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WO2010131378A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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WO2010131378A1
WO2010131378A1 PCT/JP2009/062576 JP2009062576W WO2010131378A1 WO 2010131378 A1 WO2010131378 A1 WO 2010131378A1 JP 2009062576 W JP2009062576 W JP 2009062576W WO 2010131378 A1 WO2010131378 A1 WO 2010131378A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat exchanger
refrigerant
intermediate heat
transfer medium
brine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/062576
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直史 竹中
若本 慎一
山下 浩司
裕之 森本
裕輔 島津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2011513205A priority Critical patent/JP5465242B2/ja
Priority to US13/266,247 priority patent/US9366452B2/en
Priority to CN200980159215.5A priority patent/CN102422093B/zh
Priority to EP09844648.7A priority patent/EP2431675B1/en
Publication of WO2010131378A1 publication Critical patent/WO2010131378A1/ja
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    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/54Free-cooling systems
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    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner that uses a refrigeration cycle, and more particularly to an air conditioner that transports heat and heat generated in the refrigeration cycle to a use-side heat exchanger by a heat medium.
  • a compressor, a heat source side heat exchanger, an expansion valve, and an intermediate heat exchanger are sequentially connected by piping to form a refrigeration cycle, and a pump, a use side heat exchanger, and an intermediate heat exchanger are sequentially connected.
  • an air conditioner that uses heat medium such as water and brine to heat-transfer cold heat and heat generated in a refrigeration cycle to a use-side heat exchanger (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • Such an air conditioner has an advantage that the amount of refrigerant filled can be reduced as compared with a normal direct expansion type air conditioner.
  • the air conditioner of Patent Document 1 stable air conditioning is performed by adjusting the flow rate of the heat source water flowing into the water heat exchanger as the inlet water temperature of the heat source water varies.
  • the temperature of the heat source water is controlled to change by about 5 ° C. in both the cooling operation and the heating operation. For example, the temperature of the heat source water is changed from 7 to 10 ° C. to 12 to 15 ° C. during the cooling operation, and the temperature of the heat source water is changed from 40 to 45 ° C. to 35 ° C. to 40 ° C. during the heating operation.
  • the air conditioner of Patent Document 2 makes the flow of a fluid (for example, refrigerant, water, air, etc.) conducted through the main (water) heat exchanger and the user side (indoor) heat exchanger countercurrent, and water Therefore, the air conditioning unit is reduced in size and the conveyance power is reduced. Furthermore, the air conditioner of Patent Document 3 measures the electric input of the compressor and the pump, and controls the operation of the pump according to the rotation speed when the total of the electric inputs of the compressor and the pump becomes small. .
  • a fluid for example, refrigerant, water, air, etc.
  • Japanese Patent Laying-Open No. 2005-69554 pages 5 to 7, FIGS. 1 to 3
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-130877 page 6, FIGS. 4 to 6
  • JP 2006-3079 A pages 5-7, FIGS. 1-3
  • a flow control valve provided on the heat source water circuit side is controlled based on the heat source water inlet temperature and the heat source water outlet temperature.
  • the control of the actuators (for example, a compressor, a throttle device, an outdoor fan, etc.) is not taken into consideration, and there remains a problem for improving the performance of the entire system.
  • the temperature difference between the inlet and outlet of water is set to 10 ° C. or more by making the fluid that conducts the heat exchanger countercurrent, but there is still a problem in finer temperature control.
  • the control of the actuator on the heat source side at that time is not concrete.
  • the operation of the pump is controlled based on the electric inputs of the compressor and the pump, but the temperature control is not clear.
  • This invention was made in order to solve said subject, and it aims at providing the air conditioning apparatus which can aim at the improvement of system COP, suppressing product cost.
  • An air conditioner includes a compressor, a heat source side heat exchanger, a throttle device, and at least one intermediate heat exchanger connected to a primary side cycle for circulating a primary side heat transfer medium, a pump, A use side heat exchanger, and a secondary cycle in which the intermediate heat exchanger is connected and circulates a secondary heat transfer medium, and in the intermediate heat exchanger, the primary heat transfer medium and the In the air conditioner for exchanging heat with the secondary side heat transfer medium, the target value of the temperature difference of the secondary side heat transfer medium before and after the use side heat exchanger or before and after the intermediate heat exchanger is cooled. It is set to be larger during heating operation than during operation, and has control means for controlling the flow rate of the secondary heat transfer medium before and after the use side heat exchanger or the intermediate heat exchanger. It is characterized by.
  • the temperature difference of the secondary heat transfer medium before and after the use side heat exchanger or before and after the intermediate heat exchanger is set to a preset target value.
  • the actuator control suitable for each operation mode of the cooling operation and the heating operation can be executed, and the operation is performed in a high COP state. Can be performed.
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a table showing an example of control of each actuator during cooling operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • 6 is a table showing an example of control of each actuator during heating operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1. It is a graph which shows the temperature distribution of the refrigerant
  • FIG. 4 is a table showing an example of control of each actuator during cooling operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1.
  • 6 is a table showing an example of control of each actuator during heating operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1. It is a graph which shows the temperature distribution of the refrigerant
  • FIG. 1 It is a graph which shows the temperature distribution of the refrigerant
  • FIG. 1 It is a graph which shows the temperature distribution of the refrigerant
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of control processing during the cooling operation and the heating operation of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1. It is the schematic which shows the example of installation of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. It is the schematic which shows the example of installation of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. It is the schematic which shows the example of installation of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 3. FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 3. FIG.
  • FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 4.
  • FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 5.
  • FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the circuit configuration and operation of the air conditioner 100 will be described with reference to FIG.
  • the air conditioner 100 can perform cooling or heating by using a refrigeration cycle (primary side cycle and secondary side cycle) that circulates refrigerant (primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium). is there.
  • a refrigeration cycle primary side cycle and secondary side cycle
  • refrigerant primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium
  • the relationship of the size of each component may be different from the actual one.
  • the air conditioner 100 includes a compressor 1, a four-way valve 2, an outdoor heat exchanger (heat source side heat exchanger) 3, an outdoor fan 3-a, a throttle device 4, an intermediate heat exchanger 5, It has a pump 11, an indoor heat exchanger (use side heat exchanger) 12, and an indoor fan 12-a.
  • the compressor 1, the four-way valve 2, the outdoor heat exchanger 3, the expansion device 4, and the intermediate heat exchanger 5 are sequentially connected by piping, and the primary side cycle as a refrigeration cycle for circulating the primary side heat transfer medium is performed. It is composed.
  • the pump 11, the indoor heat exchanger 12, and the intermediate heat exchanger 5 are piped in order, and a secondary cycle as a refrigeration cycle that circulates a secondary heat transfer medium (hereinafter referred to as brine). It is composed.
  • brine secondary heat transfer medium
  • a refrigerant for example, a fluorocarbon refrigerant such as R410A refrigerant, a hydrocarbon refrigerant such as propane, or a natural refrigerant such as carbon dioxide can be used.
  • a refrigerant coolant.
  • the secondary side heat transfer refrigerant for example, brine (antifreeze), water, a mixed solution of brine and water, a mixed solution of water and an additive having a high anticorrosive effect, or the like can be used.
  • the compressor 1 sucks the refrigerant and compresses the refrigerant to a high temperature / high pressure state, and may be constituted by, for example, an inverter compressor capable of capacity control.
  • the four-way valve 2 has a function as a refrigerant flow path switching unit, and switches between a refrigerant flow during heating operation and a refrigerant flow during cooling operation.
  • the outdoor heat exchanger 3 functions as an evaporator during heating operation and functions as a condenser during cooling operation, and exchanges heat between the air supplied from the outdoor fan 3-a and the refrigerant to evaporate the refrigerant. It is gasified or condensed into liquid.
  • the outdoor heat exchanger 3 mentioned above will operate
  • the outdoor fan 3-a is provided in the vicinity of the outdoor heat exchanger 3 and supplies air to the outdoor heat exchanger 3.
  • the expansion device 4 has a function as a pressure reducing valve or an expansion valve, and expands the refrigerant by reducing the pressure.
  • the expansion device 4 may be configured by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the intermediate heat exchanger 5 is composed of, for example, a double tube heat exchanger, a plate heat exchanger, a microchannel water heat exchanger, or the like, and circulates a refrigerant circulating in the primary side cycle and a secondary side cycle. Heat exchange is performed with the brine, and the cold heat and heat generated in the primary side cycle are transported to the indoor heat exchanger 12.
  • the pump 11 sucks the brine, pressurizes the brine and circulates the secondary side cycle, and may be composed of, for example, an inverter pump capable of capacity control.
  • the indoor heat exchanger 12 is supplied with hot water during the heating operation, is supplied with cold water during the cooling operation, performs heat exchange between the air supplied from the indoor fan 12-a and the brine, and supplies the air to the air-conditioning target area. Heating air or cooling air is generated.
  • the indoor fan 12-a is provided in the vicinity of the indoor heat exchanger 12, supplies air to the indoor heat exchanger 12, and blows out conditioned air generated by the indoor heat exchanger 12 to the air-conditioning target area. is there.
  • the air conditioner 100 includes various detectors (a discharge pressure detector 21, a suction pressure detector 22, a first refrigerant temperature detector 23, a second refrigerant temperature detector 24, a first brine temperature detector 25, a first A two-brine temperature detector 26, an outdoor temperature detector 27, and an indoor temperature detector 28) are provided. Furthermore, the air conditioning apparatus 100 is provided with a control means 31.
  • the control means 31 drives the compressor 1 based on information (refrigerant pressure information, refrigerant temperature information, brine temperature information, outdoor temperature information, and indoor temperature information) detected by various detectors. Switching, driving of the fan motor of the outdoor fan 3-a, opening of the throttle device 4, driving of the pump 11, and driving of the fan motor of the indoor fan 12-a are controlled.
  • the control means 31 includes a memory 31a in which functions for determining each control value are stored.
  • the discharge pressure detector 21 is provided in the discharge pipe of the compressor 1 and measures the discharge pressure (high pressure) of the refrigerant discharged from the compressor 1.
  • the suction pressure detector 22 is provided in the suction pipe of the compressor 1 and measures the suction pressure (low pressure) of the refrigerant sucked into the compressor 1.
  • the first refrigerant temperature detector 23 is provided in a gas side pipe (a pipe connecting the four-way valve 2 and the intermediate heat exchanger 5) of the intermediate heat exchanger 5, and measures the temperature of the refrigerant flowing through the pipe.
  • the second refrigerant temperature detector 24 is provided in a liquid side pipe of the intermediate heat exchanger 5 (a pipe connecting the intermediate heat exchanger 5 and the expansion device 4), and measures the temperature of the refrigerant flowing through the pipe. Is.
  • the first brine temperature detector 25 is provided in a brine pipe (pipe connecting the indoor heat exchanger 12 and the intermediate heat exchanger 5) on the upstream side of the intermediate heat exchanger 5, and the brine flowing through this pipe It measures temperature.
  • the second brine temperature detector 26 is provided in a brine pipe downstream of the intermediate heat exchanger 5 (a pipe connecting the intermediate heat exchanger 5 and the pump 11), and measures the temperature of the brine flowing through this pipe.
  • the outdoor temperature detector 27 is provided on the air side of the outdoor heat exchanger 3 and measures the temperature of air supplied to the outdoor heat exchanger 3.
  • the indoor temperature detector 28 is provided on the air side of the indoor heat exchanger 12, and measures, for example, the intake air temperature as a representative temperature on the air side.
  • a low temperature / low pressure refrigerant is compressed by the compressor 1 and discharged as a high temperature / high pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the outdoor heat exchanger 3 through the four-way valve 2.
  • the refrigerant is cooled while heating the outdoor air, and becomes a medium-temperature / high-pressure liquid refrigerant.
  • the medium-temperature and high-pressure liquid refrigerant flowing out of the outdoor heat exchanger 3 is decompressed by the expansion device 4 and becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant.
  • the low-temperature / low-pressure refrigerant flows into the intermediate heat exchanger 5 and is heated while cooling the brine flowing into the intermediate heat exchanger 5 to become a low-temperature / low-pressure gas refrigerant.
  • the gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • the brine cooled by the intermediate heat exchanger 5 is driven by the pump 11 and flows into the indoor heat exchanger 12.
  • the brine is heated while cooling the indoor air, and returns to the intermediate heat exchanger 5.
  • the brine cools the room air to generate cooling air, and the indoor fan 12-a supplies the cooling air to the air-conditioning target area, whereby the cooling operation is performed.
  • FIG. 2 shows the frequency of the compressor 1 by the control means 31 during the cooling operation, the driving of the fan motor of the outdoor fan 3-a, the opening of the expansion device 4, the driving of the pump 11, and the fan motor of the indoor fan 12-a.
  • An example of driving is shown in a table.
  • the compressor 1 controls the frequency according to the suction pressure
  • the outdoor fan 3-a controls the fan speed according to the discharge pressure
  • the expansion device 4 controls the outlet superheat degree of the intermediate heat exchanger 5.
  • the opening degree is controlled in accordance with SH, the pump 11 is controlled in driving frequency (voltage) in accordance with the brine inlet / outlet temperature difference in the intermediate heat exchanger 5, and the fan speed of the indoor fan 12-a is set to the remote control set value, For example, it is controlled at full speed.
  • the degree of superheat SH is, for example, on the low pressure side of the refrigerant obtained from the refrigerant temperature detected by the first refrigerant temperature detector 23 of the intermediate heat exchanger 5 and the pressure value detected by the suction pressure detector 22. It is calculated from the difference between the saturation temperature.
  • the target value of the suction pressure is determined as the cooling load from the number of operating indoor units and the temperature difference between the temperature detected by the indoor temperature detector 28 and the set temperature. Further, the target value of the discharge pressure is determined from the outside air temperature detected by the outdoor temperature detector 27.
  • the target value of the inlet / outlet temperature difference of the brine in the intermediate heat exchanger 5 is determined to be a target value determined by an operation mode described later.
  • the expansion device 4 is shown as an example of controlling by the outlet superheat degree SH of the intermediate heat exchanger 5, but a refrigerant temperature detector is attached to the liquid side pipe of the outdoor unit, and the refrigerant saturation temperature obtained from the discharge pressure Even if it controls based on the difference (supercooling degree SC of the outdoor unit outlet), the cycle state can be controlled appropriately.
  • the case where the drive of the pump 11 is controlled by the brine inlet / outlet temperature difference in the intermediate heat exchanger 5 is shown as an example, but the temperature detector is provided in the brine piping before and after the indoor heat exchanger 12. May be attached and controlled based on the temperature difference.
  • the case where the brine inlet / outlet temperature difference is controlled by the drive frequency (voltage) of the pump 11 is shown as an example, but a flow rate control valve is installed in the secondary cycle, and the brine flow rate is adjusted by adjusting the flow rate of the brine.
  • the same effect can be obtained by controlling the inlet / outlet temperature difference.
  • a low temperature / low pressure refrigerant is compressed by the compressor 1 and discharged as a high temperature / high pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the intermediate heat exchanger 5 through the four-way valve 2.
  • the brine flowing into the intermediate heat exchanger 5 is cooled while being heated, and becomes a medium-temperature / high-pressure liquid refrigerant.
  • the medium-temperature and high-pressure liquid refrigerant flowing out from the intermediate heat exchanger 5 is decompressed by the expansion device 4 and becomes a low-temperature and low-pressure refrigerant.
  • the low-temperature / low-pressure refrigerant flows into the outdoor heat exchanger 3 and is heated while cooling the outdoor air to become a low-temperature / low-pressure gas refrigerant.
  • the gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • the brine heated by the intermediate heat exchanger 5 is driven by the pump 11 and flows into the indoor heat exchanger 12.
  • the brine is cooled while heating the indoor air, and returns to the intermediate heat exchanger 5.
  • Heating air is generated by heating the indoor air by the brine, and the heating operation is performed by supplying the air for cooling and heating to the air-conditioning target area by the indoor fan 12-a.
  • FIG. 3 shows the frequency of the compressor 1 by the control means 31 during the heating operation, the driving of the fan motor of the outdoor fan 3-a, the opening of the expansion device 4, the driving of the pump 11, and the fan motor of the indoor fan 12-a.
  • An example of driving is shown in a table.
  • the compressor 1 controls the frequency according to the discharge pressure
  • the outdoor fan 3-a controls the fan speed according to the suction pressure
  • the expansion device 4 controls the subcooling at the outlet of the intermediate heat exchanger 5.
  • the opening degree is controlled in accordance with the degree SC
  • the pump 11 is controlled in the driving frequency (voltage) in accordance with the brine inlet / outlet temperature difference in the intermediate heat exchanger 5, and the fan speed of the indoor fan 12-a is set to the remote control value. For example, it is controlled at full speed.
  • a separate flow control valve may be added to control the inlet / outlet temperature difference of the brine.
  • the degree of supercooling SC is, for example, the high pressure side of the refrigerant determined from the refrigerant temperature detected by the second refrigerant temperature detector 23 of the intermediate heat exchanger 5 and the pressure value detected by the discharge pressure detector 21. It is calculated from the difference between the temperature and the saturation temperature.
  • the target value of the discharge pressure is determined as the heating load from the number of operating indoor units and the temperature difference between the temperature detected by the indoor temperature detector 28 and the set temperature. Further, the target value of the suction pressure is determined from the outside air temperature detected by the outdoor temperature detector 27.
  • the target value of the inlet / outlet temperature difference of the brine in the intermediate heat exchanger 5 is determined to be a target value determined by an operation mode described later.
  • the refrigerant circuit configuration of the air conditioner 100 shown in FIG. 1 is a configuration in which the refrigerant flow and the brine flow in the intermediate heat exchanger 5 are parallel flow during cooling operation and counterflow during heating operation.
  • the present invention is not limited to this.
  • the same control is performed even in a circuit configuration in which the refrigerant flow and the brine flow in the intermediate heat exchanger 5 are opposed to each other during the cooling operation and the heating operation.
  • FIG. 4 and 5 are graphs showing the temperature distribution of the refrigerant and brine in the intermediate heat exchanger 5 during the cooling operation.
  • FIG. 4 shows refrigerant temperature (line (X1)), pipe wall temperature (line (Y1)), brine temperature (line (Z1)) when the temperature difference of the brine at the inlet / outlet of the intermediate heat exchanger 5 is controlled to 5 ° C. ).
  • FIG. 5 shows the refrigerant temperature (line (X2)), pipe wall temperature (line (Y2)), brine temperature (line (Z2) when the brine temperature difference at the inlet / outlet of the intermediate heat exchanger 5 is controlled to 10 ° C. ))
  • the vertical axis represents the temperature [° C.]
  • the horizontal axis represents the mainstream direction position of the refrigerant and brine.
  • the temperature [° C.] shown on the vertical axis in FIG. 4 and FIG. 5 represents the refrigerant evaporation temperature (Te5) in the case of FIG.
  • the brine inlet / outlet temperature difference is large with the same capacity, the brine temperature at the inlet of the intermediate heat exchanger 5 is increased by the increase in the brine inlet / outlet temperature difference as shown in FIG.
  • the brine temperature at the outlet of the exchanger 5 decreases. Then, the suction pressure is decreased by the amount corresponding to the decrease in the inflow temperature of the brine.
  • Refrigerant flow control needs to set the target value of the degree of superheat of the refrigerant to about 2 ° C. or higher, taking into account the measurement error of the temperature detector.
  • the degree of superheat of the refrigerant at the outlet of the intermediate heat exchanger 5 is increased, the heat transfer coefficient of the refrigerant gas single phase is lowered and the heat exchange performance of the intermediate heat exchanger 5 is lowered.
  • the performance of the refrigeration cycle decreases. What is necessary is just to set superheat degree to about 2 degreeC irrespective of the inlet-outlet temperature difference of a brine.
  • the input of the pump 11 is increased by the amount of increase in the brine flow rate, and when the inlet / outlet temperature difference is increased, the input of the pump 11 is decreased by the amount of decrease in the brine flow rate.
  • the input of the pump 11 changes depending on the pipe resistance such as the heat load and the length of the brine pipe, and the suitable temperature difference changes. In particular, in brine piping, it is necessary to set the upper limit of about 1.5 m / s to 3.0 m / s depending on the water temperature so that corrosion of the piping does not occur.
  • the brine pipe uses a pipe having an inner diameter of about ⁇ 20, and the distance from the pump 11 to the indoor unit is 10 m or less when the water pipe length is not taken into consideration.
  • a temperature difference of about 3 to 7 ° C. or a temperature difference of about 7 to 9 ° C. may be applied in the case of 40 m or more.
  • coolant and a brine became counterflow was demonstrated to the example here, the case of a parallel flow is also the same.
  • FIG. 6 and 7 are graphs showing the temperature distribution of the refrigerant and brine in the intermediate heat exchanger 5 during the heating operation.
  • FIG. 6 shows refrigerant temperature (line (U1)), pipe wall temperature (line (V1)), brine temperature (line (W1)) when the temperature difference of the brine at the inlet / outlet of the intermediate heat exchanger 5 is controlled to 5 ° C. ).
  • FIG. 7 shows the refrigerant temperature (line (U2)), pipe wall temperature (line (V2)), brine temperature (line (W2) when the brine temperature difference at the inlet / outlet of the intermediate heat exchanger 5 is controlled to 10 ° C. ))
  • the vertical axis represents the temperature [° C.]
  • the horizontal axis represents the mainstream direction position of the refrigerant and brine.
  • the temperature [° C.] shown on the vertical axis in FIG. 6 and FIG. 7 is expressed on the basis of the refrigerant condensing temperature (Tc5) in the case of FIG.
  • the refrigerant condensing temperature is reached, heat is exchanged with brine in a gas-liquid two-phase state to condense at a substantially constant temperature.
  • the temperature is lowered by heat exchange with brine.
  • the brine inlet / outlet temperature difference is large with the same capacity, the brine temperature at the inlet of the intermediate heat exchanger 5 is increased by the increase in the inlet / outlet temperature difference as shown in FIG. The temperature of the brine at the outlet of the heat exchanger 5 decreases.
  • the input of the compressor 1 increases / decreases depending on the increase in the discharge pressure accompanying the increase in the outlet temperature of the brine and the improvement in the performance of the refrigeration cycle accompanying the decrease in the outlet temperature of the refrigerant. There is an optimum point of the refrigeration cycle when is large.
  • the input of the pump 11 When the brine inlet / outlet temperature difference in the intermediate heat exchanger 5 is reduced, the input of the pump 11 is increased by the amount of increase in the brine flow rate, and when the inlet / outlet temperature difference is increased, the input of the pump 11 is decreased by the amount of decrease in the brine flow rate.
  • the input of the pump 11 changes depending on the pipe resistance such as the heat load and the length of the brine pipe, and the temperature difference suitable for the heating operation changes. For example, when a heating capacity of about 7.9 kW is required, the brine Use a pipe with an inner diameter of about ⁇ 20.
  • the length of the brine pipe is not taken into account, or if the distance from the pump 11 to the indoor unit is 10 m or less, about 5 to 15 ° C., 10 if the distance is 40 m or more.
  • a temperature difference of about 20 ° C should be provided.
  • the supercooling degree SC at the outlet of the intermediate heat exchanger 5 increases the condensation temperature and lowers the efficiency of the refrigeration cycle when it is greater than or equal to the brine inlet / outlet temperature difference. There is. If it carries out like this, the intermediate heat exchanger 5 can be used efficiently and COP will improve. In addition, when the load is small for both cooling and heating operations, if the brine inlet / outlet temperature difference is kept constant, the brine flow rate will decrease, and the heat transfer performance may decrease due to the deterioration of the path balance and the Reynolds number. Therefore, it is only necessary to make the temperature difference smaller than when the load is large and increase the brine flow rate.
  • the brine piping when the brine piping is 10 m or less in advance, a function for an indoor load in which the temperature difference is 7 ° C. in the rated operation of cooling, 4 ° C. in the intermediate operation, 10 ° C. in the rated operation of heating, and 5 ° C. in the intermediate operation. Formulas and the like are created, and the target value may be reset based on the current cooling and heating loads of the air conditioner and the pipeline resistance of the brine piping.
  • the brine near 40 ° C. returned from the heating indoor unit flows into the intermediate heat exchanger 5.
  • a refrigerant that operates in a supercritical state at the high pressure side during the heating operation such as a carbon dioxide refrigerant
  • the specific heat of the refrigerant increases from 30 ° C. to 45 ° C. in the region where the high pressure side pressure is 8 MPa to 11 MPa.
  • Lowering the brine inflow temperature and lowering the outlet temperature of the refrigerant intermediate heat exchanger 5 during operation in this region is extremely effective for increasing the efficiency of the refrigeration cycle.
  • the water inlet / outlet temperature difference may be about 10 ° C to 20 ° C.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of control processing during the cooling operation and the heating operation. Based on FIG. 8, the flow of the control processing during the cooling operation and the heating operation performed by the air conditioning apparatus 100 will be described.
  • the control means 31 sets the initial value of the brine inlet / outlet temperature difference target value in the intermediate heat exchanger 5 (step S1). Subsequently, the control means 31 calculates the heat load from the number of indoor units operated and the temperature difference between the room temperature and the set temperature (step S2). Furthermore, the control means 31 sets the target value of the inlet / outlet temperature difference of the brine in the intermediate heat exchanger 5 according to the cooling or heating operation mode, the pipeline resistance of the brine pipe and the heat load (step S3).
  • control means 31 controls the actuator (various element devices) as shown in the tables of FIGS. 2 and 3 (step S4). And the control means 31 judges whether control indicators, such as discharge pressure and the inlet-outlet temperature difference of the brine of the intermediate heat exchanger 5, are equal to a control target value (step S5). When it is determined that the control index is not equal to the control target value (step S5; No), the control unit 31 returns to step 2 again and repeats the control. When it is determined that the control index is equal to the control target value (step S5; Yes), the control unit 31 ends the control operation (step S6).
  • control indicators such as discharge pressure and the inlet-outlet temperature difference of the brine of the intermediate heat exchanger 5
  • the pipe line resistance of the brine pipe in step S3 may be calculated as follows.
  • the heat exchange amount of the intermediate heat exchanger 5 is calculated from the refrigerant flow rate that can be calculated from the performance of the compressor 1 and the refrigerant enthalpy difference before and after the intermediate heat exchanger 5, or the total capacity of the indoor units that are operating Or just set it.
  • the brine flow rate can be calculated from the calculated heat exchange amount and the brine inlet / outlet temperature difference of the intermediate heat exchanger 5. From the brine flow rate and the characteristics of the pump 11, the pipeline resistance of the brine pipe can be calculated.
  • the brine temperature difference before and after the indoor heat exchanger 12 or before and after the intermediate heat exchanger 5 is a preset target value. And so that the heating operation is larger than the cooling operation, the actuator control suitable for each operation mode of the cooling operation and the heating operation can be executed. It becomes possible to operate in the state of. That is, in accordance with the operation mode, the cycle COP of the refrigerant can be improved, and the input of the pump 11 for driving the brine can be reduced to improve the COP of the entire system.
  • FIG. 9 to 11 are schematic views showing an installation example of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the installation of the air conditioner according to Embodiment 2 will be described with reference to FIGS.
  • this air conditioner a plurality of indoor units (indoor units) are connected to one outdoor unit (outdoor unit), and each indoor unit can freely select cooling and heating as an operation mode. It is an air conditioner. 9 and 10, heat transfer from the outdoor unit A to the diversion controller B is performed with two refrigerant pipes, and in FIG. 11, heat transfer from the outdoor unit A to the diversion controller B is performed with three refrigerant pipes. Examples are shown.
  • the outdoor unit A is installed in an outdoor space that is a space outside a building such as a building.
  • the indoor unit C is arrange
  • the shunt controller B into which a refrigerant
  • heat transport from the outdoor unit A to the shunt controller B is performed by the refrigerant
  • heat transport from the shunt controller B to the indoor unit C is performed by the brine.
  • Embodiment 3 when heat transport from the flow dividing controller B to the indoor unit C is performed by the refrigerant, the flow control valve is installed in the vicinity of the indoor heat exchanger. On the other hand, when heat transport is performed with brine, it can be installed not only in the indoor unit C but also in the diversion controller B. If a flow control valve is installed in the diversion controller B and the temperature difference control for the return of the brine is performed, the control valve is separated from the air-conditioned space in the room. Thus, noise to the indoor unit can be reduced.
  • the control in the indoor unit C is performed only by controlling the fan based on information such as the status of the indoor remote control, the thermo-off, and whether the outdoor unit is defrosting. do it. Furthermore, by performing heat transport from the outdoor unit A to the diversion controller B with the refrigerant, the pump used for driving the brine can be reduced in size, and further, the power for conveying the brine can be reduced to save energy. Furthermore, when all the heat transport from the outdoor unit A to the indoor unit C is carried out with brine, the cooling and heating simultaneous operation is performed. Water piping is required.
  • the piping which connects the diversion controller B from the outdoor unit A is comprised so that it can connect using two or three refrigerant
  • the pressure of water in the piping is zero, that is, the water cannot be lifted above the height at which it becomes a vacuum.
  • the position of the repeater can be changed, and the design likelihood increases.
  • the non-air-conditioned space is assumed to be a space where there is little or no human entry in order to minimize the influence (for example, discomfort etc.) of the refrigerant on the person due to the occurrence of refrigerant leakage or the like.
  • the shunt controller B is installed with the indoor space as a non-air-conditioned space, such as a ceiling or the like partitioned by a wall or the like.
  • a non-air-conditioned space such as a ceiling or the like partitioned by a wall or the like.
  • a common part with an elevator or the like is used as a non-air-conditioned space. It is also possible to install a shunt controller B.
  • the outdoor unit A has been described as an example in the case where it is installed in an outdoor space outside the building, it is not limited thereto.
  • it can be installed in an enclosed space such as a machine room with a ventilation opening.
  • the outdoor unit A may be installed in a building and exhausted out of the building by an exhaust duct.
  • you may make it install the outdoor unit A in a building using a water-cooling type heat source device.
  • the diversion controller B can be placed near the outdoor unit A although it is contrary to downsizing and energy saving of the pump.
  • Embodiments 3 to 5 specific examples of a refrigerant circuit and a water circuit for carrying out an operation capable of achieving energy saving suitable for cooling and heating by implementing Embodiment 1 will be described.
  • FIG.9 and FIG.10 which shows an example of the installation example of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2, it is Embodiment 3 and Embodiment 4, and the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 2
  • FIG. 11 showing an example of the installation will be described in the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of the air-conditioning apparatus 200 according to Embodiment 3 of the present invention. Based on FIG. 12, the circuit configuration and operation of the air-conditioning apparatus 200 will be described.
  • the air conditioner 200 includes a plurality of indoor heat exchangers and uses a refrigeration cycle (primary side cycle and secondary side cycle) that circulates refrigerant (primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium). Therefore, cooling and heating can be performed simultaneously.
  • a refrigeration cycle primary side cycle and secondary side cycle
  • refrigerant primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium
  • the air conditioner 200 includes one outdoor unit A, a plurality of indoor units C, and a shunt controller B interposed between these units as a relay unit.
  • the outdoor unit A has a function of supplying cold energy and hot energy to the indoor unit C via the shunt controller B.
  • the indoor unit C is installed in the air conditioning target area and has a function of supplying cooling air or heating air to the air conditioning target area.
  • the shunt controller B has a function of connecting the outdoor unit A and the indoor unit C, and transmitting the cold and hot heat supplied from the outdoor unit A to the indoor unit C.
  • the outdoor unit A and the diversion controller B are connected via two refrigerant pipes, and the diversion controller B and each indoor unit C are also connected via two brine pipes.
  • the refrigerant inlet of the branch controller B and P H, the P L the refrigerant outlet of the branch controller B, the branch point of the pipe that connects the device 4-2 and aperture first throttle device 6 and P C, illustrates referred respectively.
  • the outdoor unit A In the outdoor unit A, the compressor 1, the four-way valve 2, and the outdoor heat exchanger 3 are mounted in series by refrigerant piping.
  • the outdoor unit A includes a first connection pipe 10-5, a second connection pipe 10-6, a check valve 10-1, a check valve 10-2, a check valve 10-3, and a check valve.
  • a check valve block 10 constituted by 10-4 is provided.
  • the check valve block 10 has a function of making the flow of the heat source side refrigerant flowing into the diversion controller B a fixed direction regardless of the operation performed by the indoor unit C. In other words, by the check valve block 10, regardless of the operation mode, the high pressure side of the P H cycle, the P L becomes low-pressure side of the cycle.
  • the outdoor unit A is also equipped with an outdoor fan 3-a.
  • the check valve 10-4 is provided between the diversion controller B and the four-way valve 2 and allows the refrigerant to flow only in a predetermined direction (direction from the diversion controller B to the outdoor unit A).
  • the check valve 10-1 is provided between the outdoor heat exchanger 3 and the diversion controller B, and allows the refrigerant to flow only in a predetermined direction (direction from the outdoor unit A to the diversion controller B).
  • the check valve 10-2 is provided in the first connection pipe 10-5 and allows the refrigerant to flow only from the downstream side of the check valve 10-4 to the downstream side of the check valve 10-1. is there.
  • the check valve 10-3 is provided in the second connection pipe 10-6 and allows the refrigerant to flow only from the upstream side of the check valve 10-4 to the upstream side of the check valve 10-1. is there.
  • the first connection pipe 10-5 connects the refrigerant pipe on the downstream side of the check valve 10-4 and the refrigerant pipe on the downstream side of the check valve 10-1.
  • the second connection pipe 10-6 connects the refrigerant pipe upstream of the check valve 10-4 and the refrigerant pipe upstream of the check valve 10-1.
  • the outdoor unit A is provided with a discharge pressure detector 21, a suction pressure detector 22, and an outdoor temperature detector 27.
  • the shunt controller B includes a first expansion device 6, a second expansion device 7, two intermediate heat exchangers 5 (first intermediate heat exchanger 5-1 and second intermediate heat exchanger 5-2), Two throttling devices (throttling device 4-1, throttling device 4-2), two heat source side three-way valves 8 (heat source side three-way valve 8-1, heat source side three-way valve 8-2), and two pumps 11 (first pump 11-1, second pump 11-2) and three first use side three-way valves 13 (from the upper side of the page to the use side three-way valve 13-1, the use side three-way valve 13-2, the use side three-way Valve 13-3), three second use side three-way valves 15 (from the top of the page to use side three-way valve 15-1, use side three-way valve 15-2, use side three-way valve 15-3), and three two-way A valve 14 (two-way valve 14-1, two-way valve 14-2, two-way valve 14-3 from the upper side of the drawing) is mounted.
  • each of the indoor units C connected to the diversion controller B has three or more intermediate heat exchangers.
  • the connection of each element is connected so as to be switched by a flow path switching valve such as a three-way valve, fine control can be performed according to the load in the room.
  • the primary cycle of the shunt controller B includes a first expansion device 6, a second expansion device 7, two intermediate heat exchangers 5, an expansion device 4-1, an expansion device 4-2, and two heat sources.
  • the side three-way valve 8 is connected by piping.
  • the secondary side cycle of the diversion controller B includes two pumps 11, three first usage side three-way valves 13, three second usage side three-way valves 15, three two-way valves 14, and two units.
  • the intermediate heat exchanger 5 is configured by pipe connection.
  • the first throttle device 6 is provided between the check valve 10-1 and the throttle device 4-2, has a function as a pressure reducing valve or a throttle device, and expands the refrigerant by decompressing it.
  • the first throttling device 6 may be constituted by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the second throttling device 7 is provided in parallel with the throttling device 4-1, has a function as a pressure reducing valve or throttling device, and decompresses the refrigerant to expand it.
  • the second expansion device 7 may be configured by a device whose opening degree can be variably controlled, for example, an electronic expansion valve.
  • the first intermediate heat exchanger 5-1 and the second intermediate heat exchanger 5-2 can make cold water and hot water individually. Therefore, the air conditioner 200 includes a cooling operation in which all the indoor heat exchangers 12 perform cooling, a heating operation in which all the indoor heat exchangers 12 perform heating, and in addition to these, the indoor heat exchanger 12 that performs cooling. And the simultaneous cooling and heating operation in which the indoor heat exchanger 12 that performs heating simultaneously exists.
  • the air conditioner 200 performs the cooling and heating simultaneous operation
  • the first intermediate heat exchanger 5-1 and the second intermediate heat exchanger 5-2 perform the cooling operation and the heating operation, respectively.
  • the first intermediate heat exchanger 5-1 is provided between the expansion device 4-1 and the heat source side three-way valve 8-1 in the primary side cycle.
  • the second intermediate heat exchanger 5-2 is provided between the expansion device 4-2 and the heat source side three-way valve 8-2 in the primary side cycle.
  • the expansion device 4-1 is provided on the upstream side of the first intermediate heat exchanger 5-1 in the primary side cycle.
  • the expansion device 4-2 is provided on the upstream side of the second intermediate heat exchanger 5-2 in the primary side cycle.
  • the two heat source side three-way valves 8 switch the refrigerant flow by the cooling operation or the heating operation.
  • the heat source side three-way valve 8-1 one of the three sides branches to the first intermediate heat exchanger 5-1, and one of the three sides branches from between the check valve 10-1 and the first expansion device 6.
  • One of the three pipes is connected to the refrigerant pipe between the heat source side three-way valve 8-2 and the check valve 10-4.
  • the second heat source side three-way valve 8-2 one of the three sides is connected to the second intermediate heat exchanger 5-2, and one of the three sides is inserted between the check valve 10-1 and the first expansion device 6.
  • One of the three sides is connected to the check valve 10-4 to the branch pipe that branches.
  • a gas-liquid separator 52 may be installed at the high-pressure side inlet of the diversion controller B.
  • three pipes are divided into a parent shunt controller D for shunting refrigerant for cooling and heating, and a sub shunt controller E for selecting the cooling and heating operations by the intermediate heat exchangers 5-1 and 5-2.
  • the refrigerant piping can be connected. Therefore, the diversion controller B can be installed separately, and a plurality of child diversion controllers E can be connected to the parent diversion controller D.
  • the first pump 11-1 is provided between the first intermediate heat exchanger 5-1 and the first usage side three-way valve 13 in the secondary side cycle.
  • the second pump 11-2 is provided between the second intermediate heat exchanger 5-2 and the first usage-side three-way valve 13 in the secondary side cycle.
  • the three first usage-side three-way valves 13 selectively switch between sending cold water or sending warm water to the indoor unit C in the simultaneous cooling and heating operation.
  • the first usage-side three-way valve 13 is provided in a number (three here) corresponding to the number of indoor units C installed.
  • one of the three sides is connected to the first intermediate heat exchanger 5-1, one of the three sides is connected to the second intermediate heat exchanger 5-2, and one of the three sides is connected to the second intermediate heat exchanger 5-2.
  • Each is connected to the direction valve 14.
  • the three second use side three-way valves 15 switch the brine flow path returning from the indoor heat exchanger 12 to the intermediate heat exchanger 5, and the direction in which the indoor unit 12 and the intermediate heat exchanger 5 are connected is It is set so as to be in the same direction as the first usage side three-way valve.
  • the second usage side three-way valve 15 is provided in a number (here, three) corresponding to the number of indoor units C installed.
  • the second usage side three-way valve 15 includes one of the three sides in the first intermediate heat exchanger 5-1, one of the three sides in the second intermediate heat exchanger 5-2, and one of the three sides in the room. Each is connected to the heat exchanger 12.
  • the three two-way valves 14 adjust the brine flow rate by controlling opening and closing.
  • the number of two-way valves 14 (three here) according to the number of installed indoor units C is provided.
  • One side of the two-way valve 14 is connected to the indoor heat exchanger 12, and the other side is connected to the first usage side three-way valve 13.
  • the shunt controller B includes two first refrigerant temperature detectors 23 (a first refrigerant temperature detector 23-1 on the first intermediate heat exchanger 5-1 side and a second intermediate heat exchanger 5-2 side). (First refrigerant temperature detector 23-2), two second refrigerant temperature detectors 24 (second refrigerant temperature detector 24-1 on the first intermediate heat exchanger 5-1 side, second intermediate heat exchanger 5- 2 side second refrigerant temperature detector 24-2), two first brine temperature detectors 25 (first intermediate heat exchanger 5-1 side first brine temperature detector 25-1, second intermediate heat exchange).
  • First brine temperature detector 25-2 on the side of the heater 5-2) and two second brine temperature detectors 26 (second brine temperature detector 26-1 on the first intermediate heat exchanger 5-1 side, A second brine temperature detector 26-2) on the second intermediate heat exchanger 5-2 side is provided.
  • the shunt controller B includes three third brine temperature detectors 29 (from the upper side of the drawing to the third brine temperature detector 29-1, the third brine temperature detector 29-2, and the third brine temperature detector 29-3. ) And three fourth brine temperature detectors 30 (fourth brine temperature detector 30-1, fourth brine temperature detector 30-2, and fourth brine temperature detector 30-3 from the upper side of the drawing). ing.
  • the 3rd brine temperature detector 29 is provided between the indoor heat exchanger 12 and the 2nd utilization side three-way valve 15, and measures the temperature of the brine which conducts here.
  • the 4th brine temperature detector 30 is provided between the two-way valve 14 and the indoor heat exchanger 12, and measures the temperature of the brine which conducts here. Information measured by the third brine temperature detector 29 and the fourth brine temperature detector 30 is also sent to the control means 31.
  • the indoor unit C includes three indoor heat exchangers 12 (from the top of the page, the indoor heat exchanger 12-1, the indoor heat exchanger 12-2, and the indoor heat exchanger 12-3) and three indoor fans 12- a (the indoor fan 12-1a, the indoor fan 12-2a, and the indoor fan 12-3a) are mounted from the upper side of the drawing.
  • the indoor heat exchanger 12 is connected to a two-way valve 14 and a second usage-side three-way valve 15 provided in the branch controller B.
  • the indoor unit C is provided with an indoor temperature detector 28 (the indoor temperature detector 28-1, the indoor temperature detector 28-2, and the indoor temperature detector 28-3 from the upper side of the drawing).
  • the flow rate control of each indoor unit C is performed by the superheat degree (SH) control or the supercool degree (SC) control of the refrigerant.
  • SH superheat degree
  • SC supercool degree
  • the cooling operation in which all the indoor units C perform the cooling operation the heating operation in which all the indoor units C perform the heating operation, and the cooling operation and the heating operation simultaneously exist in the indoor unit C, and the cooling load is larger than the heating load.
  • the cooling main operation and the heating main operation in which the heating load is larger than the cooling load will be described.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and brine during the cooling operation of the air-conditioning apparatus 200 according to Embodiment 3.
  • the four-way valve 2 is switched so that the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the outdoor heat exchanger 3.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is increased in pressure by the compressor 1 and is condensed by exchanging heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 3.
  • the condensed liquid refrigerant passes through the expansion device 6 and is distributed to the two-pass refrigerant circuit and is decompressed by the expansion device 4-1 and the expansion device 4-2 to form a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant. 5-1, heat exchange with water for cooling is performed in the intermediate heat exchanger 5-2, and a low-temperature and low-pressure gas refrigerant is obtained, which returns to the compressor 1.
  • both the three-way valve 13 for return and the three-way valve 15 for return only need to be opened by half so that water in each water channel is mixed.
  • the cold water generated in the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 passes through the three-way valve 13 and is sent to the indoor heat exchanger 12.
  • the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 produce water in different temperature zones according to the cooling load of the indoor unit C, and the three-way valve 13 and the three-way valve according to the load condition of the indoor unit C.
  • the flow path may be switched by controlling the valve 15.
  • the chilled water cooled by the water heat exchanger (intermediate heat exchanger) is pressurized by the pump 11, the flow path is selected by the three-way valve 13, and the temperature around the indoor heat exchanger 12 by the two-way valve 14.
  • the flow rate is adjusted so that the difference (temperature difference between the third brine temperature detector 29 and the fourth brine temperature detector 30) becomes a predetermined value, and the indoor heat exchanger 12 exchanges heat with the indoor air to After cooling, the flow path is selected so that brine flows into the original intermediate heat exchanger by the three-way valve 15, and the flow returns to the intermediate heat exchanger 5-1 or the intermediate heat exchanger 5-2.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and brine during the heating operation of the air-conditioning apparatus 200 according to Embodiment 3.
  • the four-way valve 2 is switched so that the refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the check valve block 10 as shown in FIG.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is boosted by the compressor 1, distributed to the two-pass refrigerant circuit by the branch controller B, and brine for heating by the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2. Exchanges heat and condenses.
  • the condensed liquid refrigerant is decompressed by the expansion device 4-1, the expansion device 4-2, and the expansion device 7 to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, and exchanges heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 3, and the low-temperature and low-pressure gas.
  • the refrigerant returns to the compressor 1.
  • both the three-way valve 13 for return and the three-way valve 15 for return only need to be opened by half so that water in each water channel is mixed.
  • the hot water generated in the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 passes through the three-way valve 13 and is sent to the indoor heat exchanger 12.
  • the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 make water in different temperature zones according to the heating load of the indoor unit C, and the three-way valve 13 and the three-way valve according to the load condition of the indoor unit C. 15 may be controlled to switch the flow path.
  • the hot water heated by the water heat exchanger is boosted by the pump 11, the flow path is selected by the three-way valve 13, and the temperature difference (third brine temperature) before and after the indoor heat exchanger 12 by the two-way valve 14.
  • the flow rate is adjusted so that the temperature difference between the detector 29 and the fourth brine temperature detector 30 becomes a predetermined value, and the indoor heat exchanger 12 exchanges heat with the indoor air to heat the indoor air.
  • the flow path is selected so that the brine flows into the original intermediate heat exchanger, and the flow returns to the intermediate heat exchanger 5-1 or the intermediate heat exchanger 5-2.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and brine during the cooling main operation of the air-conditioning apparatus 200 according to Embodiment 3.
  • the connection of the four-way valve 2 during the cooling main operation is the same as in the cooling operation.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is increased in pressure by the compressor 1, and the excess heat capacity is radiated by the outdoor heat exchanger 3, and the intermediate heat exchanger 5-2 heats the water. Thereafter, the water in the intermediate heat exchanger 5-1 is cooled and returned to the compressor 1.
  • the indoor heat exchanger 12 for heating is an intermediate heat exchanger 5-2 for heating and an indoor heat exchanger for cooling. 12 is connected to an intermediate heat exchanger 5-1 for cooling. Cold water and hot water generated in each water heat exchanger are boosted by the pump 11, the flow path is selected by the three-way valve 13, and the temperature difference between the front and rear of the indoor heat exchanger 12 (third) is selected by the two-way valve 14. While the flow rate is controlled so that the temperature difference between the brine temperature detector 29 and the fourth brine temperature detector 30 becomes a predetermined value, it is sent to the indoor heat exchanger 12 to perform cooling and heating. The flow path is selected so that the brine flows into the intermediate heat exchanger, and the flow returns to the intermediate heat exchanger 5-1 or the intermediate heat exchanger 5-2.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the flow of refrigerant and brine during heating-main operation of the air-conditioning apparatus 200 according to Embodiment 3.
  • the connection of the four-way valve 2 during the heating main operation is the same as that in the heating operation.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is pressurized by the compressor 1, exchanges heat with water for heating in the heating intermediate heat exchanger 5-2, and condenses.
  • the condensed liquid refrigerant is depressurized by the expansion device 4-2 and the expansion device 4-1, is lowered in temperature, flows into the intermediate heat exchanger 5-1 for cooling, and exchanges heat with water for cooling. Thereafter, the outdoor heat exchanger 3 exchanges heat with the outside air and returns to the compressor 1.
  • the indoor heat exchanger 12 for heating is an intermediate heat exchanger 5-2 for heating and an indoor heat exchanger for cooling. 12 is connected to an intermediate heat exchanger 5-1 for cooling.
  • Cold water and hot water generated in each water heat exchanger are boosted by the pump 11, the flow path is selected by the three-way valve 13, and the temperature difference between the front and rear of the indoor heat exchanger 12 (third brine) by the two-way valve 14. While the flow rate is controlled so that the temperature difference between the temperature detector 29 and the fourth brine temperature detector 30 becomes a predetermined value, it is sent to the indoor heat exchanger 12 for cooling and heating.
  • the flow path is selected so that brine flows into the heat exchanger, and the flow returns to the intermediate heat exchanger 5-1 or the intermediate heat exchanger 5-2.
  • the frequency of the compressor 1 and the speed of the outdoor fan 3-a are controlled by the suction pressure and the discharge pressure.
  • the control means (outdoor unit side control device) 31-1 installed in the outdoor unit A calculates the cooling load and the heating load from the operation status sent from the indoor unit C, and the intermediate heat exchanger 5- 1. If the target values of the suction pressure and the discharge pressure are changed so that heat can be appropriately exchanged in the intermediate heat exchanger 5-2, an efficient operation corresponding to the load can be performed.
  • control means 31-1 includes the temperature difference target value of the brine in the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 according to the load condition based on the first embodiment, and the degree of supercooling during heating operation.
  • the target value is calculated, and a signal including the target value and data relating to increase / decrease of the target value is transmitted to the control means (relay unit control device) 31-2 installed in the diversion controller B.
  • the control means 31-2 resets the target value based on the received data and controls the refrigerant and brine flow rate control valves, thereby enabling operation with a high COP.
  • the control target value may be calculated by the control means 31-2, and target value data for control performed by the control means 31-1 may be sent to the control means 31-1.
  • the heat source side three-way valve 8-1 and the heat source side three way valve 8-2 are set to P L. controlled so as to be connected, when the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 for heating is connected to the heat source-side three-way valve 8-1 and the heat source-side three-way valve 8-2 and P H Control to do. Therefore, the cooling operation and the heating operation can be switched according to the load on the indoor side.
  • the two water heat exchangers are used for cooling or heating. Therefore, it can be operated more efficiently than Embodiment 1 in which one water heat exchanger is mounted.
  • the temperature difference target value based on the first embodiment can be set and controlled in each of the cooling intermediate heat exchanger and the heating intermediate heat exchanger, and the COP is high. You can drive in.
  • the check valve block 10 is abbreviate
  • FIG. 18 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of the air-conditioning apparatus 300 according to Embodiment 4 of the present invention. Based on FIG. 18, the circuit configuration and operation of the air-conditioning apparatus 300 will be described.
  • the air conditioner 300 includes a plurality of indoor heat exchangers, and uses a refrigeration cycle (primary side cycle and secondary side cycle) that circulates refrigerant (primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium). Therefore, cooling and heating can be performed simultaneously.
  • a refrigeration cycle primary side cycle and secondary side cycle
  • refrigerant primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium
  • the air conditioner 300 is different from the diversion controller B of the air conditioner 200 according to Embodiment 3 in the configuration of the diversion controller (hereinafter referred to as the diversion controller B1). About the other structure of the air conditioning apparatus 300, it is the same as that of the air conditioning apparatus 200 which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. However, as the first intermediate heat exchanger 5-1 and the second intermediate heat exchanger 5-2 are directly connected to the shunt controller B1, the first expansion device 6, the second expansion device 7, and The heat source side three-way valve 8 is not provided. Instead, the diversion controller B1 includes a throttle device 4-3, a bypass pipe 50 that bypasses each of the throttle devices 4-1 to 4-3, and an on-off valve 51 that opens and closes the bypass pipe 50. Provided.
  • a first intermediate heat exchanger 5-1 and a second intermediate heat exchanger 5-2 are mounted in series on the shunt controller B1.
  • the expansion device 4-1 is disposed upstream of the second intermediate heat exchanger 5-2 (upstream side), and the expansion device 4-2 is connected to the second intermediate heat exchanger 5-2 and the first intermediate heat exchanger 5-1.
  • the expansion device 4-3 is provided at the rear stage (downstream side) of the first intermediate heat exchanger 5-1.
  • the shunt controller B1 includes a bypass pipe 50-1 that bypasses the throttle device 4-1, an on-off valve 51-1 that opens and closes the bypass pipe 50-1, a bypass pipe 50-2 that bypasses the throttle device 4-2, An opening / closing valve 51-2 for opening / closing the bypass pipe 50-2, a bypass pipe 50-3 for bypassing the expansion device 4-3, and an opening / closing valve 51-3 for opening / closing the bypass pipe 50-3 are provided.
  • At least two intermediate heat exchangers are required for each of the plurality of indoor units C connected to the diversion controller B1 to perform cooling and heating, but three or more intermediate heat exchangers are mounted on the diversion controller B1.
  • the connection of each element is connected so as to be switched by a three-way valve, fine control can be performed according to the load in the room.
  • the condensed liquid refrigerant is decompressed by the expansion device 4-3 to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, exchanges heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 3, becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant, and returns to the compressor 1.
  • the flow rate of the refrigerant can be increased as compared with the case where the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2 are connected in parallel.
  • the performance of the heat exchanger can be improved.
  • the refrigerant becomes a gas-liquid two-phase flow on almost the entire surface of both the first intermediate heat exchanger 5-1 and the second intermediate heat exchanger 5-2.
  • the heat transfer performance of the first intermediate heat exchanger 5-1 and the second intermediate heat exchanger 5-2 is almost the same, and both are operated with the same inlet / outlet temperature difference of brine, so that the COP is in a high COP state. You can drive.
  • the refrigerant becomes a heated gas region, and the temperature difference between the brine and the refrigerant is large, and heat exchange is facilitated.
  • the refrigerant becomes an area of supercooled liquid, and the temperature difference between the brine and the refrigerant is small, so that heat exchange is difficult.
  • the brine inlet / outlet temperature difference of the first intermediate heat exchanger 5-1 is set large, the brine flow rate is reduced, and the second intermediate heat exchanger 5-2 Setting the brine inlet / outlet temperature difference small and increasing the brine flow rate will improve performance.
  • the expansion device 4-1 and the expansion device 4-3 are fully opened, and the refrigerant is reduced in pressure by the expansion device 4-2, thereby the first intermediate heat exchanger 5-1.
  • the amount of heat exchange can be appropriately controlled according to the temperature distribution of each intermediate heat exchanger 5. Therefore, also in the air conditioner 300, the temperature difference target value based on Embodiment 1 can be set and controlled in each of the cooling intermediate heat exchanger and the heating intermediate heat exchanger, and the COP is high. You can drive in.
  • the check valve block 10 is abbreviate
  • the temperature difference target value based on the first embodiment can be set and controlled in each of the cooling intermediate heat exchanger and the heating intermediate heat exchanger, and operation can be performed with a high COP.
  • a minimum of two intermediate heat exchangers are required for each of the indoor units C connected to the diversion controller B1 to perform cooling and heating, but three or more intermediate heat exchangers are mounted on the diversion controller B1.
  • fine control can be performed according to the load in the room.
  • FIG. 19 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant circuit configuration of an air-conditioning apparatus 400 according to Embodiment 5 of the present invention. Based on FIG. 19, the circuit configuration and operation of the air-conditioning apparatus 400 will be described.
  • the air conditioner 400 includes a plurality of indoor heat exchangers and uses a refrigeration cycle (primary side cycle and secondary side cycle) that circulates refrigerant (primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium). Therefore, cooling and heating can be performed simultaneously.
  • a refrigeration cycle primary side cycle and secondary side cycle
  • refrigerant primary side heat transfer medium and secondary side heat transfer medium
  • the air conditioner 400 includes an outdoor unit (hereinafter referred to as an outdoor unit A2), a flow dividing controller (hereinafter referred to as a flow dividing controller B2), and an extension pipe that connects them to each other. It is different from the 200 outdoor units A, the diversion controller B, and the extension pipe connecting them. About the other structure of the air conditioning apparatus 400, it is the same as that of the air conditioning apparatus 200 which concerns on Embodiment 3. FIG.
  • the air conditioner 400 uses an intermediate heat exchange in which the refrigerant discharged from the compressor 1 is used for heating when there is an indoor unit C that performs heating operation as piping connecting the outdoor unit A2 and the diversion controller B2.
  • a high pressure pipe 52-1 for supplying directly to the cooler 5 a low pressure pipe 52-2 for returning the refrigerant from the intermediate heat exchanger 5 used for cooling to the compressor 1 when there is an indoor unit C for cooling operation,
  • the outdoor heat exchanger 3 and the intermediate pressure pipe 52-3 for moving the intermediate pressure refrigerant of the flow dividing controller B2 are provided.
  • a branch portion is provided in the discharge pipe of the compressor 1 and connected to the high pressure pipe 52-1, and a branch portion is provided in the suction pipe of the compressor 1 and connected to the low pressure pipe 52-2.
  • the four-way valve 2 needs to radiate heat to the outside air with the outdoor heat exchanger 3 due to the cooling / heating ratio of the indoor unit C, it is necessary to absorb heat from the outside air with the outdoor heat exchanger 3 as shown by the solid line in the figure. In such a case, it is switched to connect the pipe as shown by the dotted line in the figure.
  • the first expansion device 6 of the outdoor heat exchanger 3 controls, for example, the degree of superheat (SH) of the refrigerant at the outlet of the outdoor heat exchanger, thereby performing the outdoor heat exchange.
  • SH degree of superheat
  • the condenser 3 acts as a condenser
  • the outdoor heat is controlled by controlling the degree of supercooling (SC) of the refrigerant at the outlet of the outdoor heat exchanger, the outlet temperature of the refrigerant of the outdoor heat exchanger 3, the intermediate pressure Pc, and the like. The heat exchange amount of the exchanger 3 is adjusted.
  • a high pressure pipe 52-1 is connected to one end of the three-way valve 8-1 and the three-way valve 8-2, and a low pressure pipe 52-2 is connected to the other end of the three-way valve 8-1 and the three-way valve 8-2.
  • the intermediate heat exchangers 5-1 and 5-2 are provided at one end of the expansion device 4-1, and the expansion device 4-2, and the intermediate pressure pipe 52-3 is provided at the other end of the expansion device 4-1.
  • a minimum of two intermediate heat exchangers are required for each of the indoor units C connected to the diversion controller B2 to perform cooling and heating, but three or more intermediate heat exchangers are mounted on the diversion controller B2. If the connection of each element is connected so that it can be switched by a three-way valve, fine control can be performed according to the load in the room.
  • the condensed liquid refrigerant is decompressed by the first expansion device 6, the expansion device 4-1, and the expansion device 4-2 to form a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, and the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5 Heat exchange with the water for cooling at -2 becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant and returns to the compressor 1.
  • the three-way valve 8-2, the three-way valve 8-3 intermediate heat exchanger 5-1, the intermediate heat exchanger 5-2 and the high pressure portion P H is controlled to be connected.
  • the connection of the four-way valve 2 is switched so that the refrigerant of the outdoor heat exchanger 3 is sucked into the compressor 1.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is increased in pressure by the compressor 1, exchanges heat with brine for heating in the intermediate heat exchanger 5-1 and the intermediate heat exchanger 5-2, and condenses.
  • the condensed liquid refrigerant is decompressed by the expansion device 4-1, the expansion device 4-2, and the first expansion device 6 to become a low-temperature and low-pressure two-phase refrigerant, and exchanges heat with the outside air in the outdoor heat exchanger 3, thereby The gas refrigerant is returned to the compressor 1.
  • Heating-based operation Heating During main operation, so that the intermediate heat exchanger 5 for producing hot water is connected to the high pressure portion P H, the three-way valve 8 so that the intermediate heat exchanger 5 that produces cold water is connected to the low pressure portion P L Control.
  • the connection of the four-way valve 2 is switched in the same manner as in the heating operation.
  • the refrigerant sucked into the compressor 1 is pressurized by the compressor 1, exchanges heat with water for heating by the intermediate heat exchanger 5 that generates hot water, and condenses.
  • the condensed liquid refrigerant is branched into two paths, and is partially depressurized to lower the temperature and flow into the intermediate heat exchanger 5 that generates cold water, exchanges heat with water for cooling, and the rest is an outdoor heat exchanger.
  • the heat exchange with the outside air is performed at 3 and the compressor 1 is returned.
  • the air conditioner 400 is configured, and the number of connection pipes is increased as compared with the third embodiment, but the flow control valve in the shunt controller B can be omitted. Also in the air conditioner 400, the temperature difference target value based on Embodiment 1 can be set and controlled in each of the cooling intermediate heat exchanger and the heating intermediate heat exchanger, and the operation is performed in a state where the COP is high. it can.

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Abstract

 製品コストを抑えつつ、システムCOPの向上を図ることができる空気調和装置を提供する。 空気調和装置100は、室内熱交換器12の前後、または、中間熱交換器5の前後におけるブラインの温度差が、予め設定してある目標値になるように、かつ、冷房運転時よりも暖房運転時の方が大きくなるように制御する。

Description

空気調和装置
 本発明は、冷凍サイクルを利用した空気調和装置に関するものであり、特に冷凍サイクルで生成される冷熱や温熱を熱媒体によって利用側熱交換器に熱輸送する空気調和装置に関するものである。
 従来から、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁及び中間熱交換器を配管で順次接続して冷凍サイクルを構成するとともに、ポンプ、利用側熱交換器及び中間熱交換器を順次接続して、水やブライン等の熱媒体により、冷凍サイクルで生成される冷熱や温熱を利用側熱交換器に熱輸送する空気調和装置が存在している(たとえば、特許文献1~3参照)。このような空気調和装置は、通常の直膨式空調機に比べ、冷媒封入量を削減できるという利点を有している。また、通常の空気調和装置では、冷媒が室内に漏洩した場合、その毒性や可燃性等により人体への悪影響を及ぼす可能性があるが、上記のような空気調和装置では、冷媒配管が室内まで引き込まれていないため、室内に漏洩する心配もない。
 特許文献1の空気調和装置では、熱源水の入口水温の変動に伴い水熱交換器に流入する熱源水の流量調整を行なうことで、安定した空調を行なうようにしている。この空気調和装置(冷温水コイル式空調機)においては、熱源水の温度が冷房運転、暖房運転ともに5℃程度変化するように制御されている。たとえば、冷房運転時には熱源水の温度が7~10℃から12~15℃へ、暖房運転時には熱源水の温度が40~45℃から35℃~40℃へと変化させている。
 また、特許文献2の空気調和装置は、主(水)熱交換器や利用側(室内)熱交換器内を導通する流体(たとえば、冷媒や水、空気等)の流れを対向流にし、水の出入口温度差が10℃以上になるようにして、空調ユニットの小型化及び搬送動力の低減を図るようにしている。さらに、特許文献3の空気調和装置は、圧縮機及びポンプの電気入力を測定し、圧縮機及びポンプの電気入力の合計が小さくなったときの回転数によってポンプの運転を制御するようにしている。
特開2005-69554号公報(第5~7頁、図1~図3) 特開2000-130877号公報(第6頁、図4~図6) 特開2006-3079号公報(第5~7頁、図1~図3)
 冷凍サイクルの冷媒と室内の空気とが熱媒体(たとえば、水やブライン等)を介して熱交換する空気調和装置の場合、通常の直膨式空調機に比べ、空調性能が低下する。そのような性能を改善及び向上させるためには、冷凍サイクルの性能改善と、熱輸送媒体(熱媒体)の駆動動力の低減と、によって、システム全体の性能(システムCOP)を向上させる必要がある。また、製品を生産する上では、電力計のようなコストの増大を招く機器の搭載は望ましくなく、簡便な方法による制御の最適化が要求される。
 特許文献1に記載のような空気調和装置では、熱源水入口温度と熱源水出口温度に基づいて熱源水回路側に設けられている流量制御弁を制御するようにしたものであるが、熱源側のアクチュエーター(たとえば、圧縮機、絞り装置、室外ファン等)の制御については考慮されておらず、この点にシステム全体の性能を向上させるための課題が残る。特許文献2に記載のような空気調和装置では、熱交換器を導通する流体を対向流とすることで水の出入口温度差が10℃以上にしているが、更に細かい温度制御に課題が残るとともに、そのときの熱源側のアクチュエーターの制御についても具体的でない。特許文献3に記載のような空気調和装置では、圧縮機及びポンプの電気入力に基づいてポンプの運転を制御するようにしたものであるが、温度制御については明らかでない。
 本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、製品コストを抑えつつ、システムCOPの向上を図ることができる空気調和装置を提供することを目的としている。
 本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、及び、少なくとも1台の中間熱交換器が接続され、一次側熱伝達媒体を循環させる一次側サイクルと、ポンプ、利用側熱交換器、及び、前記中間熱交換器が接続され、二次側熱伝達媒体を循環させる二次側サイクルと、を有し、前記中間熱交換器において前記一次側熱伝達媒体と前記二次側熱伝達媒体とを熱交換させる空気調和装置において、前記利用側熱交換器の前後、または、前記中間熱交換器の前後における前記二次側熱伝達媒体の温度差の目標値を冷房運転時よりも暖房運転時の方が大きくなるように設定し、前記利用側熱交換器の前後、または、前記中間熱交換器の二次側熱伝達媒体の流量を制御する制御手段を有することを特徴とする。
 本発明に係る空気調和装置によれば、利用側熱交換器の前後、または、中間熱交換器の前後における二次側熱伝達媒体の温度差が、予め設定してある目標値になるように、かつ、冷房運転時よりも暖房運転時の方が大きくなるように制御するので、冷房運転、暖房運転の各運転モードに適したアクチュエーターの制御を実行することができ、高いCOPの状態で運転を行なうことが可能になる。 
実施の形態1に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転時における各アクチュエーターの制御例を示す表である。 実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転時における各アクチュエーターの制御例を示す表である。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転時の中間熱交換器中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転時の中間熱交換器中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。 実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転時の中間熱交換器中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。 実施の形態1に係る空気調和装置の暖房運転時の中間熱交換器中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。 実施の形態1に係る空気調和装置の冷房運転及び暖房運転中における制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態2に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。 実施の形態2に係る空気調和装置の設置例を示す概略図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の冷房運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の暖房運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。 実施の形態3に係る空気調和装置の冷房主体運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。7 実施の形態3に係る空気調和装置の暖房主体運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。 実施の形態4に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 実施の形態5に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。
 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る空気調和装置100の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図1に基づいて、空気調和装置100の回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置100は、冷媒(一次側熱伝達媒体及び二次側熱伝達媒体)を循環させる冷凍サイクル(一次側サイクル及び二次側サイクル)を利用することで冷房又は暖房を行なえるものである。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。
 図1に示すように、空気調和装置100は、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器(熱源側熱交換器)3、室外ファン3-a、絞り装置4、中間熱交換器5、ポンプ11、室内熱交換器(利用側熱交換器)12、及び、室内ファン12-a、を有している。そして、圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器3、絞り装置4、及び、中間熱交換器5が、順に配管接続され、一次側熱伝達媒体を循環させる冷凍サイクルとしての一次側サイクルを構成している。また、ポンプ11、室内熱交換器12、及び、中間熱交換器5が、順に配管接続され、二次側熱伝達媒体(以下、ブラインと称す)を循環させる冷凍サイクルとしての二次側サイクルを構成している。
 一次側熱伝達媒体(以下、冷媒と称す)としては、たとえばR410A冷媒等のフロン系冷媒や、プロパン等の炭化水素系冷媒、二酸化炭素等の自然冷媒を用いることができる。また、地球温暖化係数がR407CやR410Aよりも小さいもの(たとえばテトラフルオロプロペンを主成分とするもの)等を冷媒として使用してもよい。
 二次側熱伝達冷媒としては、たとえばブライン(不凍液)や水、ブラインと水の混合液、水と防食効果が高い添加剤の混合液等を用いることができる。
 圧縮機1は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえば容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成するとよい。四方弁2は、冷媒流路切替手段としての機能を有し、暖房運転時における冷媒の流れと冷房運転時における冷媒の流れとを切り替えるものである。室外熱交換器3は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能し、室外ファン3-aから供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。なお、超臨界状態で温度低下しながら放熱する冷媒(たとえば、二酸化炭素等)を冷媒として使用する場合には、上述した室外熱交換器3が放熱器として動作することになる。
 室外ファン3-aは、室外熱交換器3の近傍に設けられ、この室外熱交換器3に空気を供給するものである。絞り装置4は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置4は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁などで構成するとよい。中間熱交換器5は、たとえば二重管熱交換器やプレート式熱交換器、マイクロチャネル式水熱交換器等で構成されており、一次側サイクルを循環する冷媒と二次側サイクルを循環するブラインとで熱交換を行ない、一次側サイクルで生成される冷熱や温熱を室内熱交換器12に熱輸送するものである。
 ポンプ11は、ブラインを吸引し、そのブラインを加圧して二次側サイクルを循環させるものであり、たとえば容量制御可能なインバータポンプなどで構成するとよい。室内熱交換器12は、暖房運転時には温水が供給され、冷房運転時には冷水が供給され、室内ファン12-aから供給される空気とブラインとの間で熱交換を行ない、空調対象域に供給するための暖房空気あるいは冷房空気を生成するものである。室内ファン12-aは、室内熱交換器12の近傍に設けられ、この室内熱交換器12に空気を供給するとともに、室内熱交換器12で生成された空調空気を空調対象域に吹き出すものである。
 また、空気調和装置100には、各種検出器(吐出圧力検出器21、吸入圧力検出器22、第1冷媒温度検出器23、第2冷媒温度検出器24、第1ブライン温度検出器25、第2ブライン温度検出器26、室外温度検出器27、及び、室内温度検出器28)が設けられている。さらに、空気調和装置100には、制御手段31が設けられている。この制御手段31は、各種検出器で検出された情報(冷媒圧力情報、冷媒温度情報、ブライン温度情報、室外温度情報、及び、室内温度情報)に基づいて、圧縮機1の駆動、四方弁2の切り替え、室外ファン3-aのファンモーターの駆動、絞り装置4の開度、ポンプ11の駆動、室内ファン12-aのファンモーターの駆動を制御するようになっている。なお、制御手段31は、各制御値を決定する関数等が格納されるメモリー31aを備えている。
 吐出圧力検出器21は、圧縮機1の吐出配管に設けられ、圧縮機1から吐出された冷媒の吐出圧力(高圧)を測定するものである。吸入圧力検出器22は、圧縮機1の吸入配管に設けられ、圧縮機1に吸入された冷媒の吸入圧力(低圧)を測定するものである。第1冷媒温度検出器23は、中間熱交換器5のガス側配管(四方弁2と中間熱交換器5とを接続している配管)に設けられ、この配管を流れる冷媒の温度を測定するものである。第2冷媒温度検出器24は、中間熱交換器5の液側配管(中間熱交換器5と絞り装置4とを接続している配管)に設けられ、この配管を流れる冷媒の温度を測定するものである。
 第1ブライン温度検出器25は、中間熱交換器5の上流側のブライン配管(室内熱交換器12と中間熱交換器5とを接続している配管)に設けられ、この配管を流れるブラインの温度を測定するものである。第2ブライン温度検出器26は、中間熱交換器5の下流側のブライン配管(中間熱交換器5とポンプ11とを接続している配管)に設けられ、この配管を流れるブラインの温度を測定するものである。室外温度検出器27は、室外熱交換器3の空気側に設けられ、室外熱交換器3に供給する空気の温度を測定するものである。室内温度検出器28は、室内熱交換器12の空気側に設けられ、空気側の代表温度として、たとえば吸い込み空気温度を測定するものである。
 この空気調和装置100が実行する各種運転時の冷媒及びブラインの流れを各種要素機器の制御方法とともに説明する。
[冷房運転]
 冷房運転を行なう場合、四方弁2を、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器3へ流入させるように(図1で示す実線のように)切り替える。この状態で、圧縮機1の運転を開始する。
 低温・低圧の冷媒が圧縮機1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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2を介して室外熱交換器3に流入する。室外熱交換器3では、冷媒が室外空気を加熱しながら冷却され、中温・高圧の液冷媒となる。室外熱交換器3から流出した中温・高圧の液冷媒は、絞り装置4で減圧され、低温・低圧の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒は、中間熱交換器5に流入し、中間熱交換器5に流入するブラインを冷却しながら、加熱され、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、このガス冷媒は、四方弁2を介して圧縮機1へ吸入される。
 一方、中間熱交換器5で冷却されたブラインは、ポンプ11で駆動され、室内熱交換器12に流入する。室内熱交換器12では、ブラインは室内空気を冷却しながら加熱され、中間熱交換器5に戻る。ブラインが室内空気を冷却することで、冷房用空気が生成され、室内ファン12-aにより空調対象域に冷房用空気が供給されることで、冷房運転が行なわれることになる。
 図2に、冷房運転時における制御手段31による圧縮機1の周波数、室外ファン3-aのファンモーターの駆動、絞り装置4の開度、ポンプ11の駆動、室内ファン12-aのファンモーターの駆動の一例を表にして示している。図2に示すように、圧縮機1は吸入圧力に応じた周波数制御が、室外ファン3-aは吐出圧力に応じたファン速の制御が、絞り装置4は中間熱交換器5の出口過熱度SHに応じた開度の制御が、ポンプ11は中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差に応じた駆動周波数(電圧)の制御がなされ、室内ファン12-aのファン速はリモコン設定値、たとえば全速に制御される。
 ここで、過熱度SHは、たとえば中間熱交換器5の第1冷媒温度検出器23で検出される冷媒温度と、吸入圧力検出器22で検出される圧力値とから求められる冷媒の低圧側の飽和温度と、の差から算出される。また、吸入圧力の目標値は、冷房の負荷として、室内機の運転台数や室内の室内温度検出器28で検出される温度と設定温度との差温から決定される。さらに、吐出圧力の目標値は、室外温度検出器27で検出される外気温度から決定される。なお、中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差の目標値は、後述する運転モードにより決まる目標値に決定される。
 絞り装置4は、中間熱交換器5の出口過熱度SHにより制御する場合を例に示しているが、室外機の液側配管に冷媒温度検出器を取り付け、吐出圧力から求められる冷媒の飽和温度との差(室外機出口の過冷却度SC)をもとに制御しても、適切にサイクルの状態を制御することができる。また、実施の形態1では、ポンプ11の駆動を中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差により制御する場合を例に示しているが、室内熱交換器12の前後のブライン配管に温度検出器を取り付け、その温度差をもとに制御してもよい。さらに、ポンプ11の駆動周波数(電圧)によりブラインの出入口温度差の制御を行なっている場合を例に示しているが、二次側サイクル内に流量制御弁を設置し、ブラインの流量調整によりブラインの出入口温度差の制御を行っても同様の効果を得られる。
 また、ポンプ11の駆動制御がON/OFF制御のみの場合には、ポンプ11の吐出口からポンプ11の吸入口にバイパスするバイパス配管と流量制御弁を接続し、流量制御弁により中間熱交換器5や室内熱交換器12のブラインの流量を調整し、出入口温度差を制御しても同様の効果が得られる。
[暖房運転]
 暖房運転を行なう場合、四方弁2を、圧縮機1から吐出された冷媒を中間熱交換器5へ流入させるように(図1で示す点線のように)切り替える。この状態で、圧縮機1の運転を開始する。
 低温・低圧の冷媒が圧縮機1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1から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁2を介して中間熱交換器5に流入する。中間熱交換器5では、中間熱交換器5に流入するブラインを加熱しながら冷却され、中温・高圧の液冷媒となる。中間熱交換器5から流出した中温・高圧の液冷媒は、絞り装置4で減圧され、低温・低圧の冷媒となる。この低温・低圧の冷媒は、室外熱交換器3に流入し、室外空気を冷却しながら、加熱され、低温・低圧のガス冷媒となる。そして、このガス冷媒は、四方弁2を介して圧縮機1へ吸入される。
 一方、中間熱交換器5で加熱されたブラインは、ポンプ11で駆動され、室内熱交換器12に流入する。室内熱交換器12では、ブラインは室内空気を加熱しながら冷却され、中間熱交換器5に戻る。ブラインが室内空気を加熱することで、暖房用空気が生成され、室内ファン12-aにより空調対象域に冷暖房用空気が供給されることで、暖房運転が行なわれることになる。
 図3に、暖房運転時における制御手段31による圧縮機1の周波数、室外ファン3-aのファンモーターの駆動、絞り装置4の開度、ポンプ11の駆動、室内ファン12-aのファンモーターの駆動の一例を表にして示している。図3に示すように、圧縮機1は吐出圧力に応じた周波数制御が、室外ファン3-aは吸入圧力に応じたファン速の制御が、絞り装置4は中間熱交換器5の出口過冷却度SCに応じた開度の制御が、ポンプ11は中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差に応じた駆動周波数(電圧)の制御がなされ、室内ファン12-aのファン速はリモコン設定値、たとえば全速に制御される。なお、暖房運転についても、別途流量制御弁を追加し、ブラインの出入口温度差を制御してもよい。
 ここで、過冷却度SCは、たとえば中間熱交換器5の第2冷媒温度検出器23で検出される冷媒温度と、吐出圧力検出器21で検出される圧力値とから求められる冷媒の高圧側の飽和温度と、の差から算出される。また、吐出圧力の目標値は、暖房の負荷として、室内機の運転台数や室内の室内温度検出器28で検出される温度と設定温度との差温から決定される。さらに、吸入圧力の目標値は、室外温度検出器27で検出される外気温度から決定される。なお、中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差の目標値は、後述する運転モードにより決まる目標値に決定される。
 なお、図1で示す空気調和装置100の冷媒回路構成は、中間熱交換器5の冷媒の流れとブラインの流れとが冷房運転時には並行流、暖房運転時には対向流になる構成となっている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、中間熱交換器5の冷媒の流れとブラインの流れとが、冷房運転時及び暖房運転時ともに対向流となる回路構成としても同様の制御となる。
 ここで、運転モードによる中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差の目標値の設定方法について検討する。以下の説明では、空気調和装置100の一次側サイクルを循環する冷媒としてR410Aを、二次側サイクルを循環するブラインとして水を用いた場合を例にしている。
 図4及び図5は、冷房運転時の中間熱交換器5中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。図4は、中間熱交換器5出入口におけるブラインの温度差を5℃に制御した場合の冷媒温度(線(X1))、管路壁温度(線(Y1))、ブライン温度(線(Z1))の概要を示している。図5は、中間熱交換器5の出入口におけるブラインの温度差を10℃に制御した場合の冷媒温度(線(X2))、管路壁温度(線(Y2))、ブライン温度(線(Z2))の概要を示している。また、図4及び図5では、縦軸が温度[℃]を、横軸が冷媒及びブラインの主流方向位置を、それぞれ表している。
 なお、図4及び図5の横軸に示すx[-]は、中間熱交換器5の全長を1とした場合の冷媒の主流方向位置である。つまり、冷媒はx=0からx=1に向かって流れている。また、冷媒とブラインの流れが逆になる対向流を想定し、ブラインはx=1からx=0に向かって流れている。図4及び図5の縦軸に示す温度[℃]は、図4の場合の冷媒の蒸発温度(Te5)を基準に表している。
 図4に示すように、冷房運転時の中間熱交換器5では、冷媒はx=0で気液二相の状態で流入し、ブラインと熱交換して温度がほぼ一定の状態で蒸発する。中間熱交換器5内の下流(x=1付近)では、冷媒は完全に蒸発し、ガス単相の流れとなり、ブラインと熱交換して温度上昇する。ここで、同一能力でブラインの出入口温度差を大きくとった場合、図5に示すようにブラインの出入口温度差の増大分だけ、中間熱交換器5の入口におけるブラインの温度が上昇し、中間熱交換器5の出口におけるブラインの温度が低下する。そして、ブラインの流入温度の低下分だけ吸入圧力が低下する。
 冷媒の流量制御は、温度検出器の測定誤差を考慮に入れると、冷媒の過熱度の目標値を2℃程度以上に設定する必要がある。一方で、中間熱交換器5の出口の冷媒の過熱度を大きくとると、冷媒ガス単相の熱伝達率が低くなり中間熱交換器5の熱交換性能が低下すること、また、圧縮機1の吸入エントロピが増大することから、冷凍サイクルの性能が低下する。ブラインの出入口温度差にかかわらず過熱度は2℃程度に設定すればよい。このとき、ブラインの出入口温度差が変化しても最適な冷媒のエンタルピ差はほとんど変化せず、必要能力を満たす冷媒流量は変化しない。しかし、ブラインの出入口温度差が大きくなると、吸入圧力の低下分だけ冷凍サイクルの性能が低下する。したがって、中間熱交換器5を冷媒の蒸発器として使用する場合には、冷凍サイクルの性能が高くなるようにブラインの出入口温度差を小さくした方がよい。
 中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差を小さくとるとブラインの流量増大分だけポンプ11の入力が増え、出入口温度差を大きくとるとブラインの流量低下分だけポンプ11の入力が減る。ここで、冷房運転時の水の出入口温度差の例を説明する。熱負荷やブライン配管の長さなどの管路抵抗によりポンプ11の入力が変化し、適した温度差は変化する。また、特にブライン配管では配管の腐食が発生しないように、水温により1.5m/s~3.0m/s程度を上限とする必要がある。たとえば、7kW程度の冷凍能力が必要な場合には、ブライン配管は内径がφ20程度の配管を使用し、水配管長さを考慮に入れない場合やポンプ11から室内機までの距離が10m以下の場合に3~7℃程度、40m以上の場合に7~9℃程度の温度差がつくようにすればよい。なお、ここでは、冷媒とブラインが対向流になる場合を例に説明したが、並行流の場合も同様である。
 図6及び図7は、暖房運転時の中間熱交換器5中の冷媒及びブラインの温度分布を示すグラフである。図6は、中間熱交換器5出入口におけるブラインの温度差を5℃に制御した場合の冷媒温度(線(U1))、管路壁温度(線(V1))、ブライン温度(線(W1))の概要を示している。図7は、中間熱交換器5の出入口におけるブラインの温度差を10℃に制御した場合の冷媒温度(線(U2))、管路壁温度(線(V2))、ブライン温度(線(W2))の概要を示している。また、図6及び図7では、縦軸が温度[℃]を、横軸が冷媒及びブラインの主流方向位置を、それぞれ表している。
 なお、図4及び図5と同様に、図6及び図7の横軸に示すx[-]は、中間熱交換器5の全長を1とした場合の冷媒の主流方向位置である。つまり、冷媒はx=0からx=1に向かって流れている。また、冷媒とブラインの流れが逆になる対向流を想定し、ブラインはx=1からx=0に向かって流れている。図6及び図7の縦軸に示す温度[℃]は、図6の場合の冷媒の凝縮温度(Tc5)を基準に表している。
 図6に示すように、暖房運転時の中間熱交換器5では、冷媒はx=0でガス単相の状態で流入し、ブラインと熱交換して温度低下する。冷媒の凝縮温度になると気液二相の状態でブラインと熱交換して温度がほぼ一定の状態で凝縮する。さらに、冷媒は完全に凝縮し、液単相の流れとなると、ブラインと熱交換して温度低下する。同一能力でブラインの出入口温度差を大きくとった場合、図7に示すように冷房運転時と同様に出入口温度差の増大分だけ、中間熱交換器5の入口におけるブラインの温度が上昇し、中間熱交換器5の出口におけるブラインの温度が低下する。
 しかし、x=0でブラインの温度が上昇しても冷媒のガス温度が高く、凝縮温度の上昇幅は冷房運転時の蒸発温度の低下幅に比べて小さい。また、x=1付近で冷媒とブラインとの温度差は大きくなり、冷媒の出口温度を低下させ、中間熱交換器5におけるエンタルピ差を広げることができ、同一能力ならば冷媒流量を低下させることができる。圧縮機1の入力は、ブラインの出口温度上昇に伴う吐出圧力の上昇分と、冷媒の出口温度低下に伴う冷凍サイクルの性能の向上分により増減し、冷房運転の場合よりもブラインの出入口温度差が大きな場合に冷凍サイクルの最適点が存在する。
 中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差を小さくとるとブラインの流量増大分だけポンプ11の入力が増え、出入口温度差を大きくとるとブラインの流量低下分だけポンプ11の入力が減る。熱負荷やブライン配管の長さなどの管路抵抗によりポンプ11の入力が変化し、暖房運転に適した温度差は変化するが、たとえば7.9kW程度の暖房能力が必要な場合には、ブライン配管は内径がφ20程度の配管を使用し、ブライン配管の長さを考慮に入れない場合やポンプ11から室内機までの距離が10m以下の場合に5~15℃程度、40m以上の場合に10~20℃程度の温度差がつくようにすればよい。
 なお、ここでは、冷媒とブラインの流れが対向流になる場合の説明をしている。暖房運転では、冷媒とブラインの流れが並行流になる場合、中間熱交換器5内の冷媒温度がブラインの出口温度よりも常に高くする必要があるため、凝縮温度が大きく上昇し、冷凍サイクルの効率が落ちる。つまり、中間熱交換器5は暖房運転時には冷媒とブラインの流れが対向流となるように設置することが望ましい。
 また、中間熱交換器5の出口における過冷却度SCは、ブラインの出入口温度差以上にとると凝縮温度を上昇させて冷凍サイクルの効率が低下するため、水の出入口温度差以下に設定する必要がある。こうすれば、中間熱交換器5を効率よく使用することができ、COPが向上することになる。さらに、冷房運転、暖房運転ともに負荷が小さな場合には、ブラインの出入口温度差を一定とすると、ブライン流量が減少し、パスバランスの悪化やレイノルズ数の低下により伝熱性能が低下する可能性があるため、負荷が大きな場合よりも温度差を小さくとり、ブライン流量を増大させればよい。
 たとえば、事前にブライン配管が10m以下の場合は、冷房の定格運転で温度差7℃、中間運転で4℃、暖房の定格運転で10℃、中間運転で5℃となるような室内負荷に対する関数式等を作成し、現在の空調機の冷房、暖房の負荷や、ブライン配管の管路抵抗をもとに目標値を設定しなおせばよい。
 暖房運転時には、中間熱交換器5には暖房室内機から戻ってきた40℃近くのブラインが流入する。暖房運転時に高圧側の圧力が超臨界状態で動作する冷媒、たとえば二酸化炭素冷媒を用いた場合、高圧側圧力が8MPa~11MPaの領域では、30℃から45℃で冷媒の比熱が大きくなる。この領域での運転時にブラインの流入温度を低下させて、冷媒の中間熱交換器5の出口温度を低下させることは冷凍サイクルの高効率化に極めて有効である。暖房定格運転では水の出入口温度差を10℃~20℃程度とればよい。
 図8は、冷房運転及び暖房運転中における制御処理の流れを示すフローチャートである。図8に基づいて、空気調和装置100が実行する冷房運転、暖房運転中の制御処理の流れについて説明する。まず、制御手段31は、中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差目標値の初期値を設定する(ステップS1)。続いて、制御手段31は、室内機の運転台数や室内温度と設定温度の差温から熱負荷を算出する(ステップS2)。さらに、制御手段31は、冷房又は暖房の運転モード、ブライン配管の管路抵抗と熱負荷に応じた中間熱交換器5におけるブラインの出入口温度差の目標値を設定する(ステップS3)。
 それから、制御手段31は、図2及び図3の表に示したようにアクチュエーター(各種要素機器)の制御を行なう(ステップS4)。そして、制御手段31は、吐出圧力や中間熱交換器5のブラインの出入口温度差といった制御指標が制御目標値と等しいかどうかの判断を行なう(ステップS5)。制御手段31は、制御指標が制御目標値と等しくないと判断した場合(ステップS5;No)、再度ステップ2に戻り、制御を繰り返す。制御手段31は、制御指標が制御目標値と等しいと判断した場合(ステップS5;Yes)、制御動作を終了する(ステップS6)。
 なお、ステップS3のブライン配管の管路抵抗は以下のように算出するとよい。中間熱交換器5の熱交換量は、圧縮機1の性能から算出できる冷媒流量と中間熱交換器5の前後における冷媒のエンタルピ差とから算出したり、運転している室内機の容量の総和から設定したりすればよい。算出された熱交換量と中間熱交換器5のブラインの出入口温度差から、ブライン流量が算出できる。ブライン流量とポンプ11の特性からブライン配管の管路抵抗が算出できる。
 以上のように、実施の形態1に係る空気調和装置100によれば、室内熱交換器12の前後、または、中間熱交換器5の前後におけるブラインの温度差が、予め設定してある目標値になるように、かつ、冷房運転時よりも暖房運転時の方が大きくなるように制御するので、冷房運転、暖房運転の各運転モードに適したアクチュエーターの制御を実行することができ、高いCOPの状態で運転を行なうことが可能になる。すなわち、運転モードに合わせて、冷媒のサイクルCOPを向上させるとともに、ブラインの駆動のためのポンプ11の入力を低下させて、システム全体のCOPを向上させることができるのである。
実施の形態2.
 図9~図11は、本発明の実施の形態2に係る空気調和装置の設置例を表す概略図である。図9~図11に基づいて、実施の形態2に係る空気調和装置の設置について説明する。この空気調和装置は、1台の室外ユニット(室外機)に対して複数の室内ユニット(室内機)を接続し、各室内機が運転モードとして冷房、暖房を自由に選択することができる冷暖同時空調機である。なお、図9及び図10では室外機Aから分流コントローラBまで熱輸送を2本の冷媒配管で、図11では室外機Aから分流コントローラBまでの熱輸送を3本の冷媒配管で行なう場合の実施例が示されている。
 実施の形態2に係る空気調和装置において、ビル等の建物外の空間である室外空間に室外機Aが設置されている。また、建物内において居室等、空調対象空間となる室内空間の空気を加熱または冷却させることができる位置に室内ユニットCが配置されている。そして、中継機として冷媒が流入出する分流コントローラBが室外空間及び室内空間とは別の建物内の非空調空間に設置されている。この空気調和装置では、室外機Aから分流コントローラBまでの熱輸送を冷媒により、分流コントローラBから室内ユニットCまでの熱輸送をブラインによりそれぞれ実行するようになっている。
 このような構成とすることにより、冷媒が配管から漏れたとしても空調対象空間へ冷媒が侵入することを抑制できる安全な空気調和装置を得ることができる。また、詳細は実施の形態3で説明するが、分流コントローラBから室内ユニットCまでの熱輸送を冷媒で行なうと、流量制御弁が室内熱交換器近傍に設置されることになる。一方、ブラインで熱輸送した場合には、室内ユニットCに限らず、分流コントローラB内に設置することが可能である。分流コントローラB内に流量制御弁を設置し、ブラインの行き帰りの温度差制御をすれば、制御弁が室内の空調対象空間から離れているため、制御弁の駆動や弁通過時の冷媒の流動音等、室内機への騒音を低減させることができる。
 また、流量制御を分流コントローラBで一括して行なうことができるため、室内ユニットCにおける制御は、室内のリモコンの状況やサーモオフ、室外機がデフロストを行なっているか等の情報でファンの制御のみをすればよい。さらに、室外機Aから分流コントローラBまでの熱輸送を冷媒で行なうことにより、ブラインの駆動に使用するポンプを小型化でき、さらにブラインの搬送動力を低減させて省エネルギー化を図ることができる。さらにまた、室外機Aから室内ユニットCまでの熱輸送を全てブラインで行なった場合、冷暖同時運転を行なうため、冷房用と暖房用水配管が往路、復路の2本ずつ、合計最低でも4本の水配管が必要となる。
 水空調は基本的に水の温度変化(顕熱)を利用して行なわれるため、冷媒で熱輸送した場合の質量流量に比べて水の質量流量は大きく、主管の配管径は大きくなる。一方、本実施の形態2では、室外機Aから分流コントローラBを接続する配管は水配管よりも細い2本または3本の冷媒配管を用いて接続できるように構成される。このような接続構成にすることで、建物の壁の間を通過させる配管を低減でき、空気調和装置の施工が容易になる。また、水のみによる熱輸送では、ポンプの位置に対して室内機の位置が高い場合、配管内の水の圧力がゼロ、つまり真空となる高さ以上に水を持ち上げることができない。一方、本実施の形態2では中継機の位置を変更することができ、設計の尤度が増す。
 非空調空間については、たとえば冷媒漏れ等の発生により、冷媒が人に与える影響(例えば不快感等)をできる限り少なくするため、人の出入りがない、または少ない空間であるものとする。図9~図11においては、室内空間とは壁等で仕切られた天井裏等を非空調空間として分流コントローラBを設置している、また、たとえばエレベータ等がある共用部等を非空調空間として分流コントローラBを設置することも可能である。
 なお、室外機Aは、建物の外の室外空間に設置されている場合を例に説明を行なったがこれに限るものではない。たとえば、換気口つきの機械室等のような囲まれた空間に設置することができる。また、室外機Aを建物内に設置して排気ダクトで建物の外に排気等してもよい。さらに水冷式の熱源装置を用いて室外機Aを建物の中に設置するようにしてもよい。また、ポンプの小型化、省エネルギーには反するが分流コントローラBを室外機Aのそばに置くこともできる。
 以降の実施の形態(実施の形態3~5)において、実施の形態1を実施して冷房、暖房に適した省エネルギーを図れる運転を実施するための冷媒回路及び水回路の具体例を説明するものとする。また、実施の形態2に係る空気調和装置の設置例の一例を示している図9及び図10の具体例については実施の形態3及び実施の形態4で、実施の形態2に係る空気調和装置の設置例の一例を示している図11の具体例については実施の形態5で、それぞれ説明するものとする。
実施の形態3.
 図12は、本発明の実施の形態3に係る空気調和装置200の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図12に基づいて、空気調和装置200の回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置200は、複数台の室内熱交換器を備え、冷媒(一次側熱伝達媒体及び二次側熱伝達媒体)を循環させる冷凍サイクル(一次側サイクル及び二次側サイクル)を利用することで冷房及び暖房を同時に行なえるものである。なお、実施の形態3では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
 空気調和装置200は、1台の室外ユニットAと、複数台の室内ユニットCと、中継ユニットとしてこれらユニット間に介在する分流コントローラBと、を備えている。室外ユニットAは、分流コントローラBを介して室内ユニットCに冷熱や温熱を供給する機能を有している。室内ユニットCは、空調対象域に設置され、その空調対象域に冷房用空気あるいは暖房用空気を供給する機能を有している。分流コントローラBは、室外ユニットAと室内ユニットCとを接続し、室外ユニットAから供給される冷熱や温熱を室内ユニットCに伝達する機能を有している。
 室外ユニットAと分流コントローラBとは、2本の冷媒配管を介して接続されており、分流コントローラBと各室内ユニットCとも、2本のブライン配管を介して接続されている。なお、図12において、分流コントローラBの冷媒入口をPと、分流コントローラBの冷媒出口をPと、第1絞り装置6と絞り装置4-2とを接続している配管の分岐点をPと、それぞれ称して図示している。
[室外ユニットA]
 室外ユニットAには、圧縮機1と、四方弁2と、室外熱交換器3と、が冷媒配管で直列に接続されて搭載されている。また、室外ユニットAには、第1接続配管10-5、第2接続配管10-6、逆止弁10-1、逆止弁10-2、逆止弁10-3、及び、逆止弁10-4で構成される逆止弁ブロック10が設けられている。この逆止弁ブロック10は、室内ユニットCが実行している運転に関わらず、分流コントローラBに流入させる熱源側冷媒の流れを一定方向にする機能を有している。つまり、逆止弁ブロック10により、運転モードにかかわらず、Pがサイクルの高圧側、Pがサイクルの低圧側となる。なお、室外ユニットAには、室外ファン3-aも搭載されている。
 逆止弁10-4は、分流コントローラBと四方弁2との間に設けられ、所定の方向(分流コントローラBから室外ユニットAへの方向)のみに冷媒の流れを許容するものである。逆止弁10-1は、室外熱交換器3と分流コントローラBとの間に設けられ、所定の方向(室外ユニットAから分流コントローラBへの方向)のみに冷媒の流れを許容するものである。逆止弁10-2は、第1接続配管10-5に設けられ、逆止弁10-4の下流側から逆止弁10-1の下流側の方向のみに冷媒の流通を許容するものである。逆止弁10-3は、第2接続配管10-6に設けられ、逆止弁10-4の上流側から逆止弁10-1の上流側の方向のみに冷媒の流通を許容するものである。
 第1接続配管10-5は、室外ユニットA内において、逆止弁10-4の下流側における冷媒配管と逆止弁10-1の下流側における冷媒配管とを接続するものである。第2接続配管10-6は、室外ユニットA内において、逆止弁10-4の上流側における冷媒配管と逆止弁10-1の上流側における冷媒配管とを接続するものである。また、室外ユニットAには、吐出圧力検出器21、吸入圧力検出器22、及び、室外温度検出器27が設けられている。
[分流コントローラB]
 分流コントローラBには、第1絞り装置6と、第2絞り装置7と、2台の中間熱交換器5(第1中間熱交換器5-1、第2中間熱交換器5-2)と、2つの絞り装置(絞り装置4-1、絞り装置4-2)と、2つの熱源側三方弁8(熱源側三方弁8-1、熱源側三方弁8-2)と、2台のポンプ11(第1ポンプ11-1、第2ポンプ11-2)と、3つの第1利用側三方弁13(紙面上側から利用側三方弁13-1、利用側三方弁13-2、利用側三方弁13-3)と、3つの第2利用側三方弁15(紙面上側から利用側三方弁15-1、利用側三方弁15-2、利用側三方弁15-3)と、3つの二方弁14(紙面上側から二方弁14-1、二方弁14-2、二方弁14-3)と、が搭載されている。
 なお、分流コントローラBに接続された複数の室内ユニットCがそれぞれ冷房、暖房を行なうには最低2台の中間熱交換器が必要であるが、分流コントローラBに中間熱交換器を3台以上搭載してもよく、それぞれの要素の接続を三方弁等の流路切替弁で切り替えられるように接続すれば、室内の負荷に応じてきめ細やかな制御ができる。
 分流コントローラBの一次側サイクルは、第1絞り装置6と、第2絞り装置7と、2台の中間熱交換器5と、絞り装置4-1と、絞り装置4-2と、2つの熱源側三方弁8と、が配管接続されて構成されている。分流コントローラBの二次側サイクルは、2台のポンプ11と、3つの第1利用側三方弁13と、3つの第2利用側三方弁15と、3つの二方弁14と、2台の中間熱交換器5と、が配管接続されて構成されている。
 第1絞り装置6は、逆止弁10-1と絞り装置4-2との間に設けられ、減圧弁や絞り装置としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。第1絞り装置6は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。第2絞り装置7は、絞り装置4-1と並列となるように設けられ、減圧弁や絞り装置としての機能を有し、冷媒を減圧して膨張させるものである。第2絞り装置7は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。
 第1中間熱交換器5-1及び第2中間熱交換器5-2は、それぞれ個別に冷水、温水を作ることができる。したがって、空気調和装置200は、全ての室内熱交換器12が冷房を行なう冷房運転と、全ての室内熱交換器12が暖房を行なう暖房運転と、それら以外に、冷房を行なう室内熱交換器12と暖房を行なう室内熱交換器12とが同時に存在する冷暖同時運転と、を実行することができる。空気調和装置200が冷暖同時運転を実行する場合には、第1中間熱交換器5-1、第2中間熱交換器5-2がそれぞれに冷房運転、暖房運転を行なうことになる。
 第1中間熱交換器5-1は、一次側サイクルにおいて絞り装置4-1と熱源側三方弁8-1との間に設けられている。第2中間熱交換器5-2は、一次側サイクルにおいて絞り装置4-2と熱源側三方弁8-2との間に設けられている。絞り装置4-1は、一次側サイクルにおいて第1中間熱交換器5-1の上流側に設けられている。絞り装置4-2は、一次側サイクルにおいて第2中間熱交換器5-2の上流側に設けられている。
 2つの熱源側三方弁8は、冷房運転又は暖房運転によって冷媒の流れを切り替えるものである。熱源側三方弁8-1は、三方のうちの一つが第1中間熱交換器5-1に、三方のうちの一つが逆止弁10-1と第1絞り装置6との間から分岐している分岐配管に、三方のうちの一つが熱源側三方弁8-2と逆止弁10-4との間の冷媒配管に、それぞれ接続されている。第2熱源側三方弁8-2は、三方のうちの一つが第2中間熱交換器5-2に、三方のうちの一つが逆止弁10-1と第1絞り装置6との間から分岐している分岐配管に、三方のうちの一つが逆止弁10-4に、それぞれ接続されている。
 なお、図13に示すように、分流コントローラBの高圧側入口に気液分離器52を設置してもよい。そうすれば、冷房用、暖房用の冷媒を分流する親分流コントローラDと、各中間熱交換器5-1、5-2が冷房、暖房運転を選択する子分流コントローラEとに分けて3管の冷媒配管で接続することができる。したがって、分流コントローラBを分けて設置できるとともに、親分流コントローラDに複数の子分流コントローラEを接続することができることになる。
 第1ポンプ11-1は、二次側サイクルにおいて第1中間熱交換器5-1と第1利用側三方弁13との間に設けられている。第2ポンプ11-2は、二次側サイクルにおいて第2中間熱交換器5-2と第1利用側三方弁13との間に設けられている。3つの第1利用側三方弁13は、冷暖同時運転において室内ユニットCに冷水を送るか温水を送るかを選択的に切り替えるものである。第1利用側三方弁13は、室内ユニットCの設置台数に応じた個数(ここでは3つ)が設けられるようになっている。第1利用側三方弁13は、三方のうちの一つが第1中間熱交換器5-1に、三方のうちの一つが第2中間熱交換器5-2に、三方のうちの一つが二方弁14に、それぞれ接続されている。
 3つの第2利用側三方弁15は、室内熱交換器12から中間熱交換器5に戻ってくるブラインの流路を切り替えるものであり、室内機12と中間熱交換器5を接続する向きは第1利用側三方弁と同じ向きになるように設定される。第2利用側三方弁15は、室内ユニットCの設置台数に応じた個数(ここでは3つ)が設けられるようになっている。第2利用側三方弁15は、三方のうちの一つが第1中間熱交換器5-1に、三方のうちの一つが第2中間熱交換器5-2に、三方のうちの一つが室内熱交換器12に、それぞれ接続されている。3つの二方弁14は、開閉が制御されることによりブライン流量を調整するものである。二方弁14は、室内ユニットCの設置台数に応じた個数(ここでは3つ)が設けられるようになっている。二方弁14は、一方が室内熱交換器12に、他方が第1利用側三方弁13に、それぞれ接続されている。
 また、分流コントローラBには、2つの第1冷媒温度検出器23(第1中間熱交換器5-1側の第1冷媒温度検出器23-1、第2中間熱交換器5-2側の第1冷媒温度検出器23-2)、2つの第2冷媒温度検出器24(第1中間熱交換器5-1側の第2冷媒温度検出器24-1、第2中間熱交換器5-2側の第2冷媒温度検出器24-2)、2つの第1ブライン温度検出器25(第1中間熱交換器5-1側の第1ブライン温度検出器25-1、第2中間熱交換器5-2側の第1ブライン温度検出器25-2)、及び、2つの第2ブライン温度検出器26(第1中間熱交換器5-1側の第2ブライン温度検出器26-1、第2中間熱交換器5-2側の第2ブライン温度検出器26-2)が設けられている。
 さらに、分流コントローラBには、3つの第3ブライン温度検出器29(紙面上側から第3ブライン温度検出器29-1、第3ブライン温度検出器29-2、第3ブライン温度検出器29-3)、及び、3つの第4ブライン温度検出器30(紙面上側から第4ブライン温度検出器30-1、第4ブライン温度検出器30-2、第4ブライン温度検出器30-3)が設けられている。第3ブライン温度検出器29は、室内熱交換器12と第2利用側三方弁15との間に設けられ、ここを導通するブラインの温度を測定するものである。第4ブライン温度検出器30は、二方弁14と室内熱交換器12との間に設けられ、ここを導通するブラインの温度を測定するものである。なお、第3ブライン温度検出器29及び第4ブライン温度検出器30で測定された情報も制御手段31に送られる。
[室内ユニットC]
 室内ユニットCには、3台の室内熱交換器12(紙面上側から室内熱交換器12-1、室内熱交換器12-2、室内熱交換器12-3)及び3台の室内ファン12-a(紙面上側から室内ファン12-1a、室内ファン12-2a、室内ファン12-3a)が搭載されている。この室内熱交換器12は、分流コントローラBに設けられている二方弁14及び第2利用側三方弁15と接続するようになっている。また、室内ユニットCには、室内温度検出器28(紙面上側から室内温度検出器28-1、室内温度検出器28-2、室内温度検出器28ー3)が設けられている。
 先に述べた通り、分流コントローラBから室内ユニットCまでの熱輸送も冷媒で行なった場合、各室内ユニットCの流量制御は冷媒の過熱度(SH)制御や、過冷却度(SC)制御により行なわれる。冷媒は圧力が変化すれば温度が大きく変化するため、温度センサは、一般的に延長配管を介した分流コントローラB側ではなく、室内熱交換器近傍に設置される。そこで、温度センサの温度情報の通信を行なわないように、流量制御弁は、一般的に室内ユニットC側に設置される。
 一方、分流コントローラBから室内ユニットCまでの熱輸送を水で行なった場合、延長配管中の流動で水の圧力が低下しても温度変化はない。そのため、分流コントローラBに温度センサを設置することが可能である。つまり、温度センサと流量制御弁とを室内ユニットCではなく、分流コントローラBに設置することが可能となる。
 ここで、全室内ユニットCが冷房運転を行なう冷房運転、全室内ユニットCが暖房運転を行なう暖房運転、室内ユニットCで冷房運転と暖房運転とが同時に存在し、冷房負荷が暖房負荷よりも大きな冷房主体運転、暖房負荷が冷房負荷よりも大きな暖房主体運転の動作について説明する。
[冷房運転]
 図14は、実施の形態3に係る空気調和装置200の冷房運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。
 まず、冷媒の流れについて説明する。冷房運転時には、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器3に流入させるように四方弁2を切り替えている。圧縮機1に吸入された冷媒は圧縮機1で昇圧され、室外熱交換器3で外気と熱交換し凝縮する。この凝縮した液冷媒は、絞り装置6を通り、二経路の冷媒回路に分配されて絞り装置4-1、絞り装置4-2で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で冷房するための水と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機1に戻る。
 次に、水の流れについて説明する。冷房運転時には、中間熱交換器5-1および5-2でともに冷水が精製される。そのため、行きの三方弁13および戻りの三方弁15は両方とも半分ずつ開き、各水路の水が混合するようにすればよい。中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で生成される冷水は、三方弁13を通り、室内熱交換器12に送られる。なお、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2は、室内ユニットCの冷房負荷に合わせて異なる温度帯の水を作り、室内ユニットCの負荷状況に合わせて三方弁13および三方弁15を制御して流路を切り替えてもよい。このとき、水熱交換器(中間熱交換器)で冷却された冷水はポンプ11で昇圧され、三方弁13で流路の選択が行われ、二方弁14で室内熱交換器12前後の温度差(第3ブライン温度検出器29と第4ブライン温度検出器30の温度差)が所定値になるように流量調整され、室内熱交換器12で室内の空気と熱交換して室内の空気を冷却し、三方弁15で元の中間熱交換器にブラインが流入されるように流路の選択が行われ、中間熱交換器5-1、または中間熱交換器5-2に戻る。
[暖房運転]
 図15は、実施の形態3に係る空気調和装置200の暖房運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。
 まず、冷媒の流れについて説明する。暖房運転時には、図15に示すように、圧縮機1から吐出された冷媒を逆止弁ブロック10に流入させるように四方弁2を切り替えている。圧縮機1に吸入された冷媒は圧縮機1で昇圧され、分流コントローラBで二経路の冷媒回路に分配されて中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で暖房するためのブラインと熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、絞り装置4-1、絞り装置4-2、絞り装置7で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、室外熱交換器3で外気と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり圧縮機1に戻る。
 次に、水の流れについて説明する。暖房運転時には、中間熱交換器5-1および5-2でともに温水が精製される。そのため、行きの三方弁13および戻りの三方弁15は両方とも半分ずつ開き、各水路の水が混合するようにすればよい。中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で生成される温水は、三方弁13を通り、室内熱交換器12に送られる。なお、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2は室内ユニットCの暖房負荷に合わせて異なる温度帯の水を作り、室内ユニットCの負荷状況に合わせて三方弁13および三方弁15を制御して流路を切り替えてもよい。このとき、水熱交換器で加熱された温水はポンプ11で昇圧され、三方弁13で流路の選択が行われ、二方弁14で室内熱交換器12前後の温度差(第3ブライン温度検出器29と第4ブライン温度検出器30の温度差)が所定値になるように流量調整されて、室内熱交換器12で室内の空気と熱交換して室内の空気を加熱し、三方弁15で元の中間熱交換器にブラインが流入されるように流路の選択が行われ、中間熱交換器5-1、または中間熱交換器5-2に戻る。
[冷房主体運転]
 図16は、実施の形態3に係る空気調和装置200の冷房主体運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である
 まず、冷媒の流れについて説明する。冷房主体運転時の四方弁2の接続は、冷房運転と同じである。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、加熱能力の余剰分を室外熱交換器3で放熱し、さらに中間熱交換器5-2で水を加熱する。その後、中間熱交換器5-1の水を冷却して圧縮機1に戻る。
 次に、水の流れについて説明する。室内熱交換器12の暖房、冷房の選択は三方弁13、三方弁15で行ない、暖房を行なう室内熱交換器12は暖房用の中間熱交換器5-2と、冷房を行なう室内熱交換器12は冷房用の中間熱交換器5-1と接続される。それぞれの水熱交換器で生成された冷水、温水は、ポンプ11で昇圧され、三方弁13で流路の選択が行われ、二方弁14により室内熱交換器12前後の温度差(第3ブライン温度検出器29と第4ブライン温度検出器30の温度差)が所定値になるように流量制御されながら、室内熱交換器12に送られ、冷房と暖房を行ない、三方弁15で元の中間熱交換器にブラインが流入されるように流路の選択が行われ、中間熱交換器5-1、または中間熱交換器5-2に戻る。
[暖房主体運転]
 図17は、実施の形態3に係る空気調和装置200の暖房主体運転時の冷媒、ブラインの流れを示す図である。
 まず、冷媒の流れについて説明する。暖房主体運転時の四方弁2の接続は、暖房運転と同じである。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、暖房用の中間熱交換器5-2で暖房するための水と熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、絞り装置4-2、絞り装置4-1で減圧されて温度低下して冷房用の中間熱交換器5-1に流入し、冷房するための水と熱交換する。その後、室外熱交換器3で外気と熱交換して圧縮機1に戻る。
 次に、水の流れについて説明する。室内熱交換器12の暖房、冷房の選択は三方弁13、三方弁15で行ない、暖房を行なう室内熱交換器12は暖房用の中間熱交換器5-2と、冷房を行なう室内熱交換器12は冷房用の中間熱交換器5-1と接続される。それぞれの水熱交換器で生成された冷水、温水はポンプ11で昇圧され、三方弁13で流路の選択が行われ、二方弁14により室内熱交換器12前後の温度差(第3ブライン温度検出器29と第4ブライン温度検出器30の温度差)が所定値になるように流量制御されながら、室内熱交換器12に送られ、冷房と暖房を行ない、三方弁15で元の中間熱交換器にブラインが流入されるように流路の選択が行われ、中間熱交換器5-1、または中間熱交換器5-2に戻る。
 各運転モードにおいて、実施の形態1と同様、圧縮機1の周波数と室外ファン3-aの速度は吸入圧力と吐出圧力により制御する。室外ユニットA内に設置する制御手段(室外機側制御装置)31-1は、室内ユニットCから送られる運転状況から冷房負荷と暖房負荷を算出し、負荷状況に応じて中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2において適切に熱交換できるように吸入圧力、吐出圧力の各目標値を設定変更すれば、負荷に対応した効率のよい運転を行うことができる。
 また、制御手段31-1は、実施の形態1に基づく負荷状況に合わせた中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2におけるブラインの温度差目標値、暖房運転時の過冷却度の目標値の演算を行ない、分流コントローラB内に設置する制御手段(中継部制御装置)31-2に目標値や目標値の増減に関するデータを含む信号を送信する。制御手段31-2は、受信したデータをもとに目標値を再設定して冷媒、ブラインの流量制御弁の制御を行なうことでCOPが高い状態での運転が可能となる。なお、制御手段31-2で制御目標値の演算を行ない、制御手段31-1が実施する制御の目標値データを制御手段31-1に送ってもよい。
 なお、この実施の形態では、中間熱交換器5-1及び中間熱交換器5-2が冷房を行なう場合には、熱源側三方弁8-1及び熱源側三方弁8-2をPと接続するように制御し、中間熱交換器5-1及び中間熱交換器5-2が暖房を行なう場合には、熱源側三方弁8-1及び熱源側三方弁8-2をPと接続するように制御する。したがって、室内側の負荷に応じて、冷房運転と暖房運転を切り替えることができ、全ての室内ユニットCが冷房運転または暖房運転をした場合には、2台の水熱交換器を冷房用または暖房用に使用することができるため、1台の水熱交換器を搭載した実施の形態1よりも効率よく運転することができる。
 また、空気調和装置200においても、冷房用の中間熱交換器、暖房用の中間熱交換器のそれぞれで実施の形態1に基づく温度差目標値を設定、制御することができ、COPが高い状態で運転できる。なお、本例では逆止弁ブロック10により高圧部及び低圧部を固定した回路を説明したが、逆止弁ブロック10を省略して暖房時と冷房時で高圧部及び低圧部が逆転する回路を採用した場合にも冷房用の中間熱交換器、暖房用の中間熱交換器のそれぞれで実施の形態1に基づく温度差目標値を設定、制御することができ、COPが高い状態で運転できる。
実施の形態4.
 図18は、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置300の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図18に基づいて、空気調和装置300の回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置300は、複数台の室内熱交換器を備え、冷媒(一次側熱伝達媒体及び二次側熱伝達媒体)を循環させる冷凍サイクル(一次側サイクル及び二次側サイクル)を利用することで冷房及び暖房を同時に行なえるものである。なお、実施の形態4では実施の形態1及び実施の形態3との相違点を中心に説明し、実施の形態1及び実施の形態3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
 空気調和装置300は、分流コントローラ(以下、分流コントローラB1と称す)の構成が実施の形態3に係る空気調和装置200の分流コントローラBと相違している。空気調和装置300のその他の構成については、実施の形態3に係る空気調和装置200と同様である。ただし、分流コントローラB1には、第1中間熱交換器5-1と第2中間熱交換器5-2とを直接に接続するに伴い、第1絞り装置6、第2絞り装置7、及び、熱源側三方弁8を設けていない。その代わりに、分流コントローラB1には、絞り装置4-3と、絞り装置4-1~絞り装置4-3のそれぞれを迂回するバイパス管50と、バイパス管50を開閉する開閉弁51と、を設けている。
[分流コントローラB1]
 分流コントローラB1に、第1中間熱交換器5-1と第2中間熱交換器5-2とが直列に接続されて搭載されている。そして、絞り装置4-1が第2中間熱交換器5-2の前段(上流側)に、絞り装置4-2が第2中間熱交換器5-2と第1中間熱交換器5-1との間に、絞り装置4-3が第1中間熱交換器5-1の後段(下流側)に、それぞれ設けられている。また、分流コントローラB1には、絞り装置4-1を迂回するバイパス管50-1、バイパス管50-1を開閉する開閉弁51-1、絞り装置4-2を迂回するバイパス管50-2、バイパス管50-2を開閉する開閉弁51-2、絞り装置4-3を迂回するバイパス管50-3、バイパス管50-3を開閉する開閉弁51-3を備えている。
 なお、分流コントローラB1に接続された複数の室内ユニットCがそれぞれ冷房、暖房を行なうには最低2台の中間熱交換器が必要であるが、分流コントローラB1に中間熱交換器を3台以上搭載してもよく、それぞれの要素の接続を三方弁で切り替えられるように接続すれば、室内の負荷に応じてきめ細やかな制御ができる。
 ここで、本発明の実施の形態4に係る空気調和装置300が実行する冷房運転、暖房運転、冷房主体運転、暖房主体運転の冷媒の動作について説明する。なお、ブラインについては、実施の形態3と同様であるため、省略する。
[冷房運転]
 冷房運転時には、開閉弁51-2および開閉弁51-3を開き、開閉弁51-1を閉止している。四方弁2の接続は、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器3に流入させるように切り替えられている。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、室外熱交換器3で外気と熱交換し凝縮する。この凝縮した液冷媒は、絞り装置4-1で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で冷房するための水と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機1に戻る。
[暖房運転]
 暖房運転時には、開閉弁51-1および開閉弁51-2を開き、開閉弁51-3を閉止している。四方弁2の接続は、圧縮機1から吐出された冷媒を逆止弁ブロック10に流入させるように切り替えられている。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で暖房するためのブラインと熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、絞り装置4-3で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、室外熱交換器3で外気と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり圧縮機1に戻る。
[冷房主体運転]
 冷房主体運転時には、開閉弁51-1および開閉弁51-3を開き、開閉弁51-2を閉止している。四方弁2の接続は、冷房運転と同じように切り替えられる。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、加熱能力の余剰分を室外熱交換器3で放熱し、さらに中間熱交換器5-2で水を加熱する。その後、中間熱交換器5-1の水を冷却して圧縮機1に戻る。
 [暖房主体運転]
 暖房主体運転時には、開閉弁51-1および開閉弁51-3を開き、開閉弁51-2を閉止している。四方弁2の接続は、暖房運転と同じように切り替えられる。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、暖房用の中間熱交換器5-2で暖房するための水と熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、絞り装置4-2、絞り装置4-1で減圧されて温度低下して冷房用の中間熱交換器5-1に流入し、冷房するための水と熱交換する。その後、室外熱交換器3で外気と熱交換して圧縮機1に戻る。
 以上のように空気調和装置300は構成されているので、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2を並列に接続させた場合に比べて冷媒の流速を増大させることができ、熱交換器の性能を上げることができる。室内熱交換器12の全てが冷房運転を行なう場合には、第1中間熱交換器5-1及び第2中間熱交換器5-2ともにほぼ全面で冷媒が気液二相流となる。第1中間熱交換器5-1及び第2中間熱交換器5-2の熱伝達性能は、ほとんど変わらず、双方ともにブラインの出入口温度差を等しくして運転することで、高いCOPの状態で運転することができる。
 室内熱交換器12の全てが暖房運転を行なう場合には、第1中間熱交換器5-1では冷媒は、加熱ガスの領域となり、ブラインと冷媒の温度差が大きく熱交換しやすくなる。一方、第2中間熱交換器5-2では冷媒は、過冷却液の領域となり、ブラインと冷媒の温度差が小さく熱交換しにくくなる。
 熱交換器の伝熱面を有効に使うため、第1中間熱交換器5-1のブラインの出入口温度差を大きく設定し、ブラインの流量を減少させ、第2中間熱交換器5-2のブラインの出入口温度差を小さく設定し、ブラインの流量を増大させると、性能が向上する。また、冷暖同時運転を実行する場合には、絞り装置4-1及び絞り装置4-3を全開にし、絞り装置4-2で冷媒を圧力降下させることで、第1中間熱交換器5-1で冷水を、第2中間熱交換器5-2で温水を作る。よって、各中間熱交換器5の温度分布に応じて、適切に熱交換量を制御することができることになる。したがって、空気調和装置300においても、冷房用の中間熱交換器、暖房用の中間熱交換器のそれぞれで実施の形態1に基づく温度差目標値を設定、制御することができ、COPが高い状態で運転できる。
 なお、本例では逆止弁ブロック10により高圧部及び低圧部を固定した回路を説明したが、逆止弁ブロック10を省略して暖房時と冷房時で高圧部及び低圧部が逆転する回路を採用した場合にも冷房用の中間熱交換器、暖房用の中間熱交換器のそれぞれで実施の形態1に基づく温度差目標値を設定、制御することができ、COPが高い状態で運転できる。また、分流コントローラB1に接続された複数の室内ユニットCがそれぞれ冷房、暖房を行なうには最低2台の中間熱交換器が必要であるが、分流コントローラB1に中間熱交換器を3台以上搭載してもよく、それぞれの要素の接続を三方弁で切り替えられるように接続すれば、室内の負荷に応じてきめ細やかな制御ができる。
実施の形態5.
 図19は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置400の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図19に基づいて、空気調和装置400の回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置400は、複数台の室内熱交換器を備え、冷媒(一次側熱伝達媒体及び二次側熱伝達媒体)を循環させる冷凍サイクル(一次側サイクル及び二次側サイクル)を利用することで冷房及び暖房を同時に行なえるものである。なお、実施の形態5では実施の形態1、実施の形態3及び実施の形態4との相違点を中心に説明し、実施の形態1、実施の形態3及び実施の形態4と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
 空気調和装置400は、室外ユニット(以下、室外ユニットA2と称す)と分流コントローラ(以下、分流コントローラB2と称す)と、これらを接続する延長配管の構成が、実施の形態3に係る空気調和装置200の室外ユニットAと、分流コントローラBと、これらを接続する延長配管と相違している。空気調和装置400のその他の構成については、実施の形態3に係る空気調和装置200と同様である。
[接続配管]
 空気調和装置400は、室外ユニットA2と分流コントローラB2とを接続する配管として、暖房運転をする室内ユニットCが存在する場合に、圧縮機1から吐出された冷媒を暖房用に使用する中間熱交換器5に直接供給する高圧管52-1と、冷房運転をする室内ユニットCが存在する場合に、冷房に使用する中間熱交換器5から圧縮機1に冷媒を戻す低圧管52-2と、室外熱交換器3と分流コントローラB2の中間圧力の冷媒を移動させる中圧管52-3と、を備えている。
[室外ユニットA2]
 圧縮機1の吐出配管に分岐部を設け、高圧管52-1と接続するとともに、圧縮機1の吸入配管に分岐部を設け、低圧管52-2と接続する。四方弁2は、室内ユニットCの冷暖比率により室外熱交換器3で外気に放熱する必要がある場合には、図中の実線のように、室外熱交換器3で外気から吸熱する必要がある場合には、図中の点線のように、配管を接続するように切り替えられる。このとき室外熱交換器3の第1絞り装置6は、室外熱交換器3が蒸発器として作用する場合には、たとえば室外熱交換器出口冷媒の過熱度(SH)を制御し、室外熱交換器3が凝縮器として作用する場合には、たとえば室外熱交換器出口冷媒の過冷却度(SC)や、室外熱交換器3の冷媒の出口温度、中間の圧力Pcなどを制御して室外熱交換器3の熱交換量を調整する。
[分流コントローラB2]
 三方弁8-1、三方弁8-2の一端に高圧管52-1が接続されるとともに、三方弁8-1、三方弁8-2の他端に低圧管52-2が接続される。また、絞り装置4-1、絞り装置4-2の一端に中間熱交換器5-1および5-2が、絞り装置4-1、絞り装置4-2の他端に中圧管52-3が接続される。なお、分流コントローラB2に接続された複数の室内ユニットCがそれぞれ冷房、暖房を行なうには最低2台の中間熱交換器が必要であるが、分流コントローラB2に中間熱交換器を3台以上搭載しても良く、それぞれの要素の接続を三方弁で切り替えられるように接続すれば、室内の負荷に応じてきめ細やかな制御ができる。
 ここで、空気調和装置400が実行する冷房運転、暖房運転、冷房主体運転、暖房主体運転の冷媒の動作について説明する。なお、ブラインについては、実施の形態3と同様であるため、省略する。
[冷房運転]
 冷房運転時には、三方弁8-2、三方弁8-3を中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2と低圧部Pが接続されるように制御される。四方弁2の接続は、圧縮機1から吐出された冷媒を室外熱交換器3に流入させるように切り替えられている。このとき、圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、室外熱交換器3で外気と熱交換し凝縮する。この凝縮した液冷媒は、第1絞り装置6と絞り装置4-1および絞り装置4-2で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で冷房するための水と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり、圧縮機1に戻る。
[暖房運転]
 暖房運転時には、三方弁8-2、三方弁8-3が中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2と高圧部Pが接続されるように制御される。四方弁2の接続は、室外熱交換器3の冷媒が圧縮機1に吸入されるように切り替えられている。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、中間熱交換器5-1、中間熱交換器5-2で暖房するためのブラインと熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、絞り装置4-1および絞り装置4-2と第1絞り装置6で減圧されて低温低圧の二相冷媒になり、室外熱交換器3で外気と熱交換し、低温低圧のガス冷媒となり圧縮機1に戻る。
[冷房主体運転]
 冷房主体運転時には、温水を生成する中間熱交換器5が高圧部Pに接続されるように、冷水を生成する中間熱交換器5が低圧部Pに接続されるように三方弁8を制御する。四方弁2の接続は、冷房運転と同じように切り替えられる。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、二経路に分岐され、加熱能力の余剰分を室外熱交換器3で放熱すると同時に、温水を生成する中間熱交換器5で水を加熱する。その後、冷水を生成する中間熱交換器5の水を冷却して圧縮機1に戻る。
[暖房主体運転]
 暖房主体運転時には、温水を生成する中間熱交換器5が高圧部Pに接続されるように、冷水を生成する中間熱交換器5が低圧部Pに接続されるように三方弁8を制御する。四方弁2の接続は、暖房運転と同じように切り替えられる。圧縮機1に吸入された冷媒は、圧縮機1で昇圧され、温水を生成する中間熱交換器5で暖房するための水と熱交換し、凝縮する。凝縮した液冷媒は、二経路に分岐され一部は減圧されて温度低下して冷水を生成する中間熱交換器5に流入し、冷房するための水と熱交換し、残りは室外熱交換器3で外気と熱交換して圧縮機1に戻る。
 以上のように空気調和装置400は構成され、実施の形態3に比べて接続配管は増加するが、分流コントローラB内の流量制御弁を省略することができる。空気調和装置400においても、冷房用の中間熱交換器、暖房用の中間熱交換器のそれぞれで実施の形態1に基づく温度差目標値を設定、制御することができ、COPが高い状態で運転できる。
 1 圧縮機、2 四方弁、3 室外熱交換器、3-a 室外ファン、4 絞り装置、4-1 絞り装置、4-2 絞り装置、4-3 絞り装置、5 中間熱交換器、5-1 第1中間熱交換器、5-2 第2中間熱交換器、6 第1絞り装置、7 第2絞り装置、8 熱源側三方弁、8-1 熱源側三方弁、8-2 熱源側三方弁、10 逆止弁ブロック、10-1 逆止弁、10-2 逆止弁、10-3 逆止弁、10-4 逆止弁、10-5 第1接続配管、10-6 第2接続配管、11 ポンプ、11-1 第1ポンプ、11-2 第2ポンプ、12 室内熱交換器、12-1 室内熱交換器、12-2 室内熱交換器、12-3 室内熱交換器、12-a 室内ファン、12-1a 室内ファン、12-2a 室内ファン、12-3a 室内ファン、13 利用側三方弁、13-1 利用側三方弁、13-2 利用側三方弁、13-3 利用側三方弁、14 二方弁、14-1 二方弁、14-2 二方弁、14-3 二方弁、15 利用側三方弁、15-1 利用側三方弁、15-2 利用側三方弁、15-3 利用側三方弁、21 吐出圧力検出器、22 吸入圧力検出器、23 第1冷媒温度検出器、23-1 第1冷媒温度検出器、23-2 第1冷媒温度検出器、24 第2冷媒温度検出器、24-1 第2冷媒温度検出器、24-2 第2冷媒温度検出器、25 第1ブライン温度検出器、25-1 第1ブライン温度検出器、25-2 第1ブライン温度検出器、26 第2ブライン温度検出器、26-1 第2ブライン温度検出器、26-2 第2ブライン温度検出器、27 室外温度検出器、28 室内温度検出器、28-1 室内温度検出器、28-2 室内温度検出器、28-3 室内温度検出器、29 第3ブライン温度検出器、29-1 第3ブライン温度検出器、29-2 第3ブライン温度検出器、29-3 第3ブライン温度検出器、30 第4ブライン温度検出器、30-1 第4ブライン温度検出器、30-2 第4ブライン温度検出器、30-3 第4ブライン温度検出器、31 制御手段、31-1 制御手段、31-2 制御手段、31a メモリー、50 バイパス管、50-1 バイパス管、50-2 バイパス管、50-3 バイパス管、51 開閉弁、51-1 開閉弁、51-2 開閉弁、51-3 開閉弁、52 気液分離器、52-1 高圧管、52-2 低圧管、52-3 中圧管、100 空気調和装置、200 空気調和装置、300 空気調和装置、400 空気調和装置、A 室外ユニット、A2 室外ユニット、B 分流コントローラ、B1 分流コントローラ、B2 分流コントローラ、C 室内ユニット、D 親分流コントローラ、E 子分流コントローラ。

Claims (9)

  1.  圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、及び、少なくとも1台の中間熱交換器が接続され、一次側熱伝達媒体を循環させる一次側サイクルと、
     ポンプ、利用側熱交換器、及び、前記中間熱交換器が接続され、二次側熱伝達媒体を循環させる二次側サイクルと、を有し、
     前記中間熱交換器において前記一次側熱伝達媒体と前記二次側熱伝達媒体とを熱交換させる空気調和装置において、
     前記利用側熱交換器の前後、または、前記中間熱交換器の前後における前記二次側熱伝達媒体の温度差の目標値を冷房運転時よりも暖房運転時の方が大きくなるように設定し、前記利用側熱交換器の前後、または、前記中間熱交換器の二次側熱伝達媒体の流量を制御する制御手段を有する
     ことを特徴とする空気調和装置。
  2.  前記中間熱交換器出口の前記一次側熱伝達媒体の過冷却度を、前記中間熱交換器の前後における前記二次側熱伝達媒体の出入口温度差以下に制御する
     ことを特徴とする請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  前記利用側熱交換器での負荷の大きさに応じて、前記利用側熱交換器の前後、または、前記中間熱交換器の前後における前記二次側熱伝達媒体の温度差の目標値を設定する
     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。
  4.  前記利用側熱交換器での負荷が予め定められている負荷以下の場合の前記二次側熱伝達媒体の温度差の目標値を、前記利用側熱交換器での負荷が予め定められている負荷よりも大きな場合の前記二次側熱伝達媒体の温度差の目標値以下に設定する
     ことを特徴とする請求項3に記載の空気調和装置。
  5.  1台の室外ユニットに対して複数の利用側熱交換器が接続され、それぞれの利用側熱交換器の運転モードを冷房、暖房に自由に選択することが可能なものにおいて、
     前記圧縮機及び前記熱源側熱交換器が室外ユニットに設けられ、
     前記複数の利用側熱交換器が複数の室内ユニットに設けられ、
     前記中間熱交換器及び前記複数の室内ユニットに二次側熱伝達媒体を供給する流量を制御する手段が中継部に設けられ、
     それぞれ互いに離れた場所に設置でき、
     前記室外ユニットから前記中継部への熱輸送を一次側熱伝達媒体で、前記中継部から前記室内ユニットまでの熱輸送を二次側熱伝達媒体で行なうようにしている
     ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  6.  前記室外ユニット内に収容する各装置を制御する室外機側制御装置と、
     前記中継部内に収容する各装置を制御し、前記室外機側制御装置との間で通信可能な中継部制御装置と、を備え、
     前記室内ユニットの負荷情報または/および前記二次側熱伝達媒体の温度差目標値または/および前記中間熱交換器出口の前記一次側熱伝達媒体の過冷却度の目標値または該制御目標値の増減値のデータを含む制御信号を、前記中継部制御装置から前記室外機側制御装置または前記室外機側制御装置から前記中継部制御装置に送信する
     ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  7.  前記中間熱交換器を複数台備えたものにおいて、
     前記中間熱交換器のそれぞれを、前記一次側熱伝達媒体の流れに対して直列に、前記二次側熱伝達媒体の流れに対して並列に設置し、
     冷房運転時には、前記中間熱交換器のそれぞれの前記二次側熱伝達媒体の出入口温度差が同一になるように制御し、
     暖房運転時には、前記一次側熱伝達媒体の流れに対して上流側の前記中間熱交換器の前記二次側熱伝達媒体の出入口温度差が前記一次側熱伝達媒体の流れに対して下流側の前記中間熱交換器の前記二次側熱伝達媒体の出入口温度差以上に制御する
     ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  8.  前記中間熱交換器を一次側熱伝達媒体の凝縮器として使用するものにおいて、
     前記中間熱交換器を流れる前記一次側熱伝達媒体と前記二次側熱伝達媒体とを対向流としている
     ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9.  前記一次側熱伝達媒体に臨界温度が50℃以下である熱媒体を用いた
     ことを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の空気調和装置。

     
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