(57)【要約】  水熱交換器５０に循環させる水流量は、水熱交換器５０の運転容量の合計に対する、加温負荷を実行する室内側熱交換器２１の運転容量の合計と、冷却負荷を実行する室内側熱交換器２１の運転容量の合計と、の差分の絶対値の比率に、定格水流量を乗じて決定される。
2015162679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水熱交換器、複数の減圧装置、及び、複数の利用側熱交換器を接続した冷媒回路、ポンプを接続した水回路を備え、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれで加温運転又は冷却運転が実行可能な冷凍サイクル装置であって、
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記水熱交換器の運転容量の合計に対する、加温運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、冷却運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、の差分の絶対値の比率に、前記水熱交換器に対応する前記ポンプの定格水流量を乗じて決定される
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記ポンプの回転数により調節される
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記水熱交換器に循環させる水の流量を調節する電動弁を備え、
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記電動弁の開度により調節される
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記水熱交換器に循環させる水流量が下限値に達すると、
前記水熱交換器の伝熱面積を削減するように調節する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記圧縮機と前記水熱交換器との間に電磁弁を複数個設け、
前記電磁弁によって冷媒の流れを調整することで、前記水熱交換器の伝熱面積を調節する
請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式の冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷暖同時運転可能な冷凍サイクル装置の１つとして、たとえばビル用マルチエアコン等に適用される空気調和装置が存在している。そのような空気調和装置の室外熱交換器（熱源側熱交換器）として水熱交換器を用いたものが存在している。【０００３】
そのようなものとして「能力可変のコンプレッサ、四方弁、冷媒と冷却水とを熱交換させる室外側水熱交換器、減圧器、室内ファンを付設した室内側空気熱交換器を冷媒配管により順次接続して冷凍サイクルを構成し、室温センサを介して検出された室温が設定温度近傍に達したときにその両者の温度差に応じて上記コンプレッサおよび室内ファンの運転回転数を共に低減する制御器を有する水冷式空気調和機において、上記室外側水熱交換器に通水させる冷却水の通水流通を制御する水量調整弁を有し、上記制御器を、上記コンプレッサおよび室内ファンの運転回転数に対応させて上記水量調整弁の開度を制御するように構成した水冷式空気調和機」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、「熱源水回路に迂回管を連通連結し、この迂回管に流量制御弁を設け、前記迂回管における前記流量制御弁より上流部を水冷ヒートポンプ式空調機の熱源水入口路に接続し、前記迂回管における前記流量制御弁より下流部を前記水冷ヒートポンプ式空調機の熱源水出口路に接続し、前記水冷ヒートポンプ式空調機の熱源水入口温度を検出する入口水温用検出器を設けると共に前記水冷ヒートポンプ式空調機の熱源水出口温度を検出する出口水温用検出器を設け、これらの検出器にて検出された熱源水入口温度と熱源水出口温度に基づいて前記流量制御弁を制御して前記水冷ヒートポンプ式空調機への熱源水量を増減させて能力を調節する制御手段を、設け、前記熱源水回路における前記迂回管の上流側連結部と下流側連結部の間に、開閉弁を設けた水熱源空調システム」が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−３１４８４０号公報
【特許文献２】特許第３９９７４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている技術は、室外機の圧縮機（コンプレッサ）の周波数および室内機のファン（室内ファン）の回転数に基づいて、室外機に供給する水量を調節するようにしている。しかしながら、このような構成では、冷暖同時運転を実施しているとき、実際には必要のない場合であっても水熱交換器（室外側水熱交換器）に必要以上の水流量を供給することになってしまうことがある。そのため、ポンプ動力を削減することができず、ポンプ動力の削減による省エネを実現できないという点で不利である。【０００７】
また、特許文献２に記載されている技術は、入口水温用検出器（１５）で検出された熱源水入口温度と、出口水温用検出器（１６）で検出された熱源水出口温度と、に基づいて、水量を調節するようにしている。すなわち、特許文献２に記載の構成では、水温センサの測定誤差を考慮した出入口温度差に制御する必要がある。そのため、検知誤差が±１℃とすれば、目標温度差ΔＴ＝５℃として、検知温度差は５℃であるが、実際は３℃、７℃である可能性がある。そうすると、水熱交換器の凍結防止で定める下限流量を下回り、水熱交換器が凍結し、室外機が故障してしまう可能性が生じる。また、水熱交換器の凍結防止で定める下限流量を下回らないようにすると、水流量を削減することができなくなり、省エネに不利となる。【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、室内負荷などの利用側負荷に応じて水熱交換器を循環させる水流量を調節することにより、ポンプ動力を削減し、省エネ性を向上させるようにした冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、水熱交換器、複数の減圧装置、及び、複数の利用側熱交換器を接続した冷媒回路、ポンプを接続した水回路を備え、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれで加温運転又は冷却運転が実行可能な冷凍サイクル装置であって、前記水熱交換器に循環させる水流量は、前記水熱交換器の運転容量の合計に対する、加温運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、冷却運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、の差分の絶対値の比率に、前記水熱交換器に対応する前記ポンプの定格水流量を乗じて決定されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、循環させる水流量を、水熱交換器の運転容量及び利用側熱交換器の運転容量に基づいて決定するので、水熱交換器に供給する水流量を必要最小限にすることができ、水の無駄が低減でき、省エネ性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置のシステム構成の一例を概略的に示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の水流量の調節を概念的に示したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置１００と称する）のシステム構成の一例を概略的に示すシステム構成図である。図２は、冷凍サイクル装置１００の冷媒回路構成の一例を概略的に示す回路構成図である。図１及び図２に基づいて、冷凍サイクル装置１００について説明する。
【００１４】
冷凍サイクル装置１００は、たとえばビル用マルチエアコン等の冷暖同時運転可能な空気調和装置として適用され、室外熱交換器（熱源側熱交換器）として水熱交換器を用いている。冷凍サイクル装置１００は、少なくとも１台の室外機１０と、複数台の室内機２０と、室外機１０と室内機２０との間に介在している冷媒分流器３０と、を有している。室外機１０と冷媒分流器３０とは、冷媒配管４を介して接続されている。また、室内機２０と冷媒分流器３０とも、冷媒配管４を介して接続されている。
【００１５】
＜室外機１０＞
室外機１０は、冷媒分流器３０を介して、室内機２０に温熱又は冷熱を供給する機能を有している。冷凍サイクル装置１００は、少なくとも１台の室外機１０を有していればよいが、図１に示すように３台の室外機１０を冷媒分流器３０に並列に接続してもよい。このような場合、それぞれの制御装置１０ａを有線又は無線で接続し、室外機１０の相互間で通信可能にするとよい。
【００１６】
また、室外機１０には、圧縮機１１と、流路切替手段である四方弁１２と、電磁弁１３と、熱源側熱交換器である水熱交換器５０と、が直列に接続されて搭載されている。
圧縮機１１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものである。
四方弁１２は、圧縮機１１の吐出側に設けられ、冷媒の流れを切り替えるものである。
電磁弁１３は、圧縮機１１と水熱交換器５０との間の冷媒配管４に設けられ、冷媒配管４を開閉するものである。電磁弁１３は、水熱交換器５０の伝熱面積を調節するために複数個設けられている。
【００１７】
水熱交換器５０は、蒸発器や放熱器（凝縮器）として機能し、熱源機１から供給される水（ブラインでもよい）と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化又は凝縮液化するものである。つまり、水熱交換器５０には、冷媒配管４と、水が供給される水配管５と、が接続されており、冷媒配管４を流れる冷媒と、水配管５を流れる水と、で熱交換する。
【００１８】
なお、室外機１０と冷媒分流器３０とを接続している冷媒配管４にはストップバルブ１５ａ、ストップバルブ１５ｂが設置されている。ストップバルブ１５ａ及びストップバルブ１５ｂを介して、室外機１０と冷媒分流器３０とを切り離すことが可能になっている。
【００１９】
さらに、室外機１０は、冷凍サイクル装置１００を統括制御する制御装置１０ａを備えている。制御装置１０ａは、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、マイコンやＣＰＵのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
【００２０】
制御装置１０ａは、後述する熱源機１に搭載されている圧力センサー８からの検出値に基づき、ポンプ６の回転数、電動弁７の開閉動作を制御する。図１に示すように、制御装置１０ａは、電圧出力により、電動弁７の駆動を制御する。また、制御装置１０ａは、圧縮機１１の駆動周波数、四方弁１２の切り替え、電磁弁１３の開閉動作を制御する。
【００２１】
また、室外機１０には、水熱交換器５０と冷媒分流器３０との間における冷媒配管４に所定の方向（室外機１０から冷媒分流器３０への方向）のみに冷媒の流れを許容する逆止弁１４ａが、四方弁１２と冷媒分流器３０との間における冷媒配管４に所定の方向（冷媒分流器３０から室外機１０への方向）のみに冷媒の流れを許容する逆止弁１４ｂが、それぞれ設けられている。
【００２２】
さらに、室外機１０には、逆止弁１４ａの下流側の冷媒配管４と逆止弁１４ｂの下流側の冷媒配管４とを接続する第１接続配管１６ａと、逆止弁１４ａの上流側の冷媒配管４と逆止弁１４ｂの上流側の冷媒配管４を接続する第２接続配管１６ｂと、が設けられている。第１接続配管１６ａには、逆止弁１４ｂの下流側から逆止弁１４ａの下流側の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁１４ｃが設けられている。第２接続配管１６ｂには、逆止弁１４ｂの上流側から逆止弁１４ａの上流側の方向のみに冷媒の流通を許容する逆止弁１４ｄが設けられている。
【００２３】
逆止弁１４ａ、逆止弁１４ｂ、逆止弁１４ｃ、逆止弁１４、第１接続配管１６ａ、及び、第２接続配管１６ｂを設けることにより、室内機２０から要求に関わらず、冷媒分流器３０への冷媒の流入を一定方向にすることができる。
【００２４】
＜熱源機１＞
熱源機１は、水熱交換器５０を介して、室外機１０に熱源を供給する機能を有している。熱源機１は、たとえば、クーリングタワーや地熱源、水タンク等で構成され、室外機１０の水熱交換器５０に水を熱媒体として供給する。つまり、熱源機１と室外機１０とは水配管５で接続されている。
【００２５】
水配管５には、ポンプ６、電動弁７、及び、圧力センサー８が設置されている。
ポンプ６は、たとえば、熱源機１に蓄えられている水を吸入し、その水を加圧し、水配管５内を循環させるものであり、インバーターにより回転数が制御されるタイプのもので構成する。水配管５の凍結を防止するために、ポンプ６により水熱交換器５０には水が常時供給されている。
電動弁７は、水配管５を開閉するものであり、電動弁等で構成されている。
圧力センサー８は、ポンプ６の下流側（吐出側）に設置され、ポンプ６で加圧された水の圧力を検知するものである。
【００２６】
これらは、熱源機１を構成する１つのユニットに搭載されていてもよいが、図１に示すように熱源機１との外部に設置するようにしてもよい。
なお、一般的に、熱源機１、ポンプ６、及び、圧力センサー８が、冷凍サイクル装置１００を実際に設置する際に、現地で手配される部分である。
また、ここでは、圧力センサー８をポンプ６の下流側に設置した場合を例に示しているが、圧力センサー８の代わりに、水配管５を流れる水の流量を検知する流量計（流量検出手段）をポンプ６の下流側に設置してもよい。また、圧力センサー８及び流量計の双方をポンプ６の下流側に設置するようにしてもよい。
【００２７】
［室内機（利用側機）２０］
室内機２０は、室外機１０からの温熱又は冷熱の供給を受けて加温負荷（加温運転）又は冷却負荷（冷却運転）を担当する機能を有している。たとえば、室内機２０は、室内等の空調対象空間に暖房空気又は冷房空気を供給できる位置に設置され、空調対象空間の冷房運転又は暖房運転を実行する。なお、冷凍サイクル装置１００は、冷暖同時運転可能になっているので、複数台の室内機２０が設置されており、それぞれの室内機２０（室内側熱交換器２１）で加温負荷、冷却負荷の実現が可能になっている。
【００２８】
また、室内機２０には、室内側熱交換器（利用側熱交換器）２１、減圧装置２２と、が直列に接続されて搭載されている。図１では、一例として室内側熱交換器２１が空気と冷媒とで熱交換するものとして図示しており、室内機２０には、室内側熱交換器２１に空気を供給する送風機２１ａが設けられている。
【００２９】
室内側熱交換器２１は、放熱器（凝縮器）や蒸発器として機能し、室外機１０から供給される冷媒と熱媒体（たとえば、他の冷媒や空気、水など）との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化又は蒸発ガス化するものである。冷凍サイクル装置１００が空調用途で使用される場合、室内側熱交換器２１では冷媒と空気とを熱交換し、空調空気を生成する。
減圧装置２２は、冷媒を減圧して膨張させるものである。この減圧装置２２、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
【００３０】
＜冷媒分流器３０＞
冷媒分流器３０は、室内機２０と、室外機１０とを、接続し、それぞれの室内機２０の要求に応じて室外機１０から供給された冷媒をそれぞれの室内機２０に分流する機能を有している。
【００３１】
冷媒分流器３０は、気液分離器３１と、第１分配部３２と、第２分配部３３と、絞り装置３４と、絞り装置３５と、を少なくとも有している。
【００３２】
気液分離器３１は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離するものであり、逆止弁１４ａ及び逆止弁１４の下流側における冷媒配管４に設けられ、一方が第１分配部３２の切替装置３２ａに接続され、他方が絞り装置３４に接続されている。
【００３３】
第１分配部３２は、室内機２０の接続台数に対応した切替装置３２ａを有し、それぞれの室内機２０の室内側熱交換器２１に対して冷媒を流出入させる機能を有している。
第２分配部３３は、室内機２０の接続台数に対応して冷媒配管４が分岐されているものであり、室内側熱交換器２１の機能に対応して冷媒が流れるように構成されている。
【００３４】
絞り装置３４は、気液分離器３１の液冷媒出口側に設けられており、冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置３４は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
絞り装置３５は、絞り装置３４と第２分配部３３との間から分岐されている冷媒配管４に設けられており、減圧弁や膨張弁として機能し、冷媒を減圧して膨張させるものである。この絞り装置３５は、絞り装置３４と同様に、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁による緻密な流量制御手段や、毛細管等の安価な冷媒流量調節手段等で構成するとよい。
【００３５】
以上のように、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１１、四方弁１２、水熱交換器５０、が直列に配管接続されており、これらが冷媒分流器３を介して室内側熱交換器２１に配管接続されて冷媒回路を構成し、冷媒を循環させるように構成されている。
また、冷凍サイクル装置１００は、熱源機１、ポンプ６、電動弁７が直列に配管接続されて水回路を構成し、水を循環させるように構成されている。
【００３６】
なお、圧縮機１１は、吸入した冷媒を高圧状態に圧縮できるものであればよく、特にタイプを限定するものではない。たとえば、レシプロ、ロータリー、スクロールあるいはスクリューなどの各種タイプを利用して圧縮機１１を構成することができる。この圧縮機１１は、インバーターにより回転数が可変に制御可能なタイプとして構成してもよく、回転数が固定されているタイプとして構成してもよい。
【００３７】
また、冷凍サイクル装置１００に循環させる冷媒の種類を特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素（ＣＯ２  ）や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。
【００３８】
冷凍サイクル装置１００が実行する各運転モード時の動作について説明する。
冷凍サイクル装置１００は、各室内機２０からの指示に基づいて、その室内機２０で冷房運転あるいは暖房運転が可能になっている。つまり、冷凍サイクル装置１００は、室内機２０の全部で同一運転をすることができるとともに、室内機２０のそれぞれで異なる運転をすることができるようになっている。
【００３９】
冷凍サイクル装置１００が実行する運転モードには、駆動している室内機２０の全てが冷房運転を実行する全冷房運転モード、駆動している室内機２０の全てが暖房運転を実行する全暖房運転モード、冷房暖房混在運転モードのうち暖房負荷よりも冷房負荷の方が大きい冷房主体運転モード、及び、冷房暖房混在運転モードのうち冷房負荷よりも暖房負荷の方が大きい暖房主体運転モードがある。
【００４０】
図３〜図６を用いて、冷凍サイクル装置１００の運転モードについて説明する。なお、図３〜図６では、冷媒の流れを説明するために、図２で示した回路構成図の一部を簡略化して図示している。また、図３〜図６では、切替装置３２ａにおける冷媒の流れを、黒塗りで表している。さらに、図３〜図６では、冷熱負荷が発生している室内側熱交換器２１に斜線を施し、温熱負荷が発生している室内側熱交換器２１に網掛を施し、区別容易に示している。
【００４１】
＜全冷房運転モード＞
図３は、冷凍サイクル装置１００の全冷房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図３では、室内側熱交換器２１の全部で冷熱負荷が発生している場合を例に全冷房運転モードについて説明する。なお、図３では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示している。また、図３では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。  
【００４２】
図３に示す全冷房運転モードの場合、室外機１０では、四方弁１２を、圧縮機１１から吐出された冷媒を水熱交換器５０へ流入させるように切り替える。
冷媒分流器３０では、切替装置３２ａにより、室内側熱交換器２１と四方弁１２とが接続される。
【００４３】
低温・低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して水熱交換器５０を通過し、外気との熱交換を行い、高温高圧の液または二相冷媒となり、逆止弁１４ａを通過した後、室外機１０から流出する。室外機１０から流出した高温・高圧の液または二相冷媒は、冷媒配管４を通って冷媒分流器３０に流入する。
【００４４】
冷媒分流器３０に流入した高温・高圧の液または二相冷媒は、気液分離器３１を通過した後、室内機２０の減圧装置２２で膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。これらの二相冷媒は、それぞれの室内側熱交換器２１に流入して、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体から吸熱しながら蒸発気化し、低温のガス冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の冷房が実行される。室内側熱交換器２１から流出したガス冷媒は、切替装置３２ａを通って冷媒分流器３０から流出し、冷媒配管４を導通し、逆止弁１４ｂを通過して四方弁１２を介して圧縮機１１へ再度吸入される。
【００４５】
［全暖房運転モード］
図４は、冷凍サイクル装置１００の全暖房運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図４では、室内側熱交換器２１の全部で温熱負荷が発生している場合を例に全暖房運転モードについて説明する。なお、図４では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示している。また、図４では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
【００４６】
図４に示す全暖房運転モードの場合、室外機１０では、四方弁１２を、圧縮機１１から吐出された冷媒を冷媒分流器３０へ流入させるように切り替える。
冷媒分流器３０では、切替装置３２ａにより、気液分離器３１と室内側熱交換器２１とが接続される。
【００４７】
低温・低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して逆止弁１４ｃを通過し、室外機１０から流出する。室外機１０から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管４を通って冷媒分流器３０に流入する。冷媒分流器３０に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器３１を通過した後、切替装置３２ａを通って、室内側熱交換器２１のそれぞれに流入する。
【００４８】
室内側熱交換器２１に流入した高温・高圧のガス冷媒は、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の暖房が実行される。室内側熱交換器２１から流出した液冷媒は、室内機２０の減圧装置２２で膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。この二相冷媒は、絞り装置３５を通って、冷媒分流器３０から流出し、冷媒配管４を通って再び室外機１０へ流入する。室外機１０に流入した冷媒は、逆止弁１４ｄを通過して、蒸発器として作用する水熱交換器５０に流入する。
【００４９】
そして、水熱交換器５０に流入した冷媒は、水熱交換器５０で水から吸熱して、低温・低圧のガス冷媒となる。水熱交換器５０から流出した低温・低圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して圧縮機１１へ再度吸入される。
【００５０】
＜冷房主体運転モード＞
図５は、冷凍サイクル装置１００の冷房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図５では、紙面下側の１台の室内側熱交換器２１で温熱負荷が発生し、それ以外の室内側熱交換器２１で冷熱負荷が発生している場合を例に冷房主体運転モードについて説明する。なお、図５では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示している。また、図５では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
【００５１】
図５に示す冷房主体運転モードの場合、室外機１０では、四方弁１２を、圧縮機１１から吐出された冷媒を水熱交換器５０へ流入させるように切り替える。
冷媒分流器３０では、紙面下側の１台の室内側熱交換器２１に対応する切替装置３２ａを気液分離器３１と室内側熱交換器２１とを接続するように切り替え、それ以外の切替装置３２ａを室内側熱交換器２１と四方弁１２とを接続するように切り替える。
【００５２】
低温・低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して水熱交換器５０を通過し、外気との熱交換を行い、高温高圧の二相冷媒となり、逆止弁１４ａを通過した後、室外機１０から流出する。室外機１０から流出した高温・高圧の二相冷媒は、冷媒配管４を通って冷媒分流器３０に流入する。
【００５３】
冷媒分流器３０に流入した高温・高圧の二相冷媒は、気液分離器３１で気液分離され、ガス冷媒が紙面下側の切替装置３２ａを介して紙面下側の室内側熱交換器２１に流入する。室内側熱交換器２１に流入した高温・高圧のガス液冷媒は、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の暖房が実行される。室内側熱交換器２１から流出した液冷媒は、室内機２０の減圧装置２２を経由して、絞り装置３４の下流側で、冷媒分流器３０から流出した液冷媒と合流する。
【００５４】
一方、気液分離器３１で気液分離された液冷媒は、絞り装置３４を経由して、紙面下側の室内側熱交換器２１から流れてきた冷媒と合流した後、紙面下側の室内機２０以外の室内機２０に流入する。そして、それぞれの室内機２０の減圧装置２２で膨張させられて、低温・低圧の二相冷媒となる。これらの二相冷媒は、それぞれの室内側熱交換器２１に流入して、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体から吸熱しながら蒸発気化し、低温のガス冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の冷房が実行される。
【００５５】
室内側熱交換器２１から流出したガス冷媒は、切替装置３２ａを通って冷媒分流器３０から流出し、冷媒配管４を導通し、逆止弁１４ｂを通過して四方弁１２を介して圧縮機１１へ再度吸入される。
【００５６】
図６は、冷凍サイクル装置１００の暖房主体運転モード時における冷媒の流れを示す冷媒回路図である。この図６では、紙面下側の１台の室内側熱交換器２１で冷熱負荷が発生し、それ以外の室内側熱交換器２１で温熱負荷が発生している場合を例に暖房主体運転モードについて説明する。なお、図６では、太線で表された配管が冷媒の流れる配管を示している。また、図６では、冷媒の流れ方向を実線矢印で示している。
【００５７】
図６に示す暖房主体運転モードの場合、室外機１０では、四方弁１２を、圧縮機１１から吐出された冷媒を冷媒分流器３０へ流入させるように切り替える。
冷媒分流器３０では、紙面下側の１台の室内側熱交換器２１に対応する切替装置３２ａを室内側熱交換器２１と四方弁１２とを接続するように切り替え、それ以外の切替装置３２ａを気液分離器３１と室内側熱交換器２１とを接続するように切り替える。
【００５８】
低温・低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温・高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１２を介して逆止弁１４ｃを通過し、室外機１０から流出する。室外機１０から流出した高温・高圧のガス冷媒は、冷媒配管４を通って冷媒分流器３０に流入する。
【００５９】
冷媒分流器３０に流入した高温・高圧のガス冷媒は、気液分離器３１を経由し、紙面下側の室内側熱交換器２１以外の室内側熱交換器２１に対応する切替装置３２ａを介して室内側熱交換器２１に流入する。室内側熱交換器２１に流入した高温・高圧のガス液冷媒は、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体に放熱しながら凝縮液化し、高圧の液冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の暖房が実行される。室内側熱交換器２１から流出した液冷媒は、室内機２０の減圧装置２２を経由して、減圧装置２２の下流側で合流する。
【００６０】
合流した液冷媒は、紙面下側の室内側熱交換器２１に流入する。この液冷媒は、室内側熱交換器２１に供給される空気等の熱媒体から吸熱しながら蒸発気化し、低温のガス冷媒となる。このとき、室内機２０で空調対象空間の冷房が実行される。
【００６１】
室内側熱交換器２１から流出したガス冷媒は、紙面下側の切替装置３２ａを通って冷媒分流器３０から流出し、冷媒配管４を導通し、逆止弁１４ｂを通過して四方弁１２を介して圧縮機１１へ再度吸入される。
【００６２】
以上のように、冷凍サイクル装置１００は、水冷式の冷暖同時運転可能な冷媒回路を備えている。つまり、冷凍サイクル装置１００は、熱源側熱交換器として水熱交換器５０を備え、複数の室内機２０のそれぞれで暖房運転又は冷房運転を選択的に実行可能になっている。熱源側熱交換器として水熱交換器５０を採用した理由は、以下の通りである。
【００６３】
第１に、外気温度に対する水温の変化は小さく、空冷式に比べ、外気温度による能力の変化が小さいからである。そのため、空冷式に対して、特に低外気の地域での使用に有利となるからである。
第２に、冬期において、空冷式では熱交換器に付着した霜を取り除く除霜運転が必要になり、暖房運転が停止し、室温が低下する時間があるが、水冷式では除霜運転が不要なため室温を常に一定に保つことができるからである。
第３に、室外機１０を複数台設置する場合、ある室外機１０の排熱を、水を介して他の室外機１０で利用することが可能となるため、空冷式に比べ、省エネ性能が高くなるからである。
【００６４】
＜冷凍サイクル装置１００の具体的な制御、効果＞
冷凍サイクル装置１００は、利用側の負荷に応じて水熱交換器５０に循環させる水流量を調節することにより、ポンプ６の動力を削減し、省エネ性を向上させるようにしたものである。図７は、冷凍サイクル装置１００の水流量の調節を概念的に示したグラフである。図７では、縦軸に水流量を、横軸に室外機運転容量に対する室内機運転容量の差分の割合（％）を、それぞれ示している。
【００６５】
冷凍サイクル装置１００では、室内機２０（室内側熱交換器２１）の運転容量、及び室外機１０（水熱交換器５０）の運転容量を検知し、室外機運転容量の合計に対する、室内機冷房運転容量の合計と室内機暖房運転容量の合計との差分の絶対値の比率に、運転している水熱交換器５０に対応するポンプ６の定格水流量を乗じた流量となるように水熱交換器５０に循環させる水流量を調節する（下記式１参照）。一般的な水熱交換器を備えた冷凍サイクル装置では、水流量の調節を行っていないため、水熱交換器にポンプ６の定格水流量の水が供給され続ける。それに対し、冷凍サイクル装置１００では、図７の線Ａで示すように水熱交換器５０に循環させる水流量を調節することを可能としている。
【００６６】
【数１】
2015162679.tif 000003
【００６７】
水熱交換器５０に循環させる水流量は、ポンプ６が回転数制御可能なもので構成されている場合には、ポンプ６の回転数により調節するとよい。また、ポンプ６が回転数制御可能なもので構成されていない場合には、電動弁７の開度を制御することにより水熱交換器５０に循環させる水流量を調節するとよい。なお、ポンプ６で水流量を調節することができる場合には、電動弁７を必ずしも設ける必要はない。
【００６８】
また、制御装置１０ａは、水流量が下限値となったと判断した場合には、水熱交換器５０の伝熱面積を調節することで、更に省エネ性の向上を図る。たとえば、制御装置１０ａは、水熱交換器５０にポンプ６の回転数が最低回転数になったとき、水流量が下限値となった判断し、水熱交換器５０の伝熱面積を小さくするとよい。つまり、水熱交換器５０が凝縮器として機能している場合には水熱交換器５０の凝縮温度を伝熱面積により小さくする。また、水熱交換器５０が蒸発器として機能している場合には水熱交換器５０の蒸発温度を伝熱面積により小さくする。
【００６９】
水熱交換器５０の伝熱面積の調節は、電磁弁１３を開閉することによって実行することができる。例えば、図２に示すように、水熱交換器５０を複数台設け、水熱交換器５０をバイパスするバイパス管４ａを設け、それらのそれぞれに電磁弁１３を設置し、電磁弁１３を開閉制御して冷媒の流れ調整することで、水熱交換器５０の伝熱面積を調節することができる。また、水熱交換器５０をプレート式熱交換器で構成する場合、複数パスをプレート式熱交換器に接続し、そのパスへの冷媒の導通により、水熱交換器５０の伝熱面積を調節してもよい。この場合、複数のパスのそれぞれに電磁弁１３を設ければよい。
【００７０】
また、冷媒側で水熱交換器５０の伝熱面積を調節すると、それに応じて圧縮機１１が適正な圧縮比で運転することになり、圧縮機１１の低容量かつ低圧縮比での運転を回避することができ、圧縮機１１の故障を低減することにもなる。圧縮機１１が適正な圧縮比で運転することになるので、更に省エネ性の向上に寄与することができる。
【００７１】
すなわち、冷凍サイクル装置１００では、室内機２０の運転容量、及び室外機１０の運転容量に応じて、まず水側でポンプ６の動力を削減し、熱源機１での省エネ性を向上させるようにしている。具体的には後述するが、冷凍サイクル装置１００では、室内機２０の冷房と暖房の運転容量の差分に基づいて水流量を設定することで、冷暖同時運転時でも、室外機１０の水熱交換器５０に必要最小限の水を流すことが可能となるため、ポンプ６の動力を低減することができる。そして、それでも足りないときに冷媒側で水熱交換器５０の伝熱面積を調節することで、室外機１０側でも冷媒循環量の削減ができ、省エネ性を向上させるようにしている。
【００７２】
図８は、冷凍サイクル装置１００が実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。図８に基づいて、冷凍サイクル装置１００が実行する制御処理の一例を具体的に説明する。
【００７３】
（ＳＴＥＰ１）
制御装置１０ａは、水熱交換器５０の目標凝縮温度Ｔｃｍ（又は目標蒸発温度Ｔｅｍ）に対して、水熱交換器５０に流通させる水流量を設定する。なお、目標凝縮温度Ｔｃｍは、凝縮温度目標値Ｔｃｍとも言う。また、目標蒸発温度Ｔｅｍは、蒸発温度目標値Ｔｅｍとも言う。
【００７４】
（ＳＴＥＰ２）
制御装置１０ａは、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍより高い（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍより低い）かどうかを判断する。
制御装置１０ａは、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍより高い（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍより低い）と判断した場合は、（ＳＴＥＰ１）に戻る。
一方、制御装置１０ａは、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍ以下（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍ以上）であると判断した場合は、（ＳＴＥＰ３）に進む。
【００７５】
（ＳＴＥＰ３）
制御装置１０ａは、水熱交換器５０に流通している現在の水流量を演算して算出する。なお、流量計（流量検出手段）が設置されている場合には、制御装置１０ａは、流量計からの計測情報に基づいて水熱交換器５０に流通している現在の水流量を算出する。
・暖房運転時の水流量
【数２】
2015162679.tif 000004
・冷房運転時の水流量
【数３】
2015162679.tif 000005
【００７６】
ここで、Ｃｐは比熱を、Ｇｗは水流量を、Ｔｗｏは水熱交出口温度を、Ｔｗｉは水熱交入口温度を、Ｑｗは水側能力を、Ｑｒｅは冷媒側蒸発能力を、Ｑｒｃは冷媒側凝縮能力を、ｈｓは吸入エンタルピ（吸入圧力と吸入温度から算出）を、ｈｅｉは蒸発器入口液エンタルピ（ｈｅｉ＝ｈｃｌ）を、ｈｄは吐出エンタルピ（吐出圧力と吐出温度から算出）を、ｈｃｌは水熱交出口飽和液エンタルピ（吐出圧力から算出）を、Ｇｒは冷媒流量（圧縮機パフォーマンスと吸入密度（吸入圧力と吸入温度の関数として制御基板に記憶）から算出）を、それぞれ表している。
【００７７】
（ＳＴＥＰ４）
制御装置１０ａは、水熱交換器５０に流通している現在の水流量が、ポンプ６又は電動弁７にて調整可能な下限流量以上であるかを判断する。
制御装置１０ａは、水熱交換器５０に流通している現在の水流量が、ポンプ６又は電動弁７にて調整可能な下限流量以上であると判断した場合は、（ＳＴＥＰ１）に戻り、再度水流量を設定する。
一方、制御装置１０ａは、水熱交換器５０に流通している現在の水流量が、ポンプ６又は電動弁７にて調整可能な下限流量以上でないと判断した場合は、（ＳＴＥＰ５）に進む。
【００７８】
（ＳＴＥＰ５）
制御装置１０ａは、水熱交換器６０の使用する伝熱面積を削減する。削減する割合は、現在の凝縮温度Ｔｃと目標凝縮温度Ｔｃｍとの差分（又は現在の蒸発温度Ｔｅと目標蒸発温度Ｔｅｍとの差分）に応じて決定すればよい。
（ＳＴＥＰ６）
制御装置１０ａは、再度、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍより低い（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍより高い）かどうかを判断する。
制御装置１０ａは、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍより低い（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍより高い）と判断した場合は、（ＳＴＥＰ５）に戻る。
一方、制御装置１０ａは、現在の凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍ以上（又は現在の蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍ以下）であると判断した場合は、制御を終了する。
【００７９】
以上のように、冷凍サイクル装置１００によれば、室内機２０の運転容量、及び室外機１０の運転容量に応じて、ポンプ６の動力を削減し、熱源機１での省エネ性を向上できる。また、冷凍サイクル装置１００によれば、水側による水容量の調節だけで足りないときは、冷媒側においても水熱交換器５０の伝熱面積を調節することで冷媒循環量を削減し、省エネ性を向上できる。
【００８０】
なお、冷凍サイクル装置１００に使用する冷媒を特に限定するものではない。冷凍サイクル装置１００の冷媒回路に循環させる冷媒には、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）や炭化水素、ヘリウム等のような自然冷媒や、Ｒ４１０Ａはもちろん、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等の代替冷媒等の塩素を含まない冷媒、可燃性冷媒であるＲ３２、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＨＦＯ−１１２３、Ｒ２９０（Ｃ３Ｈ８；プロパン）、Ｒ１２７０(Ｃ３Ｈ６；プロピレン)等を採用してもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、四方弁２を設けて暖房運転と冷房運転とを切り換え可能な冷媒回路を構成する場合を説明するが、本発明はこれに限るものではない。例えば、四方弁２の代用として、例えば、二方弁や三方弁を複数個用い、同じように冷媒の流れを切り換えられるように構成してもよい。
【００８２】
さらに、本実施の形態で説明した冷凍サイクル装置１００は、空気調和装置（例えば、冷凍装置、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコン等）、ヒートポンプ給湯機等、冷凍サイクルを備えた装置に適用して利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  熱源機、２  四方弁、３  冷媒分流器、４  冷媒配管、４ａ  バイパス管、５  水配管、６  ポンプ、７  電動弁、８  圧力センサー、１０  室外機、１０ａ  制御装置、１１  圧縮機、１２  四方弁、１３  電磁弁、１４  逆止弁、１４ａ  逆止弁、１４ｂ  逆止弁、１４ｃ  逆止弁、１４ｄ  逆止弁、１５ａ  ストップバルブ、１５ｂ  ストップバルブ、１６ａ  第１接続配管、１６ｂ  第２接続配管、２０  室内機、２１  室内側熱交換器、２２  減圧装置、３０  冷媒分流器、３１  気液分離器、３２  第１分配部、３２ａ  切替装置、３３  第１分配部、３４  絞り装置、３５  絞り装置、５０  水熱交換器、６０  水熱交換器、１００  冷凍サイクル装置。
【図１】
2015162679.tif 000006
【図２】
2015162679.tif 000007
【図３】
2015162679.tif 000008
【図４】
2015162679.tif 000009
【図５】
2015162679.tif 000010
【図６】
2015162679.tif 000011
【図７】
2015162679.tif 000012
【図８】
2015162679.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月30日(2016.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、水熱交換器、複数の減圧装置、及び、複数の利用側熱交換器を接続した冷媒回路、ポンプを接続した水回路を備え、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれで加温運転又は冷却運転が実行可能な冷凍サイクル装置であって、前記水熱交換器に循環させる水流量は、前記水熱交換器の運転容量の合計に対する、加温運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、冷却運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、の差分の絶対値の比率に、前記水熱交換器に対応する前記ポンプの定格水流量を乗じた値であるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、水熱交換器、複数の減圧装置、及び、複数の利用側熱交換器を接続した冷媒回路、ポンプを接続した水回路を備え、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれで加温運転又は冷却運転が実行可能な冷凍サイクル装置であって、
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記水熱交換器の運転容量の合計に対する、加温運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、冷却運転を実行する前記利用側熱交換器の運転容量の合計と、の差分の絶対値の比率に、前記水熱交換器に対応する前記ポンプの定格水流量を乗じた値である
冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記ポンプの回転数により調節される
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記水熱交換器に循環させる水の流量を調節する電動弁を備え、
前記水熱交換器に循環させる水流量は、
前記電動弁の開度により調節される
請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記水熱交換器に循環させる水流量が下限値に達すると、
前記水熱交換器の伝熱面積を削減するように調節する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記圧縮機と前記水熱交換器との間に電磁弁を複数個設け、
前記電磁弁によって冷媒の流れを調整することで、前記水熱交換器の伝熱面積を調節する
請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【国際調査報告】
2015162679.tif 000014
2015162679.tif 000015