JP3781046B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
第1の発明では、利用側冷媒回路の空調負荷に応じて熱源側膨張弁の開度を小さくすることによって熱源側熱交換器の凝縮能力を小さくする制御を行うとともに加圧回路によって高圧のガス冷媒を合流させて加圧する制御を行っても、利用側冷媒回路にガス分率の大きな気液二相流の冷媒を送らなくて済むようになるため、熱源側熱交換器の蒸発能力を熱源側膨張弁によって制御する際の制御幅を拡大することが可能になる。しかも、熱源側熱交換器の凝縮能力の制御の制御幅の制約によって熱源側熱交換器の単一化が実現できていなかった空気調和装置において、熱源側熱交換器の単一化が可能となる。
(1)空気調和装置の構成
図1は、本発明にかかる一実施形態の空気調和装置1の概略の冷媒回路図である。空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって、ビル等の屋内の冷暖房に使用される装置である。
利用ユニット3、4、5は、ビル等の屋内の天井に埋め込みや吊り下げ等、又は、屋内の壁面に壁掛け等により設置されている。利用ユニット3、4、5は、冷媒連絡配管9、10、11及び接続ユニット6、7、8を介して熱源ユニット2に接続されており、冷媒回路12の一部を構成している。
利用ユニット3は、主として、冷媒回路12の一部を構成しており、利用側冷媒回路12a(利用ユニット4、5では、それぞれ、利用側冷媒回路12b、12c)を備えている。この利用側冷媒回路12aは、主として、利用側膨張弁31と、利用側熱交換器32とを備えている。本実施形態において、利用側膨張弁31は、利用側冷媒回路12a内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、利用側熱交換器32の液側に接続された電動膨張弁である。本実施形態において、利用側熱交換器32は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷媒と屋内空気との熱交換を行うための機器である。本実施形態において、利用ユニット3は、ユニット内に屋内空気を吸入して、熱交換した後に、供給空気として屋内に供給するための送風ファン(図示せず)を備えており、屋内空気と利用側熱交換器32を流れる冷媒とを熱交換させることが可能である。
熱源ユニット2は、ビル等の屋上等に設置されており、冷媒連絡配管9、10、11を介して利用ユニット3、4、5に接続されており、利用ユニット3、4、5の間で冷媒回路12を構成している。
次に、熱源ユニット2の構成について説明する。熱源ユニット2は、主として、冷媒回路12の一部を構成しており、熱源側冷媒回路12dを備えている。この熱源側冷媒回路10dは、主として、圧縮機構21と、第1切換機構22と、熱源側熱交換器23と、
熱源側膨張弁24と、レシーバ25と、第2切換機構26と、液側閉鎖弁27と、高圧ガス側閉鎖弁28と、低圧ガス側閉鎖弁29と、第1油戻し回路101と、加圧回路111と、冷却器121と、冷却回路122とを備えている。
レシーバ25は、熱源側熱交換器23と利用側冷媒回路12a、12b、12cとの間を流れる冷媒を一時的に溜めるための容器である。レシーバ25は、本実施形態において、熱源側膨張弁24と冷却器121との間に接続されている。
接続ユニット6、7、8は、ビル等の屋内に利用ユニット3、4、5とともに設置されている。接続ユニット6、7、8は、冷媒連絡配管9、10、11とともに、利用ユニット3、4、5と熱源ユニット2との間に介在しており、冷媒回路12の一部を構成している。
接続ユニット6は、主として、主として、冷媒回路12の一部を構成しており、接続側冷媒回路12e(接続ユニット7、8では、それぞれ、接続側冷媒回路12f、12g)を備えている。この接続側冷媒回路12eは、主として、液接続管61と、ガス接続管62と、高圧ガス開閉弁66と、低圧ガス開閉弁67とを有している。本実施形態において、液接続管61は、液冷媒連絡配管9と利用側冷媒回路12aの利用側膨張弁31とを接続している。ガス接続管62は、高圧ガス冷媒連絡配管10に接続された高圧ガス接続管63と、低圧ガス冷媒連絡配管11に接続された低圧ガス接続管64と、高圧ガス接続管63と低圧ガス接続管64とを合流させる合流ガス接続管65とを有している。合流ガス接続管65は、利用側冷媒回路12aの利用側熱交換器32のガス側に接続されている。そして、高圧ガス開閉弁66は、本実施形態において、高圧ガス接続管63に接続されており、冷媒の流通及び遮断が可能な電磁弁である。低圧ガス開閉弁67は、本実施形態において、低圧ガス接続管64に接続されており、冷媒の流通及び遮断が可能な電磁弁である。これにより、接続ユニット6は、利用ユニット3が冷房運転を行う際には、高圧ガス開閉弁66を閉止し、かつ、低圧ガス開閉弁67を開けた状態にして、液冷媒連絡配管9を通じて液接続管61に流入する冷媒を利用側冷媒回路12aの利用側膨張弁31に送り、利用側膨張弁31で減圧され利用側熱交換器32において蒸発された後に、合流ガス接続管65及び低圧ガス接続管64を通じて低圧ガス冷媒連絡配管11に戻すように機能することができる。また、接続ユニット6は、利用ユニット3が暖房運転を行う際には、低圧ガス開閉弁67を閉止し、かつ、高圧ガス開閉弁66を開けた状態にして、高圧ガス冷媒連絡配管10を通じて高圧ガス接続管63及び合流ガス接続管65に流入する冷媒を利用側冷媒回路12aの利用側熱交換器32のガス側に送り、利用側熱交換器32において凝縮され利用側膨張弁31で減圧された後に、液接続管61を通じて液冷媒連絡配管9に戻すように機能することができる。また、接続ユニット6は、接続ユニット6を構成する各部の動作を制御する接続側制御部68を備えている。そして、接続側制御部68は、接続ユニット6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を有しており、利用ユニット3の利用側制御部36との間で制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。
次に、本実施形態の空気調和装置1の動作について説明する。
本実施形態の空気調和装置1の運転モードは、各利用ユニット3、4、5の空調負荷に応じて、利用ユニット3、4、5の全て暖房運転を行う暖房運転モードと、利用ユニット3、4、5の全てが冷房運転を行う冷房運転モードと、利用ユニット3、4、5の一部が冷房運転を行いつつ他の利用ユニットが暖房運転を行う冷暖房同時運転モードとに分けることができる。また、冷暖同時運転モードについては、利用ユニット3、4、5全体の空調負荷により、熱源ユニット2の熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させて運転している場合(蒸発運転状態)と、熱源ユニット2の熱源側熱交換器23を凝縮器として機能させて運転している場合(凝縮運転状態)とに運転モードを分けることができる。
<暖房運転モード>
利用ユニット3、4、5の全てを暖房運転する際、空気調和装置1の冷媒回路12は、図4に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図4の冷媒回路12に付された矢印を参照)。具体的には、熱源ユニット2の熱源側冷媒回路12dにおいては、第1切換機構22を蒸発運転状態(図4の第1切換機構22の破線で示された状態)に切り換え、第2切換機構26を暖房負荷要求運転状態(図4の第2切換機構26の破線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させるとともに、高圧ガス冷媒連絡配管10を通じて利用ユニット3、4、5に圧縮機構21において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒を供給できるようになっている。また、熱源側膨張弁24は、冷媒を減圧するように開度調節されている。尚、加圧回路111の開閉弁111b及び冷却回路122の冷却回路側膨張弁122bは閉止されており、熱源側膨張弁24とレシーバ25との間を流れる冷媒に高圧のガス冷媒を合流させたり、冷却器121への冷熱源の供給を遮断してレシーバ25と利用ユニット3、4、5との間を流れる冷媒を冷却しない状態になっている。接続ユニット6、7、8においては、低圧ガス開閉弁67、77、87を閉止するとともに高圧ガス開閉弁66、76、86を開けることによって、利用ユニット3、4、5の利用側熱交換器32、42、52を凝縮器として機能させる状態になっている。利用ユニット3、4、5においては、利用側膨張弁31、41、51は、例えば、利用側熱交換器32、42、52の過冷却度(具体的には、液側温度センサ33、43、53で検出される冷媒温度とガス側温度センサ34、44、54で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、各利用ユニットの暖房負荷に応じて開度調節されている。
そして、液冷媒連絡配管9に送られて合流した冷媒は、熱源ユニット2の液側閉鎖弁27及び冷却器121を通じて、レシーバ25に送られる。レシーバ25に送られた冷媒は、レシーバ25内に一時的に溜められた後、熱源側膨張弁24によって減圧される。そして、熱源側膨張弁24によって減圧された冷媒は、熱源側熱交換器23において、熱源としての水と熱交換を行うことによって蒸発されて低圧のガス冷媒になり、第1切換機構22に送られる。そして、第1切換機構22に送られた低圧のガス冷媒は、第1切換機構22の第2ポート22b及び第3ポート22cを通じて、圧縮機構21の吸入側に戻される。このようにして、暖房運転モードにおける動作が行われている。
利用ユニット3、4、5の全てを冷房運転する際、空気調和装置1の冷媒回路12は、図5に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図5の冷媒回路12に付された矢印を参照)。具体的には、熱源ユニット2の熱源側冷媒回路12dにおいては、第1切換機構22を凝縮運転状態(図5の第1切換機構22の実線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器23を凝縮器として機能させるようになっている。また、熱源側膨張弁24は、開けられた状態になっている。尚、第1油戻し回路101の開閉弁101bは閉止されており、熱源側熱交換器23の下部から冷媒とともに冷凍機油を抜き出して圧縮機構21に戻す動作を行わないようにしている。接続ユニット6、7、8においては、高圧ガス開閉弁66、76、86を閉止するとともに低圧ガス開閉弁67、77、87を開けることによって、利用ユニット3、4、5の利用側熱交換器32、42、52を蒸発器として機能させるとともに、利用ユニット3、4、5の利用側熱交換器32、42、52と熱源ユニット2の圧縮機構21の吸入側とが低圧ガス冷媒連絡配管11を介して接続された状態になっている。利用ユニット3、4、5においては、利用側膨張弁31、41、51は、例えば、利用側熱交換器32、42、52の過熱度(具体的には、液側温度センサ33、43、53で検出される冷媒温度とガス側温度センサ34、44、54で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、各利用ユニットの冷房負荷に応じて開度調節されている。
そして、利用側膨張弁31、41、51に送られた冷媒は、利用側膨張弁31、41、51によって減圧された後、利用側熱交換器32、42、52において、屋内空気と熱交換を行うことによって蒸発されて低圧のガス冷媒となる。一方、屋内の空気は、冷却されて屋内に供給される。そして、低圧のガス冷媒は、接続ユニット6、7、8の合流ガス接続管65、75、85に送られる。
そして、低圧ガス冷媒連絡配管11に送られて合流した低圧のガス冷媒は、低圧ガス側閉鎖弁29を通じて、圧縮機構21の吸入側に戻される。このようにして、冷房運転モードにおける動作が行われている。
利用ユニット3、4、5のうち、例えば、利用ユニット3を冷房運転し、かつ、利用ユニット4、5を暖房運転する冷暖同時運転モードであって、利用ユニット3、4、5全体の空調負荷に応じて、熱源ユニット2の熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させて運転している際(蒸発運転状態)の動作について説明する。この際、空気調和装置1の冷媒回路12は、図6に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図6の冷媒回路12に付された矢印を参照)。具体的には、熱源ユニット2の熱源側冷媒回路12dにおいては、上述の暖房運転モードと同様に、第1切換機構22を蒸発運転状態(図6の第1切換機構22の破線で示された状態)に切り換え、第2切換機構26を暖房負荷要求運転状態(図6の第2切換機構26の破線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させるとともに、高圧ガス冷媒連絡配管10を通じて利用ユニット4、5に圧縮機構21において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒を供給できるようになっている。また、熱源側膨張弁24は、冷媒を減圧するように開度調節されている。尚、加圧回路111の開閉弁111b及び冷却回路122の冷却回路側膨張弁122bは閉止されており、熱源側膨張弁24とレシーバ25との間を流れる冷媒に高圧のガス冷媒を合流させたり、冷却器121への冷熱源の供給を遮断してレシーバ25と利用ユニット3、4、5との間を流れる冷媒を冷却しない状態になっている。接続ユニット6においては、高圧ガス開閉弁66を閉止するとともに低圧ガス開閉弁67を開けることによって、利用ユニット3の利用側熱交換器32を蒸発器として機能させるとともに、利用ユニット3の利用側熱交換器32と熱源ユニット2の圧縮機構21の吸入側とが低圧ガス冷媒連絡配管11を介して接続された状態になっている。利用ユニット3においては、利用側膨張弁31は、例えば、利用側熱交換器32の過熱度(具体的には、液側温度センサ33で検出される冷媒温度とガス側温度センサ34で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、利用ユニットの冷房負荷に応じて開度調節されている。接続ユニット7、8においては、低圧ガス開閉弁77、87を閉止するとともに高圧ガス開閉弁76、86を開けることによって、利用ユニット4、5の利用側熱交換器42、52を凝縮器として機能させるようにしている。利用ユニット4、5においては、利用側膨張弁41、51は、例えば、利用側熱交換器42、52の過冷却度(具体的には、液側温度センサ43、53で検出される冷媒温度とガス側温度センサ44、54で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、各利用ユニットの暖房負荷に応じて開度調節されている。
そして、液冷媒連絡配管9に送られて合流した冷媒の一部は、接続ユニット6の液接続管61に送られる。そして、接続ユニット6の液接続管61に送られた冷媒は、利用ユニット3の利用側膨張弁31に送られる。
そして、合流ガス接続管65に送られた低圧のガス冷媒は、低圧ガス開閉弁67及び低圧ガス接続管64を通じて、低圧ガス冷媒連絡配管11に送られて合流する。
一方、液冷媒連絡配管9から接続ユニット6及び利用ユニット3に送られた冷媒を除いた残りの冷媒は、熱源ユニット2の液側閉鎖弁27及び冷却器121を通じてレシーバ25に送られる。レシーバ25に送られた冷媒は、レシーバ25内に一時的に溜められた後、熱源側膨張弁24によって減圧される。そして、熱源側膨張弁24によって減圧された冷媒は、熱源側熱交換器23において、熱源としての水と熱交換を行うことによって蒸発されて低圧のガス冷媒になり、第1切換機構22に送られる。そして、第1切換機構22に送られた低圧のガス冷媒は、第1切換機構22の第2ポート22b及び第3ポート22cを通じて、圧縮機構21の吸入側に戻される。このようにして、冷暖同時運転モード(蒸発負荷)における動作が行われている。
しかし、本実施形態の空気調和装置1では、30℃以下の温度範囲において2層に分離しない組み合わせの冷凍機油及び冷媒を使用するとともに、第1油戻し回路101を設けているため、上述の暖房運転モードの動作説明において述べたように、熱源側熱交換器23内における冷凍機油の溜まり込みを防ぐことができるようになっている。
利用ユニット3、4、5のうち、例えば、利用ユニット3、4を冷房運転し、かつ、利用ユニット5を暖房運転する冷暖同時運転モードであって、利用ユニット3、4、5全体の空調負荷に応じて、熱源ユニット2の熱源側熱交換器23を凝縮器として機能させて運転している際(凝縮運転状態)の動作について説明する。この際、空気調和装置1の冷媒回路12は、図7に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図7の冷媒回路12に付された矢印を参照)。具体的には、熱源ユニット2の熱源側冷媒回路12dにおいては、第1切換機構22を凝縮運転状態(図7の第1切換機構22の実線で示された状態)に切り換え、第2切換機構26を暖房負荷要求運転状態(図7の第2切換機構26の破線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させるとともに、高圧ガス冷媒連絡配管10を通じて利用ユニット5に圧縮機構21において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒を供給できるようになっている。また、熱源側膨張弁24は、開けられた状態になっている。尚、第1油戻し回路101の開閉弁101bは閉止されており、熱源側熱交換器23の下部から冷媒とともに冷凍機油を抜き出して圧縮機構21に戻す動作を行わない状態になっている。接続ユニット6、7においては、高圧ガス開閉弁66、76を閉止するとともに低圧ガス開閉弁67、77を開けることによって、利用ユニット3、4の利用側熱交換器32、42を蒸発器として機能させるとともに、利用ユニット3、4の利用側熱交換器32、42と熱源ユニット2の圧縮機構21の吸入側とが低圧ガス冷媒連絡配管11を介して接続された状態になっている。利用ユニット3、4においては、利用側膨張弁31、41は、例えば、利用側熱交換器32、42の過熱度(具体的には、液側温度センサ33、43で検出される冷媒温度とガス側温度センサ34、44で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、各利用ユニットの冷房負荷に応じて開度調節されている。接続ユニット8においては、低圧ガス開閉弁87を閉止するとともに高圧ガス開閉弁86を開けることによって、利用ユニット5の利用側熱交換器52を凝縮器として機能させるようにしている。利用ユニット5においては、利用側膨張弁51は、例えば、利用側熱交換器52の過冷却度(具体的には、液側温度センサ53で検出される冷媒温度とガス側温度センサ54で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、利用ユニットの暖房負荷に応じて開度調節されている。
そして、高圧ガス冷媒連絡配管10に送られた高圧のガス冷媒は、接続ユニット8の高圧ガス接続管83に送られる。接続ユニット8の高圧ガス接続管83に送られた高圧のガス冷媒は、高圧ガス開閉弁86及び合流ガス接続管85を通じて利用ユニット5の利用側熱交換器52に送られる。
そして、液接続管81に送られた冷媒は、液冷媒連絡配管9に送られて、第1切換機構22、熱源側熱交換器23、熱源側膨張弁24、レシーバ25、冷却器121及び液側閉鎖弁27を通じて液冷媒連絡配管9に送られた冷媒に合流される。
そして、利用側膨張弁31、41に送られた冷媒は、利用側膨張弁31、41によって減圧された後、利用側熱交換器32、42において、屋内空気と熱交換を行うことによって蒸発されて低圧のガス冷媒となる。一方、屋内の空気は、冷却されて屋内に供給される。そして、低圧のガス冷媒は、接続ユニット6、7の合流ガス接続管65、75に送られる。
そして、低圧ガス冷媒連絡配管11に送られた低圧のガス冷媒は、低圧ガス側閉鎖弁29を通じて、圧縮機構21の吸入側に戻される。このようにして、冷暖同時運転モード(凝縮負荷)における動作が行われている。
本実施形態の空気調和装置1には、以下のような特徴がある。
(A)
本実施形態の空気調和装置1では、蒸発器として機能する際には冷媒が下側から流入して上側から流出するように構成された熱源側熱交換器23を有する熱源側冷媒回路12dと、利用側冷媒回路12a、12b、12cとが接続されて構成される冷媒回路12を備えており、この冷媒回路12に使用される冷凍機油及び冷媒として、30℃以下の温度範囲において2層に分離しない組み合わせの冷凍機油及び冷媒を使用している。ここで、熱源側熱交換器23における冷媒の蒸発温度は、熱源として水や空気を熱源とする場合には、30℃以下の温度である。このため、空気調和装置1において、冷凍機油は、熱源側熱交換器23内における冷媒の液面に浮いた状態で溜まるのではなく、冷媒と混合した状態で熱源側熱交換器23内に溜まることになる。そして、熱源側熱交換器23内に溜まった冷凍機油は、熱源側熱交換器23の下部に接続された第1油戻し回路101によって、冷媒とともに圧縮機構21の吸入側に戻されるようになっている。このため、従来の空気調和装置のように、熱源側熱交換器内に冷凍機油が溜まり込むのを防ぐために、熱源側熱交換器内の冷媒の液面を一定以上のレベルになるように維持する必要がなくなる。
本実施形態の空気調和装置1では、第1油戻し回路101に開閉弁101bを設けるとともに、熱源側熱交換器23を凝縮器として機能させる場合には開閉弁101bを閉止した状態で運転することによって、熱源側熱交換器23において凝縮された後に利用側冷媒回路12a、12b、12cに送られる冷媒量が減少するのを防ぐことができる。
本実施形態の空気調和装置1では、熱源側熱交換器23としてプレート式熱交換器を使用しており、その構造上、熱源側熱交換器23内に冷凍機油が溜まり込むのを防ぐために冷媒の液面の上に浮いた状態で溜まった冷凍機油を冷媒の液面付近から抜き出すことが困難である。しかし、本実施形態の空気調和装置1においては、冷凍機油が冷媒と混合した状態で熱源側熱交換器23内に溜まり、熱源側熱交換器23内に溜まった冷凍機油を冷媒とともに熱源側熱交換器23の下部から抜き出すだけでよいため、プレート式熱交換器を使用する場合であっても、第1油戻し回路101の設置が容易である。
本実施形態の空気調和装置1では、凝縮器として機能する熱源側熱交換器23において凝縮された冷媒が熱源側膨張弁24によって減圧されて利用側冷媒回路12a、12b、12cに送られる際に、加圧回路111から高圧のガス冷媒が合流して加圧されて、熱源側膨張弁24の下流側の冷媒圧力が高くなる。ここで、従来の空気調和装置のように高圧のガス冷媒が合流させるだけでは、利用側冷媒回路12a、12b、12cに送られる冷媒がガス分率の大きな気液二相流となってしまい、結果的に、熱源側膨張弁24の開度を十分に小さくすることができないが、空気調和装置1においては、熱源側膨張弁24によって減圧されて利用側冷媒回路12a、12b、12cに送られる冷媒を、冷却器121によって冷却するようにしているため、ガス冷媒を凝縮させることができて、利用側冷媒回路12a、12b、12cにガス分率の大きな気液二相流の冷媒を送らなくても済むようになる。
本実施形態の空気調和装置1では、加圧回路111が熱源側膨張弁24と冷却器121との間に高圧のガス冷媒が合流するように接続されているため、高圧のガス冷媒が合流されて冷媒の温度が高くなった冷媒を冷却器121によって冷却することになる。これにより、冷却器121において冷媒を冷却するための冷熱源として、低温の冷熱源を使用する必要がなく、比較的高温の冷熱源を使用することができる。
本実施形態の空気調和装置1では、熱源側熱交換器23内を流れる冷媒の流量制御とは関係なく一定量供給される水を熱源として使用しており、水量の制御により熱源側熱交換器23における蒸発能力を制御することができない。しかし、空気調和装置1においては、熱源側膨張弁24によって熱源側熱交換器23の蒸発能力又は凝縮能力を制御する際の制御幅が拡大されているため、水量の制御をしなくても、熱源側熱交換器23の蒸発能力を制御する際の制御幅を確保することができる。
上述の空気調和装置1においては、冷暖同時運転が可能な空気調和装置を構成するために、熱源ユニット2と利用ユニット3、4、5とが冷媒連絡配管9、10、11及び接続ユニット6、7、8を介して接続されているが、図8に示されるように、冷暖切替運転が可能な空気調和装置を構成するために、熱源ユニット2と利用ユニット3、4、5とを冷媒連絡配管9、10のみを介して接続してもよい。具体的には、本変形例の空気調和装置1では、冷暖同時運転可能にする際に必要な低圧ガス冷媒連絡配管11及び接続ユニット6、7、8を省略して、利用ユニット3、4、5を液冷媒連絡配管9及び高圧ガス冷媒連絡配管10に直接接続し、第2切換機構26の切り換えによって、高圧ガス冷媒連絡配管10を利用ユニット3、4、5から熱源ユニット2に戻される低圧のガス冷媒が流れる配管として機能させたり、高圧ガス冷媒連絡配管10を熱源ユニット2から利用ユニット3、4、5に供給する高圧のガス冷媒が流れる配管として機能させることができるようにしている。
まず、暖房運転モードについて説明する。利用ユニット3、4、5の全てを暖房運転する際、空気調和装置1の冷媒回路12は、図9に示されるように構成される(冷媒の流れについては、図9の冷媒回路12に付された矢印を参照)。具体的には、熱源ユニット2の熱源側冷媒回路12dにおいては、第1切換機構22を蒸発運転状態(図9の第1切換機構22の破線で示された状態)に切り換え、第2切換機構26を暖房負荷要求運転状態(図9の第2切換機構26の破線で示された状態)に切り換えることによって、熱源側熱交換器23を蒸発器として機能させるとともに、高圧ガス冷媒連絡配管10を通じて利用ユニット3、4、5に圧縮機構21において圧縮され吐出された高圧のガス冷媒を供給できるようになっている。また、熱源側膨張弁24は、冷媒を減圧するように開度調節されている。尚、加圧回路111の開閉弁111b及び冷却回路122の冷却回路側膨張弁122bは閉止されており、熱源側膨張弁24とレシーバ25との間を流れる冷媒に高圧のガス冷媒を合流させたり、冷却器121への冷熱源の供給を遮断してレシーバ25と利用ユニット3、4、5との間を流れる冷媒を冷却しない状態になっている。利用ユニット3、4、5においては、利用側膨張弁31、41、51は、例えば、利用側熱交換器32、42、52の過冷却度(具体的には、液側温度センサ33、43、53で検出される冷媒温度とガス側温度センサ34、44、54で検出される冷媒温度との温度差)に基づいて開度調節する等、各利用ユニットの暖房負荷に応じて開度調節されている。
そして、利用側熱交換器32、42、52に送られた高圧のガス冷媒は、利用ユニット3、4、5の利用側熱交換器32、42、52において、屋内空気と熱交換を行うことによって凝縮される。一方、屋内の空気は、加熱されて屋内に供給される。利用側熱交換器32、42、52において凝縮された冷媒は、利用側膨張弁31、41、51を通過した後、液冷媒連絡配管9に送られて合流する。
そして、利用側膨張弁31、41、51に送られた冷媒は、利用側膨張弁31、41、51によって減圧された後、利用側熱交換器32、42、52において、屋内空気と熱交換を行うことによって蒸発されて低圧のガス冷媒となる。一方、屋内の空気は、冷却されて屋内に供給される。そして、低圧のガス冷媒は、高圧ガス冷媒連絡配管10に送られて合流する。
この場合においても、各利用ユニット3、4、5の冷房負荷が非常に小さくなる場合があるが、熱源側膨張弁24の開度を小さくする制御を行いつつ、熱源側膨張弁24の下流側に加圧回路111を通じて高圧のガス冷媒を合流させることによって、熱源側膨張弁24の下流側の冷媒の圧力を高くする制御を行うとともに、熱源側膨張弁24によって減圧されて利用側冷媒回路12a、12b、12cに送られる冷媒を、冷却器121によって冷却するようにしているため、上述の冷暖同時運転が可能に構成された空気調和装置の冷房運転モードと同様に、ガス冷媒を凝縮させることができて、利用側冷媒回路12a、12b、12cにガス分率の大きな気液二相流の冷媒を送らなくても済むようになっている。
上述の空気調和装置1においては、熱源側膨張弁24による熱源側熱交換器23の蒸発能力の制御の制御幅と、熱源側膨張弁24による熱源側熱交換器23の凝縮能力の制御の制御幅との両方を拡大するために、第1油戻し回路101、加圧回路111、冷却器121及び冷却回路122を熱源ユニット2に設けるようにしているが、例えば、熱源側熱交換器23の蒸発能力の制御の制御幅は確保されているが、熱源側熱交換器23の凝縮能力の制御の制御幅のみを拡大することが必要な場合には、図11に示されるように、加圧回路111、冷却器121及び冷却回路122だけを熱源ユニット2に設けるようにしてもよい(すなわち、第1油戻し回路101を省略してもよい)。
上述の空気調和装置1においては、第1切換機構22及び第2切換機構26として四路切換弁を使用しているが、これに限定されず、例えば、図12に示されるように、第1切換機構22及び第2切換機構26として三方弁を使用してもよい。
(7)変形例4
上述の空気調和装置1(変形例2を除く)においては、第1油戻し回路101を通じて蒸発器として機能する熱源側熱交換器23の下部から圧縮機構21に戻される冷凍機油及び冷媒の流量が、第1油戻し回路101において蒸発器として機能する熱源側熱交換器23の下部と圧縮機構21との間の圧力損失に応じて決定されるため、例えば、蒸発器として機能する熱源側熱交換器23内や熱源側熱交換器23の冷媒出口側から圧縮機構21の吸入側までの間の配管内における圧力損失が小さく、第1油戻し回路101における圧力損失が小さくなってしまう場合等において、熱源側熱交換器23内に冷凍機油が溜まり込むのを防ぐことができるだけの十分な流量の冷凍機油及び冷媒を、第1油戻し回路101を通じて熱源側熱交換器23の下部から圧縮機構21に戻すことができない場合が生じ得る。
12 冷媒回路
12a、12b、12c 利用側冷媒回路
12d 熱源側冷媒回路
21 圧縮機構
23 熱源側熱交換器(蒸発器)
24 熱源側膨張弁(膨張弁)
31、41、51 利用側膨張弁
32、42、52 利用側熱交換器(凝縮器)
101 第1油戻し回路(油戻し回路)
101b 開閉弁
111 加圧回路
121 冷却器
122 冷却回路
Claims (3)
- 圧縮機構(21)と、熱源側熱交換器(23)と、前記熱源側熱交換器が凝縮器として機能する場合に前記熱源側熱交換器において凝縮された冷媒を減圧する熱源側膨張弁(24)とが接続されて構成される熱源側冷媒回路(12d)と、
前記熱源側冷媒回路に接続されており、利用側熱交換器(32、42、52)と利用側膨張弁(31、41、51)とが接続されて構成される1以上の利用側冷媒回路(12a、12b、12c)と、
前記熱源側冷媒回路に設けられ、前記圧縮機構において圧縮された高圧のガス冷媒を前記熱源側膨張弁において減圧されて前記利用側冷媒回路に送られる冷媒に合流させる加圧回路(111)と、
前記熱源側膨張弁において減圧されて前記利用側冷媒回路に送られる冷媒を冷却するための冷却器(121)とを備え、
前記加圧回路は、前記熱源側膨張弁と前記冷却器との間に高圧のガス冷媒が合流するように接続されている、
空気調和装置(1)。 - 前記熱源側熱交換器(23)から前記利用側冷媒回路(12a、12b、12c)へ送られる冷媒の一部を前記熱源側冷媒回路(12d)から分岐させて前記冷却器(121)に導入し、前記熱源側膨張弁(24)において減圧されて前記利用側冷媒回路に送られる冷媒を冷却した後、前記圧縮機構(21)の吸入側に戻すように前記熱源側冷媒回路に接続された冷却回路(122)をさらに備えている、請求項1に記載の空気調和装置(1)。
- 前記熱源側熱交換器(23)は、冷媒が下側から流入して上側から流出するように構成された蒸発器として機能することが可能であり、
30℃以下の温度範囲において2層に分離しない組み合わせの冷凍機油及び冷媒を使用しており、
前記熱源側熱交換器の下部に接続され、前記熱源側熱交換器内に溜まった冷凍機油を冷媒とともに前記圧縮機構(21)に戻す油戻し回路(101)をさらに備えている、
請求項1又は2に記載の空気調和装置(1)。
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