JP2004361036A

JP2004361036A - 空気調和装置

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Publication number: JP2004361036A
Application number: JP2003161934A
Authority: JP
Inventors: Hiromune Matsuoka; 弘宗松岡
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24
Also published as: EP1632732A1; WO2004109199A1; ES2380331T3; CN1723373A; EP1632732B1; AU2004245797B2; AU2004245797A1; KR100605797B1; KR20050044931A; ATE541167T1; EP1632732A4; CN100419344C; US20060000224A1

Abstract

【課題】複数の利用ユニットを備えた空気調和装置において、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑える。
【解決手段】空気調和装置１は、複数の利用ユニット５を備えており、蒸気圧縮式の冷媒回路１０とアキュムレータ２５とを備えている。冷媒回路１０は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ以上の高圧の冷媒を流すことが可能な部品が接続されて構成される高圧部１０ａと、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧の冷媒のみを流すことが可能な部品が接続されて構成される低圧部１０ｂとを有している。アキュムレータ２５は、低圧部１０ｂを構成する部品の一つであり、冷媒回路１０内を循環する冷媒を液冷媒として溜めることが可能である。低圧部１０ｂ及び高圧部１０ａを流れる冷媒は、Ｒ４１０Ａである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置、特に、複数の利用ユニットを備えた空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル等の空気調和に使用される空気調和装置においては、環境問題の観点から、Ｒ２２の代わりにＨＦＣ系冷媒の一つであるＲ４０７Ｃが作動冷媒として使用されたものに更新されるようになってきている。
このようなビル等の空気調和に使用される空気調和装置では、複数の利用ユニットを備えている関係上、運転負荷の変動が大きく、これに伴い、冷媒回路内における冷媒循環量が変動することになり、冷媒回路内において余剰冷媒の増減が生じる。この余剰冷媒は、圧縮機の吸入側に接続されたアキュムレータに液冷媒として溜められることがある。
【０００３】
しかし、余剰冷媒をアキュムレータに溜めるようにすると、Ｒ４０７Ｃは、非共沸混合冷媒であることから、冷凍サイクル過程における蒸発過程、すなわち、利用ユニットの利用側熱交換器における冷媒の蒸発過程（冷房運転時）や、熱源ユニットの熱源側熱交換器における冷媒の蒸発過程（暖房運転時）において、冷媒の組成変化を生じさせてしまい、アキュムレータ内のガス相では低沸点成分のＲ３２がリッチな状態となり、アキュムレータ内の液相では高沸点成分のＲ１３４ａがリッチな状態となる。このため、Ｒ３２がリッチな冷媒が圧縮機に吸入されて冷媒回路内を循環することになり、空気調和装置全体としては、Ｒ４０７Ｃ本来の性能が得られなくなるおそれがある。
【０００４】
これに対して、従来からアキュムレータと高圧の液冷媒が流れる冷媒配管とをバイパス管で接続して、冷媒の組成変化を抑えることや、冷媒の組成を検出して組成変化に応じて最適な運転制御をすることが行われている（例えば、特許文献１、２、３、４参照。）。また、余剰冷媒を高圧の液冷媒が流れる冷媒配管に接続されたレシーバに溜めるようにして、蒸発過程に伴う冷媒の組成変化を抑えるようにした空気調和装置もある（例えば、特許文献５参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３５７２５号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−２２０８８０号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−３３２２１１号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開平１１−１７３６９８号公報
【０００９】
【特許文献５】
特開２００１−１８３０２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者のＲ４０７Ｃを使用した空気調和装置のように、アキュムレータと高圧の液冷媒が流れる冷媒配管とをバイパス管で接続する場合には、冷媒回路の構成や運転制御が複雑になるという問題がある。
一方、上記後者のＲ４０７Ｃを使用した空気調和装置のように、アキュムレータの代わりに、高圧の液冷媒が流れる冷媒配管にレシーバを接続する場合には、前者に比べて、冷媒回路の構成や運転制御が複雑にならず、その点では優れたものである。
【００１１】
しかし、最近では、ビル等の空気調和に使用される空気調和装置の分野においても、空調能力の向上や機器の小型化のために、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒（例えば、Ｒ４１０ＡやＨＣ系冷媒）を使用したものが開発あるいは製品化され始めている。しかし、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用する場合には、Ｒ４０７Ｃを使用する場合に比べて、冷媒回路内を流れる冷媒の使用圧力の最大値（標準的な使用圧力に対して約１ＭＰａ高い圧力とする場合が多い、以下、最高使用圧力とする）が高くなるため、それに伴って、冷媒回路を構成する部品の耐圧強度を増加させなければならない。特に、ビル等の空気調和装置は、ルームエアコン等の比較的小型の空気調和装置に比べて、冷媒回路を構成する部品のサイズが大きいため、高圧の冷媒が流れる冷媒回路部分（以下、高圧部とする）の最高使用圧力が高くなると、これに伴って、冷媒回路を構成する部品の耐圧強度を増加させなければならなくなり、コストの増加が大きくなる傾向が強い。このため、上記のような高圧部を構成する部品の一つであるレシーバを備えた空気調和装置では、レシーバの耐圧強度を増加させるために、肉厚を大きくしなければならなくなり、コストが増加することになる。
【００１２】
本発明の課題は、複数の利用ユニットを備えた空気調和装置において、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の空気調和装置は、複数の利用ユニットを備えた空気調和装置であって、蒸気圧縮式の冷媒回路とアキュムレータとを備えている。冷媒回路は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ以上の高圧の冷媒を流すことが可能な部品が接続されて構成される高圧部と、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧の冷媒のみを流すことが可能な部品が接続されて構成される低圧部とを有している。アキュムレータは、低圧部を構成する部品の一つであり、冷媒回路内を循環する冷媒を液冷媒として溜めることが可能である。そして、低圧部及び高圧部を流れる冷媒は、擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒である。
【００１４】
空気調和装置の作動冷媒としてＲ４０７Ｃを使用する場合、高圧部の標準的な使用圧力は約２．０ＭＰａとなる。このため、Ｒ４０７Ｃを作動冷媒として使用する空気調和装置においては、高圧部の最高使用圧力は、標準的な使用圧力である２．０ＭＰａに対して約１ＭＰａ高い圧力である３．０〜３．３ＭＰａとする場合が多い。このため、作動冷媒としてＲ４０７Ｃを使用している空気調和装置では、高圧部を構成する部品は、３．３ＭＰａに耐えうる耐圧強度を有していればよい。
【００１５】
一方、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用すると、高圧部の最高使用圧力が３．３ＭＰａを超えてしまうために、高圧部を構成する部品は、３．３ＭＰａ以上の圧力に耐えうる耐圧強度を有しなければならない。特に、容器・配管類については、高圧部の最高使用圧力から算出される最適な肉厚を有する素材を製造して加工するのではなく、通常、ＪＩＳ等の規格品の中から最高使用圧力の条件を満足する肉厚の素材を選択して加工している。このため、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、大幅な肉厚増加が生じることになってしまい、冷媒回路を構成する部品のコストの増加が必要以上に大きくなってしまう。
【００１６】
本請求項にかかる発明は、このような不必要なコストの増加を抑えるために、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒として、擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒を採用するとともに、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧部に、複数の利用ユニットの運転負荷の変動により増減する余剰冷媒を溜めることが可能なアキュムレータを設置しているため、高圧部にレシーバが不要となり、かつ、非共沸混合冷媒を使用する場合のような冷媒の組成変化を防ぐためのバイパス管等の部品が不要となる。
【００１７】
これにより、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることができる。
請求項２に記載の空気調和装置は、圧縮機と、熱源側熱交換器と、膨張機構と、複数の利用側熱交換器と、切換機構と、アキュムレータとを備えている。圧縮機は、低圧のガス冷媒を圧縮して高圧のガス冷媒を吐出する。熱源側熱交換器は、蒸発器及び凝縮器として機能することが可能である。複数の利用側熱交換器は、互いが並列に接続され、凝縮器及び蒸発器として機能することが可能である。膨張機構は、利用側熱交換器と熱源側熱交換器との間に接続されている。切換機構は、熱源側熱交換器のガス側を圧縮機の吐出側に接続するとともに圧縮機の吸入側を利用側熱交換器のガス側に接続して低圧のガス冷媒を圧縮機に吸入させる状態と、熱源側熱交換器のガス側を圧縮機の吸入側に接続するとともに圧縮機の吐出側を利用側熱交換器のガス側に接続して高圧のガス冷媒を利用側熱交換器に流す状態とを切り換え可能である。アキュムレータは、切換機構と圧縮機の吸入側との間に接続され、低圧の冷媒を液冷媒として溜めることが可能である。アキュムレータを含み、切換機構と圧縮機の吸入側とが接続されて構成される低圧部は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧の冷媒のみを流すことが可能である。低圧部を除く部分であり、圧縮機、熱源側熱交換器、複数の利用側熱交換器、及び切換機構が接続されて構成される高圧部は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ以上の高圧の冷媒を流すことが可能である。そして、低圧部及び高圧部を流れる冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒である。
【００１８】
空気調和装置の作動冷媒としてＲ４０７Ｃを使用する場合、高圧部の標準的な使用圧力は約２．０ＭＰａとなる。このため、Ｒ４０７Ｃを作動冷媒として使用する空気調和装置においては、高圧部の最高使用圧力は、標準的な使用圧力である２．０ＭＰａに対して約１ＭＰａ高い圧力である３．０〜３．３ＭＰａとする場合が多い。このため、作動冷媒としてＲ４０７Ｃを使用している空気調和装置では、高圧部を構成する部品は、３．３ＭＰａに耐えうる耐圧強度を有していればよい。
【００１９】
一方、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用すると、高圧部の最高使用圧力が３．３ＭＰａを超えてしまうために、高圧部を構成する部品は、３．３ＭＰａ以上の圧力に耐えうる耐圧強度を有しなければならない。特に、容器・配管類については、高圧部の最高使用圧力から算出される最適な肉厚を有する素材を製造して加工するのではなく、通常、ＪＩＳ等の規格品の中から最高使用圧力の条件を満足する肉厚の素材を選択して加工している。このため、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、大幅な肉厚増加が生じることになってしまい、冷媒回路を構成する部品のコストの増加が必要以上に大きくなってしまう。
【００２０】
本請求項にかかる発明は、このような不必要なコストの増加を抑えるために、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒として、擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒を採用するとともに、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧部に、複数の利用側熱交換器の運転負荷の変動により増減する余剰冷媒を溜めることが可能なアキュムレータを設置しているため、高圧部にレシーバが不要となり、かつ、非共沸混合冷媒を使用する場合のような冷媒の組成変化を防ぐためのバイパス管等の部品が不要となる。
【００２１】
これにより、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることができる。
請求項３に記載の空気調和装置は、請求項２において、熱源側温度検出器と、利用側温度検出器と、高圧圧力検出器とをさらに備えている。熱源側温度検出器は、熱源側熱交換器の液側における冷媒温度を検出する。利用側温度検出器は、各利用側熱交換器の液側における冷媒温度を検出する。高圧圧力検出器は、圧縮機の吐出側の冷媒圧力を検出する。そして、空気調和装置は、熱源側温度検出器、利用側温度検出器、及び高圧圧力検出器で検出される冷媒温度及び冷媒圧力の値に基づいて、熱源側熱交換器が凝縮器として機能する際には、熱源側熱交換器の液側における液冷媒が所定の過冷却状態になるように膨張機構の開度を調節し、利用側熱交換器が凝縮器として機能する際には、利用側熱交換器の液側における液冷媒が所定の過冷却状態になるように膨張機構の開度を調節する。
【００２２】
この空気調和装置では、冷房運転時のように、熱源側熱交換器が凝縮器として機能する際には、凝縮された冷媒を所定の過冷却状態にすることによって、運転負荷に応じて増減する余剰冷媒を確実にアキュムレータに溜めておくことができる。また、暖房運転時のように、利用側熱交換器が凝縮器として機能する際においても、凝縮された冷媒を所定の過冷却状態にすることによって運転負荷に応じて増減する余剰冷媒を確実にアキュムレータに溜めておくことができる。
【００２３】
請求項４に記載の空気調和装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、低圧部及び高圧部を流れる冷媒は、Ｒ３２を含んでいる。
この空気調和装置では、熱搬送能力の高いＲ３２を含む冷媒を使用しているため、空調能力を向上させることができる。
請求項５に記載の空気調和装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、低圧部及び高圧部を流れる冷媒は、Ｒ４１０Ａである。
【００２４】
この空気調和装置では、Ｒ４１０Ａを使用しているため、Ｒ４０７Ｃよりも空調能力を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気調和装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態としての空気調和装置１の概略冷媒回路図である。
空気調和装置１は、例えば、ビル等の冷暖房に使用される装置であり、熱源ユニット２と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、２台）の利用ユニット５と、熱源ユニット２と利用ユニット５とを接続するための液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７とを備えている。
【００２６】
空気調和装置１は、本実施形態において、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する擬似共沸混合冷媒であるＲ４１０Ａ（Ｒ３２：５０ｗｔ％、Ｒ１２５：５０ｗｔ％）を作動冷媒として使用している。Ｒ４１０Ａは、熱搬送能力の高いＲ３２をＲ４０７Ｃよりも多く含んでおり、空気調和装置１の空調能力が向上している。
【００２７】
（２）利用ユニットの構成
利用ユニット５は、主に、利用側膨張弁５１と、利用側熱交換器５２と、これらを接続する配管とから構成されている。
利用側膨張弁５１は、本実施形態において、冷媒圧力の調節や冷媒流量の調節等を行うために、利用側熱交換器５２の液側に接続された電動膨張弁である。
【００２８】
利用側熱交換器５２は、本実施形態において、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内の空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内の空気を加熱する熱交換器である。また、利用側熱交換器５２には、冷媒温度を検出する利用側温度検出器５３が設けられている。本実施形態において、利用側温度検出器５３は、利用側熱交換器５２の液側に配置されたサーミスタである。
【００２９】
（３）熱源ユニットの構成
熱源ユニット２は、主に、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、熱源側熱交換器２３と、熱源側膨張弁２４と、アキュムレータ２５と、液側仕切弁２６と、ガス側仕切弁２７と、これらを接続する配管とから構成されている。
圧縮機２１は、本実施形態において、低圧のガス冷媒を圧縮して高圧のガス冷媒を吐出する容量可変式の圧縮機である。また、圧縮機２１の吐出側には、高圧のガス冷媒の圧力を検出する圧力センサからなる高圧圧力検出器２８が設けられている。
【００３０】
四路切換弁２２は、冷房運転と暖房運転との切り換え時に、冷媒の流れの方向を切り換えるための弁であり、冷房運転時には、圧縮機２１の吐出側と熱源側熱交換器２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２５）とガス冷媒連絡配管７側とを接続し（図１の四路切換弁２２の実線を参照）、暖房運転時には、圧縮機２１の吐出側とガス冷媒連絡配管７側とを接続するとともに圧縮機２１の吸入側と熱源側熱交換器２３のガス側とを接続することが可能である（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。
【００３１】
熱源側熱交換器２３は、本実施形態において、冷房運転時には室外空気や水を熱源とする冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には室外空気や水を熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。また、熱源側熱交換器２３には、冷媒温度を検出する熱源側温度検出器２９が設けられている。本実施形態において、熱源側温度検出器２９は、熱源側熱交換器２３の液側に配置されたサーミスタである。
【００３２】
熱源側膨張弁２４は、熱源側熱交換器２３の液側に接続されており、本実施形態において、熱源側熱交換器２３と利用側熱交換器５２との間の冷媒流量の調節等を行うための電動膨張弁である。
アキュムレータ２５は、四路切換弁２２と圧縮機２１との間に接続されており、圧縮機２１に吸入される低圧の冷媒及び余剰冷媒を溜めるための容器である。
【００３３】
液側仕切弁２６及びガス側仕切弁２７は、それぞれ、液冷媒連絡配管６及びガス冷媒連絡配管７に接続されている。液冷媒連絡配管６は、利用ユニット５の利用側熱交換器５２の液側と熱源ユニット２の熱源側熱交換器２３の液側との間を接続している。ガス冷媒連絡配管７は、利用ユニット５の利用側熱交換器５２のガス側と熱源ユニット２の四路切換弁２２との間を接続している。
【００３４】
上記に説明した利用側膨張弁５１、利用側熱交換器５２、圧縮機２１、四路切換弁２２、熱源側熱交換器２３、熱源側膨張弁２４、アキュムレータ２５、液側仕切弁２６及びガス側仕切弁２７が順次接続された冷媒回路を空気調和装置１の冷媒回路１０とする。
（３）空気調和装置の動作
次に、空気調和装置１の標準的な使用条件における運転動作について、図１及び図２を用いて説明する。ここで、図２は、空気調和装置１の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。
【００３５】
＜冷房運転時＞
冷房運転時は、四路切換弁２２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が熱源側熱交換器２３のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が利用側熱交換器５２のガス側に接続された状態となっている。また、液側仕切弁２６、ガス側仕切弁２７は開にされ、利用側膨張弁５１は全開状態にされている。熱源側膨張弁２４は、高圧圧力検出器２８と熱源側温度検出器２９との過冷却制御により開度調節できる状態にある。より具体的には、高圧圧力検出器２８によって検出される高圧のガス冷媒の圧力値に対応する飽和温度と熱源側温度検出器２９によって検出される高圧の液冷媒の温度値との温度差に基づいて、高圧の液冷媒の過冷却度を算出して、過冷却度が所定の値になるように、熱源側膨張弁２４の開度を調節することができるようになっている。
【００３６】
この冷媒回路１０の状態で、圧縮機２１を起動すると、低圧のガス冷媒（圧力Ｐ_ｓ＝約０．９ＭＰａ、温度Ｔ_ｓ＝約１５℃）は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒（圧力Ｐ_ｄ＝約３．０ＭＰａ、温度Ｔ_ｄ＝約７０℃）となる（図２の点Ａ及び点Ｂ参照）。その後、高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を経由して熱源側熱交換器２３に送られて、熱源となる室外空気又は水と熱交換を行って凝縮されて、圧力Ｐ_ｄにおける飽和温度Ｔ_ｓａｔ（温度約５０℃）よりも少し低い温度Ｔ_ｃ（温度約４５℃）まで冷却される（図２の点Ｃ参照）。ここで、点Ｃの状態における高圧の液冷媒の過冷却度ΔＴ_ｃ（すなわち、Ｔ_ｓａｔ−Ｔ_ｃ）は、熱源側膨張弁２４の過冷却制御により一定（ここでは、ΔＴ_ｃ＝約５℃）に保たれている。
【００３７】
そして、この凝縮した液冷媒は、熱源側膨張弁２４の開度に応じて減圧されて低圧の気液二相の冷媒（圧力Ｐ_ｓ＝約０．９ＭＰａ、温度Ｔ_Ｄ＝約３℃）となり（図２の点Ｄ参照）、液側仕切弁２６及び液冷媒連絡配管６を経由して、利用ユニット５に送られる。
利用ユニット５に送られた気液二相の冷媒は、利用側膨張弁５１を経由した後、利用側熱交換器５２で室内空気と熱交換を行って蒸発されて、再び、低圧のガス冷媒（圧力Ｐ_ｓ＝約０．９ＭＰａ、温度Ｔ_ｓ＝約１５℃）となる（図２の点Ａ参照）。この低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡配管７、ガス側仕切弁２７及び四路切換弁２２を経由して、アキュムレータ２５に流入する。そして、アキュムレータ２５に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。
【００３８】
尚、上記に説明したように、熱源側膨張弁２４の過冷却制御により、点Ｃの状態における高圧の液冷媒の過冷却度ΔＴ_ｃが一定に保たれているため、利用ユニット５の運転負荷が変動して冷媒循環量が変化する場合でも、図２に示される冷凍サイクルの通りの状態変化が保たれて、余剰冷媒がアキュムレータ２５に溜まるようになっている。
【００３９】
また、利用側熱交換器５２から低圧のガス冷媒とともに低圧の液冷媒がアキュムレータ２５に流入する場合やアキュムレータ２５に余剰冷媒が溜まっている場合には、アキュムレータ２５内で低圧のガス冷媒と液冷媒との気液分離が行われて、低圧のガス冷媒のみが圧縮機２１に吸入される。このとき、本実施形態においては、作動冷媒として擬似共沸混合冷媒の一つであるＲ４１０Ａを使用しているため、アキュムレータ２５内における気液分離によって、圧縮機２１に吸入される低圧のガス冷媒の冷媒組成とアキュムレータ２５に溜まる液冷媒の冷媒組成とが一定に保たれている。
【００４０】
＜暖房運転時＞
暖房運転時は、四路切換弁２２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機２１の吐出側が利用側熱交換器５２のガス側に接続され、かつ、圧縮機２１の吸入側が熱源側熱交換器２３のガス側に接続された状態となっている。また、液側仕切弁２６、ガス側仕切弁２７は開にされ、熱源側膨張弁２４は全開状態にされている。利用側膨張弁５１は、高圧圧力検出器２８と利用側温度検出器５３との過冷却制御により開度調節できる状態にある。より具体的には、高圧圧力検出器２８によって検出される高圧のガス冷媒の圧力値に対応する飽和温度と利用側温度検出器５３によって検出される高圧の液冷媒の温度値との温度差に基づいて、高圧の液冷媒の過冷却度を算出して、過冷却度が所定の値になるように、利用側膨張弁５１の開度を調節することができるようになっている。
【００４１】
この冷媒回路１０の状態で、圧縮機２１を起動すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機２１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となった後、四路切換弁２２、ガス側仕切弁２７及びガス冷媒連絡配管７を経由して、利用ユニット５に送られる。そして、利用ユニット５に送られた高圧のガス冷媒は、利用側熱交換器５２において、室内空気と熱交換を行って凝縮されて、高圧のガス冷媒の飽和温度よりも少し低い温度まで冷却される。ここで、点Ｃの状態における高圧の液冷媒の過冷却度は、利用側膨張弁５１の過冷却制御により一定に保たれている。この凝縮した液冷媒は、利用側膨張弁５１の開度に応じて減圧されて低圧の気液二相の冷媒となり、液冷媒連絡配管６及び液側仕切弁２６を経由して、熱源ユニット２に送られる。そして、熱源ユニット２に送られた気液二相の冷媒は、熱源側膨張弁２４を経由した後、熱源側熱交換器２３で熱源となる室外空気又は水と熱交換を行って蒸発されて、再び、低圧のガス冷媒となり、四路切換弁２２を経由して、アキュムレータ２５に流入する。そして、アキュムレータ２５に流入した低圧のガス冷媒は、再び、圧縮機２１に吸入される。
【００４２】
このように、暖房運転時においては、冷房運転時の冷媒の流れと逆の流れになっており、また、過冷却制御を利用側膨張弁５１で行っている点は異なるが、冷媒の状態変化は、図２に示される冷凍サイクルの状態変化と同様である。
（４）冷媒回路を構成する部品の設計圧力
上記の空気調和装置１の冷房運転時及び暖房運転時の動作の説明から解るように、冷媒回路１０は、高圧の冷媒が流れる冷媒回路部分である高圧部１０ａと、低圧の冷媒のみが流れる冷媒回路部分である低圧部１０ｂとから構成されている。具体的には、低圧部１０ｂは、アキュムレータ２５を含む四路切換弁２２と圧縮機２１の吸入側とが接続された部分であり、高圧部１０ａは、冷媒回路１０のうち、低圧部１０ｂを除く部分である。
【００４３】
ここで、高圧部１０ａを構成する部品（具体的には、圧縮機２１、四路切換弁２２、熱源側熱交換器２３、熱源側膨張弁２４、液側仕切弁２６、ガス側仕切弁２７、利用側膨張弁５１及び利用側熱交換器５２）及び配管は、上記の高圧の冷媒の標準的な使用圧力（約３．０ＭＰａ）に対して、約１ＭＰａの余裕を考慮して、最高使用圧力（約４ＭＰａ）の高圧の冷媒を流すことが可能となるように設計されている。また、低圧部１０ｂを構成する部品（具体的には、アキュムレータ２５）及び配管は、上記の低圧の冷媒の標準的な使用圧力（約０．９ＭＰａ）に対して、約１ＭＰａの余裕を考慮して、最高使用圧力（約２ＭＰａ）の低圧の冷媒を流すことが可能となるように設計されている。
【００４４】
（５）空気調和装置の特徴
本実施形態の空気調和装置１には、以下のような特徴がある。
（Ａ）
本実施形態の空気調和装置１では、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒としてＲ４１０Ａを使用するとともに、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧部１０ｂに、複数の利用ユニット５の運転負荷の変動により増減する余剰冷媒を溜めることが可能なアキュムレータ２５を設置しているため、高圧部１０ａにレシーバを設ける必要がなくなっている。
【００４５】
これにより、空気調和装置１では、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることが可能になっている。
このコストの増加を抑える効果について、Ｒ４１０Ａを作動冷媒として使用することにより冷媒回路の最高使用圧力が高くなる場合において、本実施形態のように低圧部１０ｂにアキュムレータ２５を設ける場合と、従来のように高圧部１０ａにレシーバ（図示せず）を設ける場合とを比較することによって説明する。
【００４６】
例えば、呼び径１０インチの円筒形状のアキュムレータ２５及びレシーバをＪＩＳ規格品のＳＴＰＧ３７０Ｅ（圧力配管用炭素鋼鋼管）を素材として使用する場合して加工・製造する場合、スケジュール２０（肉厚６．４ｍｍ）やスケジュール３０（肉厚７．８ｍｍ）を選択することが考えられる。そして、図３の使用圧力と肉厚との関係図に示されるように、スケジュール２０の素材は、３．３ＭＰａの使用圧力まで使用すること可能であり、スケジュール３０の素材は、４．３ＭＰａまで使用することが可能である。
【００４７】
ここで、アキュムレータ２５の最高使用圧力は、約２．０ＭＰａ（低圧部１０ｂの最高使用圧力）であるため、スケジュール２０の素材であっても十分な耐圧強度を有しており選択可能である。一方、レシーバの最高使用圧力は、約４．０ＭＰａ（高圧部１０ａの最高使用圧力）であるため、スケジュール２０の素材を使用することができず、しかも、計算上では、約７．４ｍｍの肉厚で十分であるにもかかわらず、スケジュール３０の素材を選択しなければならない。
【００４８】
このように、空気調和装置の作動冷媒としてＲ４０７Ｃを使用する場合には、高圧部の最高使用圧力が３．０〜３．３ＭＰａであるため、スケジュール２０の素材を使用することが可能であるが、本実施形態のように、Ｒ４１０Ａ等のＲ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用する場合に、余剰冷媒を溜める容器としてレシーバを採用すると、大幅な肉厚増加が生じることになることになり、冷媒回路を構成する部品のコストの増加が必要以上に大きくなってしまう。言い換えれば、上記のように、Ｒ４１０Ａ等のＲ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用する場合には、余剰冷媒を溜める容器として、レシーバでなくアキュムレータを採用する方がコストの増加が抑えられることになる。
【００４９】
（Ｂ）
また、Ｒ４１０Ａは擬似共沸混合冷媒であるため、余剰冷媒を溜める容器としてアキュムレータ２５を採用しても、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒を使用する場合のような冷媒の組成変化を防ぐためのバイパス管等の部品が不要になっており、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることが可能になっている。
【００５０】
（Ｃ）
さらに、空気調和装置１では、冷房運転時には、高圧圧力検出器２８によって検出される高圧のガス冷媒の圧力値と熱源側温度検出器２９によって検出される高圧の液冷媒の温度値との温度差に基づいて、高圧の液冷媒の過冷却度を算出して、過冷却度が所定の値になるように、熱源側膨張弁２４の開度を調節することができるため、運転負荷に応じて増減する余剰冷媒を確実にアキュムレータ２５に溜めておくことができる。また、暖房運転時には、高圧圧力検出器２８によって検出される高圧のガス冷媒の圧力値と利用側温度検出器５３によって検出される高圧の液冷媒の温度値との温度差に基づいて、高圧の液冷媒の過冷却度を算出して、過冷却度が所定の値になるように、利用側膨張弁５１の開度を調節することができるため、運転負荷に応じて増減する余剰冷媒を確実にアキュムレータ２５に溜めておくことができる。
【００５１】
（６）他の実施形態
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
（Ａ）
前記実施形態の空気調和装置は、冷房及び暖房運転可能な冷媒回路を有しているが、これに限定されず、四路切換弁を有しない冷房専用又は暖房専用の冷媒回路を有する空気調和装置に本発明を適用してもよい。
【００５２】
（Ｂ）
前記実施形態では、作動冷媒として、擬似共沸混合冷媒の一つであるＲ４１０Ａを採用したが、これに限定されず、Ｒ４１０Ｂ（Ｒ３２：４５ｗｔ％、Ｒ１２５：５５ｗｔ％）等のようなＲ３２：Ｒ１２５組成比がＲ４１０Ａと異なる擬似共沸混合冷媒や、Ｒ３２等の単一冷媒や、他の擬似共沸混合冷媒又は共沸混合冷媒を採用してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
請求項１にかかる発明では、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒として、擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒を採用するとともに、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧部に、複数の利用ユニットの運転負荷の変動により増減する余剰冷媒を溜めることが可能なアキュムレータを設置することによって、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることができる。
【００５４】
請求項２にかかる発明では、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒として、擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒を採用するとともに、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧部に、複数の利用側熱交換器の運転負荷の変動により増減する余剰冷媒を溜めることが可能なアキュムレータを設置することによって、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する冷媒を使用することにより、冷媒回路の最高使用圧力が高くなっても、冷媒回路を構成する部品のコストが増加するのを抑えることができる。
【００５５】
請求項３にかかる発明では、冷房運転時には、熱源側熱交換器で凝縮される冷媒を所定の過冷却状態にすることによって、余剰冷媒をアキュムレータに確実に溜めておくことができる。また、暖房運転時には、利用側熱交換器で凝縮される冷媒を所定の過冷却状態にすることによって、余剰冷媒をアキュムレータに確実に溜めておくことができる。
【００５６】
請求項４にかかる発明では、熱搬送能力の高いＲ３２を含む冷媒を使用しているため、空調能力を向上させることができる。
請求項５にかかる発明では、Ｒ４１０Ａを使用しているため、Ｒ４０７Ｃよりも空調能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての空気調和装置の概略冷媒回路図。
【図２】空気調和装置の冷凍サイクルを示すモリエル線図。
【図３】使用圧力と肉厚との関係図。
【符号の説明】
１空気調和装置
５利用ユニット
１０冷媒回路
１０ａ高圧部
１０ｂ低圧部
２１圧縮機
２２四路切換弁
２３熱源側熱交換器
２４熱源側膨張弁
２５アキュムレータ
２８高圧圧力検出器
２９熱源側温度検出器
５１利用側膨張弁
５２利用側熱交換器
５３利用側温度検出器

Claims

複数の利用ユニット（５）を備えた空気調和装置（１）であって、
最高使用圧力が３．３ＭＰａ以上の高圧の冷媒を流すことが可能な部品が接続されて構成される高圧部（１０ａ）と、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧の冷媒のみを流すことが可能な部品が接続されて構成される低圧部（１０ｂ）とを有する蒸気圧縮式の冷媒回路（１０）と、
前記低圧部を構成する部品の一つであり、前記冷媒回路内を循環する冷媒を液冷媒として溜めることが可能なアキュムレータ（２５）とを備え、
前記低圧部及び前記高圧部を流れる冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒である、
空気調和装置（１）。
低圧のガス冷媒を圧縮して高圧のガス冷媒を吐出する圧縮機（２１）と、
蒸発器及び凝縮器として機能することが可能な熱源側熱交換器（２３）と、
互いが並列に接続され、凝縮器及び蒸発器として機能することが可能な複数の利用側熱交換器（５２）と、
前記利用側熱交換器と前記熱源側熱交換器との間に接続された膨張機構（２４、５１）と、
前記熱源側熱交換器のガス側を前記圧縮機の吐出側に接続するとともに前記圧縮機の吸入側を前記利用側熱交換器のガス側に接続して低圧のガス冷媒を圧縮機に吸入させる状態と、前記熱源側熱交換器のガス側を前記圧縮機の吸入側に接続するとともに前記圧縮機の吐出側を前記利用側熱交換器のガス側に接続して高圧のガス冷媒を前記利用側熱交換器に流す状態とを切り換え可能な切換機構（２２）と、
前記切換機構と前記圧縮機の吸入側との間に接続され、低圧の冷媒を液冷媒として溜めることが可能なアキュムレータ（２５）とを備え、
前記アキュムレータを含み、前記切換機構と前記圧縮機の吸入側とが接続されて構成される低圧部（１０ｂ）は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ未満の低圧の冷媒のみを流すことが可能であり、
前記低圧部を除く部分であり、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記複数の利用側熱交換器、及び前記切換機構が接続されて構成される高圧部（１０ａ）は、最高使用圧力が３．３ＭＰａ以上の高圧の冷媒を流すことが可能であり、
前記低圧部及び前記高圧部を流れる冷媒は、Ｒ４０７Ｃよりも高圧の飽和圧力特性を有する擬似共沸混合冷媒、共沸混合冷媒又は単一冷媒である、
空気調和装置（１）。
前記熱源側熱交換器（２３）の液側における冷媒温度を検出する熱源側温度検出器（２９）と、前記各利用側熱交換器（５２）の液側における冷媒温度を検出する利用側温度検出器（５３）と、前記圧縮機（２１）の吐出側の冷媒圧力を検出する高圧圧力検出器（２８）とをさらに備え、
前記熱源側温度検出器、前記利用側温度検出器、及び前記高圧圧力検出器で検出される冷媒温度及び冷媒圧力の値に基づいて、前記熱源側熱交換器が凝縮器として機能する際には前記熱源側熱交換器の液側における液冷媒が所定の過冷却状態になるように前記膨張機構（２４）の開度を調節し、前記利用側熱交換器が凝縮器として機能する際には前記利用側熱交換器の液側における液冷媒が所定の過冷却状態になるように前記膨張機構（５１）の開度を調節する、
請求項２に記載の空気調和装置（１）。
前記低圧部（１０ｂ）及び前記高圧部（１０ａ）を流れる冷媒は、Ｒ３２を含んでいる、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置（１）。
前記低圧部（１０ｂ）及び前記高圧部（１０ａ）を流れる冷媒は、Ｒ４１０Ａである、請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置（１）。