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WO2024166276A1 - 空気調和装置 - Google Patents

空気調和装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2024166276A1
WO2024166276A1 PCT/JP2023/004284 JP2023004284W WO2024166276A1 WO 2024166276 A1 WO2024166276 A1 WO 2024166276A1 JP 2023004284 W JP2023004284 W JP 2023004284W WO 2024166276 A1 WO2024166276 A1 WO 2024166276A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
detection unit
heat source
flow rate
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/004284
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
信太朗 増井
万誉 篠崎
祐治 本村
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2023/004284 priority Critical patent/WO2024166276A1/ja
Publication of WO2024166276A1 publication Critical patent/WO2024166276A1/ja

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00Evaporators; Condensers
    • F25B39/02Evaporators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40Fluid line arrangements
    • F25B41/42Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions
    • F25B41/45Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions for flow control on the upstream side of the diverging point, e.g. with spiral structure for generating turbulence

Definitions

  • This disclosure relates to air conditioners that use a refrigeration cycle to perform heating and cooling, and in particular to the control of a flow control valve installed in an indoor unit.
  • An air conditioner that uses a refrigeration cycle is equipped with a refrigerant circuit through which a refrigerant flows, which is formed by connecting a heat source unit having a compressor and a heat source side heat exchanger to an indoor unit having a flow control valve (hereinafter also referred to as a load side flow control valve) and a load side heat exchanger by piping.
  • a flow control valve hereinafter also referred to as a load side flow control valve
  • a load side heat exchanger a load side heat exchanger
  • SC target control when controlling the condensation capacity of the load side heat exchanger during heating, some perform SC target control, which adjusts the opening of the load side flow control valve using the degree of subcooling as a control parameter (see, for example, Patent Document 1).
  • the degree of subcooling is the difference between the condensing temperature and the refrigerant temperature at the outlet of the load side heat exchanger, which is the condenser.
  • SC target control the load side flow control valve is controlled so that the degree of subcooling of the refrigerant at the outlet of the load side heat exchanger, which is the condenser, becomes a predetermined target value.
  • SC target control when SC target control is performed, refrigerant that has a sufficient degree of subcooling at the outlet of the load side heat exchanger flows into the heat source side heat exchanger.
  • the load-side flow control valve is controlled using the degree of subcooling of the refrigerant at the outlet of the load-side heat exchanger (condenser) as a control parameter during heating
  • the dryness of the refrigerant flowing into the heat-source-side heat exchanger (evaporator) tends to be low.
  • the flow rate of a gaseous fluid is faster than that of a liquid-state fluid, mainly due to the difference in density.
  • the flow rate of the refrigerant slows down.
  • the flow rate of the refrigerant at the inlet of the heat-source-side heat exchanger becomes extremely slow due to the decrease in both the dryness of the refrigerant and the amount of circulating refrigerant. Therefore, the refrigerant cannot be distributed evenly from the distribution header provided at the inlet of the heat-source-side heat exchanger to each refrigerant path, and the refrigerant distribution performance of the heat-source-side heat exchanger may be extremely reduced.
  • This disclosure was made against the background of the above-mentioned problems, and provides an air conditioner that improves the refrigerant distribution performance of the heat source side heat exchanger during low load heating operation.
  • the air conditioning device includes a compressor that compresses and discharges a refrigerant, a load-side heat exchanger that functions as a condenser during heating operation, a flow control valve that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out of the load-side heat exchanger during the heating operation, a heat-source-side heat exchanger that functions as an evaporator during the heating operation, and a control unit that controls the opening of the flow control valve, and the control unit adjusts the opening of the load-side flow control valve during the heating operation using the dryness of the refrigerant flowing into the heat-source-side heat exchanger as a control parameter.
  • the opening of the load side flow control valve is adjusted using the dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger, which is the evaporator, as a control parameter.
  • the decrease in dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger is reduced, thereby reducing the decrease in the flow rate of the refrigerant. Therefore, it is possible to provide an air conditioning device with improved refrigerant distribution performance of the heat source side heat exchanger during low load heating operation.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an air conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a block diagram showing functions of a control unit of an air conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a state during full cooling operation of an air conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a circuit diagram showing a state during full heating operation of an air conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a circuit diagram showing a state during cooling-dominant operation of an air-conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a circuit diagram showing a state during heating-dominant operation of an air-conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for adjusting the opening degree of a load-side flow control valve by a control unit of an air-conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a ph diagram showing an example of a change in the refrigerant state when the opening degree of a load side flow control valve is adjusted in an air conditioning apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an air conditioner 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the air conditioner 1 will be described based on FIG. 1.
  • the air conditioner 1 includes a heat source unit 100, a plurality of indoor units 300a and 300b, a relay unit 200 that distributes refrigerant supplied from the heat source unit 100 to the plurality of indoor units 300a and 300b, and a control unit 10.
  • the number of heat source units 100 and the number of indoor units included in the air conditioning device 1 are not limited to the above numbers.
  • the number of heat source units 100 may be two or more, and the number of indoor units may be three or more.
  • the relay unit 200 can perform cooling or heating operation for each indoor unit, but the relay unit 200 may be configured so that all of the indoor units 30 and 300b perform the same operation.
  • the air conditioning device 1 may not have a relay unit 200, and may have a configuration in which one indoor unit is connected to one heat source unit 100.
  • the air conditioning device 1 is configured by connecting a heat source unit 100, indoor units 300a and 300b, and a relay unit 200.
  • the heat source unit 100 has a function of supplying hot or cold heat to the two indoor units 300a and 300b.
  • the two indoor units 300a and 300b are connected in parallel to each other and have the same configuration.
  • the indoor units 300a and 300b may not be distinguished from each other and may be referred to as the indoor units 300.
  • the indoor unit 300 has a function of cooling or heating a space to be air-conditioned, such as a room, by using the hot or cold heat supplied from the heat source unit 100.
  • the relay unit 200 is interposed between the heat source unit 100 and the multiple indoor units 300a and 300b, and has a function of switching the flow of the refrigerant supplied from the heat source unit 100 in response to a request from each indoor unit 300.
  • the air conditioning device 1 also includes a load capacity detection unit 20 that detects the cooling and heating load capacities of the multiple indoor units 300a and 300b.
  • the cooling and heating load capacities refer to the cooling load capacity and heating load capacity of the multiple indoor units 300a and 300b.
  • the load capacity detection unit 20 includes multiple liquid pipe temperature detection units 303a and 303b, and multiple gas pipe temperature detection units 304a and 304b.
  • the heat source unit 100 and the relay unit 200 are connected on the high pressure side by a high pressure pipe 402 through which a high pressure refrigerant flows, and on the low pressure side by a low pressure pipe 401 through which a low pressure refrigerant flows.
  • the relay unit 200 and each indoor unit 300a, 300b are connected by gas branch pipes 403a, 403b, respectively. Refrigerant mainly in a gas state flows through the gas branch pipes 403a, 403b.
  • the relay unit 200 and each indoor unit 300a, 300b are connected by liquid branch pipes 404a, 404b, respectively. Refrigerant mainly in a liquid state flows through the liquid branch pipes 404a, 404b.
  • the heat source device 100 includes a variable capacity compressor 101, a flow path switching valve 102 that switches the direction of refrigerant flow in the heat source device 100, a heat source side heat exchange unit 120, an accumulator 104 that is connected to the suction side of the compressor 101 via the flow path switching valve 102 and stores liquid refrigerant, and a heat source side flow path adjustment unit 140 that limits the direction of refrigerant flow.
  • the heat source device 100 has a function of supplying hot or cold heat to the indoor units 300a and 300b. Note that, although FIG. 1 illustrates an example in which the flow path switching valve 102 is a four-way valve, the flow path switching valve 102 may be configured by combining two-way valves or three-way valves, etc.
  • the heat source side heat exchange unit 120 includes a main pipe 114, a heat source side heat exchanger 103, a heat source side blower 112, a bypass pipe 113, a heat source side flow control valve 109, a bypass flow control valve 110, and a gas-liquid separation section 111.
  • the heat source side heat exchanger 103 functions as an evaporator or a condenser. In the case of an air-cooled type, the heat source side heat exchanger 103 exchanges heat between the refrigerant and outdoor air, and in the case of a water-cooled type, the heat source side heat exchanger 103 exchanges heat between the refrigerant and water or brine, etc. Although not shown, the heat source side heat exchanger 103 has, for example, multiple heat transfer tubes and a header to which the ends of the multiple heat transfer tubes are connected.
  • the header that serves as the refrigerant inlet functions as a distribution header that distributes the refrigerant returned from the indoor units 300a and 300b to the heat source unit 100 to multiple heat transfer tubes (i.e., multiple refrigerant paths).
  • the heat source side blower 112 controls the heat exchange capacity by changing the amount of air blown to the heat source side heat exchanger 103.
  • One end of the main pipe 114 is connected to the flow path switching valve 102, and the other end is connected to the high-pressure pipe 402.
  • the main pipe 114 is provided with a heat source side heat exchanger 103 and a heat source side flow rate adjustment valve 109.
  • bypass pipe 113 One end of the bypass pipe 113 is connected to the flow path switching valve 102, and the other end is connected to the high-pressure pipe 402, and is connected in parallel to the main pipe 114.
  • the refrigerant flowing through the bypass pipe 113 does not pass through the heat source side heat exchanger 103, and is not heat exchanged in the heat source side heat exchanger 103.
  • the heat source side flow rate control valve 109 is connected in series to the heat source side heat exchanger 103 in the main pipe 114, and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing in the main pipe 114. More specifically, the heat source side flow rate control valve 109 is provided between the heat source side heat exchanger 103 and the gas-liquid separation section 111 in the main pipe 114.
  • the piping section between the heat source side heat exchanger 103 and the heat source side flow rate control valve 109 in the main pipe 114 may be referred to as the first refrigerant piping 501.
  • the heat source side flow rate control valve 109 is, for example, an electric expansion valve with a variable opening.
  • the bypass flow rate control valve 110 is provided in the bypass pipe 113, and adjusts the flow rate of the refrigerant flowing in the bypass pipe 113.
  • the bypass flow rate control valve 110 is, for example, an electric expansion valve with a variable opening.
  • the gas-liquid separation unit 111 separates the refrigerant in a liquid state from the refrigerant in a gas state, and the main pipe 114 is connected to the liquid passing side through which the refrigerant in a liquid state passes, the bypass pipe 113 is connected to the gas passing side through which the refrigerant in a gas state passes, and the low-pressure pipe 401 and the high-pressure pipe 402 are connected to the mixing side through which the refrigerant in a liquid state and the refrigerant in a gas state pass.
  • the gas-liquid separation unit 111 merges the refrigerant flowing in the main pipe 114 and the refrigerant flowing in the bypass pipe 113 and flows them out into the high-pressure pipe 402, and when the refrigerant flows in from the low-pressure pipe 401, it branches the refrigerant flowing in from the low-pressure pipe 401 into the refrigerant flowing in the main pipe 114 and the refrigerant flowing in the bypass pipe 113.
  • the gas-liquid separation unit 111 may be configured, for example, as a T-shaped pipe, or may be configured as a pipe with a processed connection so that the gaseous refrigerant can be easily removed.
  • the gas-liquid separation unit 111 may be configured so that the efficiency of separating the gaseous refrigerant and the liquid refrigerant is 100%, or may be configured so that the efficiency is less than 100%, and it is sufficient that the shape is such that the separation efficiency meets the required specifications of the product.
  • Indoor units 300a and 300b are each provided with gas pipe temperature detection units 304a, 304b, liquid pipe temperature detection units 303a, 303b, and suction temperature detection units 305a, 305b.
  • gas pipe temperature detection unit 304a and gas pipe temperature detection unit 304b may not be distinguished from each other and each may be simply referred to as gas pipe temperature detection unit 304.
  • liquid pipe temperature detection unit 303a and liquid pipe temperature detection unit 303b may not be distinguished from each other and each may be simply referred to as liquid pipe temperature detection unit 303.
  • suction temperature detection unit 305a and suction temperature detection unit 305b may not be distinguished from each other and each may be simply referred to as suction temperature detection unit 305.
  • the liquid pipe temperature detection units 303a and 303b are provided between the load side heat exchangers 301a and 301b and the load side flow rate control valves 302a and 302b, respectively, and detect the temperature of the refrigerant flowing through the liquid branch pipes 404a and 404b that connect the load side heat exchangers 301a and 301b and the load side flow rate control valves 302a and 302b.
  • the piping section between the load side heat exchangers 301a and 301b and the load side flow rate control valves 302a and 302b in the liquid branch pipes 404a and 404b may be referred to as the second refrigerant piping 502a and 502b.
  • the intake temperature detection units 305a, 305b are provided, for example, in the housings of the indoor units 300a and 300b, respectively, and detect the temperature of the indoor air being drawn into the housings.
  • the intake temperature detection units 305a, 305b are composed of, for example, a thermistor, and transmit a signal of the detected temperature to the control unit 10.
  • the intake temperature detection units 305a, 305b may also have a storage device, etc. In this case, the intake temperature detection units 305a, 305b accumulate data of the detected temperature in the storage device, etc. for a predetermined period, and transmit a signal including the detected temperature data to the control unit 10 at predetermined intervals.
  • the relay unit 200 includes a first branch section 240, a second branch section 250, a gas-liquid separator 201, a relay bypass piping 209, a liquid outlet flow control valve 204, a heat exchange section 260, and a relay bypass flow control valve 205.
  • the relay unit 200 is interposed between the heat source unit 100 and the indoor units 300a and 300b, and has the function of switching the flow of refrigerant supplied from the heat source unit 100 in response to requests from the indoor units 300a and 300b, and distributing the refrigerant supplied from the heat source unit 100 to the multiple indoor units 300a and 300b.
  • the first branch 240 is connected at one end to the gas branch pipes 403a and 403b and at the other end to the low pressure pipe 401 and the high pressure pipe 402, and the refrigerant flows in different directions during cooling and heating operations.
  • the first branch 240 is equipped with heating solenoid valves 202a and 202b and cooling solenoid valves 203a and 203b.
  • the heating solenoid valves 202a and 202b are connected at one end to the gas branch pipes 403a and 403b and at the other end to the high pressure pipe 402, and are opened during heating operation and closed during cooling operation.
  • the cooling solenoid valves 203a and 203b are connected at one end to the gas branch pipes 403a and 403b and at the other end to the low pressure pipe 401, and are opened during cooling operation and closed during heating operation.
  • the second check valves 211a, 211b are connected at one end to the liquid branch pipes 404a, 404b and at the other end to the low-pressure pipe 401, allowing the flow of refrigerant from the liquid branch pipes 404a, 404b toward the high-pressure pipe 402.
  • the gas-liquid separator 201 separates refrigerant in a gaseous state from refrigerant in a liquid state, and has an inlet side connected to a high-pressure pipe 402, a gas outlet side connected to a first branch 240, and a liquid outlet side connected to a second branch 250.
  • the relay bypass piping 209 connects the second branch 250 to the low-pressure pipe 401.
  • the liquid outlet flow control valve 204 is connected to the liquid outlet side of the gas-liquid separator 201, and is composed of, for example, an electric expansion valve with a variable opening. The liquid outlet flow control valve 204 adjusts the flow rate of the liquid refrigerant flowing out of the gas-liquid separator 201.
  • the heat exchange section 260 is composed of a first heat exchange section 206 and a second heat exchange section 207.
  • the first heat exchange section 206 is provided between the liquid outflow side of the gas-liquid separator 201 and the liquid outflow side flow rate control valve 204, and in the relay bypass piping 209.
  • the first heat exchange section 206 exchanges heat between the liquid refrigerant flowing out of the gas-liquid separator 201 and the refrigerant flowing in the relay bypass piping 209.
  • the second heat exchange section 207 is provided downstream of the liquid outflow side flow rate control valve 204 and in the relay bypass piping 209.
  • the second heat exchange section 207 exchanges heat between the refrigerant flowing out of the liquid outflow side flow rate control valve 204 and the refrigerant flowing in the relay bypass piping 209.
  • the relay bypass flow rate control valve 205 is connected to the relay bypass piping 209 upstream of the second heat exchange section 207, and is configured, for example, with an electric expansion valve with a variable opening.
  • the relay bypass flow rate control valve 205 adjusts the flow rate of the refrigerant that flows out of the second heat exchange section 207 and flows into the relay bypass piping 209.
  • the relay unit 200 is also provided with a liquid outflow pressure detection unit 231, a downstream liquid outflow pressure detection unit 232, and a relay bypass temperature detection unit 208.
  • the liquid outflow pressure detection unit 231 is provided between the first heat exchange unit 206 and the upstream side of the liquid outflow side flow rate adjustment valve 204, and detects the pressure of the refrigerant on the liquid outflow side of the gas-liquid separator 201.
  • the liquid outflow pressure detection unit 231 is composed of, for example, a sensor, and transmits a signal of the detected pressure to the control unit 10.
  • the liquid outflow pressure detection unit 231 may also have a storage device, etc. In this case, the liquid outflow pressure detection unit 231 accumulates data of the detected pressure in the storage device, etc. for a predetermined period, and transmits a signal including data of the detected pressure at predetermined intervals to the control unit 10.
  • the downstream liquid outflow pressure detection unit 232 is provided between the downstream side of the liquid outflow side flow rate adjustment valve 204 and the second heat exchange unit 207, and detects the pressure of the refrigerant flowing out from the liquid outflow side flow rate adjustment valve 204.
  • the downstream liquid outflow pressure detection unit 232 is composed of, for example, a sensor, and transmits a signal of the detected pressure to the control unit 10.
  • the downstream liquid outflow pressure detection unit 232 may have a storage device, etc. In this case, the downstream liquid outflow pressure detection unit 232 accumulates the detected pressure data in the storage device, etc. for a predetermined period, and transmits a signal including the detected pressure data to the control unit 10 at predetermined intervals.
  • the opening degree of the liquid outflow side flow rate adjustment valve 204 is adjusted so that the difference between the pressure detected by the liquid outflow pressure detection unit 231 and the pressure detected by the downstream liquid outflow pressure detection unit 232 is constant.
  • the relay bypass flow rate adjustment valve 205 has its opening adjusted based on at least one of the pressure detected by the liquid outflow pressure detection unit 231, the pressure detected by the downstream liquid outflow pressure detection unit 232, and the temperature detected by the relay bypass temperature detection unit 208.
  • the air conditioner 1 has a refrigerant filled inside the piping.
  • the refrigerant may be, for example, natural refrigerants such as carbon dioxide (CO 2 ), hydrocarbons, helium, or other chlorine-free fluorocarbon alternatives such as HFC410A, HFC407C, and HFC404A, or fluorocarbon refrigerants such as R22 and R134a used in existing products.
  • HFC407C is a non-azeotropic refrigerant mixture in which HFCs R32, R125, and R134a are mixed at ratios of 23 wt%, 25 wt%, and 52 wt%, respectively.
  • the piping of the air conditioner 1 may be filled with a heat medium instead of a refrigerant.
  • the heat medium may be, for example, water, brine, or the like.
  • the control unit 10 controls the entire system of the air conditioning apparatus 1, and is configured by, for example, a microprocessor unit equipped with a CPU and a memory.
  • the control unit 10 receives detection information (temperature information and pressure information) from various detection units such as the gas pipe temperature detection units 304a, 304b, the liquid pipe temperature detection units 303a, 303b, the suction temperature detection units 305a, 305b, the liquid outflow pressure detection unit 231, the downstream liquid outflow pressure detection unit 232, the relay bypass temperature detection unit 208, the discharge pressure detection unit 126, the suction pressure detection unit 127, the discharge temperature detection unit 128, and the suction temperature detection unit 129.
  • detection information temperature information and pressure information
  • the control unit 10 also receives instructions from remote controls (not shown) attached to the indoor units 300a, 300b. Based on the detection information received from the various detection parts and instructions from the remote control, the control part 10 controls the driving frequency of the compressor 101, the rotation speed of the heat source side blower 112 and the indoor blower (not shown), the switching of the flow path switching valve 102, the opening and closing of the heating solenoid valves 202a, 202b and the cooling solenoid valves 203a, 203b, the opening and closing of the heat source side flow control valve 109, the bypass flow control valve 110, the load side flow control valves 302a, 302b, the liquid outflow side flow control valve 204 and the relay bypass flow control valve 205, etc.
  • the control unit 10 is composed of a control device 141 provided in the heat source unit 100 and a control device 220 provided in the repeater unit 200, but is not limited to this and may be installed in any or all of the heat source unit 100, indoor units 300a, 300b, and repeater unit 200.
  • the control unit 10 may also be installed separately from the heat source unit 100, indoor units 300a, 300b, and repeater unit 200.
  • the control device 141 and the control device 220 are connected to each other wirelessly or via a wire so that they can communicate with each other and can send and receive various data, etc.
  • the control unit 10 may be composed of a single control device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the functions of the control unit 10 of the air conditioning device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the control unit 10 has a storage unit 11, a setting unit 12, and a device control unit 13.
  • the storage means 11 stores various set values, etc.
  • the storage means 11 stores an opening degree table and an air blowing table in which the cooling and heating load capacities of the indoor units 300a and 300b correspond to the opening degree adjustment value of the bypass flow control valve 110, the opening degree adjustment value of the heat source side flow control valve 109, and the output of the heat source side blower 112.
  • the load ratio between the cooling load capacity and the heating load capacity of the indoor units 300a and 300b corresponds to the target temperature of the heat source side heat exchanger 103
  • the target temperature corresponds to the opening degree adjustment value of the bypass flow control valve 110, the opening degree adjustment value of the heat source side flow control valve 109, and the output of the heat source side blower 112.
  • the storage means 11 also stores various calculation formulas such as formulas (1), (2), and (3) described later.
  • the setting means 12 calculates the load ratio between the cooling load capacity and the heating load capacity from various detection values of the load capacity detection unit 20, and switches the operation mode according to the load ratio.
  • the setting means 12 also has a function of judging whether the air conditioner 1 is in cooling-dominant operation or heating-dominant operation.
  • the setting means 12 also collates the cooling/heating load capacities of the multiple indoor units 300a, 300b detected by the load capacity detection unit 20 with the opening degree table and the air blowing table stored in the storage means 11, and sets the opening degree of the bypass flow control valve 110, the opening degree of the heat source side flow control valve 109, and the output of the heat source side blower 112.
  • the setting means 12 calculates a flooding multiplier C corresponding to the dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103 using an arithmetic formula stored in the storage means 11 from the detection values of multiple detection units that detect pressure or temperature, such as the suction pressure detection unit 127, the suction temperature detection unit 129, the discharge pressure detection unit 126, the discharge temperature detection unit 128, the suction temperature detection units 305a, 305b, and the liquid pipe temperature detection units 303a, 303b.
  • the setting means 12 sets the openings of the load side flow control valves 302a, 302b according to the flooding multiplier C obtained by the calculation.
  • the control method for the openings of the load side flow control valves 302a, 302b may be used differently depending on whether the load is low load or not.
  • the setting means 12 calculates a flooding multiplier C corresponding to the dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103, and sets the opening degree of each of the load side flow control valves 302a and 302b according to the flooding multiplier C obtained by the calculation.
  • the equipment control means 13 controls the opening degree of the bypass flow control valve 110, the opening degree of the heat source side flow control valve 109, and the output of the heat source side blower 112 to the opening degree of the bypass flow control valve 110, the opening degree of the heat source side flow control valve 109, and the output of the heat source side blower 112 set by the setting means 12.
  • the equipment control means 13 controls the opening degrees of the load side flow control valves 302a, 302b to the opening degrees of the load side flow control valves 302a, 302b set by the setting means 12.
  • the air conditioner 1 has the following operating modes: full cooling operation, full heating operation, cooling-dominated operation, and heating-dominated operation.
  • Full cooling operation is a mode in which all of the indoor units 300a and 300b perform cooling operation.
  • Full heating operation is a mode in which all of the indoor units 300a and 300b perform heating operation.
  • Cooling-dominated operation is a mode in which the capacity of the cooling operation is greater than the capacity of the heating operation during simultaneous cooling and heating operation.
  • Heating-dominated operation is a mode in which the capacity of the heating operation is greater than the capacity of the cooling operation during simultaneous cooling and heating operation.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the state of the air conditioning apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure in full cooling operation.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the state of the air conditioning apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure in full heating operation.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the state of the air conditioning apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure in cooling-dominated operation.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the state of the air conditioning apparatus 1 according to the embodiment of the present disclosure in heating-dominated operation.
  • high-pressure refrigerant is indicated by solid arrows
  • low-pressure refrigerant is indicated by dashed arrows.
  • the refrigerant is then separated into gaseous and liquid refrigerant by the gas-liquid separator 201, and the liquid refrigerant flows out from the liquid outlet side, flows through the first heat exchange section 206, the liquid outlet side flow control valve 204, and the second heat exchange section 207, in that order, and branches at the second branch section 250.
  • the branched refrigerant flows into the indoor units 300a and 300b through the first check valves 210a and 210b and the liquid branch pipes 404a and 404b, respectively.
  • the refrigerant that flows into the indoor units 300a and 300b is then depressurized to low pressure by the load side flow rate control valves 302a and 302b, which are controlled by the amount of superheat at the outlet side of the load side heat exchangers 301a and 301b, respectively.
  • the depressurized refrigerant flows into the load side heat exchangers 301a and 301b, where it exchanges heat with the indoor air and evaporates into gas. At that time, the entire room is cooled.
  • the gaseous refrigerant then passes through the gas branch pipes 403a and 403b and the cooling solenoid valves 203a and 203b of the first branch section 240, respectively, before joining and passing through the low pressure pipe 401.
  • the refrigerant that has passed through the second heat exchange section 207 flows into the relay bypass pipe 209. Then, the refrigerant that has flowed into the relay bypass pipe 209 is decompressed to a low pressure by the relay bypass flow rate control valve 205, and then in the second heat exchange section 207, it is heat exchanged with the refrigerant that has passed through the liquid outlet side flow rate control valve 204, i.e., the refrigerant before branching to the relay bypass pipe 209, and evaporates. Furthermore, in the first heat exchange section 206, the refrigerant is heat exchanged with the refrigerant before flowing into the liquid outlet side flow rate control valve 204, and evaporates.
  • the evaporated refrigerant flows into the low pressure pipe 401 and merges with the refrigerant that has passed through the cooling solenoid valves 203a and 203b.
  • the merged refrigerant then passes through the fourth check valve 106, the flow path switching valve 102, and the accumulator 104, and is sucked into the compressor 101.
  • the heating solenoid valves 202a and 202b are closed.
  • the cooling solenoid valves 203a and 203b are open.
  • the refrigerant flows through the third check valve 105 and the fourth check valve 106.
  • the liquid branch pipes 404a and 404b are at lower pressure than the high pressure pipe 402, no refrigerant flows through the second check valves 211a and 211b.
  • the bypass flow rate adjustment valve 110 is closed, no refrigerant flows through the bypass pipe 113.
  • the refrigerant is separated into gaseous refrigerant and liquid refrigerant by the gas-liquid separator 201, and the gaseous refrigerant flows out from the gas outlet side of the gas-liquid separator 201 and branches at the first branch section 240.
  • the branched refrigerant flows into the indoor units 300a and 300b through the heating solenoid valves 202a and 202b and the gas branch pipes 403a and 403b.
  • the refrigerant that flows into the indoor units 300a and 300b is condensed and liquefied by heat exchange with the indoor air in the load side heat exchangers 301a and 301b, respectively. At that time, the entire room is heated.
  • the condensed and liquefied refrigerant then passes through the load side flow rate control valves 302a and 302b, which are controlled by the dryness of the refrigerant on the inlet side of the heat source side heat exchanger 103.
  • the refrigerant that has passed through the load side flow control valves 302a and 302b passes through the liquid branch pipes 404a and 404b and the second check valves 211a and 211b of the second branch section 250, respectively, and then merges.
  • the merged refrigerant passes through the second heat exchange section 207 and flows into the relay bypass piping 209, and is reduced in pressure to a low pressure by the relay bypass flow control valve 205.
  • the refrigerant exchanges heat with the refrigerant that has passed through the liquid outflow side flow control valve 204, i.e., the refrigerant before branching into the relay bypass piping 209, and evaporates.
  • the refrigerant exchanges heat with the refrigerant before flowing into the liquid outflow side flow control valve 204, and evaporates.
  • the evaporated refrigerant flows into the low pressure pipe 401, passes through the sixth check valve 108, and flows into the gas-liquid separation section 111.
  • the refrigerant flowing out of the gas-liquid separation section 111 is depressurized by the heat source side flow rate control valve 109, and is evaporated and gasified in the heat source side heat exchanger 103 by heat exchange with the outdoor air blown by the heat source side blower 112.
  • the gasified refrigerant is sucked into the compressor 101 via the flow path switching valve 102 and the accumulator 104.
  • the heating solenoid valves 202a and 202b are open. Also, the cooling solenoid valves 203a and 203b are closed. Also, since the low pressure pipe 401 is at low pressure and the high pressure pipe 402 is at high pressure, the refrigerant flows through the fifth check valve 107 and the sixth check valve 108. Also, the liquid outflow side flow control valve 204 is closed. Also, since the liquid branch pipes 404a and 404b are at higher pressure than the high pressure pipe 402, the refrigerant does not flow through the first check valves 210a and 210b. Furthermore, since the bypass flow control valve 110 is closed, the refrigerant does not flow through the bypass pipe 113.
  • a cooling request is made from the indoor unit 300a, and a heating request is made from the indoor unit 300b.
  • the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 101 passes through the flow path switching valve 102 and branches into a refrigerant flowing into the main pipe 114 and a refrigerant flowing into the bypass pipe 113.
  • the refrigerant flowing into the main pipe 114 is heat-exchanged with the outdoor air blown by the heat source side blower 112 in the heat source side heat exchanger 103, and is condensed and liquefied.
  • the condensed and liquefied refrigerant is then depressurized by the heat source side flow rate control valve 109 and reaches the gas-liquid separation section 111.
  • the refrigerant flowing into the bypass pipe 113 is depressurized by the bypass flow rate control valve 110 and reaches the gas-liquid separation section 111.
  • the refrigerant that has flowed into the heat source side heat exchanger 103 and the refrigerant that has flowed into the bypass pipe 113 join together in the gas-liquid separation section 111, and passes through the third check valve 105 and the high pressure pipe 402 to reach the gas-liquid separator 201.
  • the refrigerant is separated by the gas-liquid separator 201 into refrigerant in a gas state and refrigerant in a liquid state.
  • the liquid refrigerant flowing out from the liquid outlet side of the gas-liquid separator 201 passes through the first heat exchange section 206, the liquid outlet flow control valve 204, and the second heat exchange section 207 to reach the second branch section 250.
  • the refrigerant flows into the indoor unit 300a through the first check valve 210a and the liquid branch pipe 404a of the second branch section 250.
  • the refrigerant that flows into the indoor unit 300a is then reduced in pressure to a low level by the load side flow control valve 302a, which is controlled by the amount of superheat on the outlet side of the load side heat exchanger 301a.
  • the reduced pressure refrigerant flows into the load side heat exchanger 301a, where it exchanges heat with the indoor air and evaporates into gas.
  • the room in which the indoor unit 300a is installed is cooled.
  • the gaseous refrigerant then passes through the gas branch pipe 403a and the cooling solenoid valve 203a of the first branch section 240, and flows into the low-pressure pipe 401.
  • the gaseous refrigerant flowing out from the gas outlet side of the gas-liquid separator 201 passes through the heating solenoid valve 202b of the first branch 240, passes through the gas branch pipe 403b, and flows into the indoor unit 300b.
  • the refrigerant that flows into the indoor unit 300b is condensed and liquefied by heat exchange with the indoor air in the load side heat exchanger 301b.
  • the room in which the indoor unit 300b is installed is heated.
  • the condensed and liquefied refrigerant passes through the load side flow control valve 302b controlled by the subcooling amount on the outlet side of the load side heat exchanger 301b, and becomes a liquid state at an intermediate pressure between high pressure and low pressure.
  • the refrigerant in the intermediate pressure liquid state passes through the liquid branch pipe 404b and the second check valve 211b of the second branch 250, and flows into the second heat exchange section 207.
  • the refrigerant then flows into the relay bypass pipe 209, and is reduced in pressure to low pressure by the relay bypass flow rate control valve 205.
  • the refrigerant is heat exchanged with the refrigerant that has passed through the liquid outlet flow rate control valve 204, i.e., the refrigerant before it branches into the relay bypass pipe 209, and evaporates.
  • the refrigerant is heat exchanged with the refrigerant before it flows into the liquid outlet flow rate control valve 204, and evaporates.
  • the evaporated refrigerant flows into the low-pressure pipe 401 and merges with the refrigerant that has passed through the cooling solenoid valve 203a.
  • the merged refrigerant then passes through the fourth check valve 106, the flow path switching valve 102, and the accumulator 104 before being sucked into the compressor 101.
  • the heating solenoid valve 202a is closed and the heating solenoid valve 202b is open.
  • the cooling solenoid valve 203a is open and the cooling solenoid valve 203b is closed.
  • the low-pressure pipe 401 is at low pressure and the high-pressure pipe 402 is at high pressure
  • the refrigerant flows through the third check valve 105 and the fourth check valve 106.
  • the liquid branch pipe 404a is at a lower pressure than the high-pressure pipe 402, the refrigerant does not flow through the second check valve 211a.
  • the liquid branch pipe 404b is at a higher pressure than the high-pressure pipe 402, the refrigerant does not flow through the first check valve 210b.
  • heating-dominant operation Next, heating-dominant operation will be described with reference to Fig. 6.
  • a heating request is made from the indoor unit 300b, and a cooling request is made from the indoor unit 300a.
  • high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 101 passes through the flow path switching valve 102, the fifth check valve 107, and the high-pressure pipe 402, and reaches the gas-liquid separator 201.
  • the refrigerant is separated by the gas-liquid separator 201 into refrigerant in a gas state and refrigerant in a liquid state.
  • the gaseous refrigerant flowing out from the gas outlet side of the gas-liquid separator 201 passes through the heating solenoid valve 202b of the first branch 240, and flows into the indoor unit 300b through the gas branch pipe 403b.
  • the refrigerant that flows into the indoor unit 300b is condensed and liquefied by heat exchange with the indoor air in the load side heat exchanger 301b. At that time, the room in which the indoor unit 300b is installed is heated.
  • the condensed and liquefied refrigerant then passes through the load side flow control valve 302b, which is controlled by the subcooling amount on the outlet side of the load side heat exchanger 301b, and becomes a liquid state at an intermediate pressure between high pressure and low pressure.
  • the refrigerant in an intermediate pressure liquid state passes through the liquid branch pipe 404b and the second check valve 211b of the second branch 250, and flows into the second heat exchange section 207. At this time, the refrigerant flows out from the liquid outflow side of the gas-liquid separator 201 and merges with the liquid refrigerant that has passed through the first heat exchange section 206 and the liquid outflow side flow control valve 204. The merged refrigerant branches into the refrigerant that flows into the second branch section 250 and the refrigerant that flows into the relay bypass piping 209.
  • the refrigerant that flows into the second branch 250 flows through the first check valve 210a of the second branch 250 and the liquid branch pipe 404a into the indoor unit 300a.
  • the refrigerant that flows into the indoor unit 300a is reduced in pressure to a low level by the load side flow control valve 302a, which is controlled by the amount of superheat at the outlet side of the load side heat exchanger 301a.
  • the reduced pressure refrigerant flows into the load side heat exchanger 301a, where it exchanges heat with the indoor air and evaporates into gas. At that time, the room in which the indoor unit 300a is installed is cooled.
  • the gaseous refrigerant then flows through the gas branch pipe 403a and the cooling solenoid valve 203a of the first branch 240 into the low pressure pipe 401.
  • the refrigerant that has flowed into the relay bypass pipe 209 is decompressed to low pressure by the relay bypass flow rate control valve 205, and then in the second heat exchange section 207, it is heat exchanged with the refrigerant that has passed through the liquid outlet flow rate control valve 204, i.e., the refrigerant before branching to the relay bypass pipe 209, and evaporates.
  • the refrigerant is heat exchanged with the refrigerant before flowing into the liquid outlet flow rate control valve 204, and evaporates.
  • the evaporated refrigerant flows into the low-pressure pipe 401 and merges with the refrigerant that has passed through the cooling solenoid valve 203a.
  • the merged refrigerant then passes through the sixth check valve 108 and flows into the gas-liquid separation section 111.
  • the refrigerant is then separated into gas-state refrigerant and liquid-state refrigerant by the gas-liquid separation section 111.
  • the refrigerant flowing out from the liquid outlet side of the gas-liquid separation section 111 to the main pipe 114 is depressurized by the heat source side flow control valve 109, and is heat exchanged with the outdoor air blown by the heat source side blower 112 in the heat source side heat exchanger 103 to evaporate into gas. Meanwhile, the refrigerant flowing out from the gas outlet side of the gas-liquid separation section 111 to the bypass pipe 113 is depressurized by the bypass flow control valve 110, and then merges with the refrigerant flowing out from the main pipe 114. The merged refrigerant passes through the flow path switching valve 102 and the accumulator 104 and is sucked into the compressor 101.
  • the heating solenoid valve 202b is open and the heating solenoid valve 202a is closed.
  • the cooling solenoid valve 203a is open and the cooling solenoid valve 203b is closed. Since the low-pressure pipe 401 is at low pressure and the high-pressure pipe 402 is at high pressure, the refrigerant flows through the fifth check valve 107 and the sixth check valve 108. Furthermore, since the liquid branch pipe 404a is at a lower pressure than the high-pressure pipe 402, the refrigerant does not flow through the second check valve 211a. Furthermore, since the liquid branch pipe 404b is at a higher pressure than the high-pressure pipe 402, the refrigerant does not flow through the first check valve 210b.
  • the opening degree adjustment function of the load side flow rate control valves 302a, 302b using the dryness of the refrigerant Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 as a control parameter is one of the functions of the control unit 10, and is effective, for example, during the above-mentioned full heating operation (hereinafter, simply referred to as heating).
  • the control method of the opening degree of the load side flow rate control valves 302a, 302b may be used differently depending on whether the load is low load or not.
  • the opening degree adjustment function of the load side flow rate control valves 302a, 302b using the dryness of the refrigerant Q as a control parameter may be effective only during the low load of the full heating operation. Since highly efficient operation is possible at low loads, improvements in the seasonal efficiency of the air conditioning apparatus 1 can be expected.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method for adjusting the opening degree of the load side flow control valve 302 by the control unit 10 of the air conditioning device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a p-h diagram showing an example of a change in the refrigerant state when the opening degree of the load side flow control valve 302 is adjusted in the air conditioning device 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the circuit portion between the load side heat exchanger 301 and the heat source side heat exchanger 103 is simplified.
  • the load side flow control valve 302, the liquid outlet side flow control valve 204, and the heat source side flow control valve 109 are provided in this circuit portion, and the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is affected by these three flow control valves in a strict sense.
  • the load side flow control valve 302 is provided in this circuit portion.
  • FIG. 4 the control flow of the load side flow control valves 302a and 302b performed by the control unit 10 during heating will be described based on FIGS. 7 to 8. As shown in FIG. 7, first, the temperature and pressure of each part are detected by various detection units (step ST11).
  • the discharge refrigerant flow rate Gr [kg/h] of compressor 101, the specific enthalpy of the discharge section of compressor 101, and the condensing capacity of indoor units 300a, 300b are calculated (step ST12).
  • the discharge refrigerant flow rate Gr of compressor 101 is calculated by multiplying the refrigerant density of the suction section of compressor 101, calculated from the low pressure detected by suction pressure detection unit 127 and the refrigerant temperature detected by suction temperature detection unit 129, by the frequency and displacement volume of compressor 101.
  • the specific enthalpy of the discharge section of compressor 101 can be calculated from the high pressure detected by discharge pressure detection unit 126 and the refrigerant temperature detected by discharge temperature detection unit 128.
  • the condensation capacity of the indoor units 300a, 300b is calculated by multiplying the actual measured value or specification value of the air volume of the indoor units 300a, 300b by the difference between the indoor air temperature detected by the intake temperature detection units 305a, 305b of the indoor units 300a, 300b and the refrigerant temperature detected by the liquid pipe temperature detection units 303a, 303b, which corresponds to the blowing temperature of the indoor units 300a, 300b.
  • corrections may be made taking into account the heat generation amount and bypass factor of the indoor units 300a, 300b.
  • the refrigerant dryness at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is calculated (step ST13).
  • the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is calculated from the specific enthalpy of the second refrigerant piping 502a, 502b and the pressure or temperature. If we ignore the slight thermal loss, the specific enthalpy is equal between the second refrigerant piping 502a, 502b where the refrigerant flowing out from the load side heat exchangers 301a, 301b flows during heating and the first refrigerant piping 501 where the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103 flows during heating.
  • the specific enthalpy of the first refrigerant piping 501 can be calculated from the difference between the specific enthalpy of the compressor 101 discharge part calculated in step ST12 and the value obtained by dividing the condensation capacity of the indoor units 300a, 300b by the discharge refrigerant flow rate Gr of the compressor 101.
  • the gas saturation density Dg is the refrigerant density at the boundary line between the two-phase state and the gas state (see FIG. 8)
  • the liquid saturation density Dl is the refrigerant density at the boundary line between the liquid state and the two-phase state (see FIG. 8).
  • the gas saturation density Dg and the liquid saturation density Dl can be calculated from the low pressure detected by the suction pressure detection unit 127.
  • the flow rate of the gaseous fluid is faster, mainly due to the difference in density between the liquid and gaseous fluids. Therefore, the greater the proportion of gaseous refrigerant in the two-phase refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103, i.e., the higher the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103, the faster the flow rate of the refrigerant at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 (evaporator during heating). And the faster the flow rate of the refrigerant at the inlet of the heat source side heat exchanger 103, the better the refrigerant distribution performance of the heat source side heat exchanger 103.
  • control unit 10 calculates the current flooding multiplier C according to the following formula (3) using the known variables calculated in steps ST12 to ST14 (step ST15).
  • the current flooding multiplier C is calculated from the gas flow velocity ug and liquid flow velocity ul at the inlet of the heat source side heat exchanger 103, the gas saturation density Dg and liquid saturation density Dl, and the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103.
  • step ST16 determines whether the current flooding multiplier C calculated in step ST15 matches a predetermined target value Ct (e.g., 2.8) (step ST16). If the current flooding multiplier C matches the target value Ct (step ST16; YES), the control ends. If the current flooding multiplier C does not match the target value Ct (step ST16; NO), the control proceeds to step ST17, where the opening of the load side flow rate control valves 302a and 302b is adjusted and controlled, and the control returns to step ST11.
  • a predetermined target value Ct e.g., 2.8
  • step ST16 the current flooding multiplier C does not match the target value Ct if the current flooding multiplier C is greater than the target value Ct or if the current flooding multiplier C is smaller than the target value Ct.
  • the adjustment direction of the opening degree of the load side flow control valves 302a, 302b in step ST17 is as follows.
  • the control unit 10 reduces the opening of the load side flow control valves 302a and 302b to less than the current opening in order to reduce the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103.
  • the refrigerant flow rate becomes slower after the adjustment compared to before the adjustment.
  • the control unit 10 increases the opening of the load side flow control valves 302a and 302b to a value greater than the current opening in order to increase the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103.
  • the refrigerant flow rate becomes faster after the adjustment compared to before the adjustment.
  • the openings of the load side flow control valves 302a, 302b are adjusted so that the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 becomes the target dryness (hereinafter referred to as the target dryness) and the current flooding multiplier C approaches the target value Ct.
  • the method of controlling the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is not limited to the control method using the flooding multiplier C illustrated in FIG. 7.
  • the target dryness should be the refrigerant dryness when the distribution loss reduction rate ⁇ is at its maximum (for example, when the flattening multiplier C is 2.8).
  • the target dryness taking into account the low pressure at the frost limit.
  • the distribution loss of the heat source side heat exchanger 103 which becomes an evaporator during heating, varies depending on, for example, the size or shape of the heat source side heat exchanger 103, so the target value Ct of the flooding multiplier C may also be set according to the size or shape of the evaporator used.
  • the target value Ct of the flooding multiplier C may be, for example, a constant that stabilizes the distribution loss in the evaporator used, or the control unit 10 may calculate and set the target value Ct by calculation so that it is a value that further takes into account the operating state of the air conditioning device 1.
  • the operating state refers to the detection values of various detection units used in the calculation of the flooding multiplier C or the drive frequency of the compressor 101. Note that a table in which the target value Ct is associated with each operating state may be stored in the storage means 11 of the control unit 10.
  • the air conditioning device 1 of the present disclosure calculates the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 and the flooding multiplier C at this time from the temperatures and pressures of each part detected by the various detection units of the air conditioning device 1. Then, the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is controlled by adjusting the opening of the load side flow rate control valves 302a and 302b until the calculated flooding multiplier C reaches the target value Ct.
  • the refrigerant dryness Q and the current flooding multiplier C can be calculated from the detection values of existing detection units used in conventional control, such as the suction pressure detection unit 127, the suction temperature detection unit 129, the discharge pressure detection unit 126, the discharge temperature detection unit 128, the suction temperature detection units 305a, 305b, and the liquid pipe temperature detection units 303a, 303b.
  • existing detection units used in conventional control
  • a separate detection unit may be provided in addition to the existing detection units to calculate a more accurate refrigerant dryness Q and the current flooding multiplier C.
  • each load-side heat exchanger 301 which is a condenser
  • the refrigerant flowing out of each load-side heat exchanger 301 is decompressed by the load-side flow control valve 302 and flows into the heat-source-side heat exchanger 103, which is an evaporator.
  • the control unit 10 adjusts the opening of each load-side flow control valve in a larger direction in order to increase the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat-source-side heat exchanger 103.
  • the refrigerant C20 (the refrigerant flowing through the first refrigerant piping 501 shown in FIG.
  • each load side flow control valve 302 When the opening degree of each load side flow control valve 302 is adjusted to increase the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 as described above, the refrigerant C10 flowing out of each load side heat exchanger 301 (the refrigerant flowing through the second refrigerant pipes 502a, 502b shown in Figure 4) also becomes a refrigerant state with a higher refrigerant dryness Q than the refrigerant C1 flowing out of each load side heat exchanger 301 before the adjustment.
  • the opening of the load side flow control valve 302 is adjusted using the refrigerant dryness Q of the two-phase refrigerant (refrigerant C20) at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 as a control parameter.
  • the refrigerant dryness Q at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is prevented from decreasing too much compared to conventional methods, thereby suppressing the decrease in flow rate and reducing the decrease in refrigerant distribution performance in the heat source side heat exchanger 103. This also makes it possible to suppress the decrease in evaporation capacity due to distribution loss in the heat source side heat exchanger 103.
  • the refrigerant is a liquid refrigerant with a degree of subcooling at the outlet of the load side heat exchanger 301, but in this disclosure, the dryness of the refrigerant (refrigerant dryness Q) at the inlet of the heat source side heat exchanger 103 is controlled, so the refrigerant C10 may be a two-phase refrigerant at the outlet of the load side heat exchanger 301.
  • the air conditioning device 1 includes a heat source unit 100 having a compressor 101 that compresses and discharges the refrigerant, a load side heat exchanger 301 that functions as a condenser during heating operation, a flow rate control valve (load side flow rate control valve 302) that adjusts the flow rate of the refrigerant flowing out of the load side heat exchanger 301 during heating operation, and a heat source side heat exchanger 103 that functions as an evaporator during heating operation.
  • the air conditioning device 1 also includes a control unit 10 that controls the opening degree of the load side flow rate control valve 302. During heating operation, the control unit 10 adjusts the opening degree of the load side flow rate control valve 302 using the dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103 (refrigerant dryness Q) as a control parameter.
  • the opening of the load side flow control valve 302 is adjusted using the dryness of the refrigerant (refrigerant dryness Q) flowing into the heat source side heat exchanger 103, which is an evaporator, as a control parameter.
  • the dryness of the refrigerant (refrigerant dryness Q) flowing into the heat source side heat exchanger 103 is an evaporator.
  • the decrease in the dryness of the refrigerant (refrigerant dryness Q) flowing into the heat source side heat exchanger 103 is reduced, thereby reducing the decrease in the refrigerant flow rate. Therefore, it is possible to provide an air conditioning device 1 with improved refrigerant distribution performance of the heat source side heat exchanger 103 during low load heating operation.
  • the control method can improve the refrigerant distribution performance under low load conditions, so manufacturing issues can be eliminated compared to changing the structure of the heat source side heat exchanger 103 itself.
  • the air conditioning device 1 also includes a discharge temperature detection unit 128 and a discharge pressure detection unit 126 which detect the temperature and pressure of the refrigerant discharged from the compressor 101, and a suction temperature detection unit 129 and a suction pressure detection unit 127 which detect the temperature and pressure of the refrigerant sucked into the compressor 101.
  • the air conditioning device 1 also includes a suction temperature detection unit 305 which detects the temperature of air before heat exchange with the refrigerant in the load side heat exchanger 301, and a liquid pipe temperature detection unit 303 which detects the temperature of the refrigerant after it flows out of the load side heat exchanger 301 and before it flows into the load side flow control valve 302 during heating operation.
  • the control unit 10 then adjusts the opening of the load side flow control valve 302 according to a calculated value (e.g., flooding multiplier C) calculated from the detection values of the discharge temperature detection unit 128, the discharge pressure detection unit 126, the suction temperature detection unit 129, the suction pressure detection unit 127, the suction temperature detection unit 305, and the liquid pipe temperature detection unit 303 according to an arithmetic expression that includes the dryness fraction (refrigerant dryness fraction Q) as a variable.
  • a calculated value e.g., flooding multiplier C
  • the detection unit provided in a typical air conditioning device 1 can be used, and there is no need to add additional detection, thereby reducing costs.
  • control unit 10 calculates a flooding multiplier C of the liquid flow velocity ul and gas flow velocity ug of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103, and adjusts the opening of the load side flow control valve 302 so that the calculated flooding multiplier C becomes a target value Ct that corresponds to a predetermined target dryness.
  • the target value Ct of the flooding multiplier C is a constant. This simplifies the calculation for adjusting the opening of the load-side flow control valve 302, and reduces the control load.
  • the control unit 10 reduces the opening degree of the load side flow control valve 302 from the current opening degree.Furthermore, when the calculated flooding multiplier C is less than the target value Ct, the control unit 10 increases the opening degree of the load side flow control valve 302 from the current opening degree.
  • the opening of the load side flow control valve 302 is controlled so that the calculated flooding multiplier C approaches the target value Ct, and the flow rate can be optimized by adjusting the dryness of the refrigerant flowing into the heat source side heat exchanger 103, thereby improving the refrigerant distribution performance.

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Abstract

空気調和装置は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、暖房運転時に凝縮器として機能する負荷側熱交換器と、暖房運転時に負荷側熱交換器から流出する冷媒の流量を調整する流量調整弁と、暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備え、制御部は、暖房運転時に、熱源側熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制御パラメータとして流量調整弁の開度を調整する。

Description

空気調和装置
 本開示は、冷凍サイクルを利用して冷暖房を行う空気調和装置に関し、特に室内機に設けられる流量調整弁の制御に関する。
 冷凍サイクルを利用した空気調和装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源機と、流量調整弁(以下、負荷側流量調整弁ともいう)及び負荷側熱交換器を有する室内機とが配管により接続されて形成された、冷媒が流れる冷媒回路を備えている。このような空気調和装置は、負荷側熱交換器において冷媒が蒸発又は凝縮する際に、熱交換対象である空調対象空間の空気に対し吸熱又は放熱して、冷媒回路に流れる冷媒の圧力及び温度等を変化させながら、空気調和を行っている。このような空気調和装置において、暖房時に負荷側熱交換器の凝縮能力を制御する際に、過冷却度を制御パラメータとして負荷側流量調整弁の開度を調整するSC目標制御を行うものがある(例えば、特許文献1参照)。過冷却度は、凝縮温度と凝縮器である負荷側熱交換器の出口における冷媒温度との差分である。SC目標制御では、凝縮器である負荷側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度が、予め決められた目標値となるように、負荷側流量調整弁が制御される。すなわち、SC目標制御が行われると、負荷側熱交換器の出口において過冷却度を十分に確保した冷媒が、熱源側熱交換器に流入することになる。
特開2021-156563号公報
 しかしながら、暖房時に、凝縮器である負荷側熱交換器の出口における冷媒の過冷却度を制御パラメータとして負荷側流量調整弁が制御される特許文献1の空気調和装置では、蒸発器である熱源側熱交換器に流入する冷媒の乾き度は低くなり易い。一般に、液状態の流体とガス状態の流体とでは、主に密度の違いによって、ガス状態の流体の方が、流速が速くなる。また、一般に、冷媒回路に循環する冷媒量が少なくなると、冷媒の流速は遅くなる。したがって、暖房運転中に、冷媒回路に循環する冷媒量が少なくなる低負荷状態になった場合、冷媒の乾き度及び循環冷媒量の双方の低下によって熱源側熱交換器の入口における冷媒の流速が極端に遅くなってしまう。よって、熱源側熱交換器の入口に設けられた分配ヘッダから各冷媒パスへの冷媒分配が均等に行えず、熱源側熱交換器の冷媒分配性能が極端に低下することがある。
 本開示は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、暖房運転の低負荷時における熱源側熱交換器の冷媒分配性能を改善した空気調和装置を提供するものである。
 本開示に係る空気調和装置は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、暖房運転時に凝縮器として機能する負荷側熱交換器と、前記暖房運転時に前記負荷側熱交換器から流出する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、前記暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記暖房運転時に、前記熱源側熱交換器に流入する前記冷媒の乾き度を制御パラメータとして前記負荷側流量調整弁の開度を調整する。
 本開示に係る空気調和装置によれば、暖房運転時には、蒸発器である熱源側熱交換器に流入する冷媒の乾き度を制御パラメータとして負荷側流量調整弁の開度が調整される。これにより、従来と比べて、暖房運転の低負荷時でも、熱源側熱交換器に流入する冷媒の乾き度の低下が軽減されることで冷媒の流速の低下が軽減できる。よって、暖房運転の低負荷時における熱源側熱交換器の冷媒分配性能を改善した空気調和装置を提供することができる。
本開示の実施の形態に係る空気調和装置を示す回路図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の制御部の機能を示すブロック図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の全冷房運転時の状態を示す回路図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の全暖房運転時の状態を示す回路図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の冷房主体運転時の状態を示す回路図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の暖房主体運転時の状態を示す回路図である。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置の制御部による負荷側流量調整弁の開度調整方法を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る空気調和装置において負荷側流量調整弁の開度調整が行われたときの冷媒状態の変化の一例を示すp-h線図である。
実施の形態.
 以下、本開示に係る空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係又は形状等が実際のものとは異なる場合がある。
 図1は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1を示す回路図である。図1に基づいて、空気調和装置1について説明する。図1に示されるように、空気調和装置1は、熱源機100と、複数の室内機300a及び300bと、熱源機100から供給される冷媒を複数の室内機300a及び300bに分配する中継機200と、制御部10とを備えている。
 なお、実施の形態では、1台の熱源機100に2台の室内機300a及び300bが接続された場合について例示するが、空気調和装置1が備える熱源機100の台数及び室内機の台数は上記の台数に限定されない。例えば、熱源機100の台数は2台以上でもよいし、また、室内機の台数は3台以上でもよい。また、実施の形態では、中継機200により、室内機ごとに冷房運転又は暖房運転を行うことができる場合について説明するが、中継機200は、全ての室内機30及び300bが同じ運転を行うように構成されたものでもよい。あるいは、空気調和装置1は、中継機200を有さず、1台の熱源機100に1台の室内機が接続された構成でもよい。
 図1に示されるように、空気調和装置1は、熱源機100と、室内機300a及び300bと、中継機200とが接続されて構成されている。熱源機100は、2台の室内機300a及び300bに温熱又は冷熱を供給する機能を有している。2台の室内機300a及び300bは、互いに並列に接続されており、同じ構成となっている。以下、室内機300aと室内機300bとを区別せず、それぞれを室内機300と称する場合がある。室内機300は、熱源機100から供給される温熱又は冷熱によって、室内等の空調対象空間を冷房又は暖房する機能を有している。中継機200は、熱源機100と複数の室内機300a及び300bとの間に介在し、各室内機300からの要求に応じて熱源機100から供給される冷媒の流れを切り替える機能を有している。
 また、空気調和装置1は、複数の室内機300a及び300bの冷暖房負荷容量を検出する負荷容量検出部20を備えている。ここで、冷暖房負荷容量とは、複数の室内機300a及び300bにおける冷房負荷容量及び暖房負荷容量である。負荷容量検出部20は、複数の液管温度検出部303a及び303bと、複数のガス管温度検出部304a及び304bとを有している。
 ここで、熱源機100と中継機200とは、高圧側において、高圧の冷媒が流れる高圧管402によって接続され、低圧側において、低圧の冷媒が流れる低圧管401によって接続されている。また、中継機200と各室内機300a、300bとは、それぞれ、ガス枝管403a、403bによって接続されている。ガス枝管403a、403bには、主にガス状態の冷媒が流れる。また、中継機200と各室内機300a、300bとは、それぞれ、液枝管404a、404bによって接続されている。液枝管404a、404bには、主に液状態の冷媒が流れる。
 (熱源機100)
 熱源機100は、容量可変の圧縮機101と、熱源機100において冷媒が流れる方向を切り替える流路切替弁102と、熱源側熱交換ユニット120と、流路切替弁102を介して圧縮機101の吸入側に接続され、液状態の冷媒を貯留するアキュムレータ104と、冷媒が流れる方向を制限する熱源側流路調整ユニット140と、を備えている。熱源機100は、室内機300a及び300bに温熱又は冷熱を供給する機能を有している。なお、図1には、流路切替弁102が四方弁である場合について例示しているが、流路切替弁102は、二方弁又は三方弁等を組み合わせることによって構成されてもよい。
 熱源側熱交換ユニット120は、主管114、熱源側熱交換器103、熱源側送風機112、バイパス管113、熱源側流量調整弁109、バイパス流量調整弁110、及び気液分離部111を備えている。
 熱源側熱交換器103は、蒸発器又は凝縮器として機能する。熱源側熱交換器103は、空冷式の場合、冷媒と室外空気とを熱交換するものであり、水冷式の場合、冷媒と水又はブライン等とを熱交換するものである。図示していないが、熱源側熱交換器103は、例えば、複数の伝熱管と、複数の伝熱管の端部が接続されるヘッダとを有する。熱源側熱交換器103において、蒸発器として機能する場合に冷媒の入口となるヘッダは、室内機300a及び300bから熱源機100に戻った冷媒を複数の伝熱管(すなわち複数の冷媒パス)に分配する分配ヘッダとして機能する。熱源側送風機112は、熱源側熱交換器103に送風する空気の送風量を変化させて熱交換容量を制御するものである。主管114は、一方が流路切替弁102に接続され、他方が高圧管402に接続されており、主管114には熱源側熱交換器103及び熱源側流量調整弁109が設けられている。バイパス管113は、一方が流路切替弁102に接続され、他方が高圧管402に接続されており、主管114に並列に接続されている。バイパス管113に流れる冷媒は、熱源側熱交換器103を通過せず、熱源側熱交換器103では熱交換されない。
 熱源側流量調整弁109は、主管114において熱源側熱交換器103に直列に接続されており、主管114に流れる冷媒の流量を調整するものである。詳しくは、熱源側流量調整弁109は、主管114において熱源側熱交換器103と気液分離部111との間に設けられる。以下、主管114において熱源側熱交換器103と熱源側流量調整弁109との間の配管部を、第1の冷媒配管501と称する場合がある。熱源側流量調整弁109は、例えば開度可変の電気式膨張弁等で構成されている。バイパス流量調整弁110は、バイパス管113に設けられており、バイパス管113に流れる冷媒の流量を調整するものである。バイパス流量調整弁110は、例えば開度可変の電気式膨張弁等で構成されている。
 気液分離部111は、液状態の冷媒とガス状態の冷媒とを分離するものであり、液状態の冷媒が通過する液通過側に主管114が接続され、ガス状態の冷媒が通過するガス通過側にバイパス管113が接続され、液状態の冷媒及びガス状態の冷媒が通過する混合側に低圧管401及び高圧管402が接続されている。気液分離部111は、冷媒が高圧管402に流出する際、主管114に流れる冷媒とバイパス管113に流れる冷媒とを合流させて高圧管402に流出させ、冷媒が低圧管401から流入する際、低圧管401から流入する冷媒を、主管114に流れる冷媒とバイパス管113に流れる冷媒とに分岐させるものである。
 気液分離部111は、例えばT字管等で構成してもよいし、ガス状態の冷媒が取り出し易くなるように接続部が加工された配管で構成してもよい。ここで、気液分離部111は、ガス状態の冷媒と液状態の冷媒とを分離する効率が100%になる構成でもよいし、100%未満になる構成でもよく、製品の要求仕様に応じた分離効率となる形状とすればよい。
 熱源側流路調整ユニット140は、第3の逆止弁105、第4の逆止弁106、第5の逆止弁107、及び第6の逆止弁108を有している。第3の逆止弁105は、熱源側熱交換ユニット120と高圧管402とを接続する配管に設けられ、熱源側熱交換ユニット120から高圧管402に向かう冷媒の流れを許容する。第4の逆止弁106は、熱源機100の流路切替弁102と低圧管401とを接続する配管に設けられ、低圧管401から流路切替弁102に向かう冷媒の流れを許容する。第5の逆止弁107は、熱源機100の流路切替弁102と高圧管402とを接続する配管に設けられ、流路切替弁102から高圧管402に向かう冷媒の流れを許容する。第6の逆止弁108は、熱源側熱交換ユニット120と低圧管401とを接続する配管に設けられ、低圧管401から熱源側熱交換ユニット120に向かう冷媒の流れを許容する。
 また、熱源機100には、吐出圧力検出部126が設けられている。吐出圧力検出部126は、流路切替弁102と圧縮機101の吐出側とを接続する配管に設けられており、圧縮機101の吐出圧力を検出するものである。吐出圧力検出部126は、例えばセンサ等で構成されており、検出された吐出圧力の信号を制御部10に送信する。なお、吐出圧力検出部126は、記憶装置等を有していてもよい。この場合、吐出圧力検出部126は、検出された吐出圧力のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された吐出圧力のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 また、熱源機100には、吸入圧力検出部127が設けられている。吸入圧力検出部127は、流路切替弁102とアキュムレータ104とを接続する配管に設けられており、圧縮機101の吸入圧力を検出するものである。吸入圧力検出部127は、例えばセンサ等で構成されており、検出された吸入圧力の信号を制御部10に送信する。なお、吸入圧力検出部127は、記憶装置等を有していてもよい。この場合、吸入圧力検出部127は、検出された吸入圧力のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された吸入圧力のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 (室内機300a及び300b)
 室内機300a及び300bは、それぞれ、凝縮器又は蒸発器として機能する負荷側熱交換器301a、301b、室内機300a及び300bに流通する冷媒の流量を調整する負荷側流量調整弁302a、302bを備えている。また、室内機300a及び300bは、それぞれ、負荷側熱交換器301a、301bに設けられる室内送風機(図示せず)を備えている。室内機300a及び300bは、それぞれ、熱源機100から供給される温熱又は冷熱によって、室内等の空調対象空間を冷房又は暖房する機能を有している。以下では、室内機300aと室内機300bとを区別せずそれぞれを単に室内機300と称する場合がある。また、負荷側流量調整弁302aと負荷側流量調整弁302bとを区別せずそれぞれを単に負荷側流量調整弁302と称する場合がある。また、負荷側熱交換器301aと負荷側熱交換器301bとを区別せずそれぞれを単に負荷側熱交換器301と称する場合がある。
 負荷側流量調整弁302a、302bは、例えば開度可変の電気式膨張弁等で構成されている。負荷側流量調整弁302a、302bは、それぞれ、冷房時において、負荷側熱交換器301a、301bの出口側のスーパーヒート量すなわち過熱度によって制御されている。また、負荷側流量調整弁302a、302bは、それぞれ、暖房時において、負荷側熱交換器301a、301bの出口側のサブクール量すなわち過冷却度によって、あるいは、負荷側熱交換器301a、301bから流出して熱源側熱交換器103へ流入する冷媒の乾き度によって制御されている。例えば、全暖房運転の低負荷時に、冷媒の乾き度に応じて負荷側流量調整弁302a、302bが制御され、全暖房運転の低負荷時以外の場合及び冷房主運転時には、過冷却度に応じて負荷側流量調整弁302a、302bが制御されるように、制御方法を使い分けてもよい。
 室内機300a及び300bには、それぞれ、ガス管温度検出部304a、304b、液管温度検出部303a、303b、及び吸込み温度検出部305a、305bが設けられている。以下では、ガス管温度検出部304aとガス管温度検出部304bとを区別せずそれぞれを単にガス管温度検出部304と称する場合がある。また、液管温度検出部303aと液管温度検出部303bとを区別せずそれぞれを単に液管温度検出部303と称する場合がある。また、吸込み温度検出部305aと吸込み温度検出部305bとを区別せずそれぞれを単に吸込み温度検出部305と称する場合がある。ガス管温度検出部304a、304bは、それぞれ、負荷側熱交換器301a、301bと中継機200との間に設けられており、負荷側熱交換器301a、301bと中継機200とを接続するガス枝管403a、403bに流れる冷媒の温度を検出するものである。ガス管温度検出部304a、304bは、例えばサーミスタ等で構成されており、検出された温度の信号を制御部10に送信する。なお、ガス管温度検出部304a、304bは、記憶装置等を有していてもよい。この場合、ガス管温度検出部304a、304bは、検出された温度のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された温度のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 液管温度検出部303a、303bは、それぞれ、負荷側熱交換器301a、301bと負荷側流量調整弁302a、302bとの間に設けられており、負荷側熱交換器301a、301bと負荷側流量調整弁302a、302bとを接続する液枝管404a、404bに流れる冷媒の温度を検出するものである。以下、液枝管404a、404bにおいて負荷側熱交換器301a、301bと負荷側流量調整弁302a、302bとの間の配管部を、第2の冷媒配管502a、502bと称する場合がある。液管温度検出部303a、303bは、例えばサーミスタ等で構成されており、検出された温度の信号を制御部10に送信する。なお、液管温度検出部303a、303bは、記憶装置等を有していてもよい。この場合、液管温度検出部303a、303bは、検出された温度のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された温度のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 吸込み温度検出部305a、305bは、それぞれ、例えば室内機300a及び300bの筐体に設けられており、筐体内に吸い込まれる室内空気の温度を検出するものである。吸込み温度検出部305a、305bは、例えばサーミスタ等で構成されており、検出された温度の信号を制御部10に送信する。なお、吸込み温度検出部305a、305bは、記憶装置等を有していてもよい。この場合、吸込み温度検出部305a、305bは、検出された温度のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された温度のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 中継機200は、第1の分岐部240、第2の分岐部250、気液分離器201、中継バイパス配管209、液流出側流量調整弁204、熱交換部260、中継バイパス流量調整弁205を備えている。中継機200は、熱源機100と室内機300a及び300bとの間に介在し、室内機300a及び300bからの要求に応じて熱源機100から供給される冷媒の流れを切り替え、熱源機100から供給される冷媒を複数の室内機300a及び300bに分配する機能を有している。
 第1の分岐部240は、一方がガス枝管403a、403bに接続され、他方が低圧管401及び高圧管402に接続され、冷房運転時の冷媒の流通方向と暖房運転時の冷媒の流通方向とが異なるものである。第1の分岐部240は、暖房用電磁弁202a、202b及び冷房用電磁弁203a、203bを備えている。暖房用電磁弁202a、202bは、それぞれの一方がガス枝管403a、403bに接続され、それぞれの他方が高圧管402に接続されており、暖房運転時に開放され、冷房運転時に閉止されるものである。冷房用電磁弁203a、203bは、それぞれの一方がガス枝管403a、403bに接続され、それぞれの他方が低圧管401に接続されており、冷房運転時に開放され、暖房運転時に閉止されるものである。
 第2の分岐部250は、一方が液枝管404a、404bに接続され、他方が低圧管401及び高圧管402に接続され、冷房運転時の冷媒の流通方向と暖房運転時の冷媒の流通方向とが異なるものである。第2の分岐部250は、第1の逆止弁210a、210bと第2の逆止弁211a、211bとを有している。
 第1の逆止弁210a、210bは、それぞれの一方が液枝管404a、404bに接続され、それぞれの他方が高圧管402に接続されており、高圧管402から液枝管404a、404bに向かう冷媒の流通を許容する。
 第2の逆止弁211a、211bは、それぞれの一方が液枝管404a、404bに接続され、それぞれの他方が低圧管401に接続されており、液枝管404a、404bから高圧管402に向かう冷媒の流通を許容する。
 気液分離器201は、ガス状態の冷媒と液状態の冷媒とを分離するものであり、流入側が高圧管402に接続され、ガス流出側が第1の分岐部240に接続され、液流出側が第2の分岐部250に接続されている。中継バイパス配管209は、第2の分岐部250と低圧管401とを接続するものである。液流出側流量調整弁204は、気液分離器201の液流出側に接続されており、例えば開度可変の電気式膨張弁等で構成されている。液流出側流量調整弁204は、気液分離器201から流出する液状態の冷媒の流量を調整するものである。
 熱交換部260は、第1の熱交換部206と第2の熱交換部207とから構成されている。第1の熱交換部206は、気液分離器201の液流出側と液流出側流量調整弁204との間、及び、中継バイパス配管209に設けられている。第1の熱交換部206は、気液分離器201から流出する液状態の冷媒と、中継バイパス配管209に流れる冷媒とを熱交換するものである。第2の熱交換部207は、液流出側流量調整弁204の下流側と中継バイパス配管209に設けられている。第2の熱交換部207は、液流出側流量調整弁204から流出する冷媒と、中継バイパス配管209に流れる冷媒とを熱交換するものである。
 中継バイパス流量調整弁205は、中継バイパス配管209において、第2の熱交換部207の上流側に接続されており、例えば開度可変の電気式膨張弁等で構成されている。中継バイパス流量調整弁205は、第2の熱交換部207から流出する冷媒のうち、中継バイパス配管209に流入した冷媒の流量を調整するものである。
 ここで、第1の逆止弁210a、210bの上流側は、第2の熱交換部207の下流側及び中継バイパス配管209に接続されている。従って、第2の熱交換部207から流出した冷媒は、第1の逆止弁210a、210bに向かう冷媒と、中継バイパス配管209に流入する冷媒とに分かれる。また、第2の逆止弁211a、211bの下流側は、液流出側流量調整弁204と第2の熱交換部207の上流側との間に接続されている。即ち、第2の逆止弁211a、211bから流出した冷媒は、第2の熱交換部207に流入して熱交換された後、第1の逆止弁210a、210bに向かう冷媒と、中継バイパス配管209に流入する冷媒とに分かれる。
 また、中継機200には、液流出圧力検出部231、下流側液流出圧力検出部232、及び、中継バイパス温度検出部208が設けられている。液流出圧力検出部231は、第1の熱交換部206と液流出側流量調整弁204の上流側との間に設けられており、気液分離器201の液流出側の冷媒の圧力を検出するものである。液流出圧力検出部231は、例えばセンサ等で構成されており、検出された圧力の信号を制御部10に送信する。なお、液流出圧力検出部231は、記憶装置等を有していてもよい。この場合、液流出圧力検出部231は、検出された圧力のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された圧力のデータを含む信号を制御部10に送信する。
 下流側液流出圧力検出部232は、液流出側流量調整弁204の下流側と第2の熱交換部207との間に設けられており、液流出側流量調整弁204から流出した冷媒の圧力を検出するものである。下流側液流出圧力検出部232は、例えばセンサ等で構成されており、検出された圧力の信号を制御部10に送信する。なお、下流側液流出圧力検出部232は、記憶装置等を有していてもよい。この場合、下流側液流出圧力検出部232は、検出された圧力のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された圧力のデータを含む信号を制御部10に送信する。ここで、液流出側流量調整弁204は、液流出圧力検出部231によって検出された圧力と下流側液流出圧力検出部232によって検出された圧力との差が一定となるように開度が調整されている。
 中継バイパス温度検出部208は、中継バイパス配管209に設けられており、中継バイパス配管209に流れる冷媒の圧力を検出するものである。中継バイパス温度検出部208は、例えばサーミスタ等で構成されており、検出された温度の信号を制御部10に送信する。なお、中継バイパス温度検出部208は、記憶装置等を有していてもよい。この場合、中継バイパス温度検出部208は、検出された温度のデータを記憶装置等に所定期間蓄積し、所定の周期毎に検出された温度のデータを含む信号を制御部10に送信する。ここで、中継バイパス流量調整弁205は、液流出圧力検出部231によって検出された圧力、下流側液流出圧力検出部232によって検出された圧力及び中継バイパス温度検出部208によって検出された温度のうち少なくとも一つ以上に基づいて開度が調整されている。
 (冷媒)
 空気調和装置1は、配管の内部に冷媒が充填されている。冷媒は、例えば二酸化炭素(CO)、炭化水素、ヘリウム等の自然冷媒、HFC410A、HFC407C、HFC404A等の塩素を含有しないフロン代替冷媒、既存の製品に使用されるR22、R134a等のフロン系冷媒等が使用される。なお、HFC407Cは、HFCのR32、R125、R134aが、それぞれ23wt%、25wt%、52wt%の比率で混合されている非共沸混合冷媒である。また、空気調和装置1の配管の内部に、冷媒ではなく熱媒体が充填されていてもよい。熱媒体は、例えば水、ブライン等である。
 (制御部10)
 制御部10は、空気調和装置1のシステム全体を制御するものであり、例えばCPU及びメモリ等を備えるマイクロプロセッサユニットによって構成されている。制御部10は、ガス管温度検出部304a、304b、液管温度検出部303a、303b、吸込み温度検出部305a、305b、液流出圧力検出部231、下流側液流出圧力検出部232、中継バイパス温度検出部208、吐出圧力検出部126、吸入圧力検出部127、吐出温度検出部128、及び吸入温度検出部129といった各種検出部から検出情報(温度情報及び圧力情報)を受信する。また、制御部10は、各室内機300a、300bに付属するリモコン(図示せず)から指示を受信する。制御部10は、受信した各種検出部からの検出情報及びリモコンからの指示に基づいて、圧縮機101の駆動周波数、熱源側送風機112及び室内送風機(図示せず)の回転数、流路切替弁102の切り替え、暖房用電磁弁202a、202b及び冷房用電磁弁203a、203bの開閉、熱源側流量調整弁109、バイパス流量調整弁110、負荷側流量調整弁302a、302b、液流出側流量調整弁204及び中継バイパス流量調整弁205の開度等を制御する。
 なお、制御部10は、熱源機100に設けられた制御装置141と中継機200に設けられた制御装置220とで構成されているが、これに限らず、熱源機100、室内機300a、300b、及び中継機200のいずれかに搭載されてもよいし、全てに搭載されてもよい。また、熱源機100、室内機300a、300b、中継機200とは別に制御部10を搭載してもよい。なお、制御装置141と制御装置220とは、互いに無線又は有線によって通信可能に接続され、各種データ等を送受信することができる。更に、制御部10は、1個の制御装置によって構成されてもよい。
 図2は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の制御部10の機能を示すブロック図である。図2に示されるように、制御部10は、記憶手段11と、設定手段12と、機器制御手段13とを有している。
 (記憶手段11)
 記憶手段11は、各種設定値等を記憶するものである。例えば、記憶手段11は、複数の室内機300a及び300bの冷暖房負荷容量がバイパス流量調整弁110の開度調整値、熱源側流量調整弁109の開度調整値及び熱源側送風機112の出力に対応づけされた開度テーブル及び送風テーブルを記憶する。具体的には、開度テーブル及び送風テーブルは、複数の室内機300a及び300bの冷房負荷容量と暖房負荷容量との負荷比率が、熱源側熱交換器103の目標温度に対応づけされ、目標温度がバイパス流量調整弁110の開度調整値、熱源側流量調整弁109の開度調整値及び熱源側送風機112の出力に対応づけされている。また、記憶手段11は、後述する式(1)、式(2)及び式(3)等のような各種演算式を記憶するものである。
 (設定手段12)
 設定手段12は、負荷容量検出部20の各種検出値から冷房負荷容量と暖房負荷容量との負荷比率を演算し、負荷比率に応じて運転モードを切り替える。また、設定手段12は、空気調和装置1が冷房主体運転であるか暖房主体運転であるかを判断する機能を有する。また、設定手段12は、負荷容量検出部20によって検出された複数の室内機300a、300bの冷暖房負荷容量と、記憶手段11に記憶された開度テーブル及び送風テーブルとを照合して、バイパス流量調整弁110の開度、熱源側流量調整弁109の開度及び熱源側送風機112の出力を設定する。
 また、設定手段12は、全暖房運転時において、例えば吸入圧力検出部127、吸入温度検出部129、吐出圧力検出部126、吐出温度検出部128、吸込み温度検出部305a、305b、及び液管温度検出部303a、303bといった圧力又は温度を検出する複数の検出部の検出値から、記憶手段11に記憶された演算式を用いて、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度に相当するフラッティング乗数Cを演算する。設定手段12は、演算で得たフラッティング乗数Cに応じて、負荷側流量調整弁302a、302bの各開度を設定する。なお、全暖房運転時において、負荷側流量調整弁302a、302bの各開度の制御方法を、低負荷時とそれ以外の場合とで使い分けるようにしてもよい。この場合、全暖房運転において負荷が予め設定された負荷未満になった場合のみ、設定手段12は、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度に相当するフラッティング乗数Cが演算し、演算で得たフラッティング乗数Cに応じて負荷側流量調整弁302a、302bの各開度を設定する。
 (機器制御手段13)
 機器制御手段13は、バイパス流量調整弁110の開度、熱源側流量調整弁109の開度及び熱源側送風機112の出力を、設定手段12によって設定されたバイパス流量調整弁110の開度、熱源側流量調整弁109の開度及び熱源側送風機112の出力に制御する。また、機器制御手段13は、負荷側流量調整弁302a、302bの各開度を、設定手段12によって設定された負荷側流量調整弁302a、302bの各開度に制御する。
 次に、空気調和装置1の動作について説明する。空気調和装置1は、運転モードとして、全冷房運転、全暖房運転、冷房主体運転及び暖房主体運転を有している。全冷房運転は、室内機300a及び300bの全てが冷房運転を行うモードである。全暖房運転は、室内機300a及び300bの全てが暖房運転を行うモードである。冷房主体運転は、冷暖同時運転のうち、冷房運転の容量が暖房運転の容量よりも大きいモードである。暖房主体運転は、冷暖同時運転のうち、暖房運転の容量が冷房運転の容量よりも大きいモードである。
 図3は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の全冷房運転時の状態を示す回路図である。図4は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の全暖房運転時の状態を示す回路図である。図5は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の冷房主体運転時の状態を示す回路図である。図6は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の暖房主体運転時の状態を示す回路図である。図3~図6において、高圧冷媒を実線矢印で示し、低圧冷媒を破線矢印で示す。
 (全冷房運転)
 まず、図3に基づき全冷房運転について説明する。空気調和装置1において、室内機300a及び300bの全てが冷房運転を行っている。図3に示されるように、圧縮機101から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁102を通り、熱源側熱交換器103において熱源側送風機112によって送風される室外空気と熱交換されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、その後、熱源側流量調整弁109、気液分離部111、第3の逆止弁105、高圧管402を通って、気液分離器201に至る。ここで、バイパス流量調整弁110は全閉されているため、バイパス管113に冷媒は流れない。
 そして、冷媒は、気液分離器201によってガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離され、液状態の冷媒が液流出側から流出し、第1の熱交換部206、液流出側流量調整弁204、第2の熱交換部207の順に流れ、第2の分岐部250において分岐する。分岐した冷媒は、それぞれ、第1の逆止弁210a、210b、液枝管404a、404bを通って、室内機300a及び300bに流入する。
 そして、室内機300a及び300bに流入した冷媒は、それぞれ、負荷側熱交換器301a、301bの出口側のスーパーヒート量によって制御された負荷側流量調整弁302a、302bによって、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は、負荷側熱交換器301a、301bに流入し、負荷側熱交換器301a、301bで室内空気と熱交換されて蒸発ガス化する。その際、全室内が冷房される。そして、ガス状態となった冷媒は、それぞれ、ガス枝管403a、403b、第1の分岐部240の冷房用電磁弁203a、203bを通り、その後合流し、低圧管401を通過する。
 また、第2の熱交換部207を通過した冷媒の一部は、中継バイパス配管209に流入する。そして、中継バイパス配管209に流入した冷媒は、中継バイパス流量調整弁205で低圧まで減圧された後、第2の熱交換部207において、液流出側流量調整弁204を通過した冷媒、即ち中継バイパス配管209に分岐する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。更に、冷媒は、第1の熱交換部206において、液流出側流量調整弁204に流入する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧管401に流入し、冷房用電磁弁203a、203bを通った冷媒と合流する。その後、合流した冷媒は、第4の逆止弁106、流路切替弁102、アキュムレータ104を経て圧縮機101に吸入される。
 なお、全冷房運転において、暖房用電磁弁202a、202bは閉止されている。また、冷房用電磁弁203a、203bは開放されている。そして、低圧管401が低圧、高圧管402が高圧であるため、冷媒は、第3の逆止弁105及び第4の逆止弁106に流通する。また、液枝管404a、404bは高圧管402よりも低圧であるため、第2の逆止弁211a、211bには冷媒が流れない。更に、バイパス流量調整弁110は閉止されているため、バイパス管113には冷媒が流れない。
 (全暖房運転)
 次に、図4に基づき全暖房運転について説明する。空気調和装置1において、室内機300a及び300bの全てが暖房運転を行っている。図4に示されるように、圧縮機101から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁102を通り、第5の逆止弁107、高圧管402を通って、気液分離器201に至る。ここで、バイパス流量調整弁110は全閉されているため、バイパス管113に冷媒は流れない。
 冷媒は、気液分離器201によってガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離され、ガス状態の冷媒が気液分離器201のガス流出側から流出し、第1の分岐部240において分岐する。分岐した冷媒は、それぞれ、暖房用電磁弁202a、202b、ガス枝管403a、403bを通って、室内機300a及び300bに流入する。室内機300a及び300bに流入した冷媒は、それぞれ、負荷側熱交換器301a、301bで室内空気と熱交換されて凝縮液化する。その際、全室内が暖房される。そして、凝縮液化した冷媒は、それぞれ、熱源側熱交換器103の入口側の冷媒の乾き度によって制御された負荷側流量調整弁302a、302bを通る。
 負荷側流量調整弁302a、302bを通った冷媒は、それぞれ、液枝管404a、404b、第2の分岐部250の第2の逆止弁211a、211bを通り、その後合流する。合流した冷媒は、第2の熱交換部207を通り、中継バイパス配管209に流入し、中継バイパス流量調整弁205で低圧まで減圧された後、第2の熱交換部207において、液流出側流量調整弁204を通過した冷媒、即ち中継バイパス配管209に分岐する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。更に、冷媒は、第1の熱交換部206において、液流出側流量調整弁204に流入する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧管401に流入し、第6の逆止弁108を通過して、気液分離部111に流入する。そして、気液分離部111から流出した冷媒は、熱源側流量調整弁109によって減圧され、熱源側熱交換器103において熱源側送風機112によって送風される室外空気と熱交換されて蒸発ガス化する。ガス化した冷媒は、流路切替弁102、アキュムレータ104を経て圧縮機101に吸入される。
 なお、全暖房運転において、暖房用電磁弁202a、202bは開放されている。また、冷房用電磁弁203a、203bは閉止されている。また、低圧管401が低圧、高圧管402が高圧であるため、冷媒は第5の逆止弁107及び第6の逆止弁108に流通する。なお、液流出側流量調整弁204は閉止されている。また、液枝管404a、404bは高圧管402よりも高圧であるため、第1の逆止弁210a、210bには冷媒が流れない。更に、バイパス流量調整弁110は閉止されているため、バイパス管113には冷媒が流れない。
 (冷房主体運転)
 次に、図5に基づき冷房主体運転について説明する。空気調和装置1において、室内機300aから冷房要求があり、室内機300bから暖房要求がある。図5に示されるように、圧縮機101から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁102を通り、主管114に流入する冷媒とバイパス管113に流入する冷媒とに分岐する。主管114に流入した冷媒は、熱源側熱交換器103において熱源側送風機112によって送風される室外空気と熱交換されて凝縮液化する。凝縮液化した冷媒は、その後、熱源側流量調整弁109で減圧されて気液分離部111に至る。一方、バイパス管113に流入した冷媒は、バイパス流量調整弁110で減圧されて気液分離部111に至る。熱源側熱交換器103に流入した冷媒とバイパス管113に流入した冷媒は、気液分離部111において合流し、第3の逆止弁105、高圧管402を通って、気液分離器201に至る。冷媒は、気液分離器201によってガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離される。
 気液分離器201の液流出側から流出した液状の冷媒は、第1の熱交換部206、液流出側流量調整弁204、第2の熱交換部207を通って、第2の分岐部250に至る。冷媒は、第2の分岐部250の第1の逆止弁210a、液枝管404aを通って、室内機300aに流入する。そして、室内機300aに流入した冷媒は、負荷側熱交換器301aの出口側のスーパーヒート量によって制御された負荷側流量調整弁302aによって、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は、負荷側熱交換器301aに流入し、負荷側熱交換器301aで室内空気と熱交換されて蒸発ガス化する。その際、室内機300aが設置された室内が冷房される。そして、ガス状態となった冷媒は、ガス枝管403a、第1の分岐部240の冷房用電磁弁203aを通り、低圧管401に流入する。
 一方、気液分離器201のガス流出側から流出したガス状の冷媒は、第1の分岐部240の暖房用電磁弁202bを通過し、ガス枝管403bを通って、室内機300bに流入する。室内機300bに流入した冷媒は、負荷側熱交換器301bで室内空気と熱交換されて凝縮液化する。その際、室内機300bが設置された室内が暖房される。そして、凝縮液化した冷媒は、負荷側熱交換器301bの出口側のサブクール量によって制御された負荷側流量調整弁302bを通って、高圧と低圧との中間の中間圧の液状態となる。中間圧の液状態となった冷媒は、液枝管404b、第2の分岐部250の第2の逆止弁211bを通り、第2の熱交換部207に流入する。
 その後、冷媒は、中継バイパス配管209に流入し、中継バイパス流量調整弁205で低圧まで減圧された後、第2の熱交換部207において、液流出側流量調整弁204を通過した冷媒、即ち中継バイパス配管209に分岐する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。更に、冷媒は、第1の熱交換部206において、液流出側流量調整弁204に流入する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧管401に流入し、冷房用電磁弁203aを通った冷媒と合流する。その後、合流した冷媒は、第4の逆止弁106、流路切替弁102、アキュムレータ104を経て圧縮機101に吸入される。
 なお、冷房主体運転において、暖房用電磁弁202aは閉止され、暖房用電磁弁202bは開放されている。また、冷房用電磁弁203aは開放され、冷房用電磁弁203bは閉止されている。また、低圧管401が低圧、高圧管402が高圧であるため、冷媒は、第3の逆止弁105及び第4の逆止弁106に流通する。更に、液枝管404aは高圧管402よりも低圧であるため、第2の逆止弁211aには冷媒が流れない。更にまた、液枝管404bは高圧管402よりも高圧であるため、第1の逆止弁210bには冷媒が流れない。
 (暖房主体運転)
 次に、図6に基づき暖房主体運転について説明する。空気調和装置1において、室内機300bから暖房要求があり、室内機300aから冷房要求がある。図6に示されるように、圧縮機101から吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替弁102を通り、第5の逆止弁107、高圧管402を通って、気液分離器201に至る。冷媒は、気液分離器201によってガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離される。
 気液分離器201のガス流出側から流出したガス状の冷媒は、第1の分岐部240の暖房用電磁弁202bを通過し、ガス枝管403bを通って、室内機300bに流入する。室内機300bに流入した冷媒は、負荷側熱交換器301bで室内空気と熱交換されて凝縮液化する。その際、室内機300bが設置された室内が暖房される。そして、凝縮液化した冷媒は、負荷側熱交換器301bの出口側のサブクール量によって制御された負荷側流量調整弁302bを通って、高圧と低圧との中間の中間圧の液状態となる。中間圧の液状態となった冷媒は、液枝管404b、第2の分岐部250の第2の逆止弁211bを通り、第2の熱交換部207に流入する。このとき、気液分離器201の液流出側から流出し、第1の熱交換部206、液流出側流量調整弁204を通過した液状態の冷媒と合流する。合流した冷媒は、第2の分岐部250に流入する冷媒と中継バイパス配管209に流入する冷媒とに分岐する。
 第2の分岐部250に流入した冷媒は、第2の分岐部250の第1の逆止弁210a、液枝管404aを通って、室内機300aに流入する。そして、室内機300aに流入した冷媒は、負荷側熱交換器301aの出口側のスーパーヒート量によって制御された負荷側流量調整弁302aによって、低圧まで減圧される。減圧された冷媒は、負荷側熱交換器301aに流入し、負荷側熱交換器301aで室内空気と熱交換されて蒸発ガス化する。その際、室内機300aが設置された室内が冷房される。そして、ガス状態となった冷媒は、ガス枝管403a、第1の分岐部240の冷房用電磁弁203aを通り、低圧管401に流入する。
 一方、中継バイパス配管209に流入した冷媒は、中継バイパス流量調整弁205で低圧まで減圧された後、第2の熱交換部207において、液流出側流量調整弁204を通過した冷媒、即ち中継バイパス配管209に分岐する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。更に、冷媒は、第1の熱交換部206において、液流出側流量調整弁204に流入する前の冷媒との間で熱交換されて蒸発する。蒸発した冷媒は、低圧管401に流入し、冷房用電磁弁203aを通った冷媒と合流する。その後、合流した冷媒は、第6の逆止弁108を通過して、気液分離部111に流入する。そして、冷媒は、気液分離部111によってガス状態の冷媒と液状態の冷媒とに分離される。
 気液分離部111の液流出側から主管114に流出した冷媒は、熱源側流量調整弁109によって減圧され、熱源側熱交換器103において熱源側送風機112によって送風される室外空気と熱交換されて蒸発ガス化する。一方、気液分離部111のガス流出側からバイパス管113に流出した冷媒は、バイパス流量調整弁110によって減圧され、その後、主管114から流出した冷媒と合流する。合流した冷媒は、流路切替弁102、アキュムレータ104を経て圧縮機101に吸入される。
 なお、暖房主体運転において、暖房用電磁弁202bは開放され、暖房用電磁弁202aは閉止されている。また、冷房用電磁弁203aは開放され、冷房用電磁弁203bは閉止されている。また、低圧管401が低圧、高圧管402が高圧であるため、冷媒は、第5の逆止弁107及び第6の逆止弁108に流通する。更に、液枝管404aは高圧管402よりも低圧であるため、第2の逆止弁211aには冷媒が流れない。更にまた、液枝管404bは高圧管402よりも高圧であるため、第1の逆止弁210bには冷媒が流れない。
 [乾き度による負荷側流量調整弁の制御手法]
 次に、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度(以下、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Q、あるいは単に冷媒乾き度Qという)を制御パラメータとした負荷側流量調整弁302a、302bの開度調整機能について説明する。熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを制御パラメータとした負荷側流量調整弁302a、302bの開度調整機能は、制御部10の機能の一つであり、例えば上述した全暖房運転時(以下では、単に暖房時という)に有効となる。なお、全暖房運転時において、負荷側流量調整弁302a、302bの各開度の制御方法を、低負荷時とそれ以外の場合とで使い分けるようにしてもよい。具体的には、全暖房運転の低負荷時にのみこの冷媒乾き度Qを制御パラメータとした負荷側流量調整弁302a、302bの開度調整機能が有効になるようにしてもよい。低負荷時に高効率な運転が可能になるので、空気調和装置1の期間効率の向上が期待できる。
 図7は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1の制御部10による負荷側流量調整弁302の開度調整方法を示すフローチャートである。図8は、本開示の実施の形態に係る空気調和装置1において負荷側流量調整弁302の開度調整が行われたときの冷媒状態の変化の一例を示すp-h線図である。図8では、負荷側熱交換器301と熱源側熱交換器103との間の回路部分を簡略化している。図1、3~6の例では、この回路部分に負荷側流量調整弁302と液流出側流量調整弁204と熱源側流量調整弁109とが設けられており、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qは、厳密にはこれら3つの流量調整弁の影響を受けるが、以下では説明を容易なものとするために、この回路部分に負荷側流量調整弁302のみが設けられるものとして説明する。図4を参照しつつ、図7~図8に基づき、暖房時に制御部10が行う負荷側流量調整弁302a、302bの制御フローについて説明する。図7に示されるように、まず各種検出部により各部の温度及び圧力を検出する(ステップST11)。
 次に、圧縮機101の吐出冷媒流量Gr[kg/h]、圧縮機101吐出部の比エンタルピー、室内機300a、300bの凝縮能力を演算する(ステップST12)。圧縮機101の吐出冷媒流量Grは、吸入圧力検出部127で検出した低圧圧力及び吸入温度検出部129で検出した冷媒温度から演算した圧縮機101吸入部の冷媒密度に、圧縮機101の周波数及び排斥容積を乗じることで算出する。圧縮機101吐出部の比エンタルピーは、吐出圧力検出部126で検出した高圧圧力及び吐出温度検出部128で検出した冷媒温度から算出できる。室内機300a、300bの凝縮能力は、室内機300a、300bの風量の実測値又は仕様値に、室内機300a、300bの吸込み温度検出部305a、305bで検出した室内空気の温度と室内機300a、300bの吹出温度に相当する液管温度検出部303a、303bで検出した冷媒温度との差を乗じることで算出する。室内機300a、300bの凝縮能力を算出する際に、室内機300a、300bの発熱量及びバイパスファクター等を考慮した補正を行ってもよい。
 その後、熱源側熱交換器103流入部の冷媒乾き度を演算する(ステップST13)。熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qは、第2の冷媒配管502a、502b部分の比エンタルピーと、圧力又は温度から演算する。暖房時に負荷側熱交換器301a、301bから流出した冷媒が流れる第2の冷媒配管502a、502b部分と暖房時に熱源側熱交換器103へ流入する冷媒が流れる第1の冷媒配管501部分とでは、微少な熱的損失を無視すると、圧力損失しか生じないため比エンタルピーは等しくなる。第1の冷媒配管501部分の比エンタルピーは、ステップST12で算出した圧縮機101吐出部の比エンタルピーと、室内機300a、300bの凝縮能力を圧縮機101の吐出冷媒流量Grで除した値との差から算出できる。
 次に、以下の式(1)及び式(2)に従って、熱源側熱交換器103に流入する二相冷媒のガス流速ug及び液流速ulをそれぞれ演算する(ステップST14)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式(1)に示されるように、ガス流速ugは、圧縮機101の吐出冷媒流量Gr[kg/h]、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Q、ガス飽和密度Dg[kg/m]、及び断面積A[mm]から算出できる。また、式(2)に示されるように、液流速ulは、圧縮機101の吐出冷媒流量Gr[kg/h]、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Q、液飽和密度Dl[kg/m]、及び断面積A[mm]から算出できる。ここで、ガス飽和密度Dgは、二相状態とガス状態との境界ライン(図8参照)での冷媒密度であり、また、液飽和密度Dlは、液状態と二相状態との境界ライン(図8参照)での冷媒密度である。ガス飽和密度Dg及び液飽和密度Dlはそれぞれ、吸入圧力検出部127で検出した低圧圧力から算出できる。
 一般に、液状態の流体の流速とガス状態の流体の流速とを比べると、主に液状体の流体とガス状態の流体の密度の違いにより、ガス状態の流体の流速の方が速い。したがって、熱源側熱交換器103に流入する二相冷媒におけるガス状態の冷媒の割合が多いほど、すなわち熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qが高いほど、熱源側熱交換器103(暖房時の蒸発器)流入部における冷媒の流速が速くなる。そして、熱源側熱交換器103流入部における冷媒の流速が速いほど、熱源側熱交換器103における冷媒分配性能が向上する。
 ステップST14において熱源側熱交換器103入口部のガス流速ug及び液流速ulをそれぞれ演算した後、制御部10は、ステップST12~ステップST14で演算した既知の変数を用いて以下の式(3)に従い、現在のフラッティング乗数Cを演算する(ステップST15)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 詳しくは、熱源側熱交換器103入口部のガス流速ug及び液流速ulと、ガス飽和密度Dg及び液飽和密度Dlと、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qとから、現在のフラッティング乗数Cを演算する。
 次に、制御部10は、ステップST15で算出した現在のフラッティング乗数Cが、予め決められた目標値Ct(例えば、2.8)と一致するか否かを判定する(ステップST16)。現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctと一致する場合(ステップST16;YES)は、制御終了となる。現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctと一致しない場合(ステップST16;NO)は、ステップST17に進み、負荷側流量調整弁302a、302bの開度を調整設定し制御して、ステップST11に戻る。
 負荷側流量調整弁302a、302bの開度のハンチングを避けるために、フラッティング乗数Cの目標値Ctにはヒステリシスを設けると良い。
 ステップST16の判定において現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctと一致しない場合としては、現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも大きい場合と、現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも小さい場合とがある。それぞれの場合について、ステップST17における負荷側流量調整弁302a、302bの開度の調整方向は次のようになる。
 現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも大きい場合、制御部10は、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを低下させるべく、負荷側流量調整弁302a、302bの開度を現在の開度よりも小さくする。これにより、調整後には調整前と比べて、冷媒の流速が遅くなる。
 一方、現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも小さい場合、制御部10は、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを上昇させるべく、負荷側流量調整弁302a、302bの開度を現在の開度よりも大きくする。これにより、調整後には調整前と比べて、冷媒の流速が速くなる。
 このように図7の制御では、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qが、目標とする乾き度(以下、目標乾き度という)になるように、現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctに近づくように負荷側流量調整弁302a、302bの開度が調整される。なお、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを制御する方法は、図7に例示したフラッティング乗数Cを用いた制御方法に限定されない。
 目標乾き度は、分配ロスの低減率ηが最大となるとき(例えば、フラッティング乗数Cが2.8となるとき)の冷媒乾き度とするとよい。また、分配性能が悪化すると低圧圧力が低下して着霜し易くなり、性能が落ちてしまうので、さらに着霜限界の低圧圧力を考慮して目標乾き度を設定するとよい。
 暖房時に蒸発器となる熱源側熱交換器103の分配ロスは、熱源側熱交換器103の例えば大きさ又は形状等によって変わってくるので、フラッティング乗数Cの目標値Ctも、採用する蒸発器の大きさ又は形状等に応じて設定するとよい。フラッティング乗数Cの目標値Ctは、例えば、採用する蒸発器において分配ロスが安定するような定数としてもよいし、あるいは、更に空気調和装置1の運転状態を加味した値となるよう制御部10が演算により目標値Ctを算出し設定してもよい。ここで運転状態とは、フラッティング乗数Cの演算に使用した各種検出部の検出値又は圧縮機101の駆動周波数等である。なお、制御部10の記憶手段11に、運転状態毎に目標値Ctを対応づけたテーブルが記憶されていてもよい。
 このように、本開示の空気調和装置1は、空気調和装置1の各種検出部で検出される各部の温度及び圧力から、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Q、及びこのときのフラッティング乗数Cを演算する。そして、演算して得たフラッティング乗数Cが目標値Ctとなるまで、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを、負荷側流量調整弁302a、302bの開度を調整することで制御する。
 図7の例では、冷媒乾き度Q及び現在のフラッティング乗数Cは、吸入圧力検出部127、吸入温度検出部129、吐出圧力検出部126、吐出温度検出部128、吸込み温度検出部305a、305b、及び液管温度検出部303a、303bといった従来の制御に使われる既存の検出部の検出値から算出できる。なお、既存の検出部に加えて別の検出部を設け、より正確な冷媒乾き度Q及び現在のフラッティング乗数Cを算出するようにしてもよい。
 次に、現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも小さい場合に制御部10が行う負荷側流量調整弁302a、302bの開度調整の効果を、図8のp-h線図を用いて説明する。
 凝縮器である各負荷側熱交換器301から流出した冷媒は、負荷側流量調整弁302により減圧されて蒸発器である熱源側熱交換器103に流入する。現在のフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも小さい場合、制御部10は、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを上昇させるべく、各負荷側流量調整弁の開度を大きくする方向に調整する。図8の例では、調整後において熱源側熱交換器103に流入する冷媒C20(図4に示した第1の冷媒配管501を流れる冷媒)は、調整前において熱源側熱交換器103に流入する冷媒C2と比べて、冷媒乾き度Qが大きい冷媒状態となる。熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qが上昇すると、すなわち熱源側熱交換器103に流入する二相冷媒においてガス状態の冷媒の割合が多くなると、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の流速が速くなる。
 上記のように熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qを上昇させるべく各負荷側流量調整弁302の開度が大きくなる方向に調整がなされると、各負荷側熱交換器301から流出する冷媒C10(図4に示した第2の冷媒配管502a、502bを流れる冷媒)も、調整前において各負荷側熱交換器301から流出する冷媒C1と比べ、冷媒乾き度Qが大きい冷媒状態となる。
 ところで、従来のように暖房時にSC目標制御を行う構成では、暖房運転の低負荷時において、負荷側熱交換器301から流出する冷媒の過冷却度を確保しようとすると、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qは、例えば図8に示した調整前の冷媒C2のように低くなる。よって、従来のように暖房時にSC目標制御を行う構成では、本開示の場合と比べ、暖房運転の低負荷時に熱源側熱交換器103に流入する冷媒の流速が遅くなり、熱源側熱交換器103における冷媒分配性能が悪化する。
 本開示の空気調和装置1では、上述したように、暖房時に熱源側熱交換器103入口部の二相冷媒(冷媒C20)の冷媒乾き度Qを制御パラメータとして負荷側流量調整弁302の開度が調整される。これにより、冷媒回路を循環する冷媒量が少なく流速が低下し易い低負荷時でも、従来と比べ、熱源側熱交換器103入口部の冷媒乾き度Qが極端に低下することを抑制することで流速の低下を抑制し、熱源側熱交換器103での冷媒分配性能の低下が軽減される。また、それにより、熱源側熱交換器103における分配ロスによる蒸発能力の性能低下を抑制できる。
 従来のようにSC目標制御を行う構成では、負荷側熱交換器301出口部において冷媒は過冷却度がついた液冷媒とされるが、本開示では熱源側熱交換器103入口部における冷媒の乾き度(冷媒乾き度Q)が制御されるので、負荷側熱交換器301出口部において冷媒C10は二相冷媒でもよい。
 以上のように、本実施の形態に係る空気調和装置1は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機101と、暖房運転時に凝縮器として機能する負荷側熱交換器301と、暖房運転時に負荷側熱交換器301から流出する冷媒の流量を調整する流量調整弁(負荷側流量調整弁302)と、暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側熱交換器103を有する熱源機100を備える。また、空気調和装置1は、負荷側流量調整弁302の開度を制御する制御部10を備える。制御部10は、暖房運転時に、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度(冷媒乾き度Q)を制御パラメータとして負荷側流量調整弁302の開度を調整する。
 本開示の空気調和装置1によれば、暖房運転時には、蒸発器である熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度(冷媒乾き度Q)を制御パラメータとして負荷側流量調整弁302の開度が調整される。これにより、従来と比べて、暖房運転の低負荷時でも、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度(冷媒乾き度Q)の低下が軽減されることで冷媒の流速の低下が軽減できる。よって、暖房運転の低負荷時における熱源側熱交換器103の冷媒分配性能を改善した空気調和装置1を提供することができる。
 なお、空気調和装置1において、熱源側熱交換器103のパス数あるいはヘッダ構造を変更することで冷媒分配性能を改善することが考えられるが、この場合、熱源側熱交換器103自体の構造の変更が伴うので製造面での課題が残る。一方、本開示の空気調和装置1では、制御方法により低負荷状態での冷媒分配性能を改善することができるので、熱源側熱交換器103自体の構造を変更する場合と比べ、製造面での課題が解消できる。
 また、空気調和装置1は、圧縮機101から吐出される冷媒の温度及び圧力を検出する吐出温度検出部128及び吐出圧力検出部126と、圧縮機101に吸入される冷媒の温度及び圧力を検出する吸入温度検出部129及び吸入圧力検出部127と、を備える。また、空気調和装置1は、負荷側熱交換器301において冷媒と熱交換する前の空気の温度を検出する吸込み温度検出部305と、暖房運転時において負荷側熱交換器301から流出した後かつ負荷側流量調整弁302に流入する前の冷媒の温度を検出する液管温度検出部303と、を備える。そして、制御部10は、吐出温度検出部128、吐出圧力検出部126、吸入温度検出部129、吸入圧力検出部127、吸込み温度検出部305、及び液管温度検出部303の検出値から、乾き度(冷媒乾き度Q)を変数として含む演算式に従って算出した算出値(例えば、フラッティング乗数C)に応じて、負荷側流量調整弁302の開度を調整する。
 これにより、冷媒乾き度Qを制御パラメータとして負荷側流量調整弁302の開度を調整する場合でも、一般的な空気調和装置1が備える検出部を用いることができ、さらに検出を追加する必要がないので、コストが削減できる。
 また、制御部10は、暖房運転時に、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の液流速ul及びガス流速ugのフラッティング乗数Cを算出し、算出したフラッティング乗数Cが、予め決められた目標乾き度に相当する目標値Ctとなるように、負荷側流量調整弁302の開度を調整する。
 また、フラッティング乗数Cの目標値Ctは、定数である。これにより、負荷側流量調整弁302の開度を調整するための演算を簡単なものにでき、制御の負荷を低減できる。
 また、制御部10は、フラッティング乗数Cの目標値Ctを、運転状態に応じて算出し設定する。これにより、実際の運転状態に最適な目標値Ctを設定でき、負荷側流量調整弁302の開度も運転状態に適したものに制御できる。
 また、制御部10は、算出したフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも大きい場合には、負荷側流量調整弁302の開度を現在の開度よりも小さくする。また、制御部10は、算出したフラッティング乗数Cが目標値Ctよりも小さい場合には、負荷側流量調整弁302の開度を現在の開度よりも大きくする。
 これにより、算出したフラッティング乗数Cが目標値Ctに近づくように負荷側流量調整弁302の開度が制御されるので、熱源側熱交換器103に流入する冷媒の乾き度を調整することで流速を最適な流速にして冷媒分配性能を向上させることができる。
 1 空気調和装置、10 制御部、11 記憶手段、12 設定手段、13 機器制御手段、20 負荷容量検出部、30 室内機、100 熱源機、101 圧縮機、102 流路切替弁、103 熱源側熱交換器、104 アキュムレータ、105 第3の逆止弁、106 第4の逆止弁、107 第5の逆止弁、108 第6の逆止弁、109 熱源側流量調整弁、110 バイパス流量調整弁、111 気液分離部、112 熱源側送風機、113 バイパス管、114 主管、120 熱源側熱交換ユニット、126 吐出圧力検出部、127 吸入圧力検出部、128 吐出温度検出部、129 吸入温度検出部、140 熱源側流路調整ユニット、141 制御装置、200 中継機、201 気液分離器、202a、202b 暖房用電磁弁、203a、203b 冷房用電磁弁、204 液流出側流量調整弁、205 中継バイパス流量調整弁、206 第1の熱交換部、207 第2の熱交換部、208 中継バイパス温度検出部、209 中継バイパス配管、210a、210b 第1の逆止弁、211a、211b 第2の逆止弁、220 制御装置、231 液流出圧力検出部、232 下流側液流出圧力検出部、240 第1の分岐部、250 第2の分岐部、260 熱交換部、300、300a、300b 室内機、301、301a、301b 負荷側熱交換器、302、302a、302b 負荷側流量調整弁、303、303a、303b 液管温度検出部、304、304a、304b ガス管温度検出部、305、305a、305b 吸込み温度検出部、401 低圧管、402 高圧管、403a、403b ガス枝管、404a、404b 液枝管、501 第1の冷媒配管、502a、502b 第2の冷媒配管、A 断面積、C フラッティング乗数、Ct 目標値、Dg ガス飽和密度、Dl 液飽和密度、Gr 吐出冷媒流量、Q 冷媒乾き度、ug ガス流速、ul 液流速、η 分配ロスの低減率。

Claims (6)

  1.  冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、
     暖房運転時に凝縮器として機能する負荷側熱交換器と、
     前記暖房運転時に前記負荷側熱交換器から流出する前記冷媒の流量を調整する流量調整弁と、
     前記暖房運転時に蒸発器として機能する熱源側熱交換器と、
     前記流量調整弁の開度を制御する制御部と、を備え、
     前記制御部は、前記暖房運転時に、前記熱源側熱交換器に流入する前記冷媒の乾き度を制御パラメータとして前記流量調整弁の開度を調整する
     空気調和装置。
  2.  前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度及び圧力を検出する吐出温度検出部及び吐出圧力検出部と、
     前記圧縮機に吸入される前記冷媒の温度及び圧力を検出する吸入温度検出部及び吸入圧力検出部と、
     前記負荷側熱交換器において前記冷媒と熱交換する前の空気の温度を検出する吸込み温度検出部と、
     前記暖房運転時において前記負荷側熱交換器から流出した後かつ前記流量調整弁に流入する前の前記冷媒の温度を検出する液管温度検出部と、を備え、
     前記制御部は、前記吐出温度検出部、前記吐出圧力検出部、前記吸入温度検出部、前記吸入圧力検出部、前記吸込み温度検出部、及び前記液管温度検出部の検出値から、前記乾き度を変数として含む演算式に従って算出した算出値に応じて、前記流量調整弁の開度を調整する
     請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  前記制御部は、前記暖房運転時に、前記熱源側熱交換器に流入する前記冷媒の液流速及びガス流速のフラッティング乗数を算出し、算出した前記フラッティング乗数が、予め決められた目標乾き度に相当する目標値となるように、前記流量調整弁の開度を調整する
     請求項1又は2に記載の空気調和装置。
  4.  前記フラッティング乗数の前記目標値は、定数である
     請求項3に記載の空気調和装置。
  5.  前記制御部は、前記フラッティング乗数の前記目標値を、運転状態に応じて算出し設定する
     請求項3に記載の空気調和装置。
  6.  前記制御部は、
     算出した前記フラッティング乗数が前記目標値よりも大きい場合には、前記流量調整弁の開度を現在の開度よりも小さくし、
     算出した前記フラッティング乗数が前記目標値よりも小さい場合には、前記流量調整弁の開度を現在の開度よりも大きくする
     請求項3~5のいずれか一項に記載の空気調和装置。
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