(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと顕熱を利用する利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けられ、熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する補助熱交換器と、前記補助熱交換器で加熱され冷媒搬送装置で搬送される前記利用側冷媒にて暖房または給湯または加熱乾燥を行う利用側熱交換器と、前記利用側熱交換器が暖房等の運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するように前記暖房などの運転を行う冷媒量の２倍程度以上の冷媒量を保有する利用側冷媒サイクルの内容積と、を備え、前記内容積は前記利用側冷媒サイクルに前記利用側熱交換器と直列に設けた冷媒貯留タンクの内容積または前記利用側冷媒サイクルを形成する配管の内容積であって、暖房等の運転中に前記補助熱交換器で加熱されながら冷媒を循環させる内容積であることを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】
前記熱源側冷媒サイクルの除霜運転によって前記補助熱交換器で前記利用側冷媒サイクルから奪われる熱量をＱｄ、前記利用側冷媒の暖房運転等を行う量をＷ、前記利用側冷媒の比熱をＣｐとし、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルで除霜運転されるとき、Ｑｄ/（Ｗ・Ｃｐ）で表される前記利用側温度低下が許容温度以下になるように前記利用側冷媒の量を同等以上充填して、前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持することを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
【請求項３】
前記補助熱交換器を前記冷媒貯留タンク内の利用側冷媒に浸漬することを特徴とする請求項１または２記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
前記冷媒搬送装置を前記冷媒貯留タンクの喫水面より下方に設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、及び第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、及び利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、前記熱源側冷媒流量制御弁、前記第１補助熱交換器、前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンク、および前記冷媒搬送装置を一つのユニットに収納したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、及び第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、及び利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、および前記熱源側冷媒流路制御弁を一つのユニットに収納し、前記第１補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および前記第１補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、第１の冷媒搬送装置、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、および前記熱源側冷媒サイクルからの温冷熱を蓄える冷媒貯留タンクの温冷熱槽とを利用側冷媒を循環して成る熱輸送サイクルと、第２の冷媒搬送装置、利用側熱交換器、および前記冷媒貯留タンクの温冷熱槽と連通するとともに前記利用側熱交換器から戻る前記利用側冷媒を循環させる冷媒貯留タンクの利用側槽とを連接する利用側冷媒サイクルと、前記冷媒貯留タンクの温冷熱槽上部と下部に設けられ前記熱源側冷媒サイクルからの温熱を上から下に蓄熱するように、もしくは前記熱源側冷媒サイクルからの冷熱を下から上に蓄熱するように設けられた前記利用側冷媒を循環させる開口と、前記冷媒貯留タンクの利用側槽上部と下部に設けられ前記利用側熱交換器から戻る前記利用側冷媒の温熱を上から下に戻すように、もしくは前記利用側冷媒の冷熱を下から上に戻すように設けられた前記利用側冷媒を循環させる開口と、を備え、前記利用側冷媒は前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンクの温冷熱槽、前記第２の冷媒搬送装置、前記利用側熱交換器、前記冷媒貯留タンクの利用側槽、および第１の冷媒搬送装置の順に循環することを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項８】
前記冷媒貯留タンクの温冷熱槽と前記利用側槽を連通する連通部は喫水面よりも下方に設けられ、前記熱源側冷媒サイクルから蓄熱された前記利用側冷媒と前記利用側熱交換器から戻る前記利用側冷媒を混合可能であることを特徴とする請求項７記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
前記冷媒貯留タンクの温冷熱槽の容積を前記利用側槽の容積より大きくしたことを特徴とする請求項７または８記載の冷凍空調装置。
【請求項１０】
前記利用側熱交換器が暖房等の運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するとき、前記第１の冷媒搬送装置を停止させることを特徴とする請求項７または８または９記載の冷凍空調装置。
【請求項１１】
熱源側冷媒と利用側冷媒を熱交換する前記補助熱交換器をプレート式熱交換器とするとともに、前記熱源側冷媒と利用側冷媒を対向流とするように前記利用側冷媒の流れ方向を切換える切換手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】
前記冷媒貯留タンク内に蓄熱手段を設けることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】
前記冷媒貯留タンクの外部に設けられ前記冷媒貯留タンクの高さが異なる位置を接続する利用側冷媒配管と、この利用側冷媒配管を流通する利用側冷媒を加熱する熱源装置と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１４】
圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、補助熱交換器、冷媒貯留タンク及び冷媒搬送装置を一つのユニット内に収納したことを特徴とする請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１５】
圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、及び熱源側冷媒流量制御弁を一つのユニット内に収納するとともに、補助熱交換器、冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を前記ユニットとは別の一つのユニット内に収納し、前記補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および、前記補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことを特徴とする請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１６】
利用側冷媒が循環する部分に、前記利用側冷媒に混入した混入物を集めるフィルタを設けたことを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１７】
前記フィルタを前記利用側冷媒を貯留する前記冷媒貯留タンク内に設けたことを特徴とする請求項１６に記載の冷凍空調装置。
【請求項１８】
前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、加熱専用の熱源側冷媒サイクルは冷却／加熱併用の熱源側冷媒サイクルとは直列に接続し、前記加熱専用の熱源側冷媒サイクルを前記冷却／加熱併用の熱源側冷媒サイクルより利用側冷媒の流れの向に対して下流側もしくは上流側に接続したことを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項１９】
前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記加熱専用の熱源側冷媒サイクルは冷却／加熱併用の熱源側冷媒サイクルとは並列に接続するとともに、冷却運転持には前記加熱専用の熱源側冷媒サイクルと熱交換する前記利用側補助熱交換器には利用側冷媒が流れない様に、前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２０】
前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記利用側冷媒サイクルに前記熱源側冷媒サイクルから熱を供給される冷却用の利用側熱交換器と、加熱専用の熱源側冷媒サイクル熱を供給される加熱用の利用側熱交換器と、を設け、冷却用の熱交換器は、空気の流れに対し、加熱用の利用側熱交換器の上流側に配置し、除湿運転時に冷却用および加熱用の利用側熱交換器を動作させる様に構成したことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２１】
利用側冷媒サイクルの前記利用側熱交換器へ前記利用側冷媒を送る側の配管および前記利用側熱交換器から前記利用側冷媒を戻す側の配管では、前記配管の径を異なる様に、または、前記配管の継ぎ手の径もしくは形状を異なる様にしたことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２２】
熱源側冷媒は潜熱を利用する冷媒であるとともに、顕熱を利用する利用側冷媒は、水、もしくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、Ｄ−ソルビトールなどの溶媒の内の少なくともいずれか一つを含む水溶液であることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の冷凍空調装置。
【請求項２３】
熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いるとともに、前記熱源側冷媒サイクルの容量を複数の段階に変化するように構成し、その容量の変化幅を変化する隣り合う段階毎の容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことを特徴とする冷凍空調装置の制御方法。
【請求項２４】
熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いるとともに、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記複数系統の熱源側冷媒サイクルのそれぞれの容量を一つまたは複数の段階に変化するように構成し、且つ全体としての前記複数系統の熱源側冷媒サイクルの合計容量を複数の段階に変化するように構成し、その合計容量の変化幅を変化する隣り合う段階毎の合計容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことを特徴とする冷凍空調装置の制御方法。
【請求項２５】
前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記複数系統の熱源側冷媒サイクルのそれぞれの容量を一つまたは複数の段階に変化するように構成し、且つ全体としての前記複数系統の熱源側冷媒サイクルの合計容量を複数の段階に変化するように構成し、その合計容量を増加させる際は運転中の熱源側冷媒サイクルは運転状態のままとして前記合計容量を増加させ、前記合計容量を減少させる際は停止中の熱源側冷媒サイクルは停止状態のままとして前記合計容量を減少させて、前記複数系統の熱源側冷媒サイクルの運転停止状態を継続させる制御を行うことを特徴とする請求項２４項に記載の冷凍空調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒サイクルの間で熱交換することによって加熱を行う冷凍空調装置に係わり、例えば、住宅の冷暖房などに用いられる冷凍空調装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、特開昭６２−２３８９５４号公報記載の従来の冷凍空調装置として例えば冷暖房装置について説明する。
図３１において、８１は圧縮機、８２は四方弁、８３は熱源側熱交換器、８４は冷房用減圧装置、８５は暖房用減圧装置、８６は暖房時に冷房用減圧装置８４が設けられた回路を閉止する逆止弁、８７は冷房時に暖房用減圧装置８５が設けられた回路を閉止する逆止弁、８８は第１補助熱交換器で、これらを環状に連接し、熱源側冷媒サイクルを形成している。８９は第２補助熱交換器で、第１補助熱交換器８８と熱交換するように一体に形成されている。９０は冷媒貯留タンクで冷房時と暖房時の冷媒量を調整する。９１は冷房時と暖房時で冷媒の流出方向が反対となる可逆特性を有する。第２補助熱交換器８９、冷媒貯留タンク９０、冷媒搬送装置９１は熱源側冷媒サイクルと共に室外ユニットｆに収納されている。９２ａ、９２ｂは、例えば２台の利用側熱交換器で、２つの室内ユニットｇ，ｈに収納され、接続配管ｉ，ｉ’、ｊ，ｊ’で室外ユニットｆと接続されている。第２補助熱交換器８９、冷媒貯留タンク９０、冷媒搬送装置９１、利用側熱交換器９２ａ，９２ｂおよび接続配管ｉ，ｉ’、ｊ，ｊ’を環状に連接し利用側冷媒サイクルを形成している。
【０００３】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は図中実線矢印で示す冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、圧縮機８１からの高温高圧ガスは四方弁８２を通り熱源側熱交換器８３で放熱すると同時に凝縮液化する。さらに、逆止弁８６を通って冷房用減圧装置８４で減圧され第１補助熱交換器８８で蒸発して四方弁８２を通り圧縮機８１へ循環する。この時利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器８９と第１補助熱交換器８８が熱交換し、利用側冷媒サイクル内のガス冷媒が冷却されて液化し、冷媒貯留タンク９０を通って冷媒搬送装置９１に送られる。さらに冷媒は、冷媒搬送装置９１によって接続配管ｉ，ｊを通って利用側熱交換器９２ａ，９２ｂへ送られて吸熱蒸発してその設置空間を冷房する。冷媒は蒸発によりガス化して接続配管ｉ’，ｊ’を通って第２補助熱交換器８９に循環することになる。
【０００４】
一方、暖房運転時においては、図中破線矢印で示す冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、圧縮機８１からの高温高圧ガスは四方弁８２を通り第１補助熱交換器８８に送られ、放熱すると同時に凝縮液化する。さらに、逆止弁８７を通って暖房用減圧装置８５で減圧され熱源側熱交換器８３で吸熱蒸発して四方弁８２を通って圧縮機８１へ循環する。この時利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器８９と第１補助熱交換器８８が熱交換し、利用側冷媒サイクル内の液冷媒が加熱されてガス化し、接続配管ｉ’，ｊ’を通って利用側熱交換器９２ａ，９２ｂへ送られ、放熱凝縮してその設置空間を暖房する。冷媒は凝縮により液化して接続配管ｉ，ｊを通って冷媒搬送装置９１へ送られ、冷媒貯留タンク９０から第２補助熱交換器８９に循環する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の冷暖房装置などの冷凍空調装置は、暖房のような加熱運転を連続して行っていると、熱源側熱交換器８３の表面に霜がついてくる。熱源側熱交換器８３に霜がつくと、熱交換効率が悪くなるので、加熱運転を連続して行う場合に、所定時間例えば１時間に１度程度で、除霜運転を行っている。除霜運転では、熱源側冷媒サイクルは冷房を行なう冷却運転と同じ冷媒サイクルで運転される。このため、第２補助熱交換器８９から第１補助熱交換器８８へ吸熱作用を生じ、利用側冷媒サイクルの冷媒搬送装置９１を運転すると利用側熱交換器９２ａ，９２ｂで加熱対象である室内空気の熱を奪ってしまい、室温の低下や、暖房運転中の冷風感などにより室内空間の快適性が損なわれる。また、利用側冷媒サイクルの冷媒搬送装置９１を運転しなくても、第２補助熱交換器８９で利用側冷媒が凝縮液化され圧力が低下することにより、接続配管ｉ’，ｊ’を通って利用側熱交換器９２ａ，９２ｂで液冷媒が蒸発して室内空気から熱を奪い、同様に快適性が損なわれるという問題点があった。
【０００６】
また、上記のような構成の従来の冷凍空調装置では、利用側冷媒サイクル中の冷媒搬送装置９１は、冷房を行う冷却運転と暖房を行う加熱運転とで冷媒流出方向が逆になる特性を有する特殊なものであるため高価となる。
また、通常の冷凍空調装置に用いられている冷媒は、潜熱を利用するものでエネルギー効率がよいが、これらの冷媒を用いると、以下のような問題点を生じる。例えば、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒はわずかではあるがオゾン層を破壊し、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒は地球温暖化係数が大きく高価である。また、オゾン層も破壊せず地球温暖化係数も小さいＨＣ（炭化水素系）冷媒は可燃性を有し、アンモニア冷媒は毒性を有するため、配管接続時の安全性確保にコストがかかるなど、取り扱いに注意を要する。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、熱源側冷媒サイクルの除霜運転に対して利用側冷媒サイクルでの加熱運転時の冷媒温度を安定させ、例えば利用側熱交換器で室内の暖房などを行う時の室内の快適性を損なうのを防止でき、また、快適性を向上できる冷凍空調装置およびその制御方法を得ることを目的としている。
また、ＨＣＦＣ冷媒、ＨＦＣ冷媒、ＨＣ冷媒、アンモニア冷媒など、使用に問題がある冷媒の使用量を最小限に抑えることができ、安価で安全な冷凍空調装置およびその制御方法を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するように前記利用側冷媒の量を充填したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルの除霜運転によって補助熱交換器で利用側冷媒サイクルから奪われる熱量をＱｄ、利用側冷媒の量をＷ、前記利用側冷媒の比熱をＣｐとし、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルで除霜運転されるとき、Ｑｄ／（Ｗ・Ｃｐ）で表される前記利用側冷媒の温度低下が所定温度以下になるように前記利用側冷媒の量Ｗを充填して、前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルに設けられ熱源側冷媒サイクルで得た温熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、前記熱源側冷媒サイクルの除霜運転によって前記補助熱交換器で前記利用側冷媒サイクルから奪われる熱量をＱｄ、前記除霜運転によって前記蓄熱手段から放熱する熱量をＱｔ、前記利用側冷媒の量をＷ、前記利用側冷媒の比熱をＣｐとし、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルで除霜運転されるとき、（Ｑｄ−Ｑｔ）／（Ｗ・Ｃｐ）で表される前記利用側冷媒の温度低下が所定温度以下になるように前記利用側冷媒の量Ｗを充填すると共に前記蓄熱手段の蓄熱容量を設定して、前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記利用側冷媒サイクル内に前記利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンクを設け、前記冷媒貯留タンクの内容積を、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するように、前記利用側冷媒の量または蓄熱材の量を蓄えられる内容積としたものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、および利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、前記熱源側冷媒流量制御弁、前記第１補助熱交換器、前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンク、および前記冷媒搬送装置を一つのユニット内に収納したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項６に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、および利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、および前記熱源側冷媒流量制御弁を一つのユニット内に収納し、前記第１補助熱交換器、前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンク、および前記冷媒搬送装置を前記ユニットとは別の一つのユニット内に収納し、前記第１補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および前記第１補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項７に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、第１の冷媒搬送装置、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、および前記冷媒貯留タンクを連接し利用側冷媒を循環して成る熱輸送サイクルと、第２の冷媒搬送装置、利用側熱交換器、および前記冷媒貯留タンクを連接し前記利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記熱輸送サイクルにおいて前記第２補助熱交換器で前記第１補助熱交換器と熱交換して得た温熱を前記冷媒貯留タンクに蓄え、前記利用側冷媒サイクルにおいて前記冷媒貯留タンクに蓄えた温熱を前記利用側熱交換器で加熱に利用することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に係わる冷凍空調装置は、冷媒貯留タンクの内部を左右に分割すると共に、喫水面よりも下側で前記分割された左右の利用側冷媒が連通可能な連通部を有する仕切りを備え、分割された左右の槽のそれぞれに２つの開口を設け、前記冷媒貯留タンクの一方の槽の２つの開口を、利用側熱交換器からの利用側冷媒の流入口と、第２補助熱交換器への前記利用側冷媒の流出口とし、前記冷媒貯留タンクの他方の槽の２つの開口を、前記第２補助熱交換器からの前記利用側冷媒の流入口と、前記利用側熱交換器への前記利用側冷媒の流出口としたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項９に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換する補助熱交換器は、プレート式熱交換器であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に係わる冷凍空調装置は、冷却運転と加熱運転とで、熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒サイクルの間の補助熱交換器における利用側冷媒の流れ方向を切換える切換手段を備え、前記補助熱交換器で熱交換する際の熱源側冷媒と利用側冷媒の流れ方向が、冷却運転時および加熱運転時で共に対向流となるように構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項１１に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を連接し前記利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを備え、前記補助熱交換器を前記冷媒貯留タンク内の利用側冷媒に浸漬して前記補助熱交換器で前記熱源側冷媒と前記利用側冷媒とを熱交換して前記冷媒貯留タンクに熱を蓄え、前記利用側冷媒サイクルにおいて前記冷媒貯留タンクに蓄えた熱を加熱に利用することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項１２に係わる冷凍空調装置は、補助熱交換器における利用側冷媒の伝熱面積を熱源側冷媒の伝熱面積よりも大きくしたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項１３に係わる冷凍空調装置は、冷媒貯留タンク内の補助熱交換器周辺に気泡を吹き込む気泡吹き込み手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項１４に係わる冷凍空調装置は、冷媒貯留タンクの外部に設けられ前記冷媒貯留タンクの高さが異なる位置を接続する利用側冷媒配管と、この利用側冷媒配管を流通する利用側冷媒を加熱する熱源装置を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項１５に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、補助熱交換器、冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を一つのユニット内に収納したことを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１６に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、および熱源側冷媒流量制御弁を一つのユニット内に収納すると共に、補助熱交換器、冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を前記ユニットとは別の一つのユニット内に収納し、前記補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および前記補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項１７に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク内に蓄熱材を設けたことを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の請求項１８に係わる冷凍空調装置は、冷媒貯留タンク内に配設され、その内部を左右に分割する仕切りを備えると共に、分割された一方の槽に設けた利用側冷媒が流入する開口と、他方の槽に設けた前記利用側冷媒が流出する開口を備え、前記仕切りは、前記冷媒貯留タンクの喫水面よりも下側で前記分割された左右の利用側冷媒が連通する連通部を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の請求項１９に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒が循環する部分に、前記利用側冷媒に混入した混入物を集めるフィルタを設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の請求項２０に係わる冷凍空調装置は、フィルタを、利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク内に設けたことを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の請求項２１に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数としたことを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の請求項２２に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、その少なくとも１系統の熱源側冷媒サイクルを加熱専用の冷媒サイクルで構成したことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の請求項２３に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルに対して複数の熱源側冷媒サイクルを並列に接続したことを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の請求項２４に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルに対して複数の熱源側冷媒サイクルを直列に接続したことを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の請求項２５に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルとを直列に接続したことを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の請求項２６に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルを循環する利用側冷媒の流れの向きに対して冷却／加熱併用の冷媒サイクルを上流側に接続し、加熱専用の冷媒サイクルを下流側に接続したことを特徴とするものである。
【００３４】
また、本発明の請求項２７に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルを循環する利用側冷媒の流れの向きに対して加熱専用の冷媒サイクルを上流側に接続し、冷却／加熱併用の冷媒サイクルを下流側に接続したことを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明の請求項２８に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルとを並列に接続すると共に、冷却運転時には加熱専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器には利用側冷媒が流れないように、前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を備えたことを特徴とするものである。
【００３６】
また、本発明の請求項２９に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却専用の冷媒サイクルとを直列に接続したことを特徴とするものである。
【００３７】
また、本発明の請求項３０に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却専用の冷媒サイクルとを並列に接続すると共に、加熱運転時には前記加熱専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器に利用側冷媒を循環させ、冷却運転時には冷却専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器に利用側冷媒を循環させるように、前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を備えたことを特徴とするものである。
【００３８】
また、本発明の請求項３１に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒が循環する加熱専用の熱源装置と、加熱運転時に前記加熱専用の熱源装置に前記利用側冷媒を循環させるように前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３９】
また、本発明の請求項３２に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルに、熱源側冷媒サイクルにより熱を供給される冷却用の利用側熱交換器と、加熱専用の熱源装置により熱を供給される加熱用の利用側熱交換器とを設け、冷却運転時に前記熱源側冷媒サイクルと前記冷却用の利用側熱交換器を動作させ、加熱運転時に前記加熱専用の熱源装置と前記加熱用の利用側熱交換器を動作させるように構成したことを特徴とするものである。
【００４０】
また、本発明の請求項３３に係わる冷凍空調装置は、冷却用の利用側熱交換器は、空気の流れに対し、加熱用の利用側熱交換器の上流側に並べて配置し、除湿運転時に冷却用および加熱用の利用側熱交換器を動作させるように構成したことを特徴とするものである。
【００４１】
また、本発明の請求項３４に係わる冷凍空調装置は、加熱専用の熱源装置は、利用側冷媒を直接的に加熱する加熱装置であることを特徴とするものである。
【００４２】
また、本発明の請求項３５に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクルを構成する配管において、利用側熱交換器への送り側配管と前記利用側熱交換器からの戻り側配管とで、該配管の配管径、若しくは該配管の継ぎ手の径または形状を異なるように構成したことを特徴とするものである。
【００４３】
また、本発明の請求項３６に係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクル内に複数の利用側熱交換器を設け、それらの利用側熱交換器を全て互いに並列に接続したことを特徴とするものである。
【００４４】
また、本発明の請求項３７係わる冷凍空調装置は、利用側冷媒サイクル内に複数の利用側熱交換器を設け、それらの利用側熱交換器のうちの少なくとも一部を互いに直列に接続したことを特徴とするものである。
【００４５】
また、本発明の請求項３８に係わる冷凍空調装置の制御方法は、利用側冷媒サイクルを循環する冷媒は、水、若しくはエチレングリコール、プロピレングリコール、およびＤ−ソルビトールのうちのいずれか１つまたは複数を重量比で数十％以下含む水溶液であることを特徴とするものである。
【００４６】
また、本発明の請求項３９に係わる冷凍空調装置は、熱源側冷媒サイクルを蒸気圧縮式冷凍サイクルで構成し、前記熱源側冷媒サイクルを循環する冷媒は潜熱を利用するものとし、フロン系の単一冷媒、フロン系の擬似共沸混合冷媒、フロン系の非共沸冷媒、炭化水素系冷媒、およびアンモニア冷媒のうちのいずれか１つであることを特徴とするものである。
【００４７】
また、本発明の請求項４０に係わる冷凍空調装置の制御方法において、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルの容量を複数の段階に変化するように構成し、その容量の変化幅を容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことを特徴とするものである。
【００４８】
また、本発明の請求項４１に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記利用側冷媒サイクルで加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルのうち１系統以上が除霜運転している間に、少なくとも１系統の前記熱源側冷媒サイクルは加熱運転を継続するように制御することを特徴とするものである。
【００４９】
また、本発明の請求項４２に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルに蒸気圧縮式冷凍サイクルを用い、加熱運転中に前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に、前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルのうちの少なくとも１系統の冷媒サイクルは加熱運転を継続するように制御することを特徴とするものである。
【００５０】
また、本発明の請求項４３に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に加熱運転を継続する熱源側冷媒サイクルは、その加熱能力を増加して加熱運転を継続するように制御することを特徴とするものである。
【００５１】
また、本発明の請求項４４に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に加熱運転を継続する熱源側冷媒サイクルを、加熱専用の冷媒サイクルとしたことを特徴とするものである。
【００５２】
また、本発明の請求項４５に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルとして蒸気圧縮式冷凍サイクルを２系統以上用い、前記利用側冷媒サイクルで加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルのうち１系統以上が除霜運転開始条件を満たした場合、除霜運転を開始する前に熱源側冷媒サイクルの能力を増大させて加熱運転を継続し、その後に除霜運転を行うように制御することを特徴とするものである。
【００５３】
また、本発明の請求項４６に係わる冷凍空調装置の制御方法は、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記複数系統の熱源側冷媒サイクルのそれぞれの容量を一つまたは複数の段階に変化するように構成し、かつ全体としての前記複数系統の熱源側冷媒サイクルの合計容量を複数の段階に変化するように構成し、その合計容量の変化幅を合計容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことを特徴とするものである。
【００５４】
また、本発明の請求項４７に係わる冷凍空調装置の制御方法は、合計容量の段階を増加させる際に、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で運転している熱源側冷媒サイクルは運転状態のままで前記合計容量を増加させるものとし、前記合計容量の段階を減少させる際に、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で停止している熱源側冷媒サイクルは停止状態のままで前記合計容量を減少させるように制御することを特徴するものである。
【００５５】
また、本発明の請求項４８に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および熱源側冷媒を貯留する冷媒貯留タンクを連接し前記熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、補助熱交換器、および冷媒搬送装置を連接し利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを備え、前記補助熱交換器を前記冷媒貯留タンク内の熱源側冷媒に浸漬して前記補助熱交換器で前記熱源側冷媒と前記利用側冷媒とを熱交換し、前記冷媒貯留タンクに蓄えた熱を前記利用側冷媒サイクルにおいて加熱に利用することを特徴とするものである。
【００５６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による冷凍空調装置として、例えば室内の冷暖房を行う冷暖房装置について説明する。冷暖房装置では、冷却運転で室内の冷房を行い、加熱運転で室内の暖房を行っており、冷却運転を冷房運転、加熱運転を暖房運転として記す。図１は本実施の形態による冷暖房装置を示す構成図である。図において、１１は圧縮機、１２は暖房運転と冷房運転で冷媒流路を切換える流路切換弁でここでは例えば四方弁を用いる。また、１３は熱源側熱交換器、１４は熱源側冷媒流量制御弁、１５はレシーバ、１６は第１補助熱交換器、１７は室外送風機で、これらは一つのユニット内に収納されて室外ユニットｆを構成し、屋外に設置されている。圧縮機１１の吐出口は四方弁１２の第１口に接続され、四方弁１２の第２口が熱源側熱交換器１３の一端に接続されている。熱源側熱交換器１３の他端は、熱源側冷媒流量制御弁１４、レシーバ１５の順に接続され、さらに第１補助熱交換器１６の一端に接続されている。第１補助熱交換器１６の他端は四方弁１２の第４口に接続されており、四方弁１２の第３口は圧縮機１１の吸入口に接続されており、熱源側冷媒サイクルを形成している。四方弁１２は熱源側冷媒サイクルの冷房運転および暖房運転を切換えるもので、図１の実線で示すように、その第１口と第２口、第３口と第４口が接続された場合が冷房運転になり、点線で示すように、その第１口と第４口、第３口と第２口が接続された場合が暖房運転になる。この四方弁１２の代わりに例えば４つの電磁弁を設けて冷房運転と暖房運転と冷媒の流路を切換えるように構成することもできる。また、レシーバ１５は、冷房時と暖房時の熱源側冷媒サイクルの必要冷媒量の差を吸収するために設けられている。
圧縮機を用いて冷媒回路に冷媒を循環させ、冷媒の凝縮及び蒸発を利用した構成の冷媒サイクルを、蒸気圧縮式冷凍サイクルと称している。
【００５７】
さらに、１９は第２補助熱交換器で第１補助熱交換器１６と熱交換するように一体に形成されている。２０は冷媒貯留タンクで利用側冷媒サイクルの冷房時と暖房時の冷媒量の差を調整している。この冷媒貯留タンク２０は、例えば金属やプラスチックで構成する。２１は冷媒搬送装置で例えばマグネットポンプである。第２補助熱交換器１９，冷媒貯留タンク２０，冷媒搬送装置２１は、熱源側冷媒サイクルと共に室外ユニットｆに収納されている。２２ａ、２２ｂは利用側熱交換器、２３ａ、２３ｂは利用側冷媒流量制御弁で例えば開閉弁または流量調整弁で構成され、この場合には例えば熱動弁を用いる。また、２４ａ，２４ｂは室内送風機である。利用側熱交換器２２ａ，熱動弁２３ａ，室内送風機２４ａは室内ユニットｇに収納されており、利用側熱交換器２２ｂ，熱動弁２３ｂ，室内送風機２４ｂは室内ユニットｈに収納されている。この室内ユニットｇ，ｈのそれぞれは、例えば空調したい部屋の内部に設置される床置型、壁掛け型、天井吊型のものや、また、空調したい部屋の外部に利用側熱交換器を設置して、室内に冷たい空気または暖かい空気を送るようなダクト式のものや、空調したい部屋の天井や壁への埋め込まれて用いられるものなどがある。
【００５８】
冷媒搬送装置２１の吐出口は、接続配管ｉの一端に接続されており、接続配管ｉの他端は分岐して、それぞれ接続配管ｊおよび接続配管ｋの一端に接続されている。接続配管ｊおよびｋの他端は、それぞれ、熱動弁２３ａおよび熱動弁２３ｂに接続されており、これらは利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂの一端に接続されている。利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂの他端は接続配管ｊ’および接続配管ｋ’の一端に接続され、これらの他端は共に接続配管ｉ’の一端に接続されており、接続配管ｉ’の他端は室外ユニットｆ内で第２補助熱交換器１９の一端に接続されている。第２補助熱交換器１９の他端は、冷媒貯留タンク２０の側面の流入口に接続されており、冷媒貯留タンク２０の底面に設けた流出口は冷媒搬送装置２１の吸入口に接続されている。第２補助熱交換器１９，冷媒貯留タンク２０，冷媒搬送装置２１、室内ユニットｇ，ｈおよびこれらを接続する配管で、利用側冷媒サイクルを形成している。また、３１は冷媒の温度を検出する温度検出手段で、例えば第１温度センサである。
【００５９】
本実施の形態に係わる冷暖房に適用した冷凍空調装置では、利用側冷媒サイクルの冷媒として、顕熱を利用する冷媒を用い、例えば水、若しくはエチレングリコール，プロピレングリコール，およびＤ−ソルビトールなどの溶媒のうちのいずれか１つまたは複数を重量比で数十％以下含んだ水溶液を用いる。エチレングリコール，プロピレングリコール，およびＤ−ソルビトールなどの溶媒のうちのいずれか１つまたは複数を重量比で０％より大きくかつ数十％以下含んだ水溶液は０［℃］以下になっても凍らない特性を有する不凍液である。
この利用側冷媒サイクルの冷媒に、エチレングリコール，プロピレングリコール，およびＤ−ソルビトールなどのうちのいずれかを重量比で０％より大きくかつ数十％以下含んだ水溶液である不凍液を用いると、外気温度が低く０［℃］以下になる地域に設置しても冷媒が凍るのを防止できる。図２に、例えばプロピレングリコール水溶液の濃度とその特性のグラフを示す。図２（ａ）は水溶液の濃度に対する凍結温度（℃）、図２（ｂ）は１０［℃］および４５［℃］のときの水溶液の濃度に対する動粘度、図２（ｃ）は１０［℃］および４５［℃］のときの水溶液の濃度に対する熱伝達率である。図２（ａ）に示すように、水溶液の濃度が高くなると凍結温度が下がり、外気温度がその分だけ低くなる地域で使用しても凍結しないという利点がある。ところが、一方では図２（ｂ）に示すように動粘度が上がり、図２（ｃ）に示すように熱伝達率が下がる。このため、利用側冷媒サイクルを循環する冷媒としては、濃度が数十％以下、例えば６０％程度以下とし、本実施の形態では例えば３０％程度の濃度の水溶液を使用する。
【００６０】
冷媒貯留タンク２０は利用側の冷媒の体積膨張を吸収するように大気に開放している。また、冷媒貯留タンク２０の流出口から冷媒搬送装置２１までの配管および冷媒搬送装置２１の位置はタンク内喫水面より下方に配置する。これは、冷媒貯留タンク２０の流出口から冷媒搬送装置２１までの配管および冷媒搬送装置２１の位置をタンク内喫水面より上方に配置すると、圧力損失が大きくなり、冷媒がスムーズに流れなくなったり、冷媒が冷媒搬送装置２１の吸入口で蒸発したりして必要な流量が得られないこともあり、これらを防止するためである。また、同様の理由から冷媒貯留タンク２０の流出口から冷媒搬送装置２１までの配管は太い方が望ましく、また短い方が望ましい。
以上に述べた利用側冷媒は、地球環境保全の点で問題なく、取り扱いも容易で、かつ安価な冷媒である。
【００６１】
一方、熱源側冷媒サイクルの冷媒は、通常の冷凍空調装置に用いられている、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒やＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）などのフロン系冷媒、ＨＣ（炭化水素系）冷媒、アンモニア冷媒などを用いる。具体的には、例えばＨＣＦＣ冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａなどの単一冷媒、ＨＦＣ冷媒であるＲ４１０Ａなどの擬似共沸混合冷媒、ＨＦＣ冷媒であるＲ４０７Ｃなどの非共沸混合冷媒、ＨＣ冷媒であるプロパンやイソブタン、アンモニアを用いる。
【００６２】
上記のように利用側冷媒サイクルの冷媒と熱源側冷媒サイクルの冷媒とを分離して、利用側冷媒サイクルには顕熱を利用して熱輸送する冷媒、熱願側冷媒サイクルには潜熱を利用して熱輸送する冷媒というように異なるもので構成している。そして、熱源側にエネルギー効率のよい冷媒を用い、利用側にオゾン層破壊や地球温暖化において使用に問題のない顕熱を利用する冷媒を用いることにより、冷凍空調装置全体で、エネルギー効率はよいが使用に問題のある冷媒の使用量を極力少なくしている。
もちろん熱源側冷媒サイクルの冷媒として、二酸化炭素、水、空気などの自然冷媒などを用いたり、利用側冷媒サイクルの冷媒と同じもの、即ち、エチレングリコール，プロピレングリコール，およびＤ−ソルビトールのうちのいずれか１つまたは複数を重量比で数十％以下含んだ水溶液を用いてもよい。この場合にはエネルギー効率は低下するが、前述の地球環境保全や取扱の点で全く問題のない冷凍空調装置を構成できる。
【００６３】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は図１の実線の冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、四方弁１２の第１口と第２口、および第３口と第４口が接続される。圧縮機１１から吐出された高温高圧の蒸気冷媒は四方弁１２を通り熱源側熱交換器１３で室外送風機１７によって送り込まれた外気へ放熱すると同時に凝縮液化し、冷媒流量制御弁１４を通って低圧低温の気液二相冷媒となり、レシーバ１５を経由して第１補助熱交換器１６で蒸発し低圧低温の蒸気冷媒となって四方弁１２を通り圧縮機１１へ循環する。この時利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器１９と前記第１補助熱交換器１６とが熱交換し、利用側冷媒サイクル内の冷媒が冷却される。この冷媒は冷媒貯留タンク２０を通って冷媒搬送装置２１に送られ、この冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ、ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られる。利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂでは、冷媒は、室内送風機２４ａ，２４ｂによって送り込まれた室内空気から吸熱して自らは加熱され、接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って第２補助熱交換器１９に循環する。一方、利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂに室内送風機２４ａおよび２４ｂによって送り込まれた室内空気は、利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂで冷媒に放熱すると同時に冷却され、室内へ再び吹出されて室内を冷房する。
【００６４】
暖房運転時は、図中破線の冷媒サイクルとなり、熱源側冷媒サイクルでは、四方弁１２の第１口と第４口、および第３口と第２口が接続される。圧縮機１１から吐出された高温高圧の蒸気冷媒は四方弁１２を通り第１補助熱交換器１６に送られ、放熱すると同時に凝縮液化し、レシーバ１５を通って冷媒流量制御弁１４で減圧されて低圧低温の気液二相冷媒となり、熱源側熱交換器１３で室外送風機１７によって送り込まれた室外空気から吸熱して蒸発し、低圧低温の蒸気冷媒となって四方弁１２を通って圧縮機１１へ循環する。この時利用側冷媒サイクルの第２補助熱交換器１９と前記第１補助熱交換器１６とが熱交換し、利用側冷媒サイクル内の冷媒が加熱される。この冷媒は冷媒貯留タンク２０を通って冷媒搬送装置２１に送られ、この冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂへ送られる。利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂでは、冷媒は、室内送風機２４ａおよび２４ｂによって送り込まれた室内空気へ放熱すると同時に冷却され自らは接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って第２補助熱交換器１９に循環する。一方、利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂに室内送風機２４ａおよび２４ｂによって送り込まれた室内空気は、利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂで冷媒から吸熱して加熱され、室内へ再び吹出されて室内を暖房する。
【００６５】
また、暖房運転時に熱源側冷媒サイクルが除霜運転に入った場合は、熱源側冷媒サイクルは図中実線の冷房時の冷媒サイクルと同一となり、利用側冷媒サイクル中の冷媒の顕熱を奪って熱源側熱交換器１３の表面に着いた霜を加熱して除霜する。このとき、第２補助熱交換器１９で利用側冷媒サイクルから奪われる熱量Ｑｄ［ｋＪ］は、熱源側冷媒サイクルの１時間中の加熱量［ｋＪ］のおおよそ１／３０であることが実験的に得られている。また、この除霜運転中にも室内送風機２４ａ，２４ｂを回し続けると、室内の負荷によって冷媒の温度は下がる。この室内負荷による温度低下分の熱量ＱＬ  ［ｋＪ］は、除霜運転時間と利用側冷媒サイクルの暖房能力とで演算できる。利用側冷媒の温度低下ΔＴ［Ｋ］は、利用側冷媒サイクルの冷媒量をＷ［ｋｇ］、比熱をＣｐ［ｋＪ／ｋｇＫ］とすると、式（１）で表される。
ΔＴ＝（Ｑｄ＋ＱＬ  ）／（Ｗ・Ｃｐ）  ・・・・・・・・・・・・（１）
【００６６】
例えば熱源側冷媒サイクルの暖房能力が９．６［ｋＷ］＝［ｋＪ／ｓ］とすると、除霜時に利用側冷媒サイクルから奪われる熱量はＱｄ＝９．６［ｋＪ／ｓ］×３６００［ｓ］／３０＝１１５２［ｋＪ］である。また、除霜運転を３分間行うとした時の室内負荷による温度低下分の熱量はＱＬ  ＝（暖房運転中の暖房能力）［ｋＪ／ｓ］×６０［ｓ］×３［ｍｉｎ］で演算できる。通常は除霜運転に入るのはある程度暖房運転を行った後であり、暖房能力の最大で運転していることはないため、今、１台の室内ユニットが動作しており、例えば暖房能力＝１．５［ｋＪ／ｓ］で運転しているとすると、ＱＬ  ＝２７０［ｋＪ］となる。利用側冷媒サイクル内の冷媒が水でその質量を２０［ｋｇ］とすると、水の比熱は４．１９［ｋＪ／ｋｇＫ］であるので、除霜中の利用側冷媒の温度低下はΔＴ＝１７．０［Ｋ］となる。即ち、冷媒貯留タンク２０の内容積が、冷房時と暖房時の必要冷媒量差を吸収するだけの内容積（水の温度変化に伴う比容積差を吸収する容積があればよく、ほとんど０）しかない場合は、除霜運転の３分程の間に除霜運転に必要な熱だけで利用側冷媒サイクルの冷媒温度が１７．０［Ｋ］も低下してしまうことになる。
この除霜運転の間に、室内ユニットｇ，ｈ内の送風機２４ａ，２４ｂを回し続けると吹き出し空気温度が低くなってしまい、冷風感や室温の低下をもたらすので、不快であった。また、室内ユニットｇ，ｈ内の送風機２４ａ，２４ｂを停止しても暖房が不可能となり室温の低下をもたらすため、利用側冷媒の温度を暖房に適した温度に維持できなくなり、快適性の点で著しく問題であった。
【００６７】
そこで、本実施の形態に係わる冷凍空調装置は、冷媒貯留タンク２０の内容積を利用側冷媒サイクルの冷媒量と同等以上の３０［ｋｇ］を保有できる内容積とした。即ち利用側冷媒の充填量を合計５０［ｋｇ］とし、熱源側冷媒サイクルの除霜運転に伴う利用側冷媒の温度低下が、従来の１７．０［Ｋ］から２／５の６．８［Ｋ］に抑えられる。この程度の温度低下であれば、冷風感や室温低下の心配がなく暖房に適した温度に維持できるので、熱源側冷媒サイクルが除霜運転していも、室内送風機を止めるなどの運転状態を変える必要がなく、室内ユニットは暖房を続けることができる。利用側冷媒の量をこのように充填することで、利用側冷媒の温度を安定させ、室内の人間にとって不快感を感じさせることなく、室内の快適性を大幅に向上させることができる。
【００６８】
逆に、除霜運転中の利用側冷媒サイクルの冷媒温度低下ΔＴ［Ｋ］の許容値を所定温度以下になるように決めれば、冷媒貯留タンク２０が保有すべき冷媒量を求めることができる。利用側冷媒サイクルの全冷媒量が式（１）より、次の式（２）で求められる。
Ｗ＝（Ｑｄ＋ＱＬ  ）／（ΔＴ・Ｃｐ）  ・・・・・・・・・・・・（２）
冷媒貯留タンク２０の保有冷媒量Ｗｔ［ｋｇ］は、式（２）におけるＷを用いて式（３）より求められる。
Ｗｔ＝Ｗ−Ｗｐ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、Ｗｐ［ｋｇ］は、利用側冷媒サイクルの冷媒貯留タンク２０以外の内容積から求められる必要冷媒量である。
前述の例で、例えば除霜運転中の利用側冷媒の温度低下ΔＴをまで許容するなら、冷媒貯留タンク２０には、
Ｗｔ＝（１１５２＋２７０）［ｋＪ］／（２［Ｋ］・４．１９［ｋＪ／ｋｇＫ］）−２０
＝１５０．０［ｋｇ］
の冷媒が保有できる内容積が必要となる。これに従って冷媒貯留タンク２０を構成して利用側冷媒を充填することで、利用側冷媒の温度低下を所定温度低下内に抑えることができ、室内の暖房に適した温度に維持できる。上記では所定温度低下ΔＴを２［Ｋ］としたが、１０［Ｋ］程度の温度低下でもそれほど室内の快適性を損なうことはないが、好ましくは５［Ｋ］程度以下にするのが望ましい。
ただし、室内負荷による温度低下分ＱＬ  の演算は利用側の使い方で差があり、冷媒貯留タンク２０には、最低限利用側冷媒サイクルから奪われる熱量Ｑｄ［ｋＪ］分の容量が必要である。例えば所定温度低下ΔＴを２［Ｋ］とすると、
Ｗｔ＞１１５２［ｋＪ］／（２［Ｋ］・４．１９［ｋＪ／ｋｇＫ］）−２０
＞１１７．５［ｋｇ］となる。
即ち、少なくとも熱源側冷媒サイクルが除霜運転に必要な熱量を、冷媒貯留タンク２０に蓄えれば、除霜運転中に利用側冷媒の温度が大幅に下がることを防止でき、利用側冷媒サイクルで暖房運転している際の室内の快適性を維持できる。
【００６９】
また、利用側冷媒サイクルに例えば蓄熱材などの蓄熱手段を設け、熱源側冷媒サイクルで得た冷熱または温熱を蓄熱する構成の場合には、蓄熱手段に蓄熱した温熱を除霜運転中に放熱するので、利用側冷媒の温度低下を小さくできる。この時の蓄熱手段からの除霜運転中の放熱量をＱｔ［ｋＪ］とすると、利用側冷媒の温度低下ΔＴは式１ではなく、下式のように表される。
ΔＴ＝（Ｑｄ＋ＱＬ  −Ｑｔ）／（Ｗ・Ｃｐ）
この温度低下ΔＴを所定温度以下、例えば５［Ｋ］以下になるように蓄熱手段の蓄熱容量および利用側冷媒サイクルの冷媒量を充填して、利用側冷媒の温度を暖房に適した温度に維持する。蓄熱手段からの除霜運転中の放熱量Ｑｔに基づいて蓄熱容量を設定するのは、蓄熱手段の材料や構成に応じて異なるので、それぞれの場合に適するように設定すればよい。例えば蓄熱手段が冷媒貯留タンク２０内に浸漬された煉瓦などの場合には熱源側冷媒サイクルが除霜運転を行なうときの冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒の温度低下と同等の温度低下になると考えられるので、このときの蓄熱手段からの放熱量が把握でき、それに基いて蓄熱容量を設定すればよい。
また、利用側冷媒の温度をその加熱を利用した運転で適した温度に維持する際、ここでは室内の暖房に利用したので除霜運転時の温度低下を１０［Ｋ］程度以下として得られるが、温室などの他の空間の暖房や、給湯や、加熱乾燥などに利用した場合には、除霜運転時の温度低下の所定温度を他の値に設定して適した温度に維持する必要がある。また給湯や加熱乾燥の場合にも暖房と同様に除霜運転時の温度低下を１０［Ｋ］程度以下として給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するようにしてもよい。また好ましくは５［Ｋ］程度以下とすれば、支障なく温熱利用することができる。
【００７０】
図１の構成では、冷媒貯留タンク２０は室外ユニットｆの内部に一体で収納されており、室外ユニットｆは大きくなるが、予め室外ユニットｆと室内ユニットｇ，ｈを組み立てておき、現地で接続配管を接続するだけで据え付けることができ、搬入および工事に手間がかかるのを防ぐことができる工事性のよい構成となっている。
また、冷媒貯留タンク２０は、必ずしも室外ユニットｆの内部に一体で収納されていなくてもよい。例えば、図３に示すように、第１補助熱交換器１６と第２補助熱交換器１９、レシーバ１５、冷媒搬送装置２１、および冷媒貯留タンク２０だけをまとめて熱交換ユニットｄを構成し、標準ヒートポンプの室外機ｅと冷媒配管ｍ，ｍ’で接続してもよい。冷媒配管ｍ’は、第１補助熱交換器１６の一端側と四方弁１２との間を接続する接続配管であり、冷媒配管ｍは、第１補助熱交換器１６の他端側に接続されているレシーバ１５と冷媒流量制御弁１４との間を接続する接続配管である。このようにすれば、標準仕様のヒートポンプの室外ユニットをそのまま使用でき、さらに安価な冷凍空調装置を得ることができる。
【００７１】
また、上記では、除霜運転時の利用側冷媒の温度低下を所定温度以下にするために、冷媒貯留タンク２０の容量を大きくして冷媒量を増やしたが、これに限るものではない。例えば、接続配管ｉ，ｉ’，ｊ，ｊ’，ｋ，ｋ’の管径を太くすることで、利用側冷媒サイクルの冷媒量が冷媒貯留タンク２０を付加した場合と同量保有できればこれで代用してもよい。従来の接続配管内径をすべて√２倍の内径のものにすれば、利用側冷媒サイクルの冷媒保有量が従来比約２倍になるので、除霜運転中の利用側冷媒の温度低下は従来の約半分に抑えられ、利用側冷媒の温度が安定した状態で暖房運転を行うので、室内空調（暖房）の快適性を維持しやすくなる。また、従来の接続配管をすべてそれぞれ２本ずつにしても、利用側冷媒サイクルの冷媒保有量は約２倍となる。
【００７２】
また、さらに、冷媒貯留タンク２０を住宅の壁面に収納してもよい。この場合の構成を図４に示す。利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで熱交換した後の利用側冷媒を冷媒貯留タンク２０に溜め、その底部から冷媒搬送装置２１で冷媒を吸い込み、第２補助熱交換器１９へ送り出す。第２補助熱交換器１９で吸放熱した利用側冷媒は接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂに流れ、加熱・冷却に利用される。冷媒貯留タンク２０は、住宅等建物の壁面ｙの内部に接続配管ｉ，ｊ，ｋなどと共に収納されている。図４の例では、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで熱交換した後の比較的室内空気温度レベルに近い温度の冷媒を冷媒貯留タンク２０に溜める構成になっている。このため、熱源側冷媒サイクルの除霜運転時の室内快適性の維持が多少難しくなるが、住宅の内壁材料および外壁材料の間に冷媒貯留タンク２０を壁面と一体に構成し収納しているので設置スペースの問題もなく、また、内壁面を通して冷媒貯留タンク２０内の冷媒から室内へ輻射空調も可能となり、室内空調の快適性向上が期待できる。冷媒貯留タンク２０の一面が内壁を兼ねていれば輻射効果はさらに高まり室内空調の快適性もさらに高まる。
【００７３】
また、図５に示すような構成でもよい。この場合、冷媒貯留タンク２０は室外ユニットｆ内に冷房運転と暖房運転との冷媒量差に相当する大きさだけあればよく、住宅等建物の壁面には第２冷媒貯留タンク１８を設置する。この構成では、第２冷媒貯留タンク１８は例えば鉄や銅やステンレスなどの耐圧性を有する密閉型の圧力容器で構成する。
図５に示した装置は、第２補助熱交換器１９で吸放熱して室温との差が大きくなり空調能力が高まった利用側冷媒を第２冷媒貯留タンク１８に溜める構成なので、図４に示した構成よりも除霜運転中の室内快適性の維持が効果的に可能となる。さらに、内壁面を通して冷媒貯留タンク２０内の冷媒から室内へ輻射空調の効果も期待できる。また、利用側冷媒が第２冷媒貯留タンク１８を上方から下方へ流れる構成だと、上方に空気が溜まって冷媒回路に滞留することになる。ところが図５では第２冷媒貯留タンク１８を下方から上方へ冷媒が流れる構成であり、たとえ第２冷媒貯留タンク１８上方に空気が存在しても、冷媒の流れと共に第２冷媒貯留タンク１８外に押し出されることになり、空気が内部に溜まって冷媒の流れに悪影響を及ぼすのを防止している。
なお、図４における冷媒貯留タンク２０および図５における第２冷媒貯留タンク１８は、建物壁面内に収納するのではなく、建物の床下、屋根上、屋上、地下などに収納してもよいことは言うまでもない。
【００７４】
図１，図３〜図５において、第１温度センサ３１は、第２補助熱交換器１９の利用側冷媒出口側の配管に設置されており、熱源側冷媒サイクルの能力は第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１が予め設定されている目標温度ＴＭに近づくように制御する。例えば、冷房運転の場合、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１と目標温度ＴＭとの温度差ΔＴＨ１を式（４）で算出する。
ΔＴＨ１＝ＴＨ１−ＴＭ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
この値ΔＴＨ１に比例した周波数分だけ、インバータで圧縮機１３の運転周波数を増減することによって熱源側冷媒サイクルの能力を制御する。
一方、暖房運転の場合には、目標温度ＴＭが検出温度ＴＨ１よりも高く設定されるため、温度差ΔＴＨ１を式（５）で算出する。
ΔＴＨ１＝ＴＭ−ＴＨ１  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
この値ΔＴＨ１に比例した周波数分だけ、インバータで圧縮機１３の運転周波数を増減することによって熱源側冷媒サイクルの能力を制御する。
例えば、第２補助熱交換器１９の出口温度の目標値は、冷房運転の場合、ＴＭ＝７［℃］、暖房運転の場合、ＴＭ＝５０［℃］などとするとよい。
【００７５】
また、圧縮機１１の容量制御が運転／停止のみしかできない場合は、第１温度センサ３１の目標温度に上限ＴＭＨと下限ＴＭＬを設定し、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１がＴＭＨとＴＭＬの間に収まるように圧縮機１１を運転／停止する。
例えば、冷房運転の場合、ＴＭＨ＝１０［℃］、ＴＭＬ＝７［℃］として、ＴＨ１≧ＴＭＨの時は圧縮機１１を運転、ＴＨ１≦ＴＭＬの時は圧縮機１１を停止、ＴＭＬ＜ＴＨ１＜ＴＭＨの時は圧縮機１１が運転していれば運転継続、停止していれば停止継続とする。
また、暖房運転の場合、ＴＭＨ＝５０［℃］、ＴＭＬ＝４７［℃］として、ＴＨ１≧ＴＭＨの時は圧縮機１１を停止、ＴＨ１≦ＴＭＬの時は圧縮機１１を運転、ＴＭＬ＜ＴＨ１＜ＴＭＨの時は圧縮機１１が運転していれば運転継続、停止していれば停止継続とする。
【００７６】
以上では、利用側熱交換器が２台の場合を示したが、利用側熱交換器が３台以上接続されていても、また１台の場合でも構わない。複数台の場合の接続形態において、すべてを互いに並列に接続すると、それぞれの利用側熱交換器を独立して制御でき、利用者の要求に適用しやすく汎用的である。また、すべてが並列である必要はなく、例えば、図６に示すように、利用側熱交換器２２ｃと２２ｄとが接続配管ｌ，ｌ’に直列に接続されていて、それぞれ別体の室内ユニットｐおよびｑに室内送風機２４ｃおよび２４ｄと共に収納されていてもよい。また、直列に接続されている室内ユニットｐ，ｑは必ずしもそれぞれに利用側冷媒流量制御弁は必要ではなく、図６に示すように、利用側冷媒の流れの上流の室内ユニットｐのみに例えば熱動弁２３ｃが接続されていればよい。逆に、利用側冷媒の流れの下流側の室内ユニットｑのみに熱動弁２３ｃが接続されていてもよい。
【００７７】
直列に接続された室内ユニットｐ，ｑについては、上流側の熱交換器２２ｃに比べて下流側の熱交換器２２ｄの方が能力が出難いので、上流側室内ユニットｐを例えば、居間、台所等の空調負荷の大きい部屋に設置し、下流側室内ユニットｑを例えば、寝室、浴室、洗面所、便所等の空調負荷の小さい部屋に設置するように使い分けてもよい。また、共に同一の部屋に設置されて同一空間を空調する場合でも、例えば、空調負荷の比較的大きい窓際に上流側室内ユニットｐを設置し、空調負荷の比較的小さい奥側に室内ユニットｑを設置すれば、比較的大きな空調空間の窓際と奥側の温度分布を改善し、空調室内の快適性を向上させることができる。また、同じ窓際に設置する場合でも、天井近くの壁面に能力の出る上流側室内ユニットｐを設置し、床上または床近くの壁面に能力の出難い下流側室内ユニットｑを設置すると、空調室内の上下温度分布を改善して快適性を向上させることができる。
【００７８】
また、上流側熱交換器２２ｃを空調用とし、これに直列に接続された下流側熱交換器２２ｄを床内部に設置してもよい。このようにすれば、特に暖房運転時、空調してやや温度が下がった冷媒でさらに床暖房ができるので、熱のカスケード利用ができ、省エネルギとなると共に、室内の上下温度むらを少なくできるので快適性が向上する。また、床内部に設置する熱交換器は空調用熱交換器と必ずしも直列に接続されていなくてもよく、例えば、熱交換器２２ａを空調用として設置された部屋にこれと並列に接続されている熱交換器２２ｂを床内部に設置してもよい。このようにすれば、床温度と空調温度とが個別に制御可能となるので効率的な運用ができる。また、利用側熱交換器を空調に利用するのに限らず、例えば給湯などの負荷に利用してもよい。このように複数の利用側熱交換器を直列に接続して、種々の利用温度で使うように構成すれば、エネルギを無駄なく利用できる。
【００７９】
本実施の形態に係わる冷凍空調装置の熱源側冷媒サイクルの容量、即ち定格能力は、室内ユニットｇ，ｈの定格能力合計と同等であるのが望ましいが、特に住宅に設置された場合、全室同時に空調されることは少ないため、室内ユニットｇ，ｈの定格能力合計の同等以下でよい。このようにすれば、過剰な設備を持たずに済むので、冷凍空調装置を低価格で供給することができる。
【００８０】
本実施の形態に係わる冷凍空調装置の熱源側冷媒サイクルにおいて、冷房を行う冷却運転時の適正冷媒量は暖房を行う加熱運転時のそれより多い。従って、レシーバ１５は加熱運転時に冷媒が溜まり込むように、第１補助熱交換器１６の加熱運転時の冷媒出口側とレシーバ１５の下部口が、冷媒流量制御弁１４にその上部口が、それぞれ接続されている。このように接続されているので、冷却運転時は、冷媒流量制御弁１４から送り出された気液二相冷媒が上部から流入し下部から第１補助熱交換器１６へ流出するので、レシーバ１５の内部に液冷媒が溜まり込むことはない。加熱運転時は、逆に、第１補助熱交換器１６から送り出された液冷媒が下部から流入して上部から冷媒流量制御弁１４へ流出するように接続されているので、レシーバ１５内に液冷媒が溜まり込む。また、レシーバ１５の内容積は、熱源側冷媒サイクルの冷房運転と暖房運転の適正冷媒量の差を暖房運転時に溜め込む液冷媒の密度で割った値にする。このように、熱源側冷媒サイクルは、冷房運転時、暖房運転時とも過不足なくそれぞれの適正冷媒量で運転されるので、効率のよい冷凍空調装置を得ることができる。
ただし、このレシーバ１５は必ずしも設ける必要がなく、レシーバ１５を設けていない場合には熱源側冷媒を冷房運転に必要な量だけ充填し、暖房運転では効率は多少低減するが、運転に支障が起こることがない。
【００８１】
本実施の形態に係わる冷凍空調装置における一体に形成された補助熱交換器１６および１９は、プレート式熱交換器や二重管式熱交換器あるいは多管式熱交換器が用いられる。プレート式熱交換器の方がその他の熱交換器に比べ価格は高いが圧損は小さいので、利用側冷媒サイクルの冷媒搬送装置２１の容量（揚程）が小さくてよい。従って、特に、本実施の形態に係わる冷凍空調装置が住宅に設置される場合で室外ユニットｆから室内ユニットｇ，ｈまでの距離が遠く配管ｉ，ｊ，ｋ、ｉ’，ｊ’，ｋ’が十分太く取れないような場合、二重管式熱交換器を用いると、冷媒搬送装置２１は安価な家庭用ポンプでは揚程不足になり、高価な産業用ポンプを用いざるを得なくなる。このような場合には、プレート式熱交換器を用いれば、冷媒搬送装置２１は安価な家庭用ポンプで十分であり、総合的に安価な冷凍空調装置が得られる。
また、補助熱交換器１６，１９において、第１補助熱交換器１６の熱源側の冷媒の流れは冷房運転と暖房運転で流れ方向が逆になるが、第２補助熱交換器１９の利用側の冷媒の流れは冷房運転と暖房運転で流れ方向が同じになる。従来装置では、冷房時と暖房時で冷媒の方向が逆になり、冷媒搬送装置２１として特殊なものが必要で高価であったが、本実施の形態のものは、通常のもので構成できるため、安価な市販のマグネットポンプ等を用いることが可能となっている。
【００８２】
また、補助熱交換器１６，１９としてプレート式熱交換器を用いる場合は、熱源側冷媒サイクルの接続は、一般には、冷房運転時の入口が下、出口が上となるように接続する。従って、暖房運転時は、入口が上、出口が下となる。一方、利用側冷媒サイクルの接続は、入口が下、出口が上となるように接続する。従って、冷房運転時は並行流、暖房運転時は対向流となる。一般に対向流で構成した方が熱交換機能を考慮すると好ましく冷房運転時は並行流となってしまうが、熱源側冷媒サイクルの冷媒が、例えばＲ２２やＲ４１０Ａなどの単一または擬似共沸冷媒であれば、第１補助熱交換器１６内の圧損により入口側から出口側に向かって蒸発温度が若干低下するので、温度的には対向流に近い形になり、熱源側冷媒サイクルを効率的に運用できる。
また、プレート式熱交換器を用いる場合でも、熱源側冷媒サイクルを冷房運転時の入口が上、出口が下となるように、即ち図６とは逆に、暖房運転時は入口が下、出口が上となるように接続してもよい。この場合は、利用側冷媒サイクルの接続は、入口が上、出口が下となるように接続する。このようにすると、冷房運転時に補助熱交換器１６内に流入した気液二相冷媒が溜まり込みにくいので、冷房運転時と暖房運転時の適正冷媒量の差が小さくなり、レシーバ１５の内容積が小さくて済むため、安価な冷凍空調装置を得ることができる。
【００８３】
また、図１、図３〜図６において、利用側冷媒流量制御弁２３を熱動弁として説明したが、これに限るものではなく、電磁弁など他の開閉弁でもよい。また、電子式リニア膨張弁（ＬＥＶ）などの流量制御弁でもよい。ただし、熱動弁のようにゆっくりと開閉できるものを用いると、水撃がなくて故障や騒音を低減できる。
また、利用側冷媒サイクルの冷媒として不凍液の特性を有するエチレングリコール，プロピレングリコール，およびＤ−ソルビトールなどのうちのいずれか１つまたは複数を重量比で０％より大きくかつ数十％以下含んだ水溶液を用いたが、外気温度が０［℃］以下にならない地域で用いる場合や、たとえ外気温度が０［℃］以下になっても、配管を断熱性のよいもので構成したり、配管の周囲に断熱材を巻くなどなんらかの手段を用いれば水でもよい。
【００８４】
実施の形態２．
本実施の形態では、熱源側冷媒サイクルを複数の系統有する構成とし、例えば２系統有するものについて示す。
以下、本発明の実施の形態２による冷凍空調装置として、例えば冷却運転で室内を冷房し、加熱運転で室内を暖房する冷暖房装置について説明し、冷却運転を冷房運転、加熱運転を暖房運転として記す。図７は本実施の形態による冷暖房装置を示す構成図である。図において、熱源側冷媒サイクルは、第１の圧縮機１１ａ、第１の流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａ、第１のレシーバ１５ａ、第１補助熱交換器１６ａを連接してなる第１の熱源側冷媒サイクルと、第２の圧縮機１１ｂ、第２の流路切換弁１２ｂ、第２の熱源側熱交換器１３ｂ、第２の冷媒流量制御弁１４ｂ、第２のレシーバ１５ｂ、第３補助熱交換器１６ｂを連接してなる第２の熱源側冷媒サイクルとから成っている。これら第１および第２の熱源側冷媒サイクルの容量である定格能力の合計は、実施の形態１の熱源側冷媒サイクルの定格能力と同一になるよう設定されている。
また、３２ａ，３２ｂは、第１，第２熱源側冷媒サイクルの熱源側熱交換器１３ａ，１３ｂの一端側に設けられ、熱源側冷媒の温度を検出する配管温度検出手段で、例えば配管温度センサである。
【００８５】
一方、利用側冷媒サイクルは、冷媒搬送装置２１、接続配管ｉ、接続配管ｊ，ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂ、接続配管ｊ’，ｋ’、接続配管ｉ’、第２補助熱交換器１９ａ、第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０を連接して成っている。接続配管ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ｂ、利用側熱交換器２２ｂ、および接続配管ｋ’は実施の形態１と同様、接続配管ｊ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ、利用側熱交換器２２ａ、および接続配管ｊ’に並列に接続されている。また、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂは並列に接続されており、これらはそれぞれ第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂと熱交換するように一体に形成されている。
【００８６】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。また、暖房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中破線の冷媒サイクルとなる。第１、第２の熱源側冷媒サイクルの動作は、冷房運転時、暖房運転時とも実施の形態１と同様であるので割愛する。
一方、利用側冷媒サイクルでは、冷房運転の場合、冷媒貯留タンク２０を通って冷媒搬送装置２１に送られた冷媒は、この冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を冷房すると同時に自らは加熱されて、接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに分岐して送り込まれる。第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに送り込まれた冷媒は、第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂを通して、第１および第２の熱源側冷媒サイクルによって外気へ放熱すると同時に自らは冷却され、合流した後冷媒貯留タンク２０に戻る。暖房運転の場合も利用側冷媒の流れ方向は同じであり、動作も同様であるため割愛する。
【００８７】
第１温度センサ３１は、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｄの利用側冷媒出口側接合点と冷媒貯留タンク２０との間を接続する配管に設置されており、熱源側冷媒サイクルの能力は第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１が予め設定されている目標温度ＴＭに近づくように制御される。例えば、冷房運転の場合、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１と目標温度ＴＭとの温度差ΔＴＨ１を式（６）で演算する。
ΔＴＨ１＝ＴＨ１−ＴＭ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
この演算した値に比例した周波数分だけインバータで第１、第２の圧縮機１１ａ、１１ｂの運転周波数を増減することによって、第１、第２の熱源側冷媒サイクルの能力を制御する。
一方、暖房運転の場合、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１と目標温度ＴＭと温度差ΔＴＨ１を式（７）で演算する。
ΔＴＨ１＝ＴＭ−ＴＨ１  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
この演算した値に比例した周波数分だけインバータで第１、第２の圧縮機１１ａ、１１ｂの運転周波数を増減することによって、第１、第２の熱源側冷媒サイクルの能力を制御する。
例えば、第１温度センサ３１の検出温度の目標値は、冷房運転の場合、ＴＭ＝７［℃］、暖房運転の場合、ＴＭ＝５０［℃］などとする。
【００８８】
圧縮機１１ａおよび１１ｂの運転周波数は、それぞれΔＴＨ１に比例した周波数分だけ増減させてもよいが、圧縮機の性能（入力−能力特性）から、２台の合計ＣＯＰ＝能力［ｋＷ］／入力［ｋＷ］が最大になる周波数の組み合わせを選択するとさらに効率がよい。例えば、図８に示すように、２台の圧縮機の合計の運転周波数を仮周波数としたものとその時の合計能力を横軸に取り、縦軸にＣＯＰを取ると、位置Ｚより左側の周波数（能力）が小さい領域は圧縮機１台運転の方が２台運転よりもＣＯＰがよい領域、位置Ｚより右側の周波数（能力）が大きい領域は圧縮機２台同一周波数運転の方が１台運転よりもＣＯＰがよい領域である。実際には、位置Ｚの前後数Ｈｚの間を切換え領域Ｂとし、これより周波数（能力）が小さい領域Ａで圧縮機１台運転、これより周波数（能力）が大きい領域Ｃで圧縮機２台の同一周波数運転とし、領域Ｂでは圧縮機運転の切換えはせず、それ以前の運転台数を継続する。
【００８９】
また、第１、第２の圧縮機１１ａ、１１ｂの運転周波数を、それぞれΔＴＨ１に比例した周波数分だけ増減する場合、圧縮機２台の合計運転周波数（仮周波数）Ｆ［Ｈｚ］あるいはその増減値ΔＦ［Ｈｚ］は、ΔＴＨ１の関数として演算するようにしてもよいし、ΔＴＨ１に対する数表として予め設定し、運転中に数表を参照するようにしてもよい。
【００９０】
第１および第２の熱源側冷媒サイクルの圧縮機の容量制御が運転／停止のみしか選択できない場合は、第１温度センサ３１の目標温度に上限ＴＭＨ、下限ＴＭＬを設定し、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１がＴＭＨとＴＭＬの間に収まるように第１および第２の熱源側冷媒サイクル内の圧縮機１１ａおよび１１ｂを運転／停止する。この様子を冷房運転の場合を例に図９について説明する。
図９において、横軸は第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１、縦軸は熱源側冷媒サイクル中の圧縮機運転台数の増減台数を表す。ＴＭＨ＝８．５［℃］、ＴＭＬ＝７［℃］として、ＴＨ１≧ＴＭＨの時は圧縮機を１台追加運転、ＴＨ１≦ＴＭＬの時は圧縮機を１台停止、ＴＭＬ＜ＴＨ１＜ＴＭＨの時は圧縮機の運転台数は変更しない。また、暖房運転の場合も同様であり、ＴＭＨ＝５０［℃］、ＴＭＬ＝４８．５［℃］として、ＴＨ１≧ＴＭＨの時は圧縮機を１台停止、ＴＨ１≦ＴＭＬの時は圧縮機を１台追加運転、ＴＭＬ＜ＴＨ１＜ＴＭＨの時は圧縮機の運転台数は変更しない。このように、熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数の系統有する構成とし、それぞれの圧縮機を１台ずつ運転／停止することにより、熱源側冷媒サイクルが１系統の場合に比べて、利用側冷媒の温度変化を小さい範囲内に収めることができ、冷媒温度の安定性、ひいては、空調室内の快適性が向上する。
【００９１】
以下、複数系統の熱源側冷媒サイクルを有する冷凍空調装置において、暖房運転中に時に第１の熱源側冷媒サイクルの第１の熱源側熱交換器１３ａまたは第２の熱源側冷媒サイクルの第２の熱源側熱交換器１３ｂに霜が付着し、除霜運転を行う時の制御について説明する。
暖房運転中に第１の熱源側冷媒サイクルが除霜運転開始条件を満たした後、除霜運転に入っているときに、第２の熱源側冷媒サイクルが除霜運転開始条件を満たした場合、第１の熱源側冷媒サイクルが除霜運転終了条件を満たすまで、第２の熱源側冷媒サイクルの除霜運転を遅らせる。この時の制御装置４１の制御動作を図１０のフローチャートに示す。
【００９２】
まず、ＳＴ１では第１、第２の熱源側冷媒サイクルにおいて、配管温度センサ３２ａ、３２ｂで第１、第２配管温度を検出する。ＳＴ２で、第２の熱源側冷媒サイクルが除霜運転中かどうか判断し、除霜運転中の場合には除霜運転終了条件を満たしているかどうか判断する。即ち、ＳＴ３で第２配管温度が１０［℃］よりも低い場合には第２の熱源側冷媒サイクルでまだ除霜運転を継続する必要があるので制御処理は終了（ＥＮＤ）とする。ＳＴ３で第２配管温度が１０［℃］以上の場合には第２の熱源側冷媒サイクルで除霜運転終了条件を満たしていると判断し、ＳＴ４で第２の熱源側冷媒サイクルを除霜運転終了にする。この状態で第１、第２の熱源側冷媒サイクルはどちらも除霜運転に入っていない。そして、ＳＴ５で第１配管温度のチェックを行う。第１配管温度が例えば−７［℃］よりも低くなったら除霜運転開始条件を満たしていると判断し、第１の熱源側冷媒サイクルを除霜運転状態とし（ＳＴ６）、制御処理を終了する（ＥＮＤ）。第１配管温度が−７［℃］以上だったら、ＳＴ７で第１の熱源側冷媒サイクルは除霜運転中かどうか判断し、除霜運転中の場合には除霜運転終了条件を満たしているかどうか判断する。即ち、ＳＴ８で第２配管温度が１０［℃］よりも低い場合には第１の熱源側冷媒サイクルでまだ除霜運転を継続する必要があるので制御処理は終了（ＥＮＤ）とする。ＳＴ８で第１配管温度が１０［℃］以上の場合には第１の熱源側冷媒サイクルで除霜運転終了条件を満たしていると判断し、ＳＴ９で第１の熱源側冷媒サイクルを除霜運転終了にする。この状態で第１、第２の熱源側冷媒サイクルはどちらも除霜運転に入っていない。そして、ＳＴ１０で第２配管温度のチェックを行う。第２配管温度が−７［℃］よりも低くなったら除霜運転開始条件を満たしていると判断し、ＳＴ１１で第２の熱源側冷媒サイクルを除霜運転状態として、制御処理を終了する（ＥＮＤ）。この制御処理は所定時間間隔、例えば１分に１回の温度検出に応じて実行されるように構成しておくとよい。
【００９３】
上記のように制御すると、例えば、暖房運転中、第１の熱源側冷媒サイクルにおいて、配管温度センサ３２ａの検出温度が−７［℃］を検出したことによって第１の熱源側冷媒サイクルが除霜運転に入った後、第２の熱源側冷媒サイクルにおいても、配管温度センサ３２ｂの検出値が−７［℃］を検出した場合、制御装置４１では、第１の熱源側冷媒サイクルで、配管温度センサ３２ａの検出温度が１０［℃］以上となって除霜運転終了条件を満たすまで、第２の熱源側冷媒サイクルは除霜運転を行わず、暖房運転を継続する。第１の熱源側冷媒サイクルが除霜を終了したら、第１の熱源側冷媒サイクルは暖房運転に復帰し、第２の熱源側冷媒サイクルの除霜運転を開始する。
【００９４】
このように１系統ずつ熱源側冷媒サイクルの除霜運転を行うことによって、利用側冷媒サイクルの冷媒温度の低下が小さくなるので、温熱利用に適した温度に維持して空調室内の快適性が向上する。また、熱源側冷媒サイクルが１系統の場合に比較して、利用側冷媒サイクルの冷媒温度の低下が小さいので、冷媒貯留タンク２０を小さくすることができ、システム全体の価格を安価にすることができる。
熱源側冷媒サイクルが３以上の複数系統ある場合には、そのうちの１系統以上が除霜運転を行ってもよく、少なくとも１系統の熱源側冷媒サイクルは除霜運転ではなく暖房運転を継続して行うように制御すれば、上記と同様の効果を奏する。
また、熱源側冷媒サイクルを複数の系統にすれば、小型で安価な標準ヒートポンプをそのまま、あるいはその構成部品を流用することができるので、さらに安価な冷凍空調装置が得られる。
【００９５】
また、第１の熱源側冷媒サイクルが除霜運転していて第２の熱源側冷媒サイクルが暖房運転している場合、制御装置４１は第１温度センサ３１の検出値を目標値に近づけるため第２の熱源側冷媒サイクルの暖房能力が増大するように自動的に制御してもよい。第２の熱源側冷媒サイクルの暖房能力を増大することで、利用側冷媒サイクルの冷媒温度の低下はより小さくなる。
さらに、熱源側冷媒サイクルが３系統以上あれば、これら全ての除霜運転タイミングをずらすことによって、利用側冷媒サイクルの冷媒温度を安定させ、空調室内の快適性を維持することができる。
【００９６】
また、第１の熱源側冷媒サイクルまたは第２の熱源側冷媒サイクルのどちらかが除霜運転開始条件を満たした場合、除霜運転開始前に第１の熱源側冷媒サイクルまたは第２の熱源側冷媒サイクルのいずれか一方、または両方を最大能力で運転して、利用側冷媒サイクルの冷媒温度を予め上昇させておいてもよい。具体的手段としては、第１の熱源側冷媒サイクルまたは第２の熱源側冷媒サイクルのどちらかが除霜運転開始条件を満たした場合、第２、第４補助熱交換器１９ａ、１９ｂの合流出口に設置されている第１温度センサ３１の目標温度を、ＴＭＵ［℃］だけ上昇させることが考えられる。温度増加分ＴＭＵは、どんな値でもよいが例えば数［℃］程度とする。このとき第１温度センサ３１の目標温度はＴＭ＋ＴＭＵ［℃］となり、第１温度センサ３１の検出値ＴＨ１がこの温度に到達するまで第１の熱源側冷媒サイクルは除霜運転せずに暖房運転を継続して行い、目標温度（ＴＭ＋ＴＭＵ［℃］）に到達した後除霜運転に入るように制御装置４１で制御する。また、目標温度を上げる代わりに、例えば数分程度の一定時間、最大能力で暖房運転を行った後に除霜運転に入るようにしてもよい。
【００９７】
このように、利用側冷媒サイクルの冷媒温度を上げておいてから除霜運転に入ると、除霜運転によって利用側冷媒サイクルから熱量を奪われても、空調室内の快適性を維持することができる。目標温度の上昇分ＴＭＵは、除霜運転で下がると予想される温度の例えば１／２程度で、室内の人間が不快に感じるのをある程度防ぐことができる。ただし、この目標温度の上昇分は、利用する環境や状態によって異なるため、一概には言えず、利用側で適当な値に設定するとよい。
また、直接的に第１、第２の冷媒サイクル中の第１、第２の圧縮機１１ａ、１１ｂの運転周波数を増加させ、例えば、第１、第２の圧縮機１１ａ，１１ｂの合計周波数が８０［Ｈｚ］程度のときに例えば１２０［Ｈｚ］程度に増加し、一定時間、例えば数分程度経過した後、第１の熱源側冷媒サイクルを除霜運転するように制御装置４１で制御してもよい。
【００９８】
なお、上記で述べた複数の熱源側冷媒サイクルを有する冷凍空調装置における除霜運転の制御は、除霜運転時の利用側冷媒の温度低下を低減するために冷媒貯留タンク２０を設けていない冷凍空調装置にも適用することができる。ただし、冷媒貯留タンク２０を設ければ、さらに利用側冷媒の温度を安定させることができるのは言うまでもない。
【００９９】
次に、第１および第２の熱源側冷媒サイクルの容量制御段階を数段階に設定する制御方法について説明する。
第１および第２の熱源側冷媒サイクルのそれぞれの容量制御段階を数段階に設定する場合には、第１温度センサ３１の目標温度をＴＭと設定し、あるサンプリング間隔τ［ｈ］ごとに検出した第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１がＴＭの近傍に収まるように第１および第２の熱源側冷媒サイクルの容量を１段階ずつ増減する。図１１にブロック線図を示す。
ΔＴＨ１＝ＴＭ−ＴＨ１＊  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
とする。上付き＊はτ［ｈ］または２τ［ｈ］後のＴＨ１の予測値を表す。例えば冷房運転において、ΔＴＨ１＞＋αの場合、熱源側冷媒サイクルの合計容量段階Ｄを１段階減段し、ΔＴＨ１＜−αの場合、熱源側冷媒サイクルの合計容量段階Ｄを１段階増段する。容量制御段階は、図１１に示すように隣り合う容量制御段階の熱源側冷媒サイクルの合計容量（能力）への変化率がほぼ一定になるように設定しておくのがよい。
【０１００】
例えば、
｛（段階３の冷房能力）  −  （段階２の冷房能力）｝／（段階２の冷房能力）≒｛（段階４の冷房能力）  −  （段階３の冷房能力）｝  ／（段階３の冷房能力）
のように設定する。言い換えれば、容量変化幅は、容量が増加するにつれて大きくなるように設定しており、比較的大きな負荷の大きな変動にも、比較的小さな負荷の小さな変動にもハンチングを抑えながら追従することができ、利用側冷媒の温度安定性が向上し、ひいては空調室内の快適性が向上する。
【０１０１】
ここで、容量制御段階の設定方法について説明する。上述のように、どの容量制御段階から隣の容量制御段階に移行してもその容量変化率が一定になるように容量制御段階を設定する。今、容量制御段階の数をＮ段階、最大容量をＱｍａｘ［ｋＷ］、最小容量をＱｍｉｎ［ｋＷ］（停止状態を除く）とすると、各段階の変化率が一定になるための容量変化率ｒは、式（９）により求められる。
ｒＮ−１  ＝Ｑｍａｘ／Ｑｍｉｎ  ・・・・・・・・・・・・・・・・（９）
即ち、最大容量と最小容量の比のＮ−１乗根が容量変化率ｒとなる。従って、容量制御段階１はＱｍｉｎ、２はＱｍｉｎ×ｒ、３はＱｍｉｎ×ｒ２  、・・・、容量制御段階ＮはＱｍｉｎ×ｒＮ  ＝Ｑｍａｘとなる。
例えば、図１１を例に挙げると、Ｑｍａｘ＝８［ｋＷ］、Ｑｍｉｎ＝１［ｋＷ］で容量制御段階はＮ＝７であるので、容量制御変化率ｒ＝（８／１）１／６  ＝１．４１４となる。従って、もし、どのような容量制御段階でも設定可能であれば、容量制御段階１は１［ｋＷ］、２は１．４１４［ｋＷ］、３は２．０［ｋＷ］、４は２．８２８［ｋＷ］、５は４．０［ｋＷ］、６は５．６５６［ｋＷ］、７は８．０［ｋＷ］となる。
【０１０２】
実際には、熱源側冷媒サイクルが２系統あり、どちらも同等の容量制御段階３段階で実現するのは困難であるため、１台あたりの容量変化率が一定になるように、Ｑｍａｘ＝４［ｋＷ］、Ｑｍｉｎ＝１［ｋＷ］、Ｎ＝３として、ｒ＝（４／１）１／２  ＝２とする。即ち、１台あたり、容量段階１は１［ｋＷ］、２は２［ｋＷ］、３は４［ｋＷ］として、２台を組合せ、それぞれの熱源側冷媒サイクルの運転が連続するように設定する。ここで、熱源側冷媒サイクルの運転が連続するようにとは、例えば、図１１で、２台の合計容量制御段階４は冷房能力４［ｋＷ］であるが、これを実現する組み合わせは、１台で容量制御段階３で運転する場合と、容量制御段階２で２台運転する場合とが考えられる。ところが、前者であると、合計容量制御段階３および５が熱源側冷媒サイクル２台運転であるため、合計容量制御段階３から４に、またさらに４から５に移行した時に短時間に熱源側冷媒サイクルの１台が運転から停止、そして再び運転ということになってシステム全体の安定性が損なわれ、また、熱源側冷媒サイクルの再起動停止時間（例えば３分）が設定されているため再起動に時間がかかり、ひいては空調室内の快適性が損なわれることが懸念されるため、後者を採用する方がよい。
このように合計容量の段階を変化させる際に、その変化が合計容量の段階を増加させる場合、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で運転している熱源側冷媒サイクルは運転状態のままで前記合計容量を増加させるように制御する。一方、変化が合計容量の段階を減少させる場合、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で停止している熱源側冷媒サイクルは停止状態のままで合計容量を減少させるように制御する。これにより合計容量の段階を変化させる際に、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちで運転／停止の状態変化する熱源側冷媒サイクルの数を最小にでき、システム全体の安定性を向上することができ、空調室内の快適性を維持した状態で負荷の変化に対応できる。
【０１０３】
このように、複数の熱源側冷媒サイクルを備えた冷凍空調装置においての容量制御方法は、熱源側冷媒サイクルの合計容量の変化幅が、合計容量が増加するにつれて大きくなるように設定しているので、比較的大きな負荷の大きな変動にも、比較的小さな負荷の小さな変動にもハンチングを抑えながら追従することができ、利用側冷媒の温度安定性が向上し、空調室内の快適性が向上する。
もちろん、熱源側冷媒サイクルが１台の装置の場合にも、次の段階への容量（能力）の変化率がほぼ一定になるように設定する、即ち容量変化幅を容量が増加するにつれて大きくなるように設定すると、どのような負荷の変動にもハンチングを抑えながら追従することができ、利用側冷媒の温度が安定した状態で冷房または暖房運転を行なうことができる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、熱源側冷媒サイクルが２台の例を示したが、熱源側冷媒サイクルは３台以上あっても構わない。複数の熱源側冷媒サイクルで構成すると、その１つの熱源側冷媒サイクルは小容量のものでよく、これに標準の蒸気圧縮式の冷凍サイクルを用いると、低価格で冷凍空調装置を構成できる。また、複数の熱源側冷媒サイクルのすべてを本実施の形態のように並列に接続すると、それぞれを独立して制御できるので望ましいが、その一部または全てが直列に接続されていてもよい。直列に接続されている場合は、上流側の冷媒サイクルで加熱または冷却された利用側冷媒を下流側の冷媒サイクルで更に加熱または冷却することになり、下流側冷媒サイクルの効率が多少悪化するが、利用側冷媒の接続に分岐がなく単純になり安価な冷凍空調装置が得られる。
【０１０５】
なお、上記で述べた複数または１台の熱源側冷媒サイクルを有する冷凍空調装置における容量制御は、除霜運転時の利用側冷媒の温度低下を低減するために冷媒貯留タンク２０を設けていない冷凍空調装置にも適用することができる。ただし、冷媒貯留タンク２０を設ければ、さらに利用側冷媒の温度を安定させることができるのは言うまでもない。
【０１０６】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３による冷凍空調装置として、例えば冷却運転で室内を冷房し、加熱運転で室内を暖房する冷暖房装置について説明し、冷却運転を冷房運転、加熱運転を暖房運転として記す。図１２は本実施の形態による冷暖房装置を示す構成図である。図において、熱源側冷媒サイクルは、第１の圧縮機１１ａ、第１の流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａ、第１のレシーバ１５ａ、第１補助熱交換器１６ａを連接してなる第１の熱源側冷媒サイクルと、第２の圧縮機１１ｂ、第２の流路切換弁１２ｂ、第２の熱源側熱交換器１３ｂ、第２の冷媒流量制御弁１４ｂ、第２のレシーバ１５ｂ、第３補助熱交換器１６ｂを連接してなる第２の熱源側冷媒サイクルとから成っている。これら第１および第２の熱源側冷媒サイクルの容量（定格能力）の合計は、１系統で構成した熱源側冷媒サイクルである実施の形態１の熱源側冷媒サイクルの容量（定格能力）と同一である。
【０１０７】
一方、利用側冷媒サイクルは、第１の冷媒搬送装置２１、接続配管ｉ、接続配管ｊ，ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂ、接続配管ｊ’，ｋ’、接続配管ｉ’、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第１の利用側冷媒サイクルと、第２の冷媒搬送装置２５、第２補助熱交換器１９ａ、第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第２の利用側冷媒サイクルとから構成されている。接続配管ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ｂ、利用側熱交換器２２ｂ、および接続配管ｋ’は実施の形態１と同様、接続配管ｊ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ、利用側熱交換器２２ａ、および接続配管ｊ’に並列に接続されている。また、第２補助熱交換器１９ａと第４補助熱交換器１９ｂとは実施の形態２と同様、並列に接続されており、これらはそれぞれ第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂと熱交換するよう一体に形成されている。
第２の利用側冷媒サイクルでは、利用側冷媒を循環させて第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂでそれぞれ、第１，第３補助熱交換器１６ａ，１６ｂと熱交換し、冷媒貯留タンク２０に熱を蓄える熱輸送サイクルを構成している。
【０１０８】
さらに、圧縮機１１ａ、流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａは第１の室外ユニットｅに収納されており、圧縮機１１ｂ、流路切換弁１２ｂ、第１の熱源側熱交換器１３ｂ、第１の冷媒流量制御弁１４ｂは第２の室外ユニットｅ’に収納されている。これらは、家庭用エアコンなどの標準室外機を利用している。さらにまた、第１の冷媒搬送装置２１、第２の冷媒搬送装置２５、一体となった第１補助熱交換器１６ａおよび第２補助熱交換器１９ａ、一体となった第３補助熱交換器１６ｂおよび第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０、第１、第２のレシーバ１５ａ、１５ｂは熱交換ユニットｄに収納されている。
【０１０９】
第１の熱源側冷媒サイクルは、第１の室外ユニットｅ内の流路切換弁１２ａの第４口と熱交換ユニットｄ内の第１補助熱交換器１６ａの一端側との間、および第１の室外ユニットｅ内の冷媒流量制御弁１４ａと熱交換ユニットｄ内の第１補助熱交換器１６ａの他端側に接続されている第１のレシーバ１５ａとの間を、それぞれ接続配管ｍ’およびｍで接続して構成されている。同様に第２の熱源側冷媒サイクルは、第２の室外ユニットｅ’内の流路切換弁１２ｂの第４口と熱交換ユニットｄ内の第３補助熱交換器１６ｂの一端側との間、および第２の室外ユニットｅ’内の冷媒流量制御弁１４ｂと熱交換ユニットｄ内の第３補助熱交換器１６ｂの他端側に接続されている第２のレシーバ１５ｂとの間を、それぞれ接続配管ｎ’およびｎで接続して構成されている。
【０１１０】
冷媒貯留タンク２０は、その内部で最上部から縦方向に仕切り２７で左右２槽に分割されている。仕切り２７は、冷媒貯留タンク２０の底面の直上またはそれより上部でその一部が開口していて左右２槽の利用側冷媒３０が連通するようになっている。さらに、冷媒貯留タンク２０の上部は大気に開放されており、利用側冷媒３０の体積膨張を吸収する。またさらに、接続配管ｓは、冷媒貯留タンク２０の左槽の底部の流出口にその一端が開口しており、その他端は冷媒搬送装置２１の吸入口に接続されている。また、接続配管ｔは、冷媒貯留タンク２０の右槽の底部の流出口にその一端が開口しており、その他端は冷媒搬送装置２５の吸入口に接続されている。また、接続配管ｒは、冷媒貯留タンク２０の左槽の側面上部の流入口にその一端が開口しており、その他端は第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂの出口側に接続されている。また、接続配管ｉ’は、冷媒貯留タンク２０の右槽の側面上部の流入口を通って、冷媒貯留タンク内に設定されているフィルタ２６の内部にその一端が開口しており、その他端は接続配管ｊ’，ｋ’の出口側に接続されている。すべての接続配管ｒ，ｓ，ｔ，およびｉ’は、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒３０の喫水面下に開口している。
【０１１１】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。また、暖房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中破線の冷媒サイクルとなる。熱源側冷媒サイクルの動作は、冷房運転時、暖房運転時とも実施の形態１と同様であるので割愛する。
【０１１２】
第２の利用側冷媒サイクルにおいて、冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部から流出した利用側冷媒３０は、接続配管ｔを通り第２の冷媒搬送装置２５によって第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに分岐して送り込まれる。第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに送り込まれた利用側冷媒３０は、第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂを通して、第１および第２の熱源側冷媒サイクルによって外気へ放熱すると同時に自らは冷却され、接続配管ｒで合流した後冷媒貯留タンク２０の左側の槽に戻る。暖房運転の場合も動作は同様であるため割愛する。
この第２の利用側冷媒サイクルによって、第１および第２の熱源側冷媒サイクルで発生する温熱または冷熱が、冷媒貯留タンク２０に輸送されてここで蓄熱される。
【０１１３】
一方、第１の利用側冷媒サイクルでは、冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した利用側冷媒３０は、接続配管ｓを通り第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られる。利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで室内送風機２４ａ，２４ｂによって送り込まれた室内空気と熱交換して、冷房運転の場合には室内を冷房すると同時に自らは加熱され、暖房運転の場合には室内を暖房すると同時に自らは冷却される。この後、接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽に戻ってくる。
このように、第１の利用側冷媒サイクルでは、利用側冷媒３０を循環することにより、冷媒貯留タンク２０に蓄えられている温熱または冷熱を熱交換器２２ａ，２２ｂで負荷に利用している。
このとき、室内送風機２４ａ，２４ｂの風量は、居住者が設定する室内空気温度の目標設定値と、温度センサ３５ａ，３５ｂで検出されるそれぞれの室内空気の実際の温度との温度差に応じて数段階または連続的に変化するように設定する。
【０１１４】
本実施の形態では、利用側冷媒サイクルとして、室内ユニットｇ，ｈを循環する第１の利用側冷媒ユニットと熱輸送を行う第２の利用側冷媒サイクルで構成されている。第１の利用側冷媒サイクルを流れる冷媒の循環量は、室内ユニットｇ，ｈの運転／停止に応じて利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂが開閉することにより変化する。ところが第２の利用側冷媒サイクルを流れる冷媒の循環は、第１の利用側冷媒サイクルを流れる冷媒の循環とは独立しており、第１の利用側冷媒サイクルの冷媒循環量が変化しても、第２の冷媒搬送装置２５によってほぼ一定に保たれる。従って、熱源側冷媒サイクルの運転状態が安定しやすい上に、第２、第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂの出口温度、ひいては、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂに流入する冷媒の温度も安定しやすいため、室内空調空間の温度制御が安定しやすく快適性を維持しやすい。
【０１１５】
また、利用側熱交換器へ冷媒を搬送する冷媒搬送装置２１と、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂへ冷媒を搬送する冷媒搬送装置２５とを有し、それぞれの流量が個別に制御できる構成となっている。このため、例えば、暖房運転中に熱源側冷媒サイクルが除霜運転を開始し、利用側冷媒の温度が下がってきたら冷媒搬送装置２１を止めて低温の冷媒が利用側熱交換器に流入しないようにすることができる。そして第１の利用側冷媒サイクルの運転はそのまま維持でき、室内快適性を維持しやすい。特に、熱源側冷媒サイクルは通常、一度停止した後一定時間を経過しないと再び起動しないような制御がされているので、そのような場合には、冷媒搬送装置２５を停止したまま冷媒搬送装置２１を運転することにより、冷媒貯留タンク２０の蓄熱分で室内を所定時間の間、空調することができる。
【０１１６】
ここで、フィルタ２６は、例えば円筒状に成形されており、その底面も網目状に構成されている。円筒側面と底面の網目の粗さは均一が望ましいが、ある程度以上細かければ、底面の方が側面より粗くても、また、逆に側面の方が底面より粗くてもよい。フィルタ２６は利用側冷媒３０の注ぎ口も兼ねており、その上面は蓋になっていて、本実施の形態による冷凍空調装置が設置されてから運用されるまでの間に利用側冷媒３０を充填する時に蓋を開け、円筒状のフィルタ上面からその内部へ利用側冷媒３０を注ぎ込む。このとき、フィルタ２６は、冷媒３０が注ぎ込まれるのと同時に冷媒貯留タンク２０内に混入する混入物であるごみ、ちり等が利用側冷媒サイクル内に混入するのを防ぐ。さらに接続配管ｉ’がフィルタ２６の内部に接続されており、利用側冷媒の循環と共に、利用側冷媒サイクル内の配管、熱交換器等の腐食、摩耗等によるごみ、ちり等の混入物を集めることにより、利用側冷媒サイクルから取り除くことを可能としている。利用側冷媒サイクル内に異物が混入して利用側冷媒サイクル内を循環すると、冷媒搬送装置２５，２１の故障や、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂおよび利用側熱交換器２２ａ，２２ｂの詰まりや、伝熱性能の低下などを招いて、システム全体の信頼性が低下することになる。フィルタ２６を設けることにより、これらの不都合が発生するのを防ぎ、信頼性を向上できる効果がある。
【０１１７】
なお、フィルタ２６の設置場所は、冷媒貯留タンク２０に限らず、利用側冷媒サイクルの配管のどこかに１つ設けてあれば、そのフィルタ２６を循環する際に混入物が集められ、それよりも下流側にごみ等が循環していくことを防ぐ。特に第２，第４の補助熱交換器１９ａ，１９ｂの入口の上流側配管に設けておくと、混入物が第２，第４の補助熱交換器１９ａ，１９ｂに流れ込むのを防ぐことができる。
また、冷媒貯留タンク２０内にフィルタ２６を設けると、前記のように冷媒貯留タンク２０は冷媒を注ぎ込むために開口を設けているので、フィルタ２６を交換したり、集まった混入物を取り除くことが容易となり、管理しやすい。
また、冷媒貯留タンク２０内において、少なくともどちらか一方の流入口から流出口へ至る利用側冷媒の流れの途中に設けられていればよく、例えば流出口近傍に設けられていてもよい。ただし、図１２のように冷媒貯留タンク２０の上方に設けるとフィルタ２６に引っかかったちりやごみなどを容易に取り除くことができ、またフィルタ２６を交換したり洗浄する際にも扱いやすい。
【０１１８】
冷媒貯留タンク２０は、その一部が連通した仕切り２７によって左右２槽に分割されている。その分割された一方の槽例えば右槽には利用側熱交換器２２ａ，２２ｂからの利用側冷媒が流入する開口が設けられ、他方の槽例えば左槽には利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへの利用側冷媒が流出する開口が設けられている。さらに、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂからの利用側冷媒が流入する開口が設けられた右槽には、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂへの利用側冷媒が流出する開口が設けられ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへの利用側冷媒が流出する開口が設けられている左槽には第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂからの利用側冷媒が流入する開口が設けられている。本実施の形態では冷媒貯留タンク２０の上方に２つの流入口となる開口、底部に２つの流出口となる開口が配設されている。
更に詳しくは、接続配管ｒが冷媒貯留タンク２０の左槽の上部喫水面下に、接続配管ｓが冷媒貯留タンク２０の左槽の底面に、接続配管ｔが冷媒貯留タンク２０の右槽底面に、接続配管ｉ’が冷媒貯留タンク２０の右槽の上部喫水面下で、かつ、フィルタ２６の内部に、それぞれ開口している。
【０１１９】
この構成において、例えば暖房運転時に、第２の利用側冷媒サイクルでは、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂから流出した５０［℃］程度の高温の利用側冷媒が左槽の上部から流入し、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒３０が右槽底面から流出する。このため、高温で比重の小さい冷媒が左槽の上部から溜まりはじめ、時間と共に下部まで高温の冷媒が左槽に溜まる。このように、左槽は内部の冷媒が混合されることなく上下に温度成層を形成し、高温の領域を時間と共に広げながら蓄熱することができる。このとき、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂへ冷媒を送り出す第２の冷媒搬送装置２５の吸い込み口が接続されている接続配管ｔの入口温度はほとんど上昇せず、第２の利用側冷媒サイクルで冷媒貯留タンク２０内の低温の冷媒を取り出して熱交換するので、熱源側冷媒サイクルを効率よく運転できると共に、冷媒貯留タンク２０の左槽で十分に蓄熱することができる。また、第１の利用側冷媒サイクルでは、高温の冷媒を左槽底部から循環させて利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで利用しており、特に、冬期の暖房立ち上げが瞬時に行えるという効果がある。
また、冷房時においても、冷媒貯留タンク２０内左槽の冷媒を右槽の冷媒よりも比較的低温に保つことができるので、夏期の冷房立ち上げを迅速に行えるという効果がある。
【０１２０】
さらに、冷媒貯留タンク２０と第１，第２の利用側冷媒サイクルとの接続は、暖房運転時には図１２のように構成しておき、冷房運転時に上下が逆になるように切換えてもよい。即ち、第２の利用側冷媒サイクルの接続配管ｒを冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部に接続し、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂで熱交換した後の低温の利用側冷媒３０を下方から流入させる。そして、冷媒貯留タンク２０の左側の槽の上方から接続配管ｓを通って第１の利用側冷媒サイクルへ流出させる。また、第１の利用側冷媒サイクルの接続配管ｉ’を冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部に接続し、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂから流出した利用側冷媒３０を冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部に流入させる。また、冷媒貯留タンク２０の右側の槽の上方から接続配管ｔを通って第２の利用側冷媒サイクルへ流出させる。
【０１２１】
このように、流入口と流出口を上下で切換えると、冷房運転時に、第２の利用側冷媒サイクルでは、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂから流出した例えば７［℃］程度の低温の冷媒が左槽の底部に流入し、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒３０が右槽上部から流出する。このため、低温で比重の大きい冷媒が左槽の底部から溜まりはじめ、時間と共に上部まで低温の冷媒が左槽に溜まる。このように、左槽は内部の冷媒が混合されることなく上下に温度成層を形成し、低温の領域を時間と共に広げながら蓄熱することができる。このとき、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂへ冷媒を送り出す第２の冷媒搬送装置２５の吸い込み口が接続されている右槽上方の冷媒の温度はほとんど変動せず、第２の利用側冷媒サイクルで冷媒貯留タンク２０内の高温の冷媒を取り出して熱交換するので、熱源側冷媒サイクルを効率よく運転できると共に、冷媒貯留タンク２０の左槽で十分に蓄熱することができる。また、第１の利用側冷媒サイクルでは、低温の冷媒を左槽上部から循環させて利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで利用しており、特に、夏期の冷房立ち上げが瞬時に行えるという効果がある。
このように冷媒貯留タンク２０の流入口と流出口を切換えるような構成にした時には、フィルタ２６は上方から下方の底部にまで伸ばし、暖房および冷房の両方において、第１の利用側冷媒サイクルの冷媒配管ｉ’からの流入口に配置する。
【０１２２】
またこの流入口と流出口を切換えるには、例えば左槽の場合、接続配管ｒと接続配管ｓとの間を接続する２本の接続配管を互いに交わらずに交差するような状態で設け、２本の配管のそれぞれに冷媒流路を切換える開閉弁を備え、さらに接続配管ｒと接続配管ｓにおいて、それぞれ２本の配管への分岐箇所の間に開閉弁を備えるように構成すればよい。そして、暖房運転の時には接続配管ｓ，ｔに設けた開閉弁を開とし、２本の配管に設けた開閉弁を共に閉とすれば、図１２の構成と同様になる。また、冷房運転の時には接続配管ｓ，ｔに設けた開閉弁を閉とし、２本の配管に設けた開閉弁を共に開とすれば、左槽において上方の開口が冷媒搬送装置２１の吸い込み口に接続され、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂの出口側が底部の開口に接続され、暖房運転時とは流出口と流入口を上下で逆にできる。
また、右槽の開口においても同様であり、接続配管ｔと接続配管ｉ’にも同様に２本の接続配管と開閉弁を備えれば、流出口と流入口を上下で逆にできる。
ただし、流入口と流出口を暖房運転と冷房運転とで切換える手段はこれに限るものではなく、他の方法を用いてもよい。
【０１２３】
本実施の形態では、冷媒貯留タンク２０内をその一部が連通した仕切り２７で仕切ったので、通常の運転状態では、第１の冷媒搬送装置２１と第２の冷媒搬送装置２５の吐き出し冷媒循環量が異なり、この吐出し冷媒循環量の差によって連通部における冷媒の流れの向きが決まる。例えば、室内ユニットの多数が運転しており第１の冷媒搬送装置２１の吐き出し冷媒循環量の方が第２の冷媒搬送装置２５のそれよりも大きい時は、連通部を冷媒が左向きに流れる。また、逆に、室内ユニットの多数が停止しており第１の冷媒搬送装置２１の吐き出し冷媒循環量の方が第２の冷媒搬送装置２５のそれよりも小さい時は、連通部を冷媒が右向きに流れる。この中間の室内ユニットの運転／停止状態では、第１の冷媒搬送装置２１の吐出し冷媒循環量と第２の冷媒搬送装置２５の吐き出し冷媒循環量とがほぼ同一となる場合がある。このような場合、冷媒貯留タンク２０内の仕切り２７の連通部の冷媒流量はほとんど０となり、利用側冷媒サイクルは利用側熱交換器２２ａ，２２ｂと第２、第４の補助熱交換器１９ａ，１９ｂとが直結されたようになり、図６とほぼ同様な冷媒サイクルとなる。
なお、仕切り２７の連通する位置は冷媒貯留タンク２０の上下方向のどこでよい。図１２にような流入口，流出口の配置の場合には、暖房時には下方で右槽と左槽を連通し、冷房時には上方で右槽と左槽を連通するように、仕切りを移動可能な構成にしてもよい。この仕切り２７の移動は、例えば手動でもよいしモータや電磁弁によって連通部が移動するように構成してもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態では、冷媒貯留タンク２０内で仕切り２７で仕切られてできた２槽は、第１の冷媒搬送装置２１の吸い込み口への流出口が設けられた左槽の容積の方が、第２の冷媒搬送装置２５の吸い込み口への流出口が設けられた右槽の容積より大きくなっている。このように構成すると、冷媒貯留タンク２０内に暖房運転時はより低温の、冷房時にはより高温の利用側熱交換器２２ａ，２２ｂからの戻り冷媒が留まることなく、スムーズに第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂに流入するので、熱源側冷媒サイクルの効率を高く維持しやすいという効果がある。
【０１２５】
第１温度センサ３１は、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｄの利用側冷媒出口側接合点と冷媒貯留タンク２０との間を接続する接続配管ｒに設置されている。また、熱源側冷媒の温度を検出する配管温度センサ３２ａ，３２ｂは、第１，第２熱源側冷媒サイクルの熱源側熱交換器１３ａ，１３ｂの入口側に設けられている。３３は利用側熱交換器２２ａ，２２ｂの入口側に設けた第２温度検出手段で、例えば第２温度センサ、３４は外気温度検出手段で、例えば外気温度センサ、３５ａ，３５ｂは室内ユニットｇ，ｈに設けられた温度検出手段で、例えば空調室内の温度を検出する温度センサ、３６は利用側熱交換器２２ａ，２２ｂの出口側に設けた第３温度検出手段で、例えば第３温度センサである。
熱源側冷媒サイクルの能力は第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１が予め設定されている目標温度ＴＭに近づくように制御される。例えば、冷房運転の場合、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１と目標温度ＴＭとの温度差
ΔＴＨ１＝ＴＨ１−ＴＭ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
を制御装置４１内部の演算部で算出し、この値を１６進数等の温度差コードに変換して室外ユニットｅおよびｅ’に送信する。室外ユニットｅおよびｅ’は家庭用エアコン等の標準仕様で構成されていれば、熱交換ユニットｄから送られてきた温度差コードを通常の室内ユニットから送られてくる室温設定値と実際の室内（吸い込み）空気温度との差から作られる温度差コードと同様に扱い、第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’内に設置された制御装置４２ａ、４２ｂが圧縮機１１ａ、１１ｂおよび冷媒流量制御弁１４ａ、１４ｂを制御する。
【０１２６】
一方、暖房運転の場合も同様に、
ΔＴＨ１＝ＴＭ−ＴＨ１  ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
を制御装置４１内部の演算部で算出し、この値を１６進数等の温度差コードに変換して室外ユニットｅおよびｅ’に送信し、この値に従って制御装置４２ａ、４２ｂが圧縮機１１ａ、１１ｂおよび冷媒流量制御弁１４ａ、１４ｂを制御する。
【０１２７】
また、本実施の形態では、第１温度センサ３１の検出温度の目標値は、冷房運転の場合、ＴＭ＝７［℃］、暖房運転の場合、ＴＭ＝５０［℃］を基本とし、外気温度センサ３４の検出温度によって変更する。例えば、冷房運転時、外気温度センサ３４の検出値が２５［℃］未満であれば、第１温度センサ３１の検出温度の目標値ＴＭを１０［℃］とする。また、暖房運転時、外気温度センサ３４の検出値が１０［℃］以上であれば、第１温度センサ３１の検出温度の目標値ＴＭを４５［℃］とする。このように、外気温度と空調室温設定値との差が小さい場合には、第１温度センサ３１の目標値を空調室温設定値との差が小さくなる方向へ変更することによって、熱源側冷媒サイクルの過剰な運転が抑えられるので、効率的かつエネルギ消費の少ない冷凍空調装置を得ることができる。
【０１２８】
また、第１温度センサ３１の目標温度ＴＭは、外気温度センサ３４の検出値のみではなく、室内ユニットの運転台数や各室内ユニットの空調設定温度、運転モードなどに応じて変更してもよい。例えば、室内ユニットが２台接続されていて、暖房運転時、１台は設定温度２０［℃］、もう１台は設定温度２４［℃］の時はＴＭ＝４８［℃］、２台とも設定温度２４［℃］であればＴＭ＝５０［℃］、２台とも設定温度２２［℃］であればＴＭ＝４７［℃］、２台とも設定温度２０［℃］であればＴＭ＝４５［℃］などとする。また、冷房運転時、２台とも設定温度２６［℃］であればＴＭ＝７［℃］、１台は設定温度２６［℃］、もう１台はドライモードであればＴＭ＝９［℃］などとする。また、１台は設定温度２６［℃］でもう１台は停止している場合はＴＭ＝８［℃］などとする。
さらに、接続配管ｉ’に第３温度センサ３６を設置して、この検出値に応じて第１温度センサ３１の目標値を変更してもよい。例えば、冷房運転時に、第２温度センサ３３の検出値が７［℃］で第３温度センサの検出値が１３［℃］であれば、第１温度センサの目標値はＴＭ＝７［℃］のままとし、第２温度センサ３３の検出値が７［℃］で第３温度センサの検出値が１２［℃］となれば、第１温度センサの目標値はＴＭ＝８［℃］に変更する。
【０１２９】
本実施の形態では、第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’は、標準仕様のヒートポンプの室外ユニットを使用でき、安価に冷凍空調装置を構成できるという利点がある。また、熱交換ユニットｄを別体としないで、第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’と一体の室外ユニットとして構成しても構わない。これらを一体で構成すれば、搬入および工事の手間が省け、工事費が節約されると共に、住宅の外観、美観も損なわないことは言うまでもない。
【０１３０】
また、利用側冷媒サイクルの配管において、利用側熱交換器への送り側配管（ｉ，ｊ，ｋ）と利用側熱交換器からの戻り側配管（ｉ’，ｊ’，ｋ’）とで配管径が異なっているとよい。このようにしておけば、配管接続工事の際、例えば、送り配管ｉから送り配管ｊ，ｋへの分岐部分で、送り配管ｉが誤って戻り配管ｊ’に接続されたりして利用側熱交換器に冷媒が循環せず空調できないといったトラブルを未然に防ぐことができる。さらに、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂの出口側および利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂの入口側の接続部もその内径または外径が異なっているとよい。また、配管の配管径を異なるようにする代わりに、配管を接続する継ぎ手の形や大きさを異なるように構成しても同様であり、配管接続工事などの際に接続間違いが起こるのを防ぐことができ、信頼性の高い冷凍空調装置が得られる。
【０１３１】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４による冷凍空調装置として、例えば冷却運転で室内を冷房し、加熱運転で室内を暖房する冷暖房装置について説明し、冷却運転を冷房運転、加熱運転を暖房運転として記す。図１３は本実施の形態による冷暖房装置を示す構成図である。図において、熱源側冷媒サイクルは、第１の圧縮機１１ａ、第１の流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａ、第１のレシーバ１５ａ、第１補助熱交換器１６ａを連接してなる第１の熱源側冷媒サイクルと、第２の圧縮機１１ｂ、第２の流路切換弁１２ｂ、第２の熱源側熱交換器１３ｂ、第２の冷媒流量制御弁１４ｂ、第２のレシーバ１５ｂ、第３補助熱交換器１６ｂを連接してなる第２の熱源側冷媒サイクル、および第３の冷媒搬送装置２８、加熱ボイラ２９、第５の補助熱交換器１６ｃを連接してなる第３の熱源側冷媒サイクルとから成っている。これら第１および第２の熱源側冷媒サイクルの容量（定格能力）の合計は、実施の形態１の熱源側冷媒サイクルの容量（定格能力）と同一になるよう設定されている。また、第３の熱源側冷媒サイクルは加熱専用であり、これ１台だけで必要な暖房能力が発揮される容量に設定されている。
【０１３２】
また、この加熱専用の第３の熱源側冷媒サイクルは、利用側冷媒サイクルの冷媒の流れの向きに対して、冷却／加熱用の冷媒サイクルである第１，第２の熱源側冷媒サイクルよりも上流側で、第１，第２の熱源側冷媒サイクルのそれぞれと直列に接続している。また、第３の熱源側冷媒サイクルを構成する加熱装置としては、例えば灯油やガスを燃焼させて温熱を得る加熱ボイラ２９を用いており、暖房機能のみを有する。
【０１３３】
一方、利用側冷媒サイクルは、第１の冷媒搬送装置２１、接続配管ｉ、接続配管ｊ，ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂ、接続配管ｊ’，ｋ’、接続配管ｉ’、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第１の利用側冷媒サイクルと、第２の冷媒搬送装置２５、第６補助熱交換器１９ｃ、第２補助熱交換器１９ａ、第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第２の利用側冷媒サイクルとから構成されている。接続配管ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ｂ、利用側熱交換器２２ｂ、および接続配管ｋ’は実施の形態１と同様、接続配管ｊ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ、利用側熱交換器２２ａ、および接続配管ｊ’に並列に接続されている。また、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂは実施の形態２および３と同様、並列に接続されており、これらはそれぞれ第１補助熱交換器１６ａおよび第２補助熱交換器１６ｂと熱交換するよう一体に形成されている。また、第６補助熱交換器１９ｃは、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂと直列に接続されており、第５補助熱交換器１６ｃと熱交換するように一体に形成されている。
【０１３４】
また、第１，第２の熱源側冷媒サイクルは、家庭用エアコンなどの標準的な冷媒サイクルを利用しているため、圧縮機１１ａ、流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａは第１の室外ユニットｅに収納されており、圧縮機１１ｂ、四方弁１２ｂ、第１の熱源側熱交換器１３ｂ、第１の冷媒流量制御弁１４ｂは第２の室外ユニットｅ’に収納されている。さらに、第３の熱源側冷媒サイクルも、家庭用灯油ボイラ等の標準品を利用しており、第３の冷媒搬送装置２８、加熱ボイラ２９とが室外ユニットｅ’’に収納されている。さらにまた、第１の冷媒搬送装置２１、第２の冷媒搬送装置２５、一体となった第１補助熱交換器１６ａおよび第２補助熱交換器１９ａ、一体となった第３補助熱交換器１６ｂおよび第４補助熱交換器１９ｂ、一体となった第５補助熱交換器１６ｃおよび第６補助熱交換器１９ｃ、冷媒貯留タンク２０、レシーバ１５ａ、１５ｂは熱交換ユニットｄに収納されている。
【０１３５】
第１の熱源側冷媒サイクルは、第１の室外ユニットｅと熱交換ユニットｄとの間で接続配管ｍおよびｍ’で接続されている。第２の熱源側冷媒サイクルは、第２の室外ユニットｅ’と熱交換ユニットｄとの間で接続配管ｎおよびｎ’で接続されている。第３の熱源側冷媒サイクルは、第３の室外ユニットｅ’’と熱交換ユニットｄとの間で接続配管ｏおよびｏ’で接続されている。また、冷媒貯留タンク２０内にはフィルタ２６が設置されており、接続配管ｉ’の一端が該フィルタ２６の内部に開口して接続されている。冷媒貯留タンク２０は、その内部で最上部から縦方向に仕切り２７で左右２槽に分割されており、仕切り２７の下部でその一部が開口していて左右２槽の利用側冷媒３０が連通している。さらに、冷媒貯留タンク２０の上部は大気に開放されており、冷媒貯留タンク２０に接続されているすべての接続配管は、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒３０の喫水面下に開口している。
【０１３６】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを運転し、第３の熱源側冷媒サイクルは停止する。この冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。冷房運転時の第１、第２の熱源側冷媒サイクルの動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。
一方、利用側冷媒サイクルでは、冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した比較的低温の利用側冷媒３０は、第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ、ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を冷房すると同時に自らは加熱されて、接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽に戻る。また、一方、冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部から流出した比較的高温の利用側冷媒３０は、第２の冷媒搬送装置２５によって第６補助熱交換器１９ｃ通過して第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに分岐して送り込まれる。第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに送り込まれた冷媒３０は、第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂを通して、第１および第２の熱源側冷媒サイクルによって外気へ放熱すると同時に自らは冷却され、合流した後冷媒貯留タンク２０の左側の槽の上部に戻る。
【０１３７】
暖房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを停止し、第３の熱源側冷媒サイクルのみ運転する。暖房運転時には、第３の冷媒搬送装置２８によって送り出された第３の熱源側冷媒は、灯油、ガス等を燃焼して得られる熱を加熱ボイラ２９で奪うと同時に自らは加熱されて、第５補助熱交換器１６ｃに流入する。ここで、第６補助熱交換器１９ｃを流れる利用側冷媒３０に放熱すると共に自らは冷却されて、再び第３の冷媒搬送装置２８に流入する。第３の熱源側冷媒サイクルを循環する冷媒には、例えば水、若しくはエチレングリコール、プロピレングリコールおよびＤ−ソルビトールなどの溶媒のうちの少なくとも１つまたは複数を重量比で数十％以下含んだ水溶液を用いる。
【０１３８】
一方、利用側冷媒サイクルでは、冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した比較的高温の利用側冷媒３０は、第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ、ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を暖房すると同時に自らは冷却されて、接続配管ｊ’，ｋ’およびｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽の上部に戻ってくる。また、一方、冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部から流出した比較的低温の利用側冷媒３０は、第２の冷媒搬送装置２５によって第６補助熱交換器１９ｃに流入する。ここで、一体として形成された第５補助熱交換器１６ｃを通して第３の熱源側冷媒サイクル内を循環する第３の冷媒から熱を奪う。これと同時に自らは加熱されたのち、第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに分岐して送り込まれる。第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに送り込まれた冷媒３０は、そのまま通過して合流した後冷媒貯留タンク２０の左側の槽の上部に戻る。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態によれば第１、第２の熱源側冷媒サイクルに直列に第３の熱源側冷媒サイクルを追加し、第１、第２の熱源側冷媒サイクルは冷房運転のみ、第３の熱源側冷媒サイクルは暖房運転のみに使用されるように構成したため、特に、冬期の外気温度が氷点下になる地方で運用され、第１、第２の熱源側冷媒サイクルであるヒートポンプでは暖房能力不足となる場合でも、暖房能力を確保しやすいという効果がある。
また、第１、第２の熱源側冷媒サイクルは冷房運転のみにしか使用しないので、除霜運転を行う必要がなく、除霜運転による利用側冷媒の温度低下も起こらない。このため、利用側冷媒の温度を加熱利用に適した温度に維持できる。
また、電気入力による第１、第２の熱源側冷媒サイクルの運用費と灯油入力による第３の熱源側冷媒サイクルの運用費とでは、同一暖房能力で比較した場合、一般的に前者の方が割高であるため、本実施の形態によれば、暖房能力は運用費が安価な第３の熱源側冷媒サイクルのみで賄うことによって、使用者が支払う空調運用費を安価に抑えられるという効果がある。
【０１４０】
また、図１４に示すように、第３の熱源側冷媒サイクルにおいて第５補助熱交換器１６ｃをバイパスするバイパス回路ｕと、第２の利用側冷媒サイクルにおいて第６補助熱交換器１９ｃをバイパスするバイパス回路ｖを設けてもよい。
このバイパス回路ｕ，ｖを設けたことによって、第３の熱源側冷媒サイクルを循環する熱源側冷媒の一部をバイパス回路ｕに流通させると共に第２の利用側冷媒サイクルを循環する利用側冷媒の一部をバイパス回路ｖに流通させる。このため、圧力損失を低減でき、第３の冷媒搬送装置２８を小型のもので構成できる。また、バイパス回路ｖを設け、加熱ボイラ２９の設定温度を例えば５５［℃］から７０［℃］に上げれば、第５，第６補助熱交換器１６ｃ，１９ｃを小型のもので構成できる。
【０１４１】
なお、本実施の形態では、ヒートポンプである第１および第２の熱源側冷媒サイクルは２台が並列に接続されている例を示したが、これらヒートポンプである冷媒サイクルが３台以上あって並列に接続されていてもよいし、１台しか接続されていなくてもよい。
また、第１および第２の熱源側冷媒サイクルは必ずしもヒートポンプである必要もなく、冷却専用の冷媒サイクルであってもよい。冷却専用の冷媒サイクルをで構成すればさらに安価な冷凍空調装置が得られる。
【０１４２】
さらに、第１、第２の熱源側冷媒サイクルは、ヒートポンプでなく臭化リチウム−水系やアンモニア−水系等の吸収式冷凍機、吸収式冷温水機や吸着式冷温水機でもよい。
また、第３の熱源側冷媒サイクルは、灯油やガスを燃焼させる加熱ボイラではなく電気ヒータを第６補助熱交換器１９ｃに巻きつけて、あるいは接触させて代用してもよい。もちろん、第３の熱源側冷媒サイクルは、ヒートポンプや吸収式あるいは吸着式冷温水機など、加熱機能を発揮するものであれば何でもよい。また、第３の熱源側冷媒サイクルは必ずしも１系統である必要はなく、灯油ボイラ、ガスボイラ、電気ヒータなどを併用して２系統以上並列または直列に接続してもよい。
【０１４３】
実施の形態５．
図１５は実施の形態５による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。実施の形態４では、第１、第２の熱源側冷媒サイクルは冬期の暖房運転には利用せず、すべての暖房負荷を第３の熱源側冷媒サイクルで賄うようにした。これでは、第１、第２の熱源側冷媒サイクルでも暖房運転できる設備を備えていながら使用しないという無駄が生じる。そこで、本実施の形態では、図１５に示すように、第６補助熱交換器１９ｃを第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂの下流側に設置し、動作保障する外気温度の下限で必要となる暖房負荷に対して第１および第２の熱源側冷媒サイクルの能力で不足する能力分を賄うだけの設備を第３の熱源側冷媒サイクルに持たせる。このように構成した上で、第１および第２の熱源側冷媒サイクルで例えば５０［℃］程度に加熱した利用側冷媒を、さらに第５，第６補助熱交換器１６ｃ，１９ｃを通して第３の熱源側冷媒サイクルで例えば８０［℃］程度に加熱することにより、必要な能力を確保する。
【０１４４】
本実施の形態では、以上のように加熱専用の第３の熱源側冷媒サイクルと、冷却／加熱併用の第１および第２の熱源側冷媒サイクルとを利用側冷媒サイクルに対して直列に接続して構成している。そして、利用側冷媒サイクルに対して、冷却／加熱併用の第１および第２の熱源側冷媒サイクルの下流側に加熱専用の第３の熱源側冷媒サイクルを接続している。ここで、冷却／加熱併用の第１および第２の熱源側冷媒サイクルは、蒸気圧縮式冷凍サイクルで構成するものとし、その冷房機能と暖房機能を共に利用するものである。このため設備の無駄を省きながら低外気温度での暖房性能を十分確保することができると共に、第３の熱源側冷媒サイクルである加熱ボイラ２９に比べてエネルギ効率が高い第１、第２の熱源側冷媒サイクルであるヒートポンプの運転時間が増加する。さらに、第１，第２の熱源側冷媒サイクルは第１，第３補助熱交換器１６ａ，１６ｂを通して外気からの吸熱を比較的温度の低い利用側冷媒に放熱するので、効率よく運転することができ、石油資源の有効利用、二酸化炭素の排出抑制など、地球環境の保全にも役立つ。
【０１４５】
実施の形態５では、通常の暖房運転時には、第１および第２の熱源側冷媒サイクルで不足する能力を賄うために第３の熱源側冷媒サイクルを運転するように構成している。ところが、特に外気温度が低くなって、第１、第２の熱源側冷媒サイクルの発電端効率も含めて考えた一次エネルギに対する効率が加熱ボイラ２９より低くなる場合は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを停止して、第３の熱源側冷媒サイクルである加熱ボイラ２９のみを運転するようにしてもよい。この場合は、第３の熱源側冷媒サイクルだけで必要な暖房負荷を賄うだけの設備容量が必要であることは言うまでもない。また、逆に、特に外気温度が高い時に暖房要求がある場合に、第１、第２の熱源側冷媒サイクルであるヒートポンプの方が第３の熱源側冷媒サイクルである加熱ボイラ２９よりも一次エネルギに対する効率が高くなる場合は、第３の熱源側冷媒サイクルである加熱ボイラ２９を停止して、第１、第２の熱源側冷媒サイクルであるヒートポンプのみで暖房運転するとよい。外気温度は熱交換ユニット内に設置されている外気温度センサ３４によって検出できる。
本実施の形態の構成では、利用状況に応じて様々のパターンで第１、第２、第３の熱源側冷媒サイクルを運転でき、機器を有効利用でき、エネルギの低減を図ることができる。
【０１４６】
また、暖房運転時、第１、第２の熱源側冷媒サイクルのうちいずれか一方または両方が除霜運転時入った場合、加熱専用の第３の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の第１、第２の冷媒サイクルのうちの少なくとも１系統の冷媒サイクルは暖房運転を継続するように制御することにより、除霜運転時の空調室内の温度を維持でき、快適性を維持しやすい冷凍空調装置を得ることができる。この制御は、例えば制御装置４１で行う。
【０１４７】
また、暖房運転時、第１、第２の熱源側冷媒サイクルのうちいずれか一方または両方が除霜運転時入った場合、制御装置４１は、第１温度センサ３１の検出温度が目標値に近づくように第３の熱源側冷媒サイクルの能力を増大させるよう制御信号を制御装置４２ｃに送るように制御することもできる。このように、第１または第２熱源側冷媒サイクルの除霜運転時に、暖房運転を行う第３の熱源側冷媒サイクルの能力を増加して暖房運転させると、利用側冷媒の温度低下が小さくなるように自動的制御され、室内の快適性の向上を図ることができる。
なお、除霜運転中に暖房能力を増加して運転させる冷媒サイクルは、加熱専用の第３の冷媒サイクルに限るものではなく、冷却／加熱併用の第１、第２の冷媒サイクルが暖房運転中の場合にはその冷媒サイクルの能力を増加して暖房運転を継続するように制御すればよい。
【０１４８】
また、暖房運転時、第１、第２の熱源側冷媒サイクルのうちいずれか一方または両方が除霜運転開始条件を満たした場合、制御装置４１は、第３の熱源側冷媒サイクルの能力を増大させるよう、例えば最大能力で運転するように制御信号を制御装置４２ｃに送るように制御すると、さらに利用側冷媒の温度低下が小さくなるように自動的制御され、室内の快適性の向上を図ることができる。
また、この場合にも、暖房能力を増加して運転させる冷媒サイクルは、加熱専用の第３の冷媒サイクルに限るものではなく、冷却／加熱併用の第１、第２の冷媒サイクルが暖房運転中の場合にはその冷媒サイクルの能力を増加して暖房運転を継続するように制御すればよい。
【０１４９】
また、特に第１の熱源側冷媒サイクル、第２の熱源側冷媒サイクル、第３の熱源側冷媒サイクルの容量制御が運転／停止のみしか選択できない場合は、図１６に示すように、第１温度センサ３１の検出値ＴＨ１が目標温度ＴＭに近づくように、第１、第２、第３の熱源側冷媒サイクルを順次運転するようにしてもよい。第１温度センサ３１の目標温度ＴＭに上限ＴＭＨ、下限ＴＭＬを設定し、第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１がＴＭＨとＴＭＬの間に収まるように第１、第２、第３の熱源側冷媒サイクルを運転／停止する。図１６において、横軸は第１温度センサ３１の検出温度ＴＨ１、縦軸は第１、第２、第３の熱源側冷媒サイクルの運転／停止を表す。例えばＴＭＨ１＝５１［℃］、ＴＭＨ２＝５０［℃］、ＴＭＨ３＝４９［℃］、ＴＭＬ１＝４９［℃］、ＴＭＬ２＝４８［℃］、ＴＭＬ３＝４７［℃］として、検出温度ＴＨ１がＴＭＬ１から順に下がってくると、熱源側冷媒サイクルを１系統づつ追加運転する。一方、検出温度ＴＨ１がＴＭＨ３から順に上がってくると、熱源側冷媒サイクルを１系統づつ停止する。例えば第１の熱源側冷媒サイクルが運転の時でＴＭＬ１＜ＴＨ１＜ＴＭＨ１の間は変更しない。また、第１，第２の熱源側冷媒サイクル運転の時でＴＭＬ２＜ＴＨ１＜ＴＭＨ２の間は変更せず、第１，第２，第３の熱源側冷媒サイクル運転の時でＴＭＬ３＜ＴＨ１＜ＴＭＨ３の間は変更しない。このように、熱源側冷媒サイクルを３系統にし、それぞれの熱源側冷媒サイクルを運転／停止することにより、熱源側冷媒サイクルが１系統の場合に比べて、利用側冷媒の温度変化を小さい範囲内に収めることができ、冷媒温度の安定性、ひいては、空調室内の快適性が向上する。
【０１５０】
実施の形態６．
図１７は本実施の形態による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。実施の形態２〜実施の形態５では、利用側冷媒サイクルにおいて、接続配管ｉ’および接続配管ｒは、それぞれ右槽、左槽の側面から冷媒貯留タンク２０に接続して開口していたが、図１７に示すように、冷媒貯留タンク２０の底面から接続して、それぞれ上部およびフィルタ内部に開口するように構成してもよい。このようにすれば、冷媒貯留タンク２０の側面に接続部を設ける必要がなくなるため側面をすっきりすることができる。従って、冷媒貯留タンク２０の容量を維持したまま、熱交換ユニットｄの設置面積を抑えることができ、スペース効率が向上する。
【０１５１】
このとき、接続配管ｉ’およびｒの冷媒貯留タンク２０内における開口部の位置は、利用側冷媒の流出速度ｕ［ｍ／ｓ］、開口部から喫水面までの距離ｈ［ｍ］との間に、式（１２）の関係が成立しているとよい。
ｈ≧ｕ２  ／２ｇ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
ただし、ｇ：重力加速度＝９．８［ｍ／ｓ２  ］である。右辺ｕ２  ／２ｇは、大気中で、ある開口部から鉛直上向きに速度ｕで流出した流体が到達する最高地点までの距離である。従って、この距離より喫水面までの距離ｈを長く保っておけば、冷媒貯留タンク２０の喫水面はある程度静かであり、冷媒貯留タンク２０のオーバーフロー口から中の冷媒がこぼれ出たり、接続配管ｒの開口から喫水面を抜けて噴出した冷媒が再び喫水面に戻ってくることによる撹拌効果で、温度成層が乱され、利用側冷媒温度の安定性が損なわれるようなことはない。
実際には、冷媒貯留タンク２０の喫水面より下で利用側冷媒が流出するので、タンク内冷媒の粘性により流出した冷媒が到達する最高地点までの距離は、右辺ｕ２  ／２ｇより小さくなるため、ｈはこの距離ｕ２  ／２ｇよりある程度までなら小さくても問題ない。
もちろん実施の形態３と同様、仕切り２７によって冷媒貯留タンク２０を右槽と左槽とに分割し、右槽と左槽にそれぞれ２つの開口を設けた構成になっている。このため、暖房運転では左槽は内部の冷媒が混合されることなく上下に温度成層を形成し、高温の領域を時間と共に広げながら十分に蓄熱することができる。また冷房運転では、冷媒貯留タンク２０内左槽の冷媒を右槽の冷媒よりも比較的低温に保つことができるので、夏期の冷房立ち上げを迅速に行えるという効果がある。
【０１５２】
実施の形態７．
図１８は本実施の形態による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。実施の形態５では、冷却／加熱併用の第１、第２の熱源側冷媒サイクルと加熱専用の第３の熱源側冷媒サイクルとは直列に接続していたが、図１８に示すように、第３の熱源側冷媒サイクルと第１、第２の熱源側冷媒サイクルを並列に接続してもよい。そしてそれぞれの冷媒配管に分岐する部分よりも下流側に、流路切換手段として例えばニ方弁５１、５２を設ける。
この流路切換手段によって、冷房運転時に、第３の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器１９ｃには利用側冷媒が流れないように、冷媒流路を切換える。
【０１５３】
冷房運転時は、二方弁５１を閉、二方弁５２を開とし、冷却／加熱併用の冷媒サイクルである第１、第２の熱源側冷媒サイクルによって冷房運転する。ニ方弁５１によって、冷房運転時には第３の熱源側冷房サイクルと熱交換する第６補助熱交換器１９ｃには利用側冷媒が流れないように冷媒回路が切換えられている。
一方、暖房運転時は、二方弁５１を開、二方弁５２を閉とし、加熱専用の冷媒サイクルである第３の熱源側冷媒サイクルによって暖房運転する。また万が一、第３の熱源側冷媒サイクルが故障した場合には、二方弁５１を閉、二方弁５２を開として第１、第２の熱源側冷媒サイクルで暖房運転することもできる。
また、二方弁５１、二方弁５２とも開として第１、第２、第３の熱源側冷媒サイクルすべてを運転して暖房してもよい。これらの切換えは、熱交換ユニット内に設置されている外気温度センサ３４の検出温度に応じて切換えればよい。
【０１５４】
このように、加熱専用の第３の熱源側冷媒サイクルと、冷却／加熱併用の第１、第２の熱源側冷媒サイクルを並列に接続することにより、暖房能力を十分に確保でき、室内の快適性を維持しやすく、安価な冷凍空調装置を得ることができる。さらに、加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルのそれぞれを独立して制御でき、利用状況に適した運転を行うことができる。
【０１５５】
また、第１、第２の熱源側冷媒サイクルは冷却／加熱併用でなく冷却専用の冷媒サイクルで構成してもよい。この場合には、暖房運転の時には加熱専用の冷媒サイクルを動作させ、冷房運転の時には利用側冷媒の流路を切換手段で切換えると共に、冷却専用の冷媒サイクルを動作させる。
この構成では、加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルのそれぞれを独立して制御でき、利用状況に適した運転を行うことができ、特に無駄な機能を省き、安価な冷凍空調装置を得ることができる。
【０１５６】
実施の形態８．
図１９は本実施の形態による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。実施の形態１〜実施の形態７では、熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒サイクルとを熱交換する補助熱交換器群は、冷媒貯留タンク２０の外部に設置していたが、図１９に示すように、補助熱交換器１６ａ，１６ｂを冷媒貯留タンク２０の内部の利用側冷媒内に浸して設置してもよい。この時、第１および第２の熱源側冷媒サイクルは、冷媒貯留タンク２０内に設置された温度センサ３５の検出温度が目標温度に近づくように運転／停止される。このような構成にすると、実施の形態３〜実施の形態７で熱輸送サイクルとして動作している第２の利用側冷媒サイクルが必要なく、特に第２の冷媒搬送装置２５が必要なくなるため、システム全体の信頼性が向上するという効果がある。
【０１５７】
また、冷媒貯留タンク２０の内部に補助熱交換器１６ａ，１６ｂと共に蓄熱材６１を挿入しておいてもよい。この蓄熱材６１としては、例えば銅や鉄やレンガなどのブロックなど、または酢酸ナトリウムなどをカプセルやパイプなどに入れて使用する。酢酸ナトリウムを用いる場合には、顕熱と共に５０［℃］程度の潜熱も利用することができ、効果的に十分に蓄熱できる。
すなわち、冷媒貯留タンク２０の内容積を、利用側冷媒サイクルの加熱運転中に熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの利用側冷媒の温度を暖房に適した温度に維持するように、利用側冷媒の量または蓄熱材６１の量を蓄えられる内容積としている。
【０１５８】
このように構成すると、第１、第２の熱源側冷媒サイクルのいずれか一方または両方が除霜運転に入っても、冷媒貯留タンク２０内の蓄熱材６１の放熱により利用側冷媒温度が低下するのを防ぎ、室内空調の快適性をよりよく維持することができる。なお、第１および第２の熱源側冷媒サイクルは、冷媒搬送装置２１の吐き出し口に設置された第２温度センサ３３の検出温度が目標温度に近づくように運転／停止されるようにしてもよい。利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへの供給冷媒温度により近い第２温度センサ３３の検出温度に基づいて、第１および第２の熱源側冷媒サイクルが運転されると、室内空調の快適性をよりよく維持することができる。また、蓄熱材６１を設けて設けていない構成と比較すると、利用側冷媒の温度低下を同等に設定すると、利用側冷媒の量を蓄熱材６１での蓄熱容量分だけ少なくできるので、冷媒貯留タンク２０を小型化することも可能である。さらに、蓄熱材６１として水よりも熱容量の大きい材質のもので構成すると、蓄熱材６１自体を小さくできる。この蓄熱材６１の蓄熱容量は、比熱と重量を決めることにより設定できるため、実施の形態１で述べたように除霜運転時の放熱量から利用側冷媒の温度低下が所定の温度以下になるように設定すれば、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることができる。
【０１５９】
また、補助熱交換器１６ａ，１６ｂは、通常の銅管を螺旋状や碁盤目状または千鳥状に配列したものを用いれば安価な冷凍空調装置を構成できる。また、フィンチューブやプレートフィン熱交換器を用いると、補助熱交換器および冷媒貯留タンク２０を小型化できる。
また、補助熱交換器１６ａ、１６ｂの少なくとも何れか一方をスパイラルフィン熱交換器で構成してもよい。図２０は、補助熱交換器１６ａをスパイラルフィン熱交換器で構成した冷媒貯留タンク２０を示す説明図であり、補助熱交換器１６ｂに関しては図示していない。銅などのフィンをスパイラル状に伝熱管の外側に固着してスパイラルフィン付き管を構成し、このスパイラルフィン熱交換器１６ａを冷媒貯留タンク２０内に貯留した利用側冷媒に浸漬するように配設している。このようなスパイラルフィン付き管では、スパイラルフィン付き管内を流れる熱源側冷媒と、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒とが熱交換する際の利用側冷媒の伝熱面積、即ち管外壁面積とフィン表面積の合計が、熱源側冷媒の伝熱面積、即ち管内壁面積よりも大幅に大きくなる。このため、フィンを全く設けていない構成に比べて、水などを使用した場合の伝熱性能の悪い利用側冷媒の伝熱面積がおよそ６倍になり、熱通過率が４倍弱向上するので、補助熱交換器１６ａを大幅に小型化できる。
【０１６０】
厳密に言えば、フィンを全く設けていない伝熱管のみの構成でも管外壁面積は管内壁面積よりも伝熱管の肉厚分だけ大きいのであるが、これよりもプレートフィンやスパイラルフィンなどによって伝熱面積を大幅に大きくすると、伝熱性能を向上できる。
また、利用側冷媒の伝熱面積を熱源側冷媒の伝熱面積よりも大きくする構成は、この他に、例えば大きな金属板に伝熱管を蛇行させて固着して熱交換器１６ａとしてもよいし、また、複数枚の金属板を並列に配置し、これを複数の伝熱管が貫通するような構成としてもよい。
もちろん、実施の形態１〜実施の形態７における第２補助熱交換器１９における利用側冷媒の伝熱面積を第１補助熱交換器１６における熱源側冷媒の伝熱面積よりも大きくするように構成することもできる。
【０１６１】
また、本実施の形態のように冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒に浸漬させて補助熱交換器１６ａ，１６ｂを設け、伝熱管の内側を流通する熱源側冷媒と外側を流通する利用側冷媒とを熱交換する構成にすると、冷媒貯留タンク２０に冷熱を蓄熱して利用側熱交換器２２ａ，２２ｂでこの冷熱を室内や倉庫などの冷房あるいは冷凍冷蔵庫などの冷蔵や冷凍に利用する場合にも効果がある。即ち、利用側冷媒として例えば水などの凍結する媒体を使って冷熱を蓄熱する場合に、補助熱交換器１６ａ，１６ｂの周囲で利用側冷媒が凍結しても、利用側冷媒は冷媒貯留タンクの凍結していない部分を流通して冷熱を利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ輸送することができる。このため実施の形態１〜実施の形態７に比べ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送る利用側冷媒の温度を低くすることができ、冷媒搬送装置２１の搬送動力の低減や、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂでの除湿性能向上が期待できる。また、夜間電力使って補助熱交換器１６ａ，１６ｂで利用側冷媒を凍結させることによって蓄熱し、昼間、この蓄熱した冷熱を利用して冷房することによって、熱源側冷媒サイクルの設備を小型化したり、受電容量を低く抑えることなどが可能となる。
【０１６２】
さらに、実施の形態１〜実施の形態７では、熱源側冷媒サイクルで冷却運転中、補助熱交換器１６ａ，１６ｂ内部での利用側冷媒の凍結を保護するために、第１温度センサ３１での検出値が利用側冷媒の凍結温度＋４℃程度となったら熱源側冷媒サイクルを停止する、または、補助熱交換器１６ａ，１６ｂの外表面にそれぞれ第４、第５の温度センサを設置し、この検出値が利用側冷媒の凍結温度＋４℃程度となったら熱源側冷媒サイクルを停止するなどの制御が必要であったが、本実施の形態によればこれが不要となり、補助熱交換器１６ａ、１６ｂを冷媒貯留タンク２０内に配設するという比較的簡単な装置構成でシステム全体の信頼性を向上でき、安価な冷凍空調装置を得ることができる。
【０１６３】
また、図２１に示すように、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒の流入口と流出口の間を分離するように、仕切り２７ａおよび２７ｂを設けてもよい。この仕切り２７ａ，２７ｂは一方が下方に連通部を有し、他方が上方に連通部を有する。そして分離した流入口側に補助熱交換器１６ａ，１６ｂを浸漬させ、流出口側は蓄熱材６１を浸漬させる。この構成では、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂからの戻り冷媒がフィルタ２６を通って、ごみ、塵を除去された後、第１および第２の補助熱交換器１６ａおよび１６ｂで温度調整される。この後、冷媒貯留タンク２０内の蓄熱材６１を蓄熱して冷媒搬送装置２１に吸込まれるように冷媒貯留タンク２０内に流路を構成している。このため冷媒貯留タンク２０内において、効果的に補助熱交換器１６ａ，１６ｂ、蓄熱材６１と熱交換する冷媒流路を構成できる。
【０１６４】
実施の形態９．
実施の形態１〜実施の形態７では、熱源側冷媒サイクルが冷房を行う冷却運転時と暖房を行う加熱運転時とで冷媒の流れる方向が逆転するため、第１，第２補助熱交換器１６，１９での熱交換に際して、熱源側冷媒と利用側冷媒との流れの向きが暖房運転時は対向流であるのに対し、冷房運転時は並行流となっていた。ところが、熱源側冷媒サイクルにＲ４０７Ｃなどの非共沸混合冷媒が用いると、冷房運転時に利用側冷媒が第２補助熱交換器１９入口から出口に向かって冷却されて温度が低下していくのと並行して第１補助熱交換器１６の入口から出口に向かって熱源側冷媒の温度が上昇していく。このため、Ｒ２２などの単一冷媒またはＲ４１０Ａなどの擬似共沸冷媒を用いた場合よりも、熱源側の蒸発温度を低下させなければならず、効率が低下するという問題が考えられる。
【０１６５】
これに対し、本実施の形態では、熱源側冷媒としてＲ４０７Ｃなどの非共沸混合冷媒を用いた場合にも適用できるように、第２補助熱交換器１９の入口と出口とを冷房運転時と暖房運転時とで逆転させ、第１補助熱交換器１６を流れる熱源側冷媒に対して両運転共に対向流になる構成としている。
図２２は本実施の形態による冷凍空調装置として、例えば冷却運転で室内を冷房し、加熱運転で室内を暖房する冷暖房装置を示す構成図である。図において、６２は、補助熱交換器１９における利用側冷媒の流れ方向を切換える切換手段であり、例えば四方弁６２である。この四方弁６２は、その第１口が冷媒搬送装置２１の吸入口に、第２口が第２補助熱交換器１９の一端に、第３口が接続配管ｉ’の一端に、第４口が冷媒貯留タンク２０の底部開口にそれぞれ接続されている。冷房運転時は、熱源側および利用側冷媒サイクルとも図の実線の方向に冷媒が流れ、逆に、暖房運転時には図の破線の方向に冷媒が流れるように、四方弁１２および四方弁６２をそれぞれ切換える。
このため、第１、第２補助熱交換器１６、１９での熱交換が共に対向流となり、冷房・暖房運転の両運転において効果的に熱交換できる。
【０１６６】
また、図に示すように、第１温度センサ３１を冷媒搬送装置２１の出口側に設置すると、冷房・暖房運転の両方で、熱交換した後の利用側冷媒の温度を検出することができる。実施の形態１〜実施の形態７のように第２補助熱交換器１９と冷媒貯留タンク２０との間の配管に第１温度センサ３１を設けたままでは、暖房運転時は第２補助熱交換器１９の出口温度を検出することができるが、冷房運転時には流れの向きが変わってしまい入口温度になるため、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへの送り温度が保証できなくなる。
ただし、送り温度を保証しないという前提で第１温度センサ３１を第２補助熱交換器１９と冷媒貯留タンク２０との間の配管に設置しておく、あるいは、四方弁６２の第２口と第２補助熱交換器１９との間の配管に設置するということも可能である。前者の場合は、第１温度センサ３１の検出値は冷房運転時は第２補助熱交換器１９の入口温度、暖房運転時は出口温度になるので、その目標温度ＴＭは冷房時はＴＭ＝１２［℃］、暖房時はＴＭ＝５０［℃］などとする。このように、入口温度を検出する場合には、第２補助熱交換器１９での加熱あるいは冷却される分の温度差を考慮して運転制御するように構成すればよい。とにかく第２補助熱交換器１９出口温度が実施の形態１と同様、冷房で７［℃］、暖房で５０［℃］となるように設定すればよい。
【０１６７】
このように、本実施の形態によれば、第１，第２熱交換器１６，１９において冷房・暖房運転共に対向流とすることにより、熱源側冷媒としてＲ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒が用いられた場合でも冷却・加熱運転両方でのシステムを効率よく運転できるという効果がある。
【０１６８】
なお、本実施の形態では、利用側冷媒サイクルの流路の切換手段として四方弁６２を用いる例を示したが、図２３に示すように、電磁弁６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを組み合わせてもよい。この場合、冷房運転時は、電磁弁６３ａおよび６３ｃが開、６３ｂおよび６３ｄが閉、暖房運転時は、電磁弁６３ｂおよび６３ｄが開、６３ａおよび６３ｃが閉となる。
図２２のように四方弁６２で構成する場合には、四方弁は４つ分の電磁弁よりも高価ではあるが冷媒配管を比較的単純に構成できる。また図２３のように４つの電磁弁６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄで構成する場合には、冷媒配管は多少複雑になるが価格の低減を図ることができる。
【０１６９】
図２２、図２３に示した構成では、冷媒貯留タンク２０において、第２補助熱交換器１９と接続する開口をタンク２０の上方側面に設け、四方弁６２または電磁弁６３ｃ，６３ｄと接続する開口をタンク２０の底面に設けているが、両方の開口ともタンク２０の底面に設けてもよい。冷媒貯留タンク２０の側面に接続部を設けないことにより、側面をすっきりと構成することができ、システム全体をコンパクトに構成しやすくなる。ただし、底面に２つの接続部を設ける場合には２つの接続部の間に、底面から水面までよりも短い程度の高さの分離板を設けて、冷媒貯留タンク２０に流入した利用側冷媒が、すぐに流出しないように構成した方がよい。
【０１７０】
実施の形態１０．
本発明に係わる冷凍空調装置が設置された後実際に運用されるまでの間に、利用側冷媒を充填する現地工事が発生するが、実施の形態１〜実施の形態９はすべて冷媒貯留タンク２０を大気に開放しておき、その上部から利用側冷媒を注ぎ込む構成になっていた。このため、現地での冷媒充填作業では、冷媒貯留タンク２０の上部からゴムホースやバケツを使って利用側冷媒を充填し、冷媒貯留タンク２０内が満杯になったら冷媒搬送装置２１を運転する、そして、冷媒貯留タンク２０内の冷媒が利用側熱交換器などに送られ冷媒貯留タンク２０内の冷媒が減ったら再び冷媒を充填する、という操作を繰り返す必要があり、手間がかかるという問題が考えられる。
【０１７１】
図２４は本実施の形態による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。本実施の形態では、利用側冷媒の充填を容易にできるような構成にしている。図２４に示すように、止め弁６４ｂおよび接続口６５を備えた分岐管を冷媒搬送装置２１の吐き出し口直後に接続し、この接続点と冷媒搬送装置２１の吐き出し口との間に止め弁６４ａを設置する。例えば、利用側冷媒に水を用いる場合、現地での利用側冷媒充填作業では、止め弁６４ａを閉じ、接続口６５をゴムホースなどで水道蛇口に接続し、止め弁６４ｂを開いた後に水道蛇口を開けて利用側冷媒サイクル内に利用側冷媒である水を充填する。冷媒貯留タンク２０の適正水位まで水が充填されたら、水道蛇口、止め弁６４ｂの順に閉め、止め弁６４ａを開いてから冷媒搬送装置２１を運転すればよい。
このようにすれば、水道圧で利用側冷媒サイクルに冷媒である水を１回で容易に充填することができるので、現地冷媒充填作業の手間が省け、工事費を安価にすることができる。
【０１７２】
さらにこの構成では、冷媒貯留タンク２０を大気に開放せずに密閉型で構成してもよい。密閉型にすると開放型と比較してタンク内部を清潔に保持でき、汚れを防止でき、細菌の繁殖などを防ぐことができる。ただし、利用側冷媒が温度の変化によって多少膨張するのを吸収できるように、冷媒の喫水面から上方に多少空間を保持して密閉した方がよい。
【０１７３】
実施の形態１１．
以下、本発明の実施の形態１１による冷凍空調装置として、例えば冷却運転で室内を冷房し、加熱運転で室内を暖房する冷暖房装置について説明し、冷却運転を冷房運転、加熱運転を暖房運転として記す。図２５は本実施の形態による冷暖房装置を示す構成図である。図において、熱源側冷媒サイクルは、第１の圧縮機１１ａ、第１の流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａ、第１のレシーバ１５ａ、第１補助熱交換器１６ａを連接してなる第１の熱源側冷媒サイクルと、第２の圧縮機１１ｂ、第２の流路切換弁１２ｂ、第２の熱源側熱交換器１３ｂ、第２の冷媒流量制御弁１４ｂ、第２のレシーバ１５ｂ、第３補助熱交換器１６ｂを連接してなる第２の熱源側冷媒サイクルとからなっている。これらは、家庭用エアコンなどの標準的な蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用しているため、圧縮機１１ａ、流路切換弁１２ａ、第１の熱源側熱交換器１３ａ、第１の冷媒流量制御弁１４ａは第１の室外ユニットｅに収納されており、圧縮機１１ｂ、流路切換弁１２ｂ、第１の熱源側熱交換器１３ｂ、第１の冷媒流量制御弁１４ｂは第２の室外ユニットｅ’に収納されている。また、室外ユニットｅ，ｅ’は制御装置４２ａ，４２ｂを備え、圧縮機１１ａ，１１ｂおよび冷媒流量制御弁１４ａ，１４ｂを制御している。
【０１７４】
一方、利用側冷媒サイクルは、第１の冷媒搬送装置２１、接続配管ｉ、接続配管ｊ，ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂ、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂ、接続配管ｊ’，ｋ’、接続配管ｉ’、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第１の利用側冷媒サイクルと、第２の冷媒搬送装置２５、第２補助熱交換器１９ａ、第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０を連接して成る第２の利用側冷媒サイクルとから構成されている。接続配管ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ｂ、利用側熱交換器２２ｂ、および接続配管ｋ’は、接続配管ｊ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ、利用側熱交換器２２ａ、および接続配管ｊ’に並列に接続されている。また、第２補助熱交換器１９ａと第４補助熱交換器１９ｂは実施の形態２，３と同様、並列に接続されており、これらはそれぞれ第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂと熱交換するよう一体に形成されている。
第２の利用側冷媒サイクルは、利用側冷媒を循環させて第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂでそれぞれ第１，第３補助熱交換器１６ａ，１６ｂと熱交換して、冷媒貯留タンク２０に熱を蓄える熱輸送サイクルを構成している。
【０１７５】
また、第１の冷媒搬送装置２１、第２の冷媒搬送装置２５、一体となった第１補助熱交換器１６ａ，第２補助熱交換器１９ａ、一体となった第３補助熱交換器１６ｂ，第４補助熱交換器１９ｂ、冷媒貯留タンク２０、レシーバ１５ａ、１５ｂは熱交換ユニットｄに収納されている。第１の熱源側冷媒サイクルは、第１の室外ユニットｅと熱交換ユニットｄとの間で接続配管ｍおよびｍ’で接続されている。第２の熱源側冷媒サイクルは、第２の室外ユニットｅ’と熱交換ユニットｄとの間で接続配管ｎおよびｎ’で接続されている。
【０１７６】
また、冷媒貯留タンク２０内にはフィルタ２６が設置されており、接続配管ｉ’の一端が該フィルタ２６の内部に開口して接続されている。冷媒貯留タンク２０は、その内部で最上部から縦方向に仕切り２７で左右２槽に分割されており、仕切り２７の下部でその一部が開口していて左右２槽の利用側冷媒３０が連通している。さらに、冷媒貯留タンク２０の上部は大気に開放されており、冷媒貯留タンク２０に接続されているすべての接続配管は、冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒３０の喫水面下に開口している。
【０１７７】
さらの本実施の形態では、利用側冷媒が直接循環するように接続された加熱専用の熱源装置ｅ’’を備えている。この熱源装置ｅ’’は、例えば第３の冷媒搬送装置２８、加熱ボイラ２９、制御装置４２ｃを有する。
利用側冷媒サイクル中、熱交換ユニットｄから接続配管ｊ，ｋの分岐に至る接続配管ｉには、第１の開閉弁１０１が設置されており、第１の開閉弁１０１と接続配管ｊ，ｋの分岐までの間で接続配管ｉが分岐して第２の開閉弁１０２の一端が接続されている。一方、熱交換ユニットｄから接続配管ｊ’，ｋ’の分岐に至る接続配管ｉ’には、第３の開閉弁１０３が設置されており、第３の開閉弁１０３と接続配管ｊ’，ｋ’の分岐までの間で接続配管ｉ’が分岐して第４の開閉弁１０４の一端が接続されている。第２の開閉弁１０２の他端は、第４の冷媒搬送装置１０５の冷媒出口側と接続され、第４の開閉弁１０４の他端は、熱源装置ｅ’’の冷媒入口側と接続配管ｏで接続されている。また、第４の冷媒搬送装置１０５の冷媒入口側は熱源装置ｅ’’の冷媒出口側と接続配管ｏ’で接続されている。さらに、熱源装置ｅ’’の中には、灯油、ガス等を燃焼させて得られる熱を利用した加熱ボイラ２９と、第３の冷媒搬送装置２８が収められており、接続配管ｏ、第３の冷媒搬送装置２８、加熱ボイラ２９、接続配管ｏ’の順に接続されている。制御装置４２ｃは加熱ボイラ２９、第３の冷媒搬送装置２８を制御している。
また、熱源装置ｅ’’は加熱専用であり、これ１台だけで必要な暖房能力が発揮される容量に設定されている。
【０１７８】
このような構成の場合、開閉弁１０１〜１０４は、利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を構成しており、暖房運転時に加熱専用の熱源装置ｅ’’に利用側冷媒を循環させるものである。
また、ｗは切換えユニットであり、開閉弁１０１〜１０４を１つのユニットにまとめたものである。
【０１７９】
つぎに、動作について説明する。
冷房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを運転し、熱源装置ｅ’’は停止する。冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。冷房運転時の第１、第２の熱源側冷媒サイクルの動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。
一方、利用側冷媒サイクルでは、冷房運転時には、第１の開閉弁１０１および第３の開閉弁１０３を開け、第２の開閉弁１０２および第４の開閉弁１０４を閉じる。冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した比較的低温の利用側冷媒３０は、第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を冷房すると同時に自らは加熱されて、接続配管ｊ’，ｋ’および接続配管ｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽に戻ってくる。このとき、接続配管ｉの途中では、第２の開閉弁１０２が、また、接続配管ｉ’の途中では第４の開閉弁１０４が閉じられているので、熱源装置ｅ’’側には利用側冷媒は流れ込まない。
【０１８０】
また、一方、冷媒貯留タンク２０の右側の槽の底部から流出した比較的高温の利用側冷媒３０は、第２の冷媒搬送装置２５によって第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに分岐して送り込まれる。第２補助熱交換器１９ａおよび第４補助熱交換器１９ｂに送り込まれた利用側冷媒３０は、第１補助熱交換器１６ａおよび第３補助熱交換器１６ｂを通して、第１および第２の熱源側冷媒サイクルによって外気へ放熱すると同時に自らは冷却され、合流した後冷媒貯留タンク２０の左側の槽に戻る。
【０１８１】
暖房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを停止し、熱源装置ｅ’’のみ運転する。暖房運転時には、利用側冷媒サイクル中、第１の開閉弁１０１および第３の開閉弁１０３を閉じ、第２の開閉弁１０２および第４の開閉弁１０４を開ける。第３の冷媒搬送装置２８によって送り出された冷媒は、灯油、ガス等を燃焼して得られる熱を加熱ボイラ２９で奪うと同時に自らは加熱されて、第４の冷媒搬送装置１０５によって更に昇圧されて、第２の開閉弁１０２を通って、接続配管ｉに流入する。接続配管ｉに流入した利用側冷媒は、接続配管ｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を暖房すると同時に自らは冷却されて、接続配管ｊ’，ｋ’を通って接続配管ｉ’へ流入する。ここで、利用側冷媒は第４の開閉弁１０４、および接続配管ｏを経由して熱源装置ｅ’’内の第３の冷媒搬送装置２８の入口側に戻る。
【０１８２】
室内ユニットｇおよびｈで暖房の要求があると、熱交換ユニットｄ内の制御装置４１に暖房要求の信号が室内ユニットから送られると共に、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂが開けられる。更に、この暖房要求信号は熱源装置ｅ’’内の制御装置４２ｃに送られて、熱源装置ｅ’’がその信号に従って運転を開始する。熱源装置ｅ’’は、汎用の灯油ボイラ、ガスボイラなどの熱源装置であり、循環する利用側冷媒を直接的に加熱する。そして、接続配管ｏ’へ送り出す冷媒温度があらかじめ設定されている温度になるように、制御装置４２ｃによって油またはガス等の燃焼量を制御している。暖房運転中は熱交換ユニットｄに利用側冷媒が循環することなく、また、利用側冷媒温度を制御する必要もなく、従って、新たに温度センサを追加する必要もない。室内で暖房の要求が全てなくなると、その信号が室内ユニットから熱交換ユニットｄへ送られ、熱交換ユニットｄの制御装置４１からの指令で熱源装置ｅ’’が停止すると共に、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂが閉じられる。
【０１８３】
以上のように、本実施の形態によれば、利用側冷媒サイクルの一部を分岐して、冷媒貯留タンク２０と並列に加熱専用の熱源装置ｅ’’を接続したので、特に、冬期の外気温度が氷点下になる地方において、第１、第２の冷媒サイクルであるヒートポンプでは暖房能力不足となる場合でも、暖房能力を確保しやすい。また、熱源装置ｅ’’内に設置された加熱ボイラ２９で利用側冷媒を直接加熱するので、熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒サイクルを分離して熱交換器で熱交換する形態よりも効率的で省エネルギとなり、消費電力量および灯油やガス等の燃料消費量が削減され、ランニングコストを低くすることができる。
【０１８４】
なお、本実施の形態では、第１〜第４の開閉弁１０１〜１０４は切換えユニットｗ内に設置されているので、全体のシステムを構成する際に現地工事などを簡単化でき施工性が向上し、設置後の美観もよい。また、第４の冷媒搬送装置１０５も切換えユニットｗ内に設置すれば、さらに施工性が向上し、美観がよくなることは言うまでもない。
【０１８５】
本実施の形態では、熱源装置ｅ’’として、加熱ボイラ２９と第３の冷媒搬送装置２８とを一体のユニット内に装備した汎用の灯油ボイラなどを流用することを前提としている。第３の冷媒搬送装置２８は、一般に、揚程の比較的小さい小型のポンプであり、これだけでは利用側熱交換器２２ａおよび２２ｂに暖房に必要十分な流量の利用側冷媒を搬送できないため、第４の冷媒搬送装置１０５を第３の冷媒搬送装置に直列に接続して、第３の冷媒搬送装置２８の揚程不足を補っている。第４の冷媒搬送装置１０５は、熱源装置ｅ’’の冷媒出口側に設置しても、入口側に設置してもよい。また、第３の冷媒搬送装置２８が利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで暖房に必要十分な流量の利用側冷媒を搬送できる揚程のものであれば、第４の冷媒搬送装置１０５は必要ないことは言うまでもない。
【０１８６】
実施の形態１２．
図２６は実施の形態１２による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。実施の形態１１では、第１〜第４の開閉弁１０１〜１０４を熱交換ユニットｄの外部に設置したが、図２６に示すように、これらを熱交換ユニットｄの内部に設置することもできる。図２６において、熱交換ユニットｄ内部の接続配管ｓの途中で、第１の冷媒搬送装置２１に入口に至るまでの間に第１の開閉弁１０１を設置し、第１の開閉弁１０１と第１の冷媒搬送装置２１との間の接続配管ｓに分岐を設け、この分岐部と加熱ボイラ２９および第３の冷媒搬送装置２８を内蔵した熱源装置ｅ’’の冷媒出口側とを接続配管ｏ’で接続する。また、接続配管ｏ’の熱交換ユニットｄ内部に第２の開閉弁１０２を設置する。また、接続配管ｉ’に第３の開閉弁１０３を設置し、第３の開閉弁１０３と接続配管ｊ’，ｋ’の分岐（合流）部との間と、熱源装置ｅ’’の冷媒入口側とを接続配管ｏで接続する。そして、接続配管ｏに第４の開閉弁１０４を設置する。これら、第３、第４の開閉弁１０３、１０４は、熱交換ユニットｄの内部に設置している。
【０１８７】
次に動作について説明する。
冷房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを運転し、熱源装置ｅ’’は停止する。冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。冷房運転時の第１、第２の熱源側冷媒サイクルの動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。
一方、利用側冷媒サイクルでは、冷房運転時には、第１の開閉弁１０１および第３の開閉弁１０３を開け、第２の開閉弁１０２および第４の開閉弁１０４を閉じる。冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した比較的低温の利用側冷媒３０は、第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を冷房すると同時に自らは加熱されて、接続配管ｊ’，ｋ’および接続配管ｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽に戻ってくる。このとき、接続配管ｓの途中では第２の開閉弁１０２が、また、接続配管ｉ’の途中では第４の開閉弁１０４が閉じられているので、熱源装置ｅ’’側には利用側冷媒は流れ込まない。
【０１８８】
暖房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを停止し、熱源装置ｅ’’のみ運転する。暖房運転時には、利用側冷媒サイクル中、第１の開閉弁１０１および第３の開閉弁１０３を閉じ、第２の開閉弁１０２および第４の開閉弁１０４を開ける。第３の冷媒搬送装置２８によって送り出された利用側冷媒は、灯油、ガス等を燃焼して得られる熱を加熱ボイラ２９で奪うと同時に自らは加熱されて、接続配管ｏ’、第２の開閉弁１０２を通って、接続配管ｓに流入する。接続配管ｓに流入した利用側冷媒は、第１の冷媒搬送装置２１によってさらに昇圧されて、接続配管ｉおよび接続配管ｊ，ｋを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られる。そして、室内空気を暖房すると同時に自らは冷却されて、接続配管ｊ’，ｋ’および接続配管ｉ’へ流入する。ここで、利用側冷媒は第４の開閉弁１０４、および接続配管ｏを経由して熱源装置ｅ’’内の第３の冷媒搬送装置２８の入口側に戻ってくる。
【０１８９】
このように、加熱専用の熱源装置ｅ’’によって暖房運転を行うので、外気温度が低くなる場所で使用しても十分な暖房能力を得ることができ、室内の快適性を維持できる。
また、第１〜第４の開閉弁１０１〜１０４を熱交換ユニットｄの内部に収納したので、実施の形態１１のような新たな切換えユニットｗが必要なく、施工性が向上すると共に、美観を損なうことがない。また、熱源装置ｅ’’内に収納されている第３の冷媒搬送装置２８の揚程不足を補うため、新たな冷媒搬送装置を設置することなく、熱交換ユニットｄ内部に設置されている第１の冷媒搬送装置２１を利用して揚程不足を補うことができるので、新たに冷媒搬送装置１０５を必要とする実施の形態１１よりも安価な冷凍空調装置を提供できる。
【０１９０】
実施の形態１３．
実施の形態１１および実施の形態１２における冷凍空調装置では、第１の利用側冷媒サイクルは、１系統で構成して冷房および暖房を切換えて室内を空調するようにしていたが、図２７に示すように、冷房を行う冷却運転用の利用側冷媒サイクルと暖房を行う加熱運転用の利用側冷媒サイクルを設け、それぞれ個別に運転できるようにしてもよい。
【０１９１】
図２７は本実施の形態による冷凍空調装置として例えば冷暖房装置を示す構成図である。図において、室内ユニットｇ，ｈ内部には、それぞれ冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂと加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄが収納されており、これらは室内送風機２４ａ，２４ｂによって送り込まれる室内空気の流れに対して、上流側に冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂが、下流側に加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄが設置されている。冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂは、実施の形態１１または１２と同様、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂおよび接続配管ｊ，ｋを介して接続配管ｉと、接続配管ｊ’，ｋ’を介して接続配管ｉ’とによって、熱交換ユニットｄに接続されて冷却時の利用側冷媒サイクルを構成している。一方、加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄは、利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄおよび接続配管ｘ，ｚを介して接続配管ｏ’と接続され、接続配管ｘ’，ｚ’を介して接続配管ｏと接続されている。接続配管ｏ，ｏ’は、加熱専用の熱源装置ｅ’’に接続する配管であり、加熱専用時の利用側冷媒サイクルを構成している。
【０１９２】
次に動作について説明する。
冷房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを運転し、熱源装置ｅ’’は停止する。冷房運転時は第１、第２の熱源側冷媒サイクルとも図中実線の冷媒サイクルとなる。冷房運転時の第１、第２の熱源側冷媒サイクルの動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。
一方、冷却時の利用側冷媒サイクルでは、冷媒貯留タンク２０の左側の槽の底部から流出した比較的低温の利用側冷媒３０は、接続配管ｓを通って第１の冷媒搬送装置２１によって接続配管ｉおよびｊ，ｋ、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂを通って利用側熱交換器２２ａ，２２ｂへ送られ、室内空気を冷房すると同時に自らは加熱されて、接続配管ｊ’，ｋ’および接続配管ｉ’を通って冷媒貯留タンク２０の右側の槽に戻ってくる。このとき、熱源装置ｅ’’は停止しているので、加熱専用の利用側冷媒サイクルは機能せず、加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄは空調には何も寄与しない。
【０１９３】
暖房運転時は、第１、第２の熱源側冷媒サイクルを停止し、熱源装置ｅ’’のみ運転する。暖房運転時には、冷却用の利用側冷媒サイクルは機能せず、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂは空調には何も寄与しない。
一方、加熱専用の利用側冷媒サイクルでは、第３の冷媒搬送装置２８によって送り出された利用側冷媒は、灯油、ガス等を燃焼して得られる熱を加熱ボイラ２９で奪うと同時に自らは加熱されて、接続配管ｏ’に流出する。接続配管ｏ’には、第４の冷媒搬送装置１０５が設置されており、これによって加熱専用の利用側冷媒はさらに昇圧されて、接続配管ｘ，ｚ、利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄを通って暖房用熱交換器２２ｃ，２２ｄへ送られ、室内空気を暖房すると同時に自らは冷却されて、接続配管ｘ’，ｚ’および接続配管ｏを経由して熱源装置ｅ’’内の第３の冷媒搬送装置２８の入口側に戻ってくる。
【０１９４】
室内ユニットｇ，ｈで冷房の要求があると、室内ユニットｇ，ｈ内の加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄを閉じると共に、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂを開ける。同時に、熱交換ユニットｄ内の制御装置４１に冷房要求の信号が室内ユニットから送られ、第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’がその信号に従って運転を開始する。第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’の運転容量は、第２，第４補助熱交換器１９ａ，１９ｂの下流側合流後の接続配管ｒに設置された第１の温度センサ３１の検出温度があらかじめ設定されている目標温度に近づくように制御される。室内で冷房の要求が全てなくなると、その信号が室内ユニットから熱交換ユニットｄへ送られ、熱交換ユニットｄの制御装置４１からの指令で第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’が停止すると共に、利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂが閉じられる。
【０１９５】
室内ユニットｇ，ｈで暖房の要求があると、室内ユニットｇ，ｈ内の加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄを開けると共に、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂを閉じる。同時に、熱交換ユニットｄ内の制御装置４１に暖房要求の信号が室内ユニットから送られ、更に、この暖房要求信号は熱源装置ｅ’’内の制御装置４２ｃに送られて、熱源装置ｅ’’がその信号に従って運転を開始する。熱源装置ｅ’’は、汎用の灯油ボイラ、ガスボイラ等の加熱装置であるので、接続配管ｏ’へ送り出す冷媒温度があらかじめ設定されている温度になるように、灯油またはガス等の燃焼量を制御する。従って、暖房運転中は熱交換ユニットｄでは、特に、利用側冷媒温度を制御する必要がなく、新たに温度センサを追加する必要もない。室内で暖房の要求が全てなくなると、その信号が室内ユニットから熱交換ユニットｄへ送られ、熱交換ユニットｄの制御装置４１からの指令で熱源装置ｅ’’が停止すると共に、利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄが閉じられる。
このように構成したことにより、加熱能力を十分に確保して温熱利用に適した温度に維持でき、かつ加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルをそれぞれ独立して制御でき、利用状況に適した運転を行うことができる安価な冷凍空調装置が得られる
【０１９６】
また、室内ユニットｇ，ｈで除湿の要求があると、室内ユニットｇ，ｈ内の加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ｃ，２３ｄを開けると共に、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂに接続された利用側冷媒流量制御弁２３ａ，２３ｂも開ける。同時に、熱交換ユニットｄ内の制御装置４１に暖房要求の信号が室内ユニットｇ，ｈから送られ、更に、この暖房要求信号は第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’と熱源装置ｅ’’に送られて、これらがその信号に従って運転を開始する。
室内ユニットｇ，ｈ内の送風機２４ａ，２４ｂで送り込まれた室内空気は、まず、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂに流れ込み、ここで、冷却用の利用側冷媒サイクル内の冷媒と熱交換して冷却されると共に除湿される。次に、この冷却、除湿された空気は、加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄに流れ込み、加熱専用の利用側冷媒サイクル内の冷媒と熱交換して加熱され、元々、室内ユニットが吸い込んだ室内空気温度とほぼ同一の温度に調節されて室内へ吹出される。室内で除湿の要求が全てなくなると、その信号が室内ユニットから熱交換ユニットｄへ送られ、熱交換ユニットｄの制御装置４１からの指令で第１，第２の室外ユニットｅ，ｅ’、および加熱専用の熱源装置ｅ’’が全て停止すると共に、利用側冷媒流量制御弁２３ａ〜２３ｄも閉じられる。
【０１９７】
以上のように、本実施の形態では、室内ユニット内に冷却用の熱交換器と加熱用の熱交換器とを設け、これらを送風機によって送り込まれる室内空気の流れに対して冷却用熱交換器、加熱用熱交換器の順に設置した。このため、除湿運転時に冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂによって冷却、除湿された室内空気を加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄで再度加熱し、元々の室内空気温度とほぼ同一の温度に調節して室内に吹出すことができる。従来では冷却、除湿された空気がそのまま室内に吹き出されており、本実施の形態による構成では居住者に除湿運転時の冷風感を感じさせることなく快適な除湿空間を提供することができる。
【０１９８】
なお、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂと加熱用熱交換器２２ｃ、２２ｄとは送風機２４ａ，２４ｂによって送り込まれる室内空気の流れに対して冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂ、加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄの順に直列に設置したが、これらを室内空気の流れに対して並列に設置してもよい。逆に、室内空気の流れに対して加熱用熱交換器２２ｃ，２２ｄ、冷却用熱交換器２２ａ，２２ｂの順に直列に設置しないほうがよい。このように設置すると、除湿するためには一度加熱された空気を更に露点以下にまで下げなければならないので、加熱分以上の冷却能力が必要となる上にエネルギの無駄になり、さらに冷風感が解消されない。
【０１９９】
また、冷却用の冷媒サイクルと暖房専用の冷媒サイクルとが独立して構成されているため、一方の室内ユニットでは冷房を行い、他方の室内ユニットでは暖房を行うという使用方法も可能である。即ち、利用側熱交換器の冷房／暖房を個別に制御でき、実際には利用側冷媒流量制御弁２３ａ〜２３ｄを使用要求に応じて行えば、熱交換器２２ａ〜２２ｄの運転／停止を任意に制御できる。
【０２００】
実施の形態１４．
実施の形態８では、冷媒貯留タンク２０内に設けた補助熱交換器１６ａ，１６ｂの小型化に対して、例えば水である利用側冷媒の伝熱面積を大きくする例を示したが、本実施の形態では、利用側冷媒の熱伝達率を向上させる構成について説明する。
【０２０１】
図２８は本実施の形態による冷凍空調装置として、例えば室内の冷暖房を行う冷暖房装置を示す構成図である。図において、冷媒貯留タンク２０内に空気管１１２を設置し、この空気管１１２内に空気搬送装置１１１より空気を送り込み、冷媒貯留タンク２０内に設けた補助熱交換器１６ａ，１６ｂの下方から空気管１１２に開けた小孔より空気を吹き出す。即ち、空気搬送装置１１と空気管１１２は、冷媒貯留タンク２０内の補助熱交換器１６ａ、１６ｂの周辺に気泡を吹き込む気泡吹き込み手段を構成している。補助熱交換器１６ａ、１６ｂの周辺に気泡を吹き込むと、冷媒貯留タンク２０内に貯留された利用側冷媒が気泡によって撹拌され、利用側冷媒の熱伝達率が向上する。このため、補助熱交換器１６ａ、１６ｂを小型化したり、受電容量を低減することができる。
なお、空気調和・衛生工学学術論文集７（’８７．１０．６−１０．８東京）氷蓄熱システムに関する研究の文献によれば、０．３［ｍ３／ｈｍ２］程度の流量の気泡を吹き出せば自然対流の約１．５倍の利用側冷媒の熱伝達率が得られることがわかっている。このため、これを目安に空気流量を設定すれば、効率のよい冷凍空調装置が得られる。
【０２０２】
本実施の形態における空気搬送装置１１１は、冷媒貯留タンク２０の液面と冷媒貯留タンク２０内の空気管１１２の最下部との距離で決まる液ヘッドに勝る静圧が出るブロワなどの送風機や空気ポンプである。また、１１３は、冷媒貯留タンク２０内に空気管１１２よりも下方に設置された仕切り板であり、利用側冷媒搬送装置２１が冷媒貯留タンク２０内に吹き込まれた気泡を吸込むことがないように配設されている。すなわち、仕切り板１１３よりも上側は利用側冷媒の気泡の存在する部分であり、仕切り板１１３よりも下側は気泡の存在しない部分であり、利用側冷媒搬送装置２１への冷媒流出口を、気泡の存在しない部分に設けている。
【０２０３】
この仕切り板１１３は、図２８では空気管１１２と分離させて設置した例を示したが、図２９のように空気管１１２と一体化してもよい。このように構成することにより、空気管１１２と仕切り板１１３とをコンパクトにかつ安価に製作することができる。
また、空気搬送装置１１１は、外気を直接吸込んで冷媒貯留タンク２０内に気泡として空気を吹き込んでもよいが、熱のロスをより小さくするため、図２８に示すように、冷媒貯留タンク２０内上部のオーバーフロー口１１４で外気に通じている空間から吸い込むようにした方がよい。
また、空気搬送装置１１３からの気泡吹き込み口は冷媒貯留タンク２０の底に設けることに限定されるものではなく、少なくとも補助熱交換器１６ａ、１６ｂの周辺に気泡を吹き込むように構成すれば、熱交換器１６ａの周辺での撹拌作用によって熱伝達率を向上することができる。また、例えば冷媒貯留タンク２０の側面側から気泡を吹き込む構成としてもよい。
また、気泡吹き込み手段は、空気搬送装置１１１で空気を吹き込む構成ではなく、電気分解によって冷媒貯留タンク２０内に気泡を発生させても、同様の効果を奏する。
【０２０４】
さらに、第３の熱源側冷媒サイクルｅ’’である加熱ボイラ２９を使用する場合は、図２８に示すように、第６の補助熱交換器１９ｃを冷媒貯留タンク２０への利用側冷媒流入口側に設置し、加熱ボイラ２９の熱源側冷媒が流れる第５の補助熱交換器１６ｃと熱交換させる。
【０２０５】
また、第３の熱源側冷媒サイクルｅ’’を使用する場合、図３０のように構成しても良い。図では、第６の補助熱交換器１９ｃのそれぞれの端を冷媒貯留タンク２０の高さが異なる位置である下部と上部を冷媒配管によって接続する。そして第６の補助熱交換器１９ｃを流れる利用側冷媒と、第３の熱源側冷媒サイクルｅ’’の第５の補助熱交換器１６ｃを循環する冷媒とを熱交換させる。
第６の補助熱交換器１９ｃで加熱された利用側冷媒は、密度が小さくなるので補助熱交換器１９ｃ内を上昇し、冷媒貯留タンク２０の上部に流入する。一方、冷媒貯留タンク２０の下部からは未加熱の密度の大きい利用側冷媒が第６の補助熱交換器１９ｃに下部から流入して循環し、冷媒貯留タンク２０内に温熱を蓄える。利用側冷媒貯留タンク２０内の利用側冷媒は、利用側冷媒搬送装置２１により利用側熱交換器２２ａ，２２ｂに送られ、室内を暖房する。
【０２０６】
図３０のように構成すると、利用側熱交換器２２ａ，２２ｂで暖房する場合、第６の補助熱交換器１９ｃが利用側冷媒サイクルとは別系統となり、利用側熱交換器２２ａ、２２ｂの冷媒循環流量が補助熱交換器１９ｃにより低下することがなく、安定して利用側冷媒サイクルの冷媒を循環させることができる。しかも、第６の補助熱交換器１９ｃに利用側冷媒を循環させる駆動力は利用側冷媒の温度差から生じる密度差であり冷媒搬送装置が必要ないため、システムの効率を向上することができる。なお、第６の補助熱交換器１９ｃと冷媒貯留タンク２０とを接続する冷媒配管は太いほうが圧力損失が小さくて効率がよいが、あまり太いと利用側冷媒の流速が遅くなり、第６の補助熱交換器１９ｃの熱交換効率が悪くなる。
【０２０７】
なお、実施の形態１〜実施の形態１４において、利用側冷媒は、水、若しくはエチレングリコール、プロピレングリコールおよびＤ−ソルビトールなどの溶媒の少なくとも１つまたは複数を重量比で数十％以下含んだ水溶液としているが、水の場合には、実施の形態１０で述べたように設置工事のときに水道圧で利用側冷媒を充填できるなど、扱いやすい。また、流量を多くできるので、熱伝達能力を大きくできる。また、利用側の冷媒搬送装置の揚程が大きくなり、冷媒搬送装置の能力を増やさなくても遠くまで水を循環させることができるので、高層住宅や敷地面積の大きな建物にも適用できるようになる。
【０２０８】
また、室内機の台数は、上記実施の形態では２台のものについて説明したがこれに限るものではなく、１台または３台以上でもよい。
【０２０９】
また、上記実施の形態１〜実施の形態１４では冷凍空調装置の一例として室内の冷暖房を行なう冷暖房装置に適用したものを説明したが、これに限るものではなく、例えば熱源側冷媒サイクルで得た冷熱または温熱を利用側冷媒サイクルで給湯や床暖房や浴室等の加熱乾燥などの加熱に利用したり、産業用や家庭用の冷凍冷蔵庫などの冷却に利用したり、さまざまな用途に利用できる。なお、給湯に利用する場合で利用側冷媒が水である場合には、冷媒貯留タンク２０に貯留した冷媒をそのまま利用すればよいので、利用側熱交換器は必要ない。
また、上記実施の形態１〜実施の形態１４では、冷媒貯留タンクに利用側冷媒を貯留するような構成としたが、冷媒貯留タンクを熱源側冷媒サイクルに連接して熱源側冷媒を貯留する構成としてもよい。このとき利用側冷媒サイクルでは冷媒貯留タンクに蓄熱した温熱または冷熱を補助熱交換器によって取り出すように構成すればよい。熱源側冷媒で蓄熱することにより、エネルギー効率のよい冷媒を利用して冷熱または温熱を蓄熱でき、冷媒貯留タンクを小型化して装置構成全体の小型化を図ることができる。
【０２１０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０２１１】
本発明の請求項１によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するように前記利用側冷媒の量を充填したことにより、加熱運転時の熱源側冷媒サイクルの除霜運転に対し、利用側冷媒の温度を安定させることができ、かつ地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１２】
また、本発明の請求項２によれば、熱源側冷媒サイクルの除霜運転によって補助熱交換器で利用側冷媒サイクルから奪われる熱量をＱｄ、利用側冷媒の量をＷ、前記利用側冷媒の比熱をＣｐとし、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルで除霜運転されるとき、Ｑｄ／（Ｗ・Ｃｐ）で表される前記利用側冷媒の温度低下が所定温度以下になるように前記利用側冷媒の量Ｗを充填して、前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持することにより、加熱運転時の熱源側冷媒サイクルの除霜運転に対し、利用側冷媒の温度を安定させることができ、温熱利用に適した温度を維持でき、かつ地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１３】
また、本発明の請求項３によれば、利用側冷媒サイクルに設けられ熱源側冷媒サイクルで得た温熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、前記熱源側冷媒サイクルの除霜運転によって前記補助熱交換器で前記利用側冷媒サイクルから奪われる熱量をＱｄ、前記除霜運転によって前記蓄熱手段から放熱する熱量をＱｔ、前記利用側冷媒の量をＷ、前記利用側冷媒の比熱をＣｐとし、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルで除霜運転されるとき、（Ｑｄ−Ｑｔ）／（Ｗ・Ｃｐ）で表される前記利用側冷媒の温度低下が所定温度以下になるように前記利用側冷媒の量Ｗを充填すると共に前記蓄熱手段の蓄熱容量を設定して、前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持することにより、加熱運転時の熱源側冷媒サイクルの除霜運転に対し、利用側冷媒の温度を安定させることができ、温熱利用に適した温度を維持でき、かつ地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減でき、冷媒の充填量を低減して小型化できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１４】
また、本発明の請求項４によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記利用側冷媒サイクル内に前記利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンクを設け、前記冷媒貯留タンクの内容積を、前記利用側冷媒サイクルの加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルを除霜運転するときの前記利用側冷媒の温度を暖房または給湯または加熱乾燥に適した温度に維持するように、前記利用側冷媒の量または蓄熱材の量を蓄えられる内容積としたことにより、加熱運転時の熱源側冷媒サイクルの除霜運転に対し、利用側冷媒の温度低下を低減して利用側冷媒の温度を安定させることで、温熱利用に適した温度に維持でき、かつ地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１５】
また、本発明の請求項５によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、および利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、前記熱源側冷媒流量制御弁、前記第１補助熱交換器、前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンク、および前記冷媒搬送装置を一つのユニット内に収納したことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持でき、かつ搬入および工事に手間がかかるのを防ぐことのできる冷凍空調装置が得られる。
【０２１６】
また、本発明の請求項６に係わる冷凍空調装置は、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環させて成る熱源側冷媒サイクルと、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、冷媒貯留タンク、冷媒搬送装置、および利用側熱交換器を連接し利用側冷媒を循環させて成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記圧縮機、前記流路切換弁、前記熱源側熱交換器、および前記熱源側冷媒流量制御弁を一つのユニット内に収納し、前記第１補助熱交換器、前記第２補助熱交換器、前記冷媒貯留タンク、および前記冷媒搬送装置を前記ユニットとは別の一つのユニット内に収納し、前記第１補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および前記第１補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持でき、かつ標準の室外ユニットを使用した安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２１７】
また、本発明の請求項７によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および第１補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、第１の冷媒搬送装置、前記第１補助熱交換器と熱交換する第２補助熱交換器、および前記冷媒貯留タンクを連接し利用側冷媒を循環して成る熱輸送サイクルと、第２の冷媒搬送装置、利用側熱交換器、および前記冷媒貯留タンクを連接し前記利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを有し、前記熱輸送サイクルにおいて前記第２補助熱交換器で前記第１補助熱交換器と熱交換して得た温熱を前記冷媒貯留タンクに蓄え、前記利用側冷媒サイクルにおいて前記冷媒貯留タンクに蓄えた温熱を前記利用側熱交換器で加熱に利用することにより、温度制御が安定しやすくなり、温熱利用に適した温度に維持でき、かつ地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１８】
また、本発明の請求項８によれば、冷媒貯留タンクの内部を左右に分割すると共に、喫水面よりも下側で前記分割された左右の利用側冷媒が連通可能な連通部を有する仕切りを備え、分割された左右の槽のそれぞれに２つの開口を設け、前記冷媒貯留タンクの一方の槽の２つの開口を、利用側熱交換器からの利用側冷媒の流入口と、第２補助熱交換器への前記利用側冷媒の流出口とし、前記冷媒貯留タンクの他方の槽の２つの開口を、前記第２補助熱交換器からの前記利用側冷媒の流入口と、前記利用側熱交換器への前記利用側冷媒の流出口としたことにより、熱源側冷媒サイクルを効率よく運転でき、冷媒貯留タンクに十分に蓄熱して快適な冷凍空調を実現できる冷凍空調装置が得られる。
【０２１９】
また、本発明の請求項９によれば、熱源側冷媒と利用側冷媒とを熱交換する補助熱交換器をプレート式熱交換器としたことにより、容量の小さい冷媒搬送装置を用いることができ、安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２２０】
また、本発明の請求項１０によれば、冷却運転と加熱運転とで、熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒サイクルの間の補助熱交換器における利用側冷媒の流れ方向を切換える切換手段を備え、前記補助熱交換器で熱交換する際の熱源側冷媒と利用側冷媒の流れ方向が、冷却運転時および加熱運転時で共に対向流となるように構成したことにより、冷却・加熱運転共に効率よく熱交換でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２２１】
また、本発明の請求項１１によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および補助熱交換器を連接し熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を連接し前記利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを備え、前記補助熱交換器を前記冷媒貯留タンク内の利用側冷媒に浸漬して前記補助熱交換器で前記熱源側冷媒と前記利用側冷媒とを熱交換して前記冷媒貯留タンクに熱を蓄え、前記利用側冷媒サイクルにおいて前記冷媒貯留タンクに蓄えた熱を加熱に利用することにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることができ、さらに熱源側冷媒サイクルの設備を小型化でき、かつ比較的簡単な装置構成でシステム全体の信頼性を向上でき、地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる冷凍空調装置が得られる。
【０２２２】
また、本発明の請求項１２によれば、補助熱交換器における利用側冷媒の伝熱面積を熱源側冷媒の伝熱面積よりも大きくしたことにより、熱源側冷媒と利用側冷媒との熱交換おける伝熱性能を向上して除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることのできる冷凍空調装置が得られる。
【０２２３】
また、本発明の請求項１３によれば、冷媒貯留タンク内の補助熱交換器周辺に気泡を吹き込む気泡吹き込み手段を備えたことにより、熱源側冷媒と利用側冷媒との熱交換おける伝熱性能を向上して除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることのできる冷凍空調装装置が得られる。
【０２２４】
また、本発明の請求項１４によれば、冷媒貯留タンクの外部に設けられ前記冷媒貯留タンクの高さが異なる位置を接続する利用側冷媒配管と、この利用側冷媒配管を流通する利用側冷媒を加熱する熱源装置を備えたことにより、比較的簡単な構成で利用側冷媒を加熱でき、かつこの加熱によって利用側冷媒サイクルの冷媒循環には影響を及ぼすことのなく、システムの効率を向上できる冷凍空調装置が得られる。
【０２２５】
また、本発明の請求項１５によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、補助熱交換器、冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を一つのユニット内に収納したことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることで温熱利用に適した温度に維持でき、搬入および工事に手間がかかるのを防ぐことができる冷凍空調装置が得られる。
【０２２６】
また、本発明の請求項１６によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、および熱源側冷媒流量制御弁を一つのユニット内に収納すると共に、補助熱交換器、冷媒貯留タンク、および冷媒搬送装置を前記ユニットとは別の一つのユニット内に収納し、前記補助熱交換器の一端側と前記流路切換弁との間および前記補助熱交換器の他端側と前記熱源側冷媒流量制御弁との間をそれぞれ接続配管で接続したことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることで温熱利用に適した温度に維持でき、かつ標準の室外ユニットを使用でき、安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２２７】
また、本発明の請求項１７によれば、利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク内に蓄熱材を設けたことにより、冷媒貯留タンクに十分に蓄熱でき、タンクを小型にできる冷凍空調装置が得られる。
【０２２８】
また、本発明の請求項１８によれば、冷媒貯留タンク内に配設され、その内部を左右に分割する仕切りを備えると共に、分割された一方の槽に設けた利用側冷媒が流入する開口と、他方の槽に設けた前記利用側冷媒が流出する開口を備え、前記仕切りは、前記冷媒貯留タンクの喫水面よりも下側で前記分割された左右の利用側冷媒が連通する連通部を有することにより、熱源側冷媒サイクルを効率よく運転でき、冷媒貯留タンクに十分に蓄熱して快適な空調を実現できる冷凍空調装置が得られる。
【０２２９】
また、本発明の請求項１９によれば、利用側冷媒が循環する部分に、前記利用側冷媒に混入した混入物を集めるフィルタを設けたことにより、利用側冷媒にごみやちりなどの混入物が循環するのを防ぐことができ、信頼性の高い冷凍空調装置が得られる。
【０２３０】
また、本発明の請求項２０によれば、フィルタを利用側冷媒を貯留する冷媒貯留タンク内に設けたことにより、フィルタを管理しやすく、利用側冷媒にごみやちりなどの混入物が循環するのを防ぐことができ、信頼性の高い冷凍空調装置が得られる。
【０２３１】
また、本発明の請求項２１によれば、熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数としたことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることで温熱利用に適した温度に維持でき、かつ小型の標準的な熱源側冷媒サイクルを使用でき、安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２３２】
また、本発明の請求項２２によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、その少なくとも１系統の熱源側冷媒サイクルを加熱専用の冷媒サイクルで構成したことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させることで温熱利用に適した温度に維持でき、かつ小型の標準的な熱源側冷媒サイクルを使用でき、地球環境保全上や取扱上で問題のある冷媒の使用量を低減できる安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２３３】
また、本発明の請求項２３によれば、利用側冷媒サイクルに対して複数の熱源側冷媒サイクルを並列に接続したことにより、熱源側冷媒サイクルのそれぞれを独立に制御でき、かつ安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２３４】
また、本発明の請求項２４によれば、利用側冷媒サイクルに対して複数の熱源側冷媒サイクルを直列に接続したことにより、小型の標準的な熱源側冷媒サイクルを使用でき、配管の接続を比較的単純にでき、かつ安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２３５】
また、本発明の請求項２５によれば、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルとを直列に接続したことにより、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２３６】
また、本発明の請求項２６によれば、利用側冷媒サイクルを循環する利用側冷媒の流れの向きに対して冷却／加熱併用の冷媒サイクルを上流側に接続し、加熱専用の冷媒サイクルを下流側に接続したことにより、熱源側冷媒サイクルを有効に利用でき、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２３７】
また、本発明の請求項２７によれば、利用側冷媒サイクルを循環する利用側冷媒の流れの向きに対して加熱専用の冷媒サイクルを上流側に接続し、冷却／加熱併用の冷媒サイクルを下流側に接続したことにより、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２３８】
また、本発明の請求項２８によれば、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルとを並列に接続すると共に、冷却運転時には加熱専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器には利用側冷媒が流れないように、前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を備えたことにより、温熱利用に適した温度に維持でき、かつ加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルをそれぞれ独立して制御でき、利用状況に適した運転を行うことができる冷凍空調装置が得られる。
【０２３９】
また、本発明の請求項２９によれば、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却専用の冷媒サイクルとを直列に接続したことにより、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持でき、かつ安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２４０】
また、本発明の請求項３０によれば、熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、利用側冷媒サイクルに対して前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却専用の冷媒サイクルとを並列に接続すると共に、加熱運転時には前記加熱専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器に利用側冷媒を循環させ、冷却運転時には冷却専用の冷媒サイクルと熱交換する利用側補助熱交換器に利用側冷媒を循環させるように、前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段を備えたことにより、加熱能力を十分に確保して温熱利用に適した温度に維持でき、かつ加熱専用の冷媒サイクルと冷却専用の冷媒サイクルをそれぞれ独立して制御でき、利用状況に適した運転を行うことができる安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２４１】
また、本発明の請求項３１によれば、利用側冷媒が循環する加熱専用の熱源装置と、加熱運転時に前記加熱専用の熱源装置に前記利用側冷媒を循環させるように前記利用側冷媒サイクルの冷媒流路を切換える切換手段とを備えたことにより、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保でき、温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２４２】
また、本発明の請求項３２によれば、利用側冷媒サイクルに、熱源側冷媒サイクルにより熱を供給される冷却用の利用側熱交換器と、加熱専用の熱源装置により熱を供給される加熱用の利用側熱交換器とを設け、冷却運転時に前記熱源側冷媒サイクルと前記冷却用の利用側熱交換器を動作させ、加熱運転時に前記加熱専用の熱源装置と前記加熱用の利用側熱交換器を動作させるように構成したことにより、温熱利用に適した温度に維持でき、利用側熱交換器の冷却／加熱を個別に制御できる冷凍空調装置が得られる。
【０２４３】
また、本発明の請求項３３によれば、冷却用の利用側熱交換器は、空気の流れに対し、加熱用の利用側熱交換器の上流側に並べて配置し、除湿運転時に冷却用および加熱用の利用側熱交換器を動作させるように構成したことにより、快適な除湿を行うことができ、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保して温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【０２４４】
また、本発明の請求項３４によれば、加熱専用の熱源装置を、利用側冷媒を直接的に加熱する加熱装置としたことにより、外気温度の低い場所で使用しても加熱能力を十分に確保して温熱利用に適した温度に維持でき、かつランニングコストを低減でき安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２４５】
また、本発明の請求項３５によれば、利用側冷媒サイクルを構成する配管において、利用側熱交換器への送り側配管と前記利用側熱交換器からの戻り側配管とで、該配管の配管径、若しくは該配管の継ぎ手の径または形状を異なるように構成したことにより、配管接続工事などの際に接続間違いが起こるのを防ぐことができ、信頼性の高い冷凍空調装置が得られる。
【０２４６】
また、本発明の請求項３６によれば、利用側冷媒サイクル内に複数の利用側熱交換器を設け、それらの利用側熱交換器を全て互いに並列に接続したことにより、それぞれの熱交換器で独立して制御できる汎用的な冷凍空調装置が得られる。
【０２４７】
また、本発明の請求項３７によれば、利用側冷媒サイクル内に複数の利用側熱交換器を設け、それらの利用側熱交換器のうちの少なくとも一部を互いに直列に接続したことにより、エネルギを無駄なく利用できる冷凍空調装置が得られる。
【０２４８】
また、本発明の請求項３８によれば、利用側冷媒サイクルを循環する冷媒を、水、若しくはエチレングリコール、プロピレングリコール、およびＤ−ソルビトールのうちのいずれか１つまたは複数を重量比で数十％以下含む水溶液としたことにより、地球環境保全の点で問題なく、取扱いも容易でかつ安価な冷媒を使用し、地球環境保全や取扱の点で問題のある冷媒の使用量を最小限に抑えることができ、かつ安価な冷凍空調装置が得られる。
【０２４９】
また、本発明の請求項３９によれば、熱源側冷媒サイクルを蒸気圧縮式冷凍サイクルで構成し、前記熱源側冷媒サイクルを循環する冷媒を潜熱を利用するものとし、フロン系の単一冷媒、フロン系の擬似共沸混合冷媒、フロン系の非共沸冷媒、炭化水素系冷媒、およびアンモニア冷媒のうちのいずれか１つとしたことにより、熱源側にはエネルギー効率のよい冷媒を用い、全体として地球環境保全や取扱の点で問題のある冷媒の使用量を最小限に抑えることができ、かつ効率のよい冷凍空調装置が得られる。
【０２５０】
また、本発明の請求項４０によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルの容量を複数の段階に変化するように構成し、その容量の変化幅を容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことにより、負荷の様々な大きさの変動に対して、ハンチングを抑えながら追従することができ、利用側冷媒の温度安定性を向上できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５１】
また、本発明の請求項４１によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記利用側冷媒サイクルで加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルのうち１系統以上が除霜運転している間に、少なくとも１系統の前記熱源側冷媒サイクルは加熱運転を継続するように制御することにより、除霜運転時に利用側冷媒の温度低下を小さくでき、温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５２】
また、本発明の請求項４２によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記熱源側冷媒サイクルに加熱専用の冷媒サイクルと冷却／加熱併用の冷媒サイクルとをそれぞれ１系統以上設け、前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルに蒸気圧縮式冷凍サイクルを用い、加熱運転中に前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に、前記加熱専用の冷媒サイクルと前記冷却／加熱併用の冷媒サイクルのうちの少なくとも１系統の冷媒サイクルは加熱運転を継続するように制御することにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５３】
また、本発明の請求項４３によれば、熱源側冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に加熱運転を継続する熱源側冷媒サイクルは、その加熱能力を増加して加熱運転を継続するように制御することにより、除霜運転時に利用側冷媒の温度低下をさらに小さくして利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５４】
また、本発明の請求項４４によれば、熱源側冷媒サイクルのうちの１系統以上が除霜運転している間に加熱運転を継続する熱源側冷媒サイクルを、加熱専用の冷媒サイクルとしたことにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５５】
また、本発明の請求項４５によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルとして蒸気圧縮式冷凍サイクルを２系統以上用い、前記利用側冷媒サイクルで加熱運転中に前記熱源側冷媒サイクルのうち１系統以上が除霜運転開始条件を満たした場合、除霜運転を開始する前に熱源側冷媒サイクルの能力を増大させて加熱運転を継続し、その後に除霜運転を行うように制御することにより、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５６】
また、本発明の請求項４６によれば、熱源側冷媒を循環させる熱源側冷媒サイクルと利用側冷媒を循環させる利用側冷媒サイクルの間に設けた補助熱交換器で熱交換することによって前記熱源側冷媒サイクルで得た温熱を前記利用側冷媒サイクルで加熱に利用する冷凍空調装置において、前記利用側冷媒として顕熱を利用する冷媒を用いると共に、前記熱源側冷媒サイクルを２系統以上の複数とし、前記複数系統の熱源側冷媒サイクルのそれぞれの容量を一つまたは複数の段階に変化するように構成し、かつ全体としての前記複数系統の熱源側冷媒サイクルの合計容量を複数の段階に変化するように構成し、その合計容量の変化幅を合計容量が増加するにつれて大きくなるようにしたことにより、負荷の様々な大きさの変動に対して、ハンチングを抑えながら追従することができ、利用側冷媒の温度安定性を向上できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５７】
また、本発明の請求項４７によれば、合計容量の段階を増加させる際に、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で運転している熱源側冷媒サイクルは運転状態のままで前記合計容量を増加させるものとし、前記合計容量の段階を減少させる際に、複数系統の熱源側冷媒サイクルのうちの現行で停止している熱源側冷媒サイクルは停止状態のままで前記合計容量を減少させるように制御することにより、システム全体の安定性を向上できる冷凍空調装置の制御方法が得られる。
【０２５８】
また、本発明の請求項４８によれば、圧縮機、流路切換弁、熱源側熱交換器、熱源側冷媒流量制御弁、および熱源側冷媒を貯留する冷媒貯留タンクを連接し前記熱源側冷媒を循環して成る熱源側冷媒サイクルと、補助熱交換器、および冷媒搬送装置を連接し利用側冷媒を循環して成る利用側冷媒サイクルとを備え、前記補助熱交換器を前記冷媒貯留タンク内の熱源側冷媒に浸漬して前記補助熱交換器で前記熱源側冷媒と前記利用側冷媒とを熱交換し、前記冷媒貯留タンクに蓄えた熱を前記利用側冷媒サイクルにおいて加熱に利用することにより、冷媒貯留タンクに効率よく蓄熱して熱源側冷媒サイクルの設備を小型化でき、かつ比較的簡単な装置構成でシステム全体の信頼性を向上でき、除霜運転時の利用側冷媒の温度を安定させて温熱利用に適した温度に維持できる冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係わる利用側冷媒の濃度に対する特性を示すグラフであり、図２（ａ）は凍結温度、図２（ｂ）は動粘度、図２（ｃ）は熱伝達率を示す。
【図３】実施の形態１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図４】実施の形態１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図５】実施の形態１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図６】実施の形態１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図８】実施の形態２による冷凍空調装置の制御方法に係わり、圧縮器合計能力および圧縮機合計仮周波数に対するＣＯＰを示すグラフである。
【図９】実施の形態２による冷凍空調装置の制御方法に係わり、温度センサ３１の検出温度ＴＨ１に対する圧縮機運転台数増減値を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２による冷凍空調装置の制御方法に係わる処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２による冷凍空調装置の制御方法に係わる処理を示すブロック線図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１４】実施の形態４による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１６】実施の形態５による冷凍空調装置の制御方法に係わり、温度センサ３１の検出温度ＴＨ１に対する熱源側冷媒サイクル運転／停止を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態６による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態７による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態８による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２０】実施の形態８に係わる冷媒貯留タンクの構成を示す説明図である。
【図２１】実施の形態８による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２２】本発明の実施の形態９による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２３】実施の形態９による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２４】本発明の実施の形態１０による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２５】本発明の実施の形態１１による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２６】本発明の実施の形態１２による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２７】本発明の実施の形態１３による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２８】本発明の実施の形態１４による冷凍空調装置を示す構成図である。
【図２９】実施の形態１４に係わる気泡吹き込み手段の構成を示す斜視図である。
【図３０】実施の形態１４による冷凍空調装置の別の構成を示す構成図である。
【図３１】従来の冷凍空調装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１１  圧縮機、１２  流路切換弁、１３  熱源側熱交換器、１４  熱源側冷媒流量制御弁、１５  レシーバ、１６  第１補助熱交換器、１７  室外送風機、１８  第２冷媒貯留タンク、１９  第２補助熱交換器、２０  冷媒貯留タンク、２１  冷媒搬送装置、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  利用側熱交換器、２３ａ，２３ｂ  利用側冷媒流量制御弁、２４ａ，２４ｂ  室内送風機、２５  冷媒搬送装置、２６  フィルタ、２７，２７ａ，２７ｂ  仕切り、２９  加熱装置、３１  温度検出手段、３４  外気温度検出手段、３５  温度検出手段、３６  温度検出手段、４１，４２ａ，４２ｂ  制御装置、５１，５２  流路切換手段、６１蓄熱材、６２  流路切換手段、６４ａ，６４ｂ  止め弁、６５  接続口、１１１  空気搬送装置、１１２  空気管、１１３  仕切り板、ｇ，ｈ  室内ユニット、ｅ，ｅ’，ｆ  室外ユニット、ｅ’’  熱源装置、ｊ，ｋ，ｉ’，ｊ’，ｋ’接続配管。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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