JP2004294022A

JP2004294022A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2004294022A
Application number: JP2003090372A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Katsumi; 則彦勝見; Satoshi Hori; 智堀; Hiroyuki Houshita; 宏幸保下; Takayuki Nagayo; 貴之萬才
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】凝縮側熱交換器の熱交換能力の変化に対応して圧縮機の運転容量を変化させ、常に安定した状態で運転制御ができる空気調和機を提供する。
【解決手段】水等の液が流れ閉回路を形成する液流通回路２と、液と冷媒とが熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮側熱交換器４、蒸発側熱交換器６が接続されて閉回路を形成する冷媒回路１とを備えた空気調和機において、液流通回路２を流れる液と凝縮側熱交換器４を流れる冷媒とが熱交換した後の液温を検出する出口液温検出手段Ｔｈ２と、圧縮機の出口冷媒温を検出する出口冷媒温検出手段Ｔｈ１とが設けられ、出口液温検出手段Ｔｈ２の検出値と出口冷媒温検出手段Ｔｈ１の検出値との差温に応じて、圧縮機３の運転容量を制御する容量制御装置３２が設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒が流れる凝縮側熱交換器に水等の液が流れる液流通回路が接続され、該冷媒と水等の液とが熱交換することによって該液が冷却される液流通回路を備えた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮機、熱源側熱交換器，膨張機構及び凝縮側（もしくは利用側）熱交換器が順次接続されてなる冷媒回路と、該冷媒回路を流れる冷媒と熱交換して冷却される水等の液が循環する液流通回路とを備えた冷凍装置において、液流通回路の出口側の液温すなわち熱交換した後の液温と制御目標値とを比較しながら、圧縮機の容量を複数のロードステップで制御する運転制御方法が知られている。圧縮機のロードステップと凝縮側熱交換器の出口側の温度差との相関関係が予め記憶装置に記憶されており、相関関係に対応して圧縮機の運転が制御されるものである（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２０１２０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記従来技術は、凝縮側熱交換器の熱交換（もしくは処理）能力と圧縮機の出口側冷媒の熱容量とが連携して制御されていない。このため、凝縮側熱交換器の交換能力が凝縮側熱交換器の劣化、水等の汚濁、温度変化による水質変化の影響等で減少した場合、圧縮機の出口側冷媒の熱容量が熱交換器の交換能力が減少したことによって大きくなる場合がある。交換能力が減少すると冷媒回路を循環する冷媒の温度が徐々に上昇する。このため圧縮機を保護する観点から、空気調和機の運転が停止もしくは制限される。
【０００５】
近年、凝縮側熱交換器は、プレート式熱交換器が多用されるようになり、小型の熱交換器が利用されることが多くなった。凝縮側熱交換器の小型化は水質の変化によって敏感であり、空気調和機の安定運転に大きな影響を及ぼす。
【０００６】
本発明の目的は、凝縮側熱交換器の熱交換能力が経年変化等で低下した場合に、該変化に対応して圧縮機の運転容量が変化するように制御され、常に安定した状態で運転制御ができる空気調和機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る空気調和機は、運転容量が制御できる圧縮機と、水等の液が流れ閉回路を形成する液流通回路と、液と冷媒とが熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮側熱交換器、及び空気と冷媒とが熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発側熱交換器が接続されて閉回路を形成する冷媒回路とを備えた空気調和機において、前記液流通回路を流れる液と凝縮側熱交換器を流れる冷媒とが熱交換した後の液温を検出する出口液温検出手段と、前記圧縮機の出口冷媒温を検出する出口冷媒温検出手段とが設けられ、該出口液温検出手段の検出値と該出口冷媒温検出手段の検出値との差温に応じて、前記圧縮機の運転容量を制御する制御装置が設けられている。
【０００８】
また上記目的を達成するために本発明に係る空気調和機の他の発明は、運転容量が制御できる圧縮機と、第１の膨張機構と、水等の液が流れ閉回路を形成する液流通回路と、液と冷媒とが熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮側熱交換器、及び空気と冷媒とが熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発側熱交換器が接続されて閉回路を形成する冷媒回路とを備えた空気調和機において、前記冷媒回路に、前記凝縮側熱交換器と前記膨張機構との中間から、電磁弁及び第２の膨張機構を介して冷媒バイパス回路が前記圧縮機に接続され、前記液流通回路を流れる液と前記凝縮側熱交換器を流れる冷媒とが熱交換した後の液温を検出する出口液温検出手段と、前記圧縮機の出口冷媒温を検出する出口冷媒温検出手段とが設けられ、該出口液温検出手段の検出値と該出口冷媒温検出手段の検出値との差温ΔＴに応じて、冷媒バイパス回路の冷媒流量を制御する制御装置が設けられている。
【０００９】
より詳しくは、前記容量制御装置は容量制御コントローラを備え、該容量制御コントローラは、凝縮側熱交換器を流れる冷媒と熱交換した後の液温を基準にして、該圧縮機の出口冷媒温と前記液温の差温ΔＴが一定となるよう圧縮機の運転容量を制御するものである。
【００１０】
また、前記容量制御装置は容量制御コントローラを備え、該容量制御コントローラ、凝縮側熱交換器を流れる冷媒と熱交換した後の液温を基準にして、該圧縮機の出口冷媒温と前記液温の差温ΔＴが一定となるよう圧縮機の運転容量を制御するものである。
【００１１】
また、前記制御装置は流量制御コントローラを備え、該流量制御コントローラは差温ΔＴに変動が無い間は、前記電磁弁が閉じて冷媒バイパス回路を流れる冷媒は遮断され、差温ΔＴが増大した場合は、前記電磁弁が開いて凝縮側熱交換器を流れる冷媒量が増加し、差温ΔＴが減少した場合は、前記電磁弁が閉じて冷媒バイパス回路を流れる冷媒を遮断するように制御されるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る空気調和機の系統図で、冷房専用の空気調和機の例である。
空気調和機は、基本的に、冷媒が循環して閉回路を形成する冷媒回路１と、該冷媒と熱交換する液（一般には、水が使用される）が循環し、該液は廃熱として捨てられる閉回路を形成する液流通回路２とから構成されている。該液流通回路２には、図示されていないが、例えばクーリングタワー等が設けられている。
【００１３】
より詳しくは前記冷媒回路１は、運転容量を制御できる圧縮機３と、凝縮器として作用し水等の液と熱交換する凝縮側熱交換器４と、冷媒を断熱膨張させるための膨張機構５（第１の膨張機構）と、蒸発器として作用し室内側の空気と熱交換する蒸発側熱交換器６とを備えている。冷房運転時には冷媒は、図中、白抜き矢印のように循環する。圧縮機３の出口配管には、出口冷媒温Ｔｄを検出する出口冷媒温センサＴｈ１（出口側冷媒温検出手段）が取り付けられている。
【００１４】
前記液流通回路２は、液を循環させるためにポンプ７、その他図示されないがクーリングタワー等を備え、さらに冷媒と熱交換後の液温Ｔｗｏを検出する液温検出センサＴｈ２（出口液温検出手段）が取り付けられている。冷房運転時には液は、図中、太実線矢印のように循環する。
【００１５】
容量制御装置３１は容量制御コントローラ３２を備え、前記出口冷媒温センサＴｈ１，液温検出センサＴｈ２は容量制御装置３１及び流量制御コントローラ３２と信号線で接続されている。
【００１６】
容量制御装置３１による制御に関し、詳しく説明する。
凝縮側熱交換器４の出口液温Ｔｗｏ、すなわち液流通回路２を流れる液と凝縮側熱交換器４を流れる冷媒とが熱交換した後の液温が出口液温検出センサＴｈ２により検出され、該検出温Ｔｗｏは容量制御装置３１に入力される。また、圧縮機３から吐出される出口冷媒温が出口冷媒温検出センサＴｈ１により検出され、該検出温Ｔｄは容量制御装置３１に入力される。さらに、該検出された出口液温Ｔｗｏと出口冷媒温Ｔｄとの差温ΔＴが求められ、該差温ΔＴが監視される。該差温ΔＴに変動が無い場合，差温ΔＴが増大した場合，差温ΔＴが減少した場合に応じて容量制御コントローラ３２は圧縮機３の運転容量をそれぞれ制御する。なお、冷房運転時、液温は冷媒のそれより低い。
【００１７】
差温ΔＴに変動が無い場合：容量制御コントローラ３２は、凝縮側熱交換器４の熱交換能力が向上するように圧縮機３の運転容量を増大させるように制御する。その理由は凝縮側熱交換器４は、吐出冷媒温Ｔｄが高いほど熱交換能力を発揮できるので、圧縮機３の運転容量を増大させるものである（ただし、１００％まで）。また、運転容量を増大する時に望まれる現象は、液流通回路２を流れる液と凝縮側熱交換器４を流れる冷媒とが熱交換した後の液温Ｔｗｏが冷媒吐出温Ｔｄと共に上昇し、差温ΔＴが一定となることである。
【００１８】
差温ΔＴが増大した場合：容量制御コントローラ３２によって凝縮側熱交換器４の熱交換能力が減少したと判断されと、圧縮機３の運転容量が減少するように制御される。減少することで、現状の凝縮側熱交換器４の熱交換能力に合わせて圧縮機３の運転容量が最適化される。したがって、例えば圧縮機３に保護回路等（図示せず）を備えることにより、該保護回路等を自動的に動作させて空気調和機の運転を停止させ、事故を未然に防止することができる。
【００１９】
差温ΔＴが減少した場合：容量制御コントローラ３２によって凝縮側熱交換器４の熱交換能力が限界に達したと判断され、容量制御コントローラ３２は圧縮機３の運転容量が減少するよう制御する。減少することで、現状の凝縮側熱交換器４に流入する液流通回路２の液温もしくは液質等に合わせて、圧縮機３の運転容量が自動的に最適化される。
【００２０】
本実施例によれば、凝縮側熱交換器の熱交換能力が経年等で低下した場合に、該低下に対応して圧縮機の運転容量も変化するように制御されるので事故を未然に防止することができ、空気調和機は常に安定した状態で運転される。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施例に係る空気調和機の系統図で、冷房専用のものである。
冷媒が循環して閉回路を形成する冷媒回路１と、該冷媒と熱交換する液が循環して閉回路を形成する液流通回路２とから構成されことは、前記第１の実施例と同様である。
【００２２】
凝縮側熱交換器４と膨張機構５（第１の膨張機構）との中間の冷媒回路１から、電磁弁８及び膨張機構９（第２の膨張機構）を介して冷媒バイパス回路１０が圧縮機３に接続されている。容量制御装置３１は、容量制御コントローラ３２及び流量制御コントローラ３３を備え、前記出口冷媒温検出センサＴｈ１及び出口液温検出センサＴｈ２が信号線で接続されている。
【００２３】
本実施例においても、容量制御コントローラ３２が出口液温Ｔｗｏと出口冷媒温Ｔｄとの差温ΔＴに基づいて圧縮機３の容量制御を行なう。
制御装置３１によって、検出された出口液温Ｔｗｏと出口冷媒温Ｔｄとの差温ΔＴが求められ、該差温ΔＴが監視されることは、第１の実施例と同様である。
【００２４】
流量制御コントローラ３３は、差温ΔＴに変動が無い場合，差温ΔＴが増大した場合，差温ΔＴが減少した場合に応じて、冷媒バイパス回路１０の冷媒流量をそれぞれ制御する。
差温ΔＴに変動が無い場合：流量制御コントローラ３３は電磁弁８を閉じ、冷媒バイパス回路１０を流れる冷媒を遮断するよう制御する。
差温ΔＴが増大した場合：流量制御コントローラ３３によって凝縮側熱交換器４の熱交換能力が減少したと判断され、電磁弁８は開かれる。電磁弁８が開かれることにより、凝縮側熱交換器４を流れる冷媒量が増加し、凝縮側熱交換器４の熱交換能力が向上する。加えて、出口冷媒温Ｔｄが低下しても、圧縮機３に保護回路（図示せず）を備えることにより、該保護回路等を自動的に動作させて空気調和機の運転が停止されることによって、事故が未然に防止される。
差温ΔＴが減少した場合：電磁弁８が閉じられ、冷媒バイパス回路１０を流れる冷媒が遮断される。
【００２５】
上記したように本実施例においても、液温Ｔｗｏと出口冷媒温Ｔｄとの差温ΔＴが一定となるよう制御される。
【００２６】
冷媒バイパス回路１０を備えることにより、さらに次の作用がある。
圧縮機の容量制御が段階的に制御されるものである場合：
圧縮機３の容量制御が、例えば３もしくは４段階程度の粗い切り替えのものである場合、第１の実施例ではハンチングが生じる場合がある。そこで冷媒バイパス回路１０を設けることによって、見かけ上、凝縮側熱交換器４を流れる冷媒量が滑らかに変化させることができる。ここで、「圧縮機の容量制御が変化しない場合、圧縮機からの吐出冷媒量は一定である」という意味で、「見かけ上」としたものである。
圧縮機による容量制御が限界である場合：
圧縮機による容量制御で補うことが不可能なほど、凝縮側熱交換器４の熱交換能力が低下した場合、見かけ上、凝縮側熱交換器４を流れる冷媒量を増加させて熱交換量を確保する。
【００２７】
以上に説明したように本実施例によれば、圧縮機３の容量制御が段階的に制御される場合に、見かけ上、凝縮側熱交換器４を流れる冷媒量が滑らかに変化してハンチングを防止することができる。
または圧縮機３による容量制御が限界である場合に、見かけ上の凝縮側熱交換器４を流れる冷媒量を増加させ、熱交換量を確保することができる。
なお上記いずれの実施例においても、冷房専用の空気調和機について説明したが、本発明は暖房機能を備えた冷暖房両用の空気調和機にも適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、凝縮側熱交換器が経年変化、冷却用液体の水質変化等により熱交換能力が変化しても、該変化に対応して圧縮機容量が制御されることにより、通常の安定状態における制御の安定性を損なうことなく、熱交換能力の変化に対応して圧縮機容量が追従して変化するよう制御されるので、常に安定して空気調和機が制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る空気調和機の系統図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る空気調和機の系統図である。
【符号の説明】
１…冷媒回路
２…液流通回路
３…圧縮機
４…凝縮側熱交換器
５…膨張機構（第１の膨張機構）
６…蒸発側熱交換器
７…ポンプ
８…電磁弁
９…膨張機構（第２の膨張機構）
１０…冷媒バイパス回路
３１…制御装置
３２…容量制御コントローラ
３３…流量制御コントローラ
Ｔｈ１…出口冷媒温検出センサ（出口冷媒温検出手段）
Ｔｈ２…出口液温検出センサ（出口液温検出手段）

Claims

運転容量が制御できる圧縮機と、水等の液が流れ閉回路を形成する液流通回路と、液と冷媒とが熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮側熱交換器、及び空気と冷媒とが熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発側熱交換器が接続されて閉回路を形成する冷媒回路とを備えた空気調和機において、
前記液流通回路を流れる液と凝縮側熱交換器を流れる冷媒とが熱交換した後の液温を検出する出口液温検出手段と、前記圧縮機の出口冷媒温を検出する出口冷媒温検出手段とが設けられ、
該出口液温検出手段の検出値と該出口冷媒温検出手段の検出値との差温に応じて、前記圧縮機の運転容量を制御する制御装置が設けられていることを特徴とする空気調和機。
運転容量が制御できる圧縮機と、第１の膨張機構と、水等の液が流れ閉回路を形成する液流通回路と、液と冷媒とが熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮側熱交換器、及び空気と冷媒とが熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発側熱交換器が接続されて閉回路を形成する冷媒回路とを備えた空気調和機において、
前記冷媒回路に、前記凝縮側熱交換器と前記膨張機構との中間から、電磁弁及び第２の膨張機構を介して冷媒バイパス回路が前記圧縮機に接続され、
前記液流通回路を流れる液と前記凝縮側熱交換器を流れる冷媒とが熱交換した後の液温を検出する出口液温検出手段と、前記圧縮機の出口冷媒温を検出する出口冷媒温検出手段とが設けられ、
該出口液温検出手段の検出値と該出口冷媒温検出手段の検出値との差温ΔＴに応じて、冷媒バイパス回路の冷媒流量を制御する制御装置が設けられていることを特徴とする空気調和機。
前記制御装置は容量制御コントローラを備え、該容量制御コントローラは、凝縮側熱交換器を流れる冷媒と熱交換した後の液温を基準にして、該圧縮機の出口冷媒温と前記液温の差温ΔＴが一定となるよう圧縮機の運転容量を制御するものであることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の空気調和機。
前記制御装置は容量制御コントローラを備え、該容量制御コントローラは差温ΔＴに変動が無い場合は、凝縮側熱交換器の熱交換能力が向上するように圧縮機の運転容量を増大させるように制御され、差温ΔＴが増大した場合は、凝縮側熱交換器の熱交換能力が減少したと判断され圧縮機の運転容量が減少するように制御され、差温ΔＴが減少した場合は、凝縮側熱交換器の熱交換能力が限界に達したと判断されて圧縮機の運転容量は減少するよう制御されるものであることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記制御装置は流量制御コントローラを備え、該流量制御コントローラは差温ΔＴに変動が無い場合は、前記電磁弁が閉じて冷媒バイパス回路を流れる冷媒は遮断され、差温ΔＴが増大した場合は、前記電磁弁が開いて凝縮側熱交換器を流れる冷媒量が増加し、差温ΔＴが減少した場合は、前記電磁弁が閉じて冷媒バイパス回路を流れる冷媒を遮断するように制御されるものであることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。