(57)【要約】【課題】利用側ユニットの利用側温度が異なる場合であっても、各利用側熱交換器への正確な分流制御を行うことができる冷凍装置を提供する。【解決手段】圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニット１に、利用側熱交換器６を備え、利用側熱交換器の利用側温度が互いに異なる複数台の利用側ユニット５，１０，２０を、冷媒配管を介して並列に接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を上記冷媒配管内に封入した冷凍装置３０において、各利用側ユニットの負荷に応じて各利用側ユニットへの冷媒流入量を変化させる分流制御手段８，１７，２７を備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットに、利用側熱交換器を備え、利用側熱交換器の利用側温度が互いに異なる複数台の利用側ユニットを、冷媒配管を介して並列に接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を上記冷媒配管内に封入した冷凍装置において、
各利用側ユニットの負荷に応じて各利用側ユニットへの冷媒流入量を変化させる分流制御手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットに、利用側熱交換器を備え、利用側熱交換器の利用側温度が互いに異なる複数台の利用側ユニットを、冷媒配管を介して並列に接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を上記冷媒配管内に封入した冷凍装置において、
各利用側熱交換器の冷媒の出口温度と負荷側の媒体の各利用側熱交換器への入口温度との温度差に応じて各利用側ユニットへの冷媒流入量を変化させる分流制御手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。
【請求項３】
上記利用側ユニットの少なくとも一台が、利用側熱交換器に水配管を介して貯湯タンクを接続した給湯ユニットであることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項４】
上記利用側ユニットの少なくとも一台が、利用側熱交換器に水配管を介して床暖房パネルを接続した床暖房ユニットであることを特徴とする請求項１又は２記載の冷凍装置。
【請求項５】
上記分流制御手段が冷媒流入量を制御する電子制御弁を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利用側温度の異なる複数台の利用側ユニットを備えた冷凍装置の各利用側ユニットへの分流制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットに、利用側熱交換器を備えた複数台の利用側ユニットを、冷媒配管を介して並列に接続した冷凍装置が知られている（特許文献１参照）。この種のものでは、それぞれの利用側ユニットに、冷媒を適正に分流させる必要がある。この場合の分流制御では、利用側熱交換器を有効利用するため、この利用側熱交換器の中間部分での飽和温度もしくは他の代表温度と、この利用側熱交換器の出口部分での温度との差ΔＴを検出して、この熱交換器が凝縮器として作用する場合、この差ΔＴを根拠にサブクール（ＳＣ）制御を行い、それが蒸発器として作用する場合、この差ΔＴを根拠にスーパヒート（ＳＨ）制御を行い、或いは、各利用側熱交換器の出口温度がほぼ等しくなるように、各利用側熱交換器の出口側に接続された電子制御弁の弁開度を適正開度に制御するのが一般的である。なお、本明細書において、冷凍装置は、ヒートポンプを含むものとする。
【０００３】
【特許文献１】
特許２８０４５２７号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の分流制御技術を、超臨界冷媒（「運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒」）を使用した冷凍装置に用いた場合、複数台の利用側ユニットの利用側温度が異なるとき、各利用側熱交換器の出口温度がまちまちとなって、正確な分流制御を行うことができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、利用側ユニットの利用側温度が異なる場合であっても、各利用側熱交換器への正確な分流制御を行うことができる冷凍装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットに、利用側熱交換器を備え、利用側熱交換器の利用側温度が互いに異なる複数台の利用側ユニットを、冷媒配管を介して並列に接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を上記冷媒配管内に封入した冷凍装置において、各利用側ユニットの負荷に応じて各利用側ユニットへの冷媒流入量を変化させる分流制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を備えた熱源側ユニットに、利用側熱交換器を備え、利用側熱交換器の利用側温度が互いに異なる複数台の利用側ユニットを、冷媒配管を介して並列に接続し、運転中に高圧側が超臨界圧力となる冷媒を上記冷媒配管内に封入した冷凍装置において、各利用側熱交換器の冷媒の出口温度と負荷側の媒体の各利用側熱交換器への入口温度との温度差に応じて各利用側ユニットへの冷媒流入量を変化させる分流制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、上記利用側ユニットの少なくとも一台が、利用側熱交換器に水配管を介して貯湯タンクを接続した給湯ユニットであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、上記利用側ユニットの少なくとも一台が、利用側熱交換器に水配管を介して床暖房パネルを接続した床暖房ユニットであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものにおいて、上記分流制御手段が冷媒流入量を制御する電子制御弁を含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。この冷凍装置３０は、圧縮機２、熱源側熱交換器３、減圧装置４を備えた熱源側ユニット１と、ガスクーラ１１、貯湯タンク１３、循環ポンプ１５及び電子制御弁１７を備えた給湯ユニット１０と、ガスクーラ２１、床暖房パネル２３、循環ポンプ２５及び電子制御弁２７を備えた床暖房ユニット２０と、利用側熱交換器６及び利用側電子制御弁８を備えた空調ユニット５とを有して構成される。
【００１３】
貯湯ユニット１０では、ガスクーラ１１の一端がガス管３１に接続され、ガスクーラ１１の他端が電子制御弁１７を介して液管３３に接続される。このガスクーラ１１には、水配管１６が接続され、この水配管１６に、循環ポンプ１５を介して、貯湯タンク１３が接続される。
【００１４】
床暖房ユニット２０では、ガスクーラ２１の一端がガス管３１に接続され、ガスクーラ２１の他端が電子制御弁２７を介して液管３３に接続される。このガスクーラ２１には、水配管２６が接続され、この水配管２６に、循環ポンプ２５を介して、床暖房パネル２３が接続される。
【００１５】
そして、これら熱源側ユニット１と給湯ユニット１０と床暖房ユニット２０と空調ユニット５とがガス管３１と液管３３により接続されて、冷凍装置３０は、給湯ユニット１０と床暖房ユニット２０を運転しながら、空調ユニット５を暖房運転可能とする。１Ａは熱源側ユニット１の制御装置であり、１０Ａは給湯ユニット１０の制御装置であり、２０Ａは床暖房ユニット２０の制御装置であり、５Ａは空調ユニット５の制御装置である。
【００１６】
本実施形態では、熱源側ユニット１、給湯ユニット１０、床暖房ユニット２０、空調ユニット５、ガス管３１、並びに液管３３内に二酸化炭素冷媒が封入される。上記構成の内、給湯ユニット１０、床暖房ユニット２０、及び空調ユニット５のそれぞれは利用側ユニットを構成する。
【００１７】
二酸化炭素冷媒が封入された場合、図２のエンタルピ・圧力線図に示すように、高圧ガス管３１内は運転中に超臨界圧力で運転される。高圧ガス管３１内が、超臨界圧力で運転される冷媒には、二酸化炭素冷媒のほかに、例えばエチレン、ディボラン、エタン、酸化窒素等が挙げられる。
【００１８】
図２では、圧縮機２の出口は状態ａで示される。冷媒は、ガスクーラ１１，２１及び利用側熱交換器６を通って循環し、ガスクーラ２１の出口では状態ｂまで冷却され、熱を循環水に放出し、利用側熱交換器６の出口では状態ｇまで冷却され、熱を空気に放出し、ガスクーラ１１の出口では状態ｃまで冷却され、熱を循環水に放出する。ついで、冷媒は、減圧装置１７，２７，８，４での圧力低下により、状態ｄに至り、ここではガス／液体の２相混合体が形成される。冷媒は、熱源側熱交換器３において、液相の蒸発により熱を吸収する。この熱源側熱交換器３では、状態ｅを経て、ガス相の冷媒は、熱源側熱交換器３で状態ｆまで加熱されてから圧縮機２の吸込管に向かう。
【００１９】
上記超臨界サイクルにおいて、圧縮機２から吐出される高圧単相ガス冷媒は、凝縮されないが、ガスクーラ１１，２１及び利用側熱交換器６において温度低下が起こる。図２において、ガスクーラ１１，２１及び利用側熱交換器６の出口の温度（状態ｂ，ｇ，ｃ）は、それぞれ異なる。
【００２０】
つぎに、冷凍装置３０の動作を説明する。
【００２１】
給湯ユニット１０では、圧縮機２の吐出冷媒が、ガス管３１を通じてガスクーラ１１に導かれ、このガスクーラ１１で、水配管１６を通る水が加熱されて、高温となった水が貯湯タンク１３に貯えられる。
【００２２】
二酸化炭素冷媒が使用され、高圧の高い超臨界サイクルとなるため、ガスクーラ１１での利用側温度（図２の状態ｃ）を高く設定することが可能になり、ここに貯えられた湯は、約８０℃以上の高温になる。この貯湯タンク１３に貯えられた湯は、図示を省略した配管を介して各種設備へ送られる。
【００２３】
床暖房ユニット２０では、圧縮機２の吐出冷媒が、ガス管３１を通じてガスクーラ２１に導かれ、このガスクーラ２１で、水配管２６を通る水が加熱されて、高温となった水が床暖房パネル２３に供給される。
【００２４】
床暖房のため、それ程高いパネル温度は要求されず、ガスクーラ２１での利用側温度（図２の状態ｂ）は低く設定される。
【００２５】
空調ユニット５では、圧縮機２の吐出冷媒が、ガス管３１を通じて利用側熱交換器６に導かれ、この利用側熱交換器６で熱交換して、被調和室が暖房される。この場合、それ程高い空気温度は要求されず、利用側熱交換器６での利用側温度（図２の状態ｇ）は、ガスクーラ２１での利用側温度（図２の状態ｂ）よりは高く設定されるものの低く設定される。
【００２６】
本実施形態では、熱源側ユニット１から吐出された冷媒の、給湯ユニット１０、床暖房ユニット２０、空調ユニット５の各利用側ユニットへの分流制御に特徴を有する。この種のものでは、それぞれの利用側ユニットに、冷媒を適正に分流させる必要がある。
【００２７】
ここでの分流制御は、それぞれの利用側ユニットの負荷に応じて、各電子制御弁１７，２７，８の弁開度を制御することにより行われる。各利用側ユニットの負荷は、各利用側ユニットの制御装置に設定された設定目標温度と、実際の測定温度との温度差に従い求められる。給湯ユニット１０では、例えば、制御装置１０Ａに設定された貯湯タンク１３内の目標湯温が設定目標温度であり、床暖房ユニット２０、空調ユニット５では、例えば、各制御装置２０Ａ、５Ａに設定された被調和室の目標室温が設定目標温度である。
【００２８】
上述したように、給湯ユニット１０のガスクーラ１１、床暖房ユニット２０のガスクーラ２１、及び空調ユニット５の利用側熱交換器６、のそれぞれの利用側温度が異なる。この冷凍装置３０では、二酸化炭素冷媒が使用されて、高圧の高い超臨界サイクルとなるため、特に、給湯ユニット１０のガスクーラ１１では、貯えられた湯を約８０℃以上の高温にする。そのため、その利用側温度をかなり高く設定される。それに比べ、床暖房ユニット２０のガスクーラ２１、及び空調ユニット５の利用側熱交換器６では、利用側温度をそれ程高く設定されず、当該利用側温度は、給湯ユニット１０のそれよりも低く設定される。この場合、上記ガスクーラ１１、２１、及び利用側熱交換器６の冷媒の出口温度は等しくならず、まちまちとなる。従って、従来のように、利用側熱交換器の出口温度がほぼ等しくなるように、電子制御弁の弁開度を適正開度に制御するような分流制御では、正確な分流制御を行えない。
【００２９】
本実施形態では、それぞれの利用側ユニットの負荷（設定目標温度と、実際の測定温度との温度差に従い求められる。）を検出し、この負荷に応じて、各電子制御弁１７，２７，８の弁開度を制御する。従って、それぞれに対応するガスクーラ１１，２１、或いは利用側熱交換器６に、必要量だけ、即ち、適正量の冷媒だけほぼ正確に分流させることができる。
【００３０】
つぎに、別の実施形態を説明する。
【００３１】
図３は、ガスクーラ１１，２１、及び利用側熱交換器６の入口から出口に至るまでの冷媒の温度変化を示す。
【００３２】
例えば、冷凍サイクルに、相変化する冷媒（フロン系冷媒）が使用された場合、温度変化は曲線Ｌ４、或いは曲線Ｌ５で示すようになる。分流が正常な場合と、分流不良が発生した場合とでは、熱交換器の中間温度と出口温度との温度差Δに大きな変化が現れる。分流が正常な場合、曲線Ｌ４に示すように、熱交換器の中間温度ｔ１と出口温度ｔ２との間には温度差Δ３が現れ、分流不良が発生した場合、曲線Ｌ５に示すように、熱交換器の中間温度ｔ１と出口温度ｔ３との間には温度差Δ４が現れる。これによると、温度差Δ３の値と、温度差Δ４の値とに基づいて、分流の正常、不良を正確に判定できる。従って、その判定に応じて、各電子制御弁１７，２７，８の弁開度を制御することにより、各利用側ユニットの分流制御が可能になる。
【００３３】
これに対し、二酸化炭素冷媒等の冷媒は温度勾配を有する。図３中、曲線Ｌ１は、温度勾配を有する冷媒が使用されて、分流が正常な場合の温度変化を示し、曲線Ｌ２は、同じく温度勾配を有する冷媒が使用されて、分流不良の場合の温度変化を示し、曲線Ｌ３は、負荷側の温度変化を示す。分流が正常な場合の熱交換器の中間温度ｔ１’と出口温度ｔ２との温度差Δ１、並びに分流不良が発生した場合の熱交換器の中間温度ｔ１”と出口温度ｔ３との温度差Δ２は、いずれも、その温度差が小さい。従って、熱交換器の中間温度と出口温度との温度差を計測しても、その値はいずれも小さく、この値に基づいて分流の正常、不良を正確に判定することはできない。
【００３４】
そこで、上記構成では、温度勾配を有する冷媒が使用された場合、各利用側熱交換器の冷媒の出口温度（ｔ２，ｔ３）と、負荷側の媒体の各利用側熱交換器への入口温度（ｔ０）との温度差Δが検知され、この検知値に基づいて、各電子制御弁１７，２７，８の弁開度を制御することにより、各利用側ユニットへの分流が実施される。図１を参照し、利用側熱交換器の冷媒の出口温度（ｔ２，ｔ３）は、温度センサ４１，４３，４５により検出され、負荷側の媒体の利用側熱交換器への入口温度（ｔ０）は、温度センサ４２，４４，４６により検出される。温度センサ４２，４４は、水配管内の水の温度を検出し、温度センサ４６は、被調和室の空気温度を検出する。
【００３５】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、利用側ユニットの利用側温度が異なる場合であっても、各利用側熱交換器への正確な分流制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一実施の形態を示す冷媒回路図である。
【図２】超臨界サイクルのエンタルピ・圧力線図である。
【図３】熱交換器の温度変化を示す線図である。
【符号の説明】
１  熱源側ユニット
２  圧縮機
３  熱源側熱交換器
５  空調ユニット
６  利用側熱交換器
８，１７，２７  電子制御弁
１０  給湯ユニット
１１  ガスクーラ
２０  床暖房ユニット
２１  ガスクーラ
３０  冷凍装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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