(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機または冷媒ポンプと、四方弁または冷暖切換弁と、熱源側熱交換器と、熱源側膨張機構と、負荷側膨張機構と、負荷側熱交換器と、前記四方弁または冷暖切換弁と前記圧縮機とを環状に接続して構成される複数の冷媒回路と、
この冷媒回路の前記熱源側膨張機構と前記負荷側膨張機構との間に接続され、前記冷媒回路によって共有されると共に、各冷媒回路間で熱移動を行わない場合でも冷媒が流通する共通熱交換器と、
を備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記負荷側熱交換器に冷媒を流通させないためのバイパス管と、三方弁とを備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記共通熱交換器に余剰冷媒を貯蔵する液貯め部を設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記共通熱交換器に設けられ、蓄熱・蓄冷を行うための媒体が充填された蓄熱容器を備えたことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項５】
少なくとも１つの前記冷媒回路においては、前記共通熱交換器が直列に複数接続され、該複数の共通熱交換器はそれぞれ別々かつ任意の複数の他の前記冷媒回路に共有されることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記複数の共通熱交換器のそれぞれの間に、前記熱源側膨張機構及び前記負荷側膨張機構と同一作用のカスケード用膨張機構が配設されていることを特徴とする請求項５記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記複数の冷媒回路は、空気調和装置、冷凍用装置、冷蔵用装置等に使用されるものを含むことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の空気調和装置。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載した空気調和装置の運転方法であって、
前記複数冷媒回路中、冷房運転しているある冷媒回路の冷房能力をさらに大きくする場合、前記ある冷媒回路においては、高圧状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、
余剰能力のある他の前記冷媒回路において、前記共通熱交換器を流通する冷媒は、低圧二相状態で前記共通熱交換器へ流通させ、
前記圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して前記共通熱交換器での熱移動を制御することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項９】
請求項１〜６の何れかに記載した空気調和装置の運転方法であって、
前記複数冷媒回路中、暖房運転しているある冷媒回路の暖房能力をさらに大きくする場合、前記ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、
余剰能力のある他の前記冷媒回路において、前記共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で前記共通熱交換器へ流通させ、
前記圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して前記共通熱交換器での熱移動を制御することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項１０】
請求項１〜６の何れかに記載した空気調和装置の運転方法であって、
前記複数冷媒回路中、暖房運転しているある冷媒回路の前記熱源側熱交換器を除霜する場合、前記ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、
余剰能力のある他の前記冷媒回路において、前記共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で前記共通熱交換器へ流通させ、
前記圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して前記共通熱交換器での熱移動を制御することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項１１】
請求項１〜６の何れかに記載した空気調和装置の運転方法であって、
前記冷媒回路間で熱移動を行わない場合は、前記冷媒回路の全てにおいて、前記共通熱交換器の両端に接続している前記膨張機構の絞り具合をほぼ同一にする調整をし、
前記冷媒回路間で熱移動を行う場合は、熱移動によって能力を増大する前記冷媒回路の前記共通熱交換器の両端に接続している前記膨張機構の絞り具合を余剰能力のある前記他の冷媒回路の前記共通熱交換器の両端に接続している前記膨張機構の絞り具合と異なるようにする調整をし、前記圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整を伴うこともあることを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項１２】
圧縮機または冷媒ポンプと、四方弁または冷暖切換弁と、熱源側熱交換器と、熱源側膨張機構とから熱源側ユニットを構成し、負荷側膨張機構と共通熱交換器から熱移動ユニットを構成し、負荷側熱交換器から負荷側ユニットを構成するとともに、熱源側ユニットと熱移動ユニットとの接続および熱移動ユニットと負荷側ユニットを接続することにより環状回路を構成することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２１は、例えば特許平７−３１８１８６号公報に示された各冷媒回路間に共通の熱交換器を備えて熱移動を行う従来の空気調和装置の装置図である。
【０００３】
図２１に基づいて、回路構成を説明する。空調ユニット１、２は室外機１と室内機６ａ，６ｂ，６ｃを環状に接続してなる冷凍サイクルＡ及びＢを構成し、熱交換器回路Ｃは、冷媒熱交換器用膨張弁ＥＶ１と空調ユニット１、２それぞれに共通する冷媒熱交換器ＨＥを備えており、蓄熱回路Ｄは蓄熱漕用膨張弁ＥＶ２と空調ユニット１、２それぞれに共通する蓄熱漕ＳＴＲを備え、室内側熱交換器８に対して並列にバイパス弁ＢＶ２を備えたバイパス回路を設置し、かつ熱交換回路Ｃを第１二方弁ＫＶ１、及び第２二方弁ＫＶ２を介して、また蓄熱回路Ｄを第３二方弁ＫＶ３、及び第４二方弁ＫＶ４を介して、各空調ユニット１、２の室外側膨張弁５と室内側膨張弁７ａ、７ｂ、７ｃとの間に接続する。
【０００４】
次に動作を図２１に基づいて説明する。
昼間冷房運転で空調ユニット１から空調ユニット２へ系統間の熱移動を行う場合、冷媒熱交換器ＨＥにおいて、空調ユニット１の室外熱交換器４を出た後、冷媒熱交換器ＨＥに流入した高温高圧の液冷媒と、空調ユニット２の室外熱交換器４を出た後、冷媒熱交換器用膨張弁ＥＶ１により減圧されて冷媒熱交換器ＨＥの第２熱交換部１３で蒸発した低温低圧の二相冷媒とが熱交換することにより、空調ユニット１から空調ユニット２へ系統間の熱移動が可能になる。
即ち、空調ユニット２における余剰冷房能力分により空調ユニット１の過冷却度が増大し、室内機６ａ、６ｂ、６ｃでの冷房能力増大が図れ、空調ユニット１の冷房負荷に対応できる。
【０００５】
昼間暖房運転で空調ユニット１から空調ユニット２へ系統間の熱移動を行う場合、冷媒熱交換器ＨＥにおいて、空調ユニット２の圧縮機２吐出後、第１バイパス弁ＢＶ１を介して冷媒熱交換器ＨＥに流入した高温高圧ガス冷媒と、空調ユニット１の室内側膨張弁７ａ、７ｂ、７ｃにて減圧され、冷媒熱交換器ＨＥに流入した低温低圧２相冷媒とが熱交換することにより、空調ユニット２から空調ユニット１へ系統間の熱移動が可能になる。
即ち、空調ユニット２における余剰暖房能力分を空調ユニット１の蒸発能力増大に補填し、つまり暖房能力増大が図れ、空調ユニット１の暖房負荷に対応できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和装置は以上のように構成されているので、複数の冷媒回路に共通の熱移動熱交換器は液管に対して並列に接続されるため、バイパス回路が必要となり、またバイパス回路上には切換弁、膨張機構を備え、さらに主液配管にも切換弁を備えるため、コストアップになるという問題点と、冷媒配管構造、及び制御が複雑になるという問題点がある。
【０００７】
また、各冷媒回路の運転目的が空気調和であり、多様な目的を持つ回路、熱のカスケード利用については想定していない。
【０００８】
また、暖房運転時に負荷の大きい冷媒回路の熱源側熱交換器を除霜する場合、共通熱交換器を介して、余剰能力のある回路の熱を除霜したい熱源側熱交換器を備える回路側に移動させて除霜を行うことについては想定していない。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、複数の空気調和装置及び冷凍装置において負荷が異なる装置間で熱移動を実現して能力補填や熱の効率的利用を可能にする空気調和装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、回路構造簡略化によるコストダウン、及び制御の簡略化された空気調和装置を提供することを目的としている。
【００１１】
また、熱負荷の平準化と熱のカスケード利用による効率的な熱利用を可能にする空気調和装置を提供することを目的としている。
【００１２】
また、例えば低温の冷凍機器等を想定して多目的利用、熱のカスケード利用が可能な空気調和装置を提供することを目的としている。
【００１３】
また、負荷側熱交換器の暖房運転を継続しながら熱源側熱交換器の除霜を行うことが可能な空気調和装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また、ある冷媒回路の冷房能力をさらに大きくすることができる空気調和装置の運転方法を提供することを目的としている。
【００１５】
また、ある冷媒回路の暖房能力をさらに大きくすることができる空気調和装置の運転方法を提供することを目的としている。
【００１６】
また、暖房運転している暖房運転を継続しながらある冷媒回路の熱源側熱交換器を除霜することができる空気調和装置の運転方法を提供することを目的としている。
【００１７】
また、各冷媒回路は常時共通熱交換器に冷媒を流通しながら、冷媒回路間での熱移動を行う場合と行わない場合との切替が可能な空気調和装置の運転方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機または冷媒ポンプと、四方弁または冷暖切換弁と、熱源側熱交換器と、熱源側膨張機構と、負荷側膨張機構と、負荷側熱交換器と、前記四方弁または冷暖切換弁と前記圧縮機とを環状に接続して構成される複数の冷媒回路と、この冷媒回路の熱源側膨張機構と負荷側膨張機構との間に接続され、冷媒回路によって共有されると共に、各冷媒回路間で熱移動を行わない場合でも冷媒が流通する共通熱交換器とを備えたものである。
【００１９】
また、負荷側熱交換器に冷媒を流通させないためのバイパス管と、三方弁とを備えたものである。
【００２０】
また、共通熱交換器に余剰冷媒を貯蔵する液貯め部を設けたものである。
【００２１】
また、共通熱交換器に設けられ、蓄熱・蓄冷を行うための媒体が充填された蓄熱容器を備えたものである。
【００２２】
また、少なくとも１つの冷媒回路においては、共通熱交換器が直列に複数接続され、該複数の共通熱交換器はそれぞれ別々かつ任意の複数の他の冷媒回路に共有されるものである。
【００２３】
また、複数の共通熱交換器のそれぞれの間に、前記熱源側膨張機構及び前記負荷側膨張機構と同一作用のカスケード用膨張機構が配設されたものである。
【００２４】
また、複数の冷媒回路は、空気調和装置、冷凍用装置、冷蔵用装置等に使用されるものを含むものである。
【００２５】
この発明に係る空気調和装置の運転方法は、複数冷媒回路中、冷房運転しているある冷媒回路の冷房能力をさらに大きくする場合、ある冷媒回路においては、高圧状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、低圧二相状態で前記共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御するものである。
【００２６】
また、複数冷媒回路中、暖房運転しているある冷媒回路の暖房能力をさらに大きくする場合、ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御するものである。
【００２７】
また、複数冷媒回路中、暖房運転しているある冷媒回路の熱源側熱交換器を除霜する場合、ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で前記共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御するものである。
【００２８】
また、冷媒回路間で熱移動を行わない場合は、冷媒回路の全てにおいて、共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合をほぼ同一にする調整をし、冷媒回路間で熱移動を行う場合は、熱移動によって能力を増大する冷媒回路の共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合を余剰能力のある他の冷媒回路の共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合と異なるようにする調整をし、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整を伴うこともあるものである。
【００２９】
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機または冷媒ポンプと、四方弁または冷暖切換弁と、熱源側熱交換器と、熱源側膨張機構とから熱源側ユニットを構成し、負荷側膨張機構と共通熱交換器から熱移動ユニットを構成し、負荷側熱交換器から負荷側ユニットを構成するとともに、熱源側ユニットと熱移動ユニットとの接続および熱移動ユニットと負荷側ユニットを接続することにより環状回路を構成することを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態の一例を、図面を参照して説明する。
図１はこの発明の実施の形態の一例を示す図で、冷媒回路図である。
図において、Ａ、Ｂは熱源側ユニット、Ｘ、Ｙは負荷側ユニット、Ｕは熱移動ユニット、１ａ、１ｂは圧縮機及び加圧ポンプ、２ａ、２ｂは四方弁及び冷暖切換弁、３ａ、３ｂは熱源側熱交換器、４ａ、４ｂは熱源側膨張機構、５ａ、５ｂは負荷側熱交換器、６ａ、６ｂは負荷側膨張機構、７は共通熱交換器、７ａ、７ｂは共通熱交換器パス、１０ａ、１０ｂは吐出配管、１１ａ、１１ｂは熱源側ガス配管、１２ａ、１２ｂは負荷側ガス配管、１３ａ、１３ｂは熱源側液配管、１４ａ、１４ｂは負荷側液配管、１５ａ、１５ｂは吸入配管である。
【００３１】
この発明の空気調和装置において、１つの共通熱交換器を共有する複数の冷媒回路のうち、ある冷媒回路の冷房能力増大方法について説明する。
この場合、冷房能力を増大させるある冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、熱源側膨張機構ではほとんど膨張されずに高圧液状態となり共通熱交換器へ流通し、その後、負荷側膨張機構で膨張されて低圧２相となり負荷側熱交換器へと流通する。
【００３２】
一方、余剰能力のある他の冷媒回路群において、共通熱交換器を流通する冷媒は、熱源側膨張機構で膨張されて低圧２相状態となり共通熱交換器へ流通し、その後負荷側膨張機構ではほとんど膨張されないで負荷側熱交換器へと流通し、また膨張機構はこのように制御され、さらに前述の膨張機構制御と、１つの或いはそれ以上の圧縮機及び冷媒ポンプの運転容量の調整により、ある回路の高圧液側から他の回路群の低圧２相側へ熱を移動させてある回路の高圧液の過冷却度を増大させて冷房能力を増大する。
【００３３】
次に、冷房運転中のある冷媒回路の冷房能力を増大させる場合の動作を図２の冷媒回路図によって説明する。
冷媒回路１は要求運転負荷が高い等、冷房能力をさらに増大し、冷媒回路２は要求運転負荷が低い等、余剰能力がある場合を想定する。
この運転時には、熱源側熱交換器３ａ、３ｂは凝縮器として、負荷側熱交換器５ａ、５ｂは蒸発器として動作し、四方弁２ａ、２ｂは冷房モードとして制御される。
熱源側膨張機構４ａは冷媒をほとんど膨張させないようにして、熱源側膨張機構４ｂは熱源側熱交換器３ｂの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ｂの出口過熱温度が目標値になるように調整され、負荷側膨張機構６ａは熱源側熱交換器３ａの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａの出口過熱温度が目標値になるようにして、負荷側膨張機構６ｂは冷媒をほとんど膨張させないように調整される。
【００３４】
次に冷媒の流れについて図２に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、熱源側ガス配管１１ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、熱源側液配管１３ａを介して熱源側膨張機構４ａを流通するが、ここではほとんど減圧されずに高圧の液状態のまま共通熱交換器７へ流入し、ここで冷媒回路２側の低温低圧冷媒と熱交換されて、高圧の液温度は低下する。その後、負荷側膨張機構６ａで減圧され、負荷側液配管１４ａを介して負荷側熱交換器５ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した冷媒は負荷側ガス配管１２ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。
【００３５】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、熱源側ガス配管１１ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、熱源側液配管１３ｂを介して熱源側膨張機構４ｂで減圧されて共通熱交換器７へ流入する。ここで冷媒回路１側の高圧液冷媒と熱交換されて、加熱され一部ガス化する。その後負荷側膨張機構６ｂを流通するが、ここではほとんど減圧されずに負荷側液配管１４ｂを介して負荷側熱交換器５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は負荷側ガス配管１２ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００３６】
この発明の空気調和装置において、１つの共通熱交換器を共有する複数の冷媒回路のうち、ある冷媒回路の暖房能力増大方法について説明する。
この場合、暖房能力を増大させるある冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、負荷側膨張機構で膨張されて減圧され低圧２相状態となり共通熱交換器へ流通し、ここで他回路を流通する高圧冷媒と熱交換し、蒸発してガス化する。その後、熱源側膨張機構ではほとんど膨張されずに熱源側熱交換器へと流通し、ここでは低圧冷媒の状態により熱源側熱交換器での蒸発作用を調整する。
【００３７】
一方、余剰能力のある他の冷媒回路群において、共通熱交換器を流通する冷媒は、負荷側膨張機構でほとんど膨張されずに負荷状況によって高圧ガス、２相或いは液状態となり共通熱交換器へ流通し、ここで前述した冷媒回路を流通する低圧２相冷媒と熱交換し、凝縮されて高圧液となる。その後熱源側膨張機構で膨張されて減圧され熱源側熱交換器へと流通する。
【００３８】
さらに前述の膨張機構制御と、１つの或いはそれ以上の圧縮機及び冷媒ポンプの運転容量の調整により、他の回路群の高圧冷媒側からある回路の低圧２相側へ熱を移動させてある回路の低圧を高くして、圧縮機吸込み密度の増大、ならびに圧縮機運転効率の向上により、冷媒循環量を増加させることで暖房能力を増大する。
【００３９】
次に、暖房運転中のある冷媒回路の暖房能力を増大させる場合の動作を図３に基づいて説明する。冷媒回路１は要求運転負荷が高い等、暖房能力をさらに増大し、冷媒回路２は要求運転負荷が低い等、余剰能力がある場合を想定する。
この運転時には、熱源側熱交換器３ａ、３ｂは蒸発器として、負荷側熱交換器５ａ、５ｂは凝縮器として動作し、四方弁２ａ、２ｂは暖房モードとして制御され、熱源側膨張機構４ａは冷媒をほとんど膨張させないようにして、熱源側膨張機構４ｂは熱源側熱交換器３ｂの出口過熱温度、或いは負荷側熱交換器５ｂの出口過冷却温度が目標値になるように調整され、負荷側膨張機構６ａは熱源側熱交換器３ａの出口過熱温度、或いは負荷側熱交換器５ａの出口過冷却温度が目標値になるようにして、負荷側膨張機構６ｂは冷媒をほとんど膨張させないように調整される。
【００４０】
次に冷媒の流れについて図３に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、負荷側ガス配管１２ａを介して負荷側熱交換器３ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。
液化した冷媒は途中、負荷側液配管１４ａを介して負荷側膨張機構６ａで減圧されて共通熱交換器７へ流入し、ここで冷媒回路２側の高温高圧冷媒と熱交換されて、加熱されて一部蒸発する。
その後、熱源側膨張機構４ａではほとんど減圧されずに熱源側液配管１３ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。
【００４１】
尚、共通熱交換器７において冷媒回路２側の高温高圧冷媒との熱交換による加熱量が多く、蒸発されて過熱ガスになった場合は、その後、熱源側膨張機構４ａではほとんど減圧されずに熱源側液配管１３ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入するが、３ａのファンを停止させて、できるかぎり熱源側の周辺空気と熱交換させないようにした後、熱源側ガス配管１１ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻るように制御する。
【００４２】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、負荷側ガス配管１２ｂを介して負荷側熱交換器５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷された後、負荷側液配管１４ｂを介して負荷側膨張機構６ｂを流通するが、ここではほとんど減圧されずに共通熱交換器７へ流入する。ここで冷媒回路１側の低圧冷媒と熱交換されて、冷されて高圧液となる。
【００４３】
その後熱源側膨張機構４ｂで減圧され、熱源側液配管１３ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００４４】
次に、本発明の空気調和装置において、１つの共通熱交換器を共有する複数の冷媒回路のうち、ある冷媒回路の熱源側熱交換器を暖房運転継続したまま除霜する方法について説明する。
この場合、除霜する熱源側熱交換器を備えるある回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、負荷側膨張機構で膨張されて低圧２相状態となり共通熱交換器へ流通し、その後、熱源側膨張機構でほとんど膨張されないまま熱源側熱交換器へと流通する。
【００４５】
一方、余剰能力のある他の回路群において、共通熱交換器を流通する冷媒は、負荷側膨張機構でほとんど膨張されずに高圧液、ガス及び２相状態となり共通熱交換器へ流通し、その後熱源側膨張機構で膨張されて低圧２相となり熱源側熱交換器へと流通する。
【００４６】
さらに前述の膨張機構制御と、１つの或いはそれ以上の圧縮機及び冷媒ポンプの運転容量の調整により、ある回路の低圧２相側へ他の回路群の高圧液、ガス及び２相側の熱を移動させることで、ある回路の共通熱交換器出口での冷媒状態を過熱度の大きい低圧ガスにした後、熱源側熱交換器へ流通させ、そこで凝縮させることで熱源側熱交換器を除霜する。
【００４７】
次に、暖房運転中のある冷媒回路が、暖房運転を継続しながら熱源側熱交換器を除霜する時の動作を図４に基づいて説明する。
冷媒回路１は除霜を所望する熱源側熱交換器を所有しており、冷媒回路２は暖房運転中で要求運転負荷が低い等、余剰能力がある場合を想定する。
この運転時の動作は、前述したある回路の暖房能力を他回路の余剰能力を使用して増大する場合と同一なので詳細な動作説明は省略する。
【００４８】
次に冷媒の流れについて図４に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、負荷側ガス配管１２ａを介して負荷側熱交換器５ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、負荷側液配管１４ａを介して負荷側膨張機構６ａで減圧されて共通熱交換器７へ流入し、ここで冷媒回路２側の高温高圧冷媒と熱交換される。
【００４９】
この時、暖房能力増大運転の時よりもさらに多い熱交換量で加熱されて蒸発し、過熱度が大きい低圧ガスとなった後、熱源側膨張機構４ａではほとんど減圧されずに熱源側液配管１３ａを介して除霜を所望する熱源側熱交換器３ａへ流入する。ここで熱源側熱交換器３ａのファンは停止しており、過熱度が大きい低圧ガス冷媒は熱源側熱交換器３ａの管やフィンと熱交換されて冷却され一部液化する。一部液化した低圧のガス冷媒は熱源側ガス配管１１ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。
【００５０】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、負荷側ガス配管１２ｂを介して負荷側熱交換器５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷された後、負荷側液配管１４ｂを介して負荷側膨張機構６ｂを流通するが、ここではほとんど減圧されずに共通熱交換器７へ流入する。ここで冷媒回路１側の低圧冷媒と熱交換されて、冷されて高圧液となる。
【００５１】
その後熱源側膨張機構４ｂで減圧され、熱源側液配管１３ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００５２】
次に、冷房運転、暖房運転が混在している場合、冷房運転している冷媒回路の冷房能力を増大する時の動作を図５に基づいて説明する。
冷媒回路１は冷房運転していて、要求運転負荷が高い等、冷房能力をさらに増大し、冷媒回路２は暖房運転していて要求運転負荷が低い等、余剰能力がある場合を想定する。
この運転時には、熱源側熱交換器３ａ、負荷側熱交換器５ｂは凝縮器として、負荷側熱交換器５ａ、熱源側熱交換器３ｂは蒸発器として動作し、四方弁２ａは冷房モード、四方弁２ｂは暖房モードとして制御され、熱源側膨張機構４ａ、４ｂは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ａは熱源側熱交換器３ａの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａの出口過熱温度が目標値になるように調整され、負荷側膨張機構６ｂは熱源側熱交換器３ｂの出口過熱温度、或いは負荷側熱交換器５ｂの出口過冷却温度が目標値になるように調整される。
【００５３】
次に冷媒の流れについて図５に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、熱源側ガス配管１１ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、熱源側液配管１３ａを介して熱源側膨張機構４ａを流通するが、ここではほとんど減圧されずに高圧の液状態のまま共通熱交換器７へ流入し、ここで冷媒回路２側の低温低圧冷媒と熱交換されて、高圧の液温度は低下する。
【００５４】
その後、負荷側膨張機構６ａで減圧され、負荷側液配管１４ａを介して負荷側熱交換器５ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した冷媒は負荷側ガス配管１２ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。
【００５５】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、負荷側ガス配管１２ｂを介して負荷側熱交換器５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷された後、負荷側液配管１４ｂを介して負荷側膨張機構６ｂで減圧されて共通熱交換器７へ流入する。ここで冷媒回路１側の高圧の液冷媒と熱交換されて、加熱されて一部ガス化し、その後熱源側膨張機構４ｂを流通するがここではほとんど減圧されずに、熱源側液配管１３ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００５６】
次に、冷房運転、暖房運転が混在している場合、暖房運転している冷媒回路の暖房能力を増大する時の動作を図６に基づいて説明する。
冷媒回路１は暖房運転していて、要求運転負荷が高い等、暖房能力をさらに増大し、冷媒回路２は冷房運転していて要求運転負荷が低い等、余剰能力がある場合を想定する。
この運転時には、熱源側熱交換器３ａ、負荷側熱交換器５ｂは蒸発器として、負荷側熱交換器５ａ、熱源側熱交換器３ｂは凝縮器として動作し、四方弁２ａは暖房モード、四方弁２ｂは冷房モードとして制御され、熱源側膨張機構４ａ、４ｂは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ａは負荷側熱交換器５ａの出口過冷却温度、或いは熱源側熱交換器３ａの出口過熱温度が目標値になるように調整され、負荷側膨張機構６ｂは負荷側熱交換器５ｂの出口過熱温度、或いは熱源側熱交換器３ｂの出口過冷却温度が目標値になるように調整される。
【００５７】
次に冷媒の流れについて図６に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、負荷側ガス配管１２ａを介して負荷側熱交換器５ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、負荷側液配管１４ａを介して負荷側膨張機構６ａで減圧されて共通熱交換器７へ流入し、ここで冷媒回路２側の高温高圧冷媒と熱交換されて、加熱されて一部蒸発する。
【００５８】
その後、熱源側膨張機構４ａではほとんど減圧されずに熱源側液配管１３ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。尚、共通熱交換器７において冷媒回路２側の高温高圧冷媒との熱交換による加熱量が多く、蒸発されて加熱ガスになった冷媒は、その後、熱源側膨張機構４ａではほとんど減圧されずに熱源側液配管１３ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入するが、３ａのファンを停止させて、できるかぎり熱源側の周辺空気と熱交換させないようにした後、熱源側ガス配管１１ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻させるように制御する。
【００５９】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、熱源側ガス配管１１ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、熱源側液配管１３ｂを介して熱源側膨張機構４ｂを流通するがここでは減圧されずに共通熱交換器７へ流入する。ここで冷媒回路１側の低圧冷媒と熱交換されて、冷却され液温度が低下する。その後負荷側膨張機構６ｂで減圧されて負荷側液配管１４ｂを介して負荷側熱交換器５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は負荷側ガス配管１２ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００６０】
次に、この発明の空気調和装置において、１つの共通熱交換器を共有する複数の冷媒回路のうち、共通熱交換器を介してある回路から別の回路へ熱移動を行う場合と行わない場合の運転方法について説明する。
熱移動を行わない場合、全回路において、例えば、共通熱交換器の両端に接続する膨張機構の絞り具合をほぼ同一にする等の調整を行って、共通熱交換器を流通する各回路ごとの冷媒間に温度差をつけないようにする。
一方、例えば、熱移動を行う場合は、熱移動によって能力を増大する回路の膨張機構の絞り具合を余剰能力のある他の回路群の膨張機構の絞り具合と異なるようにする等の調整を行って、共通熱交換器を流通する冷媒において、熱移動されて能力を増加する回路の冷媒と熱を供給する他の回路群の冷媒の温度差をつけて熱移動しやすいようにし、さらに１つ或いはそれ以上の圧縮機及び冷媒ポンプの運転容量を調整し、共通熱交換器内を流通する冷媒流量を調整して熱移動の量を制御する。
【００６１】
なお、この実施形態において、図７に示すように吐出配管１０ａ、１０ｂの途中に油分離器２１ａ、２１ｂを設置したり、図８に示すように吸入配管１５ａ、１５ｂの途中に液分離器２２ａ、２２ｂを設置しても基本動作及び冷媒の流れ方は、油分離器や液分離器が無い場合と同一である。
【００６２】
以上のようにこの実施形態１では、両端に膨張機構を備える１つの共通熱交換器を複数の冷媒回路で共有することで、複数の冷媒回路間での熱移動を可能にし、冷房運転、暖房運転ともに要求運転負荷に対して最大能力が不足している冷媒回路に対して、余剰能力のある複数の冷媒回路群から能力を補填することを可能にしている。
【００６３】
また、熱移動量の調整は、各冷媒回路に備えられている熱源側膨張機構と負荷側膨張機構の制御により共通熱交換器で熱交換される高圧冷媒と低圧冷媒の温度差が調整され、また余剰能力がある複数の冷媒回路群の圧縮機容量を調整することで、回路を循環する冷媒量を調整し、冷媒回路間を移動させる熱量を制御する空気調和装置の提供が可能である。
【００６４】
実施形態１をビル等に適用する場合の例を図９に示す。Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２室は、あるビルの１フロアーにある部屋である。それぞれの部屋に室内機が設置され、Ｘ１、Ｘ２室室内機は室外機Ａに接続され１つの冷媒回路を形成し、Ｙ１、Ｙ２室室内機は室外機Ｂに接続され１つの冷媒回路を形成する。それぞれの冷媒回路は共通熱交換器を介して互いに不足能力を補填する。
【００６５】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態の他の例を示す図で、冷媒回路図である。
図１の実施の形態１の冷媒回路に三方弁８ａ、８ｂ、負荷側バイパス管１６ａ、１６ｂを追加したものである。
【００６６】
図１０において、三方弁８ａ、８ｂ、負荷側バイパス管１６ａ、１６ｂは、１つの冷媒回路において全負荷側熱交換器を使用せず、かつ他の冷媒回路の能力増加のために共通熱交換器を介して熱を供給する場合に、負荷側熱交換器に冷媒を流通する代わりにバイパス管を流通させるものである。
【００６７】
この実施形態では、バイパス管に冷媒を流通させる場合は、共通熱交換器が冷媒回路中において主たる凝縮器及び蒸発器として作用する。
【００６８】
この実施形態では、負荷側熱交換器群に冷媒を流通させないためのバイパス管と三方弁を備えることで、負荷側の運転要求が無い冷媒回路が他の冷媒回路の能力補填等のために運転する場合、停止負荷熱交換器に冷媒を流通させないことで、停止負荷熱交換器への冷媒流通による騒音問題を解消する空気調和装置の提供が可能である。尚、本バイパスを使用せずに、停止負荷熱交換器のファンを停止して、冷媒を流通させたとしても、多少の熱損失はあるが、同一の効果は得られる。
【００６９】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態の他の例を示す図で、冷媒回路図である。
実施の形態１の共通熱交換器に余剰冷媒を貯蔵する液貯め部を設けたものである。２３は液溜め容器、２３ａ、２３ｂは各冷媒回路の液溜め部である。
【００７０】
液溜め容器２３を用いることで、各回路の余剰冷媒をここに貯蔵することができるため、各冷媒回路中の液溜め用容器を撤去して、コストダウンを可能にする空気調和装置の提供を可能にする。尚、この実施形態における熱移動方法、及び冷媒の流れ方は実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００７１】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態の他の例を示す図で、冷媒回路図である。
実施の形態１の共通熱交換器に設けられた、蓄熱・蓄冷を行うための媒体が充填された蓄熱容器２４を追加したものである。
【００７２】
蓄熱容器２４を追加することで、各回路が深夜電力等安価な電力を使用して氷を生成し、昼間の冷房運転需要の多いときにこれを使用して能力を補填することが可能である。同時に実施の形態１で説明した能力不足回路への他回路からの能力補填が可能であることは言うまでもない。
【００７３】
冷媒の流れ方及び共通熱交換器での基本的な熱移動方法は実施の形態１と同一である。ここでは蓄冷媒体に水を使用し、深夜電力で氷を生成し、昼間にその氷を使用して冷房運転する例を図１３に基づいて説明する。
【００７４】
冷媒回路１、冷媒回路２とも夜間等、電気代が安くかつ冷房運転負荷が小さい場合は、共通熱交換器７を蒸発器、熱源側熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器、負荷側熱交換器は冷房運転要求のある熱交換器だけを蒸発器として動作し、四方弁２ａ、２ｂは冷房モードとして制御され、熱源側膨張機構４ａ、４ｂは熱源側熱交換器３ａ、３ｂの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａ、５ｂか共通熱交換器７を流通する冷媒温度が目標値になるように調整され、負荷側膨張機構６ａ、６ｂはほとんど膨張されないように調整され、各回路の運転容量は蓄熱容器２４で生成する氷量に基づいて調整される。
【００７５】
次に冷媒の流れ方を図１３に基づいて示す。
冷媒回路１、冷媒回路２において、圧縮機１ａ、１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、１０ｂ、四方弁２ａ、２ｂ熱源側ガス配管１２ａ、１２ｂを介して熱源側熱交換器３ａ、３ｂへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、熱源側液配管を介して熱源側膨張機構４ａ、４ｂを流通し、ここで減圧されて低圧２相のまま共通熱交換器７へ流入し、ここで蓄熱容器２４に滞留している水と熱交換して、水を氷にする。
【００７６】
その後、負荷側膨張機構６ａ、６ｂではほとんど減圧されずに、負荷側液配管１４ａ、１４ｂを介して負荷側熱交換器５ａ、５ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した低圧冷媒は負荷側ガス配管１２ａ、１２ｂ、四方弁２ａ、２ｂ、吸入配管１５ａ、１５ｂを介して圧縮機１ａ、１ｂに戻る。
【００７７】
一方、昼間でかつ冷媒回路１、冷媒回路２とも冷房運転負荷が大きい場合は、氷状態になっている蓄熱容器２４を通る共通熱交換器７を過冷却器、熱源側熱交換器３ａ、３ｂを凝縮器、負荷側熱交換器５ａ、５ｂは蒸発器として動作し、四方弁２ａ、２ｂは冷房モードとして制御され、負荷側膨張機構６ａ、６ｂは熱源側熱交換器３ａ、３ｂの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａ、５ｂか共通熱交換器７を流通する冷媒温度が目標値になるように調整され、熱源側膨張機構４ａ、４ｂはほとんど膨張されないように調整され、各回路の運転容量は負荷側が要求する能力に基づいて調整される。
【００７８】
以上のように、この実施形態４では、実施形態１の回路に蓄熱容器を追加したことで、例えば深夜電力を使用して氷を生成し、昼間の冷房需要が多いときに冷房能力の補填を行うことで能力不足を防いだり、運転にかかる電気代を削減する等、蓄熱・蓄冷によって能力不足時の能力充填を実現する空気調和装置の提供を可能にする。
【００７９】
実施形態４をビル等に適用する場合の例を図１４に示す。Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２室は、あるビルの１フロアーにある部屋である。それぞれの部屋に室内機が設置され、Ｘ１、Ｘ２室室内機は室外機Ａに接続され１つの冷媒回路を形成し、Ｙ１、Ｙ２室室内機は室外機Ｂに接続され１つの冷媒回路を形成する。それぞれの冷媒回路は深夜電力等安価な電気を使用して蓄熱容器に氷を作成し、昼間に氷を使用した冷房運転をする一方、共通熱交換器を介して互いに不足能力を補填する運転も行う。
【００８０】
実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態の他の例を示す冷媒回路図である。
実施の形態１の冷媒回路の共通熱交換器７が７−１、７−２とに分割され、それぞれが別々の回路と共有されているものである。
【００８１】
この実施形態における熱移動方法、及び冷媒の流れ方は実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００８２】
この実施形態では、１つの冷媒回路が複数の共通熱交換器を備え、各共通熱交換器が別々の冷媒回路と熱移動を行うことで、複数冷媒回路を経由して熱移動を行うことができ、熱のカスケード利用によるシステム全体の効率的な熱の使用を可能な空気調和装置の提供が可能である。
【００８３】
実施の形態６．
図１６はこの発明の実施の形態の他の例を示す図で、冷媒回路図である。
実施の形態５の冷媒回路の共通熱交換器の間にカスケード用膨張機構９ｃが備えられているものである。
【００８４】
次に、両端に膨張機構を接続する共通熱交換器を複数個備えるある回路が、他の低温冷凍用回路と空調用回路の暖房能力を増大する時の動作例を図１７に基づいて説明する。
冷媒回路１は低温の冷凍用回路で冷房能力の増大を要求し、冷媒回路２は空調用回路で暖房能力の増大を要求し、冷媒回路３は負荷側で暖房運転をする一方、冷媒回路１、２の能力増加を補填している場合を想定する。
【００８５】
冷媒回路１では熱源側熱交換器３ａは凝縮器として、負荷側熱交換器５ａは蒸発器として動作し、四方弁２ａは冷房モードとして制御され、熱源側膨張機構４ａは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ａは熱源側熱交換器３ａの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａの出口過熱温度が目標値になるように膨張され調整される。
【００８６】
冷媒回路２では熱源側熱交換器３ｂを蒸発器として、また負荷側熱交換器５ｂは凝縮器として動作し、四方弁２ｂは暖房モードとして制御され、負荷側膨張機構６ｂは冷媒を膨張させて、負荷側熱交換器５ｂの出口過冷却温度、或いは熱源側熱交換器３ｂの出口過熱温度が目標値になるように膨張して調整され、熱源側膨張機構４ｂはほとんど膨張しないように調整される。
【００８７】
冷媒回路３では負荷側熱交換器５ｃを凝縮器として、熱源側熱交換器３ｃを蒸発器として動作し、四方弁２ｃを暖房モードとした場合、熱源側膨張機構４ｃ及び負荷側膨張機構６ｃは冷媒をほとんど膨張させないで、またカスケード用膨張機構９ｃは負荷側熱交換器５ｃの出口過冷却温度、或いは熱源側熱交換器３ｃの出口過熱温度が目標値になるように調整される。
【００８８】
次に冷媒の流れについて図１７に基づいて説明する。
冷媒回路１において、圧縮機１ａから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ａ、四方弁２ａ、熱源側ガス配管１１ａを介して熱源側熱交換器３ａへ流入するが、熱交換器用ファンを停止させるため、ほとんど熱交換されずに高圧ガス或いは２相状態で熱源側液配管を介して熱源側膨張機構４ａを流通するが、ここではほとんど減圧されずに高圧ガス或いは２相状態のまま共通熱交換器７−１へ流入する。ここで冷媒回路３側の共通熱交換器７−１を流通する低圧２相冷媒と熱交換されて凝縮し、高圧液となる。
【００８９】
その後、負荷側膨張機構６ａで減圧され、負荷側液配管１４ａを介して負荷側熱交換器５ａへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて加熱されガス化する。ガス化した冷媒は負荷側ガス配管１２ａ、四方弁２ａ、吸入配管１５ａを介して圧縮機１ａに戻る。
【００９０】
一方、冷媒回路２において、圧縮機１ｂから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｂ、四方弁２ｂ、負荷側ガス配管１２ｂを介して負荷側熱交換器３ｂへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷され液化する。液化した冷媒は途中、負荷側液配管１４ｂを介して負荷側膨張機構６ｂで減圧されて低圧２相状態になり共通熱交換器７−２へ流入する。ここで冷媒回路３の共通熱交換器７−２を流通する高圧液冷媒と熱交換されて蒸発し一部ガス化する。
【００９１】
その後熱源側膨張機構４ｂを流通するが、ここではほとんど減圧されずに負荷側液配管１３ｂを介して熱源側熱交換器３ｂへ流入する。ここでは低圧冷媒状態に応じてファン風量を調整して蒸発作用を制御してガス化する。ガス化した低圧冷媒は熱源側ガス配管１１ｂ、四方弁２ｂ、吸入配管１５ｂを介して圧縮機１ｂに戻る。
【００９２】
一方、冷媒回路３において、圧縮機１ｃから吐出された高温高圧のガス冷媒は、吐出配管１０ｃ、四方弁２ｃ、負荷側ガス配管１２ｃを介して負荷側熱交換器５ｃへ流入し、ここで負荷側の周辺空気と熱交換されて冷された後、負荷側液配管１４ｃを介して負荷側膨張機構６ｃを流通するが、ここではほとんど減圧されずに高圧２相状態で共通熱交換器７−２へ流入する。ここで冷媒回路２側の低圧２相冷媒と熱交換されて、冷されて高圧液となる。
【００９３】
その後カスケード用膨張機構９ｃで減圧されて低圧２相状態になり共通熱交換器７−１へ流入する。ここで冷媒回路２側の高圧液冷媒と熱交換されて、一部ガス化する。その後、熱源側膨張機構４ｃへ流通するがここではほとんど減圧されずに、熱源側液配管１３ｃを介して熱源側熱交換器３ｃへ流入し、ここで熱源側の周辺空気と熱交換されてガス化する。ガス化した冷媒は熱源側ガス配管１１ｃ、四方弁２ｃ、吸入配管１５ｃを介して圧縮機１ｃに戻る。
【００９４】
このように負荷が小さくかつ複数の共通熱交換器を備える冷媒回路は、他の回路の冷房運転や暖房運転の能力を補填することができる。
【００９５】
同様に複数の共通熱交換器を備える回路が他の低温の冷凍用回路と空調用回路の冷房能力を増大することも可能である。以下、図１８に基づいて説明する。
【００９６】
冷媒回路１は低温の冷凍用回路で冷房能力の増大を要求し、冷媒回路２は空調用回路で冷房能力の増大を要求し、冷媒回路３は負荷側で暖房運転をする一方、冷媒回路１、２の能力増加を補填している場合を想定する。
冷房及び暖房運転動作の詳細説明は省略し、ここではポイントだけ説明する。冷媒回路１では熱源側膨張機構４ａは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ａは熱源側熱交換器３ａの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ａの出口過熱温度が目標値になるように調整され、また熱源側熱交換器３ａにおける外気との熱交換量を最小限に抑えた場合は共通熱交換器内７−１を流通する冷媒は高圧ガス、或いは２相状態になり、また熱源側熱交換器３ａにおける外気との熱交換量が多い場合は共通熱交換器７−１内を流通する冷媒は高圧２相、或いは液状態になるように調整される。
【００９７】
共通熱交換器７−１では冷媒回路３の共通熱交換器７−１を流通する低圧２相冷媒と熱交換して、冷媒回路１の共通熱交換器７−１を流通する冷媒が冷され液化する。一方、冷媒回路３の共通熱交換器７−１を流通する冷媒の温度が低いため冷媒回路１の凝縮温度が低くなり、結果、低温の蒸発温度生成が可能であり、冷凍機器に対応する冷媒回路を回路群に加えることが可能になる。
【００９８】
冷媒回路２では熱源側膨張機構４ｂは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ｂは熱源側熱交換器３ｂの出口過冷却温度、或いは負荷側熱交換器５ｂの出口過熱温度が目標値になるように調整される。共通熱交換器７−２に流通する冷媒は高圧液状態であり、冷媒回路３の共通熱交換器７−２に流通する低圧２相の冷媒と熱交換を行い過冷却度が増加して冷房能力が増加する。
【００９９】
冷媒回路３では熱源側膨張機構４ｃ、カスケード用膨張機構９ｃでは冷媒をほとんど膨張させないようにして、負荷側膨張機構６ｃは負荷側熱交換器５ｃの出口過冷却温度、或いは熱源側熱交換器３ｃの出口過熱温度が目標値になるように調整され、共通熱交換器７−１、７−２内のパス７ｃａ、７ｃｂを流通する冷媒は低圧２相状態になるように調整され、それぞれ冷媒回路１の高圧のガス、２相或いは液冷媒、冷媒回路２の高圧液冷媒と熱交換されて暖められてガスになる。尚、冷媒の流れ方についての説明は省略する。
【０１００】
この実施形態では、両端に膨張機構を接続した共通熱交換器を複数個備える回路において、冷媒流れの一番上流側に位置する共通熱交換器内圧力が最も高く、一番下流側に位置する共通熱交換器内圧力が最も低くなり、その間に位置する複数の共通熱交換器内圧力は流れ順に順次少しずつ低下した値を示す。圧力の高い共通熱交換器では他の冷媒回路に熱を供給することで他の冷媒回路の主に暖房能力を増加させたり、本回路の主に冷房能力を増大したり等を可能にする一方、圧力の低い共通熱交換器では、他の冷媒回路から熱を回収して本回路の蒸発能力を補填し、主に暖房能力を増大したり、他の冷媒回路から熱を回収して主に冷房能力を増大したり等を可能にし、さらにそれぞれの共通熱交換器が、目的や所望負荷量に応じて、別々の複数の冷媒回路間で熱移動を行うことで、熱のカスケード利用による効率化、及びシステム全体としての負荷平準化を図ることが可能になる。
【０１０１】
例えば、本システムを冷凍機器を備えた店舗に設置した例を図１９に示す。Ｘ室には空気調和装置１，２，３、Ｙ室には空気調和装置４、５が設置され、またＸ室には冷凍食品などを保存するショーケース６，７，８が設置されている。
室内機１，２，３は室外機Ａに、室内機４、５は室外機Ｂに、ショーケース６，７，８は室外機Ｃに接続され各々冷媒回路を形成する。各回路は共通熱交換器を備え、共通熱交換器を介して他回路の能力補填を行う。
【０１０２】
実施の形態７．
図２０はこの発明の実施の形態の他の例を示す図で、冷媒回路図である。
実施の形態１の冷媒回路において、熱源側膨張機構３ａと負荷側熱交換器５ａの間に備えられた共通熱交換器７−１ａに平行して、例えば蓄熱容器２４に囲まれた共通熱交換器７−１ｂを備えたものである。
【０１０３】
この場合、蓄熱容器２４に生成された氷を使用する場合と、各回路で能力を補填する場合とで、使用する共通熱交換器を使い分けることで、より効率のよい運転が可能となる。尚、動作方法、及び冷媒の流れ方は既に他の実施の形態で説明したものと重複するため省略する。
【０１０４】
【発明の効果】
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機または冷媒ポンプと、四方弁または冷暖切換弁と、熱源側熱交換器と、熱源側膨張機構と、負荷側膨張機構と、負荷側熱交換器と、前記四方弁または冷暖切換弁と前記圧縮機とを環状に接続して構成される複数の冷媒回路と、この冷媒回路の熱源側膨張機構と負荷側膨張機構との間に接続され、冷媒回路によって共有されると共に、各冷媒回路間で熱移動を行わない場合でも冷媒が流通する共通熱交換器とを備えた構成にしたので、共通熱交換器用に切換弁や膨張機構を備えたバイパス回路を設置せずに回路及び制御の簡素化が図れ、複数の冷媒回路間において余剰能力のある回路から能力不足回路へ必要な熱の授受を共通熱交換器を介して行い、能力不足回路の能力補填を可能とすることで、システム全体の熱負荷の平準化と熱のカスケード利用によるシステム全体の効率的な熱の利用を可能にする。
【０１０５】
また、負荷側熱交換器に冷媒を流通させないためのバイパス管と、三方弁とを備えたので、停止負荷熱交換器への冷媒流通による騒音問題を解消する。
【０１０６】
また、共通熱交換器に余剰冷媒を貯蔵する液貯め部を設けたので、各冷媒回路中の液溜め用容器を撤去して、コストダウンを可能にする。
【０１０７】
また、共通熱交換器に蓄熱・蓄冷を行うための媒体が充填された蓄熱容器を設けたので、各回路が深夜電力等安価な電力を使用して蓄熱・蓄冷を可能とし、昼間の暖房・冷房運転需要の多いときにこれを使用して能力を補填することが可能である。
【０１０８】
また、少なくとも１つの冷媒回路においては、共通熱交換器が直列に複数接続され、該複数の共通熱交換器はそれぞれ別々かつ任意の複数の他の冷媒回路に共有されるので、各共通熱交換器が別々の冷媒回路と熱移動を行うことで、複数冷媒回路をはさんで熱移動を行うことができ、熱のカスケード利用によるシステム全体の効率的な熱の使用を可能とする空気調和装置の提供が可能である。。
【０１０９】
また、複数の共通熱交換器の両端に膨張機構が接続されるように、各共通熱交換器の間に、カスケード用膨張機構が配設された構成にしたので、それぞれの共通熱交換器が、目的や所望負荷量に応じて、別々の複数の冷媒回路間で熱移動を行うことで、熱のカスケード利用による効率化、及びシステム全体としての負荷平準化を図ることが可能になる。。
【０１１０】
また、複数の冷媒回路は、空気調和装置、冷凍用装置、冷蔵用装置等に使用されるものを含む構成にしたので、共通熱交換器を共有する各冷媒回路は空気調和や冷凍等、目的が異なる複数の回路間で熱の授受を行うことも可能である。
【０１１１】
この発明に係る空気調和装置の運転方法は、複数冷媒回路中、冷房運転しているある冷媒回路の冷房能力をさらに大きくする場合、ある冷媒回路においては、高圧状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、低圧二相状態で前記共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御することにより、ある冷媒回路の冷房能力をさらに大きくすることができる。
【０１１２】
また、複数冷媒回路中、暖房運転しているある冷媒回路の暖房能力をさらに大きくする場合、ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御することにより、ある冷媒回路の暖房能力をさらに大きくすることができる。
【０１１３】
また、複数冷媒回路中、暖房運転している暖房運転を継続しながらある冷媒回路の熱源側熱交換器を除霜する場合、ある冷媒回路においては、低圧二相状態で冷媒を前記共通熱交換器に流通させ、余剰能力のある他の冷媒回路において、共通熱交換器を流通する冷媒は、高圧状態で前記共通熱交換器へ流通させ、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量の調整して共通熱交換器での熱移動を制御することにより、暖房運転しているある冷媒回路の熱源側熱交換器を除霜することができる。
【０１１４】
また、冷媒回路間で熱移動を行わない場合は、冷媒回路の全てにおいて、共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合をほぼ同一にする調整を行って共通熱交換器内を流通する冷媒間の温度差を無くし、冷媒回路間で熱移動を行う場合は、熱移動によって能力を増大する冷媒回路の共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合を余剰能力のある他の冷媒回路の共通熱交換器の両端に接続している膨張機構の絞り具合と異なるようにする調整を行って共通熱交換器内を流通する冷媒間の温度差を確保することで熱移動を行い、圧縮機又は冷媒ポンプの運転容量を調整することにより、冷媒回路間での熱移動量を調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す冷媒回路図である。
【図２】実施の形態１の一回路の冷房能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図３】実施の形態１の一回路の暖房能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図４】実施の形態１の一回路の暖房運転を継続しながら熱源側熱交換器の除霜時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図５】実施の形態１の冷房・暖房運転混在時に一回路の冷房能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図６】実施の形態１の冷房・暖房運転混在時に一回路の暖房能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図７】実施の形態１の冷媒回路図に油分離器を設置した場合の冷媒回路図である。
【図８】実施の形態１の冷媒回路図に液分離器を設置した場合の冷媒回路図である。
【図９】実施の形態１の冷媒回路をビルなどに設置した場合の一例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２を示す冷媒回路図である。
【図１１】この発明の実施の形態３を示す冷媒回路図である
【図１２】この発明の実施の形態４を示す冷媒回路図である
【図１３】実施の形態４の各冷媒回路が共通熱交換器を使用して蓄熱容器に氷を生成する場合の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図１４】実施の形態４の冷媒回路をビルなどに設置した場合の一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態５を示す冷媒回路図である。
【図１６】この発明の実施の形態６を示す冷媒回路図である。
【図１７】実施の形態６の空気調和装置の暖房運転と冷凍機器の能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図１８】実施の形態６の空気調和装置の冷房運転と冷凍機器の能力増加時の冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図１９】実施の形態６の冷媒回路を店舗などに設置した場合の一例を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態７を示す冷媒回路図である。
【図２１】従来の空気調和装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ  熱源側ユニット、Ｘ，Ｙ  負荷側ユニット、Ｕ  熱移動ユニット、１ａ，１ｂ，１ｃ  圧縮機及び加圧ポンプ、２ａ，２ｂ，２ｃ  四方弁及び冷暖切換弁、３ａ，３ｂ，３ｃ  熱源側熱交換器、４ａ，４ｂ，４ｃ  熱源側膨張機構、５ａ，５ｂ，５ｃ  負荷側熱交換器、６ａ，６ｂ，６ｃ  負荷側膨張機構、７，７−１，７−２，７−１ａ，７−１ｂ  共通熱交換器、７ａ，７ｂ，７ｃａ，７ｃｂ  共通熱交換器パス、８ａ，８ｂ  三方弁、９ｃ  カスケード用膨張機構、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  吐出配管、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  熱源側ガス配管、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  負荷側ガス配管、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  熱源側液配管、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  負荷側液配管、１５ａ，１１５ｂ，１５ｃ吸入配管、１６ａ，１６ｂ  負荷側バイパス管、２１ａ，２１ｂ  油分離器、２２ａ，２２ｂ  液分離器、２３  液溜め容器、２４  蓄熱容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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