JP5328933B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
また、室外機と熱交換器を持つ分岐ユニットとの間を2本の配管で接続し、室内機に2次冷媒を搬送するように構成されている空気調和装置も存在している(たとえば、特許文献4参照)。
前記複数の熱媒体間熱交換器、該熱媒体間熱交換器の熱交換に係る前記熱媒体を循環させるための熱媒体送出装置および前記熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う利用側熱交換器を配管接続して熱媒体循環回路を構成する熱媒体側装置とを備え、
前記熱媒体循環回路において前記利用側熱交換器の熱媒体の流入側および流出側にあって、開度調整により、前記複数の熱媒体間熱交換器と通ずる開口面積を任意の割合にして前記熱媒体を合流または分配する熱媒体流路切替装置と、
すべての前記熱媒体間熱交換器が前記熱媒体の冷却を行う全冷房運転モードまたはすべての前記熱媒体間熱交換器が前記熱媒体の加熱を行う全暖房運転モードにおいて、各熱媒体間熱交換器における熱交換量を調整する少なくとも流入側または流出側の熱媒体流路切替装置の開度を制御する制御装置とを備え、前記熱媒体流路切替装置の制御周期を、前記複数の絞り装置の制御周期よりも長くしたものである。
図1および図2は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。図1および図2に基づいて、空気調和装置の設置例について説明する。この空気調和装置は、冷媒(熱源側冷媒、熱媒体)を循環させる冷凍サイクル(冷媒循環回路A、熱媒体循環回路B)を利用することで各室内機が運転モードとして冷房モードあるいは暖房モードを自由に選択できるものである。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
室外機1には、圧縮機10と、四方弁等の第1冷媒流路切替装置11と、熱源側熱交換器12と、アキュムレーター19とが冷媒配管4で直列に接続されて搭載されている。また、室外機1には、第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、および、逆止弁13dが設けられている。第1接続配管4a、第2接続配管4b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、および、逆止弁13dを設けることで、室内機2の要求する運転に関わらず、熱媒体変換機3に流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にすることができる。
室内機2には、それぞれ利用側熱交換器26が搭載されている。この利用側熱交換器26は、配管5によって熱媒体変換機3の熱媒体流量調整装置25と第2熱媒体流路切替装置23に接続するようになっている。この利用側熱交換器26は、図示省略のファン等の送風機から供給される空気と熱媒体との間で熱交換を行ない、室内空間7に供給するための暖房用空気あるいは冷房用空気を生成するものである。
熱媒体変換機3には、2つの熱媒体間熱交換器15と、2つの絞り装置16と、2つの開閉装置17と、2つの第2冷媒流路切替装置18と、2つのポンプ21と、4つの第1熱媒体流路切替装置22と、4つの第2熱媒体流路切替装置23と、4つの熱媒体流量調整装置25とが搭載されている。なお、熱媒体変換機3を親熱媒体変換機3aと子熱媒体変換機3bとに分けたものについては図3Aで説明する。
図4は、空気調和装置100の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図4では、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bでのみ冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図4では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の流れる配管を示している。また、図4では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮液化し、高圧液冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した高圧液冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高圧液冷媒は、開閉装置17aを経由した後に分岐されて絞り装置16aおよび絞り装置16bで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。
全冷房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aおよびポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bで室内空気から吸熱することで、室内空間7の冷房を行なう。
図5は、空気調和装置100の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図5では、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bでのみ温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図5では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の流れる配管を示している。また、図5では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、分岐されて第2冷媒流路切替装置18aおよび第2冷媒流路切替装置18bを通って、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bのそれぞれに流入する。
全暖房運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aおよび熱媒体間熱交換器15bの双方で熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21aおよびポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。そして、熱媒体が利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bで室内空気に放熱することで、室内空間7の暖房を行なう。
図6は、空気調和装置100の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図6では、利用側熱交換器26aで冷熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで温熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、図6では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の循環する配管を示している。また、図6では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を介して熱源側熱交換器12に流入する。そして、熱源側熱交換器12で室外空気に放熱しながら凝縮し、二相冷媒となる。熱源側熱交換器12から流出した二相冷媒は、逆止弁13aを通って室外機1から流出し、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した二相冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、冷房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。
図7は、空気調和装置100の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図7では、利用側熱交換器26aで温熱負荷が発生し、利用側熱交換器26bで冷熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、図7では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒および熱媒体)の循環する配管を示している。また、図7では、熱源側冷媒の流れ方向を実線矢印で、熱媒体の流れ方向を破線矢印で示している。
低温・低圧の冷媒が圧縮機10によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機10から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、第1冷媒流路切替装置11を通り、第1接続配管4aを導通し、逆止弁13bを通過し、室外機1から流出する。室外機1から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管4を通って熱媒体変換機3に流入する。熱媒体変換機3に流入した高温・高圧のガス冷媒は、第2冷媒流路切替装置18bを通って凝縮器として作用する熱媒体間熱交換器15bに流入する。
暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15bで熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体がポンプ21bによって配管5内を流動させられることになる。また、暖房主体運転モードでは、熱媒体間熱交換器15aで熱源側冷媒の冷熱が熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体がポンプ21aによって配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aおよびポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体は、第2熱媒体流路切替装置23aおよび第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26aおよび利用側熱交換器26bに流入する。
以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和装置100は、幾つかの運転モードを具備している。これらの運転モードにおいては、室外機1と熱媒体変換機3とを接続する配管4には熱源側冷媒が流れている。
本実施の形態に係る空気調和装置100が実行する幾つかの運転モードにおいては、熱媒体変換機3と室内機2を接続する配管5には水や不凍液等の熱媒体が流れる。
全冷房運転モードおよび全暖房運転モードに係る先の説明では、熱媒体間熱交換器15aと15bとに流入出する熱媒体の流量をほぼ同じにするため、第1熱媒体流路切替装置22、第2熱媒体流路切替装置23とを中間の開度になるように制御した。しかし、第1熱媒体流路切替装置22、第2熱媒体流路切替装置23と熱媒体間熱交換器15a、15bとの間の流路は、流体が流れる際に流れの抵抗(流れ難さ)が生じる有限の内径をもった銅製等の配管で構成されている。そして、このような配管を他の手段等と共に熱媒体変換機3を構成する筐体内に収容する。各手段の配置を工夫し、熱媒体変換機3を小型化しようとすると、筐体内の配管が複雑になる。そのため、たとえば、熱媒体間熱交換器15aから第1熱媒体流路切替装置22a〜22dに至る流路の長さと、熱媒体間熱交換器15bから第1熱媒体流路切替装置22a〜22dに至る流路の長さを全く同じ長さにするのは困難である。また、配管において曲がり部があると熱媒体が流れる際の流路抵抗になり、しかも曲げ角度が異なると抵抗も異なる。
このため、開度を増加させるということは、熱媒体間熱交換器15aへ流れる冷媒の流量を増加させ、熱媒体間熱交換器15bへ流れる冷媒の流量を減少させることになる。したがって、双方の熱媒体間熱交換器に流れる冷媒の流量を均等化する方向に制御されることになる。
上述の実施の形態では、熱媒体間熱交換器15a、15bの冷媒側の流路における抵抗差を定数αとして(2)式に表した。熱媒体間熱交換器15aと15bとの間の抵抗(圧力損失)の違いがあまり大きくない場合は(2)式でも対応することができる。しかし、冷媒の圧力損失は冷媒の流量等によっても変化するため、2つの熱媒体間熱交換器間における冷媒の圧力損失が大きく違えば誤差が大きくなる可能性がある。
上述の実施の形態では特に示さなかったが、第1熱媒体流路切替装置22および第2熱媒体流路切替装置23を電子式膨張弁等の2方流路の流量を変化させられるものを2つ組み合わせる等して構成してもよい。また、熱媒体流量調整装置25が二方弁である場合を例に説明を行なったが、三方流路を持つ制御弁とし利用側熱交換器26をバイパスするバイパス管と共に設置するようにしてもよい。
Claims (15)
- 冷媒を加圧する圧縮機、前記冷媒の循環経路を切り替えるための冷媒流路切替装置、前記冷媒を熱交換させるための熱源側熱交換器、前記冷媒との熱交換により、前記冷媒とは異なる熱媒体を加熱または冷却する複数の熱媒体間熱交換器および圧力調整により前記熱媒体間熱交換器に流れる冷媒の流量をそれぞれ調整する複数の絞り装置とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置と、
前記複数の熱媒体間熱交換器、該熱媒体間熱交換器の熱交換に係る前記熱媒体を循環させるための熱媒体送出装置および前記熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う利用側熱交換器を配管接続して熱媒体循環回路を構成する熱媒体側装置とを備え、
前記熱媒体循環回路において前記利用側熱交換器の熱媒体の流入側および流出側にあって、開度調整により、前記複数の熱媒体間熱交換器と通ずる開口面積を任意の割合にして前記熱媒体を合流または分配する熱媒体流路切替装置と、
すべての前記熱媒体間熱交換器が前記熱媒体の冷却を行う全冷房運転モードまたはすべての前記熱媒体間熱交換器が前記熱媒体の加熱を行う全暖房運転モードにおいて、各熱媒体間熱交換器における熱交換量を調整する少なくとも流入側または流出側の熱媒体流路切替装置の開度を制御する制御装置とを備え、
前記熱媒体流路切替装置の制御周期を、前記複数の絞り装置の制御周期よりも長くしたことを特徴とする空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記複数の絞り装置の開度に係るデータに基づいて前記熱媒体流路切替装置の開度補正値を演算し、前記熱媒体流路切替装置の開度を前記開度補正値分変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記開度に係るデータは、前記複数の絞り装置の開度の差分値であることを特徴とする請求項2に記載の空気調和装置。
- 前記複数の熱媒体間熱交換器に流入出する冷媒の流路抵抗の差に基づく値を定数として含めて、前記開度補正値の演算を行うことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の空気調和装置。
- 前記複数の熱媒体間熱交換器から流出する熱媒体の温度を検出する温度検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記温度検出装置の検出に係る温度に基づいて前記熱媒体流路切替装置の開度補正値を演算し、前記熱媒体流路切替装置の開度を前記開度補正値分を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記複数の熱媒体間熱交換器から流出する熱媒体の温度差に基づいて前記熱媒体流路切替装置の開度補正値を演算することを特徴とする請求項5に記載の空気調和装置。
- 前記熱媒体流路切替装置の制御周期と前記複数の絞り装置の制御周期との比を2以上とすることを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
- 前記利用側熱交換器に流入出する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を備え、
前記熱媒体流路切替装置の制御周期を、前記熱媒体流量調整装置の制御周期よりも長くすることを特徴とする請求項1又は請求項7に記載の空気調和装置。 - 前記熱媒体流路切替装置の制御周期と前記熱媒体流量調整装置の制御周期との比を2以上とすることを特徴とする請求項8に記載の空気調和装置。
- 設置後、最初に全冷房運転モードまたは全暖房運転モードで運転を開始する際は、前記熱媒体流路切替装置を、前記複数の熱媒体間熱交換器に通ずる流路の開口面積が同じまたはほぼ同じになるような開度にし、
二度目以降に運転を開始する際は、前回の運転において最後に演算した前記開度補正値分を、前記初期開度に加えた開度にすることを特徴とする請求項2から請求項9のいずれかに記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、前記全暖房運転モードにおける前記開度補正値と、前記全冷房運転モードにおける前記開度補正値とを、それぞれ記憶手段に記憶させることを特徴とする請求項10に記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、前記全冷房運転モードにおいては、前記複数の熱媒体間熱交換器の冷媒の出口側における過熱度を算出し、各熱媒体間熱交換器の前記過熱度が一定値になるように前記複数の絞り装置の開度をそれぞれ制御し、前記全暖房運転モードにおいては、前記複数の熱媒体間熱交換器の冷媒の出口側における過冷却度を算出し、各熱媒体間熱交換器の前記過冷却度が一定値になるように前記複数の絞り装置の開度をそれぞれ制御することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、流入側および流出側の前記熱媒体流路切替装置をほぼ同じ開度だけ変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記制御装置は、運転中の室内機の前記利用側熱交換器に対応する前記熱媒体流路切替装置に対して、一律に前記開度補正値分の開度を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項2から請求項13のいずれかに記載の空気調和装置。
- 前記利用側熱交換器を有する室内機と、
前記複数の熱媒体間熱交換器、前記熱媒体送出装置および熱媒体流路切替装置を有する熱媒体変換機と、
圧縮機、熱源側熱交換器を有する室外機と
を、それぞれ別体に形成して互いに離れた場所に設置できるように構成することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれかに記載の空気調和装置。
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