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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-204812(P2018-204812A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】熱交換システム及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
   F25B 47/02 20060101AFI20181130BHJP
   F25B 1/00 20060101ALI20181130BHJP
   F25B 5/02 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   F25B47/02 540F
   F25B47/02 530A
   F25B1/00 331E
   F25B1/00 101H
   F25B5/02 530J
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2017-107622(P2017-107622)
(22)【出願日】2017年5月31日
(71)【出願人】
【識別番号】516299338
【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000213297
【氏名又は名称】中部電力株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000156938
【氏名又は名称】関西電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
(74)【代理人】
【識別番号】100140914
【弁理士】
【氏名又は名称】三苫 貴織
(74)【代理人】
【識別番号】100136168
【弁理士】
【氏名又は名称】川上 美紀
(74)【代理人】
【識別番号】100172524
【弁理士】
【氏名又は名称】長田 大輔
(72)【発明者】
【氏名】葛山 洋平
(72)【発明者】
【氏名】小林 隆之
(57)【要約】      (修正有)
【課題】複数の室外熱交換器を有する熱交換システムの熱交換ロスを抑制しつつ、熱交換システムの除霜運転することができる熱交換システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】低段側圧縮機3aと、低段側圧縮機3aで圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機3bと、複数の室外熱交換器6と室内熱交換器5とを備える空気調和機10であって、室内熱交換器5と各室外熱交換器6の一端側と、高段側圧縮機3bの吐出側と、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bとの間の接続点とに接続され、流通させる冷媒の流路を切り替える四方弁7と、四方弁7と、各室外熱交換器6との間にそれぞれ設けられ、四方弁7と、各室外熱交換器6と、低段側圧縮機3aの吸入側とに流通させる冷媒の流路を切り替える三方弁8と、四方弁7と三方弁8との流路の切替えを制御する制御部を具備する。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムであって、
前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機との間の接続点とに接続され、流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1流路切替手段と、
前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機の吸入側とに流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2流路切替手段と、
前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する制御手段と
を具備する熱交換システム。
【請求項2】
一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、
暖房運転時、前記制御手段は、前記第1の第2流路切替手段を介して前記低段側圧縮機に前記冷媒を流入させ、前記第2の第2流路切替手段を介して前記高段側圧縮機に前記冷媒を流入させる請求項1に記載の熱交換システム。
【請求項3】
一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、複数の前記熱源側熱交換器のうち一の前記熱源側熱交換器が着霜した場合に、
前記制御手段は、一の前記熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、他の前記熱源側熱交換器を蒸発器として運転させ、前記第1の第2流路切替手段は前記高段側圧縮機からの前記冷媒を一の前記熱源側熱交換器に流通させ、前記第2の第2流路切替手段は他の前記熱源側熱交換器からの前記冷媒を前記低段側圧縮機に流通させる請求項1または請求項2に記載の熱交換システム。
【請求項4】
低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムであって、
前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機の吸入側に接続され、流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1流路切替手段と、
前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機の接続点に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2流路切替手段と、
前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する制御手段と
を具備する熱交換システム。
【請求項5】
一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、複数の前記熱源側熱交換器のうち一の前記熱源側熱交換器が着霜した場合に、
着霜した前記熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、着霜していない前記熱源側熱交換器を蒸発器として運転させ、
前記制御手段は、前記高段側圧縮機から吐出された前記冷媒を前記凝縮器として運転される前記熱源側熱交換器に流通させるように前記第1の第2流路切替手段を制御し、前記凝縮器を流通後に前記蒸発器として運転される前記熱源側熱交換器を介して、前記高段側圧縮機に前記冷媒を流通させるように前記第2の第2流路切替手段を制御する請求項4に記載の熱交換システム。
【請求項6】
暖房運転時に、前記利用側熱交換器の出口の液冷媒と、該液冷媒の一部を膨張させた二相冷媒を熱交換させる液ガス熱交換器を備え、熱交換後の前記二相冷媒を前記低段側圧縮機または前記高段側圧縮機に流入させる請求項1から請求項5のいずれかに記載の熱交換システム。
【請求項7】
前記高段側圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記熱源側熱交換器に戻すバイパス経路を設け除霜する請求項1から請求項6のいずれかに記載の熱交換システム。
【請求項8】
低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムの制御方法であって、
前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機との間の接続点とに接続された第1流路切替手段において流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1工程と、
前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機の吸入側とに接続された第2流路切替手段において流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2工程と、
前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する第3工程と
を具備する熱交換システムの制御方法。
【請求項9】
低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムの制御方法であって、
前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機の吸入側に接続された第1流路切替手段に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1工程と、
前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機の接続点に接続された第2流路切替手段に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2工程と、
前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する第3工程と
を具備する熱交換システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換システム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、空気調和機が暖房状態で運転している場合に、蒸発器として運転している熱交換器の吹込空気が0℃を下回ると、熱交換器が着霜し、蒸発能力が低下するフロストが発生する。そこで、空気調和機の冷媒回路の冷媒の流れ方向を切り替える四方弁を切り替え、一時的に冷房サイクルで運転させることで、蒸発器として運転していた熱交換器を凝縮器として運転させるように役割を反転させたリバースサイクル運転を実施し、着霜した熱交換器を除霜する運転(デフロスト運転)が行われている。
また、ヒートポンプ式暖房給湯機のように加熱温度が高い機器の場合では、低圧と高圧の差が大きいために圧縮機が1台では能力が足りず、圧縮機を2台直列で接続して昇圧する多段圧縮方式の機器構成とする場合がある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
リバースサイクルでのデフロスト運転時は、暖房運転時の冷媒回路の冷媒流れが逆転され、除霜するために室外機側の熱交換器が高温にされ、室内機側の熱交換器が低温にされるため、加熱能力が低下する。このような室内機の能力低下を防ぐために、下記特許文献2では、室外機に設ける蒸発器を2台設け、利用側熱交換器33と熱源側熱交換器52の暖房運転するサイクルと、熱源側熱交換器51と熱源側熱交換器52の除霜運転するサイクルの2つのサイクルを構成し、着霜した熱交換器の除霜する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−85047号公報
【特許文献2】特開2014−224644号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献2の方法では、多段圧縮方式の空気調和機で暖房運転時に、室外機に設けられた複数の蒸発器が同一の圧縮機に接続されており、それぞれの蒸発器の蒸発温度が異なる場合には、蒸発温度が高い蒸発器は、蒸発温度が低い蒸発器に蒸発温度を合わせるように運転制御される。そうすると、高い蒸発温度で運転できる蒸発器の運転能力が抑制され、ロスが生じるという問題があった。また、特許文献2の方法では、室外機では蒸発器が2台以上同時に機能していることを前提としているので、例えば、室外機の熱交換器の一方の熱源が無い場合には除霜することができない。また、特許文献1の方法においては、室外熱交換器が1つしか設けられていないので、多段圧縮方式で蒸発器が複数ある場合については考慮されていない。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の室外熱交換器を有する熱交換システムの熱交換ロスを抑制しつつ、熱交換システムの除霜運転することができる熱交換システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムであって、前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機との間の接続点とに接続され、流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1流路切替手段と、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機の吸入側とに流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2流路切替手段と、前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する制御手段とを具備する熱交換システムを提供する。
【0008】
本発明の構成によれば、熱源側熱交換器から出た冷媒は、第2流路切替手段の流路の切替えによって低段側圧縮機への流路と第1流路切替手段への流路に分けられ、第1流路切替手段の切替えによって、高段側圧縮機から吐出された冷媒は、第1流路切替手段を介して利用側熱交換器側と、低段側圧縮機と高段側圧縮機との接続点に接続される流路と、各熱源側熱交換器側の一端側とに流路が切り替えられる。
本発明の構成により、複数の熱源側熱交換器から出た冷媒は、低段側圧縮機の入力側に流通させる経路と、第1流路切替手段を介して低段側圧縮機を流通させずに高段側圧縮機の入力側に流通させる経路とに分けることができる。このように、複数の熱源側熱交換器から出た冷媒を、低段側圧縮機と高段側圧縮機に個別に冷媒を流入させることができるので、熱源側熱交換器を蒸発器として使用する場合には、複数の熱源側熱交換器を異なる蒸発温度で運転させることができ、複数の熱源側熱交換器を同じ蒸発温度で運転させる場合と比較して効率よく運転できる。
【0009】
上記熱交換システムにおいて、一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、暖房運転時、前記制御手段は、前記第1の第2流路切替手段を介して前記低段側圧縮機に前記冷媒を流入させ、前記第2の第2流路切替手段を介して前記高段側圧縮機に前記冷媒を流入させてもよい。
【0010】
これにより、蒸発温度が低い熱源側熱交換器から出力された冷媒は、低段側圧縮機と高段側圧縮機で圧縮させ、蒸発温度が高い熱源側熱交換器から出力された冷媒は、高段側圧縮機で圧縮させることができるので、異なる蒸発温度の熱源側熱交換器があっても、ロスなく運転させることができる。
【0011】
上記熱交換システムにおいて、一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、複数の前記熱源側熱交換器のうち一の前記熱源側熱交換器が着霜した場合に、前記制御手段は、一の前記熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、他の前記熱源側熱交換器を蒸発器として運転させ、前記第1の第2流路切替手段は前記高段側圧縮機からの冷媒を一の前記熱源側熱交換器に流通させ、前記第2の第2切替手段は他の前記熱源側熱交換器からの前記冷媒を前記低段側圧縮機に流通させてもよい。
【0012】
このように、熱源側熱交換器が複数設けられることにより、そのうち1つの熱源側熱交換器が着霜した場合には、着霜した熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、着霜していない熱源側熱交換器を蒸発器として運転させることにより、熱源側の熱交換器だけで除霜(デフロスト)運転を実施することができる。これにより、利用側熱交換器には低温の冷媒が流通することが無く、利用側における冷媒の温度低下を抑制することができる。
【0013】
本発明は、低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムであって、前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機の吸入側に接続され、流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1流路切替手段と、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機の接続点に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2流路切替手段と、前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する制御手段とを具備する熱交換システムを提供する。
【0014】
本発明の構成によれば、熱源側熱交換器から出た冷媒は、第2流路切替手段の流路の切替えによって高段側圧縮機への流路と第1流路切替手段への流路に分けられ、第1流路切替手段の切替えによって、高段側圧縮機から吐出された冷媒は、第1流路切替手段を介して利用側熱交換器側と、低段側圧縮機側に接続される流路と、各熱源側熱交換器側の一端側とに流路が切り替えられる。
本発明の構成により、複数の熱源側熱交換器から出た冷媒は、高段側圧縮機の入力側に流通させる経路と、第1流路切替手段を介して低段側圧縮機の入力側に流通させる経路とに分けることができる。このように、複数の熱源側熱交換器から出た冷媒を、低段側圧縮機と高段側圧縮機に個別に冷媒を流入させることができるので、複数の熱源側熱交換器を異なる蒸発温度で運転させることができる。
【0015】
上記熱交換システムにおいて、一の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第1の第2流路切替手段とし、一の前記熱源側熱交換器以外の他の前記熱源側熱交換器と接続される前記第2流路切替手段を第2の第2流路切替手段とし、複数の前記熱源側熱交換器のうち一の前記熱源側熱交換器が着霜した場合に、着霜した前記熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、着霜していない前記熱源側熱交換器を蒸発器として運転させ、前記制御手段は、前記高段側圧縮機から吐出された前記冷媒を前記凝縮器として運転される前記熱源側熱交換器に流通させるように前記第1の第2流路切替手段を制御し、前記凝縮器を流通後に前記蒸発器として運転される前記熱源側熱交換器を介して、前記高段側圧縮機に前記冷媒を流通させるように前記第2の第2流路切替手段を制御してもよい。
【0016】
除霜運転時には、低段側圧縮機と高段側圧縮機の冷媒の圧縮差が小さくなる傾向があるため、除霜運転時には、蒸発器の出力後の冷媒を高段側圧縮機に吸入させ単段圧縮とすることにより、冷媒圧縮の効率低下を防ぐ。
熱源側熱交換器が複数設けられることにより、そのうち1つの熱源側熱交換器が着霜した場合には、着霜した熱源側熱交換器を凝縮器として運転させ、着霜していない熱源側熱交換器を蒸発器として運転させることにより、熱源側の熱交換器だけで除霜(デフロスト)運転を実施することができる。これにより、利用側熱交換器には低温の冷媒が流通することが無く、利用側における冷媒の温度低下を抑制することができる。
【0017】
上記熱交換システムにおいて、暖房運転時に、前記利用側熱交換器の出口の液冷媒と、該液冷媒の一部を膨張させた二相冷媒を熱交換させる液ガス熱交換器を備え、熱交換後の前記二相冷媒を前記低段側圧縮機または前記高段側圧縮機に流入させてもよい。
【0018】
利用側熱交換器の出口の液冷媒と液冷媒の一部を膨張させた二相冷媒を熱交換させ、熱交換後の二相冷媒を圧縮機側に流入させることにより、冷媒回路に循環する冷媒循環量を低減することができ、入力の低減を図ることができるので、性能の向上に繋がる。
【0019】
上記熱交換システムにおいて、前記高段側圧縮機から吐出された前記冷媒を、前記熱源側熱交換器に戻すバイパス経路を設け除霜してもよい。
【0020】
このような構成によれば、圧縮機と熱源側熱交換器で構成された回路となるため、除霜するための制御が容易となる。
【0021】
本発明は、低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムの制御方法であって、前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機との間の接続点とに接続された第1流路切替手段において流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1工程と、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機の吸入側とに接続された第2流路切替手段において流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2工程と、前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する第3工程とを具備する熱交換システムの制御方法を提供する。
【0022】
本発明は、低段側圧縮機と、前記低段側圧縮機で圧縮された冷媒をさらに圧縮する高段側圧縮機と、複数の熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、を備える熱交換システムの制御方法であって、前記利用側熱交換器と、各前記熱源側熱交換器の一端側と、前記高段側圧縮機の吐出側と、前記低段側圧縮機の吸入側に接続された第1流路切替手段に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第1工程と、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器との間にそれぞれ設けられ、前記第1流路切替手段と、各前記熱源側熱交換器と、前記低段側圧縮機と前記高段側圧縮機の接続点に接続された第2流路切替手段に流通させる前記冷媒の流路を切り替える第2工程と、前記第1流路切替手段と前記第2流路切替手段との流路の切替えを制御する第3工程とを具備する熱交換システムの制御方法を提供する。
【発明の効果】
【0023】
本発明は、複数の室外熱交換器を有する熱交換システムの熱交換ロスを抑制しつつ、熱交換システムの除霜運転できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1】本発明の第1実施形態に係る空気調和機の冷媒系統図である。
図2】本発明の第1実施形態に係る空気調和機の制御装置の機能ブロック図である。
図3】本発明の第1実施形態に係る空気調和機の第2暖房運転時の冷媒の流れを説明するための図である。
図4】本発明の第1実施形態に係る空気調和機のデフロスト運転時の冷媒の流れを説明するための図である。
図5】本発明の第2実施形態に係る空気調和機の冷媒系統図であり、デフロスト運転時の冷媒流れを示した図である。
図6】本発明の第3実施形態に係る空気調和機の冷媒系統図である。
図7】本発明の第4実施形態に係る空気調和機の冷媒系統図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下に、本発明に係る熱交換システム及びその制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。本発明の熱交換システムは、熱媒を加熱して出力するものであり、例えば、空気調和機や給湯器等を含むヒートポンプが一例として挙げられる。熱媒は、気体、液体を問わない。また、熱交換システムは、熱媒を加熱する機能のみを有していてもよいし、加熱・冷却の両方の機能を有していてもよい。以下の説明においては、熱交換システムの一例として、空気調和機を例に挙げて説明する。
【0026】
〔第1実施形態〕
図1は、本実施形態に係る空気調和機10の冷媒系統図である。空気調和機10は、冷媒を圧縮する圧縮機3と、室内空気と冷媒とが熱交換する室内熱交換器(利用側熱交換器)5と、外気と冷媒とが熱交換する室外熱交換器(熱源側熱交換器)6と、レシーバ4と、四方弁(第1流路切替手段)7と、三方弁(第2流路切替手段)8と、温度検出部2とを備えている。レシーバ4と室内熱交換器5との間の冷媒配管には第1膨張弁9が設けられ、レシーバ4と室外熱交換器6との間の冷媒配管には第2膨張弁11がそれぞれ設けられている。上記構成において、例えば、圧縮機3、レシーバ4、室外熱交換器6、四方弁7、三方弁8、及び第2膨張弁11は、室外機に設けられ、室内熱交換器5及び第1膨張弁9は室内機に設けられている。
【0027】
本実施形態においては室外熱交換器6が室外熱交換器6a,6bとして2個あることとして説明するが、室外熱交換器の数は特に限定されない。
本実施形態においては、凝縮器(室内熱交換器5)に比べて各蒸発器(室外熱交換器6a,6b)のサイズ(熱交換量)が小さいものとする。1台の蒸発器で熱が十分に供給できる場合には、運転させていない蒸発器は使用しなくてもよいが、要求熱量が1台で供給できない場合には、運転させていない蒸発器を使用することで不足分を補う。
温度検出部2、三方弁8、及び第2膨張弁11はそれぞれ室外熱交換器6毎に対応して設けられており、本実施形態においては、それぞれを区別するときは温度検出部2a,2b、三方弁8a,8b、及び第2膨張弁11a,11bとして示すが、特に区別しないときにはa,bの符号を省略して示す。
【0028】
圧縮機3は、低段側圧縮機3aと、高段側圧縮機3bとを備える2段圧縮機とされている。低段側圧縮機3aで圧縮された中間圧力の冷媒をさらに高段側圧縮機3bで圧縮して高圧として吐出するものである。低段側圧縮機3a及び高段側圧縮機3bは、ローリングピストンタイプあるいはスイングタイプのロータリ式圧縮機構およびスクロール圧縮機構等の公知の形式の圧縮機構を適用できる。
低段側圧縮機3aは、吐出側から冷媒配管を介して高段側圧縮機3bに接続されており、高段側圧縮機3bは、低段側圧縮機3aで圧縮された中間圧の冷媒ガスを吸入して2段圧縮する。
空気調和機10は、圧縮機3から吐出されて四方弁7に流れる冷媒の圧力(高圧圧力:凝縮圧力)を測定する圧力センサ(図示略)、及び四方弁7から圧縮機3へ戻される冷媒の圧力(低圧圧力:蒸発圧力)を測定する圧力センサ(図示略)を備える。
【0029】
空気調和機10は、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bを接続する配管L1と、高段側圧縮機3bと四方弁7を接続する配管L2と、四方弁7と室内熱交換器5を接続する配管L3と、第1膨張弁9を介して室内熱交換器5とレシーバ4を接続する配管L4と、第2膨張弁11a,11bを介してレシーバ4と室外熱交換器6a,6bを接続する配管L5と、室外熱交換器6aと三方弁8aを接続する配管L6と、室外熱交換器6bと三方弁8bを接続する配管L7と、三方弁8aと低段側圧縮機3aとを接続する配管L12と、三方弁8bと低段側圧縮機3aとを接続する配管L11と、低段側圧縮機3aの吐出側と高段側圧縮機3bの吸入側との間に設けられる接続点Xと四方弁7とを接続する配管L8と、四方弁7と三方弁8aを接続する配管L9と、四方弁7と三方弁8bを接続する配管L10とを備え、冷媒が循環する冷媒回路を構成する。
【0030】
レシーバ4は、冷媒の気液分離が行われるとともに循環する冷媒量の調整が行われる。
四方弁7は、室内熱交換器5と、三方弁8a,8b(室外熱交換器6a,6bの一端側)と、高段側圧縮機3bの吐出側と、低段側圧縮機3aの吐出側と高段側圧縮機3bの吸入側との間に設けられる接続点Xとに接続され、流通させる冷媒の流路を切り替える。
三方弁8aは、四方弁7と室外熱交換器6bとが接続される経路上の接続点Yと室外熱交換器6aとの間に設けられ、四方弁7と、室外熱交換器6aと、低段側圧縮機3aの吸入側とに流通させる冷媒の流路を切り替える。つまり、三方弁8aは、配管L6と配管L9と配管L12の冷媒流路を切り替える。
三方弁8bは、四方弁7と三方弁8aとが接続される経路上の接続点Yと室外熱交換器6bとの間に設けられ、四方弁7と、室外熱交換器6bと、低段側圧縮機3aの吸入側とに流通させる冷媒の流路を切り替える。つまり、三方弁8bは、配管L7と配管L10と配管L11の冷媒流路を切り替える。
【0031】
温度検出部2a,2bは、例えばセンサであり、蒸発器として運転する室外熱交換器6a,6bの温度(以下「蒸発器の温度」ともいう)を検出し、制御装置20に出力する。本実施形態においては、蒸発器の配管温度、つまり、暖房運転時の室外熱交換器6a,6bの配管温度を検出することにより蒸発器の温度とする場合を例に挙げて説明するが、蒸発器の温度の検出方法はこれに限定されない。蒸発器の温度は、例えば、蒸発器の熱源温度、つまり、暖房運転時の室外熱交換器6a,6bの熱源温度を検出して得てもよく、熱源が空気であれば、温度検出部2は外気温を検出し、熱源が水であれば、温度検出部2は水の温度を検出する。温度検出部2a,2bで検出した室外熱交換器6a,6bのそれぞれの蒸発器の温度情報は、制御装置20に出力される。
【0032】
このような空気調和機10において、圧縮機3の制御、四方弁7の切り替え、三方弁8a,8bの切り替え、第1膨張弁9及び第2膨張弁11a,11bの開度制御等は、制御装置20(図2参照)によって行われる。
制御装置20は、例えば、マイクロプロセッサであり、後述する各部により実現される各種機能は、ROM等の記録媒体に格納されているプログラムをCPUがRAM等のメモリに読み出して実行することにより実現される。具体的には、制御装置20は、制御部(制御手段)21、蒸発温度算出部22、及び判定部23を主な構成として備えている。
【0033】
蒸発温度算出部22は、温度検出部2で検出された蒸発器(各室外熱交換器6a,6b)の温度情報を取得し、蒸発器の温度情報に基づいて蒸発温度を算出し、各室外熱交換器6a,6bの蒸発温度の情報を判定部23に出力する。または、冷媒配管に圧力検出部(図示略)を設け、蒸発温度算出部22は、圧力検出部により圧力情報を取得し、飽和温度に基づいて蒸発温度を算出しても良い。
判定部23は、各室外熱交換器6a,6b間での蒸発温度の差と、記憶部(図示略)に記憶されている蒸発器の所定温度差(閾値温度)とを比較する。比較の結果、判定部23は、室外熱交換器6a,6bの蒸発温度差が所定温度差未満の場合には、第1暖房運転指令を出力し、所定温度差以上の場合には第2暖房運転指令を出力する。
また、判定部23は、室外熱交換器6a,6bが着霜したか否かを判定し、着霜を検出した場合には、デフロスト(除霜)運転指令を制御部21に出力する。
【0034】
例えば、空気調和機10が暖房運転時において、判定部23は、2つの室外熱交換器6a,6bの蒸発温度差が所定温度差(例えば、20℃)以上か否かを判定し、蒸発器温度差が所定温度(例えば、20℃)より小さい場合は第1暖房運転指令を出力し、蒸発器温度差が所定温度(例えば、20℃)以上である場合には、第2暖房運転指令を出力する。
【0035】
制御部21は、取得した指令に基づいて、四方弁7の切り替え、三方弁8a,8bの切り替え及び開度制御を行う。例えば、一の室外熱交換器6と接続される三方弁8を第1三方弁とし、一の室外熱交換器6以外の他の室外熱交換器6と接続される三方弁8を第2三方弁とすると、制御部21は、第2暖房運転時、第1三方弁を介して低段側圧縮機3aに冷媒を流入させ、第2三方弁を介して高段側圧縮機3bに冷媒を流入させる。
【0036】
具体的には、制御部21は、冷房運転指令を取得すると、冷房運転に応じて三方弁8a,8b及び四方弁7の開閉を制御する。
例えば、三方弁8bは、四方弁7側と室外熱交換器6b側の流路を開状態にさせ低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にさせ、三方弁8aは、四方弁7側と室外熱交換器6a側の流路を開状態にさせ、低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にさせる。これにより、高段側圧縮機3bから吐出された冷媒が、三方弁8bを介して室外熱交換器6bに流入し、三方弁8aを介して室外熱交換器6aに流入し、レシーバ4、室内熱交換器5と流通して、四方弁7を介して高段側圧縮機3bに流入される経路となる。
【0037】
第1暖房運転時、制御部21は、三方弁8a,8bは、四方弁7側の流路を閉状態にさせ低段側圧縮機3a側の流路を開状態にさせるように制御し、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒の流入先を低段側圧縮機3aとする。
第2暖房運転時、制御部21は、例えば、蒸発器温度が低い室外熱交換器6aと接続される三方弁8a(第1三方弁)は、四方弁7側の流路を閉状態にさせ低段側圧縮機3a側の流路を開状態にさせるように制御し、蒸発器温度が高い室外熱交換器6bと接続される三方弁8b(第2三方弁)は、四方弁7側の流路を開状態にさせ低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にさせるように制御し、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒の流入先の圧縮機を異ならせる。これにより、蒸発器温度が低い室外熱交換器6から出力された冷媒は、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bで圧縮され、蒸発器温度が高い室外熱交換器6から出力された冷媒は、高段側圧縮機3bで圧縮させることができるので、異なる蒸発器温度の室外熱交換器6があっても、無駄なく運転させることができる。
【0038】
また、制御部21は、デフロスト運転指令を取得すると、複数の室外熱交換器6のうち着霜のおそれがあると判定された室外熱交換器6を凝縮器として運転させ、着霜のおそれがあると判定されていない室外熱交換器6を蒸発器として運転させる。制御部21は、例えば、三方弁8b(第1三方弁)は、低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にし、室外熱交換器6b側の流路を開状態にすることで高段側圧縮機3bからの冷媒を室外熱交換器6bに流通させ、三方弁8a(第2三方弁)は四方弁7側の流路を閉状態にし、低段側圧縮機3a側の流路を開状態にすることで室外熱交換器6aからの冷媒を低段側圧縮機3aに流通させる。なお、デフロスト運転においては、周知のリバースサイクル運転により実施しても良い。
【0039】
このように、室外熱交換器6a,6bが複数設けられることにより、そのうち1つの室外熱交換器6a,6bが着霜した場合であっても、着霜した室外熱交換器6a,6bを凝縮器として運転させ、着霜していない室外熱交換器6a,6bを蒸発器として運転させることにより、室外機側の熱交換器だけで除霜(デフロスト)運転を実施することができる。これにより、室内熱交換器5には低温の冷媒が流通することが無く、利用側における冷媒の温度低下を抑制することができる。
【0040】
ここで、空気調和機10の冷房運転、暖房運転のときの冷媒の流れについて説明する。
本実施形態に係る空気調和機10の冷房運転時においては、室内熱交換器5から出た冷媒は、四方弁7を介して高段側圧縮機3bに送られる。高段側圧縮機3bにおいて圧縮された冷媒は、四方弁7を介して三方弁8a,8bを経て室外熱交換器6a,6bに送られ、ここで外気と熱交換することによって凝縮液化して液冷媒となる。液冷媒となった冷媒は、第2膨張弁11により中間圧に調整され、レシーバ4に送られる。レシーバ4において冷媒は気液分離され、液冷媒は、第1膨張弁9を通過する過程で断熱膨張した後、室内熱交換器5に送られ、ここで室内空気を冷却することによって蒸発気化する。室内熱交換器5において、吸熱してガスになった冷媒は、四方弁7を介して高段側圧縮機3bに送られる。高段側圧縮機3bによって圧縮された冷媒が四方弁7に送られる。このように、空気調和機10の冷房運転時には、室外熱交換器6が凝縮器として、室内熱交換器5が蒸発器として機能する。
【0041】
一方、暖房運転の場合には、本実施形態においては、第1暖房運転と第2暖房運転の2つの暖房運転方式を切り替えられるようになっている。第1暖房運転は、室外熱交換器6a,6bの蒸発温度の差が所定温度差未満の場合に選択され、第2暖房運転は、室外熱交換器6a,6bの蒸発温度差が所定温度以上の場合に選択される。
【0042】
以下に、本実施形態に係る暖房運転について説明する。ここでは、複数の室外熱交換器6a,6bの運転が必要となる熱量が要求されており、複数の室外熱交換器6a,6bを蒸発器として運転している場合を例に挙げて説明する。
空気調和機10の第1暖房運転時には、室外熱交換器6a,6bから流出した冷媒は、三方弁8a,8bを介して低段側圧縮機3aに流入され、高段側圧縮機3bから吐出され、四方弁7から室内熱交換器5に流入される。室内熱交換器5で室内空気に放熱することによって凝縮液化し、高圧低温の液冷媒となる。この液冷媒は、第1膨張弁9によって中間圧に調整され、レシーバ4に送られる。レシーバ4において中間圧冷媒は気液分離され、第2膨張弁を通過する過程で断熱膨張した後、室外熱交換器6a,6bに送られ、ここで外気を冷却することによって蒸発気化する。室外熱交換器6a,6bにおいて吸熱してガスになった冷媒は、三方弁8a、四方弁7等を経て圧縮機に送られる。
【0043】
蒸発温度差が検出されており、蒸発温度差が所定温度差以上か否かが判定され、所定温度差以上と判定された場合には、空気調和機10の暖房運転が、第2暖房運転に切り替えられる。ここでは、室外熱交換器6aの蒸発器の温度に基づいて算出された蒸発温度が第1温度(例えば、20℃)とし、室外熱交換器6bの蒸発器の温度に基づいて算出された蒸発温度が第2温度(例えば、0℃)である場合を例に挙げて説明する。
【0044】
例えば、空気調和機10の第2暖房運転時には、室外熱交換器6aより蒸発器温度が低い室外熱交換器6bから流出した冷媒は、例えば、図3の点線矢印で示すように、三方弁8bを経て低段側圧縮機3aに送られる。室外熱交換器6bより蒸発器温度が高い室外熱交換器6aから出た冷媒は、図3の実線矢印で示すように、三方弁8aを経て四方弁7を介し、接続点Xで合流して、高段側圧縮機3bに送られる。高段側圧縮機3bから吐出された冷媒は、室内熱交換器5に送られ、第1膨張弁9、レシーバ4、第2膨張弁11、室外熱交換器6a,6bの順に送られる。
【0045】
ここでは、三方弁8aは低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にして四方弁7側の流路を開状態にし、三方弁8bは低段側圧縮機3a側の流路を開状態にして四方弁7側の流路を閉状態にすることとして説明しているが、これに限定されない。例えば、三方弁8aは低段側圧縮機3a側の流路を開状態にして四方弁7側の流路を閉状態にし、三方弁8bは低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にして四方弁7側の流路を開状態にして暖房運転させてもよい。本実施形態においては、各三方弁8a,8bが接続される室外熱交換器6a,6bが蒸発器として運転するときのそれぞれの蒸発温度に応じて、四方弁7側を開状態にするか低段側圧縮機3aの流路を開状態にするかが決定される。
【0046】
低段側圧縮機3aにおいて圧縮された冷媒は、接続点Xにおいて配管L8を流通した室外熱交換器6からの冷媒と合流して高段側圧縮機3bに吸い込まれ、高段側圧縮機3bによって更に圧縮された冷媒が四方弁7に送られる。
このように、空気調和機10の暖房運転時には、室内熱交換器5が凝縮器として、室外熱交換器6a,6bが蒸発器として機能する。
なお、本実施形態では、室内熱交換器5及び室外熱交換器6ともに気体との熱交換としているが、これに限られず、液体(例えば、水)との熱交換としてもよい。
【0047】
また、暖房運転時、蒸発器として運転している室外熱交換器6a,6bがフロスト(着霜)したか否かが判定されており、例えば、室外熱交換器6bでフロストが検出された場合には、図4の実線に示されるように冷媒を流す。すなわち、四方弁7は、室内熱交換器5側の流路と接続点Xへの流路とを閉状態にし、三方弁8bは、低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にし、室外熱交換器6b側の流路を開状態にし、三方弁8aは、四方弁7側の流路を閉状態にし、低段側圧縮機3a側の流路を開状態にし、室外熱交換器6a側の流路を開状態にする。
【0048】
そして、室外熱交換器6bを凝縮器として運転させ、室外熱交換器6aを蒸発器として運転させることで、高段側圧縮機3bから吐出された冷媒を三方弁8bを介して室外熱交換器6bに流入させ、室外熱交換器6bから出た冷媒を室外熱交換器6aに流入させ、室外熱交換器6aから出た冷媒は低段側圧縮機3a、高段側圧縮機3bに流入させる。このように、室外機に複数の室外熱交換器6が設けられ、複数の室外熱交換器6を凝縮器と蒸発器として運転させることにより、室内機を冷媒が流通することなく、室外機側でデフロスト運転ができるようになる。このとき、暖房は停止させているので、室内機が配置される空間(室内)には、冷風が吹出すことがないので、室内は体感温度を維持した状態で、空気調和機10をデフロスト運転できる。
【0049】
以上説明してきたように、本実施形態に係る空気調和機10及びその制御方法によれば、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒は、三方弁8a,8bの流路の切替えによって低段側圧縮機3aへの流路と四方弁7への流路に分けられ、四方弁7の切替えによって、高段側圧縮機3bから吐出された冷媒は、四方弁7を介して室内熱交換器5側と、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bとの接続点Xに接続される流路と、三方弁8a,8b(各室外熱交換器6a,6b側の一端側に接続される三方弁)とに流路が切り替えられる。
本実施形態の構成により、複数の室外熱交換器6a,6bから出た冷媒は、低段側圧縮機3aの入力側に流通させる経路と、四方弁7を介して、低段側圧縮機3aを流通させずに(バイパスして)高段側圧縮機3bの入力側に流通させる経路とに分けることができる。
【0050】
このように、複数の室外熱交換器6a,6bから出た冷媒を、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bに個別に冷媒を流入させることができるので、複数の室外熱交換器6a,6bを異なる蒸発温度で運転させることができる。
従来は、蒸発温度が異なる複数の蒸発器を用いる場合には、高い蒸発温度の蒸発器は低い蒸発温度の蒸発器に合わせる必要があったので、高い蒸発温度の蒸発器は能力が低下していた。本実施形態によれば、蒸発温度が低い室外熱交換器6から出力された冷媒は、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bで圧縮させ、蒸発温度が高い室外熱交換器6から出力された冷媒は、高段側圧縮機3bで圧縮させることができる。このように、蒸発器を出た冷媒に対し、単段圧縮または二段圧縮を選択できるので、低い蒸発温度の蒸発器に合わせる必要がなく、異なる蒸発温度の室外熱交換器6があっても、無駄なく運転させることができる。
【0051】
また、室外熱交換器6が複数設けられることにより、そのうち1つの室外熱交換器6が着霜した場合には、着霜した室外熱交換器6を凝縮器として運転させ、着霜していない室外熱交換器6を蒸発器として運転させることにより、熱源側の熱交換器だけで除霜(デフロスト)運転を実施することができる。これにより、室内熱交換器5には低温の冷媒が流通することが無く、利用側(例えば、室内)における冷媒の温度低下を抑制することができ、室内の温度低下を防ぐ。
本実施形態においては、第1流路切替手段は四方弁とし、第2流路切替手段は三方弁であることを例に挙げて説明していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第2流路切替手段は、冷媒方向を切り替えられるバルブ(例えば、電動、手動を問わない。)等であってもよい。
【0052】
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の空気調和機10の冷媒回路の四方弁(第1流路切替手段)と三方弁(第2流路切替手段)の設けられる位置が第1実施形態と異なる。本実施形態の熱交換システムについて、第1実施形態と共通する点については説明を省略し、図5を用いて異なる点について主に説明する。
【0053】
四方弁7は、室内熱交換器5と、(室外熱交換器6a,6bの一端側と接続される)三方弁8a,8bと、高段側圧縮機3bの吐出側と、低段側圧縮機3aに接続され、流通させる冷媒の流路を切り替える。
三方弁8aは、四方弁7と室外熱交換器6bとが接続される経路上の接続点Yと室外熱交換器6aとの間に設けられ、低段側圧縮機3aの吐出側と高段側圧縮機3bの吸入側の間に設けられる接続点Qと、四方弁7と、室外熱交換器6aとに流通させる冷媒の流路を切り替える。
三方弁8bは、四方弁7と三方弁8aとが接続される経路上の接続点Yと室外熱交換器6bとの間に設けられ、四方弁7と、室外熱交換器6bと、低段側圧縮機3aの吐出側と高段側圧縮機3bの吸入側の間に繋がる接続点P側に流通させる冷媒の流路を切り替える。
【0054】
第2暖房運転の場合には、第1実施形態の場合と同様に、室外熱交換器6a,6bに蒸発温度差が所定温度差以上となった場合に、三方弁8a,8bの開閉状態を切り替え、異なる圧縮機に室外熱交換器6a,6bからの冷媒を流入させる。
本実施形態に係るデフロスト運転の場合には、以下のように三方弁8a,8b及び四方弁7を制御する。ここで、室外熱交換器6bがフロストした場合を例に挙げて説明する。
四方弁7は、室内熱交換器5側の流路及び低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にし、室外熱交換器6側の流路を開状態にする。三方弁8aは、室外熱交換器6a側の流路を開状態にし、四方弁7側の流路を閉状態にし、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bとの間の接続点Qへの流路を開状態にする。
【0055】
三方弁8bは、四方弁7側の流路を開状態にし、室外熱交換器6b側の流路を開状態にし、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bとの間の接続点Qへの流路を閉状態にする。そして、室外熱交換器6aを蒸発器とし、フロストしたことを検出した室外熱交換器6bを凝縮器として運転させ、高段側圧縮機3bから吐出された冷媒が四方弁7を介して三方弁8bを経て、凝縮器として運転する室外熱交換器6bに流入する。室外熱交換器6bから出た冷媒は室外熱交換器6aに流入され、三方弁8aを介して、高段側圧縮機3bに吸入される。
【0056】
こうして、着霜した蒸発器(例えば、室外熱交換器6b)を凝縮器として運転させ、温かい冷媒を流すことにより除霜する。
以上説明したように、本実施形態に係る空気調和機10及びその制御方法によれば、室外熱交換器6が複数設けられ、そのうち1つの室外熱交換器6が着霜した場合には、着霜した室外熱交換器6を凝縮器として運転させ、着霜していない室外熱交換器6を蒸発器として運転させることにより、熱源側の熱交換器だけで除霜(デフロスト)運転を実施することができる。これにより、室内熱交換器5には低温の冷媒が流通することが無く、利用側における冷媒の温度低下を抑制することができる。また、除霜運転時には、低段側圧縮機3aと高段側圧縮機3bの冷媒の圧縮差が小さくなる傾向があるため、除霜運転時には、蒸発器の出力後の冷媒を高段側圧縮機に吸入させ単段圧縮とすることにより、2段圧縮する場合と比較して、冷媒圧縮の効率低下を防ぐ。
【0057】
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の空気調和機10は、液ガス熱交換器を設ける点で、第1実施形態、第2実施形態と異なる。本実施形態の熱交換システムについて、第1実施形態、第2実施形態と共通する点については説明を省略し、図6を用いて異なる点について主に説明する。
【0058】
図6は、図1の構成に加え、室外機に液ガス熱交換器30と、第3膨張弁31とを備えている。
液ガス熱交換器30は、室内熱交換器5の出口の液冷媒と、該液冷媒を分流し、第3膨張弁31で膨張した一部の二相冷媒を熱交換させる。また、液ガス熱交換器30は、対向流でも平行流でもよく、特に限定されない。
【0059】
室内熱交換器5で室内空気に放熱することによって凝縮液化し、高圧低温の液冷媒は、第1膨張弁9によって圧力調整され、一部の液冷媒が液ガス熱交換器30に流入される。液ガス熱交換器30において、室内熱交換器5の出口の液冷媒と、第3膨張弁31で膨張した一部の二相冷媒が熱交換され、ガス冷媒は高段側圧縮機3bの吸入側へ流入される(配管L20参照)。ここでは、配管L20の連結部は高段側圧縮機3bの吸入側としているが、本発明はこれに限定されず、例えば、低段側圧縮機3aの吸入側であってもよい。
【0060】
また、図6においては、液ガス熱交換器30は、室内熱交換器5とレシーバ4との間に設けられているが、液ガス熱交換器30の位置はこれに限定されず、例えば、レシーバ4と室外熱交換器6との間に設けても良い。
このように、液ガス熱交換器30を設けることにより、液ガス熱交換器30がインジェクションの役割を果たすので、低段側圧縮機3aへの冷媒の循環量を減らすことができ、入力の低減を図ることができる。これにより、暖房運転性能のさらなる向上を期待できる。
【0061】
〔第4実施形態〕
以下、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態の空気調和機10は、高段側圧縮機の吐出側から室外熱交換器の区間にバイパス経路を設ける点で、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態と異なる。本実施形態の熱交換システムについて、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態と共通する点については説明を省略し、図7を用いて異なる点について主に説明する。
【0062】
図7は、図1の構成に加え、第2膨張弁11a,11bと室外熱交換器6a,6bの間の接続点A,Bと、高段側圧縮機3bの吐出側に設けられる接続点Zとを接続するバイパス経路L40を備えている。例えば、バイパス経路L40は、蒸発器として運転していた室外熱交換器6がフロストした場合に使用される。
例えば、室外熱交換器6aに着霜した場合には、図7の実線矢印のように、冷媒の全量を室外熱交換器6a、三方弁8a、低段側圧縮機3a、高段側圧縮機3b、バイパス経路L40、室外熱交換器6aの順で循環させる。また例えば、室外熱交換器6bに着霜した場合には、室外熱交換器6b、三方弁8b、低段側圧縮機3a、高段側圧縮機3b、バイパス経路L40、室外熱交換器6bの順で循環させてもよい。
さらに、例えば、複数の室外熱交換器6a,6bがいずれもフロストした場合に、複数の室外熱交換器6a,6b、三方弁8a,8b、低段側圧縮機3a、高段側圧縮機3b、バイパス経路L40、室外熱交換器6a,6bのように複数の室外熱交換器6に冷媒を流通させてもよい。
【0063】
三方弁8a,8bは、バイパス経路L40を使用し、室外熱交換器6a,6b側の流路と低段側圧縮機3a側の流路を開状態にした場合には、四方弁7側の流路は閉状態にする。四方弁7は、高段側圧縮機3bの吐出側の流路を閉状態にする。これにより、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒は、低段側圧縮機3aに流入し、さらに高段側圧縮機3bに流入し、バイパス経路L40を通って室外熱交換器6a,6bに戻る。
【0064】
また、三方弁8a,8bは、バイパス経路L40を使用し、室外熱交換器6a,6b側の流路と四方弁7側の流路を開状態にした場合には、低段側圧縮機3a側の流路を閉状態にする。四方弁7は、三方弁8a,8b側の流路と接続点Xへの流路を開状態とし、高段側圧縮機3bの吐出側の流路を閉状態とする。これにより、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒は、高段側圧縮機3bに流入し、バイパス経路L40を通って室外熱交換器6a,6bに戻る。
このように、室外熱交換器6a,6bから出た冷媒は、低段側圧縮機3aに流入させてもよいし、高段側圧縮機3bに流入させるようにしてもよい。
【0065】
バイパス経路L40を用いる場合には、室外熱交換器6a,6bは蒸発器や凝縮器として運転させるものでなく、ホットガスを流通させるときに用いられるものであるため、ここでは「ホットガスサイクル」と呼ぶ。
図7においてバイパス経路L40は、高段側圧縮機3bの吐出側から、接続点A,Bまでの区間としているが、バイパス経路L40の配置位置はこれに限定されない。例えば、低段側圧縮機3aの吐出側に接続点を設け、低段側圧縮機3aの吐出側の接続点から接続点A,Bを接続する経路としてもよい。
【0066】
このような構成により、従来のデフロスト運転が実施出来ない場合であっても、圧縮機から吐出される冷媒を直接に室外熱交換器6に流入させることで、室外熱交換器6の除霜を実施することができる。これにより、デフロスト時に凝縮器を必要としない。また、圧縮機3と室外熱交換器6のみの回路となるため、デフロスト制御が他の実施例と比較して容易である。
【0067】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【符号の説明】
【0068】
2a,2b 温度検出部
3a 低段側圧縮機
3b 高段側圧縮機
5 室内熱交換器(利用側熱交換器)
6a,6b 室外熱交換器(熱源側熱交換器)
7 四方弁(第1流路切替手段)
8a,8b 三方弁(第2流路切替手段)
10 空気調和機
X,Y,Z,A,B 接続点

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7