(57)【要約】【課題】本発明は、熱源側熱交換器の風速分布が上下方向に非一様である場合において、要求能力が変化する部分負荷運転においても、より適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配を可能とし、冷凍サイクル装置としての期間成績係数を向上させることを課題とする。【解決手段】本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、熱源側熱交換器用の送風ファンと、空気と熱交換する複数の熱源側熱交換器であって、それぞれ高さ方向に分割されて前記送風ファンに近い位置からグループ化して熱交換器群を構成する熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側の熱搬送媒体と熱交換する利用側熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、及び、利用側熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、負荷率に応じて、熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する制御装置と、を備える。【選択図】図１
2014031944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、
熱源側熱交換器用の送風ファンと、
空気と熱交換する複数の熱源側熱交換器であって、それぞれ高さ方向に分割されて前記送風ファンに近い位置からグループ化して熱交換器群を構成する前記熱源側熱交換器と、
膨張弁と、
利用側の熱搬送媒体と熱交換する利用側熱交換器と、
前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記膨張弁、及び、前記利用側熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、
負荷率に応じて、前記熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する制御装置と、
を備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御装置は、前記負荷率が小さいほど風速が大きい前記熱交換器群への冷媒の流入割合を増大させる冷凍サイクル装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記制御装置は、風速が大きい前記熱交換器群ほど流入する冷媒の割合を大きくするとともに、前記負荷率が小さいほど風速が大きい前記熱交換器群への冷媒の流入割合を増大させる冷凍サイクル装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記送風ファンは前記熱源側熱交換器の上方に配置され、
前記制御装置は、前記負荷率が小さいほど上側に位置する前記熱交換器群への冷媒の流入割合を増大させる冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記送風ファンは前記熱源側熱交換器の上方に配置され、
前記制御装置は、上側に位置する前記熱交換器群ほど流入する冷媒の割合を大きくするとともに、前記負荷率が小さいほど上側に位置する前記熱交換器群への冷媒の流入割合を増大させる冷凍サイクル装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、
前記熱交換器群はそれぞれ冷媒の流入側に流入制御装置を備え、
前記制御装置は、前記流入制御装置を制御することにより、前記熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する冷凍サイクル装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、
前記負荷率が増大するに従って、最も上側に位置する前記熱交換器群から順に使用して運転する冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項７において、
使用しない前記熱交換器群から冷媒を放出した状態で運転する冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記熱交換器群はそれぞれ冷媒の流入側に流入制御装置、及び、冷媒の流出側に流出制御装置、を備え、
前記圧縮機が駆動した状態で、前記流入制御装置を閉状態とし、その後、前記流出制御装置を閉状態とすることにより、前記使用しない熱交換器群から冷媒を放出する冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の冷凍サイクル装置を備えた冷凍装置又は空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置、並びに、この冷凍サイクル装置を備えた冷凍装置及び空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、チラーユニットでは、側面を取り囲むように複数の熱源側熱交換器が配置される。また、熱源側熱交換器の下方に機械室が配置され、さらに、熱源側熱交換器の上方に熱源側熱交換器用のファンが配置される。従って、熱源側熱交換器の風速分布が上下方向に非一様となる。その結果、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率が不均一となり、熱源側熱交換器の伝熱面積を有効に利用できない場合があった。
【０００３】
これに対して特許文献１では、平行に複数設けた板状フィンと直交するように、直列に接続された複数本の伝熱管を多段に配してコアが形成され、このコアを２基Ｖ字状に配置した熱交換ユニットを開示する。この熱交換ユニットにおいては、コアを上下方向に３つの領域に区分し、各領域に対して、オリフィスによる流量調整手段を備えた冷媒分配流路をそれぞれ設け、各領域を通過する空気流量に応じて冷媒流量を分配して伝熱管に冷媒を供給する。
【０００４】
しかしながら、近年、機器性能を代表してきた定格成績係数ＣＯＰ（熱源機が定格能力を出すときのＣＯＰ）に代わり、期間成績係数であるＡＰＦ（Ａｎｎｕａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ）やＩＰＬＶ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｒｔ Ｌｏａｄ Ｖａｌｕｅ）等の実際の使用実態に即した機器性能の算出方法が導入され、定格運転等の所定の負荷条件のみならず、部分負荷運転のような負荷率の低い又は負荷率が変動する運転条件における性能向上が要求されている。
【０００５】
ここで、発明者による検討の結果、風速分布が上下方向に非一様な熱交換器において、運転条件が変化する場合（要求能力が変化するような部分負荷運転の場合）、各領域での冷媒の流速を考慮すると、負荷率に応じて各領域へ供給すべき最適な冷媒流量の比率が変化することが確認された。これに対して、特許文献１では、各オリフィスの開口径が設定された所定の運転条件では空気流量に対する冷媒流量の比率を最適化することができるが、各領域への冷媒量の分配比率はオリフィスにより固定されており、運転条件の変化により冷媒流量比を変更することは考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６-３３６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、熱源側熱交換器の風速分布が上下方向に非一様である場合において、要求能力が変化する部分負荷運転においても、より適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配を可能とし、冷凍サイクル装置としての期間成績係数を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、熱源側熱交換器用の送風ファンと、空気と熱交換する複数の熱源側熱交換器であって、それぞれ高さ方向に分割されて送風ファンに近い位置からグループ化して熱交換器群を構成する熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側の熱搬送媒体と熱交換する利用側熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、及び、利用側熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、負荷率に応じて、熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷率に応じて、高さ方向にグループ化された熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御するので、要求能力が変化する部分負荷運転においても、各領域での冷媒の流速を考慮して、より適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配が可能となる。従って、冷凍サイクル装置としての期間成績係数を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】冷凍装置の冷媒回路を示す図
【図２】熱源側熱交換器の側面図
【図３】負荷率に対する熱交換器の高さ位置と冷媒流量比率との関係を示す図
【図４】ユニットの断面図
【図５】冷凍装置の冷媒回路を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、発明者の検討内容について説明する。熱源側熱交換器の上方に熱源側熱交換器用のファンを配置するような場合、熱源側熱交換器の風速分布が上下方向に非一様となるため、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率が不均一となり、熱源側熱交換器の伝熱面積を有効に利用できない場合があった。このような場合、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率が同等となるように、空気流量が小さい熱源側熱交換器の下側よりも空気流量が大きい熱源側熱交換器の上側に冷媒流量を増大させるように冷媒流量を分配することにより、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率を同等程度として、熱交換効率を向上させることができる。
【００１２】
しかしながら、発明者による検討の結果、運転条件が変化する場合（要求能力が変化するような部分負荷運転の場合）、負荷率に応じて各領域へ供給すべき最適な冷媒流量の比率が異なることが確認された。図３は、負荷率に対する熱交換器の高さ位置と冷媒流量比率との関係を示す図であり、発明者によるシミュレーションの結果である。具体的には、熱交換器の上方ほど風速が大きく熱交換器の下方ほど風速が小さいとの前提において、負荷率１００％、７５％、５０％、２５％において、高さが異なるように配置された複数のパス（パス数34）に冷媒を流した場合の各パスに流れる冷媒流量比である。34パスのため平均が約0.0294）であり、平均を上回るほどそのパスに流れる単位時間当たりの冷媒量が多く（つまり、冷媒の流速が大きく）、平均を下回るほどそのパスに流れる冷媒量が少ない（冷媒の流速が小さい）。図３（１）−（４）の横軸は熱交換器におけるパスの高さ位置を示しており、パス１が最上部に配置されたパスであり、パス34が最下部に配置されたパスである。縦軸は冷媒流量比を示している。図３（１）−（４）の何れにおいても、風速が大きい上側の領域ほど流れる冷媒の流量・流速が大きい。さらに、負荷率が減少するに従い、風速が大きい上側の領域ほどより冷媒の流量・流速が大きくなり、風速分布が小さい下側の領域ほど流れる冷媒の流量・流速が小さくなる。
【００１３】
この結果によると、負荷率が減少するほど、冷媒流量・流速が小さくなる下側の領域よりも冷媒流量・流速が大きくなる上側の領域に、冷媒流量比率を増大させることにより、熱源側熱交換器全体の冷媒の流速が増加させることができる。熱源側熱交換器全体の冷媒の流速が増加するので、その結果、熱源側熱交換器全体の熱伝達率が向上するため熱源側熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００１４】
従って、例えば、熱源側熱交換器の風速分布が下側よりも上側のほうが大きくなる場合、空気流量が小さい熱源側熱交換器の下側よりも、空気流量が大きい熱源側熱交換器の上側により冷媒流量に冷媒流量を分配することにより、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率を同等程度として、熱交換効率を向上させることができる。さらに、負荷率が減少するほど、冷媒の流量・流速が小さくなる下側の領域よりも冷媒の流量・流速が大きくなる上側の領域に冷媒流量比率を増大させることにより、熱源側熱交換器全体の熱伝達率が向上するため、熱源側熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、図３（４）に示すように、低負荷の場合（図３では２５％負荷の場合）、熱源側熱交換器の最下部付近では冷媒の流速が小さく滞留してしまい、流入した冷媒は熱交換に寄与しない。従って、低負荷の場合、冷媒の流量・流速が大きくなる上側の領域に、冷媒流量比率を増大させるとともに、冷媒が滞留する下側の領域の熱交換器は不使用とする。冷媒の流速が大きい熱交換器を使用して熱伝達率の向上により熱交換効率を向上させることができるとともに、冷媒の流速が小さく滞留してしまい熱交換に寄与しない下側の熱交換器の使用を避けることができる。
【００１６】
このように、負荷率に応じて、熱交換器の各領域に流入する冷媒量を制御することにより、要求能力が変化する部分負荷運転においても、より適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配が可能となる。
【００１７】
ここで、例えば、１００％負荷で最適となるようにオリフィス等を用いて各領域への冷媒分配比率を固定した場合、１００％負荷においては、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率を同等程度として熱交換効率を向上させることができるが、５０％負荷に移行しても、各領域への冷媒分配比率を変更してさらに熱交換効率を向上させることができない。また、１００％から２５％負荷に移行した場合、冷媒が滞留して熱交換に寄与しない下側の熱交換器に冷媒が流れて、熱交換効率が悪化する。一方、例えば、５０％負荷で最適となるようにオリフィス等を用いて各領域への冷媒分配比率を固定した場合、１００％負荷に移行すると上側の熱交換器の流速が減少するため、（熱源側熱交換器が凝縮器として機能する場合、）冷媒流速が高くなるように分配された冷媒パスでは冷媒が完全には凝縮せずに熱源側熱交換器出口に到達する可能性がある。
【００１８】
このように、本発明の冷凍サイクル装置においては、圧縮機と、熱源側熱交換器用の送風ファンと、空気と熱交換する複数の熱源側熱交換器であって、それぞれ高さ方向に分割されて送風ファンに近い位置からグループ化して熱交換器群を構成する熱源側熱交換器と、膨張弁と、利用側の熱搬送媒体と熱交換する利用側熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器、膨張弁、及び、利用側熱交換器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、負荷率に応じて、熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する制御装置と、を備える。本発明によれば、負荷率に応じて、高さ方向にグループ化された熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御するので、要求能力が変化する部分負荷運転においても、各領域での冷媒の流速を考慮してより適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配が可能となる。従って、冷凍サイクル装置としての期間成績係数を向上させることができる。
【００１９】
以下、本発明に係る第１の実施例について説明する。図１は冷凍装置の冷媒回路構成を示す構成図である。図１に示すように、冷凍装置１は、圧縮機２と、四方弁３（冷媒流路切り替え装置）と、熱源側の熱源側熱交換器４、膨張弁５（減圧装置）と、利用側熱交換器６とを備え、これらの機器を冷媒回路８により順次接続して冷凍サイクル装置を構成する。
【００２０】
冷媒回路８内には冷媒が封入される。冷媒としては、ＨＦＣ単一冷媒、ＨＦＣ混合冷媒、ＨＦＯ‐１２３４ｙｆ、ＨＦＯ‐１２３４ｚｅ、自然冷媒（例えばＣＯ２冷媒）等を用いることができる。
【００２１】
圧縮機２により冷凍サイクル流路を冷媒が循環することにより、冷房運転／暖房運転がなされる。圧縮機２は、容量制御が可能な可変容量型の圧縮機を用いる。圧縮機としては、ピストン式、ロータリー式、スクロール式、スクリュー式、遠心式等を用いることができる。インバータ制御による容量制御により、低速から高速まで回転速度が可変である。
【００２２】
熱源側熱交換器ユニット９０Ａを構成する熱源側熱交換器は、熱源側の空気と１次側流体流路６１との間で熱交換させるものである。熱源側熱交換器４は、多数枚積層した板状のフィン４１と、このフィンを貫通する複数の伝熱管４２が多段に設けられたフィンチューブ式の熱交換器が用いられ、伝熱管の開口端をベンド管等で接続することで多数の冷媒パスを構成する。冷媒は冷媒パス（１次側流体流路６１）内を流れ、空気は送風ファン（送風装置）により送風されて積層した板状フィン４１の間を流れる。熱源側熱交換器４において、フィン４１及び伝熱管４２を介して空気と冷媒が熱交換し、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。
【００２３】
熱源側熱交換器４は、複数の熱源側熱交換器に対応して、複数のファン９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄを備える。
【００２４】
利用側熱交換器６は１次側流体流路６１を流れる冷媒と２次側流体流路６２を流れる熱搬送媒体との間で熱交換させるものである。利用側熱交換器６としては、冷媒と熱媒体がプレートで交互に仕切られた複数の流路内部を流れて熱交換を行うプレート式の熱交換器や、シェルチューブ式の熱交換器等を用いることができる。図示しないが、熱搬送媒体は、ポンプなどの循環手段により、負荷側の熱交換器（例えば空調装置）と利用側熱交換器間を循環して熱の授受を行う。また利用側熱交換器は、冷房運転時は蒸発器として、暖房運転時は凝縮器として機能する。
【００２５】
冷凍装置１は、室外空気温度、冷媒温度、熱媒体の温度を検出する温度センサを備える。温度センサで検出された温度の検出信号は、制御装置に入力される。また、冷凍装置１は、冷凍サイクルの冷媒圧力を検知する圧力センサを備える。圧力センサにより検出された圧力の検出信号は制御装置１０に入力される。
【００２６】
制御装置１０は、要求負荷に応じて冷凍装置１の運転モードを決定し、決定した運転モードに従って各種の弁（四方弁３、膨張弁５、冷媒流量制御弁１０１〜１０２及び１０４〜１０６）の状態（開度）、圧縮機２の回転速度、熱源側熱交換器のファン９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの回転速度を制御する。また、制御装置１０には温度センサ、圧力センサによって検出された検出量が入力され、冷凍装置１の各種運転を制御する。冷凍装置１は、要求負荷に応じて、冷凍装置の運転状態を制御し、制御装置の指令によりファン９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの回転数及び運転台数を制御する。
【００２７】
冷凍装置１により冷房運転する場合を例にして説明する。圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒は、四方弁３、ヘッダ７１を通って凝縮器として機能する熱源側熱交換器４へ流入する。熱源側熱交換器に流入した冷媒は、外気に放熱することにより凝縮して液化する。液化した冷媒は、所定の開度に調整された膨張弁５により減圧され、低温低圧の気液二相状態となり、利用側熱交換器６の１次側流路６１に流入する。利用側熱交換器４を流れる冷媒は、２次側流路６２を流れる熱搬送媒体から吸熱することにより蒸発して気化する。気化した冷媒は、四方弁３を通って圧縮機２に吸入され、圧縮機２により再び圧縮され高温高圧のガス冷媒となる。このようにして冷凍装置１の冷凍サイクル装置が形成される。尚、四方弁３を切り替えて、圧縮機２から吐出した高温高圧のガス冷媒を冷房運転時と逆方向に循環させることにより、冷凍サイクル装置を暖房運転として機能させることができる。
【００２８】
本実施例においては、図１に示すように、熱源側熱交換器４は、複数の熱源側熱交換器をそれぞれ高さ方向に分割し、高さ方向に分割された複数の熱源側熱交換器を上側からグループ化して熱交換器群を構成する。つまり、熱源側熱交換器４は、概略の高さが同じ熱交換器をグループ化した熱交換器群４０１、４０２、４０３を備える。また、各熱交換器群は、それぞれ冷媒分配流路８１、８２、８３、冷媒合流流路８４、８５、８６を備え、熱交換器群の両端には、それぞれ流量制御弁１０１〜１０６を備える。最上部の熱交換器群４０１を例に説明すると、熱交換器群４０１は、４つの熱源側熱交換器（ＨＡ１、ＨＢ１、ＨＣ１、ＨＤ１）で構成され、上流側には冷媒分配流路８１及び流量制御弁１０１を備え、下流側には冷媒合流流路８４及び流量制御弁１０４を備える。
【００２９】
尚、本実施例においては、熱源側熱交換器を高さ方向に複数に分割したが、分割後の伝熱面積を熱交換器の高さ毎に変更した構成であってもよい。例えば、最上部の熱交換器群４０１を構成する熱交換器（ＨＡ１、ＨＢ１、ＨＣ１、ＨＤ１）の前面面積を、熱交換器全体の前面面積の少なくとも５０％以上とすれば、要求される冷却能力が低い場合（低負荷時）には上部の熱交換器群（例えば４０１、４０２）のみ冷媒を供給することで、熱交換器群４０１、４０２を構成する熱交換器の伝熱管へ流入する冷媒量が増加するため、管内の流速が増加し、冷媒側の熱伝達率が向上して良好な熱交換が行われ、要求される能力を得ることが可能となる。
【００３０】
流量制御弁１０１〜１０６の開度は、制御装置１０によって、冷凍装置の運転状態に応じて制御され、最適な冷媒量が分配される。また、熱交換器群を構成する熱交換器（例えば熱交換器群４０１ではＨＡ１、ＨＢ１、ＨＣ１、ＨＤ１）へは、冷媒分配流路８１からそれぞれ、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ，８１ｄを通って分配される。同一の熱交換器群の熱交換器は概略の高さは同じ位置にあり、分岐部１７１の設置場所も同じ高さにあるため、熱交換器にはヘッド差の影響なく冷媒を分配することが可能となる。また、流量制御弁１０１〜１０６の開度を各熱交換器の伝熱面に対して、好適な冷媒量が分配されるように調整することで、熱交換器の有効伝熱面積が確保され、運転効率を向上することができる。
【００３１】
図２は冷凍装置の熱源側熱交換器ユニット９０Ａの概略図を示す。熱源側熱交換器４の複数の冷媒パスは、熱交換器の冷媒入口側では分岐配管８１a、８２a、８３aを介して分岐部１７１a、１７２a、１７３aから分岐され、熱源側熱交換器４に流入する。熱源側熱交換器４の冷媒出口側では、合流部１８１a、１８２a、１８３aで複数の冷媒パスが合流し、合流配管８４a、８５a、８６aに接続される。
【００３２】
図４はファン９５を熱源側熱交換器４の上部位置に設置したユニット９４の断面図である。ユニット筺体に対して縦型に設置した熱源側熱交換器４の熱交換器群４０１、４０２、４０３に筐体の外側から空気が流入し、熱源側熱交換器のフィン及び伝熱管を介して冷媒と熱交換した後、筐体上部に設置したファン９５により送風されてユニット外部へ流出する。熱交換器を通過する空気の流速は、上部位置から下部位置にかけて分布が生じる。すなわちファンに近い上部位置の風路９１、９２では平均の空気流速よりも流速は速くなり熱交換が促進されるが、下部位置９３では平均流速に対して空気流速が低いため熱交換が低下する。
【００３３】
ここで、空気流量が小さい熱源側熱交換器の下側よりも、空気流量が大きい熱源側熱交換器の上側により冷媒流量に冷媒流量を分配することにより、熱源側熱交換器を通過する空気流量と冷媒流量の比率を同等程度とすることにより、熱交換効率を向上させることができる。さらに、負荷率が減少するほど、冷媒の流量・流速が小さくなる下側の領域よりも冷媒の流量・流速が大きくなる上側の領域に冷媒流量比率を増大させることにより、熱源側熱交換器全体の熱伝達率が向上するため、熱源側熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
【００３４】
さらに、低負荷の場合、熱源側熱交換器の最下部付近では冷媒の流速が小さく滞留してしまい、流入した冷媒は熱交換に寄与しない。従って、冷媒の流量・流速が大きくなる上側の領域に、冷媒流量比率を増大させるとともに、冷媒が滞留する下側の領域の熱交換器は不使用としてもよい。冷媒の流速が大きい熱交換器を使用して熱伝達率向上により熱交換効率を向上させることができるとともに、冷媒の流速が小さく滞留してしまい熱交換に寄与しない下側の熱交換器の使用を避けることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例の冷凍サイクル装置（冷凍装置）においては、複数の熱源側熱交換器をそれぞれ高さ方向に分割し、高さ方向に分割された複数の熱源側熱交換器を上側からグループ化して熱交換器群を構成し、利用側熱交換器の負荷に応じて、熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御する。これにより、利用側熱交換器の負荷に応じて、高さ方向にグループ化された熱交換器群のそれぞれに流入する冷媒量を制御するので、要求能力が変化する部分負荷運転においても、各領域での冷媒の流速を考慮してより適切に熱源側熱交換器への冷媒の分配が可能となる。従って、冷凍サイクル装置としての期間成績係数を向上させることができる。
【００３６】
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。本実施例においては、第１の実施例において、さらに、冷凍サイクル装置の負荷率に応じて、高さ方向にグループ化された熱交換器群のうち最も上側に位置する熱交換器群４０１から順に使用する。また、使用しない熱交換器群４０３においては、この熱交換器群４０３から冷媒を放出した状態で、他の熱交換器群４０１、４０２を使用して冷凍サイクル装置を運転する。
【００３７】
図３に示すように、熱源側熱交換器の風速分布が下側よりも上側のほうが大きくなる場合、冷媒の流速は上側の熱源側熱交換器ほど大きい。また、２５％負荷の場合、熱源側熱交換器の最下部付近では冷媒の流速が小さく滞留してしまい、流入した冷媒は熱交換に寄与しない。
【００３８】
従って、本実施例の冷凍サイクル装置においては、冷凍サイクル装置の負荷率に応じて、高さ方向にグループ化された熱交換器群のうち最も上側に位置する熱交換器群４０１から順に選択的に使用する。冷凍サイクル装置の負荷率が小さい運転状況において、高さ方向にグループ化された熱交換器群のうち最も上側に位置する熱交換器群から順に使用することにより、冷媒の流速が大きい熱交換器を使用して熱伝達率向上により熱交換効率を向上させることができるとともに、冷媒の流速が小さく滞留してしまい熱交換に寄与しない熱交換器群の使用を避けることができる。
【００３９】
さらに、本実施例の冷凍サイクル装置においては、使用しない熱交換器群においては、この熱交換器群から冷媒を放出した状態で、他の熱交換器群を使用して冷凍サイクル装置を運転する。冷媒の流速が小さく滞留してしまい熱交換に寄与しない熱交換器群に冷媒を滞留させたままにしてしまうと、運転に寄与する他の熱交換器群を循環する冷媒量が減少し、熱交換効率が低下する。これを避けるために予め冷媒の封入量を増加させると、本来必要となる冷媒を超えた不要な冷媒を冷凍サイクル装置に封入する必要が生じる。このように、使用しない熱交換器群からは冷媒を放出した状態で他の熱交換器群を使用して冷凍サイクル装置を運転することにより、冷凍サイクル装置への冷媒封入量を適正化できるとともに、熱交換効率の低下を避けることができる。
【００４０】
具体的には、冷凍装置１において、冷媒分配流路８３の流量制御弁１０３を閉とし、膨張弁５の開度を絞った状態で一定時間の運転を行い、熱交換器群４０３を構成する熱交換器内部の圧力を要求能力時の圧力状態よりも下げることで、熱交換器内部に残留する冷媒量を減らす。次に、冷媒合流流路８６の流量制御弁１０６を閉とすることで、熱交換器群４０３への冷媒供給を止める。この後、要求能力に応じた冷却運転を実施する。冷媒は、熱交換器群４０１、４０２に流入して熱交換を行うが、熱交換器群４０１と熱交換器群４０２への冷媒分配は、流量制御弁１０１、１０２の開度を調整することで行う。
【００４１】
このように、下部の熱交換器（ＨＡ３、ＨＢ３、ＨＣ３、ＨＤ３）を不使用とすることで、熱交換器群４０１、４０２を構成する熱交換器の伝熱管へ流入する冷媒量が増加するため、管内の流速が増加し、冷媒側の熱伝達率が向上して良好な熱交換が行われる。
【００４２】
さらに、下部の熱交換器（ＨＡ３、ＨＢ３、ＨＣ３、ＨＤ３）を不使用とすることは、下部の熱交換器への冷媒の滞留を防ぎ、冷凍装置システムへの冷媒封入量の適正化をはかることが可能となる。通常、冷凍装置の冷媒封入量は、冷凍サイクル内部の容積、冷房運転時、暖房運転時にシステムが要求される能力が満足できるように決定される。冷房運転時の空気熱交換器は、凝縮器として作用して冷媒を過熱ガス状態から冷却液化する。熱交換器の出口では、各パスから流出した複数の冷媒配管が合流部１８１に合流する。例えば合流部１８１が熱交換器のパス出口よりも高い位置にある場合、熱交換器のパス出口から合流部までの配管には液冷媒が滞留し、冷媒が流れにくくなる状態となることがある。このような状態は低負荷条件では一つのパスに流れる冷媒量が減少するために顕著となり、熱交換器の下部のパスに冷媒が滞留して伝熱面積が有効に利用されない状態に陥る。この滞留した冷媒は、冷凍サイクル内を循環しないで熱交換器内部にとどまるため、要求能力に応じたサイクル条件を達成するために、冷媒封入量を増やす必要が生じ、冷媒封入量が過多となり、コスト及び環境負荷の面からもマイナス要素となる。
【００４３】
本実施例に示すように、下部の熱交換器（ＨＡ３、ＨＢ３、ＨＣ３、ＨＤ３）を不使用とすることは、熱交換器内部での冷媒滞留を防ぎ、負荷率に応じた運転条件に対して、好適な伝熱面積を確保することができるため、低負荷時での熱交換の効率が向上し、運転効率を高めることができる。
【００４４】
次に、本発明に係る第３の実施例について説明する。本実施例においては、図１に示す第１の実施例の冷媒分配回路とは異なり、１本の冷媒分配流路８１を分岐部Ａにより２本の流路に分岐させ、その後さらに分岐部Ｄ及び分岐部Ｇによりさらに２本に分岐させる。この分岐させた流路毎に流量調整弁を設けることにより、熱交換器群へ分配された冷媒流量のうち、さらに特定の熱交換器への冷媒流量を制御することができる。
【００４５】
尚、上記各実施例においては、熱交換群４０１、４０２、４０３への冷媒分配流路８１、８２、８３の配管径について、上部位置の熱交換器群４０１への冷媒分配流路８１の配管径を大とし、中部位置の熱交換器群４０２への冷媒分配流路８１の配管径を中とし、下部位置の熱交換器群４０３への冷媒分配流路８３の配管径を小とすることもできる。このような構成にすることにより、配管径により冷媒流動時の圧力損失に差が生じるため、上部位置の熱交換器群４０１へ供給する冷媒量を大とし、下部位置の熱交換器群４０３への冷媒供給量を小とすることが可能となる。配管径が大である上部の熱交換器群には、下部の熱交換器群と比較して多くの冷媒が供給される。このため、熱源側熱交換器の風速分布が下側よりも上側のほうが大きくなる場合において、風速分布に応じた冷媒供給がなされるため、風速分布の不均一に起因する交換熱量の低下を抑制し、成績係数の向上に寄与することが可能となる。
【００４６】
また、上記各実施例においては、本実施例の冷凍サイクル装置の適用装置として、利用側熱交換器６によって熱交換した熱媒体を負荷側の機器（図示せず）に供給する冷凍装置１（チラーユニット）として説明したが、空気調和機等に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
冷凍装置１、圧縮機２、四方弁３、熱源側熱交換器４膨張弁５、利用側熱交換器６、冷媒回路８、制御装置１０、制御弁１１、制御弁１２、逆止弁１３、板状フィン４、伝熱管４２、１次側流体流路６１、２次側流体流路６２、ヘッダ７１、ヘッダ７２、冷媒分配流路８１、８２、８３、８４、８５、８６、バイパス回路８７、熱交換器ユニッット９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、ファン９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ、流量調整弁１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、熱交換器群４０１、４０２、４０３、分岐部Ａ〜Ｔ、熱源側熱交換器ＨＡ１、ＨＡ２、ＨＡ３、熱源側熱交換器ＨＢ１、ＨＢ２、ＨＢ３、熱源側熱交換器ＨＣ１、ＨＣ２、ＨＣ３、熱源側熱交換器ＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ、
【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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