷却用冷媒流路112は、主として、室外第2熱交換器13と、室外第2膨張弁115とを有している。
圧縮機121は、圧縮機用モータ121aによって駆動される密閉式圧縮機である。
室外第1熱交換器23は、冷媒の放熱器(凝縮器)として機能する熱交換器である。室外第1熱交換器23は、その一端が圧縮機121に接続されており、その他端がキャピラリー24および分流器25を介して液ガス熱交換器127に接続されている。室外第1熱交換器23は、室外第2熱交換器13とガス冷媒ヘッダを共有している。
室外ユニット102は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン130を有している。室外ファン130は、室外空気と室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。
液側閉鎖弁128aは、室外ユニット102と室内ユニット4との間で冷媒をやりとりするための第1冷媒連絡管6が接続される弁であり、液ガス熱交換器127に接続されている。ガス側閉鎖弁128bは、室外ユニット102と室内ユニット4との間で冷媒をやりとりするための第2冷媒連絡管7が接続される弁であり、圧縮機121の吸入側の冷媒配管(アキュムレータ129を含む)に接続されている。
過冷却用冷媒流路112に配備される室外第2熱交換器13は、ガス冷媒流入側のガス冷媒ヘッダを、室外第1熱交換器23と共用している。室外第2熱交換器13は、冷媒の放熱器(凝縮器)として機能する熱交換器で、その一端が圧縮機121に接続されており、その他端が室外第2膨張弁115に接続されている。
室外第2膨張弁115は、過冷却用冷媒流路112において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。室外第2膨張弁115は、その一端が室外第2熱交換器13に接続され、その他端が液ガス熱交換器127に接続されている。室外第2膨張弁115で減圧された冷媒は、液ガス熱交換器127を経て、ガス側閉鎖弁128bとアキュムレータ129との間の低圧冷媒配管へ向かう。
液ガス熱交換器127は、主冷媒回路110を室外第1熱交換器23から室内ユニット4に向かって流れる冷媒と、過冷却用冷媒流路112を室外第2膨張弁115から圧縮機121の吸入側の冷媒配管へと流れる冷媒との間で、熱交換を行わせる二重管構造を持つ熱交換器である。液ガス熱交換器127は、この熱交換によって、室外第1熱交換器23において凝縮された冷媒をさらに冷却し、室内ユニット4へと向かう冷媒の過冷却度を大きくする。
また、室外ユニット102の各種のセンサについては、説明を省略する。
室外ユニット102は、室外ユニット102を構成する各部の動作を制御する室外制御部139を有している。室外制御部139は、室内ユニット4の室内制御部46との間で伝送線8aを介して制御信号等のやりとりを行う。室外制御部139および室内制御部46によって、制御部108が構成されている。
室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13の詳細構成については、図2に示す室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13と同様である。
主冷媒回路110は、室内側主冷媒回路10aと、室外側主冷媒回路110cと、冷媒連絡管6、7とが接続されることによって構成される。また、室外ユニット102においては、主冷媒回路110とは別に過冷却用冷媒流路112が設けられ、運転時には、主冷媒回路110の圧縮機121の吐出側配管から分岐した一部の冷媒が、室外第2熱交換器13、室外第2膨張弁115、液ガス熱交換器127の順に流れ、圧縮機121の吸入側配管のアキュムレータ129の手前の部分に戻される。
空気調和装置101の圧縮機121からの吐出された高圧のガス冷媒は、並列に、室外第1熱交換器23および室外第2熱交換器13に流れる。冷媒の放熱器として機能する室外第1熱交換器23を流れる冷媒は、室外ファン130によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。室外第1熱交換器23において冷却されて液化した高圧の冷媒は、液ガス熱交換器127および第1冷媒連絡管6を経由して、各室内ユニット4に送られる。一方、過冷却用冷媒流路112の室外第2熱交換器13を流れる冷媒は、室外ファン130によって供給される室外空気と熱交換を行って冷却される。室外第2熱交換器13を出た液冷媒は、室外第2膨張弁115で減圧され、液ガス熱交換器127において主冷媒回路110を流れる冷媒を冷やす。これにより、主冷媒回路110を室外第1熱交換器23から室内ユニット4に向けて流れている冷媒の過冷却度が大きくなる。過冷却用冷媒流路112を流れ、液ガス熱交換器127において蒸発して低圧となったガス冷媒は、アキュムレータ129を経て圧縮機121の吸入口へと戻される。主冷媒回路110を流れて各室内ユニット4に送られた冷媒は、室内膨張弁41によってそれぞれ減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となり、冷媒の蒸発器として機能する室内熱交換器42において室内空気と熱交換をし、蒸発して低圧のガス冷媒となる。そして、室内熱交換器42において加熱された低圧のガス冷媒は、第2冷媒連絡管7を経由して室外ユニット102に送られ、再び圧縮機121に吸入される。このようにして、室内の冷房が行われる。
この図5に示す空気調和装置101でも、主冷媒回路110の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路112の室外第2熱交換器13とを分け、室外第1熱交換器23を室外第2熱交換器13の上方に配置するという構成を採っているため、分流器25の高さ位置を下げることができている。このため、低負荷時であっても、室外第1熱交換器23の複数のパスのうち低い位置にあるパスに液冷媒が滞留することが殆どなくなり、熱交換効率の悪化が抑制されている。
(5−2)変形例B
上記の実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13とで放熱フィンを共用しているが、両熱交換器の放熱フィンを別々に設けてもよい。この場合には、それぞれの熱交換器において、異なるサイズの伝熱管を選択でき、設計の自由度が高くなる。
上記の実施形態に係る空気調和装置1では、主冷媒回路10の室外第1熱交換器23と過冷却用冷媒流路12の室外第2熱交換器13とで放熱フィンを共用しているが、両熱交換器の放熱フィンを別々に設けてもよい。この場合には、それぞれの熱交換器において、異なるサイズの伝熱管を選択でき、設計の自由度が高くなる。
1 空気調和装置(冷凍装置)
8 制御部
10 主冷媒回路
12 過冷却用冷媒流路
13 室外第2熱交換器(熱源側第2熱交換器)
15 室外第2膨張弁(第2減圧器)
18 暖房用冷媒流路
21 圧縮機
22 切換機構
23 室外第1熱交換器(熱源側第1熱交換器)
23a 室外第1熱交換器のパス
23a1 室外第1熱交換器の複数のパスの端部のうち最も低い位置にある端部
23b,23c 室外第1熱交換器のパス
24 キャピラリー(細管)
24a1 所定のキャピラリーのパスの端部との接続部分
24a2 所定のキャピラリーの最も高い位置にある部分
25 第1分流器(分流器)
41 室内膨張弁(第1減圧器)
42 室内熱交換器(利用側熱交換器)
8 制御部
10 主冷媒回路
12 過冷却用冷媒流路
13 室外第2熱交換器(熱源側第2熱交換器)
15 室外第2膨張弁(第2減圧器)
18 暖房用冷媒流路
21 圧縮機
22 切換機構
23 室外第1熱交換器(熱源側第1熱交換器)
23a 室外第1熱交換器のパス
23a1 室外第1熱交換器の複数のパスの端部のうち最も低い位置にある端部
23b,23c 室外第1熱交換器のパス
24 キャピラリー(細管)
24a1 所定のキャピラリーのパスの端部との接続部分
24a2 所定のキャピラリーの最も高い位置にある部分
25 第1分流器(分流器)
41 室内膨張弁(第1減圧器)
42 室内熱交換器(利用側熱交換器)
Claims (8)
- 圧縮機(21)、放熱器として働く熱源側第1熱交換器(23)、第1減圧器(41)、および蒸発器として働く利用側熱交換器(42)、を有する主冷媒回路(10)と、
熱源側第2熱交換器(13)と、前記熱源側第2熱交換器で冷却された冷媒を減圧する第2減圧器(15)と、を有し、前記第2減圧器で減圧した冷媒によって、前記熱源側第1熱交換器から前記利用側熱交換器へと流れる冷媒を冷却する、過冷却用冷媒流路(12)と、
を備え、
前記熱源側第1熱交換器(23)には、高さの違う複数の冷媒流路である複数のパス(23a,23b,23c,・・・)が形成されており、
前記主冷媒回路(10)は、前記熱源側第1熱交換器と前記第1減圧器との間に配置される分流器(25)と、前記複数のパスの端部と前記分流器とを結ぶ複数の細管(24)と、をさらに有しており、
前記熱源側第1熱交換器(23)は、前記熱源側第2熱交換器(13)の上方に配置されている、
冷凍装置(1)。 - 前記熱源側第1熱交換器(23)の前記複数のパス(23a,23b,23c,・・・)の端部のうち最も低い位置にある端部(23a1)と前記分流器(25)とを結ぶ細管(24a)は、最も高い位置にある部分(24a2)と前記パスの端部(23a1)との接続部分(24a1)とのヘッド差が200mm以下である、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記分流器(25)は、前記複数のパス(23a,23b,23c,・・・)の端部のうち最も低い位置にある端部(23a1)よりも低い位置あるいは同程度の位置に配置されている、
請求項1に記載の冷凍装置。 - 前記主冷媒回路(10)は、流れる冷媒の向きを変えることで冷房運転と暖房運転とを切りかえる切換機構(22)、をさらに有し、
前記暖房運転のときに、前記熱源側第1熱交換器(23)の冷媒流入側の前記主冷媒回路(10)の配管(10c1)から、前記熱源側第2熱交換器(13)へと冷媒を流し、前記冷房運転のときには、前記熱源側第2熱交換器(13)から前記主冷媒回路(10)の配管(10c1)への冷媒の流れを止める、暖房用冷媒流路(18)、
をさらに備えた、
請求項1から3のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側第2熱交換器(13)に形成されている冷媒流路の総容積は、前記熱源側第1熱交換器(23)に形成されている冷媒流路の総容積の5〜45%である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側第1熱交換器(23)と、前記熱源側第2熱交換器(13)とは、ともにクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、フィンを共用している、
請求項1から5のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記熱源側第1熱交換器(23)と、前記熱源側第2熱交換器(13)とは、ともにクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、
前記熱源側第1熱交換器のフィンと、前記熱源側第2熱交換器のフィンとは、別々に設けられている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の冷凍装置。 - 前記第1減圧器(41)および前記第2減圧器(15)は、それぞれ開度調整が可能な膨張弁であり、
前記第1減圧器および前記第2減圧器の開度調整を行う制御部(8)、
をさらに備え、
前記制御部(8)は、放熱器として働く前記熱源側第2熱交換器(13)を流れる冷媒の流量がゼロあるいは小さくなるように前記第2減圧器(15)の開度を調整する制御モード、を有する、
請求項1から7のいずれか1項に記載の冷凍装置。
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