(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒の循環経路を切り替える第１の流路切替装置、前記冷媒と熱源側流体とを熱交換させる室外熱交換器、前記冷媒の前記循環経路を切り替える第２の流路切替装置、前記第１の流路切替装置と前記第２の流路切替装置との間の配管に配設されて前記冷媒の圧力を調整する第１の絞り装置および前記冷媒と前記冷媒と異なる熱媒体との熱交換を行う中継熱交換器を配管接続して、前記冷媒を循環させる一次側回路と、
前記中継熱交換器、前記熱媒体を加圧するポンプ、前記熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う複数の室内熱交換器および前記室内熱交換器に対応して設置され、前記室内熱交換器を通過する前記熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を配管接続して、前記熱媒体を循環させる二次側回路とを構成し、
前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置とを接続する配管に設けられた冷媒−冷媒熱交換器と、
一端が前記冷媒−冷媒熱交換器と前記第１の絞り装置との間の配管に接続され、他端が前記第２の流路切替装置と前記圧縮機との間の配管に接続されるバイパス配管および前記バイパス配管を通過する冷媒流量を調整するバイパス絞り装置を有するバイパス回路と、
冷房運転および暖房運転において、前記室外熱交換器では前記冷媒の流れる方向と前記熱源側流体の流れる方向とが対向し、前記中継熱交換器では前記冷媒の流れる方向を一定にする前記循環経路に前記第１の流路切替装置および前記第２の流路切替装置を制御する制御装置を備え、
前記ポンプは、前記中継熱交換器では、前記冷媒の流れる方向に対して、前記熱媒体が対向する方向に流れる向きに設置され、
前記冷媒−冷媒熱交換器は、前記冷媒−冷媒熱交換器を通過する前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置との間を流れる前記冷媒の方向と、前記バイパス回路を流れる前記冷媒の方向とが対向するように設置され、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、前記冷媒−冷媒熱交換器において、前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置との間を流れる高圧の二相または液冷媒と前記バイパス配管を有する前記バイパス回路を流れる低圧の二相冷媒とを熱交換する空気調和装置。
【請求項２】
冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒の循環経路を切り替える第１の流路切替装置、前記冷媒と熱源側流体とを熱交換させる室外熱交換器、前記冷媒の前記循環経路を切り替える第２の流路切替装置、前記第１の流路切替装置と前記第２の流路切替装置との間の配管に配設されて前記冷媒の圧力を調整する第１の絞り装置および第２の絞り装置並びに前記冷媒と前記冷媒と異なる熱媒体との熱交換を行う第１の中継熱交換器および第２の中継熱交換器を配管接続して、前記冷媒を循環させる一次側回路と、
前記第１の中継熱交換器および前記第２の中継熱交換器、前記熱媒体を加圧する第１のポンプおよび第２のポンプ、前記熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う複数の室内熱交換器、前記室内熱交換器に対応して設置され、前記室内熱交換器を通過する前記熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置並びに前記第１の中継熱交換器および前記第２の中継熱交換器と前記室内熱交換器との間に設置され、前記熱媒体の前記循環経路を切り替える複数の熱媒体流路切替装置を配管接続して、前記熱媒体を循環させる二次側回路とを構成し、
前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置とを接続する配管に設けられた冷媒−冷媒熱交換器と、
一端が前記冷媒−冷媒熱交換器と前記第１の絞り装置との間の配管に接続され、他端が前記第２の流路切替装置と前記圧縮機との間の配管に接続されるバイパス配管および前記バイパス配管を通過する冷媒流量を調整するバイパス絞り装置を有するバイパス回路と、
冷房運転、暖房運転および冷暖同時運転において、前記室外熱交換器では前記冷媒の流れる方向と前記熱源側流体の流れる方向とが対向し、前記第１の中継熱交換器および前記第２の中継熱交換器では前記冷媒の流れる方向を一定にする前記循環経路に前記第１の流路切替装置および前記第２の流路切替装置を制御する制御装置を備え、
前記第１のポンプおよび前記第２のポンプは、前記第１の中継熱交換器および前記第２の中継熱交換器では、前記冷媒の流れる方向に対して、前記熱媒体が対向する方向に流れる向きに設置され、
前記冷媒−冷媒熱交換器は、前記冷媒−冷媒熱交換器を通過する前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置との間を流れる前記冷媒の方向と、前記バイパス回路を流れる前記冷媒の方向とが対向するように設置され、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、前記冷媒−冷媒熱交換器において、前記第２の流路切替装置と前記第１の絞り装置との間を流れる高圧の二相または液冷媒と前記バイパス配管を有する前記バイパス回路を流れる低圧の二相冷媒とを熱交換する空気調和装置。
【請求項３】
前記一次側回路および前記二次側回路が有する機器が、室外機、中継機および複数の室内機に分かれて搭載され、
前記室外機には、前記圧縮機、前記第１の流路切替装置、前記室外熱交換器、前記第２の流路切替装置および前記第１の絞り装置が搭載され、
前記室内機には、前記室内熱交換器および熱媒体流量調整装置が搭載される請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記一次側回路は、
前記第１の流路切替装置と前記中継熱交換器との間を接続する一次側往配管と、
前記中継熱交換器と前記第２の流路切替装置との間を接続し、配管径が、前記一次側往配管の配管径の１．２〜３．０倍である一次側復配管と
を有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項５】
前記一次側回路には非共沸混合冷媒が循環し、
前記制御装置は、前記非共沸混合冷媒の乾き度、過熱度または過冷却度を制御する請求項１または請求項１に従属する請求項３もしくは請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項６】
前記中継熱交換器と前記第２の流路切替装置との間に設置された冷媒出口温センサーと、
前記冷媒−冷媒熱交換器に流入する前記非共沸混合冷媒の温度を検出する第１の液温センサーとを備え、
前記制御装置は、前記冷房運転時には、前記冷媒出口温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記中継熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒の乾き度が０．９以上または過熱度が３Ｋ以下となるように前記第１の絞り装置を制御し、前記暖房運転時には、前記第１の液温センサーまたは前記冷媒出口温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記中継熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒の乾き度が０．２以下または過冷却度が１５Ｋ以下となるように前記第１の絞り装置を制御する請求項５に記載の空気調和装置。
【請求項７】
前記一次側回路には非共沸混合冷媒が循環し、
前記制御装置は、前記非共沸混合冷媒の冷媒組成と前記非共沸混合冷媒の乾き度、過熱度または過冷却度とを制御する請求項２または請求項２に従属する請求項３もしくは請求項４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項８】
前記第２の中継熱交換器と前記第２の流路切替装置との間に設置された冷媒出口温センサーと、
前記冷媒−冷媒熱交換器に流入する前記非共沸混合冷媒の温度を検出する第１の液温センサーとを備え、
前記制御装置は、前記冷房運転時には、前記冷媒出口温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記第１の中継熱交換器および前記第２の中継熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒の乾き度が０．９以上または過熱度が３Ｋ以下となるように前記第１の絞り装置を制御し、前記暖房運転時には、第１の液温センサーまたは前記冷媒出口温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記第２の中継熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒の乾き度が０．２以下または過冷却度が１５Ｋ以下となるように前記第１の絞り装置を制御する請求項７に記載の空気調和装置。
【請求項９】
前記第１の中継熱交換器と前記第２の絞り装置との間に設置された冷媒中間温センサーを備え、
前記制御装置は、
冷房を主体とする冷暖同時運転時には、前記冷媒出口温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記第２の中継熱交換器から流出する前記非共沸混合冷媒の乾き度が０．９以上または過熱度が３Ｋ以下となるように前記第２の絞り装置を制御し、暖房を主体とする冷暖同時運転時には、前記冷媒中間温センサーの検出に係る温度に基づいて、前記第１の中継熱交換器から流出する前記冷媒の乾き度が０．２以下または過冷却度が１５Ｋ以下となるように前記第２の絞り装置を制御する請求項８に記載の空気調和装置。
【請求項１０】
前記冷媒−冷媒熱交換器と前記第１の絞り装置との間を流れる前記冷媒の圧力を検出する高圧センサーと、
前記冷媒−冷媒熱交換器と前記第１の絞り装置との間を流れる前記冷媒の温度を検出する第２の液温センサーと、
前記バイパス絞り装置と前記冷媒−冷媒熱交換器との間を流れる前記冷媒の温度を検出する二相温センサーと、
前記第２の流路切替装置と前記圧縮機との間を流れる前記冷媒の圧力を検出する低圧センサーとを備え、
前記制御装置は、前記高圧センサーにより検出された圧力、前記第２の液温センサーにより検出された温度、前記二相温センサーにより検出された温度および前記低圧センサーにより検出された圧力に基づいて冷媒組成を検知する請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、
前記高圧センサーにより検出された圧力および前記第２の液温センサーにより検出された温度に基づいて算出した液冷媒エンタルピーと前記二相温センサーにより検出された温度および前記低圧センサーにより検出された圧力に基づいて算出した二相冷媒エンタルピーとが等しくなる組成を冷媒組成とする請求項１０に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気調和装置に関するものである。特に、ビル用マルチエアコンなどに適用する多室型の空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、熱交換器を流れる冷媒の方向を一定とすることができる空気調和装置がある。このような空気調和装置において、風向きに対して冷媒流れ方向が逆向きとなる対向流にすることで、熱交換効率の向上をはかっている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。【０００３】
また、１台の室外機と複数の室内機が配管で接続された多室型空気調和装置が知られている。この多室型空気調和装置には、各室内機が個別に運転または停止をしつつ、運転している室内機が冷房・暖房いずれか一方で運転する空気調和装置と、各室内機が個別に運転・停止しつつ、運転している室内機が冷房・暖房を各々選択できる空気調和装置が知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５８３２６号公報
【特許文献２】実公平０５−００５４０６号公報
【特許文献３】特許第２７１８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の空気調和装置の構成では、室外熱交換器および室内熱交換器の冷媒流れ方向を運転状態によらず一定とすることができる。しかしながら、多室型空気調和装置に適用しようとする場合の構成については言及していない。一般的に、多室型空気調和装置の室内機には、従来の構成にある室内熱交換器に加えて、各室内機が個別に運転するための減圧弁が設置されている。そして、冷房運転時は、室内熱交換器、減圧弁の順に冷媒が流れ、暖房運転時は、減圧弁、室内熱交換器の順に冷媒が流れるように流路を切り替える。このため、従来の構成で、冷媒流れ方向を、冷房運転および暖房運転によらず一定とした場合、暖房運転時には、減圧弁と室内熱交換器の位置関係が一般的な暖房回路と逆となる。このため、暖房運転時に圧縮機からの吐出ガスが室内機の流量調整弁を通過し、大きな圧力損失が生じ、システム効率が低下するという課題を有していた。【０００６】
この発明は、上述のような課題を解消するため、個別に冷房または暖房を行う室内機を複数有する空気調和装置において、冷房または暖房に関係なく、室内機における冷媒流れ方向が一定で、効率を高くできるようにした空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒の循環経路を切り替える第１の流路切替装置、冷媒と熱源側流体とを熱交換させる室外熱交換器、冷媒の循環経路を切り替える第２の流路切替装置、第１の流路切替装置と第２の流路切替装置との間の配管に配設されて冷媒の圧力を調整する第１の絞り装置および冷媒と冷媒と異なる熱媒体との熱交換を行う中継熱交換器を配管接続して、冷媒を循環させる一次側回路と、中継熱交換器、熱媒体を加圧するポンプ、熱媒体と空調対象空間に係る空気との熱交換を行う複数の室内熱交換器および室内熱交換器に対応して設置され、室内熱交換器を通過する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量調整装置を配管接続して、熱媒体を循環させる二次側回路とを構成し、第２の流路切替装置と第１の絞り装置とを接続する配管に設けられた冷媒−冷媒熱交換器と、一端が冷媒−冷媒熱交換器と第１の絞り装置との間の配管に接続され、他端が第２の流路切替装置と圧縮機との間の配管に接続されるバイパス配管およびバイパス配管を通過する冷媒流量を調整するバイパス絞り装置を有するバイパス回路と、冷房運転および暖房運転において、室外熱交換器では冷媒の流れる方向と熱源側流体の流れる方向とが対向し、中継熱交換器では冷媒の流れる方向を一定にする循環経路に第１の流路切替装置および第２の流路切替装置を制御する制御装置を備え、ポンプは、中継熱交換器では、冷媒の流れる方向に対して、熱媒体が対向する方向に流れる向きに設置され、冷媒−冷媒熱交換器は、冷媒−冷媒熱交換器を通過する第２の流路切替装置と第１の絞り装置との間を流れる冷媒の方向と、バイパス回路を流れる冷媒の方向とが対向するように設置され、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、冷媒−冷媒熱交換器において、第２の流路切替装置と第１の絞り装置との間を流れる高圧の二相または液冷媒とバイパス配管を有するバイパス回路を流れる低圧の二相冷媒とを熱交換するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明においては、空気調和装置において冷房または暖房運転のいずれにおいても、各熱交換器において２つの熱交換対象の冷媒流れ方向が逆向きとなる対向流にすることにより、熱交換効率を向上し、システム効率を高くできるようにした空気調和装置を得ることができる。また、冷暖切替型の空気調和装置と冷暖同時型の空気調和装置の室外機および室内機を共通化し、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。
【図２】この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における中継熱交換器８内の温度分布の一例について説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における冷媒−冷媒熱交換器１４内の温度分布の一例について説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における中継熱交換器８内の温度分布の一例について説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における第１の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における第２の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。
【図１３】この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図１４】この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における第１の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における第２の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。
【図１６】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（冷房主体）運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（冷房主体）運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。
【図１８】この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（暖房主体）運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。
【図２０】この発明の実施の形態４に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態に係る空気調和装置について図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、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、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、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。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、装置および機器などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。
【００１１】
実施の形態１．
＜空気調和装置＞
図１は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。この実施の形態の例の空気調和装置１００は、室外機１０１、熱を搬送する媒体である一次側熱媒体と一次側熱媒体とは異なる二次側熱媒体との熱交換を行って、熱伝達の中継を行う中継装置となる中継機１０２および複数の室内機１０３を、それぞれ別体のユニットとして有する。そして、室外機１０１、中継機１０２、一次側往配管７および一次側復配管９で接続されることで形成される冷媒循環回路である一次側回路を有する。また、中継機１０２と室内機１０３とが、二次側往配管５２および二次側復配管５５で接続されることで形成される熱媒体循環回路である二次側回路を有する。ここで、図１では、３台の室内機１０３ａ、室内機１０３ｂおよび室内機１０３ｃが、中継機１０２に接続されている例を示しているが、室内機１０３は、３台に限定するものではなく、２台以上の複数台であってもよい。
【００１２】
＜熱媒体＞
一次側回路を流れる一次側熱媒体は、室外機１０１から中継機１０２または中継機１０２から室外機１０１に熱を供給するものである。実施の形態１など、ここでは、一次側熱媒体を冷媒とし、たとえば、沸点の異なる複数種の冷媒を混合し、一定圧力下で蒸発を始める温度（沸点）と蒸発終了の温度（露点）とに違いがある非共沸混合冷媒を用いる。以降の説明では、非共沸混合冷媒を用いるものとして説明するが、非共沸混合冷媒に限定するものではなく、単体冷媒、共沸混合冷媒または擬似共沸混合冷媒などを適用してもよい。
【００１３】
二次側回路を流れる二次側熱媒体は、中継機１０２から室内機１０３または室内機１０３から中継機１０２に熱を供給するものである。実施の形態１など、ここでは、二次側熱媒体を単に熱媒体とする。以降の説明では、熱媒体として水を用いるものとして説明するが、水に限定するものではなく、冷媒または不凍液などを用いてもよい。
【００１４】
＜室外機１０１＞
室外機１０１は、たとえば、空調対象空間となる部屋の外部に設置され、空気調和に係る熱を外部に排熱または供給する熱源ユニットとなる。室外機１０１は、たとえば、圧縮機１、第１の流路切替装置２、室外熱交換器３、第２の流路切替装置４、第１の絞り装置５、アキュムレーター１１、バイパス配管１２、バイパス絞り装置１３および冷媒−冷媒熱交換器１４が搭載されており、これらの機器が配管で接続されている。また、室外機１０１には、室外熱交換器３に送風を行う送風機である室外ファン１５が搭載されている。
【００１５】
圧縮機１は、冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧の状態にして吐出する。実施の形態１の圧縮機１は、たとえば、容量制御可能なインバータ圧縮機などで構成されている。ここで、実施の形態１の圧縮機１は、たとえば、低圧シェル構造および高圧シェル構造の圧縮機を用いることができる。低圧シェル構造とは、密閉容器内に圧縮室を有し、密閉容器内が低圧の冷媒圧雰囲気となって、密閉容器内の低圧冷媒を圧縮室に吸入して圧縮する構造である。また、高圧シェル構造とは、密閉容器内が高圧の冷媒圧雰囲気になり、圧縮機吸入部に接続された配管内の低圧冷媒を圧縮室に吸入して圧縮し、密閉容器内を経て吐出する構造である。
【００１６】
第１の流路切替装置２は、たとえば、四方弁などで構成される。冷房運転における冷媒の循環経路と暖房運転における冷媒の循環経路とを切り替えて、凝縮器またはガスクーラとして作用する熱交換器を切り替える装置である。第１の流路切替装置２は、圧縮機１の吐出側、室外熱交換器３、第１の絞り装置５および一次側往配管７と接続されている。そして、第１の流路切替装置２は、冷房運転時には、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３が連通し、第１の絞り装置５と一次側往配管７とが連通するように、冷媒循環回路の流路を冷却用流路に切り替える。冷却用流路の場合には、室外熱交換器３は、凝縮器またはガスクーラとして作用する。一方、第１の流路切替装置２は、暖房運転時には、圧縮機１の吐出側と一次側往配管７とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、冷媒循環回路の流路を加熱用流路に切り替える。加熱用流路の場合には、中継熱交換器８は、凝縮器またはガスクーラとして作用する。
【００１７】
室外熱交換器３は、たとえば、ヘッダーなどの入口側分配器３ｂと、たとえば、フィンチューブ式熱交換器などの熱交換器コア３ａと、たとえば、ヘッダーなどの出口側分配器３ｃとで構成される。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外の空気と冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３は、冷媒流入側において第１の流路切替装置２と接続され、冷媒流出側において第２の流路切替装置４と接続されている。室外熱交換器３は、冷房運転時には、高温の冷媒が入口側分配器３ｂ、熱交換器コア３ａ、出口側分配器３ｃの順に流れ、冷媒よりも低い温度の空気が冷媒と逆向き、つまり対向流で流れ、凝縮器またはガスクーラとして機能する。室外熱交換器３は、暖房運転時には、低温の冷媒が入口側分配器３ｂ、熱交換器コア３ａ、出口側分配器３ｃの順に流れ、冷媒よりも高い温度の空気が対向流で流れ、蒸発器として機能する。以降の説明では、室外熱交換器３がフィンチューブ式熱交換器であるものとして説明するが、フィンチューブ式熱交換器に限定するものではなく、室外熱交換器３がプレート式熱交換器などであってもよい。ここでは、室外熱交換器３において冷媒と熱交換される熱源側流体を室外の空気とするが、これに限定するものではない。
【００１８】
第２の流路切替装置４は、たとえば、四方弁などで構成される。冷房運転における冷媒の循環経路と暖房運転における冷媒の循環経路とを切り替えて、蒸発器として作用する熱交換器を切り替える装置である。第２の流路切替装置４は、圧縮機１の吸入側、室外熱交換器３、第１の絞り装置５および一次側復配管９接続されている。そして、第２の流路切替装置４は、冷房運転時には、圧縮機１の吸入側と一次側復配管９とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、冷媒循環回路の流路を冷却用流路に切り替える。冷却用流路の場合には、中継熱交換器８は、蒸発器として作用する。一方、第２の流路切替装置４は、暖房運転時には、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３とが連通し、第１の絞り装置５と一次側復配管９とが連通するように、冷媒循環回路の流路を加熱用流路に切り替える。加熱用流路の場合には、室外熱交換器３は、蒸発器として作用する。ここで、実施の形態１では、第２の流路切替装置４は、四方弁などで構成されるが、たとえば、二方弁を組み合わせるなどして構成されたものでもよい。
【００１９】
第１の絞り装置５は、冷媒を減圧し、膨張させる減圧弁または膨張弁としての機能を有する装置である。第１の絞り装置５は、たとえば、電子式膨張弁などのように、開度を制御可能なもので構成されるとよい。第１の絞り装置５は、第１の流路切替装置２と第２の流路切替装置４との間の配管に配設されている。また、アキュムレーター１１は、圧縮機１の吸入側である吸入部に設けられている。アキュムレーター１１は、冷媒循環回路内の余剰冷媒を蓄える。たとえば、暖房運転時と冷房運転時とでは、空気調和に必要な冷媒量が異なる。そこで、アキュムレーター１１は、運転の違いにより発生する余剰冷媒を蓄える。また、アキュムレーター１１は、運転が変化する際、過渡的に発生する余剰冷媒を蓄える。ここで、実施の形態１の空気調和装置１００では、アキュムレーター１１により余剰冷媒を蓄えるが、これに限定するものではない。たとえば、高圧液冷媒を蓄えるレシーバーを設置してもよい。開閉装置６および開閉装置１０は、室外機１０１と室内機１０３ａおよび室内機１０３ｂとの間の冷媒の通過を制御する。たとえば、室外機１０１以外の部分で冷媒漏れがあった場合などに、開閉装置６および開閉装置１０を閉止し、室外機１０１にある冷媒を閉じ込める。
【００２０】
バイパス配管１２は、高温および高圧の冷媒を一部バイパスして、圧縮機１の吸入部に流入させる配管である。バイパス配管１２は、一端が第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間の配管に接続され、他端が圧縮機１と第２の流路切替装置４との間の配管に接続されている。バイパス配管１２には、バイパス絞り装置１３が配設されている。バイパス絞り装置１３は、冷媒を減圧し、膨張させる減圧弁または膨張弁としての機能を有する装置である。バイパス絞り装置１３は、たとえば、電子式膨張弁などのように、開度を制御可能なもので構成されるとよい。
【００２１】
冷媒−冷媒熱交換器１４は、たとえば、二重管熱交換器などで構成されている。冷媒−冷媒熱交換器１４は、第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる高圧の冷媒と、バイパス絞り装置１３を流出したバイパス配管１２を流れる低圧の冷媒とを熱交換させ、高圧の冷媒を過冷却などする。冷媒−冷媒熱交換器１４は、高圧側の流路が第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間の配管に配設される。また、低圧側の流路がバイパス配管１２上のバイパス絞り装置１３よりも下流の配管に配設される。冷房運転時または暖房運転時において、冷媒−冷媒熱交換器１４には、高圧の冷媒が第２の流路切替装置４から第１の絞り装置５の方向に流れ、低圧の冷媒がバイパス絞り装置１３からバイパス配管１２出口の方向に流れる。したがって、高圧の冷媒に対して、低圧の冷媒が逆向き、つまり対向流で流れる。以降の説明では、冷媒−冷媒熱交換器１４は、二重管式熱交換器であるものとして説明するが、二重管式熱交換器に限定するものではなく、冷媒−冷媒熱交換器１４がプレート式熱交換器などであってもよい。以降の説明では、室外熱交換器３がフィンチューブ式熱交換器であるものとして説明するが、フィンチューブ式熱交換器に限定するものではなく、室外熱交換器３がプレート式熱交換器などであってもよい。
【００２２】
また、室外機１０１は、第１の高圧センサー７１、第２の高圧センサー７２、低圧センサー７３、第１の液温センサー７４、第２の液温センサー７５、二相温センサー７７、ガス温センサー７８を有する。これらのセンサーは、制御装置９１と接続されている。第１の高圧センサー７１は、圧縮機１の吐出側の冷媒圧力を検出するセンサーである。第１の高圧センサー７１は、圧縮機１の吐出側と接続する配管に設置されている。また、第２の高圧センサー７２は、第１の絞り装置５の入口側の冷媒圧力を検出するセンサーである。第２の高圧センサー７２は、第１の絞り装置５の入口側と接続する配管に設置されている。低圧センサー７３は、圧縮機１の吸入側の冷媒圧力を検出するセンサーである。低圧センサー７３は、圧縮機１の吸入側と接続する配管に設置されている。第１の液温センサー７４は、冷媒−冷媒熱交換器１４の高圧入口側の冷媒温度を検出するセンサーである。第１の液温センサー７４は、冷媒−冷媒熱交換器１４の高圧冷媒の入口側と接続する配管に設置されている。第２の液温センサー７５は、冷媒−冷媒熱交換器１４の高圧出口側の冷媒温度を検出するセンサーである。第２の液温センサー７５は、冷媒−冷媒熱交換器１４の高圧冷媒の出口側と接続する配管に設置されている。二相温センサー７７は、冷媒−冷媒熱交換器１４の低圧入口側の冷媒温度を検出するセンサーである。二相温センサー７７は、冷媒−冷媒熱交換器１４の低圧冷媒の入口側と接続する配管に設置されている。ガス温センサー７８は、冷媒−冷媒熱交換器１４の低圧出口側の冷媒温度を検出するセンサーである。ガス温センサー７８は、冷媒−冷媒熱交換器１４の低圧冷媒の出口側と接続する配管に設置されている。
【００２３】
＜配管＞
一次側往配管７は、たとえば、銅管などの配管である。一次側往配管７は、室外機１０１から中継機１０２への冷媒流路となる。一次側往配管７は、一端が第１の流路切替装置２に接続され、他端が中継熱交換器８に接続されている。冷房運転時には、低温および低圧の二相冷媒、一次側往配管７を通過する。また、一次側往配管７は、暖房運転時には、高温および高圧のガス冷媒が、一次側往配管７を通過する。以降の説明では、一次側往配管７が銅管の配管であるものとして説明するが、銅管に限定するものではなく、鋼管またはアルミ管などの配管でもよい。
【００２４】
また、一次側復配管９は、たとえば、銅管などの配管である。一次側復配管９は、室外機１０１から中継機１０２への冷媒流路となる。一次側復配管９は、一端が第２の流路切替装置４に接続され、他端が中継熱交換器８に接続されている。冷房運転時には、低温および低圧の二相またはガス冷媒が、一次側復配管９を通過する。また、暖房運転時には、低温および高圧の二相冷媒または液冷媒が、一次側復配管９を通過する。以降の説明では、一次側復配管９が銅管の配管であるものとして説明するが、銅管に限定するものではなく、鋼管またはアルミ管などの配管でもよい。
【００２５】
前述したように、一次側往配管７には、暖房運転時に高温および高圧のガス冷媒が流通し、一次側復配管９には、冷房運転時に低温および低圧のガス冷媒が流通する。高温および高圧のガス冷媒に対して、低温および低圧のガス冷媒は低密度である。このため、一次側往配管７と一次側復配管９とが同一の配管径の場合、冷房運転時に、低温および低圧のガス冷媒が流通する一次側復配管９での圧力損失が大きくなり、性能低下が大きくなる。
【００２６】
一般に、配管内の圧力損失ｄＰ［Ｐａ］は、単相として、摩擦係数の計算にＢｌａｓｉｕｓの式を用いると、密度ρ［ｋｇ／ｍ３］、粘性係数μ［Ｐａ・ｓ］、冷媒流量Ｇｒ［ｋｇ／ｓ］、配管内径ｄ［ｍｍ］に対して、式（１）のように表される。ここで、ｆ［−］は摩擦係数である。また、Ｌ［ｍ］は配管長さである。そして、Ｕ［ｍ／ｓ］は冷媒の速度である。
【００２７】
【数１】
0006698951.tif 000002
【００２８】
式（１）より、配管内径ｄが大きくなると圧力損失ｄＰが小さくなることがわかる。しかしながら、配管内径ｄを大きくすると、配管コスト増加、施工性悪化および冷媒封入量増加などの課題が増える。次の表１および表２に示すように、冷媒は、一般的に、圧縮機１の吐出側における高圧のガス密度と圧縮機１の吸入側における低圧のガス密度との比である密度比が２〜５倍程度である。そして、低圧の冷媒における圧力損失は、高圧の冷媒における圧力損失に対し、性能に及ぼす影響が２倍程度ある。このため、一次側復配管９の配管径は、一次側往配管７の配管径の１．２〜３．０倍程度に設定することが効率的である。ここで、表１および表２における数値は、冷媒循環回路において、凝縮温度５０℃、蒸発温度５℃、圧縮機吸入側の過熱度３Ｋおよび圧縮機効率を７０％とした場合の運転に基づいて得られたものである。
【００２９】
【表１】
0006698951.tif 000003
【００３０】
【表２】
0006698951.tif 000004
【００３１】
＜中継機１０２＞
中継機１０２は、たとえば、機械室または部屋の天井裏などに設置され、空気調和における熱の搬送形態を、冷媒から水に変換する装置である。中継機１０２は、中継熱交換器８およびポンプ５１を有する。
【００３２】
中継熱交換器８は、たとえば、プレート式熱交換器からなっており、一次側回路を流れる冷媒と二次側回路を流れる水とを熱交換する。中継熱交換器８は、一次側回路入口が一次側往配管７と接続され、一次側回路出口が一次側復配管９と接続される。また、中継熱交換器８は、二次側回路入口がポンプ５１の吐出側と接続され、二次側回路出口が二次側往配管５２と接続される。中継熱交換器８においては、冷房運転時には、低温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、冷媒よりも高い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。また、暖房運転時には、高温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、中継熱交換器８には、冷媒よりも低い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。したがって、いずれの運転の場合においても、中継熱交換器８には、冷媒に対して、水が逆向き、つまり対向流で流れることになる。以降の説明では、中継熱交換器８として、プレート式熱交換器が適用されている例について説明するが、プレート式熱交換器に限定するものではなく、二重管式熱交換器などを適用してもよい。
【００３３】
ポンプ５１は、たとえば、インバータ式の遠心ポンプなどである。ポンプ５１は、水を吸入し、昇圧して送り出す。ポンプ５１は、吸入側が二次側復配管５５に接続され、送出側が中継熱交換器８の二次側回路入口に接続されている。
【００３４】
また、中継機１０２は、冷媒出口温センサー７６、第１の水温センサー８１および第２の水温センサー８２を有する。これらのセンサーは、制御装置９１と接続されている。冷媒出口温センサー７６は、中継熱交換器８の冷媒側出口の冷媒温度を検出するセンサーである。冷媒出口温センサー７６は、中継熱交換器８の一次側回路出口と接続する配管に設置されている。第１の水温センサー８１は、中継熱交換器８の水側入口の水温度を検出するセンサーである。第１の水温センサー８１は、中継熱交換器８の二次側回路入口と接続する配管に設置されている。第２の水温センサー８２は、中継熱交換器８の水側出口の水温度を検出するセンサーである。第２の水温センサー８２は、中継熱交換器８の二次側回路出口と接続する配管に設置されている。
【００３５】
＜室内機１０３＞
室内機１０３（室内機１０３ａ、室内機１０３ｂおよび室内機１０３ｃ）は、たとえば、それぞれ部屋の内部に設置され、空気調和に係る熱を、室内に放熱または室内から吸熱する。室内機１０３は、室内熱交換器５３（室内熱交換器５３ａ、室内熱交換器５３ｂおよび室内熱交換器５３ｃ）と、流量調整弁５４（流量調整弁５４ａ、流量調整弁５４ｂおよび流量調整弁５４ｃ）とを有し、配管接続されている。また、室内機１０３は、室内ファン５６（室内ファン５６ａ、室内ファン５６ｂおよび室内ファン５６ｃ）を有する。
【００３６】
室内熱交換器５３は、たとえば、フィンチューブ式熱交換器である。室内ファン５６から供給される空気と室内熱交換器５３を流れる水とを熱交換するものである。室内熱交換器５３は、入口側が二次側往配管５２に接続され、出口側が流量調整弁５４に接続されている。室内熱交換器５３は、冷房運転時には、冷却器として機能し、暖房運転時には、加熱器として機能する。以降の説明では、室内熱交換器５３がフィンチューブ式熱交換器であるものとして説明するが、フィンチューブ式熱交換器に限定するものではなく、室内熱交換器５３がプレート式熱交換器などであってもよい。流量調整弁５４は、たとえば、可変バルブなど、抵抗値が可変に制御可能な弁で構成され、水の流量を調整する熱媒体流量調整装置である。流量調整弁５４は、入口側が室内熱交換器５３に接続され、出口側が二次側復配管５５に接続されている。以降の説明では、流量調整弁５４が可変バルブを有する例について説明するが、可変バルブに限定するものではなく、開閉が可能なバルブなどを適用してもよい。
【００３７】
室内機１０３は、室内入口水温センサー８３（室内入口水温センサー８３ａ、室内入口水温センサー８３ｂおよび室内入口水温センサー８３ｃ）並びに室内出口水温センサー８４（室内出口水温センサー８４ａ、室内出口水温センサー８４ｂおよび室内出口水温センサー８４ｃ）を有する。これらのセンサーは、制御装置９１と接続されている。室内入口水温センサー８３は、室内熱交換器５３の入口の水温度を検出するセンサーである。室内入口水温センサー８３は、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃの入口側に接続される配管に設置されている。また、室内出口水温センサー８４は、室内熱交換器５３の出口の水温度を検出するセンサーである。室内出口水温センサー８４は、室内熱交換器５３の出口側に接続される配管に設置されている。
【００３８】
＜制御装置＞
制御装置９１は、空気調和装置１００の全体の制御を行う装置である。制御装置９１は、たとえば、アナログ回路、デジタル回路、ＣＰＵまたはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含んで構成されている。制御装置９１は、たとえば、上述した各種センサーにおいて検出された物理量のデータおよびリモコンなどの入力装置からの指示などに基づいて、各種装置および機器を制御し、後述する各運転モードを実行する。たとえば、制御装置９１は、室外機１０１内の圧縮機１の駆動周波数、室外ファン１５の回転数（ＯＮまたはＯＦＦを含む）、第１の流路切替装置２および第２の流路切替装置４の切り替えおよび第１の絞り装置５およびバイパス絞り装置１３の開度などを制御する。また、制御装置９１は、中継機１０２内のポンプ５１の駆動周波数などの制御を行う。さらに、制御装置９１は、室内機１０３内の流量調整弁５４の開度などの制御を行う。ここで、図１では、制御装置９１が、室外機１０１内に設けられている場合について例示しているが、これに限定するものではない。制御装置９１は、室外機１０１、中継機１０２および室内機１０３のそれぞれに設けられていてもよい。また、制御装置９１は、複数の室内機１０３のそれぞれに設けられていてもよい。
【００３９】
＜空気調和装置１００の運転モード＞
次に、空気調和装置１００が実行する運転モードについて説明する。空気調和装置１００は、室内機１０３ａ、室内機１０３ｂおよび室内機１０３ｃからの指示に基づいて、冷房運転または暖房運転を実行することができる。次に、各運転モードにおける空気調和装置１００の動作について、冷媒の流れおよび冷媒の状態とともに説明する。
【００４０】
＜冷房運転モード＞
図２は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図２に示す例では、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃが冷房を行っている冷房運転モードによる冷房運転について説明する。ここで、図２では、理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【００４１】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２を介して、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と高温および高圧のガス冷媒とを熱交換する。高温および高圧のガス冷媒は、熱交換により冷却され、中温および高圧の二相または液冷媒となる。室外熱交換器３で冷却された中温および高圧の二相または液冷媒は、第２の流路切替装置４を介して、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相または液冷媒とを熱交換する。中温および高圧の液冷媒は、熱交換により冷却され、低温および高圧の液冷媒となる。冷媒−冷媒熱交換器１４で冷却された低温および高圧の液冷媒は、第１の絞り装置５に流入する。第１の絞り装置５は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第１の絞り装置５で減圧された低温および低圧の二相冷媒は、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、中継熱交換器８に流入する。中継熱交換器８は、低温および低圧の二相冷媒と、ポンプ５１により熱媒体循環回路を循環している熱媒体とを熱交換する。中継熱交換器８で加熱された低温および低圧の二相またはガス冷媒は、一次側復配管９を通過し、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して圧縮機１へ再度吸入される。
【００４２】
また、バイパス配管１２で分岐された一部の低温および高圧の液冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温・低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入側に流れる。
【００４３】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。ポンプ５１は、水を吸入して加圧する。ポンプ５１によって送り出された水は、中継熱交換器８に流入する。中継熱交換器８は、冷媒循環回路側の冷媒による冷熱が水に伝えられ、冷却された水は二次側往配管５２通過して、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃに流入する。このとき、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃは冷房運転を行っており、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃでは、それぞれ室内ファン５６ａ〜室内ファン５６ｃから供給される室内空気と低温の水とが熱交換される。室内空気は冷却される。低温の水は、中温の水となる。室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃで加熱された中温の水は、流量調整弁５４ａ〜流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５を介して、再度ポンプ５１に吸入される。
【００４４】
＜冷房運転モード時の熱交換器内温度分布＞
図３は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。図３に示す例では、室外熱交換器３が３列で構成された熱交換器である場合について説明する（以下、同様とする）。ただし、３列に限定するものではなく、２列以下または４列以上の室外熱交換器３にも適用することができる。図３において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および空気温度を示す。ここで、全伝熱長さは、冷媒が熱交換器入口から出口までに流通する流路となる伝熱管の長さを示している（以下、同様とする）。室外熱交換器３に流入した高温および高圧のガス冷媒は、温度の低い空気へ放熱することにより、ガス冷媒、二相冷媒、液冷媒と態が変化する。室外熱交換器３を通過する冷媒は、温度の低い空気に放熱することで、ガス冷媒、二相冷媒、液冷媒と態が変化する。室外熱交換器３に流入した高温および高圧のガス冷媒は、温度が低下し、過熱ガス冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、飽和ガスから飽和液となる。飽和液冷媒は、温度が低下し、飽和液から過冷却液となる。
【００４５】
図４は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における中継熱交換器８内の温度分布の一例について説明する図である。図４において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および水温度を示す。中継熱交換器８に流入した低温・低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇し、二相冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、温度が上昇し飽和ガス冷媒から過熱ガス冷媒となる。一方、中継熱交換器８に流入する水温度は、熱交換の進行とともに低下する。
【００４６】
図５は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の冷房運転時における冷媒−冷媒熱交換器１４内の温度分布の一例について説明する図である。図５において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度を示す。冷媒−冷媒熱交換器１４に流入した中温および高圧の液冷媒の温度は、熱交換の進行とともに低下する。冷媒−冷媒熱交換器１４に流入した低温および低圧の二相冷媒の温度は、非共沸混合冷媒の特性により、熱交換の進行とともに上昇し、ガス冷媒となる。また、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過する第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる冷媒が中温および高圧の液冷媒の場合は、温度の低い冷媒に放熱することで、温度が低下し、過冷却度が大きくなる。また、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過する第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる冷媒が二相冷媒の場合は、温度の低い冷媒に放熱することで、二相冷媒、液冷媒と状態が変化する。冷媒−冷媒熱交換器１４に流入した中温および高圧の二相冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、飽和ガス冷媒から飽和液冷媒となる。飽和液冷媒は、温度が低下し飽和液から過冷却液冷媒となる。一方、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過するバイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる冷媒は、温度の高い冷媒から吸熱することで、二相冷媒、ガス冷媒と状態が変化する。冷媒−冷媒熱交換器１４に流入した低温および低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇し、二相冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、温度が上昇し、飽和ガスから過熱ガス冷媒となる。
【００４７】
＜冷房運転モード時の制御＞
室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより冷房運転の要求があると、制御装置９１は、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３とが連通し、第１の絞り装置５と一次側往配管７とが連通するように、第１の流路切替装置２の流路を切り替える。また、制御装置９１は、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより冷房運転の要求があると、圧縮機１の吸入側と一次側復配管９とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、第２の流路切替装置４の流路を切り替える。
【００４８】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力と中継機１０２に設置した冷媒出口温センサー７６が検出した温度とに基づいて、第１の絞り装置５を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒出口温センサー７６で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、第１の絞り装置５を制御する。制御目標値としては、圧縮機１への過剰な液戻りを抑制できる乾き度０．９以上、中継熱交換器８の効率を維持することができる過熱度３Ｋ以下を維持するように第１の絞り装置５を制御することが望ましい。
【００４９】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力とガス温センサー７８が検出した温度とに基づいて、バイパス絞り装置１３を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで、二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、ガス温センサー７８で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、バイパス絞り装置１３を制御する。制御目標値としては、圧縮機１への過剰な液戻りを抑制できる乾き度０．９以上、冷媒−冷媒熱交換器１４の効率が維持できる過熱度３Ｋ以下を維持するように、バイパス絞り装置１３を制御することが望ましい。
【００５０】
ここで、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出するために、冷媒組成を検知する。制御装置９１は、第２の高圧センサー７２で検出した圧力と第２の液温センサー７５で検出した温度とに基づき、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過した低温および高圧の液冷媒エンタルピーを算出する。また、制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力と二相温センサー７７で検出した温度とに基づき、バイパス絞り装置１３を通過した低温および低圧の二相冷媒エンタルピーを算出する。想定した冷媒組成で循環している場合、算出した液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくなる。想定した冷媒組成と異なる組成で循環している場合、算出した液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくならない。この場合、液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくなるように、想定した冷媒組成を見直すことで、循環している冷媒組成を検知することができる。
【００５１】
＜暖房運転モード＞
図６は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図６に示す例では、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃが暖房を行っている暖房運転モードについて説明する。ここで、図６では、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、水の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【００５２】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、中継熱交換器８に流入する。中継熱交換器８は、高温および高圧のガス冷媒と、ポンプ５１により二次側回路を循環している水とを熱交換する。高温および高圧のガス冷媒は、熱交換により冷却され、中温および高圧の二相冷媒または液冷媒となる。中継熱交換器８で冷却された二相冷媒または液冷媒は、一次側復配管９および第２の流路切替装置４を介して、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相または液冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４において冷却された低温および高圧の液冷媒は、第１の絞り装置５に流入する。第１の絞り装置５は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第１の絞り装置５で減圧された低温および低圧の二相冷媒は、第１の流路切替装置２を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３で加熱された低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して、圧縮機１へ再度吸入される。
【００５３】
また、バイパス配管１２で分岐された一部の低温および高圧の液冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒または液冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入側に流入する。
【００５４】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。ポンプ５１は、水を吸入して送り出す。ポンプ５１によって送り出された水は、中継熱交換器８に流入する。中継熱交換器８は、一次側回路側の冷媒による温熱が水に伝えられ、加熱された水は二次側往配管５２を通過して、室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂに流入する。このとき、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃは暖房運転を行っており、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃでは、それぞれ室内ファン５６ａ〜室内ファン５６ｃから供給される室内空気と高温の水とが熱交換される。このとき、室内空気は加熱される。高温の水は、中温の水となる。室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃで冷却された中温の水は、流量調整弁５４ａ〜流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５を介して、再度ポンプ５１に吸入される。
【００５５】
＜暖房運転モード時の熱交換器内温度分布＞
図７は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。図７において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および水温度を示す。中継熱交換器８を通過する冷媒は、温度の低い水に放熱することで、ガス冷媒、二相冷媒、液冷媒へと状態が変化する。中継熱交換器８に流入した高温および高圧のガス冷媒は、温度が低下し、過熱ガス冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、飽和ガス冷媒から飽和液冷媒となる。飽和液冷媒は、温度が低下し、飽和液冷媒から過冷却液冷媒となる。
【００５６】
図８は、この発明の実施の形態１における空気調和装置の暖房運転時における中継熱交換器８内の温度分布の一例について説明する図である。図８において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および空気温度を示す。室外熱交換器３を通過する冷媒は、温度の高い空気から吸熱することで、二相冷媒、ガス冷媒と態が変化する。室外熱交換器３に流入した低温および低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇し、二相冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、温度が上昇し、飽和ガスから過熱ガス冷媒となる。
【００５７】
暖房運転モード時における冷媒−冷媒熱交換器１４内における温度分布は、冷房運転モード時における冷媒−冷媒熱交換器１４内における温度分布と同様である。
【００５８】
＜暖房運転モード時の制御＞
室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより暖房運転の要求があった場合、制御装置９１は、圧縮機１の吐出側と一次側往配管７とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、第１の流路切替装置２を切り替える。また、制御装置９１は、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより暖房運転の要求があった場合、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３とが連通し、第１の絞り装置５と一次側復配管９とが連通するように、第２の流路切替装置４を切り替える。
【００５９】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した第１の高圧センサー７１が検出した圧力と中継機１０２に設置した冷媒出口温センサー７６または室外機１０１に設置した第１の液温センサー７４が検出した温度とに基づいて、第１の絞り装置５を制御する。制御装置９１は、第１の高圧センサー７１で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過冷却度との関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、凝縮の進行とともに温度が低下するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒出口温センサー７６または第１の液温センサー７４で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過冷却度の関係とに基づき、第１の絞り装置５を制御する。制御目標値としては、エンタルピー差縮小に伴う能力低下を抑制し、かつ一次側復配管９内の冷媒量増加を抑制できる乾き度０．２以下、中継熱交換器８の効率を維持することができる過冷却度１５Ｋ以下を維持するように第１の絞り装置５を制御することが望ましい。
【００６０】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力とガス温センサー７８が検出した温度とに基づいて、バイパス絞り装置１３を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度との関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、ガス温センサー７８で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、バイパス絞り装置１３を制御する。制御目標値としては、圧縮機１への過剰な液戻りを抑制できる乾き度０．９以上、冷媒−冷媒熱交換器１４の効率を維持することができる過熱度３Ｋ以下を維持するようにバイパス絞り装置１３を制御することが望ましい。
【００６１】
ここで、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過熱度の関係を算出するために、冷媒組成を検知する。制御装置９１は、第２の高圧センサー７２で検出した圧力と第２の液温センサー７５で検出した温度とに基づき、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過した低温および高圧の液冷媒エンタルピーを算出する。また、制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力と二相温センサー７７で検出した温度とに基づき、バイパス絞り装置１３を通過した低温および低圧の二相冷媒エンタルピーを算出する。想定した冷媒組成で循環している場合、算出した液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくなる。想定した冷媒組成と異なる組成で循環している場合、算出した液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくならない。この場合、液冷媒エンタルピーと二相冷媒エンタルピーが等しくなるように、想定した冷媒組成を見直すことで、循環している冷媒組成を検知することができる。
【００６２】
＜冷暖切替運転が可能な空気調和装置における効果＞
以上のように、実施の形態１の空気調和装置１００によれば、第１の流路切替装置２および第２の流路切替装置４を備える。そして、制御装置９１は、第１の流路切替装置２および第２の流路切替装置４により、冷房運転および暖房運転で流路を切り替える。このため、冷房運転および暖房運転のいずれの運転でも、室外熱交換器３、中継熱交換器８および冷媒−冷媒熱交換器１４の各熱交換器において、冷媒との熱交換の対象媒体である空気、水および冷媒に対し、冷媒流れ方向が対象媒体の流れと逆向きとなる対向流にすることができる。これにより、対象媒体の温度と冷媒の温度との接近を回避し、熱交換に必要な温度差を確保することにより、熱交換効率の向上をはかることができる。
【００６３】
また、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、冷媒−冷媒熱交換器１４において、第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相または液冷媒とバイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。これにより、冷房運転時には、第１の流路切替装置２から第２の流路切替装置４を流れる冷媒の圧力損失を低減することができ、暖房運転時には、第１の流路切替装置２から第２の流路切替装置４を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。
【００６４】
さらに、室外機１０１に設置した第１の絞り装置５が、冷房運転時には中継熱交換器８の上流に位置し、暖房運転時には中継熱交換器８の下流に位置して、中継熱交換器８が冷房運転および暖房運転でそれぞれ蒸発器および凝縮器となるように作用する。これにより、暖房運転時に第１の絞り装置５と中継熱交換器８との位置関係が、一般的な暖房回路と同じになる。このため、暖房時に圧縮機１からの吐出ガスが室内機１０３の絞り装置を通過することで発生する圧力損失、つまりシステム効率の低下を抑制することができる。
【００６５】
また、中継機１０２に設置した中継熱交換器８で、一次側回路を流れる冷媒と二次側回路を流れる水とを熱交換する。そして、熱交換した水を二次側回路に設置された室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃに供給するようにした。これにより、冷媒流れ方向を冷房運転および暖房運転いずれも一定とすることができる。したがって、二次側回路における性能を維持しながら、複数の室内機１０３が個別に運転または停止をすることができ、運転している室内機１０３では冷房または暖房のいずれか一方で運転する多室型冷暖切替運転を実現することができる。
【００６６】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。図９の空気調和装置２００は、図１の空気調和装置１００と比較して、中継機２０２の構成が異なっている。実施の形態２の空気調和装置２００は、各室内機１０３が個別に運転または停止しつつ、運転している室内機１０３が冷房または暖房を各々選択する冷暖同時運転が可能な空気調和装置である。ここで、実施の形態２では、実施の形態１の空気調和装置１００との相違点を中心に説明し、実施の形態１で説明した機器などと同様の動作などを行う機器などには、同一符号を付する。
【００６７】
＜中継機２０２＞
中継機２０２には、第１の中継熱交換器８ａ、第２の中継熱交換器８ｂ、第２の絞り装置１６、第１のポンプ５１ａ、第２のポンプ５１ｂ、第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃおよび第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃを有する。
【００６８】
第１の中継熱交換器８ａは、たとえば、プレート式熱交換器からなっており。第１の中継熱交換器８ａは、一次側回路を流れる冷媒と二次側回路を流れる水とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａは、一次側回路入口が一次側往配管７と接続され、一次側回路出口が第２の絞り装置１６と接続される。また、第１の中継熱交換器８ａは、二次側回路入口が第１のポンプ５１ａの吐出側と接続され、二次側回路出口が第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃに接続されている。第１の中継熱交換器８ａにおいては、冷房運転時には、低温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、冷媒よりも高い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。また、暖房運転および冷暖同時運転時には、高温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、冷媒よりも低い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。したがって、いずれの運転の場合においても、第１の中継熱交換器８ａには、冷媒に対して、水が逆向き、つまり対向流で流れることになる。
【００６９】
第２の中継熱交換器８ｂは、たとえば、プレート式熱交換器からなっており、一次側回路を流れる冷媒と二次側回路を流れる水とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂは、一次側回路入口が第２の絞り装置１６と接続され、一次側回路出口が一次側復配管９と接続される。また、第２の中継熱交換器８ｂは、二次側回路入口が第２のポンプ５１ｂの吐出側と接続され、二次側回路出口が第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃと接続されている。第２の中継熱交換器８ｂにおいては、冷房運転および冷暖同時運転時には、低温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、冷媒よりも高い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。また、暖房運転時には、高温の冷媒が一次側回路入口から一次側回路出口方向に流れる。また、冷媒よりも低い温度の水が二次側回路入口から二次側回路出口方向に流れる。したがって、いずれの運転の場合においても、第２の中継熱交換器８ｂには、冷媒に対して、水が逆向き、つまり対向流で流れることになる。
【００７０】
第１のポンプ５１ａは、たとえば、インバータ式の遠心ポンプなどである。ポンプ５１は、水を吸入し、昇圧して送り出す。第１のポンプ５１ａは、吸入側が第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃに接続され、送出側が第１の中継熱交換器８ａの二次側回路入口に接続されている。また、第２のポンプ５１ｂは、たとえば、インバータ式の遠心ポンプなどである。ポンプ５１は、水を吸入し、昇圧して送り出す。第２のポンプ５１ｂは、吸入側が第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃに接続され、送出側が第２の中継熱交換器８ｂの二次側回路入口に接続されている。
【００７１】
第１の流路切替弁５７ａ、第１の流路切替弁５７ｂおよび第１の流路切替弁５７ｃ並びに第２の流路切替弁５８ａ、第２の流路切替弁５８ｂおよび第２の流路切替弁５８ｃは、たとえば、三方弁などで構成される。第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃおよび第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃは、各室内機１０３の運転の状態に応じて、第１の中継熱交換器８ａと第２の中継熱交換器８ｂとの接続を切り替える熱媒体流路切替装置である。第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃおよび第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃには、第１の中継熱交換器８ａ、第２の中継熱交換器８ｂおよび室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃが接続されている。冷房を選択した室内機１０３には、蒸発器として作用する第１の中継熱交換器８ａまたは第２の中継熱交換器８ｂと室内機１０３とがそれぞれ連通するように、対応する第１の流路切替弁５７および第２の流路切替弁５８を切り替える。これにより、室内熱交換器５３が冷却器として作用する。また、暖房を選択した室内機１０３には、第１の中継熱交換器８ａまたは第２の中継熱交換器８ｂと室内機１０３とがそれぞれ連通するように、対応する第１の流路切替弁５７および第２の流路切替弁５８を切り替える。これにより、室内熱交換器５３が加熱器として作用する。以降の説明では、第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃおよび第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃとして、三方弁が適用されている例を示すが、三方弁に限定するものではない。たとえば、四方弁または二方弁を組み合わせたものなどを適用してもよい。
【００７２】
また、中継機２０２は、冷媒出口温センサー７６、冷媒中間温センサー７９、第１の水温センサー８１、第２の水温センサー８２、第３の水温センサー８５および第４の水温センサー８６を有する。これらのセンサーは、制御装置９１と接続されている。冷媒出口温センサー７６は、第２の中継熱交換器８ｂの冷媒側出口の冷媒温度を検出するセンサーである。冷媒出口温センサー７６は、第２の中継熱交換器８ｂの一次側回路出口と接続する配管に設置されている。冷媒中間温センサー７９は、第１の中継熱交換器８ａの冷媒側出口の冷媒温度を検出するセンサーである。冷媒中間温センサー７９は、第１の中継熱交換器８ａの一次側回路出口と接続する配管に設置されている。第１の水温センサー８１は、第１の中継熱交換器８ａの水側入口の水温度を検出するセンサーである。第１の水温センサー８１は、第１の中継熱交換器８ａの二次側回路入口と接続する配管に設置されている。第２の水温センサー８２は、第１の中継熱交換器８ａの水側出口の水温度を検出するセンサーである。第２の水温センサー８２は、第１の中継熱交換器８ａの二次側回路出口と接続する配管に設置されている。第３の水温センサー８５は、第２の中継熱交換器８ｂの水側入口の水温度を検出するセンサーである。第１の水温センサー８１は、第２の中継熱交換器８ｂの二次側回路入口と接続する配管に設置されている。第４の水温センサー８６は、第２の中継熱交換器８ｂの水側出口の水温度を検出するセンサーである。第２の水温センサー８２は、第２の中継熱交換器８ｂの二次側回路出口と接続する配管に設置されている。
【００７３】
＜冷房運転モード＞
図１０は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図１０に示す例では、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃが冷房を行っている冷房運転モードによる冷房運転について説明する。ここで、図１０では、理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、熱媒体の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【００７４】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２を介して、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と高温および高圧のガス冷媒とを熱交換する。高温および高圧のガス冷媒は、熱交換により冷却され、中温および高圧の二相冷媒または液冷媒となる。室外熱交換器３で冷却された中温および高圧の二相冷媒または液冷媒は、第２の流路切替装置４を介して、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒または液冷媒とを熱交換する。中温および高圧の二相冷媒または液冷媒は、熱交換により冷却され、低温および高圧の液冷媒となる。冷媒−冷媒熱交換器１４で冷却された低温および高圧の液冷媒は、第１の絞り装置５に流入する。第１の絞り装置５は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第１の絞り装置５で減圧された低温および低圧の二相冷媒は、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、低温および低圧の二相冷媒と、第１のポンプ５１ａにより二次側回路を循環している水とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａで加熱された低温および低圧の二相冷媒は、第２の絞り装置１６を介して、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、低温および低圧の二相冷媒と、第２のポンプ５１ｂにより二次側回路を循環している水とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで加熱された低温および低圧のガス冷媒は、一次側復配管９を通過し、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して圧縮機１へ再度吸入される。
【００７５】
また、バイパス配管１２で分岐された一部の低温および高圧の液冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温・低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒または液冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入側に流れる。
【００７６】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂは、水を吸入して加圧する。第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂによって送り出された中温の水は、それぞれ第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂでは、冷媒循環回路側の冷媒による冷熱が中温の水に伝えられ、冷却された水は二次側往配管５２通過して、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃに流入する。このとき、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃは冷房運転を行っており、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃでは、それぞれ室内ファン５６ａ〜室内ファン５６ｃから供給される室内空気と低温の水とが熱交換される。室内空気は冷却される。低温の水は、中温の水となる。室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃで加熱された中温の水は、流量調整弁５４ａ〜流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５を介して、再度第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂに吸入される。
【００７７】
＜冷房運転モード時の熱交換器内温度分布＞
冷房運転時における室外熱交換器３内における温度分布は、実施の形態１において説明した図３と同様である。
【００７８】
図１１は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における第１の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。図１１において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および水温度を示す。第１の中継熱交換器８ａを通過する冷媒は、温度の高い水から吸熱することで、二相冷媒の乾き度が変化する。第１の中継熱交換器８ａに流入した低温および低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇する。
【００７９】
図１２は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷房運転時における第２の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。図１２において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および水温度を示す。第２の中継熱交換器８ｂを通過する冷媒は、温度の高い水から吸熱することで、二相冷媒、ガス冷媒と状態が変化する。第２の中継熱交換器８ｂに流入した低温および低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇し、二相冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、温度が上昇し飽和ガス冷媒から過熱ガス冷媒となる。
【００８０】
冷房運転時における冷媒−冷媒熱交換器１４内における温度分布は、実施の形態１において説明した図５と同様であるため、説明は省略する。
【００８１】
＜冷房運転モード時の制御＞
第１の流路切替装置２、第２の流路切替装置４およびバイパス絞り装置１３に係る制御については、実施の形態１の冷房運転モード時の制御と同様である。
【００８２】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力と中継機１０２に設置した冷媒出口温センサー７６が検出した温度とに基づいて、第１の絞り装置５を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒出口温センサー７６で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、第１の絞り装置５を制御する。制御目標値としては、圧縮機１への過剰な液戻りを抑制できる乾き度０．９以上、中継熱交換器８の効率を維持することができる過熱度３Ｋ以下を維持するように第１の絞り装置５を制御することが望ましい。また、制御装置９１は、第１の中継熱交換器８ａと第２の中継熱交換器８ｂとの間の圧力損失を低減するため、第２の絞り装置１６を全開とする制御を行う。
【００８３】
＜暖房運転モード＞
図１３は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図１３に示す例では、室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃが暖房を行っている暖房運転モードについて説明する。ここで、図１３では、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、水の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【００８４】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、高温および高圧のガス冷媒と、第１のポンプ５１ａにより二次側回路を循環している水とを熱交換する。高温および高圧のガス冷媒は、第１の中継熱交換器８ａにおける熱交換により冷却され、中温および高圧の二相冷媒または液冷媒となる。第１の中継熱交換器８ａで冷却、凝縮された液冷媒は、中温および高圧の二相冷媒は、第２の絞り装置１６を介して、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、第２のポンプ５１ｂから供給される二次側回路を循環する水と高温および高圧の二相冷媒とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで凝縮した中温および高圧の二相または液冷媒は、一次側復配管９、第２の流路切替装置４を介して、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒または液冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４において冷却された低温および高圧の液冷媒は、第１の絞り装置５に流入する。第１の絞り装置５は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第１の絞り装置５で減圧された低温および低圧の二相冷媒は、第１の流路切替装置２を介して室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３で加熱された低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して、圧縮機１へ再度吸入される。
【００８５】
また、バイパス配管１２で分岐された一部の低温および高圧の液冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒または液冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相冷媒またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入側に流入する。
【００８６】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。第１のポンプ５１ａと第２のポンプ５１ｂは、水を吸入して送り出す。第１のポンプ５１ａと第２のポンプ５１ｂによって送り出された中温の水は、それぞれ第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂは、一次側回路を循環する高温および高圧のガスまたは二相冷媒と中温の水とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂで加熱された高温の水は、第１の流路切替弁５７ａ〜第１の流路切替弁５７ｃおよび二次側往配管５２ａ〜二次側往配管５２ｃを介して、室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃに流入する。室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃは、室内ファン５６ａ〜室内ファン５６ｃから供給される室内空気と高温の水とを熱交換する。室内熱交換器５３ａ〜室内熱交換器５３ｃで冷却された中温の水は、流量調整弁５４ａ〜流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５ａ〜二次側復配管５５ｃおよび第２の流路切替弁５８ａ〜第２の流路切替弁５８ｃを介して、第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂへ再度吸入される。
【００８７】
＜暖房運転モード時の熱交換器内温度分布＞
暖房運転時における室外熱交換器３内における温度分布は、実施の形態１において説明した図８と同様である。
【００８８】
図１４は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における第１の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。図１４において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および空気温度を示す。第１の中継熱交換器８ａを通過する冷媒は、温度の低い水にから吸熱することで、二相冷媒の乾き度が変化する。第１の中継熱交換器８ａに流入した低温および低圧の二相冷媒は、蒸発の進行とともに温度が上昇する。温度の低い水に放熱することで、ガス冷媒から二相冷媒に変化する。第１の中継熱交換器８ａに流入した高温および高圧のガス冷媒は、温度が低下し、過熱ガス冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、飽和ガス冷媒から二相冷媒となる。
【００８９】
図１５は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の暖房運転時における第２の中継熱交換器内の温度分布の一例について説明する図である。図１５において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および水温度を示す。第２の中継熱交換器８ｂを通過する冷媒は、温度の低い水に放熱することで、二相冷媒から液冷媒と状態が変化する。第２の中継熱交換器８ｂに流入した中温および高圧の二相冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、二相冷媒から飽和液冷媒となる。飽和液冷媒は、温度が低下し、飽和液冷媒から過冷却液冷媒となる。
【００９０】
＜暖房運転モード時の制御＞
第１の流路切替装置２、第２の流路切替装置４およびバイパス絞り装置１３に係る制御については、実施の形態１の暖房運転モード時の制御と同様である。
【００９１】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力と、中継機１０２に設置した冷媒出口温センサー７６または室外機１０１に設置した第１の液温センサー７４が検出した温度とに基づいて、第１の絞り装置５を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒出口温センサー７６または室外機１０１に設置した第１の液温センサー７４で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、第１の絞り装置５を制御する。制御目標値としては、エンタルピー差縮小に伴う能力低下を抑制し、かつ、一次側復配管９内の冷媒量増加を抑制できる乾き度０．２以下、中継熱交換器８の効率が維持できる過冷却度１５Ｋ以下で制御することが望ましい。
【００９２】
また、制御装置９１は、第１の中継熱交換器８ａと第２の中継熱交換器８ｂとの間の圧力損失を低減するため、第２の絞り装置１６を全開とする制御を行う。
【００９３】
＜冷暖同時（冷房主体）運転モード＞
図１６は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（冷房主体）運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図１６に示す例では、室内機１０３ａおよび室内機１０３ｂが冷房を行っており、室内機１０３ｃが暖房を行っている冷暖同時（冷房主体）運転モードについて説明する。ここで、図１６では、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、水の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【００９４】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２を介して、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と高温および高圧のガス冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３で凝縮した中温および高圧の二相冷媒は、第２の流路切替装置４、冷媒−冷媒熱交換器１４、第１の絞り装置５、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、第１のポンプ５１ａから供給される二次側回路を循環する水と中温および高圧の二相冷媒とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａで凝縮した低温および高圧の二相冷媒は、第２の絞り装置１６に流入する。第２の絞り装置１６は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第２の絞り装置１６で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、第２のポンプ５１ｂから供給される二次側回路を循環する水と低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで蒸発した低温および低圧の二相またはガス冷媒は、一次側復配管９、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して、圧縮機１へ再度吸入される。
【００９５】
バイパス配管１２で分岐された一部の中温および高圧の二相冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、中温および高圧の二相冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入部に流入する。
【００９６】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。第１のポンプ５１ａは、中温の水を吸入して送り出す。第１のポンプ５１ａから送り出された中温の水は、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、一次側回路を循環する中温および高圧の二相冷媒と中温の水とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａで加熱された高温の水は、第１の流路切替弁５７ｃおよび二次側往配管５２ｃを介して、室内熱交換器５３ｃに流入する。室内熱交換器５３ｃは、室内ファン５６ｃから供給される室内空気と高温の水とを熱交換する。室内熱交換器５３ｃで冷却された中温の水は、流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５ｃおよび第２の流路切替弁５８ｃを介して、第１のポンプ５１ａへ再度吸入される。
【００９７】
また、第２のポンプ５１ｂは、水を吸入し、昇圧して、中温の水を送り出す。第２のポンプ５１ｂから送り出された中温の水は、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、一次側回路を循環する低温および低圧の二相冷媒と中温の水とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで冷却された低温の水は、第１の流路切替弁５７ａおよび第１の流路切替弁５７ｂ並びに二次側往配管５２ａおよび二次側往配管５２ｂを介して、室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂに流入する。室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂは、室内ファン５６ａおよび室内ファン５６ｂから供給される室内空気と低温の水とを熱交換する。室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂで加熱された中温の水は、流量調整弁５４ａおよび流量調整弁５４ｂ、二次側復配管５５ａおよび二次側復配管５５ｂ並びに第２の流路切替弁５８ａおよび第２の流路切替弁５８ｂを介して、第２のポンプ５１ｂへ再度吸入される。
【００９８】
＜冷暖同時（冷房主体）運転モード時の熱交換器内温度分布＞
図１７は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（冷房主体）運転時における室外熱交換器３内の温度分布の一例について説明する図である。図１７において、横軸は、全伝熱長さに対する伝熱長さ比率を示す。また、縦軸は、冷媒温度および空気温度を示す。室外熱交換器３を通過する冷媒は、温度の低い空気に放熱することで、ガス冷媒から二相冷媒と状態が変化する。室外熱交換器３に流入した高温および高圧のガス冷媒は、温度が低下し、過熱ガス冷媒から飽和ガス冷媒となる。飽和ガス冷媒は、凝縮の進行とともに温度が低下し、二相冷媒となる。
【００９９】
冷暖同時（冷房主体）運転モード時における第１の中継熱交換器８ａ内の温度分布は、図１５と同様である。また、冷暖同時（冷房主体）運転モード時における第２の中継熱交換器８ｂ内の温度分布は、図４と同様である。
【０１００】
＜冷暖同時（冷房主体）運転モード時の制御＞
室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより冷房運転および暖房運転の要求があり、冷房負荷が暖房負荷よりも大きい場合に、冷暖同時（冷房主体）運転を行う。制御装置９１は、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器３とが連通し、第１の絞り装置５と一次側往配管７とが連通するように、第１の流路切替装置２の流路を切り替える。また、制御装置９１は、圧縮機１の吸入側と一次側復配管９とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、第２の流路切替装置４の流路を切り替える。そして、制御装置９１は、室外熱交換器３と第１の中継熱交換器８ａとの間の圧力損失を低減するため、第１の絞り装置５を全開とする制御を行う。
【０１０１】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した低圧センサー７３が検出した圧力と中継機２０２に設置した冷媒出口温センサー７６が検出した温度とに基づいて、第２の絞り装置１６を制御する。制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、蒸発の進行とともに温度が上昇するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒出口温センサー７６で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係とに基づき、第２の絞り装置１６を制御する。制御目標値としては、圧縮機１への過剰な液戻りを抑制できる乾き度０．９以上、第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂの効率を維持することができる過熱度３Ｋ以下を維持するように第２の絞り装置１６を制御することが望ましい。一方、制御装置９１は、室外熱交換器３と第１の中継熱交換器８ａとを凝縮器として作用させるため、バイパス絞り装置１３を全閉とする制御を行う。
【０１０２】
ここで、制御装置９１は、冷媒温度と二相冷媒の乾き度またはガス冷媒の過熱度の関係を算出するために、冷媒組成を検知する。制御装置９１は、第２の高圧センサー７２で検出した圧力と第２の液温センサー７５で検出した温度とに基づき、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過した中温および高圧の高圧二相冷媒エンタルピーを算出する。また、制御装置９１は、低圧センサー７３で検出した圧力と二相温センサー７７で検出した温度とに基づき、バイパス絞り装置１３を通過した低温および低圧の低圧二相冷媒エンタルピーを算出する。想定した冷媒組成で循環している場合、算出した高圧二相冷媒エンタルピーと低圧二相冷媒エンタルピーとが等しくなる。想定した冷媒組成と異なる組成で循環している場合、算出した高圧二相冷媒エンタルピーと低圧二相冷媒エンタルピーとが等しくならない。この場合、高圧二相冷媒エンタルピーと低圧二相冷媒エンタルピーとが等しくなるように、想定した冷媒組成を見直すことで、循環している冷媒組成を検知することができる。
【０１０３】
＜冷暖同時（暖房主体）運転モード＞
図１８は、この発明の実施の形態２における空気調和装置の冷暖同時（暖房主体）運転時における冷媒の流れなどの一例を説明する図である。図１８に示す例では、室内機１０３ａおよび室内機１０３ｂが暖房を行っており、室内機１０３ｃが冷房を行っている冷暖同時（暖房主体）運転モードについて説明する。ここで、図１８では、この実施の形態の理解を容易にするために、冷媒の流れ方向を実線の矢印で示し、水の流れ方向を破線の矢印で示してある。
【０１０４】
まず、一次側回路の機器の動作について、冷媒の流れに基づいて説明する。圧縮機１は、低温および低圧のガス冷媒を吸入し、圧縮して、高温および高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機１から吐出された高温および高圧のガス冷媒は、第１の流路切替装置２および一次側往配管７を介して、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、第１のポンプ５１ａから供給される二次側回路を循環する水と高温および高圧のガス冷媒とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａで凝縮した低温および高圧の二相または液冷媒は、第２の絞り装置１６に流入する。第２の絞り装置１６は、低温および高圧の液冷媒を減圧する。第２の絞り装置１６で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、第２のポンプ５１ｂから供給される二次側回路を循環する水と低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで蒸発した低温および低圧の二相冷媒は、一次側復配管９、第２の流路切替装置４、冷媒−冷媒熱交換器１４、第１の絞り装置５および第１の流路切替装置２を介して、室外熱交換器３に流入する。室外熱交換器３は、室外ファン１５から供給される室外空気と低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。室外熱交換器３で蒸発した低温および高圧の二相またはガス冷媒は、第２の流路切替装置４およびアキュムレーター１１を介して、圧縮機１へ再度吸入される。
【０１０５】
また、バイパス配管１２で分岐された一部の低温および低圧の二相冷媒は、バイパス絞り装置１３に流入する。バイパス絞り装置１３は、低温および低圧の二相冷媒を減圧する。バイパス絞り装置１３で減圧した低温および低圧の二相冷媒は、冷媒−冷媒熱交換器１４に流入する。冷媒−冷媒熱交換器１４は、バイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒と第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。冷媒−冷媒熱交換器１４で加熱した低温および低圧の二相またはガス冷媒は、圧縮機１の吸入部に流入する。
【０１０６】
次に、二次側回路の機器の動作について、水の流れについて説明する。第１のポンプ５１ａは、中温の水を吸入して送り出す。第１のポンプ５１ａから送り出された中温の水は、第１の中継熱交換器８ａに流入する。第１の中継熱交換器８ａは、一次側回路を循環する高温および高圧のガス冷媒と中温の水とを熱交換する。第１の中継熱交換器８ａで加熱された高温の水は、第１の流路切替弁５７ａおよび第１の流路切替弁５７ｂ並びに二次側往配管５２ａおよび二次側往配管５２ｂを介して、室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂに流入する。室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂは、室内ファン５６ａおよび室内ファン５６ｂから供給される室内空気と高温の水とを熱交換する。室内熱交換器５３ａおよび室内熱交換器５３ｂで冷却された中温の水は、流量調整弁５４ａおよび流量調整弁５４ｂ、二次側復配管５５ａおよび二次側復配管５５ｂ並びに第２の流路切替弁５８ａおよび第２の流路切替弁５８ｂを介して、第１のポンプ５１ａへ再度吸入される。
【０１０７】
また、第２のポンプ５１ｂは、水を吸入し、昇圧して、中温の水を送り出す。第２のポンプ５１ｂから送り出された中温の水は、第２の中継熱交換器８ｂに流入する。第２の中継熱交換器８ｂは、一次側回路を循環する低温および低圧の二相冷媒と中温の水とを熱交換する。第２の中継熱交換器８ｂで冷却された低温の水は、第１の流路切替弁５７ｃおよび二次側往配管５２ｃを介して、室内熱交換器５３ｃに流入する。室内熱交換器５３ｃは、室内ファン５６ｃから供給される室内空気と低温の水とを熱交換する。室内熱交換器５３ｃで加熱された中温の水は、流量調整弁５４ｃ、二次側復配管５５ｃおよび第２の流路切替弁５８ｃを介して、第２のポンプ５１ｂへ再度吸入される。
【０１０８】
＜冷暖同時（暖房主体）運転モード時の熱交換器内温度分布＞
冷暖同時（暖房主体）運転モード時における室外熱交換器３内における温度分布は、実施の形態１で説明した図８と同様である。また、冷暖同時（暖房主体）運転モード時における第１の中継熱交換器８ａ内における温度分布は、実施の形態１で説明した図７と同様である。冷暖同時（暖房主体）運転モード時における第２の中継熱交換器８ｂ内における温度分布は、冷房運転時の熱交換器の温度分布について説明した図１１と同様である。
【０１０９】
＜冷暖同時（暖房主体）運転モード時の制御＞
室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃのいずれかより冷房運転および暖房運転の要求があり、暖房負荷が冷房負荷よりも大きい場合に、冷暖同時（暖房主体）運転を行う。制御装置９１は、圧縮機１の吐出側と一次側往配管７とが連通し、室外熱交換器３と第１の絞り装置５とが連通するように、第１の流路切替装置２を切り替える。また、制御装置９１は、圧縮機１の吸入側と室外熱交換器３とが連通し、第１の絞り装置５と一次側復配管９とが連通するように、第２の流路切替装置４を切り替える。そして、制御装置９１は、室外熱交換器３と第１の中継熱交換器８ａとの間の圧力損失を低減するため、第１の絞り装置５を全開とする制御を行う。
【０１１０】
制御装置９１は、室外機１０１に設置した第１の高圧センサー７１が検出した圧力と中継機２０２に設置した冷媒中間温センサー７９が検出した温度とに基づいて、第２の絞り装置１６を制御する。制御装置９１は、第１の高圧センサー７１で検出した圧力に基づき、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過冷却度の関係を算出する。冷媒が非共沸混合冷媒の場合、凝縮の進行とともに温度が低下するため、温度を計測することで二相冷媒の乾き度がわかる。制御装置９１は、冷媒中間温センサー７９で検出した温度と、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過冷却度の関係とに基づき、第２の絞り装置１６を制御する。制御目標値としては、第２の絞り装置１６において、発生する冷媒音を抑制できる乾き度０．０１以下または過冷却度１５Ｋ以下で制御することが望ましい。一方、制御装置９１は、室外熱交換器３と第１の中継熱交換器８ａとを凝縮器として作用させるため、バイパス絞り装置１３を全閉とする制御を行う。
【０１１１】
制御装置９１は、冷媒温度と二相冷媒の乾き度または液冷媒の過冷却度の関係を算出するために、冷媒組成を検知する。制御装置９１は、第２の高圧センサー７２で検出した圧力と第２の液温センサー７５で検出した温度とに基づき、冷媒−冷媒熱交換器１４を通過した低温および低圧の主流二相冷媒エンタルピーを算出する。また、低圧センサー７３で検出した圧力と二相温センサー７７で検出した温度とに基づき、バイパス絞り装置１３を通過した低温および低圧の分岐二相冷媒エンタルピーを算出する。想定した冷媒組成で循環している場合、算出した主流二相冷媒エンタルピーと分岐二相冷媒エンタルピーとが等しくなる。想定した冷媒組成と異なる組成で循環している場合、算出した主流二相冷媒エンタルピーと分岐二相冷媒エンタルピーとが等しくならない。この場合、主流二相冷媒エンタルピーと分岐二相冷媒エンタルピーとが等しくなるように、想定した冷媒組成を見直すことで、循環している冷媒組成を検知することができる。
【０１１２】
＜冷暖同時運転が可能な空気調和装置における効果＞
以上のように、実施の形態２の空気調和装置２００によれば、第１の流路切替装置２および第２の流路切替装置４を備える。そして、制御装置９１は、第１の流路切替装置２および第２の流路切替装置４により、冷房運転、暖房運転および冷暖同時運転で流路を切り替える。このため、冷房運転、暖房運転および冷暖同時運転のいずれの運転でも、室外熱交換器３、中継熱交換器８および冷媒−冷媒熱交換器１４の各熱交換器において、冷媒との熱交換の対象媒体である空気、水および冷媒に対し、冷媒流れ方向が逆向きとなる対向流にすることができる。これにより、対象媒体の温度と冷媒の温度との接近を回避し、熱交換に必要な温度差を確保することにより、熱交換効率の向上をはかることができる。
【０１１３】
また、冷房運転および暖房運転のいずれにおいても、冷媒−冷媒熱交換器１４において、第２の流路切替装置４と第１の絞り装置５との間を流れる中温および高圧の二相または液冷媒とバイパス配管１２を有するバイパス回路を流れる低温および低圧の二相冷媒とを熱交換する。これにより、冷房運転時には、第１の流路切替装置２から第２の流路切替装置４を流れる冷媒の圧力損失を低減することができ、暖房運転時には、第１の流路切替装置２から第２の流路切替装置４を流れる冷媒の圧力損失を低減することができる。
【０１１４】
さらに、中継機２０２に設置した第１の中継熱交換器８ａと第２の中継熱交換器８ｂについて、冷房運転時には、いずれも蒸発器として作用するように第１の絞り装置５を動作させる。また、暖房運転時には、いずれも凝縮器として作用するように第１の絞り装置５を動作させる。そして、冷暖同時運転時には、第１の中継熱交換器８ａが凝縮器として、第２の中継熱交換器８ｂが蒸発器として作用するように第２の絞り装置１６を動作させる。これにより、室外機１０１および室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃを、実施の形態１に示した空気調和装置１００と共通化することができ、コストを低減することができる。
【０１１５】
また、中継機２０２に設置した第１の中継熱交換器８ａおよび第２の中継熱交換器８ｂで、一次側回路を流れる冷媒と二次側回路を流れる水とを熱交換する。そして、熱交換した水を二次側回路に設置された室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃに供給するようにした。これにより、冷媒流れ方向を冷房運転および暖房運転いずれも一定とすることができる。したがって、二次側回路における性能を維持しながら、複数の室内機１０３が個別に運転または停止をすることができ、運転している室内機１０３では冷房または暖房のいずれか一方で運転する多室型冷暖切替運転を実現することができる。
【０１１６】
実施の形態３．
図１９は、この発明の実施の形態３に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。図１９の空気調和装置３００において、実施の形態１で説明した空気調和装置１００の機器などと同様の動作などを行う機器などには、同一符号を付する。図１に示す実施の形態１の空気調和装置１００と比較して、図１９の実施の形態３における空気調和装置３００は、室外機３０１の構成が異なる。また、実施の形態１の空気調和装置１００に存在する中継機１０２が削減されている。実施の形態３における空気調和装置３００は、各室内機１０３が個別に運転または停止しつつ、運転している室内機１０３が冷房または暖房のいずれか一方で運転する冷暖切替運転が可能な空気調和装置である。
【０１１７】
＜室外機３０１＞
空気調和装置３００の室外機３０１は、実施の形態１の中継機１０２に搭載されていた中継熱交換器８、ポンプ５１、冷媒出口温センサー７６、第１の水温センサー８１および第２の水温センサー８２を有する。このため、空気調和装置３００は中継機１０２が設置されていない。ここで、図１９では、ポンプ５１が室外機３０１に搭載されている例を示しているが、これに限定するものではなく、室外機３０１とは別に設置されていてもよい。
【０１１８】
＜効果＞
以上のように、実施の形態３の空気調和装置３００によれば、室外機３０１が中継熱交換器８およびポンプ５１を有するようにしたので、中継機１０２を設置しなくてもよい。このため、屋内空間に中継機１０２を設置する場所がない場合においても、空気調和装置３００を設置することができる。また、中継機１０２を設置する必要がないため、空気調和装置３００のコストを低減することができる。さらに、室外機３０１から室内機１０３ａ〜１０３ｃまでの熱搬送を水で行うことができるので、冷媒量を削減することができる。
【０１１９】
実施の形態４．
図２０は、この発明の実施の形態４に係る空気調和装置における回路などの構成の一例を模式的に記載した図である。図２０の空気調和装置４００において、実施の形態２で説明した空気調和装置２００の機器などと同様の動作などを行う機器などには、同一符号を付する。図２に示す実施の形態２の空気調和装置２００と比較して、図２０の実施の形態４における空気調和装置４００は、室外機４０１の構成が異なる。また、実施の形態２の空気調和装置２００に存在する中継機２０２が削減されている。実施の形態４の空気調和装置４００は、各室内機１０３が個別に運転または停止しつつ、運転している室内機１０３が冷房または暖房を各々選択する冷暖同時運転が可能な空気調和装置である。
【０１２０】
＜室外機４０１＞
空気調和装置４００の室外機４０１は、実施の形態２の中継機２０２に搭載されていた第１の中継熱交換器８ａ、第２の中継熱交換器８ｂ、第１のポンプ５１ａ、第２のポンプ５１ｂを有する。また、室外機４０１は、実施の形態２の中継機２０２に搭載されていた冷媒出口温センサー７６、冷媒中間温センサー７９、第１の水温センサー８１、第２の水温センサー８２、第３の水温センサー８５、第４の水温センサー８６および第１の水温センサー８１を有する。ここで、図２０では、第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂが室外機４０１に搭載されている例を示しているが、これに限定するものではなく、室外機４０１とは別に設置されていてもよい。
【０１２１】
＜効果＞
以上のように、実施の形態４の空気調和装置４００によれば、室外機４０１が、第１の中継熱交換器８ａ、第２の中継熱交換器８ｂ、第１のポンプ５１ａおよび第２のポンプ５１ｂを有するようにしたので、中継機２０２を設置しなくてもよい。このため、屋内空間に中継機２０２を設置する場所がない場合においても、空気調和装置４００を設置することができる。また、中継機２０２を設置する必要がないため、空気調和装置４００のコストを低減することができる。さらに、室外機４０１から室内機１０３ａ〜室内機１０３ｃまでの熱搬送を水で行うことができるので、冷媒量を削減することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１  圧縮機、２  第１の流路切替装置、３  室外熱交換器、３ａ  熱交換器コア、３ｂ  入口側分配器、３ｃ  出口側分配器、４  第２の流路切替装置、５  第１の絞り装置、６，１０  開閉装置、７  一次側往配管、８  中継熱交換器、８ａ  第１の中継熱交換器、８ｂ  第２の中継熱交換器、９  一次側復配管、１１  アキュムレーター、１２  バイパス配管、１３  バイパス絞り装置、１４  冷媒−冷媒熱交換器、１５  室外ファン、１６  第２の絞り装置、５１  ポンプ、５１ａ  第１のポンプ、５１ｂ  第２のポンプ、５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ  二次側往配管、５３，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ  室内熱交換器、５４，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ  流量調整弁、５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ  二次側復配管、５６，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ  室内ファン、５７，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ  第１の流路切替弁、５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ  第２の流路切替弁、７１  第１の高圧センサー、７２  第２の高圧センサー、７３  低圧センサー、７４  第１の液温センサー、７５  第２の液温センサー、７６  冷媒出口温センサー、７７  二相温センサー、７８  ガス温センサー、７９  冷媒中間温センサー、８１  第１の水温センサー、８２  第２の水温センサー、８３，８３ａ，８３ｂ，８３ｃ  室内入口水温センサー、８４，８４ａ，８４ｂ，８４ｃ  室内出口水温センサー、８５  第３の水温センサー、８６  第４の水温センサー、９１  制御装置、１００，２００，３００，４００  空気調和装置、１０１，３０１，４０１  室外機、１０２，２０２  中継機、１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ  室内機。
【要約】
この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、第１の流路切替装置、室外熱交換器、第２の流路切替装置、第１の絞り装置および中継熱交換器を配管接続して、冷媒を循環させる一次側回路と、中継熱交換器、ポンプ、複数の室内熱交換器および熱媒体流量調整装置を配管接続して、熱媒体を循環させる二次側回路とを構成し、冷房運転および暖房運転において、室外熱交換器では冷媒の流れる方向と熱源側流体の流れる方向とが対向し、中継熱交換器では冷媒の流れる方向を一定にする循環経路に第１の流路切替装置および第２の流路切替装置を制御する制御装置を備え、ポンプは、中継熱交換器では冷媒の流れる方向に対して、熱媒体が対向する方向に流れ、複数の室内熱交換器では熱媒体の流れる方向と空調対象空間に係る空気の流れる方向とが対向する向きに設置されるものである。【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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