JP5127931B2 - 空気調和装置 - Google Patents

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Description

この発明は、ビル用マルチエアコンなどの空気調和装置に関するものである。
従来の空気調和装置であるビル用マルチエアコンにおいては、室外に配置した熱源装置である室外機と室内に配置した室内機の間に冷媒を循環させることにより、室内に冷熱または温熱を搬送していた。冷媒としては、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒が多く使われており、ＣＯ2等の自然冷媒を使うものも提案されている。
また、別の従来の空気調和装置であるチラーにおいては、室外に配置した熱源装置にて、冷熱または温熱を生成し、室外機内に配置した熱交換器で水や不凍液等の熱媒体に冷熱または温熱を伝え、これを室内機であるファンコイルユニットやパネルヒータ等に搬送して冷房または暖房を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４３９３６号公報
従来の空気調和装置では、室内機にＨＦＣ等の冷媒を搬送して利用しているため、冷媒が室内に漏れた時に室内の環境が悪化するという問題があった。また、チラーは、室外で冷媒と水の熱交換を行い、その水を室内機まで搬送するため、水の搬送動力が非常に大きく、省エネでないという問題点があった。さらに、配管中の水が凍結するおそれもあった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、室内機にＨＦＣ等の冷媒を循環させることなく、省エネ性にも優れ、しかも室内機側熱媒体の凍結防止を図った空気調和装置を得ることを目的としている。
この発明に係る空気飽和装置は、冷媒と前記冷媒と異なる熱媒体とを熱交換する少なくとも１つの中間熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも１つの膨張弁、および前記中間熱交換器の冷媒側流路を、前記冷媒が流通する配管を介して接続した冷凍サイクル回路と、前記中間熱交換器の熱媒体側流路、ポンプ、および利用側熱交換器を、前記熱媒体が流通する配管を介して接続した熱媒体循環回路とを備え、前記熱源側熱交換器と前記中間熱交換器と前記利用側熱交換器とは、それぞれ別体に形成されて互いに離れた場所に設置できるようにされており、前記熱媒体循環回路に温度センサを設置し、前記圧縮機の停止中または前記ポンプの停止中に、前記温度センサの検出温度が設定温度以下になったら、前記熱媒体の凍結防止運転を行う凍結防止運転モードを備えたものである。凍結防止運転モードは、例えば、設定温度以下を検出した温度センサに対応する熱媒体循環回路のポンプを動作させ、該熱媒体循環回路を利用して熱媒体を循環させる。
この発明の空気調和装置は、室内機にＨＦＣ冷媒を搬送しないのでビル用マルチエアコンなどの空気調和装置のように冷媒の室内への漏れの問題が起きず安全である。また、チラーのような空気調和装置よりも水の循環経路が短いため、水等の熱媒体の搬送動力も低減でき、省エネになる。さらに、熱媒体の凍結防止運転を行う凍結防止運転モードを備えたので、信頼性がより向上した空気調和装置となっている。
この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の全体構成図。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の別の全体構成図。 この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒及び熱媒体用回路図。 全冷房運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図。 全暖房運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図。 冷房主体運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図。 暖房主体運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図。 凍結防止運転時の冷媒および熱媒体の流れを示す第１の回路図。 凍結防止運転時の冷媒および熱媒体の流れを示す第２の回路図。 凍結防止運転時の冷媒および熱媒体の流れを示す第３の回路図。 凍結防止運転時の冷媒および熱媒体の流れを示す第４の回路図。 凍結防止運転時の冷媒および熱媒体の流れを示す第５の回路図。 凍結防止運転モードの動作を示す第１のフローチャート。 凍結防止運転モードの動作を示す第２のフローチャート。 凍結防止運転モードの動作を示す第３のフローチャート。 凍結防止運転モードの動作を示す第４のフローチャート。 凍結防止運転モードの動作を示す第５のフローチャート。
符号の説明
１ 熱源装置（室外機）、２ 室内機、３ 中継ユニット、３ａ 親中継ユニット、３ｂ(1)、３ｂ(2) 子中継ユニット、４ 冷媒配管、５ 熱媒体配管、６ 室外空間、７ 室内空間、８ 非空調空間、９ ビル等の建物、１０ 圧縮機、１１ 四方弁、１２ 熱源側熱交換器、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 逆止弁、１４ 気液分離器、１５ａ、１５ｂ 中間熱交換器、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、膨張弁、１７ アキュムレータ、２１ａ、２１ｂ ポンプ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 流路切替弁、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 流路切替弁、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 止め弁、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 流量調整弁、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 利用側熱交換器、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ バイパス、２８ａ、２８ｂ バイパス止め弁、３１ａ、３１ｂ 第一の温度センサ、３２ａ、３２ｂ 第二の温度センサ、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 第三の温度センサ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ 第四の温度センサ、３５ 第五の温度センサ、３６ 圧力センサ、３７ 第六の温度センサ、３８ 第七の温度センサ。
以下、この発明の実施の形態を詳しく説明する。
実施の形態１．
図１、図２は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の全体構成図である。この空気調和装置は、熱源装置（室外機）１、室内等の空調に供される室内機２、室外機１から離され、非空調空間８等に設置される中継ユニット３を備える。熱源装置１と中継ユニット３は冷媒配管４で接続され、二相変化する冷媒または超臨界状態の冷媒（一次媒体）が流れる。中継ユニット３と室内機２は配管５で接続され、水、ブラインまたは不凍液等の熱媒体（二次媒体）が流れる。中継ユニット３は、熱源装置１から送られてきた冷媒と室内機２から送られてきた熱媒体との間で熱交換等を行う。
熱源装置１は、通常、ビル等の建物９の外部空間である室外空間６に配置される。室内機２は、ビルの建物９の内部の居室等の室内空間７に、加熱または冷却された空気を搬送できる位置に配置されている。中継ユニット３は、熱源装置１および室内機２とは、別筐体になっており、冷媒配管４および熱媒体の熱媒体配管５で接続されて、室外空間６および室内空間７とは別の場所に設置できるようにされている。図１において、中継ユニット３は、建物９の内部ではあるが室内空間７とは別の空間である天井裏等の非空調空間８に設置されている。なお、中継ユニット３は、エレベータ等がある共用部等に設置することも可能である。
熱源装置１と中継ユニット３は、２本の冷媒配管４を用いて接続できるように構成されている。また、中継ユニット３と各室内機２は、それぞれが２本の熱媒体配管５を用いて接続されている。このように２本の配管を用いて接続することにより、空気調和装置の施工が容易になる。
図２には、中継ユニット３を複数備えた場合を示している。すなわち、中継ユニット３を、１つの親中継ユニット３ａとそれから派生した２つの子中継ユニット３ｂ(1)、(2)に分けている。このようにすることにより、１つの親中継ユニット３ａに対し、子中継ユニット３ｂを複数接続できるようになる。なお、この構成においては、親中継ユニット３ａと子中継ユニット３ｂの間の接続配管は３本になっている。
なお、図１および図２では、室内機２は、天井カセット型を例に示してあるが、これに限るものではなく、天井埋込型、天井吊下式等、室内空間７に直接またはダクト等により、加熱または冷却した空気を吹き出せるようになっていればどんなものでもよい。
また、熱源装置１は、建物９の外の室外空間６に設置されている場合を例に説明を行ったがこれに限られない。たとえば、熱源装置１は換気口付の機械室等の囲まれた空間に設定してもよく、熱源装置１を建物９の内部に設置して排気ダクトで廃熱を建物９の外に排気してもよく、あるいは水冷式の熱源装置を用いてそれを建物９の中に設置する等してもよい。
また、中継ユニット３は、熱源装置１のそばに置くこともできる。ただし、中継ユニット３から室内機２までの距離が長すぎると、熱媒体の搬送動力が大きくなるため、省エネの効果が薄れる。
次に、上記空気調和装置の詳細な構成を説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒および熱媒体用回路図である。この空気調和装置は図３に示すように、熱源装置１、室内機２、中継ユニット３を有している。
熱源装置１は、圧縮機１０、四方弁１１、熱源側熱交換器１２、逆止弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、およびアキュムレータ１７を備え、室内機２は利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを有している。中継ユニット３は、親中継ユニット３ａと子中継ユニット３ｂとを有し、親中継ユニット３ａは、冷媒の気相と液相を分離する気液分離器１４と、膨張弁（例えば電子膨張弁）１６ｅとを備えている。
子中継ユニット３ｂは、中間熱交換器１５ａ、１５ｂ、膨張弁（例えば電子膨張弁）１６ａ〜１６ｄ、ポンプ２１ａ、２１ｂ、三方弁などの流路切替弁２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄを備えている。流路切替弁は、各利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口側流路と出口側流路に対応して設けられており、流路切替弁２２ａ〜２２ｄは複数設置された中間熱交換器の間でそれらの出口側流路を切り替え、流路切替弁２３ａ〜２３ｄはそれらの入口側流路を切り替える。この例では、流路切替弁２２ａ〜２２ｄが中間熱交換器１５ａ、１５ｂの間でそれらの出口側流路を切り替え、流路切替弁２３ａ〜２３ｄが中間熱交換器１５ａ、１５ｂの間でそれらの入口側流路を切り替える作用を果たしている。
また、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口側に、止め弁２４ａ〜２４ｄを、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの出口側に、流量調整弁２５ａ〜２５ｄを、それぞれ備えている。さらに、各利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口側と出口側は、流量調整弁２５ａ〜２５ｄを介してバイパス２７ａ〜２７ｄで接続されている。
子中継ユニット３ｂは、さらに次のような温度センサおよび圧力センサを備える。
・中間熱交換器１５ａ、１５ｂの熱媒体出口温度を検出する温度センサ（第一の温度センサ）３１ａ、３１ｂ、
・中間熱交換器１５ａ、１５ｂの熱媒体入口温度を検出する温度センサ（第二の温度センサ）３２ａ、３２ｂ、
・利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱媒体入口温度を検出する温度センサ（第三の温度センサ）３３ａ〜３３ｄ、
・利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱媒体出口温度を検出する温度センサ（第四の温度センサ）３４ａ〜３４ｄ、
・中間熱交換器１５ａの冷媒出口温度を検出する温度センサ（第五の温度センサ）３５、
・中間熱交換器１５ａの冷媒出口圧力を検出する圧力センサ３６、
・中間熱交換器１５ｂの冷媒入口温度を検出する温度センサ（第六の温度センサ）３７、
・中間熱交換器１５ｂの冷媒出口温度を検出する温度センサ（第七の温度センサ）３８。
なお、これらの温度センサおよび圧力センサには、各種の温度計、温度センサ、圧力計、圧力センサが利用できる。
そして、圧縮機１０、四方弁１１、熱源側熱交換器１２、逆止弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、気液分離器１４、膨張弁１６ａ〜１６ｅ、中間熱交換器１５ａ、１５ｂ、アキュムレータ１７が冷凍サイクル回路を構成している。
また、中間熱交換器１５ａ、ポンプ２１ａ、流路切替弁２２ａ〜２２ｄ、止め弁２４ａ〜２４ｄ、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄ、流量調整弁２５ａ〜２５ｄ、流路切替弁２３ａ〜２３ｄが熱媒体循環回路を構成している。同様に、中間熱交換器１５ｂ、ポンプ２１ｂ、流路切替弁２２ａ〜２２ｄ、止め弁２４ａ〜２４ｄ、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄ、流量調整弁２５ａ〜２５ｄ、流路切替弁２３ａ〜２３ｄが熱媒体循環回路を構成している。
なお、図示するように、各利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄは、中間熱交換器１５ａと中間熱交換器１５ｂに対して、それぞれ並列に複数設けられて、それぞれに熱媒体循環回路を構成している。
また、熱源装置１にはそれを構成する機器を制御し、熱源装置１にいわゆる室外機としての動作を行わせる制御装置１００が設けられている。また、中継ユニット３にはそれを構成する機器を制御し、後述する動作を行わせる手段を備えた制御装置３００が設けられている。これらの制御装置１００、３００はマイコンなどから構成され、互いに通信可能に接続されている。次に、上記空気調和装置の各運転モードの動作について説明する。
＜全冷房運転＞
図４は、全冷房運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図である。全冷房運転において、冷媒は、圧縮機１０により圧縮され、高温高圧のガス冷媒になり、四方弁１１を介して熱源側熱交換器１２に入る。冷媒は、そこで凝縮されて液化し、逆止弁１３ａを通って熱源装置１から流出し、冷媒配管４を通って中継ユニット３へ流入する。中継ユニット３において、冷媒は、気液分離器１４へ入り、膨張弁１６ｅおよび１６ａを通って、中間熱交換器１５ｂへ導入される。この際、膨張弁１６ａによって、冷媒は膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となり、中間熱交換器１５ｂは蒸発器として作用する。冷媒は、中間熱交換器１５ｂにおいて低温低圧のガス冷媒となり、膨張弁１６ｃを通って、中継ユニット３から流出し、冷媒配管４を通って再び熱源装置１へ流入する。熱源装置１において、冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、四方弁１１、アキュムレータ１７を介して、圧縮機１０へ吸い込まれる。この時、膨張弁１６ｂ、１６ｄは冷媒が流れないような小さい開度となっており、膨張弁１６ｃは全開状態とし圧力損失が起きないようにしている。
次に、二次側の熱媒体（水、不凍液等）の動きについて説明する。中間熱交換器１５ｂにて、一次側の冷媒の冷熱が二次側の熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体はポンプ２１ｂによって二次側の配管内を流動させられる。ポンプ２１ｂを出た熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄを介して、止め弁２４ａ〜２４ｄを通り、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄおよび流量調整弁２５ａ〜２５ｄに流入する。この時、流量調整弁２５ａ〜２５ｄの作用により、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量の熱媒体だけが利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流され、残りはバイパス２７ａ〜２７ｄを通って熱交換には寄与しない。バイパス２７ａ〜２７ｄを通った熱媒体は、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを通った熱媒体と合流し、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを通って、中間熱交換器１５ｂへ流入し、再びポンプ２１ｂへ吸い込まれる。
なお、室内にて必要とされる空調負荷は、制御装置３００により、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄと第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄの検出温度差を、予め定めた目標値に保つように、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを通る熱媒体の流量を制御することにより、賄うことができる。そしてこれは、全暖房運転、冷房主体運転、暖房主体運転でも同様である。
なお、熱負荷のない利用側熱交換器（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、止め弁２４ａ〜２４ｄにより流路を閉じて、当該利用側熱交換器へ熱媒体が流れないようにする。図４においては、利用側熱交換器２６ａおよび２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃおよび２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する止め弁２４ｃ、２４ｄが閉となっている。
＜全暖房運転＞
図５は、全暖房運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図である。全暖房運転において、冷媒は、圧縮機１０により圧縮され、高温高圧のガス冷媒になり、四方弁１１を介して、逆止弁１３ｂ通って熱源装置１から流出し、冷媒配管４を通って中継ユニット３へ流入する。中継ユニット３において、冷媒は、気液分離器１４を通って、中間熱交換器１５ａへ導入され、中間熱交換器１５ａにおいて凝縮されて液化し、膨張弁１６ｄおよび１６ｂを通って、中継ユニット３から流出する。この際、膨張弁１６ｂによって、冷媒は膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となり、冷媒配管４を通って再び熱源装置１へ流入する。熱源装置１において、冷媒は、逆止弁１３ｃを通って、熱源側熱交換器１２へ導入され、熱源側熱交換器１２は蒸発器として作用する。冷媒は、そこで低温低圧のガス冷媒となり、四方弁１１、アキュムレータ１７を介して、圧縮機１０へ吸い込まれる。この時、膨張弁１６ｅと、膨張弁１６ａ若しくは１６ｃは、冷媒が流れないような小さい開度にしている。
次に、二次側の熱媒体（水、不凍液等）の動きについて説明する。中間熱交換器１５ａにて、一次側の冷媒の温熱が二次側の熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体はポンプ２１ａによって二次側の配管内を流動させられる。ポンプ２１ａを出た熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄを介して、止め弁２４ａ〜２４ｄを通り、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄおよび流量調整弁２５ａ〜２５ｄに流入する。この時、流量調整弁２５ａ〜２５ｄの作用により、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量の熱媒体だけが利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流され、残りはバイパス２７ａ〜２７ｄを通って熱交換には寄与しない。バイパス２７ａ〜２７ｄを通った熱冷媒は、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを通った熱媒体と合流し、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを通って、中間熱交換器１５ａへ流入し、再びポンプ２１ａへ吸い込まれる。なお、室内にて必要とされる空調負荷は、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄと第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄの検出温度差を予め目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
この際、熱負荷のない利用側熱交換器（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、止め弁２４ａ〜２４ｄにより流路を閉じて、当該利用側熱交換器へ熱媒体が流れないようにする。図５においては、利用側熱交換器２６ａおよび２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃおよび２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する止め弁２４ｃ、２４ｄが閉となっている。
＜冷房主体運転＞
図６は、冷房主体運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図である。冷房主体運転において、冷媒は、圧縮機１０により圧縮され、高温高圧のガス冷媒になり、四方弁１１を介して熱源側熱交換器１２へ導入される。そこで、ガス状態の冷媒が凝縮して二相冷媒になり、二相状態にて熱源側熱交換器１２から流出し、逆止弁１３ａを通って熱源装置１から流出し、冷媒配管４を通って中継ユニット３へ流入する。中継ユニット３において、冷媒は、気液分離器１４へ入って、二相冷媒中のガス冷媒と液冷媒が分離され、ガス冷媒は、中間熱交換器１５ａへ導入され、中間熱交換器１５ａにおいて凝縮されて液化し、膨張弁１６ｄを通る。一方、気液分離器１４において分離された液冷媒は、膨張弁１６ｅへ流され、中間熱交換器１５ａにて凝縮液化して膨張弁１６ｄを通った液冷媒と合流し、膨張弁１６ａを通って、中間熱交換器１５ｂへ導入される。この際、膨張弁１６ａによって、冷媒は膨張させられて、低温低圧の二相冷媒となり、中間熱交換器１５ｂは蒸発器として作用する。冷媒は、中間熱交換器１５ｂにて低温低圧のガス冷媒となり、膨張弁１６ｃを通って、中継ユニット３を流出し、冷媒配管４を通って再び熱源装置１へ流入する。熱源装置１において、冷媒は、逆止弁１３ｄを通って、四方弁１１、アキュムレータ１７を介して、圧縮機１０へ吸い込まれる。この時、膨張弁１６ｂは冷媒が流れないような小さい開度となっており、膨張弁１６ｃは全開状態とし圧力損失が起きないようにしている。
次に、二次側の熱媒体（水、不凍液等）の動きについて説明する。中間熱交換器１５ａにて、一次側の冷媒の温熱が二次側の熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体はポンプ２１ａによって二次側の配管内を流動させられる。また、中間熱交換器１５ｂにて、一次側の冷媒の冷熱が二次側の熱媒体に伝えられ、冷された熱媒体はポンプ２１ｂによって二次側の配管内を流動させられる。そして、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂを出た熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄを介して、止め弁２４ａ〜２４ｄを通り、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄおよび流量調整弁２５ａ〜２５ｄに流入する。この時、流量調整弁２５ａ〜２５ｄの作用により、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量の熱媒体だけが利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流され、残りはバイパス２７ａ〜２７ｄを通って熱交換には寄与しない。バイパス２７ａ〜２７ｄを通った熱媒体は、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを通った熱媒体と合流し、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを通って、それぞれ、暖かい熱媒体は中間熱交換器１５ａへ流入し再びポンプ２１ａへ戻り、冷たい熱媒体は中間熱交換器１５ｂへ流入し再びポンプ２１ｂへ戻る。この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄの作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ導入される。なお、室内にて必要とされる空調負荷は、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄと第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄの検出温度差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
図６は、利用側熱交換器２６ａにて温熱負荷が発生し、利用側熱交換器２６ｂにて冷熱負荷が発生している状態を示している。
また、この際、熱負荷のない利用側熱交換器（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、止め弁２４ａ〜２４ｄにより流路を閉じて、利用側熱交換器へ熱媒体が流れないようにする。図６においては、利用側熱交換器２６ａおよび２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃおよび２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する止め弁２４ｃ、２４ｄが閉となっている。
＜暖房主体運転＞
図７は、暖房主体運転時における冷媒および熱媒体の流れを示す回路図である。暖房主体運転において、冷媒は、圧縮機１０により圧縮され、高温高圧のガス冷媒になり、四方弁１１を介して、逆止弁１３ｂ通って熱源装置１から流出し、冷媒配管４を通って中継ユニット３へ流入する。中継ユニット３において、冷媒は、気液分離器１４を通って、中間熱交換器１５ａへ導入され、中間熱交換器１５ａにおいて凝縮されて液化する。その後、膨張弁１６ｄを通った冷媒は、膨張弁１６ａを通る流路と膨張弁１６ｂを通る流路に分けられる。膨張弁１６ａを通った冷媒は、膨張弁１６ａによって膨張させられて低温低圧の二相冷媒となり、中間熱交換器１５ｂへ流入し、中間熱交換器１５ｂは蒸発器として作用する。中間熱交換器１５ｂを出た冷媒は、蒸発してガス冷媒となって、膨張弁１６ｃを通る。一方、膨張弁１６ｂを通った冷媒は、膨張弁１６ｂによって膨張させられて低温低圧の二相冷媒となり、中間熱交換器１５ｂおよび膨張弁１６ｃを通った冷媒と合流して、より乾き度の大きい低温低圧の冷媒となる。そして、合流された冷媒は、中継ユニット３から流出し、冷媒配管４を通って再び熱源装置１へ流入する。熱源装置１において、冷媒は、逆止弁１３ｃを通って、熱源側熱交換器１２へ導入され、熱源側熱交換器１２は蒸発器として作用する。そこで、低温低圧の二相冷媒が蒸発されてガス冷媒となり、四方弁１１、アキュムレータ１７を介して、圧縮機１０へ吸い込まれる。この時、膨張弁１６ｅは冷媒が流れないような小さい開度としている。
次に、二次側の熱媒体（水、不凍液等）の動きについて説明する。中間熱交換器１５ａにて、一次側の冷媒の温熱が二次側の熱媒体に伝えられ、暖められた熱媒体はポンプ２１ａによって二次側の配管内を流動させられる。また、中間熱交換器１５ｂにて、一次側の冷媒の冷熱が二次側の熱媒体に伝えられ、冷やされた熱媒体はポンプ２１ｂによって二次側の配管内を流動させられる。そして、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂを出た熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄを介して、止め弁２４ａ〜２４ｄを通り、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄおよび流量調整弁２５ａ〜２５ｄに流入する。この時、流量調整弁２５ａ〜２５ｄの作用により、室内にて必要とされる空調負荷を賄うのに必要な流量の熱媒体だけが利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに流され、残りはバイパス２７ａ〜２７ｄを通って熱交換には寄与しない。バイパス２７ａ〜２７ｄを通った熱媒体は、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを通った熱媒体と合流し、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを通って、それぞれ、暖かい熱媒体は中間熱交換器１５ａへ流入し再びポンプ２１ａへ戻り、冷たい熱媒体は中間熱交換器１５ｂへ流入し再びポンプ２１ｂへ戻る。この間、暖かい熱媒体と冷たい熱媒体は、流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄの作用により、混合することなく、それぞれ温熱負荷、冷熱負荷がある利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ導入される。なお、室内にて必要とされる空調負荷は、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄと第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄの検出温度差を目標値に保つように制御することにより、賄うことができる。
図７は、利用側熱交換器２６ａにて温熱負荷が発生し、利用側熱交換器２６ｂにて冷熱負荷が発生している状態を示している。
また、この際、熱負荷のない利用側熱交換器（サーモオフを含む）へは熱媒体を流す必要がないため、止め弁２４ａ〜２４ｄにより流路を閉じて、利用側熱交換器へ熱媒体が流れないようにする。図７においては、利用側熱交換器２６ａおよび２６ｂにおいては熱負荷があるため熱媒体を流しているが、利用側熱交換器２６ｃおよび２６ｄにおいては熱負荷がなく、対応する止め弁２４ｃ、２４ｄが閉となっている。
以上のように、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにて暖房負荷が発生している場合は、対応する流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄを加熱用の中間熱交換器１５ａに接続される流路へ切り替え、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにて冷房負荷が発生している場合は、対応する流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄを冷却用の中間熱交換器１５ｂに接続される流路へ切り替えることにより、各室内機２にて、暖房運転、冷房運転を自由に行うことができるようになる。
なお、流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄは、三方弁等の三方流路を切り替えられるもの、開閉弁等の二方流路の開閉を行うものを２つ組み合わせる等、流路を切り替えられるものであればよい。また、流路切替弁は、ステッピングモータ駆動式の混合弁等の三方流路の流量を変化させられるものや、電子式膨張弁等の２方流路の流量を変化させられるものを２つ組み合わせるなどにより構成してもよい。その場合は、流路の突然の開閉によるウォーターハンマーを防ぐこともできる。
利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにおける熱負荷は、（１）式で表され、熱媒体の流量と密度と定圧比熱と、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口と出口の熱媒体の温度差を乗じたものとなる。ここで、Ｖｗは熱媒体の流量、ρｗは熱媒体の密度、Ｃｐｗは熱媒体の定圧比熱、Ｔｗは熱媒体の温度、添字のｉｎは利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱媒体入口での値、添字のｏｕｔは利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱媒体出口での値を示す。
Figure 0005127931
すなわち、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ流す熱媒体の流量が一定の場合、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄでの熱負荷の変化に応じ、熱媒体の入出口での温度差が変化する。そこで、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入出口の温度差を目標とし、これが予め定めた目標値に近づくように、流量調整弁２５ａ〜２５ｄを制御することにより、余分な熱媒体をバイパス２７ａ〜２７ｄへ流して、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ流れる流量を制御することができる。利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入出口の温度差の目標値は、例えば５℃等に設定する。
なお、図３〜図７では、流量調整弁２５ａ〜２５ｄが利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの下流側に設置する混合弁である場合を例に説明を行ったが、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの上流側に設置する三方弁であってもよい。
そして、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄと熱交換を行った熱媒体と、熱交換を行わず温度変化をせずバイパス２７ａ〜２７ｄを通過した熱媒体は、その後の合流部で合流する。この合流部においては、（２）式が成り立つ。ここで、Ｔｗｉｎ、Ｔｗｏｕｔは利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口および出口の熱媒体温度、Ｖｗは流量調整弁２５ａ〜２５ｄへ流入する熱媒体の流量、Ｖｗｒは利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ流入する熱媒体の流量、Ｔｗは利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄを流れた熱媒体とバイパス２７ａ〜２７ｄを流れた熱媒体が合流した後の熱媒体の温度を表す。
Figure 0005127931
すなわち、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄと熱交換を行い温度が変化した熱媒体と、熱交換を行わず温度変化をせずバイパス２７ａ〜２７ｄを通過した熱媒体とが、合流すると、熱媒体の温度差がバイパスされた流量の分、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口温度に近づく。例えば、全流量が２０Ｌ／ｍｉｎ、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱媒体入口温度が７℃、出口温度が１３℃、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの側へ流した流量が１０Ｌ／ｍｉｎである時、その後の合流後の温度は、（２）式より、１０℃となる。
この合流された温度の熱媒体が、各室内機から戻ってきて合流し、中間熱交換器１５ａ、１５ｂへ流入する。この際、中間熱交換器１５ａ、１５ｂの熱交換量が変わらなければ、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂでの熱交換により、入出口温度差はほぼ同じになる。すなわち、例えば、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂの入出口温度差が６℃となっており、当初は、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂの入口温度が１３℃、出口温度が７℃となっていたとする。そして、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄでの熱負荷が下がり、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂの入口温度が１０℃に低下したとする。すると、何もしなければ、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂはほぼ同じ量の熱交換を行うため、４℃にて、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂから流出し、これが繰り返し、どんどん温度が下がっていってしまう。
これを防ぐためには、中間熱交換器１５ａまたは１５ｂの熱媒体出口温度が目標値に近づくように、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの熱負荷の変化に応じて、ポンプ２１ａ、２１ｂの回転数を変化させればよい。このようにすると、熱負荷が下がったときは、ポンプの回転数が下がって省エネになり、熱負荷が上がった時は、ポンプの回転数が上がって、熱負荷を賄うことができる。
ポンプ２１ｂは、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄのいずれかにて、冷房負荷または除湿負荷が発生した場合に動作し、いずれの利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにおいても、冷房負荷および除湿負荷がない場合は、停止させる。また、ポンプ２１ａは、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄのいずれかにて、暖房負荷が発生した場合に動作し、いずれの利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにおいても、暖房負荷がない場合は、停止させる。
次に、熱媒体流路の凍結防止について説明する。中間熱交換器１５ａ、１５ｂから利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに至る二次側の熱媒体の流路は、一般的に建物の内部に設置されており、通常は熱媒体の凍結温度、例えば水の場合は０℃、よりも高い温度に保たれている。しかし、圧縮機１０やポンプ２１ａまたは２１ｂが長期間停止されていた場合、あるいは中間熱交換器１５ａ、１５ｂが屋外に設置された場合等、熱媒体流路が冷やされ、凍結温度に至る可能性もある。そのため、熱媒体の凍結を防止するための凍結防止運転を行う必要がある。以下ではその熱媒体凍結防止運転（凍結防止運転モード）について説明する。
凍結防止運転は、制御装置３００の熱媒体凍結防止手段の作用により行われる。制御装置３００は、第一の温度センサ３１ａ、３１ｂ、第二の温度センサ３２ａ、３２ｂ、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄ、または第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄのいずれかの検出温度が、予め定めた設定温度以下になった場合に凍結防止運転を行う。
上記いずれかの検出温度が設定温度以下になった場合、ポンプ２１ａまたは２１ｂを動作させて熱媒体を循環させ、熱媒体配管内の熱媒体を攪拌することにより、熱媒体流路全体の温度を均一化することができ、温度が下がった部分の熱媒体の温度を上げ、凍結を防止することができる。
また、上記検出温度検出手段のどれが設定温度以下になったかで、ポンプ２１ａ、２１ｂのうち、いずれを動作させるかが異なる。すなわち、第一の温度センサ３１ａと第二の温度センサ３２ａのいずれかが設定温度以下になった場合は、ポンプ２１ａを動作させる。また、第一の温度センサ３１ｂと第二の温度センサ３２ｂのいずれかが設定温度以下になった場合は、ポンプ２１ｂを動作させる。さらに、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄまたは第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄのいずれかが設定温度以下になった場合は、それに対応する利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに繋がる、ポンプ２１ａまたは２１ｂのいずれかを動作させ熱媒体を循環させる。
制御装置３００による上記凍結防止運転の動作を図１３のフローチャートで説明する。なお以下の各フローチャートの説明では、流路切替弁２２ａ〜２２ｄは流路切替弁２２と、流路切替弁２３ａ〜２３ｄは流路切替弁２３と、止め弁２４ａ〜２４ｄは止め弁２４と、流量調整弁２５ａ〜２５ｄは流量調整弁２５と、バイパス２７ａ〜２７ｄはバイパス２７と、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄは第三の温度センサ３３と、第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄは第四の温度センサ３４として説明する。
処理が開始され（ＳＴ０）、制御装置３００は、第一の温度センサ３１ａまたは第二の温度センサ３２ａが設定温度Ｔｓ以下の温度を検出すると（ＳＴ１、ＳＴ２）、ポンプ２１ａを動作させる（ＳＴ５）。また、制御装置３００は、第一の温度センサ３１ｂまたは第二の温度センサ３２ｂが設定温度Ｔｓ以下の温度を検出すると（ＳＴ３、ＳＴ４）、ポンプ２１ｂを動作させる（ＳＴ６）。そして、これらのいずれかが検出された場合、例えば１番目の室内機（１）の利用側熱交換器２６ａに対応する流路切替弁２２を加熱用中間熱交換器１５ａに、流路切替弁２３を冷却用中間熱交換器１５ｂに切り替え、例えば２番目の室内機（２）の利用側熱交換器２６ｂに対応する流路切替弁２２を冷却用中間熱交換器１５ｂに、流路切替弁２３を加熱用中間熱交換器１５ａに切り替える（ＳＴ７）。また、利用側熱交換器２６ａ、２６ｂの止め弁２４を開とし、流量調整弁２５をバイパス２７側に全開にする（ＳＴ８）。
また、室内機を「１」から順にその設置台数分の最大値となるまで、それぞれに対応する第三の温度センサ３３と第四の温度センサ３４の検出温度を検索する（ＳＴ９、ＳＴ１５、ＳＴ１６）。第三の温度センサ３３または第四の温度センサ３４が設定温度Ｔｓ以下を検出すると（ＳＴ１０、ＳＴ１１）、ポンプ２１ａまたはポンプ２１ｂを動作させ（ＳＴ１２）、設定温度以下を検出したｎ番目の室内機（n）の流路切替弁２２を加熱用中間熱交換器１５ａに、流路切替弁２３を冷却用中間熱交換器１５ｂに切り替え、ｎ＋１番目の室内機(n+1)の流路切替弁２２を冷却用中間熱交換器１５ｂに、流路切替弁２３を加熱用中間熱交換器１５ａに切り替える（ＳＴ１３）。また、室内機(n)および室内機(n+1)の止め弁２４を開とし、室内機(n)の流量調整弁２５を利用側熱交換器２６側に全開にする（ＳＴ１４）。
そして、上記のすべての温度センサの検出温度が設定温度Ｔｓよりも高くなったら（ＳＴ１７）、ポンプ２１ａおよび２１ｂを停止させ（ＳＴ１８）、処理を終了させる（ＳＴ１９）。なお、ＳＴ５、ＳＴ６、ＳＴ１２において、ポンプ２１ａとポンプ２１ｂの両方を動作させるようにしてもよい。
上記の熱媒体凍結防止運転モードは、ポンプ２１ａ、２１ｂを利用して熱媒体を循環させ、流路の熱媒体を攪拌し、温度を均一化させて凍結防止を行う方法である。しかし、この方法では、熱媒体の加熱を行っているわけではないので、熱媒体流路が冷却され続けた場合、いずれは凍結に至ってしまう。
そこで、さらに確実に、凍結防止を行うためには、上記各温度センサのいずれかで設定温度以下を検出した場合、設定温度以下を検出した温度センサに対応する中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに対応するポンプ２１ａまたは２１ｂを動作させた状態で、圧縮機１０を動作させ、四方弁１１を暖房側に切り替え、設定温度以下を検出した温度センサに対応する中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに、高温高圧の冷媒を導入し、熱媒体を加熱し、温度を上げることにより、凍結防止を行う。
この時の冷凍サイクル回路の動きについて説明する。中間熱交換器１５ａに対応する流路で設定温度以下を検出した場合は、通常の運転でよい。ただし、中間熱交換器１５ｂに対応する流路で設定温度以下を検出した場合は、中間熱交換器１５ｂに高温高圧の冷媒を導く必要がある。そこで、図８に示すように、膨張弁１６ｄおよび１６ａを全開として、膨張弁１６ｃにて絞り、冷媒を膨張させるようにすることで、中間熱交換器１５ｂの冷媒流路に、高温高圧のガス冷媒または二相冷媒または液冷媒を流入させることができる。これにより、中間熱交換器１５ｂの熱媒体流路を流れる熱媒体を加熱し、加熱された熱媒体を循環させることで、その凍結を防止することができる。
また、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄまたは第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄのいずれかが設定温度以下になった場合は、ポンプ２１ａまたは２１ｂのいずれかを動作させ、それに対応する中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに、熱媒体を循環させる。また、圧縮機１０を動作させ、四方弁１１を暖房側に切り替え、熱媒体が循環している中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに、高温高圧の冷媒を導入し、熱媒体を加熱して温度を上げ、流路切替弁２２ａ〜２２ｄおよび２３ａ〜２３ｄを切り替えて、設定温度以下を検出した温度センサに対応する利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄに、加熱されて温度の上がった熱媒体を循環させることにより、凍結防止運転を行う。
また、中間熱交換器が加熱用の中間熱交換器１５ａと冷却用の中間熱交換器１５ｂに分かれており、第一の温度センサ３１ｂまたは第二の温度センサ３２ｂのいずれかが設定温度以下を検出した場合、冷却用の中間熱交換器１５ｂには直接高温高圧の冷媒を導入することはできない。
そこで、図９に示すように、加熱用中間熱交換器１５ａに高温高圧の冷媒を循環させるように冷凍サイクル回路を動作させる。また、利用側熱交換器２６ａ〜２６のなかの一部の利用側熱交換器（ここでは２６ａ）に対応する流路切替弁２２ａ〜２２ｄを加熱用中間熱交換器１５ａに、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを冷却用中間熱交換器１５ｂに接続するように切り替え、別の利用側熱交換器（ここでは２６ｂ）に対応する流路切替弁２２ａ〜２２ｄを冷却用中間熱交換器１５ｂに、流路切替弁２３ａ〜２３ｄを加熱用中間熱交換器１５ａに接続するように切り替える。そして、ポンプ２１ａおよび２１ｂを動作させ、加熱用中間熱交換器１５ａで加熱された熱媒体を冷却用中間熱交換器１５ｂに循環させるようにする。図９では、流路切替弁２２ａを加熱用中間熱交換器１５ａの出口側に、流路切替弁２３ａを冷却用中間熱交換器１５ｂの入口側に、流路切替弁２２ｂを冷却用中間熱交換器１５ｂの出口側に、流路切替弁２３ｂを加熱用中間熱交換器１５ａの入口側に切り替えて、中間熱交換器１５ａと１５ｂとの間で熱媒体を循環させている。
この場合の動作を示しているのが図１４のフローチャートである。図１４におけるＲＴ０からＲＴ１７は、図１３におけるＳＴ０からＳＴ１７と同じであり、熱媒体の循環に関しては、先の説明と同様であり、説明を省略する。図１４においては、圧縮機１０を動作させ、四方弁１１を暖房側に切り替え、加熱用中間熱交換器１５ａに、高温高圧の冷媒を導入するステップ（ＲＴ２０）が追加されており、加熱用中間熱交換器１５ａを冷媒で加熱しながら、その冷媒で加熱された熱媒体を循環させることにより、熱媒体を昇温させ、凍結を防止することができる。そして、すべての温度検出手段の検出温度が設定温度Ｔｓよりも高くなったら（ＲＴ１７）、ポンプ２１ａ、２１ｂおよび圧縮機１０を停止させる（ＲＴ１８）。
また、図１０に示すように、流路切替弁２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄとして、ステッピングモータ式等の全開と全閉の途中の開度に設定可能な構造の弁を使用し、加熱用中間熱交換器１５ａに高温高圧の冷媒を循環させるように冷凍サイクルを動作させ、ポンプ２１ａおよび２１ｂを動作させ、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの一部に対応する熱媒体流路切替弁２２ａ〜２２ｄを、暖房用熱媒体流路と冷房側熱媒体流路の２つの流路のいずれにも流路が開放した全開でも全閉でもない途中の開度に設定し、中間熱交換器１５ａで加熱された熱媒体と冷却用の中間熱交換器１５ｂを通過した熱媒体を混合させ、熱媒体流路切替弁２３ａ〜２３ｄも同様に全開でも全閉でもない途中の開度に設定し、２２ａ〜２２ｄにて混合された熱媒体が、中間熱交換器１５ａおよび中間熱交換器１５ｂに分配されるようにする。これにより、中間熱交換器１５ｂに流入する熱媒体は、混合前の熱媒体よりも中間熱交換器１５ａで加熱された熱媒体の熱量分、温度が上昇するため、中間熱交換器１５ｂでの熱媒体の凍結を防止できる。
この構成における制御は、図１５のフローチャートに示してある。ここでは、熱媒体流路切替弁２２および２３として、ステッピングモータ等の全開と全閉の中間の開度に設定できるものを使用する。
処理が開始され（ＧＴ０）、制御装置３００は、中間熱交換器１５ａに対応する第一の温度センサ３１ａまたは第二の温度センサ３２ａ、または中間熱交換器１５ｂに対応する第一の温度センサ３１ｂまたは第二の温度センサ３２ｂの検出温度が、設定温度Ｔｓ以下を検出すると（ＧＴ１〜ＧＴ４）、ポンプ２１ａおよび２１ｂを動作させる（ＧＴ５）。そして、例えば１番目の室内機(1)の流路切替弁２２および２３を中間開度に設定し（ＧＴ６）、１番目の室内機(1)の止め弁２４を開とし、流量調整弁２５をバイパス２７側に全開にする（ＧＴ７）。
また、室内機を「１」から順にその設置台数分の最大値となるまで、それぞれに対応する第三の温度センサ３３と第四の温度センサ３４の検出温度を検索する（ＧＴ８、ＧＴ１４、ＧＴ１５）。そしてそれらの温度検出手段が設定温度Ｔｓ以下を検出したら（ＧＴ９、ＧＴ１０）、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂを動作させる（ＧＴ１１）。また、設定温度Ｔｓ以下を検出した室内機(n)の流路切替弁２２および２３を中間開度に設定し（ＧＴ１２）、ｎ番目の室内機(n)の止め弁２４を開とし、流量調整弁２５を利用側熱交換器２６側に全開にする（ＧＴ１３）。
そして、上記のすべての温度センサの検出温度が設定温度Ｔｓよりも高くなったら（ＧＴ１６）、ポンプ２１ａおよび２１ｂを停止させ（ＧＴ１７）、処理を終了させる（ＧＴ１８）。なお、ＧＴ５、ＧＴ１２においては、ポンプ２１ａと２１ｂのどちらかのみを動作させるようにしてもよい。
図１５のフローチャートの方法は、暖房運転時に暖ためられた熱媒体を、凍結を防止する流路へ循環させるものであるため、図１３のフローチャートの方法よりも凍結防止の効果がある。しかし、暖房運転を停止してからしばらく時間が経った場合等は、凍結防止の効果は少なくなる。
そこで、この場合においても、さらに確実に、凍結防止を行うためには、第一の温度センサ３１ａまたは３１ｂ、または第二の温度センサ３２ａまたは３２ｂのいずれかで設定温度以下を検出した場合、設定温度以下を検出した温度センサに対応する中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに対応するポンプ２１ａまたは２１ｂを動作させた状態で、圧縮機１０を動作させ、四方弁１１を暖房側に切り替え、設定温度以下を検出した温度センサに対応する中間熱交換器１５ａまたは１５ｂに、高温高圧の冷媒を導入して、熱媒体を加熱して温度を上げることにより、凍結防止を行う。
この場合の動作を示しているのが図１６のフローチャートである。図１６におけるＵＴ０からＵＴ１６は、図１５におけるＧＴ０からＧＴ１６と同じであり、熱媒体の循環に関しては、先の説明と同様であり、説明を省略する。図１６においては、圧縮機１０を動作させ、四方弁１１を暖房側に切り替え、加熱用中間熱交換器１５ａに、高温高圧の冷媒を導入するステップ（ＵＴ１９）が追加されている。これにより、加熱用中間熱交換器１５ａを冷媒で加熱しながら、熱媒体を循環させることにより、中間熱交換器１５ａおよび１５ｂを通る熱媒体を昇温させ、凍結を防止することができる。そして、上記のすべての温度センサの検出温度が設定温度Ｔｓよりも高くなったら（ＵＴ１６）、ポンプ２１ａ、２１ｂおよび圧縮機１０を停止させる（ＵＴ１７）。
熱媒体の凍結防止には、図１３のフローチャートまたは図１５のフローチャートのように、ポンプを動作し熱媒体を循環させる方法がある。しかし、その方法でも更に熱媒体の温度が低下するか、あるいは一定時間経過しても、熱媒体の温度が上昇しない場合には、熱媒体の循環のみでは凍結防止が困難と判断し、圧縮機を動かして図１４のフローチャートまたは図１６のフローチャートのように制御することが好ましい。
また、熱媒体の凍結防止には、図１１に示すような熱媒体の流路構成も効果がある。図１１においては、冷却用中間熱交換器１５ｂの出口側のポンプ２１ｂの出口側と加熱用中間熱交換器１５ａの入口側とを、バイパス止め弁２８ａを介してバイパス接続し、加熱用中間熱交換器１５ａの出口側のポンプ２１ａの出口側と冷却用中間熱交換器１５ｂの入口側とを、バイパス止め弁２８ｂを介してバイパス接続している。この時、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させると、熱媒体は、冷却用中間熱交換器１５ｂ、ポンプ２１ｂ、バイパス止め弁２８ａ、加熱用中間熱交換器１５ａ、ポンプ２１ａ、バイパス止め弁２８ｂ、冷却用中間熱交換器１５ｂという順番で流れる流路が形成される。このことにより、加熱用中間熱交換器１５ａ側の暖かい熱媒体が冷却用中間熱交換器１５ｂへ流れ込むため、冷却用中間熱交換器１５ｂの流路の熱媒体が加熱され、凍結が防止できる。なお、それでも熱量が足りないときは、圧縮機１０を動作させ、加熱用中間熱交換器１５ａを加熱する。
図１１のような構成にすると、流路切替弁２２（２２ａ〜２２ｄ）、２３（２３ａ〜２３ｄ）、流量調整弁２５（２５ａ〜２５ｄ）を熱媒体が流れないため、暖房用流路と冷房用流路での混合する熱媒体を少なくでき、次に暖房または冷房を行うときの熱媒体の熱損失を少なくすることができる。また、各弁２２、２３、２５および配管の分の圧損がかからないため、凍結防止運転中のポンプ動力を少なくできるという利点がある。
この場合の動作について、図１７のフローチャートにて説明する。ここでは、流路切替弁２２および２３として、ステッピングモータ等の全開と全閉の中間の開度に設定できるものを使用する。
処理が開始され（ＨＴ０）、制御装置３００は、中間熱交換器１５ａに係る第一の温度センサ３１ａ、第二の温度センサ３２ａ、中間熱交換器１５ｂに係る第一の温度センサ３１ｂ、第二の温度センサ３２ｂの検出温度が設定温度Ｔｓ以下か否か判定する（ＨＴ１〜ＨＴ４）。上記のステップで設定温度Ｔｓ以下を検出すると、ポンプ２１ａおよび２１ｂを動作させ（ＨＴ５）、バイパス止め弁２８ａ、２８ｂを開とし（ＨＴ６）、中間熱交換器１５ａ、１５ｂの間で熱媒体をバイパスを介して循環させる。この循環回路は、図１１の熱媒体回路中に太い先で示している。
さらに、室内機を「１」から順に設置台数分の最大値まで検索し（ＨＴ７、ＨＴ１４、ＨＴ１５）、第三の温度センサ３３の検出温度が設定温度Ｔｓ以下を検出（ＨＴ８）または第四の温度センサ３４が設定温度Ｔｓ以下を検出したら（ＨＴ９）、ポンプ２１ａおよびポンプ２１ｂを動作させる（ＨＴ１０）。そして、設定温度以下を検出したｎ番目の室内機(n)の流路切替弁２２および２３を中間開度に設定し（ＨＴ１１）、室内機(n)の止め弁２４を開、流量調整弁２５を利用側熱交換器２６側に全開にし（ＨＴ１２）、バイパス止め弁２８ａ、２８ｂを閉とし（ＨＴ１３）、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄ側に熱媒体が循環するように流路を構成する。
そして、上記のすべての温度センサの検出温度が設定温度Ｔｓよりも高くなったら（ＨＴ１６）、ポンプ２１ａおよび２１ｂを停止させ（ＨＴ１７）、処理を終了させる（ＨＴ１８）。なお、ＨＴ５、ＨＴ１０においては、ポンプ２１ａと２１ｂのどちらかのみを動作させるようにしてもよい。
また、上述した設定温度Ｔｓは、凍結温度よりも少し高い温度に設定する。例えば、熱媒体が水の場合は、凍結温度である０℃よりも少し高い３℃等に設定するとよい。
なお、凍結防止運転において、ポンプ２１ａまたは２１ｂを動作させる前または動作させると同時に、熱媒体の循環流路を確保しておく必要がある。そこで、熱媒体循環回路が形成されるように、止め弁２４ａ〜２４ｄのいずれかまたはすべてを開状態とし、また流量調整弁２５ａ〜２５ｄを流路が確保される方向に制御した後に、ポンプ２１ａまたは２１ｂを動作して熱媒体を循環させる。
また、図１２に示すように、流量調整弁２５ａ〜２５ｄとして、二方流量調整弁を使用することもできる。この場合、止め弁２４ａ〜２４ｄは具備する必要がなく、流量調整弁２５ａ〜２５ｄの開口面積を制御し、熱媒体の循環流路が確保されるようにしてから、ポンプ２１ａ、２１ｂを動作させる。
なお、本実施の形態では、中間熱交換器１５ａ、１５ｂの入口および出口に温度センサを設置したが、ポンプ２１ａ、２１ｂの制御を行うためには、中間熱交換器１５ａ、１５ｂの入口温度または出口温度のどちらか一方が検出できればよく、従って、入口または出口の一方にだけに温度センサを設置しても良い。
冷媒としては、Ｒ−２２、Ｒ−１３４ａ等の単一冷媒、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０４Ａ等の擬似共沸混合冷媒、Ｒ−４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、化学式内に二重結合を含む、ＣＦ3ＣＦ＝ＣＨ2等の地球温暖化係数が比較的小さい値とされている冷媒やその混合物、あるいはＣＯ2やプロパン等の自然冷媒でもよい。
なお、ここでは、冷媒回路にアキュムレータを含む構成としたが、アキュムレータがない回路でもよい。また、逆止弁１３ａ〜１３ｄがある場合について説明したが、これらも必須の部品ではなく、これらがない回路により本発明を構成して、同様の動作および同様の効果を奏することができる。
また、熱源側熱交換器１２および利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄには、送風機を取り付け、送風により凝縮あるいは蒸発を促進させることが好ましい。ただし、これに限るものではなく、例えば利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄとしては放射を利用したパネルヒータのようなものも用いることができるし、熱源側熱交換器１２としては、水や不凍液により熱を移動させる水冷式のタイプのものも用いることができ、放熱あるいは吸熱をできる構造のものであればどんなものでも用いることができる。
また、ここでは、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄが４つである場合を例に説明を行ったが、利用側熱交換器の台数には制限されない。
また、流路切替弁２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、止め弁２４ａ〜２４ｄ、流量調整弁２５ａ〜２５ｄは、各利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄにそれぞれ１つづつ接続される場合について説明したが、これに限るものではなく、各利用側熱交換器１つに対し、それぞれが複数接続されていてもよい。その場合には、同じ利用側熱交換器に接続されている、流路切替弁、止め弁、流量調整弁を同じように動作させればよい。
また、上記の実施の形態では、加熱用の中間熱交換器１５ａと、冷却用の中間熱交換器１５ｂがある場合を例に説明を行ったが、これに限るものではない。暖房または冷房のみであれば、中間熱交換器は一台で済む。その場合には、凍結防止運転時、別の中間熱交換器に熱媒体を通す必要がないため、その流路はより簡素化される。また、加熱用の中間熱交換器１５ａと冷却用の中間熱交換器１５ｂとを１組以上設けても良い。
また、図３等の三方流路型の流量調整弁２５ａ〜２５ｄに代えて、図１２に示すように、ステッピングモータ等により開口面積を連続的に変化させられる二方流路調整弁の流量調整弁を用いることもできる。この場合の制御は、三方流路調整弁の場合と類似であり、二方流路調整弁２５ａ〜２５ｄの開度を調整して、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄへ流入させる流量を制御して、利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの入口と出口の温度差が予め定めた目標値、例えば５℃、になるように制御する。その上で、中間熱交換器１５ａ、１５ｂの入口側または出口側の温度が、予め定めた目標値になるようにポンプ２１ａ、２１ｂの回転数を制御すればよい。流量調整弁２５ａ〜２５ｄとして二方流路調整弁を用いると、流路の開閉にも用いることができるため、止め弁２４ａ〜２４ｄが不要になり、安価にシステムを構築できるというメリットがある。
また、ここでは、流量調整弁２５ａ〜２５ｄ、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄ、第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄが、中継ユニット３の内部に設置されている場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、これらを利用側熱交換器２６ａ〜２６ｄの近く、すなわち、室内機２の内部または近くに設置するようにしても、機能的には何ら問題はなく、同様の動作をし、同様の効果を奏する。また、流量調整弁２５ａ〜２５ｄとして二方流路調整弁を用いた場合は、第三の温度センサ３３ａ〜３３ｄ、第四の温度センサ３４ａ〜３４ｄを中継ユニット３の内部あるいは近傍に設置し、流量調整弁２５ａ〜２５ｄを室内機２の内部あるいは近傍に設置するようにしてもよい。
以上のように本実施の形態の空気調和装置は、熱媒体の温度が設定温度以下を検出した場合に、ポンプを動作させ熱媒体を循環させる等の凍結防止運転を行うことにより、配管内の熱媒体の凍結を防止し、安全でかつ確実に省エネにすることができる。

Claims (7)

  1. 冷媒と前記冷媒と異なる水やブラインなどの熱媒体とを熱交換する中間熱交換器と、
    圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも１つの膨張弁、および前記中間熱交換器の冷媒側流路を、前記冷媒が流通する配管を介して接続した冷凍サイクル回路と、
    前記中間熱交換器の熱媒体側流路、ポンプ、および利用側熱交換器を、前記熱媒体が流通する配管を介して接続した熱媒体循環回路とを備え、
    前記熱源側熱交換器と前記中間熱交換器と前記利用側熱交換器とは、それぞれ別体に形成されており、
    前記熱媒体の温度を検出する温度センサを前記熱媒体循環回路に設置し、前記圧縮機の停止中または前記ポンプの停止中に、前記温度センサの検出温度が設定温度以下になったら、前記熱媒体の凍結防止運転を行う凍結防止運転モードを備え、
    前記中間熱交換器として、前記熱媒体の加熱を行う中間熱交換器と前記熱媒体の冷却を行う中間熱交換器とを備え、
    前記利用側熱交換器の熱媒体側流路の入口側および出口側のそれぞれに、各中間熱交換器に合わせて流路を切り替える流路切替弁を備え、
    前記熱媒体の凍結防止運転モードは、
    一方の前記中間熱交換器に繋がる流路と他方の前記中間熱交換器に繋がる流路の両方からの熱媒体が、前記流路切替弁にて混合されるように前記流路切替弁を制御し、混合された熱媒体の一部を、前記設定温度以下を検出した前記温度センサに対応する前記熱媒体循環回路に循環させるものであることを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記熱媒体の凍結防止運転モードは、
    前記温度センサを、前記ポンプの入口側流路または出口側流路に設置し、前記設定温度以下を検出した前記温度センサに対応する前記中間熱交換器に対応する前記ポンプを動作させ、前記熱媒体を前記熱媒体循環回路を利用して循環させることであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 前記利用側熱交換器の熱媒体入口側流路と熱媒体出口側流路との間に、前記利用側熱交換器に流れる前記熱媒体を調整するバイパスが接続されており、
    凍結防止運転では、前記バイパスを通して前記熱媒体を循環させることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
  4. 前記設定温度以下を検出した前記温度センサに対応する前記中間熱交換器に、高温高圧の冷媒を流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
  5. 前記熱媒体の凍結防止運転モードは、
    前記利用側熱交換器の熱媒体側流路の入口側および出口側のそれぞれに、複数の前記中間熱交換器に合わせて流路を切り替える流路切替弁を備え、前記圧縮機を動作させて複数の前記中間熱交換器の一部を熱媒体加熱用として動作させ、前記流路切替弁を切り替えて、熱媒体加熱用とした中間熱交換器から前記設定温度以下を検出した前記温度センサに対応する前記中間熱交換器に熱媒体を循環させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和装置。
  6. 前記利用側熱交換器の熱媒体入口側流路または熱媒体出口側流路に、流量調整弁を設置し、前記ポンプを動作させるよりも前または動作させるのとほぼ同時に、前記熱媒体の循環流路が確保される方向に、前記流量調整弁を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和装置。
  7. 二相変化する冷媒または超臨界状態の冷媒と前記冷媒と異なる水やブラインなどの熱媒体とを熱交換する中間熱交換器と、
    圧縮機、熱源側熱交換器、少なくとも１つの膨張弁、および前記中間熱交換器の冷媒側流路を、前記冷媒が流通する配管を介して接続した冷凍サイクル回路と、
    前記中間熱交換器の熱媒体側流路、ポンプ、および利用側熱交換器を、前記熱媒体が流通する配管を介して接続した熱媒体循環回路とを備え、
    前記熱源側熱交換器と前記中間熱交換器と前記利用側熱交換器とは、それぞれ別体に形成されており、
    前記熱媒体の温度を検出する温度センサを前記熱媒体循環回路に設置し、前記圧縮機の停止中または前記ポンプの停止中に、前記温度センサの検出温度が設定温度以下になったら、前記熱媒体の凍結防止運転を行う凍結防止運転モードを備え、
    前記熱媒体の凍結防止運転モードは、
    前記中間熱交換器として、熱媒体の加熱を行う中間熱交換器と熱媒体の冷却を行う中間熱交換器とを備え、
    熱媒体の加熱を行う前記中間熱交換器に対応する前記ポンプの出口側流路と熱媒体の冷却を行う前記中間熱交換器の入口側流路とを第一のバイパスを介して接続し、加熱を行う前記中間熱交換器の入口側流路と冷却を行う前記中間熱交換器に対応する前記ポンプの出口側流路とを第二のバイパスを介して接続し、加熱を行う前記中間熱交換器に対応する前記ポンプおよび冷却を行う前記中間熱交換器に対応する前記ポンプを動作させ、前記第一バイパスおよび前記第二のバイパスを介して熱媒体を循環させることであることを特徴とする空気調和装置。
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