CN101495816B - 空调装置 - Google Patents

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Abstract

一种空调装置，可利用超临界的制冷剂始终实现所需的供暖能力。在空调装置(1)中，在供暖运行时，室内热交换器(16)使超临界的制冷剂朝空气散热。控制装置(4)使包括室内热交换器(16)在内的制冷循环的高压侧压力维持一定值。另外，控制装置(4)利用出口温度传感器(41)来检测室内热交换器(16)的制冷剂出口温度(Tgc)，利用室温传感器(42)来检测室温(Ta)。并且，供暖时，即使室内热交换器(16)的制冷剂出口温度(Tgc)已达到目标值(Tgcs)，在根据应进行供暖的室内的室温(Ta)判断为能力过剩或不足时，控制装置(4)仍然使高压侧压力的目标值增减。

Description

空调装置
技术领域
本发明涉及使用高压侧在超临界压力下运行的制冷剂的空调装置。
背景技术
从保护地球环境和提高效率的观点出发，正在研究将高压侧在超临界压力下运行的超临界制冷剂作为空调装置的制冷剂使用(例如参照专利文献1)。专利文献1所记载的装置使用CO2制冷剂，并根据散热器的制冷剂出口温度的值将高压压力控制在使性能系数COP成为最大附近的范围内，以进行性能系数COP高的运行。
专利文献1：日本专利特开2002-130770号公报
然而，在利用超临界的制冷剂的空调装置中，在供暖时，有时虽然散热器的制冷剂出口温度已达到目标值，但室温仍然达不到设定温度，而在专利文献1中并未公开该问题的解决方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用超临界的制冷剂并能始终实现所需的供暖能力的空调装置。
发明所要解决的技术问题
第1发明的空调装置包括散热器和控制装置。散热器在供暖运行时从超临界的制冷剂朝空气进行散热。控制装置通过使包括散热器在内的制冷循环的高压侧压力以及散热器的制冷剂出口温度达到预先设定的各目标值，对作为空调对象的室内的室温进行控制。另外，在虽然高压侧压力及制冷剂出口温度已达到目标值、但根据室温识别为供暖运行能力过剩或不足时，控制装置使高压侧压力的目标值进行增减。
在该空调装置中，高压侧压力为临界压力以上，针对高压侧压力的增减，散热器的制冷剂出口温度在等温线上移动且保持一定。因此，在高压侧压力较高时，能力过剩，在高压侧压力较低时，能力不足。因此，控制装置一边监视制冷剂出口温度和室温，一边增减高压侧压力，对供暖能力进行调整。因此，可解决能力不足，提高舒适性。另外，还能解决能力过剩，节省能源。
第2发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，当在室温未达到设定温度的情况下经过了规定时间时，控制装置使高压侧压力的目标值增加。
在该空调装置中，供暖时可避免长时间持续能力不足的情况。因此，可提高供暖的舒适性。
第3发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，当根据室温的时间微分计算出的达到设定温度的推定达到时间超过了规定的临界值时，控制装置使高压侧压力的目标值增加。
在该空调装置中，控制装置通过预测室温的推移来调整能力。因此，可预防能力不足，提高供暖的舒适性。
第4发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，当制冷剂出口温度与室温之差变得比预先设定的规定值小时，控制装置使高压侧压力的目标值减小。
在该空调装置中，可解决能力过剩，节省能源。
第5发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，还包括出口温度检测器和室温检测器。出口温度检测器对散热器的制冷剂出口温度进行检测，室温检测器对室温进行检测。另外，控制装置根据出口温度检测器的输出值与室温检测器的输出值之差来确定高压侧压力的目标值的增减幅度。
在该空调装置中，控制装置一边监视制冷剂出口温度和室温，一边增减高压侧压力，发对供暖能力进行调整。因此，可解决能力不足，提高舒适性。另外，还能解决能力过剩，节省能源。
第6发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，包括装设有散热器的多个室内机。另外，控制装置针对每一室内机，对散热器的制冷剂出口温度与室温之差进行监视，使高压侧压力的目标值增减。
在该空调装置中，控制装置根据各室内机的所需能力来增减高压侧压力。因此，全部室内机均能实现所需的能力，可提高供暖的舒适性。
第7发明的空调装置是在第6发明的空调装置中，对散热器的制冷剂出口温度与室温之差设定了规定值，控制装置在该差变得比规定值小时使高压侧压力的目标值减小。
在该空调装置中，可解决室内机的能力过剩，节省能源。
第8发明的空调装置是在第1发明的空调装置中，制冷循环具有由压缩机、散热器、膨胀机构和蒸发器依次连接而成的制冷剂回路。
高压侧压力是指存在于制冷剂回路内的制冷剂在从压缩机的制冷剂排出口经由散热器至膨胀机构的制冷剂入口的区间内受到的压力。
在该空调装置中，通过控制装置对位于从压缩机的制冷剂排出口至膨胀机构的制冷剂入口的区间内的制冷剂的压力进行增减，可解决能力的过剩或不足。
发明效果
在第1发明的空调装置中，供暖时，控制装置一边监视制冷剂出口温度和室温一边增减高压侧压力，以对供暖能力进行调整。因此，可解决能力不足，提高舒适性。另外，还能解决能力过剩，节省能源。
在第2发明的空调装置中，供暖时，可避免长时间持续能力不足的情况。因此，可提高供暖的舒适性。
在第3发明的空调装置中，供暖时，控制装置通过预测室温的推移来调整能力。因此，可预防能力不足，提高供暖的舒适性。
在第4发明的空调装置中，供暖时，可解决过剩能力，节省能源。
在第5发明的空调装置中，供暖时，控制装置一边监视制冷剂出口温度和室温一边增减高压侧压力，以对供暖能力进行调整。因此，可解决能力不足，提高舒适性。另外，还能解决能力过剩，节省能源。
在第6发明的空调装置中，供暖时，控制装置根据各室内机的所需能力来增减高压侧压力。因此，全部室内机均能实现所需的能力，可提高供暖的舒适性。
在第7发明的空调装置中，供暖时，可解决室内机的能力过剩，节省能源。
在第8发明的空调装置中，通过控制装置对位于从压缩机的制冷剂排出口至膨胀机构的制冷剂入口的区间内的制冷剂的压力进行增减，可解决能力的过剩或不足。
附图说明
图1是本发明的实施形态的空调装置的结构图。
图2(a)是使用R410A的制冷循环的压力-焓线图，图2(b)是使用CO2的超临界制冷循环的压力-焓线图。
图3是供暖能力控制的控制方框图。
图4是供暖能力控制的流程图。
图5是供暖能力控制的流程图。
图6是供暖能力控制的流程图。
(符号说明)
1 空调装置
3 室内机
4 控制装置
11 压缩机
13 室外热交换器(蒸发器)
14 室外膨胀阀(膨胀机构)
16 室内热交换器(散热器)
41 出口温度传感器
42 室温传感器
具体实施方式
<空调装置的结构>
图1是本发明的实施形态的空调装置的结构图。空调装置1使用高压侧为临界压力以上的CO2作为制冷剂。
空调装置1是大楼用的多联式空调装置，在一个或多个室外机2上并联连接有多个室内机3，为了使制冷剂可以流通，压缩机11、四通切换阀12、室外热交换器13、作为膨胀机构的室外膨胀阀14及室内膨胀阀15、以及室内热交换器16等设备连接而形成制冷剂回路10。室内风扇22将室内的空气引入室内热交换器16。
另外，在室内热交换器16的制冷剂出口侧(供暖时)的配管上设置有出口温度传感器41，在室内热交换器16的空气吸入侧设置有室温传感器42。
<空调装置的动作>
(制冷运行)
在制冷运行时中，四通切换阀12如图1中虚线所示地连接，压缩机11与室外热交换器13连通，室内热交换器16及室外热交换器13分别作为蒸发器及散热器发挥作用。即，从压缩机11排出的高温、高压的制冷剂气体被引入室外热交换器13。在其中，在制冷剂气体与室外空气进行了热交换后，中温、高压气体在室内膨胀阀15内被减压而成为低温、低压的二相制冷剂，并被引入室内热交换器16。在其中与室内空气进行了热交换后，再次被压缩机11吸入。
(供暖运行)
另一方面，在供暖运行时，四通切换阀12如图1中实线所示地连接，压缩机11与室内热交换器16连通，室内热交换器16及室外热交换器13分别作为散热器及蒸发器发挥作用。即，由压缩机11排出的高温、高压的制冷剂气体被引入室内热交换器16。在其中，在制冷剂气体与室内空气进行了热交换后，中温、高压气体流过配管，在室外膨胀阀14被减压，并被引入室外热交换器13。在其中，与室外空气进行热交换，并再次被压缩机11。
<控制装置>
控制装置4对由设置在室内热交换器16的制冷剂出口处的出口温度传感器41以及设置在室内热交换器16的空气吸入侧的室温传感器42检测到的值进行监视，对室外膨胀阀14及室内膨胀阀15的开度、压缩机11的运行频率进行控制。
在控制装置4上装设有微型计算机5、存储器(未图示)，微型计算机5根据由出口温度传感器41、室温传感器42检测出的值，来计算高压侧压力的目标值。另外，所谓高压侧压力，是指例如供暖时存在于制冷剂回路10内的制冷剂在从压缩机11的制冷剂排出口经由室内热交换器16至室外膨胀阀14的制冷剂入口的区间内受到的压力。
<超临界制冷循环的能力控制>
在此，对以往的制冷循环和超临界制冷循环的不同之处进行说明。图2(a)是使用R410A的制冷循环的压力-焓线图，图2(b)是使用CO2的超临界制冷循环的压力-焓线图。
图2(a)中，在以往的制冷循环中，当全部室内机中的过冷度Sc过大时，判断为能力过剩，当全部室内机中有一个的过冷度Sc完全没有时，判断为能力不足，通过增减高压侧压力来进行能力调整。
但是，在超临界制冷循环中，如图2(b)所示，不存在过冷这样的概念，在虽然室内热交换器的制冷剂出口温度已达到目标值、但室温并未达到设定温度时，若高压侧压力较高，则判断为能力过剩，若高压侧压力较低，则判断为能力不足，通过增减高压侧压力来进行能力调整。
(供暖能力控制)
下面说明由控制装置4的微型计算机5进行的供暖能力控制。图3是供暖能力控制的控制方框图，图4是供暖能力控制的流程图。在空调装置1的供暖运行的控制中，用压缩机11的运行频率来控制为确保供暖能力而需要的高压侧压力，用室外膨胀阀14的开度来控制室内热交换器16的制冷剂出口状态。
图3中，微型计算机5用出口温度目标值计算部51根据设定温度Ts与室温Ta间的温差e1来计算室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc的目标值Tgcs。接着，在膨胀阀控制部52中，根据目标值Tgcs与制冷剂出口温度Tgc间的温差e2来计算膨胀阀的开度变更值dEV，对室外膨胀阀14的阀开度进行控制。
同时，在能力判定部53中，根据温差e1、温差e2以及制冷剂出口温度Tgc与室温Ta间的温差e3来判定供暖能力的过剩或不足，计算高压侧压力变更值dPh，之后，主要对室外机2的压缩机11的运行频率进行控制。
另外，在判定能力过剩或不足时，也可用微分器54来计算温差e1的微分值de1/dt，并将其作为变量加入。
在本实施形态中，在虽然各室内机3中室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc已到达目标值Tgcs、但室温Ta未达到设定温度Ts的状态已持续了规定时间时，使高压侧压力的目标值增加。另外，在各室内机3中室温Ta达到了设定温度Ts后，当制冷剂出口温度Tgc与室温Ta之差比每一室内机3中设定的规定值es小时，针对该室内机3使高压侧压力的目标值减小。
下面参照图4来说明供暖能力控制的流程。在步骤S1中，微型计算机5针对每一室内机3从室温传感器42获取室温Tan。变量末尾的字母表示室内机3的数目，例如，对第m号、第n号室内机3的设定温度Ts标记为Tsm、Tsn。
在步骤S2中，针对每一室内机3，判定室温Tan是否达到了设定温度Tsn。在步骤S2中，假设对第m号室内机3判定为“否”时，朝步骤S3前进，针对第m号的室内机3，计算室内热交换器16的制冷剂出口温度的目标值Tgcsm。在步骤S4中，针对第m号的室内机3，获取室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgcm。在步骤S5中，针对第m号室内机3，判定制冷剂出口温度Tgcm是否达到了目标值Tgcsm。当在步骤S5中判定为“否”时，朝步骤S6前进，对压缩机11、室外膨胀阀14进行控制，以使制冷剂出口温度Tgcm达到目标值Tgcsm，并朝步骤S1返回。
当在步骤S5中判定为“是”时，朝控制A转移，在步骤S7中，判定第m号室内机3侧的室温Tam是否不到第m号室内机3的设定温度Tsm。当在步骤S7中判定为“是”时，朝步骤S8前进，启动计时器，对规定时间进行计时。另外，当在步骤S7中判定为“否”时，朝S1返回。
在步骤S9中，判定室温Tam是否不到设定温度Tsm。当在步骤S9中判定为“是”时，朝步骤S10前进，判定计时是否结束。从步骤S7到步骤S10，是对室温Tam不到设定温度Tsrn的状态是否持续了规定时间进行判定，因此，假设在步骤S9中判定为“否”时，朝步骤S1返回。
当在步骤S10中判定为计时已结束时，判断为能力不足，朝步骤S11前进，增加高压侧压力的目标值。在步骤S12中，为了达到在步骤S11中设定的高压侧压力的目标值，对压缩机11、室外膨胀阀14进行控制，朝步骤S1返回。
另外，当在步骤S2中判定为“是”时，朝控制B转移，在步骤S13中，微型计算机5针对每一室内机3，对制冷剂出口温度Tgcn与室温Tan之差是否比预先设定的规定值esn小进行判定。在步骤S13中，只要有一台室内机3被判定为“是”，就判断为该室内机3能力过剩，朝步骤S14前进，针对在步骤S13中被判定为“是”的室内机3，减小高压侧压力的目标值。另外，当在步骤S13中判定为“否”时，朝S1返回。在步骤S15中，为了达到在步骤S14设定的高压侧压力的目标值，对压缩机11、室外膨胀阀14进行控制，朝步骤S1返回。
<特征>
(1)在空调装置1中，供暖运行时，室内热交换器16从超临界的制冷剂朝空气进行散热。控制装置4使包括室内热交换器16在内的制冷循环的高压侧压力维持一定值。另外，控制装置4利用出口温度传感器41来检测室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc，利用室温传感器42来检测室温Ta。
在超临界制冷循环中，针对高压侧压力的增减，散热器(例如供暖时的室内热交换器16)的制冷剂出口温度Tgc在等温线上移动且保持一定。因此，在高压侧压力较高时，能力过剩，在高压侧压力较低时，能力不足。
因此，在即使供暖时室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc达到了目标值Tgcs、但根据应进行供暖的室内的室温Ta判断为能力过剩或不足时，控制装置4使高压侧压力的目标值增减。
像这样，空调装置1在供暖时可一边监视制冷剂出口温度Tgc和室温Ta一边增减高压侧压力来调整供暖能力，因此，可解决能力不足，提高舒适性。另外，还可解决过剩能力，节省能源。
另外，在空调装置1中，当在室温Ta未达到设定温度Ts的情况下经过了规定时间时，或者当根据室温Ta的时间微分计算出的达到设定温度Ts的推定达到时间超过了规定的临界值时，使高压侧压力的目标值增加。因此，供暖时，不会长时间持续能力不足，可提高供暖的舒适性。
另外，空调装置1在制冷剂出口温度Tgc与室温Ta之差变得比预先设定的规定值es小时使高压侧压力的目标值下降，因此，供暖时可解决能力过剩，节省能源。
(2)空调装置1包括多个室内机3。而且，控制装置4针对每一室内机3对室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc与室温Ta之差进行监视，使高压侧压力的目标值进行增减。因此，供暖时，可根据各室内机3的所需能力对高压侧压力进行增减，可使全部室内机实现所需的能力，提高供暖的舒适性。
另外，空调装置1针对室内热交换器16的制冷剂出口温度Tgc与室温Ta之差设定规定值es，在该差e变得比规定值小时使高压侧压力的目标值减小。因此，供暖时可解决室内机的能力过剩，节省能源。
工业上的可利用性
如上所述，本发明可实现所需的供暖能力，适用于空调装置。

Claims (8)

1.一种空调装置(1)，其特征在于，包括：
散热器(16)，该散热器(16)在供暖运行时使从超临界的制冷剂朝空气散热；以及
控制装置(4)，该控制装置(4)通过使包括所述散热器(16)在内的制冷循环的高压侧压力以及所述散热器(16)的制冷剂出口温度达到预先设定的各自的目标值，对作为空调对象的室内的室温进行控制，
在虽然所述高压侧压力和所述制冷剂出口温度已达到所述目标值、但根据所述室温识别为供暖运行能力过剩或不足时，所述控制装置(4)使所述高压侧压力的目标值增减。
2.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，当在所述室温未达到设定温度的情况下经过了规定时间时，所述控制装置(4)使所述高压侧压力的目标值增加。
3.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，在根据所述室温的时间微分计算出的达到设定温度的推定达到时间超过了规定的临界值时，所述控制装置(4)使所述高压侧压力的目标值增加。
4.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，当所述制冷剂出口温度与所述室温之差变得比预先设定的规定值小时，所述控制装置(4)使所述高压侧压力的目标值减小。
5.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，还包括：
对所述散热器(16)的制冷剂出口温度进行检测的出口温度检测器(41)、以及
对所述室温进行检测的室温检测器(42)，
所述控制装置(4)根据所述出口温度检测器(41)的输出值与所述室温检测器(42)的输出值之差，来确定所述高压侧压力的目标值的增减幅度。
6.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，还包括：装设有所述散热器(16)的多个室内机(3)，
所述控制装置(4)针对每一所述室内机(3)，对所述散热器(16)的制冷剂出口温度与所述室温之差进行监视，使所述高压侧压力的目标值增减。
7.如权利要求6所述的空调装置(1)，其特征在于，
针对每一所述多个室内机(3)，对所述散热器(16)的制冷剂出口温度与所述室温之差设定了规定值，
当所述差变得比所述规定值小时，所述控制装置(4)使所述高压侧压力的目标值减小。
8.如权利要求1所述的空调装置(1)，其特征在于，
所述制冷循环具有由压缩机(11)、所述散热器(16)、膨胀机构(14)和蒸发器(13)依次连接而成的制冷剂回路(10)，
所述高压侧压力是指存在于所述制冷剂回路(10)内的制冷剂在从所述压缩机(11)的制冷剂排出口经由所述散热器(16)至所述膨胀机构(14)的制冷剂入口的区间内受到的压力。
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