JP6528909B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
図1は、空調システム100の全体構成図である。空調システム100は、ビルや工場等に設置されて対象空間の空気調和を実現する。空調システム100は、冷媒配管方式の空調システムであって、冷媒回路RCにおいて冷凍サイクルを行うことにより、対象空間の冷房や暖房などを行う。
図2は、室外ユニット10内の冷媒回路図である。室外ユニット10は、例えば建物の屋上やベランダ等の屋外、又は地下等の室外(対象空間外)に設置される。室外ユニット10は、主として、ガス側第1閉鎖弁11と、ガス側第2閉鎖弁12と、液側閉鎖弁13と、アキュームレータ14と、圧縮機15と、第1流路切換弁16と、第2流路切換弁17と、第3流路切換弁18と、室外熱交換器20と、第1室外制御弁23と、第2室外制御弁24と、第3室外制御弁25と、第4室外制御弁26と、過冷却熱交換器27と、を有している。室外ユニット10では、これらの機器がケーシング内に配置され、冷媒配管を介して互いに接続されることで冷媒回路RCの一部が構成されている。また、室外ユニット10は、室外ファン28及び室外ユニット制御部(図示省略)を有している。
図3は、室内ユニット30及び中間ユニット40内の冷媒回路図である。室内ユニット30の型式は、特に限定されないが、例えば天井裏の空間に設置される天井設置型である。空調システム100は、室外ユニット10に対して並列に配置される複数(n台)の室内ユニット30(30a、30b、30c、・・・)を有している。
空調システム100では、複数(ここでは、室内ユニット30の台数と同数)の中間ユニット40(40a、40b、40c、・・・)を有している。本実施形態において、各中間ユニット40は、いずれかの室内ユニット30と1対1に対応付けられている。各中間ユニット40は、対応する室内ユニット30(以下、「対応室内ユニット30」と記載)と、室外ユニット10と、の間で構成されるガス側冷媒流路GL(後述)及び液側冷媒流路LL(後述)上に配置され、対応室内ユニットへ流入する冷媒の流れを切り換えている。
各室外側連絡配管50及び各室内側連絡配管60は、現地においてサービスマンによって設置される冷媒連絡配管である。各室外側連絡配管50及び各室内側連絡配管60の配管長や配管径は、設置環境や設計仕様に応じて適宜選択される。各室外側連絡配管50及び各室内側連絡配管60は、室外ユニット10及び中間ユニット40間、又は各中間ユニット40及び対応室内ユニット30間で延びている。なお、各室外側連絡配管50及び各室内側連絡配管60は、必ずしも1本の配管で構成される必要はなく、複数の配管が継手や開閉弁等を介して接続されることで構成されてもよい。
冷媒回路RCには、以下のような複数の冷媒流路が含まれている。
冷媒回路RCには、室外ユニット10及び室内ユニット30間に配置され(すなわち室外熱交換器20及び各室内熱交換器32間に配置され)、ガス冷媒が流れるガス側冷媒流路GLが含まれている。ガス側冷媒流路GLは、第1連絡管51及び第2連絡管52と、各中間ユニット40の第3配管P3、第4配管P4、第5配管P5、第6配管P6、第1制御弁41及び第2制御弁42と、ガス側連絡管GPと、によって構成される冷媒流路である。本実施形態において、中間ユニット40は、ガス側冷媒流路GL上にそれぞれ配置されているともいえる。ガス側冷媒流路GLは、室外ユニット10と対応する室内ユニット30との間に配置される。ガス側冷媒流路GLは、複数に分岐して延びている。具体的に、ガス側冷媒流路GLは、複数の「ガス側分岐流路」(より詳細には、複数の第1ガス側冷媒流路GL1及び複数の第2ガス側冷媒流路GL2)を含む。各ガス側分岐流路は、対応する室内ユニット30と、室外ユニット10との間に配置される。
冷媒回路RCには、室外ユニット10及び室内ユニット30間に配置される、液冷媒(飽和液状態又は過冷却状態の冷媒)若しくは気液二相冷媒が流れる液側冷媒流路LLが複数含まれている。液側冷媒流路LLは、第3連絡管53と、各中間ユニット40の第1配管P1、第2配管P2及び第3制御弁43と、液側連絡管LPと、によって構成される冷媒流路である。本実施形態において、中間ユニット40は、液側冷媒流路LL上にそれぞれ配置されているともいえる。液側冷媒流路LLは、室外ユニット10と対応する室内ユニット30との間に配置される。液側冷媒流路LLは、複数に分岐して延びている。具体的に、液側冷媒流路LLは、複数の液側分岐流路LL1を含む。各液側分岐流路LL1は、対応する室内ユニット30と、室外ユニット10との間に配置される。各液側分岐流路LL1は、中間ユニット40の第1配管P1、第2配管P2及び第3制御弁43によって構成される。液側冷媒流路LLには、液側分岐流路LL1の始点となる液側分岐部BP3が複数含まれる。
冷媒回路RCには、室外ユニット10及び各中間ユニット40(より詳細には、各中間ユニット40の第1制御弁41、第2制御弁42及び第3制御弁43)間に配置される室外側冷媒流路OLが含まれている。室外側冷媒流路OLは、第1連絡管51、第2連絡管52及び第3連絡管53と、各中間ユニット40の第2配管P2、第4配管P4及び第6配管P6と、によって構成される冷媒流路である。室外側冷媒流路OLは、室外側ガス冷媒流路OL1と、室外側液冷媒流路OL2と、を含む。室外側ガス冷媒流路OL1は、第1制御弁41、第2制御弁42及び第3制御弁43と、室外熱交換器20と、の間に配置される。
冷媒回路RCには、各中間ユニット40(より詳細には、各中間ユニット40の第1制御弁41、第2制御弁42及び第3制御弁43)及び対応室内ユニット30(室内熱交換器32)間に配置される室内側冷媒流路ILが含まれている。室内側冷媒流路ILは、各中間ユニット40及び対応室内ユニット30間におけるガス側連絡管GP及び液側連絡管LPと、第1配管P1、第3配管P3及び第5配管P5と、によって構成される冷媒流路である。室内側冷媒流路ILは、室内側ガス冷媒流路IL1と、室内側液冷媒流路IL2と、を含む。
冷媒回路RCには、液側冷媒流路LL及びガス側冷媒流路GL間に配置され、液側冷媒流路LL内の冷媒をガス側冷媒流路GLへバイパスするバイパス流路BLが含まれている。換言すると、バイパス流路BLは、室内側冷媒流路IL(より詳細には室内側液冷媒流路IL2)から室外側冷媒流路OL(より詳細には室外側ガス冷媒流路OL1)へ延びる冷媒流路である。バイパス流路BLは、液側冷媒流路LL内の冷媒の圧力が所定の圧力基準値以上となった場合に、液側冷媒流路LLを構成する機器や配管の損傷を抑制すべく、液側冷媒流路LL内の冷媒を他の部分にバイパスさせて圧力低減させるために設けられている。
以下、冷媒回路RCにおける冷媒の流れについて、状態別に説明する。
〈A1〉
空調システム100が全冷房状態にある場合には、冷媒が吸入配管Paを介して圧縮機15に吸入されて圧縮される。圧縮された高圧のガス冷媒は、吐出配管Pb、第1流路切換弁16又は第2流路切換弁17を経て、室外熱交換器20(第1室外熱交換器21又は第2室外熱交換器22)に流入する。室外熱交換器20に流入した冷媒は、室外熱交換器20を通過する際に、室外ファン28によって送られる空気と熱交換を行い凝縮する。室外熱交換器20を通過した冷媒は、第1室外制御弁23又は第2室外制御弁24を通過した後、液側配管Pcを流れる過程において二手に分岐する。
液側配管Pcにおいて二手に分岐した一方の冷媒は、第4室外制御弁26に流入し、第4室外制御弁26の開度に応じて減圧される。第4室外制御弁26を通過した冷媒は、過冷却熱交換器27の第2流路272に流入し、第2流路272を通過する際に第1流路271を通過する冷媒と熱交換を行う。第2流路272を通過した冷媒は、アキュームレータ14に流入し、アキュームレータ14内において気液分離する。アキュームレータ14から流出するガス冷媒は、吸入配管Paを流れ、圧縮機15に再び吸入される。
液側配管Pcにおいて二手に分岐した冷媒の他方は、過冷却熱交換器27の第1流路271に流入する。第1流路271に流入した冷媒は、第1流路271を通過する際に、第2流路272を通過する冷媒と熱交換を行い、過冷却度のついた液冷媒となる。第1流路271を通過した冷媒は、第3室外制御弁25に流入し、第3室外制御弁25の開度に応じて気液二相搬送に適した圧力に減圧されて気液二相冷媒となる。第3室外制御弁25を通過した冷媒は、液側閉鎖弁13を通過して第3連絡管53(液側冷媒流路LL;室外側液冷媒流路OL2)に流入し、気液二相状態で第3連絡管53を通過する。第3連絡管53を通過した冷媒は、冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかに流入する。
冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40に流入した冷媒は、第2配管P2を流れ第3制御弁43に流入する。第3制御弁43に流入した冷媒は、第3制御弁43の開度(騒音抑制開度)に応じて減圧された後、第1配管P1(室内側液冷媒流路IL2)に流入する。第1配管P1を通過した冷媒は、中間ユニット40から流出して液側連絡管LPに流入する。液側連絡管LPを通過した冷媒は、対応する冷房室内ユニット30に流入する。冷房室内ユニット30に流入した冷媒は、室内膨張弁31を通過する際に減圧される。室内膨張弁31を通過した冷媒は、室内熱交換器32に流入し、室内熱交換器32を通過する際に、室内ファン33によって送られる空気と熱交換を行い蒸発して、過熱度のついたガス冷媒となる。各室内熱交換器32を通過した冷媒は、ガス側連絡管GP(ガス側冷媒流路GL;室内側ガス冷媒流路IL1)に流入する。ガス側連絡管GPを流れる冷媒は、冷房室内ユニット30から流出し、対応する中間ユニット40に流入する。
中間ユニット40に流入した冷媒は、第1ガス側冷媒流路GL1(第3配管P3、第1制御弁41及び第4配管P4で構成される流路)、又は第2ガス側冷媒流路GL2(すなわち、第5配管P5、第2制御弁42及び第6配管P6で構成される流路)を通過し、中間ユニット40から流出する。中間ユニット40の第1ガス側冷媒流路GL1から流出した冷媒は、第1連絡管51(室外側ガス冷媒流路OL1)を通過し、ガス側第1閉鎖弁11を介して室外ユニット10に流入する。中間ユニット40の第2ガス側冷媒流路GL2から流出した冷媒は、第2連絡管52(室外側ガス冷媒流路OL1)を通過し、ガス側第2閉鎖弁12を介して室外ユニット10に流入する。
ガス側第1閉鎖弁11又はガス側第2閉鎖弁12を介して室外ユニット10に流入した冷媒は、アキュームレータ14に流入し、アキュームレータ14内において気液分離する。アキュームレータ14から流出するガス冷媒は、吸入配管Paを流れ、圧縮機15に再び吸入される。
〈B1〉
空調システム100が全暖房状態にある場合には、冷媒が吸入配管Paを介して圧縮機15に吸入されて圧縮される。圧縮された高圧のガス冷媒は、吐出配管Pb及び第3流路切換弁18、及びガス側第2閉鎖弁12を経て、第2連絡管52(ガス側冷媒流路GL;室外側ガス冷媒流路OL1)に流入する。
第2連絡管52を通過した冷媒は、暖房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかに流入する。中間ユニット40に流入した冷媒は、第2ガス側冷媒流路GL2(すなわち、第6配管P6、第2制御弁42及び第5配管P5)を通過して、ガス側連絡管GP(室内側ガス冷媒流路IL1)を経て暖房室内ユニット30に流入する。
暖房室内ユニット30に流入した冷媒は、室内熱交換器32に流入し、室内熱交換器32を通過する際に、室内ファン33によって送られる空気と熱交換を行い凝縮して、液冷媒又は気液二相冷媒となる。各室内熱交換器32を通過した冷媒は、室内膨張弁31を通過した後、液側連絡管LP(液側冷媒流路LL;室内側液冷媒流路IL2)に流入する。液側連絡管LPを通過した冷媒は、対応する中間ユニット40に流入する。
中間ユニット40に流入した冷媒は、第1配管P1を通過した後、第3制御弁43に流入する。第3制御弁43に流入した冷媒は、第3制御弁43の開度(二相搬送開度)に応じて減圧され気液二相状態となる。第3制御弁43を通過した冷媒は、第2配管P2(室外側液冷媒流路OL2)に流入し、第3連絡管53を通過する。第3連絡管53を通過した冷媒は、液側閉鎖弁13を介して室外ユニット10に流入する。
液側閉鎖弁13を介して室外ユニット10に流入した冷媒は、第3室外制御弁25を通過し、開度に応じて減圧される。第3室外制御弁25を通過した冷媒は、過冷却熱交換器27の第1流路271に流入する。第1流路271に流入した冷媒は、第1流路271を通過する際に、第2流路272を通過する冷媒と熱交換を行い、過冷却度のついた液冷媒となる。第1流路271を通過した冷媒は、液側配管Pcを流れる過程において二手に分岐する。
冷房室内ユニット30と、暖房室内ユニット30と、が混在する場合については、冷房主体状態にある場合と、暖房主体状態にある場合と、冷暖均衡状態にある場合と、に分けて説明する。また、冷暖均衡状態の場合については、冷房主体状態から冷暖均衡状態となった場合と、暖房主体状態から冷暖均衡状態となった場合と、にさらに分けて説明する。
〈C1〉
空調システム100が冷房主体状態にある場合には、冷媒が吸入配管Paを介して圧縮機15に吸入されて圧縮される。圧縮された高圧のガス冷媒は、吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐する。
吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐した冷媒の一方は、第3流路切換弁18及びガス側第2閉鎖弁12を経て、第2連絡管52(ガス側冷媒流路GL;室外側ガス冷媒流路OL1)に流入する。第2連絡管52に流入した冷媒は、上記〈B2〉に記載の態様で流れ、暖房室内ユニット30に流入する。暖房室内ユニット30に流入した冷媒は、上記〈B3〉に記載の態様で流れ、対応する中間ユニット40の第1配管P1に流入する。係る冷媒は、第1配管P1を通過した後、第3制御弁43に流入する。第3制御弁43に流入した冷媒は、第3制御弁43の開度(二相搬送開度)に応じて減圧され気液二相状態となる。第3制御弁43を通過した冷媒は、第2配管P2(室外側液冷媒流路OL2)を流れた後、第3連絡管53に流入する。第3連絡管53に流入した冷媒は、冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかにおける第2配管P2に流入する。
冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかにおける第2配管P2に流入した冷媒は、上記〈A4〉に記載の態様で流れ、対応する中間ユニット40の第4配管P4(第1ガス側冷媒流路GL1)に流入する。その後、中間ユニット40の第4配管P4を通過した冷媒は、第1連絡管51を通過しガス側第1閉鎖弁11を介して室外ユニット10に流入する。ガス側第1閉鎖弁11を介して室外ユニット10に流入した冷媒は、上記〈A6〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
一方、上記〈C2〉において吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐した冷媒の他方は、第1流路切換弁16又は第2流路切換弁17を経て、室外熱交換器20(第1室外熱交換器21又は第2室外熱交換器22)に流入する。室外熱交換器20に流入した冷媒は、室外熱交換器20を通過する際に、室外ファン28によって送られる空気と熱交換を行い凝縮する。室外熱交換器20を通過した冷媒は、第1室外制御弁23又は第2室外制御弁24を通過した後、液側配管Pcを流れる過程において二手に分岐する。
液側配管Pcにおいて二手に分岐した一方の冷媒は、上記〈A2〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。液側配管Pcにおいて二手に分岐した冷媒の他方は、上記〈A3〉に記載の態様で流れ、冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかにおける第2配管P2に流入する。係る冷媒は、上記〈A4〉に記載の態様で流れ、室内ユニット30で蒸発してガス冷媒となった後、ガス側連絡管GP(ガス側冷媒流路GL;室内側ガス冷媒流路IL1)を経て、中間ユニット40の第1ガス側冷媒流路GL1に流入する。
中間ユニット40の第1ガス側冷媒流路GL1に流入した冷媒は、上記〈A5〉に記載の態様で流れ、ガス側第2閉鎖弁12を介して室外ユニット10に流入する。ガス側第2閉鎖弁12を経て室外ユニット10に流入した冷媒は、上記〈A6〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
〈D1〉
空調システム100が暖房主体状態にある場合には、冷媒が吸入配管Paを介して圧縮機15に吸入され、上記〈B2〉に記載の態様で流れ、第2連絡管52に流入する。第2連絡管52に流入した冷媒は、上記〈B2〉に記載の態様で流れ、暖房室内ユニット30に流入する。暖房室内ユニット30に流入した冷媒は、上記〈B3〉に記載の態様で流れ、対応する中間ユニット40の第1配管P1に流入する。係る冷媒は、第1配管P1を通過した後、第3制御弁43に流入する。第3制御弁43に流入した冷媒は、第3制御弁43の開度(二相搬送開度)に応じて減圧され気液二相状態となる。第3制御弁43を通過した冷媒は、第2配管P2(室外側液冷媒流路OL2)を流れて第3連絡管53に流入する。
第3連絡管53に流入した冷媒の一部は、冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかにおける第2配管P2に流入する。係る冷媒は、上記〈A4〉に記載の態様で流れ、対応する中間ユニット40の第4配管P4(第1ガス側冷媒流路GL1)に流入する。その後、中間ユニット40の第4配管P4を通過した冷媒は、第1連絡管51を流れた後、ガス側第1閉鎖弁11を介して室外ユニット10に流入する。ガス側第1閉鎖弁11を介して室外ユニット10に流入した冷媒は、上記〈A6〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
一方、第3連絡管53に流入した他の冷媒は、液側閉鎖弁13を介して室外ユニット10に流入する。液側閉鎖弁13を介して室外ユニット10に流入した冷媒は、上記〈B5〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
(3−3−3−1)冷房主体状態において冷暖均衡状態となった場合
空調システム100が冷房主体状態において冷暖均衡状態となった場合には、「(3−3−1)冷房主体状態にある場合」における〈C1〉―〈C6〉において説明した態様で冷媒回路RC内を冷媒が流れる。
〈E1〉
空調システム100が暖房主体状態において冷暖均衡状態となった場合には、冷媒が吸入配管Paを介して圧縮機15に吸入されて圧縮される。圧縮された高圧のガス冷媒は、吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐する。
吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐した冷媒の一方は、上記〈C2〉−〈C3〉で説明した態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
一方、上記〈E2〉において吐出配管Pbを流れる際に二手に分岐した冷媒の他方は、吐出配管Pb、第1流路切換弁16を経て、室外熱交換器20(第2室外熱交換器22)に流入する。室外熱交換器20に流入した冷媒は、室外熱交換器20を通過する際に、室外ファン28によって送られる空気と熱交換を行い凝縮する。室外熱交換器20を通過した冷媒は、第2室外制御弁24を通過した後、液側配管Pcを流れる過程において二手に分岐する。
液側配管Pcにおいて二手に分岐した一方の冷媒は、上記〈A2〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
液側配管Pcにおいて二手に分岐した冷媒の他方は、上記〈A3〉に記載の態様で流れ、冷房室内ユニット30に対応する中間ユニット40のいずれかにおける第2配管P2に流入する。係る冷媒は、上記〈A4〉に記載の態様で流れ、対応する中間ユニット40の第4配管P4(第1ガス側冷媒流路GL1)に流入する。その後、中間ユニット40の第4配管P4を通過した冷媒は、第1連絡管51を通過しガス側第1閉鎖弁11を経て室外ユニット10に流入する。ガス側第1閉鎖弁11を経て室外ユニット10に流入した冷媒は、上記〈A6〉に記載の態様で流れ、圧縮機15に再び吸入される。
第1制御弁41、第2制御弁42及び第3制御弁43が同時に閉状態となった場合には、室内側冷媒流路ILが遮断されるため、室内側冷媒流路IL内に冷媒が存在する場合には液封回路が形成されることとなる。係る場合において、室内側冷媒流路IL内の冷媒の状態変化に伴い圧力調整弁45の一端側に圧力基準値以上の圧力が加わったときには、圧力調整弁45が全閉状態から開状態に切り換わりバイパス流路BLが開通する。これにより、室内側冷媒流路IL内の冷媒が、第1配管P1からバイパス流路BLに流入し、バイパス流路BL(第7配管P7、圧力調整弁45、及び第8配管P8)を流れて、室外側冷媒流路OL(室外側ガス冷媒流路OL1を構成する第4配管P4)にバイパスされる。
空調システム100では、第1制御弁41、第2制御弁42、及び第3制御弁43が同時に全閉状態(冷媒の流れを遮断する状態)となるケースが考えられる。
(5−1)
従来、熱源側熱交換器及び複数の利用側熱交換器を含む冷媒回路において、熱源側熱交換器及び利用側熱交換器間に配置されるガス側冷媒流路及び液側冷媒流路のそれぞれに冷媒の流れを切り換える切換弁を有し、各切換弁の状態を個別に制御することで各利用側熱交換器への冷媒の流れ方向を個別に切り換える冷凍装置が知られている。
上記実施形態では、圧力調整部44は、バイパス配管(P7、P8)をさらに含む。バイパス配管(P7、P8)は、バイパス流路BLを形成する。バイパス流路BLは、室内側冷媒流路IL(「利用側冷媒流路」に相当)から室外側冷媒流路OL(「熱源側冷媒流路」に相当)へと延びる冷媒流路である。圧力調整弁45(「バイパス機構」に相当)は、バイパス流路BL上に配置される。圧力調整弁45は、室内側冷媒流路IL内の冷媒の圧力が所定の基準値以上となった場合に、バイパス流路BLを開通させる。
上記実施形態では、圧力調整弁45(「バイパス機構」に相当)は、圧力基準値以上の圧力を受けたときに冷媒を通過させる圧力感知機構を有している。これにより、特に簡単な構成にして圧力調整部44を構成することが可能となっており、コスト増大が抑制されている。
上記実施形態では、バイパス流路BLは、室内側冷媒流路IL(「利用側冷媒流路」に相当)から室外側ガス冷媒流路OL1(熱源側第1冷媒流路に相当)へ延びる。室外側ガス冷媒流路OL1は、第1遮断弁(第1制御弁41及び第2制御弁42)と室外熱交換器20(「熱源側熱交換器」に相当)との間に配置される冷媒流路である。
上記実施形態では、空調システム100は、室内熱交換器32(「利用側熱交換器」に相当)と第2遮断弁(第3制御弁43)との間の冷媒流路に配置される室内膨張弁31(「電動膨張弁」に相当)を備える。室内膨張弁31は、開度に応じて通過する冷媒を減圧する。室内膨張弁31は、第1遮断弁(第1制御弁41及び第2制御弁42)および第2遮断弁(第3制御弁43)が全閉状態となった場合であっても、冷媒を通過させる。
上記実施形態の空調システム100は、冷媒を圧縮する圧縮機15と、冷媒を貯留するアキュームレータ14と、を備える。圧縮機15は、室外熱交換器20(「熱源側熱交換器」に相当)と第1遮断弁(第1制御弁41及び第2制御弁42)との間の冷媒流路に配置される。アキュームレータ14は、圧縮機15の吸入側に配置される。
上記実施形態では、空調システム100は、室外ユニット10(「熱源ユニット」に相当)と、複数の室内ユニット30(「利用ユニット」に相当)と、中間ユニット40と、を備える。室外ユニット10は、室外熱交換器20(「熱源側熱交換器」に相当)を配置される。複数の室内ユニット30は、室内熱交換器32(「利用側熱交換器」に相当)をそれぞれ配置される。複数の室内ユニット30は、室外ユニット10に対して並列に配置される。中間ユニット40は、ガス側冷媒流路GL及び液側冷媒流路LL上に配置される。ガス側冷媒流路GLは、対応する室内ユニット30と室外ユニット10との間に配置される。液側冷媒流路LLは、対応する室内ユニット30と室外ユニット10との間に配置される。中間ユニット40は、対応する室内ユニット30における冷媒の流れを切り換える。第1遮断弁(第1制御弁41及び第2制御弁42)は、中間ユニット40に配置される。第2遮断弁(第3制御弁43)は、中間ユニット40に配置される。圧力調整部44は、中間ユニット40に配置される。
上記実施形態では、ガス側冷媒流路GLには、「ガス側分岐流路」(GL1、GL2)が複数含まれる。ガス側分岐流路(GL1、GL2)は、分岐して室外ユニット10及びいずれかの室内ユニット30間に配置される。「ガス側分岐流路」には、第1ガス側冷媒流路GL1(「第1ガス側分岐流路」に相当)と、第2ガス側冷媒流路GL2(「第2ガス側分岐流路」に相当)と、が含まれる。第1ガス側冷媒流路GL1は、低圧のガス冷媒が流れる。第2ガス側冷媒流路GL2は、第1ガス側冷媒流路GL1から分岐して室外ユニット10まで延びる。第2ガス側冷媒流路GL2は、低圧/高圧のガス冷媒が流れる。第1遮断弁(第1制御弁41及び第2制御弁42)は、各ガス側分岐流路の第1ガス側冷媒流路GL1及び第2ガス側冷媒流路GL2のそれぞれに配置される。
上記実施形態は、以下の変形例に示すように適宜変形が可能である。なお、各変形例は、矛盾が生じない範囲で他の変形例と組み合わせて適用されてもよい。
上記実施形態では、バイパス流路BLは、中間ユニット40内における室内側液冷媒流路IL2から室外側ガス冷媒流路OL1に延びていた。すなわち、上記実施形態では、バイパス流路BLを構成する第7配管P7は、中間ユニット40内において室内側液冷媒流路IL2を構成する第1配管P1に接続されていた。しかし、バイパス流路BLを構成する第7配管P7は、第1配管P1に接続されるとともに/接続されるのに代えて、中間ユニット40外において室内側液冷媒流路IL2を構成する他の冷媒配管に接続されてもよい。
上記実施形態では、バイパス流路BLは、室内側液冷媒流路IL2から中間ユニット40内における室外側ガス冷媒流路OL1に延びていた。すなわち、上記実施形態では、バイパス流路BLを構成する第8配管P8は、中間ユニット40内において室外側ガス冷媒流路OL1を構成する第4配管P4に接続されていた。しかし、バイパス流路BLを構成する第8配管P8は、第4配管P4に接続されるとともに/接続されるのに代えて、室外側ガス冷媒流路OL1を構成する他の冷媒配管に接続されてもよい。
上記実施形態では、バイパス流路BLは、室内側液冷媒流路IL2から室外側ガス冷媒流路OL1に延びていた。すなわち、上記実施形態では、バイパス流路BLを構成する第8配管P8は、中間ユニット40内において室外側冷媒流路OLを構成する第4配管P4に接続されていた。しかし、バイパス流路BLを構成する第8配管P8は、第4配管P4に接続されるとともに/接続されるのに代えて、室外側冷媒流路OLを構成する他の冷媒配管に接続されてもよい。
上記実施形態では、バイパス流路BLは、室内側液冷媒流路IL2から室外側ガス冷媒流路OL1に延びていた。すなわち、上記実施形態では、バイパス流路BLを構成する第7配管P7は、室内側液冷媒流路IL2を構成する第1配管P1に接続され、バイパス流路BLを構成する第8配管P8は、室外側ガス冷媒流路OL1を構成する第4配管P4に接続されていた。しかし、圧力調整部44は、係るバイパス流路BLに代えて/バイパス流路BLとともに、他の態様で構成されるバイパス流路を含んでいてもよい。
上記実施形態における室内膨張弁31については、必ずしも必要ではなく、図7に示されるように省略されてもよい。係る場合、第3制御弁43に室内膨張弁31(「電動膨張弁」)としての機能を担わせてもよい。係る場合においても上記(5−1)において説明した作用効果について実現されうる。
図示は省略するが、上記実施形態における第3制御弁43については、必ずしも必要ではなく省略されてもよい。係る場合、室内膨張弁31については、閉状態の場合に冷媒の流れを遮断する全閉状態となるものを採用して、室内膨張弁31に第3制御弁43(「第2遮断弁」)としての機能を担わせればよい。また、係る場合において、図3、図4及び図5等に示すようにバイパス流路BLが構成される時には、第7配管P7(バイパス配管)の一端は、室内膨張弁31と室内熱交換器32の間の冷媒流路に接続されればよい。係る場合においても上記(5−1)において説明した作用効果について実現されうる。
上記実施形態では、室内膨張弁31が、閉状態(最小開度)の場合に微小流路を形成する微開状態となる電動弁である場合について説明した。この点、室内側冷媒流路ILにおいて液封回路が形成されることを抑制するという観点によれば、係る態様の電動弁が室内膨張弁31として採用されることが好ましい。しかし、特に支障がない限り、室内膨張弁31は、必ずしも係る態様の膨張弁でなくてもよい。すなわち、室内膨張弁31は、最小開度の場合に冷媒の流れを遮断する全閉状態となるものであってもよい。
上記実施形態では、いずれかの室内ユニット30と1対1に対応する複数の中間ユニット40が、個別に配置されていた。しかし、中間ユニット40の設置態様については、必ずしもこれに限定されない。
上記実施形態では、室外ユニット10と各中間ユニット40とが3本の連絡管(51、52、53)で接続されるいわゆる「3管式」の冷暖フリー回路(室内ユニット30毎に冷房運転及び暖房運転を個別に切換可能な冷媒回路)である冷媒回路RCについて説明した。しかし、必ずしも、室外ユニット10及び各中間ユニット40は3本の連絡管(51、52、53)で接続される必要はない。例えば、冷媒回路RCは、図12に示される冷媒回路RC1のように構成されてもよい。
冷媒回路RCは、複数の中間ユニット40が配置され各室内ユニット30における冷媒の流れを個別に切り換え、室内ユニット30毎に冷房運転と暖房運転とを個別に選択することが可能ないわゆる「冷暖フリー回路」として構成された。しかし、冷媒回路RCは、必ずしも「冷暖フリー回路」として構成される必要はなく、図13に示される冷媒回路RC2のように、各室内ユニット30の冷房運転と暖房運転とが共通に切り換えられる、いわゆる「冷暖切換回路」(すなわち室内ユニット30毎に冷房運転と暖房運転とを個別に切換できない冷媒回路)として構成されてもよい。
冷媒回路RC2は、図14に示す冷媒回路RC3のように構成されてもよい。冷媒回路RC3では、室内ユニット30´において、室内側制御弁34及び圧力調整部44´が省略されている。一方、冷媒回路RC3では、室外ユニット10aと各室内ユニット30´との間に、複数(ここでは2つ)の遮断弁ユニット80(第1遮断弁ユニット81及び第2遮断弁ユニット82)が配置されている。
上記実施形態では、圧力調整弁45(「バイパス機構」に相当)が、一端側に加わる圧力基準値以上の圧力に応じて弁体が移動する圧力感知機構を有する機械式の自動膨張弁である場合について説明した。しかし、圧力調整弁45は、室内側冷媒流路ILにおける圧力基準値以上の冷媒を室外側冷媒流路OLにバイパス可能な弁である限り、他の弁であってもよい。例えば、圧力調整弁45は、最小開度の場合に冷媒を通過させる微小流路を形成する微開状態となる電動式の膨張弁が採用されてもよい。係る場合にも、室内側冷媒流路IL内の冷媒が、圧力調整弁45の微小流路を介して室外側冷媒流路OLへバイパスされることとなるため、上記(5−1)に記載の作用効果について実現されうる。
上記実施形態では、第1制御弁41、第2制御弁42、及び第3制御弁43が、開度調整可能であり最低開度の場合に冷媒の流れを遮断する全閉状態となる電動弁である場合について説明した。しかし、第1制御弁41、第2制御弁42、又は第3制御弁43は、室外ユニット10及び対応室内ユニット30間における冷媒の流れを切換可能な弁である限り、他の弁であってもよい。例えば、第1制御弁41、第2制御弁42、又は第3制御弁43は、駆動電圧を供給されることで開状態と全閉状態とが択一的に切り換わる電磁弁でもよい。
上記実施形態では、第1制御弁41は、第1連絡管51に連通する第1ガス側冷媒流路GL1(第2配管P2又は第3配管P3)上に配置された。しかし、これに限定されず、第1制御弁41は、第1連絡管51に配置されてもよい。
上記実施形態では、複数の流路切換弁19(第1流路切換弁16、第2流路切換弁17、及び第3流路切換弁18)が配置され、各流路切換弁19が運転状態に応じて第1流路状態と第2流路状態とを切り換えられることで、冷媒回路RC内における冷媒の流れが切り換えられていた。しかし、これに限定されず、他の方法によって冷媒回路RC内における冷媒の流れを切り換えるように構成されてもよい。
上記実施形態における冷媒回路RCの回路構成や回路内に配置される機器については、本開示に係る思想の目的を達成するうえで支障が生じない限り、設置環境や設計仕様に応じて適宜変更が可能であり、一部の機器を省略してもよいし、他の機器を新たに追加してもよいし、新たな流路を含んでいてもよい。
上記実施形態では、室外ユニット10は1台のみであった。しかし、室外ユニット10は、各室内ユニット30又は各中間ユニット40に対して、直列又は並列に複数台配置されてもよい。
上記実施形態では、本開示に係る思想が、空調システム100に適用される場合について説明した。しかし、これに限定されず、本開示に係る思想は、上記実施形態の冷媒回路RCに類似する冷媒回路を含む他の冷凍装置(例えば給湯器やチラー等)にも適用可能である。
上記実施形態では、冷媒回路RCを循環する冷媒の一例としてR32を挙げた。しかし、冷媒回路RCで用いられる冷媒は、特に限定されない。例えば、冷媒回路RCでは、HFO1234yf、HFO1234ze(E)やこれらの冷媒の混合冷媒などが、R32に代えて用いられてもよい。また、冷媒回路RCでは、R407CやR410A等のHFC系冷媒を用いられてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
11 :ガス側第1閉鎖弁
12 :ガス側第2閉鎖弁
13 :液側閉鎖弁
14 :アキュームレータ
15 :圧縮機
16 :第1流路切換弁
17 :第2流路切換弁
18 :第3流路切換弁
19a、19b:四路切換弁
20 :室外熱交換器(熱源側熱交換器)
21 :第1室外熱交換器
22 :第2室外熱交換器
23 :第1室外制御弁
24 :第2室外制御弁
25 :第3室外制御弁
26 :第4室外制御弁
27 :過冷却熱交換器
28 :室外ファン
30、30´:室内ユニット(利用ユニット)
31 :室内膨張弁 (電動膨張弁、第2遮断弁)
32 :室内熱交換器(利用側熱交換器)
33 :室内ファン
34 :室内側制御弁(第1遮断弁)
40、400、500、600:中間ユニット(冷媒流路切換ユニット)
41 :第1制御弁(第1遮断弁)
42 :第2制御弁(第1遮断弁)
43 :第3制御弁(第2遮断弁)
44、44´、44´´、44a:圧力調整部
45 :圧力調整弁(バイパス機構)
46 :第2圧力調整弁(バイパス機構)
48 :レシーバ
50 :室外側連絡配管
51 :第1連絡管
52 :第2連絡管
53 :第3連絡管
60 :室内側連絡配管
70 :遮断弁(第2遮断弁)
75、76:制御弁
80 :遮断弁ユニット
81 :第1遮断弁ユニット
82 :第2遮断弁ユニット
85 :遮断弁
85a :ガス側遮断弁(第1遮断弁)
85b :液側遮断弁(第2遮断弁)
90、90´:流路切換集合ユニット(冷媒流路切換ユニット)
100 :空調システム(冷凍装置)
271 :第1流路
272 :第2流路
BL、BL´、BLa :バイパス流路
BL2 :第2バイパス流路
BP1 :ガス側第1分岐部
BP2 :ガス側第2分岐部
BP3 :液側分岐部
GL :ガス側冷媒流路
GL1、GL1´:第1ガス側冷媒流路(ガス側分岐流路、ガス側第1分岐流路)
GL2、GL2´:第2ガス側冷媒流路(ガス側分岐流路、ガス側第2分岐流路)
GP :ガス側連絡管
IL :室内側冷媒流路(利用側冷媒流路)
IL1 :室内側ガス冷媒流路
IL2 :室内側液冷媒流路
LL :液側冷媒流路
LL1 :液側分岐流路
LP :液側連絡管
OL :室外側冷媒流路(熱源側冷媒流路)
OL1 :室外側ガス冷媒流路
OL2 :室外側液冷媒流路
P1―P6 :第1配管−第6配管
P7、P7´ :第7配管(バイパス配管)
P8、P8´ :第8配管(バイパス配管)
P11 :第11配管(バイパス配管)
P12 :第12配管(バイパス配管)
P13 :第13配管(バイパス配管)
P14 :第14配管(バイパス配管)
Pa :吸入配管
Pb :吐出配管
Pc :液側配管
RC、RC1、RC2、RC3:冷媒回路
Claims (12)
- 冷媒回路(RC、RC1、RC2、RC3)において冷凍サイクルを行う冷凍装置(100)であって、
熱源側熱交換器(20)と、
利用側熱交換器(32)と、
前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器間に配置されるガス側冷媒流路(GL)上に配置され、全閉状態となることで冷媒の流れを遮断する第1遮断弁(41、42、34、85a)と、
前記熱源側熱交換器及び前記利用側熱交換器間に配置される液側冷媒流路(LL)上に配置され、全閉状態となることで冷媒の流れを遮断する第2遮断弁(43、31、70、85b)と、
前記第1遮断弁又は前記第2遮断弁と前記利用側熱交換器との間に配置される利用側冷媒流路(IL)内の冷媒の圧力を調整する圧力調整部(44、44´、44´´、44a)と、
を備え、
前記圧力調整部は、前記利用側冷媒流路内の冷媒を前記第1遮断弁又は前記第2遮断弁と前記熱源側熱交換器との間に配置される熱源側冷媒流路(OL)へバイパスさせるバイパス機構(45、46)を含む、
冷凍装置(100)。 - 前記圧力調整部は、前記利用側冷媒流路から前記熱源側冷媒流路へと延びるバイパス流路を形成するバイパス配管(P7、P7´、P8、P8´、P11−P14)をさらに含み、
前記バイパス機構は、前記バイパス流路上に配置され、前記利用側冷媒流路内の冷媒の圧力が所定の基準値以上となった場合に前記バイパス流路を開通させる圧力調整弁(45、46)である、
請求項1に記載の冷凍装置(100)。 - 前記圧力調整弁は、前記基準値以上の圧力を受けたときに冷媒を通過させる圧力感知機構を有する膨張弁(45)である、
請求項2に記載の冷凍装置(100)。 - 前記バイパス流路は、前記利用側冷媒流路から、前記第1遮断弁と前記熱源側熱交換器との間に配置される熱源側第1冷媒流路(GL1、GL1´)へ延びる、
請求項2又は3に記載の冷凍装置(100)。 - 前記バイパス流路は、前記第2遮断弁と前記熱源側熱交換器との間に配置される熱源側第2冷媒流路(GL2、GL2´)へ延びる、
請求項2から4のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記利用側熱交換器と前記第2遮断弁との間の冷媒流路に配置され、開度に応じて通過する冷媒を減圧する電動膨張弁(31)をさらに備え、
前記電動膨張弁は、前記第1遮断弁および前記第2遮断弁が全閉状態となった場合であっても、冷媒を通過させる、
請求項1から5のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記熱源側熱交換器と前記第1遮断弁との間の冷媒流路に配置され、冷媒を圧縮する圧縮機(15)と、
前記圧縮機の吸入側に配置され冷媒を貯留するアキュームレータ(14)と、
をさらに備える、
請求項1から6のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記熱源側熱交換器を配置される熱源ユニット(10a)と、
前記利用側熱交換器をそれぞれ配置される複数の利用ユニット(30´)と、
前記利用ユニットと前記熱源ユニットとの間に配置される前記ガス側冷媒流路(GL)上に配置され、対応する前記利用ユニットにおける冷媒の流れを遮断する第1遮断弁ユニット(81)と、
をさらに備え、
前記第1遮断弁及び前記圧力調整部は、前記第1遮断弁ユニットに配置される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記熱源側熱交換器を配置される熱源ユニット(10a)と、
前記利用側熱交換器をそれぞれ配置される複数の利用ユニット(30´)と、
前記利用ユニットと前記熱源ユニットとの間に配置される前記ガス側冷媒流路(GL)上に配置され、対応する前記利用ユニットにおける冷媒の流れを遮断する第1遮断弁ユニット(81)と、
前記利用ユニットと前記熱源ユニットとの間に配置される前記液側冷媒流路(LL)上に配置され、対応する前記利用ユニットにおける冷媒の流れを遮断する第2遮断弁ユニット(82)と、
をさらに備え、
前記第1遮断弁は、前記第1遮断弁ユニットに配置され、
前記第2遮断弁は、前記第2遮断弁ユニットに配置され、
前記圧力調整部は、前記第1遮断弁ユニット若しくは前記第2遮断弁ユニットに配置される、又は前記第1遮断弁ユニット及び前記第2遮断弁ユニットのそれぞれに個別に配置される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記熱源側熱交換器を配置される熱源ユニット(10、10´)と、
前記利用側熱交換器をそれぞれ配置され、前記熱源ユニットに対して並列に配置される複数の利用ユニット(30)と、
対応する前記利用ユニットと前記熱源ユニットとの間に配置される前記ガス側冷媒流路(GL)及び前記液側冷媒流路(LL)上に配置され、対応する前記利用ユニットにおける冷媒の流れを切り換える冷媒流路切換ユニット(40、400、500、600、90、90´)と、
をさらに備え、
前記第1遮断弁、前記第2遮断弁及び前記圧力調整部は、前記冷媒流路切換ユニットに配置される、
請求項1から7のいずれか1項に記載の冷凍装置(100)。 - 前記ガス側冷媒流路には、分岐して前記熱源ユニット及びいずれかの前記利用ユニット間に配置されるガス側分岐流路(GL1、GL1´、GL2、GL2´)が複数含まれ、
前記ガス側分岐流路には、低圧のガス冷媒が流れる第1ガス側分岐流路(GL1、GL1´)と、前記第1ガス側分岐流路から分岐して前記熱源ユニットまで延び低圧/高圧のガス冷媒が流れる第2ガス側分岐流路(GL2、GL2´)と、が含まれ、
前記第1遮断弁は、各前記ガス側分岐流路の前記第1ガス側分岐流路及び前記第2ガス側分岐流路のそれぞれに配置される、
請求項10に記載の冷凍装置(100)。 - 前記液側冷媒流路は、分岐して前記熱源ユニット及びいずれかの前記利用ユニット間に配置される液側分岐流路(LL1)を複数含み、
前記液側冷媒流路には、前記液側分岐流路の始点である液側分岐部分(BP3)が複数含まれ、
前記冷媒流路切換ユニット(90、90´)は、複数の前記利用ユニットである利用ユニット群に対応し、
前記第2遮断弁は、各前記液側分岐部分よりも前記熱源側熱交換器側に配置され、
前記バイパス機構は、前記第2遮断弁と各前記利用側熱交換器との間に配置される前記利用側冷媒流路内の冷媒を前記第1遮断弁又は前記第2遮断弁と前記熱源側熱交換器との間に配置される前記熱源側冷媒流路へバイパスさせる、
請求項10又は11に記載の冷凍装置(100)。
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