(57)【要約】【課題】大形の熱回収チラーにおいて、冷暖完全熱回収運転から冷房運転へ切換える際、高圧側の急激な低下により圧縮機内の冷凍機油が流出して、圧縮機内の油枯渇が発生する問題があった。【解決手段】圧縮機と熱源側熱交換器の間に大容量電磁弁に並列に配管接続した小容量電磁弁を設け、冷暖完全熱回収運転から冷房運転へ切換える場合に、予めこの小容量電磁弁を開き所定時間だけ冷媒を流通させて熱源側熱交換器の圧力を上昇させて、その後冷房運転に切換える。【選択図】        図１
2004205142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、
前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、
冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第１の開閉弁および前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第２の開閉弁と、
前記第２の開閉弁に並列に該第２の開閉弁より口径が小さい第３の開閉弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】
完全熱回収運転から冷房単独運転へ、または冷房単独運転から完全熱回収運転への少なくともどちらか一方の切換え時に第３の開閉弁を開とする制御装置を備えた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】
圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置と熱源側熱交換器の圧力を計測する第２の圧力計測装置を有し、完全熱回収運転から冷房単独運転へ切換える場合に、前記第１および第２の圧力計測装置による検出値に応じて、第１、第２および第３の開閉弁の開閉制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項２記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との差が予め定められた設定範囲以上であれば、完全熱回収運転から、第１の開閉弁を開、第２の開閉弁を閉、第３の開閉弁を開とする第１の部分熱回収運転に切換えて所定時間運転した後に、前記第１の開閉弁を閉、前記第２の開閉弁を開、前記第３の開閉弁を閉とする冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
圧縮機の吐出側圧力と熱源側熱交換器の圧力の差が予め定められた設定範囲以内となった時点で、第１の部分熱回収運転から冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との差が予め定められた設定範囲以下であれば、完全熱回収運転から、第１の開閉弁を閉、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を閉とする冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
第１の部分熱回収運転中は、熱源側熱交換器の熱交換量を前記熱源側熱交換器の最大熱交換量よりも少なくなるように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の冷凍空調装置。
【請求項８】
完全熱回収運転から冷房単独運転へ切換えた場合の冷房単独運転の開始時に、熱源側熱交換器の熱交換量を前記熱源側熱交換器の最大熱交換量よりも少なくなるように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
冷房単独運転から完全熱回収運転へ切換える場合に、冷房単独運転から、第１の開閉弁を開、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を開とする第２の部分熱回収運転に切換えて所定時間運転した後に、前記第１の開閉弁を開、前記第２の開閉弁を閉、前記第３の開閉弁を閉とする完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍空調装置。
【請求項１０】
暖房側熱交換器の負荷側の温度を計測する第１の温度計測装置と圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置を有し、第２の部分熱回収運転中に、前記第１の温度計測装置により検知する暖房負荷側の温度から推定される完全熱回収運転時の圧縮機吐出圧力と、現在の圧縮機吐出圧力との圧力偏差が予め定められた設定範囲以内であれば、前記第２の部分熱回収運転から完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項９記載の冷凍空調装置。
【請求項１１】
第２の部分熱回収運転の際、第１の圧力計測装置の検出値に応じて熱源側熱交換器の熱交換量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の冷凍空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍空調装置に関するものであり、特に冷水、温水などを介し、冷暖房単独運転および冷温水を同時に取り出す冷房暖房同時運転（熱回収運転）を実施することができる冷凍空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷暖房単独運転、および熱回収運転を行えるようにした冷凍空調装置として、圧縮機の吐出側と温水を供給する暖房側熱交換器と空気熱交換器の一端を第１三方弁で接続するとともに、圧縮機の吸入側と冷水を供給する冷房側熱交換器と空気熱交換器の他端を第２三方弁で接続し、第１および第２三方弁の開度制御により、各熱交換器に循環させる流量を調節することで、冷房単独運転、暖房単独運転、冷房主体熱回収運転（冷房能力＞暖房能力）、暖房主体熱回収運転（暖房能力＞冷房能力）、完全熱回収運転（冷房能力≒暖房能力）という５つの運転モードを実現する構成のものがある。（例えば、特許文献１参照）
しかし、この従来例においては、各熱交換器に振り分ける流量を連続可変にするために高価な２個の三方弁が用いられており、冷凍空調装置のコストが上昇するという問題があった。
【０００３】
そこで、三方弁１７の機能を安価な開閉機能のみを持つ電磁弁で代替するために、図１２に示されるような冷凍空調装置がある。この冷凍空調装置では、圧縮機１の吐出側と暖房側熱交換器１０との間を電磁弁２ｂ、圧縮機１の吐出側と空気熱交換器３との間を電磁弁２ａで接続し、圧縮機１の吸入側と冷房側熱交換器８との間を逆止弁４ｃ、圧縮機１の吸入側と空気熱交換器３との間を電磁弁２ｄで接続し、電磁弁２ｂと電磁弁２ａで上記従来の第１三方弁、逆止弁４ｃと電磁弁２ｄで上記従来の第２三方弁の機能を代替させている。
【０００４】
そして冷凍空調装置の運転で各電磁弁は開閉機能のみ持つので、図１３での太線で流路を示すように、電磁弁２ａ、２ｆを開、他の電磁弁を閉とし、圧縮機１、空気熱交換器３（凝縮器として機能）、逆止弁４ａ、レシーバ５、減圧装置７ａ、冷房側熱交換器８（蒸発器として機能）、圧縮機１を環状に接続するようにして、冷房単独運転を実現し、図１４での太線で流路を示すように、電磁弁２ｂ、２ｄ、２ｇを開、他の電磁弁を閉とし、圧縮機１、暖房側熱交換器１０（凝縮器として機能）、レシーバ５、減圧装置７ｂ、空気熱交換器３（蒸発器として機能）、圧縮機１を環状に接続するようにして、暖房単独運転を実現し、図１５での太線で流路を示すように、電磁弁２ｂ、２ｆを開、他の電磁弁を閉とし、圧縮機１、暖房側熱交換器１０（凝縮器として機能）、レシーバ５、減圧装置７ａ、冷房側熱交換器８（蒸発器として機能）、圧縮機１を環状に接続するようにして完全熱回収運転（冷房能力≒暖房能力）を実現し、この３つの運転モードを持つようにしていた。
そして冷房負荷、暖房負荷とも存在し、冷房負荷＞暖房負荷という状況に対しては、上記従来例の冷房主体熱回収運転と同様の能力を発揮するために、図１２の冷凍空調装置では、冷房運転と完全熱回収運転とを負荷に応じた時間で運転を切換えて対応していた。また冷房負荷、暖房負荷とも存在し、暖房負荷＞冷房負荷という状況に対しては、上記従来例の暖房主体熱回収運転と同様の能力を発揮するために、図１２の冷凍空調装置では、暖房運転と完全熱回収運転とを負荷に応じた時間で運転を切換えて対応していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５２−１４００４５号公報（第３−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例には以下のような問題があった。まず、特開昭５２−１４００４５号公報に記載の冷凍空調装置についてであるが、前述したように、熱回収運転を実現するために高価な三方弁が用いられており、冷凍空調装置のコストが上昇する問題があった。また図１２に記載の冷凍空調装置においては、三方弁を安価な電磁弁に代えているので、コスト上昇という問題は回避しているが、負荷に応じて冷房単独運転から完全熱回収運転、完全熱回収運転から冷房単独運転へ運転を切り換える際に以下のようの問題があった。
【０００７】
まず、完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際の問題について説明する。図１６は完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換えたときの圧縮機１の吐出・吸入圧力の変動を表したグラフである。このときの運転条件は暖房側熱交換器１０に供給される温水の温度が５０℃、冷房側熱交換器８に供給される冷水の温度が１２℃、空気熱交換器３の周囲外気温度が−５℃であり、グラフの運転時間１０秒の時点で完全熱回収運転時に開となっている電磁弁２ｂを閉とし、冷房単独運転を実施するために電磁弁２ａを開としている。図１６に示されているように、運転切換と同時に圧縮機１の吐出圧力が大きく低下する。これは、熱回収運転中は、空気熱交換器３は冷媒が流れる流路からは切り離されており、外気温度相当の飽和圧力となり、外気温度が−５℃程度の低外気となると、圧縮機１の吐出圧力よりも相当低い圧力となり、３．９ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度の圧力となる。そして運転切換と同時に圧縮機１吐出側と空気熱交換器３が接続されるので、圧縮機１の吐出圧力が２８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇから８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇと２０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の幅で大きく低下する。このような圧力変化により次のような問題が生じる。
【０００８】
まず圧縮機１が高圧シェルタイプであり、シェル内に冷凍機油を貯めるような形式となっていた場合、圧縮機１吐出圧力（高圧）が大きく低下すると、それにより圧縮機１内の冷凍機油に溶解している冷媒が発泡し、シェル内でフォーミングを生じるようになる。そのため圧縮機１シェル内の冷凍機油がシェル外に持ち出されやすく減少しやすくなり、圧縮機１運転における信頼性を低下させるという問題があった。また圧縮機１吐出側に油分離器を備え、その油分離器内に冷凍機油を保持し、適宜圧縮機１に冷凍機油を供給するような回路構成となっている場合も、同様に油分離器内の冷凍機油がフォーミングにより流出し、圧縮機１への油供給量が滞りやすくなり圧縮機１運転の信頼性が低下するという問題があった。また圧縮機１吐出圧力が大きく低下したときに、減圧装置として、膨張弁を用いた場合、膨張弁の開閉制御が吐出圧力低下に十分に追従しないと、吐出圧力低下とともに圧縮機１吸入圧力も低下する状態となる。冷房側熱交換器８の熱交換媒体として水（冷水）を用いる場合、吸入圧力低下により冷房側熱交換器８での冷媒温度（蒸発温度）が０℃以下になると、冷水が凍結する可能性があるので、このような状態を回避するため冷凍空調装置の運転が停止される。従って冷凍空調装置の運転が連続的に実施されないようになり、冷暖房の負荷に対し十分に追従できないという問題点があった。
【０００９】
次に冷房単独運転から完全熱回収運転に切り換える際の問題について説明する。図１７は冷房単独運転から完全熱回収運転へ切り換えたときの圧縮機１の吐出・吸入圧力の変動を表したグラフである。このときの運転条件は暖房側熱交換器１０に供給される温水の温度が５０℃、冷房側熱交換器８に供給される冷水の温度が１２℃、空気熱交換器の周囲外気温度が−５℃であり、グラフの時間０秒の時点で冷房単独運転時に開となっている電磁弁２ａを閉とし、完全熱回収運転を実施するために電磁弁２ｂを開としている。図１７に示されているように、運転を切換え、完全熱回収運転を開始すると同時に圧縮機１の吐出圧力が数１０秒程度の短時間で大きく上昇する。冷房単独運転中は凝縮器である空気熱交換器３の周囲外気温度が−５℃という低外気であるため、吐出圧力が低い運転となっているが、完全熱回収運転では凝縮器は暖房側熱交換器１０であり、暖房側熱交換器１０に供給される温水の温度が５０℃と高温であるため、その温度に応じて高い吐出圧力で運転される。このような圧力変化により次のような問題が生じる。まず吐出圧力の急上昇に応じて、圧縮機１の吐出温度が過度に上昇しやすくなり、圧縮機１運転の信頼性を低下させるという問題点があった。特に圧縮機１が液インジェクションなどにより、吐出温度が上昇しないように回路構成しているものであれば、吐出温度の過度の上昇に対応して液インジェクションの供給が間に合わなくなる可能性があり、圧縮機１運転の信頼性が低下する。また圧縮機１吐出圧力が急上昇したときに、減圧装置として、膨張弁を用いた場合、膨張弁の開閉制御が吐出圧力上昇に十分に追従しないと、吐出圧力上昇とともに圧縮機１吸入圧力も上昇する状態となる。このとき、圧縮機１の吐出・吸入圧力がともに高い状態となり、圧縮機１が過負荷運転となり、圧縮機１の許容負荷を上回ると、保護のために圧縮機１を停止する、あるいは圧縮機１の運転容量を低下させるという制御が実施されることになる。従って冷凍空調装置の運転が冷暖房の負荷に対応して実施することが難しくなり、冷暖房の負荷に対し十分に追従できないという問題点があった。
【００１０】
本発明は以上の課題に鑑み、冷水、温水などを介し、冷暖房単独運転および冷温水を同時に取り出す冷房暖房同時運転（熱回収運転）を実施することができる冷凍空調装置において、安価に構成するとともに、運転の信頼性を高くし、冷暖房の負荷に追従できる冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る冷凍空調装置において、圧縮機、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第１の開閉弁および前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第２の開閉弁と、前記第２の開閉弁に並列に該第２の開閉弁より口径が小さい第３の開閉弁と、を備えたものである。
【００１２】
【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を図１に示す。図１において、１は圧縮機、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉは電磁弁、３は熱源側熱交換器である空気熱交換器、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅは逆止弁、５はレシーバ、６は高低圧熱交換器、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは減圧装置として用いる温度式膨張弁、８は冷房側熱交換器、９はアキュムレータ、１０は暖房側熱交換器である。この冷凍空調装置では、圧縮機１の吐出側と暖房側熱交換器１０との間を電磁弁２ｂ、圧縮機１の吐出側と空気熱交換器３との間を電磁弁２ａで接続し、圧縮機１の吸入側と冷房側熱交換器８との間を逆止弁４ｃ、圧縮機１の吸入側と空気熱交換器３との間を電磁弁２ｄで接続し、電磁弁２ｂと電磁弁２ａ、そして逆止弁４ｃと電磁弁２ｄでそれぞれ三方弁の機能を代替している。また、この冷凍空調装置の冷媒としてはＲ−４０７Ｃが用いられる。
【００１３】
圧縮機１はスクリュー型圧縮機であり、圧縮機１の冷媒ガス吐出部に吐出されるガス冷媒と冷凍機油を分離する油分離器を内蔵し、ここで分離された冷凍機油は圧縮機１の吸入側に戻され、再度圧縮機１の軸受け部潤滑などに用いられる。空気熱交換器３はファンで送風される外気と熱交換を実施するプレートフィンチューブ型の熱交換器である。電磁弁２ａ〜２ｉはこの冷凍空調装置の運転モードを切り換える電磁弁であり、運転モードに応じてその開閉が決定される。レシーバ５では、冷凍空調装置に充填された冷媒量のうち、他の要素部品に存在する量以外の余剰の冷媒量を液として保持する。アキュムレータ９内部に設けられた高低圧熱交換器６では、レシーバ５を出た高圧の液冷媒と圧縮機１に吸入されるガス冷媒とをアキュムレータ９内で熱交換し、高圧の液冷媒を冷却し過冷却度を大きくし、さらに圧縮機１に吸入するガスを加熱する。また高低圧熱交換器６では、圧縮機１に吸入する冷媒ガスに液が混入する液バック状態であった場合、この液冷媒を蒸発加熱し、液バックを緩和する機能を持つ。温度式膨張弁７ａ、７ｂ、７ｃは図１に示されるように、それぞれ冷房側熱交換器８、空気熱交換器３、暖房側熱交換器１０の出口側に温度を感知する感温筒１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設置されており、各熱交換器の出口過熱度が設定された値になるように制御される。冷房側熱交換器８はプレート熱交換器であり、熱交換器に供給される冷水と冷媒が対向流の流路となるように構成される。暖房側熱交換器１０も同様にプレート熱交換器であり、熱交換器に供給される温水と冷媒が対向流の流路となるように構成される。
【００１４】
また１１はレシーバ５の底部から圧縮機１の圧縮機構部へ配管接続した液インジェクション回路であり、レシーバ５底部に貯留される液冷媒を圧縮機１に供給する。この液インジェクション回路上に設けた膨張弁７ｄは液インジェクション量を制御する温度式膨張弁であり、圧縮機１の吐出ガス部に相当する吐出側配管に感温筒１３ｄが設けられ、過熱度が所定値になるように液インジェクション回路１１を流れる液インジェクション量を制御する。１２はレシーバ５の頂部から圧縮機１の吸入側につながるアキュムレータ９の流入側配管に接続された吸引回路であり、レシーバ５頂部からレシーバ５内のガスを吸引し、圧縮機１吸入側に流す機能を持ち、吸引回路１２上に設けた開閉弁２ｉの開閉により冷媒の流通が制御される。
【００１５】
１４ａ、１４ｂ、１４ｃは圧力センサであり、圧縮機１の吐出側配管に設けられた第１の圧力計測装置１４ａは圧縮機１の吐出圧力、圧縮機１の吸入側配管に設けられた第３の圧力計測装置１４ｂは圧縮機１の吸入圧力、第２の圧力計測装置１４ｃは熱源側熱交換器３の近傍に設けられ圧力を計測する。
【００１６】
第２の開閉弁である電磁弁２ａ、第１の開閉弁である電磁弁２ｂ、第４の開閉弁である電磁弁２ｄ、第５の開閉弁である電磁弁２ｅは、以下に説明されるように各運転モードにおいて圧縮機１で搬送される冷媒が主に流れるので、各電磁弁での圧力損失による冷凍空調装置の性能低下を防止するために大口径のものが用いられる。例えば、圧縮機１で搬送される冷媒流量が４０００ｋｇ／ｈ程度であるならば、電磁弁２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｅはＣｖ値が３０程度のもので圧力損失が０．５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度以下になるものが選択される。
一方、第３の開閉弁である電磁弁２ｃは、従来技術にある、完全熱回収運転から冷房単独運転、または冷房単独運転から完全熱回収運転へのモード切換時に生じる圧力変動を抑制するために電磁弁２ａと並列に設置されており、その口径は電磁弁２ａよりも小さいものである。例えば、圧縮機１で搬送される冷媒流量が４０００ｋｇ／ｈ程度であるならば、電磁弁２ｃはＣｖ値が３程度と電磁弁２ａ、２ｃ、２ｄ、２ｅなどより１／１０程度小さいものが選択される。
【００１７】
また１５は、圧力センサ１４の計測値など、冷凍空調装置の運転状態を計測し、圧縮機１の運転、容量制御、空気熱交換器３のファン風量、電磁弁２の開閉制御など冷凍空調装置の運転を制御する運転制御装置である。
【００１８】
次に実施の形態１における冷凍空調装置での冷媒の流れについて説明する。この冷凍空調装置では運転モードとして、冷水のみを冷却する冷房単独運転、温水のみを加熱する暖房単独運転、冷水冷却と温水加熱を同時に行う完全熱回収運転、および空気熱交換器３の除霜を行うデフロスト運転の４つの運転モードを有する。それぞれの運転モードでの電磁弁２の開閉制御は図１０のように実施される。
また各運転モードにおいて、液インジェクション回路１１では、前述したように、圧縮機１の吐出ガスが適度な過熱度になるようにレシーバ５内の液冷媒が圧縮機１に供給される。
【００１９】
まず冷房単独運転では、電磁弁２ａ、２ｆが開となり、電磁弁２、および逆止弁４により流路が図２の太線のように設定される。冷媒の流れは以下となる。圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、電磁弁２ａを経て空気熱交換器３に流入し、ここで外気と熱交換し冷却され凝縮液化し、飽和液となり、逆止弁４ａを経てレシーバ５に流入する。レシーバ５から流出する飽和液は高低圧熱交換器６で圧縮機１の吸入ガスと熱交換し冷却され、過冷却液となった後で、電磁弁２ｆを経て、温度式膨張弁７ａで減圧され低圧の二相冷媒となり、冷房側熱交換器８に流入する。冷房側熱交換器８で冷媒は、冷水と熱交換し、冷水から熱を奪い冷房能力を発揮するとともに、自身は加熱され、適度な過熱度のガス冷媒となる。このガス冷媒は逆止弁４ｃを経て、アキュムレータ９に流入し、高低圧熱交換器６にて高圧の液冷媒に加熱された後で、圧縮機１に流入する。
【００２０】
暖房単独運転では、電磁弁２ｂ、２ｄ、２ｇが開となり、電磁弁２、および逆止弁４により流路が図３の太線のように設定される。冷媒の流れは以下となる。圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、電磁弁２ｂを経て暖房側熱交換器１０に流入し、ここで温水と熱交換し、温水を加熱することで暖房能力を発揮するとともに、自身は冷却され凝縮液化し、飽和液となり、逆止弁４ｂを経てレシーバ５に流入する。レシーバ５から流出する飽和液は高低圧熱交換器６で圧縮機１の吸入ガスと熱交換し冷却され、過冷却液となった後で、電磁弁２ｇを経て、温度式膨張弁７ｂで減圧され低圧の二相冷媒となり、空気熱交換器３に流入する。空気熱交換器３で冷媒は、外気と熱交換し、加熱され、適度な過熱度のガス冷媒となる。このガス冷媒は電磁弁２ｄを経て、アキュムレータ９に流入し、高低圧熱交換器６にて高圧の液冷媒に加熱された後で、圧縮機１に流入する。
【００２１】
完全熱回収運転では、電磁弁２ｂ、２ｆが開となり、電磁弁２、および逆止弁４により流路が図４の太線のように設定される。冷媒の流れは以下となる。圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、電磁弁２ｂを経て暖房側熱交換器１０に流入し、ここで温水と熱交換し、温水を加熱することで暖房能力を発揮するとともに、自身は冷却され凝縮液化し、飽和液となり、逆止弁４ｂを経てレシーバ５に流入する。レシーバ５から流出する飽和液は高低圧熱交換器６で圧縮機１の吸入ガスと熱交換し冷却され、過冷却液となった後で、電磁弁２ｆを経て、温度式膨張弁７ａで減圧され低圧の二相冷媒となり、冷房側熱交換器８に流入する。冷房側熱交換器８で冷媒は、冷水と熱交換し、冷水から熱を奪い冷房能力を発揮するとともに、自身は加熱され、適度な過熱度のガス冷媒となる。このガス冷媒は逆止弁４ｃを経て、アキュムレータ９に流入し、高低圧熱交換器６にて高圧の液冷媒に加熱された後で、圧縮機１に流入する。
【００２２】
最後にデフロスト運転では、電磁弁２ａ、２ｅ、２ｈが開となり、電磁弁２、および逆止弁４により流路が図５の太線のように設定される。デフロスト運転では、暖房側熱交換器１０の温水を熱源にデフロストを実施する。冷媒の流れは以下となる。圧縮機１から吐出される高圧高温のガス冷媒は、電磁弁２ａを経て空気熱交換器３に流入し、ここで空気熱交換器３を加熱し、デフロスト（除霜）を実施する。冷媒は逆に冷却され凝縮し、逆止弁４ａを経てレシーバ５に流入する。レシーバ５底部から流出する飽和液は高低圧熱交換器６で圧縮機１の吸入ガスと熱交換し冷却され、過冷却液となった後で電磁弁２ｈを経て、温度式膨張弁７ｃで減圧され低圧の二相冷媒となり、暖房側熱交換器１０に流入する。暖房側熱交換器１０で冷媒は、温水と熱交換し、温水に加熱され適度な過熱度のガス冷媒となる。このガス冷媒は電磁弁２ｅを経て、アキュムレータ９に流入し、高低圧熱交換器６にて高圧の液冷媒に加熱された後で、圧縮機１に流入する。
なおデフロスト運転では、レシーバ５の頂部からアキュムレータ９の流入側配管とを接続した吸引回路１２に冷媒が流れるように電磁弁２ｉが開に制御され、レシーバ５を介して空気熱交換器３からガスを引っ張ってくる運転となるので、デフロスト運転中の空気熱交換器３への冷媒寝込みを回避する。
【００２３】
次に、本実施の形態における完全熱回収運転から冷房単独運転への運転モード切換時の動作について説明する。完全熱回収運転においては、前述されるように電磁弁２ｂ、２ｆが開、他の電磁弁が閉に制御され、圧縮機１から暖房側熱交換器１０、レシーバ５、温度式膨張弁７ａ、冷房側熱交換器８、圧縮機１へという流路が形成される。このとき運転条件が、暖房側熱交換器１０への温水入口温度５０℃という条件であった場合、凝縮温度（暖房側熱交換器での冷媒温度）は６３℃程度で運転され、圧縮機の吐出圧力（高圧）は凝縮温度相当の飽和圧力の２８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度となる。一方、空気熱交換器３は、圧縮機１で搬送される冷媒の主流路からは隔離されるので、外気温度と同じ冷媒温度をとるようになり、外気温度−５℃という条件であった場合、空気熱交換器３内の圧力は、外気温度相当の飽和圧力となり、その圧力は３．９ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度となる。
【００２４】
完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際に電磁弁を図１０の完全熱回収運転のパターンから、冷房単独運転のパターンに切り換えると、圧縮機１の吐出ガスが電磁弁２ａを介して、圧力の低い空気熱交換器３に接続され、そのため圧縮機１の吐出圧力が大きく低下し、冷凍機油流出や低圧低下など従来の技術と同様の問題が生じるので、本実施の形態では、図６に示されるような電磁弁２ａ〜２ｉの開閉パターンで運転モードの切換制御を実施する。以下図６の開閉パターンで電磁弁２を制御した場合の動作について説明する。また図７は横軸を運転時間［秒］、縦軸を圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ］とし、この開閉動作を実施したときの圧縮機１の吸入圧力（点線）、吐出圧力（実線）、および空気熱交換気３の圧力変動（一点鎖線）の状況を示す。なお図７での運転条件は、空気熱交換器３への外気温度−５℃、暖房側熱交換器１０への温水入口温度５０℃、冷房側熱交換器８への冷水入口温度１２℃で運転しているものである。
【００２５】
まず図中の運転時間ａ〜ｂの間は完全熱回収運転を実施している。そして時間ｂの時点で、温水温度などから、暖房負荷が減少し暖房能力が必要ないと判断され、完全熱回収運転から冷房単独運転への切換動作が開始され、電磁弁２ｃが閉から開に制御され、第１の部分熱回収運転が実施される。この時点で圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、電磁弁２ｂを経て暖房側熱交換器１０へ流入する冷媒と、電磁弁２ｃを経て空気熱交換器３へ流入する冷媒とに分流される。電磁弁２ｃの口径は、電磁弁２ａ、２ｂよりも小さいので、流動抵抗は大きく、その前後で圧力差が生じ、圧縮機１の吐出圧力と空気熱交換器３との間で圧力差を確保することができる。従って、電磁弁２ｃを開としても、その後の圧力変化は図７に示されるように、電磁弁２ｃを開とした瞬間（時間ｂ）に若干低下するもののその圧力低下幅を小さくすることができる。
【００２６】
時間ｂの時点で電磁弁２ｃを開とした後、空気熱交換器３へは圧縮機１から吐出されたガス冷媒が電磁弁２ｃを介して流入し、それにより空気熱交換器３の圧力は次第に上昇する。そして、時間ｃとなり、空気熱交換器３の圧力が予め設定される適切なレベルまで上昇すると電磁弁２の開閉制御を冷房単独運転と同じように制御する。この時点では圧縮機１の吐出圧力と、空気熱交換器３の圧力差は小さく、電磁弁２の開閉制御により冷房単独運転とし、圧縮機１の吐出側が電磁弁２ａを介して空気熱交換器３へ接続されるようになっても、大幅な吐出圧力低下は生じない。
このとき、許容される吐出圧力低下幅がΔＰ１と設定されている場合には、圧縮機１の吐出圧力と空気熱交換器３の圧力の偏差ΔＰ２（ΔＰ２＝圧縮機１吐出圧力−空気熱交換器３圧力）と比較し、ΔＰ１×１．１＞ΔＰ２となる程度に圧力偏差ΔＰ２が小さくなった段階で、冷房単独運転を開始すると、電磁弁切換時点の圧縮機１吐出圧力の低下幅をΔＰ１以下に抑制できる。
【００２７】
このように、完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際に、予め、電磁弁２ｃを開とし圧縮機１からの吐出冷媒の一部を空気熱交換器３に流入させ、圧力を上昇させてから、冷房単独運転に切り換えるので、運転モード切換の際の圧縮機１吐出圧力の大幅な低下を抑制し、油分離器からの冷凍機油の流出による給油不良や、低圧低下とにより生じる凍結保護による冷凍空調装置の運転停止という状態を回避でき、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実施することができる。
【００２８】
なお、このようなモード切換時の吐出圧力低下を抑制する運転は問題となる圧力低下が発生する可能性の無い場合には特に必要ではないので、状況によっては完全熱回収運転から冷房運転にそのまま切り換えてもよい。例えば、暖房側熱交換器に供給される温水の温度が４０℃であり、空気熱交換器の周囲温度が４０℃であった場合、凝縮温度は５３℃程度で運転され、圧縮機１の吐出圧力（高圧）は凝縮温度相当の飽和圧力の２２ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度となる。一方空気熱交換器３は、圧縮機１で搬送される冷媒の主流路からは隔離されるので、外気温度と同じ冷媒温度をとるようになり、空気熱交換器３内の圧力は、外気温度相当の飽和圧力となり、その圧力は１７ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度となる。このとき、圧縮機１の吐出圧力と空気熱交換器３内の圧力差は５ｋｇｆ／ｃｍ２程度と小さく、運転モードを完全熱回収から冷房単独運転に切り換えても圧縮機１の吐出圧力低下は問題となる程度とはならない。このような状況では、完全熱回収運転から冷房運転にそのまま切り換えることができ、モード切換のための第１の部分熱回収運転の実施を省略できるので、冷凍空調装置に要求される負荷に対応した運転モードに素早く変更することができる。
このときの、直接運転モード切換を実施するかどうかの判断基準も、前述した圧縮機１の吐出圧力と空気熱交換器３の圧力の偏差ΔＰ２によって決定することができる。すなわち、完全熱回収運転実施中に許容される圧力低下幅ΔＰ１×１．１＞ΔＰ２という状況であれば、冷房単独運転に切り換え時の圧縮機１の吐出圧力低下幅は問題の無いので、直接モード切換を実施することが可能となる。
【００２９】
また第１の部分熱回収運転実施中は、圧縮機１から吐出されるガス冷媒の一部が空気熱交換器３に流入するが、外気温度が低い場合には、ガス冷媒は空気熱交換器３内で冷却され液化する。この運転中、空気熱交換器３の圧力は接続される他の部分よりも圧力が低いので、液化された冷媒はそのまま空気熱交換器３内に滞留し寝込むようになる。冷媒の寝込み量は、空気熱交換器３の熱交換量によって決定される。寝込み量が余りに過大になると、第１の部分熱回収運転中に主に冷媒が循環している経路での冷媒量が不足し、運転継続不能となるので、この運転実施中は空気熱交換器３にできるだけ冷媒が寝込まないように、熱交換量が少なくなるよう運転することが望ましい。従って、第１の部分熱回収運転実施中は空気熱交換器のファン制御により運転を停止するなど、できるだけ熱交換量が少なくなるように制御する。また空気熱交換器３が、電磁弁などで流路構成を変更し、伝熱面積を可変にできるようになっているならば、熱交換量が減少するように、伝熱面積をできるだけ小さくなるように運転することが望ましい。このような運転を実施することで、空気熱交換器３への過度の冷媒寝込み回避し、第１の部分熱回収運転を連続して運転できるようになり、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現できる。
【００３０】
また第１の部分熱回収運から冷房単独運転に切り換えた直後の、空気熱交換器３の熱交換量の制御についても、圧縮機１の吐出圧力低下が生じないように制御することが望ましい。例えば、外気温度が−５℃などの低外気であり、暖房側熱交換器１０の温水入口温度が５０℃であった場合、第１の部分熱回収運転中は空気熱交換器３のファンを停止し、空気熱交換器３への冷媒寝込みを抑制しつつ、空気熱交換器３内の圧力を上昇させる運転を実施し冷房単独運転に切り換えるがこのときの圧縮機１の吐出圧力は２２ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度となる。この段階で空気熱交換器３のファンを増速し、熱交換量が最大になるような運転を実施すると、外気温度−５℃に対応し凝縮温度５℃程度で運転されることになるので、圧縮機１の吐出圧力は、凝縮温度での飽和圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度まで低下し、圧力の低下幅が大きくなり、冷凍空調装置運転の信頼性が低下する。そこで、このような状況では空気熱交換器３のファンの運転を圧縮機１の吐出圧力によるフィードバック制御により実施し、圧縮機１の吐出圧力の大幅な低下を生じないように制御する。この制御により、吐出圧力低下による問題点を回避し、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現する。また予めファンの運転パターンを定めるフィードフォワード制御を実施する場合においては、急激に空気熱交換器３の熱交換量が増加しないよう、ファンによる風量制御を小幅な変更幅で、時間をかけて制御することが望ましい。なお、空気熱交換器３の熱交換量を電磁弁などにより流路構成を変更し、伝熱面積を可変にできるようになっている場合においても、圧縮機１の吐出圧力を見てフィードバック制御を実施する、あるいは、熱交換量が急激に増加しないように、伝熱面積を小幅な変更幅で、時間をかけて制御することが望ましい。
【００３１】
なお、電磁弁２ｃの口径（Ｃｖ値）の選択においては、以下のように決定することができる。まず電磁弁２ｃの口径が大きすぎると、例えば電磁弁２ａと同等程度の口径であると、第１の部分熱回収運転を実施しても、圧縮機１の吐出部と空気熱交換器３の差圧（圧力損失）が小さくなるので、第１の部分熱回収運転実施時に圧縮機１の吐出圧力と空気熱交換器３の圧力が同程度となり、大幅な吐出圧力低下を生じ、運転に不具合を来すようになる。また、電磁弁２ｃの口径が小さすぎる場合、圧縮機１の吐出部と空気熱交換器３の差圧（圧力損失）が大きくなるので、第１の部分熱回収運転開始時の吐出圧力低下は回避できるが、第１の部分熱回収運転実施中に圧縮機１からの吐出ガスの空気熱交換器３への流入量が減少し、第１の部分熱回収運転中の空気熱交換器３の圧力上昇が遅くなり、空気熱交換器３の圧力が所定の圧力となるまで実施する第１の部分熱回収の運転時間が長くなる。第１の部分熱回収運転では、前述したように、空気熱交換器３に冷媒が寝込んでおり、その量が時間とともに増加する。そのため、電磁弁２ｃの口径が小さすぎる場合、空気熱交換器３への冷媒寝込み量が多くなり過ぎ、第１の部分熱回収運転中に主に冷媒が循環している経路での冷媒量が不足し、運転継続不能となってしまう。従って、電磁弁２ｃの口径は、第１の部分熱回収運転開始時に圧縮機１の吐出圧力低下が問題とならない程度に小さな口径とするとともに、第１の部分熱回収運転の長さが適度に短く、空気熱交換器３への冷媒寝込み量が多くならない程度の大きな口径とすることが望ましく、前述したように電磁弁２ａの１／１０程度の口径（Ｃｖ値）とすることが望ましい。
【００３２】
また、電磁弁２ａ、２ｃの代わりに口径を可変に制御できる電動弁を用いてもよい。このときの電動弁の口径の制御については、電磁弁２ａ、２ｃの開となっている口径になるように制御する。すなわち、完全熱回収運転中は、電動弁を閉に制御し、第１の部分熱回収運転中は、電磁弁２ｃの口径と等しく制御し、冷房単独運転中は電磁弁２ａの口径と等しくなるように制御する。このような制御を実施することで、電磁弁２ａ、２ｃを用いた場合と同様の運転を実施することができ、この場合も信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実施することができる。
【００３３】
また、図６の運転制御では、第１の部分熱回収運転に引き続き冷房単独運転を実施しているが、第１の部分熱回収運転に引き続き、図１１に示す電磁弁２の制御を実施してなる第２の部分熱回収運転を実施してもよい。第２の部分熱回収運転では、圧縮機１から吐出されたガス冷媒が、電磁弁２ｂを介して暖房側熱交換器１０に流入するとともに、電磁弁２ａおよび２ｃを介して空気側熱交換器３に流入する。流入したガス冷媒はそれぞれの熱交換器で凝縮し、出口で合流した後でレシーバ５に流入する。この運転では電磁弁２ｂ、２ａの口径が同程度であるので、両熱交換器に流入するガス冷媒量は同程度となる。従って完全熱回収運転に比べて、暖房側熱交換器１０に流入する冷媒流量は約１／２（実際には電磁弁２ｃを介して空気熱交換器３へ流入する冷媒もあるので、１／２を若干下回る）となり、暖房側熱交換器１０で発揮される暖房能力も約１／２となる。従って、第２の部分熱回収運転で発揮される能力は、冷房能力については、冷房単独運転および完全熱回収運転と同等、暖房能力については完全熱回収運転の１／２となり、冷房単独運転と完全熱回収運転の中間の能力を発揮する運転となり、完全熱回収運転から冷房単独運転への切換時に実施することで、より冷暖房の負荷に対応した運転が容易になる。また第２の部分熱回収運転においては、低外気条件でもすでに空気熱交換器３の圧力がある程度上昇している運転となるので、完全熱回収運転への切換は直ちに実施できるので、より負荷に追従しやすい運転が可能となる。
【００３４】
この冷凍空調装置の圧力の計測は、圧力センサ１４ａ〜１４ｃで実施されることは前述したが、他の手段を用いて圧力を計測してもよい。例えば、空気熱交換器３の中間部や暖房側熱交換器１０の中間部に温度センサを設け、各熱交換器での凝縮温度を計測し、その飽和圧力を求めることで圧力を計測してもよい。この場合、完全熱回収運転中には、暖房側熱交換器１０の凝縮温度から測定される圧力が圧縮機１の吐出圧力となり、空気熱交換器３の凝縮温度から測定される圧力が空気熱交換器３の圧力となる。
また温度を計測する他の場所として、レシーバ５の温度を計測してもよい。レシーバ５内は気液がともに存在する二相状態であるので、計測される温度に対応した飽和圧力を求めることで圧力が計測できる。またレシーバ５は高圧側にあり各運転モードで冷媒が流れるので、圧縮機１の吐出圧力を計測できる。
【００３５】
また温度式膨張弁７は、図１の冷凍空調装置では各熱交換器に対応し１つずつ設置されているが、１つの温度式膨張弁７を各熱交換器兼用に用いてもよい。また温度式膨張弁の代わりに電子膨張弁やキャピラリーチューブなど他の減圧装置を適用してもよい。ただし、温度式膨張弁７を各熱交換器共通にした場合、冷凍空調装置の各運転モードで蒸発温度が異なり、感温筒１３の温度もそれにより変化するので、モード切換の際に前の運転モードの影響を受けて、運転に不具合を及ぼす可能性があるので、できれば図１の膨張弁７、感温筒１３の配置にように、各熱交換器個別に設置し、運転モード切換の際の影響を受けないようにすることが望ましい。
【００３６】
またこの冷凍空調装置では、圧縮機１をスクリュー型としているが、レシプロ、ロータリー、スクロールなど他の形式の圧縮機であっても、また圧縮機が複数台であっても同様の効果を得ることができる。熱交換器３、８、１０についても、冷房側熱交換器８、暖房側熱交換器１０がシェルアンドチューブ型であったり、空気と熱交換行うプレートフィンチューブ型の熱交換器であっても同様の効果を得ることができるし、空気熱交換器３が水やブラインなどを熱源とするプレート熱交換器やシェルアンドチューブ型の熱交換器であっても同様の効果を得ることができる。また各用途の熱交換器が複数台あっても同様の効果を得ることができる。
また冷凍空調装置に用いられる冷媒についても、Ｒ−４０７Ｃに限定される物では無く、他の冷媒、例えばＨＦＣ系冷媒、あるいはこれらの混合冷媒やＨＣ系冷媒およびこれらの混合冷媒、あるいはＣＯ２、水などの自然冷媒を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３７】
実施の形態２．
以下本発明の実施の形態２示す。実施の形態２においても冷凍空調装置は図１に示される実施の形態１と同じであるので、冷媒回路各要素の構成についての説明は省略する。
【００３８】
冷房単独運転から完全熱回収運転への運転切換において、電磁弁２の開閉を図１０に従って切り換えると、従来例の問題点にあるように、圧縮機１の吐出圧力が急上昇するという問題が生じるので、この問題を回避するため、本実施の形態においては、図８の横軸を運転時間として各電磁弁２の開閉状態を示すような制御を実施する。また図９は横軸を運転時間［秒］、縦軸を圧力［ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ］とし、図８の開閉動作を実施したときの、切換動作開始以降の圧縮機１の吸入圧力（点線）と吐出圧力（実線）の状況を示す。なお図９での運転条件は、外気温度−５℃、暖房側熱交換器１０への温水入口温度５０℃、冷房側熱交換器８への冷水入口温度１２℃で運転しているものである。
【００３９】
まず運転時間ａ〜ｂの間は冷房単独運転を実施している。そして時間ｂの時点で、温水温度などから、暖房負荷が増大し暖房能力が必要と判断され、冷房単独運転から完全熱回収運転への切換動作が開始され、電磁弁２ｂおよび電磁弁２ｃが閉から開に制御され、第２の部分熱回収運転が実施される。この時点で圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、電磁弁２ｂを経て暖房側熱交換器１０へ流入する冷媒と、電磁弁２ａ、２ｃを経て空気熱交換器３へ流入する冷媒とに分岐される。
第２の部分熱回収運転開始時には図９に示されるように、吐出圧力は冷房運転時と同程度の低い圧力であり、凝縮温度は温水温度よりも低い温度になる。従って、第２の部分熱回収運転の開始時では、暖房側熱交換器１０では温水から熱をもらい加熱される一方、空気熱交換器３では外気に放熱する運転を実施する。冷凍空調装置運転において、高圧（＝吐出圧力）が上昇するには、外部から何らかのエネルギを受けることが必須であり、第２の部分熱回収運転では、暖房側熱交換器１０において温水から熱エネルギをもらうとともに、空気熱交換器３で外気に放出される熱エネルギ量が減少することで高圧が上昇する。しかし、従来例にあるように第２の部分熱回収運転を実施せず完全熱回収運転を実施すると、圧縮機１から吐出されるガス冷媒がすべて、暖房側熱交換器１０に流入し、ここで受けるエネルギ量が多すぎる一方、空気熱交換器３で外気に放出される熱エネルギ量が０となる状態となって、エネルギ授受量が多くなり過ぎ、高圧が急上昇するのに比べ、本実施の形態の場合には、暖房側熱交換器１０に流入する冷媒量が少なく、そのため暖房側熱交換器１０において受けるエネルギ量が低下することと、空気熱交換器３で熱エネルギを適量外気に放出することから、高圧の急上昇が抑制され、適度な上昇速度とすることができる。
【００４０】
そして、時間ｃの段階で、圧縮機１の吐出圧力が十分上昇した段階で完全熱回収運転への切換が実施される。このように運転を切り換えることで、完全熱回収運転に切り換えた時点での吐出圧力急上昇も抑制することができる。このときの運転切換のタイミングとしては、暖房側熱交換器１０に供給される温水の温度を計測する第１の温度計測装置を設けて検知した温水温度と圧縮機の吐出圧力から推測される吐出圧力の上昇幅によって決定することができる。完全熱回収運転実施時は暖房側熱交換器１０が凝縮器となるので、暖房側熱交換器１０に流入する温水温度によって、冷媒側の凝縮温度が決まり、この凝縮温度から吐出圧力が決定される。この温水温度と凝縮温度の相関は暖房側熱交換器１０の特性によって決定されるので、この相関を予め運転試験などで把握しておくことにより、完全熱回収運転に切り換えた後の吐出圧力がどこまで上昇するか推測できる。そこで、完全熱回収運転を開始するタイミングとしては、温水温度から推測される完全熱回収運転実施時の吐出圧力と現在の吐出圧力との偏差が予め設定された偏差以下、例えば、両圧力の偏差が５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ以下となってから電磁弁２を切り換えるようにする。このような運転を実施することで、完全熱回収運転開始時の吐出圧力の急上昇を抑制できる。
以上のように電磁弁２の開閉制御を実施することで、吐出圧力急上昇に伴う運転信頼性の低下を回避でき、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００４１】
なお、運転条件によっては高圧急上昇が発生する可能性の無い場合もあるので、状況によっては冷房運転から完全熱回収運転にそのまま切り換えてもよい。例えば、暖房側熱交換器１０に供給される温水の温度が４０℃であり、空気熱交換器３の周囲温度が３５℃であった場合、冷房単独運転時の凝縮温度は４５℃程度となり吐出圧力は１８ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ、完全熱回収運転時の凝縮温度は５３℃程度となり吐出圧力は２２ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度で運転される。このとき、各運転での圧縮機１の吐出圧力差は４ｋｇｆ／ｃｍ２程度と小さく、運転モードを冷房単独運転から完全熱回収運転に切り換えても圧縮機１の吐出圧力上昇は問題となる程度とはならない。このような状況では、冷房単独運転から完全熱回収運転にそのまま切り換えることができ、モード切換のための第２の部分熱回収運転の実施を省略できるので、冷凍空調装置に要求される負荷に対応した運転モードに素早く変更することができる。
このときの、直接運転モード切換を実施するかどうかの判断基準も、前述した完全熱回収運転実施時になると推測される吐出圧力と現在の吐出圧力との偏差によって決定することができる。この運転条件の場合、吐出圧力の偏差は４ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇであり、偏差の許容範囲を５ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇとすると、許容範囲内であるので、この状態では運転切換時の吐出圧力上昇は問題の無いレベルと判断し、直接モード切換を実施する。
【００４２】
また第２の部分熱回収運転実施中は、吐出圧力が上昇し、凝縮温度も上昇するので、空気熱交換器３での熱交換量が増加し、冷媒が凝縮しやすくなる。外気温度が低い場合には、空気熱交換器３内で冷却され液化する量が増加し、空気熱交換器３内に滞留し寝込みやすくなる。寝込み量が余りに過大になると、第２の部分熱回収運転中に他の冷媒回路構成要素に必要な冷媒量が不足する状況となり、運転継続不能となるので、この運転実施中は空気熱交換器３にできるだけ冷媒が寝込まないように、熱交換量が少なくなるよう運転することが望ましい。
従って、第２の部分熱回収運転実施中の空気熱交換器３のファンの運転を停止する制御を実施するなど、できるだけ熱交換量が少なくなるように制御する。また空気熱交換器３が、電磁弁などで流路構成を変更し、伝熱面積を可変にできるようになっているならば、熱交換量が減少するように、伝熱面積をできるだけ小さくなるように運転することが望ましい。このような運転を実施することで、空気熱交換器３への過度の冷媒寝込み回避し、第２の部分熱回収運転を連続して運転できるようになり、信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現できる。
ただし、空気熱交換器３での熱交換量を少なくしすぎると、暖房側熱交換１０から受けるエネルギ量が大きい場合、吐出圧力の上昇がかえって急になりすぎる場合もある。このような場合に対応するために、圧縮機１の吐出圧力の変動を検知し、ある一定時間の上昇幅が設定値より大きくなるなど、上昇の変化が急であると判断される場合には、適宜空気熱交換器３のファンを運転し、外気へ放出するエネルギ量を増加させることで、高圧の上昇を抑制する。
【００４３】
なお、第２の部分熱回収運転においては、空気熱交換器３に通じる電磁弁２ａ、２ｃどちらも開として運転しているが、電磁弁２ｃは閉のままで、電磁弁２ａのみ開として、第２の部分熱回収運転を行ってもよい。ただし、電磁弁２ｃを閉じると、電磁弁２ａ、２ｃを開とした運転に比べ、圧縮機１を吐出されたガスが空気熱交換器３に流入する流量が減少し、逆に暖房側熱交換器１０に流入する流量が増加する。このため、暖房側熱交換器１０において、温水より受けるエネルギ量が増加し、吐出圧力の上昇速度が増大する。従って、吐出圧力の上昇を抑制したいような運転条件の場合、例えば、温水入口温度が高く外気温度が低い条件の場合には、電磁弁２ｃを開として運転するほうが望ましい。また吐出圧力の上昇が早いと冷凍空調装置の暖房能力が早く出ることになるので、吐出圧力の上昇が信頼性に影響を与えない運転条件の場合、例えば、温水入口温度が低く、外気温度が高い条件の場合には、電磁弁２ｃを閉として、吐出圧力の上昇を早め、速やかに完全熱回収運転に切り換えられるようにしてもよい。このような運転を実施することで、冷凍空調装置の運転信頼性を確保しつつ、冷暖房負荷に対して速やかに追従できる冷凍空調装置を得ることができる。
また電磁弁２ｃの口径については上記のように、電磁弁２ａと併用して吐出圧力の上昇を適度に抑制する運転を実施することを考えると、電磁弁２ａよりも口径（Ｃｖ値）が小さいものが望ましい。電磁弁２ｃの口径として電磁弁２ａの口径の５０％程度のものを選択し、電磁弁２ａ、２ｃの開閉を（１）電磁弁２ａ閉、２ｃ開、（２）電磁弁２ａ開、２ｃ閉、（３）電磁弁２ａ開、２ｃ開というように３段階で制御すると、圧縮機１と空気熱交換器３との間にある電磁弁２ａ、２ｃの合計のＣｖ値が電磁弁２ａの（１）５０％、（２）１００％、（３）１５０％と連続的に制御でき、運転切換時に吐出圧力の上昇を抑制しつつ暖房能力を速やかに発揮するより最適な制御を実施することが可能となる。
【００４４】
また、図８の運転制御では、第２の部分熱回収運転に引き続き完全熱回収運転を実施しているが、暖房負荷の状況によってはそのまま第２の部分熱回収運転を継続してもよい。第１の実施の形態で述べたように、第２の部分熱回収運転では、完全熱回収運転の約１／２の暖房能力となる。従って暖房負荷が第２の部分熱回収運転でまかなえる程度であるならば、第２の部分熱回収運転を継続して実施することで、より負荷に追従した運転が可能となる。
【００４５】
また、第２の部分熱回収運転実施時に吸引回路１２に設けた電磁弁２ｉを開とし、吸引回路１２に冷媒を流す運転を実施してもよい。この場合、レシーバ５底部から冷房側熱交換器８に向けて液冷媒が流れるとともに、レシーバ５頂部から吸引回路１２にレシーバ内のガス冷媒が圧縮機１吸入側に流れる運転となる。従ってレシーバ５から気液の冷媒が流出することになるので、レシーバ５に流入する冷媒も気液二相の冷媒となり、吸引回路１２に冷媒を流さない場合に比べてよりガスを多く含む冷媒が流入する。空気熱交換器３出口の冷媒状態もこれによりガスを多く含む方向に変化し、より過冷却度の小さい、または気液二相であればより乾き度の大きい状態となる。空気熱交換器３出口状態がこのように変化すると、熱交換器内全体の液量も減少することになるので、冷媒が寝込んだとしても寝込み量の少ない運転を実現できる。
前述したように、第２の部分熱回収運転において、ファン制御を実施した場合、空気熱交換器３に冷媒が寝込み、冷媒量不足により運転が継続できなくなる可能性があるが、このような状況に対応して、電磁弁２ｉを開とし、吸引回路１２に冷媒を流す運転を実施すると空気熱交換器３内に寝込んだ冷媒をレシーバ５に、引いては冷凍サイクル全体に回収することができ、冷媒量不足による運転不能状態を回避でき、より信頼性の高い冷凍空調装置の運転を実現できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、圧縮機、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第１の開閉弁および前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第２の開閉弁と、前記第２の開閉弁に並列に該第２の開閉弁より口径が小さい第３の開閉弁とを備えたので、完全熱回収運転から冷房単独運転への切換時、あるいは冷房単独運転から熱回収運転への切換時の圧縮機吐出圧力の過度の変動を抑制し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００４７】
また、圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置と熱源側熱交換器の圧力を計測する第２の圧力計測装置を有し、完全熱回収運転から冷房単独運転へ切換える場合に、前記第１および第２の圧力計測装置による検出値に応じて、第１、第２および第３の開閉弁の開閉制御を行う制御装置を備えたので、完全熱回収運転から冷房単独運転への切換時の圧縮機吐出圧力の過度の低下を抑制し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００４８】
また、第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との差が予め定められた設定範囲以下であれば、完全熱回収運転から、第１の開閉弁を閉、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を閉とする冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたので、完全熱回収運転から冷房単独運転への切換時に速やかに冷房運転を実施でき、負荷追従性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００４９】
また、第１の部分熱回収運転中は、熱源側熱交換器の熱交換量を前記熱源側熱交換器の最大熱交換量よりも少なくなるように制御する制御装置を備えたので、第１の部分熱回収運転中の熱源側熱交換器への冷媒寝込みによる冷媒量不足状態を回避し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００５０】
また、冷房単独運転から完全熱回収運転へ切換える場合に、冷房単独運転から、第１の開閉弁を開、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を開とする第２の部分熱回収運転に切換えて所定時間運転した後に、前記第１の開閉弁を開、前記第２の開閉弁を閉、前記第３の開閉弁を閉とする完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたので、冷房単独運転から完全熱回収運転への切換時の圧縮機吐出圧力の過度の上昇を抑制し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００５１】
また、暖房側熱交換器の負荷側の温度を計測する第１の温度計測装置と圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置を有し、第２の部分熱回収運転中に、前記第１の温度計測装置により検知する暖房負荷側の温度から推定される完全熱回収運転時の圧縮機吐出圧力と、現在の圧縮機吐出圧力との圧力偏差が予め定められた設定範囲以内であれば、前記第２の部分熱回収運転から完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたので、完全熱回収運転開始時の圧縮機吐出圧力の過度の上昇を抑制し、信頼性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【００５２】
また、第２の部分熱回収運転の際、第１の圧力計測装置の検出値に応じて熱源側熱交換器の熱交換量を制御する制御装置を備えたので、第２の部分熱回収運転実施時の圧縮機吐出圧力の上昇を適切に制御し、信頼性の高い冷凍空調装置を得るとともに、負荷追従性の高い冷凍空調装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の冷媒回路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の冷房単独運転での冷媒流路を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の暖房単独運転での冷媒流路を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の完全熱回収運転での冷媒流路を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置のデフロスト運転での冷媒流路を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際の電磁弁制御方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係わる冷凍空調装置の完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際の圧力変動を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係わる冷凍空調装置の冷房単独運転から完全熱回収運転へ切り換える際の電磁弁制御方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる冷凍空調装置の冷房単独運転から完全熱回収運転へ切り換える際の圧力変動を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１及び２に係わる運転モードによる電磁弁の開閉制御のパターン図である。
【図１１】本発明の実施の形態１及び２に係わる部分熱回収運転での電磁弁の開閉制御のパターン図である。
【図１２】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路を示す図である。
【図１３】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路での冷房単独運転での冷媒流路を示す図である。
【図１４】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路での暖房単独運転での冷媒流路を示す図である。
【図１５】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路での完全熱回収運転での冷媒流路を示す図である。
【図１６】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路での完全熱回収運転から冷房単独運転へ切り換える際の圧力変動を示す図である。
【図１７】従来の冷凍空調装置の別の冷媒回路での冷房単独運転から完全熱回収運転へ切り換える際の圧力変動を示す図である。
【符号の説明】
１  圧縮機、  ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ  電磁弁、  ３  空気熱交換器、  ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ  逆止弁、  ５  レシーバ、  ６  高低圧熱交換器、  ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  膨張弁、  ８  冷房側熱交換器、  ９  アキュムレータ、  １０  暖房側熱交換器、  １１  液インジェクション回路、  １２  吸引回路、  １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ感温筒、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  圧力センサ、  １５  計測制御装置。
【図１】
2004205142.tif 000003
【図２】
2004205142.tif 000004
【図３】
2004205142.tif 000005
【図４】
2004205142.tif 000006
【図５】
2004205142.tif 000007
【図６】
2004205142.tif 000008
【図７】
2004205142.tif 000009
【図８】
2004205142.tif 000010
【図９】
2004205142.tif 000011
【図１０】
2004205142.tif 000012
【図１１】
2004205142.tif 000013
【図１２】
2004205142.tif 000014
【図１３】
2004205142.tif 000015
【図１４】
2004205142.tif 000016
【図１５】
2004205142.tif 000017
【図１６】
2004205142.tif 000018
【図１７】
2004205142.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月19日(2004.2.19)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【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、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、
前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、
冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える前記圧縮機と暖房側熱交換器の間に設けた第１の開閉弁および前記圧縮機と熱源側熱交換器の間に設けた第２の開閉弁と、
前記第２の開閉弁に並列に該第２の開閉弁より口径が小さい第３の開閉弁と、
を備えたことを特徴とする冷凍空調装置。
【請求項２】
完全熱回収運転から冷房単独運転へ、または冷房単独運転から完全熱回収運転への少なくともどちらか一方の切換え時に第３の開閉弁を開とする制御装置を備えた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】
圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置と熱源側熱交換器の圧力を計測する第２の圧力計測装置を有し、完全熱回収運転から冷房単独運転へ切換える場合に、前記第１および第２の圧力計測装置による検出値に応じて、第１、第２および第３の開閉弁の開閉制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項２記載の冷凍空調装置。
【請求項４】
第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との差が予め定められた設定範囲以上であれば、完全熱回収運転から、第１の開閉弁を開、第２の開閉弁を閉、第３の開閉弁を開とする第１の部分熱回収運転に切換えて所定時間運転した後に、前記第１の開閉弁を閉、前記第２の開閉弁を開、前記第３の開閉弁を閉とする冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の冷凍空調装置。
【請求項５】
圧縮機の吐出側圧力と熱源側熱交換器の圧力の差が予め定められた設定範囲以内となった時点で、第１の部分熱回収運転から冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の冷凍空調装置。
【請求項６】
第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との差が予め定められた設定範囲以下であれば、完全熱回収運転から、第１の開閉弁を閉、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を閉とする冷房単独運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の冷凍空調装置。
【請求項７】
第１の部分熱回収運転中は、熱源側熱交換器の熱交換量を前記熱源側熱交換器の最大熱交換量よりも少なくなるように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項４記載の冷凍空調装置。
【請求項８】
完全熱回収運転から冷房単独運転へ切換えた場合の冷房単独運転の開始時に、熱源側熱交換器の熱交換量を前記熱源側熱交換器の最大熱交換量よりも少なくなるように制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の冷凍空調装置。
【請求項９】
冷房単独運転から完全熱回収運転へ切換える場合に、冷房単独運転から、第１の開閉弁を開、第２の開閉弁を開、第３の開閉弁を開とする第２の部分熱回収運転に切換えて所定時間運転した後に、前記第１の開閉弁を開、前記第２の開閉弁を閉、前記第３の開閉弁を閉とする完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷凍空調装置。
【請求項１０】
暖房側熱交換器の負荷側の温度を計測する第１の温度計測装置と圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置を有し、第２の部分熱回収運転中に、前記第１の温度計測装置により検知する暖房負荷側の温度から推定される完全熱回収運転時の圧縮機吐出圧力と、現在の圧縮機吐出圧力との圧力偏差が予め定められた設定範囲以内であれば、前記第２の部分熱回収運転から完全熱回収運転へ切り換わる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする請求項９記載の冷凍空調装置。
【請求項１１】
第２の部分熱回収運転の際、第１の圧力計測装置の検出値に応じて熱源側熱交換器の熱交換量を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の冷凍空調装置。
【請求項１２】
第２の開閉弁と、これに並列に接続された第３の開閉弁との代わりに口径可変の電動弁を備えたことを特徴とする請求項１、２、３、４、６または９記載の冷凍空調装置。
【請求項１３】
圧縮機、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える開閉弁とを有する冷凍空調装置の運転制御方法であって、前記圧縮機の吐出側圧力を計測する第１の圧力計測装置により検知される吐出側圧力と前記熱源側熱交換器の圧力を計測する第２の圧力計測装置により検知される熱源側熱交換器の圧力との圧力差ΔＰ２を算出するステップと、前記圧力差ΔＰ２が予め定められた設定範囲以上の際に、前記完全熱回収運転から第１の部分熱回収運転に切換えるステップと、前記第１の部分熱回収運転を所定時間運転した後に、冷房単独運転に切換えるステップとを備えたことを特徴とする冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項１４】
圧力差ΔＰ２が予め定められた設定範囲以下の際に、前記完全熱交換器運転からそのまま冷房単独運転に切換えるステップとを備えたことを特徴とする請求項１３記載の冷凍空調装置の運転制御方法。
【請求項１５】
圧縮機、暖房側熱交換器、減圧装置および冷房側熱交換器を環状に接続して、前記暖房側熱交換器から温熱、前記冷房側熱交換器から冷熱を供給する完全熱回収運転の冷媒回路と、前記圧縮機、熱源側熱交換器、前記減圧装置および前記冷房側熱交換器を環状に接続して、前記冷房側熱交換器から冷熱のみを供給する冷房単独運転の冷媒回路と、冷暖房負荷に応じて、前記完全熱回収運転と冷房単独運転とを切換える開閉弁とを有する冷凍空調装置の運転制御方法であって、前記冷房単独運転から第２の部分熱回収運転に切換えるステップと、前記第２の部分熱回収運転を所定時間運転した後に、前記完全熱回収運転に切換えるステップとを備えたことを特徴とする冷凍空調装置の運転制御方法。