JP5611376B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置100の設置例を示す概略図である。図1に基づいて、空気調和装置100の設置例について説明する。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異なる場合がある。
本実施の形態に係る空気調和装置100は、熱源側冷媒を循環させる冷凍サイクルである冷媒循環回路A(図2参照)及び熱媒体を循環させる熱媒体循環回路B(図2参照)を有している。さらに、この空気調和装置100は、後述するように、この熱媒体循環回路Bを流れる熱媒体(たとえば水、不凍液等)に含まれる残存空気(気泡)を、熱媒体循環回路B外に高効率(短時間)に放出する機能を有している。
そして、室内機が冷房運転のみを実行するモードを全冷房運転モード、室内機が暖房運転のみを実行するモードを全暖房運転モード、冷房運転と暖房運転を実行する室内機が混在する冷房暖房混在運転モードを有する。なお、冷暖房混在運転モードには、冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モード、及び暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードがある。
室外機1には、圧縮機10と、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、冷媒配管で接続されて設けられている。
圧縮機10は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして冷媒循環回路Aに搬送するものである。この圧縮機10は、吐出側が第1冷媒流路切替装置11に接続され、吸引側がアキュムレーター19に接続されている。圧縮機10は、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。
この熱源側熱交換器12は、暖房運転モード時において、一方が逆止弁13cに接続され、他方がアキュムレーター19の吸引側に接続される。また、熱源側熱交換器12は、冷房運転モード時において、一方が圧縮機10の吐出側に接続され、他方が逆止弁13aに接続される。熱源側熱交換器12は、たとえば冷媒配管を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
なお、本実施の形態に係る空気調和装置100においては、一例として、接続配管37a、接続配管37b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び逆止弁13dが設けられた冷媒循環回路Aを図示している。しかし、冷媒循環回路Aの冷媒回路は、特に、限定されるものではなく、接続配管37a、接続配管37b、逆止弁13a、逆止弁13b、逆止弁13c、及び逆止弁13dが設けられていなくてもよい。
室内機2には、利用側熱交換器26a〜26d(単に利用側熱交換器26とも称することもある)が備えられている。この利用側熱交換器26は、熱媒体配管5を介して熱媒体流量調整装置25a〜25d(単に熱媒体流量調整装置25とも称することもある)と、熱媒体配管5を介して第2熱媒体流路切替装置23a〜23d(単に、第2熱媒体流路切替装置23とも称することもある)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、4つの熱媒体間熱交換器15a〜15dと、2つの絞り装置16a、16b(単に絞り装置16とも称することもある)と、2つの開閉装置17a、17b(単に開閉装置17と称することもある)と、2つの第2冷媒流路切替装置18a、18b(単に第2冷媒流路切替装置18とも称することもある)と、2つのポンプ21a、21b(単にポンプ21とも称することもある)と、4つの第1熱媒体流路切替装置22a〜22d(単に第1熱媒体流路切替装置22とも称することもある)と、4つの第2熱媒体流路切替装置23a〜23d(単に第2熱媒体流路切替装置23とも称することもある)と、4つの熱媒体流量調整装置25a〜25d(単に熱媒体流量調整装置25と称することもある)と、が搭載されている。
2つの熱媒体間熱交換器15aは、図2に示す冷媒循環回路Aにおける絞り装置16aと、第2冷媒流路切替装置18aと、を接続する配管の間に接続されており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体を冷却するものである。
2つの熱媒体間熱交換器15bは、図2に示す冷媒循環回路Aにおける絞り装置16bと、第2冷媒流路切替装置18bと、を接続する配管の間に接続されており、冷房暖房混在運転モード時において熱媒体を加熱するものである。
ここで、一般的に低温低圧の冷媒は密度が小さい。したがって、冷房暖房混在運転モード時において低温低圧の冷媒が流れる熱媒体間熱交換器15aの双方を並列に接続し、冷媒の流速を下げて圧力損失を低下させ、冷房暖房混在運転モード時の冷凍サイクルの効率を向上させている。
ここで、高温高圧の冷媒は密度が大きい。したがって、冷房暖房混在運転モード時において高温高圧の冷媒が流れる熱媒体間熱交換器15bの双方を直列に接続し、冷媒の流速を増加させて、冷房暖房混在運転モード時の熱源側冷媒と熱媒体との熱交換効率を向上させている。なお、冷房暖房混在運転モード時に、熱媒体間熱交換器15bには高圧冷媒が流れるので、圧力損失が低減される。
同様に、熱媒体循環回路Bにおいて、熱媒体間熱交換器15bの双方も、第1熱媒体流路切替装置22からポンプ21bまでを接続する配管の間に、並列に接続されている。
室外機1から流入する冷媒に対して、熱媒体変換機3の入口側となる冷媒配管4aに設けられている。また、開閉装置17bは、室外機1から流入する冷媒に対して、熱媒体変換機3の入口側である冷媒配管4aと、出口側である冷媒配管4bとを接続する配管に設けられている。開閉装置17は、たとえば二方弁等で構成するとよい。
なお、ポンプ21aを、熱媒体配管5のうち、熱媒体間熱交換器15aと第1熱媒体流路切替装置22とを接続する配管の間に接続してもよい。また、ポンプ21bを、熱媒体配管5のうち、熱媒体間熱交換器15bと第1熱媒体流路切替装置22とを接続する配管の間に接続してもよい。
熱媒体供給配管38は、熱媒体を熱媒体循環回路Bに補充するための配管である。熱媒体供給配管38の一方は、熱媒体間熱交換器15aと第1熱媒体流路切替装置22とを接続する配管に接続されている。熱媒体供給配管38の他方は、熱媒体を供給可能である熱媒体源(熱媒体が水である場合には水道管等)に接続されている。
空気調和装置100が実行する運転モードには、駆動している室内機2が冷房運転のみを実行する全冷房運転モード、駆動している室内機2が暖房運転のみを実行する全暖房運転モード、冷房負荷の方が大きい冷房暖房混在運転モードとしての冷房主体運転モード、及び暖房負荷の方が大きい冷房暖房混在運転モードとしての暖房主体運転モードがある。
そして、本空気調和装置100は、全暖房運転モード又は暖房主体運転モードを実行して熱媒体を所定の温度以上に加温しながら、空気放出装置27及び開閉装置28を開状態として、熱媒体に含まれる空気を熱媒体循環回路B外に高効率に放出することができる。以下、空気調和装置100が実行する空気放出運転について説明する。
暖房利用空気放出運転モードは、ユーザーに手動で入力されることによって、開始されるものである。あるいは、暖房利用空気放出運転モードは、暖房運転中に自動的に開閉装置28及び空気放出装置27を開いて暖房利用空気放出運転モードを開始させてもよい。
さらに、暖房利用空気放出運転モードは、室内温度センサー40の検出温度が所定値未満の場合に、開閉装置28及び空気放出装置27を開放しながら全暖房運転を所定時間、自動的に行うようにしてもよい。この場合には、制御装置が、室内温度センサー40の検出温度が所定値未満であると判断すると、開閉装置28及び空気放出装置27を開放するとともに全暖房運転を実施し、熱媒体の温度を所定値より大きく保ったまま所定時間運転するものである。
なお、上記検出温度の所定値としては、たとえば30℃程度とするとよい。また、上記所定時間の値は、特に、限定されるものではない。さらに、温熱負荷が、たとえば利用側熱交換器26aのみに発生している場合には、室内温度センサー40aの検出温度を採用するものとする。
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及び接続配管37aを介して室外機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4aを介して熱媒体変換機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、それぞれ第2冷媒流路切替装置18a及び第2冷媒流路切替装置18bに流入する。第2冷媒流路切替装置18aに流入した冷媒は、その後、分岐してそれぞれ熱媒体間熱交換器15a(1)及び熱媒体間熱交換器15a(2)に流入する。また、第2冷媒流路切替装置18bに流入した冷媒は、熱媒体間熱交換器15b(1)に流入し、その後に熱媒体間熱交換器15a(2)に流入する。
熱媒体間熱交換器15aから流出した液冷媒は、絞り装置16aで膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。また、熱媒体間熱交換器15bから流出した液冷媒は、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。これらの二相冷媒は、合流してから開閉装置17bを介して熱媒体変換機3から流出し、冷媒配管4bを通って再び室外機1へ流入する。室外機1に流入した冷媒は、接続配管37bを介して、蒸発器として作用する熱源側熱交換器12に流入する。
暖房利用空気放出運転モードでは、熱媒体間熱交換器15a及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及びポンプ21bによって熱媒体配管5内を流動させられることになる。ポンプ21a及びポンプ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を介して利用側熱交換器26aに流入し、利用側熱交換器26aで室内空気に放熱する。
つまり、熱媒体循環回路B内の空気は、暖房利用空気放出運転モードを実行することにより熱媒体循環回路B内を循環しながら配管上部へと移動する。そして、配管上部へと移動した空気は、空気放出装置27を通過する際に熱媒体循環回路Bから放出される。このとき、空気とともに熱媒体も空気放出装置27から放出されてしまう場合がある。そこで、開閉装置28を開放して、空気及び空気とともに流出した熱媒体を合わせた量に相当する熱媒体を、熱媒体供給配管38を介して熱媒体循環回路B内へと供給している。
暖房主体運転利用空気放出運転モードは、暖房主体運転を実施することで、水の溶解度の差を利用して利用側熱交換器26付近に残存する空気を個別に放出する方法である。つまり、暖房主体運転利用空気放出運転を実施することによって、高効率に、利用側熱交換器26付近に残存する空気を個別に放出することができる。
暖房主体運転利用空気放出運転モードは、ユーザーに手動で入力されることによって、開始されるものである。あるいは、冷暖房混在運転中に自動的に開閉装置28及び空気放出装置27を開いて暖房主体運転利用空気放出運転モードを開始させてもよい。
さらに、暖房主体運転利用空気放出運転モードは、室内温度センサー40の検出温度が所定値以上の場合に、開閉装置28及び空気放出装置27を開放しながら暖房主体運転を所定時間、自動的に行うようにしてもよい。この場合には、制御装置が、室内温度センサー40の検出温度が所定値以上であると判断すると、開閉装置28及び空気放出装置27を開放するとともに暖房主体運転を実施し、熱媒体の温度を所定値より大きく保ったまま所定時間運転するものである。
なお、上記検出温度の所定値は、暖房利用空気放出運転モードにおける所定値に対応し、
たとえば30℃程度とするとよい。また、上記所定時間の値は、特に、限定されるものではない。さらに、温熱負荷が、たとえば利用側熱交換器26aのみに発生している場合には、室内温度センサー40aの検出温度を採用するものとする。
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及び接続配管37aを介して室外機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4aを介して熱媒体変換機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18bを介して熱媒体間熱交換器15b(1)に流入し、その後に熱媒体間熱交換器15b(2)に流入する。
熱媒体間熱交換器15aでは熱源側冷媒の冷熱が、熱媒体間熱交換器15bでは熱源側冷媒の温熱が熱媒体に伝えられ、熱媒体がポンプ21a及びポンプ21bによって熱媒体配管5内を流動させられることになる。ポンプ21aで加圧されて流出した熱媒体による冷熱は、第2熱媒体流路切替装置23a及び第2熱媒体流路切替装置23bを介して、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bのみに流入する。そして、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bで室内空気と熱交換する。一方、ポンプ21bで加圧されて流出した熱媒体による温熱は第2熱媒体流路切替装置23c及び第2熱媒体流路切替装置23dを介して、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dのみに流入する。そして、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dで室内空気と熱交換する。
一方、利用側熱交換器26cから流出した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25cを介して第1熱媒体流路切替装置22cに流入する。また、利用側熱交換器26dから流出した熱媒体は、熱媒体流量調整装置25dを介して第1熱媒体流路切替装置22dに流入する。
4つの第1熱媒体流路切替装置22のうちの全ての開度を半開とすることにより、利用側熱交換器26から流出した熱媒体は、第1熱媒体流路切替装置22から熱媒体間熱交換器15aと熱媒体間熱交換器15bとの双方に向かうように分岐させられる。このとき、加温された熱媒体と冷却された熱媒体が混合されている。
熱媒体間熱交換器15へ流入した熱媒体は、再びポンプ21へ吸い込まれる。このとき、熱媒体流量調整装置25については全開でもよいし、熱媒体の流量が室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量に制御し、利用側熱交換器26に流入するようにしてもよい。
たとえば、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bから流出した熱媒体の温度を10℃、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dから流出した熱媒体の温度を30℃とし、さらに熱媒体流量が等量とすると、合流後の熱媒体温度は20℃となる。仮に、熱媒体が水である場合には、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bにおける空気の溶解度は0.0295g/L、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dにおける空気の溶解度は0.0172g/L、混合後(合流後)の空気の溶解度は0.0210g/Lとなる。
一方、混合後(合流後)において1分に流れる熱媒体中の溶存空気量は、0.0210×30×2=1.260gとなる。これにより、混合前後(合流前後)の差である、1.401−1.260=0.141gの空気を毎分熱媒体循環回路B内から放出することができるということになる。
そして、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26bに加温された熱媒体を供給し、利用側熱交換器26c及び利用側熱交換器26dへ冷却された熱媒体を供給するので、利用側熱交換器26a及び利用側熱交換器26b付近に残存する空気を放出することができる。
ポンプ発停空気放出運転は、暖房利用空気放出運転モード、又は暖房主体運転利用空気放出運転モードを実行中に、ポンプ21の発停を繰り返すことにより空気の浮上を促し、空気を熱媒体循環回路B外へ放出する運転である。このとき、2つのポンプ21の双方を同時に発停してもよいし、個別に発停してもよい。なお、2つのポンプ21を個別に発停する場合には、第1熱媒体流路切替装置22の開度を、運転しているほうのポンプ21にのみ接続するよう開度を調整してもよいし、半開状態としてもよい。また、ポンプ21の発停は、たとえば数十秒に一回、ポンプ21を停止させるなどにより行うものとする。
熱媒体が水である場合において、空気(空気)は、水と比較して軽いため熱媒体配管5内を浮上してゆき、空気放出装置27を通過する際に放出される。しかし、熱媒体の流速が大きい場合には、空気が空気放出装置27に流入する前に、空気放出装置27を通過してしまいやすくなる。つまり、熱媒体の流速が大きい場合には、空気放出装置27から空気が放出されにくくなってしまう。
なお、全暖房運転モードは、暖房利用空気放出運転モードの熱源側冷媒及び熱媒体の流れと同様であり、暖房主体運転モードは、暖房主体運転利用空気放出運転モードの熱源側冷媒及び熱媒体の流れと同様であるので説明を省略する。
図6は、図2に示す空気調和装置100の全冷房運転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6では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)の流れ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。
また、本来、利用側熱交換器26aは、その入口と出口の温度差で制御すべきであるが、利用側熱交換器26aの入口側の熱媒体温度は、第1温度センサー31bで検出された温度とほとんど同じ温度であり、第1温度センサー31bを使用することにより温度センサーの数を減らすことができ、安価にシステムを構成できる。
図7は、図2に示す空気調和装置の冷房主体運転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7では、太線で表された配管が冷媒(熱源側冷媒及び熱媒体)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。
Claims (4)
- 圧縮機、冷媒流路切替装置、複数の熱媒体間熱交換器、絞り装置、及び熱源側熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続されて冷凍サイクルを構成する冷媒循環回路と、
前記複数の熱媒体間熱交換器、ポンプ、複数の利用側熱交換器を有し、これらが熱媒体配管で接続されて構成された熱媒体循環回路とを有し、冷房運転及び暖房運転が可能な空気調和装置において、
前記熱媒体循環回路に熱媒体を供給可能に接続された熱媒体供給配管に設けられ、前記熱媒体供給配管から前記熱媒体循環回路へ流れる前記熱媒体の通過又は遮断をする開閉装置と、
前記熱媒体循環回路に設けられ、前記熱媒体循環回路中の残存空気を放出する空気放出装置と、
空調対象空間の温度を検出する室内温度センサーと、
前記室内温度センサーの検出温度に基づいて、前記利用側熱交換器で暖房運転を実行する制御装置と、
を有し、
前記検出温度が所定値未満の場合に、前記開閉装置及び前記空気放出装置を開としながら、暖房運転を行う
ことを特徴とする空気調和装置。 - 前記冷房運転及び前記暖房運転として、前記利用側熱交換器で冷房運転のみを行う全冷房運転モードと、前記利用側熱交換器で暖房運転のみを行う全暖房運転モードと、前記利用側熱交換器において前記冷房運転及び前記暖房運転を混在する冷暖房運転混在運転モードとを備え、
前記熱媒体循環回路は、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれから流出した前記熱媒体が合流できるように、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれの流出側が接続可能とされており、
前記空気放出装置は、合流後の前記熱媒体を前記複数の熱媒体間熱交換器へ接続する配管に設けられており、
前記開閉装置及び前記空気放出装置を開としながら、全暖房運転又は冷暖房混在運転を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。 - 前記ポンプの運転と停止を連続して繰り返す
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和装置。 - 前記制御装置は、
前記検出温度が所定値未満の場合に、前記開閉装置及び前記空気放出装置を開としながら、全暖房運転を行い、
前記検出温度が前記所定値以上の場合に、前記開閉装置及び前記空気放出装置を開としながら、冷暖房混在運転を行う
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の空気調和装置。
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