CN103261814A - 空调装置 - Google Patents
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Abstract
热泵热水供给装置(100)在制热运转时控制第二节流装置(节流装置14a)来调整在喷射配管(4c)中流动的制冷剂的量,并在制冷运转时控制第三节流装置(节流装置14b)来调整在喷射配管(4c)中流动的制冷剂的量。
Description
技术领域
本发明涉及适用于例如大厦用多联空调等的空调装置。
背景技术
在大厦用多联空调等的空调装置中,存在一种空调装置,其通过使制冷剂从室外机循环到中继器、且使水等热介质从中继器循环到室内机,使水等热介质向室内机循环,同时,降低热介质的输送动力,实现制冷制热混合运转(例如,参照专利文献1)。
还存在一种空调装置,为使压缩机的排出温度降低,具有从制冷循环的高压液管向压缩机进行液体注入的回路,无论运转状态怎样,都能够将排出温度控制成设定温度(例如,参照专利文献2)。
还存在一种空调装置,作为制冷剂使用R32,从处于制冷循环的高压液管中的气液分离器的出口侧向密闭容器内为排出压力环境的压缩机(高压壳压缩机)内进行喷射(例如,参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO10/049998号公报(第3页、图1等)
专利文献2:日本特开2005-282972号公报(第4页、图1等)
专利文献3:日本特开2009-127902号公报(第4页、图1等)
在专利文献1记载的大厦用多联空调这样的空调装置中,作为制冷剂使用R410A等的情况下没有问题,但在使用R32等的情况下的低外部空气温度的制热运转时等,压缩机的排出温度变得过高,制冷剂或冷冻机油可能发生劣化。另外,虽然专利文献1有关于制冷制热同时运转的记载,但没有任何关于降低排出温度的方法的说明。此外,在大厦用多联空调中,通常,对制冷剂减压的电子式膨胀阀等节流装置设置在远离室外机的中继机或室内机中。
在专利文献2记载的空调装置中,仅记载了来自高压液管的喷射方法,存在如下课题,即,不能应对使制冷循环的循环路反转的情况(制冷、制热的切换)等。而且,专利文献2记载的空调装置还不能应对制冷制热混合运转。
在专利文献3记载的空调装置中,公开了使用多个止回阀无论制冷运转时还是制热运转时都从高压液管进行喷射的方法,但电子式膨胀阀等节流装置未被设置在室内机中,存在仅能适用于设置在室外机中的情况的课题。此外,专利文献3记载的空调装置使用了高压壳构造的压缩机。另外,专利文献3记载的空调装置也不能应对制冷制热混合运转。
发明内容
本发明是为应对上述课题而做出的,其目的是提供一种空调装置,以排出温度不变得过高的方式可靠地进行控制,能够有效地抑制制冷剂及冷冻机油的劣化。
本发明的空调装置通过配管连接低压壳构造的压缩机、制冷剂流路切换装置、第一换热器、第一节流装置和第二换热器而构成制冷剂循环回路,通过所述制冷剂流路切换装置的作用,能够切换制冷运转和制热运转,在所述制冷运转中,在所述第一换热器中流通有高压的制冷剂而使其作为冷凝器工作,并且在所述第二换热器的一部分或全部中流通有低压的制冷剂而使其作为蒸发器工作,在所述制热运转中,在所述第一换热器中流通有低压的制冷剂而使其作为蒸发器工作,并且在所述第二换热器的一部分或全部中流通有高压的制冷剂而使其作为冷凝器工作,所述空调装置具有:分支配管、喷射配管、第二节流装置、第三节流装置、控制装置,所述分支配管将在所述制冷运转时成为所述第一换热器的下游侧而在所述制热运转时成为所述压缩机的下游侧的部分、和在所述制冷运转时成为所述压缩机的上游侧而在所述制热运转时成为所述第一换热器的上游侧的部分连接起来,所述喷射配管连接所述分支配管和所述压缩机中的压缩中途过程的压缩室,所述第二节流装置设置于在所述制冷运转时成为所述压缩机的上游侧而在所述制热运转时成为所述第一换热器的上游侧的位置,所述第三节流装置设置于在所述制冷运转时位于所述第一换热器和所述第一节流装置之间而在所述制热运转时位于所述压缩机和所述第二换热器之间的配管、与所述喷射配管的连接部分之间的所述分支配管,所述控制装置在所述制热运转时控制所述第二节流装置,调整在所述喷射配管中流动的所述制冷剂的量,在所述制冷运转时,控制所述第三节流装置,调整在所述喷射配管中流动的所述制冷剂的量。
发明的效果
根据本发明的空调装置,通过利用了喷射配管的制冷剂的喷射管,无论运转模式如何,都能够进行控制从而使从压缩机排出的制冷剂的排出温度不变得过高,所以能够防止制冷剂及冷冻机油的劣化,并能够持续进行安全的运转。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的空调装置的设置例的概要图。
图2是表示本发明的实施方式1的空调装置的回路结构的一例的概要回路结构图。
图3是表示使用了包含R32的混合制冷剂的情况下的R32的质量比率和排出温度的关系的线图。
图4是表示本发明的实施方式1的空调装置的全制冷运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
图5是表示本发明的实施方式1的空调装置的全制冷运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图。
图6是表示本发明的实施方式1的空调装置的全制热运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
图7是表示本发明的实施方式1的空调装置的全制热运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图。
图8是表示本发明的实施方式1的空调装置的制冷主体运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
图9是表示本发明的实施方式1的空调装置的制冷主体运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图。
图10是表示本发明的实施方式1的空调装置的制热主体运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
图11是表示本发明的实施方式1的空调装置的制热主体运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图。
图12是示意地表示节流装置的优选结构例的图。
图13是表示本发明的实施方式1的空调装置的除霜运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
图14是表示本发明的实施方式2的空调装置的回路结构的一例的概要回路结构图。
图15是表示本发明的实施方式3的空调装置的回路结构的一例的概要回路结构图。
具体实施方式
以下,基于附图说明本发明的实施方式。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的空调装置的设置例的概要图。基于图1说明空调装置的设置例。在该空调装置中,通过利用使制冷剂(热源侧制冷剂、热介质)循环的制冷循环(制冷剂循环回路A、热介质循环回路B),各室内机作为运转模式能够自由选择制冷模式或者制热模式。此外,包含图1在内,在以下的附图中,各构成部件的大小关系有时与实际不同。
在图1中,本实施方式1的空调装置具有作为热源机的1台室外机1、多台室内机2、介于室外机1和室内机2之间的热介质转换器3。热介质转换器3在热源侧制冷剂和热介质之间进行热交换。室外机1和热介质转换器3通过导通热源侧制冷剂的制冷剂配管4连接。热介质转换器3和室内机2通过导通热介质的配管(热介质配管)5连接。而且,由室外机1生成的冷能或者热能经由热介质转换器3被配送到室内机2。
室外机1通常配置在大厦等建筑物9的外部的空间(例如屋顶等)即室外空间6,经由热介质转换器3向室内机2供给冷能或热能。室内机2配置在能够将制冷用空气或者制热用空气向建筑物9的内部的空间(例如居室等)即室内空间7供给的位置,并将制冷用空气或者制热用空气向成为空调对象空间的室内空间7供给。热介质转换器3作为与室外机1及室内机2分开的框体,能够设置在与室外空间6及室内空间7分开的位置,并分别通过制冷剂配管4及配管5与室外机1及室内机2连接,将从室外机1供给的冷能或者热能传递到室内机2。
如图1所示,在本实施方式1的空调装置中,室外机1和热介质转换器3使用2条制冷剂配管4连接,热介质转换器3和各室内机2使用2条配管5连接。像这样,在本实施方式1的空调装置中,通过使用2条配管(制冷剂配管4、配管5)连接各单元(室外机1、室内机2及热介质转换器3),施工变得容易。
此外,在图1中,作为例子示出了热介质转换器3位于建筑物9的内部,并设置在与室内空间7分开的空间即顶棚里等空间(以下简称为空间8)的状态。热介质转换器3除此以外还能够设置在电梯等所处的共用空间等。另外,在图1中,作为例子示出了室内机2为顶棚箱式的情况,但不限于此,也可以采用顶棚埋入式或顶棚悬挂式等,只要能直接或通过管道等将制热用空气或者制冷用空气向室内空间7吹出,可以是任意种类。
在图1中,作为例子示出了室外机1设置在室外空间6的情况,但不限于此。例如,室外机1也可以设置在带有换气口的机械室等被包围的空间,只要能够通过排气管道将废热排出到建筑物9外,也可以设置在建筑物9的内部,或者,也可以使用水冷式的室外机1而设置在建筑物9的内部。无论将室外机1设置在哪个场所,都不会产生特别的问题。
另外,热介质转换器3还可以设置在室外机1附近。但是,从热介质转换器3到室内机2的距离过长时,由于热介质的输送动力变得相当大,所以需要留意节能的效果变差的情况。而且,室外机1、室内机2及热介质转换器3的连接台数不限于图1所示的台数,对应于设置本实施方式1的空调装置的建筑物9决定台数即可。
相对于1台室外机1连接多台热介质转换器3的情况下,能够将该多台热介质转换器3分散地设置在大厦等建筑物中的共用空间或顶棚里等的空间。由此,能够通过各热介质转换器3内的热介质间换热器负担空调负载。另外,能够将室内机2设置在各热介质转换器3内的热介质输送装置的输送允许范围内的距离或高度,能够对大厦等建筑物整体进行配置。
图2是表示本实施方式1的空调装置(以下称为空调装置100)的回路结构的一例的概要回路结构图。基于图2说明空调装置100的详细结构。如图2所示,室外机1和热介质转换器3经由热介质转换器3所具有的热介质间换热器15a及热介质间换热器15b被制冷剂配管4连接。另外,热介质转换器3和室内机2也经由热介质间换热器15a及热介质间换热器15b被配管5连接。此外,关于制冷剂配管4及配管5,在后面详细说明。
[室外机1]
在室外机1中,用制冷剂配管4串联连接地搭载有压缩机10、四通阀等第一制冷剂流路切换装置11、热源侧换热器12和储液器19。另外,在室外机1中,设置有第一连接配管4a、第二连接配管4b、止回阀13a、止回阀13b、止回阀13c及止回阀13d。通过设置第一连接配管4a、第二连接配管4b、止回阀13a、止回阀13b、止回阀13c及止回阀13d,无论室内机2所要求的运转是何种运转,都能够使流入热介质转换器3的热源侧制冷剂的流向成为恒定方向。
压缩机10吸入热源侧制冷剂,压缩该热源侧制冷剂而使其成为高温高压的状态,例如由能够控制容量的变频压缩机等构成即可。第一制冷剂流路切换装置11用于切换制热运转时(全制热运转模式时及制热主体运转模式时)的热源侧制冷剂的流动、和制冷运转时(全制冷运转模式时及制冷主体运转模式时)的热源侧制冷剂的流动。热源侧换热器12在制热运转时作为蒸发器发挥功能,在制冷运转时作为冷凝器(或散热器)发挥功能,在从省略图示的风机供给的空气和热源侧制冷剂之间进行热交换,使该热源侧制冷剂蒸发气化或冷凝液化。储液器19设置在压缩机10的吸入侧,用于存储由于制热运转时和制冷运转时的不同而产生的剩余制冷剂,或与过渡性的运转变化相对的剩余制冷剂。
止回阀13d设置在热介质转换器3和第一制冷剂流路切换装置11之间的制冷剂配管4上,仅允许热源侧制冷剂在规定的方向(从热介质转换器3到室外机1的方向)上流动。止回阀13a设置在热源侧换热器12和热介质转换器3之间的制冷剂配管4上,仅允许热源侧制冷剂在规定的方向(从室外机1到热介质转换器3的方向)上流动。止回阀13b设置在第一连接配管4a上,在制热运转时使从压缩机10排出的热源侧制冷剂向热介质转换器3流通。止回阀13c设置在第二连接配管4b上,在制热运转时使从热介质转换器3返回的热源侧制冷剂向压缩机10的吸入侧流通。
第一连接配管4a在室外机1内连接第一制冷剂流路切换装置11和止回阀13d之间的制冷剂配管4、以及止回阀13a和热介质转换器3之间的制冷剂配管4。第二连接配管4b在室外机1内连接止回阀13d和热介质转换器3之间的制冷剂配管4、以及热源侧换热器12和止回阀13a之间的制冷剂配管4。
在制冷循环中,制冷剂的温度变高时,在回路内循环的制冷剂及冷冻机油劣化,所以,设定了温度的上限值。该上限温度通常是120℃。在制冷循环内,温度最高的是压缩机10的排出侧的制冷剂温度(排出温度),所以,以排出温度不达到120℃以上的方式进行控制即可。但是,使用R410A等制冷剂的情况下,在通常运转下,排出温度达到120℃的情况较少,而将R32作为制冷剂使用时,由于在物理性质上,排出温度变高,所以需要在制冷循环中设置使排出温度降低的机构。
因此,在室外机1中设置有分支部27a、分支部27b、防回流装置20、节流装置14a、节流装置14b、中压检测装置32、排出制冷剂温度检测装置37、高压检测装置39、喷射配管4c、分支配管4d及控制装置50。另外,作为压缩机10使用低压壳构造,该低压壳构造在密闭容器内具有压缩室,密闭容器内成为低压的制冷剂压力环境,将密闭容器内的低压制冷剂吸入压缩室并进行压缩。
分支配管4d连接设置在止回阀13a和止回阀13b的下游侧的分支部27a、以及设置在止回阀13d和止回阀13c的上游侧的分支部27b。在分支配管4d上,从分支部27b侧开始按顺序设置有防回流装置20及节流装置14b。喷射配管4c连接防回流装置20和节流装置14b之间的分支配管4d、以及压缩机10的省略图示的喷射口。该喷射口与形成在压缩机10的压缩室的一部分上的开口部连通。也就是说,喷射配管4c能够从压缩机10的密闭容器的外部将制冷剂导入(注入)压缩室的内部。
分支部27a用于将经由止回阀13a或止回阀13b而来的制冷剂分流到制冷剂配管4和分支配管4d。分支部27b用于将从热介质转换器3返回的制冷剂分流为向分支配管4d流动的制冷剂和向止回阀13b或止回阀13c流动的制冷剂。防回流装置20设置在分支配管4d上,仅在规定的方向(从分支部27b到分支部27a的方向)上允许制冷剂的流动。节流装置14a设置在第二连接配管4b中的止回阀13c的上游侧,用于使在第二连接配管4b中流动的制冷剂减压并膨胀。节流装置14b设置在分支配管4d中的防回流装置20的下游侧,用于使在分支配管4d中流动的制冷剂减压并膨胀。
中压检测装置32设置在止回阀13d和节流装置14a的上游侧且设置在分支部27b的下游侧,用于检测设置位置处的在制冷剂配管4中流动的制冷剂的压力。排出制冷剂温度检测装置37设置在压缩机10的排出侧,用于检测从压缩机10排出的制冷剂的温度。高压检测装置39设置在压缩机10的排出侧,用于检测从压缩机10排出的制冷剂的压力。控制装置50通过将制冷剂从喷射配管4c导入压缩室,而使从压缩机10排出的制冷剂的温度或从压缩机10排出的制冷剂的过热度(排出过热)降低。也就是说,利用控制装置50控制节流装置14a、节流装置14b等,从而能够使压缩机10的排出温度降低,安全地运转。
关于控制装置50执行的具体的控制动作,在后述的各运转模式的动作说明中进行说明。此外,控制装置50由微机等构成,基于各种检测装置的检测信息及来自遥控器的指示进行控制,除了上述执行机构(节流装置14a、节流装置14b)的控制以外,还控制压缩机10的驱动频率、省略图示的风机的转速(包含开/关)、第一制冷剂流路切换装置11的切换等,并执行后述的各运转模式。
关于作为制冷剂使用R410A的情况和使用R32的情况下的排出温度之差,进行简单说明。这里,考虑制冷循环的蒸发温度为0℃、冷凝温度为49℃、压缩机吸入制冷剂的过热(过热度)为0℃的情况。
作为制冷剂使用R410A来实施隔热压缩(等熵压缩)时,根据R410A的物理性质,压缩机10的排出温度成为约70℃。另一方面,作为制冷剂使用R32来实施隔热压缩(等熵压缩)时,根据R32的物理性质,压缩机10的排出温度成为约86℃。即,作为制冷剂使用R32的情况下,相对于使用R410A的情况,排出温度上升约16℃。
在实际的运转中,在压缩机10中进行多变压缩,成为效率比隔热压缩差的运转,所以,与上述值相比,排出温度更高。将R410A作为制冷剂使用的情况下,频繁发生在排出温度超过100℃的状态下运转的情况。在利用R410A,以排出温度超过104℃的状态进行运转的条件下,在将R32作为制冷剂使用的情况下,超过了120℃的排出温度极限,所以需要降低排出温度。
在作为压缩机使用将吸入制冷剂直接吸入压缩室并将从压缩室排出的制冷剂排出到压缩室周围的密闭容器内的高压壳构造的情况下,使吸入制冷剂比饱和状态潮湿,将二相状态的制冷剂吸入压缩室,由此能够降低排出温度。但是,在作为压缩机10使用低压壳构造的情况下,即使使吸入制冷剂潮湿,也只是使得液体制冷剂滞留在压缩机10的壳内,二相制冷剂不会被吸入压缩室。因此,使用低压壳构造的压缩机10,并使用排出温度变高的R32制冷剂等的情况下,为降低排出温度,考虑以下方法,即,从压缩机10的外部向压缩中途的压缩室喷射低温的制冷剂,使制冷剂的温度降低。因此,通过上述方法使排出温度降低即可。
此外,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以以使排出温度成为目标值例如100℃的方式进行控制,使控制目标值与外部空气温度相应地变化。另外,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以以如下方式进行,即,在排出温度要超过目标值例如110℃的情况下进行喷射,并在其以下的情况下不进行喷射。而且,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以以使排出温度收敛于目标范围内例如80℃至100℃的方式进行控制,在排出温度要超过目标范围的上限的情况下增加喷射量,在排出温度要低于目标范围的下限的情况下减少喷射量。
而且,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以通过如下方式进行,即,使用由高压检测装置39检测的高压和由排出制冷剂温度检测装置37检测出的排出温度,算出排出过热(排出加热度),以该排出过热成为目标值例如30℃的方式控制喷射量,使控制目标值与外部空气温度相对应地变化。另外,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以通过如下方式进行,即,在排出过热要超过目标值例如40℃的情况下进行喷射,在为其以下的情况下不进行喷射。
而且,向压缩机10的压缩室的喷射量的控制也可以以使排出过热收敛于目标范围内例如10℃至40℃的方式进行控制,在排出过热要超过目标范围的上限的情况下增加喷射量,在排出过热要低于目标范围的下限的情况下减少喷射量。
此外,关于R32在制冷剂配管4内循环的情况进行了说明,但不限于此。冷凝温度、蒸发温度、过热(过热度)、过冷(过冷度)、压缩机效率与以往的R410A制冷剂相同时,只要是排出温度比R410A制冷剂高的制冷剂,无论是什么制冷剂,通过本实施方式1的结构,都能够降低排出温度,并发挥同样的效果。尤其是,如果是比R410A高3℃以上的制冷剂,效果更大。
图3是表示使用混合制冷剂(R32和作为地球变暖系数小且用化学式CF3CF=CH2表示的四氟丙烯类制冷剂的HFO1234yf的混合制冷剂)的情况下的R32的质量比率和排出温度的关系的线图。基于图3,对在使用了该混合制冷剂的情况下,以与上述说明相同的方法计算排出温度时的R32的排出温度相对于质量比率的变化进行说明。
从图3可知,R32的质量比率为52%时,成为与R410A大致相同的排出温度即约70℃,R32的质量比率为62%时,成为比R410A的排出温度高3℃的约73℃。由此,在R32和HFO1234yf的混合制冷剂中,使用R32的质量比率为62%以上的混合制冷剂的情况下,通过喷射使排出温度降低时,效果好。
另外,对在使用R32和地球变暖系数小且由化学式CF3CH=CHF表示的四氟丙烯类制冷剂即HFO1234ze的混合制冷剂的情况下,以与上述说明相同的方法试算排出温度时的R32的排出温度相对于质量比率的变化进行说明。已知在该情况下,R32的质量比率为34%时,成为与R410A大致相同的排出温度即约70℃,R32的质量比率为43%时,成为比R410A的排出温度高3℃的约73℃。由此,在R32和HFO1234ze的混合制冷剂中,使用R32的质量比率为43%以上的混合制冷剂的情况下,通过喷射使排出温度降低时,效果好。
此外,这些计算是使用NIST(美国国家标准技术研究所;NationalInstitute of Standards and Technology)销售的REFPROP Version8.0进行的。另外,混合制冷剂中的制冷剂的种类不限于此,即使是少量含有其他制冷剂成分的混合制冷剂,对于排出温度也没有大的影响,能够发挥同样的效果。例如,还可以在R32、HFO1234yf和少量含有其他制冷剂的混合制冷剂等中使用。此外,如上所述,这里的计算是假设隔热压缩时的情况,由于实际的压缩是多变压缩,所以成为比这里记载的温度高几十度以上例如高20℃以上的值。
[室内机2]
在室内机2中分别搭载有利用侧换热器26。该利用侧换热器26通过配管5被连接于热介质转换器3的热介质流量调整装置25和第二热介质流路切换装置23。该利用侧换热器26在从省略图示的风机供给的空气和热介质之间进行热交换,并生成用于向室内空间7供给的制热用空气或者制冷用空气。
在该图2中,作为例子示出了4台室内机2连接于热介质转换器3的情况,从纸面下方开始示出了室内机2a、室内机2b、室内机2c、室内机2d。另外,与室内机2a~室内机2d相应地,利用侧换热器26也从纸面下侧开始示出了利用侧换热器26a、利用侧换热器26b、利用侧换热器26c和利用侧换热器26d。此外,与图1同样地,室内机2的连接台数不限于图2所示的4台。
[热介质转换器3]
在热介质转换器3中搭载有2个热介质间换热器15、2个节流装置16、2个开闭装置17、2个第二制冷剂流路切换装置18、2个泵21、4个第一热介质流路切换装置22、4个第二热介质流路切换装置23和4个热介质流量调整装置25。
2个热介质间换热器15(热介质间换热器15a、热介质间换热器15b)作为冷凝器(散热器)或蒸发器发挥功能,在热源侧制冷剂和热介质之间进行热交换,将在室外机1中生成的存储在热源侧制冷剂中的冷能或热能传递到热介质。热介质间换热器15a设置在制冷剂循环回路A中的节流装置16a和第二制冷剂流路切换装置18a之间,在制冷制热混合运转模式时用于热介质的冷却。另外,热介质间换热器15b设置在制冷剂循环回路A中的节流装置16b和第二制冷剂流路切换装置18b之间,在制冷制热混合运转模式时用于热介质的加热。
2个节流装置16(节流装置16a、节流装置16b)具有作为减压阀或膨胀阀的功能,使热源侧制冷剂减压并膨胀。节流装置16a在制冷运转时的热源侧制冷剂的流路中被设置在热介质间换热器15a的上游侧。节流装置16b在制冷运转时的热源侧制冷剂的流路中被设置在热介质间换热器15b的上游侧。2个节流装置16由能够可变地控制开度(开口面积)的装置例如电子式膨胀阀等构成即可。
2个开闭装置17(开闭装置17a、开闭装置17b)由二通阀等构成,用于开闭制冷剂配管4。开闭装置17a设置在热源侧制冷剂的入口侧处的制冷剂配管4上。开闭装置17b设置在对热源侧制冷剂的入口侧和出口侧的制冷剂配管4进行连接的配管(旁通管24)上。此外,开闭装置17只要是能够开闭制冷剂配管4的装置即可,例如也可以使用电子式膨胀阀等能够可变地控制开度的装置。
2个第二制冷剂流路切换装置18(第二制冷剂流路切换装置18a、第二制冷剂流路切换装置18b)由四通阀等构成,切换热源侧制冷剂的流动,从而,与运转模式相应地,热介质间换热器15作为冷凝器或蒸发器发挥作用。第二制冷剂流路切换装置18a在制冷运转时的热源侧制冷剂的流路中设置在热介质间换热器15a的下游侧。第二制冷剂流路切换装置18b在全制冷运转时的热源侧制冷剂的流路中设置在热介质间换热器15b的下游侧。
2个泵21(泵21a、泵21b)使在配管5中导通的热介质在热介质循环回路B中循环。泵21a设置在热介质间换热器15a和第二热介质流路切换装置23之间的配管5上。泵21b设置在热介质间换热器15b和第二热介质流路切换装置23之间的配管5上。2个泵21例如由能够控制容量的泵等构成,能够根据室内机2的负载的大小调整其流量即可。
4个第一热介质流路切换装置22(第一热介质流路切换装置22a~第一热介质流路切换装置22d)由三通阀等构成,用于切换热介质的流路。第一热介质流路切换装置22设置了与室内机2的设置台数相应的个数(这里是4个)。第一热介质流路切换装置22的三通之一与热介质间换热器15a连接,三通之一与热介质间换热器15b连接,三通之一与热介质流量调整装置25连接,第一热介质流路切换装置22设置在利用侧换热器26的热介质流路的出口侧。此外,与室内机2对应地,从纸面下侧开始示出了第一热介质流路切换装置22a、第一热介质流路切换装置22b、第一热介质流路切换装置22c、第一热介质流路切换装置22d。另外,热介质流路的切换不仅包括从一方向另一方的完全切换,还包括从一方向另一方的部分切换。
4个第二热介质流路切换装置23(第二热介质流路切换装置23a~第二热介质流路切换装置23d)由三通阀等构成,用于切换热介质的流路。第二热介质流路切换装置23设置了与室内机2的设置台数相应的个数(这里是4个)。第二热介质流路切换装置23的三通之一与热介质间换热器15a连接,三通之一与热介质间换热器15b连接,三通之一与利用侧换热器26连接,第二热介质流路切换装置23设置在利用侧换热器26的热介质流路的入口侧。此外,与室内机2对应地,从纸面下侧开始示出了第二热介质流路切换装置23a、第二热介质流路切换装置23b、第二热介质流路切换装置23c、第二热介质流路切换装置23d。另外,热介质流路的切换不仅包括从一方向另一方的完全切换,还包括从一方向另一方的部分切换。
4个热介质流量调整装置25(热介质流量调整装置25a~热介质流量调整装置25d)由能够控制开口面积的二通阀等构成,控制向配管5流动的流量。热介质流量调整装置25设置了与室内机2的设置台数相应的个数(这里是4个)。热介质流量调整装置25的一方与利用侧换热器26连接,另一方与第一热介质流路切换装置22连接,热介质流量调整装置25设置在利用侧换热器26的热介质流路的出口侧。即,热介质流量调整装置25根据流入室内机2的热介质的温度及流出的热介质的温度来调整流入室内机2的热介质的量,能够将与室内负载相应的最佳的热介质量提供给室内机2。
此外,与室内机2对应地,从纸面下侧开始示出了热介质流量调整装置25a、热介质流量调整装置25b、热介质流量调整装置25c、热介质流量调整装置25d。另外,也可以将热介质流量调整装置25设置在利用侧换热器26的热介质流路的入口侧。而且,也可以将热介质流量调整装置25设置在利用侧换热器26的热介质流路的入口侧,且在第二热介质流路切换装置23和利用侧换热器26之间。而且,在室内机2中,在停止或温度传感器关闭等不需要负载的时候,使热介质流量调整装置25全闭,由此,能够停止向室内机2的热介质供给。
另外,在热介质转换器3中设置有各种检测装置(2个第一温度传感器31、4个第二温度传感器34、4个第三温度传感器35及2个压力传感器36)。这些检测装置检测的信息(温度信息、压力信息)被发送到综合控制空调装置100的动作的控制装置(例如控制装置50),用于压缩机10的驱动频率、省略图示的风机的转速、第一制冷剂流路切换装置11的切换、泵21的驱动频率、第二制冷剂流路切换装置18的切换、热介质的流路的切换等的控制。此外,作为例子示出了控制装置50搭载在室外机1内的状态,但不限于此,也可以能够通信地搭载于热介质转换器3或室内机2或各单元。
2个第一温度传感器31(第一温度传感器31a、第一温度传感器31b)用于检测从热介质间换热器15流出的热介质即热介质间换热器15的出口处的热介质的温度,例如由热敏电阻等构成即可。第一温度传感器31a设置在泵21a的入口侧的配管5上。第一温度传感器31b设置在泵21b的入口侧的配管5上。
4个第二温度传感器34(第二温度传感器34a~第二温度传感器34d)设置在第一热介质流路切换装置22和热介质流量调整装置25之间,用于检测从利用侧换热器26流出的热介质的温度,由热敏电阻等构成即可。第二温度传感器34设置了与室内机2的设置台数相应的个数(这里是4个)。此外,与室内机2对应地,从纸面下侧开始示出了第二温度传感器34a、第二温度传感器34b、第二温度传感器34c、第二温度传感器34d。
4个第三温度传感器35(第三温度传感器35a~第三温度传感器35d)设置在热介质间换热器15的热源侧制冷剂的入口侧或出口侧,用于检测流入热介质间换热器15的热源侧制冷剂的温度或从热介质间换热器15流出的热源侧制冷剂的温度,由热敏电阻等构成即可。第三温度传感器35a设置在热介质间换热器15a和第二制冷剂流路切换装置18a之间。第三温度传感器35b设置在热介质间换热器15a和节流装置16a之间。第三温度传感器35c设置在热介质间换热器15b和第二制冷剂流路切换装置18b之间。第三温度传感器35d设置在热介质间换热器15b和节流装置16b之间。
压力传感器36b与第三温度传感器35d的设置位置相同,设置在热介质间换热器15b和节流装置16b之间,用于检测在热介质间换热器15b和节流装置16b之间流动的热源侧制冷剂的压力,压力传感器36a与第三温度传感器35a的设置位置相同,设置在热介质间换热器15a和第二制冷剂流路切换装置18a之间,用于检测在热介质间换热器15a和第二制冷剂流路切换装置18a之间流动的热源侧制冷剂的压力。
此外,控制装置(例如室外机1具有的控制装置50)由微机等构成,基于各种检测装置的检测信息及来自遥控器的指示,控制泵21的驱动、节流装置16的开度、开闭装置17的开闭、第二制冷剂流路切换装置18的切换、第一热介质流路切换装置22的切换、第二热介质流路切换装置23的切换及热介质流量调整装置25的开度等,并执行后述的各运转模式。此外,控制装置也可以仅设置于室外机1和热介质转换器3中的任意一个。
导通热介质的配管5由与热介质间换热器15a连接的部分和与热介质间换热器15b连接的部分构成。配管5根据与热介质转换器3连接的室内机2的台数而分支(这里,各4分支)。而且,配管5连接于第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23。通过控制第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23,来决定是否使来自热介质间换热器15a的热介质流入利用侧换热器26,是否使来自热介质间换热器15b的热介质流入利用侧换热器26。
而且,在空调装置100中,通过制冷剂配管4连接压缩机10、第一制冷剂流路切换装置11、热源侧换热器12、开闭装置17、第二制冷剂流路切换装置18、热介质间换热器15a的制冷剂流路、节流装置16及储液器19而构成了制冷剂循环回路A。另外,通过配管5连接热介质间换热器15a的热介质流路、泵21、第一热介质流路切换装置22、热介质流量调整装置25、利用侧换热器26及第二热介质流路切换装置23而构成了热介质循环回路B。也就是说,在热介质间换热器15的每一个上并列地连接多台利用侧换热器26,并将热介质循环回路B作为多系统。
因此,在空调装置100中,室外机1和热介质转换器3经由设置于热介质转换器3的热介质间换热器15a及热介质间换热器15b被连接,热介质转换器3和室内机2也经由热介质间换热器15a及热介质间换热器15b被连接。即,在空调装置100中,利用热介质间换热器15a及热介质间换热器15b,使在制冷剂循环回路A中循环的热源侧制冷剂和在热介质循环回路B中循环的热介质进行热交换。
[运转模式]
对空调装置100执行的各运转模式进行说明。该空调装置100基于来自各室内机2的指示,能够通过其室内机2实施制冷运转或者制热运转。也就是说,空调装置100能够使室内机2全部进行相同的运转,并且能够使室内机2分别进行不同的运转。
空调装置100执行的运转模式包括:所驱动的室内机2全部执行制冷运转的全制冷运转模式、所驱动的室内机2全部执行制热运转的全制热运转模式、制冷制热混合运转模式中的制冷负载比制热负载大的制冷主体运转模式、及制冷制热混合运转模式中的制热负载比制冷负载大的制热主体运转模式。以下,关于各运转模式,与热源侧制冷剂及热介质的流动一起进行说明。
[全制冷运转模式]
图4是表示空调装置100的全制冷运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。在该图4中,以仅在利用侧换热器26a及利用侧换热器26b中产生冷能负载的情况为例对全制冷运转模式进行说明。此外,在图4中,粗线所示的配管表示制冷剂(热源侧制冷剂及热介质)流动的配管。另外,在图4中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
图4所示的全制冷运转模式的情况下,在室外机1中,以使从压缩机10排出的热源侧制冷剂流入热源侧换热器12的方式切换第一制冷剂流路切换装置11。在热介质转换器3中,使泵21a及泵21b驱动,打开热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b,使热介质流量调整装置25c及热介质流量调整装置25d全闭,热介质在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b的每一个与利用侧换热器26a及利用侧换热器26b之间循环。
首先,对制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动进行说明。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并被排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂经由第一制冷剂流路切换装置11流入热源侧换热器12。然后,在热源侧换热器12中向室外空气散热,同时冷凝液化,成为高压液体制冷剂。从热源侧换热器12流出的高压液体制冷剂通过止回阀13a,并经由分支部27a,一部分从室外机1流出,并通过制冷剂配管4流入热介质转换器3。流入热介质转换器3的高压液体制冷剂经由开闭装置17a之后分支并在节流装置16a及节流装置16b中膨胀,成为低温低压的二相制冷剂。
该二相制冷剂流入作为蒸发器发挥作用的热介质间换热器15a及热介质间换热器15b的每一个,并从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热,由此冷却热介质,同时,成为低温低压的气体制冷剂。从热介质间换热器15a及热介质间换热器15b流出的气体制冷剂经由第二制冷剂流路切换装置18a及第二制冷剂流路切换装置18b从热介质转换器3流出,并通过制冷剂配管4再次流入室外机1。流入室外机1的制冷剂经由分支部27b,并通过止回阀13d,经由第一制冷剂流路切换装置11及储液器19,再次被吸入压缩机10。
此时,以使作为第三温度传感器35a检测出的温度和第三温度传感器35b检测出的温度之差而得到的过热(过热度)恒定的方式控制节流装置16a的开度(开口面积)。同样地,以使作为第三温度传感器35c检测出的温度和第三温度传感器35d检测出的温度之差而得到的过热恒定的方式控制节流装置16b的开度。另外,开闭装置17a打开,开闭装置17b关闭。
热源侧制冷剂是R32的情况下,压缩机10的排出温度变高,所以,使用喷射回路,使排出温度降低。使用图4及图5说明此时的动作。图5是表示全制冷运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图(压力-焓线图)。在图5中,纵轴表示压力,横轴表示焓。
在压缩机10中,从压缩机10的吸入口被吸入的低温低压的气体制冷剂被导入密闭容器内,填满密闭容器内的低温低压的气体制冷剂被吸入压缩室(未图示)。压缩室通过马达(未图示)而旋转0~360度期间,内部容积变小。被吸入压缩室的内部的制冷剂伴随压缩室的内部容积变小而被压缩,压力及温度上升。马达的旋转角度成为一定角度时,开口部(形成在压缩室的一部分上)开口(此时的状态是图5的点F),压缩室的内部和压缩机10的外部的喷射配管4c连通。
在全制冷运转模式下,被压缩机10压缩的制冷剂在热源侧换热器12中被冷凝液化而成为高压的液体制冷剂(图5的点J),经由止回阀13a到达分支部27a。该高压液体制冷剂在分支部27a分支,一部分制冷剂通过节流装置14b减压而成为低温中压的二相制冷剂,经由分支配管4d流入喷射配管4c。流入喷射配管4c的制冷剂从设置于压缩机10的压缩室的开口部流入压缩室内。此时,在压缩机10的压缩室内,由于压缩室的开口部处的压力损失(制冷剂在窄的流路中流动且流路被急剧放大及急剧缩小而产生的压力损失),成为压力稍下降的低温中压的二相制冷剂(图5的点K)并流入,在压缩室内,中压的气体制冷剂(图5的点F)和低温中压的二相制冷剂(图5的点K)混合,制冷剂的温度降低(图5的点H)。
由此,从压缩机10排出的制冷剂的排出温度降低(图5的点I)。未进行这样的喷射的情况下的压缩机10的排出温度是图5的点G,可知通过喷射,排出温度从点G降低到点I。
在全制冷运转模式下,使节流装置14b的开度变化,使节流装置14b的上游侧的制冷剂的压力变化,由此调整向压缩机10的压缩室的喷射量,并控制压缩机10的排出温度或排出过热。
此外,此时,从分支配管4d的节流装置14b到防回流装置20的流路的制冷剂是中压制冷剂,从热介质转换器3经由制冷剂配管4返回室外机1并到达分支部27b的制冷剂是低压制冷剂。防回流装置20用于防止从分支配管4d向分支部27b流动的制冷剂,通过防回流装置20的作用,防止分支配管4d的中压制冷剂与分支部27b的低压制冷剂混合。
此外,防回流装置20可以是止回阀,也可以是电磁阀等切换开闭的装置或电子式膨胀阀等的使开口面积变化来切换流路的开闭的装置。另外,节流装置14a没有制冷剂流动,所以可以设定成任意开度。而且,节流装置14b采用电子式膨胀阀等使开口面积变化的装置,以排出制冷剂温度检测装置37检测出的压缩机10的排出温度不变得过高的方式控制开口面积。作为控制方法,可以以如下方式进行控制,即,在排出温度超过一定值例如110℃等时,以一定的开度量例如10次脉冲10次脉冲地打开,也可以以排出温度成为目标值例如100℃的方式控制开度。另外,节流装置14b也可以采用毛细管,喷射与压力差相应的量的制冷剂。
以下,对热介质循环回路B中的热介质的流动进行说明。
在全制冷运转模式下,在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方,热源侧制冷剂的冷能被传递到热介质,冷却了的热介质通过泵21a及泵21b在配管5内流动。被泵21a及泵21b加压并流出的热介质经由第二热介质流路切换装置23a及第二热介质流路切换装置23b,流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。而且,热介质在利用侧换热器26a及利用侧换热器26b中从室内空气吸热,由此进行室内空间7的制冷。
然后,热介质从利用侧换热器26a及利用侧换热器26b流出并流入热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b。此时,通过热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b的作用,热介质的流量被控制成负担室内要求的空调负载所需的流量并流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。从热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b流出的热介质通过第一热介质流路切换装置22a及第一热介质流路切换装置22b,流入热介质间换热器15a及热介质间换热器15b,再次被吸入泵21a及泵21b。
此外,在利用侧换热器26的配管5内,热介质沿着从第二热介质流路切换装置23经由热介质流量调整装置25到达第一热介质流路切换装置22的方向流动。另外,以将第一温度传感器31a检测出的温度或者第一温度传感器31b检测出的温度与第二温度传感器34检测出的温度之差保持为目标值的方式进行控制,由此能够负担室内空间7所需的空调负载。热介质间换热器15的出口温度可以使用第一温度传感器31a或第一温度传感器31b中的任意一个的温度,也可以使用它们的平均温度。此时,第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23以确保向热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方流动的流路的方式,成为中间开度。
执行全制冷运转模式时,由于热介质不需要向没有热负载的利用侧换热器26(包括温度传感器关闭)流动,所以通过热介质流量调整装置25关闭流路,热介质不向利用侧换热器26流动。在图4中,由于在利用侧换热器26a及利用侧换热器26b中有热负载,所以有热介质流动,而在利用侧换热器26c及利用侧换热器26d中没有热负载,使对应的热介质流量调整装置25c及热介质流量调整装置25d全闭。而且,从利用侧换热器26c、利用侧换热器26d产生热负载的情况下,开放热介质流量调整装置25c、热介质流量调整装置25d,使热介质循环即可。
[全制热运转模式]
图6是表示空调装置100的全制热运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。在该图6中,以仅在利用侧换热器26a及利用侧换热器26b中产生热能负载的情况为例对全制热运转模式进行说明。此外,在图6中,粗线所示的配管表示制冷剂(热源侧制冷剂及热介质)流动的配管。另外,在图6中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
图6所示的全制热运转模式的情况下,在室外机1中,切换第一制冷剂流路切换装置11,从而使从压缩机10排出的热源侧制冷剂不经由热源侧换热器12地流入热介质转换器3。在热介质转换器3中,使泵21a及泵21b驱动,打开热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b,使热介质流量调整装置25c及热介质流量调整装置25d全闭,热介质在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b的每一个与利用侧换热器26a及利用侧换热器26b之间循环。
首先,对制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动进行说明。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂而被排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂通过第一制冷剂流路切换装置11,在第一连接配管4a中导通,并通过止回阀13b和分支部27a从室外机1流出。从室外机1流出的高温高压的气体制冷剂通过制冷剂配管4流入热介质转换器3。流入热介质转换器3的高温高压的气体制冷剂分支并通过第二制冷剂流路切换装置18a及第二制冷剂流路切换装置18b,分别流入热介质间换热器15a及热介质间换热器15b。
流入热介质间换热器15a及热介质间换热器15b的高温高压的气体制冷剂向在热介质循环回路B中循环的热介质散热,同时冷凝液化,成为高压的液体制冷剂。从热介质间换热器15a及热介质间换热器15b流出的液体制冷剂在节流装置16a及节流装置16b中膨胀,成为中温中压的二相制冷剂。该二相制冷剂通过开闭装置17b从热介质转换器3流出,并通过制冷剂配管4再次流入室外机1。流入室外机1的制冷剂经由分支部27b,一部分流入第二连接配管4b并通过节流装置14a,被节流装置14a节流,成为低温低压的二相制冷剂,并通过止回阀13c流入作为蒸发器发挥作用的热源侧换热器12。
另外,流入热源侧换热器12的制冷剂在热源侧换热器12中从室外空气吸热,成为低温低压的气体制冷剂。从热源侧换热器12流出的低温低压的气体制冷剂经由第一制冷剂流路切换装置11及储液器19再次被吸入压缩机10。
此时,控制节流装置16a的开度,从而使作为将压力传感器36检测出的压力换算成饱和温度的值与第三温度传感器35b检测出的温度之差而得到的过冷(过冷度)成为恒定。同样地,控制节流装置16b的开度,从而使作为将压力传感器36检测出的压力换算成饱和温度的值与第三温度传感器35d检测出的温度之差而得到的过冷成为恒定。另外,开闭装置17a成为关闭,开闭装置17b成为打开。此外,能够测定热介质间换热器15的中间位置的温度的情况下,也可以将该中间位置的温度代替压力传感器36使用,能够廉价地构成系统。
热源侧制冷剂是R32的情况下,由于压缩机10的排出温度有时变高,所以使用喷射回路使排出温度降低。使用图6及图7说明此时的动作。图7是表示全制热运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图(压力-焓线图)。在图7中,纵轴表示压力,横轴表示焓。
在压缩机10中,从压缩机10的吸入口被吸入的低温低压的气体制冷剂被导入密闭容器内,填满密闭容器内的低温低压的气体制冷剂被吸入压缩室(未图示)。压缩室通过马达(未图示)而旋转0~360度期间,内部容积变小。被吸入压缩室的内部的制冷剂伴随压缩室的内部容积变小而被压缩,压力及温度上升。马达的旋转角度成为一定角度时,开口部(形成在压缩室的一部分)开口(此时的状态是图7的点F),压缩室的内部和压缩机10的外部的喷射配管4c连通。
在全制热运转模式下,从热介质转换器3经由制冷剂配管4返回室外机1的制冷剂经由分支部27b,一部分向节流装置14a流动。通过节流装置14a的作用,节流装置14a的上游侧的制冷剂的压力被控制成中压状态(图7的点J)。通过节流装置14a而成为中压状态的二相制冷剂的一部分在分支部27b分支,并流入分支配管4d。该制冷剂经由防回流装置20,向喷射配管4c流动,并从设置在压缩机10的压缩室中的开口部流入压缩室内。此时,在压缩机10的压缩室内,由于压缩室的开口部处的压力损失(制冷剂在窄的流路中流动且流路急剧放大及急剧缩小而产生的压力损失),成为压力稍下降的低温中压的二相制冷剂(图7的点K)并流入,在压缩室内,中压的气体制冷剂(图7的点F)和低温中压的二相制冷剂(图7的点K)混合,制冷剂的温度降低(图7的点H)。
由此,从压缩机10排出的制冷剂的排出温度降低(图7的点I)。没有进行这样的喷射的情况下的压缩机10的排出温度是图7的点G,可知,通过喷射,排出温度从点G降低到点I。此外,由于二相状态的制冷剂流入分支部27b,为了均匀地分配,分支部27b成为使制冷剂以从铅直方向的下方向上方流动的状态分流的构造。由此,二相制冷剂被均匀地分配。
在全制热运转模式下,使节流装置14a的开度变化,调整向压缩机10的压缩室的喷射量,并控制压缩机10的排出温度或排出过热。
此外,此时,节流装置14b成为全闭或制冷剂不流动的小的开度,防止分支部27a的高压状态的制冷剂与通过防回流装置20流来的中压状态的制冷剂混合。
另外,节流装置14a优选电子式膨胀阀等使开口面积变化的装置,若使用电子式膨胀阀,则能够将节流装置14a的上游侧的中压控制成任意的压力。例如,只要以由中压检测装置32检测出的中压成为恒定值的方式进行控制,通过节流装置14a进行的排出温度的控制就稳定。但是,节流装置14a不限于此,能够将排出温度控制成目标即可。虽然控制性稍变差,但作为节流装置14a也可以组合例如小型的电磁阀等开闭阀来选择多种开口面积,也可以使用毛细管作为节流装置14a而与制冷剂的压损相应地形成中压。另外,中压检测装置32可以是压力传感器,也可以使用温度传感器通过运算来计算中压。
以下,对热介质循环回路B中的热介质的流动进行说明。
在全制热运转模式下,在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方,热源侧制冷剂的热能被传递到热介质,加热了的热介质通过泵21a及泵21b在配管5内流动。被泵21a及泵21b加压并流出的热介质经由第二热介质流路切换装置23a及第二热介质流路切换装置23b,流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。而且,热介质在利用侧换热器26a及利用侧换热器26b中向室内空气散热,由此进行室内空间7的制热。
然后,热介质从利用侧换热器26a及利用侧换热器26b流出并流入热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b。此时,通过热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b的作用,热介质的流量被控制成负担室内所需的空调负载所必需的流量并流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。从热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b流出的热介质通过第一热介质流路切换装置22a及第一热介质流路切换装置22b,流入热介质间换热器15a及热介质间换热器15b,再次被吸入泵21a及泵21b。
此外,在利用侧换热器26的配管5内,热介质沿着从第二热介质流路切换装置23经由热介质流量调整装置25到第一热介质流路切换装置22的方向流动。另外,以将第一温度传感器31a检测出的温度或者第一温度传感器31b检测出的温度与第二温度传感器34检测出的温度之差保持为目标值的方式进行控制,由此能够负担室内空间7所要求的空调负载。热介质间换热器15的出口温度可以使用第一温度传感器31a或第一温度传感器31b中的任意一个的温度,也可以使用它们的平均温度。
此时,第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23以确保向热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方流动的流路的方式成为中间开度。另外,利用侧换热器26a本应以其入口和出口的温度差进行控制,但利用侧换热器26的入口侧的热介质温度是与由第一温度传感器31b检测出的温度几乎相同的温度,通过使用第一温度传感器31b能够减少温度传感器的数量,能够廉价地构成系统。此外,与全制冷运转模式相同地,根据利用侧换热器26中的热负载的有无,控制热介质流量调整装置25的开度即可。
[制冷主体运转模式]
图8是表示空调装置100的制冷主体运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。在该图8中,以在利用侧换热器26a中产生冷能负载、在利用侧换热器26b中产生热能负载的情况为例对制冷主体运转模式进行说明。此外,在图8中,粗线所示的配管表示制冷剂(热源侧制冷剂及热介质)循环的配管。另外,在图8中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
图8所示的制冷主体运转模式的情况下,在室外机1中,以使从压缩机10排出的热源侧制冷剂流入热源侧换热器12的方式切换第一制冷剂流路切换装置11。在热介质转换器3中,使泵21a及泵21b驱动,打开热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b,使热介质流量调整装置25c及热介质流量调整装置25d全闭,热介质分别在热介质间换热器15a和利用侧换热器26a之间、以及在热介质间换热器15b和利用侧换热器26b之间循环。
首先,对制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动进行说明。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂而被排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂经由第一制冷剂流路切换装置11流入热源侧换热器12。而且,在热源侧换热器12中向室外空气散热,同时冷凝,成为二相制冷剂。从热源侧换热器12流出的二相制冷剂通过止回阀13a,经由分支部27a,一部分从室外机1流出,并通过制冷剂配管4流入热介质转换器3。流入热介质转换器3的二相制冷剂通过第二制冷剂流路切换装置18b流入作为冷凝器发挥作用的热介质间换热器15b。
流入热介质间换热器15b的二相制冷剂向在热介质循环回路B中循环的热介质散热,同时冷凝液化,成为液体制冷剂。从热介质间换热器15b流出的液体制冷剂在节流装置16b中膨胀并成为低压二相制冷剂。该低压二相制冷剂经由节流装置16a流入作为蒸发器发挥作用的热介质间换热器15a。流入热介质间换热器15a的低压二相制冷剂从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热,由此冷却热介质,同时成为低压的气体制冷剂。该气体制冷剂从热介质间换热器15a流出,并经由第二制冷剂流路切换装置18a从热介质转换器3流出,通过制冷剂配管4再次流入室外机1。流入室外机1的制冷剂经由分支部27b,通过止回阀13d,并经由第一制冷剂流路切换装置11及储液器19,再次被吸入压缩机10。
此时,控制节流装置16b的开度,从而使作为第三温度传感器35a检测出的温度和第三温度传感器35b检测出的温度之差而得到的过热成为恒定。另外,节流装置16a成为全开,开闭装置17a成为关闭,开闭装置17b成为关闭。此外,也可以控制节流装置16b的开度,从而使作为将压力传感器36检测出的压力换算成饱和温度的值与第三温度传感器35d检测出的温度之差而得到的过冷成为恒定。另外,也可以使节流装置16b为全开,并利用节流装置16a控制过热或过冷。
热源侧制冷剂是R32的情况下,由于压缩机10的排出温度有时变高,所以使用喷射回路使排出温度降低。使用图8及图9说明此时的动作。图9是表示制冷主体运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图(压力-焓线图)。在图9中,纵轴表示压力,横轴表示焓。
在压缩机10中,从压缩机10的吸入口被吸入的低温低压的气体制冷剂被导入密闭容器内,填满密闭容器内的低温低压的气体制冷剂被吸入压缩室(未图示)。压缩室通过马达(未图示)而旋转0~360度期间,内部容积变小。被吸入压缩室的内部的制冷剂随着压缩室的内部容积变小而被压缩,压力及温度上升。马达的旋转角度成为一定角度时,开口部(形成在压缩室的一部分)开口(此时的状态是图9的点F),压缩室的内部和压缩机10的外部的喷射配管4c连通。
在制冷主体运转模式下,被压缩机10压缩的制冷剂在热源侧换热器12中冷凝并成为高压的二相制冷剂(图9的点J),经由止回阀13a达到分支部27a。该高压二相制冷剂在分支部27a中分支,一部分制冷剂被节流装置14b减压而成为低温中压的二相制冷剂,并经由分支配管4d流入喷射配管4c。流入喷射配管4c的制冷剂从设置在压缩机10的压缩室中的开口部流入压缩室内。此时,在压缩机10的压缩室内,由于压缩室的喷射口(未图示)的端口压力损失(制冷剂在窄的流路通过而产生的压力损失),成为压力稍降低的低温中压的二相制冷剂(图9的点K)并流入,在压缩室内,中压的气体制冷剂(图9的点F)和低温中压的二相制冷剂(图9的点K)混合,制冷剂的温度降低(图9的点H)。
由此,从压缩机10排出的制冷剂的排出温度降低(图9的点I)。没有进行这样的喷射的情况下的压缩机10的排出温度是图9的点G,可知,通过喷射,排出温度从点G降低到点I。此外,由于二相状态的制冷剂流入分支部27a,所以为了均匀地分配,分支部27a采用使制冷剂以从铅直方向的下方向上方流动的状态分流的构造。由此,二相制冷剂被均匀地分配。
在制冷主体运转模式下,与全制冷运转模式同样地,使节流装置14b的开度变化,而使节流装置14b的上游侧的制冷剂的压力变化,由此调整向压缩机10的压缩室的喷射量,并控制压缩机10的排出温度或排出过热。此外,与全制冷运转模式同样地,通过防回流装置20的作用,防止分支配管4d的中压制冷剂与分支部27b的低压制冷剂混合。另外,由于制冷剂不在节流装置14a中流动,所以可以设定成任意开度。
以下,对热介质循环回路B中的热介质的流动进行说明。
在制冷主体运转模式下,在热介质间换热器15b中,热源侧制冷剂的热能被传递到热介质,加热了的热介质通过泵21b在配管5内流动。另外,在制冷主体运转模式下,在热介质间换热器15a中,热源侧制冷剂的冷能被传递到热介质,冷却了的热介质通过泵21a在配管5内流动。被泵21a及泵21b加压并流出的热介质经由第二热介质流路切换装置23a及第二热介质流路切换装置23b,流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。
在利用侧换热器26b中,热介质向室内空气散热,由此进行室内空间7的制热。另外,在利用侧换热器26a中,热介质从室内空气吸热,由此进行室内空间7的制冷。此时,通过热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b的作用,热介质的流量被控制成负担室内所需的空调负载所必需的流量并流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。通过利用侧换热器26b而温度稍降低的热介质通过热介质流量调整装置25b及第一热介质流路切换装置22b,流入热介质间换热器15b,再次被吸入泵21b。通过利用侧换热器26a而温度稍上升的热介质通过热介质流量调整装置25a及第一热介质流路切换装置22a,流入热介质间换热器15a,再次被吸入泵21a。
在这期间,热的热介质和冷的热介质通过第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23的作用,不混合地分别被导入具有热能负载、冷能负载的利用侧换热器26。此外,在利用侧换热器26的配管5内,在制热侧和制冷侧,热介质都沿着从第二热介质流路切换装置23经由热介质流量调整装置25到第一热介质流路切换装置22的方向流动。另外,在制热侧,以将第一温度传感器31b检测出的温度与第二温度传感器34检测出的温度之差保持为目标值的方式进行控制,在制冷侧,以将第二温度传感器34检测出的温度与第一温度传感器31a检测出的温度之差保持为目标值的方式进行控制,由此能够负担室内空间7所需的空调负载。
此外,与全制冷运转模式及全制热运转模式同样地,根据利用侧换热器26中的热负载的有无,控制热介质流量调整装置25的开度即可。
[制热主体运转模式]
图10是表示空调装置100的制热主体运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。在该图10中,以在利用侧换热器26a中产生热能负载、在利用侧换热器26b中产生冷能负载的情况为例对制热主体运转模式进行说明。此外,在图10中,粗线所示的配管表示制冷剂(热源侧制冷剂及热介质)循环的配管。另外,在图10中,用实线箭头表示热源侧制冷剂的流动方向,用虚线箭头表示热介质的流动方向。
图10所示的制热主体运转模式的情况下,在室外机1中,切换第一制冷剂流路切换装置11,从而使从压缩机10排出的热源侧制冷剂不经由热源侧换热器12地流入热介质转换器3。在热介质转换器3中,使泵21a及泵21b驱动,打开热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b,使热介质流量调整装置25c及热介质流量调整装置25d全闭,热介质分别在热介质间换热器15a和利用侧换热器26b之间、以及在热介质间换热器15b和利用侧换热器26a之间循环。
首先,对制冷剂循环回路A中的热源侧制冷剂的流动进行说明。
低温低压的制冷剂被压缩机10压缩,成为高温高压的气体制冷剂并被排出。从压缩机10排出的高温高压的气体制冷剂通过第一制冷剂流路切换装置11,在第一连接配管4a中导通,并通过止回阀13b,经由分支部27a从室外机1流出。从室外机1流出的高温高压的气体制冷剂通过制冷剂配管4流入热介质转换器3。流入热介质转换器3的高温高压的气体制冷剂通过第二制冷剂流路切换装置18b流入作为冷凝器发挥作用的热介质间换热器15b。
流入热介质间换热器15b的气体制冷剂向在热介质循环回路B中循环的热介质散热,同时冷凝液化,成为液体制冷剂。从热介质间换热器15b流出的液体制冷剂在节流装置16b中膨胀而成为中压二相制冷剂。该中压二相制冷剂经由节流装置16a流入作为蒸发器发挥作用的热介质间换热器15a。流入热介质间换热器15a的中压二相制冷剂从在热介质循环回路B中循环的热介质吸热而蒸发,冷却热介质。该中压二相制冷剂从热介质间换热器15a流出,并经由第二制冷剂流路切换装置18a从热介质转换器3流出,通过制冷剂配管4再次流入室外机1。
流入室外机1的制冷剂经由分支部27b,一部分流入第二连接配管4b并通过节流装置14a,被节流装置14a节流,成为低温低压的二相制冷剂,并通过止回阀13c流入作为蒸发器发挥作用的热源侧换热器12。而且,流入热源侧换热器12的制冷剂在热源侧换热器12中从室外空气吸热,成为低温低压的气体制冷剂。从热源侧换热器12流出的低温低压的气体制冷剂经由第一制冷剂流路切换装置11及储液器19再次被吸入压缩机10。
此时,控制节流装置16b的开度,从而使作为将压力传感器36检测出的压力换算成饱和温度的值与第三温度传感器35b检测出的温度之差而得到的过冷成为恒定。另外,节流装置16a成为全开,开闭装置17a成为关闭,开闭装置17b成为关闭。此外,也可以使节流装置16b全开,并利用节流装置16a控制过冷。
热源侧制冷剂是R32的情况下,由于压缩机10的排出温度有时变高,所以使用喷射回路使排出温度降低。使用图10及图11说明此时的动作。图11是表示制热主体运转模式时的热源侧制冷剂的状态变化的p-h线图(压力-焓线图)。在图9中,纵轴表示压力,横轴表示焓。
在压缩机10中,从压缩机10的吸入口被吸入的低温低压的气体制冷剂被导入密闭容器内,填满密闭容器内的低温低压的气体制冷剂被吸入压缩室(未图示)。压缩室通过马达(未图示)而旋转0~360度期间,内部容积变小。被吸入压缩室的内部的制冷剂随着压缩室的内部容积变小而被压缩,压力及温度上升。马达的旋转角度成为一定角度时,开口部(形成在压缩室的一部分)开口(此时的状态是图11的点F),并连通压缩室的内部和压缩机10的外部的喷射配管4c。
在制热主体运转模式下,从热介质转换器3经由制冷剂配管4返回室外机1的制冷剂经由分支部27b,一部分向节流装置14a流动。通过节流装置14a的作用,节流装置14a的上游侧的制冷剂的压力被控制成中压状态(图11的点J)。通过节流装置14a成为中压状态的二相制冷剂的一部分在分支部27b分支,并流入分支配管4d。该制冷剂经由防回流装置20向喷射配管4c流动,并从设置在压缩机10的压缩室中的开口部流入压缩室内。此时,在压缩机10的压缩室内,由于压缩室的开口部处的压力损失(制冷剂在窄的流路中流动且流路急剧放大及急剧缩小而产生的压力损失),成为压力稍降低的低温中压的二相制冷剂(图11的点K)并流入,在压缩室内,中压的气体制冷剂(图11的点F)和低温中压的二相制冷剂(图11的点K)混合,制冷剂的温度降低(图11的点H)。
由此,从压缩机10排出的制冷剂的排出温度降低(图11的点I)。没有进行这样的喷射的情况下的压缩机10的排出温度是图11的点G,可知,通过喷射,排出温度从点G降低到点I。此外,如全制热运转模式中说明的那样,分支部27b采用使制冷剂以从铅直方向的下方向上方流动的状态分流的构造。
在制热主体运转模式下,与全制热运转模式同样地,使节流装置14a的开度变化,调整向压缩机10的压缩室的喷射量,控制压缩机10的排出温度或排出过热。
此外,此时,节流装置14b成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度,防止分支部27a的高压状态的制冷剂与通过了防回流装置20而流来的中压状态的制冷剂混合。另外,节流装置14a如全制热运转模式中说明地那样进行控制即可。而且,关于中压检测装置32的结构、节流装置14b的结构及控制,也与全制热运转模式同样地进行即可。
以下,对热介质循环回路B中的热介质的流动进行说明。
在制热主体运转模式下,在热介质间换热器15b中,热源侧制冷剂的热能被传递到热介质,加热了的热介质通过泵21b在配管5内流动。另外,在制热主体运转模式下,在热介质间换热器15a中,热源侧制冷剂的冷能被传递到热介质,冷却了的热介质通过泵21a在配管5内流动。被泵21a及泵21b加压并流出的热介质经由第二热介质流路切换装置23a及第二热介质流路切换装置23b,流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。
在利用侧换热器26b中,热介质从室内空气吸热,由此进行室内空间7的制冷。另外,在利用侧换热器26a中,热介质向室内空气散热,由此进行室内空间7的制热。此时,通过热介质流量调整装置25a及热介质流量调整装置25b的作用,热介质的流量被控制成负担室内所需的空调负载所必需的流量并流入利用侧换热器26a及利用侧换热器26b。通过利用侧换热器26b而温度稍上升的热介质通过热介质流量调整装置25b及第一热介质流路切换装置22b,流入热介质间换热器15a,再次被吸入泵21a。通过利用侧换热器26a而温度稍降低的热介质通过热介质流量调整装置25a及第一热介质流路切换装置22a,流入热介质间换热器15b,再次被吸入泵21b。
在此期间,热的热介质和冷的热介质通过第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23的作用,不混合地分别被导入具有热能负载、冷能负载的利用侧换热器26。此外,在利用侧换热器26的配管5内,在制热侧和制冷侧,热介质都沿着从第二热介质流路切换装置23经由热介质流量调整装置25到第一热介质流路切换装置22的方向流动。另外,在制热侧,以将第一温度传感器31b检测出的温度与第二温度传感器34检测出的温度之差保持成目标值的方式进行控制,在制冷侧,以将第二温度传感器34检测出的温度和第一温度传感器31a检测出的温度之差保持为目标值的方式进行控制,由此能够负担室内空间7所需的空调负载。
此外,与全制冷运转模式、全制热运转模式及制冷主体运转模式同样地,根据利用侧换热器26中的热负载的有无,控制热介质流量调整装置25的开度即可。
[节流装置14a和/或节流装置14b]
各运转模式中的向压缩机10的压缩室的喷射如上所述地进行。因此,在全制热运转模式及制热主体运转模式时,二相状态的制冷剂流入节流装置14a。另外,在全制冷运转模式时,液体制冷剂流入节流装置14b,在制冷主体运转模式时,二相状态的制冷剂流入节流装置14b。
在作为节流装置使用电子式膨胀阀的情况下,二相状态的制冷剂流入节流装置时,气体制冷剂和液体制冷剂分离并流动,之后,在节流部中分别产生气体流动的状态和液体流动的状态,存在节流装置的出口侧的压力不稳定的情况。尤其是,制冷剂的干燥度小的情况下,发生制冷剂的分离,该倾向强。因此,作为节流装置14a和/或节流装置14b使用图12所示的构造的装置即可。由此,即使二相制冷剂流入节流装置,也能够实现稳定的控制。
图12是示意地表示节流装置14a和/或节流装置14b(以下,与节流装置14一起说明)的优选结构例的图。在图12中,节流装置14由流入管41、流出管42、节流部43、阀芯44、马达45及搅拌装置46构成。而且,搅拌装置46安装在流入管41内。
从流入管41流入的二相制冷剂到达搅拌装置46,通过搅拌装置46的作用,气体制冷剂和液体制冷剂被搅拌而大致均匀地混合。通过搅拌装置46的作用大致均匀地混合了气体制冷剂和液体制冷剂而成的二相制冷剂到达节流部43,在节流部43中被阀芯44节流并被减压,从流出管42流出。此时,通过马达45控制阀芯44的位置,从而控制节流部43中的节流量。
只要能够产生气体制冷剂和液体制冷剂大致均匀混合的状态,搅拌装置46可以是任意的装置。例如,可以通过使用发泡金属,实现搅拌装置46。发泡金属是具有与海绵等树脂发泡体相同的三维网眼构造的金属多孔质体,是在金属多孔质体中气孔率(空隙率)最大(80%~97%)的结构。通过该发泡金属,使二相制冷剂流通时,因三维网眼状构造的影响,制冷剂中的气体被微小化,并被搅拌,具有与液体均匀地混合的效果。
此外,在流体力学的领域中,如下内容是明确的,即,在节流装置14的配管(流入管41及流出管42)内部的制冷剂的流路中,在设配管的内径为D、配管的长度为L的情况下,从具有扰乱流动的构造的位置到达L/D成为8~10的距离时,扰乱的影响消失,成为原先的流动。因此,在设节流装置14的流入管41的内径为D,从搅拌装置46到节流部43的长度为L,搅拌装置46位于L/D为6以下的位置时,搅拌的二相制冷剂能够以被搅拌的状态到达节流部43,能够实现稳定的控制。
[制冷剂配管4]
如上所述,本实施方式1的空调装置100具有几个运转模式。在这些运转模式中,热源侧制冷剂在连接室外机1和热介质转换器3的配管4中流动。
[配管5]
在本实施方式1的空调装置100执行的几个运转模式中,水或防冻液等热介质在连接热介质转换器3和室内机2的配管5中流动。
此外,对如下情况进行了说明,即,压力传感器36a设置于在冷热混合运转中作为制冷侧发挥作用的热介质间换热器15a和第二制冷剂流路切换装置18a之间的流路,压力传感器36b设置于在冷热混合运转中作为制热侧发挥作用的热介质间换热器15b和节流装置16b之间的流路。设置在这样的位置时,即使在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b中存在压力损失的情况下,也能够高精度地计算饱和温度。但是,在冷凝侧,由于压力损失小,所以也可以将压力传感器36b设置在热介质间换热器15b和节流装置16b之间的流路上,计算精度不会变得很差。另外,虽然蒸发器的压力损失较大,但在压力损失的量能够推测或者使用压力损失少的热介质间换热器的情况下等,也可以将压力传感器36a设置在热介质间换热器15a和第二制冷剂流路切换装置18a之间的流路上。
在空调装置100中,在利用侧换热器26中仅产生制热负载或制冷负载的情况下,使对应的第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23成为中间开度,热介质向热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方流动。由此,由于能够将热介质间换热器15a及热介质间换热器15b双方用于制热运转或制冷运转,所以传热面积变大,能够进行效率好的制热运转或制冷运转。
另外,在利用侧换热器26中混合产生制热负载和制冷负载的情况下,将与进行制热运转的利用侧换热器26对应的第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23切换到与加热用的热介质间换热器15b连接的流路,将与进行制冷运转的利用侧换热器26对应的第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23切换到与冷却用的热介质间换热器15a连接的流路,由此,能够在各室内机2中,自由地进行制热运转、制冷运转。
此外,实施方式1中说明的第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23只要是三通阀等切换三通流路的装置、组合两个开闭阀等进行二通流路的开闭的装置等、能够切换流路的装置即可。另外,也可以采用步进马达驱动式的混合阀等使三通流路的流量变化的装置、组合两个电子式膨胀阀等使二通流路的流量变化的装置等,来作为第一热介质流路切换装置22及第二热介质流路切换装置23使用。该情况下,还能够防止流路的突然开闭导致的水锤。而且,在实施方式1中,以热介质流量调整装置25为二通阀的情况为例进行了说明,但也可以采用具有三通流路的控制阀,并与旁通利用侧换热器26的旁通管一起设置。
另外,热介质流量调整装置25可以使用以步进马达驱动方式控制在流路中流动的流量的装置,也可以采用二通阀或封闭三通阀的一端的结构。另外,作为热介质流量调整装置25,也可以使用开闭阀等进行二通流路的开闭的装置,反复进行导通/关闭来控制平均流量。
另外,示出了第二制冷剂流路切换装置18为四通阀的情况,但不限于此,也可以使用多个二通流路切换阀或三通流路切换阀,同样地使制冷剂流动。
另外,在只连接了一个利用侧换热器26和热介质流量调整装置25的情况下,当然也同样地成立,而且,作为热介质间换热器15及节流装置16,即使设置多个实施同样的动作的装置,当然也没有问题。而且,以热介质流量调整装置25内置于热介质转换器3的情况为例进行了说明,但不限于此,也可以内置于室内机2,热介质转换器3和室内机2也可以分体地构成。
作为热介质能够使用例如载冷剂(防冻液)、水、载冷剂和水的混合液、水和防腐蚀效果高的添加剂的混合液等。因此,在空调装置100中,即使热介质经由室内机2向室内空间7泄漏,由于热介质使用了安全性高的热介质,所以有助于安全性的提高。
在本实施方式1中,以空调装置100包含储液器19的情况为例进行了说明,但也可以不设置储液器19。另外,一般来说,在热源侧换热器12及利用侧换热器26a~26d上安装了风机,通过送风促进冷凝或者蒸发的情况较多,但不限于此,例如作为利用侧换热器26a~26d也可以使用利用辐射的板式散热器这样的装置,作为热源侧换热器12也可以使用通过水或防冻液使热量移动的水冷式的装置,只要是能够散热或者吸热的构造的装置,都能够使用。
在实施方式1中,以利用侧换热器26a~26d是4个的情况为例进行了说明,但连接几个都可以。另外,以热介质间换热器15a、热介质间换热器15b是2个的情况为例进行了说明,但当然不限于此,只要是能够冷却和/或加热热介质地构成,设置几个都可以。而且,不限于泵21a、泵21b分别仅设置了一个的情况,也可以并列地连接多个小容量的泵。
如上所述,本实施方式1的空调装置100在使用压缩机10的排出温度变高的R32等这样的制冷剂的情况下,无论是何运转模式,都向压缩机10的压缩中途的压缩室喷射制冷剂,能够以排出温度不变得过高的方式进行控制。因此,根据空调装置100,通过有效率地控制压缩机10的排出温度,能够防止制冷剂及冷热设备的劣化,并能够持续安全的运转。
以下,对除霜运转进行说明。
在全制热运转模式及制热主体运转模式中,在热源侧换热器12的周围的空气温度低的情况下,由于冰点下的低温低压的制冷剂在热源侧换热器12的配管的内部流动,所以在热源侧换热器12的周围结霜。热源侧换热器12结霜时,霜层成为热阻力,并且,热源侧换热器12的周围的空气流动的流路变窄,空气难以流动,因此,制冷剂和空气的热交换被阻碍,设备的制热能力及运转效率降低。因此,在热源侧换热器12的结霜增加的情况下,进行融化热源侧换热器12的周围的霜的除霜运转。
关于本实施方式1的除霜运转,基于图13进行说明。
图13是表示本发明的实施方式1的空调装置的除霜运转模式时的制冷剂的流动的制冷剂回路图。
制冷剂被压缩机10压缩并加热,并从压缩机10排出,经由第一制冷剂流路切换装置11流入热源侧换热器12。而且,在热源侧换热器12中散热,使附着在周围的霜融化。从热源侧换热器12流出的制冷剂通过止回阀13a,到达分支部27a,并在分支部27a分流。
在分支部27a分流的一方的制冷剂从室外机1流出,并通过制冷剂配管4流入热介质转换器3。流入热介质转换器3的制冷剂经由成为打开状态的开闭装置17a及成为打开状态的开闭装置17b,从热介质转换器3流出,并通过制冷剂配管4再次流入室外机1。流入室外机1的制冷剂经由分支部27b,并通过止回阀13d,经由第一制冷剂流路切换装置11及储液器19,再次被吸入压缩机10。此时,节流装置16a及节流装置16b成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度,在热介质间换热器15a及热介质间换热器15b中没有制冷剂流动。
另外,在分支部27a分流的另一方的制冷剂流入分支配管4d,经由全开状态的节流装置14b及喷射配管4c,被喷射到压缩机10的压缩室,并与通过储液器19被吸入压缩机10的制冷剂(在分支部27a分流的一方的流体)合流。
此外,在图13中,使泵21b工作,使热介质在有制热要求的利用侧换热器26(利用侧换热器26a及利用侧换热器26b)中循环。由此,在除霜运转中,也能够通过存储在热介质中的热能,持续制热运转。另外,也可以在全制热运转后的除霜中也使泵21a工作,也可以在除霜运转中停止泵21a及泵21b,并停止制热运转。
如上所述,在除霜运转中,使附着在热源侧换热器12的周围的霜融化,同时,利用分支部27a使制冷剂分支,将一部分的制冷剂喷射到压缩机10的压缩室。由此,容易将压缩机10的余热直接传递到制冷剂,进行效率好的除霜运转。另外,能够使在远离室外机1的热介质转换器3中循环的制冷剂流量减少喷射流量的量,从而能够减少压缩机10的动力。
实施方式2
图14是表示实施方式2的空调装置100A的结构的图。在本实施方式2的空调装置100A中,在室外机1中具有节流装置14a、节流装置14b、节流装置14c。也就是说,在实施方式1中,以具有防回流装置20的情况为例进行了说明,而在实施方式2中,使节流装置14a向实施方式1中的防回流装置20的位置移动,并在实施方式1中的节流装置14a的位置设置节流装置14c。节流装置14a及节流装置14b使用电子式膨胀阀等使开度(开口面积)连续变化的装置,节流装置14c使用毛细管等固定节流的装置或打开时的开口面积小的电磁阀这样的、开闭阀等的节流部的开口面积固定的装置。基本的运转模式为全制冷运转模式、全制热运转模式、制冷主体运转模式及制热主体运转模式,与实施方式1记载的动作大致相同,这里省略了细节的动作的说明。
在全制冷运转模式下,从分支部27a分流高压液体制冷剂,控制节流装置14b的开度,调整经由分支配管4d及喷射配管4c向压缩机10的压缩室喷射的制冷剂的流量,控制压缩机10的排出温度。此时,节流装置14a成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度。
在全制热运转模式下,控制节流装置14a的开度,调整经由分支配管4d及喷射配管4c向压缩机10的压缩室喷射的制冷剂的流量,其结果是,向节流装置14c流动的制冷剂的流量也发生变化,所以,节流装置14c的上游侧的制冷剂的压力也发生变化,控制中压和排出温度双方。此时,节流装置14b成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度。
在制冷主体运转模式下,从分支部27a分流高压二相制冷剂,控制节流装置14b的开度,调整经由分支配管4d及喷射配管4c向压缩机10的压缩室喷射的制冷剂的流量,控制压缩机10的排出温度。此时,节流装置14a成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度。
在制热主体运转模式下,控制节流装置14a的开度,调整经由分支配管4d及喷射配管4c向压缩机10的压缩室喷射的制冷剂的流量,其结果是,向节流装置14c流动的制冷剂的流量也发生变化,所以,节流装置14c的上游侧的制冷剂的压力也发生变化,控制中压和排出温度双方。此时,节流装置14b成为全闭或没有制冷剂流动的小的开度。
如上所述,在热源侧换热器12作为冷凝器发挥作用的全制冷运转模式时及制冷主体运转模式时,控制节流装置14b并分流高压制冷剂而进行喷射。另外,在热源侧换热器12作为蒸发器发挥作用的全制热运转模式时及制热主体运转模式时,控制节流装置14a并分流中压制冷剂而进行喷射,进行排出温度的控制。像这样,在热源侧换热器12作为冷凝器发挥作用的情况下、以及热源侧换热器12作为蒸发器发挥作用的情况下,控制不同的节流装置,并控制喷射量。
此外,这里,对作为节流装置14c使用毛细管等节流部的开口面积固定的装置的情况进行了说明。采用这样的结构时,能够廉价地构成系统,当然,作为节流装置14c使用电子式膨胀阀等使开度(开口面积)连续变化的装置也没有问题,也能够实现同样的开口面积。另外,关于节流装置14a及节流装置14b,也可以使用切换多个毛细管等、阶段性地切换开口面积这样的装置。
实施方式3
在实施方式1及实施方式2中,以如下系统为例进行了说明,即,将压缩机10、第一制冷剂流路切换装置11、热源侧换热器12、节流装置14a、节流装置14b、开闭装置17及防回流装置20(在实施方式2中是节流装置14c)收容在室外机1中。另外,将利用侧换热器26收容在室内机2中,将热介质间换热器15及节流装置16收容在热介质转换器3中。而且,用2条一组的配管连接室外机1和热介质转换器3之间,并使热源侧制冷剂在室外机1和热介质转换器3之间循环,分别通过2条一组的配管连接室内机2和热介质转换器3之间,使热介质在室内机2和热介质转换器3之间循环,并在热介质间换热器15中使热源侧制冷剂和热介质进行热交换,但本发明的范围不限于此。
因此,在实施方式3中,基于图15说明其他的制冷剂回路结构。
图15是表示本发明的实施方式3的空调装置100的回路结构的一例的概要结构图。
例如,将压缩机10、第一制冷剂流路切换装置11、热源侧换热器12、节流装置14a、节流装置14b及防回流装置20(或节流装置14c)收容在室外机1中。另外,将成为蒸发器或冷凝器并使空调对象空间的空气和制冷剂进行热交换的负载侧换热器26及节流装置16收容在室内机2中,并具有与室外机1及室内机2分体地形成的成为中继单元的中继机3A,通过2条一组的配管连接室外机1和中继机3A之间,并分别通过2条一组的配管连接室内机2和中继机3A之间,经由中继机3A使制冷剂在室外机1和室内机2之间循环,能够进行全制冷运转、全制热运转、制冷主体运转、制热主体运转。本发明适用于上述这样的直膨系统,发挥同样的效果。
附图标记的说明
1室外机,2室内机,2a室内机,2b室内机,2c室内机,2d室内机,3热介质转换器,3A中继机,4制冷剂配管,4a第一连接配管,4b第二连接配管,4c喷射配管,4d分支配管,5配管,6室外空间,7室内空间,8空间,9建筑物,10压缩机,11第一制冷剂流路切换装置,12热源侧换热器(第一换热器),13a止回阀,13b止回阀,13c止回阀,13d止回阀,14节流装置,14a节流装置(第二节流装置),14b节流装置(第三节流装置),14c节流装置(第四节流装置),15热介质间换热器(第二换热器),15a热介质间换热器,15b热介质间换热器,16节流装置,16a节流装置(第一节流装置),16b节流装置(第一节流装置),17开闭装置,17a开闭装置,17b开闭装置,18第二制冷剂流路切换装置,18a第二制冷剂流路切换装置,18b第二制冷剂流路切换装置,19储液器,24旁通管,20防回流装置,21泵,21a泵,21b泵,22第一热介质流路切换装置,22a第一热介质流路切换装置,22b第一热介质流路切换装置,22c第一热介质流路切换装置,22d第一热介质流路切换装置,23第二热介质流路切换装置,23a第二热介质流路切换装置,23b第二热介质流路切换装置,23c第二热介质流路切换装置,23d第二热介质流路切换装置,25热介质流量调整装置,25a热介质流量调整装置,25b热介质流量调整装置,25c热介质流量调整装置,25d热介质流量调整装置,26利用侧换热器,26a利用侧换热器,26b利用侧换热器,26c利用侧换热器,26d利用侧换热器,27a分支部(第一制冷剂分支部),27b分支部(第二制冷剂分支部),31第一温度传感器,31a第一温度传感器,31b第一温度传感器,32中压检测装置,34第二温度传感器,34a第二温度传感器,34b第二温度传感器,34c第二温度传感器,34d第二温度传感器,35第三温度传感器,35a第三温度传感器,35b第三温度传感器,35c第三温度传感器,35d第三温度传感器,36压力传感器,36a压力传感器,36b压力传感器,37排出制冷剂温度检测装置,39高压检测装置,41流入管,42流出管,43节流部,44阀芯,45马达,46搅拌装置,50控制装置,100空调装置,100A空调装置,100B空调装置,A制冷剂循环回路,B热介质循环回路。
Claims (15)
1.一种空调装置,通过配管连接低压壳构造的压缩机、制冷剂流路切换装置、第一换热器、第一节流装置和第二换热器而构成制冷剂循环回路,
通过所述制冷剂流路切换装置的作用,能够切换制冷运转和制热运转,
在所述制冷运转中,高压的制冷剂流过所述第一换热器并且所述第一换热器作为冷凝器工作,而且,低压的制冷剂流过所述第二换热器的一部分或全部并且所述第二换热器作为蒸发器工作;
在所述制热运转中,低压的制冷剂流过所述第一换热器并且所述第一换热器作为蒸发器工作,而且,高压的制冷剂流过所述第二换热器的一部分或全部并且所述第二换热器作为冷凝器工作,
其特征在于,具有:
喷射配管,所述喷射配管在所述压缩机中的压缩中途过程的压缩室的一部分上设置开口部,并从所述压缩机的外部经由所述开口部向所述压缩室的内部导入所述制冷剂;
第二节流装置;
第三节流装置;
控制装置,在所述制热运转时,所述控制装置控制所述第二节流装置而调整在所述喷射配管中流动的所述制冷剂的量,在所述制冷运转时,所述控制装置控制所述第三节流装置而调整在所述喷射配管中流动的所述制冷剂的流量。
2.如权利要求1所述的空调装置,其特征在于,
设置连接第一制冷剂分支部和第二制冷剂分支部的分支配管,所述第一制冷剂分支部在所述制冷运转时成为所述第一换热器的下游侧,在所述制热运转时成为所述压缩机的下游侧,所述第二制冷剂分支部在所述制冷运转时成为所述压缩机的上游侧,在所述制热运转时成为所述第一换热器的上游侧,
所述喷射配管连接所述分支配管和所述压缩机中的压缩中途过程的压缩室,
所述第二节流装置设置于成为如下流路的位置,所述流路在所述制冷运转时没有所述制冷剂流动,并且所述流路是在所述制热运转时从所述第二分支部向所述第一换热器流动的所述制冷剂的流路,
所述第三节流装置设置在所述第一制冷剂分支部和所述压缩机的所述开口部之间,
在所述分支配管和所述喷射配管的连接部分与所述第二制冷剂分支部之间具有防回流装置。
3.如权利要求1所述的空调装置,其特征在于,
设置连接第一制冷剂分支部和第二制冷剂分支部的分支配管,所述第一制冷剂分支部在所述制冷运转时成为所述第一换热器的下游侧,在所述制热运转时成为所述压缩机的下游侧,所述第二制冷剂分支部在所述制冷运转时成为所述压缩机的上游侧,在所述制热运转时成为所述第一换热器的上游侧,
所述喷射配管连接所述分支配管、和所述压缩机中的压缩中途过程的压缩室,
所述第二节流装置设置在所述第二制冷剂分支部和所述压缩机的所述开口部之间,
所述第三节流装置设置在所述第一制冷剂分支部和所述压缩机的所述开口部之间,
所述空调装置具有第四节流装置,所述第四节流装置设置于成为如下流路的位置,所述流路在所述制冷运转时没有所述制冷剂流动,并且所述流路是在所述制热运转时从所述第二分支部向所述第一换热器流动的所述制冷剂的流路。
4.如权利要求1~3中任一项所述的空调装置,其特征在于,
作为在所述制冷剂循环回路中循环的制冷剂,使用:
R32;
包含R32及HFO1234yf且R32的质量比率为62%以上的混合制冷剂;或
包含R32及HFO1234ze且R32的质量比率为43%以上的混合制冷剂。
5.如权利要求2~4中任一项所述的空调装置,其特征在于,所述第一制冷剂分支部及所述第二制冷剂分支部采用制冷剂从铅直方向的下方向上方流动的构造。
6.如权利要求1~5中任一项所述的空调装置,其特征在于,所述第二节流装置及所述第三节流装置中的至少一个是使开口面积连续变化的装置,在制冷剂的流入管中具有搅拌二相制冷剂的搅拌装置。
7.如权利要求6所述的空调装置,其特征在于,
在所述第二节流装置及所述第三节流装置的至少一个中,
其节流部和所述搅拌装置的距离为所述流入管的内径的6倍以下。
8.如权利要求6或7所述的空调装置,其特征在于,所述搅拌装置是气孔率(空隙率)为80%以上的多孔质金属。
9.如权利要求2~8中任一项所述的空调装置,其特征在于,
将所述压缩机、所述制冷剂流路切换装置及所述第一换热器收容在室外机中,
将所述第一节流装置及所述第二换热器收容在热介质转换器中,
通过2条制冷剂配管连接所述室外机和所述热介质转换器,
所述空调装置具有:
全制冷运转模式,在该全制冷运转模式中,高压的液体制冷剂在所述2条制冷剂配管的一条中流动,低压的气体制冷剂在另一条中流动,使所述高压的液体制冷剂在所述第一分支部分流而流入所述喷射配管;
全制热运转模式,在该全制热运转模式中,高压的气体制冷剂在所述2条制冷剂配管的一条中流动,中压的二相制冷剂在另一条中流动,使所述中压的二相制冷剂在所述第二分支部分流而流入所述喷射配管。
10.如权利要求2~8中任一项所述的空调装置,其特征在于,
将所述第一节流装置及所述第二换热器收容在室内机中,所述室内机设置于能够对空调对象空间实施空气调节的位置,
将所述压缩机、所述制冷剂流路切换装置、所述第一换热器、所述第二节流装置、所述第三节流装置以及所述防回流装置收容在室外机中,所述室外机设置于室外或机械室,
所述室外机和所述室内机分体地形成,设置有连接所述室外机和所述室内机的中继器,
通过2条一组的配管将所述室外机和所述中继器之间连接,并通过2条一组的配管将所述室内机和所述中继器之间连接,
所述空调装置具有:
全制冷运转模式,在该全制冷运转模式中,高压的液体制冷剂在所述2条制冷剂配管的一条中流动,低压的气体制冷剂在另一条中流动,使所述高压的液体制冷剂在所述第一分支部分流而流入所述喷射配管;
全制热运转模式,在该全制热运转模式中,高压的气体制冷剂在所述2条制冷剂配管中的一条中流动,中压的二相制冷剂在另一条中流动,使所述中压的二相制冷剂在所述第二分支部分流而流入所述喷射配管。
11.如权利要求9或10所述的空调装置,其特征在于,具有:
制冷主体运转模式,在该制冷主体运转模式中,高压的二相制冷剂在所述2条制冷剂配管中的一条中流动,低压的气体制冷剂在另一条中流动,使所述高压的二相制冷剂在所述第一分支部分流而流入所述喷射配管;
制热主体运转模式,在该制热主体运转模式中,高压的气体制冷剂在所述2条制冷剂配管的一条中流动,中压的二相制冷剂在另一条中流动,使所述中压的二相制冷剂在所述第二分支部分流而流入所述喷射配管。
12.如权利要求1~11中任一项所述的空调装置,其特征在于,
所述控制装置在所述制热运转时控制所述第二节流装置,从而使所述压缩机的排出制冷剂的状态量接近目标值、或者不超过目标值、或者收敛于目标范围,
所述控制装置在所述制冷运转时,控制所述第三节流装置,从而使所述压缩机的排出制冷剂的状态量接近目标值、或者不超过目标值、或者收敛于目标范围,从而调整向所述压缩机的压缩室喷射的制冷剂的流量。
13.如权利要求1~11中任一项所述的空调装置,其特征在于,
具有能够检测所述压缩机的排出温度的排出温度检测装置,
所述控制装置在所述制热运转时控制所述第二节流装置,从而使所述排出温度接近目标值、或者不超过目标温度、或者收敛于目标范围,
所述控制装置在所述制冷运转时控制所述第三节流装置,从而使所述排出温度接近目标值、或者不超过目标温度、或者收敛于目标范围,从而调整向所述压缩机的压缩室喷射的制冷剂的流量。
14.如权利要求12所述的空调装置,其特征在于,
具有能够检测所述压缩机的排出温度的排出温度检测装置及能够检测所述压缩机的高压的高压检测装置,
所述控制装置在所述制热运转时控制所述第二节流装置,从而使由所述排出温度及所述高压算出的排出过热度接近目标值、或者不超过目标过热度、或者收敛于目标范围,
所述控制装置在所述制冷运转时控制所述第三节流装置,从而使由所述排出温度及所述高压算出的排出过热度接近目标值、或者不超过目标过热度、或者收敛于目标范围。
15.如权利要求9、12~14中任一项所述的空调装置,其特征在于,
具有室内机,所述室内机设置在能够对空调对象空间实施空气调节的位置,并收容有与所述空调对象空间的空气进行热交换的利用侧换热器,
通过使与制冷剂不同的热介质循环的2条一组的热介质配管,连接所述室内机和所述热介质转换器,
在所述第二换热器中使所述制冷剂和所述热介质进行热交换。
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