JP4644923B2 - 冷媒回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動作圧力の高い冷媒を用いる空気調和機や冷凍機等の冷媒回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
事務所等では複数の部屋を個別に空調すべく、複数の室内機を同時もしくは個別に運転できるマルチタイプの空気調和機を備える場合が多く、熱源機から室内機につながる配管は配管長も長く、途中に曲げや分岐が必要となり、 配管形状も複雑となっている。
従来の空気調和機では主としてＨＣＦＣ系のＲ２２冷媒を用いており、冷媒回路を構成する部品は使用冷媒の動作圧力に応じてその強度が確保される仕様となっていた。しかし、従来より使用していた冷媒の中には地球環境保全上好ましくないものが存在し、このため代替冷媒への切替が進められている。そして、比較的規模の大きい空調システムの場合にはＲ２２と圧力特性が似ているという理由から、代替冷媒としてＨＦＣ系のＲ４０７Ｃが使用される場合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍サイクルとしての効率を上げ、エネルギー消費電力を低下させるには同一温度で密度の高い、つまり動作圧力の高い冷媒を使用することが考えられる。これは密度が高いことにより、同一質量流量に対する体積流量の低下から、配管内流速が低下し圧力損失も低下することが期待されるからである。Ｒ４０７ｃは圧力特性がＲ２２と略同一であるため、その性能はＲ２２と類似したものである。そのため、Ｒ２２を使用する場合に比べて大きな省エネルギ性は期待できない。
【０００４】
代替冷媒の中には、Ｒ２２やＲ４０７Ｃ冷媒に比べ、同じ温度における動作圧力（飽和圧力）が高くなるものがあるためこうした冷媒の利用が省エネルギにつながる一方で、 こうした動作圧力の上昇に対応して冷媒回路構成部品の耐圧強度を高める必要がでてくることから、空気調和機のコスト上昇につながる場合が発生する。
【０００５】
また、Ｒ２２が使用されてからすでに長い年月が経過しており、従来より備え付けていた製品の老朽化にともない熱源機や室内機の交換を行う場合がある。こうした場合、従来冷媒に比べて動作圧力の高い代替冷媒対応の製品を用いようとすると、そのままでは熱源機、室内機だけではなく、途中配管も肉厚の厚い配管に変更する必要が発生する。最大能力の大きい空気調和機は比較的大きな建物に設置されるため、室内機が１台であっても配管長が長くなり、途中に曲げ部があるとその配管の入れ替えは難しい。また、一冷媒回路に複数の室内機を有するシステムでは配管途中で各室内機ごとの分岐部分を有するため、複雑な形状でかつ規模の大きい配管システムを入れ替えるには多大な費用が必要となる。
こうした既設配管の交換は経済的影響だけでなく、大型建物から発生する既設配管の廃棄物の運搬、廃棄処理、再生のためのエネルギー消費が必要となり、地球環境保全に悪影響を及ぼす。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、冷媒回路を構成する部品の耐圧強度が低くても動作圧力の大きな冷媒を用いることを可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る冷媒回路装置は、圧縮機、凝縮器、並列に接続された、優先順位が付けられた複数の絞り手段および前記絞り手段のそれぞれに接続した複数の蒸発器を順次配管で接続してなる冷媒回路と、前記凝縮器の凝縮圧力を検知する圧力検知手段と、冷房運転時に前記圧力検知手段により検知した圧力が所定値を超えた場合には前記優先順位に応じて前記絞り装置の開度を減じる制御手段とを備えたものである。
【０００８】
また、制御手段は複数の絞り手段の優先順位を示すスイッチを有するものである。
【０００９】
また、使用する冷媒がＲ２２もしくはＲ４０７Ｃ以外の冷媒であり、かつ同一温度での飽和圧力が、Ｒ２２もしくはＲ４０７Ｃのいずれよりも高い圧力特性を有する冷媒としたものである。
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における空気調和機の冷媒回路図を示す。図において、１は圧縮機、１６は四方弁、２ａは空冷式の熱源機側主熱交換器、２ｂは水冷式の熱源機側補助熱交換器、３ａ、３ｂは流量制御弁、４ａ、４ｂは利用側熱交換器、２７、２８は熱源機側補助熱交換器２ｂを閉止するための電磁弁、２０は圧縮機の高圧側の圧力を検知する圧力センサである。これらは冷媒配管で接続され、冷媒回路を構成している。冷媒配管のうち、四方弁１６〜利用側熱交換器４ａ、４ｂ間の一部、流量制御弁３ａ、３ｂ〜熱源機側主熱交換器２ａまたは熱源機側補助熱交換器２ｂ間の一部は建物の壁に埋設されたり、天井裏に配設されたりしている。
【００１０】
熱源機側補助熱交換器２ｂは、冷媒と冷却水とが熱交換できる水冷式となっており、冷却流体である水は常時外部から供給されている。
また、この冷媒回路に使用されている冷媒は、ＨＦＣ系の混合冷媒であるＲ４１０Ａを用いている。Ｒ４１０Ａは従来から主に空調機で使用されているＲ２２冷媒に比べて同一温度に対する飽和圧力が高いため、凝縮器での動作圧力も上昇する。なお、従来の冷媒であるＲ２２の場合には、高圧が３ＭＰａを超えると異常停止させ、それ以上圧力が上がらないようにしており、既に古くからＲ２２用の空調機が使われている建物において、Ｒ４１０Ａ対応の空調機を使用する場合、動作圧力が３ＭＰａを超えないようにすれば建物内に残る既設配管をそのまま再利用することができる。
図中の実践矢印は冷房時の冷媒の流れを、破線矢印は暖房時の冷媒の流れ方向を示す。
【００１１】
図２は図１の各部品の制御ブロック図である。
運転制御部１９は、リモコン５ａ、５ｂにより、利用側熱交換器４ａ、４ｂの運転、停止の信号を受ける。また圧力センサ２０の入力も受ける。
そして、運転制御部１９は圧縮機１の発停、四方弁１６、流量弁３ａ、３ｂの開閉、電磁弁２７、２８の開閉出力を出す。なお、四方弁１６はｏｆｆで冷房（実線矢印方向回路）流れ、ｏｎで暖房流れとなり、電磁弁２７、２８はｏｎで開、ｏｆｆで閉の電磁弁である。
【００１２】
上記のように構成された冷媒回路は、Ｒ２２冷媒を用いた既設の冷媒回路から冷媒を抜き取り、その後圧縮機から熱源側熱交換器までを配管から切り離し、代わって圧縮機１からＲ４１０Ａ冷媒が封入された熱源側主熱交換器２ａおよび熱源側補助熱交換器２ｂ、電磁弁２８までの各構成要素を接続する。また、必要に応じて利用側熱交換器および流量弁を配管から切り離し、代わって新たな利用側熱交換器４ａ、４ｂ並びに流量弁３ａ、３ｂを接続する。このような冷媒回路の交換によって既設の冷媒配管のうち、建物の壁に埋設されたり、天井裏に配設されたりしている四方弁１６〜利用側熱交換器４ａ、４ｂ間の一部、流量制御弁３ａ、３ｂ〜熱源機側主熱交換器２ａまたは熱源機側補助熱交換器２ｂ間の一部はそのまま使用される。
【００１３】
また、圧縮機１〜四方弁１６〜熱源機側主熱交換器２ａまたは熱源機側補助熱交換器２ｂ〜電磁弁２８までは例えば室外ユニット等の熱源側ユニットとしてユニット化されており、このユニット内に装備され、圧縮機の運転周波数や各種弁の開閉、開度を制御する運転制御部についても同時に交換される。
交換の前後において、熱源機側熱交換器、利用側熱交換器、運転制御部は交換後の冷媒回路における動作圧力（飽和圧力）が、交換前の冷媒回路の動作圧力（飽和圧力）を超えないよう運転できる能力を有したものが選択、設置される。
【００１４】
図３は、本発明の空気調和機の運転制御部１９による制御フローチャートである。まずステップ０でリモコン操作が入ったとする。ステップｓ１でリモコン５ａのｏｎ／ｏｆｆを確認する。リモコン５ａがｏｎであればステップｓ２にて流量弁３ａを開いて冷媒が流れるようにする。リモコン５ａがｏｎでなければステップｓ３で流量弁３ａは閉動作を行わせる。
【００１５】
次にステップｓ４でリモコン５ｂのｏｎ／ｏｆｆを確認する。ここでもリモコン５ａと同様に確認するが、リモコン５ｂがｏｎでなかった場合、ステップｓ７でリモコン５ａがｏｎであったかどうかを確認し、リモコン５ａがｏｎでなければ、操作ミス等で実際はリモコンがすべてｏｆｆということになるので運転はさせず、ステップｓ８で停止とする。
ステップ６までに、いずれかのリモコンがｏｎであることが確認されれば、ステップｓ６にてリモコンの入力されたモードが冷房か暖房か判断する。
暖房モードであれば、ステップｓ１０に進むが、それ以降の動作については省略する。
【００１６】
冷房モードの場合には、ステップｓ１１に進み、四方弁１６をｏｆｆとし、ステップｓ１２で電磁弁２７、２８はいずれもｏｆｆにして、はじめは熱源機側補助熱交換器２ｂには冷媒が流れないようにする。
次にステップｓ１３で圧縮機１を運転させる。その後ステップｓ１４で圧力センサ２０によって圧力を検知させる。圧力センサ２０の検出位置は、熱源機側熱交換器２ａ、２ｂから大きく離れておらず、配管圧損の差も僅かでしかないため、凝縮圧力と同等として扱うことができる。
【００１７】
ステップｓ１５では、一旦電磁弁２７、２８の状態を確認する。これは電磁弁２７、２８の開閉に伴う判定条件をステップｓ１６とｓ１７で区別しているためである。ステップｓ１５で電磁弁２７、２８がｏｆｆと判定された場合にはステップｓ１７に進み、圧力センサ２０の検知圧力（ＨＰＳ）が２．７ＭＰａを超えていないかどうか判定する。ここで従来冷媒であるＲ２２の場合には３ＭＰａを上限としているが、過渡的に圧力が急上昇する場合に備え、判定圧力を２．７ＭＰａと低めにしている。
【００１８】
ここで２．７ＭＰａを超えている場合には高圧抑制のためにステップｓ１９で電磁弁２７、２８をｏｎにする。電磁弁２７、２８をｏｎにすることにより、補助熱交換器２ｂに冷媒が流れることで、冷却水との間で熱交換が始まる。Ｒ４１０Ａの場合、凝縮圧力２．７ＭＰａとなると凝縮温度が４５℃前後である。空気温度は、季節、場所で変化するが、冷却水に地下水など空気の温度の影響を受けにくいものを利用した場合や、十分空気温度より低いことが保証される水源から供給した場合には空気熱源による熱源機側熱交換器２ａよりも冷媒の凝縮温度が低下することになる。よって凝縮圧力が上限である３ＭＰａに近づくことなく圧力が低下する。
【００１９】
一旦電磁弁２７、２８が開いたあとは、ｓ１４の圧力検出を繰り返し、ステップｓ１６にて２．５ＭＰａ未満に低下した場合に再度電磁弁２７、２８をｏｆｆとする（ステップｓ１８）。
ステップｓ１６とｓ１７で圧力判定値を変えているのは、同一判定値にした場合、圧力の変化によって電磁弁２７、２８の開閉が繰り返されることが予想され、それを防ぐためである。特に、動作圧力の高いＲ４１０Ａのような冷媒では、高温域において、同一温度差による圧力変動幅が狭くなり、小さい温度変化であっても圧力変化が大きくなることから、こうした判定値に圧力差を設けることが必要である。
【００２０】
このように、凝縮圧力に応じて熱源機側補助熱交換器２ｂを利用し、凝縮圧力上昇を抑制することで、冷媒配管部品の耐圧強度を確保するための肉厚増加、材料変更の必要なく、製品のコスト上昇を抑えることが可能となる。
さらに、従来冷媒で使用していた建物内の複雑な形状の既設配管を代替冷媒でも流用することが可能となり、配管コスト、工事費用の低減、さらには廃棄に伴うエネルギー損失を抑制することができ、環境保全にも貢献することが可能となる。
【００２１】
また、凝縮圧力を温度から推定するよう、圧力センサー２０の代わりに熱源機側熱交換器２ａもしくはその近傍の冷媒配管に温度センサーを取り付けて凝縮温度を検知し(図示せず)、この凝縮温度の所定値（たとえば、 Ｒ４１０Ａ冷媒の２．７ＭＰａ相当であれば４３℃、２．５ＭＰａ相当であれば４１℃）にて電磁弁２７、２８のｏｎ／ｏｆｆ制御を実施しても同様の作用効果が得られる。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における空気調和機の冷媒回路図を示す。図４において、１は圧縮機、２ａは空冷式の熱源機側主熱交換器、２ｂは氷蓄熱槽を有する熱源側補助熱交換器で、内部に伝熱管７を有して氷もしくは氷水と冷媒との間で熱交換可能としている。３a、３bは流量制御弁、４a、４ｂは利用側熱交換器、１６は四方弁、１１は四方弁と熱源機側主熱交換器２ａとの間から取り出した配管上にある電磁弁、１２は熱源機側主熱交換器２ａと流量制御弁３ａ、３ｂを結ぶ配管上にある電磁弁、１３は熱源側補助熱交換器２ｂ内に伝熱管７から電磁弁１２と流量制御弁３a、３ｂを結ぶ配管途中結ぶ配管上に設けられた電磁弁である。
【００２３】
１４は伝熱管７の一端と利用側熱交換器４a、４ｂと四方弁１６を結ぶ配管途中とを結ぶ配管上に設けられた電磁弁、１５は熱源機側主熱交換器２ａから流量制御弁３ａ、３ｂを結ぶ配管途中で、電磁弁１２の手前から熱源側補助熱交換器２ｂ内に伝熱管７に至る配管途中に設けられた流量制御弁、２７、２８は熱源機側主熱交換器２ａの出入口に設けられた電磁弁、２０は圧縮機１の吐出圧力を検知する圧力センサ、２１は熱源側補助熱交換器２ｂ内部の氷、もしくは水の温度を検知する温度センサである。電磁弁１１〜１４、２７、２８はいずれもｏｎで開、ｏｆｆで閉である。
【００２４】
図５は、本発明による空気調和機の制御ブロック図である。図において、１９は運転制御器であり、はリモコン５a、５ｂからの入力を受けて運転停止を判定するとともに利用側熱交換器４ａ、４ｂで冷房、暖房のいずれを実施するかというモードの切り替えの決定を行う。さらに圧力センサ２０、水温センサ２１の入力、そしてタイマ２２の情報を受けて圧縮機１、四方弁１６、流量制御弁３ａ、３ｂ、１５、電磁弁１１、１２、１３、１４、２５、２６の制御を実施する。
【００２５】
なお、この冷媒回路には、R２２に比べ、同一温度での飽和圧力が高い冷媒であるＲ４１０Ａが封入されている。
上記のように構成された冷媒回路は、Ｒ２２冷媒を用いた既設の冷媒回路から冷媒を抜き取り、その後圧縮機から熱源側熱交換器までを配管から切り離し、代わって圧縮機１からＲ４１０Ａ冷媒が封入された熱源側主熱交換器２ａ〜電磁弁１２並びに熱源側補助熱交換器２ｂ〜電磁弁１３および電磁弁１４までの各構成要素を接続する。
【００２６】
また、必要に応じて利用側熱交換器および流量弁を配管から切り離し、代わって新たな利用側熱交換器４ａ、４ｂ並びに流量弁３ａ、３ｂを接続する。このような冷媒回路の交換によって既設の冷媒配管のうち、建物の壁に埋設されたり、天井裏に配設されたりしている四方弁１６〜利用側熱交換器４ａ、４ｂ間の一部、流量制御弁３ａ、３ｂ〜電磁弁１２、１３間の一部はそのまま使用される。
【００２７】
また、圧縮機１〜四方弁１６〜熱源機側主熱交換器２ａ〜電磁弁１２および熱源機側補助熱交換器２ｂ〜電磁弁１３、１４までは例えば室外ユニット等の熱源側ユニットとしてユニット化されており、このユニット内に装備され、圧縮機の運転周波数や各種弁の開閉、開度を制御する運転制御部についても同時に交換される。
交換の前後において、熱源機側熱交換器、利用側熱交換器、運転制御部は交換後の冷媒回路における動作圧力（飽和圧力）が、交換前の冷媒回路の動作圧力（飽和圧力）を超えないよう運転できる能力を有したものが選択、設置される。
【００２８】
ここで、熱源側補助熱交換器２ｂの氷蓄熱槽内に氷を生成する動作について図４の冷媒回路図を基に説明する。氷の生成動作は通常夜間（深夜電力）に行われている。これはタイマー２１によって時刻２２：００となったことを運転制御部１９が確認すると動作を開始する。まず、リモコン５a、５ｂの運転、停止の状態によらず、圧縮機１は停止とし、流量制御弁３a、３ｂを全閉、電磁弁１２をｏｆｆ、四方弁１６をｏｆｆとして冷房サイクル方向とする。
同時に電磁弁１１、１３をｏｆｆ、１４、２５、２６はｏｎとする。そして流量制御弁１５も開く。つまり、圧縮機１を出た冷媒は、四方弁１６から熱源機側主熱交換器２ａを経て流量制御弁１５を通り、伝熱管７を経て電磁弁１４、四方弁１６を通って再度圧縮機１に流れる回路が形成される。
【００２９】
そして運転制御部１９は圧縮機１を起動させ、高温高圧のガス冷媒が熱源機側主熱交換器２aにて凝縮し、液となったものが流量制御弁１５で減圧され、低温の二相冷媒となり伝熱管７に至る。氷蓄熱槽内部には水が入っており、伝熱管７を流れる低温冷媒により温度が低下、氷点以下に下がったところで水から氷へと相変化し、氷が生成される。伝熱管７を出た冷媒は低圧のガス冷媒となり、電磁弁１４、四方弁１６を経て再度圧縮機１に戻る。こうして氷蓄熱槽内に氷が生成されるが、タイマー２２の計時による氷の生成開始から８時間が経過した場合か、もしくは水温センサ２１により検知する水温が氷点に達してから６時間が経過した段階で、十分に氷が生成されたものと判断して氷生成運転を終了する。
【００３０】
なお、氷生成時の凝縮圧力を低下させるため、氷生成運転時には図６に示すように、補助熱交換器２ｃを設け、前後の電磁弁２７、２８をｏｎにして開くことにより冷媒の凝縮能力を増加させる手段を付加しても良い。
補助熱交換器２ｃは空冷式でも良いが、水冷式熱交換器とすることで空気より温度の低い地下水などを利用することができ、熱源温度が低下するため凝縮圧力の低下には効果が大きい。
【００３１】
次に、冷房運転中の凝縮圧力抑制について図４の冷媒回路と図７の運転制御部１９による制御フローチャートにより説明する。
まずステップｓ２０からｓ３０までは、本発明の実施の形態１における図３のステップｓ０からｓ１０と同一であり、説明は省略する。ステップｓ２９で運転制御部１９が冷房と判断すると、ステップｓ３１にて四方弁１６をｏｆｆとする。そして、ステップｓ３２で電磁弁１２、２５、２６はonとし、ステップｓ３３で電磁弁１１、１３、１４をｏｆｆとする。これにより、熱源機側主熱交換器２ａを凝縮器として作用させ、ステップｓ３４で流量制御弁１５を閉にすることで氷蓄熱槽へは冷媒が流れないようになる。そしてステップ３５で圧縮機１を起動させる。
【００３２】
圧縮機１起動後は、ステップｓ３６で常に圧力センサ２０により圧縮機１の高圧を検知する。圧縮機１の高圧は、ほぼ凝縮圧力に等しいため、凝縮圧力制御用に用いている。
凝縮圧力制御は以下の通りである。ステップｓ３７にて既に熱源機側補助熱交換器２ｂが使われているかどうか、電磁弁１１、１３の開閉状態で判断する。電磁弁１１、１３が開くと、四方弁１６を経た高圧冷媒が伝熱管７へ流れることで、熱源機側補助熱交換器２ｂの氷蓄熱槽内の氷と熱交換することができる。ステップｓ３９では、圧力センサ２０の検知した圧力HPSが２．７ＭPaを超えていないかどうか判断する。
【００３３】
２．７ＭＰａを超えている場合には、凝縮圧力を低下させるべく、ステップｓ４０にて電磁弁１１、１３を開く。これにより、氷蓄熱槽が凝縮器として作用し、空気温度より低い氷点付近の氷、もしくは氷水と熱交換することができ、凝縮温度が大きく低下する。一旦電磁弁１１、１３を開いたあとは、再びステップｓ３６にて圧力検出を行い、ステップｓ３７、ｓ３８で圧力HPSが２．５MＰa未満になるかどうか判断する。
ステップｓ３８で２．５MＰａ未満であることが検出された場合にはステップｓ４１に進み、電磁弁１１、１３をｏｆｆすることで、再び空冷式である熱源機側熱交換器２ａのみを凝縮器とする冷凍サイクルにて利用側熱交換器４a、４ｂにて冷房を実施する。
【００３４】
なお、氷蓄熱槽２ｂを凝縮器として使用する圧力を２．７MＰａから２．５MＰａの間で行う理由は、まず、電磁弁１１、１３を開閉する圧力の閾値を１つとした場合には、頻繁に電磁弁の開閉が発生するため、ハンチングを防止することが挙げられる。他の理由として、氷蓄熱槽を利用する頻度を多くして利用時間を長くした場合、当然氷として貯えた熱の消費が多くなり、短時間で氷が融解、水温上昇してしまう。このため、冷房時間帯で十分に圧力を低下させる運転が可能となるよう、氷蓄熱槽の利用頻度を２．５MＰａより高い圧力条件に限っている。当然、十分な大きさの氷蓄熱槽が得られている場合には、冷房運転中の凝縮器を氷蓄熱槽主体もしくは氷蓄熱槽のみとすることで（このとき電磁弁２５、２６は閉）、凝縮圧力の低い運転を長時間実施することが可能である。
【００３５】
このように、凝縮圧力が上昇した場合に氷との熱交換によって選られる凝縮作用を利用することにより、圧力抑制を十分に実施でき、従来冷媒の一つであるＲ２２に比較して動作圧力の高いＲ４１０Aを使用した場合でも機器の耐圧強度を上げたり、既設配管の交換の必要がないことから、経済性、省エネルギー性に優れた製品とすることができる。
【００３６】
また、氷等凝固作用で冷熱を蓄えられる材料を有する場合には融解するまでその温度が安定していることから、凝縮作用としても安定した性能が期待でき、空気調和機の安定運転が確保され、信頼性の高い製品とすることが可能となる。
なお、図５では熱源機側熱交換器２ａと熱源機側補助熱交換器２ｂが並列の関係であったが、図８に示すとおり、電磁弁１１への分岐を電磁弁２８の下流からとり、熱源機側熱交換器２aと熱源機側補助熱交換器２ｂの関係を直列の関係としても同様の作用効果が得られる。
【００３７】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３における空気調和機を示す冷媒回路図である。図９において、１は圧縮機、１６は四方弁、２ａは空冷式の熱源機側主熱交換器、２ｂは熱源機側補助熱交換器、３ａ、３ｂは流量弁、４ａ、４ｂは利用側熱交換器、２７、２８は熱源機側補助熱交換器２ｂを閉止するための電磁弁、２０は圧縮機の高圧を検知する圧力センサである。さらに、圧縮機３１、凝縮器３２、流量制御弁３３、熱源機側補助熱交換器２ｂによって別に冷媒回路が形成されている。
【００３８】
ここで熱源機側補助熱交換器２ｂは、圧縮機１を有する冷媒回路（以後、主冷媒回路とよぶ）と、圧縮機３１を有する冷媒回路（以後従冷媒回路とよぶ）の両冷媒回路で共有しており、それぞれの冷媒回路間の熱交換が可能となっている。
なお、主冷媒回路にはＲ４１０Ａが、従冷媒回路にもＲ４１０Ａが封入されている。四方弁１６はｏｆｆで冷房側の回路となり、電磁弁２７、２８はｏｎで開、ｏｆｆで閉である。
図１０は、本発明による空気調和機の制御ブロック図であり、主冷媒回路の構成部品ならびに従冷媒回路の構成部品を運転制御部１９が司っている。
【００３９】
上記のように構成された冷媒回路は、Ｒ２２冷媒を用いた既設の冷媒回路から冷媒を抜き取り、その後圧縮機から熱源側熱交換器までを配管から切り離し、代わって圧縮機１からＲ４１０Ａ冷媒が封入された熱源側主熱交換器２ａおよび熱源側補助熱交換器２ｂ、電磁弁２８までの各構成要素を接続する。また、必要に応じて利用側熱交換器および流量弁を配管から切り離し、代わって新たな利用側熱交換器４ａ、４ｂ並びに流量弁３ａ、３ｂを接続する。このような冷媒回路の交換によって既設の冷媒配管のうち、建物の壁に埋設されたり、天井裏に配設されたりしている四方弁１６〜利用側熱交換器４ａ、４ｂ間の一部、流量制御弁３ａ、３ｂ〜熱源機側主熱交換器２ａまたは熱源機側補助熱交換器２ｂ間の一部はそのまま使用される。
【００４０】
また、圧縮機１〜四方弁１６〜熱源機側主熱交換器２ａまたは熱源機側補助熱交換器２ｂ〜電磁弁２８までは例えば室外ユニット等の熱源側ユニットとしてユニット化されており、このユニット内に装備され、圧縮機の運転周波数や各種弁の開閉、開度を制御する運転制御部についても同時に交換される。
交換の前後において、熱源機側熱交換器、利用側熱交換器、運転制御部は交換後の冷媒回路における動作圧力（飽和圧力）が、交換前の冷媒回路の動作圧力（飽和圧力）を超えないよう運転できる能力を有したものが選択、設置される。
【００４１】
さらに、室外ユニットの交換に伴ってこの室外ユニットと同一ユニット内に配設または圧縮機３１、凝縮器３２、流量制御弁３３が別ユニット化された従冷媒回路も同時に配設される。
【００４２】
ここで動作について図１１の運転制御部１９による制御フローチャートを用いて説明する。図１１において、ステップｓ４２からステップｓ５２までは図３のステップｓ０からステップｓ１０までと同一であるため、説明は省略する。
ステップｓ５１で冷房モードであると判断した場合には、ステップｓ５３で四方弁１６をｏｆｆとし、電磁弁２７、２８もｏｆｆとして熱源機側主熱交換器２ａにのみ冷媒が流れるようにする（ステップｓ５３、５４）。ステップｓ５５で圧縮機１を起動させたあとはステップｓ５６で高圧つまり凝縮圧力を圧力センサ２０によって検出する。
【００４３】
ステップｓ５７では、電磁弁２７、２８が開いているかどうかによって高圧低下制御を行っているかどうか確認する。電磁弁２７、２８がｏｆｆの場合には、ステップｓ６０で圧力センサの検出値が２．７ＭＰａを超えていないかどうか確認する。もし超えている場合にはステップｓ６１に進み、高圧低下制御を開始する。高圧低下制御は、まずステップｓ６１にて従冷媒回路の流量制御弁３３を開き、次に電磁弁２７、２８を開く。そして、ステップｓ６３で圧縮機３１をonさせる。これによって従冷媒回路では、圧縮機３１から出た高温、高圧のガス冷媒が、凝縮器３２で凝縮し、高圧液冷媒となり、それが流量制御弁３２での絞り作用で減圧され、低温、低圧の二相冷媒になり熱源機側補助熱交換器２ｂ内に流れる。
【００４４】
低温低圧の二相冷媒は、熱源機側補助熱交換器２ｂの内部で、主冷媒回路の高温、高圧冷媒から吸熱し、自身は低圧のガス冷媒になって圧縮機３２に戻る。主冷媒回路では熱源機側補助熱交換器２bで放熱するが、従冷媒回路による熱源機側補助熱交換器２ｂ内の冷媒の温度は空気温度より十分低いために、空冷よりも凝縮効果が大きくなり、主冷媒回路の凝縮圧力は低下する。なお図１１において、一旦電磁弁２７、２８が開いた後は、ステップｓ５７からステップｓ５９に進み、圧力センサ２０により検知された凝縮圧力HPSが２．５MPａを下回るまで従冷媒回路による熱源機側補助熱交換器２ｂの凝縮作用が継続して使われる。
【００４５】
なお、従冷媒回路の圧縮機３１を容量制御可能にすれば、図１２に示す容量制御のフローよって、熱源機側補助熱交換器２ｂでの冷却能力を可変に制御することができる。
図１２では、ステップｓ６７にて圧縮機３１を運転すると、ステップｓ６８を経てステップｓ７０で主冷媒回路の凝縮圧力HPSが２．６MPａより高いかどうかで圧縮機容量を変化させる。
【００４６】
２．６MPａより高い場合には、圧縮機３１の周波数を５％増加させ（ステップ７１）、２．６MPａより低い場合には反対に圧縮機周波数を５％低下（ステップ７２）させる。このようにして、主冷媒回路での凝縮圧力が２．６MPａより高い場合には、従冷媒回路での蒸発能力を増加させて主冷媒回路での凝縮能力を増加させ、反対に主冷媒回路での凝縮圧力が２．６MPａより低い場合には、従冷媒回路での蒸発能力を低下させて主冷媒回路での凝縮能力を低下させることで、凝縮圧力が所定値より低く、しかも安定した運転を実施させることが可能となる。
【００４７】
このように、主冷媒回路において熱源機側補助熱交換器２ｂを設け、この冷却作用を従冷媒回路で実現させることによって、空気より低温の冷却が可能となり、凝縮圧力の低下に有効となる。そして、従冷媒回路の圧縮機３２が可変であれば、きめの細かい安定した制御が可能となり、信頼性、快適性が向上する。そして、Ｒ２２冷媒と同等の耐圧強度の部品構成によって主冷媒回路が実現でき、主冷媒回路を安価で作れるとともに従来、低い動作圧力の冷媒用に備えられた既設配管を用いることができるため経済的である。
【００４８】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４における空気調和機を示す冷媒回路図である。図１３は実施の形態１における図１での圧力センサ２０の代わりに、熱源機側主熱交換器２ａに流れる空気温度を検出する外気温センサ２３が備えられており、それ以外の構成および冷媒回路の交換方法については図１と同一であるため、説明を省略する。
図１４は本発明での制御ブロック図であり、図２での圧力センサ２０の代わりに外気温センサ２３を備えている。なお本発明においては、Ｒ４１０Ａ冷媒を用いている。
【００４９】
本発明による動作については、図１５の運転制御部１９による制御フローチャートのようになり、その動作については圧力センサ２０を用いた図３の制御と同様であるので、ここでは相違点についてのみ説明する。
図１５において、ステップｓ８５で圧縮機１が起動するとステップ８６で外気温センサ２３の検知した外気温度ＴＡを検知する。ステップｓ８７で電磁弁２７、２８の状態をみて既に熱源機側補助熱交換器２ｂを使った凝縮圧力低下動作を実施しているかどうか確認する。電磁弁２７、２８がＯＦＦの場合は、熱源機側補助熱交換器２ｂを使用していないので、ステップｓ８９にて外気温度ＴＡでの判定を行う。
【００５０】
外気温度が３０℃を超えている場合には凝縮圧力が２．７ＭＰａを超えて３ＭＰａに近くなる可能性があるということになり、ステップｓ９１で電磁弁２７、２８を開き、凝縮温度の低下を促進させる。これは、Ｒ４１０Ａ冷媒特性から、外気温度と同じ３０℃程度での飽和圧力が２ＭＰａを若干下回る程度であり、熱源機側主熱交換器２ａ内の冷媒の温度は空気温度より高くなり、経験的に空気温度と冷媒飽和温度の差温を１０〜１５℃程度見込んでいることから、冷媒温度で４０℃〜４５℃つまり３ＭＰａに近い圧力となるためである。当然、Ｒ２２より同一温度での動作圧力が高い冷媒でＲ４１０Ａ冷媒以外の場合もその圧力−温度特性に応じて電磁弁２７、２８を開閉する基準温度を変更すればよい。
【００５１】
ステップｓ９１で電磁弁２７、２８を開いたあとは、ステップｓ８６にて外気温度の検出を行い、ステップｓ８７からステップｓ８８に移行して、外気温度ＴＡが２０℃をした回るまで電磁弁２７、２８を開いておくものである。
このように、外気温センサ２３を用いて、熱源機側主熱交換器２ａの冷却流体の温度に応じて、従熱交換器２ｂを使用するかどうかを決定することで、安価な装置により、凝縮圧力を抑制させることが可能となる。また、凝縮圧力の抑制により、従来使われていたＲ２２冷媒等に比べ、動作圧力の高い冷媒を使用しても、冷媒回路部品の強度を高める必要がなく、また既に使用されている既設配管をそのまま利用することが可能となり、経済性に優れた製品を提供することが可能となる。
【００５２】
実施の形態５．
図１６はこの発明の実施の形態５における空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、１は圧縮機、１６は四方弁、２ａは熱源機側主熱交換器、３ａ、３ｂは流量制御弁、４ａ、４ｂは利用側熱交換器、２０は圧縮機の高圧側を検知する圧力センサである。図１７は図１６の制御ブロック図であり、流量制御弁３ａ、３ｂは個別に制御可能となっている。
また、この冷媒回路に使用されている冷媒は、混合冷媒であるＲ４１０Ａを用いている。冷媒回路の交換方法については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
図中の実践矢印は冷房時の冷媒の流れを、破線矢印は暖房時の冷媒の流れ方向を示す。
【００５３】
図１８は、本発明の空気調和機における運転制御部１９の制御フローチャートである。
図１８に従い、本発明の動作を説明する。
まず電源が投入されたステップｓ９２から本動作の制御を開始する。ステップｓ９３で圧縮機１が運転中かどうか判断する。もし圧縮機１が運転していればステップｓ９４に進み、冷房運転かどうか判断する。
【００５４】
冷房運転の場合は、ステップｓ９５において、圧力センサ２０の検知する高圧圧力ＨＰＳが２．５ＭＰａかどうか判断する。もしＨＰＳが２．５ＭＰａを超えているようであれば、ステップｓ９６にて流量制御弁３ａが開いているかどうか判断する。つまり、利用側熱交換器４ａが蒸発器として作用しているかどうかを判断している。そこで流量制御弁３ａが開いていれば、ステップｓ９８でその開度を１０％低下させる。流量制御弁３ａが開いていない、つまり、利用側熱交換器４ａに冷媒が流れていない場合には、他方の流量制御弁３ｂの開度を１０％低下させる（ステップｓ９７）。
【００５５】
このように、流量制御弁３ａもしくは３ｂの開度を減じることにより、冷媒流量が低下して蒸発能力が低下する。結果的に圧縮機１からの吐出冷媒量も低下する。すなわち、熱源機側主熱交換器２ａで凝縮される冷媒流量も低下することから、凝縮圧力つまり高圧が低下する作用が得られる。
【００５６】
なお、流量制御弁３ａを優先的に減じる理由は、大型ビルのマルチ型エアコンのような場合、据え付けられている部屋の用途に応じて冷房能力の必要度がまちまちであり、冷房能力を低下させられない部屋の蒸発器については、流量低下は実施させず、そうでない部屋を優先的に流量低下させることで、必要最低限の空調を確保しながら高圧の低下も実現させることができる。優先順位決定については、運転制御部１９に優先順位選択スイッチ（図示せず）を設けて、順位付けする方法が挙げられる。
【００５７】
なお、ステップｓ９９において、さらにＨＰＳが２．７ＭＰａを超えた場合には、高圧を下げる緊急性が高いと判断し、接続され、運転している利用側熱交換器４ａ、４ｂいずれの流量も低減させるために流量制御弁３ａ、３ｂを同時に１０％開度低下させる（ステップｓ１００、ｓ１０１）。こうして、流量低下量を大きくすることで高圧低減効果を大きくする。
【００５８】
このように、複数の利用側熱交換器を有する空気調和機において、凝縮圧力に応じて利用側熱交換器の一部もしくは全部の蒸発能力を低下させることにより、必要最小限の冷房能力低減で凝縮圧力の上昇を抑制できるため、従来冷媒であるＲ２２等に比べ、動作圧力の高い代替冷媒を使用した場合でも、部品強度を高くすることなく、また、規模の大きい、複雑な経路を有する既設の配管を耐圧性の高いものに入れ替える必要なく再利用できることから、信頼性、経済性、環境性に優れた空気調和機を提供することが可能となる。
なお、本実施例では利用側熱交換器が２台の場合であるが、１台の場合、もしくは３台以上の場合においても、同様に蒸発能力の低下による作用、効果が得られる。
【００５９】
実施の形態６．
図１９はこの発明の実施の形態６における空気調和機を示す冷媒回路図である。１ａ、１ｂは並列に接続された圧縮機、１６は四方弁、２ａは熱源機側主熱交換器、３ａ、３ｂは流量制御弁、４ａ、４ｂは利用側熱交換器、２０は圧縮機の高圧側を検知する圧力センサである。図２０は図１９の制御ブロック図であり、圧縮機１ａ、１ｂは個別に制御可能となっている。
また、この冷媒回路に使用されている冷媒は、混合冷媒であるＲ４１０Ａを用いている。冷媒回路の交換方法については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
図中の実践矢印は冷房時の冷媒の流れを、破線矢印は暖房時の冷媒の流れ方向を示す。
【００６０】
図２１は本発明の運転制御部１９による制御フローチャートである。図２１において、ステップｓ１０２からステップｓ１１２までは図３のステップ０からステップｓ１０と同一であるのでその説明を省略する。
ステップｓ１１２で冷房運転と判断されると、ステップｓ１１３で四方弁１６をｏｆｆにして冷房サイクルにするとともに、ステップｓ１１４、ｓ１１５にて圧縮機１ａ、圧縮機１ｂを起動させる。圧縮機を起動後、ステップｓ１１６で圧力検知を行い、ステップｓ１１７でその値が２．７ＭＰａを超えているかどうか判断する。２．７ＭＰａを超えている場合には、圧力上昇を抑制させるため、圧縮機１ｂを停止させる（ステップｓ１１８）。一旦圧縮機１ｂを停止させたあとは、ステップｓ１１６での圧力検知後、ステップｓ１１７、ｓ１１９で高圧ＨＰＳが２．５ＭＰａを下回るまで圧縮機１ｂの再起動はさせない。
【００６１】
このように、Ｒ２２などの冷媒に比べ動作圧力の高いＲ４１０Ａ等の冷媒を使用した空気調和機において同一冷媒回路を複数の圧縮機で構成し、高圧が上昇した場合には圧縮機の一部を停止させることにより、大幅に冷媒流量が低下するため、急激な負荷増加や、凝縮器での冷却流体温度上昇による凝縮能力低下時でも能力を零にすることなく即座に圧力を低下させることが可能となり、Ｒ２２など、比較的耐圧の低い部品構成とすることが可能でなるとともに、既設建物内の配管を耐圧性の高いものに変更することなく再利用できることから、信頼性が高く、経済性、環境性に優れた製品を提供することが可能となる。
【００６２】
また、凝縮圧力を温度から推定するよう、圧力センサー２０の代わりに熱源機側熱交換器２ａもしくはその近傍の冷媒配管に温度センサーを取り付けて凝縮温度をを検知し(図示せず)、この凝縮温度の所定値（たとえば、Ｒ４１０Ａ冷媒の２．７ＭＰａ相当であれば４３℃、２．５ＭＰａ相当であれば４１℃）にて電磁弁２７、２８のｏｎ／ｏｆｆ制御を実施しても同様の作用効果が得られる。
【００６３】
上記各実施の形態では、冷媒としてＲ４１０Ａを使用した例を示したが、冷媒はこれに限るものではなく、例えばＲ３２などの可燃性冷媒でもよく、その他、冷媒交換後に交換前の冷媒よりも動作圧力が高くなる冷媒を用いる場合であれば同様の効果が得られる。
また、上記各実施の形態では、高圧抑制するための制御判定圧力をＲ２２冷媒で考えられる高圧上限の３ＭＰａ以下で考えているが、既設配管の耐圧強度が３ＭＰａを超える場合には、耐圧強度を超えない範囲で制御判定圧力を上昇させても既設配管は継続利用が可能であり、同様の作用効果を呈する。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、圧縮機、凝縮器、並列に接続された、優先順位が付けられた複数の絞り手段および前記絞り手段のそれぞれに接続した複数の蒸発器を順次配管で接続してなる冷媒回路と、前記凝縮器の凝縮圧力を検知する圧力検知手段と、冷房運転時に前記圧力検知手段により検知した圧力が所定値を超えた場合には前記優先順位に応じて前記絞り装置の開度を減じる制御手段とを備えたので、凝縮器の流量を低下させて凝縮圧力を低下させることができ、運転を維持しながら圧力上昇を抑制できる効果が得られる。
【００６５】
また、使用する冷媒がＲ２２もしくはＲ４０７Ｃ以外の冷媒であり、かつ同一温度での飽和圧力が、従来広く使用されていたＲ２２もしくはＲ４０７Ｃのいずれよりも高い圧力特性を有する冷媒であっても、従来と同様な耐圧強度で使用することが可能になり、地球温暖化係数等目的に合致した冷媒を使用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る制御ブロック図である。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る制御フローチャート図である。
【図４】 この発明の実施の形態２における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係る制御ブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態２における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係る制御フローチャート図である。
【図８】 この発明の実施の形態２における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態３における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３に係る制御ブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３に係る制御フローチャート図である。
【図１２】 この発明の実施の形態３に係る制御フローチャート図である。
【図１３】 この発明の実施の形態４における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４に係る制御ブロック図である。
【図１５】 この発明の実施の形態４に係る制御フローチャート図である。
【図１６】 この発明の実施の形態５における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図１７】 この発明の実施の形態５に係る制御ブロック図である。
【図１８】 この発明の実施の形態５に係る制御フローチャート図である。
【図１９】 この発明の実施の形態６における空気調和機を示す冷媒回路図である。
【図２０】 この発明の実施の形態６に係る制御ブロック図である。
【図２１】 この発明の実施の形態６に係る制御フローチャート図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 １ａ 圧縮機、 １ｂ 圧縮機、 ２ａ 熱源機側主熱交換器、 ２ｂ 熱源機側補助熱交換器、 ２ｃ 補助熱交換器、 ３ａ 流量制御装置、 ３ｂ 流量制御装置、 ４ａ 利用側熱交換器、 ４ｂ 利用側熱交換器、 ５ａ リモコン、 ５ｂ リモコン、 ７ 伝熱管、 １１〜１４ 電磁弁、 １５ 流量制御装置、 １６ 四方弁、 １９ 運転制御部、 ２０ 圧力センサー、 ２１ 水温センサー、 ２３ 外気温度センサー、 ２４〜２８ 電磁弁。

Claims (3)

1. 圧縮機、凝縮器、並列に接続された、優先順位が付けられた複数の絞り手段および前記絞り手段のそれぞれに接続した複数の蒸発器を順次配管で接続してなる冷媒回路と、
   前記凝縮器の凝縮圧力を検知する圧力検知手段と、
   冷房運転時に前記圧力検知手段により検知した圧力が所定値を超えた場合には前記優先順位に応じて前記絞り装置の開度を減じる制御手段とを備えたことを特徴とする冷媒回路装置。
2. 制御手段は複数の絞り手段の優先順位を示すスイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の冷媒回路装置。
3. 使用する冷媒がＲ２２もしくはＲ４０７Ｃ以外の冷媒であり、かつ同一温度での飽和圧力が、Ｒ２２もしくはＲ４０７Ｃのいずれよりも高い圧力特性を有する冷媒であることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の冷媒回路装置。

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